JP2006142020A - 心疾患を可視化するための画像形成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冠動脈心疾患をよりよく可視化し得る非侵襲的画像形成方法及び装置を提供する
【解決手段】コンピュータ断層撮影技術により、ステップ１００〜１０３において心臓または心臓の範囲で心筋層の少なくとも一部を含む画像が記録され処理され、ステップ１０４において心筋層の範囲の画像のための測定データがウインドウイングされ、血液の供給の不十分な範囲や傷害を受けた範囲がセグメント化され、ステップ１０５においてその範囲が画像中に特徴づけて表示される。
【選択図】図２

Description

本発明は、冠動脈心疾患、特に心筋梗塞障害を可視化するために、コンピュータ断層撮影技術により、心臓または心臓の範囲で心筋層の少なくとも一部を含む少なくとも１つの画像が記録され再構成される画像形成方法に関する。本発明はまたこの方法を実施するための装置に関する。

冠動脈心疾患、特に冠動脈の石灰沈着又は狭窄を可視化するための画像形成技術は、心臓の状態を評価する上の重要な補助手段である。このことは、血行不全の早期発見のための予備検査及び冠動脈心疾患の監視、場合によってはバイパス手術又は血管形成術後の、かなり長い期間にわたる監視に関係する。このような検査によって、心筋梗塞のリスクをよりよく判断することができ、また手術又は治療の結果を調べることができる。コンピュータ断層撮影（CT）は、冠動脈心疾患の症状を可視化できるよく知られた非侵襲的画像形成技術である。

心筋梗塞においては、血行の一時的又は永続的な喪失によって心筋が障害を受ける。その際一方では灌流の縮小という結果となり、他方では代謝が変化する。それらの結果の１つである梗塞領域における含水量の増加は、既に激しい心筋層梗塞において現われる。その後の経過において、振動化の増加による改変過程及び最後に瘢痕形成が行われる。これらの過程は、もちろん従来はコンピュータ断層撮影技術では直接には観察することができない。梗塞領域の信頼できる識別は、コントラストを強調されたコンピュータ断層撮影においても不可能である。

本発明の課題は、心筋梗塞障害の広がりをよりよく可視化し得る非侵襲的画像形成方法及び装置を提供することにある。

この課題は、本発明によれば請求項１及び５に従う方法及び装置によって達成される。その方法及び装置の有利な構成はその他の請求項又は以下の記載及び実施例から明らかである。

冠動脈心疾患、特に心筋梗塞障害を可視化するための本発明による画像形成方法においては、コンピュータ断層撮影技術により、心臓または心臓のある範囲で心筋層の少なくとも一部を含む少なくとも１つの画像が記録され再構成される。この方法は、心筋層の範囲の画像のための測定データ又はそれから導かれたデータのウインドウイングによって、血液が不十分にもしくは全く供給されていない範囲および／または障害を受けた範囲がセグメント化され、画像中に特徴づけられ、特に強調され、表示されることを特徴とする。

心筋層の少なくとも一部を含む画像範囲の測定データないしは画像データまたは場合によってはそれから導かれたデータのウインドウイングによって、心筋層の健康な範囲と障害を受けた範囲とを区別することができる。後続の画像表示において、少なくとも心筋層の血液が供給されない範囲および／または障害を受けた範囲が強調されて表示される。このようにして観察者は直ちに冠動脈心疾患の心筋層への影響、例えば心臓における血管狭窄または血管閉塞の心筋層への影響を識別することができる。心筋梗塞が先行している場合には、このようにして心筋層の障害の空間的な広がりを識別することができる。

測定データ又は場合によってはそれから導かれたデータのウインドウイングは、閾値法によって行われる。測定データのウインドウイングの際、少なくとも１つのHU値範囲（HU＝Hounsfield Unitハンスフィールドユニット）が予め与えられ、その値範囲内にCT測定における心筋層の障害を受けた範囲ないしは血液が供給されない範囲のHU測定値が存在する。そのようなHU測定値の基礎をなす記録された画像の全ピクセル又はボクセルは、血液が供給されない範囲ないしは障害を受けた範囲に属する。さらに、良好に血液が供給される範囲は対応するHU値範囲の事前設定によってセグメント化され、続く画像表示において健康な範囲として識別しやすくすることもできる。

本方法の好ましい実施態様において、心臓または心臓の範囲の少なくとも２つの完全に等しい画像が記録され、これらの画像はＸ線の異なるスペクトル分布に基づく。このことは、例えば異なるＸ線管電圧、異なるＸ線管又はＸ線検出器の異なるスペクトル特性による画像記録によって行うことができる。そのため好ましくは、Ｘ線管と異なるスペクトル特性を有するＸ線検出器とからなる少なくとも２つの撮影システムを有するいわゆる二重エネルギーCTシステムが使用される。そうして少なくとも２つの画像撮影のスペクトル的に異なる測定データから、実効原子番号（effektive Ordnungszahl）Ｚおよび／または密度ρの空間的分布を計算することができる。その際組織の実効原子番号は、組織の構成に関与する元素の原子番号及び原子量から構成される。そうしてウインドウイングは、元の測定データから導かれたこれらのデータ、即ち原子番号Ｚおよび／または密度ρの値に基づいて行われる。それ故心筋層の壊死した区域の血液供給が不十分なことに基づいて、心筋層の健康な範囲と障害を受けた範囲との間の実効原子番号Ｚの大きな相違が期待される。健康な組織は約7.7の実効原子番号及び1.05ｇ/cm³の密度を有する。壊死した組織は明らかに実効原子番号が下方へずれる。何故なら、約7.8の血液のＺ寄与が欠け、壊死性の組織は一般に明らかにより低い酸素成分を期待させるからである。7.7以下の範囲における計算されたＺ値のウインドウイングによって、このようにして十分血液が供給されない組織ないしは障害を受けた組織のセグメント化を行うことができる。このセグメント化は引続き心臓の表示された画像において識別しやすくされ、その画像は心臓または心臓の範囲の最初の記録された画像の１つである。

実効原子番号Ｚおよび／または密度ρの空間的分布を計算するためには、例えばいわゆるρ-Ｚ投影の技術が使用され得る。この技術は、例えばビー、ジェイ、ハイスマン（B.J.Heismann）ほか著「スペクトルｘ線減衰法を使用した密度及び原子番号測定（Density and atomic number measurements with spectral x-ray attenuation method）」Jounal of applied Physics、94巻3号、2073〜2079頁から知ることができる。ρ-Ｚ投影においては、コンピュータ断層撮影技術により得られた測定データ、場所のベクトルｒにおける減弱係数μが、組織中に照射されたＸ線エネルギーＥ及び局部的な組織密度ρと次式
μ＝μ（Ｅ，ベクトルｒ）＝（μ/ρ）（Ｅ，Ｚ）×ρ（ベクトルｒ）
に相応する関係であることが利用される。ここで（μ/ρ）（Ｅ，Ｚ）はエネルギー及び材料に関係する質量減弱係数であり、Ｚは実効原子番号である。組織のエネルギーに関係するＸ線吸収は、それがその実効原子番号Ｚによって決定されるように、それ故組織密度ρによって影響されるＸ線吸収に重なる。化学的及び物理的組成が異なる材料ないしは組織は、それ故Ｘ線画像においては同一の減弱値を有し得る。それと反対に、ただ１つのＸ線撮影の減弱値からは被検体の材料組成を推定することはできない。もちろん、Ｘ線の異なるスペクトル分布を有する少なくとも２つの画像が撮影される場合には、両成分ρ及びＺを分離することができる。その結果は実効原子番号Ｚの空間的分布と密度ρの空間的分布である。

ρ-Ｚ投影に代えて、異なるスペクトル分布で記録された両画像の測定データの簡単なピクセルごと又はボクセルごとの商形成を行うことも可能である。得られた商μ1/μ2は、基本的に原子番号に対する尺度である。その結果セグメント化のためのウインドウイングは、この商に対する１つ又は複数の値範囲の事前設定を介して行うことができる。

上述の両変形実施態様においては、特に、それぞれ２つのＸ線管と所属の検出器とから構成された２つの撮影システムを有するCT装置、又はスペクトル分解する検出器システムを有するCT装置を使用することができる。後者の場合、スペクトル分解する検出器システムによって、Ｘ線照射から同時に少なくとも２つの異なるスペクトル範囲に対する測定データが検出される。

本発明の装置は、特に、異なるスペクトル分布による画像記録のための少なくとも２つの異なる撮影システムおよび／またはスペクトル分解する検出器システムを含むコンピュータ断層撮影装置を有する。本発明の装置の評価ユニットは、十分に血液が供給されない範囲又は障害を受けた範囲のセグメント化を事前設定された閾値に基づいて自動的に実施し、画像表示のための画像データを生成し、その画像表示においてはセグメント化された範囲が強調されている。好ましい実施態様においては、評価ユニットは、スペクトルの異なる画像記録から測定データのピクセルごともしくはボクセルごとの商形成、又はρ-Ｚ投影を、それぞれ後続のセグメント化と画像表示とを伴って引き受ける。これらは本発明の方法と関連して既に述べたと同様である。

以下、本発明の方法及び装置を図面に示す実施例について説明する。

図１はＸ線コンピュータ断層撮影装置１を示し、この装置は患者３を受け入れ横たえさせるための寝台装置２を有する。寝台装置２の可動テーブル板を用いて、所望の検査範囲を持つ患者３を断層撮影装置１のハウジング５の開口４内へ導くことができる。スパイラルスキャンの場合には、寝台装置２によりさらに連続的な軸線方向の送りが行われる。ハウジング５の内部において、図１には図示されていないガントリが患者３を通る回転軸線６のまわりに高速度で回転し得る。断層撮影装置１の操作は操作ユニット７を介して行われる。

本断層撮影装置はガントリ上に２つの撮影システムを有し、それらのシステムはそれぞれＸ線管８、１０及び多列Ｘ線検出器９、１１を含む。両Ｘ線管８、１０及び両検出器９、１１のガントリ上の配置は断層撮影装置１の作動中は固定しており、その結果作動中のそれらの相対的距離は一定である。

この実施例においては、両撮影システムは異なるスペクトル分布で、即ち異なるＸ線管電圧でおよび／またはＸ線管８、１０と検出器９、１１との間のＸ線経路中の異なるスペクトルフィルタで駆動される。検出器９及び検出器１１のスペクトル感度を異ならせることももちろん可能である。

連続的にスキャンする両撮影システムの投影データは、制御及び画像コンピュータ１２において本発明方法により処理され、画像再構成アルゴリズムを使用して所望の画像に処理され、その画像において心筋層の障害範囲を識別しやすくする。そのため画像コンピュータ１２は、通常の画像再構成モジュールのほかに本方法を実施するために特に構成された評価ユニット１３をも含む。

本方法においては、このコンピュータ断層撮影装置は異なるＸ線管電圧でおよび／またはフィルタの異なるスペクトルフィルタ特性で動かされ、その結果各測定スキャンによって、異なるスペクトル分布による２つの画像が得られる。

図２は本方法の経過に対する１つの例を示し、この方法においては第１のステップ１００で図１に示されるコンピュータ断層撮影装置１によるＸ線撮影が記録される。その際心臓の２つの画像が生成され、これらの画像はそれぞれ心筋層を含み、Ｘ線の異なるスペクトル分布に基づいている。続いてステップ１０１において、得られた生データに基づく画像再構成を介して画像の各々に、減弱係数μの減弱値分布μ１（x、ｙ、ｚ）ないしはμ２（ｘ、y、ｚ）が、記録された３D画像又は２D横断画像内に座標ｘ、ｙ、ｚないしはｘ、ｙでもって発生される。ステップ１０２においては、コンピュータに支援されて、原子番号分布Ｚ（ｘ、ｙ、ｚ）及び密度分布ρ（ｘ、ｙ、ｚ）への減弱係数の分布の変換が行われる。

ステップ１０２に代えて、ステップ１０３において両画像からの減弱データの簡単な商形成が行われ得る。この商形成はもちろんピクセルごとないしはボクセルごとに行われる。このような商形成は同様に原子番号Ｚに対する尺度である。

次のステップにおいて、得られたデータのウインドウイング、特に原子番号Ｚ（ｘ、ｙ、ｚ）又は商μ１（x、ｙ、ｚ）／μ２（ｘ、y、ｚ）の空間的分布のウインドウイングが、事前設定された閾値に基づいて実施される。その閾値内に、CT測定における障害を受けた心筋層組織ないしは十分に血液が供給されない心筋層組織の測定値が存在する。このウインドウイングに基づいて、傷害を受けた範囲がセグメント化される（ステップ１０４）。最後にステップ１０５において、元の記録された画像の少なくとも１つが上に表示され、その画像表示においてセグメント化された範囲は例えば着色して強調される。

従って、表示された画像において直ちに障害を受けた区域の広がりを識別することができる。画像表示は２Dスライス画像および３Dボリューム画像として行うことができる。

本発明方法に使用することのできるコンピュータ断層撮影装置の一例の全体説明図 本発明方法を実施するための流れ図

符号の説明

１ コンピュータ断層撮影装置
２ 寝台装置
３ 患者
４ 開口
５ ハウジング
６ 回転軸線
７ 操作ユニット
８ Ｘ線管
９ Ｘ線検出器
１０ Ｘ線管
１１ Ｘ線検出器
１２ 画像コンピュータ
１３ 評価ユニット
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５ ステップ

Claims (9)

1. 冠動脈心疾患を可視化するために、コンピュータ断層撮影技術により、心臓または心臓の範囲で心筋層の少なくとも一部を含む少なくとも１つの画像が記録され再構成される画像形成方法において、心筋層の範囲の画像のための測定データ又はそれから導かれたデータのウインドウイングによって、血液供給の不十分な範囲および／または傷害を受けた範囲がセグメント化され、画像中に特徴づけて表示されることを特徴とする心疾患を可視化するための画像形成方法。
2. Ｘ線の異なるスペクトル分布を有する心臓または心臓の範囲の少なくとも２つの画像が記録され再構成され、両画像に対する測定データから心筋層の範囲における実効原子番号Ｚおよび／または密度ρの空間的分布が計算され、実効原子番号Ｚおよび／または密度ρによりウインドウイングが実行されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. Ｘ線の異なるスペクトル分布を有する心臓または心臓の範囲の少なくとも２つの画像が記録され再構成され、心筋層の範囲の両画像のための測定データからピクセルごと又はボクセルごとに商が形成され、商の値によりウインドウイングが実行されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. １つ又は複数の画像が、同時の画像記録のためにＸ線源とＸ線検出器とからなる複数の撮影システムを有するコンピュータ断層撮影装置により記録されることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 評価ユニット（１３）を有するコンピュータ断層撮影装置（１）を含む請求項１乃至４の１つに記載の方法を実施するための装置において、評価ユニット（１３）は、事前設定された閾値に基づいて、心筋層の血液供給が不十分な範囲および／または傷害を受けた範囲のセグメント化が心臓の記録された画像内で自動的に実行され、画像表示のための画像データが発生され、画像表示中にセグメント化された範囲が特徴づけられているように構成されていることを特徴とする心疾患を可視化するための画像形成装置。
6. コンピュータ断層撮影装置（１）が、Ｘ線の異なるスペクトル分布による画像記録のための少なくとも２つの異なる撮影システム（８〜１１）を有することを特徴とする請求項５記載の装置。
7. コンピュータ断層撮影装置（１）が、Ｘ線の異なるスペクトル分布による画像記録のためのスペクトル分解する検出器システム（９、１１）を有することを特徴とする請求項５又は６記載の装置。
8. 評価ユニット（１３）が、Ｘ線の異なるスペクトル分布で記録された心臓の２つの画像の測定データから、ピクセルごと又はボクセルごとに商を形成し、商の値に基づいてセグメント化を実効するように構成されていることを特徴とする請求項５乃至７の１つに記載の装置。
9. 評価ユニット（１３）が、Ｘ線の異なるスペクトル分布で記録された心臓の２つの画像の測定データから、心筋層の範囲の実効原子番号Ｚおよび／または密度ρの空間的分布を計算し、実効原子番号Ｚおよび／または密度ρの値に基づいてセグメント化を実行するように構成されていることを特徴とする請求項５乃至７の１つに記載の装置。

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