JP2017511239A - イメージング方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】患者における体積を変化させる臓器の動きのイメージング方法であって、臓器の体積の変化を監視するステップと、臓器の複数の生体内画像を記録するステップと、を含み、画像の間の臓器の体積の変化は、一定または他の予め定められた値である方法。【選択図】図４

Description

本発明は、イメージング（画像化）、特に肺のような臓器のイメージングの分野に関する。

一形態では、本発明は、診断または研究目的の肺のような臓器のイメージングの分野に関する。

一つの特定の態様では、本発明は、臓器の動きを評価するための技術として用いることに適している。

本発明を人間（ヒト）の医療用途に関して以下に説明することが都合がよいが、しかし、本発明はその使用目的のみに限定されず、例えば、獣医用途に関して用いることができることが認識されるべきである。

さらに、本発明をＣＴＸＶに関して以下に説明することも都合がよいが、しかし、本発明はそのイメージング技術に限定されず、例えば、Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、特に４Ｄ−ＣＴ、フルオロスコピー、ＭＲＩ、超音波、または、時間とともに複数の画像を取得する他のイメージング方法を含むイメージングの他の形態で用いることができることが認識されるべきである。

本明細書における文献、装置、行為または知識の任意の考察は、本発明の文脈を説明するために含まれることが認識されるべきである。さらに、本明細書中の考察は、発明者の実現および／または発明者による特定の関連技術の課題の識別のため生じる。さらに、本明細書における文献、装置、行為または知識のような資料の任意の考察は、発明者の知識と経験に関して、本発明の文脈を説明するために含まれ、従って、任意のこのような考察は、任意の資料が、ここでの開示と請求項の優先日と同日または前のオーストラリアまたは他の場所の関連する技術分野における従来技術の基礎または共通の一般的知識の一部を形成することを認めるものとして受け取られるべきではない。

過去において、Ｘ線ＣＴは、肺の解剖学的構造と機能を調査するためのＸ線撮影において広く用いられている。ＣＴは、コンピュータ処理されたＸ線を用い、肺の特定範囲の断層画像（仮想「スライス」）を生成する。デジタルジオメトリ処理は、単一の回転軸の周りで取られた一連の二次元放射線画像から、肺の内部の三次元画像を生成するために用いられる。

Ｘ線スライスデータは、円形のシュラウド内の物体の周りを回転するＸ線源を用いて生成される。複数のＸ線センサは、Ｘ線源とは円の反対側に位置している。初期のバージョンのイメージング装置（画像化装置）は、静止した患者の周りにＸ線源と検出器を回転させることにより動作した。それぞれの回転の完了に続き、患者は軸方向に動かされて次の回転が実行される。より新しい機械は、患者がゆっくり滑らかにＸ線円形シュラウドを通って動かされる間に、Ｘ線源と検出器の連続した回転ができるように設計されている。これらは、ヘリカルまたはスパイラルＣＴ装置と称される。

ＣＴは、大抵の身体の構造をイメージングするために用いられることができる。それは、肺の内側の構造の急性と慢性の両者の変化を検出することに特に有用である。これらの変化は、従来の二次元Ｘ線イメージングを用いて検出可能ではないかもしれない。様々な技術が用いられる。例えば、データの薄いスライスを取り高空間周波数再構成（high spatial frequency reconstructions）を適用することにより、肺気腫または線維症のような慢性間質プロセス（chronic interstitial processes）の評価が実行される。

これらのアプローチの主な制限の１つは、ぶれ（blurring）を最小化するために、肺が静止している間に肺を撮像する必要があることである。特に、ＣＴは、動的な肺の検査のためのその使用を制限する低い時間分解能を有する。ＣＴスキャニングは、一般的に、吸気または呼気にて息を止めると、通常数分空けて、２つの異なる時間間隔で行われる。

このことは、明らかな欠点を有し、動的な肺の機能検査のために用いられるＣＴの能力を制限する。具体的には、それは肺のサンプリングを生成し、２つの定常状態の間の肺の動きを推測するために補間が必要とされ、しかしこのような方法は、動きが線形または規定された経路に従うことを想定する。それらは、肺の動きに関する情報を提供し、且つ、肺の構造または機能に微妙な変化を引き起こす疾患を検出するのに用いられるであろう連続的なリアルタイム画像を生成できない。

高速ＣＴスキャニングの出現で、肺の膨張と収縮のような身体の臓器の動きを表すために時間とともに複数の画像を取り込む４Ｄ−ＣＴと称される方法を開発することが可能になっている。一般的な４Ｄ−ＣＴスキャンは、円形のシュラウドを通って動くテーブルにそれぞれ関連付けられた患者の周りの１０から５０回転を伴う。高速スキャニングは約４回転／秒の割合で実行されることができ、検出器は約１０００「スナップショット」／回転を取得する。各「スナップショット」は、Ｘ線源の１つの位置（角度または「投影（projection）」）にて実行される。一般的に４０，０００から２００，０００の間の画像が４Ｄ−ＣＴにて集められる。

例えば、４Ｄ−ＣＴは、従来の吸収ベースのイメージングを用いる拡張を含み、肺の機能の測定に用いられているが、かなりの放射線量を患者に加えるという欠点を有する。患者の特定の呼吸の動きを視覚化すること、制御すること及び追跡することは、横隔膜と共に動く胸および腹部の癌のような病気のための、より正確に目標が定められた照射治療（irradiation treatment）の鍵である。動く標的（ターゲット）がＣＴ画像に歪んだ形状で誤った位置に現れるかもしれないため、癌の動きは照射治療に問題を引き起こす。このことを補うために、より広い照射範囲および付随する高い放射線量が、腫瘍の狙いがはずれないことを確実にするために用いられる。

従って、呼吸ゲーティングが、肺癌のような「動く」癌を扱うために４Ｄ−ＣＴに組み合わされてもよい。１つのアプローチは、患者の胸／上腹部に置かれた小さい「箱」の使用によるものであり、専門のカメラが呼吸の間のこの箱の動きを監視するために用いられる。この情報は、肺癌の位置を呼吸周期の特定の段階に関連付けるために用いられる。治療にて、箱の動きは、呼吸周期の特定の段階の間、治療ビームをターンオンおよびオフさせる（ゲーティング）。（Jiang SB et al, Int J Radiat Oncol Biol Phys 2008; 71 :S103-7; Phys Med Biol 2008;53:N315-27）。

ＣＴの使用は、過去２０年にわたり劇的に増えている。今日の放射線医学の重要な問題は、画像の質を妥協することなくＣＴスキャニングの間の放射線量を削減する方法である。一般に、より高い放射線量はより高い分解能の画像をもたらし、一方、より低い線量は増加した画像ノイズとぼけた画像につながる。しかし、より高い放射線量は、放射線誘発癌の危険を含む不利な副作用を増加させる。

過去において、
１．検出器にて記録されたデータをより効果的に利用するための新たなソフトウェア技術と、
２．スキャニングおよび放射線量を調整することを、検査される身体のタイプと身体の臓器に対して個々に取り扱うことと、
３．他のタイプの検査のために、ＣＴスキャニングを避けることの妥当性を評価することと、
を含む、ＣＴスキャンの間に電離放射線への被爆を減らす試みがなされている。

これらの努力にもかかわらず、ＣＴスキャンにより（特に４Ｄ−ＣＴスキャンにより）患者に加えられる相対的に高い放射線量は、ＣＴの増加した使用に反する重要な問題である。ＣＴに加え、呼吸のような動的な生物学的プロセスの動的なイメージングを可能とする複数のイメージングの他の形態がある。

フルオロスコープは、胸部の動的なイメージングに理想的に適しており、食道造影検査、心臓カテーテル、関節造影、腰椎穿刺、静脈（ＩＶ）カテーテルの設置、静脈性腎盂造影、子宮卵管造影図、および、気管支鏡検査を含む生検のような広範囲の処置に用いられる。フルオロスコピーは、診断法として単独で用いられてもよく、または、他の診断もしくは治療の手段もしくは方法と共に用いられてもよい。

フルオロスコープおよび関連した医療イメージング構成の１つの特定の応用は、ＣＴＸＶ解析用の動的なシーケンスの取得にある。ＣＴＸＶ解析は、複数の透視図（perspectives）（投影図（projections））から取得された複数の画像、複数の透視図（投影図）から同時に取得された複数の画像、および、動画の透視図の連続した取得を含む（しかし限定されない）取得シーケンスから可能である。

Keall等による研究（US20140192952）は、呼吸信号にゲーティングして４ＤＣＢＣＴにおいて一定の回転速度を用いるときに起こる投影図のクラスタリング（clustering）を減らすことを試みている。この投影図のクラスタリングを避けて対象の周りの投影図の一様な分布を達成するために、Keallは、２つの変数：（１）ガントリの回転速度および（２）投影図の間の時間間隔を変化させている。

ＣＴＸＶに用いられているもの、および、４Ｄ−ＣＴ技術の進歩のような進化したイメージングシステムの出現で、高速なイメージングレートが達成可能である。これらのより高い画像取得レートは、動的な事象を通じて画像が取得されるときのより複雑なタイミングを可能にする。この増加した取得速度は、高速に起こる動的な過程または事象の高まった時間分解能を可能にする。

従って、患者の放射線被曝を増加させることなく、または、好ましくは減らす、スキャニングから得られる情報の質を改善する継続した必要性がある。

イメージングベースの動き解析の分野では、画像の質と測定のダイナミックレンジに影響するキーパラメータは、連続した画像間で起こるサンプルの変位（displacement）の大きさである。これは、サンプル速度と取得レートによって決定されるであろう。もしサンプル変位が大きすぎるか小さすぎれば、測定の質は低下するであろう。一定の取得レートを用いた測定シーケンスの間に大きな速度範囲を示すサンプルのイメージングは、従って、いくつかのフレームに関して低下した測定品質を必然的に引き起こすであろう。

イメージングベースの動き解析の分野では、動きの測定の質または測定のダイナミックレンジを改善するために一般に用いられるいくつかの技術がある。このような例の１つは、ＰＩＶ（粒子画像流速）解析における「フレームスキップ」の使用である。これは、画像解析が１画像より大きく離れた画像を比較するものである。このようにして、最適な信号対ノイズを、連続する画像間で非常に小さい変位を有するより遅い粒子に関して得ることができる。

Ｘ線画像を入力として用いるとき、これらのような技術は、余分な（冗長な）画像が取得されると、対象に与えられる放射線量の増加をもたらす。Ｘ線イメージングにおいて、余分な画像は、対象に加わる余分な線量と同等である。従って、ＣＴＸＶ解析におけるようなＸ線画像からの動き測定に関して、このことを克服するために他の技術が用いられなければならない。

本発明の目的は、肺の機能を評価すると共に肺の状態を診断するための改善された技術を提供することである。

本発明の他の目的は、肺の動きのデータを得るための改善された技術を提供することである。

本発明の更なる目的は、関連技術に関連した少なくとも１つの欠点を軽減することである。

関連技術のシステムの少なくとも１つの上述の欠点を克服するか軽減すること、または、関連技術のシステムの有用な代替手段を少なくとも提供することが、ここに記載された実施形態の目的である。

ここに記載された実施形態の第１の態様では、患者の臓器の動きのイメージング方法であって、
臓器の動きに対応するパラメータを監視するステップと、
臓器の複数の生体内画像（in vivo images）を取得するステップと、を含み、
画像取得のタイミングは、パラメータ値の予め定められた変化に関連付けられている、方法が提供される。

ここで用いられる用語「臓器」は、共通の機能を供給する構造的ユニットに結合された組織の任意の採取、または、その一部に関することが意図されており、且つ、心臓、肺および血管を含む。特に好ましい実施形態では、臓器は、１つ若しくは両方の肺、または、それの葉（lobes）を備える。

上述の関連付け（correlation）は、直接または間接の関連付けでもよい。

上述の実施形態のより具体的な態様では、患者における体積を変化させる臓器の動きのイメージング方法であって、
臓器の体積の変化を監視するステップと、
臓器の複数の生体内画像を取得するステップと、を含み、
画像取得のタイミングは、画像の間の臓器の体積の変化に関連付けられている、方法が提供される。

好ましくは、画像の間のパラメータ値の変化は予め定められた値であり、それは一定でもよく、または、時間とともに変化してもよい。より好ましくは、予め定められた値は一定値である。パラメータ値は、臓器の形状、体積、流量（flow）、圧力、ずれ（shear）、変位（displacement）、温度、色、向き、もしくは、位置のいずれか１つまたは任意の組み合わせの変化に関係する。特に好ましい実施形態では、パラメータ値は体積である。

これに加え、流量は積分されて体積情報を提供してもよく、体積は微分されて流量情報を提供してもよいことが、当業者により認識されるであろう。このようにして流量または体積の信号は同じ情報を含むことが考慮されることができる。

圧力は、流量および体積に関連したパラメータであり、圧力は、臨床的に行われるより簡単でより普通の測定である利点を有する。本発明の一実施形態では、圧力単独が、直接的な生理的測定として、イメージングシステムをトリガするために用いられる。

イメージングされる臓器が肺であるとき、肺組織の動きまたは変位は、本開示を通じて説明されるもののようなイメージング方法を含む多数の手段から測定されうる。肺組織の動きの測定は、肺の動き解析に用いられるとき、所望の信号タイミングの正確な最適化を可能にして、従ってリアルタイムフィードバックシステムを可能にする。

胸壁の変位の測定は、肺組織の変位、および、特に肺の体積の変化にも関連する。胸壁の変位は、対象上に投影されたレーザベースのグリッド、対象上に置かれたマーカおよびステレオビデオ技術を含む複数の技術から測定されうる。胸壁の変位の測定は、患者に接触するいずれの装置も必要としない利点をしばしば有することができる。多数の他の生理的測定技術と多数の他の生理的パラメータが肺組織の変位または体積の変化の情報を推測するために用いられることが、当業者により認識されるであろう。

過去において、心臓、血管または肺のような体積を変化させる臓器の画像は、一般的に、可能な最高速の一定のイメージングレート、または、最も高速に起こる動的な事象を取得するのに十分なレートで記録されている。事象が一定のレートで起こらないシステムに関して、（相対的な意味で）所望の時間分解能は一定ではなく、潜在的に、取り込まれた画像の過剰につながる。画像の過剰は、これら画像の解析、レビューおよび保存のコストの増加に関係がありうる。Ｘ線イメージングシステムの場合、画像の過剰は、Ｘ線線量の過剰を直接もたらす。肺の場合、このことは、肺の変化がほとんど起こっていない吸気の終わりと呼気の終わりに大部分の画像が取り込まれ、ピーク吸気流量（peak inspiratory flow）またはピーク呼気流量（peak expiratory flow）の間である最も一時的な瞬間にごく一部の画像が取り込まれることにつながる。

特に、ＣＴＸＶイメージングの場合、気流（airflow）測定の正確さは、イメージング期間にわたるシステムの体積の変化の関数である。測定期間にわたる小さな体積の変化は、信号に対する大きな誤差をもたらしうる。測定期間にわたる大きな体積の変化は、非線形現象の不適切な時間分解能のために、大きな誤差をもたらしうる。同様に、大きな誤差は、測定期間にわたる大きな体積の変化から生じる最適下限の相互相関（sub-optimal cross-correlations）から生じうる。

対照的に、本発明の方法は、動的なイメージングシーケンスから可能な定量化を最適化することを対象とする。本アプローチは、最も高速な変化の時以外に取り込まれる画像の数を最小化して、付随して対象への放射線量を最小化するであろうということが期待される。肺内の気流を測定する場合、本発明の方法は、気流測定誤差とＸ線線量の両者を最小化する、イメージングシーケンスの最適化を可能にする。

臓器の体積の変化は、気流または血圧のような他の直接関連した生理的パラメータの測定を含む任意の都合のよい手段により監視されてもよい。これらは、肺の場合、レーザで生成されたグリッド若しくは画像、胸部の周りのバンド、または、標準的な呼吸曲線（respiration curves）へのフィッティングを用いた、口での気流、肺活量測定、胸壁測定を含む。心臓または血管の場合、それらは、血圧または血流の測定を含むことができる。臓器の体積の変化がこれらの方法に限定されず、多数の他の監視手段が用いられうることは、当業者に容易に理解されるであろう。例えば、心臓をイメージングするとき、血液の体積の時間変化を推測するためにＥＣＧを用いることが用いられてもよい。

ここに記載される実施形態の第２の態様では、患者の臓器の動きのイメージング方法であって、
臓器の体積の変化のような臓器の動きに対応するパラメータの変化を監視し、イメージング制御システムにリアルタイムで供給される監視データを生成するステップと、
制御システムからの作動信号に応答して、臓器の複数の生体内画像を取得するステップと、を含み、
画像取得のタイミングは、パラメータ値の予め定められた変化に関連付けられている、方法が提供される。

一般的に、パラメータ値の予め定められた変化は、時間とともに変化し、または、一定である。臓器の一定のまたは他の予め定められたパラメータ変化に対応する画像の収集は、任意の都合のよい手段により達成されうる。

好ましい一実施形態では、臓器が体積を予め定められた量だけ変化させたとき、ｋＶ発生器（kV generator）のＨＶスイッチング、もしくは、Ｘ線源／検出器をシャッタリングすることの使用により、または、放射線ビームが標的の臓器上に当たる方法を変えること、もしくは、他のトリガ手段により、画像は収集されうる。

ここに記載される実施形態の他の態様では、本発明の方法に従って画像を収集するためのアプリケーションが提供され、そのアプリケーションは、臓器の体積の予め定められた変化に対応する画像の記録を開始するための予め定められた命令セットを備える。

さらなる態様では、本発明の方法は、２以上の取得された画像の間の臓器の動きのデータフィールドを測定するステップを含んでもよい。

本発明による画像の取得は、複数の透視図から実行されてもよい。特に好ましい実施形態では、複数の生体内画像は２以上の透視図から記録され、各画像は符号化データを備え、臓器の動きの空間速度データフィールド（spatial velocity data field）は、符号化データから再構成される。

本発明の方法の他の実施形態では、方法は、
パラメータの変化を監視して、イメージング制御システムにリアルタイムで供給される監視データを生成し、
制御システムからの作動信号に応答して、第１の透視図から、符号化データを備える臓器の複数の生体内画像を取得し、
制御システムからの作動信号に応答して、少なくとも１つの追加の透視図から、追加の符号化データを備える臓器の複数の生体内画像を取得し、
その後、符号化データから臓器の動きの空間速度データフィールドを再構成することを、さらに含む。

ここに記載される実施形態のさらなる態様では、
（ｉ）１以上のエネルギー源と、
（ｉｉ）１以上の検出器であって、１以上のエネルギー源からの、エネルギー源と検出器の中間の対象を通過するエネルギーにより作られた画像を取得するための１以上の検出器と、を備える装置における、
臓器の体積の変化を監視するセンサを備え、センサの出力は、本発明に従って解析されて画像取得のタイミングをトリガするための入力を提供する、信号処理ユニットが提供される。

ここに記載される実施形態の他の態様では、本発明の方法による監視すること、画像を取得すること、および、タイミングをとること（timing）を可能にするアプリケーションを非一時的な形態で記録するためのコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

ここに記載される実施形態のさらなる態様では、イメージングできるように適合された非一時的な媒体に記録されたアプリケーションであって、そのアプリケーションは、本発明による方法を実行できるように適合された予め定められた命令セットを備える、アプリケーションが提供される。

当業者は、本発明の方法が任意の周知のイメージング技術とともに用いられることができることを認識するであろう。好ましくは、本発明による動きのイメージングは、コンピュータ断層Ｘ線速度測定（computer tomographic X-ray velocimetry）、コンピュータ断層撮影、コーンビームコンピュータ断層撮影、フルオロスコピー、磁気共鳴イメージング、または、超音波診断を備えるグループから選択されたイメージング方法を用いて実行される。

患者は、人間または他の動物であってもよく、本発明は従って診断と研究の分野における人間および獣医用途の範囲に有用である。

他の態様および好適な形態が明細書に開示および／または本発明の記載の一部をなす添付の請求項に規定されている。

本質的に、本発明の実施形態は、既存のイメージングの時間ベースのパラダイムが、特に非線形の態様のとき、臓器の動き解析が実行されるとき、動く臓器には適さない、という認識から生まれる。肺の場合、それは、動きに関して最大の診断的な関心の期間中、画像の収集を最大化し、且つ、動きに関して最小の診断的な関心の期間中、画像の収集を最小化する。

時間に基づくイメージングの既存のパラダイムを省くことにより、本発明により以下を含む大きな利点が提供される：
画像の収集が、最も有用な情報が得られるときに最大化され、他のときに最小化され、データ収集の効率と動き解析の質を改善し、
臨床の診断および治療で入手可能な機能的な動きデータの改善、
データ収集および記録が従来のイメージングと比較して削減され、計算効率を改善し、
患者の放射線量が最小化され、
より小さい動作電力がスキャナに用いられることができ、必要な冷却時間を減らし、患者の処理量および全体的な経済性を増加させる。

本技術の一実施形態は、複数の画像を各ビュー（図：view）から取ることにより、画像を各投影図にクラスタ化する（cluster）ことを目的とする。このことは、次に上記各ビューからの動きの計算、および、従って肺のフル４Ｄ動きフィールドの再構成を可能にする。ＣＴ、４ＤＣＴおよび４ＤＣＢＣＴのような画像再構成の技術は、多数のビューから患者の周りに一様に投影図を分布させることを目的とする。

本発明の実施形態の適用性のさらなる範囲は、以下に示す詳細な説明から明らかとなるであろう。しかし、当然のことながら、詳細な説明および具体例は、好ましい本発明の実施形態を示すが、説明のためのみに示されたのであって、本発明の開示の精神および範囲において様々な変更や修正を加えてもよいことは、この詳細な説明から当業者には明らかであろう。

本出願の好ましい実施形態および他の実施形態のさらなる開示、目的、利点および態様は、添付の図とあわせて以下の実施形態の記載を参照することにより、関連技術を知る当業者によってさらに理解されるであろう。添付の図は、説明のためだけに掲載されており、したがってここでの開示を制限するものではない。
時間（秒）に対する肺の体積のプロットにより、肺の吸気および呼気を示す。 時間（秒）に対する肺の空気圧（ｃｍ／Ｈ_２Ｏ）のプロットにより、肺の吸気および呼気を示す。 吸気と呼気の間の本発明によるスキャニング様式（regime）を示すためにマーク付けされた、図１ａに示された時間に対する肺の体積の図である。 呼気のみの間の本発明によるスキャニング様式を示すためにマーク付けされた、図１ａに示された時間に対する肺の体積の図である。 吸気と呼気の間の従来技術によるスキャニング様式を示すためにマーク付けされた、図１ａに示された時間に対する肺の体積の図である。 呼気のみの間の従来技術によるスキャニング様式を示すためにマーク付けされた、図１ａに示された時間に対する肺の体積の図である。 ＣＴＸＶスキャナの構成要素の一般的な配置を示す。 一定且つ予め設定された体積の変化に基づいてイメージングシステムをいつトリガするか検出するときのアプリケーションからの出力を示す。 非線形のタイムベースが同じデータのサブセットに描かれている。 本発明によるシステムのアプリケーションの一実施形態の機能を要約するフローチャートである。 通常３０ｆｐｓで動作するシステムにおける予め設定された体積変化の値に関する本発明による放射線量の節約を示す図である。このデータは表１にも見ることができる。 本発明の方法で用いられるシステムと装置を示す。 本発明の方法で用いられるシステムと装置を示す。

図１ａは、人間の肺の吸気および呼気の間の時間（秒）に対する肺の体積（リットル）の図である。この図は、予備吸気量（ＩＲＶ）１、ＶＴ ２、予備呼気量（ＥＲＶ）３、残気量（ＲＶ）４、機能的残気量（ＦＲＣ）５、深吸気量（ＩＣ）６、肺活量（ＶＣ）７、全肺気量（ＴＬＣ）８を示す。

図１ｂは、人間の肺の吸気および呼気に関する時間（ｍｓ）に対する圧力（ｃｍ／Ｈ_２Ｏ）の図である。肺への及び肺からの空気の流れは、図１ａに示されるように、肺の体積の変化に関連付けられることができる。

過去において、心臓、血管または肺のような体積を変化させる臓器の画像は、可能な最高速のイメージングレートにて画像間の一定時間で記録されている。

肺に関して、このことは、吸気サイクルの始めと呼気サイクルの始めの間に起こる高速な動きを取り込む試みであった。図３は、各画像間の一定の時間間隔での吸気と呼気の間（図３ａ）および呼気のみの間（図３ｂ）の従来技術による連続のスキャニングを示す、時間（秒）に対する肺の体積（リットル）の図である。

しかし、図３ａに示されるように、このことは、体積（および圧力）曲線がそれらの最終値に向かって漸近し始め、肺の動きがほとんど実際には起こっていない、吸気と呼気の終わりの間に多くの画像が取り込まれることをもたらすであろう。

対照的に、図２は、各画像間の一定の肺の体積の変化での本発明によるスキャニングのための体積ベースのゲーティングを示す。図２は、吸気と呼気の間（図２ａ）および呼気のみの間（図２ｂ）の時間に対する肺の体積の図である。従って、空気の流れまたは肺の体積の変化の予め定められた単位に関し、予め定められた数の画像が得られる。このことは、肺が最も激しく動いてその健康状態に関する大抵の情報が得られるときの吸気と呼気の過程の間に得られる画像の割合を最適化する。それは、肺が激しく動いていない吸気と呼気の終わりのような、他の時に得られる画像の数も最小化し、付随して放射線量を最小化する。

本発明の方法は、過大なパワーレベルにて画像ができるだけ速く得られることを必要としない。代わりに、本発明の方法を用いることは、冷却する必要なく、または、より短い冷却期間で、ＣＴＸＶスキャナがより低いパワーレベルにて動作できる。このことは、より効率的な患者の処理量、より低い電力使用量、および、従ってＣＴＸＶスキャナの使用の全体的なより良い経済性を可能にする。

本発明は、図４に示されるように、ＣＴＸＶイメージングと従来技術のＣＴＸＶスキャナに用いられるときに特に有用である。図４は、本発明によるＣＴＸＶシステムの基本設計の概略を説明する概略図である。その図は、サンプルを透過してシンチレータにより可視光に変換される３つのポリクロマティックＸ線ビームを示す。高速検出器システムは、次に一組の画像を生成する。複数の投影図データは、サンプルを回転することなく同時に集められる。座標（通常、デカルト座標系（ｘ，ｙ，ｚ））は、サンプルに固定され、ビーム軸ｐから角度θ回転されている。図４に関して、各イメージングラインは、通常、次の主要な構成要素から構成されるであろう：
ａ．ビデオ速度または二重シャッタＸ線カメラ（２１）と、
ｂ．コーンビームＸ線源（２２）と、
ｃ．ソース変調システム（２３）と、
ｄ．基本ソースアライメントハードウェア（２４ａ）と、
ｅ．高分解能カメラアライメントハードウェア（２４ｂ）と、
ｆ．画像取込および解析ハードウェア（２５）と、
ｇ．ユーザインターフェース（２６）。

図５は、対象から取り込まれた時間に対する実際の体積のグラフを示す。画像取得をトリガするために選択された点は、画像間の等しい体積間隔に関連する。このことは、図５ｂに、より明瞭に見ることができる。

図６は、本技術に関するアプリケーションの１つの特有の実施形態のフローチャートを示す。これは、本技術が効果的に用いられるために行うことができる処理ステップを表にしている。

表１は、本技術を用いて達成されることができる線量節約の一例を示す。

図７は、一定レートのイメージングと比較した、３０フレーム毎秒のイメージングシステムにおける本発明の方法を用いて可能な線量削減を示す図である。この図は、肺の予め定められた体積変化が異なるレベル（トリガ３２）に設定されるに従い、どのように線量削減が変化するか（３０）を示す。

図８は、本発明のシステムおよび装置を示す。生理的入力（３９）は、ソース（４２）と検出器（４４）の間に位置した患者から、センサ（４８）に送られる。図８ａの信号処理システム（３８）は、図８ｂの画像取得のタイミングを制御するためにどのように生理的パラメータが用いられるかを示す。センサは、この生理的情報をパラメータ信号（５０）に変え、それは次に信号処理ユニット（５２）に送られる。信号処理ユニットは、その信号を、イメージングシステムコントローラ（４６）に入る適切なトリガ（４０）に変換する。信号処理は、予め設定された体積変化値、または、１組の体積変化値に関する方程式、または、それにより入力された生理的情報がイメージングシステム用の適切なトリガ信号に変換される他の１組の規則のような、ユーザからのいくつかの他の入力情報を含んでもよい。

一般に、このタイプのＣＴＸＶスキャナは、複数のエネルギー源と、同時にまたは近い時系列で用いられる複数の検出器とを備える。本発明は、（エネルギー／検出器の組の数にかかわらず）、ＣＴＸＶイメージングで利用されるとき、動物のイメージングへの応用と、人間のイメージングへの応用も含む。肺の体積の変化の直接的な測定にしばしば利用されるＣＴＸＶ技術の性質により、線量の劇的な削減は、体積ベースのゲーティングシステムを用いることによりスキャンの間に集められた情報の少ない喪失または喪失が無いことに対して達成されることができる。

本発明を特定の実施形態に関連して説明してきたが、さらに修正できることが理解されるであろう。本出願は、本発明の使用または適用が一般に本発明の原理に付随するあらゆる変形例、および本発明の使用または適用が本発明の属する分野における既知のものまたは慣行の内部で生じる本開示からの逸脱および上述した本質的な特徴に適用されうる本開示からの逸脱を含む、あらゆる変形例を含むことが意図されている。

本発明の本質的特徴の精神から逸脱することなく、本発明はいくつかの形態で具現化されてもよいため、特に断らない限り、上述の実施形態は本発明を制限するものではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲において規定された本発明の精神および範囲内において、広く解釈されるべきであることが理解されるべきである。説明された実施形態は、すべての観点において説明するためだけのものであって制限的ではないと考えられるべきである。

本発明の精神および範囲、ならびに添付の特許請求の範囲には、様々な修正および同等の配置が含まれることが意図されている。したがって、特定の実施形態は、本発明の原理が実行されうる多くの方法の実例であることが理解されるべきである。以下の特許請求の範囲では、ミーンズプラスファンクション節は、規定された機能を実行するものとしての構造を包含すること、および構造的な同等物だけではなく同等の構造を包含することが意図されている。

「備える（comprises/comprising）」および「含む（includes/including）」が本明細書中で使用された場合、述べられた特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を特定したことになるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、構成要素またはこれらの集合の存在または追加を除外するものではない。したがって、明細書の記載および特許請求の範囲の全体にわたって、文脈が明確に別の意味を示さない限り、「備える（comprise）」、「備える（comprising）」、「含む（includes）」、「含む（including）」などの用語は、排他的または包括的な意味とは反対の包含的な意味として、つまり「〜を含むがこれらには限定されない」の意味として解釈されることになる。

Claims (24)

1. 患者における体積を変化させる臓器の動きのイメージング方法であって、
   前記臓器の体積の変化を監視するステップと、
   前記臓器の複数の生体内画像を取得するステップと、を含み、
   画像取得のタイミングは、前記画像の間の臓器の体積の変化に関連付けられている方法。
2. 前記臓器の体積の変化を監視することは、イメージング制御システムにリアルタイムで供給される監視データを生成し、
   前記臓器の前記複数の生体内画像を取得することは、前記制御システムからの作動信号に応答して実行される請求項１に記載の臓器の動きのイメージング方法。
3. 前記画像の間の臓器の体積の変化は、予め定められた値である請求項１または２に記載の方法。
4. 前記画像の間の臓器の体積の変化は、予め定められた一定値である請求項１または２に記載の方法。
5. ２以上の取得された前記画像の間の臓器の動きのデータフィールドを測定する追加のステップを含む請求項１または２に記載の方法。
6. 前記複数の生体内画像は２以上の透視図から記録され、各画像は符号化データを備え、
   肺の動きの空間速度データフィールドは、前記符号化データから再構成される請求項１または２に記載の臓器の動きのイメージング方法。
7. 前記臓器の体積の変化を監視して、イメージング制御システムにリアルタイムで供給される監視データを生成し、
   前記制御システムからの作動信号に応答して、第１の透視図から、符号化データを備える前記臓器の複数の生体内画像を取得し、
   前記制御システムからの作動信号に応答して、少なくとも１つの追加の透視図から、追加の符号化データを備える前記臓器の複数の生体内画像を取得し、
   その後、前記符号化データから臓器の動きの空間速度データフィールドを再構成する請求項１または２に記載のイメージング方法。
8. 前記臓器は肺である請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 前記画像は、コンピュータ断層Ｘ線、コンピュータ断層撮影、コーンビームコンピュータ断層撮影、フルオロスコピー、磁気共鳴イメージング、または、超音波診断を備えるグループから選択されたイメージング方法を用いて生成される請求項１から８のいずれかに記載の方法。
10. 前記画像取得は関連付けの前に実行される請求項１から９のいずれかに記載の方法。
11. 患者の臓器の動きのイメージング方法であって、
    前記臓器の動きに対応するパラメータを監視するステップと、
    前記臓器の複数の生体内画像を取得するステップと、を含み、
    画像取得のタイミングは、パラメータ値の予め定められた変化に関連付けられている方法。
12. パラメータ値の変化を監視することは、イメージング制御システムにリアルタイムで供給される監視データを生成し、
    前記臓器の前記複数の生体内画像を取得することは、前記制御システムからの作動信号に応答して実行される、請求項１１に記載の臓器の動きのイメージング方法。
13. 前記画像の間のパラメータ値の変化は、予め定められた値である請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記画像の間のパラメータ値の変化は、予め定められた一定値である請求項１１または１２に記載の方法。
15. ２以上の記録された前記画像の間の臓器の動きのデータフィールドを測定する追加のステップを含む請求項１２に記載の方法。
16. 前記複数の生体内画像は２以上の透視図から記録され、各画像は符号化データを備え、
    肺の動きの空間速度データフィールドは、前記符号化データから再構成される請求項１２に記載の臓器の動きのイメージング方法。
17. 前記パラメータの変化を監視して、イメージング制御システムにリアルタイムで供給される監視データを生成し、
    前記制御システムからの作動信号に応答して、第１の透視図から、符号化データを備える前記臓器の複数の生体内画像を取得し、
    前記制御システムからの作動信号に応答して、少なくとも１つの追加の透視図から、追加の符号化データを備える前記臓器の複数の生体内画像を取得し、
    その後、前記符号化データから臓器の動きの空間速度データフィールドを再構成する請求項１２に記載のイメージング方法。
18. 前記臓器は肺である請求項１１から１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記画像は、コンピュータ断層Ｘ線、コンピュータ断層撮影、コーンビームコンピュータ断層撮影、フルオロスコピー、磁気共鳴イメージング、または、超音波診断を備えるグループから選択されたイメージング方法を用いて生成される請求項１１から１７のいずれかに記載の方法。
20. 前記パラメータ値は、前記臓器の形状、体積、流量、圧力、ずれ、変位、温度、色、向き、もしくは、位置のいずれか１つまたは任意の組み合わせの変化に関係する請求項１２に記載の動きのイメージング方法。
21. 請求項１または２に記載の監視すること、画像を取得すること、および、タイミングをとることを可能にするアプリケーションを非一時的な形態で記録するためのコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
22. イメージングできるように適合された非一時的な媒体に記録されたアプリケーションであって、前記アプリケーションは、請求項１または２に記載の方法を実行できるように適合された予め定められた命令セットを備える、アプリケーション。
23. （ｉ）１以上のエネルギー源と、
    （ｉｉ）１以上の検出器であって、前記１以上のエネルギー源からの、前記エネルギー源と前記検出器の中間の対象を通過するエネルギーにより作られた画像を取得するための１以上の検出器と、を備える装置における、
    臓器の体積の変化を監視するセンサを備え、前記センサの出力は、請求項１の方法に従って画像取得のタイミングをトリガするための入力を提供する、信号処理ユニット。
24. 請求項２３の信号処理ユニットと装置の組み合わせであって、
    前記装置は、
    （ｉ）１以上のエネルギー源と、
    （ｉｉ）１以上の検出器であって、前記１以上のエネルギー源からの、前記エネルギー源と前記検出器の中間の対象を通過するエネルギーにより作られた画像を取得するための１以上の検出器と、
    を備える組み合わせ。