(57)【要約】【課題】心筋の灌流及び生存性による疾患の重症度の判定をする。【解決手段】疾患の評価のために組織又は器官の構成要素を視覚化して特徴評価するために、統計学的処理又はクラスタ分析処理を実行し、組織を含む器官の関心のある特徴のデータの三次元単相データ集合又は三次元多相データ集合を含む画像データであって、撮像用薬剤、血液、造影剤及び生物医学的薬剤の少なくとも一つと共に取得されるデータにアクセスし、組織での撮像用薬剤、血液、造影剤又は生物医学的薬剤、組織での撮像用薬剤、血液、造影剤又は生物医学的薬剤の相対的な領域別取込み量、撮像用薬剤、血液、造影剤又は生物医学的薬剤の相対的な領域別流動、並びに組織内での撮像用薬剤、血液、造影剤又は生物医学的薬剤の浄化値又は残存性を視覚化するための処理済みデータ集合を得るために、分類処理又はクラスタ分析処理を行なう。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者に関するエネルギを受け取るように構成されている取得装置と、
該取得装置に結合されており、
（ａ）データの三次元単相データ集合又は三次元多相データ集合で構成されている前記取得装置からの画像データにアクセスして、
疾患の評価のために組織又は器官の構成要素を視覚化して特徴評価するために、分類処理又はクラスタ分析処理を実行することと、
（ｂ）組織を含む器官の関心のある特徴のデータの三次元単相データ集合又は三次元多相データ集合で構成されている前記取得装置からの画像データであって、撮像用薬剤血液、造影剤及び生物医学的薬剤の少なくとも一つと共に取得されるデータにアクセスして、
前記組織での前記撮像用薬剤、血液、前記造影剤及び前記生物医学的薬剤の分布の少なくとも一つ、前記組織での前記撮像用薬剤、血液、前記造影剤及び前記生物医学的薬剤の前記少なくとも一つの相対的な領域別取込み量、前記撮像用薬剤、血液、前記造影剤及び前記生物医学的薬剤の前記少なくとも一つの相対的な領域別流動、並びに前記組織内での前記撮像用薬剤、血液、前記造影剤及び前記生物医学的薬剤の前記少なくとも一つの浄化値又は残存性を視覚化するための処理済みデータ集合を得るために、分類処理又はクラスタ分析処理の少なくとも一方を実行することと、
の少なくとも一方を行なうように構成されているコンピュータと、
を備えたイメージング・システム（１０）。
【請求項２】
前記コンピュータは、（ａ）及び（ｂ）の両方を行なうように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
当該システムは計算機式断層写真法（ＣＴ）システムであり、前記取得装置は放射線検出器であり、前記コンピュータはさらに、計算機式断層写真法以外のモダリティ（１又は複数）のイメージング・システムへデータを送るように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記コンピュータはさらに、前記組織のｚスコア評価、統計的分析、少なくとも一つのｔ検定、多変量分析、分類子式分析、排他的クラスタ分析アルゴリズム、重なり及びファジィ型クラスタ分析アルゴリズム、区画分けアルゴリズム、確率的クラスタ分析、階層型クラスタ分析、Ｋ平均分析、ファジィ型Ｃ平均分析、期待値最大化分析、密度式アルゴリズム、格子式アルゴリズム及びモデル式アルゴリズム、並びにこれらの組み合わせの少なくとも一つを実行するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、診断撮像（ＤＩ）の方法及び装置に関し、さらに具体的には、三次元（３Ｄ）及び二次元（２Ｄ）の相対的な灌流生存性（バイアビリティ）を提供する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者が救急治療室又は他の臨床環境に搬入されて、心臓発作の可能性について評価されているときには、通例、心筋の健康状態に関わる三つの結論の可能性が存在する。すなわち、１．無疾患（医師は患者を治療しない）、２．陽性疾患（軽症の疾患。医師は典型的には、薬剤（１又は複数）で治療する）、及び３．陽性疾患（重症の疾患。医師は典型的には、冠動脈バイパス手術（ＣＡＢＧ）又は血管形成術（ＡＰ）のような血管再生術で治療する）である。
【０００３】
単純な計算機式断層写真法（ＣＴ）アンジオグラフィ法では、疾患が存在しないかどうかを判定することができる。しかしながら、疾患が存在する場合には疾患の重症度を判定するために追加情報が必要とされる。
【０００４】
ＣＴは、心筋の灌流及び生存性を決定するために解剖学的方法及び機能的方法の両方を用いる。ＣＴはまた、造影剤の注射に続いて行なわれる心筋撮像の範囲内で、微小血管系を流れる流動に関する機能的情報を与える。これにより、影響を受け得る心筋の各領域を流れる灌流又は血流の視覚化が可能になる。微小血管系の流れの存在しない領域は、この区域を流れる造影剤が存在しないため低強調（hypo-enhancement）として現われる。大きい灌流欠陥又は中程度の灌流欠陥は、核撮像を用いて測定することができるが、単純な低線量手法を用いてさらに高い分解能で評価することもできる。この手法は、心筋での造影剤の取込み量に基づく。正常な心筋は、相対的に速い造影剤の取り込みを示し、流失もかなり速い。僅かに損傷を受けた組織及び灌流の少ない組織は、最大造影剤取込み量に徐々に到達する。しかしながら、正常な心筋と僅かに損傷を受けた心筋との間には時間差が存在する。損傷の大きい心筋は、灌流が存在しないため最大造影剤取込み量を有するには至らず、また流失までの時間量が大きくなる。
【０００５】
加えて、遅延高強調（hyper-enhancement）ＣＴと呼ばれる手法を用いて、一旦、酸素及び基質を運ぶ血流が自発的に又は血管再生術に続いて回復したら、障害を起こした心筋組織の損傷を受けた心筋の範囲を明らかにし、従って収縮作用を回復する能力を明らかにすることができる。遅延高強調法では、静脈経路を介して連続的に又はボーラスとして付加的な薬剤を注射して、注射に続いて１０分〜１５分間にわたって画像を撮影する。正常な心筋では注射された造影剤は細胞内区画から排除されるが、損傷を受けた心筋では、筋細胞の筋鞘膜が浸透性となって造影剤が蓄積するのを許し、これにより高強調が観察される。このように、収縮作用の欠如（運動低下）及び高強調の不在（筋細胞の筋鞘膜の健全性が保たれていること）は、冬眠心筋の存在を示すかも知れず、この特定の領分に血液を供給する動脈の血管再生術の後には改善する可能性が高い。以上に述べた解剖学的方法と機能的方法とを併用するＣＴ撮像は、心臓発作の後に高い信頼性で冬眠（生存可能）域を梗塞（生存不能）心筋から識別することができる。
【０００６】
信号強度変化を測定すると、灌流欠損又は高強調の可能性を評価して、これにより異常組織を示すことが可能になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
心筋を撮像するときには、タイミング・ボーラスによって測定される正常な心筋のピーク取込み量に正常な心筋と損傷を受けた心筋との間で最大の差が存在する。すなわち、心筋が撮像されるとき、タイミング・ボーラスによって正常な心筋においてピーク取込み量が計測される。このタイミングは正常な心筋と損傷を受けた心筋との間で最大の差を与える。後に改めて詳述するように、重なり領域に位置する一定の強度レベルを有するピクセルについて、本書で説明するクラスタ分析アルゴリズムが、当該ピクセルがいずれのビン（値域）に属するかを識別することを助ける。換言すると、重なり領域に位置する孤立した１個又は２個のピクセルは、統計学的に重要でない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一観点では、器官の組織を評価する方法を提供する。この方法は、撮像モダリティ取得システムからの画像データにアクセスするステップを含んでおり、この画像データは、組織を含む器官の関心のある特徴の三次元単相データ集合及び三次元多相データ集合の少なくとも一方を含んでおり、データは撮像用薬剤、血液、造影剤及び生物医学的薬剤の少なくとも一つと共に取得されている。この方法はまた、組織での撮像用薬剤、血液、造影剤及び生物医学的薬剤の分布の少なくとも一つ、組織での撮像用薬剤、血液、造影剤及び生物医学的薬剤の少なくとも一つの相対的な領域別取込み量、撮像用薬剤、血液、造影剤及び生物医学的薬剤の少なくとも一つの相対的な領域別流動、並びに組織内での撮像用薬剤、血液、造影剤及び生物医学的薬剤の少なくとも一つの浄化値又は残存性を視覚化するための処理済みデータ集合を得るために、統計学的処理及びクラスタ分析処理の少なくとも一方を実行するステップを含んでいる。
【０００９】
他の観点では、疾患の構成要素を評価する方法を提供する。この方法は、任意の撮像モダリティ・システムからの画像データにアクセスするステップを含んでおり、画像データはデータの三次元単相データ集合又は三次元多相データ集合のいずれかを含んでいる。この方法はまた、疾患の評価のために組織又は器官の構成要素を視覚化して特徴評価するために、統計学的処理又はクラスタ分析処理を含んでいる。
【００１０】
さらに他の観点では、イメージング・システムが、患者を透過したエネルギ及び患者から放出されたエネルギの少なくとも一方を受け取るように構成されている取得装置と、この取得装置に結合されているコンピュータとを含んでいる。コンピュータは、以下の（ａ）及び（ｂ）の少なくとも一方を行なうように構成されており、（ａ）は、データの三次元単相データ集合又は三次元多相データ集合を含む取得装置からの画像データにアクセスして、疾患の評価のために組織又は器官の構成要素を視覚化して特徴評価するために、統計学的処理又はクラスタ分析処理を実行することを含んでいる。また、（ｂ）は、組織を含む器官の関心のある特徴の三次元単相データ集合又は三次元多相データ集合の少なくとも一方を含む撮像モダリティの取得装置からの画像データであって、撮像用薬剤、血液、造影剤及び生物医学的薬剤の少なくとも一つと共に取得されるデータにアクセスして、組織での撮像用薬剤、血液、造影剤及び生物医学的薬剤の分布の少なくとも一つ、組織での撮像用薬剤、血液、造影剤及び生物医学的薬剤の少なくとも一つの相対的な領域別取込み量、撮像用薬剤、血液、造影剤及び生物医学的薬剤の少なくとも一つの相対的な領域別流動、並びに組織内での撮像用薬剤、血液、造影剤及び生物医学的薬剤の少なくとも一つの浄化値又は残存性を視覚化するための処理済みデータ集合を得るために、統計学的処理又はクラスタ分析処理の少なくとも一方を実行することを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この特許又は特許出願は、彩色を施した少なくとも１枚の図面を含む。この特許又は特許出願の彩色図面（１又は複数）を含めた刊行物の複写は、所要の料金を支払えば求めに応じて特許庁によって提供される。
【００１２】
本書では、限定しないが例えば計算機式断層写真法（ＣＴ）システムのようなイメージング・システムに有用なクラスタ分析及び分類の方法及び装置について述べる。これらの装置及び方法は図面を参照して説明され、全図面において類似の参照符号が同じ要素を表わしている。これらの図面は、制限ではなく説明を目的としたものであり、本発明の装置及び方法の実施形態の一例の説明を容易にするために本書に含められている。ＣＴの環境について説明するが、本発明の利益は磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）、陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）、電子ビームＣＴ（ＥＢＣＴ）、単光子放出ＣＴ（ＳＰＥＣＴ）、超音波、光学的コヒーレンス断層写真法等を含めた全てのＤＩモダリティにおいて享受されるものと思量される。
【００１３】
図１は、表示器２０を付設した撮像モダリティ取得システム１０を示す。イメージング・システム１０は任意のモダリティのものであってよいが、一実施形態では、システム１０はＣＴシステムである。もう一つの実施形態では、システム１０はＣＴ／ＰＥＴ結合型システムのような複式モダリティ・イメージング・システムであって、以下に述べるクラスタ分析方法及び統計学的方法を一方のモダリティ（例えばＣＴ）において実行して、処理済みデータを他方のモダリティ（例えばＰＥＴ）に転送することができる。表示器２０は、システム１０から独立していてもよいしシステム１０と一体であってもよい。システム１０は、Ｘ線検出器、ガンマ・カメラ、及び／又は超音波プローブ若しくはＲＦコイルのような取得装置を含んでいる。尚、ＣＴ、ＥＢＣＴ及び超音波では取得装置は患者を透過したエネルギを受け取るが、ＰＥＴ及びＳＰＥＣＴでは取得装置は患者から放出されたエネルギを受け取ることに留意されたい。ＭＲＩでは、エネルギが送信されて、ここからの受動的信号が受信される。全てのモダリティに共通なのは、取得装置が患者又は他の走査対象に関するエネルギを受け取ることである。
【００１４】
図２は、大きく損傷を受けた心筋、僅かに損傷を受けた心筋、及び正常な心筋での薬剤／血液の異なるピーク取込み量を示している。図３は、図２に関して述べるような様々な組織からのＣＴ数（ハンスフィールド単位ＨＵで表記）の重なりを示している。図４は、（ａ）の部分に本書に記載する方法及び装置による右冠動脈（ＲＣＡ）閉塞のクラスタ画像を、また（ｂ）の部分に標準的なアキシャル画像を示している。
【００１５】
本書に記載する方法及び装置は、心筋の領域又は他の組織の領域の間の信号強度の僅かな差を分離しなければならないという前提に基づいている。損傷を受けた心筋は、正常な心筋に比較して低強調又は高強調のいずれかを呈する。図３では、ピクセルの幾つかで領域が重なっていることが分かる。この領域は、特定のピクセルが属している組織の領域を識別するのが困難になる部分である。ピクセル強度を区別するために用いられる多数の方法が存在している。本書で開示するのは、相対的な領域別血流を決定するのを助ける画像を後処理するプロトコル及び方法である。
【００１６】
画像はカラー・スケールで表示されることもできるし、平均ピクセル強度及び標準偏差を算出することもできるし、ｚスコア又はｔ検定のいずれかを用いて心筋と問題となっている組織との間に値の差が存在する確率を決定することもできる。ガウス分布又は正規分布に従うようなピクセル値を割り当てることができる。
【００１７】
【数１】
2007283103.tif 000003
加えて、ｚスコア／ｔ検定は、損傷を受けた心筋が正常な心筋と有意に異なる確率を決定するために、クラスタ分析アルゴリズムを用いて又は用いずに実行することができる。確率又はｚスコア自体を画像にマッピングすることができる。心筋又は他の形式の組織の範囲内に確率をマッピングすると、関心領域の視覚化を改善することができる。
【００１８】
クラスタ分析は、データをグループ（クラスタ）に分けて、類似のデータ・オブジェクト（類似した信号強度を有するもの）が同じクラスタに属し、相異なるデータ・オブジェクトが異なるクラスタに属するようにするものである。結果として得られるデータ区画はデータの理解を改善し、データの内部構造を明らかにする。区画分けクラスタ分析アルゴリズムは、データ集合をクラスタ又はクラスに分けて、類似したデータ・オブジェクトは同じクラスタに割り当てられ、相異なるデータ・オブジェクトは異なるクラスタに属するようにする。
【００１９】
Ｋ平均分析のように極度に単純化された方法を用いるときの問題は、クラスタの初期重心の選択によって結果が決まることである。
【００２０】
医療応用では、クラスタ同士の間には明確な境界が存在しない場合が極めて多く、画像データにはファジィ型クラスタ分析の方が適している場合が多い。ファジィ型クラスタ分析では、データのクラスタへの画然とした割り当ての代わりに、０と１との間のメンバシップ等級を用いる。ファジィ型クラスタ分析は、各々のピクセルが属し得るメンバシップ関数を算出することを可能にする。各々のピクセルは、０と１との間のいずれかに位置する値を各々のクラスタに割り当てる。この形式のクラスタ分析の目的は、各々の点とクラスタの重心との間の距離を最小化することにある。この工程は、次式に記載するような繰り返し法によって行なわれる。
【００２１】
【数２】
2007283103.tif 000004
【００２２】
【数３】
2007283103.tif 000005
式中、
【００２３】
【数４】
2007283103.tif 000006
である。一旦、最短距離に達したら、各々のピクセルの最大係数を画像として表示することができる。
【００２４】
ｍａｘ｛｜ｕｉｊk＋１−ｕｉｊk｜｝＜ε  （０＜ε＜１）        （式４）
式中、ｋ＝繰り返しステップ数である。
【００２５】
ｍａｘ｛Ｕｉｊ｝はそのクラスタ内で最も高いプロバビリティの画像を与える。
【００２６】
以上に述べたのは、ハンスフィールド単位をマッピングするために用いることのできるクラスタ分析の一形式に過ぎない。この目的のために、他の方法のクラスタ分析アルゴリズムを用いることもできる。
【００２７】
クラスタ分析を施してスコアで評価した画像は、２Ｄデータ集合又は３Ｄデータ集合のいずれとしてでも表示させることができ、データ集合は再編成（断面変換）され得る。２Ｄ集合は、比較のために他の標準的な濃淡値データ集合と並行して読み出され得る。同様に、３Ｄデータ集合は、透明な３Ｄデータ集合の上に彩色されたクラスタとして配置され得る。このことから梗塞の相対的な配置が与えられ、血管の疾患との相関を求めることができる。加えて、ピクセルの数は、梗塞の寸法、貫壁性及び容積が決定され得るように数え上げすることができるべきである。これにより、心筋の虚血負荷量を算出してスケールを展開することが可能になり、医師が疾患の重症度をさらに正確に判定することが可能になる。
【００２８】
さらに、ヒストグラム分析及び／又は平均シフト法アルゴリズムを後処理に加えて、処理の速度を高めたり追加情報を付加したりすることもできる。重心位置の迅速な決定が完成すると、最終的な位置に近い重心から開始し、従って最小値に収束する最適点を決定するのに必要とされる繰り返しの量を少なくすることにより、ファジィ型クラスタ分析アルゴリズムの速度を高めることができる。
【００２９】
加えて、３Ｄデータ集合を用いた視覚化の方法は、２Ｄデータ集合を用いたものよりも十分な視覚化を可能にする。クラスタ分析及びｚスコア評価方法からのデータは、３Ｄで表現した画像としても、再編成（断面変換）された２Ｄ表示画像としても表示され得る。この画像は、標準的な画像データのマスクとして作用するクラスタ分析画像を含むことができ、下敷きとなるグレイ・スケール画像と共にカラー・スケールで表示される。これにより、欠陥の貫壁性のさらに正確な評価が可能になる。次いで、３Ｄデータ集合を「標的の中心（bulls-eye）」にマッピングして、核医学を熟知した医師が疾患の位置及び範囲を容易に理解し得るようにすることができる。
【００３０】
クラスタ分析について、一実施形態ではファジィ型Ｃ平均クラスタ分析を採用して次式を用いることができる。
【００３１】
【数５】
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式中、ｃ＝クラスタの数であり、ｕ＝ピクセルのクラスタ重心からの距離である。
【００３２】
あるクラスタにおけるピクセルのメンバシップは、次式のようにして判定される。
【００３３】
||ｕｋ−ｃｉ||２≦||ｕｋ−ｃｊ||２の場合には
ｍｓｋ＝１
他の場合には
ｍｓｋ＝０                            （式６）
本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素またはステップとの用語は、排除を明記していない限りかかる要素又はステップを複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている追加の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。
【００３４】
また、本書で用いられる「画像を再構成する」という表現は、画像を表わすデータが生成されるが可視画像は形成されないような本発明の実施形態を排除するものではない。従って、本書で用いられる「画像」との用語は、可視画像及び可視画像を表わすデータの両方を広く指す。但し、多くの実施形態は少なくとも１枚の可視画像を形成する（か又は形成するように構成されている）。
【００３５】
一実施形態では、システム１０は、フレキシブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、又はネットワーク若しくはインターネットのような他のディジタル・ソース等のコンピュータ読み取り可能な媒体からの命令及び／又はデータを読み取るデータ記憶のための装置、例えばフレキシブル・ディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）装置又はイーサネット（商標）装置等のネットワーク接続装置を含めたその他任意のディジタル装置、並びに開発途上のディジタル手段を含んでいる。もう一つの実施形態では、コンピュータはファームウェア（図示されていない）に記憶されている命令を実行する。一般的には、プロセッサが、本書に記載する工程を実行するようにプログラムされる。言うまでもなく、これらの方法はＣＴでの実施に限定されている訳ではなく、システム１０は、他の多くの形式及び変形を成すイメージング・システムと共に用いることができる。一実施形態では、コンピュータは、所載の作用を果たすようにプログラムされており、従って、本書で用いられるコンピュータとの用語は当技術分野でコンピュータと呼ばれている集積回路のみに限らず、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、特定応用向け集積回路、及び他のプログラム可能な回路を広範に指す。加えて、コンピュータは、取得装置に結合されて動作する。本書に記載する方法は人間の患者の設定で説明したが、本発明の利益は、典型的には小動物の研究に用いられるシステムのような人体向け以外のイメージング・システムにも享受されるものと思量される。
【００３６】
技術的効果としては、走査から余分な線量を受けずに相対的な灌流情報が得られること、余分な走査からの追加線量による流れ情報を検索する能力、機能的情報を提供すると同時に血管情報を提供する能力、並びに心筋状態のさらに正確な評価を下すための二次元及び三次元での視覚化及び再表示を行なう能力等がある。
【００３７】
以上、実施形態の例について詳細に説明した。これらのアセンブリ及び方法は所載の特定の実施形態に限定されず、各々のアセンブリ及び／又は方法の構成要素は、本書に記載する他の構成要素とは独立且つ別個に用いてもよい。
【００３８】
本発明を様々な特定の実施形態について記載したが、当業者であれば、特許請求の範囲の要旨及び範囲内にある改変を施して本発明を実施し得ることを認められよう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】表示器を付設した撮像モダリティ取得システムの図である。
【図２】大きく損傷を受けた心筋、僅かに損傷を受けた心筋、及び正常な心筋での薬剤／血液の異なるピーク取込み量を示す図である。
【図３】図２に関して述べるような様々な組織からのＣＴ数（ハンスフィールド単位ＨＵで表記）での重なりを示す図である。
【図４】（ａ）は本書に記載する方法及び装置による右冠動脈（ＲＣＡ）閉塞のクラスタ画像、及び（ｂ）は標準的なアキシャル画像を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  イメージング・システム
２０  表示器
【図１】
2007283103.tif 000008
【図２】
2007283103.tif 000009
【図３】
2007283103.tif 000010
【図４】
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