JP4308851B2 - 流れの再構成のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、造影剤注入時の脈管系（vascular system，血管系）の２次元投影によって、脈管系における流れの状態の３次元再構成を行うための方法及び装置に関する。

脈管系の疾患を評価（assess，診断）するためには、その脈管系に存在する流れの状態を脈管ツリーの３次元モデルと関連させて判断することが望ましい。この状態においては、例えば、米国特許第４５７７２２２号明細書から、造影剤を脈管系に注入し、一連の投影画像によって造影剤の広がりをみることが知られる。更に、種々の異なる方向から取得された脈管ツリーの２次元投影画像から３次元の脈管ツリーを再構成することが、３次元Ｘ線回転アンジオグラフィ（「３Ｄ−ＲＡ」）から知られる。このようなアンジオグラムを生成する際には、一般に造影剤も注入され、それゆえ、記録されるべき脈管ツリーはＸ線画像上にできる限り良好に表示される。

この背景に対して、本発明の目的は、脈管系における流れの状態の３次元再構成を行うための手段を提供することにあり、このことは、患者に対してできる限り少ない照射を伴うことを意味する。

この目的は、請求項１の特徴をもつ装置によって達成され、請求項７の特徴をもつ方法によっても達成される。有利な改善点は従属請求項に含まれる。

本発明による装置は、造影剤注入時の脈管系の２次元投影によって、脈管系における流れの状態の３次元再構成を行う役目を果たす。「造影剤」は、このために、脈管系におけるその動きが観測可能であり、このプロセス中に脈管系における流れの状態に関する結論付けを可能にする任意の媒体又は対象物を意味するものとして広義に理解されるべきである。この装置は、以下の構成要素、即ち、
種々の異なる方向から取得される脈管系の２次元投影画像を生成するための撮像装置であり、特に、例えばコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）から知られるような回転Ｘ線ユニットであり得る撮像装置と、
造影剤を脈管系に制御注入するための注入装置であり、一般に、注入ポンプ及びカテーテルを有し、このカテーテルが、進入路を介して脈管系に導入され関心をもつ検査ポイント（例えば心臓）まで到達される注入装置と、
撮像装置に結合される制御ユニットであり、この撮像装置を以下の２つのステップ、即ち、
ａ）造影剤の流入中に、即ち、造影剤注入の開始以降、同じ投影方向から取得される脈管系の投影画像を生成する第１のステップであり、この場合、選択される画像取得レートが高くされるべきなので、脈管系における造影剤の拡散が、投影画像において良好な時間分解能で記録される第１のステップと、
ｂ）第１のステップで注入された造影剤が脈管系を満たすとき、脈管系のまわりで撮像装置を回転させて、種々の異なる方向から取得される投影画像を生成する第２のステップであり、このやり方で生成される投影画像は最適なやり方で全脈管系を示すので、これらの画像から３次元の脈管ツリーが再構成されることができ、なかでも、同じＥＣＧ（心電図）又は心拍フェーズ（heartbeat phase） からの投影画像の選択を含み得る回転アンジオグラフィ（angiography）から知られる各種の方法が、特に、再構成のために使用されてもよい第２のステップと、
に従って駆動させるように設計される制御ユニットと、を有している。

説明される装置は、造影剤の拡散及びその結果として一回の造影剤注入による流れの状態を両方とも記録することを可能にし、脈管ツリーを３次元的に再構成することも可能にする。従って、造影剤によって患者に与えるストレスは、最小レベルに保たれる。

特に、撮像装置がＸ線ユニットである場合、制御ユニットは、更に、オプションで、撮像装置の回転中に、より低い画像取得レート及び／又はより少ない放射線量で投影画像の生成を成し遂げるように設計される。このより少ない放射線量は、Ｘ線ユニットの場合、例えば、真空管電流及び／又は真空管電圧の適切な調整によってもたらされることができる。画像取得レート及び／又は放射線量を低減することにより、回転画像が取得される間に、患者に対する放射線照射量が最小に制限されることが確実になる。

この装置の他の態様によれば、制御ユニットが、更に、回転の完了後に撮像装置を駆動させて、一定の投影方向から取得される他の投影画像を生成するように設計される。好ましくは、この生成は高い画像取得レートで再び行われる。回転の終了時に得られるこのような画像により、時間的に消散する態様で脈管系から造影剤の排出を観察することも可能になる。

この装置の他の態様によれば、制御ユニットが、造影剤の流入中に取得された投影画像のイメージ解析に相関して、撮像装置の回転の開始を起動させるように設計される。特に、流入中に生成される複数の投影画像から、そのうち造影剤が全脈管ツリーを満たす時点を決定すること、即ち、流入プロセスが完了し、回転画像のための条件が存在する時点を決定することが可能である。

更に、制御ユニットは、注入プロセスの記録及び／又は制御を自動的に行うために、造影剤用の注入装置に結合されてもよい。注入プロセスの記録中、この制御ユニットは、例えば、いつユーザが造影剤注入を起動するのかに関する情報を得ることができるので、制御ユニットはその注入プロセスと調和して投影画像の生成を成し遂げることができる。制御ユニットが注入装置を制御することができる場合、この制御ユニットは単独で注入動作を自動的に起動させることができる。

本発明は、更に、造影剤注入時に取得される脈管系の２次元投影画像によって、脈管系における流れの状態の３次元再構成を行うための方法であって、
ａ）造影剤の流入中に高い画像取得レートで同じ投影方向から取得される投影画像を生成するステップ、及び
ｂ）脈管系が造影剤で満たされるとき、種々の異なる方向から取得される脈管系の投影画像を生成するステップを含む方法に関する。

この方法は、一般的な形態で、上記に説明されたタイプの装置により実行されることができるステップを実現する。従って、この方法の詳細、利点及び変形例の説明のために、上記の記述が参照される。

特に、投影画像は、Ｘ線を用いる方法で生成されることができる。このプロセス中に患者に対する放射線照射量を最小に制限するために、画像取得レート及び／又は放射線量は、ステップａの状態と比較してステップｂ中は必要なレベルまで低減される。

更に、ステップｂの終了後、造影剤が脈管系から排出している間に、投影画像が、好ましくは、固定方向から再び生成される。造影剤の排出を追跡する（tracking）結果として、脈管系における流れの状態の評価を可能にする第２の観察が利用できる。

本発明のこれら及び他の態様は、本明細書以下に説明される実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照すれば明瞭に説明されるであろう。

各図面に示されるシステムは医療用途に基づいているが、本発明はその用途に限定されるものではない。医療用途の枠組み内では、流れの状態が、脈管系３において、例えば、冠状血管において３次元的に観察され再構成されることができる。この目的のため、この装置は、脈管系（血管系）３の２次元投影を生成するためのＸ線源２及びＸ線検出器４をもつ回転Ｘ線ユニット１と、更に、造影剤を脈管系に注入するための注入装置５と、を有している。注入装置５は、特に、ポンプを有し、更に、脈管系に導入するカテーテルを有してもよい。更に、この装置は、Ｘ線ユニット１を制御し、このユニットから生成される画像を評価することができる制御ユニット６（例えば、ワークステーション）に結合されている。最後に、このシステムは、画像取得工程と心拍フェーズとの間の相関を可能にするために、制御ユニット６に結合されるＥＣＧユニット７も有している。

説明される装置は、一回の造影剤注入から、又は一回の造影剤ボーラスにより、流れの状態（血流状態）を経時的に記録し、脈管系を空間的に再構成することを両方とも可能にする。これを達成するために、制御ユニット６は、装置１をアクティブな状態にするのに適切なプログラムを備えているので、下記に詳細に説明される画像取得工程が実行され得る。

画像取得工程の図１に示される第１のステップにおいて、脈管系３の投影画像は、通常、３０〜８０画像／秒、好ましくは、約５０画像／秒の高い画像取得レートで一定の投影方向Ａから生成される。これに関して、画像取得シリーズの最初に造影剤注入が行われ、そのため、造影剤の脈管系への流入は、時間とともに消散する態様で画像に示されることができる。

造影剤が全脈管系３を満たすとき、画像取得工程の第２の段階は、ユーザにより手動で又は制御ユニット６により自動的に、脈管系３のまわりでＸ線装置２、４を回転させることにより起動されることができる。自動的な起動は、例えば、位置Ａから生成される投影画像のイメージ解析によって行われてもよい。同様に、制御ユニット６は、注入装置５への結合によって、注入の開始以降に或る時間が経過しており又は或る量の造影剤が注入されたときを決定して、回転を起動させることができる。Ｘ線装置の回転中、投影画像が種々の異なる方向Ｂ_ｉから生成され、これらの方向Ｂ_ｉから脈管ツリーの３次元形状が知られる方法を用いて再構成されることができる。

図３はオプションの最後のステップを示し、このステップでは、回転（図２）の終了後、脈管系３のＸ線投影が、固定投影方向Ｃからもう一度生成される。これらの画像においては、特に、時間とともに消散する態様で脈管系からの造影剤の排出が観察され得るので、血流の再構成に関する情報の他のアイテムが利用できる。更に、この観察により、追加のパラメータから、例えば、造影剤が脈管系の一部に残っている時間を計算することも可能になる。

Ｘ線システムの回転の初期位置及び最終位置は、もちろん、適切に較正されなければならない。更に、血流の時間評価に対する適切な画像が、注入の終わり（図３）に生成される場合、図１による静止したままの画像取得段階を省くことも可能である。

造影剤の流入中の脈管系における流れの状態の３次元再構成を行うための本発明による装置を示す図である。 Ｘ線装置の回転中の図１の装置を示す図である。 造影剤の排出時の図１の装置を示す図である。

Claims (6)

1. 造影剤注入時の脈管系の２次元投影によって、前記脈管系における流れの状態の３次元再構成を行うための装置であって、
   種々の異なる方向から取得される前記脈管系の２次元投影画像を生成するための放射線撮像装置と、
   前記脈管系に前記造影剤を制御注入するための注入装置と、
   前記撮像装置に結合される制御ユニットであり、
   前記造影剤注入後、
   ａ）前記造影剤の流入中、同じ投影方向から取得される投影画像を生成するステップ、及び
   ｂ）前記脈管系が前記造影剤で満たされると、前記脈管系のまわりで前記撮像装置を回転させ、種々の異なる方向から取得される投影画像を生成するステップ、
   に従って、前記撮像装置を駆動させるように設計される制御ユニットと、
   を有し、
   前記ステップｂ）の前記撮像装置の回転中、前記ステップａ）において使用される画像取得レートより低い画像取得レート及び／又は前記ステップａ）において使用される放射線量より少ない放射線量で、前記投影画像が生成される装置。
2. 前記撮像装置が回転Ｘ線ユニットであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記造影剤注入が、ボーラス注入である、請求項１に記載の装置。
4. 前記制御ユニットが、前記回転の完了後に前記撮像装置を駆動して、好ましくは前記ステップｂ）において使用される画像取得レートより高い画像取得レートで固定投影方向から取得される投影画像を生成するように設計されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 前記制御ユニットが、前記造影剤の流入中に生成された前記投影画像のイメージ解析に相関して、前記回転の開始を起動させるように設計されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 前記制御ユニットが、前記注入プロセスの記録及び／又は制御を行うために、前記注入装置に結合されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

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