JP2007244865A - 身体部分における血管系の動脈および／または静脈の分離された３次元表示方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動脈のみまたは静脈のみを表示する血管の３次元データセットを作成する。
【解決手段】造影剤なしに身体部分（１）について断層撮影装置のマスク動作が実行され、造影剤を使用して身体部分について断層撮影装置の第１の注入動作が実行され、注入動作の第１の部分が血管造影の動脈相（５）中に、第２の部分が血管造影の静脈相（６）中に行なわれ、第２の注入動作は造影剤注入（９）に対して相対的に、第１の注入動作時に静脈相中に行なわれたのと同じ第２の注入動作の部分が第２の注入動作の動脈相（１０）中に行なわれる時点で実行され、第１の注入動作時のデータと第２の注入動作時のデータとが組み合わされて、第１、第２の注入動作の動脈相からのデータを含んだ第１のデータセットと第１、第２の注入動作の静脈相からのデータを含んだ第２のデータセットとが作成され、動脈血管系または静脈血管系の３次元表示データを含んだ最終データセットを得るために、第１、第２のデータセットから、マスク動作時のデータセットが減算される。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転式コンピュータ断層撮影装置による脊椎動物の身体部分における血管系の動脈および／または静脈の分離された３次元表示方法ならびにこの方法を実するための装置に関する。好ましくは、本発明はＣアーム血管撮影装置に適用される。

血管疾患およびその治療の分野における診断目的のために、身体部分における血管、特に動脈および静脈の外観および経過のできるだけ正確な３次元表示に対する要望が高まっている。重要な適用分野は、隣接する血管に対する局所的な対比のもとで動脈瘤頚を決定するための解析および最適表示を含む脳の動脈瘤検査である。血管撮影は動脈硬化による変化または誤形成を決定するために他の身体部分においても実施される。投影生データから一様な分解能にて３次元表示を再構成するコンピュータ支援回転血管撮影の導入により、診断学の分野における技術的突破に成功した。この場合に従来技術は次のＣアーム血管撮影装置である。すなわち、約２００°のアームにてＸ線源およびこれに対向して配置されたセンサが、患者の検査すべき身体部分の周りを回転させられ、その際に５０個から５００個の範囲にあるＸ線画像が撮影され、ディジタルにて記憶される。種々の投影角度から撮影された投影Ｘ線画像から、Ｘ線照射された身体部分の３次元モデルを算出することができる。しかしながら、従来の３Ｄ血管撮影によれば、動脈血管系および静脈血管系に基づく明快な分離が、撮影時間および造影剤伝搬の動特性のために十分に可能でない。

既に知られている３次元血管表示の場合には、いわゆるマスク動作および注入動作が撮影される。マスク動作の場合には、患者の身体部分または患者全身の周りにおけるＣアームの回転と、予め与えられた角度範囲にわたるＸ線画像の撮影とが行なわれる。その後、関心のある血管内への造影剤注入が行なわれ、再度のＣアーム回転時に一組のＸ線画像が撮影され、これらのＸ線画像はいわゆる注入動作を描出する。結果的にコントラスト強調された（すなわち造影剤を含んでいる）血管のみが見えるように、両画像列のモデルが互いに減算される。これらは、ここで３Ｄ再構成法により３次元データセットに再構成される。代替として、マスクおよび注入動作データが別々に再構成され、その結果生じる３次元データセットが互いに減算されてもよい。

従来技術による３Ｄ血管撮影方法は、一般に動脈血管系の部分も静脈血管系の部分も表示する３次元データセットをもたらす。現在の血管撮影システムの欠点の理由は、約５秒を有する断層撮影装置の回転時間が、２〜３秒しか続かない血管造影のいわゆる動脈相よりも明らかに長いことに求めることができる。その後に造影剤は毛管血管経路を介して静脈系へ移動するので、動脈相の経過後に血管造影の静脈相が現われる。この静脈相が断層撮影装置の回転の末期部分において撮影されるので、動脈および静脈からなる３次元の混合構造がもたらされる。

本発明の課題は、（所望通りに）動脈のみまたは静脈のみを表示する血管の３次元データセットを作成する手がかりを提供することにある。

この課題は、本発明によれば、独立の請求項１による動脈および／または静脈の分離された３次元表示方法ならびに独立の請求項１１による分離された３次元表示装置によって解決される。

本発明の有利な実施態様、観点および詳細は従属請求項、以下の説明および添付図面からもたらされる。

本発明は、１回よりも多い注入動作を実施し、これらの注入動作を造影剤注入に対して時間的に次のようにずらす、すなわち、３次元の再構成が可能であるように、検出された身体部分の全ての部分が少なくとも一度は血管造影の動脈相に描出されるようにずらすという考えに基いている。

したがって、第１の観点では、本発明は、回転コンピュータ断層撮影装置による脊椎動物の身体部分における血管系の動脈および／または静脈の分離された３次元表示方法において、
（ａ）造影剤なしに、検査すべき身体部分について断層撮影装置のマスク動作が実行され、
（ｂ）造影剤の使用のもとで、その身体部分について断層撮影装置の第１の注入動作が実行され、注入動作の第１の部分が血管造影の動脈相の期間内に行なわれ、第２の部分が血管造影の静脈相の期間内に行なわれ、
（ｃ）その身体部分について断層撮影装置の少なくとも１回の第２の注入動作が、他の造影剤注入に対して相対的に次の時点、すなわち第１の注入動作において血管造影の静脈相の期間内に行なわれたのと同じ第２の注入動作の部分が少なくとも１回の第２の注入動作の血管造影の動脈相の期間内に行なわれかつその逆も行なわれる時点で実行され、
（ｄ）第１の注入動作からのデータと少なくとも１回の第２の注入動作からのデータとが組み合わされて、第１の注入動作の血管造影の動脈相および第２の注入動作の血管造影の動脈相からの組み合わされたデータを含んだ第１のデータセットおよび／または第１の注入動作の血管造影の静脈相および第２の注入動作の血管造影の静脈相からの組み合わされたデータを含んだ第２のデータセットが作成され、
（ｅ）動脈血管系または静脈血管系の３次元表示のためのデータを含んだ少なくとも１つの最終データセットを得るために、組み合わせの際に得られた第１のデータセットおよび／または第２のデータセットから、マスク動作の際に得られたデータセットが減算される。

なお、回転コンピュータ断層撮影装置とは、検査対象の３次元モデルの算出をともなう透過技術に基づくあらゆる画像化法であると理解すべきである。

マスク動作は、本発明においては、造影剤の使用なしの回転コンピュータ断層撮影装置の動作である。

造影剤は、専門家によく知られているように、それぞれの画像化方法にとって、例えばＸ線にとって不透過性であり、したがって満たされた極構造を明白なＸ線陰影によって描出する物質である。

注入動作とは、本発明によれば、検査すべき中空体、ここでは血管が、画像化法において十分なコントラストを生じる程度まで造影剤を満たされている断層撮影装置の動作であると理解すべきである。

造影剤注入とは、検査すべき中空体つまり検査すべき血管内への、例えば注射による造影剤の投与であると理解すべきである。

注入動作からのデータの組み合わせとは、予め与えられたアルゴリズムにより、かつ場合によっては人間の評価との共同作用のもとで、個別の注入動作のデータの一部分が予め与えられた規則に基づいて組み合わされて、１つの新たなデータセットを作成することであると理解すべきである。本発明によれば、データは次のよう選択される。すなわち、データが相補的に補い合い、使用された断層撮影装置の走査範囲全体にわたって、すなわち投影画像が取り出される全ての位置から、血管造影の動脈相に属するデータまたは静脈相に属するデータが存在するように選択される。

データセットの減算とは、断層撮影法におけるこの表現の専門家によく知られた使用によれば、関心のある測定データのみがデータセット内に残るように、関心のある測定データから背景（バックグラウンド）の測定データを取り去るコンピュータ手順であると理解すべきである。

動作の個々の撮影の投影画像データから３次元モデルを発生させるために、血管撮影の分野において再構成と呼ばれる方法が使用される。３次元データセットへのデータセットのこのような再構成は、本発明による方法の異なる個所において、例えばデータの組み合わせ前、データセットの減算前およびそれらの組み合わせ後において、あるいは最終データセットにおける減算後においても行なうことができる。この場合には、換算の複雑性に関する種々の検討、および本発明を実施するために使用されたコンピュータ断層撮影装置の既存のメカニズムが考慮される。

有利な実施態様では、身体部分が人間の頭部である。この場合に重要な使用分野は脳の血管内の動脈瘤の発見である。しかしながら、人間および他の動物の血管系を有する他の身体部分も基本的には本発明による方法を利用できることは自明である。なぜならば、脊椎動物は分離された動脈および静脈の血液循環路を持つので、本方法は本発明にしたがって脊椎動物に限定されている。しかし、場合によっては、動脈および静脈を有する造影可能な血管系を持っているかぎり、本方法は他の部類の動物にも適用可能である。

本発明の有利な実施態様においては、全ての視角、つまり被検体部分の全範囲を正しく検出して動脈血管と静脈血管とを分離して表示するために十分であるかぎり、２回の注入動作が行なわれるだけでよい。代替としての実施態様では、注入動作の全ての部分から、血管造影の静脈相からのデータおよび血管造影の動脈相からのデータが得られるまで、多数回の注入動作が実行される。これは、例えば、一動作について血管造影の動脈相よりも明白に長い動作時間を有し、それによって全ての視野がカバーされるまでに３回またはそれよりも多い注入動作が行なわれなければならない断層撮影装置の場合に必要である。

回転コンピュータ断層撮影装置を実現するための種々の基礎テクノロジーが使用可能である。例えば回転コンピュータ断層撮影装置は、有利な実施態様では、例えばＣアーム血管撮影装置の如き回転Ｘ線コンピュータ断層撮影装置である。他の有利な実施態様では、回転コンピュータ断層撮影装置は超音波断層撮影装置であり、更に他の有利な実施態様では、回転コンピュータ断層撮影装置は核スピン断層撮影装置である。その都度使用される造影剤は、使用されるテクノロジーに依存する。なぜならば、使用される励起および波がその都度異なって物質に作用するからである。

使用されたコンピュータ断層撮影装置およびその動きのパターンに依存して、本発明の有利な実施態様では、第1の注入動作および少なくとも１回の第２の注入動作が同じ走査方向において実行され、第１の注入動作は検査すべき血管への造影剤注入の時点で開始され（または別の表現によれば、造影剤投与が注入動作の開始直前または注入動作の開始時に行なわれ）、第２の注入動作は、他の造影剤注入の時点で既に第２の注入動作の一部分が行なわれているように開始される（もしくは、造影剤注入が、２回の注入動作の場合に注入動作の中間のどこかで、とりわけ注入動作のちょうど中間で行なわれ、もしくは２回の他の第２の注入動作の場合に３分の１および／または３分の２のところで行なわれる）。

走査方向を変化させることができるコンピュータ断層撮影装置の場合には、本発明は次のように構成されてもよい。すなわち、第1の注入動作および少なくとも１回の第２の注入動作が異なる走査方向において実行され、第１の注入動作が検査すべき血管への造影剤注入の時点で開始され、少なくとも１回の第２の注入動作は、他の造影剤注入の時点で開始されるように構成されてもよい。この実施態様の場合には基本的に１回の第１の注入動作と１回の第２の注入動作が必要であるが、しかしながら、この場合にも２回よりも多い注入動作が相応に時間的に再びずらされた造影剤注入で実行されてもよいことは自明である。

本発明は、他の観点においては装置に関し、方法に関して述べたことの全てが装置に対しても当てはまり、またはその逆も当てはまるので、相互に関連させられる。回転コンピュータ断層撮影装置を含み、脊椎動物の身体部分における血管系の動脈および／または静脈の分離された３次元表示のための本発明による装置は、
（ａ）回転コンピュータ断層撮影装置のマスク動作時ならびに少なくとも１回の第１の注入動作時および第２の注入動作時に得られるデータを記憶するための第１のデータメモリと、
（ｂ）第1の注入動作からのデータと少なくとも１回の第２の注入動作からのデータとを組み合わせて、第１の注入動作の血管造影の動脈相および第２の注入動作の血管造影の動脈相からの組み合わされたデータを含んだ第１のデータセットと、第１の注入動作の血管造影の静脈相および第２の注入動作の血管造影の静脈相からの組み合わされたデータを含んだ第２のデータセットとを作成するための第１の計算モジュールと、
（ｃ）第１のデータセットおよび／または第２のデータセットを記憶するための他のデータメモリと、
（ｄ）動脈血管系または静脈血管系の３次元表示のためのデータを含んだ少なくとも１つの最終データセットを得るために、組み合わせの際に得られた第１のデータセットおよび／または第２のデータセットから、マスク動作時に得られたデータを減算するための第２の計算モジュールと
を備えている。

計算モジュールとは、実行すべき計算を行なうために特別に設計されている装置、例えば相応の制御部を有するアナログコンピュータまたはディジタル信号プロセッサであると理解してもよいし、あるいは計算モジュールとは、機能がユニバーサルコンピュータ装置において実現されるソフトウェアプログラム製品であると理解してもよい。データメモリとは、揮発性または不揮発性主メモリ、ハードディスク、光データ媒体などのディジタルデータを記憶することができるあらゆる装置であると理解すべきであり、これらに計算モジュールがアクセスすることができる。

特に有利な実施態様において、装置は本発明による方法を実施するのに適している。

本発明による装置の構成部分としての回転コンピュータ断層撮影装置はＣアーム血管撮影装置の如き回転Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、超音波断層撮影装置または核スピン断層撮影装置である。

以下において、添付された図面を参照しながら、具体化された実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施形態における患者身体の走査原理を示し、
図２は本発明の第２の実施形態における患者身体の走査原理を示し、
図３は走査によって得られた生データから最終データセットを求める方法を示す。

図１には一方向にしか走査動作を行なうことができないＣアーム血管撮影装置を用いた場合における本発明による方法が記述されている。

図１の左側の部分図は位置決めされた患者１の如き被検体を横断面図で示している。矢印２によって、使用されたＣアーム血管撮影装置の走査方向が示され、扇形３によって、マスク動作の検出された投影角が示されている。ここでは身体部分全体が検出され、使用された血管撮影装置の能力に応じて表示される。図１の中央部分には第１の注入動作が示されている。第１の注入動作においては、同じ走査方向２への第２の走査動作の開始時に造影剤が検査すべき血管内またはその近くに注入される。図１は造影剤注入４の時点を具体的に示す。ハッチング範囲５は、血管造影の動脈相が現われる注入動作範囲である。この相５の終端において造影剤が血管系の静脈範囲に到達する。この相５の終了後に、Ｃアーム血管撮影装置は、なおも、ハッチング範囲６によって示された血管造影の静脈相を、コントラスト強調して撮影することができる。図１の右側部分には第２の注入動作が示されている。第２の注入動作においては、再び同じ走査方向２で第１の注入動作に直ぐに続いて、第１の注入動作時に動脈相を表示した動作範囲について、今や血管造影の静脈相７が検出される。なぜならば、矢印８によって示されているように、造影の静脈相が第２の注入動作の中にまで達するからである。第２の注入動作のほぼ中間で新たに造影剤注入９が行なわれるので、その後すぐに再び血管造影の動脈相１０が始まる。この動脈相１０は、第１の注入動作において血管造影の静脈相に属した注入動作範囲を覆う。したがって、本例においては２つの注入動作によってＣアーム走査範囲全体を、動脈に関しても静脈に関しても造影表示することができる。

第１の注入動作の回転の直後にＣアームの逆転および第２の注入動作が行なわれる。静脈相は一般に動脈相よりも明白に長いことから、静脈はこの時点でなおも十分に造影されている。

両回転方向における撮影を可能にするシステムについては、図２に示されているように、異なるプロトコルが推奨される。図２において、同じ参照符号は同じまたは類似の対象に相当する。マスク動作は、図１に示された実施形態と同様に行なわれる。これに続いて、今や直接的に、逆の回転方向つまり走査方向２ａで造影剤注入４のもとに第１の注入動作が開始される。造影剤注入は、回転開始に対して相対的に、第１の回転半分５が動脈を造影し、第２の半分６が静脈を造影するように始動される。第２の注入動作は、図２の右側部分において、第１の注入動作と全く同様に行なわれるが、しかし再び反対の回転方向２で行なわれる。第１の注入動作の静脈相６の撮影後に直ぐに第２の注入動作の動脈相１０が生じるので、動脈／静脈の重複造影を回避するために、両動作の間に、造影剤が静脈から洗浄により取り除かれるまで、或る程度の休止が守られなければならない。

図３は異なる動作において得られたデータの組み合わせおよび減算における一般的な手法を示す。同じ参照符号は再び同じ経過もしくは対象を表す。ここでは、第１の注入動作の動脈相５および静脈相６のデータと、第２の注入動作の動脈相１０および静脈相７のデータとが次のように互いに組み合わされる。すなわち、２つの新たなデータセットがもたらされ、そのうち一方のデータセットは第１の注入動作の静脈相６と第２の注入動作の静脈相７とから合成され、他方のデータセットは第１の注入動作の動脈相５と第２の注入動作の動脈相１０とから合成される。ひき続く１１，１２におけるマスク動作の減算および３次元データセットへの再構成によって、２つの３次元データセットが得られ、そのうちの一方は動脈血管系の表示１３を含み、他方は静脈血管系の表示１４を含んでいる。マスク動作の再構成によって付加的に周囲組織の表示１５（低コントラスト表示）が得られる。本発明による方法により、図３に示されているように、３回の回転撮影から、動脈血管系、静脈血管系および周囲組織を３次元表示することができる。両注入動作のそれぞれにおいて動脈相の画像半分のみを撮影しさえすればよいことから、撮影時間の半分だけが動脈相に割り当てられればよい。この条件は、２〜３秒の動脈相および一回転当たり５秒の現在最小の撮影時間において満足でき、それによって動脈および静脈の分離された重複のない表示が可能になる。

本発明の第１の実施形態における患者身体の走査原理を示す説明図 本発明の第２の実施形態における患者身体の走査原理を示す説明図 生データから最終データセットを求める方法を示す説明図

符号の説明

１ 被検体部分（患者）
２ 走査方向
３ マスク動作の検出される投影角
４ 第１の注入動作における造影剤注入
５ 第１の注入動作における血管造影の動脈相
６ 第１の注入動作における血管造影の静脈相
７ 第２の注入動作における血管造影の静脈相
８ 矢印
９ 第２の注入動作における造影剤注入
１０ 第２の注入動作における血管造影の動脈相
１１ 減算
１２ 減算
１３ 動脈血管系表示
１４ 静脈血管系表示
１５ 周囲組織表示

Claims (16)

1. 回転コンピュータ断層撮影装置による脊椎動物の身体部分における血管系の動脈および／または静脈の分離された３次元表示方法において、
   （ａ）造影剤なしに、検査すべき身体部分（１）について断層撮影装置のマスク動作が実行され、
   （ｂ）造影剤の使用（４）のもとで、その身体部分について断層撮影装置の第１の注入動作が実行され、注入動作の第１の部分が血管造影の動脈相（５）の期間内に行なわれ、第２の部分が血管造影の静脈相（６）の期間内に行なわれ、
   （ｃ）身体部分（１）について断層撮影装置の少なくとも１回の第２の注入動作が、他の造影剤注入（９）に対して相対的に次の時点、すなわち第１の注入動作において血管造影の静脈相（６）の期間内に行なわれたのと同じ第２の注入動作の部分が少なくとも１回の第２の注入動作の血管造影の動脈相（１０）の期間内に行なわれかつその逆も行なわれる時点で実行され、
   （ｄ）第１の注入動作からのデータと少なくとも１回の第２の注入動作からのデータとが組み合わされて、第１の注入動作の血管造影の動脈相（５）および第２の注入動作の血管造影の動脈相（１０）からの組み合わされたデータを含んだ第１のデータセットおよび／または第１の注入動作の血管造影の静脈相（６）および第２の注入動作の血管造影の静脈相（７）からの組み合わされたデータを含んだ第２のデータセットが作成され、
   （ｅ）動脈血管系（１３）または静脈血管系（１４）の３次元表示のためのデータを含んだ少なくとも１つの最終データセットを得るために、組み合わせの際に得られた第１のデータセットおよび／または第２のデータセットから、マスク動作の際に得られたデータセットが減算（１１，１２）される
   ことを特徴とする身体部分における血管系の動脈および／または静脈の分離された３次元表示方法。
2. さらにデータセットが３次元データセットへ再構成され、再構成はデータの組み合わせ前に、データセットの減算前に、または最終データセットにおいて行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 身体部分（１）が人間の頭部であることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 注入動作の全ての部分から、血管造影の静脈相（６，７）からのデータおよび血管造影の動脈相（５，１０）からのデータが得られるまで、多数回の注入動作が実行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. 回転コンピュータ断層撮影装置は回転Ｘ線コンピュータ断層撮影装置であることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
6. 回転Ｘ線コンピュータ断層撮影装置はＣアーム血管撮影装置であることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 回転コンピュータ断層撮影装置は超音波断層撮影装置であることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
8. 回転コンピュータ断層撮影装置は核スピン断層撮影装置であることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
9. 第1の注入動作および少なくとも１回の第２の注入動作が同じ走査方向（２）において実行され、第１の注入動作は検査すべき血管への造影剤注入（４）の時点で開始され、第２の注入動作は、他の造影剤注入（９）の時点で既に第２の注入動作の一部が行なわれているように、開始されることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
10. 第1の注入動作および少なくとも１回の第２の注入動作が異なる走査方向（２，２Ａ）において実行され、第１の注入動作が検査すべき血管への造影剤注入（４）の時点で開始され、少なくとも１回の第２の注入動作は、他の造影剤注入（９）の時点で開始されることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
11. 回転コンピュータ断層撮影装置を含み、脊椎動物の身体部分（１）における血管系の動脈および／または静脈の分離された３次元表示装置において、
    （ａ）回転コンピュータ断層撮影装置のマスク動作時ならびに少なくとも１回の第1の注入動作および第２の注入動作時に得られるデータを記憶するための第１のデータメモリと、
    （ｂ）第1の注入動作からのデータと少なくとも１回の第２の注入動作からのデータとを組み合わせて、第1の注入動作の血管造影の動脈相（５）および第２の注入動作の血管造影の動脈相（１０）からの組み合わされたデータを含んだ第１のデータセットと、第1の注入動作の血管造影の静脈相（６）および第２の注入動作の血管造影の静脈相（７）からの組み合わされたデータを含んだ第２のデータセットとを作成するための第１の計算モジュールと、
    （ｃ）第１のデータセットおよび／または第２のデータセットを記憶するための他のデータメモリと、
    （ｄ）動脈血管系または静脈血管系の３次元表示のためのデータを含んだ少なくとも１つの最終データセットを得るために、組み合わせの際に得られた第１のデータセットおよび／または第２のデータセットから、マスク動作時に得られたデータを減算（１１，１２）するための第２の計算モジュールと
    が設けられていることを特徴とする身体部分における血管系の動脈および／または静脈の分離された３次元表示装置。
12. 装置は請求項１乃至１０の１つに記載の方法を実施するのに適していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 回転コンピュータ断層撮影装置は回転Ｘ線コンピュータ断層撮影装置であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の装置。
14. 回転Ｘ線コンピュータ断層撮影装置はＣアーム血管撮影装置であることを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. 回転コンピュータ断層撮影装置は超音波断層撮影装置であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の装置。
16. 回転コンピュータ断層撮影装置は核スピン断層撮影装置であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の装置。

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