JP6987875B2 - ヒトの心臓および心房をモデル化するための方法およびシステム - Google Patents
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Description
A.複数のピクセルおよび/またはボクセルに対して注入されたトレーサの時間放射能曲線を抽出するステップと、
B.時間放射能曲線のファーストパスピークを隔離するステップであって、各ピークは、対応するピクセル/ボクセルにおける注入されたトレーサの到達時間に対応する、隔離するステップと、
C.心臓の少なくとも2つの部分を備えるモデルを規定するステップであって、少なくとも2つの部分は、閾値に対するファーストパスピークの比較に基づいてピクセルおよび/またはボクセルを選択することによって隔離される、規定するステップと、
D.少なくとも2つの部分内のピクセルおよび/またはボクセルのファーストパスピークの到達時間を比較することによって、互いに対して少なくとも2つの部分を配置し、それによって、ヒト心臓のセグメント化されたモデルを取得するステップと
を備える方法に関する。
以下の略語は、本出願全体を通じて使用される。
AA:上行大動脈
ANOVA:分散分析
AUC:曲線下面積
CAD:冠動脈疾患(CAD)
CFR:冠血流予備能
CMR:心磁気共鳴断層撮影イメージング
CO:心拍出量
CT:コンピュータ断層撮影
CTT:心通過時間
EVLW:肺血管外水分量
GEDV:心臓拡張末期容積
HF:心不全
ITBV:胸腔内血液量
ITTV:胸腔内総容積
LA:左心房。LAは、心臓の4つの腔の1つであり、肺から左心室に通過し、さらに大動脈血流に入る血液のための貯蔵部として機能する。
LAL:LA長
LAV:LA容積。これは、周期的に1つの心拍中に30%変化する。通常、LAVは、最大容積が到達されるとき40〜60ミリリットルである。
LAVI:LA容積係数
LGEDV:左の心臓拡張末期容積
LTT:左心臓通過時間
LV:左心室
LVOT:左心室流出路
MBF:心筋血流
MRI:磁気共鳴映像法
MVD:微小血管機能障害
PA:肺動脈
PAC:肺動脈カテーテル法
PV:肺静脈
PET:陽電子放出断層撮影
PCWP:肺楔入圧
PICCO:パルスインデックス付き輪郭心拍出量
PTF:灌流可能組織分画
PAP:肺動脈圧
PTT:肺通過時間
PWV:肺水容積
RA:右心房
RGEDV:右の心臓拡張末期容積
RTT:右心臓通過時間
RV:右心室
SPECT:単一光子放出コンピュータ断層撮影
SV:一回拍出量
SVR:全身血管抵抗
TTT:総通過時間
VC:大静脈
第1の好ましい実施形態では、したがって、本発明は、電子放出断層撮影画像または単一光子放出コンピュータ断層撮影画像などの複数の放出断層撮影画像に基づいて心房(左(LA)または右(RA))の容積を推定するための方法に関し、前記方法は、
a)複数のピクセルおよび/またはボクセルに対する注入されたトレーサの時間放射能曲線を抽出するステップと、
b)時間放射能曲線のファーストパスピークを、
i.最大ダウンスロープをもつ2つ以上の連続したフレームtx〜tx+nを検出し、ここにおいて、xおよびnは両方とも正の整数である、
ii.たとえば、限定するものではないが、指数関数あてはめ、線形あてはめ、またはガンマ関数あてはめなどのあてはめ手順を使用して、前記連続したフレーム内でCPET(tx)およびCPET(tx+n)を使用する最大ダウンスロープを外挿し、
iii.tx+nまで元のCPET(t)の活性としてファーストパスピークを規定し、それに続いて、最大ダウンスロープをもつフレームから始まるダウンスロープのあてはめを行うこと
によって隔離するステップと、
c)それぞれ、質量中心および総面積を使用して前記ファーストパスピークのセントロイド時間tmidと曲線下面積AUCとを抽出し、それによって、tmidとAUCの両方に対する3次元画像を与えるステップと、
d)高い心室−血液コントラストを示す画像、たとえば、限定するものではないが、基底関数方法を使用して生成されるパラメトリック画像またはトレーサ保持の後期画像を使用して心室を規定するステップと、
e)心室領域の内部にある心室腔を規定するステップと、
f)腔時間放射能曲線を取得するステップと、
g)ファーストパスピークを抽出するステップと、
h)結果として生じるセントロイドと、AUCと、心室腔の場所とをtmidとして、AUCをtLV、tRV、AUCLV、およびAUCRVとして記憶するステップと、
i)tmidとAUC画像とを使用して、AUCLVの3分の2よりも大きいAUCをもつすべての領域としてマスクを規定するステップと、
j)前記マスクから、
・LA容積推定の場合
iv.tLVマイナスtLVとtRVとの差の半分よりも小さいtmid、または
v.tLVプラス2つの心拍の持続時間よりも大きいtmid、または
vi.LV腔内に位置する領域、
のいずれかをもつすべての領域を除去し、
vii.マスクの重心を規定し、
viii.この重心からの中間距離の1.2倍、1.3倍、1.4倍、1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、または1.9倍などの、好ましくは1.5倍である、1よりも大きい、前記マスク内のすべての領域を除去し、
ix.結果として生成されるマスクを損ない、続いて、薄いチューブ状領域すなわち肺静脈を除去するために拡張/拡大を行うステップ、
・RA容積推定の場合
x.tLVマイナスtLVとtRVとの差の半分よりも大きいtmid、または
xi.tRVプラス2つの心拍の持続時間よりも大きいtmid、もしくはRV腔内に位置する領域、または
xii.真上にあるスライスと比較して前記スライスに対するマスクの面積の、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、もしくは60%、好ましくは約50%などの、かなりの増加をもつ垂直方向スライスを識別することによる、垂直方向のチューブ状形状すなわち大静脈を描く領域
のいずれかをもつすべての領域を除去するステップと、
k)残りのマスクの総容積を、平均LAまたはRA容積の推定として使用するステップと
を備える。
a)対象となる以下の領域に対して、複数のピクセルおよび/またはボクセルに対する注入されたトレーサの時間放射能曲線を取得するステップと、
(1)右心室の外側すぐの大静脈内(たとえば、右心臓の前、VC)、
(2)肺動脈の基部において(右心臓の後/肺の前、PA)、
(3)肺静脈の1つ、左心房の外側すぐ(左心臓の前、肺の後、PV)、
(4)LVOTのすぐ上の大動脈の基部において(左心臓の後、AA)、
b)各時間放射能曲線に対して、ボーラスのファーストパスピークを隔離し、対応するセントロイドを取得するステップと、
c)以下の通過時間を計算するステップと、:
・右心臓通過時間(RTT)=PA−VC
・肺通過時間(PTT)=PV−PA
・左心臓通過時間(LTT)=AA−PV
・総通過時間(TTT)=AA−VC
・心通過時間(CTT)=RTT+LTT
d)以下の各コンパートメントの容積を取得するために、上記の通過時間の各々にトレーサ(たとえば15O−H2O−PET)由来心拍出量(CO)を乗算するステップと、
・右の心臓拡張末期容積(RGEDV)=CO×RTT
・肺水容積(PWV)=CO×PTT
・左の心臓拡張末期容積(LGEDV)=CO×LTT
・胸腔内総容積(ITTV)=CO×TTT
e)GEDVをLGEDVとRGEDVの合計として計算するステップと、
・GEDV=LGEDV+RGEDV
f)EVLWを胸腔内総容積と胸腔内血液量との間の差として計算するステップであって、
・EVLW=ITTV−ITBV
ITBVは1.25*GEDV−28.4mLとして規定される、ステップ
を備える。
・0.5〜10秒隔てられた時間フレームと10〜120秒、好ましくは30〜60秒のスキャニング時間とを使用して、好ましくはヨウ化造影剤の静脈内注入を用いた、コンピュータ断層撮影、
・0.1〜10秒隔てられた時間フレームと、10〜120秒、好ましくは30〜60秒のスキャニング時間とを使用する、好ましくはガドリニウム系造影剤を用いた、CMR、
・3〜10秒隔てられた時間フレームと10〜120秒、好ましくは30〜60秒のスキャニング時間とを使用して、前記同位元素分子リガンドが、注入後に肺を通るファーストパス中に肺組織内に保持されない限り、好ましくは放射性同位元素(任意の分子とリンクされた任意のSPECT対応可能な(amenable)同位元素)を用いた、単一光子放出断層撮影(SPECT/ガンマ線カメラ)、または
・1〜10秒隔てられた時間フレームと10〜120秒、好ましくは30〜60秒のスキャニング時間とを使用する、注入後に肺を通る前記ファーストパス中に肺組織内に前記同位元素および標識分子が保持されない限り、任意のPET対応可能な放射性同位元素を用いたPET。
部分の隔離
PETの間、注入されたトレーサは、身体内を、特に血管を通って、伝播するとき、PETスキャナによって画像化可能である。それによって、PETスキャナは、いくつかの時点においてトレーサ濃度のいくつかの逐次的画像を生成し得る。点は、たとえば30秒、1分、2分、またはより長い時間範囲中に画像を表すことがあり、たとえば毎秒、5秒、10秒の間隔(およびそれによって、画像)で分割され得る。トレーサ注入と同時にPET獲得を開始するとき、PETトレーサのボーラスは追跡可能である。本開示では、ボーラスは、少ない注入量における高濃度のPETトレーサと呼ばれることがあり、濃度面積または領域を規定する。特に、注入後の限られた時間の間、ボーラスが追跡されることがある。しばらく後、トレーサは、身体全体を通じて分布され、本開示の意味におけるボーラスはない。トレーサの伝播(およびボーラス)の一例は、図1A〜図1Dにおいて見られ得る。ボーラスが大静脈(VC)内に到達し(図1A)、次いで、肺動脈上にさらに到達し(図1B)、次いで、肺静脈、心臓の左側、および大動脈上にさらに到達し(図1C)、次いで、下行大動脈上にさらに到達する(図1D)ことが見られ得る。
セグメント化
本発明の1つの目的は、さまざまな心室と中心循環内の大きな血管と(心臓、肺、ならびに肺血管などの)をセグメント化することである。一実施形態では、セグメント化は、最初、前記2つの部分の第1の部分が心臓の左部分であり、前記2つの部分の第2の部分が心臓の右部分であるように実行される。部分の隔離から、たとえば図5Aにおいて説明され示されるように、いくつかの部分が利用可能である。図5Bに示されるように、部分に利用可能であるタイミング情報もある。次に、少なくとも2つの部分内のピクセルおよび/またはボクセルのファーストパスピークの到達時間を比較することによって、互いに対して少なくとも2つの部分を配置することで、特定の一実施形態ではヒト心臓の左心房または右心房の容積の推定を取得するために用いられ得る、前記ヒト心臓のセグメント化されたモデルが取得される。より具体的には、セントロイドおよび血液量(スケーリングされたAUC)画像が取得されているとき、それらは、何らかのランドマーク情報を使用して処理可能である。たとえば、肺が、手動でまたは自動的に識別される場合、中心循環の残りの領域は、動脈(セントロイド>肺)領域および静脈(セントロイド<肺)領域に分割可能である。
適用例
セグメント化モデルは、いくつかの適用例に利用され得る。一実施形態では、方法は、セグメント化モデルに基づいて部分および/またはサブ部分の容積を計算する追加ステップをさらに備える。心拍出量も、取得されたセグメント化モデルに基づいて計算されることがある。部分間の通過時間は、各心室の有効容積を計算するために、心拍出量が乗算されることがある。したがって、他の実施形態では、部分および/またはサブ部分の容積を計算するステップは、部分またはサブ部分に対する通過時間に、同じ部分/サブ部分に対して計算された心拍出量を乗算するステップを備える。拡張した心室は、心疾患の徴候であり、拡張した特定の心室は、心疾患のタイプを示す。さらに、心臓拡張末期容積は、この方法を使用して非侵襲的に計算可能である。容積は、心前負荷条件の強力なマーカであるが、通常は、動脈カテーテル法を必要とし、したがって、重篤な患者においてのみ使用される。
心房容積の推定のためのPET−CT
被験者は、水と毎日の摂取が処方された医薬品を除いて、各PET試験の前に>4時間絶食するように指示された。偵察(scout)CTスキャンの後、低線量CTスキャン(120kV、30mAs、4mmスライス厚)が実行された。これに続いて、自動注入システムを使用した、末梢静脈内の5〜10mLボーラス(1mL・s-1)としての15O−水の400MBqのボーラス注入と同時に始まり、続いて、係属中のPCT出願WO2016/203055において説明されるのと同様に35mL生理食塩水フラッシュ(2.0mL・s-1)が行われる、6分リストモード放出スキャンが実行された。放出データは、リストモードで獲得され、15O−水に対して22の時間フレーム(1×10s、8×5s、4×20s、2×15s、3×20s、2×30s、2×60s)を用いた動的シリーズにおいて再構成された。
心エコー法
心エコー記録は、Vivid9スキャナ(バージョンBT12、GE Vingmed、Ultrasound、Horten、Norway)を使用して取得された。LA容積は、LV駆出分画に対してbiplane方法を使用して決定されたが、EchoPAC(GE Vingmed、Ultrasound、Horten、Norway)において「容積/心房」機能を使用した。手短に言えば、LAの心エコー境界線は、収縮末期では、僧帽弁の開放の直前においてトレースされ、拡張末期では、心尖部4つの心室(4CH)像および2つの心室(2CH)像の両方における僧帽弁平面の閉鎖において追跡された(図15を参照されたい)。心耳および肺静脈は除外された。画像獲得中、4CHと2CHとの間で0.5cmよりも大きいLA長(LAL)における偏差を回避するために注意が払われた。3つの心周期の平均が測定されたが、心房細動の場合は、5サイクルが使用された。
左心房容積の計算
左心房容積は、到達時間とファーストパスボーラスの場所とを追跡することによって取得された。これは、ボーラス到達時間と曲線下面積の両方の画像の作成と、これらのパラメータの、右心室腔および左心室腔の基準値との比較とを必要とする。
ボーラスエリアおよび到達時間のパラメトリック画像
データは、以下のように分析された[Harms HJら、Automatic generation of absolute myocardial blood flow images using 15O−H2O and a clinical PET/CT scanner、EurJNuclMedMolImaging、2011年、第38巻、930〜9と、Harms HJら、Automatic Extraction of Myocardial Mass and Volume Using Parametric Images from Dynamic Nongated PET、J Nucl Med[インターネット]、2016年、第57巻、1382〜7を参照されたい]。最初に、各ボクセルに対して、ファーストパスピークが自動的に抽出された。これに関して、最大ダウンスロープをもつ2つの連続したフレームt1およびt2が、最初に検出された。次いで、これらのフレーム内のCPET(t1)およびCPET(t2)が、ダウンスロープの指数関数あてはめを規定するために使用され、その後、次いで、ファーストパスピークが、最大ダウンスロープをもつフレームから始まるダウンスロープの指数関数あてはめに続く、t2までの元のCPET(t)の活性として規定された。このピークのセントロイド時間tmidおよび曲線下面積AUCはそれぞれ、質量中心および総面積を使用して抽出された。これは、tmid(図11A)およびAUC(図11B)の両方に対する3次元画像という結果になる。高いAUCおよび1.5分未満のtmidをもつ領域が識別され、血液領域と考えられた。
左心室および右心室のセグメント化
動脈入力関数および静脈入力関数は、6つのクラスタを使用するクラスタ分析[Harms HJら、EurJNuclMedMolImaging、2011年、第38巻、930〜9]を使用して取得された。この後、MBF、PTF、ならびに血液量補正VAおよびVRVのパラメトリック画像が、心15O−水試験に対する単一組織コンパートメントモデルの基底関数実装
左心房のセグメント化
パラメトリックtmidおよびAUC画像を使用して、マスクは、AUCLVの2/3よりも高いAUCをもつすべての領域として規定された。次いで、tLVマイナスtLVとtRVとの間の差の半分よりも小さいtmid、tLVプラス2つの心拍の持続時間よりも大きいtmid、またはLV腔内に位置する領域のどちらかをもつすべての領域が、僧帽弁平面がLV壁のセグメント化中に適切に規定されたと仮定して、マスクから除去された。
データ分析
グループ5内の患者は、それぞれのストレスMBF値に基づいて分割された。すべてのセグメント内で2.3mL/g/分を上回るストレスMBFおよび2.5を上回る冠血流予備能をもつ患者は正常と分類され、単一の領域内で2.3mL/g/分を下回るストレスMBFをもつ患者は1Vと分類され、2.5を下回るが1.5を上回る全体のCFRをもつ患者は3Vと考えられ、1.5を下回るCFRをもつ患者はMVDとして分類された。
結果
左心房のセグメント化は、すべての被験者において成功した。HF患者に対するPET由来LA容積と心エコー法由来LA容積(図7)およびMR患者に対するCMR由来LA容積(図8および図9)の相関は、高かった(それぞれr=0.88およびr=0.82)。方法の再現性(図10)は優れており(ICC=0.93)、再現性係数は8.6mL/m2であった。
議論、心房推定
本明細書で開示される本発明は、第1の好ましい実施形態では、動的15O−水PET試験において左心房または右心房をセグメント化する自動化された方法を提示し、標準的な情報MBFに加えて心房容積情報を生じる。高い相関は、解剖学的ゴールドスタンダード尺度を用いて見出され、方法は、検定−再検定設定において高度に再現可能であった。
右心臓通過時間(RTT)=PA−VC
肺通過時間(PTT)=PV−PA
左心臓通過時間(LTT)=AA−PV
総通過時間(TTT)=AA−VC
心通過時間(CTT)=RTT+LTT。
右の心臓拡張末期容積(RGEDV)=CO×RTT
肺水容積(PWV)=CO×PTT
左の心臓拡張末期容積(LGEDV)=CO×LTT
胸腔内総容積(ITTV)=CO×TTT
最後に、GEDVは、LGEDVとRGEDVの合計と規定される。PICCOは、肺水容積のみを除く、冷たい生理食塩水の注入部位から動脈サーミスタ(termistor)部位までの容積全体を測定するが、PET方法は心腔内容積のみを表すことを確認することが重要である。したがって、PET由来GEDVは、PICCOから取得されたGEDVよりも低いことが予想された。
結果
PICCOおよびPETによって測定された心拍出量(CO)は、相関が認められた(r2=0.79、p<0.001)。HRの初期変化および侵襲的な血行動態にもかかわらず、COは、生理食塩水が注入されるまで影響されなかった(PICCO:p=0.80、PET:p=0.83)。しかしながら、COは、生理食塩水の3Lと10Lとの間で異ならず(PICCO:p=0.80、PET:p=0.39)、COのPICCO測定とPET測定との間に差はなかった(p=0.85、双方向anova、相互作用検定)。これらの変化は、試験全体を通じた一回拍出量(SV)の全体的な減少を実証した(PICCO:p=0.004、PET:p=0.03)。しかしながら、これは主に、ベースライン(BL)からABまでのSVの初期減少によって駆動され(PICCO:p=0.001、PET:p=0.03)、次いで、これに続いて、生理食塩水注入の開始後の増加がみられた(PICCOとPETの両方に対してp<0.001)(表1)。
システム
本開示は、ヒト心臓の陽電子放出断層撮影画像または単一光子放出コンピュータ断層撮影画像などの複数の放出断層撮影画像に基づいて前記ヒト心臓をモデル化するためのシステムであって、本開示において説明される方法によりヒト心臓をモデル化するための方法を実行するように配置されたシステムにさらに関する。これは、好ましくは、システムが、放出断層撮影画像を提供するように配置された放出イメージングデバイスと、ヒト心臓をモデル化するための方法を実行するように配置されたプロセッサまたは他の手段とを備えることを意味する。
図面の詳細な説明
本発明は、以下では、添付の図面を参照しながら、より詳細に説明される。図面は例示的なものであり、ヒト心臓ならびに/または左心房および右心房などのその中の心室および腔をモデル化するための現在開示されている方法およびシステムの特徴のいくつかを示すことを意図したものであり、現在開示されている発明に限定すると解釈されるべきでない。
図12:健康な対照、正常な心臓、正常な(小さい)左心房、すべてが正常である。
図13:アミロイドーシスに苦しむ患者。そのような患者は、正常に収縮するが適切に弛緩しない硬直した心臓(左心室)を有し、増加した充満圧力とLAの過負荷を引き起こし、これは、画像に見られるような腫脹されたLAにつながる。LV自体は、腫脹されない。
図14:漏出弁を有する患者−各心拍に対して、かなりの量の血液が、大動脈を通る代わりに漏出弁を通ってポンピングされ、左心室のバルーニング(十分な血液が大動脈に入ることを保証するために)と、もちろん心拍ごとにそれほど多くの血液を受け入れるように対応されない左心房のバルーニングという結果になる。
方法
本明細書で開示される第1の好ましい実施形態による方法は、心エコー法(グループ1)または心磁気共鳴(CMR)イメージング(グループ2)のどちらかとの比較によって検証された。次いで、再現性は、検定−再検定設定でアセスメントされた(グループ3)。精度および再現性に対する追加データは、異なるトレーサを使用して取得された。最後に、新しい方法が、MBFの標準的な臨床アセスメントのために参照された患者の大規模コホート(グループ4)に適用された。
患者集団
第1のグループ(HF)は、確認された心不全をもつ36人の患者からなり、これは、LIVE試験のサブ試験の一部であった[Jorsal Aら、A protocol for a randomised,double−blind,placebo−controlled study of the effect of LIraglutide on left VEntricular function in chronic heart failure patients with and without type 2 diabetes(The LIVE Study)。BMJ Open[インターネット]。2014年、第4巻、e004885]。第2のグループ(MR)は、僧帽弁逆流および軽度から中程度の(NYHAクラスIまたはII)心不全をもつ34人の患者からなった。グループ3(CAD)は、冠動脈疾患の臨床評価のために参照された15人の患者からなった。これらの患者は、同じ日に、安静時に2つの15O−水PETスキャンを受けた。最後に、グループ4は、心筋血流の標準的な臨床評価のために参照された、冠動脈疾患の中間の可能性をもつ107人の患者からなった。
スキャニングプロトコル
すべての試験は、同一のスキャニングプロトコルを用いて、Siemens Biograph TruePoint TrueV64 PET/CTスキャナ(HF患者)、GE discovery ST(20人のMR患者、すべてのCAD患者および臨床患者)、またはGE Discovery MI(14人のMR患者)のいずれかに対して行われた。
データ収集
動脈圧測定、スワン−ガンツカテーテルによる侵襲的な血流動態、およびPICCO検査が、ベースライン時ならびに4つのPETの直前およびその直後に実行された(1:介入前(BAL)、2:AT2およびBB投与の開始後(AB)、3:3Lの生理食塩水注入後に再度(AB−3L)、最後に、4:10L生理食塩水の注入後(AB−10L))。各検査ブロックは、1時間隔てられた。
肺カテーテル測定
スワン−ガンツカテーテルは、咽喉の前外側部上の内頸静脈内に留置されたシースを通って挿入された。シースは、十分な血管アクセスを保証するために、反対側に留置された。スワン−ガンツ肺カテーテル技法は、以下の血行動態変数、すなわち、中心静脈圧力(CVP)、肺毛細血管楔入圧(PCWP)、および肺動脈圧(PAP)、の測定および計算を可能にする。
PICCO測定
PICCO(Pulsion Medical System、Maquet、Germany)測定は、経肺熱希釈に基づく。PICCOカテーテルは、ブタ大腿動脈内のシースを通って挿入された。15mlの冷却された生理食塩水(4度)は、中心静脈アクセスのレベルでスワン−ガンツカテーテルを通って注がれ、動脈血内の温度の低下が測定された。次いで、心拍出量(CO)、心臓拡張末期容積(GEDV)、および肺含水量(EVLW)が推定された。侵襲的な血圧は、対側性大腿動脈内のシースを通して測定され、全身血管抵抗(SVR)が計算された。
コンピュータ断層撮影検査
CT検査は、TrueV、120kV、1.0mmスライス厚、0.5ピッチ、350mAs参照線量(Caredose)およびB31sフィルタを用いて、Siemens Biograph64 TruePoint PET/CT上で行われた。検査は、吸息終期における息こらえ(breath hold)の間に実行された。肺は、以前に説明された方法(12)として使用してセグメント化された。平均肺密度は、胸膜内のすべての実質組織と規定された対象となる容積に基づいて計算され、ハンスフィールドユニット(HU)は、−900から−350の範囲に及ぶ。CTスキャンは、各PET検査の前およびその後に行われ、肺全体に対する平均HU値は、各段階において計算された(BAL−AB−AB3−AB10)。
PET検査[15O]−H2O
15O−水PETは、標準的な臨床プロトコルにより実行された。低線量CTスキャンを実行した後、約5mLの生理食塩水中に溶解された15O−水の400MBqが、(係属中のPCT出願WO2016/203055に記載されたのと同様に)自動化された注入システムを使用して2mL/sのスピードで静脈内に注入され、これに続いて、35mL生理食塩水フラッシュがなされた。トレーサ注入と同時に、10分獲得プロトコルが始められた。データは、散乱、崩壊、減衰、およびスキャナ正規化に対する適切な補正を使用して、動的スキャンとして再構成された。スキャニングは、注入の前に開始され、10分間継続された。
1.ヒト心臓の、電子放出断層撮影画像または単一光子放出コンピュータ断層撮影画像などの複数の放出断層撮影画像に基づいて前記ヒト心臓をモデル化するための方法であって、各画像は、特定の時間に注入されたトレーサの濃度を表し、この方法は、
A.複数のピクセルおよび/またはボクセルに対して注入されたトレーサの時間放射能曲線を抽出するステップと、
B.時間放射能曲線のファーストパスピークを識別するステップであって、各ピークは、対応するピクセル/ボクセルにおける注入されたトレーサの到達時間に対応する、識別するステップと、
C.心臓の少なくとも2つの部分を備えるモデルを規定するステップであって、少なくとも2つの部分は、閾値に対するファーストパスピークの比較に基づいてピクセルおよび/またはボクセルを選択することによって隔離される、規定するステップと、
D.少なくとも2つの部分内のピクセルおよび/またはボクセルのファーストパスピークの到達時間を比較することによって、少なくとも2つの部分を互いに対して配置し、それによって、ヒト心臓のセグメント化モデルを取得するステップと
を備える。
2.前記2つの部分の第1の部分は心臓の左部分であり、前記2つの部分の第2の部分は心臓の右部分である、対象1に記載の方法。
3.ヒト心臓の参照点は、複数のピクセルおよび/またはボクセルから選択される、対象1から2のいずれかに記載の方法。
4.ステップC〜Dは、少なくとも2つの部分のうちの1つまたは複数をサブ部分にさらに分割し(ステップC)、ファーストパスピークの到達時間を比較することによって互いに対してサブ部分を配置する(ステップD)ことによって反復的に繰り返され、それによって、ヒト心臓のモデルをさらにセグメント化する、対象1から3のいずれかに記載の方法。
5.各参照点は、心臓の心室または血管に対応する、対象3から4のいずれかに記載の方法。
6.心室は、心臓の右心房、右心室、左心房、および左心室から選択される、対象5に記載の方法。
7.少なくとも2つの部分は、大静脈、右心房、右心室、肺動脈の基部、左心房に近い肺静脈、左心房、左心室、および心臓の上行大動脈の基部から選択される、心臓の心室および大血管に対応する、対象1から6のいずれかに記載の方法。
8.心臓の心室および大血管に対応する少なくとも2つの部分は、順次フローモデルを形成する、対象1から7のいずれかに記載の方法。
9.ステップは逐次的である、対象1から8のいずれかに記載の方法。
10.心臓の少なくとも2つの部分を備えるモデルを規定するステップは、周囲組織から2つの部分を隔離するステップを備える、対象1から9のいずれかに記載の方法。
11.トレーサは15O−水である、対象1から10のいずれかに記載の方法。
12.トレーサは、心臓の右心房に入る静脈内に注入されている、対象1から11のいずれかに記載の方法。
13.少なくとも2つの部分は、閾値に対するピークの面積の比較に基づいてピクセルおよび/またはボクセルを選択することによって、隔離される、対象1から12のいずれかに記載の方法。
14.注入されたトレーサは、放射線不透過性造影剤のボーラスであり、ここにおいて、各時間放射能曲線のファーストパスピークは、ピクセル/ボクセルに到達するボーラスに対応する、対象1から13のいずれかに記載の方法。
15.時間における質量中心は、ピクセル/ボクセルの時間放射能曲線の各々に対して取得される、対象1から14のいずれかに記載の方法。
16.部分および/またはサブ部分の2つの参照点間の通過時間が計算される、対象1から15のいずれかに記載の方法。
17.通過時間は、心臓の右部分の入口境界における参照点と心臓の右部分の出口境界における参照点との間で、および/または肺の入口境界における参照点と肺の出口境界における参照点との間で、および/または心臓の左部分の入口境界における参照点と心臓の左部分の出口境界における参照点との間で、計算される、対象16に記載の方法。
18.通過時間は、2つ以上のサブ部分の間で計算される、対象1から17のいずれかに記載の方法。
19.部分および/またはサブ部分の容積を計算するステップをさらに備える、対象1から18のいずれかに記載の方法。
20.部分および/またはサブ部分の容積を計算するステップは、部分またはサブ部分に対する通過時間に、同じ部分/サブ部分に対して計算された心拍出量を乗算するステップを備える、対象19に記載の方法。
21.ヒト心臓のモデルは3次元モデルである、対象1から20のいずれかに記載の方法。
22.対象1から21のいずれかに記載のヒト心臓をモデル化するための方法において取得されたセグメント化されたモデルのサブ部分の容積を分析することによって心疾患を識別するための方法。
23.拡張末期容積に基づいて患者の前負荷条件を識別するための方法であって、前記拡張末期容積は、対象1から21のいずれかに記載のヒト心臓をモデル化するための方法において取得される心臓の右部分または左部分の容積である、方法。
24.対象1から21のいずれかに記載のヒト心臓をモデル化するための方法において取得されたセグメント化モデル、左心室の前方一回拍出量および前方心拍出量に基づいて心臓弁の漏出を識別するための方法。
25.プロセッサによって遂行されるとき、対象1から21のいずれかに記載のヒト心臓をモデル化するための方法を実行する命令を記憶するための非一時的なコンピュータ可読記憶デバイス。
26.ヒト心臓の、陽電子放出断層撮影画像または単一光子放出コンピュータ断層撮影画像などの複数の放出断層撮影画像に基づいて前記ヒト心臓をモデル化するためのシステムであって、対象1から21のいずれかに記載のヒト心臓をモデル化するための方法を実行するように配置されたシステム。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
[1] 陽電子放出断層撮影画像または単一光子放出コンピュータ断層撮影画像などの複数の放出断層撮影画像に基づいて心房(左(LA)または右(RA))の容積を推定するための方法であって、
a)複数のピクセルおよび/またはボクセルに対する注入されたトレーサの時間放射能曲線を抽出するステップと、
b)前記時間放射能曲線のファーストパスピークを、
i.最大ダウンスロープをもつ2つ以上の連続したフレームt x 〜t x+n を検出し、ここにおいて、xおよびnは両方とも正の整数であり、
ii.たとえば、限定するものではないが、指数関数あてはめ、線形あてはめ、またはガンマ関数あてはめなどのあてはめ手順を使用して、前記連続したフレーム内でC PET (t x )およびC PET (t x+n )を使用する前記最大ダウンスロープを外挿し、
iii.t x+n まで元のC PET (t)の活性として前記ファーストパスピークを規定し、それに続いて、最大ダウンスロープをもつ前記フレームから始まる前記最大ダウンスロープのあてはめを行うこと、
によって隔離するステップと、
c)それぞれ、質量中心および総面積を使用して前記ファーストパスピークのセントロイド時間t mid と曲線下面積AUCとを抽出し、それによって、t mid とAUCの両方に対する3次元画像を与えるステップと、
d)高い心室−血液コントラストを示す画像、たとえば、限定するものではないが、基底関数方法を使用して生成されるパラメトリック画像またはトレーサ保持の後期画像を使用して心室を規定するステップと、
e)心室領域の内部にある心室腔を規定するステップと、
f)腔時間放射能曲線を取得するステップと、
g)前記ファーストパスピークを抽出するステップと、
h)結果として生じる前記セントロイドと、前記AUCと、前記心室腔の場所とをt mid として、AUCをt LV 、t RV 、AUC LV 、およびAUC RV として記憶するステップと、
i)t mid とAUC画像とを使用して、AUC LV の3分の2よりも大きいAUCをもつすべての領域としてマスクを規定するステップと、
j)前記マスクから、
・LA容積推定の場合
iv.t LV マイナスt LV とt RV との差の半分よりも小さいt mid 、または
v.t LV プラス2つの心拍の持続時間よりも大きいt mid 、または
vi.LV腔内に位置する領域、
のいずれかをもつすべての領域を除去し、
vii.前記マスクの重心を規定し、
viii.この重心からの中間距離の1.2倍、1.3倍、1.4倍、1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、または1.9倍などの、好ましくは1.5倍である、1よりも大きい、前記マスク内のすべての領域を除去し、
ix.結果として生成されるマスクを損ない、続いて、薄いチューブ状領域すなわち肺静脈を除去するために拡張/拡大を行うステップ、
・RA容積推定の場合
x.t LV マイナスt LV とt RV との差の半分よりも大きいt mid 、または
xi.t RV プラス2つの心拍の持続時間よりも大きいt mid 、もしくはRV腔内に位置する領域、または
xii.真上にあるスライスと比較して前記スライスに対する前記マスクの面積の、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、もしくは60%、好ましくは約50%などの、かなりの増加をもつ垂直方向スライスを識別することによる、垂直方向のチューブ状形状すなわち大静脈を描く領域
のいずれかをもつすべての領域を除去するステップと、
k)残りのマスクの総容積を、平均LAまたはRA容積の推定として使用するステップと
を備える方法。
[2] 前記容積が推定される心房が左心房(LA)である、[1]に記載の方法。
[3] 前記容積が推定される心房が右心房(RA)である、[1]に記載の方法。
[4] それぞれ、前記質量中心が、
[5] 前記複数の放出断層撮影画像が、
・0.5〜10秒隔てられた時間フレームと10〜120秒、好ましくは30〜60秒のスキャニング時間とを使用して、好ましくはヨウ化造影剤の静脈内注入を用いた、コンピュータ断層撮影、
・0.1〜10秒隔てられた時間フレームと、10〜120秒、好ましくは30〜60秒のスキャニング時間とを使用する、好ましくはガドリニウム系造影剤を用いた、CMR、
・3〜10秒隔てられた時間フレームと10〜120秒、好ましくは30〜60秒のスキャニング時間とを使用して、前記同位元素分子リガンドが、注入後に肺を通る前記ファーストパス中に肺組織内に保持されない限り、好ましくは放射性同位元素(任意の分子とリンクされた任意のSPECT対応可能な同位元素)を用いた、単一光子放出断層撮影(SPECT/ガンマ線カメラ)、または
・1〜10秒隔てられた時間フレームと10〜120秒、好ましくは30〜60秒のスキャニング時間とを使用する、注入後に肺を通る前記ファーストパス中に肺組織内に前記同位元素および前記標識分子が保持されない限り、任意のPET対応可能な放射性同位元素を用いたPET
から選択される方法によって生成される、[1]から[4]のいずれか一項に記載の方法。
[6] 動的MBF PETスキャンに基づいた、[1]から[5]のいずれか一項に記載の方法。
[7] 前記トレーサが、心臓の右心房に入る静脈内に注入されている、[1]から[6]のいずれか一項に記載の方法。
[8] 注入された前記トレーサが、放射線不透過性造影剤のボーラスである、ここにおいて、各時間放射能曲線の前記ファーストパスピークが、前記ピクセル/ボクセルに到達する前記ボーラスに対応する、[1]から[7]のいずれか一項に記載の方法。
[9] 前記トレーサが、 11 C−アセテートおよび 15 O−水から選択され、好ましくは 15 O−水である、[1]から[8]のいずれか一項に記載の方法。
[10] [1]から[9]のいずれか一項に記載の方法によって取得される左心房または右心房の推定容積を分析することによって心疾患を識別するための方法。
[11] プロセッサによって遂行されるとき、前記コンピューティングデバイスに[1]から[10]のいずれか一項に記載の方法を遂行または実行させるように構成される命令を含む、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
[12] ヒト心臓の陽電子放出断層撮影画像または単一光子放出コンピュータ断層撮影画像などの複数の放出断層撮影画像に基づいて前記ヒト心臓の左心房または右心房の容積を推定するためのシステムであって、[1]から[10]のいずれか一項に記載の方法を実行するように配置されたシステム。
[13] 前記放出断層撮影画像を提供するように配置された放射イメージングデバイスと、[1]から[10]のいずれか一項に記載の方法を実行するように配置されたプロセッサとを備える、[12]に記載のシステム。
Claims (24)
- 複数の放出断層撮影画像に基づいて心房(左(LA)または右(RA))の容積を推定するための方法であって、
a)複数のピクセルおよび/またはボクセルに対する注入されたトレーサの時間放射能曲線を抽出するステップと、
b)前記時間放射能曲線のファーストパスピークを、
i.最大ダウンスロープをもつ2つ以上の連続したフレームtx〜tx+nを検出し、ここにおいて、xおよびnは両方とも正の整数であり、
ii.あてはめ手順を使用して、前記連続したフレーム内でCPET(tx)およびCPET(tx+n)を使用する前記最大ダウンスロープを外挿し、
iii.tx+nまで元のCPET(t)の活性として前記ファーストパスピークを規定し、それに続いて、最大ダウンスロープをもつ前記フレームから始まる前記最大ダウンスロープのあてはめを行うこと、
によって隔離するステップと、
c)質量中心および総面積を使用して前記ファーストパスピークのセントロイド時間tmidと曲線下面積AUCとをそれぞれ抽出し、それによって、tmidとAUCの両方に対する3次元画像を与えるステップと、
d)高い心室−血液コントラストを示す画像またはトレーサ保持の後期画像を使用して心室を規定するステップと、
e)心室領域の内部にある心室腔を規定するステップと、
f)腔時間放射能曲線を取得するステップと、
g)前記ファーストパスピークを抽出するステップと、
h)t LV 、t RV 、AUC LV 、およびAUC RV を与えるために、前記ファーストパスピークの抽出の結果として生じる前記セントロイド時間及び前記AUCと、前記心室腔の場所とを、tmidおよびAUCとして記憶するステップと、
i)tmid に対する3次元画像とAUCに対する3次元画像とを使用して、AUCLVの3分の2よりも大きいAUCをもつすべての領域としてマスクを規定するステップと、
j)前記マスクから、
・LA容積推定の場合
iv.tLV からtLVとtRVの差の半分を差し引いた値よりも小さいtmid、もしくは
v.tLVプラス2つの心拍の持続時間よりも大きいtmid、もしくは
vi.LV腔内に位置する領域、
のいずれかをもつ領域を除去するか、または
vii.前記マスクの重心を規定し、
viii.この重心から各領域までの距離により定まる中間距離の1倍よりも大きい、前記マスク内のすべての領域を除去するか、または
ix.薄いチューブ状領域を除去するために、引き続く拡張/拡大を伴うステップであって、結果として生成されるマスクを損なうステップ、
・RA容積推定の場合
x.tLV からtLVとtRVの差の半分を差し引いた値よりも大きいtmid、または
xi.tRVプラス2つの心拍の持続時間よりも大きいtmid、もしくはRV腔内に位置する領域、または
xii.垂直方向で見て真上にあるスライスと比較して前記スライスに対する前記マスクの面積の増加をもつ垂直方向スライスを識別することによる、垂直方向のチューブ状形状を描く領域、
のいずれかをもつ領域を除去するステップと、
k)残りのマスクの総容積を、平均LAまたはRA容積の推定として使用するステップと
を備える方法。 - 前記容積が推定される心房が左心房(LA)である、請求項1に記載の方法。
- 前記容積が推定される心房が右心房(RA)である、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の放出断層撮影画像が、
・0.5〜10秒隔てられた時間フレームと10〜120秒のスキャニング時間とを使用したコンピュータ断層撮影、
・0.1〜10秒隔てられた時間フレームと、10〜120秒のスキャニング時間とを使用するCMR、
・同位元素分子リガンドが注入後に肺を通るファーストパス中に肺組織内に保持されない限り、3〜10秒隔てられた時間フレームと10〜120秒のスキャニング時間とを使用した単一光子放出断層撮影(SPECT/ガンマ線カメラ)、または
・注入後に肺を通る前記ファーストパス中に肺組織内に同位元素および標識分子が保持されない限り、1〜10秒隔てられた時間フレームと10〜120秒のスキャニング時間とを使用した任意のPET対応可能な放射性同位元素を用いたPET、
から選択される方法によって生成される、請求項1に記載の方法。 - 動的MBF PETスキャンに基づいた、請求項1に記載の方法。
- 前記トレーサが、心臓の右心房に入る静脈内に注入されている、請求項1に記載の方法。
- 注入された前記トレーサが、放射線不透過性造影剤のボーラスである、ここにおいて、各時間放射能曲線の前記ファーストパスピークが、前記ピクセル/ボクセルに到達する前記ボーラスに対応する、請求項1に記載の方法。
- 前記トレーサが、11C−アセテートおよび15O−水から選択される、請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法によって取得される左心房または右心房の推定容積を分析する方法。
- プロセッサによって遂行されるとき、前記プロセッサに請求項1に記載の方法を遂行または実行させるコンピュータ実行命令を含む、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 複数の放出断層撮影画像に基づいてヒト心臓の左心房または右心房の容積を推定するためのシステムであって、請求項1に記載の方法を実行するように配置されたプロセッサを備えるシステム。
- 前記放出断層撮影画像を提供するように配置された放射イメージングデバイスをさらに備える、請求項12に記載のシステム。
- 前記複数の放出断層撮影画像は、陽電子放出断層撮影画像または単一光子放出コンピュータ断層撮影画像を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記あてはめ手順は、指数関数あてはめ、線形あてはめ、またはガンマ関数あてはめを含む、請求項1に記載の方法。
- 高い心室−血液コントラストを示す画像は、基底関数方法を使用して生成されるパラメトリック画像を含む、請求項1に記載の方法。
- LA容積推定の場合、この重心からの前記中間距離の1.5倍よりも大きい、前記マスク内のすべての領域を除去する、請求項1に記載の方法。
- LA容積推定の場合、肺静脈を除去するために、引き続く拡張/拡大を伴う、結果として生成されるマスクを損なう、請求項1に記載の方法。
- RA容積推定の場合、垂直方向で見て真上にあるスライスと比較して前記スライスに対する前記マスクの面積の50%の増加をもつ垂直方向スライスを識別することにより大静脈を描く領域を前記マスクから除去する、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の放出断層撮影画像は、0.5〜10秒隔てられた時間フレームと30〜60秒のスキャニング時間とを使用して、ヨウ化造影剤の静脈内注入を用いたコンピュータ断層撮影によって生成される、請求項5に記載の方法。
- 前記複数の放出断層撮影画像は、0.1〜10秒隔てられた時間フレームと30〜60秒のスキャニング時間とを使用して、ガドリニウム系造影剤を用いたCMRによって生成される、請求項5に記載の方法。
- 前記複数の放出断層撮影画像は、3〜10秒隔てられた時間フレームと30〜60秒のスキャニング時間とを使用して、前記同位元素分子リガンドが、注入後に肺を通る前記ファーストパス中に肺組織内に保持されない限り、任意の分子とリンクされたSPECT対応可能な同位元素を用いた単一光子放出断層撮影(SPECT/ガンマ線カメラ)によって生成される、請求項5に記載の方法。
- 前記複数の放出断層撮影画像は、1〜10秒隔てられた時間フレームと30〜60秒のスキャニング時間とを使用したPETによって生成される、請求項5に記載の方法。
- 前記複数の放出断層撮影画像は、陽電子放出断層撮影画像または単一光子放出コンピュータ断層撮影画像を含む、請求項5に記載の方法。
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