JP2012531237A - オブジェクト内の埋め込まれた装置の空間及び形状の特徴付け - Google Patents

オブジェクト内の埋め込まれた装置の空間及び形状の特徴付け Download PDF

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Abstract

検査下のオブジェクト、例えば患者の身体内に位置付けられた装置を空間的に特徴付ける方法であって、例えば臨床医が装置の展開状態及び位置を容易に評価することを可能にする方法が記述される。方法は、装置の画像セットを取得するステップ(26)と、画像セットから装置の3次元モデルを再構成するステップ(28)と、装置の該モデルを、オブジェクト内で予め決められた展開状態にある装置の理想的なモデルと比較するステップ(30)と、表示ユニット上に装置のモデルを表示するステップ(36)と、を含む。光学表示のために、展開された装置の理想的なモデルに対する展開された装置の偏差エリアが、偏差の強度に依存して決定され、カラーコード化されることができる。

Description

本発明は、特に患者の身体に挿入された装置を特徴付ける方法を提供するための医用目的における、デジタル画像処理の分野に関する。
具体的には、本発明は、検査下のオブジェクト内に位置付けられた装置を空間的に特徴付ける方法に関する。
更に、本発明は、データ処理装置及び医用X線検査装置に関する。
更に、本発明は、検査下のオブジェクト内に位置付けられた装置を空間的に特徴付ける上述の方法を制御する命令を有するコンピュータ可読媒体及びプログラム要素に関する。
冠状動脈及び構造に関する増大する数の心臓疾患介入プロシージャにおいて、例えばステントのような経皮装置が冠動脈内に配置され、展開される。デリバリのためにカテーテル上で折りたたまれるこれらの装置は、正確にサイズ設計され、プロシージャの最中に展開のために位置付けられ、多くの場合、後からの評価を必要とする。これらの装置が、それらの最終的な複雑な3次元構造に展開されると、評価プロセスは、多くの場合主観的であり、標準化されるものではなく、従って、構造の位置、サイズ設計又は最終形状に関連する任意の臨床結果を追跡することは困難になりうる。
展開の直後の又はより長い時間期間にわたる経皮装置の評価は、今日、X線検査装置によって又は超音波心臓検査のような他のイメージングモダリティによって取得された2D画像の視覚的インスペクションを介してのみ達成される。しかしながら、これらの装置の多くは、複雑な3D形状を有し、かかる3D形状は、従来の投影ベースのイメージングを使用して評価するのは困難であるとともに、目だけで認識するのが難しい態様で、それらの形状を変化させうる。これらの装置がますます多く開発され、短期及び長期の安全性及び有効性のための臨床評価を要求するにつれて、ある時間にわたってそれらの適切な展開及び位置付けを判定する一層進歩した方法が必要とされうる。
国際公開第2008/041154A2号公報において、切断平面内の構造の2D表現を識別することによって、オブジェク内に位置する構造を空間的に特徴付けることが示されている。そこに、介入心臓専門医がステント拡張を容易に評価することを可能にする視覚化及び定量化ツールとしての仮想プルバック (virtual pullback)が記述されている。仮想プルバックは、血管内超音波プルバックと同様にステント及び/又は血管ルーメンを視覚化する。仮想プルバックは、基準線に沿ってボリュメトリックデータ内で実施される。ボリュメトリックデータは、回転2DX線減衰データの再構成でありうる。基準線に沿った位置が変化するにつれて、基準線に対し垂直な平面が視覚化される。これらの垂直な切断平面において、自動測定が計算され、表示される。
経皮装置の正しい配置及び展開の評価の成功及び正確さは、臨床医の経験、装置からの明確な2D画像及び装置の複雑さに大きく依存する。しかしながら、装置が、かなり複雑な形状を有する場合、2D画像は不確実さを誘導し、臨床医が、特定の経皮装置の展開状態を評価することの経験がない場合、経皮装置の配置及び展開の評価のための既知の方法が改善される必要がある。
従って、検査下のオブジェクト内に位置付けられた装置を特徴付ける方法のニーズがありえ、上述の不十分な点の少なくとも幾つかを克服しうる。特に、検査下のオブジェクト内に位置付けられた装置を特徴付ける方法であって、特に患者の身体のような検査下のオブジェクト内に位置付けられた装置の正確且つ明確な特徴付けを提供するニーズがありうる。
これらのニーズは、独立請求項に従う本発明の主題によって満たされることができる。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記述される。
本発明の第1の見地によれば、検査下のオブジェクト内に位置付けられた装置を空間的に特徴付ける方法が提供される。記述される方法は、複数のステップを含む。第1のステップにおいて、画像セット(画像の組)が取得され、かかる画像セットにおいて、関心のある装置が目に見えるようにされる。この画像セットの取得は、例えば、装置に対して異なる視野角で取得される従来の2次元X線画像のような、複数の異なる画像データ収集方法によって実現されることができる。従って、Cアームを有するX線システムを使用し、このCアームの回転スイープの間、画像セットを取得することが有益でありうる。
次のステップにおいて、すでに存在するさまざまな方法を使用して、取得された画像セットから、装置の3次元モデルが再構成される。それぞれ異なる視野角を有する画像セットから3次元モデルを再構成するさまざまな方法が存在し、例えば非心臓装置用の標準的なフィルタード逆投影再構成、又は心臓装置の場合のゲート制御再構成若しくは3D装置ブースティングがありうる。「モデル」という表現は、装置の3次元形状の本質的な側面の数学的表示を表し、かかる形状は、処理可能性の観点で利用できる形で、装置の知識を提示する。
その後、この再構成された3次元モデルは、関連する目的のための理想的な展開状態をもつ理想的なモデルと比較され、以下のように、検査されるべきオブジェクト内の予め決められた位置に位置付けられる。例えば患者のような検査されるべきオブジェクト内に実際の装置を位置付け、展開した後、医師は、装置の回転取得を実施する。既存の技術を使用することによって、装置は、高い空間解像度を伴って、3次元ボリュームに再構成される。理想的な装置のモデルは、テンプレートマッチング又は他の方法を使用して実際の装置にフィットされる。次に、展開された装置と装置の理想的なモデルとの間の差の測定が、マッチングの後に実施されることができる。
ステントのような経皮装置が空間的に再構成されようとする場合、所望のステント拡張に対する偏差が計算されることができる。ステント拡張は、所望の血管直径に依存して、ステントの断面表面の最大直径によって特徴付けられうる。
このプロシージャの前に、理想的に展開された装置の3次元モデルが必要とされることは明白である。これは、装置自体のサブライヤから又は生体外での装置のイメージングスタディを通じて得られることができる。これは、理想的に展開された形状は常に同じであるという理由で単一モデルでありえ、又は例えば展開された形状が、ステントを使用する際の展開の最中に使用されるバルーンの圧力に依存する場合は複数のモデルでありうる。
実際の装置の3次元表現を、展開された装置の理想的な構造と比較する間に、偏差のエリアが計算されることができる。それによって、カラーコードが、実際の装置のモデルと、予め決められた展開状態及び位置をもつ理想的なモデルとの間の偏差を表すために生成されることができる。大きい偏差のエリア又は理想的なモデルからの変形は、医師に、誤った位置付け又は過小展開の可能性を警告するようにカラーコード化される。
本発明の第1の見地は、例えば臨床医又は他の人が、装置が正確に展開されることを確実にするために、例えば患者の身体内での装置の位置付け及び展開について支援されることができるという考えに基づく。従来技術において知られている標準的な方法を使用して、装置が正確に位置付けられ、展開されているかどうかを判定することは面倒である。本発明による方法を使用することによって、この判定は、達成するのがかなり容易である。更に、規則的な医学的検査等の間、或る時間後の装置の位置及び展開状態をチェックすることがかなり容易である。
本発明の有利な実施形態によれば、再構成されたモデルは、例えば介入プロセスの間、医師にとって目に見えるスクリーンでありうる表示ユニット上に示される。偏差エリアをマークするために生成されるカラーコードは、表示された画像に適用されることができ、画像内で、偏差エリアは、実際の装置の残りの部分とは異なるカラーを有する。これは、装置の再展開又は再位置付けが達成される必要があるエリアを医師が容易に認識するのを助ける。一例として、経皮装置の形状の重い偏差のエリアは赤にマークされ、ほんのわずかな偏差の他のエリアは、緑にマークされることができる。この列挙は、網羅的でなく、他のカラーコードが同様にこの目的のために使用されることができることが明らかである。
本発明の他の実施形態において、装置の形状又は実際の位置が変化した偏差エリアを計算するために、元の埋め込みの際に再構成された装置のモデルが、同じ手順を使用してその後のフォローアップ再構成からの装置のモデルと比較されることができる。それによって、展開された経皮装置がその形状又はその位置を変えたかどうかが評価されることができる。これは、装置の最近の状態を評価し、更なる介入が必要かどうかを評価することを可能にする。
本発明の他の例示の実施形態によれば、理想的なモデルは、実際の展開された装置の再構成されたモデルと並列に表示される。これは、一時的な又は永久的な態様でありうる。
「一時的な」という表現は、非永久的な形の理想的なモデルを表し、例えば、専用のボタン、ダイヤル又はスイッチを押し、又はユーザインタフェースを介して適当なコマンドを実施する際に所与の時間の間のみ与えられる理想的なモデルを表す。これは、カラーコードが使用されるだけでなく、更に、実際の装置と理想的な装置との間の可視の比較が容易に行なわれる点で、実際の偏差を一層明白に表現するのを助けることができる。
更に、理想的な装置モデルの永久的な表示が実現されることができ、この場合、モデルは、陰影のついた/トランスペアレントな態様で実際の装置の再構成されたモデル上にオーバレイとして表示されることができ、それにより、理想的な装置のその周囲、外形、輪郭が、実際の装置の再構成されたモデルのビューを妨げることなく、認識されることができ、その逆も同様である。装置の理想的なモデルが更に、類似性及び相違をチェックするために、埋め込まれた装置の任意の2D血管造影図に投影されることができる。
代替として、本発明の他の例示の実施形態において、理想的なモデルは、実際の装置の再構成されたモデルと交互に表示されることができ、それにより、例えば、入力装置をトリガすることによって、表示ユニットは、実際の装置と装置の理想的なモデルとの間の切り替えを行う。これにより、実際の装置モデル及び理想的なモデルの表示の間のフリッピングによって変形の偏差を容易に認識するために、理想的なモデルの位置を実際の装置の位置にフィットさせることが非常に有用でありうる。理想的なケースにおいて、これらの2つのモデルの輪郭のみが互いに異なり、これらの2つの表示オプション間のフリッピングによって、2つのモデルの輪郭のみが2つの隣接した形状の間でフリップする。
基本的に、埋め込まれた装置と理想的なモデルとの間の形状相違の評価は、2つの主要なプロセスを必要としうる。理想的なモデルは、表面ベースのパラメータ関数、
(u,v),0≦u,v≦1
によって特徴付けられる。ここで、u,vは、パラメータ変数である。同様に、埋め込まれた装置の表面ベースの関数は、再構成されたボリュメトリックデータから導き出され、
o(u',v'),0≦u',v'≦1
として規定される。ここで、u',v'は、パラメータ変数を示す。埋め込まれた装置と理想的なモデルとの間の予め決められたNランドマークの二乗平均平方根(「RMS」)距離が、表面ベースの関数、
(u,v)及びSo(u',v'),i=1,2,..N
に基づき最小であるような位置合わせプロセスが使用されることができる。位置合わせプロセスの後、埋め込まれた装置に関する新しい表面ベースの関数、
Figure 2012531237
が、導き出されることができる。埋め込まれた装置の各々の表面ポイントごとに、
Figure 2012531237
理想的なモデルの表面S(u,v)に最も近い距離が計算されることができ、理想的な表面モデルの計算された位置は、対応するポイントとして識別される。結果として得られる距離は、理想的なモデルの形状に対する埋め込まれた装置の形状変化の大きさを表すためにカラーコード化されうる。
本発明の更に別の見地によれば、検査下のオブジェクト内に位置する装置を空間的に特徴付けるためのデータ処理装置が提供される。好適には、データ処理装置は、実際の装置の再構成されたモデル及び装置の理想的なモデルにつぃて、上述の方法の例示の実施形態を実施するように適応されるデータプロセッサと、検査下の装置の取得された画像セットを記憶するためのメモリと、を有する。データ処理装置のモデル又はタイプは、本発明による方法を成功裏に実施するために重要ではない。
本発明の他の見地によれば、医用X線検査装置、特にCアームシステム又はコンピュータトモグラフィシステムが提供される。医用X線試験装置は、上述のデータ処理装置を有する。
本発明の更に別の見地によれば、検査下のオブジェクト内に位置する装置を空間的に特徴付けるためのコンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読媒体が提供される。コンピュータプログラムは、データプロセッサによって実行される際、上述の方法の例示の実施形態を制御するように適応される。
本発明の更に他の見地によれば、検査下のオブジェクト内に位置する装置を空間的に特徴付けるためのプログラム要素が提供される。プログラム要素は、データプロセッサによって実行される際、上述の方法の例示の実施形態を制御するように適応される。
コンピュータプログラム要素は、例えばJAVA、C++のような任意の適切なプログラミング言語のコンピュータ可読命令コードとして実現されることができ、コンピュータ可読媒体(取り外し可能なディスク、揮発性又は不揮発性メモリ、埋め込みメモリ等)に記憶されることができる。命令コードは、意図される機能を実施するようにコンピュータ又は他のプログラマブルデバイスをプログラムするように操作可能である。コンピュータプログラムは、WorldWideWebのようなネットワークから入手可能であり、そこからダウンロードされることができる。
更に、既存の医用表示システムは、新しいソフトウェアによってアップグレードされることができ、かかるソフトウェアは、プロセッサ上で実行される際、本発明による上述の方法の各ステップをシステムに実施させる。
本発明の特徴及び副次的な効果は、本発明のさまざまな異なる実施形態に関して記述されることに注意する必要がある。しかしながら、当業者であれば、上述の及び以下の説明から、特記されない限り、一実施形態に属する任意の組み合わせ又は特徴に加えて、それぞれ異なる実施形態又は製造方法に関連する特徴の間の任意の組み合わせが、このアプリケーションによって開示されていると考えられることが分かるだろう。
本発明の上述の見地及び他の見地は、記述される実施形態の例から明らかであり、それら実施形態の例に関して説明される。本発明は、本発明の更なる説明及びより良い理解のために、実施形態の例に関して更に詳しく後述されるが、本発明は、それらの例に制限されない。異なる図面の同一の又は同様の構成要素は、同じ参照番号を与えられている。図面における説明は、概略的であり、一定の縮尺で描かれていない。
検査下のオブジェクト内の装置を空間的に特徴付けるための一体型の表示システムを有するX線イメージングシステムを示す図。 検査下のオブジェクト内の装置を空間的に特徴付ける方法を示す図。 検査下のオブジェクト内の装置の形状偏差の例示の視覚化を示す図。 検査下のオブジェクト内の装置の形状偏差の例示の視覚化を示す図。
図1は、検査下のオブジェクト内の装置を空間的に特徴付けるための医用表示システムを有するX線イメージングシステム10を概略的に示している。
X線イメージングシステム10には、X線放射線を生成するために設けられるX線放射線源12を有するX線画像取得装置を有する。テーブル14は、検査されるべきオブジェクトを受け入れるために提供される。更に、X線画像検出モジュール16が、X線放射線源12の反対側に位置する。放射線プロシージャの間、検査されるオブジェクトは、X線放射線源12と検出モジュール16との間に位置する。検出モジュール16は、データをデータ処理ユニット又は計算ユニット18に送信する。かかるデータ処理ユニットは、X線画像検出モジュール16及びX線放射線源12の両方に接続される。計算ユニット18は、検査室内の空間を節約するために、例示としてテーブル14の下に位置する。計算ユニット18は、例えば別の部屋又は別のラボラトリのような、別の場所に位置することもできることは明らかである。更に、表示ユニット20は、例えば心臓専門医又は心臓外科医のような臨床医でありうるX線イメージングシステムを動作させる人に対して情報を示すために、テーブル14の近傍に配置される。好適には、表示ユニット20は、検査状況に依存する個々の調整を可能にするために、移動可能に取り付けられる。更に、インタフェースユニット22は、ユーザにより情報を入力するために配置される。
基本的に、画像検出モジュール16は、この被検体をX線放射線に曝露することによって、画像を生成し、前記画像は、計算ユニット18において更に処理される。図示されている例は、いわゆるCタイプX線画像取得装置であることに注意されたい。X線画像取得装置は、C形のアームを有する。画像検出モジュール16が、Cアームの一方の端部に配置され、X線放射線源12が、Cアームの反対の端部に位置する。Cアームは、移動可能に取り付けられ、テーブル14上に位置する関心オブジェクトの周りを回転されることができる。言い換えると、さまざまな異なるビュー方向を有する画像を取得することが可能である。
計算ユニット18は、本発明による方法を実施するように構成され、従って、検査下のオブジェクト内に位置する装置を空間的に特徴付けるためのデータ処理装置と考えられることができ又はそれを有することができる。このことにより、データプロセッサ及び好適には取得された画像セットを記憶するためのメモリが、関連するソフトウェアと共に提供される。検査下のオブジェクト内に位置する装置を空間的に特徴付けるための少なくとも1つのプログラム要素を有し、上述の方法の例示の実施形態を制御するように構成される。ソフトウェアは、コンピュータ可読媒体によって又はネットワークを通じて計算ユニット18に転送されることができ、完全に新しいオペレーティングシステム又は最新版として実現されることができる。
本発明による方法は、ブロック図によって図2に詳しく記述されている。
最初に、装置の理想的なモデルを得る方法ステップ24が与えられる。これは、関連する装置のサブライヤから又は生体外での装置の別個のイメージングスタディを通じて、モデルを得ることによって、実現されることができる。展開され、位置付けられた状態において予め決められた最適形状を有するこの理想的なモデルを有さずに、本発明による方法は、成功裏に達成されることができない。詳しく上述されたように、この理想的なモデルは、理想的な装置の単一のモデルに必ずしも制限されず、例えばステント展開バルーンの圧力等の関連する展開状態に依存して、互いに異なる複数のモデルを含むこともできる。
更に、実際の装置の画像セットが取得される(ステップ26)。この取得は、好適には、図1に示される一般のCアームタイプのX線検査装置によって達成されることができる。しかしながら、画像を取得するための他の手段が利用されることもできる。好適には、取得された画像セットは、検査されるオブジェクト内に位置付けられ、展開された実際の装置からの画像を含み、かかる画像は、X線検査装置のCアームを回転させることによって、異なるビュー角度で取得される。
以下、実際の装置のモデルは、既存の技術を使用して、高空間分解能を有して3次元ボリュームデータに再構成される(ステップ28)。このことにより、例えば非心臓性装置用の標準の3DRA再構成、又は心臓装置の場合のゲート制御再構成又は3D装置ブースティングのような異なる視野角を有する画像セットからの3次元モデルが、決定される。
更なるステップにおいて、実際の装置のモデルが、理想的なモデル又は理想的なモデルの組のうちの1つと比較される(ステップ30)。比較(ステップ30)は、例えば、実際の装置のモデルの理想的なモデルとのフィッティングを意味し、これらの2つのモデルの間の形状偏差を決定することを可能にする。決定された偏差(ステップ32)は、臨床医を支援するために、それらを明白に目に見えるようにするように、更に処理されることができる。
本発明の例示の実施形態において、これらの2つのモデルの間の偏差の強度を反映するカラーコードが生成される(ステップ34)。
本発明の他の例示の実施形態において、理想的なモデル及び/又は実際のモデルが、表示ユニット20に表示される(ステップ36)。これらの2つのモデルの間の偏差のエリアが更に表示されることができ、カラーコードにより生成される色が、重ね合わせられ(ステップ38)、例えばより強い偏差を示す赤又はオレンジ、及びほんのわずかな偏差を示す緑のような色を伝える。理想的なモデル又は実際のモデルを表示する(ステップ36)ことは、交互に、同時に又は選択によって、実現されることができる。
本発明による方法は、臨床医に、展開された経皮装置が正しく位置付けられ、更に所望の形状に展開されているかを正確に判断するための機会を与える。展開された形状の偏差は、容易に認識可能であり、それにより、臨床医は、展開プロセスを容易に繰り返すことができ、例えばステント又は他の経皮装置のようなデバイスを正しい展開状態にすることができる。
更に、図3aには、患者の身体内に展開される例示の装置としてステント40の3次元モデルが、それがスクリーンユニットに表示されているように、図示されている。臨床医が、2D血管造影図を使用してどこに偏差エリアが存在するかを視覚的に決定することができる場合、改善された視覚化方法は、このプロセスをより速く、より容易に、より正確にする可能性をもちうる。従って、実際のモデルが、偏差エリアを計算するために、理想的なモデルと比較される。実際のモデルの偏差エリアが、適切にスクリーンユニット上で色付けされることができるように、これらはカラーコード化されることができる。
ステント40の色付けされた実際のモデルが、図3bに示されている。重い収縮42が中間部分に存在することが、容易に認識可能である。この形状が装置の所望の形状でないことは、明らかである。従って、この収縮42の色は、変形又は偏差の強度を示すように選ばれる。最適形状を考慮した偏差がかなり高いので、収縮42が、赤(図3bの暗いパターン)にカラーコード化される。収縮42の隣接エリア44は、それらの偏差が収縮42ほど強くないので、緑(明るいパターン)にカラーコード化される。
本発明は、ステントの展開状態の評価に制限されないことに注意されたい。それは、広い介入処理分野において利用されることができ、本発明の最も直接的な適用は、介入心臓学の分野に、特にステント等の中でも中隔欠損修復装置、弁輪形成術装置を含む介入にある。
10 X線イメージングシステム、12 X線放射線源、14 テーブル、16 検出モジュール、18 計算ユニット、20 表示ユニット、22 インタフェースユニット、24 理想的なモデルを得るステップ、26 画像セットを取得するステップ、28 実際の装置のモデルを再構成するステップ、30 モデルを比較するステップ、32 形状偏差を決定するステップ、34 カラーコードを生成するステップ、36 表示するステップ、38 色を重ね合わせるステップ、40 ステント、42 収縮、44 収縮の隣接エリア

Claims (12)

  1. 検査下のオブジェクト内に位置付けられた装置を空間的に特徴付ける方法であって、
    前記装置の画像セットを取得するステップと、
    前記画像セットから前記装置の3次元モデルを再構成するステップと、
    前記装置の前記モデルを、前記オブジェクト内で予め決められた展開状態にある前記装置の理想的なモデルと比較するステップと、
    表示ユニットに前記装置の前記モデルを表示するステップと、
    を含む方法。
  2. 前記比較するステップは、前記理想的なモデルと比較された前記モデル内の形状の偏差のエリアを決定することを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記偏差の強度に依存してカラーコードを生成し、前記生成されたカラーコードに従う色を、前記表示ユニット上の前記表示されるモデル上に重ね合わせるステップを更に含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記理想的なモデルを一時的に表示するステップを更に含む、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記理想的なモデルは、前記実際の装置の前記再構成されたモデルに、部分的にトランスペアレントなやり方でオーバレイとして表示される、請求項4に記載の方法。
  6. 前記理想的なモデルは、前記実際の装置の前記再構成されたモデルと交互に表示される、請求項4に記載の方法。
  7. 前記理想的なモデルは、繰り返し表示される、請求項5又は6に記載の方法。
  8. 前記理想的なモデルは、相違及び類似性をチェックするために、前記実際の装置の2D血管造影図へのオーバレイとして表示される、請求項1に記載の方法。
  9. 検査下のオブジェクト内に位置付けられた装置を空間的に特徴付けるためのデータ処理装置であって、
    請求項1に記載の方法を実施するように構成されるデータプロセッサと、
    前記取得された画像を記憶し及び/又は前記装置の前記3次元モデルを記憶するメモリと、
    を有する、データ処理装置。
  10. 請求項8に記載のデータ処理装置を有する医用X線検査装置。
  11. 検査下のオブジェクト内に位置付けられた装置を空間的に特徴付けるためのコンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータプログラムは、データプロセッサによって実行される際、請求項1に記載の方法を制御するように構成される、コンピュータ可読媒体。
  12. 検査下のオブジェクト内に位置付けられた装置を空間的に特徴付けるプログラム要素であって、前記プログラム要素は、データプロセッサによって実行される際、請求項1に記載の方法を制御するように構成される、プログラム要素。
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