JP6388596B2 - インターベンショナルシステム - Google Patents

Description

本発明は、物体内に導入されるカテーテルのような導入要素と、物体内の導入要素を移動させるロボットのような移動ユニットと、物体内の導入要素の追跡画像を生成する追跡画像生成ユニットとを含むインターベンショナルシステムに関する。本発明は更に、対応するインターベンショナル方法及びインターベンショナルコンピュータプログラムに関する。また、本発明は、インターベンショナルシステムの追跡画像生成ユニットの放射線ビームを制御するコントローラ、制御方法及び制御コンピュータプログラムに関する。

国際特許公開公報ＷＯ２００５／００９２４３Ａ１は、人体の画像を生成させるＸ線ユニットについて開示しており、当該Ｘ線ユニットは、Ｘ線源と、Ｘ線ビームを制限する、局所的に減衰させる及び／又はフィルタリングするための自動調節可能なコリメータと、Ｘ線検出器と、コリメータ及びＸ線検出器に結合されるデータ処理ユニットとを含む。データ処理ユニットは、Ｘ線検出器によって送信された人体の少なくとも第１のＸ線画像上の人体内の関心領域の位置を特定し、後続のＸ線画像が、当該関心領域に集中されるようにコリメータを調節する。

Ｘ線ユニットが、人体内のカテーテルの先端の動きを追跡するように使用されるならば、即ち、関心領域が、移動するカテーテルの先端によって規定される移動関心領域である場合、また、上記追跡が、一連のＸ線画像を獲得することによって行われる場合、Ｘ線源は、カテーテルの先端が、Ｘ線画像によって確実に実際に捕捉され、これにより、Ｘ線ユニットを使用して追跡可能であるためには、連続するＸ線画像間でカテーテルの先端が移動可能な最大距離に対応する、人体の比較的大きい領域を照射しなければならない。人体の被照射領域が比較的大きいことによって、人体に付与される放射線量も比較的多くなる。更に、Ｘ線源が短時間の間、オフにされ、その後、Ｘ線源が再びオンにされると、カテーテルの先端の場所が分からなくなり、したがって、移動するカテーテルの先端を見つけるために、人体の比較的大きい部分がＸ線放射線によって照射されなければならない。これも、放射線量を比較的多くしてしまう。

本発明は、物体内に導入されるカテーテルのような導入要素と、物体内の導入要素を移動させるロボットのような移動ユニットと、物体内の導入要素の追跡画像を生成する追跡画像生成ユニットとを含み、導入要素が移動する場合でも、少ない放射線量で、導入要素を確実に示す追跡画像を生成できるようにする、インターベンショナルシステムを提供することを目的とする。本発明は更に、対応するインターベンショナル方法及びインターベンショナルコンピュータプログラムを提供し、また、インターベンショナルシステムの追跡画像生成ユニットの放射線ビームを制御するコントローラ、制御方法及び制御コンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様では、インターベンショナルシステムが提示される。当該インターベンショナルシステムは、物体内に導入される導入要素と、物体内の導入要素を移動させる移動ユニットと、物体内の導入要素の追跡画像を生成する追跡画像生成ユニットとを含み、追跡画像生成ユニットは、物体を横断する放射線ビームを放射する放射線源と、物体を横断した後の放射線ビームを検出する放射線検出器と、追跡画像生成ユニットを制御するコントローラと、を含み、移動ユニットは、物体内の導入要素の動作を規定する動作パラメータを、追跡画像生成ユニットに提供し、コントローラは、放射線ビームが導入要素を含む物体の領域を横断するように、提供された動作パラメータに依存して、追跡画像生成ユニットを制御する。

移動ユニットは、物体内の導入要素の動作を規定する動作パラメータを、追跡画像生成ユニットに提供するので、当該追跡画像生成ユニットは、導入要素の実際の物理的位置を知り、これは、放射線ビームが導入要素を含む物体の領域を横断するように、コントローラによって、追跡画像生成ユニットを制御するために使用される。放射線ビームのこの制御は、導入要素が追跡画像によって確実に実際に捕捉されるのに、物体の比較的大きい領域を照射する必要がないように、導入要素の既知の実際の物理的な動作に基づいて、非常に正確に行われ、これにより、物体に付与される放射線量が減少される。

好ましくは、動作パラメータは、物体内の導入要素の先端の動作を規定し、コントローラは、放射線ビームが導入要素の先端を含む物体の領域を横断するように、提供された動作パラメータに依存して、追跡画像生成ユニットを制御する。

導入要素は、好ましくは、カテーテル、ニードル、又は、好ましくは、人又は動物のような生物である物体内に導入される別のインターベンショナル器具である。移動ユニットは、好ましくは、物体内の導入要素をロボット制御で移動させるロボットであり、このロボット動作は、自動的に行われても、又は、キーボード、ジョイスティック、タッチスクリーン、マウス等のような入力ユニットを介して移動ユニットを制御する医師のようなユーザによって行われてもよい。追跡画像生成ユニットは、好ましくは、導入要素が物体内を移動する間、当該導入要素を示す一連の追跡画像を生成する。好ましくは、追跡画像生成ユニットは、物体内の導入要素を示すＸ線画像を生成する。追跡画像生成ユニットは、例えばＸ線Ｃ型アームユニットである。

追跡画像生成ユニットは、好ましくは、放射線ビームをコリメートするコリメータを含み、コントローラは、放射線ビームが導入要素を含む物体の領域を横断するように、提供された動作パラメータに依存して、放射線ビームがコリメートされるように、コリメータを制御する。コントローラは、動作パラメータによって規定される動作の速度、及び／又は、インターベンショナルシステムの応答時間に依存して、コリメータを制御する。特に、コントローラは、動作パラメータによって規定される動作方向に対して導入要素の前にある放射線ビームの一部が、速まる速度、及び／又は、早まる応答時間と共に増加するように、動作パラメータによって規定される動作の速度、及び／又は、インターベンショナルシステムの応答時間に依存して、コリメータを制御する。

したがって、コントローラは、追跡画像生成ユニットのコリメータを制御することによって、放射線ビームを制御できる。しかし、コントローラは更に、追跡画像生成ユニットの放射線源や放射線検出器のような追跡画像生成ユニットの放射線ビームを制御する他の構成要素を制御してもよい。例えばコントローラは、放射線ビームの所望の方向を提供するために、これらの構成要素の位置を制御する。

好適な実施形態では、インターベンショナルシステムは更に、生成された追跡画像内の導入要素を特定する特定ユニットを含み、コントローラは、生成された追跡画像における導入要素の特定に依存して、追跡画像生成ユニットを制御する。したがって、動作パラメータは、追跡画像生成ユニットを制御するために使用されるだけではなく、生成された追跡画像における導入要素の特定にも使用される。生成された追跡画像における導入要素の特定は、物体内の導入要素の実際の物理的な位置を示す。追跡画像から得られた物体内の導入要素の実際の物理的位置に関するこの情報を、移動ユニットから提供される動作パラメータと共に、追跡画像生成ユニット、具体的には、放射線ビームを制御するために使用することによって、追跡画像を使用した導入要素の追跡の質が更に向上される。例えば生成された追跡画像における導入要素の特定は、放射線ビームの方向を制御するために使用される。例えば放射線ビームは、導入要素、具体的には、導入要素の先端が、追跡画像の中心に配置されるように制御される。放射線ビームの幅は、動作パラメータに依存して制御される。

特定ユニットは、好ましくは、導入要素を特定するために、生成された追跡画像内の導入要素をセグメント化する既知のセグメンテーションアルゴリズムを使用する。

インターベンショナルシステムは更に、動作パラメータに基づいて、物体内の導入要素の位置を決定する位置決定ユニットを含み、コントローラは、導入要素の決定された位置に依存して、追跡画像生成ユニットを制御する。更に、追跡画像生成ユニットは、放射線ビームをコリメートするコリメータを含み、位置決定ユニットは、位置の決定の精度を示す精度値を追加的に決定し、コントローラは、精度値に依存して、コリメータを制御する。これにより、追跡画像生成ユニットが一時的に追跡画像を生成しないスイッチオフ期間の間、追跡画像生成ユニットが制御できる。スイッチオフ期間の終わりにおいて、追跡画像生成ユニットが再びにオンにされると、生成された追跡画像は、導入要素がスイッチオフ期間の間に移動していても、即時に、導入要素を示す。

好ましくは、コントローラは、精度値が高精度を示す場合は、コリメータがより狭い開口を有するように、また、精度値が低精度を示す場合は、コリメータがより広い開口を有するように、コリメータを制御する。精度値は、例えば動作パラメータによって規定される動作速度、及び／又は、スイッチオフ期間の間の動作パラメータによって規定される動作の総量に依存して、決定される。動作の総量は、スイッチオフ期間の間に、導入要素が進んだ総距離と規定されてもよい。

インターベンショナルシステムは更に、ａ）動作パラメータに基づいて物体内の導入要素の位置を決定する位置決定ユニットと、ｂ）物体を示す物体画像を提供する物体画像提供ユニットと、ｃ）物体画像内の導入要素の決定された位置において、物体画像と、導入要素の表現とを表示するディスプレイとを含む。物体画像は、物体のより大きい部分を示す概観画像である。例えば物体画像は、人の血管樹を示すロードマップ画像であり、導入要素は、当該血管樹の血管内を動かされる。物体内の導入要素の位置が、動作パラメータに基づいて決定されるため、物体画像、例えばロードマップ画像内の導入要素の決定された位置における導入要素の表現がディスプレイ上に示され、追跡画像が、現在、生成されていない場合でも、物体内の導入要素の位置がディスプレイ上に示される。例えば導入要素の先端は、追跡画像が、現在、生成されていない場合でも、ロードマップ画像内に示される。

インターベンショナルシステムは更に、ａ）物体を示す物体画像を提供する物体画像提供ユニットと、ｂ）物体画像とターゲット画像とのオーバーレイであるオーバーレイ画像を決定するオーバーレイ画像決定ユニットと、ｃ）物体画像と追跡画像とを互いにオーバーレイさせて表示するディスプレイとを含む。物体画像は、例えば人の血管樹を示すロードマップ画像である。追跡画像は導入要素を示すので、物体画像と追跡画像とを互いにオーバーレイさせて表示することによって、物体内の導入要素の位置がユーザに示される。更に、本実施形態では、物体画像は、好ましくは、物体のより大きい部分を示す概観画像である。

本発明の更なる態様では、請求項１に記載されるインターベンショナルシステムの追跡画像生成ユニットを制御するコントローラが提示される。当該コントローラは、放射線ビームが導入要素を含む物体の領域を横断するように、インターベンショナルシステムの移動ユニットによって提供される動作パラメータに依存して、放射線ビームを制御する。

本発明の別の態様では、インターベンショナル方法が提示される。当該インターベンショナル方法は、移動ユニットによって物体内の導入要素を移動させるステップと、追跡画像生成ユニットによって物体内の導入要素の追跡画像を生成するステップとを含み、物体を横断する放射線ビームが、追跡画像生成ユニットの放射線源によって放射され、放射線ビームは、物体を横断した後に、追跡画像生成ユニットの放射線検出器によって検出され、移動ユニットは、物体内の導入要素の動作を規定する動作パラメータを、追跡画像生成ユニットに提供し、コントローラは、放射線ビームが導入要素を含む物体の領域を横断するように、提供された動作パラメータに依存して、追跡画像生成ユニットを制御する。

本発明の更なる態様では、請求項１に記載されるインターベンショナルシステムの追跡画像生成ユニットを制御する制御方法が提示される。当該制御方法は、放射線ビームが導入要素を含む物体の領域を横断するように、インターベンショナルシステムの移動ユニットによって提供される動作パラメータに依存して、追跡画像生成ユニットを制御するステップを含む。

本発明の別の態様では、請求項１に記載されるインターベンショナルシステムを制御するコンピュータ上で実行されると、当該インターベンショナルシステムに、請求項１２に記載されるインターベンショナル方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む、インターベンショナルコンピュータプログラムが提示される。

本発明の更なる態様では、請求項１１に記載されるコントローラ上で実行されると、当該コントローラに、請求項１３に記載される制御方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む、請求項１に記載されるインターベンショナルシステムの追跡画像生成ユニットを制御する制御コンピュータプログラムが提示される。

当然ながら、請求項１のインターベンショナルシステム、請求項１１のコントローラ、請求項１２のインターベンショナル方法、請求項１３の制御方法、請求項１４のインターベンショナルコンピュータプログラム、及び、請求項１５の制御コンピュータプログラムは、同様の及び／又は同一の好適な実施形態、具体的には、従属請求項に規定される実施形態を有する。

当然ながら、本発明の好適な実施形態は、従属請求項又は上記実施形態と対応する独立請求項との任意の組み合わせであってもよい。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施形態を参照することにより明らかとなろう。

図１は、インターベンショナルシステムの一実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図２は、インターベンショナル方法の一実施形態を例示的に説明するフローチャートを示す。

図１は、インターベンショナルシステムの一実施形態を概略的かつ例示的に示す。本実施形態では、インターベンショナルシステムは、カテーテル４を、患者台１０のような支持手段上に横たわる人９内に導入するカテーテルシステム１である。

カテーテルシステム１は、人９の中でカテーテル４を移動させる移動ユニット２を含む。本実施形態では、移動ユニット２は、人９内のカテーテル４をロボット制御で移動させるロボットユニットである。ロボットユニット２は、入力ユニット２６を介して、医師のようなユーザによって制御される。入力ユニット２６は、ジョイスティック、キーボード、マウス、タッチパッド又はユーザがロボットユニット２の移動を制御できるようにする別の手段を含む。

ロボットユニット２によって行われる動作は、人９内のカテーテル４、具体的には、カテーテル４の先端の一連の位置を規定する動作パラメータと、各位置に対する各時間が分かるように対応する時間スタンプとによって記述される。動作パラメータは、ロボットユニット２から、追跡画像生成ユニット３へと伝達される。

追跡画像生成ユニット３は、様々な時間に対応し、動作中の様々な位置におけるカテーテル４、具体的には、カテーテル４の先端を示す幾つかの追跡画像を生成する。本実施形態では、追跡画像生成ユニット３は、カテーテル４が挿入された人９を横断するＸ線放射線ビーム７を放射するＸ線源５を含むＸ線Ｃ型アームシステムである。Ｘ線Ｃ型アームシステム３は更に、カテーテル４が挿入された人９を横断した後のＸ線放射線ビーム７を検出するＸ線検出器６と、放射線ビーム７を制御し、Ｘ線検出器６によって検出された放射線に基づいてＸ線投影画像を生成するコントローラ８とを含み、生成されたＸ線投影画像、即ち、生成された追跡画像は、動作中の様々な位置における人９内のカテーテル４、具体的には、カテーテル４の先端を示す。即ち、人９内のカテーテル４の先端の動作中の様々な時間に対応する幾つかの追跡画像が生成される。画像は、当該画像を表示するディスプレイ２７に提供される。

追跡画像生成ユニット３、即ち、Ｘ線Ｃ型アームシステム３は更に、放射線ビーム７をコリメートするコリメータ２０を含み、コントローラ８は、放射線ビーム７が、カテーテル４、具体的には、カテーテル４の先端を含む人９の領域を横断するように、提供された動作パラメータに依存して放射線ビーム７がコリメートされるように、コリメータ２０を制御する。例えばコントローラ８は、動作パラメータによって規定される動作速度、及び／又は、インターベンショナルシステムの応答時間に依存して、コリメータ２０を制御する。特に、コントローラ８０は、動作パラメータによって規定される動作方向に対してカテーテル４の先端の前にある放射線ビーム７の一部が、速度が速まるにつれて、また、応答時間が早まるにつれて増加するように、動作パラメータによって規定される動作速度、及び／又は、インターベンショナルシステムの応答時間に依存して、コリメータ２０を制御する。動作パラメータによって規定される動作方向に対してカテーテル４の先端の前にある放射線ビーム７の一部は、安全マージンを規定しているものとみなされる。当該安全マージンは、動作パラメータが使用されて、制御されるため、当該安全マージンは、上記国際特許公開公報ＷＯ２００５／００９２４３Ａ１において説明される標準的なタイトコリメーション技術を用いた追跡画像生成ユニットによって使用されなければならない安全マージンよりも小さい。安全マージン、即ち、本例では、動作パラメータによって規定される動作方向に対してカテーテル４の先端の前にある放射線ビームの一部は、次式によって規定される：
Ｓ＞ｖｔ_ｒ （１）
ここで、Ｓは、カテーテル４の先端の前にある安全マージンを示し、ｖは、動作方向における速度、即ち、ロボットユニット２の対応する速度設定点を示し、ｔ_ｒは、インターベンショナルシステムの応答時間を示す。

安全マージンＳ及び速度ｖは、追跡画像における数量に関連する。即ち、Ｓは、動作方向におけるカテーテルの先端の前の長さであり、ｖは、追跡画像によって規定される画像基準フレームに対する、動作パラメータによって規定されるロボットユニットの速度である。動作パラメータ、即ち、動作パラメータによって規定される速度ｖは、基準画像フレームに対応するように変換されている。動作パラメータを画像基準フレームに変換するように使用される変換は、さらに以下で説明される。

インターベンショナルシステムの応答時間は、好ましくは、人９内の導入要素の動作開始（action of motion）と、当該動作開始を受けての放射線ビームの制御との間の時間として規定される。この応答時間は、例えば移動ユニットとコントローラとの間の待ち時間、コントローラからの入力に対しコリメータが反応するのに必要な時間等に依存する。

特定ユニット２３が、生成された追跡画像内のカテーテル４を特定し、コントローラ８は、特定されたカテーテル４が追跡画像内の中心にあるように又は別の位置にあるように、放射線ビーム７を制御する。特定ユニット２３は、既知のセグメンテーションアルゴリズムを使用して、追跡画像内のカテーテル４を特定してもよい。コリメーション、即ち、放射線ビーム７の幅は、動作パラメータに基づいて、例えば上記されたように動作パラメータによって規定される動作速度に基づいて決定される。

インターベンショナルシステムは更に、動作パラメータに基づいて、人９内のカテーテル４、具体的には、カテーテル４の先端の位置を決定する位置決定ユニット２２を含む。位置決定ユニット２２は、位置決定の精度を示す精度値を追加的に決定してもよい。この決定された位置及び精度値は、好ましくは、追跡画像生成ユニット３が一時的に追跡画像を生成しない場合に、即ち、追跡画像生成ユニット３がスイッチオフ期間にある場合に、追跡画像生成ユニット３を制御するために使用される。この制御は、好ましくは、追跡画像の生成が再開される場合に、追跡画像が、即時に、カテーテル４の先端を示すように行われる。更に、この制御は、好ましくは、精度値が高精度を示す場合に、コリメータ２０がより狭い開口を有し、精度値が低精度を示す場合に、コリメータ２０がより広い開口を有するように行われる。位置決定ユニット２２は、好ましくは、スイッチオフ期間の間に、動作パラメータによって規定される動作速度、及び／又は、スイッチオフ期間の間に、動作パラメータによって規定される動作の総量に依存して、精度値を決定する。動作速度が増加すると、及び／又は、動作の総量が増加すると、精度値は減少する。精度値は、スイッチオフ時間に応じてもよい。即ち、スイッチオフ時間が増加すると、精度値は減少する。精度値は更に、インターベンショナルシステムを較正するために行われる較正ステップからの結果にも依存してもよい。例えば較正処置の間、動作パラメータに基づいて物体内の導入要素の位置を決定する精度は、この位置を、同じ動作パラメータに基づいて、数回、決定することによって決定される。当該精度は、決定された位置の結果として得られる分布に依存して評価される。例えば精度値は、この分布の標準偏差に依存して、決定される。

したがって、インターベンショナルシステムは、Ｘ線源５がオフにされている場合でも、カテーテル４の場所を推定できる。カテーテル４の場所は、動作パラメータによって規定される動作に基づいて、及び、カテーテル４がそこから離れた当該カテーテルの既知の場所に基づいて、決定される。この既知の場所は、追跡画像を使用して、また、追跡画像内のカテーテル４を特定することによって決定されている場所であってよい。Ｘ線源５が、一時的にオフにされる場合、動作パラメータを使用して決定されるカテーテル４のこの場所が、コリメータ２０のように放射線ビームの方向及び形状を規定する追跡画像生成ユニット３の構成要素がカテーテル４の推定された場所を辿るように、当該構成要素を制御するために使用される。Ｘ線源５が再度オンにされても、追跡画像は、既に非常に良好にカテーテル４を捉えている。カテーテル４の捕捉は、その後、生成された追跡画像に基づいて精緻化される。

本実施形態では、コントローラ８が、位置決定ユニット２２と特定ユニット２２とを含む。しかし、別の実施形態では、これらのユニットは、インターベンショナルシステム１の別の部分、例えば処理ユニット１１のような別の処理ユニット内に配置されてもよい。処理ユニット１１は、本実施形態では、人９を示す物体画像を提供する物体画像提供ユニット２４を含む。物体画像提供ユニット２４は、好ましくは、人９内でカテーテル４がそれに沿って移動できる血管を示すロードマップ情報を含む概観画像を提供する。したがって、物体画像提供ユニット２４は、好ましくは、ロードマップ画像を提供する。ロードマップ画像は、ディスプレイ２７上に、位置決定ユニット２２によって決定された位置におけるカテーテル４の先端の表現と共に示され、これにより、医者のようなユーザは、例えば放射線源５がオフにされていることにより追跡画像生成ユニット３が実際の追跡画像を提供しない場合でも、人９内のカテーテル４の先端の位置を知ることができる。カテーテル４の先端の決定された位置におけるディスプレイ２７上に示される表現は、カテーテル４の先端の投影の形状を有するか、又は、当該表現は、別の形状を有してもよい。例えば当該表現は、円形、正方形等であってもよい。したがって、カテーテルは、提供された物体画像内に溶け込む又は人工的に引き込まれる。

提供される物体画像は、好ましくは、ユーザが周囲領域の感覚を維持できるようにする概観画像である。物体画像は、追跡画像生成ユニット３又はコンピュータ断層撮像デバイス、磁気共鳴撮像デバイス等のような別の画像生成デバイスによって生成された予め獲得された画像であってよい。物体画像が、追跡画像生成ユニット３によって生成された予め獲得された画像である場合、当該画像は、露光画像、シネ画像又はフルオ（fluo）画像である。露光画像又はシネ画像は、通常、例えば血管樹を示す低雑音画像を生成するために、人体内に造影剤が注入された後、高線量のＸ線を使用して生成される。フルオ画像は、より雑音の多い低線量画像である。露光画像又はシネ画像は、雑音が少ないため、フルオ画像よりも好適である。

インターベンショナルシステムは更に、物体画像とターゲット画像とのオーバーレイであるオーバーレイ画像を決定するオーバーレイ画像決定ユニット２５を含む。カテーテル４は、ターゲット画像内に示されているため、好ましくは周囲領域を示す概観画像である物体画像と、カテーテル４を示すターゲット画像とでできているオーバーレイ画像を示すことによって、人９内の周囲領域に関連したカテーテル４の位置が、ユーザに示される。

以下において、図２に示されるフローチャートを参照して、インターベンショナル方法の一実施形態が例示的に説明される。

ステップ１０１において、物体９内に導入される導入要素４が、移動ユニット２を使用して動かされる。具体的には、入力ユニット２７を介してユーザによって提供されるロボットユニット２への入力に従ってロボットユニット２を使用して、カテーテル４が人９内を動かされる。

ステップ１０２において、物体９内の導入要素４の動作の間に、物体９内の導入要素４の追跡画像が、追跡画像生成ユニット３によって生成される。追跡画像生成ユニット３の放射線源５によって、物体９を横断する放射線ビーム７が放射され、追跡画像を生成するために、物体９を横断した後の放射線ビーム７が追跡画像生成ユニット３の放射線検出器６によって検出される。

ステップ１０３において、放射線ビーム７は、コントローラ８によって制御される。移動ユニット２は、物体９内の導入要素４の動作を規定する動作パラメータを、追跡画像生成ユニット３に提供する。コントローラ８は、放射線ビーム７が導入要素４を含む物体９の領域を横断するように、提供された動作パラメータに依存して放射線ビーム７を制御する。

好ましくは、ステップ１０３において、コントローラは、ステップ１０２において生成された追跡画像内の導入要素４の位置に依存しても、放射線ビーム７を制御する。ステップ１０１乃至１０３は、好ましくは、ループで行われ、コントローラ８は、導入要素４、具体的には、導入要素４の先端が追跡画像の中心に配置されるように、また、放射線ビーム７のコリメーション、即ち、幅が移動ユニット２から受け取る動作パラメータに依存して決定されるように、放射線ビーム７を制御する。

ステップ１０３による手順は、インターベンショナルシステムの追跡画像生成ユニットの放射線ビームを制御する制御方法を規定する方法として見なされる。当該制御方法は、インターベンショナルシステムの移動ユニットによって提供される動作パラメータに依存して、放射線ビームが、導入要素を含む物体の領域を横断するように、放射線ビームを制御することを含む。

所与の臨床治療処置について、スタッフ及び患者の線量を最小限にすることは、インターベンショナルＸ線処置における喫緊な課題である。放射線量を減少させるために、上記国際特許公開公報ＷＯ２００５／００９２４３Ａ１には、技術画像内に関連の関心領域（ＲＯＩ）を自動的に検出し、Ｘ線放射線ビームの範囲を、可能な限りＲＯＩのみに制限しようとするタイトコリメーション技術が開示されている。このタイトコリメーション技術を使用すると、放射線量領域生成物（dose area product）は、照射領域を減少させることによって減少される。タイトコリメーション技術は、インターベンショナル処置の任意のステップにおいて画像解析アルゴリズムを使用して、臨床的に関連するＲＯＩを規定する。画像解析アルゴリズムは更に、例えば医師による突然の動作によるカテーテルのようなインターベンショナル器具の突然の動作を考慮するために、臨床的に関連するＲＯＩの周りの安全マージンを規定する。

タイトコリメーション技術が、上記特許文書において説明されるように、移動ユニット２によって提供される動作パラメータを考慮することなく使用される場合、安全マージンは、導入要素が、連続フレーム間、即ち、追跡画像生成ユニット３によって生成される連続追跡画像間で、移動可能である最大距離よりも大きい必要がある。対応する領域は比較的大きくなる。例えば当該領域は、臨床的に関連するＲＯＩの領域よりも、最大で５倍大きい領域を対象とすることがある。これは、タイトコリメーション技術が使用される場合でも、放射線量が比較的多くなる。更に、タイトコリメーション技術が、移動ユニット２によって提供される動作パラメータを考慮することなく使用される場合、また、Ｘ線源が一時的にオフにされる場合、インターベンショナルシステムは、カテーテルがどの場所へ移動したのか分からなくなるため、蛍光透視処理が再開された後、即ち、人内の導入要素を追跡するための幾つかの追跡画像の生成が再開された後、導入要素を、再度、獲得するために、コリメータのシャッタが完全に開かれているようにコリメータを制御する必要がある。したがって、図１を参照して上記されたインターベンショナルシステムは、タイトコリメーションを用いた導入要素の追跡を支援するために、ロボットユニット２からの動作情報を使用する。

並進運動情報を規定してもよい動作パラメータは、ロボットユニット２から追跡画像生成ユニット３に、有線又は無線データ接続を介して、伝達される。動作パラメータに加えて、移動ユニット２によって動かされるカテーテルの種類といった更なる情報も、ロボットユニット２から追跡画像生成ユニット３又は処理ユニット１１に伝達されてもよい。カテーテルの種類は、インターベンショナルシステムによって行われるインターベンショナル処置の実際の段階を示すことができる。伝達される動作パラメータは、カテーテルの形状と、それと共に向きに関する情報を含む。即ち、動作パラメータは、カテーテルが指し示している方向に関する情報を含むことができる。この方向は、カテーテルが実際に移動している移動方向である。

リンクチェーン全体において待ち時間があるため、カテーテルシステムは、好ましくは、追跡画像によって提供される画像情報と、ロボットユニット２によって提供される動作パラメータ、即ち、動作情報とを同期させる。この同期化は、コントローラ８が、どの画像が、動作パラメータによって規定されるどの実際の物理的動作、又は、動作パラメータによって規定されるカテーテルのどの実際の物理的位置、具体的には、カテーテルの先端のどの実際の物理的位置に対応するかを知るために重要である。好ましくは、コントローラ８は、ロボットユニット２から受信される動作パラメータによって規定されるカテーテル４の先端の一連の実際の物理的位置に割り当てられた時間と、動作中のカテーテル４の先端を示す生成された追跡画像が獲得された時間とを使用して、ロボットユニット２によって提供された動作パラメータによって規定されるカテーテル４の先端の実際の物理的位置を、生成された追跡画像の獲得時間に同期させる。このようにして、どのデータセットが互いに属するのかを知ることができる。

ロボットユニット２は、例えばＣｏｒｉｎｄｕｓ社からのＣｏｒＰａｔｈ２００、Ｈａｎｓｅｎ Ｍｅｄｉｃａｌ社からのＭａｇａｌａｎシステム、又は、物体内のカテーテルのような導入要素を動かすために使用される別のロボットユニットであってよい。各ロボットユニットは、追跡画像生成ユニット３に動作パラメータを提供する。ロボットユニットは、例えば医師であるユーザが、ユーザが受ける放射線量を減少させるために、導入要素を、例えば鉛スクリーンの背後からジョイスティックで制御できるようにしてもよい。

コントローラ８は、ロボットユニット２から得られた動作パラメータを、ロボットユニット２によって規定されるロボット基準フレームから、追跡画像生成ユニット３によって規定される画像基準フレームに変換する。この変換を行うために、ロボット基準フレームを画像基準フレームに関連付ける対応する変換規則が決定されなければならない。これらの変換規則は、例えば追跡画像、即ち、画像基準フレームにおける位置及び距離が決定される一方で、ロボット基準フレームにおける対応する位置及び／又は距離は知られている較正処置によって規定される。この較正は、処置前に、即ち、インターベンショナル処置が行われる前に行われても、インターベンショナル処置の間に行われてもよいが、後者の場合、ロボットユニット２にユーザによって入力されるカテーテル動作、即ち、ロボット基準フレームにおける対応する位置及び／又は距離が連続的に、追跡画像において可視である対応する変化とマッチングされる。動作パラメータが、ロボット基準フレームから画像基準フレームへと伝送された後、動作パラメータに依存して、また、追跡画像において特定された導入要素に依存して放射線ビームを制御するために行われた、コントローラ８によって行われた上記決定又は計算が、基準画像フレームにおいて行われる。

追跡画像生成ユニット３に提供されるロボットユニット２からの入力、即ち、動作パラメータは、放射線源５がオフにされている場合に、放射線ビームの方向及びコリメーションを規定する構成要素を制御するために、コントローラ８によって使用される。これは、例えばコリメータ、具体的には、コリメータの１つ又は幾つかのシャッタが、放射線源５が追跡画像を獲得するために再びオンにされる前に、動作パラメータによって規定される動作に従って、正しい方向に移動し始めることを可能にし、これにより、介入システムの応答時間を減少させる。これは、次に、例えば式（１）に従って安全マージンを減少させるために使用される。

コリメータ２０は、標準的なコリメータ、特に、現行のＸ線Ｃ型アームシステムに使用される標準的な対称コリメータである。しかし、コリメータは、より柔軟な制御を可能にするより複雑なコリメータであってもよい。例えばコリメータは、複数の、独立して位置付け可能なリーフを含むマルチリーフコリメータであってもよい。

上記実施形態では、コントローラは、導入要素の先端が、追跡画像内の中心にあるように、追跡画像生成ユニットを制御するが、他の実施形態では、追跡画像生成ユニットは、導入要素の先端が、追跡画像内の別の位置に示されるように、制御されることも可能である。例えば追跡画像生成ユニットは、導入要素の先端の前において、即ち、画像基準フレームに変換された、変換された動作パラメータによって規定される画像基準フレーム内の導入要素の動作の方向において、追跡画像内の空間が、導入要素の先端の背後よりも大きいように、即ち、反対方向における空間よりも大きいように制御されてもよい。これは、医者のようなユーザにとって、導入要素の先端が動かされる空間が見える方が、導入要素の先端が離れていく空間が見えることよりも重要なためである。

上記実施形態では、追跡画像生成ユニットは、Ｘ線Ｃ型アームシステムであるが、別の実施形態では、追跡画像生成ユニットは、物体を横断する放射線を生成する放射線源と、物体を横断した後の放射線を検出する放射線検出器と、物体内の導入要素を動かすために移動ユニットから受け取る動作パラメータに依存して追跡画像生成ユニットを制御するコントローラとを含む、追跡画像を生成する別のデバイスであってもよい。

上記実施形態では、インターベンショナルシステムは、カテーテルシステムであるが、別の実施形態では、インターベンショナルシステムは、インターベンショナル器具が、導入要素として、物体内に導入されるインターベンショナル処置を行う別のシステムであってもよい。例えばカテーテルではなく、ニードルを、インターベンショナル器具として使用してもよい。特に、インターベンショナルシステムは、任意のインターベンショナルＸ線システムであってよい。

開示された実施形態に対する他の変形態様も、図面、開示内容及び添付の従属請求項を検討することにより、請求項に係る発明を実施する当業者には理解されかつ実施可能である。

請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。

単一のユニット又はデバイスが、請求項に記載される幾つかのアイテムの機能を果たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。

提供された動作パラメータに依存する放射線ビームの制御、動作パラメータに基づいた物体内の導入要素の位置の決定、導入要素の位置の決定の精度を示す精度値の決定、生成された追跡画像における導入要素の特定等の、１つ又は幾つかのユニット又はデバイスによって行われる動作は、任意の他の数のユニット又はデバイスによって行われてもよい。インターベンショナル方法に従うインターベンショナルシステムのこれらの動作及び／若しくは制御、並びに／又は、制御方法に従うコントローラによる放射線ビームの制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段及び／又は専用ハードウェアとして、実施可能である。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体上に格納／分散配置されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介するといった他の形態で分散されてもよい。

請求項における任意の参照符号は、範囲を限定しているものと解釈されるべきではない。

本発明は、例えば人である物体内に導入されるカテーテルのような導入要素を含むインターベンショナルシステムに関する。ロボットのような移動ユニットが、物体内の導入要素を動かし、追跡画像生成ユニットは、物体内の導入要素の追跡画像を生成し、コントローラは、追跡画像が導入要素を示すように、移動ユニットの動作を示す動作パラメータに依存して追跡画像生成ユニットを制御する。この制御は、例えば導入要素が追跡画像によって確実に実際に捕捉されるのに、物体の比較的大きい領域を照射する必要がないように、導入要素の既知の実際の物理的な動作に基づいて、非常に正確に行われ、これにより、物体に付与される放射線量が減少される。

Claims (12)

1. 物体内に導入される導入要素と、
   前記物体内の前記導入要素を移動させる移動ユニットと、
   前記物体内の前記導入要素の追跡画像を生成する追跡画像生成ユニットと、
   前記物体内の前記導入要素の位置を決定する位置決定ユニットと、
   を含み、
   前記追跡画像生成ユニットは、前記物体を横断する放射線ビームを放射する放射線源と、前記物体を横断した後の放射線ビームを検出する放射線検出器と、放射線ビームをコリメートするコリメータと、前記追跡画像生成ユニットを制御するコントローラと、を含み、
   前記移動ユニットは、前記物体内の前記導入要素の動作を規定する動作パラメータを、前記追跡画像生成ユニットに提供し、
   前記位置決定ユニットは、前記動作パラメータに基づいて、前記物体内の前記導入要素の位置を決定すると共に、前記位置の決定の精度を示す精度値を決定し、
   前記コントローラは、放射線ビームが前記導入要素を含む前記物体の領域を横断するように、提供された前記動作パラメータ及び前記導入要素の決定された前記位置に依存して、前記追跡画像生成ユニットを制御し、提供された前記動作パラメータ及び前記精度値に依存して、放射線ビームがコリメートされるように、前記コリメータを制御する、インターベンショナルシステム。
2. 前記コントローラは、前記動作パラメータによって規定される前記動作の速度、及び／又は、前記インターベンショナルシステムの応答時間に依存して、前記コリメータを制御する、請求項１に記載のインターベンショナルシステム。
3. 前記コントローラは、前記動作パラメータによって規定される動作方向に対して前記導入要素の前にある放射線ビームの一部が、速まる前記動作の速度、及び／又は、早まる前記応答時間と共に増加するように、前記動作パラメータによって規定される前記動作の速度、及び／又は、前記インターベンショナルシステムの前記応答時間に依存して、前記コリメータを制御する、請求項２に記載のインターベンショナルシステム。
4. 前記コントローラは、前記精度値が高精度を示す場合は、前記コリメータがより狭い開口を有するように、また、前記精度値が低精度を示す場合は、前記コリメータがより広い開口を有するように、前記コリメータを制御する、請求項１に記載のインターベンショナルシステム。
5. 生成された前記追跡画像における前記導入要素を特定する特定ユニットを更に含み、前記コントローラは、生成された前記追跡画像における前記導入要素の特定に依存して、前記追跡画像生成ユニットを制御する、請求項１に記載のインターベンショナルシステム。
6. 前記動作パラメータに基づいて前記物体内の前記導入要素の位置を決定する位置決定ユニットと、
   前記物体を示す物体画像を提供する物体画像提供ユニットと、
   前記物体画像内の前記導入要素の決定された前記位置において、前記物体画像と、前記導入要素の表現とを表示するディスプレイと、
   を更に含む、請求項１に記載のインターベンショナルシステム。
7. 前記物体を示す物体画像を提供する物体画像提供ユニットと、
   前記物体画像と前記追跡画像とのオーバーレイであるオーバーレイ画像を決定するオーバーレイ画像決定ユニットと、
   前記物体画像と前記追跡画像とを互いにオーバーレイさせて表示するディスプレイと、
   を更に含む、請求項１に記載のインターベンショナルシステム。
8. 放射線ビームが導入要素を含む物体の領域を横断するように、前記物体内で前記導入要素を動かすための移動ユニットによって提供される動作パラメータ、及び、位置決定ユニットによって前記動作パラメータに基づいて決定された前記物体内の前記導入要素の位置に依存して、追跡画像生成ユニットの放射源から放射される放射線ビームを制御し、提供された前記動作パラメータ及び前記位置決定ユニットによって決定された前記位置の決定の精度を示す精度値に依存して、放射線ビームがコリメートされるように、前記追跡画像生成ユニットの放射線ビームをコリメートするコリメータを制御する、コントローラ。
9. 移動ユニットによって物体内の導入要素を移動させるステップと、
   追跡画像生成ユニットによって前記物体内の前記導入要素の追跡画像を生成するステップと、
   位置決定ユニットによって前記物体内の前記導入要素の位置を決定するステップと、
   を含み、
   前記物体を横断する放射線ビームが、前記追跡画像生成ユニットの放射線源によって放射され、放射線ビームは、前記物体を横断した後に、前記追跡画像生成ユニットの放射線検出器によって検出され、放射線ビームは、コリメータによりコリメートされ、
   前記移動ユニットは、前記物体内の前記導入要素の動作を規定する動作パラメータを、前記追跡画像生成ユニットに提供し、前記位置決定ユニットは、前記動作パラメータに基づいて、前記物体内の前記導入要素の位置を決定すると共に、前記位置の決定の精度を示す精度値を決定し、コントローラは、放射線ビームが前記導入要素を含む前記物体の領域を横断するように、提供された前記動作パラメータ及び決定された前記導入要素の前記位置に依存して、前記追跡画像生成ユニットを制御し、提供された前記動作パラメータ及び前記精度値に依存して、放射線ビームがコリメートされるように、前記コリメータを制御する、インターベンショナル方法。
10. 請求項１に記載のインターベンショナルシステムの追跡画像生成ユニットを制御する制御方法であって、放射線ビームが前記導入要素を含む物体の領域を横断するように、前記インターベンショナルシステムの前記移動ユニットによって提供される動作パラメータに依存して、前記追跡画像生成ユニットを制御するステップを含む、方法。
11. 請求項１に記載のインターベンショナルシステムを制御するコンピュータ上で実行されると、前記インターベンショナルシステムに、請求項９に記載のインターベンショナル方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む、インターベンショナルコンピュータプログラム。
12. 請求項１に記載のインターベンショナルシステムの前記追跡画像生成ユニットの前記コントローラ上で実行されると、前記コントローラに、請求項１０に記載の制御方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む、前記追跡画像生成ユニットを制御する、制御コンピュータプログラム。

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