JP4374234B2 - 医療的侵襲処置計画の方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は一般的には、イメージング・システムに関し、さらに具体的には、医療的侵襲処置計画においてイメージング・システムで用いられる方法及び装置に関する。
近代医療施設には、医療診断及び撮像システムが備えられている。かかるシステムは、物理的状態を識別し、診断して治療するための極めて有用なツールとなっており、診断のための外科的侵襲処置の必要性を大幅に減じている。多くの場合に、最終的な診断及び治療は、担当医又は放射線技師が、１以上のイメージング・モダリティを介して得られる関連部位及び組織の詳細な画像で従来の検査内容を補完して初めて着手される。
また、鬱血性心不全（ＣＨＦ）における侵襲処置のような侵襲処置を用いることにより医療診断及び治療を行なう場合もある。欧米では約６００万人〜７００万人がＣＨＦに罹患していると推定されている。また、一部のＣＨＦの患者では心臓の電気伝導系に悪影響を与える左脚ブロック（ＬＢＢＢ）が見受けられる。ＣＨＦ及びＬＢＢＢを持つ患者では、心室の脱分極が遅れることから左心室からの送出が遅れ、ＬＢＢＢの存在のため心室の収縮が非対称化して、左心室の収縮が非実効的になる。右心室（ＲＶ）及び左心室（ＬＶ）の両方を同時にペーシングする心同期回復（resynchronization）療法は、ＣＨＦ及びＬＢＢＢを持つ患者の症状を改善するのに実効的であることが判明している。この状態に対する現行の臨床的治療法の一つに侵襲的両室ペーシング療法があり、この療法は、ＲＶ誘導（リード）及び右房（ＲＡ）誘導を配置し、冠状静脈洞（ＣＳ）にシースを配置し、ＣＳアンジオグラムを撮影してＬＶ誘導の配置に適した分枝を画定し、ＣＳの前枝又は後枝にＬＶペーシング用の誘導を配置して、ペーシング信号をＲＶ誘導及びＬＶ誘導に印加してＲＶ及びＬＶを同期させるように同時にペーシングするものである。
米国特許出願公開第２００４／０２２５３３１号
しかしながら、侵襲的な両室ペーシング療法は長時間の処置を必要とする場合があり、ＣＳの解剖学的構造によってＣＳでの誘導配置に失敗する虞があり、或いは誘導自体がＣＳから外れる可能性もある。殆どの場合には、これらの状況は、侵襲処置の時点で初めて識別されて、結果として、処置を放棄するか、或いは外科的切開を用いてＬＶ誘導を心外から配置する第二の処置をスケジュールしなければならない。
一実施形態では、医療的侵襲処置計画に用いられるイメージング・システムが、心画像データ空間を生成する医療スキャナ・システムと、心画像データ空間を取得するデータ取得システムと、心画像データ空間から可視画像を形成する画像形成システムと、データ取得システム及び画像形成システムからの情報を記憶するデータベースと、これら医療スキャナ・システム、データ取得システム、画像形成システム及びデータベースを管理する操作者インタフェイス・システムと、操作者インタフェイス・システムに応答して心画像データ空間を解析して可視画像を表示する後処理システムとを含んでいる。操作者インタフェイス・システムは、両室ペーシング計画、心房細動処置計画又は心房粗動処置計画に心画像データ空間及び可視画像を用いるための命令を含んでいる。
もう一つの実施形態では、医療的侵襲処置に用いられるコンピュータ・システムが、医療的侵襲処置から探触子情報を受け取るデータ・ポートと、侵襲処置計画セッションから取得された情報を記憶しているデータベースと、データ・ポートで受け取った探触子情報及びデータベースに記憶されている情報を管理する命令を含んでいるメモリと、データ・ポートでの情報をデータベースに記憶されている情報と組み合わせて解析するプロセッサと、メモリ及びプロセッサを管理する操作者インタフェイス・システムと、操作者インタフェイスに応答して、データベース内の情報をデータ・ポートでの情報と組み合わせて視覚化する表示器とを含んでいる。
さらにもう一つの実施形態では、医療的侵襲処置計画に用いられる画像を形成する方法が、医療スキャナから心画像データ空間を取得する工程と、セグメント分割によって心画像データ空間を管理する工程と、心画像データをビューイング（viewing）のために処理する工程と、心画像データを可視画像としてビューイングする工程と、後の視覚化、解析及び位置合わせのために心画像データ空間の解剖学的標認点に幾何学的標識を挿入する工程と、解剖学的標認点の幾何学的標識に応じて視覚化可能なパラメータを選択する工程と、可視画像、解剖学的標認点又は測定された視覚化可能なパラメータを画像データベースに保存する工程とを含んでいる。
もう一つの実施形態では、医療的侵襲処置時に心画像データ空間を用いる方法が、画像データベースから処置計画時画像を検索する工程と、処置計画時画像をビューイングする工程と、侵襲処置時に患者の血管に探触子を挿入する工程と、侵襲処置から探触子を挿入した血管の標認点を識別する工程と、侵襲処置の座標系と処置計画時画像の座標系とを位置合わせする工程と、探触子を挿入した血管に対して実時間血管追跡手順を実行するために、挿入したプローブの位置に応じて処置計画時画像を表示する工程とを含んでいる。
例示的な実施形態を示す図面では、類似の構成要素は類似の参照番号を付してある。
ここで、図１〜図３を参照して、限定ではなく例として本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、例えば両室処置計画、心房細動処置計画又は心房粗動処置計画のような医療的侵襲処置計画に用いられるイメージング・システム１００の全体的な模式図である。イメージング・システム１００は、例えば右房及び冠状静脈洞の画像データのような心画像データを生成する医療スキャナ・システム１１０と、医療スキャナ・システム１１０から心画像データを取得するデータ取得システム１２０と、データ取得システム１２０からの心画像データを記憶する取得データベース１３０と、取得データベース１３０に記憶されている心画像データから可視画像を形成する画像形成システム１４０と、画像形成システム１４０からの可視画像を記憶する画像データベース１５０と、医療スキャナ・システム１１０、並びにデータベース１３０及び１５０（一つのデータベースとして結合されていてもよい）内の心画像データ及び可視画像を管理する操作者インタフェイス・システム１６０と、操作者インタフェイス・システム１６０に応答してデータベース１５０内の可視画像を解析して表示する後処理システム１８０とを含んでいる。後処理システム１８０内の後処理ソフトウェアは、データを解析すると共に画像を表示する命令を含んでおり、従ってそのように構成されており、これにより後処理システム１８０を汎用的なポスト・プロセッサから特殊化したポスト・プロセッサへ変換している。可視画像に変換可能な走査データを本書では画像データと呼ぶものとする。
システム通信リンク２１０、２１２、２１６及び２１８、並びにデータベース通信リンク２２０及び２２２が、システム１１０、１２０、１４０、１６０及び１８０、並びにデータベース１３０及び１５０の相互の信号通信の手段を提供している。通信リンク２１０〜２２２は結線されていてもよいし無線であってもよい。操作者インタフェイス・システム１６０は、スタンドアロン型の入出力端末であってもよいし、或いは例えばＤＯＳTM方式コンピュータ・システム、ＡｐｐｌｅTM方式コンピュータ・システム、ＷｉｎｄｏｗｓTM方式コンピュータ・システム又はＨＴＭＬ方式コンピュータ・システム等の多様なコンピュータ・プラットフォームで用いられる多様なコンピュータ言語で書かれた命令を含んでいるコンピュータであってもよい。
操作者インタフェイス・システム１６０は医療スキャナ・システム１１０を管理し、データ取得システム１２０及び画像形成システム１４０を管理し、取得データベース１３０及び画像データベース及び１５０内の情報を処理すると共に管理し、後処理システム１８０での後処理を管理するプロセッサ１７０例えばマイクロプロセッサを含んでいる。操作者インタフェイス・システム１６０はまた、心臓の両室ペーシング計画手順に関連する特定の命令を含んでいるメモリ２００と、例えばキーボード１６２のような利用者入力手段と、例えば表示器１６４及び１６６のような利用者出力手段とを含んでいる。表示器１６４を検査設定向けとし、表示器１６６を視覚表示向けとして構成してよい。代替的には、表示器１６４及び１６６を一つの表示器に一体化してもよい。検査設定は、走査又は走査領域の定義、データ取得制御及びスキャナ画像制御等の入力パラメータを含んでいる。また、操作者インタフェイス・システム１６０を実際の侵襲処置時に用いて、侵襲処置計画時画像及び侵襲処置実時間画像の両方を表示してもよい。このことについては後述する。実際の医療的侵襲処置時に、データ・ポート２０５が例えばカテーテルのような医療的探触子からの情報を受け取って、これにより実際の侵襲処置時に実時間態様で侵襲処置計画データを解析することを可能にする。
医療スキャナ・システム１１０は、一般に心サイクルの開始を画定するＲピーク事象１１４をインタフェイス・ボード１１６を介してスキャナ１１８へ出力する心電図（ＥＫＧ）モニタ１１２を含んでいる。インタフェイス・ボード１１６はスキャナ・データとＥＫＧモニタ・データとの間の同期を可能にする。代替的には、インタフェイス・ボード１１６を用いてＥＫＧモニタ１１２をスキャナ１１８に結合させてもよい。インタフェイス・ボード１１６の一例はガントリ・インタフェイス・ボードである。スキャナ１１８の例として心撮像を支援する心臓計算機式断層写真法（ＣＴ）システムがあるが、但し、図示のスキャナ１１８は例を挙げる目的のみで掲げられており、当技術分野で公知のその他のイメージング・システムを用いてよい。他のイメージング・システムの例としては、限定しないが、Ｘ線システム（従来のイメージング・システム及びディジタル又はディジタル化イメージング・システムの両方を含む）、磁気共鳴（ＭＲ）システム、陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）システム、超音波システム、核医学システム及び３Ｄフルオロスコピー・システムがある。医療スキャナ・システム１１０はまた、運動していない心臓、典型的には心拡張相での心臓を撮像するためのＥＫＧゲート式取得能力又は画像再構成１３５能力を含んでいる。医療スキャナ・システム１１０はさらに、画像データを取得し、このデータを利用可能な形態へ変換した後に処理して、患者の体内の関心のある諸特徴の再構成画像を形成するサーキットリを含んでいる。撮像過程ではしばしば何らかの種類の物理的走査又は電子的走査が行なわれることから、イメージング・システムの形式を問わず、画像データ取得及び処理サーキットリをしばしば「スキャナ」と呼ぶ。システムが異なれば物理的構成及びデータ処理の必要条件も異なるため、システム及び関連サーキットリの具体的な構成要素は、イメージング・システム間で大幅に異なっている。しかしながら、具体的なイメージング・システムの選択を問わず本発明を適用し得ることは理解されよう。
データは、スキャナ１１８から、データ取得システム１２０においてデータ取得を、また画像形成システム１４０において画像形成を実行するソフトウェアを含んでいるサブシステム２３０へ出力される。データ制御は、操作者インタフェイス・システム１６０によって供給されるか、或いは通信リンク２１２を介してサブシステム２３０内部で供給される。スキャナ１１８から出力されたＲピーク事象１１４を含めたデータは、取得データベース１３０に記憶される。システム１２０でのデータ取得は、心撮像、明確に述べると、右房及び／又は冠状静脈洞の撮像に最適化された１以上の取得プロトコルに従って実行される。システム１４０での画像形成は、ＣＴ画像データ集合の自動画像セグメント分割に最適化された１以上の３Ｄプロトコルを用いて実行され、これにより右房及び／又は冠状静脈洞の内面の画像を形成する。
画像形成システム１４０からの画像データは、リンク２１２を介して操作者インタフェイス・システム１６０へ連絡される。検査設定及び視覚化のために操作者インタフェイス・システム１６０においてソフトウェアによって用いられる画像データは、画像データベース１５０に記憶される。画像データはアーカイブ１６７に保管されてもよいし、フィルム１６８に印刷されてもよいし、又は３Ｄ後処理を含めた解析及び精査のためにネットワーク１６９を介して後処理システム１８０へ送られてもよい。後処理システム１８０で用いられる後処理ソフトウェアは、心画像空間データのセグメント分割を実行して、右房及び冠状静脈洞血管のような関連する下位構造を抽出し、下位空間又は下位構造の３Ｄモデルを画定する。後処理ソフトウェアはまた、パノラマ型ビュー（immersible view、没入図）（又はナヴィゲータ・ビュー）すなわち右房及び冠状静脈洞の内部から見た視覚化を含めた３Ｄレンダリングを提供する。これらの特殊なビューは３Ｄレンダリング・ファイル１８２に保存され、またこれらの構造及び下位構造の幾何学的モデルは３Ｄモデル・ファイル１８４に保存される。これらのビュー及びモデルは画像データベース１５０に記憶されて、侵襲処置の医療的計画時又は侵襲処置自体を行なう際のいずれかに、例えば代替的に侵襲時画像とも呼ばれる３Ｄフルオロスコピー手順時の投影画像と組み合わせる等により操作者インタフェイス・システム１６０の操作者によってビューイングされ得る。冠状静脈洞の場合には、血管の内面は３Ｄレンダリング１８２及び３Ｄモデル１８４で明瞭に画定される。３Ｄモデル１８４は、解剖学的すなわち幾何学的標認点、例えば右房、冠状静脈洞又はテベシウス弁（thebesian valve）等を含んでいてよく、これらの標認点を用いて、３Ｄモデル１８４と、侵襲処置時に操作者インタフェイス・システム１６０でビューイングされるそれぞれの解剖学的構造の座標系とを３Ｄ位置合わせすることにより、後続の侵襲処置時に３Ｄモデル１８４を例えば３Ｄフルオロスコピー手順時の投影画像と同時併用することが可能になる。侵襲処置時にビューイングされる解剖学的構造に関連する座標系を侵襲時座標系と呼ぶものとする。３Ｄモデル１８４は、次の幾つかのフォーマットの一つとしてエクスポートすることができる。すなわち、ワイヤ・メッシュ幾何学モデル、立体幾何学モデル、各々の画像スライスに関連した等高線集合、二値画像のセグメント分割空間、経路長で符号化した二値セグメント分割マスク（セグメント分割マスクは関心ボクセルの位置を表わす）、又は放射線治療（ＲＴ）対象標準又は類似の物体を用いた医療ディジタル撮像対象である。当技術分野で公知のその他のフォーマットを用いて３Ｄモデル１８４を記憶しエクスポートしてもよい。加えて、操作者は、表示器１８６上で３Ｄレンダリング１８２及びモデル１８４をビューイングすることができる。３Ｄレンダリングは、侵襲型システムが同一の配向で３Ｄモデルをどのようにレンダリングし得るかを指定する３Ｄカメラ情報（例えば３Ｄ位置、視角及びビュー・アップ・ベクトル）を含んでいてよい。もう一つの実施形態では、操作者インタフェイス・システム１６０は後処理システム１８０の機能を組み込んでいてもよい。さらにもう一つの実施形態では、表示器１８６は表示器１６４及び１６６と一体化していてもよい。
後処理システム１８０のソフトウェアは、血管追跡を実行するための解析的方法を含んでおり、この方法は操作者インタフェイス・システム１６０の利用者に対して、冠状静脈洞、又は他の関心のある血管の様々なパラメータ、例えば血管又は血管セグメントの直径及び経路長、血管の重要な分枝、血管の曲率の度合い（屈曲度）、並びに血管内の閉塞度等を解析してビューイングする能力を提供する。本発明の実施形態に従って血管追跡を実行する能力は、操作者に対して、患者の身体に解析用探触子を物理的に挿入せずに両室ペーシング計画手順時に解析的検査を実行する能力を提供する。後処理ソフトウェアはまた、回転及び等角ビューイング等の公知の３Ｄモデル操作手法を用いて、操作者が、例えばＣＳ又はその分枝の３Ｄモデルを、断面ビュー（この場合には平面は血管の中心線に位置する方向ベクトルに対して垂直である）及び長手方向断面ビュー（この場合には平面は血管のセグメントに平行で且つこれを含んでいる）等のように異なる平面で視覚化することを可能にする。後処理ソフトウェアはまた、曲線再編成ビュー（この場合には血管追跡情報が単一のビューに投影されている）、及び「ルーメン・ビュー（lumen view、管腔内壁ビュー）」（この場合には血管は直線化されて、測定／解析目的で一つの平面内で表示される）を含めたＣＳの「歪み（warped）」ビューを提供する。血管追跡後処理ソフトウェアはまた、ＣＳの中心線に幾何学的標識を配置して、血管の中心線に沿って血管のベクトル追跡を実行する能力を含んでいる。
後処理ソフトウェアはまた、動脈相及び静脈相の両方での造影剤強調検討のために冠状静脈洞を追跡し得るように、血管追跡セグメント分割に用いられる動的セグメント分割閾値を自動調節するアルゴリズムを含んでいる。冠状静脈洞内でのボクセルの強度は、血液が画像強度に及ぼす影響のため動脈相データ取得からの画像での方が低いので、正確なセグメント分割撮像を得るためにはセグメント分割閾値を適当に調節しなければならない。画像輝度は、セグメント分割に先立って、動脈相検討を行なうか静脈相検討を行なうかに従って確定される。動脈相検討又は静脈相検討の異なる画像コントラストを自動識別する後処理ソフトウェアの能力を造影剤強調セグメント分割解析と呼び、これについては図３を参照して後述する。
ここで図２について説明する。流れ図は、心ＣＴで形成された画像データを医療的侵襲処置計画、さらに明確に述べると、両室ペーシング計画に用いる方法３００の一例を示している。この方法３００の例は、イメージング・システム１００の利用と組み合わせて用いることができる。
方法３００はステップ３０５から開始し、このステップでは右房及び／又は冠状静脈洞に最適化したプロトコルを用いて心ＣＴスキャナ１１８でデータ空間を取得する。利用可能なプロトコルの一例は、ゲート式再構成をヘリカル・スキャン取得手法と併用した血管撮像プロトコルである。実施形態の一例では、血管撮像プロトコルによって用いられるパラメータは、単一セクタ型又はマルチ・セクタ型心臓再構成を用いて、０．５秒のガントリ周期、０．３７５の螺旋ピッチ・ファクタを含んでいてよい。パラメータはまた、１２０キロボルト、２５０ミリアンペア、及びマルチ・スライスＣＴスキャナ上で１．２５ミリメートルの画像厚みを含んでいてよい。データ空間の生成は、多数の連続的時間スライス分の走査データを結合することにより行なわれる。
ステップ３１０では、右房及び／又は冠状静脈洞の内面に関連するデータを抽出するように設計されている３Ｄプロトコルを含んでいる後処理ソフトウェアを用いてデータをセグメント分割することにより、画像データ集合の管理を行なう。データ集合からのデータのセグメント分割とは、例えば右房若しくは冠状静脈洞のような関心のある解剖学的標認点、又は外部の解剖学的標識（例えば患者にとって外部の標識）に関連するデータ集合の特定の部分の抽出を指す。図１を参照して述べたような操作者インタフェイス・システム１６０を介した操作者からの入力は、データ集合を右房アルゴリズムに従って管理すべきか或いは冠状静脈洞アルゴリズムに従って管理すべきかを判定するのに必要な情報を提供する。実施形態の一例では、後処理ソフトウェアの機能は、血管追跡解析及び画像輝度閾値選択を含んでいてよい。ステップ３１０でのデータ管理工程は、操作者からの１以上の指示を必要とする場合があり、この間には操作者が工程を進めることができる。これらの指示は典型的には、例えば、血管追跡を容易にするためにＣＳの原点及びＣＳの各々の分枝の末梢端に点を指定する等を含んでいる。３Ｄプロトコルは、走査対象について、既定のビュー、及び画像データに対して実行することのできる既定の処理工程を含んでおり、これにより、３Ｄセグメント分割、視覚化、解析及びエクスポートの手順を自動化することができる。自動化工程の利用は操作者インタフェイス・システム１６０において管理され、この場合には、例えば右房又は冠状静脈洞のいずれを解析すべきか等の従うべき適当な自動化手順を操作者が選択する。
ステップ３１５では、ビューイング用画像データの処理を実行して３Ｄモデルを形成する。
ステップ３２０では、多平面空間再編成（ＭＰＶＲ）、最大強度投影（ＭＩＰ）、３Ｄサーフェス・レンダリング又はボリューム・レンダリング（ＶＲ）を用いて、右房及び／又は冠状静脈洞をパノラマ型ビュー（すなわち内部から見たビュー）を含めてビューイング又は視覚化する。心空間解析及び心画質解析のための多様な３Ｄソフトウェア・パッケージが入手可能である。
ステップ３２５では、操作者は後続の視覚化又は解析のために空間内の解剖学的標認点に例えば球面等の幾何学的標識を挿入する。多数の幾何学的標識及び幾何学的標認点を一度に挿入して視覚化してよい。幾何学的標認点は、解剖学的標認点、例えば冠状静脈洞の内面とは異なる配色方式で視覚化することができる。代替的には、空間内の幾何学的標認点に幾何学的標識を挿入し、幾何学的標認点を不透明な態様でビューイングした状態で半透明態様で冠状静脈洞を視覚化してもよい。さらに、異なる幾何学的標識を用いて異なる解剖学的標認点を識別することができ、これにより多数の空間を異なる半透明度でレンダリングすることが可能なる。例えば、心臓のモデルを半透明態様でレンダリングし、ＣＳのモデルを不透明態様でレンダリングすることができ、これにより、心臓全体のコンテクストにおいてＣＳをビューイングすることが可能になる。ステップ３１５を参照して上に述べたようなボリューム・レンダリング・ツールを用いて本工程を実行することができる。本発明の例示的な実施形態では、操作者が視覚化及び標認点識別手順を通して工程を進めることができる。
ステップ３３０では、操作者は、ステップ３２５で挿入された解剖学的標認点に関連する幾何学的標識を選択することにより、例えば冠状静脈洞の直径、冠状静脈洞の経路長、冠状静脈洞の重要な分枝のビューイング、冠状静脈洞の曲率（屈曲度）の定量化、並びに冠状静脈洞内部の閉塞度及び狭窄度の定量化等のように、測定されるか又はビューイングされるべき視覚化可能なパラメータを選択し、これにより、後処理ソフトウェアは次いで、選択されたパラメータを計算して測定値又はビューの表示を行なう。この解析に適当な３Ｄレンダリングには、曲線再編成及びルーメン・ビューがある。
ステップ３３５では、医療的侵襲処置計画手順時に視覚的な参照を行なうために要請された特定の３Ｄモデル又は３Ｄレンダリング（３Ｄビュー）を保存する。かかる３Ｄビューは、視覚化可能な心画像、解剖学的標認点、又は測定された視覚化可能なパラメータを含んでいてよい。３Ｄビューは、フィルム上に又はマルチメディア・フォーマットで、業界標準の医療ディジタル撮像画像を含めた多様な態様で保存することができる。これらの３Ｄビューはまた、フルオロスコピー・システムによる投影画像と合成することもできる。フルオロスコピー・システムは、実時間Ｘ線画像を得るために患者及び患者の背後の検出器に関して正確な配向でＸ線管を配置することを含み得る。適正な配向は、３Ｄレンダリング又は３Ｄモデル自体において視角配向情報を指定する後処理解析の際に決定される３Ｄ視角に基づいている。フルオロスコピー・システムは、処置時にカテーテルをガイドする一つの方法の例である。
ステップ３４０では、選択したフォーマットを用いて右房及び／又は冠状静脈洞の３Ｄモデルを画像データベースにエクスポートする。可能なフォーマットとしては次のものがある：ワイヤ・メッシュ幾何学的モデル、立体幾何学的モデル、各々の画像スライスに関連した一連の等高線、セグメント分割した二値画像空間、経路長で符号化した二値セグメント分割マスク、及び放射線治療医療ディジタル撮像業界標準で用いられている放射線治療医療ディジタル撮像対象のような医療ディジタル撮像対象等である。実施形態の一例では、二値画像のすべての不関連データをゼロにして、セグメント分割後の二値画像空間がノン・ゼロ情報のみを含むようにする。ボクセルの値はＣＴ減弱に対応しており、ハンスフィールド単位で表現された組織の密度がセグメント分割後の二値画像空間を構成する。もう一つの実施形態では、二値セグメント分割マスクによって元の空間自体の内部で関連するすべてのボクセルの位置を指定する。
ステップ３４５では、エクスポートされた３Ｄモデルを操作者インタフェイス・システムに入力する。
ステップ３５０では、３Ｄモデル１８４を、ステップ３２５で識別した対応する標認点と位置合わせする。３Ｄモデル１８４は剛体又は非剛体位置合わせ手法を用いて操作者インタフェイス・システムの座標系で位置合わせすることができる。剛体位置合わせ手法は典型的には、少なくとも３点の解剖学的標認点の識別を必要とする一方、非剛体位置合わせ手法は、３点よりも多い解剖学的標認点の識別を必要とする。剛体位置合わせの場合には、侵襲処置時に３Ｄモデル１８４を平行移動又は回転させて、侵襲型システムによって撮像又は識別される位置の分かっている標認点と揃えることができる。追加の標認点を用いて、最もよくフィットする変換（平均自乗誤差の観点で）を算出するようにしてもよい。例えばＣＳの開口の近くの血管追跡の中心線を用いて、侵襲型システム座標系での３Ｄモデルの位置合わせを容易にすることもできる。非剛体位置合わせの場合には、３Ｄモデル１８４を伸縮させたり歪ませたりすることもできる。
ステップ３５５では、操作者インタフェイス・システムを介してモデルをさらに視覚化し、選択した視覚化可能なパラメータをモデルにマッピングする。以上に述べた例示的な実施形態は一つの３Ｄモデルを参照している。しかしながら、本実施形態を、心臓イメージング・システムによってエクスポートされ操作者インタフェイス・システムにインポートされる任意の数の３Ｄモデルまで拡張することもできる。
ここで図３について説明する。本発明の実施形態に従って動脈相及び静脈相の両方での造影剤強調検討を行なうための冠状静脈洞の血管追跡の動的セグメント分割閾値を自動確定する方法３７０の流れ図が示されている。図３のアルゴリズムは後処理システム１８０の後処理ソフトウェアに含まれている。
方法３７０はステップ３７５で開始し、このステップでは、元の処置計画ＣＴ空間データ（心画像データ空間）を画像データベース１５０から受け取る。ステップ３８０では、比較測定、画像ヘッダ情報又は利用者入力のいずれかによって、動脈相造影剤検討又は静脈相造影剤検討のいずれを精査するかを決定する。
静脈相造影剤検討を精査するならば、工程ロジックはステップ３８５へ移り、データ空間を先ずフィルタ処理して心室血液プールを除去する。ステップ３９０では、利用者に対して、例えばＣＳの開始点及び１以上の末梢点等の血管追跡点の入力を促す。ステップ３９５では、後処理ソフトウェアは本書で説明した血管追跡方法を用いてＣＳに対して血管追跡手順を実行する。ステップ４００では、例えば曲線再編成、ルーメン・ビュー又はナヴィゲータ・ビューを用いて、追跡したＣＳを視覚化する。ステップ４０５では、ステップ３８５で予め除去した右房を、さらなる視覚化及び解析のために選択随意で復元する。ステップ４１０では、血管又は血管セグメントに対して測定を実行して、所望に応じてモデル・データをエクスポートする。
ステップ３８０において、動脈相造影剤検討を精査するならば、工程ロジックはステップ４１５へ移り、例えば利用者入力によって、高品質追跡を実行するか否かを判定する。高品質追跡を行なわない場合には、工程ロジックはステップ４２０へ移り、ＣＳ追跡について低強度閾値を選択する。ステップ４２０の後に、工程ロジックはステップ３８５のブロックへ移り、上述のようにして続行する。
ステップ４１５において、高品質追跡を実行するものと決定した場合には、工程ロジックはステップ４２５へ移り、データ空間を先ずフィルタ処理して心室血液プールを除去する。ステップ４３０では、利用者に対して、左大動脈の開始点及び選択随意でＬＡＤ及びＬＣｘについての１以上の末梢点等の冠状動脈についての血管追跡点の入力を促す。ステップ４３５では、後処理ソフトウェアは、本書で説明した血管追跡方法を用いて冠状動脈に対して血管追跡手順を実行する。ステップ４４０では、空間から高強度冠状動脈を除去する。ステップ４４０の後に、工程ロジックはステップ３９０のブロックへ移り、前述のようにして続行する。
以上で説明し、また図４の流れ図４５０に全体的に図示するように、侵襲処置計画手順時に取得した患者の心画像データ空間を、患者に対する侵襲処置時に検索し、表示して、利用することができる。侵襲処置時には、カテーテルのような探触子を患者の冠状静脈洞に挿入し、これを用いて冠状静脈洞モデルの血管追跡を制御する。この実時間血管追跡を行なうために、先ず、画像データベースから、侵襲処置計画からの心画像データ空間を検索し（ステップ４６０）、次いでセグメント分割して（例えば冠状静脈洞を表示するように）、表示する（ステップ４７０）。次に、患者の冠状静脈洞にカテーテルを挿入して（ステップ４８０）、次いで、侵襲処置からの標認点、例えば冠状静脈洞の原点等を識別し（ステップ４９０）、これにより二つの座標系（すなわち侵襲処置計画での座標系及び侵襲処置での座標系）の位置合わせを可能にする（ステップ５００）。位置合わせ５００は中心線位置合わせを含んでおり、この場合には例えばＣＳのような血管の中心線を幾何学的標認点として用いることができる。位置合わせの後に、挿入した探触子の位置に応じて処置計画時画像（例えば冠状静脈洞のパノラマ型ビュー）を表示して（ステップ５１０）、これにより冠状静脈洞の実時間血管追跡を可能にすることができる。また、実時間血管追跡侵襲処置時には、パノラマ型ビュー、ナヴィゲーション・ビュー、ボリューム・レンダリング・ビュー、又は本書で説明したその他任意のビューを用いて、カテーテル点の位置を処置計画時画像と共に表示することができ、これにより、血管（例えば冠状静脈洞）実時間ナヴィゲーションを容易にする。現在のカテーテル位置を含めた３Ｄ画像の投影を、同一の視角で３Ｄフルオロスコピー画像上に、また３Ｄフルオロスコピー画像と合成して投影することもできる。
ここで図５及び図６について説明する。ＲＡの内部から見たＣＳ２４０の原点のナヴィゲータ・ビュー、及びＣＳと弓状彎曲との交点の近くのＣＳ２４０の内部のナヴィゲータ・ビューがそれぞれ示されている。図５及び図６は、血管追跡解析時に形成される複数の画像のうち二例のみを示すものであり、以下の態様で本発明の実施形態に従って形成されたものである。図１のイメージング・システム１００を用いて、後述する取得プロトコルを用いて医療スキャナ・システム１１０によって心画像データ空間を取得した（ステップ３０５）。次いで、画像データをセグメント分割して（ステップ３１０）ＣＳ２４０を抽出した後に、３Ｄモデル作成及びビューイングのために処理した（ステップ３１５）。ＣＳ２４０の血管追跡は、静脈相造影剤強調検討又は動脈相造影剤強調検討のいずれを解析しているかに応じて適当な血管追跡に必要とされる工程を画定している図３の方法に従って行なわれた。結果として得られた血管追跡画像が図５及び図６に示す二画像であり、操作者又は医師に対して、心臓処置計画時に用いられる患者の実際の心臓の解剖学的構造のビューイングを可能にする医療的ツールを提供する。
取得プロトコル
図５及び図６を参照して述べると、４／８／１６／３２＋検出器横列を備えたマルチ・スライス・スキャナにおいて心螺旋取得を遡及的ＥＫＧゲート式再構成と併用した。スキャナ・パラメータは、１２０ｋＶ、３００ｍＡ、０．５秒回転周期、０．３５螺旋ピッチ・ファクタ、１．２５ｍｍ又は０．６２５ｍｍスライス厚とし、７５％心時相位置でのセグメント分割式再構成を行なった。走査配向は、取得の早い時期により重要なデータを取得するために（患者の運動、例えば呼吸を考慮して）、心臓の下方からとし、心臓の底部から頂部に向かうものとした。心螺旋走査に先立って、冠状静脈洞の原点の近くでタイミング・ボーラス取得を行ない、最適な準備遅延を決定した（造影剤注入の開始時と心螺旋走査の開始時との間の時間）。心画像の走査及び再構成に続いて、画像に運動アーティファクトが認められた場合には全心サイクルにわたって、多時相再構成を指定した。時相位置は、走査時に患者に不整脈が見受けられた場合には約４５％に選択した。それでも運動アーティファクトが認められた場合には、マルチ・セクタ再構成を用いた。マルチ・セクタ再構成手順の選択は、多時相後処理３Ｄビューワを用いると容易になる。最適な画像集合（例えば最適な時相、最適な再構成形式）が選択されて、次いで、検討対象の解剖学的標認点（例えば右房、冠状静脈洞）について特定的な３Ｄプロトコルによって定義される後処理セグメント分割を実行した。
代替的には、取得について他の二つの選択肢が可能である。第一の選択肢としては、先行的ゲート式シネ取得を用いてよく、第二の選択肢としては、螺旋ピッチが０．５０よりも大きくなるようにして心ゲート式ヘリカル・スキャンと併用して緩和心ゲート式再構成手法（例えば±１０％の時相位置許容誤差を用いる）を用いてよい。これら代替的な両アプローチは、患者への放射線量を少なくできるが、例えば不整脈によって画質に影響を与える可能性もある。
本発明の実施形態による両室ペーシング計画によって、実際の侵襲処置に先立って侵襲的な両室ペーシング治療を完全に計画することができ、また計画手順時に取得された画像を実際の侵襲処置時に利用することができる。侵襲処置の実行者に、侵襲処置前のＣＳ解剖学的構造の知見を提供することにより、具体的な患者に即した適当な侵襲処置を識別することができ、これにより侵襲処置の実効性を高めることができる。
３Ｄモデルはまた、侵襲処置時の左心室（ＬＶ）誘導配置にも用いることができる。一旦、ＣＳの３Ｄモデルが侵襲的なシステム座標系の内部で位置合わせされたら、システムは、モデルの３Ｄビュー及びパノラマ型（ナヴィゲータ様）ビュー、並びに配置手順時のＬＶ誘導の実時間位置を用いてＣＳの適当な分枝に向かってＬＶ誘導の実時間ナヴィゲーションを提供することができる。実時間ナヴィゲーション手順では、図５及び図６に二例を示した血管追跡画像を、侵襲処置時に操作されている探触子すなわちカテーテルに応じてビューイングする。本発明はＣＳの解析に限定されておらず、他の心画像データ空間にも適用可能であることが理解されよう。
例示的な実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに様々な変形を施しまた本発明の構成要素を均等構成で置換し得ることが理解されよう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに多数の改変を施して、具体的な状況又は材料を本発明の教示に合わせて構成することもできる。従って、本発明は、本発明を実施するのに想到される最良の態様として開示した具体的な実施形態に限定されず、特許請求の範囲に属するすべての実施形態を包含するものとする。
医療的侵襲処置計画に用いられるイメージング・システムの全体的な模式図である。 図１のイメージング・システムを用いて本発明の実施形態を具現化する方法の全体的な流れ図である。 本発明の実施形態に従って、動脈相及び静脈相の両方での造影剤強調検討のために冠状静脈洞の血管追跡について動的セグメント分割の閾値を自動的に設定する方法の流れ図である。 侵襲処置時に本発明の実施形態の方法及び装置を用いる方法の流れ図である。 本発明の実施形態に従って生成された右房内部から冠状静脈洞原点を見たパノラマ型ビューである。 本発明の実施形態に従って生成された冠状静脈洞と弓状彎曲との交点の近くでの冠状静脈洞内部のパノラマ型ビューである。
符号の説明
１００ イメージング・システム
１１０ 医療スキャナ・システム
１１２ 心電図（ＥＫＧ）モニタ
１１４ Ｒピーク事象
１１６ インタフェイス・ボード
１１８ スキャナ
１２０ データ取得システム
１３０ 取得データベース
１３５ ＥＫＧ（心電図）ゲート式取得及び画像再構成
１４０ 画像形成システム
１５０ 画像データベース
１６０ 操作者インタフェイス・システム
１６２ キーボード
１６４、１６６ 表示器
１６７ アーカイブ
１６８ フィルム
１６９ ネットワーク
１７０ プロセッサ
１８０ 後処理システム
１８２ ３Ｄレンダリング・ファイル
１８４ ３Ｄモデル・ファイル
１８６ 表示器
２１０、２１２、２１６、２１８ システム通信リンク
２２０、２２２ データベース通信リンク
２００ メモリ
２０５ データ・ポート
２３０ サブシステム
２４０ 冠状静脈洞（ＣＳ）の原点
３００ 医療的侵襲処置計画用の画像データの形成方法
３７０ 動脈相及び静脈相造影剤強調検討のために冠状静脈洞の血管追跡の動的セグメント分割閾値を自動確定する方法
４５０ 侵襲処置計画時に取得した心画像データ空間を侵襲処置時に検索、表示及び利用する方法

Claims (6)

  1. 冠状静脈洞（２４０）に関連する医療的侵襲処置計画に用いられるイメージング・システム（１００）であって、
    冠状静脈洞の撮像に適合されたプロトコルに従って心画像データ空間を形成する医療スキャナ（１１０）システムと、
    前記心画像データ空間を取得するデータ取得システム（１２０）と、
    動的セグメント分割により前記心画像データ空間から１以上の可視画像を形成する画像形成システム（１４０）と、
    前記データ取得（１２０）システム及び前記画像形成システム（１４０）からの情報を記憶すると共に、前記動的セグメント分割された心画像データ空間の３Ｄモデルを記憶するデータベース（１３０、１５０）と、
    前記医療スキャナ（１１０）システム、前記データ取得システム（１２０）、前記画像形成システム（１４０）及び前記データベース（１３０、１５０）の１以上を管理する操作者インタフェイス・システム（１６０）と、
    実際の医療的侵襲処置に先立って、医療的侵襲処置を計画するために、前記操作者インタフェイス・システム（１６０）に応答して前記心画像データ空間を解析し、対応する解剖学的標認点に対応する少なくとも３つの幾何学的標識を前記心画像データ空間に挿入し、前記少なくとも３つの幾何学的標識に応じてビューイングされるべき視覚化可能なパラメータを選択し、前記少なくとも３つの幾何学的標識を有する心画像データ空間の３Ｄモデルを生成して、前記１以上の可視画像を表示し、前記医療的侵襲処置の計画後における医療的侵襲処置時に前記少なくとも３つの幾何学的標識を有する前記３Ｄモデルを利用することが可能となるように、前記操作者インタフェイス・システム（１６０）に前記少なくとも３つの幾何学的標識を有する心画像データ空間の３Ｄモデルをエクスポートする後処理システム（１８０）とを備えており、
    前記操作者インタフェイス・システム（１６０）は、メモリに記憶されたコンピュータが実行可能な命令であって、冠状静脈洞（２４０）に関連する両室ペーシング計画、心房細動計画及び心房粗動計画手順の１以上において、前記心画像データ空間、前記１以上の可視画像、前記対応する解剖学的標認点、前記少なくとも３つの幾何学的標識を有する前記３Ｄモデル、測定された視覚化可能なパラメータの少なくとも１つを利用し、記憶する命令を含んでいる、イメージング・システム（１００）。
  2. 前記医療スキャナ（１１０）システムは、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム、磁気共鳴（ＭＲ）システム、超音波システム、三次元（３Ｄ）フルオロスコピー・システム、及び陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）システムの１以上を含んでいる請求項１に記載のイメージング・システム（１００）。
  3. 前記データベース（１３０、１５０）は、右房及び冠状静脈洞（２４０）の少なくとも一方の画像データを記憶する記憶装置を含んでいる請求項１に記載のイメージング・システム（１００）。
  4. 前記データベース（１３０、１５０）は、右房及び冠状静脈洞（２４０）の少なくとも一方の１以上の可視画像を記憶する記憶装置を含んでいる請求項１に記載のイメージング・システム（１００）。
  5. 前記操作者インタフェイス・システム（１６０）は、右房及び冠状静脈洞（２４０）の少なくとも一方をビューイングするために前記心画像データ空間をセグメント分割する命令を含んでいる請求項１に記載のイメージング・システム（１００）。
  6. 前記操作者インタフェイス・システム（１６０）は、前記１以上の可視画像を異なる平面でビューイングするための命令を含んでいる請求項５に記載のイメージング・システム（１００）。
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