JP2001157659A - 脈管画像再構成 - Google Patents

脈管画像再構成

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JP2001157659A JP2000300999A JP2000300999A JP2001157659A JP 2001157659 A JP2001157659 A JP 2001157659A JP 2000300999 A JP2000300999 A JP 2000300999A JP 2000300999 A JP2000300999 A JP 2000300999A JP 2001157659 A JP2001157659 A JP 2001157659A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置センサーを内蔵したカテーテルを用いて
血管の内部表面を画像再構成するための方法および装置
を提供する。 【解決手段】 本発明による脈管の画像再構成のための
方法は、血管内に位置センサーを有するカテーテルを進
入させる工程と、血管内の複数の点においてセンサーか
ら位置情報を得る工程と、当該位置情報に基づいて血管
の中心線を計算する工程と、血管の内部表面を計算する
工程とから成る。好ましくは、本発明の方法はさらに血
管の画像再構成図を表示する工程から成る。さらに、本
発明は血管を画像再構成するための装置に関し、当該装
置は位置センサーを内蔵するカテーテルと、血管内の複
数の点においてセンサーから位置情報を得るための手段
と、当該位置情報に基づいて血管の中心線を計算する手
段と、血管の内部表面を計算する手段とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に血管の画像再
構成するための方法および装置に関し、特に、３次元的
画像再構成処理のための方法および装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】本発明は血管を移動するカテーテルの中
に収容されている位置センサーから得られる位置情報に
基づいて血管の画像再構成を行うための方法に関する。
【０００３】今日において血管は原理的に血管造影によ
り視覚化されており、この方法においては、造影剤（co
ntrast medium)が血流内に注入されて、血管の構造がイ
オン化性放射線の画像処理様式により画像処理される。
しかしながら、患者における累積的な照射の悪作用のた
めに、このような画像処理は制限する必要がある。さら
に、一部の患者において、血管造影において使用する造
影剤に対して悪作用を示す場合がある。従って、イオン
化性放射線の画像処理様式または造影剤の使用に依存し
ない視覚化方法があれば望ましいと考えられる。
【０００４】本明細書に参考文献として含まれる米国特
許第５，５４６，９５１号および米国特許出願第０８／
７９３，３７１号は心臓内の正確な位置の関数として、
例えば、局所的な活性時間のような心臓組織の電気的特
性を感知するための方法を開示している。このようなデ
ータは心臓内に進入した１個以上のカテーテルにより得
られ、これらのカテーテルはそれらの先端部分の中に電
気的および位置的なセンサーを備えている。これらのデ
ータに基づいて心臓の電気的活性度のマップを作成する
方法はそれぞれ同一の譲受人に譲渡された１９９８年７
月２４日に出願された米国特許出願第０９／１２２，１
３７号および１９９９年７月２２日に出願された同第０
９／３５７，５５９号において開示されており、これら
もまた本明細書に参考文献として含まれる。これらの特
許出願に示されているように、位置と電気的活性度は心
臓の内部表面上の約１０点乃至約２０点において初期的
に測定されるのが好ましい。これらのデータの点は十分
な品質で心臓表面の予備的な画像再構成図またはマップ
を形成するのにほぼ十分な量である。この予備的なマッ
プはサンプル点から成る容積内の画像再構成空間におけ
る、好ましくは楕円形の、初期的な閉じた３次元曲面を
決定することにより形成される。さらに、この閉じた曲
面は各サンプル点の画像再構成空間に近似する形状に大
まかに調節される。その後、この閉じた曲面を画像再構
成する実際の空間の形状に近似させるために柔軟な整合
処理を１回以上繰り返して行う。上記の方法は各組織の
十分な画像再構成図を提供できるが、これらの方法に使
用される各アルゴリズムでは、血管、特に回旋状または
回りくねった形状の血管の正確な画像再構成図を作成す
ることができない。
【０００５】血管は心臓内の特定の領域への案内を補助
する確証的な標識となるので、画像における血管の画像
再構成または心臓の画像再構成は利点がある。従って、
心臓の各室部を画像再構成するための既存の方法を補っ
て血管を再現性よく画像再構成する方法を提供すること
が望まれている。
【０００６】心臓病学者において、心房細動が肺静脈内
において始まる心臓の電気的経路における欠陥に起因す
るという考え方が増えている。この症状の診断および治
療は肺静脈内の電気的活性度を調べてから、この静脈内
またはその周囲の欠陥部を切除または焼灼することが必
要である。そこで、診断用または治療用の構成部品を担
持するカテーテルにより蓄積できるデータを基にこの静
脈を画像再構成する方法が存在すれば、このような処理
方法の使用が可能になり、その結果を有効に利用でき
る。
【０００７】脳のカテーテル挿入のような特定の介入お
よび診断処理が磁気共鳴画像処理（ＭＲＩ）のような様
式による脈管画像形成により既に行われている。このよ
うな既に得た画像に対して整合可能なカテーテル挿入処
理中の血管の画像再構成を行うことができれば、医者は
この既に得た画像に対してその手術中にカテーテル先端
部分を確認することが可能になる。
【０００８】
【発明の開示】本発明は位置センサーを内蔵したカテー
テルを用いて血管の内部表面を画像再構成するための方
法に関する。本発明の方法は、（ａ）血管内にカテーテ
ルを進入させる工程と、（ｂ）血管内の複数の点におい
て上記センサーから位置情報を得る工程と、（ｃ）上記
位置情報に基づいて血管の中心線を計算する工程と、
（ｄ）血管の内部表面を計算する工程とにより構成され
ている。
【０００９】好ましい実施形態において、本発明の方法
はさらに画像再構成処理した血管表面を表示する工程に
より構成されている。
【００１０】さらに、本発明は血管の内部表面を画像再
構成するための装置に関し、この装置は、（ａ）位置セ
ンサーを内蔵するカテーテルと、（ｂ）血管内の複数の
点において上記センサーから位置情報を得るための手段
と、（ｃ）上記位置情報に基づいて血管の中心線を計算
するための手段と、（ｄ）血管の内部表面を計算するた
めの手段とにより構成されている。
【００１１】好ましい実施形態において、本発明の装置
はさらに血管の画像再構成図を表示するための手段によ
り構成されている。
【００１２】本発明の目的は（イオン化性放射線によ
る）画像処理様式または造影剤を使用することなく血管
を画像再構成するための方法および装置を提供すること
である。
【００１３】本発明の別の目的は心臓を画像再構成する
方法および装置に対して相補的な血管を画像再構成する
方法を提供することである。
【００１４】さらに、本発明の別の目的は既に得た脈管
の画像に整合できる画像再構成図を提供し得る脈管画像
再構成の方法を提供することである。
【００１５】本発明の上記およびその他の目的、特徴お
よび利点は図面に基づく以下の詳細な説明によりさらに
明瞭になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】位置センサーを内蔵したカテーテ
ルを用いて血管の内部表面を画像再構成するための本発
明の方法は、（ａ）血管内にカテーテルを進入させる工
程と、（ｂ）血管内の複数の点において上記センサーか
ら位置情報を得る工程と、（ｃ）上記位置情報に基づい
て血管の中心線を計算する工程と、（ｄ）血管の内部表
面を計算する工程とにより構成されている。
【００１７】上記のセンサーは、例えば、電磁気、磁気
または音響センサーとすることができる。好ましくは、
本発明の処理方法において電磁気センサーが使用され
る。代表的なセンサー、当該センサーを収容するカテー
テル、および当該センサーおよびカテーテルを内蔵する
システムが、例えば、本明細書に参考文献として含まれ
る米国特許第４，１７３，２２８号、同第４，６９７，
５９５号、同第４，８２１，７３１号、同第５，０４
２，４８６号、同第５，０８１，９９３号、同第５，３
９１，１９９号、同第５，５５８，０９１号、同第５，
７２９，１２９号、同第５，７５２，５１３号、同第
５，９１３，８２０号および同第５，９５４，６６５
号、およびＰＣＴ国際公開第ＷＯ ９６／０５７６８号
および同第ＷＯ９７／２４９８３号に記載されている。
【００１８】上記の位置センサーは身体の外部に配置さ
れる場（field)の発生装置からの信号を受信する受信ア
ンテナとして作用する。また、別の実施形態において
は、この位置センサーは体外のアンテナにより受信され
る場を送信するための発生装置として作用できる。好ま
しくは、この位置センサーはカテーテル内のカテーテル
先端部またはその近くに内蔵されている。
【００１９】カテーテル内に収容される位置センサーに
より得られる位置情報は血管または脈管の物理的寸法の
画像再構成図またはマップを作成するために使用でき
る。さらに、付加的な機能の構成部品をカテーテル内に
収容することにより、血管の状態を示す状態情報を位置
情報と共に収集できる。本明細書において使用する用語
の「状態（condition)」はスカラー量またはベクトル量
のいずれかを言い、例えば、電気的特性、温度、圧力、
ｐＨ値、局所的な血管移動の測定値、またはその他の状
態値、あるいは、これらの組合せ等を含む。例えば、位
置センサーに加えて電気生理学的電極を有するカテーテ
ルを使用することにより、血管内の位置的および電気的
な状態情報を同時に収集できる。収集可能な電気的状態
情報の例としては、電圧、インピーダンス、伝導速度、
および局所的活性時間（ＬＡＴ）が含まれるが、これら
に限らない。このような組合せの位置的および電気的な
状態情報を使用することにより、血管内の空間座標の関
数としての状態情報によるマップの作成を行うことがで
きる。
【００２０】さらに、本発明の方法において使用するカ
テーテルは体内の血管またはその他の器官内の組織を選
択的に切除または焼灼するための電極のような体内にお
いて治療を行うための別機能の構成部品も備えることが
できる。
【００２１】図１は本発明の方法を実施するための好ま
しい装置を示している図である。この装置は人体の中に
挿入するためのカテーテル２１を備えている。さらに、
このカテーテル２１の先端部２４はセンサー２８を備え
ており、当該センサー２８は体内におけるカテーテルの
位置および、必要に応じて、その配向を決定するために
使用する信号を発生する。好ましくは、センサー２８は
本明細書に参考文献として含まれるＰＣＴ国際公開第Ｗ
Ｏ ９６／０５７６８号に記載されるような複数のコイ
ルにより構成されている電磁気センサーである。このセ
ンサーは外部から供給される磁場に対して６次元までの
位置および配向の情報を継続的に発生することができ
る。あるいは、センサー２８は米国特許第５，９１３，
８２０号に記載されるような単一の感知コイルのみによ
り構成することができる。また、このセンサー２８は本
明細書に参考文献として含まれる米国特許第５，３９
１，１９９号、同第５，４４３，４８９号、およびＰＣ
Ｔ国際公開第ＷＯ ９４／０４９３８号に記載されるよ
うな別の位置および／または座標センサーにより構成で
きる。さらに、先端部２２は不透明なマーキング材料で
コーティングしてＸ線透視装置のような画像処理装置下
において視覚化できる。
【００２２】カテーテル２１の先端部分２４は必要に応
じて診断および／または治療機能を行うための機能部分
２３を先端部２２の近くに備えている。この機能部分２
３は、例えば、本明細書に参考文献として含まれる米国
特許第５，３９１，１９９号またはＰＣＴ国際公開第Ｗ
Ｏ ９７／２４９８３号において記載されるような電気
生理学的測定を行うための電極またはセンサーにより構
成されているのが好ましい。あるいは、または、さら
に、機能部分２３は体内の各点におけるパラメータ値を
得るための別の診断装置を備えることができる。また、
この機能部分２３は当該技術分野において既知の治療装
置も備えることができる。好ましくは、センサー２８は
カテーテル２１の機能部分２３および先端部２２の近く
にこれらに対して固定して取り付けられている。
【００２３】カテーテル２１は制御部３２を有するハン
ドル３０を備えているのが好ましく、この制御部３２は
カテーテル２１の先端部分２４を所望の方向に操縦する
ために使用される。好ましくは、カテーテル２１は先端
部２２の位置を変えるための当該技術分野において既知
であるような先端部分２４における操縦機構を備えてい
る。
【００２４】さらに、カテーテル２１は伸長ケーブル２
５を介してコンソール３４に連結しており、当該コンソ
ール３４は使用者によるカテーテル２１の機能の観察お
よび調整を可能にする。好ましくは、コンソール３４は
コンピュータ３６、キーボード３８、コンピュータ３６
の内部に配置された信号処理回路４０、およびディスプ
レイ４２を備えている。信号処理回路４０は一般にセン
サー２８および機能部分２３からの信号を含むカテーテ
ル２１からの信号を受信、増幅、フィルタ処理、および
デジタル化し、この場合のデジタル化された信号がコン
ピュータ３６により使われてカテーテル先端部２２の位
置および／または配向が算出され、機能部分２３により
測定された状態情報が記録される。あるいは、適当な回
路がカテーテル２１自体に付属していて、回路４０が既
に増幅処理、フィルタ処理および／またはデジタル化さ
れた信号を受信する場合もある。好ましくは、コンピュ
ータ３６は位置および状態情報を記憶するためのメモリ
ーを備えている。また、コンピュータ３６はビデオまた
はＤＩＣＯＭプロトコル・インタフェースのいずれかに
よる画像処理様式から画像を取得するための手段を備え
ている。さらに、コンピュータ３６は血管画像再構成図
を高速計算してこれらの図をディスプレイ４２上に表示
するための専用グラフィック・ハードウェアにより構成
されている。好ましくは、このコンピュータは複数のＥ
ＣＧ体表面リード線５２に接続しているＥＣＧモニター
７３からの体表面ＥＣＧ信号を受信するように備え付け
られている。あるいは、このＥＣＧモニター処理は回路
４０により直接的に行うこともできる。血管は心臓周期
の関数としての移動を伴うので、体表面ＥＣＧの使用に
より、位置情報のゲート処理およびこれによる心臓周期
内の単一点に対する画像再構成が可能になる。
【００２５】位置センサーにより複数の取得点において
得た位置情報による血管の画像再構成においてアルゴリ
ズムが使用される。このアルゴリズムに対する入力は一
連の３次元センサー位置情報Ｐ1 、Ｐ2 、・・・、Ｐn
であり、これらの値はＰi ＝（xi ,yi ,zi ）のように
血管内において得られ、xi 、yi およびzi はｉ番目の
取得点における特定の座標である。
【００２６】図２（Ａ）は上記のカテーテルおよびセン
サーにより位置情報を得た各点２６の位置の２次元的投
影図を示している図である。図２（Ｂ）は図２（Ａ）の
垂直軸の回りに９０°回転した図２（Ａ）の取得点のプ
ロットを示している図である。
【００２７】本発明の方法において使用するアルゴリズ
ムは血管の中心線に対して垂直の血管断面の形状が円形
またはほぼ円形になるように血管の内面を概算する。当
該技術分野の熟練者であれば、本発明の方法が、例え
ば、楕円形または多角形の形状のような、別の断面形状
を有する画像再構成図を作成するために適用できること
が理解できると考える。
【００２８】血管の画像再構成は２工程で行われ、ま
ず、血管の中心線が計算される。その後、適当な半径ま
たは断面の血管壁部がこの中心線の周りに計算される。
【００２９】血管の中心線の計算 本発明者は他の全ての点から最も離れているサンプル点
である極限点Ｐm （図２（Ａ）における点２８）を見出
すために各サンプル点Ｐi およびＰj の間の距離として
ｄij＝‖Ｐi −Ｐj ‖を使用した。すなわち、
【数１】
【００３０】言い換えれば、各点に対して、この点から
全ての点までの距離をそれぞれ計算する。各点の間の距
離からＰm を選定するために、上記の式で示すように、
当該選定基準を各点の距離の平方値の合計により評価し
た。
【００３１】さらに、サンプル点Ｐi と極限点Ｐm との
間の距離をｄi （すなわちｄi ＝ｄ mi）で表示する。
【００３２】また、ｄ＝ｍａｘｄi （極限点とその他の
任意の点との間の最大の距離）とする場合に、以下のよ
うにｔi を定義する。
【数２】
【００３３】血管の中心線は３次元空間に取り囲まれた
１次元の線である。この中心線は全ての可能な血管の断
面の全ての幾何学的中心位置を示す。
【００３４】以下の式の血管の中心線のパラメータ表現
を求める。
【数３】 この式において、Ｘ（ｔ）、Ｙ（ｔ）およびＺ（ｔ）は
それぞれ中心線の各座標を示すｔの関数である。
【００３５】各位置Ｐi は対応する点Ｆ（ｔi ）を有し
ており、この点はＰi に最も近い中心線上に存在してい
る。この中心線Ｆ（ｔ）の表現は最小二乗法的な意味で
中心線とサンプル点との間の距離を最小にするのが好ま
しく、Σ‖Ｆ（ｔi ）−Ｐi‖2 が関数空間上において
最小になる。
【００３６】以下の一連の度数（degree）ｋの多項式を
用いて上記の中心線の表現を計算する。
【数４】
【００３７】本発明者はデータにフィットし得る程度に
十分高い度数であるが、当該データの過度のフィッティ
ングとならない程度に十分低い度数の多項式を用いるよ
うにした。実際において、度数３の多項式のフィットす
なわちｋ＝３の場合が好ましい。
【００３８】上記の各多項式（各１個が各座標の次元に
対応する）において、本発明者は未知数が係数ａj 、ｂ
j およびｃj （j＝０、・・・、ｋ）である線形の式の
系を解いた。この各式の系により各多項式Ｘ（ｔ）、Ｙ
（ｔ）およびＺ（ｔ）が以下の式に従って取得したデー
タ点のそれぞれの座標値に等しくなる。 Ｘ（ｔi ）＝ｘi 、ｉ＝１、・・・、ｎ Ｙ（ｔi ）＝ｙi 、ｉ＝１、・・・、ｎ Ｚ（ｔi ）＝ｚi 、ｉ＝１、・・・、ｎ
【００３９】単一値分解法（singular value decomposi
tion）はこれらの式の各系を解くための確固とした好ま
しい方法である。（例えば、「Ｃにおける数値配合：科
学的計算の技法（Numerical Recipes in C: The Art of
Scientific Computing）」（William T. Vetterling
（編集者）、Saul A. Teukolsky 、William H. Press
（編集者）、およびBrian P. Flannery、Cambridge Uni
versity Press、第５９頁乃至第７０頁、１９９７
年））を参照されたい。
【００４０】図３（Ａ）は元の取得点の２次元的投影図
および計算により得られた中心線２９を示している図で
ある。図３（Ｂ）は９０°回転した図３（Ａ）の各点お
よび中心線を示している図である。
【００４１】中心線の回りの血管壁部の計算 上記に示したように、本発明の方法において使用したア
ルゴリズムは血管の中心線に対して垂直な血管の断面が
円形または多角形の形状になるように血管壁部の内部表
面を概算する。それゆえ、この画像再構成図は血管が全
体としてチューブの形状になるように模擬する。
【００４２】３次元の画像再構成は固定または可変の半
径（固定または可変の断面）のいずれのチューブ形状を
発生するように行うこともできる。チューブとしての血
管の画像再構成は好ましくは中心線に対して垂直な円形
または多角形の切片（slice)または断面を計算してこれ
らの切片をつなぎ合わせてチューブを形成することによ
り行われる。
【００４３】中心線に対する接線は以下の一連の式によ
り表現できる。
【数５】 この式において、
【数６】
【００４４】η（Ｖ）＝Ｖ／‖Ｖ‖とすると、中心線に
対して垂直な単位ベクトルの一つが以下のように表現で
きる。
【数７】
【００４５】図４（Ａ）は中心線に対して垂直に増分す
る法線ベクトル４１を伴う図３（Ａ）の各点および中心
線を示している図である。また、図４（Ｂ）は図面に対
して垂直な軸の回りに９０°回転した図４（Ａ）の各
点、中心線およびベクトルを示している図である。
【００４６】中心線に対して垂直であって先述のベクト
ルに対して垂直な別の単位ベクトルが以下の式で表現で
きる。
【数８】
【００４７】２個の付加的な単位ベクトルは−Ｎ
0 （ｔ）および−Ｎ1 （ｔ）である。それゆえ、中心線
Ｆ（ｔ）に対して垂直な４個ベクトルの組Ｎ0 （ｔ）は
以下のように中心線の回りに９０°増加しながら逆時計
方向に並んでいる。 Ｎ0 （ｔ）＝（Ｎ0 （ｔ），Ｎ1 （ｔ），−Ｎ
0 （ｔ），−Ｎ1 （ｔ））
【００４８】Ｎ0 （ｔ）は中心線Ｆ（ｔ）から出て当該
中心線Ｆ（ｔ）の周りの円上に突出する各ベクトルの極
めて粗いサンプリングである。中心線の周りの円をサン
プルする各ベクトルの組Ｎi （ｔ）が与えられれば、付
加的なベクトルは既に計算されたベクトルの合計の方向
に向く。従って、４個ベクトルの組をＮ0 （ｔ）とする
場合に、この組は以下に示すような８個ベクトルを含む
新しい組Ｎ1 （ｔ）に拡張できる。
【数９】
【００４９】さらに、１６個ベクトルを含む別のベクト
ルの組Ｎ2 （ｔ）およびそれ以上のものを同様に生じる
ことができる。
【００５０】ｒを中心線の任意の点の周りのチューブの
半径とする。一定の半径のチューブの場合は、ベクトル
Ｎ1 （ｔ）に対応する中心線Ｆ（ｔ）の周りのチューブ
の表面における点は以下の式で表せる。
【数１０】
【００５１】このチューブの半径ｒは各点の位置情報お
よび中心線からのこれらの距離に基づいて選択できる。
例えば、半径ｒは各点の中心線からの距離の平均値また
はメジアン（中央値）として選択できる。あるいは、上
記の画像再構成は当該画像再構成処理中の血管の諸寸法
を代表し得るｒの値であって使用者により選択されたも
のを用いて行うことができる。
【００５２】上記のチューブ形状の血管のワイヤ・フレ
ーム画像再構成図が小さな長方形状のパッチにより構成
でき、これらのパッチの各頂点はＳi （ｔ），Ｓi （ｔ
＋Δ），Ｓi+1 （ｔ＋Δ），Ｓi+1 （ｔ）であって、一
定の切片（slice)における２個の連続したベクトルに対
応する点であり、これらの各点は当該チューブにおける
次の隣接する切片または断面上の対応点に連接してい
る。図５（Ａ）は図４（Ａ）の各点、中心線および第１
のベクトルのワイヤ・フレーム画像再構成図を示してい
る図である。図５（Ｂ）は図５（Ａ）の垂直軸の回りに
９０°回転した図５（Ａ）のワイヤ・フレーム画像再構
成図を示している図であり、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）の
ワイヤ・フレーム画像再構成図の一部分の拡大図を示し
ている図である。図５（Ｃ）に示すような再構成図にお
いて、当該再構成図の各切片は１６面多角形により構成
されている。なお、この多角形の面の数が増えるほど断
面が円形に近くなることが理解されると考える。この多
角形の各頂点は上記の単位ベクトルの１個の方向におい
て中心線（図示せず）から出る半径（図示せず）を表現
している。この多角形の各面は直線を有する切片内の隣
接する頂点を連接することにより形成されている。さら
に、各切片を連接する正方形が直線を有する隣接する切
片上の対応する頂点を連接することにより形成されてい
る。
【００５３】さらに、この画像再構成はワイヤ・フレー
ム画像再構成図を形付ける各正方形に影をつけることに
より完了する。図６（Ａ）および図６（Ｂ）は図５
（Ａ）および図５（Ｂ）にそれぞれ影をつけた画像再構
成図を示している図である。当該技術分野において既知
の標準的な製図法（例えば、「オープンＧＬ（ｒ）１．
２プログラミング・ガイド、第３版：オープンＧＬ学習
へのオフィシャル・ガイド、バージョン１．２（OpenGL
(r) 1.2 Programming Guide, Third Edition: TheOffic
ial Guide to Learning OpenGL, Version 1.2）」（Mas
on Woo他、Addition-Wesley出版社、ニューヨーク、１
９９９年）を参照されたい）によりワイヤ・フレーム画
像再構成図を構成している個々の長方形にグレイ・スケ
ールまたはカラー・スケールにより影をつけることによ
り、（陰影をつけない場合に）３次元の血管構造の平坦
な２次元表現に見える構造を斜視図として表現できる。
あるいは、位置および状態センサーの両方を有するカテ
ーテルを使用することにより位置情報が状態情報と共に
収集される場合には、上記のワイヤ・フレーム画像再構
成図は個々の正方形の色や影が血管の各座標の関数とし
て状態情報の異なる値を表現するように影や色をつける
ことができる。
【００５４】上記において説明したように、本発明の方
法は一定のまたは可変の断面を有するいずれの血管の画
像再構成図も作成するように使用できる。可変の半径ま
たは断面を有するチューブの画像再構成は以下のような
変形した切片（slice)の式を必要とする。
【数１１】 この式において、ｒ（ｔ）すなわち中心線Ｆ（ｔ）の周
りの各切片の半径はそれ自体が（ｔ）の関数である。
【００５５】また、上記において説明したように、各サ
ンプル点Ｐi は中心線上における最も近い点として対応
する点Ｆ（ｔi ）を有している。この点Ｐi と中心線上
における対応する点Ｆ（ｔi ）との間の距離‖Ｐi −Ｆ
（ｔi ）‖はＦ（ｔi ）における血管の半径を示す。こ
の切片の半径は各サンプル点と当該切片の中心の近傍に
おけるこれらの点に対応する中心線上の各点との間の距
離を平均化することにより決定できる。各切片におい
て、各点がこの切片に近いものほど上記の平均化処理の
計算において重み付けが大きくなる。言い換えれば、各
切片の半径は各点と中心線との間の距離の重み付けした
平均値として計算でき、より大きな重み付けが当該切片
により近い点に与えられる。
【００５６】図７および図８は上記の可変の半径の画像
再構成アルゴリズムを用いた図２（Ａ）の位置情報のワ
イヤ・フレームおよび影付きの画像再構成図をそれぞれ
示している図である。
【００５７】一定または可変の半径を有する血管を画像
再構成するための決定には多くのファクターを必要とす
る。特に、可変の半径を有するチューブの高品質な画像
再構成には、血管断面の周りにおいて取得するさらに多
くのデータ点が必要である。この必要性はこれらの点を
取得するためにさらに長い時間を必要とすることを意味
する。一方、一定の半径のチューブは、例えば、血管内
にカテーテルを単に移動するだけで取得できるような、
血管断面の周りにおける比較的少ない数のデータ点によ
り再構成できる。一定半径の画像再構成は血管の断面に
おける変化について何ら述べていないが、３次元の血管
の形状を正確に描写することが期待される。
【００５８】既に説明したように、同時係属で共通に譲
渡された米国特許出願第０９／１２２，１３７号および
同第０９／３５７，５５９号は心臓の電気的活性度をマ
ッピングする方法を開示している。これらの出願におい
て開示されている画像再構成処理は、各サンプル点の容
積内における一定の画像再構成空間内に、好ましくは楕
円形のような、初期的な閉じた３次元の曲面を定めて予
備的なマップを作成することにより行われる。この閉じ
た曲面は各サンプル点の画像再構成図に類似する形状に
大まかに調整される。その後、柔軟なマッチング処理を
１回以上繰り返して行って、この閉じた曲面を画像再構
成している実際の空間の形状に類似させる。図２（Ａ）
および図２（Ｂ）のデータがこれらの同時係属出願のア
ルゴリズムを用いて画像再構成され、これらのデータの
影付きの画像再構成図が上記の方法により図９（Ａ）お
よび図９（Ｂ）のように示される。本発明の方法は心臓
の画像再構成用に構成された上記の方法よりも再現性よ
く血管を画像再構成するのに有効であることが理解され
ると考える。
【００５９】以上、本発明をその最も好ましい実施形態
について説明したが、本明細書における詳細な説明によ
り、特許請求の範囲およびその実施態様に記載される本
発明の範囲および趣旨に逸脱しない限りにおいて上記実
施形態の種々の変形および変更が可能であることが理解
できると考える。
【００６０】本発明の実施態様は以下の通りである。 （１）前記中心線がパラメータ関数として示される請求
項１に記載の方法。 （２）前記パラメータ関数が多項式の形態である実施態
様（１）に記載の方法。 （３）前記取得点と当該取得点に最も近い前記中心線上
の各点との間の距離が最小化される請求項１に記載の方
法。 （４）前記距離が最小二乗法に従って最小化される実施
態様（３）に記載の方法。 （５）前記血管の内部表面が概ね円形の断面状に画像再
構成される請求項１に記載の方法。
【００６１】（６）前記画像再構成処理が前記中心線の
周りの血管の切片を計算する工程から成る請求項１に記
載の方法。 （７）前記切片が前記中心線に対して垂直である実施態
様（６）に記載の方法。 （８）前記中心線に対して垂直な切片が一定の断面を有
している実施態様（７）に記載の方法。 （９）前記中心線に対して垂直な切片が可変の断面を有
している実施態様（７）に記載の方法。 （１０）前記画像再構成図における各点から中心線まで
の距離が前記取得点から中心線までの距離の関数である
請求項１に記載の方法。
【００６２】（１１）前記画像再構成図における各点か
ら中心線までの距離が前記取得点から中心線までの平均
の距離である実施態様（１０）に記載の方法。 （１２）前記画像再構成図における各点から中心線まで
の距離が前記取得点から中心線までの距離のメジアン値
である実施態様（１０）に記載の方法。 （１３）前記関数が前記取得点から中心線までの距離の
重み付けした平均値である実施態様（１０）に記載の方
法。 （１４）前記重み付けした平均値が取得点に近いほどよ
り大きな重みを与える実施態様（１３）に記載の方法。 （１５）前記距離が使用者により選択される実施態様
（１０）に記載の方法。
【００６３】（１６）さらに、前記取得点において状態
情報を得る工程から成る請求項１に記載の方法。 （１７）前記画像再構成がカラー・コード化されて前記
状態情報の値を示す実施態様（１６）に記載の方法。 （１８）前記取得点の中間の血管表面における状態情報
の値が補間処理される実施態様（１６）に記載の方法。 （１９）さらに、画像再構成処理した血管表面を表示す
る工程から成る請求項１に記載の方法。 （２０）前記位置情報がカテーテルを血管内に移動する
ことにより得られる請求項１に記載の方法。
【００６４】（２１）前記位置情報が血管断面の周りの
血管壁部上の点をサンプリングすることにより得られる
請求項１に記載の方法。 （２２）前記位置センサーが電磁気センサーである請求
項１に記載の方法。 （２３）さらに、画像再構成図を表示するための手段か
ら成る請求項２に記載の装置。 （２４）前記センサーが電磁気センサーである請求項２
に記載の装置。
【００６５】
【発明の効果】従って、本発明によれば、位置センサー
を内蔵したカテーテルを用いて血管の内部表面を画像再
構成するための優れた方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するために使用する装置の
概略図である。
【図２】図２（Ａ）は位置センサーを内蔵するカテーテ
ルにより血管内において得た各位置の２次元的投影図を
示している図であり、図２（Ｂ）は９０°回転した図２
（Ａ）の各位置の投影図を示している図である。
【図３】図３（Ａ）は計算処理した血管の中心線を伴う
図２（Ａ）の各位置の投影図を示している図であり、図
３（Ｂ）は９０°回転した図３（Ａ）の各位置および中
心線の投影図を示している図である。
【図４】図４（Ａ）は中心線に対して垂直に増加して引
いた垂直ベクトル線を伴う図３（Ａ）の各位置および中
心線の投影図を示している図であり、図４（Ｂ）は（図
面に対する）垂直軸の回りに９０°回転した図４（Ａ）
の各点、中心線およびベクトルの投影図を示している図
である。
【図５】図５（Ａ）は図２（Ａ）に示した血管の各位置
のワイヤ・フレーム画像再構成図を示している図であ
り、図５（Ｂ）は９０°回転した図５（Ａ）の血管のワ
イヤ・フレーム画像再構成図を示している図であり、図
５（Ｃ）は図５（Ｂ）のワイヤ・フレーム画像再構成図
の一部分の拡大図を示している図である。
【図６】図６（Ａ）は図２（Ａ）に示した血管の各位置
の影付きの画像再構成図を示している図であり、図６
（Ｂ）は９０°回転した図６（Ａ）の血管の影付きの画
像再構成図を示している図である。
【図７】血管が可変半径アルゴリズムにより再構成され
ている図２（Ａ）の血管の各位置のワイヤ・フレーム画
像再構成図を示している図である。
【図８】血管が可変半径アルゴリズムにより再構成され
ている図２（Ａ）の血管の各位置の影付き画像再構成図
を示している図である。
【図９】図９（Ａ）は心臓のような器官の画像再構成用
に構成されたアルゴリズムによる図２（Ａ）および図２
（Ｂ）の各点の画像再構成図を示している図であり、図
９（Ｂ）は９０°回転した図９（Ａ）の画像再構成図を
示している図である。
【符号の説明】
２１ カテーテル ２６ 取得点 ２８ センサー ２９ 中心線 ３４ コンソール ３６ コンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598155324 Ｏｎｅ Ｊｏｈｎｓｏｎ ＆ Ｊｏｈｎｓ ｏｎ Ｐｌａｚａ，Ｎｅｗ Ｂｒｕｎｓｗ ｉｃｋ，ＮＪ 08933−7003，Ｕ．Ｓ．Ａ.

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 位置センサーを内蔵するカテーテルを用
    いて血管の内部表面を画像再構成する方法において、 （ａ）血管内にカテーテルを進入させる工程と、 （ｂ）血管内の複数の取得点において前記センサーから
    位置情報を得る工程と、 （ｃ）前記位置情報に基づいて血管の中心線を計算する
    工程と、 （ｄ）血管の内部表面を計算する工程とから成る方法。
  2. 【請求項２】 血管の内部表面を画像再構成するための
    装置において、 （ａ）位置センサーを内蔵するカテーテルと、 （ｂ）血管内の複数の点において前記センサーから位置
    情報を得るための手段と、 （ｃ）前記位置情報に基づいて血管の中心線を計算する
    ための手段と、 （ｄ）血管の内部表面を計算するための手段とから成る
    装置。
JP2000300999A 1999-10-01 2000-09-29 脈管画像再構成 Expired - Lifetime JP4610711B2 (ja)

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