JP5662326B2 - インターベンション・ラジオ波焼灼療法またはペースメーカー設置手順における、仮想的な解剖学的構造を豊かにしたリアルタイム２ｄ撮像のための、心臓および／または呼吸同期画像取得システム - Google Patents

インターベンション・ラジオ波焼灼療法またはペースメーカー設置手順における、仮想的な解剖学的構造を豊かにしたリアルタイム２ｄ撮像のための、心臓および／または呼吸同期画像取得システム Download PDF

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Description

本発明は、心臓電気生理学（EP: electrophysiology）の分野に関し、より詳細には画像に案内されたラジオ波焼灼〔アブレーション〕療法およびペースメーカー設置手順に関する。これらの手順のために、インターベンション・ツールが患者の分岐した冠血管または心房室（cardiac chamber）の解剖学的構造を通じてナビゲートされている間に、インターベンション手順の間に同じ投影角から術中取得されたインターベンション・ツールの重ね合わされた2Dナビゲーション動きを表示することが提案される。たとえば心血管カテーテルを患者の冠静脈木の心血管セグメント中の目標構造または病変まで、あるいは心筋（myocard）内の関心領域まで案内するためである。そのようにして、インターベンション器具を動かす間に、患者の解剖学的構造の動的に豊かにされた（enriched）2D再構成が得られる。心臓および／または呼吸同期〔ゲーティング〕技法を適用することにより、患者の心臓および／または呼吸サイクルの同じ位相の間に2Dライブ画像が取得されるようにできる。二つの相異なる撮像モダリティによって独立に取得された画像データの位置合わせおよび融合に基づく従来技術の解決策と比較して、二次元的に再構成された解剖学的構造の精度が著しく高められる。
たとえばアテローム性動脈硬化、高血圧および虚血のような心血管疾患（CVD: cardiovascular disease）は、心臓および血管に対して慢性心不全、アンギナまたは心筋梗塞（心臓発作）につながりうる恒久的な損傷を引き起こすので、たいていの先進国における主要な死因となっている。電気的な心血管疾患（たとえば細動、頻脈、粗動のような）または血管閉塞の徴候を示す患者については、診断および治療は通例、心臓カテーテル法処置室においてインターベンション心臓術により実行される。ここで、心臓カテーテル法は、動脈および／または静脈を通じて小さな管（カテーテル）を心筋まで挿入することを意味する。リアルタイムX線撮像で冠動脈および心房室を視覚化するためには、カテーテルを通じて造影剤が注入される。造影剤はX線に対して不透明であり、冠動脈系または心房室に流入する際に良好な画像コントラストを与える必要がある。この手順は、血管造影図と称される画像を生じる。血管造影図は心臓の解剖学的構造においてナビゲートするために、医師にとって有用である。
ここ３０年で、低侵襲のX線案内インターベンション心臓術が、人口学的、技術的および経済的要因に押されてかなり成長した。新しいカテーテル・ベースのインターベンション・ツール（たとえばバルーン・カテーテルおよびステントのような）により、医師はより多くの状況およびより複雑な患者症例を治療できる。これらの新しい低侵襲の画像案内手順は肯定的な患者結果を有し、心臓切開手順よりも安価であるので、医師は、政府および個人の費用負担者によって、これらの手順を患者治療に使うことを積極的に促されている。
今日、X線ベースの心臓カテーテル法システムは、医療の現在の標準の一つを表し、心臓術における診断手順および療法手順の両方のために撮像モダリティを提供する。こうしたシステムは、冠動脈における血流の閉塞のリアルタイム画像を生成するために適用される。閉塞が同定されると、血管形成（つまり動脈中の流れが制約された領域のバルーンによる拡張）およびステント留置（つまり新たに拡大された動脈を開いたままにするよう支持構造を拡張すること）による治療のために、先端にバルーンを付けたカテーテルを閉塞点まで案内するために、リアルタイムX線撮像が利用される。冠動脈疾患をもつ患者にとっての療法のゴールは、冠動脈を再び開くための技法およびデバイスを用いることによって、アンギナの症状を軽減し、死亡または心筋梗塞のリスクを下げることである。
上述した心臓カテーテル法システムは、実質的に、カテーテル法処置室におけるあらゆる低侵襲手順を可能にする。現在開発されているシステムはみな同じ基本構造をもち、X線ビームを患者を通って大面積検出器に投影する点X線源を使い、この検出器が生成された2D像をモニタ上での表示のために電気信号に変換するために使われる。これにより、患者の影写真画像が得られる。
従来用いられてきた心臓カテーテル法システムは、典型的には、二つの相異なる型のリアルタイムX線撮像を実行する：診断用血管造影およびインターベンション用撮像である。診断用血管造影は、高品質画像を生成するために高い放射線被曝で実行される。この診断用の（シネ）モードは、冠動脈の初期状態を診断し、必要とされるインターベンションを決定し、インターベンション後に冠動脈を再評価するために、冠動脈を通じて流れる注入された造影剤の像を生成する。インターベンション用撮像は、低品質画像を生成する制御された放射線被曝で実行される。よって、このインターベンション（フルオロ）モードは、インターベンションを案内するための患者の解剖学的構造のリアルタイム撮像を提供し、解剖学的構造の中にデバイスを挿入するときに使われる。インターベンション・モードは、手順撮像時間の約９０％のために使われる。
心血管疾患は主として患者の血流に影響するものの、心臓電気生理学（EP）は、医師がX線透視の案内のもとに心臓内カテーテルを使って患者の心臓リズムの電気的な機能異常を位置発見および治療するインターベンション心臓術の個別分野であり、心臓の電気的な異常の研究に関わる。心臓中の先天的な問題または疾病組織は電気伝導に影響し、それが不規則な心拍につながることがある。それとは別に、心房細動（AF: atrial fibrillation）の治療のためのラジオ波焼灼療法（RFA: radiofrequency ablation）は非常に困難なEP手順である。心房細動は、著しい罹病率（morbidity）および死亡率（mortality）に関連する心不整脈であり、これは心臓の二つの上の心房室、つまり左心房（LA: left atrium）および右心房（RA: right atrium）が効率的に拍動しないときに生じる。効率的に拍動しない結果として、血液が完全に拍出されず、たまって凝固してしまうことがあるのである。凝血の一部が心臓を出ると、それが発作または肺塞栓を引き起こすことがある。もう一つの結果は、心室に伝達される不規則な心拍でありうる。こちらのほうが血液循環に対する影響は大きい。心房細動の治療のためには、組織のある種の領域がラジオ波エネルギーをもって焼灼されうる。それにより異常な電気伝導を治療し、正常な心臓リズムを恒久的に回復するのである。より正確には、心臓組織は、異常な電気活動の領域を見出すためにマッピングされ、心臓電気生理学によって焼灼されてある種の領域における病的な組織を殺す。組織の適切な領域を位置発見して焼灼するための手順はきわめて長い。患者は心臓カテーテル処置室で３ないし６時間を過ごすことがある。これは、長ければ９０分の、完全に撮像のための時間を含みうる。患者はかなりの量のX線――多ければ胸部X線30000回分――を受け、手順を行う電気生理学者も通例かなりの線量の散乱放射線を受ける。電気生理学診断はおよび治療は、詳細な画像を生成するために冠動脈に造影剤を注入することを必要とせず、よっていくらか低めの撮像機能を必要とする。長い手順時間は、放射線被曝の削減に高い価値を置く。
もう一つの重要な手順は、心臓再同期療法（CRT: cardiac resynchronization therapy）のためのペースメーカーの設置である。この際には、ペースメーカーのリード線を冠静脈中に設置する必要がある。電気生理学者は、解剖学的構造および関心のあるすべての部位へのアクセス経路を熟知するために特別な訓練を必要とし、また正しいデバイスを選択してそれを目標に向けた方向にナビゲートするためにいくらかの練習を必要とする。
患者の心臓解剖学的構造（cardiac anatomy）は、通常の3D撮像デバイス（たとえばCT、MRI、3DRXまたは超音波検査装置のような）を用いて、あるいはインターベンションのちょうど始まりに局部的に造影剤を注入する（心房細動のRFAベースの治療の場合には左心房（LA）および肺静脈（PV: pulmonary vein）口、CRTの場合には冠静脈および洞）ことによって、記録できるが、医師は、ライブの透視画像においてナビゲートするために頭の中で位置合わせを実行する必要があり、その場合この情報はもはや可視ではない。
画像に案内されるインターベンション手順の間、可視のままであるために、治療すべき心臓解剖学的構造の手術前に再構成された3Dマップは、手術中に取得された2Dライブ画像と位置合わせされることができる。他方、そのような位置合わせは、患者の呼吸および心臓動きを考慮に入れていない。これは、得られた位置合わせの精度がいくつかの用途のためには十分精密でないという事実につながりうる。いくつかの心臓構造の3D再構成も、たとえばBiosense Websterによって開発されたCARTO（登録商標） RMT電気解剖学的マッピング・システムにおいてまたはSt. Jude Medicalによって提案されたEnSite NavX（商標）ナビゲーション＆視覚化技術において使われるような、磁気的にまたは電気的に局在化されたインターベンション・ツールによって得ることができる。
AF手順のためには、電位を測定するときのカテーテルの厳密な位置を知ることが、細動を引き起こす源（異所性始点（ectopic foci）、再入ループ（reentry loop））を見出す鍵である。一層重要なのは、たとえば肺静脈隔離または左心房におけるルーフライン（roof line）焼灼のような所望される焼灼パターンを実行するための、焼灼部位の解剖学的マッピングである。
上記の事実に鑑み、相異なる、独立して運用される撮像モダリティによって取得された画像を位置合わせおよび融合するときに生じうる不正確さを減らすことによって、画像に案内されるインターベンション手順の精度を高めることが本発明の一つの目的である。たいていの造影剤はきわめて高価であり、必ずしも患者によってよく支持されないため、造影剤を注入する必要なしに患者の心血管構造および／または心房室解剖学的構造を視覚化することが本発明のさらなる目的である。
これらの課題を解決するために、本発明の第一の例示的な実施形態は、患者の心血管系および／または心房室解剖学的構造を通じてナビゲートされている間のインターベンション器具のナビゲーション動きを、同じ投影角および対物距離からの2Dライブ画像のシーケンスを手術中に取得および記録することによって追跡する画像取得方法に向けられる。それらの画像は、そのようなナビゲーション動きの種々の段階の間のインターベンション器具を示す。本発明によれば、前記方法は、2D蛍光撮影図（fluorogram）の取得および記録の際の各トラックについて患者の心臓および／または呼吸サイクルの特定の位相を記録し、心臓および／または呼吸ゲーティングによって患者の心臓および／または呼吸サイクルの事前定義可能な特定の位相に対応する画像のセットを選択するステップを含む。前記選択するステップを実行し、さらにインターベンション器具をナビゲートする間、患者の心血管系および／または心房室解剖学的構造の仮想2D再構成が生成される。これは、該生成ステップの時点までに選択されたインターベンション器具の2Dゲーティングされた諸位置を融合することによって行われる。ここで、前記2D再構成は、それぞれの新たに取得され選択された2D蛍光撮影図をもって動的に豊かにされ、こうしてインターベンション器具の種々のナビゲーション動き段階のスーパーインポーズされた2Dビューを与える。最後に、二次元的に再構成された仮想解剖学的構造の動的に更新されたバージョンが、インターベンション器具の新たに選択された2Dゲーティングされた諸位置を再構成された解剖学的構造の現在のバージョンに重畳させ融合させることによって、モニタ画面またはディスプレイ上に表示される。このようにして、患者の心血管系および／または心臓解剖学的構造の3Dモデルを再構成するために必要とされるボクセル・データを取得するために手術前のCT、MRまたは3DRAスキャンを実行することが回避できる。そのようなモデルは、従来技術から知られているように、画像案内インターベンションの間にナビゲートされている間のインターベンション器具の現在の位置を示す手術中に取得された蛍光撮影図と相互位置合わせされるべきものである。よって、再構成された3Dモデルのボクセル・データの術前取得および手術中に取得される蛍光撮影図の画像データについて相異なる撮像モダリティを使うときに予期される位置合わせの不正確さを回避することができる。
本発明によれば、上記の方法は好ましくは、X線案内ラジオ波焼灼および冠静脈にペースメーカーのリードが配置される心臓再同期療法のためのペースメーカー設置手順の範囲において実行されうる。
追加的なオプションとして、画像取得方法がさらに、インターベンション治療されるべき患者の心臓および／または心血管系の関心領域における患者の冠血管および／または心房室解剖学的構造の3Dモデルを再構成するために必要とされる3Dボクセル・データのセットを手術前に取得および記録するために、CT、MRまたはCアーム・ベースの3DRA画像取得セッションを実行するステップを含んでいてもよい。その後、手術前に記録された3Dボクセル・データが、二次元的に再構成された2D解剖学的構造の動的に豊かにされた融合されたデータと、位置合わせされ、融合されることができ、得られた位置合わせされ融合された解剖学的構造がモニタ画面またはディスプレイ上に表示されることができる。
ここで、冠血管および／または心房室解剖学的構造の3Dモデルを再構成する上記ステップは、視角に起因する短縮が最小限で血管の重なりが最小限となる最適な閲覧角度（viewing angle）を計算し、モニタ画面またはディスプレイ上に示されるウィンドウ内にその最適なビューのマップを表示するステップを含んでいてもよい。さらに、関心のある目標構造または病変の3Dセグメンテーションが実行され、前記目標構造または病変のセグメンテーションされた輪郭内に含まれない画像領域がフェードアウトされてもよい。
本発明の第二の例示的な実施形態は、患者の心血管系および／または心房室解剖学的構造を通じてナビゲートされている間のインターベンション器具のナビゲーション動きを、同じ投影角および対物距離からの2Dライブ画像のシーケンスを手術中に取得および記録することによって追跡する画像取得方法を実行するよう適応された画像取得システムに結合されたワークステーション上で走る画像処理システムに向けられる。それらの画像は、そのようなナビゲーション動きの種々の段階の間のインターベンション器具を示す。本発明によれば、本画像処理システムは、2D蛍光撮影図（fluorogram）の取得および記録の際の各トラックについて患者の心臓および／または呼吸サイクルの特定の位相を記録し、心臓および／または呼吸ゲーティングによって患者の心臓および／または呼吸サイクルの事前定義可能な特定の位相に対応する画像のセットを選択し、前記選択するステップを実行し、さらにインターベンション器具をナビゲートする間、患者の心血管系および／または心房室解剖学的構造の仮想2D再構成を生成するようプログラムされる。前記生成は、該生成ステップの時点までに選択されたインターベンション器具の2Dゲーティングされた諸位置を融合することによって行われる。ここで、前記2D再構成は、それぞれの新たに取得され選択された2D蛍光撮影図をもって動的に豊かにされ、こうしてインターベンション器具の種々のナビゲーション動き段階のスーパーインポーズされた2Dビューを与える。本画像処理システムはまた、二次元的に再構成された仮想解剖学的構造の動的に更新されたバージョンを、インターベンション器具の新たに選択された2Dゲーティングされた諸位置を再構成された解剖学的構造の現在のバージョンに重畳させ、融合させることによって、モニタ画面またはディスプレイ上に表示するようプログラムされる。
この実施形態のあるさらなる側面によれば、前記画像処理システムは、インターベンション治療されるべき患者の心臓および／または心血管系の関心領域における患者の冠血管および／または心房室解剖学的構造の3Dモデルを再構成するために手術前に取得および記録される3Dボクセル・データのセットを、二次元的に再構成された2D解剖学的構造の動的に豊かにされた融合されたデータと、位置合わせし、融合するよう適応された、2D/3D位置合わせおよび融合ツールと、得られた位置合わせされ融合された画像をモニタ画面またはディスプレイ上に表示するための視覚化ツールとを備えられてもよい。
冠血管および／または心房室解剖学的構造の3Dモデルを再構成する上記ステップを実行するために、前記画像処理システムは、視角に起因する短縮が最小限で血管の重なりが最小限となる最適な閲覧角度（viewing angle）を計算し、モニタ画面またはディスプレイ上に示されるウィンドウ内にその最適なビューのマップを表示するよう構成されていてもよい。それに加えて、前記画像処理システムは、関心のある目標構造または病変の3Dセグメンテーションを実行し、前記目標構造または病変のセグメンテーションされた輪郭内に含まれない画像領域をフェードアウトするよう適応されてもよい。
それとは別に、本発明の第三の例示的な実施形態はワークステーションまたはコンソールに割かれる。本発明によれば、このワークステーションまたはコンソールは、前記第二の例示的な実施形態に関して上述したような画像処理システムを実装するソフトウェアをもってプログラムされる。
最後に、本発明の第四の例示的な実施形態によれば、前記第三の例示的な実施形態に関して述べたワークステーションまたはコンソール上で走るときに前記第一の例示的な実施形態に関して上述したような方法を実行するよう構成されたコンピュータ・ソフトウェア・プロダクトが提供される。
従来技術から知られる他の手法および解決策と比べ、本発明は、他の画像データ生成モダリティからの画像データとの位置合わせステップを全く必要としない。そのような位置合わせは不正確であることがあり、動き補償されていないこともありうる。本発明によって提案される解決策と比較してずっと高価な格別な局在化されたインターベンション・ツール（CARTO、NavXなど）の使用はもはや必要ではない。さらに、これらの既知の従来技術のシステムによって提供される仮想解剖学的構造は、X線画像に直接的に関係しておらず、二つのモダリティの位置合わせは困難であり、不正確であることがある。これに対し、本発明の提案される手法によって得られる仮想解剖学的構造は、本来的に蛍光透視と揃っている。
本発明のこれらおよび他の有利な側面は、例として、以下に記載される実施形態を参照し、また付属の図面を参照して例解される。
本発明の前記第一の例示的な実施形態に基づく提案される画像取得方法を示すフローチャートである。 本発明の前記第一の例示的な実施形態に基づく提案される画像取得方法を示すフローチャートである。 本発明の前記第一の例示的な実施形態に基づく提案される画像取得方法を示すフローチャートである。 最小限の短縮と最小限の血管の重なりを与える最適な視角からの患者の左冠動脈木の三次元的に再構成された最適ビュー・マップを示す図である。 ａは心臓血管セグメントを通じてナビゲートされるべき、従来技術から知られる冠状静脈洞カテーテルの側面図である。ｂは、ａに描かれた冠状静脈洞カテーテルの正面図である。 ａ〜ｃは、心臓インターベンション手順の間に心血管カテーテルをそれぞれ左心房および肺静脈口内でナビゲートしながら術中取得されている、焼灼カテーテルおよび投げ縄（lasso）カテーテルの３枚の相続いて記録された2Dライブ画像を示す。 本発明の前記第三の例示的な実施形態に基づく撮像システムのブロック概略図である。
以下では、本発明に基づく提案される画像取得装置および方法が、特別な実施形態に関して、付属の図面を参照しつつ、より詳細に説明される。
図１に描かれたフローチャートは、本発明の上述した第一の例示的な実施形態に基づく、提案される画像取得方法を示している。すでに上述したように、提案される方法は、患者の心血管系の関心領域における冠血管木および／または心房室解剖学的構造の3Dモデルを再構成するために必要とされる3Dボクセル・データのセットを手術前に取得および記録する（S1）ために、CT、MR、Cアーム・ベースの3DRAまたは他の任意のモダリティ型（超音波、シンチグラフィーなど）ベースの画像取得セッションを実行する任意的なステップをもって始まる。この手術前画像データ取得ステップ後、取得された3Dボクセル・データから、たとえばデジタル再構成された放射線写真（DRR: digitally reconstructed radiograph）のような蛍光透視画像の案内のもとで低侵襲インターベンションを実行することによって検査および治療されるべき関心領域における患者の心血管系の三次元的に再構成されたモデルまたは3Dマップを任意的に生成する（S2）。上述した手術前の画像再構成ステップは、たとえば、手術前に取得された3Dボクセル・データに射線投射（ray cast）アルゴリズムを適用することによって実現されてもよい。その後、任意的に、表示されるべき冠血管木の分岐した心血管セグメントの最小限の短縮および最小限の血管重なりをもつ最適の視角が計算され（S3a）、最適なビュー・マップがワークステーションのモニタ画面またはディスプレイ上に表示される（S3b）ことができる。さらに、任意的に、この最適ビュー・マップは、次いで、関心のある目標構造または病変の輪郭を見出し、前記目標構造または病変のセグメンテーションされた輪郭内に含まれない関心のない画像領域をフェードアウトするために、3Dセグメンテーション・アルゴリズム（S4）にかけられてもよい。その後、セグメンテーションされた画像に適用されるフィルタリングおよびコントラスト強調プロセス（図示せず）が行われてもよい。その後、同じ投影角および対物距離からの患者の心血管系および／または心臓解剖学的構造を示す2Dライブ画像のシーケンスが手術中に取得され、記録される（S5a）。前記患者の冠血管セグメントまたは心房室内で目標構造または病変に向けた方向にナビゲートされているインターベンション・ツール（たとえばカテーテルまたは案内ワイヤ）のナビゲーション動きを追跡するためである。2Dライブ画像の取得と並行して、患者の心臓および／または呼吸サイクルの特定の位相が各トラックについて連続的に記録される（S5b）。本発明によって提案されるように、患者の心臓および／または呼吸サイクルの事前定義可能な特定の位相に対応する、それらの手術中に取得された蛍光撮影図のセットが、心臓および／または呼吸のトリガーまたはゲーティングによって選択されてもよい（S6）。当該生成ステップの時点までに選択されたインターベンション器具の2Dゲーティングされた諸位置を融合することによって患者の心血管系および／または心房室解剖学的構造の仮想2D再構成を生成する（S7）。ここで、前記2D再構成は、インターベンション器具の新たに取得され、選択された各2Dゲーティングされた位置をもって動的に豊かにされ、こうして、インターベンション器具の種々のナビゲーション動き段階の重ね合わされた2Dビューを与える。該生成後、二次元再構成された仮想解剖学的構造の動的に更新されたバージョンが、インターベンション器具の新たに選択された2Dゲーティングされた諸位置を再構成された解剖学的構造の現在のバージョンに重畳して融合することによって、モニタ画面またはディスプレイ上に表示される（S8）。セグメンテーションされた目標構造または病変の手術前に取得され、記録された3Dボクセル・データが次いで任意的に、二次元再構成された2D解剖学的構造の動的に豊かにされた融合された画像データと位置合わせされ、融合されてもよい（S9）。ここで、位置合わせ手順は、前記3Dマップと再構成された2D解剖学的構造の間の最良の一致を与える。最後に、ステップS9で得られた位置合わせされ融合された画像がモニタ画面またはディスプレイ上に表示されてもよい（S10）。
図２には、最小の短縮および最小の血管重なりを与える最適な視角からの患者の左冠動脈木を示す三次元再構成された最適ビュー・マップが描かれている。この三次元印象は、たとえば、ボリューム・レンダリング（volume rendering）技法、多平面再構成（multiplanar reformation）手順または表面陰影付け表示アルゴリズムを前に取得された3Dボクセル・データのセットに適用することによって得ることができる。
図３のａおよびｂは、心血管セグメントを通じてナビゲートされる、US5,643,231Aから知られる冠状静脈洞カテーテル（CSC: coronary sinus catheter）の側面図および正面図を示している。カテーテルの遠位端付近には、複数の電極Eが配置されてもよく、好ましくは少なくとも二つの電極が配置され、その一つはカテーテル先端に位置される。ここで、電極の数およびそのカテーテル本体上での配置は、カテーテルの意図される用途に依存する。最終的な電極の数は、10以上になってもよい。意図される用途に適切であれば、流体の注入または血液試料の引き抜きのためにカテーテル中に管腔（lumen）が組み込まれてもよい。管腔の直径は、カテーテルの意図される用途を達成するために十分であるべきである。描かれている実施形態では、一つまたは複数のベントVが遠位のカテーテル先端付近に位置されるが、正確な位置と数はカテーテルの意図される用途に依存する。
動作では、図３のａおよびｂに描かれるような冠状静脈洞カテーテルは、電気生理学的感知デバイスに接続された２ないし約１０の電極を含む。カテーテルは、内頸静脈または鎖骨下静脈を通じて経皮的に挿入され、蛍光透視制御のもとで上大静脈を通じて右心房まで進められる。挿入は、下大静脈を介して上腕静脈または大腿深静脈アプローチを使っても可能である。次いで冠状静脈洞カテーテルは右心房を横断して冠状静脈洞の口に接するまで向けられる。ここで、描かれている冠状静脈洞カテーテルの具体的な構造および曲率は冠状静脈洞の口を位置特定する手順を容易にする。蛍光透視案内のもとで、心血管カテーテルは、先端を中央に向けて（pointed medially）、三尖弁に向けて進められる。次いで冠状静脈洞カテーテルの先端は冠状静脈洞内に挿入され、必要または所望されるだけ進められる。すると、冠状静脈洞の近くを走る電気的経路の連続的かつ安定した記録が生成できる。冠状静脈洞の曲率は、冠状静脈洞の口を位置特定し、さらに、冠状静脈洞内での電気生理学的な読みを取る助けになる。このようにして、手順の際に必要とされる時間およびX線被曝が軽減されることができる。
診断用電気生理学カテーテルとして使われるのとは別に、冠状静脈洞カテーテルは、冠静状脈洞内での他の医学手順のために適用されてもよい。たとえば、カテーテルの電極についての使用のモード、カテーテルの近位端が取り付けられている医療機器の型および電極を修正することによって、カテーテルは心臓のインターベンション式脈拍調整（pacing）または恒久的脈拍調整の手段としてはたらくこともできる。冠状静脈洞カテーテルを援用しての脈拍調整は、左心房を拍動調整する機能をも提供する。その時点で不整脈を経験している心臓への制御された量の電気エネルギーの投与により、冠状静脈洞カテーテルは、除細動目的のために、あるいはカルジオバーションのために使われてもよい。さらに、カテーテルは、カテーテル上で実行される若干の修正により、恒久的な埋め込み可能な脈拍調整のために利用されてもよい。
（図４のａ〜ｃに呈示されるもののような）組織の焼灼を実行するためのカテーテルもある。これらはしばしば心房細動のために左心房全体の中にまで（あるいは治療すべき疾病によっては他の心房室の中にまで）動く。
図４のａ〜ｃでは、心臓インターベンション手順の間に術中取得されている、３枚の相続いて記録された2Dライブ画像の形で与えられる三枚の冠状静脈洞の静脈造影図が示されている。描かれているのは、それぞれ左心房および肺静脈口においてナビゲートされている間の焼灼カテーテルおよび投げ縄カテーテルの種々の段階である。よって、これはこれらのインターベンション器具のナビゲーション動きを追跡することを許容する。本発明によれば、心血管カテーテルのそれらのトラック、よって術中取得された2Dライブ画像のうち、冠状静脈洞静脈造影図の取得の際に並行して記録される心電図または呼吸記録の、ある心臓および／または呼吸位相に対応する画像が、心臓および／または呼吸ゲーティングまたはトリガリングによって、手術前に生成された最適ビュー・マップの3Dボクセル・データと位置合わせおよび融合されるために、選択される。該最適ビュー・マップは、最小の短縮および血管重なりをもつ最適な視角からの冠状静脈洞静脈解剖学的構造の三次元再構成されたモデルを示すものである。
本発明のある例示的な実施形態に基づく撮像システム２のブロック概略図が図５に示されている。この撮像システム２は、取得された画像データを、記憶し、処理し、視覚化し、解剖学的構造または特定の関心領域、病理学的異常、インターベンション・ツール、ペースメーカー、血管形成ステントまたは患者の血管系の血管セグメントにおける他のインプラントを前記撮像システム２に接続されたワークステーション１３のモニタ画面上で示すことを可能にする。画像データは、たとえば、手術中に取得された2D蛍光透視画像、ボリューム・レンダリングされた画像データまたは手術前に記録された3Dボクセル・データの形で与えられてもよい。手術前に記録された3Dボクセル・データは、たとえば磁気共鳴撮像（MRI: magnetic resonance imaging）システム、回転ガントリー型コンピュータ断層撮影（CT: computed tomography）システム、Cアーム・ベースの3D回転血管造影（3DRA: 3D rotational angiography）装置または他の任意の3D画像取得システム（超音波、シンチグラフィーなど）といった画像取得装置１によって生成され、与えられてもよい。取得された2D画像データおよび再構成された3D画像データは異なるウィンドウにおいて、あるいは共通のウィンドウにおいて視覚化されることができる。該共通のウィンドウは、手術前に記録された3Dボクセル・データから生成されたデジタル再構成された放射線写真と、前記デジタル再構成された放射線写真と相互に位置合わせされた手術中に取得された2D画像との融合されたビューを示すものである。
図５に示されるように、前記画像取得装置１によって生成される画像データは、入力インターフェース６を介して撮像システム２に与えられる。画像取得装置１とのデータ交換を制御する制御ユニット３のほかに、前記撮像システム２は、前処理モジュール４を有していてもよい。前処理モジュール４は、特に、ノイズ削減およびコントラスト向上のためのデジタル・フィルタを備えられていてもよい。前記撮像システムに統合された画像処理ツール５は、検査およびインターベンション処置されるべき患者の心血管系の関心領域における解剖学的構造または病理的異常の、生成された3Dボクセル・データに基づいてレンダリングされたボリューム・レンダリング3Dビュー、表面陰影付けされた表示（SSD: surface-shaded display）画像、多平面再整形された画像および／またはデジタル再構成された放射線写真を生成するためのはたらきをしてもよい。前記画像処理ツール５は、手術前に生成された三次元DRR（またはそれから生成される最適ビュー・マップ）を、二次元再構成された2D解剖学的構造の動的に豊かにされた融合された画像データと位置合わせし、融合するために使われる2D/3D位置合わせマッピングのパラメータを決定するための、2D/3D位置合わせおよび融合ツール５ａを備えられていてもよい。前記動的に豊かにされた融合された画像はさらに、患者の描かれている血管系の心血管セグメントを通じてナビゲートされている間のインターベンション器具またはツールを示す。任意的に、前記画像処理ツール５はさらに、前記関心領域内に位置される目標構造または病変の輪郭を決定するためのセグメンテーション・ツール（図示せず）を備えられていてもよい。前記画像処理ツール５に統合されている視覚化ツール５ｂは、前記2D/3D位置合わせにかけられたあとにDRRと2D画像の融合された画像を生成および表示するためのはたらきをしてもよい。
図５はまた、画像取得装置１によって生成され、前記入力インターフェース６を介して撮像システム２に供給された画像データが、データ出力インターフェースDATA_OUTを介して一時的または持続的に外部記憶ユニット１２の画像データ・アーカイブに記憶されてもよいことをも示している。記憶された画像データは、視覚化されるために、図５では「DATA_IN」と称されているデータ入力インターフェースを介して、撮像システム２のローカルな一時記憶（図示せず）中にロードされることができる。ここで、標準化されたデータ・フォーマット（DICOMフォーマットのような）を使う。
後ろ向き（retrospective）ECGまたは呼吸ゲーティングのために、心電計９および呼吸ベルト１０が上述した画像処理システム５のインターフェース端子に接続される。代替として、呼吸動きが呼吸ベルト以外の手段によって、たとえば透視法における横隔膜または気管の追跡、カメラを用いた胸部の追跡などによって、追跡され記録されることができる。同様に、心位相を記録する他の手段を想像することもできる（時に、心臓輪郭は透視法によって可視であり、あるいはカテーテル動きを使うことができる）。本発明によれば、画像処理システムは、患者の分岐した冠血管を通じて動かされている間にインターベンション・デバイスのナビゲーション動きを追跡するために術中取得された2Dライブ画像のシーケンスから各トラックの所定の心臓および／または呼吸位相に対応する画像を選択するための、トリガー信号を提供するよう適応される。ここで、該トリガー信号は、低侵襲インターベンション手順の際に並行して記録される患者のECGまたは呼吸記録（respirogram）から導出される。たとえば、記録された心電図において検出されたR波が生起する（これは通例、心拡張期に当てはまる）時点で取得された蛍光撮影図（fluorogram）が選ばれる。
上記の実施形態の代替によれば、二つの独立して運用される画像取得システムが使用される。第一の画像取得システムは、インターベンション手順の間に解剖学的な関心領域のリアルタイム2D透視画像を生成するために用いられる。任意的に、このモダリティはたとえば心筋のような複雑な軟組織の解剖学的構造の明瞭な視覚化ができないという事実のため、CT、3DRA、MRIまたは他の技術によって手術前に取得された3Dボクセル・データのセットから患者の心血管解剖学的構造の再構成された3Dマップを生成する、第二の画像取得システムが適用されてもよい。インターベンション手順の間、たとえば心血管カテーテルのようなインターベンション器具は、冠状静脈木の分岐した心静脈の特定の血管セグメントを通じて関心領域に（ペースメーカー・リード設置の場合）、あるいは左心房に向けた方向に（AF手順の場合）、ナビゲートされる。一方、他の手順はこのまたは他の型のインターベンション器具を他の関心領域に向けてナビゲートすることを要求することもある。
このように、本発明は、インターベンション器具のトラックが時間を追ってセグメント・アウトされ、記録されることを提供する。並行して、呼吸および心臓動きをトリガーするためのシステムが使用される。これは、たとえば心臓同期のためにはECGデバイスによって、呼吸同期のためには呼吸ベルトによって、あるいは両方のために冠状静脈洞（CS: coronary sinus）カテーテルによってなど、専用のデバイスによってできる。それに対する代替は上述してある。ここで、対応する位相情報が、適用されるインターベンション器具の記録されたトラックと組み合わされる。
提案されるシステムは、現在の呼吸および心位相に対応するトラックの重ね合わせをリアルタイムで表示する。この追加的情報は、2Dにおいて患者の心臓の解剖学的構造を撮像し、動的に更新し、それにより、このナビゲーション動きの解剖学的構造が豊かにされた印象を与えるために使われる。これは、臨床担当者が、心臓インターベンション手順を実行する間に解剖学的構造の関心領域を視覚化する助けになる。それにより、インターベンション器具は、冠状静脈洞の静脈解剖学的構造を探査するために、あるいは動的に再構成された仮想2D解剖学的構造を豊かにするために、動かされてもよい。その後、手術前に再構成された3Dマップまたは内視鏡画像が、任意的に、インターベンション器具のナビゲーション動きを示す二次元再構成された2D解剖学的構造の動的に更新された画像データと位置合わせされ、融合されてもよく、さらに、前記仮想解剖学的構造が、解剖学的構造から区別するために着色され、インターベンション器具が手術中に取得された2Dライブ画像において描かれてもよい。
本発明の応用
本発明は、低侵襲の画像案内されたインターベンションの範囲において有利に応用されることができる。ここでは、インターベンション処置される患者が放射線写真画像取得セッションの間に受けるX線線量を減らすことが有益である。前記範囲は、たとえばX線案内ラジオ波焼灼またはペースメーカー設置手順の範囲といったものである。提案されるシステムおよび方法は特に、医療ワークステーションまたはコンソール、特にたとえばフィリップスのEP Navigatorのような電気生理学手順用のものにおいて適用されることが意図されている。
本発明は、図面および以上の記述において詳細に図解され、説明されてきたが、そのような図解および説明は、例解または例示するものであって、制限するものではないと考えられるべきである。つまり、本発明は開示されている実施形態に限定されるものではない。特許請求される発明を実施する当業者は、図面、開示および付属の請求項を検討することにより、開示されている実施形態に対する他の変形を理解し、実施することができる。請求項において、「有する」の語は、他の要素やステップを排除するものではない。単数形の表現は複数を排除するものではない。単一のプロセッサまたはその他のユニットが請求項に記載されているいくつかの項目の機能を充足してもよい。ある種の施策が互いに異なる従属請求項に記載されているというだけの事実が、それらの施策の組み合わせが有利に使用できないことを示すことはない。コンピュータ・プログラムは、他のハードウェアと一緒にまたは他のハードウェアの一部として供給されるたとえば光記憶媒体または半導体媒体といった好適な媒体上で記憶／頒布されてもよいが、インターネットまたは他の有線もしくは無線の遠隔通信システムを介してなど、他の形で頒布されてもよい。さらに、請求項に参照符号があったとしても、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
いくつかの態様を記載しておく。
〔態様１〕
患者の心血管系および／または心房室解剖学的構造を通じてナビゲートされている間のインターベンション器具のナビゲーション動きを、同じ投影角および対物距離からの複数の2Dライブ画像のシーケンスを手術中に取得および記録することによって追跡する画像取得方法であって、前記複数の画像は、そのようなナビゲーション動きの複数の異なる段階におけるインターベンション器具を示すものであり、当該方法は
・前記複数の2D蛍光撮影画像の取得および記録の際に各トラックについて患者の心臓および／または呼吸サイクルの特定の位相を記録する段階（S5b）と、
・心臓および／または呼吸ゲーティングによって患者の心臓および／または呼吸サイクルの事前定義可能な特定の位相に対応する画像のセットを選択する段階（S6）と、
前記選択する段階を実行し、さらに前記インターベンション器具をナビゲートする間の、
・患者の心血管系および／または心房室解剖学的構造の仮想2D再構成を生成する段階（S7）であって、該生成は、該生成段階の時点までに選択された前記インターベンション器具の複数の2D位置の重畳されたサブセットを融合することによって行われ、前記2D再構成は、前記インターベンション器具の新たに取得され選択された各2D位置をもって動的に補充され、こうして前記インターベンション器具の複数の異なるナビゲーション動き段階が重ね合わされた2Dビューを与える、段階と、
・二次元再構成された仮想解剖学的構造の動的に更新されたバージョンを、新たに選択された2Dライブ画像を再構成された解剖学的構造の現在のバージョンに重畳し、融合することによって、モニタ画面またはディスプレイ上に表示する段階（S8）とを含む、
画像取得方法。
〔態様２〕
ラジオ波焼灼および冠状静脈にペースメーカーのリードが配置される心臓再同期療法のためのペースメーカー設置手順の範囲において実行される、態様１記載の画像取得方法。
〔態様３〕
態様１または２に記載の画像取得方法であって、
・インターベンション治療されるべき患者の心臓および／または心血管系の関心領域における患者の冠状血管および／または心房室解剖学的構造の3Dモデルを再構成する（S2）ために必要とされる3Dボクセル・データのセットを手術前に取得および記録する（S1）ために、CT、MRまたはCアーム・ベースの3DRA画像取得セッションを実行する段階と、
・手術前に記録された3Dボクセル・データを、二次元再構成された2D解剖学的構造の動的に補充された融合された画像データと、位置合わせし、融合する段階（S9）と、
・得られた位置合わせされ融合された画像を前記モニタ画面またはディスプレイ上に表示する段階とを含む、
画像取得方法。
〔態様４〕
態様３記載の画像取得方法であって、冠状血管および／または心房室解剖学的構造の前記3Dモデルを再構成する前記段階（S2）が、視角に起因する短縮が最小で血管の重なりが最小となる最適な閲覧角度を計算し（S3a）、前記モニタ画面またはディスプレイ上に示されるウィンドウ内にその最適なビューのマップを表示する段階（S3b）を含む、画像取得方法。
〔態様５〕
態様４記載の画像取得方法であって、冠状血管および／または心房室解剖学的構造の前記3Dモデルを再構成する前記段階（S2）が、関心のある目標構造または病変部の3Dセグメンテーションを実行する段階（S4a）と、前記目標構造または病変部のセグメンテーションされた輪郭内に含まれない画像領域をフェードアウトする段階（S4b）とを含む、画像取得方法。
〔態様６〕
患者の心血管系および／または心房室解剖学的構造を通じてナビゲートされている間のインターベンション器具のナビゲーション動きを、同じ投影角および対物距離からの2Dライブ画像のシーケンスを手術中に取得および記録することによって追跡する画像取得方法を実行するよう適応された画像取得システムに結合されたワークステーション上で走る画像処理システムであって、前記複数の画像は、そのようなナビゲーション動きの複数の異なる段階における前記インターベンション器具を示すものであり、当該画像処理システムは、
・前記2D蛍光撮影画像の取得および記録の際に各トラックについて患者の心臓および／または呼吸サイクルの特定の位相を記録し、
・心臓および／または呼吸ゲーティングによって患者の心臓および／または呼吸サイクルの事前定義可能な特定の位相に対応する画像のセットを選択し、
前記選択するステップを実行し、さらに前記インターベンション器具をナビゲートする間、
・患者の心血管系および／または心房室解剖学的構造の仮想2D再構成を生成し、ここで、前記生成は、該生成ステップの時点までに選択された前記インターベンション器具の複数の2D位置の重畳されたサブセットを融合することによって行われ、前記2D再構成は、前記インターベンション器具の新たに取得され選択された各2D位置をもって動的に補充され、こうして前記インターベンション器具の複数の異なるナビゲーション動き段階が重ね合わされた2Dビューを与え、
・新たに選択された2Dライブ画像を再構成された解剖学的構造の現在のバージョンに重畳し、融合することによって、二次元再構成された仮想解剖学的構造の動的に更新されたバージョンを、モニタ画面またはディスプレイ上に表示する、
ようプログラムされている、画像処理システム。
〔態様７〕
態様６記載の画像処理システムであって、
・インターベンション治療されるべき患者の心臓および／または心血管系の関心領域における患者の冠状血管および／または心房室解剖学的構造の3Dモデルを再構成するために手術前に取得および記録された3Dボクセル・データのセットを、前記二次元再構成された2D解剖学的構造の動的に補充された融合されたデータと、位置合わせし、融合するよう適応された、2D/3D位置合わせおよび融合ツール（5a）と、
・得られた位置合わせされ融合された画像を前記モニタ画面またはディスプレイ上に表示するための可視化ツール（5b）とを備える、
画像処理システム。
〔態様８〕
態様７記載の画像処理システムであって、
冠状血管および／または心房室解剖学的構造の3Dモデルを再構成する前記ステップを実行するために、視角に起因する短縮が最小で血管の重なりが最小となる最適な閲覧角度を計算し、前記モニタ画面またはディスプレイ上に示されるウィンドウ内にその最適なビューのマップを表示するよう構成されている、画像処理システム。
〔態様９〕
態様８記載の画像処理システムであって、
関心のある目標構造または病変部の3Dセグメンテーションを実行し、前記目標構造または病変部のセグメンテーションされた輪郭内に含まれない画像領域をフェードアウトするようさらに適応されている、画像処理システム。
〔態様１０〕
態様６ないし９のうちいずれか一項記載の画像処理システムを実現するソフトウェアをプログラムされている、ワークステーションまたはコンソール。
〔態様１１〕
態様１０記載のワークステーションまたはコンソール上で実行されるときに態様１ないし５のうちいずれか一項記載の画像取得方法を実行するよう構成される、コンピュータ・プログラム。

Claims (6)

  1. 同じ投影角および対物距離からの2D蛍光撮影画像のシーケンスを手術中に取得および記録するよう適応された画像取得システムに結合されたワークステーション上で走る画像処理システムであって、前記2D蛍光撮影画像のそれぞれは、ナビゲーション動きの異なる段階におけるインターベンション器具を示すものであり、当該画像処理システムは、
    ・前記2D蛍光撮影画像の取得および記録の際に患者の心臓および／または呼吸サイクルの特定の位相を記録し、
    ・心臓および／または呼吸ゲーティングによって患者の心臓および／または呼吸サイクルの特定の位相に対応する2D蛍光撮影画像のセットを選択し、
    前記選択するステップを実行し、さらに前記インターベンション器具をナビゲートする間、
    ・患者の心血管系および／または心房室解剖学的構造の2D再構成を生成し、ここで、前記生成は、前記インターベンション器具がナビゲーション動きの異なる段階にある前記の選択された2D蛍光撮影画像を重畳し、融合することによって行われ、前記2D再構成は、前記インターベンション器具を示す新たに取得され選択された各2D蛍光撮影画像を重畳し、融合することによって動的に補充され、こうして前記インターベンション器具の複数の異なるナビゲーション動き段階の重ね合わされた2Dビューを与え、
    ・患者の心血管系および／または心房室解剖学的構造の前記2D再構成の動的に更新されたバージョンを、モニタ画面またはディスプレイ上に表示する、
    ようプログラムされている、画像処理システム。
  2. 請求項１記載の画像処理システムであって、
    ・患者の心血管系および／または心房室解剖学的構造の3Dモデルを再構成するために手術前に取得および記録された3Dボクセル・データのセットを、前記2D再構成の画像データと、位置合わせし、融合するよう適応された、2D/3D位置合わせおよび融合ツールと、
    ・得られた位置合わせされ融合された画像を前記モニタ画面またはディスプレイ上に表示するための可視化ツールとを備える、
    画像処理システム。
  3. 請求項２記載の画像処理システムであって、
    心血管系および／または心房室解剖学的構造の3Dモデルを再構成する前記ステップを実行するために、視角に起因する短縮が最小で血管の重なりが最小となる最適な閲覧角度を計算し、前記モニタ画面またはディスプレイ上に示されるウィンドウ内にその最適なビューのマップを表示するよう構成されている、画像処理システム。
  4. 請求項３記載の画像処理システムであって、
    関心のある目標構造または病変部の3Dセグメンテーションを実行し、前記目標構造または病変部のセグメンテーションされた輪郭内に含まれない画像領域をフェードアウトするようさらに適応されている、画像処理システム。
  5. 請求項１ないし４のうちいずれか一項記載の画像処理システムを実現するソフトウェアをプログラムされている、ワークステーションまたはコンソール。
  6. 対応するシステム上で実行されるときに請求項１ないし４のうちいずれか一項記載の画像処理システムを実現するよう構成される、コンピュータ・プログラム。
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