JP2013542019A - 医療機器の実時間での形状感知に基づく適応画像形成及びフレームレートの最適化 - Google Patents

Abstract

適応画像形成のシステム及び方法は、介入装置１０２に結合され、被検体における介入装置の空間特性を測定する形状感知システム１１５，１１７を含む。画像形成モジュール１３０は、空間特性を受け、空間特性に従って１以上の制御信号を生成する。画像形成装置１１０は、１以上の制御信号に従って被検体を画像形成する。

Description

本発明は、医用画像形成に関し、より詳細には、例えば画像形成ビュー、取得フレームレートといった画像形成の特性の最適化又は適応のための診断又はインターベンション制御システムに関する。

Ｘ線ガイダンス下で人体への装置の挿入を伴う広範囲の医療手術が存在する。これらの手術は、ステント留置のような欠陥手術を行うためにカテーテルを誘導すること、組織生検及び切除を行うためにニードルを誘導することを含む。Ｘ線透視法は、装置のターゲット位置に関して既知の位置での解剖学のランドマークを識別することにおいて重要である。Ｘ線透視法によれば、医師は、単一の画像又は続けざまに複数の画像（例えば映像）を取得することができる。

続けざまの複数の画像によれば、医師及び患者へのＸ線被ばくは、手術が効果的に行われることが必要であるよりもかなり大きい危険がある。これは、ａ）画像の解像度に関してかなりの距離を通して装置が移動されないとき、及び／又はｂ）画像形成プレーンに垂直な方向で装置が主に移動されるとき、従って装置の明らかな動きが投影画像において生じないとき、に実行される画像の取得に起因する。

両者のケースにおいて、複数のＸ線画像の使用は、有効な臨床情報を提供する可能性がないが、患者及び医師をより高いＸ線量に被ばくさせる。単一の手術を受けている患者は、Ｘ線の有害な効果のために高いリスクではない場合があるが、毎日多くの手術を行う医師にとって、放射線量の低減は、非常に重要であり、多くの医師が意識している問題である。Ｘ線被ばくを減少することは、シネ（cine）透視法のようなモダリティと共に特に重要であり、この場合、より高い照射量が、低い照射量の透視法に対して使用される。

Ｘ線透視ガイダンス下で行われる介入手術の間、手術を効果的に行うために必要なよりもかなり多くの画像が取得される場合がある。これは、医師及び患者への危険なＸ線被ばくにおける不要な増加となる。さらに、介入手術の間、画像形成の特性は、介入の場及び関心のある組織の最適なビューのため、例えばＸ線ガントリの角度、検出器の高さ、テーブル位置等を最適にするため、臨床スタッフにより手動的に更新される。磁気共鳴（MR）に基づく手術について、臨床チームと共に作業するＭＲ技術者によりスキャンプランが指示される。これらの手動的な調節は、最適な臨床のワークフローに満たないことがあり、最適な画質に満たない可能性がある。

本発明によれば、適応画像形成のシステム及び方法は、介入装置（intervention device）の空間特性及び被験者の関心のある他のターゲットを測定するため、介入装置に結合される形状感知又は位置特定システムを含む。画像取得モジュールは、空間特性を受け、空間特性に従って１以上の制御信号を生成する。画像形成装置は、制御信号に従って被験体を画像形成する。

ワークステーションは、プロセッサに結合されるプロセッサ及びメモリを含む。メモリは、形状感知モジュール及び画像モジュールを記憶する。形状感知モジュールは、介入装置の空間特性を決定する。画像モジュールは、所与の医療処置に有効な画像の集合のセッティングを提供するため、空間特性に従って画像形成装置を調節する。

本発明に係る方法は、介入装置の形状を感知して、被検体における介入装置の空間特性を測定する段階、空間特性に従って１以上の制御信号を生成する段階、及び、制御信号に従って被検体を画像形成するために画像形成装置を調節する段階を含む。

この開示のこれらの目的、特徴及び利点、並びに他の目的、特徴及び利点は、添付図面と共に読まれることとなる、本発明の例示的な実施の形態の以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。

この開示は、以下の図面を参照して好適な実施の形態の以下の説明を詳細に提示する。
１つの例示的な実施の形態に係る、適応画像形成のシステムを示すブロック／フロー図である。 １つの例示的な実施の形態に係る、変更された規範的なスキャン形式での適合画像形成のための磁気共鳴システムを示す図である。 １つの例示的な実施の形態に係る、新たな画像を取得すべきか否かを判定する画像取得モジュールを示すブロック／フロー図である。 １つの例示的な実施の形態に係る、新たな画像を取得する必要を置き換えるために生成されるマーカを有する画像を示すブロック／フロー図である。 本発明の例示的な実施の形態に係る、適応画像形成のステップを示すフローダイアグラムである。

本発明は、例えば光ファイバ状の感知又は電磁的な位置及び方向の測定システム或いは他の類似の位置特定プラットフォームによる、ｖｉｖｏで追跡される医療装置又は他のターゲットから導出される実時間の形状情報のシステム及び方法を提供する。形状情報は、フレームレート又は他の画像形成の特性或いは例えばＸ線（透視）システムといった画像形成システムの機能を動的に適応させるために使用される。フレームレートは、追跡されるターゲットから導出される位置特定情報に基づいたガントリの自動的な位置合わせによる、最小の短縮されたビューにおいて装置の正確な視覚化を提供しつつ、例えば医師及び患者のＸ線被ばくを最小するように適応される。フレームレートは、磁気共鳴（MR）画像取得及び再構成の場合に、時間解像度と空間解像度との釣り合いを取るために適応される。前の透視画像が取得されてから装置が短い距離だけ移動した場合、新たな透視画像が取得されない場合があるが、装置の新たな形状及び／又は位置を示すマーカは、前の透視画像に重ね合わされる。

機器から測定される動きデータは、介入の作業空間内で支配的な変化を表す場合があり、正しく表現された機器の特徴で新たな画像を計算するため、前の画像形成フレームと使用される場合がある。コンピュータ断層撮影（CT）システムは、透視システムの代わりに機器の追跡のために採用される。磁気共鳴画像形成（MRI）を使用した実施の形態では、機器の動きに関して独立に取得された情報は、シーケンスに自動的に適応して、機器の動きにおける動きが殆ど存在しない時間間隔の間に走査信号対雑音比（SNR）又は空間解像度を増加するため、ＭＲＩパルス系列の取得にフィードバックされる。超音波について、プローブは、位置特定されたターゲットの取得された超音波画像の品質を最適にするために自動的に操作又は構成される。同様に、核医学画像形成方法は、ターゲットからの位置特定情報を使用して、最大のＳＮＲについて検出器の位置合わせを最適にする。最適化の情報は、自動化されたフィードバック制御ループに結合され、又はマニュアルシステムコンフィギュレーションのためにユーザインタフェースにおいて視覚的に表示される。

ｖｉｖｏで追跡される医療機器について（例えば光ファイバの形状の感知又は電磁的な位置及び方向の感知から）実時間の形状情報は、最適な視覚化、装置の誘導、所望の視野における介入計画を保証するため、画像形成システムの特性を動的に適合させる。本発明は、画像形成を簡略化して、複数の画像形成のモダリティのためにデータ取得を改善する。例えば、１実施の形態では、インターベンショナルＸ線システムでは、血管系に挿入された冠状動脈のガイドワイヤのような追跡された介入装置は、先端のセグメントに関するライブの形状／位置／方向のデータを提供し、従ってＸ線の視野内で最適に視覚化されるセグメントを維持するため、自動化されたテーブル調節（パニング／ハイト）又はＣアームガントリの角度測定を可能にする。１つの例では、これらの調節は、冠状動脈インターベンションが実行されるときに、冠状血管及びガイドワイヤが最小に短縮されたビューにおいて維持されることを自動的に保証する。取得される画質を最適化しつつ、画像形成システムの特性及び合理化された臨床のワークフローの自動化された規定が得られる。

図示されるエレメントは、様々なハードウェアの組み合わせで実現され、単一のエレメント又は複数のエレメントで組み合わされる機能を提供する。本発明は医療機器の観点で記載されるが、本発明の教示は非常に広義であり、複雑な生物学的又は機械的なシステムを追跡又は分析することにおいて採用される機器に適用可能である。特に、本発明は、生物学的システムの内部追跡手順、肺、胃腸の管、排泄器、血管等のような人体の全ての領域における手順に適用可能である。図示されるエレメントは、ハードウェア及びソフトウェアの様々な組み合わせで実現され、単一エレメント又は複数のエレメントで組み合わされる機能を提供する。

図示される様々なエレメントの機能は、適切なハードウェアと関連するソフトウェアを実行可能なハードウェアと同様に専用のハードウェアの使用を通して提供される。プロセッサにより提供されたとき、単一の専用プロセッサにより提供されるか、単一の共有プロセッサにより提供されるか、又はそのうちの幾つかが共有される複数の個々のプロセッサにより提供される。さらに、用語「プロセッサ」又は「コントローラ」の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に示すように解釈されるべきではなく、限定されることなしに、デジタルシグナルプロセッサ（DSP）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するリードオンリメモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、不揮発性メモリ等を暗黙的に含む。

さらに、本発明の原理、態様及び実施の形態を示す全ての説明は、本発明の特定の例と同様に、本発明の構造的及び機能的に等価な概念の両者を包含することが意図される。さらに、係る等価な概念は、現在知られている等価な概念と同様に、将来において開発される等価な概念（すなわち構造に係わらず、同じ機能を実行する開発されたエレメント）の両者を含む。従って、例えば、本明細書で提示されるブロック図は、本発明の原理を実施する例示的なシステムコンポーネント及び／又は回路の概念的なビューを表すことを、当業者により理解されるであろう。同様に、フローチャート、フローダイアグラム等は、コンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かに係わらずコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実質的に表され、係るコンピュータ又はプロセッサにより実行される様々なプロセスを表すことを理解されたい。

さらに、本発明の実施の形態は、コンピュータ又は何れかの命令実行システムによるか、或いはコンピュータ又は何れかの命令実行システムとの使用のためのプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能な又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムの形式を取る。この記載の目的のため、コンピュータ使用可能又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、命令実行システム、装置又はデバイスによるか、或いは命令実行システム、装置又はデバイスとの使用のためのプログラムを含むか、記憶するか、伝達するか、伝搬するか、又は伝送する装置とすることができる。媒体は、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線、又は半導体システム（或いは装置又はデバイス）或いは伝搬媒体とすることができる。コンピュータ読み取り可能な媒体の例は、半導体又は固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータディスク、ランダムアクセスメモリ（RAM）、リードオンリメモリ（ROM）、硬質のディスク及び光ディスクを含む。光ディスクの例は、リードオンリメモリ（CD-ROM）、コンパクトディスクリード／ライト（CD-R/W）及びDVDであるコンパクトディスクを含む。

例えばファイバ形状の感知又は次世代電磁追跡システムといった、介入の設定における医療機器の統合された位置特定のためのロバスト且つ実時間のメカニズムの出現により、プロセッサに対する装置の形状及び／又は位置に関する情報は、透視画像が介入の間に取得されるレートを自動的に最適にするために提供される。インスツルメントトラッキングは、局所的な形状の推定のためにある長さにわたり統合される緊張の光ファイバに基づく感知により実行される。光ファイバに基づく測定の形状は、少なくとも以下の理由のために本発明に従って記載される。光ファイバに基づく測定は、電磁干渉に影響されず、電磁放射線を必要としない。関連するセンサはパッシブであり、従って本質的に安全である。センサを多重化する能力は、センサアレイに存在する。マルチパラメータセンシング（緊張、温度、圧力等）の可能性には、分散センシングが提供される。センサは、高い感度を有する（例えば光学監視において干渉計が使用されるときにナノストレインに下がる）。光ファイバは、小型、軽量、侵襲の少ない応用にとって理想的であり、信号の振幅における変動に対して感度が低い（例えば波長検出によりファイバブラッグセンサが採用される）。

光ファイバに基づく形状の感知技術は、ファイバの長さに沿って高い空間−時間解像度で高精度且つ高性能な位置特定を提供する。軽量であって、光ファイバの長く延びた形式のファクタ及びそのコンパクトな断面のフットプリントが与えられると、このファイバ技術は、本発明の医療機器において良好に適合するが、他の技術が採用される場合がある。例えば、介入の環境における交絡導電構造においてロバストである電磁追跡（EM）システムにより追跡が行われる。

１実施の形態では、画像が取得されるレートの制御は、実時間での介入装置の動きを追跡し、画像形成プレーンにおける装置の有意な動きが存在するときにのみ画像を取得することで提供される。この自動フレームレート調節の問題は、画像形成プレーンにより不十分に対処される。画像処理が装置の動き特性を追跡するために使用される場合、フレームレートは、緩やかに動く機器に整合するために低減される。しかし、低いサンプリングレートで、装置が迅速に移動するときに一時的なエリアシングが生じ、取得のフレームレートが再び増加されない場合に、遅延及び装置の動きの不実表示につながる。光ファイバに基づく感知又は次世代ＥＭ測定による独立の動き追跡は、これらの問題に対処する。

画像取得のスキャンプレーン及び角度測定の最適な位置合わせは、介入手順の正確なモニタリングのために必要とされる。ファイバ形状の感知又は次世代電磁追跡システムのような介入セッティングにおける医療機器の統合された位置特定のロバスト且つ実時間のメカニズムの出現により、測定された追跡データは、介入の間のスキャニングを最適化するため、画像形成システムの特性の自動化された操作を許容するため、画像取得システムとフィードバックループにおいて結合される。次世代の機器の追跡は、局所的な形状の推定のためにある長さを通して統合される緊張の光ファイバに基づく感知により実行される。機器の形状及び位置特定データは、スキャン特性の自動化及び／又は最適化のために画像形成システムコンソールにライブでストリーミングされる。

同じ参照符号が同一又は類似のエレメントを表している図面、はじめに図１を参照して、介入機器のフィードバックに応じた適応的な画像形成システム１００は、例示的に示されている。システム１００は、被検体１３１における介入手順の間に使用される追跡される医療装置又は機器１０２を含む。機器１０２は、カテーテル、ワイヤ、ニードル又は他の介入装置を含む。機器１０２は、形状感知又は位置特定システム１０４を含む。形状感知システム１０４は、機器の形状、位置、及び／又は向きの測定値を追跡する。形状感知システム１０４は、光ファイバの形状を感知するシステム（例えばファイバ・ブラッグ・グレーティング又はレイラー散乱）、ＥＭ追跡システム、又は別の追跡システムを含む。

光ファイバシステムが形状を感知するシステムとして採用される場合、光源１０６は、形状を感知するファイバイルミネーションのために採用される。光学監視ユニット１０８は、全てのファイバから再来する光を検出するために採用される。これにより、緊張又は他のパラメータの決定が可能となり、パラメータは、介入装置１０２の形状、方向等を解釈するために使用される。光信号は、画像形成システム１１０のような他のシステムへの調節を行うフィードバックとして採用される。

システム１００は、ワークステーション又はコンソール１１２を含み、ワークステーション又はコンソールは、本発明に従う手順を実行する複数のツール及び機能を提供する。ワークステーション又はコンソール１１２は、手術用ツール、コントロール、電源、インタフェース等を提供する。特に有効な実施の形態では、ワークステーション１１２は、プロセッサ１１４、メモリ１１６、ディスプレイ１１８及びユーザインタフェース１２０を含む。プロセッサ１１４は、ファイバの束のファイバ形状、位置、方向を感知するリアルタイム・光感知モジュール１１５を実現する。

代替的な実施の形態では、形状感知システム１０４は、電磁（EM）トラッキングを採用する。この実施の形態では、電磁（EM）場発生器及び制御ユニット１２２が採用される。ＥＭコイル１２４は、複数の位置で追跡された医療機器１０２において埋め込まれる。ＥＭ追跡手段及び光ファイバ形状感知は、個別又は合わせて採用される場合がある。他の形状感知装置及びシステムも採用される場合がある。プロセッサ１１４は、介入機器１０２の形状、位置及び方向を感知するリアルタイム・ＥＭ追跡及び感知モジュール１１７を実現する。プロセッサ１１４及びモジュール１１５及び／又は１１７は、光及び／又はＥＭトラッキング信号（例えばＥＭ場の歪み補償）を使用して、機器の形状、位置及び方向を感知する。医療機器に組み込まれ、ｖｉｖｏで使用される追跡エレメントと共に、例えば音声、赤外線の画像形成及び画像処理といった他の物理的な原理に基づく代替的な追跡システムも採用される場合がある。

画像形成システム１１０は、介入の手順、誘導をモニタリングするために使用される。画像形成システム１１０は、透視システム、磁気共鳴システム、コンピュータ断層撮影システム等を含む。画像形成最適化プログラム又はモジュール１３０は、メモリ１１６に記憶されるか又は画像形成システム１０に記憶される。画像形成最適化プログラム１３０は、実時間での機器の位置、方向及び形状の情報に基づいて光画像形成システムの特性を導出するため、リアルタイムな方法を実現する。

１以上のプログラマブルエフェクタ／アクチュエータ１３４は、画像形成最適化プログラム１３０により決定されたとき、プロセッサ１１４から送出された信号に応答する。アクチュエータ１３４は、実時間での機器の位置、方向及び形状の情報並びにフィードバックに基づいて、画像形成システムの属性又は画像形成システムの特性を変更する。

データコネクション１３６は、プロセッサ１１４に結合され、制御信号を画像形成システムの制御ユニット１３８に送出する。制御信号は、機器の形状を感知するシステム１０４の解釈に基づいて生成される。形状感知システム１０４により出力される信号は、モジュール１１５及び／又は１１７により解釈され、結果は、画像形成最適化プログラム１３０に印加され、画像形成最適化プログラムは、画像形成システム１１０の特性を最適化する。制御ユニット１３８及びアクチュエータ１３４は、画像の集合を最適化するため、画像形成装置のコンフィギュレーションを変更するように調節される。例えば、アクチュエータ１３４は、ガントリ角度、ＭＲスキャン規定（scan prescription）、照射時間、フレームレート等を調節する。形状感知システム１０４は、画像形成システムの構造又は他の画像形成システムの属性の自動化された適応制御のため、実時間の形状、位置特定データ、又は係るデータから導出された情報（例えば光ファイバの長軸に垂直な走査平面）をプロセッサ１１４に供給する。これは、Ｘ線源の照射、フレームレート、画像アイコン又はディスプレイ、ビデオツール又は他の画像形成システムの特性を含む。

１実施の形態では、Ｘ線誘導型の介入は、形状感知又は追跡システム１０４により、例えばテーブル位置、ガントリ角度等といったＸ線システム特性を結合することで簡略化される。追跡システム１０４から導出された情報は、追跡される医療機器の最適な視覚化のために使用され、例えば関心のある組織における追跡される冠状動脈のガイドワイヤ又はＩＶＵＳ（IntraVenous UltraSound）カテーテルは、所与の瞬間で、最小の短縮により冠状動脈の視覚化を可能にする「フォローミー“follow-me”」モードにおいてＸ線検出器により動的に追跡される。

図１を参照しつつ図２を参照して、ＭＲの実施の形態が例示される。このケースにおける追跡は、現代の電磁追跡システムがＭＲスキャナ２０２におけるＭＲマグネットの存在において正確に機能しない場合、光ファイバセンシング１０４をもつ。外部追跡は魅力的である。それは、ＭＲに基づく追跡は、更なる取得及び処理のオーバヘッドを表す位置特定のパルス系列の更なるインタリーブを必要とするためである。これは、介入の誘導について利用可能なフレームレートを低減する。操作される機器１０２から得られた追跡データは、ワークステーション１１２に自動的にフィードバックされ、ワークステーションは、介入機器１０２の形状に基づいて、新たなスキャン規定２１０を計算する。スキャン規定２１０は、患者２３０の特定の部位又は関心のある領域に画像形成の動作の焦点を当てる。可能性のあるスキャン規定は、体積の冠動脈造影又は機器の先端の座標名に動的に従う介入の画像形成プレーンの自動化された「ライブ」の取得のための、機器１０２（例えば冠状動脈カテーテル又はガイドワイヤ）の長軸に沿った自動化された非線形走査を含む。他の実施の形態では、スキャン規定は、形状感知システム１０４からのフィードバックに基づく関心のある特定のポイントの更なる解像度又はビュー角度を含む。例えば、装置１０２は、参照フレームを供給する先端をもつカテーテルを含む。自動化されたスキャン規定は、例えば基準点としてカテーテルの先端を使用して非直線的なスキャン面の取得のため、又はカテーテルの先端の位置に関する介入の走査平面のライブの取得のために決定される。更なる利点は、機器１０２の軸に平行に位置する解剖構造を画像形成するとき、非線形の起動の自動化されたスキャン規定を含み、部分的な体積効果の最小化を可能にする（例えば追跡される冠状動脈のガイドワイヤと共に使用されるとき、ＭＲＩによる血管壁の画像形成）。

図１を参照して、複数の機器が同じ手順において追跡される場合、画像形成最適化プログラム１３０は、ａ）追跡された機器１０２のうちの１つを視覚化するため、又はｂ）２以上の追跡された機器を視覚化するため、の何れかについて最適であるＸ線画像形成の特性を導出する。ケースａ）における最適化のために使用されるメトリクスは、ケースｂ）において使用されるものとは異なる。例えば、ケースｂ）において、メトリクスは、２以上の追跡される機器の位置間での関係を視覚化する最適化を含む。

形状判定モジュール１１５及び／又は１１７の出力は、追跡された機器１０２の形状のパラメータに関連するエラーの推定を含む。この場合、画像形成の特性の変化の割合は、それらのエラーの大きさに依存するようにされる。例えば、機器の形状が迅速に変化し、大きなエラーが形状の測定に含まれる場合、画像形成システム１１０は、エラーが振幅において大幅に低減されるまで反応しない（又は非常に緩やかに反応する）。

複数の画像形成システム１１０がモルチモダリティガイダンスについて同時に使用されるケース（例えばＸ線、超音波（US）、ＣＴ、ＭＲ等の組み合わせ）では、画像形成最適化プログラム１３０は、画像形成システム１１０のうちの１つによる視覚化にとって最適である画像形成の特性を導出するか、２以上の画像形成システム１１０の２以上による視覚化にとって最適である画像形成の特性を導出する。１つのシステムの最適化のために使用されるメトリクスは、複数の画像形成システムの最適化のために使用されるメトリクスとは異なる。

本発明の実施の形態は、スキャンパラメータ又はシステムの属性が介入のモニタリングについて調節される必要がある全ての画像形成のモダリティに関する。同様に、機器からの追跡データが使用される画像ガイダンス下で実行される臨床診断は、画像形成のパフォーマンス又は医療業務を更に改善することができる。

モジュール１１５及び／又は１１７は、追跡された機器１０２の形状、位置及び方向を感知する。モジュール１１５及び／又は１１７は、機器の形状、位置及び方向の測定値についてリアルタイムのアルゴリズムを実現する。画像取得アルゴリズム又はモジュール１４０は、介入装置１０２の動き、位置、方向等に基づいて、Ｘ線画像が取得される割合を最適化するために含まれる。モジュール１４０は、モジュール１３０の一部であるか、又は（図１に示されるように）個別のモジュールである場合がある。装置１０２の形状及び位置に関する情報が、Ｘ線画像が取得される割合を最適にするため、実時間で画像取得モジュール１４０に供給されるように、データは、形状感知システム１０４と画像取得モジュール１４０との間で提供される。画像取得モジュール１４０は、データコネクション１３６を通して画像システム１１０の制御ユニット１３８に送出される信号を生成する。画像取得の割合は、介入装置１０２の位置、動き及び使用からのフィードバックに従って制御される。

図１を参照しつつ図３を参照して、ブロック図は、１つの例示的な実施の形態に従って画像取得モジュール１４０のブロック／フローダイアグラムを示す。介入装置１０２は、形状感知信号をモジュール１１５及び／又は１１７に供給し、モジュール１１５及び／又は１１７は、介入装置１０２の形状及び／又は位置に関する情報を導出する。ブロック３０２において、画像取得装置１４０は、別の透視画像（又は他の画像）が取得される必要があるかを判定する。判定は、新たな画像が取得されるか（ブロック３０５）又は否か（ブロック３０７）に関して、異なる基準に基づいて行われる。１実施の形態では、判定は、ブロック３０４において介入装置の動きを含む。装置が動く場合、新たな画像が取得される。介入装置１０２の形状及び／又は位置に関するリアルタイムの情報は、画像形成装置１１０により提供される画像情報とは独立に導出される。この実施の形態では、画像取得モジュール１４０によりバイナリ・デシジョンが行われる。前の透視画像が取得されてから装置が大幅に動いた場合、新たな透視画像が取得される。さもなければ、透視画像は取得されない。

別の実施の形態では、ブロック３０６において、介入装置１０２がどの位動いたかに関する更なる判定が行われる。この動きが閾値を超える場合、新たな画像が取得される。さもなければ、新たな画像は取得されない。更に別の実施の形態では、ブロック３１０で、動きのタイプが判定される。例えばコンパウンドの歪み、累積の変位、回転、曲げ等といった動きのタイプが介入装置１０２により得られた場合、新たな画像が取得される。さもなければ、新たな画像は取得されない。更に別の実施の形態では、ブロック３０８で、画像取得又は取得割合は、介入装置の状態、使用又は機能に基づいて変更される。例えば、介入装置が切除装置である場合、取得割合は、切除の開始に応じて変更される。

１つの例では、（「短い距離」の定義は医師の好みに基づいて定義される）前の透視画像が取得されてから、装置１０２が短い距離だけ動いた場合、新たな透視画像が取得されないが（ブロック３０７）、ブロック３１２において、装置１０２の新たな形状及び／又は位置を示すマーカは、前の透視画像に重ね合わされる。

図４を参照して、装置１０２の新たな形状及び／又は位置を示すマーカ４０４で生成されるディスプレイ４０２の例を示す。透視法により取得される（例えばカテーテルといった）フレキシブル装置１０２の画像は、円（マーカ４０４）により重ね合わされ、この円は、形状感知システム１０４から得られる装置の先端の位置の更新を示す。破線の円４０６は、装置の先端の最近の位置を示す。円（４０４）は、新たな透視画像の取得なしにディスプレイ４０２に対する更新として提供される。円の直径は、（例えばエラーといった）位置の不確かさを示す。この例示的なディスプレイ４０２では、先端の位置のみが示されているが、（例えば装置の形状といった）形状感知装置１０４から得られた更なる情報を示す他のディスプレイも提供される。

図３を再び参照して、ブロック３１４で、別の実施の形態は、取得された前のフレーム、光ファイバに基づく形状感知又は次世代ＥＭ追跡からの医療機器の測定された形状の変位に基づいた、画像フレームの計算処理／モデリングを採用する。機器１０２から測定された動きデータは、介入の作業空間における支配的な変化を表し、正しく表現される機器の特徴をもつ新たな画像を計算するため、前の画像形成フレームデータと共に使用される。このアプローチは、低いフレームレート（低い放射線量）Ｘ線（又はＣＴ）取得から高いフレームレートの補間又は外挿入を達成するために使用される。画像における介入装置のモデルは、より多くの画像の取得の必要を回避するために漸進的に移動される。

別の実施の形態では、ＣＴシステム（または他のシステム）は、透視システムの代わりに機器の追跡のために使用される。ＣＴシステムによれば、Ｘ線被ばくは、透視システムのそれよりも一般に高く、従ってＸ線被ばくを最小にする問題は、より重要である。

更に別の実施の形態では、ＭＲは、ＳＮＲ、空間解像度及び時間解像度のバランスをとる。迅速な光ファイバの形状の感知に基づいて追跡される機器１０２を使用して、ＭＲ追跡パルス系列のオーバヘッドなしに、介入の間の画像の特徴における変化に関する時間情報が得られる。機器の動きに関する独立に取得される情報は、機器の動きにおける変化が殆ど変化しない時間間隔の間にスキャンＳＮＲ又は空間解像度を増加するように、シーケンスを自動的に適応させるため、ＭＲＩパルス系列の取得にフィードバックされる（逆の場合も同じである）。これにより、特定の条件下で画像形成の時間が少なく、及び／又は改善された解像度が得られる。

新たな画像が取得されるか否かを画像取得モジュール１４０が判定した後、ブロック３２０で、適切な制御信号が生成され、画像形成装置１１０に出力される。画像形成装置は、新たな画像を取得するか、取得しないように制御される。

図５を参照して、本発明に係る適応的な画像形成のシステム／方法を示すブロック／フローダイアグラムが示される。ブロック５０２では、介入装置の形状の感知は、被検体における介入装置の空間特性を測定するために実行される。形状の感知は、光ファイバに基づく感知、電磁的な感知、別の形状を感知する方法又はこれらの組み合わせを含む。ブロック５０４では、１以上の制御信号は、空間特性に従って生成される。制御信号は、形状の感知により提供される空間特性を使用して生成される。

１実施の形態では、ブロック５０６において、制御信号は、介入装置の動き、閾値となる量を超える介入装置の動き、介入装置の動きのタイプ、のうちの少なくとも１つに基づいて画像を取得するために生成される。ブロック５０８で、マーカ画像は、ディスプレイにおける介入装置の更新された位置を示すために空間特性に従って生成される。ブロック５１０で、介入装置のモデル画像は、ディスプレイにおける介入装置の更新された位置を示すために、空間特性に従って生成される。ブロック５０８及び５１０は、介入装置の動きの更新がデジタル画像において人為的に行われるので、画像取得の割合を除去又は低減する。

ブロック５１２で、画像形成装置は、制御信号に従って被検体を画像形成するために調節される。このように、介入装置の形状、位置、方向、状態等は、画像形成装置の設定、コンフィギュレーション、照射時間／割合、パルスレート等を決定するために使用される。例えば、画像形成装置は、Ｘ線照射装置（透視装置、コンピュータ断層撮影装置等）を含む。ブロック５１４で、画像形成装置は、被検体の位置、Ｘ線源の位置、照射時間等を変更することで調節される。ブロック５１６で、画像形成装置は、スキャン規定が空間特性に従って変更されるように、スキャン規定に従って誘導される。これは、ＭＲスキャンと特に有効である。ブロック５２０では、画像形成装置は、空間特性に基づいて、制御信号を使用して画像形成装置の放射線照射のフレームレートを制御することで調節される。ブロック５２２では、本発明に従って必要とされるとき、適応フィードバックを使用して操作手順が実行される。

特許請求の範囲を解釈したとき、ａ）単語「備える“comprising”」は、所与の請求項で列挙されるもの以外のエレメント又はステップの存在を排除しない。ｂ）エレメントに先行する単語“a”又は“an”は、複数の係るエレメントの存在を排除しない。ｃ）請求項における参照符号は、それらの範囲を制限しない。ｄ）幾つかの「手段“means”」は、同じアイテム又はハードウェア或いはソフトウェアで実現される構造又は機能により表される。ｅ）特定のステップの系列は特に断りが無い限り必要とされることが意図されない。

（例示するものであって、限定するものではない）医療機器の実時間の形状感知に基づいた適応画像形成及びフレームレートの最適化のシステム及び方法の好適な実施の形態を記載したが、変更及び変形例は、先の教示に照らして当業者により行われる。従って、特許請求の範囲により概説されるように本明細書で開示される実施の形態の範囲にある開示される特定の実施の形態において変更が行われる場合があることを理解されたい。特に特許法で要求される詳細を記載したが、特許請求するもの及び特許証により保護されるものは、特許請求の範囲で述べられている。

Claims (24)

1. 介入装置に結合され、被検体における前記介入装置の空間特性を測定する形状感知又は位置特定システムと、
   前記空間特性を受け、前記空間特性に従って１以上の制御信号を生成する画像モジュールと、
   前記１以上の制御信号に従って前記被検体を画像形成する少なくとも１つの画像形成装置と、
   を備えるシステム。
2. 前記少なくとも１つの画像形成装置は、Ｘ線照射装置を含み、
   前記１以上の制御信号は、前記被検体の位置、Ｘ線源及び照射時間を制御する、
   請求項１記載のシステム。
3. 前記画像モジュールに結合される画像取得モジュールを更に備え、
   前記画像取得モジュールは、前記介入装置の動き、ある閾値を超える前記介入装置の動き及び前記介入装置の動きのタイプ、の少なくとも１つに基づいて、画像を取得すべきかを判定する、
   請求項１記載のシステム。
4. ディスプレイにおける前記介入装置の更新された位置を示すため、前記空間特性に従って画像取得モジュールにより生成されるマーカ画像を更に含む、
   請求項１記載のシステム。
5. ディスプレイにおける前記介入装置の更新された位置を示すため、前記空間特性に従って画像取得モジュールにより生成される前記介入装置のモデル画像を更に含む、
   請求項１記載のシステム。
6. 前記形状感知又は位置特定システムは、光ファイバに基づく形状感知システムと電磁感知システムとのうちの少なくとも１つを含む、
   請求項１記載のシステム。
7. 前記少なくとも１つの画像形成装置は、メモリに記憶されるスキャン規定により誘導され、前記スキャン規定は、前記空間特性に従って変更される、
   請求項１記載のシステム。
8. 前記空間特性に基づいて前記少なくとも１つの画像形成装置の放射線照射のフレームレートを制御する、画像取得モジュールを更に備える、
   請求項１記載のシステム。
9. プロセッサと、
   前記プロセッサに結合され、形状感知モジュールと画像モジュールとを記憶するメモリとを備え、前記形状感知モジュールは、介入装置の空間特性を決定し、前記画像モジュールは、所与の医療処置に有効な画像の集合の設定を提供するため、前記空間特性に従って画像装置を調節する、
   ワークステーション。
10. 前記画像形成装置は、Ｘ線照射装置を含み、
    被検体の位置、Ｘ線源の位置及び照射時間のうちの少なくとも１つを選択することで改善された画像が提供される、
    請求項９記載のワークステーション。
11. 前記介入装置の動き、ある閾値を超えた前記介入装置の動き、前記介入装置の動きのタイプ、のうちの少なくとも１つに基づいて画像を取得すべきかを判定する画像取得モジュールを更に備える、
    請求項９記載のワークステーション。
12. 画像を表示するディスプレイと、前記ディスプレイにおける前記介入装置の更新された位置を示すために、前記空間特性に従って画像取得モジュールにより生成されるマーカ画像とを更に備える、
    請求項９記載のワークステーション。
13. 画像を表示するディスプレイと、前記ディスプレイにおける前記介入装置の更新された位置を示すために、前記空間特性に従って画像取得モジュールにより生成される前記介入装置のモデル画像とを更に備える、
    請求項９記載のワークステーション。
14. 前記形状感知システムは、光ファイバに基づく形状感知システムと電磁感知システムとのうちの少なくとも１つを含む、
    請求項９記載のワークステーション。
15. 前記画像形成装置は、前記メモリに記憶されるスキャン規定により誘導され、前記スキャン規定は、前記空間特性に従って変更される、
    請求項９記載のワークステーション。
16. 前記空間特性に基づいて前記画像形成装置の放射線照射のフレームレートを制御する画像取得モジュールを更に備える、
    請求項９記載のワークステーション。
17. 介入装置の形状を感知して、被検体における前記介入装置の空間特性を測定する段階と、
    前記空間特性に従って１以上の制御信号を生成する段階と、
    前記１以上の制御信号に従って前記被検体を画像形成するため、画像形成装置を調節する段階と、
    を含む方法。
18. 前記画像形成装置は、Ｘ線照射装置を含み、
    前記画像形成装置を調節する段階は、前記被検体の位置、Ｘ線源の位置及び照射時間のうちの少なくとも１つを調節することを含む、
    請求項１７記載の方法。
19. 前記１以上の制御信号を生成する段階は、前記介入装置の動き、ある閾値を超える前記介入装置の動き、及び前記介入装置の動きのタイプ、のうちの少なくとも１つに基づいて画像を取得するため、制御信号を生成する段階を含む、
    請求項１７記載の方法。
20. 前記１以上の制御信号を生成する段階は、ディスプレイにおける前記介入装置の更新された位置を示すため、前記空間特性に従ってマーカ画像を生成する段階を含む、
    請求項１７記載の方法。
21. 前記１以上の制御信号を生成する段階は、ディスプレイにおける前記介入装置の更新された位置を示すため、前記空間特性に従って前記介入装置のモデル画像を生成する段階を含む、
    請求項１７記載の方法。
22. 前記形状を感知する段階は、光ファイバに基づく形状感知システムと電磁感知システムとのうちの少なくとも１つを含む、
    請求項１７記載の方法。
23. 前記画像形成装置を調節する段階は、スキャン規定により前記画像形成装置を誘導する段階を含み、前記スキャン規定は、前記空間特性に従って変更される、
    請求項１７記載の方法。
24. 前記画像形成装置を調節する段階は、前記空間特性に基づいて前記１以上の制御信号を使用して前記画像形成装置の放射線照射のフレームレートを制御する段階を含む、
    請求項１７記載の方法。

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