(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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。【選択図】図１
2019013296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０８４３７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】シミュレータの概略ブロック図である。
【図２】シミュレータの表示部に表示されるメイン画面である。
【図３】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。
【図４】自動最適化のフローチャートである。
【図５】注入装置及び撮像システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
［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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
［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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
【数１】
2019013296.tif 000003
【００３７】
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。
【００３８】
【数２】
2019013296.tif 000004
【００３９】
【数３】
2019013296.tif 000005
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、各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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
［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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
［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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
［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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
［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）。
【００７８】
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。
【００７９】
【数４】
2019013296.tif 000006
【００８０】
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。
【００８１】
【数５】
2019013296.tif 000007
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
【数６】
2019013296.tif 000008
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
［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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
（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。
【０１１７】
（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。
【符号の説明】
【０１１８】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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