JP2002306473A - カテーテルの位置を決定する方法及び超音波撮像システム - Google Patents

カテーテルの位置を決定する方法及び超音波撮像システム

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JP2002306473A JP2002089182A JP2002089182A JP2002306473A JP 2002306473 A JP2002306473 A JP 2002306473A JP 2002089182 A JP2002089182 A JP 2002089182A JP 2002089182 A JP2002089182 A JP 2002089182A JP 2002306473 A JP2002306473 A JP 2002306473A
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catheter
ultrasonic
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receiver
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Torsten Solf
ゾルフ トルステン
Kai Eck
エック カイ
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は体内のカテーテルを撮像し、患者に
あまり負担とならず、同時に取扱者に多くの情報を供給
する方法及びシステムを提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、患者の人体の３次元超音波画
像を捕捉するための超音波振動子及び画像処理ユニッ
ト、更に、患者の体内に治療又は診断介入を行うカテー
テルが設けられる超音波撮像システムに関する。カテー
テルは通常のタスクを行うために必要な器具に追加し
て、振動子の走査信号の到着を検出可能で互いから距離
がおかれる３つの超音波受信器がカテーテルの先端に取
付けられる。振動子と受信器間の距離は、走査信号の走
行時間から計算できる。従って受信器の空間位置測定が
可能となり、これは特に３次元超音波データからカテー
テルの３つ全ての受信器を含む画像面が選択可能とな
る。カテーテルの先端は自動探知され、振動子の手動に
よる移動を必要とすることなくモニタに表示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動子によ
って捕捉される超音波画像におけるカテーテルの位置を
決定する方法に関する。本発明は更に、人体の領域を撮
像し上記方法を実行するのに好適な撮像超音波システム
に関する。
【０００２】
【従来の技術】患者の脈管系に入れられるカテーテルの
位置の決定及び位置測定は、最新技術に基づいたＸ線蛍
光透視法によって行われることが好適である。これは、
特に、心臓血管分野における検査及び治療介入に適用可
能である。Ｘ線蛍光透視法は適用することは比較的単純
ではあるが、患者及び医療スタッフが放射線に照射され
るという欠点を有する。
【０００３】このような放射線負荷を回避するために、
超音波撮像システムによってカテーテルを探知且つ案内
することが既知である。このような種類のシステムは、
軟組織コントラストという追加の利点をもたらす。特
に、平らな２次元アレイ（２Ｄ）に配置される超音波振
動子ユニットによって、３次元の人体容積からリアルタ
イムで画像情報を捕捉する３Ｄ超音波スキャナを使用す
ることが好適である。しかし、３次元情報の適切且つ好
適に理解可能な表現を達成する際に、更なる問題があ
る。走査された容積から２次元画像面が表示されるべく
選択されると、通常、この画像面にはカテーテルが含ま
れず、従って、このような画像セクションによってカテ
ーテルを案内することができない。例えば、呼吸又は心
臓動作による人体の動きによって問題は更に複雑とな
る。従って、使用される超音波源は、通常、関心のカテ
ーテルの位置を探知するために、連続的に手動で移動且
つ再び方向付けされなければならない。
【０００４】ＵＳ４７０６６８１には、心臓内に配置さ
れる刺激電極の先端の位置を決定する方法が開示され
る。この方法によると、超音波受信器が上記先端に組込
まれる。この受信器は、１Ｄ超音波振動子の扇状の２次
元走査ビームに当たると電気信号を発生する。この信号
は電極ワイヤを介し送出され、評価ユニットによって検
出される。この信号の発生により、電極の先端が超音波
振動子の放射線範囲内に正確に位置しているという指示
が与えられる。これにより、超音波画像において、電極
の先端と電極ワイヤを通る任意のセクションとが区別可
能となる。しかし、電極の位置は、超音波振動子の画像
情報以外では決定することができない。
【０００５】ＷＯ９６／２５８８１は、患者の体内にお
ける器具の位置を探知する方法を開示する。この方法に
よると、器具が動作する領域は、超音波撮像システムに
よってモニタ且つ表示され、同時に、器具の位置は磁気
位置決めシステムによって決定される。堅い器具の場
合、人体の外側に位置する器具の端の位置は決定され
得、従って、体内にある先端の位置もそこから推論する
ことが可能である。位置決めシステムの情報と超音波シ
ステムの情報は次に、画像処理システム内において動作
領域の表現において組合わされる。
【０００６】更に、ＵＳ５９５４６４９及びＷＯ００／
０７５０１は、超音波送信器を有する１つ以上の基準カ
テーテルが体内に入れられ、モニタされ且つ少なくとも
１つの超音波受信器が設けられるカテーテルが動作領域
の付近に配置される。この配置によって、カテーテルの
基準カテーテルに対する位置を、超音波信号の走行時間
を測定することにより決定可能となる。しかし、追加の
基準カテーテルを使用しなければならず、更に、カテー
テルの位置は、それ自体の位置も正確に知られていない
基準カテーテルに対してのみ決定されるということが欠
点である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述を鑑み、本発明は
患者の体内のカテーテルを撮像し、患者に対しあまり負
担とならず、同時に取扱者により多くの情報を供給する
方法及びシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項１の
特徴を示す部分において開示する方法、及び、請求項８
の特徴を示す部分において開示する撮像システムによっ
て達成される。更に有利な実施例は、従属項に開示す
る。
【０００９】本発明の方法は、超音波振動子によって捕
捉される超音波画像におけるカテーテルの位置を決定す
るのに役立つ。この方法では、超音波振動子には、既知
の方法で、超音波走査信号送信のための少なくとも１つ
の送信要素と、人体から反射される走査信号のエコー受
信のための少なくとも１つの受信要素とが設けられる。
送信要素及び受信要素は１つの同じ要素であってもよ
い。更に、本発明の方法では、カテーテルには、超音波
振動子によって送信される超音波走査信号の受信を検出
する少なくとも１つの超音波受信器が設けられる。超音
波振動子の送信要素からカテーテルの受信器への超音波
走査信号の走行時間が測定され、超音波振動子又は受信
要素と、カテーテルの受信器との間の距離が測定された
走行時間から決定される。
【００１０】上述した方法は、通常は人体の外側に配置
される超音波振動子に対するカテーテルの位置をより正
確に決定することが可能となる利点を提供する。このこ
とは、超音波振動子とカテーテルとの間の距離が上記方
法によって決定されることによる。このようにして得ら
れる情報は次に、超音波画像における関心のカテーテル
のより正確な位置測定を可能にするよう使用可能であ
る。
【００１１】超音波振動子は、３次元超音波画像を捕捉
するよう構成されることが好適である。このような振動
子は複数の送信ユニットを含み、それにより、カテーテ
ル上の１つ以上の超音波受信器と、各送信ユニットとの
間の距離を決定することができる。これにより、カテー
テル上の各超音波受信器の空間における正確な位置を決
定可能となる。
【００１２】３次元画像を捕捉する超音波振動子が使用
される場合、本発明の方法は、上述したように検出され
るカテーテル上の超音波受信器の位置に基づいて、３次
元超音波画像から表示のための面を選択可能となり、つ
まり、超音波受信器の位置に依存して選択可能である。
この面は特に、超音波受信器、従って、カテーテルを含
む面である。従って、カテーテルに合わせて超音波振動
子又は３次元超音波画像に再現される面を手動で動かす
ことがもはや必要でなくなる。この面は、カテーテル上
の超音波受信器の位置によって自動的に見つけられる。
【００１３】カテーテルは、少なくとも３つの超音波受
信器を含むことが好適であり、それにより、カテーテル
の３つの異なる点の空間における位置が決定可能とな
る。これらの３つの異なる点は、カテーテルが延在する
面を画成する。この面が、３次元超音波画像から表示の
ために選択される際は、その面がカテーテルを長時間に
亘って含むことが確実にされる。カテーテル上の全ての
超音波受信器が１つの線に沿って方向付けられ、従っ
て、明白な面を画成しない例外的な場合は、表示のため
に任意の面を選択可能である。この場合３つの面の全て
が超音波受信器を含む。
【００１４】捕捉された超音波画像を、例えば、モニタ
上に表示する際は、走行時間測定から既知となるカテー
テル上の１つ以上の受信器の位置はハイライトされるこ
とが好適である。これにより、受信器がどこにあるのか
に関する情報をユーザに提供し、受信器の位置は正確に
既知となる。
【００１５】本発明の方法の更なるバージョンでは、表
示されるべきサブ領域は、カテーテルの超音波受信器に
対し決められる位置によって超音波走査容積全体から決
定される。後続の超音波表示は、このサブ領域に集中す
ることが可能である。従って、カテーテルの位置を決定
することにより、走査された人体容積全体から「関心領
域」（ＲＯＩ）を決定可能である。画像捕捉をこのＲＯ
Ｉに制限することによりかなりの時間が節約され、節約
された時間は、画像捕捉率の向上、雑音減少、マルチフ
ォーカス等に使用することが可能となる。
【００１６】超音波受信器が取付けられ、位置が決定さ
れるカテーテルを使用することにより、更なる測定値が
捕捉可能である。このような更なる測定値は、決定され
る超音波受信器の位置に関連付けられ決定されることが
可能である。このような測定データは、特に、電気生理
学的データであり、例えば、心臓における刺激により誘
発される電位であってよい。
【００１７】本発明は更に、人体の一部を撮像する超音
波撮像システムに係り、このシステムは、 −超音波走査信号を送信する少なくとも１つの送信ユニ
ットと、走査信号のエコーを受信する少なくとも１つの
受信ユニットとが設けられる超音波振動子と、 −超音波振動子に接続され、超音波振動子によって供給
される測定信号から人体の一部の画像を計算するよう配
置される画像処理ユニットと、 −画像処理ユニットに接続され、少なくとも１つの超音
波受信器が設けられる少なくとも１つのカテーテルとを
含む。
【００１８】画像処理ユニットは、超音波振動子の送信
ユニットからカテーテルの１つ以上の受信器への走査信
号の測定される走行時間から、送信ユニットと１つ以上
の受信器との間の距離を決定するよう構成される。従っ
て、このような撮像システムは、カテーテルの位置をよ
り正確に決定可能である。
【００１９】撮像システムは、特に、本発明の方法を実
行するのに好適であるよう構成される。
【００２０】超音波振動子は、複数の超音波送信ユニッ
ト及び超音波受信ユニットを含み、画像処理ユニットと
共に３次元超音波画像を捕捉するよう構成されることが
好適である。このような超音波振動子に複数の送信ユニ
ットが設けられる場合、各送信ユニットと、カテーテル
上の各受信器との間の距離が決定可能である。走査され
る３Ｄ容積におけるカテーテルの受信器の正確な位置
は、撮像システムの既知のパルス発生タイミングとカテ
ーテル受信器の走行時間測定から決定可能である。
【００２１】カテーテルは、少なくとも３つの超音波受
信器を含むことが好適であり、それにより、カテーテル
の３つの異なる点の位置が決定可能となる。これらの３
つの異なる点は、３次元超音波画像から画像化されるべ
き面を画成するために使用することが可能であり、この
面はカテーテルの少なくとも一部を含む。
【００２２】カテーテルは、電気生理学的データを捕捉
するための、例えば、電極といった更なる医療器具を含
むことが好適である。このことは、カテーテルは、超音
波受信器が追加的に設けられているので、超音波モニタ
リングを使用する方法と組合わせて使用することが特に
好適である既知の治療用又は診断用器具となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明は、図面を参照しながら例
示的な実施例により以下に詳細に説明する。
【００２４】図１に示す撮像システムは基本的に、３Ｄ
画像処理ユニット２に接続される２Ｄ超音波振動子１
と、先端付近に３つの超音波受信器１０ａ、１０ｂ、及
び１０ｃが設けられ、インタフェース７を介し画像処理
ユニット２に接続される（使い捨ての）カテーテル９と
から構成される。
【００２５】超音波振動子１及び画像処理ユニット２は
既知の方法で動作し、超音波振動子１の２次元的に分布
される送信ユニットの放射線範囲内にある患者１１の人
体容積の３次元エコー画像を捕捉する。このように得ら
れる容積超音波データから、画像処理ユニット２に接続
されるモニタ４上に表示されるべき面が選択可能であ
る。複数の面の同時表示及び３次元画像（例えば、３Ｄ
めがねを使用して）の表示も可能である。
【００２６】カテーテル９は原則的に、治療又は診断に
通常使用される任意の種類のカテーテルであってよい。
カテーテルは、例えば、ＰＴＣＡ（経皮経管冠動脈拡張
術）、血流測定、電気生理学的マッピング、剥離、血圧
測定等の動作を行うことを特別に目的とするカテーテル
であってもよい。更に、心臓壁接触も、本発明のシステ
ムによって好適に追うことが可能である。
【００２７】カテーテル９をモニタリング及び案内する
には、カテーテルの先端が恒常的に、可能である場合
は、モニタ４上に再現されることが好適である。一方
で、従来のシステムでは、このような再現は、画像面を
連続的に手動で調節することによってのみ達成可能であ
ったが、本発明のシステムではこの面は自動的に認識さ
れ且つ表示スクリーン４上に表示するために選択される
ことが可能である。
【００２８】上述の動作を可能にするために、３つの超
音波受信器１０ａ、１０ｂ、及び１０ｃが互いから距離
が置かれて、カテーテル９の先端に配置される。これら
の受信器は、超音波システムによって発生される超音波
パルスを検出可能である。次に、測定された信号は、イ
ンタフェース７及びリード線５を介し画像処理ユニット
２に供給され、画像処理ユニットは、受信したパルスの
測定された走行時間から３つの受信器１０ａ、１０ｂ、
及び１０ｃの位置をリアルタイムで計算し、一方、パル
スシーケンス及び超音波振動子１の幾何学的形状は既知
である。従って、３つの超音波受信器、従って、カテー
テル９の先端は、人体の外側に配置される超音波振動子
に対し位置を測定することができる。従って、画像処理
ユニット２は、超音波受信器１０ａ、１０ｂ、及び、１
０ｃの既知となった位置を使用して、容積超音波データ
から好適な撮像面３を選択し、モニタ４上にこの面を表
示する。この撮像面は３つの超音波受信器１０ａ、１０
ｂ、及び、１０ｃの全てを含む面であることが好適であ
る。このように形成される画像中において、受信器の位
置は更にハイライトされてもよい。
【００２９】「正しい」面、即ち、カテーテル９を含む
面が容積超音波データから自動的に選択されることによ
り、超音波振動子１が検査の間静止しており且つ同一の
方向に方向付けられることを可能にし、従って、手動に
よる調節が必要でなくなる。
【００３０】３つの超音波受信器１０ａ、１０ｂ、及
び、１０ｃが例外的に１つの直線上に配置される場合
は、受信器は明白な面を画成しない。この場合、例え
ば、３つの受信器を含み、所定の方向に方向付けられる
面が選択される。
【００３１】本発明のシステムによって可能にされるカ
テーテル９の位置の自動的な決定は更に、走査された容
積からサブ領域を切り離すことを可能にし、それによ
り、次なる超音波画像において関心対象とはならないエ
ッジ領域を無視可能となる。従って、この超音波方法
は、関心領域（ＲＯＩ）に自動的にひたすら焦点を合わ
せることが可能であり、それにより、必要な照射時間を
少なくすることが可能となり、従って、超音波システム
に対し高い画像レートが達成可能となる。
【００３２】３次元位置情報は、出力リード線６を用い
て画像処理ユニット２から他の、特に、特殊用途向けシ
ステム８に供給可能である。例えば、カテーテル９に追
加で設けられる器具が、超音波受信器１０ａ、１０ｂ、
及び、１０ｃが所与の位置に到達すると作動されること
が可能である。
【００３３】インタフェース７も情報交換のために、リ
ード線７を介し特殊用途向けシステム８に接続される。
例えば、カテーテルによって測定される電気生理学的信
号が、リード線７を介し伝えることが可能である。
【００３４】図２は、カテーテル９の遠位端の実施可能
な構成を詳細に示す図である。カテーテル９は、丸い先
端１１を有し、これは、弾性カテーテル管１５を閉じ
る。３つのリング電極１２が互いから距離が置かれ管１
５に沿って設けられる。電極は、電気生理学的データを
捕捉可能にする。リング電極１２の下には、それぞれリ
ング状の圧電受信要素１０ａ、１０ｂ、及び、１０ｃが
設けられる。このような圧電要素は、超音波振動子１
（図１参照）からの超音波走査パルスに照射されると電
気信号を発生する。
【００３５】カテーテル９の内腔に面する側面におい
て、各超音波要素は、それぞれの内側電極１３によって
覆われる。全ての電極１２、１３は、カテーテル９の内
腔を通り延在するリード線に接続され、インタフェース
７（図１参照）にバンドル１５として供給される。
【００３６】図示するカテーテルは心臓不整脈の解析に
特に好適である。この場合、３次元位置情報は、電気生
理学的マッピングにおいて有用であり、というのは、心
臓の電気活動を幾何学情報の上に直接重ねることが可能
となるからである。これにより、電気的興奮の進行及び
不整脈の原因を表す解剖学的マップの形成を可能にす
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】カテーテルの位置を決定する撮像システムの構
成要素を示す図である。
【図２】図１に示すシステムに使用されるカテーテルの
先端を示す図である。
【符号の説明】
１ 超音波振動子 ２ 画像処理ユニット ３ 撮像面 ４ モニタ ５ リード線 ６ 出力リード線 ７ インタフェース ８ 特殊用途向けシステム ９ カテーテル １０ａ、１０ｂ、１０ｃ 超音波受信器 １１ 患者の人体容積 １１ カテーテルの先端 １２、１３ リング電極 １５ バンドル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トルステン ゾルフ ドイツ連邦共和国，52066 アーヘン，マ ルメデュア シュトラーセ 17 (72)発明者 カイ エック ドイツ連邦共和国，52076 アーヘン，イ ー−ローテ−ハーク−ヴェーク 40 Ｆターム(参考） 4C301 BB13 EE11 FF21 FF26 GD07 KK16 KK19 KK27 KK30

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波振動子によって捕捉される超音波
    画像におけるカテーテルの位置を決定する方法であっ
    て、 上記カテーテルには超音波走査信号の受信を検出する少
    なくとも１つの超音波受信器が設けられ、 上記超音波振動子と、上記カテーテル上の上記少なくと
    も１つの超音波受信器との間の距離は、上記超音波走査
    信号から測定される走行時間から決定される方法。
  2. 【請求項２】 上記超音波振動子は、３次元超音波画像
    を捕捉し、 上記カテーテル上の上記少なくとも１つの超音波受信器
    の空間における位置は上記超音波走査信号から測定され
    る走行時間から決定されることを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 上記少なくとも１つの超音波受信器に対
    し決定される位置に依存して上記３次元超音波画像から
    表示のための少なくとも１つの画像面が選択されること
    を特徴とする請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 表示のために上記３次元超音波画像から
    選択される上記少なくとも１つの画像面は、少なくとも
    １つの超音波受信器又は好適には全ての超音波受信器を
    含み、それにより、上記カテーテルの位置が連続的に探
    知可能となることを特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記少なくとも１つの超音波受信器の位
    置は、上記捕捉される超音波画像の表示においてハイラ
    イトされることを特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 上記少なくとも１つの超音波受信器に対
    し決定される位置に基づいて、走査される容積のサブ領
    域が決定され、 後続の超音波撮像は、上記サブ領域に集中されることを
    特徴とする請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 上記少なくとも１つの超音波受信器に対
    し決定される位置に関連付けられるよう上記カテーテル
    によって、特に電気生理学的データである更なる測定デ
    ータが捕捉されることを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 人体の一部を撮像する超音波撮像システ
    ムであって、 超音波走査信号を送信する少なくとも１つの送信ユニッ
    トと、上記超音波走査信号のエコーを受信する少なくと
    も１つの受信ユニットとが設けられる超音波振動子と、 上記超音波振動子に接続され、上記超音波振動子によっ
    て供給される上記測定信号から上記人体の一部の画像を
    計算するよう構成される画像処理ユニットと、 上記画像処理ユニットに接続され、少なくとも１つの超
    音波受信器が設けられる少なくとも１つのカテーテルと
    を含み、 上記画像処理ユニットは、上記走査信号の走行時間か
    ら、上記超音波振動子の上記少なくとも１つの送信ユニ
    ットと、上記カテーテル上の上記少なくとも１つの超音
    波受信器との間の距離を決定するよう構成されるシステ
    ム。
  9. 【請求項９】 上記超音波振動子は、複数の送信ユニッ
    ト及び受信ユニットが設けられ、上記画像処理ユニット
    と共に３次元超音波画像を捕捉するよう構成されること
    を特徴とする請求項８記載の超音波撮像システム。
  10. 【請求項１０】 上記カテーテルには少なくとも３つの
    超音波受信器が設けられることを特徴とする請求項８記
    載の超音波撮像システム。
  11. 【請求項１１】 上記カテーテルには、電気生理学的デ
    ータを捕捉するために、特に電極である更なる医療器具
    が設けられることを特徴とする請求項８記載の超音波撮
    像システム。
  12. 【請求項１２】 請求項１乃至７のうちいずれか一項記
    載の方法を実行するよう構成されることを特徴とする請
    求項８記載の超音波撮像システム。
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