(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の部位の周期運動に同期させてＸ線の投影データを処理するＣＴ画像処理装置であって、
同期をとろうとする被検体の部位を追跡するように、各撮影角度について同期用ＲＯＩの特定情報を算出するＲＯＩ算出部を備えることを特徴とするＣＴ画像処理装置。
【請求項２】
前記ＲＯＩ算出部は、複数の撮影角度の透視データに対して設定された同期用ＲＯＩに基づいて、他の撮影角度の投影データに対して同期用ＲＯＩの特定情報を算出することを特徴とする請求項１記載のＣＴ画像処理装置。
【請求項３】
前記ＲＯＩ算出部は、投影データ上のＸ線照射の回転中心の位置を参照して、前記同期用ＲＯＩの位置および形状を算出することを特徴とする請求項２記載のＣＴ画像処理装置。
【請求項４】
前記ＲＯＩ算出部は、互いのなす角度が９０°の２つの撮影角度の投影データに対してそれぞれ設定された同期用ＲＯＩに基づいて、他の撮影角度の投影データの同期用ＲＯＩを算出していることを特徴とする請求項２または請求項３記載のＣＴ画像処理装置。
【請求項５】
撮影角度と前記同期用ＲＯＩの特徴量との関係に基づいて、所定の呼吸拍の位相区分に各投影データを分類する呼吸同期処理部を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＣＴ画像処理装置。
【請求項６】
前記呼吸同期処理部は、前記同期用ＲＯＩの特徴量を撮影角度で微分し、微分値を用いた所定のしきい値を基準に投影データを分類し抽出することを特徴とする請求項５記載のＣＴ画像処理装置。
【請求項７】
前記所定の呼吸拍の位相区分に分類された投影データを、その撮影角度と前記同期用ＲＯＩの特徴量との関係に基づいて、所定の心拍の位相区分に分類し抽出する心拍同期処理部を更に備えることを特徴とする請求項５または請求項６記載のＣＴ画像処理装置。
【請求項８】
前記心拍同期処理部は、前記所定の呼吸拍の位相区分に分類された投影データについて、撮影角度に対する前記同期用ＲＯＩの特徴量の移動平均値を算出し、前記移動平均値を基準に投影データを分類し抽出することを特徴とする請求項７記載のＣＴ画像処理装置。
【請求項９】
前記所定の呼吸拍または心拍の位相区分に分類された投影データでＣＴ画像データを再構成する画像再構成部を更に備えることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれかに記載のＣＴ画像処理装置。
【請求項１０】
前記画像再構成部は、前記投影データの分類により欠落した投影データをその撮影角度付近の投影データで補間して、ＣＴ画像を再構成することを特徴とする請求項９記載のＣＴ画像処理装置。
【請求項１１】
前記画像再構成部は、撮影角度の近い複数のデータについて平均化された投影データを、平均化された撮影角度に対する投影データとしてＣＴ画像データの再構成に使用することを特徴とする請求項１０記載のＣＴ画像処理装置。
【請求項１２】
撮影時に、複数の撮影角度の投影データに対して設定された前記同期用ＲＯＩを投影データに対応付けて記憶させるＲＯＩ設定部を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載のＣＴ画像処理装置。
【請求項１３】
コンピュータを用いて、被検体の部位の周期運動に同期させてＸ線の投影データを処理するＣＴ画像処理方法であって、
前記コンピュータが動作することで、同期をとろうとする被検体の部位を追跡するように、各撮影角度について同期用ＲＯＩの特定情報を算出するステップを実行することを特徴とするＣＴ画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の部位の周期運動に同期させてＸ線ＣＴ装置にて撮影し、得られた投影データを画像再構成処理するＣＴ画像処理装置およびＣＴ画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マウス、ラット等の動物の体内の観察にはＸ線ＣＴ撮影が有効である。しかし、動物は人の様にオペレータの指示に従いＣＴ撮影中に息止めをすることができない。また、生体撮影では心臓を止めることはできない。そのため、心臓、肺および周辺の肝臓等の臓器の画像は心拍や呼吸の影響でブレてしまい精細な部位の観察や検査に適さなかった。
【０００３】
このような背景から、呼吸拍同期撮影が可能なＸ線ＣＴ装置が開発されている。たとえば、特許文献１、２記載の装置は、被検体の周期的運動部位の領域を含むように関心領域を設定し、関心領域内にわたり積算して得られる特徴量を被検体の周期的運動の同期信号として算出している。そして、周期的運動の同期信号を用いて位相をずらしてガントリの回転を制御しＸ線ＣＴ撮影をし、複数回の回転で撮影したデータにより補間処理を行っている。
【０００４】
また、非特許文献１記載の制御装置は、圧力センサーをサンプル胸部近傍に置くことで呼吸拍を得る一方で、サンプルの両肩および足部に電極を穿刺しＥＣＧ測定を行い、心拍信号を得ている。そして、呼吸拍に対し位相をずらしながら数回のＣＴ撮影を行い、同位相のＣＴ角度データを選び１つのＣＴデータにまとめ、同期ＣＴデータの画像再構成を行っている。
【０００５】
一方、Ｘ線ＣＴ撮影装置には、撮影画像内に設定された領域に基づき、撮影角度に応じて領域の位置を計算するものがある。特許文献３に記載のＸ線血管造影装置は、検査部位および撮影角度に対してゲートエリアを記憶させておき、撮影画像一枚毎にその検査部位および撮影角度に対応して記憶しているゲートエリアを設定する。その際に、近傍の角度に対して登録されているゲートエリア情報から設定された撮影角度に対するゲートエリア情報を作成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２２８８２８号公報
【特許文献２】特開２００８−２２８８２９号公報
【特許文献３】特開２００６−３４６２６３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Dinkel et al, Intrinsic Gating for Small-Animal Computed Tomography A Robust ECG-Less Paradigm for Deriving Cardiac Phase Information and Functional Imaging, Journal OF THE American Heart Association, USA, American Heart Association, Circ Cardiovasc Imaging 2008;1;235-243
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、特許文献１、２記載の装置は、位相をずらしてガントリの回転を制御しＸ線ＣＴ撮影をすることで呼吸拍による画像のブレを防止している。しかしながら、このような同期算出装置では、部位の周期的運動に合せてガントリを機械的に制御する必要がある。また、小動物は心拍が速く、実質的にその影響を排除するのは困難である。また、非特許文献１記載の制御装置は、心拍の影響を排除できるが、オペレータの作業負担が大きく、電極の穿刺を伴うことからオペレータの安全性を確保できない。また、被検体に負担がかかる。撮影時間は長くなりやすく、心拍の影響を受ける部位についての画質は十分とはいえない。そして、電極の穿刺によりアーチファクト（偽像）が生じやすい。また、ＥＣＧは高価である。
【０００９】
特許文献３記載のＸ線血管造影装置は、近傍の角度のゲートエリア情報から設定された撮影角度のゲートエリア情報を作成するが、その目的は、領域内の画像のコントラストを維持することであり、部位の周期的運動の影響を排除することとは大きく異なる。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ＣＴ撮影により得られた投影データから同期信号を抽出し、簡易な同期処理で、同期したＣＴ画像を得ることができるＣＴ画像処理装置およびＣＴ画像処理方法を提供することを目的とする。なお、透視データとは、所定の回転角度で被検体を透過して検出されたＸ線のデータをいい、透視画像とは、透視データを透視像として表示した画像をいう。また、投影データとは、回転撮影により被検体を透過して検出器で測定されたＸ線のデータをいい、ＣＴ画像データとは、投影データを用いて再構成された画像データをいう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）上記の目的を達成するため、本発明に係るＣＴ画像処理装置は、被検体の部位の周期運動に同期させてＸ線の投影データを処理するＣＴ画像処理装置であって、同期をとろうとする被検体の部位を追跡するように、各撮影角度について同期用ＲＯＩの特定情報を算出するＲＯＩ算出部を備えることを特徴としている。
【００１２】
これにより、強い同期信号を得て呼吸拍や心拍が十分に表れた特徴量を測定でき、投影データを用いて簡易な同期処理が可能になる。そして、ＥＣＧや呼吸計測器などの心拍や呼吸拍を得るための専用の装置を必要とせず、容易にかつ低コストで投影データのＲＯＩ信号から心拍信号および呼吸拍信号を得ることができる。その結果、心拍による画像のブレを排除でき、画質が各段に向上する。たとえば、拡張期と収縮期の両方の心臓同期画像を得ることができ、心機能検査に利用できる。そして、心臓、肺、肝臓およびその周辺の機器の診断が確実に向上する。
【００１３】
また、針の穿刺が不要となり心拍同期撮影、呼吸同期撮影の作業性を改善できる。ＥＣＧ電極を用いないで同期信号を得るので、穿刺での事故を無くすことができる。このように、オペレータの作業安全性を確保でき、被検体の負担を軽減することができる。そして、穿刺した電極によるアーチファクトの発生を防止できる。
【００１４】
（２）また、本発明に係るＣＴ画像処理装置は、前記ＲＯＩ算出部が、複数の撮影角度の投影データに対して設定された同期用ＲＯＩに基づいて、他の撮影角度の投影データに対して同期用ＲＯＩの特定情報を算出することを特徴としている。これにより、対象となる被検体の部位を追跡するように、各撮影角度について同期用ＲＯＩを特定できる。
【００１５】
（３）また、本発明に係るＣＴ画像処理装置は、前記ＲＯＩ算出部が、投影データ上のＸ線照射の回転中心の位置を参照して、前記同期用ＲＯＩの位置および形状を算出することを特徴としている。これにより、同期をとろうとする対象部位を追跡するように各撮影角度で同期用ＲＯＩを設定でき、確実に部位の周期運動に同期させて処理できる。
【００１６】
（４）また、本発明に係るＣＴ画像処理装置は、前記ＲＯＩ算出部が、互いのなす角度が９０°の２つの撮影角度の投影データに対してそれぞれ設定された同期用ＲＯＩに基づいて、他の撮影角度の投影データの同期用ＲＯＩを算出していることを特徴としている。これにより、他の角度の同期用ＲＯＩを算出する際には、同期信号を見落とすことを低減できる。なお、同期用ＲＯＩは、互いのなす角度が９０°であることが好ましいが、６０°以上１２０°以下の２つの撮影角度の投影データに対してそれぞれ設定されていてもよい。
【００１７】
（５）また、本発明に係るＣＴ画像処理装置は、撮影角度と前記同期用ＲＯＩの特徴量との関係に基づいて、所定の呼吸拍の位相区分に各投影データを分類する呼吸同期処理部を更に備えることを特徴としている。これにより、たとえば、呼吸拍の拡張期以外の区分に投影データを分類できる。
【００１８】
（６）また、本発明に係るＣＴ画像処理装置は、前記呼吸同期処理部が、前記同期用ＲＯＩの特徴量を撮影角度で微分し、微分値を用いた所定のしきい値を基準に投影データを分類し抽出することを特徴としている。これにより、呼吸拍の拡張期のデータと収縮期のデータとを明確に分けることができる。心拍に対して呼吸拍の方が急峻なので、心拍による影響を受けることもない。
【００１９】
（７）また、本発明に係るＣＴ画像処理装置は、前記所定の呼吸拍の位相区分に分類された投影データを、その撮影角度と前記同期用ＲＯＩの特徴量との関係に基づいて、所定の心拍の位相区分に分類する心拍同期処理部を更に備えることを特徴としている。これにより、たとえば、分類されたデータをさらに心拍の拡張期の区分に分類し抽出することができる。
【００２０】
（８）また、本発明に係るＣＴ画像処理装置は、前記心拍同期処理部が、前記所定の呼吸拍の位相区分に分類された投影データについて、撮影角度に対する前記同期用ＲＯＩの特徴量の移動平均値を算出し、前記移動平均値を基準に投影データを分類し抽出することを特徴としている。このように移動平均値を基準にすることで、心拍の拡張期のデータと収縮期のデータとを分けることができる。移動平均はたとえば４値のものを用いる。
【００２１】
（９）また、本発明に係るＣＴ画像処理装置は、前記所定の呼吸拍または心拍の位相区分に分類された投影データでＣＴ画像データを再構成する画像再構成部を更に備えることを特徴としている。これにより、特定の呼吸拍の位相区分および心拍の位相区分に分類された投影データを用いて、周期的に運動する部位についても鮮明なＣＴ画像データを得ることができる。
【００２２】
（１０）また、本発明に係るＣＴ画像処理装置は、前記画像再構成部が、前記投影データの分類により欠落した投影データをその撮影角度付近の投影データで補間して、ＣＴ画像を再構成することを特徴としている。これにより、投影データ不足により発生するアーチファクトを削減することができる。
【００２３】
（１１）また、本発明に係るＣＴ画像処理装置は、前記画像再構成部が、撮影角度の近い複数のデータについて平均化された投影データを、平均化された撮影角度に対する投影データとしてＣＴ画像データの再構成に使用することを特徴としている。これにより、高速なＣＴ画像再構成演算処理を実行することができる。
【００２４】
（１２）また、本発明に係るＣＴ画像処理装置は、撮影時に、複数の撮影角度の投影データに対して設定された前記同期用ＲＯＩを投影データに対応付けて記憶させるＲＯＩ設定部を更に備えることを特徴としている。このように複数の撮影角度で同期用ＲＯＩを設定できるため、設定された同期用ＲＯＩを用いてその他の角度の同期用ＲＯＩを算出することができる。
【００２５】
（１３）また、本発明に係るＣＴ画像処理方法は、コンピュータを用いて、被検体の部位の周期運動に同期させてＸ線の投影データを処理するＣＴ画像処理方法であって、同期をとろうとする被検体の部位を追跡するように、各撮影角度について同期用ＲＯＩの特定情報を算出するステップを実行することを特徴としている。
【００２６】
これにより、投影データを用いて簡易な同期処理が可能になる。ＥＣＧや呼吸計測器などの心拍や呼吸拍を得るための専用の装置を必要とせず、投影データのＲＯＩ信号から心拍信号および呼吸拍信号を得ることができる。その結果、心拍による画像のブレを排除でき、画質が各段に向上する。そして、拡張期と収縮期の両方の心臓同期画像を得ることができ、心機能検査に利用できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、複数の撮影角度で設定された同期用ＲＯＩを基に、他の撮影角度でも同期用ＲＯＩを設定できる。その結果、投影データを用いて細かく同期信号をとることができ、簡易な同期処理を可能にし、オペレータの負担を軽減できる。そして、心臓、肺、肝臓およびその周辺の機器の診断が確実に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るＸ線ＣＴ装置を示す概略図である。
【図２】本発明に係るＸ線ＣＴ装置を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るＸ線ＣＴ装置の使用手順および動作を示すフローチャートである。
【図４】同期用ＲＯＩの設定画面を示す図である。
【図５】同期処理表示画面を示す図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）それぞれ撮影角度０°および９０°における透視画像と同期用ＲＯＩの位置を示す図である。
【図７】撮影角度に対する同期用ＲＯＩの特徴量を示すグラフである。
【図８】（ａ）、（ｂ）いずれも撮影部の側面透視図である。
【図９】撮影角度に対する同期用ＲＯＩの変化を示すサイノグラム画像を示す図である。
【図１０】（ａ）撮影角度０°から３６０°までの同期用ＲＯＩの特徴量を示すグラフ、（ｂ）そのグラフの一部を用いて処理手順を示した図である。
【図１１】撮影角度に対する同期用ＲＯＩの特徴量、特徴量の撮影角度についての微分値、補間後の特徴量を示すグラフである。
【図１２】（ａ）呼吸同期処理を行わなかったときのマウスの胴体の断面画像を示す図、（ｂ）呼吸同期処理を行ったときのマウスの胴体の断面画像を示す図である。
【図１３】心拍同期処理の手順を示すための特徴量のグラフである。
【図１４】心拍同期処理なしの画像例を示す図である。
【図１５】心拍同期処理により心臓の拡張期の投影データを特定し、画像再構成により得られたＣＴ画像例を示す図である。
【図１６】心拍同期処理により心臓の収縮期の投影データを特定し、画像再構成により得られたＣＴ画像例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００３０】
（Ｘ線ＣＴ装置の構成）
図１は、Ｘ線ＣＴ装置１の概略図である。図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、撮影部２、画像リコンＰＣ５（ＣＴ画像処理装置）、入力部６、表示部８を備えている。撮影部２は、ガントリ制御ユニット１１、ガントリ１２を有し、保持した被検体に対してガントリ１２を回転させてＸ線ＣＴ撮影を行う。撮影部２は、算出されたＣＴ撮影開始のタイミングでＣＴ撮影を行い、被検体の投影データを撮影する。撮影したＣＴデータは、画像リコンＰＣ５に送信される。また、撮影部２は呼吸同期させたＣＴ撮影を行い、被検体の投影データを撮影することが可能である。
【００３１】
ガントリ１２は、所定の回転角度で被検体の透視データを得たり、回転撮影により投影データを得たりするために、被検体の周囲を回転できるように設けられている。ガントリ１２は、回転アーム１５、Ｘ線管１６、検出器１７およびアーム回転モータ１８を備えている。回転アーム１５には、Ｘ線管１６および検出器１７が固定されている。回転アーム１５は、Ｘ線管１６と検出器１７との間の点を中心として回転可能にガントリ１２内に設置されている。
【００３２】
Ｘ線管１６は、Ｘ線を発生させ検出器１７に向けて照射する。検出器１７は、Ｘ線を受光する受光面を有し、パネル状に形成されている。Ｘ線は、Ｘ線管１６から照射され被検体を透過して検出器１７で検出される。アーム回転モータ１８は、回転アーム１５を回転させることで、ガントリ１２全体を回転させる。アーム回転モータ１８は、ＣＴ撮影時に設定された速度でガントリ１２を回転させることが可能である。また、撮影終了後には、元の位置までガントリ１２を逆に回転させることができる。なお、上記ではＸ線ＣＴ装置１をアームタイプの装置として説明しているが、本発明の適用は必ずしもこのタイプに限定されない。
【００３３】
Ｘ線ＣＴ装置１は、高速な検出器１７を用い高速に多量のデータを収集でき、撮影時間を短縮できる。また、高速なデータ収集により体動の影響を低減できる。フレームレートは３０ｆｐｓ以上であることが好ましく、１００ｆｐｓ以上であると更に好ましい。フレームレートを３０ｆｐｓ以上とすることで、マウスのような小動物の心拍の拡張期と収縮期とが同一フレームで撮影されるのを防止できる。また、合計で３６００〜１４４００フレームの投影データを得ておくことが好ましい。ただし、同期処理は、特別なハードウェアは必要とせず、ソフトウェアのみで行える。
【００３４】
画像リコンＰＣ５（ＣＴ画像処理装置）は、撮影された投影データを取得し、投影データをもとに呼吸または心拍の同期信号として特徴量を算出する。そして、その呼吸同期信号を用いて３次元ＣＴ画像データの再構成を行う。また、画像リコンＰＣ５は、撮影部２に撮影条件等を送信し、撮影部２の動作を制御する機能も有している。キーボードやマウス等の入力部６はユーザからの入力を受けて画像リコンＰＣ５に入力信号を伝える。
【００３５】
ディスプレイ等の表示部８は、透視画像や得られた同期信号の表示を行う。また、ＣＴ撮影中に投影データを表示し、画像再構成後にＣＴ画像データを表示する。ガントリ制御ユニット１１は画像リコンＰＣ５からの指示を受けて、指示された速度でガントリ１２の回転を制御し、Ｘ線管１６および検出器１７によるＣＴ撮影を制御する。
【００３６】
（画像リコンＰＣの構成）
次に、画像処理の機能をさらに詳細に説明する。図２は、Ｘ線ＣＴ装置１のブロック図である。図２に示すように、画像リコンＰＣ５は、キーボード、マウス等の入力部６からユーザの入力を受ける。一方で、画像リコンＰＣ５は、ディスプレイ等の表示部８には透視画像や入力画面等を表示する。撮影の際には、画像リコンＰＣ５は、ユーザから入力された制御情報を撮影部２に送信する。
【００３７】
また、画像リコンＰＣ５は、データ取得部３１、記憶部３２、輝度値算出部３４（特徴量算出部）、ＲＯＩ設定部３５、ＲＯＩ算出部３６、呼吸同期処理部３７、心拍同期処理部３８、画像再構成部３９を備えており、被検体の部位の周期運動に同期させて投影データを処理する。各部は、制御バスＬにより情報を送受できる。なお、画像リコンＰＣ５は、実質的にはＣＰＵおよびメモリまたはハードディスク等により構成されている。
【００３８】
データ取得部３１は、被検体の透視データや投影データを撮影部２から取得する。記憶部３２は、取得された被検体の投影データを記憶する。また、記憶部３２は、輝度値算出部３４が算出した輝度値を記憶する。
【００３９】
輝度値算出部３４は、取得された投影データに設定された同期用ＲＯＩ（Region of Interest；関心領域）内にわたり輝度値を積算して、その同期用ＲＯＩのピクセル数で除する。これにより、呼吸同期信号として輝度値の平均値（特徴量）を算出することができる。なお、特徴量は、必ずしも輝度値である必要はなく、一定領域の積算値に対応する値であればよい。なお、同期用ＲＯＩの計算は、データ収集中または収集後に行う。なお、同期用ＲＯＩは、観察のためのＲＯＩとは用途が異なり、周期的運動の強い信号を把握するためのものである。
【００４０】
ＲＯＩ設定部３５は、透視時に、複数の角度の透視データに対して設定された同期用ＲＯＩを投影角度に対応付けて記憶させる。同期用ＲＯＩの設定は、ユーザが入力部６から入力することで行う。複数の撮影角度は、互いのなす角度が６０°以上１２０°以下の２つの撮影角度であることが好ましく、互いに直交する２つの角度であることがなお好ましい。これにより、他の角度の同期用ＲＯＩを算出する際には、設定誤差を低減できる。なお、３つ以上の撮影角度で同期用ＲＯＩを設定してもよい。
【００４１】
このとき、画像リコンＰＣ５は、設定のための同期用ＲＯＩを表示させるとともに、設定のための同期用ＲＯＩ内のＸ線の特徴量をリアルタイムに表示させることが好ましい。たとえば、ユーザは特徴量のグラフの表示を確認し、強い信号が得られているか否かで同期用ＲＯＩの設定が適切かを判断できる。
【００４２】
このように、画像リコンＰＣ５は、複数の撮影角度で設定された同期用ＲＯＩを基に、他の撮影角度でも同期用ＲＯＩを設定できる。その結果、呼吸拍および心拍を十分に表した特徴量を測定することができ、投影データを用いて簡易な同期処理が可能になる。ＥＣＧや呼吸計測器等の心拍や呼吸拍を検知する専用の装置が不要となり、投影データの同期用ＲＯＩから心拍信号および呼吸拍信号を得られる。そして、心拍による画像のブレを排除でき、画質が各段に向上する。また、拡張期と収縮期の両方の心臓同期画像を得ることができ、心機能検査に利用できる。
【００４３】
また、ＥＣＧ測定を伴わないため、針の穿刺が不要となり心拍同期撮影、呼吸同期撮影の作業性が改善し、穿刺での事故が生じることはない。このように、オペレータの作業安全性を確保できるとともに、被検体の負担を軽減できる。
【００４４】
ＲＯＩ算出部３６は、複数の撮影角度の透視データに対して設定された同期用ＲＯＩに基づいて、他の撮影角度の投影データに対して同期用ＲＯＩの特定情報を算出する。このようにして、同期用ＲＯＩの設定のあった角度以外の角度について同期用ＲＯＩを補間し、同期をとろうとする部位を追跡するように同期用ＲＯＩを特定することができる。
【００４５】
心臓は、被検体から見て正面の左の奥側に位置し、被検体をステージに載せて回転撮影する際には楕円状に移動することになる。したがって、固定されたＲＯＩでは、心臓の同期信号を十分に捕捉することができない。しかし、上記の同期用ＲＯＩの算出処理により、この移動に応じて追跡することができる。このようにして、心拍について強い同期信号を検知することができる。なお、算出の際には、投影データ上のＸ線照射の回転中心の位置を参照して、同期用ＲＯＩの位置および形状をその特定情報として算出する。同期用ＲＯＩを補間する処理の詳細は後述する。
【００４６】
呼吸同期処理部３７は、撮影角度と同期用ＲＯＩの特徴量との関係に基づいて、所定の呼吸拍の位相区分に各投影データを分類し抽出する。所定の呼吸拍の位相区分とは、たとえば、肺の収縮期、拡張期である。具体的には、同期用ＲＯＩの特徴量を撮影角度で微分し、所定のしきい値を基準に投影データを分類し抽出する。呼吸拍により生じる横隔膜の運動は心拍と比較して大きな振幅で急峻な変化として特徴量に表れるため、肺の拡張期と収縮期とで微分値が大きく異なる。これを利用して肺の拡張期と収縮期とでデータを分けることができる。
【００４７】
このようにして、呼吸拍の位相区分および心拍の位相区分に投影データを分類し抽出することができる。たとえば、肺の拡張期以外の区分に投影データを分類し、分類されたデータをさらに心拍の拡張期の区分に分類することができる。なお、心拍に対して呼吸拍の方が急峻なので、心拍による影響を受けることはほとんどない。
【００４８】
心拍同期処理部３８は、呼吸同期処理部３７において所定の呼吸拍の位相区分に分類された投影データを、その撮影角度と同期用ＲＯＩの特徴量との関係に基づいて、所定の心拍の位相区分に分類する。所定の心拍の位相区分とは、たとえば心臓の拡張期と収縮期である。分類の処理は、撮影角度に対する同期用ＲＯＩの特徴量の移動平均値を算出し、移動平均値を基準に投影データを分類することが好ましい。このように移動平均値を基準にすることで、心拍の拡張期のデータと収縮期のデータとを分けることができる。移動平均はたとえば４値を用いて行なう。
【００４９】
画像再構成部３９は、所定の呼吸拍または心拍の位相区分に分類された投影データで３次元ＣＴ画像データを再構成する。これにより、特定の呼吸拍の位相区分および心拍の位相区分に分類された投影データを用いて、周期的に運動する部位についても鮮明なＣＴ再構成画像を得ることができる。画像再構成部３９は、同期処理がなされたガントリの１回転分のデータで、必要な投影データを抽出しＣＴ画像データを再構成する。その結果、アーチファクトが無く、ブレの少ないＣＴ画像データを得ることができる。
【００５０】
再構成処理の際には、投影データの分類により欠落した投影データをその撮影角度付近の投影データで補間して、ＣＴ画像データを再構成することが好ましい。これにより、効率良く鮮明なＣＴ画像データを得ることができる。たとえば、撮影角度の近い複数のデータについて平均化された投影データを、平均化された撮影角度に対する投影データとしてＣＴ画像データの再構成に使用する。なお、再構成時には、１０００フレーム程度の投影データに基づいて再構成を行うことが好ましい。計算対象となる投影データが多すぎると、計算の処理負担が大きくなるためである。その場合には、たとえば１６の投影データに対して、１つの使用可能な投影データを用いてＣＴ画像データを再構成する。
【００５１】
（使用手順および装置動作）
次に、このように構成されているＸ線ＣＴ装置１の使用手順および装置の動作の一例を説明する。図３は、Ｘ線ＣＴ装置１の使用手順および動作を示すフローチャートである。
【００５２】
まず、ユーザは、マウス、ラット等の被検体を撮影部２が備えるベッドに設置する（ステップＳ１）。そして、事前撮影により被検体にＸ線を照射し、透視データを取得する。事前撮影は５秒程度のもので十分であり、ガントリは回転させない。このとき、即時処理を行い、呼吸同期信号を算出してグラフを表示する。得られた透視データの心臓部位を示す領域に、同期用ＲＯＩを設定する（ステップＳ２）。この際に、Ｘ線ＣＴ装置１は、ユーザから同期用ＲＯＩを特定する位置、形状の情報を受け付ける。たとえば、マウスによりドラッグアンドドロップの操作をして対角線を設定することで長方形の同期用ＲＯＩを設定可能にする。ユーザは、横隔膜より頭部側で心臓の対向する側壁を含むように同期用ＲＯＩを設定するのが好ましい。なお、同期用ＲＯＩの形状は必ずしも長方形である必要はない。
【００５３】
次いで、ステップＳ２で同期用ＲＯＩを設定した撮影角度に直交する角度でＸ線照射を行い、得られた投影データの心臓部位に同期用ＲＯＩを設定する（ステップＳ３）。そして、被検体のＸ線ＣＴ撮影を行い、投影データを取得し、撮影された投影データに対し、同期用ＲＯＩが設定された撮影角度以外の角度について同期用ＲＯＩの位置およびサイズを算出する（ステップＳ４）。すなわち、Ｘ線ＣＴ装置１は、ユーザからの撮影開始の入力を受けてガントリを回転させ、撮影を開始し、トリガ信号に応じて被検体の投影データを撮影し、各投影データについて同期用ＲＯＩの位置およびサイズを算出して記憶する。
【００５４】
そして、Ｘ線ＣＴ装置１は、カウント値（輝度値）の同期用ＲＯＩ内での平均値を算出する（ステップＳ５）。カウント値の平均値は、ＲＯＩ内でカウント値を積算し、ピクセル数で割ることにより、算出することができる。このようにして得られた各撮影角度の投影データについて、同期用ＲＯＩの特徴量の撮影角度による微分値を求め、肺の収縮期の投影データを特定する（ステップＳ６）。
【００５５】
次に、ユーザは、呼吸同期画像が得られれば十分か、心拍同期画像まで得たいかを判断し、指示を入力する（ステップＳ７）。Ｘ線ＣＴ装置１は、呼吸同期画像で十分という指示を受けたときには、呼吸同期により肺の収縮期に分類された投影データを３次元ＣＴ画像データの再構成のために特定し（ステップＳ８）、処理を終了する。
【００５６】
一方、心拍同期画像まで得たい指示を受けた場合には、Ｘ線ＣＴ装置１は、肺の収縮期のデータとして特定された投影データについて移動平均を求める（ステップＳ９）。そして、ユーザは、心臓の拡張期または収縮期のいずれを取得したいかを指定し、Ｘ線ＣＴ装置１は、指定に応じて、取得するのは心臓の拡張期のデータか収縮期のデータかを判定する（ステップＳ１０）。
【００５７】
心臓の拡張期のデータを用いる場合には、同期用ＲＯＩの特徴量が移動平均値より大きい撮影角度の投影データでＣＴ画像を再構成する（ステップＳ１１）。また、心臓の収縮期のデータを用いる場合には、同期用ＲＯＩの特徴量が移動平均値より小さい撮影角度の投影データを特定する（ステップＳ１２）。最後に特定された撮影角度の投影データでＣＴ画像を再構成して（ステップＳ１３）、処理を終了する。
【００５８】
（同期用ＲＯＩの設定）
次に、同期用ＲＯＩの設定手順の詳細を説明する。図４は、同期用ＲＯＩの設定画面を示す図である。図４に示すように、表示部８には、透視画像画面５１、グラフ表示画面５２、コントロールパネル６１が表示される。透視画像画面５１には、透視画像および同期用ＲＯＩ２００の位置および大きさが表示される。グラフ表示画面５２には、特徴量のグラフ５５、撮影角度０°における同期用ＲＯＩ決定ボタン５６、撮影角度９０°における同期用ＲＯＩ決定ボタン５７が表示されている。
【００５９】
特徴量のグラフ５５では、回転による緩やかな波形上に長周期で生じている大きなピークと、大きなピーク間に短周期で生じている小さなピークを観測できる。大きなピークは、呼吸拍における肺の拡張期を表わしており、小さなピークは心拍における心臓の拡張期を表わしている。呼吸拍のピークは、心拍のピークの１０倍程度大きく、急峻に変化する。ユーザは、特徴量のグラフ５５を観察しつつ、呼吸拍だけでなく心拍の信号も十分に大きく捉えられる位置および大きさで同期用ＲＯＩ２００を設定する。
【００６０】
コントロールパネル６１には、呼吸同期処理の選択ボタン６３、心拍同期処理の選択ボタン６２、透視開始ボタン６５、ＣＴ撮影開始ボタン６４が表示されており、ユーザはこれらのＧＵＩを操作して撮影や処理を指示可能になっている。
【００６１】
同期用ＲＯＩを設定する場合には、まず、透視画像撮影を開始する。そして、０°の撮影角度で、同期用ＲＯＩの枠を移動、調整し、同期用ＲＯＩ決定ボタン５６で同期用ＲＯＩ２００を決定する。同様に、９０°の撮影角度で、同期用ＲＯＩ２００の枠を移動、調整し、同期用ＲＯＩ決定ボタン５７で同期用ＲＯＩを決定する。そして、透視画像撮影を終了し、ＣＴ撮影ボタンを押すと、画像リコンＰＣ５は、ＣＴ撮影を開始し、投影データと同期用ＲＯＩの値を取得する。次に自動で同期処理ソフトを起動し、同期により分類された投影データを抽出する。図５は、同期処理表示画面を示す図である。画面上のＰｒｏｇｒｅｓｓ表示が１００％まで進行すると、画像再構成処理に移行する。
【００６２】
図６（ａ）（ｂ）は、それぞれ撮影角度０°および９０°における投影データと同期用ＲＯＩ２００の位置を示す図である。このように同期用ＲＯＩ２００は、撮影角度に応じて投影データ上の位置や形状が異なる。これにより、周期的運動を行う部位を追跡するように同期用ＲＯＩ２００を算出し、同期用ＲＯＩ内の特徴量で確実に心拍を捉えることができる。
【００６３】
（同期用ＲＯＩ設定の検証）
撮影角度に応じて同期用ＲＯＩの位置や大きさを変えない場合と複数角度での設定に応じて変える場合について特徴量を比較した。図７は、撮影角度に対する同期用ＲＯＩの特徴量を示すグラフである。図７において、撮影角度に応じて同期用ＲＯＩの位置や大きさを変えない場合のグラフ７５では、呼吸拍信号は十分に処理可能な程度の大きさを検知できたが、心拍信号は小さく十分とはいえなかった。一方、複数角度での設定に応じて同期用ＲＯＩを変える場合のグラフ７６では、呼吸拍信号も心拍信号も十分に処理可能な大きさで検知できた。このように同期用ＲＯＩは、投影データ上の一定位置に固定するより、撮影角度に応じて同期をとろうとする部位の動きに合わせて追跡する方が十分な呼吸拍や心拍をとれることが実証された。
【００６４】
（同期用ＲＯＩの補間の算出原理）
次に、同期用ＲＯＩの算出の原理を説明する。図８（ａ）、（ｂ）は、撮影部の側面透視図である。図８に示すように、まず、０°および９０°の各撮影角度において同期用ＲＯＩ２００が設定されることで、０°および９０°の各撮影角度のそれぞれの同期用ＲＯＩ２００の中心位置を求めることができる。回転中心Ｃは既知であるため、各撮影角度における回転中心Ｃと同期用ＲＯＩ２００の中心位置との距離を求めることができる。０°および９０°の各撮影角度における回転中心Ｃと同期用ＲＯＩの中心位置との距離をそれぞれ底辺長さｂ、対辺長さａとすると、三平方の定理によりθ＝ａｔａｎ（ａ／ｂ）を用いて、同期用ＲＯＩの中心位置の角度θを求めることができる。また、同様に斜辺長さｈもｈ＝O（ａ２＋ｂ２）により求めることができる。
【００６５】
そして、現在フレーム数／総フレーム数から現在フレームの撮影角度を算出でき、この現在フレームの撮影角度を任意角度とすれば、ｘ＝ｈ・ｃｏｓ（θ＋任意角度）により、同期用ＲＯＩの中心の０°方向座標ｘを求めることができる。また、ｙ＝ｈ・ｓｉｎ（θ＋任意角度）により、同期用ＲＯＩ２００の中心の９０°方向座標ｙを求めることができる。このようにして、中心の０°方向座標ｘおよび９０°方向座標ｙから同期用ＲＯＩ２００の枠を算出する。このようにして、中心の位置座標（ｘ，ｙ）に０°および９０°の各撮影角度において設定された同期用ＲＯＩ２００の形状から任意角度における同期用ＲＯＩの位置および形状を算出することができる。たとえば、図８（ｂ）に示すような１８０°、２７０°の撮影角度における同期用ＲＯＩ２００の位置および形状を算出できる。
【００６６】
なお、同期用ＲＯＩの設定なしに、周期的運動をする部位を自動認識させてガントリの撮影角度が動くたび部位を自動認識させながら追尾して、各角度の同期用ＲＯＩを算出してもよい。このような場合には、デジカメなどでペットや人の動きにあわせ顔の自動認識が追尾するように、被検体の周りを撮影するときに心臓を自動認識させて３６０度回転する間追尾して同期用ＲＯＩを決定する。これにより、自動認識させながら撮影が可能になり、撮影角度０°および９０°を基準とした自動調整と同様な結果が得られる。
【００６７】
（同期用ＲＯＩの軌跡）
実際に上記のように、撮影角度に応じた同期用ＲＯＩ２００の位置および形状の変化を算出した。図９は、撮影角度に対する同期用ＲＯＩ２００の変化を示すサイノグラム画像を示す図である。図９に示すように、０°、９０°、１８０°、２７０°の同期用ＲＯＩの位置および形状に対してすべての撮影角度について重ね合わせると、らせん状のサイノグラム画像が得られた。すなわち、算出された同期用ＲＯＩは、撮影角度の変化に応じてらせん状の軌跡を描きながら、適した形状で対象の部位を追跡していることが分かる。
【００６８】
（呼吸同期処理）
次に、呼吸同期処理を説明する。図１０（ａ）は、撮影角度０°から３６０°までの同期用ＲＯＩの特徴量を示すグラフであり、図１０（ｂ）は、そのグラフの一部を用いた処理手順を示した図である。図１０（ａ）に示すように、同期用ＲＯＩの特徴量は、撮影角度の変化に対して、緩やかな周期的カーブの上に肺の拡張期を示すピークを生じるように変化する。呼吸同期処理においては、肺の拡張期を示すピークのデータを除去して残りのデータで肺の収縮期を３次元画像の再構成用に特定するのが好ましい。このような計算により、同期をとろうとする対象部位を追跡するように同期用ＲＯＩを設定できる。そして、確実に部位の周期運動に同期させた処理を行うことができる。
【００６９】
図１０（ｂ）に示すように、肺の拡張期を示すピークのデータを除去し、残りのデータで除去されたピーク区間のデータを補間する。その際には、所定の撮影角度と投影データを対応付けて補間する。付近の撮影角度の投影データを用いて平均値により特定の撮影角度の投影データを補間してもよい。処理に用いられる投影データは、１回転分として３６００フレーム以上利用できることが好ましい。多くのデータを利用することで、除去されたデータを容易に補間することができる。
【００７０】
（ピーク除去処理）
上記のように肺の拡張期を示すピークのデータを除去する処理の詳細を説明する。撮影角度による特徴量の微分値の絶対値がしきい値より大きい撮影角度に対して、呼吸拍のピークと判断できる。呼吸拍のピークは、心拍のピークに比べて著しく大きいため、このように判断して位相区分を分類できる。しきい値は、ユーザが試験的に撮影した投影データについて特徴量の微分値を把握しておき、適当に設定することができる。なお、実際のピークの除去処理の際には、たとえばしきい値より大きい微分値が得られた撮影角度の上下３°を除去する等、余裕を見て適宜条件を設定する方が好ましい。
【００７１】
（ピーク除去処理の検証結果）
上記のピーク除去の処理を実際に撮影された投影データに適用した。図１１は、撮影角度に対する同期用ＲＯＩの特徴量、特徴量の撮影角度についての微分値、補間後の特徴量を示すグラフである。図１１に示すように、肺の拡張期を示すピークの付近では明らかに特徴量の微分値が大きくなっている。そこで、微分値が５０より大きい撮影角度とその前後数度をピークに対応する撮影角度の範囲としてデータを除去し、それ以外の撮影角度の投影データで除去したピーク分を補完した。これにより、肺の収縮期のみのデータを残すことができ、肺の収縮期の３次元ＣＴ画像データを再構成できる。
【００７２】
図１２（ａ）は、呼吸同期処理を行わなかったときのマウスの胴体の断面画像を示す図である。また、図１２（ｂ）は、呼吸同期処理を行ったときのマウスの胴体の断面画像を示す図である。図１２（ａ）では、断面に示される内臓８１内の各部位がぼやけて表示されているが、図１２（ｂ）では、内臓８１内の各部位が鮮明に表示されている。ただし、心拍同期処理は行っていないため、いずれの図においても心臓８２は不鮮明に表示されている。
【００７３】
（心拍同期処理）
次に、心拍同期処理について説明する。図１３は、心拍同期処理の手順を示すための特徴量のグラフである。図１３に示すように、呼吸拍のピークを除去した特徴量のグラフには、心拍による短周期の小さいピークが生じている。これらのデータについて、各撮影角度による特徴量の移動平均を算出する。移動平均の算出条件の設定は、適宜ユーザが設定できるが、４値の移動平均が好ましい。
【００７４】
そして、特定の撮影角度の特徴量が移動平均より大きい場合には心臓の拡張期と判断し、移動平均より小さい場合には心臓の収縮期と判断する。このようにして、心拍同期処理により心臓の拡張期と収縮期の位相区分で投影データを分類し抽出できる。移動平均を利用する場合にピーク除去により空いた撮影角度については、その角度範囲の端の値に異常値が生じやすいので中心値を用いることが好ましい。
【００７５】
なお、移動平均値からのオフセットを設定しておき、移動平均の上下に幅をとって、オフセット以上またはオフセット以下のデータを心臓の拡張期と収縮期の位相区分に分類すれば、もっと正確にデータ収集ができる。とくに、１００ｆｐｓのように撮影フレーム速度が大きくなった場合には、しきい値を上げることが効果的である。
【００７６】
（心拍同期処理の検証結果）
実際の呼吸同期処理済みのデータに対して、上記の心拍同期処理を行った結果として、特徴量のグラフが図１３に示されている。図１３において、ひし形で表したのが呼吸同期後のデータであり、正方形で表したのが移動平均のデータである。そして、移動平均を下回るデータを三角、移動平均を上回るデータを×印で表わしている。図１３に示すように、特徴量の移動平均に対して心拍同期処理後のデータの上下が明確に判断できる。このようにして、心臓の拡張期と収縮期のデータを明確に分類することができる。
【００７７】
心拍同期処理を行い、心臓の拡張期と収縮期のそれぞれのデータに対して画像再構成を行なった。図１４は、心拍同期処理なしの画像例を示す図である。図１５は、心拍同期処理により心臓の拡張期の投影データを抽出し、画像再構成を行った画像例を示す図である。図１６は、心拍同期処理により心臓の収縮期の投影データを抽出し、画像再構成を行った画像例を示す図である。図１４では、心臓の境界が不鮮明であるのに対して、図１５、図１６では、心臓の境界が鮮明に表示されている。このように、心拍同期処理により、心臓の拡張期と収縮期とでそれぞれ明瞭な再構成画像が得られることが実証できた。これにより、心臓の射出量、容積率等を正確に計算することも可能になる。
【符号の説明】
【００７８】
１  Ｘ線ＣＴ装置
２  撮影部
５  画像リコンＰＣ（ＣＴ画像処理装置）
６  入力部
８  表示部
１１  ガントリ制御ユニット
１２  ガントリ
１５  回転アーム
１６  Ｘ線管
１７  検出器
１８  アーム回転モータ
３１  データ取得部
３２  記憶部
３４  輝度値算出部
３５  ＲＯＩ設定部
３６  ＲＯＩ算出部
３７  呼吸同期処理部
３８  心拍同期処理部
３９  画像再構成部
５１  透視画像画面
５２  グラフ表示画面
５６  ０°同期用ＲＯＩ決定ボタン
５７  ９０°同期用ＲＯＩ決定ボタン
６１  コントロールパネル
６２  心拍同期処理の選択ボタン
６３  呼吸同期処理の選択ボタン
６４  撮影開始ボタン
６５  透視開始ボタン
２００  同期用ＲＯＩ
Ｃ  回転中心
Ｌ  制御バス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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