JP2000342580A - カテーテルナビゲーション方法および装置 - Google Patents

カテーテルナビゲーション方法および装置

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JP2000342580A JP2000123546A JP2000123546A JP2000342580A JP 2000342580 A JP2000342580 A JP 2000342580A JP 2000123546 A JP2000123546 A JP 2000123546A JP 2000123546 A JP2000123546 A JP 2000123546A JP 2000342580 A JP2000342580 A JP 2000342580A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 侵襲中の医師および患者に対する放射負荷も
侵襲中の造影剤注入も減ぜられ、現在のカテーテル位置
が血管ツリーの三次元像内に表示されるカテーテルナビ
ゲーション方法およびその実施に適した装置を提供す
る。 【解決手段】 ３ＤアンギオグラフィのためにＣアーム
タイプＸ線装置を使用する際に、マーカーが、３Ｄアン
ギオ像を計算する少なくとも２つの投影像のなかで検出
され、血管ツリーの３Ｄボリュームセットを再構成する
ために求められそのつどの２Ｄ投影像に対して計算され
た投影マトリックスを用いて、ナビゲーションコンピュ
ータのなかの写像された対象物上に逆投影され、マーカ
ー座標に関係付けて患者座標系にもたらされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に頭蓋内の三次
元の血管ツリー撮影の際のカテーテルナビゲーション方
法であって、カテーテル位置が求められて、手術前に撮
影されナビゲーションコンピュータで再構成された血管
ツリーの３Ｄ（三次元）像のなかに挿入され、また侵襲
（インターベンション）前に、患者の身体に付けられカ
テーテルにより位置を検出される複数個のマーカーを用
いて、３Ｄ像座標系上に３Ｄ患者座標系の写像（位置合
わせ（レジストレーション））が行われるカテーテルナ
ビゲーション方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】血管疾患、特に頭蓋内の血管疾患の治療
はしばしば、大腿動脈に導入され血管を通じて障害の場
所に導かれるカテーテルを用いて行われる。この処置は
連続的にパルス化される（しばしばバイプランシステム
を有する）２Ｄ（二次元）Ｘ線透視のもとに、また造影
剤注入のもとに実行される。その際、神経放射線科医に
とって、撮影された２Ｄ透視像を実際の血管ツリーの複
雑な三次元の形態と合致させることはしばしば非常に困
難である。この公知の方法の別の欠点は、侵襲中に連続
的に実行すべき透視が医師および患者に対する放射線負
荷を生ずること、また、カテーテル治療中にも存在しな
ければならずそれゆえ絶えず追加注入されなければなら
ない造影剤が毒性作用を有することにある。
【０００３】血管ツリーの三次元の写像は現在、たとえ
ば磁気共鳴アンギオグラフィ（ＭＲＡ）、コンピュータ
トモグラフィアンギオグラフィ（ＣＴＡ）および３Ｄア
ンギオグラフィのような種々の撮像方式により発生され
得る。この３Ｄアンギオグラフィの際には、一般にＣア
ームタイプＸ線装置を用いて得られ手術前または手術中
に種々の角度から撮影された多く（約５０）の２ＤＸ線
投影像から、血管ツリーの３Ｄボリュームが再構成され
可視化される。３Ｄ撮影技術により神経放射線科医は血
管ツリーの３Ｄ像を得るが、侵襲中のこの３Ｄ血管ツリ
ー内のカテーテルの現在位置に関する直接的な知識は得
られない。それどころか神経放射線科医は、カテーテル
が写像されていない手術前に撮影かつ再構成された３Ｄ
血管ツリー上へ、カテーテルが一緒に撮影されている手
術中の２Ｄ透視像の観念的な写像を行わなければなら
ず、このことは複雑な血管ツリー構造の際には厄介で時
間のかかることである。
【０００４】基本的に位置検出システムを介してそのそ
のつどの位置で検出可能なカテーテルを再構成された三
次元の血管ツリー撮影のなかに挿入することは同じく既
に提案されているが、３Ｄ像座標系上への３Ｄ患者座標
系の写像は著しく困難である。
【０００５】米国特許第５８５１１８３号明細書から、
ゾンデの先端が位置検出システムにより検出され、また
同時に撮影されたＸ線像と一緒に像のなかに表示される
方法は公知である。しかしその際に大事なことは、得ら
れた断層像からまさに、ゾンデ先端がまさに位置する断
層が（もちろんゾンデの先端と共に）写像されることで
ある。しかしこのことは、この挿入を手がかりにして、
カテーテルが血路の分岐などから所望の個所に導かれる
ようにカテーテルを案内し、三次元像のなかにカテーテ
ル先端を挿入することとは若干完全に異なる。さらにこ
の米国特許第５８５１１８３号明細書による方法では、
検査中に絶えずＸ線照射が必要とされ、このことは患者
にとって著しいＸ線負荷となり、可能なかぎり避けられ
なければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、侵襲中の医師および患者に対する放射負荷も侵襲中
の造影剤注入も減ぜられ、現在のカテーテル位置が血管
ツリーの三次元像のなかに表示されるカテーテルナビゲ
ーション方法およびその実施に適した装置を提供するこ
とである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は冒頭に記載さ
れている種類の方法において、本発明によれば、３Ｄア
ンギオグラフィのためにＣアームタイプＸ線装置を使用
する際に、マーカーが、３Ｄアンギオ像を計算する少な
くとも２つの投影像で検出され、血管ツリーの３Ｄボリ
ュームセットを再構成するために求められそのつどの２
Ｄ投影像に対して計算された投影マトリックスを用い
て、ナビゲーションコンピュータのなかの写像された対
象物上に逆投影され、マーカー座標に関係付けて患者座
標系にもたらされることにより解決される。
【０００８】本発明はその際に、冒頭にあげた種類の方
法においてこれまで存在した問題を３Ｄアンギオグラフ
ィの際の位置合わせ（レジストレーション）により、す
なわち２Ｄ撮影で写像されるマーカーが３Ｄ像のなかに
頭部およびあらたな作成可能なセクションの大きさのゆ
えに一緒に現れないならば、回避する。その際に、最も
簡単には、２Ｄ投影像のなかで同定されたマーカーの逆
投影の前にその重心点が２Ｄ像のなかで検出され、また
この点のみが逆投影されるように、マーカーの重心点が
使用される２Ｄ投影像の投影円錐のそれぞれの交叉ボリ
ュームの重心点として３Ｄ座標としてそれぞれ求められ
る。
【０００９】本発明による方法により侵襲中に、また完
全に手術中の透視撮影なしに、また手術中の造影剤注入
なしに３Ｄ血管ツリー内のカテーテルのナビゲーション
が可能になる。
【００１０】位置合わせをするためには、マーカーが３
Ｄ像のなかで可視であれば、たとえばマウスを用いて、
それぞれマーカー位置が３Ｄ像のなかで目指され、また
マーカーとカテーテル先端との接触により求められた位
置に関係付けて患者座標系にもたらされる。問題なくこ
れは、たとえばすべての頭部がその外側に取付けられて
いるマーカーにより問題なく３Ｄ像として作成され得る
ＣＴＡの際およびＭＲＡの際に可能である。磁気共鳴ア
ンギオグラフィ（ＭＲＡ）はその際に、そもそも血管ツ
リーに対する手術前の像データレコードを取得するため
に患者に対する放射負荷が生じないという追加的な利点
をも有する。
【００１１】マーカーの同定はその際に相互作用的また
は自動的に行われ得る。その際に特に自動的な同定のた
めに、マーカーはすべて相い異なって構成され、こうし
てそれらの相い異なる形状および（または）大きさによ
り像のなかで容易にまた自動化可能に区別され得る。相
互作用的な同定の際、マーカーは患者座標系でも像座標
系でも（またここで再びｎ個の投影図の各々のなかで）
同一の順序で同定されるように注意しなければならな
い。
【００１２】カテーテル先端を挿入し位置検出システム
を介して求められたそのつどのカテーテル先端の位置お
よびその像座標系への換算に相応する血管ツリーの可視
化は３Ｄ面表示で行われ得る。その際にカテーテル先端
はセグメント化および後続のサーフェイスレンダリング
またはボリュームレンダリングによって発生される血管
ツリーの三次元像のなかに挿入される。
【００１３】血管ツリーの３Ｄ可視化は、カテーテル先
端がＭＩＰ表示のなかに挿入され得るように、カテーテ
ル先端の現在位置が最も近い画素に写像されるＭＩＰ
（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃ
ｔｉｏｎｓ）でも行われ得る。
【００１４】血管分岐におけるカテーテルの特に簡単な
操作を可能にするカテーテル先端の視点からの“フライ
スルー”可視化はカテーテルのナビゲーションの際に神
経放射線科医にとって特に望ましくまた有益である。
【００１５】侵襲中、血管ツリー内に挿入されたカテー
テルが写像された血管内に位置しているかどうかが連続
的にコントロールされる。このことが、たとえば患者が
固定にもかかわらず多少動いたために、侵襲中にもはや
保証されていない場合、位置合わせ更新が実行されなけ
ればならない。侵襲前の位置合わせに相応するすべての
３Ｄ血管ツリー全体の新位置合わせを有するグローバル
な位置合わせ更新の他に、ローカルな位置合わせ更新も
３Ｄ血管ツリーの部分の歪み（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ
Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）のもと
にカテーテルによる血管の変位および変形に相応して実
行される。位置検出システムの通常位置不変の送信器に
対して患者位置の変化が生じているときに、または現在
存在している位置合わせが十分に正確でないことが判明
するときにとりわけ役に立つグローバルな位置合わせ更
新は、患者の頭部に取付けられたマーカーいわゆる“フ
ィデュシァルマーカー”を用いて実行されるが、ローカ
ルな位置合わせ更新は、３Ｄ血管ツリー自体で同定すべ
き自動的なランドマークを用いて実行されなければなら
ない。
【００１６】この本発明による方法を実施するのに適し
た装置は、患者のすぐ近くに配置される送信コイルと、
神経カテーテルの先端に組み込まれた受信器と、患者に
取付けられるマーカーと、手術前に求められた患者の撮
影像から三次元の血管ツリーを再構成するためのナビゲ
ーションコンピュータと、患者座標系を３Ｄ像座標系上
に写像するための位置合わせ装置とを有する位置検出シ
ステムを含んでいることを特徴とする。
【００１７】通常は位置検出システムの送信コイルは患
者の身体の外側の空間内のどこかに配置されているが、
特別な場合には、送信コイルを直接に患者に取付けるこ
とも有効である。これは、侵襲中に場合によっては生じ
る姿勢変化が、この姿勢変化によりカテーテル先端の測
定される位置が変化しないので、位置合わせ更新を必要
としないという利点を有する。侵襲中に場合によっては
生じる姿勢変化を検出し得る別の可能性は、１つまたは
複数の受信器‐コイルを固定的に患者に取付け、その位
置を連続的に検出することである。こうして、カテーテ
ルのなかに組み込まれた受信器‐コイルの位置を患者の
運動の後にも正しく手術前または手術中に求められた患
者の撮影像のなかに挿入することが可能である。
【００１８】マーカーは特に自動的な同定のために相い
異なって構成されていてよく、場合によっては造影剤で
満たされていてもよい。カテーテル先端を挿入するため
に血管ツリー用の可視化装置を備えているナビゲーショ
ンコンピュータは別個のコンピュータであってよく、ま
たは直接的に手術前の３Ｄ像データレコードの作成のた
めに使用されるコンピュータであってもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の他の利点、特徴および詳
細は３Ｄアンギオグラフィの際の位置合わせの以下の説
明から明らかになる。
【００２０】図１で参照符号１を付して概要を示されて
いるのは患者の頭部であり、その外側に４つのマーカー
２〜５が取付けられている。これらのマーカーは概要を
示されている２Ｄ投影像６のなかでマーカー像位置２′
〜５′に写像されている。円７はＣアームタイプＸ線装
置のＸ線管および検出器が運動する理想的な軌道を示
し、管焦点８の他にＸ線管の一連の別の位置が十字印に
より円７の上に示されており、これらの位置から２Ｄ投
影像の撮影が行われなければならない。
【００２１】図２には、３Ｄ像座標系のなかのマーカー
座標が、２つの２Ｄ投影像６′、６″のなかへのマーカ
ー投影を手がかりにしてそれぞれ管焦点位置８′、８″
を有するＸ線検出器位置に相応してどのように求められ
得るかが示されている。矢印９、１０により示されてい
る、異なる２Ｄ投影像６′、６″のなかのマーカー３の
マーカー位置像３′、３″は投影像固有の投影マトリッ
クスを用いて逆投影され、両方の投影円錐の交叉ボリュ
ームが３Ｄ像のなかのマーカーの位置を生ずる。
【００２２】図３には、マーカーの代わりにそれらの重
心点Ｓ３′、Ｓ３″のみが逆投影される場合が示されて
いる。
【００２３】図４には最後に、異なる形状のマーカー
２、３、４、５の使用により、これらの異なる形状によ
りマーカーの各々が自動的な同定のために利用される他
のマーカー位置像２′〜５′を供給することによって、
同定、従って位置合わせが自動的に行われる前提条件が
どのように作られているかの概要が示されている。
【００２４】その際に本発明は示された実施例に限定さ
れない。多くのまた他の形状のマーカーも使用され得
る。またもちろん、マーカーが３Ｄ像のなかで可視であ
れば、マーカー位置の三次元の座標を求めるための２Ｄ
投影像からのマーカー位置の逆投影は必要でない。しか
しこれは３Ｄアンギオグラフィの使用の際にはたいてい
の場合に該当しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】４つのマーカーを取付けられた測定対象物の概
要と、２Ｄ投影撮影の際のマーカーの投影円錐の経過を
示す図。
【図２】２つの２Ｄ投影像のなかのマーカー投影を用い
て３Ｄ像座標系のなかのマーカーを求める過程を示す
図。
【図３】マーカーの代わりにそれらの重心点が逆投影さ
れる際の図２に相応する図。
【図４】自動的な同定および自動的な位置合わせのため
に種々の形状のマーカーを使用する際の概要図。
【符号の説明】
１ 患者の頭部 ２ マーカー ２′ マーカー像位置 ３ マーカー ３′ マーカー像位置 ３″ マーカー像位置 ４ マーカー ４′ マーカー像位置 ５ マーカー ５′ マーカー像位置 ６ ２Ｄ投影図 ６′ ２Ｄ投影図 ６″ ２Ｄ投影図 ７ 円 ８ Ｘ線焦点 ８′ Ｘ線焦点位置 ８″ Ｘ線焦点位置 ９ 矢印 １０ 矢印 Ｓ３′重心点 Ｓ３″重心点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ａ６１Ｍ 25/00 ４５０Ｚ

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 三次元の血管ツリー撮影の際のカテーテ
    ルナビゲーション方法であって、カテーテル位置が求め
    られて、手術前に撮影されナビゲーションコンピュータ
    で再構成された血管ツリーの３Ｄ像のなかに挿入され、
    また侵襲前に、患者の身体に付けられカテーテルにより
    位置を検出される複数個のマーカーを用いて、３Ｄ像座
    標系上に３Ｄ患者座標系の写像（位置合わせ）が行われ
    るカテーテルナビゲーション方法において、３Ｄアンギ
    オグラフィのためにＣアームタイプＸ線装置を使用する
    際に、マーカーが、３Ｄアンギオ像を計算する少なくと
    も２つの投影像で検出され、血管ツリーの３Ｄボリュー
    ムセットを再構成するために求められそのつどの２Ｄ投
    影像に対して計算された投影マトリックスを用いて、ナ
    ビゲーションコンピュータのなかの写像された対象物上
    に逆投影され、マーカー座標に関係付けて患者座標系に
    もたらされることを特徴とするカテーテルナビゲーショ
    ン方法。
  2. 【請求項２】 カテーテル位置がその先端に組み込まれ
    ている超小形の位置検出システムを用いて求められるこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 マーカー位置が３Ｄ像のなかで目指さ
    れ、またマーカーとカテーテル先端との接触により求め
    られた位置に関係付けて患者座標系にもたらされること
    を特徴とする請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 マーカーの重心点がそれぞれ使用される
    ２Ｄ投影像の投影円錐の交叉ボリュームの重心点として
    ３Ｄ座標としてそれぞれ求められることを特徴とする請
    求項１ないし３の１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 ２Ｄ投影像で同定されたマーカーの逆投
    影の前にそのマーカーの重心点が２Ｄ像のなかで検出さ
    れまた逆投影されることを特徴とする請求項１ないし４
    の１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】 マーカーの同定が相互作用的に行われる
    ことを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 マーカーの同定が自動的に行われること
    を特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の方法。
  8. 【請求項８】 血管ツリーの３Ｄ可視化が３Ｄ面表示で
    行われ、カテーテル先端がセグメント化および後続のサ
    ーフェイスレンダリングまたはボリュームレンダリング
    によって発生される血管ツリーの三次元像のなかに挿入
    されることを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載
    の方法。
  9. 【請求項９】 カテーテル先端がＭＩＰ表示のなかに挿
    入されるように、血管ツリーの３Ｄ可視化が、カテーテ
    ル先端の現在位置が最も近い画素に写像されるＭＩＰで
    行われることを特徴とする請求項１ないし７の１つに記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】 カテーテル先端の視点からの“フライ
    スルー”可視化が使用されることを特徴とする請求項１
    ないし７の１つに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 侵襲中に追加的な位置合わせ更新が実
    行されることを特徴とする請求項１ないし１０の１つに
    記載の方法。
  12. 【請求項１２】 グローバルな位置合わせ更新がすべて
    の３Ｄ血管ツリーの新たな位置合わせにより実行される
    ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 ローカルな位置合わせ更新が３Ｄ血管
    ツリーの部分の歪みのもとにカテーテルによる血管の変
    位および変形に相応して実行されることを特徴とする請
    求項１１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１ないし１３の１つによる方法
    を実行するための装置において、患者のすぐ近くに配置
    される送信コイルと、神経カテーテルの先端に組み込ま
    れた受信器と、患者に取付けられるマーカーと、手術前
    に求められた患者の撮影像から三次元の血管ツリーを再
    構成するためのナビゲーションコンピュータと、患者座
    標系を３Ｄ像座標系上に写像するための位置合わせ装置
    とを有する位置検出システムを含んでいることを特徴と
    するカテーテルナビゲーション装置。
  15. 【請求項１５】 送信コイルが患者に取付けられている
    ことを特徴とする請求項１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 １つまたは複数の受信器コイルが患者
    に取付けられていることを特徴とする請求項１４記載の
    装置。
  17. 【請求項１７】 マーカーが相い異なって構成されてい
    ることを特徴とする請求項１４または１６記載の装置。
  18. 【請求項１８】 ナビゲーションコンピュータが３Ｄ面
    表示のなかの血管ツリーに対する可視化装置を有するこ
    とを特徴とする請求項１４ないし１７の１つに記載の装
    置。
  19. 【請求項１９】 ナビゲーションコンピュータが“フラ
    イスルー”可視化装置を有することを特徴とする請求項
    １４ないし１７の１つに記載の装置。
  20. 【請求項２０】 ナビゲーションコンピュータがＭＩＰ
    表示を備えた可視化装置を有することを特徴とする請求
    項１４ないし１７の１つに記載の装置。
  21. 【請求項２１】 血管ツリーに対する３Ｄデータレコー
    ドを作成するためＣＴアンギオグラフィ装置が用いられ
    ることを特徴とする請求項１４ないし２０の１つに記載
    の装置。
  22. 【請求項２２】 血管ツリーに対する３Ｄデータレコー
    ドを作成するためＭＲアンギオグラフィ装置が用いられ
    ることを特徴とする請求項１４ないし２０の１つに記載
    の装置。
  23. 【請求項２３】 相い異なる方向からの２Ｄ投影像を作
    成し、計算された投影マトリックスを介して２Ｄ投影像
    から血管ツリーに対する３Ｄデータレコードを作成する
    ために、ＣアームタイプＸ線装置を有する３Ｄアンギオ
    グラフィ装置が用いられることを特徴とする請求項１４
    ないし２０の１つに記載の装置。
  24. 【請求項２４】 手術前の３Ｄデータレコードを作成す
    るためのコンピュータが同時にナビゲーションコンピュ
    ータを成していることを特徴とする請求項２１ないし２
    ３の１つに記載の装置。
JP2000123546A 1999-04-30 2000-04-25 カテーテルナビゲーション方法および装置 Expired - Lifetime JP4514283B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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