JP6173438B2 - 血管の狭窄のための冠血流予備量比（ｆｆｒ）値の決定 - Google Patents

Description

下記は、概して、画像データと冠血流予備量比（fractional flow reserve）値ルックアップテーブルに対する予め定義された狭窄特性とに基づいて、血管内の狭窄のための冠血流予備量比値を決定することに関し、特にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）に対する適用と共に説明される。しかしながら、下記は、これらに限定されないが３Ｄ回転Ｘ線、２Ｄ血管造影Ｘ線、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）などを含む３次元（３Ｄ）血管造影画像データを生み出す他のモダリティ及び／又は他のイメージングモダリティなどの、他のイメージングモダリティにも適している。

冠血流予備量比（ＦＦＲ）値は、血管狭窄にわたる圧力差値の測定結果であり、ＦＦＲ値は、狭窄が心筋に対する酸素運搬を妨げる可能性を決定するために使用されている。一般に、ＦＦＲ値は、仮に狭窄の無い中での最大流量と比べて、狭窄の有る中で血管を下る最大流量を表現する。狭窄により引き起こされる血圧低下が狭窄の血行動態重症度を示すという仮定にＦＦＲ値が基づいていることを、文献は主張している。そのようなものとして、ＦＦＲ値は、例えばステント留置といった経皮的冠動脈インターベンションの計画において重要なファクタである。

従来、ＦＦＲ値は、狭窄の前後に血圧を取得するための圧力ワイヤを侵襲的に用いて測定されている。冠動脈ＦＦＲ値を目的とした冠動脈カテーテル法の間、カテーテルは、シース及びガイドワイヤを用いて大腿動脈及び橈骨動脈に挿入される。その先端に取り付けられたセンサが、関心のある狭窄に位置付けられ、圧力は、血管形状、適応性及び抵抗並びに／又は他の特性に影響する様々な作用剤により促進された状態の間、狭窄にわたって記録される。この圧力値は、絶対値である。ＦＦＲが異常になる絶対的なカットオフ点は存在せず、むしろ、より低い値がより重大な狭窄を示す大きな不安定なグレーゾーンを有するなだらかな変わり目が存在することを、文献は示している。

不幸にも、このアプローチで使用される圧力ワイヤは、比較的高価である場合があり、各侵襲的手技は、患者に健康リスクを課す。ＦＦＲ値の非侵襲的測定のためのアプローチも存在する。こうしたアプローチは、患者の冠動脈ＣＴ血管造影からの画像データとこの画像データから導出される幾何学的動脈モデルとに基づいた患者固有のコンピュータシミュレーションを含んでいる。しかしながら、こうしたシミュレーションは、計算流体力学（ＣＦＤ）に基づいており、かなり時間を消費する。現在、心臓専門医は、ＣＴＡデータセットを外部機関に提出し、数時間（例えば５時間）後に戻される結果を受信する必要があり、このことは、患者と臨床ワークフローとにとって煩わしい。

前述の観点から、血管の狭窄のためのＦＦＲ値を決定するための他のアプローチの必要性が解決されていない。

本明細書に説明される態様は、上記で参照された課題及びその他に対処する。

１つの態様において、方法が、患者の血管内の狭窄に関する少なくとも１つの特性を、狭窄の画像データから決定するステップと、上記少なくとも１つの特性を、冠血流予備量比値ルックアップテーブルに対する予め定義された狭窄特性にマップするステップと、上記少なくとも１つの特性に対応するルックアップテーブル内の冠血流予備量比値を識別するステップと、画像データと識別された冠血流予備量比値とを視覚的に提示するステップと、を含む。

別の態様において、システムが、冠血流予備量比値ルックアップテーブルに対する予め定義された狭窄特性を記憶するメモリを含む。本システムはさらに、患者の血管内の狭窄に関する、狭窄の画像データから決定される少なくとも１つの特性を、ルックアップテーブル内の特性にマップし、上記特性に対応する冠血流予備量比値を識別するメトリック決定部を含む。本システムはさらに、画像データと識別された冠血流予備量比値とを視覚的に提示するディスプレイを含む。

別の態様において、コンピュータ読取可能記憶媒体がコンピュータ読取可能命令を用いて符号化される。この命令は、プロセッサにより実行されると、プロセッサに、冠血流予備量比値ルックアップテーブルに対する予め定義された狭窄特性と、患者の血管内の狭窄に関する、狭窄の画像データから決定される少なくとも１つの特性とに基づいて、患者のための冠血流予備量比値を決定させる。

本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの配置と、様々なステップ及びステップの配置との形態をとることができる。図面は、単に好適な実施形態を例示する目的のものであり、本発明を限定するものと見なされるべきではない。
患者の血管の狭窄のためのＦＦＲ値を少なくとも決定するように構成されたメトリック決定部と関連したイメージングシステムを概略的に例示する。 冠血流予備量比値ルックアップテーブルに対する予め定義された狭窄特性と関連したメトリック決定部の一例を例示する。 患者の血管の狭窄のためのＦＦＲ値を決定するための一例示的方法を例示する。

図１は、ＣＴスキャナなどのイメージングシステム１００を概略的に例示している。イメージングシステム１００は、一般的な固定ガントリ１０２と回転ガントリ１０４とを含み、回転ガントリ１０４は、固定ガントリ１０２により回転可能に支持され、Ｚ軸に関して検査領域１０６の周りを回転する。カウチなどの被検体支持体１０８が、検査領域１０６内の被写体又は被検体を支持する。

Ｘ線管などの放射線源１１０が、回転ガントリ１０４により回転可能に支持され、回転ガントリ１０４と共に回転し、検査領域１０６を横切る放射線を放出する。放射線感知検出器アレイ１１２が、検査領域１０６をわたって放射線源１１０の反対側の角度のある弧に対応する。放射線感知検出器アレイ１１２は、検査領域１０６を横切る放射線を検出し、各々の検出された光子について、放射線を示す信号を生成する。

再構成部１１４が、投影を再構成し、検査領域１０６内に位置する被検体又は被写体のうちスキャンされた部分を示すボリューメトリック画像データを生成する。汎用目的コンピューティングシステム又はコンピュータが、オペレータコンソール１１６としての機能を果たす。コンソール１１６は、モニタなどの人間が読める出力装置と、キーボード、マウスなどの入力装置とを含む。コンソール１１６上の常駐ソフトウェアが、オペレータがグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）又はその他のものを介してスキャナ１００と対話し、かつ／あるいはこれを操作することを可能にする。

メトリック決定部１１８は、血管（例えば、冠状動脈、大脳動脈など）を表す画像データを処理し、血管のうち少なくとも１つにおける狭窄のためのＦＦＲ値を決定するように、少なくとも構成される。メトリック決定部１１８は、さらに、１又は複数の他のメトリックを決定することができる。画像データは、システム１００、他のＣＴイメージングシステム、３Ｄ回転Ｘ線システム、ＭＲＩシステム、３次元（３Ｄ）血管造影画像データを生み出す他のイメージングシステム、及び／又は他のイメージングシステムによって生成することができる。

以下でより詳細に説明されるとおり、１つの非限定的な例において、メトリック決定部１１８は、画像データから様々な狭窄特性を決定し、その特性値を、メモリ１２２に記憶されたＦＦＲルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性におけるＦＦＲ値にマップする。メモリ１２２は、データベース、ローカルの及び／若しくはリモートのメモリ、並びに／又は他の形態のデータストレージを含んでよい。ルックアップテーブル１２０は、通常、例えば、すべての患者、特定患者のサブグループなどに対して１回、（１又は複数の）総合的なソフトウェア動脈モデルを用いて予め算出することができ、狭窄の種々の長さの所定セットと種々の直径の所定セットとのＦＦＲ値に対するマッピングを含む。２つ以上のルックアップテーブルが生成されてよく、種々のルックアップテーブルが種々の種類の患者に対応することができる。

計算流体力学（ＣＦＤ）のために外部機関にＣＴＡ画像データを送信することと比べて、ＦＦＲルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性を用いることは、個々のＦＦＲ値を得るための労力を大きく低減させる。なぜならば、少なくとも、各患者のための完全なＣＦＤシミュレーションに代わり、より少数の幾何学的属性しか、ＦＦＲ値を決定するために決定され、かつルックアップテーブル１２０に関連付けられる必要がないからである。ルックアップテーブル１２０を生成し、決定を行うための適切な特性の例には、狭窄長さ、狭窄直径、血管曲率、狭窄の分岐点に対する距離などの狭窄の物理的特性と、血圧、患者年齢、血管種別など及び／又は他の情報などの患者情報とを含む。

メトリック決定部１１８は、物理メモリ又は他の非一時的記憶媒体などのコンピュータ読取可能記憶媒体に記憶された少なくとも１つのコンピュータ読取可能命令を実行する少なくとも１つのプロセッサを通じて実施することができる。プロセッサは、さらに、搬送波、信号又は他の一時的媒体により伝えられる１又は複数のコンピュータ読取可能命令を実行することもできる。メトリック決定部１１８、メモリ１２２及び／又は出力装置１２４は、同一の装置（例えば、コンピューティングシステム）及び／又は異なる装置の部分であってよい。例示されているメトリック決定部１１８は、コンソール１１６、出力装置１２４（例えば、モニタ、フィルマー（filmer）、ポータブルメモリなど）、入力装置（例えば、キーボード、マウスなど）及び／又は他の装置などの装置と通信することができる。

図２は、メトリック決定部１１８とＦＦＲ値ルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性との一例を例示する。

この例において、メトリック決定部１１８は、狭窄識別部２０２を含む。狭窄識別部２０２は、画像データの中の１又は複数の狭窄を識別する。これは、権限を与えられた個人の承認を用いた自動化されたアプローチ、権限を与えられた個人の入力に基づいた手動のアプローチ、又は自動の及び手動のアプローチの組み合わせを通じて達成することができる。

メトリック決定部１１８は、さらに、識別された狭窄のうち１又は複数の長さを決定する狭窄長さ決定部２０４を含む。同様にして、これは、権限を与えられた個人の承認を用いた自動化されたアプローチ、権限を与えられた個人の入力に基づいた手動のアプローチ、又は自動の及び手動のアプローチの組み合わせを通じて達成することができる。

メトリック決定部１１８は、さらに、識別された狭窄のうち１又は複数の長さに沿った直径を決定し、最小直径、平均直径及び／又は他の直径を識別する狭窄直径決定部２０６を含む。同様にして、これは、権限を与えられた個人の承認を用いた自動化されたアプローチ、権限を与えられた個人の入力に基づいた手動のアプローチ、又は自動の及び手動のアプローチの組み合わせを通じて達成することができる。

２Ｄ血管造影Ｘ線投影が利用できる場合、１又は複数の画像ベースの狭窄特性が、例えば、最小の遠近描写（least foreshortening）、最大の線源検出器距離、既知の角度などの相当するイメージング設定下で取得される２Ｄ投影のうち単一又は多数から決定することができる。

メトリック決定部１１８は、さらに、ＦＦＲ値決定部２０８を含む。例示されている実施形態において、これは、１又は複数のマッチングアルゴリズム２２２に基づいて、狭窄の決定された長さ及び最小直径を、ＦＦＲ値ルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性にマップすることを含む。図示されているとおり、この例において、ＦＦＲ値ルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性は、狭窄の長さ及び直径のエントリの２Ｄ配列２０７を含み、エントリ２１０からエントリ２１２にかけて長さが増加し、エントリ２１２からエントリ２１４にかけて直径が減少し、エントリ２１６において最大長さ及び最小直径を有するエントリを有する。他の形式も本明細書において考えられる。

エントリ２０７のうち各１つは、特定のＦＦＲ値に対応する。メトリック決定部１１８は、測定された長さ及び測定された直径とＦＦＲ値ルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性内の長さ及び直径とにおける最も近いマッチ又は最良のマッチを決定し、対応するＦＦＲ値を、画像データ内の狭窄のためのＦＦＲ値として返す。値ルックアップテーブル１２０は、例示されているグラフィカル表現を含んでも含まなくてもよく、対応するグラフィカル表現を返すこともできる。

測定された長さ及び／又は直径がいずれの特定のエントリ２０７にもマッチしない場合、（１又は複数の）マッチングアルゴリズム２２２を採用することができる。例として、１つの例において、マッチングアルゴリズムは、測定されたデータがいずれのルックアップテーブルエントリにもマッチしない場合、メトリック決定部１１８が隣接するエントリとエントリとの間に内挿すべきであることを示すことができる。外挿及び／又は他の手法を用いて、測定された長さ及び／又は直径をマッチさせ、ＦＦＲ値を決定してもよい。

複数のエントリ２０７が同等にふさわしく（例えば、これらエントリが測定された狭窄直径及び長さから同程度離れている）、あるいは所定範囲内にある場合、マッチングアルゴリズムは、メトリック決定部１１８に個々のＦＦＲ値から平均ＦＦＲ値を算出するように指示することができる。この平均は、直接の平均又は加重された平均であってよい。別の例において、マッチングアルゴリズムは、メトリック決定部１１８に候補ＦＦＲ値として複数のＦＦＲ値を選択するように指示することができる。

別の例において、マッチングアルゴリズムは、メトリック決定部に、ルール又は優先度に基づいて複数のＦＦＲ値のうち１つを選択するように指示することができる。このルール又は優先度は、例えば、（１又は複数の）他の狭窄より大きい測定された狭窄特性のうち１つを重み付けする。例えば、狭窄直径及び狭窄長さが複数の異なるＦＦＲ値に対応する場合、アルゴリズムは、狭窄直径が狭窄長さより高い優先度を有することを示すことができ、これにより、メトリック決定部１１８に対するＦＦＲ値間で選択することについての指示を容易にすることができる。

狭窄の長さとその最小直径とは異常なＦＦＲの最大の決定要因であることを、文献が示している。しかしながら、血管曲率、狭窄の分岐点に対する距離、血圧、患者年齢、血管種別などの他の情報が、ＦＦＲ値ルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性の中に含まれてよく、かつ／あるいはＦＦＲ値ルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性からＦＦＲ値を決定するためにメトリック決定部１１８により使用されてよい。さらなる情報がＦＦＲ値ルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性に含まれる場合、このテーブルは、Ｎ次元のルックアップテーブルになる。

場合により、ＦＦＲ値決定部２０８は、ＦＦＲ値の決定を容易にするために関心のある血管種別を追加的に使用することができる。例えば、冠状動脈に関心がある場合、関心のある血管は、右冠状動脈、左冠状動脈、左回旋動脈などとして識別することができる。他の血管も本明細書において考えられる。この識別は、例えばメトリック決定部１１８及び／又は他のコンポーネントによって、自動的に及び／又は手動で決定することができる。それから、ＦＦＲ値決定部２０８は、ＦＦＲ値ルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性の中の血管種別を用いて血管のうち識別されたものをマップし、この情報を、ＦＦＲ値を決定するために本明細書において論じられる情報に追加して又はその代わりに使用することができる。

メトリック決定部１１８は、ＦＦＲ値を視覚的に提示し、かつ／あるいはＦＦＲ値を別の装置に伝達することのうち、少なくとも１つをなす。例として、１つの例において、メトリック決定部１１８は、モニタ出力装置１２４を介して狭窄とＦＦＲ値とを示す画像データを視覚的に提示する。別の例において、メトリック決定部１１８は、ＦＦＲ値をコンソール１１６に伝達し、コンソール１１６が、狭窄とＦＦＲ値とを示す画像データを視覚的に提示する。

別の例において、対応するエントリ２０７のための図２に示されるグラフィカル表現が、ＦＦＲ値の代わりに又はこれに追加して表示される。別の例において、各カラーが既知の狭窄度合を表現するところのカラーオーバーレイが、ＦＦＲ値及び／若しくはグラフィカル表現の代わりに又はこれらに追加して表示される。別の実施形態において、この情報は、フィルマー、プリンタ、別のコンピュータ、さらなる処理部などに送信することができる。

任意的な推奨部２１８が、ＦＦＲ値、及び／又は患者に関する臨床情報、患者病歴、画像データから導出される他の情報などの他の情報に基づいて、処置方針を推奨する。例示されている実施形態において、推奨部２１８は、予め定義された推奨される処置のセット２２０に基づいて、処置方針を推奨する。任意的な推奨部２１８は、推奨される処置方針を示す信号を生成し、コンソール１１６、出力装置１２４及び／又は他の装置に信号を伝達する。

ＦＦＲ値ルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性は、ルックアップテーブル以外の形式で記憶されてもよいことを十分理解されたい。

図３は、画像データから決定された狭窄の特性とＦＦＲ値ルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性とに基づいて患者の血管内の狭窄のためのＦＦＲ値を決定するための一例示的方法を例示する。

動作の順序付けは限定的でないことを十分理解されたい。そのようなものとして、他の順序付けが本明細書において考えられる。さらに、１又は複数の動作が省略されてよく、かつ／あるいは１又は複数の追加の動作が含まれてよい。

３０２において、血管のスキャンが行われる。

３０４において、血管の狭窄が識別される。

３０６において、識別された狭窄の少なくとも１つの特性が、画像データに基づいて決定される。特性の例には、これらに限定されないが、狭窄長さ、狭窄直径、血管曲率、狭窄の分岐点に対する距離、血管種別及び／又は他の特性を含む。

３０８において、ＦＦＲ値ルックアップテーブルに対する予め算出された狭窄特性が取得される。ＦＦＲ値ルックアップテーブルに対する適切な狭窄特性の一例が、本明細書において論じられたＦＦＲ値ルックアップテーブル１２０に対する狭窄特性である。

３１０において、上記少なくとも１つの特性が、ＦＦＲ値ルックアップテーブルに対する予め算出された狭窄特性内のＦＦＲ値にマップされる。

３１２において、少なくともＦＦＲ値が、画像データと共に視覚的に提示される。論じられたとおり、マップ内のエントリ、カラーコーディングなどの他の情報が表示されてもよい。

３１４において、場合により、推奨される処置方針が、ＦＦＲ値に基づいて生成され、提供される。

上記は、（１又は複数の）コンピュータプロセッサにより実行されると（１又は複数の）プロセッサに説明された動作を実行させる、コンピュータ読取可能記憶媒体上に符号化され又は組み込まれたコンピュータ読取可能命令によって実施することができる。さらに、又は別法として、コンピュータ読取可能命令のうち少なくとも１つが、信号、搬送波又は他の一時的媒体によって伝えられる。

本発明は、好適な実施形態を参照して説明されている。変更及び変形が、前述の詳細な説明を読んで理解した他者において生じる可能性がある。本発明は、こうした変更及び変形が添付された請求項又はその均等物の範囲内に入る限り、すべてのこうした変更及び変形を含むと見なされるべきである。

Claims (12)

1. 冠血流予備量比値ルックアップテーブルに対する予め定義された狭窄特性を含むメモリと、
   患者の血管内の狭窄に関する、前記狭窄の画像データから決定される少なくとも１つの特性を、前記ルックアップテーブル内の特性にマップし、前記特性に対応する冠血流予備量比値を識別するメトリック決定部と、
   前記画像データと前記の識別された冠血流予備量比値とを視覚的に提示するディスプレイと、
   を含むシステム。
2. 前記少なくとも１つの特性は、前記狭窄の長さと前記狭窄の直径とを含む、請求項１のシステム。
3. 前記少なくとも１つの特性は、前記狭窄のある位置の血管曲率、前記狭窄の分岐点に対する距離、又は血管種別のうち、１又は複数をさらに含む、請求項１又は２のシステム。
4. 前記少なくとも１つの特性は、前記患者に関する少なくとも１つの特性をさらに含み、前記患者に関する少なくとも１つの特性は、前記患者の血圧又は年齢の少なくとも一つを含む、請求項１乃至３のうちいずれか１項のシステム。
5. 前記ルックアップテーブルは、総合的なソフトウェア動脈モデルを用いて予め算出される、請求項１乃至４のうちいずれか１項のシステム。
6. 前記メトリック決定部は、前記少なくとも１つの特性と前記ルックアップテーブル内のエントリとの間の直接のマッチが存在しない場合、前記ルックアップテーブル内の複数の隣接するエントリ間に内挿する、請求項１乃至５のうちいずれか１項のシステム。
7. 前記メトリック決定部は、前記少なくとも１つの特性と前記ルックアップテーブル内のエントリとの間の直接のマッチが存在しない場合、前記ルックアップテーブル内の最も近いマッチを選択する、請求項１乃至５のうちいずれか１項のシステム。
8. 前記メトリック決定部は、前記少なくとも１つの特性と前記ルックアップテーブル内のエントリとの間の直接のマッチが存在しない場合、前記ルックアップテーブル内の複数の隣接するエントリの平均値を求める、請求項１乃至５のうちいずれか１項のシステム。
9. 前記少なくとも１つの特性は、少なくとも２つの特性を含み、前記メトリック決定部は、マッピングのために異なるように前記少なくとも２つの特性を重み付けする、請求項１乃至５のうちいずれか１項のシステム。
10. 前記画像データは、前記狭窄の重症度を示すカラーオーバーレイを用いて表示される、請求項１乃至９のうちいずれか１項のシステム。
11. 前記冠血流予備量比値に基づいて、推奨される処置方針を示す信号を生成する推奨部、
    をさらに含む請求項１乃至１０のうちいずれか１項のシステム。
12. コンピュータ読取可能命令を用いて符号化されたコンピュータ読取可能記憶媒体であって、前記コンピュータ読取可能命令は、プロセッサにより実行されると、前記プロセッサに、冠血流予備量比値ルックアップテーブルに対する予め定義された狭窄特性と、患者の血管内の狭窄に関する、前記狭窄の画像データから決定される少なくとも１つの特性とに基づいて、患者のための冠血流予備量比値を決定させる、コンピュータ読取可能記憶媒体。

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