JP6393698B2 - 3dイメージングシステムのためのデータ表示及び処理アルゴリズム - Google Patents
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Description
従来技術の概要
Suorsa他(米国特許第6,315,732号)は、ケーブルシステムによってカテーテルの長軸以外の軸を巡って回転でき、3D画像を収集できる超音波トランスデューサを有する血管内送達のためのカテーテルを開示している。
a)立体から一組のイメージングデータを受け取るステップと、
b)イメージングデータの組から単一の2Dイメージングフレームを選択するステップと、
c)イメージングデータの組を処理して、単一の2Dイメージングフレームの選択された側にある全ての画像データが立体表現から除外されるように変更された立体表現を生成するステップと、
d)2Dイメージングフレームを変更された立体表現上の適切な箇所にマッピングするステップとを有する。
a)機械的な走査を行うイメージングデバイスを用いて第1の期間に亘って取得された第1の立体の第1の立体画像データの組を受信し、第1の立体画像データを処理して第1の立体の表現を再構築するステップと、
b)第1の立体内で関心領域を定義するステップと、
c)第1の期間より短い第2の期間に亘って取得された関心領域の更なる画像データの組を受信するステップと、
d)関心領域の更なる画像データの組を第1の立体画像データの組に結合し、結合画像データの組を生成し、結合画像データの組を処理して第1の立体の結合表現を再構築し、結合表現を表示するステップを有し、第1の立体の関心領域部分の表現は、第1の立体の他の部分に比べて、より高い頻度で更新され、
e)更に、ステップb)乃至ステップd)を0回以上繰り返すステップを有する。
a)イメージングデバイスによって第1の期間に亘って取得された第1の立体からのイメージングデータの第1の組を受信するステップと、
b)第1の立体からイメージングデータの第1の組を処理して、表示に適する第1の立体の表現を再構築するステップと、
c)イメージングデバイスによって第1の期間より短い更なる期間に亘って取得された更なる立体からのイメージングデータの更なる組を受信するステップと、
d)イメージングデータの更なる組を処理して、更なる立体の表現を再構築するステップと、
e)第1の立体の表現及び更なる立体の表現を処理し、第1の立体の表現を更なる立体の表現に位置合わせし、位置合わせされた表現の整合の度合いを判定するステップと、
f)許容可能な整合の度合いが達成された場合、イメージングデータの第1の組の取得の間のイメージングデバイスの位置及び/又は向きに対するイメージングデータの更なる組の取得の間のイメージングデバイスの位置及び/又は向きを算出し、ステップc)乃至ステップe)を0回以上繰り返すステップと、
g)位置合わせが達成されなかった場合、ステップa)乃至ステップe)を0回以上繰り返すステップとを有する。
a)第1の立体の画像の組を取得し、画像の組から第1の立体の3D表現を生成するステップと、
b)第1の立体の3D表現内の関心領域を特定するステップと、
c)関心領域を一組のパラメータによって特徴付け、特徴付けられた領域の一組のパラメータを保存するステップと、
d)特徴付けられた関心領域に視覚的キューを適用するステップと、
e)更なる立体の更なる画像の組を取得し、更なる画像の組から更なる立体の3D表現を生成するステップと、
f)特徴付けられた関心領域のパラメータの保存された組を用いて更なる画像の組を検索し、更なる立体内で関心領域の存在を特定するステップと、
g)更なる立体内で関心領域が特定された場合には、ステップc)で保存したパラメータの組を任意に更新し、ステップd)乃至ステップf)を0回以上繰り返すステップと、
h)更なる立体内で関心領域が特定されない場合には、ステップa)乃至ステップg)を0回以上繰り返すステップとを有する。
図1は、イメージングアセンブリ1を用いて立体から取得される一組のイメージングデータを記述するために用いることができる球面座標系を表している。例えば、「r」に沿って収集された一連の心臓内エコー(intracardiac echo:ICE)データサンプルは、それぞれが超音波データの固有のサンプリングに対応するN個の固有の画素(ピクセル)の1次元画像として表現できる。「r」の空間長は、イメージトランスデューサのイメージング深さに対応し、したがって、均一なサンプリングの場合、画素間隔をr/Nと定義してもよい。連続する1Dイメージングデータベクトルは、イメージングアセンブリが回転軸2を中心として動くことによって取得される(「シータ」(θ)によって測定される)。図2は、回転角度「シータ」(θ)を増加させながら連続して取得された1Dイメージングデータベクトル3の集合を表している。実施形態では、この構成を2次元画像5として取り扱い、「r」軸2に沿う画素は、イメージングアセンブリからの距離が増加する方向のイメージングデータサンプルを表し、θ軸115に沿う画素は、イメージングアセンブリの回転軸を中心とする角度が大きくなる方向のイメージングデータサンプルを表す。
米国特許第8,214,010号に開示されているイメージングシステムでは、その性質上、3次元画像データの取得の速度は、最も遅い取得軸によって制限されている。立体画像の時間分解能は、所与の空間範囲(取得軸の範囲)の組についての立体表現における画像データの更新の時間間隔によって定まる。一例として、図1は、イメージングアセンブリの「r」、「シータ」(θ)及び「ファイ」(φ)の値をある範囲とした画像データの組の立体表現を示している。「r」、「シータ」(θ)及び「ファイ」(φ)の範囲に亘って更新された画像データを取得し、更なる立体表現を表示するための処理を行うために必要な時間間隔によって立体画像の時間分解能が決まる。低分解能画像は、イメージングされた解剖学的組織内で高速に動く構造を表示するタスクには適さない。一組の値の取得のための時間分解能を高める一手法は、走査される領域の範囲を縮小することである。例えば、図1に示す座標系を用いるシステムにおいて走査角度「ファイ」(φ)の範囲を縮小することによって、連続的に取得される画像データの組の時間分解能を高めることができる。図3に示す座標系を用いるシステム内の走査位置「d」の範囲を縮小しても同様の効果が得られる。上述の手法は、組み合わせてもよい。
イメージングプローブの動きは、静的部分立体再構築と、イメージングデバイスの動的な性質との間の一貫性に影響を及ぼす。一貫性を高めるための1つの方法は、現在のイメージング情報と、静的履歴立体(static historical volume)との間の位置合わせを行うことである。一実施形態(図12A)では、カテーテル先端41は、心室内に位置する。まず、内部空間の「高密度」走査40を実行することによって、空間的分解能が高い領域を取得する(45)。所与の角度の「シータ」(θ)及び「ファイ」(φ)について、(図1に示す)rに沿って取得される画像データのライン毎に、(原点から開始して)心臓組織を表す最初の点を走査する。このような点は、血液に特徴的な信号強度から心臓組織に特徴的な信号強度への信号強度の増加によって測定できる。r−ベクトル毎に収集される(r(i),「シータ」(θ),「ファイ」(φ)、「i」は、心臓組織の最初の出現を表す。)によって表現される全ての点の集合は、心室39の内表面を画定する。この点の集合は、高密度立体走査の属性として保存してもよい。通常、この高密度走査を実行するためには、長い時間が必要である。
3次元画像内で心臓の別個の解剖学的構造(例えば、心房間中隔)を強調し又は隠す能力及び4D視覚化の後のフレーム内で同じ構造を手動で特定する必要をなくすことは、医師にとって有用である。これを実現するために、本発明が提供するシステムは、1つの再構築において、3次元下位立体表現の範囲が提供されると、以後の再構築において、同じ解剖学的部分に対応する下位立体表現を自動的に特定する能力を有する。この能力を使用する実施形態は、関心構造のサイズ、位置及び向きの僅かな変化も考慮する必要がある。これらの変化は、イメージングカテーテルの動き及び/又はイメージングされる心臓構造自体の動きの結果であることもある。
Claims (19)
- 複数の立体画像データの組から合成視覚表示を生成する方法において、
a)機械的な走査を行うイメージングデバイスを用いて第1の期間に亘って取得された第1の立体の第1の立体画像データの組を受信し、前記第1の立体画像データを処理して前記第1の立体の表現を再構築するステップと、
b)前記第1の立体内で関心領域を定義するステップと、
c)前記第1の期間より短い第2の期間に亘って取得された前記関心領域の更なる画像データの組を受信するステップと、
d)前記関心領域の更なる画像データの組を前記第1の立体画像データの組に結合し、結合画像データの組を生成し、前記結合画像データの組を処理して前記第1の立体の結合表現を再構築するステップと、
e)前記ステップb)乃至ステップd)を1回以上繰り返すステップと、
f)前記第1の立体の関心領域部分の表現が前記第1の立体の他の部分に比べて、より高い頻度で更新されるように、前記ステップa)とステップc)乃至e)とを1回以上繰り返すステップと、
を有する方法。 - 前記関心領域の表現が前記第1の立体の他の部分から視覚的に区別されるように前記結合表現に視覚的キューを適用するステップを更に有する請求項1記載の方法。
- 前記視覚的キューは、前記関心領域の表現及び前記第1の立体の他の部分の少なくとも1つに適用される色相または透明度である請求項2記載の方法。
- 前記視覚的キューは、前記第1の立体の他の部分の表現に適用され、前記第1の立体画像データの組の取得から経過した時間を示す時間依存キューである請求項3記載の方法。
- 前記ステップe)を実行する間、前記ステップb)で定義された関心領域は、不変のままである請求項1又は2記載の方法。
- さらに、前記ステップb)で定義した関心領域が、オペレータが定義可能な基準またはシステムが定義可能な基準に基づいて変化できるように、ステップe)を実行する間、ステップb)を繰り返すステップを有する請求項1又は2記載の方法。
- 前記ステップb)で定義した関心領域は、イメージングデータの単一の2Dフレームである請求項1、2、4、5、または6記載の方法。
- さらに、前記関心領域の表現と前記第1の立体の表現の間の空間的整列の精度を検査するステップと、前記空間的整列が許容できる整列のレベルを下回ったとき、前記ステップa)乃至ステップe)を1回以上繰り返すステップと、を有する請求項1乃至7いずれか1項記載の方法。
- 前記第1の立体画像データの組は、ゲーティング法を用いて取得される請求項1乃至8いずれか1項記載の方法。
- 立体の複数の画像の取得の間にイメージングデバイスの位置及び/又は向きの変化を算出する方法において、
a)イメージングデバイスによって第1の期間に亘って取得された第1の立体からのイメージングデータの第1の組を受信するステップと、
b)前記第1の立体からイメージングデータの第1の組を処理して、表示に適する前記第1の立体の表現を再構築するステップと、
c)前記イメージングデバイスによって前記第1の期間より短い更なる期間に亘って取得された更なる立体からのイメージングデータの更なる組を受信するステップと、
d)前記イメージングデータの更なる組を処理して、前記更なる立体の表現を再構築するステップと、
e)前記第1の立体の表現及び前記更なる立体の表現を処理し、前記第1の立体の表現を前記更なる立体の表現に位置合わせし、前記位置合わせされた表現の整合の度合いを判定するステップと、
f)許容可能な整合の度合いが達成された場合、前記イメージングデータの第1の組の取得の間のイメージングデバイスの位置及び/又は向きに対する前記イメージングデータの更なる組の取得の間のイメージングデバイスの位置及び/又は向きを算出し、前記ステップc)乃至ステップe)を1回以上繰り返すステップと、
g)位置合わせが達成されなかった場合、前記ステップa)乃至ステップe)を1回以上繰り返すステップと、
を有する方法。 - 前記イメージングデータの更なる組は、前記イメージングデータの第1の組を取得する際に使用した空間分解能より低い空間分解能を使用して取得される請求項10記載の方法。
- 前記イメージングデータの更なる組は、前記イメージングデータの第1の組を取得する際に使用した視野より狭い視野を使用して取得される請求項10記載の方法。
- 前記ステップe)は、前記イメージングデバイスの予想される可能な位置及び/又は向きを前記位置合わせの処理に組み込む請求項10乃至12いずれか1項記載の方法。
- 前記ステップe)は、前記イメージングデバイスの予想される軌跡を前記位置合わせの処理に組み込む請求項10乃至12いずれか1項記載の方法。
- 前記ステップf)は、前記イメージングデータの更なる組の取得の間の前記イメージングデバイスの位置及び/又は向きを示すように前記第1の立体の再構築された表現を更新するステップを更に含む請求項10乃至14いずれか1項記載の方法。
- 立体の複数の走査の間に前記立体内の領域を特定及び強調する方法において、
a)第1の立体の画像の組を取得し、前記画像の組から前記第1の立体の3D表現を生成するステップと、
b)前記第1の立体の3D表現内の関心体積領域を特定するステップと、
c)前記関心体積領域を特徴付ける一組のパラメータを決定するように前記第1の立体の画像の組を処理し、前記特徴付けられた体積領域の一組の画像パラメータを保存するステップと、
d)前記特徴付けられた関心体積領域に視覚的キューを適用するステップと、
e)更なる立体の更なる画像の組を取得し、前記更なる画像の組から前記更なる立体の3D表現を生成するステップと、
f)前記特徴付けられた関心体積領域のパラメータの保存された組に従って前記更なる画像の組を検索することにより前記更なる画像の組を処理し、前記更なる立体内で前記関心体積領域の存在を特定するステップと、
g)前記更なる立体内で前記関心体積領域が特定された場合には、前記ステップc)で保存したパラメータの組を任意に更新し、前記ステップd)乃至ステップg)を繰り返すステップと、
h)前記更なる立体内で前記関心体積領域が特定されない場合には、前記ステップa)乃至ステップg)を1回以上繰り返すステップと、
を有する方法。 - 前記視覚的キューは、前記関心体積領域の表現及び前記第1の立体の他の部分の少なくとも1つに適用される色相である請求項16記載の方法。
- 前記視覚的キューは、前記関心体積領域の表現及び前記第1の立体の他の部分の少なくとも1つに適用される透明度の値である請求項16記載の方法。
- 前記関心体積領域は、センタリングビューとして設定される請求項16記載の方法。
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