JP5739812B2 - 血管造影画像取得装置の作動方法、コリメータ制御ユニット、血管造影画像取得装置及びコンピュータソフトウェア - Google Patents

Description

本発明は、最小侵襲性の画像ガイドされる介入において有利に使用されることができる血管造影画像取得システム及び方法であって、患者の心臓血管及び／又は心臓解剖学的構造中をナビゲートされる最中の介入ツールを表示する画像データが、３次元イメージングに基づいて手術中に取得され、この解剖学的構造を３次元的に再構成するための画像データの組が、ＭＲ、ＣＴ、Ｃアームに基づく３ＤＲＡ又は任意の他の撮像モダリティを用いて介入前に取得される、システム及び方法に関する。特に、本発明は、３次元的に再構成されるべき患者の心臓血管系の関心領域における患者の冠状動脈ツリーの血管セグメントの介入前に生成された３Ｄ表現を、グラフィカルに視覚化するシステム及び方法であって、前記画像取得は、通常の磁石共鳴撮像システム、Ｃアームに基づく３Ｄ回転血管造影装置、回転ガントリタイプのコンピュータトモグラフィ装置又は他のタイプの３Ｄ撮像モダリティによって実施される。

介入前に生成される３Ｄ表現は、心臓介入処置計画に役立ち、自動的に低減された視野を有し、これは、画像ガイドされる介入プロシージャの間に患者が露出される必要があるＸ線量を低減するのを助ける。

例えばアテローム硬化、高血圧及び虚血のような心血管疾患（ＣＶＤ）は、それらが、心臓及び血管に永久的な損傷を生じさせ、ゆえに、慢性心不全、アンギナ又は心筋梗塞（心発作）につながりうるので、多くの先進国において主要な死因のままである。患者が心血管疾患の症状を示す場合、初期診断及び処置は、通常、心臓カテーテルラボラトリにおいて介入性心臓病学を経て実施される。心臓カテーテル法は、心筋への動脈及び／又は静脈を通じた小さい管（カテーテル）の挿入を意味する。リアルタイムＸ線撮像により冠状動脈及び心室を視覚化するために、造影剤が、カテーテルを通じて注入される。造影剤は、Ｘ線に対して不透明である必要があり、それが冠状動脈系又は心室に流入するとき、良好な画像コントラストを提供する必要がある。このプロシージャは、心血管疾患を診断するために標準である血管造影図と呼ばれる画像を生成する。

この３０年に、最小侵襲性のＸ線ガイドされる介入心臓病学が、人口統計学的、技術的及び経済的なファクタによって加速されて、大幅に進展した。新しいカテーテルに基づく介入ツール（例えばバルーンカテーテル及びステント）は、医師が、より多くの条件及びより複雑な患者症状を処置することを可能にする。これらの新しい最小侵襲性の画像ガイドされるプロシージャは、肯定的な患者結果を与え、心臓切開のプロシージャよりコストが低いので、医師は、政府及び民間のペイヤによって、患者を治療するためにこれらのプロシージャを使用することを積極的に奨励されている。

今日、Ｘ線に基づく心臓カテーテルシステムは、現在のケア標準を示し、心臓病学における診断及び治療プロシージャの両方のための撮像モダリティを提供する。それらは、冠状動脈における血流に対する閉塞のリアルタイム画像を生成するように適用される。閉塞が識別されると、リアルタイムＸ線撮像が、血管形成術による処置（これは、動脈の制限されたフローエリアのバルーンの膨張を意味する）のために、バルーンが先端部に取り付けられたカテーテルの閉塞の位置への挿入及びステント配置（すなわち、新しく拡大された動脈を開いておくために支持構造物を拡張させることによる）をガイドするために利用される。冠状動脈疾患をもつ患者のための治療の目的は、冠状動脈を再び開くための技法及び装置を使用することによって、アンギナの症状を軽減し、死亡又は心筋梗塞のリスクを低減することである。

上述したような心臓カテーテルシステムは、事実、カテーテルラボラトリにおけるすべての最小侵襲プロシージャを可能にする。現在開発されているシステムは、すべて、同じ基本のアーキテクチャを有し、患者を通って大面積検出器へＸ線ビームを投射するポイントＸ線源を使用し、大面積検出器は、生成された蛍光透視画像を、モニタ上に表示するための電気信号に変換するために使用される。これにより、患者のシャドウグラム画像が、得られる。

通常使用される心臓カテーテルシステムは、一般に、診断血管造影及び介入イメージングの２種類の異なるタイプのリアルタイムＸ線イメージングを実施する。診断血管造影は、高品質の画像を生成するために、高い放射線露出によって実施される。この診断（シネ）モードは、冠状動脈の初期状態を診断し、必要とされる介入を決定し、介入後の冠状動脈を再評価するために、冠状動脈を流れる注入された造影剤の画像を生成する。介入イメージングは、比較的低い品質の画像を生成する制御された放射線露出によって実施される。この介入（蛍光）モードは、介入をガイドするために患者の解剖学的構造のリアルタイムイメージングを提供し、装置を解剖学的構造に挿入する際に使用される。介入モードは、プロシージャ撮像時間のほぼ９０％の間使用される。

今日、例えばフィリップスヘルスケア、シーメンスヘルスケア、ＧＥヘルスケア及び東芝メディカルによって開発され、市場に出されているもののような、実質的にすべての今日利用可能な通常のＸ線に基づく心臓カテーテルシステムは、過去４０年間にわたって劇的に変化しなかった同じ基本的な撮像技術を使用する。個別のコンポーネントに対する漸進的な改善は、数十年にわたって理論的な制限の近くまでシステム性能を最適化させた。しかしながら、今日のシステムは、なお高い放射線露出を示す。重要な問題は、撮像、放射線の危険性及び操作上の問題に関する。

心臓カテーテルラボにおいて最も困難な撮像タスクの１つは、急峻な視角で患者を撮像することである。通常のシステムによって、患者の近傍の大面積検出器は、画像放射線よりも多くの検出器に達する散乱放射線を生じさせ、これは、こうして得られた画像品質を非常に劣化させうる。従って、医師は、多くの場合、より高い品質の画像を得るために、介入中、高放射線診断（シネ）モードを使用する。

他の深刻な問題は、上にかぶさっている解剖学的構造がビューイング及びナビゲーションを妨げうることである。通常の心臓カテーテルシステムは、深さ情報なしでオブジェクトを表示するシャドウグラム画像を生成する。これらの平坦な画像から３Ｄ解剖学的構造を識別することは、困難である。加えて、肋骨又は脊椎による心臓の画像クラッタ及びシャドウイングは、多くの場合、画像の明瞭さを低下させる。

通常のＸ線に基づく心臓カテーテルシステムが直面している他の問題は、概して、患者及び介入従事者の両方を、多量の放射線に露出させることである。長期の露出によって、患者に放射線皮膚熱傷を生じさせることがあり、介入従事者及びカテーテルラボスタッフに対し癌のリスクを増大させうる。医師のための予防手段は、重くて扱いにくい、巻きつけて着用する鉛製のエプロン、ベスト及び甲状腺のシールドの使用を含む。

簡潔に前述したように、経皮経管冠動脈造影プロシージャは、多量のＸ線量を伴う。このようなプロシージャの主なタスクは、それぞれ、心筋の内部又は心臓血管の所与の位置にカテーテル又は心臓血管ステントを配置することである。これは、通常、カテーテル先端部の位置を視覚化するために、術中Ｘ線イメージングのガイダンス下で行われる。蛍光透視Ｘ線撮像の術中アプリケーションは、多くの場合、多数の疑問に対する答えを提供するのに必要である。これは、例えば、介入従事者が心臓血管の形態を視覚化することを必要とする場合、特にあてはまる。心臓ペースメーカ、外科ステント及びガイドワイヤの設置を支援するためにさまざまな介入分野において適用されるほかに、この撮像モダリティは、医用インプラント、整形プロテーゼ、外科スクリュー及びネイルの位置モニタリングを可能にするために、整形外傷学においても使用される。他方、心臓Ｘ線画像においては、特定の高密度の解剖学的構造（例えば脊椎、特定の椎骨等）又は異物（例えばペースメーカ導線及び外科縫合糸等）は、それらが同様なパターンを生成するので、又はそれらが、検出されるべきオブジェクトに影を投射するので、Ｘ線画像においてほとんどの時間目に見えており、従って、介入ツールの可視性、検出及び／又は追跡を少なくとも部分的に妨げ又は危険にさらすことがある。古典的な画像サブトラクション法は、ゆっくり動く介入ツールの場合には役立たず、２Ｄビューが変化するたびに、参照シーケンスの新しい取得を必要とする。

冠状動脈疾患の診断及び予後のために及びカテーテルに基づく冠状動脈介入の性能のために、その３Ｄジオメトリを含む冠状動脈ツリーの定量的描写が、有利である（今日では、２Ｄ画像のみが、大部分の心臓専門医に利用可能である）。従来技術から、Ｃアームシステムの異なるガントリ位置から取得される複数のシングルプレーン投影画像又はバイプレーン投影画像から冠状動脈ツリーの３次元ビューを再構成するための多くのコンピュータ支援される技法が、知られている。しかしながら、血管オーバラップ及び透視投影によるフォアショートニング(perspective foreshortening)の問題のため、複数の投影が、動脈撮影により冠状動脈ツリーを適切に再構成するために必要である。透視投影によるフォアショートニング及びオーバラップの排除又は少なくとも低減は、例えば２Ｄ表示における冠状動脈間の長さの決定のような、正確な定量的冠状動脈解析（quantitative coronary analysis、ＱＣＡ）のための必要条件である。

関連する文献は、ＣＴイメージングにおいて、透視投影によるフォアショートニングを低減するための努力において生成される最適ビューマップ（ＯＶＭ）が、ユーザが最適ビューをもたらす撮像装置のガントリ位置を得ることを支援するために適用されることができることを記述している。G. Finet及びJ. Lienardによる「Optimizing Coronary Angiographic Views」（Int. Journal Cardiac Imaging, Supplement 1, vol. 1, pp. 53-54, 1995)は、例えば、単一の動脈セグメント対する血管の透視投影によるフォアショートニングの最小化のみに注目している。関連する最新技術から、患者の冠状動脈ツリー又は心室の解剖学的構造を含みうる患者の身体ボリュームの特定の関心領域における仮想３Ｄ表現を再構成するプロセスの前に、前記身体ボリュームの画像データに関連する最適ビューマップを計算することが可能であることが知られている。このＯＶＭから、前記関心領域の仮想３Ｄ表現を表示するための最小の透視投影によるフォアショートニング及び最小の血管オーバラップをもつ最適ビューイング方向が、例えば最適な視覚及び最適には及ばない視角の間の区別をするためにカラーコーディングによって得られることができる。介入前に取得された画像データに基づいて最適ビューマップを計算することのほかに、更に、最新技術から、介入プロシージャの間の投影取得のために、ユーザ又はシステムをこの視角へ自動的にガイドすることが知られている。３Ｄ情報は、造影剤及び患者が露出される放射線量を低減しながら病変を見るために、Ｃアームを所望の位置に手動でステアするためのロードマップとして使用されることができる。

Y. Sato他による文献「A Viewpoint Determination System for Stenosis Diagnosis and Quantification in Coronary Angiographic Acquisition」(IEEE Trans. Med. Imag., vol. 17, no. 1, pp. 53-54, 199)及びS. J. Chen及びJ. D. Carrollによる文献「3-D Coronary Angiography: Improving Visualization Strategy for Coronary Interventions」(in: Whats New In Cardiovascular Imaging, Kluwer Academic Publishers, pp. 61-67, 1998)(以下、Chen及びCarroll Iとよぶ）において、血管オーバラップ及び透視投影によるフォアショートニングの両方の最小化に基づく最適ビューストラテジの導出が、記述されている。しかしながら、Satoによって考案された技法は、良好に較正される撮像システムを必要とし、３Ｄ再構成プロセスにおいて手動で指定されるやり取りを必要とする。そのほかに、オーバラップ測定は、それがすぐそばに隣接する血管のみを有する１つの狭窄したセグメントに基づいて実施されるので、制限的である。セグメントがより複雑であり、より遠位の血管が重なり合う場合、これら両方の状況は臨床条件において一般的であり、最適ビューを決定する際の準最適なソリューションは効果的でない。

通常のＯＶＭは、一般に、シングル又はバイプレーン撮像システムを使用して２つの任意の視角から取得される慣例的な血管造影図の対に基づいて、３Ｄ動脈ツリーのオンライン再構成のために利用される。患者の心臓血管系又は心臓解剖学的構造の関心領域内のオブジェクト（例えばターゲット構造又は病変）の仮想３Ｄ表現を再構成するための、オーバラップ及び透視投影によるフォアショートニングに関して最適化される通常のプロセスは、（ａ）シングルプレーン撮像システムを使用する２つの標準血管造影シーケンスの取得、（ｂ）２つの画像内の分岐点、血管直径、血管方向頂点、血管中心線及び血管階層の構造を含む２Ｄ動脈ツリーの識別及び特徴抽出、（ｃ）回転行列及び変換ベクトルに関する取得された２つのビューの空間関係を規定する変換の決定、（ｄ）それに基づく３Ｄ動脈（例えば冠状動脈）ツリーの動脈構造の計算、を必要とする。

他方、S. J. Chen及びJ. D. Carrollによる文献「3-D Reconstruction of Coronary Arterial Tree to Optimize Angiographic Visualization」(IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 19, no. 4, April 2000)（以下、Chen及びCarroll IIとよぶ）に記載されるアプローチは、冠状動脈ツリーを取り出すために、相当な手作業の編集を必要とする。Chen及びCarroll IIは、２つのタイプの最適ビューマップであるフォアショートニングマップ及びオーバラップマップの使用を教示しており、それら２つのマップタイプは、合成マップ、すなわち「２つのビュー」マップ、を形成するために、ユーザによって組み合わせられることができる。

Chen及びCarroll IIは更に、較正オブジェクトを必要とすることなく、シングルプレーン撮像システム及び両方のビューの中の画像ポイント及びベクトル角度エラーを最小にすることによって実現される新しい最適化アルゴリズムを使用して、２つの異なる投影方向から取得される２つの血管造影図に基づいて、冠状動脈ツリーの全体を再構成するために必要とされるオンライン３Ｄ再構成技法は、シングルプレーン撮像システムの固有のパラメータから得られる制約を受ける。

冠状動脈ツリーの３Ｄ性質が与えられと、Chen及びCarroll IIは、任意の投影が多様なセグメントを短縮遠近法で描くことを予想した。再構成された３Ｄ冠状動脈ツリーは、どの標準ビューが有用であるか、及びどれが過剰なオーバラップ及びフォアショートニングのため臨床的価値を有しないかを、各患者ごとに決定するために、任意の選択された視角まで回転されることができ、それによりコンピュータ生成される複数の投影を与える。これに関して、Chen及びCarroll IIは、スクリーン上に計算された割合（パーセント）の透視投影によるフォアショートニング及びオーバラップの情報と一緒に表示するための、コンピュータによりシミュレートされる投影を提供し、従って、ユーザは、キーボード入力によって任意のビューを選択することができる。

介入によって取得された蛍光透視画像と位置合わせされるべき介入前に取得されたＣＴ又はＭＲデータセットから再構成されることに代わって、３次元オブジェクト表現が、回転Ｃアームに基づく画像取得からのデータセットの直接的な３Ｄ再構成又はモデリングによって得られることができる。

米国特許第７，３４０，０３３Ｂ２号明細書は、コリメータを自動的に調整する方法及びユニットを記述している。これに関して、身体内部の関心領域が、第１のＸ線図の解析からアプリケーションに特化したやり方で決定され、コリメータが、それに基づいて調整される。関心領域は、特に、心拍及び／又は呼吸の結果として生じる関心のある器官のすべてのそれらの位置を照射野がカバーするのに十分に大きいものであるように選ばれることができる。好適には、データ処理ユニットは、必要に応じてコリメータを再調整することが可能であるように、現在の検査の間、連続的に取得されるＸ線画像の画像解析から関心領域の動きを評価するように設計される。関心領域が位置特定されることができない場合、コリメータは、標準調整まで開かれる。

撮像ステーションにおいて迅速なスカウト画像を受け取ることを含む画像取得の間、Ｘ線撮像システムのコリメータを自動的にセットする方法が、米国特許第６，０５５，２９５Ａ号に開示されている。前記画像のうち１つにおける身体領域の位置が、コリメータのセッティングを生成するために、自動的に検出され、使用される。セッティングは、コリメータを自動的に調整して、非身体領域を実質的にカバーし、身体領域を実質的に露出させるために、使用される。

米国特許第５，６１７，４６２Ａ号明細書において、患者と接触する放射線のレベルを最小にすると共に、適切なイメージングの充分な線量／技法を確実にするために、Ｘ線診断機器のＸ線量／技法を調整する自動Ｘ線露出制御システム及び方法が、記述されている。取得された画像の強度を解析するＣＣＤビデオカメラは、Ｘ線レシーバに隣接して、Ｘ線源に対向して配置される。前記ＣＣＤビデオカメラは、２つの出力を供給し、それらのうち一方は、カメラによって記録される絶対輝度である。得られたビデオ信号は、画像のエリアを選択し、そのエリアに画像の更なる処理を制限するために、ウィンドウ化回路又は同様な装置によって解析される。回路は、ウィンドウ化されたエリア内のピーク輝度及び平均輝度を検出するために、ウィンドウ化されたエリアを解析する。マイクロプロセッサは、Ｘ線装置によって撮像される解剖学的構造の一部の密度にとって特有の単一の値を得るために、読み取り値を数学的に組み合わせる。マイクロプロセッサは、この値を、１又は複数の予め決められた露出制御テーブルと比較し、撮像のための理想的な線量／技法を決定し、理想的な露出を達成するようにＸ線源を調整する。自動調整は、Ｘ線照射量を最小にするために使用されることができる予め決められた技法を選択することができる。

従って、本発明の目的は、関心のある解剖学的オブジェクト（例えば患者の心臓血管系の血管セグメント）、処置されるべき病理学的ターゲット構造（例えば狭窄症、動脈瘤等）、又は介入装置（例えば患者の心臓血管系まで運ばれるカテーテル）又はインプラント（例えば冠状動脈内ステント植え込みプロシージャの間に植え込まれる血管プラスチックステント）がナビゲートされなければならない任意のタイプの病変の、事前に再構成された仮想３Ｄ表現に基づいて実施される最小侵襲性の画像ガイドされる介入の範囲において、必要とされる照射線量を低減することを助ける画像取得装置及び方法を記述することである。

この目的を達成するために、本発明の第１の例示的な実施形態は、グラフィカルに視覚化されるべき患者の心臓血管系の関心領域におけるターゲット構造又は病変を３次元的に再構成し、それによって前記関心領域内に位置する動脈ツリーの血管セグメントの仮想３Ｄ表現を与えために使用される画像データの組を取得し、記録する血管造影画像取得方法であって、前記３Ｄ表現は、前記血管セグメントが、最小の透視投影によるフォアショートニング(perspective foreshortening)及び最小の血管オーバラップを与える最適視角のパースペクティブから表示されるように、計算され再構成される、方法に向けられる。本発明によれば、前記方法は、前記関心領域内で調べられ、介入処置されるべきターゲット構造又は病変の輪郭を見つけるために、予め計算された最適視角に関連する３Ｄ表現の画像データセットを、３Ｄセグメント化アルゴリズムに委ねるステップと、前記ターゲット構造又は病変の輪郭及びサイズを示す前記セグメント化の結果として得られるデータに基づいて、画像ガイドされる放射線検査プロシージャの間に前記患者が露出されるＸ線源（例えばＣアームを用いうる介入Ｘ線撮像システムのＸ線源）によって発せられるＸ線ビームをコリメートするのに使用されるシャッタ機構のコリメータウェッジ位置及び／又は開口を自動的に調整するステップと、を含む。目的は、周囲血管系のユーザ定義可能な部分と共に前記ターゲット構造又は病変をカバーする視野に関心領域を低減することである。

これに関して、前記シャッタ機構のコリメータウェッジ位置又は開口の自動調整は、更に、Ｃアームに基づく３Ｄ回転血管造影装置の既知の幾何学的セッティングパラメータ又は仮想３Ｄ表現の画像データを取得するために使用される回転ガントリに基づくＣＴ撮像システムに依存することができる。

前記シャッタ機構のコリメータウェッジ位置及び／又は開口を自動的に調節することによって得られる視野のサイズは、ユーザによって手動で再調整されるように、再調整可能でありえ、前記ターゲット構造又は病変と共に表示されるべき周囲血管系の部分は、前記ターゲット構造又は病変のセグメント化された輪郭を囲むフレームの厚さを規定することによって、ユーザによって手動で予め変形可能でありうる。

この実施形態の好適なアプリケーションシナリオにおいて、前記３Ｄ表現を再構成するために使用される画像データは、前記ターゲット構造又は病変を介入処置するために患者の心臓血管系に対して実施される最小侵襲性の画像ガイドされる介入プロシージャの前に、事前に取得され、この場合、前記方法は更に、例えば最小侵襲性の画像ガイドされる介入プロシージャの間の手術中に取得される選択された２次元蛍光透視ライブ画像の画像データのような、介入Ｘ線撮像システムの画像データと、仮想３Ｄ表現を位置合わせするステップを含む。他の選択肢として、上述したような提案される血管造影画像取得方法は、３Ｄ表現と、２次元蛍光透視ライブ画像のような手術中に取得される画像データとの位置合わせされた融合されたバージョンを、血管造影ワークステーションのモニタ画面又はディスプレイ上に表示するステップを含むことができる。前記関心領域を３次元的に再構成するための画像データは、ＭＲイメージング、ＣＴイメージング、Ｃアームに基づく３ＤＲＡイメージング又は他の任意のタイプの撮像方法及び／又はモダリティによって取得されることができる。

本発明の第２の例示的な実施形態は、ある時間にわたってグラフィカルに視覚化されるべき患者の心臓血管系の関心領域におけるセグメント化されたターゲット構造又は病変を追跡するための仮想３Ｄ表現のシーケンスに基づいて、これら３Ｄ表現の各々について、オーバラップ及び透視投影によるフォアショートニングに関してこのターゲット構造又は病変の最適投影方向を決定するための血管造影画像取得方法に向けられる。従って、各３Ｄ表現は、前記ターゲット構造又は病変を介入処置するための最小侵襲性の画像ガイドされる介入プロシージャの間に実施される３ＤＲＡに基づく画像取得セッションにおいて取得される画像データセットの直接的な３Ｄ再構成によって生成されることが提供されうる。この実施形態によれば、前記方法は、周囲血管系のユーザ定義可能な部分と共に前記ターゲット構造又は病変をカバーする視野に関心領域を低減するために、ターゲット構造又は病変の輪郭及びサイズを示す動的に更新されるセグメント化の結果として得られるデータに基づいて、画像ガイドされる放射線検査プロシージャの間に前記患者が露出されるＸ線源によって発せられるＸ線ビームをコリメートするために使用されるシャッタ機構のコリメータウェッジ位置及び／又は開口を自動的に調整するステップであって、前記視野は、動的に更新されるセグメント化に依存して継続的にサイズ変更される、ステップを含む。

本発明の第３の例示的な実施形態は、グラフィカルに視覚化されるべき患者の心臓血管系の関心領域におけるターゲット構造又は病変を３次元的に再構成するために使用される画像データの組を取得し、記録するために血管造影画像取得装置のコリメータ制御ユニットであって、前記再構成は、前記関心領域内に位置する動脈ツリーの血管セグメントの仮想３Ｄ表現を与え、前記３Ｄ表現は、前記血管セグメントが最小のフォアショートニング及び最小の血管オーバラップに関して最適視角から表示されるように、計算され、再構成される、装置に関する。本発明によれば、前記血管造影画像取得装置は、前記関心領域内の調べられ介入処置されるべきターゲット構造又は病変の輪郭を見つけるために、予め計算された最適視角に関連する３Ｄ表現の画像データセットを、３Ｄセグメント化アルゴリズムに委ねるようにプログラムされる。他方、コリメータ制御ユニットは、前記ターゲット構造又は病変の輪郭及びサイズを示す前記セグメント化の結果として得られるデータに基づいて、画像ガイドされる放射線検査プロシージャの間に前記患者が露出されるＸ線源（例えばＣアームを用いうる介入Ｘ線撮像システム）によって発せられるＸ線ビームをコリメートするために使用されるシャッタ機構のコリメータウェッジ位置及び／又は開口を自動的に調整するように適応される。目的は、周囲血管系のユーザ定義可能な部分と共に前記ターゲット構造又は病変をカバーする視野に関心領域を低減することである。

これに関して、コリメータ制御ユニットは更に、仮想３Ｄ表現の画像データを取得するために使用されるＣアームに基づく３Ｄ回転血管造影装置又は回転ガントリに基づくＣＴ撮像システムの既知の幾何学的セッティングパラメータに基づいて、前記シャッタ機構のコリメータウェッジ位置及び／又は開口を自動的に調整するように適応されることができる。

更に、前記コリメータ制御ユニットは、前記シャッタ機構のコリメータウェッジ位置及び／又は開口を自動的に調整することによって得られた視野のサイズを、手動で再調整するように適応されることができ、更に、前記ターゲット構造又は病変のセグメント化された輪郭を囲むフレームの厚さを規定することによって、前記ターゲット構造又は病変と共に表示されるべき周囲血管系の部分を予め規定するように適応されることもできる。

更に、本発明の第４の例示の実施形態は、グラフィカルに視覚化されるべき患者の心臓血管系の関心領域におけるターゲット構造又は病変を３次元的に再構成するために使用される画像データの組を取得し、記録するための血管造影画像取得装置であって、前記再構成は、前記関心領域内に位置する動脈ツリーの血管セグメントの仮想３Ｄ表現を与え、前記３Ｄ表現は、前記血管セグメントが、最小のフォアショートニング及び最小の血管オーバラップに関して最適視角から表示されるように、計算され、再構成される、装置に向けられる。本発明によれば、前記血管造影画像取得装置は、前記第２の例示の実施形態に関して上述したコリメータ制御ユニットを有する。

この実施形態の好適なアプリケーションシナリオにおいて、前記３Ｄ表現を生成するために使用される前記画像データは、前記ターゲット構造又は病変を介入処置するために患者の心臓血管系に実施される最小侵襲性の画像ガイドされる介入プロシージャの前に、事前に取得されることができ、この場合、前記血管造影画像取得装置は更に、最小侵襲性の画像ガイドされる介入プロシージャの間の手術中に取得される選択された２次元蛍光透視ライブ画像の画像データと、仮想３Ｄ表現を位置合わせするように適応されることができる。

更なる選択肢として、上述したように提案される血管造影画像取得装置は、加えて、血管造影ワークステーションのモニタ画面又はディスプレイ上に、仮想３Ｄ表現及び手術中に取得された２次元蛍光透視ライブ画像の位置合わせされ、融合されたバージョンを表示するように適応されることができる。

最後に、本発明の第５の例示の実施形態によれば、前記第４の例示の実施形態に関して上述した血管造影画像取得装置のデータ処理手段でランするとき、前記第１の例示の実施形態に関して上述した方法を実施するように構成されるコンピュータソフトウェアが、提供される。

本発明のこれら及び他の有利な見地は、添付の図面を参照して、後述される実施形態に関して、例示によって説明される。

本発明の前記第１の例示的な実施形態により提案される画像取得方法を例示するフローチャート。 本発明の前記第１の例示的な実施形態により提案される画像取得方法を例示するフローチャート。 最小のフォアショートニング及び最小の血管オーバラップを与える最適視角から見た患者の左冠状動脈ツリーの介入前に取得された画像データの組の透視図ボリューム表現を示す図。 色付けされたフレームによって消される前記画像の非関心部分を有する図２ａに示される透視ボリュームレンダリングの低減された視野を示す図。 本発明の前記第４の例示の実施形態による撮像システムの概略ブロック図。

以下において、本発明により提案される画像取得装置及び方法は、特別な改善に関して及び添付の図面を参照して更に詳しく説明される。

図１に示されるフローチャートは、本発明の上述の第１の例示の実施形態により提案される画像取得方法を示す。提案される方法は、回転ガントリに基づくＣＴ血管造影イメージング、ＭＲ又はＣアームに基づく３ＤＲＡ画像取得セッションにおいて、画像データの組を介入前に取得し、再構成し、記録するステップ（Ｓ１）から開始され、前記画像データは、最小侵襲性の画像ガイドされる介入を実行することによって、調べられ処置されるべき患者の心臓血管系の関心領域における解剖学的構造及び／又は病理学的異常を示す。これらの画像データは、関心のあるターゲット構造又は病変の輪郭を見つけ、及び任意にはサイズを計算するために、３Ｄセグメント化アルゴリズムに委ねられる（Ｓ２）。更に任意には、このステップの後に、セグメント化された画像（図示せず）に適用されるコントラスト強調プロセスが続くことができる。次に、再構成されるべき仮想３Ｄ表現が、血管造影ワークステーションのモニタ画面又はディスプレイ上に表示されるように、表示されるべき動脈ツリー血管セグメントの最小のフォアショートニング及び最小の血管オーバラップを伴う最適視角が、計算される（Ｓ３）。この術前の画像取得ステップの後、最適視角によって与えられるパースペクティブから見たボリュームレンダリングされた３Ｄ表現が、介入前に取得され、セグメント化された画像データから生成される（Ｓ４）。それぞれ適用された画像取得装置の知られている幾何学的パラメータのセッティングに基づいて、及び前述の３Ｄセグメント化アルゴリズムによって得られた輪郭データ（及び／又はサイズデータ）に基づいて、画像ガイドされる放射線検査プロシージャ中に前記患者が露出される、Ｃアームに基づく３Ｄ回転血管造影装置又は回転ガントリに基づくＣＴ撮像システムのＸ線源によって発せられるＸ線ビームをコリメートするために使用されるシャッタ機構のコリメータウェッジ位置及び／又は開口（例えば画像取得のために使用されるＣＴ血管造影システムのＸ線源に取り付けられたコリメータ）が、周囲血管系のユーザ定義可能な部分と共に前記関心のあるターゲット構造又は病変をカバーする視野に関心領域を低減するように、自動的に調整される（Ｓ５）。自動的にコリメートされた視野内に位置するセグメント化されたターゲット構造又は病変の、介入前に取得され、記録された画像データは、例えば、前記ターゲット構造又は病変にナビゲートされている介入ツールを示す、蛍光透視２Ｄ投影画像の手術中に取得された（Ｓ６）シーケンスから選択された画像と、位置合わせされることができる（Ｓ７）。位置合わせプロシージャは、仮想３Ｄ表現及び選択された蛍光透視画像の間の最善の合致を与える。最後に、両方の画像の位置合わせされた、融合されたバージョンは、モニタ画面又はディスプレイ上に表示されることができる（Ｓ８）。

ステップＳ６乃至Ｓ８を実施する代わりに、任意には、自動的に選択された視野の範囲外のフレームレンジの色を消すために必要な仮想シャッタと共にオーバラップ及び透視投影によるフォアショートニングに関して最適である視角のパースペクティブからの前記３Ｄ表現を表示することが可能でありえ、前記フレームレンジの厚さは、ユーザによってインタラクティブに受け入れられ又は拒否されることができる。前記フレームレンジの厚さがユーザによって受け入れられる条件では、画像ガイドされる介入プロシージャが、実施されることができる。

図２ａには、最適ビューマップのパラメータ空間から決定される最適視角によって与えられるパースペクティブから見た患者の左冠状動脈ツリーを示す介入前に取得された画像データの組のパースペクティブボリューム表現が、示されており、前記視角は、最小のフォアショートニング及び最小の血管オーバラップを与える。ボリュームレンダリング技法を適用する代わりに、３次元印象が、事前に取得された画像データの組に対してマルチプラナリフォメーションプロシージャ又は表面陰影表示アルゴリズムを使用することによって得られることもできる。

色付けされたフレームによって消される前記画像の非関心部分を有する図２ａに示されるパースペクティブボリュームレンダリングの選択された視野が、図２ｂに示されている。図示される視野の長さ、幅及び中心の位置は、前記画像を取得するために実施される画像ガイドされる放射線検査プロシージャ中に前記患者が露出されるＣアームに基づく３Ｄ回転血管造影装置又は回転ガントリに基づくＣＴ撮像システムのＸ線源によって発せられるＸ線ビームを、コリメートするために使用されるシャッタ機構のコリメータウェッジ位置及び／又は開口に依存する。より正確には、前記長さ、幅及び中心の位置は、識別されたターゲット構造又は病変の輪郭及びサイズに基づいて、及び任意には、適用される画像取得装置の知られている幾何学的セッティングパラメータに基づいて、決定される。

図３は、取得された画像データを記憶し、処理し、視覚化して、解剖学的構造又は特定の関心領域、病理学的異常、介入ツール、ペースメーカ、患者の脈管系の血管セグメントの血管プラスチックステント又は他のインプラントを、前記撮像システム２に接続される血管造影ワークステーション１１のモニタ画面に表示することを可能にする本発明の例示の実施形態による撮像システム２の概略ブロック図を示す。画像データは、例えば、通常のＸ線システム、回転ガントリコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）システム又はＣアームに基づく３Ｄ回転血管造影（３ＤＲＡ）装置のような画像取得装置１によって生成され、供給される、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又は介入前に記録された画像データの形で与えられることができる。取得された２Ｄ及び再構成された３Ｄ画像データは、異なるウィンドウにおいて、又はデジタル的に再構成されたラジオグラフの融合されたビューを表示する一般のウィンドウにおいて、視覚化されることができ、融合されたビューは、前記デジタル的に再構成されたラジオグラフによって相互に位置合わせされた介入前に記録された画像データ及び手術中に取得された２Ｄ蛍光透視画像から生成される。

図３に示されるように、前記画像取得装置１によって生成された画像データは、入力インタフェース６を介して撮像システム２に供給される。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の他に、前記撮像システム２は、特に、雑音除去及びコントラスト強調のためのディジタルフィルタを備えうる前処理モジュール４を有することができる。前記撮像システムに組み込まれる画像処理ツール５は、ボリュームレンダリングされた３Ｄビュー、表面陰影表示（ＳＳＤ）画像、マルチプラナリフォーマット画像、及び／又はデジタル的に再構成されたラジオグラフに役立つことができ、これらは、調べられ介入処置されるべき患者の心臓血管系の関心領域における解剖学的構造又は病理学的異常の生成された画像データに基づいてレンダリングされる。

図３に示されるブロック図に例示的に表されるように、前記画像処理ツール５は、前記関心領域内に位置するターゲット構造の輪郭又は病変を決定するためのセグメント化ツール７、及び手術中に取得された２Ｄ蛍光透視画像と、介入前に再構成された３Ｄ表現とを位置を合せるために使用される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位置合わせツール８を備えることができる。上述のコリメータ制御ユニットは、参照番号７ａによって参照される。前記画像処理ツール５に更に組み込まれることができる融合及び可視化ツール９は、前記２Ｄ／３Ｄ位置合わせを受けた後に仮想３Ｄ表現及び２Ｄ蛍光透視画像の融合された画像を生成し、表示することに役立つことができる。

図３に示されるように、画像取得装置１によって生成され、前記入力インタフェース６を介して撮像システム２に供給された画像データは、データ出力インタフェースＤＡＴＡ＿ＯＵＴを介して外部記憶ユニット１０の画像データアーカイブに一時的に又は永続的に記憶されることができる。視覚化されるために、記憶された画像データは、図３において「ＤＡＴＡ＿ＩＮ」と示されるデータ入力インタフェースを介して、撮像システム２のローカル一時記憶域（図示せず）に、標準化されたデータフォーマット（例えば例えばＤＩＣＯＭ形式）を使用して、ロードされることができる。

本発明は、最小侵襲性の画像ガイドされる介入の範囲において有利に適用されることができ、検査され処置されるべき患者がＸ線撮影画像取得セッション中に露出されるＸ線照射量を低減するために、モニタ画面又はディスプレイに表示されるべき視野を低減（縮小）することが有利である。特に、本発明は、介入Ｘ線撮像システムの医用ワークステーション又はコンソールにおいて有利に適用されることができる。

本発明は、図面及び前述の説明において詳しく図示され、記述されているが、このような図示及び説明は、説明的又は例示的なものであって、制限するものではないと考えられるべきであり、これは、本発明が、開示された実施形態に制限されないことを意味する。開示された実施形態に対する他の変更は、図面、開示及び特許請求の範囲の検討から、請求項に記載の本発明を実施する際に当業者によって理解され、実現されることができる。請求項において、「有する、含む」という語は、他の構成要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は、複数性を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に詳述されるいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が、相互に異なる従属請求項に記載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。コンピュータプログラムは、例えば他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体に記憶され／配布されることができるが、例えばインターネット又は他のワイヤード又はワイヤレス通信システムを介して、他の形で配布されることもできる。更に、請求項における任意の参照符号は、本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。

Claims (16)

1. 血管造影画像取得装置の各部が制御手段により制御される該血管造影画像取得装置の作動方法であって、前記血管造影画像取得装置は、処理ユニット、記憶手段及びコリメータ制御ユニットを有し、前記方法は、
   前記処理ユニットが、患者の心臓血管系の関心領域内のターゲット構造又は病変の輪郭を見つけるために、前記ターゲット構造又は病変を含む仮想３Ｄ表現のために使用される画像データセットを、３Ｄセグメント化アルゴリズムに委ねるステップと、
   前記処理ユニットが、前記仮想３Ｄ表現について、前記セグメント化されたターゲット構造又は病変の最適投影方向を決定するステップであって、前記最適投影方向が、前記セグメント化されたターゲット構造又は病変について最小の血管オーバラップ及び透視投影によるフォアショートニングをもたらすように決定される、ステップと、
   前記コリメータ制御ユニットが、前記ターゲット構造又は病変の輪郭及びサイズを示す前記セグメント化の結果として得られるデータに基づいて、前記ターゲット構造又は病変及び周囲血管系のユーザ定義可能な部分をカバーする視野に前記関心領域を低減するように、画像ガイドされる放射線検査プロシージャ中に前記患者が露出されるＸ線源によって発せられるＸ線ビームをコリメートするために使用されるシャッタ機構のウェッジフィルタ位置及び／又は開口を自動的に調整するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記シャッタ機構の前記ウェッジフィルタ位置及び／又は開口の前記自動調整は更に、前記仮想３Ｄ表現の前記画像データを得るために使用される、Ｃアームに基づく３Ｄ回転血管造影装置又は回転ガントリに基づくＣＴ撮像システムの知られている幾何学的セッティングパラメータに依存する、請求項１に記載の方法。
3. 前記シャッタ機構の前記ウェッジフィルタ位置及び／又は開口を自動的に調整することによって得られる前記視野のサイズは、ユーザによって手動で再調整されるように再調整可能である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ターゲット構造又は病変と共に表示されるべき前記周囲血管系の前記部分は、前記ターゲット構造又は病変のセグメント化された輪郭を囲むフレームの幅を規定することによって、ユーザによって手動で予め規定されることができる、請求項３に記載の方法。
5. 前記３Ｄ表現を生成するために使用される画像データは、前記ターゲット構造又は病変を介入処置するために患者の心臓血管系に実施される最小侵襲性の画像ガイドされる介入プロシージャの前に、事前に取得され、
   前記方法は更に、前記最小侵襲性の画像ガイドされる介入プロシージャの間の手術中に取得される選択された２次元蛍光透視ライブ画像の画像データと、前記仮想３Ｄ表現を位置合わせするステップを更に含む、請求項３に記載の方法。
6. 前記仮想３Ｄ表現及び前記手術中に取得された２次元蛍光透視ライブ画像の位置合わせされた、融合されたバージョンを、血管造影ワークステーションのモニタ画面又はディスプレイ上に表示するステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記関心領域を３次元的に再構成するための前記画像データは、ＭＲイメージング、ＣＴイメージング、Ｃアームに基づく３ＤＲＡイメージング又は他の任意のタイプの撮像方法及び／又はモダリティを用いて、介入前に取得される、請求項６に記載の方法。
8. 前記方法は、或る時間にわたって血管セグメントを含むターゲット構造又は病変を追跡するための仮想３Ｄ表現のシーケンスに基づくものであり、前記シーケンスの各仮想３Ｄ表現について、前記最適投影方向の決定及び前記自動的な調整が行われる、請求項１に記載の方法。
9. グラフィカルに視覚化されるべき患者の心臓血管系の関心領域の仮想３Ｄ表現に基づいて、オーバラップ及び透視投影によるフォアショートニングを最小にするようにセグメント化されたターゲット構造又は病変の最適投影方向を決定する血管造影画像取得装置のコリメータ制御ユニットであって、
   前記血管造影画像取得装置は、前記関心領域内の前記ターゲット構造又は病変の輪郭を見つけるために、前記関心領域を含む３Ｄ表現の画像データセットを、３Ｄセグメント化アルゴリズムに委ね、
   前記セグメント化されたターゲット構造又は病変について最小の血管オーバラップ及び透視投影によるフォアショートニングをもたらすように、前記セグメント化されたターゲット構造又は病変の最適投影方向が決定され、
   前記コリメータ制御ユニットは、前記ターゲット構造又は病変の輪郭及びサイズを示す前記セグメント化の結果として得られるデータに基づいて、前記ターゲット構造又は病変及び周囲血管系のユーザ定義可能な部分をカバーする視野に前記関心領域を低減するように、画像ガイドされるＸ線撮影検査プロシージャの間に前記患者が露出されるＸ線源によって発せられるＸ線ビームをコリメートするために使用されるシャッタ機構のウェッジフィルタ位置及び／又は開口を自動的に調整するように構成されるコリメータ制御ユニット。
10. 前記仮想３Ｄ表現の画像データを取得するために使用されるＣアームに基づく３Ｄ回転血管造影装置又は回転ガントリに基づくＣＴ撮像システムの知られている幾何学的セッティングパラメータに基づいて、前記シャッタ機構のウェッジフィルタ位置及び／又は開口を自動的に調整するように更に構成される、請求項９に記載のコリメータ制御ユニット。
11. 前記シャッタ機構のウェッジフィルタ位置及び／又は開口を自動的に調整することによって得られる前記視野のサイズを手動で再調整するように構成される、請求項９又は１０に記載のコリメータ制御ユニット。
12. 前記ターゲット構造又は病変のセグメント化された輪郭を囲むフレームの幅を規定することによって、前記ターゲット構造又は病変と共に表示されるべき前記周囲血管系の前記部分を手動で予め規定するように構成される、請求項１１に記載のコリメータ制御ユニット。
13. グラフィカルに視覚化されるべき患者の心臓血管系の関心領域のターゲット構造又は病変を３次元的に再構成し、それによって前記関心領域内に位置する動脈ツリーの血管セグメントの仮想３Ｄ表現を与えるために使用される画像データの組を取得し、記録する血管造影画像取得装置であって、
    前記３Ｄ表現は、前記血管セグメントが最小のフォアショートニング及び血管オーバラップをもたらす最適視角から表示されるように、計算され再構成され、前記最適視覚を与える最適投影方向は、最小のフォアショートニング及び血管オーバラップをもたらすように決定され、前記血管造影画像取得装置は、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のコリメータ制御ユニットを有する、血管造影画像取得装置。
14. 前記３Ｄ表現を生成するために使用される前記画像データは、前記ターゲット構造又は病変を介入処置するために患者の心臓血管系に実施される最小侵襲性の画像ガイドされる介入プロシージャの前に、事前に取得され、
    前記血管造影画像取得装置は更に、前記仮想３Ｄ表現を、前記最小侵襲性の画像ガイドされた介入プロシージャの間の手術中に取得される選択された２次元蛍光透視ライブの画像の画像データと位置合わせするように構成される、請求項１３に記載の血管造影画像取得装置。
15. 前記仮想３Ｄ表現及び前記手術中に取得される２次元蛍光透視ライブの画像の位置合わせされた、融合されたバージョンを、血管撮影ワークステーションモニタ画面又はディスプレイ上に表示するように構成される、請求項１４に記載の血管造影画像取得装置。
16. 請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の血管造影画像取得装置のデータ処理手段上でランするとき、コンピュータに請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法を実施させるように構成されるコンピュータソフトウェア。

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