JP5437240B2 - 心肺機能の評価、及び流体搬送の手順のパラメータを決定する装置、システム及び方法 - Google Patents
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Description
本願は、2007年7月17日に出願された米国仮特許出願60/950,148号の利益を主張し、その開示内容は引用を以て、本願への記載加入とする。
本発明は、心肺機能の評価及び流体搬送するための処置のパラメータを決定する装置、システム及び方法に関し、特に患者の心血管機能(例えば、心拍出量)の評価に基づいた患者への薬剤流体の搬送装置、システム及び方法に関する。特に医療注入処置中の患者への造影剤の搬送に関する。
作業者によって流量と流速が決定された生理食塩水の注入が、しばしば静脈又は動脈内への造影剤の投与に続く。現在の多くの入手可能なインジェクタでは、作業者は搬送すべき流速及び流量の複数の離散的な相(phase)をプログラムすることができる。例えば、ペンシルベニア州インディアノーラのメドラッド社から入手可能なSPECTRIS SOLARIS(商標)及びSTELLANT(商標)インジェクタは、患者に搬送する流速及び流量(例えば、造影剤及び/又は生理食塩水)の6つ以下の離散的ペア又は相の入力が出来る。
そのようなインジェクタ及びインジェクタについて用いるインジェクタ制御プロトコルは、例えば本発明の譲受人に譲渡された米国特許第6,643,537号及び米国公開公報第2004-0064041号に開示されており、その開示内容は引用を以て、本願への記載加入とする。そのような相の領域内での値又はパラメータは、通常は処置のタイプ毎に、そして注入/画像化処置を受ける各患者について、作業者によって手入力されている。或いは、以前に手入力された流量と流速はコンピュータメモリに格納されて、後で該コンピュータメモリから呼び出すことができる。しかし、特定の患者の特定の処置についてそのようなパラメータが決定されるべき方法は、十分には開発されていない。
患者の違いにより、医療的画像化手順について要求される投与量が異なることは認識されていたが、従来の医療的画像化手順は、医療的画像化手順時の造影剤注入は、予め設定された投与量、又は標準的な搬送プロトコルを使用し続けている。MDCT(又はMDST)スキャナを含む最近入手可能なCTスキャナは走査速度が速いから、そのような速いスキャナが用いられる業界の領域に於いて、単相注入は2相又は他の多面的な注入よりも優位である。投与に際して標準的で一定の又は前もって決まったプロトコルを用いれば(単相、2相又は多相の何れでも)手順を簡素化するが、同じプロトコルの下、異なる患者に同じ量の造影剤を供給することは、画像のコントラスト及び品質に異なる結果をもたらす。
更に、最新のMSCTスキャナを導入したときの、臨床実践及びCT文献での問題点は、単一スライス及び螺旋形のスキャナに使用される標準コントラストプロトコルが、MSCTマシンを用いる手順に良好にコード変換(translate)するかどうかということである。
Baeらによって述べられた、単純化され仕切られたモデルの1セットの微分方程式の逆解は、造影剤の指数関数的に減少する流速が、CT画像化手順での最適な/一定の増強に帰着するかもしれないことを示す。しかし、PKモデルの逆解法によって計算された注入プロフィールは、殆どのCT動力付きインジェクタには、大きな修正無しでは、容易に実行することができないプロフィールである。
この方法に於いて、該インパルス反応にフーリエ変換を行ない、この伝達関数評価を操作して、以前に実行されたよりも適する注入軌道(trajectory)の評価を決定する。D.Fleischmann及びK. Hittmair“CT血管コントラストについて、離散型フーリエ変形を用いた動脈増強の数学的分析及びボーラス幾何学の最適化”J Comput Assist Tomogr, 23巻,474-84頁,1999年を参照し、その開示は引用を以て、本願への記載加入とする。
FleischmannとHittmairは、このように大動脈の画像化を最適にする意図を持って、個々の患者に誂えた単相注入に造影剤の投与を適するように試みる枠組みを提案した。CT造影剤の提供を制御することの基本的な難しさは、中央の血管コンパートメントから高浸透圧薬剤が素早く拡散することである。更に、造影剤は、造影剤を含まない血液と混合して希釈される。
モデルは、ある数学的な制限があるため、テストボーラス増強に基づいて患者毎に適用することには十分には対応していない。更に、インパルス応答が造影剤の短いボーラスを使用して決定される方法論は、スキャナと注入システム間の時間ボーラス増強データを容易に移送する十分な手段が存在しないから、実際には実行するのが困難である。
一態様に於いて、本発明は造影増強薬剤などの造影剤増強流体の注入を含む画像化手順のための少なくとも1つのパラメータを決定する方法を提供する。該方法は、造影増強流体のボーラスの注入によって生じる最初の対象領域について、画像化システムを用いて測定される少なくとも1つの造影時間増強カーブから決定された離散型ポイントデータをモデルに代入する工程を含む。幾つかの実施例に於いて、十分な数のデータポイントがモデルに代入されて、モデル内の生理学的変数の値を決定する。例えば、変数は心肺の機能に関係することが出来る。
所定時に1つの造影増強カーブ上の少なくとも1つの造影増強薬剤の濃度は、質量保存バランスを使用して、所定時又は所定時に近い時に於ける他の造影増強カーブ上の造影増強薬剤の濃度に関連付けられる。
幾つかの実施例では、第1の対象領域と第2の対象領域との間の造影増強流体の損失は、無視できると仮定されている。幾つかの実施例では、第1の対象領域の血液量は、第2の対象領域の血液量に等しいと仮定されている。
Co(t)=s(t)/K
ここでs(t)[ハウンスフィールド又はHu]は時間tに於ける増強レベルであり、K[mgI/ml]は、変換係数である。
CLH-Peakは、左心に於けるピーク増強での演算された濃度であり、CLH-Desiredは、左心に於けるピーク増強での所望の濃度であり、CLH-Startは、走査開始時に於ける左心の演算された濃度であり、CLH-Target-Desiredは、走査開始時に於ける左心の所望の濃度であり、CLH-Endは、走査終了時、即ちTEndに於ける左心の演算された濃度であり、CRH-Startは、走査開始時に於ける右心の演算された濃度であり、CRH-Target-Desiredは、走査開始時に於ける右心の所望の濃度であり、CRH-Endは、走査終了時の右心に於ける演算された濃度であり、αは重み付け因子であり、βは重み付け因子であり、γはペナルティである。γは例えば、
上記の如く、十分な数のデータポイントがモデルに代入されて、モデル内の生理学的な変数の値を決定する。変数は例えば、心肺機能に関する。
所定時に1つの造影増強カーブ上の少なくとも1つの造影増強薬剤の濃度は、質量保存バランスを使用して、所定時又は所定時に近い時に於ける他の造影増強カーブ上の造影増強薬剤の濃度に関連付けられる。
パラメータ生成システムは、テストボーラスの注入から生じる第1の対象領域からの少なくとも1つの第1の時間増強カーブからポイントデータを入力/受信する(手動又は自動化された、電子的な通信方法の何れかで)入力システム、及び少なくとも一部はポイントデータのモデルへの代入に基づいて少なくとも1つのパラメータを決定すべく、入力システムに通信可能に繋がった少なくとも1つのプロセッサを含む。
パラメータ生成システムは、テストボーラスの注入から生じる第1の対象領域からの少なくとも1つの第1の時間増強カーブからポイントデータを入力/受信する入力システム、及び少なくとも一部はポイントデータのモデルへの代入に基づいて少なくとも1つのパラメータを決定すべく、入力システムに通信可能に繋がった少なくとも1つのプロセッサを含む。
第2の対象領域について、少なくとも第2の造影時間増強カーブからの少なくとも1つのデータポイントが測定されて、モデルに代入される。
ここに使用される用語「相」は例えば、注入手順の総持続時間よりも短い期間(即ち、相持続時間)中に患者に搬送される流体の性質のタイミング、量及び/又は性質を規定する一群のパラメータを一般に指す。
このように、相のパラメータは、相の持続時間に対応する時刻に亘って、注入を記述する。特殊な注入手順についての注入プロトコルは例えば、単相(1つの相)、二相(2つの相)又は多相(2又は3以上の相、しかし一般的には2つより多い相)として記載される。多相注入はまた、注入手順の少なくとも一部に亘って、パラメータが連続的に変化する注入を含む。
本発明に於いて、患者内の1又は複数の対象領域の濃度が一時的に変化することを予測するモデル内の変数は、少なくとも1つの対象領域内の薬剤の少なくとも1つの濃度プロフィール(即ち、時間の関数としての濃度)からのデータを用いて決定され又は評価される。モデル内の現存する変数の数に基づいて、多数の離散型データポイントが、1又は2以上の造影濃度プロフィールから取られて(例えば、画像化システムを用いて生成される時間増強カーブによって提供される)、そのような変数の値を評価する。
多数のモデルに於いて、そのような変数は、心肺機能に関係する(即ち、心臓、肺及び血管機能/動特性)。例えば、本発明に用いられる代表的な実施例のモデルにて、2つの変数であり心拍出量(QCO)及び血液量(VB)は未知である。2つの離散的データポイント(即ち、2つの時間に於ける2つの濃度)は、それら変数の評価を決定するのに用いられる。
しかし、多数のモデルに於いて、例えばピーク増強及びピーク増強に関連する時間を決定するのは比較的簡単である。実際、そのようなシステムに関するソフトウエアはしばしば、ピーク増強及びピーク増強への時間を決定するように最適化される。
そのような多くの実施例に於いて、1以上の対象領域に於ける濃度プロフィールが関連し、濃度及びピーク濃度に関連する時間(times)が、上記の如く、モデル内の変数を決定するのに用いられる。例えば、2つの生理学的変数を含むモデルの場合に於いて、最初の対象領域(即ち、患者の体内の位置)及び少なくとも第2の対象領域についてのピーク増強/濃度及びピーク増強への時間が、変数を決定するのに用いられ得る。
PCT国際特許出願PCT/US2007/026194号のシステム及び方法に於いて、造影剤のヨウ素投入速度は、患者の体重及び走査持続時間に基づいて調節され、その開示は引用を以て本願への記載加入とする。公開されたPCT出願WO/2006/058280号及びWO/2006/055813号も参照されたく、その開示は引用を以て本願への記載加入とする。
決定された診断注入プロトコルは、患者の上行大動脈/大動脈弓のテストボーラス増強カーブのピーク増強値及びピークへの時間に基づいて、更に改良される。時間―増強カーブからのデータは、プロトコル生成に使用されて、走査遅延を決定し、希釈比及びそれによって次の2重流動相(そこでは造影剤と希釈剤が同時に注入される)のヨウ素投入速度を決定し、造影剤の過度の(患者への)注入を防ぐべく、どの時点で注入システムが停止すべきかを決定する。
その方法により、造影増強が患者体型に依存することが少なくなり、右心室の増強が一層一貫し、個別の注入プロトコルの実行中に技術者の仕事流れを容易にする見込みが示された。
残存する造影剤を除去する制約を緩和し、テストボーラスが投与された後に流速が調節されることを可能にするならば、その方法は更に最適化されることが可能である。
時間増強カーブから全てを又は4ポイント以上を、手入力することを技術者に要求することは、過度に面倒であり得る。しかし、単一のテストボーラスカーブだけについてのピーク濃度とピーク到達時間から心拍出量の定量的な評価をするには、(ピーク増強と心拍出量の間に、逆比例の関係があるとすること以上の)有用な情報が不足している。
例えば、1つのデータセットから生成された回帰係数は、別のグループの治療反応を予測するのに必ずしも有効ではない。単純な計算図表も生成されて、その経験則は注入流速にテストボーラス増強データを写像する(map)。
他のアプローチは、参照テーブルの関係から全血量を推定し、注入ポイントと例えば心臓の解剖構造の間の量のみを考慮するために、要因によって分割することである。しかし、アルゴリズムのこれらの分類は決して最適ではない、何故なら、それらが物理的な法則に基づかず、パラメータ及び測定不確実性の変化には強固でなく、有効にするのが難しいからである。
更に、それらのアルゴリズムでは、造影剤/生理食塩水の希釈比、走査遅延及び造影剤の注入持続時間他の注入パラメータを容易に操作することができない。
当業者には明らかなように、2以上のROIを、本発明の評価技術に用いることが出来る。
生理学のパラメータが決定されたのと同じモデルは例えば、プロトコルパラメータ(例えば注入パラメータ及び/又は画像/走査パラメータ)を決定するのに使用され得る。
或いは又は更に、変数はプロトコル・パラメータを決定するために少なくとも1つの他のモデル(例えば、パラメトリックモデル又は非パラメトリックモデルでありえる)について使用され得る。
様々なモデルは、例えば、PCT国際特許出願PCT/US2007/026194号、及び公開されたPCT出願WO/2006/058280号及びWO/2006/055813号で述べられている。
多くの実施例、例えば最適化されたプロトコル生成アルゴリズムでは、入力として所定の生理学上の変数(例えば評価された心拍出量及び血液量)を使用して、走査持続時間中、所定の増強レベルを達成するために流速、注入持続時間及び/又は他のパラメータを計算する。
しかし、注入パラメータは、第1及び第2のROIの何れか又は両方に於いて、所望の増強を達成するように決定される。一般に、パラメータ評価技術の中で使用されるROIは、血液循環路内で互いに比較的接近して、第1路の増強カーブは増強カーブの少なくとも一部上で、互いにオーバーラップする。本発明の技術は例えば、血管造影法の研究の場合のように血管内にあるROIに良く適している。しかし、本発明の技術はまた、組織(腫瘍摂取に関する研究のような)に関する使用にも適している。
データの生成は、肺動脈幹のレベルで、造影剤注入を開始してから例えば4-5秒後に、一連のコンピュータ断層撮影またはCT走査から生じる。
当業者ならば、本発明のシステムと方法が、これらに限定されないが、CT以外の核磁気共鳴映像法(MRI)走査、陽電子放射断層撮影(PET)走査、単光子放出断層撮影法(SPECT)走査を含む画像化技術にて適用可能であることが判る。
同様に、当業者ならば、第1と第2の対象領域のように、他の異なる対象領域も使用され得る。例えば、第1のROIと第2のROIは、周辺血管造影法を実行する脚の大腿動脈及び膝窩静脈である。ニューロCT血管造影法の場合には、脳底動脈及び対応する流出静脈の何れかは、造影剤の第1回目の通過中は、ROIとして使用され得る。
ROIは、例えば、単一走査面にて画像化され得るROIに限定する必要はない。広いボリューム走査(例えば、広いボリュームCT走査)の使用により、身体内の様々な面からのROIの使用が可能になる。
PKモデルへの入力は、造影剤の濃度、注入流速及び持続時間であった。ピークへの時間及び2つの時間増強カーブのピーク増強を使用して、心拍出量及び注入側と例えば大動脈起始部間の血液量の評価を引き出す際には、ハウンスフィールドユニット[HU]に於いて測定された増強及び造影血液濃度間の線形関係、及び心肺回路の2つの部分間の質量保存の法則の線形の関係が仮定された。
一旦、心拍出量の概数が作られれば、それは例えばPKモデル(及び/又は1以上の他のモデルに関して使用された)の分析解に代入されて、画像化手順のパラメータを決定することができる。
幾つかの実施例に於いて、所望のピーク増強及び所望の目標増強(走査の開始及び終了時に達するべきHUレベルとして定義された)に達する最小流速及び注入持続時間が決定された。
例えば、走査終了から実際的なオフセットが、該時間からタイミングボーラス手順の肺動脈時間増強カーブのピークへ決定され、それは注入側から右心まで伝搬時間の指標であると仮定された。
最後に、人毎に2重流れ(稀釈)相が、右心への既知の輸送時間を考えて演算された。輸送時間は、希釈が「カットオーバー」であった時間を決定するのに組み入れられた。
単純化の為に、40/60(造影剤/生理食塩水)の固定比率が、幾つかの代表的な研究で用いられた。
本発明に関して使用され得る、患者の固有データに基づいて造影剤/生理食塩水の比率を決定する技術は例えば、PCT国際特許出願PCT/US2007/026194号に記載されている。更に、以下に議論されるように、希釈比は、本発明の幾つかの実施例にて最適化手順に於ける変数として扱われ得る。
従って、個々のスキャナが生成した校正曲線は、ある状況では保証されてもよい。
第2に、システムは2つの単一のコンパートメントモデルに単純化され、ピーク増強及びピークへの時間が測定される(図2A参照)。この単純化にて、造影剤が注入され、肺動脈に流れ込み、上行大動脈に流れ込み、次に、外に流れ出る。
患者毎に基づく中間コンパートメントに利用可能な増強データ又は量情報が欠如し、タイミングボーラスデータが得られる一時的な解が欠如していたことを考えると、より包括的なモデルはこの計算のためには試みられなかった。単純化されたモデルは、図3に示すものに近似したCO(t)カーブを産出する。
t=T2に於いて、CAO(T2)/VBmlのヨウ素が上行大動脈の中にあり、肺動脈にはまた、幾らかの量のヨウ素が残っている。T2での上行大動脈のより短いピークは、肺動脈のピークと比較すると、前のコンパートメントに残ったヨウ素の結果である。
従って、肺動脈のCO(t)カーブ上の第2の点CPA(T2)は、以下の式(3)に示すピークの差によって、概略化される。
図2Aの実施例では、源Aは駆動部材(110A)のような加圧機構に作動可能に接続し、源Bは駆動部材(110B)のように加圧部材に作動可能に接続している。注入システムは、注入システム(100)に作動可能に繋がり、駆動部材(110A)(110B)の動作を制御して、夫々源Aからの流体A(例えば、造影剤)及び源Bからの流体B(例えば、生理食塩水)の注入を制御する制御システム(200)を含む。
制御システム(200)は例えば、ディスプレイ(210)を具えるユーザインターフェイスを含み、又はユーザインターフェイスと繋がる。図2Bに示された実施例にて、スクリーンディスプレイの一実施例の一部は、注入流れ速度、注入量、及び例えば流体A及び/又は流体Bの注入の3相のパラメータ用の領域を表すとして示される。1又は2以上のそのような相のパラメータは、本発明のパラメータ生成システム及び方法を使用して増やす(populate)ことができる。
図2Cは、以下に述べられるような(方法論1)本発明のシステムの実施例のスクリーンディスプレイの別の実施例を示す。
図2Bに於いて、画像化システム(300)及びインジェクタシステム(100)は例えば、共通の通信ハブ(400)を介して通信可能に接続されている。或いは、直接の通信リンクが設けられている。更に、画像化システム(300)及びインジェクタシステム(100)の1つからのデータは、コンピュータ技術分野で公知の如く、1又は2以上の手入力システム(例えば、キーパッド、キーボード、マウス等)を用いて手入力される。
画像化システム(300)及びインジェクタシステム(100)はまた、例えば公開されたPCT国際特許出願WO2008/011401号に記載されたように、部分的又は全体的に一体化され、WO2008/011401号の内容は、引用を以て本願への記載加入とする。インジェクションシステム及び画像化システム(300)の1、複数又は全ての記載された要素がまた或いは代わりに他のシステム要素と通信可能に繋がった状態にある他の別の要素と一体化され、又は他の別の要素中に組み込まれる。
本発明のシステム及び方法を具現化するソフトウエアは例えば、メモリ(530)内に格納され、プロセッサ(520)によって実行される。当業者には明らかなように、本発明の方法及び/又はシステムの機能の全て又は一部は、代わりに画像化システム(300)(例えば、少なくとも1つのプロセッサ(320)、メモリシステム(330)、ディスプレイ(310)及び手入力システム(305)を含む)及び/又はインジェクタシステム(100)中にあることが出来る。
走査は、左心濃度カーブ上の上り坂上の未知点上にて、Tstartにて開始する。走査はカーブの下り坂上にてΔT秒後であるTstart+ΔTに終了し、ΔTは特定の走査持続時間である。増強が可能な限り高く且つ堅実であるような方法で、走査ウインドゥを位置決めすべく、それらの2つの値(上り坂及び下り坂上で)は、等しくなるように設定され、CTargetと言及される。
幾つかの研究では、ブルートフォース探索計画が実行された、何故ならパラメータの範囲が良く規定され、解の多様性が良く機能し(behave)(図5に等高線で示し、図6に表面の区画で示すように)、最小解をサーチするのに必要な計算上の負担が些細であるからであり、特にパラメーター入力及びプロトコル生成の間の数秒の計算時間が手続きに影響を及ぼさないことが判ったからである。
注入側から右心(又は他のROI)への搬送に遅れがある故に、走査終了と例えば右心への搬送時間の間の時間内に注入された造影剤は、診断画像に貢献しないので、それに合わせた最適なプロトコルを、より繊細に考察する必要がある。
造影剤が右心房の中に着くのに必要な最短時間は、肺動脈時間増強カーブのピーク時からテストボーラスの注入持続時間を引き、造影剤が肺動脈幹を通過する前に右心房に達することを認識するオフセット要因を加えたものとして決定される。
2秒のデフォルト値が幾つかの研究でオフセット要因に使用された。当業者には明らかなように、上記の考察/論理は、左心/右心以外のROIにも適用する。
scanDelay=T2−(TinjTB+arrOffset)+Tstart
ここで、TinjTBは、タイミングボーラスの注入持続時間であり、arrOffsetは、到着時間のオフセット値であり、走査終了時間は走査遅延時間を操作持続時間に加えることにより決定される。
TarrRH=T1−(TinjTB+arrOffset)
ここでT1Peakは、第1の対象領域に於けるピーク増強への時間である。
しかし、より一般的なシナリオが、図8Aに記載される。このシナリオでは、計算された診断上の注入は、走査の完了前に終了する。しかし、注入の最後の数秒で注入された造影剤は、右心(肺動脈幹時間増強カーブから測定された右心への造影剤の到着時によって決定されるように)へ移動するには十分な時間がなく、診断の画像化に寄与しないだろう。従って、注入は、走査の終了と、右心内への造影剤の到着の間で留められ/停止される。生じた注入プロトコルは、図8Bに示される。
Tinj=scanEnd−TarrRH
本発明のアプローチは、全てのプロトコルが必ずしも2重流れのプロトコルを有するとは限らない点で、前の実施例と異なる。
例えば希釈相は、例えば、上大静脈(SVC)及び右心構造のストリークとビームハードニングアーチファクトに帰着する明るさの不透明化を減じるように構成されている。
上記の如く、幾つかの研究にて、造影剤/生理食塩水の比は、40/60に固定され又は走査/被験者パラメータに基づき40/60(造影剤/生理食塩水)に設定されて、実験の自由度を減じた。当業者に明らかなように、可変な造影剤/生理食塩水の比率は、容易に生成することができる(例えば、PCT国際特許出願PCT/US2007/026194に記載され、又は更に以下に記載するように)。
例えば、混合体又は2重流れ相に於ける造影増強流体/非造影増強流体の比は、テストボーラス中に決定されるピーク増強への時間に基づいて決定される。ピーク増強へより長い時間が掛かると、例えば造影増強流体の非造影増強流体に対する比が高い比率に帰着する場合がある。
本発明の方法論を用いて決定された流速は、他の方法論を用いて演算されたのと近似した大きさであるが、一層大きな可変性を示しており、本発明の方法論が可変流速を用いて、より多くの患者特有の注入プロトコルを生成することを試みるから、可変性は予期されるだろう。比較はアルゴリズム臨床的妥当性のチェックとしてなされる。
例えば、生じた大多数の流量値が10ml/秒以上、或いは3ml/秒未満であると演算されたならば、これはアルゴリズム論理の欠陥を示すかもしれない。
高い心拍出量を有する被験者について、アルゴリズムがプロトコルを演算するケースがあり、該プロトコルは搬送されるよりも多くの造影剤を要求する。これらの場合に於いて、標準的な制御プロトコルが不十分な増強(<250HU)を提供することがあり得る。図10Fは、研究された各領域について、制御グループと研究グループの平均減衰を示す。研究グループについては、制御グループと比較して、領域中に亘って変動しにくく(より一貫して250HUに近い)、矛盾した増強パターンがある(Asc Aortaが、増強が高く、先端領域が増強が低いことに注意されたい)。
一実施例に於いて、体積流速は全ての患者に一定であるが、ヨウ素投与速度(gI/秒)は必要ならば、診断注入時に造影剤を希釈することにより調節される。残りの造影剤の濃度では十分な増強ができない場合のみ、体積流速が増加される。
比較的高く且つ安定した増強に達するような方法で操作ウインドウを計るべく、これらの2つの値(上り坂上のCLH-Start及び下り坂上のCLH-Endを指す)は可能な限り、CLH-Targetに近付けるべきである。右心のカーブには、同様の関連するパラメーターがある。
しかし、CRH-Peakが走査ウインドウ中に生じないから(右心の過度の増強はストリーク又はビームハードニングアーチファクトに繋がるとして)、式(8)に記載されたコスト関数の項として含まれていなかった。
図12は、相対的なタイミング及び診断注入プロトコル相、右心/肺動脈及び左心/大動脈の走査及び増強カーブの例を示す、
従って、右心増強に於いて、そのような誤りによって最適化が左右される(dominate)ことを避けるために、幾つかの実施例にて、セットαは0.5に等しく設定された。βは幾つかの実施例にて1に等しく設定され、それはテストボーラスについて一貫性を失うレベルと、目標の増強に達しないレベルとの間の合理的なトレードオフ値であると示された。
幾つかの実施例にて、γは1000に等しく設定され、過度に装填された造影剤の量に非常に大きなペナルティ項を設定する。この点に関して、(Qinj(R1ΔTinj1+R2ΔTinj2)>VLoad)が真であれば、γは1000に等しく設定された。真でなければ、γは0に等しく設定された。
残りの濃度値について、絶対時間T(走査の開始又は終了の何れか)が与えられると、RH及びLHカーブは、上り坂(相1)、希釈(相2)、又は減衰(相3)の3つの領域の何れかであり得る。T<(Tarr+ΔTinj1)であれば、式は、
更に、パラメータ入力とプロトコル生成の間の数秒の演算時間は、画像化手順に影響を及ぼさない。
研究された解剖領域は、Part(肺動脈幹)、AscAorta(上行大動脈)、RV(右心室)、LftMain(左大冠動脈)、LAD Prox(左前方下行冠動脈の基端領域)、LAD Dist(LAD冠動脈の先端領域)、RCA Prox(右冠動脈の基端領域)、RCA Dist(RCAの基端領域)であった。
Claims (50)
- 画像化手順と組み合わせて実行されるべき注入手順のために、少なくとも一つのパラメータを決定する方法であって、つぎの工程を有している、
(a) 造影増強薬剤を含んでいる造影増強流体のテストボーラスを注入し、
(b) 造影増強流体のテストボーラスが通過するとき、造影システムによって少なくとも2箇所の対象領域を走査して、少なくとも2箇所の対象領域の各々についての造影時間増強曲線をそこより得、
(c) 造影時間増強曲線の各々から一つの離散的データポイントを導き出し、従って離散的データポイントの各々は、それに対応する造影時間増強曲線について一対の測定値を構成し、
(d) 造影時間増強曲線から得た離散的データポイントをモデルに代入して、少なくも生理的変数の値についての評価をそこから得、
(e) 生理的変数の値の評価を使って、モデルを介し、1つの画像化手順と組み合わせて実行されるべき注入手順のための少なくとも1つのパラメータを決定する、画像化手順と組み合わせて実行されるべき注入手順のために、少なくとも一つのパラメータを決定する方法。 - 生理学的な変数は心肺機能に関係するものである、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つのパラメータは、造影増強流体の注入のための注入手順の少なくとも1相のパラメータ、又は画像化システムのパラメータである、請求項2に記載の方法。
- 第1の対象領域の造影時間増強カーブからの離散的データポイントは、第1の対象領域を通った造影増強流体の1回目の通過に対応し、第2の対象領域の造影時間増強カーブからの離散的データポイントは、第2の対象領域を通った造影増強流体の1回目の通過に対応する、請求項2に記載の方法。
- 第1の対象領域の造影時間増強カーブは、時間軸上にて、第2の対象領域の造影時間増強カーブと部分的にオーバーラップする、請求項4に記載の方法。
- 所定時間に於ける造影増強カーブの1つのカーブ上での造影増強薬剤の濃度は、所定時又は質量バランスの保存を使って、所定時に近い時に於ける他の造影増強カーブ上の造影増強薬剤の濃度に関連する、請求項4に記載の方法。
- 第1の対象領域と第2の対象領域との間の造影増強流体の損失は、無視できると仮定された、請求項6に記載の方法。
- 第1の対象領域の血液量は、第2の対象領域の血液量に等しいと仮定された、請求項7に記載の方法。
- モデルは、心拍出量及び血液量が生理学的変数である生理学的モデルであり、注入側と測定地点間の心拍出量及び血液量は、患者について演算され、少なくとも一つのパラメータは生理学的モデルを用いて決定される、請求項2に記載の方法。
- モデルは、心拍出量及び血液量が生理学的変数である生理学的モデルであり、注入側と測定地点間の心拍出量及び血液量は、患者について演算され、少なくとも一つのパラメータは生理学的モデルを用いて決定される、請求項8に記載の方法。
- 第1の対象増強領域に対するピーク増強への時間T1及び第2の対象増強領域に対するピーク増強への時間T2がモデルに入力される、請求項10に記載の方法。
- 第1の対象増強領域のピーク増強に於ける濃度C1(T1)及び第2の対象増強領域のピーク増強に於ける濃度C2(T2)がモデルに入力される、請求項11に記載の方法。
- 濃度は以下の式によって増強レベルと関連づけられる。
Co(t)=s(t)/K
ここで、s(t)は時間tに於ける増強レベルであり、K[mgI/ml]は変換係数である、請求項13に記載の方法。 - Tinjは、注入持続時間であり、造影増強薬剤の到達とピーク増強への時間との間の時間量である、請求項13に記載の方法。
- 決定された値Qcoはモデル内で使用され、少なくとも1つのパラメータを決定する、請求項19に記載の方法。
- C(Tpeak)及びC(Tstart)増強は、Tinj及びQinjについての容認可能な入力値について決定される、ただし最大値Qinj及び最小値Qinj及び最大値Tinj及び最小値Tinjは定まっている、請求項22に記載の方法。
- 最大値Tinjは、走査持続時間プラス定数の関数として定められ、最小値Tinjは、走査持続時間として定められる、請求項23に記載の方法。
- 第1の対象領域は、肺動脈であり、第2の対象領域は、上行大動脈である、請求項2に記載の方法。
- 第1の対象領域は、肺動脈であり、第2の対象領域は、上行大動脈であり、診断プロトコル流速の値は、コスト関数を最小にする観点から決定される:
ペナルティ値であり、γは、
- 生理学的な変数は、少なくとも1つのパラメータを決定するために、そのモデル又は少なくとも1つの他のモデルに関連して用いられる、請求項2に記載の方法。
- 少なくとも1つの他のモデルは、パラメトリックモデル又は非パラメトリックモデルである、請求項32に記載の方法。
- 工程(d)(e)は;
(1) 血液量VBの2つの等式のひとつ
(2) 少なくともつぎの等式の使用を含む自動反復方式:
これらへ少なくとも注入流量Qinjと注入継続時間Tinjの各々の最大値から最小値までの値を反復挿入して、コスト関数:
よってコスト関数を最小にする注入流量Qinjと注入継続時間Tinjは、注入処置における実行されるべき少なくとも1つのパラメータのうちの2つである、ただしC(TPeak)はピーク増強に於ける造影増強剤の濃度であり、C(Tstart)は画像システムによる走査開始時の造影増強剤の濃度であり、2対象領域の少なくとも1つに於ける造影増強剤の所望ピーク濃度DesirePeakと所望目標濃度DesiredTargetは操作者によってコスト関数へ挿入されたものである、請求項1に記載の方法。 - 工程(d)(e)は;
(1) 血液量VBの2つの等式のひとつ
(2) 少なくともつぎの等式の使用を含む自動反復方式:
これらへ少なくとも注入流量Qinjと注入継続時間Tinjの各々の最大値から最小値までの値を反復挿入して、コスト関数:
よってコスト関数を最小にする注入流量Qinjと注入継続時間Tinjは、処置における実行されるべき少なくとも1つのパラメータのうちの2つである、ただしC(TPeak)はピーク増強に於ける造影増強剤の濃度であり、C(Tstart)は画像システムによる走査開始時の造影増強剤の濃度であり、またTstartは走査開始時間であり、R1は造影剤だけが注入された場合の相中の注入割合であり、△Tinj1は造影剤だけが注入された場合の相の継続時間であり、R2は造影剤と希釈剤が注入された場合の相中の注入割合であり、△Tinj2は造影剤と希釈剤が注入された場合の相の継続時間であり、CLH-Peakは左心での造影ピークに於ける計算濃度値であり、CLH-Desiredは左心での造影ピークに於ける所望濃度値であり、CLH-Startは測定開始時における左心の計算濃度値であり、CLH-Target-Desiredは走査開始時における左心での造影ピークの所望濃度値であり、CLH-Endは走査終了時即ちTEndにおける左心での計算濃度値であり、CRH-Startは右心での走査開始時に於ける計算濃度値であり、CRH-Target-Desiredは走査開始時における右心での所望濃度値であり、CRH-Endは走査終了時における右心での計算濃度値であり、αは重み付け係数であり、βは重み付け係数であり、γはペナルティ値であって、
- 画像化手順と組み合わせて患者について実行する注入手順のため少なくとも1つのパラメータを決定するパラメータ生成システムであって、注入手順は画像システムによって得られる画像の増強に適合した造影増強剤を含む造影増強流体を注入することを含み、該パラメータ生成システムはつぎの構成を有している:
(a) 少なくとも2つの時間増強曲線の各々から1つの離散的データポイントを処理するために形成されたモデルであって、各時間増強曲線はそれに対応した対象領域に連繋しており、そして離散的データポイントの各々は、それに対応する時間増強曲線上の一対の測定値を構成し、時間増強曲線は、患者に注入された造影増強流体のテストボーラスが対象領域を流通するときに対象領域を走査することによって生成され、
(b) 離散的なデータポイントをモデルを使うことによってパラメータ生成システムに入力するための入力システム;
(c) モデル操作を可能にし入力システムから受信したデータポイントをそれを使って処理するためにモデルに送る少なくとも1つのプロセッサであって、患者について画像手順と組み合わせた注入手順のために少なくとも1つのパラメータが決められる、パラメータ生成システム。 - 各時間増強曲線からの離散的データポイントがモデルに代入されて、モデル内の生理学的な変数の値を決定し、変数は心肺機能に関係するものであって、注入手順を実行するための少なくとも1つのパラメータの決定に使われる、請求項36に記載のパラメータ生成システム。
- 注入手順を実行するための少なくとも1つのパラメータをモデルを介して、少なくとも以下の工程を使って得る;
(a) 血液量VBの2つの等式のひとつであり、:
(2) 少なくともつぎの数式の使用を含む自動反復方式:
これらへ少なくとも注入流量Qinjと注入継続時間Tinjの各々の最大値から最小値までの値を反復挿入して、コスト関数:
よってコスト関数を最小にする注入流量Qinjと注入継続時間Tinjは、注入処置における実行されるべき少なくとも1つのパラメータのうちの2つである、ただしC(TPeak)はピーク増強に於ける造影増強剤の濃度であり、C(Tstart)はセンサーによる測定開始時の造影増強剤の濃度であり、2対象領域の少なくとも1つに於ける造影増強剤の所望ピーク濃度DesirePeakと所望目標濃度DesiredTargetは操作者によってコスト関数へ挿入されたものである、請求項36に記載の方法。 - 少なくとも1つのパラメータは、造影増強流体を注入する注入手順の少なくとも1つの相のパラメータ又は画像手順のパラメータである、請求項37に記載のパラメータ生成システム。
- 第1の対象領域の時間増強カーブからの離散的データポイントは、第1の対象領域を通る造影増強流体造影増強流体の最初の通過に対応し、第2の対象領域の時間増強カーブからの離散的データポイントは、第2の対象領域を通る造影増強流体の最初の通過に相当する、請求項37に記載のパラメータ生成システム。
- 第1の対象領域の時間増強カーブは部分的に、第2の対象領域の時間増強カーブと、時間軸上でオーバーラップする、請求項40に記載のパラメータ生成システム。
- 所定時に1つの時間増強カーブ上の少なくとも1つの造影増強薬剤の濃度は、質量保存バランスを使用して、所定時又は所定時に近い時に於ける他の時間増強カーブ上の造影増強薬剤の濃度に関連付けられる、請求項40に記載のパラメータ生成システム。
- 第1の対象領域と第2の対象領域との間の造影増強流体の損失は、無視できると仮定された、請求項42に記載のパラメータ生成システム。
- (a) 患者に対し注入手順を実行する際に、画像システムから得た画像のコントラストを増強するのに適した造影増強剤を含む造影増強流体を加圧注入する少なくとも1つの加圧システムと、
(b) 注入手順の際に少なくとも加圧システムの制御に使うための少なくとも1つのパラメータを決めるパラメータ生成システムであって、該パラメータ生成システムは、
(i) 少なくとも2つの時間増強曲線の各々から1つの離散的データポイントを処理するために形成されたモデルであって、各時間増強曲線はそれに対応した対象領域に連繋しており、そして離散的データポイントの各々は、それに対応する時間増強曲線上の一対の測定値を構成し、時間増強曲線は、患者に注入された造影増強流体のテストボーラスが対象領域を流通するときに対象領域を走査することによって生成され、
(ii) 離散的なデータポイントをモデルを使うことによってパラメータ生成システムに入力するための入力システム;
(iii) モデル操作を可能にし入力システムから受信したデータポイントをそれを使って処理するためにモデルに送る少なくとも1つのプロセッサであって、患者について画像手順と組み合わせた注入手順のために少なくとも1つのパラメータを決めるプロセッサ;
を具えるインジェクタシステム。 - (a) 患者に対し注入手順を実行する際に、画像のコントラストを増強するのに適した造影増強剤を含む造影増強流体を加圧注入する加圧システムと、
(b) 画像手順の際に画像を得る画像システムと、
(c) 画像手順と組み合わせて患者に実行するために少なくとも1つのパラメータを決めるパラメータ生成システムであって、該パラメータ生成システムは、
(i) 少なくとも2つの時間増強曲線の各々から1つの離散的データポイントを処理するために形成されたモデルであって、各時間増強曲線はそれに対応した対象領域に連繋しており、そして離散的データポイントの各々は、それに対応する時間増強曲線上の一対の測定値を構成し、時間増強曲線は、患者に注入された造影増強流体のテストボーラスが対象領域を流通するときに対象領域を走査することによって生成され、
(ii) 離散的なデータポイントをモデルを使うことによってパラメータ生成システムに入力するための入力システム;
(iii) モデル操作を可能にし入力システムから受信したデータポイントをそれを使って処理するためにモデルに送る少なくとも1つのプロセッサであって、患者について画像手順と組み合わせた注入手順のために少なくとも1つのパラメータを決めるプロセッサ;
を具えるインジェクタシステム。 - 手順の少なくとも1つのパラメータを決定する方法であって、
(a) 薬剤のテストボーラスを注入し、
(b) 少なくとも2つの対象領域を、薬剤テストボーラスがそこを通過するときセンサーによって測定し、そこから少なくとも2領域の各々について時間濃度カーブを得、
(c) 各時間濃度曲線から1つの離散的データポイントを得ることにより、
各データポイントはそれに対応する時間濃度曲線上の一対の測定値を構成し、
(d) 時間濃度曲線から得た離散的データポイントをモデルに代入し、該モデルは各時間濃度曲線から得たデータポイントの内のわずか1つを処理して、手順を実行するための少なくとも1つのパラメータを得る様に構成されている、
工程を有する方法。 - 各時間増強曲線からの離散的データポイントがモデルに代入されて、モデル内の生理学上の変数を決定し、変数は心肺関数に関連し、手順を実行するための少なくとも1つのパラメータを得る際に使われる、請求項46に記載の方法。
- 離散的データポイントをモデルに代入して手順のための少なくとも1つのパラメータを得る工程は;
(a) 血液量VBのための2等式
(b) 少なくともつぎの等式の使用を含む自動反復方式:
よってコスト関数を最小にする注入流量Qinjと注入継続時間Tinjは、処置における少なくとも1つのパラメータのうちの2つである、ただしC(TPeak)はピーク増強に於ける薬剤の濃度であり、C(Tstart)はセンサーによる測定開始時の薬剤の濃度であり、2対象領域の少なくとも1つに於ける薬剤の所望ピーク濃度DesirePeakと所望目標濃度DesiredTargetは操作者によってコスト関数へ挿入されたものである、請求項46に記載の方法。 - 離散的データポイントをモデルに代入して手順のための少なくとも1つのパラメータを得る工程は;
(a) 血液量VBのための2等式
(b) 少なくともつぎの等式の使用を含む自動反復方式:
- 実行するべき注入手順の少なくとも1つのパラメータが、少なくとも次の工程を使うモデルによって決定される、
(a) 血液量VBの2つの等式のひとつ
(b) 少なくともつぎの等式の使用を含む自動反復方式:
これらへ少なくとも注入流量Qinjと注入継続時間Tinjの各々の最大値から最小値までの値を反復挿入して、コスト関数:
よってコスト関数を最小にする注入流量Qinjと注入継続時間Tinjは、処置における実行されるべき少なくとも1つのパラメータのうちの2つである、ただしC(TPeak)はピーク増強に於ける造影増強剤の濃度であり、C(Tstart)は画像システムによる走査開始時の造影増強剤の濃度であり、またTstartは走査開始時間であり、R1は造影剤だけが注入された場合の相中の注入割合であり、△Tinj1は造影剤だけが注入された場合の相の継続時間であり、R2は造影剤と希釈剤が注入された場合の相中の注入割合であり、△Tinj2は造影剤と希釈剤が注入された場合の相の継続時間であり、CLH-Peakは左心での造影ピークに於ける計算濃度値であり、CLH-Desiredは左心での造影ピークに於ける所望濃度値であり、CLH-Startは測定開始時における左心の計算濃度値であり、CLH-Target-Desiredは走査開始時における左心での造影ピークの所望濃度値であり、CLH-Endは走査終了時即ちTEndにおける左心での計算濃度値であり、CRH-Startは右心での走査開始時に於ける計算濃度値であり、CRH-Target-Desiredは走査開始時における右心での所望濃度値であり、CRH-Endは走査終了時における右心での計算濃度値であり、αは重み付け係数であり、βは重み付け係数であり、γはペナルティ値であって、
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