JP2005177477A - カテーテル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単でかつ患者を大切に扱うことができ同時に撮影位置を正確な位置決めして画像撮影を可能にする。
【解決手段】検査範囲内に挿入するためのカテーテルを含み、
カテーテル先端の範囲に、カテーテル先端を包囲する検査範囲を光学的に励起するための励起光を放出する装置（３）と、検査範囲から励起に基づいて放出された応答光を受信する装置（３）と、位置検出システム（７，１４）の座標系においてカテーテル先端の空間位置および／または方位の検出を可能にする位置センサ（１３，２４，２７）とが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査範囲（特に、人間または動物の血管または管腔器官）内に挿入するためのカテーテル（特に、血管内カテーテル）を含むカテーテル装置に関する。

バイオテクノロジーから蛍光代謝物質が知られている。蛍光代謝物質は、もっぱら、例えば腫瘍、炎症あるいは他の特定病巣の如き特定領域に蓄積され、つまり局所的にのみ存在するか、それとも体内の至るところに分布するがしかし特に特定領域においてのみ、例えば腫瘍特有の酵素活動性によって蛍光特性を活性化される。蛍光特性に基づいて、これらの物質は、特定の領域、例えば既に病気の領域を際立たせるために、とりわけ検出を可能にするためのマークまたはマーキング物質として利用される。このようにして蛍光マークを付けられた蛍光領域の識別は、蛍光色素の特別の励起波長の光を領域に照射し蛍光体の放出波長の放出光を検出することによって行なわれる。

このような蛍光マーキングの診断情報内容を満足に利用できるようにするためには、マーキングを最小侵襲にて現場で検出でき、しかも一方では十分に訴える力があり診断上利用できるマーキングされた検査範囲の画像表示を提供し、他方ではマーキングされた検査範囲の空間位置に関する十分に正確なメッセージも可能にするように検出できることが必要であった。

本発明の課題は、簡単でかつ患者を大切に扱うことができ同時に撮影位置を正確に位置決めして画像撮影を可能にする手段を提供することにある。

この課題を解決するために、冒頭に述べた如きカテーテル装置において、本発明によれば、カテーテル先端の範囲に、カテーテル先端を包囲する検査範囲を光学的に励起するための励起光を発信する装置と、検査範囲から励起に基づいて放出された応答光を受信する装置と、位置検出システムの座標系においてカテーテル先端の空間位置および／または方位の検出を可能にする位置センサとが設けられている。

最小侵襲の検査を行なうために、本発明によれば、カテーテル装置は特に例えば「傷つきやすいプラーク」の如き心臓血管の病気のために使用することができる血管内カテーテルの形で設けられている。カテーテルは、本発明によりカテーテル先端側に組み込まれた励起光を発信する装置を介して、一方では検査範囲において場合によっては存在する蛍光色素、すなわち蛍光マーキングを励起させることができる可能性を提供する。この可能性は、蛍光マーキングがもともと体内側に存在する物質、すなわち検査範囲において場合によっては酵素活性によって初めて活性化される体内固有の物質であるにせよ、あるいは的確な蛍光剤投与が行なわれたにせよ、提供される。「傷つきやすいプラーク」の検査の場合には、蛍光物質がプラーク範囲に集まり、プラークが攻撃的になるほど多く集まって、プラークが明確に検出できる。さらに、励起光を発信する装置のほかに、励起に基づいて検査範囲から放出された応答光を受信する装置が存在する。物質依存性の相応の波長に設定された励起光で蛍光色素が励起させられると、蛍光効果が生じ、すなわち蛍光色素が励起に基づいて応答光を放出し、応答光が本発明に従って応答光を受信する装置によって検出される。この応答光が、カテーテルに接続されその応答光から相応の画像を作成して出力できるカテーテル外部の制御装置に与えられると望ましい。更に、本発明によれば、位置検出システムに固有の座標系においてカテーテル先端の位置および／または方位を検出する位置および／または方位検出装置が設けられる。すなわち、各時点および各位置でカテーテル先端の正確な位置決めを行なうことができ、それにより、場合によってはあり得る治療の集中した個所がどの位置にあるかを正確にわかるように、撮影された各画像に対しても正確な空間座標を指定することができる。

以上を要約すると、本発明による装置は、一方ではカテーテル構成に基づいて最小侵襲手術を可能にし、他方では同一の装置つまり本発明によるカテーテルにより、励起も、励起に基づいた診断上重要な応答光に応じた撮影も、同時に正確な空間座標検出も行なうことができる。それにより、医師にとっては蛍光光学的な励起に基づく患者を大事にする画像撮影が可能であり、この画像撮影は訴える力があって正確な空間的位置決めを可能にする。

更に改善された診断上の訴える力を有する画像表示を医師に与えるために、本発明による望ましい構成によれば、画像撮影および蛍光色素の励起並びに画像の作成を、応答光に基づいて発生される画像信号を基に制御する制御装置が設けられ、この制御装置は撮影された２次元画像に基づいて検査範囲の３次元画像を再構成するように構成されている。画像撮影は検査範囲の多数の２次元個別画像を提供する。医師は一連の診断上重要な情報を２次元画像から得ることができる。しかし、本発明に従って、制御装置を介して、医師に対して個々に撮影された多数の２次元画像から作成された検査範囲の３次元再構成画像が表示されるならば、医師は検査範囲の更に改善された印象を得る。これにより、検査範囲（例えば血管）における位置決めが簡単化され、解剖学的構造および病気経過の実際の３次元広がりが光学的に簡単に知覚可能に表示される。これは可能である。なぜならば、既述のように位置センサの組込みによって位置検出システムを用いてカテーテルの位置および方位に関する情報を得ることが可能であり、それにより撮影すべき又は撮影された各２次元蛍光画像に対する位置データを検出し、画像に割り付けることができるからである。

それゆえ、位置検出システムの座標系における撮影された各画像の位置および方位は既知である。しかしながら、２つの断層画像における互いの位置も既知であるので、これに関して検査ボリュームを実際のジオメトリおよび広がりで表示する３次元ボリューム画像を、個々の断層画像に対する空間的情報に基づいて作成することができる。従って、医師に対しては、検査対象を（検査終了後または既に検査中にそれまでに撮影された蛍光画像に基づいて）実際の形で示すボリューム画像が適切なモニタに表示されるので、医師は検査された解剖学的構造の実際の３次元広がりや、場合によってあり得る病気の経過も同様に認識することができる。従って、既に説明したように、例えば「傷つきやすいプラーク」やその他の蛍光技術的にマーキング可能な病理学的変化の如き血管の病気の３次元可視化を提供し、その病気を位置決めし、評価し、定量化することが可能であり、表示されたボリュームは実際の体内の状況を示す。これは医師にとって診断上の訴える力に関して著しい有用性を意味する。

空間つまり位置検出システムの座標系において位置センサ、従ってカテーテルの先端、従って撮影された２次元蛍光画像の位置および空間的な方位をできるだけ正確に決定できるようにするために、位置検出システムがセンサの位置を６つの自由度に関する位置データに基づいて決定すると望ましい。従って、各位置に対して６つの個々の位置データが求められる。これらの位置データは、位置検出システムの座標系のｘ，ｙ，ｚ方向における位置であり、また付加的な３つの位置データとしてのｘ，ｙ，ｚ軸の周りに起こり得るねじれ又は傾斜である。

制御装置は、カテーテル先端の検出された位置および／または方位に応じて画像撮影動作を制御するように構成されているとよい。すなわち、連続的な画像撮影が行なわれるのではなく、位置または方位データを介して作動させられた画像撮影が行なわれる。特にデータ量の低減のために、制御装置は少なくとも１つの自由度に沿った位置および／または方位の検出された変化に応じて画像撮影動作を制御するように構成されていると望ましい。すなわち、カテーテルの位置および／または方位が運動に起因して変化したときにのみ画像撮影が行なわれる。このために各自由度に対して、画像撮影の作動のためにカテーテル先端を移動させるべき特定の行程増分を定めることが考えられる。もちろん、２つ以上の自由度での変化に基づいて画像撮影を作動させることも可能である。従って、ボリューム画像の再構成のために、これが実際にも必要であるときのみに２次元画像が撮影される。それゆえ、ボリュームデータは比較的僅少にされ、それにも拘わらず連続的な画像撮影が行なわれ、同時に蛍光画像の可視化が行なわれる。医師は、どんな場合にもカテーテルをどのように移動させるべきかの完全な行動自由度を持つ。増分移動を表わす位置検出システムの情報に基づいてこれらの状態も一義的に認識されるので、医師は各時点でカテーテルを止めるか又は引き戻すことさえできる。

更に、制御装置は、撮影された２次元画像または再構成された３次元画像を、外部の画像形成検査モダリティにより取得された検査範囲のデータセット、特に３Ｄデータセットに、位置および／または方位正しく融合させるように構成されているとよい。従って、本発明によれば、蛍光画像と他の画像との画像重畳が可能である。このためには個別画像の登録だけが必要であり、しかしこれは、蛍光位置検出システムの座標系および外部の検査モダリティの座標系が既知であるかぎり、すなわち共通な写像規則を見出せるかぎり可能である。例えば、両データセット内に存在する解剖学的目印に基づく登録も考えられる。医師にとって、例えばコンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴装置または超音波装置により得られたボリューム画像内に、１つ又は複数の２次元蛍光画像を挿入することができ、あるいはもちろん３次元再構成された蛍光ボリューム画像も挿入することができる。いずれの場合にも、既に述べたとおり、２Ｄまたは３Ｄ蛍光画像データと外部の検査モダリティにおけるデータセットの形態学的データとの登録が必要である。

カテーテルの本発明の具体的事例では、励起光を発信する装置はカテーテル内部においてカテーテル先端まで案内されている光ガイドを含む。この光ガイドは、背後の体外端部を、要求された励起波長の光を放出する適当な光源に結合されている。光出射はカテーテル先端側で行なわれる。応答光を受信する装置は同様にカテーテル内部においてカテーテル先端まで案内されている光ガイドの形で実現され、光ガイドに応答光が入射し、場合によって他の光学的処理装置の中間回路を使用のもとに、体外端部において制御装置に与えられる。制御装置はこの応答光に基づいて２次元画像（および場合によっては３次元画像）を作成する。

励起光の発信並びに応答光の受信のために２つの別々の光ガイドが設けられてもよいが、望ましい本発明構成では励起光および応答光を案内するために１つの光ガイドだけが設けられる。

応答光を受信するのために光ガイドを使用することの代替として、カテーテル先端側に配置された１つ又は複数の光センサが設けられ、光センサの出力信号がカテーテル内部に案内されている少なくとも１つの信号線を介して伝送される。これらの光センサは、応答光を同様に受信し、応答光情報を電気信号の形で制御装置または場合によっては中間接続された処理装置に伝送する。光センサは、特に多数の光センサがアレイ形式に基づいて分散配置され空間的分解能がアレイ面に亘る信号分布から引き出し可能であるので、もちろん応答光を受信する光ガイドに付加して設けることもできる。

いずれの場合にも光出射のために、そして場合によっては光入射のためにも、カテーテル先端側に出射および入射する光を透過させるカテーテルカバー部分が設けられている。これは、幾何学的な構成や形状がどうであれ、カテーテルカバーの透明部分であってよい。

本発明思想の特に望ましい構成では、画像撮影が、検査範囲に隣接する器官等または検査範囲自体の運動を検出するトリガ装置、特にＥＣＧ（心電図）を介して作動可能である。これは、本発明のこの構成によれば（場合によっては位置検出システムの情報を介する作動に付加して）、２次元蛍光画像を例えば専ら特定の運動時相のみにおいて撮影することを可能にする外部トリガが行なわれるので、ひょっとして行なわれる３Ｄ構成ために同一時相の蛍光画像が使用され、検査範囲のボリューム画像が完全に特定の運動時相において得られる。ＥＣＧに基づくトリガまたは呼吸運動を検出する装置によるトリガが考えられる。例えば、蛍光画像を特定の呼吸時相または特定の心周期時相においてのみ撮影することおよび特定の呼吸時相または心周期時相において検出された画像のみをボリューム再構成に使用することができる。

本発明の他の利点、特徴および詳細を以下に図面に基づいて説明する実施例から明らかにする。
図１は本発明によるカテーテル装置の原理図、
図２は本発明によるカテーテル装置の詳細原理図、
図３はカテーテル先端の第１実施形態の原理図、
図４はカテーテル先端の第２実施形態の原理図、
図５はカテーテル先端の第３実施形態の原理図を示す。

図１は、原理図の形で本発明によるカテーテル装置１の主たる構成要素を示す。このカテーテル装置１は、カテーテル先端側において放出する励起光を発信しかつ検査範囲側において励起光に基づいて放出された応答光を受信する装置３を備えた本発明によるカテーテル２を含む。後で更に詳しく説明するこの装置３は、構成に応じて、励起光の発信に役立つと共に、場合によっては応答光または光感応センサの電気信号の受信および処理のために役立つ装置４に接続されている。中央に制御装置５が設けられており、制御装置５は、カテーテル装置の動作全体、すなわち例えば励起光の発信および応答光の受信並びに特に２次元蛍光画像の作成のための応答光処理を制御する。２次元蛍光画像は、２次元画像であれ又は3次元再構成画像であれ、モニタ６に出力することができる。制御装置５は２次元蛍光画像に基づいて３次元ボリューム画像を再構成するように構成されている。

更に、位置検出システム７が設けられており、この位置検出システム７により、位置検出システム７の座標系においてカテーテル先端の位置および／または方位が検出される。従って、各時点および各位置および／または方位で相応の空間座標セットが検出される。それゆえ、各画像についてこれに関する情報も検出され、各画像に割り付けられる。これは、全ての空間座標が分かっているので、ボリューム画像の簡単な再構成を可能にする。

更に、例えばＥＣＧ（心電図）の形でトリガ装置８が設けられている。このトリガ装置８は位置検出システム７と同様に制御装置５に接続されている。例えば、カテーテル２が心臓近くの同様に共に運動させられる範囲内に挿入されるとき、例えばＥＣＧを介して検出された特定の心周期時相等でのみ画像撮影を作動させるために、心臓の運動を検出することができる。

図２は本発明によるカテーテル装置９を詳細に示す。これは、医師によって例えば手動で検査対象１２の血管１１内に挿入された既に説明したカテーテル１０を含む。カテーテル先端には電磁センサとして構成されている位置センサ１３があり、この位置センサ１３は座標軸ｘ，ｙ，ｚによって示された位置検出システム１４の座標系においてカテーテル先端の位置および方位を検出するのに役立つ。このために位置検出システム１４は示された図では３つの外部受信コイル１５ｘ，１５ｙ，１５ｚを有する。これらの受信コイル１５ｘ，１５ｙ，１５ｚを介して、一方ではｘ，ｙ，ｚ方向における位置センサ１３のそれぞれの位置並びに位置センサ１３が描くこれらの軸の周りにおけるそれぞれの回転が検出される。

位置検出システム１４の制御装置１６において位置データが相応に求められ、位置データＰとして、全てのデータおよび信号の評価を同時に行なう制御装置１７に与えられる。

既に図１に関して説明したように、カテーテル１０を介して光が検査範囲内に入射し、これは回転しながら行なわれるので、２次元環状撮影が２次元蛍光画像Ｆの形で行なわれる。カテーテルの長手方向に向けられた固定の放射方向にて動作することもでき、従って光は直接にカテーテル先端を通して前へ放射される。これらの蛍光画像を作成するために、光の入射から生じる応答光がカテーテル先端において捕らえ、カテーテル２を介して取り出されて制御装置１７に与えられ、ここで２次元蛍光画像データＢのための情報が処理されて画像情報が得られる。

応答光は蛍光物質に由来する。蛍光物質は検査範囲の病理学的に重要な範囲に集まり、与えられた励起光によって励起されて応答光を放出する。この応答光が既述のように捕らえられる。なぜならば、応答光は検査範囲の診断上重要な情報を供給し、この情報に基づいて前述の画像データの作成が行なわれるからである。

二重矢印Ａによって示されているように、カテーテルは血管１１に対して移動される。各運動は位置センサの位置の変化を生じるので、位置検出システムを介してどんなに僅かな位置変化または方位変化も検出することができる。これらの情報を介して画像撮影または処理動作は、例えば位置センサが前述の６つの自由度の少なくとも１つにおいて予め定められた行程増分だけ移動されそしてこのことが位置検出システムを介して明確に検出される場合にのみ、例えば２次元画像の撮影が行なわれるように作動させられると望ましい。これに関して、静止状態のカテーテルにおいて連続的に画像が撮影されるか又はしかし後で処理されて１つの３次元再構成画像にまとめられ、その結果非常に大きなデータ量が存在することは排除される。これらの情報を介して３次元再構成に使用すべき蛍光画像を連続撮影された蛍光画像群から選択することも考えられる。運転様式は可変である。

あらゆる場合において制御装置１７側でそこに存在している画像データＢおよび位置データＰが互いに関連付けされ、すなわち各２次元画像データセットにそれぞれの位置データ群が割り付けられる。これらの位置データおよび画像データに基づいて、今や制御装置１７側で３次元ボリューム再構成が行なわれる。各蛍光画像Ｆに対して位置データに基づいて、1つの画像が第２の画像に対してどのように位置させられているか又は向けられているかが分かっているので、ボリューム画像が血管１１の実際の幾何学的もしくは解剖学的関係を再現するように蛍光画像を互いに関連付けすることが可能である。ボリューム画像はモニタ１８に出力される。図２は蛍光画像Ｓが互いにずらされて示されているが、蛍光画像はもちろん血管の実際の形に応じて互いに傾いていてもよい。

更に図２が示すように、外部のトリガ手段すなわちここでは並行に取得されるＥＣＧ１９を介して、同一時相において取得された２Ｄ画像データのみが３Ｄボリューム再構成のために使用されるようにトリガを行なうこともできる。画像処理に関するこのトリガのほかに、この外部トリガを介して、既に画像撮影自体も、位置検出システム１４から供給された進んだ行程増分に関するデータと関連して作動させることも可能である。この場合に画像撮影は、行程増分が進められかつその都度のトリガ時相に到達したときにのみ行なわれる。

更に、制御装置は、撮影された２Ｄ蛍光画像または再構成されたボリュームを他の検査モダリティから供給されたデータセットに融合させるように構成されている。すなわち、例えばＭＲボリュームデータセット内に、位置正しく撮影された蛍光画像または再構成された蛍光ボリュームを挿入することができる。データセットの必要な登録は、撮影された画像内の例えば解剖学的目印（すなわち特定の特徴を有する解剖学的範囲）を介して行なわれる。画像融合のほかに共通な表示も可能である。

図３は具体的な第１の実施形態のカテーテル先端２０を示す。第１の光ガイド２１および第２のライトガイド２２が示されている。第１の光ガイド２１を介して励起光が供給される。第２のライトガイド２２内には応答光が入射し、導き出される。カテーテル先端２０はカバー２３を有し、このカバー２３を通して直接に励起光が出射され、もしくは応答光が入射する。更に位置センサ２４が示されている。

図４は他の構成における他のカテーテル先端２５を示す。ここでは単一の光ガイド２６が設けられており、この光ガイド２６を介して励起光の供給も応答光の受信も行なわれる。この場合にも位置センサ２７がカテーテル先端側に組み込まれている。

最後に図５は他のカテーテル先端２８を外面図で示す。内側には光ガイド２９が設けられており、励起光の供給に用いられる。励起光は、この図示の実施例では例えばカテーテル長手軸線に垂直に環状に外側へ向けて出射され、すなわち光は検査範囲における環状撮影ができるように回転する。しかし、前述の実施形態とは違って、応答光は光ガイドファイバを介してではなくて、とりわけカテーテル外側に設けられた光センサ３０を介して受信される。光センサ３０はアレイ形式に基づいて特にカテーテル全周の比較的大きな面に亘って分散配置されている。適当な信号線３１を介して光センサは信号収集装置に接続されている。このいわば面状のセンサ配置を介して、一方では応答光の局所的な分布の正確な検出が可能であり、他方では各センサが定められた位置と別々のセンサ信号を有するので位置情報も得られる。

本発明によるカテーテル装置の原理図 本発明によるカテーテル装置の詳細原理図 カテーテル先端の第１実施形態を示す原理図 カテーテル先端の第２実施形態を示す原理図 カテーテル先端の第３実施形態を示す原理図

符号の説明

１ カテーテル装置
２ カテーテル
３ 装置
４ 装置
５ 制御装置
６ モニタ
７ 位置検出システム
８ トリガ装置
９ カテーテル装置
１０ カテーテル
１１ 血管
１２ 検査対象
１３ 位置センサ
１４ 位置検出システム
１５ ｘ，ｙ，ｚ受信コイル
１６ 制御装置
１７ 制御装置
１８ モニタ
１９ ＥＣＧ
２０ カテーテル先端
２１ 光ガイド
２２ 光ガイド
２３ カバー
２４ 位置センサ
２５ カテーテル先端
２６ 光ガイド
２７ 位置センサ
２８ カテーテル先端
２９ 光案内ファイバ
３０ 光センサ
３１ 信号線
Ａ 二重矢印
Ｂ 蛍光画像データ
Ｆ 蛍光画像
Ｐ 位置データ
Ｓ 蛍光画像

Claims (10)

1. 検査範囲内に挿入するためのカテーテルを含み、
   カテーテル先端の範囲に、カテーテル先端を包囲する検査範囲を光学的に励起するための励起光を発信する装置（３）と、検査範囲から励起に基づいて放出された応答光を受信する装置（３）と、位置検出システム（７，１４）の座標系においてカテーテル先端の空間位置および／または方位の検出を可能にする位置センサ（１３，２４，２７）とが設けられているカテーテル装置において、
   カテーテル装置は蛍光検査または自動蛍光検査を実施するために用いられ、画像撮影のために、励起および蛍光画像または自動蛍光画像の作成を、応答光に基づいて発生される画像信号を基に制御する制御装置（１５，１７）が設けられ、制御装置（１５，１７）は、撮影された２次元画像および位置データまたは方位データに基づいて検査範囲の３次元画像を再構成するように構成され、かつ画像データ量を低減するために、少なくとも１つの自由度に沿って予め定められた行程増分だけ動いたカテーテル先端の検出された位置および／または方位の変化に応じて画像撮影動作を制御するように構成されていることを特徴とするカテーテル装置。
2. 位置センサ（１３，２４，２７）は６つの自由度を有する空間的検出を可能にすることを特徴とする請求項１記載のカテーテル装置。
3. 制御装置（１５，１７）は、撮影された２次元画像または再構成された３次元画像を、外部の画像形成モダリティにより取得された検査範囲のデータセットに、位置および／または方位正しく融合させるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のカテーテル装置。
4. 励起光を発信する装置（３）は、カテーテル（２，１０）の内部においてカテーテル先端まで案内されている光ガイド（２１，２６，２９）を含むことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のカテーテル装置。
5. 応答光を受信する装置（３）はカテーテの内部においてカテーテル先端まで案内されている光ガイド（２２，２６）を含むことを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のカテーテル装置。
6. １つの光ガイド（２６）が励起光の案内のためおよび応答光の検出のために設けられていることを特徴とする請求項４又は５記載のカテーテル装置。
7. 応答光を受信する別の装置が、カテーテル先端側に配置された１つ又は複数の光センサ（３０）を含み、光センサ（３０）の出力信号はカテーテル内部に案内されている少なくとも１つの信号線（３１）を介して伝送されることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載のカテーテル装置。
8. 複数の光センサ（３０）がアレイ形式に基づいて分散配置されていることを特徴とする請求項７記載のカテーテル装置。
9. カテーテル先端側には出射および入射する光を透過させる部分（２３）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載のカテーテル装置。
10. 画像撮影が、検査範囲に隣接する器官等または検査範囲自体の運動を検出するトリガ装置（１８，１９）を介して作動可能であることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載のカテーテル装置。

Images