JP6076336B2

JP6076336B2 - 薬剤イメージング

Info

Publication number: JP6076336B2
Application number: JP2014516464A
Authority: JP
Inventors: プロクサ，ロラント; ヤンコヴィチ，ラディスラフ
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2032-06-12
Also published as: EP2720615B1; US20140121510A1; CN103619258B; JP6595434B2; JP2014520141A; CN103619258A; WO2012176093A1; EP2720615A1; JP2017051629A; US11166691B2

Description

下記は概してイメージングに関し、薬剤（agent）に基づくコンピュータ断層撮影（ＣＴ）への具体的な応用とともに説明される。しかしながら、下記は他の画像診断技術にもさらに従う。

造影ＣＴは、血管及び／又は心臓若しくは脳のような器官などの関心脈管組織（vascular tissue of interest）を通る、投与されたＸ線造影剤（radio-contrast material）の通過を捕捉する、イメージング技術である。一般に、造影ＣＴに関して、Ｘ線造影剤のボーラス（bolus）を患者に対して静脈内投与し、関心脈管組織を含む患者の関心領域をスキャンする。Ｘ線造影剤は、脈管組織を通って流れるにつれて、関心脈管組織内のＸ線密度を一時的に増加させ、強調されたデータをもたらす。

結果として生じるＣＴデータの分析を、関心脈管組織の健康状態を判定するために使用してよい。心臓への応用に関して、これは、心筋におけるＸ線造影剤の到達を時間とともに数値で表すことを含んでよい。上記の分析は、血流量、血液量、平均通過時間、最大の上り坂、ピークまでの時間、などのパラメータを判定することを含んでよい。この情報を、虚血組織（壊死組織）を特定するため、かつ／あるいは、不可逆的な損傷組織（壊死組織）と潜在的に可逆的な損傷組織（潜在的に危険な状態にある組織）とを区別するために使用してよい。

ピークの造影剤摂取を捉えるために、スキャニングは造影剤投与と同期する必要がある。図１は、例示的な造影剤プロファイル１０２を示し、摂取領域１０４、ピーク摂取領域１０６及び流出領域１０８を含む、時間の関数である。図１はさらに、コントラスト前（基準値）領域１１０及びコントラスト後領域１１２を示す。図１において、ｙ軸１１４は造影剤の量を表し、ｘ軸１１６は時間を表す。同期から外れている場合、スキャンがあまりに早く、すなわち造影剤が組織に到達する前に行われるおそれがあり、あるいは、あまりに遅く、すなわち造影剤が組織から出た後に行われるおそれがあり、あるいは、造影剤は組織内にあるがピーク摂取中ではない間に行われるおそれがある。

しかしながら、造影剤ボーラスの投与を伴う適時のスキャニングは困難となる場合がある。そのタイミングを決定する解決法は、ボーラストラッキング及びテストボーラスインジェクションである。ボーラストラッキングでは、２Ｄの軸に関するスライスを連続的に撮像し、血管内の造影剤レベルを、そのレベルが閾値に到達するまで追跡して、それがデータ取得のトリガとなる。テストボーラスインジェクションでは、低濃度のテストボーラスを使用して、類似の方法でボーラス到達時間を測定する。その後、測定された時間を用いて、検査ボーラスの投与後に、それに続くデータ取得をトリガする。

ＣＴスキャナは電離放射線を放射し、したがってスキャンされている人間を電離放射線にさらす。それは、細胞を損傷させる、又は殺すおそれがあり、かつ／あるいは、がんのリスクを増加させるおそれがある。不幸なことに、ボーラストラッキング及びテストボーラスインジェクションの双方は、造影ＣＴスキャンをいつトリガすべきかを決定するために、追加のＣＴイメージングを必要とする。少なくとも上記を考慮すると、造影剤ボーラスの投与に関して、スキャニングのタイミングを決定する他の方法の必要性が、解決されていない。

本出願の態様は、上記で参照した事項及びその他を解決する。

１つの態様によると、システムが、関心領域に第１の薬剤を含んでいる対象者の内部の関心領域を撮像するために第１の放射線を用いる第１のイメージングシステムと、その関心領域の中の第２の薬剤を撮像するために第２の放射線を用いる第２のイメージングシステムとを含み、第２のイメージングシステムのアウトプットが、第１のイメージングシステムに関心領域に第１の薬剤を含んでいるその関心領域をスキャンさせる、トリガとなるように用いられる。

別の態様において、方法が、関心組織において光音響薬剤の存在を検出するステップと、関心組織における光音響薬剤の存在の検出に応じて、スキャンをトリガするステップとを含む。

別の態様において、コンピュータ読取可能媒体上に符号化されたコンピュータ読取可能命令が、コンピューティング・システムのプロセッサによって実行された場合、関心領域のスキャンを、その関心領域内の光音響薬剤の存在の識別に基づいてトリガする動作、をもたらす。

下記の詳細説明を読んで理解すると、本発明のさらなる態様が当業者に十分に理解されるであろう。

本発明は、種々の構成要素及び構成要素の配置、並びに、種々のステップ及びステップの配置の形式を取ってよい。図面は、単により好ましい実施形態を説明する目的のものであって、本発明を限定するものとみなされるべきではない。
例示的なコントラストプロファイルを概略的に示す。電離放射線イメージングシステム及び非電離放射線イメージングシステムを含む、例示的なシステムを概略的に示す。非電離放射線イメージングシステムを光音響イメージングで構成している例を概略的に示す。非電離放射線イメージングシステムを超音波イメージングでさらに構成している例を概略的に示す。造影ＣＴスキャンをトリガする例示的な方法を示す。造影ＣＴスキャンのタイミングを決定する例示的な方法を示す。

図２は、例示的なシステム２００を示し、それは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナなどの電離放射線イメージングシステム２０１と、非電離放射線イメージングシステム２１８とを含む。

電離放射線イメージングシステム２０１は、一般的な固定ガントリ２０２と、固定ガントリ２０２によって回転可能に支持された、回転ガントリ２０４とを含む。回転ガントリ２０４は、長手方向又はｚ軸に対して、検査領域２０６の周りを回転する。

Ｘ線管などの放射線源２１０が、回転ガントリ２０４によって支持され、回転ガントリ２０１とともに回転し、第１の放射線、又は電離放射線を放射する。放射線感知検出器アレイ２１４を、検査領域２０６を横切った、線源２１０の反対側に設置する。検出器アレイ２１４は、検査領域２０６を横切る放射線を検出し、それを示す電気信号を生成する。

長椅子などの対象者支持物２０８が、検査領域２０６内の対象者又は被写体を支持する。

注入器２１６を、撮像法に対する標的薬剤及び／又はコントラスト剤／造影剤などの、種々の薬剤を注入するように構成する。適切な造影剤には、Ｘ線造影剤（例えば造影撮像法向け）若しくは放射性薬剤（radio-agent）、非Ｘ線造影剤（例えば光音響材料若しくは造影剤）若しくは非放射性薬剤（non radio-agent）、及び／又は他の造影剤を含む。造影剤を手動で投与する場合、注入器２１６を省略してよい。

非電離放射線イメージングシステム２１８は、特定の非Ｘ線造影剤（例えば光音響造影剤又は他の造影剤）を励起する非電離励起信号を放射し、その非Ｘ線造影剤は、それを励起されたことに反応して特性放射線（例えば音響その他）を放つ。非電離放射線イメージングシステムは特性放射線を検出し、それを示す電気信号を生成する。

汎用目的コンピュータが、操作者コンソール２２０の役割を果たす。コンソール２２０は、モニタ又はディスプレイなどの人間が読み取り可能な出力デバイスと、キーボード及びマウスなどの入力デバイスとを含む。コンソール２２０上の常駐ソフトウェアにより、操作者は、スキャナ２００とのやりとりが可能となる。そうしたやりとりには、造影プロトコルのようなイメージングプロトコルを選択することを含み、そのプロトコルは、特性放射線などを示す信号に基づいて、注入器２１６を作動させることやスキャニングを開始することを含んでよい。

再構成部２２２は、信号を再構成し、３次元（３Ｄ）の容積測定の画像データを生成する。

以下でより詳細に説明するが、関心領域内の特性放射線を示す信号に基づいた、非Ｘ線造影剤の存在の検出を、イメージングシステム２０１を通じて造影ＣＴスキャンを開始する目的でコンソール２２０をトリガするために使用してよい。これにより、双方ＣＴスキャンをいつトリガするかを決定するために患者を追加の放射線にさらしてしまう、ボーラストラッキング又はテストボーラスインジェクションを使用する場合のように、造影ＣＴスキャンによる電離放射線被ばくに対して追加で患者を電離放射線にさらすことがなく、造影ＣＴスキャンを開始することが可能となる。

図３は、非電離放射線イメージングシステム２１８の例を概略的に示す。この例として、非Ｘ線造影剤は、光音響造影剤を含む。適切な光音響造影剤には、インドシアニン・グリーン（ＩＣＧ）、メチレンブルー、及び／又は、光信号を吸収してそれに応じて音響信号を放つ他の造影剤を含む。

非電離放射線イメージングシステム２１８は、レーザなどの光源３０２を含む。メチレンブルーとの使用に適切なレーザには、短い（例えば５〜１０ナノ秒（５〜１０ｎｓ））パルスを放射するよう構成された、６６５ナノメータ（６６５ｎｍ）のレーザを含む。それは、対象者を突き抜けて光音響造影剤によって吸収されることが可能であり、音響信号を放つように、光音響造影剤を励起又は刺激する。

ＩＣＧについては、例えば、８０５ナノメータ（８０５ｎｍ）のレーザ波長を使用するであろう。別の実施形態では、多波長レーザを使用する。多波長レーザ放射を、コントラスト剤のスペクトル特性を背景と区別するのに使用してよい。

超音波（ＵＳ）受信部３０４を、励起又は刺激された光音響造影剤から放たれた音響信号を検出するように構成する。ＵＳ受信部３０４は、受信した音響信号を示す信号を生成する。図３においてＵＳ受信部３０４は、いずれの空間符号化能力も持たない、単独の画素検出器である。他の実施形態において、ＵＳ受信部３０４は、１つ以上の画素検出器を含んでよく、かつ／あるいは、空間符号化能力を有してよい。

光音響識別部３０６は、関心組織内の光音響造影剤の存在又は不在を、ＵＳ受信部３０４が生成する信号に基づいて識別し、光音響剤が関心領域内に存在することをその信号が示す場合に、トリガ信号を生成する。１つの限定しない例において、光音響識別部３０６は、信号（例えば、強度、輝度など）を基準閾値３０８と比較して、その信号が閾値を満たす場合にトリガ信号を生成する。光音響造影剤が何も投与されていないかどうかは別にして、基準閾値を、音響検出部３０４のアウトプットに基づいて決定してよい。光音響識別部３０６は、そのトリガ信号をコンソール２２０へ伝える。

タイマ３１０を、光音響造影剤を投与してから、関心組織において光音響造影剤の存在を識別するまでの時間を測定するために、使用してよい。タイマ３１０を、光音響造影剤が投与されていることを示している注入器２１６及び／又はコンソール２２０からの信号に基づいて開始してよく、かつ／あるいは、技術者又は他の任命された者が開始してよい。タイマ３１０はそのタイマ時間をコンソール２２０に伝える。別の実施形態では、タイマ３１０を省略する。

図４は、図３の実施形態とかなり類似する実施形態を概略的に示し、違いは、非電離放射線イメージングシステム２１８が超音波（ＵＳ）送信部４０２及び画像処理部４０４をさらに含むことである。超音波（ＵＳ）送信部４０２は、高周波（例えば１〜２０メガヘルツ（１〜２０ＭＨｚ））の広帯域音響波を、１つ又は複数の変換器要素を介して放射する。その音響波は、対象者を突き抜け、構造をその組成に基づいて横切るにつれて減衰され、（エコーとして）返される。さらに超音波（ＵＳ）受信部３０４を、エコーを検出してそれを示す信号を生成するように構成する。この実施形態において、ＵＳ受信部３０４は、画素検出器の１次元又は２次元のアレイを含む。

画像処理部４０４は、エコーを示す信号を処理し、それに基づいて構造的な超音波画像を生成する。適切な処理には、従来型のＢモードの遅延及び合計（delay and sum）処理、並びに／又は他の処理を含む。処理部４０４はさらに、音響信号を処理し、光音響造影剤を示す画像を生成する。処理部４０４は、構造的な画像と光音響造影剤の画像とを重ね合わせ、又はオーバーレイし、スキャンされた構造的な情報の背景の中に光音響造影剤を示している、結合された画像をもたらす。その画像の１つ又は複数を、非電離放射線システム２１８のディスプレイ、コンソール２２０、及び／又は他のディスプレイを介して、視覚的に表してよい。

バリエーションが考えられる。

図３及び４において、光音響識別部３０６及び／又はタイマ３１０は、非電離放射線システム２１８に位置している。別の実施形態では、これらの構成要素の１つ又は複数が、コンソール２２０及び／又は他のデバイスに位置する。

図４において、ＵＳ送信部４０２及び画像処理部４０４は、非電離放射線システム２１８に位置している。別の実施形態では、これらの構成要素の１つ又は複数が、別個のＵＳデバイス及び／又は他のデバイスに位置する。

別の実施形態において、システム２０２のユーザは、トリガ信号を視覚的に監視し、ＣＴスキャンを手動で開始する。

別の実施形態において、システム２０２のユーザは、生成された画像を視覚的に監視し、ＣＴスキャンを手動で開始する。

別の実施形態において、非電離放射線イメージングシステム２１８を使用して、Ｘ線造影剤の投与と後に続くＣＴスキャンである造影ＣＴスキャンとの間の時間を決定する場合、非電離放射線イメージングシステム２１８及び電離放射線イメージングシステム２０１を、別個の検査室に設置してよい。

別の実施形態において、非電離放射線イメージングシステム２１８はマイクロ波源を含み、それを使用して、特性放射線を放つように、対応する投与された非Ｘ線造影剤を励起する電磁放射線を放射する。同様に、関心領域における特性放射線の検出を、関心領域において造影ＣＴスキャンをトリガすることに用いてよい。

図５は、造影ボーラスの投与後に造影ＣＴスキャンをトリガする方法を示す。

十分理解されるように、下記動作の順序は例示目的のものであって限定的ではない。そのようなものとして、本書において他の順序も考えられる。さらに、その動作の１つ又は複数を省略してよく、かつ／あるいは、１つ又は複数の他の動作を含んでよい。

５０２において、非電離放射線イメージングシステム２１８を、光音響造影剤の存在を関心組織において検出可能なように、患者に対して設置する。

関心組織は、造影ＣＴプロトコルと関連するＣＴスキャナ２０２を介してスキャンされる、関心領域に通じる血管、又はその関心領域の一部であってよい。非電離放射線イメージングシステム２１８を、ユーザ、ロボット、機械的なデバイスなどによって、適所に維持してよい。

５０４において、Ｘ線造影剤及び光音響造影剤の双方を含む造影剤を患者に投与する。

５０６において、非電離放射線イメージングシステム２１８を使用して、関心組織を光源３０２で照らす。

５０８において、非電離放射線イメージングシステム２１８を使用して、光音響造影剤から放たれた信号をＵＳ受信部３０４で検出し、それを示す信号を生成する。

５１０において、光音響識別部３０６が、光音響造影剤の存在を示しているＵＳ受信部３０４からの信号に応じて、トリガ信号を生成する。

５１２において、コンソール２２０がトリガ信号に応じてシステム２０２にＣＴスキャンを実行させ、少なくとも、そこにおいてＸ線コントラストが高い、ピークコントラスト摂取を捉えることを含む。

図６は、Ｘ線造影剤の投与に続いてＣＴスキャンを開始するタイミングを決定する方法を示す。

６０２において、非電離放射線イメージングシステム２１８を、光音響造影剤の存在を関心組織において検出可能なように、患者に対して設置する。

６０４において、光音響造影剤のみを含む造影剤を患者に投与する。

６０６において、動作６０４と同時に（又は直前若しくは直後に）、非電離放射線イメージングシステム２１８がタイマ３１０を開始する。

６０８において、非電離放射線イメージングシステム２１８を使用して、血管を光源３０２で照らす。

６１０において、非電離放射線イメージングシステム２１８を使用して、光音響造影剤から放たれた信号をＵＳ受信部３０４で検出し、それを示す信号を生成する。

６１２において、光音響識別部３０６が、光音響造影剤の存在をその信号に基づいて識別する。

６１４において、非電離放射線イメージングシステム２１８は、その存在の識別に応じて、タイマ３１０を停止する。

６１６において、非電離放射線イメージングシステム２１８は、タイマ３０６によって測定された時間を、コンソール２２０に伝える。

６１８において、造影ＣＴスキャン向けの放射性材料を含む造影剤を患者に投与する。

６２０において、コンソール２２０は、測定された時間に基づいてＣＴスキャンを開始し、ＣＴスキャナが関心領域をスキャンし、少なくとも、そこにおいてＸ線コントラストが高い、ピークコントラスト摂取を捉える。

上記を、１つ又は複数のプロセッサに種々の動作及び／又は他の機能や動作を実行させる物理メモリなどの、コンピュータ読取可能ストレージ媒体上に符号化又は具体化された１つ又は複数のコンピュータ読取可能命令を実行する、１つ又は複数のプロセッサを用いて実施してよい。追加的に又は代替的に、その１つ又は複数のプロセッサは、信号又は搬送波などの一時的な媒体によって運ばれる命令を実行してよい。

十分理解されるように、本書で議論した構成要素の１つ又は複数（例えば、光音響識別部３０６など）を、１つ又は複数のプロセッサに本書で議論した種々の機能及び／又は他の機能を実行させる物理メモリなどの、コンピュータ読取可能ストレージ媒体上に符号化又は具体化された１つ又は複数のコンピュータ読取可能命令を実行する、１つ又は複数のプロセッサを用いて実施してよい。追加的に又は代替的に、その１つ又は複数のプロセッサは、信号又は搬送波などの一時的な媒体によって運ばれる命令を実行してよい。

上記をＣＴと関連させて説明したが、十分理解されるように、イメージングシステムには、薬剤に基づく磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、薬剤に基づく核医学（ＮＭ）イメージング、及び／又は他のイメージングなどの、他のイメージング用途を含んでよい。もちろん、特定のモダリティ（例えばポジトロン放出断層撮影（ＰＥＴ））に対する薬剤（例えばルビジウム‐８２）は、そのモダリティ（例えばＰＥＴ）に対応するであろう。非電離放射線イメージングの背景において、薬剤の検出を、本書で説明したように、スキャニング及び／又はワークフローを決定及び／又は最適化することに用いてよく、例えば、開始スキャン時刻、終了スキャン時刻などを特定するために用いてよい。

本発明を、種々の実施形態を参照して本書で説明してきた。変更及び調整が、本書の説明を読んだ他者において生じるであろう。そうした変更及び調整が別記の請求項又はその均等物の範囲内に入る限り、本発明はすべてのそうした変更及び調整を含むものと見なされるべきであるということが、意図される。

Claims

第１の造影剤を関心領域の中に含んでいる、対象者の内部の前記関心領域を撮像するために、第１の放射線を用いるコンピュータ断層撮影イメージングシステムと、
前記関心領域の中の第２の造影剤を撮像するために、第２の放射線を用いる光音響イメージングシステムであって、前記第２の放射線の照射に応じて、前記関心領域の中の第２の造影剤から放たれる音響信号を受信する受信部によって生成される前記音響信号を示す信号が基準閾値と比較され、前記基準閾値を満たす前記信号に基づき光音響識別部によって生成されるトリガ信号が、前記コンピュータ断層撮影イメージングシステムに、前記関心領域の中に前記第１の造影剤を含んでいる前記関心領域をスキャンさせるように用いられる、光音響イメージングシステムと、
を含む、システム。
前記第２の造影剤は光音響造影剤である、請求項１に記載のシステム。
前記光音響イメージングシステムは、
前記第２の造影剤を励起する光信号を放射する光源であって、前記第２の造影剤は前記光信号によって励起されたことに応じて音響信号を放つ、光源と、
前記音響信号を受信する受信部と、
を含む、請求項１乃至２のいずれか１項に記載のシステム。
前記光源はレーザを含み、前記受信部は超音波受信部を含む、請求項３に記載のシステム。
前記光音響イメージングシステムは、
前記トリガ信号を生成する光音響識別部をさらに含む、請求項３乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
前記光音響イメージングシステムは、
前記関心領域を横切る超音波信号を送信する超音波送信部であって、前記受信部は前記超音波信号に応じて生成されたエコー信号を受信する、超音波送信部と、
前記エコー信号を処理し、前記関心領域の構造的な画像を生成する、画像処理部と、
をさらに含む、請求項４又は５に記載のシステム。
前記画像処理部は前記関心領域の中の前記第２の造影剤の画像を前記音響信号に基づいて生成する、請求項６に記載のシステム。
前記第２の造影剤はインドシアニン・グリーンに基づく造影剤を含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステム。
前記光音響イメージングシステムによる前記関心領域のスキャンは、前記関心領域において前記第１の造影剤のピーク摂取を捉える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
前記第１の放射線は電離放射線であり、前記第１の造影剤は放射性薬剤であり、前記第２の放射線は非電離放射線であり、前記第２の造影剤は非放射性薬剤である、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
プロセッサと光音響イメージングシステムとコンピュータ断層撮影イメージングシステムとを含むシステムの作動方法であって、
前記光音響イメージングシステムの超音波受信部が、第２の放射線の照射に応じて対象者の内部の関心領域の光音響造影剤から放たれる音響信号を受信して、前記音響信号を示す信号を生成し、当該作動方法は、
前記プロセッサが、前記光音響イメージングシステムの光音響識別部に、前記光音響イメージングシステムの超音波受信部によって生成される前記音響信号を示す信号を基準閾値と比較させ、前記基準閾値を満たす前記信号に基づき、前記コンピュータ断層撮影イメージングシステムに、第１の放射線を用いて、前記関心領域の中に第１の造影剤を含んでいる前記関心領域をスキャンさせるためのトリガ信号を生成させるステップを含む、作動方法。