JP2016502441A - 超音波及びｘ線モダリティの統合 - Google Patents

Abstract

本発明は画像収集技術に関する。特に本発明は超音波画像情報における関心オブジェクトの追跡に関する。インターベンション手術の場合、関心オブジェクト、例えばそれによって手術が実行される器具が、特定イメージングモダリティによって収集される画像情報において描かれる。しかしながら、例えば経カテーテル心内手術中、心拍及び血流に起因する実質的な受動運動並びにインターベンション術者が器具を操作することに起因する能動運動を経験し得るかなり細いオブジェクトである器具が利用される。本発明は、特にイメージングパラメータの連続的再調整なしに、関心オブジェクトが収集画像において見え続けるように、二次元超音波画像収集のステアリング、特に超音波画像収集装置のイメージング面のステアリングを可能にする。従って、Ｘ線画像情報４０と超音波画像情報４２を受信するステップ１２、Ｘ線画像情報４０において関心オブジェクト３６を検出するステップ１４、及び関心オブジェクト３６が第一の超音波画像面４２内にあるように二次元超音波画像収集をステアリングするステップ１６を有する、超音波画像収集のための、特に超音波画像情報において関心オブジェクトを追跡するための方法が提供される。

Description

本発明は画像収集技術に関する。特に、本発明は超音波画像情報における関心オブジェクトの追跡に関する。より具体的には、本発明は超音波画像収集のための方法、超音波画像収集のためのシステム、超音波画像収集のためのコンピュータ可読媒体及びプログラム要素に関する。

インターベンション手術における現在の傾向は、超音波及びＸ線モダリティのより強固な統合である。言い換えれば、異なる画像モダリティは特定処置中に別々にではなく共同で使用される。それにより、あるモダリティの欠点が他のモダリティの利点によって補われ得る。

例えば、現代のインターベンション超音波ソリューションは３Ｄイメージングの可能性を提供するが、これは様々な理由で二次元超音波イメージングに依存されることが多い。中でもそれらの理由は、二次元超音波画像を３Ｄイメージングに対して利用するときのより高い画質、より高いフレームレート、及びクロッピング、ボリュームオリエンテーション若しくはレンダリングパラメータ調整の不要であり得る。

インターベンション手術の場合、関心オブジェクト、例えばそれで手術が実行される器具が、各モダリティによって収集される画像情報において描かれる。上記オブジェクトを描くこと、若しくは上記オブジェクトの画像情報を各モダリティの画像情報と重ね合わせることによって、手術の実行者はモダリティの画像情報に示される解剖学的構造に対する関心オブジェクトの位置及び／又は配向についての視覚的情報を容易に取得する。例えば、組織を通る器具先端の経路が各画像情報において追跡され得る、すなわち手術の実行者によって視覚的に追跡され得る。従ってこのような追跡は手術の正確さ、すなわち手術が正確に実行されるかどうかを再確認することを可能にする。

しかしながら、僧帽弁クリップ若しくは心房細動アブレーションなどの経カテーテル心内手術中、例えば僧帽弁クリップ若しくはアブレーションカテーテルなど、利用されている経カテーテル器具はかなり細いオブジェクトであり、呼吸、心拍及び血流に起因する実質的な受動運動並びにインターベンション術者が器具を操作することに起因する能動運動を経験し得る。

このような手術において、超音波画像は通常、経食道心エコー図すなわちＴＥＥを利用することによって収集される。ＴＥＥは、その先端に超音波トランスデューサを含む特殊プローブが患者の食道に挿入されることによって実行される。超音波トランスデューサは画像収集及び超音波画像のドップラ評価に適している。ＴＥＥは通常、特に経胸的に、すなわち外部超音波トランスデューサを利用することによって胸壁を通して見ることが難しい組織構造に関して、より明確な画像を提供する。

ＴＥＥ自体は食道内にあるので、これは非常に低レベルの運動を経験する。特に経カテーテル手術の場合、ＴＥＥプローブの運動は通常、前述の経カテーテル器具の運動を下回る。言い換えれば、経カテーテル器具とＴＥＥトランスデューサの間の空間的関係及び／又は距離は一定ではなく、それ故、特定超音波面の２Ｄ画像収集を考慮するとき、器具先端は現在観察下にある超音波面から周期的に出る。

器具先端を再度イメージング面にあらわすためには、イメージング面の再調整が必要である。そしてこれは経カテーテル器具を操作するインターベンション術者と特に超音波画像収集装置を操作する超音波検査技師の間で退屈な協調を要する。

本発明の目的は、特にイメージングパラメータの連続的再調整なしに、関心オブジェクトが見え続けるように、二次元超音波画像収集のステアリング、特に超音波画像収集装置のイメージング面のステアリングを可能にすることである。

従って、独立請求項にかかる、超音波画像収集のための、特に超音波画像情報において関心オブジェクトを追跡するための方法、超音波画像収集のためのシステム、超音波画像収集のためのコンピュータ可読媒体及びプログラム要素が提供される。好適な実施形態は従属請求項から得られる。

本発明のこれらの及び他の態様は以降に記載の実施形態から明らかとなり、それらを参照して説明される。本発明の実施形態例は以下の図面を参照して以下に記載される。

図面の図は略図である。異なる図面において、同様の若しくは同一の要素は同様の若しくは同一の参照数字を与えられる。

図は正確な縮尺で描かれていないが、定性的比率を表現し得る。

本発明にかかる超音波画像情報とＸ線画像情報の関係の一実施形態例を示す。 本発明にかかる超音波画像収集のためのシステムの一実施形態例を示す。 本発明にかかる超音波画像収集のための方法の一実施形態例を示す。

本発明の一態様は、特にイメージングパラメータ、特に超音波面位置及び配向の絶え間ない再調整の必要なしに、関心オブジェクトが見え続けるように、すなわちイメージング面内にとどまるように、超音波画像のイメージング面をステアリング及び／又はアライニングすることに関する。

特定のインターベンション手術中、例えばＣアークを用いることによるＸ線イメージングモダリティ及びＴＥＥのような超音波イメージングモダリティの両方が利用され、各モダリティは特に二次元画像情報を生成する。

通常、超音波トランスデューサは特定の二次元超音波画像面の画像情報を取得するためのトランスデューサアレイを有し、これはトランスデューサアレイの超音波放射を変化させることによって３Ｄに調節され得る。

本発明の一態様は、超音波面がＸ線源を有するように超音波面の配向がステアリングされることである。さらに、超音波イメージング面が関心オブジェクト、例えば経カテーテル器具の器具先端の、Ｘ線検出器への投影も含む場合、上記空間的情報は、経カテーテル器具の器具先端が超音波面から出ることができないまま運動し得る超音波イメージング面を確立するために十分である。言い換えれば、超音波面がＸ線源並びにＸ線画像情報において見える器具先端の投影を（常に）含むようにステアリングされる場合、この投影がＸ線検出器上で静止せず従って運動し得るので、イメージング面の調節を要するとしても、経カテーテル器具の器具先端は超音波面内に見え続けることになる。その結果、超音波面は関心オブジェクトが画像内にあるように自動的にステアリングされる。三次元画像の追加使用を要せず、これはこの場合超音波画像収集のフレームレートを低下させながら器具先端を追跡するために使用されるだけであり得る。

本発明にかかる超音波面のステアリングは超音波面内部の動く関心オブジェクトを示すことを可能にし、それにより、関心オブジェクトの能動運動若しくは例えば心拍に起因する受動運動のいずれかに起因する、面外運動に起因するオブジェクトの反復的出現と消失を回避する。

本発明にかかる超音波画像収集のための方法の実施を可能にするために、まず超音波画像情報とＸ線画像情報がレジストレーションされると仮定される。言い換えれば、特にＸ線源の相対位置などの追加情報を有する、超音波画像情報とＣアームイメージング情報の空間的関係がわかる。例えば、二次元Ｘ線画像及び二次元超音波画像を考えるとき、上記データがレジストレーションされる場合相互に対する両画像の角度と位置がわかると仮定される。また、共通座標系若しくは基準座標系も確立されてその後利用され、それによってＣアームイメージング情報と超音波画像情報を空間的にリンクする。さらに、いずれかの二次元画像に見える特定画像情報もわかると仮定される。超音波画像情報とＸ線画像情報のレジストレーションの一実施例は本願出願人の国際特許出願ＷＯ２０１１／０７０４７７に記載される。

さらに、超音波画像情報のイメージング面は電子的に、例えば当技術分野で既知の通り適切な超音波トランスデューサアレイを利用することによってステアリングされ得る。

また、関心オブジェクトが追跡され得る、すなわちＸ線画像情報内で見えており検出可能であると仮定される。言い換えれば、Ｘ線画像は関心オブジェクト、例えば経カテーテル器具の器具先端の投影を含むものとする。

その後、Ｘ線源及びＸ線画像内の追跡／投影される関心オブジェクトの両方が超音波面に含まれるように、超音波面がステアリングされる。言い換えれば、Ｘ線源及びＸ線画像内の追跡される関心オブジェクトは、超音波画像面の二つの独立した正確に定義された点をあらわす。超音波イメージング面は超音波プローブ若しくは超音波トランスデューサも通過し、これは従って第三の定義された点を提供するので、超音波面は完全に及び正確に決定される。超音波面はこのようにＸ線源及びＸ線画像内の追跡される関心オブジェクトが超音波面内にとどまるように連続的に再調整されるので、関心オブジェクトは当然、Ｘ線源と関心オブジェクトの投影の間の線上に位置するため、関心オブジェクト自体も超音波イメージング面内にとどまる。実際、超音波面は関心オブジェクト自体及びＸ線源によって決定されるが、関心オブジェクトはＸ線検出器上のその投影によって視覚化される。それにより、関心オブジェクトも超音波イメージング面内に存在することが保証される。例えばＸ線／超音波データレジストレーションエラー起因するイメージングシステムにおける不正確さ、若しくはＸ線画像における関心オブジェクト位置特定の不正確さは、超音波スライス厚を適宜調整することを要し得る。通常、１、２若しくは３ｍｍのスライス厚が利用される。

本発明によれば、第一の超音波画像面はこのように空間内の三点、すなわち超音波トランスデューサ先端、Ｘ線源及びＸ線検出器上の関心オブジェクトの投影を利用することによって決定可能である。上記情報を用いて、基準座標系内の３Ｄ空間における超音波トランスデューサと関心オブジェクト自体の間のベクトル若しくは線を含む、追加の第二の超音波画像面が設定され、この位置自体は超音波画像データとＸ線画像データのレジストレーションの特別な考慮の下、第一の超音波画像情報からわかる。その結果、任意に調節され得る追加自由度を残して、トランスデューサ先端と関心オブジェクトの間の上記ベクトルを含む第二の二次元超音波画像が収集され得る。言い換えれば、第二の二次元超音波面は患者組織内に位置する関心オブジェクトとトランスデューサ先端の間の線若しくはベクトルまわりに回転され得る。しばしば、このような第二の二次元超音波面は第一の超音波画像面に直角に置かれ、それにより依然として（二つの）二次元画像を用いるだけでありながら少なくとも何らかの三次元情報を収集することができる。

言い換えれば、関心オブジェクトが第一の超音波面においても追跡されると仮定すると、第二の超音波画像面は関心オブジェクトを通過するように置かれ得る。これは依然として関心オブジェクトを示しながら、インターベンション術者が第二の超音波画像面の配向を自由に選択する追加の自由度を残す。第一の超音波面における追跡には、関心オブジェクト位置がＸ線画像内で既にわかっており、従って関心オブジェクトは超音波画像内の対応するエピポーラ線上にあるように制限されるという事実が非常に役立つ。

ここで図１を参照すると、本発明にかかる超音波画像情報とＸ線画像情報の関係の一実施形態例が描かれる。

図１において、Ｘ線画像収集及び超音波画像収集の両方を利用するイメージングシステムの略図が描かれる。Ｘ線源３０はＸ線放射３１を生成し、これはＸ線検出器３２の方へ向けられるコーンビームとして例示的に具体化される。Ｘ線検出器３２は、ピクセルアレイに配列される複数の個別検出器ピクセル素子を有する二次元Ｘ線検出器として例示的に具体化されるが、これは図１には詳細に描かれない。Ｘ線放射３１の経路内に、関心オブジェクト３６、経カテーテル器具の器具先端が描かれる。関心オブジェクト３６は二次元Ｘ線検出器３２上に投影３８を生成する。従って、Ｘ線源３０とＸ線検出器３２上の関心オブジェクト３６の投影３８との間のベクトル若しくは線４８が確立され、その線４８上に関心オブジェクト３６も配置される必要がある。

さらに、超音波トランスデューサ３４として例示的に具体化される超音波イメージング装置が図１に示される。超音波トランスデューサ３４は、ここでは関心オブジェクト３６の方へ向けられる超音波透過３５を生成している。超音波トランスデューサ３４からＸ線源３０への第一の線若しくはベクトル４２ａ並びに超音波トランスデューサ３４から関心オブジェクト３６の投影３８への第二のベクトル若しくは線４２ｂが図１に描かれる。第一の超音波面４２はこのように超音波トランスデューサ３４、Ｘ線源３０及び関心オブジェクト３６の投影３８の空間内の点によって確立される。言い換えれば、超音波面は経路若しくはベクトル４２ａ，ｂ及び４８によって確立される。

第一の超音波面４２を確立することはＸ線画像情報４０と超音波画像情報４２の間の既知の空間的関係を要し、これは上記二つの画像情報の間の空間的関係を得るためにＣアーム収集幾何学情報及び超音波画像情報のレジストレーション動作によって実行され得る。既知の画像処理技術若しくはＥＭトラッカ素子を用いる電磁トラッキングのような追加手段が上記レジストレーション動作のために利用され得る。上記第一の超音波面４２で、関心オブジェクト３６の空間内の位置もわかる。その後、第二の超音波面４４について、この関心オブジェクト３６の既知の位置が超音波トランスデューサ３４の位置と一緒に超音波トランスデューサ３４と関心オブジェクト３６の間の線若しくはベクトル５０を確立する。従って第二の超音波面４４は、上記第二の超音波面４４が常に線５０を有すると仮定することによって関心オブジェクト３６を常に有し、その結果、例えばイメージングシステム５４のオペレータによって任意に選ばれ得る自由度４６を可能にする。言い換えれば、追加の超音波画像面４４は超音波トランスデューサ３４と関心オブジェクト３６の間の線５０まわりに回転され得る。第一の超音波面４２と第二の超音波面４４の一つの好適なアライメントは、インターベンション術者のために何らかの三次元基準フレームを確立するために両面を互いに垂直に配置するものである。

ここで図２を参照すると、本発明にかかる超音波画像収集のためのシステムの一実施形態例が描かれる。

例示的なアプリケーションシナリオはＸ線源３０とＸ線検出器３２を有するＣアーク３３を利用し、Ｘ線放射３１はＸ線源３０によって生成されてＸ線検出器３２の方へ向けられる。検査されるオブジェクト５２はＸ線放射３１の経路内に配置され、これは経カテーテル手術を受けることになり、関心オブジェクト３６、例えば経カテーテル器具がオブジェクト５２に適切に挿入される。超音波トランスデューサ３４は検査されるオブジェクト５２の近くに、特に食道に配置され、ＴＥＥ超音波源として具体化される。しかしながら上記特定の実施形態は図２には描かれず、これはむしろ一般的な超音波トランスデューサ３４をあらわしている。

第一の超音波面４２はＸ線源３０、関心オブジェクト３６の投影３８、及び超音波トランスデューサ３４によって三次元空間において確立される。

イメージングシステム５４は、キーボード及び手動入力装置として例示的に具体化される制御素子５８を持つ処理素子５６、並びにＸ線画像情報と第一及び第二の超音波画像情報のうちの少なくとも一部の画像情報を表示するための表示ユニット６０を有する。イメージングシステム５４のオペレータは手術を支援するために操作しているインターベンション術者へディスプレイ６０ａ上に適切な画像情報を提供し得る。関心オブジェクト３６の空間内三次元位置を決定することによって、トランスデューサ３４と関心オブジェクト３６の間の線５０が確立され、図２に描かれていない第二の超音波面４４が確立されることを可能にし、これはオペレータとインターベンション術者の一方の判断で線５０まわりに回転され得る。

ここで図３を参照すると、本発明にかかる超音波画像収集のための方法の一実施形態例が描かれる。

図３は、Ｘ線画像情報と超音波画像情報を受信するステップ１２、Ｘ線画像情報において関心オブジェクトを検出するステップ１４、及び関心オブジェクトが第一の超音波画像面内にあるように二次元超音波画像収集をステアリングするステップ１６を有する、超音波画像収集のための、特に超音波画像情報において関心オブジェクトを追跡するための方法１０を記載する。レジストレーション手順１８はＸ線画像情報と超音波画像情報の空間的関係を得るのに役立つ。決定された第一の超音波画像面は視覚化され得る２０。第二の超音波画像面に対応する第二の超音波画像情報が取得可能であり得２２、これも第一の超音波画像面とＸ線画像情報の少なくとも一つと別々に若しくは共同で視覚化され得る。オペレータは各画像面の少なくとも一つの中に関心オブジェクトがあることを支援するために第一の超音波画像面と第二の超音波画像面の少なくとも一方の厚さを調節し得る２４。

１０ 超音波画像収集のための方法
１２ Ｘ線画像情報と超音波画像情報を受信
１４ Ｘ線画像情報において関心オブジェクトを検出
１６ 二次元超音波画像収集をステアリング
１８ Ｘ線画像情報と超音波画像情報をレジストレーション
２０ 視覚化
２２ 第二の超音波画像情報を取得
２４ 超音波画像面のスライス厚を調節
３０ Ｘ線源
３１ Ｘ線放射
３２ Ｘ線検出器
３３ Ｃアーク
３４ 超音波トランスデューサ
３５ 超音波透過
３６ 関心オブジェクト
３８ 投影
４０ Ｘ線画像情報
４２ 第一の超音波画像面
４４ 第二の超音波画像面
４６ 自由度
４８ 線 Ｘ線源‐関心オブジェクト投影
５０ 線 超音波トランスデューサ‐関心オブジェクト
５２ 検査されるオブジェクト
５４ イメージングシステム
５６ 処理素子
５８ 制御素子
６０ 表示ユニット

Claims (11)

1. 超音波画像収集のための、特に超音波画像情報において関心オブジェクトを追跡するための方法であって、
   Ｘ線画像情報と超音波画像情報を受信するステップと、
   前記Ｘ線画像情報において関心オブジェクトを検出するステップと、
   前記関心オブジェクトが第一の超音波画像面内にあるように二次元超音波画像収集をステアリングするステップとを有する、方法。
2. 前記Ｘ線画像情報と前記超音波画像情報の空間的関係を得るために前記Ｘ線画像情報と前記超音波画像情報をレジストレーションするステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記第一の超音波画像面がＸ線源、超音波源、及び前記Ｘ線画像情報における前記関心オブジェクトの投影を有する、請求項１乃至２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記第一の超音波画像面の二次元超音波画像情報を視覚化するステップをさらに有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記超音波源がＴＥＥ超音波源であり、及び／又は
   前記関心オブジェクトがインターベンション装置である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記超音波源と前記関心オブジェクトを有する第二の超音波画像面に対応する第二の超音波画像情報を、前記第二の超音波画像面を配向するための自由度が得られるように取得するステップをさらに有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第一の超音波画像面と前記第二の超音波画像面の少なくとも一つの厚さを、前記関心オブジェクトが各画像面の少なくとも一つの中にあるように調節するステップをさらに有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 超音波画像収集のための、特に超音波画像情報において関心オブジェクトを追跡するためのシステムであって、
   Ｘ線源とＸ線検出器を持つＸ線システムと、
   超音波システムとを有し、
   前記システムが請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成される、システム。
9. 処理素子と、
   制御素子と、
   表示ユニットをさらに有する、請求項８に記載のシステム。
10. 超音波画像収集のための、特に超音波画像情報において関心オブジェクトを追跡するためのコンピュータプログラムが記憶される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、処理素子によって実行されるときに請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成される、コンピュータ可読媒体。
11. 超音波画像収集のための、特に超音波画像情報において関心オブジェクトを追跡するためのプログラム要素であって、前記プログラム要素は、処理素子によって実行されるときに請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成される、プログラム要素。

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