(57)【要約】【課題】画像ベースで生理学的にモニタリングするためのシステムおよび方法において、新規のシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】心機能データを取得すべき心臓を通る面を選択し、選択された該面から２次元画像を取得し、複数のビームを該画像に、心室の中心を通って投射し、該ビームの各ポイントに沿って画像強度をサンプリングし、画像強度を計算して、該ビームそれぞれに沿った画像強度を時間に依存してプロットできる時間的な測定結果の系列を形成する方法によって解決される。【選択図】図５
2007160108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心機能をリアルタイムでモニタリングする方法において、
心機能データを取得すべき心臓を通る面を選択するステップと、
選択された該面から２次元画像を取得し、ここでは該画像は、２Ｄ格子上のポイントのドメインで定義された複数の強度を含むステップと、
該心臓の心室の中心を選択するステップと、
複数のビームを該画像に、該心室の中心を通って投射し、ここでは各ビームは、該画像において実質的に同一直線上のポイントのサブセットを含むステップと、
該ビームの各ポイントに沿って画像強度をサンプリングするステップと、
２次元画像を取得する該ステップと、複数の仮想的なビームを該画像に投射するステップとを繰り返し、画像強度を計算して、該ビームそれぞれに沿った画像強度を時間に依存してプロットできる時間的な測定結果の系列を形成するステップ
とを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ビームそれぞれに沿ったサンプリングされたポイント間で、付加的な強度を線形補間する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記複数のビームから心内膜輪郭を検出する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記心内膜輪郭を、水平方向１Ｄキャニーフィルタを使用して検出する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記心内膜輪郭を、前記画像によって決定される外部の制約的な力と該心内膜輪郭の形状に依存する内部の制約的な力との重みづけされた和であるエネルギーを低減するアクティブな輪郭モデルを使用して検出する、請求項３記載の方法。
【請求項６】
検出された前記心内膜輪郭間の間隔を計算し、
各投射ビームにおける時間に依存する最大間隔を拡張終期（ＥＤ）直径とし、最小間隔を収縮終期（ＥＳ）直径とする、請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記心内膜輪郭のポイントによって成された領域から心室面積を計算し、
（ＥＤＶ−ＥＳＶ）／ＥＤＶから駆出分画を計算し、
ここで、ＥＤＶは拡張終期の心室面積であり、ＥＳＶは収縮終期の心室面積である、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記心室は左心室である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記複数のビームから心外膜輪郭を検出し、
心臓壁厚さを時間に依存して、前記心内膜輪郭と該心外膜輪郭とから計算する、請求項３記載の方法。
【請求項１０】
前記ビームそれぞれに沿った画像強度時間曲線を使用して、時間経過に伴う生理学的パラメータの値の変化を検出し、
値の変化の検出は、臨床関連の変化閾値を選択することと、所定数の先行の心拍にわたる該パラメータ値の現時点での平均を維持することと、各心拍ごとのパラメータ値と該現時点での平均値または該パラメータのベースライン値と比較することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
取得された前記画像は、診断目的で取得された画像を含む画像系列の一部である、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
心機能をリアルタイムでモニタリングする方法において、
心臓イメージングデータを取得すべき心臓を通る複数の面を定義するステップと、
選択された該面から２次元画像の系列を取得し、ここでは各画像は、２Ｄ格子上のポイントのドメインで定義された複数の強度を含むステップと、
該画像の系列のうち、心機能をモニタリングするためのイメージングデータを供給するための１つまたは複数を選択し、残った未選択の画像を診断用に適合するステップと、
選択された該面から２次元画像の系列を取得する該ステップと、該系列から、心機能をモニタリングするための１つまたは複数を選択するステップとを繰り返し、ここでは画像の時系列を、心機能をモニタリングするための画像と診断用の画像とから交互に得るステップ
とを有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
各モニタリング画像ごとに、前記心臓の心室の中心を選択し、
複数のビームを該画像に、該心室の中心を通って投射し、
各ビームは、該画像において実質的に同一直線上にあるポイントのサブセットを含み、
該ビームの各ポイントに沿った画像強度をサンプリングして、該ビームそれぞれに沿った画像強度を時間に依存してプロットできる時間的な測定結果の系列を形成する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
ｎ番目ごとの画像を、心機能をモニタリングするために選択する、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記画像強度時間特性を、造影剤の静脈内適用後の所定の期間にわたって分析する、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記画像は、磁気共鳴（ＭＲ）位相画像であり、
速度で符号化されたＭＲ位相を、時間に依存してプロットし、
位相‐時間曲線から機能パラメータを導出し、ここでは、時間対ピーク流量、逆流量の割合およびピーク流速のうち１つまたは複数が含まれる、請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
各位相画像は、組織のカラムから測定結果を導出するためのペンシルビーム２Ｄ高周波励振を使用して作成された１Ｄ画像である、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記位相画像は、速度符号化されたＭＲ画像から作成された２Ｄ画像である、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
コンピュータによって実行可能な命令のプログラムを実行する、コンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置であって、
該命令は、心機能をリアルタイムでモニタリングする方法のステップを実施するための命令である形式のものにおいて、
該方法は、
心機能データを取得すべき心臓を通る面を選択するステップと、
選択された該面から２次元画像を取得し、ここでは該画像は、２Ｄ格子上のポイントのドメインで定義された複数の強度を含むステップと、
該心臓の心室の中心を選択するステップと、
複数のビームを該画像に、該心室の中心を通って投射し、ここでは各ビームは、該画像において実質的に同一直線上のポイントのサブセットを含むステップと、
該ビームの各ポイントに沿って画像強度をサンプリングするステップと、
２次元画像を取得する該ステップと、複数の仮想的なビームを該画像に投射するステップとを繰り返し、画像強度を計算して、該ビームそれぞれに沿った画像強度を時間に依存してプロットできる時間的な測定結果の系列を得るステップ
とを有することを特徴とする、コンピュータ読み出し可能なプログラム記憶装置。
【請求項２０】
前記方法では、前記ビームそれぞれに沿ったサンプリングされたポイント間で、付加的な強度を線形補間する、請求項１９記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項２１】
前記方法では、前記複数のビームから心内膜輪郭を検出する、請求項１９記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項２２】
前記心内膜輪郭は、水平方向１Ｄキャニーフィルタを使用して検出される、請求項２１記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項２３】
前記心内膜輪郭は、前記画像によって決定される外部の制約的な力と該心内膜輪郭の形状に依存する内部の制約的な力との重みづけされた和であるエネルギーを低減するアクティブな輪郭モデルを使用して検出される、請求項２１記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項２４】
前記方法では、検出された前記心内膜輪郭間の間隔を計算し、
各投射ビームにおける時間に依存する最大間隔を拡張終期（ＥＤ）直径とし、最小間隔を収縮終期（ＥＳ）直径とする、請求項２１記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項２５】
前記方法では、前記心内膜輪郭のポイントによって成された領域から心室面積を計算し、
（ＥＤＶ−ＥＳＶ）／ＥＤＶから駆出分画を計算し、
ここで、ＥＤＶは拡張終期の心室面積であり、ＥＳＶは収縮終期の心室面積である、請求項２４記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項２６】
前記心室は左心室である、請求項２５記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項２７】
前記方法では、前記複数のビームから心外膜輪郭を検出し、
心臓壁厚さを時間に依存して、前記心内膜輪郭と該心外膜輪郭とから計算する、請求項２１記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項２８】
前記方法では、前記ビームそれぞれに沿った画像強度時間曲線を使用して、時間経過に伴う生理学的パラメータの値の変化を検出し、
値の変化の検出は、臨床関連の変化閾値を選択することと、所定数の先行の心拍にわたる該パラメータ値の現時点での平均を維持することと、各心拍ごとのパラメータ値と該現時点での平均値または該パラメータのベースライン値と比較することを含む、請求項１９記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項２９】
取得された前記画像は、診断目的で取得された画像を含む画像系列の一部である、請求項１９記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項３０】
前記方法では、前記画像強度時間特性を、造影剤の静脈内適用後の所定の期間にわたって分析する、請求項１９記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項３１】
前記方法では、前記画像は磁気共鳴（ＭＲ）位相画像であり、
速度で符号化されたＭＲ位相を、時間に依存してプロットし、
位相‐時間曲線から機能パラメータを導出し、ここでは、時間対ピーク流量、逆流量の割合およびピーク流速のうち１つまたは複数が含まれる、請求項１９記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項３２】
各位相画像は、組織のカラムから測定結果を導出するためのペンシルビーム２Ｄ高周波励振を使用して作成された１Ｄ画像である、請求項３１記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【請求項３３】
前記位相画像は、速度符号化されたＭＲ画像から作成された２Ｄ画像である、請求項３１記載のコンピュータ読み出し可能プログラム記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００５年１２月１２日に提出されたLorenz, et al.による米国仮出願番号６０／７４８５５８の『Image Based Physiological Monitoring of Cardiovascular Function』の優先権を請求するものである。該文献の内容は、参照によって本願の開示内容に含まれるものとする。
【０００２】
本発明は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）を使用し、ストレス検査または介入的な循環系のプロシージャをガイドまたは実施するために使用されるイメージングによってインターリーブすることにより実施される、心機能のリアルタイムのモニタリングに関する。
【背景技術】
【０００３】
ドブタミンストレス検査中またはＭＲガイドによる介入中に生じた虚血性の変化の心電図（ＥＣＧ）をモニタリングすることは、ＭＲ環境では電磁流体学的な作用のために不可能である。このような作用が生じる理由は、静磁場が存在する状況で身体を流れる血液中のイオンが、それ自体の電圧を生成することにある。患者がこの静磁場内にある場合、このような付加的な電圧はＥＣＧに加わり、ひずみを引き起こす。しかし、ＭＲガイドによる循環系の介入的なプロシージャまたはストレス検査中に、心機能を可能性のある虚血性の変化または同期不全に関してモニタリングしなければならない。心臓壁の動きおよび大局的な心機能はリアルタイムで、ＭＲを使用して、プロシージャ中に別の種類のＭＲ取得によってインターリーブすることによって評価することができる。したがって、虚血性の変化をモニタリングするための１つのアプローチに、心臓壁の動きを、画像の取得時に該画像で定性的に評価する手段がある。しかし、医師が機能的な画像を見ることができない時間間隔（たとえばドブタミン投与量の決定中、またはカテーテルの配置中）に、自動的に検出され連続的なフィードバックとして供給される心機能の測定結果を得るのが有利である。
【０００４】
ＭＲＩにおいて虚血に関して行われる患者モニタリングにおける主な問題は、静磁場、ＲＦパルスおよび磁場勾配切り替えのすべてがＥＣＧをゆがめて、虚血検出において診断上の特徴を呈さなくなることである。心臓に虚血が発生すると、まず灌流障害が引き起こされ、その後に心臓壁の動きの異常が引き起こされ、その次にＥＣＧの変化が引き起こされ、最後に胸部の痛みが引き起こされる。現在、大局的な患者モニタリングにおいて、ＥＣＧと、血圧と、脈拍と、酸素計測と、場合によっては観血的な血圧とによる外部のモニタリングシステムが、ＭＲとともに使用される。ＥＣＧは、心拍数をモニタリングするためにだけ使用される。介入的なプロシージャを行っている間に、機能の変化をチェックするためにリアルタイムのスキャン面の変化を使用する。しかし、これを行っても連続的なモニタリングを行うことはできない。心臓灌流の変化をチェックするために、取得中に灌流スキャンを視覚的に閲覧することもできる。しかしこのことは、検査中に心室機能イメージングと等しい頻度で繰り返すことができない。というのも、造影剤の管理が必要とされるからである。
【０００５】
しかし、リアルタイムのＭＲを心エコー法に類似するｍモード（モーションモード）表示に変換することにより、（ａ）心機能を簡単に連続的に表示できるようになり、（ｂ）リアルタイムのセグメンテーションと心室機能パラメータの自動的抽出とが簡略化される。インターリーブ形式のＭＲイメージング法のコンセプトはナビゲータゲーティングの分野で利用されており、ここではバルク動きをサンプリングするために低分解能のイメージを使用し、このようなイメージを解釈することによって取得をゲーティングするかまたは断層位置をシフトするが、本発明者は、イメージングスキャンによるインターリーブ形式の生理学的モニタリングスキャンに関する刊行物を発見していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、画像ベースで生理学的にモニタリングするためのシステムおよび方法において、新規のシステムおよび方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題は本発明では、
心機能データを取得すべき心臓を通る面を選択するステップと、
選択された該面から２次元画像を取得し、ここでは該画像は、２Ｄ格子上のポイントのドメインで定義された複数の強度を含むステップと、
該心臓の心室の中心を選択するステップと、
複数のビームを該画像に、該心室の中心を通って投射し、ここでは各ビームは、該画像において実質的に同一直線上のポイントのサブセットを含むステップと、
該ビームの各ポイントに沿って画像強度をサンプリングするステップと、
２次元画像を取得する該ステップと、複数の仮想的なビームを該画像に投射するステップとを繰り返し、画像強度を計算して時間的な測定結果の系列を形成し、ここでは該ビームそれぞれに沿った画像強度を時間に依存してプロットするステップ
とを有することを特徴とする方法
によって解決される。
【０００８】
また前記課題は、
心臓イメージングデータを取得すべき心臓を通る複数の面を定義するステップと、
選択された該面から２次元画像の系列を取得し、ここでは各画像は、２Ｄ格子上のポイントのドメインで定義された複数の強度を含むステップと、
該画像の系列のうち、心機能をモニタリングするためのイメージングデータを供給するための１つまたは複数を選択し、残った未選択の画像を診断用に適合するステップと、
選択された該面から２次元画像の系列を取得する該ステップと、該系列から、心機能をモニタリングするための１つまたは複数を選択するステップとを繰り返し、ここでは画像の時系列を、心機能をモニタリングするための画像と診断用の画像とから交互に得るステップ
とを有することを特徴とする方法
によっても解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本願で記載された本発明の実施例は全般的に、心機能を２Ｄ ＭＲイメージングによって心機能をリアルタイムで評価するための方法およびシステムを含む。心機能を視覚的に評価するか、またはｍモードとして表示することにより、時間的な履歴の評価も行うことができる。ｍモード表示と、結果として得られる測定結果とは、別の種類の取得によってインターリーブすることができ、スキャナ制御用のリアルタイムインタフェースに包含することができる。本発明の１つの実施形態のシステムおよび方法では、心臓壁の動きに基づいて、「標準的な」イメージングによってインターリーブされるリアルタイムのイメージングを使用して、早期に虚血検出を行うことができる。ＭＲデータ取得をインターリーブすることにより、直接的な心機能モニタリングのためにデータの一部を連続的に使用すると同時に、該データの残りを、診断または介入の目的で使用することができる。心臓壁の動きおよび心室機能のパラメータをリアルタイムイメージングから抽出し、変化を検出する方法によってオペレータに対し、心機能が変化したことを警告する。虚血のモニタリングの他に付加的に、本発明の実施形態による方法を使用して、（伝導異常に起因する）収縮のパターンの変化を検出し、心拍出量の変化（リアルタイムの流れイメージング）または灌流パターンの変化（リアルタイムの心筋灌流イメージング）を検出することができる。本発明の実施形態では、インターリーブされたモニタリングデータから関連の特徴を抽出し、関連の変化を臨床的に識別して、オペレータが心機能をモニタリングするのを支援する。リアルタイムのイメージインターリーブを行うための本発明の実施形態によるシステムでは、ＥＣＧが診断上の特徴を示さないＭＲ環境で心機能を準連続的にモニタリングすることができる。さらに、心機能の変化に対し、大局的なＥＣＧモニタリングが実現するよりも高感度のフィードバックを、ＭＲＩ環境での使用に関係なく提供できる可能性が潜在的に秘められている。このように感度が上昇する可能性があることは、虚血時に心臓壁の動きの変化も心筋灌流の変化もＥＣＧの変化より先行するという事実に基づいている。バックグラウンドで心機能の直接的な測定を使用すると同時に、幾つかの別の診断プロシージャまたは治療用イメージングを行うというコンセプトは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）または超音波（ＵＳ）等の別のイメージングモードにも適用することができる。
【００１０】
検証結果により、ストレス検査または介入的プロシージャと組み合わせて実施できる大局的な左心室機能のリアルタイム評価方法の実用性が実証される。機能モニタリングのための１〜２個の断層とプロシージャガイドのための時間的にインタリーブされた付加的な断層とを使用するリアルタイム環境に組み込むのは、実現可能である。
【実施例】
【００１１】
本願で記載されたような本発明の実施例は全般的に、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）を使用して、ストレス検査または介入的な循環系のプロシージャをガイドまたは実施するために使用されるイメージングによってインターリーブすることにより心機能のリアルタイムのモニタリングを実施するためのシステムおよび方法を含む。したがって、本発明の種々の修正および択一的な構成を行うことが可能であるが、それらのうち特定の実施形態を例として図面に示し、ここで詳細に説明する。しかしこの説明は、本発明をここに開示された特定の形態に限定するためのものではなく、逆に本発明は、本発明の思想および範囲に該当するすべての修正、等価的構成および択一的構成を含むべきことを理解すべきである。
【００１２】
ここで使用されているような「画像」という用語は、離散的な画像要素（たとえば２Ｄ画像におけるピクセルと、３Ｄ画像におけるボクセル）から成る多次元データを指す。この画像はたとえば、コンピュータ断層撮影、磁気共鳴イメージング、超音波、または当業者に公知の別の任意の医用イメージングシステムによって収集された対象の医用画像である。この画像はまた、非医用のコンテクストから供給されたものとすることもでき、たとえば遠隔センシングシステム、電子顕微鏡等から供給されたものとすることもできる。画像はＲ３からＲまでの関数として見なすことができるが、本発明の方法はこのような画像に制限されることはなく、たとえば２Ｄピクチャまたは３Ｄボリューム等の任意の次元の画像にも適用することができる。２次元または３次元の画像では、画像のドメインは典型的には、２次元または３次元の矩形のアレイであり、各ピクセルまたは各ボクセルは、２つまたは３つの相互に直交する軸のセットを基準としてアドレシングされる。本願で使用される「デジタル」および「デジタル化される」という用語は適切には、デジタル取得システムを介して取得されたデジタル形式またはデジタル化された形式、またはアナログ画像からの変換によって取得されたデジタル形式またはデジタル化された形式の画像またはボリュームを指す。
【００１３】
本発明の実施形態によるシステムは、インターリーブによって取得されたイメージングデータを有し、該イメージングデータのうち一部は心機能をモニタリングするのに使用され、他の残りは診断目的で使用され、たとえば、プロシージャをガイドする目的で使用され、たとえば心機能に関連する画像から関連の特徴を抽出するための方法、および前記特徴の臨床関連の変化を検出してオペレータに警告するための方法で使用される。前記特徴はたとえば、心内膜および心外膜の境界、大動脈の体積流量、心室の形状の変化、心筋灌流等である。
【００１４】
スキャンフロントエンドがユーザインタフェース（ＵＩ）を提供し、これによって、スキャン面方向の制御と、先行して取得された画像からの特徴抽出または任意の一般的なパラメータ最適化アルゴリズムから取得された画像からの特徴抽出に基づいて行われるイメージングパラメータの選択とが双方とも行われる。
【００１５】
本発明の実施形態によるスキャンフロントエンドは、市販されている既存のソフトウェアを変更することによって発展することができる。一例のフロントエンドを、Siemens Corporate Researchから入手可能なRadBuilderの組み合わせを使用して、付加的なＣ＋＋コードによって修正して発展した。このフロントエンドは、本発明を限定するものではない。RadBuilderで作成されたマニピュレータのファミリーによって、３Ｄウィンドウで断層の動きを制約された動きに制限し、ユーザが断層を動かしている間に方向を見失うのを阻止する。断層操作は、以下の幾つかのモードのうち１つで行うことができる。
自由回転および自由並進
同一平面内回転
断層中心を中心とする回転
断層垂線に沿った並進
【００１６】
フロントエンドのアプリケーションは、イーサネットを介してスキャナホストコンピュータに接続された独立したワークステーション上で実行するか、またはスキャナホストコンピュータ上で直接実行できる。フロントエンドのアプリケーションは、現時点のオープンランニングのプロトコルを使用してソケット通信を介して、ホスト上で実行中のカスタムのアプリケーションと通信することができる。このようなアプリケーションによって、グラフィックスによって３Ｄでフロントエンドアプリケーション上で行われた断層操作は、スキャナ座標に変換され、断層位置を更新するための実行中のプロトコルへ送信される。画像取得後、画像再構成プログラムが画像データを標準的なデータベースへ送信し、ソケット通信を介してフロントエンドアプリケーションへも送信し戻す。
【００１７】
ＵＩのメイン閲覧ウィンドウを使用して、新規に取得された断層をリアルタイムで表示する他に付加的に、先行して取得された画像から行われたレンダリングを可視化することができる。一例のＵＩは左側に、２次元断層位置決定と先行の画像およびリアルタイム更新の双方の閲覧とに使用されるウィンドウを有し、底部に、すでに行われた取得の履歴を含む小さいウィンドウを有する。これらの画像は必要に応じて、左側のウィンドウまたはメイン閲覧／操作ウィンドウへ動かすことができる。フロントエンドは、少なくとも２つの動作モードを有する：
（１）メインウィンドウでイメージング面を動かすことにより、いかなるスキャナ更新も行わない可視化
（２）スキャン面を動かすアクティブな断層操作
【００１８】
本発明の実施形態によれば、１つまたは複数の２Ｄ画像を平面内で位置決定することにより、たとえば心臓壁の動きおよび心臓内の流れ等の心機能を監視する。これらの２Ｄ画像は同一平面内になくてもよい。図１に、イメージング／モニタリング構成の一例が示されており、１つのモニタリング断層と２つのイメージング断層とが示されている。これらは、中心の３Ｄ表示面に示されているように相互に直交している。この構成例は、本発明を限定するものではない。左側の３つのパネルは３つの２Ｄ表示面であり、モニタリング表示面は頂部にある。右下のコーナにあるパネルは、モニタリング断層から導出されたモニタリングデータのグラフであり、たとえば心臓壁の動き、心臓寸法、流れ、灌流等を時間（水平軸）に依存して示している。
【００１９】
ＭＲ画像はリアルタイムで、現時点では約３０〜５０ｍｓの時間分解能で取得できる。部分的なデータのインターリーブを使用して複数のインターリーブにわたる画像を形成するのとは逆に、完全な画像を取得して適時にインターリーブすることができる。したがって、最終的な画像の分解能は低減されない。
【００２０】
一例のタイムチャートでは、取得の時間的順序はＭ，Ｉ，Ｍ，Ｉ，Ｍ，Ｉ，．．．のようになる。ここでは、Ｍはモニタリング用に取得された画像を表し、Ｉは標準的なイメージング用に取得された画像を表す。１つおきに画像がモニタリングに使用されるこのような取得順序は本発明を限定するものではなく、一般的には、ｎ番目ごとの画像をモニタリングに使用することができる。リアルタイムの場合、モニタリング画像とイメージング画像との唯一の相違点は、心臓における位置である。モニタリング画像は、ユーザによって予め選択された関心対象の位置で取得するか、または別のアルゴリズムによって定義されたように自動的に取得して、高い危険性の領域に焦点決めするために使用することができ、イメージング断層は、ユーザによって選択されるかまたは自動的に選択されたように心臓の別の部分に焦点決めすることができる。
【００２１】
ユーザは画像を自由に位置決定し、該画像を、モニタリングに使用される画像として区別することができる。付加的な画像面をユーザによって位置決定し、診断目的で使用するか、または介入的なプロシージャをガイドするために使用することができる。その際には、心機能パラメータを抽出するためのスキャン中にモニタリング画像を連続的ベースで分析するか、またはユーザによって決定された間隔で分析する。
【００２２】
図２は、多重断層イメージングによってインターリーブされるリアルタイムの流れ測定のために２Ｄ高周波（ＲＦ）励振を行うための、本発明の１つの実施例による画像ベースのモニタリング構成例を示している。右上のパネルは、イメージング断層およびモニタリング断層が心臓においてどのように位置決定されるかを示す３Ｄ表示面であり、右下のパネルは、モニタリング断層（心臓を通るｘ‐ｙ面）の表示面であり、２Ｄ ＲＦ励振ビームの位置が示されている。右下のコーナのグラフは、励振ビームによって検出されたリアルタイムの吐出流量を示している。励振ビームはまた、流れ符号化によって２Ｄ断層に置換することもできる。
【００２３】
計算される心機能パラメータの速度と精度との間でトレードオフを最適化するために、システムのユーザは所望の測定精度を定義することができる。この測定精度に依存して、システムは空間的および時間的なサンプリングを自動的に調節する。空間的なサンプリングには、並列する断層の数、１つの断層あたりの画像分解能、および１Ｄ方式の場合には投射の数が含まれる。時間分解能は、１心臓サイクルで１断層／１投射あたり取得される時間フレームの数として定義される。
【００２４】
本発明の実施形態によれば、リアルタイムのＭＲを心エコー法に類似するｍモード（モーションモード）表示に変換することにより、心機能を簡単に連続的に表示できるようになり、リアルタイムのセグメンテーションと心室機能パラメータの自動的抽出とが簡略化される。本発明の実施形態によるｍモード表示は、スキャナ制御用のリアルタイムインタフェースに含むことができる。
【００２５】
図５は、ｍモードＭＲを使用して心機能パラメータをリアルタイムで抽出するための、本発明の１つの実施形態による方法を示すフローチャートである。ここで図面を参照すると、ステップ５１においてｍモードＭＲを作成するために、ユーザは手動で、モニタリングデータを取得すべき心臓の断面を選択し、１つの短軸断層のみにおいて左心室の中心を位置決定する。ＭＲ画像断層をステップ５２において取得すると、４つの等角投射をステップ５３において、ｍモード投射ビームとして左心室を通って伝搬し、その際に４５°のセグメントで交差させる。ステップ５４において各画像断層を、投射ビームに沿った強度に関して周期的にサンプリングし、これによって、実質的に同一直線上のポイントのサブセットが形成される。本発明の実施形態によれば、この投射は１ピクセル分の幅である。画像断層の時系列を取得すると、各ビーム（Ｍｉ，ｔ）に沿った画像強度をステップ５５において、時間に依存してプロットする。格子点の数を増加し、かつ平滑化するために、ステップ５６において線形補間を行う。各ビームＭｉ，ｔにおいて、ステップ５７において心内膜の輪郭を検出する。
【００２６】
本発明の１つの実施形態では前記輪郭は、補正された水平方向の１Ｄキャニーフィルタを使用して検出される。平滑化は１Ｄガウスフィルタを使用して、ｙ方向にσ＝１で行われ、勾配計算は、ｙ方向に超ガウス（above Gaussian）の２次微分に基づいて行われる。キャニー閾値はＭｉ，ｔのヒストグラムに依存して評価され、本発明のこの実施形態では、ピクセルの７５％は心臓壁に属しないことを前提とする。
【００２７】
本発明の別の実施形態では、「スネーク」アルゴリズムとしても知られているアクティブな輪郭モデルを使用して心外膜輪郭を検出する。このようなアクティブな輪郭モデルにより、画像エネルギー関数は縮小される。このスネークモデルのエネルギー関数Ｅ＝λＥｉｎｔ＋γＥｉｍｇは、画像に依存する外部の制約的な力Ｅｉｍｇの項と、輪郭の形状に依存する内部の制約的な力Ｅｉｍｇの項とによって表される。Ｅｉｎｔは、弾性と輪郭に作用する撓曲力とを表す第１のスネーク微分と第２のスネーク微分とに基づく２つの項の重みづけされた和である。Ｅｉｍｇは、垂直方向の画像勾配と、ローパスフィルタリングされたゼロ交差との線形の組み合わせを含む。応用的なオープンスネークモデルでは水平軸の座標値は、ｍモード投射の時点を表す整数であり、この座標軸は固定化されている。スネークポイントの垂直軸上の位置値のみが動く。スネーク初期化では、心内膜輪郭を期待される心外膜輪郭の方向に並進移動する。エネルギー関数を縮小することにより、アクティブな輪郭が収束する。
【００２８】
ステップ５８において、検出された心内膜輪郭の相互間の間隔を計算する。各投射における（時間に依存する）最大間隔をＬＶ拡張終期（ＥＤ）直径とし、最小間隔を収縮終期（ＥＳ）直径とする。
【００２９】
本発明の実施形態によれば、心臓壁輪郭データを使用して、断層における駆出分画（ＥＦ）を推定する。この実施形態では、図５を再び参照すると、ステップ５９において各心拍ごとに、この心室の面積をＥＤおよびＥＳで、心内膜輪郭の８つの頂点によって成された領域を使用して計算する。ここで駆出分画ＥＦは、以下のように計算される。
【００３０】
ＥＦ（％）＝１００×（ＥＤＶ−ＥＳＶ）／ＥＤＶ，
ここでは、ＥＤＶは拡張終期の心室面積であり、ＥＳＶは収縮終期の心室面積である。
【００３１】
本発明の実施形態のテストを、３つの健康な被験者から取得されたデータを使用して行った。自由呼吸中の僧帽弁面と乳頭筋レベルとの間の中程の短軸リアルタイム画像を、ＴｒｕｅＦＩＳＰ（ＳＳＦＰ）系列を使用して取得した。ここでは、ＴＥ／ＴＲ／フリップ角度０．８７／１．７４／６０、ＦＯＶ＝１６０×３８０ｍｍ２、８８×１２８のマトリクス、ＧＲＡＰＰＡ加速度が×２であり、断層厚さが８ｍｍであり、時間分解能が５４ｍｓであり、フレーム数は１２８である。
【００３２】
初期の確認では、ｍモード導出された輪郭データをリアルタイム画像上に頂点で重ね合わせ、視覚的に確認するために正弦ループとして観察した。また、視認検査のために輪郭をｍモードディスプレイでも表示し、結果を、手動で描出された輪郭に基づくＥＦと比較し、統計的に有意な差を評価した。図３（Ａ）に、短軸（ＳＡ）断層例とともに８つのｍモード投射が示されており、図３（Ｂ）に、ｍモードディスプレイに重ねられた、導出された輪郭が示されている。ここでは、ＥＤ直径およびＥＳ直径が図のように示されている。図３（Ｃ）に、心室面積を計算するための、３角形が重ね合わされたＳＡ断層が示されている。ｍモードディスプレイ上で行われた、ｍモード導出された輪郭の視覚的な定性的検査が図３（Ｂ）に示されており、良好な一致を示している。この被験者の平均面積は、通常のＥＦで期待される５５〜７０％の範囲にあった。各心拍ごとのＥＦの変化は、２〜９％の範囲内であった。したがって、検査されるＥＦを推定するために１つの断層のみを使用したにもかかわらず、本発明の実施形態によるＥＦ推定法と、単一の断層で手動で描出された輪郭に基づくＥＦ計算との間に、統計的に有意な差は見つからなかった。
【００３３】
面積駆出分画を計算するための本発明の実施形態のこの方法は、局所的な壁厚さと、パーセンテージの壁肥大の自動測定のために拡張することができる。壁厚さをリアルタイムで評価する自動的な方法により、コンピュータ支援によって介入的なプロシージャ中またはストレス検査中に変化の検出を行うためのプラットフォームが実現される。各時点での壁厚さは、心内膜位置値と心外膜位置値との間の間隔として計算される。心外膜輪郭は、心内膜輪郭に対して使用されるのと同じアルゴリズムを使用して計算することができる。
【００３４】
図４（Ａ）〜（Ｃ２）に、精度の視覚的な評価を行うためにＭＲＩ ｍモードで表示される輪郭が示されている。図４（Ａ）は投射線を示しており、図４（Ｂ）は、自動検出された輪郭を有するＭＲＩ ｍモード画像を示している。ここでも、計算された輪郭に基づく壁厚さと手動で描出された輪郭に基づく壁厚さとを、初期の確認ステップとして比較した。図４（Ｃ１）は、ｍモード画像における上部の心筋層の自動的な壁厚さ対手動による壁厚さを示しており、図４（Ｃ２）は、ｍモード画像における下部の心筋層の自動的な壁厚さ対手動による壁厚さを示している。
【００３５】
本発明の実施形態では、アクティブな輪郭モデルを１２個のＭＲＩ ｍモード列（３つの被験者にそれぞれ４つの投射）で検証した。ＭＲＩ ｍモードディスプレイ上におけるＭＲＩ ｍモード導出された輪郭の視覚的な定性的検査が、良好な一致を示した。局所的な心臓壁厚さの平均は７．１〜１１．８ｍｍの範囲内であり、通常の心臓壁厚さで期待されるのと同等であった。以下の表は、３人の協力者において１つのｍモード列ですべての心周期にわたって検出された、心筋層および中隔の最小壁厚さおよび最大壁厚さの平均偏差値と標準偏差値とを示している。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
全般的に、迅速な心臓壁の動きのために輪郭を手動で識別するのが困難であった後期の拡張における幾つかのポイント以外で、手動による輪郭と自動的な輪郭との間に良好な相関関係が見られた。
【００３８】
本発明の別の実施形態によれば、インターリーブ形式のリアルタイム心臓モニタリングを使用して、灌流をモニタリングする。上記で駆出分画と関連して説明したようなビームを、リアルタイム画像で心臓に投射し、信号時間特性に関して、造影剤の静脈内適用後に所定の時間（典型的には６０秒）にわたって分析した。信号強度時間特性から導出された灌流関連のパラメータ、またはｍｌ／分／１００ｇで表される絶対的な血液流量を、先行して検出されたパラメータ特性と比較することができる。前記灌流関連のパラメータは、たとえば傾きまたは曲線下方の面積から導出されたものである。択一的に、画像内の個々のピクセルの信号強度時間特性を分析し、半定量的なパラメータのパラメータマップを作成することができる。
【００３９】
図６（Ａ）に、各ピクセルの色と、当該位置で造影剤の第１通過時に得られたピーク信号強度とが関連づけされた短軸断層のパラメータマップを示している。ピーク信号強度は組織灌流に比例するので、心筋層において８時から１２時の方向に延在する明るい縁部によって示されているように、通常の灌流の領域は異常な灌流を有する領域と区別することができる。図６（Ｂ）は、図（Ａ）に示された断層位置における個々のピクセルに属する信号強度時間曲線を示している。ここでは、ベースラインとピークポイントとが識別される。
【００４０】
本発明の別の実施形態によれば、インターリーブ形式のリアルタイム心臓モニタリングを使用して、心臓の流れをモニタリングする。ペンシルビーム２Ｄ励起を使用するケースでは、ＭＲＩ信号の位相が速度で符号化されて、時間に依存して表示される。心室の機能に関するパラメータ、たとえば時間対ピーク流量、逆流量の割合、ピーク流速等を導出することができる。流れ符号化された２Ｄ画像が２Ｄペンシルビーム励振に代わって使用されるケースでは、セグメンテーション法を、たとえば大動脈弁等の関心対象の心臓の部分を含む画像の部分に適用して、該画像のサブ選択からパラメータを導出することができる。
【００４１】
導出されたデータに含まれる特徴の変化を検出するための本発明の実施形態による方法は、心機能が変化していることを医師に警告するために使用することができる。たとえば傾向分析を使用して、駆出分画が時間経過とともに有意に変化しているか否か、またはオペレータによって規定されたプロシージャ中のある特定の時点を基準として変化しているか否かを検出することができ、たとえば駆出分画がステント配置時点に匹敵するベースラインを基準として変化しているか否かを検出することができる。
【００４２】
本発明の別の実施形態によれば、変化検出を、抽出された生理学的パラメータの絶対値に適用するか、または時間経過に伴う生データまたは抽出されたパラメータの変化に適用することができる。
【００４３】
モニタリング画像から導出された各特徴ごとに、臨床関連の閾値を決定することができる。たとえば駆出分画において、５％の変化を有意な変化であると見なすことができる。過去のｎ個の心拍にわたる現時点での平均を維持し、各心拍におけるパラメータ値と該現時点での平均とを比較して変化を検出することができる。本発明の択一的な実施形態では、各心拍を試験開始時のベースライン値と比較することができる。
【００４４】
連続的な信号の変化分析または傾向分析は、モニタリング装置では共通である。しかし本発明の１つの実施形態では、画像から特徴を導出する前に画像に関する生データを供給し、画像のための変化検出法または中間ステップを発展することもできることを理解すべきである。たとえば、相互相関分析を使用して、予め定義された時点から変化した画像の部分を検出することができる。
【００４５】
本発明の実施形態は、種々の形態のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、特殊用途の処理で実現でき、またこれらの組み合わせで実現できることを理解すべきである。１つの実施形態では、本発明をソフトウェアで、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置上に実装できるアプリケーションプログラムとして具現化することができる。このアプリケーションプログラムは、任意の適切なアーキテクチャを有する機器にアップロードすることができるか、またはこのような機器によって実行することができる。
【００４６】
図７は、リアルタイム画像ベースで心臓をモニタリングする方法を実施するための、本発明の１つの実施形態による一例のコンピュータシステムを示すブロック図である。ここで図７を参照すると、本発明を実施するためのコンピュータシステム７１は、とりわけ中央処理ユニット（ＣＰＵ）７２と、メモリ７３と、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース７４とを有する。コンピュータシステム７１は全般的に、Ｉ／Ｏインタフェース７４を介してディスプレイ７５および種々の入力装置７６、例えばマウスやキーボードと接続されている。支援回路はキャッシュ、電源、クロック回路および通信バスのような回路を包含することができる。メモリ７３はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ディスク駆動装置、テープ駆動装置またはそれらの組み合わせを含みうる。本発明をメモリ７３に記憶されているルーチン７７として実現し、信号ソース７８からの信号を処理するＣＰＵ７２によって実行することができる。このように、コンピュータシステム７１自体は汎用コンピュータシステムであるが、本発明のルーティン７７を実行する場合には、特定用途向けコンピュータシステムとなる。
【００４７】
コンピュータシステム７１のプラットフォームはオペレーティングシステムおよびマイクロ命令コードも有する。本明細書に記載された種々の処理および関数は、オペレーティングシステムを介して実行されるマイクロ命令コードの一部とするか、またはアプリケーションプログラムの一部（またはそれらの組み合わせ）とすることができる。さらに付加的に、他の種々の周辺装置、例えば付加的なデータ記憶装置および印刷装置をコンピュータプラットフォームと接続することができる。
【００４８】
さらに、図に示されているシステム構成要素および方法ステップのなかにはソフトウェアで実現できるものもあるので、システム構成要素または処理ステップ間の実際の繋がりは、本発明がどのようにプログラミングされるかに依存して異なってもよいことを理解すべきである。本明細書において開示されている本発明の思想が提供されれば、当業者であれば本発明の実施形態またはコンフィギュレーションと類似するものを推考できる。
【００４９】
本発明を、有利な実施形態を参照して詳細に説明したが、当業者であれば本発明の種々の変更および置換を、特許請求の範囲に記載された思想および範囲から逸脱せずに行えることを認識できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の１つの実施形態によるリアルタイムの心機能イメージング／モニタリングの一構成例である。
【図２】リアルタイムの流れ測定のために２Ｄ高周波（ＲＦ）励振を行うための、本発明の１つの実施形態による画像ベースのモニタリング構成例である。
【図３】本発明の１つの実施形態による、ｍモード投射が示された短軸断層の一例と、これから導出されｍモード表示部にスーパーインポーズされた輪郭とを示している。
【図４】本発明の１つの実施形態による、精度の視覚的な評価を行うためのＭＲＩ ｍモードに表示された輪郭を示している。
【図５】ｍモードＭＲを使用して心機能パラメータをリアルタイムで抽出するための、本発明の１つの実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の１つの実施形態による、短軸断層と、該短軸断層に含まれる個々のピクセルから得られる信号強度‐時間曲線のパラメータマップである。
【図７】磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）を使用してリアルタイムで心機能をモニタリングする方法を実施するための、本発明の１つの実施形態による一例のコンピュータシステムを示すブロック図である。
【図５】
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【図７】
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【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６】
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【外国語明細書】
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