JP6963766B2 - 目標指向のｃｔ灌流プロトコル - Google Patents

Description

本発明は、概して、医用イメージングに関し、特に、例えば心臓、肝臓又は脳等の器官の灌流スキャニングのような、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）灌流スキャニングに用途を見出す。

ＣＴ灌流プロトコルは、心筋欠損を識別し診断するために、ＣＴスキャニング装置を使用して、投与された造影剤の取り込み中に心臓の心筋をスキャンする。灌流スキャンの最中、ＣＴ回転ガントリは、組織内のコントラストの上昇を観察するために、視野内の心臓の一部と同じ軸方向位置又はｚ軸において、スキャンを実施する。Ｘ線源は、Ｘ線を放出し、放出されたＸ線は、組織を横断し、放射線検出器によって検出される。検出されたＸ線は、灌流画像に融合されるＣＴ画像に再構成される。同じ軸方向位置は、患者の長手軸に沿った位置に一致し、例えば患者は、回転ガントリの面に対して同じ位置のままである。心筋組織のコントラストの上昇は、数秒で生じる。取り込み期間をのがすことは、ウォッシュアウトの待機及び造影剤の再投与を意味し、更に、ＣＴスキャニング装置からの付加のイオン化放射線に患者をさらすことを意味する。ＣＴスキャニング装置は、一般には、取り込みの間、より高い解像度を伴うより高線量への切り替えの前に、より低線量のスキャンにより造影剤を監視するように構成される。

一般には、ＣＴスキャニング装置は、心臓の一部のみをスキャンするのに十分な視野を有する。損傷された可能性のある心筋をスキャンすることを確実にするための１つのアプローチは、大きい視野、すなわち同一の軸方向位置で心臓全体を繰り返しスキャンするのに十分なスキャンカバレッジを有するＣＴスキャニング装置を製造することである。心臓全体が、各々の回転においてスキャンされる場合、心筋のすべてにおける取り込みが観察されることができる。しかしながら、これはまた、心臓全体を含む組織のより大きい部分が、監視及びスキャニング中に、イオン化放射線のより大きい線量を受け、イオン化放射線が、患者にとって蓄積された線量となることを意味する。別のアプローチはスキャンカバレッジを広げるためにシャトルモードを使用することであり、シャトルモードでは、患者が、制限された視野内でインクリメントする位置に移動され、例えば２つの位置の間で前後に移動される。しかしながら、シャトルモードは、線量を増加させ、取り込み中にピークの増大を見逃すことがある。

例えば損傷された心筋のような心筋欠損は、一般に、心筋組織への動脈供給の閉塞に起因する心筋組織への酸素不足によって引き起こされ、例としてはアテローム硬化性冠動脈疾患（ＣＡＤ）がある。

ここに記述される見地は、上述した問題その他に対処する。

以下は、ＣＴ灌流スキャンにおいて、例えば心臓、肝臓又は脳等の器官の一部を含むカバレッジ目標を達成する方法及びシステムを記述する。灌流スキャンの間、イメージングされる器官の一部は、空間的に位置特定された狭窄及び器官組織の血液供給区域マップに従って識別される。一実施形態において、狭窄は、ステントロケーションを含むことができる。一実施形態において、狭窄は、ＣＴアンギオグラフィスキャンを使用して、空間的に位置特定される。

１つの見地において、目標灌流スキャンを実施するシステムは、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）スキャナ、血液供給区域マップ及び目標灌流ユニットを有する。ＣＴスキャナは、器官の組織の一部の灌流スキャンを実施する。血液供給区域マップは、動脈血管ツリーの動脈ロケーションを、当該動脈ロケーションによって血液供給される器官の空間的に位置特定された器官組織にマッピングする。目標灌流ユニットは、狭窄のロケーション及び血液供給区域マップから、目標カバレッジを決定し、決定された目標カバレッジに従って灌流スキャンを実施するようにＣＴスキャナを制御する１又は複数のプロセッサを有する。

別の見地において、灌流スキャンを実施する方法は、狭窄のロケーション及び血液供給区域マップから、目標カバレッジを決定することを含む。コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）スキャナは、灌流スキャンの間、目標カバレッジに従って器官組織の一部をスキャンするように制御される。

別の見地において、非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、１又は複数のプロセッサによって実行されるときに、器官の動脈血管ツリー内の狭窄のロケーションと、動脈血管ツリーの動脈ロケーションを、当該動脈ロケーションによって血液供給される器官の空間的に位置特定された器官組織にマッピングする血液供給区域マップとから、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）スキャナの目標カバレッジを決定する命令を有する。命令は更に、目標カバレッジに従って目標ＣＴ灌流（ＣＴＰ）スキャンを実施するようにＣＴスキャナを制御する。

本発明は、さまざまな構成要素及び構成要素の取り合わせの、及び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ることができる。図面は、好適な実施形態を示すためにだけあり、本発明を制限するものとして解釈されるべきでない。

目標灌流プロトコルシステムの一実施形態を概略的に示す図。 狭窄及び対応する灌流欠損に関して目標カバレッジによる例示的な心臓スキャンを示す図。 灌流スキャニングカバレッジを達成する方法の一実施形態のフローチャート。

図１をまず参照して、目標灌流プロトコルシステム１００が概略的に示される。狭窄ユニット１１０は、患者の器官、例えば心臓内の狭窄ロケーション１１２を識別する。狭窄は、例えば心臓の冠動脈等の動脈管腔の異常な狭小化である。一実施形態において、狭窄は、器官の、例えば従来のイメージングスタディにおける以前のボリュメトリック画像から識別される。一実施形態において、狭窄は、ステントロケーションを含むことができる。一実施形態において、狭窄ユニット１１０は、アンギオグラフィプロトコルに従って心臓をスキャンするために、例えばＣＴスキャナ、Ｘ線スキャナ、磁気共鳴（ＭＲ）スキャナ、それらの組み合わせ等のスキャニング装置１２０を制御する。スキャニング装置１２０は、アンギオグラフィプロトコルに従って、当技術分野において知られている技法を使用して、例えば器官のボリュメトリック画像内において狭窄のロケーション１１２を生成する。例えば、ＣＴアンギオグラフィ（ＣＴＡ）プロトコルは、ヘリカルＣＴスキャンにおいて心臓全体をスキャンし、かかるスキャンは、灌流スキャンより低い線量のスキャンである。スキャンは、動脈血管を強調する造影剤を含むことができる。冠動脈血管ツリーが、セグメント化される。血管ツリーに沿って直径が測定されることができ、血流予備量比（ＦＦＲ）が計算される（ＦＦＲ−ＣＴ）。空間的に位置特定されたセグメント化された動脈血管、直径、及びＦＦＲ−ＣＴに基づいて、狭窄のロケーションが識別される。

血液供給区域マップユニット１３０は、血液供給区域マップ１３２を使用して、ＣＴ灌流スキャンカバレッジの位置に狭窄のロケーション１１２をマッピングする。血液供給区域マップは、器官組織の空間的なロケーションに、動脈血管ツリーに沿った複数のロケーション又はポイントを関連付ける。動脈血管ツリーに沿って関連付けられるロケーションは、動脈血流の下流の動脈血管ツリーの一部によって血液供給される組織に対応する。例えば、冠動脈血管ツリーに沿った分岐は、分岐によって動脈血流を供給される心筋組織にマッピングされる。血液供給区域マップ１３２は、最初に、灌流プロトコルによりスキャンされる１又は複数の健康患者の心臓をサンプリングし、心筋組織の特定の領域に分岐を関連付けることから、構成される。一実施形態において、血液供給区域は、２乃至３センチメートル（ｃｍ）の軸方向又はｚ方向のカバレッジに局所化されることができ、又は動脈分岐のサイズに依存してより小さいカバレッジでもよい。一実施形態において、最初に構成されたマップは、一層洗練されることができ、すなわち、解剖学的モデル１３４を使用して、患者の事前にイメージングされた器官にフィットされることができる。解剖学的モデル１３４は、例えば三角形メッシュ表面のような当技術分野において知られている技法を使用して、血液供給区域マップ１３２を変形可能に寸法調整することができる。

血液供給区域マップユニット１３０は、寸法調整された血液供給区域マップ１３２を使用して例えばＣＴＡ画像のような事前の画像又は生成された画像内において識別される狭窄のロケーション１１２を、又は寸法調整されていない血液供給区域マップ１３２を使用して解剖学的に対応する位置を、狭窄の下流において血液供給される器官組織の一部にマッピングすることができる。ある例において、ＣＴＡ画像は、対応するＣＴ灌流スキャンの７分の１又はそれより小さい割合のイオン化放射線量を使用するスキャンから、生成される。狭窄の下流で血液供給される器官組織の一部は、目標灌流スキャンの位置パラメータを決定するために使用される。例えば、血液供給区域マップ１３２は、動脈血管ツリーの最小分岐ごとに、各々の最小分岐に対応するボクセルのような器官組織の空間ロケーションを有することができる。血液供給区域マップ１３２は、各々の最小分岐の、より大きいセグメントへの関連付け、及び階層的に動脈血管ツリー全体への関連付けを含むことができる。こうして、狭窄を有する任意の分岐内の最小分岐が、階層的に識別されることができ、次いで、器官組織（例えば心筋）が識別される。

寸法調整された血液供給区域マップ１３２を用いる場合、狭窄のロケーション１１２は、器官組織と関連付けられた動脈血管ツリーに沿った空間ロケーションと対応付けられる。更に、下流の分岐によって血液供給される器官組織は、寸法調整された血液供給区域マップ１３２に従って、寸法調整された血液供給区域マップ１３２に空間的にフィットするように使用される患者のイメージングされた器官の組織と空間的に対応付けられる。患者の対応する組織のｚ位置は、目標灌流スキャンの位置パラメータとして使用される。

寸法調整されない血液供給区域マップ１３２を用いる場合、狭窄のロケーション１１２は、動脈血管ツリーに沿った解剖学的ロケーションに対応付けられる。例えば患者画像において、動脈血管ツリーに沿った狭窄の解剖学的ロケーションが識別され、かかる解剖学的ロケーションは、寸法調整されない血液供給区域マップ１３２の動脈血管ツリーに沿った解剖学的ロケーションに対応する。下流の分岐において血液供給される関連付けられた器官組織から、関連付けられた器官組織の解剖学的ロケーションが、決定され、目標灌流スキャンのｚ位置パラメータとして使用される患者の対応する器官組織を解剖学的に位置特定するために使用される。

目標灌流ユニット１４０は、血液供給区域マップ１３２から決定されるカバレッジを使用して患者器官の一部をスキャンするようＣＴスキャナ１２０を制御する。スカウト及び／又はパイロットスキャンが、患者の器官ロケーション及び器官内の解剖学的ロケーションの位置を識別することができる。目標灌流ユニット１４０は、例えばスキャナのｚ軸に沿ったスカウトスキャンの解剖学的位置及び血液供給区域マップ１３２から決定される対応する位置等の位置情報を使用して、灌流スキャンの間、造影剤の取り込み中に視野内又はカバレッジ内に患者を位置付ける。血液供給区域マップ１３２は、血液供給される器官組織の開始位置及び終了位置を提供することができる。大きいカバレッジをもつスキャナの視野、すなわちカバレッジ、及びゆえに線量は、開始位置及び終了位置に制限されることができる。制限された視野をもつスキャナの視野は、開始位置及び終了位置に位置付けられることができる。カバレッジは、誤差のマージンを含むことができる。

目標灌流ユニット１４０は、患者組織のスキャンされる部分の灌流画像を生成する。患者組織のスキャンされる部分は、血液供給区域マップ１３２に基づいて、狭窄の下流の血液供給される組織の軸方向開始位置及び終了位置から決定される。生成された灌流画像は、例えば画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）、放射線医学情報システム（ＲＩＳ）、電子医療記録（ＥＭＲ）及びその他のような記憶サブシステム１５０に記憶されることができ、又は、コンピューティング装置１６２の表示装置１６０に表示される。

狭窄ユニット１１０、血液供給区域マップユニット１３０及び目標灌流ユニット１４０は、例えば、マイクロプロセッサ、中央処理ユニット、デジタルプロセッサのような１又は複数の構成されたプロセッサ１６４を有する。１又は複数の構成されたプロセッサ１６４は、コンピュータ可読記憶媒体に記憶された少なくとも１つのコンピュータ可読命令を実行するように構成され、コンピュータ可読記憶媒体は、一時的媒体を除外し、物理メモリ及び／又は他の非一時的媒体を含む。１又は複数のプロセッサ１６４は更に、搬送波、信号又は他の一時的媒体によって保持される１又は複数のコンピュータ可読命令を実行することができる。１又は複数のプロセッサ１６４は、局所メモリ及び／又は分散メモリを含むことができる。１又は複数のプロセッサ１６４は、ネットワーク１６６を通じた有線及び／又は無線通信のためのハードウェア／ソフトウェアを含むことができる。例えば、ラインは、さまざまなコンポーネント間の有線又は無線の通信経路を示す。１又は複数のプロセッサ１６４は、コンピューティング装置１６２を有することができ、コンピューティング装置１６２は、例えば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、身体装着されるコンピューティング装置、スマートフォン、タブレット、及び／又は１又は複数の構成されたサーバを含む協働／分散コンピューティング装置（図示せず）でありうる。コンピューティング装置１６２は、１又は複数の入力装置１６８を有することができ、入力装置１６８は、ボリュメトリック画像内において狭窄のロケーション１１２を識別し及び／又は確かめる、灌流スキャンにより生成された画像を表示する、血液供給区域マップ１３２を表示する、スカウト／パイロットスキャンに対するカバレッジ位置を識別する、カバレッジを確認する、その他のコマンドを受け取る。

狭窄ロケーション１１２、解剖学的モデル１３４、血液供給区域マップ１３２は、電子記憶媒体又はコンピュータメモリに記憶されるデジタルデータセットとして表現される。デジタルデータセットは、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）形式又は他の適切な画像又はボリュメトリック形式を含むことができる。

図２を参照して、狭窄２１０及び対応する灌流欠損２２０を含む例示的な心臓スキャンの目標カバレッジ２００が、心臓及び冠動脈の２次元断面透視図に示されている。狭窄２１０は、ＣＴＡ画像及びＦＦＲ−ＣＴ計算から識別される。灌流欠損２２０は、目標灌流スキャンに従って解析される。灌流欠損２２０のロケーションは、狭窄２１０のロケーションに基づいて、血液供給区域マップ１３２から決定され、例えば、狭窄２１０の下流にある動脈分岐によって血液供給される組織である。

目標カバレッジ２００、又は目標灌流スキャンの軸方向開始位置及び終了位置は、狭窄２１０の下流にある血液供給される組織の対応する軸方向境界から決定される。例えば、開始位置は、血液供給される区域の第１のｚ方向位置に対応する。終了位置は、血液供給される区域の第２のｚ方向位置に対応し、第１及び第２のｚ方向位置は、第１及び第２のｚ方向位置の間に配置される血液供給される区域により、スキャンのカバレッジを制限する。一実施形態において、第１及び／又は第２のｚ方向位置は、例えば血液供給される区域に隣る付加の距離のような誤差のマージンを含むことができる。ある例において、誤差のマージンは、血液供給区域マップ１３２を構成するために使用される健康な心臓のサンプリングに基づいて測定されることができる。

ある例において、目標カバレッジ２００は、灌流スキャンにおいて組織のカバレッジを低減する（例えば、器官全体より小さくする）ことによって、患者によって受けられる線量を低減する。目標灌流スキャンの最中の目標カバレッジ２００は、器官欠損を含むとともに、造影剤の取り込み中の組織欠損の監視及びスキャニングを含む。

ある例において、２以上の狭窄２１０が、目標灌流スキャンに関して識別される。一実施形態において、目標カバレッジ２００は、すべての血液供給される組織について対応する軸方向位置を含むように拡げられる。一実施形態において、複数の目標カバレッジが、ＣＴスキャナ１２０制約の範囲内で識別される。例えば、第１の開始位置ｚ^ｓ１及び第１の終了位置ｚ^ｅ１をもつ第１の目標カバレッジは、第１の血液供給される区域に対応し、第２の開始位置ｚ^ｓ２及び第２の終了位置ｚ^ｅ２をもつ第２の目標カバレッジは、第２の血液供給される区域に対応する。第１及び第２の目標カバレッジは、ＣＴスキャナ１２０の視野の範囲内にあり、範囲内でコリメートされる。別の実施形態において、第１及び第２の目標カバレッジは、ＣＴスキャナ１２０の視野の範囲内になく、別々の目標灌流スキャンが実施される。ある例において、血液供給区域マップ１３２に基づく血液供給される組織のロケーションが、別々の目標灌流スキャンを優先付けするために使用される。

図３を参照して、灌流スキャニングカバレッジ目標を達成する方法の一実施形態がフローチャートで示される。ステップ３００において、血液供給区域マップ１３２が、例えば灌流スタディに従って、１又は複数の健康な器官のサンプリングに基づいて生成される。血液供給区域マップ１３２は、動脈血管と、動脈血管の各分岐によって血液供給される対応する空間的に位置特定された組織と、を含む。例えば、ボクセルによって表現される器官組織の空間ロケーションごとの値は、動脈血管分岐及び酸素を与えれた血液を供給する上流の分岐に対するマッピングを含む。

狭窄のロケーション１１２が、ステップ３１０において識別される。識別は、ＣＴＡ画像の生成及びＦＦＲ−ＣＴを使用した解析を含むことができる。冠動脈血管ツリーに沿った分岐のような動脈血管ツリーに沿って、狭窄のロケーション１１２が、識別される。狭窄のロケーション１１２は、ステントのロケーションを含むことができ、又は狭窄のロケーション１１２を識別するために他の患者情報を使用することが可能である。

ステップ３２０において、狭窄のロケーション１１２の下流で血液供給される器官組織が、血液供給区域マップ１３２から決定される。決定された器官組織の軸方向位置が、目標カバレッジ２００を輪郭描出する。

ステップ３３０において、目標カバレッジ２００は、灌流スキャンの間、ＣＴスキャナ１２０のカバレッジを制御するパラメータとしてＣＴスキャナ１２０に入力される。灌流スキャンは、灌流スキャン中、造影剤の取り込みの最中に、目標カバレッジ２００内において器官組織をスキャンする。灌流スキャン中にスキャンされる器官組織の時間依存の３次元画像である灌流画像が生成され、表示装置１６０に表示され、及び／又は記憶サブシステム１５０に記憶されることができる。

本発明は、好適な実施形態に関して記述された。変更例及び変形例が、上述した詳細な説明を読み理解することにより、当業者に思いつくであろう。このような変更例及び変形例が添付の請求項又はそれと等価なものの範囲内にある限り、本発明は、そのような変更例及び変形例のすべてを含むように構成されることが意図される。

Claims (15)

1. 目標灌流スキャンのためのシステムであって、
   器官の組織の一部の灌流スキャンを実施するＣＴスキャナと、
   動脈血管ツリーの動脈ロケーションを、当該動脈ロケーションで血液供給される前記器官の空間的に位置特定される器官組織にマッピングする血液供給区域マップと、
   狭窄のロケーション及び前記血液供給区域マップから、目標カバレッジを決定し、前記決定された目標カバレッジに従って前記灌流スキャンを実施するよう前記ＣＴスキャナを制御する１又は複数のプロセッサを有する目標灌流ユニットと、
   を有するシステム。
2. 健康器官の１又は複数の動脈血管ツリー及び対応する器官組織のサンプリングに基づいて、前記血液供給区域マップを生成する前記１又は複数のプロセッサを有する血液供給区域マップユニットを更に有する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記動脈血管ツリーのＣＴアンギオグラフィスキャンから前記狭窄のロケーションを決定するように構成される前記１又は複数のプロセッサを有する狭窄ユニットを更に有する、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記目標灌流ユニットは、前記灌流スキャンの間、前記目標カバレッジにスキャニングを制限するように前記ＣＴスキャナを制御する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記目標カバレッジは、前記ＣＴスキャナの視野内において、前記器官の第１の軸方向位置及び第２の軸方向置の間に複数の位置を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記目標カバレッジは、前記ＣＴスキャナの視野より小さい軸方向位置間の距離を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記血液供給区域マップは、前記動脈血管ツリーの末端分岐の各々から、接続される上流の分岐への階層的なマッピング、及び前記動脈血管ツリーの各分岐により血液供給される前記器官の組織へのマッピングを含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記血液供給区域マップは、冠動脈血管ツリーによって血液供給される心筋組織をマッピングする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記血液供給区域マップユニットは、前記器官及び前記動脈血管ツリーの解剖学的モデルを使用して、前記狭窄のロケーションに前記血液供給区域マップをフィットさせる、請求項２に記載のシステム。
10. 灌流スキャンを実施する方法であって、
    器官の動脈血管ツリー内の狭窄のロケーション及び前記動脈血管ツリーの動脈ロケーションを、当該動脈ロケーションで血液供給される前記器官の空間的に位置特定される器官組織にマッピングする血液供給区域マップから、目標カバレッジを決定するステップと、
    前記灌流スキャンの間、前記目標カバレッジに従って器官組織の一部をスキャンするようにＣＴスキャナを制御するステップと、
    を有する方法。
11. 健康器官の１又は複数の動脈血管ツリー及び対応する器官組織のサンプリングに基づいて、前記血液供給区域マップを生成するステップを更に有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記血液供給区域マップは、前記動脈血管ツリーの最小分岐から階層的により大きい分岐へのマッピング、及び前記動脈血管ツリーの各分岐により血液供給される前記器官の組織へのマッピングを有する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記血液供給区域マップは、冠動脈血管ツリーによって血液供給される心筋組織をマッピングする、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記血液供給区域マップを生成するステップは、前記器官及び前記動脈血管ツリーの解剖学的モデルを使用して、前記狭窄のロケーションに前記血液供給区域マップをフィットさせるステップを含む、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
15. 器官の動脈血管ツリー内の狭窄のロケーションと、前記動脈血管ツリーの動脈ロケーションを、当該動脈ロケーションで血液供給される前記器官の空間的に位置特定される器官組織にマッピングする血液供給区域マップとから、ＣＴスキャナの目標カバレッジを決定するステップと、
    前記目標カバレッジに従って、目標ＣＴ灌流スキャンを実施するようにＣＴスキャナを制御するステップと、
    を１又は複数のプロセッサに実行させる命令を有する非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

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