JP6505444B2 - 観察装置 - Google Patents
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Description
なお、経カテーテル大動脈弁置換術は、TAVI(Trans-catheter aortic valve implantation:TAVI)と呼ばれることもある。医療用弁は、炭素樹脂等で作られた機械弁と動物の組織など生体材料を処理して作られた生体弁とに分けられる。
本実施形態は、上記の問題を解決するものであり、治療箇所における血流情報に基づいてアンギオ装置による撮影方向を制御可能な観察装置を提供することを目的とする。
本実施形態の目的は、第1の医用画像診断装置によって撮影された撮影画像における流体情報に基づいて、第2の医用画像診断装置により撮影するときの撮影方向を制御することにある。そのための構成は、第1の医用画像診断装置や第2の医用画像診断装置の種類、撮影部位、及び、血流情報の定義より異なる。
また、第1の医用画像診断装置によって撮影された撮影画像と、第2の医用画像診断装置によって撮影されたときの撮影画像とを合わせて表示させるとき、両画像の位置を合わせるための位置合わせ部を設ける。
(1)術者が口又は鼻から被検体の食道にプローブを挿入し、アンギオ装置2により被検体内のプローブの撮影を行う。
(2)位置合わせ部11は、撮影されたアンギオ画像からプローブ領域を抽出し、3Dモデル情報とを比較し、比較結果を基に、プローブを治療箇所に向けるように調整されたその位置及び向きを決定する。決定されたプローブの位置及び向きが超音波診断装置によって撮影された撮影画像とアンギオ装置2によって撮影されたときの撮影画像との位置合わせ情報となる。
(3)また、プローブの位置及び向きが調整された後、治療箇所に向けられたプローブにより経食道超音波撮影をし、経食道超音波画像を取得する。
(4)流体情報取得部12は、経食道超音波画像から大動脈領域を抽出し、逆流成分を検出する。
(5)撮影方向制御部13は、逆流成分を基にCアームの最適角度を計算し、撮影方向から見て逆流成分と医療用弁との重なりが少なくなるようにアンギオ装置2による撮影方向を制御する。アンギオ装置2は、被検体を撮影し、アンギオ画像を取得する。
(6)表示制御部14は、位置合わせ情報を参照して、アンギオ画像と経食道超音波画像とを合わせたフュージョン画像をリアルタイムで表示部15に表示させる。
(7)術者は、フュージョン画像を参照して逆流成分を評価する。
さらに、第3及び第4の実施形態では、流体情報取得部12が経食道超音波画像ではなく、X線CT装置やMRI装置による撮影で取得されたCT画像やMR画像から治療箇所における逆流成分を検出するものである。
第1の実施形態の観察装置10について図1、図2、図3、図4、図5を参照して説明する。図2は観察装置のブロック図である。観察装置10は、位置合わせ部11と、流体情報取得部12と、撮影方向制御部13と、表示制御部14と、表示部15とを有する。撮影方向制御部13から送られた撮影方向を受けて、アンギオ装置2が治療箇所を撮影することでアンギオ画像を取得する。観察装置10が位置合わせ情報を参照して、アンギオ画像と経食道超音波画像とを合わせたフュージョン画像をリアルタイムで表示部15に表示させる。ここで、アンギオ装置2の構成を簡単に説明する。アンギオ装置2は、略C形アーム(以下「Cアーム」という)と、Cアームを回転自在に支持する支持機構(図示しない)とCアームの回転を駆動する回転駆動部(図示しない)と、Cアームに搭載されるX線管(図示しない)と、X線管と対応する向きでCアームに搭載されるX線検出器(図示しない)と、回転駆動部を制御する回転制御部(図示しない)とを有する。図6にCアームとそれに搭載されたX線管及びX線検出器とを示す。
TAVRでは、経食道超音波(3D−TEE)撮影をするとき、プローブが治療箇所に向けられたかどうかをアンギオ画像上で判断する。さらに、TAVRの最終段階では、アンギオ装置2により撮影されたアンギオ画像に経食道超音波(3D−TEE)画像を組み合わせたフュージョン画像を参照して逆流評価する。そこで、アンギオ画像と経食道超音波(3D−TEE)画像とを位置合わせするために、位置合わせ部11が設けられる。位置合わせ部11は、操作部(図示しない)の入力を受けて、アンギオ装置2からアンギオ画像を読み出し、アンギオ画像からプローブの輪郭を抽出し(図2に示すTEEプローブ領域抽出)、さらに外部からプローブの形状を示す3次元モデルを読み出し、プローブの輪郭とプローブの3次元モデルとをパターンマッチングの技術を用いて比較することで、プローブの例えば超音波を送受信する振動子面の中心位置(以下「プローブの位置」という)がXYZ座標上の(a、b、c)にあり、プローブの振動子面の向き(以下「プローブの向き」という)がX軸、Y軸、Z軸回りにそれぞれα、β、γだけ回転したものであることを求める。治療箇所に向かって予め定められた撮影方向からアンギオ装置2により撮影されたことにより取得されたアンギオ画像において、プローブが治療箇所に向けられているときのプローブの位置及び向きは予め定められている。このときのプローブの位置をa1、b1、c1、その向きをα1、β1、γ1とする。
位置合わせ部11により位置合わせ情報が求められたとき、前後して、医療用弁が大動脈に挿入される。また、位置合わせ部11により位置合わせ情報が求められた後、超音波診断装置1は治療箇所を撮影し、経食道超音波(3D-TEE)画像を取得する。
流体情報取得部12は、時系列に取得されたボリュームデータである経食道超音波画像を超音波診断装置1から読み出し、大動脈領域を抽出し、特定位置の超音波ビームの周波数変化(画像信号値)を画素ごとに表したドップラー画像を生成し、ドップラー画像から画素ごとに画像信号値の閾値を参照して逆流成分を抽出する(図2に示す「逆行血流抽出」)。さらに、流体情報取得部12は、逆流成分の最も大きなボリュームをもつ時相の画像を最逆流時相画像として特定し、最逆流時相画像内の逆流ボリュームデータの3次元空間における拡散係数Dを算出することにより、逆流成分の方向を求め、これを逆流成分軸として定義する。なお、例えば、心臓の拍動周期における収縮期に左心室から医療用弁を通って大動脈に血液が送り込まれ、収縮期において治療箇所の逆流が出現することが多いことから、逆流成分を抽出するときに用いられる経食道超音波画像を、予め定められた時相の経食道超音波画像に限定してもよい。この構成では、超音波診断装置1が経食道超音波画像を心電図信号波形データに関連づけて取得し、流体情報取得部12が心電図信号波形データを参照して収縮期の時相の経食道超音波画像を選出し、当該時相の経食道超音波画像から逆流成分を抽出する。なお、複数の時相の画像(例えば、収縮期の各時相の画像)について、拡散係数Dを算出することで、逆流成分の方向を求め、そのうちの一つを逆流成分軸として選択してもよい。
流体情報取得部12は、逆流成分の情報を表示制御部14に送る。表示制御部14が位置合わせ情報を参照してアンギオ画像と逆流成分(経食道超音波画像)とを合わせて表示させることは後述する。
また、流体情報取得部12は、定義した逆流成分軸を撮影方向制御部に送る。
撮影方向制御部13は、逆流成分軸に基づいて、アンギオ装置2による撮影方向から見て、逆流成分軸と直交する方向であって、逆流成分を真横から観察でき、逆流成分と治療用弁との重なりが少なくなるように撮影方向θ(Cアームの最適角度)を制御する(図2に示す「Cアーム最適角度計算」)。
(1)図3に示すように、例えば、逆流成分軸aeをX軸、Y軸、Z軸のいずれか一つの軸(ここではZ軸)と一致させる。逆流成分軸aeの座標はX=0、Y=0となる。
(2)逆流成分e及び治療用弁VについてXY平面に沿った断面(それぞれハッチングを付して示す)をそれぞれ作ったとき、XY平面に沿ってX線管から逆流成分eに向かって放射されたX線XRが治療用弁Vの断面にかからないような条件を満たす撮影方向δiを求める。つまり、X線XRが治療用弁Vを避けて逆流成分eに照射させるように撮影方向δiを求める。
(3)この方法で、条件を満たす撮影方向δiを、逆流成分eの長手方向(Z軸)における一端から他端まで(Zi=Z1、Z2、…Zn)行い、(δi=δ1、δ2、…δn)を求める。一端から他端までの全ての間で、共通する撮影方向δ11を、最終的に求める撮影方向θとする(図3参照)。
(4)図4に示すように、治療用弁Vの他にX線がかからないような避けるべき1又は複数の領域(後述する大動脈弁の三尖及び左右の冠動脈起始部などの弁構造)があるとき、各領域S1、S2のXY平面に沿った断面についても、治療用弁Vと同じ方法を行う。つまり、条件を満たす撮影方向εiを、他の領域の一端から他端まで行い、(εi=ε1、ε2、…εn)を求める。一端から他端までの全ての間で共通の撮影方向ε11を求める。
(5)治療用弁について最終的に求めた撮影方向δ11と、他の領域について最終的に求めた撮影方向ε11との共通する方向を、最終的に求める撮影方向θとする(図4参照)。
なお「重なりが少なくなるように撮影方向を制御する」とは、X線がかからないように、又は、かかってもなるべく少なくなるように撮影方向を制御する」意味である。
撮影方向制御部13は、撮影方向をアンギオ装置2に送る。アンギオ装置2の回転制御部(図示しない)は、送られた撮影方向を受けて回転駆動部(図示しない)を制御する。アンギオ装置2は、治療箇所を含む撮影部位について撮影することで、アンギオ画像を取得する。アンギオ装置2は、アンギオ画像を表示制御部14に送る。
前述したように、表示制御部14に位置合わせ部11から位置合わせ情報が送られ、また、流体情報取得部12から逆流成分(経食道超音波画像)が送られ、さらに、アンギオ装置2からアンギオ画像が送られる。表示制御部14は、位置合わせ情報(プローブの位置a、b、c及び向きα、β、γ)を用いて、次の式(2)を参照して、xyz座標上に描画された逆流成分(経食道超音波画像)の画素の位置をXYZ座標に変換する。
次に第1の実施形態の変形例について図6を参照して説明する。
大動脈領域内において逆流成分は、順流成分(順行血流)の中にあるため、アンギオ装置2の撮影方向から見て、逆流成分が順流成分の奥側に配置されたとき、逆流成分を観察し難くなる。そこで、第1の実施形態の変形例で、撮影方向制御部13は、逆流成分と治療用弁との重なりが少なくなるように、かつ、順流成分が逆流成分に対し奥側又は並んで配置されるようにアンギオ装置2の撮影方向(Cアームの最適角度)を制御する。つまり、変形例で、撮影方向制御部13は、順流成分を回避するCアームの角度範囲かつ逆流成分を観察可能な角度範囲から撮影方向を設定し制御する。
次に、第2の実施形態について図7、図8、図9を参照して説明する。図7は観察装置の構成ブロック図、図8は観察装置の動作を示すタイミングチャートである。なお、第2の実施形態の説明において第1の実施形態と同じ構成の説明を省略し、異なる構成を主に説明する。
これに対し、第2の実施形態では、撮影方向制御部13が撮影方向を制御するとき、さらに、弁構造を基準とする。ここで、弁構造とは、大動脈弁の三尖、左右の冠動脈起始部、その他の解剖学的部位もしくはその周辺の構造をいう。
TAVRの前の治療計画の立案に際し、治療前の弁構造の形状が役立てられる。大動脈弁の三尖及び左右の冠動脈起始部の構造を認識するためにはCT画像などの形態画像が用いられる。そのため、TAVRの前に、例えばX線CT装置3により弁構造が撮影され、CT画像が取得される(図7及び図8に示す「CT画像撮影」)。
次に第3の実施形態について図10、図11、図12を参照して説明する。図10は観察装置の構成ブロック図、図11は観察装置の動作を示すタイミングチャートである。なお、第3の実施形態の説明において第1の実施形態と同じ構成の説明を省略し、異なる構成を主に説明する。
次に第4の実施形態について図13、図14、図15を参照して説明する。図13は観察装置の構成ブロック図、図14は観察装置の動作を示すタイミングチャートである。なお、第4の実施形態の説明において第1の実施形態と同じ構成の説明を省略し、異なる構成を主に説明する。
2 アンギオ装置
10 観察装置
11 位置合わせ部
12 流体情報取得部
13 撮影方向制御部
14 表示制御部
15 表示部
Claims (11)
- 第1の医用画像診断装置によって撮影された被検体の大動脈弁の治療箇所を含む撮影部位についての撮影画像に基づいて前記撮影部位内の流体情報を取得する流体情報取得部と、
前記取得された前記流体情報における流体の流れる方向のうち、逆流成分軸となる逆流成分の方向を求め、前記逆流成分軸と直交する方向であって前記逆流成分と医療用弁との重なりが少なくなるように、第2の医用画像診断装置により前記撮影部位を撮影するときの撮影方向を制御する撮影方向制御部と、
を有する
ことを特徴とする観察装置。 - 前記撮影方向制御部は、前記撮影方向において前記医療用弁の断面に照射されるX線の量に基づいて、前記撮影方向を制御することを特徴とする請求項1に記載の観察装置。
- 前記第1の医用画像診断装置は超音波診断装置であり、前記第2の医用画像診断装置はアンギオ装置であり、前記撮影部位について、前記超音波診断装置による被検体内におけるプローブ撮影と前記アンギオ装置による撮影とを順次に行い、それぞれの撮影画像を表示させて、前記治療箇所及びその周辺の血流状態を観察可能であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の観察装置。
- 前記アンギオ装置による撮影で取得された前記被検体内におけるプローブの画像を基に、前記プローブの形状を示す3次元モデル情報を参照して、前記プローブ撮影による撮影画像と前記アンギオ装置による撮影画像との位置合わせ情報を決定する位置合わせ部と、
前記位置合わせ情報を参照して、前記超音波診断装置による撮影画像と前記撮影方向が制御された前記アンギオ装置による撮影画像とを合わせて表示させる表示制御部と、
をさらに有する
ことを特徴とする請求項3に記載の観察装置。 - 前記流体情報としての血流情報は、大動脈と当該大動脈に設けられた前記医療用弁との間の隙間としての前記治療箇所における正常な血流としての順流成分と、異常な血流としての前記逆流成分とが含まれることを特徴とする請求項1に記載の観察装置。
- 前記流体情報取得部は、プローブと前記被検体との間で送受信された超音波に基づいて前記血流情報としてのドップラー画像を取得することを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の観察装置。
- 前記流体情報取得部は、時系列に取得した複数の前記ドップラー画像について前記逆流成分を抽出し、さらに、複数のドップラー画像間で前記逆流成分が最も大きなボリュームをもつ時相の画像を特定し、当該特定した時相の画像における前記ボリュームについて拡散係数を求めることにより、前記アンギオ装置による前記撮影方向を制御するときに基準となる前記逆流成分の方向を求めることを特徴とする請求項6に記載の観察装置。
- 前記撮影方向制御部は、さらに、アンギオ装置の撮影方向から見て、前記治療箇所における順流成分が前記逆流成分に対し奥側に又は並んで配置されるように前記撮影方向を制御することを特徴とする請求項1に記載の観察装置。
- 前記撮影方向制御部は、さらに、前記逆流成分及び前記医療用弁に加えて、前記撮影部位としての三尖及び/または冠動脈起始部の間で相互に重なりが少なくなるように前記撮影方向を制御することを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の観察装置。
- 前記第1の医用画像診断装置は超音波診断装置とX線CT装置及び/又はMRI装置とであり、前記第2の医用画像診断装置はアンギオ装置であり、前記撮影部位について、前記超音波診断装置による被検体内におけるプローブ撮影と前記アンギオ装置による撮影とを順次に行い、それぞれの撮影画像を表示させて、前記治療箇所及びその周辺の血流状態を観察可能であり、
前記流体情報取得部は、前記X線CT装置及び/又はMRI装置により撮影された前記撮影部位についての撮影画像に基づいて前記治療箇所における血流情報を取得し、
前記撮影方向制御部は、前記取得された前記血流情報における血流の流れる方向に基づいて前記アンギオ装置による撮影方向を制御することを特徴とする請求項1に記載の観察装置。 - 前記流体情報取得部は、前記撮影画像としてのCT画像及び/又はMR画像を解析することにより前記血流情報における血流の流れる方向を取得することを特徴とする請求項10に記載の観察装置。
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