(57)【要約】【課題】  造影ＭＲＩにおける心筋梗塞領域の判定は、医師による視覚的評価が従来から一般的に行われているが、画像評価に時間がかかり、判定医により結果がばらつく問題がある。そこで、心筋造影ＭＲＩにおける梗塞心筋領域を定量的に解析・表示する、客観的な心筋梗塞評価法を提供することが本発明の課題である。【解決手段】  ＭＲＩ心筋画像に、Ｖ−フィルター処理および微分化並びに細線化処理を行って心筋梗塞画像を構築し、該画像から心筋梗塞範囲と心筋生存度を求め、更に、梗塞心筋の厚みと生存心筋の厚み、及び、梗塞心筋の内膜側と外膜側における心筋梗塞占有率を極座標表示することによって課題が達成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴造影剤を用いた心電図同期磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）を用いて心筋梗塞の範囲と心筋生存度を判定する方法において、ＭＲＩ心筋画像に、Ｖａｒｉａｎｃｅ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｆｉｌｔｅｒ（Ｖ−フィルター）処理を行う手段と、該Ｖ−フィルター処理後の画像に微分処理および細線化処理を行って心筋梗塞画像を構築し、心筋梗塞領域と心筋生存度を決定する手段とを備えていることを特徴とする心筋画像処理方法。
【請求項２】
心筋の各セグメントにおいて前記心筋梗塞領域と心筋生存度を求め、心尖部を中心に心基部を外周に配置し、側壁から分割した角度毎に同心円状に梗塞心筋の厚みと生存心筋の厚みを表示する手段と、梗塞心筋の内膜側と外膜側における心筋梗塞占有率を極座標表示する手段とを備えていることを特徴とする、心筋梗塞領域と心筋生存度の定量評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気共鳴造影剤を被検体に注入して造影遅延相における磁気共鳴撮影を行い、この撮影によって得られた画像から心筋内の梗塞範囲を自動的に求め、心筋内の梗塞範囲と心筋生存度を反映した結果を数値やイメージとして表示する、心筋梗塞患者における心筋生存度の定量化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
虚血性心疾患は欧米において死因の第一位を占めており、日本においても年間７万人が虚血性心疾患のために死亡している。心筋梗塞は心筋に酸素を供給する冠動脈の閉塞ないし高度狭窄のために心筋が壊死を来たす疾患である。急性期心筋梗塞の症例では、不可逆的な壊死を来たした梗塞心筋領域と、生存しているが高度の血流低下のため収縮できない虚血心筋領域はいずれも心筋壁運動低下を示すため、心エコー法や心血管造影法で心筋壁の動きを観察しても両者を区別することはできない。梗塞心筋領域は不可逆的な壊死を来たしているため、冠動脈血行再建術を行っても治療効果は得られないが、虚血心筋領域は冠動脈血行再建術による壁運動機能の改善が期待できるため、両者を正確に区別することは適切な治療を行う上で非常に重要である。
【０００３】
このように、心筋梗塞患者の診療において、梗塞心筋の位置と広がりを正確に評価することは極めて重要である。これまで、心筋梗塞の画像診断法としては核医学検査が主に用いられ、タリウムやテクネシウム製剤による心筋血流シンチグラフィでは梗塞病変が欠損として認められる。しかし、核医学的手法では空間分解能の限界から、内膜下梗塞の診断や梗塞病変の壁内における広がりを正確に評価することは困難である。心臓の心電図同期磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）は空間解像度に優れ、心筋梗塞の存在と心筋壁内での広がりを正確に予測できる（例えば非特許文献１を参照）。
【０００４】
【非特許文献１】Hajime Sakuma, et al, 「Acute Myocardial Infarction: Myocardial Viability Assessment in Patients Early Thereafter-Comparison of Contrast-enhanced MR Imaging with Resting TI SPECT」, Radiology, January 2003, Vol.226,Number1, pp138-144
【０００５】
造影ＭＲＩにおいて梗塞心筋が高信号を示すことは、１９８０年代から良く知られていたが、従来の心電図同期スピンエコー法による心筋造影ＭＲＩは画質が不十分であり、梗塞心筋の分布を正確に捉えることはできなかった。最近になって、インバージョン・リカバリ法を用いた遅延造影ＭＲＩが開発され、心筋造影ＭＲＩの画質が飛躍的に向上し、正常心筋と梗塞心筋を明瞭に区別できるようになった（特許文献１参照）。遅延造影ＭＲＩでは急性期から慢性期までの梗塞病変が高信号領域として明瞭に描出され、内膜梗塞や乳頭筋梗塞，右室梗塞も容易に診断できる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２４６３７号公報
【０００７】
梗塞心筋では心筋細胞の壊死や細胞膜障害に伴って磁気共鳴コントラスト造影剤が分布する細胞外液分画が増加し、完全な壊死領域では１００％に近くなる。この結果、梗塞領域の造影剤濃度は正常心筋の数倍以上となり、遅延造影ＭＲＩにおいて明瞭な高信号を示すようになる。線維化を示す慢性期梗塞も、心筋細胞成分が減少し細胞外液成分が相対的に増加するため、やはり高信号を示す。
【０００８】
遅延造影における高信号領域は，ＴＴＣ染色による病理学的梗塞心筋の分布とよく一致することが示されている。ＭＲＩは空間解像度が高いために心筋の内膜縁と外膜縁も明瞭に描出され、遅延造影を示さない生存心筋の厚さから心筋生存能の診断が可能となる上に、負荷検査を必要とせず、検査に必要な時間も短いため、ルーチン検査法として臨床利用できる。心筋梗塞の範囲と心筋生存能の診断における造影ＭＲＩの有効性については、エビデンスの蓄積も最近かなり進みつつあり、全心筋容積に対する梗塞心筋容積の割合（梗塞占有率）は治療方針を決定する上で非常に有用な指標となるとされている。
【０００９】
しかし現状では、造影ＭＲＩにおける心筋梗塞領域の判定は医師による視覚的評価によって行われており、画像評価に時間がかかり、判定医により結果がばらつく問題が指摘されている。このため、心筋造影ＭＲＩにおける梗塞心筋領域を定量的に解析・表示する、客観的な心筋梗塞評価法の開発が強く望まれていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これまで、造影ＭＲＩによる心筋梗塞の範囲の決定と心筋生存度の判定では、視覚的評価が用いられてきた。心筋を多数のセグメントに等分割し、造影効果を示す梗塞心筋と造影効果を示さない生存心筋を合わせた心筋全体の厚さに対する造影効果を示す梗塞心筋の厚さの比（％）を各セグメント毎に視覚的に判断し、この比が５０％を超えていれば治療を行っても効果は期待できず、この比が小さければ冠動脈血行再建の治療適応になることが示されている。
【００１１】
しかし、従来の方法は視覚的判定に基づいているため、判定者の経験度や技量の影響を強く受け、画像を表示する際の閾値（ウィンドウ・レベル）設定によっても結果は変動する可能性がある。さらに、視覚的判定法では、心筋全体に占める梗塞心筋の割合や、梗塞心筋の重量などの定量的指標を得ることは難しい。一定の閾値を設定し、信号強度がその閾値を上回る領域を梗塞心筋領域と判定とする学会発表もみられるが、閾値の設定によって梗塞領域の範囲が大幅に変動する欠点がある。また、梗塞領域の心筋内膜側から外膜側へ及ぶ範囲を効果的に定量表示する方法はこれまで開発されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題を解決するために、本発明者らは、心筋画像処理方法および心筋梗塞領域と心筋生存度の定量的評価方法に関する検討を行い、本発明に到達した。具体的には、磁気共鳴造影剤を用いた心電図同期磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）の心筋スライス毎の画像に、Ｖａｒｉａｎｃｅ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｆｉｌｔｅｒ（以下、Ｖ−フィルターと記述する。）処理を行う手段と、該Ｖ−フィルター処理後の画像に微分処理および細線化処理を行って心筋梗塞画像を構築し、心筋梗塞領域と心筋生存度を決定する手段とを備えていることを特徴とする心筋画像処理方法に関わる。
【００１３】
更に、心筋の各セグメントにおいて前記心筋梗塞領域と心筋生存度を求め、心尖部を中心に心基部を外周に配置し、側壁から分割した角度毎に同心円状に梗塞心筋の厚みと生存心筋の厚みを表示する手段と、梗塞心筋の内膜側と外膜側における心筋梗塞占有率を極座標表示する手段とを備えていることを特徴とする、心筋梗塞領域と心筋生存度の定量評価方法に関わる。
【発明の効果】
【００１４】
上記の本発明に係る心筋梗塞の範囲を同定し心筋生存度を定量的に判定する方法は、心筋梗塞の範囲と生存心筋の範囲を、観察者が閾値等を設定することなく、自動的に設定することが可能となった。さらに、心筋梗塞と生存心筋の厚みと、それらが心筋壁厚に占める割合を定量的に計測し、梗塞領域の心筋内膜側から外膜側へ及ぶ範囲を効果的に定量表示し、心筋梗塞患者における心筋生存能の判定を行うことが可能となり、精確性と客観性が改良された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明に係る心筋梗塞範囲と心筋生存度の定量的評価方法の、実施の形態について図を参照して説明する。ところで、本発明に係る定量的評価方法は、Ｔ１短縮効果を有し細胞外液に分布する磁気共鳴造影コントラスト剤を静脈投与し、造影剤が細胞外液まで十分に分布した後に、インバージョン・リカバリ法やサチュレーション・リカバリ法などのＴ１強調効果を有する磁気共鳴画像撮影法を用いて得られた心筋の造影ＭＲＩを対象とするものである。
【００１６】
最初に、心筋の造影ＭＲＩにおいて心筋梗塞の範囲を定量的に解析する方法について説明する（図１参照）。造影ＭＲＩにおいて左室ないし右室の心筋壁の内膜縁と外膜縁を検出し、心筋領域全体の関心領域（ＲＯＩ）を設定する。次に、生存心筋と高信号を示す梗塞心筋の境界を定量的に自動抽出するために、Ｖ−フィルター処理を行う。
【００１７】
Ｖ−フィルターは境界を保存したまま平滑化を行うフィルターであり、図３に示すように注目画素の近傍を４領域に分割し、各領域において平均、分散を算出する。分散が最小となる領域を選択し、その平均値を注目画素に代入する。境界の両側では選択領域の切換えが明確に行われるので鋭い境界を得ることができる。Ｖ−フィルター処理を行うことにより雑音を除去し、境界が強調され、輪郭抽出が容易となる。さらに、Ｖ−フィルター処理により、後述する微分処理時の閾値の設定が多少変動しても、画像変化が少なくなる特長を有する。
【００１８】
Ｖ−フィルター処理を行った画像には、正常心筋と壊死心筋の境界を検出するために微分処理を行う。心筋の造影ＭＲＩにおける梗塞心筋と正常心筋の輪郭は画像の信号強度が変化する部分であり、信号の変化を抽出する微分演算が輪郭抽出に使用される。画像に対して１次微分を求めるため、数式１および２に示すＳｏｂｅｌの微分オペレータを用いてｘ方向、ｙ方向の微分値を算出する。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
【数２】
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【００２１】
ここでｆｘをｘ方向の微分値、ｆｙをｙ方向の微分値とする。両方向の微分値を求めた後、数式３によりｘ、ｙ方向を合成した微分値ｆｘｙを算出する。画像の各画素についてｆｘｙを算出し、微分画像を作成する。微分オペレータは合計すると０となり、平坦な領域では出力は０となる。従って、信号変化のある領域、つまり輪郭領域が描出される。
【００２２】
【数３】
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【００２３】
次に、微分処理後の画像閾値処理により２値画像とし輪郭抽出を行う。輪郭抽出を行う場合、得られた輪郭は１画素幅ではないので、細線化処理により１画素幅の輪郭を作成する。図４に示す８パターンのいずれかと一致する場合、注目画素を削除する。この処理を図３のパターンと一致する画素がなくなるまで繰り返すことにより、複数画素幅を有する領域を外側から削除していき、１画素幅の輪郭を作成する。
【００２４】
次に、心筋全体をカバーする複数スライスの造影ＭＲＩに対して、前記の方法によって決定された梗塞心筋と生存心筋の壁内分布を効果的に表示し、内膜側から外膜側へ心筋梗塞の広がりを描出する方法について図２を参照しながら説明する。
【００２５】
遅延造影ＭＲＩに対する前記の方法によって算出された梗塞心筋は、極座標表示することによって一枚の画像上に表示することができる。心筋梗塞の極座標表示は、心筋全体の心筋梗塞の分布を一度に評価できるだけでなく、冠動脈との対応が容易であるという利点を有する。
【００２６】
心筋梗塞病変を心筋血流欠損として極座標表示する方法は核医学で用いられているが、ＭＲＩは空間分解能が高いため、核医学では困難であった内膜側と外膜側の心筋における梗塞領域を分離して評価することができる。心筋梗塞は内膜側に起こりやすく、梗塞の程度が高くなると外膜側へと広がる。心筋梗塞が内膜下に止まっている場合には、外膜側の心筋が生存しているため、冠動脈血行再建術などの治療によって、心機能の改善を期待できる。
【００２７】
一方、心筋梗塞が内膜側だけでなく外膜側まで広がっている場合には、生存心筋がわずかしか残存していないため、冠動脈血行再建術などの治療効果を期待できない。このため、心筋壁内における梗塞心筋の範囲を臨床医が精確かつ容易に認識できるような表示方法は、心筋梗塞の診断上大きな利点を有する。また、心筋梗塞患者における梗塞心筋の総量と生存心筋の総量を造影ＭＲＩ画像から定量的に表示することは、治療による左室全体の心機能の改善効果を予測する上で重要な情報となる。
【００２８】
本発明者等は、心筋梗塞の分布と、梗塞心筋の心筋内膜側から外膜側への広がりを定量的、総合的に表示する方法を発明した。すなわち、梗塞領域をＶ−フィルターと微分処理、細線化処理を用いて決定した後、各スライスの左心室内腔中央に設定した点を中心点として、左心室心筋領域の側壁が０度となるように任意の角度で分割し（例えば１０°毎）、各角度における心筋領域に対する梗塞領域内の面積を算出し、梗塞占有率を算出する。
【００２９】
この処理を心尖部から心基部までの各スライスについて行い、心筋各領域における梗塞占有率を極座標表示する。次に、左室の中心より放射状にスキャンを行い、各角度において中心から内膜、外膜側ＲＯＩまでの各距離を算出し、両距離の中間点を求めた。得られた各角度の中間点を用いて心筋を心内膜、外膜側に分割した後、各領域の占有率を算出し、心内膜・外膜側の梗塞占有率の極座標表示マップを作成する。更に、心筋全体における梗塞心筋量と生存心筋量とそれぞれの割合（％）、内膜側心筋と外膜側心筋における梗塞心筋量と生存心筋量と各々の割合（％）を表示する。
【実施例】
【００３０】
男性９名、女性５名の計１４症例を対象として遅延造影ＭＲＩを施行し、検討を行った。
ＭＲＩ装置としてＧＥ社製 １．５Ｔ 心臓用高速ＭＲ装置（ＣＶ／ｉ）およびＧＥ社製心臓用フェーズドアレイコイルを用い、Ｇｄ−ＤＴＰＡ（0.1-0.15mmol/kg）を静脈注射後、１５分以上経過後に呼吸停止下で撮像を行った。撮像シーケンスにはインバージョン・リカバリー法(TR=5.3msec, TE=1.3msec, TI=200-250ms)を使用し、スライス厚１０ｍｍ、有効視野３４ｃｍ×３４ｃｍにて撮像を行った。
【００３１】
左室心筋の内膜縁と外膜縁を同定し、心筋領域に関心領域（ＲＯＩ）を設定した後、梗塞領域の辺縁を自動検出するためにＶ−フィルター処理を行い、さらに微分、細線化処理を行うことにより梗塞領域の輪郭を検出した（図１参照）。梗塞領域決定後、設定したＲＯＩ内を１０°毎に分割し、各角度における心筋領域に対する梗塞領域内の面積を算出し、梗塞占有率を算出した（図２）。この処理を心尖部から心基部までの各スライスについて行い、心筋各領域における梗塞占有率を極座標表示した。また左室の中心より放射状にスキャンを行い、各角度において中心から内膜、外膜側ＲＯＩまでの各距離を算出し、両距離の中間点を求めた。得られた各角度の中間点を用いて心筋を心内膜、外膜側に分割した後、各領域の占有率を算出し、心内膜・外膜側の梗塞占有率の極座標表示マップを作成した。
【００３２】
＜症例１＞
図５に発症後６日の下壁梗塞・再灌流治療後の症例における処理結果を示す。全心筋に対する梗塞占有率を示す極座標表示マップでは、梗塞領域が下壁に分布していることが明確に認められる。梗塞占有率は全心筋領域において１３．９％、心内膜側では２０．９％および外膜側では７．９％であった。心内膜および外膜側の梗塞占有率の極座標表示マップをみると、下壁の梗塞領域は主に内膜側に分布し、外膜側心筋における梗塞占有率は７．９％と比較的低く、下壁の心筋生存能は比較的保たれていることが分かる。
【００３３】
なお、ＭＲＩ画像から心筋梗塞占有率を求める場合の、従来法（閾値法）と本法（Ｖ−フィルター処理法）を用いた場合の結果に与える影響について述べる。図６に示すように、本法は、従来法（閾値法）に比べ、閾値の設定値による影響を殆ど受けることなく、梗塞占有率を求めることができ、精確性に優れている。
【００３４】
＜症例２＞
図７に発症後７日の下壁梗塞の症例における処理結果を示す。この症例における梗塞占有率は全心筋領域において２７．７％、心内膜側では３０．７％および外膜側では２４．７％であった。本症例は、図５の症例と同じ下壁梗塞を有するが、心内膜および外膜側の梗塞占有率の極座標表示マップでは、心筋梗塞の範囲が下壁の外膜側まで及んでおり、下壁の心筋生存能はすでに失われており、冠動脈血行再建術などの治療の効果はあまり期待できないことが分かる。
【００３５】
他の症例においても、梗塞占有率の局座標表示マップを作成することにより、心筋梗塞の分布と壁内における広がりが明瞭に示され、心筋梗塞患者の診断と治療方針の決定における本法の有用性が確認された。
【００３６】
＜まとめ＞
本法では心筋の内膜側と外膜側の辺縁をトレースすれば、その後の梗塞心筋領域の検出処理は自動化されている。このため梗塞心筋の範囲や梗塞占有率を算出も、従来の視覚的な診断のように読影者に依存せず、定量的な解析が可能となった。また左室心筋領域を心内膜・外膜側に分割して処理を行うことにより、梗塞領域の分布をより詳細に評価し、治療方針の決定に直接結びつく定量的画像を提示することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】遅延造影ＭＲＩにおける梗塞領域の定量的解析のための処理の流れを示す図である。
【図２】心筋各領域における梗塞画像と梗塞範囲（梗塞占有率）を示す図である。
【図３】Ｖ−フィルター処理における注目画素の近傍４領域を示す図である。
【図４】細線化処理において注目画素を削除する８パターンを示す図である。
【図５】症例１における梗塞占有率を示す図である。
【図６】梗塞占有率に与える閾値の影響について、本法（Ｖ−フィルター法）と従来法（閾値法）の比較を示す図である。
【図７】症例２における梗塞占有率を示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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