JP5498181B2 - 医用画像収集装置 - Google Patents
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Description
図1は、医用画像収集装置1の構成を示す図である。図1に示すように、医用画像収集装置1は、前方視IVUS10と3次元画像処理装置20とを有する。前方視IVUS10と3次元画像処理装置20とは、例えば、ファイバーチャネルケーブル等のケーブルを介して接続される。
カテーテル術中において、カテーテル11の先端に取り付けられた前方視IVUSプローブ12は、血管内に挿入される。超音波走査部13は、前方視IVUSプローブ12を介して一定時間毎に前方の走査領域を超音波で3次元走査し、超音波信号を生成する。3次元超音波画像発生部16は、生成された超音波操作信号に基づいて走査領域に関する3次元超音波画像のデータを発生する。発生された3次元超音波画像のデータは、リアルタイムにファイバーチャネルケーブルを介して3次元画像処理装置20に供給される。
上述の移動量と移動方向との算出処理が終了するとシステム制御部28は、算出された移動量のデータと移動方向のデータとを画像合成部24に供給する。また、システム制御部28は、移動量と移動方向との算出処理がなされた2つの3次元超音波画像のデータを画像合成部24に供給する。
画像合成処理により3次元超音波画像を組み合わせることで前方視IVUSプローブ12の視野を大幅に拡大することができる。画像合成処理の後、前方視IVUSプローブ12が取り付けられたカテーテル11とは異なる他のカテーテル(例えば、治療用カテーテル)が挿入され、治療部位まで進められる。治療用カテーテルを進める際には、既に合成画像により、血管の分岐点の位置や分岐方向等の血管の3次元構造が判明されている。従って術者は、合成画像に基づく表示合成画像を観察しながら治療用カテーテルを進めることにより、容易に治療用カテーテルを治療部位まで進めることができる。また、術者は、人体内でのカテーテル11の先端部分(前方視IVUSプローブ12)の位置や角度を容易に把握し、また、人体内での3次元超音波画像の向きを容易に把握できる。
例えば、腹部や心臓は、呼吸・拍動等による周期運動をする。周期運動による影響が及ぶ体内領域に対して単に本実施形態を適用する場合、周期運動による前方視IVUSプローブ12の動きを誤検出してしまうことがある。以下、第1実施形態に係る変形例に係る医用画像収集装置による、前方視IVUSプローブ12の動きの誤検出の防止に関する2つの動作例を示す。なお以下の説明において、第1実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
上述の実施形態において、超音波プローブ12はカテーテルに取り付けられた前方視IVUSプローブであるとした。しかしながら第1実施形態は、これに限定する必要はない。例えば、超音波プローブ12は、超音波診断装置に取り付けられるタイプのもの、すなわち体表から超音波走査するタイプのものであっても良い。この場合も移動量・移動方向算出部23により第1の走査時刻と第2の走査時刻との間の超音波プローブ12の移動量と移動方向とを算出でき、従って第1の走査時刻に関する3次元超音波画像と第2の走査時刻に関する3次元超音波画像とを位置整合して合成することができる。従って超音波プローブ12による3次元超音波走査の視野を従来に比して大幅に広くすることができる。
第2実施形態に係る医用画像収集装置は、前方視IVUSプローブの3次元空間上における位置を同定することによって、カテーテル術における治療時間の低減や治療精度の向上を実現する。以下に第2実施形態に係る医用画像収集装置について説明する。なお以下の説明において、第1実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
まず、3次元位置同定部31は、カテーテル術の開始時等において、前方視IVUSプローブ12の3次元医用画像上における基準位置を同定する。具体的には、まず、術者は、操作部27を介して3次元医用画像上における現在の前方視IVUSプローブ12の位置を指定する。より詳細には、表示画像発生部25により発生された、3次元医用画像に基づく表示画像(以下、表示医用画像と呼ぶことにする)上において前方視IVUSプローブ12の位置が指定される。指定された位置は、基準時刻における前方視IVUSプローブ12の3次元位置(基準位置)として3次元位置同定部31により同定される。
3次元位置が同定されると関連付け部32は、関連付け処理を行なう。関連付け処理において関連付け部32は、同定された現在の走査時刻に関する3次元位置の3次元医用画像上の画素と、前方視IVUSプローブがこの3次元位置に位置する時に発生された3次元超音波画像(換言すれば、現在の走査時刻に関する3次元超音波画像)のデータとを関連付ける。画素と3次元超音波画像との関連付け情報は、記憶部22に記憶される。
第2実施形態に係る医用画像収集装置2は、前方視IVUSプローブ12の3次元位置を3次元医用画像上でリアルタイムに同定する。そして医用画像収集装置2は、同定された3次元位置を表示医用画像や表示合成画像上に表示する。また、医用画像収集装置2は、表示医用画像や表示合成画像上に前方視IVUSプローブ12の移動量や移動方向を表示する。これらの表示により術者は、人体内での前方視IVUSプローブ12の位置、移動量、及び移動方向を容易に確認することができる。また、従来のようにX線診断装置によりX線透視を行なうことで前方視IVUSプローブ12の人体内での位置を確認していた場合に比して、X線透視のフレームレートを低減できたり、あるいはX線透視をする必要がなくなったりする。これに伴いカテーテル術における被検体の被爆量を従来に比して低減できる。また、関連付け処理により術者は、表示させたい位置における表示単体画像をより直感的に選択し、表示させることができる。
第3実施形態に係る医用画像収集装置は、X線撮影により発生されたX線画像を利用して前方視IVUSプローブ12の3次元空間上における位置を同定することによって、カテーテル術における治療時間の低減や治療精度の向上を実現する。以下に第3実施形態に係る医用画像収集装置について説明する。なお以下の説明において、第1実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
まず、X線撮影機構51は、カテーテル術の開始時等において、例えば正面方向と側面方向との2方向(2つの撮影角度)から被検体をX線撮影し、2つの撮影角度に関する2つのX線画像のデータを発生する。発生された2つのX線画像のデータは、3次元画像処理装置40に供給される。
前方視IVUSプローブ12の3次元位置が同定される2次元位置同定部42は、同定された3次元位置を2つのX線画像上に投影する。これにより各X線画像上における前方視IVUSプローブ12の位置が同定される。表示部26は、同定された前方視IVUSプローブ12の位置を強調してX線画像を表示する。また、表示部26は、前方視IVUSプローブ12の移動量と移動方向とを各X線画像上に表示してもよい。
上述のように第3実施形態によれば、X線透視をし続けることなくX線画像上に前方視IVUSプローブの位置をリアルタイムに表示できる。従ってX線撮影の時間間隔(X線画像のフレームレート)を大幅に低減できる。例えば、撮影領域(発生予定のX線画像)上の端(カテーテル11の挿入部に近いほうの端)に前方視IVUSプローブ12が描出される時にX線撮影をし、X線画像を表示する。そして術者は、治療部位に向けてカテーテルを進める。この間X線撮影をする必要は無く、移動量・移動方向算出部23によりカテーテル11の先端部分(すなわち前方視IVUSプローブ12)の位置をリアルタイムに追跡する。前方視IVUSプローブ12の位置は、既に表示されているX線画像上に重ねてリアルタイムに表示される。そして前方視IVUSプローブ12がX線画像の他端(治療部位に近いほうの端)に到達する頃に、アームや寝台を移動させて、新たな撮影領域でX線撮影を行なう。この操作を繰り返すことにより、被爆量を大幅に低減した上で前方視IVUSプローブ12の位置をX線画像上にリアルタイムに表示することができる。
第3実施形態の変形例に係る医用画像収集装置3は、上述の方法とは異なるX線撮影タイミングでX線撮影する。以下、第3実施形態の変形例に係る医用画像収集装置3について説明する。なお以下の説明において、第3実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
第4実施形態は、CTOに対する治療のためのカテーテル術を臨床応用例に挙げて説明する。図11は、CTOにおける閉塞領域を示す図である。図11に示すように、閉塞領域は、例えば、カルシウム化された硬い部分とカルシウム化されていない軟らかい部分とを含んでいる。閉塞領域において血管は、完全に塞がっており、血液が流れない。従って血管に造影剤を注入した状態でX線撮影をした場合であっても、X線画像に描出されない。そのため、閉塞領域を挟んでカテーテル11とは反対側の血管を造影剤で造影してX線画像を生成し、このX線画像をもとに閉塞領域の位置を予想する。そして予想した閉塞領域にカテーテル11(あるいはガイドワイヤ)を移動させ、閉塞領域にカテーテル11を抜き差ししながら軟らかい部分を突き破ることにより、閉塞領域を貫通させる。しかし、反対側から造影するには、小さい血管(側副血行路:完全閉塞部以降に血液が通らないために緊急的に人体により形成された血管)にカテーテルを通す必要があり、術者に高度の技術が要求され、また、この作業は時間がかかる。また、完全閉塞部の位置はあくまでも予想であるため、この予想に従ってカテーテル11を進めても血管内腔を突き破ってしまい、危険な事態を引き起こしてしまう危険性がある。
図12に示すように、硬さ画像ICは、生体組織の硬さに応じて色分けされているといえる。従った硬さ画像を観察することで術者は、血管中の軟らかい部分と硬い部分とを視覚的に容易に判別することができる。軟らかい部分と硬い部分とを判別できることにより、術者は、適切にカテーテル11やガイドワイヤの進行方向を決定することができる。
第4実施形態の変形例に係る表示画像発生部25は、硬さ画像の画素各々について、画素に対応する前方視IVUSプローブ12の位置と血管壁との間の前方視IVUSプローブ12の移動方向に沿う距離間隔を計算する。そして表示画像発生部25は、計算された距離に応じた輝度を硬さ画像の画素に割り付ける。この硬さ画像を観察することで術者は、生体組織の硬さだけでなく、生体組織までの距離を視覚的に容易に判別するこができる。従って術者は、より容易に、より迅速に、より正確にカテーテル11やガイドワイヤの進行方向を決定することができる。
Claims (12)
- 超音波を送受信して被検体内を走査する前方視IVUSプローブと、
前記前方視IVUSプローブを介して、空間的に一部重複する2つの3次元領域を第1時刻と前記第1時刻よりも遅い第2時刻とにおいてそれぞれ超音波で走査する超音波走査部と、
前記前方視IVUSプローブからの出力に基づいて、前記第1時刻に関する第1超音波画像のデータと前記第2時刻に関する第2超音波画像のデータとを発生する発生部と、
前記第1超音波画像のデータと前記第2超音波画像のデータとに基づいて前記第1時刻から前記第2時刻までの前記前方視IVUSプローブの移動量と移動方向とを算出する算出部と、
前記第1時刻における前記前方視IVUSプローブの3次元的な第1位置と、前記第1位置と前記移動量と前記移動方向とに基づいて前記第2時刻における前記前方視IVUSプローブの3次元的な第2位置を同定する同定部と、
を具備する医用画像収集装置。 - 前記第1超音波画像のデータと前記第2超音波画像のデータとを前記移動量と前記移動方向とに基づいて位置整合して合成することによって合成画像のデータを発生する合成部、をさらに備える請求項1記載の医用画像収集装置。
- 前記第2位置を表示する表示部、をさらに備える請求項1記載の医用画像収集装置。
- 前記同定部は、X線コンピュータ断層撮影装置又は磁気共鳴イメージング装置により予め発生された3次元医用画像に基づいて前記第1位置を同定する、請求項1記載の医用画像収集装置。
- 前記3次元医用画像上の前記第2位置の画素と前記第2超音波画像のデータとを関連付ける関連付け部、をさらに備える請求項4記載の医用画像収集装置。
- 前記同定部は、X線診断装置により発生された複数の撮影角度に関する複数のX線画像に基づいて前記第1位置を同定する、請求項1記載の医用画像収集装置。
- 前記被検体にX線撮影を行い、X線画像のデータを発生するX線撮影機構と、
前記X線画像上における前記超音波プローブの前記第2位置が血管分岐点に到達したことを契機としてX線撮影機構を制御し、X線撮影を行わせるX線撮影制御部と、
をさらに備える請求項1記載の医用画像収集装置。 - 前記第1超音波画像、前記第2超音波画像、又は前記合成画像に基づいて投影画像を発生し、前記投影画像上の画素に画素値に応じた色情報を割り付けることによって第1色画像のデータを発生する発生部と、
前記第1色画像を表示する表示部と、
をさらに備える請求項2記載の医用画像収集装置。 - 前記発生部は、前記第1色画像の画素各々に対して、前記画素に対応する前方視IVUSプローブの位置と前記前方視IVUSプローブの移動方向に沿う生体組織または閉塞領域までの距離を計算し、前記計算された距離に応じた輝度を割り付けることによって、第2色画像のデータを発生し、
前記表示部は、前記第2色画像を表示する、
請求項8記載の医用画像収集装置。 - 前記移動量と移動方向との少なくとも一方を表示する表示部、をさらに備える請求項1記載の医用画像収集装置。
- 前記算出部は、術者により前記第1超音波画像と前記第2超音波画像とに指定された注目領域に基づいて前記移動量と前記移動方向とを算出する、請求項1記載の医用画像収集装置。
- 心臓の鼓動の位相と呼吸の位相との少なくとも一方に関する位相を繰り返し検出する検出部をさらに備え、
前記算出部は、前記検出された位相のうちの同一位相に関する前記第1超音波画像と前記第2超音波画像とに基づいて前記移動量と前記移動方向とを算出する、
請求項1記載の医用画像収集装置。
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