JP6745879B2 - 身体部内の超音波プローブを追跡するためのシステム - Google Patents
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Description
超音波プローブ、
X線画像取得ユニット、及び
処理ユニット
を含む。
少なくとも1つの入力ユニット、及び
処理ユニット
を含む。
a)超音波プローブが位置付けられている身体部の一部のX線画像を取得するステップと、
b)身体部の一部内の超音波プローブの第1の幾何学的位置情報を、X線画像を利用して決定するステップと、
c)身体特徴部を含む少なくとも1つの超音波画像を超音波プローブによって、X線画像の取得時点よりも後の時点に超音波画像を取得することを含めて、取得するステップと、
g)後の時点における身体部内の超音波プローブの第2の幾何学的位置情報を、第1の幾何学的位置情報と、身体特徴部を含む少なくとも1つの超音波画像とを利用して決定するステップと
を有する。
i)超音波プローブの第2の幾何学的位置情報を表すデータを出力するステップ
を有する。
h)第1の幾何学的位置情報及び第2の幾何学的位置情報の関数としてのある閾値が超えられた場合に、超音波プローブが位置されている身体部の一部の第2のX線画像を取得するステップを有する。
d)少なくとも1つの超音波画像を利用して、身体特徴部の少なくとも1つの位置に対して超音波プローブの少なくとも1つの位置を決定するステップを有し、
ステップg)は、身体特徴部の少なくとも1つの位置に対して超音波プローブの少なくとも1つの位置を利用するステップを含む。
e)モデルベースのセグメンテーションを使用する身体特徴部のセグメント化データを、その身体特徴部を含む少なくとも1つの超音波画像を利用して決定するステップを有し、
ステップg)は、身体特徴部のセグメント化データを利用するステップを含む。
f)基準位置としての身体特徴部の位置を、その身体特徴部を含む少なくとも1つの超音波画像を利用して決定するステップを有し、
ステップg)は、身体特徴部の基準位置を利用するステップを含む。
1.超音波プローブは、2D−3D位置合わせによって、X線画像中で位置特定することができる。2D−3D位置合わせにより、X線画像中でプローブの位置及び配向が得られる。
2.たとえば心臓である身体特徴部は、超音波画像においてセグメント化される。超音波画像のセグメンテーションにより、超音波ボリューム内の心臓の輪郭が得られる。
3.X線画像中のプローブの2D−3D位置合わせにより、超音波プローブによって画像化されている超音波ボリュームが分かり、X線画像中で場所を特定することができる。このようにして、たとえば心臓の輪郭をX線画像の上に描くことができる。
1.2D−3D位置合わせを使用してX線画像中のプローブの位置特定するための、プローブの3Dモデルが知られる(たとえば、ナノCT画像を取得することにより)。次に、プローブの所与の推定の配向に対し、モデルの投影像、いわゆるデジタル再構築放射線写真(DRR)が、画像中のプローブが位置特定されるべき実際の1つ又は複数のX線画像と比較される。この処理は数回繰り返され、DDRとX線画像の間の類似性が画像比較メトリックを使用して評価される。自由度(並進運動及び回転)が、DDRとX線画像が最適に一致するように調整される。言い換えると、位置及び配向のパラメータが、DDRとX線画像の間の画像類似メトリックを最大にすることによって最適化される。この位置合わせ処理は、Gaoらの論文、Registration of 3D trans−esophageal echocardiography to X−ray fluoroscopy using image−based probe tracking、Medical Image Analysis 16(2012)、38〜49頁で詳細に論じられている。
2.超音波画像における、たとえば心臓のモデルベースのセグメンテーションは、たとえば、N個の点と、これらの点をつなぐT個の三角形とから成る三角形メッシュである平均モデルを含む。その最初の形状は、たとえば平均的又は典型的な形状を表す。次に、モデルは、いくつかのステップで1つの画像に適合される。まず、一般的な位置(たとえば重心)及び配向が決められ、それに応じて画像にメッシュが配置される。モデル訓練中に、各三角形は、それがどの特定の画像特徴を検索すべきかを学習した。次いで、適合中に、各三角形はこれらの画像特徴を検索して、引力のセットを得る(このセットから、いわゆる外部エネルギーが導き出される)。この外部エネルギーに基づいて、モデルは、大域又は局所アフィン変換のパラメータを推定することによって、連続して適合される(エネルギーが最小化される)。最終ステップで、局所変形が外部力に基づいて可能になる。同時に、いわゆる内部エネルギーが、平均形状からのあまりに大きい偏差にペナルティを科す。複数回の反復の後、メッシュの形状は画像に適合された。どのメッシュ部分がどの解剖学的構造に属するかが分かっているので、これにより解剖学的コンテキストが画像に加わる。CT画像に適用されるが本明細書では超音波画像に適用されているセグメンテーションアルゴリズムが、Ecabertらの論文、Automatic Model−Based Segmentation of the Heart in CT Images、IEEE Transactions on Medical Imaging,Vol.27,No.9、2008年9月、1189〜1201頁で詳細に論じられている。
3.ステップ2で、解剖学的コンテキストが超音波画像において局所的に確立される。ステップ1により、超音波プローブ(したがって、超音波画像の座標系)と大域空間(すなわち、X線画像も)の間の関係が分かっているので、解剖学的コンテキスト(たとえば、セグメンテーションメッシュ又は特別な目印)は、X線画像上に表示することができる。
1.X線画像及びTEE画像が取得される瞬間に開始する。
2.TEE画像中で、したがってまた、大域空間内で心臓を検出し(TTEE,Xvolを使用して)、それによって心臓の位置を検出できるようにする。
3.X線画像データがないもっと後の瞬間では、決定された心臓位置を基準として使用する。
4.TEE画像だけのセグメンテーション結果からTEEプローブの動きを検出する。
5.検出されたTEEプローブの動きを使用して、
a.現在のTEEプローブの推定の位置を与える(X線画像を取得せずに)
b.検出されたTEEプローブの動きが特定の閾値を超える場合、新しいX線画像の取得を起動して、TEEプローブの新しい絶対位置を決定する。
c.追跡されたTEEプローブを静止X線画像上にTEEプローブの3Dモデルを使用して仮想的に表示する。
Claims (16)
- 超音波プローブ、X線画像取得ユニット、及び処理ユニットを含む、身体部内の超音波プローブの位置を追跡するためのシステムであって、
前記X線画像取得ユニットは、前記超音波プローブが位置付けられている身体部の一部のX線画像を取得し、
前記処理ユニットは、前記身体部の一部内の前記超音波プローブの第1の幾何学的位置情報を、前記X線画像を利用して決定し、
前記超音波プローブは、身体特徴部を含む少なくとも1つの超音波画像を取得し、前記少なくとも1つの超音波画像は、前記身体部の一部のX線画像の取得時点よりも後の時点に取得される超音波画像を含む、システムにおいて、
前記処理ユニットは、さらに、前記後の時点における前記身体部内の前記超音波プローブの第2の幾何学的位置情報を、前記第1の幾何学的位置情報と、前記身体特徴部を含む前記少なくとも1つの超音波画像とを利用して決定することを特徴とする、システム。 - 前記少なくとも1つの超音波画像は、前記身体部の一部の前記X線画像の取得時点と実質的に同じ時点で取得される超音波画像を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記X線画像取得ユニットは、前記処理ユニットが、前記第1の幾何学的位置情報及び前記第2の幾何学的位置情報の関数としてのある閾値が超えられたと決定する場合に、前記超音波プローブが位置付けられている身体部の一部の第2のX線画像を取得する、請求項1又は2に記載のシステム。
- 前記処理ユニットは、前記少なくとも1つの超音波画像を利用することによって、前記身体特徴部の少なくとも1つの位置に対して前記超音波プローブの少なくとも1つの位置を決定し、前記処理ユニットにより前記超音波プローブの前記第2の幾何学的位置情報を決定することは、前記身体特徴部の前記少なくとも1つの位置に対して前記超音波プローブの前記少なくとも1つの位置を利用することを含む、請求項1乃至3の何れか一項に記載のシステム。
- 前記処理ユニットは、前記身体特徴部を含む前記少なくとも1つの超音波画像を利用することによって、モデルベースのセグメンテーションを使用する前記身体特徴部のセグメント化データを決定し、前記処理ユニットにより前記超音波プローブの前記第2の幾何学的位置情報を決定することは、前記身体特徴部の前記セグメント化データを利用することを含む、請求項1乃至4の何れか一項に記載のシステム。
- 前記処理ユニットは、前記身体特徴部を含む前記少なくとも1つの超音波画像を利用することによって、前記身体特徴部の位置を基準位置として決定し、前記処理ユニットにより前記超音波プローブの前記第2の幾何学的位置情報を決定することは、前記身体特徴部の前記基準位置を利用することを含む、請求項1乃至5何れか一項に記載のシステム。
- 前記処理ユニットにより前記身体部の一部内の前記超音波プローブの第1の幾何学的位置情報を決定することは、前記超音波プローブの三次元モデルの利用を含む、請求項1乃至6の何れか一項に記載のシステム。
- 前記処理ユニットは、前記超音波プローブの前記三次元モデルの投影像と前記X線画像とを比較する、請求項7に記載のシステム。
- 前記処理ユニットは、前記三次元モデルと前記X線画像の間の類似点を、画像比較メトリックを利用して、繰り返し決定する、請求項7又は8に記載のシステム。
- 前記処理ユニットは、前記三次元モデルの位置及び/又は配向を、前記画像比較メトリックを最大にすることによって、最適にする、請求項9に記載のシステム。
- 前記処理ユニットは、前記三次元モデルの少なくとも1つの並進自由度の調整、及び/又は前記三次元モデルの少なくとも1つの回転自由度の調整を含めて、前記三次元モデルと前記X線画像を比較する、請求項7乃至9の何れか一項に記載のシステム。
- 少なくとも1つの入力ユニット及び処理ユニットを含む、身体部内の超音波プローブの位置を追跡するためのワークステーションであって、
前記少なくとも1つの入力ユニットは、超音波プローブが位置付けられた身体部の一部のX線画像を提供し、
前記処理ユニットは、前記身体部の一部内の前記超音波プローブの第1の幾何学的位置情報を、前記X線画像を利用して決定し、
前記少なくとも1つの入力ユニットは、身体特徴部を含む少なくとも1つの超音波画像を提供し、前記少なくとも1つの超音波画像は前記超音波プローブによって取得され、超音波画像は前記身体部の一部の前記X線画像の取得時点よりも後の時点に取得される、ワークステーションにおいて、
前記処理ユニットは、さらに、後の時点における前記身体部内の前記超音波プローブの第2の幾何学的位置情報を、第1の幾何学的位置情報と前記身体特徴部を含む前記少なくとも1つの超音波画像とを利用して決定することを特徴とする、ワークステーション。 - 身体部内の超音波プローブの位置を追跡するための、請求項1乃至11の何れか一項に記載のシステムを動作させる方法であって、
a)前記X線画像取得ユニットが、前記超音波プローブが位置付けされている前記身体部の一部のX線画像を取得するステップと、
b)前記処理ユニットが、前記身体部の一部内の超音波プローブの第1の幾何学的位置情報を、前記X線画像を利用して決定するステップと、
c)前記超音波プローブが、前記X線画像の取得時点よりも後の時点で、前記超音波プローブによって、身体特徴部を含む少なくとも1つの超音波画像を取得するステップと
を含む、方法において、
d)前記処理ユニットが、前記後の時点における前記身体部内の前記超音波プローブの第2の幾何学的位置情報を、前記第1の幾何学的位置情報と前記身体特徴部を含む前記少なくとも1つの超音波画像とを利用して決定するステップを更に有することを特徴とする、方法。 - 身体部内の超音波プローブの位置を追跡するための、請求項12に記載のワークステーションを動作させる方法であって、
a)前記少なくとも1つの入力ユニットが、前記超音波プローブが位置付けられた前記身体部の一部のX線画像を提供するステップと、
b)処理ユニットが、前記身体部の一部内の超音波プローブの第1の幾何学的位置情報を、前記X線画像を利用して決定するステップと、
c)前記少なくとも1つの入力ユニットが、身体的特徴を含む少なくとも1つの超音波画像を提供するステップであり、前記少なくとも1つの超音波画像が前記超音波プローブによって取得され、超音波画像が前記身体部の一部の前記X線画像の取得時点よりも後の時点に取得される当該ステップと
を含む、方法において、
d)前記処理ユニットが、前記後の時点における前記身体部内の前記超音波プローブの第2の幾何学的位置情報を、前記第1の幾何学的位置情報と前記身体特徴部を含む前記少なくとも1つの超音波画像とを利用して決定するステップを更に有することを特徴とする、方法。 - プロセッサにより実行されたとき、請求項13に記載の方法を実施する、請求項1乃至11の何れか一項に記載のシステム、又は、請求項14に記載の方法を実施する、請求項12に記載のワークステーションを制御するための、コンピュータプログラム。
- 請求項15に記載のコンピュータプログラムを記憶した、コンピュータ可読媒体。
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