JP4266578B2 - 血管内人工補装具の展開を表示するための方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線学におけるステレオ撮影法（stereoscopic imaging method）に関する。詳細には、本発明は、血管内にある一般にステント（stent）と呼ばれる血管内人工補装具の表示に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ステントは、血管または動脈の直径を広げる、すなわち増加させるために広範に用いられている人工補装具である。こうしたステントは、半径方向に展開できるようになっている周期的な格子構造を有する概して円筒状の要素である。血管内へのステントの植え込みを含む外科的処置の間では、オペレータはステントが満足の行くように位置決めされかつ展開されたことを確認しなければならない。これを確認することは、新たな狭窄、すなわち、血管壁の新たな退縮（ｒｅｔｒａｃｔｉｏｎ）が引き続き起こるリスクを回避するためには不可欠である。この目的のため、オペレータは、ステントをその内部に植え込ませた患者の血管または動脈を表示させるようなＸ線アンギオグラフィを実施する。この技法の欠点は、その画像が投影により得られていること、したがって、ステントの２次元像しか得られないことである。オペレータは、血管内超音波（ＩＶＵＳ）技法を用いて血管を表示させ、例えば、ステントの軸方向の断面像を得ることがある。しかし、これらの技法では、ＩＶＵＳイメージング装置に接続した専用カテーテルの端部の位置に付けた超音波プローブを血管内に挿入することが必要である。
【０００３】
さらに、ステントは、その厚さが小さいため、Ｘ線アンギオグラフィ画像上で表示させることが特に困難である。この不透明度の低さは、一般に、ステントを製作するための材料の密度が低いこと、並びにステントが格子形態の幾何学構成であって何もない空間の比率が高いこと、に起因している。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施の一形態では、ステントなど周期的構造を有する要素を表示させるための方法であって、その画像が、Ｘ線源など放射線源を提供するための手段と、この線源の反対側に配置させた検出手段とを備える放射線撮影装置により収集されており、取得した画像を次式の全体拡大率により表示させているような方法を提供する。
（ｆ_S／ｆ_CSF）×ＥＳＤ×（π／１８０）
上式において、ｆ_Sは１ミリメートルあたりのライン対の数を単位とするステントの空間的周期の逆数にあたる基本周波数であり、ｆ_CSFは１度あたりのサイクル数を単位とするヒトの眼のコントラスト感度最大値に対応する空間周波数であり、かつＥＳＤは画像を表示するための手段とこれらの画像を観察している観察者との間のミリメートルを単位とする予測距離である。
【０００５】
本発明の実施の一形態は、ステントなどの周期的構造を有する要素を表示させるためのシステムであって、放射線源を提供するための手段と、この線源の反対側に配置させた検出手段と、表示手段と、本方法の実施のための処理手段と、を備えるような放射線撮影装置内に画像収集のための手段を含んでいるシステムである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態は、純粋に例示的であって限定的でない以下の説明を添付の図面と共に読むことによってより十分に理解されよう。
【０００７】
特に画像をある拡大率で表示させるためには、表示を目的として取得した画像に以下の値に等しい数値ズームを適用すると有利である。
【０００８】
Ｍ_Z＝（π×ｆ_S×ＥＳＤ×ＦＯＶ×ＳＯＤ）／（１８０×ｆ_CSF×ＦＯＤ×ＳＩＤ）
上式において、ＦＯＶは検出手段上での画像の投影域を意味し、ＳＯＤは線源と表示しようとする周期的要素との間の距離であり、ＦＯＤは表示手段上での画像の表示域を意味し、かつＳＩＤは線源と検出手段の間の距離である。
【０００９】
本発明の実施形態により、従来のＸ線撮影装置を用いてステントを観察する際の条件が改善されるので有利である。
【００１０】
本発明の実施形態により、ヒトの眼の特性と画像収集装置の特性を考慮に入れながら、ステントを表示させるための最適条件が得られるので有利である。
【００１１】
本方法を実現させている実施の一形態では、取得した画像上で、基本周波数ｆ_Sの倍数にあたる空間周波数に対応した周波数成分を強調させている。この方法では、表示画像上でのステントのコントラストが改善され、その周期的構造が強調されることになる。
【００１２】
１つの表示装置上に幾つかの画像を並列に表示できるので有利である。より具体的には、本放射線撮影装置はその要素に焦点をあてた少なくとも２つの画像の収集を実行し、この画像を対にして１つのステレオ表示装置上に表示することができる。ステレオ・ディスプレイにより、オペレータに要素のレリーフ像が提供され、患者の静脈や動脈内での展開をより適正に評価することができる。詳細には、線源及び検出手段が少なくとも１つの軸の周りでそれ自体を基準として回転可能であるような１つのアーチの上に取り付けられているため、このアーチの２種類の角度位置に対応して少なくとも２系列の画像収集を、これら２系列の収集の間で後者を回転させる角度が概ね１．５〜２度となるようにして実行することができる。
【００１３】
表示される要素の構造の認識周波数（apparent frequency）ｆ_CSFは、観察角度１度あたり３〜８サイクルの範囲で選択することが好ましい。これらの周波数は、ヒトの眼のコントラスト感度関数ＣＳＦの最大値に対応した周波数を概してその内部に位置させているような範囲に対応する。
【００１４】
さらに、表示させる要素を位置特定しかつ追跡し、その位置に従って表示装置上の画像を安定化させる技法を利用することが可能である。
【００１５】
図１は、ステント構造の一例を表している。この図において、ステント１は、約０．１０ｍｍの厚さをもつワイヤ状の要素２を備えており、これらの要素は結合されて概して円筒状の格子構造を生成させている。この特有の構造のため、ステント１は半径方向に拡張させたり、退縮させたりすることができる。心臓学では、ステントは約２〜４ｍｍの直径と１０〜４０ｍｍの長さとを有している。ステントは展開させた後では、その周期Ｔが概ね１．５ｍｍであるような周期的構造を形成している。
【００１６】
従来の画像解析技法は、その画像を空間周波数のスペクトルに分解することを含んでいる。この空間周波数とは、画像内での１ミリメートルあたりの連続する明暗のライン数（ライン対数：pairs of lines）を意味している周波数のことである。一方において、ステントの幾何学構成の周波数スペクトルでは次式、
ｆ_S＝１／Ｔ
で定義される基本周波数ｆ_Sの倍数であるような空間周波数の位置に振幅ピークが現れることが分かっている。
【００１７】
図１に示すステントの場合では、ｆ_Sは１ミリメートルあたり０．７ライン対（pairs of lines: ｐｌ）である。
【００１８】
他方において、低コントラストの細かい格子からなる正弦波パターンに対するヒトの眼の感度は、帯域通過フィルタと同タイプの応答を有することが示されている。この応答はコントラスト感度関数（ＣＳＦ）により与えられる。例えば、１平方メートルあたり概ね１０〜１００カンデラ（ｃｄ）の照明強度では、観察角度１度あたり３〜８サイクルの周波数を有する格子の場合にこの関数は最大値を有する。Ｗａｔｓｏｎら（「Ｗｈａｔ ｄｏｅｓ ｔｈｅ ｅｙｅ ｓｅｅ ｂｅｓｔ？」（Ａ．Ｂ．Ｗａｔｓｏｎ、Ｈ．Ｂ．Ｂａｒｌｏｗ及びＪ．Ｇ．Ｒｏｂｓｏｎ，Ｍａｃｍｉｌｌａｎ Ｊｏｕｒｎａｌｓ Ｌｔｄ．，１９８３））により、眼で検出される最適周波数は３４０ｃｄ／ｍ²の照度において観察角度１度あたり６〜８サイクルであると評価されている。
【００１９】
上述の知見を考慮に入れると、オペレータは、
１）ＣＳＦの最大値の対応した空間周波数においてステント画像を表示させること、
２）画像の最適コントラストを得るように基本周波数ｆ_Sの倍数にあたる空間周波数に対応した画像の周波数成分を強調させること、
３）専用画面上に画像をステレオ像で表示させること、
という方式によりステントの表示を改善させることが望ましい。
【００２０】
一番目については、表示画像を拡大させ、ステントがＣＳＦの最大値に対応する周波数で表示できるようにすることが望ましい。図２は画像取り込み装置の模式図である。この装置は、患者をその上に配置させている寝台３と、患者の身体でステント１を配置させる部分（例えば心臓６）を照射しているＸ線源４と、患者の画像をその上に投影させている検出器７とを備えている。図３は、
（１）画像取り込み装置が実施する投影に起因する幾何学的拡大率Ｍ_G、
（２）画面上への表示に起因する光学的拡大率Ｍ_O、
（３）表示する画像に対するズームに対応した拡大率Ｍ_Z、
という利用される３つの拡大率を表している。
【００２１】
拡大率Ｍ_Gは、線源４と患者の心臓６との間の距離ＳＯＤに対する線源４と画像取り込み装置の投影面７との距離ＳＩＤの比、すなわち、
Ｍ_G＝ＳＩＤ／ＳＯＤ
である。
【００２２】
光学的拡大率Ｍ_Oは、画像の投影域ＦＯＶ（すなわち、検出器７の大きさ）に対する画像の表示域ＦＯＤ（すなわち、画面８の大きさ）の比、すなわち、
Ｍ_O＝ＦＯＤ／ＦＯＶ
である。
【００２３】
全体拡大率Ｍ_G×Ｍ_O×Ｍ_Zにより、画面８から距離ＥＳＤの位置にあって画像を観察しているオペレータの眼９がＣＳＦの最大値に対応する空間周波数ｆ_CSFでステントの構造を認識できるようにする必要がある。このことは次式、
（Ｍ_G×Ｍ_O×Ｍ_Z）／ｆ_S＝（ＥＳＤ×π）／（ｆ_CSF×１８０）
という条件に対応する。
【００２４】
この式から、オペレータによるステントの最適な表示を可能とする拡大率Ｍ_Z、すなわち、
Ｍ_Z＝（π×ｆ_S×ＥＳＤ×ＦＯＶ×ＳＯＤ）／（１８０×ｆ_CSF×ＦＯＤ×ＳＩＤ）
を導出することができる。
【００２５】
例えば、概ね３０ｃｄ／ｍ²で動作しているモニタ上に表示されるアンギオグラフィ画像では、１度あたり４サイクル、すなわち、
ｆ_CSF＝４ｐｌ／度
という最適と見なせる平均値を採用することができる。
【００２６】
その他の変数の場合では以下に示す値、
ＦＯＶ＝２００ｍｍ
ＳＯＤ＝７２０ｍｍ
ＥＳＤ＝５００ｍｍ
ＦＯＤ＝３００ｍｍ
ＳＩＤ＝１０００ｍｍ
ｆ_S＝０．７ｐｌ／ｍｍ
も採用することができる。
【００２７】
これにより拡大率Ｍ_Z＝０．７３が得られる。この拡大率を採用することにより、オペレータはステントをより容易に観察することができる。したがって、オペレータはステント１が満足の行くように位置決めされかつ展開されていることを確認することができる。
【００２８】
二番目については、取得した画像の周波数成分の強度は、基本周波数ｆ_S（図１に示すステントの場合では約０．７ｐｌ／ｍｍ）の倍数にあたる空間周波数に対応して増加させる。この条件は、その応答がｆ_S／Ｍ_Gの倍数を中心とする複数の通過帯域に対応しているフィルタを用いることにより満たすことができる。これにより表示画像上でのステントのコントラストが改善され、その構造を強調させることができる。
【００２９】
三番目については、専用の画面上で画像をステレオ像で表示させるようにステントを中心とした一対の画像を観察することが望ましい。図２では、寝台３は、患者の心臓６がその画像収集装置を支持しているアーチのアイソセンタＯの位置に来るように配置されている。この方法では、線源４と患者の心臓６の間の距離ＳＯＤは撮影した各画像に関して一定に保たれる。ステントを血管の内部空間に位置決めさせかつ展開させた後、第１系列の画像の収集を注入なしで実行する。手術寝台上での患者の位置により、この収集ではステントが中心となるようにする。この収集は、Ｔａｌｕｋｄａｒら（「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｃ−Ａｒｍ Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ Ｘ−ｒａｙ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ」（Ａ．Ｓ．Ｔａｌｕｋｄａｒ及びＤ．Ｌ．Ｗｉｌｓｏｎ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．７，１９９９年７月、６０４〜６１６ページ）の推奨に従って、線源４と画像取り込み装置の投影面７との間の距離ＳＩＤができるだけ最小となるようにして実行する。収集時間は少なくとも１回の心拍周期と等しくしなければならない。この収集中には心電図が記録される。次に、アーチを角度αだけ回転させ、直前の収集と同じ条件下（同じ撮影域ＦＯＶ及び同じ距離ＳＩＤ）で第２系列の収集を実行する。この第２系列の収集の継続時間は、少なくとも１回の心拍周期の継続時間とする。２系列の収集は、角度αだけずらした２つの観察点で実行される。これら２系列の収集により、ステントに関する１系列のステレオ像が構成される。最適なステレオ観察を得るには、輻輳（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）及び調節（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）の両者のために、角度αを２度未満にしておかなければならない。収集した２系列の画像の各々から、その選択された第１面が心拍周期の拡張期の終端の時点に決められるようにして１回の心拍周期に対応して多数の面が選択される。
【００３０】
これらの２つの選択により、同じ画面上、すなわち専用のステレオ観察装置上に並べて表示できるステレオ像が構成される。これらの画像は、上で計算したような拡大率Ｍ_Zで拡大させ、ステントの幾何学的構造の認識される周期をＣＳＦの最大値に対応させることができる。
【００３１】
図４は、画像取り込み装置のアーチの２つの位置を角度αを１０度だけずらした状態で表示している、Ｐａｌｍａｚ−Ｓｃｈａｔｚタイプの人工ステントのステレオ画像の一例である。
【００３２】
図５は、画像取り込み装置のアーチの２つの位置を角度αを１０度だけずらした状態で表示している、Ｗａｌｌｓｔｅｎｔタイプの人工ステントのステレオ画像の別の例である。
【００３３】
さらに、表示品質をさらに向上させるため、上述した表示方法と組み合わせて、画面上でステントが安定化するように血管を追跡する技法を利用することができる。米国特許第５，４５７，７２８号には、アンギオグラフィの系列内で冠動脈を追跡しかつ安定化させる方法が記載されている。
【００３４】
もちろん、本発明の表示方法は、その構造が所与の周波数で反復する幾何学パターンを備えている要素を表示させることが望ましいようなすべての場合に利用することができる。
【００３５】
当業者であれば、構造及び／または工程及び／または機能に関して、特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく様々な修正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】周期的なステント構造の一例である。
【図２】ステレオ画像を取得するために利用される装置を表した図である。
【図３】眼（eye）の最適感度に対応した画像の取得に関連した様々な拡大率を表した図である。
【図４】取得されたステントのステレオ画像の例である。
【図５】取得されたステントのステレオ画像の例である。
【符号の説明】
１ ステント
２ ワイヤ状要素
３ 寝台
４ 線源
６ 心臓
７ 投影面、検出器
８ 画面
９ オペレータの眼

Claims (10)

1. 放射線源を提供するための手段（４）と、前記線源（４）の反対側に配置させた検出と表示のための手段（７）とを備えるタイプの放射線撮影装置によりその画像が収集される周期的構造を有する要素（１）を表示させるための方法であって、
   ｆ_Ｓが、１ミリメートルあたりのライン対の数を単位とするその要素の空間的周期の逆数にあたる基本周波数であり、ｆ_ＣＳＦが、１度あたりのサイクル数を単位とするヒトの眼のコントラスト感度最大値に対応する空間周波数であり、かつＥＳＤが、画像を表示するための手段と該画像を観察している観察者との間のミリメートルを単位とする予測距離であるとして、（ｆ_Ｓ／ｆ_ＣＳＦ）×ＥＳＤ×（π／１８０）
   の全体拡大率で取得した画像を表示させるステップを含む方法。
2. ＦＯＶが検出手段（７）上での画像の投影域を意味し、ＳＯＤが線源（４）と表示しようとする周期的要素（１）との間の距離であるとし、ＦＯＤが表示手段（８）上での画像の表示域を意味し、かつＳＩＤが線源（４）と検出手段（７）の間の距離であるとして、Ｍ_Ｚ＝（π×ｆ_Ｓ×ＥＳＤ×ＦＯＶ×ＳＯＤ）／（１８０×ｆ_ＣＳＦ×ＦＯＤ×ＳＩＤ）
   に等しい数値ズームが表示を意図した取得画像に適用されるような拡大率により画像を表示するステップを含む請求項１に記載の方法。
3. 基本周波数ｆ_Ｓの倍数にあたる空間周波数に対応した周波数成分を取得した画像上で強調させている、前記請求項のいずれかに記載の方法。
4. 前記要素（１）に焦点をあてた少なくとも２つの画像の収集を実行するステップと、ステレオ・ディスプレイ上に画像を対にして表示するステップと、を含む前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記線源（４）と前記検出手段（７）が少なくとも１つの軸の周りでそれ自体を基準として回転可能であるような１つのアーチ上に取り付けられており、前記アーチの２種類の角度位置に対応して少なくとも２系列の画像収集が実行されており、前記２系列の収集の間で後者を回転させる角度が概ね１．５〜２度である、請求項４に記載の方法。
6. ｆ_ＣＳＦが、観察角度１度あたり３〜８サイクルの範囲で選択されている、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
7. 周期的構造を有する要素（１）を表示するための放射線撮影装置であって、（ａ）画像収集のための手段と、（ｂ）放射線源を提供するための手段（４）と、（ｃ）検出手段（７）と、（ｄ）表示手段と、（ｅ）ｆ_Ｓが１ミリメートルあたりのライン対の数を単位とするその要素の空間的周期の逆数にあたる基本周波数であり、ｆ_ＣＳＦが１度あたりのサイクル数を単位とするヒトの眼のコントラスト感度最大値に対応する空間周波数であり、かつＥＳＤが画像を表示するための手段と該画像を観察している観察者との間のミリメートルを単位とする予測距離であるとして、（ｆ_Ｓ／ｆ_ＣＳＦ）×ＥＳＤ×（π／１８０）
   の全体拡大率を演算する処理手段であって、取得された画像を該演算された全体拡大率により表示させる前記処理手段と、を備える放射線撮影装置。
8. 前記要素がステントである、請求項７に記載の装置。
9. 前記処理手段が、ＦＯＶが検出手段（７）上での画像の投影域を意味し、ＳＯＤが線源（４）と表示しようとする周期的要素（１）との間の距離であるとし、ＦＯＤが表示手段（８）上での画像の表示域を意味し、かつＳＩＤが線源（４）と検出手段（７）の間の距離であるとして、Ｍ_Ｚ＝（π×ｆ_Ｓ×ＥＳＤ×ＦＯＶ×ＳＯＤ）／（１８０×ｆ_ＣＳＦ×ＦＯＤ×ＳＩＤ）
   に等しい数値ズームを表示を意図した取得画像に適用しているような拡大率により画像を表示している、請求項７に記載の装置。
10. 基本周波数ｆ_Ｓの倍数にあたる空間周波数に対応した周波数成分を取得した画像上で強調させている、請求項７に記載の装置。

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