JP2011517987A - 指定位置に治療装置をナビゲートする方法と装置 - Google Patents

Abstract

運動器官内の指定位置に治療装置をナビゲートする方法と装置。例えば、石灰化スポットなどの特徴が、１つの基準画像において同定される。次に、装置の標的位置が測定される。特徴と標的位置が、同じフレーム上に示されない場合、レジストレーションが行われ、特徴と標的位置間の幾何的関係が測定される。位置決め段階において、特徴は、位置決め画像において同定され、次に標的位置が前記画像上に示される。次にユーザは、位置決め画像上においても目に見える装置を標的位置に巧く操作する。特徴が、位置決め画像において自動的に同定されない場合、標的位置は、現在位置に想定され、前記特徴が、マークされる。そのマーキングは、ユーザが特徴の実際の位置を同定するのを助けると共に、装置を標的位置に巧く操作するのを助ける。

Description

本開示は、概して医療用画像、特に位置に治療装置をナビゲートする方法と装置に関する。

装置をその標的位置にナビゲートすることと、標的位置で装置を展開することとを含む血管内での装置の位置決めは、概して幾つかの画像診断法のうちの１つによって、画像化下で実行される。この目的によく用いられる診断法は、Ｘ線血管造影法である。装置を位置付ける標的位置は、通常、血管内に造影剤が注射されると、血管を明瞭に識別させるので、よく見える。しかし、各々の造影剤注射は、数秒間だけ標的を暴露し、反復注射は、造影剤が腎臓に害を及ぼし、過剰放射線は、全身にとって安全ではないので、有害であると考えられる。しかも、幾つかの操作および一部の種類の治療装置では、造影剤は、その治療装置を隠すので、装置位置の評価、従って要求位置への装置のナビゲートを困難にさせる。

位置決めタスクは、運動器官では特に難しい。例えば、心臓は、心臓自身の周期運動、呼吸、および患者またはベッドの動きの影響を受け易い。これらの動きは、位置決めを一層困難にさせる。

幾つかの位置決め解決策が、装置の位置付けに導入されてきた。例えば、幾つかのシステムは、装置の位置を特定すべく、光学的原理、電磁気的原理、または超音波的原理に基づく専用機器を用いる（例えば、特許文献１参照）。これらの方法は、適用可能な場合、複雑な較正手順を必要とする。追加診断法は、全体の複雑さと操作コストをかなり増やす。Ｘ線を用いる装置を示す画像と、血管と標的位置を示す基準画像との間でレジストレーションを行い、この基準画像上に装置を示す方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この方法は、計算コストが高く、臓器が複雑に動く条件下では不正確な結果を提供し得る。この方法は、装置を示す治療段階中に撮られた位置決め画像と、臓器を示す基準状態中に撮られた画像との間に高レベルの類似性が要求されるので、制限される。

また、心臓周期／呼吸周期の異なる位相に関する静止血管マップを含むデータバンクを用いることによって、動きアーチファクトを克服する方法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。位置決め画像は、ＥＣＧと測定呼吸相によるバンクの対応画像に関連付けられる。提案の方法は、追加装置を必要とし、正確ではなく、例えば患者の動きなど、全ての動きに関わらない。

特許文献４は、特殊なマーキングを有するガイドワイヤを用いて管状臓器内に装置を位置付ける方法を開示する。標的位置への装置のナビゲーションは、マーキングと標的間の関係を用いることによって実行される。前記関係は、基準系列の画像を分析することによって抽出される。特殊なガイドワイヤを使用する必要性に加えて、前記方法は、多くの更に別の欠点に悩まされる。ガイドワイヤ上の付加マーカは、装置マーカを検出および追跡するタスクを非常に困難にさせる。更に、前記方法は、ガイドワイヤが、心臓運動周期全体を通して動脈に対して相対的に固定されることを想定しているが、これは常に有効ではない。そのような場合、血管内部へガイドワイヤをシフトさせることによって、誤差が生じる。

米国特許出願公開第２００６／００５８６４７号明細書 国際公開第２００６／１０３６４４号 国際公開第２００５／０２０１４８号 国際公開第２００８／００７３５０号

従って運動器官内の目に見えない標的位置に治療装置を誘導する方法の必要性が、当該分野において存在する。前記方法は、典型的な動き下では正確であるべきであり、更に前記位置への装置のナビゲーション時間と造影剤注入の必要性を減らすべきである。

被験者の運動器官の標的領域における標的位置に治療装置をナビゲートする方法と装置。前記方法と装置は、基準画像または基準ラン（ＲＵＮ）を用い、標的位置が第１特徴に従って測定され、次に位置決めランにおいて第２特徴を位置付け、それによって標的位置または前記位置の指標がユーザに示される。

従って本開示の好適実施形態において、被験者の運動器官の標的領域における標的位置に装置をナビゲートする方法が、提供される。前記方法は、第１集合の幾何的条件下で１以上の基準画像を獲得する段階であって、前記基準画像は、標的領域と運動器官に付着した１以上の第１特徴を示すことと、基準画像上に装置の標的位置を規定する段階と、任意の第１特徴と標的位置間の幾何的関係を測定する段階と、１以上の位置決め画像を獲得する段階と、位置決め画像において第２特徴を検出する段階と、第２特徴と幾何的関係を用いることによって、標的位置と装置の現在位置間の相違をユーザに示す段階とを備える。前記方法の範囲内において、第２特徴の検出は、位置決め画像のうちの１つにおいて第２特徴を同定する段階と、１以上の第２位置決め画像において第２特徴を追跡する段階とを任意に備える。

本方法の範囲内において、位置決め画像は、第１集合の幾何的条件に実質的に類似した幾何的条件において任意に獲得される。本方法の範囲内において、基準画像は、Ｘ線ランを任意に含み、第１特徴を示す１以上の画像は、造影剤なしで取込まれ、標的領域を示す１以上の画像は、造影剤の注射後に取込まれる。本方法の範囲内において、第１特徴は、任意に解剖学的特徴または展開された装置である。本方法の範囲内において、第１特徴は、任意に石灰化スポットである。本方法の範囲内において、何れかの第１特徴と標的位置間の幾何的関係は、１対のフレームの逐次レジストレーションによって測定される。本方法は、第１集合の幾何的条件を選択する段階を任意に含む。本方法の範囲内において、運動器官は、任意に細長形を有し、標的位置は、運動器官の主軸と直交する断面として規定される。本方法の範囲内において、第１集合の幾何的条件は、標的位置が、基準画像上か位置決め画像上に実質的にラインとして投影されるように、選択される。本方法の範囲内において、第１集合の幾何的条件は、２つ以上の射影を獲得することと、射影から２つ以上の二次元方向を測定することと、二次元方向から三次元軸を再構築することとによって、任意に測定される。本方法の範囲内において、第１特徴と標的位置間の幾何的関係は、任意に第１特徴と標的位置間の距離である。本方法の範囲内において、第１集合の幾何的条件は、複数の集合からユーザによって任意に選択される。複数の集合は、画像化装置の２つの回転軸の座標系においてラインとしてユーザに任意に示される。本方法の範囲内において、標的位置と装置の現在位置間の相違は、標的位置と装置の現在位置を示すことによって、あるいは装置の現在位置に対する位置に特徴の輪郭を描くことによって、任意に示される。本方法の範囲内において、第２特徴は、装置の位置の付近で任意に検出される。本方法の範囲内において、第２特徴の検出は、第１特徴のテンプレートと位置決め画像の１以上の部分を関連付けることによって、任意に行われる。任意に、第１特徴のテンプ
レートと第２特徴の関連付けは、一連の局所的コレジストレーション・フレームを統合することによって、高められる。本方法の範囲内において、コレジストレーションは、装置要素を追跡することによって、任意に行われる。前記装置要素は、装置、事前展開装置、および第２特徴の近くの付加装置からなる群から選択される。前記装置要素は、任意に装置マーカまたは装置隅部である。本方法の範囲内において、付加装置は、任意に萎んだ留置バルーンである。本方法は、臓器の２つ以上の射影上で測定された２つの解剖学的特徴間の三次元距離に基づいて装置の大きさを選択する段階を更に備えることが可能である。本方法の範囲内において、第２特徴は、第１特徴、位置決め画像上で目に見える特徴、および装置からなる群から任意に選択される。

本開示の別の特徴は、被験者の運動器官内の標的位置に装置をナビゲートするコンピュータ制御装置に関する。前記装置は、基準画像と位置決め画像を取込む画像化装置に通信する通信部と、基準画像の第１特徴と位置決め画像の第２特徴を同定する特徴同定部と、１つの画像または２つの画像に現れる２つの特徴間の幾何的関係を測定する幾何的関係測定部と、位置決め画像上に第１特徴の指標をマークするマーク部とを備える。

本開示の更に別の特徴は、汎用コンピュータの一連の命令を含むコンピュータ可読記憶媒体に関する。前記一連の命令は、第１集合の幾何的条件下で１以上の基準画像を獲得することであって、前記基準画像は、標的領域と、運動器官に付着した１以上の第１特徴とを示すことと、基準画像上に装置の標的位置を規定することと、第１特徴と標的位置間の幾何的関係を測定することと、１以上の位置決め画像を獲得することと、位置決め画像において第２特徴を検出することと、第２特徴と幾何的関係を用いることによって、標的位置と装置の現在位置間の相違をユーザに示すこととを含む。

図面と併せて以下の実施形態の説明を参照して開示主題の非限定的実施形態を記載する。図面は、概して縮尺通りに示されていなく、任意の大きさは、例示のためだけであり、必ずしも限定ではない。対応するか同様の要素は、同じ数字か文字によって指定されている。

本開示の好適実施形態に従う、診断段階中に用いられる一連の基準画像の略図。 本開示の好適実施形態に従う、治療段階中に用いられる画像の略図。 本開示の別の好適実施形態に従う、治療段階中に用いられる別の画像の略図。 診断段階中の臓器を示す画像図。 診断段階中の臓器を示す画像図。 本開示の好適実施形態に従う、画像化方向を医師が選択できるようにするグラフ図。 本開示の方法の好適実施形態における主要段階のフローチャート。 本開示に従う、図４の方法を実行する装置における主要構成要素のブロック図。

運動器官内の位置に治療装置を誘導する方法と装置。前記位置は、画像化装置なしでは外部から目に見えない。例えば、心拍周期、呼吸、および患者の動きに影響を受け易い大動脈弁輪内における経カテーテル心臓弁（ＴＨＶ）の位置付けが、要求されることもある。本開示に従って、診断段階、基準画像または一連の画像が得られる。前記画像において、標的位置と、運動器官に付着した幾つかの解剖学的特徴または人工的特徴とが見える。基準系列は、好ましくはＸ線ラン、つまり大動脈弁輪を示す画像のＸ線系列である。ラン
の１以上のフレームは、造影剤なしで取込まれるので、例えば、人工装置または石灰化領域などの識別可能な物体を示す。他のフレームは、造影剤が注射された後に取込まれるので、大動脈を示し、更に余り明瞭ではないが、臓器と識別可能な物体を示す中間フレームも存在し得る。また、例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンなどの単一供給源は、臓器と識別可能な物体を示し得る。造影剤で取込まれたフレームのうちの１つを用いて、装置を位置付ける標的位置が、手動的または自動的に指定される。例えば、弁輪のヒンジ対ヒンジ接続ラインは、経カテーテル心臓弁に対して指定される。本システムは、造影剤なしで取込まれたフレームのうちの１つ上においてカルシウムスポットまたは別の識別可能な物体を検出する。次に逐次レジストレーションが、更に別の中間フレームを任意に用いることによって、フレーム対同士の間で行われる。画像がレジストレーションされると、識別可能な物体と装置の指定位置とを示す複合画像が生じ、幾何的関係、つまり、指定位置と識別可能物体間の距離ベクトルを測定することが可能である。指定位置と識別可能物体は、例えば、大動脈などの臓器に付着しているので、距離ベクトルは、様々な種類の動きに関係なく一定である。

診断段階に続く治療段階において、例えば経カテーテル心臓弁などの装置が、通常ガイドワイヤを用いて挿入され、更に指定位置にナビゲートされる。治療段階中、識別可能物体を示す更に別の画像が、好ましくは造影剤なしで取込まれる。前記物体は、同定され、物体と指定位置間の距離と方向が分かるので、前記位置が、画像上にマークされる。それによって、医師が装置をナビゲートできるようになる。

識別可能物体は、石灰化領域または別の識別可能な解剖学的物体であり得るが、同様に、例えば先に展開された治療装置などの人工物体であり得る。そのような場合、第２装置の標的位置は、第１装置から既知の距離および方向に、上記で詳述したように、または造影剤を注射せずに、その何れかにより確立されることが可能である。第２装置（バルーン、ステント、その他）を設置する治療段階において、第１装置が検出され、第２装置の標的位置が、先に展開された展開装置の位置に対して相対的に示される。

臓器が管状か細長状である場合、治療段階中に取込まれた画像を有用にするため、識別可能物体および標的位置が示され得るように、画像は、臓器に直角な角度から取込まれるべきである。臓器の三次元方向を測定するため、２つ以上の二次元画像が、互いに異なる視点から取込まれる。臓器の方向は、既知の形状の画像化装置を用い、更に２以上の画像の範囲内で臓器とその方向を同定することによって、測定される。

結果として生じる臓器の方向に直角な一連の図は、次に、２つ以上の二次元画像の取込みに用いられる投影角と共に、画像化装置（Ｃアーム）の２つの回転角からなる座標系においてラインとしてユーザに示されることが可能である。これらの２つの射影のうちの何れかが、臓器に対して十分垂直に近いとしてユーザに受入れられれば、この射影は、診断段階および治療段階の取込み角として提案されることが可能である。当然のことながら、診断段階中と治療段階中に用いられる投影角は、実質的に同じであるべきである。投影角間の偏差は、何れの方向においても数度を越えることはできない。２つの射影の何れもが十分垂直に近くなければ、ユーザは、任意の正射影、特に２つの射影の何れかに近い射影を選択することが可能である。

臓器内で展開されるべき装置の正確な大きさを測定するため、医師は、例えば、大動脈弁輪の２つのヒンジなど、２つの画像の各々において２点をマークすることが可能であり、撮像幾何、即ち三次元空間におけるヒンジ間の実距離がわかるので、必要な弁の大きさを測定することが可能である。

本開示が用いられる一般環境は、手術室内である。前記手術室内において、被験者は、
手術用ベッド上に横たわっており、画像化装置は、様々な視点から患者の画像を取込んでいる。画像は、例えば、画像に関する画像分析演算などの演算を実行する計算プラットフォームに転送され、画像を操る図示ツールなどを含むツールを例えば医師などのユーザに提供する。好適実施形態において、計算プラットフォーム、または第１計算プラットフォームと連通する別の計算プラットフォームは、画像化装置を制御すると共に画像化装置によって利用された取込み視点を測定するように構成される。計算プラットフォームは、例えばデスクトップ・コンピュータ、ラップトップ型コンピュータ、メインフレーム・コンピュータ、その他などの任意の汎用コンピュータであることが可能である。計算プラットフォームは、例えば、ＣＲＴ、タッチスクリーンなどのディスプレイ装置または、取込み画像、操作画像を表示できる他の任意のディスプレイ装置、およびユーザがコンピュータ制御演算を実行できるようにするインターフェースと連通している。本開示の方法は、例えば、実行ファイル、静的ライブラリ、動的ライブラリなどのソフトウエアユニットまたは他の構成要素として配置された相互に関連するコンピュータ命令の集合として実行されることが好ましい。また、本方法またはその部分は、例えば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの特殊なプロセッサかマイクロコントローラに移植されたファームウエアとして実行され得るか、または例えば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）か特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などのハードウエアか構成可能なハードウエアとして実行されることが可能である。

次に図１Ａ，図１Ｂ、および図１Ｃを参照して示すものは、診断段階中に取込まれた模範的基準画像集合と、そのマーキングの略図である。図１Ａ，図１Ｂ、および図１Ｃは、基準ランから選択された模範的画像、つまり典型的には約４〜１０秒間の短期間中に撮られた一連の画像を例示する。基準ランは、好ましくは約１０〜２００フレームを含み、好ましくはランの開始時に撮られた造影剤なしのフレームと造影剤で取込まれたフレームを含む。

図１Ａは、造影剤なしで撮られた大動脈領域１００のＸ線図である。ライン１０４は、大動脈と弁尖の境界を図示し、スポット１０８は、石灰化スポットである。造影剤なしで撮られたＸ線画像において認められないライン１０４とは違って、スポット１０８は、明瞭に識別できる。

図１Ｂは、大動脈領域１００に造影剤を注射した後、多少遅延して、つまり、造影剤の全てではなく、造影剤の一部が、到達した後に撮られた模範的Ｘ線画像の略図である。図１Ｂにおいて、ライン１０４’で示される大動脈と弁尖の境界は、明瞭に識別できないが、図１Ａにおけるよりも識別可能である。石灰化スポット１０８’は、図１の石灰化スポット１０８よりも識別しにくいが、なおその周囲と見分けられる。

図１Ｃは、大動脈が造影剤のため完全に不透明である場合に撮られた模範的Ｘ線画像の略図である。大動脈１００と弁尖の境界を示すライン１０４”は、明瞭に認められるが、図１Ａにおいて１０８、図１Ｂにおいては１０８’で示される石灰化スポットは、その周囲と見分けられない。大動脈と３つの弁尖のうちの２つの弁尖１１６と１２０との境界を明瞭に示す図１Ｃを用いて、治療装置の宛先位置が決定され得る。例えば、経カテーテル心臓弁の位置は、弁尖ヒンジ１１６と１２０を連結するライン１２４に沿って測定されることが可能である。次に、例えば隣接フレーム対間の逐次相関などの画像処理技術を用い、得られた一連の変換かシフトを適用することによって、つまり、連続フレーム間のシフトを合計することによって、図１Ｃと図１Ａをレジストレーションすることが可能である。図１Ｃと図１Ａ間のレジストレーションによって、図１Ｃ上のライン１２４に対応するライン１２４’を図１Ａ上にマーキングできる。同じ画像上にライン１２４’とスポット１０８を示すので、ライン１２４’とスポット１０８間の距離、つまり、経カテーテル心臓弁の指定位置と石灰化スポット間の相対的なずれが測定できる。当然のことながら、図
１Ｂにおいて示されるフレームおよびランの範囲内の他の実質的に全てのフレームは、標的を示すフレームと石灰化スポットか別の特徴を示すフレームとの間のレジストレーションに対してのみ用いられる。更に当然のことながら、標的位置と石灰化スポットが、例えばＣＴスキャンなどの同じ供給源において示される場合、レジストレーションは必要ない。

次に図２Ａを参照して示すものは、装置がその指定位置に位置付けられるべく、即ち前記位置にナビゲートされると共に、前記位置で展開されるべく、治療段階中に医師に示される画像の略図である。図２Ａは、造影剤を注射せずに治療段階中に撮られた、付加マーク２０８を有するＸ線画像を示す。図２Ａは、大動脈弁輪と装置が、１つの画像に取込まれ得るように、装置が大動脈弁輪の全般的付近にきた後に取込まれることが好ましい。図２Ａは、石灰化スポット１０８を明瞭に示すが、大動脈と弁尖の境界２００を示さない。スポット１０８と装置の指定位置間の変位ベクトルがわかっているので、位置２０８が、画像上にマークされる。造影剤なしで撮り込まれた図２Ａは更に、装置２１２上の不透明な指標を示す。従って医師は、装置が指定位置上に正確に設置されるまで、装置２１２をナビゲートすることが可能である。例えば指定位置は、装置の遠位端か近位端に関わるか、装置の遠位端と近位端間の特定比に関わり得る。

次に図２Ｂを参照して示すものは、自動的に同定されることはできないが、スポット１０８が認められる場合に用いられる、治療段階中に医師に示される別の画像の略図である。図２Ａと同様に、図２Ｂも、装置が指定位置の近くにあるときに示される。図２Ｂが示されると、指定位置を示すライン２０８は、あたかも装置が実際に指定位置に位置付けられているかのように、装置の現在位置にマークされる。次にスポット１０８の境界の形状を有する境界２１６は、スポットと指定位置間の既知距離に従ってマークされる。装置が指定位置の近くにある場合に画像が示されるので、マークされた境界２１６は、スポット１０８の近くにある。境界２１６は、医師が画像におけるその領域に集中するのを助けると共に、スポット１０８を同定する上で役立つ。次に医師は、境界２１６とスポット１０８を一致させるように装置２１２を位置付ける。境界２１６とスポット１０８が一致すると、装置２１２は、その指定位置に位置する。

図２Ａまたは図２Ｂは、好ましくはランから、つまり、基準ランが取込まれたときに用いられたのと実質的に同じ視点を用いることによって、短期間中、好ましくは約１〜１０秒間に撮られた一連の画像から選択される。

当然のことながら、特徴または物体が臓器に付着し、そのため臓器と同じ動きの影響下にある限りにおいて、例えば石灰化スポットなどの解剖学的特徴の代わりに人工的特徴を用いることが可能である。模範的実施形態において、特徴は、その位置に既に設置された第１装置に予め付着した不透明マーカであり得る。不透明マーカは、第１装置の展開に用いられた萎んだバルーンを留置し、更に第１装置内でマーカを有するバルーンを膨らませることによって、その位置で第１装置に付着される。設置されるべき装置に付着した不透明マーカは、ユーザが、関連領域やその他に集中するのを手助けする。

次に、図３Ａ，図３Ｂ，および図３Ｃを参照して例示するのは、診断段階中と治療段階中に画像化装置によって用いられるべき投影角を同定する方法である。
次に、診断段階中の大動脈と弁尖のＸ線画像を示す図３Ａと図３Ｂを参照する。図３Ａと図３Ｂは、互いに異なる投影角で取込まれる。図３Ａは、１つの視点から造影剤で取込んだ大動脈、参照記号３００とその主軸３０４を示し、図３Ｂは、別の視点から取込んだ大動脈、参照記号３００’と主軸３０４’を示す。図３Ａと図３Ｂが取込まれた投影角は、わかっているので、主軸の実際の方向を測定することが可能である。次に、主軸に対して直角の全方向を同様に測定することが可能である。

次に、座標系３１６を示す図３Ｃを参照する。前記座標系において、各々の点は、Ｃアームの２つの回転角の組合せに対応するので、Ｘ線画像化装置の特定視点に対応する。ライン３２０は、弁輪に隣接する大動脈の主軸に垂直な画像化視点に対応する、角度の組合せ全てからなる。更に示されるのは、図３Ａと図３Ｂがそれぞれ取込まれた角度の組合せに対応する点１（３２４）と点２（３２８）である。

これらの２つの射影のうちの何れかは、臓器に十分垂直に近いとユーザに受入れられれば、この射影は、診断段階および治療段階の取込み角として提案されることが可能である。２つの射影の何れもが、十分垂直に近くなければ、ユーザは、任意の正射影を選択することができ、特に、例えば点３３２か点３３６などの２つの射影の何れかに可能な限り近い射影を選ぶことが可能である。

次に図４を参照して示すのは、外部からは目に見えない臓器の内部か臓器付近の位置に治療装置をナビゲートする好適方法における主要段階のフローチャートである。
任意選択段階４０４において、特に関連臓器が管状、でなければ細長である場合、基準ランまたは基準画像に対してと位置決め画像か位置決めランに対してとに好適投影視点が測定され、標的位置は、臓器の断面に関して規定される。好適実施形態において、角度の測定は、２つの互いに異なる視点から臓器の２つの画像を取込む必要がある。次に、治療装置が位置付けられるべき領域での臓器の二次元主軸は、各々の画像に対して測定される。２つの画像の取込み視点がわかっているので、臓器の主軸の三次元方向は、患者の特定の位置に対して、２つの二次元方向から測定されることが可能である。主軸の方向が、測定されると、全ての直交方向も同様にわかり、それらのうちの１つは、取込み画像が臓器を縦方向に示し、標的位置がラインとして出現できるように選ばれるのが好ましい。垂直に近い視点が選択されると、標的位置は、実質的にラインに類似している。２つの画像の取込み視点と臓器に直角の全方向を含むラインを示す角座標系は、ユーザに示される。例えば医師などのユーザは、任意の点を、好ましくは臓器の主軸に直交する視点に関連する、上記に詳述したラインに属する点を選ぶことが可能である。選択視点は、診断段階中、および位置決め段階での基準ランにおいて用いられることが好ましい。

任意選択段階４０６において、装置の必要な大きさと他のパラメータは、例えば、少なくとも２つの画像上に２つの点をマークし、既知形状の画像を用いて大きさを測定することによって、ユーザによって測定される。前記２点間の距離は、少なくとも２つの画像のうちの各々に必要な大きさの射影を示す。従って装置の大きさは、臓器の少なくとも２つの射影を用いて測定された２つの解剖学的特徴間の三次元距離に基づいて選択される。

段階４０８において、１以上の基準画像が獲得される。前記画像は、通常領域、あるいは装置の標的位置の標的領域と臓器に付着した第１特徴を示す。第１特徴は、例えば、石灰化スポットなどの解剖学的特徴または造影剤の注射なしで目に見える任意の他の特徴であり得る。また、特徴は、例えば、通常領域に位置付けられた装置の端、そのような装置に付着されたマーカ、萎んだバルーンに付着されたマーカ、その他などの人工的特徴であることが可能である。特徴は、医師によって手動的に、本開示の装置によって自動的に、あるいはその組合せによって、検出されることが可能である。組合せの場合、前記特徴は、自動的に同定されると共に手動で増強されるが、その逆も可能である。例えば、基準集合として獲得された画像などの複数の基準画像が存在する場合、集合の少なくとも１つの画像は、ユーザが標的位置を測定できるように十分明瞭に臓器を示すべきであると共に、集合の少なくとも１つの画像は、特徴を示すべきである。

段階４１２において、例えば、医師などのユーザは、基準画像上か臓器を示す基準画像上において装置が位置付けられるべき標的位置を測定すると共にマークする。
段階４１６において、臓器と特徴を示す単一基準画像が取込まれたら、標的位置と特徴間の幾何的関係が測定される。基準ランが、複数の基準画像を含む場合、一連のレジストレーションが、基準ランにおける画像対間で実行される。その場合、レジストレーションは、標的位置を示す画像と特徴を示す画像の間でレジストレーションを生じさせるように構成される。次に、標的位置と特徴間の幾何的関係が測定される。

好ましくは治療装置を位置付ける治療段階中に実行される段階４２０において、位置決め画像かフレーム、または複数の画像かフレームを含む位置決めランが、獲得される。位置決め画像は、標的位置と治療装置の全般領域を示す。従って、位置決め画像は、治療装置が既に標的位置の全般領域にある場合に取込まれることが好ましい。

段階４２４において、第２特徴は、位置決め画像、または位置決めランの１以上の画像において同定される。第２特徴は、例えば、石灰化スポットなどの第１特徴、または例えば、その現在位置における治療装置などの別の特徴と同じであることが可能である。第２特徴は、その現在位置にある装置の付近で同定されることが好ましい。従って、段階４２４は、装置が標的位置の全般的領域、例えば、標的位置から約０．５〜５ｃｍ離れた領域にある場合に、実行されることが好ましい。第２特徴が第１特徴である場合、第１特徴の検出は、好ましくは第１特徴のテンプレートと位置決め画像の一部を関連付けることによって行われる。位置決め画像の領域内における第１特徴のテンプレートの関連付けは、位置決めランの一連の局所的コレジストレーション・フレームを統合することによって、随意に増強される。フレームのコレジストレーションは、例えば装置の端か隅部などの装置要素を、または装置に付着されたマーカを用いることによって、実行されることが可能である。装置は、位置付けられるべき装置、先に位置付けられた装置、または例えば、マーカを保有する萎んだ留置バルーンなどの別の装置を含む、位置決め画像において現れる任意の装置であり得る。

好適実施形態において、位置決めランのフレームにおける第１特徴の検出は、２つの段階、つまり、位置決めフレームのうちの１つにおける第１特徴の同定と、次のフレームにおける前記特徴の追跡とからなる。

全般的に、同定段階中、第１特徴のテンプレートは、各々の位置決めフレームの目的領域の各々の関連サブ領域内で検索される。テンプレートが示される可能性が最も高いフレームは、同定フレームである。テンプレートは、基準画像の一部であり、前記部分は、第１特徴、および第１特徴周囲のピクセルの近傍を含む。目的の領域は、そのすぐ近傍に位置付けられるべき装置が示される位置決め画像の一部である。テンプレートと目的の領域は共に、矩形領域であり、そのうちの１つの次元は、標的ラインに平行であり、他方の次元は、最初の１つと直交する。特徴の出現は、心拍数に従って周期的に変化し得るので、テンプレートは、ＥＣＧを用いて、周期の同位相で撮られた位置決め画像の目的領域と比較されることが好ましい。ＥＣＧゲートか他の任意の外部信号を使用せずに整合位相を示すために、同定は、位置決めランの逐次フレームの目的の領域と基準画像から取得されたテンプレートの関連付けを繰り返すことによって、実行され得る。各々の相互関係は、テンプレートにおけるピクセル値と目的領域のサブ領域におけるピクセル値の間における多重比較から成る。特定のフレームで得られた最高類似性は、フレームのスコアである。完全心拍周期全体を通して取得された全フレーム間で最高スコアを有するフレームは、同定用フレームとして選択されることが好ましい。同定フレームはまた、相関スコアが所定値を超える第１フレームとして選択されることが可能である。

次に追跡段階中、同定フレームにおいて認められるようなテンプレートは、次のフレームの範囲内で検索される。次のフレームで見つけられると、次のフレームの特徴は、更に次のフレームを検索するテンプレートになり、その後も同様である。装置の動きは、解剖
学的動きに対して相対的に遅いので、テンプレートは、２つの連続フレーム間で僅かに動くと思われる。従って、テンプレートが追跡段階中に検索される目的の領域は、同定段階中に用いられる目的の領域よりも有意に小さくなることが可能である。

段階４２８において、装置の現在位置と標的位置の間の相違に関する指標が提供される。指標は、段階４２４で検出された第２特徴に従って異なる。検出特徴が、例えば、石灰化スポットまたは先に位置付けられた装置など、基準画像または基準ラン上で検出されるような第１特徴である場合、標的位置は、段階４１６で測定された幾何的関係に従って測定されることが可能なので、次に標的位置が位置決め画像上にマークされる。次にユーザは、装置の現在位置と標的位置間の差を見て、それに応じて装置を動かす。

別の状況は、第２特徴が、基準ランまたは基準画像において検出された特徴ではない場合である。前記状況は、一般的に第１特徴が位置決めランにおいて同定されない場合に生じる。これらの場合、装置の現在位置が標的位置であると想定される。次に、標的位置と第１特徴間の幾何的関係を用いて、第１特徴の想定位置がマークされる。第１特徴の想定マークがあることによって、ユーザは、第１特徴の実際の位置を見つけるのに役立つ。次に、第１特徴の実際位置と想定位置間のずれは、実際の標的位置と想定標的位置（装置の現在位置に等しい）間のずれと同じである。従って、第１特徴の実際位置が、想定位置と一致できるように、装置を移動させることによって、実際の標的位置に装置が位置付けられるようになる。

次に図５を参照して示すのは、本開示方法を実行するように設計された装置の主要構成要素のブロック図である。前記構成要素は、汎用コンピュータによって実行されるソフトウエア要素か、特殊なプロセッサに移植されるファームウエアである。実行計算プラットフォームは、画像の表示とその操作のためと必要時にユーザが選択できるようにするためとにディスプレイ装置を装備する。計算プラットフォームは、画像化装置と連通し、計算プラットフォームは、画像化装置から取込み画像を受信し、任意に、例えば視点の取込みなどの命令を画像化装置に提供する。装置は、活性化の順序と他の構成要素間のデータフローとを制御する制御部５０４を備える。画像化装置通信部５０８は、装置と画像化装置間の通信に関与する。通信は、双方向であることが好ましく、画像は、画像化装置から受信され、画像化視点、強度および他の因子に関する制御命令は、任意に画像化装置に提供される。臓器方向測定部５１２は、臓器が管状か細長ければ、考察中の臓器の２つ以上の画像を受信すると共に臓器の方向を測定するように設計される。臓器方向測定部５１２は、臓器の方向に基づいて好適画像化視点をユーザが選択できるように設計される選択部５１６と連通する。選択部５１６は、例えば医師などのユーザに情報を伝達すると共に、ユーザからの命令と指示を受容するように設計されたユーザ・インターフェース部５２０の一部であるか、前記ユーザ・インターフェース部５２０と連通する。前記装置は、画像処理技術と、可能であればユーザから受信した、例えば特徴の概略位置に関する指標、その他などのデータとに基づいて画像の１以上の特徴を同定する特徴同定部５２４を更に備える。特徴同定部５２４は、共通の特徴に従って、画像間の類似性を検出するレジストレーション部５２８にデータを提供する。従ってレジストレーション部５２８は、１つの画像の座標系で活性化されると、他の画像の座標系を生じ得る幾何演算を測定する。画像間のレジストレーション・パラメータを取得すると、幾何的関係測定部５３２は、異なる画像に現れる特徴間の幾何的関係を測定する。幾何的関係測定部５３２から幾何的位置を受信すると共に、ユーザ・インターフェース部５２０に通信するマーク部５３６は、例えば、臓器に付着した特徴を示す画像上の標的位置のマーキング、装置の現在位置を示す画像上の標的位置のマーキング、その他などの画像上への指標のマーキングにおいて機能する。

本開示方法と装置を例えば、ＣＴまたはＭＲＩなどの身体の外部の点から身体領域の画像を撮る複合型の画像化装置で用い得ることは当業者には明らかであろう。同様に当然の
ことながら、本開示の趣旨から逸脱することなく更に別の実施形態を設計することが可能である。例えば、臓器に付着した特徴か、でなければ臓器との関連が公知の特徴と他の特徴か位置の間の関係を生じさせるように設計され得ることが可能である。
当業者は、開示された方法の指針に沿って複合的な変更および選択肢を設計することが可能であることを十分理解しているであろう。

本開示は、模範的実施形態を参照して記載されてきたが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変更をし得ることと、その要素に対して等価物を置換し得ることは、当業者によって理解されるであろう。更に、その本質的範囲から逸脱しなければ、特定の状況、材料、教示の成分段階に合わせるべく、多くの改変を行い得る。従って、本開示主題は、本発明の実行について考慮された最良の形態として開示された特定の実施形態に限定しようとするものではなく、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (27)

1. 被験者の運動器官の標的領域における標的位置に装置をナビゲートするナビゲート方法であって、前記ナビゲート方法は、
   第１集合の幾何的条件下で少なくとも１つの基準画像を獲得するステップであって、前記基準画像は、前記標的領域と前記運動器官に付着した少なくとも１つの第１特徴を示すことと；
   前記基準画像上において前記装置の標的位置を規定するステップと；
   前記第１特徴と前記標的位置の間の幾何的関係を測定するステップと；
   少なくとも１つの位置決め画像を獲得するステップと；
   前記位置決め画像において第２特徴を検出するステップと；
   前記第２特徴と前記幾何的関係を用いて、前記標的位置と前記装置の現在位置との間の相違をユーザに示すステップと
   を備える、ナビゲート方法。
2. 前記位置決め画像は、前記第１集合の幾何的条件と類似した幾何的条件において獲得される、
   請求項１記載のナビゲート方法。
3. 前記基準画像は、Ｘ線ランを含み、
   前記第１特徴を示す少なくとも１つの画像は、造影剤なしで取込まれ、
   前記標的領域を示す少なくとも１つの画像は、造影剤の注射後に取込まれる、
   請求項１記載のナビゲート方法。
4. 前記第１特徴は、解剖学的特徴である、
   請求項１記載のナビゲート方法。
5. 前記第１特徴は、展開装置である、
   請求項１記載のナビゲート方法。
6. 前記解剖学的特徴は、石灰化スポットである、
   請求項４記載のナビゲート方法。
7. 前記第１特徴と前記標的位置の間の前記幾何的関係は、フレーム対の逐次レジストレーションによって測定される、
   請求項１記載のナビゲート方法。
8. 前記ナビゲート方法は、更に前記第１集合の幾何的条件を選択するステップを備える、
   請求項１記載のナビゲート方法。
9. 前記運動器官は、細長形を有し、
   前記標的位置は、前記運動器官の主軸に直交する断面として規定される、
   請求項８記載のナビゲート方法。
10. 前記第１集合の幾何的条件は、前記標的位置が、前記基準画像上か前記位置決め画像上にラインとして投影されるように、選ばれる、
    請求項９記載のナビゲート方法。
11. 前記第１集合の幾何的条件は、少なくとも２つの射影を獲得することと、前記少なくとも２つの射影から少なくとも２つの二次元方向を測定することと、前記少なくとも２つの
    二次元方向から三次元軸を再構成することとによって測定される、
    請求項１０記載のナビゲート方法。
12. 前記第１特徴と前記標的位置間の前記幾何的関係は、前記第１特徴と前記標的位置間の距離である、
    請求項１記載のナビゲート方法。
13. 前記第１集合の幾何的条件は、複数の集合からユーザによって選択される、
    請求項８記載のナビゲート方法。
14. 複数の前記集合は、画像化装置の２つの回転角の座標系においてラインとして前記ユーザに示される、
    請求項１３記載のナビゲート方法。
15. 前記第２特徴の検出は、
    前記位置決め画像において前記第２特徴を同定するステップと；
    少なくとも１つの第２位置決め画像において前記第２特徴を追跡するステップと
    を有する、
    請求項１記載のナビゲート方法。
16. 前記標的位置と前記装置の現在位置間の前記相違は、前記標的位置と前記装置の前記現在位置を示すことによって同定される、
    請求項１記載のナビゲート方法。
17. 前記標的位置と前記装置の現在位置間の前記相違は、前記装置の前記現在位置に対する位置に特徴の輪郭を描くことによって同定される、
    請求項１記載のナビゲート方法。
18. 前記第２特徴は、前記装置の位置の付近で検出される、
    請求項１記載のナビゲート方法。
19. 前記第２特徴の検出は、前記第１特徴のテンプレートと前記位置決め画像の少なくとも一部を関連付けることによって実行される、
    請求項１８記載のナビゲート方法。
20. 前記第１特徴の前記テンプレートと前記第２特徴の関連付けは、一連の局所的コレジストレーション・フレームを統合することによって増強される、
    請求項１９記載のナビゲート方法。
21. コレジストレーションは、装置要素を追跡することによって実行され、
    前記装置要素は、前記装置と、事前展開された展開装置と、前記第２特徴の近くにある付加装置とからなる群から選択される、
    請求項２０記載のナビゲート方法。
22. 前記装置要素は、装置マーカまたは装置隅部である、
    請求項２１記載のナビゲート方法。
23. 前記付加装置は、萎んだ留置バルーンである、
    請求項２１記載のナビゲート方法。
24. 前記ナビゲート方法は更に、前記運動器官の少なくとも２つの射影を用いて測定された２つの解剖学的特徴間の三次元距離に基づいて装置の大きさを選択するステップを備える、
    請求項１記載のナビゲート方法。
25. 前記第２特徴は、少なくとも１つの前記第１特徴と、少なくとも１つの前記位置決め画像において目に見える特徴と、前記装置とからなる群から選択される、
    請求項１記載のナビゲート方法。
26. 被験者の運動器官内の標的位置に装置をナビゲートするコンピュータ制御装置であって、前記コンピュータ制御装置は、
    基準画像と位置決め画像を取込む画像化装置に通信する通信部と；
    前記基準画像における第１特徴と前記位置決め画像における第２特徴を同定する特徴同定部と；
    １つの画像または２つの画像において現れる２つの特徴間の幾何的関係を測定する測定部と；
    前記位置決め画像上に前記第１特徴の指標をマークするマーク部と
    を備える、コンピュータ制御装置。
27. 汎用コンピュータの一連の命令を含むコンピュータ可読記憶媒体であって、前記一連の命令は、
    第１集合の幾何的条件下で少なくとも１つの基準画像を獲得することであって、前記基準画像は、標的領域と、運動器官に付着した少なくとも１つの第１特徴とを示すことと、
    前記基準画像上で装置の標的位置を規定することと、
    前記第１特徴と前記標的位置間の幾何的関係を測定することと、
    少なくとも１つの位置決め画像を獲得することと、
    少なくとも１つの前記位置決め画像において第２特徴を検出することと、
    前記第２特徴と前記幾何的関係を用いることによって、前記標的位置と前記装置の現在位置間の相違をユーザに示すことと
    を含む、コンピュータ可読記憶媒体。

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