JP2007083048A - 管状臓器の３次元表現決定方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】管状臓器の３次元表現を決定する新規な方法を提供する。
【解決手段】管状臓器の３次元表現を決定する方法であり、この方法は、３次元医用測位システム（ＭＰＳ）座標系を２次元座標系とレジストレーションするステップと、前記管状臓器内でＭＰＳ座標系と関連する複数のＭＰＳ点を各別の臓器タイミング信号出力とともに収集するステップと、２次元座標系と関連する前記管状臓器の少なくとも１つの２次元画像を、少なくとも１つのパースペクティブ角度から、各別の臓器タイミング信号出力とともに収集するステップと、前記ＭＰＳ点の各々を、その臓器タイミング信号に基づいて、前記少なくとも１つの２次元画像と関連させるステップと、各ＭＰＳ点について、各別の２次元画像内で識別可能な前記管状臓器の一部分の一時的３次元表現を決定するステップとを具える。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に臓器評価、特に管状臓器の３Ｄ表現を決定する方法及びシステムに関するものである。

臓器の３Ｄ画像表示は医師が臓器の状態を評価するのに役立つ。特に、冠状血管のような管状臓器の３Ｄ表現はプラーク発生部及び病変部の寸法、例えば長さ、直径及び体積を識別し評価するのに役立つ。更に、管状臓器の３Ｄ表現は医師が３Ｄ血管の２Ｄ平面上への投影により生ずる血管の短縮化（foreshortening）領域を２Ｄ画像上で同定するのに役立つ。更に、管状臓器の３Ｄ表現を用いて、医師は管状組織の分岐点を同定することができる。

特許文献１は、３つの異なるパースペクティブから３つのＸ線画像を提供する方法を開示している。既知の３次元座標を有する少なくとも６つの点を含む、患者と一体の、画像放射に不透明な基準物体（２つの平面を具える）により各血管造影画像と関連するパースペクティブ変換を与える。これらの変換及び３次元物体の一組の投影点を用いて３次元物体を再構成する。
ＵＳ特許第６，１６９，９１７号、名称「Method and Device for Reconstructing Three-Dimensional Images of Blood Vessels, Particularly coronary vessel, or Other Tree-Dimensional Structure」、発明者Masotti 他

この再構成は半自動アルゴリズムを用いて決定され、最初に血管の出発点及び出発方向が決定される。それから、血管の次の区分（その長さはその実際の半径に比例する）が識別される。この区分は血管が所定の方向に進む確率に従って識別する。この確率は血管の中心線に属する点を中心に回転する矩形マスク内に含まれる平均グレイレベルを計算することにより決定される。

特許文献２は、二方向血管造影法と組み合わせてカテーテルにより得られたＥＣＧゲート血管内超音波（ＩＶＵＳ）フレームから発生される冠状血管の再構成のための装置及び方法を開示している。最初にＩＶＵＳカテーテルを指定の血管の先端に位置させる。ＩＶＵＳカテーテルを二方向Ｘ線画像を収集しながら一定の速度で引き出す。ＩＶＵＳカテーテルは引き出し中に血管内から超音波画像を得る。カテーテル又はルーメン境界のいずれか一方又はその両方が二方向Ｘ線画像上に存在するため、血管の中心線の３Ｄ表現を再構成することができる。この３Ｄ中心線表示をカテーテルの物理的特性に関する情報とともに用いてカテーテルの３Ｄ引き戻し通路を決定する。次にＩＶＵＳ画像を、引き戻し速度及びカテーテルのねじれに基づいて、決定された３Ｄ引き戻し通路にマッピングする。隣接ＩＶＵＳスライス間の隙間は補間により埋める。ＩＶＵＳ画像は心臓の活動位相と相関させる。心臓の活動位相を心電図（ＥＣＧ）により得て画像が一定の条件で得られるようにする。
ＵＳ特許第６,１４８．０９５号、名称「Apparatus and method for Determining Three-Dimensional Representation of Tortuous Vessel」、発明者Prause他

特許文献３は、任意の角度で収集した通常の二方向心電図から３Ｄ冠状動脈ツリーを再構成する方法を開示している。この方法によれば、目標物体の複数の２Ｄ画像を収集する。各画像について、血管の中心線を特定する。これらの中心線を用いて、特定した２Ｄ血管中心線を含む血管階層データ構造を生成する。対応する血管階層データ構造を横断することにより、所定の数の分岐点を算出する。各投影画像に対応する算出分岐点を用いて、画像の相対配向を表す回転マトリクス及び並進ベクトルを決定する。これらの回転マトリクス及び並進ベクトルを用いて、各画像に対応する２Ｄ中心線間の一致を決定し、３Ｄ血管中心線を算出する。目標物体の３Ｄ可視表現は、各血管の３Ｄ血管中心線と、各血管の３Ｄ中心線に沿って推定される直径とに基づいて再構成される。したがって、最小の血管短縮化で血管区分の最適ビューが決定される。
ＵＳ特許第６，０４７，０８０号、名称「Method and Apparatus for Three-Dimensional Reconstruction of Coronary Vessel from Angiographic Image」、発明者Chen他

特許文献４は、血管の３次元再構成方法を開示している。位置センサを含むカテーテルを血管内に進入させ、センサの位置を血管内の複数の位置で収集する。これらの点に基づいて、血管の中心線と内表面を計算する。複数の点を血管中心線のパラメータ表示に当てはめる。パラメータ表示における各座標寸法は多項式で表される。血管の内表面は固定或いは可変の半径の管を発生させることにより中心線を中心に再構成される。この管は、複数の単位ベクトルを発生させ、中心線を中心とする円をサンプリングし、これらの単位ベクトルを管の半径倍することにより生成される。半径は中心線から各点までの距離を平均化することにより決定される。可変の半径の場合には、再構成は重要な近傍の複数の点の距離を平均化することにより達成される。或いは又、半径はユーザが選択してもよい。中心線と半径を用いて、血管のワイヤフレームを生成し、ワイヤフレームを構成する矩形パッチをシェーディングする。
ＵＳ特許第６，４５６，２７１号、名称「Vascular Reconstruction」、発明者Reidfeld

本発明の目的は、管状臓器の３次元表現を決定する新規な方法及びシステムを提供することにある。

本発明の技術の一つの態様は管状臓器の３次元表現を決定する方法である。この方法は、３次元医用測位システム（ＭＰＳ）座標系を２次元座標系とレジストレーションするステップを具える。管状臓器内で複数のＭＰＳ点を収集する。これらのＭＰＳ点はＭＰＳ座標系と関連し、ＭＰＳ点の各々は各別の臓器タイミング信号出力とともに収集する。管状臓器の少なくとも１つの２次元画像を収集する。この少なくとも１つの２次元画像は２次元座標系と関連し、この少なくとも１つの２次元画像は少なくとも１つのパースペクティブ角度から収集し、この少なくとも１つの２次元画像の各々はそれぞれの臓器タイミング信号出力とともに収集する。ＭＰＳ点の各々を、その臓器タイミング信号に基づいて、少なくとも１つの２次元画像と関連させる。各ＭＰＳ点に対して管状臓器の一部分の一時的３次元表現を決定する。

本発明の技術の他の態様は管状臓器の３次元表現を決定するシステムである。このシステムは、臓器タイミング信号検出器と、医用画像システムと、医用測位システム（ＭＰＳ）と、ＭＰＳセンサ付きカテーテルと、プロセッサとを具える。医用画像システムは２次元座標系と関連する。ＭＰＳは３次元ＭＰＳ座標系と関連する。プロセッサはＭＰＳと臓器タイミング信号検出器と医用画像システムとに結合される。ＭＰＳは臓器タイミング信号検出器とカテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサとに結合される。臓器タイミング信号検出器は臓器の活動状態を表す臓器タイミング信号出力を収集する。医用画像システムは少なくとも１つのパースペクティブから少なくとも１つの２次元画像を収集する。この少なくとも１つの２次元画像は各別の臓器タイミング信号出力と関連する。カテーテルは管状臓器内に挿入され、ＭＰＳが複数のＭＰＳ点を収集する。これらのＭＰＳ点の各々は各別の臓器タイミング信号出力と関連する。プロセッサは、３次元ＭＰＳ座標系を２次元座標系とレジストレーションし、臓器タイミング信号値をＭＰＳ点の各々及び少なくとも１つの２次元画像の各々と関連させ、管状臓器の３次元表現を決定する。

本発明は図面と関連する以下の詳細な説明から十分に理解され、明らかになる。
本発明は、管状組織の３次元（３Ｄ）表現を決定する新規な方法及びシステムを提供することにより従来の欠点を克服する。管状臓器内でＭＰＳセンサの位置を表す複数の医用測位システム（ＭＰＳ）点を収集する。ＭＰＳセンサはカテーテルに取り付けられ、３次元（３Ｄ）ＭＰＳ座標系と関連する。このカテーテルは誘導測定カテーテル（ＧＭＣ）、診断用カテーテル（例えば超音波撮像カテーテル）又は治療用カテーテル（例えばステント留置用カテーテル又は切除用カテーテル）とすることができる。更に、コントラスト色素を管状臓器内に注入し、この管状臓器の、少なくとも１つのパースペクティブ角度からの少なくとも１つの２次元（２Ｄ）画像（例えばＸ線画像、磁気共鳴画像、陽電子放射断層画像又は超音波画像）を収集する。２Ｄ画像は２次元（２Ｄ）座標系と関連する。コントラスト色素は画像内の管状臓器を強調する。２Ｄ座標系を３ＤＭＰＳ座標系に（例えば光−磁気キャリブレーション法により）登録する。ＭＰＳ点を収集した後、管状臓器の３Ｄ表現を決定し表示する。

ＭＰＳ点は管状臓器内のＭＰＳセンサの３Ｄ軌道を表す。この３Ｄ軌道を２Ｄ画像上に投影し、２Ｄ画像上の管状臓器の中心線を決定する。２Ｄ画像上で特定可能な管状臓器の２Ｄ境界（線）を、決定した中心線に従って、画像区分化プロセスにより検出する。各ＭＰＳ点の周囲に、直径がそれぞれのＭＰＳ点における検出境界間の距離である３Ｄ円を生成する。この３Ｄ円は管状臓器の３Ｄ表現の３Ｄ境界を特定する。

単一の２Ｄ画像を使用するときは、管状臓器の得られる３Ｄ表現は円形断面に限定される。しかし、管状臓器は楕円形断面又は他の任意の断面を有するかもしれない。このため、管状臓器の異なるパースペクティブ角度からの複数の２Ｄ画像を収集する。３Ｄ境界の輪郭を各２Ｄ画像上の管状臓器の検出２Ｄ境界点に基づいて精緻化し、得られる断面を閉曲線化する。

ＭＰＳ点及び２Ｄ画像の収集中に、被検査管状臓器は動き得る。この動きはＭＰＳセンサ出力（例えば位置及び向き）に影響する。このため、ＭＰＳ点出力及び２Ｄ画像を収集しながら、システムは臓器（例えば心臓、肺）の臓器タイミング信号を収集する。これらの臓器タイミング信号は臓器の活動状態を表す。従って、各ＭＰＳ点と各２Ｄ画像は各臓器タイミング信号出力と関連する。その結果、各ＭＰＳ点は各２Ｄ画像と、その臓器タイミング信号に従って関連する。従って、ＭＰＳセンサの固有の３Ｄ軌道が各活動状態ごとに、従って各２Ｄ画像ごとに特定される。管状臓器の中心線が上述したように特定されると、この固有の３Ｄ軌道がそれぞれの２Ｄ画像に投影される。

図１につき説明すると、図１は本発明の一つの実施例に従って構成され動作する管状臓器の３Ｄ表現決定システム１００の概略図である。システム１００の以下の説明では、被検査管状臓器は静止している（即ち管状臓器は動かない）ものとする。システム１００は２Ｄ座標系と関連する医用画像システム１１８と、３ＤＭＰＳ座標系と関連する医用測位システム（ＭＰＳ）１２４と、臓器タイミング信号検出器１２６と、プロセッサ１２８と、カテーテル１０６と、表示装置１２２と、テーブル１０４とを含んでいる。医用画像システム１１８は撮像用放射送信機１２０と撮像用放射検出器１１６を含んでいる。医用測位システム１２４はＭＰＳ送信機１１０，１１２及び１１４と、基準センサ１３０と、ＭＰＳセンサ（図示せず）とを含んでいる。

プロセッサ１２８は、臓器タイミング信号検出器１２６、撮像用放射検出器１１６、ＭＰＳ１２４及び表示装置１２２と結合される。ＭＰＳ１２４は臓器タイミング信号検出器１２６及びカテーテル１０６と結合される。ＭＰＳセンサ（図示せず）はカテーテル１０６の先端１０８と結合される。ＭＰＳ送信機１１０，１１２及び１１４は撮像用放射検出器１１６と結合される。

カテーテル１０６は管状臓器１３４内に挿入され、ＭＰＳ１２４は管状臓器１３４内の複数のＭＰＳ点を収集する。医用画像システム１１８は少なくとも１つのパースペクティブ角度から管状臓器１３４の少なくとも１つの２Ｄ画像を収集する。収集した２Ｄ画像はプロセッサ１２８に供給する。プロセッサ１２８は３ＤＭＰＳ座標系を２Ｄ座標系とレジストレーションし、カテーテルの３Ｄ軌道を各２Ｄ画像の上に投影する。こうして、パースペクティブ２Ｄ画像上の管状臓器の中心線を特定する。プロセッサ１２８は、この中心線と画像処理技術を用いて、各２Ｄ画像上で識別可能な臓器１３４の一部分の２Ｄ境界を検出する。プロセッサ１２８は、これらの２Ｄ境界とＭＰＳ点を用いて、管状臓器の一部分の３Ｄ表現を決定する。表示装置１２２は臓器１３４の３Ｄ表現１３２を表示する。表示装置１２２は２Ｄ画像に重畳された臓器の３Ｄ表現を表示することもできる。

次に、図２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ及び２Ｆにつき説明すると、これらの図は本発明のもう一つの実施例に従って２つの異なるパースペクティブ角度から収集した管状臓器１５０の代表的な２つの２Ｄ画像と、その結果得られる管状臓器１５０の断面及び３Ｄ表現を示す概略図である。図２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ及び２Ｆの以下の説明では、被検査管状臓器は静止しているものとする。両２Ｄ画像（図２Ａ及び２Ｃ）とも中心線１５２を含み、この中心線はカテーテルの３Ｄ軌道の投影により特定される。３Ｄ軌道はＭＰＳ点１５４，１５６及び１５８により決定される。中心線１５２を用いて、管状臓器１５０の境界点１６０及び１６２（図２Ａ）及び境界点１６６及び１６８（図２Ｃ）を検出する。これらの検出した境界点を管状臓器１５０の３Ｄ境界を特定する閉曲線の制約とする。本例では、これらの制約は境界点１６０及び１６２（図２Ａ）間の距離及び境界点１６６及び１６８（図２Ｃ）間の距離である。これらの距離は円の直径を特定する。これらの特定された直径を用いて、各ＭＰＳ点の周囲に円を生成する。図２Ｂでは、円１６４の直径は第１のパースペクティブから検出されたＭＰＳ点１５６（図２Ａ）における境界点１６０及び１６２（図２Ａ）間の距離に一致する。図２Ｃでは、円１７０の直径は第２のパースペクティブから検出されたＭＰＳ点１５６（図２Ｃ）における境界点１６６及び１６８（図２Ｃ）間の距離に一致する。こうして、円１６４及び円１７０から輪郭１７２（図２Ｅ）を求める。輪郭１７２は２つの円から生成されるために楕円の形状を有する。これを各ＭＰＳ点について繰り返して、３Ｄモデル（図２Ｆ及び図１）のような３Ｄモデルを決定する。

被検査臓器はＭＰＳ点及び２Ｄ画像の収集中に動き得る。特に、管状臓器が冠状動脈である場合、管状臓器は心臓内の加圧血流により生ずる心周期に従って周期運動する。従って、ＭＰＳ点を、同時に収集される臓器タイミング信号に従って、２Ｄ画像と（例えば同期により）関連させる。

次に図３Ａ及び３Ｂについて説明すると、これらの図は本発明の他の実施例に従って、臓器の３つの異なる活動状態において収集された患者体内の管状臓器の３つの２Ｄ画像と、これらの３つの異なる活動状態中に収集されるＭＰＳ点を示す概略図である。臓器の第１の画像１８０_１は第１の活動状態Ｔ_１において収集されたものである。臓器の第２の画像１８０_２は第２の活動状態Ｔ_２において収集されたものである。臓器の第３の画像１８０_３は第３の活動状態Ｔ_３において収集されたものである。活動状態Ｔ_１中に、ＭＰＳ点１８２，１８８及び１９４が収集される。活動状態Ｔ_２中に、ＭＰＳ点１８４，１９０及び１９６が収集される。活動状態Ｔ_３中に、ＭＰＳ点１８６，１９２及び１９８が収集される。従って、図３Ｂを参照すると、中心線２００は画像１８０_１上のカテーテル３Ｄ軌道の投影である。中心線２０２は画像１８０_２上のカテーテル３Ｄ軌道の投影である。中心線２０４は画像１８０_３上のカテーテル３Ｄ軌道の投影である。これらの中心線を画像区分化とともに用いて、境界２０６及び２０８のような境界を検出する。各ＭＰＳ点の周囲に、各ＭＰＳ点におけるこれらの境界間の距離を直径として用いて円を生成する。

図１に戻り説明すると、カテーテル１０６は管状臓器１３４内に挿入され、ＭＰＳ１２４が臓器内の複数のＭＰＳ点を収集する。医用画像システム１１８は少なくとも１つのパースペクティブから管状臓器１３４の少なくとも１つの２Ｄ画像を収集する。同時に、臓器タイミング信号検出器１２６が臓器の活動状態を検出する。従って、各ＭＰＳ点と各２Ｄ画像は臓器タイミング信号出力と関連する。臓器タイミング信号検出器１２６は、収集されたＭＰＳ点から、基準センサ１３０に対するＭＰＳセンサ（図示せず）の周期的運動をフィルタリングすることにより臓器タイミング信号を検出する。ＭＰＳ点からの臓器タイミング信号の検出はＵＳ特許出願第１０／９８６５６７号に記載されており、参考のためにここに含まれているものとする。また、臓器タイミング信号検出器１２６は体表面電極と結合された心電図（ＥＣＧ）検出器とすることができる。本発明のもう一つの実施例では、医用画像システム１１８及びＭＰＳ１２４がそれぞれ別個の臓器タイミング信号検出器を有するものとする。プロセッサ１２８は３ＤＭＰＳ座標系を２Ｄ座標系とレジストレーションする。プロセッサ１２８は各ＭＰＳ点を検出臓器タイミング信号に基づいて対応する２Ｄ画像と関連させる。

図４につき説明すると、この図は本発明の他の実施例に従って管状臓器の３Ｄ表現を決定する方法を示す説明図である。ステップ２２０において、３ＤＭＰＳ座標を２Ｄ座標系とレジストレーションする。従って、３ＤＭＰＳ座標系の全ての点が２Ｄ座標系内の点にマッピングされる。図１を参照すると、プロセッサ１２８が３Ｄ座標系を２Ｄ座標系とレジストレーションする。

ステップ２２２において、管状臓器内の複数のＭＰＳ点を、各ＭＰＳ点毎に各臓器タイミング信号出力とともに収集する。ＭＰＳ点は管状臓器に挿入されるＭＰＳセンサ付きのカテーテルで収集される。ＭＰＳ点はカテーテルの挿入中又はカテーテルの手動又は自動引き出し中に収集される。各ＭＰＳ点と関連する臓器タイミング信号は該ＭＰＳ点の収集時における臓器の活動状態を表す。図２を参照すると、ＭＰＳ１２４が臓器１３４内の複数のＭＰＳ点を、カテーテル１０６の先端１０８と結合されたＭＰＳセンサで収集する。臓器タイミング信号は臓器タイミング信号検出器１２６で検出される。

ステップ２２４において、管状臓器の少なくとも１つの２Ｄ画像を臓器の少なくとも１つのパースペクティブ角度から収集するとともに各２Ｄ画像ごとに各臓器タイミング信号出力を収集する。少なくとも１つの２Ｄ画像を収集する前に、色素を管状臓器に注入する。この色素はＭＰＳ点を収集するカテーテルにより注入することができる。図１を参照すると、医用画像システム１１８が管状臓器１３４の少なくとも１つの２Ｄ画像を少なくとも１つのパースペクティブから収集する。臓器タイミング信号は増幅器器タイミング信号検出器１２６により検出される。この方法は、ステップ２２０及び２２２後に、ステップ２２４に進む。

ステップ２２６において、ＭＰＳ点の各々をその臓器タイミング信号に基づいて２Ｄ画像と関連させる。従って、各ＭＰＳ点は各別の２Ｄ画像と関連する。図１を参照すると、プロセッサ１２８がＭＰＳ点の各々を撮像放射検出器１１６により検出された各別の２Ｄ画像と関連させる。

ステップ２２８において、管状臓器の一部分を表す一時的３Ｄ表現を、各ＭＰＳ点ごとに、各ＭＰＳ点と各別の２Ｄ画像内で識別可能な管状臓器の境界とから決定する。３Ｄ表現の決定については図５と関連して後で説明する。図１を参照すると、プロセッサ１２８が管状臓器の一部分の３Ｄ表現を、各ＭＰＳ点ごとに、各ＭＰＳ点とそれぞれの２Ｄ画像内で識別可能な管状臓器の２Ｄ境界とから決定する。３Ｄ表現１３２を表示装置１３２上に表示する。

ステップ２３０において、決定された３Ｄ表現を２Ｄ画像上に重畳する。３Ｄ表現は少なくとも１つの任意の２Ｄ画像上に投影することもできる。３Ｄ表現は更にリアルタイム２Ｄ画像上に投影することもできる。従って、システムはリアルタイム２Ｄ画像の所望角度のパースペクティブを選択し、３Ｄ画像をこのリアルタイム２Ｄ画像上に投影する。更に、３Ｄ表現をリアルタイム２Ｄ画像上に投影する際、３Ｄ表現の２Ｄ投影を仮想色素として機能させることができる。従って、リアルタイム２Ｄ画像の収集前に色素を管状臓器に注入することが不要になる。更に、本発明によれば管状臓器の分岐点を識別できる。仮想色素及び分岐点については図６と関連して後で説明する。分岐点は３Ｄ表現上で識別することができる。図１を参照すると、プロセッサ１２８が決定された２Ｄ表現を２Ｄ画像の１つの上に投影し、それを表示装置１２２上に表示する。

図５につき説明すると、この図は本発明のもう一つの実施例に従って管状臓器の３Ｄモデルを決定する方法を示す。ステップ２５０において、管状臓器を含む少なくとも１つの２Ｄ画像を選択する。図１を参照すると、プロセッサ１２８が１つ以上の２Ｄ画像を選択する。

ステップ２５２において、関連するＭＰＳ点により決定されたカテーテルの３Ｄ軌道を選択した各２Ｄ画像上に投影する。これにより、管状臓器の中心線を特定する。図１を参照すると、プロセッサ１２８がカテーテルの３Ｄ軌道を選択した２Ｄ画像上に投影し、これにより管状臓器の中心線を特定する。

ステップ２５４において、選択した画像上で管状臓器の２Ｄ境界点を検出する。これらの２Ｄ境界点は特定した中心線と画像処理技術とを用いて検出する。図１を参照すると、プロセッサ１２８が選択した画像上の管状臓器の境界を検出する。

ステップ２５６において、選択した各２Ｄ画像と関連して、各ＭＰＳ点の周囲に、３Ｄ閉曲線を生成する。各ＭＰＳ点において検出された２Ｄ境界点を該閉曲線の制約とする（例えば該閉曲線はこれらの境界点を含まなければならない）。管状臓器の２Ｄ画像が１つのパースペクティブのみから収集される場合には、閉曲線は円になる。この円の直径は管状臓器の検出２Ｄ境界間の距離である。例えば管状臓器の２Ｄ画像が２つの異なるパースペクティブから収集される場合には、特定される輪郭は楕円の形状になる。３個以上の２Ｄ画像が収集される場合には、閉曲線は任意の形状となる。図１を参照すると、プロセッサ１２８が選択画像と関連して各ＭＰＳ点の周囲に３Ｄ閉曲線を生成する。

図６につき説明すると、図６は本発明の他の実施例による管状臓器の画像２８０を示す概略図である。管状臓器の３Ｄ表現の２Ｄ投影２８２が画像２８０上に重畳されている。２Ｄ投影画像２８２は管状臓器の仮想色素として作用する。従って、画像２８０の収集前に管状臓器に色素を注入する必要がなくなる。

更に、点２８４は分岐点として識別される。本発明によれば、システムが、１つのＭＰＳ点についてただ２つの境界を特定した後に、次のＭＰＳ点について少なくとも３つの境界を特定し、２つの隣接境界間にギャップがある場合に、分岐点が検出される。分岐点は２つのＭＰＳ間の遷移部に存在する。このとき、システムは、管状臓器の別のパースペクティブ角度からの別の２Ｄ画像を用いて、これが確かに分岐点であることを確かめる。

場合によっては、被検査管状臓器は病気やプラークで冒されているかもしれない。従って、決定された境界は管状臓器の病変部の境界であって、管状臓器の実際の境界でないかもしれない。

図７につき説明すると、この図は本発明のもう一つの実施例による病変部３０２及び３０４を有する管状臓器３００を示す概略図である。ＭＰＳ点３０６，３０８及び３１０に基づいて、管状臓器３００の境界として境界３１２及び３１４が決定される。しかし、境界３１２及び３１４は管状臓器３００の真の境界を表さない。管状臓器の３Ｄ表現が図４と関連して説明したように表示されると、医師は境界３１２及び３１４が管状臓器３００の真の境界ではないことを知ることができる。その結果、医師は管状臓器３００の真の幅に対する基準点としてＭＰＳ点３０６及び３１０を選択する。真の境界３１６及び３１８はＭＰＳ点３０６及び３１０における境界３１２及び３１４間の幅に基づいて（補間により）決定する。更に、真の境界と病変部境界とを用いて、病変部の位置、長さ及び体積のような特性を決定することができる。例えば、動脈内にステントを留置する処置を実行する際、病変部の位置表示を動脈のリアルタイム画像上に重畳することができる。その結果、医師はステント留置用カテーテルを病変部の位置に正確に誘導することができる。

物体の３Ｄ表現を２Ｄ画像上に投影すると、物体の真の寸法は歪んだものとなり得る。例えば、球は２Ｄ画像上に投影されると円として見える。物体が人体内の冠状動脈のような管状臓器である場合、管状臓器は画像平面「内へ」又は「から」湾曲し得る。従って、管状臓器の真の長さは歪み得る。この現象を短縮化という。管状臓器の３Ｄ表現は管状臓器内のカテーテルの３Ｄ軌道から構成されるため、システムは表示された管状臓器の真の長さに関する情報を医師に与える。更に、システムは２Ｄ画像上に重畳された管状臓器の真の長さの表示を医師に与える。

図８につき説明すると、この図は本発明の他の実施例による管状臓器３３２の２Ｄ画像３３０の概略図である。図８では、管状臓器３３２の３Ｄ軌道が２Ｄ画像３３０上に投影されている。３Ｄ軌道３３４上に複数の等間隔のマーカ点３３６がマークされる。３Ｄ軌道３３４上のマーカ点３３６の各対の間隔は具体的な単位長さ（例えば１ミリメートル）である。３Ｄ軌道３３４及びマーカ点３３６が２Ｄ画像３３０上に投影される。その結果、短縮化現象が悪化すると、２Ｄ画像３３０の平面上でマーカ点３３６の隣接する対間の距離が減少することが観測される。従って、医師は管状臓器３３２の真の長さの定量的評価とともに２Ｄ画像３３０上の短縮化減少を評価するための視覚表示も得られる。本発明の他の特徴によれば、システムはマーカ点を短縮化の異なるレベルに対して異なる色で表す。短縮化のレベルは、例えば２Ｄ画像上の臓器の投影の長さと臓器の真の長さ（即ち３Ｄ軌道の長さ）との比に基づいて決定する。この比が小さい場合、短縮化現象は大きく、マーカを例えば赤色で表す。この比が大きい場合、短縮化現象は小さく、マーカを例えば緑で表す。

短縮化現象は臓器のパースペクティブ角度に従って増減する。本発明の他の実施例では、図１につき説明すると、プロセッサ１２８が短縮化現象が最小となる医用画像システム１１８のパースペクティブ角度を自動的に選択し、そのパースペクティブ角度を医師に薦める。

本発明は特に図示し上で説明したものに限定されないことは当業者に理解されるところである。本発明の技術範囲は添付の特許請求の範囲のみによって限定されない。

図１は管状臓器の３Ｄ表現を決定するシステムの概略図である。 図２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ及び２Ｆは、２つの異なるパースペクティブ角度から収集した管状臓器１５０の代表的な２つの２Ｄ画像と、得られる断面と、管状臓器１５０の３Ｄ表現とを示す概略図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、臓器の３つの異なる活動状態で収集された患者体内の管状臓器の３つの２Ｄ画像と、３つの異なる活動状態中に収集されたＭＰＳ点を示す概略図である。 図４は管状臓器の３Ｄ表現を決定する方法を示す概略図である。 図５は管状臓器の３Ｄモデルを決定する方法を示す概略図である。 図６は管状臓器の画像２８０を示す概略図である。 図７は病変部３０２及び３０４を有する管状臓器３００を示す概略図である。 図８は管状臓器３３２の２Ｄ画像３３０を示す概略図である。

符号の説明

１００ 管状臓器の３次元表現決定システム
１０４ テーブル
１０６ カテーテル
１０８ カテーテル先端
１１０，１１２，１１４ ＭＰＳ送信機
１１６ 撮像用放射検出器
１１８ 医用画像システム
１２０ 撮像用放射送信機
１２２ 表示装置
１２４ 臓器タイミング信号検出器
１２４ 医用測位システム（ＭＰＳ）
１２８ プロセッサ
１３２ 管状臓器の３次元表現
１３４ 管状臓器
１５２ 中心線
１５４，１５６，１５８ ＭＰＳ点
１６０，１６２、１６６，１６８ 境界点
１６４，１７０ 円
１７２ 輪郭

Claims (34)

1. 管状臓器の３次元表現を決定する方法であって、
   ３次元医用測位システム（ＭＰＳ）座標系を２次元座標系とレジストレーションするステップと、
   前記管状臓器内でＭＰＳ座標系と関連する複数のＭＰＳ点を各別の臓器タイミング信号出力とともに収集するステップと、
   ２次元座標系と関連する前記管状臓器の少なくとも１つの２次元画像を、少なくとも１つのパースペクティブ角度から、各別の臓器タイミング信号出力とともに収集するステップと、
   前記ＭＰＳ点の各々を、その臓器タイミング信号に基づいて、前記少なくとも１つの２次元画像と関連させるステップと、
   各ＭＰＳ点に対して前記管状臓器の一部分の一時的３次元表現を決定するステップと、
   を具えることを特徴とする管状臓器の３次元表現決定方法。
2. 前記少なくとも１つの２次元画像の収集前に前記管状臓器内に色素を注入することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記３次元表現を２次元画像上に重畳することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記２次元画像はリアルタイム２次元画像であり、前記リアルタイム２次元画像は臓器タイミング信号出力と関連することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記２次元画像は前記少なくとも１つの２次元画像の１つであることを特徴とする請求項３記載の方法。
6. 前記２次元画像のパースペクティブは、前記３次元表現の前記２次元画像平面上への重畳により生ずる短縮化現象が最小となるように選択することを特徴とする請求項３記載の方法。
7. 前記３次元表現の２次元画像への重畳投影は、前記リアルタイム２次元画像を収集する前に、色素注入の代わりに、仮想の色素として作用することを特徴とする請求項３記載の方法。
8. 前記複数のＭＰＳ点は、ＭＰＳセンサ付きのカテーテルを前記管状臓器内に挿入することにより収集することを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記臓器タイミング信号は心電図信号であることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 前記心電図信号を前記複数のＭＰＳ点からフィルタ処理により得ることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの２次元画像は、
    Ｘ線画像；
    磁気共鳴画像；
    陽電子放射断層画像
    超音波画像；
    からなる群から選ばれる１つのタイプのものであることを特徴とする請求項１記載の方法。
12. 前記管状臓器の一部分の３次元表現は、前記ＭＰＳ点と、前記少なくとも１つの２次元画像上で識別可能な前記管状臓器の境界とから決定することを特徴とする請求項１記載の方法。
13. 前記管状臓器の一部分の３次元表現を決定するステップは、
    前記管状臓器を含む少なくとも１つの２次元画像を選択するサブステップと、
    前記ＭＰＳ点を前記選択した２次元画像と関連させることにより決定された前記カテーテルの軌道を前記選択した２次元画像上に投影し、前記管状臓器の中心線を特定するサブステップと、
    前記選択した２次元画像上で管状臓器の境界点を決定するサブステップと、
    前記ＭＰＳ点の各々の周囲に、前記選択した２次元画像と関連する３次元閉曲線を生成するサブステップと、
    を具えることを特徴とする請求項１記載の方法。
14. 前記境界点は前記特定した中心線と画像処理技術に従って検出することを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記３次元軌道を前記２次元画像上に投影する際、前記管状臓器の真の長さ評価を与えるために前記３次元軌道上に複数の等間隔のマーカ点を決定することにより、前記短縮化現象のカテーテルシステム評価を与えることを特徴とする請求項１３記載の方法。
16. 前記マーカは前記短縮化現象のレベルに応じて彩色することを特徴とする請求項１５記載の方法。
17. 前記マーカの間隔は１ミリメートルであることを特徴とする請求項１３記載の方法。
18. 管状臓器の３次元表現を決定する装置であって、
    前記臓器の活動状態を表す臓器タイミング信号出力を収集する臓器タイミング信号検出器と、
    ２次元座標系と関連する医用画像システムであって、少なくとも１つのパースペクティブ角度から少なくとも１つの２次元画像を、各別の臓器タイミング信号出力と関連して、収集する医用画像システムと、
    前記臓器タイミング信号検出器と結合された３次元ＭＰＳ座標系と関連する医用測位システム（ＭＰＳ）であって、複数のＭＰＳ点を各別の臓器タイミング信号出力と関連して収集する医用測位システムと、
    前記医用測位システムと、前記臓器タイミング信号検出器と、前記医用画像システムとに結合され、前記３次元ＭＰＳ座標系を前記２次元座標系とレジストレーションし、臓器タイミング信号出力を前記ＭＰＳ点の各々及び前記少なくとも１つの２次元画像の各々と点の各々と関連させ、前記管状臓器の３次元表現を決定するプロセッサと、
    を具えることを特徴とする管状臓器の３次元表現決定システム。
19. 前記少なくとも１つの２次元画像の収集前に前記管状臓器内に色素を注入することを特徴とする請求項１８記載のシステム。
20. 前記３次元表現を表示する表示装置を更に具えることを特徴とする請求項１８記載のシステム。
21. 前記プロセッサは、前記３次元表現をリアルタイム２次元画像上に重畳するよう動作し、前記２次元画像は臓器タイミング信号出力と関連することを特徴とする請求項１８記載のシステム。
22. 前記表示装置は、２次元画像に重畳された前記３次元表現を表示するよう動作することを特徴とする請求項２０記載のシステム。
23. 前記２次元画像はリアルタイム２次元画像であることを特徴とする請求項２２記載のシステム。
24. 前記３次元表現の２次元画像への重畳投影は、前記リアルタイム２次元画像を収集する前に、色素注入の代わりに、仮想の色素として作用することを特徴とする請求項２０記載のシステム。
25. 前記プロセッサは、更に、前記２次元画像のパースペクティブを、前記３次元表現の前記２次元画像平面上への重畳により生ずる短縮化現象が最小となるように選択するよう動作することを特徴とする請求項２２記載のシステム。
26. 前記臓器アイミング信号は心電図信号であることを特徴とする請求項１８記載のシステム。
27. 前記プロセッサは、更に、前記心電図信号を前記複数のＭＰＳ点からフィルタ処理により得るよう動作することを特徴とする請求項９記載の方法。
28. 前記少なくとも１つの２次元画像は、
    Ｘ線画像；
    磁気共鳴画像；
    陽電子放射断層画像
    超音波画像；
    からなる群から選ばれる１つのタイプのものであることを特徴とする請求項１８記載のシステム。
29. 前記プロセッサは、更に、前記３次元表現を、前記ＭＰＳ点と、前記少なくとも１つの２次元画像上で識別可能な前記管状臓器の境界とから決定するよう動作することを特徴とする請求項１８記載のシステム。
30. 前記プロセッサは、
    前記管状臓器を含む少なくとも１つの２次元画像を選択し、
    前記ＭＰＳ点を前記選択した２次元画像と関連させることにより決定された前記カテーテルの軌道を前記選択した２次元画像上に投影し、前記管状臓器の中心線を特定し、
    前記選択した２次元画像上で管状臓器の境界点を決定し、
    前記ＭＰＳ点の各々の周囲に、前記選択した２次元画像と関連する３次元閉曲線を生成することによって、
    前記３次元表現を決定するよう動作することを特徴とする請求項１８記載のシステム。
31. 前記プロセッサは、更に、前記境界点を前記特定した中心線と画像処理技術により検出するよう動作することを特徴とする請求項３０記載のシステム。
32. 前記プロセッサは、更に、前記３次元軌道を前記２次元画像上に投影する際、前記３次元軌道上に複数の等間隔のマーカ点を決定して、前記管状臓器の真の長さの可視評価を与えるよう動作することを特徴とする請求項３０記載のシステム。
33. 前記マーカを前記短縮化現象のレベルに応じて彩色することを特徴とする請求項３２記載のシステム。
34. 前記マーカの間隔は１ミリメートルであることを特徴とする請求項３２記載のシステム。