JP6918971B2 - トモグラフィックイメージングのためのパルスオキシメータを使用した呼吸ゲーティング - Google Patents
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Description
本発明は、一般に、バイタルサインモニタリング技術、呼吸ゲーティング技術、医療イメージング技術、画像の動き補正技術、及び関連技術に関する。
患者の呼吸動き及びパターンを信頼性をもって検出する能力は、画像品質を改善するためにトモグラフィックイメージングにおいて非常に価値がある。タイムオブフライト分解能（ＴＯＦ）及び計算能力の進歩により、データ駆動される動き追跡アルゴリズムは、商業用としてかなり成熟している。リストモードＰＥＴデータにより呼吸動きを検出する可能性が示されている[Bundschuh et. al., "Postacquisition Detection of Tumor Motion in the Lung and Upper Abdomen Using List-Mode PET Data: A Feasibility Study", J. Nucl. Med. 2007;48:758-763]。Bundschuh他の方法は、病変活動分布の重心のｚ座標の動きを追跡することにより、ＰＥＴリストモードデータにおいて焦点摂取を伴う病変の動きを検出する。このアプローチは、周期的な呼吸動きと不規則な動きの両方を検出するために取得後のリストモードデータに適用できる。
しかし、トモグラフィック信号が低計数統計を示す場合、リアルタイムに呼吸動きを追跡することは一層困難であり、これは、患者の放射線被曝を制限するために放射性医薬品線量が低く保たれる臨床ＰＥＴの場合によくみられる。呼吸を追跡するためのリストモードのデータ取得時間は呼吸間隔によって本質的に制限されるので、サンプリングが不十分になることがあり、それによりノイズが増加する。取得時間を長くする試みは、動き信号の時間分解能を低下させる。
本発明は、これらの問題を克服するための新しい改良されたシステム及び方法を開示する。
開示された一態様において、患者の呼吸を測定する装置は、ポジトロンエミッショントモグラフィ（ＰＥＴ）又はシングルフォトンエミッションコンピュータトモグラフィ（ＳＰＥＣＴ）撮像装置を有する。少なくとも１つの電子プロセッサは、ＰＥＴ又はＳＰＥＣＴ撮像装置によって取得された患者のエミッション撮像データから第１の呼吸データ信号を抽出し、患者のフォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）信号から第２の呼吸データ信号を抽出し、第１及び第２の抽出された呼吸データ信号を組み合わせて、患者の呼吸を示す呼吸信号を生成する、ようにプログラムされる。
別の開示された態様において、呼吸モニタリング方法を実行するための、エミッション撮像装置及びパルスオキシメータと動作可能に接続された電子プロセッサによって読み取り可能且つ実行可能な命令を記憶した非一時記憶媒体が提供される。この方法は、エミッション撮像装置からエミッション撮像データを取得するステップと、パルスオキシメータからフォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）信号を取得するステップと、エミッション撮像データからエミッションデータ駆動の呼吸信号を生成するステップと、ＰＰＧ信号からＰＰＧ駆動の呼吸信号を生成するステップと、ＰＰＧ駆動の呼吸信号及びエミッションデータ駆動の呼吸信号の比較に基づいて、ＰＰＧ駆動の呼吸信号の時間シフトを決定するステップと、決定された時間シフトを補正するように時間シフトされたＰＰＧ駆動の呼吸信号として、呼吸信号を生成するステップと、を有する。
別の開示された態様において、患者の呼吸を測定する装置が、患者の少なくとも一部のエミッション撮像データを取得するように構成される撮像装置を有する。パルスオキシメータは、患者の一部に動作可能に接続される。パルスオキシメータは、患者のフォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）信号を取得するように構成される。少なくとも１つの電子プロセッサは、エミッション撮像データから第１の呼吸データ信号を抽出し、ＰＰＧ信号から第２の呼吸データ信号を抽出し、第１の呼吸データ信号に対する第２の呼吸データ信号のタイムラグを決定し、決定されたタイムラグを補正するよう時間シフトされた第２の呼吸データ信号として、呼吸信号を生成するようにプログラムされる。ディスプレイは、患者の呼吸信号を表示するように構成される。
１つの利点は、画像取得プロシージャ中に呼吸活動を測定するシステムを提供することにある。
もう１つの利点は、ＰＥＴ取得データのＳ／Ｎ比を改善することである。
もう１つの利点は、プレチスモグラフ（ＰＰＧ）信号のタイムラグを決定することにある。
もう１つの利点は、ベローズを患者に取り付けずに画像取得プロシージャ中に患者のＰＰＧ信号を測定することにある。
別の利点は、信頼性の高いリアルタイムの呼吸ゲーティング信号を提供することにある。
別の利点は、呼吸ゲーティング操作を使用して実質的に動きのない画像を生成することにある。
もう１つの利点は、導出されたゲーティング信号に加えてＰＰＧから取得した患者の重要な情報を利用して、よりインテリジェントな動き補正アルゴリズムを生み出すことにある。所与の実施形態は、前述の利点の１つ、２つ、それ以上又はすべてを提供することができ又は前述の利点を提供せず、及び／又は本開示を読み理解することにより当業者に明らかになるような他の利点を提供することができる。
本開示は、さまざまな構成要素及び構成要素の取り合わせ、並びにさまざまなステップ及びステップの取り合わせの形をとりうる。図面は、好適な実施形態を例示する目的のためだけにあり、本発明を制限するものとして解釈されるべきではない。
上述したように、ＰＥＴリストモードデータの解析によるデータ駆動の呼吸モニタリングは、患者が呼吸モニタリングベルトを装着することなく、リアルタイムの呼吸周期情報を提供することができるが、このアプローチは、被検者の臨床ＰＥＴイメージングにおける低い計数率のため精度及び信頼性が制限される。
パルスオキシメトリは、酸素化及び脱酸素化された血液の光吸収特性を使用することにより、ヘモグロビンの酸素化を連続的に監視するために使用されることができる。更に、パルスオキシメータは、呼吸ゲーティングに使用されることができることが示されている。患者の呼吸レートは、フォトプレチスモグラム（ＰＰＧ）についてウェーブレット信号解析を実施することにより決定されることができる[Leonard et.al, Emerg. Med. J. 2003;20:524-525]。有利なことに、ＰＰＧ信号は、放射性医薬品線量に制限されず、一般に、データ駆動アプローチにより臨床ＰＥＴリストモードデータから導出される呼吸信号よりも高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する呼吸信号を提供する。更に、パルスオキシメータは、ＰＥＴイメージング環境に適応でき、ＰＥＴイメージング中の血液酸素化の監視にすでに使用されている場合がある。
しかしながら、ここで、パルスオキシメトリにより取得されたＰＰＧ信号を使用して呼吸モニタリングを実行することは、呼吸動き信号とＰＰＧとの間にかなりのタイムラグがあり得るという大きな問題があることが分かった。このタイムラグは、コア身体領域（胴体）から、パルスオキシメータが通常取り付けられている指又は足までの呼吸誘発される変動の有限の遷移時間に起因すると考えられる。この遅延は、患者ごとに異なり、所与の患者について時間とともに変化しうるので、ＰＥＴイメージングのリアルタイムの呼吸ゲーティングにおいてＰＰＧ信号を（単独で）実用的なものにしない。
すでに述べたように、データ駆動方法の主な不利益は、信号の信頼性が放射性医薬品線量及び計数統計に依存することである。低線量の場合は不十分なサンプリングのため、ゲーティングエラーが発生しやすくなる。別の不利益は、データ駆動方法の計算負荷が高いことである。しかしながら、ＰＥＴリストモードデータに対して演算を行うデータ駆動方法は、病変の呼吸誘発される動き又は関心のある他のイメージング特徴を直接検出するので、本質的にリアルタイムであるという利点がある。
以下は相乗効果の組み合わせを開示している。すなわち、パルスオキシメータを使用することにより、ＰＥＴリストモードの撮像データのデータ駆動解析を使用して呼吸及びＰＰＧ信号の間のタイムラグの補正を行うこととの組み合わせにおいて、プレチスモグラムの信号処理及び解析を実施することにより、トモグラフィック撮像において呼吸ゲーティングを実施する。これは、ＰＰＧベースの呼吸ゲーティングの主な困難である不確かなタイムラグを克服しながら、ＰＰＧ及びその一般的な高いＳＮＲをゲーティングのために使用することを可能にする。更に、パルスオキシメータを使用することにより、ゲーティングのための呼吸レートが取得されることができるだけでなく、任意に、患者のバイタルパラメータ及び病理情報が取得されることもできる。ウェーブレット変換によるプレチスモグラムの解析により、呼吸パターンの変化を迅速に検出することを可能にし、ゆえに、無呼吸又は呼吸困難の場合の補正が可能になる。プレチスモグラムからの動き信号は、トモグラフィスキャン中の患者の呼吸パターンに関する信頼できる情報を提供する。本明細書に開示されるアプローチを使用することにより、血液の酸素化部分がパルスオキシメータ位置に到達するのに必要な時間による、実際の血液酸素化と呼吸周期との間のタイミング遅延の主な欠点が克服され、従って、ＰＥＴイメージングのリアルタイム呼吸ゲーティングのためにＰＰＧが使用されることを可能にする。
開示されるアプローチにおいて、データ駆動の動きゲーティング方法は、パルスオキシメータ信号のリアルタイム基準を提供し、トモグラフィックデータの取得に沿ってプレチスモグラムが解析されることを可能にする。データ駆動の動き信号とパルスオキシメータ信号とを比較することで、不規則な肺の動きをより高い信頼性をもって識別することができる。全体として、データ駆動の呼吸信号を使用してパルスオキシメータ信号の遅延を補正することにより、患者の準備プロトコルを大幅に簡素化するとともに、より正確な呼吸動き追跡を可能にする。
以下は、高い計数統計（患者の放射線被曝制限により臨床放射線放射イメージングでは達成不可能であることが多い）又は呼吸モニタベルトなどの複雑で扱いにくい外部装置の使用の必要性を緩和しながら、信頼性が高くロバストな呼吸ゲーティングを提供するための、医療イメージングの分野におけるいくつかの重要な問題の解決策を開示する。以下は、高度な信号処理を使用してパルスオキシメータ呼吸信号をデータ駆動信号と時間的に整合させることにより、リアルタイム呼吸ゲーティング信号を提供する上記の方法の欠点を克服することを開示する。パルスオキシメータ信号と患者の呼吸パターンとの間の遅延が知られると、計算コストの高いデータ駆動の信号処理は、任意に停止されることができ、ゲーティングは、オキシメータ測定のみに依存することができる。
開示される改善は、ＰＥＴによるデータ駆動の呼吸モニタリングとパルスオキシメータを使用する呼吸モニタリングとの２つの呼吸モニタリング技術を相乗的に組み合わせる。ＰＥＴベースのアプローチは、肺／横隔膜インタフェースの領域においてリアルタイムのＰＥＴカウントを監視する。リアルタイムＰＥＴにおいて「見られる」軸方向又はＺ方向（腹臥位又は仰臥位の患者）のＰＥＴアクティビティの振動動きは、呼吸動きを示し、位置は、終末呼気（それにより、肺の空気がほとんど空になるため）と相関する最小の肺サイズに対応する。
パルスオキシメトリによる呼吸モニタリングは、プレチスモグラフの周波数構成（例えば、ウェーブレット解析により抽出されたもの）に基づく。呼吸レートに対応する周波数でのプレチスモグラフの成分は呼吸によるものと予想される。
ＰＥＴイメージングの呼吸ゲーティングに使用する場合、各構成要素の呼吸モニタリング技術は欠点をもつ。低線量の放射性医薬品を投与された実際の患者の５１１ｋｅＶ計数率が低いことにより、ＰＥＴデータ駆動のアプローチのＳ／Ｎ比は低くなる。これにより、モニタリングが不安定になることがあり、計数レベルが非常に低い場合は、ノイズに起因して、信頼性の高いデータストリームにギャップが生じる。この問題は、５１１ｋｅＶエミッションの大部分を吸収／散乱する胴回りの大きい患者では更に悪化する。
パルスオキシメトリによるモニタリングは通常、はるかに高いＳＮＲを提供し、ギャップがほとんど又はまったくない連続データストリームを提供できるので、ＰＥＴ呼吸ゲーティングのリアルタイム呼吸モニタリングに最適である。パルスオキシメータは、通常は指先に装着される小さいデバイスでもあるので、ベローズベースの呼吸モニタと比較すると、患者にとってより快適であり、ガンマ線の吸収／散乱がほとんどない。更に、パルスオキシメータは、脈拍数又は酸素飽和度（ＳｐＯ２）レベルを含む有用なバイタルサインデータを提供するので、パルスオキシメータが、これらの目的でＰＥＴイメージング中にすでに使用される場合がある。しかしながら、パルスオキシメトリのプレチスモグラフによって提供される呼吸信号には、かなりのタイムラグがあるという欠点があり、タイムラグは、供給元である胴体から指までの１秒から数秒程度の血流（又は血流を通過させる圧力波）の通過時間によるものと考えられる。
開示された改善は、これらの２つの呼吸モニタリング技術を次のように組み合わせる。これら両方が同時に実行され、ＰＥＴデータ駆動のアプローチが（ＳＮＲが低いにもかかわらず）信頼性の高いデータを提供する時間間隔中、プレチスモグラフの呼吸コンポーネントのタイムラグを経験的に測定するために、プレチスモグラフの呼吸コンポーネントと相関付けられることができる。このタイムラグがわかっている場合、プレチスモグラフが、リアルタイムの呼吸ゲーティングを提供するために使用されることができる。両方の信号は、時間とともに変化する場合にＰＥＴイメージングの過程においてタイムラグ値を更新するように、ＰＥＴイメージングプロシージャ全体にわたって継続的にモニタリングされることができる（又は、代替実施形態では、ＰＰＧ信号のタイムラグを決定するために、データ駆動信号が最初だけ取得される）。
１つの変形アプローチにおいて、較正を支援するために、意図的に導入される「深呼吸」又は他の患者により制御される呼吸機能を使用して、初期タイムラグ較正が実行される。別の変形アプローチにおいて、脈拍数、呼吸周期などのいくつかの事前情報が、パルスオキシメータ信号からの呼吸信号抽出を改善するために使用されることができる。
図１を参照して、患者の呼吸を測定するための例示の装置１０が示されている。図１に示すように、装置１０は、ポジトロンエミッショントモグラフィ（ＰＥＴ）撮像装置１２を有するが、別の適切なエミッション撮像装置（例えば、シングルフォトンエミッションコンピュータトモグラフィ（ＳＰＥＣＴ）撮像装置）が使用されることもできる。ＰＥＴ撮像装置１２は、患者の少なくとも一部の撮像データを取得するように構成される。装置１０は更に、患者の一部に動作可能に接続されたパルスオキシメータ１４を有する。パルスオキシメータ１４は、患者のフォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）信号を取得するように構成される。典型的な構成において、パルスオキシメータは、赤色ＬＥＤ及び赤外ＬＥＤ、レーザ、又は組織ボリューム（指先やつま先など）を照射する他の光源を含む。酸素化血液と脱酸素化血液によるそれぞれの赤色光と赤外光の吸収の違いは、血液酸素飽和度の抽出の基礎を提供する。更に、ＰＰＧ信号は、心拍数の抽出を可能にする心臓拍動の周期を呈し、例えばLeonard et.al, Emerg. Med. J. 2003;20:524-525に記載されるように、呼吸情報を抽出するために活用されることができる。（しかしながら、ここで認識されているように、ＰＰＧから導出される呼吸信号は、肺のリアルタイム周期と比較した場合、一般に若干のタイムラグをもつ。）パルスオキシメータ１４は、図１に概略的に示されているが、通常、指、つま先、耳たぶなどにクランプできるクランプオン装置として構成され、この場合、光源が、クランプハウジングに配置され、クランプされた指などを照射し、光検出器が、クランプハウジングに配置され、指などを通過した後の光を検出する。装置１０は、以下に一層詳しく説明するように、撮像データ及びＰＰＧ信号から患者の呼吸信号を生成するようにプログラムされた少なくとも１つの電子プロセッサ１６を更に有する。
図１に示すように、ＰＥＴ撮像装置１２は、ＰＥＴ装置の技術分野で一般的に知られている構成要素を有する（太線の破線のボックスで概略的に示されている）。例えば、ＰＥＴ撮像装置１２は、複数の検出器モジュール２０が配置されたガントリ１８を有し、図１には、１つの検出器モジュール２０が概略的に示されている。検出器２０は、ラインオブレスポンス（ＬＯＲ）イメージングデータに沿ったカウントを検出するように構成され、各カウントは、陽電子電子消滅イベントによって放出された２つの反対方向に向かう５１１ｋｅＶガンマ線によって生成され、このデータは、一致検出ユニット（ＣＤＵ）２２に送信される。リストモードデータを生成するために、各カウントには検出時刻のタイムスタンプが付される。ＣＤＵ２２は、任意の適切な手段（例えば、イーサネット接続、周辺機器相互接続エクスプレス（ＰＣＩｅ）など）によってＰＥＴ取得コンピュータ２４に接続される。ＰＥＴ取得コンピュータ２４は、再構成システム（ＲＳ）２８により、グラフィカル処理ユニット（ＧＰＵ）又は適切な反復画像再構成技術（例えば、ＭＬＥＭ、ＯＳＥＭ、など）を使用してＰＥＴ撮像データを再構成する他の適切な計算ユニットにより再構成されるリストモードデータセットを蓄積する。再構成されたＰＥＴ画像は、コンソール２６に表示されるか、他の形で利用され得る。
将来の呼吸ゲートＰＥＴイメージングの場合、ＣＤＵ２２のデータは、呼吸フェーズによってフィルタリングされ、選択されたフェーズ（例えば、終末呼気）の最中に収集されたリストモードデータのみが、画像を形成するために再構成される。このゲーティングにより、呼吸による動きアーティファクトが減少する。次に、開示されたＰＰＧ及びデータ駆動の呼吸モニタリングの相乗的な組み合わせを使用した呼吸ゲーティングの例示的な実施形態について説明する。
呼吸モニタリングは、ＣＤＵ２２により収集されたリストモード画像データに作用するデータ駆動信号処理３０を使用して、第１の呼吸信号３２（図１に矢印として概略的に示される）を生成する。適切な実施形態において、データ駆動の信号処理３０は、病変活動分布の重心のｚ座標の動きを追跡することにより、焦点摂取による病変の動き（又は、ＰＥＴリストモードデータにおける「ホットスポット」を形成する他の画像特徴の動き）を検出する。例えば、Bundschuh et. al., "Postacquisition Detection of Tumor Motion in the Lung and Upper Abdomen Using List-Mode PET Data: A Feasibility Study", J. Nucl. Med. 2007;48:758-763を参照されたい。有利なことに、このアプローチは、再構成画像を生成するためにリストモード撮像データの計算コストのかかる再構成を必要とせず、ゆえに、リアルタイムに第１の呼吸信号３２を提供するために（本質的に）リアルタイムに実行されることができる。更に、データ駆動の信号処理３０は、吸気及び呼気に伴って胴体の病変が動くときにそのような病変の動きをモニタリングするので、第１の呼吸信号３２は、実質的に呼吸周期に対するタイムラグがない。生理学的第一原理に基づいて、病変活動の重心のｚ座標を実際の呼吸フェーズにマッピングすることは簡単である：終末吸気では、肺は空気で最大限に満たされ、ゆえに病変は尾方向に最大限に移動し、終末呼気では、肺が最大限に空になり、病変は、頭蓋方向に最大限に移動する。従って、第１の呼吸信号３２は、「グランドトゥルース」呼吸フェーズと容易に同期される。しかしながら、第１の呼吸信号３２はノイズを受けやすく、臨床的に許容される低線量の放射性医薬品が患者に投与される通常の臨床イメージングの場合、計数率が低いことにより低いＳＮＲを有する可能性が高い。
パルスオキシメータ１４は、患者が撮像装置１２内にいるときに患者の一部に接続され、患者のＰＰＧ信号を取得する。例示的なレイアウトでは、ＰＰＧ信号は、有線又は無線（例えば、ブルートゥース）接続を使用することができるガントリゲーティングポート３３を介してゲーティングを実施する電子プロセッサ１６に通信される。パルスオキシメータ１４は、ＣＤＵ２２でのＰＥＴイメージングカウントの取得と同時に、ＰＰＧを取得している。少なくとも１つの電子プロセッサ１６は、ＰＰＧ信号処理３４を実行して、ＰＰＧ信号から第２の呼吸信号３６（図１に矢印として図示）を抽出するようにプログラムされる。適切な実施形態において、ＰＰＧ信号処理３４は、例えばＰＰＧ信号に対して実施されるウェーブレット信号解析を使用して、信頼できる呼吸レートの範囲の周波数レンジにおけるＰＰＧ信号の成分として第２の呼吸信号３６を抽出する。例えば、Leonard et.al, Emerg. Med. J. 2003;20:524-525を参照されたい。
いくつかの例において、少なくとも１つの他のバイタルサインセンサ３７（例えば、心臓センサ、呼吸センサなど）を患者に接続して、追加のバイタルサインデータ又は情報を取得してもよい。この例では、少なくとも１つの電子プロセッサ１６は更に、（例えば、ノイズによるギャップのようなＰＰＧ信号のギャップを「埋める」ために、得られたバイタルサインデータでＰＰＧ信号強度を増大させることにより、）バイタルサインセンサ３７から得られたバイタルサイン情報を使用して、第２の呼吸信号を抽出するようにプログラムされる。パルスオキシメータ１４は、撮像装置１２のガントリ１８のゲートポート３２を介して少なくとも１つの電子プロセッサ１６と通信する。
少なくとも１つの電子プロセッサ１６は、データ処理３８によって第１及び第２の呼吸信号３２、３６を組み合わせて、患者の呼吸を示す呼吸信号４０を生成するように更にプログラムされる。１つの適切なアプローチでは、データ処理３８は、第１の呼吸信号３２と比較した第２の呼吸信号３６のタイムラグ又は遅延を決定し、このタイムラグを補正するよう第２の呼吸信号３６を時間シフトすることにより、呼吸信号４０を生成する。結果的に得られる呼吸信号４０は、所望の呼吸フェーズ（例えば、終末呼気）に対応する時間間隔中にタイムスタンプされた、ＣＤＵ２２によって収集されたカウントを選択するためのリアルタイムゲーティング信号として適切に使用され、目標呼吸フェーズ中に収集されたカウントのみが、ＲＳ２８によって再構成される撮像データセットに含めるためにＰＥＴ取得コンピュータ２４に通信される。
変形アプローチ（図１には図示せず）において、ゲーティング呼吸信号４０は、ＣＤＵ２２ではなくＰＥＴ取得コンピュータ２４に入力される。後ろ向き（レトロスペクティブ）呼吸ゲーティングに適したこのアプローチでは、すべてのカウントが、ＣＤＵ２２からＰＥＴ取得コンピュータ２４に渡されてイメージングデータセットが形成され、このイメージングデータセットのどの部分が画像再構成用のＲＳ２８に入力されるかの選択は、カウントのタイムスタンプを、記録されたゲーティング呼吸信号４０と比較することにより、ＰＥＴ収集コンピュータ２４によって後ろ向き（レトロスペクティブ）に決定される。
第１及び第２の呼吸データ信号３２、３６から呼吸信号を生成するために、少なくとも１つの電子プロセッサ１６によって実行されるデータ処理３８は、第１の呼吸データ信号３２に対する第２の呼吸データ信号３６のタイムラグを決定するようにプログラムされる。撮像データの時間間隔は、呼吸成分のタイムラグを測定するために、ＰＰＧ信号の呼吸成分と相関付けられる。タイムラグが決定されると、第２の呼吸信号３６は、決定されたタイムラグを補正するように時間シフトされ、こうして呼吸ゲーティングに使用される呼吸信号４０が形成される。一例では、少なくとも１つの電子プロセッサ１６は、連続的に取得された撮像データを使用して決定されたタイムラグを更新し、そこから第１の信号を抽出するようにプログラムされる。別の例では、少なくとも１つの電子プロセッサ１６は、患者により意図的に誘発された呼吸によって初期タイムラグ値を決定するようにプログラムされる。呼吸信号が生成されると、少なくとも１つの電子プロセッサ１６は、呼吸信号を使用してエミッション撮像データに対して呼吸ゲーティング処理を実行するために、呼吸信号を使用するようプログラムされる。ゲーティング処理からのデータは、再構成画像に送られ、「モーションフリー」画像を生成するように動きアーティファクト補正をガイドするために使用される。加えて、呼吸信号は、ＣＤＵ２２に表示される。
呼吸モニタ処理３０、３４、３８を実行する電子プロセッサ１６は、さまざまに具体化することができる。説明的な例において、電子プロセッサ１６は、ＰＥＴ撮像装置１２の計算コンポーネント２２、２４、２８とは別個の専用電子プロセッサである。別の実施形態において、これらのコンピューティングコンポーネント２２、２４、２８の１又は複数が、呼吸モニタ処理３０、３４、３８を実施するように変更されることができ、例えば、単一の電子プロセッサが、ＣＤＵ２２及び図示される電子プロセッサ１６の両方を実現することができる。
図２を参照して、装置１０の動作が、呼吸モニタリング方法１００として概略的にフローチャートに示される。１０２において、エミッションデータが、エミッション撮像装置１２から取得される。１０４において、ＰＰＧ信号が、パルスオキシメータ１４から取得される。１０２及び１０４の処理は、同時に又は連続して行われることができることが理解されるであろう。１０６において、少なくとも１つの電子プロセッサ１６は、エミッション撮像データからエミッションデータ駆動の呼吸信号３２を生成するようにプログラムされる。エミッションデータ駆動の呼吸信号は、エミッション撮像データから決定される時間の関数としての画像特徴の位置に基づいて生成される。一例において、画像特徴は、患者の肺／胸部横隔膜インタフェースを含む。１０８において、少なくとも１つの電子プロセッサ１６が、ＰＰＧ信号からＰＰＧ駆動の呼吸信号３６を生成するようにプログラムされる。１０６及び１０８の処理は、同時に又は連続して行われることができることが理解されるであろう。１１０において、少なくとも１つの電子プロセッサ１６は、ＰＰＧ駆動の呼吸信号とエミッションデータ駆動の呼吸信号３２との比較に基づいて、ＰＰＧ駆動の呼吸信号３６の時間シフトを決定するようにプログラムされる。いくつかの例において、時間シフトを決定すること（１０８）、及び決定された時間シフト（１１０）を補正するよう時間シフトされたＰＰＧ駆動の呼吸信号として呼吸信号を生成することは、エミッション撮像データの取得中に連続的に又は連続した時間間隔において実施される。１１２において、少なくとも１つの電子プロセッサ１６は、決定された時間シフトを補正するよう時間シフトされたＰＰＧ駆動の呼吸信号３６として、呼吸信号４０を生成するようにプログラムされる。１１４において、少なくとも１つの電子プロセッサ１６は、生成された呼吸信号４０を使用してエミッション撮像データを再構成し、再構成された画像を生成するようにプログラムされる。例えば、再構成されたイメージングデータは、他の機能の中でも特に、ゲーティング又は動き補正を行うために使用されることができる。
デバイス１０の例示的な計算、データ処理又はデータインタフェースコンポーネントは、開示された処理を実行するための電子プロセッサ（例えば、電子プロセッサ１６）によって実行可能な命令を記憶する一時記憶媒体として具現化されることができることが理解されるであろう。非一時記憶媒体は、例えば、ハードディスクドライブ、ＲＡＩＤ、又は他の磁気記憶媒体、ソリッドステートドライブ、フラッシュドライブ、電子的に消去可能な読み取り専用メモリ（ＥＥＲＯＭ）又はその他の電子メモリ、光ディスク又はその他の光学ストレージ、それらのさまざまな組み合わせなどを含むことができる。本開示は、好適な施形態を参照して説明されている。当業者であれば、上述の詳細な説明を読み理解することにより、変形例及び変更例が思いつくであろう。本発明は、そのようなすべての変形例及び変更例が添付の特許請求の範囲又はその均等物の範囲内に入る限り、それらの変形例及び変更例を含むものと解釈されることが意図される。
Claims (20)
- 患者の呼吸を測定する装置であって、
ポジトロンエミッショントモグラフィ（ＰＥＴ）又はシングルフォトンエミッションコンピュータトモグラフィ（ＳＰＥＣＴ）撮像装置と、
少なくとも１つの電子プロセッサであって、
前記ＰＥＴ又は前記ＳＰＥＣＴ撮像装置によって取得された患者のエミッション撮像データから第１の呼吸データ信号を抽出する処理と、
患者のフォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）信号から第２の呼吸データ信号を抽出する処理と、
前記第１及び前記第２の抽出された呼吸データ信号を組み合わせて、患者の呼吸を示す呼吸信号を生成する処理と、
を実行するようプログラムされる電子プロセッサと、
を有する装置。 - 前記エミッション撮像データから前記第１の呼吸データ信号を抽出する前記処理は、呼吸による患者の肺／横隔膜インタフェースでの動きを示すデータを含む前記第１の呼吸データ信号を抽出することを含む、請求項１に記載の装置。
- 前記呼吸信号は、
前記第１の呼吸データ信号に対する前記第２の呼吸データ信号のタイムラグを決定し、
前記決定されたタイムラグを補正するよう時間シフトされた前記第２の呼吸データ信号として前記呼吸信号を生成する、
ことによって生成される、請求項１又は２に記載の装置。 - 前記少なくとも１つのプロセッサが更に、前記呼吸信号を使用して前記エミッション撮像データの呼吸ゲーティングを実施するようにプログラムされる、請求項３に記載の装置。
- 前記少なくとも１つのプロセッサ更に、連続的に取得されたエミッション撮像データを使用して、前記決定されたタイムラグを更新するようにプログラムされる、請求項３又は４に記載の装置。
- 前記少なくとも１つのプロセッサが更に、患者により誘発される呼吸を使用して初期タイムラグ値を決定するようにプログラムされる、請求項３乃至５のいずれか１項に記載の装置。
- 前記患者のバイタルサイン情報を取得するように構成された少なくとも１つの他のバイタルサインセンサを更に有し、前記少なくとも１つのプロセッサが更に、前記取得されたバイタルサイン情報を使用して前記ＰＰＧ信号から前記第２の呼吸データ信号を抽出するようにプログラムされる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
- 前記患者の呼吸信号を表示するように構成されるディスプレイを更に有する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
- 患者のＰＰＧ信号を取得するように構成されるパルスオキシメータを更に有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
- エミッション撮像装置及びパルスオキシメータと動作可能に接続され、呼吸モニタリング方法を実行するために電子プロセッサによって読み取り可能及び実行可能な命令を記憶する非一時記憶媒体であって、前記呼吸モニタリング方法が、
エミッション撮像データからエミッションデータ駆動の呼吸信号を生成し、
フォトプレチスモグラフＰＰＧ信号からＰＰＧ駆動の呼吸信号を生成し、
前記ＰＰＧ駆動の呼吸信号と前記エミッションデータ駆動の呼吸信号の比較に基づいて、前記ＰＰＧ駆動の呼吸信号の時間シフトを決定し、
前記決定された時間シフトを補正するよう時間シフトされた前記ＰＰＧ駆動の呼吸信号として呼吸信号を生成する、ことを含む非一時記憶媒体。 - 前記エミッションデータ駆動の呼吸信号は、前記エミッション撮像データから決定される時間の関数としての画像特徴の位置に基づいて生成される、請求項１０に記載の非一時記憶媒体。
- 前記画像特徴は、肺／胸部横隔膜インタフェースを含む、請求項１１に記載の非一時記憶媒体。
- 前記エミッション撮像データを再構成して再構成画像を生成するための、前記電子プロセッサによって読み取り可能及び実行可能な命令を更に記憶する、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の非一時記憶媒体。
- 前記時間シフトを決定すること、及び前記決定された時間シフトを補正するように時間シフトされた前記ＰＰＧ駆動の呼吸信号として前記呼吸信号を生成することは、前記エミッション撮像データの取得中に連続的に又は連続した時間間隔において実行される、請求項１１に記載の非一時記憶媒体。
- 患者の呼吸を測定する装置であって、
患者の少なくとも一部のエミッション撮像データを取得するように構成される撮像装置と、
少なくとも１つの電子プロセッサであって、
前記エミッション撮像データから第１の呼吸データ信号を抽出する処理と、
フォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）信号から第２の呼吸データ信号を抽出する処理と、
前記第１の呼吸データ信号に対する前記第２の呼吸データ信号のタイムラグを決定する処理と、
前記決定されたタイムラグを補正するように時間シフトされる前記第２の呼吸データ信号として前記呼吸信号を生成する処理と、
を実行するようプログラムされる電子プロセッサと、
前記患者の呼吸信号を表示するように構成されるディスプレイと、
を有する装置。 - 前記エミッション撮像データから前記第１の呼吸データ信号を抽出する前記処理は、呼吸による患者の肺及び横隔膜のインタフェースにおける動きを示すデータを含む前記第１の呼吸データ信号を抽出することを含む、請求項１５に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの電子プロセッサが更に、前記呼吸信号を使用して、前記エミッション撮像データに対する呼吸ゲーティング処理を実行するようにプログラムされる、請求項１５又は１６に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの電子プロセッサが更に、連続的に取得されるＰＥＴ画像データを使用して、前記決定されたタイムラグを更新するようにプログラムされる、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の装置。
- 患者のバイタルサイン情報を取得するように構成される少なくとも１つの他のバイタルサインセンサを更に有し、前記少なくとも１つの電子プロセッサが、取得される前記バイタルサイン情報を使用して前記ＰＰＧ信号から前記第２の呼吸データ信号を抽出するように更にプログラムされる、請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の装置。
- 患者の一部に動作可能に接続されるパルスオキシメータを更に有し、前記パルスオキシメータは、患者のＰＰＧ信号を取得するように構成される、請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の装置。
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