(57)【要約】【課題】心拍周期間の心拍位相のズレを軽減すること。【解決手段】被検体から取得したオリジナルの心電図ＥＣＧが特徴波に従って複数の心電図ＰＥＣＧに分割される（Ｓ２、Ｓ３）。複数の心電図ＰＥＣＧの時間幅が揃えられ（Ｓ４）、時間幅を揃えられた複数の心電図ＰＥＣＧから基準心電図ＳＥＣＧが生成される（Ｓ６）。基準心電図ＳＥＣＧ上の基準位置に近傍する複数の注目点を心電図ＰＥＣＧ上に設定し、複数の位置各々について基準心電図ＳＥＣＧと心電図ＰＥＣＧとの間の局所的な相関が計算される（Ｓ９乃至Ｓ１２）。計算した相関に基づいて、基準心電図ＳＥＣＧ上の基準位置に対応する位置を複数の位置から選択し（Ｓ１３）、その位置に、基準位置に対応する心拍位相を割り当てる（Ｓ１４）。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体から取得したオリジナルの心電図を特徴波に従って複数の心電図に分割する手段と、
前記複数の心電図の時間幅を揃える手段と、
前記時間幅を揃えられた複数の心電図から基準心電図を生成する手段と、
前記基準心電図上の基準位置に近傍する複数の位置を前記複数の心電図各々上に設定し、前記複数の位置各々について前記基準心電図と前記心電図との間の局所的な相関を計算する計算手段と、
前記計算した相関に基づいて、前記基準心電図上の基準位置に対応する位置を前記複数の位置から特定する特定手段と、
前記特定した位置に基づいて、心拍位相を前記複数の心電図各々について割り当てる手段とを具備することを特徴とする心拍位相割り当て装置。
【請求項２】
前記計算手段は、前記基準心電図上の基準位置を中心とした局所波形と、前記心電図上の位置を中心とした局所波形との間の差の二乗和又は２乗平均を前記相関として計算することを特徴とする請求項１記載の心拍位相割り当て装置。
【請求項３】
被検体から取得したオリジナルの心電図を特徴波に従って複数の心電図に分割し、
前記複数の心電図の時間幅を揃え、
前記時間幅を揃えられた複数の心電図から基準心電図を生成し、
前記基準心電図上の基準位置に近傍する複数の位置を前記複数の心電図各々上に設定し、
前記複数の位置各々について前記基準心電図と前記心電図との間の局所的な相関を計算し、
前記計算した相関に基づいて、前記基準心電図上の基準位置に対応する位置を前記複数の位置から特定し、
前記特定した位置に基づいて、心拍位相を前記複数の心電図各々について割り当てることを特徴とする心拍位相割り当て方法。
【請求項４】
複数の心拍にわたって被検体の投影データを収集する手段と、
前記投影データの収集と並行して心電図を検出する心電計と、
前記心電図に対して心拍位相を割り当てる心拍位相割り当て手段と、
特定の心拍位相にある時に収集した投影データを集めて画像を再構成する再構成手段と、
を具備し、
前記心拍位相割り当て手段は、
前記心電図を特徴波に従って複数の部分的な心電図に分割する手段と、
前記複数の心電図の時間幅を揃える手段と、
前記時間幅を揃えられた複数の心電図から基準心電図を生成する手段と、
前記基準心電図上の基準位置に近傍する複数の位置を前記複数の心電図各々上に設定し、前記複数の位置各々について前記基準心電図と前記心電図との間の局所的な相関を計算する計算手段と、
前記計算した相関に基づいて、前記基準心電図上の基準位置に対応する位置を前記複数の位置から特定する特定手段と、
前記特定した位置に基づいて、心拍位相を前記複数の心電図各々について割り当てる手段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。
【請求項５】
前記再構成手段は、前記心拍位相割り当て手段により割り当てられた心拍位相に基づいて、前記複数の心拍にわたって収集された投影データから前記特定位相の投影データを集めて画像を再構成することを特徴とする請求項４記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、心電図に対して心拍位相を割り当てる心拍位相割当装置、心拍位相割り当て及び心電同期再構成の機能を有するＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
心電同期再構成は、複数の心拍にわたるデータ収集と並行して心電図を検出しておき、特定の心拍位相にある時に収集したデータを集めて画像を再構成する手法であり、心臓等の動きの速い部位を画像化するのに有効とされる。
【０００３】
この心電同期再構成法を使って再構成した画像（アキシャル像）から、断面変換によりＭＰＲ像（断面変換像）を作成すると、体軸方向に関して段差状のアーチファクトが生じることがある。この原因として、心電図に対して割り当てた心拍位相が、心臓の実際の動きに合致していないことが推量される。
【０００４】
従来では、心拍位相は、心電図から特徴波、一般的にはＲ波を検出し、Ｒ波から次のＲ波までの間隔に対して０％から１００％までを均等に割り当てる。つまり、従来では、Ｒ波から次のＲ波までの間隔に対する時間比率で一律に心拍位相を割り当てている。
【０００５】
その一方で、心臓は、時間比率で一律に、収縮拡張の動きを繰り返しているわけではなく、心拍ごとに変動する。例えば８０％の心拍位相といえども、それはＲ−Ｒ間隔の中の時間比率で８０％に相当する時間を表しているに過ぎず、実際の心臓の動きを表わす心電図の波形から見た真の心拍位相に対してズレていることが多々ある。このズレが複数の心拍周期にわたって同じように起こっているのであれば、上記の段差状のアーチファクトはそれほど目立たないのであるが、実際には、そのようなことは無く、真の心拍位相に対して均等に割り当てられた心拍位相とのズレは、心拍ごとに変動する（図９参照）。そのため相互に不整合の心拍位相のデータを集めて画像を再構成していることになり、それから生成したＭＰＲ像上に上記段差状のアーチファクトが発生する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３５３１４３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、心拍間の心拍位相のズレを軽減する心拍位相割り当て装置、心拍位相割り当て方法及びＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１局面は、被検体から取得したオリジナルの心電図を特徴波に従って複数の心電図に分割する手段と、前記複数の心電図の時間幅を揃える手段と、前記時間幅を揃えられた複数の心電図から基準心電図を生成する手段と、前記基準心電図上の基準位置に近傍する複数の位置を前記複数の心電図各々上に設定し、前記複数の位置各々について前記基準心電図と前記心電図との間の局所的な相関を計算する計算手段と、前記計算した相関に基づいて、前記基準心電図上の基準位置に対応する位置を前記複数の位置から特定する特定手段と、前記特定した位置に基づいて、心拍位相を前記複数の心電図各々について割り当てる手段とを具備する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による心拍位相割り当て装置、心拍位相割り当て方法及び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線管と放射線検出器とが一体として被検体の周囲を回転する回転／回転（ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転（ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転／回転タイプとして説明する。また、１スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。ここでは、後者を例に説明する。また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光を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生成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主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよい。ここでは、後者の直接変換形を例に説明する。さらに、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、複数のＸ線検出素子をチャンネル方向に沿って配列した検出素子列が単一のシングルスライスタイプのＸ線検出器と、複数の検出素子列をスライス方向に併設したマルチスライスタイプのＸ線検出器とがあるが、本発明ではそのいずれのタイプを採用してもよく、ここでは前者のシングルスライスタイプのＸ線検出器を例に説明する。また、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型の研究が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型であっても、多管球型であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
【００１０】
図１に、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ブロック図により示している。ガントリ１００は、回転軸Ｚ回りに回転自在に支持されたリング状の回転フレーム１０２を有する。回転フレーム１０２には、Ｘ線管１０１とＸ線検出器１０３とが対向して配置されている。Ｘ線管１０１とＸ線検出器１０３との間の空間には、被検体を載置する天板を装備した寝台が配置される。被検体には心電計１０７の電極が装着される。心電計１０７は、被検体の心電図データを収集する。なお、心電図とは、心臓の電気現象の時間変化であり、心電計１０７は体表面でとらえた微弱な心臓活動電位を増幅し、その信号を心電図データとして出力する。心電図データはデータ収集回路１１４にてディジタル信号に変換され記憶装置１１０に記憶される。
【００１１】
Ｘ線管１０１は、高電圧発生装置１０９から高電圧をスリップリング１０８を経由して印加される。それによりＸ線が発生される。Ｘ線検出器１０３は、一次元又は二次元に配列された複数のＸ線検出素子を有する。Ｘ線検出器１０３には、電子スイッチ回路を介して一般的にＤＡＳ（ｄａｔａ  ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）  と呼ばれているデータ収集回路１０４が接続される。
【００１２】
データ収集回路１０４から出力される各チャンネルのデータ（投影データと呼ばれる）は、光等を使った非接触データ伝送装置１０５を経由して前処理部１０６に送られる。前処理部１０６では、データ収集回路１０４から出力される投影データに対して、チャンネル間の感度不均一を補正したり、またＸ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下又は信号脱落を補正する等の前処理を実行する。この前処理部１０６で補正を受けたデータ（生データと呼ばれる）は、チャンネル番号、ビュー角（Ｘ線管１０１の回転角）、心電図データ等の属性とともに記憶装置１１０に記憶される。
【００１３】
心拍位相割り当て装置１１１は、記憶装置１１０に記憶されている心電図に対して心拍位相を割り当てる。再構成装置１１２は、心拍位相割り当て装置１１１で割り当てられた心電図の心拍位相に基づいて、入力装置１１３を介してユーザから指定された特定位相の生データを、１画像再構成に要する角度範囲だけ集めて画像を再構成する。
【００１４】
心拍位相とは、周期的に動く心臓の状態を表す指標であり、一般的には、Ｒ波から次のＲ波までの間隔（心拍周期）に対して０％から１００％までのパーセントで表現される。従来では、Ｒ波から次のＲ波までの各心拍周期に対して均等に心拍位相を割り当てていた。そのため、割り当てた心拍位相が心臓の状態を表わす心電図の波形（真の心拍位相）に対する、割り当てられた心拍位相のズレが、心拍ごとに変動することが問題であった。本実施形態では、特に真の心拍位相に対する、割り当てられた心拍位相のズレの程度を心拍どうしでできるだけ揃えることを実現する。以下に本実施形態の心拍位相割り当て装置１１１による心拍位相割り当ての手順を説明する。
【００１５】
図２には、心拍位相割り当て装置１１１による心拍位相割り当ての手順を示している。この心拍位相割り当て処理の以前に、複数の心拍周期にわたってスキャンが繰り返され、被検体に関する投影データが収集され、そのデータ収集と並行して、心電図データが収集され、記憶装置１１０に投影データと共に記憶される。
【００１６】
まず、記憶装置１１０から心拍位相割り当て装置１１１に、図３（ａ）に例示するオリジナルの心電図データＥＣＧが供給される（Ｓ１）。この心電図データＥＣＧに対して特徴波、ここではＲ波が、図４に示す波形ピークに基づいて検出される（Ｓ２）。検出されたＲ波に従って、オリジナルの心電図ＥＣＧが、心拍周期に対応するＮ個の部分的な心電図ＰＥＣＧに分割される（Ｓ３）。心拍周期は一定ではなく、その時間長を統一するために、分割されたＮ個の心電図ＰＥＣＧは、高周波成分を除去するために個別にフィルタリングにかけられ（Ｓ４）、そして図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように、例えば均等に０．５％の心拍位相刻みで２００点に離散化される（Ｓ４）。なお、離散化にあたって各点の値は、近傍の最大値、最小値、平均値又は中央値等で与えられる。
【００１７】
そして、Ｓ５で得られたＮ個の分割された心電図ＰＥＣＧから、各位置の平均処理により図５に示す基準心電図ＳＥＣＧが生成される（Ｓ６）。この基準心電図ＳＥＣＧを基準としてＮ個の心電図ＰＥＣＧ各々に対して心拍位相が割り当てられる。まず、Ｎ個の心電図ＰＥＣＧを識別する処理変数ｎが１に初期化され（Ｓ７）、位相変数Ｘが１０（％）に初期化される（Ｓ８）。
【００１８】
次に、図６（ａ）に示すように、第ｎ（ここでは第１）の心電図ＰＥＣＧ上に、注目点がＸ％の位置に対応する開始位置に設定され（Ｓ９）、また基準心電図ＳＥＣＧ上に、基準点がＸ％の心拍位相に対応する位置（８０％であれば１６０の位置）に設定される。なお、図６はＸ＝８０％の例を示している。
【００１９】
本実施形態の心拍位相の割り当ては、基準心電図ＳＥＣＧ上のＸ％の心拍位相に対応する位置に対して、局所波形が最も近似する位置を各心電図ＰＥＣＧ上で探索する処理に相当し、この探索対象点をここでは注目点と称している。探索範囲としては、Ｘ％の心拍位相に対応する位置を中心とした２１点（心拍位相上では１０．５％に相当）に初期的に設定されているが、入力装置１１３を介して１１や３１点等、任意に変更され得る。
【００２０】
この注目点を中心とした２１点（心拍位相上では１０．５％に相当）の範囲に限局される第ｎの心電図ＰＥＣＧの局所波形（部分波形）と、基準点を中心とした同じ２１点の範囲に限局される基準心電図ＳＥＣＧの局所波形との間の相関値が計算される（Ｓ１０）。局所波形の範囲は、注目点を中心とした２１点に初期的に設定されているが、入力装置１１３を介して１１や３１点等、任意に変更され得る。
【００２１】
相関値は、基準心電図ＳＥＣＧから切り出した局所波形（実際には２１点の離散値列）に対する第ｎの心電図ＰＥＣＧから切り出した局所波形の類似性を表す指標であり、基準心電図ＳＥＣＧから切り出した局所波形と、第ｎの心電図ＰＥＣＧから切り出した局所波形との間の対応する位置どうしでの値の差の２乗和又は２乗平均で与えられる。この場合、低い相関値は、その注目点を中心とした局所波形と基準点を中心とした局所波形との類似性が高いことを表し、これは基準心電図ＳＥＣＧ上の基準点に対して、最も低い相関値を示す注目点が、Ｘ％の心拍位相に対応する可能性が最も高いことを意味している。
【００２２】
Ｓ１０の相関値計算とＳ１２の注目点の移動（図６（ｂ）参照）のループは、Ｓ１１で注目点が探索範囲（２１点）の終了位置（図６（Ｃ））を超えるまで繰り返される。それにより基準位置を中心とした２１個所の注目点に対して個々に相関値が計算される。これら２１個所の注目点の中から、最小の相関値を示す注目点が選択され（Ｓ１３）、その選択された注目点に対して、Ｘ％の心拍位相が割り当てられる（Ｓ１４）。
【００２３】
次に、Ｓ１６によりＸが１０％インクリメントされ、Ｓ９乃至Ｓ１４の処理がＳ１５でＸが９０を超えるまで繰り返され、それにより第ｎの心電図ＰＥＣＧに対して、１０％，２０％，３０％，４０％，５０％，６０％，７０％，８０％，９０％の各心拍位相が割り当てられる。
【００２４】
次に、Ｓ１８でｎが１だけインクリメントされ、Ｓ８乃至Ｓ１６の処理により、今度は、第ｎ＋１の心電図ＰＥＣＧに対して１０％，２０％，３０％，４０％，５０％，６０％，７０％，８０％，９０％の各心拍位相が割り当てられる。Ｎ個の全ての心電図ＰＥＣＧに対して１０％，２０％，３０％，４０％，５０％，６０％，７０％，８０％，９０％の各心拍位相の割り当てが完了した時点で（Ｓ１７でｎ＝Ｎ）、本心拍位相の割り当て処理が終了する。なお、ここでは基準心電図ＳＥＣＧを基準としてＮ個の心電図ＰＥＣＧ各々に対して１０％，２０％，３０％，４０％，５０％，６０％，７０％，８０％，９０％の各心拍位相を割り当てたが、それらの間の１１％、２４％等の細かな心拍位相は、Ｓ１６のインクリメント幅を変更することにより実現しても良いし、実際的には、１０％刻みで割り当てた心拍位相の間隔を均等に分割することにより与えるようにすることでも良い。
【００２５】
このように基準心電図ＳＥＣＧに対して局所の波形の類似性に基づいて各心電図ＰＥＣＧに心拍位相を割り当てることにより（図７の「不均等割り当て」を参照）、図８に示すように心電図ＰＥＣＧどうしの真の心拍位相に対するズレを軽減することができる。
【００２６】
再構成装置１１２では、この心拍位相割り当て装置１１１で割り当てられた心電図の心拍位相に基づいて、入力装置１１３を介してユーザから指定された特定位相の投影データを、記憶装置１１０から１画像再構成に要する角度範囲だけ集めて画像を再構成し、また再構成した複数の画像からＭＰＲ像を生成する。画像の再構成に使った投影データは心拍位相のズレが軽減されている、つまり心臓の動きが同じ又は近い状態にある時の投影データが集められるので、その画像から生成されるＭＰＲ像上には段差状のアーチファクトは軽減される。
【００２７】
（変形例）
本発明は、上述した実施形態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種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、心拍周期間の心拍位相のズレを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるＸ線コンピュータ断層撮影装置のブロック図。
【図２】本実施形態の心拍位相割り当ての手順を示すフローチャート。
【図３】図２のＳ１〜Ｓ４の補足図。
【図４】図２のＳ２の補足図。
【図５】図２のＳ６で生成される基準心電図の例を示す図。
【図６】図２のＳ９〜Ｓ１２の補足図。
【図７】本実施形態により割り当てられた心拍位相の例を従来の例と比較して示す図。
【図８】本実施形態により割り当てられた心拍位相に応じて合成した複数の心電図を示す図。
【図９】従来法により割り当てられた心拍位相に応じて合成した複数の心電図を示す図。
【符号の説明】
１００…ガントリ、
１０１…Ｘ線管、
１０２…回転フレーム、
１０３…Ｘ線検出器、
１０４…データ収集回路、
１０５…非接触データ伝送装置、
１０６…前処理装置、
１０７…心電計、
１０８…スリップリング、
１０９…高電圧発生装置、
１１０…記憶装置、
１１１…心拍位相割り当て装置、
１１２…再構成装置、
１１３…入力装置。
【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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【図９】
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