JP5587861B2 - Ｘ線画像の対象ローカライゼーション - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線画像における対象のローカライゼーション（位置特定）に関する。

Ｘ線蛍光透視法は、電気生理（ＥＰ）アブレーションプロシージャをガイドするために使用されることが多い。それは、すべてのカテーテルの位置をリアルタイムに示す。３Ｄマッピングは、心臓輪郭の３Ｄ表現に関連してカテーテルの位置を示すことによって、複雑なアブレーションプロシージャの発展を大いに助けている。しかしながら、いずれのツールも、すべてのカテーテルの位置を、互いに関連して又は詳細な心内膜解剖学的構造に関連して、リアルタイムに示すことができない。

フィリップスヘルスケアから入手可能であるＥＰナビゲータは、ＥＰ介入実施の際、詳細な３Ｄ心臓解剖学的構造の２Ｄ投影に関して、カテーテルの位置又はリード位置を確認することが可能である。この情報は、医師が、より大きな信頼性を伴って、より直観的に、複雑なＥＰプロシージャを実施することを助けることができる。このようなツールは、自動的にセグメント化された３ＤのＣＴ画像を提供することができる。患者の心臓の解剖学的構造のこの画像は、すべてのカテーテルの正確な位置を示すために、ライブ蛍光透視データと組み合わせられる。ＥＰナビゲータは、ユーザが、ライブ蛍光透視画像と組み合わせられるべき３Ｄ解剖学的構造（例えば左心房及び肺静脈）を選択することを可能にする。結果として得られる複合画像は、心臓の詳細な３Ｄ解剖学的構造の２Ｄ投影に関して、すべてのカテーテルの位置の正確な標示を提供する。

解剖学的構造の複雑さ及び組み込まれるツールの不足のため、複雑なアブレーションプロシージャは、非常に時間がかかり、通常数時間つづく。プロシージャの成功は、カテーテルの位置付けの正確さに依存する。組織及びカテーテル先端部の間の良好な接触を維持することが重要である。

電磁マッピングシステムが、Hans Kottkamp, MD他による「Electromagnetic Versus Fluoroscopic Mapping of the Inferior Isthmus for Ablation of Typical Atrial Flutter」(Circulation, 2000, 102:2082-2086)（以下、Kottkamp他の文献と示す）に記述されている。この電磁マッピングシステムは、磁界の外部の超低エミッタ、小型磁界センサを有する２つのカテーテルの組及び処理コンピュータユニットを含む。Kottkamp他の文献に記述される特定の環境下において、この電磁マッピングシステムは、必要な場合は右腹斜位のような付加のＸ線投影を使用しながら、連続する蛍光透視法を用いずに電磁マッピングシステムを使用してマッピングプロシージャを実施することを可能にする。

改善された対象ローカライゼーションシステムを有することが有利である。

この課題により良く対処するために、本発明の第１の見地において、Ｘ線源及びＸ線検出器が取り付けられるガントリと、ガントリを回転させる少なくとも１つのモータと、Ｘ線画像を取得するようにＸ線源及びＸ線検出器を制御し、ガントリの運動を制御するようにモータを駆動する制御ユニットであって、制御ユニットが、ガントリの揺動運動（wiggling motion）を実現する手段を有し、Ｘ線源及びＸ線検出器を接続する軸が、コーンの表面を追跡し、Ｘ線源及びＸ線検出器が、軸に関して固定の位置を有し、制御ユニットが、ガントリの揺動運動の間、一連のＸ線画像を取得する手段を有する、制御ユニットと、追跡された経路を得るために、一連のＸ線画像に現れる対象を検出し追跡する対象認識ユニットであって、追跡された経路は、対象が一連の画像において検出された複数の位置を表す、対象認識ユニットと、軸に実質的に平行な方向における対象の位置を示す深さパラメータを評価するために、追跡された経路を使用する深さ評価ユニットと、を有する、システムが提示される。

介入の間にすでに使用されているＸ線システムが、対象の深さ評価を得るために使用されるので、これは、特別なローカライゼーションハードウェアを使用することなく、深さ評価を得ることが可能である。システムは、それがガントリの大きな回転運動又は時間のかかる位置付けプロシージャを伴わないので、使用するのが便利である。利点は、もはや電磁ＥＰナビゲーションシステムを使用する必要がないことである。

Ｘ線画像は、それ自体で、対象の２次元の位置に関する情報を提供する。特にＸ線源及び検出器平面の中央を横切る軸に沿った３次元位置は、通常、Ｘ線画像を調べることによっては導き出されることができない。この３次元位置は、対象の深さと呼ばれる。ガントリの揺動運動は、Ｘ線源及びＸ線検出器を揺動させ、それによって、わずかに異なるパースペクティブのビューを提供する。わずかに異なるパースペクティブは、対象の深さパラメータを評価するために使用されることができる。複数の画像が、揺動運動に沿って取得されるので、深さ評価の正確さは、たった２つの画像に基づくステレオ計算と比較して、改善される。更に、揺動運動は、相対的に小さい角度レンジしかスパンしないので、揺動運動は、患者の近くに位置しうるオブジェクトによって妨げられない。

揺動運動は、通常、多くとも約１０度に制限され、最大でも約１５度に制限される。このことは、システムが、患者を取り囲むほとんどのオブジェクトを妨げないようにする。揺動運動の別の特性は、それがほぼ周期的な運動であり又は完全に周期的な運動でありうることである。同じ軌道が、深さ評価の正確さを改善するために、何度も反復されることができる。コーンの底面が滑らかである（例えば円形又は楕円）限り、滑らかな動きで揺動運動を繰り返し実施することは、相対的に容易であり、これは、一層安定した、再現可能な運動を生じさせる。

追跡された経路は、コーンの底面と比較されることができる。一般に、追跡された経路は、コーンの底面と同様の又は底面の形状と対称的な、形状を有する。しかしながら、対象の深さに依存して、追跡された経路の形状は、より大きく又はより小さくなる。この特性は、対象の位置の深さパラメータを確立するために使用されることができる。

システムは、電気生理アブレーションプロシージャに非常に適しており、プロシージャにおいて、アブレーションカテーテルの先端部又は（複数の）電極の深さが、Ｘ線システムによって確立される。より一般的には、システムは、カテーテルの一部、例えばカテーテル先端部、の深さを評価するために適用されることができる。システムは、例えばニードル先端部又は器具位置の３次元ローカライゼーションを提供するために、経皮的介入の間に使用されることができる。

（少なくとも１つのＸ線画像における対象のロケーション及び深さパラメータを考慮する）対象の３次元位置は、例えばＣＴ画像、ＭＲＩ画像又は表面心臓モデルのような予め決められた３次元の解剖学的画像において示されることができる。

本発明の他の見地は、独立請求項に規定される。従属請求項は、有利な実施形態を規定する。

本発明のこれら及び他の見地は、図面を参照して更に説明され、記述される。

一実施形態を示す図。 処理ステップを示すフローチャート。 処理ステップを示すフローチャート。 ジオメトリの歳差運動を概略的に示す図。 深さ評価に対するアプローチを示す図。 深さ評価に対するアプローチを示す図。 非中心線位置を有する対象の深さ評価へのアプローチを示す図。 非中心線位置を有する対象の深さ評価へのアプローチの他の見地を示す図。 非中心線位置を有する対象の深さ評価へのアプローチの他の見地を示す図。 一実施形態のアーキテクチャを示す図。

この詳細な説明において、通常のＸ線イメージングを使用することによって画像深さ情報を評価することを可能にする幾つかの方法、システム及びコンピュータプログラム製品が記述される。記述されるアプリケーションのうちの１つは、電気生理（ＥＰ）プロシージャのための３次元（３Ｄ）位置ローカライゼーションである。しかしながら、記述されるアイデア及び実施形態は、特に自動化されたオブジェクト検出及び追跡が実現可能である広範囲のアプリケーションに適用できる。

このようなＸ線に基づく３Ｄローカライゼーションは、単一平面ジオメトリ上の（超）低線量蛍光透視法に基づくことができる。ただ１つの検出器の情報が深さ情報を提供するのに十分であるが、２平面及び他のジオメトリもまた、使用されることができる。方法は、自動化された対象追跡及び／又は信号処理と、Ｘ線源及び／又はＸ線検出器が取り付けられるガントリの歳差運動と、に部分的に基づくことができる。

蛍光透視によりガイドされるアブレーションは、焦点アブレーションのために、心臓（及び互い）に対するＥＰカテーテルの位置について、医師をガイドすることに傾注する。アブレーションは、心房細動（ＡＦ）に関する介入の間、行われることができる。カテーテルガイダンスは、解剖学的構造に関連し、従って、かなり複雑であり、時間がかかるので、ナビゲーション、計画及びマッピングを助けるユーティリティが、今日のＥＰ実施における重要なツールと考えられる。

蛍光透視法に基づく深さ評価は、Ｘ線システムにシームレスに組み込まれる標準ＥＰカテーテルに関する（セミ）リアルタイム３Ｄナビゲーション及びマッピングを可能にする。Ｘ線に基づく深さ評価ツールは、専用のローカライゼーションツール及びハードウェアの必要を低減することができ又は除去することができる。このような専用のローカライゼーションツール及びハードウェアは、例えば磁気測定に基づくことができる。これらの専用のローカライゼーションツールは、一般に、Ｘ線システムに加えて使用される。Ｘ線システムは、介入ツールと同様に、解剖学的組織の可視化のために使用されることができ、ローカライゼーションツールは、１又は複数の介入ツールの位置を確立するために使用される。それらの別個の取得モードのため、特別な処理が、位置情報をイメージング情報に位置合わせするために必要とされる。

リアルタイムのＸ線に基づく深さ評価へのアプローチは、コーン型の動き軌道（歳差運動）において、ジオメトリを「揺動させる（wiggling）」ことによる。

図１は、対象の深さパラメータを決定するために使用されることができるＸ線システム１００の簡略ブロック図を示す。図は、この記述において開示される概念を説明するために必要である構成要素のみを図示する。実際のＸ線システムは、この明細書に記述されないより多くの構成要素を含むことができる。Ｘ線システム１００は、ガントリ１０２を有する。ガントリは、懸架部（図示せず）に取り付けられ、１又は複数の回転軸を中心に回転されることができる。通常、ガントリは、２又はそれ以上の直交する回転軸を中心に回転可能である。この回転は、１又は複数のモータ１０８（例えば各回転軸につき１つのモータ）によって達成される。Ｘ線源１０４及びＸ線検出器１０６は、ガントリ１０２に取り付けられる。Ｘ線源１０４は、当技術分野において知られているＸ線管でありうる。Ｘ線検出器は、当技術分野において知られているイメージインテンシファイア又はフラットパネル検出器を有しうる。

Ｘ線システムは更に、少なくとも１つのモータ１０８、Ｘ線源１０４及びＸ線検出器１０６を制御する制御ユニット１１０を有する。制御ユニット１１０は、ユーザ入力に応じて動作するように構成される。例えば、ユーザが、２つの回転軸を中心にガントリを回転させることを可能にするために、ジョイスティックのような制御部が、設けられることができる。更に、ペダルが、設けられることもできる。ペダルが押されると、１又は複数のＸ線画像が取得される。制御ユニットは、これを制御をすることができる。画像を取得するために、制御ユニット１１０は、Ｘ線パルスを生成するようにＸ線源１０４をトリガすることができる。それに応じて、Ｘ線検出器１０６は、結果として得られるＸ線投影画像を制御ユニット１２０に送り返すことができ、制御ユニット１２０は、Ｘ線投影画像をメモリ位置１３４に記憶する。

仮想軸１１６が、Ｘ線源１０４及びＸ線検出器１０６を横切る。ガントリの揺動運動の間、仮想軸１１６は、Ｘ線源１０４及びＸ線検出器１０６に関して固定されている。結果的に、ガントリが運動する（回転し、揺動する）と、仮想軸もまた、ガントリとともに運動する（回転し、揺動する）。制御ユニット１１０は、モータ１０８によってガントリの揺動運動を実現する手段１１４を有する。揺動運動は、Ｘ線源及びＸ線検出器を接続する軸１１６が、仮想コーン１１８の表面１２８を追跡する（辿る、trace）ようなものである。制御ユニットは更に、ガントリの揺動運動の間、一連のＸ線画像を取得する手段１２０を有する。手段１１４及び１２０は、ユーザ入力に応じて動作するように構成されることができる。例えば、専用ボタンが、設けられることができる。ボタンを押すことにより、揺動運動及び一連の画像の取得を始めることができる。ボタンをはなすことにより、揺動運動及び一連の画像の取得を止めることができる。代替例として、揺動運動及び一連の画像の取得は、予め決められた時間後に、自動的に止まることができる。

仮想コーン１１８は、回転のアイソセンタに、その頂点１４０を有し、アイソセンタは、ガントリ１０２の回転運動に関係なく、軸１１６が常に横切るポイントである。コーン１１８の底面１３０は、概して、任意の平面形状を有しうる。好適には、底面の形状は、閉曲線であり、好適には、滑らかな曲線である。閉曲線は、運動を周期的にすることが容易であるという利点をもつ。滑らかな曲線は、運動を制御することがより容易であり、測定をより安定した、よりノイズの少ないものにするという利点をもつ。代替例として、曲線の底面は、線形の形状を形成し、その場合、ガントリは、２つのエンド位置の間で直線的に（及び好適には反復的に）運動することができる。

一般に、揺動運動及び同時の画像取得の間、追跡されるべき対象１２４は、検出器１０６の視野内に保たれる。この対象は、Ｘ線画像内で目に見えるようになる。好適には、対象は、周囲組織材料から区別されることができる適切な材料を有する。例えば、対象は、高いＸ線減衰係数（例えば金属）をもつ材料を含む。対象は、カテーテルに取り付けられる電極でありうる。カテーテルの先端部もまた、追跡されるべき対象でありうる。

追跡された経路を得るために、一連のＸ線画像に現れる対象１２４を検出し追跡する対象認識ユニット１２２が、設けられる。任意の既知の方法が、Ｘ線画像内の対象を検出するために使用されることができる。例えば、ブラブ検出アルゴリズムが、例えば電極のような小さい金属対象を検出するために使用されることができる。更に、カテーテルの先端部を検出するためのアルゴリズムが、当技術分野において知られている。追跡された経路は、一連のＸ線画像における対象の順次の位置によって得られる。追跡された経路は、座標の順序付けられていない組を含みうる。しかしながら、追跡された経路は更に、座標の順序付けられたシーケンスでありうる。このような順序付けられたシーケンスは、深さ評価ユニットにおいてより良好な結果を得るために使用されることができるより多くの情報を含む。

深さ評価ユニット１２６が設けられる。深さ評価ユニットは、深さパラメータを評価するために、追跡された経路を使用する。例えば、Ｘ線画像における対象のｘ座標の変化又はｙ座標の変化が、深さを評価するために使用されることができる。これらの偏りが大きいほど、対象は、アイソセンタから遠くなる。変化の方向は、対象がアイソセンタのどちら側に位置するかという標示として、使用されることができる。深さパラメータの評価に関係する計算の例は、この記述の他の部分に与えられる。追跡された経路は、底面のスケーリングされたバージョンに似ているので、概して、深さは、追跡された経路を、コーンの底面１３０と比較することによって、評価されることができる。スケールは、アイソセンタからの対象の距離に依存する。

イメージングされている患者に対応する３次元解剖学的画像を表現するデータセット１３６において利用できる情報は、深さ情報の正確さを改善するために使用されることができる。例えば、ある電気生理アプリケーションにおいて、対象（例えばカテーテル先端部）は、例えば心房のようなデータセット１３６のセグメント化されたボリュームの境界（又はより一般には内部）にあるものとすることができる。

好適には、揺動運動は、あまり大きくない。例えば、揺動運動は、多くとも約１０度の角度をスパンし、角度は、軸に対して測定される。代替例として、揺動運動の最中のＸ線源の移動は、Ｘ線検出器の寸法より大きくない。例えば、Ｘ線検出器の寸法が、２０ｘ３０ｃｍである場合、揺動運動の最中のＸ線源の移動は、２０ｘ３０ｃｍより大きくない。

揺動運動は、好適には周期的運動である。これは、特に周期的運動の周期がノイズ信号の任意の周期性と異なる場合に、ノイズ信号をフィルタ除去するのを助けるので、深さ評価に関する信号処理にとって有利である。例えば、対象が、心臓の運動又は呼吸の運動により動く場合、対象ロケーションの乱れは、周期的な揺動運動によって、フィルタ除去されることができる。

コーンは、円形の底面又は楕円形の底面を有することができる。これは、揺動運動が円形又は楕円形であることを意味し、それは滑らかな動きである。円形の底面は、決定されるあらゆる対象ロケーションが深さ評価の正確さに等しく寄与するという利点をもつ。これは、底面が円である場合、追跡される経路もまた円であることを認識することによって、理解されることができる。各々の対象ロケーションは、追跡された経路の半径を評価することを等しく助け、深さ評価は、追跡された経路の半径に基づくことができる。代替例として、コーンは、直線形状の底面を有することができ、これは、例えば位置Ａから位置Ｂへ線形運動し、位置Ａに線形運動して戻ることを表わす。このような線形運動は、Ｘ線システムにおいて実現するのが相対的に容易である。このような直線形状の底面は、それが最も短い軸がゼロの長さを有する楕円を構成するので、楕円形とみなされることもできる。非線形の楕円底面は、より幅広い情報がより一層異なるパースペクティブから集められるという利点をもち、このことは、深さ評価をより一層正確にする。

深さ評価ユニット１２６は、コーンの底面を、追跡された経路と比較して、追跡された経路のスケールを得る手段１３８を有することができる。コーン１４４の底面は、深さ評価ユニット１２６のメモリにデジタルで記憶されることができる。深さ評価ユニット１２６は更に、追跡された経路のスケールに基づいて、深さパラメータを評価する手段１４０を有することができる。コーンの底面は、円を含むことができる。この場合、追跡される経路もまた、円を規定し、追跡された経路のスケールは、追跡された経路によって規定される円の半径に基づく。

いかなる種類の対象も、ローカライズ（位置特定）されることができるが、システムは、特に、少なくとも電気生理学アブレーションカテーテルの先端部又は電極を含む対象を検出するのに適している。深さ評価は、アブレーションプロシージャにおいて非常に重要であり、Ｘ線に基づく深さ評価は、別個の電磁ローカライゼーションシステムの必要を排除する。しかしながら、システムは、いかなる種類の経皮的介入の間に使用されてもよい。他のアプリケーションもまた構想される。

好適には、データセット１３６によって表現される３次元解剖学的画像に関して、対象の位置を標示するためのグラフィックユニット１３２が設けられる。この標示は、対象の３次元位置に基づき、深さパラメータを含む。グラフィックユニット１３２は、データセット１３６によって表現される３次元解剖学的画像に関して、対象の位置を決定する。対象の３次元位置は、例えば揺動運動の間に取得される一連のＸ線画像のうちの１つのような、Ｘ線画像における対象の位置と組み合わせて深さパラメータを考慮することによって、計算されることができる。ただ１つのＸ線画像における対象の位置を使用することに代わって、一連のＸ線画像に基づく平均位置を使用することも可能である。例えば、追跡された経路が円である場合、円の中心点が使用されることができる。３次元解剖学的画像の相対位置は、先験的に知られていてもよい。３次元画像のこの相対位置は更に、当技術分野において知られている位置合わせ技法を使用して、３次元解剖学的画像をＸ線画像に位置合わせすることによって、決定される（又は修正される）ことができる。

グラフィックユニット１３２は、データセット１３６によって表現される３次元解剖学的画像の少なくとも一部の表現を含む複合画像を生成する。この複合画像は、メモリ（図示せず）に記憶されることができる。グラフィックユニット１３２は、ディスプレイ１４２に供給されるべき出力信号を生成する。ディスプレイ１４２は、例えば高解像度のＬＣＤディスプレイのような通常の医用ディスプレイでありえ、例えば、ディスプレイ上には、データセット１３６によって表現される３次元解剖学的画像の２Ｄ投影が、対象の位置の標示と関連して表示される。データセット１３６は更に、対象に対するその空間関係が知られている１又は複数の２次元画像を含むことができ、このような場合、グラフィックユニット１３２によってディスプレイ１４２に供給される画像は、対象の標示と共にこのような２次元画像を含むことができる。ディスプレイ１４２は、シーンの３次元印象をレンダリングする能力をもつディスプレイである３Ｄディスプレイであってもよい。３Ｄディスプレイは、データセット１３６によって表現される３次元解剖学的画像に関して対象の深さを明確に視覚化するために使用されることができる。例えばレンチキュラディスプレイのようなこのような３Ｄディスプレイは、当技術分野において知られている。これらの可視化は、曲がりくねった血管又は心房のような空間内での器具及び／又はカテーテルの操作を、より一層容易にすることができる。

図２Ａは、一連のＸ線画像において対象の深さパラメータを評価する方法を示す。例えば、方法は、Ｘ線装置に組み込まれるコンピュータプログラム製品として実現されることができる。方法は、例えばＸ線マシン上のボタンのような制御インタフェースを介するユーザコマンドに応じて、ステップ２００において開始される。

ステップ２０２において、モータ１０８は、Ｘ線源及びＸ線検出器が取り付けられるガントリの運動を制御し、それによってガントリの揺動運動を実現するように駆動される。Ｘ線源及びＸ線検出器を接続する軸は、コーンの表面を追跡し、Ｘ線源及びＸ線検出器は、軸に関して固定の位置を有する。ガントリの揺動運動の間、ステップ２０４において、一連のＸ線画像が取得される。

Ｘ線画像を取得した後、ステップ２０６において、一連のＸ線画像に現れる対象が、追跡された経路を得るために、検出され追跡される。追跡された経路は、対象が一連の画像において検出された複数の位置を表す。ステップ２０８において、追跡された経路を使用して、軸に実質的に平行な方向における対象の位置を示す深さパラメータが、追跡された経路をコーンの底面と比較することによって、評価される。

図２Ｂは、コンピュータプログラム製品における処理ステップを示すフローチャートである。コンピュータプログラム製品は、入力としてＸ線画像を使用して、深さパラメータを評価するように構成される。ステップ２１０において、深さパラメータの評価は、ユーザによって開始される。ステップ２１２において、プログラムは、Ｘ線源及びＸ線検出器が取り付けられるガントリの揺動運動の間に取得された一連のＸ線画像を受け取る。Ｘ線源及びＸ線検出器を接続する軸は、コーンの表面を追跡し、Ｘ線源及びＸ線検出器は、軸に関して固定の位置を有する。

ステップ２１４において、プログラムは、追跡された経路を得るために、一連のＸ線画像に現れる対象を検出し、追跡する。追跡された経路は、一連の画像において対象が検出された複数の位置を表す。ステップ２１６において、プログラムは、追跡された経路をコーンの底面と比較することによって、軸に実質的に平行な方向における対象の位置を示す深さパラメータを評価するために、追跡された経路を使用する。深さパラメータが評価されると、プログラムは、対象の３次元位置を計算し、ディスプレイ上に、例えば３次元画像レンダリングとのオーバレイにおいて、その位置を標示することができる。別の投影角から事前に取得された別のＸ線画像において、対象の位置を標示することもまた可能である。

図３は、イメージングシステムの歳差運動を概略的に示す。このような歳差運動は、揺動運動の特定の例である。図面は、ダイアグラム３００に、Ｘ線源及び検出器の軌道を示し、グラフ３１２に、検出器によって検出される対象の運動を示す。円形の矢印３０２は、Ｘ線源の焦点の軌道を表す。円形の矢印３１４は、焦点及び検出器の中央点を接続する仮想線の運動を示す。ポイント３０４は、歳差運動の中心である。当業者であれば、歳差運動３０４の中心における対象は、歳差運動の間、検出器３０８によって記録される画像内で安定した位置のままであることが分かるであろう。しかしながら、歳差運動３０４の中心と比較して、検出器３０８により近い又はＸ線源３０２により近い任意の位置のポイントは、円内で運動するとき、歳差運動の間に記録される画像に現れる。

座標系３１０は、ここで使用される方法を説明するために、この明細書において使用される座標系のうちの１つである。ｘ及びｙ軸は、検出器平面３０８に対応する。ｚ軸は、ｘ，ｙ平面に垂直であり、Ｘ線源３０２を向く。

グラフ３１２は、歳差運動３０４の中心にない対象の投影が円経路をたどるように現れることを示す。時間ｔの関数として軸ｘ又はｙに沿って検出器平面内の対象の位置を調べる場合、グラフ３１２に示されるように、正弦波のような曲線が相応に現れる。

ここで使用される深さ評価のための方法及びアルゴリズムにおいて、理想点源及び点対象が仮定されることができる。例えば、焦点ぼけは、無視されることができる。対称的なアイソセントリックな状況が記述され、回転の中心は、Ｃアークのほぼ半分のところである。しかしながら、これらの仮定は、アルゴリズムをより簡単に展開するための簡略化にすぎない。当業者であれば、正確さは、例えば深さ評価モデルを考慮して、上記で識別されるもののようなより多くの見地をとることによって改善されることができることが分かるであろう。

図４Ａ及び図４Ｂは、歳差運動のパラメータ化されたモデルを示す。モデルにおいて使用される取り決め及び記号は、表１に、より詳しく記述される。

図４Ａは、Ｘ線源４０２及び検出器４０４が回転され及び／又は角度移動されるときの、点対象のｘ，ｙ平面における絶対的なシフトを示す。図４Ｂは、それぞれ異なる深さを有する２つの対象４０６及び４０８、すなわちそれぞれ異なるｚ座標を有する２つの対象について、ｘ，ｙ平面におけるシフトの差を示す。これは更に、モデルの深さ感度を示す。角度φの焦点回転によって導かれる、イメージング平面から距離ｚのところでの、歳差運動の中心における点Ｐの投影のピクセルシフトｉは、

によって表現されることができる。

を規定し、角度φが相対的に小さくなりうると考慮すると、式１は、

になる。

図４Ａ及び図４Ｂは、深さｄにおけるモデルについての深さ感度を解析的に計算するために使用されることができるが、より単純明快なアプローチは、近似としてテイラー展開を使用することでありうる。式３を微分し、一次のテイラー近似を使用することにより、

が得られる。

実際的な状況について、Ｋ＞＞１であり、ＳＩＤがほぼＬに等しいことが当てはまりうる。このようなケースで相対的に粗い評価の場合、式４は、更に、

に簡略化されることができる。ここで、φは、ラジアンで表現される。

国際電気標準会議（ＩＥＣ）によって提供されるモデルに従って、ＳＩＤ（Ｘ線源からイメージャ（例えばＸ線検出器）までの距離）が１．０ｍである場合、患者厚みの一般値は、３０ｃｍである。実際、Ｘ線線量及び焦点ぼけを最小限にするために、検出器は、患者の近くに配置され、例えば、ＰＩＤ（患者からイメージャまでの距離）は、およそ０．１５ｍでありうる。今日の検出器の場合、ピクセル間隔は、約１５０μｍでありうる。Ｌは、一般に０．８ｍでありうる。このような構成において、約１０度の歳差運動を使用する場合、１ｍｍの深さパラメータの変化は、検出器上の追跡された経路の１ピクセルの変化を生じさせる（例えば、追跡された経路が円を含む場合、円の直径が、１ピクセルだけ増大し又は減少しうる）。

歳差運動によって深さ情報をパラメータ化するための包括的なアプローチは、モデル内に対象Ｐの非中心線位置を含めることである。ここで、中心線は、検出器平面に対して垂直であり、検出器及びＸ線源の焦点を接続する仮想線である。一般化された状況が、図５及び図６に示されており、ポイントＰが、ｘ方向にシフトされている。図５は、図４Ａ及び図４Ｂと同じパースペクティブからみたシステムを示す。図６Ａに描かれる円は、画像検出器上に投影される対象の追跡される経路を示す。図６Ｂは、２つのガントリ位置の間の角度Δφを示す。この記述において、ｘ方向におけるシフトの状況が、最も詳しく説明される。実際、Ｐは、（図５及び図６に示されるように）ｘ方向だけでなく、ｙ方向でもシフトしうる。しかしながら、当業者は、ｙ方向のシフトがある場合に同様の解析をｘ方向のシフトと組み合わせて導き出すことができる。

モデルは、

によって記述され、これは、対称性により、ｙ座標に関しても同一である。式６から、固定の深さｚにおける検出器ピクセルシフト（図６Ａに示される）についての伝達関数は、対称回転（歳差運動）の位置ｘの関数として、

によって表現されることができる。ここで、角度Δφ_ｘは、（図６Ｂに示されるように）相対的に小さく、歳差運動３０４の固定の中心に関して対称である。

回転が対称である歳差運動の場合（二重軸コーンのような軌道を使用する。二重軸とは、ガントリの回転が、患者の頭部から足部に向かう軸と、患者の左側から右側に向かう軸を中心に生じることを意味する）、対象のイメージ平面への投影の円形軌道の半径は、歳差運動の周波数によって変調され、

によって与えられることができる。

Ｘ線源及び検出器の固定の回転位置において、小さい角度に関するｘ方向の深さ感度（ｙ方向でも同様）は、

によって表現されることができる。

ＥＰアプリケーションの場合、カテーテルは、概して、電極の対（バイポーラ）を備え、電極の対は、自動画像処理によってＸ線画像内で検出し追跡するのが相対的に容易である。この検出及び追跡は、Ｘ線投影後のイメージャ上のブラブ様の構造及び電極の高減衰によって容易にされる。電極は、多くの場合、ほぼ柱状であり、それらのサイズは、一般に、１ｍｍ（垂直投影）である。しかしながら、ここに記述される方法及び装置は、電極に限定されず、電極の寸法を有する対象にも限定されない。

表２は、Ｘ線源及びＸ線検出器が固定されるＸ線ガントリの歳差運動に属する回転及び角度運動値のシーケンスを規定する。ここに、回転は、患者の頭部から足部に向かう方向の軸を中心とするガントリの回転をさし、角度運動は、患者の左側から右側に向かう軸を中心とするガントリの回転をさす。

表２に規定される歳差運動は、±５度の歳差運動であり、任意の２つのガントリ位置の間の最大角度を約１０度にする。この角度は、前のセクションのモデルからの評価に基づく。回転及び角度運動は、５度の半径を有する円に沿った軌道（歳差運動）を記述する。表２に示される角度は、歳差運動の中心（歳差運動が回転運動を実施する軸）の基準位置に関するものである。この基準位置は、任意の向き（すなわち絶対的な角度運動／回転値の任意の対）を有することができる。一般に、基準位置は、臨床プロシージャから及び患者の解剖学的構造から得られる。この例の値は、説明の目的のためにある。それらの値は、いかなる形でも制限ではない。

画像内の対象の位置は、手動で、半自動的に、又は好適には完全に自動的に、識別されることができる。例えば、リード又は金属の対象は、画像を閾値処理することによって自動的に識別されることができ、それによって、対象に対応する暗い領域をセグメント化し、そののち、画像シーケンスの暗い領域の中心位置を決定するブラブ検出アルゴリズムが実施されることができる。これらの中心位置は、画像内の対象のｘ，ｙ座標として使用されることができる。

上述したように、画像シーケンスの対象の投影によって横断される（円）軌道の半径は、投影される対象の深さ位置に比例する。軌道の回転方向（時計回り又は反時計回り）は、アイソセンタに対する対象の位置に関連する。

歳差運動は、予め規定された周波数で、画像シーケンスに記録される対象の軌道を変調させるので、例えば画像に多くのノイズがある場合、又はその深さが決定されるべきである対象だと誤って間違えられる他の対象が画像内にある場合のように、より難しいイメージング状況において、専用の信号処理が、追跡される対象の深さ位置を決定するために用いられることができる。予め規定された軌道の形状は、例えば消化管の運動、心臓の運動及び／又は呼吸の運動のような対象の運動がある場合に、有利に考慮されることができる。

対象は、静止していないことがある。例えば、対象は、心臓及び呼吸の運動並びに消化管の運動により、動くことがある。深さ評価は、画像シーケンスに基づいて対象の運動をモデル化する運動モデルによって改善されることができる。これは、不完全でノイズが多い一連の測定から、動的なシステムの状態を評価するフィルタを使用して、行われることができる。このような運動モデルは、対象の位置及び速度に関する連続的に更新される正確な情報を、その位置の観測シーケンスに基づいて、提供することができる。このような観測シーケンスは、画像シーケンス及び対象が画像内で検出された位置のシーケンスによって提供される。このような運動モデルを設計するために適用されうる例示のフィルタは、知られているカルマンフィルタであり、これは、入力がホワイトノイズによって生成されるランダム信号であるとき、所望の出力と実際の出力との間の二乗平均誤差が最小にされる線形システムである。

上記の方法を心房細動に苦しむ患者に適用する場合、ローカライズされるべき対象（心腔に挿入される一般に１又は複数のＥＰカテーテル）は、規則正しく拍動する心臓ほど大きく運動しないことがある。これは、運動補償なしで又は少しの運動補償だけで、深さ評価システムの使用を可能にする。この状況において、ここに記述されるシステム及び方法を使用することは、特に有利でありうる。その理由は、心房細動の状況において、専用のナビゲーション機器を有する施設を見つけることは困難でありえ、及び／又はそのような専用のナビゲーション機器を適時にセットアップすることはあまりに時間がかかりうるからである。

１０度の歳差運動（±５度の半径）の場合、検出器の絶対的な移動は、一般のＸ線システムにおいて約５ｃｍでありうる。この状況における検出器の運動は、相対的に小さいが、それは、患者及び／又は医師にとってなお幾分不快でありうる。歳差運動の角度は、歳差運動によって引き起こされる任意の不快さを低減するために低減されることができる。歳差運動の角度を増大することによって、深さ解像度が、比例的に高くなりうる。しかしながら、既存の電磁追跡システムのいくつかの正確さは、同じオーダの正確さであり、一般にＥＰカテーテルの場合２−４ｍｍである。

対象がジオメトリのアイソセンタに位置する場合、追跡された対象の軌道の半径は、対象から検出器までの距離に比例することができ、ゼロである。しかしながら、モデルから導出されることができるように、深さ感度は、事実上、対象の実際の深さ位置から独立している。

図７は、ここに記述される方法及び装置の見地のコンピュータ実現を生成することに適したシステムアーキテクチャを示す。このようなアーキテクチャは、例えばコンピュータワークステーションにおいて得られることができる。代替として、図７に示されるコンポーネントは、Ｘ線システムに組み込まれることができる。図７は、例示のアーキテクチャの概略のみを示す。これに代わって、他のアーキテクチャが、使用されることができる。メモリ７０６は、この明細書に記述される方法に従うコンピュータ命令を含む。メモリ７０６は更に、画像データ及び対象ロケーションデータを含むことができる。プロセッサ７０２は、コンピュータ命令を実行する。通信ポート７０８は、例えば３次元解剖学的対象を表現するデータセット１３６及び／又は画像シーケンス１３４のような、画像データを受け取るために使用される。ポート７０８は更に、ガントリ１０２のモータ１０８に制御信号を送るために使用されることができる。画像データは更に、取り外し可能な媒体７１０を介して得られることができる。ユーザコマンドが、揺動運動を開始すること及び／又は３次元解剖学的画像に対する対象の３次元位置の標示の表示を開始すること、のような特定のアクションをトリガするために、入力部７０４（例えばキーボード又はテーブル面の制御部）を介して、入力されることができる。ディスプレイ７１２は、ステータス情報及び／又は対象及び画像の標示を表示するために使用されることができる。通信ポート７０８を介してどのようにＸ線システムに図７のアーキテクチャを接続するか、又は知られているＸ線システムにアーキテクチャをどのように組み込むかは、当業者には明らかであろう。

本発明は、本発明を実行するために適応されるコンピュータプログラム、特に担体上又は担体内のコンピュータプログラム、に拡張されることが分かるであろう。プログラムは、例えば部分的にコンパイルされた形式又は本発明による方法の実現において使用されるに適した任意の他の形式の、ソースコード、オブジェクトコード、コード中間ソース及びオブジェクトコードの形でありうる。更に、このようなプログラムは、多くの異なる設計的なデザインを有しうることが分かるであろう。例えば、本発明による方法又はシステムの機能を実現するプログラムコードは、１又は複数のサブルーチンに細分されることができる。これらのサブルーチンの間で機能を分散するための多くの異なるやり方が、当業者には明らかであろう。サブルーチンは、自己内蔵型プログラムを形成するために、１つの実行可能ファイルに一緒に記憶されることができる。このような実行可能ファイルは、例えばプロセッサ命令及び／又はインタプリタ命令（例えばＪａｖａ（登録商標）インタプリタ命令）のようなコンピュータ実行可能命令を含むことができる。代替として、サブルーチンの１又は複数又は全ては、少なくとも１つの外部ライブラリファイルに記憶され、例えば実行時、静的又は動的に主プログラムとリンクされることができる。主プログラムは、サブルーチンのうちの少なくとも１つに対する少なくとも１の呼び出しを含む。更に、サブルーチンは、互いに対する機能呼び出しを含むことができる。コンピュータプログラム製品に関する実施形態は、上述された方法のうちの少なくとも１つの方法の処理ステップの各々に対応するコンピュータ実行可能命令を含む。これらの命令は、サブルーチンに細分されることができ、及び／又は静的又は動的にリンクされることができる１又は複数のファイルに記憶されることができる。コンピュータプログラム製品に関する別の実施形態は、上述されたシステム及び／又は製品のうちの少なくとも１つのシステム及び／又は製品の手段の各々に対応するコンピュータ実行可能命令を含む。これらの命令は、サブルーチンに細分されることができ、及び／又は静的又は動的にリンクされることができる１又は複数のファイルに記憶されることができる。

コンピュータプログラムの担体は、プログラムを担持することが可能な任意のエンティティ又は装置でありうる。例えば、担体は、ＣＤ−ＲＯＭ又は半導体ＲＯＭのようなＲＯＭ、又はフロッピー（登録商標）ディスク又はハードディスクのような磁気記録媒体のような記憶媒体を有することができる。更に、担体は、電気信号又は光学信号のような送信可能な担体でありえ、それらの信号は電気的若しくは光学ケーブルを介して又はラジオ若しくは他の手段によって、伝達されることができる。プログラムがこのような信号において具体化される場合、担体は、このようなケーブル又は他の装置若しくは手段によって構成されることができる。代替として、担体は、プログラムが組み込まれる集積回路でありえ、集積回路は、当該方法を実施するように、又は当該方法の実施において使用されるように、適応される。

上述の実施形態は、本発明を制限するものではなく、説明するものであることに注意すべきであり、当業者であれば、添付の請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替の実施形態を設計することが可能であろう。請求項において、括弧内に置かれた任意の参照符号は、請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。「有する、含む」なる動詞及びその活用形の使用は、請求項に記述されるもの以外の構成要素又はステップの存在を排除しない。構成要素に先行する冠詞「a」又は「an」は、このような構成要素の複数の存在を排除しない。本発明は、幾つかの別個の構成要素を含むハードウェアによって実現されることが可能であり、適切にプログラムされたコンピュータによって実現されることが可能である。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段の幾つかは、同じ１つのハードウェアアイテムによって具体化されることができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。

Claims (12)

1. Ｘ線源及びＸ線検出器が取り付けられるガントリと、
   前記ガントリを回転させる少なくとも１つのモータと、
   Ｘ線画像を取得するように前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を制御し、前記ガントリの運動を制御するように前記モータを駆動する制御ユニットであって、前記制御ユニットは、前記ガントリの揺動運動を実現する手段を有し、前記揺動運動の間、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を接続する軸は、前記揺動運動の回転中心に頂点を有するコーンの表面をたどり、前記コーンは、前記Ｘ線検出器の検出器面上に円形又は楕円形の底面を有し、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器は、前記軸に関して固定の位置を有し、前記制御ユニットは、前記ガントリの前記揺動運動の間に一連のＸ線画像を取得する手段を有する、制御ユニットと、
   追跡された経路を得るために、前記一連のＸ線画像に現れる対象を検出し、追跡する対象認識ユニットであって、前記追跡された経路は、前記対象が前記一連の画像において検出された複数の位置を表す、対象認識ユニットと、
   前記軸に実質的に平行な方向における前記の対象の位置を示す深さパラメータを決定するために、前記追跡された経路を使用する深さ評価ユニットであって、前記追跡された経路によって規定される半径に関して前記追跡された経路を前記コーンの底面と比較して、前記追跡された経路の前記半径に関するスケールを得る手段と、前記追跡された経路の前記半径に関するスケールに基づいて前記深さパラメータを決定する手段と、を有する深さ評価ユニットと、
   を有する、Ｘ線システム。
2. 前記揺動運動は、最大で約１０度の角度をスパンし、前記角度は、前記軸に対して測定される、請求項１に記載のＸ線システム。
3. 前記揺動運動の間の前記Ｘ線源の移動は、前記Ｘ線検出器の寸法より大きくない、請求項１に記載のＸ線システム。
4. 前記揺動運動は、周期的運動である、請求項１に記載のＸ線システム。
5. 前記コーンの前記底面は、円を含み、前記追跡された経路は、円を規定し、前記追跡された経路の前記スケールは、前記追跡された経路によって規定される前記円の半径に基づくものである、請求項１に記載のＸ線システム。
6. 前記深さ評価ユニットは、前記ガントリの運動及び前記対象の運動を区別するための運動モデルを含む、請求項１に記載のＸ線システム。
7. 前記対象は、電気生理学アブレーションカテーテルの少なくとも先端部又は電極を含む、請求項１に記載のＸ線システム。
8. 前記Ｘ線システムは、経皮的介入の間、人間患者をイメージングしながら、前記揺動運動を実施するように構成される、請求項１に記載のＸ線システム。
9. 前記深さパラメータ及びＸ線画像内の前記対象の位置に基づいて、データセットによって表現される３次元解剖学的画像に関して前記対象の位置を示すグラフィックユニットを更に有する、請求項１に記載のＸ線システム。
10. 前記３次元解剖学的画像及び前記対象の前記位置の３次元グラフィック表現を提供するディスプレイを更に有し、前記グラフィックユニットは、前記ディスプレイに、前記グラフィック表現を表す信号を提供するように構成される、請求項９に記載のＸ線システム。
11. プロセッサ及びメモリを有するコンピュータにおいて、前記プロセッサが、
    Ｘ線源及びＸ線検出器が取り付けられるガントリの運動を制御して、前記ガントリの揺動運動を実現するようにモータを駆動するステップであって、前記揺動運動の間、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を接続する軸は、前記揺動運動の回転中心に頂点を有するコーンの表面をたどり、前記コーンは、前記Ｘ線検出器の検出器面上に円形又は楕円形の底面を有し、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器は、前記軸に関して固定の位置を有する、ステップと、
    前記ガントリの前記揺動運動の間、一連のＸ線画像を取得するステップと、
    追跡された経路を得るために、前記一連のＸ線画像に現れる対象を検出し、追跡するステップであって、前記追跡された経路は、前記対象が前記一連の画像において検出された複数の位置を表す、ステップと、
    前記追跡された経路を前記コーンの底面と比較することによって、前記軸に実質的に平行な方向における前記対象の位置を示す深さパラメータを決定するために、前記追跡された経路を使用するステップであって、前記追跡された経路によって規定される半径に関して前記追跡された経路を前記コーンの底面と比較して、前記追跡された経路の前記半径に関するスケールを得、前記追跡された経路の前記半径に関するスケールに基づいて前記深さパラメータを決定する、ステップと、
    を実行する方法。
12. Ｘ線源及びＸ線検出器が取り付けられるガントリの揺動運動の間に取得される一連のＸ線画像を受信するステップであって、前記揺動運動の間、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を接続する軸が、前記揺動運動の回転中心に頂点を有するコーンの表面をたどり、前記コーンは、前記Ｘ線検出器の検出器面上に円形又は楕円形の底面を有し、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器が、前記軸に関して固定の位置を有する、ステップと、
    追跡された経路を得るために、前記一連のＸ線画像に現れる対象を検出し、追跡するステップであって、前記追跡された経路は、前記対象が前記一連の画像において検出された複数の位置を表す、ステップと、
    前記追跡された経路を前記コーンの底面と比較することによって、前記軸に実質的に平行な方向における前記対象の位置を示す深さパラメータを決定するために、前記追跡された経路を使用するステップであって、前記追跡された経路によって規定される半径に関して前記追跡された経路を前記コーンの底面と比較して、前記追跡された経路の前記半径に関するスケールを得、前記追跡された経路の前記半径に関するスケールに基づいて前記深さパラメータを決定する、ステップと、
    をマシンに実施させるためのマシン可読命令を含むコンピュータプログラム。

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