(57)【要約】【課題】肺や心臓などの動きを伴う部位の定量的解析を実現すること。【解決手段】画像処理装置は、被検体の検査対象部位に関する、呼吸又は心拍の位相が相違する少なくとも２枚の画像のデータを記憶する記憶部１１２と、各画像から、検査対象部位の領域内又は近傍に位置する呼吸又は心拍による動きに併う変位の比較的少ない基準点を特定する基準点特定部１１７と、検査対象部位上の複数の関心点各々について、基準点を基準として呼吸又は心拍の位相変化に伴う移動量を計算する移動量計算部１１９とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の検査対象部位に関する、呼吸又は心拍の位相が相違する少なくとも２枚の画像のデータを記憶する記憶部と、
前記画像から、前記検査対象部位の領域内又は近傍に位置する前記呼吸又は心拍による動きに併う変位の比較的少ない基準点を特定する基準点特定部と、
前記検査対象部位上の複数の関心点各々について、前記基準点を基準として前記呼吸又は心拍の位相変化に伴う移動量を計算する移動量計算部とを具備することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記基準点特定部は、前記基準点として、気管支の分岐点を特定することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記基準点特定部は、前記気管支の領域を閾値処理により抽出し、細線化処理により気管支軸線を求め、前記気管支軸線から前記分岐点を特定することを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記移動量計算部は、前記関心点各々の移動量を絶対距離として計算することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項５】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
被検体を透過したＸ線を検出して投影データを発生するＸ線検出器と、
前記投影データに基づいて画像を再構成する再構成処理部と、
前記画像を処理する画像処理部とを具備し、
前記画像処理部は、
被検体の検査対象部位に関する、呼吸又は心拍の位相が相違する少なくとも２枚の画像のデータを記憶する記憶部と、
前記画像から、前記検査対象部位の領域内又は近傍に位置する前記呼吸又は心拍による動きに併う変位の比較的少ない基準点を特定する基準点特定部と、
前記検査対象部位上の複数の関心点各々について、前記基準点を基準として前記呼吸又は心拍の位相変化に伴う移動量を計算する移動量計算部とを有することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置及びＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）、磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）などを用いて例えば肺野における複数の呼吸位相の画像データを取得し、肺の壁運動、組織の移動量を解析(以下、肺機能解析)しようとする試みがある。組織の動態を観察して機能解析する方法は、疾患の診断及び早期発見の観点から有効であり、自動診断（ＣＡＤ）の観点からも有効な方法である。
【０００３】
従来、肺の機能解析手法として、閾値処理による肺領域を抽出し、抽出した肺領域の情報から容量変化率などを判断する手法は存在したが、より具体的で詳細な定量検査はできていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、肺や心臓などの動きを伴う部位の定量的解析を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１局面は、被検体の検査対象部位に関する、呼吸又は心拍の位相が相違する少なくとも２枚の画像のデータを記憶する記憶部と、前記画像から、前記検査対象部位の領域内又は近傍に位置する前記呼吸又は心拍による動きに併う変位の比較的少ない基準点を特定する基準点特定部と、前記検査対象部位上の複数の関心点各々について、前記基準点を基準として前記呼吸又は心拍の位相変化に伴う移動量を計算する移動量計算部とを具備することを特徴とする画像処理装置を提供する。  
本発明の第２局面は、Ｘ線を発生するＸ線管と、被検体を透過したＸ線を検出して投影データを発生するＸ線検出器と、前記投影データに基づいて画像を再構成する再構成処理部と、前記画像を処理する画像処理部とを具備し、前記画像処理部は、被検体の検査対象部位に関する、呼吸又は心拍の位相が相違する少なくとも２枚の画像のデータを記憶する記憶部と、前記画像から、前記検査対象部位の領域内又は近傍に位置する前記呼吸又は心拍による動きに併う変位の比較的少ない基準点を特定する基準点特定部と、前記検査対象部位上の複数の関心点各々について、前記基準点を基準として前記呼吸又は心拍の位相変化に伴う移動量を計算する移動量計算部とを有することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、肺や心臓などの動きを伴う部位の定量的解析を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明による画像処理装置及びそれを含むＸ線コンピュータ断層撮影装置の実施形態を説明する。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線管とＸ線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転方式と、リング上に多数のＸ線検出器が配置され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転方式とがあり、いずれの方式でも本発明を適用可能である。回転／回転方式に関して、一対のＸ線管とＸ線検出器とが回転フレームに搭載された一管球型と、Ｘ線管とＸ線検出器との対が回転フレームに複数搭載されたいわゆる多管球型とがあるが、いずれの型でも本発明を適用可能である。Ｘ線検出器に関して、被検体を透過したＸ線をシンチレータ等の蛍光体で光に変換してからフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の発生及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とがあるが、本発明はいずれの形を採用してもよい。
【０００８】
図１には、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示している。架台１００は、Ｘ線管１０１を有する。Ｘ線管１０１は、高電圧発生装置からスリップリング機構１０８を経由して管電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受け、コーンビーム形のＸ線を発生する。Ｘ線管１０１は、回転軸（Ｚ軸）を中心に回転自在に支持される回転フレーム１０２に、Ｘ線検出器１０５とともに搭載される。
【０００９】
呼吸センサ１０７は、被検体の呼吸の動きを検出するために設けられる。呼吸センサ１０７には、例えば図３に例示するように呼気ガスの流量を測定する呼吸流量計が用いられる。なお、呼吸センサ１０７は、検査対象に応じて、被検体の心臓の動き（心拍）の時相を検出する心電計又は拍動センサに置換されることができる。なお、以下使用する「呼吸時相」とは、呼吸の一周期を例えば１００区に分割して、一周期内の各時期をｎ／１００（ｎ％）で表現したものである。
【００１０】
Ｘ線検出器１０３は、Ｘ線管１０１から被検体を透過したＸ線を検出する。Ｘ線検出器１０３は、コーンビームに対応するマルチスライス型または２次元アレイ型である。すなわち、Ｘ線検出器１０３は、回転軸ＲＡにそって並列される複数のＸ線検出素子列を有する。各Ｘ線検出素子列は、回転軸ＲＡに直交する方向にそって一列に配列された複数のＸ線検出素子を有する。
【００１１】
Ｘ線検出器１０３の出力は、チャンネルごとにデータ収集回路（ＤＡＳ）１０４によって増幅され、ディジタル信号に変換され、そして例えば非接触型のデータ伝送装置１０５を介して前処理装置１０６に送られ、そこで感度補正等の補正処理を受け、再構成処理の直前段階にあるいわゆる投影データとして投影データ記憶部１１６に、それを収集した時期に対応する呼吸時相コードとともに記憶される。スキャンコントローラ１１０は、データ収集（スキャン）のために、回転駆動部、高電圧発生装置１０９、データ収集回路１０４、投影データ記憶部１１６等を制御する。
【００１２】
再構成処理部１１９は、ダイナミックスキャニングにより繰り返し収集された投影データに基づいて、呼吸時相の異なる複数の２次元又は３次元の画像のデータを再構成する。呼吸時相の異なる複数の２次元又は３次元の画像のデータは、投影データ記憶部１１６に、その再構成処理に用いた投影データのセットの例えば中心時相に対応する呼吸時相コードとともに記憶される。
【００１３】
３次元の画像再構成処理法としては、典型的には、フェルドカンプ法(Feldkamp method)である。フェルドカンプ法は、周知の通り、ファンビームコンボリューション・バックプロジェクション法をもとにした近似的再構成法であり、コンボリューション処理は、コーン角が比較的小さいことを前提として、データをファン投影データと見なして行われる。しかし、バックプロジェクション処理は、実際のレイ(ray)に沿って行われる。つまり、投影データにＺ座標に依存した重みをかけ、その重みをかけた投影データに、ファンビーム再構成と同じ再構成関数をコンボリューションし、そのデータをコーン角を持つ斜めの実際のレイに沿って逆投影する、という手順で画像が再構成される。
【００１４】
上述したように本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は画像処理装置を有する。画像処理装置は、上記投影データ／画像データ記憶部１１２とともに、特定位相決定部１１５、表示処理部１１６、基準点決定部１１７、関心点決定部１１８、ベクトル処理部１１９、肺機能指標計算部１２０により構成される。
【００１５】
特定位相決定部１１５は、投影データとともに記憶された流量時間曲線の例えば極大点と極小点の特定により最大吸気時相（ｔ１）と最大呼気時相（ｔ２）とを決定する。
【００１６】
基準点決定部１１７は、最大吸気時相（ｔ１）の画像と最大呼気時相（ｔ２）の画像それぞれに対して、解剖学上同一部位に基準点を設定する。なお、基準点は、最大吸気時相（ｔ１）の画像から特定した基準点を、最大呼気時相（ｔ２）の画像に対しても共通に用いるようにしても良い。基準点は、検査対象部位、ここでは肺野領域内又は近傍に位置する呼吸による動きに併う変位の比較的少ない部位に設定する。そのような基準点として、典型的には左右肺それぞれに存在する気管支の第二分岐が好適であるが、例えば第二分岐が不明瞭な場合、左右肺への第一分岐を基準点に用いても良い（図４参照）。そのために先ず、基準点決定部１１７では、最大吸気時相（ｔ１）の画像と最大呼気時相（ｔ２）の画像それぞれから閾値処理により気管支領域を抽出する。抽出した気管支領域を細線化処理にかけて、気管支を線で表現する。線で表現された気管支上の複数の分岐点を同定する。同定した複数の分岐点から第一分岐点をそれらの位置関係等に基づいて特定する。なお、基準点は、マウスポインタなどの入力機器を介して、表示した画像上に手動により設定しても良い。
【００１７】
関心点決定部１１８は、肺野上に複数の関心点を設定する。呼吸に伴う基準点に対する関心点の移動距離等から肺機能指標が得られる。複数の関心点は、最大吸気時相（ｔ１）の画像と、最大呼気時相（ｔ２）の画像それぞれに対して設定される。また、複数の関心点は、肺の壁輪郭上、結節部上、腫瘍上に設定される。これら関心点は、マウスポインタなどの入力機器を介して、表示した画像上に手動により設定しても良いが、好適には自動設定される。関心点決定部１１８は、最大吸気時相（ｔ１）の画像と最大呼気時相（ｔ２）の画像それぞれから、閾値処理、例えば領域成長処理(region growing)により肺領域を抽出する。抽出した肺領域の壁輪郭上に基準点から一定角度毎に関心点を設定する。
【００１８】
ベクトル処理部１１９は、最大吸気時相（ｔ１）の画像上の複数（Ｎ個）の関心点各々についてベクトルＶ→(t1,θ1)〜Ｖ→(t1,θN)を計算する。同様に、ベクトル処理部１１９は、最大呼気時相（ｔ２）の画像上の複数の関心点各々についてもベクトルＶ→(t2,θ1)〜Ｖ→(t2,θN)を計算する。さらにベクトル処理部１１９は、最大吸気時相（ｔ１）の画像上の複数の関心点についての複数のベクトルと、最大呼気時相（ｔ２）の画像上の複数の関心点についての複数のベクトルとの間で、同じ角度どうしでベクトル差分｜Ｖ→(t1,θm)−Ｖ→(t2,θm)｜を計算する。つまり、呼吸運動による各関心点の移動距離が、比較的固定的な基準点を基準として定量的に求められる。
【００１９】
肺機能指標計算部１２０は、計算された呼吸運動による複数の関心点各々の移動距離から、各時相ｔ１、ｔ２の肺体積の定量値、肺体積の変化率、その変化体積の定量値等の肺機能指標を計算する。表示処理部１１６は、計算された肺機能指標を画像とともに数値として又は画像の対応位置に指標値に応じた色相や輝度に対応付けて表示させるために必要な処理を行う。
【００２０】
図２には、本実施形態による動作手順を示している。まず、呼吸センサ１０７による被検体の呼吸による流量検出と並行して、少なくとも一呼吸周期にわたって、ダイナミックスキャニングにより肺野領域を繰り返しスキャンする（Ｓ１）。なお、ここでは、コーンビームによる３次元スキャンを同一位置で繰り返すいわゆる４次元スキャンとして説明するが、ファンビームによるいわゆる２次元スキャンを同一位置で繰り返すものであってもよい。図３には呼吸センサ１０７で検出した流量（Volume）の時間曲線を例示している。呼吸センサ１０７で検出した流量時間曲線のデータはタイムコードで投影データと関連付けられて記憶部１１２に記憶される。尚以下の処理では単純／造影スキャンのどちらでも解析は可能である。記憶された流量時間曲線から最大吸気時相（ｔ１）が特定位相決定部１１５により決定される（Ｓ２）。
【００２１】
次に基準点決定部１１７により、最大吸気時相（ｔ１）の画像上で基準点が設定される（Ｓ３）。基準点は典型的には気管支の第一分岐である。図４、図６に示すように、基準点決定部１１７により、最大吸気時相（ｔ１）の画像から閾値処理により気管支領域が抽出され（Ｓ３）、抽出された気管支領域が細線化処理にかけられる。これにより気管支が線で表現される。線で表現された気管支上の複数の分岐点が同定され、同定された複数の分岐点から第一分岐点が左右の肺ごとに基準点として特定される（Ｓ４）。なお、基準点は、表示した画像上に手動により設定されても良い（Ｓ３′）。
【００２２】
次に、最大吸気時相（ｔ１）の画像の肺野上に複数の関心点が関心点決定部１１８により自動的に設定され、また入力機器を介して手動により任意に設定される（Ｓ５）。その自動処理としては、閾値処理により肺領域が抽出され、抽出した肺領域の壁輪郭上に基準点から一定角度毎に関心点を設定され、また他の閾値を使った閾値処理により同定の比較的容易な結節部上、腫瘍上に設定される。
【００２３】
最大吸気時相（ｔ１）の画像上に設定された複数（Ｎ個）の関心点各々について、ベクトルＶ→(t1,θ1)〜Ｖ→(t1,θN)がベクトル処理部１１９により計算される（Ｓ６）。
【００２４】
最大呼気時相（ｔ２）の画像についても同様に処理される。記憶された流量時間曲線から最大呼気時相（ｔ２）が特定位相決定部１１５により決定される（Ｓ７）。次に図４、図７に示すように、基準点決定部１１７により最大呼気時相（ｔ２）の画像上で気管支領域が抽出され（Ｓ８）、抽出された気管支領域が細線化処理にかけられ、複数の分岐点が同定され、同定された複数の分岐点から第一分岐点が左右の肺ごとに基準点として特定される（Ｓ９）。基準点は、表示した画像上に手動により設定されても良い（Ｓ８′）。次に、最大呼気時相（ｔ２）の画像の肺野上に複数の関心点が自動／手動により関心点決定部１１８により設定される（Ｓ１０）。最大呼気時相（ｔ２）の画像上に設定された複数（Ｎ個）の関心点各々について、ベクトルＶ→(t2,θ1)〜Ｖ→(t2,θN)がベクトル処理部１１９により計算される（Ｓ１１）。
【００２５】
そしてベクトル処理部１１９では、最大吸気時相（ｔ１）の画像上の複数の関心点についての複数のベクトルと、最大呼気時相（ｔ２）の画像上の複数の関心点についての複数のベクトルとの間で、図５、図８に示すように同じ角度どうしでベクトル差分｜Ｖ→(t1,θm)−Ｖ→(t2,θm)｜を計算する（Ｓ１２）。これにより呼吸運動による各関心点の移動距離が、比較的固定的な基準点を基準として定量的に求められ得る。最後に、肺機能指標計算部１２０により、計算された呼吸運動による複数の関心点各々の移動距離から、各時相ｔ１、ｔ２の肺体積の定量値、肺体積の変化率、その変化体積の定量値等の肺機能指標が計算され（Ｓ１２）、表示処理部１１６により計算された肺機能指標が画像とともに数値として又は画像の対応位置に指標値に応じた色相や輝度に対応付けられて表示される（Ｓ１３）。
【００２６】
本実施形態により、複数位相のデータを用いた肺機能解析を定量的に行う事が可能になり、表示部分においても、それらの結果が容易に視認できるようになると考えられる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態によるＸ線コンピュータ断層撮影装置の校正を示す図。
【図２】本実施形態による動作手順を示す流れ図。
【図３】図２のステップＳ２の補足説明図。
【図４】図２のステップＳ４、Ｓ５、Ｓ６の補足説明図。
【図５】図２のステップＳ１２の補足説明図。
【図６】３次元画像を対象としたときの図２のステップＳ４、Ｓ５、Ｓ６の補足説明図。
【図７】３次元画像を対象としたときの図２のステップＳ４、Ｓ５、Ｓ６の補足説明図。
【図８】図２のステップＳ１３の補足説明図。
【符号の説明】
【００２９】
１０１…Ｘ線管、１０２…回転フレーム、１０３…Ｘ線検出器、１０７…呼吸センサ、１１２…投影データ／画像データ記憶部、１１４…再構成部、１１５…特定位相決定部、１１６…表示処理部、１１７…基準点決定部、１１８…関心点決定部、１１９…ベクトル処理部、１２０…肺機能指標計算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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