JP2002505594A - 身体要素の分析のための非侵襲的放射線撮影法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、患者の体内構造（１０）を分析する非侵襲的方法である。この方法は、患者を走査して、患者の体内構造の一部分を表わすデータを取得する段階を含む。走査データは処理されて、３次元容積及び機能表現となる。正常な体内構造又は患者の体内構造の前回走査のいずれかの３次元容積データを表わす基準データも、この方法において用いられる。走査データと基準データとの選択された部分を比較して、好ましくは、患者に異常があるか否かを判断する。出力データは、走査データ及び基準データの前記選択部分に関連ある情報を表示する表示装置に送られる。装置も開示されており、この装置は患者の一部分を走査する走査器を含む。処理装置を用いて、変換データを受信し、かつ３次元容積データに変換する。

Description

【発明の詳細な説明】 身体要素の分析のための非侵襲的放射線撮影法 関連出願の相互参照 本出願は、１９９７年２月２５日出願の「身体要素の分析のための非侵襲的放 射線撮影法」と題する同時係属出願第０８／８０５，７８７号の一部継続出願で ある。 発明の分野 本発明は、体内構造を画像化するシステム、特に身体要素における異常を非侵 襲的に分析し、診断するシステムを意図している。 発明の背景 気管気管支樹の直接的気管支鏡検査法と、胃腸（ＧＩ）管及び咽頭等の中空器 官の内視鏡検査法とは、何年も前から行なわれてきた。これらは、塊と口径変化 と表面及び粘膜の異常と外傷性障害とを直接的に可視化するのに用いられる。し かしながら、直接的内視鏡検査法では、対象となる構造の管腔内に内視鏡を侵襲 的に挿入して、その内面を可視化することが必要である。患者の体内に内視鏡を 挿入することに伴う外科的要件と合併症とを別にしても、患者の体内で内視鏡を 実際に物理的に前進させることは、遠位側の異常の観察を妨げるか、又は制限す る閉塞によって阻止されうる。又、気道を横切る内視鏡の存在そのものが、直径 を変化させること又は気道構成要素（すなわち、粘液腺、平滑筋、繊毛）に対す る物理的刺激を引き起こすことによって、気道の構造又は機能の異常を招きうる 。 放射線学的及び音波検査的画像は、何十年も前から人体内部の状態を非侵襲的 に判断するのに用いられてきた。コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）及び磁気共鳴 画像法（ＭＲＩ）等の放射線撮影法は、異なる物理的原理に基づいて作用して、 目標となる対象物の組成の相違を検出し、かつ写像する。 従来の放射線撮影法では、目標となる対象物を透過してその下の写真フィルム を露光させるＸ線ビームが用いられる。このフィルムには、対象物の放射線密度 パターンの像が写しこまれる。より低い放射線密度の部位（例えば、空気ポケッ ト）では、フィルムの黒化が高くなる。より高い放射線密度の対象物（例えば、 骨）は、明るい画像を形成する。造影剤（contrast agent）は、放射線密度が対 象となる体組織より低下又は増大するように選択される。 コンピュータ断層撮影法は、目標となる対象物のＸ、Ｙ又はＺ軸に沿う特定の 平面において対象物の連続する薄断面を画像化し、かつこれを極めて高い分解能 で行なうことができるという点において、従来の放射線撮影法より優れる。 身体を画像化する核磁気共鳴画像システムは、又別の物理的原理に基づいて作 用する。例えば水素核等のいくつかの原子核は、核スピンと核磁気モーメントと のいずれをも有する。このため、これらの核は、印加される磁場によって操作さ れうる。従来のＭＲＩシステムでは、磁場は、身体を横切る方向に設定されて、 一般に水素である特定の化学元素の核スピン軸は、磁場の方向と整合する。この 整合した回転核は、磁場の整合方向のまわりにおいて歳差運動を行なう。整合し た回転核において、これらの核が磁場の方向のまわりにおいて歳差運動する振動 数は、関連ある特定の核と磁場の強さとの関数である。この歳差運動の振動数の 印加磁場の強さに対する選択性は非常に鋭敏であり、この歳差運動の振動数が共 鳴周波数と見なされる。 選択された核の整合後に、共鳴周波数の大量のラジオ波エネルギーを目標体に 照射して、前記選択されたの核のスピン整合を偏向させる。ラジオ波エネルギー が解除されると、偏向したスピン軸は再整合し始める。このスピン軸の再整合は 、外部コイルによって検出されうる特徴的なラジオ波信号を発する。この発せら れるラジオ波信号の相違により、異なる組織間において対比が得られる。 身体各部の組織細胞は主として水によって構成されるため、放射線撮影法では 一般に隣接する身体各部間を十分に区別することができない。例えば、消化管の 障害の診断において、上下に重なり合う腸のループ状構造における閉塞又は異常 は識別困難である。現在のところ、肺機能の検査には、補助的な機器又は手順（ すなわち呼吸気流速測定法、肺容量測定法、気管支鏡）を用いることが必要であ る。 隣接する身体各部間を区別し易くするために、最近では画像化工程において造 影剤が用いられるようになった。造影剤を放射線撮影と組み合せて用いることに より、身体の臓器又はその他の構造の位置と大きさと構造とを周辺組織との関係 において判断することが可能になる。 造影剤は、画像化の要件に依存するさまざまな方法で身体の腔内に導入されう る。これらは、縣濁液又は乳濁液の形態で、経口投与又は体腔内への注入(直接 的又は選択された導管を介した導入による)によって対象部位内に配置されうる 。適切な造影剤は、無毒性である生体適合性と、化学的安定性と、最小限の吸収 性又は組織反応性とを有し、かつ身体から短時間で排出されなければならない。 フッ素化炭化水素（ＦＣ）は、硝子体液の置換と代用血液用乳濁液とを含むい くつかの臨床学的用途において有用であることが示され、肺及び肝臓において造 影剤（contrast media）として用いられてきた。液体ＦＣは、代用呼吸媒体とし て気体の交換を助けるのに用いられうる。液体ＦＣは、高い呼吸気可溶性を特徴 としており、生体不活性と生体内不変性と最小限の吸収性とを有し、かつ心身に 有害な病理学的、細胞学的又は生化学的影響を及ぼさない。これらの特性とＦＣ の放射線不透過性とが組み合わさって、ＦＣは気管気管支樹の粘膜表面の理想的 な造影剤となりうることが示唆される。 フッ化炭素（フルオロカーボン）をコントラスト増強剤として用いることは周 知である。例えば、ウルフサン（Wolfson）らの「肺診断撮影法におけるフルオ ロケミカル液の有用性(Utihty of a Fluorochemical Liquid for Pulmonary Dia gnostic Imaging)」、人工細胞代用血液固定化生物工学(Artificial Cells Bloo d Substitutes Immobilization Biotechnology)、第23巻、第４号、pp.１４０９ 〜１４２０（１９９４）を参照されたい。フッ化炭素（フルオロカーボン：ＦＣ ）液体は、一般的な有機化合物から、炭素と結合する全ての水素原子をフッ素原 子で置換することによって得られる。これらの液体は、一般に透明かつ無色かつ 無臭かつ不燃性であり、本質的に水に溶けない。過フッ化化合物（例えば過フッ 化炭素(ペルフルオロカーボン)、すなわちＰＦＣ）は、一般に好適な形態のフッ 素化炭化水素である。液体ＦＣは、水及び軟組織より高い密度と低い表面張力と を有する。液体フッ化炭素は、気体に対して高い親和性を有しており、水の２０ 倍を超えるＯ₂溶解性と３倍を超えるＣＯ₂溶解性とを持つ。又、ＦＣは、無毒性 と生体適合性とを有する。 ヘリカル・コンピュータ断層撮影法（ヘリカルＣＴ）の出現により、非侵襲的 な容積測定データの入手が可能になった。この技術によって、多面再構成の顕著 な向上と３次元表現（三次元レンダリング）とが達成される。しかしながら、ヘ リカルＣＴを含む現行の肺撮影技術には、漸進的に狭まる気道の壁の両側に空気 が存在するために小さい気道の可視化が阻まれることによる制限がある。 仮想現実技術に基づく後処理ソフトウェアが最近開発されたことによって、観 察者の評価基準系を変更して、中空気管及び管の内側を直接可視化することが可 能になった。これは、「内視鏡ＣＴ」又は「仮想内視鏡検査法」と呼ばれた。こ の技術は、注気拡張された膀胱と、結腸と、胃と、気管気管支樹と血管とに適用 されてきた。この技術の主要な要件は、１）管腔とその壁との間における顕著な コントラスト差と；２）構造のエッジ検出及び分岐点検出のための最新の新規な ソフトウェア設計とである。ほとんどの構造の管腔内に空気を注入することによ って対比が達成される。又、血管の場合は、造影剤を血管内投与することによっ て、管腔と壁との間において対比が達成される。磁気共鳴法の場合は、液体又は 移動するプロトンが、壁との対比をもたらす。例えば、参照によりその全体を援 用するルビン（Rubin）らの「ＣＴ及びＭＲ画像の斜視的容積表現法：内視鏡画 像法の応用(Perspective Volume Rendering of CT and MR Images:Apphcations for Endoscopic Imaging)」、放射線医学(Radiology)、p.３２１〜３３０、５月 、１９９６年を参照されたい。 容積表現法（ボリューム・レンダリング）は、従来の面表示及び投影技術に代 わるものであり、有意な利点を有する。ボリューム・レンダリングでは、その容 積内の全ての「ボクセル」からの情報が用いられるため、情報の損失がない。そ の結果として、最大強度投影法（ＭＩＰ）につきものの情報損失により引き起こ される制限又は面表示において生じる閾値限界がない。ボリューム・レンダリン グの基本的な欠点は、その他の方法より長いコンピュータ処理時間と高い費用と を要することである。 ボリューム・レンダリングの又他の利点は、画像が斜視図として表示されうる ことである。すなわち、画像は、有限距離にある点源から人間の視覚系に近似し て表現される。その結果として、近くの物体は、観察者からより遠い距離にある 同じ大きさの物体より大きく見える。従来のＣＴ及びＭＲデータの面表示は、斜 視的に表現されるわけではない。従って、物体間の距離は一目瞭然ではない。斜 視的でないことはＣＴ及びＭＲデータを可視化する場合には重要ではないが、３ 次元ボリューム・レンダリングは、近隣の構造に対して十分な対比（ＣＴにおけ る減衰又はＭＲ画像における信号強度差）を有する略あらゆる表面又は解剖学的 特徴をはっきりと可視化しうる。 現在のところ、体内構造のボリューム・レンダリング又は３次元表現（３次元 レンダリング）は、医療関係者による観察のために走査（スキャン）された対象 を静的又は動的に描写するのに用いられてきた。今日まで、蓄積されたデータが 、異常の分析及び診断を行なうコンピュータ・ソフトウェア及び／又はハードウ ェア装置と組み合せて用いられることはなかった。 従って、走査された身体構造における、１組の基準データからの異常又は逸脱 の走査、分析及び／又は診断を行ない、その後、結果を表示するシステムが求め られている。 発明の概要 人間又は動物の身体内部の要素を分析する非侵襲的方法を開示する。この方法 は、身体を走査して、身体内部の構造の一部分を表わすデータを取得する段階を 含む。このデータを処理して、走査された体内要素を表わす３次元容積データに する。この容積データの一部分が、処理された走査データから選択される。この 方法においては、正常な体内要素又は以前の走査過程から判断された患者の実際 の体内要素のいずれの３次元容積データを表わす基準データも用いられる。走査 データの前記選択部分に対応する基準データの一部分が選択される。好ましくは 、走査データと基準データとの前記選択部分を比較して、患者に異常があるか否 かが判断される。出力データは、走査データと規範的データとの前記選択部分に 関連ある情報を表示する表示装置に送られる。 本発明の一実施例において、前記体内要素は、人間又は動物の身体内の気管気 管支樹である。選択された代の前記走査された細気管支は、対応する代の基準の 細気管支と比較される。フルオロケミカルを投与して、前記走査データを向上さ せ、それによって前記気管気管支樹に沿う分岐を判断することにより前記走査デ ータの一部分の可視化と選択とを容易にすることができる。 又、本発明に従った装置も開示する。この装置は、身体の一部分を走査する走 査器を含む。処理装置を用いて走査データを受信する。この処理装置は、前記走 査データを分析モデルに基づいて３次元容積及び機能データに変換する。この処 理装置は、前記変換されたデータと基準データとを比較する。モニタを用いて、 走査データと基準容積／機能データとに関連あるデータを表示し、かつ比較する 。 本発明は、患者の気道容量（キャパシティ）又は抵抗と、肺容積及び容量と、 気道の薬物因子の反応性といったような患者の肺機能を分析するのに有用である 。又、本発明は、先天異常の判断、閉塞又は塊の位置確認及び／又は手術時の組 織損傷の低減にも有用である。本発明は又、疾病過程、治療的又は診断的介入に よって引き起こされるところの患者の体内構造の変化を判断するのにも有用であ る。 本発明の、前述及びその他の特徴及び利点は、以下の好ましい実施例の詳細な 説明によって、添付の図面に図示するように、より明らかとなる。 図面の簡単な説明 本発明を例示するために、図面には、現時点において好適な本発明の形態を示 す。しかしながら、本発明は、正確に図面に示されるとおりの構成及び手段に制 限されるものではないことを理解されたい。 図１は、正常な呼吸系の一部分の線図である。 図２は、気管気管支樹のマイヤー（Meyer）モデルの略図である。 図３は、本発明の方法の流れ図である。 図４a〜４ｃは、基準の構造と走査された構造との間の度数分布の比較を表わ すグラフである。 図５は、葉又は分節異常の表示を示す図である。 図６は、分枝異常の表示を示す図である。 好ましい実施例の詳細な説明 本発明は、画像を処理して、身体器官系の構造と、機能と、反応性とを判断し うる構造的数学モデルにする方法に関する。簡単のために、前記方法は、本明細 書においては、肺系の構造と、機能と、反応性との分析に使用されることを意図 するものとして説明される。しかしながら、本発明は、人体内の多くのその他の 器官系にも同等に適用可能である。ここで、図面を参照すると、複数の図面にわ たって同様の参照符号が相応又は同様の要素を示しており、図１は、正常な呼吸 器系１０の一部分を示す線図である。呼吸器系１０は、空気を喉頭１２から気管 １４を介して肺１６内へと導く。肺１６は、右及び左の気管支１８と、区域気管 支或は細気管支２０とを含む。気嚢或は肺胞２２は、これらの細気管支２０の終 端に形成される。空気交換は、肺胞２２と、この肺胞を取り巻く毛細血管（図示 せず）との間において行なわれる。 気管気管支樹全体にわたって二又性、対称性及び非対称性の節と分岐点との特 徴を表わすのに有用な多数の理論的及び概念的モデルがある。最もよく知られて いるモデルの中に、マイヤー（Meyer）モデルと、ホースフィールド（Horsfield ）モデルと、ストラーラー（Strahler）モデルと、ワイベル（Weibel）モデルと がある。図２は、気管気管支樹の特徴を表わす「マイヤー（Meyer）モデル」の 略図である。このモデルにより、気管支１８と細気管支２０とのさまざまな分枝 が識別される。下降する分枝は、「代(generation)」又は「次(order)」として 識別されており、第１次は、右及び左の気管支１８を表わし、その後の次は細気 管支２０を表わす。この図に示されているように、番号付与は、第０代として識 別される気管から開始される。この番号付与は、終端気道まで進められ、各二又 部で１ずつ増加する。この方法は、対称性及び非対称性のいずれの樹モデルにも 適用されうる。ホースフィールド（Horsfield）又はストラーラー（Strahler） 等のその他のモデルは、異なる計数及び番号付与体系を有して分枝を識別してお り、従って、ある場合には、最終的に次の数が少なくなりうる。マイャー（Meye r）モデルで説明されるところの代体系は、気管（第０）代に対する気管支の位 置を特定するのに有用な方法であり、従って気管支鏡又は気管支造影検査に最も 適する相関法となる。 図３を参照すると、本発明の方法の流れが、非侵襲的医用画像形成及び分析手 順として用いることを意図するものとして示されている。この手順は、患者の所 望部位を画像化又は走査する段階と、気道の攻撃誘発又は治療的介入に先立って 走査データを分析して、基準を確定することで異常又は変化があるかどうかを判 断する段階と、あらゆる異常又は変化を表示する段階とを含む。この画像化段階 では、コンピュータ断層撮影又は核磁気共鳴画像装置等の標準的な画像化装置が 用いられる。又、本発明は、超音波により取得される３次元データと一緒に用い られうることも意図している。１つの好ましい実施例では、画像化装置は、オハ イオ州クリーブランド市のピッカー インターナショナル（Picker Internation al）社製のピッカー ＰＱ ５０００（Picker PQ 5000）ヘリカルＣＴ装置であ る。 以下の手順は造影剤の投与に依存しないが、フルオロケミカル(フッ素化合物 、フッ素含有剤)等の造影剤が患者の走査に先立って対象部位内又は対象部位付 近に投与されることが好ましい。例えば、肺内部の細気管支を画像化する場合は 、肺の少なくとも一部分が適切な造影剤によって満たされることが好ましい。造 影剤により、その後の３次元表現（３次元レンダリング）において、隣接する構 造間の高度の区別化が達成される。好ましい種類のフルオロケミカルは、ペルフ ルオロケミカル（過フッ化物：ＰＦＣ）である。多様なＰＦＣが選択対象として 市販されており、本発明で選択されて用いられるものは、特定の対象部位に依存 する。例えば、限定されるものではないが、蒸気圧と、粘度と、拡散係数とを含 む一定の生理学的特徴が、ＦＣの蒸発率及びパターン拡散を左右する。高蒸気圧 かつ低粘度の流体は、短時間で肺全体にわたる画像化を行なうことが望ましい場 合に有用である。約３ｃＳを超えるＦＣ粘度は、一般に高粘度と見なされる。３ ｃＳ以下のＦＣ粘度は、一般に低粘度と見なされる。より長時間にわたる局所的 な画像化には、より低い蒸気圧かつ高粘度の流体が好ましいかもしれない。当業 者には、選択部位と所望の画像化とに適するＦＣが容易に理解されるであろう。 ＦＣの又別の局面は、放射線線不透過性である。顕著な放射線不透過性を持つ 流体は、より大きい部位を描写するのには特に有用かもしれないが、より微細な 異常の検出を実際に危うくしうる。従って、ＦＣの物理特性により、所望の画像 化に好適なＦＣが決定される。表１に、本発明において用いられることを意図さ れる好適なＦＣの一覧表が示されている。この表には、各々のＦＣの物理特性も 示されている。一般に、この一覧表に示されるいずれのＦＣも不活性かつ無臭か つ無色である。これらのＦＣは、低い表面張力（約１０〜１９ダイン／ｃｍ）と 高い酸素溶解性（＞４０体積％）とを有する。これらのＦＣは、水に溶けず、脂 質（ｌｏｇＰ値で示される）及び有機溶媒にわずかに溶解し、その他のフッ素化 合物には完全に溶解する。その他のフルオロケミカルも又、必要とされるコント ラストを提供し得、従って前記表に列挙された好適なＦＣの代わりとなりうる。 表１ 液体FC化合物と物理特性 ここで、 PP-2： ビーエヌエフエル フルオロケミカルズ リミテッド（BNFLFluorochem icals Ltd.）製ペルフルオロメチルシクロヘキサン PP-5： ビーエヌエフエル フルオロケミカルズ リミテッド製ペルフルオロデ カリン PP-9： ビーエヌエフエル フルオロケミカルズ リミテッド製ペルフルオロメ チルデカリン PP-11： ビーエヌエフエル フルオロケミカルズ リミテッド製ペルフルオロ ペルヒドロフェナントレン RM-101： マーカンティール ディベロップメント インコーポレイテッド（Me rcantile Development,Inc.）製ペルフルオローフラン／ピラン混合物 PFOB： リクイベント（Liqui Vent）の商標で販売されている、アリアンス フ ァーマシューテイカル コーポレーション（Alliance Pharmaceutical Corp.） 製 ペルフルオロオクチルブロミド 身体のその他の器官を観察する場合は、対象となる部位の外部に造影剤を用い ることがより好ましいかもしれない。ＦＣが画像を向上させる造影剤として使用 されることは周知である。例えば、いずれも参照によりその全体を援用する米国 特許第4,993,415号及び5,350,359号を参照されたい。ＦＣは、純粋な液体、エア ロゾール、蒸気又は乳濁液等のあらゆる適切な形態で患者に投与されうる。 好適なＦＣは、走査が完了するまで、そのＦＣが対象となる構造内又は周辺に 残留しうるか、又は壁部を被覆しうる物性を有する。例えば、肺の小さい細気管 支を走査する場合は、ＦＣが細気管支の多数の分枝を通過して移動しうるだけの 十分な時間長にわたって肺内に残留するＦＣを用いることが好ましい。適切な吸 入可能の液体ＦＣのハンスフィールド（Houndsfield）単位（ＨＵ）数は、８０ ０〜２７００の範囲内である。上述したように、フッ化炭素（フルオロカーボン ）の好適な形態は、過フッ化炭素（ペルフルオロカーボン）である。 必要なフッ化炭素の量は、画像化される身体部分に依存して変動する。例えば 、肺を画像化するときに、肺胞だけを被覆することが望まれる場合は、約１〜２ ミル毎キロが必要である。分枝を含む全てを被覆する場合は、約２０ミル毎キロ が必要である。気道を解放しておくのに十分な量のフッ化炭素を投与することが 望ましい。又、所望のコントラスト量は、使用されるフッ化炭素の量を左右する 。 走査された或は画像化されたデータは、コンピュータ処理装置又はその他の処 理装置に送られる。走査データを受信し、かつ分析することができるさまざまな 処理装置がある。この処理装置は、当該データを記憶する１つ以上の形態の記憶 装置（例えば、ＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等）を含みうる。容積表現された画 像に必要とされる計算には、相対的に高速のコンピュータが必要である。当業者 には、走査データを受信し、かつ分析するのに適した処理装置を選択することが できる。画像データは、数量データの形態をとることが好ましい。走査された或 は画像化されたデータを数量データの形に変えるのに必要なあらゆる変換は、処 理装置への伝送前又は伝送後のいずれにも行うことができる。 好ましくは、処理装置は、走査データを使って走査対象の容積測定モデルを作 成する。これは、ボリューム・レンダリングと呼ばれる。従来のソフトウェアを 用いて走査された画像のボリューム・レンダリングを行なうことができる(例え ば、参照によりその全体を援用する米国特許第5,546,807号、5,315,512号及び5, 594,842号を参照されたい)。ピッカーインターナショナル（Picker Internation al）社からも、ボリューム・レンダリングを行なうことができるボイジャー（Vo yager）ソフトウェアが販売されている。従って、ソフトウェアに関するこれ以 上の説明は不要である。 前記処理装置は、更に又、基準データを受信して、現行の走査又は画像データ と比較する。本発明は、使用されうるさまざまな種類の基準データを意図してい る。一実施例によると、基準データは、患者の身体の以前に走査された部分を表 わすデータである。例えば、患者の肺は、より早期の時点で走査されているかも しれない。前回の走査が行なわれる時期は、実施される目的の分析に依存する。 例えば、呼吸機能データを判断することが望まれる場合は、第１回走査（前回走 査）は吸息時に行なわれ得、その後の走査は呼息時に行なわれうる。この種の手 順では、走査間の時間隔は、わずか数秒又は数分となりうる。その他の種類の分 析では、例えば数分、数時間、数週間、数ヶ月又は数年の間隔をおいて走査する ことが必要とされうる。前回走査データは、本発明においては、現行走査データ との比較に用いられる。処理装置は、以下により詳細に説明されるように、前回 走査データと現行走査データとの間に逸脱があるかどうかを判断する。従って、 本発明の本実施例では、基準データは、既存の患者データを含む。 本発明の他の実施例において、基準データは、「正常」構造を表わす走査され た又は記憶されたデータである。例えば、健常又は正常に発達している肺を表わ すデータを用いて、患者の現行走査データと比較する。このデータは、正常な対 象体内構造（例えば正常に発達した肺構造）を有する患者の、大部分を走査する ことによって得られることが好ましい。データは、年齢や性別等のさまざまなパ ラメータに基づいて分類されうる。このデータは、本明細書では「規範的データ 」と呼ばれる。 本実施例において、処理装置は、例えば患者の年齢と性別と患者体内の走査部 位の位置といったような走査データに付随する背景情報をも受信することが好ま しい。この背景情報は、好ましくは、処理装置が走査器（スキャナー）から直接 受信する（すなわち、走査器に入力されて、走査された画像情報と一緒に伝送さ れる）か、又はデータを処理装置に直接入力しうる(例えば、医療関係者による) 。 この背景情報を用いて、処理装置（又はオペレータ）は、「正常」又は「平均 的」な検査対象（例えば、細気管支）を表わす適切な１組のデータを選択して、 患者の走査画像と比較される基準データとして用いる。上述したように、処理装 置は、複数の正常な身体構造を表わすデータを自ら利用可能に有することが好ま しい。この規範的データは、処理装置に内部的に記憶されるか、又は外部的に供 給される。処理装置は、背景情報を用いて適切なデータを選択して、実際の走査 画像と比較する。 例えば、患者が３才の白人男性であり、かつ対象となる部位が肺である場合は 、処理装置は、３才の白人男性の「正常」又は「平均的」な肺を表わす所定のデ ータを選択する。選択されたデータは、画像データと比較される基準データとし て用いられて、以下により詳細に説明されるように診断的分析が行なわれる。適 切な規範的データを選択するのに用いられる基準は、例えば、年齢、性別、人種 、身長及び／又は体重であってもよく、かつ「正常」な母集団の大部分に基づく ことが好ましい。当業者は、性別、人種、年齢、肺の病態生理学的状態の関数と しての気道の寸法、形状及びコンピュータ機能分析(すなわち、気道の通道性)、 又は気道攻撃誘発（例えば冷気、薬理的）を用いた鑑別診断のための、規範的高 分解能ＣＴデータを得る方法を容易に理解するであろう。データを分類するため のその他の基準が前記基準のいずれかと置き換えられ得、かつ請求の範囲内に十 分に含まれる限り、これらの基準が全てを包含すると見なされるべきではない。 又、規範的データは、適切な背景分類又は基準により分類され、かつフロッピ ー・ディスク等の個別のデータ記憶媒体に記憶されうる。適切な「正常」な対象 を表わす適切な記憶媒体がひとりの医療関係者により選択されて、処理装置に入 力される。規範的データは、走査データと同様の生の数値データとして記憶され るか、又は、より好ましくは容積表現されたデータ（すなわち、３次元容積に変 換されたデータ）として記憶されうる。これらに限定されるものではないが、本 発明に用いられる気管気管支樹の規範的データ例には、ひとつの代の気管支の個 数と、任意の代の各気管支の直径と、長さと、周と、断面積と、容積とが含まれ る。この種の情報は、本発明の前記第１の実施例に従った患者の前回走査からも 記録されうる。 処理装置は、２組のデータ（走査データ及び選択された基準データ）を用いて 、患者の現行の走査データ中における異常又は逸脱の有無と位置とを判断する。 以下により詳細に説明されるように、処理装置は、最初にこれらの２組のデータ を相関又は対比して、最終的に何らかの相違があるか否かを判断しなければなら ない。このことは、各組のデータの各部分を初期化又は識別することによって達 成されうる。例えば、現行走査データと基準データとが肺の構造を表わす場合は 、いずれの組においても気管に対応するデータを識別することが望ましい。ソフ トウェアは、モデル内の分岐点を識別する。この分岐点から、処理装置（すなわ ち、正確には処理装置内で動作するソフトウェア）は、気管から下垂する構造を 判断し、かつこれらを所定のモデルに従って適正に識別しうる。 処理装置により判断される異常は、必ずしも非健常状態を表わすわけではない 。むしろ、異常とは、その最も広義の意味において、医師による更に精密な検査 が必要とされる、走査データと規範的データとの間における相違（逸脱）である 。何が異常と見なされるかは、分析される器官、実施される手順及び／又は比較 されるパラメータによって異なる。従って、同じ人物において得られる現行走査 データと前回走査データとの間には、「正常」な方向への回復か、新しい異常か 、又は前回の走査で識別された異常の悪化を表わす相違が存在しうる。 処理装置は、異常があると判断すると、その異常の位置と、好ましくは基準の 対象及び走査された対象の両方の大きさとを表示する。処理装置は、又、所望に より、異常構造（例えば、断面）を視覚的に表示しうる。表示装置において走査 画像と基準画像とを重ね合わせることも可能である。これらの相違は、強調表示 されうる(着色又は陰影等による)。このようなコンピュータ・データ操作が可能 な従来のソフトウェアがある。下記の例に、本発明のいくつかの可能性が更に明 確にされ、かつ例示される。閉塞又は塊（放射線医学的用途） 気管支内の解像可能な厚さを有する塊又は遠位閉塞は、本発明を用いることに よって今では小気管支は進入可能であるので識別されうる。液体ＦＣの低い表面 張力は、該液体ＦＣを気管支内においていかなる閉塞をも越えて通過させる。処 理装置は、走査される気管支及び細気管支（命令による）の断面特性を基準気管 支及び細気管支の断面と比較する。処理装置が走査される気管支の断面は基準デ ータにより示されるところの基準気管支と十分に相違すると判断すると、処理装 置は、異常の位置とその大きさとを表示する。処理装置は、更に又、正常な（基 準の）気管支の大きさも表示しうる。基準のまわりのある範囲の値は、「正常」 (すなわち、基準からの有意な逸脱はない)と見なされることが意図されている。 好適な範囲は、平均から約±２の標準偏差である。この範囲外の値は以上を表す 。先天異常 狭窄又は形成不全において重要となりうる小気管支の口径を判断することがで きる。異常な気管支の起始及び気管気管支樹からその他の器官又は腔部に至る先 天性又は後天性のろう孔を評価することができる。処理装置は、取得データから これを判断しうる。分枝パターンは、一般に漸進的に縮径する気道を特徴とする 。寸法が増大していく場合は、これは、気管支気管支ろう、気管支拡張又は別の 器官内への侵入等の異常を示す。肺機能の非侵襲的放射線医学的判断 小気道を非侵襲的に可視化しうることにより、非呼吸気流速測定的肺機能検査 が可能になる。画像検査から導出されうる気道の直径と、長さと、容積等の情報 を分類し、かつ分析することができる。超高速電子ビームＣＴを用いることによ り、運動アーチファクトを有意に減少させて、高い呼吸頻度でもより多様な肺パ ラメータを判断することができる。ａ）構造分析： 図２と表２とを参照すると、気管気管支樹のマイヤー（Meyer） モデルを用いて、各々の患者に関するまとめられた構造プロフィール表を作成し 、各代の気管支に関してその代の個数と平均直径と平均長さと断面積（ＣＳＡ） と容積とを列挙することができる。 上述のように、この走査データは、その後、年齢、性別／人種、身長及び／又 は体重が合致する対照標準に基く規範的データ、又は患者の前回走査データであ ってもよい基準データと比較される。 各代（次）にまとめれたデータに加えて、走査データが表示されて、規範値に 対する直径と、長さと、容積と、ＣＳＡとの度数分布が示される。この比較分析 により、異常の迅速かつ正確な判断が可能になる。図４ａ〜４ｃは、ある直径（ Ｘ軸）の気道の個数（Ｙ軸）の度数分布を示すグラフ図である。図４ａに示され る ように、基準の第１０代（次）細気管支の断面直径の度数分布（実線）は、患者 の第１０代細気管支を表わす現行走査データの断面直径の度数分布（破線）と比 較される。この視覚表示から、医師は、患者の走査された画像において何らかの 異常があるか否かを容易に判断することができる。図４ａに示された走査データ において、医師は、患者の第１０代細気管支の走査データが発達異常を示すこと を容易に判断しうる。特に、第１０代の全ての細気管支は、基準の第１０代細気 管支より小さい断面直径を有する。医師を更に補助するために、「異常」と判断 される構造のみを表示することが好ましいだろう。 図４ｂは、基準の第１０代（次）細気管支の断面直径の度数分布（実線）と患 者の第１０代細気管支を表わす現行走査データの断面直径の度数分布（破線）と の比較を示すグラフ図である。この図において、処理装置は、患者の第１０代細 気管支のほとんどが、正常な断面直径を有することを表示（判断）している。し かし、少数の細気管支は基準より小さい断面直径を有しており、恐らく単一の肺 部分に局在化している。 図４ｃは、これらの気道が基準より大及び小のいずれでもあるような広汎性の 異常が見られる患者の第１０代細気管支の度数分布を示すグラフ図である。 又、肺内の変異が処理装置により分析され得、異常な気管支の解剖学的位置（ すなわち、葉、区域等）が判断されうる。すなわち、葉又は区域と肺内における 気管支の代とが基準データと比較され、かつ互いに相関される。この比較により 、肺内のあらゆる異常の位置が識別される(例えば、第５〜１０代は異常である が下葉のみに限定される)。これはグラフ表示されて、分岐する気管気管支樹が 図示され、かつ異常な気道の位置と代とが識別されうる。図５に、本発明により 意図されるひとつのこうした表示が示されている。 更に、患者の肺の肺機能の診断及び治療法は、さまざまな気管支に関して比を 比較することによって判断されうる。本発明では、処理装置を用いて異なる代に 関する直径と、長さと、容積と、ＣＳＡとの比を判断する。これらの比を表示す ることで迅速かつ正確な鑑別診断が行なわれうる。例えば、リンパ球性間質性肺 炎（ＬＩＰ）では、第７代の細気管支から第１０代の細気管支までの直径比が増 加することがある。こうしたプロフィールは、下葉のみにおいて起こりうる。本 発明は、処理装置を用いて下葉の第７〜１０代の細気管支を比較ずることを意図 している。比が表示されることで医師はＬＩＰをより早期に診断することができ る。又、第７〜第１０代の細気管支の「正常」な（又は前回の）比を表示して比 較し易くすることもできる。これは、疾病の解剖学的パターン（すなわち、特定 の葉、区域等）を示すのにも重要である。又、走査される要素（又はその一部分 ）に閉塞の指数を割り当てて、基準指数（患者の基準又は規範的基準であっても よい）と比較することができる。ｂ）機能分析： 一般に図２を参照すると、肺の気道は、直列及び並列の大回路群 と見なされうる。同じ代の全ての気道は並列であり、ひとつの代から次の代への 気道は直列である。本発明の処理装置を用いて、全体及び部位特定の肺機能を計 算することができる。すなわち、処理装置は、各々の代に関する気管支パラメー タを基準データと比較することができる。この比較から、処理装置は、異常があ る特定の代の気管支を表示しうる。図５及び６に、本発明のこの態様が示されて いる。更に又、処理装置が、走査された気管支の直径は所定の大きさを下回る（ 実質的に抑制された流れを示す）と判断すると、表示装置は、付随する代の気管 支も同じく機能的に異常であるとして表示する。 気道抵抗：肺の機能分析の一環として、下記の式を用いて、異なる代の気道の 抵抗を個別的又は複合的に、又は全肺モデルにおいて判断することができる(図 ３)。 Ｒ＝８Ｌμ／ＩＩｒ⁴ ここで、Ｒ＝抵抗 Ｌ＝気道の長さ ｒ＝気道の半径 μ＝空気の粘度 空気の粘度（μ）は既知である。気道の長さ（Ｌ）と半径（ｒ）とは、走査デー タから求められうる。従って、各々の代の気道に沿う抵抗が導出されうる。処理 装置は、各気道の抵抗を出力し得、あるいは又基準データから求められるところ の正常な抵抗値を下回る抵抗を有する気道を出力しうる。 気道コンプライアンス（Ｃ_Aw）：肺の機能分析には、気道コンプライアンスを 判断することも含まれる。走査された構造の気道コンプライアンスは、下記の式 を用いて計算される。 Ｃ_AW＝△Ｖ／△Ｐ ここで、△Ｖ＝容積変化の計算値 △Ｐ＝圧力変化の計算値 圧力変化（△Ｐ）を計算するためには、肺の構造の画像化を２つの異なる終末呼 気陽圧（ＰＥＥＰ）条件で２回実施する。第１の条件では、ＰＥＥＰは零である (すなわち、気道にはいかなる圧力も加えられない)。第２の条件では、気道は、 ５ｃｍＨ₂ＯのＰＥＥＰ（すなわち、誘導陽圧）を受ける。又、２組の画像化さ れた肺構造から、気道の容積変化（△Ｖ）を計算することができる。従って、気 道コンプライアンスＣ_AWは、あらゆる視認可能な代の気道に関して判断されうる 。 又、走査データに関する走査された気道のインピーダンスの訃算値の比較が、 基準データに関するインピーダンスと比較されることが意図される。気道インピ ーダンスは、気道コンプライアンスと気道抵抗との関数である。 肺の容積及び容量（キャパシティ）：気道コンプライアンスに関して上述され たように、容積は、走査データから計算されうる。さまざまな気道の肺容量を判 断するために、異なる呼吸条件（すなわち、静的及び動的）で画像化が実施され る。最初に、患者が吸息と呼息との間において瞬間的に静止している間に、走査 された或は画像化されたデータが取得される。これは、気道内における１回換容 積の指数となる。次に、患者が最大限に吸息し、かつ瞬間的に息を止めている間 に、走査データが取得される。これは、全肺気量（ＴＬＣ）における気道容積を 表わすデータとなる。最後に、患者が最大限に呼息している間に、走査データが 取得される。これは、残気量（ＲＶ）における気道容積を表わすデータとなる。 肺活量（ＶＣ）と、予備吸気及び予備呼気量（それぞれＩＲＶ及びＥＲＶ）と 、機能的残気量（ＦＲＣ）等の肺容積及び容量は、その後、この走査データから 処 理装置により導出されうる。予備吸気及び予備呼気量は、通常の１回換気量の呼 吸から上下に更に吸入／呼出して、以って呼吸の深さを増しうる量を表わす。機 能的残気量は、通常の呼吸の終了時に肺内にある気体の量を表わす。これは、肺 を横切る方向の反跳力（胸壁を外方に引く力及び肺を内方に引く力）の平衡によ って判断され、通常の呼吸全体にわたって動脈血酸素及び二酸化炭素分圧が大き く変動するのを防ぐ肺内の気体の「緩衝」容積を提供する。 超高速ＣＴ電子ビーム走査器を用いることにより、努力性最大呼息操作である 努力性肺活量（ＦＶＣ）を時間に対して走査し、かつ分析して、最大換気（Ｖ_{Em ax} ）の１秒間毎の努力性呼息容積（ＦＥＶ₁）等の気道機能の標準化指数を得る ことができる。このデータから、処理装置は、全努力（ＦＥＶ₁）又は安静状態 （ＦＶＣ／ＶＣ）に対する時間依存データを分析して、肺機能の構造的制限に対 する機能的制限の指数を提供しうる。 前記のいずれか又は全ての条件下で得られる基準データ組を用いて、肺の構造 分析に関する前記説明と同様の態様で肺機能の局所的相違を更に特徴付け、かつ 識別することができる。ｃ）気道反応性分析： 本発明は、薬理的因子(例えば、血管拡張剤、気管支拡張 剤、メタコリン等)、物理的因子（例えば、冷気、運動、気体（Ｏ₂、ＣＯ₂、Ｈ ｅ、Ｎ₂Ｏ、ＮＯ₂等）又はさまざまな呼吸操作（例えば、ＰＩＰ、ＰＥＥＰ、吸 息、呼息等）に対する気道の反応性を判断するのに用いられうることも意図して いる。例えば、対象となる部位にＦＣ造影剤を投与した後に、その部位を薬理的 因子の導入前及び導入後に走査する。走査データは、例えば、標準化された投薬 反応及び局所的気道部位限定ノモグラムを表わす基準値と比較される。 これまでは全肺反応しか評価することができなかった。しかし、本発明の技術 を用いることにより、各々の代の気道を評価して、攻撃誘発が作用したのは全て の気道か、又は特定の代の気道のみかを判断することができる。気道の攻撃誘発 とは、気管支収縮を誘発しうる冷気の吸入や、気道平滑筋作用薬の吸入又は静脈 内投与等の刺激を指す。同様に、本発明は、薬物を薬理学的に試験して、どの代 の気道がどの薬物の作用を受けたかを判断する重要な方法を提供する。このため 、部位限定的な薬理学的介入を最終的に判定して、治療的管理を向上させること が できる。又、ＦＣを薬理的因子と組み合わせて、薬物を導入するための担体とし て機能させることもできる。身体のあらゆる部位における仮想内視鏡技術の改良 本発明は、肺構造の分析と診断とを行なうことに制限されるのではなしに、む しろ体内のあらゆる要素又は構成要素に適用可能である。例えば、本発明は、下 記の身体要素の仮想内視鏡検査及び診断を行なうのに用いられうる：鼻咽頭、鼻 洞、腹膜（すなわち、仮想腹腔鏡検査）、ＧＩ管、尿路、関節腔(すなわち、仮 想関節鏡検査)、胸腔及び外耳道等。加えて、この技術は、血管内にも適用可能 である。この技術を血管内に用いる場合は、液体ＦＣを代用血液として使用して 画像化を補助することが意図される。いずれの場合も、基準データ（患者の前回 走査画像又は規範的データのいずれかに基く）を取得して、その後、現行走査デ ータと比較する。当業者は、前記説明に鑑みて本発明の広範な可能性を容易に理 解するであろう。気管気管支樹及び小気道の外部的画像化 より高い粘度のＦＣを使用するか、又はＦＣが極めて小さい呼吸細気管支及び 肺胞に侵入することなしに細気管支樹内に残留して該細気管支樹を満たすように ＦＣを導入することにより、気管気管支樹をその外壁の透視によって観察するこ とができる。この具体例では、空気により満たされた肺と非常に高密度のＦＣに より満たされた気道との間における対比となる。基準データとの比較により、壁 内又は壁上におけるあらゆる異常の存在を明察することができる。放射線医学援用手術 本発明は、更に外科的手順の際に補助的に使用されうることを意図している。 ＦＣにより増強された仮想内視鏡検査法は、関節鏡援用理学療法として端線検出 の増強が有利であるさまざまな手順において適用され得、かつ侵襲的手順の必要 性又は医原性外傷の発生を更に最小限に抑えうる。この実施例においては、組織 により被覆された管腔は、腹腔鏡検査法又は「仮想腹腔鏡検査法」等の診断的又 は治療的手順において手術に関連ある組織損傷から保護されうる。走査され、か つ処理されたデータは、外科医に手術前又は手術中に実寸データを提供して、外 科的近置アプローチ、器具や補綴装置の選択等を容易にする。この情報を手術中 に使用することのひとつの重要な利点は、組織の取扱いを減らすことによって外 傷と感染の危険とを潜在的に最小限に抑えうることである。 本発明は、小児の気管支樹の大きさが従来の気管支鏡による進入を妨げる小児 母集団において極めて有利である。同様に、本発明は、これまでは非侵襲的手順 では観察することができなかった小気道の分析を可能にする。例えば、本発明を 用いることにより、略第１２〜１７代の気管支（大人では直径約１ｍｍ）に至る まで疾病を検査することが可能になる。 上述したように、フッ素含有造影剤を用いることにより、本発明は、気管気管 支樹に沿う分枝を従来技術でこれまで達成不能であったところまで識別し、かつ 分析する非侵襲的手段を提供する。 本発明は又、構造（例えば、規範的データ又は患者の前回走査データ、閉塞又 は塊の識別、先天異常）と機能（例えば、肺機能分析部分）とを関連づける新規 な非侵襲的方法をも提供する。 本発明のひとつの重要な利点は、医療関係者にリアルタイムのオンライン分析 を提供しうることである。高速処理装置と一緒に使用すると、患者の構造におけ る変化の監視を略瞬時に行なうことができる。患者の前回走査データを用いると 、治療による身体要素の変化を監視することができる。例えば、以前に走査され た塊の大きさの変化は、治療法の変更が妥当か否かに関する指標となりうる。 前記説明では表示装置を用いて実際の走査データと基準データとの比較又は異 常の識別を行なうと述べたが、所望の情報を印刷形式で「表示」しうることも意 図している。実験的試験 本発明のいくつかの態様を用いて実験的試験を行なった。体重１４００グラム の８週齢のニュージーランド白ウサギを局所麻酔した。ハイ−ロ ジェット（Hi .Lo Jet）気管内挿入管（マリンクロッド(Mallincrodt)、ニューヨーク州グ レン・フォールズ市）を気管分岐部近位側に挿入することにより気管切開術を行 なった。全身麻酔後に、このウサギを換気回路に接続し、ＣＴテーブル（コンピ ュータ断層撮影台）上において仰臥位に配置した。ウサギは、同じ頻度(３０ｂ ｐｍ)、１回換気量(９〜５ｍｌ／ｋｇ)、温度(３７℃)、吸気時間（０．３秒） にて実験継続時間にわたって換気しながら、連続的に心血管を監視して、データ を比較した。ウサギに、閉鎖回路ヘリウム希釈（パンダ(PANDA)、メディカルア ソシエイテッド サービス(Medical Associated Services)、ペンシルヴァニア 州ハートフィールド市）により判断されたところの機能的残気量（ＦＲＣ）の測 定値と等しい初回投薬量（１７ｃｃ／ｋｇ）のペルフルオロオクチルブロミド( ＰＦＯＢ)（リクイベント ファーマシューティカル コーポレーション）を気 管内管より投与した。 画像化は、ＰＦＯＢの投与前及び投与後において換気呼吸中に（ピッカーＰＱ ５０００（Picker PQ 5000）ヘリカルCT走査器により行なわれた。画像は、目 標設定された１０ｃｍのＦＯＶと、１．２５のピッチの３ｍｍの断層厚さと、３ ｍｍ毎の画像再構成と、平滑空間再構成アルゴリズムと、２００／１２０のｍＡ ／ｋＶｐとを用いて得られた。ヘリカル管の各１回転に１秒を要した。又他の１ 組の画像は、ウサギを最大吸息圧（ＰＩＰ）に保ち、かつこれらの画像が１ｍｍ 毎に再構成されたことを除いて前記の同じパラメータを用いて得られた。これら の画像は、その後、独立作業端ボクセルＱ（Volxel Q）に送られた。ピッカー インターナショナル製ソフトウェアを用いて、これらの画像の３次元表現(３次 元レンダリング)が同一のウィンドウ表示を用いて行なわれた。この３次元レン ダリングを用いて、オペレータは、再構成された気管気管支樹の管腔を通って進 入することができた。このソフトウェアにより、気管気管支樹の内壁をあらゆる 角度で観察すること、遠位側から近位側へ進入すること、又は遠位側から閉塞部 に入ることができた。この全過程に、わずか１０分の後処理時間しかかからなか った。ウサギの最大気管直径は、約５．２ｍｍであった。 ＰＦＯＢは、肺内において均一に分配され、気管支内における貯留はＰＦＯＢ 投与直後にのみ発生した。当初に少量のＰＦＯＢの貯留が再構成気管支鏡ＣＴに おいて右及び左の主幹気管支近位側において見られた。ＰＦＯＢは、ＰＥＥＰ（ 終 末呼気陽圧）を加えることにより、より大きい気道から非常に小さい気道及び肺 胞内まで迅速に分配された。 ＰＦＯＢを用いない内視鏡ＣＴをＰＦＯＢを用いた内視鏡ＣＴと比較した。Ｐ ＦＯＢを用いない場合は、内視鏡ＣＴにより気管と、気管分岐部と、主幹気管支 とが可視化されただけであり、第３次の気管支の可視化は非常に劣っていた。こ れに対して、ＰＦＯＢを用いた内視鏡ＣＴでは、気管気管支樹は第４次の気管支 に至るまで向上した可視化が可能であり、一部の部位では第５次の気管支の開口 部が可視化された。 前記の結果は、換気呼吸を一時停止することなしに得られた。呼吸運動は、よ り小さい気道内の空気とＰＦＯＢとの間において分解能及びコントラストの損失 を引き起こし、これらの小気管支内への進入を妨げる。内視鏡ＣＴをＰＦＯＢと 最大吸息時息こらえとを用いて実施して、呼吸運動の影響を研究した。ＰＩＰを 用いて実施され、かつ１ｍｍ毎に再構成された内視鏡ＣＴでは、直径が約０．８ ｍｍである第５次気管支内まで進入可能であった。 ウサギは、ＰＦＯＢによく耐え、この手順全体にわたって生理的換気と心肺プ ロフィールとを維持した。 液体ＰＦＯＢのハンスフィールド単位（ＨＵ）数は、２７００〜２８００の範 囲内である。ウサギの肺内におけるＰＦＯＢのハンスフィールド単位数は、１４ ００〜１７００である。気管内に吸入されたＰＦＯＢは、気管支内の空気と肺内 のコントラストとの間において顕著なコントラスト差を創出する。気管支壁は、 軟組織と同様のＣＴ密度を有し、かつ約４０〜６０のハンスフィールド単位数を 持つと見なされうるため、ＦＣを用いて達成されるコントラスト差は、肺内の内 原性組織密度で達成されうるコントラスト差よりはるかに大きい。前記試験から 、ＰＦＯＢを用いてコントラストを増強することによって、この気管支鏡ＣＴ技 術を用いて、ＰＦＯＢを用いない同じ気管支鏡ＣＴ技術による場合よりも有意に 小さい気管支の可視化を顕著に向上させうることがわかった。 人間の大人の気道は、体重１４００グラムのウサギの気道よりはるかに大きい ため、この小動物モデルにおける試験結果から、本発明は、小気管支の評価を可 能にし、かつ約１２次の気管支（人間の大人で直径約１ｍｍ）に至るまでの小気 道の疾病検査に有用であることがわかる。更に、前記試験から、本発明は、吸息 、呼息、ＰＩＰ、ＰＥＥＰ(終末呼気陽圧)、気管拡張剤、又更にはわずかな陰圧 等の異なる条件下で小気道の口径変化を評価するのに利用されうることがわかる 。 小児母集団に関しては、操作可能な小児用気管支鏡の直径は、約３ｍｍである 。未熟児の気管気管支樹の大きさは、体重１４００グラムのウサギと同様である 。従って、乳児の気管気管支樹を従来の気管支鏡を用いて可視化することは容易 ではない。しかしながら、前記試験により示されたように、本発明は、小児母集 団の気管支樹を非侵襲的に評価するのに有用である。 上記では、本発明は、肉眼的レベルでの身体要素の画像化と分析とに用いられ ることを意図するものとして説明された。しかしながら、本発明は、細胞又は分 子レベルでの身体要素の画像化と分析とにも適用されうることを意図している。 本発明の可能性は、主として画像分解に依存する。現行及び開発中の技術は、細 胞膜のレベルにおける動態（ダイナミクス）が分子レベルに至るまで可視化され ることが容易に予測されるようなものである。上述されたところの本発明は、こ のような画像に容易に適用可能である。従って、細胞及び分子レベルのいずれに おいても、患者の身体要素とその患者自身の検査プロフィールとを比較して、以 前の状態からの変化を評価することができる。又、身体要素の細胞及び分子画像 を、年齢及び性別等の所定の基準に基づく規範的データと比較して、患者を母集 団標準に照らして評価することができる。 本発明を細胞膜に適用して、細胞膜の２側における基質濃度を可視化すること により、基質の膜内外束密度を計算することができる。又、本発明に従った画像 化と分析とにより、薬物の取込みを直接観察して、その結果として拡散及び分配 係数を測定することができる。このことは、生物学的利用率の査定を行なうこと を可能にする。薬物は、ＦＣ等の生物活性又は不活性物質により標識されうる。 本発明を用いて、細胞レベルにおける生理的反応を、コイル収縮、分泌、エン ドサイトーシス、エキソサイトーシス等のさまざまな因子に関して判断すること ができる。更に又、組織レベルでの機能的細胞作用（すなわち、骨における破骨 細胞／造骨細胞の相互作用及び正常状態からの変化／逸脱）を直接観察すること ができる。 高分解能の画像により、本発明を用いて血管、神経、毛細管、リンパ管内の分 岐構造を分析し、かつ評価することが可能になる。顕微鏡画像技術が向上すると 、細胞及び亜細胞の構造を分析して、微小管構造と、アクチンフィラメントと、 膜構造と、細胞外「潜在」腔とを評価しうる。 一定の構造に対する抗体と結合する造影剤は、細胞外腔の評価を可能にする境 界（細胞膜と同様）を創出しうる。この点に関しては、インジウム又はガドリニ ウムをさまざまな器官の上皮／内皮組織に目標設定して、それによって上皮／内 皮組織を画像化することができる。上皮又は内皮は、尿管、胆管、膵管、リンパ 管、硬膜上腔、髄膜、内耳／半規管又はその他の上皮又は内皮含有構造において 可視化されうる。 又、超小型化により小型ロボット・プローブ又は七ンサを体内において所望の 部位に配置しうることも意図される。これらの装置は、超音波又は磁気共鳴画像 システムと共同で作用して、前記開示の技術を用いて分析される体内からの構造 情報を送り返すことになる。 細胞及び分子画像は、更に又、重要な肺構造及び機能の分析を可能にする。例 えば、このような画像により、繊毛（毛様体）の機能及び間隙の直接的な観察と 、作用薬の刺激に対する二次的な気道収縮性の単離された気道平滑筋細胞の分析 と、分泌細胞を含むその他の気道細胞の機能の分析とを行なって、粘液分泌と表 面活性物質の生成とのメカニズムを研究することができる。 本発明において一般に好ましい走査形態として放射線走査が取り上げられたが 、身体要素の走査画像を生成する音波画像検査法等のその他の非侵襲的方法も又 、本発明において用いられることが意図される。 本発明は、その具体例に関して説明され、かつ図示されたが、当業者は、本発 明の精神と範囲とから離れることなしに、本発明において前記及びその他のさま ざまな変更と省略と追加とを行ないうることを理解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ウルフサン，マーラ アール アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 19118 フィラデルフィア イースト グ レイバーズ レーン（ウィンドモール) 806 (72)発明者 シェイファ，トーマス エイチ アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 19050 ランズダウン ブリン モーア アベニュー 159 (72)発明者 スターン，ロバート ジー アメリカ合衆国 アリゾナ州 85718 ツ ーソン エヌ レモン ロック プレイス 7119 (72)発明者 ミラー，トーマス エフ アメリカ合衆国 ニュージャージー州 07922 バークリー ハイツ サウス シ ャーマン アベニュー 120

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 人間又は動物の身体の内部要素を分析するための非侵襲的方法において、 人間又は動物の身体の部分を反映する走査データを処理装置で受信する段階と 、 前記走査データを前記処理装置で処理して、体内要素を表わす数学モデルに基 づく３次元容積及び機能データにする段階と、 前記処理された走査データの部分を選択する段階と、 ある形態の前記体内要素を反映する３次元容積及び機能データを表わす基準デ ータを提供する段階と、 前記走査データの前記選択部分に対応する前記基準データの部分を選択する段 階と、 前記走査データ及び基準データの前記各選択部分の関数であるデータを表示す る段階と、を含む人間又は動物の身体の内部要素を分析するための非侵襲的方法 。 ２． 前記基準データは、正常な形態の前記体内要素に関する規範的データであ る請求の範囲第１項記載の非侵襲的方法。 ３． 前記基準データは、患者の前回走査から取得される請求の範囲第１項記載 の非侵襲的方法。 ４． 走査された画像データを向上させるために、走査される前記体内要素の近 傍にフルオロケミカルを供給する段階と、 前記人間又は動物の身体を走査する段階と、を更に含む請求の範囲第１項記載 の非侵襲的方法。 ５． 前記フルオロケミカルは、走査される前記身体要素内に配置される請求の 範囲第４項記載の非侵襲的方法。 ６． 前記フルオロケミカルは、走査される前記身体要素の周りに配置される請 求の範囲第４項記載の非侵襲的方法。 ７． 前記フルオロケミカルは高粘度を有し、前記走査データの前記選択部分の 壁構造と前記基準データの前記選択部分の壁構造とを比較する段階を更に含む請 求の範囲第４項記載の非侵襲的方法。 ８． 前記走査データと前記基準データとの前記各選択部分を比較する段階と、 前記走査データの前記選択部分に異常があるか否かを前記比較に基づいて判断 する段階と、を更に含み、 前記表示段階は、前記走査データの前記選択部分に異常があるときに前記走査 データ及び基準データの前記各選択部分のみを表示することを含む請求の範囲第 １項記載の非侵襲的方法。 ９． 前記走査データの前記選択部分は、肺内のある細気管支の代を含み、前記 比較段階は、前記走査データと基準データとの前記各選択部分の度数及びインピ ーダンス分布を比較することを含む請求の範囲第８項記載の非侵襲的方法。 １０． 前記体内要素は、肺であり、 前記肺の所望の区域を表わす前記処理された画像データの部分を選択する段階 と、 前記基準データの部分を選択する段階と、 ここで前記各選択部分は前記肺の同じ区域を表わし、 前記データの前記各選択部分を比較する段階と、を更に含む請求の範囲第１項 記載の非侵襲的方法。 １１. 前記各選択部分は、ある細気管支の代を表わす請求の範囲第１０項記載 の非侵襲的方法。 １２． 前記各選択部分は細気管支を表わす請求の範囲第１０項記載の非侵襲的 方法。 １３. 前記走査データの前記選択部分は、人間の肺の細気管支を含み、前記比 較段階は、連続する各代の細気管支に関する走査データを比較する段階を含み、 連続する各代の前記細気管支の断面直径が小さくなっていく場合に異常が判断さ れる請求の範囲第８項記載の非侵襲的方法。 １４． 前記走査データの前記選択部分は、人間の肺の細気管支を含み、前記比 較段階は、連続する各代の細気管支に関する走査データを比較する段階を含み、 前記判断段階は、前記細気管支の選択されたパラメータの比を形成することと、 この比を前記基準データの選択されたパラメータの比と比較することと、を含む 請求の範囲第８項記載の非侵襲的方法。 １５． 前記走査データは、少なくとも２つの状態にある前記肺を表わす走査デ ータを含む請求の範囲第１項記載の非侵襲的方法。 １６． 前記肺の前記少なくとも２つの状態は、異なる圧力条件を表わす請求の 範囲第１５項記載の非侵襲的方法。 １７． 前記肺の前記少なくとも２つの状態は、正常な吸息と呼息との間の時点 と、最大吸息後の時点と、最大呼息後の時点と、を表わす請求の範囲第１５項記 載の非侵襲的方法。 １８． 前記走査データと前記基準データとの前記各選択部分のパラメータを比 較する段階と、 前記走査データと基準データとの前記各選択部分の前記パラメータ間における 相違が、異常を示しうる前記基準から±２の標準偏差より大きいか否かを判断す る段階と、を更に含み、 表示される前記データは、異常がありうる前記走査データ及び基準データの前 記各選択部分である請求の範囲第１項記載の非侵襲的方法。 １９． 前記基準データを提供する段階は、前記人間に関連して年齢と性別と人 種と身長と体重とを含み構成される群から選択される少なくとも１つのパラメー タに基づく規範的データを選択する段階を含む請求の範囲第２項記載の非侵襲的 方法。 ２０． 前記走査データは肺を表わす走査データを含み、前記選択された走査デ ータ及び基準データに関する前記肺の全肺容量と１回換気量と残気量とを判断す る段階を更に含み、表示される前記データは、前記選択された走査データ及び基 準データに関する前記全肺容量と１回換気量と残気量とである請求の範囲第１項 記載の非侵襲的方法。 ２１． 前記走査データは肺を表わす走査データを含み、前記選択された走査デ ータ及び基準データに関する前記肺の気道コンプライアンスを判断する段階を更 に含み、表示される前記データは、前記選択された走査データ及び基準データに 関する前記気道コンプライアンスである請求の範囲第１項記載の非侵襲的方法。 ２２． 前記走査データは肺を表わす走査データを含み、前記選択された走査デ ータ及び基準データに関する前記肺の気道抵抗を判断する段階を更に含む請求の 範囲第１項記載の非侵襲的方法。 ２３． 前記走査データ及び基準データを表示する段階は、前記気道抵抗が前記 基準データの前記気道抵抗を下回る場合に、前記走査及び基準データのみを表示 する段階を含む請求の範囲第２２項記載の非侵襲的方法。 ２４． 前記走査データの前記選択部分は、薬物因子の導入前及び導入後の前記 体内要素を含み、前記走査データと、前記導入された前記薬物因子に関する標準 化投薬反応を表わす基準データとを比較する段階を更に含む請求の範囲第１項記 載の非侵襲的方法。 ２５． 前記比較段階は、各代の少なくとも１つの細気管支パラメータを基準デ ータの対応する代の細気管支パラメータと比較して異常があるか否かを判断する ことを含み、前記表示段階は、前記比較に基づいて異常がある特定の代を表わす データを表示することを含む請求の範囲第９項記載の非侵襲的方法。 ２６． 前記走査データは患者の肺の気管気管支樹を表わし、各細気管支に関す る細気管支直径を判断する段階を更に含み、前記比較段階は、各細気管支に関す る前記細気管支直径と対応する細気管支に関する基準データとを比較することを 含み、前記表示段階は、前記基準データの直径より小さい直径を有する各々の走 査された細気管支のデータを表示することを含む請求の範囲第９項記載の非侵襲 的方法。 ２７． 前記細気管支の代に関する前記データをまとめる段階を更に含み、前記 比較段階は、前記細気管支の代に関する前記まとめられたデータと対応する基準 のまとめられたデータとを比較することを含み、表示される前記データは、前記 細気管支の代及び基準のまとめられたデータである請求の範囲第１０項記載の非 侵襲的方法。 ２８． 前記体内要素は肺の気管気管支樹であり、前記処理された走査データの 部分を選択する段階は、前記気管気管支樹のある代を示す分枝を判断することを 含む請求の範囲第１項記載の非侵襲的方法。 ２９． 前記走査データは、コンピュータ断層撮影法により得られる画像データ である請求の範囲第１項記載の非侵襲的方法。 ３０．人間又は動物の身体の体内要素を分析するための非侵襲的方法において、 前記身体の部分を走査器を用いて走査して、体内要素を表わす画像化されたデ ータを作成する段階と、 前記画像化されたデータを処理装置に送る段階と、 前記画像化されたデータを処理して前記体内要素を表わす３次元データに処理 する段階と、 前記体内要素に関連する基準３次元データを提供する段階と、 前記処理された画像化されたデータと前記基準データとを比較する段階と、 前記比較を反映するデータを表示する段階と、を含む人間又は動物の身体の体 内要素を分析するための非侵襲的方法。 ３１． 前記身体要素は肺の気管気管支樹であり、前記比較段階は、連続する各 代の細気管支に関するデータを比較することを含み、前記判断段階は、連続する 各代の前記細気管支の断面直径が小さくなっていくかどうかを判断することを含 む請求の範囲第３０項記載の非侵襲的方法。 ３２．前記画像化されたデータは処理されて３次元容積及び機能データとなり、 前記基準データは、３次元容積及び機能データである請求の範囲第３０項記載の 非侵襲的方法。 ３３． 前記基準データは、前記患者の前記体内要素の前回走査から得られる請 求の範囲第３０項記載の非侵襲的方法。 ３４． 前記基準データは、前記体内要素の正常な形態に関する請求の範囲第３ ０項記載の非侵襲的方法。 ３５． 人間又は動物の体内要素を分析するための非侵襲的方法において、 体内要素を含む、人間又は動物の身体の部分の走査データを受信する段階と、 前記走査データを前記体内要素を表わす３次元データに変換する段階と、 前記体内要素に関連する３次元データを表わす記憶された基準データを検索す る段階と、 前記走査された体内要素を表わす前記データと前記基準データとを比較する段 階と、 前記比較の結果を表示する段階と、を含む人間又は動物の体内要素を分析する ための非侵襲的方法。 ３６． 前記走査データは処理されて３次元容積及び機能データとなり、前記基 準データは３次元容積及び機能データである請求の範囲第３５項記載の非侵襲的 方法。 ３７． 前記基準データは、前記患者の前記体内要素の前回走査から得られる請 求の範囲第３５項記載の非侵襲的方法。 ３８． 前記基準データは、前記体内要素の正常な形態に関する請求の範囲第３ ５項記載の非侵襲的方法。 ３９． 人間又は動物の体内要素の非侵襲的な分析のための装置において、 人間又は動物の身体の部分を走査して、前記身体の前記走査された部分内にあ る体内要素を表わすデータ信号を供給する走査器と、 前記データ信号を受信する処理装置であって、前記データ信号から３次元デー タを創出するようにされ、前記３次元データは前記走査された体内要素を表わし 、又、前記体内要素を表わす３次元基準データを受信すようにされ、前記走査さ れた体内要素を表わす前記データと前記基準データとを比較して前記２つのデー タ間の相違を判断するようにしてあり、かつ前記走査された体内要素データと前 記基準体内要素データとを反映する信号を出力するようにしてある処理装置と、 前記出力信号を受信し、かつ表示する表示装置と、を含む人間又は動物の体内 要素の非侵襲的な分析のための装置。 ４０． 前記体内要素は肺の気管気管支樹であり、前記処理装置は、前記気管気 管支樹内における分枝の位置を特定することによってデータの部分を選択するよ うにしてある請求の範囲第３９項記載の装置。 ４１． 前記基準データは３次元容積及び機能データであり、前記走査データは ３次元容積及び機能データである請求の範囲第３９項記載の装置。 ４２. 前記基準データは、前記身体要素の正常な形態を表わす規範的データで ある請求の範囲第３９項記載の装置。 ４３． 前記基準データは、前記患者の体内要素の前回走査から得られる請求の 範囲第３９項記載の装置。 ４４． 前記基準データを記憶する記憶媒体を更に含む請求の範囲第３９項記載 の装置。 ４５． 前記フルオロケミカルは、ペルフルオロオクチルブロミドである請求の 範囲第６項記載の非侵襲的方法。 ４６． 前記基準データは、薬物因子導入前の前記体内要素の画像化された部分 を表わし、前記走査データは、前記薬物因子導入後の前記体内要素を表わす請求 の範囲第１項記載の非侵襲的方法。 ４７． 前記走査データの前記選択部分は、肺のある細気管支の代を含み、前記 比較段階は、前記走査データと基準データとの前記選択部分に関して、度数及び 抵抗の分布を比較することを含む請求の範囲第８項記載の非侵襲的方法。 ４８． 前記比較段階は、前記走査データと基準データとの前記選択部分に関し て、度数及びインピーダンスに関連するデータの分布を比較することを含む請求 の範囲第１項記載の非侵襲的方法。 ４９． 前記比較段階は、前記走査データと基準データとに関して、度数及びイ ンピーダンスに関連あるデータの分布を比較することを含む請求の範囲第３６項 記載の非侵襲的方法。 ５０． 前記走査データは、放射線撮影データである請求の範囲第１項記載の非 侵襲的方法。