(57)【要約】  弁を介して移動するオブジェクトへの逆流フローを、このようなオブジェクトの連続的な画像フレームのシーケンスから、評価する方法であって、これらの画像が、特定の時間間隔によって適時に分離されていて、ａ）前記画像において関心のある前記オブジェクトを特定するステップと、ｂ）前記画像を増補して、プロトコル強度変化および／または動きおよび／またはバックグラウンドを補償するステップと、ｃ）増補された画像に時間−分析をして、時間−密度曲線（単数または複数）を得るステップであって、時間−密度曲線が、ピクセル輝度の時間−変化を表す、ステップと、ｄ）このような時間−密度曲線（単数または複数）に関連する複数のパラメータを決定するステップと、ｅ）このようなパラメータに重み付けを行い前記逆流フローの示徴を提供するステップとを、備える方法。対応する装置およびコンピュータ・プログラムも、開示される。【選択図】図１２
2015528355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁（7）を介して移動するオブジェクト（6）への逆流フローを、このようなオブジェクトの連続的な画像フレームのシーケンスから、評価する方法であって、それらの画像が、特定の時間間隔によって適時に分離されていて、
ａ）前記画像において関心のある前記オブジェクト（6）を特定するステップと、
ｂ）前記画像を増補して、プロトコル強度変化および／または動きおよび／またはバックグラウンドを補償するステップと、
ｃ）増補された画像に時間−分析をして、時間−密度曲線（単数または複数）を得るステップであって、時間−密度曲線が、ピクセル輝度の時間−変化を表す、ステップと、
ｄ）このような時間−密度曲線（単数または複数）に関連する複数のパラメータを決定するステップと、
ｅ）このようなパラメータに重み付けを行い前記逆流フローの示徴を提供するステップとを、
備える方法。
【請求項２】
前記オブジェクト（6）の輪郭を検出するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
時間−密度曲線決定のための参照として使用されるべき、前記フレームの少なくとも１つの画像における領域（108）を検出するステップを更に備える、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
このような参照エリア（108）が、前記オブジェクト（6）から前記弁（7）への順方向フローが特定される前記画像のゾーンに位置している、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
以前のコントラスト・セッションに対する前記時間−強度曲線（単数または複数）を補正するステップを更に備える、請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記関心のあるオブジェクト（6）を、前記弁（206）に最も近い領域から前記弁（406）から最も遠い領域（206、306、406）に分割するステップを更に備える、請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記画像を増補する前記ステップが、１つの画像フレーム上の少なくとも１つのランドマークを検出しかつ残りの画像フレーム上のこのようなランドマークをフオローして前記オブジェクト（6）の動きを補正するステップを備える、請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記画像を増補する前記ステップが、前記関心のあるオブジェクト（6）の時間−密度曲線（単数または複数）を計算するための動き補正の前にバックグラウンド補正を実行することを備える、請求項１〜７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記画像を増補する前記ステップが、前記参照エリア（108）のための時間−密度曲線を計算するためのバックグラウンド補正の前に動き補正を実行することを備える、請求項１〜８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
時間間隔が選択され、このような時間間隔の前記連続的な画像フレームが前記逆流フローの前記アセスメントを作成するために使用される、請求項１〜９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記弁（7）が、第一の器官（6）と第二の器官（8）の間に位置し、前記弁（7）が、前記第一の器官（6）から前記第二の器官（8）への順方向の流体のフローを可能にし、かつ前記第二の器官（8）から前記第一の器官（6）への前記逆方向フローを防止し、前記第一の器官が関心のある前記移動しているオブジェクトである請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも一つの時間−密度曲線が、その後減少するピクセルのデンシトメトリの増加を示すときに、逆流フローが特定され、このような増加が、前記第二の器官から前記第一の器官に前記弁を介して漏れる流体の存在に関連し、このような減少が、順方向フローの間に前記第一の器官から去るこのような流体に関連している、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記関心のあるオブジェクト（6）の前記異なる領域（206、306、406）内で時間に渡って前記デンシトメトリ値を比較することによって、パラメータとして前記逆流流体の前記ジェット流侵入を決定するステップを更に備える、請求項１〜１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
関心のあるオブジェクト（6）のまたは関心のあるオブジェクト（6）の１以上の領域（206、306、406）の造影剤の存在の持続時間を、パラメータとして決定するステップを更に備える、請求項１〜１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
関心のある前記全部のオブジェクト（6）の前記最大のデンシトメトリおよび／または関心のある前記オブジェクト（6）の１以上の領域（206、306、406）と前記参照エリア（108）の前記最大のデンシトメトリとを比較することにより、関心のある前記オブジェクト（6）内に存在する造影剤の総量をパラメータとして決定するステップを更に備える、請求項１〜１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
１以上の時間−密度曲線の前記峻度および／または心拍の間の前記造影剤の変化を、パラメータとして決定するステップを更に備える、請求項１〜１５の何れか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記パラメータが、前記逆流フローの前記重症度の分類を提供するために、結合される、請求項１〜１６の何れか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記オブジェクトが、前記左心室であり、かつ前記弁が、前記大動脈弁であり、そして前記画像フレームが、順番に撮像される前記左心室のX線画像のシネを表す、請求項１〜１７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記逆流フローが、時間強度曲線および／またはこのような前記時間強度曲線に関連したパラメータによって得られたカラーマップによって視覚化される、請求項１〜１８の何れか１項に記載の方法。
【請求項２０】
デジタルコンピュータのメモリに直接ロード可能なコンピュータ製品であって、前記コンピュータ製品がコンピュータで実行されると、請求項１〜１９の何れか１項に記載の方法を実行するソフトウエアコード部分を備えるコンピュータ製品。
【請求項２１】
二次元画像を得るためのX線装置であって、患者の左心室の連続する画像フレームのシネを得るための手段と、トリガーイベントの後に画像フレームのこのようなシネを収集するための手段とを備え、更に、前記大動脈弁を介した前記逆流フローの分類を決定する請求項１〜１９の何れか１項に記載の方法を実施するようにプログラムされているプロセス手段を備える、装置。
【請求項２２】
前記トリガーイベントの後の特定数の心拍を収集するような、前記患者の心臓周期と同期させる手段を備え、前記トリガーイベントが大動脈基部内の造影剤の注入である、請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非破壊試験への応用分野のような、動く器官の出口を閉じるいかなる弁の機能不全を定量化する必要性があるいかなる分野にも応用することができるが、医療画像処理、特に、血管撮影画像処理の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者に起こり得る症状は、大動脈弁逆流症(aorta regurgitation)（大動脈弁閉鎖不全症(AI: arotic insufficiency)とも呼ばれる）である。これが発生すると、心臓の大動脈弁は完全には閉じず、これが原因で心室拡張期の間、血液が、大動脈から左心室へと逆方向に流れてしまう。これは、より高い心臓負荷と心臓内のより高い圧力をもたらし、心不全の可能性を増大させる。
【０００３】
大動脈弁逆流症は、最も一般的には、ドップラーを用いて逆流噴射の二次元ビューを提供することが出来る経胸腔的の超音波心臓検査によって評価される。これは、例えば、非特許文献１、非特許文献２、特許文献１および特許文献２に記載されている。
【０００４】
中心大動脈弁逆流を評価するためには、超音波を用いることが出来るが、これは、使用される超音波画像の質が制限されていることと、収集されるものがオペレータに依存してしまうことにより、大動脈弁閉鎖不全症の分類ではあまり正確ではない。さらにまた、それらは、弁傍の大動脈弁逆流を正確にかつ再現性良く評価するにはいくつかの厳しい制限を有する。
【０００５】
弁傍の弁閉鎖不全は、経皮的大動脈弁交換手術または経カテーテル大動脈弁交換手術において最も頻繁に起こる。これらの臨床手術の最中、超音波は、置換された大動脈弁による画像処理のアーチファクトのような付加的な制限も受ける。
【０００６】
診断目的のために、CTおよびMRによるいくつかの実験が、非特許文献３および非特許文献４に報告されている。しかし、これらは、手術中でないアプリケーションについては大きい問題点を有する。CTおよびMR画像は、手術後に得なければならないであろう。これは、余分の計画、追加費用および患者に対するストレスを与えるのみならず、AI重症度を潜在的に危険なレベルに分類することが、臨床手術中に、直接なされることはないので、患者に対する危険も大幅に増大させるであろう。さらにまた、CT画像を付加することは、患者が高用量の放射線を浴びることを意味する。
【０００７】
カテーテル手術（例えば、経皮的大動脈弁交換手術）の間の大動脈弁逆流の評価は、ますます、大動脈弁閉鎖不全症の存在を調べるために造影剤流体が大動脈基部に注入されかつ左室心臓のチャンバ内の造影剤の量を観察する二次元の血管造影X線画像の評価によって実行されるようになって来ている。いくつかのファクタが、大動脈弁閉鎖不全症の重症度を質的に分類しようとするために、使用される。現在分類化が基づくより詳細なガイドラインは、非特許文献５及び非特許文献６に規定されている。
【０００８】
この種の質的分類の結果の具体例は、以下のテーブルによって表される。
クラス  AI重症度
0      逆流無
1      僅かな逆流
2      中程度の逆流；治療は必要
3      深刻な逆流；早急な治療が必要
4      致命的逆流
【０００９】
現在、大動脈弁閉鎖不全のアセスメントは、主に、血管造影Ｘ線像の視認による推定に基づく。視認による推定は、非常に主観的でかつ再現性がなく、そしてインタ観測者とイントラ観測者に大きな変動をもたらすであろう。従って、信頼性が制限され、これは患者に危険となる可能性がある。
【００１０】
非特許文献７の文献は、公式
【数１】
2015528355.tif 000003
（
【数２】
2015528355.tif 000004
および
【数３】
2015528355.tif 000005
が、左心室および大動脈時間−強度曲線の下のエリアで、そして
【数４】
2015528355.tif 000006
および
【数５】
2015528355.tif 000007
は、関心のある領域の左心室および大動脈の容積である）によりデジタル減算血管造影図から生成された時間−強度曲線を処理することにより、逆流比（RF）を計算する方法を提案している。
【００１１】
この文献は、それが、AIを定量化する初めての試みを表しているので、正しい方向に向かっている。しかしながら、これが、左心室と大動脈における濃度の比率の計算に限られているので、これは、既に同じ著者によって指摘されかつ次のように要約されているいくつかの限界を有している:
１）血液と造影剤のストリーミングまたは不十分なミキシングの効果が、時間−強度曲線にエラーをもたらす可能性があること、
２）左心室の関心のある領域の断面が円形であると言う幾何学的な仮定。
これらの限界の他に、以下のものも、存在する:
３）若干の濃度の造影剤流体が、以前のセッションによりこの脈管系に存在する可能性があるという事実には、何の注意も払われていないので、分析に影響してしまうこと、
４）使用されたイメージング・プロトコルによるピクセル強度の変動によって生じたこの時間密度曲線に対する負の影響は、考慮されないこと、
５）呼吸運動または患者の動きには、何の補正もされないこと。
【００１２】
非特許文献８は、例えば、心電図同期のデジタル減算技術を用いることにより心臓の動きを補償している。このアプローチでは、デジタル減算は、R波に同期させた画像を減算することによって実行される。このアプローチは、心臓の動きを補償するために使用される。しかしながら、呼吸の動きおよび／または患者の動きは、補償されない。これらの動きが現実的であるので、これらの同期デジタル減算を使用することは、結果として時間−強度曲線内にエラーをもたらすであろう。
【００１３】
従って、血管撮影法画像のコンピュータ解析による大動脈弁逆流のアセスメントは、改善する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第2001/0802080号明細書「大動脈弁逆流のような大動脈弁異常を診断しかつモニタするための非侵襲的方法と装置」
【特許文献２】米国特許出願公開第2001/0794528号明細書「弁の逆流血流の超音波定量化」
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Wang, A., Bashore, T.M. 著、「心臓弁膜症(Valvular Heart Disease)」、第６章、ISBN（国際標準図書番号）1588299821、Humana Press社、2009年
【非特許文献２】Miyake, Y., Hozumi, T., Mori I., Sugioka, K., Yamamuro, A., Akasaka, T., Homma, S., Yoshida, K., Yoshikawa, J.による論文「大動脈弁逆流患者のデジタル・カラー・ドップラ速度分布積分方式を使用する大動脈逆流量および逆流率の自動定量化」（Heart 88（5）、2002年11月、481-484頁）
【非特許文献３】Chen, J.J, Manning, M.A., Frazier, A.A., Jeudy, J., White, C.S. による論文「心臓弁（正常の、病気にかかった、および手術後）の外観のCT 血管造影法」（RadioGraphics 29、2009年、1393-1412頁）
【非特許文献４】Arpasi, P.J., Bis, K.G., Shetty, A.N., White, R.D., Simonetti, O.P. による論文「心電図により起動され、呼吸を止めた、保持造影剤により増強されたシーケンスを有する胸部大動脈のMR 血管造影法」（Radiographics 20、2000年、107-120頁）
【非特許文献５】心臓ジャーナル、Leon, M.B., Piazza, N., Nikolsky E., Blackstone, E.H. による論文「経カテーテルによる大動脈弁移植臨床治験のための標準化された終点の定義：Valve Academic Research Consortiumからのコンセンサス報告」（European Heart Journal（2011）32、205-217頁）
【非特許文献６】Hunt, D.外による論文「大動脈弁逆流症のアセスメントにおけるシネ心血管造影法の定量的評価」（The American Journal of Cardiology（1973）31、696-700頁）
【非特許文献７】P. A. Grayburn, S. E. Nissen, J. L. Eliot, J. Evans, A. N. Demariaによる論文「デジタル減算血管造影法のコンピュータ分析による大動脈逆流の定量法」（JACC、第10巻、5号、1987年11月、1122-7頁）
【非特許文献８】Hirji外による論文「肺塞栓の検出における心電図に同期させたデジタル減算血管造影法」（Radiology、Vol 152、19-22頁）
【非特許文献９】Y. Jian外による論文「グローバルな制約を有するアクティブ輪郭モデルを使用するX線画像の分割」（IEEE Symposium on Computational Intelligence in Image and Signal Processing、2007年、CIISP 2007、240-245頁）
【非特許文献１０】Chen, G.Y., Kegl, B.著「従属複素ウェーブレットおよびフーリエ特徴を用いた不変量パターン認識」2005年
【非特許文献１１】Gelberg, H.J., Brundage, B.H.による「左心室の壁の動きの定量的分析：領域、コードおよび放射線法の対比」（Circulation、59巻、1979年5月、5号、991-1000頁）
【非特許文献１２】Lehmkuhl, H., Machning, Th.による論文「デジタル減算血管造影法：左心室容積のデンシトメトリ評価およびこの単一面アーク長方法によって得られる測定との比較の実現可能性」（Computers in Cardiology、1993年、29-32頁）
【非特許文献１３】Michael R. King, Nipa A. Mody著「MATLABにおける生物工学アプリケーションのための数的および統計的手法」（第６章、ISBN（国際標準図書番号）9780521871587、ケンブリッジ大学出版局、2011年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、本発明の目的は、弁または狭搾を介した逆流を量的に評価する方法、特に、手術中のアプリケーションの間の処理時間および撮像処理に関連する患者への負担を減少させて撮像することができる画像から、大動脈弁逆流を量的にアセスする方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、弁を介して移動するオジェクトへの逆流を、このようなオブジェクトの連続的な画像フレームのシーケンスから、評価する方法であって、これらの画像が、特定の時間間隔によって分離されていて、この方法が、
ａ）前記画像において関心のある前記オブジェクトを特定するステップと、
ｂ）前記画像を増補して、プロトコル強度変化および／または動きおよび／またはバックグラウンドを補償するステップと、
ｃ）増補された画像に時間−分析をして、時間−密度曲線（単数または複数）を得るステップであって、時間−密度曲線が、ピクセル輝度の時間−変化を表す、ステップと、
ｄ）このような時間−密度曲線（単数または複数）に関連する複数のパラメータを決定するステップと、
ｅ）このようなパラメータに重み付けを行い前記逆流フローの示徴を提供するステップとを、
を備える方法により、目的を達成する。
【００１８】
AIを決定する特例の場合、移動するオブジェクトは、左心室であり、弁は大動脈弁であり、画像フレームが順番に撮像される左心室のX線画像のシネを表す。より一般的な場合、この弁は、第一の器官と第二の器官の間に位置し、かつこの第一器官から第二の機関への順方向の流体のフローを可能にし、かつ第二の器官から第一の器官への逆方向フローを防止するいかなる弁または狭搾でもあって、第一の器官が関心のある移動しているオブジェクトである。画像獲得に関して、X線が、好適な解決法（特に、血管造影X線）であるが、また、それらが、関心のあるオブジェクトの一連の画像を提供することができる限り、コントラスト強調有りまたは無しで超音波、MRI、PET、SPECT等のような、他の画像処理モダリティも使用することができる。
【００１９】
この方法が、１つの画像フレーム上の少なくとも一つのランドマークを検出し、かつこのオブジェクトの動きを修正するために、残りの画像フレーム上のこのようなランドマークを追跡することによって、この画像の範囲内のオブジェクトの動きを安定させるステップを備えることは好都合である。これは、このオブジェクトの輪郭を検出しおよび／または時間密度の決定のための参照として用いられるフレームの少なくとも一つの画像のエリアを検出するステップを備えることもできる。このような参照エリアは、典型的には、このオブジェクトから弁への順方向フローが識別されるこの画像のゾーン上にある。
【００２０】
強化すると言う用語は、ピクセルの強度変化が補償される新しい画像を提供する入力画像の処理を意味するように、本願の開示においては、使われる。例えば、プロトコルによりおよび／または動きおよび／またはバックグラウンドによるピクセル強度の変化を補正するためには、数種類の補正が、可能である。例えば、プロトコルまたは動きまたはバックグラウンドによる強度補正には、単一の補正が可能であるが、大動脈弁閉鎖不全症を決定すべき場合には、時間−密度曲線計算のために２つ以上の補正技術を組合せることが、特に、有利である。
【００２１】
画像を増補するステップは、関心のあるオブジェクトのエリアに対する時間密度曲線を計算するための動き補正の前に、バックグラウンド補正を実行するステップを備えることができる。換言すれば、このステップは、この参照エリアに対する時間−密度曲線を計算するために、バックグラウンドを補正する前に、動きを補正する。
【００２２】
画像フレームのシネが利用可能となると、この逆流フローのアセスメントを最適化するように特定の時間間隔に関するサブセット選択することは、通常、有用である。
【００２３】
このような減少は、前進流の間にこの第一器官を去るこのような流体に関連していて、このような増加が、第二器官から第一器官にこの弁を介して漏れている流体の存在に関していて、少なくとも一つの時間−密度曲線が、ピクセルデンシトメトリが増加しその後減少することを示すときに、この逆流が、識別されることは好都合である。この行動が、典型的には、オブジェクトの一連のX線画像から得られるデンシトメトリ曲線であり、造影剤が洗い流されているので、より多くの量の造影剤が存在し、より多くのX線が吸収される。コントラストを生成する画像処理モダリティは、確実に、フローの画像処理を助けるが、当業者は、このフローの存在に関連するピクセル強度における変化を評価することが出来る限り、コントラスト強調なしで得られた画像が、同じ目的を得るために用いることができることも理解するであろう。
【００２４】
この方法が、時間−密度曲線の増加および減少に関するパラメータを決定するステップを備えることは好都合である。このようなパラメータは、以下のグループに属する一つ以上のパラメータ:各落下の峻度、完全なデンシトメトリ変化、デンシトメトリ曲線の下での積分、最小値および最大値、等、を備えている。
【００２５】
この方法は、パラメータとしてデンシトメトリ曲線の落下と隆起の間にピクセルデンシトメトリの同じまたは既定の異なったレベルに到達するのに必要な時間間隔を決定するステップを備えることもできる。
【００２６】
別のパラメータは、全体のピクセルデンシトメトリおよび／または時間変動に続くこの弁から異なる距離を有するエリアの落下および隆起を重みづけすることによって、特に、関心のあるオブジェクトの異なるエリアの時間に渡ってデンシトメトリ値を比較することによって、得ることができる逆流性流体のジェット・ストリーム侵入とすることができる。
【００２７】
さらに別のパラメータは、落下および／または上昇の間の、デンシトメトリ曲線の峻度を測定することによって得ることができる逆流スプレッド速度とすることができる。
【００２８】
ウォッシュインおよびウォッシュアウトが、落下および上昇の用語で転じられる場合、すなわち、デンシトメトリ曲線が、コントラスト超音波検査の場合のように最初上昇を示し次で落下を示す場合、同じパラメータを、用語のアップリフトを落下と読んで（その逆も同じ）決定することができる。
【００２９】
別のパラメータは、関心のあるオブジェクトの異なるエリアの造影剤の存在の持続時間、または異なるエリアの最大のデンシトメトリを参照エリア内の最大のデンシトメトリと比較することによって、取得される関心のあるオブジェクト内に存在する造影剤の総量とすることができる。
【００３０】
さらに別のパラメータは、心拍の間の時間密度曲線における１つ以上の峻度またはコントラスト変化とすることができる。
【００３１】
別のパラメータは、１つ以上のエリアの時間密度の期間コントラスト減衰とすることができる。
【００３２】
これらのパラメータの全部または一部は、逆流フローの重症度の分類化を提供するために結合させることができる。
【００３３】
関心のあるオブジェクトを、弁に最も近いものから弁から最も遠いエリアに分けることは、有益である。これは、それらが参照するエリアの機能においてパラメータも重みづけすることによって、逆流フローに更なる示徴を提供することを可能にする。
【００３４】
以前のコントラスト・セッションに対する時間−強度曲線（単数または複数）の補正により、分析の結果の精度を改善することも可能である。
【００３５】
本発明は、コンピュータのメモリに直接ロード可能で、かつこの製品がコンピュータで駆動される時に上述した方法の実施のためのソフトウエア・コード部分を備えるコンピュータ製品にも、関する。
【００３６】
別の態様によると、本発明は、二次元画像を取得するためのX線装置に関する。この装置は、患者の左心室の連続的な画像フレームのシネを得るための手段、トリガーイベント、特に、大動脈起始部への造影剤の注入の後、画像フレームのこのようなシネを収集するための手段を備える。この装置は、このトリガーイベントの後に特定数の心拍を収集するために、患者の心臓周期と同期するための手段を備えることも出来る。この装置は、更に、この大動脈弁を介して逆流性流れの分類を決定する本発明の方法を実行するようにプログラムされているプロセス手段を備える。
【００３７】
このプロセス手段は、本発明の方法を実行する専用の（単数または複数の）プロセッサ、または特に有利な構成、同じものまたは同じものの一部で、このマシンの主要な画像獲得機能を含む（その結果、非常にコンパクトでかつ強力な装置を得ることができる）プロセス手段とすることができる。
【００３８】
本発明の更なる改良は、この従属請求項の主題を形成するであろう。
【００３９】
本発明の特性及びそこから導出される利点は、添付の図面に図示される、限定するものではない実施態様の以下の説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】好ましい実施例の本発明の主ステップの流れ図である。
【図２】輪郭の示徴で左心室のX線画像を示す。
【図３ａ】大動脈起始部も見える左心室の別の画像を示す。
【図３ｂ】輪郭の示徴の代替態様を示す。
【図４】左心室の異なる部分からの２本のデンシトメトリ曲線を示す。
【図５】左心室の異なる部分から生じているにもかかわらず、大部分が重なっている２本のデンシトメトリ曲線を示す。
【図６】時間とともに左心室の造影剤が増加する、デンシトメトリ曲線を示す。
【図７】多くの心臓収縮の後に造影剤流出が発生するデンシトメトリ曲線を示す。
【図８】心室の曲線が、参照曲線（高い弁閉鎖不全の兆候）の近くにある、２本のデンシトメトリ曲線を示す。
【図９】心室の曲線が、造影剤注入にほとんどいかなる反応も示さない（低い弁閉鎖不全の兆候）２本のデンシトメトリ曲線を示す。
【図１０】浅い取込みおよび急峻な落下を有するデンシトメトリ曲線を示す。
【図１１】流入は高いが、流出はより高いデンシトメトリ曲線を示す。
【図１２】分析される心室内のさまざまな領域のデンシトメトリ曲線を示す。
【図１３】左心室内の弁閉鎖不全が、2Dカラーマップによって視覚化されている具体例を示す。
【図１４】プロトコル・ピクセル強度補正によって導出させることが出来るヒストグラム・ピークシフトの一例を示す。
【図１５】以前のセッションの造影剤が存在することによるコントラスト変化の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明は、特に、X線画像の二次元の（2D）血管造影フィルムに基づいて大動脈弁逆流の定量化において有利であり、そしてこれは、主にこの分野を参照して開示されるであろう。この場合、関心のあるオブジェクトは左心室であり、かつ弁は大動脈弁である。しかしながら、この左心室、大動脈および大動脈弁は、一方向閉鎖弁を介して連通する流体内のいかなるオブジェクトによっても置換させることができることは理解されるべきである。
【００４２】
この着想は、（ほぼ３つの心拍をカバーする）１、２秒のX線画像の二次元（2D）の血管造影フィルムに基づいて、大動脈弁閉鎖不全症のデジタル定量化を作成することである。この解決法は、（CTおよびMRのような方法とは対照的に）介入の間、両方とも容易に適用できる効果があり、かつ視認による評価と比較してより正確で、自動的に生成されかつ再現性のある結果を与える。この方法では、単一画像フィルム（数秒間に単一角度の下で実行される画像の撮影）しか必要でなく、かつこのような撮影が、通常、この介入の間に実行されるので、患者に対する更なる時間の損失および暴露は、生じない。
【００４３】
要するに、この方法は、従来このような目的のためには使用されなかった二次元の血管造影X線画像に基づいて、信頼性が高く、再現可能で、自動的に生成される大動脈弁閉鎖不全症の定量化を提供する。血管造影画像に基づくAI定量化のための新規な方法は、それが容易に現行の臨床作業の流れに組み込まれると言う効果もある。手術の間に、すでに得られたもの以外の余分の画像は不必要であるので、患者は、付加される如何なるストレス、放射線または付加される手順を受けることは無く、そして医師が、動作テーブルでいかなる画像処理デバイスも付加する必要はない。
【００４４】
図１のフローチャート・ダイアグラムを参照して、本発明の実施態様を、次に、説明する。
【００４５】
分析のために、単一の位置から撮影される、ほぼ３つの心拍をカバーする、血管造影X線画像のシーケンスが、使用される。これらの画像は、左心室、大動脈弁、挿入されるいかなるステントの全体または一部、および大動脈の小部分をカバーする。造影剤は、この分析の第一心拍である開始時に、この大動脈に存在しているべきで、かつ挿入されるべきである。弁閉鎖不全の場合には、この造影剤は、左心室に入るであろう。
【００４６】
図１に示されるフローチャートに基づいて、この分析は、次のステップを進んでいく。
１．関心のあるオブジェクトの輪郭検出
この分析のために、左心室6に属するエリアが、計算される。これは、例えば、図２の輪郭106のような大動脈基部を含む左心室全体、または左心室の中の細領域（例えば、図３ｂの輪郭107における左心室流出路）とすることができる。この入力輪郭106、107は、例えば、非特許文献９に教示されるアルゴリズムによって、自動的に検出させることも、ユーザによって手動で設定させることも可能である。この輪郭は、好ましくは弛緩期位相の心室（図２）を示すフレーム内で、計算されるべきである。
【００４７】
２．参照エリアの検出
この方法は、造影剤の適切な量が、例えば、心臓弁小葉7のすぐ後にある大動脈8の開始点で通常通過する、この画像内の何れかに存在する制御エリアを使用することができる。これは、結果として、図３ａまたは図３ｂにおいて参照番号108で示されるもののような輪郭になることができる。この参照を比較しかつ使用して、この左心室内で測定されたコントラスト強度をスケール変換することが出来る。また、これは、ステップ1に記載のY. jian（非特許文献９）による同じアルゴリズムによって自動的に検出させる、またはユーザによって指示させることができる。
【００４８】
３．時間−密度曲線の計算
時間−密度曲線は、一連の画像（特に、潅流画像）のピクセル明るさの時間変化を表す。正確な定量化のために、これらの曲線（本明細書ではデンシトメトリ曲線とも呼ばれる）は、この心室エリア（ステップ１）および図１２に示される参照エリア（ステップ２）の両方に対して作成されるであろう。
【００４９】
しかし、両方のエリアにおいて焦点となるものが異なるので、これらの曲線が作成される方法は、異なる。この心室において、（心室の動きにより密度曲線計算に負に影響を与えるかもしれず、かつそれらの曲線に望ましくない効果を引き起こすことになる）静的バックグラウンド効果を除去することは、非常に重要である。この参照エリアにおいて、主な目的は、コントラスト注入を検出することで、これは、後述するように、わずかに異なるアプローチを正当化する。
【００５０】
301a.  動きの補正
AI分析を実行するために、図２の左心室6に属するエリアが、画像の実行をする間位置を安定させるべき観点から、より良い。呼吸動作、患者の動き、そして心臓の収縮の全てが、画像の撮像時に左心室および大動脈が動いてしまう原因となる。動き補正は、大動脈8内に存在する静的ランドマーク（例えば、大動脈心臓弁小葉7周辺に挿入されたステント）に集中してなされるであろう。
【００５１】
このランドマークは、非特許文献９に教示されるようなアルゴリズムによって自動的に検出させる、またはユーザによって指示させることができる。
【００５２】
画像の安定化は、動き補正によって達成され、かつ非特許文献１０のような既存のガウス形またはフーリエ自己相関法に基づいてなす（例えば、この結果、撮像された画像の範囲内の各ピクセル位置で一組の変容ベクトルが得られる）ことが出来る。
【００５３】
301b.  ピクセル強度変化のプロトコル補正
時間−密度曲線の作成を開始することが可能となる前に、この画像は前処理させることができる。どの画像処理法も、使用することが出来る一定量の設定／プロトコルを有する。この画像を得るために使用された画像処理法に応じて、プロトコル強度補正を、この画像内に存在させることが出来る。
例えば、X線画像が使用されるときには、いくつかの画像処理プロトコルは、特定のフレームにはコントラストが存在するという事実に応答して、この画像のピクセル強度を変化させることが出来る。コントラストが投与されると、それは、画像において黒い領域として出現する。これに応答して、この画像のピクセル強度は、このコントラストを補償するために変化することができる。これらの強度が変化するので、より多くの詳細を、コントラスト領域において見ることが出来る。しかしながら、このコントラスト領域に属さないピクセル（例えば、バックグラウンド・ピクセル）の強度も、調整される。しかしながら、これらのピクセルの要素は、生理的には変化していない。
ピクセル密度が時間と共に変化することは、投与されたコントラストに関係すると仮定されているので、ピクセル強度のプロトコル調整は、時間−密度曲線に負の影響を与えかつ誤った定量化をもたらす。
これを調整するために、あらゆるフレームの画像デンシトメトリのヒストグラムが、参照画像の画像デンシトメトリのヒストグラムと比較される。この参照画像には、コントラスト注入が開始する前のフレームが選ばれる。図１４から分かるように、プロトコルによるピクセル強度の修正は、このヒストグラムのピークをシフトさせる。この参照ヒストグラムを使用して、あらゆるフレームのピークが、このプロトコル調整を補償するために、シフトバックされる。次いで、この補正されたフレームは、更に計算に使用される。
【００５４】
302.  心室エリアの時間−密度曲線の計算
左心室の中の空間位置は、大動脈弁逆流の重症度を評価するために、心室の中の実際の総強度と同様に重要であるので、（ステップ２の下で規定される）左心室において計算される領域は、いくつかの異なる領域に細分割させることが出来る。このために、この供給された左室輪郭106は、ベース入力として使用される。例えば、この大動脈起始部を含む左心室全体が計算されるときには、この輪郭は、206、306、406によって示される多くの基本的な心室エリア（図３ａ）および全体領域506に細別させることが出来る。これらの心室エリアは、非特許文献１１のような文献に記述される一般の方法に基づいている。
【００５５】
この左心室内の時間密度曲線は、これらの細領域内で、この画像シーケンスを入力データとして使用して得られる予め処理された増補画面から、導出される。血管造影X線画像処理は、投影結像法であるので、この左心室は、例えば、脊髄またはカテーテルのような挿入されたデバイスのX線吸収によるバックグラウンド効果を受ける。この左心室内のコントラスト流体からしか生じない時間密度を計算するために、動き修正を適用する前に、減算を、入力画像シーケンスに実行することは有利であろう。これは、結果としてバックグラウンド効果を大幅に削減することになるであろう。この左心室の細領域内の時間密度の計算は、予め処理された画像シーケンス
【数６】
2015528355.tif 000008
に基づいている。ここで、
【数７】
2015528355.tif 000009
は、フィルム
【数８】
2015528355.tif 000010
からの画像
【数９】
2015528355.tif 000011
であり、
【数１０】
2015528355.tif 000012
は、デンシトメトリ画像を作成する目的で作成されるマスクであり、
【数１１】
2015528355.tif 000013
は、ステップ301aにおいて計算された変容ベクトルを画像に適用する関数であり、
【数１２】
2015528355.tif 000014
は、密度曲線を導出するために用いるこの左心室のための結果として生じる予め処理された画像である。画像の完全なフィルムが利用可能であるので、各画像における各心室領域の合計は、密度曲線の位置を形成するであろう（図１２）。
【００５６】
この画像デンシトメトリ
【数１３】
2015528355.tif 000015
は、例えば、非特許文献１２に開示される公知の方法を用いて計算される。これらのデンシトメトリ画像を作成するために使用されるバックグラウンド・マスク  
【数１４】
2015528355.tif 000016
は、コントラスト注入前の期間、相対的な画像強度を使用して自動的に検出される期間、およびステップ２で検出されたエリアに基づいている。相対的な画像強度は、参照エリアへのコントラスト注入の時点で大幅に変化するので、強度における検出可能なピークまたは平坦域がこの瞬間を形成し、これにより、コントラスト注入前の期間を規定することが可能になる。
ステップ301bに記載されているプロトコル補正は、上で計算された
【数１５】
2015528355.tif 000017
画像シーケンスに適用される。
この心室エリアのための時間−密度曲線が計算されると、この曲線に補正を適用させることができる。介入の間、造影剤を複数のセッションの間に患者に入れることが可能である。このため、以前のセッションの（いくつかの）造影剤が、依然として、患者の脈管系に存在する可能性がある。以前のセッションによる造影剤の絶対量は変化しないが、左心室の容積は変化するので、この画像に存在するコントラスト流体の密度は変化する。これは、図１５から分かるように、この心室エリアの時間−密度曲線において見ることができる。
すでに存在するこの造影剤は、この領域の時間−密度曲線に否定的結果を与える。例えば、この弁閉鎖不全は、実際の場合より激しいように見える。これを説明するために、コントラスト注入の前に、平均波が、このフレームの各時間−密度曲線に対して計算される。この波は、次いで、周期的にこの時間−密度曲線から減算される。
【００５７】
303.  大動脈弁エリアの時間−密度曲線の計算
大動脈領域のこの時間密度曲線は、ステップ２で規定された参照エリアから、この画像シーケンスを入力データとして使用して得られる予め処理された増補画面から、導出される。この参照エリア内に存在するコントラストの量について信頼性が高い密度情報を形成するために、この参照エリアは、心臓および／または呼吸の動きに対して安定することが好ましい。このため、密度を抽出するための減算を実行する前に、動き補正を適用することが出来る。したがって、予め処理された画像は、次のように作成されるであろう:
【数１６】
2015528355.tif 000018
ここで、
【数１７】
2015528355.tif 000019
は、フィルム
【数１８】
2015528355.tif 000020
からの画像
【数１９】
2015528355.tif 000021
であり、
【数２０】
2015528355.tif 000022
は、デンシトメトリ画像を作成する目的で作成されるマスクであり、
【数２１】
2015528355.tif 000023
は、ステップ301aで計算された変容ベクトルを画像に適用する関数、および密度曲線を導出するために用いられるであろう参照エリアに対する結果として生じる画像である。利用可能な画像の完全なフィルムが存在するので、各画像における参照エリアの合計は、密度曲線（図１２）上にポイントを形成するであろう。
【００５８】
この画像デンシトメトリ
【数２２】
2015528355.tif 000024
は、例えば、非特許文献１２に開示される公知の方法を使用して計算される。これらのデンシトメトリ画像を作成するために用いられるバックグラウンド・マスク
【数２３】
2015528355.tif 000025
は、ステップ302で説明したものと同じ方法を使用して作成される。
ステップ301bで説明したプロトコルの補正は、上で計算された画像シーケンス
【数２４】
2015528355.tif 000026
に適用される。
【００５９】
４．AI分類
この分析は、例えば、以下のパラメータに基づく:
−左心室の弁閉鎖不全噴射ストリームの浸透；この造影剤がどの程度遠くまで届くかの示徴。
−左心室に造影剤が存在する時間長。
−左心室の造影剤の量。
−強度曲線の峻度；造影剤が左心室を広がる速度。
−心拍の間のコントラストの変化。
−大動脈弁エリアの時間密度における期間コントラストの減衰。
【００６０】
このAI定量化のための入力は、概して、予め処理された画像とステップ３で説明したこれらの画像から導出された時間−密度曲線の２つのシーケンスである。
【００６１】
これらの測定は、この制御コントラスト・エリアを考慮することによって、加えられたコントラストの量の違いに対して、スケール変換される。この時間密度曲線（図１２）では、心臓の収縮が谷を生じさせ、心臓の緩和がピークを生じさせ、これらが共同して心臓の１回の心拍を形成するので、グラフのピークおよび谷を見出すことによって、心拍は検出される。画像ランにおける画像獲得の間の時間と共に心拍数を考慮することにより、またはこれらの何れもが利用できる場合、リンクされた心拍記録装置を使用することによって、この検出は、さらに、強化される。
【００６２】
例えば、左心室全体が計算されるときには、噴射ストリームの浸透が、時間に対するデンシトメトリ値と左心室の異なるエリアの心拍を比較することによって、測定される。心臓弁から遠く離れているエリア（したがって、図３ａの領域406のような心尖部により近いエリア）は、デンシトメトリのレベルが減少していることを示すであろう（図４の矢印を参照：曲線401は、低くかつ心尖部により近いエリアに関係し、曲線402は、高くかつ心臓弁に近いエリアに関係する）。左心室の心尖部（図３ａの領域406）に近いデンシトメトリレベルが高い（心尖部に近いエリアに関係する図５の曲線502が、図３ａの心臓弁領域206に近いエリアに関係する曲線501とデンシトメトリで同程度に高い）場合には、これは、定量化を弁閉鎖不全の重篤なレベルの方にシフトさせるのに対し、通常のバックグラウンド・レベルに比較して明確な密度増加が存在しない場合には、定量化を弁閉鎖不全がより軽度であるケースにシフトさせる。
【００６３】
左心室に造影剤が存在する持続時間は、画像シーケンスの異なる画成エリアにおけるデンシトメトリの時間分析により測定される（図１２に示される具体例では、曲線1202は心臓弁の近くのエリアに関係し、曲線1203は中間領域としてのエリアに関係し、曲線1204は心尖部に近いエリアに関係し、曲線1201は参照エリアに関係する）。心拍の間コントラストの高い総計が、残存する場合、左心室から流れる去る血液が不十分であるので（図６に、造影剤の蓄積が、このデータにフィットする増加傾向ライン601によって示されている）、弁閉鎖不全の重症度はより高くなる。有意な強度が、コントラストの注入後第一収縮期の心臓位相の後に、残存していない場合には、これは、弁閉鎖不全（図７に示されるコントラストの大きいウォシュアウト）をほとんどまたは全く示さないであろう。高水準のコントラストが、コントラスト注入の後の３つ以上の心拍に対して残存している場合には、これは、分類を高水準にシフトさせる。中間のケースは、中間の重症度レベルを示すであろう。このステップの最初に説明したように、心拍は自動的に検出され、そしてこの時間密度曲線の積分および部分積分ならび参照エリアと比較する複数の心拍の後に存在するコントラストの比較は、このパラメータを定量化するために使用される。
【００６４】
ステップ302でなされた補正の後、左心室に存在する造影剤の総量は、この左心室エリアおよびこの制御エリアの最大デンシトメトリの結合された最大強度に、直接、関連する。これらが大体類似している場合、これは、弁閉鎖不全の重篤症例を示す（図８の参照グラフ802は、心室グラフ801に非常に類似している）。健康状態では、全てが心臓弁によって収容されるので、造影剤は、全くこの心室に存在すべきではない（心室のグラフ902が参照グラフ901におけるコントラストの増大にほとんど反応を示さない図９に図示されるように、軽症の弁閉鎖不全は、僅かな効果しか示さないもしれない）。これら両極端の間の全てのケースは、ここでも、心拍積分と、制御エリアと比較して心室エリアの完全な曲線についての積分との比較を使用して、デンシトメトリに従ってスケール変換される。
【００６５】
この造影剤が左心室の中を広がる速度は、時間密度曲線の中でデンシトメトリ（デンシトメトリ曲線の峻度）の変化の速度を分析することにより測定される。この時間−密度曲線は、（デンシトメトリ最大値前の）上行するデンシトメトリ部分と下降するデンシトメトリ部分の２つの重要な部分を有する。この上行するデンシトメトリ部分の急峻な曲線は、高い弁閉鎖不全の定量化を示し、この下行するデンシトメトリ部分の急峻な曲線は、低い弁閉鎖不全の定量化を示す。図１０は、急峻に下行するデンシトメトリ1001と共に、ゆるやかに上行するデンシトメトリ曲線1002を例示する。両方の峻度ファクタは、最終的な定量化において重みづけされる。  
【００６６】
１回の心拍の間のエリアの造影剤の変化は、弁閉鎖不全のより詳細な観点を与える。デンシトメトリの数値の下端は一般の流出を示し、コントラストの大きい流入は、コントラストの大きい流出によって補償される場合には、悪いものではないかもしれない。図１１は、より大きい流出によって補償される大きい流入を例示する。具体的には、ここで考察されるパラメータは、心拍の間のコントラストの一般の増加及び低下、並びに部分積分（この積分は心拍の開始時のデンシトメトリをベースレベルとする）を含む。
【００６７】
この時間密度曲線のコントラスト流体の期間コントラストの減衰は、弁閉鎖不全がある場合の洞察を提供する。弁閉鎖不全が存在するときのみ、大動脈からの時間−密度曲線が、コントラスト流体の期間減衰を示す。さらにまた、大動脈弁逆流症の場合には、左心室の中に周期信号が存在する。
【００６８】
従って、少なくともこの大動脈時間−密度曲線に、高速フーリエ変換が、計算される。時間密度当たり、この心臓周期に対応する周波数のこの複雑な大きさは、非特許文献１３に説明されている、コンポジット台形の方法を使用する積分を計算することによって、計算される。
【００６９】
この完全な定量化は、上記の値を重み付けし、かつ出力として定量的弁閉鎖不全パラメータを生成する。
【００７０】
図１３は、図１２に示されるこれらの結果を左心室に関係するその空間位置と結合させる、この左心室の中の弁閉鎖不全が2Dカラーマップによって視覚化される具体例を、示す。事実、この逆流性の流れは、この時間強度曲線および／またはこのような時間強度曲線に関係するパラメータにより得られるカラーマップによって視覚化させることができる。これは、例えば、この左心室の中の各ピクセル内で、この参照にスケール変換される時間密度曲線の積分を計算することによって達成させることができる。ここに挙げた具体例では、基礎領域は、この左心室の先端方の領域と比較してより多くの弁閉鎖不全を示す。現在の本発明の方法の成果を提示するこの方法は、非常に強力である。逆流マップは、事実、例えば、異なる画像診断法から得られた画像のような（したがって、機能不全の即時の概要を提供する）から取得した、登録されているまたは登録されていない、例えば、不透明度を変化させることによって、入力画像または関連した画像と共に、重ねて、表示させることができる。逆流マップは、例えば、参照に縮尺変更された時間密度曲線の全体の積分として、または、動的に、例えば、見られているフレームに関する時間密度曲線の下位積分を表示することによって、静的に提示させることができる。カラーマップとして時間−密度曲線を表すこと、いかなるパラメータの決定とも、したがって、機能不全の本発明による数値的示徴とも、独立して、明らかに、達成させることができる。
【図１】
2015528355.tif 000027
【図２】
2015528355.tif 000028
【図３ａ】
2015528355.tif 000029
【図３ｂ】
2015528355.tif 000030
【図４】
2015528355.tif 000031
【図５】
2015528355.tif 000032
【図６】
2015528355.tif 000033
【図７】
2015528355.tif 000034
【図８】
2015528355.tif 000035
【図９】
2015528355.tif 000036
【図１０】
2015528355.tif 000037
【図１１】
2015528355.tif 000038
【図１３】
2015528355.tif 000039
【図１４】
2015528355.tif 000040
【図１２】
2015528355.tif 000041
【図１５】
2015528355.tif 000042
【国際調査報告】
2015528355.tif 000043
2015528355.tif 000044
2015528355.tif 000045
2015528355.tif 000046