JP2006502780A - 組み合わされた核医学及びｘ線システム - Google Patents

Abstract

診断用撮像システムは、撮像システムを制御し、操作者とインタフェースし、画像を発生するコンピュータワークステーションを有する。座標系は、コンピュータワークステーションとデータ通信する。座標系は、診断用撮像システムの構成要素の相対的な位置を表わすよう適合される。対象支持部は、座標系で表わされることが可能であり、Ｘ線サブシステムは、対象支持部の周りで位置決め可能である。位置センサはＸ線サブシステムに動作上接続され、ワークステーションに、座標系によって表わされる空間内のＸ線サブシステムの構成要素の位置を示す信号を与える。核カメラサブシステムは、対象支持部の周りで位置決め可能である。位置センサは、核カメラサブシステムに動作上接続され、座標系内で核カメラサブシステムの構成要素の位置を示す信号をワークステーションに与える。ワークステーションは、Ｘ線サブシステムによって発生される画像中で関心領域の撮像システム内の位置を決定するための関心領域位置決定機能を含む。関心領域は、核カメラによる撮像のために制御コンソールを用いて正確に目標設定される。

Description

本発明は、プラーク検出の装置及び方法に関連し、不安定プラークを非侵襲的に位置確認及び識別するのに有用な装置及び方法に関連する。本発明は、Ｘ線撮像サブシステムと組み合わせた核診断撮像サブシステムを有する診断用撮像システムに関する用途があり、これに関して特に説明する。

アテローム硬化性心疾患、特に冠状動脈性心臓病（ＣＨＤ）のいくつかの面は、徐々に生ずるものであると考えられてきた。近年では、閉塞は突然生じうるものであり、血栓形成及び狭心症、心筋梗塞（ＭＩ）又は突然死を生じさせる可能性がある。このＣＨＤについての１つの外科的なメカニズムの研究についての変化は、冠動脈中の急性冠動脈症候群を生じさせうる様々な種類のプラークについての理解が進歩していることに関連する。ＣＨＤ中のプラークについての現在の研究は、より特定にはＣＨＤ中の安定プラーク及び不安定プラーク（vulnerable plaque）の役割を含むプラークの識別、特徴付け、及び位置確認を含む。

安定プラークは、液体コアの周りに線維性の豊富な被膜を有するものであると特徴づけられる。破壊し又は突然に予測不可能に破裂する可能性がより高い不安定プラークは、あまり線維が多くなく、あまり筋肉組織がなく、脂質及び炎症細胞が多い。特に不安定なプラークは、多数の炎症細胞を含む大きい脂質の豊富なコアの周りに薄い繊維性の被膜を有するものであると特徴づけられる。不安定プラークは、様々な危険性の高いプラークを含むため、患者が急性血栓性冠動脈症候群にかかりやすくする。

アテローム斑（プラーク）は、単に動脈壁へのコレステロールの蓄積ではない。これらは、例えば酸化ＬＤＬ、病原菌、熱ショック蛋白、及び他の因子といった１つ以上の免疫誘因を伴う、例えば主に平滑筋細胞及び免疫細胞等の様々な移動し、増殖し、浸潤した細胞の活性集合を含む。これらの代謝が活性な不安定プラークは、長年に亘って休止状態であり且つ無症状のままであった後に、破壊又は突然に破裂し、心臓系に対して関連する悪影響を及ぼしうる。

今日の方法は、将来の急性冠状動脈症候群を見つけることができないため、より有効な診断技術が求められている。望まれているほどはうまくいっていない今日の診断技術の一例は、冠動脈造影法が悲劇的な心血管故障を予測することに成功していないことである。この１つの理由は、不安定プラークが通常は血管造影法ではあまり顕著でないことである。

冠動脈中のプラークを識別し、位置確認し、特徴づけるための研究中のいくつかの技術は、侵襲的な方法及び非侵襲的な方法を含む。現在、臨床的に利用可能な技術は、無症候の患者に対する使用が限られていること、又は致命的なＣＨＤのより高い危険性を表わすと考えられている不安定プラークを識別し、位置確認し、特徴づけるうえで、望まれているほど有効でないという不利点がある。

現在評価されている侵襲的な技術のいくつかの例は、血管造影法、血管内超音波法、血管内サーモグラフィー、光干渉断層撮影法、血管内電気インピーダンス撮像法、フォトニック分光法、並びに、多数の他の分光技術を含む。プラークの識別、位置確認、及び特徴付けのために調べられている従来の非侵襲技術は、ＭＲＩ（造影剤を含む）、電子ビームＣＴ、マルチスライス及びスパイラルＣＴ、並びに、従来の核撮像法を含む。

不安定プラークの早期識別のための開発中及び研究中の多様な診断技術を用いても、臨床上の有効性は、現在のところ臨床的な実際的な設定で必要なものよりも低い。１つの理由は、これらのイメージング・モダリティのうちのいくつかは解剖学的情報を与え、不安定プラークに関連づけられる組成及び代謝活性が与えられているとき、機能情報は、プラークの堆積が安定であるか不安定であるかを判定するのに特に有用であることである。しかしながら、従来の核医療撮像技術が機能画像を提供することができても、不安定プラークの全体積は、極端に小さく、核医用撮像法において用いられるトレーサの全プラーク取込みはいくらか制限されている。従って、プラーク検出のためにＳＰＥＣＴ及びＰＥＴを用いる従来の核医療臨床技術は、一般的には臨床的に実用的な診断結果を与える臨床的に許容可能な技術を依然として与えていない。より特定的には、典型的なプラーク堆積及びトレーサ取込み量を考えると、少量のプラーク堆積及び限られたトレーサ取込みは、低いカウント取得率をもたらす。かかる低いカウント取得率を有する臨床的に有用な画像を取得するために、スキャン時間は、典型的な心筋血流スキャンのおそらく４０倍に高められる必要がある。このスキャン時間の増加の度合いは、臨床的に実際的でない。

更に、侵襲的な技術に関連する他の危険性は、これらを、特に無症候の患者の集団に対しては、診療所での臨床用途にあまり所望でないものとする。ＭＲＩ又はＣＴ当の画像診断システムは、診療所での実施においては費用面で非常に高い。従来の完全な用途の核医療システム（ＳＰＥＣＴ及びＰＥＴ）についての現在の臨床技術は、上述のようにカウント率の制限から生ずる臨床的に許容可能でないスキャン時間を有する。更に、多くの利用可能な完全な特徴の断層撮影核医療システムは、費用及び空間に関して検討すべき事項が多いため、診療所での患者の臨床スクリーニングにあまり適していない。

一般大衆に対して広く用いられる予備スクリーニング及びＣＨＤの早期検出のために不安定プラークを識別し、位置確認し、特徴づけるために解剖学的及び機能的情報を与える、あまり高価でなく、小型の、非侵襲的な、臨床的に実際的な診断撮像技術に対する装置及び方法を提供することが所望である。また、診療所での臨床設定において高解像度の比較的大きい視野の、よい臨床的な感度を与えるシステムを提供することが望ましい。

本発明は、臨床的に実際的なプラークの検出、位置確認、及び特徴付けのための診断用撮像システムを提供するよう上述の要請のうちの少なくともいくつかを満たす診断用撮像システムに関連する。本発明の面を有する診断用撮像システムを示す１つの実施例による装置は、撮像システムを制御し、操作者とインタフェースし、画像を生成するコンピュータワークステーションを有する。座標系は、コンピュータワークステーションとデータ通信し、診断用撮像システムにおける相対的な位置を表わすよう適合される。座標系で表わされうる対象支持部が含まれる。Ｘ線サブシステムは、対象支持部の周りで位置決め可能である。位置センサは、Ｘ線サブシステム及びワークステーションに動作上接続され、座標系内のＸ線サブシステムの構成要素の位置を示す信号をワークステーションに与える。核カメラサブシステムもまた、対象支持部の周りで位置決め可能であり、関連する位置センサは核カメラサブシステムに動作上接続される。位置センサは、座標系内の核カメラサブシステムの構成要素の位置を示す信号をワークステーションに与える。核カメラサブシステムは、平面ガンマカメラ及びピンホール・コリメータを含む。ワークステーションは、Ｘ線サブシステムによって発生される画像中の関心領域の撮像システム内での位置を決定する関心領域位置決定機能を含む。関心領域は、核カメラによる撮像のために正確に目標設定される。

撮像システム中の相対的な位置を表わす座標系は、選択された平面上の２次元系、又は、撮像システムに関連づけられる体積内の構成要素の相対位置を表わす３次元系である。

診断用撮像システムは、参照画像を有し、発生された画像を比較データベースの参照画像と比較することによって、撮像システムの１つのサブシステムによって生成される画像の関心領域を決定する手段を含みうる。

本発明の原理による方法は、対象を撮像するために第１の撮像モダリティを位置決めする段階と、第１の撮像モダリティから対象の画像データを発生する段階とを含む。方法は、第１の撮像モダリティからの画像データを評価する段階と、評価されたデータから撮像された対象中の関心領域を識別する段階とを含む。次に、方法は、第１の画像データから座標系の中の関心領域の位置を決定する段階と、関心領域の決定された位置を用いて関心領域を正確に目標設定するよう第２の撮像モダリティを位置決めする段階とを含む。

方法は、撮像される対象中で関心領域を識別する段階において、第１のモダリティからの画像データをデータベース中に格納された参照画像と比較する段階を含む。

関心領域の正確な画像を得るためにＸ線システムからの画像を用いる核カメラの正確な目標設定は、画像を最適化された撮像整列へ向けて改善し、且つ、撮像プロトコルを最適化されたプロトコルへ向かって改善する。

本発明の原理を適用する装置及び方法は、以下説明し特許請求の範囲で特に指摘する上述の及び他の特徴を与える。以下の説明及び添付の図面は、本発明の原理を適用するいくつかの例示的な実施例について示す。本発明の原理を適用する様々な実施例は、様々な構成要素及び構成要素の配置の形をとりうる。上述の実施例は、本発明の原理が特許請求の範囲の幅を制限することなく個々に又は様々な組合せに組み合わされて使用されうるいくつかの例を示すにすぎない。図面は、本発明の原理を適用する装置の特許要件に従って実施例を示すためだけのものであって、本発明を特定の図示の構造に制限すると解釈されるべきではない。

添付の図面を参照して本発明の面及び特徴を示す実施例の以下の詳細な説明を考えるとき本発明が関連する本発明の上述の及び他の特徴及び利点は、当業者にとって明らかとなろう。

図１を参照するに、診断用撮像システム２０は、Ｘ線サブシステム２２、核カメラサブシステム２４、及び制御コンソール２６を含む。撮像対象２８は、診断用撮像システム２０の検査領域中で対象支持部３０上に支持されている。

蛍光透視法及び／又は放射線撮像システム等のＸ線診断撮像サブシステム２２は、床に取り付けた可動の基部構造３４に取り付けられた支持部材３２を含む。支持部材３２は、伸縮自在の柱部材４２を有する基部構造３４に結合されうる。説明する実施例では、支持部材３２はＣアームを含む。

Ｘ線源又は管３６は、支持部材３２の第１の自由端に固定され、対向するＸ線検出器３８は支持部材３２の第２の自由端に固定される。蛍光透視／放射線検査領域は、Ｘ線源３６とＸ線検出器３８の間に画成される。Ｘ線源３６及びＸ線検出器３８は、撮像対象２８中の関心領域（ＲＯＩ）４０が診断用撮像システム２０用の座標系１００（図２）の中に十分に配置されうるよう、Ｘ線サブシステム２２の構成要素、対象支持部３０、及び対象２８の位置が既知であるか幾何学的な関係を通じて決定可能であるよう、撮像対象２８及び対象検出器３８に対して位置決めされうる。座標系１００は、図１中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸によって撮像システム２０の実空間中に概略的に表わされる。或いは、適切な２次元座標系が使用されうる。

Ｘ線管３６は、一体の又は別個の高圧電源を有する固定又は回転アノードＸ線管を支持する筐体を含む。Ｘ線検出器３８は、例えば、従来技術で知られているようにフラットパネル受像部を支持する筐体を含む。フラットパネル受像部は、固体検出器結晶、又はＸ線エネルギーを電気信号へ変換するアモルファスシリコン結晶等のセンサ配列で積層されたガラス等の平坦な基板を含みうる。すなわち、固体検出器結晶又はセンサは、Ｘ線エネルギーの光子が当たったときは電位を発する。電位の大きさは、Ｘ線ビームの強度に関連する。電気信号は、行／列マトリックスから読み出され、その後にディジタルデータへ変換されうる。データは次に、本発明の他の特徴及び原理に従って使用されるよう、また適切な画像を表示するよう、制御コンソール２６中で処理されうる。

アモルファスシリコンのフラットパネル受像部は、寸法及び重量に関してコンパクトであり、従来の画像増倍管を置き換え、従ってＸ線検出器３８の寸法を減少させる。更に、フラットパネル受像部は、矩形の画像を与え、従来の画像増倍管に共通の画像のひずみを除去し、受像部のフラットパネルに亘って一定の画質を与え、それにより従来の画像増倍管に一般的に必要なパンニングの量を最小化する。フラットパネル受像部は、任意の適当な寸法でありえ、システムはより大きいフラットパネル受像部を組み込むために容易にアップグレードされうることが認識されるべきである。この実施例では、フラットパネル検出器は様々な利点を有するものであると理解されるべきであるが、従来の画像増倍管は、本発明の原理に従った面に従って使用されるべきである。

位置センサ４４ａは、Ｘ線サブシステム２２を通じて動作可能に配置され、Ｘ線サブシステムの構成要素の位置が座標系１００内で正確に決定されうるよう制御コンソール２６と適切に通信する。位置アクチュエータ４６ａは、Ｘ線サブシステム２２の構成要素を制御可能に動かすよう、またサブシステムの構成要素を操作者によって命令されるように、または制御コンソール２６から受信された自動化された命令により、サブシステムの構成要素を位置決めするよう、制御コンソール２６に動作可能に接続される。様々な既知の可動構成要素を位置決めするモードがアクチュエータのために考えられ、例えばモータ、手動又はソレノイド駆動インターロック、及び／又は位置決めスイッチが、基部部材３４、Ｘ線支持部３２、源３６、検出器３８、及び柱部材４２を含むＸ線診断サブシステムの様々な構成要素の動きを制御又は制限するのに使用されうる。位置センサ４４ａは、対象２８の関心領域４０を診断用撮像システム２０の座標系１００に適切に配置するようＸ線サブシステム構成要素の位置を照合又は確認しうる。

制御コンソール２６で作動されると、診断用撮像システム２０、及び特にＸ線源３６の照射は、連続的であるかパルス化されうる。パルス化されたモードでは、ＣＩＮＥ、Ｓｐｏｔ ｆｉｌｍ、及びＤＳＡ等の放射線手順が実行されえ、それにより放射線画像表現を発生する。Ｘ線源３６は、従来のグリッド制御回路又はパルスフルオロ高圧電源を用いてパルス化モードではゲートオン及びオフされうる。

核カメラサブシステム２４は、平面核ガンマ光線検出器又は単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）システムでありうる。核検出器は、対象２８から発せられる放射線を受信し、それを示す出力信号を生成するカメラヘッド５０を含む。従来技術のとおり、カメラヘッド５０は、診断画像を生成するのに有用な信号を直接与えるようカドミウム亜鉛テルライド（ＣＺＴ）の固体検出器結晶から構成されうる検出器組立体５１を含む。或いは、検出器組立体５１は、入射放射線に応じて閃光又はシンチレーションを与えるシンチレーション結晶を含みうる。シンチレーション結晶を用いる検出器組立体について、光増倍管の配列は各シンチレーション事象を検出する。固体検出器又は光増倍管は、各受信した放射線事象又はシンチレーションの位置、そのエネルギー、及び他の特性を確かめ、それらを示す出力信号を生成する位置決定回路に接続される。

検出器組立体５１内の結晶領域は、平面結晶組立体であってもよく、４０ｃｍ×４０ｃｍの寸法を有する。結晶は、１４０ｋｅＶで４．０ｍｍの固有分解能を有する。ピンホール・コリメータ５６は、カメラヘッド５０に取り付けられる。ピンホール・コリメータ５６は、鉛から構成され、直径約２．０の開口５８を有し、ピンホール・コリメータの受入角は５３°である。開口５８から検出器組立体５１の結晶の表面までの距離は、４０．０ｃｍである。対象２８の中の１０ｃｍのところ（心臓撮像には十分な距離である）に位置する平面を撮像するためにピンホール・コリメータ５６及びカメラヘッド５０のためにこれらの仕様を用いると、倍率は４である。視野は、直径約１０．０ｃｍであり、分解能は２．７ｍｍである。心臓領域は、直径約７ｃｍであり、プラークは通常は冠状動脈の最初の数センチメートルのところに見つかる。従って、以下詳述するように、この関心領域４０に亘るピンホール・コリメータ及びカメラヘッド組立体の正確且つ精密な目標設定は、心臓血管内のプラークの位置確認、識別、及び特徴付けのために単一の撮像イベントのみを必要とする。この正確な目標設定は、撮像取得及び撮像プロトコルを改善する。

制御コンソール２６中の画像処理及び再構成回路は、カメラヘッド５０の出力信号を処理し、信号を検査中に画像表現へと与える。この画像表現は、ビデオモニタ上に表示されてもよく、コンピュータメモリ中に格納されてもよく、後の呼び出しのためにテープ又はディスク上に格納され、更に処理される等されうる。

カメラヘッド支持部５２は、カメラヘッド５０を支持する。支持部５２は、カメラヘッド５０を座標系中で定義可能な所望の軸に沿って位置決めすることができ、これを座標系１００によって表わされる空間内で動かすことができる伸縮式の構成要素及び他の結合部材を含むよう適合されうる。カメラ基部構造５４は、床に沿って制御可能に可動であってもよく、ガントリ５２を支持する。

位置センサ４４ｂは、核カメラサブシステム２４を通して動作可能に配置され、システム構成要素の位置が座標系１００内で正確に決定されうるよう制御コンソール２６と適切に通信可能である。位置アクチュエータ４６ｂは、核カメラサブシステム２４の構成要素を制御可能に動かすよう、また操作者によって、又は制御コンソール２６から受信した自動的な命令によってサブシステムの構成要素を位置決めするよう動作可能に接続される。可動構成要素を位置決めするための様々な既知のモードは、アクチュエータに対して考えられ、例えばモータ、手動又はソレノイド駆動インターロック、及び／又は位置決めスイッチが、基部部材５４、支持部５２、カメラヘッド５０、コリメータ開口５８、及び柱部材支持体５２の様々な構成要素の動きを制御又は制限するのに使用されうる。位置センサ４４ｂは、診断用撮像システム２０の座標系１００内で対象２８の関心領域４０を目標設定し適切に撮像するよう核カメラサブシステムの構成要素が正しく位置決めすることを照合又は確認しうる。

撮像システムの制御コンソール２６は、サブシステム２２、２４の動作を調整する。図示の構成要素及びシステム中のすべての制御及び撮像処理機能は、適切なプロセッサ６０、メモリ及び記憶装置、入力、出力、及びデータ通信機能等の構成要素システムの動作可能な補足物を有する既知のコンピュータベースのシステムによって実行されうる。

操作者インタフェース９０は、キーボード６２、タッチスクリーンモニタ６４、マウス６６、ジョイスティック（図示せず）、トラックボール６８、並びに、撮像システムを制御し、モニタ６４上に表示される画像中で関心領域４０の位置確認を行うための操作者命令を与えるよう、他の入力機器又は装置等の制御コンソール２６と適切に通信する入力及び出力装置を含む。

ここで図２を参照するに、診断用撮像システム２０のブロック図は、本発明の原理による制御コンソール２６内で実行される機能がより詳細に示されている。Ｘ線サブシステム２２は、Ｘ線位置決定及び制御機能１０２に動作上接続されているそれに関連づけられた位置センサ４４ａ及びアクチュエータ４６ａに接続される。Ｘ線位置決定及び制御部１０２は、位置センサ情報を受信し、撮像システム座標系１００とデータ通信する。位置センサ情報と座標系の組合せは、Ｘ線サブシステム２２の構成要素を座標系１００内で、また診断用撮像システムの他の構成要素及び対象２８に対して位置決定するのに用いられる。制御部１０２は、Ｘ線サブシステム２２の構成要素を位置決めするよう、アクチュエータ４６ａに制御可能に接続され、アクチュエータ４６ａに制御信号を与える。

核カメラサブシステム２４は、核カメラ位置決定及び制御機能１０４に動作上接続されたそれに関連づけられた位置センサ４４ｂ及びアクチュエータ４６ｂに接続される。核カメラ位置決定及び制御部１０４は、位置センサ情報を受信し、撮像システム座標系１００とデータ通信する。位置センサ情報と座標系１００の組合せは、核カメラサブシステム２４の構成要素を座標系１００内で、また診断用撮像システム２０の他の構成要素及び対象２８に対して位置決定するのに用いられる。制御部１０４は、核カメラサブシステム２４の構成要素を位置決めするよう、アクチュエータ４６ｂに制御可能に接続され、アクチュエータ４６ｂに制御信号を与える。

座標系１００は、位置センサ信号、構成要素と対象２８の間の既知の幾何学的関係、並びに、制御コンソール入力装置を通じた操作者入力に応じて、撮像システム２０の構成要素間の位置的関係を表わすための枠組みを与える。例えば、操作者は、モニタ６４上に表示されたＸ線画像上の対象２８の選択されたＲＯＩ４０を強調するようタッチスクリーンモニタ６４を使用しうる。いったんＲＯＩ４０が操作者によって識別されると、座標系は、座標系によって表わされ定義される検査空間内で対象２８内のＲＯＩの実際の座標を与える。Ｘ線画像上で操作者によって識別されマークされたＲＯＩの位置は、核カメラヘッド５０が、手動で、又は核カメラ位置決定及び制御１０４及びアクチュエータ４６ｂのいずれかでＲＯＩ４０において正確に配置されたピンホール開口５８を有しうる。実際は、座標系１００は、実際は、座標系１００は、位置アクチュエータ４６ｂへ制御信号を与えるために、又は、対象２８内で撮像されるべき実際の関心対象４０におけるピンホール・コリメータ５６の開口５８を操作者が手動で位置決定するのを支援するために使用されうる、撮像システム２０の実空間内の目標設定座標を決定するのに使用される。

座標系１００は、制御コンソール２６又は操作者が構成要素の動きを監視及び制御しうるよう、画成された体積空間内又は有利に向けられた平面２次元座標系内の撮像システム構成要素の位置的関係を定義することが可能な３次元システムでありうる。いずれの座標系も、モニタ６４上の画像を用いて操作者によって手動で又は自動的に調整又は位置合わせされえ、また、モニタ上及び画像内で可視のマーカ又は規準を含みうる。平面座標系の向きは、有利には、撮像処理中に特定の向きにあるときに、特定の対象又はＲＯＩを撮像するのに有利な所望の参照システムを与えるよう有利に選択されうる。座標平面は、異なった撮像平面及び対象の向きに対して有利に適合されうる。

簡単に図３を参照するに、本発明の面を適用する実施例とともに使用される２次元平面座標系の１つの可能な実施に適合された対象支持部３０の例が示されている。対象２８は、支持部３０の中に埋め込まれた参照マーカ１２０を有する支持部３０上で撮像される。参照マーカ１２０は、結果として得られる画像データ又は画像中でサブシステム２２、２４のうちの少なくとも１つによって検出可能な公知の材料から構成される。参照マーカ１２０は、システム座標系１００内でＲＯＩ４０を撮像システム２０の構成要素に対して正確に配置するよう十分な数の参照マークが与えられるよう、多数の形態のうちのいずれのかたちであってもよい。システム構成要素と位置センサ入力の間の公知の幾何学的関係がこの例で使用されうること考える。ＲＯＩ４０のこの正確な位置は、ＲＯＩ４０を本発明の原理に従ってうまく撮像するよう、核カメラ５０の所望の目標設定された配置へ情報を与えることとなる。参照マーカ１２０は、座標系１００内でＲＯＩを特に配置するのに使用されうる有利な角度及び／又は間隔の一組の軸、デカルト格子構造、又は任意の適切な関係的なマークの組合せである。

図２を参照するに、Ｘ線撮像サブシステム２２は、検査領域内で対象２８に対してＸ線サブシステム２２を動作させることによって発生した画像データを、人間が読み取り可能な形での表示に適した画像を発生するよう、すべての必要な画像処理、通信、及び記憶機能を与えるＸ線画像データ処理及び再構成機能１０６へ与える。例えば、対象の一部の画像は、操作者インタフェース９０のモニタ６４上で見ることができるものでありうる。処理及び再構成機能１０６はまた、本発明の他の機能的な面に従って使用されるべき処理された情報を与える。Ｘ線画像データ処理及び再構成機能１０６は、操作者インタフェース９０及び関心領域（ＲＯＩ）位置決定機能１０８に動作上接続される。

ＲＯＩ位置決定機能１０８はまた、座標系１００及び操作者インタフェース９０に動作的に接続される。ＲＯＩ決定機能１０８は、核カメラシステム２４で対象２８内のＲＯＩ４０の画像を目標設定及び取得するために核カメラ５０を正しく位置決めするよう実空間内でＲＯＩ４０の正しい座標を決定するよう、座標系１００と、撮像システム２０の構成要素に関する位置情報、Ｘ線サブシステム２２からの画像情報、及び、操作者によって又は自動化されたＲＯＩ識別及び位置（以下、データベースに対する比較に関して説明する）によって与えられたＲＯＩ４０識別入力を用いる。ＲＯＩ位置決定機能１０８は、ＲＯＩ４０に対する決定された座標がアクチュエータ４６ｂを用いた核カメラシステム２４の自動位置決めのためのコマンドの発生のために制御部１０４へ与えられるときは、核カメラ位置決定及び制御部１０４に更に接続される。

核カメラサブシステム２４は、検査領域内の対象２８から受信した放射線に応じて検出器から放出データを受信したことによって発生される画像データを、例えば操作者インタフェース９０のモニタ６４上に人間が読み取り可能な形で表示されるのに適した画像を発生するよう、すべての必要な画像処理、通信、及び機構機能を提供する、核カメラデータ処理及び再構成機能１１０へ与える。核カメラ画像データ処理及び再構成機能１１０は、操作者インタフェース９０及び関心領域（ＲＯＩ）位置決定機能１０８に動作上接続される。処理及び再構成機能１１０はまた、本発明の他の機能的な面に従って使用されるべき処理された情報を与える。例えば、データは、ＲＯＩ４０の核画像がＲＯＩ決定機能１０８において以前に決定されたようにＲＯＩ４０の座標と比較されうるよう、核カメラによって撮像される領域の座標の照合を容易とする形式である。

制御コンソール２６に含まれうる機能の他の実施例では、ＲＯＩ比較データベース１１２は、ＲＯＩ位置決定機能１０８とデータ通信する。データベース１１２は、例えば心臓１１４である、サブシステム２２、２４によって撮像されるべき特定の器官の代表画像を記憶する。心臓の記憶された画像には、対象２８内の所望の関心領域である心臓の特定の位置の相対位置が関連づけられる。例えば、記憶された心臓画像データは、冠状動脈の領域（約５ｃｍ×１０ｃｍの領域）の心臓画像の残る部分に対する相対位置情報を含む。この例では、冠状動脈が目標設定され、なぜならば、これはＣＨＤを示す不安定プラークが最初に現れる領域のうちの１つだからである。呼び出された記憶画像及び比較データベース１１２からの対応する関心領域は、ＲＯＩ決定機能１０８中で対象の実際のＸ線画像と位置合わせされうる。位置合わせは、公知のリジッド位置合わせ（rigid registration）又は非リジッド位置合わせ（non-rigid registration）技術を用いて自動的に又は手動で行われうる。いったん実際の画像と参照画像が位置合わせされると、参照画像中で定義されたＲＯＩの座標は、診断用撮像システム２０中で検査されるべき対象についてのＲＯＩ４０の位置を決定するよう、実際の画像と組み合わされる。従って、ピンホール・コリメータとの使用のために心臓の一部（ＲＯＩ）を特に目標設定することは、（i）対象内及び座標系内で心臓の位置確認をすること、（ii）操作者入力又は比較データベース１１２を用いて座標系内で撮像されるべき心臓のより小さい部分を同様に位置決定及び識別することを必要とする。特定の診断手順に従って、心臓以外の器官又は対象及び特定の目標領域の特徴は、関心領域として選択されることが考えられる。

上述の装置の動作に関して、組み合わされた核医療及びＸ線撮像サブシステムを有する診断システムを用いた本発明の原理を示す方法が開示される。上述のように、従来のＳＰＥＣＴ撮像を用いたプラーク検出の主な困難性は、プラークを位置確認し特徴づけるためのカウント取得統計量が乏しいことである。例えば、画素サイズ０．６４ｃｍであり、以下のパラメータ（i）心筋血流取込み〜１μＣｉ／ｍｌ、（ii）プラーク取込み〜０．２５μＣｉ／ｍｌ、（iii）プラーク寸法0.2ｍｍ厚、5.0ｍｍ長、周囲20ｍｍ、及び（iv）体積空間中でのプラーク取込み対背景比（ＰＢＲ）100:1を有する。これらの条件下で、ボクセル当たりの全プラーク取込みは、塩化第一タリウム²⁰¹Ｔ１を用いた従来の心臓血流スキャンよりも約４０倍少ない。上述のように、スキャンデータ取得時間に関するこの結果は、臨床上実用的な用途には許容可能でない。

多くの場合、投影されたプラーク厚は、核カメラとともに上述のピンホール・コリメータを用いることに関連する倍率により１binよりも大きくなる。従って、必要なカウントはより低くなる。適切なプラーク検出の可能性は、（i）プラーク対背景比、及び（ii）ピンホール・コリメータのパラメータを有する核カメラの感度によって影響を受けると決められている。適切な例では、上述の従来のスキャンパラメータに加えて本発明の原理を適用するための撮像システムの更なるパラメータは、（i）胸郭体積寸法が〜４００ｍｍであり、（ii）平面画像のbinサイズ及び画素サイズ、並びに、対象体積のボクセルサイズが〜2.5ｍｍであり、（iii）ピンホール開口からＲＯＩまでの距離が〜100ｍｍであることを含む。プラークが血管の内面全体を覆う場合、平面画像上のプラーク投影の厚さは、１２bin程度の高さでありえ、プラーク対背景比は1.15程度の高さでありうる。血管内でプラークが覆う範囲のより慎重な決定では、プラーク対背景比1.10が使用され、プラーク投影厚が４binであるとき、プラークが可視となるための画素当たりのカウントは、４−８ＣＰＰ程度に低いものでありうる。正確に目標設定されたピンホール核カメラシステムは、１画素当たり４カウントでこのプラーク対背景比の下で、2.7ｍｍのシステム解像度で、約４８分の臨床的に許容可能な時間で、統計的に有意な画像を与えうる。開口の寸法を2.0ｍｍから2.4ｍｍに増加させることにより、システム解像度は3.0ｍｍへ低下され、画素当たり４カウントを有する臨床上有用な診断画像は約３３分間で取得されうる。スキャン時間の更なる減少は、平面画像マトリックスを１２８スクエアから６４スクエアへ潰すことによってなされうる。これにより、プラーク検出器に適した平面画像に対しては約４分乃至約１０分だけ取得時間が減少することとなる。しかしながら、画像マトリックスを潰すことは、解像度を約５ｍｍ低下させることとなる。

ここで、本発明の原理による方法を説明し、上述のパラメータを適用すると、対象２８はＸ線サブシステム２２の検査領域中の支持部３０上に配置され、位置センサ４４ａ及び４４ｂは、関連のある構成要素位置情報信号を、Ｘ線位置決定及び制御部１０４と、核カメラ位置決定及び制御部１０４とへ与える。Ｘ線サブシステム２２及び核カメラサブシステム２４の構成要素の関連のある位置座標は、この位置情報及び座標系１００からのデータから決定される。Ｘ線サブシステム２２についての構成要素位置座標は、ＲＯＩ位置決定機能１０８へ与えられる。操作者は、検出器３８からの画像データを発生するようＸ線サブシステム２２を作動させる。画像データは、Ｘ線画像データ処理及び再構成機能１０６へ与えられる。画像データは、既知の方法で処理され、画像は、操作者インタフェースのモニタ６４へ与えられ、適切なデータはまたＲＯＩ位置決定機能１０８へ与えられる。Ｘ線サブシステムは、機能画像の関心領域に対応する解剖学的な関心領域を識別するよう、解剖学的画像データを与える。より特定的には、この例では、Ｘ線は、核ガンマカメラ５０で平面撮像されるべき心臓ＲＯＩの位置を確認する。

本発明の原理による方法を適用する撮像システムの１つの実施では、操作者は、モニタ６４上でＸ線画像を見る。ＲＯＩ位置決定機能１０８は、モニタ上で可視の画像の座標を撮像システム座標系１００と相関させる。画像を見て、操作者は、可視のＲＯＩ４０を選択的及び特定的に識別し目標設定し、それにより当該特定の位置を入力するために、いずれの入力装置又は手段を用いてもよい。或いは、制御コンソール２６は、上述のＲＯＩ比較データベース１１２を用いてＲＯＩ４０を自動的に決定してもよい。いったんＲＯＩが決定されると、ＲＯＩ位置決定機能１０８は、操作者によって識別された位置に応じた目標設定されたＲＯＩ４０の座標を画像から核カメラ位置検出及び制御部１０４へ与える。核カメラ位置決定及び制御１０８は、識別されたＲＯＩ４０に亘ってピンホール・コリメータ５６の開口５８を正確に位置決めするよう、アクチュエータ４６ｂへ制御信号を与える。

或いは、核カメラ検出器ヘッド５０は手動で位置決めされてもよく、位置センサ４４ｂは位置決定及び制御機能１０４へ位置情報を与え、位置決定及び制御機能１０４は、ＯＩＲ位置決定及び操作者インタフェースへカメラヘッド５０の位置情報を与える。カメラヘッド５０及び開口５８の位置は、平面核画像を取得するために核撮像システムがＲＯＩ４０に配置されているときを操作者が視覚的に確認するよう、モニタ上に視覚的に表わされうる。

適当な時間において、核医療画像が取得されるよう、対象２８内に放射性医薬品が導入される。本発明の装置及び方法を用いて、心臓用途のための従来の放射性医薬品は、核カメラ及びピンホール・コリメータのための上述のパラメータに従った有利な解像度及び感度を、ＲＯＩの位置確認をするよう解剖学的画像及び座標系を用いることによって与えられる核カメラの正確な目標設置と組み合わせて、心臓用の従来の放射性医薬品が使用されうる。

また、隣接する通常組織に対して、プラーク堆積物、特に不安定プラークに対してより高まった結合特異性を有する放射性医薬品が、本発明の原理によって使用されうることが考えられる。試薬の適切なクラスについては、個々に完全に参照として組み入れられる、ツィミカス（Tsimikas）外に対して発行された”Method and Reagents for Non-Invasive Imaging of Atherosclerotic
Plaque”なる名称の米国特許第６，３７５，９２５号明細書に完全に記載されている。

本発明による原理を適用するシステムの他の実施例では、対象支持部３０は、対象位置決め組立体及び支持構造として作用する。支持部３０はまた、対象２８の長さに亘って１つ又はそれ以上の所望の位置において対象撮像情報を取得するよう、撮像サブシステム２２及び２４の動作に対して、対象２８の動きを調整するよう、撮像システム制御コンソール２６によって可動に制御される。支持部３０は、画像データ取得に対して所望であるか適しているように、撮像サブシステム２２及び２４の夫々の検査領域を通り対象の長手方向に延びることが可能である。この実施例では、支持部３０は、ＲＯＩ４０を決定するのに使用されるよう解剖学的構造を取得するためにＸ線サブシステム２２の検査領域中で対象を位置決めするよう動かされうる。いったんＸ線画像が取得されると、ＲＯＩは上述のように決定される。対象は、支持部３０を動かすことにより核カメラ５０の下で位置決めされうる。支持部３０は、適切な位置センサ３１及び位置アクチュエータ３３を有し、制御コンソールは、本発明の位置決め特徴を行うよう他の制御コンソール機能に適切に接続された適切な対象支持位置決め及び制御機能１１６を含みうる。

図４を参照するに、本発明の原理による面を含む診断用撮像システム２２０の他の実施例が示されている。システムは、Ｘ線サブシステム２２２、核サブシステム２２４、及び制御コンソール２２６を含み、すべては上述の実施例の対応する要素について上述したのと同じ機能を有する。装置のこの実施例は、スタンド２３０、Ｘ線サブシステム構成要素支持部２３２、及び、支持アーム２３６を介してスタンドに接続され、撮像されるべき対象を担持する役割を果たす対象支持部２３４を含む。この場合は、構成要素支持部２３４はＣアームによって形成され、撮像構成要素は、Ｃアームに取り付けられたＸ線源２３０及びＸ線検出器（この図には図示せず）によって形成される。Ｃアームは、長手方向（キャリッジ上の矢印によって示す）によって変位可能なキャリッジ２４０に取り付けられる。Ｘ線間及びＸ線画像検出器は、撮像されるべき対象２２８が、特定のＲＯＩの位置確認及び目標設定のために本発明の原理を満たすよう、所望の方向で、所望の位置から照射されうるよう、調整されうる。

支持アーム２３６は、スタンド２３０に接続されたピボット２４２の周りに回転可能である。対象支持部２３４はまた、破線で示すように、旋回して移動された位置で示されている。ロック手段（図示せず）は、ピボット２４２の周りに旋回して移動された支持部２３４の位置をロックするために設けられてもよく、それにより対象の核撮像中にＲＯＩを目標設定するよう座標系内の既知の位置でロックされたままである。両方のサブシステム位置にある支持部２３４の位置は、座標系１００で知られており、核画像に対するＲＯＩの正確な目標設定は、上述と同様に行われる。

図５Ａ及び図５Ｂを参照するに、本発明の原理に適用可能な装置の他の実施例が示されている。共通の要素、又は上述の要素と同様の機能を有する要素は、同様の参照符号で示されている。Ｘ線管３６は、位置決め可能な支持部材３９に固定される。カメラヘッド５０は、同じ支持部材３９に取り付けられている。支持部材３０は、可動基部（図示せず）に続いて結合される伸縮自在な支持部材４２に取り付けられる。位置センサ４４は、Ｘ線源３６及びカメラヘッド５０の位置を示す信号を制御コンソール２６へ与えるよう様々な支持構造の適切な位置に動作上結合されている。位置アクチュエータ４６は、本発明の原理により、関心領域４０をＸ線システムで適切に識別するとともに、関心領域の所望の画像を取得するよう核カメラヘッドを正確に目標設定するよう、矢印によって示されているように、Ｘ線源３６及び核カメラ検出器５０を位置決めするよう制御コンソールに制御可能に接続される。実際は、図５Ａ及び図５Ｂに示す実施例は、Ｘ線源及び核カメラの両方のための、制御コンソールによって制御された、共通の支持構造を含む。

本発明の特定の特徴について図示の実施例のうちの１つのみに関して説明したが、かかる特徴は、任意の所与の特定の用途に対して所望且つ有利であるように、他の実施例の１つ又はそれ以上の他の特徴と組み合わされうる。本発明の上述の実施例から、当業者は、改善、変化、及び変更を認めるであろう。かかる改善、変化、及び変更は、添付の特許請求の範囲によって網羅されることが意図される。

本発明の原理による特徴を図示する撮像システムを概略的に示す図である。 本発明の原理による診断用撮像システムの面を示す撮像システムのブロック図である。 本発明の原理に適用可能な患者支持部を概略的に示す図である。 本発明の原理による診断用撮像システムの他の実施例を概略的に示す図である。 本発明の原理を適用した装置の他の実施例を概略的に示す図である。 本発明の原理を適用した装置の他の実施例を概略的に示す図である。

Claims (19)

1. 診断用撮像システムであって、前記システムは、
   前記撮像システムを制御し、操作者とインタフェースし、画像を生成するコンピュータワークステーションと、
   前記コンピュータワークステーションとデータ通信し、前記診断用撮像システムにおける相対的な位置を表わすよう適合された座標系と、
   前記座標系で表わされうる対象支持部と、
   前記対象支持部の周りで位置決め可能なＸ線サブシステムと、
   前記Ｘ線サブシステム及びワークステーションに動作上接続され、前記座標系内の前記Ｘ線サブシステムの構成要素の位置を示す信号を前記ワークステーションに与える位置センサと、
   前記対象支持部の周りで位置決め可能な核カメラサブシステムと、
   前記核カメラサブシステム及びワークステーションに動作上接続され、前記座標系内の前記核カメラサブシステムの構成要素の位置を示す信号を前記ワークステーションに与える位置センサと、
   前記Ｘ線サブシステムによって生成された画像から関連する撮像対象中の関心領域の前記撮像座標系内の位置を決定する手段と、
   前記関心領域において画像を正確に取得するよう核カメラサブシステムの目標設定を行う手段とを有する、診断用撮像システム。
2. 前記座標系は、選択された平面上で撮像システム中の構成要素の相対的な位置を表わす２次元系である、請求項１記載の撮像用診断システム。
3. 前記座標系は、前記撮像システムに関連づけられる体積内の構成要素の相対位置を表わ３次元系である、請求項１記載の撮像用診断システム。
4. 前記Ｘ線サブシステムは、Ｘ線源及びＸ線検出器を含み、前記核カメラサブシステムは核カメラ検出器ヘッドを含み、前記診断用撮像システムはガントリを含み、前記ガントリは位置決め支持構造を与え、前記支持構造は前記Ｘ線源及び核カメラ検出器ヘッドの両方を共通に支持及び位置決めする、請求項１記載の撮像用診断システム。
5. 参照画像を有する関心領域比較データベースと、
   前記生成された画像を前記比較データベースの参照画像と比較することにより前記撮像サブシステムの１つのサブシステムによって生成される画像中の関心領域を決定する手段とを含む、請求項１記載の撮像用診断システム。
6. 前記核カメラサブシステムは、
   平面ガンマカメラヘッドと、
   ピンホール・コリメータとを含む、請求項１記載の撮像用診断システム。
7. 前記Ｘ線サブシステム及び核カメラサブシステムの構成要素を位置決めする手段を含み、前記位置決めする手段は前記ワークステーションに制御可能に接続される、請求項１記載の撮像用診断システム。
8. 対象内の関心領域を目標設定及び撮像する方法であって、
   対象を撮像するために第１の撮像モダリティを位置決めする段階と、
   前記第１の撮像モダリティから前記対象の画像データを発生する段階と、
   前記第１の撮像モダリティからの前記画像データを評価する段階と、
   前記評価されたデータから前記撮像された対象中の関心領域を識別する段階と、
   前記第１の画像データから座標系の中の関心領域の位置を決定する段階と、
   前記関心領域の前記決定された位置を用いて前記関心領域を正確に目標設定するよう第２の撮像モダリティを位置決めする段階とを有する、方法。
9. 前記第２の撮像モダリティで前記関心領域から発せられる放射線を検出する段階と、
   前記検出された放射線を示す信号を与える段階と、
   前記関心領域の前記検出された放射線を示す信号から画像を発生する段階とを有する、
   請求項８記載の対象中の関心領域を目標設定及び撮像する方法。
10. 前記撮像される対象中で関心領域を識別する段階は、前記第１のモダリティからの画像データをデータベース中に格納された参照画像と比較する段階を含む、
    請求項８記載の対象中の関心領域を目標設定及び撮像する方法。
11. 前記関心領域において第２の撮像モダリティを位置決めする段階は自動的に制御される、
    請求項８記載の対象中の関心領域を目標設定及び撮像する方法。
12. 前記第１の画像データから座標系の中の関心領域の位置を決定する段階は、撮像システムの体積に関連する構成要素を表わす３次元座標系中で関心領域の位置を確認することを含む、
    請求項８記載の対象中の関心領域を目標設定及び撮像する方法。
13. 診断用撮像システムであって、
    前記撮像システムを制御し、操作者とインタフェースし、画像を発生するコンピュータワークステーションと、
    前記コンピュータワークステーションとデータ通信し、前記診断用撮像システム中の構成要素の相対位置を表わすよう適合された座標系と、
    前記座標系で表わされることが可能であり、前記座標系内で位置決めされることが可能であるよう参照マーカを含む、対象支持部と、
    前記対象支持部の周りで位置決め可能なＸ線サブシステムと、
    カメラヘッドを含み、前記対象支持部の周りで位置決め可能な核カメラサブシステムと、
    前記座標系内で前記Ｘ線サブシステムの構成要素の位置を位置確認する手段と、
    前記座標系内で前記核カメラサブシステムの構成要素の位置を位置確認する手段と、
    前記対象支持部の参照マーカに対して関心領域を位置確認する手段と、
    前記関心領域に前記核カメラヘッドを正確に目標設定する手段とを有する、診断用撮像システム。
14. 診断用撮像システムであって、
    対象を撮像するために第１の撮像モダリティを位置決めする段階と、
    前記第１の撮像モダリティから前記対象の画像データを発生する段階と、
    前記第１の撮像モダリティからの前記画像データを評価する段階と、
    前記評価されたデータから前記撮像された対象中の関心領域を識別する段階と、
    前記第１の画像データから座標系の中の関心領域の位置を決定する段階と、
    前記関心領域の前記決定された位置を用いて前記関心領域に第２の撮像モダリティを位置決めする段階とを有する、撮像診断システム。
15. 前記撮像される対象中で関心領域を識別する手段は、前記第１のモダリティからの画像データをデータベース中に格納された参照画像と比較する手段を含む、請求項１４記載の撮像診断システム。
16. 前記関心領域に第２の撮像モダリティを位置決めする手段は、前記第２のモダリティの位置決めを自動的に制御することを含む、請求項１４記載の撮像診断システム。
17. 前記第１の画像データから座標系の中の前記関心領域の位置を決定する手段は、前記関心領域を前記撮像システムの体積関連構成要素を表わす３次元座標系の中で位置決定する手段を含む、請求項１４記載の撮像診断システム。
18. 前記第１の撮像モダリティはＸ線源及びＸ線検出器を含み、前記第２の撮像モダリティは核カメラ検出器を含み、前記撮像システムは、前記Ｘ線源及び核カメラ検出器ヘッドの両方を支持し位置決めするための位置的に共通の支持部材を含む、請求項１４記載の撮像診断システム。
19. 前記ピンホール・コリメータは、多穴ピンホール・コリメータである、請求項６記載の診断用撮像システム。

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