JP5980486B2 - スペクトルｃｔ解析を用いた血管狭窄の視覚化及び定量化のシステム並びに方法 - Google Patents
スペクトルｃｔ解析を用いた血管狭窄の視覚化及び定量化のシステム並びに方法 Download PDFInfo
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Description
本発明の各実施形態は一般的には、診断撮像に関し、さらに具体的には、正確な血管狭窄の視覚化及び定量化を提供する二重エネルギＣＴスペクトル撮像の方法並びに装置に関する。
典型的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムでは、Ｘ線源が患者又は手荷物のような被検体又は物体へ向けてファン（扇形）形状のビームを放出する。以下では、「被検体」及び「対象」「物体」等の用語は、撮像されることが可能な任意の物体を含むものとする。ビームは被検体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。検出器アレイにおいて受光される減弱後のビーム放射線の強度は典型的には、被検体によるＸ線ビームの減弱量に依存する。検出器アレイの各々の検出器素子が、各々の検出器素子によって受光される減弱後のビームを示す別個の電気信号を発生する。電気信号はデータ処理システムへ伝送されて解析され、ここから最終的に画像を形成する。
ＣＴ撮像を利用する幾つかの撮像手順は、再構成画像に現われる撮像アーティファクト（すなわちビーム・ハードニング・アーティファクト）の存在に基づいて困難になり得る。例えば、血管の狭窄測定の精度は、特に高密度カルシウムを含むプラークが血管に存在する場合にはＣＴ撮像における難題となる。血管の高密度カルシウム・プラークが滲み（blooming）効果を齎し、血管での真のプラーク範囲を過大に推定して、血管での真の造影剤の流れの視覚化に著しく影響する。この血管での真のプラーク範囲の歪みは、不正確な狭窄測定に繋がる。
従って、再構成ＣＴ画像での高密度プラークの滲み効果を減少させることにより、血管の狭窄のさらに正確な定量化及び視覚化を提供する装置並びに方法を設計することが望ましい。
本発明の各実施形態は、正確な血管狭窄の視覚化及び定量化を提供する二重エネルギＣＴスペクトル撮像の方法並びに装置に関するものである。血管に高密度プラーク沈着物が存在しているような狭窄状態の血管を含む患者の関心領域について、第一及び第二のＣＴ画像データ集合がそれぞれ低い及び高い色エネルギ・レベルにおいて取得される。プラーク物質を正確に視覚化して血管狭窄を正確に定量化し得るように、高い色エネルギ・レベルにおいて取得された第二のＣＴ画像データ集合を解析することにより関心領域のプラーク物質を識別する。
本発明の一観点によれば、ＣＴシステムが、走査される患者を収容する開口を有する回転式ガントリと、回転式ガントリに配置されて、狭窄状態にありプラーク物質を内部に有する血管を含む患者の関心領域へ向けてＸ線を投射するように構成されているＸ線源とを含んでいる。ＣＴシステムはまた、回転式ガントリに配置されて、Ｘ線源によって放出され関心領域によって減弱されたＸ線を受光するように配置されているＸ線検出器と、Ｘ線検出器に接続されて動作するデータ取得システム（ＤＡＳ）とを含んでいる。ＣＴシステムはさらに、第一の色エネルギ・レベルにおいて関心領域の第一のＣＴ画像データ集合を取得し、第一の色エネルギ・レベルよりも高い第二の色エネルギ・レベルにおいて関心領域の第二のＣＴ画像データ集合を取得して、第二のＣＴ画像データ集合を解析することにより関心領域のプラーク物質を識別するようにプログラムされたコンピュータを含んでいる。
本発明のもう一つの観点によれば、非一時的なコンピュータ可読の記憶媒体が、命令を含むコンピュータ・プログラムを記憶しており、命令はコンピュータによって実行されると、計算機式断層写真法（ＣＴ）システムのＸ線源に、第一の色エネルギ・レベル及び第一の色エネルギ・レベルよりも高い第二の色エネルギ・レベルの各々にあるＸ線を、それぞれの第一及び第二の走査時に患者へ向けて放出させることをコンピュータに行なわせる。命令はまた、高密度プラーク物質を内部に含む狭窄状態にある血管を含む患者の関心領域の第一のＣＴ画像データ集合及び第二のＣＴ画像データ集合を、それぞれの第一及び第二の走査から取得することをコンピュータに行なわせる。命令はさらに、関心領域の高密度プラーク物質に対応するピクセルを単離するように第二のＣＴ画像データ集合の解析を実行し、少なくとも血管の画像を含む第一のＣＴ画像データ集合から関心領域の部分画像及び全体画像の一方を再構成して、関心領域の最終画像を形成するように高密度プラーク物質に対応する単離されたピクセルを第一のＣＴ画像データ集合から形成された部分画像及び全体画像の一方に適用することをコンピュータに行なわせる。
本発明のさらにもう一つの観点によれば、スペクトル計算機式断層写真法（ＣＴ）撮像の方法が、狭窄状態にあり高密度プラーク物質を内部に有する血管構造を含む患者の関心領域の第一のＣＴ画像データ集合を低い色エネルギ・レベルにおいて取得するステップを含んでいる。この方法はまた、関心領域の第二のＣＴ画像データ集合を、低い色エネルギ・レベルに比較して高められたエネルギ・レベルにある高い色エネルギ・レベルにおいて取得するステップと、関心領域の血管構造に対応するピクセルを識別するように第一のＣＴ画像データ集合を解析するステップとを含んでいる。この方法はさらに、血管構造の内部の高密度プラーク沈着物に対応するピクセルを識別するように第二のＣＴ画像データ集合を解析するステップと、第一のＣＴ画像データ集合において識別された血管構造に対応するピクセル及び第二のＣＴ画像データ集合において識別された高密度プラーク沈着物に対応するピクセルから関心領域の画像を再構成するステップとを含んでいる。
他の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
図面は、本発明を実施するために現状で思量される好適実施形態を示す。
本発明の各実施形態と共に用いられる二重エネルギＣＴイメージング・システムの見取り図である。
図１に示すシステムのブロック概略図である。
ＣＴシステム検出器アレイの一実施形態の遠近図である。
検出器の一実施形態の遠近図である。
本発明の一実施形態による狭窄の視覚化及び定量化のための二重エネルギ・スペクトルＣＴ撮像の手法の流れ図である。
本発明のもう一つの実施形態による狭窄の視覚化及び定量化のための二重エネルギ・スペクトルＣＴ撮像の手法の流れ図である。
本発明のもう一つの実施形態による狭窄の視覚化及び定量化のための二重エネルギ・スペクトルＣＴ撮像の手法の流れ図である。
本発明の一実施形態による狭窄測定補正の手法の流れ図である。
本発明の動作環境を６４スライス型計算機式断層写真法（ＣＴ）システムに関連して説明する。但し、当業者には、本発明がシングル・スライス型構成又は他のマルチ・スライス型構成での利用にも同等に適用可能であることが認められよう。また、本発明をＸ線の検出及び変換に関連して説明する。しかしながら、当業者はさらに、本発明が他の高周波電磁エネルギの検出及び変換にも同等に適用可能であることを認められよう。具現化形態は、「第三世代」ＣＴスキャナ及び／又は他のＣＴシステムによって利用されることもできる。
図１には、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第三世代」ＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。本発明の実施形態の一例によれば、ＣＴシステム１０は、GE Healthcare社からGemstone Spectral Imaging（ＧＳＩ）二重エネルギＣＴシステムとして提供されている。ガントリ１２はＸ線源１４を有し、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センブリ又はコリメータ１８へ向けて投射する。図２を参照すると、検出器アセンブリ１８が、複数の検出器２０及びデータ取得システム（ＤＡＳ）３２によって形成されている。複数の検出器２０は、患者２２を透過する投射Ｘ線を感知し、ＤＡＳ３２は後続の処理のためにデータをディジタル信号に変換する。各々の検出器２０が、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って患者２２を透過した減弱後のビームを表わすアナログ電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための１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。ＣＴイメージング・システム１０は、画像の内部のコントラスト分離を強化するために異なる色エネルギ状態においてエネルギがＸ線源１４から投射されるので、二重エネルギ・システムとなる。
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴ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線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線発生器２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御器３０とを含んでいる。画像再構成器３４が、標本化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。
コンピュータ３６はまた、キーボード、マウス、音声作動式コントローラ、又は他の任意の適当な入力装置のような何らかの形態の操作者インタフェイスを有するコンソール４０を介して、操作者から命令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている表示器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可能である。操作者が供給した命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線発生器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、電動テーブル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及びガントリ１２を配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２を図１のガントリ開口４８を通して全体として又は部分的に移動させる。
図３に示すように、検出器アセンブリ１８は、コリメート用ブレード又はプレート１９を間に配置したレール１７を含んでいる。プレート１９は、Ｘ線ビームが例えば検出器アセンブリ１８に配置された図４の検出器２０に入射する前にＸ線１６をコリメートするように配置されている。一実施形態では、検出器アセンブリ１８は、５７個の検出器２０を含んでおり、各々の検出器２０が６４×１６のアレイ寸法のピクセル素子５０を有している。結果として、検出器アセンブリ１８は６４列の横列及び９１２列のチャネル（１６×５７個の検出器）を有し、ガントリ１２の各回の回転によって６４枚の同時スライスのデータを収集することを可能にしている。
図４を参照すると、検出器２０はＤＡＳ３２を含んでおり、各々の検出器２０が、パック５１として構成されている多数の検出器素子５０を含んでいる。検出器２０は、検出器素子５０に対してパック５１の内部に配置されたピン５２を含んでいる。パック５１は、複数のダイオード５９を有する背面照射型ダイオード・アレイ５３の上に配置されている。次に、背面照射型ダイオード・アレイ５３は多層基材５４の上に配置されている。スペーサ５５が多層基材５４の上に配置されている。検出器素子５０は背面照射型ダイオード・アレイ５３に光学的に結合され、次に背面照射型ダイオード・アレイ５３は多層基材５４に電気的に結合されている。軟質（フレックス）回路５６が、多層基材５４の面５７及びＤＡＳ３２に取り付けられている。検出器２０は、ピン５２の利用によって検出器アセンブリ１８の内部に配置される。
一実施形態の動作時には、検出器素子５０の内部に入射するＸ線がフォトンを発生し、フォトンがパック５１を横断することによりアナログ信号を発生して、この信号が背面照射型ダイオード・アレイ５３の内部のダイオードにおいて検出される。発生されるアナログ信号は、多層基材５４を通り、フレックス回路５６を通ってＤＡＳ３２まで運ばれて、ここでアナログ信号がディジタル信号へ変換される。
本発明の各実施形態によれば、ＣＴシステム１０は、高密度プラーク沈着物によって部分的に狭窄した（すなわち閉塞した）血管構造を内部に含む患者の関心領域のＣＴ画像を取得するように動作させられて、当該血管について正確な血管狭窄測定が行なわれ得るようにする。狭窄測定を実行するためにかかる画像を取得するときに、血管に狭窄の原因となる高密度プラーク（例えばカルシウム・プラーク）が存在していると、取得されるＣＴ画像での血管の開通性の視覚化もまた妨げられることが認められる。プラークのビーム・ハードニング効果によってＣＴ画像の血管の周囲に人為的な暈（halo）が形成され、ＣＴの検討時にプラークの量及び容積を過大に推定する滲み現象を招く。この現象が、ＣＴシステムの固有システム伝達関数による実際のプラーク沈着物のボケに加えて生ずる。
上述のように、ＣＴイメージング・システム１０は二重エネルギ・システムとして動作し、これにより高密度プラークに起因する滲み又はビーム・ハードニングの補正を提供する。ＣＴシステム１０は、二重エネルギ走査を利用して、２種の異なる管電圧レベル（ｋＶ）において同じ位置のデータを取得することにより画像の内部のコントラスト分離を強化する診断用ＣＴ画像を得る。二重エネルギＣＴ走査時に得られる画像を用いて、単色画像が形成される。すなわち、各々が特定のＸ線エネルギ（ｋｅＶ）での画像であるような単色画像を幾つかのエネルギ・レベルにおいて形成することができる。以下に記載する本発明の各実施形態は２種のレベルのみでの単色画像の形成を記述するが、単色画像は例えば３種、４種又は５種のエネルギ・レベルのようにさらに多数のエネルギ・レベルにおいて形成され得ることが認められる。従って、本発明の各実施形態は２種のエネルギ・レベルのみの単色画像（すなわち「高」及び「低」エネルギ画像の一対のみ）を取得し形成することに限定されず、本書における以下でのこのような考察はかかる制限として解釈されるべきではない。
二重エネルギＣＴを利用することにより、同一物質を異なる実質的な単色エネルギ・レベルにおいて観察することにより高密度プラーク物質のビーム・ハードニング・アーティファクトの影響を最小にすることができる。すなわち、高い単色エネルギ・レベルはプラークの強度及び対応する滲み現象を減少させ、この情報を用いて患者の血管でのプラークの範囲の正確な決定という利点を与えることができる。また、血管の造影剤はこれらの高エネルギでは殆ど寄与しないので、これらの高エネルギ画像において高密度カルシウム・プラーク沈着物の正確な範囲の視覚化が可能である。最適化された高い単色エネルギ・レベルにおいてＣＴ画像を取得することにより、高密度プラーク物質のビーム・ハードニング・アーティファクトは所定の最小値に保たれ、従って高密度プラーク物質の正確な視覚化及び血管狭窄の正確な定量化を可能にする。
図５には、血管の狭窄のさらに正確な定量化及び視覚化を提供するように、二重エネルギ・スペクトルＣＴ撮像によってＣＴ画像の高密度プラークの滲み効果を減少させる手法６０が本発明の一実施形態に従って示されている。手法６０は、血管での高密度プラークに関連するビーム・ハードニング又は滲みを最小にする目的で、結合血管開通性画像を形成する。手法６０によれば、プラーク沈着物の撮像時の滲み現象／ビーム・ハードニングを最小にする最適な高い単色エネルギ・レベルを識別するために、ステップ６２において先ず較正が実行される。較正の後に、ステップ６４において二重エネルギ走査法／画像取得に従って、低エネルギ設定及び決定された最適な高エネルギ設定においてＣＴ画像データが取得される。従って、ステップ６４として、例えば低エネルギ画像を６５ｋｅＶにおいて取得して高エネルギ画像を１３０ｋｅＶにおいて取得することができるが、較正結果に基づいて選択される他の最適な高エネルギ・レベルのような他の適当なエネルギ・レベルを用いてもよいことが認められる。手法６０のさらに他の実施形態によれば、ステップ６２の較正を実行せずに臨床的に許容されるｋｅＶ設定（例えば１３０ｋｅＶ）において高エネルギ画像を取得してもよいし、或いはステップ６４において取得されるＣＴ画像データと共に後に用いるために高密度カルシウム標本の挙動についての情報を記憶しておいて、ステップ６２の較正はシステム・セットアップ時に１回行なわれればよいことが認められる。
本発明の実施形態の一例によれば、ステップ６４でのＣＴ画像データの取得にさらに関連して、ＣＴ画像データが２種の異なる管電圧レベル（ｋＶ）における走査によって取得され、これらの走査では、管電圧の高速切り換えの利用を介して、放出されるＸ線ビームを構成する入射フォトンのエネルギのピーク（ｋｅＶ）及びスペクトルを変化させる。これらの走査は回転角度の関数としてインタリーブされ、従って低エネルギＣＴデータ及び高エネルギＣＴデータを取得するのに被検体の周りで１回のガントリ回転を行なうだけでよい。このように、低及び高エネルギＣＴデータが２個の管（すなわち図１のＸ線管１４）の利用又はガントリ１２（図１）の２回の回転を介して取得される場合とは対照的に、低及び高エネルギ画像に関する患者の血管位置及びプラーク位置の位置揃えの問題が存在せず、有利である。
ステップ６４での低及び高エネルギ・レベル設定の各々でのＣＴ画像データの取得の後に、血管ピクセル及びプラーク領域ピクセルを、ＣＴ画像においてコントラストを与えることに関して最も適したエネルギ・レベル設定において取得されたＣＴ画像データから選択する。本発明の実施形態の一例によれば、血管ピクセルは低エネルギ画像データ（例えば６５ｋｅＶ画像）から選択され、またプラーク領域ピクセルは、滲み効果が高エネルギ画像データにおいて最小であるため高エネルギ画像データから選択される。従って、手法６０の次のステップでは、ステップ６６において高エネルギ・レベル画像データを処理して、関心領域の単色画像を再構成する。次いで、ステップ６８において高エネルギ・レベル画像を解析して、ここからプラーク沈着物ピクセルを識別してセグメント分割する。次いで、ステップ７０においてこれらの識別されたプラーク沈着物ピクセルを用いて、低エネルギ・レベル画像の形成時に適用される画像マスクを形成する。このように、プラーク沈着物領域ピクセルのセグメント分割及び画像マスクの形成に続いて、ステップ７２において低エネルギ・レベル画像を処理する。低エネルギ・レベル画像を形成する際には、プラーク沈着物ピクセルから形成された画像マスクを適用して、低エネルギ・レベル画像の形成時にマスクされたピクセルが無視されるようにする。
低エネルギ・レベルの画像の形成の後に、ステップ７４において高エネルギ・レベル画像からのプラーク・ピクセルを血管の低エネルギ・レベル画像に加算する。このようにして、血管及び他の組織が低エネルギ・レベルにあり、高密度プラークが高エネルギ・レベル設定にあるような結合画像が形成される。これにより、血管は最適コントラスト強調になっているが、プラーク沈着物の滲み効果は最小になっているような画像が得られる。この画像によって、利用者が血管での真のプラーク範囲を観察することが可能になり得る。この結合画像は、任意の厚み、寸法、カーネル、ＣＴ容積の全体又は一部、断面変換スライスについて形成されることができ、またボリューム・レンダリング画像及び最大強度投影画像としても形成され得る。プラーク・ピクセル画像及び画像の残部を異なるカーネル設定にすることもできる。これにより、ステップ７６ではプラーク沈着物の正確な視覚化が狭窄領域の（すなわちプラーク沈着物の）正確な測定を提供し、かかる測定ステップは、ＣＴシステム１０によってコンピュータ２０等によって自動的に又はシステム操作者によって手動での何れかで実行される。
本発明のもう一つの実施形態に従って、高密度プラークに関連するビーム・ハードニングを最小にする目的で血管開通性画像を形成する手法８０を図６に掲げる。手法８０はステップ８２から開始し、このステップではプラーク沈着物の撮像時の滲み現象／ビーム・ハードニングを最小にする最適な高い単色エネルギ・レベルを識別するための較正を先ず実行する。代替的には、手法６０（図５）に関連して上述したように、較正を実行せずに臨床的に許容されるｋｅＶ設定（例えば１３０ｋｅＶ）において高エネルギ画像を取得し得ることも認められる。図６に示す手法８０に戻り、較正の後に、ステップ８４では、二重エネルギ走査法／画像取得に従って低エネルギ設定及び高エネルギ設定の各々においてＣＴ画像データを取得する。例えば、低エネルギ画像を６５ｋｅＶにおいて取得し、高エネルギ画像を１３０ｋｅＶにおいて取得することができるが、他の適当なエネルギ・レベルを用いてもよいことが認められる。
低及び高エネルギ・レベルの各々でのＣＴ画像データの取得の後に、ステップ８６において高エネルギ・レベル画像データを処理して、関心領域の単色画像を再構成する。次いで、ステップ８８において高エネルギ・レベル画像を解析して、高エネルギ・レベル画像からプラーク領域ピクセルをセグメント分割する。滲み効果は高エネルギ画像において最小であるため、プラーク領域ピクセルは高エネルギ画像データから選択される。次いで、ステップ９０において低エネルギ・レベル画像データを処理して、ＣＴ画像での血管／組織及び造影剤の相対的に良好な信号対雑音比を強調するようにして低エネルギ設定（例えば６５ｋｅＶ）において全体ＣＴ画像を形成する。すなわち、ステップ９０では、血管及び他の組織、並びに高密度プラーク沈着物を含む画像が低エネルギ・レベル画像データから形成される。このことは、選択されたマスク部分を低レベル・エネルギ・データの画像再構成から除外して部分画像のみが再構成されるようにした図５に示す手法６０と対照的である。
全体ＣＴ画像の形成の後に、ステップ９２において、高エネルギ・レベル画像データからセグメント分割されたプラーク領域ピクセルを処理して、単色低エネルギ・レベル画像に重ね合わせる。実施形態の一例によれば、処理されて単色低エネルギ・レベル画像に重ね合わされる高エネルギ・レベル画像データからセグメント分割されたプラーク領域ピクセルは、カラーで形成される。プラーク領域のカラー・オーバレイは、視覚化の際にキーストローク又はボタン選択によって選択的にオン／オフ表示され得る。オーバレイは、例えば利用者が狭窄の測定を行なう準備ができると作動状態になり得る。ステップ９４では、狭窄した領域の測定が実行され、かかる測定は利用者によって手動で又はカラー・プラーク・オーバレイ領域の範囲に基づいて自動的に（例えば図１のコンピュータ２０によって）の何れかで行なわれる。
図７には、血管での高密度プラークに関連するビーム・ハードニングを最小にしたＣＴ画像を形成する手法１００を示す。手法１００によれば、ステップ１０２において、プラーク沈着物の撮像時のビーム・ハードニングを最小にする最適な高い単色エネルギ・レベルを識別するための較正を先ず実行する。次いで、ステップ１０４では、二重エネルギ走査法／画像取得に従って低エネルギ設定及び最適な高エネルギ設定の各々においてＣＴ画像データを取得する。例えば、低エネルギ画像を６５ｋｅＶにおいて取得し、高エネルギ画像を１３０ｋｅＶにおいて取得することができるが、他の適当なエネルギ・レベルを用いてもよいことが認められる。
ステップ１０６では、最適な高エネルギ・レベルで取得されたＣＴデータからプラーク領域ピクセルを識別する。高エネルギ画像でのプラーク領域ピクセルのかかる識別の後に、ステップ１０８では低エネルギ・レベル画像データにおいてプラーク領域ピクセルが単離され、「修正済み低エネルギ画像データ」集合を形成するように低エネルギ走査データに再投影される。次いで、ステップ１１０において、修正済み低エネルギ・レベル画像データを逆投影手法等を介して再構成することにより、無プラーク画像を形成する。このプラーク領域ピクセルを含まない低エネルギ・レベル画像データの再構成は、画像がプラーク・データを有しない未処理データ（raw data）から再構成されるため、画像の滲み効果又はビーム・ハードニングを減少させる。無プラーク画像の再構成の後に、ステップ１１２において、ＩＢＯ又はビーム・ハードニング補正の場合と同様に、高エネルギ・レベル走査からのプラーク・ピクセルを低エネルギ・レベル画像データから形成された無プラーク画像に加算し、このようにしてさらに正確な狭窄の視覚化を提供する真のプラーク補正済み画像（又はプラーク除去画像）を形成する。次いで、ステップ１１４において、再構成された画像に基づいて血管狭窄の測定が行なわれ、かかる測定ステップは自動的に又はシステム操作者によって手動での何れかで実行される。
上述のように、図５〜図７の手法６０、８０、１００の各々について、血管構造及びプラーク沈着物を示す再構成画像に基づいて血管狭窄の測定を行なうことができる。手法６０、８０、１００の各々において実行される狭窄測定又は標準的に取得されたＣＴ画像に対して行なわれる狭窄測定について、再構成画像のプラーク沈着物の量のあらゆる過大推定を補正する狭窄測定の補正を行なうことができる。すなわち、ＣＴ画像に対して行なわれる狭窄測定が、当該画像エネルギ・レベルにおいて通常観察されるプラーク沈着物の過大推定の量を補正することにより修正される。二重エネルギＣＴを利用して異なる単色エネルギ・レベルで形成された各画像について、プラーク沈着物を横断するプロファイルの半値全幅（ＦＷＨＭ）を取得して、これらのＦＷＨＭプロファイルをプラーク沈着物の実測寸法に対して比較することにより、単色エネルギ・レベルと滲みの量との間の関係を決定することができる。二重エネルギＣＴの利用から、全ての場合についてＦＷＨＭはエネルギ・レベルが高まるほど減少することが分かる。ＦＷＨＭに対する単色エネルギ・レベルの効果（滲み効果の指標となる）に加えて、プラーク沈着物のプロファイルを解析するための臨床での視覚化設定（ウィンドウ幅及びこれらの標本を含む画像のレベル）を利用すると、ＦＷＨＭとプラーク沈着物の実際の寸法との間のこの関係がさらに強化される。
以上に鑑みて、標本密度、寸法及び視覚化設定を考慮に入れることにより、異なる単色エネルギ・レベルでのプラーク沈着物の実測値からプラーク沈着物のプロファイル測定値の誤差を予測することが可能である。この情報は、ＣＴシステムの較正ステップとして用いられ得る適当に設計されたファントムを用いることにより、実験に基づいて容易に表としてまとめることができる。
図８には、本発明の一実施形態に従って狭窄の測定値を補正する手法１２０が示されている。手法１２０によれば、ステップ１２２において、血管狭窄の測定が血管及び血管の内部のプラーク沈着物の再構成されたＣＴ画像に基づいて先ず行なわれ、かかる測定ステップは自動的に又はシステム操作者によって手動での何れかで実行される。血管狭窄の測定の後に、ステップ１２４において、複数の画像エネルギ・レベルの各々において通常見受けられるプラーク沈着物の過大推定の量を相関させたルックアップ・テーブルにアクセスする。ルックアップ・テーブルにおけるかかる相関は、異なる単色エネルギ・レベルにおいて形成される画像のプラーク沈着物を横断するプロファイルのＦＷＨＭをプラーク沈着物の実測寸法に対して比較する事前較正／実験に基づくものであってよく、単色エネルギ・レベルと滲みの量との間の関係を決定することができる。ルックアップ・テーブルは、画像データが取得されたときの画像エネルギ・レベルに基づいて血管狭窄に対して示唆される補正を示し、ステップ１２６においてこの補正を適用して補正済み血管狭窄測定値を生成する。
手法１２０の代替的な実施形態によれば、測定された血管狭窄に対する補正は、ルックアップ・テーブルにアクセスするのではなく数式によって決定され得ることが認められる。かかる数式は、測定誤差と、用いられる画像ウィンドウ幅及びウィンドウ・レベルの臨床での視覚化設定と、ハンスフィールド単位（ＨＵ）で表わしたプラーク沈着物の密度と、測定されている画像のエネルギ・レベルとの間の関係を考慮に入れたものである。
本発明のもう一つの実施形態によれば、図５〜図７の手法６０、８０、１００の各々において追加のステップ（例えばＦＷＨＭによる手法に加えて）を実行して、識別された／セグメント分割されたプラーク沈着物ピクセルを精密化し得ることが認められる。例えば、システムの伝達関数について精密化済みの識別されたプラーク物質を精密化するように、識別された／セグメント分割されたプラーク沈着物ピクセルに対して逆畳み込み（デコンボリューション）工程を実行することができる。デコンボリューションは、用いられた再構成カーネルの点拡がり関数によって適用される。従って、高エネルギにおいて識別されたカルシウム領域を単離／セグメント分割した後でのかかる領域のデコンボリューションは、識別されたカルシウムを補正し又は精密化し、次いでこの補正済み情報を低エネルギ画像に加算すると、最終画像において高密度カルシウム沈着物のさらに正確な寸法決定を行ない、さらに正確な狭窄測定を行なえるようになる。
図５〜図７に示す手法６０、８０、１００の各々において、手法にさらに追加の改良及び／又は変更を施して狭窄の視覚化及び定量化工程を改善し得ることが認められる。例えば、異なる配向で血管を視覚化して比較するために、低ｋｅＶ画像からの中心線情報を、他のエネルギ・レベルでの他の共通の点を再利用しつつ用いることができ、全てのｋｅＶ設定においてコントラストによって血管の中心線を再処理する必要がない。最適コントラスト・レベルの画像を用いて最も正確な中心線追尾を行なうことができ、結果を他の全てのｋｅＶ設定に用いて、このようにして血管パラメータの改善された定量化を可能にすることができる。
開示された方法及び装置の技術的な寄与は、正確な血管狭窄の視覚化及び定量化を提供する二重エネルギＣＴスペクトル撮像のコンピュータ実装型の方法及び装置を提供することである。
当業者は、本発明の各実施形態が、コンピュータ・プログラムを記憶したコンピュータ可読の記憶媒体に結び付けられて制御され得ることを認められよう。コンピュータ可読の記憶媒体は、電子的構成要素、ハードウェア構成要素、及び／又はコンピュータ・ソフトウェア構成要素の１又は複数のような複数の構成要素を含んでいる。これらの構成要素は、連鎖を成す１若しくは複数の具現化形態又は実施形態の１若しくは複数の部分を実行するソフトウェア、ファームウェア、及び／又はアセンブリ言語のような命令を一般に記憶する１又は複数のコンピュータ可読の記憶媒体を含み得る。これらのコンピュータ可読の記憶媒体は一般的には、非一時的であり且つ／又は有形である。かかるコンピュータ可読の記憶媒体の例としては、コンピュータの記録可能なデータ記憶媒体及び／又は記憶装置等がある。コンピュータ可読の記憶媒体は例えば、磁気式、電気式、光学式、生物式、及び／又は原子式のデータ記憶媒体の１又は複数を用いていてよい。さらに、かかる媒体は例えば、フロッピィ・ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハード・ディスク・ドライブ、及び／又は電子メモリの形態を取り得る。列挙されていない他の形態の非一時的であり且つ／又は有形であるコンピュータ可読の記憶媒体を本発明の各実施形態と共に用いてもよい。
多数のかかる構成要素がシステムの具現化形態において結合され又は分割され得る。さらに、かかる構成要素は、当業者には認められるように多数のプログラミング言語の任意のもので書かれ又は具現化された一組及び／又は一連のコンピュータ命令を含み得る。
従って、本発明の一実施形態によれば、ＣＴシステムが、走査される患者を収容する開口を有する回転式ガントリと、回転式ガントリに配置されて、狭窄状態にありプラーク物質を内部に有する血管を含む患者の関心領域へ向けてＸ線を投射するように構成されているＸ線源とを含んでいる。ＣＴシステムはまた、回転式ガントリに配置されて、Ｘ線源によって放出され関心領域によって減弱されたＸ線を受光するように配置されているＸ線検出器と、Ｘ線検出器に接続されて動作するデータ取得システム（ＤＡＳ）とを含んでいる。ＣＴシステムはさらに、第一の色エネルギ・レベルにおいて関心領域の第一のＣＴ画像データ集合を取得し、第一の色エネルギ・レベルよりも高い第二の色エネルギ・レベルにおいて関心領域の第二のＣＴ画像データ集合を取得して、第二のＣＴ画像データ集合を解析することにより関心領域のプラーク物質を識別するようにプログラムされたコンピュータを含んでいる。
本発明のもう一つの実施形態によれば、非一時的なコンピュータ可読の記憶媒体が、命令を含むコンピュータ・プログラムを記憶しており、命令はコンピュータによって実行されると、計算機式断層写真法（ＣＴ）システムのＸ線源に、第一の色エネルギ・レベル及び第一の色エネルギ・レベルよりも高い第二の色エネルギ・レベルの各々にあるＸ線を、それぞれの第一及び第二の走査時に患者へ向けて放出させることをコンピュータに行なわせる。命令はまた、高密度プラーク物質を内部に含む狭窄状態にある血管を含む患者の関心領域の第一のＣＴ画像データ集合及び第二のＣＴ画像データ集合を、それぞれの第一及び第二の走査から取得することをコンピュータに行なわせる。命令はさらに、関心領域の高密度プラーク物質に対応するピクセルを単離するように第二のＣＴ画像データ集合の解析を実行し、少なくとも血管の画像を含む第一のＣＴ画像データ集合から関心領域の部分画像及び全体画像の一方を再構成して、関心領域の最終画像を形成するように高密度プラーク物質に対応する単離されたピクセルを第一のＣＴ画像データ集合から形成された部分画像及び全体画像の一方に適用することをコンピュータに行なわせる。
本発明のさらにもう一つの実施形態によれば、スペクトル計算機式断層写真法（ＣＴ）撮像の方法が、狭窄状態にあり高密度プラーク物質を内部に有する血管構造を含む患者の関心領域の第一のＣＴ画像データ集合を低い色エネルギ・レベルにおいて取得するステップを含んでいる。この方法はまた、関心領域の第二のＣＴ画像データ集合を、低い色エネルギ・レベルに比較して高められたエネルギ・レベルにある高い色エネルギ・レベルにおいて取得するステップと、関心領域の血管構造に対応するピクセルを識別するように第一のＣＴ画像データ集合を解析するステップとを含んでいる。この方法はさらに、血管構造の内部の高密度プラーク沈着物に対応するピクセルを識別するように第二のＣＴ画像データ集合を解析するステップと、第一のＣＴ画像データ集合において識別された血管構造に対応するピクセル及び第二のＣＴ画像データ集合において識別された高密度プラーク沈着物に対応するピクセルから関心領域の画像を再構成するステップとを含んでいる。
この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めて当業者が本発明を実施することを可能にするように実例を用いている。発明の特許付与可能な範囲は特許請求の範囲によって画定され、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造的要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲にあるものとする。
１０ 計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線ビーム
１７ レール
１８ 検出器アセンブリ
１９ コリメート用ブレード又はプレート
２０ 検出器
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御機構
２８ Ｘ線発生器
３０ ガントリ・モータ制御器
３２ データ取得システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成器
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ コンソール
４２ 表示器
４４ テーブル・モータ制御器
４６ 電動テーブル
４８ ガントリ開口
５０ ピクセル素子
５１ パック
５２ ピン
５３ 背面照射型ダイオード・アレイ
５４ 多層基材
５５ スペーサ
５６ 軟質回路
５７ 多層基材の面
５９ 複数のダイオード
６０、８０、１００、１２０ 手法
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線ビーム
１７ レール
１８ 検出器アセンブリ
１９ コリメート用ブレード又はプレート
２０ 検出器
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御機構
２８ Ｘ線発生器
３０ ガントリ・モータ制御器
３２ データ取得システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成器
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ コンソール
４２ 表示器
４４ テーブル・モータ制御器
４６ 電動テーブル
４８ ガントリ開口
５０ ピクセル素子
５１ パック
５２ ピン
５３ 背面照射型ダイオード・アレイ
５４ 多層基材
５５ スペーサ
５６ 軟質回路
５７ 多層基材の面
５９ 複数のダイオード
６０、８０、１００、１２０ 手法
Claims (9)
- 走査される患者（２２）を収容する開口（４８）を有する回転式ガントリ（１２）と、
該回転式ガントリ（１２）に配置されて、狭窄状態にありプラーク物質を内部に有する血管を含む前記患者（２２）の関心領域へ向けてＸ線（１６）を投射するように構成されているＸ線源（１４）と、
前記回転式ガントリ（１２）に配置されて、前記Ｘ線源（１４）により放出され前記関心領域により減弱されたＸ線を受光するように配置されているＸ線検出器（１８）と、
該Ｘ線検出器（１８）に接続されて動作するデータ取得システム（ＤＡＳ）（３２）と、
コンピュータ（３６）と
を備えた計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）であって、前記コンピュータ（３６）は、
第一の色エネルギ・レベルにおいて前記関心領域の第一のＣＴ画像データ集合を取得し、
前記第一の色エネルギ・レベルよりも高い第二の色エネルギ・レベルにおいて前記関心領域の第二のＣＴ画像データ集合を取得し、
該第二のＣＴ画像データ集合を解析することにより前記関心領域のプラーク物質を識別する
ようにプログラムされており、
前記コンピュータ（３６）は、
前記プラーク物質の撮像に関連するビーム・ハードニングが最小になるときの色エネルギ・レベルを決定するように当該計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）の較正を実行し、
当該計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）の前記較正に基づいて、前記プラーク物質の撮像に関連するビーム・ハードニングを最小にするエネルギ・レベル設定に前記第二の色エネルギ・レベルを設定する
ようにさらにプログラムされている、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。 - 走査される患者（２２）を収容する開口（４８）を有する回転式ガントリ（１２）と、
該回転式ガントリ（１２）に配置されて、狭窄状態にありプラーク物質を内部に有する血管を含む前記患者（２２）の関心領域へ向けてＸ線（１６）を投射するように構成されているＸ線源（１４）と、
前記回転式ガントリ（１２）に配置されて、前記Ｘ線源（１４）により放出され前記関心領域により減弱されたＸ線を受光するように配置されているＸ線検出器（１８）と、
該Ｘ線検出器（１８）に接続されて動作するデータ取得システム（ＤＡＳ）（３２）と、
コンピュータ（３６）と
を備えた計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）であって、前記コンピュータ（３６）は、
第一の色エネルギ・レベルにおいて前記関心領域の第一のＣＴ画像データ集合を取得し、
前記第一の色エネルギ・レベルよりも高い第二の色エネルギ・レベルにおいて前記関心領域の第二のＣＴ画像データ集合を取得し、
該第二のＣＴ画像データ集合を解析することにより前記関心領域のプラーク物質を識別する
ようにプログラムされており、
前記コンピュータ（３６）は、前記第一のＣＴ画像データ集合及び前記第二のＣＴ画像データ集合の各々の一部を用いて前記関心領域の結合画像を再構成するようにさらにプログラムされており、前記結合画像の前記血管は前記第一のＣＴ画像データ集合から再構成され、前記結合画像の前記プラーク物質は前記第二のＣＴ画像データ集合から再構成される、請求項１に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。 - 前記コンピュータ（３６）は、
前記第二のＣＴ画像データ集合から前記関心領域の第一の単色画像を再構成し、
該再構成された第一の単色画像からプラーク物質ピクセルを識別してセグメント分割し、
前記セグメント分割されたプラーク物質ピクセルから画像マスクを形成し、
該画像マスクによりマスクされたピクセルが前記第二の単色画像の前記再構成から除外されるように、前記画像マスクを適用しながら前記第一のＣＴ画像データ集合から前記関心領域の第二の単色画像を再構成して、
前記関心領域の前記結合画像を形成するように、前記第二の画像に前記セグメント分割されたプラーク物質ピクセルを加算する
ようにさらにプログラムされている、請求項２に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。 - 前記関心領域の完全画像が前記第一のＣＴ画像データ集合から再構成され、前記プラーク物質の選択的に表示可能な画像が前記第二のＣＴ画像データ集合から再構成される、請求項１乃至３のいずれかに記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
- 前記コンピュータ（３６）は、
前記第二のＣＴ画像データ集合から前記関心領域の第一の単色画像を再構成し、
プラーク物質画像のオーバレイを形成するように、前記再構成された第一の単色画像からプラーク物質ピクセルを識別してセグメント分割し、
前記第一のＣＴ画像データ集合から、前記関心領域の全体画像を含んでおり前記血管及び前記プラーク物質の両方を含む前記関心領域の第二の単色画像を再構成して、
前記第二の単色画像に前記プラーク物質画像のオーバレイをカラーで選択的に表示する
ようにさらにプログラムされている、請求項４に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。 - 走査される患者（２２）を収容する開口（４８）を有する回転式ガントリ（１２）と、
該回転式ガントリ（１２）に配置されて、狭窄状態にありプラーク物質を内部に有する血管を含む前記患者（２２）の関心領域へ向けてＸ線（１６）を投射するように構成されているＸ線源（１４）と、
前記回転式ガントリ（１２）に配置されて、前記Ｘ線源（１４）により放出され前記関心領域により減弱されたＸ線を受光するように配置されているＸ線検出器（１８）と、
該Ｘ線検出器（１８）に接続されて動作するデータ取得システム（ＤＡＳ）（３２）と、
コンピュータ（３６）と
を備えた計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）であって、前記コンピュータ（３６）は、
第一の色エネルギ・レベルにおいて前記関心領域の第一のＣＴ画像データ集合を取得し、
前記第一の色エネルギ・レベルよりも高い第二の色エネルギ・レベルにおいて前記関心領域の第二のＣＴ画像データ集合を取得し、
該第二のＣＴ画像データ集合を解析することにより前記関心領域のプラーク物質を識別する
ようにプログラムされており、
前記コンピュータ（３６）は、
前記第二のＣＴ画像データ集合においてプラーク物質ピクセルを識別し、
前記第二のＣＴ画像データ集合から前記識別されたプラーク物質ピクセルを単離し、
修正済み第一のＣＴ画像データ集合を形成するように、前記単離されたプラーク物質ピクセルを前記第一のＣＴ画像データ集合に再投影し、
前記修正済み第一のＣＴ画像データ集合から前記血管の無プラーク単色画像を再構成して、
プラーク補正済み画像を形成するように、前記単離されたプラーク物質ピクセルを前記無プラーク単色画像に加算する
ようにさらにプログラムされている、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。 - 走査される患者（２２）を収容する開口（４８）を有する回転式ガントリ（１２）と、
該回転式ガントリ（１２）に配置されて、狭窄状態にありプラーク物質を内部に有する血管を含む前記患者（２２）の関心領域へ向けてＸ線（１６）を投射するように構成されているＸ線源（１４）と、
前記回転式ガントリ（１２）に配置されて、前記Ｘ線源（１４）により放出され前記関心領域により減弱されたＸ線を受光するように配置されているＸ線検出器（１８）と、
該Ｘ線検出器（１８）に接続されて動作するデータ取得システム（ＤＡＳ）（３２）と、
コンピュータ（３６）と
を備えた計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）であって、前記コンピュータ（３６）は、
第一の色エネルギ・レベルにおいて前記関心領域の第一のＣＴ画像データ集合を取得し、
前記第一の色エネルギ・レベルよりも高い第二の色エネルギ・レベルにおいて前記関心領域の第二のＣＴ画像データ集合を取得し、
該第二のＣＴ画像データ集合を解析することにより前記関心領域のプラーク物質を識別する
ようにプログラムされており、
前記コンピュータ（３６）は、
前記第一のＣＴ画像データ集合及び前記第二のＣＴ画像データ集合の各々の少なくとも一部を用いて前記関心領域の画像を再構成して、
前記第二のＣＴ画像データ集合の解析により識別されたプラーク物質の量に基づいて前記再構成された画像の前記血管に対して狭窄測定を実行する
ようにさらにプログラムされている、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。 - 前記コンピュータ（３６）は、
走査に用いられる色エネルギ・レベルとかかる色エネルギ・レベルに関連するプラーク物質寸法の過大推定誤差との間の相関を与えるルックアップ・テーブルにアクセスして、
該ルックアップ・テーブルの相関に基づいて前記狭窄測定に補正を適用する
ようにさらにプログラムされている、請求項７に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。 - 前記コンピュータ（３６）は、前記回転式ガントリ（１２）の単一の回転の間に単一のＸ線源（１４）を用いて前記第一及び第二のＣＴ画像データ集合を取得するようにさらにプログラムされている、請求項１乃至８のいずれかに記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/890,835 US8494244B2 (en) | 2010-09-27 | 2010-09-27 | System and method for blood vessel stenosis visualization and quantification using spectral CT analysis |
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