JP2007515242A - 患者の体内に医療用機器を案内するためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、医療用システムであって、患者の体内に案内される医療用機器と、前記医療用機器の２ＤＸ線画像を取得する手段と、前記医療用機器の３ＤＸ線画像を取得する手段と、前記Ｘ線取得手段の基準において前記超音波プローブを位置決めするための手段と、三次元画像データセットにおいて前記医療用機器の周りの関心のある領域を選択する手段であって、超音波取得手段の基準において前記の関心のある領域の第一位置決めを規定する、手段と、Ｘ線取得手段の前記基準において前記関心のある領域の第二位置決めに超音波取得手段の前記基準において前記関心のある領域の前記第一位置決めを変換するための手段と、前記関心のある領域に含まれる３Ｄ超音波データ及び前記２ＤＸ線画像を結合することによりが前記医療用機器のバイモーダルな表示を生成する手段とを有する、医療用システムに関する。

Description

本発明は、患者の体内に案内される医療用機器を有する医療用システム及び前記医療用機器を可視化するための手段に関する。本発明は又、前記システムにおいて用いられる方法に関する。本発明は、例えば、電気生理学的侵襲処置中に患者の心臓の内側にカテーテルを案内するためのアプリケーションに適用される。

医療用機器が患者の体内に案内されなければならない臨床応用は広く採用されてきた。心臓病の手術のための最小限の侵襲的な方法における関心の高まりは、医師が心臓の内側又は外側の所定位置に医療用機器を案内することを可能にする方法及び装置の開発を必要としている。電気生理学においては、例えば、電気パルスを測定するため又は壁組織を焼くために、心室又は心房壁の複数の所定位置にカテーテルを案内することが必要である。 米国特許第六，５８７，７０９号明細書において、患者の体内に医療用機器を案内するためのシステムについて開示されている。そのようなシステムは、超音波プローブを用いて、ライブの三次元画像データセットを取得する。ライブの三次元画像データセットを取得する有利点は深さ方向の情報を得ることである。ライブの三次元画像データモダリティを用いる有利点は、周囲の組織が可視的であり、そのことは、医師による医療用機器の案内を容易にする。そのシステムは、三次元画像データセットにおいて医療用機器を位置決めするための位置決め手段を更に有する。そのような位置決めは、面を画像化して自動選択することを可能にし、そのことは、少なくとも医療用装置の部分を含んでいる。それ故、手動で超音波プローブの位置を再調整する必要はない。

そのような三次元画像データセットの第一の短所は、三次元画像データセットは狭い視野を有することであり、カテーテルの導入及び位置決めによっては関連の患者の体の全部の部分をカバーすることができないことである。それ故、全体の処置中にカテーテルを案内するために、超音波プローブは何回か移動される必要がある。各々の移動において、カテーテルの位置は超音波プローブ位置に対して相対的に測定されるため、侵襲的空間の基準内に超音波プローブを位置付ける手術前段階が必要である。そのような手術前段階は侵襲的処置を遅らせる又は複雑にする。

超音波イメージングモダリティの第二の短所は低分解能であることである。それ故、取得される三次元超音波データセットにより、許容できる品質を有するカテーテル及びその周囲の画像を得ることはできない。

超音波イメージングモダリティの第三の短所は、胸郭が超音波走査を妨げ、利用できる画像を出力することができない患者の体の一部の部位が存在することである。
米国特許第６，５８７，７０９号明細書

本発明の目的は、それ故、患者の体内に医療用装置を案内するための医療用システムであって、全体の処置を通して医療用機器及びその周囲の組織の改善された可視性を与える医療用システムを提供することである。

このことは、次の構成要素を有する医療用システムにより達成される。
− 患者の体内に案内される医療用機器
− 前記医療用機器の二次元Ｘ線画像を取得するためのＸ線取得手段
− 超音波プローブを用いて前記医療用機器の三次元画像データセットを取得するための超音波取得手段
− 前記Ｘ線取得手段の基準において前記超音波プローブの位置決めを行うための手段
− 三次元画像データセットにおいて前記医療用機器の周りの関心のある領域を選択する手段であって、前記超音波取得手段の基準において前記の関心のある領域の第一位置決めを規定する、手段
− 超音波プローブの前記位置決めを用いて、Ｘ線取得手段の前記基準において前記関心のある領域の第二位置決めに、超音波取得手段の前記基準において前記関心のある領域の前記第一位置決めを変換するための手段
− 前記関心のある領域に含まれる三次元超音波データ及び前記二次元Ｘ線画像が前記第二位置決めを用いて結合される前記医療用機器のバイモーダルな表示を生成する且つ表示するための手段
本発明を用いて、バイモーダルな表示が提供され、そのバイモーダルな表示において、二次元（２Ｄ）Ｘ線データ及び三次元（３Ｄ）超音波データが結合される。２ＤＸ線データは、良好な可視性及び医療用機器及び骨格の高分解能を与える。２ＤＸ線データは又、大きい視野の恩恵を受け、電気生理学的処置により関連する患者の体の全体の領域の可視化を可能にする。

好適には、バイモーダルな表示は、２ＤＸ線画像に基づいて生成される。この２ＤＸ線画像において、３Ｄ超音波データセットの選択された関心のある領域において対応するポイントを有するポイントのＸ線強度値の全てが超音波強度値により結合される。

前記の関心のある領域を選択するための手段は、前記医療用機器の一部を含む基準面を規定するように意図されている。本発明の第一実施形態においては、関心のある領域は、例えば、Ｘ線取得手段のオリエンテーションに対して垂直であり、壁組織と接している状態にある医療用機器の先端を有する前記基準面に含まれる。それ故、バイモーダルな表示を生成するための手段は、Ｘ線取得手段の基準において基準面座標において３Ｄ超音波データセットにより得られる２Ｄ超音波画像と２ＤＸ線画像を結合するように意図されている。本発明の第一実施形態の第一の有利点は、それが非常に簡単であることである。第二の有利点は、医療用機器及びその周囲を閉塞させる何れの超音波データは取り除かれることである。

代替として、選択手段は、３Ｄ超音波データセットの関心のある領域において医療用機器を検出するための検出手段を有する。そのような検出は、例えば、細長い形状を改善且つ閾値化するためのフィルタ等の画像処理技術を用いることにより自動的に達成される。バイモーダルな表示においては、検出される医療用機器に属す２ＤＸ線画像のポイントのＸ線強度値は、有利であることに、不変のまま保たれる。第一の有利点は、バイモーダルな表示がＸ線取得手段により与えられる医療用機器の高分解能の恩恵を受けることである。

この検出の第二の有利点は、それが、画像処理技術に基づき、何れの特定の医療用機器を必要としないことである。医療用機器が各々の新しい患者のために変えられる必要があることを考慮すると、本発明に従ったシステムの他の有利点は、少額でない費用削減を可能にすることである。

この検出の第三の有利点は、それが医療用機器の先端の位置決めを与えることである。この位置決めは、バイモーダルな表示と組み合わされ、心腔壁の電気的活性化マップの生成を支援することが可能である。実際には、そのような処置においては、医療用機器は、心腔壁において電気パルスを測定するためのセンサを用いてその医療用機器の先端に備えられてカテーテルである。ユーザは、カテーテルが心腔壁と接する状態にあるとき、センサを活性化することができる。カテーテルの現位置において電気パルスの測定が実行される。本発明に従ったシステムにより与えられるカテーテルの位置決めは、前記源位置に対応するポイントの位置及び電気的活性化マップにおける前記電気的測定を与える。バイモーダルな測定を可視化することにより、ユーザは、現測定ポイントと前測定ポイントとの間の距離を評価する可能性を有する。それ故、本発明に従ってシステムは、高速で、一様なそして完全な心腔壁のマッピングを容易にする。

本発明の第二実施形態においては、本発明に従ったシステムは、３Ｄ超音波データセットにおける壁組織領域をセグメント化するための手段を更に有する。それ故、２ＤＸ線画像において、前記壁組織領域に属すポイントのＸ線強度値のみが、対応する超音波強度値と組み合わされる。それ故、バイモーダルな表示は、心腔壁内側のＸ線強度値及び心腔壁外側及び内部の超音波強度値を過剰化する。バイモーダルな表示が局所的に利用可能である最良の情報の恩恵を受けることができることは有利である。

本発明の第三実施形態においては、関心のある領域は、３Ｄ超音波データセットの３Ｄサブセットであり、Ｘ線方向に沿った基準面の後ろにあるか又は、その基準面のあたりで
スラブを構成する。前記の選択された関心のある領域に含まれる３Ｄ超音波データのボリュームレンダリングされたビューが与えられる。バイモーダルな表示は、ボリュームレンダリングされたビューにおける対応するポイントの強度値と２ＤＸ線投影のポイントの強度値を組み合わせることにより構築される。周囲の組織の透視ビューを与えることは有利である。

本発明に従ったシステムは、リアルタイムに２ＤＸ線画像及び３Ｄ超音波データセットを取得することができる。それ故、医療用機器は、各々の新しい２ＤＸ線画像及び３Ｄ超音波データセットにおいて追従されることができる。

本発明の第四実施形態においては、そのシステムは、プローブ位置決め手段を定期的にトリガするための制御手段を有する。実際には、Ｘ線取得手段の基準内で超音波プローブの位置は、臨床処置の間に呼吸運動のような患者の外部の動きにより変化され得る。それ故、超音波プローブの位置決めは定期的に更新される必要がある。

本発明の第五実施形態においては、そのシステムは、時間ｔ−１において取得された前３Ｄ超音波データセットに対して時間ｔにおいて取得された現３Ｄ超音波データセットび動きを評価し且つ補償するための手段を有する。超音波プローブの小さい変位がプローブ位置決め手段を用いることなく、それ故、ライブの医療用機器の可視化を中断することなく、補正されることができることは有利である。

本発明の上記の及び他の特徴については、以下に記載している実施形態を参照することにより明らかになり、理解することができるであろう。

本発明は、患者の体内に医療用機器を案内するためのシステムに関する。そのようなシステムは、心臓病を診断及び治療するために、心腔内にカテーテルを案内するために特に適合されるが、より一般には、例えば、針のような、患者の体内に何れの他の医療用機器を案内するために用いられることができる。

図１は、患者用テーブル２に横たわらされている患者１であって、その患者の象徴的に表されている心臓３は体内に導入されているカテーテルによる処置を受ける、患者１を模式的に示している。そのシステムは、患者の体の２ＤＸ線画像を取得するための手段５を有する。前記Ｘ線取得手段は、焦点Ｘ線原６と検出器７とを有する。有利であることに、ｃａｔｈｌａｂ ｒｏｏｍにおいては常にそうであるように、それらのＸ線取得手段５はＣ字型アームシステムである。そのようなＣ字型アームシステムの有利点は、既知のオリエンテーション角において患者の複数の２ＤＸ線画像を生成するように患者の体の周りの回転運動を有することができることである。

本発明に従ったシステムは、超音波プローブ９から３Ｄ超音波データセットを取得するための手段８を更に有し、その超音波プローブは、患者の体に位置付けられ且つ固定手段、例えば、ベルト１０又は定位固定アームにより固定されている。２ＤＸ線画像及び３Ｄ超音波データセットの両者はリアルタイムに取得され、そのことは、超音波プローブが患者の体内に案内されるとき、医療用機器のライブの可視化を可能にする。

Ｘ線取得手段５は、以下、Ｘ線基準と呼ぶ座標基準（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）に関連付けられ、その座標基準において、焦点Ｘ線源６及び検出器７の幾何学的構成は既知である。Ｘ線基準（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）は、Ｃ字型アームではなく、Ｘ線取得手段の固定部に結びつけられている。それ故、Ｃ型アームのオリエンテーションは前記Ｘ線基準において表されることができる。しかしながら、Ｘ線取得手段の幾何学的構成はＣ型アームの特定の位置に依存する。

本発明に従ったシステムは、Ｘ線基準（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）の範囲内で超音波プローブ９を位置決めするための手段１１と、３Ｄ超音波データセットにおける医療用機器の周りの関心のある領域を選択するため及び超音波取得手段のＸ線基準（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）の範囲内で関心のある領域の第一位置決めＬ_ＯＣ１を与えるための手段１２と、Ｘ線基準（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）の範囲内で関心のある領域の第二位置決めＬ_ＯＣ２にＸ線基準（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）範囲内で関心のある領域の第一位置決めＬ_ＯＣ１を変換するための手段１３と、関心のある領域に含まれ且つ第二位置決めＬ_ＯＣ２により位置決めされた３Ｄ超音波データと２ＤＸ線画像からのデータを組み合わせることによりバイモーダルな表示ＢＩを生成するための手段とを更に有する。そのバイモーダルな表示ＢＩはスクリーン１５に表示される。

図２を参照するに、プローブ位置決め手段１１は、第一方法においては、当業者に周知である、超音波プローブ９に備えられているアクティブローカライザ１６に基づいている。前記アクティブローカライザ１６、例えば、ＲＦコイルは、患者の体の下に位置付けられ且つ、例えば、患者用テーブルに一体化されているＲＦ受信ユニット１７にＲＦ信号を送信するように意図されている。ＲＦ受信ユニットは、既知の基準、例えば、Ｘ線取得手段５の基準（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）における超音波プローブ９の位置を測定するための測定手段１８に受信された信号を送信する。アクティブローカライザ１６は二次元であり、超音波プローブの位置及びオリエンテーションの正確な測定が計算されるような方法で超音波プローブ９において位置付けられる必要があることに留意する必要がある。ＬＥＤベースの光学ローカライザが又、用いられることが可能であることに留意する必要がある。この第一方法の第一有利点は、その第一方法により超音波プローブの正確な位置決めを行うことができることである。その方法の第二有利点は、リアルタイムに実行され、それ故、臨床処置の間、トリガされることができることである。

図３に示すプローブ位置決め手段１１の第二方法においては、超音波プローブ９は、少なくとも３つの非アライメント相互依存性のＸ線不透過性マーカＭ_１、Ｍ_２及びＭ_３を備えているベルト１０を装着している患者１の体の回りに固定されている。例えば、ベルト１０はプレキシガラスプラークを有し、そのプレキシガラスプラークにおいて、３つの非アライメント相互依存性のＸ線不透過性マーカが固定されている。

３つのマーカＭ_１、Ｍ_２及びＭ_３は同じ面に属し、それ故、Ｃ字型アームシステム５のオリエンテーション角θ_１を取得した少なくとも１つの２ＤＸ線投影２ＤＸＲ_１はＸ線基準（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）における超音波プローブの位置を決定するために必要である。しかしながら、それらの３つのマーカは相互依存的であり、アライメントされていず、固定四面体を構成することを意味するため、そのプローブの位置はＸ線投影２ＤＸＲ_１により完全に特定されることが、当業者には理解されるものである。

図４ａを参照するに、検出器の基準（ｄＯ，ｄｘ，ｄｙ）を考慮している。例えば、第一２ＤＸ線画像２ＤＸＲ_１における３つのマーカＭ_１、Ｍ_２及びＭ_３の投影Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３の座標（ｄｘ_１，ｄｙ_１）、（ｄｘ_２，ｄｙ_２）、（ｄｘ_３，ｄｙ_３）のような６つのパラメータは、Ｘ線基準（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）において超音波プローブ９の位置を完全に特定する。Ｘ線不透過性マーカＭ_１、Ｍ_２及びＭ_３を用いる第一有利点は、それらのマーカは非常に高いコントラストを有する２ＤＸ線投影の状態で現れ、そのことは、それらの位置決めを容易にする。そのような位置決めは、手動で又は自動化により得られることが可能である。手動の場合、ユーザは、各々の２ＤＸ線画像において少なくとも２つのＸ線不透過性マーカをクリックすることが可能である。自動化の場合、例えば、モルフォロジカルフィルタのような、当業者に周知である画像処理技術を、Ｘ線不透過性マーカを検出するために用いることが可能であり、それらのＸ線不透過性マーカは２ＤＸ線投影において高コントラストのブロブとして現れる。第二有利点は、そのような位置決めはリアルタイムで実施され、それ故、何れのペリ侵襲的ステップを意味しない。しかしながら、一旦、医療用機器が検査される患者の体の空洞内に案内されると、超音波データが用いられるように意図されているため、臨床処置中に超音波プローブを演繹的に移動させる必要はない。第三有利点は、それが、Ｘ線及び超音波取得手段の視野内に金属の対象物を導入しないことである。

第二方法の代替においては、第二２ＤＸ線画像２ＤＸＲ_２は、図４ｂに示しているように、Ｃ字型アームシステム５の第二オリエンテーション角θ_２を用いて取得される。この第二Ｘ線画像は、３つのマーカＭ_１、Ｍ_２及びＭ_３の投影Ｐ′_１、Ｐ′_２、Ｐ′_３の新しいセットの座標（ｄｘ′_１，ｄｙ′_１）、（ｄｘ′_２，ｄｙ′_２）、（ｄｘ′_３，ｄｙ′_３）を決定することを可能にする。位置決めされたポイントＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_３及びＰ′_１、Ｐ′_２、Ｐ′_３はエピポーラ拘束に従うことに留意する必要がある。これは、例えば、ポイントＰ_１にソース焦点を繋ぐラインＬ_１がＰ′_１を有する第二Ｘ線画像２ＤＸＲ_２における投影ラインＬ′_１として現れることを意味する。第一有利点は、Ｐ′_１が全体の画像において探索される必要はないが、投影ラインＬ′_１においてのみ探索されることである。第二有利点は、適切なマーカＭ_１、Ｍ_２及びＭ_３とポイントＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_３及びＰ′_１、Ｐ′_２、Ｐ′_３を関連付ける方法を与えることである。

２つの２ＤＸ線画像を含む、そのような超音波プローブ９の位置決めはリアルタイムに実行されず、それ故、臨床処置のペリ侵襲的ステップにおいて処理される必要がある。２ＤＸ線画像を取得する有利点は、その位置決めの正確度が非常に高いことである。

一旦、超音波プローブ９がＸ線基準（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）において位置付けされると、そのプローブのオリエンテーションは認識され、それ故、３Ｄ超音波コーンと呼ばれる、３Ｄ超音波データセット２２の位置が演繹される。これは、前記超音波プローブの位置決めからＸ線基準における前記３Ｄ超音波データセットのポイントの位置を演算する変換手段１３により得られる。Ｘ線取得手段の幾何学的構成に従った検出器における前記ポイントの投影が又、演繹される。

図５を参照するに、本発明に従ったシステムは、３Ｄ超音波データセット２１における医療用機器４の周りの関心のある領域３５を選択するための手段１２を有する。医療用機器の一部を有する基準面が規定されている。有利であることに、前記基準面は、Ｘ線取得手段のオリエンテーションの方向に対して垂直に選択される。その関心のある領域は、前記基準面の後ろにある又は前記基準面の周りにおいて構成される３Ｄ超音波データサブセットをクロッピングすることにより得られる。このように、３Ｄ超音波データセットにおける医療用機器の可視性を閉塞する構造は取り除かれる。第一方法においては、ユーザは、３Ｄ超音波データセットにおいて関心のある領域３５をインタラクティブに選択する。第二方法においては、前記基準面の位置は、例えば、第三の３Ｄデータセットの深さに等しい所定の基準深さにおいて、予め規定される。この所定の基準面は、３Ｄ超音波データセットにおいて視野角ビューを探索するために更に回転されることが可能であり、その視野角ビューにより医療用機器は更に可視化される。回転された基準面１３が得られる。有利であることに、前記視野角は、２ＤＸ線画像を最適化するためにＣ字型システムに適用される。

有利であることに、選択手段１２は、３Ｄ超音波データセット２１において医療用機器４を検出するための手段を有する。医療用機器は、通常、３Ｄ超音波データセットにおいて高コントラストを有するように現れることに留意する必要がある。それは、例えば、電気生理学的カテーテルの場合であり、そのカテーテルは先端に金属チップを有する。前記チップは小さく、細い部分であり、非常にエコーゲン性が大きく、３Ｄ超音波データセットにおいて特定の痕跡を残す。それ故、そのチップの端部は定時目印とみなされる、又は全体のチップは細長い目印とみなされる。

その結果、前記検出手段は画像処理技術を有し、それらの画像処理技術は、高いコントラストのブロブか又は比較的一様な背景を有する細長い形状のどちらかを改善するためのものであり、当業者には周知である。

検出手段は、ポイントＥＰ_１及び標準のオリエンテーション

により基準面３０を自動的に規定することを可能にし、ここで、ＥＰ_１は、例えば、検出される医療用機器の先端、例えば、チップの端部３１に相当し、標準のオリエンテーション

はＸ線源の既知のオリエンテーションである。

代替として、基準面３３は、医療用機器４の検出により与えられる少なくとも３つの非アライメントポイントＥＰ_１、ＥＰ_２及びＥＰ_３により規定される。医療用機器４の検出位置についてのＸ線取得を最適化するようにＸ線源６を再方向付けするために有利に役立つ第二の標準のオリエンテーション

が規定される。

図６を参照するに、基準面３０、３３に含まれるポイントと２ＤＸ線画像４０に含まれるポイントとの間のマッピングは、変換手段１３により与えられるＸ線基準（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）において超音波プローブ９の第二位置決め及びＸ線取得手段の幾何学的構成の知識から演算される。例えば、ポイントＥＰ_１は、投影ライン３６に従って２ＤＸ線画像におけるポイントＰ（ＥＰ_１）に投影される。

本発明に従った生成及び表示手段１４は、医療用機器のバイモーダルな表示を生成するように意図され、その医療用機器において、２ＤＸ線画像及び３Ｄ超音波データセットの両者からもたらされる情報は組み合わされる。

好適には、図７に示すように、そのような組み合わせはＸ線駆動され、それは、２ＤＸ線画像４０に基づいてＸ線駆動されることを意味する。

本発明の第一実施形態においては、医療用機器の関心のある領域は基準面３０、３３に含まれる。それ故、関心のある領域を有する超音波情報は２Ｄ超音波ビュー４１に相当し、その２Ｄ超音波ビュー４１は、基準面３０、３３における３Ｄ超音波データセットをサンプリングすることにより得られる。

バイモーダルな表示は、２Ｄ超音波ビュー４１において対応するポイントを有する２ＤＸ線投影４０のポイント全ての強度値が組み合わされるように、構成された画像である。そのような組み合わせは、例えば、２ＤＸ線画像４０のポイントの第一強度値Ｉ_１及び２Ｄ超音波ビュー４１における対応するポイントの第二強度値Ｉ_２のスカラ関数ｆにより規定される。そのようなスカラ関数ｆは、例えば、アルファブレンディング技術を実行することにより強度値Ｉを与え、そのスカラ関数ｆは、当業者には周知であり、次式のようである。

Ｉ＝ｆ（Ｉ_１，Ｉ_２）＝αＩ_１＋（１−α）Ｉ_２
αが１に等しい場合、バイモーダルな表示の強度値Ｉは第一Ｘ線強度Ｉ_１に等しい。それとは対照的に、αが０に等しい場合、バイモーダルな表示の強度値Ｉは第二Ｘ線強度Ｉ_２に等しく、そのことは、２ＤＸ線画像のポイントの強度値が２Ｄ超音波画像４１の対応するポイントの強度値により置き換えられたことを意味する。

超音波取得手段は、医療用機器においてフォーカシングされる３Ｄ超音波データセットを与える。本発明を用いると、Ｘ線値及び超音波強度値の組み合わせが、医療用機器の周りの組織の可視性を改善する有利点を有する。

検出器７におけるＸ線源７により与えられる医療用機器の投影は良好な品質を有し、高分解能及び高コントラストの恩恵を受けることは、当業者には周知である。３Ｄ超音波データセットの関心のある領域における医療用機器の検出が検出手段により利用可能であるとき、２ＤＸ線投影４０における、即ち、検出器基準（ｄＯ，ｄｘ，ｄｙ）における医療用機器の投影の位置は、Ｘ線基準（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）における医療用機器の位置から導き出される。その位置は、例えば、２Ｄ超音波ビュー４１におけるポイント４２のセットに対応するＸ線投影のポイントのセット４３である。

有利であることに、検出された医療用機器に属する２ＤＸ線投影４０のポイントの強度値は、対応するバイオモーダルな表示のポイントに対して与えられる。Ｘ線取得手段により与えられる医療用機器の良好な可視性及び分解能を維持することは有利である。

図８に示す本発明の第二実施形態において、本発明に従ったシステムは、壁組織領域、例えば、医療用機器に隣接する心内膜壁４４をセグメント化するための手段を更に有する。これは、心筋のような壁組織は超音波画像において血液より明るく現れるため、例えば、強度値閾値化のような画像処理技術により得られる。

他の可能性は、例えば、アクティブ輪郭線技術（又は、“スネーク”とも呼ばれる）を用いることにより、境界を検出することである。この技術は、当業者には周知であり、第一に、最初の輪郭線を規定することを、第二に、内力及び外力の影響下で前記最初の輪郭線を導き出すようにすることを有する。最終的な輪郭線４６が得られる。次いで、輪郭線４６の外側に位置するポイントから内側に位置するポイントを区別し、対応する２Ｄ超音波ビュー４１のポイントの強度値を外側のポイントにのみ与えることが可能である。このような第二の実施形態の有利点は、医療用機器４のより大きい周囲におけるＸ線情報からの恩恵を受けることである。

図９に模式的に示している本発明の第三実施形態においては、本発明に従ったシステムは、規定された関心のある領域３５のボリュームレンダリングされた画像を表示するための手段を更に有する。この実施形態においては、関心のある領域３５はスラブ５０である。ボリュームレンダリングされた画像５１は、ある方向であって、例えば、円柱５２により示されているように、Ｘ線取得手段のオリエンテーションの方向に従って３ｄ超音波データを統合することにより得られる。前記ボリュームレンダリングされた画像５１が２Ｄ超音波ビュー４１の代わりに用いられ、上記の方法と類似する方法でバイモーダルな表示５３を生成するための２ＤＸ線画像４０と組み合わされる。この第三方法の有利点は、例えば、心腔である、医療用機器に隣接する部分の透視ビューを与えることである。

生成手段１４は、３Ｄ超音波データセットに基づいてバイモーダルな表示を逆に生成し、超音波情報によりＸ線情報を置き換えることが可能である。しかしながら、この場合、バイモーダルな表示は、３Ｄ超音波取得手段の１つに対して減らされた画像フィールドを有する。

そのシステムは、ライブの２ＤＸ線画像及びライブの３Ｄ超音波データセットの両者を与えるように意図されている。プローブの位置決めはペリ侵襲的ステップにおいて既に実行されたが、特に、呼吸運動が補償されなければならない場合に、患者の動きが生じるときにそのような位置決めを更新する必要がある。実際には、患者の動きは、Ｘ線基準において超音波プローブの位置の変化をもたらし、従って、３Ｄ超音波データと共に２ＤＸ線データをマッピングするときにエラーを生じさせる。それ故、本発明の第四実施形態においては、そのシステムは、Ｘ線基準において超音波プローブを位置決めするための手段を定期的にトリガするための制御手段を有する。そのようなトリガリングは、取得された新たな２ＤＸ線画像又は３Ｄ超音波データ全てに対してこのプローブ位置決めを再トリガリングする程度まで、ユーザが規則的な時間インターバルで必要に応じて又は自動的にそのトリガリングを判断するとき、手動で実行される。この場合、プローブの位置決めはリアルタイムに実行される必要があることに留意する必要がある。３Ｄ超音波データと共に２ＤＸ線データをマッピングするとき、そのシステムは何れのエラーの蓄積を回避することは有利点である。

本発明の第五実施形態においては、そのシステムは、２つの連続するプローブの位置決めの間のインターバルにおいて患者の心臓に対する何れの相対的な超音波プローブの動きを補償するための手段を有する。それらの動き補償手段は、現時点ｔ_０＋ｔにおいて取得された現３Ｄ超音波データセット３ＤＵＳ（ｔ_０＋ｔ）と前時間ｔ_０において取得された前３Ｄ超音波データセット３ＤＵＳ（ｔ_０）との間の動きを補償するように意図され、両者の超音波データセットは心周期の同じ位相に対応している。先ず、前３Ｄ超音波データセット３ＤＵＳ（ｔ_０）のポイントと現３Ｄ超音波データセット３ＤＵＳ（ｔ_０＋ｔ）のポイントを繋げる動きベクトルが推定され、現３Ｄ超音波データセット３ＤＵＳ（ｔ_０＋ｔ）のポイントは演算された動きベクトルに従って移動される。それ故、動き補償された現３Ｄ超音波データセット３ＤＵＳ（ｔ_０＋ｔ）が得られ、それは前３Ｄ超音波データセット３ＤＵＳ（ｔ_０）に近いように予測される。第一方法においては、映像圧縮の分野における熟達者にとってよく知られているブロックマッチング技術が有利であるように用いられる。図１０を参照するに、その図は、簡単化のために、２Ｄの場合におけるブロックマッチングの原理について示し、現３Ｄ超音波データセット３ＤＵＳ（ｔ_０＋ｔ）及び前３Ｄ超音波データセット３ＤＵＳ（ｔ_０）は、例えば、８ｘ８ｘ８ポイントのブロックに分割され、現３Ｄ超音波データセットの各々のブロックＢ_ｎ１に対して、前３Ｄ超音波データセットのブロックＢ_ｎ０の探索が実行され、そのことは、相関度の最大化に繋がる。動きベクトル

が得られる。

従って、動き補償手段は、時点ｔ_０と時点ｔ_０＋ｔとの間に生じた小さい動きを現超音波画像において補償するように意図されている。動き補償は、両者の３Ｄ超音波データセットの間に小さい差が存在するときに効果的である。本発明の第五実施形態の有利点は、心臓のような、調査される空洞に対するプローブの小さい動きのために、位置決めのエラーを補償するための解決方法を与えることである。この解決方法は、プローブの位置決めがリアルタイムに実行されないとき、例えば、Ｃ字型アームにより与えられる幾つかの画角が含まれるとき、特に有利である。この場合、動き補償手段は、２つの連続するプローブの位置決めの平均時間内で有利に用いられることが可能である。

本発明に従ったシステムにおいては、電気生理学的処置について特に関心を有し、そのような電気生理学的処置は、一般に、心臓病を診断するための心腔壁の電気的活性化マップを生成すること又は異常として特定された心臓壁組織の一部を焼くことを有する。実際には、手術の領域についての大きな視野のライブの可視化を与えることにより、手術において、医療用機器、骨格及び周囲の壁組織が同時に可視的であり、本発明に従ったシステムは電気的活性化マップの生成を容易にする。

本発明はまた、患者の体内で医療用機器４を案内する方法に関する。図１１を参照するに、そのような方法は次の段階を含む。
− Ｘ線取得システムを用いて、前記医療用機器の二次元Ｘ線画像を取得する段階６０
− 前記超音波プローブを用いて、前記医療用機器の三次元超音波データセットを取得する段階６１ａ
− 前記Ｘ線取得システムの基準において前記超音波プローブの位置決めを行う段階６２
− 前記３Ｄ超音波データセットにおいて前記医療用機器の関心のある領域を選択し、超音波取得手段の基準において前記の関心のある領域の第一位置決めを行う段階６３
− 前記のＸ線取得システムの基準において第二Ｘ線位置決めに前記の３Ｄ超音波データセットの基準における前記第一位置決めを変換する段階６４
− 前記医療用機器のバイモーダルな表示を生成しかつ表示する段階であって、前記関心のある領域に含まれる２ＤＸ線画像及び３Ｄ超音波データの両者が前記第二位置決めを用いて組み合わされる、段階
以上の図面及びそれらの説明は例示であって、本発明を制限するものではない。同時提出の特許請求の範囲内で、多くの変形が可能であることは明らかである。これに関連して、次のように結ぶことできる。即ち、ハードウェア、ソフトウェア又はそれら両者のアイテムにより機能を実施する多くの方法がある。これに関連して、図面は非常に模式的であり、それら図面の各々は本発明の１つの有効な実施形態のみを表している。それ故、図は異なるブロックとして異なる機能を示しているが、これは、ハードウェア又はソフトウェアの単一のアイテムが幾つかの機能を実行することを決して排除するものではなく、単一の機能が、ハードウェア、ソフトウェア又はそれら両者のアイテムのアセンブリにより実行されることを決して排除するものではない。

用語“を有する”及びその用語の派生語は、請求項に記載された要素又は段階以外の要素又は段階の存在を排除するものではない。要素又は段階の単数表現はそのような要素又は段階の複数表現を排除するものではない。

本発明に従ったシステムの模式図である。 超音波プローブがアクティブローカライザ１６を備えているときの、Ｘ線基準において超音波プローブを位置決めするための手段の模式図である。 プローブがＸ線不透過性マーカを有するベルトを備えているときの、Ｘ線基準において超音波プローブを位置決めするための手段の模式図である。 プローブがＸ線不透過性マーカを有するベルトを備えているときの、Ｘ線基準において超音波プローブを位置決めするための手段の模式図である。 プローブがＸ線不透過性マーカを有するベルトを備えているときの、Ｘ線基準において超音波プローブを位置決めするための手段の模式図である。 医療用機器を位置決めするため且つ本発明に従った３Ｄ超音波データセットにおいて前記医療用機器を有する面を決定するための手段の模式図である。 Ｘ線取得手段の基準において関心のある領域の第二位置決めに超音波取得手段の基準における関心のある領域の第一位置決めを変換するための変換手段の模式図である。 本発明の第一実施形態に従ったバイモーダルな表示を生成するための手段の模式図である。 本発明の第二実施形態に従ったバイモーダルな表示を生成するための手段の模式図である。 本発明の第三実施形態に従ったバイモーダルな表示を生成するための手段の模式図である。 前時点で取得された前３Ｄ超音波データセットと現時点で取得された現３Ｄ超音波データセットとの間の動きを補償するための手段の模式図である。 本発明に従った方法の機能図である。

Claims (14)

1. 医療用システムであって：
   患者の体内に案内される医療用機器；
   前記医療用機器の二次元Ｘ線画像を取得するためのＸ線取得手段；
   前記医療用機器の三次元Ｘ線画像を取得するためのＸ線取得手段；
   超音波プローブを用いて前記医療用機器の三次元画像データセットを取得するための超音波取得手段；
   前記Ｘ線取得手段の基準において前記超音波プローブの位置決めを行うための手段；
   三次元画像データセットにおいて前記医療用機器の周りの関心のある領域を選択する手段であって、前記超音波取得手段の基準において前記の関心のある領域の第一位置決めを規定する、手段；
   超音波プローブの前記位置決めを用いて、Ｘ線取得手段の前記基準において前記関心のある領域の第二位置決めに、超音波取得手段の前記基準において前記関心のある領域の前記第一位置決めを変換するための手段；並びに
   前記関心のある領域に含まれる三次元超音波データ及び前記二次元Ｘ線画像が前記第二位置決めを用いて結合される前記医療用機器のバイモーダルな表示を生成する且つ表示するための手段；
   を有することを特徴とする医療用システム。
2. 請求項１に記載の医療用システムであって、関心のある領域を選択するための前記手段は、前記医療用機器の一部が含まれる基準面を規定するように意図されている、ことを特徴とする医療用システム。
3. 請求項２に記載の医療用システムであって、前記関心のある領域は、前記基準面に対して前記３Ｄ超音波データセットをサンプリングすることにより得られる２Ｄ超音波画像である、ことを特徴とする医療用システム。
4. 請求項２に記載の医療用システムであって、前記関心のある領域は、前記基準面の後ろにある３Ｄ超音波サブセットをクロッピングすることにより又は前記基準面のあたりに形成されたスラブをクロッピングすることにより得られる、ことを特徴とする医療用システム。
5. 請求項４に記載の医療用システムであって、前記生成手段は、前記３Ｄ超音波データセットにおける前記関心のある領域のボリュームレンダリングされたビューを生成するように意図されている、ことを特徴とする医療用システム。
6. 請求項１に記載の医療用システムであって、前記プローブ位置決め手段は、前記超音波プローブに備えられているアクティブローカライザを位置決めするように意図されている、ことを特徴とする医療用システム。
7. 請求項１に記載の医療用システムであって、前記超音波プローブは、少なくとも３つのアライメントされていない及び相互に依存する放射線不透過性マーカを備え、前記位置決め手段は、前記基準における第一オリエンテーション角を有する少なくとも第一２ＤＸ線画像において前記マーカを位置決めするように意図されている、ことを特徴とする医療用システム。
8. 請求項７に記載の医療用システムであって、前記前記位置決め手段は、前記基準における第二オリエンテーション角を有する第二２ＤＸ線画像において前記マーカを更に位置決めするように意図されている、ことを特徴とする医療用システム。
9. 請求項１に記載の医療用システムであって、前記選択手段は、前記３Ｄ超音波データセットの前記関心のある領域において前記医療機器を検出するための手段を有し、前記生成手段は、２ＤＸ線画像における対応するポイントのＸ線強度値を前記バイモーダルな表示において前記検出された医療用機器のポイントに与えるように意図されている、ことを特徴とする医療用システム。
10. 請求項１に記載の医療用システムであって、前記３Ｄ超音波データセットにおける壁組織領域をセグメント化するための手段及び前記生成手段は、前記関心のある領域の前記対応するポイントの前記超音波強度値を前記壁組織領域に属するポイントに与えるように意図されている、ことを特徴とする医療用システム。
11. 請求項１に記載の医療用システムであって、前記Ｘ線取得手段はライブの二次元Ｘ線画像を与え、且つ前記超音波取得手段はライブの三次元超音波データセットを与えるように意図されている、ことを特徴とする医療用システム。
12. 請求項１１に記載の医療用システムであって、前記位置決め手段を定期的にトリガするための制御手段を有する、ことを特徴とする医療用システム。
13. 請求項１１に記載の医療用システムであって、現時点で取得された現三次元超音波データセットと前時点で取得された前三次元超音波データセットとの間の動きを補償するための手段を有する、ことを特徴とする医療用システム。
14. 患者の体内に医療用機器を案内する方法であって：
    Ｘ線取得システムを用いて、前記医療用機器の二次元Ｘ線画像を取得する段階；
    前記超音波プローブを用いて、前記医療用機器の三次元超音波データセットを取得する段階；
    前記Ｘ線取得システムの基準において前記超音波プローブの位置決めを行う段階；
    前記３Ｄ超音波データセットにおいて前記医療用機器の関心のある領域を選択し、超音波取得手段の基準において前記の関心のある領域の第一位置決めを行う段階；
    前記のＸ線取得システムの基準において第二Ｘ線位置決めに前記の３Ｄ超音波データセットの基準における前記第一位置決めを変換する段階；及び
    前記医療用機器のバイモーダルな表示を生成し且つ表示する段階であって、前記関心のある領域に含まれる２ＤＸ線画像及び３Ｄ超音波データの両者が前記第二位置決めを用いて組み合わされる、段階；
    を有することを特徴とする方法。

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