JP5088994B2 - ３次元マップにおける診断用画像データのレンダリング - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に３次元マップ化（ｍａｐｐｉｎｇ）及び再構成に関し、特に心臓のような身体器官の内部のマップ化及び再構成に関する。
【０００２】
【従来技術及びその課題】
本技術において診断用画像化の種々の方法が知られている。例えば、心臓を画像化するために使用される方法は、Ｘ線透視検査、血管造影、超音波心臓検査、コンピューター断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴映像（ＭＲＩ）、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、及びシングルフォトン射出断層撮影（ＳＰＥＣＴ）を含む。これらの方法の多くは３次元（３Ｄ）画像情報を作り、次いで、これを、心臓を通る平行スライスの形式で、又はビデオモニター上の偽３Ｄ表示として観察するためにレンダリングすることができる。処置を管理するために、治療する医師は、表示された２次元画像に基づいて頭の中で３Ｄ画像を作られねばならない。この置換は、療法が、異常電気経路の局所的電気切断、又はレーザー心筋血管再生のような心臓の内部を治療すべき場合は特に器用さが必要である。
【０００３】
心室内で、マップ化プローブ、典型的にはカテーテルを使用して心臓のをマップ化をすることが、本技術において知られている。この目的のための例示の方法及び装置が、米国特許５４７１９８２号及び５３９１１９９号、並びにＰＣＴ公開ＷＯ９４／０６３４９号、ＷＯ９６／０５７６８号及びＷＯ９７／２４９８１号において説明され、これらの開示は参考文献としてここに組み入れられる。例えば、米国特許５３９１１９９号は、心電気活動を感知するための電極及び外部から加えられる磁場に関するカテーテルの位置決定用の小型コイルの両者を備えたカテーテルを説明する。このカテーテルを使用して、心臓病専門医は、複数位置の電気的活動を測定し、かつこの位置の空間座標を判定することにより、短時間内に心臓内のデータ採取点の組からデータを集めることができる。心臓内のマップ化用カテーテルの位置は、カテーテル検査の前又は検査中に獲得した超音波像のような心臓の画像の３Ｄ再構成の際に重ね合わすことができる。カテーテルにより感知された電気的活動を表すためにカラーコードが使用される。
【０００４】
開示が参考文献としてここに組み込まれた米国特許５７３８０９６号は、プローブを心臓の壁の多くの位置と接触させ、各位置におけるプローブの位置座標を決定することにより、心臓内部を幾何学的にマップ化する方法を説明する。これらの位置座標は、心臓の少なくも一部分のマップを形成するために組み合わせられる。カテーテルの位置が分かると、カテーテルの先端に隣接した心臓組織の局所的な生理学的な数値を提供するために外部センサーを使うことができる。例えば、もしＳＰＥＣＴに適した放射性マーカーがカテーテルに組み込まれるならば、局所的な機能情報をＳＰＥＣＴ像から集めることができる。なお別の例は、冠状動脈のドップラー超音波像から、核医学用画像から、或いはＸ線又はＣＴ血管造影から、局所的潅流を決定し、潅流マップを幾何学マップ上に重ねる。潅流マップにおけるカテーテルの像は、潅流マップと幾何学マップとを整列させるために使用することができる。或いは、自動式又は手操作で基準マーク又は解剖学的な基準位置を使用して整列を行うことができる。
【０００５】
これらデータに基づいて心臓の３次元マップを作る更なる方法が、例えば、欧州出願ＥＰ０９７４９３６号において、及び本願出願人に譲渡された対応の米国出願０９／１２２１３７号において明らかにされる。この開示は参考文献としてここに組み入れられる。これら出願に示されるように、まず、位置座標（及び選択的に電気的活動）が、心臓の内面の約１０から２０箇所において測定される。これらのデータ点は、心臓表面の予備的な再構成又はマップを満足な質に作成することに対して一般に十分である。予備マップは、好ましくは、より包括的なマップを作るために追加の点において得られたデータと組み合わせられる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
身体の内部構造、特に心臓のマップ化及び可視化のための改良された方法及び装置を提供することが、本発明のある態様の目的である。
【０００７】
心臓内の病的状態の局所的治療を行うための改良された方法及び装置を提供することが本発明のある態様の更なる目的である。
【０００８】
本発明の好ましい実施例においては、被験者の心室の内面の３Ｄ幾何学的マップを作るために位置感知用カテーテルが使用される。心臓の３Ｄ診断用画像が、３Ｄマップの作成と関連して、典型的にマップ化の前又は同時に獲得される。画像とマップとを相互に整合させ、そして潅流情報のような画像からの診断用情報が、３Ｄマップ上に、好ましくはカラーコーディング形式でマーク付けされる。組み合わされた診断用情報と幾何学的情報に基づいて、カテーテルを操作する医師は、例えば、低潅流のため治療を必要とする心臓の区域を確認し視覚化することができる。医師は、カラーコードされた３Ｄマップを使用して位置決めされた特異点に、レーザー血管再生術のような局所的非侵襲性治療を行うためにカテーテルを使用することが好ましい。或いは、かかる特異点に対して生検のような局所的診断技法を行うことができる。
【０００９】
従って、本発明により、被験者の身体内の構造をマップ化する方法であって、
診断用情報を含んだ構造の３次元（３Ｄ）画像を獲得し、
構造内に挿入されたプローブを使用して構造の３Ｄ幾何学的マップを作り、
画像内の複数の画像点の各がマップ内の対応したマップ点と同一化されるように画像とマップとを整合させ、そして
画像点の各と組み合わせられた診断用情報が対応すつマップ点において表示されるようにマップを表示する
諸段階を含んだ方法が提供される。
【００１０】
好ましい実施例においては、診断用情報は構造の血流に関係し、診断用情報は局所的潅流データを含む。別の好ましい実施例においては、診断用情報は、代謝データを含み、又は構造の組織内の物質の吸収に関連し、又は構造の運動に関連する。
【００１１】
好ましくは、幾何学的マップの作成は、構造の多数の位置においてプローブを構造に接触させること、及びその位置におけるプローブの位置座標を記録することを含み、また位置座標を記録することは、プローブ内の位置センサーを使って座標を判定することを含む。
【００１２】
好ましくは、画像とマップとの整合は、変形後に、画像とマップとが共通の軸線及び共通のスケールを持つように画像及びマップの少なくとも一方に変形を行うことを含む。更に好ましくは、画像とマップの整合は、画像を、軸線に沿って相互に間隔を空けられかつ軸線に直角方向の複数の平行な平面スライスに分割することを含み、そして複数の画像点がスライスに置かれる。より好ましくは、画像とマップの整合は、各スライスの軸座標及び各スライスに置かれた各画像点の角度座標を見いだすこと、及び各画像点及びマップ点が同じ軸座標と角度座標とを有することを確認することを含む。最も好ましくは、構造は、空洞部を定めている壁を有し、更に各画像点及びマップ点の同一化が、軸座標及び角度座標における壁の断面内にある画像点を見いだすことを含む。
【００１３】
好ましくは、マップを表示することは、診断用情報を反映するようにマップに着色することを含む。
【００１４】
好ましい実施例においては、方法は、マップ上に表示された診断用情報により案内されて、構造に医学的処置を行うことを含む。好ましくは、医学的処置を行うことは、幾何学的マップ上の選択された位置において局所的に治療を行うためにプローブを使用することを含み、更にこの方法は、治療が行われた位置を幾何学的マップ上に印を付けることを含む。追加して又は代わって、医学的処置の実行は治療処置を行うことを含み、診断用情報は構造の局所的血流に関連し、更に治療処置の実行は局所的血流を改善するための処置の実行を含む。或いは、医学的処置の実行は診断手順の実行を含む。
【００１５】
好ましくは、構造は被験者の心臓を含み、更に幾何学的マップの作成は心臓の心室の心臓内面のマップ化を含む。
【００１６】
本発明の好ましい実施例により、被験者の身体内の構造をマップ化する装置であって、
診断用情報を含んだ構造の３次元（３Ｄ）画像を獲得するようにされた画像化装置、
構造の３Ｄ幾何学的マップを作るように、構造内に挿入されるようにされたプローブ、
プローブ及び画像化装置に接続され、更に画像内の複数の画像点の各がマップ内に対応するマップ点と道程されるように画像とマップとが整合するようにされたプロセッサー、及び
画像点の各と組み合わせられた診断用情報が対応するマップ点において表示されるようにマップを表示するように、プロセッサーにより駆動されるように接続されたディスプレイ
を具備する装置が提供される。
【００１７】
本発明は、図面と共になされる以下の本発明の好ましい実施例の詳細な説明より完全に理解されるであろう。
【００１８】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１は、本発明の好ましい実施例による、被験者２６の心臓２４の３次元の幾何学的マップ化、画像化及び処置のためのシステム２０の図式的かつ描画的な図である。システム２０は、長いプローブ、好ましくはカテーテル３０を備え、これは、使用者２２により、被験者の静脈又は動脈を通して心臓の心室内に挿入される。
【００１９】
カテーテル３０は、好ましくは少なくも１個の、そして最も好ましくはカテーテルの末端の近くに置かれた位置センサー（図示せず）を備える。位置センサーは、好ましくは、例えばポリウレタン接着剤又は同等品のような適宜適切な方法により、カテーテル内に取り付けられた電磁式センサーを備える。センサーは、電磁式センサーケーブルに電気的に接続され、このケーブルは、カテーテル本体を通りカテーテルの制御ハンドル内に伸びる。センサーケーブルの線は、制御ハンドルにおいて、回路板（図示せず）に接続され、この回路板は、電磁式センサーから受け取った信号を増幅し、これをコンピューの理解し得る形式で、コンソール３４内に収容されたコンピューに送信する。このカテーテルは片手で使用するように設計されたため、回路板は、カテーテルの使用後に回路板を停止させるＥＰＲＯＭを備えることが好ましい。これは、カテーテルの、又は少なくも電磁式センサーの再使用を防止する。
【００２０】
電磁式センサーを使用するために、被験者２６は、例えば、駆動回路３２により駆動されて磁場を作る磁場発生用コイル２８を収容しているパッドを患者の下に敷くことにより作られた磁場内に置かれる。基準の電磁式センサー（図示せず）は、例えば患者の背中にテープで貼られて患者に関して固定されることが好ましく、そしてそのセンサーを収容しているカテーテル３０が心臓２４内に進められる。センサーは、好ましくは３個の小さいコイルを備え、磁場内のこれらの位置を示す弱い電気信号を作る。固定された基準センサーの両者及び心臓内のセンサーにより作られた信号は増幅され、コンソール３４に送られ、コンソールは信号を解析し、次いでモニター３６上に結果を表示する。この方法により、基準センサーに関するカテーテル内センサーの正確な位置を確認し視覚的に表示することができる。センサーは、心筋の収縮により生じたカテーテルの変位も検出することができる。
【００２１】
本発明の目的に適した電磁式センサーは、例えば、前述の米国特許５３９１１９９号及びＰＣＴ公開ＷＯ９６／０５７６８号に説明される。好ましい電磁式マップ化用センサーはＢｉｏｓｅｎｓｅ社（Ｔｉｒａｔ Ｈａｃａｒｍｅｌ，Ｉｓｒａｅｌ）により製造され商標名ＮＯＧＡで販売される。カテーテル３０及びシステム２０のマップ化の幾つかの特徴は、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ社より発売のＮＯＧＡ−ＳＴＡＲ、及び同じくＢｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ社より発売のＢｉｏｓｅｎｓｅ−ＮＯＧＡ−ｓｙｓｔｅｍにおいて実施される。カテーテル３０及びシステム２０の設計の更なる態様が米国出願０９／５０６７６６号に一般に説明され、この出願は本願出願人に譲渡され、かつ参考文献としてここに組み入れられる。かかるセンサーを使用したとき、システム２０は、カテーテル３０に関する６次元の位置及び方向の情報を連続作成することができる。或いは、カテーテル２０に使用されるセンサーは、例えば、米国特許５３９１１９９号、５４４３４８９号、又は５５１５８５３号、或いはＰＣＴ公開ＷＯ９４／０４９３８号、又はＷＯ９９／０５９７１号において説明されたようなその他の形式の位置及び／又は座標センサー、或いは本技術において公知の適宜適切なその他の形式の位置／座標感知装置を備えることができる。
【００２２】
上述のように、カテーテル３０は、使用者がカテーテルの作用を観察し調整できるコンソール３４と組み合わせられる。コンソール３４は、プロセッサー、好ましくは適切な信号処理回路（これは典型的にコンピューターのハウジング内部に収容される）を有するコンピューターを備える。プロセッサーは、ディスプレイ３６を駆動するように結合される。使用者２２は、カテーテル３０の末端を心臓２４の内面上の複数の点と接触させ、そして各点において位置座標が記録される。この解析から誘導された情報は、心臓２４の内面の３次元の幾何学的マップ３８を再構築するために使用される。
【００２３】
システム２０は、エコードップラーユニット、ＳＰＥＣＴ、ＰＥＴ、ＭＲＩ、ＣＴ又はその他の本技術において公知の画像化ユニットのような診断用画像化ユニット４８を備える。ユニット４８は、心臓２４の３Ｄ診断用画像を獲得するために使用され、好ましくは、この間、使用者２２はカテーテル３０を使って心臓をマップ化する。或いは、診断用画像はマップ化開始以前に獲得され、そしてこの場合は、ユニット４８は、システム２０の他の部材から分離することができる。ユニット４８により獲得された診断用データは、以下説明される方法を用いてマップ３８上に重ねられる。ユニット４８の形式及び構成に応じて、、本技術において公知の、潅流、代謝係数、マーカーの吸収、心臓の壁の運動又は厚さ、及び／又はその他の解剖学的又は電気的の諸特性のような広範囲の異なった診断用データを画像内に表すことができる。画像は、心臓周期における異なった位相を表すようにタイミングを合わせることもできる。
【００２４】
典型的に、システム２０はその他の構成要素を有するが、その幾つかは単純化にために図面に示されない。本実施例においては、システムは、好ましくは、レーザー用コンソール４９を備え、これは、例えばＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ９７／０００１１号及び米国出願０９／１０９８２０号に説明されたように直接心筋血管再生術を行う際に使用される。前記出願及びその開示は本願出願人に譲渡され、参考文献としてここに組み入れられる。コンソール４９は、カテーテル３０内の適切な導波管（図示せず）内にレーザーエネルギーを注入する。導波管は、エネルギーをカテーテルの末端部に送り、ここで、このエネルギーは、心筋の低潅流に襲われた区域の血管再生のために適用される。或いは、システムは、本技術において知られているその他の治療用構成要素、特に、カテーテル３０の切除用電極に結合された高周波ドライバー、心臓内の超音波切除用のカテーテル内の高出力変換器に結合された超音波発生器、或いはカテーテル内の注射針に結合され血管形成用成長因子のような治療薬の供給のような、その他の治療用構成要素を含むことができる。更に、このシステムは、カテーテル３０を通して操作される生検用鉗子のような非侵襲性診断用構成要素を含むことができる。
【００２５】
システム２０内に含み得るその他の構成要素は、例えば、本願出願人に譲渡されその開示が参考文献としてここに組み入れられた米国出願０９／１２２１３７号において説明される。典型的に、システム２０は、コンソール３４にＥＣＧ同期信号を提供するように、身体表面の１個又は複数個の電極から信号を受けるように結合されたＥＣＧモニター（図示せず）を備える。上述のように、システムは、好ましくは、患者の身体の外面に取り付けられた外部貼付の基準パッチ上の、或いは心臓２４内に挿入されて心臓に関して一定の位置に維持される内部配置カテーテル上の基準位置センサーも含む。カテーテル３０の位置を基準カテーテルの位置と比較することにより、心臓の運動とは無関係に、カテーテル３０の座標が心臓に関して正確に決定される。或いは、心臓の運動を補償するその他の適宜適切な方法を使うことができる。
【００２６】
図２は、本発明の好ましい実施例により、システム２０を使用して心臓２４を画像化し、マップ化し、そして治療する方法を図式的に示す流れ図である。画像化段階５０において、ＳＰＥＣＴ像のような心臓２４の診断用画像が獲得される。画像は、カテーテル３０が既に心臓の内部に置かれた状態で獲得されることが、必須ではないが好ましい。マップ化段階５２において、幾何学的マップ３８の作成にカテーテルが使用される。この目的のための適切なマップ化技法が上述の米国特許５７３８０９６号に説明される。上述の欧州出願ＥＰ０９７４９３６号及び米国出願０９／１２２１３７号は、カテーテル３０を使用して集められたデータに基づいてマップ自体を作る正確な方法を説明する。次いで、段階５０において獲得された画像、及び段階５２において作られたマップは、整合段階５４において整合させられる。
【００２７】
図３及び４は、本発明の好ましい実施例に従い、段階５２においてシステム２０により作られたマップ３８の図式的表現であり、整合段階５４において使用された方法を示している。図３は、心臓２４の左心室を表しているマップのワイヤフレーム表現である。段階５４の目的のために、長手方向軸線７２が、心室の頂点７４を通過しマップを通して引かれる。軸線及び頂点がコンソール３４により自動的に見いだされることが好ましい。或いは又は追加して、使用者２２によりマップの種々の特徴が手操作で整合させられる。
【００２８】
図４は、心臓２４の診断用画像に整合させる目的で作られたマップ３８の表面８０の単純化された幾何学的表現である。表面８０は、マップ３８から決定された心臓の内部の隣接位置に相当する。表面８０上の各点８２が頂点７４からの距離Ｒ及び下向き方向（即ち、被験者２６の足に向かって示している方向）８４に関する角度αにより表される座標系が定められる。
【００２９】
マップ３８と診断用画像とを整合させるために、軸線７２及び頂点７４が画像内で同一化され、更にマップの軸線及び頂点と揃えられる。この同一化は自動的に行われることが好ましいが、これに代わり又は追加して使用者２２により行われ又は支援することができる。心臓のその他の目印及び／又は基準マークも、整列の実行の際に使うことができる。画像のスケールは、その寸法ができるだけマップのものと近いように調整される。潅流マップのような多くの形式の診断用画像について、診断用情報の解像度は低く、このため、相互整合における１０ｍｍのような大きい不正確を許容することができる。より高い解像度が必要な場合は、診断用画像と幾何学的マップとの整合は、補遺Ａに説明されたような自動整合方法を使って改善することができる。これらの方法はオプションであり、本発明の本質ではない。
【００３０】
図５は、本発明による、３Ｄ画像と幾何学的マップ３８との整合に続く心臓２４の３Ｄ診断用画像９０の図式的な分解図を示す。この図は、図２の方法のブルズアイ（ｂｕｌｌｓｅｙｅ）表現段階５６において作られる。画像９０のブルズアイ表現は、軸線７２に垂直な平行スライス９２の積み重ねよりなる。このスライスは、軸線に沿って一方から他方に一定のスライス増分で取られることが好ましい。各スライスは、スライス番号により決定される頂点７４からの距離Ｒにおける画像９０の断面９４を示す。
【００３１】
図６は、画像９０の横並びにされたスライス９２を示し、本発明の好ましい実施例によりマップ３８に適用するためのスライスからの診断データの抽出を示している。例えば、５番目のスライスを参照すれば、切断画像９４は３個の本質的な部分、即ち、心室の内側を示している内側領域１００、心筋を示している壁の領域１０２、及び心臓の外部の外側領域１０４よりなる。関心のある診断用情報は領域１０２にある。画像９０が心臓壁内の潅流を示しているＳＰＥＣＴ像であるとすると、領域１０２は、典型的に潅流の最高値を持つであろう。
【００３２】
色彩変換段階５８において、各スライス９２からの診断用情報がマップ３８に転写される。各スライスは、頂点７４から既知の距離の値Ｒを持つ。スライス内の各角度αについて、マップの表面８０上の点８２（図４）は、領域１０２の半径方向中央に置かれたその角度の点であると仮定する。画像９０が潅流像である場合は、点８２は、単純に、所与角度における最高の潅流点であるとして得られる。別の画像化様相においては、見いだした領域１０２は、大部分について、同様に簡単である。各点８２における診断用データの値は、好ましくはマップ３８の対応領域に適用された色彩として表される。
【００３３】
図７は、本発明の好ましい実施例により、段階５８において作られた着色された幾何学的マップ１１０の図式的表現である。カラー画像の品質を伝送するために引かれた線の限られた能力のため、マップ１１０には僅か二つの異なった色の領域、潅流のよい領域１１２と貧血領域１１４とが現れるだけである。貧血領域は、潅流のよい領域より暗い色又は「寒冷色」であることが好ましい。ディスプレイ３６がカラーモニターを備えた実際の応用の際は、潅流又はその他の診断用特性の異なったレベルを記述するためにマップ１１０に広範囲の異なった色が使用される。
【００３４】
好ましくは、システム２０は、治療段階６０において、マップ１１０に案内されて非侵襲性の治療処置を実行するように使用者２２により操作される。この例においては、レーザー用コンソール４９は、上述のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ９７／０００１１号に説明されたように、高強度のレーザー放射を有するカテーテル３０を介して貧血領域１１４を照射するように作動される。レーザーは、スポット１１６としてシステム２０によりマップ１１０上でマークの付けられた心筋に血管再生通路を作る。画像化、マップ化、及び治療の諸態様の組合せにより、使用者は、治療を要することが知られた心臓２４の領域に治療に集中でき、またその領域が完全に含まれることを保証することができる。マップ１１０により提供されるガイダンスより、その他の局所的な治療及び診断の手順が同様な便益を受けることができる。
【００３５】
好ましい実施例が心臓２４を参照して以上説明されたが、本発明の原理は、これをその他の器官及び身体構造の画像化、マップ化及び治療に適用することができる。従って、上述の好ましい実施例は例示の方法により説明されたこと、及び本発明は特に図示され上述されたものに限定されないことが認められたであろう。本発明の範囲は、以上説明された種々の特徴の組合せと下位組合せ、並びに本技術の熟練者が以上の説明を読んだときに着想されかつ従来技術に明らかにされていない変化及と変更を含む。
【００３６】
【補遺Ａ】
この補遺は、図２の方法の段階５４の詳細を提供し、これにおいては、心臓２４の心室の２個の３Ｄ表現、Ｐ及びＱを相互に整合させる。始めに、手操作により、或いは境界楕円体（ｂｏｕｎｄｉｎｇ ｅｌｌｉｐｓｏｉｄｅ）の長軸を使い又は主構成要素の分解により、ＰとＱとの間の変換のために概略の評価が見いだされる。境界楕円体技法は、上述の欧州出願ＥＰ０９７４９３６号及び米国出願０９／１２２１３７号に更に説明される。
【００３７】
次いで、ＰとのＱとの間の精密な整合が、好ましくは、反復最近接点（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ（ＩＣＰ））アルゴリズムの変動を使用して見いだされる。このアルゴリズムは、Ｂｅｓｌ及びＭｃＫａｙにより、Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ Ｓｈａｐｅｓ、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ １４（２），２３９−２５６（１９９２）において説明され、これは参考文献としてここに組み入れられる。以下の諸段階が収束まで繰り返される。
【００３８】
１．最接近点の探索：Ｐ内の各点ｐについて、Ｑ内の最近接点ｑを見いだす。
計算速度を改善するためにＰの点の部分集合を取ることができる。同様に、Ｑのすべての点は、正しい結果を得るために、これを含むことができる。
【００３９】
２．整合の計算：対になった最接近点（ｐ、ｑ）の間の距離の自乗和を最小とする変換Ｔを評価する。この変換は、好ましくは、以下説明されるように剛体変換、相似変換、疑似変換又は投影変換のいずれかである。
【００４０】
３．変換：Ｐ内のすべてに点に変換Ｔを適用する。
【００４１】
２個の面ＰとＱ、及び２組の点
【００４２】
【数１】
【００４３】
が与えられ、このアルゴリズムの段階２が、対応した組の間の平均自乗誤差εを最小にする（以下説明される可能な集合に従った）変換の集合から変換Ｔを探索する。ここに、εは次の通りである。
【００４４】
【数２】
【００４５】
【疑似変換及び投影変換】
疑似変換に対して、Ｔ（ｐ）＝Ａｐ＋ｔと定義すると
【００４６】
【数３】
【００４７】
は３×３行列であり、そして
【００４８】
【数４】
【００４９】
は移動ベクトルである。
【００５０】
【数５】
【００５１】
を最小にしなければならない。
【００５２】
【数６】
【００５３】
と表すと、次の３体系の式が得られる。
【００５４】
【数７】
【００５５】
Ｘの特異値分解をＸ＝ＵＤＶTとする。このとき、次式が得られる。
【００５６】
【数８】
【００５７】
投影変換は疑似変換と同様な方法で評価される。
【００５８】
【疑似変換及び剛体変換】
疑似変換においては三角形は三角形に変換され、相似変換は諸比例を保存する。スケール係数ｃ、３×３回転行列Ｒ、及びＴ（ｐ）＝ｃＲｐ＋ｔのような３次元変換ベクトルｔを探索し、ここに誤差
【００５９】
【数９】
【００６０】
が最小化される。
【００６１】
希望の相似変換を見いだすために適した方法は、ウメヤマにより、Ｌｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｔｗｏ Ｐｏｉｎｔ Ｐａｔｔｅｒｎｓ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，１３（４）、３７６−３８０（１９９１）において説明され、これは参考文献としてここに組み入れられる。Ｐ及びＱ両者の質量中心を次のように定義する。
【００６２】
【数１０】
【００６３】
次いで、Ｐ及びＱ両者における点の分散を次のように定める。
【００６４】
【数１１】
【００６５】
この２面間の共分散行列は次のようになる。
【００６６】
【数１２】
【００６７】
Σpqの特異値分解をΣpq＝ＵＤＣTとすると、
【００６８】
【数１３】
【００６９】
である。このとき、変換の回転、移行及びスケーリングは次式で与えられる。
【００７０】
【数１４】
【００７１】
ここに、行列の固有和はその対角元の和である。
【００７２】
剛体変換の場合はスケーリングは適用されず、従ってｃ＝１である。
【００７３】
本発明の実施態様は以下の通りである。
【００７４】
１．被験者の身体内の構造をマップ化する方法であって、
診断用情報を含んだ構造の３次元（３Ｄ）画像を獲得し、
構造内に挿入されたプローブを使用して構造の３Ｄ幾何学的マップを作り、
画像内の複数の画像点の各がマップ内の対応したマップ点と同一化されるように画像とマップとを整合させ、そして
画像点の各と組み合わせられた診断用情報が対応するマップ点において表示されるようにマップを表示する
諸段階を含んだ方法。
【００７５】
２．診断用情報が構造における血流に関係する実施態様１による方法。
【００７６】
３．診断用情報が局所的潅流データを含む実施態様２による方法。
【００７７】
４．診断用情報が代謝データを含む実施態様１による方法。
【００７８】
５．診断用情報が構造の組織内の物質の吸収に関連する実施態様１による方法。
【００７９】
６．診断用情報が構造の運動に関連する実施態様１による方法。
【００８０】
７．幾何学的マップの作成が、構造の多数の位置においてプローブを構造に接触させること、及びその位置においてプローブの位置座標を記録することを含む実施態様１による方法。
【００８１】
８．位置座標を記録することが、プローブ内の位置センサーを使って座標を判定することを含む実施態様７による方法。
【００８２】
９．画像とマップとの整合が、変形後に、画像とマップとが共通の軸線及び共通のスケールを持つように画像とマップの少なくとも一方に変形を行うことを含む実施態様１による方法。
【００８３】
１０．画像とマップの整合が、画像を、軸線に沿って相互に間隔を空けられて軸線に直角方向の複数の平行な平面スライスに分割することを含み、更に複数の画像点がスライス内に置かれる実施態様９による方法。
【００８４】
１１．画像とマップの整合が、各スライスの軸座標及び各スライスに置かれた各画像点の角度座標を見いだすこと、及び画像点及びマップ点の各が同じ軸座標と角度座標とを有することを確認することを含む実施態様１０による方法。
【００８５】
１２．構造が空洞部を定めている壁を有し、更に画像点及びマップ点の各の同一化が、ある軸座標及び角度座標において、壁の断面内にある画像点を見いだすことを含む実施態様１１による方法。
【００８６】
１３．診断用情報を反映するようにマップに着色することを含む実施態様１による方法。
【００８７】
１４．マップ上に表示された診断用情報により案内されて、構造に医学的処置を行うことを含む実施態様１による方法。
【００８８】
１５．医学的処置の実行が、幾何学的マップ上の選択された位置において局所的に治療を行うためにプローブを使用することを含む実施態様１４による方法。
【００８９】
１６．治療が行われた位置を幾何学的マップ上に印を付けることを含む実施態様１５による方法。
【００９０】
１７．医学的処置の実行が、治療処置を行うことを含む実施態様１５による方法。
【００９１】
１８．診断用情報が構造の局所的血流に関連し、更に治療処置の実行が局所的血流を改善するための処置の実行を含む実施態様１７による方法。
【００９２】
１９．医学的処置の実行が、診断手順の実行を含む実施態様１５による方法。
【００９３】
２０．構造が被験者の心臓を含み、更に幾何学的マップの作成が心臓の心室の心臓内面のマップ化を含む実施態様１による方法。
【００９４】
２１．被験者の身体内の構造をマップ化する装置であって、
診断用情報を含んだ構造の３次元（３Ｄ）画像を獲得するようにされた画像化装置、
構造の３Ｄ幾何学的マップを作るように、構造内に挿入されるようにされたプローブ、
プローブ及び画像化装置に接続され、更に画像内の複数の画像点の各がマップ内の対応するマップ点と道程されるように画像とマップとが整合するようにされたプロセッサー、及び
画像点の各と組み合わせられた診断用情報が対応するマップ点において表示されるようにマップを表示するように、プロセッサーにより駆動されるように接続されたディスプレイ
を具備する装置。
【００９５】
２２．診断用情報が構造の血流に関連する実施態様２１による装置。
【００９６】
２３．診断用情報が局所的潅流データを含む実施態様２２による装置。
【００９７】
２４．診断用情報が代謝データを含む実施態様２１による装置。
【００９８】
２５．診断用情報が構造の組織における物質の吸収に関連する実施態様２１による装置。
【００９９】
２６．診断用情報が構造の運動に関連する実施態様２１による装置。
【０１００】
２７．幾何学的マップを作成するために、プローブが構造の多数の位置において構造に接触させられ、更に、その位置において、プロセッサーがプローブの位置座標を記録する実施態様２１による装置。
【０１０１】
２８．プローブが、位置座標をを判定するために使用する位置センサーを備える実施態様２７による装置。
【０１０２】
２９．プロセッサーは、変形後に、画像とマップとが共通の軸線及び共通のスケールを持つように画像とマップの少なくとも一方に変形を行うようにして、画像とマップとが整合するようにされる実施態様２１による装置。
【０１０３】
３０．プロセッサーは、更に、画像を、軸線に沿って相互に間隔を空けられて軸線に直角方向の複数の平行な平面スライスに分割するようにされ、この場合、スライスに複数の画像点が置かれる実施態様２９による装置。
【０１０４】
３１．プロセッサーは、各スライスの軸座標及び各スライスに置かれた画像点の各の角度座標を見いだすようにされ、更に画像点及びマップ点の各が同じ軸座標と角度座標とを有することを確認するようにされた実施態様３０による装置。
【０１０５】
３２．構造が空洞部を定めている壁を有し、更にプロセッサーは、画像点及びマップ点の各の同一化が、軸座標及び角度座標において、壁の断面内にある画像点を見いだすことにより画像点及びマップ点の各を同一化するようにされた実施態様３１による装置。
【０１０６】
３３．マップが診断用情報を反映するように着色される実施態様２１による装置。
【０１０７】
３４．マップに表示された診断用情報により案内されて構造における医学的処置を行うようにされた医用装置を備える実施態様２１による装置。
【０１０８】
３５．医用装置がプローブ内に収容され、これは、幾何学的マップの選択された位置において局所的に処置を行うために使用するにようにされる実施態様３４による装置。
【０１０９】
３６．プロセッサーが、処置の行われた位置を幾何学的マップ上に印を付けるようにされる実施態様３５による装置。
【０１１０】
３７．医学的処置が治療処置を含む実施態様３５による装置。
【０１１１】
３８．診断用情報が構造における局所的な血流に関連し、更に治療処置が局所的血流の改善のための処置を含む実施態様３７の装置。
【０１１２】
３９．医学的処置が診断用手順を含む実施態様３５による装置。
【０１１３】
４０．構造が被験者の心臓であり、更に幾何学的マップが心臓の心室の心臓内面のマップを含む実施態様２１の装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例による、心臓の画像化、マップ化、及び治療のためのシステムの図式的かつ描画的な図である。
【図２】本発明の好ましい実施例による、心臓の画像化、マップ化、及び処理の方法を示す流れ図でる。
【図３】本発明の好ましい実施例による心臓の心室のマップの図式的表現である。
【図４】本発明の好ましい実施例による心臓のマップと画像とを一致させる際に使用される座標を示している図３のマップの単純化された幾何学的表現である。
【図５】本発明の好ましい実施例による心臓を通る平行スライスの積重ねとして表された心臓の３Ｄ像の図式的な分解図である。
【図６】本発明の好ましい実施例による図３の３Ｄマップとスライスとの整列を示している横並びにされた図５のスライスを示す。
【図７】本発明の好ましい実施例による図５及び６の画像からの診断用情報によりマップに着色した後の図３のマップの図式的表現である。
【符号の説明】
２０ システム
２６ 被験者
３０ カテーテル
３４ コンソール
３６ モニター
４８ 画像化ユニット
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に３次元マップ化（ｍａｐｐｉｎｇ）及び再構成に関し、特に心臓のような身体器官の内部のマップ化及び再構成に関する。
【０００２】
【従来技術及びその課題】
本技術において診断用画像化の種々の方法が知られている。例えば、心臓を画像化するために使用される方法は、Ｘ線透視検査、血管造影、超音波心臓検査、コンピューター断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴映像（ＭＲＩ）、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、及びシングルフォトン射出断層撮影（ＳＰＥＣＴ）を含む。これらの方法の多くは３次元（３Ｄ）画像情報を作り、次いで、これを、心臓を通る平行スライスの形式で、又はビデオモニター上の偽３Ｄ表示として観察するためにレンダリングすることができる。処置を管理するために、治療する医師は、表示された２次元画像に基づいて頭の中で３Ｄ画像を作られねばならない。この置換は、療法が、異常電気経路の局所的電気切断、又はレーザー心筋血管再生のような心臓の内部を治療すべき場合は特に器用さが必要である。
【０００３】
心室内で、マップ化プローブ、典型的にはカテーテルを使用して心臓のをマップ化をすることが、本技術において知られている。この目的のための例示の方法及び装置が、米国特許５４７１９８２号及び５３９１１９９号、並びにＰＣＴ公開ＷＯ９４／０６３４９号、ＷＯ９６／０５７６８号及びＷＯ９７／２４９８１号において説明され、これらの開示は参考文献としてここに組み入れられる。例えば、米国特許５３９１１９９号は、心電気活動を感知するための電極及び外部から加えられる磁場に関するカテーテルの位置決定用の小型コイルの両者を備えたカテーテルを説明する。このカテーテルを使用して、心臓病専門医は、複数位置の電気的活動を測定し、かつこの位置の空間座標を判定することにより、短時間内に心臓内のデータ採取点の組からデータを集めることができる。心臓内のマップ化用カテーテルの位置は、カテーテル検査の前又は検査中に獲得した超音波像のような心臓の画像の３Ｄ再構成の際に重ね合わすことができる。カテーテルにより感知された電気的活動を表すためにカラーコードが使用される。
【０００４】
開示が参考文献としてここに組み込まれた米国特許５７３８０９６号は、プローブを心臓の壁の多くの位置と接触させ、各位置におけるプローブの位置座標を決定することにより、心臓内部を幾何学的にマップ化する方法を説明する。これらの位置座標は、心臓の少なくも一部分のマップを形成するために組み合わせられる。カテーテルの位置が分かると、カテーテルの先端に隣接した心臓組織の局所的な生理学的な数値を提供するために外部センサーを使うことができる。例えば、もしＳＰＥＣＴに適した放射性マーカーがカテーテルに組み込まれるならば、局所的な機能情報をＳＰＥＣＴ像から集めることができる。なお別の例は、冠状動脈のドップラー超音波像から、核医学用画像から、或いはＸ線又はＣＴ血管造影から、局所的潅流を決定し、潅流マップを幾何学マップ上に重ねる。潅流マップにおけるカテーテルの像は、潅流マップと幾何学マップとを整列させるために使用することができる。或いは、自動式又は手操作で基準マーク又は解剖学的な基準位置を使用して整列を行うことができる。
【０００５】
これらデータに基づいて心臓の３次元マップを作る更なる方法が、例えば、欧州出願ＥＰ０９７４９３６号において、及び本願出願人に譲渡された対応の米国出願０９／１２２１３７号において明らかにされる。この開示は参考文献としてここに組み入れられる。これら出願に示されるように、まず、位置座標（及び選択的に電気的活動）が、心臓の内面の約１０から２０箇所において測定される。これらのデータ点は、心臓表面の予備的な再構成又はマップを満足な質に作成することに対して一般に十分である。予備マップは、好ましくは、より包括的なマップを作るために追加の点において得られたデータと組み合わせられる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
身体の内部構造、特に心臓のマップ化及び可視化のための改良された方法及び装置を提供することが、本発明のある態様の目的である。
【０００７】
心臓内の病的状態の局所的治療を行うための改良された方法及び装置を提供することが本発明のある態様の更なる目的である。
【０００８】
本発明の好ましい実施例においては、被験者の心室の内面の３Ｄ幾何学的マップを作るために位置感知用カテーテルが使用される。心臓の３Ｄ診断用画像が、３Ｄマップの作成と関連して、典型的にマップ化の前又は同時に獲得される。画像とマップとを相互に整合させ、そして潅流情報のような画像からの診断用情報が、３Ｄマップ上に、好ましくはカラーコーディング形式でマーク付けされる。組み合わされた診断用情報と幾何学的情報に基づいて、カテーテルを操作する医師は、例えば、低潅流のため治療を必要とする心臓の区域を確認し視覚化することができる。医師は、カラーコードされた３Ｄマップを使用して位置決めされた特異点に、レーザー血管再生術のような局所的非侵襲性治療を行うためにカテーテルを使用することが好ましい。或いは、かかる特異点に対して生検のような局所的診断技法を行うことができる。
【０００９】
従って、本発明により、被験者の身体内の構造をマップ化する方法であって、
診断用情報を含んだ構造の３次元（３Ｄ）画像を獲得し、
構造内に挿入されたプローブを使用して構造の３Ｄ幾何学的マップを作り、
画像内の複数の画像点の各がマップ内の対応したマップ点と同一化されるように画像とマップとを整合させ、そして
画像点の各と組み合わせられた診断用情報が対応すつマップ点において表示されるようにマップを表示する
諸段階を含んだ方法が提供される。
【００１０】
好ましい実施例においては、診断用情報は構造の血流に関係し、診断用情報は局所的潅流データを含む。別の好ましい実施例においては、診断用情報は、代謝データを含み、又は構造の組織内の物質の吸収に関連し、又は構造の運動に関連する。
【００１１】
好ましくは、幾何学的マップの作成は、構造の多数の位置においてプローブを構造に接触させること、及びその位置におけるプローブの位置座標を記録することを含み、また位置座標を記録することは、プローブ内の位置センサーを使って座標を判定することを含む。
【００１２】
好ましくは、画像とマップとの整合は、変形後に、画像とマップとが共通の軸線及び共通のスケールを持つように画像及びマップの少なくとも一方に変形を行うことを含む。更に好ましくは、画像とマップの整合は、画像を、軸線に沿って相互に間隔を空けられかつ軸線に直角方向の複数の平行な平面スライスに分割することを含み、そして複数の画像点がスライスに置かれる。より好ましくは、画像とマップの整合は、各スライスの軸座標及び各スライスに置かれた各画像点の角度座標を見いだすこと、及び各画像点及びマップ点が同じ軸座標と角度座標とを有することを確認することを含む。最も好ましくは、構造は、空洞部を定めている壁を有し、更に各画像点及びマップ点の同一化が、軸座標及び角度座標における壁の断面内にある画像点を見いだすことを含む。
【００１３】
好ましくは、マップを表示することは、診断用情報を反映するようにマップに着色することを含む。
【００１４】
好ましい実施例においては、方法は、マップ上に表示された診断用情報により案内されて、構造に医学的処置を行うことを含む。好ましくは、医学的処置を行うことは、幾何学的マップ上の選択された位置において局所的に治療を行うためにプローブを使用することを含み、更にこの方法は、治療が行われた位置を幾何学的マップ上に印を付けることを含む。追加して又は代わって、医学的処置の実行は治療処置を行うことを含み、診断用情報は構造の局所的血流に関連し、更に治療処置の実行は局所的血流を改善するための処置の実行を含む。或いは、医学的処置の実行は診断手順の実行を含む。
【００１５】
好ましくは、構造は被験者の心臓を含み、更に幾何学的マップの作成は心臓の心室の心臓内面のマップ化を含む。
【００１６】
本発明の好ましい実施例により、被験者の身体内の構造をマップ化する装置であって、
診断用情報を含んだ構造の３次元（３Ｄ）画像を獲得するようにされた画像化装置、
構造の３Ｄ幾何学的マップを作るように、構造内に挿入されるようにされたプローブ、
プローブ及び画像化装置に接続され、更に画像内の複数の画像点の各がマップ内に対応するマップ点と道程されるように画像とマップとが整合するようにされたプロセッサー、及び
画像点の各と組み合わせられた診断用情報が対応するマップ点において表示されるようにマップを表示するように、プロセッサーにより駆動されるように接続されたディスプレイ
を具備する装置が提供される。
【００１７】
本発明は、図面と共になされる以下の本発明の好ましい実施例の詳細な説明より完全に理解されるであろう。
【００１８】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１は、本発明の好ましい実施例による、被験者２６の心臓２４の３次元の幾何学的マップ化、画像化及び処置のためのシステム２０の図式的かつ描画的な図である。システム２０は、長いプローブ、好ましくはカテーテル３０を備え、これは、使用者２２により、被験者の静脈又は動脈を通して心臓の心室内に挿入される。
【００１９】
カテーテル３０は、好ましくは少なくも１個の、そして最も好ましくはカテーテルの末端の近くに置かれた位置センサー（図示せず）を備える。位置センサーは、好ましくは、例えばポリウレタン接着剤又は同等品のような適宜適切な方法により、カテーテル内に取り付けられた電磁式センサーを備える。センサーは、電磁式センサーケーブルに電気的に接続され、このケーブルは、カテーテル本体を通りカテーテルの制御ハンドル内に伸びる。センサーケーブルの線は、制御ハンドルにおいて、回路板（図示せず）に接続され、この回路板は、電磁式センサーから受け取った信号を増幅し、これをコンピューの理解し得る形式で、コンソール３４内に収容されたコンピューに送信する。このカテーテルは片手で使用するように設計されたため、回路板は、カテーテルの使用後に回路板を停止させるＥＰＲＯＭを備えることが好ましい。これは、カテーテルの、又は少なくも電磁式センサーの再使用を防止する。
【００２０】
電磁式センサーを使用するために、被験者２６は、例えば、駆動回路３２により駆動されて磁場を作る磁場発生用コイル２８を収容しているパッドを患者の下に敷くことにより作られた磁場内に置かれる。基準の電磁式センサー（図示せず）は、例えば患者の背中にテープで貼られて患者に関して固定されることが好ましく、そしてそのセンサーを収容しているカテーテル３０が心臓２４内に進められる。センサーは、好ましくは３個の小さいコイルを備え、磁場内のこれらの位置を示す弱い電気信号を作る。固定された基準センサーの両者及び心臓内のセンサーにより作られた信号は増幅され、コンソール３４に送られ、コンソールは信号を解析し、次いでモニター３６上に結果を表示する。この方法により、基準センサーに関するカテーテル内センサーの正確な位置を確認し視覚的に表示することができる。センサーは、心筋の収縮により生じたカテーテルの変位も検出することができる。
【００２１】
本発明の目的に適した電磁式センサーは、例えば、前述の米国特許５３９１１９９号及びＰＣＴ公開ＷＯ９６／０５７６８号に説明される。好ましい電磁式マップ化用センサーはＢｉｏｓｅｎｓｅ社（Ｔｉｒａｔ Ｈａｃａｒｍｅｌ，Ｉｓｒａｅｌ）により製造され商標名ＮＯＧＡで販売される。カテーテル３０及びシステム２０のマップ化の幾つかの特徴は、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ社より発売のＮＯＧＡ−ＳＴＡＲ、及び同じくＢｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ社より発売のＢｉｏｓｅｎｓｅ−ＮＯＧＡ−ｓｙｓｔｅｍにおいて実施される。カテーテル３０及びシステム２０の設計の更なる態様が米国出願０９／５０６７６６号に一般に説明され、この出願は本願出願人に譲渡され、かつ参考文献としてここに組み入れられる。かかるセンサーを使用したとき、システム２０は、カテーテル３０に関する６次元の位置及び方向の情報を連続作成することができる。或いは、カテーテル２０に使用されるセンサーは、例えば、米国特許５３９１１９９号、５４４３４８９号、又は５５１５８５３号、或いはＰＣＴ公開ＷＯ９４／０４９３８号、又はＷＯ９９／０５９７１号において説明されたようなその他の形式の位置及び／又は座標センサー、或いは本技術において公知の適宜適切なその他の形式の位置／座標感知装置を備えることができる。
【００２２】
上述のように、カテーテル３０は、使用者がカテーテルの作用を観察し調整できるコンソール３４と組み合わせられる。コンソール３４は、プロセッサー、好ましくは適切な信号処理回路（これは典型的にコンピューターのハウジング内部に収容される）を有するコンピューターを備える。プロセッサーは、ディスプレイ３６を駆動するように結合される。使用者２２は、カテーテル３０の末端を心臓２４の内面上の複数の点と接触させ、そして各点において位置座標が記録される。この解析から誘導された情報は、心臓２４の内面の３次元の幾何学的マップ３８を再構築するために使用される。
【００２３】
システム２０は、エコードップラーユニット、ＳＰＥＣＴ、ＰＥＴ、ＭＲＩ、ＣＴ又はその他の本技術において公知の画像化ユニットのような診断用画像化ユニット４８を備える。ユニット４８は、心臓２４の３Ｄ診断用画像を獲得するために使用され、好ましくは、この間、使用者２２はカテーテル３０を使って心臓をマップ化する。或いは、診断用画像はマップ化開始以前に獲得され、そしてこの場合は、ユニット４８は、システム２０の他の部材から分離することができる。ユニット４８により獲得された診断用データは、以下説明される方法を用いてマップ３８上に重ねられる。ユニット４８の形式及び構成に応じて、、本技術において公知の、潅流、代謝係数、マーカーの吸収、心臓の壁の運動又は厚さ、及び／又はその他の解剖学的又は電気的の諸特性のような広範囲の異なった診断用データを画像内に表すことができる。画像は、心臓周期における異なった位相を表すようにタイミングを合わせることもできる。
【００２４】
典型的に、システム２０はその他の構成要素を有するが、その幾つかは単純化にために図面に示されない。本実施例においては、システムは、好ましくは、レーザー用コンソール４９を備え、これは、例えばＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ９７／０００１１号及び米国出願０９／１０９８２０号に説明されたように直接心筋血管再生術を行う際に使用される。前記出願及びその開示は本願出願人に譲渡され、参考文献としてここに組み入れられる。コンソール４９は、カテーテル３０内の適切な導波管（図示せず）内にレーザーエネルギーを注入する。導波管は、エネルギーをカテーテルの末端部に送り、ここで、このエネルギーは、心筋の低潅流に襲われた区域の血管再生のために適用される。或いは、システムは、本技術において知られているその他の治療用構成要素、特に、カテーテル３０の切除用電極に結合された高周波ドライバー、心臓内の超音波切除用のカテーテル内の高出力変換器に結合された超音波発生器、或いはカテーテル内の注射針に結合され血管形成用成長因子のような治療薬の供給のような、その他の治療用構成要素を含むことができる。更に、このシステムは、カテーテル３０を通して操作される生検用鉗子のような非侵襲性診断用構成要素を含むことができる。
【００２５】
システム２０内に含み得るその他の構成要素は、例えば、本願出願人に譲渡されその開示が参考文献としてここに組み入れられた米国出願０９／１２２１３７号において説明される。典型的に、システム２０は、コンソール３４にＥＣＧ同期信号を提供するように、身体表面の１個又は複数個の電極から信号を受けるように結合されたＥＣＧモニター（図示せず）を備える。上述のように、システムは、好ましくは、患者の身体の外面に取り付けられた外部貼付の基準パッチ上の、或いは心臓２４内に挿入されて心臓に関して一定の位置に維持される内部配置カテーテル上の基準位置センサーも含む。カテーテル３０の位置を基準カテーテルの位置と比較することにより、心臓の運動とは無関係に、カテーテル３０の座標が心臓に関して正確に決定される。或いは、心臓の運動を補償するその他の適宜適切な方法を使うことができる。
【００２６】
図２は、本発明の好ましい実施例により、システム２０を使用して心臓２４を画像化し、マップ化し、そして治療する方法を図式的に示す流れ図である。画像化段階５０において、ＳＰＥＣＴ像のような心臓２４の診断用画像が獲得される。画像は、カテーテル３０が既に心臓の内部に置かれた状態で獲得されることが、必須ではないが好ましい。マップ化段階５２において、幾何学的マップ３８の作成にカテーテルが使用される。この目的のための適切なマップ化技法が上述の米国特許５７３８０９６号に説明される。上述の欧州出願ＥＰ０９７４９３６号及び米国出願０９／１２２１３７号は、カテーテル３０を使用して集められたデータに基づいてマップ自体を作る正確な方法を説明する。次いで、段階５０において獲得された画像、及び段階５２において作られたマップは、整合段階５４において整合させられる。
【００２７】
図３及び４は、本発明の好ましい実施例に従い、段階５２においてシステム２０により作られたマップ３８の図式的表現であり、整合段階５４において使用された方法を示している。図３は、心臓２４の左心室を表しているマップのワイヤフレーム表現である。段階５４の目的のために、長手方向軸線７２が、心室の頂点７４を通過しマップを通して引かれる。軸線及び頂点がコンソール３４により自動的に見いだされることが好ましい。或いは又は追加して、使用者２２によりマップの種々の特徴が手操作で整合させられる。
【００２８】
図４は、心臓２４の診断用画像に整合させる目的で作られたマップ３８の表面８０の単純化された幾何学的表現である。表面８０は、マップ３８から決定された心臓の内部の隣接位置に相当する。表面８０上の各点８２が頂点７４からの距離Ｒ及び下向き方向（即ち、被験者２６の足に向かって示している方向）８４に関する角度αにより表される座標系が定められる。
【００２９】
マップ３８と診断用画像とを整合させるために、軸線７２及び頂点７４が画像内で同一化され、更にマップの軸線及び頂点と揃えられる。この同一化は自動的に行われることが好ましいが、これに代わり又は追加して使用者２２により行われ又は支援することができる。心臓のその他の目印及び／又は基準マークも、整列の実行の際に使うことができる。画像のスケールは、その寸法ができるだけマップのものと近いように調整される。潅流マップのような多くの形式の診断用画像について、診断用情報の解像度は低く、このため、相互整合における１０ｍｍのような大きい不正確を許容することができる。より高い解像度が必要な場合は、診断用画像と幾何学的マップとの整合は、補遺Ａに説明されたような自動整合方法を使って改善することができる。これらの方法はオプションであり、本発明の本質ではない。
【００３０】
図５は、本発明による、３Ｄ画像と幾何学的マップ３８との整合に続く心臓２４の３Ｄ診断用画像９０の図式的な分解図を示す。この図は、図２の方法のブルズアイ（ｂｕｌｌｓｅｙｅ）表現段階５６において作られる。画像９０のブルズアイ表現は、軸線７２に垂直な平行スライス９２の積み重ねよりなる。このスライスは、軸線に沿って一方から他方に一定のスライス増分で取られることが好ましい。各スライスは、スライス番号により決定される頂点７４からの距離Ｒにおける画像９０の断面９４を示す。
【００３１】
図６は、画像９０の横並びにされたスライス９２を示し、本発明の好ましい実施例によりマップ３８に適用するためのスライスからの診断データの抽出を示している。例えば、５番目のスライスを参照すれば、切断画像９４は３個の本質的な部分、即ち、心室の内側を示している内側領域１００、心筋を示している壁の領域１０２、及び心臓の外部の外側領域１０４よりなる。関心のある診断用情報は領域１０２にある。画像９０が心臓壁内の潅流を示しているＳＰＥＣＴ像であるとすると、領域１０２は、典型的に潅流の最高値を持つであろう。
【００３２】
色彩変換段階５８において、各スライス９２からの診断用情報がマップ３８に転写される。各スライスは、頂点７４から既知の距離の値Ｒを持つ。スライス内の各角度αについて、マップの表面８０上の点８２（図４）は、領域１０２の半径方向中央に置かれたその角度の点であると仮定する。画像９０が潅流像である場合は、点８２は、単純に、所与角度における最高の潅流点であるとして得られる。別の画像化様相においては、見いだした領域１０２は、大部分について、同様に簡単である。各点８２における診断用データの値は、好ましくはマップ３８の対応領域に適用された色彩として表される。
【００３３】
図７は、本発明の好ましい実施例により、段階５８において作られた着色された幾何学的マップ１１０の図式的表現である。カラー画像の品質を伝送するために引かれた線の限られた能力のため、マップ１１０には僅か二つの異なった色の領域、潅流のよい領域１１２と貧血領域１１４とが現れるだけである。貧血領域は、潅流のよい領域より暗い色又は「寒冷色」であることが好ましい。ディスプレイ３６がカラーモニターを備えた実際の応用の際は、潅流又はその他の診断用特性の異なったレベルを記述するためにマップ１１０に広範囲の異なった色が使用される。
【００３４】
好ましくは、システム２０は、治療段階６０において、マップ１１０に案内されて非侵襲性の治療処置を実行するように使用者２２により操作される。この例においては、レーザー用コンソール４９は、上述のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ９７／０００１１号に説明されたように、高強度のレーザー放射を有するカテーテル３０を介して貧血領域１１４を照射するように作動される。レーザーは、スポット１１６としてシステム２０によりマップ１１０上でマークの付けられた心筋に血管再生通路を作る。画像化、マップ化、及び治療の諸態様の組合せにより、使用者は、治療を要することが知られた心臓２４の領域に治療に集中でき、またその領域が完全に含まれることを保証することができる。マップ１１０により提供されるガイダンスより、その他の局所的な治療及び診断の手順が同様な便益を受けることができる。
【００３５】
好ましい実施例が心臓２４を参照して以上説明されたが、本発明の原理は、これをその他の器官及び身体構造の画像化、マップ化及び治療に適用することができる。従って、上述の好ましい実施例は例示の方法により説明されたこと、及び本発明は特に図示され上述されたものに限定されないことが認められたであろう。本発明の範囲は、以上説明された種々の特徴の組合せと下位組合せ、並びに本技術の熟練者が以上の説明を読んだときに着想されかつ従来技術に明らかにされていない変化及と変更を含む。
【００３６】
【補遺Ａ】
この補遺は、図２の方法の段階５４の詳細を提供し、これにおいては、心臓２４の心室の２個の３Ｄ表現、Ｐ及びＱを相互に整合させる。始めに、手操作により、或いは境界楕円体（ｂｏｕｎｄｉｎｇ ｅｌｌｉｐｓｏｉｄｅ）の長軸を使い又は主構成要素の分解により、ＰとＱとの間の変換のために概略の評価が見いだされる。境界楕円体技法は、上述の欧州出願ＥＰ０９７４９３６号及び米国出願０９／１２２１３７号に更に説明される。
【００３７】
次いで、ＰとのＱとの間の精密な整合が、好ましくは、反復最近接点（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ（ＩＣＰ））アルゴリズムの変動を使用して見いだされる。このアルゴリズムは、Ｂｅｓｌ及びＭｃＫａｙにより、Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ Ｓｈａｐｅｓ、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ １４（２），２３９−２５６（１９９２）において説明され、これは参考文献としてここに組み入れられる。以下の諸段階が収束まで繰り返される。
【００３８】
１．最接近点の探索：Ｐ内の各点ｐについて、Ｑ内の最近接点ｑを見いだす。
計算速度を改善するためにＰの点の部分集合を取ることができる。同様に、Ｑのすべての点は、正しい結果を得るために、これを含むことができる。
【００３９】
２．整合の計算：対になった最接近点（ｐ、ｑ）の間の距離の自乗和を最小とする変換Ｔを評価する。この変換は、好ましくは、以下説明されるように剛体変換、相似変換、疑似変換又は投影変換のいずれかである。
【００４０】
３．変換：Ｐ内のすべてに点に変換Ｔを適用する。
【００４１】
２個の面ＰとＱ、及び２組の点
【００４２】
【数１】
が与えられ、このアルゴリズムの段階２が、対応した組の間の平均自乗誤差εを最小にする（以下説明される可能な集合に従った）変換の集合から変換Ｔを探索する。ここに、εは次の通りである。
【００４４】
【数２】
【疑似変換及び投影変換】
疑似変換に対して、Ｔ（ｐ）＝Ａｐ＋ｔと定義すると
【００４６】
【数３】
は３×３行列であり、そして
【００４８】
【数４】
は移動ベクトルである。
【００５０】
【数５】
を最小にしなければならない。
【００５２】
【数６】
と表すと、次の３体系の式が得られる。
【００５４】
【数７】
Ｘの特異値分解をＸ＝ＵＤＶTとする。このとき、次式が得られる。
【００５６】
【数８】
投影変換は疑似変換と同様な方法で評価される。
【００５８】
【疑似変換及び剛体変換】
疑似変換においては三角形は三角形に変換され、相似変換は諸比例を保存する。スケール係数ｃ、３×３回転行列Ｒ、及びＴ（ｐ）＝ｃＲｐ＋ｔのような３次元変換ベクトルｔを探索し、ここに誤差
【００５９】
【数９】
が最小化される。
【００６１】
希望の相似変換を見いだすために適した方法は、ウメヤマにより、Ｌｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｔｗｏ Ｐｏｉｎｔ Ｐａｔｔｅｒｎｓ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，１３（４）、３７６−３８０（１９９１）において説明され、これは参考文献としてここに組み入れられる。Ｐ及びＱ両者の質量中心を次のように定義する。
【００６２】
【数１０】
次いで、Ｐ及びＱ両者における点の分散を次のように定める。
【００６４】
【数１１】
この２面間の共分散行列は次のようになる。
【００６６】
【数１２】
Σpqの特異値分解をΣpq＝ＵＤＣTとすると、
【００６８】
【数１３】
である。このとき、変換の回転、移行及びスケーリングは次式で与えられる。
【００７０】
【数１４】
ここに、行列の固有和はその対角元の和である。
【００７２】
剛体変換の場合はスケーリングは適用されず、従ってｃ＝１である。
【００７３】
本発明の実施態様は以下の通りである。
【００７４】
１．被験者の身体内の構造をマップ化する方法であって、
診断用情報を含んだ構造の３次元（３Ｄ）画像を獲得し、
構造内に挿入されたプローブを使用して構造の３Ｄ幾何学的マップを作り、
画像内の複数の画像点の各がマップ内の対応したマップ点と同一化されるように画像とマップとを整合させ、そして
画像点の各と組み合わせられた診断用情報が対応するマップ点において表示されるようにマップを表示する
諸段階を含んだ方法。
【００７５】
２．診断用情報が構造における血流に関係する実施態様１による方法。
【００７６】
３．診断用情報が局所的潅流データを含む実施態様２による方法。
【００７７】
４．診断用情報が代謝データを含む実施態様１による方法。
【００７８】
５．診断用情報が構造の組織内の物質の吸収に関連する実施態様１による方法。
【００７９】
６．診断用情報が構造の運動に関連する実施態様１による方法。
【００８０】
７．幾何学的マップの作成が、構造の多数の位置においてプローブを構造に接触させること、及びその位置においてプローブの位置座標を記録することを含む実施態様１による方法。
【００８１】
８．位置座標を記録することが、プローブ内の位置センサーを使って座標を判定することを含む実施態様７による方法。
【００８２】
９．画像とマップとの整合が、変形後に、画像とマップとが共通の軸線及び共通のスケールを持つように画像とマップの少なくとも一方に変形を行うことを含む実施態様１による方法。
【００８３】
１０．画像とマップの整合が、画像を、軸線に沿って相互に間隔を空けられて軸線に直角方向の複数の平行な平面スライスに分割することを含み、更に複数の画像点がスライス内に置かれる実施態様９による方法。
【００８４】
１１．画像とマップの整合が、各スライスの軸座標及び各スライスに置かれた各画像点の角度座標を見いだすこと、及び画像点及びマップ点の各が同じ軸座標と角度座標とを有することを確認することを含む実施態様１０による方法。
【００８５】
１２．構造が空洞部を定めている壁を有し、更に画像点及びマップ点の各の同一化が、ある軸座標及び角度座標において、壁の断面内にある画像点を見いだすことを含む実施態様１１による方法。
【００８６】
１３．診断用情報を反映するようにマップに着色することを含む実施態様１による方法。
【００８７】
１４．マップ上に表示された診断用情報により案内されて、構造に医学的処置を行うことを含む実施態様１による方法。
【００８８】
１５．医学的処置の実行が、幾何学的マップ上の選択された位置において局所的に治療を行うためにプローブを使用することを含む実施態様１４による方法。
【００８９】
１６．治療が行われた位置を幾何学的マップ上に印を付けることを含む実施態様１５による方法。
【００９０】
１７．医学的処置の実行が、治療処置を行うことを含む実施態様１５による方法。
【００９１】
１８．診断用情報が構造の局所的血流に関連し、更に治療処置の実行が局所的血流を改善するための処置の実行を含む実施態様１７による方法。
【００９２】
１９．医学的処置の実行が、診断手順の実行を含む実施態様１５による方法。
【００９３】
２０．構造が被験者の心臓を含み、更に幾何学的マップの作成が心臓の心室の心臓内面のマップ化を含む実施態様１による方法。
【００９４】
２１．被験者の身体内の構造をマップ化する装置であって、
診断用情報を含んだ構造の３次元（３Ｄ）画像を獲得するようにされた画像化装置、
構造の３Ｄ幾何学的マップを作るように、構造内に挿入されるようにされたプローブ、
プローブ及び画像化装置に接続され、更に画像内の複数の画像点の各がマップ内の対応するマップ点と道程されるように画像とマップとが整合するようにされたプロセッサー、及び
画像点の各と組み合わせられた診断用情報が対応するマップ点において表示されるようにマップを表示するように、プロセッサーにより駆動されるように接続されたディスプレイ
を具備する装置。
【００９５】
２２．診断用情報が構造の血流に関連する実施態様２１による装置。
【００９６】
２３．診断用情報が局所的潅流データを含む実施態様２２による装置。
【００９７】
２４．診断用情報が代謝データを含む実施態様２１による装置。
【００９８】
２５．診断用情報が構造の組織における物質の吸収に関連する実施態様２１による装置。
【００９９】
２６．診断用情報が構造の運動に関連する実施態様２１による装置。
【０１００】
２７．幾何学的マップを作成するために、プローブが構造の多数の位置において構造に接触させられ、更に、その位置において、プロセッサーがプローブの位置座標を記録する実施態様２１による装置。
【０１０１】
２８．プローブが、位置座標をを判定するために使用する位置センサーを備える実施態様２７による装置。
【０１０２】
２９．プロセッサーは、変形後に、画像とマップとが共通の軸線及び共通のスケールを持つように画像とマップの少なくとも一方に変形を行うようにして、画像とマップとが整合するようにされる実施態様２１による装置。
【０１０３】
３０．プロセッサーは、更に、画像を、軸線に沿って相互に間隔を空けられて軸線に直角方向の複数の平行な平面スライスに分割するようにされ、この場合、スライスに複数の画像点が置かれる実施態様２９による装置。
【０１０４】
３１．プロセッサーは、各スライスの軸座標及び各スライスに置かれた画像点の各の角度座標を見いだすようにされ、更に画像点及びマップ点の各が同じ軸座標と角度座標とを有することを確認するようにされた実施態様３０による装置。
【０１０５】
３２．構造が空洞部を定めている壁を有し、更にプロセッサーは、画像点及びマップ点の各の同一化が、軸座標及び角度座標において、壁の断面内にある画像点を見いだすことにより画像点及びマップ点の各を同一化するようにされた実施態様３１による装置。
【０１０６】
３３．マップが診断用情報を反映するように着色される実施態様２１による装置。
【０１０７】
３４．マップに表示された診断用情報により案内されて構造における医学的処置を行うようにされた医用装置を備える実施態様２１による装置。
【０１０８】
３５．医用装置がプローブ内に収容され、これは、幾何学的マップの選択された位置において局所的に処置を行うために使用するにようにされる実施態様３４による装置。
【０１０９】
３６．プロセッサーが、処置の行われた位置を幾何学的マップ上に印を付けるようにされる実施態様３５による装置。
【０１１０】
３７．医学的処置が治療処置を含む実施態様３５による装置。
【０１１１】
３８．診断用情報が構造における局所的な血流に関連し、更に治療処置が局所的血流の改善のための処置を含む実施態様３７の装置。
【０１１２】
３９．医学的処置が診断用手順を含む実施態様３５による装置。
【０１１３】
４０．構造が被験者の心臓であり、更に幾何学的マップが心臓の心室の心臓内面のマップを含む実施態様２１の装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例による、心臓の画像化、マップ化、及び治療のためのシステムの図式的かつ描画的な図である。
【図２】本発明の好ましい実施例による、心臓の画像化、マップ化、及び処理の方法を示す流れ図でる。
【図３】本発明の好ましい実施例による心臓の心室のマップの図式的表現である。
【図４】本発明の好ましい実施例による心臓のマップと画像とを一致させる際に使用される座標を示している図３のマップの単純化された幾何学的表現である。
【図５】本発明の好ましい実施例による心臓を通る平行スライスの積重ねとして表された心臓の３Ｄ像の図式的な分解図である。
【図６】本発明の好ましい実施例による図３の３Ｄマップとスライスとの整列を示している横並びにされた図５のスライスを示す。
【図７】本発明の好ましい実施例による図５及び６の画像からの診断用情報によりマップに着色した後の図３のマップの図式的表現である。
【符号の説明】
２０ システム
２６ 被験者
３０ カテーテル
３４ コンソール
３６ モニター
４８ 画像化ユニット
Claims (1)
- 被験者の身体内の構造をマップ化する装置であって、
診断用情報を含んだ構造の３次元（３Ｄ）画像を獲得するようにされた画像化装置、
プローブの位置及び方向情報を判定するための位置センサーを有し、該位置センサーを使用して位置及び方向情報に基づき構造の３Ｄ幾何学的マップを作るように、構造内に挿入されるようにされたプローブ、
プローブ及び画像化装置に接続され、更に３Ｄ画像内の複数の画像点のそれぞれが３Ｄ幾何学的マップ内の対応するマップ点と同定されるように、３Ｄ画像の平行スライスの積み重ねのブルズアイ表現によって、３Ｄ画像と３Ｄ幾何学的マップとが整合するようにされたプロセッサー、
ここで、該プロセッサーは、変形後に画像とマップとが共通の軸線及び共通のスケールを持つように、画像とマップの少なくとも一方に変形を行い、画像とマップとが整合するようにし、
該プロセッサーは、画像を、軸線に沿って相互に間隔を空けられて軸線に直角方向の複数の平行な平面スライスに分割し、この場合、該スライスに複数の画像点が置かれ、
該プロセッサーは、各スライスの軸座標及び各スライスに置かれた各画像点の角度座標を見いだし、更に各画像点及びマップ点が同じ軸座標と角度座標とを有することを確認する、及び
各画像点と組み合わせられた診断用情報が対応するマップ点において表示されるように、３Ｄ幾何学的マップを表示するようにプロセッサーにより駆動されるように接続されたディスプレイ
を具備する装置。
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