臨床画像データの有効利用と術前シミュレーションの有用性 医療法人真仁会北日本脳神経外科病院

「近年の画像診断装置より発生する膨大な撮像データを有効利用する試みとして、当院では脳神経外科症例においてCTやMRIのボリュームデータを作成し、必要時にすぐに利用できる状況にしておき、術前シミュレーションにも役立てている。このような画像データの利用法はさらなる発展が期待される。」

医療法人真仁会北日本脳神経外科病院放射線科 石田 剛氏、
新潟大学脳研究所脳神経外科学教室 大石 誠氏

使用製品 Real INTAGE

医療法人真仁会北日本脳神経外科病院では、シミュレーション用3D画像作成にReal INTAGEを活用しています。石田様、大石様にお話をお伺いしました。

目次

近年の画像診断装置の進歩は目覚ましく、それに伴って1回の画像検査で発生するデータ量も膨大になって来ている。一方でこれらのデータを処理するコンピュータのスペック自体もここ数年で加速度的に進歩しており、特殊なワークステーションを使用しなくても様々な画像解析が自由に行える環境になってきた。
このような状況において我々の施設では、日常診療で得た画像データを可能な限り有効利用するために、新潟大学脳神経外科学教室とともに様々な脳神経外科手術の術前検査としてのシミュレーション用3D画像の作成に取り組んでいる。ここでは我々が行っている検査内容や、画像処理方法を紹介する。

約10年間での画像処理技術の変化

著者自身が診療放射線技師となりほぼ10年が経過したが、この間に一般病院にも螺旋(ヘリカル)CT装置や高磁場MR装置が導入されるようになり、現在までに広く普及した。画像処理法として、かつての主流であった表面画像(SSD:shaded surface display)や最大値投影法(MIP:maximumintensity projection)、多断面再構築画像(MPR:multiplanner reconstruction)などの解析法は、通常検査装置そのものに付属されていたソフトウェアにより行われていたため、装置自体の処理能力に左右され、実際の処理画像も現在の画像とは比べようのないような程度のものであった。

現在では、コンピュータの処理能力の向上や画像解析ソフトウェアの進化と改善により、個人のPC上でも十分に画像処理が可能な状況になっている。画像処理方法としても、ボリュームレンダリング(VR:volumerendering)や仮想内視鏡(VE:virtual endoscopy)などの立体情報の作成から、異なるモダリティでのデータの合成(fusion technique)などにおいて向上している。

特に脳神経外科領域においては、従来のMIP法により3D-TOF画像を処理したMRA画像を用いた診断では重なって分かりにくかった血管の走行も、VR法で処理した画像であらゆる角度から自由に眺めることで、立体情報の把握が可能となる場合が増えてきている(図1)。


図1 左内頚動脈瘤のMRA 原画像とMIP・VR の比較
MRA 原画像(a)で把握し難い立体関係は、MIP 処理(b)することで明らかとなるが、VR 処理(c)により瘤と関連血管の関係がさらに鮮明になる

使用装置について

CT装置はシーメンス社製SOMATOMEmotion Duo、MR装置はシーメンス社製1.5T MAGNETOM Symphony を使用しており、どちらの装置も02年に当院に導入された。3D画像解析ソフトウェアはReal INTAGEを使用している。

対象となる術前検査

対象としている疾患と手術は、破裂脳動脈瘤によるくも膜下出血に対する脳動脈瘤クリッピング術、三叉神経痛や片側顔面痙攣といった神経血管圧迫症候群に対する微小血管減圧術、脳腫瘍や頭蓋底部腫瘍性病変の摘出術などである。

撮像方法と撮像条件

検査方法と撮像条件は以下の通りである。

  CTA CT 3DBone MRA
(通常用)
MRA
(微小血管
減圧術用)
MRCISS
(constructive
interference
in steady state)
管電圧 130 kV 130 kV      
管電流 88 mA 38 mA      
Scan Time 25.56 s 49.56 s 8‥43 9 ‥ 22 7 ‥ 12
Rotate Time 0.8 s 0.8 s      
Slice /feed 1.25/2 mm 1.25/2 mm      
Length 60 mm 120 mm      
TR     35 ms 35 ms 5.95 ms
TE     7 ms 7.15 ms 2.55 ms
FOV     160×160 mm 180×180 mm 162×180 mm
Matrix     224×320 256×256 288×320
Slice Thickness     0.9 mm 0.9 mm 0.6 mm
Slice per Slab     30×4 mm 44× 3 mm 80 mm
Flip Angle     20° 20° 60°
MTC+、Band width     100 Hz/px 130 Hz/px 130 Hz/px

MR-CISSに関しては、本来ならば512matrix を使用すべきであるが、Signal-tonoiseRatio(S/N比)が低く、VE画像にてノイズが多くみられた経験があり、320matrix に設定している(補間で640 matrixにしている)。

一方で、この条件では顔面神経と聴神経の分離が難しい場合もあり、CISSの撮像条件は今現在も検討中である。

検査内容と処理方法

画像処理方法に関しては、使用する3DWork Station によってインターフェイスが異なるため、我々が使用するReal INTAGEに特化した部分は省略し、対象疾患ごとに我々が行っている処理方法の要点について説明する。

  1. 脳動脈瘤 我々の施設では、通常脳動脈瘤の検査としてCTAとMRA両方を行っている。3次元画像解析では、どちらもまず血管の信号に合わせた閾値を設定しデータを抽出する。抽出後の情報を滑らかに表示するために膨張処理が含まれるが、ここでは初期値(3ボクセル)のまま使用している。

    CTAについては撮像範囲全体の頭蓋骨があるデータと、動脈瘤周辺にFOVを絞ったものを作成している。開頭時に静脈の情報を必要とする場合は、CTA撮像直後にもう一度頭頂よりスキャンし、静脈の情報を撮像する。

    この処理は、頭蓋骨の閾値を設定して抽出・膨張(1ボクセル)して取り除くことで、ある程度の静脈の情報としての表示が可能となる。ここまでの情報で十分に手術が可能な場合も多く、現在当院でのくも膜下出血の手術では、脳血管撮影は多くの症例において省略されている。
  2. 神経血管圧迫症候群(図2)

    検査はMRだけで、CISSとMRAのみ撮像している。画像処理はCISSのみのVEや、CISS+MRA のVEとMPRの作成である。CISSのみのVEは閾値の設定のみであまり手を加える必要はない。

    CISS+MRA のVEではまず、データFusionのための位置合わせを行う必要がある。撮像時に同ポジションに設定しておけば、撮像中に患者が動かない限りは基本的にデータが大きくずれることはなく、Fusionが可能である。検査パラメータのBandWidth は若干異なり、画像のずれもいく分か生じるため、病変部の確認は必要である。

    MRAからの血管の抽出においては、0もしくは1ボクセルの膨張を行うようにしている。2つのデータをReal INTAGE で合成(Blend 処理)するためには、CISSのデータ上に抽出したMRAデータを合成するようにしている。CISSとMRAでは描出血管の外壁と内部のフローを見ている違いがあり、そのままFusion してもMRA情報はCISSの持つ血管データ内に埋もれてしまうことが多い。

    一方でMRAデータを基準の3ボクセルまで膨張すると、血管周辺の神経が消されてしまう可能性がある。あとはOpacity CurveやColor Map の調整を行い、病変部側の小脳橋角部からVEシミュレーションを設定する。smooth filter を使用するとMRAの信号が表示できる場合もある。MPRではCISS+MRA データのOpacity Curve とColorMap の調整のみで、CISSのデータ部分を白黒反転し、血管部分を赤く色づけしておく。
  3. その他の処理(図3)

    頭蓋底部腫瘍の術前には、腫瘍と重要な血管の位置関係、腫瘍摘出に際し骨削除を行うべき領域の判断のために、MRとCTによる合成画像の応用が有効である。まずCTとMRのFOVとMatrix を揃えておき、その後に位置を合わせて再度合成、それぞれ必要なデータを抽出し膨張させ合成していく。3D処理ではないが、軸索画像の合成も行うことが可能で、ガンマナイフの治療用画像に合成して治療計画の参考に使用することもある。

図2 微小血管減圧術に対する仮想内視鏡(VE)画像と術中写真
aは三叉神経痛でCISS のみのVE 画像。bはCISS とMRA の合成によるVE 画像。それぞれ脳槽内の動静脈と神経の立体関係が分かる。

図3 その他の画像例
A、BはCT とMR の合成画像である。骨はCT、頭蓋底部腫瘍は造影MR、血管はMRA よりそれぞれ抽出したデータを使用した。CはCT による静脈画像。Dはガンマナイフの計画用画像に軸索画像(矢印)を合成したものである。

画像処理時の注意点

術前シミュレーション用画像は、最終的に手術を行う脳神経外科医自身に自由に操作・観察を行ってもらえるように作成している。作成者が先入観を持って見た目にきれいな画像を作成することは、実際の術者にとって大事な情報を欠落させている可能性もあるため、画像作成時にはできるだけ手を加えないよう客観性を持たせるようにしている。

処理データの利用方法

従来の一般的な画像解析方法で作成した画像は、フィルムかカラープリントしたものを指示医に提供するのみであった。著者個人としては、指示医がもう少し自由に使用することで、さらに有効となる画像利用法がないか思案していた。

INTAGEシリーズでは、解析ソフトReal INTAGE で作成したデータのレビューソフトとして、INTAGEVolume Player を無償で提供している。したがって作成したボリュームデータはそのまま、指示医に提供することが可能となった。

現在提供されているバージョン5は完成度が高く、初期のものから比べると表示法や操作面での問題点も改善され、日常診療において使用しやすいものとなっている。作成した3Dデータは、術前に執刀医自身が実際の術 野を模して観察することにおいて最も威力を発揮し、以前のように放射線技師が見やすい角度だけでデータを作るのではなく、得られたデータを最大限利用する方法として適した方法であると思われる。

実際、この方法を取り入れてから、新潟大学からの3次元画像解析を含めた検査依頼は著しく増加しており、当院で行ってきた術前シミュレーション法の要望の高さが実感された

今後の課題

十分な知識や技術で画像処理を行う診療放射線技師が必要

冒頭に述べた通り、画像診断装置や3DWork Station の性能向上は今後も続くと思われる。今現在の性能でも隅々まで把握するには煩雑で使いこなせていない印象はあるものの、今後も画像データは診療放射線技師が中心となって処理をしていくはずであり、必要最低限のデータからできるだけ多くの情報を臨床の現場にフィードバックできるよう、知識や技術を習得し画像処理を行っていく必要がある。

また、術前シミュレーションに取り組んできた経験からいえば、このような特殊な処理をする場合、術者がどのようなことを望んでいるかが実際には分からないことが多く、検査指示医とのお互いのコミュニケーションをより一層深めて情報交換していくことが、画像のさらなる有効利用につながっていくと考えている。

 

お忙しい中、インタビューにご協力いただきまして、誠にありがとうございました。

 

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