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技術 磁気共鳴イメ—ジングにより生体内の正常な心筋組織、損傷を有する心筋組織、及び梗塞心筋組織を判別するための装置

出願人 シーメンスメディカルソリューションズユーエスエーインコーポレイテッド
発明者 レイモンドキムロバートエムジャッドジェフリーエムバンディオーランドピースミオネッティ
出願日 1999年9月29日 (20年5ヶ月経過) 出願番号 1999-276847
公開日 2000年4月25日 (19年10ヶ月経過) 公開番号 2000-116621
状態 特許登録済
技術分野 マイクロ波、NMR等による材料の調査 抗原、抗体含有医薬:生体内診断剤 磁気共鳴イメージング装置
主要キーワード 最適化データ スポイル 強調領域 閉塞器 スペースデータ 強調部分 科学的根拠 MR映像
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年4月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

心筋組織の正常、損傷、梗塞状態を高空間分解能で短時間に判別する。

解決手段

Gd−DPTA等のMR造影剤投与し、所定時間の後、T1重み付けMR画像データを得る。壊死領域のみがMR造影剤により強調されることにより、梗塞心筋組織を特定することができる。正常心筋組織と損傷心筋組織を判別するためには生体シネMR検査を使用する。生体シネMR検査において、損傷心筋組織は異常な動きを示し、正常心筋組織は異常な動きを示さない。

概要

背景

概要

心筋組織の正常、損傷、梗塞状態を高空間分解能で短時間に判別する。

Gd−DPTA等のMR造影剤投与し、所定時間の後、T1重み付けMR画像データを得る。壊死領域のみがMR造影剤により強調されることにより、梗塞心筋組織を特定することができる。正常心筋組織と損傷心筋組織を判別するためには生体シネMR検査を使用する。生体シネMR検査において、損傷心筋組織は異常な動きを示し、正常心筋組織は異常な動きを示さない。

目的

本発明の課題は、梗塞を起こした心筋組織を高い空間分解能において判別することを医師に可能ならしめる装置を提供することである。

本発明の別の課題は、比較的短時間の検査で正常、損傷、および梗塞心筋組織を区別するための装置を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
3件

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請求項1

磁気共鳴MR造影剤患者投与する手段と、前記造影剤の投与後所定時間の経過の後、患者の心臓に対してMR検査を実行する手段を有する、梗塞心筋組織生体内にて特定する装置。

請求項2

造影剤としてガドリニウムキレートが使用される、請求項1記載の装置。

請求項3

前記所定時間が最低10分、最大90分である、請求項1記載の装置。

請求項4

前記MR検査手段が、T1重み付けMRパルスシーケンスを使用するよう構成された、請求項1記載の装置。

請求項5

患者に磁気共鳴(MR)造影剤を投与する手段と、患者の心臓に対してコントラスト強調MR検査を行う手段と、シネMR検査手段を有し、前記コントラスト強調MR検査手段は、造影剤投与後所定時間の後、造影剤により強調された心筋組織を特定することにより梗塞心筋組織を判別し、前記シネMR検査手段は、異常な動きを示す非強調心筋組織を特定することにより損傷心筋組織を判別し、強調も異常な動きも見せない心筋組織を特定することにより正常な心筋組織を判別するよう構成された、MRイメージングにより患者の正常な心筋組織、損傷を有する心筋組織、及び梗塞心筋組織を判別する装置。

請求項6

前記シネMR検査手段はシネMR検査を、MR造影剤の投与後、かつコントラスト強調MR検査の前に実行する、請求項5記載の装置。

請求項7

前記T1重み付けMRパルスシーケンスが、磁化駆動スポイルドグラジエント(MD−PGR)型である、請求項4記載の装置。

請求項8

前記T1重み付けMRパルスが、反転回復高速低角度ショット(IR−FLASH)型である、請求項4記載の装置。

技術分野

0001

本発明は心臓学に関し、より詳細には心筋疾患診断、特に磁気共鳴映像法MRI)を用いた心筋疾患の診断に関する。

0002

医師心筋組織を3つのカテゴリー分類して考慮する。1つは“正常”であり、正常な心筋組織は、心臓動に伴う正常な膨張収縮に従って正常な運動を行うことができる生きた組織である。本出願においては、心筋組織が正常かどうかの判断は患者安静状態において行う。

0003

心筋組織の別のカテゴリーは“損傷”を受けた組織であり、この組織は鼓動中に正常な運動を行うことができない。このカテゴリーには、潅流不良(“虚血”)組織、および以前の虚血症の結果として一時的に機能不全となった組織が含まれる。

0004

3つ目のカテゴリーは“梗塞”組織である。梗塞に陥った組織は壊死しており、治療ないし再生させることは不可能である。本願では、梗塞心筋組織は急性壊死性心筋と、その後に生ずるはん痕組織を含む。

0005

医師により患者が虚血性心臓疾患を有していると診断された場合、心筋が損傷しているのか梗塞しているのか、及びその場所を知ることが重要である。損傷又は梗塞の存在および程度が明らかになれば、医師は次に、患者を薬により治療するか、手術を行うか等の判断をすることができる。

0006

多くの場合、医師はこの判断の際、心筋の放射性核種検査を行う。心筋放射性核種検査においては、患者の血液が、心筋組織により吸収される放射性同位元素タリウム等)により識別される。次に、核医学ないし陽電子放射断層撮影(“PET”)検査により、患者の心臓はシンチレーションカメラ撮像される。心筋の特定の領域が放射性同位元素を摂収すれば、その領域の組織は生きている組織を含むと想定される。摂収が無ければ、その領域の組織は梗塞を起こしている組織を含むと想定される。しかしながら、摂収は潅流と生存力の両方を必要とするため、虚血と梗塞のどちらがどの程度、異常の原因となっているかを区別することは困難な場合がある。

0007

さらに核医学検査空間分解能が非常に悪い。その結果、壊死組織損傷組織、および正常な組織の所在を正確に知ることができない。また、核医学検査は時間がかかる(通常のマルチスキャン心筋放射性核種検査は、スキャン間の時間を含めて5時間以上かかる場合もある)。一方、MRI検査は優れた空間分解能を有し、短時間(例えば1時間以内)に終了することができる。ただし、MRI検査ではこれまで、正常、損傷、および梗塞組織を区別することはできなかった。

0008

従って、正常、損傷、梗塞組織を高い空間分解能で区別できる装置が望まれている。

0009

また、そのような区別を比較的短時間の検査で実行できる装置も望まれている。

発明が解決しようとする課題

0010

本発明の課題は、梗塞を起こした心筋組織を高い空間分解能において判別することを医師に可能ならしめる装置を提供することである。

0011

本発明の別の課題は、比較的短時間の検査で正常、損傷、および梗塞心筋組織を区別するための装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0012

本発明は、ガドリニウム(Gd)に基づくMR造影剤(例えば、ガドリニウムのキレートであるGd−DTPA)が、梗塞を起こした心筋組織を所定の時間(有利には約10〜90分)の経過の後、選択的に強調(hyperenhance)するという発見に基づいている。この現象メカニズムは正確には分かってないが、造影剤が生きている心筋細胞には入り込まず、破壊された細胞膜を介して死んだ心筋細胞に入り込むものと考えられる。はん痕組織の場合、造影剤が膠原基質の増大した細胞外空間内に堆積するとも考えられる。いずれにせよ、梗塞組織の正確な場所を、造影剤注入後10〜90分後に得られたMR像内に映像化することができる。像内では、死んだ組織は強調され、正常および損傷組織は強調されない。すなわち、本発明は、所定の待ち時間の後、壊死を起こした心筋領域のみがMR造影剤により強調されるという知見に基づいている。従って、本発明によれば、MRIを用いて梗塞組織を正確に、核医学検査よりも早く、より高い空間分解能で特定することができる。

0013

注意すべきは、強調された領域が時としてその中心部に強調されない部分を有することがあるという点である。これは、この非強調部分も梗塞を起こしているのであるが、MR検査の時点では造影剤がそこに到達していなかったため、画像内では強調されなかったためである。

0014

本発明の好適な実施例では、T1で重み付けされたMRパルスシーケンス(特に分割T1重み付け反転回復ターボFLASH法:segmented T1−weighted inversion recovery turboFLASH)を使用して患者の心臓のT1重み付けMR像を得る。これにより、造影剤の位置が一層明白になり、梗塞組織の認識が容易になる。

0015

梗塞組織を特定することができれば、正常組織と損傷組織はMR像内にて同様に強調されるにも関わらず、両者を区別することが可能になる。この区別は、シネMR検査を利用して、鼓動中に正常に運動しない心筋領域を特定することにより行うことができる。すなわち、異常な動きを示し、かつ造影剤により強調される領域は梗塞しており、異常な動きを示すが強調されなない領域は損傷しており、正常に運動している領域は正常な組織であることを示す。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下に説明する医学現象はを対象として行われた実験に基づいているが、犬モデルから得られる科学的根拠は犬のみならず人間にも十分適用可能であると考えられる。現在までの人間を対象とした結果もこのことを裏付けている。

0017

上述の実験において、手術により犬の心臓に対して2種類の損傷、すなわち一過性虚血と梗塞を引き起こした。前者において、犬の冠状動脈のうち一本が一時的に油圧閉塞器により閉塞され、それによって重度の(ただし回復可能な)虚血が引き起こされた。後者の損傷においては、犬の別の冠状動脈が縫合により閉鎖され、梗塞を引き起こした。その後、犬にGd−DPTAが注射され、MR映像装置により生体撮影された。犬はその後解剖に供され、病理学所見とMR像との比較を行った。

0018

このような実験の結果、Gd−DPTAの投与から30〜60分の遅延の後、梗塞心筋組織領域のみがMR像において強調され、正常組織と一過性虚血組織は強調されないことが分かった。。MR像において強調された領域は、病理学検査において梗塞を起こしていることが明らかとなった領域に正確に対応している。さらに、過渡虚血領域に関しても、細胞死が起こるとされる最大時間(犬の場合15分)まで虚血が続いた場合でも、強調は観察されなかった。

0019

梗塞心筋領域に起こる強調は、心筋はん痕組織にも観察される。上述の犬に対する実験において、実験に供された犬を8週間後に生体撮影したところ、梗塞に強調が観察された。強調された領域にははん痕があることが組織学的に確認され、MR像内の該強調領域の大きさは組織学的に確認されたはん痕の大きさと等しかった。

0020

シネMR検査では心臓によりゲート制御された、鼓動中の心臓の動きを示す一連の像が得られるため、この検査により心筋の正常でない領域を特定できることが以前から知られている。これは、心筋の損傷または梗塞を起こした領域は収縮することが出来ず、心臓の膨張・収縮に伴って正常に運動しないからである。従って、損傷又は梗塞を起こしている異常心筋領域を特定することが可能である。特定の領域がシネMR検査において異常であり、かつGd−DTPAの投与後例えば30分後に強調されていなければ、その特定領域は損傷(虚血又は一時的機能不全)に陥っている。また、特定領域がシネMR検査において異常であり、かつGd−DTPAの投与後例えば30分後に強調されていれば、その特定領域は梗塞を起こしている。

0021

有利には、MR検査においてはT1重み付けされたMR像が作り出される。これにより現在入手可能なGd系造影剤を最大限活用し、MR像における強調を一層明確にすることができる。適当なT1重み付けMRパルスシーケンスはa)定常状態における磁化駆動スポイルドグラジエトシケンス(“MD−SPGR”シーケンス)、及びb)反転回復高速低角度ショットパルスシーケンス(“IR−FLASH”シーケンス)である。典型的なパラメータは以下のようであった。

0022

MD−SPGRシーケンス:
TE=2ms
TR=6ms
ボクセルサイズ:1x1x6mm
心拍周期(33ライン周期)にわたって区分されたk−スペースデータ
k−スペースデータのそれぞれのラインに対する4平均
MR像データ収集前の60個のダミーRFパルス
IR−FLASH シーケンス
TE=2ms
TR=6ms
反転遅延=300ms
ボクセルサイズ:1x1x6mm
4心拍周期(33ライン/周期)にわたって区分されたk−スペースデータ
T1弛緩のために1心拍周期おきに収集されたMR像データ
原理的には、シネMRデータの収集はMR造影剤投与の前でも後でもどちらでも良い。造影剤の投与の直後にシネ撮像を行うのが有利な場合もある。その場合、造影剤投与後に必要とされる待ち時間が利用でき、検査が長引くこと(従ってMRイメージング装置スループットの低下)を防止することができる。

0023

好適な実施例では、待ち時間は最低約10分、最大約90分であり、有利には約30分であるが、必ずしもこれらの時間に限定されるものではなく、必要に応じて10分以下でも90分以上でも構わない。

0024

好適な実施例では、シネMRデータ収集は左心室長軸及び短軸に沿って行う。これは必ずしも必要ではないが、心筋壁の動きを数値化するために市販のソフトウェアパッケージシーメンスAG社ARGUS)を使用する場合には有利である。視覚により心筋壁運動を確認する場合に比較して、ARGUSソフトウェアを使用することにより、局所的な壁面運動における異常をより客観的に評価することができる。シネMRデータの収集方法は本発明の構成要件ではなく、その他の方法も使用できる。さらに、心筋壁運動は必ずしもARGUSソフトウェアその他の数値化技術で評価する必要はない。

0025

様々なMR像を表示するためには様々な方法があるが、MR像データの表示方法は本発明の構成要件ではない。

0026

好適な実施例では、経験的に求められた患者の心臓の反転時間を利用してT1重み付けされたMR像データが収集される。(反転時間はRF反転パルスと、正常な心筋が黒で表示されるMRデータ収集との間の時間。)その結果、k−スペースマトリックス中心線が患者の正常心筋のゼロ点合致される。これにより、最適化されたコントラスト特性を有する像が得られる。但し、これは必ずしも必要でなく、大抵の診断目的においては準最適化データで十分である。

0027

従って、本発明の好適な実施例を図1を参照して作用面から説明すると、ステップ10においてGd−DPTAMR造影剤が患者に投与される。次に、待ち時間を利用するために、ステップ20において複数の短軸及び長軸シネMRデータ収集が実行される。シネデータ収集が終了すると、正常な心筋からの信号をゼロにするために必要な反転時間が、一連のT1重み付けMRデータ収集に基づいて経験的に決定される。

0028

この反転時間が分かれば、ステップ30において短軸及び長軸T1重み付けMR像データが患者の心臓から収集される。これは好適な実施例ではRF反転パルスを患者のECG信号でゲート制御し、経験的に求められた反転時間だけ待ち、MR像データのラインを部分的に又は全て収集することにより行われる。k−スペースマトリックスを区分することにより像収集が行われる場合、RFゲート制御された反転パルスの印加、経験的に決定された反転待ち時間、及びMR像データ収集が、k−スペースマトリックス全体がデータラインで埋められるまで繰り返される。像収集を一回のショットで実施する場合は、一個のRFゲート制御反転パルスに続いてMR像データの全てのラインが収集される。

0029

全てのMRデータ収集が終了した後、MR像データはステップ40で後処理され、ステップ50で表示される。

図面の簡単な説明

0030

図1図1は本発明の好適な実施例のフローチャートである。

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