JP5698212B2 - 心臓の安静及び負荷の撮像における心臓の分割 - Google Patents

Description

本出願は、二核種(dual isotope)及び／又は二重トレーサー(dual tracer)の撮像に関する。本出願は、心臓の二核種ＳＰＥＣＴ撮像と共に特に応用され、それらを特に参照して開示されるだろう。しかしながら、本概念は他の撮像モダリティ及び生体構造の他の部分にも応用可能であることが理解されるべきである。

心臓の安静及び負荷画像は通例、別々のＳＰＥＣＴ画像取得ステップで得られる。通例は心臓の画像を自動分割した後に、これら２つの画像を比較することで診断が行われる。

テクネチウム（Ｔｃ）ベースのトレーサーは、良好な画像統計を持つと共に、分割操作に適している。あるプロトコルにおいて、Ｔｃ画像は、前記安静及び負荷状態のどちらか一方で生成され、第２のＴｃ画像は、もう一方で生成される。しかしながら、Ｔｃは比較的ゆっくり除去されるので、安静の撮像セッションと負荷の撮像セッションとの間を４時間以上待つのが一般的である。これは、患者スループットを遅くするだけでなく、負荷及び安静画像のアライメント問題も引き起こす。

他のプロトコルでは、タリウム（Ｔｌ）画像が安静状態で生成されてから、テクネチウム（Ｔｃ）画像が負荷状態で生成される。これは、各々が約１５から２５分のスキャンが２回行われ、前記患者スループットを減少させる欠点である。さらに、ＴＩ画像は、低い統計であり、分割を難しくさせ、場合によって不正確にさせ、これが画像解析に悪影響を及ぼすことがあり得る。

他のプロトコルでは、最初にＴｃが生成され、Ｔｌ画像が続く。このプロトコルは、最初にＴｌ画像が生成され、Ｔｃ画像が続く前記プロトコルと同様の欠点を持つ。加えて、Ｔｃはゆっくり除去されるので、Ｔｌデータを取得する間、患者に残留Ｔｃが存在する。高いエネルギーを持つＴｃは、このＴｃが散乱するとき、そのエネルギーの一部を放出する。これは、下方散乱(downscatter)するＴｃの電位をＴｌと同じエネルギーまで引き上げて、これら２つの区別を難しくさせる。

本出願は、上述した問題及びその他を克服する新規及び改善したシステム並びに方法を考えている。

ある態様によれば、画像診断方法が提供される。第１及び第２の同位体画像データは、第１の状態の被験者に摂取される第１の同位体トレーサー及び第２の状態の被験者に摂取される第２の同位体トレーサーから同時に取得される。これら取得した同位体画像データは再構成され、前記第１の同位体画像データから第１の状態画像を、及び前記第２の同位体画像データから第２の状態画像を生成する。前記第１及び第２の状態画像は共に、これら第１及び第２の状態画像の一方、若しくは良好な画像統計を持つ結合した第１及び第２の同位体画像に基づいて分割される。これら分割された第１及び第２の状態画像が同時に表示される。

他の態様によれば、コンピュータ読み取り可能媒体が供給され、この媒体は以下のステップを行うように前記コンピュータを制御するためのソフトウェアを含んでいる。同時に取得した第１の同位体画像データ及び第２の同位体画像データは夫々、被験者に注入された第１の同位体トレーサーの摂取を表す第１の同位体画像に、並びに前記第１の同位体トレーサーを注入した後の第１の同位体トレーサーの摂取期間と、前記第１及び第２の同位体画像データを同時に取得する前の第２の同位体トレーサーの摂取期間との後、前記被験者に注入される第２の同位体トレーサーの摂取を表す第２の同位体画像に再構成される。良好な画像統計を持つ第１及び第２の同位体画像の１つ、又は第１及び第２の同位体画像データの両方から再構成される画像は、分割パラメタを生成するために分割される。これら分割パラメタは、第１の同位体画像及び第２の同位体画像の各々に適用される。

他の態様によれば、画像診断システムが供給される。再構成処理器は、同時に取得した第１の同位体画像データを被験者に注入された第１の同位体トレーサーの摂取を表す第１の同位体画像に、並びに第２の同位体画像データを前記第１の同位体トレーサーを注入した後の第１の同位体トレーサーの摂取期間と、前記第１及び第２の同位体画像データを同時に取得する前の第２の同位体トレーサーの摂取期間との後、前記被験者に注入される第２の同位体トレーサーの摂取を表す第２の同位体画像に再構成する。分割処理器は、分割パラメタを生成するために、良好な画像統計を持つ第１及び第２の同位体画像の１つ、又は第１及び第２の同位体画像データの両方から再構成される画像を分割する。画像調整処理器は、分割した第１の同位体画像及び分割した第２の同位体画像を生成するために、前記第１及び第２の同位体画像の各々に分割パラメタを適用する。表示装置は、これら分割した第１及び第２の同位体画像を同時に表示する。

ある利点は、異なる同位体／トレーサーからのデータの本質的な整列にある。

他の利点は、改善される患者スループットにある。

さらに他の利点及び恩恵は、以下の詳細な説明を読み、理解することで当業者に明白となるであろう。

この新しい方法は、様々な構成要素及びこれら構成要素の組み合わせ、並びに様々なステップ及びこれらステップの組み合わせの形式をとってもよい。図面は単に好ましい実施例の説明を目的とするものであり、本発明を限定すると考えるべきではない。

本概念に従う画像診断システムの概略図。 使用方法を説明する。

図１を参照すると、画像診断装置１０、例えばＳＰＥＣＴ撮像システムは、撮像される被験者１４の一部を受け入れるように構成される撮像領域１２を持つ。画像データ取得装置１６は、同位体画像データを取得するためにガントリ上に搭載されている。説明される実施例において、画像診断システムは、前記画像データ取得装置が１つ以上のＳＰＥＣＴ又は核カメラ１６を含むＳＰＥＣＴシステムであり、これらカメラは被験者１４の周りを回転するためにガントリ１８に搭載されている。他の撮像システム、例えばＰＥＴ、一体型のＰＥＴ又はＳＰＥＣＴ ＣＴ、一体型のＰＥＴ又はＳＰＥＣＴ ＭＲ等も考えられる。

図２を参照すると、心筋における虚血領域を視覚化することにより冠状動脈疾患（ＣＡＤ）を検出するための心筋灌流撮像（ＭＰＩ）の実施例において、安静状態の被験者にＴｃ同位体トレーサーが注入される（２０）。以下に述べられるように、他の同位体も考えられる。患者は、安静又は第１の同位体の摂取期間、例えば３０から６０分の間、安静のままでいる（２２）。被験者は次いで、負荷がかけられ（２４）、Ｔｌ同位体トレーサーが注入される（２６）。以下に述べられるように、第２のトレーサーは他の同位体を含んでもよい。負荷又は第２の同位体の摂取期間、一般に約１５から３０分を待った後（２８）、スキャナ１０は、両方の同位体から画像データ３０の同時取得を開始する。

同時取得した第１及び第２の同位体画像データ、並びに任意でゲーティング情報(gating information)が画像データバッファ４０に記憶される。補正処理器４２は、補正ステップ（４３）を行い、減衰、散乱、空間分解能、相互汚染等の１つ以上を任意に補正する。任意で心臓又は生理的ゲーティング処理器アルゴリズムプログラム又は他の手段４４は、被験者の心臓又は生理的位相により前記データをゲーティング又はソートする（４５）。エネルギー弁別器４６は、エネルギーウィンドウ操作（４８）を行い、多数のエネルギーウィンドウに対応する画像データを分類する。他のエネルギーウィンドウも、被験者の減衰特性を測定、後方散乱を測定する等に使用されてもよい。このエネルギーウィンドウのデータは別々のエネルギーウィンドウメモリーに記憶される。

１つ以上の再構成処理器５６は、１つ以上のエネルギーウィンドウのメモリーから画像データを再構成する（５８）。結果生じる再構成画像は夫々、第１の画像／同位体のメモリー６０_１、第２の画像／同位体のメモリー６０_２及び結合した同位体画像メモリー６０_ｃに記憶される。この再構成処理器は、減衰、散乱及びコリメータ応答補正を行うことができる。ある実施例において、多数の又は全てのエネルギーウィンドウからのデータは同時に再構成され、前記減衰、散乱及びコリメータ応答補正を本質的に行う。他の実施例において、各同位体画像は、前記減衰、散乱及びコリメータ応答補正を行う別々のステップにおいて、エネルギーの同位体に特定的なサブセットから繰り返し再構成される。さらに他の実施例において、前記エネルギーウィンドウの同位体に特定的なサブセットにおける各同位体画像に対し別々のステップで再構成が行われる。

１つ以上の処理器７０は、再構成した画像内において被験者の心臓を見つける（７４）ための心臓発見処理器、アルゴリズム、プログラム又は他の手段７２を含む。処理器７０は、最も有力な統計を持つ画像上で動作する。前記第１及び第２の同位体がＴｃ及びＴｌであるとき、Ｔｃは一般に最良の統計を持つ。結合した画像が生成される代替実施例において、処理器７０は、この結合した画像上で動作することができる。全ての同位体に対するデータが同時に取得されるので、全ての画像は本質的に、整列される、普通に変倍される等である。再配向処理器、プログラム、アルゴリズム又は他の手段７６は、心臓の主軸を再配向して、事前に選択した方向又は軸と整列させる最良のノイズ統計の再配向パラメタ７８を持つ画像から計算する。例えば、左心室は、垂直軸に対し配向される。処理器７０はさらに、最良のノイズ統計を持つ再配向した心臓画像を分割する（８２）処理器、プログラム、アルゴリズム又は他の手段８０を含む。１つ以上の画像調整処理器、アルゴリズム、プログラム又は他の手段８４は、分割パラメタ、再配向パラメタ等をＴｃ及びＴｌ画像の各々に適用し（８６）、第１の画像メモリー８８_１及び第２の画像メモリー８８_２に夫々言記憶される、整列且つ普通に分割されるＴｃ及びＴ_ｌ画像を生成する。

特に、前記最良のノイズ統計を持つ画像を分割することは、自動的に若しくは手動で、又はそれら２つを組み合わせて行われることができる。分割している間、選択した構造体、例えば心臓、左心室、大動脈、肝臓等に対応する画像の領域が分割される、例えば各々の心臓の生理的構造又は領域に対応する画像の領域を規定するために輪郭が描かれる。一旦、最良のノイズ統計を持つ画像が分割されたら、その分割パラメタ、例えば規定した領域は、これら領域を分割するために他の画像上に重畳される、またそうでなければ適用される。このように、一旦、分割処置が行われ、分割パラメタは全ての対応する画像に適用される。

モニター９０は、整列且つ普通に分割されるＴｃ並びにＴｌ画像、又は他の第１及び第２の同位体画像を同時に表示する。任意で、重畳処理器９２は、モニター９０が例えば異なる色符号化で重ね合わした２つの画像を表示する（９６）ように、前記分割されるＴｃ及びＴｌ画像を重畳する（９４）。

データをゲートモードで取得する場合、ゲート再構成(gated reconstruction)は、最良の画像統計を持つ同位体画像データ、又は結合したデータ上で行われる。ゲートモードにおいて、取得したデータは、心拍位相又は生理的運動の位置により分割される。例えば、心周期は、１０個の位相に分割されることができる。各位相からのデータは再構成されることができ、減衰、散乱及びコリメータ応答補正は、対応する心拍位相における心臓の画像を生成する。各位相にはデータのほんの一部があるだけなので、悪いノイズ統計を持つ同位体又はエネルギーレベルに対する上述した分割問題が悪化する。最良のノイズ統計を持つ選択した位相画像又は結合したデータからの選択した位相画像が再び分割され、分割パラメタは、他の同位体から前記選択した位相画像に適用される。

処理器７０はさらに、前記ゲート位相間における動き又は位置の変化を推定する、動き推定処理器、プログラム、アルゴリズム又は他の手段１００を含む。動き補正処理器、プログラム、アルゴリズム又は他の手段１０２は、前記第１及び第２の同位体画像上で動き補正動作１０４を同時に行うために、画像調整処理８６において使用される、又は本質的な動き補正のために動きパラメタを利用して、再構成を再び実施するために、再構成処理器５６にフィードバックされることができる、動き補正パラメタを生成する。例えば、動き推定パラメタは、画像をある心臓又は生理的位相から他の位相に変換するための空間変換を引き起こすのに使用されることができる。例えば、呼吸ゲート画像は、最後の吐き出す位相(end exhale phase)に空間変換される。これら動き補正パラメタは、各位相において、最良のノイズ統計を持つ画像又は結合した画像から決定される。これら動き補正パラメタ、例えば空間変換は次いで、同じ位相にある他の同位体画像に適用される。一旦、所与の位相に対する位相画像が変換されると、所与の同位体に対する全ての位相画像が同じ位相に変換され、結合される。前記動きパラメタも再構成する間、本質的に動きを補正するために、前記再構成処理器にフィードバックされることができる。

図２において心臓を配向した後が示されていたとしても、動き補正は、この処理において、他の時点、特にそれ以前の時点で行われることができることを理解すべきである。このように、良好なノイズ統計を持つ、個々の又は結合した画像ウィンドウからのゲート同位体データは、その統計がゲーティング及び動き補正するには不十分である同位体からの画像データをゲーティング及び動き補正するのに使用される。このゲーティング及び動き補正も再構成中する間に行われることが可能である。

前記動き推定又は空間補正変換は、ある位相から他の位相までの分割パラメタ又は規定した領域を変換するのにも使用されることができる。このように、最良なノイズ統計を持つエネルギーウィンドウから構成される位相画像が分割されることができ、これら分割パラメタは、変換され、並びに同じ同位体の他の位相画像に及び他の同位体の他の位相画像に適用される。

単一の処理器７０が幾つかの機能又は処理を行うと示されていたとしても、各々の機能又は処理が専用の処理器、ＡＳＩＣ等により行われることができることを理解すべきである。さらに、これら機能又は処理は、複数の処理器間において、様々な方法及び組み合わせで分担されることができる。

他の実施例において、Ｔｌ−２０１は安静灌流に使用された後、Ｔｃ−９９ｍが負荷試験に使用される。他の実施例において、Ｔｃ−９９ｍの安静灌流試験に続いて、Ｔｌ−２０１の負荷試験が行われる。他の実施例において、慢性虚血又は心筋梗塞、並びに組織生存に関する情報を得るために、共に安静状態においてＴｃ−９９ｍは灌流に使用され、Ｉ−１２３−ＢＭＩＰＰは代謝測定に使用される。他の実施例において、Ｔｃ−９９ベースの負荷灌流試験に続き、短時間内（例えば４時間未満）に、再配分するためのＴｃ−９９ｍの再注入及び虚血の記憶(ischemic memory)測定のためのＩ−１２３−ＢＭＩＰＰを組み合わせる安静試験が行われる。他の実施例において、灌流欠損を判断するためのＴｃ−９９ｍ−ＥＣＤＧの負荷測定に続き、前記短時間内において、虚血の記憶に対するＩ−１２３−ＢＭＩＰＰの安静測定が行われる。他の実施例において、Ｔｃ−９９ｍの灌流及びＩ−１２３−ＢＭＩＰＰの合成神経支配(synthetic innervations)の測定の組み合わせが行われる。これら技術は心臓ＳＰＥＣＴに限定されない。これら技術は、分割又は動き補正がＰＥＴ、機能ＭＲＩ及び他の"撮像モダリティ"と同様に行われるべき、如何なる多数の同位体のＳＰＥＣＴ撮像プロトコル／アプリケーションにも適用されることができる。

本発明は好ましい実施例を参照して説明されている。上記詳細な説明を読み、理解すると修正及び代替案が思い浮かぶことがある。本発明は、そのような修正及び代替案全てが付随する特許請求の範囲又はそれに同等なものの範囲内にあるかぎり、これら全てを含んでいると考えられることを意図している。

Claims (14)

1. 撮像領域を規定するガントリ、
   第１及び第２の同位体画像データを取得するために、前記撮像領域の周りに置かれる１つ以上の画像データ取得装置、
   第１の状態の被験者に摂取される第１の同位体トレーサー及び第２の状態の被験者に摂取される第２の同位体トレーサーから第１及び第２の同位体画像データを同時に取得するステップ、
   前記第１の同位体画像データから第１の状態画像を、及び前記第２の同位体画像データから第２の状態画像を生成するために、前記取得した同位体画像データを再構成するステップ、
   分割パラメタを生成するために、良好な画像統計を持つ前記第１及び第２の状態画像の一方、又は前記第１及び第２の同位体画像データの両方から再構成される結合した画像を分割するステップ、
   前記第１の状態画像及び前記第２の状態画像の各々に前記分割パラメタを適用するステップ、並びに
   分割した前記第１及び第２の状態画像を同時に表示するステップ
   からなる方法を行うようにプログラムされる１つ以上の処理器、並びに
   前記第１及び第２の状態画像を同時に表示する表示装置
   を有する撮像システム。
2. 前記１つ以上の処理器はさらに、前記同時に取得するステップの前に、
   前記第１の同位体トレーサーを撮像すべき被験者に注入するステップ、
   第１の同位体トレーサーの摂取期間を待つステップ、
   前記第２の同位体トレーサーを前記被験者に注入するステップ、及び
   第２の同位体トレーサーの摂取期間を待つステップ
   からなる方法を行うようにプログラムされる、請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記第１の同位体トレーサーの摂取期間を待つステップは、安静状態の前記被験者に行われ、及び
   前記第２の同位体トレーサーの摂取期間を待つステップは、前記被験者が負荷状態にある間に行われる
   請求項２に記載の撮像システム。
4. 前記１つ以上の処理器はさらに、
   表示装置において前記分割した第１及び第２の同位体画像を重畳するステップからなる方法を行うようにさらにプログラムされる、請求項１、２又は３に記載の撮像システム。
5. 前記第１及び第２の同位体トレーサーの一方はテクネチウムを含み、前記第１及び第２の同位体トレーサーの他方はタリウムを含んでいる、請求項１乃至４の何れか一項に記載の撮像システム。
6. 前記１つ以上の処理器はさらに、
   前記第１及び第２の同位体画像データを同時に取得している間、生理的又は心臓ゲーティングを利用するステップ、並びに
   前記ゲーティングに従って前記第１の同位体画像データ及び前記第２の同位体画像データの各々を動き補正するステップ
   からなる方法を行うようにプログラムされる、請求項１乃至５の何れか一項に記載の撮像システム。
7. 前記１つ以上の処理器はさらに、
   良好な画像統計を持つ状態画像の１つ又は結合した画像において前記被験者の心臓を見つけるステップ、並びに
   良好な画像統計を持つ前記画像に基づいて、前記心臓の主軸が事前に選択した方向に配向されるように、前記第１及び第２の状態画像を再配向するステップ
   からなる方法を行うようにプログラムされる、請求項１乃至６の何れか一項に記載の撮像システム。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法を行うようにコンピュータを制御するためのソフトウェアを含んでいるコンピュータ読み取り可能媒体。
9. 同時に取得した第１の同位体画像データを、被験者に注入された第１の同位体トレーサーの摂取を表す第１の画像に、並びに同時に取得した第２の同位体画像データを、前記第１の同位体トレーサーを注入した後の第１の同位体トレーサーの摂取期間と、前記第１及び第２の同位体画像データを同時に取得する前の第２の同位体トレーサーの摂取期間との後、前記被験者に注入される第２の同位体トレーサーの摂取を表す第２の画像に再構成するステップ、
   分割パラメタを生成するために、良好な画像統計を持つ前記第１及び第２の画像の一方、又は前記第１及び第２の同位体画像データの両方から再構成される画像を分割するステップ、並びに
   前記第１及び第２の同位体画像の各々に前記分割パラメタを適用するステップ
   を行うようにコンピュータを制御するためのソフトウェアを含んでいるコンピュータ読み取り可能媒体。
10. 同時に取得した第１の同位体画像データを、被験者に注入された第１の同位体トレーサーの摂取を表す第１の画像に、並びに同時に取得した第２の同位体画像データを、前記第１の同位体トレーサーを注入した後の第１の同位体トレーサーの摂取期間と、前記第１及び第２の同位体画像データを同時に取得する前の第２の同位体トレーサーの摂取期間との後、前記被験者に注入される第２の同位体トレーサーの摂取を表す第２の画像に再構成する再構成処理器、
    分割パラメタを生成するために、良好な画像統計を持つ前記第１及び第２の画像の一方、又は前記第１及び第２の同位体画像データの両方から再構成される画像を分割する分割処理器、
    分割した前記第１の同位体画像及び分割した前記第２の同位体画像を生成するために、前記第１の同位体画像及び第２の同位体画像の各々に前記分割パラメタを適用する画像調整処理器、並びに
    前記分割した第１及び第２の画像を同時に表示する表示装置
    を有する画像診断システム。
11. 前記分割した第１及び第２の画像を重畳する画像処理器をさらに有する請求項１０に記載の画像診断システム。
12. 前記第１及び第２の同位体の一方はテクネチウムであり、前記第１及び第２の同位体の他方はタリウムである請求項１０又は１１に記載の画像診断システム。
13. 前記第１及び第２の同位体画像データを同時に取得している間に利用される心臓又は生理的ゲーティングに従って、前記第１の同位体画像データ及び前記第２の同位体画像データの各々において動きを補正するのに動き推定を利用する動き補正処理器又は前記再構成処理器をさらに有する請求項１０、１１又は１２に記載の画像診断システム。
14. 前記良好な画像統計を持つ前記同位体画像の１つ又は前記結合した同位体画像において心臓を見つける処理器、並びに
    前記心臓の主軸が事前に選択した方向に配向されるように、前記第１及び第２の同位体画像を同時に再配向する再配向処理器
    をさらに有する、請求項１０乃至１３の何れか一項に記載の画像診断システム。

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