JP2005529701A - 撮像装置の撮像パターンのコンピュータで生成した表示 - Google Patents

Abstract

本発明は、身体の内側あるいは外側の撮像装置の位置を探知し、身体の全体表示内に、前記撮像装置に関連する撮像パターンのグラフィカル表示を表示するシステムを提供する。撮像パターンは、撮像装置の「視野」を特徴づけ、身体の全体表示内のグラフィカル撮像パターンが、撮像装置によって撮像されている身体の部位を身体の全体表示に関連させて視覚的に表示する。

Description

発明の属する技術分野
本発明は、一般的に撮像装置に関するものであり、特に、体組織の撮像システムに関する。

発明の背景
診断および治療計画を立てる目的で、撮像技術は患者の身体内部を見るための医療処置に一般的に使用されている。ある撮像技術では、先端に搭載された一又はそれ以上の超音波トランスデューサを具える超音波装置が、患者の体内に、例えば血管を介して挿入される。身体の内部画像を得るために、超音波トランスデューサは超音波エネルギーのパルスを体の中に向けて発振する。超音波エネルギーの一部が、身体の内部で反射して、トランスデューサに戻ってくる。トランスデューサに衝突するこの反射された超音波エネルギー（エコー）が、電気信号を生成し、この信号が身体の内部画像を作るのに使用される。周囲の組織の平面ビューあるいは扇形面ビューを提供するために、超音波装置は典型的に一あるいはそれ以上の回転トランスデューサか、あるいは、超音波装置の周辺あるいは軸に沿って機械的に配置されたフェーズドアレイトランスデューサのいずれかを有する。

医師が、身体の関心のある部位に医療装置（例えば、撮像装置）を操作して持っていくのを助力するために、いくつかの案内システムが開発されてきた。ある案内システムでは、装置の蛍光透視画像（あるいは、少なくともその装置の放射線不透過性帯域）と、体内の周辺の解剖学的なランドマーク（造影剤を使用する場合もあるし、しない場合もある）が撮像されて、医師に表示される。蛍光透視画像は、医師に、体内の装置の位置を確認させ、関心のある部位に装置を操作して持っていけるようにする。解剖学的マッピングを使用した他の案内システムでは、例えば心室など、体組織のコンピュータで生成した３Ｄ表示内に、装置あるいは装置の一部のグラフィック表示が表示される。体組織の３Ｄ表示は、体組織上の複数ポイントにマッピング装置を移動させて３次元座標システムに体組織の内側表面のジオメトリ及び／又は電気的活性をマッピングすることによって生成される。体組織内で案内されるべきこの装置の位置は、装置に一又はそれ以上の位置センサを配置して、３次元座標システム内でこれらのセンサの位置を追跡することによって決定される。このタイプの案内システムの一例は、現在はボストンサイエンティフィックコーポレーション（Boston Scientific Corporation）の一部である、カーディアックパスウエイコーポレーション（Cardiac Pathway Corporation）によって商業的に開発されたリアルタイムポジションマネージメント（RPM： Realtime Position Management：商標）追跡システムである。ＲＰＭシステムは、現在、心臓不整脈の治療において心臓の解剖学的構造を規定し、心臓の電気的活性をマッピングし、焼灼カテーテル（ablation catheter）を患者の心臓の治療部位に誘導するのに使用されている。

体内の関心のある部位に装置を誘導する現在の案内技術の有用性は証明されてはいるが、所定の瞬間に撮像装置で画像化される特定の体組織の場所をつきとめる能力には限界がある。この結果、医師たちにとって、現在の部位特定技術を用い、自分が身体のどの部分を撮像装置で撮像しているのかを判断すること、及び、患者の解剖学的構造上における撮像装置の位置を確定することは困難である。

発明の概要
本発明は、身体又はその一部の広範囲表示の中に、局部撮像装置に関連する撮像パターンのグラフィック表示を表示するシステムを提供する。

本発明の一の特徴によれば、体組織の局部画像が、それに関連した撮像パターンを有する局部撮像装置を用いて生成される。この局部画像は、様々な方法で生成することができる。例えば、局部画像は、超音波あるいは光学カテーテルを用いて体内で生成することもできるし、外付け超音波撮像装置を用いて体外で生成することもできる。局部画像の生成において、撮像装置は、たとえば、光学レンズ、単一の回転超音波トランスデューサ、あるいは超音波トランスデューサアレイなどの、一またはそれ以上の撮像装置を有していても良い。このシステムは、更に、局部画像を処理し生成する局部画像制御／処理回路と、医師に局部画像を表示するディスプレイを具えていてもよい。いずれにせよ、本発明は、局部画像を生成するための特定の方法や、手段に制限されるものではない。重要なことは、この局部画像で医師が体組織内の関心のある領域を厳密に診査できるということである。

更なる特徴によれば、本発明の一実施例は、体組織の全体的な表示を生成するシステムである。局部画像と同様に、身体の全体表示は、様々な方法で生成することができる。例えば、全体的あるいは部分表示は、体組織をグラフィカルに再構築することによって、あるいは、例えば超音波、ＭＲＩ、蛍光透視法などの標準的な撮像様式を用いて、生成することができる。本発明は、全体表示を生成する特定の方法あるいは手段に限定されるものではない。重要なことは、全体表示が局部画像に対する空間的な背景を提供するものであることである。

本発明の実施例は、さらに、撮像パターンのグラフィカルな画像を生成するためのシステムを具える。撮像エレメントの取り合わせに応じて、撮像パターンは、例えば円錐形状あるいはセクタ形状など、さまざまな形を取る。特定の撮像装置の撮像パターンは、システム内に予め格納するようにするか、あるいは、医師が登録するようにしても良い。

本発明の実施例は、更に、グラフィカルな撮像パターンと、全体表示とを具える複合画像を生成するシステムを具える。複合画像内のグラフィカルな撮像パターンは、撮像装置の撮像パターンと、撮像装置で撮像されている身体の部分とを身体の全体表示に関連させて視覚的に表示するものである。グラフィカル撮像パターンは、様々な方法で複合画像内に配置することができる。

例えば、撮像パターンの元となる撮像エレメントの位置は、例えば、一又はそれ以上の位置エレメントを撮像装置上に配置し、座標システム内の位置エレメントの決められた配置に基づいて撮像エレメントの配置を決定することによって、二次元あるいは三次元座標システム内において決定することができる。全体表示が標準的な撮像様式を用いて生成されているのであれば、全体表示は座標システム内に登録することが可能であり、これによって撮像エレメントの位置、すなわち、撮像パターンの元が、座標システム中の全体表示と整列する。全体表示がグラフィカルな再構築によって生成されている場合は、全体表示は、典型的には、撮像エレメントの位置が決定されたのと同じ座標システム内にすでに登録されるであろう。代替的に、撮像エレメントを座標システム内に配置するよりは、全体表示自体の中に位置エレメントを配置するようにしてもよい。例えば、撮像装置は、全体的な蛍光透視画像上で見られる放射線不透過性マーカを有することができる。

撮像パターンはまた、撮像エレメントの方向を決定することによって、複合画像内において方向付けをすることができる。これは、例えば、位置エレメントが方向付けに関するデータを提供しているのであれば、隣接する位置エレメントの方向を決定することによって、また、複数の位置エレメントの位置と、撮像装置の公知のジオメトリに基づいて撮像装置の方向を決定することによって、行われる。

局部画像及び複合画像は、医師による視覚化のために、別々のディスプレイに、あるいは同じディスプレイに表示することができる。

本発明の他の目的と特徴は、添付の図面に基づいて以下の説明を考慮することで明らかになる。

図面は、本発明の好ましい実施例のデザインおよび有用性を示すものであり、同じ構成要素には共通の符号が付されている。
図１は、体組織撮像システムの好ましい実施例の機能ブロック図である。 図２は、図１に示す体組織撮像システムで使用することができる、超音波ベースの局部撮像サブシステムの機能ブロック図である。 図３Ａは、図２に示す超音波ベースの局部撮像サブシステムに使用することができる超音波撮像装置の断面図であり、ここでは、超音波カテーテルは単一の回転超音波トランスデューサを用いている。 図３Ｂは、図２に示す超音波ベースの局部撮像サブシステムに使用することができる超音波撮像装置の斜視図であり、ここでは、超音波カテーテルはフェーズドアレイ超音波トランスデューサを用いている。 図３Ｃは、図２に示す超音波ベースの局部撮像サブシステムに使用することができる外付け超音波撮像装置の平面図である。 図４は、図１に示す体組織撮像システムに使用することができる、光学ベースの局部撮像サブシステムの機能ブロック図である。 図５は、図１に示す体組織撮像システムに使用することができる、超音波ベースの位置追跡サブシステムの機能ブロック図である。 図６は、図１に示す体組織撮像システムに使用することができる、磁気ベースの位置追跡サブシステムの機能ブロック図である。 図７は、図１に示す体組織撮像システムに使用することができる、電圧ベースの位置追跡サブシステムの機能ブロック図である。 図８Ａは、図３Ａに示す超音波撮像装置の典型的な撮像パターンのグラフィカル表示を示す平面図である。 図８Ｂは、図３Ｂに示す超音波撮像装置の典型的な撮像パターンのグラフィカル表示を示す平面図である。 図８Ｃは、図３Ｃに示す超音波撮像装置の典型的な撮像パターンのグラフィカル表示を示す平面図である。 図８Ｄは、図４に示す光学撮像装置の典型的な撮像パターンのグラフィカル表示を示す平面図である。 図９は、図１の体組織撮像システムと共に使用することができるグラフィックベースの全体表示の機能ブロック図である。 図１０は、患者の心臓をマッピングするに際して、図９に示すグラフィックベースの全体表示の使用を示す平面図である。 図１１は、図１に示す体組織撮像システムに使用することができる電気活性マッピング装置の平面図である。 図１２は、図１に示す体組織撮像システムにおいて用いられた複合画像生成器によって実行されるステップを示すフローチャートである。 図１３Ａは、図３Ａに示す超音波撮像装置の心臓内での使用に基づいて、図１２に示す複合画像生成器によって生成することができる一の複合画像を示す平面図である。 図１３Ｂは、図３Ｂに示す超音波撮像装置の心臓内での使用に基づいて、図１２に示す複合画像生成器によって生成することができる他の複合画像を示す平面図である。 図１３Ｃは、図３Ｃに示す超音波撮像装置（心臓の外側に配置されているが、心臓の断面の撮像パターンを撮像する）の使用に基づいて図１２に示す複合画像生成器によって生成することができる他の複合画像を示す平面図である。 図１３Ｄは、図４に示す光学撮像装置の心臓内での使用に基づいて図１２に示す複合画像生成器によって生成することができる他の複合画像を示す平面図である。 図１４は、本発明によって構築された体組織撮像システムの他の好ましい実施例の機能ブロック図である。 図１５Ａは、図３Ａに示す撮像装置で撮像された例証的な局部内部画像の平面図である。 図１５Ｂは、図３Ａに示す撮像装置に関連する円錐形の撮像パターンの平面図である。 図１５Ｃは、図１５Ｂに示す撮像パターンの表面にマッピングされた図１５Ａの局部内部画像の平面図である。 図１６は、体組織撮像システムの他の好ましい実施例の機能ブロック図である。

実施例の詳細な説明
図１は、本発明の一実施例にかかる例証的な体組織撮像システム１０の構成要素を示す。システム１０は、体組織の局部領域を撮像し表示する局部撮像サブシステム１５を具える。局部撮像サブシステム１５は、周辺撮像装置２０と、撮像装置２０に連結された局部画像制御／処理回路３５と、画像制御／処理回路３５に連結された局部画像ディスプレイ４０を具える。撮像装置２０は、例えば、食道や血管を介して導入されうるカテーテルなど、体内に挿入して身体内部を撮像するように構成することができる。撮像装置２０はまた、体外位置から身体内部を撮像する外付け撮像装置であっても良い。撮像装置２０は、例えば、回転式超音波撮像器、フェーズドアレイ超音波撮像器、例えば光コヒーレンストモグラフィ（OCT：Optical Coherence Tomography）撮像器などの光学撮像器、他などの、撮像エレメント２５を具える。撮像エレメント２５は、身体内部を表示する、例えば電気的あるいは光学的信号などの信号を生成及び／又は検出して、これらの信号を画像制御／処理回路３５に出力する。画像制御／処理回路３５は、これらの信号を身体の局部内部画像に処理して、当該内部画像を画像ディスプレイ４０に表示する。

システム１０は、更に、撮像装置２０を誘導して、撮像装置２０のグラフィカル表示と、その撮像パターンを、身体の全体表示内に表示する誘導サブシステム４５を具える。誘導サブシステム４５は、３次元座標システム中で撮像装置２０の位置及び／又は方向を追跡する位置追跡サブシステム５５を具える。位置追跡サブシステム５５は、更に、撮像装置２０によって運ばれる一又はそれ以上の基準エレメント５０と一又はそれ以上の位置エレメント３０と、基準エレメント５０と位置エレメント３０に接続された位置追跡制御／処理回路５２とを具える。以下に更に説明するように、基準エレメント５０は３次元座標システムを構築し、その中で追跡制御／処理回路５２が、撮像装置２０上に配置されている位置エレメント３０の位置を追跡する。

誘導サブシステム４５は、また、追跡制御／処理回路５２に接続された撮像エレメント位置探知器６０を具える。撮像エレメント位置探知器６０は、位置エレメント３０の追跡位置と、位置エレメント３０に対する撮像エレメント２５の相対位置に基づいて、３次元座標システム中の撮像エレメント２５の位置と、選択的に、方向に及び／又はジオメトリを決定する。

誘導サブシステム４５は、更に、全体表示装置６５を具える。全体表示装置６５は体組織の全体表示を生成し、その中で撮像装置２０が誘導され、及び／又は、装置２０の撮像パターンが表示される。本明細書では、「表示」という用語は、体組織あるいは関連する構造の表示を医師に視覚化させるいかなる表示をも意味する。したがって、体組織の全体表示は、例えば、ＭＲＩや、超音波画像、蛍光透視画像、あるいは体組織のグラフィカル表示の形態を取りうる。好ましくは、体組織の全体表示は、基準エレメント５０によって構築された３Ｄ座標システムと共に登録される。

誘導サブシステム３４は、更に画像パターン生成器７０を具える。この生成器は、撮像装置２０に関連する撮像パターンのグラフィカル表示を生成する。誘導サブシステム３４は、更に、複合画像生成器７５を具える。この生成器は、追跡制御／処理回路５２、位置エレメント位置探知器６０、全体表示装置６５、及び画像パターン生成器７０に接続されている。複合画像生成器７５は、体組織の全体表示内での画像装置２０とそれに関連する画像パターンのグラフィカル表示を具える複合画像を生成する。複合画像生成器７５は、撮像エレメント位置探知器６０によって与えられる撮像装置２０のジオメトリに基づいて、複合画像内に撮像装置２０のグラフィカル表示を配置する。更に、複合画像生成器７５は、撮像エレメント位置探知器６０によって与えられる撮像エレメント２５の決定された位置と方向に基づいて、複合画像内に関連する撮像パターンのグラフィカル表示を配置する。代替として、撮像装置２０ではなく撮像パターンが、グラフィカルに表示される。複合画像内の撮像パターンのグラフィカル表示は、撮像装置２０で撮像されている身体の部位を体組織の全体表示に関連させて視覚的に表示する。複合画像は、例えばビデオモニタなどの、複合画像ディスプレイ８０上に表示される。

図１に示すエレメントは、実際に機能するものであり、これらの機能を実行する構成をどのようにも限定するものではない。例えば、単一の装置内にいくつかの機能ブロックが組み入れられたり、または、この機能ブロックの一つを複数の装置に組み入れたりすることができる。また、これらの機能は、ハードウエア、ソフトウエア、あるいはファームウエア中で実行することができる。

１．局部撮像サブシステム
図２は、本発明の一実施例にかかる超音波ベースの局部撮像サブシステム１５（１）を示す図であり、撮像エレメント２５が超音波撮像装置２０（１）の形態を取り、撮像エレメント２５が、一またはそれ以上の超音波トランスデューサ２５（１）の形態を取っている。超音波トランスデューサ２５（１）は、身体の断面画像（すなわち「スライス」）を得るために、駆動モータ(図示せず)に連結された駆動シャフトによって撮像装置２０（１）内で回転してもよい。代替として、超音波トランスデューサ２５（１）は、身体の面及び／又はセクタを撮像するために、撮像装置２０（１）上に一次元あるいは二次元のフェーズドアレイに配置されたものであっても良い。局部画像制御／処理回路３５（１）は、双方共に超音波トランスデューサ２５（１）に接続されている、電子パルス発生器２１５と電子信号受信器２２０を更に具える。超音波画像制御／処理回路３５は、更に、電気信号受信器２２０に接続された超音波画像処理装置２３０を具える。

身体内部の超音波画像を得るためには、撮像装置２０（１）を身体内に挿入するか、超音波トランスデューサ２５（１）を身体の皮膚面に身体内部に向けて配置する。パルス発生器２１５が電気パルスを送信して、超音波トランスデューサ２５（１）を励磁する。トランスデューサ２５（１）は、この電気パルスを、身体内に発射される超音波エネルギーのパルスに変換する。この超音波エネルギーの一部が、身体の内部構造で反射して、トランスデューサ２５（１）に戻ってくる。トランスデューサ２５（１）は、反射して戻ってきた超音波エネルギーを身体内部を表わす電気信号に変換する。この電気信号は、電気信号受信器２２０で検出され、超音波画像処理装置２３０に出力される。超音波画像処理装置は、受信した電気信号を、公知の超音波画像処理技術を用いて身体の超音波画像にする処理を行う。電気信号受信器２２０は、超音波画像処理装置２３０に出力する前に、電気信号を増幅、及び／又は、濾波するようにしても良い。超音波画像処理装置２３０は、局部画像ディスプレイ４０上に超音波画像を表示する。

図３Ａは、超音波撮像装置２０(１ａ)の実施例の軸方向における断面図であり、超音波トランスデューサ２５（１）が回転式超音波撮像トランスデューサ２５（１ａ）の形態を取っている。撮像装置２０（１ａ）は、内部を延在する内腔３２５を有する細長いカテーテル本体あるいはシース３１５を具える。カテーテル本体３１５は、可撓性部材でできているので、体腔の通り道に沿って曲げることが可能である。撮像装置２０（１ａ）は、更に内腔３２５内に延在する駆動シャフト３３０を具える。回転式超音波撮像トランスデューサ２５(１ａ)は、駆動シャフト３３０の遠位端に装着されている。カテーテル本体３１５は、超音波パルスをカテーテル本体３１５を通過させるための音響窓(図示せず)を具える。内腔３２５は、超音波トランスデューサ２５（１ａ）から周囲の身体への超音波エネルギーの伝達をよりよいものとするために、例えば水などの、液体を満たすようにしても良い。

身体の内部断面画像を得るために、撮像トランスデューサ２５（１ａ）は、その軸３４０の周りを機械的に１回転(３６０度)すると同時に、身体内に様々な角度の方向に超音波パルスを出射する。超音波画像処理装置２３０は、超音波トランスデューサ２５(１ａ)が１回転する間に受信した電気信号を処理して、身体の断面画像を構築する。局部撮像サブシステム３５（１）が、連続的に、超音波画像を更新して、身体のリアルタイム画像を提供するようにしてもよい。

身体の三次元ボリュームを撮像するために、駆動モータ（図示せず）で駆動シャフト３３０を引き戻して、カテーテル本体３１５内で超音波トランスデューサ２５(１ａ)を軸方向に摺動させてもいい。代替として、カテーテル本体３１５全体を超音波トランスデューサ２５（１ａ）と共に引き戻すこともできる。トランスデューサ２５(１ａ)が軸方向に摺動するときに、超音波トランスデューサ２５(１ａ)を回転させて、身体内の異なる位置で身体の複数断面画像(いわゆる、スライス)を得る。超音波画像処理装置２３０は、次いで、複数断面画像を統合して（すなわち、つなぎ合わせる）、公知のボリューム再構築技術を用いて身体のボリュームを再構築する。

三次元ボリュームを撮像する代替の方法は、超音波トランスデューサをカテーテル自身の中で摺動させるより、むしろカテーテル全体を移動させることであろう。

図３Ｂは、超音波撮像装置２０（１ｂ）の他の実施例を示すものであり、ここでは、超音波トランスデューサ２５（１）は、１次元または２次元の撮像トランスデューサアレイ２５（１ｂ）の形態を取っている。撮像装置２０（１ｂ）は、トランスデューサアレイ２５（１ｂ）のトランスデューサが軸に沿って配置されるか(図３Ｂに示すように)、あるいはカテーテル本体３１５の外側周囲に配置されるかした、細長いカテーテル本体あるいはシース３１５を具える。トランスデューサアレイ２５（１ｂ）は、身体の平面及び／又はセクタを撮像する。トランスデューサアレイ２５（１ｂ）の利点は、その超音波ビームが電気的に走査しうる（すなわち、偏向されること）、及び／又は、アレイ２５（１ｂ）の各トランスデューサの位相または遅延を別々に制御することによって焦点を合わせることができる点である。この結果、トランスデューサアレイ２５（１ｂ）は、身体を電気的にスキャンすることが可能となり、機械的なスキャナ、すなわち、回転式のトランスデューサ２５（１ａ）より早いスキャン率を得ることができる。

図３Ｃは、外付超音波撮像装置２０（１ｃ）の更なる実施例を示す図であり、ここでは、超音波トランスデューサ２５（１）は、１次元または２次元のトランスデューサアレイ２５（１ｃ）の形態を取っている。身体内部の平面画像またはセクタ画像を得るために、外付撮像装置２０（１ｃ）は、トランスデューサアレイ２５（１ｃ）が身体内部に向けられるように、身体の皮膚表面３７０上に配置されている。このタイプの超音波撮像装置２０（１ｃ）は良く知られており、出生前ケアの一部として子宮内の胎児を撮像するのに一般に使用されている。

図４は、本発明の一実施例による光学ベースの局部撮像サブシステム１５（２）を示す図である。局部撮像サブシステム１５（２）は、局部画像制御／処理回路３５（２）と、光学撮像レンズ２５（２）を有する付随光学撮像カテーテル２０（２）と、このカテーテル内に延在する光ファイバ４２０を具える。画像制御／処理回路３５（２）は、例えばレーザなどの、光源４１０と、光学画像処理装置４３０を具える。光ファイバ４２０は、その遠位側端部においてレンズ２５（２）に、そして近位側端部において光源４１０と光学画像処理装置４３０とに、光学的に連結されている。

身体内部の光学画像を得るために、光学的撮像カテーテル２０（２）は、身体内の関心のある部位にまで身体内に挿入される。光ファイバ４２０は、光源４１０から身体に光を当てる撮像レンズ２５（２）へ光（あるいは他の形態の放射物）を伝送する。この光の一部が身体の内部構造で反射してレンズ２５（２）へ戻り、この反射して戻ってきた光を光ファイバ４２０へ送る。光ファイバ４２０は、この反射して戻ってきた光を光学画像処理装置４３０へ伝送し、そこで、公知の技術を用いてこの反射して戻ってきた光を処理して身体の内部画像とし、局部画像ディスプレイ４０に身体の内部画像を表示する。

２．位置追跡サブシステム
位置追跡サブシステム５５は、三次元座標システム内での撮像装置２０の位置エレメント３０の位置を追跡する。

図５は、超音波追跡技術を用いた位置追跡サブシステム５５（１）の実施例を示す図である。位置追跡サブシステム５５（１）は、超音波追跡制御／処理回路５２（１）と、４またはそれ以上の基準超音波トランスデューサ５０（１）と、撮像装置２０上に配置した２またはそれ以上の超音波位置トランスデューサ３０（１）とを具える。好ましくは、位置トランスデューサ３０（１）は、撮像装置２０上の異なる位置に配置されている。追跡制御／処理回路５２（１）は、基準トランスデューサ５０（１）と位置トランスデューサ３０（１）に、互いに超音波パルス（例えば、５００ＫＨｚのパルス）を送信及び受信させる。基準トランスデューサ５０（１）は、図５に示すように、例えば、身体内部に配置するために一又はそれ以上の基準カテーテル５２０などに位置させるようにしても良い。代替として、基準トランスデューサ５０（１）を、身体外部、あるいは患者の皮膚の上に配置するようにしても良い。各位置トランスデューサ３０（１）は、基準トランスデューサ５０（１）から出射された超音波パルスを検出することができる。

３Ｄ座標システムを構築するために、基準トランスデューサ５０（１）は、身体内あるいは外に配置され、基準トランスデューサ５０（１）は、互いに超音波パルスを伝送する。追跡制御／処理回路５２（１）は、基準トランスデューサ５０（１）間の相対距離を、「飛行時間」と基準トランスデューサ５０（１）間の超音波パルスの速度を用いて計算する。追跡制御／処理回路５２（１）は、次いで、３Ｄ座標システムを構築するために、距離計算に基づいて基準トランスデューサ５０（１）の相対位置を三角法で測定する。３Ｄ座標システムにおける撮像装置２０の位置トランスデューサ３０（１）の位置を追跡するために、追跡制御／処理回路５２（１）は、各々の基準トランスデューサ５０（１）に超音波パルスを出射させ、このパルスは撮像装置２０の位置トランスデューサ３０（１）で検出される。追跡制御／処理回路５２（１）は、次いで、「飛行時間」と検出した超音波パルスの速度を用いて、各々の基準トランスデューサ５０（１）からの各位置トランスデューサ３０（１）の距離を計算する。この距離の計算を簡潔にするために、超音波パルスの速度は一定であると仮定してもよい。超音波パルスの速度は体組織や血液内ではほとんど変化しないので、この仮定は、通常、撮像装置２０が身体内部に位置している場合にわずかなエラーを生じさせるだけである。各基準トランスデューサ５０（１）からの位置トランスデューサ３０（１）の距離が一旦計算されると、追跡制御／処理回路５２（１）は、３Ｄ座標システム内の位置トランスデューサ３０（１）の位置を三角法で測定する。追跡制御／処理回路５２（１）は、位置トランスデューサ３０（１）の位置を連続的におよびリアルタイムで測定するのが好ましい。このタイプの追跡技術の更なる詳細は、米国特許６，４９０，４７４号及び米国特許出願第０９／１２８，３０４号に見ることができる。

撮像エレメント２５(１ａ)などの超音波撮像エレメントからの超音波エネルギーの伝送で生じる超音波の干渉を防ぐ、あるいは最小限にするために、追跡制御／処理回路５２（１）は、好ましくは、フィルタ回路を具えている。例えば、撮像エレメント２５（１ａ）からの超音波エネルギーの出射が、基準トランスデューサ５０（１）と位置トランスデューサ３０（１）間の測定された距離を実際の距離より短くすることがある。このような悪影響を最小にするために、各測定サイクルについて、トランスデューサの各組み合わせ間で複数の距離測定が行われる。最も大きな距離の測定が、複数の距離測定から選択されて、トランスデューサ間の正しい測定値を得ることができる。このようなフィルタリング技術は、米国特許出願第１０／２１３，４４１号に開示されている。

図６は、磁気追跡技術を用いた位置追跡サブシステム５５（２）の実施例を示す図である。位置追跡サブシステム５５（２）は、磁気追跡制御／処理回路５２（２）と、３本のアンテナ５０（２）と、撮像装置２０に配置された一またはそれ以上の磁気位置アレイ３０（２）とを具える。各磁気位置アレイ３０（２）は、三またはそれ以上の狭い間隔で並んだ磁界強度センサ（例えば、磁気センサコイルなど）を具える。

３Ｄ座標システムを構築するために、アンテナ５０（２）は、身体内部あるいは外部に配置されている。追跡制御／処理回路５２（２）は、アンテナ５０（２）に３Ｄ座標システムを規定する３つの直交する磁界を伝送させる。３Ｄ座標システム内の磁気位置アレイ３０（２）の位置を追跡するために、アレイ３０（２）内の磁界センサの各々が、各々の位置から各直交磁界の強度を測定する。追跡制御／処理回路５２（２）は、磁気位置アレイ３０（２）とアンテナ５０（２）の中心間の距離ベクトルを計算するのに、それらの磁界強度測定値を使用する。追跡制御／処理回路５２（２）は、次いで、距離ベクトルをｘ、ｙ、ｚ成分に分解して、３Ｄ座標システムにおける各磁気位置アレイの位置と方向を計算する。選択的に、磁気位置アレイ３０（２）の少なくとも一つが６つあるいはそれ以上の磁界センサ３０（２）を具え、追跡制御／処理回路５２（２）が各磁気位置アレイ３０（２）に関する距離ベクトルを、３Ｄ座標システムの磁気位置アレイ３０（２）についてのピッチ、ロールおよびヨーのデータに更に分解するようにしても良い。このタイプの追跡技術の更なる詳細は、米国特許第５，３９１，１９９号に見ることができる。

図７は、電圧ベースの追跡技術を用いた位置追跡サブシステム５５（３）の実施例を示す図である。位置追跡サブシステム５５（３）は、電圧追跡制御／処理回路５２（３）と、３つの電極対５０（３）と、基準電位電極７１０と、撮像装置２０に配置した一又はそれ以上の位置電極３０（３）とを具える。

３Ｄ座標システムを構築するために、３つの電極対５０（３）を患者の皮膚に、３Ｄ座標システムのｘ、ｙ、ｚ方向を規定する相互に直交する方向に配置する。例えば、一の電極対５０（３）は、胸から背中にかけての方向に、第２の電極対５０（３）は、頭から足にかけての方向に、第３の電極対５０（３）は、左から右にかけての方向に配置することができる。更に、基準電位を設定するために基準電位電極７１０を患者の皮膚上に配置する。追跡制御／処理回路５２（３）は、電流を３つの電極対５０（３）に流し、３つの直交する交流電流を患者の身体内に伝送する。３つの直交する電流をそれぞれ区別するために、この３つの電流には若干異なる周波数、及び／又は、位相を与えるかあるいは、時間的な順序を与えてもよい。

３Ｄ座標システムにおける撮像装置２０の位置を追跡するために、位置電極３０（３）は、身体を流れる３つの直交する電流の各々に関連する身体内の電圧（すなわち電位）を測定して、追跡制御／処理回路５２（３）に電圧測定値を出力する。各電流に関連する電圧値は、位置電極３０（３）と対応する電極対５０（３）との間の相対距離を示す。追跡制御／処理回路５２（３）は、電圧測定値を基準電極７１０によって設定された基準電位を参照する。追跡制御／処理回路５２（１）は、次いで、参照にした電圧測定値と、既知の電極間の距離によって離隔されている２本の電極を使用したキャリブレーション法を用いて３Ｄ座標システム内の位置電極３０（３）のｘ、ｙ、およびｚ座標を計算する。このタイプの追跡技術の更なる詳細は、米国特許第５，９８３，１２６号に見ることができる。

３．撮像エレメント位置探知器
撮像エレメント位置探知器６０は、撮像装置２０の電流ジオメトリと、３Ｄ座標システム内における撮像エレメント２５の位置及び／又は方向を決定する。複数の位置エレメントが撮像装置２０に沿って配設されている場合、撮像エレメント位置探知器６０は、撮像装置２０のジオメトリから撮像エレメント２５の位置及び／又は方向を取り出すことができる。このジオメトリは、撮像装置２０の既知の構造と、位置エレメント３０間の位置関係に基づいて、３Ｄ座標システム内の位置エレメント３０の決定された位置を推定することによって決定することができる。３Ｄ座標システム内の撮像エレメント２５の位置と方向は、次いで、撮像装置２０の電流ジオメトリと撮像装置２０の撮像エレメント２５の相対位置を与えられることによって決定され得る。撮像装置２０の構成、位置エレメント３０の配置、撮像装置２０に対する撮像エレメント２５の位置及び方向は、撮像装置２５が一又はそれ以上の位置エレメント３０に対して固定された位置にある場合に、撮像エレメント位置探知器６０内に事前にプログラムすることができる。この情報も、例えば医師などのユーザによって、例えばキーボードなどのユーザインターフェースを用いて撮像エレメント位置探知器６０に登録するようにしてもよい。

撮像エレメント位置探知器６０が撮像装置２０のジオメトリと、撮像エレメント２５の方向を計算しない場合は、撮像エレメント２５の近位側近傍に単一の位置エレメント３０を配置して、位置エレメント３０の位置が撮像エレメント２５の位置に隣接するようにすることができる。しかしながら、位置エレメント３０（２）の位置を決定する（方向情報を得る）のに磁気ベースの位置追跡システム５５（２）が使用されている場合は、撮像エレメント２５の方向を、位置エレメント３０（２）で得た方向情報に基づいて決定することができる。

代替として、位置追跡サブシステム５５が超音波ベースである場合は、撮像エレメント２５の位置は、撮像エレメント２５自体を超音波位置エレメントとして用いることによって決定することができる。特に、位置エレメント２５は、例えば９ＭＨｚと１ＭＨｚなど、異なる周波数での二つの異なる共鳴モードで動作できる。すなわち、撮像エレメント２５は、９ＭＨｚでの共鳴モードで動作して超音波撮像パルスを生成し、また、１ＭＨｚでの第２の共鳴モードで動作して超音波位置パルスを生成することができる。撮像エレメント２５は、これらの共鳴モードに対応する高調波を示す単一の電気パルスでそれを刺激することによって、都合よく、これらの二つの共鳴モードで動作する。撮像機能中に撮像エレメント２５を刺激するのに使用される電気パルスの比較的短いパルス幅は、必然的に、撮像エレメント２５の両共鳴モードを刺激することができる高調波を含む。この技術は、カテーテル本体に対する撮像エレメント２５の軸方向のシフト（クリープ）を補償するので都合が良い。すなわち、撮像エレメント２５は、それ自体を追跡するのに使用されているので、軸方向にシフトしていても、撮像エレメント２５の位置座標は正確に決定することができる。この技術の更なる詳細は、米国同時継続特許出願第１０／２１４，４４１号に開示されている。

多くの場合、位置エレメント３０は、撮像エレメント２５に対して動くことがなく、したがって、これらの間の相対位置は時間がたっても変化しない。しかしながら、図３Ａに示す撮像装置２０（１ａ）の引き戻しの実施例では、撮像エレメント２５（１ａ）（すなわち、超音波撮像トランスデューサ）の相対位置は変化する。この場合、撮像エレメント２５の相対位置は、撮像エレメント２５(１ａ)をカテーテル本体３１５内でカテーテル本体３１５の遠位側端部へ向けて軸方向にずらせることによって決定される。カテーテル本体３１５の遠位側端部の相対位置は、通常公知であり、撮像装置２０（１）上の一又はそれ以上の位置エレメント３０（図３Ａには示されていない）に対して固定されている。撮像エレメント２５(１ａ)がカテーテル本体３１５の遠位側端部にきたとき、撮像エレメント２５(１ａ)は、この遠位側端部から所定の距離だけ引き戻されることができる。次いで、撮像エレメント２５(１ａ)の相対位置が、一またはそれ以上の位置エレメント３０と遠位側端部の相対位置から、撮像エレメント２５(１ａ)がカテーテル本体３１５の遠位側端部から引き戻された距離を差し引くことによって、決定される。

図３Ａに示す実施例では、代替的に、位置エレメント３０の一つを撮像エレメント２５（１ａ）に、あるいは、撮像エレメント２５(１ａ)を有する駆動シャフト３３０に、取り付けて（図示せず）、位置エレメント３０が撮像エレメント２５(１ａ)に対して固定位置にあるようにしてもよい。撮像エレメント２５(１ａ)の位置は、次いで、追跡された位置エレメント３０の位置と、位置エレメント３０に対する撮像エレメント２５(１ａ)の固定相対位置を用いて決定できる。

４．撮像パターンサブシステム
画像パターン生成器７０は、撮像装置２０の撮像パターンのグラフィカル表示を生成する。撮像パターンのグラフィカル表示を生成するためのパラメータは、撮像装置２０からの撮像エレメント２５の走査パターンを含む。図３Ａに示す例では、撮像エレメント２５(１ａ)は、撮像装置２０(１ａ)の軸３４０を中心に回転することによって身体を走査する。回転軸３４０に対して撮像エレメント２５(１ａ)は、角度φだけ横向きになっている。これが、撮像装置２０(１ａ)の軸３４０に整列した中央線を有する円錐状表面を掃引する走査パターンを作る。他のパラメータは撮像エレメント２５の身体内への侵入範囲あるいは深さである。超音波画像装置用には、この範囲は、従来技術においてよく知られているとおり、反射して戻ってきた超音波パルス（エコー）の最大時間遅れ（すなわち、往復時間）と、エネルギーの組織への吸収率によって決まる。超音波画像装置の範囲は、典型的には数ミリメータから数インチである。光学画像装置では、光の浸透範囲は、従来技術に良く知られているとおり、反射して戻ってきた光の波長と位相によって決まる。図３Ａに示す例では、撮像エレメント２５(１ａ)の範囲は、撮像エレメント２５(１ａ)から範囲ｒまで伸びるライン３４５として、グラフィカルに表示されている。範囲ｒの値は、撮像装置２０で撮像された内部画像の画像深さから容易に決定することができる。

撮像パターンサブシステム７０は、範囲ｒにおける撮像エレメント２５の走査パターンに基づいて撮像パターンのグラフィカル表示を生成する。図８Ａは、図３Ａの撮像装置２０(１ａ)に関連する撮像パターン８１０を示す。撮像パターン８１０は、撮像エレメント２５(１ａ)の位置から角度φ、範囲ｒで前方へ外側に向けて放射状をなす平らなマティーニグラスに似た円錐形状を有する。更に、撮像パターン８１０のセンターライン８１５は、撮像装置２０(１ａ)の軸３４０に整列している。これは、この特別な例では撮像エレメント２５(１ａ)が、撮像装置２０(１ａ)の軸３４０を中心に回転することによって身体内部を走査するためである。

この場合、あるいは他のいかなる場合でも、撮像パターンは、静止した固体の対象として表示される必要はない。機械的な動き、あるいは撮像エレメント２５の電子走査を用いた撮像システムの場合、撮像パターン８１０は、撮像エレメント２５の実際の走査のリアルタイムで（あるいは時間を調整した）の表示として示すことができる。

図８Ｂは、図３Ｂのフェーズドトランスデューサアレイ２５（１ｂ）に関連する撮像パターン８１０を示す図である。フェーズドアレイ２５（１ｂ）は、セクタ形状の撮像パターン８１０を生成しながら身体のセクタを走査する。撮像パターン８１０の角度φの広さと、焦点深度ｄは、例えば遅延エレメントを用いて、アレイ２５（１ｂ）の各トランスデューサの位相あるいは遅延を個別にコントロールすることによって制御することができる。図８Ｃは、図３Ｃの外付トランスデューサアレイ２５（１ｃ）に関連する撮像パターンを示す図である。

図８Ｄは、図４に示す光学撮像カテーテル２０に関連する撮像パターンを示す図である。光学撮像カテーテル２０（２）の撮像レンズ２５（２）は、円錐形状の撮像パターン８１０を生成しながら光ファイバ４２０からの光を円錐形パターンに投影する。レンズ２５（２）の角度幅もしくは視野角φ、つまり、撮像パターン８１０のそれらは、レンズ２５（２）の構成によって決まる。例えば、広い視野角φを要するアプリケーションでは広角レンズ２５（２）を使うことができ、狭い視野角φを要するアプリケーションには、望遠レンズ２５（２）を使用することができる。

５．全体表示装置
図９は、例えば、心室などの、体組織のコンピュータで生成した表示（再構築）の形で身体の全体表示を生成する全体表示装置６５の実施例を示すものであり、この中で、撮像装置２０が誘導され、及び／又は、撮像装置２０の撮像パターンが表示される。全体表示装置６５は、マッピング装置９１０と、マッピング装置９１０に接続されたマッピング制御／処理回路９２０と、マッピング制御／処理回路９２０に接続されたコンピュータ再構築サブシステム９３０を具える。マッピング装置９１０は、更に、基準エレメント５０(図９には示さず)によって構築される３Ｄ座標システム内のマッピング装置９１０の位置を追跡するための一又はそれ以上の位置エレメント９４０を含む。位置エレメント９４０は、撮像装置２０の位置を追跡するための上述した追跡技術のいずれをも使用することができる。

本実施例にかかる全体表示装置６５の動作を、心室１０１０の例を用いて、図１０を参照して述べる。当然のことながら、食道、子宮、その他同様な箇所のような他の体組織もグラフィカルに表現することができる。マッピング装置９１０は、３Ｄ座標システムにおいて心室１０１０の内壁を構造的にマッピングするために、心室１０１０に挿入される。マッピング装置９１０は、心室１０１０の内壁上で様々な位置に動かされる。心室１０１０の各位置において、マッピング制御／処理回路９２０が、３Ｄ座標システムにおける心室１０１０の位置の地図を作成する。３Ｄ座標システムに対する心室１０１０の各位置をマッピングすることによって、マッピングした位置を３Ｄ座標システムに登録させ得る。マッピングプロセスにおける心臓の動きの影響を少なくするために、各場所の位置は、心臓周期の同じ位相で取得することができる。このことは、マッピング制御／処理回路９２０の位置取得回数を、心臓周期をモニタしている心電図（ＥＫＧ）モニタでゲート制御することによって行える。心室１０１０がマッピングされた後、マッピング制御／処理回路９２０は、心室１０１０の３Ｄコンピュータ表示を再構築するために、心室１０１０のマッピングした位置を、コンピュータ再構築サブシステム９３０に出力する。再構築サブシステム９３０は、３Ｄ座標システムにおいて心室１０１０の位置をマッピングし、公知のグラフィカル技術を用いてマッピングした位置上に解剖学的なシェルを適合させることによってこれを行う。結果として得られた心室１０１０の３Ｄコンピュータ生成表示は、心臓の壁のジオメトリのコンピュータによる再構築を提供する。更に、心室１０１０の３Ｄコンピュータ生成画像は、心室１０１０を再構築するのに使用されたマッピング位置が３Ｄ座標システムに関連して撮像されているので、３Ｄ座標システムと共に登録される。心室１０１０の３Ｄ表示は、後のためにメモリ(図示せず)に保存できる。撮像装置２０は、位置エレメント３０を具えているので、マッピング機能を実行するのに撮像装置２０が適用され得るのは当業者には明らかである。これによって、別に、マッピング装置９３０を準備する必要がなくなる。また、マッピング制御／処理回路９２０の機能を実行するのに、追跡制御／処理回路５２を応用することもできる。このグラフィカル再構築技術の詳細は、米国特許第６，４９０，４７４号および米国特許出願第０９／１２８，３０４号に見ることができる。

マッピング装置９３０は、心室１０１０の構造をマッピングするのと同様に、心室１０１０の電気的活性をマッピングするための電極を有してもよい。このようなマッピング装置の例を図１１に示す。図１１に示すマッピング装置は、その遠位側端部に「バスケット」構造１１５０を有する。バスケット構造１１５０は、複数のアーム１１５２を具え、各アームが、その上に交互に配置された電極１１５６と超音波トランスデューサ１１５８を有する。アーム１１５２は、好ましくは、心室１０１０の壁の輪郭に沿って曲げることのできる弾性部材でできている。超音波トランスデューサ１１５８は、超音波ベースの追跡を行って、３Ｄ座標システムにおける心室１０１０上の位置を追跡する。電極１１５６は、超音波トランスデューサ１１５８によって決定した位置における心室１１２５の電気活性を測定する。マッピングサブシステム９３０は、この電気測定値を用いて心室１０１０の電気活性をマッピングするようにしてもよく、これを、心室１０１０のコンピュータで生成した表示の上において、心室１０１０の電気的パターンを表示することができる。心室１０１０の電気活性に関する知識は、心臓不整脈の治療において心室１０１０内の切除部位を同定するのに特に有用である。図１１に示すマッピング装置の構成と操作についての更なる詳細は、米国特許６，２１６，０２７号に見られる。

体組織のグラフィカルな再構築に代えて、あるいは、これに加えて、全体表示装置６５は、数ある撮像技術のいずれか一つを用いて、体組織の３Ｄ画像を生成することができる。例えば、全体表示装置６５は、体組織の３Ｄ画像を生成するために、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）装置、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置、光学的画像装置、及び／又は、超音波画像装置（全て図示せず）を具えていても良い。これを達成するために、画像装置は、横方向に、及び／又は、回転方向に移動して、体組織内の異なる位置において体組織の複数の断面画像あるいはセクタ画像を得るようにしても良い。ついで、全体表示装置６５は、複数の断面画像を集めて（断片を集める）体組織の３Ｄ画像を再構築することができる。体組織の３Ｄ画像は、画像装置の位置、および、画像装置で撮像された断面画像あるいはセクタ画像を、上述の追跡技術のいずれかを用いて３Ｄ座標システム中で追跡することによって、３Ｄ座標システムに登録することができる。例えば、超音波位置トランスデューサあるいは磁気位置アレイは、画像装置及び／又は３Ｄ座標システム内の画像装置の位置を追跡するための画像を有する装置に取り付けるようにしても良い。代替として、対組織内の解剖学的標認点の位置を、例えばマッピング装置９１０を用いて３Ｄ座標システム中で決定するようにしても良い。体組織の３Ｄ画像は、ついで、体組織の３Ｄ画像中の解剖学的な標認点の位置を３Ｄ座標システム中の解剖学的な標認点の決定された位置と関係付けることによって、３Ｄ座標システムに登録することができる。

６．複合画像生成器
複合画像生成器７５は、撮像装置２０のグラフィカル表示及びその撮像パターンを身体の全体表示内に具える複合画像を生成する。

一の実施例にかかる複合画像生成器７５の処理ステップを、図１２を参照して述べる。図１２に述べるステップの特定の順序と組み合わせは、単なる例であり、本発明は、これと異なるステップの組み合わせ、あるいは順序を用いて実行することもできる。

ステップ１２１０では、複合画像生成器７５が、全体表示装置６５から体組織の全体表示を取り出す。ステップ１２２０では、複合画像生成器７５が撮像エレメント位置探知器７０から撮像装置２０のジオメトリック位置を受け取る。ステップ１２３０では、複合画像生成器７５は、ジオメトリック位置に基づいて体組織の全体表示内に撮像装置２０のグラフィカル表示を配置する。これを行うためには、複合画像生成器７５は、ジオメトリック位置の座標上に撮像装置２０の予めプログラムされた３Ｄグラフィカル表示を合致させる。体組織の全体表示は、３Ｄ座標システムに登録されるので、撮像装置２０のグラフィカル表示は、体組織の全体表示中で正しい位置と方向に配置される。

ステップ１２４０では、複合画像生成器７５は、撮像エレメント位置探知器６０から３Ｄ座標システム内の撮像エレメント２５の位置および方向を受け取る。ステップ１２５０では、複合画像生成器７５は、画像パターン生成器７０から撮像パターンのグラフィカル表示を取り出す。ステップ１２６０では、複合画像生成器７５は、撮像パターンのグラフィカル表示を体組織の全体表示内で、３Ｄ座標システム内における撮像エレメント２５の座標、すなわち、位置、に配置する。更に、複合画像生成器７５は、体組織の全体表示内の撮像パターン８１０のグラフィカル表示と撮像装置２０を正しく方向付ける。例えば、図８Ａに示すように、撮像パターン８１０のセンターライン８１５は、撮像装置２０の軸３４０に整列する。

ステップ１２７０では、複合画像生成器７５が、複合画像ディスプレイ８０上に複合画像を表示する。複合画像中の撮像装置２０のグラフィカル表示は、体組織の全体表示に関連した撮像装置２０の位置と方向を表示する。これによって、医師は、撮像装置２０を操作して体組織内の関心のある部位に誘導することが可能になる。更に、撮像パターン８１０のグラフィカル表示は、体組織の全体表示に関連した、撮像装置２０によって撮像されている身体の部分の視覚的表示を提供する。このことで、医師は、撮像装置２０が体組織内の興味のある部位を撮像していることを確認し、自分が撮像装置２０で撮像している体組織の部位をよりよく理解することができる。

図１３Ａは、心室１０１０の全体表示内における、図３Ａに示す撮像装置２０（１ａ）のグラフィカル表示とその関連の撮像パターンを示す例証的な複合画像の図である。撮像装置２０（１ａ）のグラフィカル表示は、心室１０１０内における撮像装置２０（１ａ）の位置と方向を表示する。本例では、撮像装置２０（１ａ）のグラフィカル表示は、撮像エレメント２５（１ａ）と位置エレメント３０のグラフィカル表示を含む。複合画像ディスプレイ８０は、更に、撮像装置の撮像パターン８１０のグラフィカル表示を示す。この例では、撮像パターン８１０のグラフィカル表示は円錐形状を有し、撮像エレメント２５（１ａ）の位置から前方外側に向けて放射状に広がっている。更に、撮像パターン８１０のグラフィカル表示のセンターライン８１５は、撮像装置２０（１ａ）のグラフィカル表示の軸３４０に整列している。

図１３Ｂは、心室１０１０の全体表示内における、図３Ｂに示す撮像装置２０（１ｂ）のグラフィカル表示と、それに関連する撮像パターン８１０を示す例証的な複合画像である。図１３Ｃは、心室１０１０の全体表示内における、図３Ｂに示す撮像装置２０（１ｃ）のグラフィカル表示と、それに関連する撮像パターン８１０を示す例証的な複合画像である。上記二つの例の各々において、撮像パターン８１０は、セクター化形状をなしている。図１３Ｄは、心室１０１０の全体表示内における、図４に示す光学撮像装置２０（２）のグラフィカル表示と、それに関連する撮像パターンを示す例証的な複合画像である。この例では、撮像パターン８１０は、撮像レンズ２５（２）から前方外側に向けて放射状に広がる円錐形状を有する。

撮像パターン８１０のグラフィカル表示は、撮像装置２０で撮像されている心室１０１０の部位の視覚表示を、心室１０１０の全体表示に関連させて提供する。更に、撮像パターンの全体表示によって、医師は、局部画像ディスプレイ４０上に示す心室１０１０の内部画像を、心室１０１０の全体表示の対応する部分に参照させることができる。

図１４に示すシステム１４１０の他の実施例において、複合画像生成器７５は、撮像装置２０によって撮像される局部内部画像を受け取る画像制御／処理回路３５に連結されている。システム１４１０は、画像制御／処理回路３５と複合画像生成器７５が、異なる画像フォーマットを使用する場合には、選択的に、画像フォーマットコンバータ１４１５を具えていても良い。この場合、画像フォ−マットコンバータ１４１５は、画像制御／処理回路３５からの局部内部画像を複合画像生成器７５で処理するのに好適な画像フォーマットに変換する。

本実施例による複合画像生成器７５は、受け取った局部内部画像と、複合画像の両方を、複合画像ディスプレイ８０に表示することができる。誘導サブシステム４５は、例えば、医師などのユーザに、局部内部画像と複合画像を複合画像ディスプレイ８０上に同時に表示するオプションを提供するようにしても良い。このオプションによって、ユーザは、より容易に、局部内部画像を、身体の全体表示の対応する位置に参照することが可能となる。

更に、複合画像生成器７５は、局部内部画像をグラフィカル撮像パターンの表面にマッピングすることができる。二次元（２Ｄ）局部内部画像の場合、複合画像生成器７５はこのマッピング処理を、例えば、Xi Graphics社によって開発された、２Ｄの局部画像を画像パターンの３Ｄ表面上にマッピングすることのできる、商業的に入手可能なOpen GLベースのグラフィカルソフトウェアを使用して行うこともできる。このマッピング処理は、一般に、「テクスチュアルマッピング」と呼ばれている。

好ましくは、撮像エレメントのロールが、グラフィカル撮像パターン上の局部画像を正しく方向付けるために決定される。例えば、非回転式の撮像エレメント（例えば、トランスデューサアレイ２５（１ｂ）あるいは（１ｃ）、または光学撮像レンズ２５（２）など）の場合、撮像エレメントのロールに関連する情報を捕捉することができるセンサ（例えば、位置追跡サブシステム５５（２）の磁気位置アレイ３０（２）など）を撮像エレメントの近傍に装着することができ、これによってこの撮像エレメントのロールが追跡されうる。

代替的に、回転式の超音波撮像エレメント２５（１ａ）の場合は、患者の身体の上か、あるいは撮像エレメント２５（１ａ）に近接して配置された他のカテーテルの上などの３次元座標システム内の公知の位置に装着された超音波トランスデューサを、撮像エレメント２５（１ａ）に超音波信号を伝送するのに使用することができる。受信された超音波信号は、既知の基準トランスデューサの位置に対する局部画像の回転方向の表示を提供する、局部画像内の第２の識別画像、あるいは人工産物となる。この情報は、次いで、局部画像を再び方向付けるのに使用することができる。この技術の更なる詳細は、米国特許第６，２４８，０７５号に見ることができる。

代替的に、超音波トランスデューサを、他のカテーテルに配置して、撮像ビームがトランスデューサを横切るときに撮像エレメント２５（１a）から超音波エネルギィを受け取るようにすることもできる。また、超音波トランスデューサは、他のカテーテルに配置したものでも、あるいはその他の場所に配置したものであっても、撮像エレメント２５（１ａ）近傍の駆動シャフト３３０の遠位側端部に配置された別の超音波トランスデューサからの超音波エネルギィを受け取ることができる。この別の超音波トランスデューサによって伝達される超音波エネルギィは、広い、面の異なるビーム幅を示しており、受信超音波トランスデューサが伝送された超音波エネルギィを受け取るであろう見込みが高い。いずれの場合も、撮像エレメント２５（１ａ）の増加する相対回転方向は撮像エレメント２５（１ａ）から、さもなければ、広いビーム幅を伝送する超音波トランスデューサから、超音波トランスデューサが超音波エネルギィを受け取る時間セグメントに相関させることができる。撮像されている体の器官に対して受信超音波トランスデューサの位置を与えると、撮像エレメント２５（１ａ）の計算された回転方向に基づいて、局部画像を再度方向付けることができる。受信超音波トランスデューサは、位置エレメント３０として動作するか、あるいは、位置エレメント３０を、カテーテル上の受信超音波トランスデューサから既知の距離におくことができるので、超音波トランスデューサの相対位置を決定することができる。この技術の更なる詳細は、米国特許出願第１０／３１９，２８５号に見られる。

例証的なマッピング処理を、図３Ａの局部撮像装置２０（１ａ）の例と、それに対応する図８Ａの円錐形状の撮像パターン８１０を用いた、図１５Ａないし１５Ｃを参照して説明する。

図１５Ａは、図３Ａに示す局部撮像装置２０（１ａ）で撮像した例証的な局部内部画像１５１０を示す図である。局部画像１５１０は、撮像装置２０（１ａ）の超音波撮像エレメント２５（１ａ）を３６０度回転させることによって生成された円形の二次元画像である。局部画像１５１０の中央１５１５は、撮像エレメント２５（ａｌ）の位置に対応し、局部画像１５１５の半径ｒは、この画像のレンジに対応する。この例では、局部内部画像１５１０は、例えば、心室壁などの体組織１５２０を表示する。

図１５Ｂは、局部画像１５１０がマップされるべき円錐形状の撮像パターン８１０を示す。円錐撮像パターン８１０は、画像１５１０のレンジｒに対応する長さを持つ側面１５３０を有する。円錐撮像パターン８１０の頂部１５４０は、撮像エレメント２５（１ａ）の位置に対応し、角度φは、撮像エレメント２５（１ａ）の回転軸３４０に対する撮像エレメント２５（１ａ）のスキャンニング角である。

図１５Ｃは、撮像パターン８１０上にマッピングされた局部内部画像１５１０を示す図である。この場合、局部内部画像１５１０は、円錐形の撮像パター８１０の側面１５３０上にマッピングされる。

更なる実施例では、複合画像生成器７５が、撮像パターンと交差する身体の全体表示の部分を示す画像を生成し、表示する。この結果できた交差画像によって、ユーザは、局部内部画像と身体の全体表示の対応する部分を直接比較することができる。

上記の記述では、撮像パターンのグラフィカル表示は、３Ｄ画像の形式の全体表示内に、あるいは身体のコンピュータ表示内に表示されている。撮像装置２０の正確な誘導を必要としないような要求が少ない適用の場合は、画像パターンのグラフィカル表示は、蛍光透視法を用いて得た画像などのような、身体の２Ｄ画像あるいはコンピュータ表示に表示するようにしても良い。

図１６は、撮像装置２０が誘導されるべき身体部分を撮像するのに蛍光透視法を用いた本発明のシステム１６１０の実施例を示す図である。この実施例では、位置エレメント３０が、撮像装置２０及び／又は基準装置上に配置された一又はそれ以上の放射線不透過性マーカ３０（４）の形を取り、全体表示装置６５は、蛍光透視（すなわち、Ｘ線）撮像器６５（１）の形を取っている。撮像エレメント２５は、好ましくは、放射線不透過性マーカ３０（４）に対して既知の位置にあり、蛍光透視撮像器６５（１）は、撮像エレメント位置探知器６０に接続されている。本実施例は、追跡制御／処理回路５２と基準エレメント５０を具えていない。

撮像装置２０を身体中に誘導するために、蛍光透視撮像器６５（１）が用いられ、周辺体組織と共に撮像装置２０を直接的に撮像する。蛍光透視撮像器６５（１）は、複合画像生成器７５と、撮像エレメント位置探知器６０に、蛍光透視画像を出力する。蛍光透視画像は、すでに、撮像装置２０の画像を含んでいるので、撮像装置２０のグラフィカル表示は必要でない。撮像エレメント位置探知器６０は、蛍光透視画像中の放射線不透過マーカ３０（４）の位置と、放射線不透過マーカ３０（４）に対する撮像エレメント２５の既知の相対位置とに基づいて蛍光透視画像内の撮像エレメント２５の位置と方向を決定する。例えば、撮像エレメント位置探知器６０は、次いで、蛍光透視画像内の放射線不透過マーカ３０（４）間のラインセグメントをつなぐことによって、撮像装置２０の位置と方向を決定することができる。この結合ラインセグメントは、蛍光透視画像中の撮像装置２０の２次元推定方向を提供する。

撮像エレメント位置探知器６０は、撮像エレメント２５の決定した位置と方向を複合画像生成器７５に出力する。複合画像生成器７５は、撮像装置２０と周辺の体組織の蛍光透視画像と、撮像装置２０に関連する撮像パターンの２Ｄグラフィカル表示との複合画像を生成する。複合画像生成器７５は、撮像エレメント位置探知器６０によって与えられる撮像エレメント２５の決定された位置に、複合画像内の撮像パターンのグラフィカル表示を位置づける。複合画像生成器７５は、また、蛍光透視画像内の撮像装置２０の決定された方向に対する撮像パターンのグラフィカル表示を正しく方向付ける。

Claims (24)

1. 撮像パターンを用いて体組織の局部画像を生成するように構成された局部撮像装置と；
   前記体組織の全体表示を生成するように構成された全体表示装置と；
   前記撮像パターンのグラフィカル表示を生成するように構成されたグラフィカル画像パターン生成器と；
   前記全体表示装置と前記画像パターン生成器とに接続された複合画像生成器であって、前記全体表示と前記撮像パターンのグラフィカル表示を具える複合画像を生成するように構成された複合画像生成器と；
   を具えること特徴とする体組織撮像システム。
2. 請求項１に記載の撮像システムにおいて、前記撮像装置が、前記撮像パターンが生じる一又はそれ以上の撮像エレメントを備え、前記撮像システムがさらに、前記全体表示に対して一またはそれ以上の撮像エレメントの位置を見つけるように構成された撮像エレメント位置探知器を具え、前記複合画像生成器が、前記一またはそれ以上の撮像エレメントの決定された位置に基づいて複合画像内にグラフィカル撮像パターンを配置するように構成されていることを特徴とする撮像システム。
3. 請求項２に記載の撮像システムにおいて、前記撮像エレメント位置探知器が、前記全体表示に対する前記一又はそれ以上の撮像エレメントの方向を決定し、前記複合画像生成器が更に、前記一又はそれ以上の撮像エレメントの決定された位置に基づいて、前記複合画像内で前記グラフィカル撮像パターンを方向付けるように構成されていることを特徴とする撮像システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像システムが、更に、前記複合画像生成器に接続した全体ディスプレイを具え、当該ディスプレイが、前記複合画像を表示するように構成されていることを特徴とする撮像システム。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像システムにおいて、前記局部撮像装置が内付け撮像装置であることを特徴とする撮像システム。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像システムにおいて、前記局部撮像装置が外付け撮像装置であることを特徴とする撮像システム。
7. 請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像システムにおいて、前記局部撮像装置が、カテーテル、超音波撮像装置、及び光学撮像装置からなる群から選択されたものであることを特徴とする撮像システム。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の撮像システムにおいて、前記撮像パターンが円錐形状であることを特徴とする撮像システム。
9. 請求項１ないし７のいずれかに記載の撮像システムにおいて、前記撮像パターンがセクタ形状であることを特徴とする撮像システム。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の撮像システムにおいて、前記全体表示装置が標準撮像装置を具えることを特徴とする撮像システム。
11. 請求項１ないし９のいずれかに記載の撮像システムにおいて、前記全体表示装置がグラフィカル画像生成器を具えることを特徴とする撮像システム。
12. 請求項１ないし９のいずれかに記載の撮像システムにおいて、前記全体表示装置が、全体表示というコンテキスト内で前記撮像装置の画像を生成するように構成されていることを特徴とする撮像システム。
13. 請求項２に記載の撮像システムが、更に、前記局部撮像装置の上に配置した一又はそれ以上の位置エレメントを具え、前記撮像エレメント位置探知器が、前記一又はそれ以上の位置エレメントの位置に基づいて前記一又はそれ以上の撮像エレメントの位置を見つけるように構成されていることを特徴とする撮像システム。
14. 請求項１３に記載の撮像システムが、更に、三次元座標システムにおける前記一又はそれ以上の位置エレメントの位置を決定するように構成された位置追跡制御／処理回路を具えることを特徴とする撮像システム。
15. 請求項２０に記載の撮像システムにおいて、前記一又はそれ以上の位置エレメントが、一又はそれ以上の超音波トランスデューサ、磁気センサおよび電極を具えることを特徴とする撮像システム。
16. 請求項１３に記載の撮像システムにおいて、前記撮像エレメント位置探知器が、前記全体表示のコンテキスト内で前記一又はそれ以上の位置エレメントの位置を決定するように構成されていることを特徴とする撮像システム。
17. 請求項１６に記載の撮像システムにおいて、前記一又はそれ以上の位置エレメントが放射線不透過性のマーカであることを特徴とする撮像システム。
18. 請求項１ないし１７のいずれかに記載の撮像システムが、更に、前記局部画像を生成するために局部撮像装置に接続された局部撮像制御／処理回路を具えることを特徴とする撮像システム。
19. 請求項１８に記載の撮像システムが、更に、前記局部撮像制御／処理回路に接続された局部ディスプレイを具え、前記局部ディスプレイが前記局部画像を表示するように構成されていること特徴とする撮像システム。
20. 請求項１８に記載の撮像システムにおいて、前記複合画像生成器が、前記局部撮像制御／処理回路に接続されており、前記全体ディスプレイが、前記局部画像を表示するよう構成されていることを特徴とする撮像システム。
21. 撮像パターンを伴う体組織の局部画像を生成する手段と；
    前記体組織の全体表示を生成する手段と；
    前記撮像パターンのグラフィカル表示を生成する手段と；
    前記全体表示と前記グラフィカル撮像パターンを具える複合画像を生成する手段と；
    を具える体組織撮像システム。
22. 請求項２１に記載のシステムが、更に、
    前記撮像パターンの原点を見つける手段と；
    前記撮像パターンの原点の決定された位置にもとづいて前記複合画像内に前記グラフィカル撮像パターンを配置する手段と；
    を具えることを特徴とするシステム。
23. 請求項２２に記載のシステムが、更に、
    前記撮像パターンの方向を決定する手段と；
    前記撮像パターンの決定された方向に基づいて前記複合画像内で前記グラフィカル撮像パターンを方向付ける手段と；
    を具えることを特徴とするシステム。
24. 請求項２１ないし２３のいずれかに記載のシステムが、更に、前記局部撮像装置の画像を生成する手段を備え、前記全体複合画像が、前記局部撮像装置の画像を具えることを特徴とするシステム。

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