(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の医療用撮像及び追跡装置からの画像を組み合わせる。【解決手段】位置追跡システムは、第２の座標系３０２内で３Ｄ画像を捕捉する医療用撮像システム内の固定位置で、第１の座標系２５２内に解剖学的構造をマッピングする。３Ｄ画像は、第１の座標変換４０６に従って、第３の座標系３０６内での標準化されたフォーマットに変換され、記憶される。撮像システムによって捕捉された第１の３Ｄ画像は、第２の座標変換４０８を生成するように、第１の座標系と位置合わせされる。第１及び第２の座標変換は、第１及び第３の座標系間の第３の座標変換４１０を導出するように組み合わされる。撮像システムによって捕捉された、被験者の身体の第２の３Ｄ画像は、第３の座標系内の画像特徴を抽出するために処理される。抽出された画像特徴は、第３の座標変換を適用することによって、位置追跡システムによって捕捉された位置データと結合される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を位置合わせする方法であって、
第１の座標系内で解剖学的構造をマッピングするように構成された位置追跡システムを、第２の座標系内で前記解剖学的構造の三次元（３Ｄ）画像を捕捉する医療用撮像システム内の固定位置に設置することであって、前記３Ｄ画像が、前記第２の座標系と第３の座標系との間の第１の座標変換に従って、前記第３の座標系内での標準化されたフォーマットに変換され、かつ記憶される、設置することと、
前記撮像システムによって捕捉された第１の３Ｄ画像を前記第１の座標系と位置合わせして、前記第１の座標系と前記第２の座標系との間で第２の座標変換を生成することと、
前記第１及び第２の座標変換を組み合わせて、前記第１の座標系と前記第３の座標系との間の第３の座標変換を導出することと、
前記撮像システムによって捕捉された被験者の身体の第２の３Ｄ画像を処理して、前記第３の座標系内の画像特徴を抽出することと、
前記第３の座標変換を適用することによって、前記抽出された画像特徴を、前記位置追跡システムによって捕捉された位置データと結合させることと、を含む、方法。
【請求項２】
前記位置追跡システムが、磁気追跡システムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の３Ｄ画像を前記第１の座標系と位置合わせすることが、較正目標を含む治具を前記医療用撮像システムに挿入することと、前記第１の３Ｄ画像内に前記治具を捕捉することと、前記較正目標の位置を測定することと、を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記医療用撮像システムが、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記医療用撮像システムが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第３の座標系が、医療におけるデジタル画像と通信（ＤＩＣＯＭ）プロトコルに従って定義される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の３Ｄ画像を処理することが、前記ＤＩＣＯＭプロトコルに準拠するソフトウェアアプリケーションによって前記第２の３Ｄ画像を読み取り、処理することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の３Ｄ画像を処理することが、前記画像を回転させること及びセグメント化することのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記位置追跡システムによって捕捉された前記位置データが、前記身体の解剖学的構造内のカテーテルの遠位端の位置を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記抽出された画像特徴を位置データと結合することが、前記抽出された画像特徴と前記位置データとを同時にディスプレイ上に表示することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
位置合わせされた画像を表示するための機器であって、
第１の座標系内で解剖学的構造をマッピングするように構成された位置追跡システムと、
医療用撮像システムであって、前記位置追跡システムが前記医療用撮像システム内の固定位置に設置され、前記医療用撮像システムが第２の座標系内で前記解剖学的構造の三次元（３Ｄ）画像を捕捉するように構成され、前記３Ｄ画像が、前記第２の座標系と第３の座標系との間の第１の座標変換に従って、前記第３の座標系内での標準化されたフォーマットに変換され、かつ記憶される、医療用撮像システムと、
プロセッサであって、
前記撮像システムによって捕捉された第１の３Ｄ画像を前記第１の座標系と位置合わせして、前記第１の座標系と前記第２の座標系との間で第２の座標変換を生成することと、
前記第１及び第２の座標変換を組み合わせて、前記第１の座標系と前記第３の座標系との間で第３の座標変換を導出することと、
前記撮像システムによって捕捉された被験者の身体の第２の３Ｄ画像を処理して、前記第３の座標系内の画像特徴を抽出することと、
前記第３の座標変換を前記位置追跡システムによって捕捉された位置データに適用した後に、前記抽出された画像特徴を、前記位置データと結合させることと、を行うように構成された、プロセッサと、を含む、機器。
【請求項１２】
前記位置追跡システムが、磁気追跡システムを含む、請求項１１に記載の機器。
【請求項１３】
前記第１の３Ｄ画像が、較正目標を含む治具を前記医療用撮像システムに挿入することと、前記第１の３Ｄ画像内に前記治具を捕捉することと、前記較正目標の位置を測定することと、によって、前記第１の座標系と位置合わせされる、請求項１２に記載の機器。
【請求項１４】
前記医療用撮像システムが、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムを含む、請求項１１に記載の機器。
【請求項１５】
前記医療用撮像システムが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムを含む、請求項１１に記載の機器。
【請求項１６】
前記第３の座標系は、医療におけるデジタル画像と通信（ＤＩＣＯＭ）プロトコルに従って定義される、請求項１３に記載の機器。
【請求項１７】
前記プロセッサが、前記ＤＩＣＯＭプロトコルに準拠するソフトウェアを使用して、前記第２の３Ｄ画像を読み取り、処理するように構成されている、請求項１６に記載の機器。
【請求項１８】
前記第２の３Ｄ画像を処理することが、前記画像を回転させること及びセグメント化することのうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の機器。
【請求項１９】
前記位置追跡システムによって捕捉された前記位置データが、前記身体の解剖学的構造内のカテーテルの遠位端の位置を含む、請求項１１に記載の機器。
【請求項２０】
前記プロセッサが、前記抽出された画像特徴を前記位置データと同時にディスプレイ上に表示するように構成されている、請求項１１に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して医療用装置に関し、特に、複数の医療用撮像及び追跡装置からの画像を組み合わせることに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用撮像では、被験者の区域は、医療用撮像装置によって撮像される。心臓診断などのいくつかの事例では、同じ区域は位置追跡システムでマッピングされる。得られた画像及びマップは、撮像又はマッピング装置の座標系内で、並びにＤＩＣＯＭ（医療におけるデジタル画像と通信）などの標準化フォーマット及び座標系内で提示され得る。様々な第三者プログラムが、医療用画像の更なる分析のために利用可能である。
【０００３】
異なる装置からの画像及びマップを比較する様々な方法が、特許文献に記載されている。例えば、米国特許出願公開第２０１５／０１７８４４８号は、医療測定結果を伝達するためのメッセージを含む通信プロトコルを使用してデータに対する要求を、第１の医療用装置から第２の医療用装置に送るための方法を記載している。
【０００４】
更なる例として、米国特許出願公開第２００７／００１４４５３号は、測定されたＭＲＩ体積画像を適切な解剖学的及び血液供給領域のアトラスと位置合わせして、測定されたＭＲＩ体積画像上にアトラス情報がマッピングされることを可能にする方法を記載している。
【０００５】
なお更なる例として、米国特許出願公開第２００６／０１５９３２３号は、解剖学的構造の三次元（three dimensional、３Ｄ）術前画像を、解剖学的構造の３Ｄ電気解剖学的（electro-anatomical、ＥＡ）画像マップの術中電気生理学的（electrophysiological、ＥＰ）ポイントと自動的に位置合わせするためのシステム及び方法を記載している。
【０００６】
別の例として、米国特許出願公開第２００９／００８８６２８号は、向上した医療ワークフローに関連するシステム及び方法を記載している。
【０００７】
米国特許第９，４７４，４６６号は、平坦な表面を有するハウジングと複数の磁場発生器とを含む位置特定パッドを記載しており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。複数の磁場発生器は、ハウジングに固定され、平坦な表面に垂直なそれぞれの軸線を有するそれぞれの磁場を発生させるように構成される。
【０００８】
米国特許第９，６３８，８２０号は、検出器アセンブリ、位置決めユニット、及びインターフェース回路を含む機器を記載しており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。検出器アセンブリは、複数の磁界検出器のアレイを含む。位置決めユニットは、位置特定パッドに対する１つ又は２つ以上の既知の位置に検出器アセンブリが固定されるように構成され、その位置特定パッドは、位置決定システムを使用して体内磁場検出器に対する位置測定を実施するための磁場を生じさせる。インターフェース回路は、既知の位置に検出器アセンブリが固定されたときに検出器アセンブリの磁界検出器により発生した電気信号を出力して、位置決定システムで実施された位置測定を較正するように構成されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
下記に記載する本発明の実施形態は、医療用画像を分析するための改良された方法及びシステムを提供する。
【００１０】
したがって、本発明の実施形態に従って、画像を位置合わせする方法が提供されている。本方法は、第１の座標系内で解剖学的構造をマッピングするように構成された位置追跡システムを、第２の座標系内で解剖学的構造の三次元（３Ｄ）画像を捕捉する医療用撮像システム内の固定位置に設置することを含む。３Ｄ画像は、第２の座標系と第３の座標系との間の第１の座標変換に従って、第３の座標系内での標準化されたフォーマットに変換され、かつ記憶される。撮像システムによって捕捉された第１の３Ｄ画像は、第１の座標系と第２の座標系との間の第２の座標変換を生成するように、第１の座標系と位置合わせされる。第１及び第２の座標変換は、第１の座標系と第３の座標系との間に第３の座標変換を導出するように組み合わされる。撮像システムによって捕捉された被験者の身体の第２の３Ｄ画像は、第３の座標系内の画像特徴を抽出するために処理される。抽出された画像特徴は、第３の座標変換を適用することによって、位置追跡システムによって捕捉された位置データと結合される。
【００１１】
開示された実施形態では、位置追跡システムは、磁気追跡システムを含み、第１の３Ｄ画像を第１の座標系と位置合わせすることは、較正目標を含む治具を医療用撮像システムに挿入することと、第１の３Ｄ画像内に治具を捕捉することと、較正目標の位置を測定することと、を含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、医療用撮像システムは、磁気共鳴画像（magnetic resonance imaging、ＭＲＩ）システム又はコンピュータ断層撮影（computerized tomography、ＣＴ）システムを含む。
【００１３】
開示される実施形態では、第３の座標系は、医療におけるデジタル画像と通信（Digital Imaging and Communications in Medicine、ＤＩＣＯＭ）プロトコルに従って定義され、第２の３Ｄ画像を処理することは、ＤＩＣＯＭプロトコルに準拠するソフトウェアアプリケーションによって第２の３Ｄ画像を読み取り、処理することを含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、第２の３Ｄ画像を処理することは、画像の回転させること及びセグメント化することのうちの少なくとも１つを含む。
【００１５】
追加的に又は代替的に、位置追跡システムによって捕捉された位置データは、身体の解剖学的構造内のカテーテルの遠位端の位置を含む。
【００１６】
更に追加的に又は代替的に、抽出された画像特徴を位置データと結合することは、抽出された画像特徴と位置データとを同時にディスプレイ上に表示することを含む。
【００１７】
本発明の実施形態に従って、位置合わせされた画像を表示するための機器も提供される。機器は、第１の座標系内で解剖学的構造をマッピングするように構成された位置追跡システムを含む。位置追跡システムが固定位置に設置されている医療用撮像システムは、解剖学的構造の三次元（３Ｄ）画像を第２の座標系内に捕捉するように構成されている。３Ｄ画像は、第２の座標系と第３の座標系との間の第１の座標変換に従って、第３の座標系内での標準化されたフォーマットに変換され、かつ記憶される。
【００１８】
プロセッサは、撮像システムによって捕捉された第１の３Ｄ画像を第１の座標系と位置合わせして、第１の座標系と第２の座標系との間の第２の座標変換を生成するように構成されている。プロセッサは、第１及び第２の座標変換を組み合わせて、第１の座標系と第３の座標系との間の第３の座標変換を導出し、撮像システムによって捕捉された被験者の身体の第２の３Ｄ画像を処理して、第３の座標系内の画像特徴を抽出する。第３の座標変換を位置追跡システムによって捕捉された位置データに適用した後、抽出された画像特徴を位置データと結合させる。
【００１９】
本発明は、以下の「発明を実施するための形態」を図面と併せて考慮することで、より完全に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態による、医療用撮像システムと併置された位置追跡システムを備えるシステムの概略描画図である。
【図２】本発明の実施形態による、位置合わせ治具の概略描画図である。
【図３】本発明の実施形態による、位置合わせアセンブリの概略描画図である。
【図４】本発明の実施形態による、３座標系の概略描画視図である。
【図５】本発明の実施形態による、３座標変換を概略的に示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態による、第三者アプリケーションによって処理された医療用画像と位置データとを結合するためのプロセスを概略的に示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態による、医療用画像と位置データとを組み合わせて表示するためのプロセスを概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
概論
カテーテルなどの体内プローブは、様々な治療的及び診断的医療処置で使用される。カテーテルは、患者の生体内に挿入され、医療処置を施すために体腔内の標的領域にナビゲートされる。磁場ベースの位置追跡システムでは、外部磁場が患者の身体に印加される。磁場は、患者の近くの位置特定パッド内に典型的に固定された、複数の磁場発生器、例えば、磁場発生コイル、によって生成される。カテーテルの遠位端に設置されたセンサは、電気信号を生成することによって磁場に応答する。続いて、その信号が、追跡システムによって、患者の身体内におけるカテーテルの位置及び配向を突き止めるのに使用される。
【００２２】
カテーテルの磁気位置追跡は、例えば、背景技術の項で上記に引用した参考文献に記載されているように、医療用撮像システム内又はその付近で実行されてもよい。これらの２つのシステムの併置は、とりわけ、磁気位置追跡及び医療用画像データの結合表示を可能にする。
【００２３】
ＤＩＣＯＭ（医療におけるデジタル画像と通信）は、とりわけ、プロトコルに従って医療用画像を記憶するための標準プロトコルである。記憶された医療用画像が操作され及び／又は分析されることを可能にする多数の第三者アプリケーションが利用可能であり、典型的には、可視化ツールキット（Visualization Toolkit、ＶＴＫ）フォーマットで動作する。例えば、このようなアプリケーションを使用して、画像を回転させ、セグメント化することができる。カテーテルの位置などの磁気位置追跡データを、回転及びセグメント化された画像と併せて表示することは、カテーテルを操作する医療専門家にとって非常に有用であろう。しかしながら、一般に、操作された及び／又は分析された画像がＤＩＣＯＭ座標系内に記憶されているため、この種の結合表示はオフラインのみで実行することができるのに対して、位置追跡システムは、そのシステムの位置特定パッドによって典型的に定義される座標系で動作する。
【００２４】
本明細書に記載される本発明の実施形態は、ＤＩＣＯＭ座標系などの医療用画像処理用途で使用される位置追跡システムと標準座標系との間の単純かつ継ぎ目のない位置合わせを提供することによって上記の問題に対処する。位置合わせは、位置追跡システムと医療用撮像システム（ＭＲＩスキャナなど）との間で最初に行われ、次いで、位置追跡システムと画像処理座標系との間の座標変換を導出する際に適用される。初期位置合わせは、概して、１回のみ実行することができるが、導出される変換は、位置追跡結果が、リアルタイム及びオフラインの両方の用途において、標準画像処理座標系を使用する様々な異なるアプリケーションと統合されることを可能にする際に、その後繰り返し使用することができる。
【００２５】
開示される実施形態では、ロケータ座標系で解剖学的構造をマッピングする位置追跡システムが、医療用撮像システム内の固定位置に設置され、この医療用撮像システムは、装置座標系内で解剖学的構造の三次元（３Ｄ）画像を捕捉する。３Ｄ画像は、装置座標系と患者座標系との間の第１の座標変換に従って、患者座標系内で、ＤＩＣＯＭなどの、標準化されたフォーマットに変換され、かつ記憶される。ロケータ座標系と装置座標系との間の第２の座標変換は、撮像システムによって捕捉された３Ｄ画像をロケータ座標系と位置合わせすることによって導出される。次に、第１及び第２の座標変換を組み合わせて、ロケータ座標系と患者座標系との間の第３の座標変換を導出する。
【００２６】
続いて、被験者の身体の３Ｄ画像が撮像システムによって捕捉されると、次いで、例えば画像特徴を抽出するために、標準化された患者座標系に変換され、かつ処理され、抽出された画像特徴は、この同じ（第３の）座標変換を適用することによって、被験者の身体内の位置追跡システムによって作成された位置データと結合することができる。こうして、変換の最初のワンタイム導出は、様々な第三者アプリケーションのうちのいずれか１つを使用して、操作された及び／又は処理された医療用画像を表示することを可能にし、一方で、位置追跡システムによって提供される情報をリアルタイムで同時に見ることを可能にする。この能力は、例えば、位置追跡システムによって追跡されたカテーテルを表すアイコン又はカテーテルによって収集された電気生理学的マッピングデータを医療用画像に重ね合わせるために使用することができる。
【００２７】
システムの説明
図１は、本発明の実施形態による、医療用撮像システムと併置された位置追跡システムを備えるシステム２０の概略描画図である。図１及び以下の説明の一部は、上述の米国特許第９，６３８，８２０号に基づく。
【００２８】
図示された実施形態では、位置追跡システムは、磁気位置追跡システム２１を含み、撮像システムは、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）スキャナ２２を含む。しかしながら、本発明の原理は、当業者には明らかであるように、同軸断層撮影（coaxial tomography、ＣＴ）スキャナなどの他の種類の医療用画像システム、並びにインピーダンスベース及び超音波追跡システムなどの他のタイプの位置追跡システムに同様に適用され得る。全てのそのような代替的な実施形態は、本発明の範囲内であると考えられる。
【００２９】
磁気追跡システム２１は、例えば、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒ（３３  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｒｉｖｅ，Ｉｒｖｉｎｅ，ＣＡ  ９２６１８  ＵＳＡ）製のＣａｒｔｏ（登録商標）３システムとして実現することができる。ＭＲＩスキャナ２２は、例えば、Ｓｉｅｍｅｎｓ  Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ  ＧｍｂＨ（Ｈｅｎｋｅｓｔｒａｓｓｅ  １２７，９１０５２  Ｅｒｌａｎｇｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）製のＭＡＧＮＥＴＯＭ  Ａｅｒａとして実現することができる。
【００３０】
磁気追跡システム２１は、カテーテル２４などの体内プローブ及び制御コンソール２６を備える。心臓専門医などの操作者３０は、本明細書では心腔であると仮定される体腔にカテーテル２４の遠位端３４が入るように、患者３２の血管系を通してカテーテル２４を経皮的に挿入する。カテーテル２４は、例えば、複数の地点で心臓腔の組織に接触する、カテーテル２４の遠位端３４付近に配設された複数の電極を用いて、患者３２の心臓２８の心腔内における電位をマッピングするのに使用されてもよい。代替実施形態では、カテーテル２４は、変更すべきところは変更して、心臓又は他の身体器官において、他の治療及び／又は診断機能のために使用されてもよい。
【００３１】
コンソール２６は、磁気位置感知を使用して、心臓２８内部におけるカテーテル２４の遠位端３４の配向及び位置座標を決定する。図１の右上隅の点線付きのインセット７２に示すように、コンソール２６は、テーブル３７上の患者の胴体の下の位置特定パッド３８内の１つ又は２つ以上の磁場発生器３９を駆動する、駆動回路３６を動作させる。代わりに、位置特定パッド３８は、異なる形状を有してもよく、特定のＭＲＩスキャナ２２の空間要件に応じるために、異なる位置、例えば患者３２の上に位置付けられてもよい。
【００３２】
遠位端３４に設置されたポジションセンサは、位置特定パッド３８によって発生した磁場に応答して電気信号を発生させ、それによって、コンソール２６が、位置特定パッドに対する遠位端の位置及び配向を、したがって患者３２の心臓２８内における位置及び配向を決定することを可能にする。
【００３３】
ＭＲＩスキャナ２２は、併せて空間的に異なる磁場を発生させる、傾斜磁場コイルを含む磁場コイル２９を備える。空間的に異なる磁場は、スキャナによって発生する高周波（radio frequency、ＲＦ）信号の空間位置確認を提供する。更に、スキャナは、送信／受信コイル３１を備える。送信モードでは、コイル３１は、患者３２に対してＲＦエネルギーを放射し、このＲＦエネルギーは患者の組織の核スピンと相互作用し、それによって原子核の磁気モーメントをそれらの平衡位置から離れて再整列させる。受信モードでは、コイル３１は、組織の原子核がそれらの平衡状態へと弛緩するときに患者の組織から受信したＲＦ信号を検出する。
【００３４】
図１に示すＭＲＩスキャナ２２は、患者３２の一方の側に沿って開いている構造を備える。代わりに、ＭＲＩスキャナ２２は、例えば、以前に参照したＳｉｅｍｅｎｓ  ＭＡＧＮＥＴＯＭ  Ａｅｒａスキャナなどの、異なる管状構造を有してもよい。
【００３５】
ＭＲＩスキャナ２２内のテーブル３７は、通常、インセット７２に示されるように患者３２を支持する。しかしながら、図示した実施形態では、上述の米国特許第９，６３８，８２０号に記載されているように、ＭＲＩスキャナ２２の座標系を磁気カテーテル追跡システムの座標系と位置合わせするために、位置合わせ治具７０はテーブル３７上に配置される。位置合わせプロセスの詳細は、以下で更に説明する。治具７０が、ＭＲＩスキャナ２２内の位置特定パッド３８の上のテーブル３７上に配置され、患者３２の胴体がテーブル３７上に通常位置付けされるのと同じ領域にある。
【００３６】
プロセッサ４０は、図１に示されている実施形態における複数の機能を有する。第一に、プロセッサ４０は、インターフェース回路（不図示）を介して位置特定パッド３８により生じた磁場に応答して、カテーテル遠位端３４にてポジションセンサ内に誘導された電気信号が受信されるように構成されている。プロセッサ４０は、受信した電気信号を使用して、患者の身体内のカテーテルの位置を突き止める。
【００３７】
第二に、プロセッサ４０は、必要な傾斜磁場を形成することを含めて、回路構成を使用してＭＲＩコイル２９を制御し、並びに他の回路構成を使用して、患者３２の周囲で送信／受信コイル３１を動作させることによって、ＭＲＩスキャナ２２を動作させる。プロセッサ４０は、以下に説明するように、対象の体積３０８（図４に示す）内のＭＲＩデータを取得する。例えば、対象の体積３０８は、患者３２の心臓２８を含んでもよい。ＭＲＩデータを使用して、プロセッサ４０は、心臓２８の画像４４をディスプレイ４２上で操作者３０に表示する。磁気追跡システム２１で取得されたカテーテル２４の位置は、ＭＲＩスキャナ２２によって取得されたディスプレイ４２上の心臓２８の画像４４に重ね合わせることができる。以下で更に説明するように、操作者３０は、第三者アプリケーションを使用してＭＲＩデータを処理し、その上に重ね合わせたカテーテル２４の画像を有する処理済み医療用画像４４６（図６）を表示し得る。
【００３８】
典型的には、プロセッサ４０は一般用途コンピュータで構成され、コンピュータには、本明細書に記載する機能を実行するソフトウェアがプログラムされている。ソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して電子形式でプロセッサ４０にダウンロードされてもよく、又は、光学的、磁気的又は電子的メモリ媒体などの非一時的な有形媒体上に提供されてもよい。代わりに、プロセッサ４０のいくつかの又は全ての機能は、専用又はプログラム可能なデジタルハードウェア構成要素によって、又はハードウェア要素とソフトウェア要素との組み合わせを使用することによって、実行されてもよい。
【００３９】
あるいは、プロセッサ４０の機能は、２つ又は３つ以上のプロセッサ間で分割されてもよく、例えば、１つのプロセッサが磁気位置追跡システムを管理し、１つがＭＲＩスキャナを管理する。より一般的には、図１に示される実施形態は、単に概念を明確にするために提示されており、本発明の実施形態を限定する趣旨ではない。ＭＲＩスキャナ２２及び磁気追跡システム２１は、各システムに対して別個のプロセッサを有し、システム２０で示される実施形態のように共有していなくてもよい。単一又は別個のディスプレイが、ＭＲＩスキャナ２２及び磁気追跡システム２１に対して使用されてもよい。
【００４０】
ＭＲＩスキャナ及び磁気追跡システムの座標系の位置合わせ
図２は、本発明の実施形態による、位置合わせ治具７０の概略描画図である。位置合わせ治具７０は、複数のスロット２２０を有する位置決めユニット２１０を備え、スロットは、隣接するスロット間の事前定義された固定距離で区切られている。図１に示すように、治具７０は位置特定パッド３８の上部に配置されている。位置特定パッド３８の他の構成及び位置については、治具７０は異なる位置に配置され得る。例えば、ＭＲＩスキャナ２２の内部天井に対して位置決めされた位置特定パッド３８については、治具７０はそれより下に配置され得る。
【００４１】
位置合わせアセンブリ２００は、シェルフとも呼ばれ、立方形レセプタクル２３０のアレイを備える。図３に示すように、他の形態のレセプタクル２３０も適用可能である。位置合わせアセンブリ２００は、位置決めユニット２１０内のスロット２２０のいずれかに挿入され得る。位置決めユニット２１０内の複数のスロットは、位置特定パッド３８を基準とした１つ又は２つ以上の既知の位置に位置合わせアセンブリ２００を固定すべく構成されている。図２に示す実施形態において、スロット２２０は、位置特定パッド３８に対する位置合わせアセンブリ２００の位置（例えば、高さ）を制御する。
【００４２】
位置決めユニット２１０のベースプレート２５０は共形アダプタ２６０に接続されており、この共形アダプタは位置特定パッド３８の形状に適合かつ一致するように構成され、それにより、レセプタクル２３０のアレイが位置特定パッドより上の固定距離にてＸ１−Ｙ１平面内に収まり、かつＺ１軸に直交するようになっている。Ｘ１、Ｙ１、及びＺ１軸は、デカルト第１座標系２５２の座標軸である。アダプタ２６０は、任意の好適なプロセスを介して、位置特定パッド３８の曲率に一致するように機械加工又は形成され得る。位置特定パッド３８は、本明細書では一例として示されており、上記の米国特許第９，６３８，８２０号により詳細に説明されている。あるいは、本明細書を読んだ後に当業者には明らかとなるように、他の種類の位置特定パッド及び較正治具が本目的のために使用されてもよい。
【００４３】
図３は、本発明の実施形態による、位置合わせアセンブリ２０２の概略描画図である。位置合わせアセンブリ２０２は、図２の位置合わせアセンブリ２００と同じ目的を果たし、治具７０において同様に使用することができる。
【００４４】
位置合わせアセンブリ２０２は、各レセプタクルの中心に円錐形状の突出部２３２を有するレセプタクル２３０の８×８アレイを備える。レセプタクル２３０は、水などのＭＲＩ検出可能な流体で充填され、ＭＲＩ画像参照マーカとして機能する。レセプタクル２３０の全て又は部分集合のいずれかが流体で充填される。レセプタクル２３０の非対称部分集合を充填することにより、後続のＭＲＩ画像の向きの独自の決定が容易になる。流体は、任意の適切な手順によってレセプタクルの体積内に封止され得る。代わりに、レセプタクル２３０は、封止されていないままであってもよい。更に代替的に、参照マーカは、上述の米国特許第９，６３８，８２０号に説明されているように、既知の半径を有するＭＲＩ検出可能な流体充填球体を備えてもよい。
【００４５】
異なるタイプの医療用撮像システムを備える代替的な実施形態では、位置合わせアセンブリ２０２は、異なる物質の参照マーカを備えてもよい。例えば、医療用撮像システムが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムなどのＸ線ベースの撮像素子を備える実施形態では、参照マーカは、カルシウムなどのＸ線に対して不透明又は部分的に不透明な物質で充填されてもよい。
【００４６】
位置合わせアセンブリ２０２が位置決めユニット２１０内に配置されると、ＭＲＩスキャナ２２は、レセプタクル２３０の流体充填位置合わせアレイを画像化し、プロセッサ４０は、位置特定パッド３８に対してシステム２０内のこれらのレセプタクルの既知の位置を位置合わせする。その後、ＭＲＩ参照マーカとして作用する流体充填レセプタクル２３０の既知の位置を使用して、ＭＲＩスキャナ２２及び磁気追跡システム２１の座標系を位置合わせする。言い換えると、プロセッサ４０は、座標系を位置合わせするために、位置特定パッド３８に対して少なくとも１つの既知の位置に位置決めユニット２１０によって固定された複数のＭＲＩ参照マーカ２３０のアレイを使用する。
【００４７】
解像度を向上させるために、特定のスロット内にアセンブリが固定された後、図２に示すＺ１方向における高さを連続的に微調整するように、隣接するスロット２２０間の離隔距離内のアセンブリの既知の位置を連続的に変動させるように位置決めユニットを構成することができる。例えば、共形アダプタ２６０内に１つ又は２つ以上のターンスクリュー２７０を埋め込み、Ｚ１方向に向けることができ、それにより、ターンスクリュー２７０を回転させたときに、ベースプレート２５０を移動、又は引き上げ、その結果、共形アダプタ２６０に対するユニット２１０のＺ１位置を調整する。
【００４８】
図２〜図３に示される実施形態は、追跡システム２１及びＭＲＩスキャナ２２を位置合わせする際に使用することができる装置及び方法の例として、単に概念を明確にするために描かれており、本発明の実施形態を限定するものではない。他の種類の位置合わせ装置及び方法は、本明細書を読んだ後に当業者には明らかであり、本発明の範囲内であるとみなされる。
【００４９】
座標系
図４は、本発明の実施形態による、位置合わせ及び変換を受ける３座標系の概略描画図である。ＭＲＩスキャナ２２のテーブル３７と患者３２とに関連するため、３つの右手デカルト座標系が図に示されている。
１．軸Ｘ１、Ｙ１、及びＺ１によって標識された第１の座標系２５２（図２に示す）は、磁気追跡システム２１の座標系である。この座標系は、ロケータ座標系（Locator Coordinate System、ＬＣＳ）とも呼ばれる。座標系２５２は、テーブル３７に垂直なＺ１軸及びテーブルの長軸に沿ったＹ１軸を用いて配向されている。位置特定パッド３８の位置及び向きに応じて、Ｚ１軸は上下のいずれかを指す。第１の座標系２５２の原点３００は、位置特定パッド３８に参照されるユーザ定義の点に位置する。
２．第２の座標系３０２は、ＭＲＩスキャナ２２の座標系であり、装置座標系（Device Coordinate System、ＤＣＳ）とも呼ばれる。それは、テーブル３７の長軸に沿ったＺ２軸及びテーブルに垂直なＹ２軸を用いて配向されている。その原点３０４は、ＭＲＩスキャナ２２のアイソセンタに位置し、このアイソセンタは、スキャナの磁場の対称中心であり、スキャナに既知である。このため、第２の座標系３０２は、ＭＲＩスキャナ２２に恒久的に固定される。
３．第３の座標系３０６は、患者座標系（Patient Coordinate System、ＰＣＳ）である。第３の座標系３０６は、対象の体積３０８（一般的には直方体）の側面と整列しており、その原点３１０は、対象の体積内で中心に置かれる。点線のインセット３１２に示される対象の体積３０８は、制御コンソール２６を使用して、低解像度のＭＲＩスキャンを参照して操作者３０によって画定され、対象の体積は、例えば、心臓２８などの高解像度で撮像される解剖学的体積を包含する。このため、第３の座標系３０６は、第２の座標系３０２と共にプロセッサ４０内に記憶される。対象の体積３０８、及びそれと共に、第３の座標系３０６は、一般に、プロセッサ４０によって記録された既知の量だけ、第２の座標系３０２に対してシフト及び回転される。第３の座標系３０６は、ＤＩＣＯＭプロトコルによって使用されるシステムであり、結果として、ＤＩＣＯＭファイルとして記憶された医療用画像を操作するための第三者アプリケーションによって使用されるシステムである。
【００５０】
３つの座標系を以下の表１に要約する。
【００５１】
【表１】
2020103894.tif 000003
【００５２】
座標変換
図５は、本発明の実施形態による、上記の座標系間の座標変換を概略的に示すブロック図である。
【００５３】
ブロック４００は、第１の座標系２５２を備える磁気追跡システム２１を指す。ブロック４０２は、２つの座標系、すなわち第２の座標系３０２及び第３の座標系３０６を備えるＭＲＩスキャナ２２を指す。矢印４０４は、ＤＩＣＯＭプロトコルによる第３の座標系３０６の定義を、対象の体積３０８によって表す。それぞれ第２の座標系３０２と第３の座標系３０６との間の空間的関係は、プロセッサ４０に既知であり、このためプロセッサは、二重矢印４０６として示された、第２の座標系と第３の座標系との間の変換である第１の座標変換ＴＸ１を計算する。
【００５４】
二重矢印４０８として示される第２の座標変換ＴＸ２は、第１の座標系２５２と第２の座標系３０２との間の変換である。それは、上記の位置合わせ手順に基づいてプロセッサ４０によって計算される。
【００５５】
二重矢印４１０として示される第３の座標変換ＴＸ３は、第１の座標変換ＴＸ１と第２の座標変換ＴＸ２との間の積としてプロセッサ４０によって計算される。第３座標変換ＴＸ３は、第１座標系２５２と第３の座標系３０６との間、すなわち、ＬＣＳにおける磁気追跡システム２１の座標とＤＩＣＯＭプロトコルによるＰＣＳにおける座標との間の変換を伝達する。
【００５６】
座標変換のためにプロセッサ４０によって適用されるアルゴリズムは、４×４マトリックスに基づいており、各マトリックスは１つの特定の作用を実装する。個々の４×４マトリックス及びそれらの効果を、以下の表２に列挙する。
【００５７】
【表２】
2020103894.tif 000004
【００５８】
表２の個々の座標変換マトリックス又はそれらの積は、４×１ベクトル
【００５９】
【数１】
2020103894.tif 000005
を乗じることによって座標変換をもたらし、ここで最初の３つの要素はｘｙｚ座標であり、４番目の要素は並進動作に必要である。したがって、座標変換ＴＸ１及びＴＸ２は、４×４マトリックスであり、座標変換ＴＸ３は、前者の２つのマトリックスのマトリックス積である。
【００６０】
図６は、本発明の実施形態による、例えば、ＤＩＣＯＭ座標における第三者アプリケーションによって処理された医療用画像４４０と位置データ４４２とを結合するためのプロセスを概略的に示すブロック図である。
【００６１】
ＭＲＩスキャナ２２は、第３の座標系３０６内で、すなわち、ＤＩＣＯＭ座標系内で、患者３２の医療用画像４４０を生成する。医療用画像４４０は、矢印４４４によって示される第三者アプリケーションを使用してプロセッサ４０によって処理され、ＤＩＣＯＭ座標でも表される処理された医療用画像４４６を与える。医療用画像４４０を処理することは、例えば、画像を回転させること及び／又はセグメント化することを含む。磁気追跡システム２１は、第１の座標系２５２においてカテーテル２４の位置データ４４２を生成する。第３の座標変換ＴＸ３は、プロセッサ４０によって位置データ４４２に適用され、こうして、位置データを第１の座標系２５２から第３の座標系３０６へ、すなわち、ＤＩＣＯＭ座標系へ変換する。
【００６２】
次いで、プロセッサ４０は、ディスプレイ４２上に、処理された医療用画像４４６上に重ね合わせられたカテーテル２４の結合画像４４８を提示する。以前に計算された変換をこの目的のために使用することができるので、座標系２５２及び３０６を位置合わせするために、再較正又は再位置合わせは必要ではない。同じ方法を使用して、カテーテルによって収集された電気生理学的データを示すために処理された医療用画像４４６をマーキング又は着色するなど、磁気追跡システム２１によって提供される他の種類のデータを表示することができる。
【００６３】
図７は、本発明の実施形態による、医療用画像及び位置データを組み合わせて表示するためのプロセスを概略的に示すフローチャート５００である。
【００６４】
準備段階５４０は、位置合わせステップ５０２で開始し、上述のように、ＭＲＩスキャナ２２と磁気追跡システム２１とが互いに位置合わせされる。第２の座標変換ステップ５０４において、プロセッサ４０は、第２の座標系３０２（装置座標系、ＤＣＳ）と第１の座標系２５２（位置座標系、ＬＣＳ）との間の第２の座標変換ＴＸ２を計算する。
【００６５】
患者挿入ステップ５０６において、患者３２がＭＲＩスキャナ２２に挿入される。対象の体積ステップ５０８において、ＭＲＩスキャナ２２を用いて患者３２の低解像度スキャンが実行され、操作者３０は、制御コンソール２６を使用して、後続の高解像度ＭＲＩスキャンのための体積として対象の体積３０８を定義する。第１の座標変換ステップ５１０において、第２の座標系３０２（ＤＣＳ）と第３の座標系３０６（ＤＩＣＯＭ座標での患者座標系、ＰＣＳ）との間で、第１の座標変換ＴＸ１が計算される。
【００６６】
第３の座標変換ステップ５１２において、第１の座標系２５２（ＬＣＳ）と第３の座標系３０６（ＰＣＳ）との間で、ＴＸ１とＴＸ２との積として第３の座標変換ＴＸ３が計算される。ステップ５１２で、準備段階５４０を完了する。
【００６７】
開始ステップ５１４において、以下に詳述するように、必ずしも同時にではないが、患者３２の撮像及び位置追跡が開始される。ＭＲＩスキャンステップ５１６において、対象の体積３０８が、高解像度スキャンでＭＲＩスキャナによってスキャンされ、画像生成ステップ５１８において、第３の座標系３０６で医療用画像４４０を生成する。読み取りステップ５２０において、医療用画像４４０が、第三者ソフトウェアアプリケーションを走らせるプロセッサによって読み取られ、処理ステップ５２２において、アプリケーションによって更に処理されて、処理された画像４４６を生成する。
【００６８】
例えば、磁気追跡システム２１によるカテーテル２４の位置追跡は、追跡ステップ５２４において開始される。位置追跡は、ＭＲＩスキャナ２２の磁場による位置追跡との干渉を避けるために、ＭＲＩスキャンステップ５１６が完了するまで遅延させることができる。位置データステップ５２６において、位置追跡は、第１の座標系２５２での位置データを生成する。変換適用ステップ５２８において、座標変換ＴＸ３が位置データステップ５２６からの位置データに適用され、それによって位置データをＤＩＣＯＭ座標に変換する。
【００６９】
組み合わせステップ５３０において、処理ステップ５２２からの処理された画像４４６と、変換適用ステップ５２８からのＤＩＣＯＭ座標での位置データとが組み合わされて、結合画像４４８を作成し、それはディスプレイ４２上に表示されて操作者３０によって見ることができる。ステップ５１８、５２０、５２２、５２８、及び５３０の全てにおいて、医療用画像データと位置データとの両方が、第三者アプリケーションの使用及び画像データと位置データとの結合表示を可能にするために、ＤＩＣＯＭ座標で表現される。
【００７０】
決定ステップ５３２において、操作者３０は、例えば、画像を回転させるか、又はそれをセグメント化することによって、第三者アプリケーションによって処理された画像４４６を修正することを望むかどうかを決定する。決定ステップ５３２において、操作者３０はまた、カテーテル２４を移動させ、それにより新たな位置データを取得することを決定してもよい。処理された画像４４６修正すること及びカテーテル２４を移動させることの両方が、ステップ５２２及び５２４をそれぞれ再び作動させる。ステップ５２２及び５２４を通じた決定ステップ５３２からのループは、連続的に発生し得る。例えば、操作者３０は、カテーテル２４を連続的に動かして、結合画像４４８上のカテーテルの変化する位置を観察し得る。操作者３０はまた、例えば、回転する画像内のカテーテル２４の位置を観察しながら、処理された画像４４６を連続的に回転させてもよい。操作者３０は、処理された画像４４６及びカテーテル２４の位置の両方を更に連続的に変更し、動的に変化する結合画像４４８内にこれらの変化を観察し得る。
【００７１】
操作者３０が実行している医療処置は、例えば、対象の体積内の器官を外科的に手術することによって、対象の体積３０８内で観察される解剖学的詳細の形状及び寸法を変化させてもよい。操作者の経験及び観察に基づいて、更新された医療用画像が必要とされることを決定する場合がある。そのような場合、操作者３０は、点線の矢印５３６によって示される新しいＭＲＩスキャンを開始してもよい。ＭＲＩスキャンステップ５１６で、ＭＲＩスキャナ２２が新しいスキャンを取得している間、位置追跡を停止することができる。スキャンが完了すると、プロセスは、ステップ５１８及び５２４で開始して２つの経路に戻る。
【００７２】
本手順は、終了ステップ５３４で終了する。
【００７３】
上に述べた実施形態は例として挙げたものであり、本発明は上述に具体的に示し説明したものに限定されない点が理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書で上述のとおり様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに前述の説明を一読すると当業者が想起すると思われる、先行技術に開示されていないそれらの変形及び改変を含む。
【００７４】
〔実施の態様〕
（１）  画像を位置合わせする方法であって、
第１の座標系内で解剖学的構造をマッピングするように構成された位置追跡システムを、第２の座標系内で前記解剖学的構造の三次元（３Ｄ）画像を捕捉する医療用撮像システム内の固定位置に設置することであって、前記３Ｄ画像が、前記第２の座標系と第３の座標系との間の第１の座標変換に従って、前記第３の座標系内での標準化されたフォーマットに変換され、かつ記憶される、設置することと、
前記撮像システムによって捕捉された第１の３Ｄ画像を前記第１の座標系と位置合わせして、前記第１の座標系と前記第２の座標系との間で第２の座標変換を生成することと、
前記第１及び第２の座標変換を組み合わせて、前記第１の座標系と前記第３の座標系との間の第３の座標変換を導出することと、
前記撮像システムによって捕捉された被験者の身体の第２の３Ｄ画像を処理して、前記第３の座標系内の画像特徴を抽出することと、
前記第３の座標変換を適用することによって、前記抽出された画像特徴を、前記位置追跡システムによって捕捉された位置データと結合させることと、を含む、方法。
（２）  前記位置追跡システムが、磁気追跡システムを含む、実施態様１に記載の方法。
（３）  前記第１の３Ｄ画像を前記第１の座標系と位置合わせすることが、較正目標を含む治具を前記医療用撮像システムに挿入することと、前記第１の３Ｄ画像内に前記治具を捕捉することと、前記較正目標の位置を測定することと、を含む、実施態様２に記載の方法。
（４）  前記医療用撮像システムが、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムを含む、実施態様１に記載の方法。
（５）  前記医療用撮像システムが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムを含む、実施態様１に記載の方法。
【００７５】
（６）  前記第３の座標系が、医療におけるデジタル画像と通信（ＤＩＣＯＭ）プロトコルに従って定義される、実施態様１に記載の方法。
（７）  前記第２の３Ｄ画像を処理することが、前記ＤＩＣＯＭプロトコルに準拠するソフトウェアアプリケーションによって前記第２の３Ｄ画像を読み取り、処理することを含む、実施態様６に記載の方法。
（８）  前記第２の３Ｄ画像を処理することが、前記画像を回転させること及びセグメント化することのうちの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載の方法。
（９）  前記位置追跡システムによって捕捉された前記位置データが、前記身体の解剖学的構造内のカテーテルの遠位端の位置を含む、実施態様１に記載の方法。
（１０）  前記抽出された画像特徴を位置データと結合することが、前記抽出された画像特徴と前記位置データとを同時にディスプレイ上に表示することを含む、実施態様１に記載の方法。
【００７６】
（１１）  位置合わせされた画像を表示するための機器であって、
第１の座標系内で解剖学的構造をマッピングするように構成された位置追跡システムと、
医療用撮像システムであって、前記位置追跡システムが前記医療用撮像システム内の固定位置に設置され、前記医療用撮像システムが第２の座標系内で前記解剖学的構造の三次元（３Ｄ）画像を捕捉するように構成され、前記３Ｄ画像が、前記第２の座標系と第３の座標系との間の第１の座標変換に従って、前記第３の座標系内での標準化されたフォーマットに変換され、かつ記憶される、医療用撮像システムと、
プロセッサであって、
前記撮像システムによって捕捉された第１の３Ｄ画像を前記第１の座標系と位置合わせして、前記第１の座標系と前記第２の座標系との間で第２の座標変換を生成することと、
前記第１及び第２の座標変換を組み合わせて、前記第１の座標系と前記第３の座標系との間で第３の座標変換を導出することと、
前記撮像システムによって捕捉された被験者の身体の第２の３Ｄ画像を処理して、前記第３の座標系内の画像特徴を抽出することと、
前記第３の座標変換を前記位置追跡システムによって捕捉された位置データに適用した後に、前記抽出された画像特徴を、前記位置データと結合させることと、を行うように構成された、プロセッサと、を含む、機器。
（１２）  前記位置追跡システムが、磁気追跡システムを含む、実施態様１１に記載の機器。
（１３）  前記第１の３Ｄ画像が、較正目標を含む治具を前記医療用撮像システムに挿入することと、前記第１の３Ｄ画像内に前記治具を捕捉することと、前記較正目標の位置を測定することと、によって、前記第１の座標系と位置合わせされる、実施態様１２に記載の機器。
（１４）  前記医療用撮像システムが、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムを含む、実施態様１１に記載の機器。
（１５）  前記医療用撮像システムが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムを含む、実施態様１１に記載の機器。
【００７７】
（１６）  前記第３の座標系は、医療におけるデジタル画像と通信（ＤＩＣＯＭ）プロトコルに従って定義される、実施態様１３に記載の機器。
（１７）  前記プロセッサが、前記ＤＩＣＯＭプロトコルに準拠するソフトウェアを使用して、前記第２の３Ｄ画像を読み取り、処理するように構成されている、実施態様１６に記載の機器。
（１８）  前記第２の３Ｄ画像を処理することが、前記画像を回転させること及びセグメント化することのうちの少なくとも１つを含む、実施態様１１に記載の機器。
（１９）  前記位置追跡システムによって捕捉された前記位置データが、前記身体の解剖学的構造内のカテーテルの遠位端の位置を含む、実施態様１１に記載の機器。
（２０）  前記プロセッサが、前記抽出された画像特徴を前記位置データと同時にディスプレイ上に表示するように構成されている、実施態様１１に記載の機器。
【図１】
2020103894.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
2020103894.tif 000009
【図５】
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【図６】
2020103894.tif 000011
【図７】
2020103894.tif 000012
【外国語明細書】
2020103894000001.pdf