JP2013516219A - 内部位置参照センサを使用した、動く器官における動きの補償 - Google Patents

Abstract

体内にある、動く対象領域を表示する装置（１０）は、侵襲的医療装置（２６）の位置および向き（Ｐ＆Ｏ）を決定し、内部位置参照センサ（２４１）を使用して、時間に伴う対称領域の動きを追跡するように構成されたポジショニングシステム（２０）を含んでいる。補償機能ブロック（２８）は、（例えばＲＯＩの画像が取得された）第１の時間と（例えば装置（２６）のＰ＆Ｏが測定された）第２の時間との間の対象領域の動きを補償するように構成されており、対象領域の動きに基づいて、動き補償機能（２８）を生成する。測定されたＰ＆Ｏは、補償機能（２８）を使用して補正される。医療装置（２６）の表示は、補正されたＰ＆Ｏに従って画像（１８）上に重畳される。
【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２００９年１２月３１日に出願された米国特許出願第１２／６５０，９３２号明細書の利益及びそれに対する優先権を主張し、この出願の全開示は、それぞれ全体として本明細書に示されたかのように、本明細書によって参照により援用される。

（技術分野）
本発明は、一般的に医用イメージングおよび医療用ナビゲーションに関し、より具体的には、内部参照センサを使用して、動く器官における動きを補償するシステムおよび方法に関する。

二次元および三次元画像を取得して表示するシステムおよび方法が、例えば、Ｓｔｒｏｍｍｅｒらへの米国特許第７，３８６，３３９号明細書（「ＭＥＤＩＣＡＬ ＩＭＡＧＩＮＧ ＡＮＤ ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ」）（その全体が本書に参照により援用される）を参照することにより分かるように、当該技術分野で知られている。Ｓｔｒｏｍｍｅｒらは、動く器官の実際の動きと同期しておよびカテーテルなどの侵襲的な手術道具と同期して、これらの器官の三次元画像を構成して表示する能力を有する医用イメージングおよび医療用ナビゲーションシステムを開示している。システムは、メディカルポジショニングシステム（ＭＰＳ：ｍｅｄｉｃａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）であって、複数のＭＰＳセンサの位置および向きを確定するためのメディカルポジショニングシステムと、動く器官の二次元画像を取得するための画像検出器を有する二次元イメージングシステムと、重畳処理装置とを含む。ＭＰＳシステムは、手術道具に装着されたセンサと、位置参照のために患者の身体に取り付けられたセンサ（「患者参照センサ（Ｐａｔｉｅｎｔ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｅｎｓｏｒ）」すなわちＰＲＳ）とを含む。システムは、複数の二次元画像（および各位置／向きのデータおよび器官のタイミングデータ、例えばＥＣＧ信号）を取得し、かつ全センサの位置および向きをセットとして記録する。システムは、二次元画像とセンサのデータとの組み合わせから三次元画像を再構成する。医師が患者の体内に手術道具を挿入する際、システムはまた、手術道具に装着されたＭＰＳセンサの位置および向きを検出する。重畳処理装置は、手術道具の表示を、現在表示されている二次元および三次元画像に重畳させ、この二次元および三次元画像は、リアルタイムのＥＣＧデータに従って再生され得る。

ＰＲＳは、手術道具に関連したセンサが、Ｘ線撮影装置に対して、常に、共通登録された座標系に留まるように設けられる。システムは、ＰＲＳを使用して患者の動き（例えば、患者身体の動きおよび呼吸によって引き起こされる動き）を検出する。（ＰＲＳによって検知されるような）動きを使用して、二次元画像が取得された座標系に対して座標系をシフトする。それゆえ、Ｓｔｒｏｍｍｅｒらにおいては、リアルタイムの位置情報を、今までに記録された二次元画像または三次元画像上に投影することは、ＥＣＧの同期と呼吸の動きの補償の双方を行うことである。しかしながら、場合によっては、使用されている外部運動補償信号（すなわち、ＥＣＧ信号およびＰＲＳ読み取り）と、対象領域の内部運動との間に、相関関係はほとんどまたは全くない。例にすぎないが、心房細動の場合には、ＥＣＧ信号は、心房の動きに関する予測因子または相関関係入力としての機能を効果的に果たさない可能性がある。

それゆえ、上述の問題の１つ以上を最小限にするかまたは排除する、動く器官の動きを補償するシステムおよび方法が必要とされている。

本書で説明、図示、特許請求する方法および装置の１つの利点は、カテーテル先端の表示を、カテーテル先端の位置が取得された時間とは異なる時間に取得された画像上に重畳させるときに必要となり得るなど、患者身体における動く対象領域（例えば、心臓などの動く器官）の動きを正確に補償する能力に関する。

本開示は、体内にある、動く対象領域（ＲＯＩ：ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）を表示する方法および装置に関する。方法の一実施形態は、時間の経過に伴うＲＯＩの動きを追跡し、および動き補償機能を生成することを含む。次いで、侵襲的医療装置、例えば、カテーテルなどの位置および向き（Ｐ＆Ｏ：ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を決定する。次のステップは、動き補償機能を使用して、決定されたＰ＆Ｏを補正し、それにより、ＲＯＩの画像が取得された第１の時間と、Ｐ＆Ｏが決定された（第１の時間とは異なる）第２の時間との間のＲＯＩの動きを補償することを含む。次のステップは、補正されたＰ＆Ｏに従って医療装置の表示を画像上に重畳させることを含む。

好ましい実施形態では、対象領域の動きの追跡は、対象領域とともに動くように第１の位置特定センサを動く対象領域と関連付けることを含む。このステップの間、位置特定システム（例えば、一実施形態におけるメディカルポジションシステム（ＭＰＳ））は、第１の一連のＰ＆Ｏ読み取りを取得でき、その読み取りは、センサの動きだけではなく対象領域の動きも規定する。方法は、医療装置に関連した第２の位置特定センサから第２の一連のＰ＆Ｏ読み取りを取得することをさらに含む。第１の一連のＰ＆Ｏ読み取りと第２の一連のＰ＆Ｏ読み取りとの間の相関関係が閾値を超える場合、システムは、動き補償を実施するようにイネーブルされる。なぜなら、対象領域の同じ動きが医療装置の動きに影響を及ぼすと仮定できるためである。一実施形態は、動き補償機能は、時間依存性ベクトル変位を含んでもよい。それゆえ、所与の空間位置の場合、所与の時間では、機能はベクトル変位（および潜在的には回転）を規定し、それにより、医療装置のＰ＆Ｏを、画像の撮影時にその対応する値に適合するように、補正する必要がある。

さらに別の実施形態では、複数の位置特定センサが配置され、補償機能は、複数の位置特定センサによって検出された動きにそれぞれ起因する個々の変位ベクトルの重み付けされた和である。各入力に関連付けられた重み係数は、医療装置の動きに対する入力に観察された相関レベルに対応し得る。

これらのおよび他の利点、特徴、および能力は、本書で図示、説明および特許請求される構造、システムおよび方法に従って提供される。

内部位置参照センサを使用して、動く器官における動きを補償する実施形態を組み込むシステムの概略的なブロック図である。 Ｘ線透視ベースのイメージングの実施形態における、図１のシステムの線図である。 動く器官の動きおよび内部位置参照センサの対応する動きを示す平面図である。 動く器官の動きおよび内部位置参照センサの対応する動きを示す平面図である。 動く器官の動きおよび内部位置参照センサの対応する動きを示す平面図である。 図１にブロック形態で示すメディカルポジショニングシステム（ＭＰＳ）の例示的な一実施形態の概略的なブロック図である。

ここで図面を参照すると、同様の参照符号を使用して、種々の図面において同一の構成要素を特定しており、図１は、本発明の態様を供し得るシステム１０を示す線図である。本発明の実施形態は、Ｘ線透視ベースのイメージングシステムに関連して展開された磁場ベースのポジショニングシステムに関連して説明し、そのような実施形態は例示にすぎず、決して限定するものではないことを理解されたい。

図面の鍵となる詳細な説明へ進む前に、動き補償に関する総括を説明する。出発点として、Ｘ線透視において使用され得るようなＸ線への患者の曝露を低減することが望ましい。それゆえ、過去に取得された対象領域の画像（またはシネループを規定する一連の画像）を使用でき、かつ最大限再使用できることが望ましい。これにより、最新のイメージングを取得するための連続的な曝露または後の追加的な曝露の必要性を低減する。以前に取得された画像またはシネループを使用する医療機器のナビゲーションは、機器の位置および向き（Ｐ＆Ｏ）を確定し、その後、その機器のＰ＆Ｏの投影像を画像上に重畳させることによって可能になる。しかしながら、患者および患者の内臓器官の双方とも動くことがあり（例えば心臓の鼓動）、画像が撮影された時刻の位置から位置が変わるため、時間が経つにつれ問題が生じる。これらの様々なタイプの動きに対する補償がないと、医療機器のリアルタイムの位置を反映するＰ＆Ｏ読み取りが、画像に不正確に表示される（すなわち、表示が画像上の「間違った」位置に重畳され得る）。背景で参照した米国特許第７，３８６，３３９号明細書では、患者参照センサ（ＰＲＳ）を提供することによる、患者の動きおよび呼吸により引き起こされた動きに関する動き補償が説明されている。ＰＲＳのＰ＆Ｏ読み取りに対してカテーテルの動きを追跡するＰ＆Ｏ読み取りを解釈することによって、ある種の動き補償を達成できる。換言すると、ＰＲＳによって検出された動きは、二次元画像が取得された座標系に対して座標系をシフトする。しかしながら、同様に背景において説明したように、ＰＲＳのＰ＆Ｏ読み取りは、動く内臓器官の動きに、ほとんどまたは全く相関関係がないものであってもよい。

続けて図１を参照すると、図示のシステム１０は、様々な入力／出力機構１４、主ディスプレイ１６、画像データベース１８、メディカルポジショニングシステム（ＭＰＳ）システム２０などの位置特定（ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）システム、ＥＣＧモニタ２２、複数のＭＰＳ位置参照センサ（２４_１、２４_２および２４_３を付す）、およびＭＰＳイネーブルド医療装置２６（それ自体が位置参照センサを含む）を有する主制御装置１２を含む。ＭＰＳイネーブルド装置２６は、任意の介入装置または送達ツールであってもよい。例えば、装置２６は、ガイドワイヤ、スタイレット、カニューレ挿入カテーテル、ＥＰカテーテルなどを含んでいてもよい。

コンピュータにより実現された実施形態において、主制御装置１２は、図１にブロック形態で示すもの：動き補償機能２８、位置および向き（Ｐ＆Ｏ）補正機能３０および画像重畳機能３２を含め複数の機能を実施するようにプログラムされる。主制御装置１２は、一般的に、患者の身体内にある、動く対象領域（ＲＯＩ）に対応する被表示データ（例えば、単一画像または一連の画像）を生成するように構成される。制御装置１２は、追跡された、ＭＰＳイネーブルド医療装置２６の表示を、動く対象領域の動きを補償した、ディスプレイ１６に表示するために以前に取得された画像（または一連の画像）上に、（機能ブロック２８、３０および３２によって）正確に重畳させるように特に構成される。入力／出力機構１４は、コンピュータベースの制御、例えば、キーボード、マウス、タブレットなどとインターフェースする従来の装置を含んでいてもよい。ディスプレイ１６はまた従来の装置を含んでいてもよい。

画像データベース１８は、動く対象領域を含む患者身体に関する画像情報を記憶するように構成され、画像情報は、（１）過去のそれぞれ個々の時間に取得された１つ以上の二次元静止画像；（２）画像取得装置（例えば、図２に例示的に示すような、Ｘ線イメージング装置からのＸ線透視画像）からリアルタイムで得られた複数の関連の二次元画像（ここで、画像データベースは、バッファ（ライブのＸ線透視）の機能を果たす）；および／または（３）シネループ（ＣＬ）を規定する一連の関連の二次元画像（一連の画像の各画像は、ＥＣＧモニタ２２から得られた取得リアルタイムＥＣＧ信号に従って一連の画像の再生を可能にするのに適切な、各画像に関連した少なくともＥＣＧタイミングパラメータを有する）を含んでいてもよい。二次元画像は、例えばＸ線、超音波、コンピュータ断層撮影、核磁気共鳴などの、現在知られているまたは今後発展される任意の画像診断法によって取得されてもよいことが理解されるべきである。

ＭＰＳシステム２０は、１つ以上のＭＰＳセンサのポジショニング（位置特定）データ（すなわち、位置および向き−Ｐ＆Ｏ）を取得するように構成されている。Ｐ＆Ｏは、１つまたは複数の磁場発生器／送信器に対する、磁場における磁場センサの位置（すなわち、３軸Ｘ、ＹおよびＺの座標）および向き（すなわち、アジマスおよび高度）として表されてもよい。

内部ＭＰＳ位置参照センサ２４_１は、体内の動く対象領域（ＲＯＩ）に関連付けられ、対象領域は動く器官であってもよく、より具体的には心臓および／または心腔もしくはその一部分（例えば心房）であってもよい。内部位置参照センサ２４_１は、動くＲＯＩと共に動くようにＲＯＩに関連付けられ、それによって対象領域の動きを適正に示す。一般的に、センサ２４_１を対象領域（ＲＯＩ）に関連付けることは、任意の１つ以上の方法：（１）センサ２４_１、またはセンサ２４_１を担持するカテーテルのような介入装置を、解剖学的構造自体によって保持される解剖学的領域に配置すること（例えば、冠状静脈洞のような管状器官に誘導したカテーテル）；（２）手技の持続期間中、センサ２４_１、またはセンサを担持するカテーテルのような介入装置を、能動的または受動的な固定機構を使用して、対象領域における解剖学的構造に固定すること；（３）センサ２４_１、またはセンサを担持するカテーテルのような介入装置を、対象領域における解剖学的構造にしっかりと接触した状態で保持すること；および（４）センサ２４_１（またはセンサを担持する介入装置）を、対象領域における解剖学的構造に同様に付着されている非ＭＰＳイネーブルド装置に配置すること、によって行われ得る。手法（２）に関しては、対象領域が心臓である場合、例としては、センサ２４_１を心臓の表面の心外膜に配置することを含んでいてもよい。手法（３）に関しては、例としては、センサ２４_１を、心臓内部にしっかりと接触した状態になるように誘導されたカテーテルに関連付けることを含んでいてもよい。手法（４）に関しては、例としては、ＭＰＳイネーブルドガイドワイヤ（センサ２４_１を有する）を、心腔の組織に同様に付着されているペーシングリード線のルーメンに配置することを含んでいてもよい。

例えば、センサ２４_２によって示されるような、１つ以上の追加的な任意選択の内部位置センサを設けてもよい。追加的な１つ以上のセンサ２４_２は、（１）動く対象領域；または（２）医療装置２６のいずれか一方または双方に関連付けてもよい。追加的なセンサ２４_２は、場合によっては、動く対象領域または医療装置のいずれかに対して追加的なデータ点（Ｐ＆Ｏ読み取り）を提供するように構成されており、それにより、時間の経過に伴うそれらの動きに関する追加的な情報を提供してもよい。

患者参照センサ（ＰＲＳ）２４_３は、上述のような、患者身体の動きおよび／または呼吸により引き起こされた動き全体の動き補償を可能にするように、患者身体の安定した位置参照を提供するように構成される。ＰＲＳ２４_３は、胸部の安定した場所である患者の胸骨柄、または比較的位置的に安定した他の位置に取り付けてもよい。

磁場ベースの実施形態では、Ｐ＆Ｏは、制御された低強度のＡＣ磁場の存在下で磁場センサから受信した信号を捉えて処理することに基づいてもよい。従って、内部センサは、それぞれ１つ以上の磁場検出コイルを含んでいてもよく、コイルの数、それらの幾何学的形状、空間関係、コアの存在または不在などに関する変形が可能であることが理解されるべきである。電磁気の観点から−全てのセンサは等しく作製される：ここで考慮されるように、電圧は、変化する磁場に存在するコイルに誘起される。それゆえ、センサ２４は、センサが配置されている１つまたは複数の磁場の１つ以上の特徴を検出して表示信号（ｉｎｄｉｃａｔｉｖｅ ｓｉｇｎａｌ）を生成するように構成され、その信号は、センサのＰ＆Ｏを獲得するようにさらに処理される。センサの一例としては、Ｓｏｂｅに発行された米国特許第７，１９７，３５４号明細書（ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧ ＴＨＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＡＮＤ ＯＲＩＥＮＴＡＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＣＡＴＨＥＴＥＲ）（その全体が本書に参照により援用される）を参照されたい。

心電図（ＥＣＧ）モニタ２２は、複数のＥＣＧ電極（図示せず）を使用することによって心臓器官の電気タイミング信号を連続的に検出するように構成されており、それら電極は、外部から患者身体の外側に付着されてもよい。タイミング信号は、一般的に、特に心臓周期の特定の位相に対応する。ＥＣＧ信号は、以前に撮影された一連の画像（シネループ）のＥＣＧ同期再生の主制御装置１２によって使用されてもよい。ＥＣＧモニタ２２およびＥＣＧ電極は、従来の構成要素を含んでいてもよい。

図２は、動き補償とともに内蔵型のイメージング能力を含む実施形態の線図である。より具体的には、システム１０を、市販のＸ線透視イメージング構成部品（すなわち「Ｃａｔｈｅｔｅｒ Ｌａｂ」）を含んでいてもよいＸ線透視イメージングシステム３４に組み込まれているものとして示す。磁場ベースの実施形態において、ＭＰＳシステム２０は、磁気送信器アセンブリ（ＭＴＡ）３６と、位置および向き（Ｐ＆Ｏ）読み取りを決定する磁気処理コア３８とを含む。ＭＴＡ３６は、図２にモーションボックス４０で指示した予め定められた三次元空間において、患者の胸腔およびその周りに１つまたは複数の磁場を生成するように構成される。上述のようなＭＰＳセンサ２４_ｉ（ここでｉ＝１、２、．．．、ｎ）は、１つまたは複数の磁場の１つ以上の特徴を検知し、かつセンサがモーションボックス４０にある際に、それぞれ、磁気処理コア３８にもたらされる各信号を生成するように構成される。処理コア３８は、これらの検出された信号に応答し、かつモーションボックス４０における各ＭＰＳセンサ２４_ｉのそれぞれ三次元の位置および向き（Ｐ＆Ｏ）読み取りを計算するように構成される。それにより、ＭＰＳシステム２０は、三次元空間における各センサ２４_ｉのリアルタイムの追跡を可能にする。図示の実施形態では、画像座標系とＭＰＳ座標系との間の位置関係は、システムの公知の光磁気較正に基づいて計算され得る（例えば、セットアップ中に確立される）。なぜなら、そのような実施形態においては、ポジショニングシステムおよびイメージングシステムは互いに対して固定であるとみなされることがあるためである。しかしながら、画像データが外部源からインポートされる実施形態を含む他の画像診断法を使用する他の実施形態では、登録ステップを初めに実行することが必要であってもよい。図４に関連して下記でＭＰＳシステム２０の例示的な一実施形態を詳細に説明する。

重畳機能ブロック３２によって構成されたように、主制御装置１２は、今までに記録されたＸ線画像上に、またはシネループ（ＣＬ）の場合には一連の画像の各画像上に、医療装置のリアルタイム位置情報（Ｐ＆Ｏ）の投影を生成する（および重畳させる）能力を含む。加えて、ＥＣＧ信号およびＰＲＳ位置信号の利用可能性と共に、主制御装置１２は、ＥＣＧに同期しかつ呼吸に引き起こされた動きを補償するように、シネループを再生できる。心臓のシネループのＥＣＧ同期再生の特定の場合には、一連の画像は、患者のリアルタイムＥＣＧ信号（心位相）に従って再生される。主制御装置１２はまた、ＰＲＳからのＰ＆Ｏ読み取りに基づいて、患者の呼吸によって引き起こされた動きを学ぶように構成された呼吸補償アルゴリズムを含むように構成されていてもよい。次いで、主制御装置１２は、呼吸補正因子を計算して、一連のシネループ画像上に投影されるＰ＆Ｏ測定値に適用する。ＰＲＳ位置信号は、医療装置の位置（すなわちＰ＆Ｏ測定値）が好ましくはＰＲＳからのＰ＆Ｏ測定値に対して取られてもよいため、いかなる患者身体の動きでも、動き補償を可能にする。

しかしながら、上述のように、対象領域の内部運動と、動き補償に従来使用される外部信号（すなわち、ＥＣＧ信号およびＰＲＳ信号）との間に、ほとんどまたは全く相関関係がない状況がある。例えば、心房細動の場合、ＥＣＧ信号は、心房の動きに関する予測因子または相関関係入力の機能を果たすことができない。

従って、内部（すなわち体内）位置参照センサ（例えばセンサ２４_１）の１つ以上が、対象領域の近傍に配置されるか、そうでなければ、内部ＭＰＳ参照センサが、時間の経過に伴って対象領域と一緒に動くように対象領域に関連付けられる（例えば、付着される）。対象領域が動くと、ＭＰＳシステム２０は、センサから一連の位置（すなわち、位置および向き）読み取りを取得する。動き補償機能ブロック２８（図１）は、取得した一連のＰ＆Ｏ読み取りに従ってセンサ（例えばセンサ２４_１）の動きを決定する。ブロック２８は、直接対応し得るセンサの動きに基づいて対象領域の動きをさらに決定する。

図３Ａ〜図３Ｃは、１００_１、１００_２および１００_３で示される３つの異なる活動状態（動きの状態）にある対象領域の概略図であり、概括して１００を付している。図３Ａ〜図３Ｃでは、内部ＭＰＳ位置参照センサ２４_１が、対象領域１００（例えば、上大静脈開口）の近傍に配置される。図３Ａ〜図３Ｃでは、対象領域１００を、単純にするために円で示す。

図３Ａでは、対象領域１００_１は第１の活動状態にある。ＭＰＳシステム２０は、第１の活動状態におけるセンサ２４_１の第１の位置を検出する。この第１の位置（Ｐ＆Ｏ）を、任意の原点１０２に対してベクトル１０４_１で表す。任意の原点１０２は、例えば、ＭＰＳシステム１０２におけるＭＴＡ３６の位置や、モーションボックス４０上の位置、または任意の他の公知の位置であってもよい。

図３Ｂでは、対象領域１００_２は、第１の活動状態に対して収縮させて示すような第２の活動状態にある。ＭＰＳシステム２０はセンサ２４_１の第２のセンサ位置（すなわち、位置および向き）１０４_２を検出する。センサ２４_１は、対象領域が動くのと一緒に動くことに留意されたい。

図３Ｃでは、対象領域１００_３は、第１の活動状態に対して拡大させて示すような第３の活動状態にある。ＭＰＳシステム２０はセンサ２４_１の第３の位置（Ｐ＆Ｏ）１０４_３を検出する。

ＭＰＳシステム２０によって時間の経過とともに取得された、センサ２４_１の一連の検出された第１、第２および第３の位置１０４_１、１０４_２および１０４_３は、センサ自体の動きを規定するだけでなく、対象領域の動きも規定する。動き補償機能ブロック２８は、センサ２４_１の動きに従って対象領域１００の動きを直接決定してもよい。この同じ動きを、予め定められた基準に適合するという条件で、医療装置２６の動きに影響を及ぼすように仮定することもできる。

基準は、医療装置２６の動きと対象領域１００の動きとの間に適切なレベルの相関関係が存在することを検証することを含む。相関関係を検証する１つの手法は、共通の時間軸に対してそれぞれの動きを比較することである。例えば、いくつかの時間間隔にわたって、システム１０は、内部位置センサ２４_１の動きの追跡に加えて、図３Ａ〜図３Ｃの検出されたＰ＆Ｏの１０６_１、１０６_２および１０６_３によって示すように、装置２６の動きを追跡してもよい。システム１０は２つの動きを比較し、かつ相関レベルが予め定められた閾値を超えると、相関レベルが適切である（予め定められた基準が満たされる）とみなす。この点では、概して、適切であるとみなされる相関関係の種類は変化する；しかしながら、最終的な目標は、エラー量（例えばミリメートルで表される）を減らすことである。このために（最終目標を念頭において）、相関関係手法は経験的に（例えばベンチテストで）決定されてもよい。さらに、受信したエラーへの相関関係の閾値の影響はまた、関係する動きのタイプに依存することが理解されるべきである。従って、動き補償／補正が実施される。

システム１０は、装置２６の動きと上述の他の補償信号（すなわち、１つまたは複数のＥＣＧ信号ならびにＰＲＳ信号）との間に最低レベルの相関関係が存在することを追加的に検証してもよい。装置２６の動きとこれらの補償信号との間に乏しい相関関係しかない場合、補償は全く行われない。動きの相関関係が検証された場合、対象領域の動きが装置２６の動きに影響を及ぼすという仮定に依存することができる。相関関係の検証後、ＭＰＳシステム２０は動き補償をもたらすようにイネーブルされる。

動き補償機能の生成
ＭＰＳシステム２０は、時間の経過に伴う、動く対象領域の動きを追跡するのに適切なデータを生成し（例えば内部センサ２４_１によって）、補償機能ブロック２８が時間依存性の動き補償機能を生成できるようにする。ＰＲＳの検出された動きによって座標系のシフトを可能にするように（米国特許第７，３８６，３３９号明細書において説明されているように）、内部センサ（例えばセンサ２４_１）の動きは、同様の補償機能を実現するのに適切なデータを提供する。例えば図３Ａ〜図３Ｃでは、医療装置２６の位置は、対象領域が収縮（図３Ｂ）かつ拡大（図３Ｃ）するのにつれて、動く。センサ２４_１に（それゆえまた対象領域１００に）対する医療装置２６の相対変位をベクトル１０８_１、１０８_２および１０８_３として示す。このように、医療装置の位置の一表示は、センサ２４_１に対して取られたものである。

センサ２４_１の動きに基づいて生成された補償機能は、（画像が取得された）第１の時間と、（装置のＰ＆Ｏが測定された）第２の時間との間の対象領域の動きを説明する、時間依存性の空間機能である。対象領域が第１の活動状態１００_１（すなわち図３Ａ）にあるときに二次元画像が取得されたと仮定する。この場合には、装置２６の測定されたＰ＆Ｏは、全く動き補償を必要とせず、少なくとも対象領域の動きを補償する必要は全くない。しかしながら、対象領域が第２の活動状態１００_２に動いた場合、測定されたＰ＆Ｏを、（この例では）対象領域が第１の活動状態にあったときに取得された画像上に正確に投影するためには、動き補償が必要となる。第２の活動状態時に評価された補償機能は、所与の時間（すなわち、測定された装置のＰ＆Ｏの時間−第２の活動状態の時間）と、画像の時間（すなわち、画像が取得された時間−第１の活動状態の時間）との間の対象領域の動きを補償する変位ベクトルである。同様に、第３の活動状態１００_３時に評価された補償機能は、所与の時間（すなわち、測定された装置のＰ＆Ｏの時間−第３の活動状態の時間）と、画像の時間（すなわち、画像が取得された時間−第１の活動状態の時間）との間の動きを補償する変位ベクトルである。

要するに、所与の時間に対する装置２６の所与の空間位置（測定されたＰ＆Ｏ）について、補償機能は、ベクトル変位（および潜在的には回転）を生じ、それにより、ＭＰＳイネーブルド装置２６の測定されたＰ＆Ｏは、過去における所与の時間（すなわち画像が取得された時間）に適合するように補正する必要がある。変位ベクトルは、重み係数に従って重み付けされてもよく、重み係数は、同様に、上述の計算された相関レベルに基づいて計算されてもよい。動き補償手法は、上記で参照した米国特許第７，３８６，３３９号明細書、Ｓｔｒｏｍｍｅｒらへの米国特許第７，３４３，１９５号明細書（２００１年９月７日出願の米国特許出願第０９／９４９，１６０号明細書）（「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＲＥＡＬ ＴＩＭＥ ＱＵＡＮＴＩＴＡＴＩＶＥ ＴＨＲＥＥ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＩＭＡＧＥ ＲＥＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＭＯＶＩＮＧ ＯＲＧＡＮ ＡＮＤ ＩＮＴＲＡ−ＢＯＤＹ ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ」）（両米国特許の全開示を本書に参照により援用する）において説明されているように、使用されてもよい。

Ｐ＆Ｏ補正
Ｐ＆Ｏ補正ブロック３０は、補償機能を使用して所与の時間に獲得されたＰ＆Ｏ読み取りを補正するように構成されている。Ｐ＆Ｏ補正機能３０は、上述の計算された変位ベクトル（および潜在的には回転）に従って医療装置の測定されたＰ＆Ｏを調整する。

投影
最後に、補正されたＰ＆Ｏの投影（三次元）が二次元画像上に行われ、医療装置の表示が画像上に重畳される（例えば、十字線がカテーテルの先端または他の表示を表してもよい）。次いで、得られた画像をディスプレイ１６上に表示する。補正されたＰ＆Ｏを二次元画像上に投影する一手法は、Ｓｔｒｏｍｍｅｒらへの米国特許出願公開第２００６／００５８６４７号明細書、米国特許出願第１１／２３３，４２０号明細書（ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＤＥＬＩＶＥＲＩＮＧ Ａ ＭＥＤＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥ ＴＯ Ａ ＳＥＬＥＣＴＥＤ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＷＩＴＨＩＮ Ａ ＬＵＭＥＮ）（その全体が本書に参照により援用される）を参照することにより分かるように、ＭＰＳの三次元座標系をＸ線の二次元座標系に関連付けることの直接の結果である。座標系を共通登録する（上述のようにＭＰＳシステム２０の設置時に実施されてもよい、光磁気較正と称し得る処理）と、二次元画像上に表示する必要のある任意の三次元物体（例えば、センサ、目印または他の人工物）の座標は、表示された画像上の対応する二次元座標を計算する座標変換行列によって乗じられる。この手法は例示にすぎず、決して限定するものではない。

複数の入力、内部センサ
外部ＰＲＳおよび／または追加的な内部位置参照センサ入力が動き補償に使用される実施形態では、補償機能ブロック２８は、個々の動き補償の寄与、すなわち、各動き／センサ入力に起因する個々の変位ベクトル（潜在的には回転）の和によって形成される複合動き補償機能を実現する（ただし、上述のように相関条件が適合している場合）。例えば、追加的なセンサを医療装置２６または他の医療装置および／または器具に（例えば、別のＭＰＳセンサをカテーテル、ガイドワイヤなどに）配置してもよい。追加的な内部センサからのＰ＆Ｏ読み取りは、他の動き、または対象領域および／または医療装置の動きについての他の態様、を明らかにしてもよい。

複合補償機能は、例えば、いくつもの項を含んでもよく、ここで各項は入力に対応し、すなわち、一項はＰＲＳに対して提供され、別の項は内部センサ２４_１に対して提供され、さらに別の項は追加的なセンサ２４_２に対して提供されるなどである。別の実施形態では、ロバストな動き補償を提供するために、ＰＲＳ、ＥＣＧ信号および１つ以上の内部ＭＰＳ参照センサからの入力を組み合わせて使用してもよい。これらの実施形態では、複合動き補償機能を形成するために、個々の入力が各重み係数によって重み付けされる。相関関係の各レベルは、各重み係数を決定する主要因である。重み付けされた機能は、補償機能ベクトルの重み付けされたベクトル和として示すことができる。

図４は、ＭＰＳシステム１０８として示されたＭＰＳシステム２０の例示的な一実施形態の概略的なブロック図であり、上述の米国特許第７，３８６，３３９号明細書を参照することにより分かるようなものであり、その部分を以下で再現する。例えば、米国特許第６，２３３，４７６号明細書（ＭＥＤＩＣＡＬ ＰＯＳＩＴＩＯＮＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ）（その全体が本書に参照により援用される）を参照することにより分かるように、変形が可能であることを理解されたい。この説明は例示にすぎず、決して限定するものではない。

ＭＰＳシステム１１０は、位置および向きプロセッサ１５０、送信器インターフェース１５２、複数のルックアップテーブルユニット１５４_１、１５４_２および１５４_３、複数のデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１５６_１、１５６_２および１５６_３、増幅器１５８、送信器１６０、複数のＭＰＳセンサ１６２_１、１６２_２、１６２_３および１６２_Ｎ、複数のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１６４_１、１６４_２、１６４_３および１６４_Ｎおよびセンサインターフェース１６６を含む。

送信器インターフェース１５２は、位置および向きプロセッサ１５０およびルックアップテーブルユニット１５４_１、１５４_２および１５４_３に接続されている。ＤＡＣユニット１５６_１、１５６_２および１５６_３は、ルックアップテーブルユニット１５４_１、１５４_２および１５４_３および増幅器１５８にそれぞれ接続されている。増幅器１５８は送信器１６０にさらに接続されている。送信器１６０はまたＴＸとして示す。ＭＰＳセンサ１６２_１、１６２_２、１６２_３および１６２_Ｎは、それぞれＲＸ_１、ＲＸ_２、ＲＸ_３およびＲＸ_Ｎとしてさらに示す。アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１６４_１、１６４_２、１６４_３および１６４_Ｎはそれぞれセンサ１６２_１、１６２_２、１６２_３および１６２_Ｎおよびセンサインターフェース１６６に接続されている。センサインターフェース１６６は位置および向きプロセッサ１５０にさらに接続されている。

ルックアップテーブルユニット１５４_１、１５４_２および１５４_３の各々は、周期的な数列を生成し、それを各ＤＡＣユニット１５６_１、１５６_２および１５６_３に提供し、次にそれをアナログ信号にそれぞれ変換する。各アナログ信号は、それぞれ異なる空間軸である。この例では、ルックアップテーブル１５４_１およびＤＡＣユニット１５６_１はＸ軸の信号を生成し、ルックアップテーブル１５４_２およびＤＡＣユニット１５６_２はＹ軸の信号を生成し、ルックアップテーブル１５４_３およびＤＡＣユニット１５６_３はＺ軸の信号を生成する。

ＤＡＣユニット１５６_１、１５６_２および１５６_３は、それらの各アナログ信号を増幅器１５８に提供し、増幅器は、信号を増幅して増幅信号を送信器１６０に提供する。送信器１６０は複数軸の電磁場をもたらし、その電磁場はＭＰＳセンサ１６２_１、１６２_２、１６２_３および１６２_Ｎによって検出できる。ＭＰＳセンサ１６２_１、１６２_２、１６２_３および１６２_Ｎの各々は電磁場を検出し、それぞれ電気的アナログ信号を生成し、その信号を、ＭＰＳセンサに接続された各ＡＤＣユニット１６４_１、１６４_２、１６４_３および１６４_Ｎに提供する。ＡＤＣユニット１６４_１、１６４_２、１６４_３および１６４_Ｎの各々は、それに供給されたアナログ信号をデジタル化し、その信号を数列に変換し、およびその数列をセンサインターフェース１６６に提供し、センサインターフェースは次にその数列を位置および向きプロセッサ１５０に提供する。位置および向きプロセッサ１５０は、受信した数列を解析し、それにより、ＭＰＳセンサ１６２_１、１６２_２、１６２_３および１６２_Ｎの各々の位置および向きを決定する。位置および向きプロセッサ１５０は歪み事象をさらに決定し、それに応じてルックアップテーブル１５４_１、１５４_２および１５４_３を更新する。

上述したイメージングの実施形態以外の変形および他の使用も可能であることが理解されるべきである。本書で説明した動き補償の実施形態によって提供されるような高忠実度の装置ポジショニングは、いつ「実際の」動き（すなわち、医師によるカテーテルの実際の動きのような）が行われたかを決定するため、または「実際の」動きと、動きと思われるが実際には患者の動きなど外部の事象であるものとを区別するために使用するのと同様に、他の目的、例えば正確な目印の配置のために（すなわち、他の装置のナビゲーション参照としての機能を果たすように）、他のモダリティ（例えば、Ｅｎｓｉｔｅ ＮａｖＸ、コンピュータ断層撮影（ＣＴ））との共通登録のために、使用してもよい。

上述のようにシステム１０、特に主制御装置１２は、当該技術分野で公知の、関連のメモリに記憶された、前もってプログラムされた命令を実行でき、全て本書で説明した機能性に従って実行する従来の処理装置を含んでいてもよいことが理解されるべきである。上述の方法は、本発明の実施形態の方法ステップを限定することなく含み、好ましい実施形態においてはプログラムされ、得られるソフトウェアは関連のメモリに記憶されるが、そのように説明される場合にはまた、そのような方法を実施する手段を構成していてもよいことが考慮される。上述の可能な説明を考慮して本発明をソフトウェアに用いることは、当業者の慣例的なプログラミング能力を必要とするにすぎない。そのようなシステムは、さらに、ソフトウェアを記憶し、動的に生成されたデータおよび／または信号を記憶および処理が可能となるように、ＲＯＭ、ＲＡＭの双方といった、非揮発性および揮発性（修正可能な）メモリの組み合わせを有するタイプとしてもよい。

本発明の幾つかの実施形態をある程度の特殊性と共に上記において説明してきたが、当業者は、本発明の範囲を逸脱すること無く、開示される実施形態に多くの変更を加えることができるであろう。全ての方向に関する指示（例えば、プラス、マイナス、上部、下部、上向き、下向き、左、右、左向き、右向き、最上部、底部、より上方に、より下方に、垂直の、水平の、時計回り、反時計回り）は、読者の本発明についての理解を助けるべく、識別する目的で使用されているに過ぎず、特に本発明の位置、方向又は使用に関して制限を与えるものではない。結合に関する指示（例えば、取り付けられる、連結される、接続されるなど）は、広義に解釈されるべきであり、要素の接続部と、要素の間の相対的な動きと、の間の中間メンバーを含んでいる場合がある。その様に、結合に関する指示は、２つの要素が直接的に接続されている及び互いに固定した関係にあることを必ずしも推定しているものではない。上記の説明に含まれる又は添付図面に示される全ての内容は、制限的なものとしてではなく、単に例示的なものとして解釈されるべきである。添付の特許請求の範囲で定義されている本発明から逸脱すること無く、細部又は構造に変更を加えることができる。

Claims (20)

1. 体内にある、動く対象領域（ＲＯＩ）を表示する方法であって、
   第１の時間において前記動くＲＯＩの画像を獲得するステップと、
   時間の経過に伴う前記動くＲＯＩの動きを追跡し、動き補償機能を生成するステップと、
   第２の時間において侵襲的医療装置の位置および向き（Ｐ＆Ｏ）を決定するステップと、
   前記動き補償機能を使用して前記医療装置の前記決定された位置および向きを補正し、それにより、前記ＲＯＩの前記画像が取得された前記第１の時間と、前記Ｐ＆Ｏが決定された前記第２の時間との間の前記ＲＯＩの動きを補償するステップと、
   前記補正された位置および向きに従って、前記画像上に前記医療装置の表示を重畳させるステップと、
   を含む、方法。
2. 前記画像は、二次元画像を含み、前記補正された位置および向きは、三次元座標を含み、
   前記方法は、前記補正された位置および向きを前記二次元画像上に投影するステップであって、前記医療装置の前記表示が前記投影に基づくステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記補償機能は、変位ベクトルを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記補償機能は、変位回転をさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 補正ステップは、前記Ｐ＆Ｏが取得された前記第２の時間によって規定された所与の時間において、前記決定されたＰ＆Ｏによって規定された所与の位置に基づいた前記動き補償機能を評価することを含む、請求項３に記載の方法。
6. 前記画像を獲得するステップは、
   Ｘ線透視を使用して前記画像を取得するサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記追跡ステップは、
   前記対象領域と共に動くように、前記動く対象領域（ＲＯＩ）に第１の位置特定センサを関連付けるサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記追跡ステップは、
   時間間隔にわたって前記第１の位置特定センサから第１の一連の位置および向き読み取りを取得するサブステップと、
   前記医療装置に第２の位置特定センサを関連付けるサブステップと、
   前記時間間隔にわたって前記第２の位置特定センサから第２の一連の位置および向き読み取りを取得するサブステップと、
   前記第１の位置特定センサの動きと第２の位置特定センサの動きとの間の相関係数を決定するサブステップと、
   少なくとも前記相関係数に基づいて前記補償機能を決定するサブステップと、
   をさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記相関係数は、第１の相関係数であり、
   前記方法は、
   前記医療装置に第３の位置特定センサを関連付けるステップと、
   前記時間間隔にわたって前記第３の位置特定センサから第３の一連の位置および向き読み取りを取得するステップと、
   前記第１の位置特定センサの動きと第３の位置特定センサの動きとの間の第２の相関係数を決定するステップと、
   さらに前記第２の相関係数に基づいて前記補償機能を決定するステップと、
   をさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記対象領域は、器官を含み、
    前記方法は、前記対象領域の複数の画像を獲得して、それにより一連の画像を形成するステップであって、各画像が、前記器官の活動状態を示す各タイミングパラメータに関連付けられているステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記器官は、心臓器官を含み、
    前記各タイミングパラメータは、前記心臓の電気的活動に対応する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記各タイミングパラメータは、前記心臓の電気的活動を示す心電図（ＥＣＧ）信号から得られる、請求項１１に記載の方法。
13. 前記画像が前記心臓のリアルタイムＥＣＧと同期して獲得された前記各関連のタイミングパラメータに従って前記一連の画像を表示するステップをさらに含み、
    前記医療装置の前記位置および向き（Ｐ＆Ｏ）を決定するステップと、前記Ｐ＆Ｏを補正するステップと、前記医療装置の表示を重畳させるステップとは、前記表示ステップと同時に繰り返し実行される、請求項１２に記載の方法。
14. 体内にある、動く対象領域（ＲＯＩ）を表示する装置であって、
    前記ＲＯＩの動きに基づいて動き補償機能を生成する手段と、
    侵襲的医療装置の位置および向き（Ｐ＆Ｏ）を決定するように構成されたポジショニングシステムと、
    前記動き補償機能を使用して前記医療装置の前記決定されたＰ＆Ｏを補正し、それにより前記ＲＯＩの画像が取得された第１の時間と前記Ｐ＆Ｏが決定された第２の時間との間の前記ＲＯＩの動きを補償する手段と、
    前記補正された位置および向きに従って前記画像上に前記医療装置の表示を重畳させる手段と、
    を備える、装置。
15. 前記画像は、二次元画像を含み、
    前記補正された位置および向きは、三次元座標を含み、
    前記装置は、前記補正された位置および向きを前記二次元画像上に投影する手段であって、前記医療装置の前記表示が前記投影に基づいている手段をさらに備える、請求項１４に記載の装置。
16. 前記動き補償機能は、変位ベクトルを含む、請求項１４に記載の装置。
17. 前記器官は、心臓器官を含む、請求項１４に記載の装置。
18. Ｘ線透視を使用して前記画像を取得する画像取得手段をさらに備える、請求項１４に記載の装置。
19. 前記ポジショニングシステムは、前記対象領域の動きを追跡するようにさらに構成され、
    前記ポジショニングシステムは、
    前記対象領域と共に動くように、前記動く対象領域（ＲＯＩ）に関連付けられた第１の位置特定センサであって、前記ポジショニングシステムが時間間隔にわたって前記第１の位置特定センサから第１の一連の位置および向き読み取りを取得するように構成されている、第１の位置特定センサと、
    前記医療装置に関連付けられた第２の位置特定センサであって、前記ポジショニングシステムが前記時間間隔にわたって前記第２の位置特定センサから第２の一連の位置および向き読み取りを取得するように構成されている、第２の位置特定センサと、
    をさらに含む、請求項１４に記載の装置。
20. 体内にある、動く対象領域（ＲＯＩ）の動きを補償する装置であって、
    ポジショニングシステム、および前記対象領域と共に動くように、前記動く対象領域（ＲＯＩ）と関連付けられるように構成された第１の侵襲的位置特定センサであって、前記ポジショニングシステムが、時間間隔にわたって前記第１の位置特定センサから一連のＲＯＩ位置および向き（Ｐ＆Ｏ）読み取りを取得するように構成されている、ポジショニングシステムおよび第１の侵襲的位置特定センサと、
    前記一連の対象領域のＰ＆Ｏ読み取りに基づいて動き補償機能を生成する手段と、
    前記動き補償機能を使用して対象Ｐ＆Ｏを補正し、それにより対象Ｐ＆Ｏが補正されている現在の時間と早期の時間との間の前記ＲＯＩの動きを補償する手段であって、前記対象Ｐ＆Ｏが、侵襲的医療装置に関連付けられた装置Ｐ＆Ｏ、前記対象領域の選択位置に関連付けられた仮想目印に関連付けられた標的Ｐ＆Ｏ、および共通登録された画像診断法における共通位置に関連付けられた共通登録位置の１つである、手段と、
    を備える、装置。

Images