JP6262124B2 - 注入処理の１又は複数フェーズのパラメータを決定する装置、システム及び方法 - Google Patents

Description

＜関連出願の相互関係＞
本願は、２００５年１１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６３１，０１５号の利益を要求し、その開示内容は引用を以て、本願に組み込まれるものとする。

＜発明の背景＞
本発明は、流体を送達する装置、システム及び方法に関し、特に患者に薬剤流体を送達する装置、システム及び方法に関し、とりわけ医療注入処置中に患者に造影剤を送達する装置、システム及び方法に関する。

多くの処置に於いて、放射線学的な試験用の造影剤（電子動力インジェクタを備えた）の投与は、臨床医が空の使い捨ての注射器を一定量の造影薬剤で充填することから始まる。他の処置では、造影剤が予め充填されたシリンジが用いられる。臨床医は、次に診断イメージを可能にすべく、患者に投与されるべき造影剤の体積流量及び体積を決定する。操作者によって体積と流量が決定される生理食塩水の注入が、しばしば静脈又は動脈内への造影剤の投与に続く。現在の多くの入手可能な注射器では、操作者は、送達すべき体積流量及び体積について多くの個別フェーズをプログラムすることができる。例えば、インディアノーラのメドラッド社から入手可能なＳＰＥＣＴＲＩＳ ＳＯＬＡＲＩＳ及びＳＴＥＬＬＡＮＴインジェクタは、患者に送達する流量及び体積（例えば、造影剤及び／又は生理食塩水）の６つ以下の個別のペア即ちフェーズの入力を有する。そのようなインジェクタ及びインジェクタについて用いるインジェクタ制御プロトコルは、例えば本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，６４３，５３７号及び米国公開公報２００４−００６４０４１号に開示されており、その開示内容は引用することをもって、本願への記載加入とする。そのようなフェーズの領域内の値即ちパラメータは、一般に各処置のタイプ及び注入／イメージング処置を受ける各患者について、操作者によって手入力されている。或いは、以前に手入力された体積と流量はコンピュータメモリに格納されて、後で該コンピュータメモリから呼び出すことができる。しかし、特定の患者の特定の処置についてそのようなパラメータが決定されるべき方法は、十分には開発されていない。

この点に於いて、イメージング及び他の処置時に、異なる患者については、要求される造影剤の投与量が異なることが認識されてきた。例えば、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，８４０，０２６号は注入前或いは注入中に抽出された患者の特定のデータを用いて患者への注入を誂える装置及び方法を開示し、その開示内容は引用することをもって、本願への記載加入とする。患者の違いにより、医療的イメージング処置について要求される投与量が異なることは認識されたが、従来の医療的イメージング処置は、医療的イメージング処置時に造影剤注入用の予め設定された投与量、又は標準的な送達プロトコルを使用し続ける。ＭＤＣＴスキャナを含めて最近入手可能なＣＴスキャナは走査速度が速いから、単フェーズ（phase）注入は、そのような速いスキャナが用いられる分野に於いては、２フェーズ又は他の多フェーズ注入よりも支配的である。送達用に標準的で一定の即ち所定のプロトコルを用いることは（単フェーズ、２フェーズ又は多フェーズの何れでも）処置を簡素化するが、同じプロトコルの下、異なる患者に同じ量の造影剤を供給することは、画像のコントラスト及び品質に異なる結果をもたらす。更に、最新のＭＤＣＴスキャナを導入すれば、臨床実践及びＣＴ文献では、単一スライス及び螺旋形のスキャナに使用される標準コントラストプロトコルが、ＭＤＣＴマシンを用いる処置に良好にコード変換（translate）するかどうかということは未決の問題である。例えば、Ｃａｄｅｍａｒｔｉｒｉ、Ｆ．及びＬｕｃｃｉｃｈｅｎｔｉ、Ｇ他（２００４）の“１６列多重スライス・コンピューター断層撮影：基本概念、プロトコル及び増強された臨床応用”Ｓｅｍｉｎ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ＣＴ ＭＲ ２５（１）：２−１６頁を参照されたい。

少数の研究は、ＣＴ血管コントラスト法（ＣＴＡ）中に注入プロセスの定量分析を試み、動脈の増強を改善し予測した。例えば、Ｂａｅと同僚は、造影剤の挙動の薬物動態学的（ＰＫ）モデルを開発し、最も安定した動脈の増強を引き起こす駆動関数を見つける目的で、連立微分方程式システムを解いた。Ｋ．Ｔ．Ｂａｅ、Ｊ．Ｐ．Ｈｅｉｋｅｎ及びＪ．Ａ．Ｂｒｉｎｋ、“ＣＴに於ける大動脈・肝臓の造影剤の増強。パートＩ、コンピューターモデルを用いた予測。”放射線学２０７巻．６４７−５５頁、１９９８年；Ｋ．Ｔ．Ｂａｅ“ＣＴ及びＭＲ血管コントラストに於けるピークのコントラスト増強：何時生じ、何故？豚モデルに於ける薬物動態学の研究”放射線学２２７巻．８０９−１６頁、２００３年，Ｋ．Ｔ．Ｂａｅ他、“ＣＴ血管コントラスト法にて一様に延びた血管増強用の多面的な注入法：薬物動態学の分析及び豚の実験方法”放射線学、２１６巻．８７２−８８０頁、２０００年、米国特許第５，５８３，９０２号、第５，６８７，２０８号、第６，０５５，９８５号、第６，４７０，８８９号及び第６，６３５，０３０号を参照し、その開示内容は引用することを持って、本願への記載加入とする。Ｂａｅらによって述べられた、単純化され仕切られたモデルの１セットの微分方程式の逆解は、造影剤の指数関数的に減少する流量が、ＣＴイメージング処置での最適な／一定の増強に帰着するかもしれないことを示す。しかし、ＰＫモデルの逆解法によって計算された注入プロフィールは、殆どのＣＴ電動注入器には、大きな修正無しでは、容易に実行することができないプロフィールである。

別のアプローチに於いて、Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｎｎ及び同僚は、心血管の生理学及びコントラスト動態性を“ブラックボックス”として取り扱い、システムに短時間の造影剤ボーラスを課することにより、インパルス反応を決定した（ユニットインパルスに近似して）。この方法に於いて、該インパルス反応にフーリエ変換を行ない、この伝達関数評価を操作して、以前に実行されたよりも適する注入軌道の評価を決定する。Ｄ．Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｎｎ及びＫ．Ｈｉｔｔｍａｉｒ“ＣＴ血管コントラストについて、離散型フーリエ変形を用いた動脈増強の数学的分析及びボーラス幾何学の最適化”Ｊ Ｃｏｍｐｕｔ Ａｓｓｉｓｔ Ｔｏｍｏｇｒ，２３巻，４７４−８４頁，１９９９年を参照し、その開示は引用することをもって、本願への記載加入とする。

造影剤の単フェーズ投与（一般に、或る流量で１００−１５０ｍｌの造影剤）は、不均一な増強曲線を呈する。例えば、上記のＤ．Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｎｎ及びＫ．Ｈｉｔｔｍａｉｒ及びＫ．Ｔ．Ｂａｅ“ＣＴ及びＭＲ血管コントラスト法に於けるコントラストピーク増強：何時生じ、何故？豚のモデルに於ける薬物動態研究”放射線学２２７巻．８０９−１６頁、２００３年を参照し、その開示は引用することをもって、本願への記載加入とする。ＦｌｅｉｓｃｈｍａｎｎとＨｉｔｔｍａｉｒは、造影剤の投与を、大動脈のイメージングを最適にする意図を持って個々の患者に誂えられた２フェーズ注入にすることを試みる枠組みを提案した。ＣＴ造影剤の提供を制御することの基本的な難しさは、中央の血管コンパートメントから高浸透圧薬剤が素早く拡散することである。更に、造影剤は、造影剤を含まない血液と混合して希釈される。

Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｎｎは、造影剤の短いボーラス注入、テスト注入（４ｍｌ／ｓで１６ｍｌの造影剤）が、診断の走査に先立って注入されることを定めた。動的な増強走査は対象である血管を横切ってなされた。生じた処理済みの走査データ（テスト走査）は、患者／造影剤システムのインパルス応答として解釈された。Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｎｎは、テスト注入のフーリエ変換でテスト走査のフーリエ変換を除することにより、患者伝達関数のフーリエ変換を引き出した。システムが線形の時間不変式（ＬＴＩ）システムであり、所望の出力時間領域信号が既知であると仮定して（所定の増強レベルの水平な診断走査）、Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｎｎは、患者伝達関数の周波数領域表現で所望の出力の周波数領域表現を割ることにより、入力時間信号を引き出した。Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｎｎ他の方法は、注入システム制限（例えば、流量制限）の結果、実際には実現可能でない入力信号を計算するので、計算された連続時間信号を切り捨てて（truncate）近似しなければならない。

電動インジェクタを制御して、所望の時間増強曲線を提供するのに加えて、電動インジェクタの動作は、患者への安全を確実にすべく注意深く制御されるべきである。例えば、注入処置中に、一定の液圧を超過しないことが好ましい。患者への潜在的な危険性（例えば血管損傷）、及び注入流体の診断及び／又は治療の有用性が悪化する可能性に加えて、過度の圧力は設備故障に結びつく場合がある。例えば、患者間の交差汚染の可能性があるために、患者に流体を送達するのに用いられるシリンジ及びチューブは、一般には患者毎に変更される。そのような使い捨てのシリンジ及び他の流路要素（時々総称して“使い捨てのセット”と呼ばれる）は一般に、様々なバースト強度のプラスチックから作られる。インジェクタが使い捨ての流路要素のバースト強度を超える圧力を流路内に生じさせたならば、流路要素は壊れるだろう。

システム又は注入圧を制御する場合に於いて、多くの現在入手可能なインジェクタがシステム圧力の間接的な表示としてモータ電流を使用する。この技術には測定されるパラメータ（モータ電流）と対象となるパラメータ（流体圧）間に多くの変数があるように、正確さについて固有の問題がある。これらは例えば、測定不正確、モータトルクの一定のバラつき、温度によるモータのバラつき、駆動列の摩擦の影響及びシリンジ内の摩擦の影響を含む。一般に、どんな制御アルゴリズムもそのようなエラーを考慮に入れなければならず、実際の流体圧が危険値に達するのを防ぐために、流体圧の慎重な評価を作らなければならない。

現行の多くのシステムは一般に、控えめな圧力制御値を予め定めている。予め設定された圧力制御レベルに達すると（例えば、モータ電流を監視することによって決定されるように）、そのようなインジェクタは注入の流量を遅くし始め、圧力の上昇を止める。その時点で、注入流体の体積及び流量をサーボ制御するように元々は意図されたインジェクタシステムは、圧力をサーボ制御し始める。モータ電流を使用することによって圧力を引き出すことの固有の不正確さは、システムに反映されて、この状態に於けるサーボの動作は、安定しない（oscillatory）。望ましい限界を超える圧力が生じて、インジェクタの危険な動作に帰結する可能性がある。

現行のインジェクタシステムを制御する問題に加え、そのような多くのシステムは、インジェクタシステムが動作すべき方法に於いて、利便さと柔軟性に欠けている。この点に於いて、医学的な注入処置の複雑さ、及び医療産業のあらゆる局面に於ける速いペースにより、操作者の時間及び技術が重要となる。

注入システムに於ける圧力測定及び圧力制御及び／又は制限は、例えば本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，８０８，２０３号、第６，５２０，９３０号及び第６，６７３，０３３号に記載されており、その開示内容は引用することをもって本願への記載加入とする。米国特許第６，５２０，９３０号は、圧力を制御され得る変数ではなく、むしろ危険物として扱うインジェクタ制御方法論を示す。例えば、圧力危険限界は、トリップ点（trip point）として設定される。システム内の圧力が（直接又は間接に測定されるとして）、圧力危険レベルに達すると、注入は終了する。インジェクタの性能は、さらにユーザが通常動作の間に連続的なシャットダウンによって使用者が不便でないことを確実にする方法で制限される。例えば、駆動機構に配達された動力は、圧力危険限界、即ち上部危険レベルに達しないような方法で制限されている。この点に於いて、圧力危険限界よりも低く圧力限界が設定され、低い圧力限界に達したときは、駆動機構に送達される動力が制限されるように設定される。

流体送達システムの制御は進化して、例えば所望の時間増強曲線を提供し、患者の安全を提供するが、患者に流体を送達することを改善した装置、システム及び方法を開発することが尚、所望されている。

＜発明の要旨＞
１つの態様では、本発明は、少なくとも１つの加圧機構、及び該少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がる少なくとも１つの第１の流体コンテナ（例えば、シリンジ又はバルクコンテナ）を含む流体注入器具を提供する。第１の流体コンテナは、注入されるべき第１の流体を含むのに適している。流体注入器具はまた、少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がるコントローラを含む。コントローラは、例えば、複数のフェーズを有する注入プロトコルのプログラミングができるプログラミングシステムを含む。少なくとも１台のパラメータ生成器が配備されて、注入処置のタイプに少なくとも部分的に基づいて、プロトコルの複数のフェーズの中の少なくとも１つのフェーズのパラメータを決定する。

注入処置に関してここで用いられる“プロトコル”の語は、注入処置中に患者に送達される流体量を定義する、流量、注入体積、期間のような一群のパラメータを指す。そのようなパラメータは注入処置中に変わる場合がある。ここで用いられるように、“フェーズ”の語は一般に、期間中（即ち、フェーズ持続時間）に送達されるべき流体の量を定義する一群のパラメータを指し、該期間は注入処置の総持続時間よりも短い。このように、フェーズのパラメータは、フェーズの持続時間に応じた時刻に亘って注入を記述する。特定の注入処置についての注入プロトコルは、例えば単フェーズ（単一のフェーズ）、２フェーズ（２つのフェーズ）、又は多フェーズ（２又は３つ以上のフェーズ、しかし、一般に２つ以上のフェーズ）と記載される。多フェーズ注入はまた、パラメータが注入処置の少なくとも一部に亘って連続的に変化する注入を含む。

幾つかの実施例に於いて、流体注入器具は更に少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がる少なくとも１つの第２の流体コンテナ（例えば、シリンジ又はバルクコンテナ）を含む。第２の流体コンテナは、第２の流体を含むのに適している。注入プロトコルの複数のフェーズは、例えば、第１の流体が注入される少なくとも１つのフェーズ、及び第２の流体が注入される少なくとも１つのフェーズを含み得る。第１の流体は例えば、医用イメージングシステムでのコントラストを増強するのに適した造影剤であり、第２の流体は例えば非コントラスト増強流体である。本発明の幾つかの実施例に於いて、コントラスト増強流体のコントラスト増強剤又は種は、ヨウ素又はガドリニウムである。非コントラスト増強流体は例えば、生理食塩水のようなフラッシング用又は希釈用流体である。

パラメータ生成器は、例えば、少なくとも１つの追加の変数に基づいたパラメータを生成するのに適している。少なくとも１つの追加の変数は、例えば、造影剤内の増強種の濃度、或いは患者の特定の生理学的変数である。

各第１の流体及び第２の流体の各フェーズのパラメータは例えば、注入される体積、及び該体積を注入する流量プロフィールを含む。コントロールシステムは、例えば、パラメータを手動でプログラムするか、パラメータ生成器によってパラメータをプログラムするかを操作者に選択させることができる。更に、操作者は、パラメータ生成器によってプログラムされたパラメータは、例えば操作者によって変更することができる。

操作者は例えば、多くの所定のタイプの注入処置から、１つの注入処置を選ぶことができる。一実施例では、患者の局所の図的表示は、イメージされるべき領域を選択すべく、操作者に提供される。イメージされるべき選択された領域は、注入処置のタイプを定義する。他の実施例に於いて、患者の領域のリストは、イメージすべき領域を選択すべく、操作者に提供される。操作者はまた、パラメータを生成するのにパラメータ生成器によって使用されるのに適した複数のアルゴリズムから１つのアルゴリズムを選択することができる。

本発明の幾つかの実施例では、複数のフェーズ中の少なくとも１つのフェーズは、コントラスト増強流体と非コントラスト増強流体との混合物の注入を含む。

パラメータ生成器は、例えば、少なくとも部分的にテスト注入に基づいて、少なくとも１つのフェーズについてパラメータを決定する。一実施例に於いて、パラメータ生成器は、少なくとも１つのフェーズ（例えば、混合フェーズ）について、テスト注入の際に決定された増強ピークまでの時間に少なくとも部分的に基づいてパラメータを決定する。例えば、混合フェーズに於いて非コントラスト増強流体に対するコントラスト増強流体の比は、増強をピークにする時間に基づいて、パラメータ生成器によって決定される。一実施例に於いて、増強をピークにする時間が長いと、非コントラスト増強流体に対するコントラスト増強流体の比が大きくなる結果となる。

流体注入器具はまた、入力機構を有するユーザインターフェースを含み、該入力機構を介して、操作者は入力プロトコル又は出力増強曲線の少なくとも１つを入力することができる。ユーザインターフェースシステムは、更にディスプレイを含む。流体注入器具はまた、ユーザが入力プロトコルを入力すれば、少なくとも１つの計算された出力増強曲線（例えば、ディスプレイに表示されるべき）を提供し、ユーザが出力増強曲線を入力すれば、少なくとも１つの計算された入力プロトコル（例えば、ディスプレイに表示されるべき）を提供するのに適した少なくとも１つのモデルを含み得る。操作者は、例えばユーザインターフェースシステム上の要素に入力プロトコル又は出力増強曲線を描くことができる。一実施例に於いて、操作者はユーザインターフェースシステムのディスプレイの要素上に、入力プロトコル又は出力増強曲線を描くことができる。

一実施例に於いて、患者に注入されるコントラスト増強流体中にある活性剤の濃度は、少なくとも１つのフェーズでは減少し、一方、患者に注入される流体の流量は略一定に維持される（他のフェーズと比較して）。患者に注入されるコントラスト増強流体中にある活性剤の濃度は、例えば時間に亘って連続的に減少し、一方、流量は略一定に維持される。

本発明の幾つかの実施例に於いて、パラメータはイメージング処置中に亘って、１以上の対象領域の増強を達成すべく変更される。例えば、コントラスト増強流体及び非コントラスト増強流体の混合物の注入を含む複数のフェーズの少なくとも１つのパラメータは、イメージング処置中に亘って、１以上の対象領域の増強を達成すべく選択される。一実施例に於いて、１の対象領域は、心臓の左コンパートメントであり、他の対象領域は心臓の右コンパートメントである。他の実施例に於いて、１の対象領域は、肝臓の第１部分であり、第２の対象領域は、肝臓の他の部分である。

流体注入器具はまた、注入手続きを始めるのに必要な工程を図的に示すディスプレイを含むワークフローシステムを有する。操作者は例えば、工程表現を選択して、選択された工程に要求される補助的動作を完成する。ディスプレイは例えば、提案された一続きの順で、工程を図的に示すことができる。

流体注入器具はまた、フェーズのパラメータの少なくとも１つに基づいて少なくとも１つのフェーズ中に生成される圧力を決定するシステムを含む。少なくとも１つのフェーズ中に生成されるべき圧力が圧力しきい値を超えていることを示す機構が配備される。

幾つかの実施例に於いて、流体注入器具のプログラミングシステムはコンピュータを含み、パラメータ生成器は、コンピュータメモリに格納されたソフトウェアを含む（コンピュータによって実行される）。

別の態様では、本発明は、上記のようなイメージング装置及び流体注入器具を含むイメージングシステムを提供する。流体注入器具は、少なくとも１つの加圧機構、及び該少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がる少なくとも１つの第１流体コンテナを含む。第１の流体コンテナは、注入されるべき第１の流体を含むのに適している。流体注入器具はまた、少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がるコントローラを含む。コントローラは、例えば、複数のフェーズを有する注入プロトコルのプログラミングができるプログラミングシステムを含む。少なくとも１台のパラメータ生成器が配備されて、注入処置のタイプに基づいたプロトコルの複数のフェーズの少なくとも１つのパラメータを決定する。

別の態様では、本発明は患者に流体を送達する方法を提供し、少なくとも１つの加圧機構を配備する工程と、該少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がる少なくとも１つの第１の流体コンテナを配備する工程であって、第１の流体コンテナは注入されるべき第１の流体を含むのに適している工程と、少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がるコントローラを配備する工程であって、コントローラは、複数のフェーズを有する注入プロトコルのプログラミングができるプログラミングシステムを含む工程と、少なくとも部分的には注入処置のタイプに基づいて、複数フェーズの中の少なくとも１つのフェーズについて、少なくとも１つのパラメータをパラメータ生成器によって決定する工程を有する。

更なる態様に於いて、本発明は、少なくとも１つの加圧機構、及び該少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がる少なくとも１つの第１流体コンテナを含む流体注入器具を提供する。第１の流体コンテナは、注入されるべき第１の流体を含むのに適している。流体注入器具はまた、少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がるコントローラを含み、コントローラは、少なくとも１つのフェーズを有する注入プロトコルのプログラミングができるプログラミングシステムを含む。器具はまた、少なくとも１つのフェーズ中に生成されるべき圧力が、フェーズの少なくとも１つのパラメータに基づく圧力しきい値を超えるかを決定するのに適したシステムを含む。器具は少なくとも１つのフェーズ中に生成されるべき圧力が、圧力しきい値を超えていることを表示する機構を含む。圧力システムは、流路の１点以上の圧力を決定するのに適している。

他の態様に於いて、本発明は少なくとも１つの加圧機構、及び該少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がる少なくとも１つの第１の流体コンテナを含む流体注入器具を提供する。第１の流体コンテナは、注入流路を介して注入されるべき第１の流体を含むのに適している。器具は更に、注入プロトコルに関連する変数に基づく計画された注入処置中に、注入流路内の少なくとも１点で生成されるべき圧力を予測するのに適した圧力モデリングシステムを含む。圧力モデリングシステムは更に、予測される圧力が圧力しきい値を超えているかを決定するのに適した機構を含む。器具はまた、生成されるべき圧力が圧力しきい値を超えていることを表示する機構を含む。一実施例に於いて、圧力モデリングシステムは、注入流路内の複数の点で生成されるべき圧力を予測するのに適している。

更なる態様に於いて、本発明は少なくとも１つの加圧機構、及び該少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がる少なくとも１つの第１の流体コンテナであって、注入されるべき第１の流体を含むのに適した第１の流体コンテナと、注入処置を開始するのに要求される工程を図的に示すディスプレイを具えるワークフローシステムを含む流体注入器具を提供する。操作者は例えば、工程表現を選択して、選択された工程に要求される補助的動作を完成する。一実施例に於いて、ディスプレイは提案された一続きの順で、工程を図的に示す。

尚、更なる態様に於いて、本発明は少なくとも１つの加圧機構と、該少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がり、注入される第１の流体を含む少なくとも１つの第１の流体コンテナと、該少なくとも１つの加圧機構に作動的に繋がるコントローラを含む流体注入器具を提供する。コントローラは、少なくとも１つのフェーズを有する注入プロトコルのプログラミングができるプログラミングシステムを含む。流体注入器具は更に、入力機構を有するユーザインターフェースを含み、該入力機構を介して、操作者は入力プロトコル又は出力増強曲線の少なくとも１つを入力することができる。
ユーザインターフェースシステムは、更にディスプレイを含む。流体注入器具はまた、ユーザが入力プロトコルを入力すれば、少なくとも１つの計算された出力増強曲線（例えば、ディスプレイに表示されるべき）を提供し、ユーザが出力増強曲線を入力すれば、計算された入力プロトコル（例えば、ディスプレイに表示されるべき）を提供するのに適した少なくとも１つのモデルを含み得る。

本発明に用いられる多フェーズグラフィカルインターフェース（ＧＵＩ）の一実施例を示し、また２つのシリンジを具えたインジェクタの複数フェーズのパラメータを示す。

グラフィカルインターフェースの一実施例を示し、該インターフェースから操作者はイメージングの対象となる血管領域を選択することができる。

本発明に用いられる提案された流れ作業環境のグラフィカルインターフェースの実施例を示す。

本発明に用いられるヨウ素溶剤アルゴリズムの実施例を示す。

本発明に用いられる体重に基づくアルゴリズムの実施例を示す。

本発明に用いられる呼吸停止中の実施例を示す。

オーダーを減じたコンパートメントモデル及び該モデルを記載する１次連立微分方程式システムの実施例を示す。

６５ｃｍ、１２０ｋｇの男性の心臓／大動脈コンパートメント内のシミュレートされた増強曲線を示す。

図８Ａのシミュレートされた患者からのテスト／タイミング注入への増強曲線を示す。

記載された提案方法論を用いて、図８Ａのシミュレートされた患者のシミュレートされた増強曲線を示す。

１２０ｍｌの単フェーズ注入から生じる時間増強曲線を示す。

７５ｍｌの造影剤のボーラスに続く５０ｍｌの生理食塩水のプッシュ、即ちフラッシュから生じる時間増強曲線を示す。

７５ｍｌのメインボーラスに続き、造影剤／生理食塩水の比が５０／５０である同じ流量の希釈された造影剤のフェーズを実行したことから生じるシミュレートされた時間増強曲線を示す。

７５ｍｌのメインボーラスに続き、造影剤／生理食塩水の比が３０／７０である同じ流量の希釈された造影剤のフェーズを実行したことから生じるシミュレートされた時間増強曲線を示す。

７５ｍｌのメインボーラスに続き、造影剤／生理食塩水の比が７０／３０である同じ流量の希釈された造影剤のフェーズを実行したことから生じるシミュレートされた時間増強曲線を示す。

時間軸が一定の造影剤の注入工程を示し、底軸は造影剤注入のプロフィールを表し、中間の軸は左心及び右心コンパートメントの増強プロフィールを示し、頂部の軸は走査中を示す。

テストボーラスのピーク増強に基づく混合物、即ち２フェーズ流の造影剤／生理食塩水の比を決定する発見を示す。

本発明の単フェーズ注入、２フェーズ注入、及び多フェーズ注入、混合物注入についての予備データを示す。

単フェーズ注入、２フェーズ注入、及び造影剤／生理食塩水の混合物が注入されるフェーズを含む多フェーズ注入についての左心房及び右心房の幾つかの走査画像を示す。

本発明のパラメータ生成器の実施例について用いるグラフィカルユーザインターフェースの実施例を示す。

本発明のパラメータ生成器の実施例について用いるグラフィカルユーザインターフェースの他の部分を示す。

本発明のパラメータ生成器の実施例について用いるグラフィカルユーザインターフェースの他の部分を示す。

本発明のパラメータ生成器の実施例について用いるグラフィカルユーザインターフェースの他の部分を示す。

本発明のパラメータ生成器の実施例について用いるグラフィカルユーザインターフェースの他の部分を示す。

造影剤注入システムと相互作用するユーザインターフェースの実施例を図的に示す。

ＭＲＩに用いる本発明のパラメータ生成器の実施例について用いるグラフィカルユーザインターフェースを示す。

図２５Ａのグラフィカルユーザインターフェースのウィンドウの他の部分を示す。

本発明の圧力モデリング、即ち圧力予測システムの実施例を示す。

流路中の数カ所における圧力モデリングを示す。

システムを通るＭＡＧＮＥＶＩＳＴ造影剤の流れから本発明の圧力モデルの実施例によって決定される圧力予測曲線を図的に示す。

システムを通る生理食塩水の流れについて、本発明の圧力モデルの実施例によって決定される圧力予測曲線を図的に示す。

システムを通るＭＡＧＮＥＶＩＳＴ造影剤の流れについて、本発明の圧力モデルの実施例によって決定される圧力予測曲線を図的に示す。

本発明の種々の実施例において、インジェクションシステム（図１に示すようなデュアルシリンジインジェクタシステム（１００）、例えば、米国特許第６，６４３，５３７号や米国特許出願公開公報第２００４−００６４０４１号に開示されている）を本発明に用いることができ、２つの流体送出ソース（ここでは、そのようなシリンジについて、ソース”Ａ”及びソース”Ｂ”と適宜称する）を含んでおり、第１の流体及び／又は第２の流体（例えば、造影剤、生理食塩水など）を患者に独立して導入（例えば、同時に、互いに異なる流量割合で同時に、又は、互いに順に若しくは交互に（即ちＡの次にＢ、又は、Ｂの次にＡ））するように操作することができる。図１の実施例では、ソースＡは、駆動装置（１１０Ａ）のような加圧機構に動作可能に接続されており、ソースＢは、駆動装置（１１０Ｂ）のような加圧機構に動作可能に接続されている。インジェクションシステムは、コントローラ（２００）を含み、該コントローラ（２００）は、インジェクションシステム（１００）に動作可能に接続され、駆動装置（１００Ａ）（１００Ｂ）の動作を制御することができ、ソースＡから流体Ａ（例えば、造影剤）の注入、ソースＢから流体Ｂ（例えば、生理食塩水）の注入を夫々制御する。コントローラ（２００）は、例えば、ディスプレイ（２１０）を含むユーザインターフェースを含むことができる。コントローラ（２００）は、メモリ（２３０）に動作可能に接続されたプロセッサ（２２０）（例えば、当該分野で知られているデジタルマイクロプロセッサ）を含むこともできる。イメージングシステム（３００）（例えば、ＣＴシステム、磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）システム、超音波画像診断システム、又は、ポジトロン放出型断層撮影（ＰＥＴ）システム）である。インジェクションシステムは、イメージングシステム（３００）に通信可能に接続されており、１つ、複数又は全てのインジェクションシステムの構成要素及びイメージングシステム（３００）は統合されている。

本発明の１実施例では、上述した位相変数又はパラメータは、対象とする１以上のパラメータに基づく位相プログラム機構（図１に示すように、ユーザインターフェースの実施例には、インジェクタシステム（１００）を用いることができる）内に存在する。影響のあるパラメータとして、例えば、造影剤濃度（例えば、ＣＴ処置の場合のヨウ素濃度）、体重、身長、性別、年齢、実施されるスキャンのタイプ、血管内にアクセスするために患者に挿入されるカテーテルのタイプなどが含まれるが、これらに限定されるものではない。上述したとおり、イメージング又は他の処置において、患者が異なれば、投薬要件も異なることは、認識されるべきである。例えば、米国特許第５，８４０，２５６号及び第６，３８５，４８３号は、本発明の譲受人が譲り受けたものであり、開示内容は、引用をもって記載加入とするが、これらには、注入の前又は間に生じる患者の特定のデータを用いて、患者に応じて注入をカスタマイズした装置及び方法が開示されている。同様に、ＰＣＴ国際特許出願の名称「ＭＯＤＥＬＩＮＧ ＯＦ ＰＨＡＲＭＡＣＥＵＴＩＣＡＬ ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ」（米国速達郵便レーベルＮｏ．ＥＶ７２４４２５３６６ＵＳ、代理人書類Ｎｏ．ＩＮ／０４−００５．ＰＣＴの下で、２００５年１１月１６日に出願された：ＰＣＴ国際特許出願番号は未だ与えられていない）は、米国仮特許出願番号第６０／６２８，２０１号の利益を主張し、本発明の譲受人が譲り受けたものであり、開示内容は、引用をもって記載加入とするが、これにはまた、患者の特定のデータを用いて、患者に応じて注入をカスタマイズすることを開示しており、また、所定の入力又はプロトコルに対する時間増強出力（time enhancement output）を開示した多くのモデルを明らかにしている。

流量及び体積の最適な組合せは、インジェクタの操作者には、直ちに判らないため、本発明では、例えば、イメージング処置において、実施される処置のタイプに効果的であると予め決められている一組のインジェクションプロトコルを与えて、患者をスキャニングすることにより、操作者の仕事を楽にしている。例えば、そのようなプロトコルは、臨床文献や、経時的な患者のデータの採取（例えば、人工知能技術、統計手法、適応学習方法論など）、又は、数学モデリングを通じて確立することができ、そうでなければ、実施される処置のタイプで確立することができる。

本発明の一実施例では、操作者は、最初に、患者に送達する造影剤の濃度（例えば、ＣＴ処置に用いられるヨウ素の濃度）を選択する。この選択は、例えば、選択機構により、又は、図形のユーザインターフェースの数値を直接入力することにより行なうことができる。臨床操作者は、特定の患者に挿入されたカテーテルの規格を選択することができる。次のステップにおいて、カテーテルサイズを入力すると、体積流量が決定され、使い捨て流体通路セットに生じる圧力ヘッドが下記に示すように（例えば、コンピュータプログラムを介して）計算される。また、１又は複数のセンサを用いて、カテーテルサイズを検出し、この情報をインジェクタに提供することもできる。

臨床操作者は、例えば、ユーザインターフェース（図１参照）に用意されたフィールドに手入力で体積と流量を入力したり、ここに記載したように、これらの欄が自動的に設定される「プロトコルウィザードモード」、「ヘルプモード」又は「オペレータアシストモード」に入力することで、注入システムを制御することができる。操作者が、オペレータアシストモードを入力するよう選択した場合には、操作者には、スキャンされる臓器又は脈管系を選択する機構又はモード（例えば、図２参照）が提示される。

本発明は、流量プロフィール（フェーズ中は一定又は変化させることができる）と造影剤の量を予測し、選択された処置及び対象領域に応じて送達するシステム、装置及び方法又はアルゴリズムを提供するものである。例えば、操作者は、心臓、下行大動脈又は上行大動脈（心臓の像、コンピュータ断層撮影血管コントラスト法（ＣＴＡ）を参照）を選択することができる。操作者が対象となる血管の領域を選択し、ここに記載したワークフローに従って、図形インターフェースの一実施例は、図２のように表わされる。操作者は、例えば、ユーザインターフェースに示された身体の図に対象領域を強調表示する（例えば、タッチスクリーンやマウスにより制御されたカーソルを用いる）ことにより、対象領域を選択することができ、また、プルダウンメニューのようなメニューから対象領域を選択することができる。対象領域の階層グルーピングを用いることもできる。

イメージされた領域が選択されると、操作者は、例えば、他の変数（例えば、患者の体重、身長、性別のような患者の生理学的変数を）の値を入力するよう促される。これは、例えば、操作者が患者の体重をポンド又はキログラムで入力するユーザインターフェースのキーパッドを用いて実施又は実行することができる。他の実施例として、操作者は、体重の範囲を、低、中又は高の範囲から選択する。そのような変数は、システムと関連する１又は複数の検出装置によって測定したり、病院のデータベースが保持している患者の記録から電気的又はデジタル的に読み出すこともできる。このステップは、造影剤注入を実施するために必要であって、図３に示されるように、操作者に提示される。図３の実施例では、操作者は、例えば、実施されるイメージング処置のタイプに応じた自然な順序（例えば、提案される又は必要とされる連番）で促される。操作者は、例えば、イメージングする身体の血管領域又は臓器を選択することができ、注入を行なうアルゴリズムのタイプ、造影剤、カテーテルの規格、患者の身体的特性の変更することができるようになっている。

上述したように、操作者は、操作者がシステムに用いることを好むであろうアルゴリズムのタイプの選択を提示され、システムに患者に対する流量と量の組合せ（即ちフェーズパラメータ）を作成する。心臓イメージングの場合、アルゴリズム選択は、例えば、（ｉ）ヨウ素フラックスアルゴリズム（図４参照）、（ｉｉ）体重に基づくアルゴリズム（図５参照）、又は、（ｉｉｉ）呼吸停止時間アルゴリズム（図６参照）を含むことができる。これらのアルゴリズムは夫々、例えば、実験によって得られるデータ（例えば、放射線医学文献として発行されている）に基づくことができる。追加のアルゴリズムは、他のイメージング処理のタイプ又はクラスを含むことができる。上述した３つのアルゴリズムの実施例に対する方法論及び／又は論理を、図４乃至図６に夫々記載している。特定のアルゴリズムに必要なデータを入力すると、操作者は、テスト注入（又はタイミング注入）を行なうかどうか質問される。操作者がイエスを選択すると、ソフトウェアは、例えば、２つの追加のフェーズ（テスト注入に対応）が、注入プロトコルの開始に挿入されなければならない（例えば、１つのフェーズは、コントラスト送達、次のフェーズは、生理的食塩水による洗浄注入）ことを提示することができる。

行なわれた選択に基づいて、本発明を実行するソフトウェアは、ユーザのレビュー用の注入プロトコルを算出する。操作者が、テスト注入を行なうことを選択すると、例えば、プロトコルの最初の２つのフェーズには、４ｍｌ／ｓで送達される造影剤の１５ｍｌ又は２０ｍｌ（例えば、患者の体重が９０ｋｇ未満であれば１５ｍｌ、９０ｋｇを越えると２０ｍｌ）の注入が含められる。プロトコルの第２のフェーズでは、４ｍｌ／ｓで注入される生理的食塩水の２０ｍｌの注入が含まれる。次のフェーズには、例えば、図４乃至図６に関連して上述した３つのアルゴリズムの１つにより算出された体積又は流量が含まれる。

本発明の一実施例として、注入処置における注入パラメータには、造影剤と希釈／フラッシュ用流体（例えば、生理的食塩水）の混合物を算出するフェーズが含まれる。これについて、例えば、心臓イメージング処置に関連する多くの問題を解決することが行なわれており、それには、造影剤ボーラスの後に、生理的食塩水を注入したり、より最近には、造影剤と生理的食塩水を混合し、造影剤と生理的食塩水を同時に注入すること（ここでは適宜「デュアルフロー」という）も行なわれている。

上述したとおり、Ｂａｅらは、非均一な増強の問題の解決法を提案しており、経時的に指数関数的に減少する流量で造影剤を人に注入することを示唆している。この技術は、実際に、大血管中に均一的なコントラスト増強を生み出し、最大増強を減じるものであるが、必ずしも所望されるものではない。例えば、Ｂａｅ，Ｋ．Ｔ．，Ｈ．Ｑ．Ｔｒａｎ，．ｅｔ ａｌ．（２００４）”Ｕｎｉｆｏｒｍ ｖａｓｃｕｌａｒ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｕｍｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｌｙ ｄｅｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ” Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ ２３１（３）：７３２−６参照。理論上は、指数関数的に減少する流量が、右心へのアーティファクト（例えば、注入時に少しの造影剤を遅れて導入し、先に注入された造影剤とは殆んど混合しないこと）を手助けすると論理的に信じられているように思われるが、証明又は検証されてはいない。指数関数的に減少する注入を行なった後の生理的食塩水のプッシュは、造影剤が右心に全てプッシュされることになり、異なる流量の造影剤と血液が混合したことによる乱流が右心内で流れのアーティファクトを引き起こす。

右心への影響を減少させる代替的な方法として、造影剤と生理的食塩水の混合物（生理的食塩水の最後のプッシュ）によって、不連続な流量で多量の造影剤量を注入することが挙げられる。混合物は、コントラストの初期のボーラスと同じ流量で注入することができる。混合物は、例えば、デュアルシリンジ電動インジェクタを用いて造影剤と生理的食塩水を同時に注入することで作成することができ、造影剤と生理的食塩水の流量は、互いに比例するようにする。この技術は、近年、薬が試用される状況で導入されており、初期の成果は、右心へのアーティファクト（artifact）を減少していると提言されている。Ｓａｂｌａｙｒｏｌｌｅｓ，Ｊ．（２００４）”Ｃａｒｄｉａｃ ＣＴ：Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｆｒｏｍ Ｄａｉｌｙ Ｐｒａｃｔｉｃｅ．”Ａｄｖａｎｃｅｄ ＣＴ Ａｕｇ：４−１０参照。しかしながら、そのような混合プロトコルの実施において、現在、一定の患者に対して、適切な又は理想の注入パラメータ（例えば、初期の流量、量、混合率、フェーズの時間、スキャン遅延）を決定する確立されたシステム又は方法はない。

一実施例として、本発明は、注入システムとインターフェースするシステム及び方法を提供するものであり、操作者が、所定の患者に対して適切又は最適な流量と体積のパラメータを「推測」する作業を軽減するものである。本発明のシステム及び方法は、患者に特有のパラメータを含む多くの変数（これに限定されない）を考慮することを提供するものである。患者に特有のパラメータとして、患者の体重（他の体質的な指標）、タイミング注入からの造影剤の到着時間、造影剤の濃度、及び、全体として所望される造影剤（例えば、ヨウ素）負荷を例示できる。本発明のシステム及び方法は、例えば、患者毎の生理食塩水の混合プロトコル生成器を含んでいる。

ヒトの男性の大動脈／心臓のコンパートメントに予測されるコントラスト増強は、提案されたアルゴリズムの原則を詳細に説明するために、この章で用いることができる。シミュレーションは、ＳＩＭＵＬＩＮＫ（登録商標；ＭａｔｈＷｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｎａｔｉｃｋ Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓにより入手可能）により行なうことができ、Ｂａｅ ｅｔ ａｌ．が記述している低次元（reduced-order）ＰＫモデルが実行される。Ｂａｅ，Ｋ．Ｔ．，Ｊ．Ｐ．Ｈｅｉｋｅｎ，ｅｔ ａｌ．（１９９８）”Ａｏｒｔｉｃ ａｎｄ ｈｅｐａｔｉｃ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｅｄｉｕｍ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ａｔ ＣＴ．Ｐａｒｔ Ｉ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｍｏｄｅｌ”Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ ２０７（３）：６４７−５５及びＢａｅ，Ｋ．Ｔ．，Ｈ．Ｑ．Ｔｒａｎ，ｅｔ ａｌ．（２０００）”Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｉｃ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｕｎｉｆｏｒｍ ｐｒｏｌｏｎｇｅｄ ｖａｓｃｕｌａｒ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ａｔ ＣＴ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ： ｐｈａｒｍａｃｏｋｉｎｅｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｏｒｃｉｎｅ ｍｏｄｅｌ”Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ ２１６（３）：８７２−８０、米国特許第５，５８３，９０２号、第５，６８７，２０８号、第６，０５５，９８５号、第６，４７０，８８９号及び第６，６３５，０３０号参照。その研究のモデリングアプローチは、Ｂａｅ， Ｈｅｉｋｅｎ ｅｔ ａｌ，１９９８ ｓｕｐｒａに開示されている全身生理学的薬物動態モデル（full body physiologic pharmacokinetic model）として認識されているが、非常に大きいものであり、また、未知である多くのことを含むため、患者毎の基準に基づいて実行できるように演算することはできない。従って、Ｂａｅらは、大部分を単一のコンパートメントを有する組織に近似させて、第１パスの増強ダイナミックスが重要であることから、毛細血管転移コンパートメントを除いている。結果の低次元モデルを図７に示している。図７では、Ｖは夫々の「コンパートメント」の流体体積であり、Ｃは、各「コンパートメント」で予測される濃度、及び、Ｑは、身体中の血液の体積流量である。ＱとＶは、解剖学データから推定される。一次の結合された微分方程式システムは、このモデルを表しており、連続した時間プロセスを仮定して定式化され、図７に示されている。

本発明の研究の中には、大動脈／心臓のコンパートメントでは十分な混合がなされていたと仮定されていた。図８Ａ乃至図９中のＸ軸は時間単位が付けられているが、他の仮定では、時間軸は、対象となるコンパートメント中で空間次元にマップするとされた。図８Ａは、（コンパートメント中へ造影剤が再循環することによって生ずる）非均一造影剤増強の現象を示すものである。図８Ｂは、図８Ａに関連してスキャンされた患者と同じ患者に少量の「テスト」又は「タイミング」注入を行なった結果を示している（モデルの心拍出量及び中央血液容量は身体測定データテーブルに基づく）。コントラスト増強のピークの時間は、図８Ｂでは１２秒と測定された。ピークの時間は、コントラストの少量のボーラスが、注入位置から、右心、肺循環を通って左心コンパートメントへ移動する通過時間を表している。増強のピークまでのシミュレート時間は、「実際の」患者のものよりも短いだろう。その点について、図７に示したＢａｅのモデルは、ヒトデータに直接有効なものではなく、ブタのデータから相対的に見積もられたものである。いずれにしても、これらのシミュレーションにおける絶対的な値は重大なものではない。むしろ、我々は、系のダイナミックス（dynamics）を対象としている。ボーラスのピーク（又は最初の瞬間）がコンパートメントに到達した後（＞１５秒）のコントラストの再循環を示している図８Ｂは注目すべきものである。図７に示した低次元モデルでは、再循環の動態（例えば２番目のピーク）を高い忠実度では再生していない。

Ｂａｅらは、注入時間が、タイミング注入から算出された造影剤の到達時間よりも長ければ、コントラスト増強のピークまでの時間は、注入時間が増大するほど、直線的に増大すると結論した。注入の時間が、テスト注入のピークまでの時間長を越えると、新たな造影剤が、コンパートメントに既に存在する造影剤と混合するために、増強曲線の非対称性は顕著なものとなる。この現象は、混合物プロトコル（例えば、生理的食塩水に造影剤を加えた媒体）に対する本発明の１つのアルゴリズムの１実施例の基礎として役立つ。

図９は、２フェーズプロトコルでシミュレートした時間増強曲線を示している。第１フェーズの時間は、タイミングボーラスの増強のピークまでの時間に３秒（任意のオフセット時間）を加えた時間に等しくなるように算出される。第２フェーズは、希釈フェーズ（９０％造影剤、１０％生理的食塩水）であり、効果的な造影剤の濃度が２８８ｍｇＩ／ｍｌ（希釈フェーズの濃度＝所望又はプログラムされた比率（この場合は９０／１００）×薬剤の濃度（３２０ｍｇＩ／ｍｌ））となる。体積を設定し、総量１２０ｍｌが患者に注入される。流量は、両フェーズで同じであり、右心に入る造影剤の勢いが維持される。図９は、注入の後半にある非対称の「ピーク」の低減を示すものであり、コントラスト増強を約３５０ＨＵに維持している。相対的に、Ｂａｅらにより提言されている指数関数的に流量を減少させる技術は、より低いピーク増強をもたらす。本発明の注入プロトコルの利点は（減速する注入流量プロトコルに比べて）、注入される流体の体積流量が減少しないので、心臓の前の末梢静脈系内でのフローアーティファクト（flow artifacts）が殆んど生じなくなる。その点について、ボーラスのある部分では、異なる速さで右心に到達するため、注入液（injectate）は、静脈系の内発的流量よりも低い流量で移動し、造影剤媒体の分散をもたらす。本発明では、多面的な注入プロトコルを用いることで、１又は複数のパラメータが、注入時間の少なくとも１ピリオドに亘って定期的に又は連続して変化し、総流量は、一定に維持される。このように、例えば、患者に送達される造影剤活性剤（例えば、ヨウ素、ガドリニウムなど）の濃度は、流量が一定に維持（例えば、その間に注入される生理的食塩水の一部の増加によって）されている間に亘って減少させることができる。増強の広範でより均一的なピークは維持される（例えば図９参照）。さらに、その均一性は、注入処置の異なるフェーズ間で変化させることができる。例として、肝臓の増強は、例えば肝臓の異なる部分に対応するイメージング処置の異なるフェーズ中で変化させることができ、ピーク増強時間は、血液供給の変化によって変わることがある。

プロトコル決定に関する本発明の他の実施例として、希釈／フラッシング流体と造影剤の混合物をデュアルフロー注入又は同時注入する場合について、図１０乃至図１８を用いて説明する。再度、合理的なＣＴコントラストプロトコルの設計の第１の目的は、個人の血行動態の状態、対象となるイメージング領域及び注入システムの制約などを考慮し、各患者に合わせた注入プロトコルを開発することである。注入方法は、例えば、Ｓｔｅｌｌａｎｔ Ｄ注入システム（Ｍｅｄｒａｄ，Ｉｎｃ．ｏｆＩｎｄｉａｎｏｌａ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａから入手可能）を利用して、造影剤と生理的食塩水の同時送達（及び希釈）を行なうことができる。下記に示すように、希釈された造影媒体の追加のフェーズにより、さらなる左心増強を許容するが、右心のアーティファクトを減少又は排除するために、造影剤（ヨウ素）を減少させる。

図１０乃至図１４は、３７０ｍｇＩ／ｍｌの造影剤を注入された３５歳の健康な男性（２００ｌｂｓ、身長６ｆｔ）に対する増強プロフィール（上記にてシミュレートされた）を示している。図７に示したコンパートメントに分けた薬物動態のモデルについて予測されるように、右心コンパートメントと左心コンパートメントについて、増強曲線を表している。図１０は、１２０ｍｌの単フェーズ注入（unpihasic injection）による増強を表しており、図１１は、７５ｍｌボーラスの後に、５０ｍｌの生理的食塩水のプッシュ又はフラッシュを行なった増強を表している。図１０中、左心の増強は、スキャン時間中約３００ハウンスフィールドユニット（ＨＵ）であるが、右心は、スキャンウィンドウ中、明るく増強されており、イメージアーティファクトをより作りやすくなっている。

図１２乃至図１４は、７５ｍｌメインボーラスの後に、同じ流量の造影剤の希釈フェーズを行なった注入によるシミュレートされた時間−増強曲線を示しており、造影剤／生理的食塩水の比は、５０／５０、３０／７０及び７０／３０である。左心及び右心の増強は、希釈造影剤の追加のフェーズによって明らかに改善されていた。７０／３０のフェーズ（図１４）は、良好な左心増強を示しているが、右心増強は、大きくなりすぎている。３０／７０の比（図１３）では、右心増強は良好であるが、左心増強はスキャンウィンドウ中、十分ではない。５０／５０の比（図１２）は、このシミュレートされた患者に対して、右心増強及び左心増強について、最良のトレードオフを示している。

図１５は、造影物質の注入プロセスを時間軸を固定して表したものである。下側の軸は、コントラスト注入プロフィール（この例では、５ｍｌ／ｓの単フェーズ注入）を表しており、中間の軸は、左心コンパートメントと右心コンパートメントの増強プロフィールを表し、上側の軸は、スキャン時間を表している。２つの垂直線は、スキャンの開始時間と完了時間を表している。一実施例として、本発明のアルゴリズムでは、臨床医学者が、造影剤の少量のテストボーラス注入（例えば、診察スキャンの間に用いられている流量と同じ流量で造影剤２０〜２５ｍｌのテスト注入）の後、生理的食塩水のプッシュを行なったと仮定している。ダイナミックＣＴスキャンは、テストボーラスのピークまでの時間とテストボーラスの増強のピークが測定／記録されることで、増強曲線が作成される。スキャン時間も、テストボーラス及び診察の注入が始まる前に判っているものと仮定している。

コントラストの最初のボーラスは、スキャン時間と等しい時間で行なわれる。流量は、操作者によって決められる（この研究では５ｍｌ／ｓと仮定している）。従って、第１フェーズの体積は、スキャン時間と流量の積となる。第２フェーズの体積は、テスト注入のピークまでの時間、第１フェーズの時間、及び、スキャンの終了を考慮して決定される。造影剤注入は、スキャンの終了よりも長く続けるべきではない。注射位置から右心房に造影剤の伝搬遅延が生じるため（一般的に約５〜８秒）、造影剤の注入は、スキャンの終了の５〜８秒前に止めることで、続きの（follow on）造影剤を右心に充満させることができる。図１５の実施例に関連して採られる措置は、５ｍｌ／ｓで４０ｍｌの生理的食塩水のフラッシュを定めていたから、我々は、スキャン終了の８秒前に、希釈フェーズの造影剤注入を終了した。

第２の希釈フェーズの体積は、次のように決定される。
値Ｔ_{ＳＣＡＮ＿ＥＮＤ}は、テストボーラスのピークまでの時間とスキャン時間を考慮して算出される。
第２フェーズの比は、図１６に示したようにテストボーラスの増強ピークと造影剤／生理的食塩水の比をマップすることでヒューリスティック（heuristic）に決定される。

各患者に送達される造影剤の総量を制限するために（テスト増強のピークまでの時間が極端に長い場合）、希釈フェーズに使用可能な最大を４０ｍｌとしている。上記計算によって、４０ｍｌを越える造影剤の体積が示されると、システムは、造影剤の総体積を４０ｍｌに制限し、希釈比を考慮したフェーズ（生理的食塩水と共に）で総体積を、造影剤が４０ｍｌを越えないように算出する。希釈フェーズで許容される造影剤の総体積は、体重、推定される心拍出量、身体の質量指数（Body Mass Index）、又は、その他の生理機能的な指標の関数として設定することもできる。

図１６中の閾値は、５０回のテストボーラス注入のサンプルとそれに続く数値モデリングとから臨床データを解析することで決定した。ヒューリスティックに、ピーク増強が小さな患者にはより多量の造影剤を提供し（左心と右心を十分に増強するには、一層多量の造影剤を必要としていると仮定し）、テスト増強が強い患者には、造影剤は少な目とするルールを作った。薬剤の量は、ピークまでの時間が長い又は短い患者に合わせて調整し、総ヨウ素負荷は、テストボーラス増強に基づいて調節しているので、患者間の増強のばらつきは、この手法では減じられている。図１７は、この結果を示す予備診療データを表している。図１７中、最初の２つの棒は、左心と右心（夫々ＳＦ＿ＬとＳＦ＿Ｒ）に対して表わされたアルゴリズムで生じたデータである。誤差バーは、＋／−１の標準偏差を示している。残りのデータは、造影剤が１２０ｍｌの単フェーズプロトコル（３５０ｍｌＩ／ｍｌ、生理的食塩水なし；ＵＮＩ＿ＲとＵＮＩ＿Ｌ）、２フェーズプロトコル（４０ｍｌの生理的食塩水とともに３５０ｍｌＩ／ｍｌを７５ｍｌ；ＢＩ＿ＲとＢＲＩ＿Ｌ）、最後は、すべての対象について、希釈率を３０／７０に固定した希釈プロトコル（初期フェーズ量３５０ｍｌＩ／ｍｌ＝スキャン時間×５ｍｌ／ｓ；ＤＦ＿Ｒ、ＤＦ＿Ｌ）で生ずる増強値を示している。第２フェーズの量は、流体５０ｍｌに固定した。生理的食塩水のフラッシュ４０ｍｌを続けて行なった。

図１８は、単フェーズ注入プロトコル（造影剤のみ、生理的食塩水のフラッシュはなし）、２フェーズプロトコル（造影剤の後に生理的食塩水のフラッシュ）及び上述したデュアルフロー注入プロトコル（造影剤の後に、造影剤／生理的食塩水の混合物、その後に、生理的食塩水のフラッシュ）の場合の左心と右心のスキャンイメージを表している。図１８に示すように、デュアルフロー注入処置は、注入プロトコルが上記のように決定されており、左心と右心のイメージング処置が改善されている。

図１９乃至図２３は、上記したデュアルフロー注入プロトコルの決定をもたらすのに適したグラフィックユーザインターフェースをキャプチャーしたスクリーンを示している。図１９及び図２０では、アルゴリズムは、図１０乃至図１８と関連して上記で説明しており、記号「心臓ＣＴ１」を介して選択される。患者の体重６５ｋｇとスキャン時間３０秒が入力される。ヨウ素フラックス１．０ｇ／ｓは、イメージング処置注入によって定められる。造影流体の濃度が２５０ｍｌＩ／ｍｌであると、流量４ｍｌ／ｓは、イメージング処置注入に用いられる。

図２１で説明したように、テスト注入の間の流量は、１．０ｍｌ／ｓである。３０秒のテスト注入の間、生理的食塩水のボーラス（ソースＢから）は、５秒間４．０ｍｌ／ｓの流量で最初に注入される。造影剤のボーラス（ソースＡから）は、次に、５秒間４．０ｍｌ／ｓの流量で注入される。最後に、生理的食塩水のフラッシュボーラスは、２０秒間４．０ｍｌ／ｓの流量で注入される。テストボーラス注入が完了した後、ピークまでの時間とピーク増強が、図２２に示すように決定される。上記した値を用いて、診断注入プロトコルが、図１０乃至図１８と関連して説明したシステム／方法を用いて決定される。図２３は、決定された診断注入プロトコルを説明しており、次の３つのフェーズを含んでいる。（１）４ｍｌ／ｓ（１８秒間）で造影剤７０ｍｌ（ソースＡ）を注入；（２）４ｍｌ／ｓ（９秒間）で５０／５０の造影剤／生理的食塩水の混合物３５ｍｌを注入；及び（３）４ｍｌ／ｓ（２０秒間）で生理的食塩水８０ｍｌを注入。従って、合計で１８５ｍｌの流体が、４７秒間（総時間）で注入される。図２３にて説明したように、注入処置に用いられる流体通路の圧力限は３００ｐｓｉとなるように設定されている。また、スキャン遅延は５秒に規定している。

図２４は、造影剤注入システムと相互作用するインターフェースの実施例であり、例えば、イメージングシステムと動作可能に接続することができる。一番下の軸は（所望の増強軸）は、操作者が所望の増強曲線を入力（例えば、描画する）する領域であり、増強曲線は、特定の時間に始まり、ある増強値に達する。操作者は、実施する診断処置のタイプに基づいて、時間中、多数のイメージングシーケンスと、注入を選択することができる。一番上の軸は、イメージングシーケンスのタイミングを表しており（例えば、ＣＴ、ＭＲＩ、ＰＥＴなど）、スキャンシーケンスの時間は既知である。操作者が、一旦、所望の増強プロフィールを描くと、注入システムは、注入プロトコルを算出し、所望の増強を実現する。演算処理は、注入プロトコルを実現するために必要であり、患者、薬剤及びイメージングシステムのモデルに頼り、スキャナからのはっきりとしたフィードバックの統計分析に由来するものであり、これは、例えば、ＰＣＴ国際特許出願の名称「ＭＯＤＥＬＩＮＧ ＯＦ ＰＨＡＲＭＡＣＥＵＴＩＣＡＬ ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ」（米国速達郵便レーベルＮｏ．ＥＶ７２４４２５３６６ＵＳ、代理人書類Ｎｏ．ＩＮ／０４−００５．ＰＣＴに記載されている。再度、そのようなモデルを用いて、操作者が、「注入システム軸」に造影剤注入プロフィールを入力又は描くと、入力されたプロトコルから生ずる増強曲線は、一番下の増強軸に示される。操作者は、予測された増強曲線を検討し、それが満足のいくものかどうかを判断する。そうでなければ、操作者は、入力関数（注入プロフィール／プロトコル）を再描画する。コンピュータは、所定の増強レベルに繰り返して到達するために、例えば、その操作を実行するために用いられる。

上記した代表的な実施例では、主として、ＣＴイメージングの状況について説明した。しかしながら、本発明の装置、システム及び方法は、薬剤の注入に広く適用することができる。例えば、本発明のシステム、装置及び方法は、ＣＴ以外（例えば、ＭＲＩ、超音波診断、ＰＥＴなど）のイメージング処置のために、造影媒体の注入と関連して用いることができる。これについて、図２５Ａ及び図２５Ｂは、ＭＲＩに適用した本発明の一実施例を示している。

図２５Ａは、ガドリニウム剤を用いるＭＲＩ処置用の注入プロフィールを算出するシステムの一実施例を示している。操作者は、注入する薬剤のタイプ（例えば、薬剤／造影剤がブランド名及び／又は濃度によってリスト化されたメニューから）を選択する。次に、操作者は、患者の体重及び所望するスキャン時間を入力する。望ましい投薬計画（投薬スケール）に基づいて（例えば、体重当りに送達されるＧｄのｍｍｏｌがどのくらいか、ＭＲＩ処置における投薬としては一般的な技術）、システムは、適切な体積と流量を（流量が、図２５Ａのオプション２のように正しく入力されていなければ）、次のように算出する。 体積［ｍｌ］＝投薬スケール［ｍｍｏｌ／ｋｇ］×重量［ｋｇ］×（１／濃度［ｍｍｏｌ／ｍｌ］）
流量は、次のように算出される（オプション２中）。
流量［ｍｌ／ｓ］＝体積［ｍｌ］／スキャン時間［秒］
又は
流量［ｍｌ／ｓ］＝体積［ｍｌ］／注入時間［秒］

予測される（インビボでの造影剤の）ピーク時間は、例えば、注入時間に操作者によって選択された定数を加えることで算出される。提案されたスキャン遅延は、例えば、ピーク増強までの予測時間からスキャン時間の２分の１を減ずることで算出される。図２５Ｂは、造影剤と生理的食塩水の２フェーズ注入用の算出値の一実施例を示している。

上記にて簡単に説明したように、フェーズに対して予測される流量（又は注入の時刻）は、システム又はモデルへの入力として用いることができ、体積流量、流体通路の特性（例えば、カテーテルの内径（口径））及び造影剤の粘度により、シリンジ又は他の容器に生ずる圧力量を予測するように構成又は作用する。一般的に、造影媒体の濃度は、ＣＴコントラストの場合、造影媒体のヨウ素濃度によって幾何的に増大する。これらの変数の値の組合せから生ずる圧力は、当分野で知られている又は先の実験データから判断される流体力学の原理から算出することができる。下記の「圧力モデル」部では、注入流体通路の各地点にて圧力を予測するモデル又はシステムの実施例について説明している。予測される圧力が、操作者によって設定された圧力限又は閾値及び／又は電動インジェクタの製造者によって定められた安全圧力限を超えると、操作者は、流量入力領域のカラーコーディングなどによって、危険性のある過剰圧力表示の警告を受けることができる。予測される過剰圧力状態の表示として、他の視覚的、聴覚的及び／又は触覚式の表示など種々のものを用いることができる。圧力モデリングシステムの一実施例を図２６に示している。

現在利用可能な多くのインジェクタは、シリンジ内に生ずる圧力が所定の閾値を越えるまで、プログラムされた流量で流体を注入する。このようなことが生ずると、最初にプログラムされた流量よりも低い流量であるにもかかわらず、流体注入を制御するコンピュータは、圧力が上回らなくなるまで体積流量を減じ、注入を続ける。インジェクタの圧力制限操作は、例えば、本発明の譲受人が譲り受けた米国特許第６，５２０，９３０号に示されており、ここへの引用をもって記載加入とする。多くの圧力制限制御スキームでは、インジェクタの制御コンピュータは、プログラムされた体積流量から体積流量を減少させて、圧力限又は閾値を越えないように、プログラムされた流体の量を送達するよう試みる。注入はまた、圧力危険限界を超過すると中止されてよい。

このモード又は動作は、例えば、マルチディテクターＣＴ（ＭＤＣＴ）を用いて実行されるＣＴスキャンには最適ではない。これに関し、ＭＤＣＴ処置において、イメージ増強に影響を与える第１の要因は、循環系に送達された造影剤の体積流量である。本発明の圧力モデリングシステムは、注入が開始される前に、操作者に、注入パラメータの選択によって、過剰圧力状態となることを警告することで、この問題に対処している。従って、操作者は、過剰圧力状態とならないようにするために注入パラメータや、プログラムされた体積流量に関連する変数を変えることができる。

可能性のある過剰圧力状態が解消された後、システムは、プロトコルの残りのフェーズに数値を入力することができる。最後のフェーズは、例えば、先のフェーズの流量で４０ｍｌの生理的食塩水（第２又はＢ流体通路から）とすることができる。

操作者は、プロトコルインターフェースにあるパラメータの何れか又は全てを無効とする選択も行なうことができる。値が操作者にとって許容しうるものであれば、システムは使用可能状態となり（armed）、注入が継続される。

テスト注入が選択された場合、システムは、造影媒体のテスト注入と、後に続く生理的食塩水の注入を行ない、保留及び又は中断する。操作者は、次に、スキャン遅延を入力することができる。本発明は、スキャン遅延（造影剤の注入を開始してから診断スキャンを開始するまでの時間）を選択するオプションを操作者に提供することができる。例えば、図４乃至図６に示したように、操作者は、幾つかの遅延をオプションから選択することができる。さらに、スキャン遅延は、例えば、テスト注入の分析から自動的に生じるようにすることもできる。

［圧力モデリング］
インジェクタシステムにおいて、インジェクタ圧力を適切に且つ効果的に制御するために、注入を行なっている間、インジェクタシステムの流体通路の複数の地点で圧力を予測できることが望ましい。そのような圧力を予測するために、状態方程式を用いて、インジェクタ流路中の流れを数学的にモデリングすることができる。

本発明のインジェクタシステムの流路中の種々の地点における圧力を算出するための数学的又は数値的モデルの一実施例として、次の仮定を行なった。流れは安定している；流れは一定である；ニュートン流体がシステムに存在する；連続方程式は、流体配置（flow geometry）を通じて正しい（即ち、図２７に示すように、シリンジの先端の流体の質量流量は、カテーテルでの流体の質量流量と同じで、Ｑ_ｉｎ＝Ｑ_ｏｕｔである）；シリンジ内全体の圧力は、シリンジの先端と同じである。

対象となる空間領域が、固定制御ボリューム（内部基準座標系）に囲まれていると仮定すると、一般エネルギー方程式が、流量を通じて液体の動向を説明するために用いられる。例えば、Ｐｏｔｔｅｒ ａｎｄ Ｓｗｉｇｇｅｒｔ，Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ．Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ Ｈｉｌｌｓ，ＮＪ： Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈｉｌｌ，１９９２を参照。この開示をもってここへの記載加入とする。ベクトル表記法を用いれば、静的な閉制御ボリュームでの安定した流体の流れに対するエネルギー方程式の最も一般的な型は、次式で表わされ、
静的な制御ボリュームでの安定した流れに対して次の制約（連続方程式）を受ける。

式１中の「ｌｏｓｓｅｓ（損失）」は、熱交換、境界層相互作用、壁剪断、粘性加熱、及び幾何学的損失（チューブの収縮、バルブ、コイルなどから生ずる）から生ずる損失を表している。空間領域を通じて流れが一定である（流量（ｄＶ／ｄｔ）が一定）という条件を課すと、式１は、よく知られているベルヌーイ方程式に単純化することができる（前記損失をＨＬＯＳＳと記す）。例えば、Ｂａｋｅｒ Ａ，Ｓａｎｄｅｒｓ Ｊ．，”Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ Ｓｐｒｉｎｇ−Ｌｏａｄｅｄ Ｊｅｔ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｖｏｌ．４６，Ｎｏ ２．，Ｆｅｂ １９９９を参照。この開示をもってここへの記載加入とする。
式３において、γ＝ρｇ（流体の特定質量）であり、ρは流体の密度、ｇは重力加速度である。式１乃至式３は、長さの寸法単位で表わされている。圧力単位で結果を表わすには、流体γの特定の質量を両辺に掛ける必要がある。式３のＨＬＯＳＳは、幾何学的損失と流体の粘性から生じる損失の合計であり、式４のように表わされる。

式１乃至式３に表わされる速度は、平均量である。我々は、単位時間当たりの量に最も関心があるため、平均線速度（流線に沿う液体のセルの速度）は、次の関係式によって流量に変えることができる。

多くの工学的な計算式では、平均流体速度が低い場合には、式１の運動エネルギー要素（Ｖ２／２）は無視される。しかしながら、注入流体（例えば、造影剤）が排出される際に通る静脈カテーテルの開口は小さいので、流体の線速度要素は、僅かではなく、このため、シリンジに生ずる全体的な圧力ヘッドの一因となる。

式４の最初の項は、システム内の小さい損失に対する損失要因である。式４中、文字Ｋは、経験的な分析によって決定される数値であり、多くの流体力学のテキストに見られる。例えば、Ｐｏｔｔｅｒ ａｎｄ Ｓｗｉｇｇｅｒｔ，Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ．Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ Ｈｉｌｌｓ，ＮＪ：Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈｉｌｌ，１９９２参照。次の３つの文字は、本発明のモデルにおいて、以下のように与えられる。
Ｋ_{ｖａｌｖｅ}−流路に沿って「栓を閉じる」ことによる損失。バルブを開くと、この係数は０となる。
Ｋ_ｃｏｉｌ−低圧力コネクタ（ＬＰＣＴ）チューブのコイル効果（coiled effect）による損失。モデル及び次のシミュレーションでは、８０の値を用いており、これは、９０度の屈曲部１箇所当りの損失係数（Ｋは約０．４５）に、４（ＬＰＣＴの１ループ当り）を掛け、さらに再度３０（９６インチＬＰＣＴのおおよそのループ数）を掛けることで決定される。この演算により、積は５４となる。実験データとシミュレーションの出力を比較した後に、値２６が積に加えられる。コイル損失８０を用いることによるシミュレーションは、かなり良好な実験データに合致する。しかしながら、この係数を実験データセットに対してさらに最適化することもできる。
Ｋ_{ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ}−流体が大きな直径を有するＬＰＣＴから小さい直径のカテーテルに押し進められるときに生ずる圧力による損失。この係数値は、流体のテキストに見られる。定数の実値は、カテーテル領域に対するＬＰＣＴ領域の比に依存する。次の関係が２つの領域と係数との間に存在する（Ｐｏｔｔｅｒ ａｎｄ Ｓｗｉｇｇｅｒｔにある）。
表１の関係は、直接記載されていない値で補間されてよい。

式４の２番目と３番目の項は、造影剤の粘性による流路中のエネルギー損失（又は流れを維持するために必要な圧力）を表している。チューブ中の層粘性流に対し、ｆは摩擦係数と関連し、次のように表わされる。

レイノルズ数Ｒｅは、流線に沿う微小量の流体について、内部粘性力に対する慣性力の比である。流量（Ｑ）に関して、レイノルズ数は次のように表わされる。
ここで、ρは流体密度であり、Ｄはチューブの直径、μは流体粘度である。式７によって証明されるように、流体の粘度が増加すると、Ｒｅは減少する（Ｄとρを固定した場合）。チューブ直径が減少すると、レイノルズ数も増加する（ρとμを固定した場合）。式６と式７を式４に代入すると、流量粘度、長さ及び直径に依存する圧力の関数が導き出され、流れが層状である場合、
となる。なお、ｐ_ｅｘｉｔ＝ｐ_{ｇａｕｇｅ}＝ｐ_０＝０とすると、Δｐ＝ｐ_ｓｙｒ−ｐ_ｅｘｉｔである。

上記した仮定に加えて、重力の影響を無視し、「小さい」損失（幾何学及びコイルから生ずる）と流体粘度から生ずる損失を含めることで、式１は、シリンジの先端での圧力（層流−Ｒｅは２５００未満）について、次のように書き換えられ、解くことができる。

流体粘度によって、複合的な相互作用が、パイプ／チューブ中の境界層の間に生ずる。流れは、臨界閾値を越え、境界層は相互作用を開始し（境界層流と称される）、流れは、乱流となる。流れが乱流となると（または乱流に近づくと）、ポアズイユ流の標準仮定は、圧力対流れの従属関係を十分に予測することはできない。式６の摩擦項は、流れが層領域にある場合にのみ適用できる。

乱流を十分に説明するには、対象となる境界に沿って、時間平均されたナビエ−ストークスの式を解く必要がある。この解は、ナビエ−ストークスの等式が、極めて非線形であり、摂動の初期条件に極めて敏感であるので、非常に難しい。幾つかの経験的な方法が、乱流レジームにおける流体の動きを近似するために生み出されている。ムーディは、摩擦要因をレイノルズ数に相互に関連づけた一連の曲線を公開している。これらのチャートは、１９４０年代後半に行われた実験に基づいている。コールブルックは、これらの曲線に等式を当てはめ、摩擦因子を、レイノルズ数、パイプ直径及び壁面粗さと関連付ける分析表現を導いた。スワミーとジェインは、チューブの物理的パラメータとそれを横切って生ずる圧力ヘッドとの間の関係をさらに正確に表した。彼らは、乱流に対して実験的に生じた等式を考案し、この関係が、本発明の流体モデルの実施例に用いられている。乱流に対するスワミー−ジェインの近似式中、圧力はチューブの長さＬに亘って降下し、直径Ｄと壁面粗さｅを用いて、次のように表わされる。

レイノルズ数の値は、本発明のモデルが予測圧力に式８又は式１０を用いるかどうかによって決定される。層流から乱流にきれいに移行することはない。乱流への真の変化は、流れ場における流れ及び他の特性の安定性に依存するような非常に大きいレイノルズ数で起こるが、工学的な流体モデリングでは、一般的に２５００を越えるレイノルズ数を有する流れに乱流を考慮している。特に、細いチューブを通る高速の流体に対して、移行ゾーン中の流体力学を正確に説明し、インジェクタ流体通路の論理的な説明と経験的な結果を比較したときに観察される誤差を説明することは非常に困難である。本発明に用いられるモデルは、レイノルズ数が２５００を越える場合に、層流から乱流に移行している（即ち、式８から式１０に移行する）。上記説明は、図２７にて図解的に要約している。

乱流の説明に加えて、モデルは、流路に亘る圧力を次のように予測している。

図２８乃至図３０は、上記の分析モデルにより予測される圧力のグラフを示している。実験データは、ＭＲ使い捨て部品（０．０７５インチ、ＩＤ ＬＬＰＣＴ，２０−４０ ｇａ Ａｎｇｉｏｃａｔｈ ｃａｔｈｅｔｅｒｓ）を種々のＭＲ造影剤（ガドビスト（Ｇａｄｖｉｓｔ）、マグネビスト（Ｍａｇｎｅｖｉｓｔ）及び生理的食塩水をテストした）を用いて圧力性能をテストした研究から採っている。モデルから生じる圧力データは、流れが安定した状態に到達したと仮定したモデルの出力である。図を参照して判るように、論理的な予測と実験的に決定された圧力が上手く一致している。各実験地点のエラー−は、各流量に対して採られたサンプルの＋／−１標準偏差である。この研究では、各各流量毎に５つの圧力サンプルを採っている。上記演算は、圧力の測定が、流路に配置された、例えば、Ｖｅｒｉｍｅｔｒａ Ｉｎｃ．ｏｆ Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ ＰＡが製造しているＭＥＭＳトランスデューサのようなセンサーを介してシステムで利用できるかどうかをより正確に行なうことができる。

本発明は、上記の実施例及び／又は例と関連して詳細に説明されているが、詳細な説明は、一例であり限定されるものではなく、当業者であれば、本発明から離れることなく種々の変更を行なえることは理解されるべきである。本発明の範囲は、上記説明よりも、請求の範囲に示されている。各請求項と均等な目的及び範囲にある全ての変更、変形は、それらの範囲に含まれる。

Claims (14)

1. 診断撮像処置に関連して患者に実行される注入処置にて、流体の送達を可能とするシステムにおいて、
   （ａ）少なくとも１つの加圧機構に動作可能に関連づけられたコントローラであって、少なくとも１つの流体容器に収容された第１流体と第２流体の少なくとも１つが、少なくとも１つの加圧機構を通って患者に注入可能であり、第１流体は、診断撮像処置中に得られる画像のコントラストを増強するのに適したコントラスト増強流体を含み、第２流体は、非コントラスト増強流体である、コントローラを具えており、
   （ｂ）コントローラは、診断撮像処置のスキャン時間に亘って患者の少なくとも１つの対象領域を増強する複数のフェーズを含む注入プロトコルをプログラミングするプログラミングシステムを含んでおり、複数のフェーズは、コントラスト増強流体が注入される第１フェーズと、コントラスト増強流体と非コントラスト増強流体の混合物が注入される第２フェーズとを含んでおり、
   （ｃ）プログラミングシステムのアルゴリズムを含むパラメータ生成器を具えており、
   パラメータ生成器は、実行される注入処置の種類とアルゴリズムとに部分的に基づいて、注入プロトコルのパラメータを決定し、少なくとも第１フェーズの体積Ｖｏｌ_１と第２フェーズの体積Ｖｏｌ_２とが、下式
   を用いて決定され、ここで、ｄｕｒａｔｉｏｎ_ｓｃａｎは、スキャン時間であり、Ｑ_１は、第１フェーズの流量であり、ｄｕｒａｔｉｏｎ_１は第１フェーズの時間であり、ｆｌｕｓｈ ｄｕｒａｔｉｏｎは、予め決定された生理的食塩水のフラッシュの時間であり、Ｑ_２は、第２フェーズの流量であり、ｔ_{ｓｃａｎ−ｅｎｄ}は、下式
   を用いて計算され、ｔ_{ｔｅｓｔ−ｂｏｌｕｓ−ｐｅａｋ}は、コントラスト増強流体のテストボーラスの患者への注入から得られるピーク増強までの時間であり、
   （ｄ）パラメータ生成器は更に、少なくとも、テストボーラスの注入の結果として少なくとも１つの対象領域にて起こるピーク増強に基づいて、アルゴリズムが混合物の比を計算可能であることを特徴とする、
   システム。
2. 混合物の比は、テストボーラスの注入の結果として起こるピーク増強の大きさに基づいて、
   （ａ）ピーク増強＞１６０ＨＵならば、比＝３０／７０、
   （ｂ）ピーク増強≦１６０ＨＵならば、比＝５０／５０、又は
   （ｃ）ピーク増強＜１２０ＨＵならば、比＝７０／３０、
   として計算され、ＨＵは、ハウンスフィールドユニットである、請求項１に記載のシステム。
3. パラメータ生成器は更に、少なくとも１つの患者の生理的な変数に基づいて、第２フェーズにおける混合物の比を決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
4. 少なくとも１つの患者の生理的な変数は、体重、心拍出量及び身体の質量指数を含む、請求項３に記載のシステム。
5. パラメータ生成器は、少なくとも１つの追加の変数に基づいて、パラメータを生成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
6. 少なくとも１つの追加の変数は、第１流体中のコントラスト増強流体における造影剤の濃度、及び患者の生理的な変数のうちの１つである、請求項５に記載のシステム。
7. コントローラは、手動でパラメータをプログラムするか、パラメータ生成器によってパラメータをプログラムするかについて、システムの操作者に選択肢を与える、請求項１に記載のシステム。
8. パラメータ生成器によってプログラムされたパラメータは、操作者によって手動で変更できる、請求項１に記載のシステム。
9. システムの操作者は、予め定められた複数の種類の注入処置から、注入処置の種類を選択する、請求項１に記載のシステム。
10. システムの操作者は、パラメータを生成するためにパラメータ生成器によって使用されるのに適した複数のアルゴリズムからアルゴリズムを選択できる、請求項１に記載のシステム。
11. アルゴリズムは、テストボーラスの注入の結果として少なくとも１つの対象領域にて起こるピーク増強までの時間に基づいて、混合物の比を計算できる、請求項１に記載のシステム。
12. 少なくとも１つの対象領域は、心臓の左コンパートメントである１つの領域と、心臓の右コンパートメントであるもう１つの領域とを含む、請求項１に記載のシステム。
13. 少なくとも１つの対象領域は、肝臓の第１部分である１つの領域と、肝臓の第２部分であるもう１つの領域とを含む、請求項１に記載のシステム。
14. 複数のフェーズは、第３のフラッシュフェーズを含んでおり、フラッシュ流体の体積Ｖｏｌ_３は、下式で決定され、
    Ｑ_３は、第３フェーズの流量である、請求項１に記載のシステム。