JP5566580B2 - 超音波を用いた心臓の力学的評価 - Google Patents
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Description
本願は、参照して開示内容を本明細書に組み入れる2007年6月4日出願の米国仮特許出願第60/941,778号の恩典を請求するものである。
本発明は概して、医学的診断のシステムおよび方法に関し、詳細には、心臓などの運動器官の機能の評価のためのシステムおよび方法に関する。
心内膜(すなわち、心臓の内側の表面)の3次元(3D)マッピングの方法は、当分野で周知である。例えば、参照して開示内容を本明細書に組み入れる米国特許第5,738,096号に、心臓の地図を作成するための方法が記載されている。侵襲性プローブは、心臓壁の複数の位置に接触させられる。侵襲性プローブのポジションを、各位置について決定し、これらのポジションを組み合わせて、心臓の少なくとも一部の構造地図を形成する。
後述する本発明の実施形態は、体内の器官、特に心臓の運動をモデリングおよび解析するための改善された方法を提供する。
患者の体内の運動器官の2次元超音波イメージのシーケンスを捕捉するステップと、
このシーケンスの一連のイメージにおいて、運動器官の少なくとも1つの輪郭を特定するステップと、
特定された少なくとも1つの輪郭を処理して、経時的な運動器官の運動を示す出力を生成するステップと、を含む。
患者の体内の運動器官の複数の超音波入力イメージを捕捉するステップと、
運動器官の表面の各位置における生理学的パラメータの各局所値を示すデータを収集するステップと、
入力イメージおよび収集されたデータに応答して、器官の運動を示す3次元イメージのシーケンスを生成する一方で、器官がシーケンスの3次元イメージにおいて運動する際に、3次元イメージの表面に局所値の変化の表示を重ね合せるステップと、を含む。
患者の体内の運動器官の2次元超音波イメージのシーケンスを捕捉するように構成された音響トランスデューサと、
シーケンスの一連のイメージにおいて器官の少なくとも1つの輪郭を特定し、特定された少なくとも1つの輪郭を処理して、経時的な器官の運動を示す出力を生成するように構成されたイメージプロセッサと、を含む。
患者の体内の運動器官の複数の超音波入力イメージを捕捉するように構成された音響トランスデューサと、
運動器官の表面の各位置における生理学的パラメータの各局所値を示すデータを収集するように構成された侵襲性プローブと、
入力イメージおよび収集されたデータに応答して、器官の運動を示す3次元イメージのシーケンスを生成するように構成されたイメージプロセッサであって、器官がシーケンスの3次元イメージにおいて運動する際に、3次元イメージの表面に局所値の変化の表示を重ね合せる、イメージプロセッサと、を含む。
〔システムの説明〕
まず図1および図2を参照されたい。これらは、本発明の実施形態に従った、患者23の心臓22をイメージングおよびマッピングするためのシステム20を模式的に例示している。このシステムは、医師27によって静脈または動脈を通して心腔内に挿入されたカテーテル24を含む。図1は、システム全体の絵画図であり、図2は、カテーテルの遠位端部の詳細を示している。
ここで、図3〜図5を参照されたい。これらの図面は、本発明の実施形態に従った超音波イメージに基づいた心組織の特徴付けの方法を模式的に例示している。図3および図4は、この方法に用いる心臓22の2D超音波イメージ50および52をそれぞれ示している。図5は、この方法のステップを表すフローチャートである。イメージ50および52は、輪郭54を特定するため、およびこのような輪郭に基づいて、後述する他の機能を果たすために、イメージプロセッサ44によって処理される。上記したように、この種の処理のためのイメージは、超音波カテーテルだけではなく、当分野で周知の任意の他の適当なタイプの音響イメージングシステムを用いて取得することもできる。
図6は、本発明の実施形態に従った心臓イメージングのための方法を模式的に例示するフローチャートである。この方法では、超音波イメージのシーケンスによって与えられる運動する輪郭を、カリフォルニア州ダイアモンド・バー(Diamond Bar)に所在のバイオセンス社(Biosense Inc.)のCARTOマッピングシステムによって生成されるタイプのデータなどの電気解剖学的マッピングデータと組み合わせる。
(1)診断のための方法において、
患者の体内の運動器官の2次元超音波イメージのシーケンスを捕捉するステップと、
前記シーケンスの一連の前記イメージにおいて、前記器官の少なくとも1つの輪郭を特定するステップと、
特定された前記少なくとも1つの輪郭を処理して、経時的な前記器官の運動を示す出力を生成するステップと、
を含む、方法。
(2)実施態様(1)に記載の方法において、
前記特定された少なくとも1つの輪郭を処理する前記ステップは、前記器官の周期的な運動の期間に亘る前記輪郭の変位を計算するステップを含む、方法。
(3)実施態様(1)に記載の方法において、
前記特定された少なくとも1つの輪郭を処理する前記ステップは、前記輪郭の1または複数のセグメントの速度ベクトルを計算するステップを含む、方法。
(4)実施態様(1)に記載の方法において、
前記特定された少なくとも1つの輪郭を処理する前記ステップは、前記輪郭の長さの変化に応答して前記器官の歪みを計算するステップを含む、方法。
(5)実施態様(1)に記載の方法において、
前記運動器官は、前記患者の心臓であり、
前記特定された少なくとも1つの輪郭を処理する前記ステップは、前記心臓の1または複数の拍動サイクルに亘る前記心臓の少なくとも1つの心腔の壁部の運動を解析するステップを含む、方法。
前記2次元超音波イメージのシーケンスを捕捉する前記ステップは、音響トランスデューサおよびポジションセンサを含むカテーテルを心臓内に挿入するステップ、ならびに、前記ポジションセンサを用いて前記カテーテルの座標をトラッキングしながら前記トランスデューサを用いて前記2次元超音波イメージを捕捉するステップを含む、方法。
(7)実施態様(5)に記載の方法において、
前記壁部の運動を解析する前記ステップは、前記運動に応答して前記壁部の瘢痕組織の位置を見つけ出すステップを含む、方法。
(8)実施態様(5)に記載の方法において、
前記壁部の運動を解析する前記ステップは、前記心臓の2つ以上の心腔の運動の不適切な同期を検出するために、前記心臓の2つ以上の心腔の前記運動を比較するステップを含む、方法。
(9)実施態様(1)に記載の方法において、
前記2次元超音波イメージのシーケンスを捕捉する前記ステップは、音響トランスデューサの複数の異なるポジションから前記イメージを捕捉するステップを含み、
前記方法は、
前記2次元超音波イメージに基づいて前記器官の運動を示す3次元イメージのシーケンスを再構築するステップ、
を含む、方法。
(10)診断のための方法において、
患者の体内の運動器官の複数の超音波入力イメージを捕捉するステップと、
前記運動器官の表面の各位置における生理学的パラメータの各局所値を示すデータを収集するステップと、
前記入力イメージおよび収集された前記データに応答して、前記器官の運動を示す3次元イメージのシーケンスを生成する一方で、前記器官が前記シーケンスの前記3次元イメージにおいて運動する際に、前記3次元イメージの表面に前記局所値の変化の表示を重ね合せるステップと、
を含む、方法。
前記複数の超音波入力イメージを捕捉する前記ステップは、音響トランスデューサの複数の異なるポジションから2次元超音波イメージを捕捉するステップと、前記複数の異なるポジションにおける前記音響トランスデューサの位置および向きの座標を記録するステップと、を含み、
前記シーケンスを生成する前記ステップは、前記位置および向きの座標を用いて前記2次元超音波イメージを組み合わせて前記3次元イメージを再構築するステップを含む、方法。
(12)実施態様(11)に記載の方法において、
前記2次元超音波イメージを捕捉する前記ステップは、前記器官の運動のサイクルにおける注釈点に対する前記2次元超音波イメージの各捕捉時間を記録するステップを含み、
前記2次元超音波イメージを組み合わせる前記ステップは、前記サイクルの各時間に対応する3次元イメージを生成するために、前記各捕捉時間に従って前記2次元超音波イメージをグループ分けするステップを含む、方法。
(13)実施態様(12)に記載の方法において、
前記運動器官は、患者の心臓であり、
前記2次元超音波イメージを捕捉する前記ステップは、前記音響トランスデューサおよびポジションセンサを含むカテーテルを前記心臓内に挿入するステップ、ならびに、前記ポジションセンサを用いて前記カテーテルの座標をトラッキングしながら前記トランスデューサを用いて前記2次元超音波イメージを捕捉するステップを含む、方法。
(14)実施態様(10)に記載の方法において、
前記シーケンスを生成する前記ステップは、前記生理学的パラメータの値に応答して前記3次元イメージにおいて前記運動器官の表面を色付けするステップを含む、方法。
(15)実施態様(14)に記載の方法において、
前記運動器官は、患者の心臓であり、
前記データを収集する前記ステップは、電気的データを収集するステップを含み、
前記表面を色付けする前記ステップは、1または複数の心臓の拍動サイクルに亘って前記心臓の心腔の領域における前記心臓の電気活性の変動を表示するステップを含む、方法。
患者の体内の運動器官の2次元超音波イメージのシーケンスを捕捉するように構成された音響トランスデューサと、
前記シーケンスの一連のイメージにおいて前記器官の少なくとも1つの輪郭を特定し、特定された前記少なくとも1つの輪郭を処理して、経時的な前記器官の運動を示す出力を生成するように構成されたイメージプロセッサと、
を含む、装置。
(17)実施態様(16)に記載の装置において、
前記イメージプロセッサは、前記器官の周期的な運動の期間に亘る前記輪郭の変位、前記輪郭の1または複数のセグメントの速度ベクトル、および前記輪郭の長さの変化に応答した前記器官の歪みからなるパラメータ群から選択される少なくとも1つのパラメータを計算するように構成されている、装置。
(18)実施態様(16)に記載の装置において、
前記運動器官は、前記患者の心臓であり、
前記イメージプロセッサは、前記心臓の1または複数の拍動サイクルに亘って前記心臓の少なくとも1つの心腔の壁部の運動を解析するように構成されている、装置。
(19)実施態様(18)に記載の装置において、
前記音響トランスデューサおよびポジションセンサを備えたカテーテル、
をさらに含み、
前記カテーテルは、前記ポジションセンサを用いて前記カテーテルの座標をトラッキングしながら前記トランスデューサを用いて前記2次元超音波イメージを捕捉するために、前記心臓に挿入されるように構成されている、装置。
(20)実施態様(18)に記載の装置において、
前記イメージプロセッサは、前記運動に応答して前記壁部の瘢痕組織の位置を示すように構成されている、装置。
前記イメージプロセッサは、前記心臓の2つ以上の心腔の運動の不適切な同期を示すように、前記心臓の2つ以上の心腔の前記運動を表示するように構成されている、装置。
(22)実施態様(16)に記載の装置において、
前記音響トランスデューサは、音響トランスデューサの複数の異なるポジションからイメージを取得するように操作することができ、
前記イメージプロセッサは、前記2次元超音波イメージに基づいて前記器官の運動を示す3次元イメージのシーケンスを再構築するように構成されている、装置。
(23)診断装置において、
患者の体内の運動器官の複数の超音波入力イメージを捕捉するように構成された音響トランスデューサと、
前記運動器官の表面の各位置における生理学的パラメータの各局所値を示すデータを収集するように構成された侵襲性プローブと、
前記入力イメージおよび収集された前記データに応答して、前記器官の運動を示す3次元イメージのシーケンスを生成するように構成されたイメージプロセッサであって、前記器官が前記シーケンスの前記3次元イメージにおいて運動する際に、前記3次元イメージの表面に前記局所値の変化の表示を重ね合せる、イメージプロセッサと、
を含む、診断装置。
(24)実施態様(23)に記載の装置において、
前記超音波入力イメージは、前記音響トランスデューサの複数の異なるポジションから捕捉された2次元超音波イメージを含み、
前記イメージプロセッサは、前記複数の異なるポジションにおける前記音響トランスデューサの位置および向きの座標を受け取るように、かつ前記3次元イメージを再構築するため前記位置および向きの座標を用いて前記2次元超音波イメージを組み合わせるように連結されている、装置。
(25)実施態様(24)に記載の装置において、
前記イメージプロセッサは、前記器官の運動のサイクルにおける注釈点に対する前記2次元超音波イメージの各捕捉時間を記録するように、かつ前記サイクルの各時間に対応する前記3次元イメージを生成するために前記各捕捉時間に従って前記2次元超音波イメージをグループ分けするように構成されている、装置。
前記運動器官は、患者の心臓であり、
前記装置は、
前記音響トランスデューサおよびポジションセンサを含むカテーテル、
を含み、
前記カテーテルは、前記ポジションセンサを用いて前記カテーテルの座標をトラッキングしながら前記トランスデューサを用いて前記2次元超音波イメージを捕捉するために、前記心臓内に挿入されるように構成されている、装置。
(27)実施態様(26)に記載の装置において、
前記カテーテルは、侵襲性プローブであり、前記心臓の内面からデータを収集するように構成されている、装置。
(28)実施態様(23)に記載の装置において、
前記イメージプロセッサは、前記生理学的パラメータの値に応答して前記3次元イメージにおける前記運動器官の前記表面を色付けするように構成されている、装置。
(29)実施態様(28)に記載の装置において、
前記運動器官は、患者の心臓であり、
前記データは、電気的データを含み、
前記イメージプロセッサは、1または複数の心臓の拍動サイクルに亘って前記心臓の心腔の領域における前記心臓の電気活性の変動を表示するために、前記表面を色付けするように構成されている、装置。
Claims (14)
- 診断装置において、
患者の体内の運動器官の2次元超音波イメージのシーケンスを捕捉するように構成された音響トランスデューサと、
前記シーケンスの一連のイメージにおいて前記器官の少なくとも1つの輪郭を特定し、特定された前記少なくとも1つの輪郭を処理して、経時的な前記器官の運動を示す出力を生成するように構成されたイメージプロセッサと、
を含み、
前記イメージプロセッサは、連続したイメージフレームにおける前記少なくとも1つの輪郭に対して長方形の窓をスイープし、前記窓間の変位の関数として連続したフレームから窓間の相関関数を計算し、相関関数を最大にするx方向およびy方向における運動により窓の輪郭がx方向およびy方向に変位したと認識し、その変位を連続したフレーム間の時間差で除して速度ベクトルを計算するように構成されており、
前記イメージプロセッサは、前記輪郭の1または複数のセグメントの速度ベクトルを計算するように構成されている、装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記イメージプロセッサは、前記器官の周期的な運動の期間に亘る前記輪郭の変位、および前記輪郭の長さの変化に応答した前記器官の歪みからなるパラメータ群から選択される少なくとも1つのパラメータをさらに計算するように構成されている、装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記運動器官は、前記患者の心臓であり、
前記イメージプロセッサは、前記心臓の1または複数の拍動サイクルに亘って前記心臓の少なくとも1つの心腔の壁部の運動を解析するように構成されている、装置。 - 請求項3に記載の装置において、
前記音響トランスデューサおよびポジションセンサを備えたカテーテル、
をさらに含み、
前記カテーテルは、前記ポジションセンサを用いて前記カテーテルの座標をトラッキングしながら前記トランスデューサを用いて前記2次元超音波イメージを捕捉するために、前記心臓に挿入されるように構成されている、装置。 - 請求項3に記載の装置において、
前記イメージプロセッサは、前記運動に応答して前記壁部の瘢痕組織の位置を示すように構成されている、装置。 - 請求項3に記載の装置において、
前記イメージプロセッサは、前記心臓の2つ以上の心腔の運動の不適切な同期を示すように、前記心臓の2つ以上の心腔の前記運動を表示するように構成されている、装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記音響トランスデューサは、音響トランスデューサの複数の異なるポジションからイメージを取得するように操作することができ、
前記イメージプロセッサは、前記2次元超音波イメージに基づいて前記器官の運動を示す3次元イメージのシーケンスを再構築するように構成されている、装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記運動器官の表面の各位置における生理学的パラメータの各局所値を示すデータを収集するように構成された侵襲性プローブをさらに備え、
前記イメージプロセッサは、前記入力イメージおよび収集された前記データに応答して、前記器官の運動を示す3次元イメージのシーケンスを生成するように構成されたイメージプロセッサであって、前記器官が前記シーケンスの前記3次元イメージにおいて運動する際に、前記3次元イメージの表面に前記局所値の変化の表示を重ね合せる、装置。 - 請求項8に記載の装置において、
前記超音波入力イメージは、前記音響トランスデューサの複数の異なるポジションから捕捉された2次元超音波イメージを含み、
前記イメージプロセッサは、前記複数の異なるポジションにおける前記音響トランスデューサの位置および向きの座標を受け取るように、かつ前記3次元イメージを再構築するため前記位置および向きの座標を用いて前記2次元超音波イメージを組み合わせるように連結されている、装置。 - 請求項9に記載の装置において、
前記イメージプロセッサは、前記器官の運動のサイクルにおける注釈点に対する前記2次元超音波イメージの各捕捉時間を記録するように、かつ前記サイクルの各時間に対応する前記3次元イメージを生成するために前記各捕捉時間に従って前記2次元超音波イメージをグループ分けするように構成されている、装置。 - 請求項10に記載の装置において、
前記運動器官は、患者の心臓であり、
前記装置は、
前記音響トランスデューサおよびポジションセンサを含むカテーテル、
を含み、
前記カテーテルは、前記ポジションセンサを用いて前記カテーテルの座標をトラッキングしながら前記トランスデューサを用いて前記2次元超音波イメージを捕捉するために、前記心臓内に挿入されるように構成されている、装置。 - 請求項11に記載の装置において、
前記カテーテルは、侵襲性プローブであり、前記心臓の内面からデータを収集するように構成されている、装置。 - 請求項8に記載の装置において、
前記イメージプロセッサは、前記生理学的パラメータの値に応答して前記3次元イメージにおける前記運動器官の前記表面を色付けするように構成されている、装置。 - 請求項13に記載の装置において、
前記運動器官は、患者の心臓であり、
前記データは、電気的データを含み、
前記イメージプロセッサは、1または複数の心臓の拍動サイクルに亘って前記心臓の心腔の領域における前記心臓の電気活性の変動を表示するために、前記表面を色付けするように構成されている、装置。
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