JP5145038B2 - マーカーを有する介入器具の画像の処理方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のマーカーを有する複数の介入器具の集合、画像処理システム及びそのような複数の器具を有する体ボリュームの複数の投影画像の評価のための方法に関する。

増加している外科的介入の数は、処置されている体の領域の投影を生成する撮像システムの制御下で複数の介入器具の支援により実行される。代表的な例は、しばしば、（バルーン）カテーテル、ガイドワイヤ、ステント等のような複数の異なる器具が連続的に又は同時に適用される心臓−血管系における介入である。更に、撮像システムの特定の機能が介入の複数の異なるフェーズ及び複数の異なる器具の適用のために与えられ、それらの機能は、今日、医師により手動で開始されなければならない。

このような状況を踏まえて、本発明の目的は、複数の器具による介入の間に医師を支援する手段を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の複数の介入器具の集合により、請求項５に記載の画像処理システムにより及び請求項１０に記載の方法により達成される。好適な実施形態については従属請求項に開示されている。

第１特徴にしたがって、本発明は、カテーテル、ガイドワイヤ、内視鏡、同じ種類の複数の器具及び複数の異なる種類の器具を有することが可能である個別の器具の集合に関する。それらの器具は、対応する器具の投影画像において検出されることが可能である複数のマーカーを備えていて、前記複数のマーカーの投影は、各々の器具について特徴的である特徴を有する。換言すれば、器具に一意に属す前記器具のマーカーの対応する投影画像から（略）何れの特定の関連投影方向の特徴を導き出すことが可能である。それらのマーカーは、例えば、Ｘ線被爆において高コントラストを現すようにＸ線放射に対して不透明であることが可能である。

上記のような複数の介入器具の集合は、複数のマーカーは投影画像において検出されるために及び前記複数のマーカーは器具について個別のコードが確立されるために、投影画像において一意に識別されることができるという有利点を有する。

複数の器具の集合の第１実施形態にしたがって、少なくとも幾つかの器具は、投影画像において区別される異なる形状を有する複数のマーカーを有する。それらのマーカーは、例えば、画像において識別され、対応する介入器具についてのコードとしての役割を果たすことが可能であるブロブ、十字形又は線を有することが可能である。

形状により上記のコードと共に又はその代替として意味する第２実施形態にしたがって、集合としての少なくとも２つの器具は異なる構成で３つ又はそれ以上のマーカーを備えている。マーカー自体は、そのとき、形状が同じであることが可能であり、例えば、各々の器具における３つ又はそれ以上のマーカーの構成がコードを有するため、投影画像における点又は円として現れることが可能である。それらのマーカーは、好適には、それらの関連空間構成が（略）一定であることを確実にするように、対応する器具の実質的に硬い部分に備えられる。更に、好適には、３つ又はそれ以上のマーカーが互いに線上に備えられ、それ故、それらのマーカーの連続性の確実性は投影方向に対して不変である（即ち、中央のマーカーは全ての投影において他の２つのマーカーの間にあり、それ故、一意に識別されることが可能である）ことを確実にする。この場合、中央のマーカーと外側のマーカーとの間の距離の比は、全ての投影において不変に保たれるため、対応する器具についての特徴値としてとられることが可能である。

本発明は、複数のマーカーを備えている複数の介入器具の集合の少なくとも１つの介入器具を有することが可能である体ボリュームの投影画像の評価のための画像処理システムであって、前記複数のマーカー及び／又はそれら複数のマーカーの構成の投影は各々の器具について特徴的である、画像処理システムに更に関する。複数の介入器具の集合は、特に、上記の種類の介入器具の集合の実施形態の１つであることが可能である。画像処理システムは、次のように適合されることが可能である。
− 少なくとも１つのそのような器具と共に体の領域を示す所定の投影画像において複数の介入器具の複数のマーカーを検出するように適合される。前記投影は、例えば、Ｘ線高密度マーカーを示すＸ線画像であることが可能である。
− 検出される複数のマーカーに基づいて前記投影画像における少なくとも１つの器具を識別するように適合される。

上記の画像処理システムは、複数の投影画像における複数の介入器具の集合の複数の異なる器具の自動識別を可能にする。複数のマーカーを有する複数の異なる器具のラベリングは、それ故、それらの器具を使用している医師のための視覚的支援であるばかりでなく、医師を支援する異なる機能を与えるように画像処理システムにより利用されることが可能である。

画像処理システムは、好適には、複数のマーカー及びそれら複数のマーカーの構成についてのデータがその集合の全ての器具のために記憶されるデータベースを有することが可能である。前記データベースにおける情報の支援により、画像処理システムは、ユーザからの付加情報を必要とすることなく、投影画像における所定の集合の何れかの器具を識別することができる。

上記の実施形態においては、画像において存在する全ての器具は、全ての器具における全てのマーカーについての情報の支援により識別される一方、画像処理システムはまた、前記器具における複数のマーカー及び／又それら複数のマーカーの構成についての所定のデータに基づいて投影画像において特定の器具を定位化するように適合されることがまた、可能である。それらのデータは、例えば、ユーザにより明示的に与えられることが可能であり、又は、それらのデータは、対象の器具を示す前の投影画像から得られることが可能である。

規定により、画像処理システムは、投影画像において少なくとも１つの器具を識別することができる。好適な実施形態にしたがって、この情報は、少なくとも１つの識別された器具に依存して動作モードを変えるように、画像処理システムにより用いられることが可能である。画像処理装置が、例えば、特定の介入タスクに関連する器具の使用法を特定する場合、一部の機能が自動的にアクティブにされ、ユーザインターフェースにおける文脈に敏感なメニューが有効にされ、又は、画像処理機能の設定がその器具の特徴に適合されることができる。画像における特定の種類の器具を検出する可能性は、画像処理のため（例えば、取得パラメータのコントラスト対ノイズ比に基づく設定のため又はステントフリーズブーストのため（ここで、“ステントフリーズブースト”は、画像シーケンス、複数のマーカー位置の支援による動きの補償及び一定の改善と組み合わされた時間積分によるステントの変動の改善を意味する）に、及び画像において複数の異なる器具（例えば、電気生理学的手順における基準及びマッピングカテーテル）を自動的に区別するために更に用いられることが可能である。

他の実施形態にしたがって、画像処理システムは、前記器具に備えられている複数のマーカー及び／又はそれら複数のマーカーの構成についてのそれ自体知られているデータの支援により、器具の定位化を改善するように適合されることが可能である。例えば、器具における３つのマーカー間の互いの距離が正確に知られている場合、この情報は、画像におけるマーカーの定位化を改善するように用いられることが可能である。

本発明は、介入器具の集合の少なくとも１つの器具を有することが可能である体ボリュームの投影画像の評価のための方法に更に関する。その方法は次の段階を有する。
− 複数のマーカー及び／又はそれら複数のマーカーの構成が各々の器具について特徴的であるように複数の器具に前記複数のマーカーを付ける段階。
− 所定の投影画像においてマーカーを検出する段階。
− 検出されたマーカーに基づいて上記の投影画像において少なくとも１つの器具を識別する段階。

本発明の方法は、一般に、上記の種類の画像処理システム及び複数の介入装置の集合により実行される段階を有する。それ故、その方法の詳細、有利点及び改善に関する更なる情報について、上記説明を参照することができる。

本発明の上記の及び他の特徴については、以下に詳述する実施形態を参照することにより明らかになり、理解することができる。

図の左側においては、患者１の心臓のような体の領域の投影画像２５が生成される、Ｘ線管１２及びＸ線検出器１１を有するＸ線撮像システム１０が示されている。Ｘ線システム１０は画像処理システム２０により制御され、そのデータは画像処理システム２０により受信される。画像処理システム２０は、中央処理ユニット、揮発性及び不揮発性メモリ、Ｉ／Ｏインターフェース等のような従来の構成要素を有するコンピュータ（ワークステーション）により、典型的には、実現される。図においては、下記で説明する画像処理システム２０の基本的構成要素のみを示している。図はモニタ３０を更に示し、そのモニタにおいて、画像処理システム２０により生成された画像が表示される。

米国特許出願公開第２００３／０２０９０９６Ａ１号明細書においては、マーカーを備えたドリルのような医療ツールの空間的トラッキングのためのトラッキングシステムのアプリケーションであって、各々のマーカーの三次元位置が測定される、トラッキングシステムのアプリケーションについて記載されている。その特許文献においては、トラッキングシステムが前記ツール間で区別することを可能にするように、マーカーが各々のツールにおける一意のパターンにおいて位置付けられることが記載されている。三次元トラッキングシステムは、しかしながら、利用可能でない多くの医療用介入の状態にある。そのような介入（例えば、心臓／血管）は、それに代えて、Ｘ線透視により導かれる。更に、それらの場合に、アプリケーション向け支援を与えるように、益々高度な動作モード及びソフトウェアパッケージが導入されることが認められる。相当な量の機能は特定の介入段階を参照し、区別可能な介入装置（例えば、カテーテル、ガイドワイヤ）の組み合わせで用いられる。

Ｘ線透視下で上記の介入において医師を支援するように、ここでは、装置について特徴的である、適用される介入装置において密度高いＸ線マーカーの組み合わせを用いることを提案している。電気生理学的手順の間にＸ線システム１０により生成された投影画像２５の支援によるこの方法について、図に例示している。投影２５は、２つの器具５１、５２、例えば、基準カテーテル及びマッピングカテーテルを有する。各々の器具は、互いから所定距離を有する２つの外側のマーカー４１、４３及び４４、４６をそれぞれ備え、第３マーカー４２、４４はそれぞれ、それらの間にある。外側のマーカーから対応する中間のマーカーまでの距離の比は、その場合、各々の器具について一意であるように選択されることが可能である。それ故、４１から４２までの距離：４２から４３までの距離の比は１：２である一方、４４から４５までの距離：４５から４６までの距離の比は１：１である。

画像処理システム２０の第１“定位化モジュール”２１においては、全てのマーカー４１、４２、４３、４４、４５、４６は、画像処理の標準的アルゴリズムの支援により投影画像２５において定位化される。後続の“定位化モジュール”２２においては、この情報は、次いで、投影画像２５において存在する特定の器具を識別するように用いられる。この識別は、マーカー位置（又は、少なくとも上記の比のような特徴的値）が所定の複数の介入器具の集合について記憶されるデータベース２４の支援により行われることが可能である。更に詳細には、識別手順は次のような段階を有することが可能である。
− 互いから所定の最大距離（前記最大距離は、互いから最も外側のマーカー、例えば、４１、４３までの実際の距離に相当する）を有する線にある３つのマーカーの組み合わせを探索する段階。
− 各々の求められた３つのマーカーの組み合わせについて、最も外側のマーカーから対応する中間のマーカーまでの距離の比、即ち、比率、Ｒ_５１＝４１−４２：４２−４３及びＲ_５２＝４４−４５：４５−４６を計算する段階。
− 計算された比が特定の器具のためのデータベース２４に記憶されている値に（所定の許容範囲内で）対応する場合、前記器具として３つのマーカーが属すオブジェクトを識別する段階。それ故、約１：１の比は基準カテーテル５２と関連付けられる一方、約１：２（又は、２：１）の比はマッピングカテーテル５１と関連付けられる。

モジュール２１、２２において得られる情報は、検出される器具５１、５２について特有である機能を与えるように、他のモジュール２３により用いられることが可能である。例えば、文脈に敏感なメニュー又はステントフリーズブーストのような文脈に敏感な画像処理アルゴリズムが与えられることが可能である。投影２５は、更に、モニタ３０に表示されることが可能であり、識別結果が、例えば、異なる色により又はラベルにより示されることが可能である。

図において破線で示されているように、定位化モジュール２１及び識別モジュール２２の処理は、モジュール２２における識別手順の結果がモジュール２１の投影２５におけるマーカー４１乃至４６の正確な定位化のために用いられる。それ故、検出される器具５１におけるマーカー４１、４２、４３間の正確に知られている距離は、例えば、それらのマーカーの測定位置を補正するように用いられることが可能である。

上記の画像処理システム２０のアプリケーションは、データベース２４の支援による所定の投影２５に存在する器具５１、５２の識別に基づいている一方、複数の介入器具の個別のマーキングはまた、投影における特定の種類の器具の定位化のために用いられることが可能である。この場合、定位化モジュール２１は、上記のように機能する、即ち、マーカー４１乃至４６の位置は先ず、投影２５において決定される。識別モジュール２２においては、存在する全ての器具が識別されるのではないが、関心のある特定の器具が特に、探索される。その探索される器具は、例えば、ユーザによりキーボード３１又は類似する入力装置を介して入力される対応するマーカーパラメータにより選択され、規定されることが可能である。それ故、ユーザは、例えば、マッピングカテーテル５１が定位化される場合、所望の距離の比２：１を入力する。

次の段階においては、対象の器具は、要求される特徴とのマーカーの組み合わせを探索することにより、モジュール２２により投影画像２５において識別され、定位化される（即ち、器具が存在するかどうか、それが器具であるかどうか、どこにあるかが調べられる）。一般に、モデルに基づく方法はマーカー検出を容易にする。探索される器具のマーカー構成はまた、前の自動器具識別段階から与えられることが可能である。それ故、データベース２４は、投影画像における特定の複数の器具の定位化中には必ずしも用いられない。

一般に、更なるマーカーを用いることは、識別及び定位化のロバスト性を高めることが可能である。更に、異なる種類のマーカー（ブロブ、十字形、短い線）を用いることが可能であり、そのことは、区別することができる器具の数及びロバスト性を更に高めることが可能である。

最後に、本明細書において、用語“を有する”は他の要素又は段階を排除するものではなく、単数表現は複数の存在を排除するものではなく、単一の処理器又は他のユニットが幾つかの手段の機能を実行することが可能であることを特記しておく。

複数のＸ線投影における複数の異なる器具の識別のために、本発明にしたがった画像処理システムの使用を模式的に示す図である。

Claims (8)

1. 複数の器具の集合であって：
   各々の器具は、前記複数の器具の複数の投影画像において検出される少なくとも１つのマーカーを備えていて；
   前記少なくとも１つのマーカーの投影は対応する器具について特徴的である；
   複数の器具の集合であり、
   前記複数の器具の少なくとも２つは、異なる構成で前記複数の器具に付けられた３つ又はそれ以上のマーカーを備えていて；
   それらのマーカー間の距離の比は、全ての投影において不変に保たれるため、前記対応する器具についての特徴値としてとられる；
   複数の器具の集合。
2. 請求項１に記載の複数の器具の集合であって、前記複数の器具の少なくとも一部は、投影画像において区別されることが可能である異なる形を有するマーカーを備えている、複数の器具の集合。
3. 請求項１に記載の複数の器具の集合であって、前記マーカーはＸ線放射に対して不透明である、複数の器具の集合。
4. 複数のマーカーを備えた複数の器具の集合、特に、請求項１乃至４の何れか一項に記載の複数の器具の集合のうちの少なくとも１つの器具を有することが可能である体の領域の投影画像の評価のための画像処理システムであって、前記複数のマーカー及び／又は前記複数のマーカーの構成は各々の器具について特徴的である、画像処理システムであり：
   所定の投影画像において複数の器具の複数のマーカーを検出する段階；及び
   前記検出された複数のマーカーに基づいて前記投影画像において少なくとも１つの器具を識別する段階；
   を有する画像処理システムであり、
   前記複数の器具の少なくとも２つは、異なる構成で前記複数の器具に付けられた３つ又はそれ以上のマーカーを備えていて；
   それらのマーカー間の距離の比は、全ての投影において不変に保たれるため、前記対応する器具についての特徴値としてとられる；
   画像処理システム。
5. 請求項４に記載の画像処理システムであって、前記複数のマーカー及び前記複数のマーカーの構成が全ての器具について記憶されているデータベースを有する、画像処理システム。
6. 請求項４に記載の画像処理システムであって、前記器具の複数のマーカー及び前記複数のマーカーの構成についての所定のデータに基づいて、前記投影画像における対象の器具を定位化するように適合されている、画像処理システム。
7. 請求項４に記載の画像処理システムであって、前記投影画像において識別された前記複数の器具に依存して動作モードを変えるように適合されている、画像処理システム。
8. 請求項４に記載の画像処理システムであって、前記器具に備えられている前記複数のマーカーについての及び／又は前記複数のマーカーの構成についてのデータの支援により前記器具の定位化を改善するように適合されている、画像処理システム。

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