JP2007526066A - 患者体内において医療器具をガイドするシステム - Google Patents

Abstract

医療システムであって、患者体内でガイドされるべき医療器具（４）と、３次元超音波データセットを取得する超音波プローブ（９）と、２次元Ｘ線画像を取得するＸ線取得手段（５）と、前記Ｘ線取得手段の座標内で前記超音波プローブを位置特定する手段と、超音波取得手段の座標内で前記医療器具の第１の特定位置を与える手段と、前記第１の超音波特定位置を前記Ｘ線取得手段の座標内の第１のＸ線特定位置に変換する手段と、前記２次元Ｘ線画像に医療器具の前記投影の第２のＸ線特定位置を与える手段と、２次元Ｘ線画像上の前記第１のＸ線特定位置の投影と第２のＸ線特定位置との間の距離を最小化する変換により、前記３次元超音波データセットを前記２次元Ｘ線画像にマッピングする手段と、を有する。

Description

本発明は医療システムに関する。本発明は、前記システムにおいて使用される方法にも関する。本発明は、電気生理学的なインターベンション手順中の患者心臓内におけるカテーテルのガイドに応用することができる。

発明の背景

医療器具を患者体内にガイドする臨床応用が普及しつつある。最も侵襲的でない心臓疾患の治療方法に注目が集まっており、外科医が心臓内外の所定位置に医療器具をガイドできる方法と装置の開発が必要とされていることは顕著である。例えば電気生理学では、電気的パルスを測定したり壁組織を焼いたりするために、心室または心房の壁の複数の所定位置にカテーテルをガイドする必要がある。

米国特許第６，５８７，７０９号は、患者体内で医療器具をガイドするシステムを開示している。このシステムは超音波プローブを用いてライブの３次元超音波画像データセットを取得する。３次元画像データセットを取得すると深さ情報が得られるという点で有利である。ライブの３次元超音波画像モダリティ（ｍｏｄａｌｉｔｙ）を使用するので、周囲の生体構造を見ることができ、外科医が医療器具のガイドをしやすくなる点で有利である。このシステムは、さらに３次元超音波データセット内で医療器具を位置特定する位置特定手段を有する。この位置特定手段は、前記超音波プローブに対して医療器具に取り付けられた３つの超音波レシーバを位置特定する。このように位置特定するので、少なくとも医療器具の断面を含む、画像化すべきプレーンを自動的に選択できる。それゆえ、超音波プローブの位置を手作業で再調整する必要はない。

このような３次元超音波データセットの第１の欠点は、視野が狭いということである。そのため、カテーテルの導入と配置に関係する患者人体の部分全体をカバーすることができない。それゆえ、手順全体にわたってカテーテルをガイドする場合、超音波プローブを何度か動かさなければならない。各変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）において、インターベンションルームにおける基準として超音波プローブを位置特定する術前段階が必要である。カテーテルの位置は超音波プローブの位置に対して測定するからである。このような術前段階によりインターベンション手順が遅延し複雑なものとなる。

超音波画像化モダリティの第２の欠点は解像度が低いことである。それゆえ、３次元超音波データセットを取得しても、カテーテルとその周囲の許容品質の画像は得られない。

超音波画像化モダリティの第３の欠点は、胸郭により超音波スキャンがブロックされてしまい、活用できる画像を出力できない領域（ｚｏｎｅ）があることである。

よって、本発明の目的は、患者身体中の医療器具をガイドするシステムを提供することである。該システムは、手順全体にわたって医療器具とそれをとりまく生体構造の視認性をよくする。

これは次の要素を有する医療システムにより達成される：患者体内でガイドされるべき医療器具と、Ｘ線取得手段であって、そのジオメトリに応じて前記医療器具の投影を有する２次元Ｘ線画像を取得するＸ線取得手段と、超音波プローブを用いて前記医療器具の３次元超音波データセットを取得する超音波取得手段と、Ｘ線取得手段の座標（ｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ）内で前記超音波プローブを位置特定する手段と、前記超音波取得手段の座標内で前記医療器具の第１の超音波特定位置を与える手段と、超音波取得手段の前記座標中の前記第１の超音波特定位置を、超音波プローブの前記特定位置を用いて、Ｘ線取得手段の前記座標内の第１のＸ線特定位置に変換する手段と、前記２次元Ｘ線画像の座標内に医療器具の前記投影の第２のＸ線特定位置を与える手段と、Ｘ線取得手段の配置に基づいて前記２次元Ｘ線画像上の前記第１のＸ線特定位置の投影と前記第２のＸ線特定位置との間の距離を最小化する変換により、前記３次元超音波データセットを前記２次元Ｘ線画像にマッピングする手段と、前記２次元Ｘ線画像と前記マッピングされた３次元超音波データセットとを組み合わせた前記医療器具のバイモーダル表示を生成し表示する手段。

本発明によると、２次元Ｘ線データと３次元超音波データを合成したバイモーダル表示が提供される。２次元Ｘ線データは、医療器具と骨格構造の視認性をよくし解像度を高くする。２次元Ｘ線データは、視野角が大きいという利点もあり、電気生理手順による患者人体の全領域の可視化を可能とする。

３次元超音波データにより、医療器具の周りの柔らかい組織と血管をよく見ることができる。また、３次元超音波データにより、２次元Ｘ線画像では得られなかった奥行きを表示することができる。前記Ｘ線画像ではＸ線取得手段のジオメトリに応じた前記医療器具の投影が得られるだけだからである。このジオメトリにより投影線が決まり、それに沿って患者の露光された組織によるＸ線吸収を集計する。

それにより、２次元Ｘ線データと３次元超音波データとを合成することにより、医療器具の周りがよく見えるようになる。

この合成をするため、システムは、最初、超音波プローブとＸ線取得手段の座標中に設定された３次元超音波データとを位置特定する。Ｘ線取得手段の座標は固定されているものとする。それゆえ、超音波プローブが動かないと仮定して、３次元超音波データセットの点の位置は、Ｘ線取得手段の座標中で分かっている。

本発明によるシステムは、さらに、３次元超音波データセット中に医療器具の第１の超音波特定位置を与える。この第１の超音波特定位置は、３次元超音波取得手段の座標で表される。第１の超音波特定位置は、超音波プローブの特定位置を用いて、Ｘ線取得システムの座標内の医療器具の第１のＸ線特定位置に変換される。

本発明によるシステムは、また、２次元Ｘ線画像において医療器具の投影の第２のＸ線特定位置を与える。この第２のＸ線特定位置は、例えば検出器の座標である、２次元Ｘ線画像の座標で表される。この座標は、Ｘ線取得手段のジオメトリにより知ることができる。それゆえ、そのジオメトリにより、Ｘ線取得手段の座標のどの点の投影も決定することができ、逆に、検出器の点はＸ線取得手段の座標における投影線に対応する。

マッピング手段は、前記第１と第２のＸ線特定位置から、変換を決定することを目的としている。この変換は、Ｘ線取得手段のジオメトリに応じた２次元Ｘ線画像上の前記第１のＸ線特定位置の投影と、前記第２のＸ線特定位置との間の距離を最小化するものである。このような変換を３次元超音波データセットに適用する。最初に、２次元Ｘ線画像と変換された３次元超音波データセットとが合成されたバイモーダル表示であって、超音波データまたはＸ線データまたはその両方をバイモーダル表示の点に影響させたバイモーダル表示を、システムが生成して表示する。

このような変換は、超音波プローブの特定位置中の誤差を補償する点で有利である。これらの誤差は、Ｘ線取得システムの座標において超音波プローブの位置特定後に生じた呼吸等による外的または内的な動き、または超音波プローブの特定位置の例えばその方向に関係した不正確性のいずれかによる可能性がある。結果として、医療器具の周囲の３次元超音波データまたは２次元Ｘ線データのマッピングがより正確になる。特に、医療器具とバイモーダル表示により示された壁組織との間の距離はより正確になり信頼性が高くなる。この距離は医療器具を壁組織に接触させるようにガイドする場合に関心が高い。

本発明の第１の実施形態では、３次元超音波データセットと２次元Ｘ線画像の両方で医療器具の位置特定は目印（例えば、医療器具の一方の先端）の検出に基づく。この位置特定により、３次元超音波データセットを２次元Ｘ線画像にマッピングする変換を決めることができる。この第１の実施形態は、非常に簡単で実施が容易であるという点で有利である。

別の実施形態では、本発明によるシステムは、さらに、２つのオイラー角により決まる医療器具の方向を検出する手段を有する。それゆえ、並進と２回の回転を含む変換を指定することができる。

本発明の第２の実施形態では、医療器具の第１と第２の位置特定は複数の目印に基づく。この目印は例えば、医療器具上の異なる場所に配置される。並進と３回の回転を含む変換を決定でき、これによりＸ線取得手段の座標における３次元超音波データセットの変位を完全に指定できる点で有利である。それゆえ、医療器具の周囲では、超音波データとＸ線データのマッピングがよくなる。

本発明の第３の実施形態では、複数の目印が医療器具と少なくとも２つの基準医療器具にわたって分散している。２つの基準医療器具は固定されている期待できる点で有利である。結果として、生体構造に対する基準医療器具の目印の変異は、超音波プローブが動いたこと、より一般的には、３次元超音波データセットの２次元Ｘ線画像へのマッピングの信頼性が失われたことを示すものとして考えられる。その他、医療器具を位置特定するために使用する目印が相互によりいっそう離れているという点で有利である。それ故、変換の画成が特定位置の局所的誤差に対してよりロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）になる。それゆえ、医療器具のより広い周囲に適用できるマッピング変換を決めることができ、バイモーダル表示の精度が広い領域でよくなる。

本発明の上記その他の態様を、以下に説明する実施形態を座標して明らかにし、説明する。

発明の詳細な説明

本発明は、患者体内でガイドされるべき医療器具と、前記医療器具を可視化する取得及び処理手段と、を有する医療システムに関する。このようなシステムは、具体的に、心臓疾患を診断治療するために心臓腔内でカテーテルをガイドするように構成されているが、より一般的に、針等のその他の医療器具を患者体内でガイドするために使用することができる。

図１は、患者１を示し、この患者は患者台２に寝ていて、記号的に示したこの患者の心臓３を体内に導入したカテーテル４により治療するものである。本システムは、患者人体の２次元Ｘ線画像を取得する手段５を有する。前記Ｘ線取得手段は焦点を絞った（ｆｏｃａｌ）Ｘ線源６と検出器７とを有する。有利にも、これらのＸ線取得手段５はＣアームシステムを有するが、カテーテルラボ（ｃａｔｈｌａｂ）ルームでは通常のことである。このようなＣアームシステムは、方向角を決めて患者の複数の２次元Ｘ線画像をとるために患者人体の周りを回転できるという点で有利である。

本発明によるシステムは、超音波プローブ９からの３次元超音波データセットを取得する手段８を更に有する。この超音波プローブ９は、患者人体上に置かれ、例えばベルト１０または定位（ｓｔｅｒｅｏｔａｃｔｉｃ）アーム等の固定手段により固定される。留意すべきことは、２次元Ｘ線画像と３次元超音波データセットの両方がリアルタイムで取得されることである。このため医療器具を患者体内でガイドしながら、ライブで可視化することができる。

Ｘ線取得手段５は、基準座標（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）（以下、Ｘ線座標と呼ぶ）を有し、この座標を使って焦点を絞った（ｆｏｃａｌ）Ｘ線源６と検出器７の配置を決める。留意すべきことは、Ｘ線座標（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）はＸ線手段の固定部分に結びついており、Ｃアームには結びついていないことである。それゆえ、Ｃアームの方向は前記Ｘ線座標で表すことができる。しかし、Ｘ線取得手段の配置はＣアームの具体的な位置に依存する。

本発明によるシステムは更に次のものを有する：Ｘ線座標（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）内の超音波プローブ９を位置特定する手段１１と、超音波取得手段の座標内の３次元超音波データセット中でカテーテル４の第１の超音波特定位置Ｌｏｃ_１，ｕｓを与える手段と、２次元Ｘ線画像または検出器の座標内で２次元Ｘ線画像中のカテーテル４の投影の第２のＸ線特定位置Ｌｏｃ_２，ＸＲを与える手段１３と、第１の超音波特定位置Ｌｏｃ_１，ＵＳをＸ線座標内で医療器具４の第１のＸ線特定位置に変換する手段１４と、Ｘ線取得手段の配置に基づいて２次元Ｘ線画像上の前記第１のＸ線特定位置の投影と第２のＸ線特定位置との間の距離を最小化する変換により、前記３次元超音波データセットを前記２次元Ｘ線画像にマッピングする手段１５。最後に、本発明によるシステムは、カテーテル４のバイモーダル（ｂｉ−ｍｏｄａｌ）表示ＢＩを生成及び表示する手段１６を有する。このバイモーダル表示で２次元Ｘ線画像とマッピングされた３次元超音波データが組み合わされる。バイモーダル画像ＢＩは画面１７に表示される。

図２を参照して、プローブ位置特定手段１１は、第１のアプローチでは、当業者に周知のアクティブローカライザ１５に基づく。このアクティブローカライザ１５は超音波プローブ９に配置されている。前記アクティブローカライザ１８は、例えばＲＦコイルであり、患者人体の下に配置された、例えば台に組み込まれているＲＦ受信部１９にＲＦ信号を送信することを目的としている。ＲＦ受信部は、受信した信号を、既知の座標（例えば、Ｘ線座標（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ））における超音波プローブの位置を測定する測定手段２０へ送信する。留意すべきことは、アクティブローカライザ１８は２次元であり超音波プローブ９上に取り付けられて、超音波プローブの位置と方向の正確な測定値を計算できるようになっている。この第１のアプローチの利点は、超音波プローブ９の正確な特定位置を与えることである。

図３に示したプローブ位置特定手段１１の第２のアプローチでは、超音波プローブ９は、少なくとも３つのアライメントされていない相互依存Ｘ線不透過マーカＭ１、Ｍ２、Ｍ３を備えるベルト１０で患者１の人体の周りに固定されている。例えば、ベルト１０は、プレキシグラス（商標）プラーク２１（ｐｌｅｘｉｇｌａｓ ｐｌａｑｕｅ）を有する。このプレキシグラスプラーク中に３つのアライメントされていない相互依存Ｘ線不透過マーカが固定されている。

３つのマーカＭ１、Ｍ２、Ｍ３は同一平面上にあり、それゆえ、Ｘ線座標（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）中で超音波プローブの位置を決定するために、異なる方位角θ１とθ２で取得した２つの異なる２次元Ｘ線投影２ＤＸＲ１と２ＤＸＲ２が必要である。しかし、３つのマーカが相互依存しており、アライメントされていないので、つまりｔｅｔｒａｅｄｒｅを形成するので、プローブの位置は２つの異なるＸ線投影２ＤＸＲ１と２ＤＸＲ２により完全に指定されることは、当業者には周知である。

図４ａと４ｂを参照して、検出器座標（ｄＯ，ｄｘ，ｄｙ）を考える。当業者には明らかであるが、例えば、第１の２次元Ｘ線画像２ＤＸＲ１中の３つのマーカＭ１、Ｍ２、Ｍ３の投影Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の座標（ｄｘ１，ｄｙ１）、（ｄｘ２，ｄｙ２）、（ｄｘ３，ｄｙ３）、あるいは第２の２次元Ｘ線画像２ＤＸＲ２中の３つのマーカＭ１、Ｍ２、Ｍ３の投影Ｐ′１、Ｐ′２、Ｐ′３の座標（ｄ′ｘ１，ｄ′ｙ１）、（ｄ′ｘ２，ｄ′ｙ２）、（ｄ′ｘ３，ｄ′ｙ３）のような６つのパラメータは、２つのＸ線投影間の方位角の差異が分かっていると、Ｘ線座標（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）中の超音波プローブ９の位置を完全に特定する。さらに、留意すべきことは、位置特定された点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ′１、Ｐ′２、Ｐ′３はエピポーラ制約条件に従う：つまり、例えば、光源焦点と点Ｐ１を結ぶ線Ｌ１は、Ｐ′１を含む第２のＸ線画像２ＤＸＲ２では投影線Ｌ′１として現れる。第１の利点は、Ｐ′１を、画像全体で探す必要がなく、投影線Ｌ′１上だけで探せばよい点にある。第２の利点は、正しいマーカＭ１、Ｍ２、Ｍ３で点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と点Ｐ′１、Ｐ′２、Ｐ′３を結びつける方法を与える点である。

Ｘ線不透過マーカＭ１、Ｍ２、Ｍ３の利点は、２次元Ｘ線投影に非常に高いコントラストで見え、位置特定を容易に正確にできる点である。このような位置特定は手作業でも自動でもできる。手作業の場合、各２次元Ｘ線投影中の少なくとも２つのＸ線不透過マーカをクリックする。自動の場合、形態フィルタ等の当業者に周知の画像処理方法を用いてＸ線不透過マーカを検出する。これらのＸ線不透過マーカは２次元Ｘ線投影中に高コントラストの点として見える。

留意すべきことは、超音波プローブ９の位置特定は、臨床手順の手術前の段階でまず行われる。実際には、本発明を適用すると、本来的に臨床手順中に超音波プローブ９を動かす必要がない。その理由は、Ｘ線取得システムの視野が広いので、臨床手順に係わる患者人体の部分全体の可視化が可能だからである。しかし、患者が動くとプローブが動いてしまうことがある。それゆえ、誤差の蓄積をさけるため、プローブの位置特定は臨床手順中に定期的に繰り返す必要がある。

一旦、超音波プローブ９がＸ線座標（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）中で位置特定されると、プローブの方向が分かり、３次元超音波データセット２２（３次元超音波円錐とも呼ぶ）の位置も求められる。これは前記超音波プローブ特定位置からＸ線座標中の前記３次元超音波データセットの点の位置を計算する変換手段により求められる。検出器の前記点の投影も求めることができる。

図５を参照して、第１の位置特定手段１２は、超音波取得手段（Ｏ′，ｘ′，ｙ′，ｚ′）内の３次元超音波データセットの点中の医療器具の第１の特定位置Ｌｏｃ_１，ＵＳを与えることを目的としている。検出手段は、検出された点Ｔと法線方向Ｎによりクロップ平面３０を自動的に画成する。この法線方向はＸ線源６の既知の方向３２に対応する。医療器具のバイモーダル表示を生成するという観点において、クロップ平面３０を、３次元超音波データセット内の関心サブボリュームの範囲を定め、医療器具４のような関心構造をふさぐその他のデータをすべて削除するために使用することができる。有利にも、この事前に画成したクロップ平面３０を回転して、医療器具がよりよく見えるように、３次元超音波データセット内のビューイングアングルのビューを探してもよい。回転したクロップ平面が得られる。有利にも、前記ビューイングアングルを、２次元Ｘ線画像を最適化するためにＣアームシステムに適用する。

図６を参照して、第２の位置特定手段１３は、Ｘ線ジオメトリに応じて、検出器座標（ｄＯ，ｄｘ，ｄｙ）内の２次元Ｘ線画像内の医療器具の投影の第２の特定位置Ｌｏｃ_２，ＸＲを与えることを目的としている。

図７を参照して、超音波取得手段の前記座標内の第１の超音波特定位置Ｌｏｃ_１，ＵＳは、変換手段１４により、Ｘ線座標内の第１のＸ線特定位置Ｌｏｃ_１，ＸＲに変換される。

特定位置Ｌｏｃ_１，ＸＲとＬｏｃ_２，ＸＲは、３次元超音波データセット内を前記２次元Ｘ線画像にマッピングする変換を画成するために更に用いられる。マッピングされた３次元超音波データセットが得られる。このような変換は、Ｘ線ジオメトリに応じた２次元Ｘ線画像上の第１のＸ線特定位置の投影と、第２のＸ線特定位置との間の距離が最小になるように決められる。

留意すべきことは、第１と第２のＸ線特定位置Ｌｏｃ_１，ＸＲとＬｏｃ_２，ＸＲは、Ｘ線座標中の目印の位置と、医療器具の方向と、その他の医療器具４の形状の特徴とを有することである。その結果、距離を測定する方法は、第１と第２の特定位置を決めるために使用される特徴に依存する。単一の目印の場合、ユークリッド距離で十分であろう。複数の目印の場合、当業者に周知の距離関数を有利に使用してもよい。

また、留意すべきことは、医療器具の第１と第２の特定位置Ｌｏｃ_１，ＸＲ、Ｌｏｃ_２，ＸＲは、リアルタイムで診療手順中継続的に求められる。そのため、医療器具４の追跡に基づく、３次元超音波データセットの２次元Ｘ線画像へのリアルタイムのマッピングが可能となる。

医療器具は尖端Ｔがとがっていることが多い。特に、電気生理カテーテルは金属の尖端を有し、その尖端は音波を反射しやすく、３次元データセット中に特定のしるしを残す。このような金属尖端も強くＸ線不透過である。それゆえ、このような金属尖端は、３次元超音波データセットと２次元Ｘ線画像中ではコントラストが高く、貴重な目印であると考えることができる。また、カテーテルの尖端は小さく細い。それゆえ、先端だけを正確な目印と考えるか、先端も含むより広い部分を少なくとも正確な目印及び医療器具の方向を指定するために考えるかいずれかである。

それゆえ、本発明による検出手段は、比較的一様な背景にあるコントラストが高く正確な斑点またはコントラストが高いセグメントをエンハンスする、当業者には周知である画像処理方法に係わる。

図５と６に示した本発明の第１の実施形態では、位置特定手段１２、１３は、医療器具４の先端を検出する手段を有する。以下の説明では、先端は３次元データセット内においてＴで示し、その先端の投影は２次元Ｘ線画像中においてＴＰで示す。先端ＴはＸ線座標中の位置（ｘ１Ｔ，ｙ１Ｔ，ｚ１Ｔ）で検出され、その投影ＴＰは検出器座標（ｄＯ，ｄｘ，ｄｙ）中の点（ｄｘＴ，ｄｙＴ）で検出される。本発明の第１の実施形態では、第１と第２の特定位置Ｌｏｃ_１，ＸＲ、Ｌｏｃ_２，ＸＲは、検出手段により提供された一意的目印Ｔとその投影ＴＰのそれぞれの位置に基づく。

その結果、第１と第２の特定位置Ｌｏｃ_１，ＸＲ、Ｌｏｃ_２，ＸＲについての知識から、本発明の第１の実施形態によるマッピング手段１５は、図７に示したように、第１のＸ線特定位置Ｌｏｃ_１，ＸＲの投影Ｐ（Ｌｏｃ_１，ＸＲ）と第２のＸ線特定位置Ｌｏｃ_２，ＸＲとの間の並進を画成することができる。このような投影Ｐ（Ｌｏｃ_１，ＸＲ）はＸ線取得手段のジオメトリにより決まり、先端Ｔを通る投影線３７上にある。本発明のこの第１の実施形態は、非常に簡単である点が有利である。

変換手段により画成された並進は、先端Ｔと投影線３６とを結ぶベクトル
（外１）

により特定される。このような定義から複数の並進を求めることができることが分かる。好ましくは、第１のＸ線特定位置Ｌｏｃ_１，ＸＲの３次元変位を最小化する並進が選ばれる。この特定の並進はベクトル
（外２）

で与えられ、投影線３６に対して直交する。

留意すべきことは、Ｘ線取得システムの円錐形状のジオメトリにより、ベクトル
（外３）

は必ずしもクロップ平面３０には含まれないということである。

本発明の第１の実施形態の替わりとして、先端全体を検出し、２つのオイラー各により指定される、例えば先端Ｔとその先端の方向である目印の位置を決定することができる。有利にも、並進と２回の回転を含む変換を求めることができ、３次元超音波データセットの２次元Ｘ線画像へのマッピングがよくなる。

図５に示した本発明の第２の実施形態では、医療器具４の第１と第２の特定位置は、医療器具４に配置された一直線上にはない複数（すなわち少なくとも３つ）の目印Ｔ、Ｌｋ２、Ｌｋ３の検出に基づく。このように複数の目印があるので、３次元超音波データセット内に第２のクロップ平面３３と第２の法線
（外４）

を画成できる。これらは、医療器具４の検出位置に対してＸ線取得を最適化するため、Ｘ線源６の方向を変えるために機能する。本発明の第２の実施形態は、自由度が６である（すなわち、並進と３つの角）変換を使うことができる点で有利である。このような変換は、Ｘ線座標中の３次元超音波データセットの変位を完全に指定する。それゆえ、３次元超音波データセットの２次元Ｘ線画像へのマッピングはより正確になる。

図８に示した本発明の第３の実施形態では、複数の目印が医療器具４と少なくとも２つの基準医療器具４０、４１にわたって分散している。前記基準医療器具４０、４１は、両方とも診療手順中は常に患者体内に固定されており、各々音波を反射しＸ線不透過である先端Ｔ２、Ｔ３を有する。先端Ｔ、Ｔ２、Ｔ３以外の目印があってもよく、それにより、例えば、先端の方向
（外５）

を決定することができる。

本発明の第３の実施形態の第１の利点は、医療器具を位置特定するために使用する目印が相互によりいっそう離れているそれ故、変換の画成が位置特定の局所的誤差に対してよりロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）になる。実際には、医療器具の周囲における１または２ピクセルの誤差があっても問題はないが、３次元超音波データセットのより離れたエリアでは大きな効果がありうる。

基準医療器具上にある目印を使用する第２の利点は、医療器具４とは違って、その目印が生体構造に対して固定されている点にある。結果として、生体構造に対する基準医療器具の目印の変異は、超音波プローブが動いたこと、より一般的には、３次元超音波データセットの２次元Ｘ線画像へのマッピングの信頼性と正確性が失われたことを示すものとして考えられる。顕著にも、基準医療器具の目印の１つが時刻ｔにバイモーダル表示ＢＩ内で見えなくなった場合、その結果、プロセス全体を繰り返さなければならない。すなわち、Ｘ線座標内の超音波プローブの新しい位置特定を実行しなければならない。しかし、時刻ｔに目印が消失せず、時刻ｔ０における位置に対して変位しただけであれば、時刻ｔとｔ０の間で３次元超音波データセットの動き補償をすれば十分である。

留意すべきことは、今まで説明した本発明の実施形態はすべて、第１のＸ線特定位置Ｌｏｃ_１，ＸＲの３次元変位が最小化するように選択されることが好ましい。そのような変換は、３次元超音波データセットと２次元Ｘ線画像の前のマッピングに小さな補正をするためであり、第１のＸ線特定位置の目印が医療器具の第２のＸ線特定位置の正しい目印と関連していることを保証する点が有利である。

本発明による生成及び表示手段１６は、医療器具４のバイモーダル表示ＢＩを生成するためのものであり、２次元Ｘ線画像２ＤＸＲと変換された３次元超音波データセットの両方から得られる情報を結合する。

好ましくは、この結合はＸ線によるものであり、つまり、図９に示したように、２次元Ｘ線画像４０に基づく。

有利にも、医療器具４の少なくとも一部を含む、前に画成したクロップ平面３０、３３の一方に含まれる、超音波情報に対応する２次元超音波ビュー４１を、時刻ｔに取得された３次元超音波データセット２１から抽出する。

２次元超音波ビュー４１に含まれる点と２次元Ｘ線画像４０に含まれる点の間の対応は、プローブ位置特定手段１１により与えられるＸ線座標（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）内の超音波プローブ９の位置に関する知識から計算できる。

バイモーダル投影は、例えば、２次元超音波ビュー４１中の対応する点を有する２次元Ｘ線投影４０の点の全ての強度値を置き換えるように構成される。得られたバイモーダル投影４５が周りの組織の視認性を高める点で有利である。

当業者には周知であるが、検出器７上のＸ線源６により与えられる医療器具の投影は品質がよく、解像度とコントラストが高い。２次元Ｘ線投影４０内、すなわち検出器座標（ｄＯ，ｄｘ，ｄｙ）中の医療器具が投影される位置は、超音波位置特定手段１２により設定された３次元超音波データセット内の医療器具の位置特定により与えられたＸ線座標（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）中の医療器具の位置から求めることができる。この位置は、例えば、２次元超音波ビュー４１内の一組の点４２に対応するＸ線投影の一組の点４３である。

有利にも、検出された医療器具に属する２次元Ｘ線投影４０の点の強度値は、対応する超音波強度値によっては置き換えられない。Ｘ線取得手段により与えられる医療器具の投影は視認性と解像度がよいという点で有利である。

図１０に示した代替例では、本発明によるシステムは、例えば、医療器具４の近傍の心臓内壁４４である壁組織領域をセグメント化する手段をさらに有する。これは、強度値閾値法（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｖａｌｕｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ）等の当業者に周知である画像処理方法により実現できる。上音波画像では心筋等の壁組織は血液よりも明るく見えるからである。

アクティブコンター法（ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｏｕｒ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）（「スネーク」とも呼ぶ）を使用することもできる。この方法は、当業者には周知であり、第１に初期コンターを画成し、第２に内外力の影響かで前記初期コンターを発展させる。最終コンター４６が得られる。コンター４６の内部にある点と外部にある点とを差別化し、２次元Ｘ線投影４０の外側の点だけを２次元超音波ビュー４１の対応する点で置き換えることができる。この第２の実施形態の利点は、医療器具４の広い周囲にあるＸ線情報を利用できるという点である。

本発明の他の代替例では、当業者には周知であるアルファブレンド法（ａｌｐｈａ ｂｌｅｎｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用して、Ｘ線投影の点のＸ線強度値を３次元超音波データセットの対応する点の超音波強度値と結合する。この代替例は実施が非常に簡単であるという点で有利である。

留意すべきことは、生成手段１６は３次元超音波データに基づきバイモーダル表示を逆生成し、Ｘ線情報を超音波情報により置き換えることができることである。しかし、これはあまり面白くない。というのは、この場合、バイモーダル表示は３次元超音波取得手段の１つまで低下させた画像フィールドを有するからである。

留意すべきことは、本発明によるシステムは、心臓疾患の診断のために心臓腔壁の電気励起マップを生成したり、異常があると認められた壁組織の領域（ｚｏｎｅ）を焼いたりするように構成された電気生理手順に特に役に立つことである。実際には、本発明によるシステムは、医療器具と骨格構造と周囲の壁組織が同時に見え、インターベンションの大視野のライブ視覚化と、更に別の処置をしなくても電気励起マップを生成できる医療器具のライブ位置特定との両方を提供する。

本発明は、患者人体中の医療器具４をガイドする方法にも関する。図１１を参照して、該方法は、前記Ｘ線取得システムのジオメトリに応じた前記医療器具の投影を有する少なくとも２次元Ｘ線画像を取得する段階６０と、前記超音波プローブ９を用いて前記医療器具４の３次元超音波データセットを取得する段階６１と、前記Ｘ線取得システムの座標（Ｏ，ｘ，ｙ，ｚ）内で前記超音波プローブを位置特定する段階６２と、前記３次元超音波取得手段の座標（Ｏ′，ｘ′，ｙ′，ｚ′）内の前記医療器具４の第１の特定位置Ｌｏｃ_１，ＵＳを与える段階６３と、３次元超音波データセットの前記座標内の前記第１の特定位置Ｌｏｃ_１，ＵＳをＸ線取得システムの前記座標内の第１のＸ線特定位置Ｌｏｃ_１，ＸＲに変換する段階６５と、前記２次元Ｘ線画像の座標（ｄＯ，ｄｘ，ｄｙ）内の前記２次元Ｘ線画像中の医療器具の前記投影の第２の特定位置Ｌｏｃ_２，ＸＲを与える段階６４と、Ｘ線取得手段の配置に基づいて前記２次元Ｘ線画像上の前記第１のＸ線特定位置の投影と前記第２の特定位置との間の距離を最小化する変換により、前記３次元超音波データセットを前記２次元Ｘ線画像にマッピングする段階６６と、前記医療器具４のバイモーダル表示であって２次元Ｘ線画像と前記マッピングされた３次元超音波データが合成されたバイモーダル表示を生成し表示する段階６７と、を有する。

以上挙げた図面とその説明は本発明を例示するものであり、限定するものではない。添付した請求項の範囲内に入る多数の代替的な実施例があることは明らかである。そのため、以下の付記を記す。ハードウェア、ソフトウェア、またはその両方により機能を実施する多数の方法がある。この点において、図面は非常に概略的であり、本発明の可能な実施形態を１つだけ表しているに過ぎない。よって、図面では異なる機能は異なるブロックとして示したが、単一のハードウェアまたはソフトウェアのアイテムが幾つかの機能を実行できることを排除するものではなく、また、単一の機能がハードウェアまたはソフトウェア、または両方のアセンブリで実行されることを排除するものでもない。

請求項中の参照符号は、その請求項を限定するものと解釈してはならない。「有する」という動詞及びその変化形を用いたが、請求項に記載された要素または段階以外の要素の存在を排除するものではない。要素または段階に付された「１つの」、「一」という用語を使用したが、その要素または段階が複数あることを排除するものではない。

添付した図面を参照して実施例により本発明をより詳細に説明する。
本発明によるシステムを示す概略図である。 超音波プローブがアクティブローカライザを備えている場合に、Ｘ線座標図内で超音波プローブを位置特定する手段を示す概略図である。 超音波プローブがＸ線不透過性マーカを有するベルトを備えている場合、超音波プローブプローブを位置特定する手段とＸ線取得手段の座標（ｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ）内の３次元超音波データセットを示す概略図である。 超音波プローブがＸ線不透過性マーカを有するベルトを備えている場合、超音波プローブプローブを位置特定する手段とＸ線取得手段の参照（ｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ）内の３次元超音波データセットを示す概略図である。 超音波プローブがＸ線不透過性マーカを有するベルトを備えている場合、超音波プローブプローブを位置特定する手段とＸ線取得手段の座標（ｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ）内の３次元超音波データセットを示す概略図である。 ３次元超音波データセット内の医療器具の第１の位置特定手段を示す概略図である。 ２次元Ｘ線画像の座標中の医療器具の投影の第２の位置特定手段を示す概略図である。 変形が並進移動である場合に２次元Ｘ線画像に３次元超音波データセットをマッピングするマッピング手段を示す概略図である。 医療器具と２つの参照器具に複数の目印が付けられている場合に、３次元超音波データセット内に医療器具の第１の位置特定手段を示す概略図である。 本発明によるバイモーダル表示を生成する手段を示す概略図である。 本発明によるシステムが医療器具の回りの壁組織領域を分割する手段を有する場合にバイモーダル表示を生成する手段を示す概略図である。 本発明による方法を示す機能図である。

Claims (10)

1. 医療システムであって、
   患者体内でガイドされるべき医療器具と、
   Ｘ線取得手段であって、そのジオメトリに応じて前記医療器具の投影を有する２次元Ｘ線画像を取得するＸ線取得手段と、
   超音波プローブを用いて前記医療器具の３次元超音波データセットを取得する超音波取得手段と、
   Ｘ線取得手段の座標内で前記超音波プローブを位置特定する手段と、
   前記超音波取得手段の座標内で前記医療器具の第１の超音波特定位置を与える手段と、
   超音波取得手段の前記座標中の前記第１の超音波特定位置を、超音波プローブの前記特定位置を用いて、Ｘ線取得手段の前記座標内の第１のＸ線特定位置に変換する手段と、
   前記２次元Ｘ線画像の座標内に医療器具の前記投影の第２のＸ線特定位置を与える手段と、
   Ｘ線取得手段の配置に基づいて前記２次元Ｘ線画像上の前記第１のＸ線特定位置の投影と前記第２のＸ線特定位置との間の距離を最小化する変換により、前記３次元超音波データセットを前記２次元Ｘ線画像にマッピングする手段と、
   前記２次元Ｘ線画像と前記マッピングされた３次元超音波データセットとを組み合わせた前記医療器具のバイモーダル表示を生成し表示する手段と、を有することを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、
   第１の超音波特定位置を与える前記手段と、前記医療器具の第２のＸ線特定位置を与える前記手段とは、前記医療器具の特定位置機能を検出する検出手段を有することを特徴とするシステム。
3. 請求項２に記載のシステムであって、
   前記特定位置機能は前記医療器具の目印を含むことを特徴とするシステム。
4. 請求項３に記載のシステムであって、
   前記変換は並進を含むことを特徴とするシステム。
5. 請求項２に記載のシステムであって、
   前記特定位置機能は前記医療器具の複数の目印を含むことを特徴とするシステム。
6. 請求項５に記載のシステムであって、
   前記変換は並進と３回の回転を含むことを特徴とするシステム。
7. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記変換は前記第１のＸ線特定位置の３次元変位を最小化することを目的とすることを特徴とするシステム。
8. 請求項５に記載のシステムであって、
   前記複数の目印は、前記医療器具と少なくとも第１と第２の基準医療器具に属することを特徴とするシステム。
9. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記超音波プローブ位置特定によりクロップ平面が画成され、クロップ平面は３次元超音波データセット中で前記バイモーダル表示を生成する生成及び表示手段により使用されるべきデータから削除されるべきデータの範囲を定めることを特徴とするシステム。
10. 患者人体中で医療器具をガイドする方法であって、
    前記Ｘ線取得システムのジオメトリに応じた前記医療器具の投影を有する２次元Ｘ線画像を、Ｘ線取得システムを用いて取得する段階と、
    前記超音波プローブを用いて前記医療器具の３次元超音波データセットを取得する段階と、
    前記Ｘ線取得システムの座標内で前記超音波プローブを位置特定する段階と、
    前記３次元データセットの座標内で前記医療器具の第１の特定位置を与える段階と、
    ３次元超音波データセットの前記座標内の前記第１の特定位置をＸ線取得システムの前記座標内の第１のＸ線特定位置に変換する段階と、
    ２次元Ｘ線画像の座標中に医療器具の前記投影の第２の特定位置を与える手段と、
    Ｘ線取得手段の配置に基づいて前記２次元Ｘ線画像上の前記第１のＸ線特定位置の投影と前記第２の特定位置との間の距離を最小化する変換により、前記３次元超音波データセットを前記２次元Ｘ線画像にマッピングする段階と、
    前記医療器具のバイモーダル表示であって２次元Ｘ線画像と前記マッピングされた３次元超音波データが合成されたバイモーダル表示を生成し表示する段階と、を有することを特徴とする方法。

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