JRC2010 合同企画産学連携セミナー CT/MRI volume scan 時代における volume data 活用術 ネットワーク型ワークステーション ( 雷神 ) を用いた日常臨床での有用性 熊本中央病院放射線科片平和博先生 ネットワーク型ワークステーション導入の利点 64 列 CT 時代

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1 CT/MRI volume scan 時代における volume data 活用術 ネットワーク型ワークステーション ( 雷神 ) を用いた日常臨床での有用性 熊本中央病院放射線科片平和博先生 ネットワーク型ワークステーション導入の利点 64 列 CT 時代の到来以降 心臓 CT 件数は増加し続け その結果 大血管その他の3D 画像処理も非常に増加しているほか MRIもvolume 撮像時代になっており 各施設とも 1 台のワークステーションでは処理能力を超えているのが現状である このような環境下でのネットワーク型ワークステーション導入は ワークステーションの遠隔操作を可能とし 複数ユーザで同時に異なる症例を観察できるだけでなく ネットワークを介して画像閲覧のみでなく解析も可能とする ここでの最大の利点は 解析結果保存後は 解析後画像を volume dataのまま読影者が確認できるというメリットを享受できることである また 複数のPCで解析可能であるため 1 台のワークステーション導入により あたかも数台のワークステーションを導入したかのような効果があり 初期導入費用が安価である 院内 HIS 端末で解析データを用いた volume 読影は 診断に最適な情報だが 通常はワークステーション上のみで可能である しかし ネットワーク型ワークステーションでは解析データを保留データのまま保存することにより 外来あるいは病棟など様々な場面で CPR 画像を volume 読影することができる そのため 正確な冠動脈狭窄診断や 解析後の VR 画像を HIS 端末画面上で自由に回転させることにより 患者により分かりやすい インパクトのある病状説明を行うことを可能としている 熊本中央病院におけるvolume data 読影当院ではネットワーク型ワークステーションとして AZE VirtualPlace 雷神を導入している volume 読影法としては Sliding thin slab MIP 法というものを考案して臨床応用している これは心腔内の造影剤の影響を受けない薄い slab 厚 (5 10mm) のMIP 画像で 冠動脈の読影では 冠動脈を良好に描出できる断面をマウス操作で任意に変えながら かつ中心回転軸も冠動脈に沿って移動させて読影する方法である 冠動脈 CT/MRI 画像診断での Sliding thin slab MIP 法の有用性としては 1 簡便である 2 画像再構成は不要で急患での対応が可能 3 院内 HIS 端末のいずれでも閲覧 作成可能 4 死角が少ない 5 通常は解析なしでは分からない細かな冠動脈分枝までくまなく観察できる 6 冠動脈造影 (CAG) と同一角度に固定して観察すると経皮的冠動脈形成術 (PCI) 前のマッピングにもなる などがあげられる いずれにせよ病変は必ず axial 面で再現されるわけではなく 様々な角度から観察できる Sliding 法は非常に有用性が高いと考えられる 症例を提示しながら その有用性を示す 図 1 70 歳女性の胸痛例 図 2 左冠動脈前下行枝の狭窄評価を行った 76 歳女性の症例 1

2 症例提示 1. 症例 1: 胸痛の70 歳女性 ( 図 1) CPR 画像は撮影角度が甘く 冠動脈に狭窄様病変は明瞭に確認できず MRI 施行では狭窄が確認された症例であるが Sliding thin slab MIP 法を用いて左冠動脈前下行枝に沿って様々な角度に画像を回転させることで CT 像でも狭窄を良好に視認できる 2. 症例 2: 左冠動脈前下行枝の狭窄評価を行った 76 歳女性 ( 図 2) CT 像では左冠動脈前下行枝の起始部に高度狭窄様病変が確認できたものの 冠動脈カテーテルではそれほど高度な狭窄とは評価されなかった Sliding thin slab MIP 法により CT 像をカテーテルと同じ角度にして再度観察すると 冠動脈カテーテルでの評価と同様に軽度狭窄と評価された Sliding thin slab MIP 法でこの狭窄病変を詳細に観察すると CPR 画像で高度狭窄と見えた部分は 冠動脈カテーテルでは撮影できない頭上からの角度で偏心性の有意狭窄であることが分かる 3. 症例 3: 肺塞栓症の78 歳男性 ( 図 3) Sliding 法による読影は 心臓領域以外の病変評価でも有用性 が高いことが多い 肺上部から axialで画像を読影していく場合 部位によっては小血栓の評価が困難な場合も少なくないが この症例では Sliding thin slab MIP 法でMPR 画像から MIP 画像に変換し 肺動脈を中心に画像をマニュアルで回転させることで 小血栓の診断が可能になった Sliding 法では血管に沿って画像を読影することが可能であり この結果として全ての肺動脈の評価がより簡便に行えるという特徴が この症例に良く表れている 4. 症例 4: 胸部異常陰影の59 歳男性 ( 図 4) CT 像では右肺に異常を認めるものの axialでの診断は困難であった これも異常が見える地点から Sliding 法で冠状断や矢状断を読影することで 胸膜周辺に多数の結節様の病変が確認でき 乾性胸膜炎と診断できた 通常のCT 撮影では この症例のような葉間に沿った播種性病変の把握は困難なことも少なくないが Sliding 法ではより明瞭な病変の把握が可能である 5. 症例 5: イレウスの評価を行った 76 歳男性 ( 図 5) 腹部領域でも Sliding 法の有用性の高いケースは少なくない とりわけイレウスの詳細評価では Sliding 法の1つであるSliding MPR 法でvolume dataを読影することは極めて有効な方法である 通常イレウスは volume dataの冠状断で10 程度傾けると病変の読影が容易なケースが多いが ここで提示したのはより診断困難な症例である 上部から下部まで腸管が広範囲に拡張しており axialでは原因部位の特定が困難な症例である Sliding MPR 法で拡張と拡張の間に確認された狭窄があると思われる 1 点を特定し この部分を中心に 360 回転することで RAO21 CRA17 で最も良好に病変が再現された例である この症例では Sliding MPR 法により上腸間膜静脈の狭小化や末梢側の脂肪組織の濃度上昇など より詳細な病状の把握も可能であり 最終的には絞扼性イレウスと診断されている 図 3 図 4 78 歳男性の肺塞栓症の症例 59 歳男性の胸部異常陰影の症例 6. 症例 6: 頸椎症の 55 歳男性 ( 図 6) 整形外科領域での応用では 腰椎に関しては日常臨床では MRI を用いることが多いと思われるが この際に側方狭窄例を見落とす ことが少なくないと指摘されている これについては isotropic voxel 図 5 イレウスの評価を行った 76 歳男性の症例 volume T2WI で撮影 し axial で再構成し た画像を 1mm 間隔で 観察することで見落と しを防ぐことができる また 頸椎は特に椎間孔が元来非常に小さいため 頸椎症に伴う椎間孔狭窄では 症例によっては診断難易度が高まる 提示した 55 歳男性の頸椎症の症例は isotropic voxel volume T2WI 撮影を 2

3 axialで再構成した volume dataをsliding MPR 法を用いて読影することで椎間孔狭窄の診断が容易になった実例である これ以外にも膝関節前十字靱帯損傷での微小な損傷など Sliding MPR 法による volume dataの読影により 損傷部位の特定が可能になるケースもある 7. 症例 7: 膀胱癌の57 歳男性 ( 図 7) 泌尿器科領域での有用性を示す症例を提示する 膀胱癌は尿細胞診陽性や血尿を契機にMRI 撮影を行った場合 明確な異常が検出できず 画像上を精査すると 微小な乳頭状の隆起部位がようやく視認できる程度という経験がしばしばある 提示した症例では isotropic voxel volume T2WIを用い Sliding MPR 法で結節性の微小な癌細胞を発見することができている 4D 診断現在のネットワーク型ワークステーションではデータがサーバ上に存在すれば 病棟 外来を問わず 4D 診断も可能になっている 例えば 左室心尖部が収縮しなくなり左室壁運動が たこつぼ のような形態を呈することで知られるたこつぼ型心筋症などは 時間軸情報が加わった結果として動きを伴う 4D 診断が有用な典型例である また 4D 診断が有効な実例としては大動脈解離がある 冠動脈バイパス術歴がある48 歳男性の大動脈解離症例を提示する ( 図 8) この症例では 4D 診断により フラップの激しい動きやエントリーの位置 右冠動脈が正常に心腔から出ている状況 スタンフォード A 型の解離が大動脈弁の動きに大きな制限を与えていないことなど 多くの所見を簡便に読影できている 一方 頻脈のある症例ではその影響による画像のブレが原因で 冠動脈狭窄の偽陽性や診断困難な部位での狭窄病変の検出不能など 冠動脈描出能が低下することが指摘されている この欠点を補完するためにもネットワーク型ワークステーションを使ってSliding thin slab MIP 法で4D 診断を行うという手段は有用である 頻脈がある狭心症疑いの 82 歳男性の症例を提示する CPR 画像では第一対角枝 (D1) 起始部に冠動脈狭窄を疑わせる所見が確認された ( 図 9a) ものの 心拍動に同期させた 4D Sliding thin slab MIP 法での評価では フェーズによっては狭窄が疑われた D1 起始部が開通している状況が確認でき 最終的には狭窄なしと診断された ( 図 9b) この現象が意味していることは 1 本の冠動脈を 1つのフェーズの画像のみで評価をするのは困難ということである いずれにせよ頻脈などによるブレが多い症例では Sliding thin slab MIP 法による 4D 診断は 同じ Sliding thin slab MIP 法による3D 診断と比較しても 診断特異性が大幅に向上するというメリットが指摘されている 心臓 CTの有用性心臓 CTは糖尿病や高脂血症などのハイリスクな背景を有する症例での冠動脈スクリーニング CAG 拒否例で冠動脈精査 PCI やCAGBの施行後の経過観察などを始め 様々な有用性が指摘されている なかでも現在 心臓 CTの重要性が高まりつつあると指摘されているのが急性の胸痛 すなわち虚血性胸痛に対する診断と治療である 急患の胸痛患者が来院した際には 病歴 身体所見や12 誘導心電図を用いて評価を行うことになるが 心電図で正常あるいは診断不能とされた患者では 確実に冠動脈疾患の可能性を除外できているか ひいては患者を帰宅させて外来での経過観察に移行しても良いかの正確な判断は専門医でも難渋することがある 現在では このような症例では心筋損傷のマーカーである心筋トロポニンの測定と心電図の変化を一定時間経時的にチェックすることを併用して行うことが有効であるとされているが 心電図による経時的チェックが行われなかった時代には病変を見逃して患者を帰宅させてしまう誤診が数 % 存在し 結果として患者の予後悪化につながってしまう事例も報告されていた 近年は 急性の胸痛患者に対しては経過観察ベッドを導入し 心電図などを 8 時間以上経時的に観察するようになっているものの 頻回な心筋マーカーや心電図チェックの身体的負担や費用などの問題点が指摘されており これをカバーする戦略として CTは有用といわれている 実際 JACCに掲載された Hoffmanらの報告では 心電図 トロポニンいずれも陰性の胸痛患者 368 人を対象にCTアンジオグラ 図 6 55 歳男性の頸椎症の症例 図 7 57 歳男性の膀胱癌症例 3

4 フィーを施行した前向きコホート試験では 50% で異常なし 31% でプラークのみ 19% で有意狭搾もしくは inconclusive studyで 半数の患者で急性冠症候群の可能性を除外でき CTアンジオグラフィーはリスクの少ない急性の胸痛患者で初期トリアージとして感度や陰性適中率の特異性が高く有効だったとしている また 同じJACCに掲載された Goldsteinらの報告では やはりトロポニンと心電図のチェックで陰性だった急性胸痛症例 197 例を マルチスライス CT 群と心電図などによる標準経過観察群に無作為に割り付けて検討を行ったところ CT 群では直後の心臓 CT 施行により 75% の症例で陰性 陽性の確定診断がつき 診断時間と費用を有意に削減できたとしている 胸部不快感で来院した 73 歳男性の症例を提示する ( 図 10) 外来での検査では心電図 トロポニンは正常で 帰宅の是非を判断するため CTを施行した Sliding thin slab MIP 法でみると 冠動脈の欠損が確認でき 心筋に沿って画像を観察すると 欠損が見つかった冠動脈の支配領域に血流が悪い部分も発見され 迅速にPCI 実施へ移行できた うな自動解析ソフトの導入も 1つの方法である このソフトでは元データをナビゲーターで人手を要することなく自動解析し それにより即時にvolume dataの読影が可能になる 今後もワークステーションによる一層の自動化 業務効率化によって心臓 CT 検査数の制約がなくなることを期待していきたい 心臓 CT をさらに普及させるために 図 9 頻脈がある狭心症の疑いの 82 歳男性の症例 a b このような心臓 CTの有用性の高さを反映して 近年では一般的に心臓 CT 検査は増加し それに反比例するかのように CAG は減少する傾向が指摘されている 当院の心臓関連検査でも同様の傾向を認めているが 一方で増加傾向だった心臓 CT 検査件数が近年は頭打ちになりつつあるという新たな現象も生じている ( 図 11) この背景には CT 画像の再構成には手間がかかるため 各施設が有するマンパワーの範囲内で実施できる CT 検査件数には自ずと限界があるということを意味している このような状況下でマンパワーを単純増加するという方策は取りにくく むしろマンパワー不足の解消に資する検査後処理に負担をかけない解析 読影システムの必要性が高まっている 心臓 CTが限りなくルーチン業務として普及するためには 最新のCT 装置の導入も含めた心臓 CTの前処置簡便化 ネットワーク型ワークステーションの導入とともに ワークステーションによる自動解析機能の強化が重要であり 例えば AZE Auto Analyzerのよ 図 10 胸部不快感で来院した 73 歳男性の症例 図 8 冠動脈バイパス術歴がある 48 歳男性の大動脈解離症例 図 11 熊本中央病院心臓関連検査件数 4

5 治療用医用画像処理 ハーバード大学医学部准教授ブリガムアンドウィメンズ病院放射線科画像誘導手術プログラム技術部長波多伸彦先生研究室 : 治療用画像処理とは治療用画像処理という言葉がある これが診断用画像処理とどのように違うのかを詳述すると 治療用画像処理とは 治療現場で役立つ画像処理を行うことである すなわち治療そのものを可能にし あるいは治療成績を向上させ 有用な情報を多く提供することで術者自身の手技の理解を深め コンフィデンス レベル ( 自信度 ) を向上させるといった 実地臨床に直接的に良好な結果をもたらす画像処理を意味する 治療用画像処理の代表例が画像統合で これは術前検査で撮影された画像を術中画像に統合して欠如した情報を補完するというものである ただ 画像統合といっても術前 MRI CT 術中 CTの撮影の間に撮影体位や呼吸状態などにより臓器が変形することは既によく知られたことであり 過去の変形に対応していない画像統合技術では 現在の臨床現場では厳密な意味では応用は不可能となっている 像統合をレトロスペクティブに検討した研究である ( 図 1) 術前に撮影されていた 3テスラの MRI 画像を手術開始時のCT 画像に3Dスライサー ( というオープンソースのソフトウェアを利用して 3 次元統合を行っている 左腎細胞癌の63 歳女性の症例を提示する ( 図 2) 2つの画像での腫瘍病変の合致率を示す DSCは0.99 両病変の外周のズレを定量化した 95%HDが0.8mmであり 臨床応用には十分に耐え得る成績となっている さらに 現在では時間軸情報も加えた 4 次元での変形画像統合も視野に入り始めている その 1つがMRI Lung 変形解析と呼ばれるものである ( 図 3) 患者の胸部に自作の 128チャンネル レシー Pre-procedural MRI Intra-procedural CT Registered Image 3D スライサーを利用しての 3 次元統合 我々の研究室では B-Splineという臓器の変形をコントロールする数式を活用した 変形画像統合に関する研究を進めている 最新の研究成果として 我々の研究室に所属する小黒草太氏による報告を紹介する CT 誘導下で凍結融解壊死治療を行った腎臓癌 11 例 平均腫瘍径 23mmでのB-Splineを用いた変形画 図 2 DSC = % HD = 0.8 mm 左腎細胞癌の 63 歳女性の症例 Rigid registration (Giele et al. 2001, de Senneville et al. 2008) Do not consider elastic deformation in kidney + Non-rigid or deformable registration (Zollner et al. 2009) Can consider elastic deformation in kidney + No studies reported for image registration during any cryoablations of the kidney 図 1 腎臓を対象とした画像統合 図 3 MRI Lung 変形解析 (4 次元での変形画像統合 ) 5

6 Mahnaz Maddah, GE Westin et al, Med Image Anal, 2008 図 4 EM クラスタリングにより色分けをした 3 次元画像データ a b バーコイルを装着し 3テスラの MRIで3D-FLASH 法によって 1.6 秒 1フレームの間隔で肺の撮影を行い 術前と術中の変形画像統合を行うものである 各撮影フレーム間の変形統合を行うことにより 肺の動きを補正している 現在 肺での放射線治療で呼吸などの動きを補正してより効率的な治療につなげるという動きが進んでおり こうした画像情報を得られれば 予め患者特有の肺の動きなどを把握できるなど 非常に有用性の高いものである 4 次元変形統合とMRIトラクトグラフィー現在 4 次元変形統合画像データは 様々な局面での応用に期待が高まっている 心臓カテーテル術での心臓 CT MRI 経食道心エコー検査 (TEE) 手動操作式心臓内心エコー検査 (ICE) などの変形画像統合の研究も進展し アメリカのメイヨークリニックでは一部臨床応用が進んでいる もはや術前 MRIデータを3 次元の超音波術中データとリアルタイムで統合して手術することも既に夢ではなくなってきている また 画像統合の応用として脳神経外科領域で利用されている MRIトラクトグラフィーを術中に利用する動きも始まっている MRIトラクトグラフィーでは神経線維の走行が明らかとなるが これに現在研究されている治療用画像処理のオープンソース ソフトウェアの3Dスライサーを用いることにより 同一系列の神経を束としてとらえ E M クラスタリング ( 図 4a b) と呼ばれる手法で同一神経束毎に色分けをした 3 次元画像データを提供することができる 脳腫瘍の症例ではこれを応用することにより 腫瘍周囲にどのような神経走行があるのかを把握し 運動野を司るような重要な神経束が腫瘍の周囲にある場合などは 予めこうした神経束を手術で損傷しないよう情報を提供することも可能になる 性 精度 安定性をもとに機能を特化している BrainLab と日進月歩で進化を続けている 3Dスライサーの柔軟性 先進性を組み合わせることで 相互補完的に活用するという実例である 個人的には特定企業のプロモーション活動を行うつもりはないが いわば産学連携の理想的な姿であり またその最先端ともいえる状況である 実際に手術現場では ナビゲーション画像と3D スライサー画像が術者の前方の左右別々のディスプレイに表示 ( 図 5) され ナビゲーションデータがリアルタイムで 3Dスライサー画像に反映されている これにさらに手術野にファイバースコープを入れてその情報も反映させることで より正確な手術を可能にしている まとめ診断用画像処理が単独のワークステーションでも対応できるのと異なり 治療用画像処理は診断機器 治療機器との連携が必須であり 研究戦略においても診断分野と治療分野がどのように連携するのかは非常に重要な問題となる そして画像処理と治療がより一体化することで これまで治療が不可能だった症例で新たな戦略での治療を実現できる可能性を秘めているのである 術中での 3D スライサー 現在 ハーバード大学医学部関連病院の1つであるブリガムアンドウィメンズ病院で行われている 術中での神経束トラッキングでは 市販されている脳神経外科手術用のナビゲーションソフトウェア BrainLab と 3Dスライサーを組み合わせて利用している 確実 図 5 手術現場のディスプレイ 6

K Server 14010571 新潟県厚生農業協同組合 本文 14h 厚生連医誌 第 3巻 石川 07 07 2014.02.18 13.40.1 1号 7 7 0 1 4 症例報告 肺静脈瘤の診断と肺分画症における異常動脈の同定に 3 0列 CT によるダイナミック4DCT が有用だった症例 長岡中央綜合病院 放射線科 診療放射線技師 いし かわ 石川 背景 3 0列の面検出器を持つ Area

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