(57)【要約】  医療処置の画像ガイドし、文書化のための方法及び装置。一実施形態は、小さい視野の画像を大きな視野を有する記録された画像に組み合わせることと、撮像データの相関を介して、小さい視野のリアルタイム画像を記録された画像とアラインさせることとを含む。位置と配向決定システムは、撮像システムを追跡するために使用でき、かつ画像アラインメントパラメータの開始セットを提供し、及び／又は次に撮像データを相関させることを介して更に改良される画像アラインメントパラメータセットに変更の更新を提供できる。記録された画像は、画像ガイド心臓処置中に、心臓パラメータのリアルタイム測定に従って選択される。記録された画像に基づき計画される画像操作は、記憶でき、かつリアルタイム情報に適用できる。医療装置の位置は、２つの非平行ビューにおいて示される３Ｄ画像空間内でカーソルを操作することを介して決定及び記録できる。
2009517177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療手術をガイドするために、身体を撮像するシステムであって、
解剖学的構造を走査する変換器と、
前記解剖学的構造の複数の第１画像を作るために前記変換器に連結され、前記第１画像の各々が、前記解剖学的構造に対する前記変換器の特定の位置と配向に対応する信号処理ユニットと、
前記解剖学的構造の複数の第１画像を、前記解剖学的構造の記録された画像に組み合わせる手段であって、前記記録された画像が、前記複数の第１画像の各々よりも大きな前記解剖学的構造の視野を有する、手段と、
前記医療手術中に、前記解剖学的構造のリアルタイム画像を得るための手段であって、前記リアルタイム画像が前記記録された画像よりも小さな前記解剖学的構造の視野を有し、かつ解剖学的構造の一部の前記医療手術で使用される医療装置の画像を含む、手段と、
前記リアルタイム画像と前記記録された画像の間の空間的関係を決定するために、前記リアルタイム画像と前記記録された画像からの撮像データの相関を介して、前記リアルタイム画像を前記記録された画像とアラインさせる手段とを含むシステム。
【請求項１３】
医療手術をガイドするために、身体を撮像するシステムであって、
解剖学的構造を走査する変換器と、
前記解剖学的構造の記録された画像を作るために前記変換器に連結される信号処理ユニットと、
前記記録された画像の表示を作るための操作を表示するデータを記憶する手段と、
前記記録された画像の表示が、前記記録された画像から作られるように、リアルタイム情報と、前記解剖学的構造の画像の表示を作るために前記医療手術中に得られるリアルタイム情報を有する前記解剖学的構造の画像にデータを適用する手段と、
前記リアルタイム情報を有する前記解剖学的構造の前記画像の表示をディスプレイ表示する手段とを含むシステム。
【請求項１７】
医療手術をガイドするために、身体を撮像するシステムであって、
解剖学的構造を走査する変換器と、
リアルタイム画像を作るために前記変換器に連結される信号処理ユニットと、
前記変換器の場所と配向を決定するための位置決定サブシステムと、
前記変換器の前記場所と配向に基づき、記録された画像と、前記リアルタイム画像を空間的にアラインさせるために、第１の画像アラインメントパラメータセットを決定する手段であって、前記記録された画像と前記リアルタイム画像の各々が、前記医療手術が実行される解剖学的構造の少なくとも一部を含む手段と、
前記記録された画像及び前記リアルタイム画像の間の空間的アラインメントを改良するために、前記第１の画像アラインメントパラメータセットから開始して、第２の画像アラインメントパラメータセットを相関を介して検索する手段とを含むシステム。
【請求項２０】
医療手術をガイドするために、身体を撮像するシステムであって、
解剖学的構造を走査する変換器と、
三次元画像を作るために前記変換器に連結される信号処理ユニットと、
少なくとも２つの非平行ビュー内で、前記画像の三次元画像空間内にある、カーソルの表示をディスプレイ表示する手段であって、各ビューが、前記画像の対応するビュー上に重ねられたカーソルの図形表示を含み、前記画像は、前記医療手術が実行される解剖学的構造を示す、手段と、
前記画像の前記三次元画像空間内の前記カーソルの位置を変更するためのユーザ入力を受信する手段と、
前記ユーザ入力に従って、前記２つの非平行ビューのカーソルの図形表示を更新する手段と、
前記カーソルが、前記画像内の捕捉された特定の点と一致することを示す、前記２つの非平行ビューに対するユーザ入力を受信する手段と、
前記画像の前記三次元画像空間内の前記カーソルの位置に基づき点の位置を決定する手段とを含むシステム。
【請求項２３】
医療手術をガイドするための方法であって、
解剖学的構造の複数の第１画像を得るステップと、
前記解剖学的構造の前記複数の第１画像を前記解剖学的構造の記録された画像に組み合わせるステップであって、前記記録された画像が、前記複数の第１画像の各々よりも大きな前記解剖学的構造の視野を有する、ステップと、
前記医療手術中に前記解剖学的構造のリアルタイム画像を得るステップであって、前記リアルタイム画像は、前記記録された画像よりも小さな前記解剖学的構造の視野を有し、前記リアルタイム画像は、前記解剖学的構造の一部の前記医療手術で使用される医療装置の画像を含む、ステップと、
前記リアルタイム画像と前記記録された画像の間の空間的関係を決定するために、前記リアルタイム画像と前記記録された画像からの撮像データの相関を介して、前記記録された画像に前記リアルタイム画像をアラインさせるステップとを含む方法。
【請求項２７】
医療手術をガイドするための方法であって、
解剖学的構造の記録された画像上に操作を表示するデータを記憶するステップと、
前記記録された画像の表示が前記記録された画像から作られるように、実質的リアルタイム情報を備えた前記解剖学的構造の画像の表示を作るために、前記医療手術中に得られる実質的リアルタイム情報を有する前記解剖学的構造の画像にデータを適用するステップと、
前記リアルタイム情報を有する前記解剖学的構造の前記画像の表示をディスプレイ表示するステップとを含む方法。
【請求項３０】
医療手術をガイドするための方法であって、
位置決定システムからの入力に基づき、記録された画像とリアルタイム画像とを空間的にアラインさせるために、第１の画像アラインメントパラメータセットを決定するステップであって、前記記録された画像と前記リアルタイム画像の各々が、前記医療手術が実行される解剖学的構造の少なくとも一部を含む、ステップと、
前記記録された画像及び前記リアルタイム画像の間の空間的アラインメントを改良するために、前記第１の画像アラインメントパラメータセットから開始して、第２の画像アラインメントパラメータセットを相関を介して検索するステップとを含む方法。
【請求項３３】
医療手術における方法であって、
少なくとも２つの非平行ビュー内で、画像の三次元画像空間内にあるカーソルの表示をディスプレイ表示するステップであって、各ビューが、前記画像の対応するビュー上に重ねられたカーソルの図形表示を含み、前記画像は、前記医療手術が実行される解剖学的構造を示す、ステップと、
前記画像の前記三次元画像空間内の前記カーソルの位置を変更するためのユーザ入力を受信するステップと、
前記ユーザ入力に従って、前記２つの非平行ビューのカーソルの図形表示を更新するステップと、
前記カーソルが、前記画像内の捕捉された特定の点と一致することを示す、前記２つの非平行ビューに対するユーザ入力を受信するステップと、
前記画像の前記三次元画像空間内の前記カーソルの位置に基づき点の位置を決定するステップとを含む方法。
【請求項３６】
データ処理システムによって実行される時、前記システムに医療手術をガイドする方法を実行させる実行可能なコンピュータプログラム命令を含む機械可読媒体であって、前記方法は、
解剖学的構造の複数の第１画像を得るステップと、
前記解剖学的構造の前記複数の第１画像を前記解剖学的構造の記録された画像に組み合わせるステップであって、前記記録された画像が、前記複数の第１画像の各々よりも大きな前記解剖学的構造の視野を有する、ステップと、
前記医療手術中に前記解剖学的構造のリアルタイム画像を得るステップであって、前記リアルタイム画像は、前記記録された画像よりも小さな前記解剖学的構造の視野を有し、前記リアルタイム画像は、前記解剖学的構造の一部の前記医療手術で使用される医療装置の画像を含む、ステップと、
前記リアルタイム画像と前記記録された画像との間の空間的関係を決定するために、前記リアルタイム画像と前記記録された画像とからの撮像データの相関を介して、前記記録された画像に前記リアルタイム画像をアラインさせるステップとを含む媒体。
【請求項３９】
データ処理システムによって実行される時、前記システムに医療手術をガイドする方法を実行させる実行可能なコンピュータプログラム命令を含む機械可読媒体であって、前記方法は、
解剖学的構造の記録された画像上に操作を表示するデータを記憶するステップと、
前記記録された画像の表示が、前記記録された画像から作られるように、リアルタイム情報と、前記解剖学的構造の画像の表示を作るために前記医療手術中に得られるリアルタイム情報を有する前記解剖学的構造の画像にデータを適用するステップと、
前記リアルタイム情報を有する前記解剖学的構造の前記画像の表示をディスプレイ表示するステップとを含む媒体。
【請求項４２】
データ処理システムによって実行される時、前記システムに医療手術をガイドする方法を実行させる実行可能なコンピュータプログラム命令を含む機械可読媒体であって、前記方法は、
位置決定システムからの入力に基づき、記録された画像と、リアルタイム画像を空間的にアラインさせるために、第１の画像アラインメントパラメータセットを決定するステップであって、前記記録された画像と前記リアルタイム画像の各々が、前記医療手術が実行される解剖学的構造の少なくとも一部を含む、ステップと、
前記記録された画像と前記リアルタイム画像の間の空間的アラインメントを改良するために、前記第１の画像アラインメントパラメータセットから開始して、第２の画像アラインメントパラメータセットを相関を介して検索するステップとを含む媒体。
【請求項４４】
データ処理システムによって実行される時、前記システムに医療手術において方法を実行させる実行可能なコンピュータプログラム命令を含む機械可読媒体であって、前記方法は、
少なくとも２つの非平行ビュー内で、画像の三次元画像空間内にあるカーソルの表示をディスプレイ表示するステップであって、各ビューが、前記画像の対応するビュー上に重ねられたカーソルの図形表示を含み、前記画像は、前記医療手術が実行される解剖学的構造を示す、ステップと、
前記画像の前記三次元画像空間内の前記カーソルの位置を変更するためのユーザ入力を受信するステップと、
前記ユーザ入力に従って、前記２つの非平行ビューのカーソルの図形表示を更新するステップと、
前記カーソルが、前記画像内の捕捉された特定の点と一致することを示す、前記２つの非平行ビューに対するユーザ入力を受信するステップと、
前記画像の前記三次元画像空間内の前記カーソルの位置に基づき点の位置を決定するステップとを含む媒体。
【請求項４７】
データ処理システムによって実行される時、前記システムに、
第１の画像セットをディスプレイ装置にディスプレイ表示するステップであって、前記第１の画像セットは、第１の記録された画像と、前記第１の記録された画像にオーバーレイされた第１の近リアルタイム画像をと含む、ステップと、
前記第１の画像セットによって同様にディスプレイ表示された解剖学的構造の第２の画像セットをディスプレイ表示するステップであって、前記第２の画像セットは、第２の記録された画像と、前記第２の記録された画像にオーバーレイされた第２のリアルタイム画像とを含み、前記第１の画像セットは、第１の頻度で更新され、かつ前記第２の画像セットは、第１の頻度よりも高い第２の頻度で更新される、ステップとからなる方法を実行させる実行可能なプログラム命令を記憶する機械可読媒体。
【請求項５１】
データ処理システムによって実行される時、前記システムに、
解剖学的構造の画像を獲得する間に、画像捕捉プローブの位置を決定するステップと、
前記解剖学的構造の少なくとも１つの事前記録された画像を、前記事前記録された画像よりも小さい部分の解剖学的構造をディスプレイ表示する前記解剖学的構造の画像と相関させ、相関が、位置に基づき検索するために開始されるステップとからなる方法を実行させる実行可能なプログラム命令を記憶する機械可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、発明者Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｅ．Ｗｅｂｌｅｒによる「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｉｍａｇｅ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｐｅｒｃｕｔａｎｅｏｕｓ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ」と題し、２００３年３月１４日に出願された同時係属の米国特許出願第１０／３９００６５号に関し、それは、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の幾つかの実施態様は、解剖学的に正しいアラインメントで限定された視野のリアルタイム画像を、大きな視野の記録された画像と共に表示し、全体的な解剖学的構造画像に対する限定された視野の画像の解剖学的関係を示し、及び／又は記録された画像内の解剖学的構造に対してリアルタイム画像内の解剖学的構造の検出されない動きを補償するために、リアルタイムの画像／データと記録された画像／データの（スケーリングを含むことがある）空間的アラインメントに関する。本発明の幾つかの実施態様は、解剖学的構造に対する医療機器の撮像及び／又はトラッキングに関し、かつ特に、撮像システムを使用する、心臓治療のような経皮的処置中の、医療機器のガイドに関するとともに、医療機器によって収集されたか又は適用された診断情報と治療情報の文書化に関する。
【背景技術】
【０００３】
（Ｘ線、陽電子射出断層撮影法（ＰＥＴ）等のような）計算機支援断層撮影法（ＣＴ）及び磁気共鳴（ＭＲ）に基づく撮像システムは、一般に患者の解剖学的構造の様々な部分の複数の画像データ収集から集められた患者の解剖学的構造の記録された画像を生成するために、患者及び／又は画像感知／生成装置の場所（及び／又は配向）を制御し、感知する。患者は、各画像データ収集において解剖学的構造の位置をできるだけ一定に保ち、かつそれ故に集められた複数画像データ収集からできるだけ連続的、かつ解剖学的に正しい記録された画像を作るために、概して撮像処置中に息を止め、かつ動かないでいるように指示される。
【０００４】
かかるシステムが、リアルタイムモードで使用される時、画像データ収集及び／又は画像データ処理に必要とされる時間、及び／又は画像感知／生成装置の設計された視野は、「リアルタイム」と呼ばれる迅速に更新される方法で表示できる解剖学的構造部分を限定する。
【０００５】
視野を広げようと試みることは、概して解剖学的構造の表示画像と、実際の状態との間に目立つ、煩わしい時間遅延を導入し、及び／又は非実用的に迅速な患者及び／又は装置の位置変更を必要とする。医療装置を解剖学的構造内でガイドし、かつ解剖学的構造内の場所を記録しようと試みる時、リアルタイム撮像が望ましく、かつこれらの問題が、特に厄介になる。
【０００６】
リアルタイム画像の限定された視野は、リアルタイム画像の解剖学的状況若しくは組織画像特性に基づく診断、及び／又は隣接解剖学的構造に対するそれらの関係を、解釈困難にする。それ故に、リアルタイム画像に示されるような隣接解剖学的構造又は解剖学的構造ランドマークに対する医療装置の場所は、決定が困難であるか、決定に時間を要することがある。
【０００７】
その上、リアルタイム画像に基づく組織診断は、決定が困難であるか、決定に時間を要することがある。多くの場合、組織診断又は解剖学的構造に対する装置の場所を決定するために、記録された広い視野画像を作成し、かつ検査するために、追加の時間をかけねばならない。医療装置を用いる医療手術、特に経皮カテーテルに基づく処置は、患者に意識がある時に実行することが多くの場合最良又は必要であり、かつこれらの処置は、解剖学的構造の広い視野を有する記録された画像を作るために必要とされる時間よりも遙かに長くかかる。医療手術及びリアルタイム撮像中に、患者が命令で反復して息を止めること、又は位置決めテーブル上で完全に静止したままでいることを期待することは、あまり実用的でない。
【０００８】
リアルタイム画像基準フレームに記録された場所は、その特定の極めて一過性のリアルタイム画像内の解剖学的構造に対して正しいが、患者の呼吸及び／又は長期間不動のままでいることが不可能であるため、解剖学的構造は、リアルタイム画像の間で移動する。従って、リアルタイム画像基準フレームに記録された場所の間と、リアルタイム画像基準フレーム内の記録場所及び解剖学的構造物の間との距離は、この制御されない患者の動き量（及びタイミング）によって不確実であるか、誤っているであろう。
【０００９】
この不確実さ又は誤差は、撮像を使用する医療装置によって適用される治療の間隔を制御しようと試みる時のような、多くの状況において望ましくない。超音波システムの視野が、概してＣＴやＭＲに基づく撮像システムよりも遙かに小さいので、これらの問題は、従来の超音波に基づく撮像システムにおいて非常に顕著である。その上、従来の超音波システムの画像感知／生成装置（撮像プローブ）は、手動で位置決めされ、かつその場所及び／又は配向は、撮像システムによって制御又は感知されない。
【００１０】
医療撮像技術及びその適用において、種々の進歩があった。Ｍａｉｎｔｚらは、非特許文献１を発表した。Ｔｅｒｒｙ  Ｍ．Ｐｅｔｅｒｓは、非特許文献２を発表した。
【００１１】
Ｆｒｉｅｍｅｌら（特許文献１）は、超音波画像データの相関フレームから複合視野超音波画像を得るための方法を発表した。感知エコー信号のフレームは、専用の位置センサ又は動きセンサを使用せずにプローブ動きを検出するために処理される。フレームを相互に関連させることが、超音波プローブの動きを検出するために使用される。画像重ね合わせは、大きな超音波画像を複合するために相関部分に関して実行される。
【００１２】
Ｂｕｒｔら（特許文献２）は、複数の入力画像からモザイクを自動的に作る方法を発表した。Ｂｕｒｔらの一例において、対象となるシーンは、４つのビデオ画像に例示的に捕捉される。その上、人物がシーンを左から右に横切る。シーンの画像は、背景を含むモザイクを生成するために、バッチシークエンシングを使用してアラインされ、かつ組み合わされる。残差は、背景に対するオブジェクトの動き、例えばシーンを横切る人物を表す。画像アラインメントプロセスは、一方の入力画像を他方の入力画像に自動的にアラインさせる。
【００１３】
Ｈｉｂｂａｒｄら（特許文献３）は、３Ｄ画像の自動化画像融合／アラインメント方法を発表した。Ｈｉｂｂａｒｄらの方法において、２つの３Ｄ画像データボリュームを同時に表示するために、ＧＵＩが使用された。３Ｄ画像データボリュームの一方を一定に保ち、他方を、相同解剖学的特徴をアラインさせるために、スケーリング、回転と平行移動させる。Ｈｉｂｂａｒｄらは、画像が、相互情報（「ＭＩ」）最大化に基づく計算を介して自動的にアラインでき、かつＭＩ最大化を使用する自動化アラインメントが、手動アラインメントの前、後又は代わりに実行できることも示唆した。
【００１４】
Ｊａｇｏ（特許文献４）はまた、空間的に複合されたパノラマ超音波画像を生成するもう１つの方法を発表した。
【００１５】
Ｈｅｉｌｂｒｕｎら（特許文献５）は、作業空間の３Ｄフレームワークが、ＭＲＩ、ＣＴ又はＰＥＴのようないかなる選択されたボリューム走査の３Ｄフレームワークともアラインでき、その結果、機器が、選択された特徴に局所化され、ガイドされる、写真測量外科的局在化のための方法を発表した。画像フィールド内で医療機器等のオブジェクト認識及び場所を提供するために、作業空間への機器導入前に作られたディジタル化画像対は、実質的に完全なビューで機器によって作られた画像対と比較され、かつ背景減算が、画像フィールド内の静的オブジェクトを取り除くために使用される。画像を際立たせ、かつオブジェクトの縁部の画質を高めるために、画像が適切にフィルタをかけられた後、縁部検出が、幾何学的認識のために実行される。一旦機器が識別されると、その配向及びチップ場所は３Ｄ作業空間内の座標に関して決定される。
【００１６】
Ｂｕｒｄｅｔｔｅら（特許文献６）は、標的ボリューム内で生検針の場所を決定する方法を発表した。Ｂｕｒｄｅｔｔｅらの方法において、標的ボリュームの画像が作り出され、かつ空間的に重ね合わされる。標的ボリュームの三次元表示は、次に空間的に重ね合わされた画像から作り出される。三次元標的ボリューム表示内の生検針の場所が決定された後、決定された生検針の場所は、空間的に重ね合わされた画像と相関させられる。例えば、標的ボリューム表示が図形により表示される時、標的ボリューム表示は、決定された生検針場所の図形描写も含む。針は、超音波画像内で周囲組織への明るいコントラストで目立つことがあり、かつそのようなものとして、縁部検出法のような公知のパターン認識技術は、超音波画像内の針の場所を識別するために使用される。画像が空間的に重ね合わされるので、座標系に対する生検針の場所を決定可能である。
【００１７】
Ｂｕｒｄｅｔｔｅら（特許文献７）は、患者の器官の治療のために治療計画を作成するシステムを発表した。患者の身体の一部の半透明ボリューム画像、患者の器官の別個の半透明画像、及び半透明な物品の画像は、物品の画像を患者の器官や患者の身体の一部と同時に見ることを可能にするために、重ね合わされる。
【００１８】
Ｇｒｏｎｎｉｎｇｓａｅｔｅｒら（特許文献８）は、外科、治療又は診断処置中の超音波ガイド方法を発表した。オンサイト３Ｄ画像を、以前に獲得した画像データベースからの３Ｄ画像セットと相関させ、かつこれらの座標セットを互いに、及び器具場所座標系と一致させることができる。観血脳腫瘍手術の例において、Ｇｒｏｎｎｉｎｇｓａｅｔｅｒらは、器具が連続して動くならば、器具の場所が、時間的高域フィルタリングによって概観画像で検出できることを示唆している。時間的高域フィルタリングを実行する１つの方法は、静止標的を取り消し、かつ移動器具を強調するために、２つの２Ｄ又は３Ｄデータセットを減じることである。もう１つの例において、Ｇｒｏｎｎｉｎｇｓａｅｔｅｒらは、医師が、超音波画像内で放射線場の中心の所望の点をマークした後、この点の座標が、シミュレータの座標系に転送され、かつ標的場所の直接フィードバックが、放射線場及び患者に対するその相対角度の設置を支援することを記載している。
【００１９】
Ｕｒｂａｎｏら（特許文献９）は、画像アラインメントのためのテンプレート画像を使用する心エコー検査における造影剤撮像や数量化のための超音波システムを発表した。Ｕｒｂａｎｏらによれば、記憶されたテンプレート画像とリアルタイム画像が、画像ディスプレイ上に同時に表示される。同時に表示された画像は、リアルタイム画像が、生理的周期中の同じ選択された期間でテンプレート画像と密接にアラインされる時に視覚的に知覚できる効果を有する。アラインメントが達成された後、差画像が、計算され、記憶され、表示される。テンプレート画像は、コントラスト前及びコントラスト後の画像、又は事象前／事象後の差画像のアラインメントプロセスを改良する。
【００２０】
Ｙａｎｏｆら（特許文献１０）は、蛍光透視画像座標系と、ボリューム画像座標系とを電子的に相関させ、かつボリューム画像データに対する前記外科機器の画像を示すために、ボリューム画像データ上に重ねられた蛍光透視画像の少なくとも一部と共にボリューム画像データ（ＣＴ）を表示する方法を発表した。
【００２１】
Ｈｏｓｓａｃｋら（特許文献１１）は、後処理のための医療診断超音波システム及び方法を発表した。Ｈｏｓｓａｃｋらによれば、再持続（ｒｅ−ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ）を更に強調するために、超音波データの回復されたフレームが、再持続前にアラインされるか、又は実質的にアラインされる。超音波データのフレームは、対象となる領域に応じてアラインされる。
【００２２】
Ｎｕｔｔら（特許文献１２）は、単一の装置においてＣＴ画像とＰＥＴ画像を順次獲得するために、ＰＥＴ断層撮影法とＸ線ＣＴ断層撮影法を組み合わせる方法を発表した。Ｎｕｔｔらは、機能的画像と解剖学的画像を共に重ね合わせ、かつアラインさせるための幾つかの利用可能な技術、及びそれらの使用法を要約した。
【００２３】
Ｓｅｅｌｅｙら（特許文献１３）は、蛍光透視トラッキング及び視覚化システムを発表した。Ｓｅｅｌｅｙらのシステムにおいて、ディスプレイ内の１つの画像は、外科手術時の蛍光透視鏡から導かれる。固定具が、各蛍光透視鏡画像内で撮像される配列マーカーのパターンを提供するために、蛍光透視鏡の撮像側面に添付される。複数のトラッキング要素を有するトラッキングアセンブリは、固定具及び患者の位置を決定するために使用される。トラッキング要素の１つはトラッキング要素の位置決定が、単一の測定において全てのマーカーの位置を決定するように、固定具に対する動きから保護される。
【００２４】
Ｐｅｒｓｋｅｙら（特許文献１４）は、手術前に取られた三次元ＣＴ又はＭＲＩ画像を正確に重ね合わせ、かつ患者の身体部分のリアルタイムトラッキング位置データと画像を統合する方法と、それに関して作動する機器とを発表した。
【００２５】
Ｇｏｂｂｉらは、非特許文献３を発表した。Ｇｏｂｂｉらのシステムにおいて、超音波プローブに取り付けられた赤外ＬＥＤセットは、リアルタイム超音波画像が手術前ＭＲＩボリュームにオーバーレイされるように、超音波プローブの場所と配向を追跡するために使用される。
【００２６】
Ｐｉｒｏｎら（特許文献１５）は、医療装置配送を監視するためのハイブリッド撮像方法と、方法で使用される患者支持器を発表した。特に、ＭＲ撮像は、組織標的の初期識別のために使用され、かつ超音波撮像は、次に正確な針の位置決めを確認し監視するために使用される。ＭＲ画像と超音波画像は、ＭＲ撮像処置中に得られる基準マーカーの測定に基づき共に重ね合わされる。
【００２７】
Ｋｅｉｄａｒら（特許文献１６）は、診断撮像データを三次元マップにレンダリングする方法を発表した。Ｋｅｉｄａｒのシステムは、診断情報を含む構造の三次元（３Ｄ）画像を捕捉する。構造の３Ｄ幾何学的マップは、構造内に挿入されたプローブを使用して作り出される。画像は、画像内の複数の画像点の各々が、マップ内の対応するマップ点によって識別されるようにマップ内で重ね合わされる。マップは、画像点の各々と関連した診断情報が、対応するマップ点に表示されるように表示される。概して、システムは、ＥＣＧ同期信号を提供するように、１つ以上の体表電極から信号を受信するためのＥＣＧモニタを含む。
【００２８】
心電図（ＥＣＧ、時にＥＫＧと省略される）は、通常ＥＣＧ波形の「ＱＲＳ」群又は「Ｒ」波に基づき、心周期に対して同じ又は類似する時間で収集されたデータの収集及び／又は組み合わせにおける同期化に使用される。心臓の場所の特異的データのＥＣＧルーピングは、画像データ及び装置場所及び／又は配向データ（例えば、心臓上又は心臓と接触する装置部分の位置）のように、連続ループにおいて繰り返し、ＥＣＧ期間を通じて順次、収集されたＥＣＧ同期データ／画像を表示することを含む。
【００２９】
ＥＣＧ同期化は、不規則又は異常なＥＣＧ間隔又は波形からデータの検出と除去を含んでいる。例えば、現代のＭＲＩ（磁気共鳴撮像）、超音波、ＣＴ（コンピュータ断層撮影法）３Ｄ心臓撮像システムは、これらのプロセスを組み込んでいる。
【００３０】
ＮＯＧＡシステムやＣＡＲＴＯシステムのような心臓カテーテル３Ｄ場所探索システムは、これらのプロセスを組み込むことができる。ＥＣＧ同期化なしに、心臓の動きは、心周期内の異なる時間から収集された画像又は場所データ又は他のデータが組み合わされる時、容易に解釈できない非常に不明瞭な／低分解能画像や変化している装置場所探索情報の原因となる。ＮＯＧＡシステムやＣＡＲＴＯシステムは、患者のリアルタイムＥＣＧと同期して（同期ＥＣＧルーピング）、ＥＣＧ同期化によって記録された場所データ（及び処理された場所データ）を表示できる。
【００３１】
幾つかの電気生理学（ＥＰ）ナビゲーション／アブレーションシステムは、内部に心臓の理想化又はサンプル３Ｄ、ＥＣＧ同期画像を含み、それは、同期ＥＣＧルーピングを使用して表示される。同時に、システムに接続された複数の電極装置は、ＥＣＧ波形を通常、公知の相対間隔の６４の位置で記録するために患者の左心室（又は他の心腔）内に位置決めされる。電極からのＥＣＧ波形データは、心臓の隣接組織の脱分極／再分極周期（ＥＣＧ及び筋収縮を生成する組織の電気的活動）を決定（計算）するために処理され、かつ通常色又はパターンコーディングによって理想化又はサンプル心臓画像の同期ＥＣＧループ画像データにこのデータをマッピングする。
【００３２】
このことは、（例えば自己活性化するか、ループ内で相互に連続的に活性化し、かつそれ故に心臓の正常な収縮パターン及び／又は収縮率を混乱させる異常心臓組織の仮想場所を識別するために）診断目的で心臓の電気的活性化の経路とパターンの視覚表示を提供する。この修正された画像は、次に同期ＥＣＧルーピングを使用して記録し表示される。
【００３３】
複数電極装置は、心腔から取り除かれる。システムに接続されたアブレーションカテーテルが、心腔に挿入される時、そのチップと他の電極がＥＣＧ波形を感知する。システムは、理想化又はサンプル心臓画像内で決定されかつ記録された組織活性化パターン（脱分極／再分極周期）に基づいて、修正、理想化又はサンプル心臓画像内のどの場所で、かかる波形が生成されるかを計算し、かつ理想化又はサンプル心臓画像内でその位置を（通常、着色ボール又はスポットとして）表示する。それ故に、アブレーションカテーテル操作者は、カテーテルのチップを、損傷した／機能不全の組織にガイドし、それを破壊し、かつ異常電気的活性化パターンを除去できる。
【００３４】
Ｖｅｓｅｌｙら（特許文献１７）は、３Ｄトラッキング及び撮像システムを使用して医療処置を行う方法を発表した。Ｖｅｓｅｌｙらのシステムにおいて、カテーテルのような外科用機器の場所は、外科用機器を正確に位置決めする医師の能力を改良するために、その直接の周囲に対して追跡され、表示される。撮像様式システムは、追跡されている機器１６７０の形状、位置、移動が、それを介して又はそれに対して表示できる「テンプレート」を提供するために、蛍光透視法、ＭＲＩ（磁気共鳴撮像）、ＣＴ（Ｘ線画像のコンピュータ断層撮影法）、又は２Ｄ若しくは３Ｄ超音波装置のような撮像源から２Ｄ、３Ｄ又は４Ｄ画像データセットを獲得するために使用される。テンプレートは、概して機器を取り囲む環境（例えば身体構造）の画像の形状を取る。複数の（３Ｄ）ボリュームが、異なる時間間隔で獲得されるならば、４Ｄ画像が得られる（例えば経時的に変化する３Ｄ画像）。他の方法及びシステムが、特許文献１８〜２６に同様に記載されている。
【００３５】
機器本体に取り付けられた個別の変換器の３Ｄ座標に基づき、機器の位置、寸法、形状を表す３Ｄ画像が構成される。機器の３Ｄ画像は、機器を取り囲む環境を示す下層画像との正確な空間的関係で設置される。心臓の２Ｄビデオループ、又は３Ｄ超音波ループのような移動画像セットに関して、画像データセットの動きは、患者の心拍動の速度と持続的に適合する速度で出力される必要がある。「ビデオループ」を患者の心拍動と同期化させるために、未加工ＥＣＧ信号が、処理コンピュータに入力される。
【００３６】
【特許文献１】米国特許第５６５５５３５号明細書
【特許文献２】米国特許第５９９９６６２号明細書
【特許文献３】米国特許第６２６６４５３号明細書
【特許文献４】米国特許第６４１６４７７号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００１／００３９４２１号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００３／０１３５１１５号明細書
【特許文献７】米国特許第６１２９６７０号明細書
【特許文献８】米国特許第６０１９７２４号明細書
【特許文献９】米国特許第６００４２７０号明細書
【特許文献１０】米国特許第６１４９５９２号明細書
【特許文献１１】米国特許第６３５２５１１号明細書
【特許文献１２】米国特許第６６３１２８４号明細書
【特許文献１３】米国特許第６８５６８２７号明細書
【特許文献１４】国際公開第０２／０９６２６１号パンフレット
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００５／００８０３３３号明細書
【特許文献１６】米国特許第６６５０９２７号明細書
【特許文献１７】米国特許第５７９７８４９号明細書
【特許文献１８】米国特許第５３４３８６５号明細書
【特許文献１９】米国特許第４６９７５９５号明細書
【特許文献２０】米国特許第４５９６１４５号明細書
【特許文献２１】米国特許第４２４９５３９号明細書
【特許文献２２】米国特許第４６９４４３４号明細書
【特許文献２３】米国特許第５５４６８０７号明細書
【特許文献２４】米国特許第６２４１６７５号明細書
【特許文献２５】米国特許第６２７６２１１号明細書
【特許文献２６】米国特許第６５４５６７８号明細書
【非特許文献１】Ｍａｉｎｔｚら、「Ａ  Ｓｕｒｖｅｙ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ」、Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．１，ｐｐ．１−３６，１９９８
【非特許文献２】Ｔｅｒｒｙ  Ｍ．Ｐｅｔｅｒｓ、「Ｒｅｖｉｅｗ−Ｉｍａｇｅ−ｇｕｉｄｅｄ  ｓｕｒｇｅｒｙ：Ｆｒｏｍ  Ｘ−ｒａｙｓ  ｔｏ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｒｅａｌｉｔｙ」、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．１，ｐｐ．２７−５７，２０００
【非特許文献３】Ｇｏｂｂｉら、「Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｒｅ−ｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ＭＲＩ  ａｎｄ  ｉｎｔｒａ−ｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ３−Ｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｔｏ  ｍｅａｓｕｒｅ  ｂｒａｉｎ  ｔｉｓｓｕｅ  ｓｈｉｆｔ」、Ｋ．Ｋ．Ｓｈｕｎｇ  ａｎｄ  Ｍ．Ｆ．Ｉｎｓａｎａ，ｅｄｉｔｏｒｓ，Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ２０００：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｖｏｌｕｍｅ  ３９８２  ｏｆ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ，ｐａｇｅｓ  ７７−８４，２０００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
超音波撮像に関する１つの問題点は、カテーテルの超音波画像におけるアーチファクトと過度に明るい画像を含む視覚化異常であった。かかるアーチファクトは、患者内部のカテーテル形状及び／又は場所の誤解を招きやすく、かつ不正確な印象を提供することがある。その上、カテーテル要素は、特に、解剖学的構造を撮像するために概して使用される利得設定で、解剖学的構造に対するそれらの高度に反射する性質のため、超音波画像上で非常に明るく、かつ大きく見えることがある（「ブルーミング」と呼ばれる）ので、隣接した解剖学的構造の画像は、カテーテル画像によって暗くされる。例えば、カテーテルの金属部分は、ピラミッドアーチファクト（すなわち目視方向において次第に消える残響（「リンギング」）画像のピラミッド形状）によって、強い／高い振幅のエコー（明るい画像）を生成することがある。同様に、大部分の熱可塑性カテーテルシャフトは、強い／高い振幅の直接エコー（明るい画像）を生成する。超音波撮像システムの利得設定が、カテーテル画像を改良するために、減少する（その画像及びアーチファクト輝度を減少させる）ならば、解剖学的構造の画像は、見えにくい、又は全く見えないまでに、著しく弱まる。従って、体内の診断及び治療指導を強化するために、二次元及び三次元超音波撮像システムによる、改良された撮像特性を有するカテーテルを提供することは、著しい前進であろう。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明の幾つかの実施態様は、この項に要約される。
【００３９】
本発明の一実施態様は、記録された画像（記録された画像）内の大きな視野との解剖学的に正しいアラインメントで、限定された視野のリアルタイム画像を表示するために、記録された画像（例えばもう１つの以前に記録された３Ｄ画像データセット）とのリアルタイム画像（例えば３Ｄ画像データセット）の空間的アラインメントを含む。画像の空間的アラインメントは、画像がこれらのパラメータを使用して互いに重ねられる時、画像内に捕捉された対応する点が互いに（ほぼ又は正確に）一致するように、一方の画像座標系を他方と適合させるために、スケール、回転、平行移動の１つ以上のパラメータを決定することを含む。一実施態様において、リアルタイム画像と記録された画像の空間的アラインメントは、医療装置によって治療をガイドし、文書化するために、画像相関を介して実行（又は改良）される。一実施態様において、画像相関は、画像内のピクセルデータを使用して、相関関数、相互情報関数又はその他を数学的に最適化することのような、画像内に埋設された対応する類似又は同じ情報を整合させることを介して実行される。
【００４０】
一実施態様において、記録された画像とリアルタイム画像は、（心臓のような）移動器官の少なくとも一部を示し、かつ（血圧、心拍数、ＥＣＧ、呼吸速度、呼吸周期、水和状態、血液量、鎮静状態のような）１つ以上のリアルタイム血行力学的又は生理的パラメータは、画像が、同様に血行力学的及び／又は生理的にアラインされるように、記録された画像とリアルタイム画像の対応するフレームを選択するために使用される。一実施態様において、画像は、生理的パラメータの波形から導かれた同期したルーピングを使用して表示される。
【００４１】
一実施態様において、リアルタイム画像又はリアルタイム画像データから少なくとも部分的に作られる画像は、記録された画像内にない医療装置を示すが、代替的実施態様において、医療装置は、記録された画像内にあっても良い。図形ユーザインタフェースは、医療装置のチップ部分、治療場所等のような識別された標的上の３Ｄ空間に位置決めされることが可能なカーソルが、各２Ｄビュー上に位置決めされることを可能にするために、３Ｄ画像データの少なくとも２つの非平行、好ましくは直交する２Ｄビューを示すために、提示される。カーソルの位置は、次に記録された画像すなわち記録された画像、すなわちその記録された画像のデータから少なくとも部分的に作られる画像内に示されるオブジェクトに関して識別され、記録される。あるいは、リアルタイム画像内に示されるが、記録された画像内に示されない医療装置が、パターン認識を介して（例えば空間的アラインメント後に、背景オブジェクトを取り除き、かつ縁部検出を実行し、針、カテーテル等のような医療装置の外形を検出するために、リアルタイム画像と記録された画像を互いから減算することによって）自動的に認識できる。
【００４２】
一実施態様において、超音波プローブの場所と配向は、記録された画像とリアルタイム画像の画像座標系を相関させるために追跡される。かかる相関は、記録された画像とのリアルタイム画像の改良された空間的アラインメントを見出すために画像相関を最適化することにおける開始点として使用される、場所と配向のトラッキングシステムに基づくことができる。一実施態様において、患者の解剖学的構造に対する超音波プローブの位置が、開始点を提供するためにシステムに手動で入力される。あるいは又はその上、図形ユーザインタフェースを介する手動アラインメントのような他の画像重ね合わせ方法が、画像相関の開始点を提供するために、同様に使用される。
【００４３】
一実施態様において、トリミング、ズーミング、コピー、回転、平行移動、スケーリング等のような記録された画像上の操作シーケンスが記録される。リアルタイム画像と記録された画像のアラインメント後、操作の記録されたシーケンスは、リアルタイム画像（又はリアルタイム画像と記録された画像との組み合わせ、又は医療装置のリアルタイム位置の図形表示のような重ねられたリアルタイム情報を有する記録された画像）に適用される。一実施態様において、複数の操作シーケンスは、記録された画像に基づきテンプレートとして記録される。医療手術中、シーケンスの１つが、選択され、適用される。更に一実施態様において、操作者は、シーケンスのパラメータを調整し、シーケンスを中断及び／又は追加し、かつ更なるカスタマイズされた入力を提供して、操作を実行できる。それ故に、操作者は、記録された画像データセットを使用して３Ｄ画像データ目視手術を計画し、かつリアルタイム画像が、結果として生じたディスプレイ内で記録された画像とアラインされるように、リアルタイム情報に目視手術を適用できる。記録された操作シーケンスは、生理的周期（例えば心周期）内の特定の時間又は時間間隔での単一の、結果として生じたビュー、複数のビュー、様々なタイプのビュー（例えば透視ビュー、表面ビュー）、ビュー、又は（例えばスライドショー又はアニメーションとして）３Ｄ画像データの一連のビューを表すことができる。
【００４４】
本発明の一実施態様は、小さな視野のリアルタイム画像を大きな視野の事前記録された画像とアラインさせること、及び／又は記録された画像内の解剖学的構造に対するリアルタイム画像内の解剖学的構造の検出されない動きを補償することを含む。リアルタイム画像と事前記録された画像をアラインさせることによって、リアルタイム画像に対して記録された位置（場所及び／又は配向）は、事前記録された画像として同じ基準空間フレームを共有する。従って、患者及び／又は画像感知／生成装置の非制御又は感知されない動きによって導入される場所の不確実さ及び誤差は、非常に減少されるか、又は除去される。
【００４５】
実施態様の一例は、装置の移動を感知し／生成する、検出されない全体の解剖学的構造及び／又は画像を補償し、及び／又はリアルタイム画像に大きな解剖学的状況を提供するために小さな視野のリアルタイム画像を大きな視野の記録された画像とアラインさせる方法を含む。例えば、針カテーテルを左心室に導入する前に、内面の一連の画像が得られる。この一連の画像は、左心室の内部の各単一ビューよりも大きい左心室内部のビューを集めるために使用される。方法は、リアルタイム画像を記録された画像と比較することを含む。比較は、空間的オフセット（場所及び／又は配向）を決定するために、リアルタイム画像データと記録された画像データ内の類似した内容の１つ以上の部分を自動数学的整合又は相関させることによって、かつリアルタイム画像（及び／又はリアルタイム画像データから導かれた情報）と、記録された画像（及び／又は記録された画像データから導かれた情報）を、ディスプレイ又は他の目的で更に解剖学的に正しく組み合わせるために、決定された空間的場所及び／又は配向オフセットを使用して、実行される。
【００４６】
一例において、自動整合又は自動相関は、リアルタイム画像データと記録された画像データのサブセット間で実行される。一例において、自動整合又は自動相関は、整合又は相関プロセスの一部として試験を受ける空間的オフセットで空間的に重複するリアルタイム画像データと記録された画像データに関して実行される。一例において、自動整合又は自動相関は、リアルタイム画像データから処理されたデータと記録された画像データと間で実行される。
【００４７】
一例において、記録された画像とリアルタイム画像は、同じ次元のスケールを使用して収集される。もう１つの例において、記録された画像とリアルタイム画像は異なる次元のスケールを使用して収集される一方、画像データは、比較前又は比較中に同じスケールを共有するように操作される。一例において、記録された画像データセット及び／又はリアルタイム画像データセットは、それらの画像データ収集の次元スケーリングに関する情報を含む。
【００４８】
組み合わされた画像の例において、リアルタイム画像は、ディスプレイ上で記録された画像の一部を置き換えるか、又は一部にオーバーレイされる。組み合わされた画像のもう１つの例において、リアルタイム画像は、ディスプレイ上で記録された画像の一部と交互になる。組み合わされた画像のもう１つの例において、リアルタイム画像は、ディスプレイ上で記録された画像の一部によってブレンドされる。組み合わされた画像のもう１つの例において、記録された画像の一部でないリアルタイム画像の部分は、広い視野の記録された画像を作るために、記録された画像に加えられる。一例において、表示された記録された画像は、診断情報によってコード化される。一例において、組み合わされた画像内の場所は、記録された画像の基準フレーム内に記録される。一例において、リアルタイム画像に対して記録された場所は、記録された場所が記録された画像に対して解剖学的に正しい場所にあるように、決定された空間的オフセットを使用して調整される。
【００４９】
実施態様の一側面において、医療手術をガイドする方法は、リアルタイム撮像システムを使用して経皮的処置のような医療手術中に、医療装置と解剖学的構造の少なくとも一部を撮像することと、記録された画像が、医療手術前及び／又はリアルタイム撮像前に記録される、ガイド情報に関する医療装置の場所を表示するために、記録された画像に基づきガイド情報と組み合わされる医療装置の表示を生成するために、記録された画像とリアルタイム画像を比較することとを含む。
【００５０】
実施態様の一側面において、医療手術をガイドし、文書化する方法は、３Ｄ超音波撮像システムのようなリアルタイム３Ｄ撮像システムを使用して医療手術中に、医療装置と解剖学的構造の少なくとも一部を撮像することと、医療装置の表示を生成するために、記録３Ｄ画像データとリアルタイム３Ｄ画像データを比較すること、記録された画像が、医療手術前及び／又はリアルタイム撮像前に記録され、かつ診断及び／又は治療情報が、記録された画像及び／又はガイド情報に関して医療装置の場所で記録される、ディスプレイ上のガイド情報に対して医療装置の場所を示すために、記録３Ｄ画像データに基づき、ガイド情報と表示を組み合わせることとを含む。
【００５１】
実施態様の一側面において、解剖学的構造に対して医療装置の場所を決定する方法は、リアルタイム撮像システムからリアルタイム画像を受信し、リアルタイム画像データが、医療装置と解剖学的構造の少なくとも一部の画像データを含むことと、リアルタイム画像と記録された画像との間の空間的関係を決定するために、記録された画像データとリアルタイム画像データを比較することとを含む。一例において、比較は、リアルタイム画像データと記録された画像データ内の類似した内容の１つ以上の部分を解剖学的整合又は相関させることによって実行される。
【００５２】
一例において、表示された画像内の医療装置の表示は、リアルタイム画像データの少なくとも一部を含み、及び／又は医療装置の表示は、リアルタイム画像データから少なくとも部分的に導かれるデータに基づき表示される。一例において、相関は、リアルタイム画像データのディスプレイ及び／又は医療装置と記録された画像データの表示をアラインさせるために使用される空間的関係又はオフセット及び／又は記録された画像のビュー内で、リアルタイム画像からの、医療装置を示す画像又は組み合わされた表示でのガイド情報を決定する。一例において、相関は、リアルタイム画像データから導かれた画像データと、記録された画像データから導かれた画像データとの自動整合を介して実行される。
【００５３】
一例において、相関は、現在の間隔での最良又はピーク相関の検索用の開始点として以前の間隔の相関からの空間的関係データ（例えば場所又は配向オフセット）を使用して、空間的関係又はオフセットを更新する時間間隔で実行される。
【００５４】
一例において、空間的関係又はオフセットは、リアルタイム撮像システムの機能によって導入及び／又は感知された変位及び／又は回転（例えば、多くのＣＴ又はＭＲＩ撮像システムにおける患者のプラットフォームの動き）の効果を含むために更新される。
【００５５】
一例において、医療装置の表示をガイド情報と組み合わせることは、記録された画像とリアルタイム画像の少なくとも一部をブレンドすることを含み、かつ前記ブレンドの重みは、リアルタイム画像と記録された画像との間の相関度に応じ、及び／又は相関度／許容性は、他の方法で示される（例えば、画像の色変化、ラベル、指標等）。
【００５６】
一例において、相関度又は相関許容性は、単独で、又は他のデータと併せて記録される場所データを限定及び／又は標識付ける（例えば、疑わしいデータ場所が識別されること、疑わしいデータ場所の記録を防ぐこと等を可能にすること）ために使用される。
【００５７】
一例において、記録された画像は、リアルタイム画像よりも広い視野を有し、かつ記録された画像は、記録された画像セットから集められ、セット内の各画像は、セット内の各画像内の視野よりも大きな視野を作るために使用された。一例において、ガイド情報は、記録された画像の基準フレーム内に記録された診断情報（例えば、心室内部で心室壁厚から測定された心筋組織の一部の測定された電気的活動を示す診断情報）、及び記録された画像の基準フレーム内に記録された手術情報の少なくとも１つを含む。一例において、ガイド情報は、記録された画像内に捕捉された解剖学的構造又は解剖学的構造の表示を示す、記録された画像又は記録された画像データから導かれた画像を含む。一例において、ガイド情報は、記録された画像データ内に捕捉された、又は記録された画像データから導かれた解剖学的構造上／によりコード化及び／又は表示された記録された画像の画像データから導かれた診断情報を含む。一例において、ガイド情報は、他の様式から導かれ、かつ記録された画像データ内に捕捉された、又は記録された画像データから導かれた解剖学的構造の適切な場所にコード化及び表示された診断情報を含む。一例において、ガイド情報は、医療装置又は医療装置の部分の現在の場所及び／又は以前の場所で感知された診断結果の記録場所と、記述子とを含む診断情報を含む。
【００５８】
一例において、ガイド情報は、診断及び／又は治療の対象となる記録場所、線及び／又は区域である手術情報を含む。一例において、ガイド情報は、医療装置又は医療装置の部分の現在の場所及び／又は以前の場所で適用された治療の対になった記録場所と記述子である手術情報を含む。一例において、手術情報は、最も近い１つ以上の以前記録された治療場所及び／又は他の記録場所からのカーソル、アイコン、装置の表示、装置の一部の距離のディスプレイを含む。
【００５９】
実施態様の一側面において、記録された画像は、記録された画像の記録中の患者の心周期のタイミング又は一部を表す１つ以上のパラメータによってインデックスを付された複数の記録された画像から構成され、かつ記録された画像データは、医療手術中に１つ以上のパラメータのリアルタイム測定によって他の処理のために表示又は選択される。一実施態様において、パラメータは、心電図（ＥＣＧ）レベル（例えば「Ｒ」波後の時間）、心音、血圧（例えば平均血圧を高い陽圧勾配で超えた後の時間）、心室ボリューム、脈波、心臓の動き、心拍出量の１つを含む。
【００６０】
実施態様の一側面において、複数の記録された画像は、心拍数、水和状態、血液量、血圧、鎮静状態、換気状態、呼吸状態の少なくとも１つのような、血行力学的状態を表す１つ以上のパラメータ、血行力学的状態に影響を及ぼすパラメータ、又は患者の器官の総体的な位置に影響を及ぼすパラメータによりインデックスを付けられるか、又は更にインデックスを付され、かつ記録された画像は、これらのパラメータの１つ以上の現在の測定によって他の処理のために表示又は選択される。
【００６１】
実施態様の一側面において、場所データとガイド情報の少なくとも１つは、心周期の特定の時間又は時間間隔で、好ましくは心臓の動きが、最小であり、かつ心臓容量が非常に一貫しており、かつそれ故にリアルタイム画像と、記録された画像又は画像データとの最良のアラインメント／相関を得ることができる時に心周期の時間又は短い時間間隔で、決定及び／又は記録される。一例において、画像／画像データアラインメントの心周期の時間又は時間間隔は、空間的オフセットの少なくとも１つのセットが、心周期の特定の時間又は時間間隔で、又はその近くで更新されるように選択又は決定される。一例において、心周期の特定の時間又は時間間隔でのガイド情報、記録された画像データ、記録された画像データから導かれるデータ、リアルタイム画像データ、リアルタイム画像データから導かれるデータ、装置画像データ、装置アイコン位置データ又は装置位置情報の少なくとも１つを含み、かつ心周期間隔、又は複数の心周期間隔で更新される、ディスプレイ及び／又は画像データセットが、作られる。かかるディスプレイ又は画像データセット、周期画像は、最も正確かつ再現可能な場所データ及び／又は場所データと対になった情報を決定及び／又は記録する手段を提供するために、組み合わされた画像ディスプレイと共に、又は組み合わされた画像ディスプレイ、ガイド情報又は記録された画像データの代わりに使用される。例えば、組み合わされた画像は、リアルタイムでの解剖学的構造内に医療装置をガイドし、位置決めするために表示し、使用され、かつ周期画像は、ガイド情報と共に表示でき、かつ場所及び／又は更新されたガイド情報を決定及び／又は記録するために使用される。かかるディスプレイ戦略は、動く解剖学的構造の状況における医療装置のリアルタイム位置（組み合わされた画像）を視覚化する能力を提供し、かつ高度に正確な場所及び／又は場所データと対になったデータの記録及び／又は決定のために、安定した比較的移動しない解剖学的構造表示（医療手術前の医療装置の表示のない、かつ医療手術中の医療装置の表示のある周期画像）を提供する。注意すべきは、記録された画像、組み合わされた画像又はガイド情報を作り、かつ操作するために適用される概念が、周期画像の作成と操作にも適用できることである。実際、周期画像は、記録された画像、組み合わされた画像又はガイド情報のサブセットとして考えられる（かつ選択される）。ここでそのサブセットは、心周期の特定の時間又は時間間隔での記録された画像、組み合わされた画像又はガイド情報である。
【００６２】
実施態様の一例において、リアルタイム撮像システムは、経胸腔心エコー図（ＴＴＥ）、経食道心エコー図（ＴＥＥ）及び／又は心臓内心エコー図（ＩＣＥ）用のエコー撮像システムのようなリアルタイム３Ｄ超音波撮像システムを含む。リアルタイム画像と組み合わされる（例えばオーバーレイされる）記録された画像を作るために使用される撮像システムは、リアルタイム画像を作るために使用される同じ撮像システムであるか、又は異なる撮像システムである。例えば、記録された画像を作るために使用される撮像システムは、ＴＴＥ又はＴＥＥ又はＩＣＥエコー撮像システム又はＭＲ若しくはＣＴ若しくはＰＥＴタイプ撮像システムのようなシステムであっても良い。
【００６３】
実施態様の一側面において、リアルタイム画像と記録された画像の撮像システムは、３Ｄ超音波であり、かつ医療装置の場所を決定することは、撮像システムから、医療装置の少なくとも一部と解剖学的構造との画像データを含むリアルタイム画像データを受信し、リアルタイム画像と記録された画像の間の空間的関係を決定するために、リアルタイム画像データと記録された画像データを相関させることを含む。一例において、相関は、リアルタイム画像と記録された画像及び／又は撮像プローブの場所及び／又は配向データにおける類似した内容の１つ以上の部分の自動整合を介して実行され、かつ医療装置の表示は、リアルタイム画像の少なくとも一部を含み、及び／又はリアルタイム画像から少なくとも部分的に導かれるデータに基づき表示される。決定された空間的関係は、リアルタイム画像のディスプレイ及び／又は医療装置と記録された画像、又はガイド情報の表示を組み合わされた表示でアラインさせるために使用される。
【００６４】
実施態様の一例において、リアルタイム撮像システムは、３Ｄ超音波であり、かつ記録された画像は、３Ｄであるが、超音波でなく（例えば記録された画像は、ＭＲＩ又はＣＴ撮像システムから作られる）、かつ医療装置の場所を決定することは、超音波撮像システムからリアルタイム画像データを受信し、リアルタイム画像と記録された画像の間の空間的関係を決定するために、リアルタイム画像データを記録された画像データに相関させることとを含む。その際、前記リアルタイム画像データが医療装置の少なくとも一部及び解剖学的構造の画像データを含む。一例において、相関は、リアルタイム画像と記録された画像及び／又は超音波撮像プローブの場所及び／又は配向データにおける類似した内容の１つ以上の部分の自動整合を介して実行され、かつ医療装置の表示は、リアルタイム画像の少なくとも一部を含み、及び／又はリアルタイム画像データから少なくとも部分的に導かれるデータに基づき表示され、かつ決定された空間的関係は、リアルタイム画像のディスプレイ及び／又は医療装置及び記録された画像及び／又はガイド情報の表示を組み合わされた表示でアラインさせるために使用される。
【００６５】
実施態様の一側面において、リアルタイム撮像システムは、３Ｄ超音波であり、かつその撮像プローブは、プローブの６つの３Ｄ場所（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の１つ以上、及び任意に配向自由度（ロール、ピッチ及びヨー）の変更が、検出又は導かれるように、場所及び／又は配向検出システムの少なくとも一部を含む。３Ｄ超音波プローブは、プローブの位置で捕捉される画像に対するそのプローブの位置を決定し、記録するためにＮＯＧＡ又はＣＡＲＴＯシステムの部品のような、磁場位置決定システムの部品を例えば含む。一例において、場所検出システムは、患者のプラットフォーム、リアルタイム撮像システム、地球／建物又は患者のある部分に対するプローブの場所及び／又は配向変更を検出する。一例において、検出された撮像プローブの場所及び／又は配向変更は、リアルタイム画像又はデータ、及び記録された画像又はデータをアラインさせる比較又は相関アルゴリズムにおいて、検索自由度の数及び／又は自由度検索の範囲を減少させるように、処理され、かつ決定された空間的オフセットに適用される。それ故に、リアルタイム撮像操作（例えば、プローブが、心室内に位置する心室内針カテーテルによって心臓の少なくとも１つの画像を捕捉している操作）中のプローブの位置の位置情報（例えばＸ、Ｙ、Ｚ、ヨー、ピッチ及び／又はロール）は、１つ以上の以前に記録された画像とのリアルタイム画像を数学的に相関させるプロセスを加速するために使用される。以前に記録された画像は、複合ビューを作るために集められ、画像セット内の各画像よりも大きな視野を有する画像セットであっても良い。リアルタイム撮像中のプローブの３Ｄ場所は、リアルタイム画像と以前に記録された画像のセットの間のアラインメントを検索する時に数学的相関演算のための開始点を選択するために使用される。このことは、プローブの３Ｄ場所を記録することによって、それが（複合ビューを作るために使用される）画像セット内の画像を捕捉し、かつ画像セット内の対応する画像のそれらの以前に記録された３Ｄ場所と、リアルタイム撮像中の３Ｄ場所を比較している時に起こることがある。数学的相関の開始点は、３Ｄプローブの現在のリアルタイム場所に（その画像が捕捉される時のプローブの３Ｄ場所に基づき）近い、事前記録セット内で画像を見出すことによって選択される。
【００６６】
プローブ位置データを使用することの更なる例として、プローブが、空間的オフセットの最後の許容決定から＋２°のヨーの配向変更を有するなら、それらの空間的オフセットは、次の間隔における比較、アラインメント又は相関アルゴリズムの実行のための最初の空間的オフセットが、調整された空間的オフセットであるように、プローブの＋２°のヨー変更の影響によって調整される。もう１つの事例において、比較、アラインメント又は相関アルゴリズムの実行間隔が、リアルタイム撮像システムの画像更新間隔よりも長いならば、空間的オフセットに対するプローブの＋２°のヨー変更の影響は、リアルタイム画像、リアルタイム画像データ及び／又はリアルタイム画像データから導かれたデータに直接適用される。これらの事例は、リアルタイム撮像システムの機能によって導入及び／又は感知される変位及び／又は回転の影響を含むための空間的関係又はオフセットの前述の更新と類似する。
【００６７】
実施態様の一例において、リアルタイム撮像システムは、記録された画像よりも解剖学的構造の小さな部分の画像を捕捉する。一例において、リアルタイム撮像システムから捕捉されたリアルタイム画像の少なくとも一部は、記録された画像にオーバーレイされる。一例において、リアルタイム撮像システムから捕捉されたリアルタイム画像の少なくとも一部は、記録された画像の対応部分とブレンドされる。一例において、システムは、リアルタイム撮像システムから捕捉されたリアルタイム画像の少なくとも一部を表示することと、記録された画像の対応部分を表示することを繰り返す。一例において、リアルタイム画像の視野は、例えば色変化、点線等によって組み合わされてディスプレイに示される。一例において、（装置の実際のリアルタイム画像よりもむしろ）医療装置のアイコン表示は、記録された画像にオーバーレイされる。
【００６８】
実施態様の一側面において、記録された画像及び／又はガイド情報のディスプレイは、解剖学的構造又は他のガイド情報の所望の又は便利なビューを提供するために、操作者によって及び／又はあるアルゴリズム（例えば所定のアルゴリズム）によって操作される（例えば、切断、トリミング、回転、平行移動、コピー、スケール変更等）。その際、このディスプレイ操作又はアルゴリズムは、記録され、かつリアルタイム画像、又はその後に記録された情報及び／又は医療装置表示に適用される。そして、一方では記録された画像及び／又はガイド情報の空間的相関及びアラインメントが、他方では後に記録される情報及び／又は医療装置表示とともにリアルタイム画像が、組み合わされた画像ディスプレイ内に保存される。
【００６９】
実施態様の一側面において、組み合わされたディスプレイ内の医療装置の場所を決定することは、組み合わされたディスプレイ内でカーソルを動かして、それを医療装置の適用可能な表示された部分又はその表示とアラインさせること、及びその場所を記録及び／又は表示することによって、座標系内の医療装置の三次元座標、又は記録された画像若しくはガイド情報の基準フレームを、図形ユーザインタフェースから決定することを含む。一例において、記録場所は、診断又は手術情報を作るために、医療装置の使用から導かれた記録診断及び／又は治療情報と対にされる。一例において、手術情報は、表示され、及び／又は記録された画像又はガイド情報にコード化される。
【００７０】
実施態様の一例において、リアルタイム撮像システムは超音波である。その際、記録された画像又はガイド情報に対して医療装置の場所を決定することは以下のことを含む。医療装置画像データのドップラー偏移した部分を作るために、医療装置の部分が、振動、回転又は他の方法で動かされる際に、リアルタイム撮像システムによって捕捉された画像データから医療装置のドップラー偏移部分を識別することと、リアルタイム及び記録された画像の空間的関係相関を使用して、記録された画像又はガイド情報に対する画像データのドップラー偏移部分から医療装置のその部分の場所の座標を計算すること。
【００７１】
例えば、医療装置は、作動した時振動する可能性がある要素が取り付けられたカテーテルのチップ部分を含む。一例において、リアルタイム撮像システムは、医療装置のその部分のドップラー特性を認識し、かつそれ故に記録された画像又はガイド情報に対するその場所を自動的に決定するように、備えられる。
【００７２】
一例において、医療装置のドップラー部分の場所は、組み合わされたディスプレイ内の医療装置表示の表示された場所である。一例において、決定された場所は、診断及び／又は手術情報を作るために、記録され、かつ医療装置の使用から導かれた記録診断及び／又は治療情報と対にされる。一例において、手術情報は、表示され、及び／又は記録された画像又はガイド情報にコード化される。
【００７３】
実施態様の一側面において、リアルタイム撮像システムは、超音波であり、かつ医療装置の場所を決定することは、リアルタイム撮像システムの（複数の変換器から構成できる）撮像プローブと医療装置に取り付けられた変換器との間の超音波パルスの遅延を決定することと、遅延を使用して場所の座標を計算することとを含む。一例において、医療装置は、多方向超音波変換器を有するカテーテルのチップ部分を含む（かかる変換器は、１つ以上の変換器から構成できる）。一例において、カテーテルのような医療装置は、医療手術中に、変換器が超音波パルスを、撮像プローブの変換器へ／から送信及び／又は受信できるように、医療装置の予め設定された屈曲又は撓み方向に対して配向された変換器を含む。
【００７４】
実施態様の一側面において、医療手術前に、方法は、各々が記録された画像に関して捕捉されることが望まれる解剖学的構造のビューよりも小さな視野を有する、解剖学的構造の複数部分の複数の画像を撮像システムを使用して捕捉することと、記録された画像を作るために複数の画像を組み合わせることとを更に含む。一例において、複数の画像から記録された画像を作るためのパラメータが記憶される。あるいは、記録された画像が記録される。一例において、経皮的処置の前に複数の画像を捕捉するために使用される撮像システムは、経皮的処置中に使用されるリアルタイム撮像システムと同じである。
【００７５】
本発明は、これらの方法を実行するデータ処理システムを含む、これらの方法を実行する装置と、データ処理システムで実行される時、システムにこれらの方法を実行させるコンピュータ可読媒体とを含む。
【００７６】
本発明の実施態様のある側面は、装置の改良された超音波画像を生成する針カテーテルのようなエコー源性（ｅｃｈｏｇｅｎｉｃ）医療装置と、本発明の装置を使用して医療処置を実行する方法を対象とする。一側面は、カテーテルの超音波画像内でアーチファクトを減少させるカテーテルを対象とする。一実施態様において、カテーテルのチップは、実質的に１８０°を超える（カテーテルに対する）角度範囲にわたって直接撮像される。本発明のもう１つの側面は、カテーテルシャフトによって生成される直接エコーの振幅が減少し、及び／又は直接エコーを生成しないカテーテル部分の撮像を容易にする拡散エコーが生成される、エコー源性カテーテルシャフト構造を対象とする。本発明のもう１つの側面は、カテーテルの一部の撮像が、撮像方向に対するカテーテルの回転状配置を示すエコー源性カテーテルを対象とする。
【００７７】
一実施態様において、エコー源性針カテーテルは、非球形遠位チップよりも拡散的に音響エネルギーを反射する球形遠位チップを有する。カテーテル上の非球形チップは、カテーテルの長手方向軸に対して約１８０°以下の角度範囲にわたって超音波撮像装置の変換器に音響エネルギーを直接的に反射し返すことが可能である。例えば、丸い遠位端を有するカテーテルチップは、カテーテルチップの両側に約９０°又は垂直まで、カテーテルチップの遠位前面からのみカテーテルチップの直接超音波撮像を可能にする。この範囲を超えると、非球形チップの非湾曲部分は、カテーテル本体によって音響エネルギーから遮蔽されるか、又は超音波撮像装置の変換器に直接戻らない音響反射を生成する。それ故に、本発明の球形遠位チップと異なり、カテーテル上の従来の非球形遠位チップは、カテーテルチップの実質的に後方から直接撮像できない。
【００７８】
本発明の球形遠位チップは、約１８０°を超える角度範囲から（すなわち、カテーテルチップの前面から後方に延びる角度範囲から）超音波撮像装置の変換器へ戻る直接音響反射を生成する球形部分を含む。球形状は、球形状がその直接反射角度範囲にわたって、実質的に同じ振幅で音響エネルギーを直接反射し、かつ平坦なチップ、又は丸いチップの円筒部分から見ると反射エコーの高い振幅及び大きな振幅範囲を有さないので、遠位チップに関して好まれる。それ故に球形遠位チップは、チップが、従来のチップよりもカテーテルに対して大きな角度範囲から直接超音波画像を生成することを可能にする。具体的には、チップは、音響エネルギーを超音波撮像装置の変換器の方向に直接反射し、カテーテルは、超音波撮像装置の目視方向に対して広い角度範囲で位置する。結果としてカテーテルの遠位端が、例えばテンドンの撓み又は血管への挿入によって操作でき、かつ解剖学的構造内部で大きな角度範囲で位置決めされ、にもかかわらずその遠位チップが、超音波撮像装置によってなおも確実に撮像される。その上、遠位チップの球形状は、患者の解剖学的構造を不都合に傷つけることを防ぐ又は阻害するために、非外傷性である。
【００７９】
現在の好ましい実施態様において、球形遠位チップを付けたエコー源性針カテーテルは、患者の心腔へ経皮経管前進するように構成されるが、種々の代替的カテーテル形状を使用することができる。エコー源性針カテーテルは、一般的に、近位端と、遠位端と、内部に延びる針内腔とを有し、球形遠位チップが、細長いシャフトの遠位端にある前記細長いシャフトと、カテーテルの針内腔内に摺動自在に配置された針とを含む。現在の好ましい実施態様において、球形遠位チップは、シャフトの針内腔と、貫通して摺動自在に延びる針を有するように構成された球形遠位チップ内のポートと連通する内腔を有する。カテーテルシャフト内に配置された針は、延出し形状で球形遠位チップポートから遠位に延びる遠位端を有する。
【００８０】
現在の好ましい実施態様において、球形遠位チップは、電極の役目を果たすために、導電材料から少なくとも部分的に形成される。球形遠位チップ電極は、金属材料から少なくとも部分的に形成される。球形遠位チップ内の金属は、チップが、主に診断目的であるが、必要に応じてあるいは治療目的（例えば除細動）で電極の役目を果たすことを可能にする。その上、一実施態様において、金属材料から部分的に形成されたチップは、以下で詳細に論じるように、所望の輝度と持続時間のチップピラミッドアーチファクトを生成するように構成される。幾つかの実施態様において、従来の全部が金属の遠位チップ電極と比較して低レベルでのピラミッドアーチファクトの存在は、カテーテルチップの画像とカテーテル本体の画像をより確実に区別するために望ましく、かつそれ故にカテーテルのチップが撮像されるが、隣接する解剖学的構造の画像を実質的に暗くしないように示す。
【００８１】
従前の非球形遠位チップ電極は、チップ後方の角度で、直接エコーが超音波撮像装置プローブの方向に戻らず、かつそれ故に直接画像を生成しないように、大きな振幅の直接エコー、及び多くの場合直接反射角度の範囲にわたる大きな範囲のエコー振幅を反射する。対照的に、本発明の球形遠位チップ電極は、超音波エネルギーをより拡散的かつ均等に反射する。結果として、球形遠位チップ電極は、超音波撮像装置の目視方向と比較して大きな角度範囲から撮像できる（例えば、従来の丸い端部遠位チップに関して約１８０°以下の角度範囲と比較して、１８０°を超える角度範囲）。同様に、チップのエコー振幅は、非球形金属チップよりも撮像角度範囲にわたって小さくかつ可変性でない。
【００８２】
金属材料から少なくとも部分的に形成されたカテーテル遠位チップは、超音波撮像装置の音響エネルギーを吸収し、保存し、そして次に再放出し、チップ内の金属が、ベルのように鳴ることになり、保存した音響エネルギーが使い果たされるまで、超音波エネルギーを送る。この吸収され、保存され、そして次に再放出される音響エネルギーは、超音波撮像装置によって受け取られ、かつ保存された音響エネルギーが使い果たされるにつれて輝度及び寸法を減少させるカテーテルチップの後方に画像を作り、チップピラミッドアーチファクトを形成する。他方で、ポリマー材料は、従来の電極チップの厚い金属表面よりも通常振幅が少ない本体内の表面からエコーを生成する。その上、ポリマー材料は、一般的に金属材料よりも音響エネルギーが散逸性であり、かつそれ故に何らかのピラミッドアーチファクトが生成されるならば、完全に金属のチップによって生成されるものよりも小さい振幅を有する。一実施態様において、アーチファクトの存在は、カテーテルのチップが撮像されることを示すための望ましい。しかしながら、不都合に明るい／長い持続時間の／大きなチップピラミッドアーチファクトは、カテーテルチップと周囲の解剖学的構造との実際の画像を暗くする。遠位チップでの金属材料の量を最小限に抑えるように構成された本発明の遠位チップは、チップが保存し、次に再放出する音響エネルギーの量を減少させ、それにより、チップピラミッドアーチファクトの輝度と持続時間を減少させる。その上、一実施態様において、球形遠位チップは、チップピラミッドアーチファクトの輝度と持続時間を減少させるために、気泡、タングステン充填等を含むことがある、多くのプラスチック／エポキシ／エラストマー化合物及び混合物のような、減衰（音響エネルギー散逸）材料と接触する。例えば、一実施態様において、球形遠位チップは、減衰材料を充填され、及び／又は減衰材料で少なくとも部分的に形成されたシャフトの近位に隣接する区間に接続される。
【００８３】
チップから直接エコーがない場合、チップの唯一の超音波画像は、吸収され、保存され、続いて次に再放出される音響エネルギーによる画像であり、かつ画像は（撮像装置の方向に音響エネルギーを再放出する遅延のために）カテーテルチップの実際の場所の後方に位置する。結果として、大きな角度範囲からの本発明の球形遠位チップによって生成された直接エコーは、遠位チップからの撮像された直接エコーの不在を回避することによって、超音波画像からの遠位チップの位置を読み誤る可能性を防ぐか、又は最小限に抑える。
【００８４】
現在の好ましい実施態様において、球形遠位チップは、チップ内の金属量を最小限に抑え、かつそれ故にそのエコー振幅を減少させ、かつそのピラミッドアーチファクトを減少又は除去するために、プラスチック／ポリマー材料から部分的に形成される。一実施態様において、遠位チップは、エポキシ、ポリウレタン、シリコーン、ポリエチレン、ＰＲＩＭＡＣＯＲのようなエチレンアクリル酸官能化ポリオレフィンからなる群から選択される材料で形成されたプラスチック／ポリマー壁を有する。現在の好ましい実施態様において、チップは、球形チップの多くの形状で、金属とポリマーを又はポリマーとポリマーを一緒にしっかりと接着すること、特にプラスチック／ポリマーをハイポチューブ、金属シェルのような金属部品、又は金属導体の薄いコーティング／めっきに接着することを確実にするために、ＰＲＩＭＡＣＯＲのような接着ポリマーから少なくとも部分的に形成される。接着ポリマーは、多数の方法で球形チップアセンブリに組み込むことができる。例えば、接着ポリマーは、そのポリマーに接着特性を与えるために、他のポリマーと混合されるか、又は接着ポリマーは、溶液にし、かつ更なる処理のために接着表面とするために、溶剤が蒸発する時に接着ポリマーの薄いコーティングが表面に析出するように、（すなわち浸漬、噴霧、刷毛塗りによって）表面に塗布される。接着ポリマーの接着機能は、多くの場合、短時間（すなわち調整周期の一部として成形又は形成プロセス中に）、接着ポリマーの温度を上昇させることによって強化され、かつそれ故に多くの場合「ホットメルト接着剤」と呼ばれる。
【００８５】
例えば、一実施態様において、球形遠位チップは、電極の役目を果たすために露出表面を有する金属部材を内部に含む。もう１つの実施態様において、チップの球形外面は、ブレンド又は別の方法で組み合わされたポリマーと金属材料の混合物で形成された壁によって形成される。もう１つの実施態様において、球形チップは、ポリマー材料及び／又はポリマーと金属材料の混合物で形成され、かつその外面の少なくとも一部は、種々の従来の方法（すなわち、スパッタリング、化学溶液中の析出プロセス、圧着）によって析出又は付着できる薄い金属層である。しかしながら、（金属壁は、チップ内の金属量を最小限に抑え、かつそれによりチップピラミッドアーチファクトの輝度と持続時間を減少させるために、球形内部チャンバを好ましくは形成するが）金属材料の壁で形成された球形チップを含む、種々の適切な形状を使用することができる。球形遠位チップの壁が球形内部チャンバを区画する実施態様において、チャンバは、好ましくはポリマー材料を充填される。
【００８６】
現在の好ましい実施態様において、球形遠位チップは、ポリマー材料で少なくとも部分的に形成され、かつ内部に金属ピン部材を有するか、又は上部に金属外層を有する湾曲外面を有する壁を含む。
【００８７】
一実施態様において、シャフト上に設けられた、追加の導電性電極又はマーカーのような金属材料で少なくとも部分的に形成された要素は、これらの追加の金属要素によって生成された超音波画像が球形遠位チップのそれと重複せずに、球形遠位チップからの十分な距離で近位に間隔を空けて置かれる。結果として、本発明のカテーテルは、超音波画像内の球形遠位チップの位置を正確に解釈することを容易にする。かかる追加の電極又はマーカーはまた、限定された量の金属で構成させるか、及び／又は球形チップに関して以前に記載したのと同じ輝度とアーチファクトの減少利益を得るために、音響エネルギー減衰材料に接触状態とする。
【００８８】
一実施態様において、本発明のカテーテルは、約４分の１又は４分の３波長厚さのインピーダンス整合材料で形成された、カテーテルシャフトの少なくとも一部に沿って外側ジャケット層を有する。現在の好ましい実施態様において、層は、相殺的干渉を最大にするために、４分の１波長厚さを有する。しかしながら、多くのエコープローブによって送られる超音波パルス波形は、多くの場合多くの波長の長さであるので、４分の３波長厚さは、相殺的干渉も生成し、かつ反射音響エネルギーの振幅を減少させる際に適度に効果的である。例えば、表示されたエコーの中心周波数（撮像超音波変換器は、概して音響周波数のスペクトルを含む音波パルスを送る）が高く、及び／又は材料内の音速が低すぎる実施態様において、その場合ジャケットの材料厚さは、４分の１波長厚さで効率的に生成／設置されるためには小さすぎることがある。例えば、６ＭＨｚで、シリコーンは、処理／制御することが難しくなる約０．００１５インチの４分の１波長の厚さを有するが、外側ジャケット層を正確に生成することを容易にする約０．００４５インチの４分の３波長厚さを有する。この技術に適用できるエコーＴＴＥ及びＴＥＥシステムは、約１ＭＨｚから１２ＭＨｚに及ぶ周波数範囲で作動することが宣伝され、かつ典型的な心臓変換器（プローブ）は、２〜４ＭＨｚの範囲又は３〜８ＭＨｚの範囲で作動することが宣伝されている。
【００８９】
外側ジャケット層は、外側ジャケット層の下のカテーテルシャフトの部分を形成する材料よりも、血液のそれと密接に整合する音響インピーダンスを有する材料で形成される。「音響インピーダンス」は、材料の密度を乗じたその材料内での音速と定義できる材料特性である。例えば、一実施態様において、外側ジャケット層は、弾性重合体、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）からなる群から選択されるポリマーで形成され、かつ下層カテーテルシャフトは、金属編組線又は他の金属形状、及び／又はカテーテルシャフト外面を形成するために通常使用される、高音響インピーダンスポリマー又は熱可塑性ポリマー、例えばナイロン、Ｐｅｂａｘ、ポリエチレン、ポリエステルなどを含む。幾つかの実施態様において、外側ジャケットは、外側ジャケットの摩擦と摩耗特性を実質的に減少させるために、潤滑剤（すなわちＭＤＸのようなシリコーン油を主成分とするコーティング）又は親水性若しくはヒドロゲルコーティングによって被覆される（親水性又はヒドロゲルコーティングは、摩擦及び摩耗特性を減少させるために湿らさねばならない）。好ましい実用的な外側ジャケット材料は、ほとんどの場合、性質が軟質／エラストマー／低弾性率であり、かつそれらを血管系に挿入しにくくし、かつ望まれるよりも血管系に摩擦を起こさせることがあり、それ故にかかるコーティングを必要とする、高めの摩擦係数を有する。その上、不規則／凹凸の多い／窪みのある外側ジャケットＯＤ及び／又はＩＤ表面は、より散乱したエコー反射を提供するために好ましく、かつそれ故に、シャフトが平滑であったならば直接エコーを生成しない角度で円筒シャフトの撮像を容易にする。外側ジャケット材料の選択の結果として、カテーテルシャフトの外面から外れた音響エネルギーの反射は、血液と、カテーテルシャフト外側ジャケットとの間の大きな音響インピーダンス不整合にさもなければ起因するそれから減じられる。それ故に、外側ジャケット層は、より多くの超音波エネルギーをカテーテルに結合し、その結果、音響エネルギーのより多くの部分が、外側ジャケット層を貫通し、かつカテーテルを通して、又はカテーテルのシャフトへ伝達され、かつより少ない音響エネルギーが、外側ジャケット表面から反射される。もう１つの実施態様において、外側ジャケットは、カテーテルシャフトの内側部分によって反射されるエコーの振幅を減少させるために、外側ジャケット材料の音響エネルギー散逸特性を改良する材料／充填剤（すなわちタングステン充填）を含む。音響エネルギーは、カテーテルシャフトの内側部分によって反射される外側ジャケットを通過し、そして次に撮像装置によって受け取られ、かつそれ故に撮像される外側ジャケットを再度通って戻る。外側ジャケットが散逸性であるほど、少ないこの音響エネルギーが撮像装置に戻る。多くの実施態様において、外側ジャケットに含まれる材料又は充填剤により、直接エコーを生成しない円筒カテーテルシャフトの部分がより容易に撮像できるように、カテーテルシャフトがまた、ジャケットを貫通して撮像装置へ戻る音響エネルギーの一部をより拡散的に反射する。かかる材料／充填剤は、蛍光透視法のような他の撮像様式によるシャフトの撮像も改良できる。
【００９０】
不規則／凹凸の多い／窪みのある表面を有する外側ジャケットにおいて、ジャケットの平坦な表面の厚さが、直接反射の振幅を減少させるために４分の１波長厚さ付近に保たれることが好ましい。現在の超音波撮像システム／装置が、高調波撮像と呼ばれ、かつそれ故に４分の１又は４分の３波長の外側ジャケットの厚さに影響を及ぼす（４分の１又は４分の３波長の外側ジャケットの厚さは、３ＭＨｚで、６ＭＨｚの場合よりも２倍厚い）、表示画像の分解能を改良するために、低い周波数をフィルタをかけて除去し得ることに注意すべきである。一般的に、０．００１インチから０．００８インチの範囲の外側ジャケット厚さが、好ましい。０．００１インチ未満／付近ならば、金属編組線又は他の内側シャフト部品を覆うことは、不確実であり、かつジャケットチュービングの処理は、困難になる。０．００８インチ超／付近ならば、ジャケットが、カテーテルの全体的輪郭を不都合に増加する傾向がある。外側ジャケット層を形成するために使用されるエラストマージャケットは、厚すぎる肉厚を有するチューブとして容易に押し出せるが、次に拡張され、かつ拡張された状態でシャフト上に設置され、そのことが肉厚を所望の厚さに減少させるように、（すなわち空気圧によって）拡張可能であるという特性を有する。
【００９１】
外側ジャケットのＯＤとＩＤ表面からの反射波間の相殺的干渉を生成することによって、４分の１又は４分の３波長層は、超音波撮像装置によって受け取られるカテーテルシャフト表面から直接反射される音響エネルギー量を減少させる。それ故に、４分の１又は４分の３波長整合層は、カテーテル本体画像の表示輝度を減少させ、それにより隣接している解剖学的構造（例えば心臓組織）の画像を暗くすることを回避し、かつ以下で詳細に論じるような、顕著な湾曲本体アーチファクトを生成することを回避する。
【００９２】
変換器から患者の身体の血液と組織への（及び同様に反対方向での）音響エネルギーの伝達を改良するために変換器に設けられる従前の４分の１波長整合層とは異なり、本発明の特徴を具現するカテーテルは、電気から音響エネルギー及び／又は音響から電気エネルギー変換器でない、カテーテルシャフトの区間に沿って延びる４分の１又は４分の３波長整合層を有する。それ故に、カテーテルは、カテーテルシャフトからの直接音響反射を減少させるように特に構成された（かつ変換器への、及び変換器からの音響エネルギーをより効率的に結合するように構成されていない）、４分の１又は４分の３波長整合層を有する。
【００９３】
現在の好ましい実施態様において、外側ジャケットは、不規則かつ凹凸の多いＯＤ及び平滑なＩＤを生成する条件で、チューブに押し出される２つのエラストマー化合物、スチレンブタジエンスチレン、ポリウレタンの混合物で形成される。ジャケットは、カテーテルシャフト上に設置される時、音響エネルギー（低振幅）を拡散的に反射し、直接エコーを生成するシャフト部分だけでなく、ジャケットによって覆われるシャフト全体が、撮像されることを可能にする。その上、シャフトの直接エコー部分は、従来のカテーテルシャフトと比較して遙かに減少した画像輝度を生成する。同様に、ジャケットは、シャフトの遠位端に位置するシャフトの金属（例えばＮｉＴｉ）ケージ部分からのリンギングアーチファクトを除去する。
【００９４】
カテーテルシャフトによって反射され、かつ撮像装置によって受け取られる直接エコーの振幅を減少させることによって、カテーテルシャフトの湾曲本体アーチファクトも減少する。大部分の超音波撮像装置は、画像を形成するために超音波エネルギーを送り、かつ受け取る小型超音波変換器の配列を含む。これらの小型超音波変換器は、一般的に変換器の表面に垂直な方向にその音響エネルギーの大部分を送り出すが、特に小型変換器において、相当量の音響エネルギーは、通例「サイドローブ」と呼ばれる方法で、他の方向にも出る。従来の高反射（高振幅エコー生成）円筒カテーテルシャフトにより、カテーテルシャフトの直接反射表面部分から３Ｄエコーシステムの撮像装置に戻るこれらのサイドローブの反射は、カテーテルシャフトの画像と勘違いされる明るい湾曲画像を生成する。その上、明るい湾曲画像は、カテーテルシャフトの他の部分から、撮像装置によって受け取られる比較的低振幅の拡散エコーによって生成される画像を暗くすることがあり、かつ隣接組織の画像も暗くすることがある。カテーテルシャフトによって直接反射されるエコーの振幅を減少させることにより、この明るい湾曲画像アーチファクトは、寸法と輝度が減少し、他方でシャフトの他の部分からの、かつ組織からの拡散エコーの画像輝度には、より弱い影響が与えられる（超音波撮像システムは、高振幅エコー信号よりも低振幅エコー信号を増幅するように設計される）。
【００９５】
本発明の一側面は、本発明の球形遠位チップを付けたエコー源性針カテーテルを使用する医療処置を実行する方法を対象とする。方法は、細長いシャフトと、好ましくは導電又は金属材料で少なくとも部分的に形成され、かつ球形遠位チップの遠位端にポートを有する前記球形遠位チップと、延びた形状で球形遠位チップポートから遠位に延びる針とを含むエコー源性針カテーテルを患者の解剖学的構造内で前進させることを一般的に含む。方法は、球形遠位チップが、患者内部で遠位チップの超音波画像を生成するために、非球形遠位チップの少なくとも一部よりも音響エネルギーを拡散的に反射するように、超音波撮像装置から球形遠位チップで音響エネルギーを方向付けることを含む。
【００９６】
カテーテル内腔が、水性溶液によって洗浄されることを可能にし、かつカテーテルシャフト内で空気を充填された空隙を防ぐような方法で、カテーテルが構成されることが好ましい。一実施態様において、方法は、カテーテル内腔を水性液で充填することを含み、その結果カテーテルが、水性液のない場合に存在するプラスチック−空気界面よりも少ない音響エネルギーを反射するプラスチック−水性液界面を有する。プラスチック−空気界面は、プラスチック−血液又はプラスチック−水界面よりも強い音響エネルギー反射体である。結果として、超音波撮像装置プローブから離れて方向付けられているカテーテルの反対側でカテーテルから抜け出るために、カテーテルを貫通し、かつカテーテルを通って移動する音響エネルギー量を高めることによって、及び／又はカテーテル材料によって吸収され、かつ拡散的に再放出又は散逸する量を高めることによって、本発明の液体充填カテーテルは、超音波撮像装置プローブの方向に反射し戻される音響エネルギー量を減少させることができる。結果として、カテーテル本体の弓形又は屈曲長さを示すと間違って解釈される、カテーテル湾曲本体アーチファクトは、減少する。それ故に、身体への挿入前に水性溶液（通常、ヘパリン化食塩水又は蛍光透視対照）によりカテーテル内腔を充填する標準カテーテルラボ（Ｃａｔｈ  Ｌａｂ）実務は、湾曲本体アーチファクトを除去又は適切に減少させるために、カテーテルシャフトに十分に低い振幅のエコーを反射させるためには通常十分でないが、それにもかかわらず超音波撮像には望ましい。
【００９７】
代替的な実施態様は、患者内部の所望の場所に対するカテーテルの回転状配置の超音波撮像による決定を容易にする配列で配置されたエコー源性部分を有する、針カテーテルのようなエコー源性カテーテルを対象とする。１つの好ましい実施態様において、回転状配置エコー源性部分は、カテーテルシャフト遠位端に近位に位置する針遠位ポートと連通する針内腔を有する細長いシャフトと、カテーテルシャフト内の針遠位ポートを通って摺動自在に延びるように構成された針内腔内の針とを一般的に含む経血管針カテーテル上にある。回転状配置エコー源性部分は、その部分に隣接するシャフト材料よりも高反射性であり、かつ各隣接部分対が周方向と長手方向に互いに間隔を空けて置かれる配列に配置される。超音波撮像装置プローブに向かって配向された回転状配置エコー源性部分は、最も明るい画像を生成する。カテーテルの超音波画像に対する超音波撮像装置プローブの位置は、解剖学的構造と共にディスプレイに示される。結果として、解剖学的構造に対するカテーテルの回転状配置は、超音波画像によって決定できる。
【００９８】
本発明の一側面は、カテーテルシャフトの区間の外面上に回転状配置エコー源性部分を有し、かつ超音波撮像装置からシャフト区間で超音波エネルギーを方向付けることによって、体内腔内の所望の場所に対するカテーテルの回転状配置を決定する、エコー源性針カテーテルを患者の体内腔内で前進させることを一般的に含む、医療処置を実行する方法を対象とする。音響エネルギーは、回転状配置エコー源性部分が所与の配向に関して等しい輝度によって全部が現れないシャフト区間の超音波画像を生成する。現在の好ましい実施態様において、これは、針を所望の心臓組織に方向付け、かつ血管の自由壁の穿刺又は隣接血管の穿刺を回避するために、冠状静脈洞、静脈又は動脈のような患者の冠状血管内で、経血管カテーテルの針遠位ポートの回転状配置を調整するために使用される。回転状配置エコー源性部分の配列は、概して２つ以上、かつより好ましくは３つ以上のエコー源性部分によって形成される。結果として、回転状配置エコー源性部分の周方向間隔次第で、複数の回転状配置エコー源性部分が、カテーテルのいかなる所与の超音波画像においても見られるが、超音波撮像装置の目視方向に対する部分の回転状配置次第で、異なる輝度による。それ故に、詳細な回転状配置情報は、回転状配置エコー源性部分の配列の公知のレイアウトと超音波画像を比較することによって超音波画像から得られる。それ故にカテーテルは、針を所望の心臓組織に正確に位置決めし、かつ隣接血管又は血管の自由壁穿刺を回避するために、患者内部のカテーテルの回転状配置を調整することを容易にする。
【００９９】
それ故に、本発明の一実施態様は、（例えば、画像の輝度を低くすることに加えて、カテーテル又はカテーテル部品の画像形状及び／又は場所の不正確さを補正することによって）カテーテルの超音波画像内のアーチファクトを減少又は均等にするように構成されたエコー源性カテーテルを対象とする。一実施態様において、本発明のカテーテルは、実質的に１８０°を超える（カテーテルに対する）角度範囲にわたって直接撮像される球形遠位チップを有する。もう１つの実施態様において、本発明のエコー源性カテーテルは、異なるエコー源性特性／画像目視特性を有するカテーテル部分の配列を提供することによって患者の解剖学的構造に対するカテーテルの回転状配置を超音波撮像することによる決定を可能にする。本発明のこれら及び他の利点は、以下の詳細な説明及び代表的な図面から明らかになるであろう。
【０１００】
本発明の他の特徴は、以下に続く、添付図面及び詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０１】
本特許のファイルは、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含む。カラー図面を有するこの特許のコピーは、請求及び必要な料金の納付により特許商標庁によって提供される。
【０１０２】
本発明は、添付図面の図において限定でなく例として示され、図中、同様の参照は、類似した要素を示す。
【０１０３】
以下の説明及び図面は、本発明を例示し、かつ本発明を限定すると解釈されるべきでない。多数の具体的な詳細が、本発明の徹底した理解を提供するために記載される。しかしながら、ある種の事例において、本発明の記載を分かりにくくすることを避けるために、周知又は従来の詳細は記載されない。
【０１０４】
本出願において、用語「画像」は、２Ｄ画像に限定されない。用語「画像」は、一般的に３Ｄボリューム画像データセット、又は（心周期に対する時間間隔のような）他の次元と対にされた一連の３Ｄボリューム画像データを含む４Ｄ撮像データセット、又は他のタイプの撮像データも含むことができる。以下の記載において、単語「場所（ｌｏｃａｔｉｏｎ）」は、空間又はメモリアドレス場所内のＸ、Ｙ、Ｚ点を指し、かつ単語「位置（ｐｏｓｉｔｉｏｎ）」は、（Ｘ、Ｙ、Ｚ、ヨー、ピッチ、ロールを含む）空間内のオブジェクトの６つの（動き）自由度のいずれか又は全部を含むことができる一般的位置情報を指す。
【０１０５】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、
１）記録された画像、診断データ、計画された画像目視オプションを作成すること、
２）記録された画像とリアルタイム画像（例えば左心室と心室内針カテーテルのリアルタイム画像）をアラインさせること、
３）医療処置中に対象となる位置又はオブジェクトの場所／配向を決定すること、
４）医療処置を補助及び文書化するために、撮像及び／又は位置情報を提示することのような画像ガイド医療処置の１つ以上の側面を含む。
【０１０６】
一実施形態において、記録された画像セットは、医療手術前（又はリアルタイムディスプレイ前）に作成される。記録された画像は、（例えば小さな視野を有する画像の複合体から）結果として生じる大きな視野を提供するために、小さな視野の画像セットから作成される。例えば、（２Ｄ又は３Ｄ撮像システムのような）リアルタイム撮像様式は、小さな視野の画像セットを得るために使用される。小さな視野の画像は、パノラマセットのような大きな視野の画像に組み合わせることができる。記録された画像は、再サンプルパノラマ画像又は元の画像セットプラスパノラマ画像を構成する関係として記憶できる。同じ又は類似したリアルタイム撮像様式はまた、医療手術中にリアルタイム画像を得るために使用される。この配設は、画像ガイド処置の全体的様式要件を減少でき、かつ類似した構造及び質の画像を提供できる。しかしながら、リアルタイム画像の撮像様式と異なる記録された画像の撮像様式も、使用可能である。
【０１０７】
診断データは、記録された画像から導くことができるか、又は（例えば、記録された画像の座標系又は記録された画像の座標系と公知の関係を有する座標系において）記録された画像に対して記録できる。それ故に、診断データは、必要な場合、記録された画像上に重ねることができる。あるいは、診断データは、記録された画像上に「引っ張る」ことができる。
【０１０８】
記録された画像セット（例えばパノラマ画像を作るために使用される画像の１つ以上）は、目視用に操作できる。例えば、３Ｄ画像は、３Ｄ画像の１つ以上の特定のビューを作るために操作できる（例えば切断、トリミング、回転、平行移動、コピー、スケーリング等）。かかる操作は、リアルタイム医療処置中に適用するために記録できる。
【０１０９】
一実施形態において、リアルタイム画像と記録された画像の画像アラインメントは、比較／相対を介して実行される（例えば、機械が実行する数学的相関演算）。リアルタイム画像と記録された画像は、相関の表示を決定するために互いに整合させられる。最適相関を提供する空間的／スケーリング関係は、画像アラインメントの関係として決定される。例えば、相関表示は、一方の画像の他方に対する回転、平行移動、スケーリングの検査値が、検索戦略において変更される（例えば、各検査値を上方又は下方に順次インクリメントする、及びある種の状況において増分量を変更することに加えて新規な相関値を計算する）と、計算でき、かつ相関値を改良する回転、平行移動又はスケーリング検査値は、追跡調査され（例えば、次の反復において方向を改良する相関値がインクリメントされ）、かつプロセスは、検査値がアラインメントの空間的／スケーリング関係として使用される、ピーク相関値を見出すために反復される。任意に、かつ好ましくは、スケーリングは、撮像様式間の知られた又は記録されたスケール関係から決定でき、及び／又は撮像データセットは、相関自由度を減少させるために、スケール情報を含むことができる。
【０１１０】
相関は、自動的に識別された解剖学的又は画像特徴、又は対象となる具体的な領域に基づくことができる。例えば、主要な解剖学的特徴又は表面は、パターン認識技術を介して識別でき、かつ相関は、識別された特徴又は表面の整合に基づくことができる。その上、処理すべきデータ量を減少させ、かつそれ故にピーク又は近ピーク相関値を見出すプロセスを加速するために、反復から、進行する／高い／ピーク相関値が得られると、低いものから次第に高くなる分解能の画像データが比較される。通常、３Ｄ画像データは、ピクセルとして（少なくともある点で）記憶される（ピクセルは、空間内のその３Ｄ場所と対にされた輝度数であり、ここでピクセルの空間内のその３Ｄ場所は、記憶メモリ内のその数の場所（アドレス）によって通常知られており、ピクセル数は、通常、空間内のその３Ｄ場所での小立方体又は球体の中心の画像輝度の平均値であり、所定の次元その立方体又は球体は、その特定の所定の画像記憶スキームによって記憶できる最良の画像分解能である）。低分解能画像データを生成するために、隣接ピクセル群が、その輝度数を平均化させ、かつこの平均化されたピクセルの場所を使用されるピクセルの平均場所から明らかにできる。例えば、５×５×５ピクセル立方体の高分解能画像データは、相関処理の少なくとも一部に使用される第１の低分解能であっても良い。この事例において、低分解能ピクセル立方体内の６２５高分解能ピクセル輝度数の全部又は一部の平均（例えば中心の３×３×３高分解能ピクセル立方体）は、低分解能ピクセル数になり、かつそのピクセルの場所は、その５×５×５ピクセル立方体の中心のピクセルと同じである。このスキームにおいて、隣接（重複しない）低分解能ピクセル立方体が使用されるならば、相関値を計算するために処理する画像データ量は、（高分解能画像ピクセルの大きさに応じて）約６２５の因数によって減少できる。低分解能画像データを作り、かつ相関プロセスの少なくとも（早期）部分に関して処理されるデータ量を減少させる多くの可能なスキームがある。使用される具体的な方法にかかわらず、リアルタイム画像に基づくデータと記録された画像に基づくデータは、アラインメントプロセスを実行するために比較される。比較に基づく相関プロセスを介して、解剖学的に正しいアラインメントが得られる。
【０１１１】
検索アルゴリズムは、空間的／スケーリング関係の所与の開始点から最高相関点を検索するために使用される。相関は、リアルタイム演算中に定期的に実行でき、かつ以前の相関演算で決定された画像アラインメントパラメータ（例えば、回転、平行移動及びスケーリング）は、現在の相関演算の開始点として使用される。例えば、以前の相関時間間隔におけるアラインメントの解が、現在の相関時間間隔での相関の解を検索するための開始点として使用される。相関プロセスは、解が収束した時に自動的に停止できるか、事前設定期間の検索、外部事象が起こるまで、相関度／アラインメントに対する関数の事前設定閾値に達するまで、及び／又は相関度／アラインメントに対する関数のピーク値に、検索自由度の変動の所望の最下位の数字で達するまでの検索のような、他の基準に基づき停止できる。相関プロセスは、次の時間間隔の開始（例えば、最終時間間隔の終了）で、又は外部事象で自動的に再開でき、かつ新規／更新されたリアルタイム画像及び／又は記録された画像の新規な部分（例えば、心周期の異なる時間で記録された画像）を使用して相関を実行できる。
【０１１２】
相関は、対応する記録された画像との現在のリアルタイム画像の改良されたアラインメントパラメータを見出すために明らかに連続的に（例えば、裏プロセスで）実行でき、リアルタイム画像と記録された画像の組み合わせは、アラインメントの現状のフィードバックを提供するために、及び／又は他の目的（例えばリアルタイム装置ガイド）で示すことができる。例えば、リアルタイム画像は、記録された画像にわたって半透明、又は他の組み合わされた方法で表示できる。相関プロセスが、アラインメントパラメータのその最良の解を見出すので（例えば、リアルタイム画像更新間隔以下の時間間隔における最高相関値）、現在又は次のリアルタイム画像のディスプレイは、新規な解により調整される。それ故に、画像アラインメントが、患者及び／又は撮像システムの一部の移動を追跡調査し、及び／又は多数のリアルタイム画像更新を介して改良する、相関プロセスの進行又は妥当性を図形で観察できる。
【０１１３】
その上、異なる初期画像アラインメント方法も使用できる。一実施形態において、画像データを比較し、相関させることを介するアラインメント以外の画像アラインメント方法は、画像データを比較し、相関させることを介して相関の解を検索するための開始点を得るために使用される。例えば、図形ユーザインタフェースは、画像を粗くアライン及び／又はスケーリングするためのユーザ入力を受信するために提供でき、そして次にシステムは、画像データを比較し、相関させることを介して自動的に画像アラインメントを改良する。もう１つの例において、場所と配向トラッキングシステムは、リアルタイム画像と記録された画像の座標系を最初にアラインさせるために、１つ以上の既知の基準点（場所及び／又は配向トラッキングシステムによって以前に感知及び記録された場所及び／又は配向が、基準点になる）に対して撮像感知装置（例えば、２Ｄ又は３Ｄ超音波プローブ又はＣＴ／ＭＲＩ撮像システム）の場所と配向を追跡するために使用される。もう１つの例において、患者又は患者の解剖学的構造に対する撮像システム（例えば超音波プローブ）の変換器の場所は、粗い初期アラインメントを提供するために、システムに手動で入力される。手動入力は、事前コード化位置コードのセット、又は標準図表に対する位置、又は（例えばビデオカメラからの）患者のビデオ画像とプローブの表示（例えばカーソル）を示す図形ユーザインタフェースの点からであっても良い。ビデオ画像は、超音波プローブの画像を示しても示さなくても良い。プローブの表示が、ビデオ画像内の患者に対して適切な位置にある時、プローブの表示位置は、プローブ位置の手動入力と考えることができる。ビデオ画像が、超音波プローブも示す時、ユーザは、より正確な入力を提供するために、プローブ画像でのプローブの表示を指すために入力を調整できる。あるいは、又は組み合わせて、プローブは、場所の解を提供するために、当該技術分野において公知のいかなる自動的パターン認識技術を介しても認識できる。
【０１１４】
画像データを比較し、相関させることを介するアラインメント以外の画像アラインメント方法の使用は、相関の検索範囲を減少させるために使用される粗くアラインされた解を提供し、かつ画像データを比較し、相関させることを介するアラインメント方法の使用は、改良された画像アラインメントを提供し、かつ使用される他の方法のアラインメント精度要件を減少させる。一般的に、多数の撮像アラインメント方法及び／又は画像アラインメント方法の部分が、システムの速度、精度、効率、利便性を改良するために、単独で、又は組み合わせて使用される。
【０１１５】
一旦リアルタイム画像と記録された画像が、相関すると、リアルタイム画像と記録された画像は、ディスプレイ用に組み合わせることができる。例えば、リアルタイム画像は、記録された画像にオーバーレイされるか、又は対応部分が、リアルタイム画像と記録された画像を交互に示すことができるか、又はリアルタイム画像は、解剖学的に正しいアラインメントによって記録された画像とブレンドされる。データ処理システムは、記録された画像とリアルタイム画像の間の整合又は相関量の程度の表示も提供できる。
【０１１６】
一実施形態において、オブジェクトの場所（及び／又は配向）は、撮像データに基づき決定される。例えば、リアルタイム画像内の医療装置は、自動パターン認識、及びリアルタイム画像と記録された画像の間の画像比較を介して識別できる。解剖学的構造の画像を取り消し、かつ医療装置の画像を強調するために、事前記録された画像とリアルタイム画像を互いから減算した後、画像内の医療装置の外形が、ソフトウェア制御のデータ処理システムで自動的に実行される縁部検出演算を介して検出される。医療装置の特性点（例えばチップ）は、次に画像内の医療装置の外形から決定できる。もう１つの例において、画像内に見られるような場所は、３Ｄ空間で可動であるカーソルを使用して指すことができる。カーソルの表示は、好ましくは直交する目視方向又は平面を有する少なくとも２つの画像内で、画像上に示される。カーソルが、２つの画像目視方向又は平面内で所望の場所にるあると見られる時、カーソルの場所は、画像内の場所と一致する。場所が、次に決定及び記録される。
【０１１７】
あるいは（又は組み合わせて）、幾つかの場所は、位置決定システムを介して決定される。例えば、医療装置（例えばカテーテル）は、必要な時に振動又は他の方法で動きを提供するために制御可能な部分を含むことができる。振動／移動する時、リアルタイム超音波画像内の部分の振動／移動のドップラー効果は、自動的に検出される。このことは、医療装置の振動／移動部分の場所（及び／又は配向）の自動的決定を可能にする。リアルタイム画像と記録された画像の間の決定された空間的オフセットを使用して、装置部分の場所が、記録された画像に対して決定される。
【０１１８】
もう１つの例において、医療装置は、（ＴＴＥ又はＴＥＥ又はＩＣＥ心エコー図を生成するために使用される３Ｄ超音波プローブのような）撮像プローブと併せて超音波パルスを生成／受信できる超音波変換器を含むことができ、かつパルスが撮像システムによって検出され、かつそれ故に撮像プローブ／リアルタイム画像に対する装置のその部分の場所が、パルスの発生とその検出の間の遅延から検出されるように、撮像システムに接続される。リアルタイム画像と記録された画像の間の決定された空間的／スケーリングオフセットを使用して、装置部分の場所はまた、記録された画像に対して決定される。
【０１１９】
医療装置の識別（例えば医療装置の外形の検出、チップの部分及び／又は配向の決定等）の後、システムは、記録された画像（又は記録された画像とリアルタイム画像の組み合わせ）上に医療装置の表示を示す。医療装置（及び／又はリアルタイム画像）は、記録された画像に基づき計画された画像操作シーケンスに従って視覚化される。例えば、記録された画像の１つ以上のビューを作るための記録された画像操作シーケンスの１つは、撮像された情報の所望のビューを作るために、医療装置の３Ｄ表示（及び／又は記録された画像と組み合わせた／組み合わせないリアルタイム画像）に適用される。リアルタイム画像内に見られるような場所及び／又は配向が、後で検討するために記録された画像に対して記録される。例えば、（２つの非平行ビューでの）３Ｄカーソルを使用して選択される場所又は医療装置の位置（及び／又は関連した診断及び／又は治療情報）が、記録された画像（及び／又はリアルタイム画像）に対して記録される。
【０１２０】
更なる詳細な例は、エコー撮像と他のタイプの撮像に関する短い論考後に、以下に提供される。少なくとも２つのタイプの超音波、又は「エコー」撮像、すなわち２Ｄ（二次元）と３Ｄ（三次元）がある。２Ｄエコー画像は、図１Ａに示すように形作られた外形２７７５を有するスライス状の画像を作る２Ｄエコー撮像プローブによって作り出される。３Ｄエコー撮像プローブは、図１Ｂに示すボリューム２７７７のような３Ｄエコー撮像ボリュームを作る。エコー撮像撮像プローブは、２Ｄと３Ｄ撮像形状の両方に関して、扇形状の頂部／小端に位置する。この扇形状は、ＭＲＩとＣＴ（例えば、Ｘ線に基づく）システムのような他のタイプの医療撮像システムによって作り出された撮像形状と異なる。ＭＲＩシステム及び大部分のＣＴ（Ｘ線に基づく）システムは、空間／組織の直方体ボリューム（例えばボックス）を表す３Ｄ画像データを作る。通常、ＭＲＩ、ＣＴ、エコー撮像ボリュームの２つの空間軸（例えばｘ及びｙ軸）は、これら２つの軸に沿って対象となる撮像領域（例えば、心腔、心臓、胸部の全部又は一部等）の全部（又は相当の大きさの部分）を網羅し、かつ複数の画像（例えば「スライス」）は、第３の空間軸（例えばＺ軸）に沿って収集される。画像が作られ、かつ広い視野を得るために集められるのは、通常、大部分が第３軸に沿って（又は３Ｄエコー撮像の配向変化）である。３Ｄエコー撮像プローブの２つの異なる位置は、図１Ｄに示す２つの異なる３Ｄエコー撮像ボリューム２７９１、２７９３を作ることができ、かつこれらのボリュームの一方を通るスライスは、心室が撮像された場合、図１Ｃに示す。３Ｄエコー撮像プローブの位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ、配向）を変えることによって、単一の撮像ボリュームよりも大きな組織（例えば心臓）のボリュームが、ボリュームセットから集めることができる。３Ｄエコー撮像ボリュームのボリュームを通る各スライス（例えば２Ｄ平面）は、図１Ｃに示す心臓２７８１の心室（左心室２７８５、右心室２７８３）及び右心房２７８７の画像のような２Ｄ画像を表す。幾つかの場合において、３Ｄエコー撮像に関して状況は、身体上のプローブ目視位置の変更（例えば、胸骨傍ビュー（肋骨間のプローブ）から先端ビュー（例えば胸郭の下のプローブ））のためにより複雑であるが、これらの変更は、通常新規なリアルタイム画像データ収集を表す（例えば、撮像プローブは、身体から取り除かれ、かつ身体上の新規な位置に設置される−−このタイプの変更の例が、２つの異なる３Ｄエコー撮像ボリュームを示す図１Ｄに示される）。
【０１２１】
空間／組織のボリュームを表す画像データを有するいかなる３Ｄ画像も、スライスでき（例えば、特定の２Ｄ平面によって交差され）、そのスライスの２Ｄ画像又はそのスライスの平面に垂直な方向の１つで見られる３Ｄ画像の３Ｄ画像サブセット、例えば２Ｄ画像スライスディスプレイフォーマットを作る。特に２Ｄ画像スライスに関して、ディスプレイ装置（例えばコンピュータシステムのＣＲＴ又はＬＣＤディスプレイ）上に３Ｄ画像データの２Ｄビューを作る時に、補間法が多くの場合使用され、この補間法は、概して隣接ピクセル又は画像データに基づき、ピクセル値（例えば画像強度）を決定することを含み、かつ補間法は、より平滑な画像を生成する傾向がある。３Ｄ画像は、通常３つの方法の少なくとも１つで２Ｄディスプレイ（例えばＣＲＴ又はＬＣＤディスプレイ／モニタ）上に提示される。第１の方法は、特定の視点から見えるように見られる３Ｄ撮像ボリューム内の適用可能な３Ｄ画像データ全部を提示する透視性ビューであり、かつユーザは、（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ、並びに同様にピッチ、ヨー、ロールの１つ以上における視点を移動させることによって）視点を操作できる。もう１つのピクセルの後方にあるように見られるピクセルは、（視点に対して）前方にピクセルの輝度を加え、かつ画像の平滑化（例えば補間法）は、通常最小限に抑えられる。第２の方法は、ほぼ同じ輝度レベルで、又は（３Ｄ品質を与えるために）所定の光源から照明されるように通常表示される、かつ不透明と通常表示され、かつ所定の輝度レベル未満でピクセルを表示しない表面を作るために、見られる３Ｄ撮像ボリューム内で、適用可能な３Ｄ画像データ内の所定の輝度（例えばピクセル強度）以上で隣接ピクセルを接続する表面ビューである。このビュー（表面ビュー）は、最大画像平滑化と考えることができる。ユーザはまた、（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ、並びに同様にピッチ、ヨー、ロールの１つ以上における視点を移動させることによって）表面ビュー内のその視点を操作できる。第３の方法は、見られる３Ｄ撮像ボリューム内で適用可能な３Ｄ画像データの、以前に記載した、２Ｄ画像スライスであり、かつユーザはまた、（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ、並びに同様にピッチ、ヨー、ロールの１つ以上における視点を移動させることによって）２Ｄ画像スライスのその視点を操作できる。
【０１２２】
本発明の一実施形態において、システムは、各画像に対するパノラマビューと考えることができ、拡張された視野を作るために使用された、拡張された視野の記録された画像セットを得るために、異なる視点、撮像位置及び／又は撮像システム部分で得られた画像を使用する。例えば、現在利用できるリアルタイム３Ｄエコー撮像システム（例えば３Ｄ超音波）、又はＭＲＩ若しくはＣＴシステムが、分解能を失うことなくＥＣＧ同期化のために十分に迅速な大きなボリュームの組織を撮像できないことがある。しかしながら、これらの撮像システムは、小さなボリュームの組織を迅速に、適切に撮像できる。本発明の一実施形態において、ＴＴＥ（経胸腔心エコー図）のリアルタイム３Ｄエコー撮像システムのような撮像システムは、プローブに対する様々な配向、場所及び／又は発生で複数の小さな組織ボリュームを迅速に撮像するために使用され、かつ小さな視野を有する小さなボリュームの画像は、分解能を失わずに、（小さいボリュームの画像によって提供されるよりも大きな視野を提供する）大きなボリュームの組織の広いビューに組み合わされる。
【０１２３】
図１Ｅは、本発明の一実施形態による心臓治療をガイドするために使用できる心臓画像を作る方法を示す。この実施形態は、３Ｄエコー撮像システムを使うことができ、かつそれ故にシステムは、画像が捕捉される時、３Ｄ撮像ボリュームを作り、図１Ｂは、かかるボリュームの例を示す。複雑でない図面を使用するために、これらの３Ｄボリュームの２Ｄ画像スライスは、図１Ｅに示され、かつスライスとボリュームの扇形状は、省略された。図１Ｅにおいて、撮像プローブ（２７０１）が、プローブ２７０１の様々な場所及び様々な配向から心臓の部分の小さな視野の画像（例えば、２７２１、２７２２、・・・２７２９）を得るために使用される。位置決定システム（例えば２７３７）は、撮像プローブ（２７０１）の場所（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び配向（例えばヨー、ピッチ、ロール）又は撮像プローブ（２７０１）の場所及び／又は配向のある部分を決定するために使用される。プローブ２７０１は、異なる画像を作るために、（例えば、図１Ｄに結果として生じた撮像ボリュームによって示すような）異なる場所と配向に動かされる３Ｄエコー（超音波）プローブである。プローブ２７０１の各場所と配向は、複合３Ｄ撮像ボリュームを作るために使用される個別の３Ｄ撮像ボリュームの視野（又はボリューム）よりも大きな視野（又はボリューム）を有する複合３Ｄ撮像ボリュームを作るために組み合わされる異なる３Ｄ撮像ボリュームを作る。複合３Ｄ撮像ボリュームからの２Ｄスライスは、画像２７３３として示す。
【０１２４】
図１Ｅにおいて、位置決定システム（２７３７）は、当該技術分野において公知の種々の位置決定システムの１つで良い。位置決定システム（２７３７）は、超音波、重量、磁気、電磁、電場及び／又は機械システムである。例えば、位置決定システム（２７３７）は、撮像プローブ（２７０１）の場所及び／又は配向、及び／又は場所及び／又は配向変更を決定するために、（例えば超音波、磁気、レーザ、赤外又は無線周波）信号を受信及び／又は撮像プローブ（２７０１）上又は内に取り付けられた送信器又はフィールド発生器からフィールド特性を感知するセンサを含む。あるいは、又はその上、受信器又はセンサは、既知及び／又は固定の場所及び／配向のフィールド発生器及び／又は１つ以上の送信器から、及び／又は自然環境からフィールド特性を感知するか、又は信号を受信するために、撮像プローブ上又は内に取り付けられる。その上、位置決定システム（２７３７）は、位置決定システムの一部であっても良い。例えば、好ましい実施形態においては、撮像プローブ（２７０１）は、（一般に傾斜計又は配向センサとも呼ばれる）傾斜センサを含んでいる。商用傾斜センサは、通常、（加速度計を使用する）地球の重力場及び／又は（磁力計を使用する）磁場に基づき、かつそれ故にフィールド発生器を必要としない。しかしながら、カテーテルラボ又は他の環境において、コイル又は磁石（地場発生器）が、磁力計／傾斜センサの性能を改良するために、必要とされるか、又は好ましい。磁力計と加速度計の両方を含む傾斜センサは、３軸配向感知（ヨー、ピッチ、ロール）を実施できる。撮像プローブ（２７０１）の配向が、一般にリアルタイム画像データ収集中に広い範囲にわたって変化するとしても、３軸傾斜センサを含む撮像プローブ（２７０１）は、３つの配向自由度（ヨー、ピッチ、ロール）における画像相関アルゴリズムの検出範囲を効果的に限定する配向データを提供する。かつ、撮像プローブ（２７０１）の場所自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、一般にリアルタイム画像データ収集中に小範囲にわたって変化するのみであるので、撮像プローブ（２７０１）が３軸傾斜センサを含むならば、画像相関アルゴリズムは、リアルタイム画像を記録された画像と迅速に相関させる。更に、プローブが患者の身体の外側から操作されるならば（例えばＴＴＥシステム内で）、プローブの場所と配向及び／又は場所と配向の変更は、プローブを保持し、かつ支持するように設計された機械構造の既知の／感知された次元と、既知の／感知された配向から同様に決定される。位置決定システム（２７３７）は、ビデオカメラによって捕捉されたビデオフレームを処理することを介して撮像プローブ（２７０１）の場所及び／又は配向を決定するためにビデオカメラを同様に使用できる。
【０１２５】
画像（２７２１、２７２２、・・・２７２９）は、撮像プローブ（２７０１）に関連する座標系に基づく。対応する画像の撮像プローブ（２７０１）の場所と配向、又は場所と配向の変更が、共通の基準空間フレーム（例えば、位置決定システムの基準フレーム２７３５、組み合わせるべき画像の１つの基準フレーム、又はいずれかの定義又は記録された基準フレーム）に対して既知である時、画像は、画像（２７３３）のような、大きな視野を形成するために組み合わせることができる（２７３１）。例えば、心臓の部分の画像（２７２１、２７２２、・・・２７２９）は、分解能を失わずに対応面積を充填し、かつ全体的な画像（２７３３）を形成するために、撮像プローブの場所と配向に従った回転と平行移動を介して、座標に変換される。
【０１２６】
例えば、撮像プローブの場所と配向（２７１１、２７１２、・・・２７１９）に従って、画像（２７２１、２７２２、・・・２７２９）は、組み合わされた画像（２７３３）の部分（２７４１、２７４２、・・・２７４９）として識別される。それ故に、組み合わされた画像（２７３３）は、画像（２７２１、２７２２、・・・２７２９）から作り出される。
【０１２７】
一実施形態において、システムは、非重複領域によって組み合わされた画像（２７３３）の区分を決定し、かつ異なる領域は、元の画像（２７２１、２７２２、・・・２７２９）の異なるものに基づく。例えば、非重複領域の境界は、対応する元の画像の２つの最も接近した重複する境界の中間点である。
【０１２８】
あるいは、重複領域内の元の画像（２７２１、２７２２、・・・２７２９）の画像内容は、組み合わされた画像（２７３３）の対応する画像内容を決定するために、ブレンドされる。重複した元の画像は、重複領域内で画像をブレンドするために、等しい重みを割り当てる。あるいは、画像をブレンドするための重みが、点が元の画像の境界にある時、重みが（例えばゼロ又は他の値に）減少するように、対応する画像の境界への距離に基づき計算される。
【０１２９】
本発明の一実施形態において、システムは、位置決定システムの精度要件が、減少でき、かつ検出されない解剖学的構造が動きを補償されるように、異なる場所及び／又は配向から取られた画像をより良くアラインさせるために、重複領域を整合させる。更に、一実施形態において、システムは、元の画像（２７２１、２７２２、・・・２７２９）を大きな視野の画像（２７３３）に組み合わせるために、操作者からの補助により、又は補助によらず重複領域を検出する。例えば、操作者は、元の画像が、選択可能なオブジェクトとして表示される図形ユーザインタフェース内のもう１つの画像（又は他の画像）に対する近接した場所に、１つの画像をドラッグすることを介して、重複領域を検出するシステムを補助できる。かかる実施形態において、位置決定システム（２７３７）の使用が、排除される。あるいは、位置決定システム（２７３７）は、粗いアラインメントの開始点を決定し、及び／又は以前のアラインメントの解から場所及び／又は配向の変更を検出するために使用され、かつ自動相関プロセスは、粗いアラインメントの開始点（又は検出された変更によって調整された開始点）の周囲の限定された検索範囲において画像情報を比較し整合させることを介してアラインメントを改良する。
【０１３０】
あるいは、位置決定システムが、プローブの場所及び／又は配向の一部を供給するのみであるならば、位置決定システム（２７３７）は、粗いアラインメントの開始点（場所及び／又は配向オフセット）を決定し、及び／又は決定された場所及び／又は配向パラメータの以前のアラインメントの解から場所及び／又は配向の変更を検出するために使用され、かつ自動相関プロセスは、決定された場所及び／又は配向パラメータの粗いアラインメントの開始点（又は検出された変更によって調整された開始点）の周囲の限定された検索範囲において画像情報を比較し、整合させることを介してアラインメントを改良する。位置決定システムによって決定されない場所及び／又は配向パラメータは、決定されたパラメータによって使用されるよりも開始点の周囲の大きな検索範囲を使用して、自動相関プロセスを使用して決定する。好ましい実施形態において、撮像プローブは、一般に傾斜又は配向センサ又は傾斜計と呼ばれるものを含む。傾斜センサは、オブジェクトの配向（θ1、θ2、θ3として識別できる、ヨー、ピッチ及び／又はロール）／配向変更を決定するために使用され、かつ通常、重み及び／又は磁気に基づくセンサから構成される。小型の２又は３軸傾斜センサが、市販されており、かつ撮像プローブに容易に組み込むことができる。３軸傾斜センサの磁気部分は、一般に地球の磁場を感知し、かつかかる弱い磁場は、多くの医療環境において実質的に干渉されるが、電流を運搬する磁石又はコイルのような複雑でない装置を使用する傾斜センサの磁気部分に関して実質的に干渉されない、遙かに強い磁場を設けるすることは、非常に簡単である。それ故に、配向自由度／配向自由度の変更は、比較的簡単かつ安価に、撮像プローブに関して少なくとも粗く知られる。
【０１３１】
一実施形態において、撮像システムは、システムが捕捉する画像のスケールの尺度を設ける。例えば、撮像システムは、画像の対応する現実世界スケールを設ける（例えばスケール係数）は、画像獲得中に画像データファイルのヘッダに所定の方法で記録され、スケール設定は、リアルタイム撮像中にシステム設定から読み取られる）。画像間のスケーリング係数が読み取られた後、画像データは、共通のスケールを共有するように調整でき、かつアラインメントプロセスは、相関プロセス中にスケーリング係数を決定する必要なしに、回転及び／又は平行移動パラメータを決定するために画像を相関させることができる。かかる配設は、相関プロセスを加速する。あるいは、相関プロセスは、更に、アラインメント改良のために、スケーリング係数の決定を含んでもよい（例えば、検索開始点として操作者の測定又は操作から決定されるスケーリング係数を使用する）。
【０１３２】
一実施形態において、新規な画像データセットが、結果として生じた大きな視野の画像（２７３３）を表すために作り出される。あるいは、小さな視野の画像（２７２１、２７２２、・・・２７２９）からの複合画像（２７３３）へのパラメータは、結果として生じた大きな視野の画像（２７３３）が、要求に応じて小さな視野の画像（２７２１、２７２２、・・・２７２９）から作り出せるように記憶される。
【０１３３】
本発明の一実施形態において、位置決定システムは、患者に対して固定されるか登録される。それ故に組み合わされた画像（２７３３）は、位置決定システムの座標系内の又は座標系に対する元の画像に基づき再構成される。
【０１３４】
本発明の一実施形態において、患者は、位置決定システムに対して動くことができる。位置決定システムは、撮像プローブの場所と配向に加えて、患者の場所と配向を更に決定する。それ故に、位置決定システムの共通した固定基準システムを介して、異なる場所と配向から取られた画像は、大きな視野の画像に組み合わせるために、患者に対する又は関する基準システムに変換される。
【０１３５】
本発明の一実施形態において、患者は、位置決定システムに対して限定的に動くことができる。位置決定システムは、撮像プローブの場所及び／又は配向を決定する。それ故に撮像プローブの動きに対する移動の全部又は一部は、６つの自由度における患者の可能な動きに限定された画像をアラインさせるために、画像及び相関検索から取り除かれる。
【０１３６】
本発明の一実施形態において、位置決定システムの場所及び／又は配向の解は、粗い開始アラインメント点を決定するためにのみ使用される。画像比較及び整合に基づく相関プロセスは、画像アラインメントを改良するために使用される。それ故に、画像相関プロセスが、位置決定システムによって検出されないオフセット／誤差を補正するので、患者の動きは、結果として生じた画像（例えば２７４２）の質に影響を及ぼさない。
【０１３７】
図１Ｅにおいて、画像は、構成のために患者のＥＣＧルーピングと同期化できることに注意せよ。例えば、元の画像（２７２１、２７２２、・・・２７２９）は、ＥＣＧルーピングによる心周期の同じ位相に対応するために選択され、かつ拡張されたビューを有する組み合わされた画像（２７３３）は、ＥＣＧルーピングによる心拍動の周期の同じ位相に同様に関連する。異なる位相の画像は、組み合わされた画像が、リアルタイムＥＣＧにより再生できるように、ＥＣＧデータによりインデックスを付けられる。
【０１３８】
更に、一実施形態において、画像は、記録された画像が、医療処置中の対応する状態により再生できるように、呼吸系の状態及び／又は他の血行力学的状態（例えば、血圧、心拍数、水和状態、血液量、心拍出量、鎮静状態、換気状態、呼吸状態、その他）に対して更にインデックスを付けられる。
【０１３９】
本発明の一実施形態において、リアルタイム３Ｄ超音波エコー撮像システムは、経皮的処置中にガイドのために再生される３Ｄ画像を記録するために使用される。現在、３Ｄエコー撮像システムは、ＣＴやＭＲＩシステムのような、他の３Ｄ撮像システムよりも遙かに安価であり、かつカテーテルガイド用に使用中でない時に有益に用いることができる。かかるアプローチは、ＭＲＩやＣＴシステムと共に同様に使用できるが、超音波に基づくシステムは、低コストに加えて、他のシステムよりも副作用が少なく、かつ使用制限が少ないので、３Ｄエコー撮像システムが好ましい。現在ＭＲＩやＣＴは、３Ｄエコー撮像システムよりも高価であり、かつＭＲＩやＣＴシステムの両方は、それらが、分解能を失わずに（ＥＣＧ同期化のために）大きなボリュームの組織を迅速に撮像できないが、小さなボリュームの組織を迅速に、適切に撮像できるという視野の問題に同様に悩んでいる。かかるＭＲＩやＣＴシステムは、組み合わされ、記録された大きな視野の画像のための複数の３Ｄ画像を捕捉し、かつリアルタイムの小さい視野の画像を捕捉するためにも使用される。
【０１４０】
本発明の一実施形態において、リアルタイム３Ｄエコー（超音波）撮像システムは、医療処置をガイドし、かつ医療処置中に医療装置（例えば、カテーテル）の場所及び／又は配向を決定するために使用される。
【０１４１】
図２Ａは、本発明の一実施形態によるリアルタイム画像及び事前記録された画像を使用する心臓治療をガイドする方法を示す。図２Ａにおいて、リアルタイム３Ｄ撮像システムの撮像プローブ（２８０７）は、対象となる組織の部分のリアルタイム３Ｄ画像（２８１１）を得るために使用される。リアルタイム３Ｄ撮像システム（例えば、エコー撮像システム、ＣＴ又はＭＲＩ）の制限のために、対象となる比較的大きなボリュームの組織の比較的小さなボリュームの組織が、ＥＣＧ同期化のために迅速に、又は限定された期間内で撮像できる。ガイドを改良するために、小さなボリュームの組織のリアルタイム画像は、比較的大きなボリュームの組織に対するリアルタイム撮像された部分の位置が、（例えば画像２８１７のように）明瞭に表示できるように、大きなボリュームの組織（２８１５）の事前記録された画像と組み合わされる（２８２１）。図２Ａの実施形態は、画像が捕捉される時に３Ｄ撮像ボリュームを作る３Ｄエコー撮像を使用でき、図１Ｂは、かかるボリュームの例を示す。複雑でない図面を使用するために、これらの３Ｄボリュームの２Ｄ画像スライスは、図２Ａに示され、かつスライスとボリュームの扇形状は、省略された。
【０１４２】
図２Ａにおいて、記録された画像（２８１５）は、医療装置が挿入される前に作成されたので、医療装置は示されていない。記録された画像（２８１５）は、解剖学的構造の大きな部分を示す。リアルタイム画像（２８１１）は、解剖学的構造の小さな部分に対する医療装置を示す。リアルタイム画像が、記録された画像と組み合わされる時、組み合わされた画像（２８１７）内の解剖学的構造の大きな部分に対する医療装置の場所と配向を、リアルタイム画像（２８１１）よりも良好にガイドできる。
【０１４３】
本発明の一実施形態において、位置決定システム（２８０１）が、撮像プローブの場所及び／又は配向を決定するために使用される。感知（又は送信）装置（例えば、２８０３）を含む位置決定システム（２８０１）は、撮像プローブ（２８０７）の場所と配向、及び／又は場所と配向の変更を決定するために、超音波、磁気、電磁、重量及び／又は機械的関係の少なくとも１つを使用する、位置決定システム（２７３７）に関して上記したシステムと類似であっても良い。患者に対する位置決定システム（２８０１）の場所は、位置決定システム（２８０１）（又は図２Ａに示さない異なる位置決定システム）を使用して、固定されるか、知られるか、又は同様に決定される。次にリアルタイム画像は、患者又は撮像プローブに対して既知の座標系である、事前記録された画像（２８１５）の座標系にマッピングされる。それ故に、リアルタイム画像（２８１１）は、事前記録された画像の一部（２８１９）としてオーバーレイされる。
【０１４４】
一実施形態において、位置決定システム（２８０１）又は位置決定システム（２８０１の一部は、リアルタイム画像（２８１１）と記録された画像（２８１５）の間の粗いアラインメント、又は粗いアラインメントの一部を決定するために使用される。類似撮像情報を比較し、整合させることに基づく画像相関プロセスは、図１Ｅの小さな視野の画像を相関させることに類似した方法で画像アラインメントを更に改良するために使用される。
【０１４５】
あるいは、位置決定システム（２８０１）は除去でき、かつ画像アラインメントは、比較と整合に基づく画像相関プロセスを介して実行できる。使用できる多数の周知な画像相関又は重ね合わせ方法がある。例えば、星の画像をアラインさせるための（例えばＲｅｇｉｓｔａｘ）画像アラインメント及び／又は重ね合わせ技術が使用される。あるいは、図形ユーザインタフェースは、ユーザが粗いアラインメントのための画像アラインメントパラメータを手動により調整することを可能にするカーソル（２８２３）を提供する。２つの３Ｄ画像データセットのアラインメントを提供するために、図形ユーザインタフェースは、３Ｄアラインメントを達成するために、２つの異なる非平行な目視角度、好ましくは直交する角度で画像アラインメントパラメータを調整することを可能にする。例えば、操作者は、リアルタイム画像が、事前記録された画像を有する選択可能なオブジェクトとして表示される図形ユーザインタフェース内の事前記録された画像の対応部分の近接した場所に、リアルタイム画像をドラッグすること、又はジョイスティック、トラックボール、スライダ又はカーソル制御される図形スライダのような入力装置を介してアラインメントパラメータの表示を手動により調整することを介して、システムが、対応領域を検出することを補助できる。かかる実施形態において、位置決定システム（２７３７）の使用は除去できる。
【０１４６】
一実施形態において、リアルタイム画像（２８１１）は、事前記録された画像の対応部分に取って代わる。あるいは、リアルタイム画像（２８１１）は、リアルタイム画像（２８１１）（又は事前記録された画像）が半透明であるかのように、事前記録された画像の部分とブレンドされる。あるいは、リアルタイム画像と事前記録された画像の対応部分が交互に表示される。
【０１４７】
本発明の一実施形態において、システムは、（例えば、相互情報最大化、又は相関値最大化を介して）画像をより良くアラインさせるために、リアルタイム画像を対応する事前記録された画像に整合させる。それ故に、位置決定システム（２８０１）の精度要件を減少できる。更に患者の動きを、画像整合に基づく相関を介して、自動的に補償できる。更に、一実施形態において、システムは、リアルタイム画像（２８１１）を事前記録された画像にオーバーレイするために、操作者からの補助により、又は補助によらず対応領域を検出する。
【０１４８】
一般的に、図１Ｅに示すような記録された画像を得るための方法、及び図２Ａに示すような記録された画像ガイド処置の方法は、１つのシステム内で一緒に使用されるか、又は異なるシステム内で別個に使用される。例えば図２Ａの方法の記録された画像（２８１５）は、図１Ｅに示すような方法、又は（非リアルタイムＣＴ走査又はＭＲＩ走査のような）他の方法を使用して得られる。同様に図１Ｅの組み合わされた画像（２７３３）は、図２Ａの方法、又は（米国特許出願第１０／３９００６５号の図１７に示されたような、記録された画像にオーバーレイするためのカテーテルの場所と配向を決定するための位置決定システムを使用するような）他の方法における記録された画像（２８１５）として使用される。
【０１４９】
本発明の一実施形態では、図１Ｅと２Ａの方法が組み合わされる。３Ｄガイド画像の記録及び生成、並びにガイド用のリアルタイム画像をオーバーレイすることは、同じ又は類似した３Ｄ撮像システム（例えばエコー撮像システム）を使用できる。同じ又は類似した３Ｄエコー撮像システムが、３Ｄ画像を記録するために使用されるなら、装置のコストは最小限に抑えられ、かつ経皮的装置（例えば、カテーテル）の場所と配向をガイドするために、高価な別個の位置決定システムを必要としない。その上、画像特性とデータファイル構造は、その場合同じであり、フォーマットの変換なしで、画像相関を遙かに容易にする。
【０１５０】
本発明の一実施形態において、同じ又は類似した３Ｄエコー撮像システムがガイド画像とリアルタイムガイドを作成するために使用される時、記録された３Ｄ画像とリアルタイム３Ｄ画像は、空間的及び／又はスケーリング関係のアラインメントのために同じ患者の相対座標系を本質的に有するように配設される。
【０１５１】
図２Ｂと２Ｃは、本発明のある種の実施形態を示すためのカラー画像を示す。図２Ｂは、左心室内の針カテーテル２８５２の遠位端と、リアルタイム画像２８５１の視野に対して大きな視野を有する同じ左心室の以前に記録された画像２８５３を有する左心室の一部の（透視画像として示す）リアルタイム画像２８５１の３Ｄエコー撮像プローブに連結されたディスプレイ装置上のディスプレイを示す。図２Ｂの画像の眺め（又は視点）は、０°の配向であり、他方で図２Ｃの画像の眺めは９０°の配向である。記録された画像２８５３は、３Ｄエコー撮像プローブを異なる位置に動かすこと、及び／又は撮像プローブの異なる部分から画像データを収集し、かつ撮像プローブの異なる部分の各々で３Ｄエコー撮像ボリュームを捕捉することによって得られる、幾つかの異なる３Ｄエコー撮像ボリュームを集めることによって作られる。幾つかの異なる３Ｄエコー撮像ボリュームは、記録された画像２８５３を表示するために使用される画像データを作るために使用されるボリュームの複合体を作るために、（例えば数学的相関プロセス及び／又はプローブ構造の知識によってボリュームを自動的にアラインし重ね合わせることを含む、アラインメントプロセスを介して）アラインされる。
【０１５２】
記録された画像２８５３は、診断情報（例えば、正常及び異常組織動きの指標）を含み、かつ治療情報（例えば、記録された注入位置）も含む。診断情報は、患者のＥＣＧも監視することによって決定されるような、心周期内の幾つかの異なる点での左心室の内壁（又は外壁）に沿った、選択された点、線又は区域の動きを測定することによって、異なる３Ｄエコー撮像ボリュームを作る時点で作ることができる。心臓（例えば、ＥＣＧ）周期を通した各点、線又は区域の動きは、心周期内の異なる時点で取られた異なる３Ｄエコー撮像ボリューム内の画像データから決定できる。測定された動きは、操作者が異常な左心室内の心筋の領域（例えば虚血性心筋区域及び／又は心筋梗塞を罹患した区域）、及び正常な領域を見ることができるように、表示された記録された画像２８５３上の異なる色によって（又は他のユーザインタフェースを使用して）描写できる。動き情報は、異常動き組織を示すために赤を、かつ正常動き組織を示すために青を使用することによって図２Ｂと図２Ｃの例に示される。診断情報は、種々の位置での左心室の心筋の厚さの測定を同様に含むことができ、かつこれらの厚さ測定は、記録された画像２８５３によって表される複合画像を作るために収集される異なる３Ｄエコー撮像ボリューム内の画像データから得ることもできる。更なる診断情報（例えば、心臓の電気的活動の測定）は、ある種の実施形態において、記録された画像２８５３上に同様に表示でき、心臓の電気的活動の測定は、左心室内の心筋上の点で心臓の電気的活動を感知し測定するためにその遠位端に電極を含む心室内カテーテルからも得ることができる。この心室内カテーテルは、針カテーテル２８５２と同じであっても良いか、又は治療又は診断処置における異なる時点で使用される異なるカテーテルであっても良い。
【０１５３】
記録された画像２８５３は、左心室の心筋への治療剤（例えば、機能的な、健常な心筋になるように設計された幹細胞及び／又は血管形成剤又は他のタイプの治療剤）の注入位置で表示される、記録された注入位置の形状での治療情報も含む。注入位置は、操作者に制御された注入位置で記録された画像上に、リアルタイム画像２８５１内に示される、カーソルを位置決めする操作者によってシステムに示され、あるいは操作者は、注入が、記録された画像２８５３にオーバーレイされ（かつアラインされ）るリアルタイム画像２８５１から導かれた既知の位置を有する、カテーテル２８５２の遠位端で起きたばかりであることを示すためにボタンを押すことができる。例えば、カテーテル２８５２の遠位端は、図２Ｂ、２Ｃでそれぞれリアルタイム画像２８５１、２８５１Ａの両方に示され、かつリアルタイム画像２８５１を作るために使用される３Ｄエコー撮像ボリュームの座標空間内のこの遠位端の位置は、記録された画像２８５３を作るために使用される３Ｄエコー撮像ボリュームのアラインされた座標空間に対して既知である。ある種の実施形態は、左心室の内壁への注入を介して治療剤を配送するために心室内針カテーテルを使用できるが、代替的実施形態は、アブレーションカテーテル（例えば、アブレーションカテーテルの遠位端のレーザアブレーション装置）又は他のタイプの治療若しくは診断カテーテルを使用できることが認められるであろう。かかる代替的カテーテルは、幾つかの以前に記録された画像から集められる、記録された画像２８５３のような記録された画像にオーバーレイされる、リアルタイム画像２８５１のようなリアルタイム画像内で見ることができる。
【０１５４】
図２Ｃに示した９０°のビューは、図２Ｂに示したビューと異なるビューで記録された画像２８５３を作るために使用される同じ３Ｄエコー撮像ボリュームセットから作られた記録された画像２８５３Ａを示し、かつそれ故に同じ診断情報が、記録された画像２８５３と記録された画像２８５３Ａ上に示されるが、異なる視点から示される（０°のビュー対９０°のビュー）。同様に、図２Ｃに示した９０°のビューは、図２Ｂに示したビューと異なるビューで、リアルタイム画像２８５１を作るために使用される同じ３Ｄエコー撮像ボリュームから作られるリアルタイム画像２８５１Ａを示し、かつそれ故にカテーテル２８５２は、リアルタイム画像２８５１と同じ位置にリアルタイム画像２８５１Ａ内に示される。
【０１５５】
医師又は治療カテーテル若しくは診断カテーテルの他の操作者は、記録された画像２８５３を作るために使用される３Ｄエコー撮像ボリュームを作るための３Ｄエコー撮像プローブを使用でき、かつリアルタイム画像２８５１を作るために使用される３Ｄエコー撮像ボリュームを作るために３Ｄエコー撮像プローブを使用しながら、次に治療カテーテル又は診断カテーテルを挿入できる。操作者が、カテーテルを動かすと、カテーテルの画像は、記録された画像２８５３にオーバーレイされるリアルタイム画像に示される。このように、操作者は、リアルタイムビューによって可能であるよりも大きな面積又はボリュームにカテーテルの遠位領域のリアルタイム（例えば最終画像更新内）又は近リアルタイム（例えば、最終心周期内）のビューを提供される。
【０１５６】
図２Ｂ、２Ｃの画像を作るシステムのある種の実施形態において、記録された画像にガイド情報と手術情報を記録し、注入部位間の距離のような情報を計算するために、表示された画像を作る目的で、心臓が急速に動かない（例えば、「Ｒ」波後４００ミリ秒、ここで「Ｒ」波後のタイミング／遅延又はＥＣＧ波形のある部分が、操作者選択可能である）心周期の予め決められた部分からの（記録された画像２８５３のような記録された画像とリアルタイム画像２８５１のようなリアルタイム画像の両方の）画像データのみを使用することが、望ましいことがある。このことは、ガイド情報と手術情報を作り、かつ記憶するための安定した（例えば、ほぼ動きのない）画像を提供し、かつ測定精度と位置精度に基づき、（最適でないにせよ）近最適の画像アラインメントを得るために、画像相関プロセスにほぼ全心周期の時間量を配分する。同様に、別個の直交する対の迅速に更新される透視画像が、解剖学的構造内のカテーテルのリアルタイム位置を示すために提供できる。
【０１５７】
図３は、本発明の一実施形態による心臓治療処置においてリアルタイム画像と事前記録された画像を使用するの例を示す。スクリーン（２９０１）は、（例えば、図２Ａの画像２８１１の部分２８１３に対応する）リアルタイム画像の選択的に切り取られた部分（２９０３）が、事前記録された画像にオーバーレイされたシナリオを示す。スクリーン（２９１１）は、医療装置（例えば、カテーテルのチップ）の表示（２９１３）が、事前記録された画像にオーバーレイされたシナリオを示す。スクリーン（２９２１）は、事前記録された画像の拡大部分が、対象となる点の近くの詳細を示すために医療装置（例えば、カテーテルのチップ）の表示（２９２３）によって示されるシナリオを示す。スクリーン（２９３１）は、拡大部分が、リアルタイム画像の選択的に切り取られた部分（２９３３）と医療装置（２９３５）（例えば、カテーテルのチップ）の表示によって表示されるシナリオを示す。
【０１５８】
本発明の一実施形態において、カテーテルチップの場所は、３Ｄエコー撮像システムを使用して決定される。操作者が、図形ユーザインタフェースを使用して、（例えば３Ｄビューの２つ以上の表示、又は３Ｄボリュームからの２つ以上の２Ｄビューにおいて）３Ｄエコー画像システムからの表示されたリアルタイム画像上にカテーテルチップを識別した後、システムは、３Ｄエコー撮像システムのリアルタイム画像座標系内の識別されたカテーテルチップの座標を決定する。座標は、次に事前記録された画像の座標系に変換される。
【０１５９】
例えば、本発明の一実施形態によるシステムは、同じ解剖学的構造の２つの別々に配向されたビューを生成するために構成される。両方のビューに関連した２つのトラックボールがあり、それにより操作者が、両方のビュー内の同じ場所でポインタ（例えば、スポット又は他のアイコン）を動かすことが可能になる。好ましくは、一方のトラックボールは、例えばＸ−Ｙ平面でポインタを動かし、かつ第２のトラックボールは、Ｘ−Ｚ又はＹ−Ｚ平面でポインタを動かす。トラックボールは、３Ｄ空間内のポインタの移動がシミュレートされるように、異なる平面でポインタを動かす。好ましくは、画像配向は、一方のビューが、一方のトラックボール平面内の３Ｄ画像の投影であり、かつ他方のビューが、他方のトラックボール平面内の投影であり、かつトラックボール平面が、互いに直交するようになっている。両方のビュー内の所望の場所が、ポインタの下にあるように、操作者が、ポインタを動かすためにトラックボールを使用した時、所望の場所のＸ、Ｙ、Ｚ座標が決定される。この時点で、操作者は、（その場所での他のいずれかの所望のコーディングに加えて）所望の方法で場所を入力するために３Ｄエコー撮像システムに信号を送ることができる。このようにして、操作者は、３Ｄエコー画像からカテーテルチップの場所を識別及び／又は記録できる。カテーテルチップの配向は、カテーテルチップにほぼ／まさに近位のもう１つの点を識別することを介して得ることができる。
【０１６０】
例えば、図７は、２つの直交するビュー平面、３Ｄ画像座標系Ｘ、Ｙ、ＺにおけるＺ方向に見るＸ−Ｙ平面、及びＸ方向の反対に見るＹ−Ｚ平面内の、カーソルを示す。３Ｄ空間Ｘ−Ｙ−Ｚ内のポインタは、それぞれＸ−Ｙビュー（３２１１）及びＹ−Ｚビュー（３２１３）内のポインタ（３２０１、３２０３）として示す。スライダ（３２２１、３２２３、３２２５）は、３Ｄ空間内のポインタの座標を図形により示す。スライダは、３Ｄポインタの座標を変更するために個別に調整でき、そのことは、Ｘ−Ｙビュー（３２１１）とＹ−Ｚビュー（３２１３）内のポインタ（３２０１、３２０３）の位置の少なくとも一方の更新を引き起こす。スライドは、手動により調整できる。他の実施形態において、カーソル制御装置は、マウス、トラックボール、タッチパッド等のような装置、又は３つの自由度を有する入力装置、又は少なくとも３つの自由度を有する入力装置の組み合わせであっても良い。一実施形態において、スライダ（３２２１、３２２３、３２２５）の図面ディスプレイは、任意である。
【０１６１】
Ｘ−Ｙビュー（３２１１）とＹ−Ｚビュー（３２１３）内のポインタ（３２０１、３２０３）が、Ｘ−Ｙビュー（３２１１）とＹ−Ｚビュー（３２１３）の両方で所望の位置と一致する時、３Ｄポインタの３Ｄ位置は、所望の点（例えば、カテーテルのチップ）の位置と考えることができる。画像相関を介して得られた空間的／スケーリングアラインメント情報を使用して、点の３Ｄ位置は、記録された画像に対して同様に決定できる。
【０１６２】
一実施形態において、Ｘ−Ｙビュー（３２１１）とＹ−Ｚビュー（３２１３）は、図７に示すように、解剖学的構造を取り消すために（アラインメント後に）リアルタイム画像から記録された画像を減算することから得られる医療装置の強調された画像を示す。あるいは、３Ｄポインタは、対象となる点を識別するために、３Ｄリアルタイム画像内に設置できる。あるいは、３Ｄポインタは、記録された画像内に設置でき、リアルタイム画像が記録された画像上に重ねられる。
【０１６３】
一実施形態において、装置（例えば、カテーテル）のチップ及び／又は装置の一部（注射針）は、それらから反射する撮像プローブからの超音波パルスが、ドップラー偏移されるように、振動させることができる（回転又は他の方法で動かされる）。現在の３Ｄエコー撮像システムは、装置のドップラー偏移要素の場所だけでなく、かかるドップラー偏移を検出できる。本発明の一実施形態において、装置要素からのドップラー偏移された信号のエコー振幅は、血流によって生成されるドップラー偏移された信号よりも遙かに大きい。それ故に、システムは、カテーテル場所を自動的に識別できる。かかるアプローチは、装置（例えば、カテーテル）が、３Ｄエコー撮像システムに必ずしも接続される必要がないという利点を有する。このことは、接続ケーブルを除去し、装置は、操作することが容易になり、かつより厳密な電気絶縁及び漏れ電流要件が、回避される。
【０１６４】
一実施形態において、球体形状装置（例えばカテーテル）のチップは、全方向超音波変換器及び／又は帯状変換器を含む。変換器は、装置の遠位部分に取り付けられ、かつ３Ｄエコー撮像システムに電気接続される。変換器は、その超音波送信経路内にある時、３Ｄエコー撮像システムの撮像プローブから超音波パルスを受信する。その配列内の撮像プローブの変換器がパルスを送信する時間と、パルスが装置を取り付けた変換器によって受信される時間との間の遅延は、撮像プローブの配列変換器の既知の物理的位置と共に、リアルタイム画像内の特定のカテーテルを取り付けた変換器の場所を計算するために、３Ｄエコー撮像システムのための適切な情報を提供する。この位置は次に、その対応する場所をコード化するために使用されるか、又は所望の方法で所望の診断又は治療（ガイド又は手術）情報を有する記録された３Ｄエコー画像データ（又はその一部）を修正する。
【０１６５】
１つのそれほど好ましくない実施形態において、装置を取り付けた変換器は、３Ｄエコー撮像システムの撮像プローブによって受信される超音波パルスを送信する。装置を取り付けた変換器がパルスを送信する時間と、パルスがその配列内で撮像プローブの変換器によって受信される時間との間の遅延は、撮像プローブの配列変換器の既知の物理的位置と共に、リアルタイム画像内の特定のカテーテルを取り付けた変換器の位置を計算するために、３Ｄエコー撮像システムのための適切な情報を提供する。この実施形態は、カテーテルからプローブにパルスを送信するために割り当てられた時間が、リアルタイム撮像に利用できる時間を減少させるので、それほど好ましくない。
【０１６６】
場所及び／又は配向決定のための上記方法は、組み合わせても使用できる。例えば、異なる方法から決定された位置は、精度及び使いやすさを改良するために、平均化できる。
【０１６７】
１つの例のシステムにおいて、３ＤのＴＴＥ、ＴＥＥ又はＩＣＥシステムは、エコープローブの３Ｄ場所と配向を決定する手段を含む。超音波、電磁、重量、磁気及び／又は機械的手段を含む、当該技術分野において公知のいかなる手段も使用できる。プローブの３Ｄ場所と配向の決定により、エコーデータから作られる３Ｄ画像マトリックスが、固定された外部座標系、以前の画像の座標系、又は（定義されたメモリボリューム内に記録された画像データを保持するように設計された、修正された座標系のような）内部で作り出された座標系に参照を付けることができる。それ故に、患者の場所と配向が一定の、決定された又は既知に保たれる限り、プローブの異なる位置から作られた３Ｄエコー画像は、解剖学的構造のより完全な像を生成するために、集められる。
【０１６８】
一実施形態において、プローブの３Ｄ場所と配向は、リアルタイム画像と記録された画像の重複領域内で撮像情報を比較し、整合させることを介してより良好な画像アラインメントを検索するための開始点として使用される。例えば、プローブの位置は、数学的相関プロセスにおける開始点として使用される。それ故に、患者の場所と配向の変更は、解剖学的構造のより完全な像を集める際に自動的に補償できる。
【０１６９】
かかるアプローチは、概して心臓を撮像するために使用される超音波撮像システムに特に有益である。例えば、多くの患者において、心臓の一部のみが、種々の肋骨の間、及び胸郭の下の場所で、ＴＴＥプローブによって撮像される。このシステムにおいて、これらの画像の全部が、心臓の完全な又はより完全な３Ｄ画像を構成するために集められる。画像は、患者のＥＣＧとのそれらの関係に基づいて収集され記憶される。ＴＥＥシステムとＩＣＥシステムは同様の制限に悩んでいる。幾つかの現在利用可能な３ＤのＴＴＥシステムとＴＥＥシステムは、ＥＣＧデータを収集するか、又はＥＣＧ入力端子を有する。それ故に集められた画像は、患者のリアルタイムＥＣＧと同期して、軽微な修正、又は記録されたＥＣＧに合わせて再生できる。操作者は、いずれかの画像シーケンスを使用のために集めるか、記憶するか選択できる。
【０１７０】
一実施形態において、撮像情報を比較し、整合させることに基づく画像相関プロセスは、３Ｄ場所と配向トラッキングシステムのアラインメントの解を改良するために、又はトラッキングシステムに取って代わるために、使用される。
【０１７１】
一実施形態において、３Ｄ場所と配向トラッキングシステムの一部のみが使用され、かつ撮像情報を比較し、整合させることに基づく画像相関プロセスは、３Ｄ場所と配向トラッキングシステムによって提供される場所及び／又は配向情報のアラインメントの解を改良するために、かつ３Ｄ場所と配向トラッキングシステムによって提供されない場所及び／又は配向情報を作るために使用される。このような部分的システムは、全ての６つの自由度でトラッキングを提供する、比較的複雑かつ高価な３Ｄ場所と配向トラッキングシステムを必要とせずに、撮像情報の比較と整合の速度や質を改良できる。
【０１７２】
１つの追加の有用な画像操作機能は、その親画像として同じ方法で自動的に操作され続け、かつ親画像が直交する視点からどのように見えるかを示し続ける、現在操作される画像の直交視点画像ディスプレイ（コピー）を作るか、又は提供するツール（又はディスプレイフォーマット）である。いかなる透視又は表面画像ディスプレイにも、常に４つの直交するビューがあるので、操作者は、新規なビュー内でそれらの中から選択できるはずである。直交する３Ｄ透視及び／又は３Ｄ表面画像対のディスプレイは、解剖学的構造の３Ｄ視覚化／理解、及び操作者による解剖学的構造内の装置の場所／配向を容易にする。もう１つの操作は、位置／区域／ボリューム特異的な手術及び／又はガイド情報により操作／記録された画像をマークするために、直交ビューを有する以前に論じたトラックボール／他の装置システムを使用することである。本発明の一実施形態による１つのシナリオにおいて、治療の直前に、システムは、患者の左心室の基線画像マトリックスを作るために使用される。ＥＣＧループ用の画像マトリックスデータは、左心室の内部の良好なビューを提供するために、調整、コピー、トリミング、分割、回転、再位置決め、寸法調整等の後に、ディスプレイのために処理される。図形ユーザインタフェースは、ユーザがトリミング、コピー、分割、回転、シフト、寸法決定、注釈付け等のような画像操作を実行することを可能にするために提供される。更に、操作は、１つのビューの一部を取り、かつ選択された場所でそれを他のビュー上に重ねるような、複数のビューを１つのビューに組み合わせることを含む。
【０１７３】
一実施形態において、トリミング、コピー、分割、回転、再位置決め、寸法調整等のためのパラメータは、左心室の内部の良好な又は所望のビューが、画像マトリックスと記録されたパラメータから直接再構成できるように記録される。リアルタイム情報が、利用できる時、記録パラメータは、リアルタイム情報を含む画像セットに影響を及ぼすために、使用できる。リアルタイム情報は、リアルタイム画像、又はリアルタイム画像から導かれた情報、又は（例えば、自動パターン認識、リアルタイム撮像空間内の３Ｄポインタ、ドップラーに基づく検出、超音波伝搬遅延に基づく計算等を介して決定される）医療装置のリアルタイム場所及び／又は配向情報を含むことができる。
【０１７４】
例えば、図８において、記録された３Ｄ画像（３３０１）は、記録された３Ｄ画像の望ましいビュー（３３２１）に到達するために、ビュー平面を選択すること（３３０３）、回転させること（３３０５）、注釈を付けること（３３０７）のような、画像操作セットを計画するために使用できる。図８の実施形態は、３Ｄ撮像ボリュームから画像を作るために３Ｄエコー撮像システムを使用できる。複雑でない図面を使用するために、これらの３Ｄ撮像ボリュームの２Ｄ画像スライスは、図８に示され、かつスライスやボリュームの扇形状は、省略された。操作シーケンス（例えば、３３０３、３３０５、３３０７）は、次にスクリプトとして記憶される（例えば、対応する操作の識別子シーケンスと関連した一連のパラメータ）。リアルタイム画像（３３１３）が記録された画像（３３０１）とアラインされた後、リアルタイム画像は、組み合わされた画像（３３１１）を形成するために、記録された画像上に重ねられる。画像を組み合わせる操作は、組み合わされた３Ｄ画像を形成するためにビュー平面が選択される前に実行されるか、又は選択された、組み合わされた２Ｄ画像を形成するために、選択されたビュー平面でのみ実行される。
【０１７５】
記憶された操作シーケンス（例えば、３３０３、３３０５、３３０７）は、画像ガイド医療処置用の所望のリアルタイムビュー（３３２３）を作るために、組み合わされた撮像情報に適用される。一旦所望のビューが、表示されると、ユーザは、更なる操作を介してビューを更に修正でき、そのシーケンスは、後で検討するために同様に記録される。
【０１７６】
一実施形態において、操作シーケンスの複数の事例が、画像データと無関係に記録され、かつユーザインタフェースは、多数の異なる患者からの画像データを操作するために次に使用される、複数の事例から１つを選択するためのオプションを提供する。
【０１７７】
一実施形態において、操作シーケンスは、１つのみのビューを提供する。あるいは、操作シーケンスは、各々がユーザの選択可能な時間、心周期内の時間及び／又は繰り返す視点変更（例えば、画像回転又は角度範囲を通じた前後の揺動）に関して表示される複数のビューを提供でき、その結果、操作シーケンスに従ったディスプレイが、３Ｄ画像又は３Ｄ画像対の所望のビューのセット（直交ビューのセット）の所望レベルのアニメーションを提供し、かつそれ故に、ディスプレイモニタの２Ｄ性質にかかわらず、３Ｄ画像関係の間隔を提供し、及び／又は解剖学的動き（例えば、心周期心壁の動き）を制限する。
【０１７８】
ＥＣＧループ用の記録された画像マトリックスデータは、壁の動きのその振幅に関してカラーコード化又は他の方法でマークされた左心室を示すディスプレイのために同様に処理される。例えば、ＥＣＧループ中である種の壁の動き量を超えると、心筋は、健常であると考えられる。その壁の動き量未満ならば（例えば、収縮期に収縮組織と反対の方向での壁の動きは、最近死んだ組織を示すことがあり、減少した壁の動きは、瘢痕組織を示すことがあり、非同期壁の動きは、収縮波伝導の問題を示すことがある）、心筋は、気絶した、死んだ、又は瘢痕組織に代わったと考えられる。ＥＣＧループ用の記録された画像マトリックスデータは、壁厚を示すためにも同じように処理される。一実施形態において、記録された画像データマトリックスにおける実際のデータには、手を触れず、ディスプレイ目的でのデータ処理のみが、調整される。一実施形態において、手術及び／又はガイドデータは、手術及び／又はガイド情報が心臓の画像上に選択的に表示できるように、画像マトリックスデータの座標系を参照して別個に記憶される。一実施形態において、操作者／システムは、後で使用するために、手術及び／又はガイド情報を記録及び保存するために画像上の位置、区域又はボリュームを識別する。更に、本発明の一実施形態において、操作者は、左心室視覚化のための複数の視点及びスケールを選択的に整え、かつ記録する。視覚化用の記憶された視点及びスケールは、ガイドのために呼び戻される。
【０１７９】
次に、より近位の電極を有することもあるエコー適合性チップとチップ電極を有する針カテーテルは、通常のように左心室に挿入され、かつ注入のために左心室に位置決めされる。エコープローブは、左心室内でカテーテルのチップの位置を決めるために使用される。システムは、リアルタイム画像が処理され、そして次に組み合わされ、オーバーレイされるか、又は患者のＥＣＧと同期して同様に処理される、基線（記録された）画像マトリックス（記録された画像２８５３のような、心臓の記録された画像及び／又は集められた及び／又は操作された及び／又は標識化された画像）とディスプレイ上で交互になる。ガイド又は手術情報はまた、画像上に選択的に表示できる。操作者は、望むように、ガイド又は手術情報を更新又は調整でき、かつガイド又は手術情報は、リアルタイム画像データ及び／又は基線（記録された）画像マトリックスの両方に適用し続けることができる。それ故に、カテーテルのチップの場所が、（例えばディスプレイのリアルタイム部分に関する視覚化と識別を介して）決められる時、左心室の解剖学的構造に対するその位置が即時に認識可能である。チップ電極からのＥＣＧが、高振幅であり、かつある種の同期壁の動き量未満の左心室の部分に関するならば、その場所は、気絶組織の場所（境界ゾーン）であると決定できる。チップ電極からのＥＣＧが、低振幅であり、かつ非同期又はある種の壁の動き量未満の左心室の部分に関するならば、その場所は、死んだ又は瘢痕組織の場所であると決定される。それ故に、左心室内の現在の潜在的注入場所での組織を、健常、気絶した又は死んだ／瘢痕を有する、及び厚過ぎ、通常又は薄過ぎと診断するために必要とされるデータが、操作者に提示される。操作者は次に、（例えば、図２Ｂに示す記録された画像２８５３に示すような）種々の方法で基線（記録された）画像マトリックスに関する診断を記録できるが、診断コートがディスプレイ上に見えること、又はもう１つのディスプレイ上に見えること、かつ必要とされる治療の視覚化とカテーテルの配向／場所の視覚化と干渉しないことが好ましく、次に注入／治療を行うことができ、かつ基線（記録された）画像マトリックスに関して記録できる。カテーテルの場所及び／又は配向は調整でき、かつプロセスは繰り返すことができる。１つの治療場所が記録された後、システムは、以前の治療場所と現在の診断場所を自動的に比較でき、かつ最も近い以前の治療場所への位置を操作者に提供できる。それ故に治療は、空間的な用量を制御するために、標的組織にわたってより均一にガイド及び適用できる。
【０１８０】
上記の例のシナリオは、左心室の内面を目的とするが、プロセスが、心臓や他の器官のいかなる空洞、構造又は表面にも適用できることが注目される。他の器官を撮像する時、ＥＣＧ記録／同期は、必要とされない。しかしながら、心臓のような幾つかの器官に関して、特に画像相関機能がないか、又はその効果が限定されるシステムにおいて、呼吸と同期して同様に記録するか、又はその影響を最小限に抑えるために呼吸を制御又は制限するために、更なる改善を行うことができる。
【０１８１】
同様に、上記の例のシナリオは、３Ｄ心エコー図撮像一般に焦点を合わせたが、プロセスは、３Ｄ撮像能力を提供するために利用できる他の超音波様式に適用できる。ＴＥＥ超音波様式が使用される時、食道内のプローブの位置が適切に固定され、かつ対象となる全領域の適切なビューを提供するならば、プローブの３Ｄ場所と配向の決定は省略できる。かかる場合に画像相関プロセス中の空間オフセットの検索範囲が、画像相関の所望の速度と質を提供するために十分に制限される。
【０１８２】
ＴＴＥが使用される時、患者は通常重度に麻酔をかけられていない。技術者は、治療中にエコーシステムを操作でき、かつＴＴＥは、多く（例えば８０〜８５％）の患者に対して適切な画像を作ることができる。
【０１８３】
ＴＥＥが使用される時、患者は、咽喉内のプローブの不快感に耐えるために、多くの場合重度に鎮静剤を投与される。概して、訓練を受けた医師が、ＴＥＥプローブを挿入し位置決めする。ＴＥＥは、一般的にＴＴＥよりも良質な画像を提供し、かつＴＥＥは、ほぼ全ての患者において適切な画像を作ることができる。患者の解剖学的構造の故に、又はより正確かつ精密に装置をガイドするのに高い画像品質が必要である故に、ＴＴＥが患者に適切な画像を提供できない時に、ＴＥＥが使用できる。
【０１８４】
ＩＣＥは、静脈系へのプローブの挿入を含む。ＩＣＥプローブは、医師によって操作され、かつ右心内に位置決めされる。概して、ＩＣＥプローブを挿入するために、頸静脈の切開がなされ、かつ患者は、ＴＴＥガイドカテーテルに基づく処置と類似したレベルで麻酔をかけることができる。ＩＣＥは、優れた画像品質と適切な画像をほぼ全ての患者に提供できる。ＩＣＥプローブは、血管挿入を可能にするために小さくされているので、ＩＣＥプローブの視野は、概してＴＴＥプローブやＴＥＥプローブよりも限定される。ＩＣＥプローブは概して血管と接触した後、再使用（例えば、洗浄又は再滅菌）されないので、ＩＣＥは、使用毎のコストが高い。
【０１８５】
一般的に、超音波に基づく撮像システムは、Ｘ線若しくはガンマ線に基づくシステム（例えば、ＣＴ、ＥＢＣＴ、多軸蛍光（ｍｕｌｔｉ−ａｘｉｓ  ｆｌｕｏｒｏ）等）又はＭＲＩに基づくシステムのような  他のタイプの撮像システムよりも安価である。超音波に基づくシステムは、カテーテルラボに運搬でき、かつ心臓病専門医は、装置や得られた画像の解釈に精通している。超音波に基づく撮像システムは、処理されていない安全上の問題を有さない。
【０１８６】
あるいは、Ｘ線又はガンマ線に基づくシステム（例えば、ＣＴ、ＥＢＣＴ、多軸蛍光等）は、本明細書に記載された種々の実施形態によって使用されるが、かかる撮像システムは、特に操作者への被曝や高コストという不利点を有する。かかるシステムは、一般的にカテーテルラボで利用できない。
【０１８７】
あるいは、ＭＲＩに基づくシステムは、本明細書に記載された種々の実施形態によって使用できるが、かかる撮像システムは、高コストという不利点を有する。カテーテルラボで、かかるシステムは広く利用されていない。典型的なＭＲＩシステムは、特別な装置材料と設計を必要とし、その幾つかは、装置の寸法を増大させ、かつ装置の機能に悪影響を及ぼす。
【０１８８】
本発明の一実施形態において、カテーテルは、３Ｄエコー（超音波）撮像システムから得られた画像を改良するように設計された特徴を有する。特徴の幾つかは、以下に記載し、かつ図１４〜２７に示す。
【０１８９】
図４は、本発明の一実施形態による経皮的処置中のガイド用の画像を作成する方法の流れ図を示す。図４に示した実施形態は、図２Ｂの記録された画像２８５３のような拡張された（複合）記録された画像を作るために３Ｄエコー撮像システムの使用を前提とする。図４で、操作３００１は、患者又は撮像プローブに対する複数の異なる場所及び／又は配向で撮像システムの撮像プローブを使用して、解剖学的構造の複数の部分の複数の画像を捕捉する。
【０１９０】
操作３００３は、複数の画像を捕捉している間に、撮像プローブの場所と配向を決定する。操作３００５は、撮像プローブの場所と配向に従って拡張された視野の記録された画像を作るために複数の画像を組み合わせる。
【０１９１】
あるいは、又はその上、システムは、互いに対する画像の相対的場所と配向を決定するために、重複領域を自動的に整合させることができる。あるいは、又はその上、操作者は、互いに対して画像を回転、スケーリング、移動させることができ、捕捉画像の小さなビューから解剖学的構造の大きなビューを再構成し、及び／又はシステムの開始点を提供し、重複領域を自動的に整合させ、互いに対する画像の相対的場所と配向を決定する。
【０１９２】
操作３００７は、複数の画像から記録された画像を構成するためにパラメータを記録する（又は拡張された視野の記録された画像を記録する）。
【０１９３】
本発明の一実施形態において、解剖学的構造は、時間依存状態を有する心臓のような動く器官を含む。ＥＣＧのような１つ以上のパラメータは、パラメータのリアルタイム測定に従ってリアルタイムで画像を再生できるように、画像にインデックスを付すために使用される。
【０１９４】
図５は、本発明の一実施形態による経皮的処置をガイドする方法の流れ図を示す。図５で、操作３１００Ａは、リアルタイム撮像システムを使用して経皮的処置中に医療装置の場所を決定する。操作３１００Ｂは、事前記録された画像内に捕捉された解剖学的構造に関する医療装置の場所を示すために経皮的処置の前に記録された画像と、医療装置の表示を組み合わせる。図２Ｂの例は、記録された画像にオーバーレイされた医療装置のかかる表示を示す。
【０１９５】
一実施形態において、リアルタイム撮像システムは、経皮的処置前に事前記録された画像を捕捉するために使用される撮像システムと同じである。
【０１９６】
一実施形態において、医療装置の場所は、リアルタイム撮像システムによって捕捉された医療装置の画像を示す図形ユーザインタフェースからの医療装置の三次元座標を決定することを介して決定される。あるいは、医療装置の一部は、ドップラー偏移部分を示すために振動させられ、かつ医療装置の場所は、リアルタイム撮像システムを使用して医療装置のドップラー偏移部分を識別すること、及びドップラー偏移部分から位置の座標を計算することを介して決定される。あるいは、超音波変換器が、医療装置（例えば、カテーテルのチップ部分）上に取り付けられ、かつリアルタイム撮像システムの撮像プローブと、医療装置上に取り付けられた変換器との間の超音波パルスの遅延は、測定され、かつ変換器の場所の座標を計算するために使用される。
【０１９７】
一実施形態において、リアルタイム撮像システムから捕捉されたリアルタイム画像の少なくとも一部は、記録された画像にオーバーレイされる。あるいは、リアルタイム撮像システムから捕捉されたリアルタイム画像の少なくとも一部は、半透明効果を提供するために、記録された画像の対応部分とブレンドされる。あるいは、リアルタイム撮像システムから捕捉されたリアルタイム画像の少なくとも一部と記録された画像の対応部分が交互に表示される。一実施形態において、医療装置のアイコン表示は、記録された画像と共にリアルタイム画像を示しながら、又は示さずに記録された画像にオーバーレイされる。
【０１９８】
本発明の一実施形態において、位置決定システムは、画像をアラインさせるために使用されない。画像は、画像の重複又は共通部分間の自動相関に従ってアラインされる。相関は、コンピュータシステムによって自動的に決定される。
【０１９９】
一実施形態において、リアルタイム画像データマトリックス及びガイド／マップ（記録又は基線）画像データマトリックスは、それらの座標系の空間的関係を変化させることを介して互いに対して相関させられる。相対的場所と配向やスケールのような空間的関係は、連続的に、断続的に、又は最高相関を見出すための検索アルゴリズム（例えば、二分探索法）に従って変化させることができる。最良の相関を提供する空間的関係は、画像の軸をアラインさせるために使用できる。アラインメントの相関は、心周期内の特異的な位相に関して実行される（例えば、ＥＣＧに従ってゲートでコントロールされる）。例えば、心周期内の同じ又はほぼ同じ時間での画像は、互いにアラインでき、かつ心周期内の異なる事例のアラインメントは、全心周期に関して、又は全心周期中のアラインメントを得るために又はアラインメントを更新するために実行される。
【０２００】
一実施形態において、心周期内の画像獲得時間での相関の空間的関係は、心周期内のその点のみで使用される。あるいは、心周期内の画像獲得時間での画像相関によって決定された空間的関係は、心周期内の次の点での画像相関の開始点として使用される。
【０２０１】
一実施形態において、関連する計算量と処理時間を減少させるために、画像の一部のみを、相関を計算するために使用する。例えば、画像データは、関連する解剖学的構造を包含する画像データのみを含めるために、切り取られる。リアルタイム画像において、カテーテルのような、記録されたガイド画像に存在しない特徴を含む画像の一部は、相関演算から除外できる。一実施形態において、操作者は、（例えば、操作者が、区域の境界となるボックスを描くことのような、カーソル制御装置を介して領域を定義することを可能にする図形ユーザインタフェース上で）除外される領域を特定する。あるいは、システムは、（例えば、装置の対応点に振動を導入することを介して生成される画像内のドップラー偏移点を識別することを介して）装置の点又は複数の点を自動的に識別し、そして次にシステムは、前記点又は複数の点に基づき領域を自動的に除外する。
【０２０２】
一実施形態において、所望の空間間隔の間の画像データは、所望の軸アラインメント精度に基づき省略できる。例えば、アラインメント精度が、１ｍｍによることが望まれるならば、０．５ｍｍの空間格子間隔での画像データは、所望のアラインメント精度を生成するために適切以上である。それ故に、画像の分解能は、アラインメントのために減少でき、かつそれ故に、処理される画像データ量を減少できる。
【０２０３】
一実施形態において、リアルタイム画像の慎重に選択された個別の線、ボリューム及び／又は平面は、適切なアラインメントを生成するために、ガイド／マップ（記録された）画像データに相関させて使用される。一実施形態において、（相関プロセスによって評価される）比較された画像データは、表面画像データマトリックス、利得調整画像マトリックス等のような画像データマトリックスの処理されたサブセットである。
【０２０４】
一実施形態において、ユーザインタフェースは、相関度を示すために使用される。例えば、不適切なリアルタイム画像、速い撮像プローブ／変換器の動き又は他の要因のために、不適切な相関がある時（例えば相関値が閾値よりも低い時）、ユーザインタフェースは、赤いライトで操作者に警告し、かつ相関が適切である時、ユーザインタフェースは、緑のライトを示す。一実施形態において、相関が乏しい時、画像又は他のマップ上の場所のマーキングが無効にされる。一実施形態において、相関が乏しい時、画像のオーバーレイのリアルタイム部分が、色を変化させられ、又は点滅させられる。
【０２０５】
一実施形態において、リアルタイム画像が透明であるという概観を提供するために、リアルタイム画像は、（記録）ガイド画像とブレンドされる。一実施形態において、ブレンド因子は相関度に基づく。例えば、相関が強いほど、リアルタイム画像の内容（例えば、カテーテルの存在）を強調するために、ガイド画像上のリアルタイム画像の重みは、重くなり、相関が弱いほど、背景としてガイド（記録された）画像へのリアルタイム画像の内容（例えば、カテーテルの存在）を洗い落とす（ｗａｓｈ  ｏｕｔ）ために、ガイド画像上のリアルタイム画像の重みは、軽くなる。
【０２０６】
一実施形態において、診断情報（及び／又は他の情報、例えばガイド情報と手術情報）は、リアルタイム画像とガイド（記録された）画像との間の空間的相関に従ってリアルタイム画像上に次にマッピングされる、ガイド（記録された）画像内の空間的関係に基づき作成し記録される。記録された画像上の診断情報がどのようにリアルタイム画像と組み合わされるかという例は、図２Ｂ、２Ｃに示す。一実施形態において、リアルタイム画像に対するマッピングされた情報のコントラストは、リアルタイム画像とガイド（記録された）画像との間の相関度に基づく。例えば、相関度が改良される時、リアルタイム画像に対するマッピングされた情報のコントラストは、マッピングされた情報を明瞭に示すために強化され、相関度が低下した時、リアルタイム画像に対するマッピングされた情報のコントラストは、増加した不確実性を示すために減少させられる。
【０２０７】
一実施形態において、（記録された画像２８５３のような）ガイド／マップ（記録された）画像を作るために使用される（例えば、超音波、ＭＲＩ、ＣＴ等に基づく）撮像様式は、解剖学的構造内の医療装置（例えば、カテーテル）の（リアルタイム画像２８５１のような）リアルタイム画像を捕捉するためにも使用される。一実施形態において、撮像様式は、画像データの次元スケールが、同じであるか、又は既知の（例えば、記録された）関係を有するように構成される。それ故にスケール相関のための計算は、簡略化され、かつ相関最適化と軸アラインメントは、より効率的かつ迅速に実行できる。ガイド／マップ（記録された）画像とリアルタイム画像が、同じ次元スケールにない時、一方又は両方は、それらが相関による軸アラインメント（及び画像ディスプレイ）の前に、同じスケールを有するように再スケーリングされる。あるいは、相関プロセスは、相関定式化の一部として、再スケーリング因子を更に含む。スケーリングは、画像データのいずれかのセットに対するいずれかの方向での補間法によって行うことができ、かつスケールの相違があれば、元の画像データは、上書きされない（失われる）が、相関及び／又はディスプレイ目的のスケーリングされた記録された画像データマトリックスが、リアルタイム画像データのスケールによって作られることが好ましい。
【０２０８】
本発明の一実施形態において、ユーザインタフェースは、心周期内の時間の特定の事例のための空間的相関関係を操作者が手動により調整するために設けられる。画像は、手動アラインメントのために時間内で時間的に「凍結」される。例えば、操作者は、カーソル制御装置（例えば、マウス、トラックボール、ジョイスティック、又はキーボード）を使用して、画像を互いにオーバーレイするために、ガイド／マップ（記録）３Ｄ画像の対応する時間フレームに対するリアルタイム３Ｄ画像の時間フレームを動かすことができる。更に、操作者は、画像を相関させるために、必要な場合スケーリングを調整できる。一旦ユーザインタフェースを使用して手動で相関させると、決定された空間的相関関係は、その後の時間事例の相関関係の迅速な自動検索の開始点で使用される。あるいは、３Ｄ画像は、患者のリアルタイムＥＣＧと同期して示され、かつ初期アラインメントは、同じように実行される。
【０２０９】
一実施形態において、超音波に基づく撮像様式が使用される時、ガイド／マップ（記録された画像）データを収集するために使用されるプローブ位置は、リアルタイム画像を収集するために使用される解剖学的構造上のプローブ位置と同じ又はほぼ同じであるように構成される。かかる配設によって、システムが、軸アラインメント及び相関のための近い開始点を自動的に選択することができる。かかる配設はまた、迅速な相関最適化及び軸アラインメントのために各画像データマトリックス内の対応する解剖学的構造に比較可能な画像強度を提供する。他のタイプの撮像様式区域（例えば、ＣＴ又はＭＲＩ）が使用される時、マップとリアルタイム画像データの撮像軸は、ベッド／プラットフォーム上の患者の位置を限定することを介して迅速な相関最適化のために適度に抑制できる。現在利用可能な様式の幾つかは、患者をベッド／プラットフォーム上の同じ位置に拘束するような設備を提供する。
【０２１０】
本発明の一実施形態において、撮像アラインメント方法は、同様に呼吸周期にゲートコントロールされる画像マップ（例えば、記録された画像データ）を作ること、及び／又は患者の動きを検出し記録することを必要とせずに、呼吸又は他の患者の動き／位置変更による、胸部内の大きな心臓の動きの結果としての軸アラインメントを補正するためにも使用される。それ故に、この方法は、心腔の大きさが呼吸周期によって少なく影響を受ける、解剖学的構造、特に左心室内の装置場所決定の精度に対する、呼吸や他の患者の動き／位置変更の影響を最小限に抑える手段を提供する。データ収集／処理時間のために、画像マトリックスサイズやハードウェアの複雑さと制限、画像データを呼吸周期にゲートコントロールすること、及び／又は患者の動き／位置変更を検出及び相関させること、さらにはＥＣＧにゲートコントロールすることは、治療設定において、高価なシステムをもたらす。特に右心の適用のために、呼吸のボリューム量は、右心への血液流入速度を変更し、かつそれ故に右心腔への大きさ変化を引き起こす胸腔内圧の変化を制限するために、制御又は制限できる。更に患者の動き／位置変更は、最も迅速な初期相関プロセスを提供するために、制限できる。
【０２１１】
大きな患者の動き／位置変更の場合に、操作者による初期の軸アラインメントが、最初のアラインメントを迅速かつ正確に得るために望ましいか、又は必要である。例えば、１つの方法において、記録された画像マップとリアルタイム画像は、同軸コンベンション（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）を使用して、患者のＥＣＧと同期して、同じスクリーンに一緒に表示され、そして次に解剖学的にほぼ正しく、それらをアラインさせ重複させるために、（例えば、トラックボールを使用して）操作者によって別個に動かされる。操作者による画像の位置と配向変更は、初期の軸アラインメント相関因子（空間的オフセット）を提供する。操作者は次に、各リアルタイム画像収集に関して、又はＥＣＧ周期にわたる２つの画像データマトリックス内の重複部分内で最高相関を得るために、これらの因子を変化させるシステムの自動相関機能を起動する。最高相関で、２つの画像は、最も解剖学的に正しいアラインメントにある。その後、相関計算が、適用される動きの追跡調査をするために十分な速度で軸補正因子を更新するために実行される時、操作者の入力は必要とされない。
【０２１２】
本発明の一実施形態において、上記の相関方法は、同じ解剖学的構造の画像部分を共有する３Ｄ画像を正確に繋ぎ合わせるために更に使用される。それ故に撮像様式が、全ての関連する解剖学的構造を適切に撮像するために１つを超える画像マップ内で所望の視野を得る時、画像マップは、１つの単一の３Ｄガイド／マップ（記録された）画像（データマトリックス）を形成するために組み合わせることができ、その時に画像マップ（記録）は、同じ解剖学的構造を示す適切な重複部分を有する。一実施形態において、限定されたビューのガイド／マップ（記録された）画像セットは、処理時間を減少させるためにリアルタイムの処理と操作のための基準（基線）として単一のガイド／マップ（記録された）画像を作るために、一緒に繋ぎ合わせられる。限定されたビューの複数の画像上よりも、単一のガイド／マップ（記録された）画像上で結果として生じた文書を見て、かつ操作するほうが便利である。例えば、１つの方法において、２つの記録された画像は、同じ軸コンベンションを使用してそれらのＥＣＧタイミングを通って一緒に同じスクリーン上に表示でき、そして次にそれらを解剖学的にほぼ正しくアラインさせ、重複させるために、（例えば、トラックボールを使用することによって）操作者によって別個に動かされる。操作者による画像の場所と配向変更は、初期軸アラインメントの補正因子を提供する。操作者は次に、ＥＣＧ周期にわたる２つの画像データマトリックス内の重複部分内で最高相関を得るために、これらの因子を変化させるシステムの自動相関機能を起動する。最高相関のとき、２つの画像は、最も解剖学的に正しいアラインメントにある。心周期の各部（心周期内の同じ時間、例えば「Ｒ」波後の等しい時間）に関して、心周期の各区画（心周期内の同じ時間間隔、例えば「Ｒ」波後の等しい時間後の等しい期間）に関して、及び／又は全心周期（例えば、「Ｒ」から「Ｒ」波の時間間隔）に関して最良の相関を提供する相関因子が得られる。
【０２１３】
一実施形態において、軸アラインメント補正因子は、呼吸、患者又は（エコーシステムならば）撮像プローブの動きによって導入されるいかなる不正確さも最小限に抑えることを補助するために心周期内の各画像に対して計算される。平滑化、データ選択又は他のタイプのアルゴリズムが次に、その軸がアラインされた２つの元のデータマトリックスの組み合わせである、新規の画像マトリックス内に保存された２つの画像の平滑化区域と残りの区域からの結果として生じた画像データ、及び重複と隣接画像の区域の最良の画像を作るために、２つの画像の重複と隣接区域に適用できる。所望又は必要ならば、追加の画像部分が、組み合わされた画像データマトリックスに同じように追加できる。それ故に、関連する解剖学的構造の記録された画像マップは、１つを超える記録された画像から構成できる。
【０２１４】
図６は、本発明の一実施形態によるリアルタイム画像と記録された画像の使用を示す。
【０２１５】
図６で、記録された画像２８５３と類似している記録された画像（３１０３）は、超音波に基づく、Ｘ線又はガンマ線に基づく（例えば、ＣＴ）又はＭＲＩに基づく、撮像様式を使用する経皮的処置の前に記録される。一実施形態において、ＴＴＥ（経胸腔心エコー図）、ＴＥＥ（経食道心エコー図）又はＩＣＥ（心臓内心エコー図）であっても良い、超音波に基づく撮像様式が使用される。
【０２１６】
一実施形態において、撮像様式は、撮像プローブの所与の位置に関する記録されたガイド画像として１つ以上の３Ｄ画像情報セットを生成する。単一の３Ｄ画像情報セットが、経皮的処置をガイドするために十分大きな視野を有さない時、１つを超える３Ｄ画像情報セットが使用できる。本発明の一実施形態において、複数の３Ｄ画像情報セットが、患者に対する撮像プローブの同じ位置から取られる。あるいは、複数の３Ｄ画像情報セットは、多数の異なる位置から取ることができる。本発明の一実施形態において、位置決定システムは、複数の３Ｄ画像情報セットが、複数のセットの視野の結合を実質的にカバーする広い視野を有する１つのセットに組み合わせることができるように、複数の３Ｄ画像情報セットをアラインさせるために、撮像プローブの場所と配向を追跡するために使用される。本発明の一実施形態において、位置決定システムは、撮像プローブの場所と配向を追跡するために使用されない。複数の画像情報セットは、１つ以上の重複領域をカバーするために作り出され、かつ複数の画像情報セットが、複数のセットの視野の結合の主要部分をカバーする広い視野を有する１つの画像情報セットを提供するために、重複領域内で整合させることを介して互いに相関させられる。本発明の一実施形態において、撮像プローブの場所と配向の少なくとも一部のトラッキングと重複領域の相関の両方は、広げられたビューを有する画像情報セットを作るために使用される。
【０２１７】
本発明の一実施形態において、記録されたガイド画像は、診断情報３１４１を含む記録されたガイド画像３１３１のように、患者の心臓を示し、かつ異なる撮像情報は、（例えば、ＥＣＧ測定又はタイミングによって示されるように）心周期内の異なる位相に関して収集される。
【０２１８】
本発明の一実施形態において、診断情報（３１０１）の少なくとも一部は、経皮的処置前に記録されたガイド画像に対して作り出される。例えば、適切に収縮する、又は適切に収縮しないと考えられる心筋の部分（例えば、診断情報３１４１によって示される領域）は、記録されたガイド画像３１３１のような記録されたガイド画像内に示される。図２Ｂの記録された画像２８５３は、かかる部分の例を同様に示す。
【０２１９】
一実施形態において、診断情報が、ガイド（記録された）画像に対して（操作３１１１において）記録される。一実施形態において、診断情報（３１０１）は、ガイド画像（３１０３）と別個に記憶され、かつ診断情報（３１０１）の空間的関係は、診断情報（３１０１）が、必要な時、ガイド画像（３１０３）にオーバーレイできるように同様に記憶される。あるいは、診断情報を有する別個のガイド画像セットが作成できる。
【０２２０】
一実施形態において、リアルタイムＥＣＧ測定（３１０５）は、経皮的処置中のリアルタイムガイド用の対応するガイド（記録された）画像（３１３３）を（操作３１１３において）選択するために使用される。例えば、リアルタイムＥＣＧ測定は、各記録されたガイド画像を捕捉する時間を決めるために使用できる。
【０２２１】
一実施形態において、図２Ｂのリアル又は近リアルタイム画像２８５１のような、リアルタイム画像（例えば、３１０７）は、患者の解剖学的構造に対する医療装置（例えば、カテーテル３１４３）の位置を示すために、経皮的処置中に同様に収集される。一実施形態において、リアルタイム撮像様式は、（例えば、超音波に基づくシステムを使用する）記録されたガイド画像を捕捉するために使用される撮像様式と同じであるか、又は同じタイプである。あるいは、異なるタイプの撮像様式が、リアルタイム画像とガイド画像を走査するために使用できる。
【０２２２】
一実施形態において、リアルタイム画像（３１０７）は、ガイド（記録された）画像３１３３のような、ガイド（記録された）画像にオーバーレイされ、かつアラインされるリアルタイム画像の（画像３１３５及び３１３７のような）組み合わされた画像を作るために、リアルタイムＥＣＧ測定に従って選択されるガイド（記録された）画像（３１３３）への回転、シフト及び／又はスケーリングを介して（操作３１１５を介して）相関させられる。２つの画像データセットを自動的かつ数学的に処理するために、典型的にはこの相関がコンピュータを使用し、かつ画像データ（又は処理された画像データ）のセット間の類似性尺度として解釈できる結果を生成するために、数学に基づく式がこのプロセスの一部として使用できる。各データの空間的場所でのデータ値の差の和のように単純なものから複雑な比較式に及ぶ、多くのかかる式が、当該技術分野において公知である。「検索」は、概して数学的プロセスの一部であり、かつ検索は、通常一方のデータセットの他方のデータセットに対するテスト場所と配向オフセットにおける体系的変化を含む。各変化によって、相関値は、空間的に重複するデータ内で決定でき、かつ他のテスト場所と配向からの以前の相対値と比較できる。多くの検索方法は、当該技術分野において公知であり、かつ位相写像を含むことができる。
【０２２３】
一実施形態において、位置決定システムは、リアルタイム画像をガイド（記録された）画像と相関させる、リアルタイム撮像プローブの場所と配向を決定するために使用されない。例えば、データ処理システムは、同じ解剖学的構造の画像部分の整合に従って、画像を相関させるために使用される。リアルタイム画像は、ガイド（記録された）画像（例えば、カテーテル３１４３の画像）内に存在しない、１つ以上のオブジェクトを一般的に含む。リアルタイム画像のかかる部分は、相関プロセスにおいて役に立たないことがある。一実施形態において、リアルタイム画像のかかる部分は相関計算から除外される。例えば、カテーテル３１４３の画像を含まない現在のリアルタイム画像（３１０７）の１つ以上の領域が相関計算のために選択される。
【０２２４】
一実施形態において、リアルタイム撮像様式とガイド画像用の撮像様式は、作り出された画像に関して既知の次元関係を有するように構成される。それ故に、相関プロセスは、座標軸のアラインメントのための画像のスケーリングに、既知の次元関係を使用できる。あるいは、次元関係は、最良の相関を決定するために、同様に変化させることができる。
【０２２５】
本発明の一実施形態において、リアルタイム画像（３１０７）は、ガイド（記録された）画像よりも小さな視野を有する。リアルタイム画像（３１０７）は、広い視野でカテーテル３１４３を示すために、リアルタイムＥＣＧ測定に従って選択されるガイド画像（３１３３）にオーバーレイされる。このことは、リアルタイム画像２８５１と、記録された画像２８５３との間の関係に類似する。
【０２２６】
あるいは、位置決定システムは、リアルタイム画像とガイド画像が、撮像プローブの場所と配向又は場所と配向の変更に従って、互いに相関できるように、撮像プローブの場所及び／又は配向を決定するために使用される。あるいは、相関／アラインメントプロセスは、重複領域の整合、及び撮像プローブの場所及び／又は配向の組み合わせに基づく。
【０２２７】
一実施形態において、リアルタイム画像と、事前記録されたガイド画像との間の空間的関係が決定される時、ガイド画像に対して記憶されたガイド情報と診断情報は、リアルタイム画像にオーバーレイされる。例えば、画像（３１３７）は、リアルタイム画像（３１０７）によるカテーテル（３１４３）と、（例えば、気絶若しくは死んだ、又は瘢痕組織に代わった）異常と考えられる心筋の部分（３１４１）と、治療が実行されるか、又は実行されるべき場所（例えば、針注入場所３１４９）とを示す。
【０２２８】
一実施形態において、ガイド情報は、リアルタイム画像上に（操作３１２１を介して）表示できる診断情報（３１０１）と、リアルタイム画像に対して（操作３１１７を介して）表示される、治療場所のような、手術情報（３１０９）と、リアルタイムＥＣＧ測定に従って選択されるガイド画像とを含む。
【０２２９】
一実施形態において、経皮的処置中に、更なる診断情報及び／又は手術情報が、ガイド画像に対して（操作３１１１、３１１９でのように）リアルタイム画像と記録されたもののディスプレイを考慮して識別される。それ故に、経皮的処置後、診断情報及び／又は手術情報は、ガイド画像の上で検討のために再生される。
【０２３０】
一実施形態において、経皮的処置中に得られたリアルタイム画像は、ガイド画像とのアラインメントに関して決定される対応する空間的関係によって記録される。経皮的処置後、これらの画像は、見るために再生される。
【０２３１】
図９は、本発明の実施形態によるリアルタイム位置トラッキングをガイドする可動画像を作成するための種々の方法を示す。本発明の一実施形態によれば、心周期内の種々の事例で得られた画像は、パラメータによって示される周期の特異的な特徴後の時間と関連する。例えば、心電図３０１は、心臓画像（例えば、画像３０９）のために患者を走査するプロセスと同時に取ることができる。特異的な特徴発生のタイミング（例えば、時間３１３での「Ｒ」波と、画像発生のタイミング（例えば、画像３０９の時間３１１）との比較から、心臓画像は、特異的な特徴（例えば、「Ｒ」波）の発生後の時間の事例と相関させることができる。
【０２３２】
心拍数が、不整脈でなく、かつ走査プロセス中に大きく変化しない時、複数の周期から得られた画像は、特異的な特徴に対して、単一の周期内の種々の事例にマッピングされる。心臓は、心室収縮の時間（心室撮像に関してＥＣＧ「Ｒ」波後の時間、又は収縮終期、又は心房撮像に関して「Ｒ」波前の時間）に基づき、最大でも再現可能な位置にある。心拍数が、不整脈でないが、走査プロセス中に大きく変化する時、異なる単一の周期を、個別の心拍数範囲に関して作ることができる。このことは、所望の撮像データを完全に収集するために、幾つかの走査プロセスを必要とすることがあるが、不安定な心拍数を有する患者には、必要である。しかしながら、不整脈（例えば、ＰＶＣ、心室性期外収縮）の場合、この期間に収集された画像は、次の心周期からの画像と同様に廃棄される。心臓が回復し、かつより正常な収縮／動きに戻った後、心臓の位置は、より再現可能である。
【０２３３】
他の心臓パラメータ（例えば、心音３０３、圧力３０５、心室ボリューム３０７、その他）も、心臓画像をゲートコントロールするために同様に使用できる。例えば、肺動脈圧は、記録された画像と相関させるパラメータの少なくとも１つとして使用できる。スワン−ガンツカテーテル（ＳＧＣ：Swan-Gamz catheter）としても知られる、流れで方向付けられる、バルーンのチップを有する肺動脈（ＰＡ）カテーテルは、ほぼ３０年間、臨床的に広く使用された。当初、心臓患者の心拍出量管理のために開発され、今では、種々の重病や外科的処置の管理において、広範囲な用途を有する。麻酔医は、外科手術中にその患者の状態を監視するために通常それを使用する。それは、心拍出量、肺動脈圧、肺動脈楔入圧（左心房において測定されるものとほぼ同じ圧力）を測定するために、通常使用される。スワン−ガンツカテーテルに関する考察の例は、Ｊ．Ｔｈｏｒａｃ  Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃ  Ｓｕｒｇ，ｖｏｌ．７１，ｎｏ．２，２５０−２５２，１９７６、Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃ  Ｃｌｉｎ，ｖｏｌ．８，ｎｏ．１，１０３−１１１，１９７７、及びＣｌｉｎ  Ｏｒｔｈｏｐ，ｎｏ．３９６，１４２−１５１，２００２に見出すことができる。
【０２３４】
更に、心臓の状態を特徴付ける他のパラメータは、事前記録された画像の再生をゲートコントロールするためにも使用できる。例えば、心臓の相対壁の動きは、心臓の状態と相関させるために、ＣＴ又はＭＲ撮像システムにおいて測定できる。リアルタイム相対壁の動きは、（例えば、心臓の壁と接触するカテーテルチップをマッピングし続けることによって）３Ｄ位置決定システムを使用して決定できる。それ故に、事前記録された画像は、心臓の壁移動に従って再生できる。
【０２３５】
本発明の一実施形態において、同時に測定された心臓パラメータを有する１つ以上の周期から得られた画像は、測定された心臓パラメータと、心臓画像との間のマッピングを構成するために使用される。例えば、画像は、（例えば、心周期の特異的部分に関して）ＥＣＧレベル又は特徴に相関させることができ、それ故に、測定されたＥＣＧレベル又は特徴は、対応する心臓画像を決定するために使用できる。本発明の一実施形態において、心周期は、特徴（例えば、最大及び／又は最小点の発生等）に従って、多数のセグメントに分割され、時間が、各セグメントに関して個別に基準を定められるようになっており、かつ各セグメント内で、異なる心臓画像が、１つ以上の心臓パラメータのタイミングの関数として構成できる。一実施形態において、画像走査は、記録された画像とリアルタイム画像が、心周期内の同じ、又はほぼ同じ所望の時間で収集されるように、１つ以上の心臓パラメータのタイミングに基づき開始される。
【０２３６】
本発明の一実施形態において、患者の血行力学的状態は、測定された心臓パラメータと記録された画像との間の相関から選択され又は作り出された画像が、心臓のリアルタイム状態を正確に表すように、撮像操作中と治療プロセス中とに安定し、かつ類似である。かかる実施形態において、３Ｄ撮像中や治療ガイド中の患者の血行力学的状態（例えば、血圧、心拍数、水和状態、血液量、心拍出量、鎮静状態、換気状態、呼吸状態、その他）が、類似であることを確実にするために、注意が払われる。例えば、両方の操作中、患者は、背臥位にある。同様に、患者は、類似する鎮静状態にあり、かつ撮像と治療の間の時間間隔は、病状が著しく進行しないように（例えば、著しい心臓の大きさの変化を引き起こす）、最小限に抑えられる。
【０２３７】
本発明のもう１つの実施形態において、撮像操作は、記録された画像が、リアルタイム血行力学的状態に従って選択又は（例えば、補間スキームを使用して）補正できるように、多数の異なる血行力学的状態（例えば、血圧、心拍数、水和状態、血液量、鎮静状態、換気状態、呼吸状態、その他）に対して実行される。
【０２３８】
診断画像を得るための典型的なプロセスにおいて、胸部の移動が、心臓の位置と形状の変化を誘発するので、患者は、撮像実行中、浅く呼吸をすること、又は息を止めることを指示される。本発明の一実施形態において、患者の換気パラメータ及び／又は胸部位置／移動はまた、心臓画像が、補正又は患者の呼吸と相関させることができるように、撮像実行中に同時に監視し記録される。
【０２３９】
心臓適用におけるアラインメントの質は、（ＥＣＧ又は血圧波形のような）時間に関係した心臓パラメータに対する基準点及び／又は配向データをゲートコントロールすることによって、使用される基準点及び／又は配向が心周期内の同じ又はほぼ同じ点にあるようにして大いに改良できる。同様に、アラインメントの質（及びオーバーレイの場所精度）は、同じように、かつ同じ時間に関係した心臓パラメータに、画像データ収集及び位置／配向データ収集をゲートコントロールすることによって、改良できる。アラインメントの質は、患者の血行力学的状態が、撮像システムと位置決定システムによる基準点及び／又は配向の記録中に、比較的変化しないことを確実にすることによっても改良できる。患者の血圧、心拍数、呼吸、水和状態、鎮静状態のようなパラメータを監視し制御することは、アラインメントの質を改良するために使用できる。胸部動きのような呼吸パラメータ又は（使用される場合）呼吸装置の周期に同時にゲートコントロールすること、及び心臓パラメータは、アラインメントの質を更に改良できる。その上、患者の血行力学的及び呼吸パラメータが、（例えば、画像２８５３のような記録された画像を捕捉するために）撮像記録中や、リアルタイム画像の捕捉中に比較的同じであることを確実にすることは、オーバーレイの場所精度を改良する。
【０２４０】
図１０は、本発明の一実施形態による、リアルタイム画像を、対応する記録された画像と共に表示する方法を示す。図１０において、画像４０１、４１１、４２１、４３１は、（例えば、エコー又はＣＴ若しくはＭＲＩシステムのようなリアルタイム撮像様式を使用して、複数の小さな視野の画像セットを、大きな視野の画像に組み合わせることからの）記録３Ｄ画像を表す。データ４０３、４１３、４２３、４３３は、（記録された画像２８５３のような）複合記録された画像を作るために使用できる、それぞれ画像４０１、４１１、４２１、４３１の収集中に取られるＥＣＧを表す。リアルタイム画像４０５、４１５、４２５、４３５は、医療手術中に時間ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4で得られる画像を表す。データ４０７、４１７、４２７、４３７は、リアルタイム画像４０５、４１５、４２５、４３５が得られる時に取られるＥＣＧを表す。収集された画像（例えば４０１）は、画像収集（例えば、４０３）中に取られるＥＣＧに相関させられる。リアルタイム画像（例えば、４０５）が得られ、かつＥＣＧ（例えば、４０７）がそのリアルタイム画像と実質的に同時に取られる時、そのＥＣＧは、リアルタイムＥＣＧに基づき、その心周期内の心臓の位相と極めて似ている記録された画像を選択するために、画像の収集中に取られる最も近いＥＣＧと整合させることができる。本発明の一実施形態において、最も緊密に整合したＥＣＧを有する記録された画像が選択され、かつ操作（例えば４０９）は、リアルタイム画像（例えば、４０５）との組み合わせ及び／又は相関のために、記録された画像（例えば、４０１）を選択するために、実行される。
【０２４１】
代替的実施形態は、異なる方法で、記録された画像とリアルタイム画像の捕捉中に得られるＥＣＧ測定を使用する。ＥＣＧが、記録された画像とリアルタイム画像のデータ収集の両方で感知されるので、（例えば、「Ｒ」波検出後３３．３ミリ秒毎に）ＥＣＧに基づき、画像データ収集をゲートコントロールする（例えば捕捉する）ことが可能である。それ故に、相関及び／又は画像オーバーレイプロセスで使用される、記録された画像（例えば、複合記録された画像２８５３を作るために使用される記録された画像）及びリアルタイム画像（例えば、リアルタイム画像２８５１）は、ＥＣＧの時間線内の同じ時間で常に捕捉できる。収縮終期は、心臓の動きが最小化され、かつ心臓の大きさと形状が、最も再現可能であるＥＣＧ内の場所であり、かつ「Ｒ」波が検出された後の３００ミリ秒のような定義済みの期間が、ＥＣＧの時間線内のこの同じ時間として使用できる。この同じ時間に、心臓の大きさと形状の変化が、心拍数と血圧の範囲にわたって最も再現可能である。それ故に操作者は、最良の画像相関のために、収縮終期を選択できる。代替的実施形態において、もう１つの検出されたＥＣＧ波部分の後の定義済み期間が使用できる。
【０２４２】
図１１は、本発明の側面のもう１つの実施形態を示す。この側面は、２つの画像セットのディスプレイに関係する。すなわち第１の記録された画像と第１のリアルタイム画像を含む第１セットと、第２の記録された画像と第２のリアルタイム画像を含む第２セットである。第１セットは、第１の頻度（例えば、「Ｒ」波検出後の所定の時間のような、各心周期毎に１回のみ）で更新され、かつ第２セットは、第１の頻度よりも高い第２の頻度（例えば、３３ミリ秒毎に１回）で更新される。第１記録された画像は、小さい視野の画像の複合体であっても良く、かつ第２記録された画像は、小さい視野の画像の複合体であっても良い。第１セットは、第２セットと実質的に同時に、同じ又は異なるディスプレイ装置に表示できる。第１セットは、診断情報を含んでも良く、かつ第２セットは、診断情報を省略しても良い。図１１は、第１セット４５１及び第２セット４５３の例を示す。第１セットは、小さい視野の画像からの複合体であっても良い、記録された画像４６１へ（例えば、自動的コンピュータ実行の相関によって）オーバーレイされるリアルタイム画像４６２を含む。リアルタイム画像４６２と記録された画像４６１は、少なくともある種の実施形態において、それぞれリアルタイム画像２８５１及び記録された画像２８５３に類似する。それ故に、リアルタイム画像４６２は、３Ｄエコー撮像プローブから作り出されてもよく、かつ透視ビューで、左心室の内壁の一部を示しても良く、かつ記録された画像４６１は、左心室の内部の大きな部分を示すためにリアルタイム画像の視野の周囲又は近くに中心揃え又は位置決めされる大きな視野を示すために、各々が３Ｄエコー撮像プローブによって作り出される、複数の画像から作り出されても同様に良い。リアルタイム画像４６２と記録された画像４６１は、心周期中に１回のみ（又は２回）更新でき、他方で第２セットは、非常に迅速に（例えば、第２セットの更新は、３３ミリ秒毎であっても良い）更新できる。それ故に新規なリアルタイム画像と対応する記録された画像は、第１セットに関して心周期毎に１回表示される。第１セットは、診断情報４６４（例えば、異常組織動き又は異常壁厚の指標）を含み、他方で第２セット４５３は、この情報を含まないが、リアルタイム画像４６２にも示されるカテーテル４６３を示す。治療情報（例えば、記録された注入４６５又は他のタイプの治療）は、第１セット内の記録された画像４６１上に同様にオーバーレイされて示される。第２セットにおいて、記録された画像４７１とリアルタイム画像４７３は、少なくともある種の実施形態において、記録された画像４７１が記録された画像４６１に示されるある種の情報を示さないことを除き、それぞれ記録された画像４６１とリアルタイム画像４６２に類似する。第２セットの迅速な更新は、操作者が、（例えば、左心室内でカテーテルを活発に動かしながら）全体のガイド情報を得るために第２セットを見ることを可能にし、かつ第１セットは、より遅く更新されるが、安定した（比較的動かない）画像の提示によって容易にされた、測定、記録、他の目的のための、診断とその他の情報のより安定したビューを提供する。
【０２４３】
この記載から、当業者は、上記方法の幾つかが、種々の方法で組み合わせられることを理解するであろう。例えば、心臓の３Ｄ画像マトリックスは、多数の心拍数又は心拍数の範囲に関する所与の特徴の後の時間に対して作成することができる。それ故に、リアルタイムでディスプレイのために選択された記録された画像は、リアルタイムの心拍数に依存し、かつ所与の特徴後の時間に依存する。多次元画像マトリックスは、収集でき、かつ種々の生理的パラメータ又はパラメータ範囲と関連付けられ（画像ピクセルが整合し、及びピクセル強度と関連する生理的パラメータが各々、記録された画像マトリックスの次元と考えられる）、かつリアルタイム生理的パラメータと医療機器の部分の位置は、ディスプレイ用の画像を決定するために使用できる。更なる変形が、操作者によって開始及び／又は制御でき、及び／又は装置製造者によって提供される。例えば、画像スライスの平面の配向は、操作者によって選択でき、及び／又は医療装置の一部の配向を整合させるために決定できる。もう１つの例において、表示するように選択されたビューは、カテーテルチップの最後に記録された又は現在の位置を含むように自動的に選択される。もう１つの事例において、記録された画像マトリックスは、それらの突起と医療装置の一部の突起を後にオーバーレイで使用するために、（多次元画像マトリックスから）対象となる３Ｄ表面マトリックスを作る／記憶するために、医療装置の使用前に処理される。かかる画像は、２Ｄモニタスクリーン上で３Ｄ関係の視覚を提供するために、次に操作者の制御下で回転させられる。
【０２４４】
本発明の一実施形態において、追跡された位置は時間に応じて記録され、画像が表示されるべきときに、事例に対して、追跡されたオブジェクトの位置が決定される。追跡されたオブジェクトの表示は、実質的にリアルタイムでのディスプレイのために、画像上にオーバーレイされる。
【０２４５】
本発明の一実施形態において、解剖学的構造に対する装置の部分のリアルタイム位置（例えば、位置トラッキングシステムによって追跡された位置、及びリアルタイム心臓パラメータに従って、選択された心臓画像から決定されるような心臓に対するカテーテルチップのリアルタイム位置）は、解剖学的構造に対する装置の部分のリアルタイム位置を表示することに加えて、治療又は診断操作中に記録され、かつ注釈を付けられる。例えば、記録された画像マトリックス（又はリアルタイム条件に基づき選択又は処理される画像データ）は、かかる位置を記録するために修正できるか、又は事前記録された画像データの修正されたコピー又は画像データの一部（ＥＣＧ「Ｒ」波後の時間＝０画像データのような）が、作ることができるか、又は元の記録された画像に対するデータ及び／又は記録された画像から導かれる他のデータは、解剖学的構造に対する装置の部分のリアルタイム位置を示すために、機械可読媒体中に記憶できるか、又はリアルタイム位置は、それが種々の方法で記録された画像なしに表示できるように記録できる。注釈は、選択されたアイコン／記号、カラーコーディング、記入された文章、注釈の時間及び／又はシーケンス又は注釈タイプ、カテーテルを取り付けたセンサからのデータ、もう１つのセンサ又は他の装置からのデータ、又はその位置に関する診断又は治療情報を示す導かれたデータ及び／又は装置部分がその位置又はその近くにあった時間又はその近くで集められた情報、又は他の形状と形状の組み合わせの点であっても良い。このタイプの記録は、処置が、将来の検討と分析のために良好に文書化されることを可能にする。それは、他の収集された診断情報が、画像／ディスプレイ、に／から、表示／アクセスできることを可能にすることによって、医師が、治療をより効果的にガイドすることも可能にし、かつそれ故に、医師にとって収集された診断情報を解剖学的及び／又は他の表示される診断情報と関係付けることが容易となる。それは、以前に適用された治療の場所及びタイプを画像上に表示することによって、医師に治療をより効果的にガイドすることも可能にする。それは、選択された組織表面にわたって間隔を空けた注入を必要とする治療（空間的用量）には特に有用である、以前の記録位置からの導かれたデータ、リアルタイム位置データ及び／又は注釈／注釈データを表示する（例えば、ある種の注釈を有する最も近い以前に記録された位置から装置の部分の現在のリアルタイム位置の距離を表示する）ように構成される。もう１つの例において、それは、心臓組織の収縮性の健常状態の良好な指標である、ＥＣＧのＲ−Ｒ間隔又は幾つかの間隔にわたる記録位置の、位置変更、最大速度及び／又は最大加速度を表示及び／又は記録するように構成されてもよい。
【０２４６】
本発明の一実施形態において、補間法は、鼓動する心臓の平滑なビデオ画像が、心臓に対する位置で表示される追跡されたオブジェクトの表示と共に、リアルタイム測定された心臓パラメータに従って表示できるように、収集された画像からの画像の中間フレームを提供するために実行される。
【０２４７】
胸部の位置（及び／又は移動）、血行力学的パラメータ、換気パラメータ、その他の心臓パラメータ（例えば、血圧、脈波、心壁の動き）のような心臓の形状と位置に対するパラメータが、記録された画像の再生のゲートコントロールをするためにも使用できることが理解できるであろう。これらのパラメータの１つ以上に基づく指標が、画像の再生をゲートコントロールするために同様に作り出される。
【０２４８】
図１２は、本発明の一実施形態による画像を表示する方法を示す。一実施形態において、医療処置は、心臓のような周期的に動く器官に対する医療装置の位置決めを含む。記録された画像は、心臓のＥＣＧのような、器官の周期的行動を特徴付けるために使用されるパラメータに従ってインデックスを付けられる。
【０２４９】
例えば、図１２において、記録された画像は、記録された画像のＥＣＧ（３４１１）に関する心臓位相に従ってインデックスを付けられた３４０１（例えば、３４０３、３４０７）である。それ故にＥＣＧに関する所与の心臓位相に対して、対応する記録された画像が記録された画像から選択される。一実施形態において、リアルタイムで取られるＥＣＧ（３４１５）は、現在の心臓位相を決定する（例えば、３４１３）ために使用され、かつ対応する記録された画像は、心臓の対応する形状を示すために選択される。
【０２５０】
一実施形態において、１つのディスプレイ区域は、リアルタイム画像（例えば、３４２１、３４２５等）を示す。このリアルタイム画像ディスプレイ区域は、各心周期内の心臓の動作が示されるように、心周期よりも実質的に短い期間で更新される。リアルタイム画像（３４２１）は、超音波撮像システムからリアルタイムで捕捉された画像、又はリアルタイム心臓位相に従って選択される対応する記録された画像上に重ねられた超音波撮像システムからのリアルタイム画像、又は（例えば、超音波撮像システムからのリアルタイム画像を使用して、又は他の位置トラッキングシステムを使用することから決定される）対応場所で重ねられた医療装置の表示を有する記録された画像である。リアルタイム画像（例えば、３４２１、３４２５）は、心臓に対する医療装置のリアルタイム位置を概して示し、かつリアルタイム画像（例えば、３４２１、３４２５）は、記録された画像から得られた情報を更に含む。
【０２５１】
心臓は、異なる心臓位相において異なる形状を有するので、一方の心臓位相における心臓上の位置から他方の心臓位相における対応位置をマッピングすることは、難しいことがある。それ故に、同じ心臓位相に対する位置を記録することが望ましい。更に、心臓は、心周期内で迅速に動くので、心周期中に頻繁に更新されるリアルタイム画像に基づき、正確に医療装置を位置決めすることは、難しいことがある。それ故に一実施形態において、周期画像は、１つのディスプレイ区域に同様に表示される。
【０２５２】
周期画像のディスプレイ区域において、画像ディスプレイは、心周期と実質的に同じ期間で更新される。それ故に、対応する心臓位相のための心臓の画像の比較的静止したディスプレイが、それ故にディスプレイである。例えば、周期画像３４３１、３４３３、３４３５は、同じ心臓位相に（ほぼ又は正確に）対応する。周期画像（例えば、３４３１、３４３３、３４３５）は、リアルタイム画像（例えば、３４２１、３４２５）と類似した方法で構成できる。周期画像は、心臓位相に従って選択されたリアルタイム画像のサブセットであっても良い。あるいは、周期画像は、リアルタイム画像と異なっても良い。例えば、リアルタイム画像は、超音波撮像システムから受信されたものと同じであっても良く、かつ周期画像は、心臓画像の心臓位相に従って選択される１つの記録された画像（例えば、３４０７）に重ねられる対応するリアルタイム超音波画像であっても良い。
【０２５３】
一実施形態において、リアルタイム画像は、１つのディスプレイ区域に表示され、他方で周期画像は、他のディスプレイ区域に同時に表示される。あるいは、システムは、ユーザが、リアルタイム画像と周期画像を見る間で切り替えることを可能にする。例えば、ディスプレイ更新期間は、１）期間が心周期よりも遙かに短い時、心臓のリアルタイム動作が示され、かつ２）期間が心周期と同じ時、特定の心周期の心臓の比較的静止したディスプレイが示されるように心周期に対して調整される。好ましくは、特定の心臓位相は、心臓の動きが最小であり、かつ心臓の大きさが非常に一貫するようになっている。
【０２５４】
本発明の一実施形態において、医療装置の位置及び／又は治療点及び／又は診断点は、特定の心周期の周期画像のディスプレイに基づき記録される。位置は、リアルタイム超音波画像、又は記録された画像、又は記録された画像及び／又はリアルタイム超音波画像から導かれた画像に対して記録されても良い。
【０２５５】
一実施形態において、画像相関演算が、周期画像の更新時又はその直前に実行される。それ故に、周期画像は、記録された解剖学的構造及び／又は診断情報、計画された治療部位、治療部位等のような事前記録ガイド情報に対する医療装置の正確な位置を提示する。
【０２５６】
図１３は、本発明により使用できる、典型的なコンピュータシステムの一例を示す。注意すべきは、図１３が、コンピュータシステムの種々の部品を示すが、かかる詳細は、本発明と密接に結び付いていないので、いかなる特定のアーキテクチャ又は部品を相互接続する方法を表すことも意図されないことである。より少ない部品か、あるいはおそらく多い部品を有するネットワークコンピュータや他のデータ処理システムも本発明により使用できることも認められるであろう。図１３のコンピュータシステムは、例えばＡｐｐｌｅ  Ｍａｃｉｎｔｏｓｈコンピュータである。
【０２５７】
図１３に示すように、データ処理システムの形状であるコンピュータシステム５０１は、マイクロプロセッサ５０３、ＲＯＭ５０７、揮発性ＲＡＭ５０５、不揮発性メモリ５０６に連結されるバス５０２を含む。例えば、Ｍｏｔｏｒｏｌａ，Ｉｎｃ．又はＩＢＭのＧ３又はＧ４マイクロプロセッサであっても良い、マイクロプロセッサ５０３は、図１３の例に示すようにキャッシュメモリ５０４に連結される。バス５０２は、これらの種々の部品を一緒に相互接続し、かつ同様にこれらの部品５０３、５０７、５０５、５０６をディスプレイコントローラ及びディスプレイ装置５０８や、マウス、キーボード、モデム、ネットワークインタフェース、プリンタ、スキャナ、ビデオカメラ、当該技術分野において周知である他の装置であっても良い、入出力（Ｉ／Ｏ）装置のような周辺装置に相互接続する。概して、入出力装置５１０は、入出力コントローラ５０９を介してシステムに連結される。揮発性ＲＡＭ５０５は、概してダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）として実装され、それは、メモリ中でデータを復元し維持するために電力を絶えず必要とする。不揮発性メモリ５０６は、概して磁気ハードドライブ又は磁気光ドライブ又は光ドライブ又はＤＶＤ  ＲＡＭ又は他のタイプのメモリシステムであり、それは、電力がシステムから取り除かれた後でもデータを維持する。概して、不揮発性メモリはランダムアクセスメモリでもあるが、これは必要とされるない。図１３は、不揮発性メモリがデータ処理システム内の残りの部品に直接連結されるローカル装置であることを示すが、本発明は、モデム又はイーサネット（登録商標）インタフェースのようなネットワークインターフェースを介してデータ処理システムに連結されるネットワーク記憶装置ようなシステムから離れた不揮発性メモリを利用できる。バス５０２は、当該技術分野において周知であるような種々のブリッジ、コントローラ及び／又はアダプタを介して互いに接続された１つ以上のバスを含む。一実施形態において、Ｉ／Ｏコントローラ５０９は、ＵＳＢ周辺機器を制御するＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）アダプタ、及び／又はＩＥＥＥ−１３９４周辺機器を制御するＩＥＥＥ−１３９４バスアダプタを含む。
【０２５８】
本発明の一実施形態において、ＥＣＧ測定システム５１１（及び／又は他の心臓パラメータ、血行力学的パラメータ、換気パラメータ、胸部位置／動作、基準位置に対する手術プラットフォームの位置用の測定システム）は、データ処理システム５０１が、（例えば、不揮発性メモリ５０６に記憶された）事前記録された画像の再生をゲートコントロールできるように、Ｉ／Ｏコントローラ５０９に連結される。超音波に基づくリアルタイム撮像様式５１２（又はＣＴ又はＭＲＩに基づくリアルタイム撮像様式）は、データ処理システムがＥＣＧ測定システムからの入力に従って再生される画像内で心臓に対する位置を決定するように、Ｉ／Ｏコントローラ５０９に連結される。本発明の一例において、データ処理システム５０１は、リアルタイム条件に従って異なる図、画像スライス、表面、その他を提供するために記憶された画像マトリックスに基づき、画像処理を実行する。本発明の一例において、データ処理システム５０１は、撮像システム（例えば、ＣＴ又はＭＲＩに基づく撮像システム）のデータ処理を実行するためにも使用される。あるいは、データ処理システム５０１は、通信リンク（例えばネットワークインタフェース５１０）又はリムーバブル媒体（例えばジップディスケット、ＣＤ−Ｒ又はＤＶＤ−Ｒディスケット、リムーバブルハードドライブ、その他）を介して画像データを受信する。
【０２５９】
この説明から、本発明の側面が、少なくとも部分的にソフトウェアで具現できることが明らかである。すなわち、技術は、マイクロプロセッサのようなプロセッサ、ＲＯＭ５０７、揮発性ＲＡＭ５０５、不揮発性メモリ５０６、キャッシュ５０４又は遠隔記憶装置のようなメモリ含まれる命令の実行シーケンスに応答して、コンピュータシステム又は他のデータ処理システム内で実行できる。種々の実施形態において、ハードワイアード回路は、本発明を実装するために、ソフトウェア命令と組み合わせて使用できる。それ故に、技術は、ハードウェア回路とソフトウェアのいかなる特異的な組み合わせにも、データ処理システムによって実行される命令のいかなる特定のソースにも限定されない。その上、この説明全体にわたり、種々の機能と操作が、説明を単純化するためにソフトウェアコードによって実行され又は実施されるとして記載される。しかしながら、かかる表現によって意味されるものは、機能が、マイクロプロセッサ５０３のようなプロセッサによるコードの実行に起因することであると、当業者は認識するであろう。
【０２６０】
機械可読型媒体は、データ処理システムによって実行される時、システムに、本発明の種々の方法を実行させるソフトウェアとデータを記憶するために使用される。この実行可能なソフトウェアとデータは、図１３に示すように、例えばＲＯＭ５０７、揮発性ＲＡＭ５０５、不揮発性メモリ５０６及び／又はキャッシュ５０４を含む種々の場所で記憶される。このソフトウェア及び／又はデータの部分は、これらの記憶装置のいずれにも記憶させることができる。
【０２６１】
それ故に、機械可読型媒体は、機械（例えば、コンピュータ、ネットワーク装置、パーソナル携帯情報機器、製造ツール、１つ以上のプロセッサセットを有するいずれかの装置、その他）によってアクセス可能な形状で情報を提供する（例えば、記憶及び／又は送信する）いかなる機構も含む。例えば、機械可読型媒体は、記録可能／記録不可能な媒体（例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリ装置等）、並びに電気、光学、聴覚、又は他の形状の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号等）等を含む。
など）
【０２６２】
図１４は、本発明の特徴を具現する針カテーテルを示す。図１４に示した実施形態において、針カテーテル１０は、近位シャフト区間と、遠位シャフト区間と、針内腔１５とを有する細長いシャフト１１と、シャフト１１の遠位端に球形遠位チップ１４とを含む。針１６は、針遠位端がシャフトの遠位端から遠位に延び出る延出し形状（図１４参照）、及び針遠位端がカテーテル内腔に近位に引っ込められ引込み形状（図示せず）で、シャフトの針内腔１５内に摺動自在に配置される。示した実施形態において、カテーテル１０は、カテーテル１０の遠位端を撓ませるために、近位アダプタ１９で撓み制御機構１８に接続された撓み部材１７（例えばテンドンワイヤ）を有する。カテーテルの遠位端を効果的に撓めるために、撓み部材１７は、好ましくは撓み（湾曲）部分内でシャフトの表面に近い。しかしながら、本発明による球形遠位チップを有するカテーテルは、非撓み形状を含む種々の適切なカテーテル形状を有することができる。シャフトの近位端上の近位アダプタ１９は、作用物質配送のために、又は吸引のために、針１６の内腔を通して針１６へアクセスできるように構成されたポート２０を有する。種々の作動コネクタが、カテーテル１０の所望の用途次第で、近位アダプタで提供できる。図１５〜１７は、それぞれ線２−２、３−３、４−４に沿って切った図１４のカテーテル１０の横断面図を示す。
【０２６３】
図１４の実施形態において、シャフトは、一実施形態において、比較的可撓性の遠位部分５２と、比較的可撓性でない近位部分５１とを有する管状本体部材２１を含む。全体が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第１０／６７６６１６号に記載された可撓性針カテーテルシャフトを含む、種々の適切なカテーテルシャフト設計が、本発明の球形遠位チップとして使用される。近位部分５１は概して、編組又はコイル金属フィラメントで強化されたポリマー又はハイポチューブ又は溝付き金属チューブのような、金属で少なくとも部分的に形成されるが、代わりに、又は加えて高弾性率ポリマーからなることもできる。示した実施形態において、シャフト１１は、カテーテルの近位端区間から遠位に延び、かつステンレス鋼のような金属の編組フィラメントで概して形成される巻線形管状支持層を封入するポリマー材料を含む編組本体層２３を有する。編組線は、カテーテルの長さに沿って剛性変化を提供するために、端部と端部が結合された異なるデュロメータ／ポリマーの複数区間で概して形成される外層によって封入される。編組線は、ポリマーコア層２４の上に形成される。
【０２６４】
示した実施形態において、シャフト１１の管状本体部材２１の遠位部分５２は、概して溝付き金属チューブで形成されたケージを含む。圧縮ケージ２２は、上記で参照によって組み込まれた’６１６出願で論じられるように、横方向に撓むように構成される。ケージ２２は、一実施形態において、以下で詳細に論じるようなインピーダンス整合４分の１波長層である、外側ジャケット層５０で概して覆われる。
【０２６５】
他の実施形態において、ケージ２２は、シャフト１１の撓み遠位区間へ復元力を提供するワイヤ、複数のワイヤ、ワイヤ構造、薄い金属ストリップ又はそれらの組み合わせの構造である。
【０２６６】
管状本体部材２１内で延びる内側管状部材２６は、シャフトの針内腔１５を形成する。内側管状部材２６は、カテーテルの近位から遠位端に延びる単層の統合一体型チューブ、あるいは連通内腔及び／又は多層チューブを有する複数区間のチュービングで形成される。撓み部材１７は、第２内側管状部材２５の内腔内を延び、かつ管状本体部材２１の遠位部分５２の遠位端に隣接したシャフトに固定される。示した実施形態において、概して二重内腔押出品を含む安定化管状部材２７は、内部で内側管状部材２５、２６の位置を安定化させるためにケージ２２の少なくとも一区間内に位置決めされる。安定化部材２７は、単一区間又は複数の長手方向隣接区間のチュービングで形成され、かつ概してケージ２２内に、又はその近位の短い距離で位置する近位端を有する。一実施形態において、外側ジャケットと遠位カテーテルシャフトポリマー（ポリマー混合物）の両方の音響インピーダンスは、低い直接合成反射エコー振幅だけでなく、蛍光透視法での所望の視感度の両方を達成するために、タングステン充填を使用して調整される。安定化管状部材２７は、ケージ２２が安定化管状部材２７の材料によって被覆又は覆われるようにケージ２２と併せて処理される。金属ケージ２２（又はワイヤ若しくはストリップ）のこのコーティング又は覆いは、以下で詳細に論じるように、整合されるべき外側ジャケット５０のシャフト内部に更に均等な音響インピーダンス（金属がある場所対金属がない場所）を与える。代替的実施形態において、安定化管状部材２７は、省略される。
【０２６７】
カテーテル球形遠位チップ１４は、シャフトの遠位外面の遠位に延び、かつ球形部分３０と、管状本体部材２１の遠位部分５２の遠位端に接続された近位端を有する近位支持部分３１とを有する。現在の好ましい実施形態において、遠位チップ１４の近位端区間は、例えば接着剤を使用して、ケージ２２の内面に接着されるが、種々の適切な形状が、シャフト１１と一体的に形成された球形遠位チップを含む球形遠位チップを取り付けるために使用される。
【０２６８】
球形部分３０は、実質的に１８０°を超える開先角度まで遠位チップの外周の周りで延びる湾曲外面を有する。球形遠位チップ１４の外径は、最大の撮像角度範囲を提供するために、管状本体部材２１の遠位部分５２の外径に概してほぼ等しい、硬質（すなわち潰れ／拡張しない）外径である。球形遠位チップ１４は、そこで延びる内腔を有し、該内腔を通って針内腔１５の遠位区間を形成し、かつ内腔は球形遠位チップ１４の遠位端でポート２８と連通する。図１４に示す実施形態において、内側管状部材２６の遠位区間は、球形遠位チップ１４内で内腔を形成する。しかしながら、内側管状部材の遠位端が、カテーテルの遠位端に近位である実施形態を含む種々の適切な形状を使用できる。
【０２６９】
示した実施形態において、近位支持部分３１は、小さな外径になるまで遠位で先細になる外面を有する円錐形区間を有する。支持部分３１は、カテーテル１０の使用中に球形遠位チップ１４をしっかりと接続し、かつ支持するために、十分に強い材料で形成される。支持部分３１の長さと先細角度は、設計された遠位チップ撮像角度範囲にわたって音響エネルギーから球形遠位チップ部分３０を遮蔽又は遮断しないように選択されるのが望ましい。その上、球形遠位チップ部分３０と支持部分３１は、位置決め又は抜き取り中に解剖学的構造（すなわち乳頭筋索への弁）の部分又は挿入装置（すなわち導入器、ガイドカテーテル）の部分に引っ掛かることを防止するように構成される。具体的には、球形遠位チップ部分３０と支持部分３１のテーパと湾曲表面は、カテーテルが障害物から外れるために十分に撓む前に、球形遠位チップ１４によって解剖学的構造又は他の装置に加えられる力を限定するように構成される。
【０２７０】
現在の好ましい実施形態において、チップアセンブリは、機械加工中空ピン３４（例えば図１４参照）、又は球形チップの中心に／中心付近にフレア端部を有する短いステンレス鋼ハイポチューブ３５（例えば図１８参照）のような、高強度支持部材の周りでポリマー／プラスチック３３で成形されたインサートである。プラスチック材料３３は、チップ１４で音響エネルギーを散逸させるための減衰材料である。チップアセンブリの円錐部分３１は、概して球形部分３０と同じ材料から成形され、かつピン３４又はハイポチューブ３５の一部は、そこから外へ近位に延びる。
【０２７１】
一旦カテーテルに取り付けられると、ピン３４又はハイポチューブ３５の近位端は、カテーテルシャフト２１の内部にあり、かつチップアセンブリをカテーテルシャフトの遠位端に取り付ける。それ故に、チップアセンブリは、実質的な金属部分（すなわちピン３４又はハイポチューブ３５）を有するが、減衰性を有するプラスチックによって覆われ、かつそれと接触し、かつチップの超音波撮像に対するその影響を限定するために、音響エネルギーに直接露出されない少なくとも一区間を有する。カテーテルチップ１４は、機械的に強く、しっかりした取り付け及び支持であるように構成され、他方でそれにもかかわらず、カテーテル遠位端の超音波画像内のチップピラミッドアーチファクトの輝度と持続時間を最小限に抑えるために、カテーテル遠位端での金属量を最小限に抑える。
【０２７２】
球形遠位チップ１４は、好ましくは電極の役目を果たし、かつそれ故にそこに電気的に接続された導体（例えば金属ワイヤ）を有する。図１４に示した実施形態において、撓み部材１７は、部材１７が、撓み及び伝導ワイヤを兼ねるようにピン３４に電気的に接続される。しかしながら、カテーテルの全長を延びるか、又は撓み部材と、球形遠位チップとの間で延びる別個の伝導ワイヤが提供される実施形態を含む種々の適切な形状を使用できる。従って、代替的実施形態において、シャフト１１は、管状本体部材２１内で延びる別個の導体内腔を含んでも良いことが理解されるべきである。伝導ワイヤは、球形遠位チップ１４にはんだ付け、溶接、機械的圧着又は埋設されるか、又は他の方法で電気的に接続される。
【０２７３】
示さないが、少なくとも第２電極が、対応する電気導体によってシャフト１１上に概して設けられる。第２電極は、例えば球形遠位チップ電極のための参照電極の役目を果たす。第２電極は、心腔の外に位置し、好ましくはチップ組織接触／組織ＥＣＧ監視用途で、大動脈弓又は大静脈内のように心腔より上にあり、及び／又はＥＣＧ異常検出用途で、チップの後方約１センチメートルにあるように、管状本体部材２１の近位部分５１上に設けられるのが好ましい。ペーシングを必要とすることが予期される用途において、多くの電極は、少なくとも、１つの電極（表面電極を有する）又は電極対が現在のカテーテル位置で、首尾良くペーシングを行うように、カテーテルシャフトの遠位部分に沿って間隔を空けて置くことができる。導体ワイヤは、カテーテル１０を診断又は治療装置（図示せず）に接続するために、近位アダプタ１９に設けられる電気コネクタ４１に電気的に接続される。
【０２７４】
図１４に示す実施形態において、金属ピン３４は、撓み／導体部材１７に電気的に接続された近位端３６を有し、かつ遠位チップ電極を形成するために、球形遠位チップ１４の遠位端に露出した遠位端を有する。ピン３４は、ピン３４の近位区間の反対側に（図１４に破線で示す）２つの溝を有し、かつ撓み／導体部材１７の遠位端は、溝の一方の中にある。
【０２７５】
図１８は、球形遠位チップ１４ｂが露出された遠位表面を有さないハイポチューブ３５を有する代替的実施形態を示す。結果として、電極の役目を果たすために、チップ１４ｂのポリマー層３３の外面の少なくとも一部は、例えば金外層や銅内層のような導体（金属）の外層で被覆されるか、又は他の方法でそれを与えられる。導体（金属）コーティングは、非常に薄く、かつ図１８に示さない。チップ上の薄い金属コーティングは、多量の音響エネルギーを保存するためには、あまりにも少ない質量／寸法を有し、かつまた減衰プラスチックと接触し、かつ非常に薄いので、その反射特性の一部が、その後方のプラスチックの特性によって決定される。薄い金属コーティング（図示せず）は、好ましくは球形外面と、球形内部チャンバとなる球形内面とを有する壁を形成し、プラスチック３３が球形遠位チップの針内腔の周りで球形内部チャンバを充填する。図１９は、線６−６に沿って切った図１８のチップ１４ｂの横断面図を示す。
【０２７６】
図１８に示した実施形態において、別個の伝導ワイヤ４０は、外側導体（金属）コーティングに電気的に接続するためにハイポチューブに電気的に接続される。概して金属で形成されるバンド４１が、示した実施形態において、ハイポチューブ３５とケージ２２との間に撓み部材１７を接続する。図１８に示さないが、シャフトは概して、内側管状部材２６内に針１６と、図１４の内側管状部材２５に類似し、かつ図１８の実施形態において、撓み部材１７及び／又は伝導ワイヤ４０を含む１つ以上の追加の内側管状部材とを含む。
【０２７７】
図２０は、ポリマー材料と金属材料４２の混合物で形成された壁を有する、本発明の特徴を具現する球形遠位チップ１４ｃの代替的実施形態の縦断面図を示す。混合物は、配合されるか、又は他の方法で組み合わされ、かつ球形遠位チップ１４が、診断又は治療装置に電気的に接続される時、電極の役目を果たすように、十分な量の金属材料３３を含む。現在の好ましい実施形態において、ポリマー／金属材料混合物は、約８０重量％から約９８重量％の金属材料３３を有する。タングステン、タングステンイリジウム、ステンレス鋼、金又は白金からなる群から選択される金属材料３３を含む種々の適切な材料を使用でき、かつエポキシ、シリコーン、熱可塑性樹脂からなる群から選択されるものを含む種々のポリマー材料が適している。
【０２７８】
図２０の実施形態において、遠位チップ１４ｃの壁は、球形外面と、球形遠位チップ内で針内腔４３を形成する内面とを有し、その結果チップ１４ｃが、内部の針内腔４３と、遠位チップ１４ｃの球形外面との間の空間を充填する厚くした壁部分を有する。壁によって形成される内腔４３は、内側管状部材２６の針内腔１５の近位区間と連通するか、あるいは内側管状部材２６の遠位区間のような管状部材、又は別個の管状部材を受けるように構成される。
【０２７９】
それ故に、図２０に示す実施形態において、ポリマー／金属混合物は、チップ１４の外面から内面に延びる球形遠位チップ壁を形成するように成形されるか、又は他の方法で形作られる。あるいは、金属／ポリマー混合物は、図１８に関して論じた実施形態と類似する球形遠位チップ上に外層を形成するために使用される。混合物による加工を容易にするために、十分な量のポリマーを含むポリマー／金属混合物は、導電性であるために十分な量の金属を概して含まない。従って、現在の好ましい実施形態において、かかるポリマー／金属材料混合物は、金属材料をポリマー又はポリマー部分と最初に混合することによって導電性にされ、他方でポリマー又はポリマー部分は、液体状態にあり、かつ非導電混合物は、次に球形チップに適用され、かつチップは、金属材料の大部分が金型内に保持されのに反して、ポリマーが金型から流れ出ることを可能にするように構成された金型内で熱と圧力を受ける。このようにして、金属材料の濃度は、金属材料粒子の多くが互いに接触し、かつそれ故に、導電層が、球形チップ上に（又は同様にチップの他の部分上に）形成されるまで上昇する。数周期の非導電混合物の添加及び熱と圧力の再適用が、所望の形状と大きさの導電チップを作るために幾つかのプロセスにおいて必要とされることがある。
【０２８０】
球形遠位チップ１４は、チップ１４の外周の周りで延びる均一に湾曲する外面を有する。球形遠位チップ１４の外径は、好ましくは、球形遠位チップ１４に近位に隣接するシャフトの遠位外面を形成するシャフト１１の一部の外径以下である（但し遠位チップ１４の球形部分３０の外径は、円錐形部分３１の遠位区間よりも大きい）。遠位チップ１４の外径（ＯＤ）を、カテーテルシャフトのＯＤよりも大きくないように、最小限に抑えることは、カテーテルを内部に収容せねばならないカテーテル挿入部位で必要とされる導入器の寸法（ＯＤ／ＩＤ）を最小限に抑えるために好ましい。大きな導入器ＯＤは、大きな刺創を生じさせ、それは研究により疼痛、出血、感染症、治癒に要する時間の延長のような合併症の高い発生率を有することが分かっている。物質を注入するために使用される典型的なカテーテルは、血管針又は他の注射用の約４Ｆ（約１．３ｍｍのＯＤ）から心室針又は他の注射用の約９Ｆ（約３ｍｍのＯＤ）まで、寸法が変動しても良い。遠位チップの球形部分３０は、超音波画像のチップピラミッドアーチファクトとエコーの輝度と持続時間を最小限に抑えることを支援するために、カテーテル本体の半径よりも小さい半径を有することができるが、しかしながら、他の全ての条件が同じならば、球形遠位チップの半径が小さいほど、そのチップが撮像できる角度範囲は小さい。
【０２８１】
有効な滅菌に関する懸念から一般的に好まれないが、代替的な球形遠位チップ（図示せず）は、中空構造を有することができ、球形壁が中空内部チャンバ（すなわちプラスチック３３で充填されない）を形成し、かつ遠位チップ電極の役目を果たすために任意に金属又はポリマー−金属ブレンドで形成される。
【０２８２】
図２１は、カテーテル１０の遠位端が患者の心臓４６の左心室４５内にある、針カテーテル１０を示す。カテーテル１０は、概して大腿動脈に挿入される導入器シースの内腔を介して大動脈４７内を逆行的に前進する。図１４の実施形態に示したカテーテル１０は、ガイドワイヤにわたって前進するように構成されていないが、代替的実施形態、及び例えば静脈又は動脈への配送部位において、ガイドワイヤ内腔は、内部でガイドワイヤを摺動自在に受けるためにシャフト１１内に提供される。その上、かかる血管の適用において、ガイドワイヤ及びカテーテルは、最初に導入器に挿入されるガイドカテーテルを使用して所定の位置に挿入できる。この心臓内用途において、撓み機構が望まれる。撓み制御機構１８を使用して撓み部材１７を作動させることによって、カテーテルの遠位端は、シャフト１１の長手方向軸から離れるようにして撓む。心室壁の所望の部位と接触してこのように位置決めされた球形遠位チップ１４の遠位端によって、電気データが、球形遠位チップ電極１４から収集できる。電気データ（例えば組織接触ＥＣＧ）は、部位が治療されるべきか否かを決定するために、（エコー画像心室壁の動き測定と組み合わせて）組織診断を容易にする。部位は、針１６からの生物又は化学剤のような、治療剤の直接注射によって治療できる。図２１は、球形遠位チップ１４の遠位端と、心室壁に対するポート２８とを示し、延出し形状の針１６が、ポート２８の外に、かつ心室壁の心臓組織４８へアクセスされている。本発明のカテーテルを使用して、左心室内の複数部位にアクセスし、それらの部位を治療できる。
【０２８３】
心室内に示すが、本発明のカテーテルは、血管壁へ、又は血管を介して心筋又は他の隣接組織へ注入するために使用される。それ故に、遠位針ポート２８は、（針がカテーテルの長手方向軸と一直線で延びる）図１４の実施形態において、カテーテルの長手方向軸と同軸の球形遠位チップ１４の最も遠位の端部内にあるが、代替的実施形態（図示せず、例えば血管へ又は血管を介して注入するもの）において、カテーテル１０は、カテーテルの長手方向軸から離れた角度に針を方向付けるように構成された針ポートを有する。例えば、針が貫通して延びるポートは、カテーテルの長手方向軸に対して偏心に、又は球形遠位チップの遠位端に近位のカテーテルの側壁に位置できる。
【０２８４】
超音波は、壁の動きと厚さの視覚化によって、組織診断を提供するためにカテーテル供給ＥＣＧと併せて使用される。その上、カテーテル１０は、カテーテル１０の視覚化及び位置決めのために超音波画像を使用することを容易にする。具体的には、左心室内（又は心臓解剖学的構造内の他の所望の位置）でカテーテル１０遠位端によって、音響エネルギーは、超音波撮像装置（図示せず）から球形遠位チップ１４で方向付けられる。超音波撮像装置は、概して外部装置、ＴＴＥプローブ（経胸腔エコー、胸部上プローブ）であるが、ＴＥＥプローブ（経食道エコー、咽喉内プローブ）、ＩＣＥプローブ（心臓内エコー、心腔内プローブ）、又はＩＶＵＳ（血管内超音波、血管内プローブ）が代替的に使用される。
【０２８５】
球形遠位チップ１４は、超音波撮像装置の目視方向に対する広い角度範囲からのカテーテルの遠位端の超音波画像を提供するために、非球形チップよりも拡散的に音響エネルギーを反射する。その上、ポリマーや金属材料で形成される球形遠位チップ１４は、中実金属遠位チップ又はバンド電極よりも遠位チップ内で少ない金属を使用し、かつ金属部分は、音響エネルギー減衰プラスチック材料３３と接触し、その結果チップピラミッドアーチファクトは、所望の低レベルの輝度及び短い持続時間を有するか、又はディスプレイに完全に現れない。
【０２８６】
一実施形態において、カテーテル１０の超音波撮像中に、カテーテルシャフトの内腔の１つ以上は、プラスチック−空気界面よりも少ない音響エネルギーを反射するプラスチック−水性液界面が形成されるように、水性液を充填される。具体的には、超音波画像は、シャフトの針内腔１５内で水性液によって生成される。１つ以上の追加内腔を有する実施形態において、シャフトの針内腔１５に加えて、１つ以上の追加内腔はまた、好ましくは超音波撮像中に水性液を充填される。例えば、管状本体部材２１の内面と、内側管状部材２５、２６の外面との間の管状本体部材２１の内腔空間は、もしあれば、好ましくは超音波撮像中に水性液を充填される。
【０２８７】
現在の好ましい実施形態において、カテーテル１０は、カテーテルの反射波超音波信号を減少させるように構成された、シャフト１１の少なくとも一部の外面上にインピーダンス整合外側ジャケット層５０を有する。インピーダンス整合外側ジャケット層５０は、シャフトの遠位区間の少なくとも一部に沿って概して延び、かつ好ましくは近位区間５１上で提供されない。示した実施形態において、層５０は、円錐部分３１、及び球形遠位チップ１４の球形部分３０に近位に位置する遠位端を有する。層５０は、一実施形態において、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ＥＶＡ、又はネオプレン、シリコーン、ＳＢＳ（線状スチレン−ブタジエン−スチレントリブロックコポリマー）、ＳＢ（放射状スチレン−ブタジエンブロックコポリマー）、ＳＩＳ（線状スチレン−イソプレン−スチレントリブロックコポリマー）、ブタジエン、ポリウレタンを含むエラストマーからなる群から選択されるポリマー材料で形成される。層５０が、ポリウレタンのようなエラストマーで形成される実施形態において、潤滑性表面コーティング（図示せず）は、エラストマーの比較的高い摩擦を減少させるために、層５０の外面に概して提供される。示さないが、外側ジャケット層５０は、好ましくは粗い外面を形成する不規則な肉厚を有する。
【０２８８】
図１４、１８に示した実施形態において、外側ジャケット層５０は、圧縮ケージ２２の外面上にあり、近位端は、近位シャフト区間の多層編組線で強化された本体の遠位端に接着される。一実施形態において、層５０は、適合したポリマーで形成される下層のポリマー層（図示せず）に融着される。例えば、一実施形態において、層５０は、ＬＤＰＥで形成され、かつ管状部材２１の遠位区間５２の一部を形成する下層のポリマー層は、高又は中密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ、ＭＤＰＥ）で形成される。しかしながら、層５０は、例えば層５０がポリウレタンのようなエラストマー材料で形成され、かつ一時的に拡張された層５０がシャフト１１に引っ込むことを可能にすることによって、エラストマー層５０が適用される実施形態でのように、代わりにシャフトに摩擦嵌合できる。
【０２８９】
インピーダンス整合外側ジャケット層５０は、外側ジャケット層５０の真下で遠位区間５２に沿って外層を形成するポリマー材料よりも血液の音響インピーダンスを密接に整合させるように、血液の音響インピーダンスと、外側ジャケット層の下層にあるシャフト区間の隣接層の音響インピーダンスとの間にある音響インピーダンスを有する。例えば、血液の音響インピーダンスは、約１．４×１０5グラム／（ｃｍ2秒）であり、シリコーンは、約１．６×１０5グラム／（ｃｍ2秒）であり、軟質ポリウレタンは、約１．８×１０5グラム／（ｃｍ2秒）であり、ＨＤＰＥは、約２．２×１０5グラム／（ｃｍ2秒）であり、かつステンレス鋼は、約４６×１０5グラム／（ｃｍ2秒）である。遠位区間５２を形成する材料の音響インピーダンスの間の大きな不整合（すなわち層５０のない場合）によって、大部分の超音波が血液／カテーテル界面から反射される。インピーダンス整合外側ジャケット層５０は、血液と、遠位区間５２を形成する材料との間で中間インピーダンスを有する材料で形成され、その結果各材料界面で、より少ない不整合があり、かつより多くの超音波が、後方に反射するよりも前方に伝搬する。
【０２９０】
インピーダンス整合外側ジャケット層５０は、超音波撮像装置によって放出されか、又は超音波撮像システムによって表示される超音波の中心周波数の４分の１又は４分の３波長厚さを好ましくは有し、その結果相殺的干渉が、ジャケット層５０の外面と内面からの反射波の間で起こる。外側ジャケット層５０（及び／又は遠位カテーテルシャフト１１の内側部分）の音響特性（例えば音響インピーダンス）は、ジャケット層５０の外面と内面からの反射波の振幅が、より等しく、かつそれ故により低い振幅の派生反射エコーを生成するために相殺的干渉するように選択又は調整できる。かかる調整は、当該技術分野において周知であるような、音響インピーダンスを音響反射と関係付け、かつ材料や混合物の物理的特性をその音響インピーダンスと関連付ける式に従って行うことができる。４分の１又は４分の３波長の、インピーダンス整合外側ジャケット層５０は、３Ｄエコーシステムで、カテーテル湾曲本体アーチファクトを最小限に抑えるために、不都合に明るくない垂直（直接エコー）目視方向で、カテーテルシャフト１１の超音波画像を生成することを容易にする。
【０２９１】
４分の１又は４分の３波長層の厚さは、層のポリマー材料の音速、及び超音波撮像装置の所望の周波数設定に基づき決定される。例えば、一実施形態において、４分の１波長インピーダンス整合層５０は、４ＭＨｚの中心周波数で超音波撮像で使用するために、約０．００４９インチの厚さを有するポリエチレン層、及び約０．００４４インチの厚さを有するポリウレタン層からなる群から選択される。上記に与えた値がＬＤＰＥと軟質ポリウレタンに特有であるが、しかしながら異なる音速特性を有する多くのポリウレタンやポリエチレン調合物があることに注意すべきである。
【０２９２】
図２２は、回転状配置マーカーを有する本発明の特徴を具現する代替的針カテーテル６０の立面図を示す。図２２の実施形態において、経血管針カテーテル６０は、一般的に近位区間と、遠位区間と、遠位ポート６７に連通する針内腔６５（図２４参照）を有する細長いシャフト６１と、針内腔内に摺動自在に配置された針６６とを含む。遠位ポート６７は遠位シャフト区間の側壁内にあり、かつカテーテルの遠位端から近位に間隔を空けて置かれている。示さないが、シャフト６１は概して、シャフト６１の壁のポリマー材料内に埋設された金属編組強化フィラメントのような強化材を有する。図２２は、カテーテル６０の長手方向軸から離れて、ポート６７を出て延びる延出し形状での針を示す。シャフトの近位端上の近位アダプタ６９は、作用物質配送のために、又は吸引のために、針６６の内腔を通して針６６へアクセスできるように構成されたポート７０を有する。種々の作動コネクタが、カテーテル６０の所望の用途に応じて、近位アダプタに設けることができる。カテーテル６０は、従来知られているように、種々の適切なシャフト形状及び／又は作動遠位端を有する。例えば、本発明の実施形態による使用に適した、適切な経血管針カテーテル設計に関する詳細は、全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６２８３９４７、６６９２４６６、６５５４８０１及び６８５５１２４号を参照されたし。例えば、一実施形態において（図示せず）、針内腔の遠位端部分は、延びた針が、カテーテルシャフトの長手方向軸から離れるように方向付けられるように膨張バルーンの近位先細区間に沿って延びる。
【０２９３】
カテーテルシャフト６１は、現在の好ましい実施形態において、カテーテルシャフトの隣接部分と異なる（好ましくはより高反射性である）エコー反射特性を有する材料で形成される、マーカーバンド７１を少なくとも遠位区間６２上に有する。例えば、一実施形態において、マーカーバンド７１は、金属又はポリマー／金属材料混合物で形成される。マーカーバンド７１は、蛍光透視法で見えても、又は見えなくても良い。
【０２９４】
複数の回転状配置部分７２ａ〜７２ｄが、カテーテルシャフト６１の外面上にあり、かつカテーテルシャフトの隣接部分と異なる（好ましくはより高反射性である）エコー反射特性を有する材料で形成される。現在の好ましい実施形態において、回転状配置エコー源性部分７２は、金属（すなわち金、タングステン、タングステン−イリジウム）、高音響インピーダンスポリマー、又は金属充填ポリマーのような、マーカーバンド７１と同じ材料で形成される。それ故に、部分７２は、蛍光透視法で見えても、見えなくても良い。円１０内で切った図２２のカテーテルの拡大部分縦断面図を示す、図２３に示す実施形態において、回転状配置エコー源性部分７２は、ポリマー材料と、金属材料７４との混合物で形成される。ポリマー／金属材料混合物は、例えば接着剤、又は好ましくは融着によるように、部分７２を、ポリマーシャフト６１の外面へ接着することを容易にする。あるいは、部分７２は、金属からなることができ、かつ一実施形態において（図示せず）、金属で形成される部分７２は、確実に取り付けるためにシャフト６１のポリマー壁内で金属編組強化材にはんだ付け又は他の方法で接続される。
【０２９５】
現在の好ましい実施形態において、部分７２ａ〜７２ｄは、全部が、同じ寸法と、形状と、過度に明るくないカテーテルの超音波画像上にエコー（画像）を生成するように構成された材料組成とを有する。回転状配置エコー源性部分７２の相対厚さは、例示を簡単にするために図面中で幾らか誇張されることがあり、かつカテーテルの輪郭が不都合に増加することを回避するために、好ましくは選択される。回転状配置エコー源性部分７２は、概して約０．００１インチから約０．００８インチの厚さと、約０．０１０インチから約０．０４０インチの長さ／幅を有し、かつシャフト６１の外面上に僅かに突き出るか、又はシャフト６１の外面（例えばジャケット層）内に全体的又は部分的に引っ込めて作られても良く、かつ好ましくはシャフトの外面の下に僅かに引っ込めて作られる。
【０２９６】
現在の好ましい実施形態において、シャフトは、内部で回転状配置エコー源性部分７２が設置され、かつシャフトに接着される、孔を内部に有する外側ポリマージャケット層を有し、かつ部分７２は、カテーテルシャフトに対するプローブ角度の所望の範囲で、直接画像を提供するために湾曲外面を有し、金属、金属充填ポリマー、又は高音響インピーダンスプラスチックで形成される。かかる形状は、（ジャケットのために）シャフトの超音波撮像と、マーカー７１からの近位位置と遠位位置の決定と、カテーテル側に撮像プローブが向く時に容易に撮像されるマーカー７２からの回転状配置の決定とを容易にする。
【０２９７】
図２４は、線１１−１１に沿って切った図２２のカテーテルの横断面図を示す。示した実施形態において、シャフト６１は、シャフト６１の針内腔６５に加えて、膨張内腔６２と、ガイドワイヤ内腔６３とを有する。示した実施形態において、カテーテル６０は、ガイドワイヤ内腔６３内に、かつシャフトの近位端から遠位に間隔を空けて置かれたガイドワイヤ近位ポートを通って摺動自在に配置されたガイドワイヤ６８による、迅速な交換のために構成される。しかしながら、種々の適切なカテーテルシャフト設計を、従来知られているように使用することができる。カテーテル遠位区間上のバルーン６４は、バルーンを膨張させるために、膨張内腔６２と液体連通した内部を有する。膨張されたバルーン６４は、血管壁に対するシャフトの針遠位ポート６７の位置決めを容易にすること、又は血管内腔内にカテーテルを固定化すること、又は血管内腔を閉塞することを含む、種々の適切な機能用に構成できる。しかしながら、バルーン６４、膨張内腔６２、及び／又はガイドワイヤ内腔６３を有さないか、又はシャフト遠位区間内のポートから患者に薬剤又は対照剤のような液体を配送するように構成された液体配送内腔のような、１つ以上の追加内腔を有するシャフトを含む、種々の適切なシャフト形状を使用できる。同様に、代替的実施形態において、シャフト６１は、追加の針が内部に摺動自在に配置された１つ以上の追加の針内腔を含む（図示せず）。
【０２９８】
超音波撮像で、図２２の実施形態における最も遠位のマーカーバンド７１は、シャフト６１の針ポート６７の長手方向位置を示す。しかしながら、マーカーバンド７１は、カテーテルシャフト６１の外周全体の周りで均一なので、マーカーバンド７１の超音波画像は、カテーテルの回転状配置に関わりなく現れる。実際的な注射針６６は、一般的に、エコーシステムによって撮像されるために十分に良好に音波を反射するためには小さすぎる。同様に、針６６は、多くの場合カテーテルシャフト６１によって音波から遮蔽される。それ故に針６６は、超音波画像内で見られない／識別可能でない。
【０２９９】
回転状配置エコー源性部分７２は、各隣接部分対７２が周方向と長手方向に互いに間隔を空けて置かれる配列で配置される。図２２の実施形態において、４つの部分７２ａ〜ｄが、針ポート６７に近位に隣接し、かつシャフトの外周の周りで９０°の間隔で周方向に離して置かれる。しかしながら、代替的な数と間隔が、カテーテルの所望の配向決定性能特性、部分７２のエコー源性及び配向、カテーテルシャフト設計のような、因子に応じて使用されてもよい。現在の好ましい実施形態において、少なくとも４つの部分７２が、提供される。
【０３００】
図２５は、超音波撮像プローブ８０からの音波の直接反射を示すために、近位に間隔を空けて置かれる部分７２ｂ〜ｄが同様に見えるように部分７２ａを通り、かつ近位を向く図２２のカテーテルの斜視横図を示す。音波経路内に直接あり、かつエコーをプローブ８０へ直接反射できる面を見せる部分７２ａは、最も明るく撮像される。超音波撮像プローブ８０と反対のカテーテルの側の部分７２ｃは、直接反射を生成するが、それにぶつかる音波、及びその反射エコーが、カテーテル本体を通過せねばならないので、そのエコーは、小さな振幅を有し、かつ部分７２ａよりも遙かに暗く（又は全く明るくなく）表示される（音響エネルギーの幾つかは、カテーテル本体／血液界面から反射され、かつ音響エネルギーの幾つかは、プラスチックカテーテル本体内で熱として散逸する）。部分７２ａから９０度の２つの部分、７２ｂ及び７２ｄ（すなわち各部分７２ｂ、７２ｄの面が音波経路から９０度に配向される）は、超音波撮像装置プローブから離れるように方向付けられるエコーを生成し、かつそれ故に撮像されない。
【０３０１】
図２６は、図２５に示したように配向されたプローブによる図２２のカテーテルの区間の表示された３Ｄ超音波画像の表示である。最も直接反射されたエコーを有する部分７２ａのみが、この表示において識別可能に現れる。代替的実施形態において、他の部分７２ｂ〜ｄは、（例えばより高エコー源性の材料／構造形状で形成された部分７２、又は異なるエコーシステム表示設定を使用して）図２６の視界において識別可能にできたが、部分７２ａよりも遙かに暗い。図２７は、図２６内のカテーテルの区間が、図２５及び２６に矢印で示した方向で４５°回転された場合、図２６での同じ画像がどのように見えるかの表示である。この場合に、両方の部分７２ａ及び７２ｄは、プローブの音波の直接経路内にあり、かつ図２５に示した最も直接の反射経路から４５°だけである。それ故に、それらは等しく明るく、かつ部分７２ｂ及び７２ｃよりも明るいが、図２６での部分７２ａよりも薄暗い（輝度は、陰影の程度によって図中に表される）。一実施形態において、部分７２の外面は、７２ａ及び７２ｄが図２６での部分７２ａと同じ位、等しく明るいように、湾曲できた。
【０３０２】
図２２の実施形態において少なくとも４５°の間隔で、プローブ８０に対するカテーテル６０の回転状配置は、カテーテル６０のこの区間の識別力を有するエコー画像によって容易に識別できる。それ故に、針６６の回転状配置（又はカテーテル本体に固定された何らかの他の特徴）は、３Ｄエコー画像から決定できる。その上、このカテーテル区間の遠位端は、マーカーバンド７１により、その近位端から識別できる。針６６は、遠位マーカーバンド７１の近くにあるので、超音波撮像における針６６の位置を知ることができる。患者の体内の時、患者の体組織の３Ｄ画像は、存在し、かつそれ故に針移動の位置と方向が、撮像された解剖学的構造に対して知られることも同様に明らかなはずである。プローブ８０の位置／方向が知られているか、画像に示されるならば、このことはいかなる投影にも当てはまる。それ故に、カテーテル６０は、３Ｄ画像ディスプレイを観察し、かつ必要に応じてカテーテルを操作すること（回転及び／又は長手方向操作）によって、針６６を所望の方向で、所望の解剖学的構造に方向付けることを容易にする。多くの修正が、他の回転状配置間隔又は他のカテーテル特徴を識別するために行えることも同様に明らかなはずである。回転状配置エコー源性部分７２の数と位置、さらにマーカーバンド７１の数と位置が、好ましくは、カテーテルの回転状配置やカテーテルシャフトの区間を示す配向の近位端と遠位端に関する増分情報を提供するために、選択される。それ故に、少量の回転が、部分７２の配列の超音波画像の識別可能な変化を生成し、カテーテル回転に関する高度に詳細な情報を提供する。例えば、図２２の実施形態の部分７２の配列は、カテーテルが、４５°右回り又は左回りに回転されたかによって異なる画像を生成する。その上、図２２の実施形態における回転状配置エコー源性部分７２の数と間隔のために、カテーテル６０は、部分７２の１つ以上が、カテーテルの超音波画像で見えるので、患者の体内でのカテーテルの回転状配置を決定するために回転される必要がない。
【０３０３】
一実施形態において、本発明の方法は、本発明の針カテーテルの３Ｄエコー画像を、針カテーテルに隣接する患者の血管の（３Ｄエコー、３Ｄバイプラナ蛍光又はＣＴ画像のような）画像と重ねる又は交代することを含む。血管画像は、概して動脈及び／又は静脈への対照注射を使用して得られる。画像を重ねる又は交代することによって、方法はこのようにして、本発明の経血管又は心室内針カテーテルを使用して処置中に針を隣接血管に注射することを回避する。
【０３０４】
本発明は、本明細書において、幾つかの好ましい実施形態に関して記載されるが、当業者は、種々の修正や改良が、その範囲から逸脱することなく本発明になされることを認識するであろう。例えば、遠位チップ電極の減衰特徴は、カテーテル上の他の電極又はマーカーのような、他の要素の超音波撮像アーチファクトを減少させるために使用される。その上、針カテーテルに対して主として論じられたが、外科的及び埋め込み型装置だけでなく、バルーンカテーテル、ガイドカテーテル、アブレーションカテーテル、装置配送カテーテル、センサ（すなわち、温度、化学、酸素等）を収容又は組み込むカテーテルのような他のカテーテルを含む、本発明の特徴を具現する種々の医療装置を使用できることが理解されるべきである。例えば、針が除去でき、かつ溶液がカテーテルの空の内腔を通して注入できる（例えば、治療する区域のすぐ近位の血流へ直接注入するため）。その上、血管注入システムにおいて、球形チップは、電極の役目を果たす必要がない可能性があり、従って伝導要件が省略できる。
【０３０５】
それ故に、開示されたエコー源性カテーテル特徴は、超音波によってガイドでき、及び／又は超音波撮像中に解剖学的構造内に存在せねばならないるあらゆるタイプのカテーテル／他の装置に適用できる。その上、カテーテルの特徴は、２Ｄ又は３Ｄ超音波撮像システムによる使用に有用であるが、カテーテルをガイドするために、３Ｄエコーシステムが、２Ｄエコーシステムによって提供される「スライス」画像よりも好まれることに注意すべきである。２Ｄエコーシステムは、解剖学的構造及びカテーテルを通して非常に薄い平坦なスライスを見るような画像を生成して、カテーテルを識別／見つけること、カテーテルをそのチップ又は他の関連する部分まで辿ること、及び解剖学的構造のどこにカテーテルの関連する部分が位置付けられ／配向されるか、又は以前の位置／配向に対して位置付けられ／配向されるかを決定することを極めて困難にする。３Ｄエコーシステムは、解剖学的構造やカテーテルの大きな３Ｄボリュームの透視表示であるか、又はその３Ｄ表面画像であっても良い画像を生成する。３Ｄ画像において、解剖学的基準点は、画像内に豊富にあり、かつ（本出願において記載されたような）適切にエコー源性のカテーテルによって、画像ボリューム内のカテーテルの全ての部分を見ることができ、かつ解剖学的構造に対するカテーテルシャフトの方向は、本明細書に記載したように容易に視覚化される。
【０３０６】
前述の明細書において、本発明は、具体的な例となるその実施形態を参照して記載された。種々の修正が、以下の請求項に示すような、本発明の広い精神及び範囲から逸脱することなくなし得ることが、明白である。従って、明細書及び図面は、限定的な意味よりもむしろ例示的意味で見られるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０３０７】
【図１Ａ】２Ｄ超音波プローブによって作り出された画像区域（又は３Ｄ超音波プローブによって作り出された画像からの２Ｄスライス）を示す。
【図１Ｂ】３Ｄ超音波画像ボリュームを示す。
【図１Ｃ】ヒト心臓の左及び右心室３Ｄ超音波画像の（２Ｄ）スライスでの画像を示す。
【図１Ｄ】例えば、２つの異なる位置に位置決めされた３Ｄ超音波プローブによって作り出された２つの３Ｄ超音波撮像ボリュームを示す。
【図１Ｅ】本発明の一実施形態による心臓治療をガイドするために使用される心臓画像を作る方法を示す。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるリアルタイム画像及び事前記録された画像を使用する心臓治療をガイドする方法を示す。
【図２Ｂ】本発明の少なくとも幾つかの実施形態によって提供できる画像のタイプの２つの異なる図を示す。
【図２Ｃ】本発明の少なくとも幾つかの実施形態によって提供できる画像のタイプの２つの異なる図を示す。
【図３】本発明の一実施形態による心臓治療においてリアルタイム画像と記録された画像を使用する例を示す。
【図４】本発明の一実施形態による経皮的処置中のガイド用画像を作成する方法の流れ図を示す。
【図５】本発明の一実施形態による経皮的処置をガイドする方法の流れ図を示す。
【図６】本発明の一実施形態によるリアルタイム画像及び事前記録されたガイド画像の使用を示す。
【図７】本発明の一実施形態による３Ｄ画像データセットを使用する医療装置の位置を識別するための図形ユーザインタフェースを示す。
【図８】本発明の一実施形態による画像操作を計画する例を示す。
【図９】本発明の実施形態によるリアルタイム位置トラッキングをガイドするための移動画像を作成する種々の方法を示す。
【図１０】本発明の一実施形態による事前記録された画像と共にリアルタイム画像を表示する方法を示す。
【図１１】治療中に撮像及びガイド情報を提供するもう１つの方法を示し、この方法において、記録された画像及び近リアルタイム画像（ｎｅａｒ  ｒｅａｌ  ｔｉｍｅ  ｉｍａｇｅ）を含む第１画像セットが、記録された画像及び実質的リアルタイム画像を含む第２画像セットと同時に表示され、かつ第２画像セットは、第１画像セットよりも迅速に更新される。
【図１２】本発明の一実施形態による画像を表示する方法を示す。
【図１３】本発明によって使用されるデータ処理システムのブロック図例を示す。
【図１４】球形遠位チップを有する本発明の特徴を具現するエコー源性針カテーテルの部分的に断面での立面図である。
【図１５】線２−２に沿って切った図１４のカテーテルの横断面図である。
【図１６】線３−３に沿って切った図１４のカテーテルの横断面図である。
【図１７】線４−４に沿って切った図１４のカテーテルの横断面図である。
【図１８】ハイポチューブ接続部材を有する球形遠位チップの代替的実施形態の縦断面図である。
【図１９】線６−６に沿って切った図１８のカテーテルの横断面図である。
【図２０】代替的球形遠位チップ形状の遠位端区間の部分的に断面での立面図である。
【図２１】患者の心臓の左心室内での図１４のカテーテルを示す。
【図２２】カテーテルシャフトの外面に回転状配置エコー源性部分を有する、本発明の特徴を具現する代替的エコー源性針カテーテルの立面図である。
【図２３】円１０内で切った図２２のカテーテルの拡大縦断面図を示す。
【図２４】線１１−１１に沿って切った図２２のカテーテルの横断面図である。
【図２５】部分７２ａを通して切られ、かつ近位に間隔を空けて置かれる部分７２ｂ〜ｄが同様に見えるように近位に向く図２２のカテーテルの横断面斜視図に対する超音波撮像プローブからの音波の直接反射を示す。
【図２６】図２５に示したカテーテルに対して配向された超音波撮像装置プローブによる図２２のカテーテルの区間の表示された３Ｄ超音波画像の表示である。
【図２７】図２５、２６に示した矢印の方向で４５°のカテーテル回転後、表示された３Ｄ超音波画像の表示である。
【図１Ａ】
2009517177.tif 000003
【図１Ｂ】
2009517177.tif 000004
【図１Ｃ】
2009517177.tif 000005
【図１Ｄ】
2009517177.tif 000006
【図１Ｅ】
2009517177.tif 000007
【図２Ａ】
2009517177.tif 000008
【図２Ｂ】
2009517177.tif 000009
【図２Ｃ】
2009517177.tif 000010
【図３】
2009517177.tif 000011
【図４】
2009517177.tif 000012
【図５】
2009517177.tif 000013
【図６】
2009517177.tif 000014
【図７】
2009517177.tif 000015
【図８】
2009517177.tif 000016
【図９】
2009517177.tif 000017
【図１０】
2009517177.tif 000018
【図１１】
2009517177.tif 000019
【図１２】
2009517177.tif 000020
【図１３】
2009517177.tif 000021
【図１４】
2009517177.tif 000022
【図１５】
2009517177.tif 000023
【図１６】
2009517177.tif 000024
【図１７】
2009517177.tif 000025
【図１８】
2009517177.tif 000026
【図１９】
2009517177.tif 000027
【図２０】
2009517177.tif 000028
【図２１】
2009517177.tif 000029
【図２２】
2009517177.tif 000030
【図２３】
2009517177.tif 000031
【図２４】
2009517177.tif 000032
【図２５】
2009517177.tif 000033
【図２６】
2009517177.tif 000034
【図２７】
2009517177.tif 000035
【国際調査報告】
2009517177.tif 000036
2009517177.tif 000037
2009517177.tif 000038
2009517177.tif 000039
2009517177.tif 000040