JP4347672B2 - 構造、灌流及び機能に関する異常を検出する方法及び装置 - Google Patents
構造、灌流及び機能に関する異常を検出する方法及び装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、計算機式断層写真法（ＣＴ）撮像に関し、さらに具体的には、肺異常の検出及び診断のための方法及び装置に関する。
走査速度の高速化、多数の検出器横列（row）による撮像範囲の拡張及びスライス幅の細密化等の計算機式断層写真法（ＣＴ）技術の近年の発展にも拘わらず、エネルギ分解は依然として実現されていない。すなわち、Ｘ線源からのＸ線フォトン・エネルギ・スペクトルは幅広く、ＣＴ検出システムにはエネルギ分解が欠如しているので、エネルギ識別型ＣＴの発展が妨げられている。
米国特許第６５６０３１５号
所与の対象を透過したＸ線の減弱は一定ではない。寧ろ、Ｘ線減弱はＸ線フォトン・エネルギに大きく依存している。この物理的現象は、非一様性、陰影（shading）及び縞（streak）のようなビーム・ハードニング・アーティファクトとして画像内に現われる。容易に補正することのできるビーム・ハードニング・アーティファクトもあるが、補正が比較的困難なものもある。一般的に、ビーム・ハードニング・アーティファクトを補正する公知の方法として水較正及び繰り返し式骨補正があり、水較正は水に類似した物質によるビーム・ハードニングを除去するように各々のＣＴ機械を較正することを含んでおり、繰り返し式骨補正では、一回目の画像で骨を分離した後に、二回目で骨によるビーム・ハードニングを補正する。しかしながら、水及び骨以外の物質によるビーム・ハードニング、例えば金属及び造影剤によるビーム・ハードニングは補正が難しい場合がある。加えて、上述の補正方法を用いても、従来のＣＴは定量的な画像値を与えない。寧ろ、異なる位置に位置する同じ物質が異なるＣＴ数をしばしば呈する。
従来のＣＴのもう一つの欠点は、物質特徴評価（キャラクタリゼーション）が欠如していることである。例えば、画像内では低密度の高減弱性物質が高密度の低減弱性物質と同じＣＴ数を生じ得る。このため、ＣＴ数のみに基づいていたのでは走査対象の物質組成に関する情報は殆ど或いは全く得られない。現在入手可能な少なくとも幾つかの最新型ＣＴスキャナは、解剖学的な情報を提供することに限定されている。肺走査の場合に、かかるスキャナによって形成される画像は、かなりのレベルの画像アーティファクト及び不正確なＣＴ数を呈する。これらの制限から、高度な診断へのＣＴ装置の利用が阻まれている場合がある。従って、本書に記載する方法及び装置は、肺異常の検出及び診断を取り扱う。
一観点では、データを取得する方法を提供する。この方法は、多重エネルギ型計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システムで患者の肺を走査して複数の造影剤に関するデータを取得することを含んでいる。
他の観点では、多重エネルギ型計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システムを提供する。ＭＥＣＴは、放射線源と、放射線検出器と、放射線源及び放射線検出器に動作に関して結合されているコンピュータとを含んでいる。コンピュータは、患者の肺の走査の第一のエネルギ・スペクトルに関するデータを受け取り、肺の走査の第二のエネルギ・スペクトルに関するデータを受け取り、第一の造影剤に関するデータを用いて第一の機能画像を形成し、第二の造影剤に関するデータを用いて第二の機能画像を形成するように構成されている。
さらにもう一つの観点では、多重エネルギ型計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システムを提供する。ＭＥＣＴは、放射線源と、放射線検出器と、放射線源及び放射線検出器に動作に関して結合されているコンピュータとを含んでいる。コンピュータは、患者の肺の走査の第一のエネルギ・スペクトルに関するデータを受け取り、走査の第二のエネルギ・スペクトルに関するデータを受け取り、受け取ったデータを分解して複数の造影剤に関するデータを生成するように構成されている。
さらに他の観点では、コンピュータ読み可能な媒体がプログラムで符号化されている。プログラムは、患者の肺の走査の第一のエネルギ・スペクトルに関するデータを受け取り、走査の第二のエネルギ・スペクトルに関するデータを受け取り、受け取ったデータを分解して複数の造影剤に関するデータを生成すべくコンピュータに指令するように構成されている。
さらにもう一つの観点では、コンピュータ読み可能な媒体がプログラムで符号化されている。プログラムは、多重エネルギ型計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システムで患者の肺を走査して気体媒体内の第一の造影剤に関するデータ及び液体媒体内の第二の造影剤に関するデータを取得し、第一の造影剤に関するデータを用いて第一の機能画像を形成し、第二の造影剤に関するデータを用いて第二の機能画像を形成すべくコンピュータに指令するように構成されている。
他の観点では、データを取得する方法を提供する。この方法は、患者に気体造影剤を投与する工程と、患者に液体造影剤を投与する工程と、患者を撮像して気体造影剤に関するデータ及び液体造影剤に関するデータを取得する工程とを含んでいる。
本書に記載する方法及び装置は、Ｘ線と物質との相互作用の基本的な特性を利用した新規のアプローチを採用することによる患者の肺領域の異常の検出及び診断を取り扱う。各々の射線軌跡毎に、異なる平均Ｘ線エネルギに関する多数の測定値を取得する。後に詳述するように、これらの測定値に対して基底物質分解（ＢＭＤ）、並びにコンプトン分解及び光電分解を実行すると、精度及び特徴評価の改善を可能にする追加情報が得られる。
幾つかの公知のＣＴイメージング・システム構成においては、Ｘ線源がファン（扇形）形状のビームを投射し、このビームは、デカルト座標系のＸＹ平面であって、一般に「イメージング（撮像）平面」と呼ばれる平面内に位置するようにコリメートされる。Ｘ線ビームは患者等の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。検出器アレイで受光される減弱した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。すべての検出器からの減弱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線ビームが撮像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。一つのガントリ角度での検出器アレイからの一群のＸ線減弱測定値すなわち投影データを「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。
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に、当業界でフィルタ補正逆投影法と呼ばれるものがある。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（Hounsfield）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器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する。このようなシステムは、一回のファン・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。
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、収集したデータにビュー角度及び検出器チャネル番号の関数として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。
合計取得時間をさらに短縮するために、マルチ・スライスＣＴが導入されている。マルチ・スライスＣＴでは、あらゆる時間的瞬間に、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。
本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素又は工程という用語は、排除を明記していない限りかかる要素又は工程を複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている他の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。
また、本書で用いられる「画像を再構成する」という表現は、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。但し、多くの実施形態は１以上の可視画像を形成する（か又は形成するように構成されている）。
本書では、エネルギ識別型（多重エネルギ型としても公知）計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システムを用いて肺組織の構造、灌流及び機能に関する異常を検出する方法及び装置について説明する。先ずＭＥＣＴシステム１０について説明し、続いてＭＥＣＴシステム１０を用いた肺応用について説明する。
〈エネルギ識別型（多重エネルギ型）ＣＴシステム１０〉
図１及び図２には、多重エネルギ型走査イメージング・システム、例えば多重エネルギ型マルチ・スライス計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）イメージング・システム１０が、「第三世代」ＣＴイメージング・システムに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。本書で用いられる多重エネルギ型計算機式断層写真法システムという用語は、エネルギ識別型ＣＴ（ＥＤＣＴ）システムも参照する。ガントリ１２はＸ線源１４を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線ビーム１６をガントリ１２の反対側に設けられている検出器アレイ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、患者２２のような対象を透過した投射Ｘ線ビームを感知する。各々の検出器素子２０は、入射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一回の走査の間に、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（すなわち検出器横列一列）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、一回の走査中に複数の準平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んでいる。
図１及び図２には、多重エネルギ型走査イメージング・システム、例えば多重エネルギ型マルチ・スライス計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）イメージング・システム１０が、「第三世代」ＣＴイメージング・システムに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。本書で用いられる多重エネルギ型計算機式断層写真法システムという用語は、エネルギ識別型ＣＴ（ＥＤＣＴ）システムも参照する。ガントリ１２はＸ線源１４を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線ビーム１６をガントリ１２の反対側に設けられている検出器アレイ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、患者２２のような対象を透過した投射Ｘ線ビームを感知する。各々の検出器素子２０は、入射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一回の走査の間に、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（すなわち検出器横列一列）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、一回の走査中に複数の準平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んでいる。
ガントリ１２上の構成要素の回転及びＸ線源１４の動作は、ＭＥＣＴ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上の構成要素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。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。再構成された画像はコンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８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、ＭＯＤ、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（商標）装置等のネットワーク接続装置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。コンピュータ３６は、本書に記載する機能を実行するようにプログラムされており、本書で用いられるコンピュータという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。ＣＴイメージング・システム１０は、異なるＸ線スペクトルに応答するように構成されているという点でエネルギ識別型（多重エネルギ型としても公知）である計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システムである。このことは、従来の第三世代ＣＴシステムで異なるＸ線管ポテンシャルで相次いで投影を取得することにより達成することができる。例えば管を８０ｋＶｐポテンシャル及び１６０ｋＶｐポテンシャルで動作させて、例えば二種類の走査を連続して又はインタリーブ方式のいずれかで取得する。代替的には、異なる検出器横列が異なるＸ線エネルギ・スペクトルの投影を収集するようにＸ線源と検出器との間に特殊なフィルタを設ける。代替的には、連続して又はインタリーブ方式のいずれかで取得される二種類の走査毎にＸ線スペクトルを成形する特殊な複数のフィルタを用いることができる。さらにもう一つの実施形態は、検出器に到達する各々のＸ線フォトンがそのフォトン・エネルギで記録されるようにエネルギ感受性検出器を用いるものである。以上に述べた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（静止型検出器−回転式Ｘ線源）にも第五世代ＣＴシステム（静止型検出器及び静止型Ｘ線源）にも同等に適用可能である。
多重エネルギ測定値を得るためには様々な方法があり、すなわち（１）異なる二種類のエネルギ・スペクトルで走査する方法、（２）検出器でのエネルギ累積に応じてフォトン・エネルギを検出する方法、及び（３）フォトン計数方法がある。フォトン計数は、フォトン統計を均衡させるための明確なスペクトル分離及び調節可能なエネルギ分離点を提供する。
ＭＥＣＴは、従来のＣＴに付随する複数の問題点、限定しないが例えばエネルギ識別及び物質特徴評価の欠如等を軽減し又は解消することを容易にする。対象散乱が存在しない場合には、フォトン・エネルギ・スペクトルの二つの領域すなわち入射したＸ線スペクトルの低エネルギ部分及び高エネルギ部分を別個に検出するシステム１０があればよい。その他任意のエネルギでの挙動は、これら二つのエネルギ領域からの信号に基づいて導き出すことができる。この現象は、医療ＣＴが関心を持つエネルギ領域では、二つの物理的過程すなわち（１）コンプトン散乱及び（２）光電効果がＸ線減弱を支配するという基本的事実によって生じている。このため、二つのエネルギ領域から検出される信号は、被撮像物質のエネルギ依存性を解明するのに十分な情報を提供する。さらに、二つのエネルギ領域から検出される信号は、二つの物質で構成されている対象の相対的な組成を決定するのに十分な情報を提供する。
実施形態の一例では、ＭＥＣＴは、限定しないが例えばＣＴ数差アルゴリズム、コンプトン及び光電分解アルゴリズム、基底物質分解（ＢＭＤ）アルゴリズム、並びに対数減算分解（ＬＳＤ）アルゴリズム等の分解アルゴリズムを用いる。
ＣＴ数差アルゴリズムは、異なる管ポテンシャルで得られる二つの画像の間のＣＴ数又はハンスフィールド数の差の値を算出することを含んでいる。一実施形態では、差の値はピクセル毎に算出される。もう一つの実施形態では、関心領域全体での平均ＣＴ数差を算出する。また、コンプトン及び光電分解アルゴリズムは、ＭＥＣＴ１０を用いて一対の画像を取得し、コンプトン過程及び光電過程からの減弱を別個に表わすことを含んでいる。ＢＭＤアルゴリズムは、各々基底物質の一方の等価密度を表わす二つのＣＴ画像を取得することを含んでいる。物質密度はＸ線フォトン・エネルギに独立であるので、これらの画像にはビーム・ハードニング・アーティファクトが略存在しない。加えて、操作者は何らかの関心のある物質を目標として基底物質を選択し、これにより画像コントラストを強調することができる。利用について述べると、ＢＭＤアルゴリズムは、所与の任意の物質のＸ線減弱（医療ＣＴのエネルギ領域での）が他の二つの所与の物質の固有密度の混合によって表わされ得るとの概念に基づいており、従って、これら二つの物質を基底物質と呼ぶ。また、一実施形態では、ＬＳＤアルゴリズムを用いて、準単一エネルギＸ線スペクトルで画像を取得して、二つの物質の各々の実効減弱係数によって撮像対象を特徴評価することができ、従って、ＬＳＤアルゴリズムはビーム・ハードニング補正を組み入れない。加えて、ＬＳＤアルゴリズムは、較正はされず、各回の照射の平均エネルギでの所与の物質の実効減弱係数の比である組織相殺パラメータの決定を用いる。実施形態の一例では、組織相殺パラメータは、画像を取得するのに用いられるスペクトルと、一対の理想的な単一エネルギ照射に期待される信号強度から測定信号強度を変化させる任意の追加ファクタとに主に依存している。
尚、多重エネルギ型ＣＴシステムを最適化するためには、スペクトル分離が大きいほど画質が良好になる。また、これら二つのエネルギ領域でのフォトン統計は相似でなければならず、さもないと相対的に不良な統計学的領域が画像雑音を支配することになる。
〈多重エネルギ型ＣＴシステム１０を用いたエネルギ識別の肺応用〉
本発明は、上述の原理を肺検査に応用する。明確に述べると、ＭＥＣＴシステム１０を用いて本書に記載するようにしてＣＴ画像を形成する。ＭＥＣＴシステム１０で組織特徴評価を実行するのに用いることのできる手法は、再構成前解析、再構成後解析及びスカウト画像解析の三手法である。
本発明は、上述の原理を肺検査に応用する。明確に述べると、ＭＥＣＴシステム１０を用いて本書に記載するようにしてＣＴ画像を形成する。ＭＥＣＴシステム１０で組織特徴評価を実行するのに用いることのできる手法は、再構成前解析、再構成後解析及びスカウト画像解析の三手法である。
図３は、再構成５８の前に分解５６を行なう再構成前解析５４を表わす流れ図である。コンピュータ３６は、回転するガントリ１２（図１に示す）の不連続な角度位置で検出器アレイ１８（図１に示す）によって生成される取得投影データを収集し、これらの信号をプリプロセッサ６０へ渡す。プリプロセッサ６０は、コンピュータ３６から受け取った投影データを、後に行なわれる数学的な処理のために並び方を最適化するように再ソートする。プリプロセッサ６０はまた、検出器温度、一次ビームの強度、ゲイン及びオフセット、並びに他の決定的な誤差要因についてコンピュータ３６からの投影データを補正する。次いで、プリプロセッサ６０は、高エネルギ・ビュー６２に対応するデータを抽出して高エネルギ・チャネル経路６４に送り、低エネルギ・ビュー６６に対応するデータを低エネルギ経路６８に送る。高エネルギ・データ及び低エネルギ・データを用いて、分解アルゴリズムを利用して二つの投影データ・ストリームを生成した後に再構成して、異なる二つの物質に関連する二つの個別画像を得る。
図４は、再構成５８の後に分解５６を行なう再構成後解析を表わす流れ図である。コンピュータ３６は、回転するガントリ１２（図１に示す）の不連続な角度位置で検出器アレイ１８（図１に示す）によって生成される取得投影データを収集し、高エネルギ・ビュー６２に対応するデータを高エネルギ経路６４に送り、低エネルギ・ビュー６６に対応するデータを低エネルギ経路６８に送る。高エネルギ系列の投影６２に対応する第一のＣＴ画像７０及び低エネルギ系列の投影６６に対応する第二のＣＴ画像７２が再構成される（ブロック５８）。次いで、分解アルゴリズムを用いて二重エネルギ分解５６を実行し、異なる二つの物質にそれぞれ関連する二つの個別画像を得る。スカウト画像解析でも、信号の流れは図３又は図４に類似したものとしてよい。但し、テーブルをガントリに対して相対的に移動させてデータを取得する。
換気−灌流不整合の一つの共通の原因は、肺塞栓である。しかしながら、肺動脈閉塞のあらゆる原因（気管支癌、リンパ腫、転移性疾患、肉腫、動脈瘤、類肉腫、及び真菌感染又は肉芽腫感染）が同じ所見を生じ得る。公知の幾つかの臨床処置では、陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）を用いて空間分解能を制限して換気−灌流走査を取得しているが、ＰＥＴは放射性同位体の注射を必要とする。同様に、二重走査が必要とされるが、走査時間又は走査間隔が運動関連アーティファクトを形成するのに十分なだけ長い場合には特に、二回の走査の間での解剖学的構造の位置合わせが困難である。多重エネルギ型計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）の換気−灌流マップは、イオパミドールのようなイオン性若しくは非イオン性のヨウ素系（Ｉ）造影剤、Ｇｄ−ＤＴＰＡのようなガドリニウムのキレート、又はガドジアミド（ガドリニウムジエチレントリアミン五酢酸ビスメチルアミド、Ｃ16Ｈ28ＧｄＮ5Ｏ9ｘＨ2Ｏ）のような非イオン性キレート等のＩＶ造影剤を患者に注射しながら、同時に患者にＸｅ131のように高い原子番号及び／又は高密度を通例有する安定型非放射性ガスを吸入させることにより生成される。単一回の走査が取得されて、多数のエネルギの各々で再構成されたＣＴピクセル・データにおけるハンスフィールド単位の比が三次元換気−灌流マップを与える。結果として得られる画像は重要な臨床値を有している。主な二つの応用は、肺塞栓の検出、及び局所的肺機能の評価である。凝血塊が肺動脈を閉塞させると、正常ならば当該血管によって供給される肺領域への血流が途絶し、対応する「灌流欠如」が生ずる。かかる欠如は、後述の換気／灌流マップ（Ｖ／Ｑマップ）において酸素交換が非効率的になっている区域を指示する「高」信号として現われる。
利用について述べると、一実施形態によれば、患者はＸｅ131を一回十分に呼吸し、且つ実質的に同時に造影剤（Ｉ）の（タイミング）ボーラス注射を行なう。全肺気量（ＴＬＣ）においてシステム１０で多重エネルギＣＴ走査データを収集する。収集したデータを前述の分解方法（ＣＴ数差、コンプトン及び光電分解、基底物質分解、又は対数減算分解）の一つを用いて分解し、投与した造影剤の関連原子（例えばＸｅ131とＩ）の間での差を強調表示するようなＸ線スペクトル又はエネルギ識別でＭＥＣＴ画像を取得する。分解工程から二つの画像データ集合が得られ、その一方はＸｅ131の密度を強調したもの（換気機能画像、「Ｖ」画像）となり、他方はＩの密度を表わすもの（灌流機能画像、「Ｑ」画像）となる。
これら二つの機能画像が形成された後に、画像からＶ／Ｑ信号を算出する。一実施形態では、二つの機能画像を互いに対して位置合わせし、ピクセル毎にＶ／Ｑ信号を算出する。このとき、Ｖ画像でのＣＴ数対Ｑ画像のＣＴ数の比がこれら二画像の各々の位置でのＶ／Ｑ信号を表わしている。Ｖ／Ｑマップは、従来のグレイ・スケール画像にＶ／Ｑ比をカラー・マップを用いて重ね合わせ表示することを介して三次元肺解剖学的構造を表示することにより提示することができる。従来のグレイ・スケール画像は解剖学的画像であって機能画像ではない。グレイ・スケール画像は酸素交換効率の解剖学的マップを提供する。取得画像すなわちＶ画像、Ｑ画像、及び／又はＶ／Ｑマップ・データの任意の組み合わせを用いると、観測者又はコンピュータ・アルゴリズムは疑いのあるＶ／Ｑの領域を強調表示することができる。計算機支援式検出又は診断アルゴリズムがこれらのデータを用いて、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）及び肺気腫のような病状の診断を下すこともできるし、又は不十分な肺機能の病理領域を検出し、定量化し、分類することもできる。
図５は、肺の換気系及び灌流系の模式図であり、図５の左側では動脈／静脈網を示し、右側では気道／気管支網を示している。これらの網のいずれの異常であっても、Ｖ／Ｑ不整合すなわち肺の解剖学的構造全体の全Ｖ／Ｑ活性に一致しない比を生ずる。
図６は、換気−灌流マップの例を示しており、同図は、左側の図で血管網を示している灌流画像と、中央の図に示す気管支網及び肺胞網による換気画像と、右側の図の中央の画像対左側の画像の比（Ｖ／Ｑマップ）とを含んでいる。中位の濃さの灰色の区域は、換気及び灌流が整合していることを示している。図７は、換気が灌流よりも小さく呼吸閉塞の可能性が存在し得ることを示す淡灰色の区域をＶ／Ｑマップが有している例を示している。同様に、図８は、灌流が換気よりも小さく動脈閉塞の可能性又は肺塞栓の可能性が存在し得ることを濃灰色の区域が示している例を示す。
本書に記載する方法及び装置は、肺組織の特徴評価を容易にし、これにより、効率的且つ経費実効的な態様での異常の診断を容易にする。
本発明を様々な特定の実施形態について記載したが、当業者であれば、特許請求の範囲の要旨及び範囲内で本発明に改変を施し得ることが理解されよう。
１０ ＣＴシステム
１２ ガントリ
１４ 放射線源
１６ 放射線コーン・ビーム
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器素子
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御機構
４２ 表示器
４６ モータ式テーブル
４８ ガントリ開口
５０ 媒体読み取り装置
５２ 媒体
５４ 再構成前解析
５６ 分解
５８ 再構成
６０ プリプロセッサ
６２ 高エネルギ・ビュー
６４ 高エネルギ・チャネル経路
６６ 低エネルギ・ビュー
６８ 低エネルギ・チャネル経路
７０ 第一のＣＴ画像（高エネルギ）
７２ 第二のＣＴ画像（低エネルギ）
１２ ガントリ
１４ 放射線源
１６ 放射線コーン・ビーム
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器素子
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御機構
４２ 表示器
４６ モータ式テーブル
４８ ガントリ開口
５０ 媒体読み取り装置
５２ 媒体
５４ 再構成前解析
５６ 分解
５８ 再構成
６０ プリプロセッサ
６２ 高エネルギ・ビュー
６４ 高エネルギ・チャネル経路
６６ 低エネルギ・ビュー
６８ 低エネルギ・チャネル経路
７０ 第一のＣＴ画像（高エネルギ）
７２ 第二のＣＴ画像（低エネルギ）
Claims (7)
- 放射線源（１４）と、
放射線検出器（１８）と、
前記放射線源及び前記放射線検出器に動作に関して結合されているコンピュータ（３６）とを備えており、該コンピュータは、
患者の肺（２２）の走査の第一のエネルギ・スペクトルに関するデータを受け取り、
前記肺の前記走査の第二のエネルギ・スペクトルに関するデータを受け取り、
第一の造影剤に関するデータを用いて第一の機能画像を形成し、
第二の造影剤に関するデータを用いて第二の機能画像を形成するように構成されている、多重エネルギ型計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システム（１０）。 - 前記コンピュータ（３６）はさらに、前記受け取ったデータのコンプトン及び光電分解を実行するように構成されている、請求項１に記載の多重エネルギ型計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システム（１０）。
- 前記コンピュータ（３６）はさらに、前記受け取ったデータの基底物質分解（ＢＭＤ）を実行するように構成されている、請求項１に記載の多重エネルギ型計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システム（１０）。
- 前記コンピュータ（３６）はさらに、前記受け取ったデータの計算機式断層写真法（ＣＴ）差分解を実行するように構成されている、請求項１に記載の多重エネルギ型計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システム（１０）。
- 前記コンピュータ（３６）はさらに、前記受け取ったデータの対数減算分解を実行するように構成されている、請求項１に記載の多重エネルギ型計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システム（１０）。
- 前記コンピュータ（３６）はさらに、位置合わせした第一の画像と第二の画像との間でピクセル毎の比マップを生成するように構成されている、請求項１に記載の多重エネルギ型計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システム（１０）。
- 前記コンピュータ（３６）はさらに、前記肺のグレイ・スケール解剖学的画像へのオーバレイとしてカラーで前記比マップを表示するように構成されている、請求項６に記載の多重エネルギ型計算機式断層写真法（ＭＥＣＴ）システム（１０）。
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