JP3677158B2

JP3677158B2 - 血管造影図の撮影装置

Info

Publication number: JP3677158B2
Application number: JP27008398A
Authority: JP
Inventors: ピーシモネッティオーランド
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2018-09-24
Also published as: US6073042A; JPH11151224A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ａ）ボクセルからなる対象容積（ＶＯＩ）内の患者の動脈および静脈から３次ＭＲデータを捕捉する手段と、ｂ）３次元ＭＲデータから、動脈を静脈から区別できるように画像を再構成して表示する手段とを有する、血管造影図の撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＡ、とりわけ３次元ＭＲＡでは、動脈を静脈から区別できると医師（通常は放射線医）にとって有利である。しかしこのことの実行できる公知の方法は不十分である。
【０００３】
従来のＭＲＡ（これはコントラスト・エージェントを使用していない）では、静脈信号または動脈信号は画像捕捉中に、静脈血流または動脈血流を予飽和させることにより選択的に除去され、これによりＭＲ信号を形成するのを防止している。典型的な結果として、ＭＲ血管造影図は動脈または静脈しか描写しない。血中のＴ１緩和時間の有効な短縮（この短縮により、コントラストエンハンスドＭＲＡで高いＳ／Ｎ比が得られる）はまたこのような従来の予飽和技術の失敗の原因となる。このため動脈と静脈を区別するために、コントラストエンハンスドＭＲＡデータは典型的には２ステップで収集される。すなわち、第１のステップでエンハンスド動脈画像が捕捉され、第２のステップで動脈と静脈の両方がエンハンスドされる。第１の画像は動脈を示し、第２の画像は静脈を示す。これら画像の各々は迅速に捕捉しなければならない。第１の画像は動脈ボーラスのピークをキャプチャしなければならず、第２の画像は静脈増強の前に消失しなければならない。そして従来の血管外エージェントの場合、包囲組織が有意に増強される前に消失しなければならない。各画像を迅速に捕捉しなければならないから、画像の空間解像度は必然的に小さい。
【０００４】
減法画像は、２つの所定の時間における患者の循環系の状態にだけ関連するから、このような方法では動脈と血管との区別能力に制限があり、またコントラストエージェントの注入とのタイミングとデータ捕捉速度とに大きく左右される。このタイミングが間違って計算されたり、捕捉が過度に長時間かかると、純粋な動脈相ではなく、動脈相と静脈相の組み合わせを捕捉してしまう。さらに第２の捕捉時までに増強されない血管があると、これが減法画像に現れなくなる。
【０００５】
３次元ＭＲＡデータを対象容積（ＶＯＩ）内にある患者の動脈および血管から収集し、このようなデータから再現された画像において動脈を静脈から可視的に区別することができると有利である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、３次元ＭＲＡ画像において動脈を静脈から区別することのできる装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明により、血管内ＭＲコントラストエージェントのボーラスを循環系に、血管を強調するように投与する手段と、
複数の３次元ダイナミックＭＲデータ集合をＶＯＩから捕捉する手段と、
ここで前記ダイナミックデータ集合の捕捉は、コントラストエージェントの投与後に開始され、ＶＯＩ内の動脈血管および静脈血管すべてのコントラストエージェントのエンハンスメントを反映するように十分に長時間続けられ、
コントラストエージェントが平衡状態に達した後、ＶＯＩの３次元ＭＲ血管造影図を捕捉する手段と、
ＶＯＩ内の各ボクセルに対して、ボクセルのエンハンスメントをコントラストエージェント投与後の時間の関数として計算する手段と、
患者の動脈に関連するボクセルのエンハンスメントを、患者の静脈に関連するボクセルのエンハンスメントから区別するパラメータを選択する手段と、
ＭＲ血管造影図における各ボクセルの強度を前記選択されたパラメータに従ってスケーリングする手段と、
ＶＯＩの最大強度投影の再構成を、ボクセル強度がスケーリングされたＭＲ血管造影図から発生する手段とを有する、
ことを特徴とする血管造影図の撮影装置により解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＭＲコントラストエージェントのボーラスを患者の循環系に投与し、ボーラスの位置を時間の関数として追跡することにより動脈を静脈から区別できるという認識に基づくものである。このことはなぜならば、ボーラスは通常、患者の循環系を既知の経路に沿って通過し、循環系におけるボーラスの位置を通常は、投与後の経過時間に関連させることができるからである。この理由から、患者の循環系を通るコントラストエージェントの進行を時間の関数として、動脈を静脈から区別するにに使用することができる。血液が予想される経路を流れなくても（これは例えば患者の心臓が奇形の場合である）、実際の流通経路を時間の関数としてマッピングすることができ、これにより医師に従来の“静脈”または“動脈”カテゴリーの外見の血流画像が提供される。
【０００９】
本発明のよれば、このタイムベース情報が３次元ＭＲ画像におけるボクセルの強度尺度に使用される。本発明によればまた、ＶＯＩ内の各ボクセルに対してこのボクセルのエンハンスメントが時間の関数として検出され、ＶＯＩの３次元ＭＲ画像における個々のボクセルがこの検出および医師または検査技師の要求に応じて視覚的に強調または緩和される。
【００１０】
本発明の有利な実施例ではさらに、血管内コントラストエージェントが使用されるなら、コントラストエージェントが血流中で平衡状態に達した後、比較的長い時間の捕捉をハイレゾリューションで実行することができる。タイムベース情報は、ハイレゾリューションＭＲ血管造影図で表示されたボクセルの強度をスケーリングするのに使用され、ハイレゾリューションＭＲ血管造影図における個々のボクセルの画像強度は、動脈を静脈から視覚的に区別できるように操作することができる。このスケーリングステップは、診断画像の解像度が高いのでとりわけ有利であるが、必ずしも必要ではない。血管内コントラストエージェントとハイレゾリューションＭＲ血管造影図がなくても、タイムベース情報は血流の経路を表すのに十分であり、これにより動脈と血管を区別して描写することができる。
【００１１】
本発明の別の側面では、ａ）コントラストエージェントのボーラスが患者の循環系に、血管構造を強調するように投与され、ｂ）３次元ＭＲ画像データがＶＯＩから、血管構造を通るコントラストエージェントの運動が時間の関数として記録されるように捕捉され、ｃ）ボクセルがＶＯＩの３次元ＭＲ画像内で、選択的に強調すべき個々のセクションに従ってスケーリングされ、ｄ）３次元ＭＲ画像がスケーリングされ捕捉されたＭＲ画像データからの画像値を使用して表示される。有利には、ＶＯＩのハイレゾリューション３次元ＭＲ画像が捕捉されるは、コントラストエージェントがＶＯＩ内で平衡状態に達した後であり、スケーリングステップがハイレゾリューション３次元ＭＲ画像の画像データに適用され、表示ステップは、画像値がスケーリングされた３次元ＭＲ画像の最大強度投影（ＭＩＰ）の表示ステップを含む。
【００１２】
本発明の別の側面では、コントラストエージェントのボーラスが患者の循環系に、ＶＯＩ内の患者の血管を強調するように投与される。次に本発明のこの側面により、複数の３次元ＭＲデータ集合（これらはここでは“ダイナミックＭＲデータ集合”として参照される）がＶＯＩから捕捉される。これは、コントラストエージェントの投与と共に開始し、ＶＯＩ内の動脈血管と静脈血管のすべてがコントラストエージェント増強を反映するように十分に長時間続けられる。これらダイナミックＭＲデータ集合は全体で見て、上に説明したようにタイムベース情報を実際に提供し、動脈を静脈から区別するのに使用することができる（そしてさらに１つの大動脈または大静脈の異なる部分を区別するのにも使用することができる）。
【００１３】
有利には、血管内コントラストエージェントが使用される場合、患者のＶＯＩの３次元ＭＲ血管造影図はコントラストエージェントが平衡に達した後に捕捉される。このことは実際に、患者の脈管構造高品質な３次元画像を提供する。次にＶＯＩ内の各ボクセルに対して、ボクセルのエンハンスメントをコントラストエージェント投与後の経過時間の関数として、ダイナミック３Ｄデータ集合から導出した情報に基づいて計算する。このような計算を行った後、患者の動脈に関連したボクセルのエンハンスメントを患者の静脈に関連したボクセルのエンハンスメントから区別するパラメータ（有利にはタイム・トゥ・ピークエンハンスメント、ピークエンハンスメントの大きさ、時間関数としての信号エンハンスメントの勾配）を選択し、３次元ＭＲ血管造影図における各ボクセルの強度を選択されたパラメータに応じてスケーリングする。次に、有利な本発明の実施例によれば、ＶＯＩの最大強度投影（ＭＩＰ）再構成が行われる。ＭＩＰ再構成は現在のところ有利であるが、必ずしも必要ではない。択一的にその代わりに、３Ｄサーフェース・レンダリングの形態を使用すると有利なこともある。
【００１４】
本発明の有利な実施例では、医師または検査技師がスケーリングステップを、ＭＩＰ再構成を見ながら対話的に実行する。このことにより、医師または検査技師は対象である所定の組織（静脈、動脈、またはそれらの一部）だけを強調するように調整して表示することができる。さらにダイナミックＭＲデータ集合を、高い時間的分解のを得るために迅速に捕捉すると有利である。このようにデータ収集すれば、ダイナミックＭＲデータ集合の空間解像度は比較的低くなる。コントラストエージェントが血管内タイプであれば、高解像度３次元ＭＲ血管造影図を長時間にわたって捕捉することができる。ダイナミックＭＲデータ集合と高解像度ＭＲ血管造影図のボクセルサイズは、ダイナミックＭＲデータ集合を高解像度血管造影図の空間解像度に相応して空間的に補間することによって有効に正規化される。このようにして、信号強調曲線が高解像度血管造影図中のすべてのボクセルに対して発生される。
【００１５】
【実施例】
ここに説明する有利な実施例は、３次元パルスシーケンス（図示せず）を使用する従来のＭＲ画像（図示せず）において実行される。画像の形式および使用されるパルスシーケンスは本発明の一部ではない。さらに有利な実施例を、心臓と心臓血管を含むＶＯＩを使用して説明するが、このことは心臓ＭＲＡがとくに興味の対象だからである。ＶＯＩは本発明の一部ではない。
【００１６】
本発明の有利な実施例は、ＭＲコントラストエージェントのボーラスが患者に投与されることを前提とする。コントラストエージェントは現在市販されている、ガドリム（Ｇｄ）ベースのＭＲコントラストエージェントの１つであるが、このコントラストエージェントが現在開発中の新しい血管内エージェントの１つ、例えばEpix Medical Inc.製のＭＳ−３２５であるととくに有利である。従来のＧｄベースＭＲコントラストエージェントは組織内に毛細管血管を通って拡散する。しかし開発中の新しい血管内エージェントは拡散せずに患者の血管組織に留まる。
【００１７】
本発明の有利な実施例の第１ステップ１０（図５参照）では、コントラストエージェントのボーラスが患者の循環系に投与される（注射により）。当業者であれば周知のように、ボーラスは患者の循環系を移動し、漸次拡散する（すなわち、だんだんボーラスのようでなくなる）。ある時点でコントラストエージェントは、コントラストエージェントは患者内で平衡状態に達する。すなわち、ＶＯＩ内の患者の循環系に均等に分散し、この場合はＶＯＩ内の動脈と静脈を均等に強調する。
【００１８】
コントラストエージェントのボーラスを投与した後、３次元ＭＲデータ集合のシリーズ（ダイナミックＭＲデータ集合）がＶＯＩから捕捉される（図５のステップ１２参照）。この例では、このようなダイナミックＭＲデータ集合が７つ捕捉され、各捕捉時間は２秒であるが、このことは必要条件ではない。それ以上またはそれ以下のダイナミックＭＲデータ集合でもよく、２秒より長くても短くてもよい。（当業者であれば、実行される研究に応じたダイナミックＭＲデータ集合の数と持続時間を選択することができる。）またダイナミックＭＲデータ集合は同じ期間内で捕捉する必要はなく、等間隔で離れている必要もない。このことは有利であるが、不必要ではない。ダイナミックＭＲデータ集合を捕捉する目的は、ボクセルがＶＯＩ内でどのように時間の関数として強調されるかという情報を獲得するためにである。
【００１９】
図１からわかるように、ダイナミックＭＲデータ集合の差はＶＯＩ内でのコントラストエージェントの進行を時間の関数として表す。有利な実施例によれば各データ集合は比較的迅速に捕捉されるから、ダイナミックＭＲデータ集合の解像度は比較的低い。すなわち、捕捉されたＭＲデータは比較的粗く、ＶＯＩ内の比較的大きなボクセルに関連する。
【００２０】
本発明の有利な実施例によればさらに次のステップ１４（図５）で、コントラストエージェントがいったん平衡状態に達すると、ＶＯＩ（図２）の高解像度３次元ＭＲ血管造影図が捕捉される。このような血管造影図では、すべての動脈と静脈が強調され、動脈を視覚的に静脈から区別することはできない。下で説明するようにこの血管造影図はＶＯＩ内の患者の解剖部分に関連する情報源として使用される。血管造影図は高解像度であるから、捕捉されたＭＲ情報は比較的微細であり、ＶＯＩ内の比較的小さなボクセルに関連する。このような高解像血管造影図の捕捉は必ずしも必要ではないが、医師または検査技師に高品質の画像を提供するので有利である。
【００２１】
本発明の有利な実施例のように、ＭＲデータ集合と３次元ＭＲ血管造影図の解像度に差がある場合、捕捉されたデータを一定の形式で書き直す必要がある。本発明の実施例では有利には、ＭＲデータ集合の空間的補間によってこのことが実行される（図５のステップ１６）。このような空間的補間技術は、当業者であれば公知である。この空間的補間の結果は、ボクセルサイズを図３に示し、下で説明するように正規化する。ＭＲデータ集合からのタイムベース強度情報は容易にＭＲ血管造影図に移し替えることができる。当業者には公知のように、時間的情報を空間解像度の低いダイナミックデータ集合から高解像度のＭＲ血管造影図にマッピングすることは、２つの別のステップなしには適切に実行できない。すなわち、“画像再構成”と“閾値化”である。“画像再構成”は、ダイナミックＭＲデータ集合捕捉中の患者の運動に対する補償である。“閾値化”は、所定のボクセルを後での計算ステップで考慮から除外する処理である。（このような除外は、このようなボクセルの検知された強調がノイズ以外の別の何かから由来するものであることを明確に同定できない場合に必要である。）これらのステップはここには説明しない。本発明の一部ではないからである。
【００２２】
本発明の有利な実施例によれば、ＶＯＩ内の各ボクセルに対して、このボクセルのエンハンスメントがコントラストエージェント投与後の時間の関数として計算される（図５のステップ１８）。有利にはこのことは従来の曲線適合技術を用いて行われる。このような技術は当業者には公知である。このような処理の結果が例として図４に示されている。
【００２３】
図４に示した曲線は、種々の数学的パラメータを使用して区別することができる。例えばコントラストエージェントのボーラスは、それが静脈を通過する前に動脈を通過するので、患者の動脈内におけるボクセルのタイム・トゥ・ピーク・エンハンスメントは患者の静脈内におけるボクセルのイム・トゥ・ピーク・エンハンスメントよりも短い。さらにボーラスは患者の循環系を漸次移動しながら拡散するから、動脈ボクセルのピークエンハンスメントは静脈ボクセルのピークエンハンスメントよりも大きい。結果として、動脈ボクセルを静脈ボクセルから、例えばこれらをタイム・トゥ・ピーク・エンハンスメント、ピーク・エンハンスメントの強度等に基づいてソートすることにより区別することができる。タイム・トゥ・ピークとピーク・エンハンスメントはエンハンスメント曲線の“傾き”という１つのパラメータに組み合わせることができるから、このような傾きも、または択一的に、動脈ボクセルを静脈ボクセルから区別するための基礎として移用することができる。他のパラメータも（単独で、または他のパラメータと組み合わせて）使用することができる。
【００２４】
放射線医は、患者の動脈部分が視覚的に強調されたＶＯＩのＭＲ画像を見たいと仮定する。この部分からのボクセルは、これらのボクセルにおいて例えばタイム・トゥ・ピーク・エンハンスメント、ピーク・エンハンスメントの強度等の点で適切な基準が満たされているかを識別することによって特定することができる。このように識別されたボクセルはダイナミックＭＲデータ集合内のボクセルに関連するものであるが、上に述べた補間と再構成ステップによりこれらをＭＲ血管造影図の相当するボクセルにマッピングすることができる。次に、ＭＲ血管造影図におけるボクセルの強度を選択されたパラメータに応じてスケーリングすることができる。例えば識別されたボクセルの画像強度を最大値にセットすることができる。このことにより選択された動脈部分がＭＲ血管造影図内に明るく現れる（図５のステップ２０）。ボクセル強度がエンハンスメント曲線に依存する程度とその依存の仕方は、循環系の単一解剖部分を有利に描くように変化することができる。ボクセルは、エンハンスメント曲線パラメータのいくつかの関数値に依存して明るくしたり暗くすることができる。
【００２５】
本発明の有利な実施例によれば、最大強度投影（ＭＩＰ）がＭＲ血管造影図を使用して形成される（図５のステップ２２）。このＭＲ血管造影図では画像強度が上に述べたようにスケーリングされている。（ＭＩＰ形成は当業者であれば公知である。）この手続きは、興味の対象である血管構造が視覚的に強調されている画像を形成する。
【００２６】
有利には上に説明したスケーリングステップは対話的に実行される。すなわち放射線医は選択されたパラメータを、ＭＩＰ画像を見た後でさらに適切な画像が表示されるように変形する。
【図面の簡単な説明】
【図１】低解像度の３次元ＭＲデータ集合を本発明の有利な実施例に従って連続的に捕捉した例を示す写真図である。
【図２】コントラストエージェントが循環系で平衡状態に達した後の高解像度３次元血管造影図の写真図である。
【図３】低解像度３次元ＭＲデータ集合を本発明の実施例に従って空間的に補間した写真図である。
【図４】本発明の有利な実施例による、タイムベースのボクセルエンハンスメント曲線を示す線図である。
【図５】本発明の有利な実施例のフローチャートである。

Claims

ａ）ボクセルからなる対象容積（ＶＯＩ）内の患者の動脈および静脈から３次ＭＲデータを捕捉する手段と、ｂ）３次元ＭＲデータから、動脈を静脈から区別できるように画像を再構成して表示する手段とを有する、血管造影図の撮影装置において、
血管内ＭＲコントラストエージェントのボーラスを循環系に、血管を強調するように投与する手段と、
複数の３次元ダイナミックＭＲデータ集合をＶＯＩから捕捉する手段と、
ここで前記ダイナミックデータ集合の捕捉は、コントラストエージェントの投与後に開始され、ＶＯＩ内の動脈血管および静脈血管すべてのコントラストエージェントのエンハンスメントを反映するように十分に長時間続けられ、
コントラストエージェントが平衡状態に達した後、ＶＯＩの３次元ＭＲ血管造影図を捕捉する手段と、
ＶＯＩ内の各ボクセルに対して、ボクセルのエンハンスメントをコントラストエージェント投与後の時間の関数として計算する手段と、
患者の動脈に関連するボクセルのエンハンスメントを、患者の静脈に関連するボクセルのエンハンスメントから区別するパラメータを選択する手段と、
ＭＲ血管造影図における各ボクセルの強度を前記選択されたパラメータに従ってスケーリングする手段と、
ＶＯＩの最大強度投影の再構成を、ボクセル強度がスケーリングされたＭＲ血管造影図から発生する手段とを有する、
ことを特徴とする血管造影図の撮影装置。
前記スケーリングは対話的の実行される、請求項１記載の撮影装置。
前記パラメータの選択は、タイム・トゥ・ピーク・エンハンスメント、ピークエンハンスメントの大きさ、時間の関数としての信号エンハンスメントの傾き、のうちの少なくとも１つのパラメータを選択することにより実行される、請求項１記載の撮影装置。
前記ダイナミックＭＲデータ集合の捕捉は、低解像度のデータ集合の捕捉を含み、
ＭＲ血管造影図の捕捉は、高い空間解像度で実行され、次に低解像度のデータ集合が空間的に補間され、これらが高解像度血管造影図によって記録される、請求項１記載の撮影装置。
前記計算手段は、時間を基準にして複数のボクセルエンハンスメントの大きさを補間する、請求項１記載の撮影装置。
ａ）ボクセルからなる対象容積（ＶＯＩ）内の患者の血管構造から３次元ＭＲデータを捕捉する手段と、ｂ）前記３次元ＭＲデータから、放射線医が選択的に血管構造の個別部分を強調することができるように画像を再構成して表示する手段とを有する、血管造影図の撮影装置において、
血管内ＭＲコントラストエージェントのボーラスを患者の循環系に、血管構造を強調するように投与する手段と、
複数の低解像度３次元ダイナミックＭＲデータ集合をＶＯＩから捕捉する手段と、
ここで前記ダイナミックＭＲデータ集合の捕捉は、コントラストエージェントの投与後に開始され、ＶＯＩ内のすべての血管構造のコントラストエージェントのエンハンスメントを反映するように十分に長時間続けられ、
コントラストエージェントが平衡状態に達した後、ＶＯＩの高解像度３次元ＭＲ血管造影図を捕捉する手段と、
ダイナミックＭＲデータ集合を、血管造影図との間のボクセルサイズが等しくなるように空間的に補間する手段と、
エンハンスメントの測定されたボクセル間で補間することにより、ＶＯＩ内の各ボクセルに対して、ボクセルのエンハンスメントをコントラストエージェント投与後の経過時間の関数として計算する手段と、
患者の種々の血管構造部分に関連するボクセルのエンハンスメントを区別する、エンハンスメントベースのパラメータを選択する手段と、
血管造影図の各ボクセルの強度を、前記選択されたパラメータに従って患者の血管構造内の対象部分を強調するようにスケーリングする手段と、
ＶＯＩの最大強度投影の再構成を、ボクセルのスケーリングされたＭＲ血管造影図から発生する手段とを有する、
ことを特徴とする、血管造影図の撮影装置。
ａ）ボクセルからなる対象容積（ＶＯＩ）内の患者の血管構造から３次元ＭＲデータを捕捉する手段と、ｂ）前記３次元ＭＲデータから、放射線医が選択的に血管構造の個別部分を強調することができるように画像を再構成して表示する手段とを有する、血管造影図の撮影装置において、
血管内ＭＲコントラストエージェントを患者の循環系に、血管構造が強調されるように投与する手段と、
３次元ダイナミックＭＲ画像データをＶＯＩから、コントラストエージェントの血管構造を通る運動が時間の関数として記録されるように捕捉する手段と、
コントラストエージェントがＶＯＩ内で平衡状態に達した後、ＶＯＩの高解像度３次元ＭＲ画像を捕捉する手段と、
前記捕捉されたダイナミックＭＲ画像データを、選択的に強調すべき個別部分に従ってスケーリングする手段と、
高解像度３次元ＭＲ画像を、前記スケーリングされ捕捉されたダイナミックＭＲ画像データからの画像値を使用して表示する手段とを有する、
ことを特徴とする、血管造影図の撮影装置。
ａ）ボクセルからなる対象容積（ＶＯＩ）内の患者の血管構造から３次元ＭＲデータを捕捉する手段と、ｂ）前記３次元ＭＲデータから、放射線医が選択的に血管構造の個別部分を強調することができるように画像を再構成して表示する手段とを有する、血管造影図の撮影装置において、
ＭＲコントラストエージェントのボーラスを患者の循環系に、血管構造が強調されるように投与する手段と、
３次元ダイナミックＭＲ画像データをＶＯＩから、コントラストエージェントの血管構造を通る運動が時間の関数として記録されるように捕捉する手段と、
ＶＯＩ内のボクセルのエンハンスメントを時間の関数として計算する手段と、
ＶＯＩの３次元ＭＲ画像内のボクセルを、前記計算されたエンハンスメントに従って時間の関数としてスケーリングする手段と、
ＭＲ画像を、前記スケーリングされたボクセルからの画像値を使用して表示する手段とを有する、
ことを特徴とする、血管造影図の撮影装置。
３次元ＭＲ画像は、コントラストエージェントが平衡状態に達した後に捕捉された高解像度ＭＲ血管造影図である、請求項８記載の撮影装置。