Ｘ線ＣＴ装置および心筋パーフュージョン像生成システム
【課題】被検体への造影剤注入量およびＸ線による被曝をより低減させつつ、より短時間で心筋パーフュージョン像を作成することが可能なＸ線ＣＴ装置および心筋パーフュージョン像生成システムである。
【解決手段】被検体ＰにＸ線を曝射してスキャンを行い、得られた投影データに基づいて被検体Ｐ内部の画像を再構成するＸ線ＣＴ装置１において、造影剤が持続的に注入された被検体Ｐの心筋部における造影剤の濃度が一定とみなせる状態における画像を投影データに基づいて生成する画像生成手段と、画像生成手段により生成された画像の心筋領域部分から心筋組織成分を除去することにより、血流画像を生成する血流画像生成手段２４ｅとを備えた。
【解決手段】被検体ＰにＸ線を曝射してスキャンを行い、得られた投影データに基づいて被検体Ｐ内部の画像を再構成するＸ線ＣＴ装置１において、造影剤が持続的に注入された被検体Ｐの心筋部における造影剤の濃度が一定とみなせる状態における画像を投影データに基づいて生成する画像生成手段と、画像生成手段により生成された画像の心筋領域部分から心筋組織成分を除去することにより、血流画像を生成する血流画像生成手段２４ｅとを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造影剤を持続的に注入して冠動脈造影ＣＴ画像や心筋造影ＣＴ画像等の造影ＣＴ画像を撮影し、得られた造影ＣＴ画像を用いて心筋パーフュージョン像を生成するＸ線ＣＴ装置および心筋パーフュージョン像生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置を用いた心臓の造影検査では、造影剤が患者である被検体に持続的に注入され、造影ＣＴ画像が収集される。そして、収集された造影ＣＴ画像から冠動脈や心内腔壁運動像等が作成されて診断に供される。
【０００３】
又、Ｘ線ＣＴ装置を用いて心筋の血流動態（パーフュージョン：perfusion ）の検査や脳組織内等の器官についてのパーフュージョン検査が実施されている。これらのパーフュージョン検査においては、造影剤を短時間で注入するボーラス注入によりダイナミック撮影を行い、得られたダイナミック造影ＣＴデータを解析することによりパーフュージョン像を生成する試みが従来から研究によりなされている。
【０００４】
しかし、通常、このようなパーフュージョン像の撮影は単独検査ではなく、造影検査の一環として実施される。例えば、心筋パーフュージョン像の撮影の場合には、心筋パーフュージョン像のスキャンとは別に冠動脈、心内腔壁運動のような心機能解析のためのスキャンも実施される。このため、心筋パーフュージョン像のスキャンが長時間に亘り、Ｘ線による被検体の被曝の増加に繋がるような検査方法は受け入れ難く、Ｘ線ＣＴ装置による長時間のダイナミック撮影は実用化されていないのが現状である。このような背景から、脳組織内の毛細血管の血流動態についての検査では、一時に被検体に造影剤が注入され、より短時間で撮影が行なわれる（例えば特許文献１参照）。つまり、被検体に注入される造影剤の濃度変化に時間的なピークが形成されるような手法で造影剤が注入され、脳組織内の毛細血管に造影剤が移行するタイミングでＸ線ＣＴ装置による撮像が実施される。そして、Ｘ線ＣＴ装置による撮像により得られたＣＴ画像を用いて、脳組織内の毛細血管における造影剤の時間的な濃度変化に基づいて血流動態に関する情報が求められる。
【特許文献１】特開２００３−１１６８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の一時に被検体に造影剤が注入して血流動態に関する情報を求める手法では、撮像時間とともに被検体の被曝時間の増加を抑制できるものの、血流動態以外の器官、例えば冠動脈の画像や心機能解析データの収集のためには、別途Ｘ線による撮像が必要となる。このため、より一層の撮影時間の短縮化が求められる。
【０００６】
さらに、心筋パーフュージョン像や心筋画像の撮影のために、スキャンがそれぞれ実施されるため、撮影時間の増加とともに造影剤の注入回数および注入量も増加することとなる。しかし、被検体への造影剤の注入可能な量には上限があり、この結果、撮像時間や撮像回数も制限を受けることになる。このため、心筋パーフュージョン像の撮影時間を長時間確保することが困難になるという問題がある。
【０００７】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、被検体への造影剤注入量およびＸ線による被曝をより低減させつつ、より短時間で心筋パーフュージョン像を作成することが可能なＸ線ＣＴ装置および心筋パーフュージョン像生成システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、被検体にＸ線を曝射してスキャンを行い、得られた投影データに基づいて被検体内部の画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、造影剤が持続的に注入された被検体の心筋部における前記造影剤の濃度が一定とみなせる状態における画像を前記投影データに基づいて生成する画像生成手段と、前記画像生成手段により生成された画像の心筋領域部分から心筋組織成分を除去することにより、血流画像を生成する血流画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、前記画像生成手段により生成された画像の心筋領域部分を決定する領域決定手段を備え、前記血流画像生成手段は、前記領域決定手段により決定された前記心筋領域部分から前記心筋組織成分を除去するように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、前記画像生成手段は、前記心筋領域部分のＣＴ画像から心筋に相当するＣＴ値を減算することにより前記血流画像を生成するように構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、前記造影剤で染影された前記心筋部に対応する値及び心筋に対応する値に基づいて階調および色調の少なくとも一方の変換処理を行う際のウィンドウレベル値を設定する表示処理手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、前記造影剤で染影された前記心筋部に対応する値と心筋に対応する値との間の値を有する画素が強調されるように階調および色調の少なくとも一方の変換処理を行う際のウィンドウレベル値を設定する表示処理手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、被検体に造影剤を持続的に注入し、前記被検体の心筋部における前記造影剤の濃度が一定とみなせる状態を得る造影剤注入装置と、前記心筋部における前記造影剤の濃度が一定とみなせる区間に心電図同期で造影ＣＴ画像を収集する手段と、前記心筋部の前記造影ＣＴ画像データから心筋のＣＴ値を減算することにより血流画像を生成する血流画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係る心筋パーフュージョン像生成システムは、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、造影剤が持続的に注入された被検体の心筋部における造影剤の濃度が一定とみなせる状態における画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段により取得された画像の心筋領域部分から心筋組織成分を除去することにより、血流画像を生成する血流画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に係る心筋パーフュージョン像生成システムは、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、被検体の心筋部における造影剤の濃度が一定とみなせる区間において心電図同期で収集された造影ＣＴ画像データを取得する画像取得手段と、前記画像取得手段により取得された前記造影ＣＴ画像データから心筋のＣＴ値を減算することにより血流画像を生成する血流画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るＸ線ＣＴ装置および心筋パーフュージョン像生成システムにおいては、被検体への造影剤注入量およびＸ線による被曝をより低減させつつ、より短時間で心筋パーフュージョン像を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係るＸ線ＣＴ装置および心筋パーフュージョン像生成システムの実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明に係るＸ線ＣＴ装置の実施の形態を示す構成図である。
【００１９】
Ｘ線ＣＴ装置１は、ガントリ部２およびコンピュータ装置３とから構成される。ガントリ部２は、Ｘ線管４、高電圧発生装置５、Ｘ線検出器６、データ収集部７（ＤＡＳ；Ｄａｔａ Ａｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、造影剤注入装置８および心電計９とを有する。Ｘ線管４とＸ線検出器６とは、高速で且つ連続的に回転する図示しない回転リングに被検体Ｐを挟んで互いに対向する位置に搭載される。
【００２０】
造影剤注入装置８は、コンピュータ装置３からの制御信号により制御され、一定の条件に従って被検体Ｐに造影剤を持続的に注入する機能を有する。造影剤注入装置８は、造影剤の被検体Ｐ内における振る舞いに基づいて、被検体Ｐに注入する造影剤の量および濃度を制御することができる。
【００２１】
図２は、被検体の心臓、心筋内、冠状動脈内における造影剤の振る舞いをモデル化した図である。
【００２２】
被検体Ｐ内部では、図示しない大動脈から冠状動脈１０が分岐し、分岐した冠状動脈１０からさらに毛細血管１１が分岐する。毛細血管１１は心筋１２内に導かれ、心筋１２は毛細血管１１と心筋細胞１３とから構成される。心筋細胞１３には間質１４という領域が存在し、間質１４と毛細血管１１との間で血液が出入りできる構造となっている。
【００２３】
このため、被検体Ｐに造影剤を注入すると、造影剤は血液とともに大動脈から冠状動脈１０に、冠状動脈１０から毛細血管１１へと導かれる。さらに、造影剤が毛細血管１１内において血液とともに流れて心筋細胞１３に到達すると、造影剤の一部は毛細血管１１から心筋細胞１３内の間質１４に流入する。また、心筋細胞１３内の間質１４に流入した血液の一部は、再び心筋細胞１３から流出して毛細血管１１内へと移動する。
【００２４】
従って、大動脈や冠状動脈１０中における造影剤の血液中の濃度と、心筋細胞１３内や毛細血管１１内における造影剤の血液中の濃度とは、異なる値となりかつ造影剤の移動により時間的に変化する。被検体Ｐ内の各所における造影剤の血液中の濃度は、造影剤が毛細血管１１から心筋細胞１３内の間質１４に流入する際における移行定数と、造影剤が心筋細胞１３内の間質１４から毛細血管１１に流入する際における移行定数とから決定される。
【００２５】
すなわち、時刻ｔにおける心臓左室内腔内あるいは冠状動脈血中における造影剤の濃度をＣａ（ｔ）、毛細血管１１および心筋細胞１３を含めた心筋１２内のある領域を単位領域として、心筋１２における血液中の造影剤の濃度（毛細血管１１中と心筋細胞１３内の造影剤の平均の濃度）をＣｍｙｏ（ｔ）、造影剤が毛細血管１１から心筋細胞１３内の間質１４に流入する際における移行定数をＫ１、造影剤が毛細血管１１から心筋細胞１３内の間質１４に流出する際における移行定数をｋ２とすると、Ｃａ（ｔ）およびＣｍｙｏ（ｔ）は移行定数Ｋ１および移行定数ｋ２で決定される。
【００２６】
図３は、図２に示すモデルをパラメータを用いて概念的に表現した図である。
【００２７】
図３に示すように、ある時刻ｔにおいて、濃度Ｃａ（ｔ）の造影剤が移行係数Ｋ１に比例した量で毛細血管１１から心筋細胞１３の間質１４に移動する一方、心筋細胞１３の間質１４からは、濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）の造影剤が移行係数ｋ２に比例した量で毛細血管１１内に移動する。そして、造影剤の移動後の濃度Ｃａ（ｔ）およびＣｍｙｏ（ｔ）が移行定数Ｋ１および移行定数ｋ２で決定される。
【００２８】
従って、ある時刻ｔにおける心筋１２内における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）は、間質１４に流入する造影剤の量と間質１４から流出する造影剤の量の差で表現できることから式（１）が成立する。
【数１】
【００２９】
一方、従来から、一定の条件で被検体Ｐに造影剤を静注すると、冠状動脈中および心筋１２内における造影剤の血液中の濃度が一定とみなせる状態になることが知られている。
【００３０】
図４は、図１に示す造影剤注入装置８により被検体に造影剤が持続的に静注されることによる冠動脈および心筋部における造影剤の時間的な濃度変化を示す図である。
【００３１】
図４において、縦軸は造影剤の濃度Ｃを示し、横軸は時間ｔを示す。また、図４中の実線は、冠動脈中における造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）の時間変化を示すデータであり、点線は、心筋細胞１３および毛細血管１１で構成される心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）の時間変化を示すデータである。
【００３２】
図４に示すように、例えば始めのｔ１秒間は注入速度ｘ１[ｃｃ／ｓｅｃ]で持続的に造影剤を注入し、その後のｔ２秒間は注入速度ｘ２[ｃｃ／ｓｅｃ]で造影剤を持続的に注入すると、冠動脈血中における造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定とみなせる区間Ｔ１および心筋領域における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）が一定とみなせる区間Ｔが得られる。この例では、注入速度３ｃｃ／秒で２０秒間に渡って静注し、引き続き注入速度１．５ｃｃ／秒で３０秒を行うものとしている。
【００３３】
このため、心筋領域における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）が一定とみなせる区間Ｔ１において心電図同期で心筋部のＸ線ＣＴデータを収集すれば、その後のＸ線ＣＴデータを用いた各種処理により血流画像を生成することが容易となる。そこで、造影剤注入装置８は、一定の条件に従って、単位時間当たり所要の量の造影剤を被検体Ｐ内に注入し、冠動脈血中および心筋部における造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）、Ｃｍｙｏ（ｔ）が一定とみなせる状態を得ることができるようにされる。
【００３４】
尚、造影剤の注入条件は、冠動脈中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）がＸ線ＣＴデータの収集の間に一定となるように、経験的に決まる方法であるため、注入速度には多少の相違が存在する。この造影剤の静注の際における注入速度等の推奨条件は例えば「八町淳、輪湖正：螺旋走査型ＣＴにおける最適造影検査の方法の検討、日獨医報第４０巻第２号1995年」等の文献に記載されている。
【００３５】
ただし、現実には、図４に示すように冠動脈中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定とならない区間Ｔ２が存在する場合もある。このような場合であっても、冠動脈中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）の時間変化が一定であり線形性を有するとみなせる状態であれば、血流画像の生成に用いることができるため、冠動脈中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）の時間変化が一定となるように、造影剤注入装置８により造影剤の注入条件が調整される。
【００３６】
一方、心電計９は、被検体Ｐに接着させた図示しない電極と接続される。心電計９は、被検体Ｐから電極を介して心電信号（ＥＣＧ信号）を検出し、検出したＥＣＧ信号から被検体Ｐの心電図を生成してコンピュータ装置３に与える機能を有する。
【００３７】
そして、高電圧発生装置５はコンピュータ装置３からの制御信号により冠動脈および心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）、Ｃａ（ｔ）が一定あるいは線形性を有する間に、心電図に同期してＸ線管４に管電流や管電圧を供給し、Ｘ線検出器６で被検体Ｐを透過したＸ線を検出できるように構成される。さらに、Ｘ線検出器６で検出されたＸ線検出信号はデータ収集部７に与えられてデジタル化され、コンピュータ装置３に与えられる。
【００３８】
コンピュータ装置３は、画像処理装置１５、画像表示部１６、入力部１７およびスキャン制御装置１８とから構成される。スキャン制御装置１８は、心電計９により収集された心電図に基づいて高電圧発生装置および造影剤注入装置８に制御信号を与えて制御することにより心電図同期ＣＴの収集を実行させる機能を有する。
【００３９】
また、画像処理装置１５は、制御部１９を中枢として、データ収集部７から出力される生データを補正処理等を経て投影データに変換する前処理部２０、投影データを記憶するメモリ部２１、投影データからＣＴ画像データを再構成する画像再構成部２２、ＣＴ画像データを保管する記憶装置２３、記憶装置２３からＣＴ画像データを読み込んで心筋パーフュージョン像を生成する心筋パーフュージョン像生成システム２４とから構成される。
【００４０】
心筋パーフュージョン像生成システム２４は，画像取得ユニット２４ａ、スライス厚加算ユニット２４ｂ、マトリクス縮小ユニット２４ｃ、マスク処理ユニット２４ｄ、血流画像生成ユニット２４ｅ、オブリーク断面変換ユニット２４ｆ、画像合成ユニット２４ｇおよび表示処理ユニット２４ｈを備える。
【００４１】
画像取得ユニット２４ａは、記憶装置２３から造影剤による心筋の造影ＣＴ画像データを読み込んで取得する機能と、取得した造影ＣＴ画像データを他の心筋パーフュージョン像生成システム２４の構成要素に与える機能とを有する。
【００４２】
スライス厚加算ユニット２４ｂは、画像取得ユニット２４ａから心筋の造影ＣＴ画像データを受けて隣接するスライス間の造影ＣＴ値を加算し、あるいは平均をとることによりスライス方向の造影ＣＴ画像データの解像度を下げる機能を有する。
【００４３】
マトリクス縮小ユニット２４ｃは、画像取得ユニット２４ａから心筋の造影ＣＴ画像データを受けて、造影ＣＴ値に対して加算処理および加算平均処理の一方を施すことによりマトリクスを縮小する機能を有する。
【００４４】
マスク処理ユニット２４ｄは、画像取得ユニット２４ａから心筋の造影ＣＴ画像データを受けてマスク処理を行なうことにより、心筋部のうち血流が存在する領域を抽出する機能を有する。すなわち、マスク処理ユニット２４ｄは、心筋領域部分を決定する領域決定ユニットとして機能する。
【００４５】
血流画像生成ユニット２４ｅは、マスク処理ユニット２４ｄにより抽出された血流領域における血流画像を生成する機能を有する。ここで、血流画像の生成方法について説明する。
【００４６】
図４に示すように、心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）が一定とみなせる場合には、式（１）の左辺が０となるため、式（２）が得られる。
【数２】
【００４７】
式（２）より式（１）は式（３）のように表される。
【数３】
【００４８】
さらに式（３）を変形すると式（４）が得られる。
【数４】
【００４９】
式（４）において、冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定とみなせる場合には、通常の胸痛を有する患者に対して発症から数時間以内など、心筋部への血流が全くないなどの壊死のない状況下では、心筋は生きており、ｋ２は正常の範囲にあると判断されるのでｋ２もＣａ（ｔ）と同様に一定とみなせ、式（５）に示すように移行定数Ｋ１は、心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）に比例することになる。
【数５】
【００５０】
さらに、移行定数Ｋ１は、血流濃度中おける造影剤の割合を示す値（extraction fraction）をＥ、血流動態の指標となる単位時間、単位重量中における血流量である血流パーフュージョン（blood perfusion [ml/100g/min]）をＦとすると、Ｋ１＝Ｅ×Ｆの関係にあることが知られている。
【００５１】
従って、式（６）に示すように、心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）は、心筋部における血流パーフュージョンＦに比例することとなる。
【数６】
【００５２】
つまり、心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）は、血流パーフュージョンＦの相対値を示していることが分かる。従って、心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）を求めることができれば、血流パーフュージョンＦの相対値を知ることができる。
【００５３】
ここで、造影剤を注入して得られる心筋の造影ＣＴ画像データのＣＴ値は、心筋組織成分である心筋のみのＣＴ値と造影剤成分の画像のＣＴ値との合計となる。従って、心筋の造影ＣＴ画像データから心筋のみのＣＴ値を減算すれば、造影剤成分の画像のＣＴ値と比例的関係にある心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）を求めることができる。
【００５４】
そこで、血流画像生成ユニット２４ｅには、マスク処理ユニット２４ｄにより抽出された血流領域において、心筋の造影ＣＴ画像データから心筋のみのＣＴ値を減算することにより血流パーフュージョンＦの相対値を表す造影剤成分の画像を血流画像として生成する機能が備えられる。
【００５５】
尚、冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定ではないとみなせる場合には、式（４）から式（５）を導くことができない。しかし、冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）の時間変化率が一定であるか、造影剤の濃度とＣＴ値との間に線形性がある場合には、この冠動脈血中の造影剤の濃度の時間的な変化率に基づいて補正係数を求め、求めた補正係数を用いて造影剤成分の画像を補正することができる。例えば式（７）に示すようにある時刻ｔ０における冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ０）を基準として時刻ｔにおける冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）との比を補正係数α（ｔ）として、補正係数α（ｔ）を造影剤成分の画像のＣＴ値に乗じることにより補正することができる。
［数７］
α（ｔ）＝Ｃａ（ｔ）／Ｃａ（ｔ０） ・・・（７）
【００５６】
このため、血流画像生成ユニット２４ｅには、冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定ではない場合には、補正係数α（ｔ）を求めて造影剤成分の画像を補正する機能が備えられる。
【００５７】
オブリーク断面変換ユニット２４ｆは、血流画像生成ユニット２４ｅにより生成された心筋の血流画像の断面を変換し、任意の断面における断面画像、例えば心筋の長手方向を軸とする環状の断面画像を生成する機能を有する。
【００５８】
画像合成ユニット２４ｇは、マトリクス縮小処理およびスライス間における造影ＣＴ値の加算前の解像度の高い心筋の画像、すなわち、画像取得ユニット２４ａから受けた心筋の造影ＣＴ画像データのうちマスク領域の画像データと血流画像生成ユニット２４ｅにより生成された心筋の血流画像とを合成した画像を生成し、マスク領域の画像データと心筋の血流画像とを重ね合わせして同位置画面上にそれぞれの画像の透明度等の任意の値を調整して表示できるようにする機能を有する。
【００５９】
表示処理ユニット２４ｈは、血流画像生成ユニット２４ｅ、オブリーク断面変換ユニット２４ｆおよび画像合成ユニット２４ｇによりそれぞれ生成された血流画像、オブリーク断面画像、合成画像等の各画像を表示させるための画像信号を画像表示部１６に与えて表示させる機能と、表示された各画像において血流画像が視認できるような表示条件を設定する機能を有する。
【００６０】
また、表示処理ユニット２４ｈは、画像の表示条件を設定する際には、画像表示部１６に表示条件の設定を指示するための画像を表示させる一方、入力部１７から画像の表示条件の指示を取得するように構成される。
【００６１】
画像の適切な表示条件の例としては、例えば表示させる画素値の下限を心筋のＣＴ値とする一方、表示させる画素値の上限を心筋のＣＴ値に心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）を加算した値とし、血流画像のみを選択的に表示させるような表示方法の他、画素値が心筋のＣＴ値から心筋のＣＴ値に心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）を加算した値までの範囲である部分を画素値に応じたカラー表示とする表示方法が挙げられる。この場合、入力部１７からの情報を受け取って、画素値の上限をデフォルト値から微調整できるようにすることもできる。
【００６２】
そのために、表示処理ユニット２４ｈには、例えば、造影剤で染影された心筋部に対応する値及び心筋に対応する値に基づいて階調および色調の少なくとも一方の変換処理を行う際のウィンドウレベル値を設定する機能を備えることもできるし、造影剤で染影された心筋部に対応する値と心筋に対応する値との間の値を有する画素が強調されるように階調および色調の少なくとも一方の変換処理を行う際のウィンドウレベル値を設定する機能を備えることもできる。
【００６３】
次に、Ｘ線ＣＴ装置１の作用について説明する。
【００６４】
図５は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１により心筋パーフュージョン像を生成する際の手順の一例を示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
【００６５】
まずステップＳ１において、スキャン制御装置１８からの制御信号により造影剤注入装置８が制御され、図４に示すように、造影剤注入装置８から一定の条件に従って造影剤が持続的に被検体Ｐに注入される。このため、被検体Ｐの動脈血中における造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定あるいは時間的な変化率が一定とみなせる状態となる。また、心筋部の造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）についても一定とみなせる状態となる。
【００６６】
次に、ステップＳ２において、心筋部の造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）が一定とみなせる期間において、心電同期で心筋の造影ＣＴ画像データが収集される。すなわち、被検体Ｐに接着して設けられた図示しない電極を介して心電計９によりＥＣＧ信号が検出される。そして、心電計９により心電図が取得され、スキャン制御装置１８に与えられる。さらに、心電計９により取得された心電図に基づいてスキャン制御装置１８から制御信号が高電圧発生装置５に与えられる。このため、心電波形に同期して高電圧発生装置５からＸ線管４に管電流や管電圧が供給され、被検体ＰにＸ線が照射される。
【００６７】
被検体Ｐに照射され、被検体Ｐを透過したＸ線は、Ｘ線検出器６で検出される。Ｘ線検出器６の出力であるＸ線検出信号はデータ収集部７に与えられてデジタル化された生データが生成される。データ収集部７は、生成した生データを前処理部２０に与え、前処理部２０は生データに各種補正処理等の前処理を施して投影データに変換する。前処理部２０において得られた投影データは、メモリ部２１において一時的に保存された後、画像再構成部２２に与えられる。そして、画像再構成部２２において、投影データからＣＴ画像データが再構成され、再構成されたＣＴ画像データは記憶装置２３に書き込まれて保存される。
【００６８】
尚、被検体Ｐには造影剤が注入されるため、記憶装置２３に保存されるＣＴ画像データは造影ＣＴ画像データとなる。また、心電図と同期されてＣＴ画像が収集されるため、心筋の収縮あるいは拡張期において心筋各部の同一期における心筋の造影の体軸横断画像が得られる。そして、記憶装置２３に保存された造影ＣＴ画像データは、画像取得ユニット２４ａにより取得され、心筋パーフュージョン像生成システム２４に与えられる。
【００６９】
さらに、心筋の診断用として、必要に応じて心筋の収縮から拡張までの一連の周期において、同一周期の各スライスにおける体軸横断画像のセットが取得され、取得された各体軸横断画像の断面変換により心筋の短軸横断像（short axis）、長軸水平断層像(horizontal long axis)、長軸垂直断層像(vertical long axis)等の各種画像が得られる。
【００７０】
そして、このように収集され、種々の断面変換された心筋の造影ＣＴ画像データから心筋パーフュージョン像生成システム２４により心筋パーフュージョン像を生成することができる。
【００７１】
ここで、心筋の造影ＣＴ画像データの解像度のまま心筋パーフュージョン像を生成しようとすると、ノイズの影響を受ける恐れがある。そこで、心筋パーフュージョン像の生成の前処理として、必要に応じて解像度の低減化処理が心筋の造影ＣＴ画像データに施される。
【００７２】
すなわち、ステップＳ３において、スライス厚加算ユニット２４ｂは、画像取得ユニット２４ａから心筋の造影ＣＴ画像データを受けて隣接する複数のスライスにおける造影ＣＴ値を加算し、あるいは平均をとることによりスライス方向の造影ＣＴ画像データの解像度低減化処理を行う。例えば、心筋の造影ＣＴ画像データのスライス厚は０．５ｍｍ程度であることが一般的であり、心筋パーフュージョン像の生成用として心筋の造影ＣＴ画像データを用いるために、スライス厚が３ｍｍ、５ｍｍあるいは１０ｍｍ程度となるようにスライス方向の解像度が低下せしめられる。
【００７３】
さらに、ステップＳ４において、マトリクス縮小ユニット２４ｃは、各スライスにおける心筋の造影ＣＴ画像データの造影ＣＴ値を加算し、あるいは平均をとることによりマトリクスの縮小処理を実行する。
【００７４】
図６は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１により心筋の造影ＣＴ画像データに対してマトリクスの縮小処理を実行して得られる画像の一例を示す図である。
【００７５】
図６（ａ）は、マトリクス縮小処理前における心筋の造影ＣＴ画像データを示し、図６（ｂ）は、マトリクス縮小処理後における心筋の造影ＣＴ画像データを示す。
【００７６】
図６（ａ）に示すように、マトリクス縮小処理前における心筋の造影ＣＴ画像データは例えば６６４マトリクスであり、単位ピクセル当たりのセルサイズは０．３ｍｍである。このような６６４マトリクスの心筋の造影ＣＴ画像データにおいて、隣接あるいは近傍の造影ＣＴ値が加算ないし平均化され、図６（ｂ）に示すような２５６マトリクスで単位ピクセル当たりのセルサイズが０．７７８ｍｍの心筋の造影ＣＴ画像データが得られる。
【００７７】
尚、スライス厚の加算処理およびマトリクス縮小処理の処理順序は逆であってもよく、任意である。
【００７８】
次に、ステップＳ５において、解像度の低減化処理が完了すると、マスク処理ユニット２４ｄにより心筋の造影ＣＴ画像データに対してマスク処理が施され、心筋の造影ＣＴ画像データのうち、血流が存在する領域が抽出される。続いてステップＳ６において、血流画像生成ユニット２４ｅにより、マスク処理後の血流が存在する領域における造影ＣＴ画像データから心筋のＣＴ値が減算されて心筋パーフュージョン像が生成される。
【００７９】
図７は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１により心筋の造影ＣＴ画像データから心筋パーフュージョン像を生成する手順と、得られた心筋パーフュージョン像を示す図である。
【００８０】
図７（ａ）は、解像度の低減化処理後の各スライスにおける心筋の造影ＣＴ画像データである。図７（ａ）に示すような心筋の各造影ＣＴ画像データに対してマスク処理ユニット２４ｄによりマスク処理が施されて、図７（ｂ）に示すような血流が存在する領域が抽出される。図７（ｂ）は、左室心筋を中心にＣＴ値が０から１５０の間となるようにマスク処理を施した例である。血流が存在する領域が抽出されたことが確認できる。
【００８１】
さらに、図７（ｂ）に示すように抽出された造影ＣＴ画像データから心筋のＣＴ値の減算処理が血流画像生成ユニット２４ｅにより実行され、造影剤成分の画像が得られる。図７（ｃ）は、血流画像生成ユニット２４ｅによる減算処理で得られた造影剤成分の画像、すなわち心筋パーフュージョン像であり、心筋のＣＴ値を３４として一律に造影ＣＴ画像データから引算（バックカット）した例である。この計算により心筋成分を画像から除去する。
【００８２】
また、冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定とみなせない場合には、血流画像生成ユニット２４ｅにより式（７）に示すように補正係数α（ｔ）が求められ、造影剤成分の画像に補正係数α（ｔ）が乗じられて補正される。
【００８３】
そして、このように生成された心筋パーフュージョン像は診断に供される。さらに、必要に応じて、診断容易化のため、心筋パーフュージョン像に各種処理が施される。
【００８４】
例えば、ステップＳ７において、オブリーク断面変換ユニット２４ｆにより心筋パーフュージョン像の断面を変換処理が施されて、心筋パーフュージョン像のオブリーク断面画像が生成される。尚、このステップＳ７は、ステップＳ２の後に実施してもよい。
【００８５】
図８は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１により心筋パーフュージョン像の断面変換処理により得られたオブリーク断面画像の一例を示す図である。
【００８６】
心筋は、長軸と短軸を有する楕円面状の形状であるため、図８に示すように、心筋パーフュージョン像を心筋の長手方向を軸とする環状の断面画像に変換することにより、診断容易化に繋げることができる。
【００８７】
さらに、心筋パーフュージョン像を心筋の画像と合成させて表示させることにより、診断の際における利便性を向上させることができる。この場合、心筋パーフュージョン像に合成させる心筋の画像は、ステップＳ３、ステップＳ４におけるマトリクス縮小処理およびスライス間における造影ＣＴ値の加算前の解像度の高い心筋の画像を用いることが、より効果的である。
【００８８】
そこで、ステップＳ８において、画像合成ユニット２４ｇは、マトリクス縮小処理およびスライス間における造影ＣＴ値の加算前の解像度の高い心筋の画像を画像取得ユニット２４ａから受けて、心筋パーフュージョン像と合成した画像を生成する。
【００８９】
図９は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１により心筋パーフュージョン像と心筋の画像とを合成させて得られた画像の一例を示す図である。
【００９０】
図９（ａ）は、画像取得ユニット２４ａにより取得されたマトリクス縮小処理およびスライス間における造影ＣＴ値の加算前の解像度の高い心筋の画像であり、図９（ｃ）は、解像度低下処理後の心筋の画像から得られた心筋パーフュージョン像である。そして、図９（ａ）に示す高解像度の心筋画像と図９（ｃ）に示す低解像度の心筋パーフュージョン像とを合成させることにより、図９（ｂ）に示すような心筋および血流を示すFusion画像を得ることができる。このように、心筋画像と血流画像とを合成させることにより、診断を容易化することができる。
【００９１】
さらに、血流画像生成ユニット２４ｅ、オブリーク断面変換ユニット２４ｆおよび画像合成ユニット２４ｇによりそれぞれ生成された血流画像、オブリーク断面画像、合成画像等の各画像は、表示処理ユニット２４ｈに与えられる。そして、表示処理ユニット２４ｈから各画像を表示させるための画像信号が画像表示部１６に与えられて表示される。
【００９２】
ここで、ユーザは入力部１７から各画像の表示条件の自動設定を指示することができる。そのために、表示処理ユニット２４ｈから例えば、電子ボタンを表示させるための画像信号が画像表示部１６に与えられる。
【００９３】
図１０は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１の画像表示部１６に血流画像を自動的に表示条件を設定して表示させた例を示す図である。
【００９４】
図１０に示すように画像表示部１６の画面には、造影ＣＴ画像３０、表示条件の自動設定を指示するための自動（ＡＵＴＯ）ボタン３１および輝度スケール３２が表示される。つまり、図１０は、血流画像をグレースケールで識別できるように輝度表示させる場合の例を示す。
【００９５】
入力部１７の操作により自動（ＡＵＴＯ）ボタン３１を押すと、入力部１７から表示条件の自動設定の指示が表示処理ユニット２４ｈに与えられる。そうすると、表示処理ユニット２４ｈにより輝度スケール（ウィンドウレベル）の上限値ＷＵ、下限値ＷＬ、上限値と下限値との間のウィンドウレベル幅ＷＷが自動的に血流画像を表示させるために適切な値に設定される。
【００９６】
すなわち、心筋のＣＴ値（３４程度）をＡ、心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）をＢ、微調整のための任意の値をβとすると、例えばＷＵ＝Ａ＋Ｂ、ＷＬ＝Ａ＋β（従ってＷＷ＝Ｂ−β）と設定したり、あるいはＷＬ＝Ａ＋β、ＷＷ＝Ａ＋β＋Ｂと設定することができる。この結果、輝度スケールが心筋部の血流画像の表示に適切な値に設定され、図１０に示すように心筋の血流画像がグレースケールにより輝度表示される。
【００９７】
この時、ＷＬとＷＬの間以外の値は、黒等の一定輝度にして画像上から除去する。又は、ＷＬとＷＬの間とＷＬとＷＬ以外の部分の間とで、異なる階調変換特性を持たせて、ＷＬとＷＬの間の値が強調されて表示されるようにする。尚、好適には、ＷＬの値の部分が黒（輝度値０又は極めて低い輝度値）で表示されるように階調変換処理を行うことにより、血流の少ない部分を良好に把握することが可能である。
【００９８】
尚、図１０では心筋部の血流画像に他の部位を重畳表示されている。表示条件を決定するＡ、Ｂ、β等の値は入力部１７の操作によりマニュアルで微調整できるようにすることもできる。Ａの値は心筋のＣＴ値に限らず、臨床目的に応じて変更することもできる。Ｂの値は経験的にデフォルト値として定めることができる。
【００９９】
この他、ＷＵとＷＬの範囲をカラー表示させることにより心筋部の血流画像を識別できるように表示させることも可能である。カラー表示させる場合には、例えば１６段階に視覚的に分けたり、識別したい段階に応じて１６段階以上または１６段階以下の階調を有するようにしてもよい。
【０１００】
また、自動（ＡＵＴＯ）ボタン３１については、例えば画像の表示処理を実行するアプリケーションプログラムにより、心筋の血流表示や心筋の血流解析を行う特定のアプリケーションを起動させたときなどに表示させることができる。ただし、特定のハードウェアによるハードキーを入力部１７に設けて自動（ＡＵＴＯ）ボタン３１としてもよい。
【０１０１】
また、図５のフローチャートに示す手順の他、各ステップの順序を変更したり、一部のステップを省略して心筋パーフュージョン像を生成することもできる。例えばＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ５→Ｓ８という手順、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ７→Ｓ６→Ｓ８という手順、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ７→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ８という手順が挙げられる。
【０１０２】
以上のようなＸ線ＣＴ装置１および心筋パーフュージョン像生成システム２４は、一定条件下での造影剤持続注入により収集された冠動脈造影ＣＴデータや心筋造影ＣＴデータには心筋部における血流動態の指標となる心筋パーフージョンに関する情報が含まれているため、冠動脈造影ＣＴデータや心筋造影ＣＴデータからデータ処理により心筋パーフージョンに関する情報を抽出して画像化するものである。具体的には、Ｘ線ＣＴ装置１および心筋パーフュージョン像生成システム２４は、造影剤を被検体Ｐに静注して心筋部や冠動脈血中で造影剤が一定の濃度Ｃａ（ｔ）で流れている期間に心筋部造影ＣＴ画像を取得し、取得した心筋部造影ＣＴ画像から心筋のＣＴ値を減算して得られる造影剤成分の分布画像が血流パーフュージョンＦと比例的な関係にあることから造影剤成分の分布画像を相対的な血流パーフュージョンＦを示す血流パーフュージョン像とみなすものである。
【０１０３】
このため、Ｘ線ＣＴ装置１および心筋パーフュージョン像生成システム２４によれば、被検体への造影剤注入量およびＸ線による被曝をより低減させつつ、より短時間で心筋パーフュージョン像を作成することができる。すなわち、従来は、心筋画像取得用のスキャンとは個別に血流情報取得用のスキャンが行なわれていたが、Ｘ線ＣＴ装置１および心筋パーフュージョン像生成システム２４によれば、血流情報取得用のスキャンを追加することなく心筋画像取得用のスキャンで得られた冠動脈造影ＣＴ画像データや心筋造影ＣＴ画像データ等の情報から血流情報をも取得することができる。このため、スキャン回数の低減により被検体の被曝時間を低下させるとともに造影剤の投入量を低減させて、より短時間で心筋パーフュージョン像を作成することができる。
【０１０４】
さらに、従来、ルーチン検査では不可能だったＣＴによる心筋パーフュージョン検査が可能になるため、心疾患の救急時に於いてＣＴ検査のみで患者の治療方針を緊急に決定できるようにすることができる。
【０１０５】
尚、以上において、心筋の造影ＣＴ画像データから心筋のみのＣＴ値を減算することにより血流画像を生成したが、臨床目的に応じて心筋のＣＴ値に一定の値を加減乗除した値、すなわち心筋のＣＴから得られる一定値を心筋の造影ＣＴ画像データから減算することにより血流画像を生成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明に係るＸ線ＣＴ装置の実施の形態を示す構成図。
【図２】被検体の心臓、心筋内、冠状動脈内における造影剤の振る舞いをモデル化した図。
【図３】図２に示すモデルをパラメータを用いて概念的に表現した図。
【図４】図１に示す造影剤注入装置８により被検体に造影剤が持続的に静注されることによる冠動脈および心筋部における造影剤の時間的な濃度変化を示す図。
【図５】図１に示すＸ線ＣＴ装置１により心筋パーフュージョン像を生成する際の手順の一例を示すフローチャート。
【図６】図１に示すＸ線ＣＴ装置により心筋の造影ＣＴ画像データに対してマトリクスの縮小処理を実行して得られる画像の一例を示す図。
【図７】図１に示すＸ線ＣＴ装置により心筋の造影ＣＴ画像データから心筋パーフュージョン像を生成する手順と、得られた心筋パーフュージョン像を示す図。
【図８】図１に示すＸ線ＣＴ装置により心筋パーフュージョン像の断面変換処理により得られたオブリーク断面画像の一例を示す図。
【図９】図１に示すＸ線ＣＴ装置により心筋パーフュージョン像と心筋の画像とを合成させて得られた画像の一例を示す図。
【図１０】図１に示すＸ線ＣＴ装置の画像表示部に血流画像を自動的に表示条件を設定して表示させた例を示す図。
【符号の説明】
【０１０７】
１ Ｘ線ＣＴ装置
２ ガントリ部
３ コンピュータ装置
４ Ｘ線管
５ 高電圧発生装置
６ Ｘ線検出器
７ データ収集部
８ 造影剤注入装置
９ 心電計
１０ 冠状動脈
１１ 毛細血管
１２ 心筋
１３ 心筋細胞
１４ 間質
１５ 画像処理装置
１６ 画像表示部
１７ 入力部
１８ スキャン制御装置
１９ 制御部
２０ 前処理部
２１ メモリ部
２２ 画像再構成部
２３ 記憶装置
２４ 心筋パーフュージョン像生成システム
２４ａ 画像取得ユニット
２４ｂ スライス厚加算ユニット
２４ｃ マトリクス縮小ユニット
２４ｄ マスク処理ユニット
２４ｅ 血流画像生成ユニット
２４ｆ オブリーク断面変換ユニット
２４ｇ 画像合成ユニット
２４ｈ 表示処理ユニット
Ｐ 被検体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造影剤を持続的に注入して冠動脈造影ＣＴ画像や心筋造影ＣＴ画像等の造影ＣＴ画像を撮影し、得られた造影ＣＴ画像を用いて心筋パーフュージョン像を生成するＸ線ＣＴ装置および心筋パーフュージョン像生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置を用いた心臓の造影検査では、造影剤が患者である被検体に持続的に注入され、造影ＣＴ画像が収集される。そして、収集された造影ＣＴ画像から冠動脈や心内腔壁運動像等が作成されて診断に供される。
【０００３】
又、Ｘ線ＣＴ装置を用いて心筋の血流動態（パーフュージョン：perfusion ）の検査や脳組織内等の器官についてのパーフュージョン検査が実施されている。これらのパーフュージョン検査においては、造影剤を短時間で注入するボーラス注入によりダイナミック撮影を行い、得られたダイナミック造影ＣＴデータを解析することによりパーフュージョン像を生成する試みが従来から研究によりなされている。
【０００４】
しかし、通常、このようなパーフュージョン像の撮影は単独検査ではなく、造影検査の一環として実施される。例えば、心筋パーフュージョン像の撮影の場合には、心筋パーフュージョン像のスキャンとは別に冠動脈、心内腔壁運動のような心機能解析のためのスキャンも実施される。このため、心筋パーフュージョン像のスキャンが長時間に亘り、Ｘ線による被検体の被曝の増加に繋がるような検査方法は受け入れ難く、Ｘ線ＣＴ装置による長時間のダイナミック撮影は実用化されていないのが現状である。このような背景から、脳組織内の毛細血管の血流動態についての検査では、一時に被検体に造影剤が注入され、より短時間で撮影が行なわれる（例えば特許文献１参照）。つまり、被検体に注入される造影剤の濃度変化に時間的なピークが形成されるような手法で造影剤が注入され、脳組織内の毛細血管に造影剤が移行するタイミングでＸ線ＣＴ装置による撮像が実施される。そして、Ｘ線ＣＴ装置による撮像により得られたＣＴ画像を用いて、脳組織内の毛細血管における造影剤の時間的な濃度変化に基づいて血流動態に関する情報が求められる。
【特許文献１】特開２００３−１１６８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の一時に被検体に造影剤が注入して血流動態に関する情報を求める手法では、撮像時間とともに被検体の被曝時間の増加を抑制できるものの、血流動態以外の器官、例えば冠動脈の画像や心機能解析データの収集のためには、別途Ｘ線による撮像が必要となる。このため、より一層の撮影時間の短縮化が求められる。
【０００６】
さらに、心筋パーフュージョン像や心筋画像の撮影のために、スキャンがそれぞれ実施されるため、撮影時間の増加とともに造影剤の注入回数および注入量も増加することとなる。しかし、被検体への造影剤の注入可能な量には上限があり、この結果、撮像時間や撮像回数も制限を受けることになる。このため、心筋パーフュージョン像の撮影時間を長時間確保することが困難になるという問題がある。
【０００７】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、被検体への造影剤注入量およびＸ線による被曝をより低減させつつ、より短時間で心筋パーフュージョン像を作成することが可能なＸ線ＣＴ装置および心筋パーフュージョン像生成システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、被検体にＸ線を曝射してスキャンを行い、得られた投影データに基づいて被検体内部の画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、造影剤が持続的に注入された被検体の心筋部における前記造影剤の濃度が一定とみなせる状態における画像を前記投影データに基づいて生成する画像生成手段と、前記画像生成手段により生成された画像の心筋領域部分から心筋組織成分を除去することにより、血流画像を生成する血流画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、前記画像生成手段により生成された画像の心筋領域部分を決定する領域決定手段を備え、前記血流画像生成手段は、前記領域決定手段により決定された前記心筋領域部分から前記心筋組織成分を除去するように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、前記画像生成手段は、前記心筋領域部分のＣＴ画像から心筋に相当するＣＴ値を減算することにより前記血流画像を生成するように構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、前記造影剤で染影された前記心筋部に対応する値及び心筋に対応する値に基づいて階調および色調の少なくとも一方の変換処理を行う際のウィンドウレベル値を設定する表示処理手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、前記造影剤で染影された前記心筋部に対応する値と心筋に対応する値との間の値を有する画素が強調されるように階調および色調の少なくとも一方の変換処理を行う際のウィンドウレベル値を設定する表示処理手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、被検体に造影剤を持続的に注入し、前記被検体の心筋部における前記造影剤の濃度が一定とみなせる状態を得る造影剤注入装置と、前記心筋部における前記造影剤の濃度が一定とみなせる区間に心電図同期で造影ＣＴ画像を収集する手段と、前記心筋部の前記造影ＣＴ画像データから心筋のＣＴ値を減算することにより血流画像を生成する血流画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係る心筋パーフュージョン像生成システムは、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、造影剤が持続的に注入された被検体の心筋部における造影剤の濃度が一定とみなせる状態における画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段により取得された画像の心筋領域部分から心筋組織成分を除去することにより、血流画像を生成する血流画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に係る心筋パーフュージョン像生成システムは、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、被検体の心筋部における造影剤の濃度が一定とみなせる区間において心電図同期で収集された造影ＣＴ画像データを取得する画像取得手段と、前記画像取得手段により取得された前記造影ＣＴ画像データから心筋のＣＴ値を減算することにより血流画像を生成する血流画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るＸ線ＣＴ装置および心筋パーフュージョン像生成システムにおいては、被検体への造影剤注入量およびＸ線による被曝をより低減させつつ、より短時間で心筋パーフュージョン像を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係るＸ線ＣＴ装置および心筋パーフュージョン像生成システムの実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明に係るＸ線ＣＴ装置の実施の形態を示す構成図である。
【００１９】
Ｘ線ＣＴ装置１は、ガントリ部２およびコンピュータ装置３とから構成される。ガントリ部２は、Ｘ線管４、高電圧発生装置５、Ｘ線検出器６、データ収集部７（ＤＡＳ；Ｄａｔａ Ａｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、造影剤注入装置８および心電計９とを有する。Ｘ線管４とＸ線検出器６とは、高速で且つ連続的に回転する図示しない回転リングに被検体Ｐを挟んで互いに対向する位置に搭載される。
【００２０】
造影剤注入装置８は、コンピュータ装置３からの制御信号により制御され、一定の条件に従って被検体Ｐに造影剤を持続的に注入する機能を有する。造影剤注入装置８は、造影剤の被検体Ｐ内における振る舞いに基づいて、被検体Ｐに注入する造影剤の量および濃度を制御することができる。
【００２１】
図２は、被検体の心臓、心筋内、冠状動脈内における造影剤の振る舞いをモデル化した図である。
【００２２】
被検体Ｐ内部では、図示しない大動脈から冠状動脈１０が分岐し、分岐した冠状動脈１０からさらに毛細血管１１が分岐する。毛細血管１１は心筋１２内に導かれ、心筋１２は毛細血管１１と心筋細胞１３とから構成される。心筋細胞１３には間質１４という領域が存在し、間質１４と毛細血管１１との間で血液が出入りできる構造となっている。
【００２３】
このため、被検体Ｐに造影剤を注入すると、造影剤は血液とともに大動脈から冠状動脈１０に、冠状動脈１０から毛細血管１１へと導かれる。さらに、造影剤が毛細血管１１内において血液とともに流れて心筋細胞１３に到達すると、造影剤の一部は毛細血管１１から心筋細胞１３内の間質１４に流入する。また、心筋細胞１３内の間質１４に流入した血液の一部は、再び心筋細胞１３から流出して毛細血管１１内へと移動する。
【００２４】
従って、大動脈や冠状動脈１０中における造影剤の血液中の濃度と、心筋細胞１３内や毛細血管１１内における造影剤の血液中の濃度とは、異なる値となりかつ造影剤の移動により時間的に変化する。被検体Ｐ内の各所における造影剤の血液中の濃度は、造影剤が毛細血管１１から心筋細胞１３内の間質１４に流入する際における移行定数と、造影剤が心筋細胞１３内の間質１４から毛細血管１１に流入する際における移行定数とから決定される。
【００２５】
すなわち、時刻ｔにおける心臓左室内腔内あるいは冠状動脈血中における造影剤の濃度をＣａ（ｔ）、毛細血管１１および心筋細胞１３を含めた心筋１２内のある領域を単位領域として、心筋１２における血液中の造影剤の濃度（毛細血管１１中と心筋細胞１３内の造影剤の平均の濃度）をＣｍｙｏ（ｔ）、造影剤が毛細血管１１から心筋細胞１３内の間質１４に流入する際における移行定数をＫ１、造影剤が毛細血管１１から心筋細胞１３内の間質１４に流出する際における移行定数をｋ２とすると、Ｃａ（ｔ）およびＣｍｙｏ（ｔ）は移行定数Ｋ１および移行定数ｋ２で決定される。
【００２６】
図３は、図２に示すモデルをパラメータを用いて概念的に表現した図である。
【００２７】
図３に示すように、ある時刻ｔにおいて、濃度Ｃａ（ｔ）の造影剤が移行係数Ｋ１に比例した量で毛細血管１１から心筋細胞１３の間質１４に移動する一方、心筋細胞１３の間質１４からは、濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）の造影剤が移行係数ｋ２に比例した量で毛細血管１１内に移動する。そして、造影剤の移動後の濃度Ｃａ（ｔ）およびＣｍｙｏ（ｔ）が移行定数Ｋ１および移行定数ｋ２で決定される。
【００２８】
従って、ある時刻ｔにおける心筋１２内における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）は、間質１４に流入する造影剤の量と間質１４から流出する造影剤の量の差で表現できることから式（１）が成立する。
【数１】
【００２９】
一方、従来から、一定の条件で被検体Ｐに造影剤を静注すると、冠状動脈中および心筋１２内における造影剤の血液中の濃度が一定とみなせる状態になることが知られている。
【００３０】
図４は、図１に示す造影剤注入装置８により被検体に造影剤が持続的に静注されることによる冠動脈および心筋部における造影剤の時間的な濃度変化を示す図である。
【００３１】
図４において、縦軸は造影剤の濃度Ｃを示し、横軸は時間ｔを示す。また、図４中の実線は、冠動脈中における造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）の時間変化を示すデータであり、点線は、心筋細胞１３および毛細血管１１で構成される心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）の時間変化を示すデータである。
【００３２】
図４に示すように、例えば始めのｔ１秒間は注入速度ｘ１[ｃｃ／ｓｅｃ]で持続的に造影剤を注入し、その後のｔ２秒間は注入速度ｘ２[ｃｃ／ｓｅｃ]で造影剤を持続的に注入すると、冠動脈血中における造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定とみなせる区間Ｔ１および心筋領域における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）が一定とみなせる区間Ｔが得られる。この例では、注入速度３ｃｃ／秒で２０秒間に渡って静注し、引き続き注入速度１．５ｃｃ／秒で３０秒を行うものとしている。
【００３３】
このため、心筋領域における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）が一定とみなせる区間Ｔ１において心電図同期で心筋部のＸ線ＣＴデータを収集すれば、その後のＸ線ＣＴデータを用いた各種処理により血流画像を生成することが容易となる。そこで、造影剤注入装置８は、一定の条件に従って、単位時間当たり所要の量の造影剤を被検体Ｐ内に注入し、冠動脈血中および心筋部における造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）、Ｃｍｙｏ（ｔ）が一定とみなせる状態を得ることができるようにされる。
【００３４】
尚、造影剤の注入条件は、冠動脈中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）がＸ線ＣＴデータの収集の間に一定となるように、経験的に決まる方法であるため、注入速度には多少の相違が存在する。この造影剤の静注の際における注入速度等の推奨条件は例えば「八町淳、輪湖正：螺旋走査型ＣＴにおける最適造影検査の方法の検討、日獨医報第４０巻第２号1995年」等の文献に記載されている。
【００３５】
ただし、現実には、図４に示すように冠動脈中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定とならない区間Ｔ２が存在する場合もある。このような場合であっても、冠動脈中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）の時間変化が一定であり線形性を有するとみなせる状態であれば、血流画像の生成に用いることができるため、冠動脈中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）の時間変化が一定となるように、造影剤注入装置８により造影剤の注入条件が調整される。
【００３６】
一方、心電計９は、被検体Ｐに接着させた図示しない電極と接続される。心電計９は、被検体Ｐから電極を介して心電信号（ＥＣＧ信号）を検出し、検出したＥＣＧ信号から被検体Ｐの心電図を生成してコンピュータ装置３に与える機能を有する。
【００３７】
そして、高電圧発生装置５はコンピュータ装置３からの制御信号により冠動脈および心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）、Ｃａ（ｔ）が一定あるいは線形性を有する間に、心電図に同期してＸ線管４に管電流や管電圧を供給し、Ｘ線検出器６で被検体Ｐを透過したＸ線を検出できるように構成される。さらに、Ｘ線検出器６で検出されたＸ線検出信号はデータ収集部７に与えられてデジタル化され、コンピュータ装置３に与えられる。
【００３８】
コンピュータ装置３は、画像処理装置１５、画像表示部１６、入力部１７およびスキャン制御装置１８とから構成される。スキャン制御装置１８は、心電計９により収集された心電図に基づいて高電圧発生装置および造影剤注入装置８に制御信号を与えて制御することにより心電図同期ＣＴの収集を実行させる機能を有する。
【００３９】
また、画像処理装置１５は、制御部１９を中枢として、データ収集部７から出力される生データを補正処理等を経て投影データに変換する前処理部２０、投影データを記憶するメモリ部２１、投影データからＣＴ画像データを再構成する画像再構成部２２、ＣＴ画像データを保管する記憶装置２３、記憶装置２３からＣＴ画像データを読み込んで心筋パーフュージョン像を生成する心筋パーフュージョン像生成システム２４とから構成される。
【００４０】
心筋パーフュージョン像生成システム２４は，画像取得ユニット２４ａ、スライス厚加算ユニット２４ｂ、マトリクス縮小ユニット２４ｃ、マスク処理ユニット２４ｄ、血流画像生成ユニット２４ｅ、オブリーク断面変換ユニット２４ｆ、画像合成ユニット２４ｇおよび表示処理ユニット２４ｈを備える。
【００４１】
画像取得ユニット２４ａは、記憶装置２３から造影剤による心筋の造影ＣＴ画像データを読み込んで取得する機能と、取得した造影ＣＴ画像データを他の心筋パーフュージョン像生成システム２４の構成要素に与える機能とを有する。
【００４２】
スライス厚加算ユニット２４ｂは、画像取得ユニット２４ａから心筋の造影ＣＴ画像データを受けて隣接するスライス間の造影ＣＴ値を加算し、あるいは平均をとることによりスライス方向の造影ＣＴ画像データの解像度を下げる機能を有する。
【００４３】
マトリクス縮小ユニット２４ｃは、画像取得ユニット２４ａから心筋の造影ＣＴ画像データを受けて、造影ＣＴ値に対して加算処理および加算平均処理の一方を施すことによりマトリクスを縮小する機能を有する。
【００４４】
マスク処理ユニット２４ｄは、画像取得ユニット２４ａから心筋の造影ＣＴ画像データを受けてマスク処理を行なうことにより、心筋部のうち血流が存在する領域を抽出する機能を有する。すなわち、マスク処理ユニット２４ｄは、心筋領域部分を決定する領域決定ユニットとして機能する。
【００４５】
血流画像生成ユニット２４ｅは、マスク処理ユニット２４ｄにより抽出された血流領域における血流画像を生成する機能を有する。ここで、血流画像の生成方法について説明する。
【００４６】
図４に示すように、心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）が一定とみなせる場合には、式（１）の左辺が０となるため、式（２）が得られる。
【数２】
【００４７】
式（２）より式（１）は式（３）のように表される。
【数３】
【００４８】
さらに式（３）を変形すると式（４）が得られる。
【数４】
【００４９】
式（４）において、冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定とみなせる場合には、通常の胸痛を有する患者に対して発症から数時間以内など、心筋部への血流が全くないなどの壊死のない状況下では、心筋は生きており、ｋ２は正常の範囲にあると判断されるのでｋ２もＣａ（ｔ）と同様に一定とみなせ、式（５）に示すように移行定数Ｋ１は、心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）に比例することになる。
【数５】
【００５０】
さらに、移行定数Ｋ１は、血流濃度中おける造影剤の割合を示す値（extraction fraction）をＥ、血流動態の指標となる単位時間、単位重量中における血流量である血流パーフュージョン（blood perfusion [ml/100g/min]）をＦとすると、Ｋ１＝Ｅ×Ｆの関係にあることが知られている。
【００５１】
従って、式（６）に示すように、心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）は、心筋部における血流パーフュージョンＦに比例することとなる。
【数６】
【００５２】
つまり、心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）は、血流パーフュージョンＦの相対値を示していることが分かる。従って、心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）を求めることができれば、血流パーフュージョンＦの相対値を知ることができる。
【００５３】
ここで、造影剤を注入して得られる心筋の造影ＣＴ画像データのＣＴ値は、心筋組織成分である心筋のみのＣＴ値と造影剤成分の画像のＣＴ値との合計となる。従って、心筋の造影ＣＴ画像データから心筋のみのＣＴ値を減算すれば、造影剤成分の画像のＣＴ値と比例的関係にある心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）を求めることができる。
【００５４】
そこで、血流画像生成ユニット２４ｅには、マスク処理ユニット２４ｄにより抽出された血流領域において、心筋の造影ＣＴ画像データから心筋のみのＣＴ値を減算することにより血流パーフュージョンＦの相対値を表す造影剤成分の画像を血流画像として生成する機能が備えられる。
【００５５】
尚、冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定ではないとみなせる場合には、式（４）から式（５）を導くことができない。しかし、冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）の時間変化率が一定であるか、造影剤の濃度とＣＴ値との間に線形性がある場合には、この冠動脈血中の造影剤の濃度の時間的な変化率に基づいて補正係数を求め、求めた補正係数を用いて造影剤成分の画像を補正することができる。例えば式（７）に示すようにある時刻ｔ０における冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ０）を基準として時刻ｔにおける冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）との比を補正係数α（ｔ）として、補正係数α（ｔ）を造影剤成分の画像のＣＴ値に乗じることにより補正することができる。
［数７］
α（ｔ）＝Ｃａ（ｔ）／Ｃａ（ｔ０） ・・・（７）
【００５６】
このため、血流画像生成ユニット２４ｅには、冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定ではない場合には、補正係数α（ｔ）を求めて造影剤成分の画像を補正する機能が備えられる。
【００５７】
オブリーク断面変換ユニット２４ｆは、血流画像生成ユニット２４ｅにより生成された心筋の血流画像の断面を変換し、任意の断面における断面画像、例えば心筋の長手方向を軸とする環状の断面画像を生成する機能を有する。
【００５８】
画像合成ユニット２４ｇは、マトリクス縮小処理およびスライス間における造影ＣＴ値の加算前の解像度の高い心筋の画像、すなわち、画像取得ユニット２４ａから受けた心筋の造影ＣＴ画像データのうちマスク領域の画像データと血流画像生成ユニット２４ｅにより生成された心筋の血流画像とを合成した画像を生成し、マスク領域の画像データと心筋の血流画像とを重ね合わせして同位置画面上にそれぞれの画像の透明度等の任意の値を調整して表示できるようにする機能を有する。
【００５９】
表示処理ユニット２４ｈは、血流画像生成ユニット２４ｅ、オブリーク断面変換ユニット２４ｆおよび画像合成ユニット２４ｇによりそれぞれ生成された血流画像、オブリーク断面画像、合成画像等の各画像を表示させるための画像信号を画像表示部１６に与えて表示させる機能と、表示された各画像において血流画像が視認できるような表示条件を設定する機能を有する。
【００６０】
また、表示処理ユニット２４ｈは、画像の表示条件を設定する際には、画像表示部１６に表示条件の設定を指示するための画像を表示させる一方、入力部１７から画像の表示条件の指示を取得するように構成される。
【００６１】
画像の適切な表示条件の例としては、例えば表示させる画素値の下限を心筋のＣＴ値とする一方、表示させる画素値の上限を心筋のＣＴ値に心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）を加算した値とし、血流画像のみを選択的に表示させるような表示方法の他、画素値が心筋のＣＴ値から心筋のＣＴ値に心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）を加算した値までの範囲である部分を画素値に応じたカラー表示とする表示方法が挙げられる。この場合、入力部１７からの情報を受け取って、画素値の上限をデフォルト値から微調整できるようにすることもできる。
【００６２】
そのために、表示処理ユニット２４ｈには、例えば、造影剤で染影された心筋部に対応する値及び心筋に対応する値に基づいて階調および色調の少なくとも一方の変換処理を行う際のウィンドウレベル値を設定する機能を備えることもできるし、造影剤で染影された心筋部に対応する値と心筋に対応する値との間の値を有する画素が強調されるように階調および色調の少なくとも一方の変換処理を行う際のウィンドウレベル値を設定する機能を備えることもできる。
【００６３】
次に、Ｘ線ＣＴ装置１の作用について説明する。
【００６４】
図５は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１により心筋パーフュージョン像を生成する際の手順の一例を示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
【００６５】
まずステップＳ１において、スキャン制御装置１８からの制御信号により造影剤注入装置８が制御され、図４に示すように、造影剤注入装置８から一定の条件に従って造影剤が持続的に被検体Ｐに注入される。このため、被検体Ｐの動脈血中における造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定あるいは時間的な変化率が一定とみなせる状態となる。また、心筋部の造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）についても一定とみなせる状態となる。
【００６６】
次に、ステップＳ２において、心筋部の造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）が一定とみなせる期間において、心電同期で心筋の造影ＣＴ画像データが収集される。すなわち、被検体Ｐに接着して設けられた図示しない電極を介して心電計９によりＥＣＧ信号が検出される。そして、心電計９により心電図が取得され、スキャン制御装置１８に与えられる。さらに、心電計９により取得された心電図に基づいてスキャン制御装置１８から制御信号が高電圧発生装置５に与えられる。このため、心電波形に同期して高電圧発生装置５からＸ線管４に管電流や管電圧が供給され、被検体ＰにＸ線が照射される。
【００６７】
被検体Ｐに照射され、被検体Ｐを透過したＸ線は、Ｘ線検出器６で検出される。Ｘ線検出器６の出力であるＸ線検出信号はデータ収集部７に与えられてデジタル化された生データが生成される。データ収集部７は、生成した生データを前処理部２０に与え、前処理部２０は生データに各種補正処理等の前処理を施して投影データに変換する。前処理部２０において得られた投影データは、メモリ部２１において一時的に保存された後、画像再構成部２２に与えられる。そして、画像再構成部２２において、投影データからＣＴ画像データが再構成され、再構成されたＣＴ画像データは記憶装置２３に書き込まれて保存される。
【００６８】
尚、被検体Ｐには造影剤が注入されるため、記憶装置２３に保存されるＣＴ画像データは造影ＣＴ画像データとなる。また、心電図と同期されてＣＴ画像が収集されるため、心筋の収縮あるいは拡張期において心筋各部の同一期における心筋の造影の体軸横断画像が得られる。そして、記憶装置２３に保存された造影ＣＴ画像データは、画像取得ユニット２４ａにより取得され、心筋パーフュージョン像生成システム２４に与えられる。
【００６９】
さらに、心筋の診断用として、必要に応じて心筋の収縮から拡張までの一連の周期において、同一周期の各スライスにおける体軸横断画像のセットが取得され、取得された各体軸横断画像の断面変換により心筋の短軸横断像（short axis）、長軸水平断層像(horizontal long axis)、長軸垂直断層像(vertical long axis)等の各種画像が得られる。
【００７０】
そして、このように収集され、種々の断面変換された心筋の造影ＣＴ画像データから心筋パーフュージョン像生成システム２４により心筋パーフュージョン像を生成することができる。
【００７１】
ここで、心筋の造影ＣＴ画像データの解像度のまま心筋パーフュージョン像を生成しようとすると、ノイズの影響を受ける恐れがある。そこで、心筋パーフュージョン像の生成の前処理として、必要に応じて解像度の低減化処理が心筋の造影ＣＴ画像データに施される。
【００７２】
すなわち、ステップＳ３において、スライス厚加算ユニット２４ｂは、画像取得ユニット２４ａから心筋の造影ＣＴ画像データを受けて隣接する複数のスライスにおける造影ＣＴ値を加算し、あるいは平均をとることによりスライス方向の造影ＣＴ画像データの解像度低減化処理を行う。例えば、心筋の造影ＣＴ画像データのスライス厚は０．５ｍｍ程度であることが一般的であり、心筋パーフュージョン像の生成用として心筋の造影ＣＴ画像データを用いるために、スライス厚が３ｍｍ、５ｍｍあるいは１０ｍｍ程度となるようにスライス方向の解像度が低下せしめられる。
【００７３】
さらに、ステップＳ４において、マトリクス縮小ユニット２４ｃは、各スライスにおける心筋の造影ＣＴ画像データの造影ＣＴ値を加算し、あるいは平均をとることによりマトリクスの縮小処理を実行する。
【００７４】
図６は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１により心筋の造影ＣＴ画像データに対してマトリクスの縮小処理を実行して得られる画像の一例を示す図である。
【００７５】
図６（ａ）は、マトリクス縮小処理前における心筋の造影ＣＴ画像データを示し、図６（ｂ）は、マトリクス縮小処理後における心筋の造影ＣＴ画像データを示す。
【００７６】
図６（ａ）に示すように、マトリクス縮小処理前における心筋の造影ＣＴ画像データは例えば６６４マトリクスであり、単位ピクセル当たりのセルサイズは０．３ｍｍである。このような６６４マトリクスの心筋の造影ＣＴ画像データにおいて、隣接あるいは近傍の造影ＣＴ値が加算ないし平均化され、図６（ｂ）に示すような２５６マトリクスで単位ピクセル当たりのセルサイズが０．７７８ｍｍの心筋の造影ＣＴ画像データが得られる。
【００７７】
尚、スライス厚の加算処理およびマトリクス縮小処理の処理順序は逆であってもよく、任意である。
【００７８】
次に、ステップＳ５において、解像度の低減化処理が完了すると、マスク処理ユニット２４ｄにより心筋の造影ＣＴ画像データに対してマスク処理が施され、心筋の造影ＣＴ画像データのうち、血流が存在する領域が抽出される。続いてステップＳ６において、血流画像生成ユニット２４ｅにより、マスク処理後の血流が存在する領域における造影ＣＴ画像データから心筋のＣＴ値が減算されて心筋パーフュージョン像が生成される。
【００７９】
図７は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１により心筋の造影ＣＴ画像データから心筋パーフュージョン像を生成する手順と、得られた心筋パーフュージョン像を示す図である。
【００８０】
図７（ａ）は、解像度の低減化処理後の各スライスにおける心筋の造影ＣＴ画像データである。図７（ａ）に示すような心筋の各造影ＣＴ画像データに対してマスク処理ユニット２４ｄによりマスク処理が施されて、図７（ｂ）に示すような血流が存在する領域が抽出される。図７（ｂ）は、左室心筋を中心にＣＴ値が０から１５０の間となるようにマスク処理を施した例である。血流が存在する領域が抽出されたことが確認できる。
【００８１】
さらに、図７（ｂ）に示すように抽出された造影ＣＴ画像データから心筋のＣＴ値の減算処理が血流画像生成ユニット２４ｅにより実行され、造影剤成分の画像が得られる。図７（ｃ）は、血流画像生成ユニット２４ｅによる減算処理で得られた造影剤成分の画像、すなわち心筋パーフュージョン像であり、心筋のＣＴ値を３４として一律に造影ＣＴ画像データから引算（バックカット）した例である。この計算により心筋成分を画像から除去する。
【００８２】
また、冠動脈血中の造影剤の濃度Ｃａ（ｔ）が一定とみなせない場合には、血流画像生成ユニット２４ｅにより式（７）に示すように補正係数α（ｔ）が求められ、造影剤成分の画像に補正係数α（ｔ）が乗じられて補正される。
【００８３】
そして、このように生成された心筋パーフュージョン像は診断に供される。さらに、必要に応じて、診断容易化のため、心筋パーフュージョン像に各種処理が施される。
【００８４】
例えば、ステップＳ７において、オブリーク断面変換ユニット２４ｆにより心筋パーフュージョン像の断面を変換処理が施されて、心筋パーフュージョン像のオブリーク断面画像が生成される。尚、このステップＳ７は、ステップＳ２の後に実施してもよい。
【００８５】
図８は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１により心筋パーフュージョン像の断面変換処理により得られたオブリーク断面画像の一例を示す図である。
【００８６】
心筋は、長軸と短軸を有する楕円面状の形状であるため、図８に示すように、心筋パーフュージョン像を心筋の長手方向を軸とする環状の断面画像に変換することにより、診断容易化に繋げることができる。
【００８７】
さらに、心筋パーフュージョン像を心筋の画像と合成させて表示させることにより、診断の際における利便性を向上させることができる。この場合、心筋パーフュージョン像に合成させる心筋の画像は、ステップＳ３、ステップＳ４におけるマトリクス縮小処理およびスライス間における造影ＣＴ値の加算前の解像度の高い心筋の画像を用いることが、より効果的である。
【００８８】
そこで、ステップＳ８において、画像合成ユニット２４ｇは、マトリクス縮小処理およびスライス間における造影ＣＴ値の加算前の解像度の高い心筋の画像を画像取得ユニット２４ａから受けて、心筋パーフュージョン像と合成した画像を生成する。
【００８９】
図９は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１により心筋パーフュージョン像と心筋の画像とを合成させて得られた画像の一例を示す図である。
【００９０】
図９（ａ）は、画像取得ユニット２４ａにより取得されたマトリクス縮小処理およびスライス間における造影ＣＴ値の加算前の解像度の高い心筋の画像であり、図９（ｃ）は、解像度低下処理後の心筋の画像から得られた心筋パーフュージョン像である。そして、図９（ａ）に示す高解像度の心筋画像と図９（ｃ）に示す低解像度の心筋パーフュージョン像とを合成させることにより、図９（ｂ）に示すような心筋および血流を示すFusion画像を得ることができる。このように、心筋画像と血流画像とを合成させることにより、診断を容易化することができる。
【００９１】
さらに、血流画像生成ユニット２４ｅ、オブリーク断面変換ユニット２４ｆおよび画像合成ユニット２４ｇによりそれぞれ生成された血流画像、オブリーク断面画像、合成画像等の各画像は、表示処理ユニット２４ｈに与えられる。そして、表示処理ユニット２４ｈから各画像を表示させるための画像信号が画像表示部１６に与えられて表示される。
【００９２】
ここで、ユーザは入力部１７から各画像の表示条件の自動設定を指示することができる。そのために、表示処理ユニット２４ｈから例えば、電子ボタンを表示させるための画像信号が画像表示部１６に与えられる。
【００９３】
図１０は、図１に示すＸ線ＣＴ装置１の画像表示部１６に血流画像を自動的に表示条件を設定して表示させた例を示す図である。
【００９４】
図１０に示すように画像表示部１６の画面には、造影ＣＴ画像３０、表示条件の自動設定を指示するための自動（ＡＵＴＯ）ボタン３１および輝度スケール３２が表示される。つまり、図１０は、血流画像をグレースケールで識別できるように輝度表示させる場合の例を示す。
【００９５】
入力部１７の操作により自動（ＡＵＴＯ）ボタン３１を押すと、入力部１７から表示条件の自動設定の指示が表示処理ユニット２４ｈに与えられる。そうすると、表示処理ユニット２４ｈにより輝度スケール（ウィンドウレベル）の上限値ＷＵ、下限値ＷＬ、上限値と下限値との間のウィンドウレベル幅ＷＷが自動的に血流画像を表示させるために適切な値に設定される。
【００９６】
すなわち、心筋のＣＴ値（３４程度）をＡ、心筋部における造影剤の濃度Ｃｍｙｏ（ｔ）をＢ、微調整のための任意の値をβとすると、例えばＷＵ＝Ａ＋Ｂ、ＷＬ＝Ａ＋β（従ってＷＷ＝Ｂ−β）と設定したり、あるいはＷＬ＝Ａ＋β、ＷＷ＝Ａ＋β＋Ｂと設定することができる。この結果、輝度スケールが心筋部の血流画像の表示に適切な値に設定され、図１０に示すように心筋の血流画像がグレースケールにより輝度表示される。
【００９７】
この時、ＷＬとＷＬの間以外の値は、黒等の一定輝度にして画像上から除去する。又は、ＷＬとＷＬの間とＷＬとＷＬ以外の部分の間とで、異なる階調変換特性を持たせて、ＷＬとＷＬの間の値が強調されて表示されるようにする。尚、好適には、ＷＬの値の部分が黒（輝度値０又は極めて低い輝度値）で表示されるように階調変換処理を行うことにより、血流の少ない部分を良好に把握することが可能である。
【００９８】
尚、図１０では心筋部の血流画像に他の部位を重畳表示されている。表示条件を決定するＡ、Ｂ、β等の値は入力部１７の操作によりマニュアルで微調整できるようにすることもできる。Ａの値は心筋のＣＴ値に限らず、臨床目的に応じて変更することもできる。Ｂの値は経験的にデフォルト値として定めることができる。
【００９９】
この他、ＷＵとＷＬの範囲をカラー表示させることにより心筋部の血流画像を識別できるように表示させることも可能である。カラー表示させる場合には、例えば１６段階に視覚的に分けたり、識別したい段階に応じて１６段階以上または１６段階以下の階調を有するようにしてもよい。
【０１００】
また、自動（ＡＵＴＯ）ボタン３１については、例えば画像の表示処理を実行するアプリケーションプログラムにより、心筋の血流表示や心筋の血流解析を行う特定のアプリケーションを起動させたときなどに表示させることができる。ただし、特定のハードウェアによるハードキーを入力部１７に設けて自動（ＡＵＴＯ）ボタン３１としてもよい。
【０１０１】
また、図５のフローチャートに示す手順の他、各ステップの順序を変更したり、一部のステップを省略して心筋パーフュージョン像を生成することもできる。例えばＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ５→Ｓ８という手順、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ７→Ｓ６→Ｓ８という手順、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ７→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ８という手順が挙げられる。
【０１０２】
以上のようなＸ線ＣＴ装置１および心筋パーフュージョン像生成システム２４は、一定条件下での造影剤持続注入により収集された冠動脈造影ＣＴデータや心筋造影ＣＴデータには心筋部における血流動態の指標となる心筋パーフージョンに関する情報が含まれているため、冠動脈造影ＣＴデータや心筋造影ＣＴデータからデータ処理により心筋パーフージョンに関する情報を抽出して画像化するものである。具体的には、Ｘ線ＣＴ装置１および心筋パーフュージョン像生成システム２４は、造影剤を被検体Ｐに静注して心筋部や冠動脈血中で造影剤が一定の濃度Ｃａ（ｔ）で流れている期間に心筋部造影ＣＴ画像を取得し、取得した心筋部造影ＣＴ画像から心筋のＣＴ値を減算して得られる造影剤成分の分布画像が血流パーフュージョンＦと比例的な関係にあることから造影剤成分の分布画像を相対的な血流パーフュージョンＦを示す血流パーフュージョン像とみなすものである。
【０１０３】
このため、Ｘ線ＣＴ装置１および心筋パーフュージョン像生成システム２４によれば、被検体への造影剤注入量およびＸ線による被曝をより低減させつつ、より短時間で心筋パーフュージョン像を作成することができる。すなわち、従来は、心筋画像取得用のスキャンとは個別に血流情報取得用のスキャンが行なわれていたが、Ｘ線ＣＴ装置１および心筋パーフュージョン像生成システム２４によれば、血流情報取得用のスキャンを追加することなく心筋画像取得用のスキャンで得られた冠動脈造影ＣＴ画像データや心筋造影ＣＴ画像データ等の情報から血流情報をも取得することができる。このため、スキャン回数の低減により被検体の被曝時間を低下させるとともに造影剤の投入量を低減させて、より短時間で心筋パーフュージョン像を作成することができる。
【０１０４】
さらに、従来、ルーチン検査では不可能だったＣＴによる心筋パーフュージョン検査が可能になるため、心疾患の救急時に於いてＣＴ検査のみで患者の治療方針を緊急に決定できるようにすることができる。
【０１０５】
尚、以上において、心筋の造影ＣＴ画像データから心筋のみのＣＴ値を減算することにより血流画像を生成したが、臨床目的に応じて心筋のＣＴ値に一定の値を加減乗除した値、すなわち心筋のＣＴから得られる一定値を心筋の造影ＣＴ画像データから減算することにより血流画像を生成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明に係るＸ線ＣＴ装置の実施の形態を示す構成図。
【図２】被検体の心臓、心筋内、冠状動脈内における造影剤の振る舞いをモデル化した図。
【図３】図２に示すモデルをパラメータを用いて概念的に表現した図。
【図４】図１に示す造影剤注入装置８により被検体に造影剤が持続的に静注されることによる冠動脈および心筋部における造影剤の時間的な濃度変化を示す図。
【図５】図１に示すＸ線ＣＴ装置１により心筋パーフュージョン像を生成する際の手順の一例を示すフローチャート。
【図６】図１に示すＸ線ＣＴ装置により心筋の造影ＣＴ画像データに対してマトリクスの縮小処理を実行して得られる画像の一例を示す図。
【図７】図１に示すＸ線ＣＴ装置により心筋の造影ＣＴ画像データから心筋パーフュージョン像を生成する手順と、得られた心筋パーフュージョン像を示す図。
【図８】図１に示すＸ線ＣＴ装置により心筋パーフュージョン像の断面変換処理により得られたオブリーク断面画像の一例を示す図。
【図９】図１に示すＸ線ＣＴ装置により心筋パーフュージョン像と心筋の画像とを合成させて得られた画像の一例を示す図。
【図１０】図１に示すＸ線ＣＴ装置の画像表示部に血流画像を自動的に表示条件を設定して表示させた例を示す図。
【符号の説明】
【０１０７】
１ Ｘ線ＣＴ装置
２ ガントリ部
３ コンピュータ装置
４ Ｘ線管
５ 高電圧発生装置
６ Ｘ線検出器
７ データ収集部
８ 造影剤注入装置
９ 心電計
１０ 冠状動脈
１１ 毛細血管
１２ 心筋
１３ 心筋細胞
１４ 間質
１５ 画像処理装置
１６ 画像表示部
１７ 入力部
１８ スキャン制御装置
１９ 制御部
２０ 前処理部
２１ メモリ部
２２ 画像再構成部
２３ 記憶装置
２４ 心筋パーフュージョン像生成システム
２４ａ 画像取得ユニット
２４ｂ スライス厚加算ユニット
２４ｃ マトリクス縮小ユニット
２４ｄ マスク処理ユニット
２４ｅ 血流画像生成ユニット
２４ｆ オブリーク断面変換ユニット
２４ｇ 画像合成ユニット
２４ｈ 表示処理ユニット
Ｐ 被検体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体にＸ線を曝射してスキャンを行い、得られた投影データに基づいて被検体内部の画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、
造影剤が持続的に注入された被検体の心筋部における前記造影剤の濃度が一定とみなせる状態における画像を前記投影データに基づいて生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成された画像の心筋領域部分から心筋組織成分を除去することにより、血流画像を生成する血流画像生成手段と、
を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記画像生成手段により生成された画像の心筋領域部分を決定する領域決定手段を備え、前記血流画像生成手段は、前記領域決定手段により決定された前記心筋領域部分から前記心筋組織成分を除去するように構成したことを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記画像生成手段は、前記心筋領域部分のＣＴ画像から心筋に相当するＣＴ値を減算することにより前記血流画像を生成するように構成したことを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
前記造影剤で染影された前記心筋部に対応する値及び心筋に対応する値に基づいて階調および色調の少なくとも一方の変換処理を行う際のウィンドウレベル値を設定する表示処理手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
前記造影剤で染影された前記心筋部に対応する値と心筋に対応する値との間の値を有する画素が強調されるように階調および色調の少なくとも一方の変換処理を行う際のウィンドウレベル値を設定する表示処理手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項６】
被検体に造影剤を持続的に注入し、前記被検体の心筋部における前記造影剤の濃度が一定とみなせる状態を得る造影剤注入装置と、前記心筋部における前記造影剤の濃度が一定とみなせる区間に心電図同期で造影ＣＴ画像を収集する手段と、前記心筋部の前記造影ＣＴ画像データから心筋のＣＴ値を減算することにより血流画像を生成する血流画像生成手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項７】
前記血流画像は心筋における血流量を表すものであることを特徴とする請求項６記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項８】
前記造影ＣＴ画像データの隣接するスライス間の造影ＣＴ値を加算することによりスライス方向の前記造影ＣＴ画像データの解像度を低減させるスライス厚加算手段を有することを特徴とする請求項６記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項９】
前記造影ＣＴ画像データの造影ＣＴ値に対して加算処理および加算平均処理の一方を施してマトリクスサイズを縮小することにより解像度を低減させるマトリクス縮小手段を有することを特徴とする請求項６記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１０】
前記血流画像生成手段は、冠動脈血中の造影剤の濃度の時間的な変化率が一定であるとみなせる場合には冠動脈血中の造影剤の濃度の時間的な変化率に基づいて補正係数を求め、求めた補正係数により前記血流画像のＣＴ値を補正するようにしたことを特徴とする請求項６記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１１】
前記血流画像の断面を変換して任意の断面における断面画像を生成するオブリーク断面変換手段を有することを特徴とする請求項６記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１２】
前記解像度を低減させた造影ＣＴ画像データから生成された血流画像と、解像度を低減させる前の造影ＣＴ画像データとを重ね合わせして同位置画面上にそれぞれの画像の透明度等の任意の値を調整して表示できるように合成する画像合成手段を有することを特徴とする請求項８または９記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１３】
造影剤が持続的に注入された被検体の心筋部における造影剤の濃度が一定とみなせる状態における画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された画像の心筋領域部分から心筋組織成分を除去することにより、血流画像を生成する血流画像生成手段と、
を備えたことを特徴とする心筋パーフュージョン像生成システム
【請求項１４】
被検体の心筋部における造影剤の濃度が一定とみなせる区間において心電図同期で収集された造影ＣＴ画像データを取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された前記造影ＣＴ画像データから心筋のＣＴ値を減算することにより血流画像を生成する血流画像生成手段と、
を備えたことを特徴とする心筋パーフュージョン像生成システム。
【請求項１】
被検体にＸ線を曝射してスキャンを行い、得られた投影データに基づいて被検体内部の画像を再構成するＸ線ＣＴ装置において、
造影剤が持続的に注入された被検体の心筋部における前記造影剤の濃度が一定とみなせる状態における画像を前記投影データに基づいて生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成された画像の心筋領域部分から心筋組織成分を除去することにより、血流画像を生成する血流画像生成手段と、
を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記画像生成手段により生成された画像の心筋領域部分を決定する領域決定手段を備え、前記血流画像生成手段は、前記領域決定手段により決定された前記心筋領域部分から前記心筋組織成分を除去するように構成したことを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記画像生成手段は、前記心筋領域部分のＣＴ画像から心筋に相当するＣＴ値を減算することにより前記血流画像を生成するように構成したことを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
前記造影剤で染影された前記心筋部に対応する値及び心筋に対応する値に基づいて階調および色調の少なくとも一方の変換処理を行う際のウィンドウレベル値を設定する表示処理手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
前記造影剤で染影された前記心筋部に対応する値と心筋に対応する値との間の値を有する画素が強調されるように階調および色調の少なくとも一方の変換処理を行う際のウィンドウレベル値を設定する表示処理手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項６】
被検体に造影剤を持続的に注入し、前記被検体の心筋部における前記造影剤の濃度が一定とみなせる状態を得る造影剤注入装置と、前記心筋部における前記造影剤の濃度が一定とみなせる区間に心電図同期で造影ＣＴ画像を収集する手段と、前記心筋部の前記造影ＣＴ画像データから心筋のＣＴ値を減算することにより血流画像を生成する血流画像生成手段とを備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項７】
前記血流画像は心筋における血流量を表すものであることを特徴とする請求項６記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項８】
前記造影ＣＴ画像データの隣接するスライス間の造影ＣＴ値を加算することによりスライス方向の前記造影ＣＴ画像データの解像度を低減させるスライス厚加算手段を有することを特徴とする請求項６記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項９】
前記造影ＣＴ画像データの造影ＣＴ値に対して加算処理および加算平均処理の一方を施してマトリクスサイズを縮小することにより解像度を低減させるマトリクス縮小手段を有することを特徴とする請求項６記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１０】
前記血流画像生成手段は、冠動脈血中の造影剤の濃度の時間的な変化率が一定であるとみなせる場合には冠動脈血中の造影剤の濃度の時間的な変化率に基づいて補正係数を求め、求めた補正係数により前記血流画像のＣＴ値を補正するようにしたことを特徴とする請求項６記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１１】
前記血流画像の断面を変換して任意の断面における断面画像を生成するオブリーク断面変換手段を有することを特徴とする請求項６記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１２】
前記解像度を低減させた造影ＣＴ画像データから生成された血流画像と、解像度を低減させる前の造影ＣＴ画像データとを重ね合わせして同位置画面上にそれぞれの画像の透明度等の任意の値を調整して表示できるように合成する画像合成手段を有することを特徴とする請求項８または９記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１３】
造影剤が持続的に注入された被検体の心筋部における造影剤の濃度が一定とみなせる状態における画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された画像の心筋領域部分から心筋組織成分を除去することにより、血流画像を生成する血流画像生成手段と、
を備えたことを特徴とする心筋パーフュージョン像生成システム
【請求項１４】
被検体の心筋部における造影剤の濃度が一定とみなせる区間において心電図同期で収集された造影ＣＴ画像データを取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された前記造影ＣＴ画像データから心筋のＣＴ値を減算することにより血流画像を生成する血流画像生成手段と、
を備えたことを特徴とする心筋パーフュージョン像生成システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２１０２２（Ｐ２００６−２１０２２Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５９７７（Ｐ２００５−５９７７）
【出願日】平成１７年１月１３日（２００５．１．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１３日（２００５．１．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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