JP6619890B2 - コンピュータ断層撮影方法 - Google Patents

Description

本発明は、医用撮影の分野の方法及びデバイスに関する。本発明は、特に肝臓撮影のためのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）血管造影法に特有に応用される。

肝臓癌は、年間約７５０，０００人の死亡を伴う重大な疾患である。多重フェーズ肝臓ＣＴ撮影は、診断、病期分類、及び治療モニタリングのための主要なツールである。造影剤の動態の複数のフェーズが撮影され、様々な病変のタイプを識別するために使用される。肝臓には、肝動脈と門脈との２つの血液供給がある。このため、所定の時間に注入された造影剤は、２つの異なる時間に肝臓の大動脈血供給内及び門脈血供給内に到着する。いくつかの病変のタイプは、造影剤の取り込み及び排泄の動態において異なる反応を示すので、大動脈及び門脈サブネットワークの両方を撮影することに関心が寄せられる。例えば、肝実質は、主に門脈系から血液を受け取るが、腫瘍は、通常肝動脈から栄養が送られる。

問題は、肝臓病変の評価のための専用のＣＴプロトコルは、造影剤なしの単純スキャン、造影剤ボーラスが動脈系に到着したばかりの「動脈フェーズ」における２回目のスキャン、造影剤ボーラスが門脈全体に到達したときの「門脈フェーズ」における３回目のスキャン、及び血管系が平衡に達したときの最後のスキャンの最大４回のスキャンを含むことである。

このようなスキャンの量は、患者及び技師の両方を莫大な放射線量に曝し、これは、低減されるべきものである。本発明は、この問題に対処する一方で、関心のある第１のサブネットワーク専用の血液マップ、例えば、肝実質の門脈血供給の評価のための肝臓の門脈血マップを、別のサブネットワーク造影、例えば、動脈造影の寄与なしに算出する方法を提供する。

本発明による方法は、肝臓の多重フェーズ撮影に特に適しているが、関心のある血液サブネットワークの任意のセットを撮影及びマッピングするために用いることもできる。

米国特許第８，２０８，６９９号から、複数の造影剤の注入を行うことが知られており、注入の間隔を空けることが選択されることにより、いくつかの関心領域がほぼ同時にエンハンスメントされると予測されている。

光子計数ベースのスペクトルＣＴは、Ｘ線スペクトル内にＫエッジを有する素材の定量的及び選択的な撮像を可能にする。複数の造影剤を用いる多重フェーズ肝臓の研究を行うためにこの撮影機能を使用することが、過去に提案されてきた。例として、２つの造影剤（ＣＡ１、ＣＡ２）が、１つの画像の取得中にＣＡ１が既に門脈フェーズにあり、ＣＡ２はまだ動脈フェーズにあるようになるよう投与される。２つの造影剤のフェーズの区別は、Ｋエッジ撮影の分離機能を用いて実行され得る。この技術は、必要とされるスキャンの回数を減らすことができ、これにより、対応する放射線量を大幅に減少させる。

本発明は、特に、肝臓撮影の診断価値を向上させる複数の造影剤及び多重フェーズＫエッジＣＴ撮影のためのさらなる技術を扱う。

本発明は、コンピュータ断層撮影の方法に関し、
ａ．血管ネットワーク内への少なくとも２つの造影剤からの画像データの１回での取得を実行するステップであって、前記少なくとも２つの造影剤のうちの第１の造影剤が、前記少なくとも２つの造影剤のうちの第２の造影剤よりも前記血管ネットワーク内に長時間ある、ステップと、
ｂ．各造影剤の濃度マップを獲得するために各造影剤に関連するデータを分離するように、Ｋエッジ検出及び／又はヨード描出を用いて前記画像データを処理するステップと、
ｃ．前記第１の造影剤及び前記第２の造影剤の両方を含む血管ネットワークの第１の部分と、前記第１の造影剤のみを含む前記血管ネットワークの第２の部分とを前記画像データから判定するステップと、
ｄ．第２の造影剤の総量及び第２の造影剤の濃度マップに基づいて、血管ネットワークの第１の部分の部分的血液量マップを算出するステップと、
ｅ．第１の造影剤の総量、第１の造影剤の濃度マップ、及び血管ネットワークの第１の部分の部分的血液量マップに基づいて、血管ネットワークの第２の部分の部分的血液量マップを算出するステップと、を含む、方法。

これらのマップは、いくつかの応用ができ、特には、大動脈造影の寄与なしの肝実質の門脈血供給の評価に使用することができる。

前記血管ネットワークは、動脈サブネットワーク及び門脈サブネットワークを含む肝臓血管ネットワークであり得、例えばある点では、前記血管ネットワークの第１の部分は、動脈サブネットワークを含み、及び／又はある点では、前記血管ネットワークの第２の部分は、門脈サブネットワークを含む。

本発明の好ましい実施形態では、ステップｂは、造影剤を分離するためにＫエッジ検出とヨード描出との両方を使用する。その場合、１つの造影剤はヨードを含む必要がある。しかしながら、代替的な実施形態では、ステップｂは、Ｋエッジ検出のみを使用して造影剤を分離することができる。その場合、複数の異なるＫエッジが使用される。

前記少なくとも２つの造影剤は、どのようなタイプのものでもよいが、好ましい実施形態では、光子計数ベースのスペクトルＣＴに対して高い感度を提供し、容易に描出され得るように選択される。感度の重要なパラメータは、造影剤濃度、実効Ｚ、並びにスキャナのＸ線スペクトルに対するＫエッジ及びＫエッジエネルギーにおける減衰ステップである。描出のためには、Ｋエッジを十分に分離することが重要である。他の重要な因子は、造影剤の化学的性質、生体適合性、毒性、及び患者へのその他の副作用に関連する。

任意の数の造影剤が存在し得る。とりわけ、撮影される関心分野の数だけ造影剤が存在し得、３つの異なる血液供給源を有する器官系を撮影するために３つの異なる造影剤を使用すること、４つの異なるサブネットワークなどを有する器官系を撮影するために４つの異なる造影剤を使用することに関心が寄せられる。肝臓撮影の場合には、及び、より一般的な、血管ネットワークの２つの異なる部分を同時に撮影することに関心がある場合には、前記少なくとも２つの造影剤の数は、好ましくはちょうど２つである。しかし、この場合であってもより多くの造影剤を使用することに関心がある可能性がある。具体的には、本発明の別の実施形態では、３つ以上の造影剤が使用され、当該造影剤は、最終画像をより良くエンハンスメントするために互いに協働するように選択される。

本発明による方法は、多血性領域及び／又は乏血性領域の位置を特定するステップをさらに含み得る。このような位置は、例えば、肝腫瘍の診断を助けるために重要な関心事であり得る。

本発明による方法は、肝臓の部分的切除前の準備段階として用いることができる。

実際、ＣＴ撮影は、肝臓外科手術の安全かつ効率的な準備のために重要な撮影技術である。部分的肝切除術では、肝臓区域の栄養血液供給並びに静脈及び胆道ドレナージを含む肝臓区域の解剖学的知識が、手術計画にとって不可欠である。今日では、区域解剖学に関する情報は、肝実質内の血管ランドマークの限局化から得られる。しかしながら、門脈の解剖学的構造の変形は一般的であり、肝臓手術を行う前にこのような変形の存在を知ることが重要である。したがって、本発明に示されているような門脈血供給の専門的な視覚化は、部分的肝切除術のための術前計画の有意な改善を提供する。

肝臓手術における別の戦略的アプローチには、切除予定の肝臓区域に栄養を送る部分的門脈の術前塞栓術が含まれる。門脈の部分的な閉塞は、肝虚血を引き起こし、結果としてその部分の萎縮及び残りの健康な肝臓の肥大をもたらす。この技術は、より広範囲にわたる切除を可能にし、これは、より広範囲にわたる疾患を持つ患者が治癒的切除を受けるのを助け、術後の死亡率も低下させる。本発明の方法を用いた門脈エンハンスメントの対比マッピングは、様々な肝臓の部分の門脈血供給の差異の直接的な視覚化及び定量化を提供し、部分的門脈塞栓術の後の介入性撮影後の有意な改善に役立つ。

本発明による方法はまた、血管ネットワークの第１の部分の部分的血液量マップ及び血管ネットワークの第２の部分の部分的血液量マップを記憶デバイスに保存するステップを含み得る。このとき、前記記憶デバイスに保存されている部分的血液量マップからデータベースを生成することができる。このようなデータベースは、今後のマップ上の異常の検出を助けるために使用され、これにより診断の質を向上させることができる。

本発明はまた、本発明による方法を実施するように構成されるデバイスに関する。特に、このようなデバイスは、医用Ｘ線スキャナを含み得、これは、例えば、少なくとも１つのＫエッジ素材のＫエッジ撮像を可能にするために十分なエネルギー分解能を提供する光子計数検出技術を備える２次元Ｘ線スキャナ又は３次元Ｘ線スキャナのような他のタイプの医用Ｘ線スキャナ、又は、医用ＣＴスキャナである。デバイスは、患者に２つの造影剤を連続的に注入する手段をさらに備え得る。Ｋエッジ又はヨード描出に基づいた２つの別個の造影剤マップ／画像を生成するために、再構成ユニットが取り付けられ得る。デバイスは、所望の動脈及び門脈の血液マップを算出し、これらの結果を視覚化するための手段をさらに含むことができる。

本発明の実施形態の下記の詳細な説明を読むこと、及び添付の図面を精査することにより、本発明がよりよく理解されるであろう。
図１は、一般的なコンピュータ断層撮影デバイスである。 図２は、各サブネットワーク内の造影剤の経時的な量を表す。 図３は、本発明による方法で得られる、肝臓の動脈血供給及び門脈血供給の一般的な血液量マップを表す。 図４は、本発明による方法に対応するフローチャートである。

図１は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナなどの例示的な撮影システム１００を模式的に示す。撮影システム１００は、回転ガントリ１０２及び固定ガントリ１０４を含む。回転ガントリ１０２は、固定ガントリ１０４に回転可能に支持されている。回転ガントリ１０２は、長手軸方向又はｚ軸を中心として検査領域１０６の周りを回転するように構成される。撮影システム１００は、スキャンの前、最中、及び／又は後に、検査領域１０６内の被験者又は被検体を支持する被験者支持体１０７を更に含む。被験者支持体１０７は、被験者又は被検体を検査領域１０６内に、又は検査領域１０６から搬入及び／又は搬出するために使用することもできる。撮影システム１００は、回転ガントリ１０２によって回転可能に支持される、Ｘ線チューブなどの放射線源１１２をさらに含む。放射線源１１２は、回転ガントリ１０２と共に検査領域１０６の周りを回転し、検査領域１０６を横断する放射線を生成して放射するように構成される。撮影システム１００は、放射線源コントローラ１１４をさらに含む。放射線源コントローラ１１４は、生成された放射線束を変調するように構成される。例えば、放射線コントローラ１１４は、放射線源１１２の陰極加熱電流を選択的に変更し、電荷を印加して放射線源１１２の電子流を抑制し、放射される放射線などをフィルタリングして線束を変調することができる。示されている例では、放射線源コントローラ１１４は、所定の変調パターンに基づいて線束を変調する。撮影システム１００は、放射線感知検出器ピクセル１１６の１次元又は２次元のアレイ１１５をさらに含む。ピクセル１１６は、検査領域１０６を横切って放射線源１１２に対向するように配置され、検査領域１０６を横断する放射線を検出し、それを示す電気信号（投影データ）を生成する。示されている例では、ピクセル１１６は、直接変換光子計数検出器ピクセルを含む。このようなピクセルでは、生成された信号は、検出された光子のエネルギーを示すピーク振幅又はピーク高を有する電流又は電圧を含む。直接変換光子計数検出器ピクセルは、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、又は他の直接変換材料のような任意の適切な直接変換材料を含んでもよい。

本発明による方法を実施するためには、患者は、少なくとも２つの造影剤を予め注入されていなければならない。好ましい実施形態では、患者は第１の時間ｔｉ１に第１の造影剤ＣＡ１を注入され、次に第２の時間ｔｉ２に第２の造影剤を注入されている。好ましい実施形態では、この方法は、肝臓並びに肝臓の門脈血及び動脈血供給ネットワークを撮影するために使用される。図２は、動脈血供給ネットワーク系（ライン２１０）及び門脈血供給ネットワーク系（ライン２１１）における第１の造影剤ＣＡ１の経時的な量と、動脈血供給ネットワーク（ライン２１２）及び門脈血供給ネットワーク（ライン２１３）における第２の造影剤ＣＡ２の経時的な量とを示す。ｔｉ２とｔｉ１との間の間隔ｔｉ２〜ｔｉ１は、造影剤ＣＡ１が、動脈血供給ネットワークに到達する時間（ｔａ１）から、門脈血供給ネットワークに達するのに必要とする時間（ｔｐ１）にほぼ対応するように選択される。このようにして、造影剤ＣＡ１及びＣＡ２の両方が同じ速度で血液循環全体を通過すると仮定すると、造影剤ＣＡ１は、造影剤ＣＡ２が動脈血供給ネットワークに最初に到達するのと（ｔａ２）ほぼ同時に門脈血供給ネットワークに到達し始める（ｔｐ１）。したがって、第１の造影剤のみを含む関心領域、すなわち門脈血供給ネットワークと、第１の造影剤及び第２の造影剤の両方を含む別の関心領域、すなわち動脈血供給ネットワークとがある期間Ｐ＊がある。前記期間Ｐ＊は、造影剤ＣＡ２が動脈血供給ネットワークに最初に達するとき（ｔａ２≒ｔｐ１）に開始し、当該造影剤ＣＡ２が門脈血供給ネットワークに達する（ｔｐ２）まで続く。

本発明による方法の好ましい実施形態では、動脈血供給ネットワーク及び門脈血供給ネットワークの両方からの画像データの同時収集は、ＣＡ１がすでに門脈フェーズにあり、ＣＡ２がまだ動脈フェーズにあるフェーズ、すなわち期間Ｐ＊で実行される。これは、図４に示される図のステップａに対応する。これらの画像は同時に取得されるので、減算技術を使用して、モーションアーチファクトの影響を受けずに追加の機能情報を生成することが可能である。図４のステップｂに模式的に示されるように、Ｋエッジ検出及び／又はヨード描出を使用することで、造影剤ＣＡ１及びＣＡ２の両方の濃度マップ（ＭＣＡ１及びＭＣＡ２）を得ることが可能である。図４のステップｃのように、門脈血供給ネットワークにほぼ対応する造影剤ＣＡ１のみを含むゾーンと、動脈血供給ネットワークにほぼ対応する造影剤ＣＡ１及びＣＡ２の両方を含む別のゾーンとを識別することが可能になる。動脈及び門脈を区分化することは、関連する血液供給入力機能、すなわち、ＡＣＡ１（造影剤ＣＡ１に関連する動脈血供給）、ＡＣＡ２（造影剤ＣＡ２に関連する動脈血供給）、ＰＣＡ１（造影剤ＣＡ１に関連する門脈血供給）、及びＰＣＡ２（造影剤ＣＡ２に関連する門脈血供給ネットワークであり、期間Ｐ＊中は門脈血供給ネットワーク内に造影剤ＣＡ２はないため、これは、ゼロに等しくなるべきである）を測定することを可能にする。

ほとんどの場合、両方のＣＡの濃度は、動脈においても門脈においてと同様に一定であると仮定することは妥当である。肝実質内の軽微なＣＡの濃度勾配及び血管におけるＣＡ取り込みと肝臓組織におけるＣＡ取り込みとの間の固定された関係をさらに仮定することにより、以下のモデルが得られる。
ＭＣＡ２＝ＸＡ＊ＡＣＡ２
ＭＣＡ１＝ＸＡ＊ＡＣＡ１＋ＸＰ＊ＰＣＡ１
ＸＡ及びＸＰは、動脈血及び門脈血の部分的血液量マップである。図４に模式的に示される、本発明による方法のステップｄは、第１の式からＸＡを求めることからなる。このとき、ＸＡ＊ＡＣＡ１＝ＡＣＡ１＊ＭＣＡ２／ＡＣＡ２と推定することができ、これによりＸＰが求められ、これは、ステップｅに対応する。

動脈血供給ネットワーク及び門脈血供給ネットワーク、ＸＡ及びＸＰの実際の部分的血液量マップの例が図３に示される。

本発明による方法の非常に興味深い利点は、動脈造影からの寄与なしに門脈血マップＸＰを求めることが可能である、その臨床的価値にある。

本発明による方法はまた、医師が診断を確立するために役に立つ。実際、肝臓の病変の差異の診断は、主に造影エンハンスメントの観察に基づいている。例えば、壊死病変の嚢胞性病変は、造影剤をエンハンスメントしないため、まず、病変内に造影剤の取り込みがあるかどうかを確かめることが重要である。したがって、動脈血供給ネットワーク及び門脈血供給ネットワークの両方において造影剤の注入前（単純）及び注入後の画像を比較することが必要である。さらに、肝臓病変は、早く激しくエンハンスメントする多血性病変と、より遅くより少なくエンハンスメントする乏血性腫瘍とに細分化することができる。造影エンハンスメントの様々な形態学的パターン、例えば、リムエンハンスメント、末梢結節エンハンスメント、「充填」、及び「排泄」は、放射線医師が、血管腫や限局性結節過形成のような良性病変と、例えば腫瘍転移又は肝細胞癌のような悪性腫瘍を区別するために最も重要な情報である。ＭＲＩでは、診断手順内で５回までである、単純スキャン及び何回かのさらなるスキャンを含む異なる時点における画像取得が、標準的な限局性肝臓病変の評価の手順である。しかしながら、ＣＴでは、放射線量に関する考慮が主な制約となり、肝臓病変の評価のための専用のＣＴプロトコルの最小限のバージョンは、単純スキャン、造影剤投与後の動脈血供給ネットワーク内のスキャン、及び造影剤投与後の門脈血供給ネットワーク内のスキャンの３回のスキャンの取得になる。

単一のＣＴスキャン取得から単純、動脈フェーズ、及び門脈フェーズの造影エンハンスメント撮影画像を抽出することが、本発明による方法によって初めて可能となる。結果として、３回のスキャンの代わりになる１回のみのＣＴスキャンは、ＣＴにおける肝臓の画像診断に不可欠である。このようにして、肝臓病変の特徴付けの情報の価値は、著しく増加する。

加えてこの方法は、肝実質の門脈血供給に関する補足情報として、肝臓の専用門脈血マップを算出することを可能とする。標準的なＣＴでは、この情報は、動脈血供給によるエンハンスメントによってマスクされる。この付加的な情報は、例えば肝臓の部分的切除前の事前治療として、門脈血栓症、門脈圧亢進症、又は門脈枝の医原性閉塞を有する患者の評価を提供する。

本発明を図面及び上記において詳細に図示及び記述してきたが、かかる図示及び記述は制限的ではなく説明的又は例示的であると考えられるべきであり、本発明は、開示の実施形態に限定されない。

当業者によって、特許請求された発明を実施するにあたり、図面、明細書、添付の請求項の研究から、開示された実施形態の他のバリエーションが理解され、達成されることができる。特許請求の範囲において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載される複数項目の機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味しない。請求項中のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (12)

1. コンピュータ断層撮影の方法であって、当該方法は、
   ａ．血管ネットワーク内への少なくとも２つの造影剤からの画像データの所定期間での取得を実行するステップであって、前記少なくとも２つの造影剤のうちの第１の造影剤が、前記少なくとも２つの造影剤のうちの第２の造影剤よりも前記血管ネットワーク内に長時間あり、前記所定期間において、前記血管ネットワークの第２の部分に前記第１の造影剤が分布し、前記血管ネットワークの第１の部分に前記第２の造影剤が分布するように、前記第１の造影剤及び前記第２の造影剤が予め注入されている、ステップと、
   ｂ．前記少なくとも２つの造影剤の各々の濃度マップを獲得するために当該少なくとも２つの造影剤の各々に関連するデータを分離するように、Ｋエッジ検出及び／又はヨード描出を用いて前記画像データを処理するステップと、
   ｃ．前記血管ネットワークの前記第１の部分と前記第２の部分とを前記画像データから判定するステップと、
   ｄ．前記第２の造影剤の総量及び前記第２の造影剤の濃度マップに基づいて、前記血管ネットワークの前記第１の部分の部分的血液量マップを算出するステップと、
   ｅ．前記第１の造影剤の総量、前記第１の造影剤の濃度マップ、及び前記血管ネットワークの前記第１の部分の部分的血液量マップに基づいて、前記血管ネットワークの前記第２の部分の部分的血液量マップを算出するステップと、を含む、方法。
2. 前記血管ネットワークは、肝臓血管ネットワークであり、動脈サブネットワークと門脈サブネットワークとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記血管ネットワークの前記第１の部分は、前記動脈サブネットワークを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記血管ネットワークの前記第２の部分は、前記門脈サブネットワークを含む、請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記ステップｂは、造影剤を分離するために、Ｋエッジ検出とヨード描出との両方を用いる、請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記ステップｂは、造影剤を分離するために、Ｋエッジ検出のみを用いる、請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。
7. 前記少なくとも２つの造影剤の数は、ちょうど２つである、請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。
8. 肝臓の部分的切除前の準備段階として用いられる、請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法。
9. 前記血管ネットワークの前記第１の部分の部分的血液量マップと、前記血管ネットワークの前記第２の部分の部分的血液量マップとを記憶デバイスに保存するステップを含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法。
10. 前記記憶デバイスに保存された前記部分的血液量マップからデータベースを生成するステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. ａ．少なくとも１つのＫエッジ素材のＫエッジ撮像を可能にするために十分なエネルギー分解能を提供する光子計数検出技術を備える医用Ｘ線スキャナと、
    ｂ．患者に少なくとも２つの造影剤を連続的に注入する手段と、
    ｃ．Ｋエッジ又はヨード描出に基づいて２つの別個の造影剤マップ／画像を生成する再構成ユニットと、
    ｄ．動脈及び／又は門脈の部分的血液量マップを算出及び視覚化するための手段と、を含む、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の方法を実施する、デバイス。
12. プロセッサによって実行されると、当該プロセッサに、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の方法を実行させるコンピュータ可読命令と共に符号化されている、コンピュータ可読記憶媒体。

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