(57)【要約】【課題】心電計や呼吸センサなどの生体センサを用いなくても、被検者の特質や健康状態に係わりなく、運動する身体部位の変位量と変位方向から運動する身体部位やその限定された領域の運動状態を解析することが可能であり、得られた解析結果から任意の運動状態おける断層像を精度よく短時間で得ることができるＸ線ＣＴ装置を提供する。【解決手段】任意のスライス位置において異なる撮影時刻において複数の再構成画像を作成し、各々の画像について画像全体、或いは限定された断層像範囲内の画素値の重心座標を求め、各々の画像における重心座標の変動量と変動方向から解析対象部位の運動を解析し、この解析結果を元に所望の運動状態における断層像を作成する。【選択図】      図１
2004313513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的あるいは非周期的に運動する部位の撮影をするＸ線ＣＴ装置において、
任意の撮影位置におけるある撮影時刻の異なる複数の断層像を作成する複数断層像作成手段と、
この複数断層像作成手段によって作成された各々の断層像の重心座標を算出する重心算出手段と、
上記重心算出手段によって算出された重心座標から重心変位を算出する重心変位算出手段と、
この重心変位算出手段によって算出された重心変位を基に任意の運動状態おける断層像を選択する断層像選択手段と、
この断層像選択手段によって選択された画像を操作者に対して表示する表示手段と、
を設けたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
任意の撮影位置で、任意の断層像領域における撮影時刻の異なる複数の部分断層像を作成する複数部分断層像作成手段と、
上記複数部分断層像作成手段によって作成した複数の部分断層像に対し、前記重心算出手段によって重心を算出し、前記断層像選択手段によって選択した任意の運動状態における部分断層像に対し、前記任意の断層像領域を除く領域について画像再構成を行う領域外画像再構成手段と、
を更に設けたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
撮影位置ごとに前記任意の断層像領域の座標、及び範囲を変更する領域変更手段と、
を更に設けたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
前記重心算出手段によって算出された重心座標の移動軌跡を算出する重心軌跡算出手段と、
この重心軌跡算出手段によって算出された重心座標の移動軌跡の縮尺を変更し、断層像に重ねて表示する重心軌跡表示手段と、
を更に設けたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
前記重心変位算出手段によって得られた重心変位に同期して撮影データを収集し、得られた撮影データを画像再構成する同期再構成手段と、を設けたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項６】
同期再構成手段は、前記重心変位算出手段によって得られた重心変位に同期して、収集する撮影データのデータ量とデータ個数を変更することを特徴とする請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項７】
前記重心変位算出手段は、前記重心算出手段によって得られた各々の重心座標を、直線算出手段によって得られた基準直線に対して垂直投影し、投影後の各々の重心座標から重心の変位を算出することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項８】
前記直線算出手段は、操作者の注目する身体部位を通過し、且つ操作者注目する拍動方向に傾きを持つ基準直線を算出すること特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項９】
前記直線算出手段は、前記重心算出手段によって得られた各々の重心座標からの垂線の長さが最も短い基準直線を算出することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１０】
前記重心変位算出手段は、前記重心算出手段によって得られた各々の重心座標について、時間軸で隣接する重心座標との座標間距離をそれぞれ算出し、この座標間距離の変動量から重心の変位を算出することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１１】
前記断層像選択手段は、前記重心変位算出手段によって算出された重心変位から、重心変位の最も小さい時刻の断層像を自動的に選択することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１２】
前記重心算出手段は、運動する部位の境界位置から任意の距離だけ離れた断層像領域内の重心座標を算出することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ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Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置に関し、さらに詳しくは撮影中に周期的あるいは非周期的に運動する部位の撮影を目的としたＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
運動する身体部位をＸ線ＣＴ装置で撮影した場合、得られた断層像には動きに起因するアーチファクトが発生する。このアーチファクトを低減するためには、一般的には心電計や呼吸センサなどの生体センサを用い、生理的運動を電気信号に変換する機器による計測を合わせて行い、得られた電気信号を用いて撮影を制御したり、画像を処理したりする。
【０００３】
心臓を対象とする撮影を例に取ると、心電計によって計測される電気信号を撮影データに付加して収集し、得られた心電情報を元に画像再構成を行い、任意の心時相における心臓断層像を得る方法がある。しかし、心電計から得られる電気信号と実際の心運動とを各患者に対して厳密に相関させることはできない。また電気信号との相関が完全に得られたとしても、電気信号が示す時相における心臓の運動状態が、必ずしもすべて患者に共通な運動状態であるとは限らない。例えば心臓の動きが最も少ない心時相は心電波形におけるＲ波間の相対位置７０％の付近であることが知られているが、この時相は患者や、患者の健康状態によって前後し、さらには心臓を構成する部位によっても前後する。したがって、以上の問題が生じた場合には心時相の異なる複数の断層像を作成し最良な画像を視覚的に選択せねばならない。
【０００４】
一方、心電計を用いずに、撮影データ或いは画像再構成後の心臓断層像から心電波形を推定し、任意の心時相における心臓断層像を得る方法がある。この方法によれば、電気信号を介さずに心運動を解析することが可能であり、任意の心時相における断層像を作成することができる。また心電計が不要となるため安価な装置構成が可能となり、心電波形の収集を行う必要がないため撮影を容易に行うことが可能となる。
【０００５】
例えば［特許文献１］や［特許文献２］の記載によれば、対向関係にある撮影データの差分を取ることによって動かない部分を取り除き、差分データを画像処理することによって心運動を解析する。しかし、この方法によれば心臓の拍動方向までを解析することは不可能である。また対向関係にある撮影データの時間間隔はチャンネルごとに異なるためその精度に問題がある。また撮影データを基に画像処理を行うため、例えば冠状動脈や左心室などの特定部位に限定した心運動を解析することができない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２１２１３６号公報
【特許文献２】
特開２００２−３５５２４１号公報
【０００７】
例えば［非特許文献１］の記載によれば、撮影位相（ビュー）ごとにチャンネル方向における撮影データの重心位置を求め重心位置の変動から心運動を解析する。しかし、この方法では断層面上の重心座標を近似手法により算出しているためその精度に問題がある。また撮影データを基に画像処理を行うため特定部位に限定した心運動を解析することができない。
【０００８】
【非特許文献１】
Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｉｓｔｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，  ２９（７），Ｊｕｌｙ，  ２００２に掲載された、“Ｋｙｍｏｇｒａｍ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｋｙｍｏｇｒａｍ−ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｉｍａｇｅ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｓｕｂｓｅｃｏｎｄ  ｓｐｉｒａｌ  ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｓｃａｎ  ｏｆ  ｔｈｅ    ｈｅａｒｔ”
【０００９】
また、［特許文献３］と［特許文献４］の記載によれば、スライス位置の異なる複数の再構成画像を作成し、各々の画像について任意の断層像領域におけるＣＴ値の積分値の変動、或いは隣接する心時相における再構成画像との差分から心運動を解析する。しかし、この方法では心拍動の変位方向までを解析することは不可能である。
【００１０】
【特許文献３】
ＷＯ  ０２／２６１２５  Ａ２
【特許文献４】
ＵＳ  ２００３／００１６８５１  Ａ１
【００１１】
例えば［特許文献５］の記載によれば、心運動の影響を受けない部位の任意の点と拍動部位の任意の点との距離の変動から心運動を解析する。しかし、この方法では距離を計測するための始点と終点を決定することが困難であり、特に寝台を移動しながらＣＴ撮影を行う螺旋スキャンの場合、各々の点の座標が変動するため正しい結果が得られない。
【００１２】
【特許文献５】
特開２００１−１３７２２９号公報
【００１３】
例えば［特許文献６］の記載によれば、断層像と垂直な方向における断層像（ＭＰＲ像）を作成し、その断面形状から心運動を解析する。しかし、一意の断面から心運動を解析するために心筋のネジレなどの複雑な運動までを評価することができない。
【００１４】
【特許文献６】
特開２００１−３４０３３０号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、周期的あるいは非周期的に運動する被検者の身体部位の撮影において、心電計や呼吸センサなどの生体センサを用いなくても、患者や患者の健康状態に係わらず運動する身体部位の変位量と変位方向から運動する身体部位やその限定された領域の運動状態を解析することが可能であり、得られた解析結果から所望の運動状態における断層像を精度よく短時間で得ることにある。
【００１６】
また、本発明は、冠状動脈や左心室などの特定部位に限定した心臓運動の解析、心拍動の変位方向の解析、上記変位の変位量決定のための基準位置の設定と正確な変位量の決定、不整脈や心筋のねじれなど複雑な運動の評価を可能としつつ、これら解析、決定、評価の結果を参照し、任意の時相および任意の運動部位の断層像を精度よく短時間で得る手段を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、任意のスライス位置における撮影時刻の異なる複数の再構成画像を作成し、各々の画像について画像全体、或いは限定された断層像範囲において、画素値の重心座標を求め、各々の画像における重心座標の変動量、変動方向から対象部位の運動を解析し、この解析結果を元に任意の運動状態における断層像を作成する。
【００１８】
本発明の第１の特徴によれば、撮影中に周期的あるいは非周期的に運動する心臓やその他の臓器部位の撮影を目的としたＸ線ＣＴ装置において、任意の撮影位置における撮影時刻の異なる複数の断層像を作成する複数断層像作成手段と、この複数断層像作成手段によって作成された各々の断層像の重心座標を算出する重心算出手段と、この重心算出手段によって算出された重心座標から、重心変位を算出する重心変位算出手段と、この重心変位算出手段によって算出された重心変位を基に任意の運動状態おける断層像を選択する断層像選択手段と、この断層像選択手段によって選択された画像を操作者に表示する表示手段とを設けたことにより、心臓の静止心時相はじめ各種臓器の運動に係わらず所望の運動静止時の画像を得ることができる。
【００１９】
本発明の第２の特徴によれば、本発明の第１の特徴に対して、さらに任意の撮影位置で、任意の断層像領域における撮影時刻の異なる複数の部分断層像を作成する複数部分断層像作成手段と、この複数部分断層像作成手段によって作成した複数の部分断層像に対し、前記重心算出手段を実行し、前記断層像選択手段によって選択した任意の運動状態おける部分断層像に対し、前記任意の断層像領域を除く領域について画像再構成を行う領域外画像再構成手段とを設けることにより、運動する身体部位の部分再構成を実現することができる。
【００２０】
本発明の第３の特徴によれば、本発明の第１の特徴に対して、さらに撮影位置ごとに前記任意の断層像領域の座標、及び範囲を変更する領域変更手段を設けたことにより、再構成領域の自動設定を可能とする。
【００２１】
本発明の第４の特徴によれば、本発明の第１の特徴に対して、さらに前記重心算出手段によって算出された重心座標の移動軌跡を算出する重心軌跡算出手段と、この重心軌跡算出手段によって算出された重心座標の移動軌跡の縮尺を変更し、断層像に重ねて表示する重心軌跡表示手段と、を設けたことにより、キモグラフ化を可能とする。
【００２２】
本発明の第５の特徴によれば、本発明の第１の特徴に対して、さらに前記重心変位算出手段によって得られた重心変位に同期して撮影データを収集し、得られた撮影データを画像再構成する同期再構成手段を設けたことにより、同期再構成を可能とする。
【００２３】
本発明の第６の特徴によれば、本発明の第１の特徴に対して、前記同期再構成手段は、前記重心変位算出手段によって得られた重心変位に同期して、収集する撮影データのデータ量とデータ個数を変更できるようにしたため、セグメント調整の調整が可能となる。
【００２４】
本発明の第７の特徴によれば、本発明の第１の特徴に対して、前記重心変位算出手段は前記重心算出手段によって得られた各々の重心座標を、直線算出手段によって得られた基準直線に対して垂直投影し、投影後の各々の重心座標から重心の変位を算出できる。
【００２５】
本発明の第８の特徴によれば、本発明の第１の特徴に対して、前記直線算出手段は、操作者の注目する身体部位を通過し、且つ操作者注目する拍動方向に傾きを持つ基準直線を算出できる。
【００２６】
本発明の第９の特徴によれば、本発明の第１の特徴に対して、前記直線算出手段は、前記重心算出手段によって得られた各々の重心座標からの垂線の長さが最も短い基準直線を算出できる。
【００２７】
本発明の第１０の特徴によれば、本発明の第１の特徴に対して、前記重心変位算出手段は、前記重心算出手段によって得られた各々の重心座標について、時間軸で隣接する重心座標との座標間距離をそれぞれ算出し、この座標間距離の変動量から重心の変位を算出するように構成したので、重心変位グラフの算出が可能となる。
【００２８】
本発明の第１１の特徴によれば、本発明の第１の特徴に対して、前記断層像選択手段は、前記重心変位算出手段によって算出された重心変位から、重心変位の最も小さい時刻の断層像を自動的に選択するように構成したので静止心時相の自動選択が可能となる。
【００２９】
本発明の第１２の特徴によれば、本発明の第１の特徴に対して、前記重心算出手段は、運動する部位の境界位置から任意の距離だけ離れた断層像領域内の重心座標を算出するように構成したので境界領域の重心算出の算出が可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、運動する部位として心臓を例にとり、本発明によって任意の心時相の画像を作成する場合を図面に基づいて説明する。
［実施例１］
図１は本発明の一実施の形態によるＸ線ＣＴ装置の概略構成を示すブロック構成図である。
図中、１はＸ線管、２はスキャナガントリ、３は患者テーブル、４はＸ線検出器、５は表示装置、６は心電計、７は画像処理装置、８は回転円盤、９はコリメータ、１０は回転駆動装置、１１は測定制御装置、１２はコンピュータ、１３は入力装置をそれぞれ示す。スキャナガントリ部２はＸ線照射部および検出を行う。画像処理装置７はスキャナガントリ部２で検出された計測データから撮影データを作成し、その撮影データをＣＴ画像信号に処理する。表示装置５からは、ＣＴ画像を出力する。スキャナガントリ部２には、回転円盤８、回転円盤８に搭載されたＸ線管１、Ｘ線管１に取り付けられたＸ線束の方向を制御するコリメータ９、回転円盤８に搭載されたＸ線検出器４が含まれている。  回転円盤８は回転駆動装置１０によって回転し、回転駆動装置１０は測定制御装置１１によって制御される。またＸ線管１から発生するＸ線強度は測定制御装置１１によって制御される。また測定制御装置１１はコンピュータ１２によって操作される。
【００３１】
画像処理装置７は、種々の機能を有する。これらの機能は画像処理装置７に含まれるそれぞれ以下の手段が発揮するようになっている。７ａは複数断層像作成手段を示し、任意の撮影位置における撮影時刻の異なる複数の断層像を作成する。７ｂは重心算出手段を示し、複数断層像作成手段７ａによって作成された各々の断層像の重心座標を算出する。７ｃは重心変位算出手段を示し、重心算出手段７ｂによって算出された重心座標から、重心変位を算出する。７ｄは断層像選択手段を示し、重心変位算出手段７ｃによって算出された重心変位を基に任意の運動状態における断層像を選択する。７ｅは表示手段を示し、断層像選択手段７ｄによって選択された画像を操作者に対して表示する。７ｆは複数部分断層像作成手段を示し、任意の撮影位置で任意の断層像領域における撮影時刻の異なる複数の部分断層像を作成する。７ｇは領域外画像再構成手段を示し、この複数部分断層像作成手段７ｆによって作成した複数の部分断層像に対し、重心算出手段７ｂを実行し、断層像選択手段７ｄによって選択した任意の運動状態おける部分断層像に対し、任意の断層像領域以外の領域に関して画像再構成を行う。７ｈは領域変更手段を示し、撮影位置ごとに任意の断層像領域の座標及び範囲を変更する。７ｉは重心軌跡算出手段を示し、重心算出手段７ｂによって算出された重心座標の移動軌跡を算出する。７ｊは重心軌跡表示手段を示し、重心軌跡算出手段７ｈによって算出された重心座標の移動軌跡の縮尺を変更し、断層像に重ねて表示する。７ｋは同期再構成手段を示し、重心変位算出手段７ｃによって得られた重心変位に同期して撮影データを収集し、得られた撮影データを画像再構成する。７ｌは直線算出手段を示し、重心変位算出手段７ｃで使用する基準直線Ｌ−Ｌ’を算出する。
【００３２】
図１のように、患者テーブルに患者を寝かせた状態で、Ｘ線管１からＸ線を照射すると、このＸ線はコリメータ９により指向性を得てＸ線検出器４によって検出されるが、この際、回転円盤８を患者の周りに回転させることにより、Ｘ線を照射する方向を変えながらＸ線検出器４を用いてＸ線を検出する。検出された計測データは画像処理装置７に転送され、画像処理装置７が有する種々の手段によって心拍動の解析が行われ、任意の心時相における心臓断層像が表示装置５に出力される。
【００３３】
図２には、上述したＸ線ＣＴ装置を用いて、任意の心時相における断層像を得るまでのステップを示すフローチャートを示す。始めにステップＳ０として心臓領域のＣＴ撮影を行う。撮影後、ステップＳ１として作成する心臓断層像の心時相を設定する。図３は人体の一般的な心電波形を示しているが、心時相はＲ波の間隔を１００％ととしその相対位置で表現されることが多い。また本発明では具体的な数値での指定だけでなく、例えば「動きの最も小さい心時相」、「動きの最も大きい心時相」など、拍動の度合いによる指定も可能である。
【００３４】
次に断層像の選択に使用する複数枚の断層像を作成する際のパラメータを設定する。ステップＳ２において作成すべき複数枚の断層像の時間間隔を設定する。ステップＳ３において、ステップＳ２で設定した時間間隔で作成すべき断層像の枚数を設定する。
【００３５】
次に一連の処理の対象となる断層像領域を限定する。まずステップＳ４として任意のスライス位置における再構成画像（以下基準断層像と称す）を作成し、ステップＳ５にて表示装置５に表示する。この基準断層像は着目する拍動部位の位置と形状が判断できれば良く、心時相は任意のもので構わない。次にステップＳ６において、図４のように、入力装置１３を用い、表示された基準断層像を参考にして着目する拍動部位を指定する。
【００３６】
この断層像領域を限定することによって演算時間の短縮が図られる。例えば５１２×５１２画素の断層像に対して、断層像領域が６４×６４画素であった場合、演算時間は約６４分の１に短縮される。また限定範囲を、例えば冠状血管、心壁などに狭めることで、特定部位の運動の解析が可能となる。また断層像領域を設けることによって、着目する身体部位以外の動きの影響を排除することが可能である。
またステップＳ４からＳ６  までは、基準断層像全体を断層像領域とする場合に省略可能である。また、あらかじめ断層像領域の範囲が判明している場合にはステップＳ４とＳ５を省略できる。
【００３７】
次にＳ７として複数断層像作成手段７ａ、または、複数部分断層像作成手段７ｆは、Ｓ６で指定された断層像領域の断層像（以下部分断層像と称す）をＳ２で指定した時間間隔で作成する。作成方法を図５で説明する。１枚の断層像を作成するためには撮影角度約１８０°分の撮影データが必要となる。異なる心時相の断層像を作成するには図５のように再構成に使用する撮影データの切り出し範囲をシフトさせる。この様に切り出し範囲の異なる撮影データを再構成することによって心時相の異なる再構成画像の作成が可能となる。また任意のスライス位置における断層像を作成するには、各検出器列から得られた撮影データ間で補間処理を施すことによって同一スライス位置のデータセットを作成し、画像再構成を行う。
【００３８】
次にステップＳ８にて、重心算出手段７ｂはステップＳ７で作成した部分断層像の重心座標を求める。図６に断層像領域の一例を示す。図６に示した断層像領域はＡＢＣＤの４点で囲まれたＸ×Ｙ画素の方形型とした。座標（ｉ，ｊ）における画素値をｇ（ｉ，ｊ）とすると、この断層像領域の重心座標（Ｇｉ，Ｇｊ）は以下の（１）式で求められる。
【００３９】
【数１】
2004313513.tif 000003
ここでＷは断層像領域全画素値の総和である。
【００４０】
【数２】
2004313513.tif 000004
以上、ステップＳ７とＳ８において、ステップをＳ２  で指定した時間間隔で、ＶＳ３で指定した枚数だけ繰り返し実行する。この繰り返し処理によって、時系列で変化する重心座標のデータセットを得ることができる。
本発明の第２の特徴に関して、上記重心座標を求めるステップＳ７とＳ８では、重心算出に用いる画素領域を運動する部位の周辺画素に限定することで、部位の動きを重心座標の変位として効率的に反映させることができる。例えば図７（ａ）のように心臓全体を断層像領域として設定した場合、図７（ｂ）に心臓と肺野の境界を中心として、任意の距離ΔＲだけ離れた範囲を重心算出の対象画素領域にとる。また、例えば図８（ａ）のように心臓の一部を断層像領域として設定した場合も同様に、図８（ｂ）のように心臓と肺野の境界を中心として、任意の距離ΔＲだけ離れた範囲を重心算出の対象画素領域とすることができる。
【００４１】
本発明の第７の特徴に関して、ステップＳ９において、重心変位算出手段７ｃはステップＳ８で算出した重心座標から時間軸の重心の変位（以下、重心変位と称す）を算出する。この重心変位算出手段７ｃは、例えば次のように機能する。直線算出手段７ｌによって算出した断層像上の任意の基準Ｌ−Ｌ’直線に対して重心算出手段７ｂによって得られた各々の重心座標を垂直投影し、投影後の各々の重心座標から重心変位を算出することができる。図９を用いてこの手法を説明すると、ステップＳ７において時刻Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・Ｔｉの断層像を作成し、ステップＳ８において、得られたそれぞれの断層像の重心座標をａ，ｂ，ｃ，ｄ，・・ｚとする。得られた座標を重ねて示したのが図９（ａ）である。この座標系において任意の基準直線Ｌ−Ｌ’を設定し、この基準直線Ｌ−Ｌ’に対して重心座標ａ，ｂ，ｃ，ｄ，・・ｚを垂直投影した座標をａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’，・・ｚ’とする。縦軸に得られた座標と基準直線Ｌ−Ｌ’上の任意の座標（図９では座標Ｌ）との距離、横軸に断層像の時刻を取ると図９（ｂ）のグラフ（以下、重心変位グラフと称する）が得られる。
【００４２】
この直線算出手段７ｌによって設定する任意の基準直線は、操作者の注目する身体部位を通過し、且つ操作者注目する拍動方向に傾きを持つように設定する。操作者はこの基準直線を変更することによって、任意の身体部位における任意の拍動方向の心運動を評価することが可能となる。
【００４３】
またこの直線算出手段７ｌによって設定する任意の基準直線は、重要度が最も高い角度に設定することも有用である。例えば断層像を体軸方向に積み重ね体軸方向の断層面を表示する三次元描画手法があるが、この手法によって断層面を作成する場合、基準直線Ｌ−Ｌ’の傾きと断層面の角度を等しくする。これによって作成する断層面に適した重心変位を算出することができる。
【００４４】
また直線算出手段７ｌによって設定する基準直線Ｌ−Ｌ’は、自動的に算出することも可能である。例えば最小二乗法などの回帰分析を用いて、各々の重心座標との誤差が最も少ない直線を算出する。具体的な算出方法についてはその他数値解析に関する公知の方法が使用できる。
【００４５】
本発明の第１０の特徴に関して、重心変位算出手段７ｃの別の機能を説明する。重心算出手段７ｂによって得られた各々の重心座標について、時間軸で隣接する重心座標との座標間距離をそれぞれ算出し、この座標間距離の変動量から重心変位を算出することができる。図１０を用いてこの手法を説明すると、図９と同じ手法で作成した重心座標ａ，ｂ，ｃ，ｄ，・・ｚに対し、時間軸で隣接する座標間距離Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，・・Ｌｉを求める（図１０（ａ））。座標間距離を縦軸に、断層像の時刻を横軸に取ると図１０（ｂ）の重心変位グラフが得られる。
【００４６】
次にステップＳ１０において、画像選択手段７ｄはステップＳ９で得られた重心変位からステップＳ１で設定した任意の心時相における断層像を選択する。この断層像選択手段７ｄとして次のような機能が考えられる。
【００４７】
図９（ｂ）の重心変位グラフは基準直線Ｌ−Ｌ’方向の重心座標の変位を示したものであり、勾配が大きい時刻ほど基準直線Ｌ−Ｌ’方向の心運動が大きく、小さい時刻ほど心運動が小さい。各々の時刻におけるグラフの勾配を調べることによって、任意の時刻における心時相を判断することができ、また任意の心時相における断層像を選択することが可能となる。
【００４８】
図１０（ｂ）の重心変位グラフは重心座標の変位量を示したものであり、変位量が大きい時刻ほど心運動変位が大きく、小さい時刻ほど心運動変位が小さい。各々の時刻における変位量を調べることによって、任意の時刻における心時相を判断することができ、また任意の心時相における断層像を選択することが可能となる。
【００４９】
［実施例２］
この実施例は本発明の第１１の特徴に関しており、最も動きの少ない心時相における断層像の作成を行う。ステップＳ９までの処理は実施例１のそれと同様であるので説明を省略する。
心臓を対象とした撮影では動きによるアーチファクトを抑制するため最も動きの少ない心時相における断層像を作成することが多い。本実施例では前記重心変位グラフから最も重心変位が小さい時刻、つまりは最も心臓の動きが小さい時刻を算出することが可能である。
【００５０】
例えばステップＳ９で作成した重心変位グラフ図９（ｂ）は基準直線Ｌ−Ｌ’方向の重心座標の変位を示したものであるから、最もグラフの勾配が小さい時刻を算出し、算出した時刻の断層像を選択すれば最も動きの小さい心時相における断層像を自動的に選択することができる。
【００５１】
例えばステップＳ９で作成した重心変位グラフ図１０（ｂ）は重心座標の変位量を示したものであるから、最もグラフの値が小さい時刻を算出し、算出した時刻の断層像を選択すれば最も動きの小さい心時相における断層像を自動的に選択することができる。
【００５２】
次にステップＳ１１として領域外画像再構成手段７ｇは、ステップＳ１０で選択した部分再構成画像に対し、断層像領域外の断層像範囲の画像再構成を行う。またこのステップは基準断層像全体を断層像領域とする場合には省略される。
最終的に、ステップＳ１２にて、ステップＳ１１で作成した再構成画像を表示装置５から表示する。
【００５３】
［実施例３］
本実施例は本発明の第３の特徴に関しており、複数のスライス位置における任意の心時相の断層像の作成をする。ステップＳ１からＳ３までは［実施例１］のそれらと同様であるので説明を省略する。［実施例１］において、ステップＳ１からＳ１２までは、任意のスライス位置における断層像を選択する処理を示している。複数のスライス位置における任意の心時相の断層像を作成するには、作成する断層像のスライス位置を変えてステップＳ４からＳ１２までを繰り返し実行すればよい。しかし、ステップＳ４からＳ６までの断層像領域の指定は領域変更手段７ｈを用いて省略可能である。
【００５４】
領域変更手段７ｈは心臓の特徴量を用いて断層像領域を設定する。例えば心血管の座標を自動算出し、得られた座標に合わせて断層像領域の相対座標を変更する。例えば心壁の輪郭などを自動抽出し、得られた輪郭に合わせて断層像領域の範囲を変更する。領域変更手段７ｈを用いることで、スライスごとに断層像領域を設定せずとも複数断層像を作成できる。
【００５５】
［実施例４］
本実施例は本発明の第４の特徴に関しており、運動の解析を可能とする。この機能について説明する。なお、特に断らない限り［実施例１］と同様の処理を行う。
重心軌跡算出手段７ｉは重心移動の軌跡を算出し、算出された重心軌跡は重心軌跡表示手段７ｊによって表示装置５に表示される。図１１にその一例を示す。図１１（ａ）のａ，ｂ，ｃ，ｄ，・・ｚは、図９（ａ），図１０（ａ）と同様に各々の複数断層像の重心座標を示している。重心軌跡算出手段７ｉはこれらの重心座標を時系列に連結することによって図１１（ａ）のような重心軌跡を作成する。この重心軌跡は拍動体の運動に関する情報を含んでおり、例えば心筋の伸縮運動を解析する場合に有益である。
【００５６】
重心軌跡表示手段７ｊは図１１（ｂ）のように実際の断層像に重心軌跡を重ねて表示する。重心の移動量が小さい場合には重心軌跡の縮尺を拡大したものを断層像に重ねて表示し、拍動状態を強調して表示することも可能である。
また複数のスライス位置で重心座標の算出を行った場合、断層像領域が等しければ複数のスライス位置の重心軌跡を重ねて表示することが可能である。より長期間の重心軌跡を観察することができるため拍動体の全体的な運動状態を把握するのに便利である。
【００５７】
［実施例５］
本実施例は本発明の第５の特徴に関しており、撮影によって得られる重心変位の情報や撮影と同時に計測された心電波形等を基に撮影データを収集し画像再構成を行う機能について説明する。同じ心時相で撮影されたデータを１個以上組み合わせ、再構成することによって仮想的に時間分解能を向上させることができる。つまり時間方向に１８０°分のデータがきちんと得られる。この方法を図１２によって説明する。図１２は４個の撮影データを収集する例を示しており、心電波形を基に同じ心時相で撮影角度の異なる撮影データを再構成に必要な撮影角度分（約１８０°）だけ収集する。収集した撮影データを再構成することによって通常の再構成に比べ４分の１の時間分解能を仮想的に実現できる。また任意の心時相における断層像を作成するには、収集する撮影データの抽出位置をシフトさせればよい。また任意のスライス位置における断層像を作成するには、各検出器列から得られた撮影データ間で補間処理を施すことによって同一スライス位置のデータセットを作成し、画像再構成を行う。
【００５８】
本発明で得られる図９（ｂ），図１０（ｂ）のような重心変位グラフは図１２における心電波形の代替として利用できる。図１３は重心変位グラフを用いた同期再構成（以下、重心変位同期再構成と称す）を実現する工程を示すフローチャートである。
【００５９】
連続した複数のスライス位置における再構成画像を作成することを想定する。始めにステップＳ０  として心臓領域のＣＴ撮影を行う。ステップＳ１からＳ９まででは、重心変位同期再構成に使用する重心変位グラフを作成するために、スライス位置の異なる複数の断層像を作成する。この複数の断層像がカバーするスライス範囲は、重心変位同期再構成で作成する断層像のスライス範囲を含む必要がある。ステップＳ１として作成する複数の断層像の先頭スライス位置を設定する。ステップＳ２として作成する複数の断層像のスライス間隔を設定する。このスライス間隔を小さくするほど演算時間が大きくなるが、精度の高い重心変位グラフが得られる。ステップＳ３としてステップＳ２で指定したスライス間隔で作成する断層像の枚数を設定する。
【００６０】
ステップＳ４として基準断層像として、ステップＳ１で設定したスライス位置における断層像を作成する。この基準断層像は着目する拍動部位の位置と形状が判断できれば良く、心時相は任意のもので構わない。
【００６１】
ステップＳ５としてステップＳ４で作成した基準断層像を表示装置５に表示する。ステップＳ６として図４のように入力装置１３を用いて表示された基準断層像を参考にして着目する拍動部位を指定する。
【００６２】
ステップＳ８として複数断層像作成手段７ａ、又は複数部分断層像作成手段７ｆは、ステップＳ２で指定したスライス間隔で、ステップＳ１で指定した先頭スライス位置から、ステップＳ３で指定した枚数だけ断層像を作成する。ただし、各々のスライス位置では着目する運動部位の座標位置が移動するため、ステップＳ７として領域変更手段７ｈはスライス位置ごとに断層像領域を変更する。
【００６３】
ステップＳ９として重心算出手段７ｂはステップＳ８で作成した部分断層像の重心座標を求める。
【００６４】
ステップＳ１０として重心変位算出手段７ｃはＳ８で算出した重心座標から重心変位を算出する。このステップにより図９（ｂ），図１０（ｂ）のような重心変位グラフが、ステップＳ８で作成した部分断層像のスライス範囲の撮影時刻にわたって得られる。
【００６５】
ステップＳ１１として同期再構成手段７ｋはステップＳ１０で得られた重心変位グラフを基に重心変位同期再構成を行う。図１４において重心変位同期再構成について説明する。重心変位同期再構成は図１２で説明した心電同期再構成で使用する心電波形を、本発明で得られる重心変位グラフで置き換えたものである。図１４は４個の撮影データを収集する例を示しており、重心変位グラフを基に同じ心時相で撮影角度の異なる撮影データを再構成に必要な撮影角度分（約１８０°）だけ収集する。収集した撮影データを再構成することによって通常の再構成に比べ４分の１の時間分解能を仮想的に実現できる。また任意の心時相における断層像を作成するには、収集する撮影データの抽出位置をシフトさせればよい。また任意のスライス位置における断層像を作成するには、各検出器列から得られた撮影データ間で補間処理を施すことによって同一スライス位置のデータセットを作成し、画像再構成を行う。
【００６６】
また、心運動は患者の健康状態や精神状態によってことなるため、必ずしも周期的な重心変位グラフが得られるとは限らない。例えば図１５のように不整脈などによって拡張期の時間範囲にばらつきが生じる場合は重心変位グラフを基に収集する撮影データの幅や、収集するデータ数を変更することによって再構成に必要な撮影角度分（約１８０°）のデータを収集する。
最終的にステップＳ１２としてステップＳ１１で作成した再構成画像を表示装置５に表示する。
【００６７】
以下に図１３に示したフローに従い、本発明に記載の方法を胸部の撮影データに対して適用した例を示す。図１６はステップＳ４において作成した基準断層像であり、頭上の矩形で示した部分を断層像領域に設定した。設定した断層像領域に対し、１００ｍｍのスライス範囲にわたり０．２ｍｍスライス間隔で計５０回Ｓ７〜Ｓ９の処理を繰り返し実行した。図１７はＳ９によって得られた重心座標のデータセットに対し、重心軌跡算出手段７ｉを実行して得られた重心軌跡を示している。ここでＸ−Ｙ座標軸の単位はいずれもピクセル（画素）である。図１８はステップＳ１０において重心変位算出手段７ｃによって算出された重心変位グラフを示しており、心運動の様子が確認できる。ここでの重心変位を表す縦軸は正規化して求めたもので、グラフの軌跡は相対的な重心変位を表している。
【００６８】
以上、重心変位同期再構成を例にとり、本発明で得られる重心変位グラフが心電計や呼吸計などの生体センサから得られる電気信号の代替として利用可能であることを示した。重心変位グラフは生体センサを必要とするあらゆる画像処理手段、体動補正手段に利用可能であることは明らかである。
【００６９】
また本発明は心電計が装備されていないＸ線ＣＴ装置に関するものであるが、現在一般的に利用されている心電計を装備したＸ線装置にも応用可能である。例えば何らかのトラブルにより心電情報の取得に失敗場合でも、本発明を用いることで任意の心時相の断層像が作成可能であり、撮影のやり直しが省略されるため患者は無用な被ばくを受けなくて済む。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によるＸ線ＣＴ装置によれば、周期的あるいは非周期的に運動する身体部位の撮影において、心電計や呼吸センサなどの生体センサを用いなくても、患者や患者の健康状態に係わらずに、運動する身体部位の変位量と変位方向から運動する身体部位やその限定された領域の運動状態を解析することが可能であり、得られた解析結果から所望の運動状態おける断層像を精度よく短時間で得られる。
【００７１】
また、冠状動脈や左心室などの特定部位に限定した心臓運動の解析、心拍動の変位方向の解析、上記変位の変位量決定のための基準位置の設定と正確な変位量の決定、不整脈や心筋のねじれなど複雑な運動の評価を可能としつつ、これら解析、決定、評価の結果を参照し、任意の時相および任意の運動部位の断層像を精度よく短時間で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１によるＸ線ＣＴ装置を示すブロック構成図。
【図２】図１に示したＸ線ＣＴ装置により断層像を得るための処理を示すフローチャート。
【図３】心電計から得られる心電情報と、心時相の指定方法を示す図。
【図４】図２に示したステップＳ６の説明図。
【図５】図２に示したステップＳ７の説明図。
【図６】図２に示したステップＳ８の説明図。
【図７】重心算出対象画素領域の例。
【図８】重心算出対象画素領域の例。
【図９】図２に示したステップＳ９の説明図。
【図１０】図２に示したステップＳ９の説明図。
【図１１】本発明の実施例４による図１で示した重心軌跡算出手段７ｉと重心軌跡表示手段７ｊの処理の説明図。
【図１２】本発明の実施例５による心電同期再構成の説明図。
【図１３】本発明の実施例５によるＸ線ＣＴ装置で断層像を得るための処理を示すフローチャート。
【図１４】本発明の実施例５による重心変位算出手段７ｃから算出される重心変位を利用した同期再構成の説明図。
【図１５】本発明の実施例５による重心変位算出手段７ｃから算出される重心変位を利用した同期再構成の説明図で、拡張期の時間範囲にばらつきが生じる場合を示す図。
【図１６】本発明の実施例５による基準断層像と断層像領域の一例。
【図１７】本発明の実施例５による重心軌跡の一例。
【図１８】本発明の実施例５による重心変位グラフの一例。
【符号の説明】
１  Ｘ線管
２  スキャナガントリ
３  患者テーブル
４  Ｘ線検出器
５  表示装置
６  心電計
７  画像処理装置
８  回転円盤
９  コリメータ
１０  回転駆動装置
１１  測定制御装置
１２  コンピュータ
１３  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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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