(57)【要約】【課題】本発明の目的は、対象物の血管構造を示す血管造影図を収集しかつ表示するためにかつ組織の潅流を示すパラメトリック画像を収集しかつ表示するために用いることができる単一の映像システムを提供することである。【解決手段】画像誘導型医療処置用Ｘ線システムは、選択された脈管構造の３次元デジタル・サブトラクション血管造影図がそれから再構築される円錐ビーム減衰データを収集すべく第１の走査経路で移動するようにプログラムされる。また、Ｘ線システムは、選択された脈管構造への造影剤の流入中に一連の断層合成画像を収集すべく第２の走査経路で移動するようにプログラムされる。パラメトリック画像は、脈管構造によって提供された組織の血液潅流生理学を示す断層合成画像の情報から生成される。【選択図】図１Ａ
2007536062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源；
Ｘ線検出器；
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に位置決めされた対象物の回りのプログラムされた経路に該Ｘ線源及び該Ｘ線検出器を移動するための駆動機構；
対象物の脈管構造を示す血管造影図がそれから収集されかつ再構築される第１のデータ・セットを収集すべく第１の走査経路に沿って前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を移動するための第１の記憶されたプログラムに従って、及び脈管構造及び脈管構造によって供給される組織への造影剤の流入を示している対応する一連の画像がそれから再構築される一連の断層合成データ・セットを収集すべく第２の走査経路に沿って前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を移動するための第２の記憶されたプログラムに従って前記Ｘ線源、前記Ｘ線検出器及び前記駆動機構を動作するためのコンピュータであり、脈管構造によって供給された組織の血液潅流を示す一連の画像の情報からパタメトリック画像を生成するために第３の記憶されたプログラムに従って動作可能である該コンピュータ；及び
前記血管造影図及び前記パラメトリック画像を受信しかつ表示するために前記コンピュータに結合された表示装置；
を備えていることを特徴とするＸ線システム。
【請求項２】
前記パラメトリック画像は、前記組織の血液容量を示す請求項１に記載のＸ線システム。
【請求項３】
前記パラメトリック画像は、平均通過時間を示す請求項１に記載のＸ線システム。
【請求項４】
前記パラメトリック画像は、血流量を示す請求項１に記載のＸ線システム。
【請求項５】
前記第１の走査経路は、前記対象物を通過する第１の平面に配置された第１のアークと、前記対象物を通過しかつ前記第１の平面に直交する第２の平面に配置された第２のアークとで構成される請求項１に記載のＸ線システム。
【請求項６】
前記第２の走査経路は、前記対象物の一つの側面に実質的に配置された環状経路である請求項１に記載のＸ線システム。
【請求項７】
前記環状経路は、円である請求項６に記載のＸ線システム。
【請求項８】
前記環状経路は、楕円である請求項６に記載のＸ線システム。
【請求項９】
Ｘ線システムに位置決めされた対象物を通してＸ線を放射するＸ線源と該対象物を通過するＸ線を受信するＸ線検出器とを有しているＸ線システムで画像を生成する方法であって、
（ａ）基準データ・セットを収集すべく第１の走査経路に沿ってＸ線源及びＸ線検出器を移動する段階と；
（ｂ）基準断層合成データ・セットを収集すべく第２の走査経路に沿って前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を移動する段階と；
（ｃ）造影剤を前記対象物に注射する段階と；
（ｄ）造影剤増強データ・セットを収集すべく前記第１の走査経路に沿って前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を移動する段階と；
（ｅ）断層合成データ・セットを収集すべく前記第２の走査経路に沿って前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を移動する段階と；
（ｆ）興味対象の脈管構造への造影剤の流入中に複数の断層合成データ・セットを収集すべく前記段階（ｅ）を繰り返す段階と；
（ｇ）各々の基準データ・セット及び造影剤増強データ・セットから二つの画像を再構築しかつ該二つの画像を取り去ることによって興味対象の前記脈管構造の血管造影図を生成する段階と；
（ｈ）前記収集した基準断層合成データ・セットから基準断層合成画像を再構築する段階と；
（ｉ）前記対応する複数の断層合成データ・セットから複数の断層合成画像を再構築する段階と；
（ｊ）前記断層合成画像及び前記断層合成基準画像から血液潅流パラメータを計算する段階と；及び
（ｋ）前記血液潅流パラメータを表示する段階と；
を具備することを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記血液潅流パラメータは、局所平均通過時間（ｒＭＴＴ）である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記血液潅流パラメータは、局所血流容量（ｒＢＶ）である請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記血液潅流パラメータは、局所血流（ｒＢＦ）である請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の走査経路は、前記対象物の実質的に対向する各々の側に各々のアークに沿って前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を移動し、かつ前記第２の走査経路は、前記対象物の対向する側に配置された各々の閉経路に沿って前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を移動する請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記血液潅流パラメータは、前記対象物の興味のある領域を通る場所で計算されかつ前記血液潅流パラメータ値は、興味のある前記領域の画像上に表示される請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
興味のある前記領域の前記画像は、前記血管造影図から生成される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記血液潅流パラメータ値は、その中のカラー変調画素によって前記血管造影図画像上に表示される請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療画像に関し、特には、画像誘導医療処置用Ｘ線画像の収集に関する。
【背景技術】
【０００２】
脳卒中は、米国だけでも年間７００，０００以上の人々を悩ます。脳卒中の約８５％は、局所血栓症又は血餅塞栓症のいずれかからの、虚血性機構によってもたらされる。急性虚血性脳卒中の臨床治療に対する唯一のＦＤＡに認可された方法は、脳卒中開始の３時間以内に静脈内で開始される、血栓溶解薬、組織プラスミノゲン活性化因子（ｔＰＡ）である。患者は、ほとんどの場合直接的に確認されない血餅の正確な部位を有する、臨床像及び基本非造影コンピュータ断層撮影法画像基準に基づきｔＰＡ治療に選ばれる。
【０００３】
ｔＰＡ認可へ導く臨床試験に続いて、多くのセンターにおけるその後の実環境使用は、ｔＰＡで治療された患者における改善された結果を確認した。しかしながら、血栓症に対する当初の意気込みは、ほとんどのセンターにおいてより慎重になりかつ限られた配備になった。ＩＶ注入ｔＰＡの制限は、患者、治療のための候補者を選択する方法に関する議論、臨床医に知られている比較的地味な効果及び結果利益、及び稀であるがしばしば合併症として起こる致死的出血を識別しかつ治療するために利用可能な短時間窓（short time window）を含む。薬の導入後５年以上で、急性脳卒中患者の２％以下がｔＰＡで治療されている。
【０００４】
最近の試験は、ｔＰＡの利益がそのリスクを上回る３時間時間窓を長くすることができるということを示している。２時間の期間中、プロ−ウロキナーゼ(pro-urokinase)が注入されかつ血餅融解を監視しかつ血流を判断するために血管造影画像が収集された。脳卒中症状が開始した後ようやく６時間になっても、血餅融解の高いレートを達成することができる。これらの場合における臨床転帰は、通常の血管造影図で見るような血餅融解の状態よりも罹患組織の残留潅流にしばしばよって決定される。それゆえに、罹患組織の潅流画像の収集は、ｔＰＡ治療を用いることの妥当性を判断することにおいて重要なツールである。
【０００５】
造影法は、潅流パラメータ・マップを供給すべくマルチ−スライスＸ線ＣＴで用いることができる。係る潅流画像は、Ｘ線ＣＴシステムを用いて造影剤の注射の後に収集される。係る画像の収集及び脳潅流の判断及び梗塞領域に対するその関係は、高度臨床法及び急性期治療に対する患者選択に関する決定を行うことの中心になっている。潅流評価は、これらの潜在的に危険を伴う治療によって傷つけられる患者を除外すると同時に、利益を得る可能性が最も高い候補者を選択するために個々の、患者−特定生理学ベースの方法（単なる時間又は解剖学ではない）をもたらす。
【０００６】
潅流測定が脳卒中において重要であることが明らかになると同時に、現行の映像方法のいずれも、動脈内血栓溶解が実行される血管造影スイート（部屋）で直接実行することができない。ＭＲ及びＣＴベース潅流方法は、値を示したが、介入血管造影処置自体の前又は後で実行されなければならない。ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、又はＸｅＣＴを用いる他の従来の潅流法も脳卒中に用いられているが、より長期の処置であり、幅広い実用性が見られないし、かつ血管造影処置中に実行することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ある医療センターは、インターベンショナル血管造影−潅流／拡散機能を提供するために血管造影−ＭＲＩ設備（“ＸＭＲ”）を組み合わせたが、これらの設備は、介在的な方法でインターベンショナル血管造影及び潅流評価を実行するために一つの映像室から別の映像室へ急性期の患者を移動することをまだ必要とする。これら現行のアプローチの全ては、非効率的でありかつ薬及び動脈内留置カテーテルにより出血する可能性がありうる患者を移動することを必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、Ｘ線源；Ｘ線検出器；プログラムされた経路でその間に位置決めされた対象物に関してＸ線源及びＸ線検出器を移動するための駆動機構；第１の経路に沿ってＸ線源及びＸ線検出器を移動しかつ対象物の脈管構造を示す血管造影図がそれから再構築されかつ表示される第１のデータ・セットを収集するための第１の記憶されたプログラム；及び第２の経路に沿ってＸ線源及びＸ線検出器を移動しかつ対象物の組織の血液潅流を示す画像がそれから再構築されかつ表示される第２のデータ・セットを収集するための第２の記憶されたプログラムを含む、画像誘導医療処置に用いられうるＸ線映像システムである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の好適な実施形態では、Ｘ線映像システムは、Ｃ−アーム血管構造インターベンショナル映像システムにおいて円錐ビーム体積コンピュータ断層撮影法（ＶＣＴ）デジタル・サブトラクション血管撮影法（ＤＳＡ）機能及び断層合成ＤＳＡ潅流機能を供給する。それは、造影ダイナミックスで等方性画像ボクセル並びに時間分解断層情報を有する改良された３Ｄ解剖学的映像を供給する。この情報は、治療を案内すること、外科手術処置を計画すること、及び多数の臨床的アプリケーションにおける介入を判断することにおいて有用である。
【００１０】
本発明の一般的な目的は、対象物の血管構造を示す血管造影図を収集しかつ表示するためにかつ組織の潅流を示すパラメトリック画像を収集しかつ表示するために用いることができる単一の映像システムを提供することである。血管造影図は、対象物の血管構造システムに関する解剖情報を医者に提供し、かつパタメトリック画像は、血管構造によって供給された組織の潅流に関する生理学的情報を提供する。この情報は、最小限の浸潤性医療処置の効能を改良しかつ係る処置の死亡率を低減する。
【００１１】
本発明の上記及び他の目的及び利点は、以下の記述から明らかであろう。記述では、参照は、その一部を形成する添付した図面についてなされ、説明のために本発明の好適な実施形態がその中に示されている。しかしながら、係る実施形態は、本発明の全ての適用範囲を必ずしも表すものではなく、従って、参照は、ここで本発明の適用範囲を解釈するために特許請求の範囲に対してなされる。
【実施例】
【００１２】
図１及び図２を特に参照すると、本発明の好適な実施形態は、介入処置に関連して使用するために特に設計されるＸ線システムを採用している。それは、その端の一つにＸ線源アセンブリ１２かつその他の端にＸ線検出器アセンブリ１４を支持するＣ−アーム１０を有しているガントリーによって特徴付けられる。ガントリーは、Ｘ線源１２及びＸ線検出器１４をテーブル１６に載置された患者の回りに異なる位置及び角度で配向させることを可能にすると同時に、医者に患者へのアクセスを可能にする。
【００１３】
ガントリーは、テーブル１６の下方に伸長する水平脚２０と、テーブル１６から離間された水平脚２０の端で上方に伸長する垂直脚２２とを有するＬ字型台座１８を含む。支持アーム２４は、水平枢軸２６の回りの回転のために垂直脚２２の上端に回転自在に固着されている。枢軸２６は、テーブル１６の中心線に位置合わせされかつアーム２４は、その外側端にＣ−アーム駆動アセンブリ２７を支持するために枢軸２６から外方向に放射状に伸長する。Ｃ−アーム１０は、駆動アセンブリ２７に摺動可能に固着され、かつ矢印３０で示すようにＣ−軸２８の回りにそれを回転させるべくＣ−アーム１０を摺動する駆動モータ（図示省略）に結合されている。枢軸２６とＣ−軸２８は、テーブル１６の上に位置決めされたアイソセンター３６で互いに交差しかつそれらは、互いに直交する。
【００１４】
Ｘ線源アセンブリ１２は、Ｃ−アーム１０の一端に取付けられかつ検出器アレー・アセンブリ１４は、その他端に取付けられている。以下に詳述するように、Ｘ線源１２は、検出器アレー１４に指向されるＸ線の円錐ビームを放射する。両方のアセンブリ１２及び１４は、この円錐ビームの中心光線がシステムのアイソセンター３６を通過するように枢軸２６に向って内方向に放射状に伸長する。それゆえに、円錐ビームの中心光線は、テーブル１６に載置された対象物からのＸ線減衰データの収集中に枢軸２６又はＣ−軸２８、又はその両方の周囲でシステムのアイソセンター３６の回りを回転することができる。
【００１５】
図３に示すように、Ｘ線源アセンブリ１２は、電源投入された場合にＸ線の円錐ビーム３３を放射するＸ線源３２を含む。中心光線３４は、システム・アイソセンター３６を通過しかつ検出器アセンブリ１４に収容された二次元のフラットパネル・デジタル検出器３８に衝突する。検出器３８は、４１ｃｍ×４１ｃｍの大きさを有している検出器素子の２０４８×２０４８素子の二次元アレーである。各素子は、衝突するＸ線の強度即ちそれが患者を通過するときのＸ線の減衰を表す電気信号を生成する。走査中にＸ線源３２及び検出器アレー３８は、異なる角度からＸ線減衰投影データを収集すべくシステム・アイソセンター３６の回りに回転されられる。検出器アレーは、毎秒３０の投影又は視野を収集することができかつこれは、所定の走査経路及びスピードに対してどれくらい多くの視野（ビュー）を収集することができるかを決定する限定要因である。
【００１６】
図２を特に参照すると、アセンブリ１２及び１４の回転及びＸ線源３２の動作は、ＣＴシステムの制御機構４０によって制御される。制御機構４０は、パワー及びタイミング信号をＸ線源３２に供給するＸ線コントローラ４２を含む。制御機構４０のデータ収集システム（ＤＡＳ）４４は、検出器素子３８からデータをサンプルしかつデータを画像再構築装置４５にパスする。画像再生装置４５は、ＤＡＳ４４からデジタル化されたＸ線データを受信しかつ本発明の方法により高速画像再構築を実行する。再構築画像は、マスストレージ（大容量記憶装置）４９に画像を記憶するか又は本発明の教示によりパラメトリック画像を更に生成すべく画像を処理するコンピュータ４６への入力として供給される。
【００１７】
また、制御機構４０は、ピボット・モータ・コントローラ４７及びＣ−軸モータ・コントローラ４８も含む。コンピュータ４６からの動作命令に応答して、モータ・コンピュータ４７及び４８は、各々の枢軸２６及びＣ−軸２８の回りに回転を生成するＸ線システムのモータにパワーを供給する。以下に説明するように、コンピュータ４６によって実行されるプログラムは、所定の走査経路でアセンブリ１２及び１４を移動すべくモータ・ドライブ４７及び４８への動作命令を生成する。
【００１８】
また、コンピュータ４６は、キーボード及び他の手動で操作可能な制御を有するコンソール５０を介してオペレータから命令及びスキャン条件（スキャニング・パラメータ）を受信する。関連陰極線管表示装置５２は、オペレータにコンピュータ４６からの再構築された画像及び他のデータを観察させる。オペレータ供給命令は、制御信号及び情報をＤＡＳ４４、Ｘ線コントローラ４２及びモータ・コントローラ４７及び４８に供給すべく記憶されたプログラムの指令でコンピュータ４６によって用いられる。更に、コンピュータ４６は、システム・アイソセンター３６に関して患者を位置決めすべくモータ台１６を制御するテーブル・モータ・コントローラ５４を動作する。
【００１９】
コンピュータ４６は、それが二つの非常に異なる走査を実行できるようにするプログラムを記憶する。第１の走査は、三次元減衰データを収集しかつ対象物の脈管構造の解剖学的構造を示す血管造影図を生成する。三次元画像は、造影剤の注射の前に収集されかつ三次元画像は、造影剤が興味がある脈管構造の中に流れ込んだ後に収集される。二つの画像は、取り除かれかつ結果として得られた３Ｄ相違画像は、２Ｄ血管造影図を生成すべくある角度で投影される。この走査は、容積ＣＴデジタル・サブトラクション血管造影図と呼ばれかつ“ＶＣＴＤＳＡ”としてここに示される。
【００２０】
コンピュータ４６に記憶されたプログラムによって実行される第２の走査は、組織への血液の潅流を示すべく生理学的情報をそれから抽出することができる画像を生成する。第１の基準画像は、断層合成方法を用いて造影剤注射の前に収集され、そして造影剤が興味がある領域に流れ込むときに一連の断層合成画像が１秒間隔で収集される。基準画像のサブトラクションの後で、これらの断層合成画像は、局所血流（ｒＢＦ）、局所血流容量（ｒＢＶ）及び局所平均通過時間（ｒＭＴＴ）を計算しかつ対応するパラメトリック画像を生成するために用いられる。この走査は、断層合成デジタル・サブトラクション血管撮影法を採用しかつ“ＴＤＳＡ”としてここに示される。
【００２１】
オペレータ・コンソール３０を通してＸ線システムを動作している医者の指図で、患者は、テーブル１６の上に位置決めされかつ興味がある領域は、テーブル１６を操作することによってシステム・アイソセンター３６に移動される。次いで、ＶＣＴＤＳＡ走査が実行されかつ結果として得られた血管造影図が表示装置５２に生成される。この画像は、解剖学的でありかつ興味がある領域の血管の構造を示す。患者を移動することなく、医者は、ＴＤＳＡ走査を次いで開始しうる。これは、興味がある領域における組織の生理機能、特にそれらの組織に対する血液の潅流を示している画像を結果としてもたらす。この情報を携えて、医者は、次いで、間近の介入処置に関して十分な情報を得た上で判断を下すことができる。例えば、血流がそれらに戻されるならばまだ救うことができるかなり“危険性（リスク）がある”組織が存在するので、患者に血栓溶解薬を注射することについて決定がなされうる。
【００２２】
ＶＣＴＤＳＡ画像収集
図６を特に参照すると、ＶＣＴＤＳＡ走査が実行される場合、ガントリーは、処理ブロック１００で示されたように基準円錐ビーム・データ・セットを収集すべく第１の所定の経路で移動される。目的は、人為的影響のない三次元画像を再構築できるように興味がある三次元領域の十分な減衰投影視野を収集することである。図４に示すように、この第１の走査経路は、二つの部分で構成されている。まず、Ｘ線源３２及び検出器アレー３８がＣ−軸２８の回りに９０°アークで回転されるときに一組の９０の視野が収集される。次いで、Ｘ線源３２及び検出器アレー３８は、１８０°アークにわたり１８０の視野を収集すべく枢軸２６の回りに回転される。それゆえに、この第１の走査経路は、直交平面に配置された二つの円弧で構成されている。収集された投影は、基準円錐ビーム・データ・セットとして記憶される。
【００２３】
図６を再び参照すると、次の段階は、処理ブロック１０２で示すように対象物に造影剤を注射することである。これは、静脈内(intravenously)又は経動脈内(intra-arterially)のいずれかで実行することができる。造影剤が興味がある領域に流れ込んだ後、処理ブロック１０４に示すように別の円錐ビーム・データ・セットが収集される。この収集は、上述したように実行されかつ結果として得られた円錐ビーム・データ・セットと先に収集された基準円錐ビーム・データ・セットとの間の唯一の違いは、興味がある脈管構造における造影剤の存在により減衰値が異なるということである。
【００２４】
処理ブロック１０６で示すように、次の段階は、二つの円錐ビーム・データ・セットから二つの３Ｄ画像を再構築することである。これを行うための多数の方法が存在するが、以下に詳述するように、この特定な臨床アプリケーションに対する新規な画像再構築方法を我々が見出した。３Ｄ相違画像は、次いで、造影剤増強３Ｄ画像から基準３Ｄ画像をサブトラクトすることによって処理ブロック１０８で計算される。結果として得られた３Ｄ相違画像は、興味がある領域の最良の視野を取得すべく表示装置に示された血管（脈管）構造を回転することができる医者に対して表示される。処理ブロック１１０で示すように、望ましい視野角が見出された場合、それが選択されかつ２Ｄスライス画像が処理ブロック１１２で示すように生成される。医者は、更なるスライス画像を選択しかつ判定ブロック１１４に示すように興味がある全ての視野角が検査されるまで対応する２Ｄ画像を生成することができる。３Ｄ相違画像は、あらゆる角度から検査されるべき興味がある領域の血管（脈管）樹の解剖学的構造を可能にする。
【００２５】
ＶＣＴＤＳＡ画像再構築
円錐ビーム・データ・セットから３Ｄ画像を再構築する場合に一般的に遭遇する３つの困難が存在する。まず、もし円錐ビーム投影データがＸ線源オービットの適切なデザインから収集されなければ、人為的影響（アーチファクト）が３Ｄ画像に生成される。これは、十分な数の角度から視野を収集しない幾何の問題でありかつ単一の円形収集経路を採用する通常のＣＴシステムによる円錐ビーム収集に対してよく起る。このデータ充足問題は、直交平面に配置された二つの円弧で構成された走査経路に沿って円錐ビーム投影データを収集することによって本発明の好適な実施形態で解決される。
【００２６】
第２の困難は、ナイキスト基準を満足すべく特定された時間フレームで十分な視野を収集することができないことである。これは、アンダーサンプリングと呼ばれておりかつ所定の走査経路内のアンダーサンプリングの一般に考えられている結果は、再構築された画像のストリーク・アーチファクト(streak artifacts)である。ほとんどのストリーク・アーチファクトは、静的でありかつ基準及び造影剤増強画像の両方に共通する。基準画像が造影剤増強画像からサブトラクトされるならばかつ画像が二次元よりも三次元にアーチファクトを広げる等方性３Ｄ画像であるならば臨床的に重要なアーチファクトを生成することなく５０の因子までによるアンダーサンプリングが可能であるということを我々は見出した。両方の画像に共通するストリーク・アーチファクトは、最終相違画像から取り除かれる。その結果、良好な３Ｄ画像は、円錐ビーム・データのわずか３００から４００の視野で生成することができる。
【００２７】
円錐ビーム再構築方法による最終の困難は、光線が平行ではなく発散であるということである。通常の投影断面定理(projection-slice theorem)は、平行ビームＸ線投影のフーリエ変換と画像物体のフーリエ変換の断面との間のブリッジを設定する。換言すると、画像物体の完全なフーリエ空間は、平行ビーム投影のフーリエ変換の重ね合せから構築することができる。画像物体の完全なフーリエ空間が構築された後に、物体の画像を再構築すべく逆フーリエ変換を実行することができる。しかしながら、これは、円錐ビームで生成された発散光線に対して有効ではない。平行ビーム原理に基づき再構築画像を近似すべく様々な方法が提案されている。我々は、円錐ビーム・データ・セットから正確な再構築画像を提供する新たな円錐ビーム再構築方法を開発した。
【００２８】
平行ビーム投影断面定理は、どのように投影の各個々の視野が画像物体のフーリエ空間の一因となるのかを我々に教える。具体的には、画像物体のフーリエ空間は、平行ビーム投影の逆投影のフーリエ変換から構築される。平行ビームの場合には、画像物体は、投影の個々の視野において空間的移動不変性(spatially shift-invariant)である。従って、逆投影中にデータを均等に重み付けすることは自然である。換言すると、検出されたＸ線減衰データは、投影方向に沿って全ての点に均等に戻される。それゆえに、逆投影されたデータ・アレーのフーリエ変換は、投影に垂直な平面に非ゼロ・フーリエ成分を生成するだけである。具体的には、フーリエ空間における断面は、投影データのフーリエ変換によって生成される。
【００２９】
しかしながら、発散ビーム投影に対して、均等重み付けスキームは、ビームの発散する特性により、適切ではない。適切な重み付けスキームは、測定したデータを、ｒがＸ線源位置から逆投影点までの距離である、距離依存プレ重み付け因子(distance-dependent pre-weighting factor)１/ｒで乗算することを我々は見出した。このプレ重み付け逆投影段階の後で、２Ｄ投影は、円錐内で完全な３Ｄ非均等データ・アレーになる。我々は、この重み付け逆投影データ・アレーのフーリエ変換を取る。局所フーリエ空間は、Ｘ線源位置でフーリエ空間の中心により生成することができる。円錐ビームの場合には、この局所フーリエ変換は、以下のように記載される：
【００３０】
2007536062.tif 000003
2007536062.tif 000004
第１のラインでは、収集した円錐ビーム・データ
2007536062.tif 000005
の１/ｒ重み付けは、角括弧で強調される。ベクトル
2007536062.tif 000006
は、Ｘ線管位置（焦点）にラベルを付けるために用いられる。ハットは、単位ベクトルを表すために用いられかつ矢印は、普通のベクトル(general vector)を表すために用いられる。上記式の第２のラインは、画像物体
2007536062.tif 000007
のフーリエ変換と１/ｒプレ重み付け円錐ビーム投影のフーリエ変換との間の関係を示す。我々は、新しい変数ｐを導入することによって上記部分フーリエ変換データをレビン(rebin)する：
【００３１】
2007536062.tif 000008
次いで上記式は、以下に変換される：
【００３２】
2007536062.tif 000009
投影の各々の対して、この処置は、繰り返される。特定のフーリエ空間配向
2007536062.tif 000010
に対して、同じｐ値に対応する一つ以上の焦点が存在しうる。これは、発散ビーム・データ収集におけるデータ冗長性を表す。各投影は、Ｘ線源位置の周りに個別のフーリエ空間を生成しているので、全ての局所フーリエ変換は、一つの固定された実験室位置に移動される。フーリエ変換の移動定理によれば、この段階は、余分な位相係数を必要とする。移動後に、全ての中間結果は、目標画像物体の所望のフーリエ変換を取得するために合計される。数学的に、これは、要するにレビンされたデータ：
2007536062.tif 000011
からフーリエ変換
2007536062.tif 000012
を取得するために逆ラプラス−フーリエ変換を実行することになる：
【００３３】
2007536062.tif 000013
積分は、全ての可能なレビンされたｐ値にわたる。記号Ｉｍは、虚数部分（虚部）を意味する。
【００３４】
数値実行は、以下の疑似コードによって示すことができる：
段階１：各収集された視野ｔに対して、
2007536062.tif 000014
を計算する
段階２：
2007536062.tif 000015
によって
2007536062.tif 000016
にデータをレビンする
段階３：
2007536062.tif 000017
を用いて
2007536062.tif 000018
を計算する。
これら３つの段階の後で、物理的に測定された円錐ビーム投影データは、目標画像物体のフーリエ空間（即ち、ｋ−空間）バージョンに変換される。次いで、物体の３Ｄ画像は、このｋ−空間データをフーリエ変換することによって生成される。
【００３５】
収集した円錐ビーム・データ・セットから３Ｄ画像を再構築するための代替方法が存在する。これらの二つは、
Katsevich A. “A General Scheme For Constructing Inversion Algorithms For Cone Beam CT”, Int.J.Math and Math SCI. 2003; 21, 1305-1321;及び
Chen GH. “An Alternative Derivation Of Katsevich's Cone-Beam Reconstruction Formula”, Med. Phys. 2003; 30
によって記述されている。これらは、あらゆる走査経路で収集された円錐ビーム・データで用いられるための一般的な方法である。これら一般的な方法のいずれも、そこに用いられている特定の二重アーク走査経路に対するそれらの一般式を解くことによって用いることができる。
【００３６】
ＴＤＳＡ画像収集
特に図７を参照すると、ＴＤＳＡ走査が実行される場合、ガントリーは、処理ブロック２００で示すように基準断層合成データ・セットを収集すべく第２の所定経路で移動される。図５に示すように、この第２の走査経路は、アイソセンター３６の下の円又は楕円軌道にＸ線源３２を移動しかつアイソセンター３６の上の対応する円起動に検出器３８を移動すべく枢軸モータ・コントローラ４７及びＣ−軸モータ・コントローラ４８を同時に動作することによって実行される。円軌道の大きさは、多数の因子によって決定されるが、目的は、経路の閉領域を可能な限り大きくすることである。制約要因は、造影剤の流入中に発生する動力学的変化（ダイナミック・チェンジ）を捕らえるために必要なフレーム・レートで単一の断層合成データ・セットを収集すべくガントリーが円経路全体を通して移動すべきであるということである。好適な実施形態では、毎秒一画像収集のフレーム・レートは、指示されており、かつガントリーは、直径５ｃｍの円形経路にできる。１０までの断層合成画像データ・セットがこのような方法で収集されかつ対応する視野は、基準断層合成データ・セットを形成すべく平均化される。
【００３７】
処理ブロック２０２で示すように、基準断層合成画像は、収集された基準データ・セットから再構築される。基準データ・セットの各収集視野は、円形走査経路の特定の点で収集されたＸ線像である。２Ｄ画像は、これらの視野を重ね合わせかつ互いに関してそれらを変換することによって形成される。２Ｄ画像平面の位置は、変換の程度によって決定されかつ２Ｄ断層写真は、システム・アイソセンター３６の上方又は下方にそれゆえに選択的に位置決めすることができる。この再構築処理を以下に詳述する。
【００３８】
処理ブロック２０４で示すように、基準断層合成画像の収集の後で対象物は、造影剤で注射され、かつ造影剤が興味がある領域に流れ込むときにその中に一連の断層合成データ・セットが収集されるループが入力される。３５０ｍｇ/ｃｍ3のヨウ化対照液の約５ｃｃ/秒のレートで約５ｃｃの手動の一般的な頚動脈注射が用いられる。Ｘ線源３２及び検出器アレー３８は、図５に示すように円形経路で連続的に移動されかつ視野は、処理ブロック２０６で示すように連続的に収集される。各円形走査の終了（約１秒）で、収集された視野は、処理ブロック２０８で示されるように断層合成データ・セットとして保存される。このデータ収集は、注射の位置及びレート、興味がある領域、及び存在する病的状態（病態）の種類により、約１５秒から６０秒の間の範囲にありうる、組織造影剤増強曲線を捕らえるべく十分に長く継続する。次いで、データ収集段階（フェーズ）は、判断ブロック２１０で示すように終了し、かつ収集された断層合成データ・セットの各々は、処理ブロック２１２に示すように対応する画像を再構築するために用いられる。
【００３９】
円形走査経路が好適な実施形態で採用されると同時に、他の循環的走査経路が可能である。例えば、運動の一つの軸が他のものより速いならば、それは、楕円形走査経路を生成すべくより速い速度で動作することができる。それが所望のフレーム速度で完全に旋回されなければならないので、循環的走査経路は、対象物の一つの側に必然的に配置される。これは、収集される視野角の範囲が限定されるということを意味する。これは、断層合成の特徴である。
【００４０】
断層合成画像の再構築は、基準断層合成画像に対して上述したものと同じでありそれから基準断層合成画像は、それぞれからサブトラクトされる。結果は、興味がある領域の動脈及び組織への血液の流入を示す一連の相違断層合成画像である。この情報は、組織における血液潅流を測定する多数のパラメータを計算するために用いられる。通常、断層合成画像は、血液潅流が興味がある領域の異なる位置で判断できるように一つの平面以上で再構築される。また、パラメータ計算を行うために、動脈造影増強曲線が必要でありかつこれは、興味がある組織を供給する動脈を含む平面に断層合成画像を必要とする。
【００４１】
処理ブロック２１４に示すように、組織への血流の局所平均通過時間（ｒＭＴＴ）を示す画像は、組織造影剤増強曲線及び動脈造影剤増強曲線を解析することによって計算される。以下に詳述するように、両方の曲線は、断層合成画像のセット、又は複数のセットから得られる。処理ブロック２１６で示されるように、局所血流容量（ｒＢＶ）画像が次いで計算される。以下に説明するように、キャピラリー・ネットワーク（毛細血管網）を流れる血液の容量は、組織造影剤増強曲線及び動脈造影剤増強曲線の下の二つの領域の比によって計算される。そして、最後に、局所血流（ｒＢＦ）画像が処理ブロック２１８で計算される。以下に説明するように、血流情報は、セントラル・ヴォリューム原理(central volume principle)を用いてｒＢＶ及びｒＭＴＴ情報から導き出される。
【００４２】
走査の終了で医者は、選択された組織の３つの異なるパラメトリック画像を有する。ほとんどの場合、同じ収集されたデータは、興味がある全ての組織のパラメトリック画像を生成するために用いられうる。収集されたデータは、異なる場所における断層合成画像を再構築するために用いられうるし、かつそこの情報は、それらの場所における組織に対するパラメトリック画像を生成するために用いられうる。
【００４３】
マルチモーダル血管造影-潅流画像システムは、急性脳卒中治療を越える臨床応用を有する。潅流データは、血管奇形の塞栓術における、及び脳潅流へのステント留置術又は血管形成術の効果を決定することにおける、脳血管痙攣の血管内管理の間中に役立つ。これらの検査のあるものは、全身麻酔の下で行われかつ血圧管理問題を伴うので、潅流測定は、全身昇圧療法を案内することを支援する。血管造影処置中に医原性塞栓合併症が検出されたならば、この技法は、救助介入を案内することを支援すべく潅流欠損の重症度を直ぐに判断するために用いられる。
【００４４】
介入血管内塞栓術療法は、身体全体にわたり良性及び悪性腫瘍の両方を治療するためにますます用いられている。腫瘍治療は、誘発腫瘍虚血及びしばしば直接化学療法送達の両方に関し、局所的に化学療法薬を標的にし、かつ腫瘍床からのその放出も遅らせる。処置指標がまだよく確立されていないので、直接潅流測定は、塞栓術の進歩及び程度をガイドすることを支援すべく更なる情報を提供する。脳髄膜腫は、複数の栄養血管を通して一般的に塞栓される高度な血管腫瘍であるが、可変血液供給は、脈管切除（脈管遮断）の高度な可変パターンへ導く。潅流測定により、腫瘍の一部分が最初の塞栓術の後で持続性潅流をまだ示しているならば、脈管切除（脈管遮断）を改善（向上）すべく更なる栄養血管を直ぐに探求しかつ何らかの治療を施すことができる。肝腫瘍の場合には、肝細胞癌又は転移病巣（例えば、結腸直腸癌）のいずれかが肝動脈化学塞栓術によって一般的に治療される。潅流測定は、肝臓動脈及び門脈循環の両方における実質性血管鬱血の領域及び程度を確立することを支援する。同様に、子宮平滑筋腫（類線維腫）塞栓術は、修正塞栓剤を活用するように合わせられかつ子宮壁壊死の懸念される合併症をもたらすことなく腫瘍鬱血を供給すべく最適化されうる。
【００４５】
パラメトリック画像再構築
このセクションは、処理ブロック２０２及び２１２を参照して上述した断層合成画像の再構築、及び処理ブロック２１４、２１６及び２１８を参照して上述した断層合成画像からのパラメトリック画像の計算を記述する。
【００４６】
断層合成画像を再構築するための好適な方法は、VCTDSA画像を再構築するための上述した好適な方法を用いることである。より特定的には、収集された円錐ビーム投影データは、疑似コードの３つの段階で上記したような物体のｋ−空間画像を計算するために採用される。次いで、このｋ−空間画像のフーリエ逆変換が対象物の画像を生成すべく実行される。勿論、この方法は、Ｘ線源経路が実質的に異なりかつ断層合計Ｘ線源経路を用いて収集された円錐ビーム投影データが対象物の完全なｋ−空間画像を再構築するために十分ではないという点でVCTDSA方法とは異なる。しかしながら、ｋ−空間が少なくとも均等的に充たされかつアンダーサンプリングにも関わらずより良質な断層合成画像を結果としてもたらすのでこの方法が好ましい。
【００４７】
断層合計画像を再構築するための第１の代替方法は、投影Ｘ線像として減衰投影データの各収集された視野を取扱うことである。断層合成平面は、対象物を通して選択されかつ収集された減衰投影データの視野は、互いに関して空間的に変換されかつ断層合成平面の構造の画像が正確に位置合わせするような方法で重ね合わされる。断層合成平面の外側の構造の画像は、正確に位置合わせしないし、これらの構造体の深さに依存するぶれ（ぼやけ）を結果としてもたらす。投影Ｘ線像の相対変換の量を変化することにより、断層合計平面の位置を物体内で変化させることができる。断層合成平面を変化する毎に、重複構造に対応している画像データは、重ね合わされ、かつ断層合成平面における構造の２Ｄ画像が得られる。参考文献としてここに採り入れる、１９９０年２月２０日に発行されかつ“Matrix Inversion Tomosynthesis Improvements In Longitudinal X-ray Slice Imaging”という発明の名称の米国特許第４，９０３，２０４号に開示された方法により例示されるように多くの断層合成方法がこの技術分野で知られている。
【００４８】
断層合成画像を再構築するための別の代替方法は、３Ｄ円錐ビーム・データ・セットとして各データ・セットを取扱い、かつVCTDSA画像再構築に対して上述したよく知られた円錐ビーム再構築方法の一つを用いることである。勿論、Ｘ線源経路は、全く異なりかつ断層合成データ・セットを収集するために用いた第２の走査経路について汎用円錐ビーム再構築の式を解かなければならない。結果は、３Ｄ画像であり、かつデータのいずれかの２Ｄ断面（スライス）を分析のために選択しうる。
【００４９】
再構築された断層合成画像からパラメトリック画像を計算することにおける第１の段階は、造影剤の流入による興味がある組織を供給している動脈における画像強度の増加を示す動脈造影剤増強曲線を計算することである。この目的で動脈内の画素が選択されかつそれらの強度が画像の時系列全体にわたり曲線で表される。複数の画素を選択しかつ各画像フレームでそれらの値を平均化するのが好ましい。動脈コントラスト促進曲線は、Yeung WIT, Lee TY, Del Maestro RF, Kozak D, Bennett RJ, Brown T, “An Absorptiometry Method For The Determination Of Arterial Blood Concentration Of Injected Iodinated Contrast Agent”, Phys. Med. Biol. 1992; 37:1741-1758によって記述された類似するフォームの３つのγ可変項目でこれらの値に合わせられる。例示的動脈造影剤増強曲線を図８に示す。これは、選択された動脈によって提供された選択された組織を示している画素の平均値を低域濾過することによって生成された図９に示す典型的な組織造影剤増強曲線と比較される。
【００５０】
測定された組織造影剤増強曲線又は関数は、実際には、動脈造影剤増強曲線又は入力関数、及びインパルス関数Ｒ（ｔ）のコンボリューション（畳み込み）である。これは、造影剤のボーラス（大量）注射が瞬時ステップ関数ではないという事実によるものである。この関係は、Meier P, Zierler KL, “On The Theory Of Indicator-dilution Method For Measurement Of Blood Flow And Volume”, J. Appl. Physiol. 1954; 6: 731-744によって：
【００５１】
2007536062.tif 000019
として一定の脳血流量（ＣＢＦ）に対して定量化された。
【００５２】
インパルス関数Ｒ（ｔ）の計算は、組織関数及び動脈関数のコンボリューション、ノイズに対して高い感度を有する動作を必要とする。Press WH, Teukolsky SA, Vetterling WT, Flanney BT, “Numerical Recipes In C  The Art of Scientific Computing”, 2nd ed., Cambridge University Press, Oxford, 1992に記述されたコンボリューションに対する特異値分解（ＳＶＤ）技法が利用される。結果として得られたインパルス関数Ｒ（ｔ）を図１０に示す。
【００５３】
一度インパルス関数Ｒ（ｔ）が計算されたならば、局所平均通過時間（ｒＭＴＴ）潅流パラメータは、以下のように計算される：
【００５４】
2007536062.tif 000020
【００５５】
局所血流容量（ｒＢＶ）潅流パラメータは、組織造影剤増強曲線の下の領域と動脈造影剤増強曲線の下の領域との比を取ることによって選択された組織に対して計算される。これは、Alex L. “Tissue Mean Transit Time From Dynamic Computed Tomography By A Simple Deconvolution Technique”, Radiology, 1980; 137: 679-686によって記述されている。
【００５６】
Meier P, Zierler KL., “On The Theory Of Indicator-dilution Method for Measurement Of Blood Flow And Volume”, J. Appl. Physiol. 1954; 6: 731-744によって記述されたセントラル・ヴォリューム原理（central volume principle）を用いて、局所血流（ｒＢＦ）潅流パラメータが次に計算される。これは、局所血流容量（ｒＢＶ）と局所平均通過時間（ｒＭＴＴ）との比を計算することによって達成される。
【００５７】
選択された組織位置で上記計算を繰り返すことによって、別々の潅流パラメータ地図、又は画像が各パラメータｒＭＴＴ、ｒＢＶ及びｒＢＦに対して生成されうる。パラメータ値は、興味がある領域の画像上の位置に数字で表示することができるか、又はパラメータ値は、興味がある領域の画像の画素の色を変更するために用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】本発明の好適な実施形態を採用するＸ線システムの斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の好適な実施形態を採用するＸ線システムの斜視図である。
【図２】図１のＸ線システムの概略ブロック図である。
【図３】図１のＸ線システムの一部を形成するＸ線源及びＸ線検出器アレーの絵図である。
【図４】Ｘ線減衰データを収集するために図１のＸ線システムによって実行される第１の走査経路の絵図である。
【図５】Ｘ線減衰データを収集するために図１のＸ線システムによって実行される第２の経路の絵図である。
【図６】図４の第１の走査経路で収集した減衰データから３Ｄ解剖学的画像を生成するために図１のＸ線システムによって実行される段階を示すフローチャートである。
【図７】図５の第２の経路で収集した減衰データから３パラメトリック画像を生成するために図１のＸ線システムによって実行される段階を示すフローチャートである。
【図８】図７の処置中に生成された例示的動脈造影増強曲線のグラフである。
【図９】図７の処置中に生成された例示的組織造影増強曲線のグラフである。
【図１０】図７の処置中に生成された例示的インパルス関数曲線のグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１０  Ｃ−アーム
１２  Ｘ線源アセンブリ
１４  Ｘ線検出器アセンブリ
１６  テーブル
１８  Ｌ字型台座
２０  水平脚
２２  垂直脚
２４  支持アーム
２６  水平枢軸
２７  Ｃ−アーム駆動アセンブリ
２８  Ｃ−軸
３０  矢印
【図１Ａ】
2007536062.tif 000021
【図１Ｂ】
2007536062.tif 000022
【図２】
2007536062.tif 000023
【図３】
2007536062.tif 000024
【図４】
2007536062.tif 000025
【図５】
2007536062.tif 000026
【図６】
2007536062.tif 000027
【図７】
2007536062.tif 000028
【図８】
2007536062.tif 000029
【図９】
2007536062.tif 000030
【図１０】
2007536062.tif 000031
【国際調査報告】
2007536062.tif 000032
2007536062.tif 000033
2007536062.tif 000034
2007536062.tif 000035