Ct圖像處理裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】提供一種能去除因心跳以及呼吸節(jié)奏當(dāng)中的一方引起的噪聲后容易地僅提取另一方的正確的周期運(yùn)動(dòng)的CT圖像處理裝置以及方法。對(duì)以動(dòng)物作為被檢測(cè)體且通過(guò)X射線CT裝置在各時(shí)間拍攝到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的CT圖像處理裝置(5)具備：呼吸節(jié)奏閾值確定部(36a)，根據(jù)一系列投影數(shù)據(jù)中的呼吸節(jié)奏同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值；心跳閾值確定部(37a)，根據(jù)一系列投影數(shù)據(jù)中的心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值；和呼吸節(jié)奏提取部(36b)，通過(guò)利用呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值和心跳頻率的下限閾值定義的帶通濾波器，提取呼吸節(jié)奏的波形。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
CT圖像處理裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及以動(dòng)物作為被檢測(cè)體，對(duì)通過(guò)X射線CT裝置在各時(shí)間拍攝到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的CT圖像處理裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于老鼠、似鼠動(dòng)物等動(dòng)物的體內(nèi)觀察來(lái)說(shuō)，X射線CT成像是比較愛(ài)哦有效的。但是，動(dòng)物不能像人類(lèi)那樣按照操作者的指示在CT成像中屏氣。此外，在生物體成像中不能使心臟停止跳動(dòng)。因此，心臟、肺以及外圍的肝臟等臟器的圖像會(huì)因心跳、呼吸的影響而變模糊，從而不適于細(xì)致部位的觀察、檢查。
[0003]相對(duì)于此，已知以下方法:使用ECG(心電圖儀)得到心跳信號(hào)來(lái)進(jìn)行呼吸節(jié)奏同步的方法；用攝像機(jī)來(lái)拍攝小動(dòng)物的胸部，根據(jù)胸部的振動(dòng)來(lái)求取呼吸節(jié)奏而進(jìn)行呼吸節(jié)奏同步的方法。但是，這些方法需要專(zhuān)業(yè)的機(jī)器或設(shè)備，因而會(huì)在成本、作業(yè)方面造成負(fù)擔(dān)。
[0004]專(zhuān)利文獻(xiàn)I記載的CT圖像處理裝置為了追蹤作為對(duì)象的被檢測(cè)體的部位，針對(duì)各拍攝角度計(jì)算出同步用ROI的確定信息，得到強(qiáng)同步信號(hào)來(lái)測(cè)定充分表現(xiàn)了呼吸節(jié)奏或心跳的特征量，由此使用投影數(shù)據(jù)就能進(jìn)行簡(jiǎn)單的同步處理。
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)1: JP專(zhuān)利第5545881號(hào)公報(bào)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)2: JP特開(kāi)2009-225850號(hào)公報(bào)[0007 ] 專(zhuān)利文獻(xiàn)3: JP特表2010-515477號(hào)公報(bào)
[0008]但是，在上述這樣的方法中，在所得到的心跳、呼吸節(jié)奏中會(huì)有噪聲殘留，無(wú)法準(zhǔn)確地捕捉到心跳波形、呼吸節(jié)奏波形的各相位的位置。例如，雖然重構(gòu)肺的收縮期、舒張期的CT圖像很容易，但很難得到它們的中間期的CT圖像。此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I記載的CT圖像處理裝置中，用于追蹤ROI的設(shè)定、特別的計(jì)算是必需的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明鑒于這樣的情況而完成，其目的在于，提供一種能去除因心跳以及呼吸節(jié)奏當(dāng)中的一方引起的噪聲后容易地僅提取另一方的正確的周期運(yùn)動(dòng)的CT圖像處理裝置以及方法。
[0010](I)為了上述的目的，本發(fā)明的CT圖像處理裝置對(duì)以動(dòng)物作為被檢測(cè)體且通過(guò)X射線CT裝置在各時(shí)間拍攝到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，該CT圖像處理裝置的特征在于，具備:呼吸節(jié)奏閾值確定部，根據(jù)一系列投影數(shù)據(jù)中的呼吸節(jié)奏同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值;心跳閾值確定部，根據(jù)所述一系列投影數(shù)據(jù)中的心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值;和呼吸節(jié)奏提取部，通過(guò)利用所述呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值和心跳頻率的下限閾值定義的帶通濾波器，提取呼吸節(jié)奏的波形。由此，能去除因心跳引起的噪聲后容易地僅提取正確的呼吸節(jié)奏。其結(jié)果，能得到用戶希望的呼吸節(jié)奏相位的正確的CT圖像。
[0011](2)此外，本發(fā)明的CT圖像處理裝置的特征在于，還具備:心跳提取部，通過(guò)利用所述心跳頻率的下限閾值定義的高通濾波器，提取心跳的波形。由此，能夠去除因呼吸節(jié)奏引起的噪聲后容易地僅提取正確的心跳。
[0012](3)此外，本發(fā)明的CT圖像處理裝置的特征在于，所述呼吸節(jié)奏同步用ROI在投影數(shù)據(jù)上包含橫膈膜。由此，使呼吸節(jié)奏同步用ROI包含橫膈膜的區(qū)域，能夠較強(qiáng)地檢測(cè)到呼吸節(jié)奏的波形。
[0013](4)此外，本發(fā)明的CT圖像處理裝置的特征在于，在根據(jù)所述呼吸節(jié)奏同步用ROI內(nèi)的特征量的波形而得到的傅里葉變換波形中，在除了直流分量以外頻率最小的峰值位置處確定所述呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值。由此，能夠設(shè)定能適當(dāng)?shù)厝コ肼暤南孪揲撝担⒛軌虿捎没谠撻撝档膸V波器僅提取呼吸節(jié)奏。另外，所謂下限閾值是指截止頻率。
[0014](5)此外，本發(fā)明的CT圖像處理裝置的特征在于，還具備:重構(gòu)部，基于根據(jù)提取到的所述呼吸節(jié)奏的波形而確定的一定的呼吸節(jié)奏相位的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)CT圖像。由此，能夠得到一定的呼吸節(jié)奏相位下的CT圖像。
[0015](6)此外，本發(fā)明的CT圖像處理裝置的特征在于，還具備:重構(gòu)部，基于根據(jù)提取到的所述呼吸節(jié)奏的波形而確定的一定的呼吸節(jié)奏相位以及根據(jù)提取到的所述心跳的波形而確定的一定的心跳相位的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)CT圖像。由此，能夠得到一定的呼吸節(jié)奏相位以及心跳相位的CT圖像，能夠得到心臟、肺的外圍臟器的清楚的CT圖像。
[0016](7)此外，本發(fā)明的CT圖像處理裝置對(duì)以動(dòng)物作為被檢測(cè)體且通過(guò)X射線CT裝置在各時(shí)間拍攝到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，該CT圖像處理裝置的特征在于，具備:心跳閾值確定部，根據(jù)一系列投影數(shù)據(jù)中的心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值;和心跳提取部，通過(guò)利用所述心跳頻率的下限閾值定義的高通濾波器，提取心跳的波形。由此，能夠去除因呼吸節(jié)奏引起的噪聲后容易地僅提取正確的心跳。其結(jié)果，能得到用戶希望的心跳相位的正確的CT圖像。
[0017](8)此外，本發(fā)明的CT圖像處理裝置的特征在于，所述心跳同步用ROI在投影數(shù)據(jù)上包含心室，并且包含從心臟的橫膈膜側(cè)端部起的1/4以上且1/3以下的范圍。由此，使心跳同步用ROI包含心室以及心臟的橫膈膜側(cè)的1/3以上且1/4以下的范圍，從而能夠較強(qiáng)地檢測(cè)到心跳以及呼吸節(jié)奏的波形。
[0018](9)此外，本發(fā)明的CT圖像處理裝置的特征在于，在根據(jù)所述心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形而得到的傅里葉變換波形中，在除了直流分量的峰值以外最大的峰值的位置處確定所述心跳頻率的下限閾值。由此，能夠設(shè)定能適當(dāng)去除噪聲的下限閾值，能夠采用基于該閾值的帶通或高通濾波器僅提取呼吸節(jié)奏或心跳。另外，所謂下限閾值是指截止頻率。
[0019](10)此外，本發(fā)明的CT圖像處理裝置的特征在于，還具備:重構(gòu)部，基于根據(jù)提取到的所述心跳的波形而確定的一定的心跳相位的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)CT圖像。由此，能夠得到一定的心跳相位的CT圖像。
[0020](11)此外，本發(fā)明的CT圖像處理裝置的特征在于，所述重構(gòu)部針對(duì)至少3個(gè)不同的相位，基于所述一定的呼吸節(jié)奏相位或所述一定的心跳相位的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)CT圖像。由此，例如，能重構(gòu)肺或心臟各自的收縮期、舒張期以及中間期的CT圖像。
[0021](12)此外，本發(fā)明的方法是通過(guò)使計(jì)算機(jī)動(dòng)作，來(lái)對(duì)以動(dòng)物作為被檢測(cè)體通過(guò)X射線CT裝置在各時(shí)間拍攝到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法，其特征在于，包括:根據(jù)一系列投影數(shù)據(jù)中的呼吸節(jié)奏同步用R0I內(nèi)的特征量的波形，確定呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值的步驟;根據(jù)所述一系列投影數(shù)據(jù)中的心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值的步驟;和通過(guò)利用所述呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值和心跳頻率的下限閾值定義的帶通濾波器，提取呼吸節(jié)奏的波形的步驟。
[0022](13)此外，本發(fā)明的方法是通過(guò)使計(jì)算機(jī)動(dòng)作，來(lái)對(duì)以動(dòng)物作為被檢測(cè)體通過(guò)X射線CT裝置在各時(shí)間拍攝到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法，其特征在于，包括:根據(jù)一系列投影數(shù)據(jù)中的心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值的步驟;和通過(guò)利用所述心跳頻率的下限閾值定義的高通濾波器，提取心跳的波形的步驟。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，能夠去除因心跳以及呼吸節(jié)奏當(dāng)中的一方引起的噪聲后容易地僅提取另一方的正確的周期運(yùn)動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是表示本發(fā)明的X射線CT裝置的示意圖。
[0025]圖2是表示本發(fā)明的X射線CT裝置的框圖。
[0026]圖3是表示本發(fā)明的X射線CT裝置的動(dòng)作的流程圖。
[0027]圖4是表示ROI的設(shè)定畫(huà)面的圖。
[0028]圖5是表示心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形的曲線圖。
[0029]圖6是對(duì)特征量的波形進(jìn)行傅里葉變換而得到的曲線圖。
[0030]圖7是表示提取到的心跳波形的曲線圖。
[0031 ]圖8是表示呼吸節(jié)奏同步用ROI內(nèi)的特征量的波形的曲線圖。
[0032]圖9是對(duì)特征量的波形進(jìn)行傅里葉變換而得到的曲線圖。
[0033]圖10是表示提取到的呼吸節(jié)奏的波形的曲線圖。
[0034]圖11是表示提取到的心跳波形的各相位的曲線圖。
[0035]圖12是利用心臟收縮期的投影數(shù)據(jù)重構(gòu)的三維CT圖像。
[0036]圖13是表示心臟舒張期的CT剖視圖的示意圖。
[0037]圖14是表示心臟收縮期的CT剖視圖的示意圖。
[0038]圖15是表示各ROI的設(shè)定位置的圖。
[0039]圖16是表示ROI的每個(gè)設(shè)定位置的亮度的累計(jì)值的波形的曲線圖。
[0040]圖17是表示ECG波形與所提取的心跳波形之間的對(duì)比的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]接著，參照【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施方式。為了容易理解說(shuō)明，在各附圖中對(duì)同一構(gòu)成要素賦予同一參照符號(hào)，并省略重復(fù)的說(shuō)明。
[0042](X射線CT裝置的結(jié)構(gòu))
[0043 ]圖1是表示X射線CT裝置I的示意圖。如圖1所示，X射線CT裝置I具備:攝影部2、圖像重建PC5(CT圖像處理裝置)、輸入部6和顯示部8。攝影部2具備托臺(tái)控制單元11、托臺(tái)12，使托臺(tái)12相對(duì)于保持的被檢測(cè)體旋轉(zhuǎn)，由此進(jìn)行X射線CT成像。攝影部2在計(jì)算出的CT成像開(kāi)始時(shí)刻進(jìn)行CT成像，拍攝被檢測(cè)體的投影數(shù)據(jù)。向圖像重建PC5發(fā)送拍攝到的CT數(shù)據(jù)。此外，攝影部2能拍攝被檢測(cè)體的投影數(shù)據(jù)。另外，X射線CT裝置I能應(yīng)用于以老鼠、似鼠動(dòng)物等小型動(dòng)物作為被檢測(cè)體的情況，也適用于以猴子、狗等中型動(dòng)物作為被檢測(cè)體的情況。
[0044]托臺(tái)12為了在規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度下得到被檢測(cè)體的透視數(shù)據(jù)或者通過(guò)旋轉(zhuǎn)拍攝而得到投影數(shù)據(jù)，被設(shè)置成能夠圍繞被檢測(cè)體的周?chē)D(zhuǎn)。托臺(tái)12具備:旋轉(zhuǎn)臂15、X射線管
16、檢測(cè)器17以及臂旋轉(zhuǎn)電機(jī)18。在旋轉(zhuǎn)臂15上固定X射線管16以及檢測(cè)器17。旋轉(zhuǎn)臂15被設(shè)置在托臺(tái)12內(nèi)，能夠以X射線管16與檢測(cè)器17之間的點(diǎn)為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0045]X射線管16產(chǎn)生X射線并將其射向檢測(cè)器17。檢測(cè)器17具有接受X射線的受光面，形成為面板狀。從X射線管16照射出X射線，該X射線經(jīng)過(guò)被檢測(cè)體后被檢測(cè)器17檢測(cè)。臂旋轉(zhuǎn)電機(jī)18通過(guò)使旋轉(zhuǎn)臂15旋轉(zhuǎn)，從而使托臺(tái)12整體旋轉(zhuǎn)。臂旋轉(zhuǎn)電機(jī)18能在CT成像時(shí)使托臺(tái)12以設(shè)定的速度旋轉(zhuǎn)。此外，在拍攝結(jié)束后，能使托臺(tái)12逆旋轉(zhuǎn)到原本的位置。另外，在以上說(shuō)明中，以X射線CT裝置I作為機(jī)械臂型裝置進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明的應(yīng)用并不一定限于該類(lèi)型。
[0046]X射線CT裝置I能夠使用高速檢測(cè)器17來(lái)高速地收集大量的數(shù)據(jù)，并能夠縮短攝影時(shí)間。此外，能夠通過(guò)高速的數(shù)據(jù)收集來(lái)減少體動(dòng)的影響。幀速率優(yōu)選為30fps以上，更優(yōu)選為10fps以上。
[0047]圖像重建PC5(CT圖像處理裝置)取得拍攝到的投影數(shù)據(jù)，基于投影數(shù)據(jù)，計(jì)算出特征量作為呼吸節(jié)奏或心跳的同步信號(hào)。并且，使用該呼吸節(jié)奏或心跳同步信號(hào)來(lái)進(jìn)行三維CT圖像數(shù)據(jù)的重構(gòu)。此外，圖像重建PC5還具備向攝影部2發(fā)送攝影條件等來(lái)控制攝影部2的動(dòng)作的功能。鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等輸入部6接受來(lái)自用戶的輸入，并將輸入信號(hào)傳送至圖像重建PC5。
[0048]顯示器等顯示部8進(jìn)行透視圖像、所得到的同步信號(hào)的顯示。此外，在CT成像中顯示投影數(shù)據(jù)，并在圖像重構(gòu)之后顯示CT圖像數(shù)據(jù)。托臺(tái)控制單元11接受來(lái)自圖像重建PC5的指示，以所指示的速度，控制托臺(tái)12的旋轉(zhuǎn)，并控制基于X射線管16以及檢測(cè)器17進(jìn)行的CT成像。
[0049](圖像重建PC的結(jié)構(gòu))
[0050]接著，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明圖像處理的功能。圖2是表示X射線CT裝置I的框圖。如圖2所示，圖像重建PC5從鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等輸入部6接受用戶的輸入。另一方面，圖像重建PC5在顯示器等顯示部8中顯示透視圖像、輸入畫(huà)面等。在進(jìn)行拍攝時(shí)，圖像重建PC5將用戶輸入的控制信息發(fā)送到攝影部2。
[0051 ]此外，圖像重建PC5具備數(shù)據(jù)取得部31、存儲(chǔ)部32、亮度值計(jì)算部34(特征量計(jì)算部)、R0I設(shè)定部35、呼吸節(jié)奏閾值確定部36a、呼吸節(jié)奏提取部36b、呼吸節(jié)奏同步處理部36c、心跳閾值確定部37a、心跳提取部37b、心跳同步處理部37c和重構(gòu)部39，提取被檢測(cè)體的心臟或肺的周期運(yùn)動(dòng)來(lái)處理投影數(shù)據(jù)。各部分能夠通過(guò)控制總線L來(lái)收發(fā)信息。另外，圖像重建PC5實(shí)際上由CPU以及存儲(chǔ)器或硬盤(pán)等構(gòu)成。
[0052]數(shù)據(jù)取得部31從攝影部2取得被檢測(cè)體的透視數(shù)據(jù)、投影數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)部32存儲(chǔ)所取得的被檢測(cè)體的投影數(shù)據(jù)。此外，存儲(chǔ)部32存儲(chǔ)由亮度值計(jì)算部34計(jì)算出的亮度值以及亮度值的平均值，亮度值的平均值就是特征量。
[0053]亮度值計(jì)算部34在設(shè)定在所取得的投影數(shù)據(jù)中的同步用ROI(Reg1n ofInterest;關(guān)心區(qū)域)的整個(gè)范圍內(nèi)，對(duì)亮度值進(jìn)行累計(jì)，并用該同步用ROI的像素?cái)?shù)除以累計(jì)的值。由此，能夠計(jì)算出亮度值的平均值(特征量)，作為呼吸節(jié)奏或心跳同步信號(hào)。另外，特征量不一定必須是亮度值，只要是與一定區(qū)域的累計(jì)值對(duì)應(yīng)的值即可。另外，同步用ROI的計(jì)算是在數(shù)據(jù)收集中或收集之后進(jìn)行的。另外，同步用ROI的用途與觀察用ROI的用途不同，是用于掌握周期性運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)信號(hào)的R0I。
[0054]ROI設(shè)定部35在透視時(shí)使同步用ROI被存儲(chǔ)。優(yōu)選預(yù)先對(duì)多個(gè)角度的透視數(shù)據(jù)確認(rèn)在相同的同步用ROI的設(shè)定下是否沒(méi)有間題。用戶從輸入部6輸入呼吸節(jié)奏同步用R0I。多個(gè)拍攝角度優(yōu)選是所構(gòu)成的角度為60°以上且120°以下的2個(gè)拍攝角度，更優(yōu)選是彼此正交的2個(gè)角度。
[0055]這樣，根據(jù)投影數(shù)據(jù)的同步用ROI得到心跳信號(hào)以及呼吸節(jié)奏信號(hào)。并且，能夠排除因心跳或呼吸節(jié)奏引起的圖像的模糊，將畫(huà)質(zhì)提升幾個(gè)量級(jí)。并且，不僅是能夠得到舒張期、收縮期的心臟同步圖像，還能夠得到其中間相位的心臟同步圖像，因此能夠利用于心功能檢查。
[O O5 6 ]呼吸節(jié)奏閾值確定部3 6 a根據(jù)一系列投影數(shù)據(jù)中的呼吸節(jié)奏同步用R OI內(nèi)的特征量的波形來(lái)確定呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值。下限閾值的確定的詳細(xì)情況將后述。呼吸節(jié)奏提取部36b通過(guò)根據(jù)呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值和心跳頻率的下限閾值定義的帶通濾波器，提取呼吸節(jié)奏的波形。具體來(lái)說(shuō)，進(jìn)行如下處理:使上述兩個(gè)閾值之間的頻率通過(guò)，使其以外的頻率截止。由此，能夠去除因心跳引起的噪聲，能夠容易地僅提取正確的呼吸節(jié)奏。
[0057]呼吸節(jié)奏同步處理部36c在呼吸節(jié)奏波形中，基于拍攝角度與同步用ROI的特征量之間的關(guān)系，按規(guī)定的相位區(qū)分來(lái)分類(lèi)選出各投影數(shù)據(jù)。規(guī)定的呼吸節(jié)奏的相位區(qū)分是指，例如肺的收縮期、舒張期、它們的中間相位。這樣的同步處理不需要特別的硬件，可以僅由軟件來(lái)進(jìn)行。
[0058]心跳閾值確定部37a根據(jù)一系列投影數(shù)據(jù)的心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形來(lái)確定心跳頻率的下限閾值。下限閾值的確定的詳細(xì)情況將后述。心跳提取部37b通過(guò)根據(jù)心跳頻率的下限閾值定義的高通濾波器，提取心跳的波形。由此，去除因呼吸節(jié)奏導(dǎo)致的噪聲，能夠容易地僅提取正確的心跳。
[0059]在心跳波形中，心跳同步處理部37c基于拍攝角度與同步用ROI的特征量之間的關(guān)系，按規(guī)定的相位區(qū)分，分類(lèi)選出各投影數(shù)據(jù)。規(guī)定的心跳的相位區(qū)分是指，例如心臟的舒張期、收縮期、它們的中間相位。這樣的同步處理不需要特別的硬件，可以僅由軟件來(lái)進(jìn)行。
[0060]針對(duì)在呼吸節(jié)奏同步處理部36c中按規(guī)定的呼吸節(jié)奏的相位區(qū)分而分類(lèi)的投影數(shù)據(jù)，心跳同步處理部37c基于該投影數(shù)據(jù)的拍攝角度與同步用ROI的特征量之間的關(guān)系，按規(guī)定的心跳的相位區(qū)分，分類(lèi)選出該投影數(shù)據(jù)。
[0061]這樣，能夠按呼吸節(jié)奏的相位區(qū)分以及心跳的相位區(qū)分來(lái)分類(lèi)提取投影數(shù)據(jù)。例如，能夠按肺的舒張期以外的區(qū)分對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，并進(jìn)一步按心跳的舒張期的區(qū)分對(duì)分類(lèi)好的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)。
[0062]重構(gòu)部39利用同步處理的結(jié)果、即利用按規(guī)定的呼吸節(jié)奏或心跳的相位區(qū)分而分類(lèi)好的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)三維CT圖像數(shù)據(jù)。由此，使用按特定的呼吸節(jié)奏的相位區(qū)分以及心跳的相位區(qū)分而分類(lèi)的投影數(shù)據(jù)，即使是周期性運(yùn)動(dòng)的部位，也能夠得到鮮明的CT重構(gòu)圖像。重構(gòu)部39利用完成了同步處理的托臺(tái)的I周旋轉(zhuǎn)量的數(shù)據(jù)來(lái)提取所需的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)CT圖像數(shù)據(jù)。
[0063]另外，重構(gòu)部39可以基于從提取到的呼吸節(jié)奏的波形中確定的一定的呼吸節(jié)奏相位、和從提取到的心跳的波形中確定的一定的心跳相位的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)CT圖像。由此，能夠得到一定的呼吸節(jié)奏相位以及心跳相位的CT圖像，能夠得到心臟、肺的外圍臟器的鮮明的CT圖像。
[0064]在進(jìn)行重構(gòu)處理時(shí)，對(duì)于因投影數(shù)據(jù)的分類(lèi)而遺漏的投影數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，優(yōu)選利用其拍攝角度附近的投影數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行插值，從而重構(gòu)CT圖像數(shù)據(jù)。由此，能夠高效地得到鮮明的CT圖像數(shù)據(jù)。
[0065](使用步驟以及裝置動(dòng)作)
[0066]接著，說(shuō)明這樣構(gòu)成的X射線CT裝置I的使用步驟以及裝置的動(dòng)作的一例。圖3是表示X射線CT裝置I的動(dòng)作的流程圖。
[0067]首先，用戶將猴子、狗等中型動(dòng)物被檢測(cè)體設(shè)置在攝影部2所具備的床上(步驟SI)。然后，通過(guò)事前攝影對(duì)被檢測(cè)體照射X射線，取得透視數(shù)據(jù)。事前攝影只要進(jìn)行5秒左右就夠了，且不用旋轉(zhuǎn)托臺(tái)。此時(shí)，進(jìn)行即時(shí)處理，計(jì)算出呼吸節(jié)奏以及心跳同步信號(hào)并顯示曲線圖。在表示包含所得到的透視數(shù)據(jù)的橫膈膜的部位以及心臟部位的區(qū)域，設(shè)定同步用ROI (步驟 S2)。
[0068]基于手動(dòng)的指定能通過(guò)X射線CT裝置I從用戶受理對(duì)同步用ROI進(jìn)行確定的位置、形狀的信息來(lái)進(jìn)行。例如，借助鼠標(biāo)進(jìn)行拖放(drag and drop)操作來(lái)設(shè)定對(duì)角線，從而能設(shè)定長(zhǎng)方形的同步用R0I。進(jìn)一步地，優(yōu)選以與設(shè)定了同步用ROI的拍攝角度正交的角度，進(jìn)行X射線照射，并確認(rèn)同步用ROI覆蓋所得到的投影數(shù)據(jù)的橫膈膜部位以及心臟部位的情況。另外，同步用ROI的形狀不需要是嚴(yán)格的長(zhǎng)方形。
[0069]然后，進(jìn)行被檢測(cè)體的X射線CT成像，取得投影數(shù)據(jù)(步驟S3)。即，X射線CT裝置I接受來(lái)自用戶的攝影開(kāi)始的輸入，使托臺(tái)旋轉(zhuǎn)，開(kāi)始進(jìn)行攝影，并按照觸發(fā)信號(hào)來(lái)拍攝被檢測(cè)體的投影數(shù)據(jù)。
[0070]然后，X射線CT裝置I計(jì)算出計(jì)數(shù)值(亮度值)的同步用ROI內(nèi)的平均值作為特征量(步驟S4)?？赏ㄟ^(guò)在ROI內(nèi)對(duì)計(jì)數(shù)值進(jìn)行累計(jì)，并除以像素?cái)?shù)，從而來(lái)計(jì)算出計(jì)數(shù)值的平均值。對(duì)這樣針對(duì)各ROI得到的每幀(每個(gè)角度、時(shí)間)的特征量的波形進(jìn)行傅里葉變換，根據(jù)得到的波形的特征來(lái)分別確定用于呼吸節(jié)奏提取以及心跳提取的下限閾值(步驟S5)。下限閾值的確定的詳細(xì)情況將后述。
[0071]接著，基于得到的下限閾值，通過(guò)帶通濾波器僅提取呼吸節(jié)奏波形，并通過(guò)高通濾波器僅提取心跳波形(步驟S6KX射線CT裝置I從用戶接受指示，并在接受了求取位于肺的收縮期與舒張期之間的中間相位的圖像的指示時(shí)，為了進(jìn)行三維CT圖像數(shù)據(jù)的重構(gòu)而確定作為同步處理通過(guò)呼吸節(jié)奏同步被分類(lèi)成肺的指定的中間相位的投影數(shù)據(jù)(步驟S7)，并通過(guò)確定出的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)三維CT圖像數(shù)據(jù)(步驟S8 )，結(jié)束處理。
[0072]另外，上述說(shuō)明了使用呼吸節(jié)奏的同步處理的例子，但在心跳同步的情況下，能夠針對(duì)步驟S6?S8利用所提取到的心跳波形，為了進(jìn)行三維CT圖像數(shù)據(jù)的重構(gòu)而確定心臟的收縮期、舒張期或中間相位的投影數(shù)據(jù)，并通過(guò)確定出的投影數(shù)據(jù)來(lái)重構(gòu)三維CT圖像數(shù)據(jù)。以上說(shuō)明了整體的動(dòng)作，接下來(lái)說(shuō)明具體的各處理。
[0073](同步用ROI的設(shè)定)
[0074]具體說(shuō)明同步用ROI的設(shè)定的方法。圖4是表示ROI的設(shè)定畫(huà)面的圖。在圖4所示的畫(huà)面中央顯示成黑色圓形形狀的區(qū)域是表示心臟部位的區(qū)域Hl，在其正下方(尾側(cè)的與心臟相接的位置)存在表示橫膈膜部位的區(qū)域。用戶容易確定該位置。
[0075]呼吸節(jié)奏同步用ROI(Rl)優(yōu)選設(shè)定在包含橫膈膜部位的區(qū)域中。由此，能夠較強(qiáng)地檢測(cè)到呼吸節(jié)奏的波形。優(yōu)選心跳同步用R0I(R2)被設(shè)定為在投影數(shù)據(jù)上包含心室的同時(shí)包含從心臟的橫膈膜側(cè)端部起1/4以上且1/3以下的范圍。另外，也可以將心跳同步用ROI(R2)設(shè)定成僅覆蓋心房。
[0076]優(yōu)選手動(dòng)進(jìn)行呼吸節(jié)奏同步用ROI(Rl)，優(yōu)選自動(dòng)進(jìn)行心跳同步用R0I(R2)。此外，雖然與同步用ROI的體軸垂直的方向可設(shè)為所希望的大小，但優(yōu)選設(shè)為與作為對(duì)象的臟器的部位的體軸垂直的方向的大小以上。此外，雖然為了減少噪聲而優(yōu)選設(shè)為被檢測(cè)體的軀體寬度以下，但也可以設(shè)為遍及畫(huà)面整體的寬度的大小。另外，在上述的例子中，雖然設(shè)定了兩種同步用ROI，但也可以設(shè)定多于2種的同步用ROI。
[0077](心跳波形的提取)
[0078]接著，具體說(shuō)明提取心跳波形的一系列處理。圖5是表示心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形的曲線圖。心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形是通過(guò)以下方式得到的:按照幀數(shù)，畫(huà)出將遍及心跳同步用ROI的整個(gè)范圍內(nèi)對(duì)亮度值進(jìn)行累計(jì)后除以該同步用ROI的像素?cái)?shù)而得到的值。曲線圖的橫軸表示幀數(shù)，幀數(shù)與時(shí)間等價(jià)。曲線圖的縱軸表示作為特征量的計(jì)數(shù)。在波形中出現(xiàn)了大周期(直流分量)的峰值、小周期的峰值(呼吸節(jié)奏分量)以及小周期的峰值(心跳分量)。
[0079]圖6是對(duì)特征量的波形進(jìn)行傅里葉變換而得到的曲線圖。在圖6中，除0Ηζ(直流分量)的峰值以外最大的峰值的位置是2Hz。因此，能夠?qū)⒂糜谔崛⌒奶ㄐ蔚南孪揲撝翟O(shè)為2Hz。另外，下限閾值是指截止頻率。
[0080]使用這樣得到的下限閾值定義的高通濾波器，提取根據(jù)特征量得到的心跳波形。具體來(lái)說(shuō)，在圖6的曲線圖中，將小于2Hz的頻率分量截止，僅對(duì)2Hz以上的頻率分量進(jìn)行逆傅里葉變換。圖7是表示提取到的心跳波形的曲線圖。如上述那樣應(yīng)用高通濾波器的結(jié)果是，除幀數(shù)O附近的峰值以外，僅將以大致相同周期具有相同程度的振幅的跳動(dòng)提取為心跳波形。
[0081](呼吸節(jié)奏波形的提取)
[0082]接著，具體說(shuō)明提取呼吸節(jié)奏波形的一系列處理。圖8是表示呼吸節(jié)奏同步用ROI內(nèi)的特征量的波形的曲線圖。呼吸節(jié)奏同步用ROI內(nèi)的特征量的波形是通過(guò)以下方式得到的:按照幀數(shù)，畫(huà)出將遍及呼吸節(jié)奏同步用ROI的整個(gè)范圍內(nèi)對(duì)亮度值進(jìn)行累計(jì)后除以該同步用ROI的像素?cái)?shù)而得到的值。曲線圖的橫軸表示幀數(shù)。曲線圖的縱軸表示作為特征量的計(jì)數(shù)。在波形中出現(xiàn)大周期(直流分量)的峰值和小周期的峰值。
[0083]圖9是對(duì)特征量的波形進(jìn)行傅里葉變換而得到的曲線圖。在圖9中，除0Ηζ(直流分量)的峰值和直流分量以外，頻率最小的峰值的位置是0.2Hz。因此，能夠?qū)⒂糜谔崛『粑?jié)奏波形的下限閾值設(shè)為0.2Hz。
[0084]使用根據(jù)如上述那樣用于提取所得到的心跳波形的下限閾值和用于提取呼吸節(jié)奏波形的下限閾值定義的帶通濾波器，從根據(jù)特征量得到的波形中提取呼吸節(jié)奏波形。具體來(lái)說(shuō)，在圖9的曲線圖中，將小于0.2Hz的頻率分量和大于2Hz的頻率分量截止，僅對(duì)0.2Hz?2Hz頻帶的頻率分量進(jìn)行逆傅里葉變換。圖10是表示提取到的呼吸節(jié)奏的波形的曲線圖。如上述那樣應(yīng)用高通濾波器的結(jié)果是，除幀數(shù)O附近的峰值以外，僅將以大致相同的周期具有相同程度的振幅的跳動(dòng)提取為呼吸節(jié)奏波形。
[0085](同步處理)
[0086]接著，具體說(shuō)明同步處理。能夠?qū)σ砸?guī)定的計(jì)數(shù)段來(lái)劃分上述那樣提取的波形后包含在該段中的區(qū)間的幀進(jìn)行處理，作為該相位的投影數(shù)據(jù)。圖11是表示提取到的心跳波形的各相位的曲線圖。例如，處于心臟收縮期的相位區(qū)分的投影數(shù)據(jù)是通過(guò)在圖11所示的曲線圖中選出振幅的1/4的段之中特征量最大的段所包含的幀而得到的。此外，處于作為心臟舒張期的相位區(qū)分的投影數(shù)據(jù)是通過(guò)在圖11所示的曲線圖中選出振幅的1/4的段之中特征量最小的段所包含的幀而得到的。
[0087]此外，如圖11所示，選擇6個(gè)區(qū)分之中的一個(gè)區(qū)分作為心臟收縮期與心臟舒張期之間的中間期，以包含在該相位區(qū)分內(nèi)的方式選出投影數(shù)據(jù)。另外，在設(shè)為波形振幅A、幀速率fs、心跳頻率fc時(shí)，各相位的期間可由4.A.fc/fs來(lái)計(jì)算出。這樣，能夠進(jìn)行很多相位區(qū)間之中的期望的相位的同步處理。另外，在上述的例子中，雖然基于提取到的心跳波形來(lái)選出心臟的收縮期、舒張期或中間期的幀并進(jìn)行了同步處理，但同樣也可以基于提取到的呼吸波形來(lái)選出肺的收縮期、舒張期或中間期的幀并進(jìn)行同步處理。
[0088](CT 重構(gòu))
[0089]如上所述，能夠從心跳波形或呼吸節(jié)奏波形中提取一定相位的投影數(shù)據(jù)，構(gòu)成三維CT圖像。在該情況下，能夠進(jìn)一步從所得到的三維CT圖像得到CT剖視圖像。圖12是利用心臟收縮期的投影數(shù)據(jù)而重構(gòu)的三維CT圖像。圖13是表示心臟舒張期的CT剖視圖的示意圖。圖14是表示心臟收縮期的CT剖視圖的示意圖。
[0090]在圖13以及圖14中，以與三維CT圖像的體軸垂直的剖面來(lái)顯示了被檢測(cè)體Lai。如圖所示，可知，在體表的內(nèi)側(cè)有軀體(肌肉部)Ml，在其內(nèi)側(cè)有肺LI。并且可知，在它們的邊界有脊柱BI以及肋骨RBl，在中央有被肺LI包圍的心臟Hl。此外，在心臟Hl的尾偵棺橫膈膜Dl，在橫膈膜Dl中基于呼吸節(jié)奏的周期運(yùn)動(dòng)顯現(xiàn)得最明顯。這些臟器之中，由于心臟Hl在跳動(dòng)，所以在不與心跳波形進(jìn)行同步處理的情況下，圖像會(huì)模糊。但是，在如上述那樣進(jìn)行了同步處理的情況下，心臟Hl在表示舒張期的圖13中以變大了的狀態(tài)被鮮明地顯示，在表示收縮期的圖12、圖14中以變小了的狀態(tài)被鮮明地顯示。
[0091](R0I設(shè)定的驗(yàn)證)
[0092]呼吸節(jié)奏同步用ROI雖然只要設(shè)置成包含橫膈膜即可，但針對(duì)心跳同步用ROI，在心臟之中也存在適于設(shè)定ROI的位置。圖15是表示各ROI的設(shè)定位置的圖。如圖15所示，在心臟的上側(cè)(頭側(cè))的1/3、中央的1/3、下側(cè)(橫膈膜側(cè))的1/3以及整體，分別設(shè)定矩形的ROI(R21，R22，R23，R24)，并在各個(gè)ROI中計(jì)算出特征量的波形。
[0093]圖16是表示ROI的每個(gè)設(shè)定位置的特征量的波形的曲線圖。如圖16所示，可知，在設(shè)定于橫膈膜側(cè)的1/3處的R0I(R23)的曲線圖中，心跳波形顯現(xiàn)得最清楚。由于在心臟部位的橫膈膜側(cè)的1/3?1/4處包含心室，所以認(rèn)為得到了鮮明的心跳波形。因此可知，優(yōu)選將心跳同步用ROI配置成包含從心臟的橫膈膜側(cè)端部起的1/4以上且1/3以下的范圍。
[0094](ECG與特征量波形的對(duì)比)
[0095]接著，對(duì)相同的被檢測(cè)體，利用ECG得到心電圖波形，并且借助X射線CT裝置I計(jì)算出心跳同步用ROI內(nèi)的特征量來(lái)提取心跳波形，表現(xiàn)在相同的時(shí)間軸上。圖17是表示ECG波形與提取到的心跳波形的對(duì)比的曲線圖。如圖17所示，可以確認(rèn)ECG波形的峰值與提取到的心跳波形的峰值一致。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種CT圖像處理裝置，對(duì)以動(dòng)物作為被檢測(cè)體且通過(guò)X射線CT裝置在各時(shí)間拍攝到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，該CT圖像處理裝置的特征在于，具備: 呼吸節(jié)奏閾值確定部，根據(jù)一系列投影數(shù)據(jù)中的呼吸節(jié)奏同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值； 心跳閾值確定部，根據(jù)所述一系列投影數(shù)據(jù)中的心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值;和 呼吸節(jié)奏提取部，通過(guò)利用所述呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值和心跳頻率的下限閾值定義的帶通濾波器，提取呼吸節(jié)奏的波形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT圖像處理裝置，其特征在于，還具備: 心跳提取部，通過(guò)利用所述心跳頻率的下限閾值定義的高通濾波器，提取心跳的波形。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT圖像處理裝置，其特征在于， 所述呼吸節(jié)奏同步用ROI在投影數(shù)據(jù)上包含橫膈膜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT圖像處理裝置，其特征在于， 在根據(jù)所述呼吸節(jié)奏同步用ROI內(nèi)的特征量的波形而得到的傅里葉變換波形中，在除了直流分量以外頻率最小的峰值位置處確定所述呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT圖像處理裝置，其特征在于，還具備: 重構(gòu)部，基于根據(jù)提取到的所述呼吸節(jié)奏的波形而確定的一定的呼吸節(jié)奏相位的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)CT圖像。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CT圖像處理裝置，其特征在于，還具備: 重構(gòu)部，基于根據(jù)提取到的所述呼吸節(jié)奏的波形而確定的一定的呼吸節(jié)奏相位以及根據(jù)提取到的所述心跳的波形而確定的一定的心跳相位的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)CT圖像。7.—種CT圖像處理裝置，對(duì)以動(dòng)物作為被檢測(cè)體且通過(guò)X射線CT裝置在各時(shí)間拍攝到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，該CT圖像處理裝置的特征在于，具備: 心跳閾值確定部，根據(jù)一系列投影數(shù)據(jù)中的心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值;和 心跳提取部，通過(guò)利用所述心跳頻率的下限閾值定義的高通濾波器，提取心跳的波形。8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的CT圖像處理裝置，其特征在于， 所述心跳同步用ROI在投影數(shù)據(jù)上包含心室，并且包含從心臟的橫膈膜側(cè)端部起的1/4以上且1/3以下的范圍。9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的CT圖像處理裝置，其特征在于， 在根據(jù)所述心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形而得到的傅里葉變換波形中，在除了直流分量的峰值以外最大的峰值的位置處確定所述心跳頻率的下限閾值。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CT圖像處理裝置，其特征在于，還具備: 重構(gòu)部，基于根據(jù)提取到的所述心跳的波形而確定的一定的心跳相位的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)CT圖像。11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CT圖像處理裝置，其特征在于， 所述重構(gòu)部針對(duì)至少3個(gè)不同的相位，基于所述一定的呼吸節(jié)奏相位或所述一定的心跳相位的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)CT圖像。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的CT圖像處理裝置，其特征在于， 所述重構(gòu)部針對(duì)至少3個(gè)不同的相位，基于所述一定的呼吸節(jié)奏相位或所述一定的心跳相位的投影數(shù)據(jù)，重構(gòu)CT圖像。13.—種通過(guò)使計(jì)算機(jī)工作來(lái)對(duì)以動(dòng)物作為被檢測(cè)體且通過(guò)X射線CT裝置在各時(shí)間拍攝到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法，其特征在于，包括: 根據(jù)一系列投影數(shù)據(jù)中的呼吸節(jié)奏同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值的步驟； 根據(jù)所述一系列投影數(shù)據(jù)中的心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值的步驟;和 通過(guò)利用所述呼吸節(jié)奏頻率的下限閾值和心跳頻率的下限閾值定義的帶通濾波器，提取呼吸節(jié)奏的波形的步驟。14.一種通過(guò)使計(jì)算機(jī)工作來(lái)對(duì)以動(dòng)物作為被檢測(cè)體且通過(guò)X射線CT裝置在各時(shí)間拍攝到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法，其特征在于，包括: 根據(jù)一系列投影數(shù)據(jù)中的心跳同步用ROI內(nèi)的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值的步驟;和 通過(guò)利用所述心跳頻率的下限閾值定義的高通濾波器，提取心跳的波形的步驟。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK105997121SQ201610187172
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月29日
【發(fā)明人】小池崇文, 前澤稔, 原幸寬
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社理學(xué)