WO2020012657A1 - シミュレータ、該シミュレータを備える注入装置又は撮像システム、及びシミュレーションプログラム - Google Patents

シミュレータ、該シミュレータを備える注入装置又は撮像システム、及びシミュレーションプログラム Download PDF

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WO2020012657A1
WO2020012657A1 PCT/JP2018/026598 JP2018026598W WO2020012657A1 WO 2020012657 A1 WO2020012657 A1 WO 2020012657A1 JP 2018026598 W JP2018026598 W JP 2018026598W WO 2020012657 A1 WO2020012657 A1 WO 2020012657A1
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contrast agent
injection
amount
unit
target
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PCT/JP2018/026598
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French (fr)
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徹 檜垣
和夫 粟井
優子 中村
増田　和正
孝治 弓場
根本　茂
Original Assignee
国立大学法人広島大学
株式会社根本杏林堂
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computed tomography [CT]

Definitions

  • the present invention relates to a simulator for simulating a temporal change of a pixel value of a tissue, an injection device or an imaging system including the simulator, and a simulation program.
  • Patent Literature 1 discloses a simulator including a prediction unit that predicts a temporal change of each pixel value of a plurality of compartments obtained by dividing tissue along a blood flow direction based on subject information, an injection protocol, and tissue information. Is described.
  • Patent Document 1 does not assume that an injection protocol that maintains a target pixel value over a target duration is used.
  • a simulator as an example of the present invention includes a chemical solution information acquisition unit that acquires a contrast agent amount, a target value acquisition unit that acquires a target duration of a target pixel value, and a contrast agent injection protocol.
  • the predicted duration is obtained again. If the predicted duration is longer than the target duration, the predicted duration is smaller than the used contrast agent amount. Agent and re-simulating the temporal change in the case of injecting, determining the predicted duration again.
  • the term contrast agent includes both a contrast agent alone and a drug solution containing other solvents and additives in addition to the contrast agent.
  • the term “pixel value” refers to a CT value, a sum or average of CT values of pixels included in a region of interest (ROI), or a region of interest in an imaged region to be imaged. SD value (standard deviation value). Further, the pixel value includes a value obtained by subtracting a value of an imaging part not imaged (for example, a CT value of an imaging part in a simple CT) from these values.
  • the region of interest is preset or the user can select the region of interest.
  • a simulator (perfusion simulator) 20 for predicting a temporal change of a pixel value in a tissue of a subject includes a subject information acquiring unit 11 for acquiring subject information on a subject as a subject.
  • the subject information includes, for example, hemoglobin amount, weight, height, body surface area, cardiac function, heart rate, stroke volume, cardiac output, estimated glomerular filtration rate (eGFR), creatinine value, age, gender, Includes lean body mass, body mass index, circulating blood volume, subject number (subject ID), history of disease and side effects of the subject, subject name, date of birth, blood volume, and blood flow velocity.
  • the subject information acquisition unit 11 acquires subject information input by the user via the input unit 27 of the simulator 20. Further, the subject information acquisition unit 11 may acquire the subject information from the storage unit 24 of the simulator 20 or an external storage device (server). Examples of such a server include a RIS (Radiology Information System), a PACS (Picture Archiving and Communication System), a HIS (Hospital Information System), an imaging system, and an image creation workstation. Further, the subject information acquisition unit 11 may acquire subject information from the imaging device 3 or the injection device 2 illustrated in FIG.
  • RIS Radiology Information System
  • PACS Picture Archiving and Communication System
  • HIS Hospital Information System
  • the simulator 20 includes the protocol acquisition unit 12 for acquiring a contrast medium injection protocol.
  • the protocol acquisition unit 12 acquires an injection protocol input by a user via the input unit 27.
  • the infusion protocol includes, as an example, the infusion time and the infusion rate of the drug solution.
  • the injection protocol may include an injection method, a contrast injection point, an injection amount, an injection timing, a contrast agent concentration, an injection pressure, and an acceleration of an injection speed.
  • the protocol acquisition unit 12 may acquire an injection protocol from the storage unit 24, an external storage device, or the injection device 2.
  • the injection protocol includes the injection time and injection speed of the contrast agent, the injection time and injection speed of saline, the presence / absence of the boost injection of the contrast agent, the increase / decrease of the injection speed, the presence / absence of the cross injection, the presence / absence of the link speed setting, and for the injection.
  • Information such as the volume of the tube may be included.
  • the simulator 20 includes the tissue information acquisition unit 13 that acquires tissue information of the subject.
  • the tissue information includes, for example, the number of compartments in the tissue (the number of divided compartments of blood vessels and organs), the volume of the tissue (volume of the blood vessel lumen), the volume of the capillary blood vessel, the volume of the extracellular fluid space, and the blood flow per unit tissue ( Blood flow velocity), contrast agent seepage rate in tissue (capillary permeable surface area), contrast agent stain return rate in tissue (capillary permeable surface area), and tissue native pixel values.
  • the number of compartments may be set such that tissue having a larger volume is greater than tissue having a smaller volume.
  • the organization information acquisition unit 13 acquires organization information input by the user via the input unit 27.
  • Tissues include the heart (right and left ventricles), blood vessels, kidneys, ureters, other organs and muscles. Then, when the prediction unit 16 acquires the native pixel value of the tissue, the degree of enhancement by the contrast agent is predicted based on the native pixel value of each tissue. Further, the tissue information acquisition unit 13 may acquire the tissue information from the storage unit 24, an external storage device, or the injection device 2.
  • the simulator 20 includes the liquid medicine information acquisition unit 14 for acquiring the amount of the contrast agent.
  • the liquid medicine information acquiring unit 14 further acquires liquid medicine information on the liquid medicine.
  • the liquid medicine information acquisition unit 14 acquires the liquid medicine information input by the user via the input unit 27.
  • This drug solution information includes, for example, consistency, osmotic pressure ratio, contrast agent amount, physiological saline amount, product ID, product name, chemical classification, contained component, concentration, expiration date, syringe capacity, syringe pressure resistance, cylinder inner diameter, piston stroke , And lot number.
  • the chemical solution information acquisition unit 14 may acquire the chemical solution information from the storage unit 24, an external storage device, or the injection device 2. Furthermore, the liquid medicine information acquisition unit 14 may acquire liquid medicine information from a reading unit built in the injection device 2. The reading unit reads chemical liquid information from a data carrier attached to a syringe mounted on the injection head. This data carrier is, for example, an RFID chip, an IC tag, or a barcode.
  • the simulator 20 includes the target value acquisition unit 15 that acquires the target duration of the target pixel value.
  • the user can input at least one of the target pixel value and the target duration from the input unit 27.
  • the simulator 20 further includes the prediction unit 16 that simulates a temporal change of the pixel value of the tissue of the subject to obtain a prediction duration.
  • the prediction unit 16 simulates a temporal change of the pixel value of the tissue of the subject based on the acquired injection protocol and the amount of the contrast agent, and obtains a predicted duration in which the target pixel value is maintained.
  • the prediction unit 16 outputs the subject information as the hemoglobin amount (g / dL), weight (kg), height (cm), heart function (%), heart rate (bpm), Receive body surface area (m 2 ), cardiac output (L / min), and eGFR.
  • the prediction unit 16 may calculate at least one of the body surface area, the cardiac output, and the estimated glomerular filtration rate.
  • the body surface area can be calculated by the Fujimoto formula, Dubois formula or Shintani formula based on the weight and height.
  • the cardiac output can be calculated based on the body surface area, cardiac function, and heart rate.
  • eGFR can be calculated based on creatinine value, age and gender.
  • the user increases the heart function (e.g., 120%) and degrades the average heart function (e.g., 80%). Is set.
  • the measured cardiac output (L / min) or the ratio of the measured cardiac output to the average cardiac output may be used as a parameter instead of the cardiac function.
  • the prediction unit 16 receives the injection time (sec) and the injection speed (mL / sec) of the contrast medium, the injection time (sec) and the injection speed (mL / sec) of the physiological saline from the protocol acquisition unit 12 as the injection protocol. ), The presence / absence of cross injection and the presence / absence of link speed setting. Further, the prediction unit 16 receives the number of compartments in the tissue, the volume of the tissue, the volume of the capillary vessel, the volume of the extracellular fluid space, the blood flow velocity, the capillary permeable surface area, and the capillary information from the tissue information acquisition unit 13 as the tissue information. Obtain vascular permeable surface area and tissue native pixel values.
  • the prediction unit 16 receives, as the drug solution information, the contrast agent concentration (mgI / mL), the osmotic pressure ratio, the consistency (mPs.s), the contrast agent amount (mL), and the total iodine amount from the drug solution information acquisition unit 14. (MgI). Then, the prediction unit 16 calculates the iodine amount per 1 kg of body weight (mgI / kg) from the total iodine amount and the weight of the subject.
  • the prediction unit 16 can acquire inspection information such as a tube voltage (kV) via the input unit 27.
  • the test information may include, for example, a test number (test ID), a test site, a test date and time, a chemical solution type, a chemical solution name, and site information regarding a site to be imaged.
  • This part information is information that can specify a part (range) selected as an imaging target.
  • the site information includes an imaging site name, an imaging method name, and a distance from a drug solution injection site to the imaging site.
  • the prediction unit 16 can acquire additional information such as analysis time (sec) input by the user from the input unit 27. This analysis time is the length of time to be predicted, and corresponds to the length of the X-axis (FIG. 2) of the time-density curve (TDC curve).
  • the prediction unit 16 simulates a temporal change of a pixel value in the tissue of the subject in each of the plurality of compartments obtained by dividing the tissue of the subject along the blood flow direction. This simulation is performed based on subject information, an injection protocol, and tissue information. Thereafter, the prediction unit 16 stores the pixel value of each compartment for each time in the storage unit 24 in association with each tissue.
  • the simulator 20 includes a control unit 25 including a CPU and the like, and a storage unit 24 storing a control program.
  • the control unit 25 controls each unit of the simulator 20 according to a control program stored in the storage unit 24.
  • the control unit 25 includes a subject information acquisition unit 11, a protocol acquisition unit 12, a tissue information acquisition unit 13, a drug solution information acquisition unit 14, and a target value acquisition unit 15.
  • the control unit 25 executes various processes in accordance with the control program installed in the storage unit 24, so that each unit is logically realized as various functions. Further, the control unit 25 also functions as a display control unit that controls the display unit 26.
  • the storage unit 24 includes a RAM (Random Access Memory), which is a system work memory for operating the control unit 25, a ROM (Read Only Memory) for storing programs or system software, or a hard disk drive. Further, the storage unit 24 stores a simulation program for causing a computer (control unit 25) to predict a temporal change of a pixel value in a tissue of a subject.
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • the simulation program includes a computer, a chemical solution information acquiring unit 14 for acquiring a contrast agent amount, a target value acquiring unit 15 for acquiring a target duration of a target pixel value, a protocol acquiring unit 12 for acquiring a contrast agent injection protocol, and Based on the injection protocol and the amount of the contrast agent, the change over time is simulated to function as the prediction unit 16 that determines the predicted duration.
  • the simulation program causes the computer to compare the predicted duration to the target duration and, if the predicted duration is shorter than the target duration, inject a greater amount of contrast agent than the amount of contrast agent used in the simulation. Re-simulates the time-dependent change in the case, and re-calculates the predicted duration.
  • This simulation program can be stored in a computer-readable recording medium.
  • control unit 25 may execute the control stored in a portable recording medium such as a CD (Compact Disc), a DVD (Digital Versatile Disc), a CF (Compact Flash) card, or an external storage medium such as a server on the Internet.
  • a portable recording medium such as a CD (Compact Disc), a DVD (Digital Versatile Disc), a CF (Compact Flash) card, or an external storage medium such as a server on the Internet.
  • a portable recording medium such as a CD (Compact Disc), a DVD (Digital Versatile Disc), a CF (Compact Flash) card, or an external storage medium such as a server on the Internet.
  • the simulator 20 also includes a display unit 26 that displays compartments of each tissue with a color having a density corresponding to a pixel value. Then, the control unit 25 changes the density of the compartment of each tissue displayed on the display unit 26 according to the temporal change of the pixel value. For this purpose, the control unit 25 reads the pixel value of the compartment at the time selected from the storage unit 24 and changes the density of the compartment.
  • the display unit 26 displays operation screens such as a main screen (FIG. 2) and an automatic optimization screen (FIG. 3). Further, the display unit 26 may display an injection protocol, an input state of the apparatus, a setting state, and an injection result.
  • the simulator 20 also includes an input unit 27 connected to the subject information acquisition unit 11, the protocol acquisition unit 12, the tissue information acquisition unit 13, and the medical fluid information acquisition unit 14.
  • an input unit 27 connected to the subject information acquisition unit 11, the protocol acquisition unit 12, the tissue information acquisition unit 13, and the medical fluid information acquisition unit 14.
  • a keyboard can be used.
  • a touch panel that doubles as the input unit 27 and the display unit 26 may be used.
  • Each tissue of the subject is divided into a plurality of compartments along the blood flow direction according to the number of divided compartments of the tissue acquired from the tissue information acquiring unit 13.
  • the prediction unit 16 divides the volume of the tissue including the compartment to be predicted, the capillary volume of the tissue, and the extracellular fluid volume of the tissue by the number of divided compartments, and calculates the time-course of the pixel value for each compartment. Anticipate change. For example, when the number of divided compartments is 15, the prediction unit 16 calculates a temporal change of a pixel value based on a value obtained by dividing each of the tissue volume, the capillary volume, and the extracellular fluid volume by 15. Predict.
  • the tissues of the subject are the right ventricle, aorta, vein, artery, brain (head), upper limb, myocardium (myocardium dominated by right coronary artery, myocardium dominated by anterior descending branch, myocardium dominated by circumflex branch), lung , Liver, stomach, spleen, pancreas, intestinal tract, kidney, ureter, lower limb, left ventricle, ascending aorta, descending aorta, and abdominal aorta.
  • myocardium myocardium dominated by right coronary artery, myocardium dominated by anterior descending branch, myocardium dominated by circumflex branch
  • lung Liver, stomach, spleen, pancreas, intestinal tract, kidney, ureter, lower limb, left ventricle, ascending aorta, descending aorta, and abdominal aorta.
  • the contrast medium injected from the upper limb vein moves to each organ through the right ventricle, lung, left ventricle, and aorta (ascending aorta, descending aorta), and then reaches the right ventricle via the vein. Then, the contrast agent injected into the body is discharged out of the body via the kidney and the ureter.
  • the prediction unit 16 predicts the temporal change of the pixel value of each tissue sequentially from the right ventricle toward the upstream and downstream in the blood flow direction. For example, the prediction unit 16 first predicts the right ventricle, and then the vena cava and the vein located upstream with respect to the right ventricle in the blood flow direction, and the vena cava and vein located downstream with respect to the right ventricle in the blood flow direction. A second tissue group including the affected artery is predicted. That is, the prediction unit 16 predicts the temporal change of the pixel value of each tissue in order from the tissue closer to the injection point of the contrast agent toward the upstream and the downstream in the blood flow direction.
  • the prediction unit 16 uses, for example, a differential equation such as the following equation 1 in order to obtain a change in pixel value in each tissue (blood vessel and organ) as a time function.
  • a differential equation such as the following equation 1 in order to obtain a change in pixel value in each tissue (blood vessel and organ) as a time function.
  • the concentration of the contrast medium flowing into the compartment and C 1 the concentration of the contrast medium flowing out of the compartment and C 2
  • the volume of the compartment and is V the blood flow per unit tissue in compartments (blood flow velocity) Q.
  • the prediction unit 16 determines a change in pixel value in a tissue other than the right ventricle, the left ventricle, and a blood vessel.
  • the prediction unit 16 uses differential equations such as the following equations 2 and 3.
  • the volume of the extracellular space is Vec
  • the concentration of the contrast agent in the extracellular space is Cec
  • the volume of the capillary is Viv
  • the concentration of the contrast agent in the capillary is Civ
  • the seepage speed is PS. 1, and that the stains return rate as a PS 2.
  • the elapsed time from the start of the injection and the change in the pixel value are obtained as a time function.
  • tissue volume 120 mL or more and 160 mL or less
  • capillary volume 2 mL or more and 5 mL or less
  • extracellular fluid volume 12 mL or more and 18 mL or less
  • 120 mL / min or more and 180 mL / min or less Blood flow rate (arterial blood flow velocity) per unit tissue, a bleeding speed of 15 or more and 25 or less, and a bleeding speed of 15 or more and 25 or less are used.
  • tissue volume of 120 mL or more and 160 mL or less, capillary volume of 10 mL or more and 15 mL or less, extracellular fluid volume of 45 mL or more and 65 mL or less, blood flow per unit tissue of 150 mL / min or more and 250 mL / min or less, 15 A bleeding speed of not less than 25 and a bleeding return speed of not less than 15 and not more than 25 are used.
  • tissue volume of 1800 mL or more and 2000 mL or less, capillary blood volume of 30 mL or more and 40 mL or less, extracellular fluid volume of 500 mL or more and 600 mL or less, blood flow per unit tissue of 0.4 mL / min or more and 0.5 mL / min or less , A bleeding speed of 150 or more and 250 or less, and a bleeding speed of 150 or more and 250 or less are used.
  • the bleeding rate and the bleeding rate can be calculated from the product of the capillary area and the permeability. For example, assuming that the total area of the capillaries in the human body is 800 m 2 , a capillaries area corresponding to the weight is assigned to each organ. Then, assuming that the permeability of all organs is 1 ml / min / g, the exudation speed and the exudation return speed are determined.
  • the prediction unit 16 considers the diffusion of the contrast agent between the adjacent compartments. That is, the prediction unit 16 predicts a temporal change of a pixel value between adjacent compartments such that the concentration of the contrast agent in the compartment with the higher concentration is reduced and the concentration of the contrast agent in the compartment with the lower concentration is increased.
  • the prediction unit 16 increases the decrease amount and the increase amount of the contrast agent concentration.
  • the prediction unit 16 increases the amount of decrease and increase of the contrast agent concentration. Furthermore, when the contact area between the compartments is large, the prediction unit 16 increases the amount by which the contrast agent concentration decreases and increases. Specifically, when compartments of different tissues are adjacent to each other, the prediction unit 16 reduces the amount of decrease and increase of the contrast agent concentration because the contact area is small. When the compartments of the same tissue are adjacent to each other, the contact area becomes large, and thus the prediction unit 16 increases the amount of decrease and increase in the contrast agent concentration.
  • the prediction unit 16 calculates the discharge amount of the contrast agent based on the predetermined discharge speed, and performs the simulation by subtracting the discharge amount from the contrast agent in the capillaries of the kidney. As a result, a part of the contrast agent reaching the kidney is subtracted from the total amount of the contrast agent in the whole body (plasma). Specifically, the prediction unit 16 allocates the contrast agent that has reached the kidney to capillaries, extracellular fluid spaces, and cell parenchyma.
  • the prediction unit 16 divides the contrast agent assigned to the capillaries of the kidney into three parts and assigns them to the renal artery, the extracellular fluid space of the kidney, and the ureter. That is, the prediction unit 16 performs the simulation by moving the amount of the contrast agent discharged from the capillaries of the kidney to the ureter. Since the contrast agent transferred to the ureter does not return to the body, the result is subtracted from the total contrast agent amount of the whole body.
  • the amount of contrast agent transferred to the ureter increases in proportion to the concentration of contrast agent in the capillaries of the kidney. That is, the discharge rate (mL / sec) of the contrast agent increases in proportion to the concentration of the contrast agent in the capillaries.
  • the contrast agent concentration is a ratio of the contrast agent in the tissue (compartment) per unit time (for example, 10 msec) and the ratio of the contrast agent to blood.
  • the prediction unit 16 further multiplies the value obtained by multiplying the eGFR by the adjustment coefficient with the concentration of the contrast agent to obtain the discharge speed of the contrast agent.
  • This adjustment coefficient is a value larger than 0 and smaller than 5.
  • the prediction unit 16 may subtract the contrast agent in the ureter after a predetermined time elapses so as to simulate that the contrast agent in the ureter is pushed by urine and moves to the bladder.
  • the prediction unit 16 sequentially stores the simulation results in the storage unit 24.
  • This simulation result includes information on the pixel value for each time associated with the tissue.
  • the display unit 26 schematically displays a predicted image of each tissue including a plurality of compartments.
  • the control unit 25 reads the pixel values from the storage unit 24 and controls the display unit 26 to change the shading of each compartment according to the temporal change of the pixel values.
  • a main screen as an example displayed on the display unit 26 will be described with reference to FIG.
  • the main screen is an operation screen for inputting various numerical values, and a prediction image 41 is arranged on the right side of the main screen.
  • a condition setting column 42 is arranged on the upper left of the main screen, and a time density curve column 43 is arranged on the upper center of the main screen.
  • a display button 44 is arranged at the lower center of the main screen, and a patient setting column 45 is arranged at the lower right of the main screen.
  • the horizontal axis corresponds to the elapsed time (sec) from the start of the injection, and the vertical axis corresponds to the pixel value (HU). However, when displaying the total contrast agent amount, the vertical axis corresponds to the contrast agent amount (mL).
  • the time concentration curve column 43 the time concentration curves of a plurality of tissues can be displayed in a superimposed manner. In this case, the control unit 25 displays each time density curve in a different color.
  • the control unit 25 reads from the storage unit 24 the pixel value of each compartment at the time selected by operating the scroll bar 431 by the user. Then, the control unit 25 reflects the read pixel value on the predicted image 41 and causes the display unit 26 to display the predicted pixel value. For example, in FIG. 2, a point in time at which 31.0 seconds have elapsed from the start of the injection is selected, and the predicted image 41 at that point in time is displayed. In the initial setting, a predicted image 41 is displayed at the start of injection, that is, at the time point when 0 sec has elapsed.
  • the control unit 25 causes the pixel value at the position selected by the user to operate the scroll bar 433 to be displayed below the scroll bar 433.
  • the pixel value 350HU is selected and displayed below the scroll bar 433.
  • the user can select the Y-axis fixed check box 435 to fix the maximum value of the Y-axis (the Y-axis fixed setting is not selected in FIG. 2).
  • the maximum value of the Y-axis is fixed at 400
  • the maximum value of the Y-axis is maintained at 400 even when only the total contrast agent amount (for example, 50.0 mL at the maximum) is displayed.
  • the Y-axis fixed setting is not selected, for example, when displaying only the total contrast agent amount of up to 50.0 mL, the maximum value of the Y-axis is changed to 50.
  • the user can operate the image using the operation buttons 411 below the predicted image 41.
  • the operation buttons 411 include a stop button, a play button, a 3 ⁇ speed play button, a 10 ⁇ speed play button, a 30 ⁇ speed play button, and a reset button in order from the left of the main screen.
  • the play button When the user selects the play button, the predicted image 41 is continuously played as a moving image along the elapsed time.
  • the 3 ⁇ speed playback button, the 10 ⁇ speed playback button, and the 30 ⁇ speed playback button the moving image playback speed increases.
  • the user can visually recognize the position of the contrast agent in each tissue at a desired time.
  • the current time bar 432 moves along the X axis according to the elapsed time when the predicted image 41 is continuously reproduced.
  • the reproduction is paused.
  • the reproduction ends, and the predicted image 41 returns to the initial setting (at the time when 0 sec has elapsed).
  • a plurality of WL / WW selection buttons 412 for selecting a window width (WW) and a window level (WL) are arranged.
  • the window width corresponds to the range of the pixel value contrast
  • the window level corresponds to the screen brightness.
  • a window width 400 and a window level 50 are set.
  • the display unit 26 displays black.
  • the display unit 26 displays white. Further, the display unit 26 displays the non-contrasted tissue with the original pixel value.
  • input fields for inputting a window width and a window level may be arranged on the main screen.
  • a plurality of display buttons 44 for selecting a tissue to be displayed are arranged below the time density curve column 43.
  • the user can select a tissue to be displayed in the time density curve column 43 from the display buttons 44.
  • the hepatic artery button 442 and the total contrast agent amount button 441 have been selected.
  • the total contrast agent amount button 441 a change in the total amount of the contrast agent remaining in the body is displayed in the time density curve column 43.
  • drug information In the condition setting column 42, drug information, injection protocol, tube voltage, and analysis time can be set. Specifically, the user can operate the medicine pull-down menu 421 to select one from a plurality of medicine names.
  • the drug solution information acquiring unit 14 acquires a contrast agent concentration, a consistency, an osmotic pressure ratio, and a contrast agent amount corresponding to the drug name selected by the user.
  • the contrast agent concentration, the consistency, the osmotic pressure ratio, and the amount of the contrast agent are input in the storage unit 24 in advance.
  • the liquid medicine information acquiring unit 14 can also acquire the contrast agent concentration, the consistency, the osmotic pressure ratio, and the amount of the contrast agent input from the input unit 27 by the user. Specifically, when the user selects the contrast agent concentration button, the control unit 25 displays an input screen for the contrast agent concentration on the display unit 26. Then, the user can input a desired contrast agent concentration from the input screen. Similarly, the user can enter the contrast agent concentration, consistency, osmotic pressure ratio and contrast agent amount. The control unit 25 displays the contrast agent concentration, the consistency, the osmotic pressure ratio, and the amount of the contrast agent acquired by the liquid medicine information acquiring unit 14 in response to the input in the contrast agent display column.
  • the user can select the injection time button 422 to input the injection time of the contrast agent in the injection protocol.
  • the control unit 25 displays an input screen for the injection time on the display unit 26. Then, the user can input a desired injection time from the input screen.
  • the user can select the injection speed button 423 to enter the injection speed of the contrast agent in the injection protocol.
  • a contrast agent amount per body weight button may be arranged in the contrast agent setting column so that a contrast agent amount per body weight (mgI / kg) can be input. In this case, when the amount of the contrast medium per body weight is input, the prediction unit 16 automatically changes the amount of the contrast medium by multiplying the amount of the contrast medium per body weight by the body weight.
  • the user can select the cross injection check box 425 to select whether or not to execute cross injection. In FIG. 2, execution of cross injection is selected. Similarly, the user can select the link speed setting check box 426 to select whether to set a link speed. In FIG. 2, the link speed setting is not selected.
  • the user can select the infusion time button 422 to enter the saline infusion time in the infusion protocol.
  • the control unit 25 displays an input screen for the injection time on the display unit 26. Then, the user can input a desired injection time from the input screen.
  • the user can select the infusion rate button 423 and the saline volume button 424 to enter the saline infusion rate and saline volume, respectively, in the infusion protocol.
  • An injection amount display screen 427 is arranged below the saline setting column.
  • the horizontal axis is the elapsed time from the start of injection
  • the vertical axis is the injection speed.
  • the control unit 25 causes the injection amount display screen 427 to display the injection amount in the injection protocol acquired by the protocol acquisition unit 12.
  • execution of cross injection is set, and a graph is displayed in which the contrast agent is injected at an injection speed of 4.0 mL / sec, and the injection speed is gradually reduced after a predetermined time has elapsed.
  • the area of the region surrounded by the solid line represents the injection amount of the contrast agent.
  • the prediction unit 16 predicts a temporal change in the pixel value of each tissue while reflecting the cross injection.
  • a graph is displayed in which the injection of physiological saline is started after a predetermined time has elapsed from the start of the injection, and the injection speed is gradually increased to reach the injection speed of 4.0 mL / sec after the predetermined time has elapsed. ing.
  • the area of the region surrounded by the dotted line represents the injection amount of the physiological saline.
  • the region indicating the injection amount of the contrast agent and the region indicating the injection amount of the physiological saline may be displayed in different colors.
  • a graph in which the injection of the physiological saline starts from the time when the injection of the contrast medium is completed is displayed. For example, a contrast medium is injected at an injection speed of 4.0 mL / sec from the start of injection, and when the injection of 50.0 mL of the contrast agent is completed, physiological saline is injected at an injection speed of 4.0 mL / sec, and 25.0 mL of physiological saline is injected. A graph is displayed such that the injection ends when the water injection is completed.
  • the injection speed of the contrast agent and the injection speed of the physiological saline are set to be the same.
  • the injection speed of the contrast agent is changed from 4.0 mL / sec to 5.0 mL / sec
  • the injection speed of the physiological saline is automatically set to 5.0 mL / sec.
  • the input of the injection speed of the physiological saline may be prohibited.
  • the injection speed of the contrast agent may be automatically set.
  • a tube voltage button 428 Below the injection amount display screen 427, a tube voltage button 428, an analysis time button 429, and an update button 420 are arranged.
  • the user can select the tube voltage button 428 to set the tube voltage.
  • the control unit 25 displays an input screen for the tube voltage on the display unit 26. Then, the user can input a desired tube voltage from the input screen.
  • the user can select an analysis time button 429 to enter an analysis time.
  • Patient setting column 45 is arranged below operation button 411.
  • weight, height, cardiac function, and heart rate can be set.
  • the control unit 25 displays the weight, height, heart function, and heart rate in the patient setting column 45 in advance based on the subject information acquired by the subject information acquiring unit 11.
  • the subject information acquisition unit 11 can also acquire the weight, height, heart function, and heart rate input from the input unit 27 by the user.
  • the control unit 25 displays a weight input screen on the display unit 26.
  • the user can input the weight of the subject from the input screen.
  • the user can select a height button 452, a heart function button 453, and a heart rate button 454 to input the height, heart function, and heart rate of the subject, respectively.
  • a body surface area column and a cardiac output column are arranged.
  • the prediction unit 16 calculates the body surface area based on the weight and height of the subject acquired by the subject information acquisition unit 11.
  • the control unit 25 displays the calculated body surface area in the body surface area column.
  • the subject information obtaining unit 11 obtains the input weight or the like.
  • the prediction unit 16 calculates a cardiac output based on the body surface area, cardiac function, and heart rate of the subject acquired by the subject information acquisition unit 11.
  • the control unit 25 displays the calculated cardiac output in the cardiac output column.
  • an eGFR field a creatinine value button, an age button, and a gender button may be arranged.
  • the user can select the creatinine value button, the age button, and the gender button to input the creatinine value, age, and gender of the subject, respectively.
  • the subject information acquisition unit 11 acquires the input creatinine value and the like.
  • the prediction unit 16 calculates the eGFR based on the acquired creatinine value, age, and gender of the subject.
  • the control unit 25 displays the calculated eGFR in the eGFR column.
  • the subject information obtaining unit 11 can obtain the heart rate from an external measuring device or the storage unit 24.
  • the subject information acquisition unit 11 can also acquire the stroke volume or the cardiac output from an external measuring device. When the stroke volume is acquired, the prediction unit 16 calculates the cardiac output by multiplying the stroke volume by the heart rate.
  • the control unit 25 reads out the simulation result from the storage unit 24 and displays the predicted image 41 of the tissue corresponding to the display button 44 selected by the user. Similarly, the control unit 25 displays the time density curve of the tissue corresponding to the display button 44 selected by the user in the time density curve column 43.
  • an automatic optimization tab 46 and an organization setting tab 47 are arranged.
  • the control unit 25 displays an automatic optimization screen (FIG. 3) on the display unit 26. Then, the user can automatically execute the optimization of the injection protocol from the automatic optimization screen.
  • the control unit 25 displays an organization setting screen (not shown) on the display unit 26. Then, the user inputs tissue information (eg, tissue volume, capillary volume, extracellular fluid volume, blood flow per unit tissue, contrast agent seepage speed in tissue, and tissue contrast in tissue setting screen). (Stain return rate).
  • tissue information eg, tissue volume, capillary volume, extracellular fluid volume, blood flow per unit tissue, contrast agent seepage speed in tissue, and tissue contrast in tissue setting screen.
  • FIG. 3 shows an automatic optimization screen for automatically optimizing the injection protocol.
  • An optimization setting column is arranged above the automatic optimization screen, and a preset button 461 and a load button 462 are arranged below the automatic optimization screen.
  • the prediction unit 16 automatically optimizes the injection protocol.
  • a target pull-down menu 463 In the optimization setting column, a target pull-down menu 463, a target pixel value button 464, a target duration button 465, a maximum contrast agent amount button 466, an optimization button 467, a fixed time check box 468, and a fixed speed check box 469 are arranged. Have been.
  • the user can operate the target pull-down menu 463 to select one from a plurality of organizations.
  • the organization information obtaining unit 13 obtains organization information corresponding to the target organization selected by the user.
  • the user can select the target pixel value button 464 and input a target pixel value.
  • the control unit 25 displays an input screen for the target pixel value on the display unit 26. Then, the user can input a desired target pixel value from the input screen.
  • the user can select a target duration button 465 and a maximum contrast agent amount button 466 to enter a target duration and a maximum contrast agent amount, respectively.
  • the target value acquisition unit 15 acquires the input target pixel value and target duration.
  • the liquid medicine information acquiring unit 14 acquires the input maximum contrast agent amount.
  • the liquid medicine information acquisition unit 14 may acquire the amount of the contrast agent filled in the syringe as the maximum amount of the contrast agent based on the medicine name selected by the user.
  • the liquid medicine information acquiring unit 14 may limit the maximum contrast agent amount so that the ratio between the dose (gI) of the contrast agent alone and the eFGR is less than 1.
  • the liquid medicine information acquiring unit 14 may acquire the maximum contrast agent amount by referring to the table in which the eFGR and the maximum contrast agent amount are associated. This table is stored in the storage unit 24 in advance.
  • the user can select the fixed time or fixed speed condition by selecting the fixed time check box 468 or the fixed speed check box 469.
  • the condition of fixed speed is selected.
  • the prediction unit 16 executes the re-simulation without changing the injection speed.
  • the prediction unit 16 executes the re-simulation without changing the injection time.
  • the user can select the preset button 461 and save the settings entered in the optimization setting column at the time of button selection as preset 1 to preset 4.
  • the prediction unit 16 causes the storage unit 24 to store the settings input as preset 1 to preset 4 according to the selected button. Further, the user can select the load button 462 to read out the settings stored as preset 1 to preset 4.
  • the prediction unit 16 reads one of the settings stored as preset 1 to preset 4 from the storage unit 24 according to the selected button. Then, the prediction unit 16 reflects the read setting on the target pixel value and the like.
  • the prediction unit 16 acquires various information (S102). Specifically, the prediction unit 16 acquires a contrast agent injection protocol from the protocol acquisition unit 12. Further, the prediction unit 16 acquires the maximum contrast agent amount from the liquid medicine information acquisition unit 14 and acquires the target pixel value and the target duration from the target value acquisition unit 15. After that, based on the acquired maximum contrast agent amount, the prediction unit 16 simulates a temporal change of the pixel value of the tissue of the subject when half of the maximum contrast agent amount is injected as the used contrast agent amount according to the acquired injection protocol. Then, the prediction unit 16 obtains a predicted duration from the simulation result (S103).
  • the prediction unit 16 compares the obtained predicted duration with the target duration (S104). When the predicted duration is shorter than the target duration (YES in S105), the prediction unit 16 determines the pixel value of the tissue of the subject when injecting a larger amount of the contrast agent than the amount of the contrast agent used in the previous simulation. Is re-simulated over time. That is, the prediction unit 16 increases the amount of the used contrast agent (S106). Specifically, the used contrast agent amount V n + 1 used in the re-simulation is V n , the target duration time T G , and the predicted duration time T G obtained in the previous simulation. A is calculated by the following equation (4).
  • the weighting coefficient W is, for example, 0.5. This weighting coefficient W can be reduced according to the number of re-simulation repetitions.
  • the amount of the used contrast agent 50.25 mL used in the re-simulation is calculated.
  • the prediction unit 16 re-simulates by changing at least one of the injection speed and the injection time of the contrast agent. That is, since the amount of the used contrast agent increases, the prediction unit 16 changes at least one of the injection speed and the injection time of the injection protocol. Specifically, when the condition of the fixed speed is selected, the prediction unit 16 lengthens the injection time without changing the injection speed in the injection protocol. As a result, the injection time is lengthened, and the amount of the used contrast medium is increased. When the time fixed condition is selected, the prediction unit 16 increases the injection speed without changing the injection time in the injection protocol. As a result, the injection rate per unit time is increased, and as a result, the amount of the used contrast agent is increased.
  • the prediction unit 16 determines the temporal change of the pixel value of the tissue of the subject when a smaller amount of the contrast agent is injected than the amount of the used contrast agent used in the previous simulation. Re-simulate the change. That is, the prediction unit 16 reduces the amount of the used contrast agent (S108). For example, the use amount of contrast medium V n used in the previous simulation 50 mL, 8 sec the target time duration between T G, 8.5sec predicted duration T A, the weighting factor W is 0.5, as shown in Equation 6 The amount of the used contrast agent used in the re-simulation is calculated as 49.75 mL.
  • the prediction unit 16 re-simulates by changing at least one of the injection speed and the injection time of the contrast agent. That is, the prediction unit 16 changes at least one of the injection speed and the injection time of the injection protocol in order to reduce the amount of the used contrast agent. Specifically, when the condition of the fixed speed is selected, the prediction unit 16 shortens the injection time without changing the injection speed in the injection protocol. This results in a shorter injection time and thus a smaller amount of contrast agent used. When the time fixed condition is selected, the prediction unit 16 reduces the injection speed without changing the injection time in the injection protocol. As a result, the injection rate per unit time is reduced, so that the amount of the used contrast agent is reduced.
  • the prediction unit 16 re-simulates the temporal change of the pixel value of the tissue of the subject when injecting the used contrast agent amount calculated according to the changed injection protocol (S109). Then, the prediction unit 16 obtains the predicted duration again from the re-simulation result. Thereafter, the prediction unit 16 causes the storage unit 24 to store the resimulation result and the injection protocol used in the resimulation.
  • the end condition is satisfied (YES in S110)
  • the re-simulation ends.
  • This termination condition is when the predicted duration matches the target duration, when the re-simulation is executed a predetermined number of times (for example, 40 times), when a predetermined time (for example, 10 seconds) has elapsed from the start of the re-simulation, or when the fluctuation is a predetermined threshold.
  • a predetermined threshold is a condition that the difference between the predicted duration at the time of the re-simulation and the predicted duration at the time of the previous re-simulation is equal to or less than a predetermined threshold (eg, 0.01 sec).
  • the prediction unit 16 compares the calculated predicted duration with the target duration again (S104). When the predicted duration is shorter than the target duration, the prediction unit 16 re-simulates a temporal change in the pixel value of the tissue of the subject when a larger amount of the contrast agent is injected. Further, when the predicted duration is longer than the target duration, the prediction unit 16 re-simulates a temporal change of the pixel value of the tissue of the subject when a smaller amount of the contrast agent is injected. Then, the prediction unit 16 obtains the predicted duration again from the re-simulation result.
  • the prediction unit 16 stores the injection protocol corresponding to the simulation result having the smallest difference between the target duration and the predicted duration among the stored re-simulation results in the storage unit 24 as the optimal injection protocol. .
  • the prediction unit 16 stores the injection protocol corresponding to the simulation result in which the length of the predicted duration is equal to or longer than the target duration and uses the least amount of the contrast agent among the resimulation results as the optimal injection protocol.
  • the information may be stored in the unit 24.
  • the control unit 25 closes the automatic optimization screen and opens the main screen.
  • the prediction unit 16 reflects the conditions of the optimal injection protocol (the amount of the contrast agent, the injection time and the injection speed of the contrast agent, the amount of the physiological saline, and the injection time and the injection speed of the physiological saline) in the contrast agent setting column.
  • the control unit 25 replaces and displays the injection protocol before optimization with the optimal injection protocol.
  • the control unit 25 reads out the time concentration curve from the simulation result corresponding to the optimal injection protocol and displays the curve in the time concentration curve column 43.
  • the control unit 25 reads and displays the predicted image 41, and the automatic optimization ends.
  • the control unit 25 displays a simulation condition correction proposal. That is, when the target is not achieved when the re-simulation is completed, the control unit 25 causes the display unit 26 to display a proposal for correcting the simulation condition.
  • this amendment proposal as an example, the user is required to reduce the tube voltage, increase the amount of contrast agent (for example, increase the amount of contrast agent by 50%), increase the injection speed (for example, increase the injection speed by 50%), or extend the analysis time. suggest.
  • the simulator 20 can perform a more accurate prediction that approximates a temporal change of a pixel value in an actual tissue. Furthermore, an optimal injection protocol that maintains the target pixel value over the target duration can be obtained.
  • a helical scan box may be further arranged on the main screen.
  • the user can select the helical scan box and input the bed moving speed (cm / sec).
  • the control unit 25 acquires the delay time due to the helical scan.
  • the delay time corresponds to the elapsed time from the imaging of the head to the imaging of each tissue (moving time of the bed), and is obtained based on the length from the upper end of the predicted image 41 to each tissue.
  • the control unit 25 reads out the pixel value at the time obtained by adding the delay time to the time (current time) selected by the user from the storage unit 24. That is, the control unit 25 reads the pixel value of each tissue at the time obtained by adding the obtained delay time to the current time.
  • a predicted image 41 obtained when the helical scan is performed can be obtained.
  • the control unit 25 indicates the pixel value immediately after the start of the injection for the brain, and the pixel value of the right ventricle 5 seconds after the start of the injection. Show.
  • the control unit 25 indicates a pixel value at the time when 7.5 seconds have elapsed from the start of the injection for the liver.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the injection device and the imaging system.
  • the simulator 20 is mounted on at least one of the imaging system 100 and the injection device 2.
  • differences from the first embodiment will be described, and the description of the components described in the first embodiment will be omitted. Except where specifically described, components denoted by the same reference numerals perform substantially the same operations and functions, and have substantially the same effects.
  • the imaging system 100 includes an injection device 2 that injects a contrast agent, and a medical imaging device 3 that is connected to the injection device 2 by wire or wirelessly and that images a subject.
  • the imaging device 3 include an MRI (Magnetic Resonance Imaging) device, a CT (Computed Tomography) device, an angiography device, a PET (Positron Emission Tomography) device, a SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) device, a CT angio device,
  • MRI Magnetic Resonance Imaging
  • CT Compputed Tomography
  • PET Positron Emission Tomography
  • SPECT Single Photon Emission Computed Tomography
  • CT angio device There are various medical imaging devices such as an MR angiography device, an ultrasonic diagnostic device, and a blood vessel imaging device.
  • the CT apparatus will be described.
  • the imaging device 3 includes an imaging unit 31 that captures an image of a subject according to an imaging plan, and a control device 32 that controls the entire imaging device 3.
  • the imaging plan includes, for example, an imaging part, an effective tube voltage, a model name, a maker name, an imaging time, a tube voltage, an imaging range, a rotation speed, a helical pitch, an exposure time, a dose, and an imaging method.
  • the control device 32 controls the imaging unit 31 so as to follow the imaging plan and images the subject. Further, the control device 32 also functions as the simulator 20. Further, the control device 32 can communicate with the imaging unit 31, the injection device 2, and the server (external storage device) by wire or wirelessly.
  • the imaging unit 31 includes a bed, an X-ray source that irradiates the subject with X-rays, and an X-ray detector that detects X-rays transmitted through the subject.
  • the imaging unit 31 irradiates the subject with X-rays and back-projects the inside of the subject based on the X-rays transmitted through the subject, thereby capturing a fluoroscopic image of the subject.
  • the imaging unit 31 may perform imaging using radio waves or ultrasonic waves.
  • the imaging device 3 has a display 33 as a display unit.
  • the display 33 is connected to the control device 32 and displays an input state, a setting state, an imaging result, and various information of the apparatus.
  • the control device 32 and the display 33 can be integrally formed.
  • the imaging device 3 has a user interface such as a keyboard as the input unit 34. The user can input the drug solution information, the injection protocol, the tissue information, the subject information, and the target value from the input unit 34 to the imaging device 3.
  • the injection device 2 includes an injection head 21 that injects a contrast agent according to an injection protocol. Then, the injection device 2 injects a drug solution filled in the syringe, for example, physiological saline and various contrast agents into the subject. Further, the injection device 2 includes a stand 22 for holding the injection head 21 and a console 23 connected to the injection head 21 by wire or wirelessly.
  • the console 23 functions as a control device for controlling the injection head 21 and also functions as the simulator 20.
  • the console 23 includes a touch panel 26 functioning as an input display unit, and can communicate with the injection head 21 and the imaging device 3 by wire or wirelessly.
  • the touch panel 26 can display an injection protocol, an input state of the apparatus, a setting state, an injection result, and various information.
  • the injection device 2 may include a display as a display unit and a keyboard as an input unit, instead of the touch panel 26.
  • the injection device 2 has, instead of the console 23, a control device connected to the injection head 21, and a display unit (for example, a touch panel display) connected to the control device and displaying the state of injection of the chemical solution. Is also good.
  • This control device also functions as the simulator 20.
  • the injection head 21 and the control device may be configured integrally with the stand 22.
  • a ceiling suspension member may be provided instead of the stand 22, and the injection head 21 may be suspended from the ceiling via the ceiling suspension member.
  • the injection device 2 may have a remote control device (for example, a hand switch or a foot switch) for remotely controlling the injection head 21.
  • This remote control device can start or stop the injection by remotely operating the injection head 21.
  • the injection device 2 may have a power supply or a battery. This power supply or battery can be provided in either the injection head 21 or the controller, or can be provided separately.
  • the injection head 21 includes a syringe holder on which a syringe filled with a drug solution is mounted, and a drive mechanism for pushing out the drug solution in the syringe according to an injection protocol. Further, the injection head 21 has an operation unit 212 for inputting the operation of the drive mechanism. The operation unit 212 is provided with, for example, a forward button of the drive mechanism, a reverse button of the drive mechanism, and a final confirmation button. Further, the injection head 21 may include a head display for displaying an injection condition, an injection state, an input state of the apparatus, a setting state, and various injection results.
  • the injection head 21 can be equipped with a prefilled syringe having a data carrier such as an RFID chip, an IC tag, or a barcode, and various syringes.
  • the injection head 21 includes a reading unit (not shown) for reading a data carrier attached to the syringe. This data carrier stores chemical liquid information on the chemical liquid.
  • the injection head 21 may have three or more syringe holders, or may have only one syringe holder.
  • the injection device 2 can receive information from a server (external storage device) not shown, and can also transmit information to the server. Further, the imaging device 3 can also receive information from the server, and can also transmit information to the server.
  • This server is, for example, RIS (Radiology Information System), PACS (Picture Archiving and Communication System), and HIS (Hospital Information System).
  • the server stores the inspection order in advance.
  • the inspection order includes subject information on the subject and inspection information on the contents of the inspection.
  • the server can store information on the imaging result such as image data transmitted from the imaging device 3 and information on the injection result transmitted from the injection device 2.
  • an external inspection system or an image creation workstation can be used.
  • the user can operate the imaging device 3 while checking the predicted image 41 on the display 33. Further, the imaging device 3 can change the imaging plan according to the prediction result by the prediction unit 16. Specifically, the imaging device 3 can change, for example, a tube voltage or a tube current so as to reach a target pixel value or a target duration in the simulation result.
  • the user can operate the injection device 2 while checking the predicted image 41 on the console 23. Further, the injection device 2 can change the injection speed or the injection time, for example, so as to match the optimal injection protocol obtained by the automatic optimization.
  • the simulator 20 may be mounted on an external computer wired or wirelessly connected to at least one of the imaging device 3 and the injection device 2. In this case, the simulator 20 transmits the simulation result and the optimal injection protocol to the imaging device 3 and the injection device 2.
  • the display unit 26 can display not only a horizontal section of the body but also a predicted image 41 of a coronal section. Further, the display unit 26 may arrange the compartments such that each tissue is independently displayed, and may display each compartment with a color having a density corresponding to a pixel value. Further, the display unit 26 may display each compartment in a color other than black and white.
  • the control unit 25 may control the display unit 26 so that the number of compartments in each organization is different. In this case, the control unit 25 displays each organization so as to include the number of compartments set by the user or the number of compartments stored in the storage unit 24 in advance. Further, the control unit 25 may display the target pixel value and the predicted duration in the time density curve column 43.
  • the prediction unit 16 may consider a change in the blood flow rate (blood flow rate) per unit tissue due to the injection of the drug solution. That is, when the infusion speed of the drug solution is higher than the normal blood flow speed, the prediction unit 16 adds the difference obtained by subtracting the blood flow speed from the injection speed to the blood flow speed, and increases the blood flow speed. Can be considered. In this case, the prediction unit 16 predicts a temporal change of the pixel value based on the blood flow velocity obtained by the addition. That is, the prediction unit 16 adds the obtained difference to the blood flow velocity Q per unit tissue in the compartment when predicting the temporal change of the pixel value.

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Abstract

目標持続時間に渡って目標画素値を維持するような注入プロトコルを使用した場合の、被写体の組織における画素値の経時変化をシミュレーションする。シミュレータは、造影剤量を取得する薬液情報取得部と、目標画素値の目標持続時間を取得する目標値取得部と、造影剤の注入プロトコルを取得するプロトコル取得部と、注入プロトコル及び造影剤量に基づいて、被写体の組織の画素値の経時変化をシミュレーションして、予測持続時間を求める予測部とを備え、予測部は、予測持続時間を目標持続時間と比較し、予測持続時間が目標持続時間より短い場合には、シミュレーションで使用した使用造影剤量よりも多量の造影剤を注入する場合の経時変化を再シミュレーションして、予測持続時間を再度求め、予測持続時間が目標持続時間より長い場合には、使用造影剤量よりも少量の造影剤を注入する場合の経時変化を再シミュレーションして、予測持続時間を再度求める。

Description

シミュレータ、該シミュレータを備える注入装置又は撮像システム、及びシミュレーションプログラム
　本発明は、組織の画素値の経時変化をシミュレーションするシミュレータ、該シミュレータを備える注入装置又は撮像システム、及びシミュレーションプログラムに関する。
　従来から、被写体の組織における画素値の経時変化を予測するシミュレータが提案されている。特許文献１には、被写体情報と、注入プロトコルと、組織情報とに基づいて、組織を血流方向に沿って分割した複数のコンパートメントのそれぞれの画素値の経時変化を予測する予測部を備えるシミュレータが記載されている。
国際公開第２０１６／０８４３７３号
　特許文献１に記載のシミュレータでは、目標持続時間に渡って目標画素値を維持するような注入プロトコルを使用することが想定されていない。
　上記課題を解決するため、本発明の一例としてのシミュレータは、造影剤量を取得する薬液情報取得部と、目標画素値の目標持続時間を取得する目標値取得部と、造影剤の注入プロトコルを取得するプロトコル取得部と、前記注入プロトコル及び前記造影剤量に基づいて、被写体の組織の画素値の経時変化をシミュレーションして、予測持続時間を求める予測部とを備え、前記予測部は、前記予測持続時間を前記目標持続時間と比較し、前記予測持続時間が前記目標持続時間より短い場合には、シミュレーションで使用した使用造影剤量よりも多量の造影剤を注入する場合の前記経時変化を再シミュレーションして、前記予測持続時間を再度求め、前記予測持続時間が前記目標持続時間より長い場合には、前記使用造影剤量よりも少量の造影剤を注入する場合の前記経時変化を再シミュレーションして、前記予測持続時間を再度求める。
　これにより、目標持続時間に渡って目標画素値を維持するような注入プロトコルを使用した場合の、被写体の組織における画素値の経時変化をシミュレーションすることができる。
　本発明のさらなる特徴は、添付図面を参照して例示的に示した以下の実施例の説明から明らかになる。
シミュレータの概略ブロック図である。 シミュレータの表示部に表示されるメイン画面である。 シミュレータの表示部に表示される自動最適化画面である。 自動最適化のフローチャートである。 注入装置及び撮像システムの概略図である。
　以下、本発明を実施するための例示的な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態で説明する寸法、材料、形状、構成要素の相対的な位置は任意であり、本発明が適用される装置の構成又は様々な条件に応じて変更できる。また、特別な記載がない限り、本発明の範囲は、以下に具体的に記載された実施形態に限定されるものではない。
　特に言及した場合を除き、造影剤という用語は、造影剤単体と、造影剤に加えて他の溶媒及び添加物を含む薬液との両方を含む。また、以下では、特に言及した場合を除き、画素値という用語は、造影されている撮像部位における、ＣＴ値、関心領域（ＲＯＩ）に含まれる画素のＣＴ値の和若しくは平均値、又は関心領域のＳＤ値（標準偏差値）を含む。さらに、画素値は、これらの値から造影されていない撮像部位における値（例えば、単純ＣＴにおける撮像部位のＣＴ値）を減算して得られた値を含む。関心領域は予め設定されているか、又はユーザーが関心領域を選択することができる。
［第１実施形態］
　図１に示すように、被写体の組織における画素値の経時変化を予測するシミュレータ（灌流シミュレータ）２０は、被写体である被験者に関する被写体情報を取得する被写体情報取得部１１を備えている。この被写体情報は、例えば、ヘモグロビン量、体重、身長、体表面積、心機能、心拍数、一回拍出量、心拍出量、推定糸球体濾過量（ｅＧＦＲ）、クレアチニン値、年齢、性別、除脂肪体重、ボディマス指数、循環血液量、被験者番号（被験者ＩＤ）、被験者の疾病及び副作用の履歴、被験者氏名、生年月日、血液量、及び血流速度を含んでいる。
　被写体情報取得部１１は、シミュレータ２０の入力部２７を介して、ユーザーが入力した被写体情報を取得する。また、被写体情報取得部１１は、シミュレータ２０の記憶部２４又は外部記憶装置（サーバー）から被写体情報を取得してもよい。このようなサーバーとしては、例えば、ＲＩＳ（Radiology Information System）、ＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）、ＨＩＳ（Hospital Information System）、検像システム、及び画像作成用ワークステーションがある。さらに、被写体情報取得部１１は、図５に示す撮像装置３又は注入装置２から被写体情報を取得してもよい。
　また、シミュレータ２０は、造影剤の注入プロトコルを取得するプロトコル取得部１２を備える。このプロトコル取得部１２は、入力部２７を介してユーザーが入力した注入プロトコルを取得する。注入プロトコルは、一例として、薬液の注入時間及び注入速度を含んでいる。さらに、注入プロトコルは、注入方法、造影剤注入箇所、注入量、注入タイミング、造影剤濃度、注入圧力、及び注入速度の加速度を含んでいてもよい。また、プロトコル取得部１２は、記憶部２４、外部記憶装置又は注入装置２から注入プロトコルを取得してもよい。
　注入プロトコルは、造影剤の注入時間及び注入速度、生理食塩水の注入時間及び注入速度、造影剤の後押し注入の有無、注入速度の増減、クロス注入の有無、リンク速度設定の有無、及び注入用チューブの体積等の情報を含んでいてもよい。このクロス注入とは、注入開始から設定された時間が経過するまで、生理食塩水の注入速度より高速で造影剤を注入した後、注入速度が徐々に減少するように造影剤を注入すると同時に、注入速度が徐々に増加するように生理食塩水を注入する注入方法である。また、リンク速度設定とは、造影剤と生理食塩水の注入速度が同一になるように、両者の注入速度をリンクさせる設定である。
　また、シミュレータ２０は、被写体の組織情報を取得する組織情報取得部１３を備えている。この組織情報は、例えば、組織におけるコンパートメント数（血管及び臓器の分割コンパートメント数）、組織の体積（血管腔の体積）、毛細血管の体積、細胞外液腔の体積、単位組織あたりの血流量(血流速度)、組織における造影剤の染み出し速度(毛細血管透過性表面積)、組織における造影剤の染み戻り速度(毛細血管透過性表面積)、及び組織生来の画素値を含んでいる。コンパートメント数は、小さな体積を有する組織よりも大きな体積を有する組織の方が多くなるように設定してもよい。
　組織情報取得部１３は、入力部２７を介してユーザーが入力した組織情報を取得する。組織には、心臓（右心室及び左心室）、血管、腎臓、尿管、その他の臓器及び筋肉が含まれる。そして、予測部１６が組織生来の画素値を取得した場合、各組織の生来の画素値に基づいて造影剤による増強の程度が予測される。また、組織情報取得部１３は、記憶部２４、外部記憶装置又は注入装置２から組織情報を取得してもよい。
　また、シミュレータ２０は、造影剤量を取得する薬液情報取得部１４を備えている。この薬液情報取得部１４は、薬液に関する薬液情報をさらに取得する。ここで薬液情報取得部１４は、入力部２７を介してユーザーが入力した薬液情報を取得する。この薬液情報は、例えば、粘稠度、浸透圧比、造影剤量、生理食塩水量、製品ＩＤ、製品名称、化学分類、含有成分、濃度、消費期限、シリンジ容量、シリンジ耐圧、シリンダ内径、ピストンストローク、及びロット番号を含んでいる。
　薬液情報取得部１４は、記憶部２４、外部記憶装置又は注入装置２から薬液情報を取得してもよい。さらに、薬液情報取得部１４は、注入装置２に内蔵された読取部から薬液情報を取得してもよい。この読取部は、注入ヘッドに搭載されるシリンジに取り付けられたデータキャリアから薬液情報を読み取る。このデータキャリアは、例えば、ＲＦＩＤチップ、ＩＣタグ、又はバーコードである。
　また、シミュレータ２０は、目標画素値の目標持続時間を取得する目標値取得部１５を備えている。ユーザーは、目標画素値及び目標持続時間の少なくとも一方を、入力部２７から入力することができる。
　また、シミュレータ２０は、被写体の組織の画素値の経時変化をシミュレーションして、予測持続時間を求める予測部１６を備えている。この予測部１６は、取得した注入プロトコル及び造影剤量に基づいて、被写体の組織の画素値の経時変化をシミュレーションして、目標画素値が維持される予測持続時間を求める。
　具体的に、予測部１６は、被写体情報取得部１１から、被写体情報として、ヘモグロビン量（g/dL）、体重（kg）、身長（cm）、心機能（%）、心拍数（bpm）、体表面積（m2）、心拍出量（L/min）、及びｅＧＦＲを受け取る。代替的に、予測部１６は、体表面積、心拍出量、及び推定糸球体濾過量の少なくとも１つを算出してもよい。例えば、体表面積は、体重及び身長に基づいて、藤本式、デュボア式又は新谷式によって算出できる。また、心拍出量は、体表面積、心機能及び心拍数に基づいて算出できる。また、ｅＧＦＲは、クレアチニン値、年齢及び性別に基づいて算出できる。
　心機能は、平均的心機能を100%としたときに、平均的心機能に対して優れていれば増加し（例えば120%）、劣っていれば低減する（例えば80%）ように、ユーザーが設定する。また、心機能に代替するパラメータとして、測定された心拍出量（L/min）、又は平均的心拍出量に対する測定された心拍出量の割合を用いてもよい。
　また、予測部１６は、プロトコル取得部１２から、注入プロトコルとして、造影剤の注入時間（sec）及び注入速度（mL/sec）、生理食塩水の注入時間（sec）及び注入速度（mL/sec）、クロス注入の有無、及びリンク速度設定の有無を取得する。さらに、予測部１６は、組織情報取得部１３から、組織情報として、組織におけるコンパートメント数、組織の体積、毛細血管の体積、細胞外液腔の体積、血流速度、毛細血管透過性表面積、毛細血管透過性表面積、及び組織生来の画素値を取得する。また、予測部１６は、薬液情報取得部１４から、薬液情報として、造影剤濃度（mgI/mL）、浸透圧比、粘稠度（mPs.s）、造影剤量（mL）、及び総ヨード量（mgI）を取得する。そして、予測部１６は、総ヨード量と被写体の体重から、体重1kgあたりのヨード量（mgI/kg）を算出する。
　また、予測部１６は、入力部２７を介して管電圧（kV）等の検査情報を取得することができる。この検査情報は、一例として検査番号（検査ＩＤ）、検査部位、検査日時、薬液種類、薬液名称、及び撮像する部位に関する部位情報を含んでいてもよい。この部位情報は、撮像対象として選択される部位（範囲）を特定できる情報である。例えば部位情報は、撮像部位名、撮像方法の名称、及び薬液の注入部位から撮像部位までの距離を含む。さらに、予測部１６は、入力部２７からユーザーが入力した、解析時間（sec）等の付加情報を取得できる。この解析時間は、予測の対象となる時間の長さであり、時間濃度曲線（ＴＤＣカーブ）のＸ軸（図２）の長さに対応する。
　そして、予測部１６は、被写体の組織を血流方向に沿って分割した複数のコンパートメントのそれぞれにおいて、被写体の組織における画素値の経時変化をシミュレーションする。このシミュレーションは、被写体情報と、注入プロトコルと、組織情報とに基づいて実行される。その後、予測部１６は、時間ごとの各コンパートメントの画素値を、各組織と関連付けて記憶部２４に記憶させる。
　シミュレータ２０は、ＣＰＵ等からなる制御部２５と、制御プログラムを記憶している記憶部２４とを備えている。この制御部２５は、記憶部２４に記憶された制御プログラムに従ってシミュレータ２０の各部を制御している。また、制御部２５は、被写体情報取得部１１、プロトコル取得部１２、組織情報取得部１３、薬液情報取得部１４、及び目標値取得部１５を有している。そして、記憶部２４に実装された制御プログラムに対応して制御部２５が各種処理を実行することにより、各部が各種機能として論理的に実現される。さらに、制御部２５は、表示部２６を制御する表示制御部としても機能する。
　記憶部２４は、制御部２５が動作するためのシステムワークメモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラム若しくはシステムソフトウェアを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、又はハードディスクドライブを有する。また、記憶部２４は、被写体の組織における画素値の経時変化をコンピューター（制御部２５）に予測させるシミュレーションプログラムを記憶している。
　このシミュレーションプログラムは、コンピューターを、造影剤量を取得する薬液情報取得部１４、目標画素値の目標持続時間を取得する目標値取得部１５、造影剤の注入プロトコルを取得するプロトコル取得部１２、及び注入プロトコル及び造影剤量に基づいて、経時変化をシミュレーションして、予測持続時間を求める予測部１６として機能させる。さらに、シミュレーションプログラムは、コンピューターを、予測持続時間を目標持続時間と比較し、予測持続時間が目標持続時間より短い場合には、シミュレーションで使用した使用造影剤量よりも多量の造影剤を注入する場合の経時変化を再シミュレーションして、予測持続時間を再度求め、予測持続時間が目標持続時間より長い場合には、使用造影剤量よりも少量の造影剤を注入する場合の経時変化を再シミュレーションして、予測持続時間を再度求める、予測部１６として機能させる。このシミュレーションプログラムは、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記憶させることができる。
　代替的に、制御部２５は、ＣＤ（Compact Disc）及びＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＦ（Compact Flash）カード等の可搬記録媒体、又はインターネット上のサーバー等の外部記憶媒体に記憶された制御プログラム及びシミュレーションプログラムに従って、各種処理を制御することもできる。
　また、シミュレータ２０は、各組織のコンパートメントを画素値に応じた濃度の色で表示する表示部２６を備えている。そして、制御部２５は、画素値の経時変化に応じて、表示部２６に表示された各組織のコンパートメントの濃淡を変更する。そのために、制御部２５は、記憶部２４から選択された時間におけるコンパートメントの画素値を読み出して、コンパートメントの濃淡を変更する。この表示部２６には、メイン画面（図２）及び自動最適化画面（図３）等の操作画面が表示される。また、表示部２６には、注入プロトコル、装置の入力状態、設定状態、及び注入結果が表示されてもよい。
　また、シミュレータ２０は、被写体情報取得部１１、プロトコル取得部１２、組織情報取得部１３、及び薬液情報取得部１４に接続された入力部２７を備えている。この入力部２７としては、例えばキーボードを用いることができる。代替的に、入力部２７と表示部２６とを兼用するタッチパネルを用いてもよい。
［画素値の経時変化の予測］
　被写体の各組織は、組織情報取得部１３から取得された組織の分割コンパートメント数に応じて、血流方向に沿って複数のコンパートメントに分割されている。予測部１６は、予測対象のコンパートメントを含む組織の体積と、当該組織の毛細血管体積と、当該組織の細胞外液腔体積とを、分割コンパートメント数で除算して、各コンパートメントについて画素値の経時変化を予測する。例えば、分割コンパートメント数が１５である場合、予測部１６は、組織の体積と、毛細血管体積と、細胞外液腔体積とのそれぞれを、１５で除算した値に基づいて画素値の経時変化を予測する。
　被写体の組織は、右心室、大動脈、静脈、動脈、脳（頭）、上肢、心筋（右冠動脈が支配的な心筋、前下行枝が支配的な心筋、回旋枝が支配的な心筋）、肺、肝臓、胃、脾臓、膵臓、腸管、腎臓、尿管、下肢、左心室、上行大動脈、下行大動脈、及び腹部大動脈を含む。そして、上肢静脈から注入された造影剤は、右心室、肺、左心室、大動脈（上行大動脈、下行大動脈）を介して各臓器に移動し、その後、静脈を介して右心室に到達する。そして、体内に注入された造影剤は、腎臓及び尿管を介して体外に排出される。
　予測部１６は、血流方向における上流及び下流のそれぞれに向かって右心室から順に各組織の画素値の経時変化を予測する。例えば、予測部１６は、最初に右心室の予測を行い、次いで右心室に対して血流方向の上流側に位置する大静脈及び静脈と、右心室に対して血流方向の下流側に位置する動脈とを含む第２組織群の予測を行う。すなわち、予測部１６は、血流方向における上流及び下流のそれぞれに向かって造影剤の注入箇所に近い組織から順に各組織の画素値の経時変化を予測する。
　また、予測部１６は、各組織（血管及び臓器）における画素値の変化を時間関数として求めるために、例えば下記式１のような微分方程式を用いる。ここでは、コンパートメントに流入する造影剤の濃度をＣ１とし、コンパートメントから流出する造影剤の濃度をＣ２とし、コンパートメントの体積をＶとし、コンパートメントにおける単位組織あたりの血流量（血流速度）をＱとしている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　さらに、予測部１６は、右心室、左心室、血管以外の組織における画素値の変化を求めるために、造影剤が毛細血管から細胞外液腔へと透過する際の染み出し速度と、細胞外液腔から毛細血管へと透過する際の染み戻り速度とを考慮する。そのため、予測部１６は、例えば下記式２及び式３のような微分方程式を用いている。ここでは、細胞外液腔の体積をＶｅｃとし、細胞外液腔の造影剤の濃度をＣｅｃとし、毛細血管の体積をＶｉｖとし、毛細血管の造影剤の濃度をＣｉｖとし、染み出し速度をＰＳ１とし、染み戻り速度をＰＳ２としている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上記微分方程式を解くことにより、注入開始からの経過時間と画素値（造影剤濃度）の変化が時間関数として求められる。この予測に用いられるパラメータの例として、胃については、120mL以上160mL以下の組織体積、2mL以上5mL以下の毛細血管体積、12mL以上18mL以下の細胞外液腔体積、120mL/min以上180mL/min以下の単位組織あたり血流量(動脈血流速度)、15以上25以下の染み出し速度、及び15以上25以下の染み戻り速度が用いられる。
　また、脾臓については、120mL以上160mL以下の組織体積、10mL以上15mL以下の毛細血管体積、45mL以上65mL以下の細胞外液腔体積、150mL/min以上250mL/min以下の単位組織あたり血流量、15以上25以下の染み出し速度、及び15以上25以下の染み戻り速度が用いられる。
　また、膵臓については、120mL以上150mL以下の組織体積、3mL以上6mL以下の毛細血管体積、30mL以上50mL以下の細胞外液腔体積、120mL/min以上180mL/min以下の単位組織あたり血流量、15以上25以下の染み出し速度、及び15以上25以下の染み戻り速度が用いられる。
　また、腸管については、1800mL以上2000mL以下の組織体積、30mL以上40mL以下の毛細血管体積、500mL以上600mL以下の細胞外液腔体積、0.4mL/min以上0.5mL/min以下の単位組織あたり血流量、150以上250以下の染み出し速度、及び150以上250以下の染み戻り速度が用いられる。この染み出し速度及び染み戻り速度は、毛細血管面積と透過性（permeability）の積により算出できる。例えば、人体内の毛細血管の総面積を800m2と仮定して、臓器ごとにその重量に応じた毛細血管面積を割り当てる。そして、全ての臓器の透過性を1ml/min/gと仮定して、染み出し速度及び染み戻り速度が求められる。
　さらに、予測部１６は、隣り合うコンパートメント間での造影剤の拡散を考慮する。すなわち、予測部１６は、隣り合うコンパートメント間において、濃度の高いコンパートメントの造影剤濃度を低下させて、濃度の低いコンパートメントの造影剤濃度を増加させるように画素値の経時変化を予測する。ここで、予測部１６は、濃度差が大きい場合には、造影剤濃度の低下量及び増加量を大きくする。
　また、予測部１６は、造影剤の浸透圧比が大きいときには、造影剤濃度の低下量及び増加量を大きくする。さらに、予測部１６は、コンパートメント同士の接触面積が大きい場合には、造影剤濃度の低下量及び増加量を大きくする。具体的に、予測部１６は、異なる組織のコンパートメント同士が隣り合う場合には、接触面積が小さくなるため、造影剤濃度の低下量及び増加量を小さくする。そして、予測部１６は、同じ組織のコンパートメント同士が隣り合う場合には、接触面積が大きくなるため、造影剤濃度の低下量及び増加量を大きくする。
［造影剤の排出］
　実際の体内に注入された造影剤の一部は、腎臓及び尿管を介して体外に排出されるため再循環しない。そのため、予測部１６は、所定の排出速度に基づく造影剤の排出量を算出し、腎臓の毛細血管内の造影剤から当該排出量を減じてシミュレーションする。その結果、腎臓に到達した造影剤の一部が、体全体（血漿中）の合計造影剤量から減算される。具体的に、予測部１６は、腎臓に到達した造影剤を、毛細血管、細胞外液腔、及び細胞実質に割り当てる。その後、予測部１６は、腎臓の毛細血管に割り当てられた造影剤を３分割して、腎動脈、腎臓の細胞外液腔、及び尿管に割り当てる。すなわち、予測部１６は、腎臓の毛細血管から排出量の造影剤を尿管に移動させてシミュレーションする。この尿管に移動された造影剤は、体内には戻らないため、体全体の合計造影剤量からは減算される結果となる。
　尿管に移動させる造影剤は、腎臓の毛細血管内の造影剤濃度に比例して多くなる。すなわち、造影剤の排出速度（mL/sec）は、毛細血管内の造影剤濃度に比例して増加する。この造影剤濃度は、単位時間（例えば10msec）毎の組織（コンパートメント）中の造影剤及び血液に対する造影剤の割合である。また、実際の体内に注入された造影剤は、ｅＧＦＲに比例して多くなる。そこで、予測部１６は、ｅＧＦＲに調整係数を乗算して得た値を、さらに造影剤濃度に乗算して造影剤の排出速度を求める。この調整係数は、０より大きく５より小さい値である。造影剤の排出をシミュレーションすることによって、体全体の合計造影剤量が経時的に減少するため、より精度の高いシミュレーションを行うことができる。さらに、予測部１６は、尿管中の造影剤が尿に押されて膀胱に移動することをシミュレーションするように、所定時間が経過すると尿管内の造影剤を減算してもよい。
　シミュレーションが終了すると、予測部１６は、シミュレーション結果を記憶部２４に順次記憶させる。このシミュレーション結果は、組織に関連付けられた時間ごとの画素値の情報が含まれている。そして、表示部２６は、複数のコンパートメントを含む各組織の予測画像を模式的に表示する。さらに、制御部２５は、記憶部２４から画素値を読み出して、画素値の経時変化に応じて各コンパートメントの濃淡を変更するように表示部２６を制御する。
［メイン画面］
　図２を参照して、表示部２６に表示される一例としてのメイン画面について説明する。メイン画面は各種数値を入力するための操作画面であり、メイン画面の右側には予測画像４１が配置されている。また、メイン画面の左上側には条件設定欄４２が配置されており、メイン画面の中央上側には時間濃度曲線欄４３が配置されている。また、メイン画面の中央下側には表示ボタン４４が配置されており、メイン画面の右下側には患者設定欄４５が配置されている。
　時間濃度曲線欄４３において、横軸は注入開始からの経過時間（sec）に対応し、縦軸は画素値（HU）に対応する。ただし、合計造影剤量を表示させる場合、縦軸は造影剤量（mL）に対応する。この時間濃度曲線欄４３には、複数の組織の時間濃度曲線を重ねて表示させることができる。この場合、制御部２５は、各時間濃度曲線を異なる色で表示する。
　ユーザーは、時間濃度曲線欄４３の下側のスクロールバー４３１を操作して、現在時点バー４３２を図２中左右に動かすことができる。制御部２５は、ユーザーがスクロールバー４３１を操作して選択した時間における各コンパートメントの画素値を記憶部２４から読み出す。そして、制御部２５は、読み出した画素値を予測画像４１に反映させ、表示部２６に表示させる。例えば、図２においては、注入開始から31.0sec経過時点が選択され、当該時点の予測画像４１が表示されている。初期設定では、注入開始時、つまり0sec経過時点における予測画像４１が表示される。
　ユーザーは、時間濃度曲線欄４３の左側のスクロールバー４３３を操作して、画素値バー４３４を図２中上下に動かすことができる。制御部２５は、ユーザーがスクロールバー４３３を操作して選択した位置における画素値を、スクロールバー４３３の下側に表示させる。例えば、図２においては、画素値350HUが選択され、スクロールバー４３３の下側に表示されている。また、ユーザーは、Ｙ軸固定チェックボックス４３５を選択して、Ｙ軸の最大値を固定できる（図２においてはＹ軸固定設定が選択されていない）。例えば、Ｙ軸の最大値が400に固定された場合、合計造影剤量（例えば最大50.0mL）のみを表示させる場合であっても、Ｙ軸の最大値は400で維持される。一方、Ｙ軸固定設定が選択されていなければ、例えば最大50.0mLの合計造影剤量のみを表示させる場合、Ｙ軸の最大値は50に変更される。
　また、ユーザーは、予測画像４１の下側の操作ボタン４１１によって画像を操作することができる。操作ボタン４１１には、メイン画面の左から順に停止ボタン、再生ボタン、３倍速再生ボタン、１０倍速再生ボタン、３０倍速再生ボタン、及びリセットボタンが含まれている。ユーザーが再生ボタンを選択すると、経過時間に沿って予測画像４１が連続的に動画として再生される。ユーザーが３倍速再生ボタン、１０倍速再生ボタン、及び３０倍速再生ボタンを選択すると、動画再生速度が増加する。これにより、ユーザーは、所望の時間における、各組織内の造影剤の位置を視覚により認識することができる。現在時点バー４３２は、予測画像４１が連続的に再生されると、経過時間に対応してＸ軸に沿って移動する。また、ユーザーが停止ボタンを選択すると再生が一時停止する。ユーザーが、リセットボタンを選択すると再生が終了し、予測画像４１は初期設定（0sec経過時点）に戻る。
　メイン画面の予測画像４１の右側においては、ウィンドウ幅（ＷＷ）及びウィンドウレベル（ＷＬ）を選択するための複数のＷＬ／ＷＷ選択ボタン４１２が配置されている。このウィンドウ幅は、画素値のコントラストの範囲に対応し、ウィンドウレベルは画面の明るさに対応する。図２においては、ウィンドウ幅４００及びウィンドウレベル５０が設定されている。ウィンドウレベルの値からウィンドウ幅の値の半分を減算して得られた値よりも画素値が小さい場合、表示部２６は黒で表示する。また、ウィンドウレベルの値にウィンドウ幅の値の半分を加算して得た値よりも画素値が大きい場合、表示部２６は白で表示する。さらに、表示部２６は、造影されていない組織を生来の画素値で表示する。代替的に、メイン画面には、ウィンドウ幅及びウィンドウレベルを入力する入力欄を配置してもよい。
　表示する組織を選択するための複数の表示ボタン４４は、時間濃度曲線欄４３の下側に配置されている。ユーザーは、時間濃度曲線欄４３に表示する組織を、表示ボタン４４の中から選択することができる。図２では、肝動脈ボタン４４２及び合計造影剤量ボタン４４１が選択されている。ユーザーが合計造影剤量ボタン４４１を選択すると、体内に残留する造影剤の総量の変化が時間濃度曲線欄４３に表示される。
　条件設定欄４２では、薬剤情報、注入プロトコル、管電圧、及び解析時間を設定できる。具体的に、ユーザーは、薬剤プルダウンメニュー４２１を操作して、複数の薬剤名の中から１つを選択できる。ユーザーが薬剤を選択すると、薬液情報取得部１４は、ユーザーが選択した薬剤名に対応する、造影剤濃度、粘稠度、浸透圧比及び造影剤量を取得する。造影剤濃度、粘稠度、浸透圧比及び造影剤量は、予め記憶部２４に入力されている。
　また、薬液情報取得部１４は、ユーザーが入力部２７から入力した、造影剤濃度、粘稠度、浸透圧比及び造影剤量を取得することもできる。具体的に、ユーザーが造影剤濃度ボタンを選択すると、制御部２５は造影剤濃度の入力画面を表示部２６に表示する。そして、ユーザーは、当該入力画面から所望の造影剤濃度を入力できる。同様に、ユーザーは、造影剤濃度、粘稠度、浸透圧比及び造影剤量を入力できる。制御部２５は、入力に応じて薬液情報取得部１４が取得した造影剤濃度、粘稠度、浸透圧比及び造影剤量を、造影剤表示欄に表示する。
　造影剤設定欄では、ユーザーは、注入時間ボタン４２２を選択して、注入プロトコルにおける造影剤の注入時間を入力できる。ユーザーが注入時間ボタン４２２を選択すると、制御部２５は注入時間の入力画面を表示部２６に表示する。そして、ユーザーは、当該入力画面から所望の注入時間を入力できる。同様に、ユーザーは、注入速度ボタン４２３を選択して、注入プロトコルにおける造影剤の注入速度を入力できる。さらに、造影剤設定欄には、体重当たり造影剤量（mgI/kg）を入力できるように、体重当たり造影剤量ボタンを配置してもよい。この場合、体重当たり造影剤量が入力されると、予測部１６は、体重当たり造影剤量に体重を乗算して、自動的に造影剤量を変更する。
　ユーザーは、クロス注入チェックボックス４２５を選択して、クロス注入の実行の有無を選択できる。図２においては、クロス注入の実行が選択されている。同様にユーザーは、リンク速度設定チェックボックス４２６を選択して、リンク速度設定の有無を選択できる。図２においては、リンク速度設定が選択されていない。
　生理食塩水（生食）設定欄では、ユーザーは、注入時間ボタン４２２を選択して、注入プロトコルにおける生理食塩水の注入時間を入力できる。ユーザーが注入時間ボタン４２２を選択すると、制御部２５は注入時間の入力画面を表示部２６に表示する。そして、ユーザーは、当該入力画面から所望の注入時間を入力できる。同様に、ユーザーは、注入速度ボタン４２３及び生理食塩水量ボタン４２４を選択して、注入プロトコルにおける生理食塩水の注入速度及び生理食塩水量をそれぞれ入力できる。
　生理食塩水設定欄の下側には、注入量表示画面４２７が配置されている。注入量表示画面４２７において、横軸は注入開始からの経過時間であり、縦軸は注入速度である。制御部２５は、プロトコル取得部１２が取得した注入プロトコルにおける注入量を注入量表示画面４２７に表示させる。図２においては、クロス注入の実行が設定されており、造影剤を注入速度4.0mL/secで注入し、所定時間経過後に注入速度を漸減するグラフが表示されている。このグラフにおいて、実線で囲まれた領域の面積が造影剤の注入量を表している。この場合、予測部１６は、クロス注入を反映させた状態で各組織の画素値の経時変化を予測する。
　また、注入量表示画面４２７においては、注入開始から所定時間経過後に生理食塩水の注入を開始して、注入速度を漸増して所定時間経過後に注入速度4.0mL/secに到達するグラフが表示されている。このグラフにおいて、点線で囲まれた領域の面積が生理食塩水の注入量を表している。造影剤の注入量を表す領域、及び生理食塩水の注入量を表す領域は、それぞれ異なる色で塗り潰して表示してもよい。
　クロス注入の実行が選択されていない場合は、造影剤の注入が完了した時点から生理食塩水の注入が開始するグラフが表示される。例えば、注入開始から造影剤を注入速度4.0mL/secで注入し、50.0mLの造影剤の注入が完了した時点で、生理食塩水を注入速度4.0mL/secで注入し、25.0mLの生理食塩水の注入が完了した時点で注入が終了するようなグラフが表示される。
　リンク速度設定が選択されている場合は、造影剤の注入速度と生理食塩水の注入速度とが同一になるように設定される。例えば、造影剤の注入速度を4.0mL/secから5.0mL/secに変更した場合、生理食塩水の注入速度が自動的に5.0mL/secに設定される。この場合、生理食塩水の注入速度の入力を禁止してもよい。また、生理食塩水の注入速度を変更した場合に、造影剤の注入速度を自動的に設定してもよい。
　注入量表示画面４２７の下側には、管電圧ボタン４２８、解析時間ボタン４２９、及び更新ボタン４２０が配置されている。ユーザーは、管電圧ボタン４２８を選択して、管電圧を設定できる。ユーザーが管電圧ボタン４２８を選択すると、制御部２５は管電圧の入力画面を表示部２６に表示する。そして、ユーザーは、当該入力画面から所望の管電圧を入力できる。同様に、ユーザーは、解析時間ボタン４２９を選択して、解析時間を入力できる。
　患者設定欄４５は操作ボタン４１１の下側に配置されている。患者設定欄４５では、体重、身長、心機能、及び心拍数を設定できる。制御部２５は、被写体情報取得部１１が取得した被写体情報に基づいて、予め体重、身長、心機能、及び心拍数を患者設定欄４５に表示する。被写体情報取得部１１は、ユーザーが入力部２７から入力した、体重、身長、心機能、及び心拍数を取得することもできる。具体的に、ユーザーが体重ボタン４５１を選択すると、制御部２５は体重の入力画面を表示部２６に表示する。そして、ユーザーは、当該入力画面から被写体の体重を入力できる。同様に、ユーザーは、身長ボタン４５２、心機能ボタン４５３、及び心拍数ボタン４５４を選択して、被写体の身長、心機能及び心拍数をそれぞれ入力できる。
　また、患者設定欄４５には、体表面積欄及び心拍出量欄が配置されている。予測部１６は、被写体情報取得部１１が取得した被写体の体重及び身長に基づいて体表面積を算出する。制御部２５は、算出された体表面積を体表面積欄に表示する。ユーザーが被写体の体重等を入力した場合、被写体情報取得部１１は入力された体重等を取得する。同様に、予測部１６は、被写体情報取得部１１が取得した被写体の体表面積、心機能及び心拍数に基づいて心拍出量を算出する。制御部２５は、算出された心拍出量を心拍出量欄に表示する。
　さらに、患者設定欄４５には、ｅＧＦＲ欄、クレアチニン値ボタン、年齢ボタン及び性別ボタンを配置してもよい。この場合、ユーザーは、クレアチニン値ボタン、年齢ボタン及び性別ボタンを選択して、被写体のクレアチニン値、年齢及び性別をそれぞれ入力できる。被写体情報取得部１１は、入力されたクレアチニン値等を取得する。予測部１６は、取得された被写体のクレアチニン値、年齢及び性別に基づいてｅＧＦＲを算出する。制御部２５は、算出されたｅＧＦＲをｅＧＦＲ欄に表示する。代替的に、被写体情報取得部１１は、心拍数を外部測定器又は記憶部２４から取得することもできる。さらに、被写体情報取得部１１は、一回拍出量又は心拍出量を外部測定器から取得することもできる。一回拍出量が取得された場合、予測部１６は、一回拍出量に心拍数を乗算して心拍出量を算出する。
　ユーザーは、設定が終了したら、更新ボタン４２０を選択する。これにより、入力された各種情報が取得され、予測部１６は、取得された各種情報に従ってシミュレーションを行ってシミュレーション結果を記憶部２４に記憶させる。その後、制御部２５は、記憶部２４からシミュレーション結果を読み出し、ユーザーが選択した表示ボタン４４に対応する組織の予測画像４１を表示する。同様に、制御部２５は、ユーザーが選択した表示ボタン４４に対応する組織の時間濃度曲線を時間濃度曲線欄４３に表示する。
　図２のメイン画面タブの右側には、自動最適化タブ４６及び組織設定タブ４７が配置されている。ユーザーが自動最適化タブ４６を選択すると、制御部２５は自動最適化画面（図３）を表示部２６に表示する。そして、ユーザーは、自動最適化画面から注入プロトコルの最適化を自動的に実行できる。また、ユーザーが組織設定タブ４７を選択すると、制御部２５は組織設定画面（不図示）を表示部２６に表示する。そして、ユーザーは、組織設定画面から組織情報（例えば、組織の体積、毛細血管の体積、細胞外液腔の体積、単位組織あたりの血流量、組織における造影剤の染み出し速度、及び組織における造影剤の染み戻り速度）を入力できる。
［自動最適化画面］
　図３は注入プロトコルを自動で最適化するための自動最適化画面を示している。自動最適化画面の上側には最適化設定欄が配置され、自動最適化画面の下側にはプリセットボタン４６１と、ロードボタン４６２とが配置されている。ユーザーが自動最適化画面の最適化ボタン４６７を選択すると、予測部１６は、注入プロトコルを自動的に最適化する。
　最適化設定欄には、ターゲットプルダウンメニュー４６３、目標画素値ボタン４６４、目標持続時間ボタン４６５、最大造影剤量ボタン４６６、最適化ボタン４６７、時間固定チェックボックス４６８、及び速度固定チェックボックス４６９が配置されている。ユーザーは、ターゲットプルダウンメニュー４６３を操作して、複数の組織の中から１つを選択できる。ユーザーがターゲット組織を選択すると、組織情報取得部１３は、ユーザーが選択したターゲット組織に対応する組織情報を取得する。
　また、ユーザーは、目標画素値ボタン４６４を選択して、目標画素値を入力できる。ユーザーが目標画素値ボタン４６４を選択すると、制御部２５は目標画素値の入力画面を表示部２６に表示する。そして、ユーザーは、当該入力画面から所望の目標画素値を入力できる。同様に、ユーザーは、目標持続時間ボタン４６５、及び最大造影剤量ボタン４６６を選択して、目標持続時間及び最大造影剤量をそれぞれ入力できる。
　目標値取得部１５は、入力された目標画素値及び目標持続時間を取得する。また、薬液情報取得部１４は、入力された最大造影剤量を取得する。代替的に、薬液情報取得部１４は、ユーザーが選択した薬剤名に基づいて、シリンジに充填されている造影剤量を最大造影剤量として取得してもよい。また、薬液情報取得部１４は、造影剤単体の投与量（gI）とｅＦＧＲとの比が１未満となるように、最大造影剤量を制限してもよい。さらに、薬液情報取得部１４は、ｅＦＧＲと最大造影剤量とが関連付けられてテーブルを参照して最大造影剤量を取得してもよい。このテーブルは、予め記憶部２４に記憶されている。
　さらに、ユーザーは、時間固定チェックボックス４６８又は速度固定チェックボックス４６９を選択して、時間固定又は速度固定の条件を選択できる。図３においては、速度固定の条件が選択されている。速度固定の条件が選択されると、予測部１６は、注入速度を変更せずに再シミュレーションを実行する。時間固定の条件が選択されると、予測部１６は、注入時間を変更せずに再シミュレーションを実行する。
　ユーザーは、プリセットボタン４６１を選択して、ボタン選択時に最適化設定欄に入力されている設定をプリセット１からプリセット４として保存できる。プリセットボタン４６１が選択されると、予測部１６は、選択されたボタンに応じてプリセット１からプリセット４として入力されている設定を記憶部２４に記憶させる。また、ユーザーは、ロードボタン４６２を選択して、プリセット１からプリセット４として保存された設定を読み出すことができる。ロードボタン４６２が選択されると、予測部１６は、選択されたボタンに応じてプリセット１からプリセット４として記憶された設定のいずれかを記憶部２４から読み出す。そして、予測部１６は、読み出した設定を目標画素値等に反映させる。
［自動最適化］
　以下、図４のフローチャートを参照して、最適化について説明する。図４に示すように、ユーザーが最適化ボタン４６７を選択すると（Ｓ１０１）、予測部１６は各種情報を取得する（Ｓ１０２）。具体的に、予測部１６は、プロトコル取得部１２から、造影剤の注入プロトコルを取得する。さらに、予測部１６は、薬液情報取得部１４から最大造影剤量を取得し、目標値取得部１５から目標画素値及び目標持続時間を取得する。その後、予測部１６は、取得した最大造影剤量に基づき、取得した注入プロトコルに従って最大造影剤量の半分を使用造影剤量として注入する場合の被写体の組織の画素値の経時変化をシミュレーションする。そして、予測部１６は、シミュレーション結果から予測持続時間を求める（Ｓ１０３）。
　次に、予測部１６は、求めた予測持続時間を目標持続時間と比較する（Ｓ１０４）。そして、予測持続時間が目標持続時間より短い場合（Ｓ１０５でＹＥＳ）、予測部１６は、前回のシミュレーションで使用した使用造影剤量よりも多量の造影剤を注入する場合の被写体の組織の画素値の経時変化を再シミュレーションする。つまり、予測部１６は、使用造影剤量を増加させる（Ｓ１０６）。具体的に、再シミュレーションで使用する使用造影剤量Ｖｎ＋１は、前回のシミュレーションで使用した使用造影剤量をＶｎ、目標時持続間をＴＧ、前回のシミュレーションで得られた予測持続時間ＴＡ、とすると、下記式４によって算出される。ここで、重みづけ係数Ｗは、例えば0.5である。この重みづけ係数Ｗは、再シミュレーションの繰り返し回数に応じて小さくすることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　例えば、前回のシミュレーションで使用した使用造影剤量Ｖｎを50mL、目標時持続間ＴＧを8sec、予測持続時間ＴＡを7.5sec、重みづけ係数Ｗを0.5とすると、下記式５のように再シミュレーションで使用する使用造影剤量50.25mLが算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　予測部１６は、造影剤の注入速度及び注入時間の少なくとも一方を変動させて再シミュレーションを行う。すなわち、使用造影剤量が増加するため、予測部１６は、注入プロトコルの注入速度及び注入時間の少なくとも一方を変更する。具体的に、速度固定の条件が選択されている場合、予測部１６は、注入プロトコルにおける注入速度を変更せずに注入時間を長くする。これにより、注入時間が長くなる結果、使用される造影剤量は増加する。時間固定の条件が選択されている場合、予測部１６は、注入プロトコルにおける注入時間を変更せずに注入速度を増加させる。これにより、単位時間当たりの注入速度が増加する結果、使用される造影剤量は増加する。
　予測持続時間が目標持続時間より長い場合（Ｓ１０７でＹＥＳ）、予測部１６は、前回のシミュレーションで使用した使用造影剤量よりも少量の造影剤を注入する場合の被写体の組織の画素値の経時変化を再シミュレーションする。つまり、予測部１６は、使用造影剤量を低減させる（Ｓ１０８）。例えば、前回のシミュレーションで使用した使用造影剤量Ｖｎを50mL、目標時持続間ＴＧを8sec、予測持続時間ＴＡを8.5sec、重みづけ係数Ｗを0.5とすると、下記式６のように再シミュレーションで使用する使用造影剤量49.75mLが算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　同様に、予測部１６は、造影剤の注入速度及び注入時間の少なくとも一方を変動させて再シミュレーションを行う。すなわち、使用造影剤量が低減するため、予測部１６は、注入プロトコルの注入速度及び注入時間の少なくとも一方を変更する。具体的に、速度固定の条件が選択されている場合、予測部１６は、注入プロトコルにおける注入速度を変更せずに注入時間を短くする。これにより、注入時間が短くなる結果、使用される造影剤量は減少する。時間固定の条件が選択されている場合、予測部１６は、注入プロトコルにおける注入時間を変更せずに注入速度を低減させる。これにより、単位時間当たりの注入速度が低減する結果、使用される造影剤量は低減する。
　予測部１６は、変更した注入プロトコルに従って算出した使用造影剤量を注入する場合の、被写体の組織の画素値の経時変化を再シミュレーションする（Ｓ１０９）。そして、予測部１６は、再シミュレーション結果から予測持続時間を再度求める。その後、予測部１６は、再シミュレーション結果及び再シミュレーションで使用した注入プロトコルを記憶部２４に記憶させる。ここで、終了条件を満たす場合（Ｓ１１０でＹＥＳ）には、再シミュレーションが終了する。この終了条件は、予測持続時間が目標持続時間と一致した場合、所定回数（例えば４０回）再シミュレーションを実行した場合、再シミュレーション開始から所定時間（例えば10sec）経過した場合、又は変動が所定閾値以下になった場合である。この変動が所定閾値以下という条件は、再シミュレーション時の予測持続時間と前回の再シミュレーション時の予測持続時間との差分が所定閾値（例えば、0.01sec）以下という条件である。
　終了条件を満たさない場合（Ｓ１１０でＮＯ）、予測部１６は、求めた予測持続時間を目標持続時間と再度比較する（Ｓ１０４）。そして、予測部１６は、予測持続時間が目標持続時間より短い場合、より多量の造影剤を注入する場合の被写体の組織の画素値の経時変化を再シミュレーションする。また、予測部１６は、予測持続時間が目標持続時間より長い場合、より少量の造影剤を注入する場合の被写体の組織の画素値の経時変化を再シミュレーションする。そして、予測部１６は、再シミュレーション結果から予測持続時間を再度求める。
　予測部１６は、再シミュレーションを終了すると、記憶した再シミュレーション結果のうち、目標持続時間と予測持続時間の差分が最も少ないシミュレーション結果に対応する注入プロトコルを最適な注入プロトコルとして記憶部２４に記憶させる。代替的に、予測部１６は、再シミュレーション結果のうち、予測持続時間の長さが目標持続時間以上であり且つ使用造影剤量が最も少ないシミュレーション結果に対応する注入プロトコルを最適な注入プロトコルとして記憶部２４に記憶させてもよい。
　続いて、制御部２５は、自動最適化画面を閉じて、メイン画面を開く。同時に、予測部１６は、最適な注入プロトコルの条件（造影剤量、造影剤の注入時間及び注入速度、生理食塩水量、及び生理食塩水の注入時間及び注入速度）を造影剤設定欄に反映させる。そして、制御部２５は、最適化前の注入プロトコルを最適な注入プロトコルと置き換えて表示する。さらに、制御部２５は、最適な注入プロトコルに対応するシミュレーション結果から時間濃度曲線を読み出して時間濃度曲線欄４３に表示する。同様に、制御部２５は、予測画像４１を読み出して表示し、自動最適化が終了する。
　再シミュレーションの結果において、目標画素値に達しない場合又は目標持続時間に達しない場合、制御部２５は、シミュレーション条件の修正提案を表示させる。つまり、再シミュレーションを終了したときに目標を達成していない場合、制御部２５は、シミュレーション条件の修正提案を表示部２６に表示させる。この修正提案では、一例として、管電圧の低減、造影剤量の増加（例えば造影剤量の５割増し）、注入速度の増加（例えば注入速度の５割増し）、又は解析時間の延長を、ユーザーに提案する。
　以上説明した第１実施形態に係る発明によれば、目標持続時間に渡って目標画素値を維持するような注入プロトコルを使用した場合の、被写体の組織における画素値の経時変化をシミュレーションすることができる。また、第１実施形態のシミュレータ２０は、実際の組織における画素値の経時変化に近似したより高精度の予測を行うことができる。さらに、目標持続時間に渡って目標画素値を維持する最適な注入プロトコルを得ることができる。
　メイン画面には、ヘリカルスキャンボックスをさらに配置してもよい。ユーザーは、ヘリカルスキャンボックスを選択して、寝台移動速度（cm/sec）を入力することができる。このヘリカルスキャンボックスが選択されると、制御部２５は、ヘリカルスキャンによる遅延時間を取得する。ここで、遅延時間は、頭を撮像してから各組織を撮像するまでの経過時間（寝台の移動時間）に対応し、予測画像４１の上端から各組織までの長さに基づいて求められる。
　そして、制御部２５は、ユーザーが選択した時間（現在時点）に遅延時間を加算した時間における画素値を記憶部２４から読み出す。すなわち、制御部２５は、取得した遅延時間を現在時点に加算して得られた時間における各組織の画素値を読み出す。これにより、ヘリカルスキャンを行った際の予測画像４１を得ることができる。例えば、現在時点を注入開始直後の時点（0sec）とした場合に、制御部２５は、脳については注入開始直後の画素値を示し、右心室については注入開始から5sec経過した時点の画素値を示す。また、制御部２５は、肝臓については注入開始から7.5sec経過した時点の画素値を示す。
［第２実施形態］
　注入装置及び撮像システムの概略図である図５を参照して、シミュレータ２０（図１）を備える撮像システム１００について説明する。第２実施形態において、シミュレータ２０は、撮像システム１００及び注入装置２の少なくとも一方に搭載される。なお、第２実施形態の説明においては、第１実施形態との相違点について説明し、第１実施形態で説明した構成要素については説明を省略する。特に説明した場合を除き、同じ参照符号を付した構成要素は略同一の動作及び機能を奏し、その作用効果も略同一である。
　図５に示すように、撮像システム１００は、造影剤を注入する注入装置２と、注入装置２に有線又は無線で接続され且つ被写体を撮像する医療用の撮像装置３とを備えている。この撮像装置３としては、例えば、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、ＣＴ（Computed Tomography）装置、アンギオ撮像装置、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）装置、ＣＴアンギオ装置、ＭＲアンギオ装置、超音波診断装置、及び血管撮像装置等の各種医療用の撮像装置がある。以下ではＣＴ装置について説明する。
　撮像装置３は、撮像プランに従って被写体を撮像する撮像部３１と、撮像装置３の全体を制御する制御装置３２を有している。この撮像プランには、例えば、撮像部位、実効管電圧、機種名、メーカー名、撮像時間、管電圧、撮像範囲、回転速度、ヘリカルピッチ、曝射時間、線量、及び撮像方法が含まれている。そして、制御装置３２は、撮像プランに従うように撮像部３１を制御して被写体を撮像する。さらに、制御装置３２は、シミュレータ２０としても機能する。また、制御装置３２は、撮像部３１、注入装置２、及びサーバー（外部記憶装置）と有線又は無線によって通信できる。
　撮像部３１は、寝台と、被写体にＸ線を照射するＸ線源と、被写体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有している。この撮像部３１は、被写体にＸ線を曝射し、被写体を透過したＸ線に基づいて被写体の体内を逆投影することで、被写体の透視画像を撮像する。代替的に、撮像部３１は、ラジオ波又は超音波を用いて撮像してもよい。
　撮像装置３は、表示部としてのディスプレイ３３を有している。このディスプレイ３３は、制御装置３２に接続されており、装置の入力状態、設定状態、撮像結果、及び各種情報を表示する。代替的に、制御装置３２とディスプレイ３３とは、一体的に構成することもできる。さらに、撮像装置３は、入力部３４として、キーボード等のユーザインタフェースを有している。ユーザーは、薬液情報、注入プロトコル、組織情報、被写体情報及び目標値を、入力部３４から撮像装置３に入力することができる。
　注入装置２は、注入プロトコルに従って造影剤を注入する注入ヘッド２１を備えている。そして、注入装置２は、シリンジに充填された薬液、例えば、生理食塩水及び各種造影剤を被写体に注入する。また、注入装置２は、注入ヘッド２１を保持するスタンド２２と、注入ヘッド２１に有線又は無線で接続されたコンソール２３とを備えている。
　コンソール２３は、注入ヘッド２１を制御する制御装置として機能すると共に、シミュレータ２０としても機能する。このコンソール２３は、入力表示部として機能するタッチパネル２６を備え、注入ヘッド２１及び撮像装置３と有線又は無線で通信できる。このタッチパネル２６は、注入プロトコル、装置の入力状態、設定状態、注入結果、及び各種情報を表示できる。注入装置２は、タッチパネル２６に代えて、表示部としてのディスプレイと、入力部としてのキーボードとを備えていてもよい。
　注入装置２は、コンソール２３に代えて、注入ヘッド２１に接続された制御装置と、該制御装置に接続され且つ薬液の注入状況が表示される表示部（例えばタッチパネルディスプレイ）とを有していてもよい。この制御装置も、シミュレータ２０として機能する。また、注入ヘッド２１及び制御装置は、スタンド２２と一体的に構成することもできる。さらに、スタンド２２に代えて天吊部材を設け、該天吊部材を介して天井から注入ヘッド２１を天吊することもできる。
　また、注入装置２は、注入ヘッド２１を遠隔操作する遠隔操作装置（例えばハンドスイッチ又はフットスイッチ）を有していてもよい。この遠隔操作装置は、注入ヘッド２１を遠隔操作して注入を開始又は停止することができる。さらに、注入装置２は、電源又はバッテリーを有していてもよい。この電源又はバッテリーは、注入ヘッド２１又は制御装置のいずれかに設けることができ、これらとは別に設けることもできる。
　注入ヘッド２１は、薬液が充填されたシリンジが搭載されるシリンジ保持部と、注入プロトコルに従ってシリンジ内の薬液を押し出す駆動機構とを備えている。また、注入ヘッド２１は、駆動機構の動作を入力するための操作部２１２を有している。操作部２１２には、例えば駆動機構の前進ボタン、駆動機構の後進ボタン、及び最終確認ボタンが設けられている。さらに、注入ヘッド２１は、注入条件、注入状況、装置の入力状態、設定状態、及び各種注入結果が表示されるヘッドディスプレイを備えていてもよい。
　造影剤が注入される際には、注入ヘッド２１に搭載されたシリンジの先端部に延長チューブ等の付属品が接続される。そして、注入準備が完了すると、ユーザーが操作部２１２の最終確認ボタンを押す。これにより、注入ヘッド２１は、注入を開始できる状態で待機する。注入を開始すると、シリンジから押し出された造影剤は、延長チューブを介して被写体の体内へ注入される。
　また、注入ヘッド２１には、ＲＦＩＤチップ、ＩＣタグ、又はバーコード等のデータキャリアを有するプレフィルドシリンジ、及び種々のシリンジを搭載することができる。そして、注入ヘッド２１は、シリンジに取り付けられたデータキャリアの読み取りを行う読取部（不図示）を備えている。このデータキャリアには、薬液に関する薬液情報が記憶されている。さらに、注入ヘッド２１は、３つ以上のシリンジ保持部を有していてもよく、又は１つのみのシリンジ保持部を有していてもよい。
　注入装置２は、不図示のサーバー（外部記憶装置）から情報を受信することができ、サーバーへ情報を送信することもできる。また、撮像装置３も、サーバーから情報を受信することができ、サーバーへ情報を送信することもできる。このサーバーは、例えば、ＲＩＳ（Radiology Information System）、ＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）、及びＨＩＳ（Hospital Information System）である。
　サーバーには、予め検査オーダーが記憶されている。この検査オーダーは、被写体に関する被写体情報と、検査内容に関する検査情報とを備えている。また、サーバーは、撮像装置３から送信された画像のデータ等の撮像結果に関する情報と、注入装置２から送信された注入結果に関する情報を記憶することができる。なお、注入装置２及び撮像装置３を操作するために、外部の検像システム又は画像作成用ワークステーションを用いることもできる。
　第２実施形態の撮像装置３によれば、ユーザーは、ディスプレイ３３で予測画像４１を確認しながら撮像装置３を操作することができる。また、撮像装置３は、予測部１６による予測結果に応じて撮像プランを変更できる。具体的に、撮像装置３は、シミュレーション結果において目標画素値又は目標持続時間に達するように、例えば管電圧又は管電流を変更できる。
　また、第２実施形態の注入装置２によれば、ユーザーは、コンソール２３で予測画像４１を確認しながら注入装置２を操作することができる。また、注入装置２は、自動最適化によって得られた最適な注入プロトコルと一致するように、例えば注入速度又は注入時間を変更できる。
　以上、各実施形態を参照して本発明について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明に反しない範囲で変更された発明、及び本発明と均等な発明も本発明に含まれる。また、各実施形態及び各変形形態は、本発明に反しない範囲で適宜組み合わせることができる。
　例えば、シミュレータ２０は、撮像装置３及び注入装置２の少なくとも一方に有線又は無線接続される外部コンピューターに搭載してもよい。この場合、シミュレータ２０は、シミュレーション結果及び最適な注入プロトコルを、撮像装置３及び注入装置２に送信する。
　表示部２６は、体の水平断面のみでなく、冠状断面の予測画像４１を表示させることもできる。また、表示部２６は、各組織がそれぞれ単独で表示されるようにコンパートメントを配置して、各コンパートメントを画素値に応じた濃度の色で表示してもよい。さらに、表示部２６は、各コンパートメントを白黒以外の色で表示してもよい。
　制御部２５は、各組織におけるコンパートメント数が異なるように、表示部２６を制御してもよい。この場合、制御部２５は、ユーザーが設定したコンパートメント数、又は予め記憶部２４に記憶されたコンパートメント数を含むように各組織を表示させる。さらに、制御部２５は、目標画素値及び予測持続時間を時間濃度曲線欄４３に表示させてもよい。
　予測部１６は、薬液の注入による単位組織あたりの血流量（血流速度）の変化を考慮してもよい。すなわち、予測部１６は、薬液の注入速度が通常の血流速度よりも速い場合には、注入速度から血流速度を差し引いて得られた差分を血流速度に加算し、血流速度の上昇を考慮することができる。この場合、予測部１６は、加算して得られた血流速度に基づいて画素値の経時変化を予測する。すなわち、予測部１６は、画素値の経時変化を予測する際に、コンパートメントにおける単位組織あたりの血流速度Ｑに得られた差分を加算する。
　上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）予測部は、再シミュレーションを所定回数又は所定時間に渡って繰り返す、シミュレータ。
（付記２）予測部は、予測持続時間の長さが目標持続時間以上になるまで再シミュレーションを繰り返す、シミュレータ。
　２：注入装置、３：撮像装置、２０：シミュレータ、１２：プロトコル取得部、１５：目標値取得部、１６：予測部、２１：注入ヘッド、２６：表示部、１００：撮像システム、１４：薬液情報取得部、２５：制御部、２４：記憶部

Claims (13)

  1. 　造影剤量を取得する薬液情報取得部と、
    　目標画素値の目標持続時間を取得する目標値取得部と、
    　造影剤の注入プロトコルを取得するプロトコル取得部と、
    　前記注入プロトコル及び前記造影剤量に基づいて、被写体の組織の画素値の経時変化をシミュレーションして、予測持続時間を求める予測部とを備え、
    　前記予測部は、前記予測持続時間を前記目標持続時間と比較し、前記予測持続時間が前記目標持続時間より短い場合には、シミュレーションで使用した使用造影剤量よりも多量の造影剤を注入する場合の前記経時変化を再シミュレーションして、前記予測持続時間を再度求め、前記予測持続時間が前記目標持続時間より長い場合には、前記使用造影剤量よりも少量の造影剤を注入する場合の前記経時変化を再シミュレーションして、前記予測持続時間を再度求める、シミュレータ。
  2. 　前記予測部は、造影剤の注入速度及び注入時間の少なくとも一方を変動させて、前記再シミュレーションを行う、請求項１に記載のシミュレータ。
  3. 　表示部を制御する制御部を備え、
    　前記制御部は、前記再シミュレーションの結果において、前記目標画素値に達しない場合又は前記目標持続時間に達しない場合には、シミュレーション条件の修正提案を表示させる、請求項１又は２に記載のシミュレータ。
  4. 　前記予測部は、前記再シミュレーションの結果のうち、前記目標持続時間と前記予測持続時間との差分が最も少ないシミュレーション結果に対応する注入プロトコルを最適な注入プロトコルとして記憶部に記憶させる、請求項１から３のいずれか１項に記載のシミュレータ。
  5. 　前記予測部は、前記再シミュレーションの結果のうち、前記予測持続時間の長さが前記目標持続時間以上であり且つ前記使用造影剤量が最も少ないシミュレーション結果に対応する注入プロトコルを最適な注入プロトコルとして記憶部に記憶させる、請求項１から３のいずれか１項に記載のシミュレータ。
  6. 　表示部を制御する制御部を備え、
    　前記制御部は、前記注入プロトコルにおける造影剤の注入量を表示させる、請求項１から５のいずれか１項に記載のシミュレータ。
  7. 　前記薬液情報取得部は、ユーザーが選択した薬剤名に対応する粘稠度、浸透圧比及び前記造影剤量を取得する、請求項１から６のいずれか１項に記載のシミュレータ。
  8. 　前記組織には、腎臓が含まれ、
    　前記予測部は、所定の排出速度に基づく造影剤の排出量を算出し、前記腎臓の毛細血管内の造影剤から前記排出量を減じて前記経時変化をシミュレーションする、請求項１から７のいずれか１項に記載のシミュレータ。
  9. 　前記組織には、尿管が含まれ、
    　前記予測部は、前記腎臓の前記毛細血管から前記排出量の造影剤を前記尿管に移動させて前記経時変化をシミュレーションする、請求項８に記載のシミュレータ。
  10. 　前記予測部は、前記組織を血流方向に沿って分割した複数のコンパートメントのそれぞれにおいて前記経時変化をシミュレーションする、請求項１から９のいずれか１項に記載のシミュレータ。
  11. 　注入プロトコルに従って造影剤を注入する注入ヘッドと、
    　請求項１から１０のいずれか１項に記載のシミュレータとを備える、注入装置。
  12. 　被写体を撮像する医療用の撮像装置と、
    　請求項１から１０のいずれか１項に記載のシミュレータとを備える、撮像システム。
  13. 　被写体の組織における画素値の経時変化をコンピューターに予測させるシミュレーションプログラムであって、前記コンピューターを
    　造影剤量を取得する薬液情報取得部、
    　目標画素値の目標持続時間を取得する目標値取得部、
    　造影剤の注入プロトコルを取得するプロトコル取得部、及び
    　前記注入プロトコル及び前記造影剤量に基づいて、前記経時変化をシミュレーションして、予測持続時間を求める予測部として機能させ、
    　前記予測部は、前記予測持続時間を前記目標持続時間と比較し、前記予測持続時間が前記目標持続時間より短い場合には、シミュレーションで使用した使用造影剤量よりも多量の造影剤を注入する場合の前記経時変化を再シミュレーションして、前記予測持続時間を再度求め、前記予測持続時間が前記目標持続時間より長い場合には、前記使用造影剤量よりも少量の造影剤を注入する場合の前記経時変化を再シミュレーションして、前記予測持続時間を再度求める、シミュレーションプログラム。
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