JPH08507858A - 心筋への注入検査に用いられる核医薬によるｓｐｅｃｔデータからの左心室の長手軸の自動識別 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 左心室のスライス像内の局部的な最小強度および最大強度を識別しかつ相関させることにより、左心室の長手軸を自動識別する。最初に左心室の代表横断スライス内で左心室を識別する。このスライスの中心線は自動計算されて方向付け軸として用いられ、その軸に沿って左心室の別の（矢状方向の）スライスを構成する。この矢状方向のスライスの中心線は、自動計算され、左心室の長手軸になる。この識別の精度は、左心室の斜めの横断スライスを構成し、それらの中心が一致することを確認することにより確かめられる。

Description

【発明の詳細な説明】 心筋への注入検査に用いられる核医薬によるＳＰＥＣＴデータからの左心室の長 手軸の自動識別 関連出願のクロスリファレンス 本願は、１９９２年３月１０日に出願した共同出願、出願番号０７／８４８７ ６９の一部継続出願である。十分な説明とするように、ここに図面を含む本願の 全体の開示を行う。 発明の背景 本発明は、核医薬に関し、詳細には患者の心臓の核医薬検査に関する。端的に 言うと、本発明は心筋への造影剤注入検査に関する。 ＳＰＥＣＴによる心筋への灌流検査では、診断者は、核医薬による患者の心筋 撮影像を検査し、心筋のどの領域に、患者の血管に注入された放射性同位元素が 摂取されているかを判断する。心筋のどの領域にも放射性同位元素が摂取されて いない場合、この領域は血液が灌流しておらず、この領域の組織は死んでいるこ とを意味する。他方で、ある領域が放射性同位元素を摂取しているが他の領域と 同程度でない場合、その領域は動脈硬化症にかかっている。 心筋への灌流検査は常に、患者の左心室で実施される（体中に血液を拍出する 際には、この心筋が重要で あるため）。このように全ての心筋への灌流検査の目的は、左心室の疾患のある 心筋組織または死んだ心筋組織の正確な位置を識別することである。このことを 行うために、左心室の長手軸に対して組織領域の位置を参照表示することが従来 行われている。 今日ではそのような参照表示は本質的に主観的なものとされる。患者の左心室 の長手軸の識別には、見識のある当業者が必要であるからである。したがって同 じオペレータによって同じ患者に行われた検査結果であっても、互いに正確な比 較をすることができないことがある。左心室の長手軸の識別処理の自動化により 、心筋への灌流検査による診断の有用性が増大する。 さらにオペレータが左心室の長手軸の位置を識別するための現在のソフトウェ アのプログラムでは、オペレータは識別処理に相当な時間を費やす必要がある。 このことは不都合であり、オペレータがこの作業から開放され、他の仕事に自由 に従事することができると有利である。 本発明の１つの課題は、患者の左心室の長手軸を自動識別する方法および装置 を提供し、心筋への灌流検査による診断の有用性を増大させ、オペレータが他の 作業を行うことができるようにすることである。 本発明の別の課題は、大雑把に言うと公知の核医薬装置および方法を改善する ことである。 本発明によると、前に参照した原特許の明細書に記 載の方法および装置が、核医薬による検査の間に得られたＳＰＥＣＴ投影データ に基づいて、所定の器官つまり患者の左心室の心筋をコンピュータ識別するのに 用いられる。それから左心室の横断スライスを構成する。これらから患者の左心 室の代表横断スライスを自動識別する。次の方向付け平面はコンピュータにより 設定され、左心室の代表横断スライスの長手軸を投影する。左心室の長手軸は、 識別される次に方向付けする平面と交差することを前提とする。 次の方向付け軸に沿って患者の左心室に垂直なスライス面を再度スライスする のに、コンピュータが用いられる。このことからコンピュータは、患者の左心室 の長手軸とされる軸を自動的に求める。 有利にも左心室の長手軸の識別結果を、長手軸に沿った患者の左心室の斜めの スライスを構成することにより確かめることができ、そのようなスライスの中心 の一致を確認する。 本発明を用いることにより、休息時の検査と作業時の検査とを容易に比較する ことができる。これは本発明を用いることにより、一貫性のある検査とし、相互 に記録することが容易になるからである。 図面の簡単な説明 次に本発明を添付図面を参照して説明する。 図１は、本発明によるＳＰＥＣＴシンチレーションカメラシステムの全体図で ある。 図２は、患者の体の軸に対して心臓の解剖学的構造がどのように向けられるか を示す。 図３は、患者の左心室の横断スライスの典型的な核医薬撮影画像を示す。 図４は、患者の左心室の典型的な斜めの縦断面のスライスを示す。 図５は、本発明による方法の実施例のフローチャートである。 図６〜図１０は、本発明の実施例により、患者の左心室の代表横断スライスか ら、どのように次に傾ける軸を得るかを示す。 実施例の詳細な説明 心筋への灌流検査は通常、２つのフェーズで行われる。最初に患者に運動をさ せ（たとえばトレッドミルを用いる）、または運動が禁じられている場合には血 管拡張剤（vasiodialating）を注入することにより、患者の心筋の血流量を増大 する。心臓の血流量が最大になったとき、放射性同位元素の心筋への注入剤が患 者の血管に注射される。それから患者の心臓のＳＰＥＣＴ（単光子エミッション コンピュータ断層撮影）検査が行われる。後に休息状態の患者に対して、つまり 通常のレベルでの心臓の血流量のときに、放射性同位元素の注入剤が再度患者の 血管に注射される。（代わりに、最初に注射した注入剤が患者の心筋内に完全に 行き渡っていると仮定し、２回目の注射を省略するこ とができる。）それから患者の心臓の２回目のＳＰＥＣＴ検査が行われる。これ ら２つの検査により生じる核医薬の画像を比較することにより、医者は冠状動脈 性疾患（ＣＡＤ）が患者の心内にあるかどうかを決定することができる。そうで あるなら医者はその結果を判断し、虚血（対処可能な心筋の状態）の領域を区別 し、または壊死（対処することができない）の領域を区別することができる。 本発明に対しては、これら２つの検査の詳細は重要でない。本明細書では、ど のようにＳＰＥＣＴデータが収集されるかを簡単に説明し、左心室の長手軸を識 別するために、従来どのようにこのデータが用いられるかを説明する。その後で 本発明の有利な実施例を説明する。 図１に示すような従来のシンチレーションカメラシステムでは、患者２に対し て核医薬によるＳＰＥＣＴ検査が行われる。そのような検査では、放射性同位元 素が患者２に投与され、一般に参照番号６で示すシンチレーションカメラを用い て、患者２の心臓４等の目標器官を撮像する。検査の間にカメラ６のディテクタ は、架台（カメラ６のディテクタを支えるアームを除き図示しない）により患者 ２の体の軸２Ａの周囲を回転し、患者の体の周囲に規則的な間隔を置いて設けら れた複数のカメラの停止位置のそれぞれのところで、平面像のデータのフレーム が得られる。カメラ６によ り収集された平面像のデータは、コンピュータ８に送出され、患者２の画像をデ ィスプレイ１０に表示することができる。 従来のＳＰＥＣＴ構成ソフトウェアは、軸２Ａに沿って３次元画像を構成する ように適合されている。それはカメラ６のディテクタを軸２Ａの周囲で回転する 場合に自然に用いられる軸であるからである。しかし図２から分かるように、患 者の心臓４の心室には長手軸１２があり、前記長手軸は、横軸に対して角αをな し、縦軸に対して角θをなす。したがって心臓の解剖学的構造から見た自然な座 標系は、αおよびθを０に設定した座標系である。Siemens Gammasonics社（本 願の譲受人）製のMicroDELTAコンピュータおよびMaxDELTAコンピュータに現在利 用することのできるソフトウェアでは、オペレータはＳＰＥＣＴデータの投影を 変換し、得られたＳＰＥＣＴデータをそのような自然な座標系から見られるよう にする。心臓を斜めに横断する外観を作るために、そのような断層撮影データの 方向付けを設定することにより、既に存在し臨床的に十分な検討がなされた構成 用ソフトウェア（カメラの回転面に画像を逆投影するように構成されている）を 利用することができる。 角α、θは患者毎に異なっており、前もって分からないものであるので、オペ レータはソフトウェアを操作する必要がある。検査を行う度にこれらの角度を求 めなければならない。このためにオペレータは、左心室のスライス画像をディス プレイ１０に表示させ、手動で第１軸（軸１２が含まれる平面を識別する）およ び第２軸（その平面内に軸１２を位置づける）を入力しなければならない。 このようにオペレータは、左心室の横断スライスをディスプレイ１０に表示す る。図３に示すようにそのようなスライスは、一般にＵ字形である。オペレータ はマウスまたはジョイスティック等を用いて、仮の方向付け軸を入力し（その入 力はディスプレイ１０に表示される）、それから方向付け軸は必要に応じて頂点 を介して左心室を正確に２分するように調整される。方向付け軸により角αを設 定し、軸１２の可能性のある位置を平面内のどこかに限定する。 一度方向付け軸を入力した後で、左心室の軸を通って軸に垂直なスライスの投 影が、方向付け軸に沿ってＳＰＥＣＴデータから構成され、ディスプレイ１０に 表示される。このことによりさらに別のＵ字形の画像が作られる（図４参照）。 マウス等を用いて、オペレータが仮の軸１２を再度入力すると、仮の軸１２は必 要に応じて頂点を介して左心室を正確に２分するように調整される。このステッ プにより角θを設定する。 この時点で既知となった角α、θを用いて、コンピュータ８により前述のよう に心臓４を方向付けし、方向付けされた軸１２（現時点でそれは軸２Ａに沿って いる）に沿ってＳＰＥＣＴデータをスライスすることにより、左心室の斜めのス ライスを作ることができる。（用語「斜めの」は、スライスが軸１２に対して法 線方向であることを示し、元の体の軸２Ａに対しては斜めである。）ディスプレ イ１０にそのようなスライスを次々と表示することにより、軸１２の識別の精度 を確かめることができ、軸１２が適切に選択されている場合、スライスの中心は 一致する。軸１２が適切に選択されていない場合、左心室のスライスの中心は一 致せず、所望の精度になるように前述の処理を繰り返す必要がある。 方向付け軸と仮の軸１２の入力に主観が入るので、オペレータの作業結果には 検査ごとに一貫性がないことが分かる。さらにオペレータは長い時間をコンピュ ータ８の操作のタスクに費やすが、この時間はより生産的に他の作業を行うのに 費やすことができるはずである。 本発明により、オペレータが入力する必要なく軸１２を自動識別する方法およ び装置を提供する。前に参照した原特許明細書に記載の方法および装置を用いて 、図５に示したフローチャートに従ってこのことを実施する。 最初に心臓全体が含まれる対象領域を識別するのにコンピュータ８を用いる。 前に参照した原特許明細書に記載の方法および装置を、一組の投影ＳＰＥＣＴデ ータに適用することにより、このことを行う。それからこのようにして識別され た対象領域の高さに基づいて、心臓の最上部と最下部の限界値を求める。左心室 の一組の横断スライスを構成するのに、これらの最上部と最下部の限界値間（そ の間に心臓全体が含まれる）の投影データだけを用いる。（構成処理は公知であ り、本発明の構成要素ではない。） 左心室のこの横断スライスの組から、コンピュータ８を用いて代表スライスを 自動選択する。各横断スライスでは心室はＵ字形の解剖学的領域であるという解 剖学上の見識を用いることにより、この選択処理を実施する。Ｕ字形の解剖学的 領域が最大の大きさになるスライスを識別することにより代表スライスを選択す る。前に参照した原特許明細書に記載の方法および装置を用いることにより、順 番にこのことを実施する。 一度代表スライスを識別した後で、コンピュータ８が用いられ（前に参照した 原特許明細書に記載の方法および装置による）、代表スライスの画像の局部的な 最大強度と最小強度から線分を識別して構成する。このことを図６に示す。左心 室の心筋４０は放射性同位元素を摂取するので、局部的な最大強度の線分４２は 、左心室の心筋の輪郭に一致する。左心室の中心部では放射性同位元素は摂取さ れないので、局部的な最小強度の線分は、左心室の心筋の中心線と平行な線４４ と一致する。したがって左心室の代表横断スライスのデ ータから、左心室の心筋の輪郭と、左心室の心筋の中心線と平行な線とをコンピ ュータ識別することができる。 軸１２が左心室の心筋４０の中心線を通ることは解剖学上の見識である。好適 な実施例では以下の手順を用いてこの中心線を自動的に位置づける。 （１） 局部的な最大強度の線分４２の２つの端点を直線の線分５０により相互 に結び、直線の線分５０の中心点５２を求める。（図７） （２） 線分５０に平行となり局部的な最大強度の線分４２の両側と交差するよ うに、少なくとも２本の直線の組（ここでは２本の直線５４、５６を示す）を構 成する。対応する中心点５８、６０を求める。（図８） （３） 直線６２を中心点５２、５８、６０にベストフィットさせる。（図９） （４） ベストフィットした直線６２と識別された線４４との両方からの情報を 組み合わせることにより、左心室の心筋４０の中心線６４を求める（図１０）。 このことを順番に以下のように実施する。 （ａ） 線４４の延長線は局部的な最大強度の線分４２と曲線の「頂点」で交 差することを前提とする。ベストフィットされた直線６２が線分４２と同一の「 頂点」でまたはその非常に 近いところで交差する場合、中心線６４を、ベストフィットされた直線６４にな るように取る。 （ｂ） ベストフィットされた直線６２が線分４２と同一の「頂点」でまたは その非常に近いところで交差しない場合、ベストフィットされた直線６２が同一 の「頂点」を通らなければならないとの付加制約を条件として、ベストフィット された直線６２を再計算する。 スライス内の局部的な最大強度、およびスライス内に左心室の心筋４０の輪郭 を描く局部的な最大強度の線分４２は、局部的な活性化の絶対値に依存しない。 （つまり心筋に摂取された放射性同位元素の絶対量または検査の持続時間に依存 しない。）それらはむしろ局部的な活性化の相対値に依存する。スライスが壊死 領域を包囲する場合であっても（壊死組織は放射性同位元素を摂取せず、したが って活性化を示さないので局部的な最大強度の線分に間隙が生じる。）、これら の領域近傍の局部的な活性化が完全に失われない限り、これらの壊死領域の局部 的な最大強度の線分４２を識別することができる。 線分にわずかな間隙（約数個の画素）しかない場合、従来のカーブフィットア ルゴリズムによりそれらを容易に埋めることができる。 このようにして求められた中心線を含み横断スライ スに垂直な平面内に軸１２があることは、解剖学上の見識である。したがってそ の平面内で軸１２を位置づける必要がある。求められた平面に沿って構成したＳ ＰＥＣＴデータから別の画像（今度は左心室を介しての矢状方向のスライス）を スライスする。このようにして左心室の心筋の別のＵ字状のスライスが得られる が、今度はそのスライスは矢状方向のスライスであって横断スライスではなく、 そのように求められた矢状方向のスライスは、既知の軸１２を含むことが知られ ている。 新しいＵ字状の左心室の心筋のスライスの中心線を求めるために、異なるデー タに対して前述のステップを繰り返す。簡単に説明すると以下の通りである。 局部的な極値およびそのような極値を含む線分を識別するのに、コンピュータ ８が再度用いられる。局部的な最大強度の線分は、左心室の心筋の輪郭を示すも のとし、局部的な最小強度の線分は、おおむね軸１２に沿っているものとする。 それから局部的な最大強度の線分の端点を直線で相互に結び、その線分の中心点 を識別する。直線の線分に平行になり局部的な最大強度の線分と交差するように 、少なくとも２本の線分を構成する。これらの他の線分の中心点を識別し、ある 直線をその中心点にベストフィットさせ、局部的な最小強度の線分からの情報と 、ベストフィットした直線の線分からの情報とを組み合わせることにより、軸１ ２を位置付ける。前述のようにこの組合せにより、軸１２が曲線の「頂点」を通 過することが保証される。 この時点で識別された中心線は、斜めから見た左心室の長手軸１２である。構 成したＳＰＥＣＴデータを長手軸１２に対して垂直にスライスし、左心室の心筋 のスライスを作ることができる。 好適な実施例は上記のとおりであるが、本発明の範囲は以下の請求項によって のみ限定される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年４月１８日 【補正内容】 請求の範囲 １． 患者の心臓の核医薬による検査の際に得られたＳＰＥＣＴデータを、左心 室の少なくとも１つの横断スライスを構成するのに用いる、左心室の長手軸を自 動識別する方法において、オペレータが付加入力を行うことなく全てがコンピュ ータにより実行される以下のステップ、 そのように構成された全ての横断スライスから１枚の横断スライス（４０） を選択するステップと、 選択された前記スライス（４０）の中心と交差する横断線分（４４）と選択 された前記スライス（４０）の輪郭の点間とを結ぶ少なくとも２本の横断線分（ ４４、５０、５６）を設定するステップと、 前記少なくとも２本の横断線分（５０、５４、５６）のそれぞれに対して、 横断線の中心点（５２、５８、６０）を求めるステップと、 前記横断線の中心点（５２、５８、６０）を直線（６２）に沿って相互にベ ストフィットするように結ぶステップと、 前記直線（６２）が左心室の長手軸に適用可能な公知の解剖学上の見識を満 足するかを確認するために前記直線（６２）を検査し、必要ならば前記直線（６ ２）を再計算し前記見識を満足するようにし、 方向付け軸として、前記直線（６２）を用いるス テップと、 前記ＳＰＥＣＴデータから、前記方向付け軸（６２）に沿って左心室の矢状 方向のスライスを構成するステップと、 前記矢状方向のスライスから、矢状方向のスライスの中心と交差する矢状方 向の線分と矢状方向のスライスの点間とを結ぶ少なくとも２本の矢状方向の線分 を設定するステップと、 前記少なくとも２本の矢状方向の線分のそれぞれに対して、矢状方向の中心 点を求めるステップと、 前記矢状方向の線の中心点を直線に沿ってベストフィットするように結ぶス テップ とを有することを特徴とする心筋への注入検査に用いられる核医薬によるＳＰＥ ＣＴデータからの左心室の長手軸の自動識別方法。 ２． 決定された前記長手軸に沿って構成することにより作られた画像が、決定 された前記長手軸が左心室の長手軸である場合に作られた画像と一致することを コンピュータを用いて確認するステップを有する請求の範囲第１項に記載の方法 。 ３． 前記確認するステップに、前記ＳＰＥＣＴデータから、決定された前記長 手軸に沿って、左心室の斜めの横断スライスを表す少なくとも１枚の投影像をコ ンピュータにより構成するステップが含まれる請求の範囲第２項に記載の方法。 ４． 前記選択ステップは、基本認識に含まれる制約を適用することにより実施 され、前記制約は当業者に公知の心臓に関連した解剖学に関するものである請求 の範囲第１項に記載の方法。 ５． 前記矢状方向の線の中心点にベストフィットするように結ばれた前記直線 を、左心室の長手軸の近似の一部として用いるステップを有する請求の範囲第１ 項に記載の方法。 ６． 前記ＳＰＥＣＴデータから、オペレータが付加入力をすることなく、左心 室の１枚の代表スライスを構成して選択するコンピュータ手段を有する、患者の 心臓の核医薬による検査の際に得られたＳＰＥＣＴデータから、左心室の長手軸 を自動識別する装置において、 オペレータが付加入力をすることなく、前記１枚のスライスの中心を通る方 向付け軸を決定するコンピュータ手段と、 オペレータが付加入力をすることなく、前記ＳＰＥＣＴデータから、前記方 向付け軸に沿って、左心室の矢状方向のスライスを構成するコンピュータ手段と 、 オペレータが付加入力をすることなく、前記矢状方向のスライスの中心を通 る軸を決定するコンピュータ手段 とを有することを特徴とする心筋への注入検査に用 いられる核医薬によるＳＰＥＣＴデータからの左心室の長手軸の自動識別装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 患者の心臓の核医薬による検査の際に得られたＳＰＥＣＴデータから、左 心室の長手軸を自動識別する方法において、オペレータが付加入力を行うことな く全てがコンピュータにより実行される以下のステップ、 前記ＳＰＥＣＴデータから左心室の少なくとも１枚の横断スライスを構成す るステップと、 そのように構成された全ての横断スライスから、左心室を表すとされる１枚 の横断スライスを選択するステップと、 選択された前記スライスの中心と交差する横断線分と、選択された前記スラ イスの輪郭の点間を結ぶ横断線分との少なくとも２本の横断線分を設定するステ ップと、 前記少なくとも２本の横断線分のそれぞれに対して、横断線分の中心点を求 めるステップと、 前記横断線分の中心点を直線に沿って相互にベストフィットするように結ぶ ステップと、 前記直線が解剖学に基づく所定の制約に適合するかを確認するために前記直 線を確かめ、必要ならば前記直線を再計算し前記制約に適合させるステップと、 左心室の長手軸と交差するとされる方向付け軸と して、前記直線を用いるステップと、 前記ＳＰＥＣＴデータから、前記方向付け軸に沿って左心室の矢状方向のス ライスを構成するステップと、 前記矢状方向のスライスから、矢状方向のスライスの中心と交差する矢状方 向の線分と、矢状方向のスライスの点間を結ぶ少なくとも２本の矢状方向の線分 を設定するステップと、 前記少なくとも２本の矢状方向の線分のそれぞれに対して、矢状方向の中心 点を求めるステップと、 前記矢状方向の線の中心点を直線に沿ってベストフィットするように結ぶス テップ とを有することを特徴とする心筋への注入検査に用いられる核医薬によるＳＰＥ ＣＴデータからの左心室の長手軸の自動識別方法。 ２． 決定された前記長手軸の精度をコンピュータを用いて確認するステップを 有する請求の範囲第１項に記載の方法。 ３． 前記確認するステップに、前記ＳＰＥＣＴデータから、決定された前記長 手軸に沿って、左心室の斜めの横断スライスを表す少なくとも１枚の投影像をコ ンピュータにより構成するステップが含まれる請求の範囲第２項に記載の方法。 ４． 前記選択ステップは、基本認識に含まれる制約を適用することにより実施 される請求の範囲第１項 に記載の方法。 ５． 前記矢状方向の線の中心点にベストフィットするように結ばれた前記直線 を、左心室の長手軸とされる軸の近似の一部として用いるステップを有する請求 の範囲第１項に記載の方法。 ６． 患者の心臓の核医薬による検査の際に得られたＳＰＥＣＴデータから、左 心室の長手軸を自動識別する装置において、 前記ＳＰＥＣＴデータから、オペレータが付加入力をすることなく、左心室 の代表横断スライスとされる１枚の左心室のスライスを構成して選択するコンピ ュータ手段と、 オペレータが付加入力をすることなく、前記１枚のスライスの中心を通り左 心室の長手軸と交差するとされる方向付け軸を決定するコンピュータ手段と、 オペレータが付加入力をすることなく、前記ＳＰＥＣＴデータから、前記方向 付け軸に沿って、左心室の矢状方向のスライスを構成するコンピュータ手段と、 オペレータが付加入力をすることなく、前記矢状方向のスライスの中心を通 り左心室の長手軸とされる軸を決定するコンピュータ手段 とを有することを特徴とする心筋への注入検査に用いられる核医薬によるＳＰＥ ＣＴデータからの左心 室の長手軸の自動識別装置。 ７． 患者の心臓の心筋への灌流検査を実施するためのシンチレーションカメラ 装置において、 患者の心筋からＳＰＥＣＴデータを得るために、シンチレーションカメラデ ィテクタ、および前記ディテクタを支える架台を含む手段と、 前記ＳＰＥＣＴデータだけから、オペレータが付加入力をすることなく、左 心室の代表横断スライスとされる１枚の左心室のスライスを構成して選択する手 段と、 オペレータが付加入力をすることなく、前記１枚のスライスの中心を通り左 心室の長手軸と交差するとされる方向付け軸を決定する手段と、 オペレータが付加入力をすることなく、前記ＳＰＥＣＴデータから、前記方 向付け軸に沿って、左心室の矢状方向のスライスを構成する手段と、 オペレータが付加入力をすることなく、前記矢状方向のスライスの中心を通 り左心室の長手軸とされる軸を決定する手段と、 前記ＳＰＥＣＴデータから構成された画像を表示する手段 とを有することを特徴とする患者の心臓の心筋への灌流検査を実施するためのシ ンチレーションカメラ装置。