JP2006519032A - 光学的な画像化による動脈硬化症の特徴付け - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学的にアクセス可能な位置での血流、具体的には眼の血管中の血流の光学的画像化による、対象の血管系での動脈硬化症のレベルの特徴付け方法に関する。
生組織への十分な血液供給は、その正しい機能発揮のための根本に関わる必須のものである。しかしながら、この供給は、いくつかの急性及び慢性疾患、例えば、動脈硬化症又は糖尿病の結果としての機械的閉塞又は炎症によりしばしば減損する。血液供給の減損は局所的に又は全身的に組織に損傷を与えることができ、全身性の病状又は心臓、脳、眼などに特異的な病状を引き起こす。これらの疾患の多くは、特にその初期の段階において診断された場合には進行性であり、かつ、治療可能である。したがって、初期の検出は、これにより予防的治療が可能となるので、非常に望ましい。集団における病理学的血管変化の発生率が高いこと及びそれらのより遅い段階の結果が深刻であることは、初期の検出及び治療をより望ましいものとする。
(ii)それらは間接的である;
(iii)それらは侵襲性である;
(iv)それらは特定の管に限定される;及び
(v)それらは実施するために高価な機器及び/又は非常に養成された技術及び医療スタッフを必要とする。
したがって、本発明の好ましい実施態様によれば、血管又は接がっている血管中の血流の特徴の光学的な異常を観察することにより血管壁の特性の異常を検出するための方法及びシステムを提供する。血管壁の進行性の形態学的変化は血流に影響を与え、その時空的特徴を変化させ、最終的には血管の進行性の閉塞又は破裂に起因した病状を生じさせることが知られている。血流特徴での同じ変化を用いて、初期の段階でさえも血管壁の特性の変化を検出することができる。
で与えられる速度で血液が流動する同心円柱状の層状パターンである。そのような円柱状の対称性を有する方式で流動する顆粒状に分布した発色団を含む流動体の側面図は、血管壁から中心に向かって動いているときに速度が上記の式に従って増し、かつ、顆粒の移動の長くかつtendentiallyに平行なラインの規則正しいパターン、これは管の中心ラインに関してほぼ対称である、を生じる。他方、制限している壁の表面における隆起及び/又はくぼみがより不規則なパターンによって出現し、隆起又はくぼみがそれ自体円柱状の対称性を有しない場合には、最終的には血流パターンの円柱状の対称性が崩れることになる。血管の好ましい例において、硬化したプラーク及び閉塞は稀にそのようになる。より外側の流動ラインが壁のプロフィール並びにその隆起及び/又はくぼみに続き、これにより曲がった流動ラインが生じるゆえに、あるいは、局所的な乱れの出現が原因で、これが起こることができる。
(i)好ましくは赤血球の移動ラインの系又は均一であるが顆粒状に分布した任意の他の発色団を画像化することによる流動パターンを同定するステップ;
(ii)平滑で範囲が定められている壁の近くに生じる層状流動の長くかつ曲率の低い流動ラインの特徴からのそれらの偏差を評価するステップ;及び
(iii)前述の流動の特徴から流動体流動系の範囲を定めている壁の「状態」、具体的には、壁が平滑か荒いかを推測するステップ。
(i)対象の少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管を照明するための光源;
(ii)少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管中の移動赤血球の経時的な空間分布を示す複数の画像を取得するための画像化装置(imager);
(iii)経時的な空間分布を示す複数の画像から血管に沿った赤血球の流動パターンを決定する画像弁別器;
(iv)流動パターンを分析して対象の少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管に沿った赤血球の少なくとも1つの流動特徴を決定する流動分析器;及び
(v)少なくとも1つの流動特徴を利用して血管の内側表面の少なくとも1つの特性を決定する壁分析器
を含む、対象の血管分析用装置を提供する。
(i)動脈硬化性プラークが所定の光学特性を有するように動脈硬化性プラークを標識する生化学的標識が対象によって摂取された後に対象の少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管を照明するための光源;
(ii)対象の少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管の少なくとも1つの画像を取得するための光学的な画像化装置;
(iii)対象の少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管について取得した少なくとも1つの画像を利用して、標識された動脈硬化性プラークの所定の光学特性の量及び領域の位置を決定する画像処理装置;及び
(iv)対象の少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管壁中の動脈硬化沈着物の地図を作成するための地図作製装置
を含む、対象の血管分析用装置を提供する。
ここで特に図を詳細に参照するにあたり、示した具体的事項は、単なる例示であって、本発明の好ましい実施態様の例示的な論述の目的のためだけのものあり、かつ、本発明の原理及び概念的態様の説明を最も有用と考えられ、かつ容易に理解できるものを提供する目的のために提示されることを強調しておかなければならない。これに関し、図面と合わせた該説明により、本発明の種々の形態をどのように実際に具現化することができるかが当業者に明らかになるゆえ、本発明の根本的な理解が必要である以外には本発明の構成上の詳細をより詳細に示す試みはしなかった。
(a)画像化領域での血管中の明瞭かつ静止した画像を得るための画像化装置及び処理装置22a;
(b)画像間の変化を決定するための画像配列比較のための画像特徴弁別器22b;
(c)好ましくは画像間の変化を利用して画像化される血管中の赤血球の少なくとも1つのフロー特徴を決定するフローラインパラメーター化指定装置を含む、画像化領域での血管中の流動方式を特徴づけるための流動分析器22c;及び
(d)流動分析器から出力される流動特徴を利用して血管の内壁の特性、具体的には内壁の荒れを決定する壁分析器22d
などの特定の計算処理及び制御工程を行うための多数の内部モジュールを含むことが好ましい。
ステップ50.背景画像の撮影(照明なし);
ステップ52.対象領域を画像化するためのフラッシュ又はレーザー走査;
ステップ54.画像の保存;
ステップ56.好ましくは5〜200ミリ秒の範囲内の間隔、より好ましくは5〜40ミリ秒の範囲内の間隔で、m回(mは、明瞭な移動シグナルを得るのに必要なフラッシュ又はレーザー走査の数であり、約6〜8回のフラッシュ又は走査が好ましい)、ステップ52〜54を早く繰り返す;
ステップ58.m個の時系列画像が得られ、処理のために保存される。
ステップ60.図4に示されるデータ取得処理の出力で得られるm個の時系列画像について行われ、かつ、図4のステップ1からのデータを用いた、検出器のパターンノイズ人工物の除去;
ステップ62.測定中の眼の動きを除去するために行われる網膜上の血管パターンに従ったすべての画像の整列化;
ステップ64.網膜脈管構造の空間周波数よりも有意に低い空間周波数を有する情報を拒否するための画像処理、好ましくは画像の高域フィルタリング;
ステップ66.可能性のある照明人工物の除去;
ステップ68.時系列中の各枠をそれまでの枠であるいはすべての枠の平均超過時間で画素毎に割ること;
ステップ70〜71.「示差時系列(フロー映画)」の作成及びその表示;
ステップ72〜73.画像化された血管中の流動ラインを確定するための赤血球移動ライン(それらが見える場合)の手動選択又はコンピュータ支援(利用可能な動き検出アルゴリズムによる)選択;
ステップ74.工程66の後に得られる画像の1つからの「対象領域」(ROI)、すなわち、関連する血管要素の医師による手動による選択;
ステップ76.曲率、流動速度、流動密度などに関して得られる流管パターンのパラメーター化;
ステップ78.選択されたROIについて得られた流動パラメーターの組の保存;
ステップ80.異なる血管要素を選択するために、ユーザーにより所望されるできるだけ多い回数、工程74〜78を繰り返し、選択されたROIについて得られた流動パラメーターの組を別々に保存する;
ステップ82.決定される流動状況と予め計算処理されたルックアップ表又は流動体動力学モデルとの比較;
ステップ84.ROIでの血管壁の表面の特徴(荒れ);
ステップ86.既知の医療データ又は患者の履歴から編集されたルックアップ表から「動脈硬化指数」への表面の特徴の変換;
ステップ88.結果の表示及び医療記録としての保存。
ステップ90.経口摂取及び胃腸吸収のいずれかによる、より好ましくは直接注射による血流への外来マーカーの導入;
ステップ91.マーカーが網膜脈管構造中の動脈硬化沈着物に達するのを待つ;
ステップ92.好ましくは網膜脈管構造の蛍光/反射/吸収系画像を撮る;
ステップ94.画像の保存;
ステップ96.蛍光、反射、及び/又は吸収の量及び位置に関する画像の定量的評価;
ステップ98.好ましくは画像化された網膜脈管構造の動脈硬化の沈着物の地図を作成するためのステップ96で得られた定量的データの使用;
ステップ99.好ましくは画像化された網膜脈管構造でなされた診断の体の他の部分への外挿。
以下の図面と合わせて以下の詳細な説明から本発明はより十分に理解され、かつよく認識されるだろう。
Claims (44)
- 対象の少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管を光学的に画像化するステップ;
前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管中の赤血球の少なくとも1つの流動特徴を前記光学的な画像化から決定するステップ;及び
前記少なくとも1つの流動特徴を利用して前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管の内壁上の荒れを決定するステップを含む、
対象の血管分析方法。 - 前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管が、網膜の血管である、請求項1に記載の方法。
- 前記対象の前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管が、内部器官の組織中に位置する、請求項1に記載の方法。
- 前記組織が、食道組織、胃腸組織、脳組織、及び通路の内側表面から成る群から選択される、請求項3に記載の方法。
- 前記対象の血管の内壁上の荒れの存在を検出するステップが非侵襲的に行われる、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記光学的に画像化するステップが、前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管中の赤血球の少なくとも2つの経時的な画像を取得するステップを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記対象の別の血管の症状を確認するために前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な前記血管の内壁上の荒れの決定を利用するステップを更に含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な前記血管の内壁上の荒れが、前記対象での動脈硬化レベルを確認するために利用される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記赤血球の少なくとも1つの流動特徴が、前記赤血球の移動ラインの平均曲率、前記赤血球の移動ラインの円柱状対称性からの偏差、前記赤血球の移動ラインにおける局所的な乱れの空間密度、及び前記赤血球の移動ラインの全体的特徴からの局所的な偏差の少なくとも1つを含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- (i)変化しやすい第1の血圧を有する対象の少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管を光学的に画像化するステップ;
(ii)前記対象の前記血圧が第2の値に変化したときに前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管を再度光学的に画像化するステップ;
(iii)前記第1及び第2の血圧での前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管中の赤血球の少なくとも1つの流動特徴をステップ(i)及び(ii)の前記光学的な画像化から決定するステップ;及び
(iv)前記第1及び第2の血圧での前記少なくとも1つの流動特徴において得られた差を利用して前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管の内壁の荒れ指数を決定するステップ
を含む、対象の血管分析方法。 - 前記第1の血圧から前記第2の血圧への変化が、運動及び前記対象へ投与される薬物の少なくとも1つによって引き起こされる、請求項10に記載の方法。
- 前記第1の血圧から前記第2の血圧への変化が、前記対象の心拍の結果である、請求項10に記載の方法。
- 前記光学的に画像化するステップを前記被検体の心拍に同調させる工程を更に含む、請求項12に記載の方法。
- 前記同調が、前記対象の心拍サイクル及び血圧の少なくとも1つをモニタリングし、かつ前記モニタリングを用いて前記画像化のタイミングを制御することによって行われる、請求項13に記載の方法。
- 所定の光学特性を有するプラークのための生化学的標識を提供するステップ;
前記動脈硬化性プラークの少なくとも一部を前記生化学的標識で標識するステップ;及び
少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管を光学的に画像化して前記標識された動脈硬化性プラークを検出するステップ
を含む、対象の血管壁上の動脈硬化性プラークの検出方法。 - 前記対象の前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管が、網膜の血管、食道の血管、及び腸の血管の少なくとも1つである、請求項15に記載の方法。
- 前記生化学的標識の前記所定の光学特性が、蛍光、吸収、及び反射特性の少なくとも1つであり、かつ前記光学的画像化が、蛍光、吸収、及び反射画像化の少なくとも1つである、請求項15又は16に記載の方法。
- 前記生化学的標識が、抗体標識である、請求項15〜17のいずれか1項に記載の方法。
- 前記動脈硬化プラークのための生化学的放射性標識を提供するステップ;
前記動脈硬化プラークの少なくとも一部を前記生化学的放射性標識で標識するステップ;及び
前記被検体の前記血管の少なくとも1つをX線撮影で画像化して前記放射性標識された動脈硬化性プラークを検出するステップ
を含む、対象の血管壁上の動脈硬化性プラークの検出方法。 - 前記対象の前記血管の少なくとも1つが、光学的にアクセス可能ではない、請求項19に記載の方法。
- 前記生化学的標識が抗体標識である、請求項19又は20に記載の方法。
- (i)対象の少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管を照明するための光源;
(ii)前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管中の移動赤血球の経時的な空間分布を示す複数の画像を取得するための画像化装置(imager);
(iii)経時的な空間分布を示す前記複数の画像から前記血管に沿った赤血球の流動パターンを測定する画像弁別器;
(iv)前記流動パターンを分析して前記対象の前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管に沿った赤血球の少なくとも1つの流動特徴を決定する流動分析器;及び
(v)前記少なくとも1つの流動特徴を利用して前記血管の内側表面の少なくとも1つの特性を決定する壁分析器
を含む、対象の血管分析用装置。 - 前記血管の内側表面の前記少なくとも1つの特性が、前記血管の内側表面の荒れである、請求項22に記載の装置。
- 前記荒れを利用して前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管中の動脈硬化レベルを決定する動脈硬化指数決定器を更に含む、請求項22又は23に記載の装置。
- 前記動脈硬化指数決定器が前記荒れを利用して前記被検体の別の血管の動脈硬化症状を確認する、請求項24に記載の装置。
- 前記赤血球の前記少なくとも1つの流動特徴が、前記赤血球の移動ラインの平均曲率、前記赤血球の移動ラインの円柱状対称性からの偏差、前記赤血球の移動ラインにおける局所的な乱れの空間密度、及び前記赤血球の移動ラインの全体的特徴からの局所的な偏差の少なくとも1つも含む、請求項22〜25のいずれか1項に記載の装置。
- 前記画像化装置が、前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管の前記画像を限定された波長バンドで取得するような波長選択機を更に含む、請求項22〜27のいずれか1項に記載の装置。
- 前記波長選別機が、前記光源及び前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管の間の照明経路に位置している、請求項27に記載の装置。
- 前記波長選別機が、前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管及び前記画像化装置の間の画像化経路に位置している、請求項27に記載の装置。
- 前記限定された波長バンドが、2及び30ナノメートルの間である、請求項27〜29のいずれか1項に記載の装置。
- 前記対象画像化装置の前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管を照明するための前記光源が、1秒未満のパルス間隔を有するパルス源である、請求項22〜30のいずれか1項に記載の装置。
- 前記パルス間隔が、5及び200ミリ秒の間である、請求項31に記載の装置。
- 前記パルス間隔が、5及び40ミリ秒の間である、請求項31に記載の装置。
- 前記対象画像化装置の前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管を照明するための前記光源が、連続性光源であり、かつ前記画像化装置が所定の間隔で画像を取得する、請求項22〜30のいずれか1項に記載の装置。
- 前記対象の前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管が、網膜の血管である、請求項22〜33のいずれか1項に記載の装置。
- 前記対象の前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管が、内部器官の組織に位置している、請求項22〜33のいずれか1項に記載の装置。
- 前記組織が、食道組織、胃腸組織、脳組織、及び通路の内側表面から成る群から選択される、請求項36に記載の装置。
- (i)動脈硬化性プラークが所定の光学特性を有するように動脈硬化性プラークを標識する生化学的標識の対象による摂取後に、前記対象の少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管を照明するための光源;
(ii)前記対象の前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管の少なくとも1つの画像を取得するための光学的な画像化装置;
(iii)前記対象の前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管の前記取得した少なくとも1つの画像を利用して前記標識された動脈硬化性プラークの前記所定の光学特性の量及び領域の位置を決定する画像処理装置;及び
(iv)前記対象の前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管壁中の動脈硬化沈着物の地図を作成するための地図作製装置
を含む、対象の血管分析用装置。 - 前記生化学的標識の前記所定の光学特性が、蛍光、吸収、及び反射特性の少なくとも1つであり、かつ前記少なくとも1つの画像が、蛍光、吸収、及び反射画像の少なくとも1つである、請求項38に記載の装置。
- 前記対象の前記少なくとも1つの光学的にアクセス可能な血管壁中の動脈硬化沈着物の前記地図を利用して前記対象の別の血管の動脈硬化症状を確認する、請求項38又は39に記載の装置。
- 前記生化学的標識が、抗体標識である、請求項38〜40のいずれか1項に記載の装置。
- 動脈硬化性プラークのための所定の用量の生化学的放射性標識が前記対象によって摂取された後に前記対象を画像化するためのX線撮影機器;及び
前記X線撮影機器によって提供される少なくとも1つの画像を利用して前記生化学的放射性標識の位置を決定するプラーク位置取得装置を含み;
ここで、前記生化学的放射性標識の位置を利用して前記対象の少なくとも1つの血管壁上の動脈硬化性プラークの存在を決定する、対象の血管分析用装置。 - 前記対象の前記少なくとも1つの血管が、光学的にアクセス可能ではない、請求項42に記載の装置。
- 前記生化学的標識が、抗体標識である、請求項42又は43に記載の装置。
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