血流動態分析設備及方法和圖像診斷設備的製作方法
2023-05-06 22:59:46
專利名稱：血流動態分析設備及方法和圖像診斷設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種血流動態(blood flow dynamic)分析設備和方法，以及一種圖像診斷設備，尤其是一種有助於使用血流動態分析設備或類似設備對X射線斷層像進行圖像分析的技術，該X射線斷層像由能夠使用X射線或電磁波提供對象的生理功能時間變化信息的計算機X射線斷層像診斷設備提供。
背景技術：
例如，傳統的血流動態分析設備使用X射線CT設備來進行動態成像。在成像過程中，向患者體內注射碘基造影劑，這樣，血流動態分析設備就可以提供注射入體內的造影劑濃度的時間變化信息。通過時間變化情況，可以描繪出一個時間—濃度曲線圖，然後，通過分析時間—濃度曲線圖的曲線，就能夠得出患者的生理功能信息，例如血流動態。用於血流動態分析的典型算法包括伽馬函數分析法、最大梯度法(maximum gradient)以及去卷積(deconvolution)法。
首先，伽馬函數分析法運用伽馬函數來逼近時間—濃度曲線，然後，從逼近曲線的峰值和曲線下面積來計算血流信息。接下來，最大梯度法通過把每個組織的時間—濃度曲線的最大傾角值除以動脈輸入函數的CT值最大攀升值來計算出血流量。
然而，伽馬函數分析法和最大梯度法需要在對象體內注入大約8到10毫升/秒的造影劑。不利地，這會給注入造影劑的對象的體能帶來沉重的負擔。此外，不利地，伽馬函數分析法只能做定性評估，不能做定量評估。
因此，人們做了大量工作來研究能減少造影率(contrast rate)並可進行定量評估的血流分析法。結果，去卷積法得以提出(見下述公知文獻)。去卷積法將動脈輸入函數和組織剩餘(redidue)函數進行去卷積運算，求出搏動剩餘(impulse redidue)函數。然後，從求出的搏動剩餘函數的峰值或曲線下面積來計算出血流信息。去卷積法的有利之處在於可使檢查所需的造影率降低到3到5毫升/秒，此外，去卷積法所需造影劑的注射速度只是伽馬函數分析法和最大梯度法所需速度的一半左右。
(公知文獻L.Ostergarrd等High Resolution Measurement ofCerebral Blood Flow using Intravascular Tracer Bolus Passages1996；Magnetic Resonance in Medicine Vol.36715-725頁)然而，去卷積法要求在數據轉換計算中進行大量的積分運算，數據轉換運算從動脈輸入函數和組織剩餘函數確定了搏動剩餘函數。因此，去卷積法需要計算時間。
本發明的目的是使血流動態分析能夠在較短時間內實現。
發明內容
為了實現上述目的，本發明的特徵在於輸入斷層X射線攝影裝置拍攝的X射線斷層像；確定指示了輸入X射線斷層像的每個像素的時間變化信息的時間—濃度曲線；對於X射線斷層像的每一個像素，從所確定的的時間—濃度曲線中提取流入動脈時間—濃度曲線；從提取的流入動脈時間—濃度曲線得出逆濾波函數；根據得出的逆濾波函數和用於X射線斷層像的每個像素的時間—濃度曲線，得出用於X射線斷層像的每個像素的傳遞函數，並利用已得出的用於X射線斷層像的每個像素的傳遞函數來確定血流動態分析圖像。
例如，這可以通過在頻率空間中，將流入動脈時間—濃度曲線和組織時間—濃度曲線的逆濾波器相乘來得出用於每一個組織的傳遞函數。因此，和普通的去卷積法相比，可以減少運算的時間。
此外，根據希望的實施例，本發明的特徵在於從X射線斷層像提取最大相連像素(connected pixel)區域；創建顯示所提取的最大相連像素區域的掩碼圖像；以及所創建的掩碼圖像從與掩碼圖像區域不同的輸入X射線斷層像上去除不需要的區域，包括室內空氣、床和骨。
因此，去除了血流分析不需要的區域，從而減少了要分析的數據量。這可以減少上述生理功能信息計算裝置等進行計算所需的時間。
此外，根據另一個希望的實施例，本發明的特徵在於根據X射線斷層像的每個像素的已確定的時間—濃度曲線來確定流出靜脈時間—濃度曲線；得出流入動脈時間—濃度曲線與流出靜脈時間—濃度曲線的峰值，本發明的特徵還在於流入動脈時間—濃度曲線中的部分體積平均(下文簡稱為PVA)效應的校正，以使流入動脈時間—濃度曲線的峰值與流出靜脈的時間—濃度曲線的峰值相匹配。
具體地，如果將X射線CT設備來檢查血流動態，與其固有的值相比，PVA效應可以減少包含動脈的立體像素(voxel)的CT值。這就降低了分析的定量特性。因此，對PVA效應的校正可以實現更為清晰的血流動態分析。
圖1是示出了根據本發明的血流動態分析設備的硬體配置的實例的方框圖；圖2是示出了從向根據本發明的血流動態分析設備進行X射線斷層像的輸入到血流動態分析設備執行的函數圖像的顯示的過程的流程圖；圖3示出了去除不需要區域的方法的流程圖；圖4(a)和4(b)是示出了根據本實施例的校正PVA效應的方法的圖；圖5(a)到5(c)是示出了根據本實施例的校正PVA效應的另一種方法的圖；圖6是示出了根據本實施例的計算血管直徑和峰值的過程的流程圖；圖7是示出了根據本實施例的逆濾波器方法的概念圖；圖8是示出了根據本實施例的逆濾波器方法的概念圖；圖9是示出了根據本實施例的逆濾波器計算的處理過程的流程圖；圖10是示出了計算生理功能信息的方法的圖；圖11(a)到11(c)是示出了計算高頻控制濾波器的方法1的圖；
圖12是示出了計算高頻控制濾波器的方法2的圖；以及圖13是示出了計算高頻控制濾波器的方法3的圖。
具體實施例方式
參考附圖，以下是對根據本發明的血流動態分析設備的優選實施例的詳細說明。
圖1是示出了根據本發明的血流動態分析設備的硬體配置的實例的方框圖。如圖1所示，血流動態分析設備由X射線斷層像輸入裝置1和計算裝置2組成，其中將由計算機X射線斷層像成像設備拍攝的X射線斷層像輸入到裝置1，裝置2執行諸如圖像分析的各種的計算。
X射線斷層像輸入裝置1和計算裝置2不必彼此獨立，而可以集成在一起。
計算裝置2包括從X射線斷層像輸入裝置1載入X射線斷層像的接口(I/F)3、臨時存儲X射線斷層像和計算結果的存儲器4、執行不同計算的中央處理單元(CPU)5、例如其上存儲了計算結果和函數圖像的硬碟的記錄介質6、例如滑鼠和鍵盤的外部輸入裝置7和能夠顯示處理結果的顯示裝置8。這些部件由公用總線9連接在一起。
圖2是流程圖，示出了從向根據本發明的血流動態分析設備進行X射線斷層像的輸入到血流動態分析設備執行的函數圖像的顯示的過程。
首先，X射線斷層像輸入裝置1選擇向其執行血流動態分析的對象的X射線斷層像。然後，X射線斷層像輸入裝置1把所選擇的X射線斷層像輸入到計算裝置2中(步驟201)。輸入的X射線斷層像被臨時存儲在存儲器4中或保存到記錄介質6上。如果X射線斷層像輸入裝置1和計算裝置2是集成的，外部輸入裝置7就選擇向其執行血流動態分析的對象的X射線斷層像。從記錄介質6讀取所選擇的X射線斷層像並臨時存儲到存儲器4中。
然後，CPU5將X射線斷層像中顯示為室內空氣、床、骨等和分析生理功能信息不需要的區域去除(步驟202)。下文將詳細說明去除不需要區域的方法。
然後，CPU5從每個像素的X射線斷層像中獲得指示了關於時間變化信息的時間—濃度曲線(步驟203)。隨後，CPU5從時間—濃度曲線獲得第一循環分量(步驟204)。為了獲得第一循環分量，可以使用任意的公知算法，例如基於指數函數的伽瑪函數擬合或外推。
隨後，CPU 5確定用於動脈輸入函數的動脈(以下稱為流入動脈)和用於例如PVA效應校正的量化的靜脈(以下稱為流出靜脈)(步驟205)。操作員可以在觀察X射線斷層像時手動地指定流入動脈和流出靜脈。對於要分析的器官，還可以根據時間—濃度曲線的峰值和尖峰時間，自動地確定流入動脈和流出靜脈。
如果流入動脈和流出靜脈是自動地被確定的，首先計算流入動脈和流出靜脈的中央像素。為了自動地選擇流入動脈和流出靜脈的中央像素，可以利用用於每個組織的時間—濃度曲線的最大和最小值之間的差值(以下稱為ΔTDC)，或尖峰時間差值或峰值特徵。例如，通過選擇ΔTDC值等於或大於一定閾值的像素之一、峰值等於或大於預定閾值且具有最早尖峰時間的像素，可以自動選擇流入動脈的中央像素。此外，通過選擇ΔTDC值等於或大於一定閾值的像素之一、峰值等於或大於預定閾值且具備最晚尖峰時間的像素，可以自動選擇流出靜脈的中央像素。對於流入動脈和流出靜脈的中央像素周圍的像素，將峰值等於或大於閾值的像素與峰值小於閾值的那些像素相分離。然後，從峰值等於或大於閾值的像素中提取包括中央像素的相連像素。結果，確定了流入動脈區域和流出靜脈區域。可以將中央像素單獨確定為流入動脈和流出靜脈。
然後，CPU5對PVA效應進行校正(步驟206)。後面將對PVA效應的校正方法進行詳細描述。隨後，CPU5對每一個像素進行逆濾波計算，以計算出生理功能信息(步驟207)。逆濾波器計算將在下面進行描述。
通過映射對每一個像素進行分析的生理功能信息來得到功能圖像(步驟208)。然後，顯示裝置顯示功能圖像(步驟209)。可以在步驟206和207之間執行步驟204。
現在，將描述去除不需要區域的方法。
圖3是示出了去除不需要區域的方法的流程圖。如圖3所示，CPU5首先對在圖2的步驟201中輸入的X射線斷層像進行二值化(步驟301)。例如，通過在X射線斷層像中將值大於或等於閾值的像素用1替換，同時將值小於閾值的像素用0替換來執行二值化處理。閾值可以是任意值，以便能夠將要分析的活組織與室內空氣相分離。例如，如果輸入X射線斷層像是CT圖像，可以將閾值設置為大約-200。
隨後，CPU 5對在步驟301中被二值化的圖像進行標籤標記(label)(步驟302)。通過將相同的數字(標籤)應用到所有相連的像素(相連的分量)，同時將不同的數字應用到不同的相連分量，執行標籤標記處理。如果相鄰像素的值都是1，將其連接。例如，用作標籤的值可以是從50開始的連續數字。
然後，CPU 5搜索最大相連分量(步驟303)。通過以下步驟來執行搜索最大相連分量掃描被標記的整體圖像、計數對於每一個標籤值的像素數目並選擇具有指示了最大像素數目的標籤值的相連分量。隨後，CPU 5提取最大相連分量(步驟304)。通過利用0替換除了在步驟303中被選擇且具有指示了最大像素數目的所有像素來提取最大相連部分。因此，在二值化階段，利用0來替換不需要區域的像素值，例如其像素值被替換為1的床和靜脈內點滴管。
然後，CPU5跟蹤繪製(track)出最大相連分量的輪廓，以提取最大相連分量的最外圍的輪廓線(步驟305)。通過以下步驟來跟蹤繪製輪廓線水平地掃描在步驟304中只剩餘最大相連分量的圖像，從圖像的左上角的像素開始，利用首先遇到的並且具有非零標籤值的像素作為起點以逆時針方向跟蹤繪製出輪廓，並且當掃描回到起點時結束跟蹤繪製。一個和標籤值不同的值(例如1)可以用來替換輪廓線上的像素。
隨後，CPU5將1填充到步驟305中確定的輪廓線的內部，由此創建掩碼圖像(步驟306)。為了用1填充，可以利用種子填充(seed fill)算法，這是利用封閉區域內部的一點作為起點來利用數據填充封閉區域的內部的傳統公知處理。在本實施例中，封閉區域是在步驟305中確定的輪廓線。此外，封閉區域內部的點是具有在步驟304確定的最大相連分量的標籤值的像素。通過檢測具有該標籤值的像素並且將其用作起點來執行種子填充處理，可以利用數據來填充輪廓線的內部。
然後，CPU5將輸入圖像(X射線斷層像)與在步驟S306中創建的掩碼圖像相乘，以去除位於掩碼區域之外的像素(步驟307)。具體地，檢查掩碼圖像的每一個像素。當檢測到發現零像素時，用最小亮度來替換在原始圖像中與該零像素的坐標相對應的像素。對於所有像素執行該操作，以便從輸入圖像中去除位於掩碼區域之外的像素。
現在，將描述校正PVA效應的一種方法。
圖4是示出了根據本實施例的校正PVA效應的方法的圖。例如，如果分析大腦的生理功能信息，一般情況下將前部或中部腦動脈用作流入動脈。將上部矢狀靜脈竇用作流出靜脈。根據Lapin等人的研究(Journal of Computer Assisted Tomography 1993 Vol.17卷第108-114頁)，PVA效應減小了包含動脈的立體像素的信號值，因此，前部或中部腦動脈時間—濃度曲線，即，流入動脈，具有比起固有值更小的數值。此外，根據Lee等人的研究(American Journal ofNeuroradiology 1999；Vol.20第63-73頁)，直徑至少為1.73毫米的血管沒有受到PVA效應的影響，因此，上部矢狀靜脈竇的時間—濃度曲線，即，流出靜脈，沒有受到PVA效應的影響。
因此，流入動脈和流出靜脈的時間—濃度曲線通常如圖4(a)所示。流入動脈的時間—濃度曲線的峰值Pa比流出靜脈的時間—濃度曲線的峰值Pv減小了與由PVA效應引起的信號值的減小相對應的數值。理想情況下，與血管的直徑無關，血管內的造影劑的濃度是固定的。結果，在沒有PVA效應的情況下，與血管的直徑無關，高峰信號值是固定的。因此，當將流入動脈的峰值被定義為Pa且流出靜脈的峰值被定義為Pv時，如圖4(b)所示，通過用Pv/Pa乘以流入動脈的時間—濃度曲線來校正流入動脈的PVA效應。當將在PVA效應校正之前的時間t處觀察到的流入動脈的時間—濃度曲線定義為AIFpva(t)並且將在PVA效應校正之後的時間t處觀察到的流入動脈的時間—濃度曲線被定義為AIF(t)時，可以進行校正，從而在兩個時間—濃度曲線之間建立如下所示的公式
AIF(t)=AIFpva(t)PvPa...(1)]]>圖5是示出了根據本實施例的校正PVA效應的另一種方法的圖。
如果存在在與執行檢查的成像和造影條件相同的條件下拍攝的任意以前的臨床圖像，可以將該圖像用於進行PVA效應校正。
例如，在圖5(a)所示的臨床圖像中，對於包含在X射線斷層像中的多條血管1至5，計算血管直徑R1至R5和用於血管的時間—濃度曲線的峰值。圖5(b)示出了這些值。當在圖表中描繪這些值時，得到了如圖5(c)所示的曲線。後面將給出計算血管直徑和峰值的方法的說明。血管直徑越細，PVA效應越明顯。當血管直徑至少具有某一值時，血管就不會受到PVA效應的影響。因此，圖5(c)中的曲線就會逐漸升高，直到達到直徑Rth。然後，對於直徑R大於或等於Rth的值，峰值就會得到平衡。在這種平衡狀態中，為方便起見，峰值被定義為Pth。流入動脈的血管直徑被定義為Ra。流入動脈時間—濃度曲線的峰值被定義為Pa。
如果Ra小於Rth，流入動脈的PVA效應就可以通過用Pth/Pa乘以流入動脈時間—濃度曲線得到校正。當將在PVA效應校正之前的時間t處觀察到的流入動脈的時間—濃度曲線定義為AIFpva(t)並且將在PVA效應校正之後的時間t處觀察到的流入動脈的時間—濃度曲線定義為AIF(t)時，可以進行校正，從而在兩條時間—濃度曲線間建立起如下所示的公式AIF(t)=AIFpva(t)PthPa...(2)]]>現在，將給出是計算血管直徑和峰值的方法的描述。
圖6是示出了根據本實施例的計算血管直徑和峰值的過程的流程圖。首先，CPU5計算出每一個時間—濃度曲線的尖峰時間和峰值(步驟601)。然後，CPU5計算出血管的中央像素(步驟602)。峰值的特性可以用於計算中央像素。選擇具有最大峰值的像素能夠實現血管中央像素的自動選擇。隨後，對於血管的中央像素周圍的像素，CPU 5將峰值等於或大於閾值的像素和峰值小於閾值的像素分離開(步驟603)。隨後，CPU5從步驟603中確定的峰值大於或等於閾值的像素中提取包括中央像素的相連像素。由此，確定了一個血管區域(步驟604)。
然後，CPU5計算血管區域內像素的數目(步驟605)。CPU5然後從計算的像素數目中計算出血管區域的大小(步驟606)。由於在每個設備中的每一個像素的面積都是固定的值，可以通過將步驟605中確定的像素數目乘以一個像素的面積而得出血管面積的大小S。
隨後，CPU5計算血管直徑R(步驟607)。X射線斷層像上的血管的形狀可以用圓形近似。因此，下面所示的公式對於血管直徑R和面積S成立。可以根據這個公式計算血管直徑。
R=(S)...(3)]]>然後，CPU5計算血管的時間濃度曲線(步驟608)。由於在步驟203中已經計算出每一個像素的時間—濃度曲線，通過計算血管區域內所有像素的時間—濃度曲線的平均值能夠獲得血管的時間—濃度曲線。不採用平均值，而可以根據在步驟602中計算到血管中央像素的距離來執行任意加權。
然後，CPU5計算出血管的時間—濃度曲線的峰值(步驟609)。可以顛倒從步驟605到步驟607以及從步驟608到步驟609的處理順序。在本實施例中，通過利用峰值的特性來提取血管。然而，提取血管的方法並不僅限於此。只要能夠準確提取血管就可以利用任意方法。可選地，可以通過在觀察X射線斷層像時手動地指定血管區域來提取血管。
現在，將描述逆濾波器方法的概念。
圖7是示出了根據本實施例的逆濾波器方法的概念圖。對於傳遞函數f的目標組織，當輸入函數被定義為Cin(t)且輸出函數被定義Cout(t)時，可以通過將Cin(t)與f進行卷積積分而得到Cout(t)。這個過程可以表達為如下公式Cout(t)=0tCin(t)f(t-t)dt...(4)]]>如果將造影劑通過動脈注入到人體內，Cin(t)被流入動脈的時間—濃度曲線(動脈輸入函數)AlF(t)替代，並且Cout(t)被組織的時間—濃度曲線Cr(t)替代。這個過程可以被表達為以下公式。
Crt(t)=0tAIF(t)f(t-t)dt...(5)]]>當公式(5)被轉換到頻率空間時，給出如下公式。
F{Cr(t)}＝F{AIF(t)}·F{f(t)}…(6)在這個公式中，F{AIF(t)}表示AIF(t)的傅立葉變換，F{Cr(t)}表示Cr(t)的傅立葉變換，F{f(t)}表示f(t)的傅立葉變換。
根據公式(5)和公式(6)，通過對流入動脈的時間—濃度曲線和組織的時間—濃度曲線進行逆卷積，可以得到傳遞函數f。然而，可以通過將流入動脈的時間—濃度曲線的逆濾波器乘以組織的時間—濃度曲線來獲得相同的計算結果，而不採用執行逆卷積的方法。
當AIF(t)的逆濾波器被定義為AIF-1(t)時，根據公式(6)，f(t)可以被表示為以下。
f(t)＝F-1[F{AIF-1(t)}·F{Cr(t)}] …(7)在這個公式中，F-1表示傅立葉逆變換。
圖8是示出了根據本實施例的逆濾波器方法的概念圖。
在大多數情況下，對於血流動態分析，為了避免侵害對象，造影劑一般通過靜脈被輸入到人體中。在這種情況下，造影劑在人體內循環，然後流入被分析的組織中。將輸入函數被定義為Cin(t)。循環路徑的傳遞函數被定義為f1。目標組織的傳遞函數被定義為f2。目標組織的輸出函數被定義為Cout(t)。於是，可以通過對Cin(t)和f1進行卷積積分以及對其計算結果和f2進行卷積積分來獲得Cout(t)。因此，就得出下面的公式。
Cout(t)=0t{Cin(t)f1(t1-t1)dt1}f2(t-t2)dt2...(8)]]>Cin(t)和f1的卷積積分可以利用流入動脈的時間—濃度曲線(動脈輸入函數)AIF(t)來替換。Cout(t)可以用組織的時間—濃度曲線Cr(t)來替換。因此，就得出了以下公式。
Cr(t)=0tAIF(t)f2(t-t2)dt2...(9)]]>
如前所述，公式(9)和公式(5)等價。因此，傳遞參數f2可以被表達為以下形式。
f2(t)＝F-1[F{AIF-1(t)}·F{Cr(t)}] …(10)圖9是示出了根據本實施例的逆濾波器計算的處理過程的流程圖。如圖9所示，CPU5執行對流入動脈的時間—濃度曲線的傅立葉變換(步驟901)。然後，CPU5根據傅立葉變換的流入動脈的時間—濃度曲線計算逆濾波器(步驟902)。當傅立葉變換的流入動脈的時間—濃度曲線的實數部分被定義為F{AIFR}並且虛數部分被定義為F{AIFI}時，逆濾波就可以表示如下。
F{AIF-1(t)}=1[F{AIFR}+i{AIFI}]...(11)]]>=F{AIFR}[F{AIFR}2+i{AIFI}2]-iF{AIFI}[F{AIFR}2+i{AIFI}2]]]>然後，逆濾波器的高頻分量就被控制(步驟903)。通過利用例如Wiener濾波器或Butterworth濾波器的高頻控制濾波器來對逆濾波器進行濾波，控制了逆濾波器的高頻分量。隨後，CPU5對每一個組織的時間—濃度曲線進行傅立葉變換(步驟904)。CPU5利用在步驟902中確定的逆濾波器來濾波經過傅立葉變換的組織的時間—濃度曲線(步驟905)。因此，CPU5得到了對經過傅立葉變換濾波的組織的時間—濃度曲線進行傅立葉逆變換(步驟906)的傳遞函數。
然後，CPU5從在步驟906中確定的傳遞函數計算生理功能信息，例如血流動態(步驟907)。下文將對計算生理功能信息的方法進行描述。可以將步驟904到步驟907重複等於被分析的組織的X射線斷層像上的像素的數目的次數。另外，可以逆向執行從步驟901到步驟903的處理過程和步驟904的處理。
現在，將給出從傳遞函數中計算生理功能信息的方法的說明。
圖10是示出了計算生理功能信息的方法的圖。當傳遞函數被定義為f(t)時，例如，f(t)就具有如圖10所示的形狀。從如下所示的f(t)的最大值確定的血流(以下稱為BF)。
BF＝fmax…(12)
如下所示，此外，從f(t)的曲線下區域確定血量(以下稱為BV)。
BV=f(t)dt...(13)]]>如下所示，從f(t)的寬度確定平均通過時間(以下稱為MIT)。
MTT=f(t)dtfmax...(14)]]>在這個公式中，fmax表示f(t)的最大值。
現在，將給出確定高頻控制濾波器的方法的說明。為了根據公式(9)計算傳遞函數，有必要對動脈的時間—濃度曲線和組織的時間—濃度曲線執行逆卷積。逆卷積可以粗略分為例如採用行列式的單值分解法以及採用傅立葉變換的逆濾波法。與採用行列式的方法相比，採用傅立葉變換的方法可以縮短時間。利用逆濾波方法，對於經過傅立葉變換的組織的時間—濃度曲線，在頻率空間上採用根據經過傅立葉變換的動脈的時間—濃度曲線計算的逆濾波器進行濾波。該計算是用於加強高頻分量的處理。一般情況下，生理信號分量出現在低頻區域，而噪音部分出現在高頻區域。因此，簡單的逆濾波計算會不必要地加強噪音，這使得難以準確地獲得生理功能信息。因此，對於逆濾波器，必須控制高頻分量。
假設實際上已經測量了目標組織的動脈輸入函數，即流入動脈的時間—濃度曲線，如圖11a所示。該時間—濃度曲線的平均通過時間(MTTArtery)確定如下。
(MTTArtery)=t=0ntCa(t)t=0nCa(t)...(15)]]>在這個公式中，t表示時間，n表示測量點的數目，Ca(t)表示時間—濃度曲線。圖11(b)所示的這種理想的矩形輸入函數ideal_Ca(t)是根據流入動脈的時間—濃度曲線的尖峰時間(圖11中的PT)和利用公式(16)得出的平均通過時間來確定的；尖峰時間前後的理想矩形輸入函數的寬度等於平均通過時間。當經過傅立葉變換的ideal_Ca(t)被定義為F{ideal_Ca(t)}時，F{ideal_Ca(t)}如圖11(c)所示。在這種情況下，有用的生態信息就會顯示為低頻分量，而對分析不重要的噪音部分就會顯示為高頻分量。相應地，對於如圖所示的F{ideal_Ca(t)}函數，例如，只有角頻率為0到(2π)/k的分量保持不變，(2π)/k到(4π)/k的分量被減弱，超過(4π)/k的頻率部分被截除以確定濾波器的形狀。該高頻控制濾波器由以下的公式給出。
filter=10s12+cos{2(e-s)(-s)}se0e..(16)]]>在這個公式中，ω表示角頻率，ωs表示控制起始頻率，ωe表示控制結束頻率。當ideal_Ca(t)的寬度，也就是Ca(t)的平均通過時間被定義為k時，ωs＝(2π)/k，ωe＝(4π)/k。因此，高頻區域控制濾波器的形狀根據流入動脈的時間—濃度曲線確定。在本實施例的描述中，為方便起見，ωs＝(2π)/k，ωe＝(4π)/k。然而，ωs和ωe並不局限於此。也可以採用任意設置；ωs＝(nπ)/k，ωe＝(2π)/k(m≤n).在本實施例中，ωs和ωe根據流入動脈的時間—濃度曲線計算得出。然而，計算ωs和ωe的方法並不局限於此，也可以採用如圖12所示的最大頻率任意設置。
高頻控制濾波器可以如下所示。
filter=filter2+k{filtcr2-filtcrl}filter1=101s12-cos{2(1e-1s)(-1s)}1s1e01efilter2102s12+cos{2(2e-2s)(-2s)}s2e02e(17)]]>
公式(17)所表示的濾波器抑制了高頻分量，同時增強了低頻分量。在該公式中，k表示一個指示了如何增強低頻分量的參數。如果進行以下設置ω1s＝0，ω1e＝π/k，ω2s＝0，ω2e＝(3π)/k，且k＝0.75，則就可以得到如圖13所示的一個高頻控制濾波器。在本實施例中，ω1s、ω1e、ω2s、ω2e可以根據流入動脈的時間—濃度曲線計算得出。然而，計算方法並不局限於此。這些值可以在最大頻率的基礎上任意設置。
此外，高頻控制濾波器可以顯示一個圖表，表示在計算機X射線斷層像診斷設備中設置的圖像顯示部分上的測量的進度。結合這一圖表，可以允許改變為高頻控制濾波器所設置的不同參數中的至少一個，這通過採用定點設備的公知用戶接口來進行，例如滑鼠或跟蹤球，以改變被顯示圖表的形狀。不同的參數包括高頻控制濾波器的控制頻率和低頻區域的頻率增強的程度。
因此，可以通過改變不同的參數來適當加強原始信號，例如，通過增強高頻控制濾波器的控制頻段或低頻區域的增強程度。結果，增大了信號分量的數目以抑制噪音分量。可以如此來設置優化的高頻控制濾波器。這可以為血流動態提供經過了高解析度生理功能信息分析的圖像。
如上所述，根據以上的實施例，如果在用計算機X射線斷層像診斷設備動態拍攝的X射線斷層像上實行生理功能信息分析，可以實現具有小於伽馬函數分析方法或最大梯度方法的造影率和少於去卷積法的計算時間的分析。本實施例還能夠防止由於PVA效應引起的量化的退化。本實施例還能夠防止由於不需要區域造成的計算時間的不必要增加，同時可以增強分析精度，而不需增加操作員的負擔。
權利要求
1.一種血流動態分析設備，包括輸入由X射線斷層像成像裝置拍攝的X射線斷層像的輸入裝置；第一計算裝置，用於確定時間—濃度曲線，該曲線指示了由輸入裝置輸入的X射線斷層像的每個像素的時間變化信息；第二計算裝置，用於根據由第一計算裝置確定的X射線斷層像的每一個像素的時間—濃度曲線來提取流入動脈的時間—濃度曲線；第三計算裝置，用於根據第二計算裝置所提取的流入動脈的時間—濃度曲線來得到逆濾波函數；第四計算裝置，用於根據由第三計算裝置得到的逆濾波函數和由第一計算裝置所確定的X射線斷層像的每一個像素的時間—濃度曲線，得到用於X射線斷層像的每一個像素的傳遞函數；以及第五計算裝置，用於利用由第四計算裝置得到的用於X射線斷層像的每一個像素的傳遞函數來確定血流動態分析圖像。
2.根據權利要求1所述的血流動態分析設備，其中第三計算裝置包括高頻控制濾波器裝置，用於控制所得到的逆濾波函數的高頻分量。
3.根據權利要求2所述的血流動態分析設備，其中高頻控制濾波器裝置包括濾波函數計算裝置，用於根據由第二計算裝置所提取的流入動脈的時間—濃度曲線來得到濾波函數。
4.根據權利要求3所述的血流動態分析設備，其中濾波函數計算裝置對由第二計算裝置提取的流入動脈的時間—濃度曲線執行傅立葉變換，根據傅立葉變換的流入動脈的時間—濃度曲線來設置用於高頻控制濾波裝置的控制起始頻率和控制結束頻率，並根據所設置的控制起始頻率和控制結束頻率，得到用於高頻控制濾波裝置的濾波函數。
5.根據權利要求4所述的血流動態分析設備，其中根據傅立葉變換的流入動脈的時間—濃度曲線的最大頻率來確定控制起始頻率和控制結束頻率。
6.根據權利要求2所述的血流動態分析設備，其中高頻控制濾波裝置包括參數設置裝置，用於設置高頻控制濾波器的低頻部分要增強到的程度的至少一個參數和高頻控制濾波器的波段。
7.根據權利要求6所述的血流動態分析設備，其中參數設置裝置包括顯示高頻控制濾波裝置的濾波函數的顯示裝置和改變由顯示裝置顯示的濾波函數的改變裝置。
8.根據權利要求7所述的血流動態分析設備，其中改變裝置改變利用圖形用戶界面在顯示裝置上所顯示的高頻控制濾波函數的形狀。
9.根據權利要求1所述的血流動態分析設備，還包括從輸入裝置所輸入的X射線斷層像提取最大相連像素區域的提取裝置；以及去除裝置，用於根據由提取裝置所提取的最大相連像素區域，從輸入裝置所輸入的X射線斷層像上去除對於血流動態分析不必要的區域。
10.根據權利要求9所述的血流動態分析設備，其中不必要的區域包括室內空氣、床和骨。
11.根據權利要求1所述的血流動態分析設備，還包括確定裝置，用於從輸入裝置所輸入的、用於X射線斷層像的每一個像素的時間—濃度曲線中確定流出靜脈的時間—濃度曲線，得到所確定的流入動脈的時間—濃度曲線和所確定的流出靜脈時間—濃度曲線的峰值；以及校正裝置，用於對流入動脈時間—濃度曲線的部分體積平均效應進行校正，以使得到的流入動脈的時間—濃度曲線的峰值與得到的流出靜脈的時間—濃度曲線的峰值相匹配。
12.一種血流動態分析方法，包括輸入步驟，輸入由X射線斷層像成像設備拍攝的X射線斷層像；第一計算步驟，用於確定時間—濃度曲線，該曲線指示了輸入步驟所輸入的X射線斷層像的每一像素的時間變化信息；第二計算步驟，用於從第一計算步驟所確定的X射線斷層像的每一像素的時間—濃度曲線中提取流入動脈的時間—濃度曲線；第三計算步驟，用於從第二計算步驟所提取的流入動脈的時間—濃度曲線中得到逆濾波函數；第四計算步驟，用於根據由第三計算步驟得到的逆濾波函數，得到用於X射線斷層像的每一個像素的傳遞函數，並得到用於第一計算裝置所確定的X射線斷層像的每一個像素的時間—濃度曲線；以及第五計算步驟，用於利用由第四計算步驟得到的X射線斷層像的每一個像素的傳遞函數來確定血流動態分析圖像。
13.根據權利要求12所述的血流動態分析方法，其中第三計算步驟包括控制已得到的逆濾波函數的高頻分量的高頻控制濾波步驟。
14.根據權利要求13所述的血流動態分析方法，其中高頻控制濾波步驟包括濾波函數計算步驟，用於根據第二計算步驟所提取的流入動脈的時間—濃度曲線來得到濾波函數。
15.根據權利要求14所述的血流動態分析方法，其中濾波函數計算步驟對在第二計算步驟中提取的流入動脈的時間—濃度曲線執行傅立葉變換，根據傅立葉變換的流入動脈的時間—濃度曲線，設置用於高頻控制濾波裝置的控制初始頻率和控制結束頻率，並根據所設置的控制初始頻率和控制結束頻率，得到用於高頻控制濾波裝置的濾波函數。
16.根據權利要求15所述的血流動態分析方法，其中根據傅立葉變換的流入動脈的時間—濃度曲線的最大頻率來確定控制初始頻率和控制結束頻率。
17.根據權利要求13所述的血流動態分析方法，其中高頻控制濾波步驟包括參數設置步驟，用於高頻控制濾波器的低頻部分要增強到的程度的至少一個參數和高頻控制濾波器的波段。
18.根據權利要求17所述的血流動態分析方法，其中參數設置步驟包括在顯示單元上顯示高頻控制濾波裝置的濾波函數的步驟；以及對在顯示步驟中顯示的濾波函數進行改變的步驟。
19.根據權利要求18所述的血流動態分析方法，其中改變步驟採用圖形用戶界面來改變顯示步驟所顯示的高頻控制濾波函數的形狀。
20.根據權利要求12所述的血流動態分析方法，還包括從輸入步驟所輸入的X射線斷層像提取最大相連像素區域的提取步驟；以及去除步驟，用於根據在提取步驟中所提取的最大相連像素區域，從輸入步驟所輸入的X射線斷層像上去除對於血流動態分析不必要的區域。
21.根據權利要求20所述的血流動態分析方法，其中不必要的區域包括室內空氣、床和骨。
22.根據權利要求20所述的血流動態分析方法，還包括確定步驟，用於從輸入裝置所輸入的X射線斷層像的每一個像素的時間—濃度曲線確定流出靜脈的時間—濃度曲線，得到所確定的流入動脈的時間—濃度曲線和流出靜脈時間—濃度曲線的峰值；以及校正步驟，用於校正流入動脈時間—-濃度曲線的部分體積平均效應，以使得到的流入動脈的時間—濃度曲線的峰值與得到的流出靜脈的時間—濃度曲線的峰值相匹配。
23.一種拍攝活體的X射線斷層像的圖像診斷設備，包括輸入裝置，用於輸入由X射線斷層像成像裝置所拍攝的X射線斷層像；第一計算裝置，用於確定時間—濃度曲線，該曲線指示了輸入裝置所輸入的X射線斷層像的每一像素的時間變化信息；第二計算裝置，用於從第一計算裝置所確定的X射線斷層像的每一像素的時間—濃度曲線中提取流入動脈的時間—濃度曲線；第三計算裝置，用於從第二計算裝置所提取的流入動脈的時間—濃度曲線得到逆濾波函數；第四計算裝置，用於根據第三計算裝置所得到的逆濾波函數得到用於X射線斷層像的每一個像素的傳遞函數，並得到用於由第一計算裝置確定的X射線斷層像的每一個像素的時間—濃度曲線；以及第五計算裝置，用於利用由第四計算裝置得到的X射線斷層像的每一個像素的傳遞函數來確定血流動態分析圖像。
24.根據權利要求23所述的圖像診斷設備，其中第三計算裝置包括控制已得到的逆濾波函數的高頻分量的高頻控制濾波裝置。
25.根據權利要求24所述的圖像診斷設備，其中高頻控制濾波裝置包括濾波函數計算裝置，用於根據第二計算裝置提取的流入動脈的時間—濃度曲線來得到濾波函數。
26.根據權利要求25所述的圖像診斷設備，其中濾波函數計算裝置對第二計算裝置提取的流入動脈的時間—濃度曲線執行傅立葉變換，根據傅立葉變換的流入動脈的時間—濃度曲線設置用於高頻控制濾波裝置的控制初始頻率和控制結束頻率，並根據所設置的控制初始頻率和控制結束頻率得到用於高頻控制濾波裝置的濾波函數。
27.根據權利要求26所述的圖像診斷設備，其中根據傅立葉變換的流入動脈的時間—濃度曲線的最大頻率來確定控制初始頻率和控制結束頻率。
28.根據權利要求24所述的圖像診斷設備，其中高頻控制濾波裝置包括參數設置裝置，用於設置高頻控制濾波器的低頻部分要增強到的程度的至少一個參數和高頻控制濾波器的波段。
29.根據權利要求28所述的圖像診斷設備，其中參數設置裝置包括顯示高頻控制濾波裝置的濾波函數的顯示裝置以及改變顯示裝置顯示的濾波函數的改變裝置。
30.根據權利要求29所述的圖像診斷設備，其中改變裝置採用圖形用戶界面來改變顯示裝置所顯示的高頻控制濾波函數的形狀。
全文摘要
一種血流動態分析設備和方法，根據動態拍攝的X射線斷層像，對每一個組織的流入動脈的時間—濃度曲線和時間—濃度曲線執行傅立葉變換。然後，根據傅立葉變換的流入動脈的時間—濃度曲線計算得出一個逆濾波器。將逆濾波器乘以傅立葉變換的每一個組織的時間—濃度曲線，以得到用於組織的傳遞函數。然後，將用於每一個組織的得到的傳遞函數用於計算生理功能信息。因此，如果從計算機X線斷層照相設備提供的X射線斷層像獲得要分析的器官的生理功能信息，可以按照較低的造影率獲得大量的生理功能信息。尤其是只需要最少的計算時間就可以獲取生理功能信息。
文檔編號A61B6/00GK1681438SQ0382159
公開日2005年10月12日 申請日期2003年9月12日 優先權日2002年9月12日
發明者尾見康夫, 宮崎靖, 青柳雅彥 申請人:株式會社日立醫藥