JP4895080B2 - 心筋血流量の定量法、血流量定量プログラム及び血流量定量システム - Google Patents
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しかしこの画像は、心筋血流量の絶対定量値を反映したものではなく、相対的な信号強度を表示しているので、全体として血流量が低下している場合には、異常を認めることが困難な場合がある。また、画像表示の条件により、欠損部位の大きさ等が変化する場合があるという問題もあった。
このような理由から、心臓病の画像診断においては、心筋血流量の絶対定量値を反映した画像を用いることが望ましい。
H. Iida & Stefan Eberl, "Quantitative assessment of regional myocardial blood flow with thallium-201 and SPECT.", J. Nucl. Cardiol., (USA), The American Society of Nuclear Cardiology, 1998, May/June, p.313-331 Steven R. Bergmann, "Cardiac Positron Emission Tomography.", Seminars in Nuclear Medicine, (USA), W.B. Saunders Company, 1998, XXVIII, 4, p.320-340 米倉 義晴 他、「非侵襲的マイクロスフェア法によるIMP脳血流SPECTの定量化−動態イメージングによる入力関数積分値の推定−」、核医学、日本核医学会、1997、34、p.901-908 中野 正剛 他、「123I-IMPを用いた非侵襲的マイクロスフェア法による局所脳血流量測定−Fractional Uptake変法と持続動脈血法との比較−」、核医学、日本核医学会、1998、35、p.209-218 Iida H., et al., "Quantitative mapping of regional cerebral blood flow using [123I] N-isopropyl-p-iodoamphetamine (IMP) and single photon emission tomography.", J. Nucl. Med.,(USA), Society of Nuclear Medicine , 1994, 35,p.2019-2030 飯田 秀博 他、「123I-IMPを用いたSPECT 1回スキャンと1回採血による局所脳血流量の測定−統計的誤差要因の解析と最適なSPECTスキャン中心時刻に関する検討−」、核医学、1995、32、p.263-270
ここで、被験者における動脈血血漿中の放射能量に対応した入力関数を求める入力関数作成処理と、被験者における胸部のSPECT画像データから関心部位の信号強度を抽出する信号強度抽出処理とを実行させる順序は、互いに入れ替わっていても良い。
本発明に係る心筋血流定量法を実行するための検査のプロトコールは、種々のものを用いることができる。図1に、本発明によって心筋血流量を定量するための、代表的なプロトコールを示す。
放射性医薬品は、胸部SPECT用のものである限りにおいて特に限定する必要はない。例えば、塩化タリウム−201や、テクネチウム−99m−ヘキサキス−2−メトキシ−2−イソブチル−イソニトリル(以下、MIBIとする)(カルディオライト、登録商標、第一ラジオアイソトープ研究所製)、テクネチウム−99m−テトロフォスミン(以下、テトロフォスミンとする)(マイオビュー、登録商標、日本メジフィジックス株式会社製)等を用いることができる。
なお、図3及び図4記載のプロトコールに従って入力関数を求めるためには、予め標準入力関数と補正項を求めておく必要がある。標準入力関数及び補正項の取得方法については、後述する。
放射能量の測定は、公知の方法を用いることができる。例えば、市販のWell型シンチレーションカウンターにて測定された血液のカウント(放射能量に対応)を、下記式(6):
得られた血漿カウントの値を動脈血の採取時刻に対してプロットし、近似曲線を求めることにより、入力関数を得ることができる(ステップS14)。近似曲線を求めるには、例えば非線形最小二乗法によるカーブフィッティングを行う。
動脈血の採取量は、採取した動脈血の放射能量を測定するのに十分な量であれば良く、通常は1.5 mLあれば十分である。
まず、標準入力関数を構成するデータから、動脈血を被験者から採取した時刻と実質的に等しい時刻t1における放射能量Ca(t1)を抽出し、動脈血の放射能量の値Cp(t1)との比:
本プロトコールにて入力関数を推定する場合には、まず、標準入力関数の作成に用いた放射線検出器の絶対感度を求める。これには標準的な放射能サンプルを利用する。一方、同様の感度較正を当該実験実施する各施設に設置される放射能検出器においても実施し、この検出器の相対的な感度を算出しておく。さらに、実験を行うSPECT装置と放射能検出器とのクロスキャリブレーションを実施する。これらの較正換算定数を用いて各実験における標準入力関数のキャリブレーションファクターを定める。
計算は、種々のモデルに基づいて行うことができ、例えば、3コンパートメントモデルや、2コンパートメントモデルに基づいて行うことができる。以下に、2コンパートメントモデルに基づく方法を例にとり、仮の流量の計算法につき説明する。
まず、一連のSPECTデータより、異なる中心スキャン時刻t1及びt2での加算画像を作成し、両画像に同一の関心部位を指定してCt(t1)及びCt(t2)を測定する。
この操作とは別に、上記式(5)に、それぞれt1及びt2を代入した二つの式を作成し、これらの式の両辺につき割り算を行う。この操作により、下記式(3)が得られる。
この場合、次のようにテーブルルックアップによりfの値を求める。上記のVd、上記で求められたCa(t)、及び加算データの中心スキャン時刻tを上記式(4)に代入し、任意のfを代入して式(4)からCt(t)の計算値を求めることができる。この操作を、fを少しずつ変えながら繰り返し、fとCt(t)の関係を表す表を作成しておけば、測定されたCt(t)から該表を用いて仮の流量であるfを読み取ることができる(ステップS03)。
標準入力関数とは、血中放射能量の標準的な値を時間の関数として表現したものであり、複数の検体における血中放射能量の平均値として求めることができる。
採血時刻は、後の計算で積分値の計算を可能とするために十分な時間間隔及び測定回数となるように選択する。例えば、血中放射能量の時間変化が大きい投与後2分までは15秒間隔で採血を行い、その後は徐々に採血間隔を広げながら、例えば投与後90分までにかけて断続的に採血を行う。ここで、採血量は、血中放射能量を測定するために十分な量(例えば、1.5 mL)とする。
各採血時刻に対応したカウントにつき、血漿の放射能量と全血の放射能量との比を作成し、補正項:
プログラム100が格納された記録媒体200をコンピュータに備えられた読取装置に挿入することにより、コンピュータがプログラム100にアクセス可能になり、当該定量プログラム100によって、定量システム300として動作することが可能となる。
メインモジュール10は、その他の各モジュールによる処理を順次コンピュータに実行させる。すなわち、入力モジュール20によるSPECT画像情報入力処理(ステップS41)、入力関数作成モジュール30による入力関数作成処理(ステップS42)、SPECTカウント抽出モジュール40によるSPECTカウント抽出処理、血流量計算モジュール50による仮の流量計算処理(ステップS43)及び血流量計算処理(ステップS44)、出力モジュール60による結果出力処理(ステップS45)の順にコンピュータに実行させる(図6参照)。以下、各モジュールによる処理を説明する。
ステップS23の補正係数を乗じる処理は、上記のテーブルデータに存在する、所定の範囲及び刻みで与えられた時刻tについて、ステップS22で補正された標準入力関数の値に対して、Cpla(t)の値及びCtot(t)の値を用いて行う。
なお、前述した、ステップS12における動脈血からの血漿の分離を行わず、この動脈血についてステップS13及びステップS14の処理を行って全血の放射能量に対応した入力関数を求めた後、ステップS23と同様に血漿中の放射能量に対応した入力関数を求める場合のステップS14及びステップS23の処理は上記と同様である。
なお、関心部位の選択は、コンピュータに備えられた入力装置を用いて行われる。
ただし、上記ステップS03に係る処理のうち、式(3)、式(4)に含まれる積分の計算、すなわち下記式(10):
図7は、本発明に係る画像処理装置の構成を示す図である。図7に示すように、定量システム300は、機能的に、入力部310、入力関数作成部320、SPECTカウント抽出部330、血流量計算部340、出力部350より構成されている。
(1)SPECT撮像及び放射能量の計測
20匹のビーグル犬を3つの群に分け、7匹については安静条件、4匹についてはベータブロッカー(投与量:2-6 mg ボーラス投与に引き続き2 or 4 mg/hrで連続静注、投与経路:静注)の注入による心筋血流量の低下条件、9匹についてはアデノシン(投与量:140 mg/kg/hr to 700 mg/kg/hr、静脈より持続投与)注入による心筋血流量の増加条件下での実験を行った。
一連のダイナミックSPECTスキャン終了後、心筋血流量の変動を確認する目的で、51Crを封入したマイクロスフィア(日本アイソトープ協会より購入)3 MBqを、カテーテルを用いて左心室に注入した。
さらに、201Tl由来の放射能の減衰を待ち、この心臓組織及び動脈血1における141Ce及び51Crの放射能量を同様の要領にて求めた。
ダイナミックSPECT撮像と平行し、以下の要領にて入力関数を求めた。
まず、塩化タリウム−201投与後6分までは20秒間隔、6〜10分までは60秒間隔、10〜20分までは2分間隔、20〜30分までは300秒間隔、30〜60分までは600秒間隔で動脈血を採取した。全20例中6例については、採取した動脈血のうち、一部の採取時間点のものについてその一部を直ちに遠心分離機にかけ、血漿を分離した。採取した動脈血及び分離した血漿につき上記のウェルカウンターを用いて放射能量の測定を行った。
マイクロスフィア法による心筋血流量の値は、以下の方法にて求めた。
まず、上で測定した心臓組織及び動脈血1における141Ce及び51Crの放射能量より、下記式(11)を用いて心筋血流量(mL/分/g)をそれぞれ求めた。
得られたダイナミックSPECT画像上において、心臓前方部、先端部、側面部、後部及び中隔部のそれぞれに円形の関心領域を設定し、各関心領域でのSPECTカウントを求めた。このSPECTカウントの値を各画像の中心スキャン時刻に対してプロットすることにより、各関心領域におけるタイムインテンシティーカーブを作成した。
求めた仮の流量に対し、下記式(1)にて求められる係数を乗じ、心筋血流量を求めた。なおヘマトクリット値は、検体ごとに測定した値を用いた。
求めた仮の流量の値を、マイクロスフィア法によって求めた心筋血流量の値(141Ceを封入したマイクロスフィア及び、51Crを封入したマイクロスフィアによって求められた値の平均値)に対してプロットしたグラフを、図9に示す。
この図より明らかなように、SPECTデータより求めた仮の流量の値は、マイクロスフィア法により求めた心筋血流量との間に良い相関は見られるものの、傾きを1とした直線からは大きく外れていた。この結果より、仮の流量の値は、心筋血流量の値を真に反映した値であるとはいえないことが示された。
この結果より、本発明に係る心筋血流量の定量法は、心筋血流量の値を反映した実測値を与え得る方法であることが示された。
20…入力モジュール
30…入力関数作成モジュール
40…SPECTカウント抽出モジュール
50…血流量計算モジュール
60…出力モジュール
100…定量プログラム
200…記録媒体
300…定量システム
310…入力部
320…入力関数作成部
330…SPECTカウント抽出部
340…血流量計算部
350…出力部
Claims (32)
- 前記第1のステップは、放射性医薬品投与を行った被験者の胸部をSPECTカメラにて撮像して一連のSPECTデータを取得するステップを有し、
前記第2のステップは、前記被験者由来の動脈血から血漿を分離し、該血漿における単位時間単位質量当りの放射能量を測定するステップと、前記複数の採血時刻における前記放射能量の測定値より、時刻tにおける血漿中の放射能量を表す入力関数Ca(t)を求めるステップとを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の心筋血流量の定量法。 - 前記第1のステップは、放射性医薬品投与を行った被験者の胸部をSPECTカメラにて撮像して一連のSPECTデータを取得するステップを有し、
前記第2のステップは、前記被験者由来の動脈血から血漿を分離し単位時間単位質量当りの放射能量を測定するステップと、前記複数の採血時刻における前記放射能量の測定値についての近似曲線を求めることにより時刻tにおける血漿中の放射能量を表す入力関数Ca(t)を求めるステップとを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の心筋血流量の定量法。 - 前記第1のステップは、放射性医薬品投与を行った被験者の胸部をSPECTカメラにて撮像して一連のSPECTデータを取得するステップを有し、
前記第2のステップは、標準入力関数の時刻t1における値に対する時刻t 1 における前記被験者由来の動脈血の単位時間単位質量当りの放射能量の測定値の比を前記標準入力関数に乗じ、さらに、下記式(2):
で与えられる補正係数を乗じることにより、時刻tにおける血漿中の放射能量を表す入力関数Ca(t)を求める
ことを特徴とする請求項1に記載の心筋血流量の定量法。 - 前記第1のステップは、放射性医薬品投与を行った被験者の胸部をSPECTカメラにて撮像して一連のSPECTデータを取得するステップを有し、
前記第2のステップは、前記被験者由来の動脈血における単位時間単位質量当りの放射能量を測定するステップと、前記複数の採血時刻における前記放射能量の測定値より、時刻tにおける全血の放射能量を表す入力関数Ca’(t)を求めるステップと、前記求めた入力関数Ca’(t)に対し、下記式(2):
で与えられる補正係数を乗じることにより、時刻tにおける血漿中の放射能量に対応した入力関数Ca(t)を求めるステップとを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の心筋血流量の定量法。 - 前記第1のステップは、放射性医薬品投与を行った被験者の胸部をSPECTカメラにて撮像して一連のSPECTデータを取得するステップを有し、
前記第2のステップは、前記被験者由来の動脈血の単位時間単位質量当りの放射能量を測定するステップと、前記複数の採血時刻における前記放射能量の測定値についての近似曲線を求めることにより時刻tにおける全血の放射能量を表す入力関数Ca’(t)を求めるステップと、前記求めた入力関数Ca’(t)に対し、下記式(2):
で与えられる補正係数を乗じることにより、時刻tにおける血漿中の放射能量に対応した入力関数Ca(t)を求めるステップとを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の心筋血流量の定量法。 - 前記第1のステップは、放射性医薬品投与を行った被験者の胸部をSPECTカメラにて撮像して一連のSPECTデータを取得するステップを有し、
前記第2のステップは、標準入力関数を求めるときに投与した放射性医薬品の投与量に対する前記被験者に投与した放射性医薬品の投与量の比と、前記標準入力関数を求めるときに利用した検体の体重に対する前記被験者の体重の比を前記標準入力関数に乗じることにより、時刻tにおける全血の放射能量を表す入力関数Ca’(t)を求め、下記式(2):
で与えられる補正係数を乗じることにより、時刻tにおける血漿中の放射能量に対応した入力関数Ca(t)を求めるステップとを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の心筋血流量の定量法。 - 前記第3のステップは、前記一連のSPECTデータから異なる中心スキャン時刻t1及びt2での加算画像を作成し、両画像について同一に指定された関心部位のSPECTカウントCt(t1)及びCt(t2)を求めるステップと、前記測定したSPECTカウントCt(t1)及びCt(t2)と前記第2のステップで求めた入力関数Ca(t)とを下記式(3):
ことを特徴とする請求項2から7のいずれかの項に記載の心筋血流量の定量法。 - 前記入力関数作成処理は、前記コンピュータに記憶された複数の時刻における血漿中の放射能量の測定値についての近似曲線を求めることにより時刻tにおける血漿中の放射能量を表す入力関数Ca(t)を求める
ことを特徴とする請求項12又は13に記載の血流量定量プログラム。 - 前記入力関数作成処理は、標準入力関数を求めるときに投与した放射性医薬品の投与量に対する、前記コンピュータに記憶された前記被験者に投与した放射性医薬品の投与量の比と、前記標準入力関数を求めるときに利用した検体の体重に対する、前記コンピュータに記憶された前記被験者の体重の比を前記標準入力関数に乗じることにより、時刻tにおける全血の放射能量を表す入力関数Ca’(t)を求め、下記式(2):
で与えられる補正係数を乗じることにより、時刻tにおける血漿中の放射能量に対応した入力関数Ca(t)を求める
ことを特徴とする請求項12又は13に記載の血流量定量プログラム。 - 前記信号強度抽出処理は、前記コンピュータに記憶された前記SPECT画像データを構成する一連のSPECTデータから異なる中心スキャン時刻t1及びt2での加算画像を作成し、両画像について同一に指定された関心部位のSPECTカウントCt(t1)及びCt(t2)を求め、
前記仮の流量計算処理は、前記求めたSPECTカウントCt(t1)及びCt(t2)と前記第2のステップで求めた入力関数Ca(t)とを下記式(3):
ことを特徴とする請求項14から18のいずれかの項に記載の血流量定量プログラム。 - 前記信号強度抽出処理は、前記コンピュータに記憶された前記SPECT画像データを構成する一連のSPECTデータから複数の中心スキャン時刻tにおける複数の画像を作成し、全画像について同一に指定された関心部位のSPECTカウントCt(t)を求め、求めたCt(t)と前記中心スキャン時刻tとの関係を表すタイムインテンシティーカーブを作成し、
前記仮の流量計算処理は、下記式(5):
ことを特徴とする請求項14から18のいずれかの項に記載の血流量定量プログラム。 - 前記信号強度抽出処理は、前記コンピュータに記憶された前記SPECT画像データを構成する一連のSPECTデータから複数の中心スキャン時刻tにおける複数の画像を作成し、全画像について同一に指定された関心部位のSPECTカウントCt(t)を求め、求めたCt(t)と前記中心スキャン時刻tとの関係を表すタイムインテンシティーカーブを作成し、
前記仮の流量計算処理は、下記式(5):
ことを特徴とする請求項14から18のいずれかの項に記載の血流量定量プログラム。 - 前記入力関数作成手段は、与えられた複数の時刻における血漿中の放射能量の測定値についての近似曲線を求めることにより時刻tにおける血漿中の放射能量を表す入力関数Ca(t)を求める
ことを特徴とする請求項23に記載の血流量定量システム。 - 前記入力関数作成手段は、標準入力関数を求めるときに投与した放射性医薬品の投与量に対する、与えられた前記被験者に投与した放射性医薬品の投与量の比と、前記標準入力関数を求めるときに利用した検体の体重に対する、与えられた前記被験者の体重の比を前記標準入力関数に乗じることにより、時刻tにおける全血の放射能量を表す入力関数Ca’(t)を求め、下記式(2):
で与えられる補正係数を乗じることにより、時刻tにおける血漿中の放射能量に対応した入力関数Ca(t)を求める
ことを特徴とする請求項23に記載の血流量定量システム。 - 前記信号強度抽出手段は、与えられた前記SPECT画像データを構成する一連のSPECTデータから異なる中心スキャン時刻t1及びt2での加算画像を作成し、両画像について同一に指定された関心部位のSPECTカウントCt(t1)及びCt(t2)を求め、
前記仮の流量計算手段は、前記測定したSPECTカウントCt(t1)及びCt(t2)と前記第2のステップで求めた入力関数Ca(t)とを下記式(3):
ことを特徴とする請求項24から28のいずれかの項に記載の血流量定量システム。 - 前記信号強度抽出手段は、与えられた前記SPECT画像データを構成する一連のSPECTデータから複数の中心スキャン時刻tにおける複数の画像を作成し、全画像について同一に指定された関心部位のSPECTカウントCt(t)を求め、求めたCt(t)と前記中心スキャン時刻との関係を表すタイムインテンシティーカーブを作成し、
前記仮の流量計算手段は、下記式(5):
ことを特徴とする請求項24から28のいずれかの項に記載の血流量定量システム。
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