JP5764668B2 - 超音波による物体の識別 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１０年１２月２７に出願された米国特許出願第１２／９７８，９３５号の利益及び優先権を主張するものであり、その内容は参照によって本明細書に組み込まれる。

本開示は、超音波映像中の解剖学的物体を自動的に識別する機器および方法を含むカテーテルの機器およびシステムに関する。

電気生理学（ＥＰ）カテーテルは、ますます多くの処置に関連して使用されている。かかるカテーテルは、たとえば、診断、治療、マッピング、およびアブレーション処置のために使用されてきた。カテーテルは、一般的に患者の脈管構造を経由して意図する場所、たとえば、患者の心臓内の場所に到達するように操作され、かつ、検知、マッピング、アブレーション、または診断処置において使用される１個以上の超音波変換器、位置センサ、または電極を運ぶことができる。

超音波映像中の物体を識別する方法は、カテーテルから超音波情報を収集する工程と、その超音波情報を２個以上の明瞭な解剖学的物体をもつ３次元心臓モデルに位置付ける工程と、その心臓モデルからの少なくとも１個の明瞭な解剖学的物体を超音波情報の視覚表示内に表示する工程と、３次元心臓モデル中において当該物体に与えられた識別子を使用して超音波情報の視覚表示内のその少なくとも１個の明瞭な解剖学的物体を識別する工程とを含む。

一実施形態では、超音波情報は、超音波情報の位置および向きを指示するカテーテル関連の位置センサからの信号を検知すること、および次にその信号を使用して超音波情報を３次元心臓モデル内に位置付けることにより３−Ｄ心臓モデルに位置合わせされる。一実施形態では、この位置センサは、電界に応答するように構成された電極または磁界に応答するコイルのいずれかとすることができる。

一実施形態では、明瞭な解剖学的物体は、３次元心臓モデルからモデルと位置合わせされた超音波情報との間で一致する２次元境界情報を抽出し、続いて超音波情報の視覚表示を含む２次元拡張エコー映像を抽出された一致境界情報のオーバーレイとともに表示することにより、超音波情報の視覚表示内に表示することができる。この境界情報は、境界線として視覚化することができ、また、３−Ｄモデル内の特徴物に与えられたものと同一の識別子を使用して識別することができる。同様に、一実施形態では、電気生理学的マーカーまたは対象身体部位を示すマーカー、アブレーション損傷、カテーテル、電極、または磁気応答コイルを３次元心臓モデルから抽出し、超音波情報の視覚表示上に重ねることができる。

心臓構造の一般的表現をカテーテルと共に示す。 位相配列カテーテルの表示を含むボリュメトリック心臓モデルの一般的表現である。 位相配列超音波映像およびオーバーレイされた境界情報を含む拡大エコー映像の一般的表現である。 半径方向走査カテーテルの表現を含むボリュメトリック心臓モデルの一般的表現である。 半径方向走査超音波映像およびオーバーレイされた境界情報を含む拡大エコー映像の一般的表現である。 位相配列カテーテル、電極、および対象部位の表現を含むボリュメトリック心臓モデルの一般的表現である。 位相配列超音波映像およびオーバーレイされた境界情報、電極、および対象部位の表現を含む拡大エコー映像の一般的表現である。 超音波により特徴物を識別する方法を示すフロー・チャートである。 超音波により物体を識別するシステムを示す略図である。 位相配列カテーテルの表現を含むボリュメトリック心臓モデルの表現である。 位相配列超音波映像およびオーバーレイされた境界情報を含む拡大エコー映像の表現である。 図８は、ボリュメトリック心臓モデルの２つの図に加えて、位相配列超音波画像およびオーバーレイされた境界情報を含む拡大エコー映像を示す表示である。

同様な参照番号を使用して種々の図の同様または同一の構成要素を識別する図面を参照する。図１は、心臓構造１２の一部分に配置されたカテーテル１０を大まかに示す。図１において大まかに示されているように、カテーテル１０は、たとえば、心臓構造１２の右心房１４に配置することができる。一実施形態では、カテーテル１０は、超音波変換器１６のような１個以上の超音波変換器を含み得る心臓エコー（ＩＣＥ）カテーテルとすることができる。カテーテル１０はさらに、その遠位端に配置され、カテーテル１０の一部の位置および向きの両方を示す信号を与えるように構成される１個以上の位置検知器１８、２０、２２を含むことができる。

１つの実施形態では、位置検出器１８、２０、２２は、被験者の体内に送り込まれる電界に応答するように構成された電極（たとえば、リングタイプまたはスポット・タイプまたは部分的にマスクされる電極）とすることができる。かかる電極を使用して特定の場所のインピーダンスを検知し、かつ、代表的信号を外部コンピュータまたは処理装置に送ることができる。インピーダンス応用位置検知システムの例は、Ｓｔ．Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｌ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮにより商品化され、参照により本出願にその全体が含まれている 「Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｃａｔｈｅｔｅｒ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｉｎ Ｔｈｅ Ｈｅａｒｔ」と題する米国特許第７，２６３，３９７号明細書において記述されているＥｎＳｉｔｅ ＮａｖＸ（商標）Ｓｙｓｔｅｍである。

一実施形態では、１個以上の位置検知器１８、２０、２２は、カテーテル１０の上またはその中に配置される金属製コイルとし、かつ、被験者の体内に送り込まれる磁界に応答するように構成することができる。複数のコイルを別々の軸上において方向付けることができる。かかるコイルは、特定の場所における磁界の強さを検知し、かつ、代表的信号を外部コンピュータまたは処理装置に送ることができる。磁気応用位置検知システムの例は、Ｓｔ．Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｌ，Ｉｎｃ．によりイスラエル国ハイファのその事業部ＭｅｄｉＧｕｉｄｅ Ｉｎｃ．を通じてナビゲーションのために開発され、参照により本出願にその全体が含まれている「Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国特許第７，３８６，３３９号明細書において概して示され、かつ、記述されているＭｅｄｉｃａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（ｇＭＰＳ）である。この位置検出システムは、１個以上の磁気コイルと１個以上の電極の組み合わせとすることもできる。

超音波変換器１６は、超音波信号を隣接組織および流体を通して外に放射するように構成することができ、かつさらに、かかる組織および流体から超音波エコーを受け取ることができる。一実施形態では、超音波変換器１６は、単方向位相配列超音波変換器とすることができる。かかる変換器は、超音波エネルギーをカテーテルの一方の側からカテーテルの長手方向軸に沿った２次元平面に放射するように構成できる。別の実施形態では、超音波変換器１６は、超音波エネルギーをカテーテルから半径方向外側に放射するように構成され、かつ、さらにカテーテルの円周の周りに３６０度まで回転するように構成される半径方向走査超音波変換器とすることができる。

このシステムは、さらに、処理装置２４および表示装置２６を含むことができる。この処理装置は、いくつかある処理タスクの中でも、カテーテルの遠位端部分に関連する１個以上の位置センサ（たとえば、位置センサ１８、２０、２２）からの位置および／または向きの信号を受け取るように構成されること、１個以上の超音波変換器（たとえば、超音波変換器１６）から超音波情報を受け取ること、心臓構造の３次元ボリュメトリック・モデルを維持すること、および種々の表示を表示装置２６に与えることができる。

図２ａおよび３ａは、両方とも、処理装置２６に与えられているかまたはそれにより維持される例示的な３次元心臓モデル３０を示す。図２ａおよび３ａに示した心臓モデル３０は、説明のために単純化されている。しかし、実際には、心臓モデル３０は、より複雑化し、かつ／または実際の心臓構造１２を表すようにすることもできる。一実施形態では、心臓モデル３０は、無視できるほど薄い代表的シェルを使用して実際の心臓構造の壁を表すことができる。別の実施形態では、この壁は、実際の心臓組織を表す目に見える厚さをもつことができる。心臓モデル３０は、標準コンピュータ表示装置などの表示装置２６を使用して直ちにユーザーに表示することができる。

一実施形態では、３次元モデル３０は、患者の心臓構造１２のコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）走査により得られる２次元スライス・データから構築されるセグメント化モデルとすることができる。別の実施形態では、３−Ｄ心臓モデル３０は、２次元磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）スライス・データから構築することができる。このスライス・データは、たとえば、Ｓｔ．Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｌ，Ｉｎｃにより商品化されているＥｎＳｉｔｅ Ｖｅｒｉｓｍｏ（商標）Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌなどのコンピュータ化ツールを使用して自動的にセグメント化３−Ｄモデルに組み立てることができる。さらに別の実施形態では、この３−Ｄモデルは、回転式血管造影法から作成することができる。さらに別の実施形態では、この３−Ｄモデルは、心臓の内部でカテーテルを移動し、次にその運動をＥｎＳｉｔｅ（商標）ＮａｖＸ Ｓｙｓｔｅｍなどの３−Ｄマッピング・システムにより監視することにより直接作成することができる。記録された運動を観察することにより、３−Ｄシェルを最も外側の部位に当てはめることができる。

心臓モデル３０は、このモデルの座標空間（たとえば、直交座標空間）内において画定される１個以上の識別可能物体を含むことができる。一実施形態では、この１個以上の物体は、構造的および非構造的物体を含むことができる。このモデルのボリュメトリック領域などの構造的物体（たとえば、構造３２、３４、３６）は、右心房、左心房、右心室、左心室、大動脈、肺静脈、および／または肺動脈などの被験者の心臓構造の特定の部分を表すことができる。心臓モデル３０内に含まれ得るその他の非構造的物体は、たとえば、対象の解剖学的部位／領域（たとえば、肺動脈心門または洞房（ＳＡ）結節）、対象非解剖学的物体（たとえば、カテーテルまたは電極）、および医師によりモデル内に配置されたその他のラベルまたはマーカー（たとえば、意図アブレーション場所、損傷マーカー、識別ラベル）を含む。

各識別可能物体は、同様に、物体の一部分または物体全体としての特性を定義する１個以上の特性を有することができる。一実施形態では、これらの特性は、物体全体、たとえば１つの物体を他から区別するために使用し得る数値的物体識別子に結びつけることができる。別案として、これらの特性は、場所固有であり得る。たとえば、ただそれのみにより当該物体の単一の部位または部分の特徴を定義することができる。これらの場所固有の特性は、たとえば、当該ボリュメトリック構造上の部位における心臓組織の興奮伝達時間または電気記録図振幅、特定の電極と隣接組織との間の電気的結合（当該特定電極において与えられる）の程度、特定の電極と心臓構造との間の距離の程度、または当該ボリュメトリック構造上の特定の部位におけるアブレーションのエネルギーまたは時間の程度を含み得る。心臓モデル３０内の各部位（Ｐ）が３次元において物理的に定義される一実施形態では、この部位は、たとえば、等式１により示される配列により表すことができる。ただし、（ｘ，ｙ，ｚ）は３次元における部位の位置を表し、（Ｃ１、Ｃ２，．．．，Ｃｎ）は当該場所における１つ以上の特性を表す。同様な定義は、物体全体および物体定義特性について存在し得る。
Ｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ，Ｃ１，Ｃ２，．．．，Ｃｎ］ 等式１

心臓モデル３０内において、各物体は、明瞭な表示色またはテキスト・ラベルの使用により別々に識別され得る。一実施形態では、各識別子は、それぞれの当該物体の数値的識別子特性に一意的に結びつくことができる。たとえば、しかし限定することなく、心臓モデル３０の表示内において、構造３２に赤色の陰影を施し、構造３４に青色の陰影を施し、構造３６に灰色の陰影を施すことができる。別の方法として、構造３２はテキスト・ラベル「右心房」または「ＲＡ」により、構造３４はテキスト・ラベル「肺動脈」または「ＰＡ」により、構造３６はテキスト・ラベル「大動脈」または「Ａｏ」により、それぞれ識別することができる。同様に、その他の識別可能物体は、他の固有の色および／またはテキスト・ラベルにより識別することができる。

物体固有の特性により識別する代わりに、心臓モデル３０内の各物体は、複数の部位における特性の大きさまたは性質を示す複数の色などの場所固有の特性により表すことができる。たとえば、ただし限定することなく、ボリュメトリック構造上のあらゆる部位の色は、各部位における心臓組織の興奮伝達時間を反映することができる（たとえば、心臓組織の電気生理学マップにより）。かかる実施形態では、色のスペクトルを使用して一連の時間値を表すことができる。この場合、たとえば、濃い赤い色はより長い興奮伝達時間を反映し、かつ、濃い青い色はより短い興奮伝達時間を反映し得る。

心臓モデル３０がＣＴまたはＭＲＩなどの別の映像診断法を使用して作成される場合、モデル３０は、１個以上の位置検出器（たとえば、位置検出器１８、２０、２２）をもつ位置検出システムを使用して実際の心臓構造１２に位置合わせすることができる。モデルが位置決めシステムの使用により直接作成される場合、モデル３０の実際の心臓構造１２への位置合わせは不要とするかまたは間接的とすることができる。一実施形態では、心臓モデルの位置合わせは、カテーテル１０を一連の既知の場所経由で移動することおよび各場所の位置を記録することにより行うことができる。このシステムは、記録された位置を関連３−Ｄ心臓モデル３０内の同様な位置に相関させ、かつ、それに応じて心臓モデル３０の回転、オフセット、および／または拡縮を調整することができる。一実施形態では、医師は、かかる処置に関する個人的経験を使用し、または蛍光透視法などのリアルタイム映像の助けによりカテーテルを既知の位置へ操作することができる。一実施形態では、医師は、Ｓｔ．Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｌ，Ｉｎｃ．により商品化されたＥｎＳｉｔｅ Ｆｕｓｉｏｎ（商標）Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌなどの動的位置合わせツールを使用して心臓モデル３０と実際の心臓構造１２との間の位置合わせを行い得る。

心臓モデル３０が実際の心臓構造１２に位置合わせされた後（明示的にまたは間接的に）、システムは、カテーテル３８の表現を心臓モデル３０内に組み込むことができる。カテーテルの表現３８は、実際のカテーテル１０の位置および向きに基づいてモデル３０内において位置付けおよび方向付けされ得る。さらに、１個以上の位置センサ（たとえば、位置センサ１８、２０、２２）と超音波変換器１６との間の物理的関係を理解することにより、システムは、２−Ｄ超音波発散の正確な位置および向きを導くことができる。この位置的関係の情報により、システムは、次に、対応する２次元超音波映像４０、４２を心臓モデル３０内で、たとえば、図２ａおよび３ａに示すように、位置付けることができる。３−Ｄ心臓モデル３０内に表示された超音波映像４０、４２は、変換器１６により取得された超音波情報を表すことができ、かつ、たとえば、必要に応じて、高い音圧反射率をもつ組織をそれに応じて高い輝度の単色で表示し得る。

図２ａは、超音波変換器１６が位相配列超音波変換器である実施形態を示す。大まかに示されているように、超音波映像４０は、カテーテル表現３８の一部分から指向的に投射されている。図３ａは、超音波変換器１６が半径方向走査超音波変換器である実施形態を示している。図３ａに大まかに示されているように、超音波映像４２は、カテーテル３８から半径方向にカテーテル３８の軸にほぼ垂直になるように投射されている。

２次元超音波映像４０、４２が心臓モデル３０内に位置付けられた後、この映像を使用してモデル・スライス平面を一般的に定義することができる。本出願において使用されているように、このモデル・スライス平面は、３次元モデル空間内に位置する２次元平面とすることができる。それは、２次元超音波画像４０、４２を含み、かつ、さらにカテーテル３８の表現および心臓モデル３０の一部と交差する。

このシステムは、超音波映像の平面内に存在するモデル情報を抽出するためにモデル・スライス平面を使用することができる。一実施形態では、モデル・スライス平面と心臓モデルの交差は、この平面内の心臓構造の壁を表す一連の境界線を作成し得る。図２ｂおよび３ｂに大まかに示すように、次に境界情報５０を超音波情報５２、５４の独立視覚化の上に重ね合わせて拡大エコー映像５６、５８を作成することができる。

図２ｂに大まかに示した位相配列超音波変換器を使用する一実施形態では、拡大エコー映像５６は、図２ａに描かれている構造３２に対応する第１境界マーカー６０を包含し得る。同様に第２境界マーカー６２は構造３４に、また、第３境界マーカー６４は構造３６に対応し得る。

図３ｂにおいて大まかに示した半径方向走査超音波変換器を使用する実施形態では、拡大エコー映像５８は、図３ａにおいて描かれている構造３２に対応できる第１境界マーカー６６を包含することができ、また、第２境界マーカー６８は構造３６に対応し得る。超音波平面（および、従ってモデル・スライス平面）は構造３４と交差しないので（図３ａに示すように）、それは、拡大エコー映像５８内に表現されない。

超音波映像の平面内における構造的物体の識別に加えて、このシステムは、図４ａおよび４ｂに大まかに示すように、モデル・スライス平面の所与誤差内に位置するその他の非構造的物体を抽出するように構成することもできる。前述したように、かかる他の物体は、心臓構造内の対象とする身体的部位または領域（たとえば、ＳＡ結節および／または肺心門）を識別するマーカー、処置固有のものを識別する電気生理学的マーカー（たとえば、アブレーション損傷マーカーおよび／または特定の電気生理学的特性をもつ組織を示すマーカー）またはカテーテル、電極または磁気応答コイルの表現を含み得る。

図４ａは、心臓モデル内のその他の非構造的物体（すなわち、カテーテル電極７０、７２、およびマーカー７４）の識別を含む一般化された３−Ｄ心臓モデル３０を示す。上述したように、２次元超音波画像４０は、心臓モデル３０内に位置を占めることができ、かつ、モデル・スライス平面を一般的に定義するために使用できる。このシステムは、超音波映像の平面内の解剖学的構造を識別するためにモデル・スライス平面を使用することができる。また、このシステムは、このモデルを観察し、かつ、モデル・スライス平面の所定誤差内に存在するその他の非構造的物体を抽出することができる。モデル・スライス平面外に位置する特徴物は、オーバーレイおよび拡大エコー映像５６を構築するために、この平面に直交的に投影させることができる。図４ｂに示すように、このモデル内のカテーテル電極７０は、拡大エコー映像内の電極８０として表示することができる。同様に、電極７２は電極８２として、マーカー７４はマーカー８４として表示することができる。

拡大エコー映像（たとえば、拡大エコー映像５６、５８）中に表現される物体の医師またはその他の医療専門家による迅速な識別を助けるために、このシステムは、指示の下にまたは自動的に、心臓モデル３０中の当該物体のために用意されているものと同一または同様な固有の識別子を使用して拡大エコー映像中の各物体（たとえば、図２ｂ中の構造６０、６２，６４）を識別することができる。次に図２ａおよび２ｂを参照する。たとえば、構造３２が赤色の陰影を施された場合、拡大エコー映像５６内の対応する境界マーカー６０は、同じ（または同様な）赤色を使用して表示することができる。同様に、構造３４が青色の陰影を施された場合、対応する境界マーカー６２は、同様な青色を使用して表示することができる。また、構造３６が緑色であった場合、境界マーカー６４は、同様な緑色を使用して表示することができる。別の実施形態では、心臓モデル３０内の１個以上の物体がその物体の大きさおよび／または種々の特性の性質を反映するように着色される場合、モデル・スライス平面の所与の誤差におけるまたはその範囲内の各物体の色を拡大エコー映像内の当該物体の表現に反映することができる。

テキスト・ラベルを使用して心臓モデル３０内の特定の物体を一意的に識別する場合、同一のテキスト・ラベル（またはその短縮形）を拡大エコー映像５６、５８内で使用してその物体の対応する表現を識別することができる。色および／またはテキスト・ラベルの使用によるかかる識別は、モデルのボリュメトリック領域などの構造的物体と損傷マーカー、電極、またはその他の対象部位などの非構造的物体の両方について等しく使用することができる。

図５は、超音波映像中の物体を自動的に識別する方法の実施形態のフロー・チャートを大まかに示す。ステップ１００において、システムは、心臓エコー（ＩＣＥ）カテーテルなどのカテーテルから超音波情報を収集する。かかる情報は、たとえば、被験者の心臓中のカテーテルの遠位端付近にまたはそこに配置される半径方向走査超音波変換器からまたは位相配列超音波変換器から到来し得る。受信した情報は、２次元映像中に可視化することができる。この場合、高い音圧反射率をもつ組織は、たとえば、それに応じた高い輝度の単色で表示し得る。

ステップ１０２において、収集された超音波情報を被験者の心臓構造の３−Ｄモデル内に配置する。一実施形態では、超音波情報を配置することは、モデル内の超音波変換器の表現の位置および向きを識別して、この表現が被験者の実際の心臓構造内の実際の変換器の位置および向きを反映するようにすることを含み得る（Ｓｔ．Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｌ，Ｉｎｃ．により商品化されたＥｎｓｉｔｅ ＮａｖＸ（商標）Ｓｙｓｔｅｍなどの位置決めシステムにより認識され得るように）。モデル内における変換器表現を正確に位置決めすることにより、システムは、３−Ｄモデル内の２−Ｄ超音波映像投影を同様に位置決めすることができる。身体的患者についてリアルタイム位置決めシステムを使用してモデルが作成された実施形態またはモデルが事前にカテーテル位置決めシステムに位置合わせされている実施形態では、明示的な位置合わせは必須ではないであろう。しかし、心臓モデルが術式とは別に作成されたかまたは別の映像手段（たとえば、ＣＴまたはＭＲＩ）を使用して作成された場合には、モデルをカテーテル位置決めシステムに明示的に位置合わせする（またはその逆に位置合わせする）必要があろう。

心臓モデルと位置決めシステムとの間の明示的位置合わせが必要な場合、システムは、たとえば、モデルを拡縮および／または回転して心臓構造に整列させる剛体位置合わせ技法を使用／採用することができる。別案として、Ｓｔ．Ｊｕｄｅ Ｍｅｄｉｃａｌ，Ｉｎｃ．ｐにより商品化されたＥｎｓｉｔｅ Ｆｕｓｉｏｎ（商標）Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌなどの動的位置合わせツールの使用により位置合わせを行うこともできる。モデルが被験者の心臓構造に位置合わせされた後（明示的または間接的に）、位置決めシステムを使用して超音波情報の原点および向きを心臓構造内に配置し、かつ、達成された位置合わせを使用してモデル内に配置することができる。

一実施形態では、モデルは、ボリュメトリック領域またはその他の対象のものなどの複数の構造的または非構造的物体を含むことができる。この場合、各物体は、明瞭な色および／またはテキスト・ラベルなどの別々の識別子を使用してモデル内で識別され得る。ステップ１０４において、超音波情報の平面と一致する物体は、３−Ｄ心臓モデルから抽出され得る。かかる物体は、一定の心臓構造物の壁を画定する境界情報を含むことまたは平面の所与誤差内に位置するその他の医師関心対象非構造的物体を含むことができる。ステップ１０６において、抽出された物体は、２−Ｄ超音波情報の独立視覚化の上に重ね合わせることができる。このオーバーレイは、超音波のみの場合より明瞭に識別された構造的境界線または特徴物の識別を与える合成映像をもたらし得る。

最後に、ステップ１０８において、３−Ｄモデルに関連する特定の対応物体のために使用されたものと同一または類似の識別子を使用して、合成映像中の重ね合わされた物体を識別することができる。たとえば、特定の色を使用して特定の解剖学的構造が識別された場合、合成映像の対応境界線は、同じ色を使用して識別される。同様に、モデルにおいて特定のテキスト・ラベルまたは記号が使用された場合、同じラベルまたは記号が合成映像において使用される。

図６は、超音波映像中の物体を識別するシステムの略図である。図示のように、このシステムは、超音波情報１１０を投影することおよび受け取ることができるＩＣＥカテーテルなどのカテーテル１０を含み得る。超音波情報１１０は、たとえば、位相配列超音波変換器または半径方向走査超音波変換器を使用して送信／受信することができる。カテーテル１０の遠位部分は、さらに位置および向きを含む外部信号を受信するように構成される１個以上の位置センサ１１２をもつように構成することができる。１個以上の位置センサは、たとえば、ＥｎＳｉｔｅ ＮａｖＸ（商標）Ｓｙｓｔｅｍなどにより外部的に生成された電界を監視するように構成される電極を含むかまたはＭｅｄｉｃａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（ｇＭＰＳ）などにより外部的に生成される磁界を監視するように構成される磁気応答コイルを含み得る。

一実施形態では、カテーテル１０は、超音波情報１１０を２−Ｄエコー映像システム１１４に与えることができる。エコー映像システム１１４は、受信した超音波情報をモニタ１１８に表示され得る超音波映像１１６に変換するように構成することができる。

カテーテル１０は、同様に１個以上の位置センサ１１２のそれぞれからの信号を位置検知システム１２０に与えることができる。この位置検知システムは、カテーテル１０の遠位部分の位置および向きを導き出すように構成され得る。位置検知システム１２０は、カテーテル１０の３Ｄ位置および向き（自由度６まで）を可視化処理装置１２２に与えるように構成し得る。後者は、心臓構造の３Ｄモデル１２４を維持することができる。３Ｄモデル１２４は、複数の物体１２６を含むことができ、各物体は、当該物体１２６の特徴または当該物体１２６内の部位の特徴を定義する１つ以上の特性１２８をもち得る。一実施形態では、可視化処理装置１２２は、カテーテル１０の遠位部分の与えられた位置および向きを使用してカテーテルの表現を心臓構造の３Ｄモデル１２４内に位置付けることができる。

一実施形態では、エコー映像システム１１４は、超音波情報の表現も可視化システム１２２に与えることができる。カテーテル１０の遠位部分の位置および向きを使用して、可視化処理装置１２２は、超音波情報の表現をモデル１２４内に位置付けることができる。

可視化処理装置１２２は、３Ｄモデル１２４の表現を表示装置１３０に与えるように構成することができる。この表現は、維持されている３Ｄモデルの表示（心臓構造１３２を含む）を含むことができ、かつ、さらにモデル内の超音波情報の位置付けられた表現（たとえば、超音波映像１３４）を含むことができる。

視覚化処理装置１２２は、さらにエコー・オーバーレイ副処理装置１３６を含み得る。この副処理装置は、可視化処理装置１２２が超音波情報の平面内（または平面の指定誤差内）の物体を抽出し、オーバーレイ映像１３８を生成することを可能にし得る。エコー・オーバーレイ副処理装置は、さらにモニタ１１８上で超音波映像１１６とのオーバーレイ映像１３８を表示するように構成することができる。このオーバーレイを生成するとき、エコー・オーバーレイ副処理装置１３６は、各物体１２６とその物体に関するいずれかの特性１２８との間の既存関係を維持するように構成し得る。かかる関係を維持することにより、オーバーレイ１３８内の物体は、表示装置１３０上の３Ｄモデル１２４の表現中の場合と同様な方法により（たとえば、特定の色またはテキスト参照により）一意に識別することができる。

さらに図６に示すように、このシステムによりユーザー１４０は、３Ｄモデル１３０の表示または拡大エコー映像１１８の表示の両方と相互動作してユーザーの対象特徴物を標識することができる。一実施形態では、ユーザー１４０は、ラベル、マーカーまたはその他のかかるタグの使用によりいずれの映像内の部位も識別することができる。これらの物体は、たとえば、損傷部位または構造的異常点を識別することにおいて有益たり得る。

一実施形態では、ユーザーはマーカーなどの非構造的物体を生成することができるが、それは、いずれかの映像中の当該マーカーの意図位置を選択することにより行われる。マーカーが映像中内に設定された後、視覚化処理装置は、その位置座標を当該映像から３Ｄモデル１２４に物体１２６として転送することができる。カテーテル１０が続いて動かされて超音波情報１１０の平面がもはや設定物体を包含しないようになった場合、その物体は拡大エコー表示装置１１８から消滅する（３Ｄモデル表示１３０中では依然として見えるが）。超音波平面が設定部位を含む位置および／または向きに戻った場合、当該物体はこの平面の他の物体と同様にオーバーレイ１３８経由で表示され得る。

一実施形態では、２−Ｄエコー映像システム１１４、位置検知システム１２０、および視覚化処理装置１２２は、たとえば、電気的またはＲＦ手段により互いに通信するすべて別々の構成要素とすることができる。別の実施形態では、これらのシステムまたは処理装置のいずれか２つ以上を単一の汎用コンピュータ内に常駐させ得る。これらのシステムおよび／または処理装置のこれらの物理的関係は、本発明の範囲を限定するものと解釈するべきではない。

図７ａは、被験者の心臓構造のＣＴまたはＭＲＩスライスから組み立て得るより複雑なセグメント化心臓モデル２００を示す。図示されているように、モデル２００は、右心房２０２、左心房２０４、大動脈２０６、および肺動脈２０８を示す。一実施形態では、モデル２００内の種々の構造は、明瞭な色を使用して識別され得る。たとえば、右心房２０２は青色とし、左心房２０４はベージュ色とし、大動脈２０６はマジェンタ色とし、肺動脈２０８は赤色とすることができる。

カテーテル２１０の表現は、さらに心臓のモデル２００内において位置付けし、かつ、被験者内の実際カテーテルの検知された位置に従って位置付けし、かつ、向きを与えることができる。図示されているように、カテーテル表現２１０は、実際のカテーテルにより受信される超音波情報２１２の２−Ｄ視覚化を投射することができる。表示される場合、超音波映像２１２に対し、被験者内の実際のカテーテルの検知された位置および向きに従って、３−Ｄモデル内において同様に向きを与えることができる。超音波映像２１２は、被験者内の密度の高い組織を表すコントラストの弱い部分（たとえば、領域２１４）を少なくとも１つ含むことができる。

図７ｂに示すように、図５ａからの超音波映像２１２は、モデル２００から独立に表示することができる。超音波映像２１２は、同様に被験者内の音圧反射率の高い組織を表すコントラストの弱い部分を少なくとも１つ（たとえば、領域２１４）含むことができる。さらに、境界情報、またはモデル２００内に存在する超音波映像２１２の平面と一致するその他の物体をモデル２００から抽出し、超音波映像２１２上に重ね合わせて拡大エコー映像２２０を形成することができる。かかる境界情報は、右心房２２２，左心房２２４、大動脈２２６、および肺動脈２２８に属するものとして識別可能な境界線を含むことができる。

拡大エコー映像２２０内において、種々のその他の構造的物体も、心臓モデルに関連して与えられる同一または同様な識別子を使用して識別することができる。たとえば、図５ｂに示すように、右心房２２２を表す境界線は、モデル２００における右心房２０２について使用された色と一致する青色に着色することができる。同様に、左心房境界線２２４はベージュ色に、大動脈境界線２２６はマジェンタ色に、肺動脈線２２８は赤色に着色できる。

図８に示すように、心臓モデル２００の種々の図（たとえば、図２４０、２４２）は、拡大エコー映像２２０およびその他の極めて重要な情報２４４とともに単一の総合表示環境２４６に表示することができる。

本開示の幾つかの実施形態をある程度の特殊性と共に上記において説明してきたが、当業者は、本発明の範囲を逸脱すること無く、開示される実施形態に多くの変更を加えることができるであろう。全ての方向に関する指示（例えば、プラス、マイナス、上部、下部、上向き、下向き、左、右、左向き、右向き、最上部、底部、より上方に、より下方に、垂直の、水平の、時計回り、反時計回り）は、読者の本発明についての理解を助けるべく、識別する目的で使用されているに過ぎず、特に本発明の位置、方向、又は、使用に関して制限を与えるものではない。結合に関する指示（例えば、取り付けられる、連結される、接続されるなど）は、広義に解釈されるべきであり、要素の接続部と、要素の間の相対的な動きと、の間の中間メンバーを含んでいる場合がある。その様に、結合に関する指示は、２つの要素が直接的に接続されている及び互いに固定した関係にあることを必ずしも推定しているものではない。上記の説明に含まれる又は添付図面に示される全ての内容は、制限的なものとしてではなく、単に例示的なものとして解釈されるべきである。添付の特許請求の範囲で定義されている本発明から逸脱すること無く、細部又は構造に変更を加えることができる。

Claims (21)

1. 超音波映像中の物体を識別する方法であって、
   カテーテルから受信された前記カテーテルの位置および向きを示す信号を使用して前記カテーテルの超音波情報を含む平面を決定し、かつ、２個以上の明瞭な物体をもつ３次元心臓モデル内に前記超音波情報を位置付ける工程であって、前記明瞭な物体の各々が固有の識別子をもつ工程と、
   前記３次元心臓モデルの少なくとも一部を表示し、同時に、前記３次元心臓モデルから少なくとも１個の明瞭な物体を前記超音波情報の視覚表示内に表示する工程と、
   前記超音波情報の前記視覚表示内において少なくとも１個の前記明瞭な物体を、前記３次元心臓モデル中の前記物体について与えられた前記識別子に対応する識別子を使用して識別する工程と、を含む超音波映像中の物体を識別する方法。
2. 位置および向きを示す前記信号が、磁界に応答するコイルにより与えられる請求項１に記載の方法。
3. 位置および向きを示す前記信号が、電界に応答する電極により与えられる請求項１に記載の方法。
4. 少なくとも１個の明瞭な物体を前記超音波情報の視覚表示内に表示する工程が、
   前記３次元心臓モデルと超音波情報を含む平面との間で一致する２次元境界情報を前記３次元心臓モデルから抽出することであって、前記２次元境界情報は前記３次元心臓モデルの少なくとも１個の明瞭な物体に対応する、ことと、
   超音波情報の視覚表示および前記抽出された一致２次元境界情報を表す境界線を含む２次元拡大エコー映像を表示することと、を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 物体が、前記３次元心臓モデルのボリュメトリック領域であり、
   前記３次元心臓モデルの２つ以上のボリュメトリック領域のそれぞれが、着色されるかまたは固有の色識別子を与えられ、
   前記超音波情報の前記表示内の前記少なくとも１個の明瞭な物体を識別する工程が、前記３次元心臓モデル内の前記ボリュメトリック領域の前記色識別子に従って前記境界線を着色することを含む請求項４に記載の方法。
6. さらに、前記拡大エコー映像および前記３次元心臓モデルの視覚化を総合表示に表示する工程を含む請求項４又は５に記載の方法。
7. 物体が、前記３次元心臓モデルのボリュメトリック領域、対象身体的部位を識別するマーカー、電気生理学的マーカー、またはカテーテル、電極、または磁界応答コイルの表示である請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
8. 固有の識別子が、前記物体の特性に対応する請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
9. 固有の識別子が、色識別子を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
10. 固有の識別子が、テキスト・ラベルを含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記３次元心臓モデル内の少なくとも１つの物体が、前記超音波情報の前記視覚表示により指定される請求項１に記載の方法。
12. 前記超音波情報の前記視覚表示により指定される前記物体が、前記３次元心臓モデル内で前記超音波の前記視覚表示中の前記物体に与えられた識別子を使用して識別される請求項１１に記載の方法。
13. 超音波映像中の物体を識別するシステムであって、
    超音波情報を与えるように構成されるカテーテルと、
    表示装置と、
    前記カテーテルから超音波情報を受信し、３次元心臓モデルから２次元境界情報を抽出し、前記２次元境界情報を前記超音波情報の視覚化上に重ね合わせて拡大エコー映像を形成し、前記３次元心臓モデル内で与えられる識別子を使用して前記拡大エコー映像内において前記２次元境界情報を識別し、かつ、前記拡大エコー映像と前記３次元心臓モデルの少なくとも一部を前記表示装置上に同時に表示するように構成される処理装置と、を含む超音波映像中の物体を識別するシステム。
14. 前記処理装置が、さらに、前記３次元心臓モデルを前記被験者の実際の生体構造に合わせるように構成される請求項１３に記載のシステム。
15. 前記処理装置が、さらに、前記カテーテルに関連する電極またはコイルにより与えられる位置情報に基づいて前記３次元心臓モデル内に前記カテーテルの表示を与えるように構成される請求項１３又は１４に記載のシステム。
16. 前記３次元心臓モデル内で与えられる前記識別子が、明瞭な解剖学的構造にそれぞれ関連する１つ以上の色である請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のシステム。
17. 前記処理装置が、さらに、前記３次元心臓モデルからの非構造的物体を前記超音波情報の前記視覚化上に重ね合わせるように構成される請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のシステム。
18. 前記表示装置が、前記拡大エコー映像の前記表示経由で物体の表示を受信するように構成され、さらに、前記処理装置が指示された前記物体を前記３次元心臓モデル内に位置付けるように構成される請求項１３〜１７のいずれか一項に記載のシステム。
19. 超音波映像中の物体を識別する方法であって、
    カテーテルの位置および向きを使用して３次元心臓モデル内に２次元平面を定義する工程と、
    前記２次元平面と一致する前記３次元心臓モデルの１個以上の物体を抽出する工程と、
    前記３次元心臓モデル内に前記カテーテルの超音波情報を位置付ける工程と、
    前記超音波情報および１個以上の抽出された物体を含む拡大エコー映像を組み立てる工程と、
    前記拡大エコー映像内の１個以上の抽出された前記物体のそれぞれを、前記３次元心臓モデル内の前記物体に与えられた識別子を使用して識別する工程と、
    表示装置上の同時表示のために前記拡大エコー映像および前記３次元心臓モデルの少なくとも一部を与える工程と、を含む超音波映像中の物体を識別する方法。
20. 位置および向きの前記情報が、前記カテーテルの前記遠位端部分付近に位置する電極またはコイルから受け取られる請求項１９に記載の方法。
21. １個以上の抽出された前記物体が、前記２次元平面と一致する前記３次元心臓構造の前記壁を表す境界線であり、
    前記拡大エコー映像内の前記境界線が、前記３次元心臓モデル内の前記生体構造に与えられたものと同一の色を使用して前記境界線を着色することにより識別される請求項１９又は２０に記載の方法。

Images