JP2016047262A - 心内エコー・カテーテル画像における心臓内の機器および構造の自動識別 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元心臓モデルとＩＣＥカテーテル画像を組み合わせ、より有益な画像を臨床医に与えることができる視覚化およびモデル化システムを提供する。【解決手段】心内エコー検査画像１２中に電極視覚化要素を表示するように構成される心内画像化システム１０であって、この電極視覚化要素は、画像１２の平面の直近に存在する心内電極を表す。システム１０は、さらに、モデル化組織構造を変更するために自動セグメント化によりシェル要素が生成されたときに、心内エコー検査画像１２中に具体化されている組織構造の横断面を視覚化、ナビゲーション、またはマッピングシステム２０内にモデル化することを可能にする。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１０年１２月３１に出願された米国特許出願第１２／９８３，０１３号の利益及び優先権を主張するものであり、その内容は参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、医療画像化および生理学的モデル化に関し、具体的には本発明は、１つの画像化またはモデル化モダリティにおける機器および構造の識別と追跡および別個の画像化またはモデル化モダリティにおける当該情報の同時表示に関する。

医療における種々の画像化モダリティの普及が患者の生理に関する価値ある情報を臨床医に与えていることは、よく知られている。しかし、すべての画像化モダリティは、画像結果に不確実性をもたらす一種の誤差に悩まされている。医療画像の有用性をさらに制限するものは、画像が脈絡を与える識別可能な目印を含まない場合における画像内容の解釈の難しさである。体内の画像を位置づける目印がない場合、画像の内容の用途は、限られてしまう可能性が高い。

心内エコー（「ＩＣＥ」）カテーテルが心臓構造の画像および場合によっては他の心臓カテーテルの画像を与えることは、よく知られている。心内電極上に存在する金属電極は、エコー源性が非常に高く、特に、カテーテルのシャフトがエコー平面と軸方向に整列していないか、またはカテーテルのシャフトがエコー・ビームの平面内にあり、かつ、それに対して垂直の方向を向いている場合にエコー画像中に強い痕跡を与える。しかし、エコー画像中の別の心臓カテーテルの視覚識別は、しばしば、ＩＣＥカテーテルを位置づけるのに十分でなく、かつ、ＩＣＥエコー画像と電界または磁界モデル化により生成された幾何学的モデルとの正確な組み合わせを可能にしない。

一般的に使用されている別の画像化モダリティは、電界または磁界を利用して幾何学的モデルを生成する３次元マッピングである。この幾何学的モデルは、次に静的基準電極を基準にして構築される。基準電極は、局所的不快感などから生ずる患者の自主的移動および呼吸のような不随意的移動のマッピング機器による補正を可能とし、それにより安定度のより高いモデルを作成する。しかし、ナビゲーション電界の均一性または等方性は保証されず、したがってこれらの幾何学的モデルには一般的に歪みという問題がある。ＩＣＥカテーテルおよびそれにより作成される画像の位置特定をさらに複雑化するのは、エコー画像が一般的に理想からの回転と並進両方の偏差に悩まされることが報告されているように、エコー画像が、しばしば、理想的なエコー平面を表現しないという事実である。

前述の理由から、より有益な画像を臨床医に与える３次元心臓モデルとＩＣＥカテーテル画像の組み合わせが必要である。単一の画像モダリティにより可能なものに比べて患者の生理のより完全な表現を与えるために画像データを組み合わせ得ることが望ましい。

この目的のために、本発明は、ＩＣＥエコー画像中における生理学的視覚化、ナビゲーション、またはマッピングシステム内において追跡される電気生理学処置（「ＥＰ」）機器の表示を可能にする。さらに、本発明は、ＩＣＥエコー画像情報を利用して幾何学的モデルを精緻化するために、ＶＮＭシステムの幾何学的モデル内において定義される構造または表面とＩＣＥエコー画像との組み合わせを可能にする。

ＩＣＥエコー画像内において追跡されるＥＰ機器の表示は、臨床医によるＩＣＥカテーテルとその他のＥＰ機器両方のより容易なナビゲーションを可能にする。視覚化、ナビゲーション、またはマッピングシステムにより維持される幾何学モデル内のＩＣＥカテーテルの位置が既知である場合、追跡されるＥＰ機器は、ＩＣＥエコー平面に対するその位置の計算を可能にする。それにより、エコー平面内のかまたはそれに十分近い場所にある被追跡ＥＰ機器はいずれも、ＩＣＥ画像中において種々の視覚識別子により表示され得る。

ＩＣＥエコー画像化情報と幾何学的モデルからの構造との組み合わせは、臨床医による物理的特徴物の位置および構造の検証ならびに幾何学的モデル中の誤差の確認を可能にする。幾何学的モデルからＩＣＥエコー画像の中に部分的表示を投影することにより、幾何学的モデル内で不一致を確認・補正することができ、したがってより正確なモデルを作成することができる。ＩＣＥ画像に投影された幾何学的モデルからの特徴物の形状は、当該特徴物のエコー平面横断面を計算し、かつ、その横断面境界をＩＣＥ画像内に表示することにより作成する。続いてその横断面境界内のＩＣＥ画像の部分をセグメント化して組織構造をボイドから分離することができ、かつ、次にボイドの境界を幾何学的モデル内で表示することができる。複数のセグメント化されたエコー平面形状を組み合わせることにより、心腔のより完全なモデルが得られる。セグメント化された心腔境界を使用して幾何学的モデルの局部的変形または変化を作成することもできる。

本発明の前述のおよびその他の側面、特徴、詳細、有用性および利点は、以下の明細書および請求項を読むことならびに添付図面の参照から明らかとなるであろう。

図１は、例示的構成におけるシステムの種々の構成要素の相互関係を大まかに示すブロック・ダイアグラムである。 図２は、変換された心内エコー画像をエコー画像の直近に位置を占める電極に対して示す幾何学的モデルの２次元表現を大まかに示す。 図３は、本開示の心内エコー画像体積枠の例示的実施形態を示す幾何学的モデルの２次元表現を大まかに示す。 図４は、本開示に従って電極視覚化が表示された心内エコー画像を示すユーザー・インターフェースの例示的実施形態を示す。 図５は、本開示に従って電極視覚化および視覚識別子が表示された心内エコー画像を示すユーザー・インターフェースの例示的実施形態を示す。 図６は、本開示に従って解剖学的境界基準が表示された心内エコー画像を示すユーザー・インターフェースの例示的実施形態を示す。 図７は、本開示による自動セグメント化アルゴリズムの例示的実施形態の図解を示す。 図８は、心内エコー画像からのシェル要素および本開示に従って幾何学的モデル内に表示されたシェル・モデルを示すユーザー・インターフェースの例示的実施形態を示す。

以下、同様な参照番号を使用して異なる図の同じ構成要素を識別している図面を参照する。図１は、心内エコー検査画像１２（ＩＣＥ画像）内に心臓の幾何学的モデル１４内に存在する機器を表示し、かつ、ＩＣＥ画像１２を自動的にセグメント化して１つ以上のシェル要素３６を生成するように構成されているシステム１０の例示的実施形態を示している。システム１０はさらに、ＩＣＥ画像１２および幾何学的モデル１４を表示するユーザー・インターフェース１６を生成するとともにシステム１０の制御および動作を指示するユーザー入力を受信するように構成されている。

本開示の一実施形態によるシステム１０は、心内エコー画像システム１８（ＩＣＥシステム）、視覚化、ナビゲーション、またはマッピングシステム２０（「ＶＮＭ」システム）、電子制御システム（ＥＣＳ）２２、および表示装置２４を含んでいる。ＥＣＳ２２は、ＩＣＥシステム１８により作成されるＩＣＥ画像１２を受け取るように構成することができ、また、ＥＣＳ２２は、さらに、ＶＮＭシステム２０から心臓の幾何学的モデル１４および位置データ・セット２６を取得するように構成することができる。ＥＣＳ２２は、さらに、位置データ・セット２６を使用することにより幾何学的モデル１４内のＩＣＥ画像２４の位置および向きを決定し、かつ、ＩＣＥ画像１２を含むユーザー・インターフェース１６を作成し、位置データ・セット２６からの電極をそこに示されているＩＣＥ画像１２の直近に配置するように構成することができる。ＥＣＳ２２はさらに、幾何学的モデル１４内における補充および表示のために、自動セグメント化ルーチンを実行してＩＣＥ画像１２から１つ以上のシェル要素３６を生成するように構成される。

ＩＣＥカテーテル２８は、ＶＮＭシステム２０に応答してＩＣＥカテーテル２８、したがってＩＣＥ画像１２の幾何学的モデル１４内における位置および向きの決定を可能にするように構成される複数の電極３０またはその他のセンサを含むことができる。ＩＣＥカテーテル２８は、ＶＮＭシステム２０により生成される電界または磁界に応答する３個以上の位置センサを含むことができる。これらのセンサは、ＶＮＭシステム２０により検知されたときにＩＣＥ画像平面の位置および向きを定義するように配置される。かかるＩＣＥカテーテル２８の例は、２０１０年１２月３１日に提出され、参照によりあたかも本出願に完全に記載されているかのように本出願に全体が含まれている「ＩＮＴＲＡＣＡＲＤＩＡＣ ＩＭＡＧＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＵＴＩＬＩＺＩＮＧ Ａ ＭＵＬＴＩＰＵＲＰＯＳＥ ＣＡＴＨＥＴＥＲ」と題する同時係属米国特許出願第１２／９８２，９６８号明細書において記述されている。

図２に示されているように、ＩＣＥシステム１８は、表示装置２４上のユーザー・インターフェース１６内に表示され得るＩＣＥ画像１２を作成するように構成することができる。ＩＣＥ画像１２は、一般的に扇形であり、ＩＣＥカテーテル２８により送出・受信された超音波エネルギーの平面内に位置する物体を示す。ＩＣＥ画像１２は、組織構造によるグレー・スケール画像とし、カテーテルおよびその他の高密度物体を白色により表示する一方、画像の暗い部分により流体で満たされた空洞空間を表すことが多い。物質のエコー源性が高いほど（たとえば、高密度）、その表示が高輝度で画像１２に表示される。

ＥＣＳ２２は、ＶＮＭシステム２０に電気的に結合される（すなわち、有線または無線により）。後者のシステムは、身体構造の幾何学的モデル１４を生成するように構成され、かつ、それを維持することができる。ＶＮＭシステム２０は、さらにセンサ装備医療機器の位置決めを決定し（すなわち、位置および向き（Ｐ＆Ｏ）を決定し）、かつ、電極３０のような被検知医療機器センサの幾何学的モデル１４内の位置のリストを構成要素としてもつ位置データ・セット２６の一環として医療機器の位置を追跡するように構成することができる。ＶＮＭシステム２０は、さらに、ユーザーが幾何学的モデル１４内の特徴物を識別すること、および識別された特徴物に関する位置および識別ラベルのようなその他の情報を位置データ・セット２６内に含めることを可能にするように構成し得る。例示であるが、識別される特徴物は、アブレーション損傷マーカーまたは心臓弁のような解剖学的特徴物を含むことができる。位置データ・セット２６内の要素（すなわち、検知された電極および／または識別された特徴物）は、追跡された要素と考えられる。かかる機能は、より大きな視覚化、ナビゲーション、またはマッピングシステム、たとえば、Ｓｔ．Ｊｕｄｅ ＭｅｄｉＣａｌ，Ｉｎｃ．から商業的に入手できるＮａｖＸ（商標）ソフトウェアの１つのバージョンを実行するＥＮＳＩＴＥ ＶＥＬＯＣＩＴＹ（商標）システム（Ｈａｕｃｋほかに与えられ、本出願の共同譲受人により所有されており、参照により本出願に全体が含まれている「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＣＡＴＨＥＴＥＲ ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＬＯＣＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＭＡＰＰＩＮＧ ＩＮ ＴＨＥ ＨＥＡＲＴ」と題する米国特許第７，２６３，３９７号明細書の参照により一般的に閲覧できる）の一部として設けることもできる。ＶＮＭシステム２０は、この技術において一般的に知られている従来の装置、たとえば、上述のＥＮＳＩＴＥ ＶＥＬＯＣＩＴＹ（商標）システムまたは空間におけるカテーテルの位置付け／ナビゲーション（および視覚化）のためのその他の既知技術（それは、たとえば、以下に列挙するものを含む）を含むことができる：Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｉｎｃ．のＣＡＲＴＯ視覚化および位置システム（たとえば、参照により本出願に全体が含まれている「ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧ ＴＨＥ ＬＯＣＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＯＲＩＥＮＴＡＴＩＯＮ ＯＦ ＡＮ ＩＮＶＡＳＩＶＥ ＭＥＤＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する米国特許第６，６９０，９６３号明細書により例示されている）、Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｃ．のＡＵＲＯＲＡ（登録商標）システム、ＭｅｄｉＧｕｉｄｅ Ｌｔｄ．ｏｆ Ｈａｉｆａ，Ｉｓｒａｅｌからの技術（現在Ｓｔ．Ｊｕｄｅ ＭｅｄｉＣａｌ，Ｉｎｃ．により所有されている）に基づくｇＭＰＳシステム（たとえば、参照によりいずれも本出願に全体が含まれている米国特許第７，３８６，３３９号明細書、および第７，１９７，３５４号明細書および第６，２３３，４７６号明細書により例示されている）などの磁界応用位置決めシステム、またはＢｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｉｎｃ．のＣＡＲＴＯ ３視覚化および位置システム（たとえば、参照により両方とも本出願に全体が含まれている米国特許第７，５３６，２１８号明細書および第７，８４８，７８９号明細書により例示されている）などのハイブリッド磁界−インピーダンス応用システム。一部の位置付け、ナビゲーションおよび／または視覚化システムは、カテーテルの位置および／または向きの情報を示す信号を生成するセンサの提供を含むことができ、かつ、ＮａｖＸソフトウェアを実行するＥＮＳＩＴＥ（商標）ＶＥＬＯＣＩＴＹ（商標）システムなどのインピーダンス応用位置付けシステムの場合にたとえば１個以上の電極（これらの電極は、場合によってはすでに存在しうる）、または、別の方法として、たとえば、上述したＭｅｄｉＧｕｉｄｅ Ｌｔｄ．の技術を使用するｇＭＰＳシステムなどの磁界応用位置決定システムの場合に低強度磁界の１つ以上の特徴を検知するように構成された１個以上のコイル（すなわち、巻線）を含むことができる。

上述した例示的ＶＮＭシステム２０は、それぞれ、体腔の幾何学的モデル１４を維持するが、心臓構造の幾何学的モデルを作成するための容認可能な代替マッピング機器は、磁気共鳴画像法（ＭＲ）およびｘ線コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）を含む。

上記において開示した電気−インピーダンス、磁界、ハイブリッド磁界−インピーダンス応用システムのそれぞれは、ＶＮＭシステム２０として動作することができ、かつ、依然として本開示の範囲および精神の中にあるが、以下で考察するＶＮＭシステムは、特に別段の指示を行わない限り、明瞭性および説明の便宜上、インピーダンス応用システムとする。

ＥＣＳ２２は、情報格納に適するメモリまたはその他のコンピュータ読み取り可能媒体（メモリ）と通信する処理装置をもつプログラム制御電子制御装置（ＥＣＵ）を含むことができる。本開示に関して、ＥＣＳ２２は、とりわけ、システム１０に電気的に接続されている１個以上のユーザー入力機器からユーザー入力を受信し、かつ、ユーザー・インターフェース１６の表示を指示するコマンド（すなわち、表示コマンド）をシステム１０の表示装置２４に発行するように構成される。ＥＣＳ２２は、ＩＣＥ画像１２ならびに幾何学的モデル１４および位置データ・セット２６の取得を容易にするためにＩＣＥ画像化システム１８およびＶＮＭシステム２０と通信するように構成することができる。ＩＣＥ画像化システム１８とＶＮＭシステム２０間の通信は、一実施形態では、通信ネットワーク（たとえば、ローカル・エリア・ネットワークまたはインターネット）またはデータ・バスにより実現され得る。

ＶＮＭシステム２０、ＩＣＥシステム１８およびＥＣＳ２２は別々に示されているが、１つ以上の計算機能の統合により、（ｉ）ＩＣＥシステム１８の種々の制御機能および画像情報機能、および（ｉｉ）ＶＮＭシステム２０の幾何学的モデル化および位置追跡機能の両方を実行するＥＣＳ２２を含むシステムをもたらすことができることが分かる。明瞭性および説明の便宜のためにのみ、以下の説明は、幾何学的モデル１４内のＩＣＥ画像１２の位置特定を行い、かつ、１つ以上の電極視覚化または視覚識別子をＩＣＥ画像１２に適用し、また、自動セグメント化ルーチンを実行して１個以上のシェル要素を生成するようにＥＣＳ２２が構成される実施形態に限定することとする。しかし、他の例示的実施形態では、ＥＣＳ２２は、ＩＣＥカテーテル２８により生成された信号からＩＣＥ画像１２を生成し、かつ、ＶＮＭシステム２０の電界または磁界に応答する体腔内の電極３０により生成された応答信号から幾何学的モデル１４を生成するように構成することができることは明らかである。この構成は、依然として本開示の精神および範囲内にある。

図３において示されているように、ＥＣＳ２２は、ユーザー・インターフェース１６内に幾何学的モデル１４の２次元表現を生成・表示することができる。この２次元表現は、位置データ・セット２６内の追跡された各電極３０または識別された特徴物を表示することができる。ＥＣＳ２２は、位置データ・セット２６からＩＣＥ画像１２の平面の位置および向きを定義する電極３０に対応するデータを使用して、幾何学的モデル１４内のＩＣＥ画像１２を位置特定し、かつ、表示し、また、適切な場合、ＩＣＥ画像１２を２次元表現の一部として表示することができる。追跡された電極３０は、位置データ・セット２６中のそれに対応する位置データのほかに、電極識別子、医療機器またはその他の電極との関連、および色などの補充情報をもつことができる。図３は、モデル１４内に位置するＩＣＥ画像１２および小さな着色球として現れている追跡された数個の電極３０をもつ幾何学的モデル１４の２次元表現を示す。

代替的一実施形態では、幾何学的モデル１４の２次元表現は、ＩＣＥ画像１２内で決定される体積の近似を示すＩＣＥ画像体積枠３１を含み得る。図３に示されているように、２次元ＩＣＥ画像１２は、奥行きをもたない完全平面として幾何学的モデル１４中に投影され得る。しかし、ＩＣＥ画像は、完全平面を表していない。ＩＣＥカテーテルは、一般的に面外直後の狭い角から超音波エネルギーを受け取ることができ、やや面外のエネルギーを面内エネルギーから区別できないからである。その結果は、一般的に完全平面として示される薄い体積の空間を表す２次元ＩＣＥ画像である。ＩＣＥカテーテルは、一般的に、ある角度の両端の面外エネルギーを受け取るので、ある物体が理想的平面から隔たりながら、なおかつ、ＩＣＥ画像内に現れ得る距離は、ＩＣＥカテーテルからの距離に比例して増大する。図３に示される実施形態では、ＩＣＥ画像体積枠３１は、ＩＣＥ画像１２内において決定される体積の外部境界の近似を示す。ＩＣＥ画像体積枠３１は、物体がＩＣＥ画像１２内に出現する理由または出現しない理由あるいはその時期をユーザーが理解するのに役立ち得る。代替的実施形態では、ＥＣＳ２２は、ＩＣＥ画像体積枠３１を幾何学的モデル１４の２次元表現から隠すかまたは移動させるよう指示するユーザーからの入力を受け取るように構成することができる。

追跡される電極３０またはその他の追跡される特徴物をＩＣＥ画像１２内の幾何学的モデル１４内の位置データ・セット２６から表示することは、幾何学的モデル１４内のＩＣＥカテーテル２８の位置を決定し、それによりＩＣＥ画像１２の位置を決定すること、追跡される電極３０またはその他の追跡される特徴物がＩＣＥ画像１２により交差されるか否か決定すること、および、交差される各電極３０の電極視覚化３２または交差されるその他の被追跡特徴物の視覚識別子３３をＩＣＥ画像１２中に投影することにより達成できる。この実施形態は、図４および５に示されている。

本開示に準拠する代替的実施形態では、ＩＣＥ画像１２直近の電極３０は、ＩＣＥ画像１２中において電極視覚化３２により表現することもできる。表示のためのＩＣＥ画像１２への接近閾値はＥＣＳ２２の論理により事前に決定され得るが、代替的実施形態では、ユーザーにより調整され得る。その他の追跡される特徴物の視覚識別子３３は、ＩＣＥ画像１２のためにさらなる脈絡を与えるために、追跡される特徴物のＩＣＥ画像１２への接近性に関係なくＩＣＥ画像１２中に投影され得る。

ある代替的実施形態では、ＥＣＳ２２は、幾何学的モデル１４内のＩＣＥ画像１２に対する被追跡電極３０の位置に関係なく、ＩＣＥ画像１２に垂直な光線により交差される被追跡電極３０の電極視覚化３２を表示する。

ＥＣＳ２２による電極視覚化３２または視覚識別子３３のＩＣＥ画像１２に対する投影は、データ・セット２６からの特徴物の位置のＩＣＥ画像１２の座標系への変換により、すなわち、これにより電極視覚化３２または視覚識別子３３をＩＣＥ画像データ中に直接加えることにより行うことができる。別案として、電極視覚化３２および／または視覚識別子３３は、インターフェース１６においてＩＣＥ画像１２に重畳することもできる。電極視覚化３２および／または視覚識別子３３の位置の幾何学的モデル１４の座標空間からＩＣＥ画像１２の座標空間またはユーザー・インターフェース１６への変換は、行列の乗算により容易に行うことができる。

上記の考察はＶＮＭシステム２０の幾何学的モデル１４からの情報をＩＣＥ画像１２に投影することに重点を置いてきたが。ＩＣＥ画像１２が幾何学的モデル１４内において位置付けられた後、ＩＣＥ画像１２内において識別された情報または特徴物は、幾何学的モデル１４に投影することができる。その例は、以下において詳しく説明されるシェル要素である。したがって、ＩＣＥ画像１２から幾何学的モデル１４へのかかる投影は、やはり本開示の範囲内である。

電極視覚化３２は、例示として図４に示されている円を含む複数の形態をとることができる。一実施形態では、電極視覚化３２の色は、幾何学的モデル１４内の対応する被追跡電極３０の表示の色とほぼ同じである。被追跡電極３０に関連する補充情報をもつ当該電極の電極視覚化３２は、当該補充情報の特徴を示す形態とすることができる。図５に示されている例示的実施形態では、電極視覚化３２は、電極識別子および他の被追跡電極３０との関連を示す線を含むことができる。たとえば、単独カテーテル内の電極３０は、ＥＰ記録システムまたはＶＮＭシステム２０中のその番号に対応する数値的電極識別子をもつことができる。一例であるが、単独医療機器内の別の電極３０に隣接して位置付けられていることなどの補充情報内に連関をもつ電極３０同士は、着色線分またはその他の視覚マーカーにより結合され得る。この方法により識別された被追跡電極３０は、ユーザーの認識を支援し、特定の電極３０に関連する電気記録図信号の心筋起源の臨床医によるよりよい評価を可能にする。代替的一実施形態における電極視覚化３２は、カテーテルまたはその他の医療機器を示すアイコンの形態をとり得る。それはさらに、当該機器の向きも、それが分かった場合には、指示する。

代替的一実施形態では、ＥＣＳ２２は、ユーザー・インターフェース１６内にＥＰ記録システムまたはＶＮＭシステム２０からの名称に対応する医療器具名称を含む色分けされた凡例を生成・表示するように構成し得る。電極視覚化３２は、電極視覚化３２のサイズ、色、または不透明性にわずかな差異を与えることにより電極３０がＩＣＥ画像１２に直接交差されているかまたはそのすぐ外側に位置しているかを指示することもできる。カテーテルまたはその他の医療器具の識別を助けるために着色線分を含む補充情報を表示する一実施形態では、個々の電極視覚化３２および関連線分の不透明性の変化により、ユーザーは、エコー画像に対するカテーテルの向きを視覚化することができ、かつ、画像１２内に表示されているカテーテルのどの部分がＩＣＥカテーテル２８，医療機器またはそれらの両方の位置または向きの意図している変化による影響を受けるか予測することができる。

上述した被追跡電極３０のほかに、ＩＣＥ画像１２と幾何学的モデル１４の境界との交差により作成される解剖学的境界基準３４をＩＣＥ画像１２中に投影することができる。その例示的実施形態を図６に示す。解剖学的境界基準３４は、ＩＣＥ画像１２を幾何学的モデル１４内において位置決めし、次にＩＣＥ画像１２により交差されるいずれかの組織構造の横断面を計算することにより決定される。この場合、組織横断面の外周地点は、解剖学的基準３４を構成する。代替的実施形態では、心腔または血管腔のような特定の心臓組織の輪郭を示すように幾何学的モデル１４を事前にセグメント化し、ＩＣＥ画像１２により交差される場合にこれらの事前セグメント化された境界線を解剖学的境界基準３４として使用することができる。電極視覚化３２の場合と同様に、解剖学的境界基準３４は、ＥＣＳ２２によりＩＣＥ画像１２に変換するかまたは座標系間の行列乗算変換を経てユーザー・インターフェース１６に表示されるＩＣＥ画像１２の上に重畳することができる。

代替的一実施形態では、解剖学的境界基準３４の識別に資するために、色分けされた事前セグメント化心臓構造および心腔から作成された解剖学的境界基準３４を同じ色分けによりＩＣＥ画像１２中に投影することができる。さらに別の実施形態では、ＥＣＳ２２は、１つ以上の解剖学的境界基準３４を定義する事前セグメント化心腔からの色および関連ラベルを含む色分けされた凡例をＩＣＥ画像１２内に生成かつ表示するように構成することができる。解剖学的境界基準３４を投影することは、さらに、ＩＣＥカテーテル２８のナビゲーションに役立ち、かつ、一定の状況においては、以下において述べるように幾何学的モデル１４の変更を可能にする。

さらに別の実施形態では、解剖学的境界基準３４は、心臓活動マッピングを示す方法によりＩＣＥ画像１２内に表示することができる。かかる代替的実施形態では、ＥＣＳ２２は、例示であるがＶＮＭシステム２０またはＥＣＳ２２と交信する外部コンピュータ読み取り可能媒体から幾何学的モデル１４の事前セグメント化部分の心臓活動マップ（すなわち、活動タイミングまたは電気記録図振幅）を得ることができる。心臓活動マップは、スペクトルまたは単色可変カラー・マップを使用して、さまざまなレベルの活動を示すことができる。この場合、この活動は、複数の色または単色スケールから選択された色により指示される。たとえば、単色スケールは、単色の明暗の変化を使用して相対的な活動を表示する。たとえば、白は最高の活動、黒は活動なしとし、両限界間の段階的な明暗の変化により活動の漸次変化を表す。スペクトル・マップは、明暗の範囲を使用するが、両限界間の階調を表す色を変える。この考察については、スペクトルと単色のマップは、互換できるはずである。

解剖学的境界基準３４の基礎となる事前セグメント化幾何学的形状の部分に関連する心臓活動マップの部分は、ＩＣＥ画像１２内に解剖学的境界基準３４の一環として表示され得る。たとえば、図６に示す解剖学的境界基準３４は、一連の着色部分要素３４ａとして示される。この場合、各部分要素３４ａの色は心臓活動マップから投影され、それによりＩＣＥ画像１２により交差される心臓表面の部分の心臓活動を表示する。解剖学的境界基準３４の一環としての心臓活動マップ情報の表示は、ユーザーによる異常な心臓組織の確認および処置を助ける。

解剖学的境界基準３４がＩＣＥ画像１２中に表示されると、解剖学的境界基準３４内に含まれるＩＣＥ画像１２の部分を使用して１つ以上のシェル要素３６を生成することができ、それらは、ＥＣＳ２２により実行される自動セグメント化ルーチンにより作成される。自動セグメント化アルゴリズムの例示的実施形態の概略図を図７に示す。例示的一実施形態では、自動セグメント化アルゴリズムは、解剖学的境界基準３４内に含まれるＩＣＥ画像１２の各部分から１つの暗い画素を選択する。最初の画素から、自動セグメント化ルーチンは、最初の画素に隣接する暗い画素を集めることにより１つ以上のボイド・グループ３８を作成する。このルーチンは、ボイド・グループ３８に隣接する暗い画素がなくなるまでボイド・グループ３８に画素を加え続ける。別の暗い画素が解剖学的境界基準３４内に含まれるＩＣＥ画像１２の部分に残っている場合、このアルゴリズムは、まだグループ化されていない１つの暗い画素を選択し、グループ化処理を繰り返して別のボイド・グループ３８を作成する。このグループ化処理は、解剖学的境界基準３４を超えて拡大しないので、このセグメント化処理は既知の解剖学的幾何学的形態内に限定される。すべての暗い画素がボイド・グループ３８に割り当てられたときセグメント化は完了し、この時点においてすべてのボイド・グループ３８は、明るい画素境界すなわち解剖学的境界基準３４により取り囲まれているはずである。

自動セグメント化のための明暗画素間の表示は、種々の方法で行うことができる。一実施形態では、自動選択アルゴリズムがＩＣＥ画像１２における最も暗い画素と最も明るい画素間の差異のパーセンテージとして閾値を設定する。別の実施形態では、自動セグメント化ルーチンの事前設定閾値が不十分な結果をもたらす場合に閾値の調整を指示するユーザー入力を受け取るようにユーザー・インターフェース１６を構成することができる。

図８に示す本発明の一実施形態では、各ボイド・グループ３８の外周は、ＥＣＳ２２により行列乗算を経て幾何学的モデル１４に変換され得るシェル要素３６を形成することができる。幾何学的モデル１４中にシェル要素３６を表示することは、ＩＣＥシステム１８によりＩＣＥ画像１２経由で検知された心腔境界を示す。任意選択で、シェル要素３６に解剖学的境界基準３４によるラベルを付けることにより、シェル要素３６を作成した自動セグメント化を抑制することも開始することもできる。代替的一実施形態では、シェル要素３６の幾何学的モデル１４への変換は、ＥＣＳ２２が幾何学的モデル１４内の１つ以上の解剖学的特徴物を変形または変更することを可能にし得る。ＩＣＥ画像１２の横断面を表すシェル要素３６を使用して行う変形の作成は、幾何学的モデル１４が対象領域内にその他の詳細を組み込むことを可能にする。３次元シェル・モデル４０は、対象領域内の種々の角度から作成された数個のＩＣＥ画像１２からの数個のシェル要素３６を組み合わせることにより作成することができる。シェル・モデル４０は、幾何学的モデル１４内に表示すること、またはより詳細な幾何学的形状を作成する変更としてモデル１４内に組み込むことができる。

本開示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。例えば、上記実施形態の自動セグメント化アルゴリズムに代えて、画素グループ化を作るために、他のアルゴリズムが利用され得る。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. 視覚化およびモデル化システムであって、
   心内エコー検査画像（ＩＣＥ画像）を作成するように構成される心内エコー・カテーテルを備える超音波エコー画像化システムと、
   体腔の幾何学的モデルを生成し、かつ、前記心内エコー・カテーテルの前記幾何学的モデル内に第１位置および前記体腔内の医療機器のセンサの前記幾何学的モデル内に第２位置を生成するように構成される視覚化、ナビゲーション、またはマッピングシステムと、
   前記ＩＣＥ画像、前記幾何学的モデル、前記第１位置および前記第２位置を受け取るように構成される電子制御システム（ＥＣＳ）と、を含んでおり、
   前記ＥＣＳは、さらに、前記幾何学的モデル内の前記ＩＣＥ画像を前記第１位置に方向づけ、かつ、方向づけられた前記ＩＣＥ画像が前記第２位置と交差したときに合成画像を生成するように構成される視覚化およびモデル化システム。
2. 前記合成画像が前記ＩＣＥ画像上に配置されるセンサ視覚化を含む請求項１に記載のシステム。
3. 前記ＥＣＳと通信するように構成される表示装置をさらに含み、
   前記ＥＣＳはさらに、前記合成画像を含むユーザー・インターフェースを生成するように構成される請求項２に記載のシステム。
4. 前記ユーザー・インターフェースがさらに、前記幾何学的モデルの２次元表現を含む請求項３に記載のシステム。
5. 前記２次元表現が、ＩＣＥ画像体積枠を含む請求項４に記載のシステム。
6. 前記ＥＣＳがさらに、前記幾何学的モデル中に置かれた前記ＩＣＥ画像が前記第２位置から閾値距離内にあるときに、合成画像を生成するように構成される請求項２に記載のシステム。
7. 前記閾値距離が、前記ＥＣＳにより前もって決定される請求項６に記載のシステム。
8. 前記閾値距離が、ユーザーにより調整され得る請求項６に記載のシステム。
9. 前記視覚化、ナビゲーション、またはマッピングシステムが、複数のセンサ位置およびセンサ関連付けを含む位置データ・セットを生成するように構成され、前記複数のセンサ位置のそれぞれは、前記幾何学的モデル内の医療機器のセンサの位置に対応し、
   前記合成画像が、前記第１位置から閾値距離内の位置を有する前記位置データ・セットの各要素の前記位置および関連付けを示すセンサ視覚化を含む請求項１に記載のシステム。
10. 前記センサ視覚化が、前記センサ関連付けを少なくとも２つのセンサ位置を結ぶ線として示す請求項９に記載のシステム。
11. 視覚化およびモデル化システムであって、
    心内エコー・カテーテル（ＩＣＥカテーテル）を備え、２次元心内エコー検査画像（ＩＣＥ画像）を生成するように構成される超音波エコー画像化システムと、
    幾何学的モデルを生成し、かつ、前記幾何学的モデル内の前記ＩＣＥカテーテルの位置および向きを決定するように構成される視覚化、ナビゲーション、またはマッピングシステムと、
    前記幾何学的モデル内の前記ＩＣＥ画像を位置づけし、かつ、シェル要素を生成する自動セグメント化ルーチンを実行するように構成される電子制御システム（ＥＣＳ）であって、前記電子制御ユニットは、さらに前記シェル要素を前記幾何学的モデルに変換するように構成される電子制御システム（ＥＣＳ）と、を含む視覚化およびモデル化システム。
12. 前記幾何学的モデルがさらに、複数の画定された解剖学的境界を有するように構成され、
    前記自動セグメント化ルーチンが、前記複数の画定された解剖学的境界の少なくとも１つにより部分的に境界づけられるシェル要素を生成するように構成される請求項１１に記載のシステム。
13. 前記自動セグメント化ルーチンが、
    前記画定された解剖学的境界内に含まれる前記ＩＣＥ画像の一部分から１つの暗い画素を選択するステップと、
    ボイド・グループを作成するステップであって、前記ボイド・グループに、選択された前記暗い画素の１つに隣接するすべての暗い画素または前記ボイド・グループ内の別の暗い画素を加えることによって作成するステップと、
    シェル要素を作成するステップと、を含む請求項１１に記載のシステム。
14. シェル要素を作成する前記ステップが、前記ボイド・グループの外周画素を選択するステップを含む請求項１３に記載のシステム。
15. 前記ＥＣＳがさらに、前記幾何学的モデルを修正して前記シェル要素を取り入れるように構成される請求項１１に記載のシステム。
16. 体腔の幾何学的モデルを高度化する方法であって、
    心臓の幾何学的モデルを得るステップと、
    心内エコー検査画像（ＩＣＥ画像）を得るステップと、
    前記幾何学的モデル中の前記ＩＣＥ画像の位置付けおよび方向付けを行うステップと、
    前記ＩＣＥ画像をセグメント化してシェル要素を作成するステップと、
    前記シェル要素を前記幾何学的モデルに変換するステップと、を含む体腔の幾何学的モデルを高度化する方法。
17. 前記幾何学的モデルを変更して前記シェル要素を取り入れるステップをさらに含む請求項１６に記載の方法。
18. 前記幾何学的モデルから前記ＩＣＥ画像内に画定された解剖学的境界を表示するステップをさらに含む請求項１６に記載の方法。
19. 前記幾何学的モデルが、予めセグメント化された心腔を含み、
    前記画定された解剖学的境界は、前記予めセグメント化された心腔の境界を含む請求項１８に記載の方法。
20. 前記ＩＣＥ画像のセグメント化が、
    前記画定された解剖学的境界内に含まれている前記ＩＣＥ画像の一部分から１つの暗い画素を選択するステップと、
    ボイド・グループを作成するステップであって、前記選択された暗い画素の１つに隣接するすべての暗い画素または前記ボイド・グループ内の別の暗い画素を加えることによって作成するステップと、
    前記ボイド・グループの外周画素からシェル要素を作成するステップと、を含む請求項１６に記載の方法。

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