JP2013505803A - 血管ロードマッピング - Google Patents
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Abstract
心臓ロードマッピングは、血管造影図収集から得られた血管マップシーケンスを、ＰＴＣＡインターベンションにおいて使用される蛍光透視シーケンス上に正確に重ね合わせることからなる。しかしながら、この増強された蛍光透視シーケンスは、例えば呼吸運動、高いノイズレベル、及びとりわけ、セグメンテーションの誤りによる次善的な造影マスクなどの幾つかの欠点を有する。本発明は、処理を逆にし、蛍光透視にて見られる介入デバイスを、対応するサイクルの最適な造影画像に局所的に重ね合わせることを提案する。これにより、呼吸運動が劇的に抑制あるいは抑圧され、血管造影図の高い画質基準が提供され、セグメンテーションの誤りが回避される。この提案は、ＰＣＩ手順における新たなナビゲーション・プラクティスをもたらす。
Description
本発明は、血管ロードマッピング方法及びそのための装置に関する。特に、本発明は、生体構造部分内の器具を可視化する方法に関する。さらに、本発明は、対応するシステム及びコンピュータプログラムにも関する。
カテーテルは、挿入部位で血管系内に挿入された後、大血管に沿って、治療を要する血管構造まで進められる。カテーテルによって造影剤が注入され、カテーテル処置室のｘ線装置によって、造影剤で充填されるときの血管を示す血管造影シーケンスが記録される。診断用の血管造影図の収集は、撮像装置の配置を変えながら繰り返され得る。診断及び医療介入（インターベンション）の計画作成は、このような診断血管造影図に基づく。
医療介入中、柔軟で部分的あるいは完全にｘ線を通さない（ｘ線不透明な）ガイドワイヤが、患部の血管構造（例えば、冠状動脈の狭窄、神経血管動脈瘤、又は動静脈奇形）へと進められる。低ドーズの蛍光透視（フルオロスコピー）ｘ線監視により、ガイドワイヤが可視化され、ガイドワイヤを前進させながらのインターベンション実施者の手と眼による調整が可能にされる。ガイドワイヤは、位置付けられると、介入デバイス（例えば、膨張用バルーン及びステント送達、動脈瘤凝固用の脱着可能コイル）を送達するためのレールとして作用する。介入デバイスの送達及び配備も蛍光透視制御される。
ライブ画像への血管造影図のオーバーレイ（重ね）技術（ロードマッピングと称する）が使用され得る。このような手順において、血管構造自体は、ｘ線不透明でないので、医療介入中に視認することができない。従って、ガイドワイヤ及び介入デバイスのナビゲーション及び正確な位置決めは、面倒で時間を消費するものであるとともに、該当の血管に対するデバイスの位置を明瞭にするために更なる造影剤の投入を必要とする。散乱のため、患者及び医療スタッフの双方が、診断血管造影図の収集及び介入蛍光透視の間にｘ線に曝される。介入時間を短縮し且つ位置決め精度を高めるために、ナビゲーション支援が望まれる。通常、ライブ介入蛍光透視の隣に、同様の撮像装置配置を用いて収集される静止した診断血管造影図が表示される。血管内でのガイドワイヤ及びデバイスのナビゲーションのために、静止血管造影図及びライブ蛍光透視の主観的な視覚的融合が必要とされる。コンテキストに富んだ改善された可視化であれば、ナビゲーションにおいて重要な支援をもたらすことができる。一手法として、血管と介入デバイスとが１つのスクリーン上に同期して表示されるよう、前処理された血管造影図が血管透視画像ストリーム上に重ね合わされ得る（例えば、図１を参照）。
ナビゲーションシステムは、故に、ライブ蛍光透視写真の隣に、あるいはそれに重ねて表示して、心臓ロードマップを提供することによって、心臓医を手助けすることができる。理想的には、この心臓ロードマップは、現在のライブ画像と同じ心臓位相で血管造影中に収集され、且つ呼吸運動及び患者の動作に対してレジストレーション（位置整合）された血管網を表す。
特許文献１には、心サイクル及び呼吸サイクルの抽出と、（充填状態の）血管造影図とライブ画像との間でのこれらサイクルのマッチングとを頼りにする、心臓ロードマッピングの基本的な方法が記載されている。
ロードマッピングは、血管構造に対する介入装置の正確な位置特定（さもなければ、ＰＣＩ（経皮冠動脈インターベンション）時間の殆どにおいて視認することができない）を（願わくは）提供するので、非常に重要な機能である。
ロードマッピングは、心臓インターベンションの場合、より一層興味深いものである。何故なら、さもなければ心臓医によって実行される血管造影図（通常、１つの選択画像）と動的な蛍光透視シーケンスとの間での知的レジストレーションは、不正確且つ疲れる処理だからである。
しかしながら、血管造影図シーケンスに由来するロードマッピングマスクを含む強化された蛍光透視シーケンスは、幾つかの深刻な欠点を有する。
蛍光透視画像に血管投影図全体を重ね合わせるのは不可能である。何故なら、そうすることは、背景の混ざり合い及びあらゆる種類の不快な視覚効果を生じさせるからである。結果として、実際には、心臓マップは、注入された冠状動脈の良好なセグメンテーション（区分）であると思われるマスクを抽出する分割処理を介して、血管造影図から推定されている。残念ながら、そのような分割処理は複雑であり、且つ（常にではないにしても）非常に次善的なマスク（不完全な血管すなわち過分割、アーチファクト、時間的な不安定性）を生み出すことが多い。
他の欠点は蛍光透視法に関連する。ナビゲーション画像（リアルタイム蛍光透視シーケンス）は非常にノイズが多いものであるとともに、場合により強い呼吸運動を含むものである。
本発明により、造影（contrast-enhanced）画像内でセグメント化されたマスクを蛍光透視画像上に重ね合わせることに代えて、蛍光透視シーケンス内に見られる介入デバイスを、対応するサイクルの選択された造影画像上に、局所的に重ね合わせることが提案される。
本発明の１つの目的は、上述の欠点を排除あるいは少なくとも軽減する方法を提供することである。
本発明の更なる１つの目的は、生体構造部分内の器具の一層良好な可視化を提供することである。
上記課題は、それぞれの独立請求項の各々に記載の事項によって達成される。更なる実施形態がそれぞれの従属請求項に記載される。
概して、上記課題は、生体構造部分内の器具を可視化する方法であって、前記生体構造部分の造影画像を受信するステップと、前記生体構造部分内の前記器具を含む蛍光透視画像を受信するステップと、前記蛍光透視画像のうちの、前記器具の少なくとも一部を含む領域を規定するステップと、規定された領域の前記蛍光透視画像を、前記造影画像と結合するステップと、を有する方法によって達成される。
なお、器具が導入され得る生体構造部分は、血管、心室又は動脈瘤とし得る。
ナビゲーション目的で使用される画像は、この場合、血管造影図、動脈造影図又は脳室ｘ線写真のような造影画像とすることができ、ナビゲーション時の画質が、蛍光透視法の画質より遙かに良好であり得る造影撮影時の画質となる。
例えば血管造影図の最良に充填された心サイクルのみがこの処理に選択され得るので、呼吸運動が単一の心サイクルまで低減され得る。（相対的とはいえ）息止めを患者に要求する場合、約１秒の間（＝１回の心サイクル）の呼吸運動は実質的にゼロに抑制され得る。
蛍光透視にて見られるデバイスに隣接する領域のみが、最適な注入状態の血管をもともと含んだ例えば血管造影図に重ねられるので、例えば血管造影図における血管のセグメンテーションは必要なく、セグメンテーションの誤りが最終結果を損ねることがなくなり得る。
他の一実施形態によれば、この方法は更に、蛍光透視画像内で器具の少なくとも一部を検出するステップを有していてもよく、器具の該一部は器具の先端部分とし得る。
故に、血管マスクによって増強され得るが不完全に増強され得る蛍光透視の世界内でナビゲーションを行うことに代えて、ノイズ及び呼吸運動が実質的になく、且つ血管が最適に見えながら介入デバイス（すなわち、ワイヤ先端）の付加的な局所オーバーレイを有する血管造影図の世界でナビゲーションを行い得る。
なお、器具の関心部分は、手動で、あるいは適当な画像処理コンピュータソフトウェアを用いる自動手順によって、蛍光透視画像内で検出され得る。このような検出に基づき、器具の一部を取り囲む領域も、例えば入力によって手動で規定されてもよいし、あるいは事前に決定された手順又はソフトウェアアルゴリズムに従って自動的に規定されてもよい。理解されるように、領域の規定は、器具の一部が手動検出された後に自動的に実行されてもよく、あるいは、器具を含み且つ例えば強調することによって一部と思われる様相をシステムが蛍光透視画像内で検出した後に、領域が手動で規定されてもよい。
他の一実施形態によれば、複数の造影画像が受信され、該複数の造影画像内で構造の周期運動が特定され、複数の蛍光透視画像が受信され、該複数の蛍光透視画像内で構造の周期運動が特定され、且つ規定された領域の選択された蛍光透視画像が、対応する運動サイクルの造影画像と結合される。
これは、現在のライブ蛍光透視画像と対応する運動サイクルを有した、画像シーケンスのうちの１つの好適な造影画像が容易に選択され得るという利点をもたらし得る。
この方法の結果、すなわち、結合された画像は、例えばモニタといった好適な装置上に表示され得る。
本発明に係る方法は、心臓の狭窄を治療するため、カテーテル処置室のＰＣＩ（経皮冠動脈インターベンション）用撮像システムによって有利に使用され得る。
本発明の他の一態様によれば、造影画像を生成する装置と、蛍光透視画像を生成する装置と、前記蛍光透視画像を処理し且つ処理された蛍光透視画像を前記造影画像と結合する処理装置と、を有する血管ロードマッピングのためのシステムが提供される。
このシステムの処理装置は、蛍光透視画像内で器具の一部を検出するように適応され、且つ蛍光透視画像のうちの器具の検出部分を含む領域を規定するように適応され得る。
なお、器具は、柔軟あるいは堅いカテーテル、ワイヤ先端又は電極であってもよいし、生検器具、カニューレ又はトロカール（套管針）であってもよい。器具はまた、例えばステント、オクルーダー（例えば、卵円孔開存オクルーダー）、人工弁などの人工器官であってもよい。
さらに、処理装置は、規定された領域の蛍光透視画像を造影画像と結合するように適応され得る。
他の一実施形態によれば、このシステムの処理装置は、一連の造影画像内で周期運動を特定するように適応され、且つ一連の蛍光透視画像内で周期運動を特定するように適応され、処理装置は更に、選択された処理された蛍光透視画像を、対応する運動サイクルの造影画像と結合するように適応される。これは、純粋に画像ベースの方法によって達成され、あるいは例えばＥＣＧ（心電図）信号などの外付けの非撮像システムを使用して達成され得る。
このシステムは更に、結合された画像を表示するモニタを有し得る。
本発明の更なる一態様によれば、本発明に係るシステムの処理装置上で実行されるときに該システムに本発明に係る方法を実行させる、血管ロードマッピング用のコンピュータプログラムが提供される。故に、本発明に係る方法は、実質的に自動的に実行され、あるいは少なくとも大部分は自動的に実行され得る。従って、コンピュータプログラムは、適当なシステムによって生成される少なくとも１つの造影画像を収集して少なくとも一時的に格納するための命令セットと、適当なシステムによって生成される少なくとも１つのライブ蛍光透視画像を収集して少なくとも一時的に格納するための命令セットと、蛍光透視画像内に示された器具の一部を特定するための命令セットと、蛍光透視画像の少なくとも１つの領域を造影画像と結合するための命令セットとを有し得る。
また、コンピュータプログラムは、以前に記録された画像情報を含むデータベースからデータをロードするための命令セットを有していてもよいし、ユーザによる情報検索のための命令セットを有していてもよい。
このようなコンピュータプログラムは好ましくは、データプロセッサの作業メモリにロードされる。データプロセッサは、斯くして、本発明に係る方法を実行するように整えられる。また、本発明は、上記のコンピュータプログラムが格納された、例えばＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読み取り可能媒体に関する。しかしながら、コンピュータプログラムは、ワールド・ワイド・ウェブのようにネットワーク上で提示されてもよく、そのようなネットワークからデータプロセッサの作業メモリにダウンロードされることができる。
なお、本発明の実施形態は様々な主題を参照して説明される。特に、一部の実施形態は方法タイプのクレームを参照して説明され、他の一部の実施形態は装置タイプのクレームを参照して説明される。しかしながら、上述及び後述の説明から当業者が推察するように、特に断らない限り、１つのタイプの主題に属する複数の特徴の組み合わせに加えて、異なる複数の主題に関する複数の特徴間での組み合わせも、本出願で開示されていると見なされるものである。
本発明の上述の態様、並びに更なる態様、特徴及び利点が、以下にて説明される実施形態例から導き出され得る。それらは、図面にも示す実施形態例を参照して説明されるが、本発明はそれらの実施形態例に限定されるものではない。
図１は、古典的な心臓ロードマッピング技術を用いて得られる典型的な結果を示しており、器具の一部２２０を含んだライブ蛍光透視画像上に、前もって記録された血管造影画像が重ね合わされている。
図２のフローチャートは、本発明に係る血管ロードマッピングの原理を示しており、以下のステップ群を有している。理解されるように、この方法に関して説明されるステップは主要なステップであり、これらの主要ステップは複数のサブステップに区別あるいは分割されてもよい。また、これらの主要ステップの間にサブステップが存在してもよい。サブステップについては、本発明に係る方法の原理を理解する上でそれが重要である場合にのみ言及する。
ステップＳ１にて、１つの血管造影画像又は複数の画像が生成される。上述のように、ステップＳ１で生成される１つ又は複数の画像は、動脈造影図又は脳室ｘ線写真のような造影画像であってもよい。
（ステップＳ１に続く）ステップＳ２にて、画像処理に基づく方法又はＥＣＧ信号をも伴う方法の何れかを、検討する血管造影シーケンスに適用して用い、最適に造影剤（ＣＡ）注入された状態にて、１つの完全な心サイクルを構成する血管造影フレーム群が特定される。この段階は典型的に、通例の動き補償・補正技術を伴い得る。
ステップＳ３にて、少なくとも１枚の蛍光透視画像が生成される。通常、一連のライブ蛍光透視画像が生成される。
（ステップＳ３に続く）ステップＳ４にて、現在の蛍光透視画像に（リアルタイムで）器具検出が適用される。これは、介入ツール（典型的に、ワイヤ先端）を検出しようとするものである。このような作業に使用される典型的な手法は、リッジフィルタ及び時間的なトラッキングを用いる画像処理技術である。このステップの出力は単に、器具の、器具の複数の箇所のうちの一部（例えば、ワイヤのまさに先端）の、あるいは器具の一部分の局在位置である。これはまた、ステントマーカ、又はマーカの組などとし得る。
（ステップＳ２、Ｓ３、及び場合によりＳ４のデータを使用する）ステップＳ５にて、ＥＣＧ信号及び／又は画像処理技術を用いて、選択された複数の血管造影画像のうちの何れに、同じ心サイクルを有する現在の蛍光透視画像が対応するかと、それを介して幾何学変換（典型的に、呼吸運動を補償するには平行移動で十分である）とを決定することができる。また、このレジストレーション作業を遂行する助けとするために、デバイス検出ステップの出力を用いることも可能である（何故なら、蛍光透視画像内のデバイスは、対応する血管造影画像内の充填された血管に付随する可能性が高いからである）。このステップの出力は、血管造影フレームのインデックス（索引）及びマッチング幾何学変換パラメータである。
（ステップＳ４に続き且つステップＳ３のデータを使用する）ステップＳ６にて、器具マスクが作成される。ステップＳ４で得られた器具の局在位置から、器具又は少なくともその一部を含むマスクを作成することは単純である。このステップには、単純な過分割で十分である。リッジフィルタ、領域成長、モルフォロジ（形態）技術が、この作業に適用され得る。出力は、例え過分割を伴うとしても、標的のツールを包含するように拡大されることが可能な器具マスクである。このマスクは、器具を含む蛍光透視画像の領域を取り囲む。
（ステップＳ５に続く）ステップＳ７にて、ステップＳ５で見出された現在の蛍光透視画像（同じ心サイクル）に最もよく対応する血管造影フレームが、複数の血管造影画像における抽出された運動サイクルから単純に選択される。
（ステップＳ５及びＳ６に基づく）ステップＳ８にて、ステップＳ６で作成された器具マスクを、先行ステップで計算された幾何学変換の適用によって単純にレジストレーションすることができる。
（ステップＳ７及びＳ８に基づく）ステップＳ９にて、選択された血管造影フレームが、レジストレーションされた器具マスクと混合あるいは結合される。これは単に、マスクから疑わしい画素を除去するよう、可能な透明度の値を用いて双方の情報源の階調レベルを混ぜ合わせることに等しい。換言すれば、蛍光透視画像のうちの、マスクの内側の領域又は部分のみ、すなわち、器具の直近にある領域又は部分のみが、血管造影画像の全体と結合され、血管造影画像が概観を提供し、蛍光透視画像の上記領域が、器具の位置に関する詳細情報を提供する。
ステップＳ１０にて、例えばモニタ上に、結果が表示される。当然ながら、この方式において、ステップＳ４、Ｓ６、Ｓ８は、画像内に存在する複数のデバイス（例えば、複雑な経皮冠動脈インターベンションにおける複数のワイヤ先端）に反復的に適用されることができ、得られた全てのレジストレーション済みマスク（検出されたデバイスごとに１つ）がステップＳ９にて血管造影図に結合されてもよい。
図３は、本発明に係る例示的なシステムを示している。このシステムは、患者３００内に導入され得る器具２００のコンソール１００を含んでいる。また、カテーテル２００の先端部分２２０が位置する領域の蛍光透視画像を生成し得るように、ｘ線装置４００が患者に対して配置されている。さらに、ｘ線装置４００による蛍光透視画像の生成を制御し、且つ必要に応じて、カテーテル２００の機能を制御するようにコンソール１００を制御し得る処理ユニット６００が配設されている。
ここで、コンソール１００は、１つ又は一連の血管造影画像を生成し得るように造影剤を送達し得るユニット１１０を含み得る。また、ユニット１１０によって薬物が注入されてもよい。さらに、コンソール１００は、カテーテル２００の先端部分２２０の向きを制御し得る装置１２０を有し得る。装置１２０は、他の例では、レーザ印加若しくはステントなどの人工器官の配設のようなカテーテルの特別な機能、又はバルーンを導入して膨張させることなどを制御してもよい。なお、コンソール１００は、意図される処置に応じて、３つ以上のユニット又は装置を含んでいてもよい。
ｘ線装置４００は、ｘ線源４２０及びｘ線検出器４４０を含んでいる。ｘ線源４２０及びｘ線検出器４４０は何れも、これら相互の適正な向きを保証するよう、Ｃアーム４３０に配置されている。患者３００はテーブル４６０に配置され得る。
処理ユニット６００は、とりわけ制御ユニット６２０を含み、更にモニタ６１０を含んでいる。該モニタ上に、例えば器具の先端の現在位置に関する情報出力が表示され得る。
処理ユニット６００は更に、本発明に係る血管ロードマッピングを実行するコンピュータプログラムを格納且つ／或いは実行する処理装置又は作業メモリを有し得る。
図４は、上述の方法のステップＳ３で生成される蛍光透視画像の一例を示している。ステップＳ４で、器具の一部２２０が検出され、ステップＳ６で、検出された部分２２０を取り囲むマスク５００が作り出される。なお、マスクは、図４に描かれた楕円形態以外の形態を有していてもよい。マスクは、円形又は長方形であってもよい。他の例では、マスクは、検出された部分２２０の形態であって、器具の部分２２０が該部分の近傍の周囲領域とともに当該マスクの内側に置かれるように拡大された形態、を有していてもよい。
図５は、本発明に係る血管ロードマッピングによって生成された実際の結果を示している。換言すれば、図５は、マスク５００によって特定された領域のみがオーバーレイとして導入された血管造影画像を示している。図１と比較すると、この技術から期待される視認性の増大をはっきりと見て取ることができる。これらの図が示していないものは、この血管ロードマッピング技術によって可能にされる呼吸運動の除去である。
図面及び以上の記載にて本発明を詳細に図示して説明したが、これらの図示及び説明は、限定的なものではなく、例示的あるいは典型的なものと見なされるべきである。本発明は、開示した実施形態に限定されるものではない。
図面、明細書及び特許請求の範囲を調べて請求項に係る発明を実施する当業者によって、開示した実施形態へのその他の変形が理解されて実現され得る。特許請求の範囲において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。単一のプロセッサ又はその他のユニットが、請求項中に列挙された複数の項目の機能を果たしてもよい。
特定の複数の手段が相互に異なる従属項にて列挙されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。コンピュータプログラムは、別のハードウェアの部分とともに或いは該部分として提供される例えば光記憶媒体又は半導体媒体などの好適な媒体にて格納／配布されてもよいし、例えばインターネット又はその他の有線あるいは無線の通信システムを介してなど、その他の形態で配布されてもよい。請求項中の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解されるべきでない。
１００ コンソール
１１０ ユニット
１２０ 装置
２００ 器具
２２０ 器具の先端部分
３００ 患者
４００ ｘ線装置
４２０ ｘ線源
４３０ Ｃアーム
４４０ ｘ線検出器
４６０ テーブル
５００ マスク
６００ 処理ユニット
６１０ モニタ
６２０ 制御装置
１１０ ユニット
１２０ 装置
２００ 器具
２２０ 器具の先端部分
３００ 患者
４００ ｘ線装置
４２０ ｘ線源
４３０ Ｃアーム
４４０ ｘ線検出器
４６０ テーブル
５００ マスク
６００ 処理ユニット
６１０ モニタ
６２０ 制御装置
Claims (11)
- 生体構造部分内の器具を可視化する方法であって：
前記生体構造部分の造影画像を受信するステップと、
前記生体構造部分内の前記器具を含む蛍光透視画像を受信するステップと、
前記蛍光透視画像のうちの、前記器具の少なくとも一部を含む領域を規定するステップと、
規定された領域の前記蛍光透視画像を、前記造影画像と結合するステップと、
を有する方法。 - 前記蛍光透視画像内で前記器具の少なくとも一部を検出するステップ、を更に有する請求項１に記載の方法。
- 前記器具の前記一部は前記器具の先端部分である、請求項２に記載の方法。
- 複数の造影画像が受信され、該複数の造影画像内で前記構造の周期運動が特定され、
複数の蛍光透視画像が受信され、該複数の蛍光透視画像内で前記構造の周期運動が特定され、且つ
前記規定された領域の蛍光透視画像は、対応する運動サイクルの造影画像と結合される、
請求項１に記載の方法。 - 結合された画像を表示するステップ、を更に有する請求項１に記載の方法。
- 血管ロードマッピングのためのシステムであって：
造影画像を生成する装置と、
蛍光透視画像を生成する装置と、
前記蛍光透視画像を処理し、且つ処理された蛍光透視画像を前記造影画像と結合する処理装置と、
を有するシステム。 - 前記処理装置は、前記蛍光透視画像内で器具の一部を検出するように適応され、且つ前記蛍光透視画像のうちの、前記器具の検出された部分を含む領域を規定するように適応される、請求項６に記載のシステム。
- 前記処理装置は、規定された領域の前記蛍光透視画像を前記造影画像と結合するように適応される、請求項７に記載のシステム。
- 前記処理装置は、一連の造影画像内で周期運動を特定するように適応され、且つ一連の蛍光透視画像内で周期運動を特定するように適応され、
前記処理装置は更に、選択された処理された蛍光透視画像を、対応する運動サイクルの造影画像と結合するように適応される、
請求項６に記載のシステム。 - 結合された画像を表示するモニタ、を更に有する請求項６に記載のシステム。
- 血管ロードマッピング用のコンピュータプログラムであって、請求項６に記載のシステムの処理装置上で実行されるときに該システムに請求項１に記載の方法を実行させるコンピュータプログラム。
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