JP5348868B2 - 医用システムの作動方法、医用システムおよびコンピュータ読み取り可能な媒体 - Google Patents

Description

本発明はインターベンショナルな処置（interventional procedure;介入処置とも呼ばれている。）への三次元画像の統合に関する。特に、インターベンショナルな処置中、取得した二次元および三次元画像データセットが融合可視化画像（fusion visualization）として処理され表示される。

患者のための最小量の侵襲性を伴うインターベンショナルな処置は、ますます普及してきている。最小限の侵襲性のインターベンショナルな処置の例には、心臓弁の交換または修復、幹細胞治療、バルーン装置の配置、腫瘍治療、脊柱処置、および侵襲性関節治療がある。インターベンショナルな処置の他の例には、椎骨形成、亀背形成、脊髄造影、骨生検、椎間板造影、円板内電熱治療な処置に使用される医療器具には、一般に、カテーテル、針、およびガイドワイヤがあり、これらは、インターベンショナルな処置を受けている患者の器官腔に導入されることが多い。このようなインターベンショナルな処置は、一般に、二次元画像を取得することができる医用撮像装置を使って監視され、医者または技術者が、取得した二次元画像を使って使用されている医療器具を監視することができる。取得される二次元画像の例には、Ｘ線透視画像、コンピュータ断層撮影画像、磁気共鳴画像、超音波画像、および陽電子放出トラッキング画像がある。

取得した二次元画像を使って医療器具を監視することができるが、インターベンショナルな処置を受けている患者の解剖学的構造はこれらの二次元画像で適当に表示されないことがある。そのため、医者または技術者は、医療器具とその位置を患者の解剖学的構造に関係するものとして監視することができない。

前置きとして、以下に述べる実施形態は三次元画像をインターベンショナルな処置に統合するシステムおよび方法を含む。システムはインターベンショナルな処置中に画像を取得し表示するように動作する。システムは、医用撮像装置、監視装置、プロセッサ、および表示装置を含む。医用撮像装置はインターベンショナルな処置を受けている患者の器官腔または一部分の二次元画像を取得することができる。監視装置は患者を監視し患者の位置またはアライメントの変化を検出することができる。監視装置はまた患者の器官腔を監視することができる。監視装置は、更に、インターベンショナルな処置で使用されている医療器具を監視するように構成することができる。プロセッサは監視装置および医用撮像装置と結合される。プロセッサは、取得した二次元画像と三次元画像データセットに基づいて患者の器官腔または一部分の三次元／二次元融合可視化画像を作成することができる。表示装置は次に三次元／二次元融合可視化画像を表示することができる。

この方法は三次元画像データセットを使用してインターベンショナルな処置を表示することを含む。この方法は、三次元画像データセットと二次元画像を取得することを含む。次に、三次元画像データセットは二次元画像にレジストレーションされる。次に、三次元画像データセットと二次元画像とは三次元／二次元融合可視化画像として表示される。三次元画像データセットは二次元画像の表示と別の三次元画像として表示されてもよい。

本発明は、以下の特許請求の範囲によって規定され、この節に記載した内容は特許請求の範囲の限定として解釈されるべきでない。実施態様の更に他の態様と利点は、好ましい実施形態と関連して後述され、後で独立にまたは組み合わせとして請求されることがある。

本発明によれば、医療器具と、
器官腔の二次元画像を取得する医用撮像装置と、
器官腔を表わす三次元画像データセットを取得する三次元画像データセット取得装置と、
器官腔上の医療器具を監視する監視装置と、
三次元画像データセットと二次元画像とを受け取って、医療器具の少なくとも一部分の像を含んでいる、二次元画像と三次元画像データセットとの三次元／二次元融合可視化画像を作成するプロセッサと、
融合可視化画像を表示する表示装置と
を備える医用システムの作動方法において、
三次元画像データセット取得装置が、器官腔を表わす三次元画像データセットを取得し、
プロセッサが、三次元画像データセットを医用撮像装置にレジストレーションし、
プロセッサが、三次元画像データセットを監視装置にレジストレーションし、
医用撮像装置が、器官腔の二次元画像を取得し、
プロセッサが、医用撮像装置の座標系に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新して、三次元画像データセットを医用撮像装置に再びレジストレーションし、
表示装置が、三次元画像データセットと二次元画像との融合視覚化画像を使用して、医療器具の少なくとも一部分の像を表示し、
監視装置が、医療器具の場所を決定し、
プロセッサが、三次元画像データセットおよび二次元画像に対して相対的な医療器具の場所の位置を決定し、医療器具の場所の決定された位置と医療器具の少なくとも一部分の表示像の位置とを比較し、その比較に基づいて、監視装置に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新する
ことを特徴とする医用システムの作動方法が提案される（請求項１）。

医用システムの作動方法に関する本発明の実施態様は、次の通りである。
・器官腔を表す三次元画像データセットを取得することは、インターベンショナルな処置の前に三次元画像データセットを取得することを含む。
・器官腔を表す三次元画像データセットを取得することは、手術中技術により取得することを含む。
・三次元画像データセットを取得することは、三次元画像を取得することができるＸ線撮像装置により取得することを含む（請求項２）。
・二次元画像を取得することは、Ｘ線撮像装置または手術用顕微鏡により取得することを含む（請求項３）。
・医療器具の場所がアルゴリズムによって決定される（請求項４）。
・医療器具の場所の位置に基づいて、磁気ナビゲーションを使用して医療器具を操縦する（請求項５）。
・二次元画像を取得することはＸ線透視画像を取得することを含む（請求項６）。
・医用撮像装置に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新することは、心電図の関数として動的に更新することを含む（請求項７）。

本発明によれば、二次元画像にレジストレーションされた三次元画像を使用してインターベンショナルな処置を表示する医用システムにおいて、
器官腔の二次元画像を取得する医用撮像装置と、
インターベンショナルな処置中に器官腔上に使用されている医療器具を監視する監視装置と、
器官腔を表わす三次元画像データセットを取得し、三次元画像データセットを監視装置にレジストレーションし、三次元画像データセットを医用撮像装置の走査領域を表わす二次元画像にレジストレーションし、医用撮像装置の座標系に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新して三次元画像データセットを二次元画像に再びレジストレーションし、医療器具の少なくとも一部分の像を含んでいる、三次元画像データセットと二次元画像との融合可視化画像を作成し、監視装置によって医療器具の場所を決定し、三次元画像データセットおよび二次元画像に対して相対的に医療器具の場所の位置を決定し、医療器具の場所の決定された位置と医療器具の少なくとも一部分の作成された像の位置とを比較し、その比較に基づいて、監視装置に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新するプロセッサと、
融合可視化画像を表示する表示装置と
を有する医用システムが提案される（請求項８）。

医用システムに関する本発明の実施態様は、次の通りである。
・器官腔を表す三次元画像データセットはインターベンショナルな処置前に取得される（請求項９）。
・器官腔を表す三次元画像データはインターベンショナルな処置中に取得される（請求項１０）。
・医用撮像装置はＸ線撮像装置または手術用顕微鏡である（請求項１１）。
・監視装置は、更に、磁気トラッキングを使用する器具位置測定装置により医療器具の場所を決定する（請求項１２）。
・医療器具の場所と、三次元画像データセットおよび二次元画像に対して相対的な前記場所の位置とに基づいて医療器具を操縦するように動作する磁気ナビゲーション装置を更に含む（請求項１３）。
・二次元画像はＸ線透視画像である（請求項１４）。
・プロセッサは、心電図の出力に基づいて医用撮像装置に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新する（請求項１５）。

本発明によれば、器官腔を表わす三次元画像データセットを取得し、
三次元画像データセットを医用撮像装置にレジストレーションし、
三次元画像データセットを監視装置にレジストレーションし、
医療器具が実施するインターベンショナルな処置の二次元画像を医用撮像装置により取得し、
医用撮像装置の座標系に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新して、三次元画像データセットを医用撮像装置に再びレジストレーションし、
インターベンショナルな処置中に、三次元画像データセットと二次元画像との融合視覚化画像を使用して医療器具の少なくとも一部分を表示し、
監視装置によって医療器具の場所を決定し、
三次元画像データセットおよび二次元画像に対して相対的に医療器具の場所の位置を決定し、
医療器具の場所の決定された位置と医療器具の少なくとも一部分の表示像の位置とを比較し、
その比較に基づいて、監視装置に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新する
方法を実施するためのコンピュータ実行命令を含むコンピュータ読み取り可能な媒体が提案される（請求項１６）。

コンピュータ読み取り可能な媒体に関する本発明の実施態様は、次の通りである。
・器官腔を表す三次元画像データセットを取得することは、インターベンショナルな処置前に三次元画像データセットを取得することを含む（請求項１７）。
・器官腔を表す三次元画像データセットを取得することは、手術中技術により取得することを含む（請求項１８）。
・医用撮像装置はＸ線撮像装置または手術用顕微鏡である（請求項１９）。
・器具位置測定装置により医療器具の場所を決定するコンピュータ実行命令を更に含む（請求項２０）。
・医療器具の場所の位置に基づいて磁気ナビゲーションを使用して医療器具を操縦するコンピュータ実行命令を更に含む（請求項２１）。
・二次元画像を取得することはＸ線透視画像を含む（請求項２２）。
・医用撮像装置に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新することは、心電図の関数として動的に更新することを含む（請求項２３）。

以下の図面と説明を参照することによりシステムをよりよく理解することができる。図内の構成要素は、必ずしも一律の縮尺でなく、それどころか本発明の原理を示すために強調されている。更に、図面において、参照番号は様々な図全体にわたって対応する部分を指す。

図１は、インターベンショナルな処置中に、二次元画像にレジストレーションされた三次元画像データセットを使用して取得し表示するシステム１０２の一実施形態を示す。システム１０２は、二次元画像１０６を取得することができる医用撮像装置１０４を含む。システム１０２は、また、プロセッサ１１２に接続された監視装置１１０を含む。一実施形態では、プロセッサ１１２は、入力として二次元画像１０６と三次元画像データセット１０８を受け取る。プロセッサ１１２は、二次元画像１０６と三次元画像データセット１０８との融合可視化画像１１４を作成する働きをする。次に、表示装置１１６を使用して、三次元／二次元融合可視化画像１１４を表示することができる。表示装置１１６は、また入力として、別の表示のための三次元画像データセット１０８と二次元画像１０６を受け取ることができる。

医用撮像装置１０４は、Ｘ線透視画像、血管造影画像、超音波画像、Ｘ線画像、現在既知または今後開発される二次元画像取得技術による画像、またはこれらの組み合わせなどの二次元画像を作成する働きをする医用撮像装置である。例えば、一実施形態では、医用撮像装置１０４は、ペンシルバニア州マルバーン（Malvern）に本社を置くSiemens AGのSiemens Medical Solutionsから入手可能なARCADIS Orbic C-arm撮像装置などのＸ線撮像装置である。別の実施形態では、医用撮像装置１０４は、ニュージャージー州パラモスに本社を置くTopcon America Corporationから入手可能なOMS-610 Operation Microscopeなどの手術用顕微鏡である。更に別の実施形態では、医用撮像装置１０４は、やはりSiemens AGのSiemens Medical Solutionsから入手可能なAXIOM Iconos R200などのＸ線透視画像を作成可能な撮像装置である。医用撮像装置１０４は、また、やはりSiemens AGのSiemens Medical Solutionsから入手可能なAXIOM Artis dTAなどの血管造影画像を作成することができる撮像装置でよい。

医用撮像装置１０４によって取得された二次元画像１０６は、Ｘ線透視画像、血管造影画像、Ｘ線画像、超音波画像、他の二次元医療画像、またはこれらの組み合わせでよい。例えば、二次元画像１０６は、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、核磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、陽電子放出断層撮影法（ＰＥＴ）、単光子放出型コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）、現在既知または今後開発される他の二次元画像技術、あるいはこれらの組み合わせを使用して取得することができる。二次元画像は、インターベンショナルな処置を受けている患者のスキャンされた器官腔または一部分の二次元画像でよい。例えば、二次元画像１０６は、患者の胸腔のＸ線画像である。別の実施形態では、二次元画像１０６は患者の胃腸管のＸ線透視画像でよい。

三次元画像データセット１０８は、医用撮像装置１０４によって作成された二次元画像１０６にレジストレーションされた患者の器官腔または一部分を表すデータセットである。三次元画像データセット１０８は、手術前技術、手術中技術、融合三次元ボリューム撮像技術、任意の他の現在既知または今後開発される技術、またはこれらの組み合わせを含む任意の三次元技術を使用して取得することができる。手術前技術の例には、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、核磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、陽電子放出断層撮影法（ＰＥＴ）、単光子放出型コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）、超音波法、またはこれらの組み合わせがあるが、これらに限定されない。手術中技術の例には、三次元デジタル減算血管造影法、三次元デジタル血管造影法、Siemens AGのSiemens Medical Solutionsによって開発されたＤｙｎａＣＴ技術などの回転血管造影法、三次元超音波法、またはこれらの組み合わせがあるが、これらに限定されない。融合三次元ボリューム撮像技術の例には、ＰＥＴ／ＣＴ撮像技術とＳＰＥＣＴ＋ＣＴ撮像技術（共にSiemens AGのSiemens Medical Solutionsによって開発された）があるが、これらに限定されない。現在既知または今後開発される他のタイプの三次元撮像技術も意図されている。

三次元画像データセット１０８は二次元画像１０６にレジストレーションされる。レジストレーション（Registration）は、一般に、２つの画像の理想的なマッチングを得るために行われる或る画像の別の画像に対する空間的変更（例えば、平行移動、回転、拡大縮小、変形）または既知の空間的関係を指す。レジストレーション技術には、医用撮像装置の較正情報に基づくレジストレーション、特徴形状に基づくレジストレーション、スペックルに基づくレジストレーション、動きトラッキング、強度に基づくレジストレーション、暗黙的レジストレーション、およびこれらの組み合わせがあるが、これらに限定されない。更に他のレジストレーション技術は、Arnuif Oppelt著「Imaging Systems for Medical Diagnostics」(2005)の第４章に説明されている。

監視装置１１０はシステム１０２のインターベンショナルな処置を監視する。一実施形態では、監視装置１１０は、表示装置１１６に表示するために患者の器官腔または一部分の実時間画像をプロセッサ１１２に提供する医用撮像装置１０４上に配置されたカメラである。別の実施形態では、監視装置１１０は、患者の器官腔または一部分内の医療器具を探すために使用される器具位置測定装置である。例えば、器具位置測定装置は、磁気トラッキングを使用して患者の器官腔または一部分内の医療器具の場所を追跡することができる。器具位置測定装置は、後で表示装置１１６に表示するために、人間患者の器官腔または一部分内の医療器具の座標をプロセッサ１１２に提供することができる。この例では、三次元画像データセット１０８は器具位置測定装置にレジストレーションされてもよい。別の実施形態では、監視装置１１０は、人間の患者の器官腔または一部分内で使用されている医療器具を操作する働きをする磁気ナビゲーション装置である。磁気ナビゲーション装置は、後で表示装置１１６に表示するために、患者の器官腔または一部分内の医療器具の座標をプロセッサ１１２に提供することができる。この実施形態では、三次元画像データセット１０８を器具操縦装置にレジストレーションすることもできる。

プロセッサ１１２は、汎用プロセッサ、データ信号プロセッサ、グラフィックスカード、グラフィックスチップ、パーソナルコンピュータ、マザーボード、メモリ、バッファ、スキャン変換器、フィルタ、補間回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向けＩＣ、アナログ回路、デジタル回路、これらの組み合わせ、あるいは二次元画像１０６と三次元画像データセット１０８の融合可視化画像を作成するための任意の他の現在既知または今後開発される装置である。プロセッサ１１２は、アルファブレンディング、最小輝度投影法、最大輝度作成法、サーフェイスレンダリング、あるいは他の現在既知または今後開発される描写技術など、三次元画像データセット１０８の三次元像を描写するためのソフトウェアまたはハードウェアを含む。プロセッサ１１２は、また、三次元画像データセット１０８と二次元画像１０６との融合を視覚化するソフトウェアを含む。次に、プロセッサ１１２によって作成された三次元／二次元融合可視化画像１１４が、表示装置１１６に送られる。用語「融合可視化画像」は、一般に、二次元画像１０６と三次元画像データセット１０８とをそれらの現在のレジストレーションに関連する様式で表示することを指す。融合可視化画像技術には、輝度ベースの視覚化、ボリュームレンダリング技術、デジタル再構成Ｘ線画像、オーバーレイグラフィックプリミティブ、逆投影、減算された視覚化、またはこれらの組み合わせがあるが、これらに限定されない。プロセッサ１１２は、監視装置１１０から提供される医療器具の座標に基づいて、監視装置１１０によって監視される医学的測定を三次元／二次元融合可視化画像１１４に組み込むように構成することができる。プロセッサ１１２は、また、監視装置１１０から提供される出力に基づいて、三次元画像データセット１０８と二次元画像１０６とに関する医療器具の位置と向きを更新するように構成されてもよい。

表示装置１１６は、モニタ、ＣＲＴ、ＬＣＤ、プラズマ画面、フラットパネル、プロジェクタ、および他の現在既知または今後開発される表示装置である。表示装置１１６は、プロセッサ１１２によって作成された三次元／二次元融合可視化画像１１４の画像を表示するように動作可能である。また、表示装置１１６は、三次元画像データセット１０８の別の三次元画像を表示しかつ医用撮像装置１０４から提供される二次元画像１０６を表示するように動作可能である。表示装置１１６は、監視装置１１０によって監視される医療器具を表示するように構成することができる。

システム１０２は、更に、医用撮像装置１０４、監視装置１１０、プロセッサ１１２、表示装置１１６、またはこれらの組み合わせを操作するためのユーザ入力を備えることができる。このユーザ入力は、キーボード、タッチスクリーン、マウス、トラックボール、タッチパッド、ダイヤル、つまみ、スライダ、ボタン、またはこれらの組み合わせ、あるいは他の現在既知または今後開発されるユーザ入力装置でよい。

図２は、二次元画像１０６と三次元画像データセット１０８との三次元／二次元融合可視化画像１１４を示すブロック図である。三次元画像データセット１０８は二次元画像１０６にレジストレーションされる。プロセッサ１１２は、三次元画像データセット１０８と二次元画像１０６とを受け取って、二次元画像１０６と三次元画像データセット１０８との三次元／二次元融合可視化画像１１４を作成する。また、監視装置１１０は、三次元画像データセット１０８と二次元画像１０６とによって表わされた器官腔内で使用されている医療器具のプロセッサ１１２に座標を提供することができる。プロセッサ１１２は、監視装置１１０からの座標を使用して三次元／二次元融合可視化画像１１４に医療器具の位置を組み込む。監視装置１１０は、更に、インターベンショナルな処置中に実時間でプロセッサ１１２に座標を提供するように構成されてもよい。更に、二次元画像と三次元画像データセットとをプロセッサ１１２に提供して、プロセッサ１１２によって作成された三次元／二次元融合可視化画像１１４を更新することができる。

図３は、二次元画像１０６にレジストレーションされた三次元画像データセット１０８を使用してインターベンショナルな処置を表示する方法の一実施形態のフローチャートである。図３に示したように、二次元画像１０６に対する三次元画像データセット１０８の最初のレジストレーション（ブロック３０２）が行われ、その後にインターベンショナルな処置が実行される（ブロック３０４）。

図４は、三次元画像データセットをレジストレーションする方法の一実施形態のフローチャートである。図４に示したように、医者または技術者は、最初に、インターベンショナルな処置に備えて患者の器官腔または一部分の三次元画像データセット１０８を取得することができる（ブロック４０２）。図４に示した実施形態では、三次元画像データセット１０８は、手術前技術を使用して取得される。例えば、三次元画像データセット１０８は、コンピュータ断層撮影法、磁気共鳴画像化法、陽電子放出断層撮影法、単光子放出型コンピュータ断層撮影法、または任意の他の現在既知または今後開発される三次元画像データセット取得技術を使用して取得される。別の実施形態では、医者または技術者は、インターベンショナルな処置中に、三次元デジタル減算血管造影法、三次元デジタル血管造影法、ＤｙｎａＣＴ、または任意の他の現在既知または今後開発される手術中技術、あるいはこれらの組み合わせなどの手術中技術を使用して三次元画像データセット１０８を取得することができる。

三次元画像データセット１０８を取得した（ブロック４０２）後、次に、医者または他の技術者は、医用撮像装置が様々なモダリティに対応しているかどうかを判定することができる（ブロック４Ｏ４）。例えば、医用撮像装置１０４は、ＣＴ、ＭＲＩ、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、任意の他の現在既知または今後開発される撮像モダリティ、あるいはこれらの組み合わせなど、複数の撮像モダリティに対応することができる。医用撮像装置１０４がＣＴなどの一種類のモダリティだけしか対応していないと医者または技術者が判断した場合、医者または技術者は、三次元画像データセット１０８を医用撮像装置１０４の１つのモダリティにレジストレーションする（ブロック４１０）。スキャン装置の空間的関係はスキャンされた領域の空間的関係を決定する。二次元および三次元画像セットがスキャン領域に対応するので、画像セットの空間的関係はスキャン装置の空間的関係から決定される。医用撮像装置１０４が複数のモダリティに対応していると医者または技術者が判断した場合、医者または技術者は、医用撮像装置１０４が対応する様々なモダリティの１つまたは複数に基づいて、三次元画像データセット１０８を二次元画像１０６にレジストレーションする（ブロック４０６）。各レジストレーションの後、医者または技術者は医用撮像装置１０４のための残りのモダリティがあるかどうかを判定する（ブロック４０８）。モダリティが残っている場合、医者または技術者は、次に、三次元画像データセット１０８を残っている１つまたは複数のモダリティにレジストレーションすることができる（ブロック４０６）。三次元画像データセット１０８を医用撮像装置１０４の１つまたは複数の撮像モダリティにレジストレーションする代替または追加として、三次元画像データセット１０８を医用撮像装置１０４のジオメトリにレジストレーションすることができる。

図４は、医用撮像装置１０４の撮像モダリティに基づく三次元画像データセット１０８のレジストレーションを示すが、他のタイプのレジストレーションも可能である。例えば、三次元画像データセット１０８は、剛体およびアフィンレジストレーション、ジオメトリに基づくレジストレーション、視覚的アライメントのレジストレーション、特徴形状に基づくレジストレーション、目標物に基づくレジストレーション、輝度に基づくレジストレーション、非剛体レジストレーション、任意の他の既知または今後開発されるレジストレーション技術、またはこれらの組み合わせなど、画像に基づくレジストレーション技術を使用して二次元画像１０６にレジストレーションすることができる。

医者または技術者は、監視装置１１０がインターベンショナルな処置中に使用するために磁気トラッキングまたは磁気ナビゲーションに対応するかどうかを判定する（ブロック４１２）。監視装置１１０が磁気トラッキングおよび／または磁気ナビゲーションに対応しない場合、医者または技術者は医用撮像装置１０４に対する三次元画像データセット１０８のレジストレーションを完了する（ブロック４１６）。監視装置１１０が磁気トラッキングおよび／または磁気ナビゲーションに対応している場合、医者または技術者は磁気トラッキングおよび／または磁気ナビゲーションに基づいて三次元画像データセット１０８を監視装置１１０にレジストレーションすることができる（ブロック４１４）。磁気トラッキングおよび／または磁気ナビゲーションに基づいて三次元画像データセット１０８を監視装置１１０にレジストレーションすること（ブロック４１４）は、三次元画像データセット１０８をインターベンショナルな処置で使用される医療器具にレジストレーションすることを含むことができる。代替として、監視装置１１０は二次元画像にレジストレーションされる。

医者または技術者はレジストレーションプロセスを完了する（ブロック４１６）。レジストレーションプロセスを完了することは、三次元画像データセット１０８のレジストレーションを修正すること、三次元画像データセット１０８を修正すること、あるいは三次元画像データセット１０８をシステム１０２のメモリに保存することを含むことができる。三次元画像データセット１０８のレジストレーションを修正するか、三次元画像データセット１０８を修正することは、三次元画像データセット１０８に情報を追加すること、三次元画像データセット１０８から情報を除去すること、または三次元画像データセット１０８を編集すること、またはこれらの組み合わせを含むことができる。

レジストレーションプロセスが完了した（ブロック３０２）後、図３に示したように、医者または技術者はインターベンショナルな処置を実行する（ブロック３０４）。図５は、二次元画像にレジストレーションされた三次元画像データセットを使用してインターベンショナルな処置を実行する方法の一実施形態のフローチャートである。インターベンショナルな処置を実行する際、医者または技術者は、最初に、三次元画像データセット１０８の可視化画像を第１の表示装置１１６に表示することができる（ブロック５０２）。次に、医者または技術者は三次元画像データセット１０８の可視化画像を修正するように決定することができる（ブロック５０４）。医者または技術者が三次元画像データセット１０８の可視化画像を修正しないと決定した場合、医者または技術者は、インターベンショナルな処置を受けている患者の上または近くに医用撮像装置１０４を配置する（ブロック５０８）。医者または技術者が三次元画像データセット１０８の可視化画像を修正することを決定した場合、医者または技術者は三次元画像データセット１０８の可視化画像を修正する（ブロック５０６）。

一実施形態では、医者または技術者は、画像処理ワークステーション上の可視化画像を編集することによって三次元画像データセット１０８の可視化画像を修正する。別の実施形態では、医者または技術者は、三次元画像データセット１０８の可視化画像の表示に使用される伝達関数を変更することによって、三次元画像データセット１０８の可視化画像を修正する。更に別の実施形態では、医者または技術者は、表示された可視化画像をクリッピングすることによって三次元画像データセット１０８の可視化画像を修正する。三次元画像データセット１１８の可視化画像を修正することは、また、三次元画像データセット１０８の可視化画像を表示するために使用されるボリュームレンダリングモードを変更することを含むことができる。更に他の実施形態では、医者または技術者は、生検のための胆管または特に腫瘍をマーキングするなど、可視化画像内のターゲットをマーキングすることによって三次元画像データセット１０８の可視化画像を修正する。医者または技術者は、前述の技術またはその組み合わせのいずれかを使用して、三次元画像データセット１０８の可視化画像を修正することができる。

医者または技術者が三次元画像データセット１０８の可視化画像を修正し終わった後（ブロック５０６）、または三次元画像データセット１０８の可視化画像を修正しないと決定した後（ブロック５０４）、医者または技術者は、作業中の投影（例えば、二次元画像１０６）を得るためにインターベンショナルな処置を受けている患者の上または近くに医用撮像装置１０４を配置する（ブロック５０８）。医用撮像装置１０４を位置決めする際、医者または技術者は、医用撮像装置１０４の回転アライメント、医用撮像装置１０４の方向アライメント、二次元画像１０６の取得に使用されるズーム率、他の類似または同等の位置決め、あるいはこれらの組み合わせを変更することができる。一実施形態では、プロセッサ１１２は、医用撮像装置１０４に行われる代替位置決めによる医用撮像装置１０４のジオメトリに基づいて、三次元画像データセット１０８を二次元画像１０６に再びレジストレーションする。別の実施形態では、プロセッサ１１２は、医用撮像装置１０４を位置決めした後で医用撮像装置１０４のジオメトリに基づいて二次元画像１０６に三次元画像データセット１０８を再びレジストレーションすることなく、代わりに後に画像に基づくレジストレーションを使用する。

医者または技術者が医用撮像装置１０４をインターベンショナルな処置を受けている患者の上または近くに配置した後、医者または技術者は医用撮像装置１０４を使用して患者の器官腔または一部分の二次元画像１０６を取得する（ブロック５１０）。二次元画像１０６を取得した後（ブロック５１０）、プロセッサ１１２は、二次元画像１０６と三次元画像データセット１０８との三次元／二次元融合可視化画像１１４を作成し、この三次元／二次元融合可視化画像１１４が次に表示装置１１６に表示される（ブロック５１２）。

三次元／二次元融合可視化画像１１４が表示装置１１６に表示されている間、医者または技術者は三次元画像データセット１０８から作成された二次元画像１０６と三次元画像との混合（ブレンディング）を調整することができる。例えば、医者または技術者が単に三次元／二次元融合可視化画像１１４の二次元画像１０６だけを見たい場合がある。この場合、医者または技術者は表示装置１１６に二次元画像１０６だけが表示されるように混合を調整することができる。別の例では、医者が三次元／二次元融合可視化画像１１４の三次元画像データセット１０８の三次元画像だけを見たい場合がある。この場合、医者または技術者は、三次元画像データセット１０８の三次元画像だけが表示されるように三次元／二次元融合可視化画像１１４の混合を調整することができる。代替の実施形態では、表示装置１１６は、二次元画像１０６、三次元画像データセット１０８を表す三次元画像、およびプロセッサ１１２から出力される三次元／二次元融合可視化画像１１４を表示する。

三次元／二次元融合可視化画像１１４は、アルファブレンディング、フレキシブルアルファブレンディング、多面再構成と重ねられたボリュームレンダリング技術、最大輝度投影と重ねられたボリュームレンダリング技術、任意の他の現在既知または今後開発される融合可視化画像技術、およびこれらの組み合わせを使用して作成される融合可視化画像でよい。一実施形態では、三次元／二次元融合可視化画像１１４は、以前にレジストレーションされた二次元画像１０６と重ねられたボリュームレンダリング技術を使用して描写される三次元画像データセット１０８の可視化画像を表示することによって作成されてもよい。例えば、三次元画像データセット１０８はボリュームレンダリング技術を使用して表示されてもよく、二次元画像１０６は三次元画像データセット１０８の平面として描写されたボリューム上に重ねられた最高輝度投影法として表示されてもよい。この例では、プロセッサ１１２は、三次元画像データセット１０８と二次元画像１０６の三次元回転表示を提供するために、表示装置１１６によって表示される三次元／二次元融合可視化画像を回転させる働きをすることができる。別の実施形態では、医療器具を含む三次元／二次元融合可視化画像１１４が表示される。例えば、二次元画像１０６は、医療器具が二次元画像１０６内に現われるように最大輝度投影として取得される。この例において、三次元／二次元融合可視化画像１１４は、ボリュームレンダリング技術を使用して描写された三次元画像データセット１０８の可視化画像として表示されてもよく、二次元画像１０６は、医療器具が三次元／二次元融合可視化画像１１４の表示内に現われるように三次元画像データセット１０８の平面として描写ボリューム上に重ねられて表示されてもよい。

三次元／二次元融合可視化画像１１４が表示された後（ブロック５１２）、医者または技術者は医療器具をインターベンショナルな処置のターゲットの方に進める（ブロック５１４）。医者または技術者が使用する医療器具はインターベンショナルな処置の種類に依存することがある。例えば、インターベンショナルな処置が腫瘍生検、気管支検査、または他の類似の処置を伴う場合、インターベンショナルな処置に使用される医療器具は針である。別の例において、インターベンショナルな処置が慢性全閉塞（chronic total occlusion）、ステント配置、または他の類似のインターベンショナルな処置を伴う場合、医療器具はカテーテルまたはガイドワイヤでよい。

医者または技術者が医療器具をインターベンショナルな処置のターゲットの方に移動させている間、三次元／二次元融合可視化画像１１４に対する医療器具の位置が表示装置１１６に表示される（ブロック５１６）。一実施形態では、監視装置１１０は磁気トラッキングを使用する。この実施形態では、監視装置１１０は患者の器官腔または一部分内の医療器具の位置座標をプロセッサ１１２に送る。プロセッサ１１２は、三次元画像データセット１０８、融合可視化画像１１４および／または二次元画像１０６に対する医療器具の位置を算出する。それにより、プロセッサ１１２は医療器具の位置を三次元／二次元融合可視化画像１１４に組み込むことができる。別の実施形態では、監視装置１１０は磁気ナビゲーションを使用し、それにより医者または技術者が患者の器官腔または一部分内で医学的測定をナビゲートすることができる。医者または技術者が三次元画像データセット１０８を監視装置１１０の磁気ナビゲーションシステムに登録した場合、監視装置１１０が患者の器官腔または一部分内の医療器具の位置座標をプロセッサ１１２に送る。プロセッサ１１２は、三次元画像データセット１０８、融合可視化画像１１４および／または二次元画像１０６に対する医療器具の位置を算出する。この実施形態では、医者または技術者は、表示装置１１６によって表示された三次元／二次元融合可視化画像１１４に組み込まれた医療器具を見ることにより医療器具を操縦することができる。

三次元／二次元融合可視化画像１１４に対する医療器具の位置を表示する際に（ブロック５１６）、医者または技術者は医療器具をより良い状態に視覚化するように医用撮像装置１０４の表示モードを調整することもできる。例えば、医用撮像装置１０４は減算モードに対応することができ、それにより、プロセッサ１１２は三次元／二次元融合可視化画像１１４から望ましくないノイズをフィルタで除去することができる。医用撮像装置１０４の減算モードを使用することによって、医者または技術者は、二次元画像１０６ならびに三次元／二次元融合可視化画像１１４の三次元画像データセット１０８を表す三次元画像と対比したときに医療器具をよりよく観察することができる。医用撮像装置１０４は他の観察モードにも対応することができる。

表示装置１１６に三次元／二次元融合可視化画像を表示した（ブロック５１６）後、医者または技術者は、二次元画像１０６に対する三次元画像データセット１０８のレジストレーションを更新するように決定してもよい（ブロック５１８）。インターベンショナルな処置中に患者が動いた場合、あるいは二次元画像１０６を最後に取得してから医用撮像装置１０４がスキャン領域の位置または向きを変更した場合、二次元画像１０６に対する三次元画像データセット１０８のレジストレーションの更新が行われることがある。医者または技術者が二次元画像１０６に対する三次元データセット画像データセット１０８のレジストレーションを更新する場合、医者または技術者は、プロセッサ１１２に、二次元画像１０６に対する三次元画像データセット１０８のレジストレーションを更新するように指示する。また、プロセッサ１１２は、監視装置１１０または医用撮像装置１０４から提供される入力に基づいて、二次元画像１０６に対する三次元画像データセット１０８のレジストレーションを自動的に更新することができる。一実施形態では、レジストレーションの更新は動き補正に基づく。動き補正に基づいてレジストレーションを更新する例には、特徴形状トラッキング、心電図（ＥＣＯ）同期、呼吸トラッキングおよび／または制御、オンラインレジストレーション、任意の他の現在既知または今後開発される動き補正技術、またはこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。一実施形態では、監視装置１１０は、インターベンショナルな処置を受けている患者の目標物などの特徴形状トラッキングを使用して患者の動きを監視する。この実施形態では、プロセッサ１１２は、監視装置１１０から提供される特徴形状トラッキングを使用して、二次元画像１０６に対する三次元画像データセット１０８のレジストレーションを更新する。別の実施形態では、監視装置１１０は、インターベンショナルな処置を受けている患者を監視するためにＥＣＧ同期を使用し、プロセッサ１１２への入力としてＥＣＧ同期を提供して、二次元画像１０６に対する三次元画像データセット１０８のレジストレーションを更新する。別の実施形態では、レジストレーションの更新は医用撮像装置１０４の位置または向きの変化に基づく。例えば、第１の二次元画像と第２の二次元画像を取得している最中に医用撮像装置１０４が動いた場合、三次元画像データセット１０８のレジストレーションの更新は、取得期間中の医用撮像装置１０４の位置および／または向きの変化に基づく。

二次元画像１０６に対する三次元画像データセット１０８のレジストレーションを更新した後、医者または技術者は三次元／二次元融合可視化画像１１４に対して相対的な医療器具の位置を確認することができる（ブロック５２２）。一実施形態では、医者または技術者は、監視装置１１０を使用して、インターベンショナルな処置を受けている患者の器官腔または一部分内の医療器具の場所を決定し、次に監視装置１１０によって報告された医療器具の場所を、三次元／二次元融合可視化画像１１４に表示されたような器具の位置と比較する。例えば、監視装置１１０が磁気トラッキングを使用する場合、医者または技術者は監視装置１１０の磁気トラッキング機能を使用して医療器具の場所を決定することができる。別の例では、監視装置１１０が磁気ナビゲーションを使用する場合、医者または技術者は監視装置１１０の磁気ナビゲーション機能を使用して医療器具の場所を決定することができる。別の実施形態では、医者または技術者は、医用撮像装置１０４を使用して、三次元／二次元融合可視化画像１１４に対して相対的な医療器具の位置を確認する。例えば、医用撮像装置１０４は、様々な角度から複数の二次元画像を取得し、次に複数の二次元画像を互いに比較して医療器具の場所を確認する。プロセッサ１１２は、画像処理によってアライメントを決定するか、医者または技術者は、適切なアライメントを示すデータを入力する。医用撮像装置１０４を使用して医療器具の場所を確認した後、医者または技術者は、医療器具の決定された場所を、三次元／二次元融合可視化画像１１４に表示装置１１６によって表示された医療器具の位置と比較することができる。別の例では、医者または技術者は、医用撮像装置１０６が減算観察モード（subtracted viewing mode）に対応している場合などに、インターベンショナルな処置を受けている患者の器官腔または一部分内の医療器具をより良く視覚化するように医用撮像装置１０６が対応している観察モードを操作して、医療器具の場所を確認することができる。

三次元／二次元融合可視化画像１１４に対する医療器具の位置を確認した後、医者または技術者、あるいはプロセッサ１１２は、医療器具の位置を確認するために使用される装置に応じて、監視装置１１０のために医用撮像装置１０４に対する三次元画像データセット１０８のレジストレーションを更新する（ブロック５２４）。例えば、医者または技術者が医学的測定の位置を確認するために医用撮像装置１０４を使用した場合、二次元画像１０６に対する三次元画像データセット１０８のレジストレーションは医用撮像装置１０４のジオメトリに基づいて更新される。別の例では、医者または技術者は、監視装置１１０への三次元画像データセット１０８のレジストレーションの更新を開始する。プロセッサ１１２は医用撮像装置１０４上のセンサおよび／または監視装置１１０からの入力に基づいて空間的関係を決定する。

次に、医者または技術者はインターベンショナルな処置が完了したかどうかを判定する（ブロック５２６）。インターベンショナルな処置が完了していない場合、表示装置１１６は三次元データセット１０８の可視化画像または更新を表示し続ける（ブロック５０２）。次に、医者または技術者は、インターベンショナルな処置が完了したことを医者または技術者が納得するまで前述の操作を行う。インターベンショナルな処置が完了したと医者または技術者が判定した場合、医者または技術者はインターベンショナルな処置の成功を確認する（ブロック５２８）。例えば、医者または技術者は、三次元デジタル減算血管造影法、三次元デジタル血管造影法、回転血管造影法、任意の現在既知または今後開発される三次元撮像技術、あるいはこれらの組み合わせなどの三次元画像処理技術を使用して、インターベンショナルな処置が完了したことを確認することができる。代替として、処置の時点での完了を確認するために、実時間または連続更新される二次元画像が使用される。

図４〜図５を三次元画像データセットに関して説明してきたが、三次元画像データセットが時間的要素または空間的要素を有する場合などでは、四次元データセットが使用される。時間要素を有する三次元画像データセットの１つの例は、インターベンショナルな処置中にボリュームサイズが変化する心臓の三次元画像データセットである。この例では、時間的要素を有する心臓の三次元画像データセットは、四次元画像データセットになる。時間によって変化する三次元画像データセットの別の例はやはり、インターベンショナルな処置中にボリュームサイズが変化する肺の三次元画像データセットである。この例では、時間的要素を有する肺の三次元画像データセットは、四次元画像データセットになる。これらの両方の例において、四次元画像データセットの心臓活動または呼吸活動を、二次元画像１０６あるいは監視装置１１０の磁気トラッキングおよび／または磁気ナビゲーションシステムに位置合わせすることができる。

本発明の様々な実施形態について説明したが、本発明の範囲内でより多くの実施形態と実施態様が可能であることを当業者は理解するであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲とその均等物によってのみ限定される。

画像を取得しかつインターベンショナルな処置を表示するためのシステムの一実施形態のブロック図 三次元画像と二次元画像との融合可視化画像を示すブロック図 インターベンショナルな処置を表示する方法の一実施形態のフローチャート 三次元画像データセットをレジストレーションする方法の一実施形態のフローチャート インターベンショナルな処置を実行する方法の一実施形態のフローチャート

１０４ 医用撮像装置
１０６ 二次元画像
１０８ 三次元画像データセット
１１０ 監視装置
１１２ プロセッサ
１１４ 三次元／二次元融合可視化画像
１１６ 表示装置

Claims (23)

1. 医療器具と、
   器官腔の二次元画像を取得する医用撮像装置と、
   器官腔を表わす三次元画像データセットを取得する三次元画像データセット取得装置と、
   器官腔上の医療器具を監視する監視装置と、
   三次元画像データセットと二次元画像とを受け取って、医療器具の少なくとも一部分の像を含んでいる、二次元画像と三次元画像データセットとの三次元／二次元融合可視化画像を作成するプロセッサと、
   融合可視化画像を表示する表示装置と
   を備える医用システムの作動方法において、
   三次元画像データセット取得装置が、器官腔を表わす三次元画像データセットを取得し、
   プロセッサが、三次元画像データセットを医用撮像装置にレジストレーションし、
   プロセッサが、三次元画像データセットを監視装置にレジストレーションし、
   医用撮像装置が、器官腔の二次元画像を取得し、
   プロセッサが、医用撮像装置の座標系に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新して、三次元画像データセットを医用撮像装置に再びレジストレーションし、
   表示装置が、三次元画像データセットと二次元画像との融合視覚化画像を使用して、医療器具の少なくとも一部分の像を表示し、
   監視装置が、医療器具の場所を決定し、
   プロセッサが、三次元画像データセットおよび二次元画像に対して相対的な医療器具の場所の位置を決定し、医療器具の場所の決定された位置と医療器具の少なくとも一部分の表示像の位置とを比較し、その比較に基づいて、監視装置に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新する
   ことを特徴とする医用システムの作動方法。
2. 三次元画像データセットを取得することは、三次元画像を取得することができるＸ線撮像装置により取得することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 二次元画像を取得することは、Ｘ線撮像装置または手術用顕微鏡により取得することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 医療器具の場所がアルゴリズムによって決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 医療器具の場所の位置に基づいて、磁気ナビゲーションを使用して医療器具が操縦されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 二次元画像を取得することはＸ線透視画像を取得することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 医用撮像装置に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新することは、心電図の関数として動的に更新することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 二次元画像にレジストレーションされた三次元画像を使用してインターベンショナルな処置を表示する医用システムにおいて、
   器官腔の二次元画像を取得する医用撮像装置と、
   インターベンショナルな処置中に器官腔上に使用されている医療器具を監視する監視装置と、
   器官腔を表わす三次元画像データセットを取得し、三次元画像データセットを監視装置にレジストレーションし、三次元画像データセットを医用撮像装置の走査領域を表わす二次元画像にレジストレーションし、医用撮像装置の座標系に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新して三次元画像データセットを二次元画像に再びレジストレーションし、医療器具の少なくとも一部分の像を含んでいる、三次元画像データセットと二次元画像との融合可視化画像を作成し、監視装置によって医療器具の場所を決定し、三次元画像データセットおよび二次元画像に対して相対的に医療器具の場所の位置を決定し、医療器具の場所の決定された位置と医療器具の少なくとも一部分の作成された像の位置とを比較し、その比較に基づいて、監視装置に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新するプロセッサと、
   融合可視化画像を表示する表示装置と
   を有することを特徴とする医用システム。
9. 器官腔を表す三次元画像データセットはインターベンショナルな処置前に取得されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 器官腔を表す三次元画像データはインターベンショナルな処置中に取得されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
11. 医用撮像装置はＸ線撮像装置または手術用顕微鏡であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
12. 監視装置は、更に、磁気トラッキングを使用する器具位置測定装置により医療器具の場所を決定することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
13. 医療器具の場所と、三次元画像データセットおよび二次元画像に対して相対的な前記場所の位置とに基づいて医療器具を操縦するように動作する磁気ナビゲーション装置を更に含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム
14. 二次元画像はＸ線透視画像であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
15. プロセッサは、心電図の出力に基づいて医用撮像装置に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
16. 器官腔を表わす三次元画像データセットを取得し、
    三次元画像データセットを医用撮像装置にレジストレーションし、
    三次元画像データセットを監視装置にレジストレーションし、
    医療器具が実施するインターベンショナルな処置の二次元画像を医用撮像装置により取得し、
    医用撮像装置の座標系に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新して、三次元画像データセットを医用撮像装置に再びレジストレーションし、
    インターベンショナルな処置中に、三次元画像データセットと二次元画像との融合視覚化画像を使用して医療器具の少なくとも一部分を表示し、
    監視装置によって医療器具の場所を決定し、
    三次元画像データセットおよび二次元画像に対して相対的に医療器具の場所の位置を決定し、
    医療器具の場所の決定された位置と医療器具の少なくとも一部分の表示像の位置とを比較し、
    その比較に基づいて、監視装置に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新する
    方法を実施するためのコンピュータ実行命令を含むことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な媒体。
17. 器官腔を表す三次元画像データセットを取得することは、インターベンショナルな処置前に三次元画像データセットを取得することを含むことを特徴とする請求項１６に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
18. 器官腔を表す三次元画像データセットを取得することは、手術中技術により取得することを含むことを特徴とする請求項１６に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
19. 医用撮像装置はＸ線撮像装置または手術用顕微鏡であることを特徴とする請求項１６に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
20. 器具位置測定装置により医療器具の場所を決定するコンピュータ実行命令を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
21. 医療器具の場所の位置に基づいて磁気ナビゲーションを使用して医療器具を操縦するコンピュータ実行命令を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
22. 二次元画像を取得することはＸ線透視画像を含むことを特徴とする請求項１６に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
23. 医用撮像装置に対する三次元画像データセットのレジストレーションを動的に更新することは、心電図の関数として動的に更新することを含むことを特徴とする請求項１６に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。