JP2007083050A - 心臓の侵襲性検査又は処置の視覚的支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】侵襲性器具を用いて実施する心臓の侵襲性検査又は処置を視覚的に支援する場合に、従来の時間のかかるプロセスを省略し得る方法を提供する。
【解決手段】Ｘ線システムを用いて心臓の三次元Ｘ線画像データセット２を作り、Ｘ線システムに対し固定した位置測定システムを使用し、このシステムは、Ｘ線システムに固定され無線ビームを送出する送信器と侵襲性の器具に固定された受信器を用い、器具の送信器に関する位置及びＸ線システムに関する位置を検出し得るように構成し、位置測定システムを用いて侵襲性の器具の座標を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、侵襲性器具を使用して心臓の侵襲性検査又は処置を視覚的に支援するための方法に関する。

この方法に関しては主として、アブレーション・カテーテルを用いたアブレーションの様式に従う処置が問題となる。例えば、心臓の心房細動の治療のために、肺静脈が心房から肺静脈の周りのリング状アブレーションによって電気的に絶縁される。このリング状アブレーションを実施するための処置は極めて複雑である。

心室の運動における不整（心室細動）は、心筋における瘢痕組織によって発生し得る。この瘢痕組織は例えば梗塞の結果として形成される。瘢痕組織における目標への狙いの正確なアブレーションは心室細動を抑制することができる。この場合もアブレーションは実施するのが非常に困難である。というのは目標精度の要件が存在するからである。

従来、アブレーション・カテーテルを用いた心臓の侵襲性処置の視覚的支援のためには２種類の画像データが使用される。

一つは本来の手術前に取得される三次元画像データが使用される。三次元画像データにおいては、アブレーションすべき地域を識別することができる。三次元画像データのアブレーション・カテーテルの場所への割付けが困難である。

アブレーション・カテーテルには、場合によっては別のカテーテルの助けを借りて、通常例えばバイオセンス ウエブスタ（Biosense Webster）のCARTOシステムのような位置測定システムが設けられている。このシステムを用いて、電気解剖学的マップを作ることができ、このマップは基本的に信号受量器の位置に依存した心臓の電気生理学的信号の画像的表示である。

マップもまたアブレーションの際有利に使用することができる。

処置の前に取り込まれた三次元画像データ及びマップを同時に利用し得るようにするため、三次元画像データの記録を電子解剖学的マップと共に実施することができる。ここで記録とは、電気解剖学的3Dマッピングデータが3D画像データに位置正しくまたディメンジョン正しく割り付けられること、即ち座標系が連結されることを意味する。このことは刊行物に記載されている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、3Dデータを互いに位置正しくまたディメンジョン正しく割り付けることは極めて時間を要する。

記録は、患者の検査領域に挿入される医用カテーテルを検出及び表示するための方法においても使用される（例えば特許文献２参照）。医用カテーテルには位置検出手段が存在し、これは位置検出システムの一部であり、そして位置検出システムの座標系はＸ線Ｃアームを用いて作られる3D構成画像の座標系と共に記録される。それによって、モニタ上にカテーテルの先端を3D再構成画像に表示することが可能である。

心臓の処置のための誘導システムが知られており、このシステムにおいては医用カテーテルが誘導システムのためのセンサとして電磁コイルを装備している（例えば特許文献３参照）。
独国特許出願公開第10340544 A1号明細書 独国特許出願公開第10210645 A1号明細書 欧州特許出願公開第1504713 A1号明細書

本発明の課題は、時間のかかる記録プロセスを少なくとも第１のステップでは迂回することにある。

この課題を解決するため、請求項１による方法及び請求項８による方法が提案される。

請求項１による方法と請求項８による方法とは、三次元画像データが取得され、その座標は位置測定システムに関して既に始めから既知である点で共通している。Ｘ線システムを使用する場合には、位置測定システムの送信コイルがＸ線システムに動かないように固定される。超音波画像形成システムを使用する場合には、同じ送信コイルが超音波変換器の位置測定のためにも使用されるか又は少なくとも他の送信コイルに対し固定されているような送信コイルが使用される。Ｘ線システム又は超音波画像形成システムを用いて取得されるデータの座標が始めから知られているため、侵襲性の器具の座標は位置測定システムを用いて決定することができ、それから三次元画像データセット（Ｘ線画像データセット又は超音波画像データセット）内に、侵襲性の器具の特に象徴的な表示のもとに、又は侵襲性の器具の視点から可視化することができる。

従って、器具を用いて心臓の侵襲性補助又は検査の視覚的支援のための本発明による方法は、以下のステップ、即ち
ａ）心臓の三次元Ｘ線画像データを得ることができるＸ線システムが用意され、
ｂ）Ｘ線システムに対し固定して位置測定システムが用意され、このシステムは、Ｘ線システムに固定され無線ビームを送出する送信器を用いて、また侵襲性の器具に固定された受信器を用いて送信器に関してまた従って記録せずにＸ線システムに関して器具の位置を検出し得るように構成され、
ｃ）Ｘ線システムを用いて心臓の三次元Ｘ線画像データセットが作られ、
ｄ）位置測定システムを用いて侵襲性の器具の座標が決定され、
ｅ）侵襲性の器具の（特に象徴的な）表示のもとに、又は侵襲性の器具の視点から、ディスプレイ上に三次元Ｘ線画像データセットの可視化が行われる、
ステップを含む。

検査又は処置の間にステップｄ）及びｅ）を繰り返すことができるのが有利である。即ち可視化は侵襲性の器具（アブレーション・カテーテル）に追従される。それによって医師は処置を実施する際可視化により最大限の利益を得る。

ステップｃ）も、心臓の三次元表示を実現するため、必要な場合には繰り返すことができる。

本発明は、新種の技術が、例えば独国特許第102004048209 B3号明細書に記載されているような心臓の三次元描出を可能にすることで利益を得る。

その際三次元Ｘ線画像データセットは心電図ゲーティング（Gating）を使用して取得される。心電図ゲーティングにおいては、時間的にはＸ線画像の取得時に心電図が取られる。どの心周期相においてどのＸ線画像が取得されるかが確認される。Ｘ線画像は従って特定の心周期相に割り付けられ、その際場合によっては個々のＸ線画像は、他の心周期相上への描出を可能にするため計算によって修正することができる。

本発明の有利な実施形態においては、三次元Ｘ線画像データセットは特定の心周期相に割り付けられ、Ｘ線システムを用いて他の心周期相に割り付けられる別の三次元Ｘ線画像データセットが作られる。そうしてそれぞれ可視化が行われ、その際可視化は特に空間的又は時間的な連結によってデータの統一のある表示を提供する。例えば複数のディスプレイ上に順次それぞれ、ディスプレイごとに特定の心周期相に対応する画像データセットの二次元的可視化を行うことができる。特に三次元画像データセットの「内視鏡ビュー」表示の場合には、種々の心周期相に割り付けられる種々の画像をディスプレイ上に時間的に順次表示することも考えられる（例えばオッシロ表示）。

本発明によれば、取得された画像データを3Dマッピングデータと共に処置前に記録しなければならないのを回避するため、三次元Ｘ線画像データが取得される。このことは、検査又は処置前にＸ線システムとは異なる画像形成システム（例えばコンピュータ断層撮影（CT）システム、核スピン画像(MRI)システム、超音波システム、陽電子放出断層撮影(PET)システム、又は単光子放出コンピュータ断層撮影(SPECT)システム）を用いて三次元術前画像データセットが取得される実施形態と対立するものではない。この術前画像データセットはＸ線画像データセットに位置正しくまたディメンジョン正しく割り付けられることができ（従ってＸ線画像データセットと共に記録される）、それによって器具の測定された位置が座標として術前画像データセット内に用意される。Ｘ線画像データセットの可視化の代わりに、又はその可視化に補足して、又はＸ線画像データセットの可視化に重ねて、術前画像データセットの可視化を、侵襲性の器具の好適には象徴的な表示のもとに、又は侵襲性の器具の視点から（例えば内視鏡ビュー）ディスプレイ上に行うことができる。この実施形態の場合、術前画像データセットは位置正しくまたディメンジョン正しくマピング画像データセットには割り付けられずに、Ｘ線画像データセットに割り付けられる。描出における類似性に基づき、このことはマッピングへの相応の割付けよりも著しく簡単化されたステップである。

術前画像データセットも、心電図ゲーティングの使用のもとに取得することができ、その際Ｘ線画像データセットと術前画像データセットとは好ましくは同じ心周期相に割り付けられているべきである。こうすれば画像がより容易に互いに割付け可能である。

Ｘ線画像データセット並びにＸ線画像データセットに対し位置正しくまたディメンジョン正しい割付けに従う術前画像データセットは、位置測定システムに対する既知の関係にあるから、可視化の際マッピング描出も加えることができる。このことは、侵襲性の器具に心臓信号の電気生理学的検出のための測定装置が設けられていることを意味し、その際測定装置は心臓信号を位置測定システムを使用して位置測定システム及び従ってＸ線システムに固く割り付けられている座標と共に電気解剖学的マップに組み立てさせ、その際これらのマップは各可視化（従ってＸ線画像データセット、又は術前画像データセット、又はこれら両者の重ね置きの可視化）に重ね置きされるか又は混ぜられて表示される。

ここで何度か述べた画像の重ね置きにおいては、従来技術に従う重ね置き技術が使用される。特に重ね置きは、使用者が使用者入力を介して２つの表示形式の間で交換することができるように行われ、その際１つの表示形式はもっと前に第１の重ねられた画像に基づき、別の表示形式は第２の重ねられた画像に基づく。

次に本発明の優れた実施例を図面に基づき説明する。

図は種々の画像形成法による撮像における座標系間の空間的関係を示すものである。図は、心臓の処置（例えばアブレーション）を支援するための情報を得るための３つの異なるシステムを示す。本来の処置の前に、コンピュータ断層撮影（CT）又は核スピン(MR)を用いて三次元画像データセット１が取得される。座標系は差し当たり他の座標系とは関連していない。さらに、処置の前又は処置の際、心臓の三次元Ｘ線画像データセットが、例えば独国特許第102004048209 B3号明細書に記載されているような技術により取得される。三次元Ｘ線画像データセット２の座標系と患者が存在するＸ線台３との関係は、Ｘ線システムの内部較正によって既知である。心臓の処置は、とりわけカテーテル、例えばアブレーション・カテーテルを用いて行われる。カテーテルの位置の測定のために位置測定システムが使用される。位置測定システムは固定部分、即ちＸ線台３に固定して配置された送信コイル、並びにカテーテル上の患者参照電極にある受信器を含む。言い換えれば、位置測定システムとＸ線システムとの間の関係は、位置測定システム・送信コイルのＸ線システムの座標系に関する較正によって既知である。位置測定システムの内部において、送信器から受信器への座標変換が行われる。位置測定システムの可動部分を用いて、3Dマッピング表示が作られる。この表示は患者参照電極による電気生理学的測定に基づき、これら参照電極はマッピング表示における電極の測定された場所に割り付けられる。

いまただ１つの必要な割付けステップとして、3D術前画像データ１の3DＸ線画像データ２に対する画像又は表面に基づく3D-3D割付けが行われる。この割付けの枠組みにおいて、3D術前画像データセットと3DＸ線画像データセットとの座標系が互いにどのように描出されるべきかを確認するため、類似性尺度が使用される。

この割付けが１回行われていると、3D術前画像データセットの位置測定システムに対する個別の3D-3D割付けは必要ではない（破線矢印参照）。3DＸ線画像データの座標系のＸ線台に対する関係と位置測定システムの座標系のＸ線台に対する関係がそれぞれ既知であることによって、3D術前画像データセットの3DＸ線画像データセットに対する割付けにより、3D術前画像データセットのＸ線台及び従って位置測定システムに対する関係も既知である。

本発明は、三次元Ｘ線画像データセット２が取得され、その関係が位置測定システムに対し固定であり、その際3DＸ線画像データが、術前に取り込まれたデータ１に対する割付けを比較的簡単に実行することを可能にすることに基づく。何故なら、画像上の対応する構造が識別でき、その結果従来技術におけるような術前データの位置測定システムに対する時間のかかる割付けが行われないからである。

両三次元画像データセット１、２及び位置測定システム、従って3Dマッピングデータについての関係が既知であることによって、両画像データセット及びマッピングデータは任意の組み合わせでＸ線画像上に共通に可視化することができる。そうして、位置測定されたカテーテルを、三次元Ｘ線画像データへ又は三次元の術前に取得されたデータへ挿入することが可能である。また、マッピングデータを他の画像データと共に重ねられて表示することもできる。重ね置きされた表示は、例えば、術前に取得されたデータが示され、その中へアブレーション・カテーテルの位置が表示されるようにすることができる。マウス又はキーの操作によって表示を3Dマッピングデータの表示に変更することができる。

従ってアブレーション・カテーテルを操作するオペレータは、極めて多様な表示の可能性を提供することができ、その際オペレータが一方では画像データを、他方では位置測定システムによりカテーテルの位置を得ることが重要である。従ってオペレータは操作中カテーテルがどこに存在するかを画像データにおいて確認することができる。位置測定システムによって、アブレーション・カテーテルの新しい実際の位置が定期的に検出される。可視化は相応に追従できる。即ちアブレーション・カテーテルの挿入の間、三次元画像データの表示も移動し、その結果処置を実施する医師はいわば仮想世界の中で、アブレーションをできるだけ目標への狙いを正確に実施するため情報を得ることができる。このことは、肺静脈が正確に規定された場所において除去されなければならない心房細動の処置において、並びに瘢痕組織の近傍又は瘢痕組織に沿って除去されなければならない心室細動の処置において有益である。後者の場合、画像データセット１は巧みな方法で、瘢痕が描出されるように選択される。瘢痕は必ずしも3DＸ線画像において見ることができなければならないものではない。何故なら画像又は表面に基づく3D-3D割付けはまた十分に正確であるからである。瘢痕はディスプレイ上に可視化することができ、カテーテルを目標を狙って正確に導くことができる。

本発明は従って特定のアブレーションプロセスにおいて従来得られなかった精密さを可能とする。

本発明の種々の画像形成法による撮像における座標系間の空間的関係の説明図である。

符号の説明

１ 三次元術前画像データセット
２ 三次元Ｘ線画像データセット
３ Ｘ線台

Claims (9)

1. 侵襲性器具を用いた心臓の侵襲性検査又は処置の視覚的支援方法において、
   ａ）心臓の三次元Ｘ線画像データを得ることができるＸ線システムが用意され、
   ｂ）Ｘ線システムに対し固定した位置測定システムが用意され、このシステムは、Ｘ線システムに固定され無線ビームを送出する少なくとも１つの送信器を用いて、また侵襲性の器具に固定された少なくとも１つの受信器を用いて、器具の送信器に関する位置及び記録せずにＸ線システムに関する位置を検出し得るように構成され、
   ｃ）Ｘ線システムを用いて心臓の三次元Ｘ線画像データセットが作られ、
   ｄ）位置測定システムを用いて侵襲性の器具の座標が決定される、
   ｅ）三次元Ｘ線画像データセットの可視化が、侵襲性の器具の表示のもとに、又は侵襲性の器具の視点から、ディスプレイ上に行われる
   ステップを含むことを特徴とする心臓の侵襲性検査又は処置の視覚的支援方法。
2. 検査又は処置の間、ステップｄ）及びステップｅ）が繰り返されるか、又はステップｃ）が繰り返されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 三次元Ｘ線画像データセットが心電図ゲーティングの使用のもとに取得されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 三次元Ｘ線画像データセットが特定の心周期相に割り付けられ、Ｘ線システムを用いて他の心周期相に割り付けられている別の三次元Ｘ線画像データセットが作られ、それぞれ可視化が行われ、その際可視化は空間的又は時間的な連結によってデータの統一した表示を提供することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 検査又は処置の前に、Ｘ線システムとは異なる画像形成システム、特にCTシステム、MRIシステム、超音波システム、PETシステム又はSPECTシステムを用いて、三次元術前画像データセットが取得され、
   この術前画像データセットがＸ線画像データセットに位置正しくまたディメンジョン正しく割り付けられ、それによって器具の測定された位置が術前画像データセットにおける座標として用意され、
   Ｘ線画像データセットの可視化に代えて、又はその可視化に補足して、又はＸ線画像データセットの可視化に重ねて、侵襲性の器具の表示のもとに、又は侵襲性の器具の視点から、術前画像データセットの可視化がディスプレイ上に行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. 術前画像データセットが心電図ゲーティングを使用して取得され、Ｘ線画像データセット及び術前画像データセットが同じ心周期相に割り付けられることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 侵襲性の器具に心臓信号を電気生理学的に検出するための測定装置が設けられ、その際心臓信号が位置測定システムを使用して電気解剖学的マップに組み立てられ、そのマップは位置測定システム及び従ってＸ線システムに割り付けられ、マップは各可視化に重ねて又は混ぜて表示されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
8. 侵襲性器具を用いた心臓の侵襲性検査又は処置の視覚的支援方法において、
   ａ）三次元超音波画像データを得るための超音波画像形成システムが用意され、このシステムは患者の体内に挿入することができる二次元画像データを供給する超音波変換器を含み、その際超音波変換器には超音波変換器の位置を確定するための無線受信器が設けられ、この無線受信器は無線送信器の無線信号を受信し三次元超音波画像データの第３の次元に関する情報を入手し、
   ｂ）超音波画像形成システムの無線送信器又はこの送信器に固定して存在する別の無線送信器を含む位置測定システムが用意され、侵襲性の器具に固定された受信器は、位置測定システムによって侵襲性の器具の超音波画像座標に関する座標が記録せずに検出可能なものであり、
   ｃ）超音波変換器の体内への挿入後、三次元超音波画像データセットが作られ、
   ｄ）侵襲性の器具の患者体内への挿入後、侵襲性の器具の座標が位置測定システムを用いて決定され、
   ｅ）三次元超音波画像データセットの可視化が、侵襲性の器具の表示のもとに又は侵襲性の器具の視点からディスプレイ上に行われる
   ことを特徴とする心臓の侵襲性検査又は処置の視覚的支援方法。
9. 侵襲性の器具に心臓信号の電気生理学的検出のための測定装置が設けられ、その際心臓信号が位置測定システムの使用のもとに、位置測定システム及び従ってＸ線システムに固く割り付けられている座標と共に電気解剖学的マップに組み立てられ、マップが可視化に重ねるか混ぜて表示されることを特徴とする請求項８記載の方法。

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