JP4575707B2 - 左心耳隔離を計画するための心ｃｔシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本開示は一般的には、心臓埋め込みシステムに関し、さらに具体的には、心臓の左心耳の隔離を計画するための心イメージング・システム及び方法に関する。
心房細動（ＡＦ）は、心房（心臓の上部にある小室）が細動するため適正に収縮しなくなる不整脈であり、最も一般的な心律動の不整である。推定によれば、２２０万人を超える米国人がＡＦと診断されており、毎年１４０，０００件を超える新規事例が診断されている。ＡＦ患者は発作の危険性が高く、全発作の約１５％が心房細動を有する人々に発生している。毎年、約６００，０００人の米国人が発作を初発又は再発している。１９９１年のFraminghamの調査によると、ＡＦと診断されると発作の危険性が３倍〜５倍高くなり、５０歳代では１．５％であるが８０歳代では２３％超まで増加する。
さらに明確に述べると、過去の研究によると、非リューマチ性ＡＦに関連した発作の９０％超が、心臓の左上部小室にある小さな親指形の袋状器官である左心耳（ＬＡＡ）に形成する凝血塊に起因して生じている。かかる凝血塊は脳に繋がる血管を塞いでこれにより発作を生ずる可能性がある。幾つかの大規模な無作為的試験から、血液の希釈剤であるワーファリン（warfarin）によって発作の危険性を低下させる効能が実証されている。しかしながら、医療現場では、患者の４０％超がこの薬剤に禁忌を示し、或いは出血のような副作用のためこの薬剤を用いることができない。ＡＦ治療に対するもう一つのアプローチは、両心房に切開を巧妙に配置することにより不規則方向の電気インパルスの形成及び伝導を阻止するメイズ（迷路）手術のような外科的侵襲処置である。メイズ手術は、ＡＦを生ずる電気インパルスの走行経路を恒久的に塞ぐ瘢痕組織を形成することにより、正常な電気インパルスが心臓の最上部から最下部に到る一方向に走行するように導いて不整脈を根絶する。かかる手術では、米国心臓病学会／米国心臓病協会（American College of Cardiology-American Heart Association）のガイドラインで勧告されているようにＬＡＡ（Left Atrial appendage）を切除することが通例である。
米国特許第５５１５８４９号
近年、発作防止のためのさらに代替的な方策を提供するために、ＬＡＡの意図的塞栓を行なう侵襲性が非常に小さい手法が具現化されつつある。具体的には、カテーテルを用いてＬＡＡの入口に塞栓装置を配置する。塞栓装置は自己拡開型のニチノール（nitinol）製の金属籠であって、金属が体内で温まると拡開する。籠は、心耳を塞栓して正常組織が装置内に成長することを可能にする膜で被覆されている。この処置に関するＰＬＡＡＴＯ（経皮的左心耳経カテーテル塞栓法）と呼ばれる一つの研究では、患者の埋め込み機器は直径が１８ミリメートル〜３２ミリメートルにわたり、平均的な処置時間は９２．７分である。しかしながら、２５％の患者で最初の機器が取り外されて寸法の異なるものと交換されている。このように、ＬＡＡ解剖学的構造の実効的な見通しを、また適当な場合には実効的なＬＡＡ隔離及び／又は塞栓のための見通しを決定する改善されたシステム及び方法が必要とされている。
以上で述べた従来技術の欠点及び欠陥並びに他の欠点及び欠陥は、患者について左心耳（ＬＡＡ）塞栓を計画する方法によって克服又は軽減される。実施形態の一例では、この方法は、医療イメージング・システムから非侵襲的取得データを得る工程と、患者の左心房の３Ｄ（三次元）モデルを生成する工程とを含んでいる。３Ｄモデル上で１以上の左心房解剖学的標認点を識別して、３Ｄモデルの保存ビューを侵襲型システムに登録する。登録した保存ビューの１以上を侵襲型システムによって視覚化する。
他の観点では、患者について左心耳（ＬＡＡ）塞栓を計画する方法が、左心房を指向するプロトコルを用いて医療イメージング・システムから取得データを得る工程を含んでいる。取得データは、ＬＡＡを含めた左心房を視覚化するように３Ｄプロトコルを用いてセグメント分割される。患者の左心房の３Ｄモデルを生成して、３Ｄモデル上で１以上の左心房解剖学的標認点を識別する。３Ｄモデルの保存ビューを侵襲型システムに登録して、登録した保存ビューの１以上を侵襲型システム上で視覚化する。ＬＡＡの配向及び寸法、並びに関連するあらゆる異常が３Ｄモデルから識別される。
さらに他の観点では、患者について左心耳（ＬＡＡ）塞栓を計画する方法が、左心房を指向するプロトコルを用いて計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナのような心イメージング・システムから取得データを得る工程を含んでいる。取得データは、ＬＡＡを含めた左心房を視覚化するように３Ｄプロトコルを用いてセグメント分割される。患者の左心房の３Ｄモデルを生成して、３Ｄモデル上で１以上の左心房解剖学的標認点を識別する。３Ｄモデルの保存ビューをフルオロスコピー・システムに登録して、登録した保存ビューの１以上をフルオロスコピー・システムによって視覚化する。ＬＡＡの配向及び寸法、並びに関連するあらゆる異常が３Ｄモデルから識別される。
さらに他の観点では、患者について左心耳（ＬＡＡ）塞栓を計画するシステムが、非侵襲的取得データを生成する医療イメージング・システムと、取得データを受け取って患者の左心房の１以上の画像を形成する画像形成サブシステムとを含んでいる。操作コンソール又は後処理装置が、１以上の画像上で１以上の左心房解剖学的標認点を識別するように構成されている。ワークステーションが、３Ｄモデルのビューを保存するための後処理ソフトウェアを含んでおり、ビューは侵襲型システムに登録することができる。侵襲型システムは、該システムに登録された保存ビューの１以上を視覚化して、ＬＡＡの配向及び寸法を識別するように構成されている。
さらに他の観点では、患者について左心耳塞栓を計画するシステムが、取得データを生成する心計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムを含んでおり、該ＣＴイメージング・システムは左心房を指向するプロトコルを用いている。画像形成サブシステムが取得データを受け取って、患者の左心房の１以上の画像を形成する。画像形成システムはさらに、ＬＡＡを含めた左心房を視覚化するように３Ｄプロトコルを用いて取得データをセグメント分割すべく構成されている。操作コンソールが、１以上の画像上で１以上の左心房解剖学的標認点を識別するように構成されており、ワークステーションが、３Ｄモデルの保存ビューをフルオロスコピー・システムに登録する後処理ソフトウェアを含んでいる。フルオロスコピー・システムは、該システムに登録された保存ビューの１以上を視覚化して、ＬＡＡの配向及び寸法を識別するように構成されている。
例示的な図面では、類似の構成要素は各図面で類似の参照番号で表記されている。
本書で開示するのは、ＬＡＡ隔離／塞栓のための心計算機式断層写真法（ＣＴ）システム及び方法であって、侵襲的処置を計画するに当たり、電気生理学専門医、心臓病専門医及び／又は外科医が処置のために講じる所望のアプローチを前以て計画できるようにする情報を提供するシステム及び方法である。加えて、ＣＴ、磁気共鳴（ＭＲ）及び超音波等のイメージング・モダリティから得ることのできるようなＬＡＡのさらに詳細な三次元（３Ｄ）幾何学的形状表現によって、医師はＬＡＡの配向、寸法及びあらゆる異常を識別することができる。これにより、当該処置時に遭遇する誤った寸法の埋め込み機器に関する問題点を回避するように、計画時に正しい寸法の装置又は埋め込み機器を選択することができる。得られる３Ｄ画像を用いて、外部（すなわち心臓外）からＬＡＡの隔離を計画する。
以下では、ＣＴイメージング・システムについて図示の実施形態例を説明するが、ＬＡＡ隔離／塞栓の計画に関して当技術分野で公知のその他のイメージング・システムも想到されることが理解されよう。
先ず図１には、心撮像をサポートした心計算機式断層写真法（ＣＴ）システム１００の一例の全体図が示されている。ここでも、本発明の実施形態において当技術分野で公知のその他のイメージング・システム（例えば磁気共鳴、超音波）も用いてよいため、心ＣＴシステム１００は例示のみのために掲げられていることを理解されたい。システム１００のスキャナ部分１０２は、心電計（ＥＫＧ）モニタ１０４を含んでおり、ＥＫＧモニタ１０４はスキャナ・インタフェイス・ボード１０８を介してスキャナ１０６にＲ波ピーク事象を出力する。スキャナ・インタフェイス・ボード１０８の適当な例は、ＥＫＧシステムをスキャナに結合するのに用いることのできるガントリ・インタフェイス・ボードである。スキャナ部分１０２によって画定される心ＣＴサブシステムは、ＥＫＧゲート式取得又は画像再構成性能を用いて、心拡張期の運動していない心臓、並びに心収縮期及び早期心拡張期の多数の時相での心臓を画像化する。
データは、スキャナ部分１０２から、データ取得、データ制御及び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１１０へ出力される。加えて、スキャナ１０６から出力されたデータは、Ｒ波ピーク時間スタンプを含めて、取得データベース１１２に記憶される。取得は、心臓、明確に述べると左心房の撮像に最適化されている１以上の取得プロトコルに従って実行される。画像形成は、ＬＡＡの内表面について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ている１以上の３Ｄプロトコルを用いて実行される。
画像データ・ストリーム１１４は操作コンソール１１６へ送られる。操作コンソール１１６においてソフトウェアによって用いられる検査設定及び視覚化のためのデータが、画像データ・ストリーム１１４からのデータと共に画像データベース１１８に記憶される。検査設定及び視覚化過程の操作者に対して、表示画面１２０が提供されている。画像データは、保管されてもよいし、フィルム上に印刷されてもよいし、３Ｄ後処理を含めた解析及び精査のためにネットワーク１２２を介してワークステーション１２４に送られてもよい。ワークステーション１２４に図示されている後処理ソフトウェアは、内部から見た画像を視覚化することができるＬＡＡ入口及びＬＡＡ本体の「パノラマ（immersible）」・ビューを形成する。これらの特殊なビューは保存されて、医師が観察することができる。
後処理ソフトウェアの３Ｄプロトコルは、ソフトウェアがＬＡＡの幾つかの定量的な特徴を与えることを可能にし、これらの定量的特徴としては、例えば心耳の末端から様々な距離にある位置で、また各入口、ＬＡＡ及び肺静脈との間での心房の輪郭線、位置配向及び各種寸法（例えば周長）がある。これらの特徴は、自動的に、又は利用者入力及び対話と共に半自動的に与えられて、医師が侵襲処置計画及び処置時に用いるように３Ｄレンダリング・ファイル１２６に保存され得る。また、後処理ソフトウェアは、左心房及びＬＡＡの詳細な３Ｄモデル１２８のエクスポートも可能にする。３Ｄモデル１２８（ワークステーション１２４に付設されている表示画面１３２上で観察可能）は、空間内の関心のある標認点に挿入される幾何学的標識を包めるように構成されており、左心房及びＬＡＡが、幾何学的標認点を不透明にして半透明の態様で視覚化されるようにする。
加えて、３Ｄモデル１２８は、ワイヤ・メッシュ幾何学的モデル、表面輪郭線集合、セグメント分割空間による二値画像、及び放射線治療（ＲＴ）ＤＩＣＯＭ（医療におけるディジタル画像及び通信）オブジェクト規格を用いたＤＩＣＯＭオブジェクト又は類似のオブジェクト等を含むがこれらに限定されない様々な形式の任意のものでエクスポートすることができる。３Ｄモデル１２８を記憶しエクスポートするための当技術分野で公知のその他の形式も用いることができる。
図２について説明する。同図には、本発明のさらにもう一つの実施形態に従ってＬＡＡ隔離を計画する方法を表わす流れ図２００が示されている。ブロック２０２から開始して、先ず、好ましくは心臓の左心房（ＬＡ）領域について最適化されているプロトコルを用いて心ＣＴシステムでデータ空間を取得する。ブロック２０４で、好ましくはＬＡについて最適化されておりＬＡを含めた心臓の各小室の表面を抽出するように設計されている３Ｄプロトコルを用いた後処理ソフトウェアで画像データ集合をセグメント分割する。適当であれば、操作者の指示（例えば前後ビュー、左前方斜めビュー、後側方ビュー、斜めビュー及び右前斜めビュー等の配置）による又はよらない自動手順を用いてもよい。
次いで、ブロック２０６に示すように、３Ｄサーフェス・レンダリング及び／又はボリューム・レンダリングを用いてＬＡＡを視覚化してＬＡＡの３Ｄモデルを作成する。３Ｄモデルはまた好ましくは、パノラマ・ビュー（すなわち小室内部から見たビュー）を含んでいる。このようにして、ブロック２０８に示すように、ＬＡＡの入口寸法及び輪郭線を測定することができる。ブロック２１０に示すように、空間内の関心のある標認点に明確な幾何学的標識を挿入し、標識は続いて半透明な態様で視覚化することができる。次いで、ブロック２１２に示すように、特定の３Ｄレンダリング及びアキシャル画像（ＤＩＣＯＭ画像、ビデオ・クリップ、フィルム、マルチメディア・フォーマット等）を、後の侵襲処置計画時の視覚的参照及び侵襲的処置時の利用のために所望に応じて保存する。次いで、ブロック２１４に示すように、保存ビューをエクスポートして、フルオロスコピー・システムの投影画像と共に登録するか、又は代替的には、３Ｄフルオロスコピー・システムのトモシンセシス画像と共に登録する。
ブロック２１６に示すように、侵襲型システムにアクセスして、インポートされたシステムの登録モデルを医師によって視覚化する。最後にブロック２１８で、医師は、適当な寸法の装置又は埋め込み機器を選択してＬＡＡ内に埋め込むことができるように、ＬＡＡの配向、寸法及びあらゆる異常を識別する。また、利用可能な幾つかの計算機支援式検出、位置決定及び視覚化方法の１以上を用いることにより、上述の工程の任意のものを実行する自動手法を用い得ることが理解されよう。さらに、これらの方法は、処置及び関心のある器官が指定されている場合には完全に自動的となり得るし、或いは利用者からの入力を用いて部分的に対話式ともなり得る。
さらに、以上に述べた方法及びシステムの各実施形態を利用することにより、生成されて登録された撮像情報から、侵襲的処置に合わせてアプローチ適当に構成することが可能になるため、ＬＡＡ塞栓の計画が改善されることが理解されよう。適当なアプローチを選択すると、処置自体の時間が短縮されて、あらゆる不要な処置も解消する。さらに具体的には、ＬＡＡ壁の詳細な３Ｄ幾何学的表現から、心耳の末端から様々な距離にある位置で、また各入口、ＬＡＡ及び肺静脈との間での心房の輪郭線、位置配向及び各種寸法（例えば周長）を与えることにより、隔離／塞栓処置の精度が高まる。これらの特徴はさらに、自動的に、又は利用者入力及び対話と共に半自動的に与えられてもよい。
好適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本発明の各要素に様々な変形を施しまた均等構成を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本発明の教示に合わせて具体的な状況又は材料を構成する多くの改変を施してもよい。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されている特定の実施形態に限定されている訳ではなく、特許請求の範囲に属する全ての実施形態を包含するものとする。
１００ 心ＣＴシステム
１０２ スキャナ部分
１０８ スキャナ・インタフェイス・ボード
１１０ データ取得、データ制御及び画像形成サブシステム
１１２ 取得データベース
１１６ 操作コンソール
１１８ 画像データベース
１２０ 操作コンソールの表示画面
１２２ ネットワーク
１２４ ワークステーション
１３２ ワークステーションの表示画面
１０２ スキャナ部分
１０８ スキャナ・インタフェイス・ボード
１１０ データ取得、データ制御及び画像形成サブシステム
１１２ 取得データベース
１１６ 操作コンソール
１１８ 画像データベース
１２０ 操作コンソールの表示画面
１２２ ネットワーク
１２４ ワークステーション
１３２ ワークステーションの表示画面
Claims (10)
- 患者について左心耳（ＬＡＡ）塞栓を計画するシステムであって、
取得データを生成する医療イメージング・システム（１０２）と、
前記取得データを受け取って、前記患者の左心房の１以上の画像を形成する画像形成サブシステム（１１０）と、
前記１以上の画像上で１以上の左心房解剖学的標認点を識別し、識別された前記標認点に幾何学的標識を挿入し、三次元モデル（１２８）の保存ビューを登録する後処理ソフトウェアを含んでいるワークステーション（１２４）とを備えており、
前記侵襲型システムは、該システムにより前記登録された保存ビューの１以上を視覚化して、前記左心耳の配向及び寸法を識別するように構成されている、システム。 - 前記後処理ソフトウェアは、前記左心耳の入口のパノラマ・ビューを形成するように前記取得データを処理すべくさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
- 前記三次元モデル及び前記パノラマ・ビューは、前記侵襲型システムに付設されている表示画面により視覚化される、請求項２に記載のシステム。
- 前記登録された保存ビューの１以上の視覚化において、前記幾何学的標識は半透明な態様で視覚化される、請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム。
- 前記左心耳の入口寸法及び輪郭線を測定する、請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム。
- 前記取得データが心電図（ＥＫＧ）ゲート式により収集される、請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム。
- 前記後処理ソフトウェアが前記ＬＡＡの複数の定量的な特徴を自動的に与える３Ｄプロトコルを含み、前記複数の定量的特徴が、前記ＬＡＡ及び肺静脈との間での心房の輪郭線、前記ＬＡＡの周長のいずれかを含む、請求項１乃至６のいずれかに記載のシステム。
- 前記後処理ソフトウェアが前記ＬＡＡの複数の定量的な特徴を利用者からの入力を用いた対話式により与える３Ｄプロトコルを含み、前記複数の定量的特徴が、前記ＬＡＡ及び肺静脈との間での心房の輪郭線、前記ＬＡＡの配向及び前記ＬＡＡの周長のいずれかを含む、請求項１乃至６のいずれかに記載のシステム。
- 操作コンソール（１１６）を更に備え、
前記１以上の画像は前記操作コンソール（１１６）へ送られ、
前記操作コンソール（１１６）が、前記１以上の画像と共に検査設定及び視覚化のためのデータを、画像データベース（１１８）に格納し、
前記操作コンソール（１１６）が、前記１以上の画像上を表示する表示装置（１２０）を備え、
前記ワークステーション（１２４）が前記三次元モデル（１２８）の保存ビューを表示する表示装置（１３２）を備える、請求項１乃至８のいずれかに記載のシステム。 - 前記操作コンソール（１１６）と前記ワークステーション（１２４）とがネットワーク（１２２）を介して接続される、請求項９に記載のシステム。
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