JP2007526788A - 解剖学的構造において器具を操作する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

患者の体容積の解剖学的構造内において器具を操作する装置であって、前記患者を支持するテーブルと、第１Ｘ線ソースと、前記解剖学的構造内を操作しながら前記器具の第１の２次元画像系列を取得する第１Ｘ線検出器とを有する少なくとも１つのＣアームと、前記患者の解剖学的構造の所定の３次元画像を保持するよう機能する記憶装置と接続し、前記解剖学的構造内を操作するのに用いられる器具のマージされた３次元画像を提供するため、前記解剖学的構造の３次元画像と前記器具の２次元画像とを処理するよう構成される処理ユニットとを有し、前記処理ユニットは、前記器具と前記解剖学的構造とのマージされた３次元画像を提供する前に、前記器具の２次元画像の座標と前記解剖学的構造の３次元画像の座標とを関連付けするため、２Ｄ／３Ｄレジストレーションを実行するよう構成されることを特徴とする装置。

Description

本発明は、患者の体容積の解剖学的構造において器具を操作する装置及び方法であって、患者を支持するテーブル、Ｘ線ソースを有する少なくとも１つの第１Ｃアーム、解剖学的構造を操作しながら器具の第１の２次元画像系列を取得するＸ線検出器、及び記憶装置に接続される画像に対する処理ユニットを有し、これにより、記憶装置は患者の解剖学的構造の所定の３次元画像を保持し、解剖学的構造の操作に用いられる器具のマージされた３次元画像を提供するため、器具の２次元画像と解剖学的構造の３次元画像とを処理するよう処理ユニットが構成される装置及び方法に関する。

このような装置及び方法はＵＳ−Ｂ−６３５１５１３から知られている。

上記既知の装置及び方法では、患者の解剖学的構造、特に患者の血管構造は、３次元磁気共鳴血管造影あるいはコンピュータ断層造影により取得される。これらの３次元画像は、比較的高い解像度及び画質を有する。

カテーテルなどの医療器具が血管構造の対象領域に注入される際に放射線技師が受ける操作の困難さを軽減するため、ＵＳ−Ｂ−６３５１５１３は、血管構造内を操作し、血管構造の所定の３次元画像と器具の２次元画像とをマージしながら、器具のリアルタイム２次元造影の適用を教示している。カテーテルは血管内を移動するため、ＵＳ−Ｂ−６３５１５１３によると、ライン（カテーテル）を取得することにより形成される面である「シーフ（ｓｈｅａｆ）」上の何れかの３次元空間に実際に配置され、カテーテルの長さに沿って走査を維持する必要がある。これは面を生成し、カテーテルが当該面上の何れかに存在し得る。カテーテルは３次元構造である血管内を移動することが知られているため、当該メインと予め格納されている３次元再構成データとの共通部分が、カテーテルの位置を与える。ＵＳ−Ｂ−６３５１５１３は、血管の３次元再構成がわかっている場合（すなわち、３次元血管再構成から）、カテーテルの位置は再構成された血管内に限定されているために把握できる。

ＵＳ−Ｂ−６３５１５１３による方法及び装置には、いくつかの問題点がある。第１の問題点として、従来技術は、Ｃアームの位置が常に測定されるとは限らないということを考慮するものではなく、精度が不十分となり、血管構造の以前に取得された３次元画像と器具の以降に取得された２次元画像との間の対応関係が欠落してしまっていた。

第２の問題は、造影中に患者が意図的または非意図的に移動する可能性があるということである。心臓の鼓動や呼吸による移動でさえ、許容できないほどの精度低下を生じさせる可能性がある。

第３の問題は、放射線技師は操作中に器具における視界を向上させるため、患者が横たわっているテーブルを移動することを決める可能性があるということである。

上記すべての問題点は、器具のマージされた画像の不一致をもたらし、血管構造を同様に信頼性の低いものにする。上記及び以降において、患者の血管構造が参照されるが、本発明は当該用途に限定されるものではなく、一般に患者の解剖学的構造に適用される。しかしながら、血管構造の参照が、本発明の理解に特に有用である。

本発明による装置及び方法は、上記問題点を軽減及び回避するためものである。

このため、本発明による装置は、処理ユニットが器具と解剖学的構造のマージされた３次元画像を提供する前に、器具の２次元画像の座標と解剖学的構造の３次元画像の座標とを関連付けするため２Ｄ／３Ｄレジストレーションを実行するよう構成されるという特徴を有する。ここで、通常は解剖学的構造の画像は器具の造影前に取得されるが、解剖学的構造の３次元画像はまた、器具による介入中に取得されてもよいということに留意すべきである。第１の状況では、すなわち、解剖学的構造の画像の取得が器具の造影前に実行されると、解剖学的構造の短時間の造影により器具の造影をすぐに優先することが望ましい。これにより、解剖学的構造の以前に記録された３次元画像の座標と当該セッション中に取得された画像とのレジスタ処理が可能となる。

本発明による装置の第１の好適実施例は、当該装置が、Ｘ線ソースと、第１の２次元画像系列と同時に第２の２次元画像系列を取得するＸ線検出器とを有する第２Ｃアームを有し、処理ユニットは、器具の第１と第２の２次元画像系列の両方に対して２Ｄ／３Ｄレジストレーションを実行するよう構成され、処理ユニットは、２次元画像の第１と第２の２次元画像系列の両方に基づき、器具の３次元画像を導出し、解剖学的構造の３次元画像と器具の３次元画像とをマージするよう構成されるという特徴を有する。本実施例は、器具の３次元画像と、特に患者の体容積内のそれの位置が、患者の解剖学的構造の以前に確立された３次元画像とは独立に確立することができるという効果を提供する。このことは、患者の体内における器具の実際の配置の精度をより高めることが可能となる。

上記に対応して、本発明による方法は、器具と解剖学的構造のマージされた３次元画像を提供する前に、器具の２次元画像が解剖学的構造の３次元画像とレジスタ処理され、好適な実施例では、第２の２次元画像系列が器具の第１の２次元画像系列と同時に異なる角度から取得され、これにより、器具の第１と第２の２次元画像系列が解剖学的構造の３次元画像とレジスタ処理され、第１及び第２の２次元画像から器具の３次元画像系列が導出され、器具の３次元画像が解剖学的構造の３次元画像とマージされるという特徴を有する。

本発明による装置の第２のより好適な実施例は、記憶装置が器具の所定の３次元モデル表現を保持し、処理ユニットが、器具の２次元画像の座標と３次元モデル表現の座標とを関連付けするため２Ｄ／３Ｄレジストレーションを実行するよう構成され、処理ユニットはさらに、器具の取得された２次元画像に対応する器具の２次元モデル画像を計算し、器具の取得された２次元画像と２次元モデル画像とのマッチングを最適化するため、３次元モデル表現を構成された３次元モデル表現に修正するよう構成され、処理ユニットはさらに、解剖学的構造の３次元画像と器具の構成された３次元モデル表現とをマージするよう構成されることを特徴とする。

これは、解剖学的構造の３次元画像とマージされる器具の３次元画像に関して、精度及び信頼性を向上させる効果を与える。器具の３次元モデル表現の適用により、各方向での器具の剛性などの器具の特性を考慮することが可能となる。

また当該第２の好適実施例では、本装置が第２Ｘ線ソースと、第１の２次元画像系列と同時に第２の２次元画像系列を取得する第２Ｘ線検出器とを有する第２Ｃアームを有し、処理ユニットが、器具の第１と第２の２次元画像系列の両方に関して３次元モデル表現の座標のレジストレーションを実行するよう構成され、処理ユニットは、器具の第１と第２の２次元画像系列の両方に基づき、器具の構成された３次元モデル表現を導出し、解剖学的構造の３次元画像と構成された３次元モデル表現とをマージするよう構成されるという特徴の適用によって、器具と解剖学的構造の合成画像の精度及び信頼性をさらに向上させることが可能となる。

上記に対応して、本発明による方法は、第２の好適実施例において、器具の３次元モデル表現が取得され、器具の２次元画像とレジスタ処理され、器具の２次元モデル画像が、器具の取得された２次元画像に対応する３次元モデル表現から導出され、３次元モデル表現が、３次元解剖学的構造と器具の構成された３次元モデル表現とをマージする前に、器具の取得された画像と２次元モデル画像とのマッチングを最適化するよう構成されるという特徴を有する。

さらなる詳細な実施例は、器具の第１の２次元画像系列と同時に異なる角度から第２の２次元画像系列が取得され、器具の第１と第２の２次元画像系列の両方に関して、器具の３次元モデル表現の座標のレジストレーションが実行され、その後に、器具の３次元モデル表現が、３次元モデル表現から導出された器具の２次元モデル画像と第１及び第２の画像系列とのマッチングを最適化するよう構成され、その後に、器具の構成された３次元モデル表現が、３次元解剖学的構造とマージされるという特徴を有する。

本発明はさらに、上述の方法を実現するよう構成される符号化により特徴付けされるコンピュータのソフトウェアに実現される。本発明はまた、当該ソフトウェアを有するデータキャリアに実現される。

以降において、本発明が図面を参照することにより、本発明による装置及び方法の非限定的な具体例を参照してさらに明らかにされる。

まず図１を参照すると、患者２の体容積の血管構造内で器具を操作するための装置１が示される。装置１は、患者２を支持するテーブル３を有し、図示される好適な実施例では、Ｘ線ソース５と、第１の２次元画像系列を取得する画像インテンシファイア６とを有する第１Ｃアーム４を有する。さらにそれは、Ｘ線ソース８と、第２の２次元画像系列を取得する画像インテンシファイア９とを有する第２Ｃアーム７を有する。何れの画像インテンシファイアも、記憶装置１１と表示ユニット１２に接続される処理ユニット（コンピュータ）に接続される。

まず当該技術分野では周知な方法により、患者２の血管構造の３次元画像が取得され、記憶装置１１に格納される。

ガイドワイヤ、カテーテル、ステントなどの医療器具が患者２の血管構造内を操作されるとき、Ｃアーム４と７の少なくとも１つ、または好ましくは両方が、器具の２次元画像を取得するのに用いられる。１つのＣアーム４または７に対して、これは図２において概略的に示される。図２は、Ｘ線ソースＦにより患者の血管構造を認識可能にする中央に示される患者の体容積と、患者の体容積の下に検査対象の体容積の２次元画像を取得する検出器を示す。器具が血管構造内で操作されると、Ｘ線ソースが、医療器具の画像を提供するのには十分な低エネルギーレベルによりリアルタイムに動作する。

図３は、Ｃアーム４と７の両方を利用する器具の二方向造影に関する。図の中央は、血管構造内で器具を操作する前に取得される３次元画像形式による患者の血管構造を概略的に示す。

Ｃアーム４と７を共に使用することにより、画像ＡとＢのそれぞれにより表される器具の第１及び第２の２次元画像系列が、同時に取得される。画像ＡはＸ線ソースＦａを用いることにより第１画像系列の一画像を表し、画像ＢはＸ線ソースＦｂを用いた第２画像系列の一画像を表す。器具の第１と第２の２次元画像系列の両方が、器具の２次元画像の座標と血管構造の３次元画像の座標とを関連づけるため、２Ｄ／３Ｄレジストレーションを実行するよう処理ユニット１０により処理される。第１実施例では、器具の２次元画像は、血管構造の画像と同時に取得される。しかしながら第２のより一般的な実施例では、解剖学的構造の３次元画像が、器具による介入前に取得される。この状況では、解剖学的構造の先に記録された３次元画像の座標と介入中に取得された画像とをレジスタ処理するため、解剖学的構造の短期間の造影による器具の造影に即座に先行することが望ましい。これは、器具の第１と第２の両方の２次元画像系列に適用される。図３は、異なる角度から取得されるこれら２つの２次元画像系列が、以降において合成され、器具の３次元表示に解釈され、その後に器具の３次元画像が血管構造の３次元画像とマージされることを表すものである。

上述のように、器具の３次元画像と血管構造の３次元画像とのマージ処理は、１つのみのＣアームを用いることにより取得される１つの画像系列に基づくものとすることが可能である。しかしながら、血管構造の３次元画像に関して、器具の３次元画像の空間精度及び信頼性を向上させるため、両方のＣアームを利用することが好ましい。

また、以降に説明されるように、合成された画像の空間信頼性及び精度のさらなる向上が取得可能である。上述の第１実施例では、器具の取得された２次元画像はそれの３次元画像を導出するのに直接適用され、その後に、当該３次元画像は血管構造の３次元画像とマージされる。

本発明の第２のより好適な実施例では、図１に示される記憶装置１１が、さらに器具の所定の３次元もでる表現を保持する。この器具の３次元モデル表現は、単独のＣアームまたは両方のＣアーム４と７により取得される器具の２次元画像と共に、処理ユニット１０により利用される。

このため、３次元モデル表現の座標が、器具の取得された２次元画像とレジスタ処理され、その後、処理ユニット１０は器具の取得した２次元画像に対応する器具の２次元モデル画像を生成する器具の３次元表現に関して計算された投影を実行する。

このとき、３次元モデル表現は、器具の取得された２次元画像と計算された２次元画像のマッチングを最適化するため、通常は繰り返しの手順において構成される。構成されるような最終的な３次元モデル表現は、患者の血管構造の先に取得した３次元画像と直接マージすることが可能である。これにより、血管構造と器具の合成画像の特に信頼性及び精度の高い再構成が実現可能である。

本発明による装置をリアルタイムに操作し、本方法を実行することによって、３次元画像系列が図４〜７に示されるように取得される。

図４は、検査対象となる患者の体容積の血管構造の入口部分におけるガイドワイヤの先端を示す。図５は、ガイドワイヤが少し進捗した時点でのガイドワイヤの先端を示し、図６及び７は、さらに進捗した位置におけるガイドワイヤの先端を示す。

本発明は、器具の２次元画像の座標と血管または他の何れかの解剖学的構造の３次元画像の座標とを関連付けするための既知の２Ｄ／３Ｄレジストレーション形式を効果的に利用することができるということが強調される。これに対して、Ｇｒａｅｍｅ Ｐ．Ｐｅｎｎｙらによる「Ａ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｕｓｅ ｉｎ ２Ｄ／３Ｄ Ｉｍａｇｅ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ」（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ Ｏｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．４，Ａｕｇｕｓｔ １９９８，５８６〜５９５ページ）の論文に記載されている方法の１つを選択することができる。

図１は、本発明による装置を概略的に示す。 図２は、図１による装置を用いた２次元画像の取得を概略的に示す。 図３は、患者の血管構造の所定の３次元画像と器具からの３次元画像とのマージ処理を概略的に示す。 図４は、血管構造内を操作される器具のリアルタイム３次元画像系列を示す。 図５は、血管構造内を操作される器具のリアルタイム３次元画像系列を示す。 図６は、血管構造内を操作される器具のリアルタイム３次元画像系列を示す。 図７は、血管構造内を操作される器具のリアルタイム３次元画像系列を示す。

Claims (13)

1. 患者の体容積の解剖学的構造内において器具を操作する装置であって、
   前記患者を支持するテーブルと、
   第１Ｘ線ソースと、前記解剖学的構造内を操作しながら前記器具の第１の２次元画像系列を取得する第１Ｘ線検出器とを有する少なくとも１つのＣアームと、
   前記患者の解剖学的構造の所定の３次元画像を保持するよう機能する記憶装置と接続し、前記解剖学的構造内を操作するのに用いられる器具のマージされた３次元画像を提供するため、前記解剖学的構造の３次元画像と前記器具の２次元画像とを処理するよう構成される処理ユニットとを有し、
   前記処理ユニットは、前記器具と前記解剖学的構造とのマージされた３次元画像を提供する前に、前記器具の２次元画像の座標と前記解剖学的構造の３次元画像の座標とを関連付けするため、２Ｄ／３Ｄレジストレーションを実行するよう構成されることを特徴とする装置。
2. 請求項１記載の装置であって、
   当該装置は、第２Ｘ線ソースと、前記第１の２次元画像系列と同時に第２の２次元画像系列を取得する第２Ｘ線検出器とを有する第２Ｃアームを有し、
   前記処理ユニットは、前記器具の前記第１と第２の２次元画像系列の両方に対し前記２Ｄ／３Ｄレジストレーションを実行するよう構成され、
   前記処理ユニットはその後に、前記第１及び第２の２次元画像系列に基づき前記器具の３次元画像を導出し、該器具の３次元画像と前記解剖学的構造の３次元画像とをマージするよう構成される、
   ことを特徴とする装置。
3. 請求項１記載の装置であって、
   前記記憶装置は、前記器具の所定の３次元モデル表現を保持し、
   前記処理ユニットは、該３次元モデル表現の座標と前記器具の２次元画像の座標とを関連付けするため２Ｄ／３Ｄレジストレーションを実行するよう構成され、
   前記処理ユニットはさらに、前記器具の取得された２次元画像と前記２次元モデル画像とのマッチングを最適化するため、前記器具の取得された２次元画像に対応する前記器具の２次元モデル画像を計算し、前記３次元モデル表現を構成される３次元モデル表現に修正するよう構成され、
   前記処理ユニットはさらに、前記器具の構成された３次元モデル表現と前記解剖学的３次元画像とをマージするよう構成される、
   ことを特徴とする装置。
4. 請求項３記載の装置であって、
   当該装置は、第２Ｘ線ソースと、前記第１の２次元画像系列と同時に第２の２次元画像系列を取得する第２Ｘ線検出器とを有する第２Ｃアームを有し、
   前記処理ユニットは、前記器具の第１と第２の２次元画像系列の両方に関して、前記３次元モデル表現の座標のレジストレーションを実行するよう構成され、
   前記処理ユニットはその後に、前記器具の第１と第２の２次元画像系列の両方に基づき、前記器具の構成された３次元モデル表現を導出し、該構成された３次元モデル表現と前記解剖学的構造とをマージするよう構成される、
   ことを特徴とする装置。
5. 患者の体容積の解剖学的構造内において器具を操作する方法であって、
   前記患者の解剖学的構造の利用可能な３次元画像を有するステップと、
   前記解剖学的構造内を操作しながら前記器具の第１の２次元画像系列を取得するステップと、
   前記解剖学的構造内を操作する器具のマージされた３次元画像を提供するため、前記解剖学的構造の３次元画像と前記器具の２次元画像とを処理するステップとを有し、
   前記器具の２次元画像は、前記器具と前記解剖学的構造とのマージされた３次元画像を提供する前に、前記解剖学的構造の３次元画像とレジスタ処理されることを特徴とする方法。
6. 請求項５記載の方法であって、
   前記器具の第１の２次元画像系列と同時に、第２の２次元画像系列が異なる角度から取得され、
   前記器具の第１と第２の２次元画像系列の両方が前記解剖学的構造の３次元画像とレジスタ処理され、前記第１と第２の２次元画像系列から前記器具の３次元画像系列が導出され、
   前記器具の３次元画像が、前記解剖学的構造の３次元画像とマージされる、
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項５記載の方法であって、
   前記器具の３次元モデル表現が取得され、前記器具の２次元画像とレジスタ処理され、
   前記器具の２次元モデル画像が、前記器具の取得された２次元画像に対応する前記３次元モデル表現から導出され、
   前記３次元モデル表現は、前記３次元解剖学的構造と前記器具の構成された３次元モデル表現とをマージする前に、前記器具の取得された画像と前記２次元画像とのマッチングを最適化するよう構成される、
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項７記載の方法であって、
   前記器具の第１の２次元画像系列と同時に、第２の２次元画像系列が異なる角度から取得され、
   前記器具の第１と第２の２次元画像系列の両方に関して、前記器具の３次元モデル表現の座標のレジストレーションが実行され、その後に、前記器具の３次元モデル表現が、該３次元モデル表現から導出される前記器具の２次元モデル画像と前記器具の第１及び第２画像系列とのマッチングを最適化するよう構成され、
   その後に、該器具の構成されたモデル表現が、前記３次元解剖学的構造とマージされる、
   ことを特徴とする方法。
9. 患者の体容積の解剖学的構造内おいて器具を操作する装置のコンピュータのソフトウェアであって、
   該装置が、
   前記患者の解剖学的構造の３次元画像にアクセスするステップと、
   前記解剖学的構造内を操作しながら前記器具の第１の２次元画像系列を取得するステップとを実現するよう構成され、
   当該ソフトウェアの実行は、前記解剖学的構造内で操作される前記器具の２次元画像を前記コンピュータに処理させ、
   当該ソフトウェアの実行は、前記解剖学的構造と前記器具とのマージされた３次元画像を提供する前に、前記解剖学的構造の３次元画像と前記器具の２次元画像とを前記コンピュータにレジスタ処理させる、
   ことを特徴とするソフトウェア。
10. 請求項９記載のソフトウェアであって、
    当該ソフトウェアは、第１の２次元画像系列と、異なる角度から同時に取得される第２の２次元画像系列とを処理するよう構成され、
    当該ソフトウェアの実行は前記コンピュータに、前記第１と第２の２次元画像系列の両方と前記解剖学的構造の３次元画像とをレジスタ処理させ、その後に、前記第１及び第２の２次元画像系列から前記器具の３次元画像系列を導出させ、前記解剖学的構造の３次元画像と前記器具の３次元画像とをマージさせることを特徴とするソフトウェア。
11. 請求項９記載のソフトウェアであって、
    当該ソフトウェアの実行は前記コンピュータに、前記器具の２次元画像と取得された３次元モデル表現とをレジスタ処理させ、該器具の取得された２次元画像に対応する前記３次元モデル表現から前記器具の２次元モデル画像を導出させ、前記３次元解剖学的構造と前記器具の構成された３次元モデル表現とをマージする前に、前記器具の取得された画像と前記２次元モデル画像とのマッチングを最適化するよう前記３次元モデル表現を構成させることを特徴とするソフトウェア。
12. 請求項１１記載のソフトウェアであって、
    当該ソフトウェアは、前記器具の第１の２次元画像系列と、異なる角度から同時に取得された前記器具の第２の２次元画像系列とを処理するよう構成され、
    当該ソフトウェアの実行は前記コンピュータに、前記器具の第１と第２の２次元画像系列の両方に関して、前記器具の３次元モデル表現の座標のレジストレーションを実行させ、前記３次元モデル表現から導出される前記器具の２次元モデル画像と前記器具の第１及び第２画像系列とのマッチングを最適化するため、以降において前記器具の３次元モデル表現を構成させ、その後に前記３次元解剖学的構成と前記器具の構成された３次元モデル表現とをマージさせることを特徴とするソフトウェア。
13. 患者の体容積の解剖学的構造内において器具を操作する装置におけるコンピュータのソフトウェアを搬送するデータキャリアであって、
    当該データキャリアは、
    前記患者の解剖学的構造の３次元画像を取得するステップと、
    前記解剖学的構造内において操作しながら前記器具の第１の２次元画像系列を取得するステップと、
    当該ソフトウェアの実行は、前記解剖学的構造内で操作される前記器具のマージされた３次元画像を提供するため、前記解剖学的構造の３次元画像と前記器具の２次元画像とを前記コンピュータに処理させ、
    当該ソフトウェアの実行は、前記解剖学的構造と前記器具とのマージされた３次元画像を提供する前に、前記解剖学的構造の３次元画像と前記器具の２次元画像とを前記コンピュータにレジスタ処理させる、
    ことを特徴とするデータキャリア。

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