Ct圖像處理裝置及方法

Ct圖像處理裝置及方法
【專利摘要】提供一種能去除因心跳以及呼吸節奏當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動的CT圖像處理裝置以及方法。對以動物作為被檢測體且通過X射線CT裝置在各時間拍攝到的投影數據進行處理的CT圖像處理裝置(5)具備：呼吸節奏閾值確定部(36a)，根據一系列投影數據中的呼吸節奏同步用ROI內的特征量的波形，確定呼吸節奏頻率的下限閾值；心跳閾值確定部(37a)，根據一系列投影數據中的心跳同步用ROI內的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值；和呼吸節奏提取部(36b)，通過利用呼吸節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，提取呼吸節奏的波形。
【專利說明】
CT圖像處理裝置及方法
技術領域
[0001]本發明涉及以動物作為被檢測體，對通過X射線CT裝置在各時間拍攝到的投影數據進行處理的CT圖像處理裝置及方法。
【背景技術】
[0002]對于老鼠、似鼠動物等動物的體內觀察來說，X射線CT成像是比較愛哦有效的。但是，動物不能像人類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。因此，心臟、肺以及外圍的肝臟等臟器的圖像會因心跳、呼吸的影響而變模糊，從而不適于細致部位的觀察、檢查。
[0003]相對于此，已知以下方法:使用ECG(心電圖儀)得到心跳信號來進行呼吸節奏同步的方法；用攝像機來拍攝小動物的胸部，根據胸部的振動來求取呼吸節奏而進行呼吸節奏同步的方法。但是，這些方法需要專業的機器或設備，因而會在成本、作業方面造成負擔。
[0004]專利文獻I記載的CT圖像處理裝置為了追蹤作為對象的被檢測體的部位，針對各拍攝角度計算出同步用ROI的確定信息，得到強同步信號來測定充分表現了呼吸節奏或心跳的特征量，由此使用投影數據就能進行簡單的同步處理。
[0005]專利文獻1: JP專利第5545881號公報
[0006]專利文獻2: JP特開2009-225850號公報[0007 ] 專利文獻3: JP特表2010-515477號公報
[0008]但是，在上述這樣的方法中，在所得到的心跳、呼吸節奏中會有噪聲殘留，無法準確地捕捉到心跳波形、呼吸節奏波形的各相位的位置。例如，雖然重構肺的收縮期、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，在專利文獻I記載的CT圖像處理裝置中，用于追蹤ROI的設定、特別的計算是必需的。

【發明內容】

[0009]本發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奏當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動的CT圖像處理裝置以及方法。
[0010](I)為了上述的目的，本發明的CT圖像處理裝置對以動物作為被檢測體且通過X射線CT裝置在各時間拍攝到的投影數據進行處理，該CT圖像處理裝置的特征在于，具備:呼吸節奏閾值確定部，根據一系列投影數據中的呼吸節奏同步用ROI內的特征量的波形，確定呼吸節奏頻率的下限閾值;心跳閾值確定部，根據所述一系列投影數據中的心跳同步用ROI內的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值;和呼吸節奏提取部，通過利用所述呼吸節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奏。其結果，能得到用戶希望的呼吸節奏相位的正確的CT圖像。
[0011](2)此外，本發明的CT圖像處理裝置的特征在于，還具備:心跳提取部，通過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，能夠去除因呼吸節奏引起的噪聲后容易地僅提取正確的心跳。
[0012](3)此外，本發明的CT圖像處理裝置的特征在于，所述呼吸節奏同步用ROI在投影數據上包含橫膈膜。由此，使呼吸節奏同步用ROI包含橫膈膜的區域，能夠較強地檢測到呼吸節奏的波形。
[0013](4)此外，本發明的CT圖像處理裝置的特征在于，在根據所述呼吸節奏同步用ROI內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奏頻率的下限閾值。由此，能夠設定能適當地去除噪聲的下限閾值，并能夠采用基于該閾值的帶通濾波器僅提取呼吸節奏。另外，所謂下限閾值是指截止頻率。
[0014](5)此外，本發明的CT圖像處理裝置的特征在于，還具備:重構部，基于根據提取到的所述呼吸節奏的波形而確定的一定的呼吸節奏相位的投影數據，重構CT圖像。由此，能夠得到一定的呼吸節奏相位下的CT圖像。
[0015](6)此外，本發明的CT圖像處理裝置的特征在于，還具備:重構部，基于根據提取到的所述呼吸節奏的波形而確定的一定的呼吸節奏相位以及根據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據，重構CT圖像。由此，能夠得到一定的呼吸節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，本發明的CT圖像處理裝置對以動物作為被檢測體且通過X射線CT裝置在各時間拍攝到的投影數據進行處理，該CT圖像處理裝置的特征在于，具備:心跳閾值確定部，根據一系列投影數據中的心跳同步用ROI內的特征量的波形，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，能夠去除因呼吸節奏引起的噪聲后容易地僅提取正確的心跳。其結果，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在投影數據上包含心室，并且包含從心臟的橫膈膜側端部起的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的1/3以上且1/4以下的范圍，從而能夠較強地檢測到心跳以及呼吸節奏的波形。
[0018](9)此外，本發明的CT圖像處理裝置的特征在于，在根據所述心跳同步用ROI內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，能夠設定能適當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奏或心跳。另外，所謂下限閾值是指截止頻率。
[0019](10)此外，本發明的CT圖像處理裝置的特征在于，還具備:重構部，基于根據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據，重構CT圖像。由此，能夠得到一定的心跳相位的CT圖像。
[0020](11)此外，本發明的CT圖像處理裝置的特征在于，所述重構部針對至少3個不同的相位，基于所述一定的呼吸節奏相位或所述一定的心跳相位的投影數據，重構CT圖像。由此，例如，能重構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，本發明的方法是通過使計算機動作，來對以動物作為被檢測體通過X射線CT裝置在各時間拍攝到的投影數據進行處理的方法，其特征在于，包括:根據一系列投影數據中的呼吸節奏同步用R0I內的特征量的波形，確定呼吸節奏頻率的下限閾值的步驟;根據所述一系列投影數據中的心跳同步用ROI內的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值的步驟;和通過利用所述呼吸節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，提取呼吸節奏的波形的步驟。
[0022](13)此外，本發明的方法是通過使計算機動作，來對以動物作為被檢測體通過X射線CT裝置在各時間拍攝到的投影數據進行處理的方法，其特征在于，包括:根據一系列投影數據中的心跳同步用ROI內的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值的步驟;和通過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]根據本發明，能夠去除因心跳以及呼吸節奏當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動。
【附圖說明】
[0024]圖1是表示本發明的X射線CT裝置的示意圖。
[0025]圖2是表示本發明的X射線CT裝置的框圖。
[0026]圖3是表示本發明的X射線CT裝置的動作的流程圖。
[0027]圖4是表示ROI的設定畫面的圖。
[0028]圖5是表示心跳同步用ROI內的特征量的波形的曲線圖。
[0029]圖6是對特征量的波形進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是表示呼吸節奏同步用ROI內的特征量的波形的曲線圖。
[0032]圖9是對特征量的波形進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據重構的三維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的設定位置的圖。
[0039]圖16是表示ROI的每個設定位置的亮度的累計值的波形的曲線圖。
[0040]圖17是表示ECG波形與所提取的心跳波形之間的對比的曲線圖。
【具體實施方式】
[0041]接著，參照【附圖說明】本發明的實施方式。為了容易理解說明，在各附圖中對同一構成要素賦予同一參照符號，并省略重復的說明。
[0042](X射線CT裝置的結構)
[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具備托臺控制單元11、托臺12，使托臺12相對于保持的被檢測體旋轉，由此進行X射線CT成像。攝影部2在計算出的CT成像開始時刻進行CT成像，拍攝被檢測體的投影數據。向圖像重建PC5發送拍攝到的CT數據。此外，攝影部2能拍攝被檢測體的投影數據。另外，X射線CT裝置I能應用于以老鼠、似鼠動物等小型動物作為被檢測體的情況，也適用于以猴子、狗等中型動物作為被檢測體的情況。
[0044]托臺12為了在規定的旋轉角度下得到被檢測體的透視數據或者通過旋轉拍攝而得到投影數據，被設置成能夠圍繞被檢測體的周圍旋轉。托臺12具備:旋轉臂15、X射線管
16、檢測器17以及臂旋轉電機18。在旋轉臂15上固定X射線管16以及檢測器17。旋轉臂15被設置在托臺12內，能夠以X射線管16與檢測器17之間的點為中心進行旋轉。
[0045]X射線管16產生X射線并將其射向檢測器17。檢測器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射線經過被檢測體后被檢測器17檢測。臂旋轉電機18通過使旋轉臂15旋轉，從而使托臺12整體旋轉。臂旋轉電機18能在CT成像時使托臺12以設定的速度旋轉。此外，在拍攝結束后，能使托臺12逆旋轉到原本的位置。另外，在以上說明中，以X射線CT裝置I作為機械臂型裝置進行了說明，但本發明的應用并不一定限于該類型。
[0046]X射線CT裝置I能夠使用高速檢測器17來高速地收集大量的數據，并能夠縮短攝影時間。此外，能夠通過高速的數據收集來減少體動的影響。幀速率優選為30fps以上，更優選為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據，基于投影數據，計算出特征量作為呼吸節奏或心跳的同步信號。并且，使用該呼吸節奏或心跳同步信號來進行三維CT圖像數據的重構。此外，圖像重建PC5還具備向攝影部2發送攝影條件等來控制攝影部2的動作的功能。鍵盤、鼠標等輸入部6接受來自用戶的輸入，并將輸入信號傳送至圖像重建PC5。
[0048]顯示器等顯示部8進行透視圖像、所得到的同步信號的顯示。此外，在CT成像中顯示投影數據，并在圖像重構之后顯示CT圖像數據。托臺控制單元11接受來自圖像重建PC5的指示，以所指示的速度，控制托臺12的旋轉，并控制基于X射線管16以及檢測器17進行的CT成像。
[0049](圖像重建PC的結構)
[0050]接著，進一步詳細說明圖像處理的功能。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、鼠標等輸入部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、輸入畫面等。在進行拍攝時，圖像重建PC5將用戶輸入的控制信息發送到攝影部2。
[0051 ]此外，圖像重建PC5具備數據取得部31、存儲部32、亮度值計算部34(特征量計算部)、R0I設定部35、呼吸節奏閾值確定部36a、呼吸節奏提取部36b、呼吸節奏同步處理部36c、心跳閾值確定部37a、心跳提取部37b、心跳同步處理部37c和重構部39，提取被檢測體的心臟或肺的周期運動來處理投影數據。各部分能夠通過控制總線L來收發信息。另外，圖像重建PC5實際上由CPU以及存儲器或硬盤等構成。
[0052]數據取得部31從攝影部2取得被檢測體的透視數據、投影數據。存儲部32存儲所取得的被檢測體的投影數據。此外，存儲部32存儲由亮度值計算部34計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]亮度值計算部34在設定在所取得的投影數據中的同步用ROI(Reg1n ofInterest;關心區域)的整個范圍內，對亮度值進行累計，并用該同步用ROI的像素數除以累計的值。由此，能夠計算出亮度值的平均值(特征量)，作為呼吸節奏或心跳同步信號。另外，特征量不一定必須是亮度值，只要是與一定區域的累計值對應的值即可。另外，同步用ROI的計算是在數據收集中或收集之后進行的。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動的強信號的R0I。
[0054]ROI設定部35在透視時使同步用ROI被存儲。優選預先對多個角度的透視數據確認在相同的同步用ROI的設定下是否沒有間題。用戶從輸入部6輸入呼吸節奏同步用R0I。多個拍攝角度優選是所構成的角度為60°以上且120°以下的2個拍攝角度，更優選是彼此正交的2個角度。
[0055]這樣，根據投影數據的同步用ROI得到心跳信號以及呼吸節奏信號。并且，能夠排除因心跳或呼吸節奏引起的圖像的模糊，將畫質提升幾個量級。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 ]呼吸節奏閾值確定部3 6 a根據一系列投影數據中的呼吸節奏同步用R OI內的特征量的波形來確定呼吸節奏頻率的下限閾值。下限閾值的確定的詳細情況將后述。呼吸節奏提取部36b通過根據呼吸節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，提取呼吸節奏的波形。具體來說，進行如下處理:使上述兩個閾值之間的頻率通過，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奏。
[0057]呼吸節奏同步處理部36c在呼吸節奏波形中，基于拍攝角度與同步用ROI的特征量之間的關系，按規定的相位區分來分類選出各投影數據。規定的呼吸節奏的相位區分是指，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，可以僅由軟件來進行。
[0058]心跳閾值確定部37a根據一系列投影數據的心跳同步用ROI內的特征量的波形來確定心跳頻率的下限閾值。下限閾值的確定的詳細情況將后述。心跳提取部37b通過根據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，去除因呼吸節奏導致的噪聲，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的特征量之間的關系，按規定的相位區分，分類選出各投影數據。規定的心跳的相位區分是指，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，可以僅由軟件來進行。
[0060]針對在呼吸節奏同步處理部36c中按規定的呼吸節奏的相位區分而分類的投影數據，心跳同步處理部37c基于該投影數據的拍攝角度與同步用ROI的特征量之間的關系，按規定的心跳的相位區分，分類選出該投影數據。
[0061]這樣，能夠按呼吸節奏的相位區分以及心跳的相位區分來分類提取投影數據。例如，能夠按肺的舒張期以外的區分對投影數據進行分類，并進一步按心跳的舒張期的區分對分類好的數據進行分類。
[0062]重構部39利用同步處理的結果、即利用按規定的呼吸節奏或心跳的相位區分而分類好的投影數據，重構三維CT圖像數據。由此，使用按特定的呼吸節奏的相位區分以及心跳的相位區分而分類的投影數據，即使是周期性運動的部位，也能夠得到鮮明的CT重構圖像。重構部39利用完成了同步處理的托臺的I周旋轉量的數據來提取所需的投影數據，重構CT圖像數據。
[0063]另外，重構部39可以基于從提取到的呼吸節奏的波形中確定的一定的呼吸節奏相位、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據，重構CT圖像。由此，能夠得到一定的呼吸節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]在進行重構處理時，對于因投影數據的分類而遺漏的投影數據來說，優選利用其拍攝角度附近的投影數據來對其進行插值，從而重構CT圖像數據。由此，能夠高效地得到鮮明的CT圖像數據。
[0065](使用步驟以及裝置動作)
[0066]接著，說明這樣構成的X射線CT裝置I的使用步驟以及裝置的動作的一例。圖3是表示X射線CT裝置I的動作的流程圖。
[0067]首先，用戶將猴子、狗等中型動物被檢測體設置在攝影部2所具備的床上(步驟SI)。然后，通過事前攝影對被檢測體照射X射線，取得透視數據。事前攝影只要進行5秒左右就夠了，且不用旋轉托臺。此時，進行即時處理，計算出呼吸節奏以及心跳同步信號并顯示曲線圖。在表示包含所得到的透視數據的橫膈膜的部位以及心臟部位的區域，設定同步用ROI (步驟 S2)。
[0068]基于手動的指定能通過X射線CT裝置I從用戶受理對同步用ROI進行確定的位置、形狀的信息來進行。例如，借助鼠標進行拖放(drag and drop)操作來設定對角線，從而能設定長方形的同步用R0I。進一步地，優選以與設定了同步用ROI的拍攝角度正交的角度，進行X射線照射，并確認同步用ROI覆蓋所得到的投影數據的橫膈膜部位以及心臟部位的情況。另外，同步用ROI的形狀不需要是嚴格的長方形。
[0069]然后，進行被檢測體的X射線CT成像，取得投影數據(步驟S3)。即，X射線CT裝置I接受來自用戶的攝影開始的輸入，使托臺旋轉，開始進行攝影，并按照觸發信號來拍攝被檢測體的投影數據。
[0070]然后，X射線CT裝置I計算出計數值(亮度值)的同步用ROI內的平均值作為特征量(步驟S4)。可通過在ROI內對計數值進行累計，并除以像素數，從而來計算出計數值的平均值。對這樣針對各ROI得到的每幀(每個角度、時間)的特征量的波形進行傅里葉變換，根據得到的波形的特征來分別確定用于呼吸節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情況將后述。
[0071]接著，基于得到的下限閾值，通過帶通濾波器僅提取呼吸節奏波形，并通過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，為了進行三維CT圖像數據的重構而確定作為同步處理通過呼吸節奏同步被分類成肺的指定的中間相位的投影數據(步驟S7)，并通過確定出的投影數據，重構三維CT圖像數據(步驟S8 )，結束處理。
[0072]另外，上述說明了使用呼吸節奏的同步處理的例子，但在心跳同步的情況下，能夠針對步驟S6?S8利用所提取到的心跳波形，為了進行三維CT圖像數據的重構而確定心臟的收縮期、舒張期或中間相位的投影數據，并通過確定出的投影數據來重構三維CT圖像數據。以上說明了整體的動作，接下來說明具體的各處理。
[0073](同步用ROI的設定)
[0074]具體說明同步用ROI的設定的方法。圖4是表示ROI的設定畫面的圖。在圖4所示的畫面中央顯示成黑色圓形形狀的區域是表示心臟部位的區域Hl，在其正下方(尾側的與心臟相接的位置)存在表示橫膈膜部位的區域。用戶容易確定該位置。
[0075]呼吸節奏同步用ROI(Rl)優選設定在包含橫膈膜部位的區域中。由此，能夠較強地檢測到呼吸節奏的波形。優選心跳同步用R0I(R2)被設定為在投影數據上包含心室的同時包含從心臟的橫膈膜側端部起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)設定成僅覆蓋心房。
[0076]優選手動進行呼吸節奏同步用ROI(Rl)，優選自動進行心跳同步用R0I(R2)。此外，雖然與同步用ROI的體軸垂直的方向可設為所希望的大小，但優選設為與作為對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選設為被檢測體的軀體寬度以下，但也可以設為遍及畫面整體的寬度的大小。另外，在上述的例子中，雖然設定了兩種同步用ROI，但也可以設定多于2種的同步用ROI。
[0077](心跳波形的提取)
[0078]接著，具體說明提取心跳波形的一系列處理。圖5是表示心跳同步用ROI內的特征量的波形的曲線圖。心跳同步用ROI內的特征量的波形是通過以下方式得到的:按照幀數，畫出將遍及心跳同步用ROI的整個范圍內對亮度值進行累計后除以該同步用ROI的像素數而得到的值。曲線圖的橫軸表示幀數，幀數與時間等價。曲線圖的縱軸表示作為特征量的計數。在波形中出現了大周期(直流分量)的峰值、小周期的峰值(呼吸節奏分量)以及小周期的峰值(心跳分量)。
[0079]圖6是對特征量的波形進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，能夠將用于提取心跳波形的下限閾值設為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，提取根據特征量得到的心跳波形。具體來說，在圖6的曲線圖中，將小于2Hz的頻率分量截止，僅對2Hz以上的頻率分量進行逆傅里葉變換。圖7是表示提取到的心跳波形的曲線圖。如上述那樣應用高通濾波器的結果是，除幀數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提取為心跳波形。
[0081](呼吸節奏波形的提取)
[0082]接著，具體說明提取呼吸節奏波形的一系列處理。圖8是表示呼吸節奏同步用ROI內的特征量的波形的曲線圖。呼吸節奏同步用ROI內的特征量的波形是通過以下方式得到的:按照幀數，畫出將遍及呼吸節奏同步用ROI的整個范圍內對亮度值進行累計后除以該同步用ROI的像素數而得到的值。曲線圖的橫軸表示幀數。曲線圖的縱軸表示作為特征量的計數。在波形中出現大周期(直流分量)的峰值和小周期的峰值。
[0083]圖9是對特征量的波形進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，能夠將用于提取呼吸節奏波形的下限閾值設為0.2Hz。
[0084]使用根據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奏波形的下限閾值定義的帶通濾波器，從根據特征量得到的波形中提取呼吸節奏波形。具體來說，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0.2Hz?2Hz頻帶的頻率分量進行逆傅里葉變換。圖10是表示提取到的呼吸節奏的波形的曲線圖。如上述那樣應用高通濾波器的結果是，除幀數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提取為呼吸節奏波形。
[0085](同步處理)
[0086]接著，具體說明同步處理。能夠對以規定的計數段來劃分上述那樣提取的波形后包含在該段中的區間的幀進行處理，作為該相位的投影數據。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分的投影數據是通過在圖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分的投影數據是通過在圖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個區分之中的一個區分作為心臟收縮期與心臟舒張期之間的中間期，以包含在該相位區分內的方式選出投影數據。另外，在設為波形振幅A、幀速率fs、心跳頻率fc時，各相位的期間可由4.A.fc/fs來計算出。這樣，能夠進行很多相位區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選出心臟的收縮期、舒張期或中間期的幀并進行了同步處理，但同樣也可以基于提取到的呼吸波形來選出肺的收縮期、舒張期或中間期的幀并進行同步處理。
[0088](CT 重構)
[0089]如上所述，能夠從心跳波形或呼吸節奏波形中提取一定相位的投影數據，構成三維CT圖像。在該情況下，能夠進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據而重構的三維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顯示了被檢測體Lai。如圖所示，可知，在體表的內側有軀體(肌肉部)Ml，在其內側有肺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中基于呼吸節奏的周期運動顯現得最明顯。這些臟器之中，由于心臟Hl在跳動，所以在不與心跳波形進行同步處理的情況下，圖像會模糊。但是，在如上述那樣進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中以變小了的狀態被鮮明地顯示。
[0091](R0I設定的驗證)
[0092]呼吸節奏同步用ROI雖然只要設置成包含橫膈膜即可，但針對心跳同步用ROI，在心臟之中也存在適于設定ROI的位置。圖15是表示各ROI的設定位置的圖。如圖15所示，在心臟的上側(頭側)的1/3、中央的1/3、下側(橫膈膜側)的1/3以及整體，分別設定矩形的ROI(R21，R22，R23，R24)，并在各個ROI中計算出特征量的波形。
[0093]圖16是表示ROI的每個設定位置的特征量的波形的曲線圖。如圖16所示，可知，在設定于橫膈膜側的1/3處的R0I(R23)的曲線圖中，心跳波形顯現得最清楚。由于在心臟部位的橫膈膜側的1/3?1/4處包含心室，所以認為得到了鮮明的心跳波形。因此可知，優選將心跳同步用ROI配置成包含從心臟的橫膈膜側端部起的1/4以上且1/3以下的范圍。
[0094](ECG與特征量波形的對比)
[0095]接著，對相同的被檢測體，利用ECG得到心電圖波形，并且借助X射線CT裝置I計算出心跳同步用ROI內的特征量來提取心跳波形，表現在相同的時間軸上。圖17是表示ECG波形與提取到的心跳波形的對比的曲線圖。如圖17所示，可以確認ECG波形的峰值與提取到的心跳波形的峰值一致。
【主權項】
1.一種CT圖像處理裝置，對以動物作為被檢測體且通過X射線CT裝置在各時間拍攝到的投影數據進行處理，該CT圖像處理裝置的特征在于，具備: 呼吸節奏閾值確定部，根據一系列投影數據中的呼吸節奏同步用ROI內的特征量的波形，確定呼吸節奏頻率的下限閾值； 心跳閾值確定部，根據所述一系列投影數據中的心跳同步用ROI內的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值;和 呼吸節奏提取部，通過利用所述呼吸節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，提取呼吸節奏的波形。2.根據權利要求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.根據權利要求1所述的CT圖像處理裝置，其特征在于， 所述呼吸節奏同步用ROI在投影數據上包含橫膈膜。4.根據權利要求1所述的CT圖像處理裝置，其特征在于， 在根據所述呼吸節奏同步用ROI內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奏頻率的下限閾值。5.根據權利要求1所述的CT圖像處理裝置，其特征在于，還具備: 重構部，基于根據提取到的所述呼吸節奏的波形而確定的一定的呼吸節奏相位的投影數據，重構CT圖像。6.根據權利要求2所述的CT圖像處理裝置，其特征在于，還具備: 重構部，基于根據提取到的所述呼吸節奏的波形而確定的一定的呼吸節奏相位以及根據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據，重構CT圖像。7.—種CT圖像處理裝置，對以動物作為被檢測體且通過X射線CT裝置在各時間拍攝到的投影數據進行處理，該CT圖像處理裝置的特征在于，具備: 心跳閾值確定部，根據一系列投影數據中的心跳同步用ROI內的特征量的波形，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.根據權利要求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在投影數據上包含心室，并且包含從心臟的橫膈膜側端部起的1/4以上且1/3以下的范圍。9.根據權利要求1或7所述的CT圖像處理裝置，其特征在于， 在根據所述心跳同步用ROI內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.根據權利要求7所述的CT圖像處理裝置，其特征在于，還具備: 重構部，基于根據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據，重構CT圖像。11.根據權利要求5所述的CT圖像處理裝置，其特征在于， 所述重構部針對至少3個不同的相位，基于所述一定的呼吸節奏相位或所述一定的心跳相位的投影數據，重構CT圖像。12.根據權利要求10所述的CT圖像處理裝置，其特征在于， 所述重構部針對至少3個不同的相位，基于所述一定的呼吸節奏相位或所述一定的心跳相位的投影數據，重構CT圖像。13.—種通過使計算機工作來對以動物作為被檢測體且通過X射線CT裝置在各時間拍攝到的投影數據進行處理的方法，其特征在于，包括: 根據一系列投影數據中的呼吸節奏同步用ROI內的特征量的波形，確定呼吸節奏頻率的下限閾值的步驟； 根據所述一系列投影數據中的心跳同步用ROI內的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值的步驟;和 通過利用所述呼吸節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，提取呼吸節奏的波形的步驟。14.一種通過使計算機工作來對以動物作為被檢測體且通過X射線CT裝置在各時間拍攝到的投影數據進行處理的方法，其特征在于，包括: 根據一系列投影數據中的心跳同步用ROI內的特征量的波形，確定心跳頻率的下限閾值的步驟;和 通過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】A61B6/03GK105997121SQ201610187172
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月29日
【發明人】小池崇文, 前澤稔, 原幸寬
【申請人】株式會社理學