KR20240090647A - 급성 허혈성 뇌졸중을 앓고 있는 것으로 의심되는 환자의 신속한 진단 이미징을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

급성 허혈성 뇌졸중(AIS)의 신속한 진단과 혈관내 치료, 즉, 혈관내 장치를 사용하여 혈전을 기계적으로 제거하는 것을 함께 사용하면 보다 나은 결과를 얻을 수 있다. 제한된 수의 투영각에서 x-선 이미지들을 획득하고 의미 있는 진단 데이터를 제공하기 위해 처리되는 두 개의 회전 x-선관을 사용하여 혈관조영술 제품군 내에서 수행되는 이미지 기술을 포함하는 진단 시간을 단축하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다.

Description

급성 허혈성 뇌졸중을 앓고 있는 것으로 의심되는 환자의 신속한 진단 이미징을 위한 시스템 및 방법
급성 허혈성 뇌졸중(AIS)의 신속한 진단 및 혈관내 치료 - 즉, 혈관내 장치로 혈전을 기계적으로 제거하는 것 - 를 함께 하는 것은 환자의 결과를 보다 양호하게 한다. 진단 시간을 단축하기 위한 시스템 및 방법이 개시되며, 이들은 제한된 수의 투영각(projection angle)들로부터 x-선 이미지를 획득하고 의미있는 진단 데이터를 제공하기 위해 처리되는 두 개의 회전 x-선관들을 사용하여 혈관조영술 세트 내에서 수행되는 이미징 기술을 포함한다.
혈관조영술 세트는 광범위한 최소 침습적 절차를 수행하기 위한 전문 이미징 및 치료 시설이다. 혈관조영술 세트의 핵심은 특수한 이미징 및 혈관내 치료가 수행되는 혈관조영술 기계이다.
뇌졸중의 진단 및 치료에 있어서, 혈관 직접 연결(DTA)로서 지칭되는 프로토콜은 통상적으로 허혈성 뇌졸중의 진단 및 치료와 관련된 시간을 줄이기 위한 효과적인 수단으로서 점점 더 많이 시행되고 있다. 특히, DTA는, 진단에만 사용할 수 있는 이미징 기계((예컨대, 컴퓨터 단층촬영(CT) 또는 자기 공명 이미징(MRI) 스캐너))을 이용하는 기존 진단 단계들을 우회하여 실행되는 기존 뇌졸중 프로토콜에 비해 다양한 이점들을 제공한다. 이러한 초기 이미징 단계를 우회함으로써, 혈관조영술 세트로 환자를 이송하는 후속 및 추가 단계들이 생략된다.
전통적인 치료 프로토콜에서, 환자가 치료 시설에 도착하여 뇌졸중을 앓은 것으로 의심되는 경우, 대부분의 치료 시설은 환자가 초기에 표준 또는 다중 사용 CT 이미징 세트에서의 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캔, 또는 MRI 스캔을 받도록 요구하는 프로토콜을 시작한다. CT 이미징을 사용하는 일반적인 시나리오는 CT 스캔으로서 설명된다. 일반적으로 CT 스캔은 MRI 이미징보다 더 일반적이나, MRI에도 동일한 원칙이 적용된다.
일반적인 다목적 CT 스캐너는 신체 전체 영역을 이미징하여 신체의 모든 부위에 걸쳐 다양한 상태를 진단하기 위해 사용되는 CT 촬영 장치이다.
표준 진단 CT 기계는 빠르게 회전하는 갠트리를 통해 원형/나선형으로 환자의 몸 주위에 좁은 x선 빔을 유도한다. x선은 x선관으로부터 방출되며, x선은 신체의 관심 영역을 통과한다. x선은 디지털 x선 검출기를 통해 환자 신체의 반대쪽에서 수신된다. 조직에 따라, x-선 빔은 주어진 시간과 갠트리 아암의 위치에서 x-선 빔이 통과하는 실제 조직에 기초하여 감쇠된다. 갠트리는 신체 주위로 360도 움직이기 때문에, 각 x-선 빔은 이미지의 시간 및 갠트리의 각도 위치와 상관 관계가 있으며, 수학적 조작(예컨대, 후처리)을 통해, 수많은 데이터 포인트들이 신체의 특정 레벨에서 신체 부위의 단면(일반적으로 "가로" 단면)을 보여주는 이미지로 조립된다.
다양한 위치/레벨들에서의 갠트리의 다중 회전들은, 방사선 전문의가 환자 신체의 특정 부위의 진단 분석을 수행할 수 있도록 다양한 방식으로 표시 및/또는 조립될 수 있는 기본 신체 조직의 일련의 공간적으로 분리된 이미지 슬라이스들의 구성을 가능하게 한다. .
CT 기계의 기본 동작 외에도, 의심되는 이상 및 이미징되는 신체 부위에 따라 방사선 전문의가 채용할 수 있는 광범위한 기술들이 있으며, 이를 이용하여 이미지들로부터의 보다 높은 정밀도 및/또는 보다 관련성 높은 정보를 얻을 수 있다.
광범위한 진단 절차에 이용되는 한 가지 특정 기술은 조영 CT 스캔이다. CT 이미지들을 획득하기 직전에 요오드화 조영제를 신체에 주입함으로써, 조영 CT 스캔은 특히 이미지 획득 시 혈관에 대한 보다 큰 가시성을 제공할 수 있다. 일반적으로, 조영제가 혈관을 통과할 때, 이는 주변 실질(parenchyma)에 비해 x-선을 더욱 감쇠시키며, 이에 따라 조영제로 채워진 혈관이 보다 조밀하게 나타나고, 이는 x선이 보다 쉽게 통과하는 혈관과 주변 조직들 간에 보다 효과적인 구별을 제공한다.
CT 혈관조영술(CTA)은, 허혈성 뇌졸중의 효과적인 진단을 위해 해석 및 사용되며 치료 절차 계획을 가능하게 하는 영향을 받는 것 및 영향을 받지 않는 혈관/조직을 통해 조영제가 어떻게 흐르는지에 대해 상기 기술이 매우 유용한 정보를 제공함에 따라, 허혈성 뇌졸중과 관련된 순환기 이상 진단에 특히 유용하다. 급성 허혈성 뇌졸중(AIS)의 근본 원인인 뇌 혈관의 막힘은, 달리 조영제가 채워진 혈관의 갑작스러운 충전 결함 및 이 혈관에 의해 공급되는 뇌 조직의 조영제 부족으로서 나타난다.
급성 허혈성 뇌졸중 진단 및 치료 작업 흐름의 각 단계는, 예를 들어, 예비 임상 검사를 위한 시간, 환자를 다른 치료 영역으로 그리고 그로부터(예컨대, 이미징이 수행되는 CT 스캐너로부터 치료가 행해지는 뇌혈관조영술 세트까지) 이동시키기 위한 시간, 전문의를 포함한 추가 의료진과의 참여를 위한 시간, 혈액 검사와 같은 추가 진단 테스트를 계획하고 실행하는 시간, 이미지 데이터 처리 및 분석을 위한 시간, (예컨대, 적절한 혈관 내 치료 도구들을 선택함으로써) 치료 절차를 계획하는 시간 및 실제 치료 실행 시간을 포함하는 시간을 필요로 한다.
AIS로 고통받는 것으로 의심되는 환자들에게 있어서, "시간은 뇌"이다. 큰 혈관이 막힌 평균적인 AIS 환자는 분당 평균 190만 개의 뉴런(뇌 세포)을 잃는다. 뇌졸중 발병부터 치료까지의 시간을 늘리는 모든 단계들은 환자의 결과를 상당히 악화시킬 수 있다. 예를 들어, 허혈성 뇌졸중 환자가 상기와 같은 치료 시설에 도착하면 다음 단계들의 다양한 조합들이 이어질 수 있으며, 각각은 시간 성분을 갖는다:
잠재적인 뇌졸중을 의심하기 위해 최초 대응자/의사에 의한 환자 증상(예컨대, 허약, 무감각 등)에 기초한 한 예비 진단.
뇌졸중 전문의에 의한 예비 검사 확인 및 AIS가 실제로 존재하는지 또는 대체 진단(예컨대, 출혈성 뇌졸중)이 있는지 판단하기 위해 CT 스캔을 실시하기로 한 결정.
환자를 일반 CT 세트로 이동시키고, 초기 CT 스캔의 계획 및 실행.
후처리 획득 CT 이미지들.
방사선 전문의에 의한 이미지들의 검토 및 초기 진단 완료.
AIS가 의심되는 경우, CT 혈관조영술(CTA) 스캔(즉, 뇌에 혈액을 공급하는 혈관의 조영 스캔)을 계획하고 실행한 후, 추가 처리 시간, 검토 및 진단.
CT 관류(CTP) 스캔 또는 다단(mCTA) 스캔(예컨대, AIS에서 뇌 조직의 생존 가능성을 보여주는 고급 이미징 기술)과 같은 추가 CT 연구를 계획, 실행 및 수행한 후, 추가적인 처리 시간, 검토 및 진단.
환자를 치료하고 치료 장소(예컨대, 뇌혈관조영술 세트 또는 "혈관 세트")로 이동하도록 결정.
환자를 혈관조영술 세트로 이동하고 적절한 장치 선택, 혈관의 천공을 통한 혈관 내 접근 설정 등을 포함하여 혈관 내 시술을 준비 및 설정.
관류 이미징은 뇌의 색깔 표시 맵으로서 표시될 수 있기 때문에 AIS에 널리 사용되는 이미징 방법이다. 폐색된 혈관은 관류 맵에서 서로 다른 색상들의 쐐기 모양 영역들로서 표시되는 뚜렷한 관류이상들을 유발하므로 경험이 없는 작업자도 혈관 폐색을 쉽게 볼 수 있다. 또한 관류 맵들을 통해 시술자는 질병에 걸린 뇌 조직들 중 얼마나 많은 부분이 이미 회복 불가능하게 손상되어 치료로 구제할 수 없는지("경색 코어")와 치료를 통해 여전히 구제 가능한 부분("위험에 처한 조직")을 추정할 수 있다.
이미징 동안 하나의 특정 문제는 환자가 받는 방사선의 양이다. 어디에서 수행되든 CT 이미징은 전리 방사선에 의존하며 획득된 이미지들의 수에 비례한다. 또한, 혈관 세트 내에서, 모든 혈관내 도구들은 전리 방사선을 사용하는 투시법 제어에 따라 작동된다. 따라서, 환자가 받는 방사선의 양을 줄이는 기술들은 여전히 효과적인 이미징을 제공하면서 바람직하다.
따라서, 방사선에 대한 환자의 노출을 줄이면서, 일부 단계들을 완전히 제거하는 것을 포함하여 위에서 설명한 다양한 작업들과 관련된 시간을 절감하는 개선된 진단 및 치료 프로토콜이 필요하다.
상기한 바와 같이, 일부 치료 시설의 프로토콜은 CT 스캐너를 우회하고 환자를 혈관 세트(DTA)로 직접 이송한다. 이들 시설에서는, 일반적으로 혈관내 치료 중 형광투시(x-선 유도) 하에 혈관내 카테터 및 기타 도구를 탐색하기 위해서만 사용되는 혈관 세트 x-선 기계도 이미징 획득에 사용된다.
이들 DTA 맥락에서, 혈관 기계 x-선관 및 검출기는 (CT 스캐너와 유사하게) 환자 주위를 360°넘게 회전하여 "평면 패널 이미징"으로 불리는 CT와 유사한 이미지들을 생성하도록 한다. 이 획득은 일반 CT 스캔(수 초)보다 시간이 오래 걸리며, 상대적으로 높은 방사선량을 갖는다. 또한, 일반 CT 스캐너로 얻어진 통상적인 CT 스캔에 비해 이미지 품질이 떨어진다.
본 발명에 따르면, 급성 허혈성 뇌졸중(AIS)을 앓고 있고 조영제가 주입된 의심 환자의 뇌에 대한 일련의 관류 이미지을 획득하는 방법이 제공되며, 상기 방법은: a) 제1 x-선 방출기와 제1 x-선 수신기를 갖고, 환자의 머리 주위의 일반적으로 전방/후방 위치(AP)에 작동 가능하게 배치되는 제1 x-선 이미징 시스템(FXIS) 및 제2 x-선 방출기와 제2 x-선 수신기를 갖고, 환자의 머리 주위의 일반적으로 측면 위치에 작동 가능하게 위치되는 제2 x-선 이미징 시스템(SXIS)을 갖는 뇌혈관조영술 기계를 이용하는 단계; b) 상기 FXIS와 SXIS로부터 일련의 이미지를 획득하는 단계로서, 상기 FXIS는 제1 이미징 위치와 제2 이미징 위치 사이를 교대로 이동하도록 활성화되고 상기 SXIS는 제3 이미징 위치와 제4 이미징 위치 사이를 교대로 이동하도록 활성화되는, 단계; c) 시간 = 0(to) 내지 시간 = n(tn) 사이의 복수의 시점들에 걸쳐 단계 b)를 반복하는 단계로서, 상기 to는 일반적으로 상부 경추 혈관의 조영제 도달에 대응하고 tn은 일반적으로 조영제 세척에 대응하는, 단계; 및 d) 환자 뇌의 관류 역학의 시각화를 보여주는 후처리 이미지를 생성하기 위해 단계 b) 및 c)로부터의 이미지들을 처리하는 단계를 포함한다.
다양한 실시예들에서,
단계 d)는, 시간 임계값 내에서 얻은 한 쌍의 이미지로서 FXIS 및 SXIS로부터의 이미지들의 조합을 처리하는 단계를 포함하고, 환부 조직의 영역이 검출되면, 환부 조직의 상대적 깊이는 한쌍의 이미지들로부터의 입체적 오프셋 분석에 기초하여 추정된다.
단계 d)는, 단계 c)의 이미지들을 보간 모델로 도입하고 모델을 활성화하여 과거 컴퓨터 단층 촬영 이미지에 의해 급성 허혈성 뇌졸중으로 진단된 환자로부터 도출된 과거 이미지 데이터베이스와 이미지들을 일치시키도록 하고, 더 많은 수의 이미지 각도들에 대해 과거 이미지 데이터베이스로부터의 가장 적합한 이미지를 이용하여 후처리된 이미지들의 해상도를 향상시키도록 하는 단계를 더 포함한다
제1의 한쌍의 이미지들은, 제1 이미징 위치로 이동하기 위한 FXIS의 활성화 및 후속적인 제2 이미징 위치로의 FXIS의 이동에 의해 획득된다.
제2의 한쌍의 이미지들은, 제3 이미징 위치로 이동하기 위한 SXIS의 활성화 및 후속적인 제4 이미징 위치로의 SXIS의 이동에 의해 획득된다.
제1의 한 쌍의 이미지들은, 제1 이미징 위치로 이동하기 위한 FXIS의 활성화 및 제2 이미징 위치로의 SXIS의 이동에 의해 획득되고 상기 FXIS와 SXIS의 이미지들은 동시에 획득된다.
제2의 한 쌍의 이미지들은, 제3 이미징 위치로 이동하기 위한 FXIS의 활성화 및 제4 이미징 위치로의 SXIS의 이동에 의해 획득되고 상기 FXIS와 SXIS의 이미지들은 동시에 획득된다.
제1 및 제2 이미징 위치들과 상기 제3 및 제4 이미징 위치들의 각각은 약 15~30°이격되어 있다.
후처리된 이미지들은, 완전히 관류된 뇌 조직과 죽은 뇌 조직 사이의 색상 범위를 나타내는 컬러 스케일에서 환부 뇌 조직의 상대적 관류에 기초하여 환부 뇌 조직을 분류하기 위해 분석된다.
to는 40-60초이다.
다른 양태에서, 본 발명은, 현재 환자의 제한된 투영 각도로부터 도출된 다중 평면 패널 x선 이미지들의 해상도를 향상시키기 위한 이미지 보간 모델을 훈련하고 이용하는 방법을 제공하며, 상기 다중 평면 패널 x선 이미지들은 현재 환자의 급성 허혈성 뇌졸중(AIS) 진단을 위한 진단 이미지들을 조립하도록 후처리를 거치고, 상기 방법은: a) 제1 다중 컴퓨터 단층촬영 혈관조영술(CT) 이미지들을 획득하는 단계로서, 상기 제1 복수의 CT 이미지들은 AIS로 진단받은 복수의 과거 환자들로부터의 전체 데이터 세트로서 정의되고 상기 제1 복수의 CT 이미지들은 다수의 투영각들의 이미지들을 포함하는, 단계; b) 제2 복수의 CT 이미지을 획득하는 단계로서, 상기 제2 복수의 CT 이미지들은 AIS로 진단받은 복수의 과거 환자들로부터의 부분 데이터 세트로서 정의되고, 상기 제2 복수의 CT 이미지들은 단계 a)보다 더 적은 투영각들로부터의 이미지들을 포함하는, 단계; c) 상기 제1 및 제2 복수의 CT 이미지들에 대한 사이노그램 모델을 구축하는 단계; d) 상기 제1 복수의 CT 이미지들에 대한 제2 복수의 CT 이미지들의 세트의 최적합 결정에 기초하여 제2 CT 이미지들의 투영각들 사이를 보간하기 위해 제1 및 제2 복수의 CT 이미지들을 사용하여 보간 모델을 훈련시키는 단계; 및 e) 제1 복수의 CT 이미지들에 가장 적합한 것을 결정하기 위해 다수의 현재 환자의 평면 패널 x-선 이미지들을 모델에 도입하고 분석하여 현재 환자로부터의 보간된 이미지들을 생성하도록 하는 단계;를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은, 제1 x-선 방출기와 제1 x-선 수신기를 갖는 제1 x-선 이미징 시스템(FXIS)과, 제2 x-선 방출기와 제2 x-선 수신기를 갖는 제2 x-선 이미징 시스템(SXIS)을 갖는 뇌혈관조영술 기계를 작동하는 방법을 제공하며, 상기 방법은: a) FXIS를 환자의 머리에 대해 일반적으로 전방/후방 위치의 제1 위치로 이동시키는 단계; b) SXIS를 환자의 머리에 대해 일반적으로 측면 위치의 제2 위치로 이동시키는 단계; c) 전방/후방 위치 주위의 원호를 통해 제1 이미징 위치와 제2 이미징 위치 사이를 교대로 이동하도록 FXIS를 활성화하는 단계; d) SXIS를 동시에 활성화하여 측면 위치 주위의 원호를 통해 제3 이미징 위치와 제4 이미징 위치 사이를 교대로 이동하도록 단계; 및 e) 제1, 제2, 제3 및 제4 이미징 위치들의 각각에서 x-선 이미지들을 얻는 단계;를 포함한다.
다양한 실시예들에서, FXIS가 제1 또는 제2 이미징 위치에 있고 SXIS가 제3 또는 제4 이미징 위치에 있을 때 FXIS 및 SXIS의 이동은 FXIS 및 SXIS로부터 동시에 이미지를 획득할 수 있도록 조정된다.
다양한 실시예들에서, 단계 c) 내지 e)는, 시간=0(t0) 내지 시간 = n(tn) 사이의 복수의 시점들에 걸쳐 반복되고, 환자에게 조영제를 주입한 후, t0는 일반적으로 상부 경추 혈관에 조영제 도달에 대응하고 tn은 일반적으로 조영제 워시아웃 (washout)에 대응한다.
다양한 실시예들에서, 제1 및 제2 이미징 위치들과 제3 및 제4 이미징 위치들의 각각은 약 15-30°이격되어 있고, 그리고 /또는 to는 40-60초이다.
다양한 실시예들에서, 상기 방법은 완전히 관류된 뇌 조직과 죽은 뇌 조직 간을 식별하는 척도로, 환부 뇌 조직의 상대적 관류에 기초하여 환부 뇌 조직을 분류하기 위해 이미지들을 후처리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다양한 목적, 특징 및 이점들은 첨부 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 특정 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면은 반드시 일정한 비율로 작성된 것은 아니며, 대신 본 발명의 다양한 실시예의 원리를 설명하기 위해 중점을 두고 있다. 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은, 본 발명의 방법의 일 실시예에 따른 전형적인 혈관조영술 세트 장비의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 방법의 일 실시예에 따른 혈관조영술 세트 장비의 측면도이다.
도 3은, 환부 조직이 있는 환자의 전방/후방(AP) 및 측방(L) 이미징을 통해 얻어진 전형적인 이미지들을 표현한 스케치이다.
도 4는, 관심 영역(예컨대, 환부 조직)의 깊이의 결정을 얻기 위한 입체 이미징의 원리를 보여주는 스케치이다.
도 5는, 관심 영역의 깊이를 결정하기 위해 AP 및 L 이미지들이 어떻게 조립되는 지를 보여주는 스케치이다.
도 6 및 6a는, 본 발명의 두 실시예들에 따라 순차적인 이미지들을 촬영하기 위해 AP 및 L 시스템이 중립 위치로부터 이미징 위치로 어떻게 이동될 수 있는지를 보여주는 스케치이다.
도 7은, 비환부 조직과 환부 조직을 통한 조영제의 대표적인 상대 유속을 보여주는 스케치이다.
도 8, 8a, 8b 및 8c는, A) 투영각에 따른 투영의 변화; B) 전체 사이노그램; C) 대표적인 부분 사이노그램 및 D) 공간 및 푸리에 영역의 대표적인 투영을 도시한다.
도 9는, 현재 환자에 대한 보간된 이미지를 출력하기 위해 현재 환자로부터 제한된 각도 이미지들의 보간을 가능하게 하는 모델을 구축, 훈련 및 이용하기 위한 일반화된 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
이론적 근거와 언어
본 발명자들은, 혈관 세트 x-선 장비를 이용하는 DTA(direct-to-angio) 및 혈관 세트 이미징이, 진단 이미지 촬영 중에 환자가 받은 방사선량과 획득 시간을 포함하여, 현재 사용되는 온-테이블 DTA 이미징에 비해 다양한 이점들을 제공하는 방식으로 이미징 장비의 고유한 움직임을 수행함으로써 개선될 수 있음을 인식했다.
도면을 참조하여, 혈관조영술 세트에서 진단 이미징을 수행하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 본 개시 내에서, 모든 용어들은 도면 및 설명으로부터 합리적으로 추론할 수 있는 정의를 가지며, 본 명세서에서 사용된 언어는 합리적으로 넓은 의미를 제공하도록 해석된다. 본 출원 내에서, 다양한 숫자들 및 숫자 범위들이 참조된다. 숫자 또는 숫자 범위들은 숫자가 여기에 설명된 특정 특징과 관련된 가능한 경계 또는 변수를 정의한다는 것을 이해하여 해석되어야 한다. 경계는 반드시 고정되어 있는 것은 아니며 하나 이상의 다른 기능과의 관계에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 본 설명에서 "약"과 같은 용어 또는 다른 수식어를 사용하는 것은 서로에 대한 변수 또는 특징의 잠재적인 상호작용을 허용하려는 의도이며, 그러한 관점에서 해석되어야 한다. 여기에 설명된 기능들은 집합적인 기능을 제공하는 것으로 이해된다. 숫자들은 최소한 유효 숫자를 고려하여 해석되어야 한다.
서두
예시의 목적으로, 도면에 도시된 구성요소들은 반드시 일정한 비율로 그려지는 것은 아니다. 대신, 본 발명의 다양한 양태들의 기능에 대한 구성요소들의 다양한 기여를 강조하기 위해 중점을 둔다. 본 개시의 코스 동안 다수의 가능한 대안적 기능들이 소개된다. 당업계의 통상의 기술자의 지식 및 판단에 따라, 그러한 대안적인 특징들은 본 발명의 다른 실시예에 도달하기 위해 다양한 조합들로 대체될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
혈관조영술 세트 및 장비
혈관조영술 세트("혈관 세트")의 이미징 장비는 주로 다양한 순환 장애의 치료를 위한 특정 이미징 요구 사항에 맞게 설계된다. 이 설명의 목적을 위해, 혈관 세트는 급성 허혈성 뇌졸중(AIS)의 진단 및 치료와 관련하여 개시된다.
전술한 바와 같이, 혈관조영술 세트는, 혈관내 장비(EE)를 이용하여 혈관내 시술 전 및 도중에 전문적인 이미징을 가능하게 하도록 설계된 치료 시설 내의 전문적인 이미징 및 치료 세트이다. EE는 일반적으로 혈관내 시술 동안 진입 지점으로부터 순환계를 통해 이동될 수 있는 광범위한 카테터, 와이어, 마이크로카테터, 스텐트 및 기타 장치들을 지칭한다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 전형적인 혈관 세트는, 의사가 혈관내 시술 중 환자의 진단 이미징 및 실시간 이미징 모두를 수행하도록 하는 컴퓨터(15) 및 디스플레이 장비(14)와 함께 환자 치료 테이블(12)을 포함하는 이미징 및 치료 장비(10)의 조합을 포함한다. 이미징 장비는, 일반적으로 작업자가 EE를 시각화하는 절차 중에 단면 평면 패널 이미징 및 실시간 형광투시(x-선) 이미징을 포함하는 두 가지 주요 유형의 이미징을 수행할 수 있는 x-선 장비를 포함한다.
혈관 세트에는 단면 평면 패널 이미징 및 실시간 형광투시 이미징을 수행하도록 작동가능한 두 개의 x-선 시스템들/튜브들을 포함.다. 본 명세서에서, 이들 x선 시스템은 전방/후방(AP) x선관/시스템(16)(AP 시스템) 및 측방(L) x선관/시스템(18)(L 시스템)으로 지칭된다.
상기 AP 시스템은, 비조영제 단면 평면 패널 이미징, 조영제(단상 또는 다상 혈관조영술) 주입에 이어 평면 패널 조영제 단면 혈관조영술 이미징, 및 평면 패널 관류 이미징을 포함하는 다양한 진단 CT 이미징 기술들에 대한 이미지를 획득할 수 있도록 하는 (회전 방식 또는 8자 형상/나비 형상 움직임으로) 약 200도에 걸쳐 회전하도록 작동될 수 있다.
평면 패널 관류 이미징에서, 단일 회전 이미징은 일반적으로 5~20초에 걸쳐 수행된다. 이는 비조영제 CT 스캔과 유사한 이미지들을 생성하기 위해 조영제 없이 수행될 수 있다. 그러나, 이들 이미지의 해상도 및 품질은 일반적으로 비조영제 CT 스캔에 비해 떨어진다. 따라서, 뇌 조직 유형들을 구별하고 AIS의 초기 징후를 검출하는 것이 어렵다.
관류 이미징 맵과 유사한 맵은 대략 8초에 걸쳐 획득된 단일 회전 데이터 획득을 사용하여 만들어질 수 있다. 그러나, 여기에는 많은 제한들이 있다. 가장 중요한 것은, 혈액이 뇌 속으로 완전히 들어오고 나가기 위해서는 8초가 충분하지 않다는 것이다. 따라서, 실제로 뇌혈류(CBF) 및 뇌혈량(CBV) 맵을 생성하는 것은 불가능하다.
일부에서는, 뇌 혈관 및 뇌 조직에서 조영제 도달, 분포 및 워시아웃을 실시간으로 보여주기 위해 약 45초의 시간 범위에 걸쳐 반복된 이미지들을 획득하려고 시도했다. 그러나, 한 번의 획득이 일반적으로 약 5-8초라는 점을 고려하면, 이는 시간적 해상도를 심각하게 제한한다. 게다가, 이는 방사선 노출을 실질적으로 증가시킨다. 또한, 환자 움직임에 대한 취약성을 증가시키며; 이는 특히 많은 AIS 환자들이 매우 아프고 가만히 누워 있을 수 없기 때문이다.
평면 패널 관류 이미징에서는, 일반적으로 총 200-600개의 이미지들이 획득되며, 이때 일반적인 방사선량은 >200mGy이다(Fiorella D, Turk A, Chaudry I, Turner R, Dunkin J, Roque C, et al. A prospective, multicenter pilot study investigating the utility of flat detector derived parenchymal blood volume maps to estimate cerebral blood volume in stroke patients. J Neurolnterventional Surg. 2014; 6(6):451-456. doi: 10.1136/neurintsurg-2013-010840). 이 방사선 노출은 획득 시간이 45초를 초과하면 더 증가한다.
AP 시스템은 또한, 치료 동안 EE의 투시 시각화를 위해 AP 방향의 이미징을 위해 정적으로 유지될 수 있다. 이 시술을 위해, AP 시스템(16)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 환자의 위와 아래에 정적으로 위치된다. L 시스템(18)은 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 환자의 머리 양쪽 측면의 측방 위치의 고정 위치에 있으며 일반적으로 EE 시각화에만 사용된다. 카테터가 환자의 팔이나 사타구니에서 뇌를 향해 전진함에 따라, AP 및 L 튜브는 환자의 장축을 따라 이동하고 투시 이미지 획득들 사이에서 약간 회전하여 EE를 시야에 유지하도록 할 수 있다.
도시된 바와 같이, AP 튜브(16)는 x-선 방출기(16a)와 수신기(16b)를 포함하고, L 튜브는 x-선 방출기(18a)와 수신기(18b)를 포함한다. AP와 L 시스템 모두, 각 튜브의 x-선이 신체 영역을 통과하여 대응 수신기로 전달되도록 관심 신체 영역에 대해 위치될 수 있다. 각 수신기는 일반적으로 단일 이미지로 전체 뇌를 이미지화할 수 있는 48cm x 48cm 수신기이다. 방출기와 수신기 모두, 각각의 방출기와 수신기의 활성화와 이동을 제어하고 각각으로부터 데이터의 수집 및 처리를 제공하는 컴퓨터 제어 시스템(15)에 연결된다. 비디오 디스플레이들(14)은 (공히 실시간으로 그리고 이전에 획득된 저장된 이미지 시퀀스의 반복 디스플레이로서) 이미징 데이터의 디스플레이를 가능하게 한다.
AP(16) 및 L(18) 시스템 각각은 일반적으로 서로 독립적으로 동작 가능하다. 즉, 각각은 서로에 대해 그리고 환자에 대해 공간적으로 이동할 수 있으며 다양한 이미지들을 얻기 위해 독립적으로 작동할 수 있다. 일반적으로, AP 시스템만 사용되될 때 평면 패널 이미징 동안 방해가 되지 않는 곳으로 완전히 이동해야 하며, 상기 AP 시스템은 다음, 환자 주위로 360°보다 크게 회전된다.
한 예에서, L 튜브 시스템(18)은, 도 2에 이중 화살표로 표시된 바와 같이 치료 테이블의 종축에 평행하게 이동될 수 있는, x-선 방출기(18a) 및 실링 갠트리(18d)로부터 현수된 검출기(18b)를 지지하는 c-암(18c)을 포함한다. 갠트리의 종방향 이동은 외과 의사가 특정 신체 부위(예를 들어, 환자의 머리 20)를 이미징하기 위해 원하는 위치에 L 튜브 시스템(18)을 위치시킬 수 있도록 한다. 또한, 테이블(12)은 또한 종방향 접근을 따라 위치될 수 있고 라인(12a)으로 도시된 바와 같이 종축에 평행하게 이동될 수도 있다.
AP 시스템(16)은 일반적으로 바닥(17)의 c-아암(16c) 및 스탠드(16d)에 장착된다. c-아암(16c)은 화살표(16e)로 도시된 바와 같이 신체 주위로 원형/나선형 운동으로 회전하도록 이루어질 수 있다. AP 시스템은 또한, 라인(16e)으로 도시된 바와 같이 종축에 평행하게 이동될 수 있다.
언급한 바와 같이, AP 시스템(16)과 L 시스템(18)의 각각은, 다양한 시간에, 특히 AP 시스템이 평면 패널 이미징을 위해 완전히 회전될 때 작동될 때 필요할 수 있는 각 시스템 간에 중첩이 없도록 서로 방해가 되지 않게 이동될 수 있다.
대표적인 치료 시나리오
AIS를 앓고 있는 것으로 의심/진단된 환자에 대한 전형적인 치료 시나리오에서, 환자는 진정되고 부분적으로 고정된 상태로 치료 테이블(12)로 이송된다.
별도의 이미징 및 조기 진단
이전 진단이 CT 이미징(또는 MR 이미징)를 통해 수행된 경우, 외과 의사는 계획된 절차, 예를 들어 대퇴 동맥 접근 경로를 통한 M1 대혈관 폐색(LVO) 혈전 절제술을 준비하기 시작할 것이다.
서혜부 천자가 완료되고 원하는 EE가 대동맥궁(aortic arch)으로 진행된다. 대동맥궁에 도달하면, EE는 실시간 X-선 형광투시와 EE를 통해 주입된 조영제를 이용하여 적절한 자궁경부 동맥으로 전진한다. 즉, 외과의사는 도 1에 도시된 바와 같이 AP와 L 시스템을 서로 직각으로 위치시킨다. 조영제를 주입한 후, AP와 L 시스템을 선택적으로 켜서(turn on) AP(14a) 및 L(14b) 배향 이미지들을 실시간으로 화면에 표시하도록 한다. 일반적으로, AP 이미지들(14a)은 측면(측방)에서 본 EE의 위치를 나타내고, L 이미지들(14b)은 EE의 전후 위치를 나타낸다. 예를 들어, 진단 연구로부터의 다른 이미지들(14c)도 표시되어 외과 의사들이 배향하는 데 도움을 줄 수 있다. AP 및 L 이미징 시스템을 선택적으로 사용하면, 외과의사가 필요에 따라 조영제를 주입하여 시술을 완료할 수 있다.
DTA(Direct to Angio) 프로토콜
DTA 프로토콜에서는 CT, 단일 또는 다단 CT 혈관조영술, 및 CT 관류와 같은 진단 이미지 검사들은 별도의 이미징 세트에서 수행되지 않으며 뇌졸중이 의심되는 환자는 치료 시설에 도착 시 혈관 세트로 직접 이송된다(혈관 작업 흐름으로 직접 안내). 수행되는 제1 이미징은 후술되는 바와 같이, 혈관 테이블의 평면 패널 이미징이다.
언급된 바와 같이, AP 시스템(16)은 회전 가능하며 그에 따라 머리 주위의 AP 시스템의 회전을 통해 위에서 언급한 CT 연구 중 임의의 것과 유사한 >360° 회전 평면 패널 연구를 얻도록 사용될 수 있다. 일반적으로, 진단용 평면 패널 이미징을 수행하기 위해, L 시스템(18)은 완전히 철수되어 AP 시스템(16)이 환자의 머리 주위로 회전할 수 있도록 한다. 이미징 및 분석 후, AP 및 L 시스템을 도 1에 도시된 바와 같이 위치시켜 치료가 수행되도록 한다.
진단용 평면 패널 이미지들은 환자 주위로 > 360도 회전하는 c-암으로부터 수집된다. 대부분의 경우, 초기 스캔은, 뇌출혈(소위 출혈성 뇌졸중)과 같은 대체 진단을 배제하기 위해 비조영제 평면 패널 이미징으로 될 수 있다.
수정된 관류 이미지 연구들은, CT 관류 유사 평면 패널 이미지들이 약 5 내지 8초의 이미징 기간에 걸쳐 일반적으로 초당 5 내지 10개의 이미지들의 속도로 수집되는 혈관 세트에서 수행될 수 있다. 그러나, 이는 큰 혈관 폐색 및 조영제가 동측에 유지되는 상태에서 두개골 동맥, 뇌 조직 및 정맥 배수 시스템을 완전히 횡단하기 위해 걸리는 대략적인 시간에 비해 상당히 부족하다.
다른 프로토콜에서는, 이미징 기간 동안 이미지들의 개별적인 개수(전형적으로 3-6)의 이미지들을 획득하는 진단 이미징 기술인 다단 혈관조영술 평면 패널 이미징이 이용된다. 다단계 혈관조영술 평면 패널 이미지들은, 일반적으로 뇌와 두 반구를 통한 조영제 흐름을 고려하여 특정 시간에 획득된다(일반적인 단계들은 동맥 단계, 최고 정맥 단계 및 후기 정맥 단계를 포함한다).
혈관 세트(Angio Suite)의 비회전 관류 이미징(NPI)
본 발명에 따르면, 비회전 관류 이미징지(NPI)의 다양한 실시예들이 진단을 위한 AP 및 L 이미징 시스템을 이용하여 개시된다. 본원에 개시된 바와 같이, NPI 이미징은 각 시점에서 각 이미지 내 조영제 밀도의 공간적 위치를 구별하고 특히 혈관 폐색에 의해 환부 영역들의 식별을 가능케 하는 관류 맵들을 구축하기 위해 충분한 데이터를 얻으면서 이미징 과정에 걸친 환자에 대한 방사선량을 감소시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이들의 정적 위치에서 AP 및 L 시스템으로 획득된 AP 이미지(30) 및 L 이미지(32)는, 각 이미지가 획득되는 각도 위치와 이미지 획득 동안 뇌의 방향을 고려할 때 서로 다르다. 이미지들(32a 및 32b)를 설명하기 위해, AP 및 L 이미지들은 페이지의 평면에 도시되지만 각 이미지는 페이지의 평면에 대해 90도 각도로 수신기로 캡처한 이미지를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
이미지들(32a, 32b)은 치료에 유용하지만,이들은 고정된 이미지 각도 및 조직의 앞이나 뒤에 있는 조영제를 갖는 조직 대 조영제가 없는 조직의 섀도잉/마스킹의 효과로 인해 진단을 위한 충분한 데이터를 제공하지 않는다.
예를 들어, 도 3은 조영제가 뇌에 넘친 직후의 시간에서의 AP 및 L 이미지들을 도시한다. 비환부 조직들(34a, 34b)은 대표적인 혈관들로 도시된 바와 같이 동측(IL) 및 반대측(CL) 측 모두에서 불투명해진다. 환부 조직(36)의 영역/부피가 우측에 도시되어 있다. AP 이미지(32a)에서, 환부 조직(36)은 단지 단일 혈관만 환부상에 돌출하기 때문에, 비환부 조직과 공간적으로 식별 가능하다. AP 이미지(32a)에서 환부(36)의 혈관 밀도는, 건강한 조직(34a)에 비해 전반적으로 훨씬 감소된다. 그러나, L 이미지(32b)에서 환부 조직 뒤의 불투명한 혈관들의 수를 고려할 때, 환부 조직의 공간적 식별은 측면 뷰의 불투명한 혈관 배경에 대해 어렵다. 따라서, 보다 상세히 후술되는 바와 같이, AP 및 L 시스템의 정적 사용은 진단에 유용할 정도로 환부 조직 대 비환부 조직에 대한 충분한 식별력을 제공할 수 없다. 더욱이, 위에서 언급한 바와 같이, AP 시스템(16)은 L 시스템(18)과의 상충 없이 수직 원호를 통해 회전할 수 없다.
본 발명에 따르면, 건강한 조직으로부터 환부 조직을 공간적으로 분리하도록 진단 이미지를 수집하기 위해 조화된 방식으로 AP 및 L 시스템을 동시에 작동시키는 방법이 개시된다.
AP와 L 시스템의 이동은, 투시 동안 AP와 L 시스템을 정적으로 동작될 때보다 더 많은 각도들로부터 진단 이미지을 획득할 수 있도록 하면서 두 시스템들이 서로 상충하지 않도록 수행된다. 개시된 바와 같이 수집된 이미지들은 스테레오 이미징 기술을 통해 환부 조직과 비환부 조직들의 부위들을 식별할 수 있다.
도 4를 참조하여, 일반적인 동작 원리를 설명한다.
환자의 머리(20)가 촬영되고 있다. L 시스템의 정상적인 정적 위치를 나타내는 측방 축(40a)이 참고로 도시되어 있다. (음영으로 도시된, 조영제가 없는 것으로 나타낸) 환부 조직의 부위(40b)는 우측에 있고 좌측(반대측)은 정상적인 충전을 나타낸다. L 시스템(18)은 이미지 L1 및 L2를 생성하기 위해 대략 ±15-30°의 두 각도에서 머리를 이미지화 하기 위해 순차적으로 이동된다. 각 이미지 자체는 zo에 대한 깊이 z를 결정하기 위해 충분한 정보를 제공하지 않는다. 그러나, 두 이미지들이 각도 변위됨에 따라, 환부 조직(40b)의 L1 및 L2 투영의 위치는 두 이미지들에 대해 거리 x 및 y로 도시된 바와 같이 측방으로 변위된다.
AP 시스템(16)은 유사하게 작동되고 이동되어 수직 축에 대해 유사한 오프셋(예를 들어, 약 ±15-30°)으로 AP1 및 AP2 이미지들을 얻을 수 있도록 한다. 4개의 이미지들을 조합하면, 양방향으로의 환부 조직의 상대 깊이를 결정할 수 있으며, 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 환자의 뇌 내의 특정 위치를 확인할 수 있다.
도 4a 및 5에 도시된 바와 같이 환부 조직의 이미지들을 오버레이함으로써, (정의된 zo에 대한) 환부 조직의 상대적 측방 깊이 z는 오버레이된 L1 및 L2 이미지들의 측방 오프셋 a, b, c에 의해 결정될 수 있다. 즉, 측방 오프셋 a,b,c는 측방 깊이가 클수록 감소하여(도 4 참조) 두 이미지들로부터 깊이(즉, x-선 방출기로부터 환부 조직의 거리)를 결정할 수 있도록 한다.
AP 및 L 시스템은 도 6 및 6a에 도시된 바와 같이 순차적으로 작동될 수 있으며, 여기서 L1, L2, AP1 및 AP2 이미지들은 두 가지 작동 시나리오들 하에서 중립에 대한 대표 위치들에서 수집될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, L1 및 L2 이미지를 수집하여 측방 이미지에 대한 이미지 쌍들을 생성하고 AP1 및 AP2 이미지를 수집하여 AP 이미지에 이미지 쌍을 생성하도록 한다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 측방 및 AP 이미지들 세트는 하나의 L 및 AP 이미지로부터 획득된다.
일반적으로, AP 또는 L 시스템이 30~60°원호를 통해 이동하기 위해서는 시간(약 0.5~1.0초)이 걸리기 때문에, 각 시스템으로부터 순차적으로 촬영한 이미지들은 시간적으로 분리된다. 즉, L1, L2, AP1, AP2 이미지들은 약 1초 만큼 시간분리된다.
다양한 후처리 시나리오 하에서, 측방 및 AP 이미지들의 각 세트를 동시에 획득하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 물리적 공간과 투영 각도가 허용되면, 도 6a에 따른 AP 및 L 시스템의 이동이 선호될 수 있다.
이미징 프로토콜
일련의 진단용 평면 패널 관류 이미지을 얻기 위해, 환자가 고정된 후 시술자/의사는 조영제 주입을 시작할 것이다. 이미지들은 상부 경추 혈관에 들어가는 조영제와 같은 공지된 트리거링 절차에 따라 수집될 수 있다. AP 및 L 튜브의 움직임은 시스템 소프트웨어에 의해 조정되어 다른 튜브와의 상충을 방지하도록 한다.
큰 혈관 폐색이 의심되는 일반적인 시나리오에서, IL 및 CL 측면 모두에서 동맥, 뇌 조직 및 뇌의 배수 정맥을 통해 조영제가 완전히 플러시되는 예상 시간은 약 45초이다.
처음에, 이미지들은 일반적으로 AP1, AP2, L1 및 L2 위치들의 각각에서 가능한 한 빠르게 촬영되며 바람직하게는 초당 1세트 이상의 이미지들 속도로 촬영된다. 이 제1 이미지들의 단계는 도 7에 도시된 바와 같이 비환부 조직의 최대 불투명도 직전, 도중 및 직후에 이미지를 캡처하기 위해 t=0부터 약 t=5초까지 촬영된다. 정맥 배수를 통해 비환부 조직에서 조영제 플러시 및 (AIS를 유발하는 뇌 혈관의 막힘으로 인해 조영제 넘침이 느려지는) 환부 조직의 조영제의 느린 증가에 대응할 수 있는, 다음 5초 동안, 이미지 레이트는 환부 조직의 밀도의 변화율이 보다 느려짐에 따라 늦춰질 수 있으며 그에 따라 보다 오랜 기간에 걸쳐 더 널리 퍼질 수 있다. 조영제가 동맥 시스템 밖으로 흘러나간 후, 남은 획득 시간 동안 이미지 획득률이 더 느려질 수 있다(예컨대, 1세트의 이미지들/2초).
표 1에 나타낸 바와 같이, 대표적인 이미지 획득률은 AP 및 L 이미지들 모두 이미지 2세트 = 4개의 이미지들이 획득되는 것으로 가정하여 나타냈다.
대표 이미지 획득:
따라서, 총 약 50-60개의 이미지들을 촬영하는 경우, 이는, 동일한 기간 동안, 특히 환자의 움직임으로 인해, 스캔을 반복해야 할 경우, 200-600개의 이미지들을 획득할 수 있는 일반적인 CTA 또는 CTP 연구보다 상당히 낮다. 따라서, 환자에게 가해지는 총 방사선량은 상당히 낮다.
이미징 절차는 필요에 따라 절차들 중에 반복될 수도 있다. 즉, L 시스템을 방해하지 않고 촬영을 수행할 수 있기 때문에 언제든지 새로운 진단 촬영을 시작할 수 있다. 이는, 예를 들어 큰 혈전이 제거되고 외과 의사가 혈전 조각이 떨어져 나가서 작은 말초 폐색이 발생하지 않았는지 확인하려는 경우에 특히 유용하다.
큰 혈전이 더 작은 혈전으로 분리되는 경우 관류 이상을 묘사하는 것은, 하류 폐색, 및 부서진 혈전 파편들에 의해 야기되는 관류 결핍을 검출하기 위해, 또한 작은 혈전 파편들이 혈관 내 도구를 사용하여 치료해야 하는지의 여부를 결정하기 위해 유용할 수 있다. 그러나, 현재 사용되는 평면 패널 관류 이미징의 경우, 먼저 L 튜브를 다른 곳으로 이동해야 하므로, 새로운 관류 이미지 획득을 시작할 수 있을 때까지 시간이 지연된다. NPI 기술을 사용하면, L 튜브 그대로 유지될 수 있으며, 작은 부서진 혈전과 관련된 관류 이상을 보여주는 관류 이미징을 즉시 시작할 수 있어 치료 지연을 최소화할 수 있다.
이 단계의 다른 옵션은 내부 경동맥에 직접 주입하는 옵션이다(즉, 더 하류에서 막힌 혈관에 직접 주입). 이는 조영제가 전신 혈관계가 아닌 감염된 혈관에 직접 주입되고, 이는 훨씬 덜 희석되기 때문에 훨씬 더 높은 조영제 밀도를 달성할 수 있다는 장점이 있다. 이로 인해 신호 대 잡음비가 향상된다. 그러나, 이는 내경동맥에서 비롯되는 측부 혈관만 채워지고, 다른 동맥으로부터, 예컨대 다른 건강한 측면의 내경 동맥으로부터, 또는 뇌 조직에 혈액을 공급하는 다른 주요 동맥인 척추 동맥으로부터 비롯되는 환부 뇌 조직에 공급하는 측부 혈관은 충전되지 않기 때문에, 부행 순환(collateral circulatio) 완전한 충전은 가능하지 않다. 이는 다른 주요 뇌 혈관으로부터의 부행 충전(collateral filling)에 대한 중요한 정보가 누락되었음을 의미한다.
이미지 획득 및 후처리
위에서 언급한 바와 같이, 평면 패널 이미지의 획득은 일반적으로 복수의 투영들을 얻기 위해 x-선 튜브를 약 200도(정확한 원 또는 나비 모양/8자 모양의 움직임)로 회전시킴으로써 획득된다.
원시 이미지 데이터의 후 처리는, 예를 들어 뇌 조직의 상대적 관류에 기초하여 환부 뇌 조직을 분류하는 것을 포함하여 원시 이미지 데이터를 유용한 디스플레이로 변환하는 것을 가능하게 한다. 위에서 설명한 이미지의 후 처리에는, 완전히 관류된 뇌 조직과 죽은 뇌 조직 사이의 색상 범위를 보여주는 컬러 스케일과 같은 스케일을 채용하는 것을 포함할 수 있다.
일반적으로, 각각의 180도 회전에 걸친 투영들은 별도의 이미지 처리에 사용된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 스캔되는 물체는 스캔되는 각도에 따라 다른 투영을 생성한다. 서로 다른 각도에서 스캔되는 두 개의 원형 물체들(80a, 80b)은 공간적으로 분리된 2개의 반원(81)과 결합된 반원(82)으로 된다. 각도 갭 없이 이미지들을 촬영하는 180도에 걸친 투영을 통해 전체 사이노그램의 조립을 가능하게 하는반면(도 8a) 각도 갭을 갖는 투영은 부분 사이노그램의 조립을 가능하게 한다(도 8b).
도 8c는 푸리에 슬라이스 투영을 도시한다. 요약하면, 임의의 각도로 2D 개체를 투영하면 1D 신호가 생성된다. 이 1D 신호의 푸리에 변환은, 동일한 각도를의 갖는 2D 이미지의 2D 푸리에 영역에서 선으로서 도시될 수 있는 1D 주파수 함수이다. 따라서, 서로 다른 각도에서 다수의 투영을 수집함으로써, 이미지의 2D 푸리에 영역이 한 줄씩 채워진다. 푸리에 공간은, 중심이 오버샘플링되고 경계가 언더 샘플링되며 여기에서 k 공간의 중심은 이미지의 낮은 주파수를 나타내고 외측은 이미지의 높은 주파수를 나타낸다.
이미지 어셈블리는 일반적으로 (각 각도에서) 이미지 투영의 FFT(고속 푸리에 변환), 및 이어서 필터링 및 IFFT(역 고속 푸리에 변환)를 포함하는 필터링된 역투영 방법론을 이용하여, 다수의 각도들로부터 합산되는 필터링될 때 투영 각도들의 수에 비례하여 물체 가장자리의 선명도를 향상시키는 필터링된 역투영 함수를 생성하도록 한다.
역투영은 실질적으로 순방향 투영의 반대 동작이다. 단일 각도에서 검출기 함수로부터의 역투영으로 인해 이미지가 흐릿하게 표현된다. 부가적 역투영 각도가 추가됨에 따라, 물체의 선명도는 향상되지만 위에서 언급한 바와 같이 푸리에 영역으로의 변환에 의해 도출/매핑된 저주파 대 고주파 밀도로 인해 궁극적으로 제한된다. 즉, 낮은 주파수와 높은 주파수의 푸리에 도메인 표현으로부터 도출된 역투영은 낮은 주파수 밀도가 푸리에 도메인(즉, 일반적으로 물체의 평활한 내면)에서 더 높고, 높은 주파수 밀도가 낮은(즉, 일반적으로 물체의 경계 또는 가장자리) 것을 보여준다.
역투영 함수를 필터링하면, 일부 저주파를 억제하고 고주파를 증폭할 수 있으며, 역고속 푸리에 변환(I FFT)을 적용하면, 특히 샘플링 각도가 증가함에 따라 물체 가장자리의 향상된 이미징을 제공하도록 도메인에 걸쳐 후속적으로 역투영되는 새로운 검출기 함수로 된다.
기계 학습
일 실시예에서, 위에 설명된 제한된 투영 각도들이 위에 개시된 입체 기술과 함께, 환부 조직 대 비환부 조직의 적절한 식별을 할 수 없는 정도까지, 제한된 투영들로부터 위에서 도출된 부분 사이노그램들이 현재 환자 데이터를 보간하기 위해 모델 개발 및 훈련을 사용하여 보간될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 사이노그램 보간 모델을 구축하기 위해 과거 환자로부터의 부분 이미지 데이터 세트와 함께 (일련의 AIS 조건을 갖는) 과거 환자로부터 획득된 이미지 데이터가 이용될 수 있다.
예를 들어, 투영 각도의 전체 범위의 원시 데이터를 포함하는 과거 환자 데이터 세트는, 제한된 투영 각도를 갖는 동일한 환자에 대한 제한된 데이터 세트를 생성하기 위해 필터링될 수 있다. 전체 데이터 세트와 부분 데이터 세트의 데이터는 보간 모델을 훈련하기 위해 사용되는 각각에 대한 사이노그램 모델을 구축하기 위해 사용된다.
훈련 후, 제한된 투영각 데이터가 모델에 도입되어 현재 환자에 대한 보간된 출력 이미지를 제공하므로, 획득된 제한된 투영들로부터 진단이 가능하다.
본 발명은 바람직한 실시예 및 바람직한 용도에 관하여 기술되고 예시되었지만, 당업계의 통상의 지식을 가진자에 의해 이해되는 바와 같이 본 발명의 전체 의도된 범위 내에서 수정 및 변경이 이루어질 수 있으므로, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

Claims (19)

  1. 급성 허혈성 뇌졸중(AIS)을 앓고 있고 조영제가 주입된 의심 환자의 뇌에 대한 일련의 관류 이미지을 획득하는 방법으로서, 상기 방법은:
    a) 제1 x-선 방출기와 제1 x-선 수신기를 갖고, 환자의 머리 주위의 일반적으로 전방/후방 위치(AP)에 작동 가능하게 배치되는 제1 x-선 이미징 시스템(FXIS) 및 제2 x-선 방출기와 제2 x-선 수신기를 갖고, 환자의 머리 주위의 일반적으로 측면 위치에 작동 가능하게 위치되는 제2 x-선 이미징 시스템(SXIS)을 갖는 뇌혈관조영술 기계를 이용하는 단계;
    b) 상기 FXIS와 SXIS로부터 일련의 이미지를 획득하는 단계로서, 상기 FXIS제1 이미징 위치와 제2 이미징 위치 사이를 교대로 이동하도록 활성화되고 상기 SXIS는 제3 이미징 위치와 제4 이미징 위치 사이를 교대로 이동하도록 활성화되는, 단계;
    c) 시간 = 0(to) 내지 시간 = n(tn) 사이의 복수의 시점들에 걸쳐 단계 b)를 반복하는 단계로서, 상기 to는 일반적으로 상부 경추 혈관의 조영제 도달에 대응하고 to는 일반적으로 조영제 세척에 대응하는, 단계; 및
    d) 환자 뇌의 관류 역학의 시각화를 보여주는 후처리 이미지를 생성하기 위해 단계 b) 및 c)로부터의 이미지들을 처리하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 d)는, 시간 임계값 내에서 얻은 한 쌍의 이미지로서 FXIS 및 SXIS로부터의 이미지들의 조합을 처리하는 단계를 포함하고, 환부 조직의 영역이 검출되면, 환부 조직의 상대적 깊이는 한쌍의 이미지들로부터의 입체적 오프셋 분석에 기초하여 추정되는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단계 d)는, 단계 c)의 이미지들을 보간 모델로 도입하고 모델을 활성화하여 과거 컴퓨터 단층 촬영 이미지에 의해 급성 허혈성 뇌졸중으로 진단된 환자로부터 도출된 과거 이미지 데이터베이스와 이미지들을 일치시키도록 하고, 더 많은 수의 이미지 각도들에 대해 과거 이미지 데이터베이스로부터의 가장 적합한 이미지를 이용하여 후처리된 이미지들의 해상도를 향상시키도록 하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 이미징 위치로 이동하기 위한 FXIS의 활성화 및 후속적인 제2 이미징 위치로의 FXIS의 이동에 의해, 제1의 한쌍의 이미지들이 획득되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 이미징 위치로 이동하기 위한 SXIS의 활성화 및 후속적인 제4 이미징 위치로의 SXIS의 이동에 의해, 제2의 한쌍의 이미지들이 획득되는, 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 이미징 위치로 이동하기 위한 FXIS의 활성화 및 제2 이미징 위치로의 SXIS의 이동에 의해 제1의 한 쌍의 이미지들이 획득되고 상기 FXIS와 SXIS의 이미지들은 동시에 획득되는, 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 이미징 위치로 이동하기 위한 FXIS의 활성화 및 제4 이미징 위치로의 SXIS의 이동에 의해 제2의 한 쌍의 이미지들 획득되고 상기 FXIS와 SXIS의 이미지들은 동시에 획득되는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 이미징 위치들과 상기 제3 및 제4 이미징 위치들의 각각은 약 15~30°이격되어 있는, 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 후처리된 이미지들은, 완전히 관류된 뇌 조직과 죽은 뇌 조직 사이의 색상 범위를 나타내는 컬러 스케일에서 환부 뇌 조직의 상대적 관류에 기초하여 환부 뇌 조직을 분류하기 위해 분석되는, 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, tn은 40-60초인, 방법.
  11. 현재 환자의 제한된 투영 각도로부터 도출된 다중 평면 패널 x선 이미지들의 해상도를 향상시키기 위한 이미지 보간 모델을 훈련하고 이용하는 방법으로서, 상기 다중 평면 패널 x선 이미지들은 현재 환자의 급성 허혈성 뇌졸중(AIS) 진단을 위한 진단 이미지들을 조립하도록 후처리를 거치며, 상기 방법은:
    a) 제1 다중 컴퓨터 단층촬영 혈관조영술(CT) 이미지들을 획득하는 단계로서, 상기 제1 복수의 CT 이미지들은 AIS로 진단받은 복수의 과거 환자들로부터의 전체 데이터 세트로서 정의되고 상기 제1 복수의 CT 이미지들은 다수의 투영각들의 이미지들을 포함하는, 단계;
    b) 제2 복수의 CT 이미지을 획득하는 단계로서, 상기 제2 복수의 CT 이미지들은 AIS로 진단받은 복수의 과거 환자들로부터의 부분 데이터 세트로서 정의되고, 상기 제2 복수의 CT 이미지들은 단계 a)보다 더 적은 투영각들로부터의 이미지들을 포함하는, 단계;
    c) 상기 제1 및 제2 복수의 CT 이미지들에 대한 사이노그램 모델을 구축하는 단계;
    d) 상기 제1 복수의 CT 이미지들에 대한 제2 복수의 CT 이미지들의 세트의 최적합 결정에 기초하여 제2 CT 이미지들의 투영각들 사이를 보간하기 위해 제1 및 제2 복수의 CT 이미지들을 사용하여 보간 모델을 훈련시키는 단계; 및
    e) 제1 복수의 CT 이미지들에 가장 적합한 것을 결정하기 위해 다수의 현재 환자의 평면 패널 x-선 이미지들을 모델에 도입하고 분석하여 현재 환자로부터의 보간된 이미지들을 생성하도록 하는 단계;를 포함하는, 방법,
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 복수의 CT 이미지들은 90개 보다 많은 투영각들로부터의 이미지들을 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2 복수의 CT 이미지들은 10개 미만의 투영각들로부터의 이미지들을 포함하는, 방법.
  14. 제1 x-선 방출기와 제1 x-선 수신기를 갖는 제1 x-선 이미징 시스템(FXIS)과, 제2 x-선 방출기와 제2 x-선 수신기를 갖는 제2 x-선 이미징 시스템(SXIS)을 갖는 뇌혈관조영술 기계를 작동하는 방법으로서, 상기 방법은:
    a) FXIS를 환자의 머리에 대해 일반적으로 전방/후방 위치의 제1 위치로 이동시키는 단계;
    b) SXIS를 환자의 머리에 대해 일반적으로 측면 위치의 제2 위치로 이동시키는 단계;
    c) 전방/후방 위치 주위의 원호를 통해 제1 이미징 위치와 제2 이미징 위치 사이를 교대로 이동하도록 FXIS를 활성화하는 단계;
    d) SXIS를 동시에 활성화하여 측면 위치 주위의 원호를 통해 제3 이미징 위치와 제4 이미징 위치 사이를 교대로 이동하도록 단계; 및
    e) 제1, 제2, 제3 및 제4 이미징 위치들의 각각에서 x-선 이미지들을 얻는 단계;를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, FXIS가 제1 또는 제2 이미징 위치에 있고 SXIS가 제3 또는 제4 이미징 위치에 있을 때 FXIS 및 SXIS의 이동은 FXIS 및 SXIS로부터 동시에 이미지를 획득할 수 있도록 조정되는, 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 단계 c) 내지 e)는, 시간=0(t0) 내지 시간 = n(tn) 사이의 복수의 시점들에 걸쳐 반복되고, 환자에게 조영제를 주입한 후, t0는 일반적으로 상부 경추 혈관에 조영제 도달에 대응하고 tn은 일반적으로 조영제 워시아웃(washout)에 대응하는, 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 이미징 위치들과 제3 및 제4 이미징 위치들의 각각은 약 15-30°이격되어 있는, 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 완전히 관류된 뇌 조직과 죽은 뇌 조직 사이를 식별하는 스케일에서 환부 뇌 조직의 상대적 관류에 기초하여 환부 뇌 조직을 분류하기 위해 이미지들을 후처리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, tn은 40-60초인, 방법.
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