JP2008302224A - Ｃｔ画像投影データを用いて高時間分解能ボーラス検出を実行する方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】ＣＴシステムにおいて、走査時間を短縮し、投与されるＩＶ造影剤の総量を減少させる。関心領域を流れる造影剤の流れを高い時間分解能で検出して監視する。
【解決手段】診断用イメージング・システム（１０）を用いて画像のコントラスト変化を評価する方法（６０）を提供する。方法（６０）は、器官又は組織の生画像データを取得するステップと、作用物質の到達の前に取得された生画像データに基づいてデータのベースラインを算出するステップと、ベースラインと比較した生画像データの変化に基づいて作用物質の信号強度の変化を決定するステップ（７４）とを含んでいる。作用物質は、イメージング剤、造影剤、生物医学的薬剤、穿刺針、カテーテル及び生物医学的装置（５０）等であってよい。
【選択図】 図３
【解決手段】診断用イメージング・システム（１０）を用いて画像のコントラスト変化を評価する方法（６０）を提供する。方法（６０）は、器官又は組織の生画像データを取得するステップと、作用物質の到達の前に取得された生画像データに基づいてデータのベースラインを算出するステップと、ベースラインと比較した生画像データの変化に基づいて作用物質の信号強度の変化を決定するステップ（７４）とを含んでいる。作用物質は、イメージング剤、造影剤、生物医学的薬剤、穿刺針、カテーテル及び生物医学的装置（５０）等であってよい。
【選択図】 図３
Description
本発明は一般的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）撮像の方法及び装置に関し、さらに具体的には、ＣＴ画像投影データを用いてレンダリングされた画像を更新する方法及び装置に関する。
幾つかの公知のＣＴイメージング・システムでは、Ｘ線源が関心対象に向かってＸ線ビームを伝達する。Ｘ線ビームは、患者のような撮像対象を透過する。ビームは、対象によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイにおいて受光される減弱後のビーム放射線の強度は、対象によるＸ線ビームの減弱量に依存している。アレイ内の各々の検出器素子が、検出器の位置でのビーム減弱の測定値である別個の電気信号を発生する。検出器からの減弱測定値を各々の検出器素子について別個に取得して、投影データ集合又は透過プロファイルを集合的に画定する。
Ｘ線源及び検出器アレイはガントリにおいて、Ｘ線ビームが対象と交差する角度が定常的に変化するように撮像平面内で撮像対象の周りを回転する。一つのガントリ角度での検出器アレイからの一群のＸ線減弱測定値例えば投影データ集合を「ビュー」と呼ぶ。対象の「走査（スキャン）」は、Ｘ線源及び検出器が一回転する間に様々なガントリ角度すなわちビュー角度において形成される一組のビューを含んでいる。投影データ集合を処理して、様々な角度で対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を構築する。投影データ集合から画像を形成する例示的な一方法は、フィルタ補正逆投影法と呼ばれる。
米国特許第７０６９０６８号
造影剤を用いずに画像を取得する従来のＣＴ医用イメージング・システムは、関心のある血管の不十分な視覚化を生ずる。従来の画像に基づく方法は、処理される一組のビュー全体を利用して画像を形成していた。静注（ＩＶ）造影媒体の利用によって、画像を強調して、患者の解剖学的構造（例えば血管）をさらに明瞭に表示することが可能になる。現在の医用イメージング・システムを用いると、造影媒体が何時関心領域に到達するかを決定することはしばしば困難である。従って、造影媒体が到達する前にイメージング・システムをオンにして関心領域の走査を開始する場合がある。時には、造影媒体の投与の前に、造影剤を用いない走査を行なって、監視される区域のベースライン画像を確立する場合もある。次いで、このベースライン画像を用いて撮像装置の内部で患者と関心領域とを整列させることができる。造影媒体の到達に先立ってイメージング・システムを始動させることにより、患者は一定の時間にわたって不必要な放射線を被曝する可能性がある。例えば、動脈検査では、造影媒体が関心領域に到着する前に患者は約１５秒間の付加的な放射線を被曝し得る。さらに、走査時間が長いほど多くの静注造影剤が患者に投与されて、経費が増加し、また管外溢出の危険性が高まる。
走査時間を短縮し、投与されるＩＶ造影剤の総量を減少させて、患者の安全性を高めるＣＴシステムを提供することが望ましい。また、関心領域を流れる造影剤の流れをさらに高い時間分解能で検出して監視することができ、関心領域での造影剤の早期検出を行なって静脈を流れる造影剤の流速を測定し得るようにしたＣＴシステムを提供することが望ましい。
一実施形態では、診断用イメージング・システムを用いて画像のコントラスト変化を評価する方法を提供する。この方法は、器官又は組織の生画像データを取得するステップと、作用物質（agent）の到達の前に取得された生画像データに基づいてデータのベースラインを算出するステップと、ベースラインと比較した生画像データの変化に基づいて作用物質の信号強度の変化を決定するステップとを含んでいる。作用物質は、イメージング剤、造影剤、生物医学的薬剤、穿刺針、カテーテル及び生物医学的装置等であってよい。
もう一つの実施形態では、対象の画像を再構成する計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムを提供する。このシステムは、Ｘ線源、検出器アレイ、ガントリ、及びコンピュータを含んでいる。ガントリは、Ｘ線源及び検出器アレイに結合されている。ガントリは、走査平面内で対象の周りを回転するように構成されている。コンピュータは、検出器アレイ及びＸ線源に結合されて、対象についてガントリ角度の各々のビューについての投影データを得るように構成されており、ここでガントリ角度の各々のビューについての投影データが一つの投影データ集合を画定している。次いで、コンピュータは個々の投影データ集合の一つを用いて対象の画像を再構成する。
さらに代替的な実施形態では、対象の画像を再構成するためにコンピュータによって実行可能なプログラム・コード・セグメントで符号化されているコンピュータ読み取り可能な媒体を提供する。このコンピュータ読み取り可能なセグメントは、関心領域の複数のビューの各々についての投影データを得ることをコンピュータに命令するようにプログラムされており、ここでガントリ角度の各々のビューについての投影データが一つの投影データ集合を画定している。セグメントはさらに、個々の投影データ集合の一つを用いて関心領域の画像を再構成するようにコンピュータに命令する。
以下の詳細な説明では、本書の一部を成しており本発明が実施され得るときの特定の実施形態が実例として示された添付図面を参照している。これらの実施形態は、本書では「例」とも呼ばれ、当業者が本発明を実施することが可能なように十分に詳細に説明されており、実施形態を結合し得ること、又は他の実施形態を利用し得ること、並びに本発明の様々な実施形態の範囲から逸脱せずに構造的変形、論理的変形及び電気的変形を施し得ることを理解されたい。従って、以下の詳細な説明は、限定の意味に解釈すべきではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲及びこれらの同等物によって画定される。
本書では、単数不定冠詞は１又は１より多いことを包含するように用いられている。本書では、「又は」との用語は、特に明示しない限り非排他的な「又は」を指すように用いられている。加えて、本書で用いられる「ピクセル」との語句は、データが「ボクセル」によって表わされるような本発明の実施形態も含んでいる。従って、「ピクセル」及び「ボクセル」の両方の用語は、本書を通して互換的に用いられる場合がある。
また、本書で用いられる「画像を再構成する」との語句は、画像を表わすデータが生成されるが可視画像は形成されないような本発明の実施形態を排除するものではない。従って、本書で用いられる「画像」との用語は、可視画像及び可視画像を表わすデータの両方を広く指す。但し、多くの実施形態は少なくとも１枚の可視画像を形成する（か又は形成するように構成される）。
様々な実施形態を様々な形式のイメージング・システムと共に具現化することができる。例えば、Ｘ線源がファン（扇形）形状のビームを投射し、このビームがコリメートされて一般に「イメージング（撮像）平面」と呼ばれるデカルト座標系のＸＹ平面内に位置するようなＣＴイメージング・システムと共に、様々な実施形態を具現化することができる。Ｘ線ビームは、患者のような撮像対象を透過する。ビームは対象によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイにおいて受光される減弱後の放射線ビームの強度は、対象によるＸ線ビームの減弱量に依存している。アレイ内の各々の検出器素子が、検出器の位置でのビーム強度の測定値である別個の電気信号を発生する。全ての検出器からの強度測定値を別個に取得して透過プロファイル（断面）を形成する。
第三世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが対象と交差する角度が定常的に変化するように撮像平面内で撮像対象の周りをガントリと共に回転する。ガントリが全３６０°の一回転を完結したときに完全なガントリ回転が生ずる。一つのガントリ角度での検出器アレイからの一群のＸ線減弱測定値（例えば投影データ）を「ビュー」と呼ぶ。従って、一つのビューはガントリの各々の増分位置となる。対象の「走査（スキャン）」は、Ｘ線源及び検出器が一回転する間に異なるガントリ角度すなわちビュー角度において形成される一組のビューを含んでいる。
アキシャル・スキャン（軸方向走査）では、投影データを処理して、対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を構築する。一組の投影データから画像を再構成する一方法は、当業界でフィルタ補正逆投影法と呼ばれる。この方法は、走査からの減弱測定値を「ＣＴ数」又は「ハンスフィールド単位」（ＨＵ）と呼ばれる整数へ変換し、これらの整数を用いて陰極線管表示上の対応するピクセルの輝度を制御する。
全走査時間を短縮するために、「ヘリカル」・スキャン（螺旋走査）を行なうこともできる。「ヘリカル」・スキャンを行なうためには、患者を移動させながら所定の数のスライスのデータを取得し、これにより「コルク・スクリュー」・パターンの取得が提供される。かかるシステムは、１回のファン・ビーム・ヘリカル・スキャンから単一の螺旋を生成する。ファン・ビームによって悉く写像された螺旋から投影データが得られ、投影データから各々の所定のスライスにおける画像を再構成することができる。代替的には、「アキシャル」・スキャン（例えばテーブル移動を行なわない単回転）を行なうこともできる。選択随意で、「シネ」・スキャン（例えばガントリが多数のサイクルにわたって同じ位置で回転し、ガントリの各回の回転時に多数の画像が取得される）を行なうこともできる。
ヘリカル・スキャンのための再構成アルゴリズムは典型的には、ビュー角度及び検出器チャネル番号の関数として取得データに加重する螺旋加重アルゴリズムを用いる。明確に述べると、フィルタ補正逆投影法の前に、ガントリ角度及び検出器角度の両方の関数である螺旋加重ファクタに従ってデータに加重する。次いで、加重したデータを処理してＣＴ数を生成すると共に、対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を構築する。
全取得時間をさらに短縮するために、マルチ・スライスＣＴを用いることができる。マルチ・スライスＣＴでは、任意の時間的瞬間に、多数の横列を成す投影データを同時に取得する。ヘリカル・スキャン・モードと併用すると、システムは単一の螺旋分のコーン・ビーム投影データを生成する。シングル・スライス螺旋加重方式の場合と同様に、フィルタ補正逆投影アルゴリズムの前に投影データに加重を乗算する方法を導き出すことができる。
図１及び図２には、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１０が、ＣＴスキャナのガントリ１２を含むものとして示されている。ガントリ１２はＸ線源１４のような放射線源を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線１６のような放射線のビームをガントリ１２の反対側にある検出器アレイ１８に向かって投射する。検出器アレイ１８は、複数の検出器素子２０を含む複数の検出器横列（図示されていない）によって形成されており、検出器素子２０は一括で、アレイ１８と線源１４との間の対象２２例えば患者を透過した投射Ｘ線を感知する。検出器アレイ１８は、シングル・スライス構成又はマルチ・スライス構成で作製されていてよい。各々の検出器素子２０は、入射放射線（例えばＸ線）ビームの強度を表わし従って対象又は患者２２を透過する際のビームの減弱を推定するのに用いることのできる電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための１回の走査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成部品は回転中心２４の周りを回転する。図２は、検出器素子２０の単一の横列（例えば検出器横列一列）のみを示している。しかしながら、マルチ・スライス検出器アレイ１８は、１回の走査中に複数の準並行スライス又は平行スライスに対応する投影データが同時に取得され得るように検出器素子２０の複数の平行な検出器横列を含み得る。
ガントリ１２上の構成要素の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、Ｘ線制御器２８とガントリ・モータ制御器３０とを含んでおり、Ｘ線制御器２８はＸ線源１４に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器３０はガントリ１２の回転速度及び位置を制御する。制御機構２６内に設けられているデータ取得システム（ＤＡＳ）３２が、検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングして、後続の処理のためにこのデータをディジタル信号へ変換する。ＤＡＳ３２は、特定のガントリ回転角度（例えばビュー角度）で得られる減弱測定値を含む投影データ集合を出力する。ガントリ１２が回転するのに伴って、単回転の間に複数のビューを取得することができる。単回転とはガントリ１２の３６０°の完全回転である。各々のビューが、対応するビュー角度を有し、従ってガントリ１２において特定の位置を有する。１回のガントリ１２の回転で少なくとも１０００のビューを取得することができる（例えば各々のビュー角度は約０．３６°である）。以下で議論するように、各々のビューを対応するビュー角度に割り当てることができる。但し、一つのビューは一定の範囲のビュー角度（例えば１３２．３°〜１３５．７°）を占有し得る。代替的には、各々のビューが間隔を置いて離隔されているような一組のビュー（例えばサブセット）を取得することもできる。この間隔は、利用者によって選択されてもよいしシステムに予めプログラムされていてもよく、また固定であっても可変であってもよい。さらに、各々のビューが無作為に選択されて間隔が一貫していないようなビューのサブセットを選択することもできる。
ガントリ１２が患者２２の周りを回転するのに伴って、投影データ集合は特定のビュー角度に対応するものとなる。一群の投影データ集合が患者２２の完全な走査を形成する。例えば、患者２２の関心領域の完全な走査は、投影データ集合の完全な一組（例えばガントリ１２の単一回の完全回転の間の多数のビューに対応する多数の投影データ集合）を含み得る。画像再構成器３４が、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って高速画像再構成を実行する。再構成器３４は、容積測定データ集合又は患者２２を通る画像スライスを表わすデータ集合を生成することができる。再構成された画像は画像再構成器３４によって出力されて、コンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は記憶装置３８（例えばメモリ）に画像を記憶させる。画像再構成器３４は、特殊化したハードウェアであってもよいし、コンピュータ３６上で実行されるコンピュータ・プログラムであってもよい。
コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている陰極線管表示器４２又は他の適当な表示装置によって、操作者は、再構成された画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、モータ式テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２をガントリ１２内で配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２の各部分をガントリ開口４８を通して移動させる。
一実施形態では、コンピュータ３６は、フレキシブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、又はネットワーク若しくはインターネットのような他のディジタル・ソース等のコンピュータ読み取り可能な媒体５２からの命令及び／又はデータを読み取る装置５０、例えばフレキシブル・ディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）装置、又はイーサネット装置等のネットワーク接続装置（「イーサネット」は商標）を含めたその他任意のディジタル装置、並びに開発中のディジタル手段を含んでいる。もう一つの実施形態では、コンピュータ３６はファームウェア（図示されていない）に記憶されている命令を実行する。幾つかの構成では、コンピュータ３６及び／又は画像再構成器３４は、本書に記載する作用を果たすようにプログラムされている。また、本書で用いられるコンピュータとの用語は、当技術分野でコンピュータと呼ばれている集積回路のみに限らず、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、特定応用向け集積回路、及び他のプログラム可能な回路を広範に指しており、これらの用語は本書では互換的に用いられている。上述の特定の実施形態は第三世代ＣＴシステムを参照しているが、本書に記載する方法は第四世代ＣＴシステム（例えば回転式Ｘ線源を有する静止型検出器）にも第五世代ＣＴシステム（例えば静止型検出器及びＸ線源）にも同等に適用可能である。加えて、本発明の利点はＣＴ以外の撮像モダリティ、例えばＭＲＩ、ＳＰＥＣＴ及びＰＥＴにも恩恵を齎すと思量される。
このように、各々の投影データ集合は、当該投影データ集合が取得された特定のテーブル位置及びガントリ回転角度に関連付けられる。各々の対応する投影データ集合はメモリ３８に記憶される。メモリ３８は、患者２２の完全走査又は完全検査についての一群の投影データ集合、患者２２の容積測定区域に対応する一群の投影データ集合、並びに画像及び選択随意で画像のサブセットを更新するのに用いられる投影データ集合を記憶する。
図３は、本発明の実施形態に従って形成される画像を再構成することにより静注造影剤のボーラス（又は穿刺針若しくはカテーテルのような医用器具）を検出する工程６０を示している。ブロック６２では、診断用イメージング・システムを始動させてガントリ１２を患者２２の周りで回転開始させることにより工程が開始する。ブロック６４では、ガントリ１２が回転するのに伴ってシステムは患者を走査することができる。一実施形態では、初期走査（例えば１回目の完全回転走査）は、低線量走査（例えば全出力走査よりも低い百分率）であってよい。
ブロック６６では、例えば器官又は組織の複数のビューについての強調前の生画像データを取得する。本発明の一実施形態での生画像データは、容積測定データ集合である。例えば、生画像データは三次元単心搏時相データ集合、三次元多心搏時相データ集合、三次元多時相データ集合、投影データ、投影データ対、共役投影データ、較正済み生データ及びサイノグラム・データ等の少なくとも一つであってよい。
ブロック６８では、各々のビュー角度について、この特定のビュー角度での複数の検出器からの強調前の画像データを合計することにより、各々のビュー角度のベースライン値を決定する。強調前の画像データは、イメージング強化剤も、穿刺針又はカテーテルのような医用器具も含んでいない。例えば、各々の強調前のガントリ回転（例えば器官又は組織に造影剤が注入される前）について、選択された検出器横列の全てにわたって各々のビューが合計されて、結果として各々のビューに単一のスカラ値Ｖｉ，ｔが得られる。ここで０≦ｉ≦ビューの数であり、ｔ＝０，Ｔ，２Ｔ，…，ＮＴであって、Ｔは各々の画像のサンプル周期である。得られるベースライン・スカラ値は、一組の角度依存型又はビュー依存型のベースライン・ビューとしてメモリ３８に記憶される。従って、各々のビューについて、一つのベースライン・ビューにＢｉ＝Ｖｉ，０として示される一つのスカラが割り当てられる。このように、造影剤の到達の前に一組のベースライン・ビューを生成することができる。
ブロック７０では、走査が続行するのに伴って静注造影剤のボーラスを患者に注入することができる。造影剤は、他のものの中でも特に、イメージング強化剤、生物医学的薬剤、血液薬剤、非イオン性造影剤、ヨード系造影剤、ガドリニウム系造影剤、イオン性造影剤、バリウム造影剤、硫酸バリウム造影剤、イメージング剤、及びイオタラム酸メグルミン造影剤であってよい。代替的には、造影剤のボーラスの代わりに、穿刺針若しくはカテーテル、又は他の形式の医学的装置／生物医学的装置を器官／組織／身体の部分に挿入してもよい。
ブロック７２では、各々のビューについて、造影剤を含む強調された生画像データを取得することができる。走査は、米国ウィスコンシン州ミルウォーキーのGE Healthcare社によって提供されるようなSmartPrep又はタイミング・ボーラス走査であってよい。代替的には、画像データは身体の部分に挿入された穿刺針、カテーテル又は他の任意の形式の医用器具に関する情報を含み得る。ガントリ１２が回転するにつれて、造影剤が組織（器官又は関心のある身体部分）に流入し、組織を通過して、組織から流出するのに伴って新たな一組のビュー・スカラを得ることができる。
ガントリ１２が回転するにつれて、単回転の間に複数の強調後のビューを取得することができる（例えばガントリ１２の単回転で１０００のビューを得ることができる）。代替的には、一組の強調後のビュー（例えばサブセット）を取得することができ、この場合には、各々のビューが間隔を置いて離隔されていてよい。例えば、偶数毎にビューを選択して、一組の強調後のビューのサブセットを取得することができる。代替的には、一組の強調後のビューのサブセットは五つ毎のビュー、十毎のビュー、二十毎のビューを含んでいてもよいし、ビューの他の組み合わせを含んでいてもよい。さらに、各々の強調後のビューが無作為に選択されて、間隔が各々のビューの間で一貫していないような一組の強調後のビューのサブセットを選択することもできる。さらに、一組の強調後のビューのサブセットは、ガントリ１２の多数の回転からの多数のビューを含んでいてもよい。間隔は、利用者によって選択されてもよいし、システムに予めプログラムされていてもよい。間隔は時間の間隔であってもよいし、ガントリ１２の位置（例えば角度ビューの間での離隔度数によって決定される）であってもよい。
例えば、図４は、本発明の一実施形態に従って単一のガントリ回転の間に取得される複数の強調後のビューを示している。造影剤が患者の身体を通って器官又は組織に移動するのに伴って、ガントリ１２の単回転の間に複数の強調後のビューを取得することができる。ガントリ１２が例えば矢印８２によって示すように時計回り方向に回転するのに伴って、患者２２の複数の強調後のビュー８４〜９１が得られる。この例示的な実施形態では、各々の強調後のビューは、予め決められた間隔９２（例えば６０°。但し、間隔は任意の間隔値であってよく、間隔がなくてもよい）で離隔されている。利用者は、八つ全ての強調後のビュー８４〜９１を用いるように選択することができる。代替的には、利用者は、一つの強調後のビュー８４を用いる又は強調後のビュー８４〜９１の組み合わせを用いるように選択することもできる。各々のビューの投影データはメモリ３８に記憶させることができる。
図３に戻り、ブロック７４では、各々のビューについて信号強度を決定する。例えば、各々のビュー・スカラを対応するベースライン値から減算する（例えばＶｉ＝Ｖｉ−Ｂｉ）。得られるビュー・スカラは、ベースラインを超える信号変化を表わす。一例として、造影剤のボーラスの到達によって、信号強度の値Ｖは大きさとして増大し、ピーク動脈相において最大値に達した後に造影剤のボーラスが洗い流されるにつれて減少する。信号強度の変化は、生画像データの変化に基づいている。生画像データは、少なくとも統計的測定値（例えばモード、平均、加重平均、メジアン、Ｚ値、標準偏差、最大値、最小値、範囲、四分位数間領域、平均差、範囲中央平均、平均絶対偏差、ステューデントのｔ検定、及びｐ値等）、作用物質の形状、作用物質の流量、及び作用物質によって生ずるＸ線の減弱を用いて解析されて、造影剤が流れるのに伴う信号強度の変化を決定することができる。生画像データはまた、造影剤によって発生される雑音パターンによって分析されることもできる。例えば、典型的には雑音の少ないデータ集合の方が計数値は大きいが、造影剤によって生ずる減弱が大きいほど雑音も多く発生する。雑音に適合する統計的方法を用いることにより、信号の強度を決定することができる。このように、信号強度の変化は、全画像再構成と比較して高い時間分解能のデータ集合を生ずる統計的変化によって決定される。造影剤の流動特性又は灌流特性は、統計的測定値、器官又は組織を流れる造影剤の形状（例えば動的作用物質の出力の形状は、Ｓ字形曲線又は指数曲線に適合し得る）、器官又は組織内の造影剤の減弱、造影剤の流量、造影剤の部分的閉塞、身体部分による造影剤の遮断、造影剤の部分的閉塞、及び造影剤の遮断に基づいて決定することができる。信号強度の変化は、図６に示すように、時間の関数として表示される。
図６は、一定の時間にわたって造影剤のボーラスの流れを決定するのに関連して用いられる信号強度のプロット１００を示す。プロット１００は、縦軸１０１にボーラスによって生ずる信号強度又は減弱の値を示し、横軸１０２にボーラスが器官又は組織を移動するのに要する時間を示す。明確に述べると、プロット１００は、ＲＯＩ１ １０４及びＲＯＩ２ １０６の二つの関心領域を示す。ＲＯＩ１ １０４は初めに高い信号強度を示し、低下した後に再び上昇しているが、ＲＯＩ２ １０６は漸増型の信号強度を示している。
このように、生画像データの処理を用いて、作用物質の器官全体にわたる除去、作用物質の全器官的取り込み、作用物質の局部的取り込み、作用物質の局部的洗い流し、作用物質の局部的蓄積、作用物質の局部的残留性、作用物質の局部的除去、作用物質の全器官的洗い流し、複数の相にわたる組織における作用物質の除去、及び組織における作用物質の分布を決定することができる。
図３に戻り、ブロック７６では、個々の投影データ集合の１又は複数（例えば様々なサブセット）を用いて、関心領域の画像を再構成し又は更新することができる。さらに、画像を再構成するときに、利用者はどのビューを結合するかを選択することができる。このステップにおいてビューを結合するときには、各々のビューはそれぞれのベースライン・ビューから減算されて新たなビューを形成している。従って、各々のビューは特定の投影データ集合に対応している。例えば、図５に示すように、画像は単一のビューからの投影データ（例えば投影データ集合１）によって再構成されてもよいし、一つ置きの投影データ集合を選択した複数のビューからの投影データ（例えば投影データ集合２，４，６，８，１０，…，ｎで構成された投影データ集合１２２）によって再構成されてもよいし、五つ置きの投影データ集合を選択した複数のビューからの投影データ（例えば投影データ集合１，５，１０，１５，２０，…，ｎを含む投影データ集合１２３）によって再構成されてもよい。代替的には、画像は、投影データ集合の群から再構成されてもよい（例えば投影データ集合１，２，３，４，５，１１，１２，１３，１４，１５，２１，２２，２３，２４，２５，…，ｎ＋１，ｎ＋２，ｎ＋３，ｎ＋４，ｎ＋５を含む群１２４）。このように、検査の形式、走査の形式、及び患者の特徴等に基づいて、利用者は投影データ集合を自分の選択の任意の組み合わせとして結合するように選択することができる。
さらに、追加の投影データ集合を用いて画像を再構成して、画像分解能を高めることができる。例えば、ビュー角度に基づく各々の投影データ集合を用いて、再構成された画像を実時間で更新することができる。画像は、単一のビュー及び対応する投影データ集合を用いて更新され得る。代替的には、画像は、ビューのサブセットを用いて更新され得る。画像の更新は、ガントリ１２の完全な一回転の間に取得されるビューの幾つかを含み、全てを含んでいなくてもよい。一つのビュー角度からの単一の投影データ集合を用いることにより、ガントリ１２が完全な一回転を完了する前に画像を実時間で更新することができる。さらに、多数のビュー角度からの投影データを連続的に結合することにより実時間での画像の更新を可能することができる。例えば、多数の投影データ集合を結合すると、関心領域に向かって移動しつつあ若しくは関心領域に流入しつつある造影剤のボーラス、又は関心領域内に進入しつつある穿刺針若しくはカテーテルのような医用器具の漸進的な移動の画像を形成することができる。投影データの動的変化に基づいて、ボーラス通過時間又はボーラス流速が、統計的パラメータ、作用物質の形状、作用物質の流量、作用物質によって生ずる減弱、及び上述のように作用物質によって生成される雑音パターンを用いて決定され得る。従って、画像を実時間で更新することができる。ブロック７８では、工程６０は、利用者によって終了されてもよいし再び繰り返されてもよい。
様々な実施形態の技術的効果は、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムのような診断用イメージング・システムを用いて、関心領域に入る静注造影剤又は医用器具の改善された画像を提供することにある。さらに、造影剤が患者の身体を通して移動するのに伴って、関心領域を流れる造影剤の形状、造影剤が関心領域に流入して流れるのに伴って造影剤によって発生されるＸ線減弱、造影剤が移動するのに伴う造影剤の流量、造影剤の部分的閉塞又は完全閉塞の影響のような造影剤自体の動的変化を監視することができる。同様に、カテーテル又は穿刺針のような医用器具が関心領域に挿入されるのに伴って、システムは、単一のビューから取得された投影データを用いて画像を更新することにより、関心領域内への医用器具の移動を実時間で監視する能力を提供する。
様々な実施形態又は実施形態の構成要素は、コンピュータ・システムの一部として具現化することができる。コンピュータ・システムは、コンピュータ、入力装置、表示ユニット、及び例えばインターネットにアクセスするためのインタフェイス等を含み得る。マイクロプロセッサは通信バスに接続することができる。コンピュータはまた、メモリを含み得る。メモリは、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）及び読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含み得る。コンピュータ・システムはさらに記憶装置を含むことができ、この記憶装置は、ハード・ディスク・ドライブ、又はフレキシブル・ディスク・ドライブ及び光ディスク・ドライブ等のような取り外し可能な記憶装置ドライブであってよい。記憶装置はまた、コンピュータ・プログラム又は他の命令をコンピュータ・システムにロードするための他の同様の手段であってもよい。
本発明の様々な実施形態では、本書に記載されたＣＴ減弱補正画像を形成する方法又はこの方法の構成要素の任意のものを処理機械の形態で具現化することができる。処理機械の典型的な例としては、本書に記載された方法を構成するステップを具現化することが可能な汎用コンピュータ、プログラム済みマイクロプロセッサ、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコントローラ、周辺集積回路素子、及び他の装置又は装置構成等がある。
本書で用いられる「コンピュータ」との用語は、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、及び本書に記載された作用を実行することが可能な他の任意の回路又はプロセッサを用いたシステムを含む任意のプロセッサ方式のシステム又はマイクロプロセッサ方式のシステムを含み得る。上の例は例示のみのためのものであり、従って「コンピュータ」との語の定義及び／又は意味を限定するものではない。
処理機械は、１又は複数の記憶要素（コンピュータ利用可能な媒体とも呼ばれる）に記憶されている一組の命令（例えば本書に記載された方法の各ステップに対応する）を実行する。記憶要素は、処理機械に存在するデータベース又は物理メモリ素子の形式であってよい。記憶要素はまた、所望又は必要に応じてデータまたは他の情報を保持することもできる。物理メモリは、例えば限定しないが電子式、磁気式、光学式、電磁式、赤外線式又は半導体式のシステム、装置、デバイス又は伝播媒体であってよい。物理メモリのさらに特定的な例としては、限定しないがランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能型プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュ・メモリ）、ハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）、及びコンパクト・ディスク読み出し専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）等がある。上述のメモリ形式は例示のみのためのものであって、コンピュータ・プログラムの記憶に利用可能なメモリの形式について所載のように限定するものではない。
上述の一組の命令は、本発明の様々な実施形態の工程のような特定の動作を実行するように処理機械に命令する様々な命令を含み得る。一組の命令は、ソフトウェア・プログラムの形態であってよい。ソフトウェアは、システム・ソフトウェア又はアプリケーション・ソフトウェアのような様々な形態であってよい。さらに、ソフトウェアは、別個のプログラムの集合、より大きなプログラムの内部のプログラム・モジュール又はプログラム・モジュールの一部の形態であってよい。ソフトウェアはまた、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュール型プログラミングを含み得る。処理機械による入力データ処理は、利用者の指令に応答して行なわれてもよいし、以前の処理の結果に応答して行なわれてもよいし、他の処理機械によって発行された要求に応答して行なわれてもよい。
本発明の様々な実施形態では、超音波医用画像を作成する方法は、ソフトウェア、ハードウェア、又はこれらの組み合わせにおいて具現化され得る。本発明の様々な実施形態によって提供される方法は、例えばＣ、Ｃ＋＋及びJava（商標）等のような標準プログラミング言語を利用することにより、例えばソフトウェアとして具現化され得る。本書で用いられる「ソフトウェア」及び「ファームウェア」との用語は互換的であり、コンピュータによる実行のためにメモリに記憶された任意のコンピュータ・プログラムを含む。
加えて、本書に記載された方法は医療環境において説明されているが、ＰＥＴ及びＣＴシステムにも利益が齎されると思量される。上述の解析は幾つかの異なるデータ集合に対して実行され得る。解析されたデータ集合は、特定の器官又は構造の運動に焦点を合わせるように修正されることができる。生理学的構造は、生物学的器官例えば脳、胃、心臓若しくは肝臓、生物学的構造例えば横隔膜、胸壁、胸郭、肋骨、脊椎、胸骨若しくは骨盤、異物基準マーカ例えばゲート制御の目的のために載置されるマーカ、又は腫瘍、病変若しくは痛みのある部位例えば圧迫骨折等を含み得る。
このように、提供されているのはＣＴのような診断用イメージング・システムを用いて静注造影剤のボーラスを検出する方法及びシステムである。これらの方法及びシステムは、ガントリ角度の各々のビューについての投影データが一つの投影データ集合を画定しているような関心領域の複数のビューの各々についての投影データを得て、個々の投影データ集合の一つを用いて関心領域の画像を再構成する能力を提供する。これらの方法及びシステムはまた、選択された一組のビューが完全なガントリ回転を画定するビューの数よりも少ないような選択された一組のビュー角度からの投影データを用いて造影剤の取り込みを測定する能力を提供する。さらに、これらの方法及びシステムは、選択された一組のビューからの投影データ集合を用いて、ビューが実時間で更新されるのに伴ってカテーテル又は穿刺針のような医用器具の関心領域への挿入を観察する能力を提供する。
以上の記載は例示説明のためのものであって制限するものではないことを理解されたい。例えば、上述の実施形態（及び／又は各実施形態の各観点）を互いに組み合わせて用いることができる。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに特定の状況又は材料を本発明の教示に合わせて適応構成する多くの改変を施してよい。本書に記載されている材料及び皮膜の寸法及び形式は、本発明のパラメータを定義するためのものであるが、限定的な実施形態ではなく、例示的な実施形態である。以上の記載を検討すれば、当業者には他の多くの実施形態は明らかであろう。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲に関連して、かかる特許請求の範囲が網羅する等価物の全範囲と共に決定されるものとする。特許請求の範囲では、「including包含する」等の用語は「comprising含む」の標準英語の同義語として、また「in whichこのとき」等の用語は「whereinここで」の標準英語の同義語として用いられている。さらに、特許請求の範囲では、「第一」「第二」及び「第三」等の用語は単にラベルとして用いられており、これらの用語の目的語に対して数値的要件を課すものではない。さらに、特許請求の範囲の制限は、「手段プラス機能（means-plus-function）」式で記載されている訳ではなく、かかる特許請求の範囲の制限が、「〜のための手段」に続けて他の構造を含まない機能の言明を従えた文言を明示的に用いていない限り、合衆国法典第３５巻第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されるべきでない。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
１０ 計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器素子
２２ 対象
２４ 回転
２６ 制御機構
２８ Ｘ線制御器
３０ ガントリ・モータ制御器
３２ データ取得システム（ＤＡＳ）
３４ 再構成器
３６ コンピュータ
３８ 記憶装置
４０ コンソール
４２ 陰極線管表示器
４４ テーブル・モータ制御器
４６ モータ式テーブル
４８ ガントリ開口
５０ 装置
５２ コンピュータ読み取り可能な媒体
６０ 工程
６２ 診断用イメージング・システムを始動させてガントリ１２を患者２２の周りで回転開始させることにより工程が開始する
６４ ガントリ１２が回転するのに伴ってシステムは患者を走査することができる
６６ 例えば器官又は組織の複数のビューについての強調前の生画像データを取得する
６８ 各々のビュー角度について、この特定のビュー角度での複数の検出器からの強調前の画像データを合計することにより、各々のビュー角度のベースライン値を決定する
７０ 走査が続行するのに伴って静注造影剤のボーラスを患者に注入することができる
７２ 各々のビューについて、造影剤を含む強調された生画像データを取得することができる
７４ 各々のビューについて信号強度を決定する
７６ 個々の投影データ集合の１又は複数を用いて関心領域の画像を再構成し又は更新することができる
７８ 停止
８２ 矢印
８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１ 強調後のビュー
９２ 予め決められた間隔
１００ プロット
１０１ 縦軸
１０２ 軸
１０４ ＲＯＩ１
１０６ ＲＯＩ２
１２２、１２３ 投影データ集合
１２４ グループ
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器素子
２２ 対象
２４ 回転
２６ 制御機構
２８ Ｘ線制御器
３０ ガントリ・モータ制御器
３２ データ取得システム（ＤＡＳ）
３４ 再構成器
３６ コンピュータ
３８ 記憶装置
４０ コンソール
４２ 陰極線管表示器
４４ テーブル・モータ制御器
４６ モータ式テーブル
４８ ガントリ開口
５０ 装置
５２ コンピュータ読み取り可能な媒体
６０ 工程
６２ 診断用イメージング・システムを始動させてガントリ１２を患者２２の周りで回転開始させることにより工程が開始する
６４ ガントリ１２が回転するのに伴ってシステムは患者を走査することができる
６６ 例えば器官又は組織の複数のビューについての強調前の生画像データを取得する
６８ 各々のビュー角度について、この特定のビュー角度での複数の検出器からの強調前の画像データを合計することにより、各々のビュー角度のベースライン値を決定する
７０ 走査が続行するのに伴って静注造影剤のボーラスを患者に注入することができる
７２ 各々のビューについて、造影剤を含む強調された生画像データを取得することができる
７４ 各々のビューについて信号強度を決定する
７６ 個々の投影データ集合の１又は複数を用いて関心領域の画像を再構成し又は更新することができる
７８ 停止
８２ 矢印
８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１ 強調後のビュー
９２ 予め決められた間隔
１００ プロット
１０１ 縦軸
１０２ 軸
１０４ ＲＯＩ１
１０６ ＲＯＩ２
１２２、１２３ 投影データ集合
１２４ グループ
Claims (10)
- 診断用イメージング・システム（１０）を用いて画像のコントラスト変化を決定する方法（６０）であって、
少なくとも一つの器官及び組織の生画像データであって、少なくとも容積測定データ集合を含む生画像データを取得するステップと、
作用物質の到達の前に取得された前記生画像データに基づいて前記容積測定データについてのベースラインを算出するステップと、
前記ベースラインと比較した前記生画像データの変化に基づいて前記作用物質の信号強度の変化を決定するステップ（７４）と
を備えた方法（６０）。 - 前記生画像データは、三次元単心搏時相データ集合、三次元多心搏時相データ集合、三次元多時相データ集合、投影データ、投影データ対、共役投影データ、較正済み生データ及びサイノグラム・データの少なくとも一つを含んでいる、請求項１に記載の方法（６０）。
- 前記信号強度への変化（７４）は、統計的測定値、前記作用物質の形状、前記作用物質により発生される雑音パターン、前記作用物質の流量、及び前記作用物質により生ずるＸ線の減弱の少なくとも一つに基づく前記生データの変化に基づいている、請求項１に記載の方法（６０）。
- 前記作用物質は、イメージング剤、造影剤、生物医学的薬剤、穿刺針、カテーテル及び生物医学的装置（５０）の少なくとも一つを含んでいる、請求項１に記載の方法（６０）。
- 統計的測定値、前記器官又は組織を流れる前記造影剤の形状、前記器官又は組織の内部での前記造影剤の減弱、前記造影剤の流量、前記造影剤の部分的閉塞、身体部分による前記造影剤の遮断、前記造影剤の部分的閉塞、及び前記造影剤の遮断の少なくとも一つに基づいて、前記作用物質の流動特性及び灌流特性の少なくとも一方を決定するステップをさらに含んでおり、前記作用物質は、造影剤、イメージング剤及び生物医学的薬剤の少なくとも一つである、請求項１に記載の方法（６０）。
- 前記作用物質の前記器官全体にわたる除去、前記作用物質の全器官的取り込み、前記作用物質の局部的取り込み、前記作用物質の局部的洗い流し、前記作用物質の局部的蓄積、前記作用物質の局部的残留性、前記作用物質の局部的除去、前記作用物質の全器官的洗い流し、複数の相にわたる前記組織における前記作用物質の除去、前記組織における前記作用物質の分布の少なくとも一つを決定するように前記生画像データを処理するステップをさらに含んでおり、前記作用物質は、造影剤、イメージング剤及び生物医学的薬剤の少なくとも一つである、請求項１に記載の方法（６０）。
- 前記信号強度の変化（７４）は、前記データ集合のさらに高い時間分解能を生成する統計的変化により決定される、請求項１に記載の方法（６０）。
- 前記信号強度（７４）は一定範囲の投影角度について実時間で更新される、請求項２に記載の方法（６０）。
- 前記投影データの動的変化を決定するために強調後の画像をベースライン画像と比較するステップをさらに含んでおり、前記強調後の画像（７２）は、イメージング強化剤を含む前記器官及び前記組織の少なくとも一方の前記取得されたビューに基づいており、前記ベースライン画像は、イメージング強化剤を含まない前記器官及び前記組織の少なくとも一つの取得されたビューに基づいている、請求項２に記載の方法（６０）。
- 投影データの動的変化に基づいてボーラス（７０）通過時間及びボーラス（７０）流速の少なくとも一方を決定するステップをさらに含んでいる請求項１０に記載の方法（６０）。
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