JP5196816B2 - 身体部分における血管系の動脈および/または静脈の分離された3次元表示方法および装置 - Google Patents

身体部分における血管系の動脈および/または静脈の分離された3次元表示方法および装置 Download PDF

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Description

本発明は、回転コンピュータ断層撮影装置により脊椎動物の身体部分における血管系の動脈および/または静脈の分離された3次元表示を行う装置を制御手段が制御して、身体部分における血管系の動脈および/または静脈の分離された3次元表示を行う方法ならびにこの方法を実施するための装置に関する。好ましくは、本発明はCアーム血管撮影装置に適用される。
血管疾患およびその治療の分野における診断目的のために、身体部分における血管、特に動脈および静脈の外観および経過のできるだけ正確な3次元表示に対する要望が高まっている。重要な適用分野は、隣接する血管に対する局所的な対比のもとで動脈瘤頚を決定するための解析および最適表示を含む脳の動脈瘤検査である。血管撮影は動脈硬化による変化または誤形成を決定するために他の身体部分においても実施される。投影生データから一様な分解能にて3次元表示を再構成するコンピュータ支援回転血管撮影の導入により、診断学の分野における技術的突破に成功した。この場合に従来技術は次のCアーム血管撮影装置である。すなわち、約200°のアームにてX線源およびこれに対向して配置されたセンサが、患者の検査すべき身体部分の周りを回転させられ、その際に50個から500個の範囲にあるX線画像が撮影され、ディジタルにて記憶される。種々の投影角度から撮影された投影X線画像から、X線照射された身体部分の3次元モデルを算出することができる。しかしながら、従来の3D血管撮影によれば、動脈血管系および静脈血管系に基づく明快な分離が、撮影時間および造影剤伝搬の動特性のために十分に可能でない。
既に知られている3次元血管表示の場合には、いわゆるマスク動作および注入動作が撮影される。マスク動作の場合には、患者の身体部分または患者全身の周りにおけるCアームの回転と、予め与えられた角度範囲にわたるX線画像の撮影とが行なわれる。その後、関心のある血管内への造影剤注入が行なわれ、再度のCアーム回転時に一組のX線画像が撮影され、これらのX線画像はいわゆる注入動作を描出する。結果的にコントラスト強調された(すなわち造影剤を含んでいる)血管のみが見えるように、両画像列のモデルが互いに減算される。これらは、ここで3D再構成法により3次元データセットに再構成される。代替として、マスクおよび注入動作データが別々に再構成され、その結果生じる3次元データセットが互いに減算されてもよい。
従来技術による3D血管撮影方法は、一般に動脈血管系の部分も静脈血管系の部分も表示する3次元データセットをもたらす。現在の血管撮影システムの欠点の理由は、約5秒を有する断層撮影装置の回転時間が、2〜3秒しか続かない血管造影のいわゆる動脈相よりも明らかに長いことに求めることができる。その後に造影剤は毛管血管経路を介して静脈系へ移動するので、動脈相の経過後に血管造影の静脈相が現われる。この静脈相が断層撮影装置の回転の末期部分において撮影されるので、動脈および静脈からなる3次元の混合構造がもたらされる。
本発明の課題は、(所望通りに)動脈のみまたは静脈のみを表示する血管の3次元データセットを作成する手がかりを提供することにある。
この課題は、本発明によれば、独立の請求項1による動脈および/または静脈の分離された3次元表示方法ならびに独立の請求項11による分離された3次元表示装置によって解決される。
本発明の有利な実施態様、観点および詳細は従属請求項、以下の説明および添付図面からもたらされる。
本発明は、1回よりも多い注入動作を実施し、これらの注入動作を造影剤注入に対して時間的に次のようにずらす、すなわち、3次元の再構成が可能であるように、検出された身体部分の全ての部分が少なくとも一度は血管造影の動脈相に描出されるようにずらすという考えに基いている。
したがって、第1の観点では、本発明は、回転コンピュータ断層撮影装置により脊椎動物の身体部分における血管系の動脈および/または静脈の分離された3次元表示を行う装置を制御手段が制御して、身体部分における血管系の動脈および/または静脈の分離された3次元表示を行う方法において、
(a)造影剤なしに、検査すべき身体部分について断層撮影装置のマスク動作が実行され、
(b)造影剤の使用のもとで、その身体部分について断層撮影装置の第1の注入動作が実行され、注入動作の第1の部分が血管造影の動脈相の期間内に行なわれ、第2の部分が血管造影の静脈相の期間内に行なわれ、
(c)その身体部分について断層撮影装置の少なくとも1回の第2の注入動作が、他の造影剤注入に対して相対的に次の時点、すなわち第1の注入動作において血管造影の静脈相の期間内に行なわれたのと同じ第2の注入動作の部分が少なくとも1回の第2の注入動作の血管造影の動脈相の期間内に行なわれかつその逆も行なわれる時点で実行され、
(d)第1の注入動作からのデータと少なくとも1回の第2の注入動作からのデータとが組み合わされて、第1の注入動作の血管造影の動脈相および第2の注入動作の血管造影の動脈相からの組み合わされたデータを含んだ第1のデータセットおよび/または第1の注入動作の血管造影の静脈相および第2の注入動作の血管造影の静脈相からの組み合わされたデータを含んだ第2のデータセットが作成され、
(e)動脈血管系または静脈血管系の3次元表示のためのデータを含んだ少なくとも1つの最終データセットを得るために、組み合わせの際に得られた第1のデータセットおよび/または第2のデータセットから、マスク動作の際に得られたデータセットが減算される。
なお、回転コンピュータ断層撮影装置とは、検査対象の3次元モデルの算出をともなう透過技術に基づくあらゆる画像化法であると理解すべきである。
マスク動作は、本発明においては、造影剤の使用なしの回転コンピュータ断層撮影装置の動作である。
造影剤は、専門家によく知られているように、それぞれの画像化方法にとって、例えばX線にとって不透過性であり、したがって満たされた極構造を明白なX線陰影によって描出する物質である。
注入動作とは、本発明によれば、検査すべき中空体、ここでは血管が、画像化法において十分なコントラストを生じる程度まで造影剤を満たされている断層撮影装置の動作であると理解すべきである。
造影剤注入とは、検査すべき中空体つまり検査すべき血管内への、例えば注射による造影剤の投与であると理解すべきである。
注入動作からのデータの組み合わせとは、予め与えられたアルゴリズムにより、かつ場合によっては人間の評価との共同作用のもとで、個別の注入動作のデータの一部分が予め与えられた規則に基づいて組み合わされて、1つの新たなデータセットを作成することであると理解すべきである。本発明によれば、データは次のよう選択される。すなわち、データが相補的に補い合い、使用された断層撮影装置の走査範囲全体にわたって、すなわち投影画像が取り出される全ての位置から、血管造影の動脈相に属するデータまたは静脈相に属するデータが存在するように選択される。
データセットの減算とは、断層撮影法におけるこの表現の専門家によく知られた使用によれば、関心のある測定データのみがデータセット内に残るように、関心のある測定データから背景(バックグラウンド)の測定データを取り去るコンピュータ手順であると理解すべきである。
動作の個々の撮影の投影画像データから3次元モデルを発生させるために、血管撮影の分野において再構成と呼ばれる方法が使用される。3次元データセットへのデータセットのこのような再構成は、本発明による方法の異なる個所において、例えばデータの組み合わせ前、データセットの減算前およびそれらの組み合わせ後において、あるいは最終データセットにおける減算後においても行なうことができる。この場合には、換算の複雑性に関する種々の検討、および本発明を実施するために使用されたコンピュータ断層撮影装置の既存のメカニズムが考慮される。
有利な実施態様では、身体部分が人間の頭部である。この場合に重要な使用分野は脳の血管内の動脈瘤の発見である。しかしながら、人間および他の動物の血管系を有する他の身体部分も基本的には本発明による方法を利用できることは自明である。なぜならば、脊椎動物は分離された動脈および静脈の血液循環路を持つので、本方法は本発明にしたがって脊椎動物に限定されている。しかし、場合によっては、動脈および静脈を有する造影可能な血管系を持っているかぎり、本方法は他の部類の動物にも適用可能である。
本発明の有利な実施態様においては、全ての視角、つまり被検体部分の全範囲を正しく検出して動脈血管と静脈血管とを分離して表示するために十分であるかぎり、2回の注入動作が行なわれるだけでよい。代替としての実施態様では、注入動作の全ての部分から、血管造影の静脈相からのデータおよび血管造影の動脈相からのデータが得られるまで、多数回の注入動作が実行される。これは、例えば、一動作について血管造影の動脈相よりも明白に長い動作時間を有し、それによって全ての視野がカバーされるまでに3回またはそれよりも多い注入動作が行なわれなければならない断層撮影装置の場合に必要である。
回転コンピュータ断層撮影装置を実現するための種々の基礎テクノロジーが使用可能である。例えば回転コンピュータ断層撮影装置は、有利な実施態様では、例えばCアーム血管撮影装置の如き回転X線コンピュータ断層撮影装置である。他の有利な実施態様では、回転コンピュータ断層撮影装置は超音波断層撮影装置であり、更に他の有利な実施態様では、回転コンピュータ断層撮影装置は核スピン断層撮影装置である。その都度使用される造影剤は、使用されるテクノロジーに依存する。なぜならば、使用される励起および波がその都度異なって物質に作用するからである。
使用されたコンピュータ断層撮影装置およびその動きのパターンに依存して、本発明の有利な実施態様では、第1の注入動作および少なくとも1回の第2の注入動作が同じ走査方向において実行され、第1の注入動作は検査すべき血管への造影剤注入の時点で開始され(または別の表現によれば、造影剤投与が注入動作の開始直前または注入動作の開始時に行なわれ)、第2の注入動作は、他の造影剤注入の時点で既に第2の注入動作の一部分が行なわれているように開始される(もしくは、造影剤注入が、2回の注入動作の場合に注入動作の中間のどこかで、とりわけ注入動作のちょうど中間で行なわれ、もしくは2回の他の第2の注入動作の場合に3分の1および/または3分の2のところで行なわれる)。
走査方向を変化させることができるコンピュータ断層撮影装置の場合には、本発明は次のように構成されてもよい。すなわち、第1の注入動作および少なくとも1回の第2の注入動作が異なる走査方向において実行され、第1の注入動作が検査すべき血管への造影剤注入の時点で開始され、少なくとも1回の第2の注入動作は、他の造影剤注入の時点で開始されるように構成されてもよい。この実施態様の場合には基本的に1回の第1の注入動作と1回の第2の注入動作が必要であるが、しかしながら、この場合にも2回よりも多い注入動作が相応に時間的に再びずらされた造影剤注入で実行されてもよいことは自明である。
本発明は、他の観点においては装置に関し、方法に関して述べたことの全てが装置に対しても当てはまり、またはその逆も当てはまるので、相互に関連させられる。回転コンピュータ断層撮影装置を含み、脊椎動物の身体部分における血管系の動脈および/または静脈の分離された3次元表示のための本発明による装置は、
(a)回転コンピュータ断層撮影装置のマスク動作時ならびに少なくとも1回の第1の注入動作時および第2の注入動作時に得られるデータを記憶するための第1のデータメモリを備え、
第1の注入動作のデータは造影剤の使用のもとに身体部分について第1の注入動作を実行することによって得られ、注入動作の第1の部分が血管造影の動脈相の期間内に行なわれ、第2の部分が血管造影の静脈相の期間内に行なわれ、
第2の注入動作のデータは、身体部分について少なくとも1回の第2の注入動作を、他の造影剤注入に対して相対的に次の時点、すなわち第1の注入動作において血管造影の静脈相の期間内に行なわれたのと同じ第2の注入動作の部分が少なくとも1回の第2の注入動作の血管造影の動脈相の期間内に行なわれかつその逆も行なわれる時点で、実行することによって得られ
(b)第1の注入動作からのデータと少なくとも1回の第2の注入動作からのデータとを組み合わせて、第1の注入動作の血管造影の動脈相および第2の注入動作の血管造影の動脈相からの組み合わされたデータを含んだ第1のデータセットおよび/または第1の注入動作の血管造影の静脈相および第2の注入動作の血管造影の静脈相からの組み合わされたデータを含んだ第2のデータセットとを作成するための第1の計算モジュールと、
(c)第1のデータセットおよび/または第2のデータセットを記憶するための他のデータメモリと、
(d)動脈血管系または静脈血管系の3次元表示のためのデータを含んだ少なくとも1つの最終データセットを得るために、組み合わせの際に得られた第1のデータセットおよび/または第2のデータセットから、マスク動作時に得られたデータを減算するための第2の計算モジュールと
を備えている。
計算モジュールとは、実行すべき計算を行なうために特別に設計されている装置、例えば相応の制御部を有するアナログコンピュータまたはディジタル信号プロセッサであると理解してもよいし、あるいは計算モジュールとは、機能がユニバーサルコンピュータ装置において実現されるソフトウェアプログラム製品であると理解してもよい。データメモリとは、揮発性または不揮発性主メモリ、ハードディスク、光データ媒体などのディジタルデータを記憶することができるあらゆる装置であると理解すべきであり、これらに計算モジュールがアクセスすることができる。
特に有利な実施態様において、装置は本発明による方法を実施するのに適している。
本発明による装置の構成部分としての回転コンピュータ断層撮影装置はCアーム血管撮影装置の如き回転X線コンピュータ断層撮影装置、超音波断層撮影装置または核スピン断層撮影装置である。
以下において、添付された図面を参照しながら、具体化された実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
図1は本発明の第1の実施形態における患者身体の走査原理を示し、
図2は本発明の第2の実施形態における患者身体の走査原理を示し、
図3は走査によって得られた生データから最終データセットを求める方法を示す。
図1には一方向にしか走査動作を行なうことができないCアーム血管撮影装置を用いた場合における本発明による方法が記述されている。
図1の左側の部分図は位置決めされた患者1の如き被検体を横断面図で示している。矢印2によって、使用されたCアーム血管撮影装置の走査方向が示され、扇形3によって、マスク動作の検出された投影角が示されている。ここでは身体部分全体が検出され、使用された血管撮影装置の能力に応じて表示される。図1の中央部分には第1の注入動作が示されている。第1の注入動作においては、同じ走査方向2への第2の走査動作の開始時に造影剤が検査すべき血管内またはその近くに注入される。図1は造影剤注入4の時点を具体的に示す。ハッチング範囲5は、血管造影の動脈相が現われる注入動作範囲である。この相5の終端において造影剤が血管系の静脈範囲に到達する。この相5の終了後に、Cアーム血管撮影装置は、なおも、ハッチング範囲6によって示された血管造影の静脈相を、コントラスト強調して撮影することができる。図1の右側部分には第2の注入動作が示されている。第2の注入動作においては、再び同じ走査方向2で第1の注入動作に直ぐに続いて、第1の注入動作時に動脈相を表示した動作範囲について、今や血管造影の静脈相7が検出される。なぜならば、矢印8によって示されているように、造影の静脈相が第2の注入動作の中にまで達するからである。第2の注入動作のほぼ中間で新たに造影剤注入9が行なわれるので、その後すぐに再び血管造影の動脈相10が始まる。この動脈相10は、第1の注入動作において血管造影の静脈相に属した注入動作範囲を覆う。したがって、本例においては2つの注入動作によってCアーム走査範囲全体を、動脈に関しても静脈に関しても造影表示することができる。
第1の注入動作の回転の直後にCアームの逆転および第2の注入動作が行なわれる。静脈相は一般に動脈相よりも明白に長いことから、静脈はこの時点でなおも十分に造影されている。
両回転方向における撮影を可能にするシステムについては、図2に示されているように、異なるプロトコルが推奨される。図2において、同じ参照符号は同じまたは類似の対象に相当する。マスク動作は、図1に示された実施形態と同様に行なわれる。これに続いて、今や直接的に、逆の回転方向つまり走査方向2aで造影剤注入4のもとに第1の注入動作が開始される。造影剤注入は、回転開始に対して相対的に、第1の回転半分5が動脈を造影し、第2の半分6が静脈を造影するように始動される。第2の注入動作は、図2の右側部分において、第1の注入動作と全く同様に行なわれるが、しかし再び反対の回転方向2で行なわれる。第1の注入動作の静脈相6の撮影後に直ぐに第2の注入動作の動脈相10が生じるので、動脈/静脈の重複造影を回避するために、両動作の間に、造影剤が静脈から洗浄により取り除かれるまで、或る程度の休止が守られなければならない。
図3は異なる動作において得られたデータの組み合わせおよび減算における一般的な手法を示す。同じ参照符号は再び同じ経過もしくは対象を表す。ここでは、第1の注入動作の動脈相5および静脈相6のデータと、第2の注入動作の動脈相10および静脈相7のデータとが次のように互いに組み合わされる。すなわち、2つの新たなデータセットがもたらされ、そのうち一方のデータセットは第1の注入動作の静脈相6と第2の注入動作の静脈相7とから合成され、他方のデータセットは第1の注入動作の動脈相5と第2の注入動作の動脈相10とから合成される。ひき続く11,12におけるマスク動作の減算および3次元データセットへの再構成によって、2つの3次元データセットが得られ、そのうちの一方は動脈血管系の表示13を含み、他方は静脈血管系の表示14を含んでいる。マスク動作の再構成によって付加的に周囲組織の表示15(低コントラスト表示)が得られる。本発明による方法により、図3に示されているように、3回の回転撮影から、動脈血管系、静脈血管系および周囲組織を3次元表示することができる。両注入動作のそれぞれにおいて動脈相の画像半分のみを撮影しさえすればよいことから、撮影時間の半分だけが動脈相に割り当てられればよい。この条件は、2〜3秒の動脈相および一回転当たり5秒の現在最小の撮影時間において満足でき、それによって動脈および静脈の分離された重複のない表示が可能になる。
本発明の第1の実施形態における患者身体の走査原理を示す説明図 本発明の第2の実施形態における患者身体の走査原理を示す説明図 生データから最終データセットを求める方法を示す説明図
符号の説明
1 被検体部分(患者)
2 走査方向
3 マスク動作の検出される投影角
4 第1の注入動作における造影剤注入
5 第1の注入動作における血管造影の動脈相
6 第1の注入動作における血管造影の静脈相
7 第2の注入動作における血管造影の静脈相
8 矢印
9 第2の注入動作における造影剤注入
10 第2の注入動作における血管造影の動脈相
11 減算
12 減算
13 動脈血管系表示
14 静脈血管系表示
15 周囲組織表示

Claims (15)

  1. 回転コンピュータ断層撮影装置により脊椎動物の身体部分における血管系の動脈および/または静脈の分離された3次元表示を行う装置を制御手段が制御して、身体部分における血管系の動脈および/または静脈の分離された3次元表示を行う方法において、
    (a)造影剤なしに、検査すべき身体部分(1)について回転コンピュータ断層撮影装置のマスク動作が実行され、
    (b)造影剤の使用(4)のもとで、その身体部分について回転コンピュータ断層撮影装置の第1の注入動作が実行され、注入動作の第1の部分が血管造影の動脈相(5)の期間内に行なわれ、第2の部分が血管造影の静脈相(6)の期間内に行なわれ、
    (c)身体部分(1)について回転コンピュータ断層撮影装置の少なくとも1回の第2の注入動作が、他の造影剤注入(9)に対して相対的に次の時点、すなわち第1の注入動作において血管造影の静脈相(6)の期間内に行なわれたのと同じ第2の注入動作の部分が少なくとも1回の第2の注入動作の血管造影の動脈相(10)の期間内に行なわれかつその逆も行なわれる時点で実行され、
    (d)第1の注入動作からのデータと少なくとも1回の第2の注入動作からのデータとが組み合わされて、第1の注入動作の血管造影の動脈相(5)および第2の注入動作の血管造影の動脈相(10)からの組み合わされたデータを含んだ第1のデータセットおよび/または第1の注入動作の血管造影の静脈相(6)および第2の注入動作の血管造影の静脈相(7)からの組み合わされたデータを含んだ第2のデータセットが作成され、
    (e)動脈血管系(13)または静脈血管系(14)の3次元表示のためのデータを含んだ少なくとも1つの最終データセットを得るために、組み合わせの際に得られた第1のデータセットおよび/または第2のデータセットから、マスク動作の際に得られたデータセットが減算(11,12)される
    ことを特徴とする身体部分における血管系の動脈および/または静脈の分離された3次元表示方法。
  2. さらにデータセットが3次元データセットへ再構成され、再構成はデータの組み合わせ前に、データセットの減算前に、または最終データセットにおいて行なわれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 身体部分(1)が人間の頭部であることを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
  4. 注入動作の全ての部分から、血管造影の静脈相(6,7)からのデータおよび血管造影の動脈相(5,10)からのデータが得られるまで、多数回の注入動作が実行されることを特徴とする請求項1乃至3の1つに記載の方法。
  5. 回転コンピュータ断層撮影装置は回転X線コンピュータ断層撮影装置であることを特徴とする請求項1乃至4の1つに記載の方法。
  6. 回転X線コンピュータ断層撮影装置はCアーム血管撮影装置であることを特徴とする請求項5記載の方法。
  7. 回転コンピュータ断層撮影装置は超音波断層撮影装置であることを特徴とする請求項1乃至4の1つに記載の方法。
  8. 回転コンピュータ断層撮影装置は核スピン断層撮影装置であることを特徴とする請求項
    1乃至4の1つに記載の方法。
  9. 第1の注入動作および少なくとも1回の第2の注入動作が同じ走査方向(2)において実行され、第1の注入動作は検査すべき血管への造影剤注入(4)の時点で開始され、第2の注入動作は、他の造影剤注入(9)の時点で既に第2の注入動作の一部が行なわれているように、開始されることを特徴とする請求項1乃至8の1つに記載の方法。
  10. 第1の注入動作および少なくとも1回の第2の注入動作が異なる走査方向(2,2A)において実行され、第1の注入動作が検査すべき血管への造影剤注入(4)の時点で開始され、少なくとも1回の第2の注入動作は、他の造影剤注入(9)の時点で開始されることを特徴とする請求項1乃至8の1つに記載の方法。
  11. 回転コンピュータ断層撮影装置を含み、脊椎動物の身体部分(1)における血管系の動脈および/または静脈の分離された3次元表示装置において、
    (a)回転コンピュータ断層撮影装置のマスク動作時ならびに少なくとも1回の第1の注入動作および第2の注入動作時に得られるデータを記憶するための第1のデータメモリを備え
    第1の注入動作のデータは造影剤の使用のもとに身体部分について第1の注入動作を実行することによって得られ、注入動作の第1の部分が血管造影の動脈相(5)の期間内に行なわれ、第2の部分が血管造影の静脈相(6)の期間内に行なわれ、
    第2の注入動作のデータは、身体部分について少なくとも1回の第2の注入動作を、他の造影剤注入に対して相対的に次の時点、すなわち第1の注入動作において血管造影の静脈相(7)の期間内に行なわれたのと同じ第2の注入動作の部分が少なくとも1回の第2の注入動作の血管造影の動脈相(10)の期間内に行なわれかつその逆も行なわれる時点で、実行することによって得られ
    (b)第1の注入動作からのデータと少なくとも1回の第2の注入動作からのデータとを組み合わせて、第1の注入動作の血管造影の動脈相(5)および第2の注入動作の血管造影の動脈相(10)からの組み合わされたデータを含んだ第1のデータセットおよび/または第1の注入動作の血管造影の静脈相(6)および第2の注入動作の血管造影の静脈相(7)からの組み合わされたデータを含んだ第2のデータセットとを作成するための第1の計算モジュールと、
    (c)第1のデータセットおよび/または第2のデータセットを記憶するための他のデータメモリと、
    (d)動脈血管系または静脈血管系の3次元表示のためのデータを含んだ少なくとも1つの最終データセットを得るために、組み合わせの際に得られた第1のデータセットおよび/または第2のデータセットから、マスク動作時に得られたデータを減算(11,12)するための第2の計算モジュールと
    を備えていることを特徴とする身体部分における血管系の動脈および/または静脈の分離された3次元表示装置。
  12. 回転コンピュータ断層撮影装置は回転X線コンピュータ断層撮影装置であることを特徴とする請求項11記載の装置。
  13. 回転X線コンピュータ断層撮影装置はCアーム血管撮影装置であることを特徴とする請求項12記載の装置。
  14. 回転コンピュータ断層撮影装置は超音波断層撮影装置であることを特徴とする請求項11記載の装置。
  15. 回転コンピュータ断層撮影装置は核スピン断層撮影装置であることを特徴とする請求項11記載の装置。
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