(57)【要約】【課題】解剖学的領域の３Ｄモデルと追尾システムとを蛍光透視システムの投影画像を用いて位置合わせする。【解決手段】第１の画像収集システム（１１５）は蛍光透視画像（１８２）を作成し、第２の画像収集システム（１１８）は３Ｄモデル（１８４）を作成する。位置インジケータ（４１０）を含む介入追尾システム（４０５）は、解剖学的領域（２５５）内で移動する。処理回路（１７０）は、第１の位置合わせの規定のために第２の画像収集システムを第１の画像収集システムと位置合わせさせる実行可能命令と、第２の位置合わせの規定のために介入追尾システムを第１の画像収集システムと位置合わせさせる実行可能命令と、これら第１及び第２の位置合わせに応答して介入追尾システムを第２の画像収集システムと位置合わせさせる実行可能命令とを処理する。【選択図】図６
2006110351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医学的介入手順で使用するためのイメージング・システム（１００）であって、
解剖学的領域（２５５）の蛍光透視画像（１８２）を作成するように構成された第１の画像収集システム（１１５）と、
前記解剖学的領域（２５５）の３Ｄモデル（１８４）を作成するように構成された第２の画像収集システム（１１８）と、
前記解剖学的領域（２５５）の内部を移動するように構成されている、位置インジケータ（４１０）を備えた介入追尾システム（４０５）と、
前記第１及び第２の画像収集システム（１１５、１１８）の両者に共通の第１の解剖学的基準系（１１７）と、
前記第１の画像収集システム（１１５）と前記介入追尾システム（４０５）の両者に共通の第２の解剖学的基準系（４２０）と、
処理回路（１７０）であって、
第１の位置合わせの規定のために前記第２の画像収集システム（１１８）を前記第１の画像収集システム（１１５）と位置合わせさせる実行可能命令と、
第２の位置合わせの規定のために前記介入追尾システム（４０５）を前記第１の画像収集システム（１１５）と位置合わせさせる実行可能命令と、
前記第１及び第２の位置合わせに応答して、前記介入追尾システム（４０５）を前記第２の画像収集システム（１１８）と位置合わせさせる実行可能命令と、
を処理するように構成された処理回路（１７０）と、
を備えるイメージング・システム（１００）。
【請求項２】
前記介入追尾システム（４０５）はさらにカテーテル（２６０）を備えること、
第２の画像収集システム（１１８）を第１の画像収集システム（１１５）と位置合わせさせる前記命令は、前記３Ｄモデル（１８４）を前記蛍光透視画像（１８２）と位置合わせさせる命令を含むこと、
カテーテル追尾システム（４０５）を第１の画像収集システム（１１５）と位置合わせさせる前記命令は、前記位置インジケータ（４１０）を蛍光透視画像（１８２）と位置合わせさせる命令を含むこと、
３Ｄモデル（１８４）を蛍光透視画像（１８２）と位置合わせさせる前記命令は、前記第１の共通基準系（１１７）並びに前記第１と第２の両画像収集システム（１１５、１１８）内の前記カテーテル（２６０）に関連付けられた識別可能なパラメータに応答して前記３Ｄモデル（１８４）を前記蛍光透視画像（１８２）と位置合わせさせる命令を含むこと、
位置インジケータ（４１０）を蛍光透視画像（１８２）と位置合わせさせる前記命令は、前記第２の共通基準系（４２０）並びに前記位置インジケータ（４１０）の位置を表す信号に応答して前記位置インジケータ（４１０）を前記蛍光透視画像（１８２）と位置合わせさせる命令を含むこと、
前記第１の画像収集システム（１１５）において、前記カテーテル（２６０）が前記解剖学的領域（２５５）内部にある解剖学構造の位置の配置されていること、
前記処理回路（１７０）はさらに、
前記３Ｄモデル（１８４）を前記蛍光透視画像（１８２）に対して並進させるための並進係数を作成させる実行可能命令と、
前記３Ｄモデル（１８４）のスケールを前記蛍光透視画像（１８２）に対して調整するために前記カテーテル（２６０）の識別可能なフィーチャに依存したスケール比率を作成させる実行可能命令と、
を処理するように構成されていること、
を特徴とする請求項１に記載のイメージング・システム（１００）。
【請求項３】
前記カテーテル（２６０）は既知の実際直径を有しており、かつ前記処理回路（１７０）はさらに、
前記蛍光透視画像（１８２）内で前記カテーテル（２６０）の見掛けの直径を決定させる実行可能命令と、前記カテーテル（２６０）の見掛けの直径を前記カテーテル（２６０）の既知の実際直径と比較させる実行可能命令と、これに応答して前記蛍光透視画像（１８２）内の前記解剖学的領域（２５５）の解剖学構造の実際の寸法を決定させる実行可能命令と、前記蛍光透視画像（１８２）内の前記解剖学構造を前記３Ｄモデル（１８４）内の同じ解剖学構造とマッチングさせる実行可能命令と、前記３Ｄモデル（１８４）内の該同じ解剖学構造に関して前記実際サイズと見掛けのサイズを比較させる実行可能命令と、これらから前記第１と第２の画像収集システム（１１５、１１８）間のスケール比率を作成させる実行可能命令と、を処理するように構成されていること、
を特徴とする請求項２に記載のイメージング・システム（１００）。
【請求項４】
前記カテーテル（２６０）は、水平面と、前記蛍光透視システム（１１５）の焦点と該カテーテル（２６０）の投影を結ぶ直線との交差によって規定される箇所にある前記解剖学的領域（２５５）内の既知の解剖学構造の位置に配置されており、該水平面は前記解剖学的基準系（１１７）の上側に前記蛍光透視システム（１１５）の前記既知の解剖学構造までの高さｈによって規定されており、これによって前記第１及び第２の画像収集システム（１１５、１１８）内において該カテーテル（２６０）の既知の箇所が確定されていること、
前記処理回路（１１７）はさらに、
前記３Ｄモデル（１８４）内のカテーテルの前記既知の箇所並びに高さｈに応答して前記３Ｄモデル（１８４）内の同じ解剖学構造に関する実際のサイズを決定させる実行可能命令と、前記３Ｄモデル（１８４）において解剖学構造の実際サイズと見掛けのサイズを比較させる実行可能命令と、これらから前記第１と第２の画像収集システム（１１５、１１８）の間のスケール比率を作成させる実行可能命令と、
を処理するように構成されていること、
を特徴とする請求項２に記載のイメージング・システム（１００）。
【請求項５】
前記第１の画像収集システム（１１５）はさらに第２の組の蛍光透視投影画像（１８２）を作成するように構成されており、該第１及び第２の組の投影画像は前記解剖学的領域（２５５）の識別可能に異なる投影画像を作成できるように十分な角度だけ分離させた少なくとも２つの異なるＸ線投影によって作成されており、前記カテーテル（２６０）は前記解剖学的領域（２５５）内の既知の解剖学構造の位置に配置されていること、
前記処理回路（１７０）はさらに、
前記２つの組の投影画像を３角測量方式を用いて解析することによって前記蛍光透視システム（１１５）の焦点を基準とした前記３Ｄモデル（１８４）内の前記カテーテル（２６０）の箇所を決定し寸法ｂを規定させる実行可能命令と、
前記３Ｄモデル（１８４）内の前記カテーテルの既知の箇所並びに寸法ｂに応答して前記３Ｄモデル（１８４）内の同じ解剖学構造に関する実際のサイズを決定させ、前記３Ｄモデル（１８４）において前記解剖学構造の実際サイズと見掛けのサイズを比較させ、かつこれらから前記第１と第２の画像収集システム（１１５、１１８）の間のスケール比率を作成させる実行可能命令と、
を処理するように構成されていること、
を特徴とする請求項２に記載のイメージング・システム（１００）。
【請求項６】
前記処理回路（１７０）はさらに、
前記蛍光透視画像（１８２）内の前記カテーテル（２６０）の第１の位置の箇所を記録させる実行可能命令と、
前記位置インジケータ（４１０）からの信号に応答して、前記第１の位置にある前記カテーテル（２６０）の座標を記録させる実行可能命令と、
前記箇所情報を前記座標情報と位置合わせし、これにより前記位置インジケータ（４１０）を前記蛍光透視画像（１８２）と位置合わせさせる実行可能命令と、
前記蛍光透視画像（１８２）内の前記カテーテル（２６０）の少なくとも第１、第２及び第３の位置の少なくとも３つの箇所を記録させる実行可能命令と、
前記位置インジケータ（４１０）からの信号に応答して、前記少なくとも第１、第２及び第３の位置にある前記カテーテル（２６０）の座標を記録させる実行可能命令と、
前記箇所情報を前記座標情報と位置合わせし、これにより前記位置インジケータ（４１０）を前記蛍光透視画像（１８２）と位置合わせさせる実行可能命令と、
を処理するように構成されていること特徴とする請求項２に記載のイメージング・システム（１００）。
【請求項７】
前記処理回路（１７０）はさらに、
カテーテル（２６０）が前記位置インジケータ（４１０）からの信号が示す座標にある確率を表す確率関数を計算させる実行可能命令と、
前記３Ｄモデル（１８４）内のうち前記カテーテル（２６０）が配置されている可能性が高い領域を表す確率領域を規定するために、前記確率関数を前記３Ｄモデル（１８４）に適用させる実行可能命令と、
を処理するように構成されていること特徴とする請求項６に記載のイメージング・システム（１００）。
【請求項８】
患者の解剖学的領域（２５５）の３Ｄモデル（１８４）を、位置インジケータ（４１０）を伴ったカテーテル（２６０）を備えたカテーテルベースの追尾システム（４０５）と位置合わせする方法であって、
前記位置インジケータ（４１０）を伴ったカテーテル（２６０）を前記解剖学的領域（２５５）の内部に配置させた状態で前記解剖学的領域（２５５）の蛍光透視画像（１８２）を作成する工程と、
前記解剖学的領域（２５５）の３Ｄモデル（１８４）を作成する工程と、
第１の共通解剖学的基準系（４２０）並びに前記カテーテル（２６０）と関連付けされた識別可能なパラメータを用いて、前記３Ｄモデル（１８４）を蛍光透視画像（１８２）と位置合わせし、これにより第１の位置合わせを規定する工程と、
第２の共通解剖学的基準系（４２０）並びに前記蛍光透視画像（１８２）内の前記カテーテル（２６０）の箇所を表す前記位置インジケータ（４１０）からの信号を用いて、前記カテーテルベースの追尾システム（４０５）を前記蛍光透視画像（１８２）と位置合わせし、これにより第２の位置合わせを規定する工程と、
前記第１の位置合わせ及び前記第２の位置合わせを用いて、前記３Ｄモデル（１８４）を前記カテーテルベースの追尾システム（４０５）と位置合わせする工程と、
を含む方法。
【請求項９】
３Ｄモデル（１８４）を蛍光透視画像（１８２）と位置合わせする前記工程は、
前記蛍光透視画像（１８２）を基準として前記３Ｄモデル（１８４）を並進させるための並進係数を作成する工程と、
前記３Ｄモデル（１８４）のスケールを前記蛍光透視画像（１８２）に対して調整するために前記カテーテル（２６０）の識別可能なフィーチャに依存したスケール比率を作成する工程と、
を含んでいる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記位置合わせの工程は、
心臓の周期的な動きと同期させて前記３Ｄモデル（２６０）を前記蛍光透視画像（１８２）と位置合わせする工程、
を含んでいる、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には医用イメージング・システムに関し、さらに詳細には、解剖学的領域の３Ｄモデルを、蛍光透視システムを用いて取得した同じ解剖学的領域の投影画像を通じて介入追尾システムと位置合わせするための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓の電気的治療の改良に関連する多くの介入手順において、医師は心臓の房室内部でカテーテル及び／またはリードを操作する必要がある。最も複雑かつ一般的な２つの手順の例は、心房細動（ａｔｒｉａｌ  ｆｉｂｒｉｌｌａｔｉｏｎ：ＡＦ）アブレーションと両心室（ｂｉ−ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ）ペーシングである。
【０００３】
心房細動は、心房（心臓の上側房室）がその細動（ｆｉｂｒｉｌｌａｔｅ）によって収縮を停止する不整脈であり、心臓律動の問題のうち最も一般的なものである。米国だけでも、２００万人を超える人が心房細動を患っていると推定されている。目下のデータは、これが不整脈関連の入院のうち最もよく見られる原因であることを示唆している。ＡＦを患っている患者は、発作やうっ血性心不全などの合併症を引き起こす確率が高い傾向がある。期外性心房収縮が、ＡＦのトリガーの役割をしＡＦ発作を惹起することがある。こうした期外性心房収縮は、大部分が左心房からの肺静脈で発生することが分かっている。期外性心房収縮が滅多に起こらない非再現的なものであるとトリガー部位のアブレーションの有用性が制限されることがあるため、肺静脈を左心房から分離するために多種多様な外科的技法やカテーテル技法が使用されてきた。
【０００４】
ＡＦに対する処置（アブレーション）で使用される外科的技法のうちの１つでは、無線周波数波を当てて肺静脈と左心房の間の接続部の近くの心臓表面上に小さな傷をつくることが必要である。無線周波数波によってつくられるこの小さい傷は、インパルスを心臓を通過する正常な電気的経路に従うように導びくことによってＡＦの不規則なインパルスを停止させる傾向がある。典型的には、この種の外科的処置は胸部切開法を通じて実施されている。外科医は、典型的には、例えば弁手術やバイパス手術など別の理由によって実施される開放式心臓手術の間に特殊設計の器具を使用して異常組織に対して無線周波数波を送る。患者が別の理由により開放式心臓手術を受けている場合はこの種の外科的技法は有効であるが、別の理由から患者が侵襲性の開放式心臓手術を求めない場合にはカテーテル関連の処置方法がより実用的である。
【０００５】
カテーテル技法のうちの１つでは、カテーテルを血管を通過して進めた後に左心房内に蛍光透視ガイド下で位置決めすること、並びに左心房と肺静脈の間の伝達を可能にする部位を示唆する２重ポテンシャルを示すエリアに無線周波数エネルギーを加えることが必要である。さらに、外科的介入の間に実施されるような僧帽弁と左肺静脈の間や肺静脈同士の間など別の部位におけるアブレーションによって、ＡＦアブレーションの成功率が上昇することも分かっている。目下のところ利用可能な幾つかのテクノロジーを用いた左心房の３次元再構成、医師が肺静脈口（肺静脈の左心房内への開口）を内部から視認できないこと、肺静脈（またしたがって、肺静脈口）のサイズが様々であること、これらのエリアの３Ｄ幾何学形状が複雑であるためマッピング及びアブレーション・カテーテルを肺静脈口部位で安定状態に保つことが困難であることがすべて、目下の蛍光透視ガイド下技法を使用したマッピング及びアブレーションに対する目下の方式の適用を若干煩雑で冗漫なものにしている。これらの制限のために、無線周波数カテーテル・アブレーションと比べて手術の方が（特に、執拗な心房細動を伴う患者では）好ましいとされており、またこの方式の恩恵を受けるのは、ＡＦに対する無線周波数アブレーションを受ける執拗なＡＦを伴う患者のうち２０パーセント未満であると推定される。
【０００６】
上で言及した限界に関連し得る要因の１つは、オペレータが典型的には、主に蛍光透視画像を用いて介入ツールをガイドしていることである。こうした手順での典型的な作業の１つは、例えば肺静脈のうちの１つなどの特定の箇所にカテーテルを配置することである。これらの解剖学構造は、周辺の解剖学構造に対してコントラストを示さないために、Ｘ線システムではあまり十分に表出されない。
【０００７】
これら目標の解剖学構造が蛍光透視画像内で周辺の解剖学的構造から分離して解剖学的に高精度で視認可能であるならば、この医学的作業はかなり容易となる。
【０００８】
別の重要な手順では、上で言及したように心不全の処置における両心室ペーシングが必要である。うっ血性心不全（ＣＨＦ）に対する対応はかなり進歩したが、ＣＨＦは全世界における健康上の重大問題のままである。米国及びヨーロッパにおいてＣＨＦを患っている人が６００〜７００万人存在すると推定されており、また毎年概ね１００万人の患者がＣＨＦであると診断されている。
【０００９】
様々な薬理学的治療を用いたＣＨＦに対する処置の大きな進歩にもかかわらず、ＣＨＦを患っている患者は、頻繁な入院のためにその生活の質（ｑｕａｌｉｔｙ−ｏｆ−ｌｉｆｅ：ＱＯＬ）が低く、また心不全が最大の死亡原因となっている。さらに、この問題に付随してかなりのコストが生ずる。
【００１０】
心臓の正常な電気的活動には、心房と呼ばれる上側の房室が活動し、続いて心室と呼ばれる右下と左下の両方の房室が左右の索枝（ｂｕｎｄｌｅ  ｂｒａｎｃｈ）によって同時に活動することが必要である。進行したＣＨＦ患者では心臓機能の悪化に関わる可能性があるような伝達系疾患を有することがあるため、心臓機能の改善を試みるためにペーシング治療が導入されてきた。数多く指摘されている伝達異常の１つは、左側索枝ブロック（ＬＢＢＢ）である。ある研究（Ｘｉａｏ  ＨＢらによる「Ｄｉｆｆｅｒｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｒｉｇｈｔ  ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ  ｐａｃｉｎｇ  ａｎｄ  ＬＢＢＢ  ｏｎ  ｌｅｆｔ  ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ」（Ｂｒ  Ｈｅａｒｔ  Ｊ  １９９３；  ６９：１６６〜７３））によれば、ＣＨＦ患者の２９％にＬＢＢＢが認められた。左索枝ブロックでは、電気的インパルスが右側から左側まで移動しなければならず上で言及した同時活動ではなく順次動作となって左心室活動が遅延するために、左心室の拍出が遅延する。さらに、左心室（ＬＶ）の様々な領域が協調式で収縮しなくなる。
【００１１】
両心室（Ｂｉ−Ｖ）ペーシングともいう心臓再同期によれば、ＣＨＦとＬＢＢＢをもつ患者において有利な結果が得られることが分かっている。Ｂｉ−Ｖペーシングの間では、心臓拍出効率を改善させるために心臓の右心室と左心室（ＲＶ、ＬＶ）の両者が同時にペース調整を受ける。さらに最近、ＬＢＢＢなど伝達系異常のない患者であってもＢｉ−Ｖペーシングの恩恵を受けることができることが分かった。Ｂｉ−Ｖペーシングの間では、目下のところ利用可能な細動除去装置やペースメーカーで使用される標準的な右心房及び右心室リードに加えて、冠状静脈洞内に追加のリードが位置決めされる。この追加のリードはさらに、冠状静脈洞の枝のうちの１つの内部まで進め、心外性の（外側の）左心室表面に重ね合わせる。これらのリードをすべて適所に配置させた後、右心室及び左心室リードが同時にペース調整を受け、これにより心房収縮との同期が達成される。
【００１２】
しかし、この方式には幾つかの問題点がある。第１に、この種の手順は時間がかかる。第２に、ＬＶリードの配置は、妥当なペーシング及び検知パラメータの提供に利用できる部位に制限される。また第３に、冠状静脈洞に対するカニューレ挿入が、右心房の拡大、心臓の回転、あるいはＴｅｂｅｓｉａｎ弁（冠状静脈洞の開口の近くにある弁）の存在のため困難となることがある。さらに、以前に冠動脈バイパス手術を受けた患者では冠状静脈洞狭窄（閉鎖）が報告されており、問題がさらに複雑となる。
【００１３】
大多数の場合、冠状静脈洞リードの配置に関わる問題は介入手順の時点で特定される。冠状静脈洞リードの配置手順が放棄される場合、その患者は手術室に戻されてＬＶリードが心外性に（ｅｐｉｃａｒｄｉａｌｌｙ）位置決めされる。この手順の間では、側胸壁上に切開が行われて左心室の外側上にリードが配置される。
【００１４】
しかしながら、心外性のリード配置に関しても同様に多くの問題が存在しており、そのうちの幾つかには以下のものが含まれる（ただし、これらに限らない）：
微小開胸術（ｍｉｎｉｔｈｏｒａｃｏｔｏｍｙ）ともいう胸壁の切開を用いると左心室の後外側領域の観察が限られること；
妥当なペーシング及び検知パラメータを提供できる配置部位の数が限られること；
最適な箇所の特定、並びに最適な部位へのリードの配置が不可能であること；
冠動脈及び静脈系を損傷する潜在的リスクがあること；並びに
上記の限界のうちの１つまたは幾つかのために理想的なペーシング部位の特定が困難であること。
【００１５】
さらに、ＬＶペーシング単独でＢｉ−Ｖペーシングと同様に有効となり得ることが分かっている。しかし、冠状静脈洞リードは本来的に不安定であるため、ペーシング及び検知リードは目下のところ使用されている技法では右心室内に配置させるのが通常である。
【００１６】
冠状静脈洞及び左心室解剖構造のロードマップを作成し、冠状静脈洞の最適な枝の位置、あるいは心外性に（外側から）左心室の壁上のいずれかでＢｉ−Ｖ／ＬＶペーシング向けにＬＶペーシング・リードを配置させるための適当な部位を特定できるようにするために、心臓ＣＴが使用されることがある。さらに、ＣＴやＭＲイメージングによって、血管や神経のない領域並びに瘢痕組織を特定することもある。こうした様式はさらに、心室の非対称性収縮を判定して、心室のうち協調式で収縮しない様々な領域を特定するために使用されることがある。以前の心臓発作による瘢痕があると、この非協調性の収縮をさらに悪化させることがある。
【００１７】
介入手順の間に、オペレータは主に透視画像を用いて介入ツールをガイドすることがある。しかし、方針上重要な解剖学構造（ＡＦ介入手順企画の場合における左心房や肺静脈、また両心室ペーシング企画の場合では冠状静脈洞とその枝など）は例えば、周辺の解剖学的構造に対するコントラストがないためにＸ線システムによって描出されない。したがって、これら目標の解剖学構造が透視画像で視認可能であるならば、医学的介入作業がかなり容易になる。
【００１８】
幾つかの場合では、オペレータはさらに、所与の基準系におけるカテーテルの箇所を提供できるようなナビゲーション機能を備えたカテーテルベースの追尾システムを有する介入追尾システムを使用することがある。しかし、プローブにより提供されるナビゲーション情報は真の３Ｄモデルに表示されない。
【非特許文献１】Ｘｉａｏ  ＨＢら、「Ｄｉｆｆｅｒｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｒｉｇｈｔ  ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ  ｐａｃｉｎｇ  ａｎｄ  ＬＢＢＢ  ｏｎ  ｌｅｆｔ  ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ」（Ｂｒ  Ｈｅａｒｔ  Ｊ  １９９３；  ６９：１６６〜７３））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
既存の医学的手順はある種の医学的条件では好都合であり適当となり得るが、依然として手順上の重大な限界が存在している。したがって本技術分野では、解剖学的領域の３Ｄモデルをこれに対する投影画像と位置合わせしかつこの３Ｄモデルを介入追尾システムと位置合わせすることによってこれらの欠点を克服するための改良式の方法及び装置が必要のままである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の実施形態は、医学的介入手順で使用するためのイメージング・システムを含む。第１の画像収集システムは、解剖学的領域の蛍光透視画像を作成するように構成されている。第２の画像収集システムは、解剖学的領域の３Ｄモデルを作成するように構成されている。介入追尾システムは、位置インジケータを含んでおり、解剖学的領域内で移動するように構成されている。第１の解剖学的基準系は第１及び第２の画像収集システムの両方に共通であり、また第２の解剖学的基準系は第１の画像収集システムと介入追尾システムの両方に共通である。処理回路は、第１の位置合わせの規定のために第２の画像収集システムを第１の画像収集システムと位置合わせさせる実行可能命令と、第２の位置合わせの規定のために介入追尾システムを第１の画像収集システムと位置合わせさせる実行可能命令と、これら第１及び第２の位置合わせに応答して介入追尾システムを第２の画像収集システムと位置合わせさせる実行可能命令と、を処理するように構成されている。
【００２１】
本発明の別の実施形態は、患者の解剖学的領域の３Ｄモデルを、位置インジケータを有するカテーテルを備えたカテーテルベースの追尾システムと位置合わせする方法を含む。この位置インジケータを有するカテーテルは解剖学的領域の内部に配置させると共に、解剖学的領域の蛍光透視画像が作成される。さらに解剖学的領域の３Ｄモデルが作成される。第１の共通解剖学的基準系とカテーテルに関連付けされた識別可能なパラメータとを使用することによって、３Ｄモデルが蛍光透視画像と位置合わせされ、これによって第１の位置合わせを規定する。第２の共通解剖学的基準系と蛍光透視画像内におけるカテーテルの箇所を表す位置インジケータからの信号とを使用することによって、カテーテルベースの追尾システムが蛍光透視画像と位置合わせされ、これによって第２の位置合わせを規定する。これら第１の位置合わせ及び第２の位置合わせを使用することによって、３Ｄモデルがカテーテルベースの追尾システムと位置合わせされる。
【００２２】
本発明のまた別の実施形態は、患者の解剖学的領域の３Ｄモデルを、位置インジケータを有するカテーテルを備えたカテーテルベースの追尾システムと位置合わせさせるためのコンピュータ・プログラム成果物を含む。この成果物は処理回路により読み取り可能な記憶媒体を含んでおり、上述の方法のうちの一部または全部を実施するように処理回路によって実行させる命令を格納している。
【００２３】
本発明のさらに別の実施形態は、患者の解剖学的領域の３Ｄモデルをこれに対する介入蛍光透視システムからの投影画像と位置合わせさせるためのコンピュータ・プログラム成果物を含む。この成果物は処理回路により読み取り可能な記憶媒体を含んでおり、上述の方法のうちの一部または全部を実施すること、並びに関心対象の解剖学的領域内へのカテーテル送達装置の導入を監視し、このカテーテル送達装置を位置合わせ済みのモデルの上で関心対象解剖学部位までナビゲートし、かつこのカテーテル送達装置を用いて治療を施術すること、を行うように処理回路によって実行させる命令を格納している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
ここで、同じ要素に同様の番号を付けた例示的な実施形態とした図面を参照することにする。
【００２５】
ＣＴの３Ｄ撮像能力を使用しかつこれらの画像を蛍光透視システムの投影画像と位置合わせすることによって、肺静脈やＡＦの開始及び維持に関わる別の領域がより厳密かつ容易に特定され、これによりカテーテル手順による成功率を向上させることができる。
【００２６】
本明細書に開示した本発明の実施形態はさらに、例えば冠状静脈洞や左心室などの解剖学構造の３Ｄモデルを蛍光透視システムの投影画像と位置合わせし、これによりペーシング・リードをナビゲートして最適な部位に配置することを可能とするためのシステム及び方法を提供する。
【００２７】
介入蛍光透視システムの基準系において追尾システムを位置合わせすることによって、カテーテル技法を用いたＡＦアブレーションの成功率が改善されることになり、またＬＶリードを最適な部位までナビゲートすることによってＢｉ−ＶやＬＶペーシングの有用性の向上が支援されることになる。
【００２８】
本発明の実施形態は、介入蛍光透視システムの投影画像の基準系を使用して追尾システムをこの介入システムの基準系で位置合わせしている。この操作は、関心対象の解剖学的領域の３Ｄモデルを介入蛍光透視システムと位置合わせし終えた後に実現される。ＣＴスキャナなどの撮像デバイスより得られた関心対象の３Ｄ解剖学的領域の位置合わせは、医師が解剖学的領域内のあるエリア（例えば、冠状静脈洞や右心室など）に配置したツール（例えば、カテーテルやリードなど）を用いた蛍光透視システムに対して実施される。ここで限定ではなく一例として、幾つかの図を参照しながら本発明の実施形態に関する詳細な説明を示すことにする。
【００２９】
図１は、例えばＡＦアブレーション手順や両心室手順などの医学的介入手順で使用するためのイメージング・システム１００の一般化概要図である。一実施形態では、そのイメージング・システム１００は、心臓画像データ（例えば、左心房や冠状静脈洞の画像データ）を作成するためのイメージング装置１１０と、このイメージング装置１１０から心臓画像データを収集するためのデータ収集システム１２０と、このデータ収集システム１２０からの心臓画像データを格納するための収集データベース１３０と、この収集データベース１３０内に格納された心臓画像データから観察可能画像を作成するための画像作成システム１４０と、この画像作成システム１４０からの観察可能画像を格納するための画像データベース１５０と、イメージング装置１１０の管理並びにデータベース１３０、１５０（１つのデータベースの形に組み合わせることがある）内の心臓画像データ及び観察可能画像の管理のためのオペレータ・インタフェース・システム１６０と、データベース１５０内の観察可能画像に対する解析及び表示並びにオペレータ・インタフェース・システム１６０に対する応答のための処理システム１８０と、を含んでいる。処理システム１８０内の処理用ソフトウェアは、データを解析しかつ画像を表示させ、これにより汎用のプロセッサを特殊なプロセッサにするように処理システム１８０を変換させる命令を含んでいる、あるいはこのように適応させている。観察可能画像への変換が可能なスキャン・データのことを本明細書では画像データと呼んでいる。
【００３０】
システム通信リンク２１０、２１２、２１６、２１８並びにデータベース通信リンク２２０、２２２は、システム１１０、１２０、１４０、１６０、１８０とデータベース１３０、１５０との間に信号通信手段を提供している。通信リンク２１０〜２２２は実配線とすることや、ワイヤレス式とすることがある。オペレータ・インタフェース・システム１６０は、例えばＤＯＳ（商標）ベースのコンピュータ・システム、Ａｐｐｌｅ（商標）ベースのコンピュータ・システム、Ｗｉｎｄｏｗｓ（商標）ベースのコンピュータ・システム、ＨＴＭＬベースのコンピュータ・システム、特殊なプログラム言語ベースのコンピュータ・システム、その他（ただし、これらに限らない）など多種多様なコンピュータ・プラットフォーム上で使用するための多種多様なコンピュータ言語による命令を含んだスタンドアロンの入力／出力端末またはコンピュータとすることがある。
【００３１】
オペレータ・インタフェース・システム１６０は、イメージング装置１１０の管理のため、データ収集及び画像作成システム１２０、１４０の管理のため、収集及び画像データベース１３０、１５０内での情報の処理及び管理のため、並びに処理システム１８０における処理の管理のために、例えばマイクロプロセッサ（ＭＰ）や本明細書に開示した目的に適した別の任意の処理回路などのプロセッサ１７０を含んでいる。オペレータ・インタフェース・システム１６０はさらに、医学的スキャン手順に関連する特定の命令を包含したメモリ２００と、ユーザ入力手段（例えば、キーボード１６２など）と、ユーザ出力手段（例えば、ディスプレイ１６４、１６６など）と、を含んでいる。一実施形態では、インタフェース・システム１６０と処理システム１８０を一体に構成させることがある。ディスプレイ１６４は検査処方向けに適応させることがあり、またディスプレイ１６６は描出向けに適応させることがある。別法として、ディスプレイ１６４及び１６６を１つのディスプレイとするように一体化することがある。検査処方は、ＣＴスキャンやスキャン領域制御、蛍光透視システム制御、データ収集制御、その他などの入力パラメータを含んでいる。オペレータ・インタフェース・システム１６０はさらに、以下で検討するように蛍光透視画像と３Ｄ  ＣＴ画像の両方を表示するために、実際の介入手順中に利用されることがある。実際の医学的介入手順中において、データポート２０５が例えばカテーテル２６０などの医学的プローブからの情報を受け付けており、これにより実際の介入手順中にリアルタイム方式でのデータ解析が可能となる。
【００３２】
イメージング装置１１０は、一般に心拍サイクルの開始を示すＲピーク事象１１４をインタフェース・ボード１１６を介して例えばＣＴスキャナなどのスキャナ１１８に出力する心電図（ＥＫＧ）モニタ１１２と、蛍光透視システム１１５と、患者寝台１１７と、を含んでいる。本明細書では、スキャナ１１８及び蛍光透視システム１１５のことを、また別に画像収集システムとも呼んでいる。インタフェース・ボード１１６は、スキャナ・データとＥＫＧモニタ・データの間の同期を可能としている。別法として、インタフェース・ボード１１６はＥＫＧモニタ１１２をスキャナ１１８と結合させるために使用されることがある。インタフェース・ボード１１６の一例はガントリ・インタフェース・ボードである。例示的なスキャナ１１８は、心臓イメージングの支援を得た心臓コンピュータ断層（ＣＴ）システムであり、ＥＣＧゲート制御再構成に続いて３Ｄモデルを切り出し（ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）再構成すること（心拡張期中）によって心臓に対する動きのない撮像が可能となる。洞律動（ｓｉｎｕｓ  ｒｈｙｔｈｍ）中では、切り出し再構成が心拍サイクルの７５％位置（心拡張期中）において実施される。フェーズ箇所は、患者が心房細動状態にある心拍サイクルの４５％周辺の位置に選択される。このフェーズはＲ−Ｒ間隔が短縮した際に選択される。しかし、図示したスキャナ１１８は単に例示を目的としており、したがって当技術分野で周知の別のイメージング・システムが使用されることもある。別のイメージング・システムの例としては、Ｘ線システム（従来型とディジタル式すなわちディジタル化イメージング・システムとの両方を含む）、磁気共鳴（ＭＲ）システム、陽電子放出断層（ＰＥＴ）システム、超音波システム、核医学システム、及び３Ｄ蛍光透視システム（ただし、これらに限らない）が含まれる。本明細書に開示した利用のためにイメージング装置１１０がスキャナ１１８と蛍光透視システム１１５の両方を備えることがあり、あるいはイメージング・システム１００がＣＴスキャナ１１８を有するイメージング装置１１０と蛍光透視システム１１５を有するイメージング装置１１０’という２つのイメージング装置１１０、１１０’を備えることがある。本明細書では、蛍光透視システム１１５を介入システムまたは第１の画像収集システムとも呼んでおり、またＣＴスキャナ１１８を３Ｄモデル・システムまたは第２の画像収集システムとも呼んでいる。
【００３３】
図２は、寝台１１７上の患者２５０が例えば患者の心臓の冠状静脈洞などの解剖学的領域２５５の内部にカテーテル２６０の配置を受けた状態として介入システム１１５を表している。一実施形態では、カテーテル２６０は、解剖学的領域内の既知の解剖学構造（心臓の冠状静脈洞など）において蛍光透視システム１１５のＸ線源２８０の焦点２７５からカテーテル２６０の投影までを結ぶ線２７０と水平面２６５との交差によって規定される箇所に位置決めされている。別の解剖学的領域には例えば、心臓房室（両心室ペーシングにおけるペーシング／細動除去リード向けでは右心室、など）や肺静脈を含むことがあり、また別の解剖学構造には例えば、僧帽弁、肺静脈口、心房への接合部、心室への接合部を含むことがある。しかし、本発明の実施形態はこれらの解剖学的領域や本明細書に開示した構造だけに限定することを意図していない。例示的な一実施形態では、水平面２６５の箇所は、解剖学的基準系（寝台）１１７から上へ解剖学的領域（心臓）２５５にある既知の解剖学構造（冠状静脈洞）までの高さｈによって規定される。この方式により、蛍光透視システム１１５及び３Ｄモデル・システム１１８においてカテーテル２６０の既知の箇所を確定することができる。
【００３４】
図１に戻ると、イメージング装置１１０はさらに、心臓を動きのない（典型的には、その心拡張期における）撮像のためにＥＫＧゲート制御収集または画像再構成１３５の機能を含んでいる。ＥＫＧモニタ１１２とのインタフェースによって、心臓の電気的インパルスのリアルタイム収集が可能となり、またゲート制御収集や収集データの遡及的再構成（ｒｅｔｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）が可能となる。上で言及したように、例えば洞律動の間ではこれが７５％になる可能性があり、また心房細動の間ではＲ−Ｒ間隔の短縮のために約４５％になる可能性がある。これによって、心拡張期の同じフェーズにおいて心臓を撮像することによって心臓の動きを排除することができる。収集したデータはデータベース上に格納することや、撮像に最適化した１つまたは複数のプロトコルを使用することによって必要な画像の作成のために使用されることがある。一実施形態では、画像作成システム１４０からの画像データ・ストリームは表示及び描出のためにリンク２１２を介してオペレータ・インタフェース・システム１６０に伝達され、また通信リンク２１６を介して処理システム１８０に伝達される。オペレータ・インタフェース・システム１６０において検査処方及び描出のためのソフトウェアによって使用された画像データは、画像データベース１５０内に格納されることがある。撮像したデータはアーカイブ（１６７）される、フィルム１６８上に移される、かつ／または３Ｄ後処理を含む解析及び検討のためにネットワーク１６９によって処理システム１８０に送られることがある。３Ｄモデル画像１８４及び蛍光透視画像１８２は単独で観察されることや、ディスプレイ１８６上で組み合わせて観察されることがある。ＡＦ計画の場合では、処理システム１８０にある後処理ソフトウェアによって、左心房及び肺静脈に対する精細な３Ｄで心内性の観察が可能となる。これらの画像やその他の画像は、介入手順の時点で格納されかつ観察されることがある。
【００３５】
イメージング装置１１０はさらに、画像データを収集しこのデータを利用可能な形式に変換するための回路を含んでおり、このデータは次いで患者内の関心対象フィーチャの再構成画像を作成するように処理を受ける。撮像過程では多くの場合にある種の物理的または電子的スキャンが実施されているため、画像データ収集及び処理回路のことを、イメージング・システムの種類に関わりなく「スキャナ」と呼ぶことが多い。システムが異なると物理構成やデータ処理要件が異なるために、システムの具体的な構成要素や関連する回路はイメージング・システム間で大きく異なっている。しかし、本発明は具体的なイメージング・システムの選択によることなく適用可能であることを理解されたい。
【００３６】
イメージング装置１１０からのデータは、データ収集システム１２０におけるデータ収集及び画像作成システム１４０における画像作成を実行するソフトウェアを含んだサブシステム２３０に出力される。データ制御はオペレータ・インタフェース・システム１６０によって提供されるか、通信リンク２１２を介してサブシステム２３０内で提供されるかのいずれかである。イメージング装置１１０から出力されたデータは、Ｒピーク事象１１４を含めて収集データベース１３０内に格納される。システム１２０におけるデータ収集は、心臓の撮像に対して（また具体的には、右心房及び／または冠状静脈洞の撮像に対して）最適化された１つまたは複数の収集プロトコルに従って実行される。
【００３７】
例示的な一実施形態では、心房の３Ｄ画像データは、左心房に対して最適化させたプロトコル（例えば、冠動脈撮像プロトコルやＣａｒｄＥＰプロトコルなど）を用いて生成される。こうしたプロトコルで使用される例示的なパラメータには、０．３７５ヘリカル・ピッチ係数の０．５秒ガントリ周期、１２０キロボルト、２５０ミリアンペア、及び０．６２５または１．２５ｍｍ（ミリメートル）のスライス厚が含まれる。これらの機能は、例えばＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＡＶＰ）やＣａｒｄＥＰなどの一般に入手可能な市販のソフトウェア・ツールによって実行されることがある。画像データに対して上で言及したツールを適用した後、例えばしきい値処理、フロータろ過処理（ｆｌｏａｔｅｒ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）及びスカルプ処理（ｓｃａｌｐｉｎｇ）など追加の処理を適用することもある。これらの処理は、画像をクリーンアップするために使用されており、自動化させることもある。自動化処理では、オペレータがオペレーティング・ソフトウェアによる処理の各ステップを進む際にオペレータに対してキュー（ｑｕｅｕｅ）を要求することがある。画像のクリーンアップ処理に続いて、それ以外の心臓房室を排除し左心房のみが描出される。次いで、左心房及び肺静脈の精細な３Ｄ画像を作成することがある。３Ｄかつ心内性の像（内部から見た像）は、例えばＶＲやＣａｒｄｉａｃ  Ｉｍａｇｅ  Ｑｕａｌｉｔｙ（ＣＡＲＤＩＱ）など様々な一般に入手可能なボリューム・レンダリング・ソフトウェア・パッケージを用いたボリューム・レンダリング技法を用いて描出される。３Ｄ画像を作成した後、次いで３Ｄモデルの幾何学構成を蛍光透視システムの幾何学構成と位置合わせすることが必要となる。
【００３８】
位置合わせ（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）とは画像同士を一致させる処理のことである。同一対象（ｉｎｔｒａ−ｓｕｂｊｅｃｔ）多重モダリティ位置合わせとは、同じ患者において２つの異なるモダリティを位置合わせすることである。変換（位置合わせ）を記述するのに必要なパラメータの数のことを、本明細書では「自由度（Ｄｅｇｒｅｅｓ  ｏｆ  Ｆｒｅｅｄｏｍ）」の数と呼ぶことにする。位置合わせを受けている解剖学構造の解剖部位があまり大きく違っていない場合、その３Ｄモデルは１つの剛体（ｒｉｇｉｄ  ｂｏｄｙ）の挙動をすると仮定している。この場合では、３つの並進方向と３つの回転方向（自由度６を与える）によって、十分な位置合わせとなる。位置合わせに使用する各デバイスは、解剖学的３Ｄモデルのサイズを近似するようにキャリブレーションする必要がある。このためには、各方向での「スケール調整（ｓｃａｌｉｎｇ）」に相当するように余分に３つの自由度が必要である。対応する解剖学的標識（フィデューシャル）ｘとｙの組を特定できれば、これらのエリアを一致させる変換を選択することによって位置合わせを実施することができる。使用しているデバイスの各ビュー（ｖｉｅｗ）のことを、当該ビュー内の空間を規定する座標系と呼んでいる。十分な位置合わせには、例えばあるビューの１つの空間（Ｘ）のフィデューシャル間の変換を、例えば別の空間（Ｙ）のそれによって決定することが必要である。十分な位置合わせには、誤差Ｔ（ｘ）−ｙ（ここで、Ｔ（ｘ）＝Ｒｙ＋ｔ、Ｒは回転、またｔは並進）を最小にするように「Ｘ」空間のフィデューシャル間の変換Ｔを「Ｙ」空間のフィデューシャルによって決定することが必要である。
【００３９】
変換マトリックスは、ある座標空間から別の座標空間への点のマッピング方法を規定している。変換マトリックスの内容を特定することによって、回転、並進及びスケール調整を含む幾つかの標準的演算を実施することができる。
【００４０】
２つの座標空間で解剖学的標識を特定して一致させ十分な位置合わせを得るにはかなりの困難が存在することがある。本発明の独特の特徴は、解剖学構造同士を一致させるのではなく、医師がこの解剖学構造内に配置させたツールと一致させることによって解剖学構造同士を位置合わせすることを含む。リードなどの別のツールを解剖学構造内（例えば、両心室ペーシングの場合では右心室内）に配置させることもできるが、本明細書に開示した実施形態は冠状静脈洞内に配置させたカテーテルを使用している。
【００４１】
本発明の別の実施形態は、透視画像を解剖学構造の３Ｄモデルと位置合わせすることを含む。図４Ａ、Ｂ及びＣ（これについては、以下でより詳細に検討する）に示したように、冠状静脈洞内に位置決めした冠状静脈洞カテーテルを蛍光透視投影画像上で明瞭に観察することができる。蛍光透視画像はさらに、マッピング及びアブレーション・カテーテル及び／またはペーシング・リードを、これらが適当な部位までナビゲートされる際に位置特定するための介入システムとして使用することができる。本発明のまた別の実施形態では、冠状静脈洞カテーテルの動きを使用して心臓の動きのフェーズを決定することを含む。左心房などの房室の連続した動きを評価すること以外に、カテーテルの動きを使用してさらに、そのＣＴ画像が再構成されている心拡張期の同じフェーズ（例えば、心拍サイクルの７５％）に関する位置合わせを実行することができる。
【００４２】
図５Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦは、肺静脈のうちの１つの中に造影剤を注入することによって本発明の一実施形態に従って実行される位置合わせ処理の妥当性判定のために使用したものである。図示したように、図５Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦは、右上肺静脈（ＲＳＰＶ）内に配置したシースを通したＲＳＰＶ内への造影剤の注入を表している。この造影剤は、位置合わせが完了した後に位置合わせの正確性を評価するために注入している。図５Ａでは造影剤は存在していない、また図５Ｂには造影剤の注入を表しており、これに続いて図５Ｃ、Ｄ及びＥではその段階的な流出を表している。図５Ｆでは、造影剤がもはや観察されず、造影剤が完全に流出したことを示唆している。具体的には描出されていないが、造影剤で満たしたＲＳＰＶは、位置合わせされたＣＴ画像上に表示されたＲＳＰＶ上に正確に重ね合わされており、正確な位置合わせが示唆されることが立証された。
【００４３】
蛍光透視システムの画像形成モデルは１つの円錐形投影である。投影の中心の箇所及び撮像面の位置は、原理的には、例えば患者寝台１１７などの解剖学的基準系を基準として適正に記述される。この解剖学的基準系１１７は、ＣＴシステム１１８から得た３Ｄモデルの位置決めに使用される系とコヒーレント（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）である。
【００４４】
操作する技師が患者を２つの収集システム（すなわち、蛍光透視システム１１５及びＣＴシステム１１８）内に位置決めする間にある確立されたプロトコルに従うものと仮定すると、解剖学的基準系１１７は収集システムの両方に共通（特に、向きに関して共通）であると見なすことができる、すなわち、この２つの基準系間の回転は無視できると見なせることになる。
【００４５】
上大静脈（ＳＶＣ）からの冠状静脈洞カテーテルはＡＦ介入手順の間にルーチン式で配置される。上で言及したように、３Ｄモデル画像１８４の蛍光透視画像１８２との位置合わせを得るには、蛍光透視システム１１５の動作時にカテーテル２６０（図４で本来の位置に図示）を利用している（これについては、図３を図１及び２と組み合わせて参照しながら次で説明することにする）。しかし重要問題の１つとして、本明細書に開示した本発明の実施形態を利用しないで２つのモダリティを完全に位置合わせできるほどカテーテル２６０の幾何学的構造が十分に豊かな構造でない（ｎｏｔ  ｒｉｃｈ）ことがあることに留意すべきである。例えば冠動脈イメージングの場合、上または下大静脈（ＳＶＣ、ＩＶＣ）と冠状静脈洞（ＣＳ）の間における確定された関係をＣＳ内のカテーテル２６０と組み合わせただけで計算したスケール比率では、正確な位置合わせには精度が十分でないことがある。
【００４６】
図４Ａでは、ＣＴイメージング及び前後方向（ＡＰ）像の切り出しを使用して得た左心房の３Ｄモデルを表している。図４Ｂでは、蛍光透視システムを使用して得られた心臓の投影画像を表しており、この画像には医師によって冠状静脈洞カテーテルを含め複数のカテーテルが様々な箇所に位置決めされている。透視画像では異なる構造間にコントラストの差異がほとんどないか全くないことが理解できよう。図４Ｃでは、左心房の３Ｄモデル及び蛍光透視を使用した投影画像を用いた位置合わせ画像を表している。いずれも前後方向像で表した図４Ａ、Ｂ及びＣを全体として見ると、カテーテル２６０は冠状静脈洞内に配置されており（ＣＳカテーテル）、左心耳をＬＡＡで表しており、右上肺静脈をＲＳＰＶで表しており、左上肺静脈をＬＳＰＶで表しており、また僧帽弁輪をＭＶで表している。
【００４７】
図３は、蛍光透視システム１１５が２Ｄ蛍光透視画像（Ｘ線投影画像など）１８２の作成のために使用されておりかつＣＴシステム１１８が３Ｄモデル画像１８４の作成のために使用されている場合に、３Ｄモデル画像１８４を蛍光透視画像１８２と位置合わせするための例示的な方法３００の流れ図を表している。画像収集の前に、患者２５０の解剖学的領域（心臓など）２５５のうちのある解剖学構造（冠状静脈洞など）に周知の技法を用いてカテーテル２６０が配置される。画像１８２、１８４の収集の間には、共通の解剖学的基準系（患者寝台など）１１７が使用されており、これにより２つのイメージング・システム１１５、１１８間に参照用リンクを確立することができる。画像収集の後、処理回路１７０によって、蛍光透視画像１８２と位置合わせ（３１０）された３Ｄモデル１８４が得られるような方式（これについては後でさらに詳細に検討する）で画像データ１８２、１８４が処理される（３０５）。一般に、処理回路１７０は、共通基準系１１７を利用して、画像収集システム１１５、１１８間及びこれらに各々関連する既知の幾何学情報をリンクさせると共に、第１と第２の両画像収集システム１１５、１１８から利用可能なカテーテル２６０に関連付けされた識別可能なパラメータを使用して、この２つの画像１８２、１８４を位置合わせしている。
【００４８】
処理フェーズ３０５の間では、実際の位置合わせ処理３１０に先だって画像１８２、１８４に対してそれぞれ前処理３１５、３２０が実施される。前処理３１５の間では、Ｘ線投影画像１８２が解析され（３２５、３３０）、見掛けのカテーテル画像が実際にカテーテル２６０である確率が決定されると共に、患者２５０への挿入前に計測した実際の既知のカテーテル・サイズ、並びにＸ線画像１８２から計測したあるいは既知の見掛けのカテーテル・サイズに基づいて、Ｘ線画像１８２に関する拡大率λが決定されている。
【００４９】
前処理３２０は、位置合わせで使用するＣＴモデル内の解剖学構造の処理に関連する経路３３５と、位置合わせに続いて表示させようと希望する臨床構造の処理に関連する経路３４０と、に従う。本発明の実施形態では、上大静脈ＳＣＶ及び／または冠状静脈洞ＣＳ内に少なくとも１つのカテーテルが配置される。どちらの経路３３５、３４０においても、前処理３２０は、蛍光透視画像１８２から識別可能な幾何学構造を基準として３Ｄモデル１８４上で平行投影操作３５５を実行し、これにより、蛍光透視画像１８２を基準として３Ｄモデル１８４を適正な向きにしている。ブロック３６０では、ＳＶＣや冠状静脈洞など関心対象の血管（または、複数の血管）内でのカテーテル２６０の経路を確定するように画像１８４が処理される。ブロック３６５では、３２５及び３３０で実施された処理結果を使用して画像１８２をこの経路と位置合わせする（３６０）。この位置合わせの結果、画像１８４と画像１８２をリンクさせる変換が特定される。
【００５０】
ブロック３１０では、位置合わせ処理には、蛍光透視画像１８２に対して３Ｄモデル１８４を並進させるための並進係数（ｘ，ｙ）と、蛍光透視画像１８２に対する３Ｄモデル１８４のスケールを調整するためのスケール比率λと、を作成することが必要である。この並進係数は単純明快であり、周知の技法を使用して、例えば共通の解剖学構造の中心に関する一致処理などの処理を行う。原理的には、この一致方法によりさらに、投影面と直交する軸に沿った回転を補償することができる。しかし、スケール比率はあまり単純明快ではないため、ここで別の例によって説明することにする。しかし一般に、スケール比率は共通の解剖学的基準系１１７及びカテーテル２６０の識別可能フィーチャからの既知情報に依存する。
【００５１】
第１の実施形態では、蛍光透視画像１８２においてカテーテル２６０の見掛けの直径が決定され、次いでカテーテル２６０の既知の実際直径と比較される。この情報から、蛍光透視画像１８２において解剖学的領域２５５内にある解剖学構造の実際の寸法を決定することができる。次いで、蛍光透視画像１８２内の解剖学構造を３Ｄモデル１８４内の同じ解剖学構造とマッチングさせており、この際ここでは、３Ｄモデル１８４内のこの同じ解剖学構造の実際サイズと見掛けのサイズが比較されることがある。この比較から、第１と第２の画像収集システム１１５、１１８の間のスケール比率を確定することができる。
【００５２】
第２の実施形態では、カテーテル２６０が解剖学的領域２５５内で、水平面２６５と、蛍光透視システム１１５の焦点２７５と蛍光透視画像１８２内のカテーテル２６０の投影を結ぶ線２７０との交差によって規定される箇所にある既知の解剖学構造の位置に配置される。ここで、水平面２６５は解剖学的基準系１１７から上へ蛍光透視システム１１５内の既知の解剖学構造までの高さｈによって規定されており、蛍光透視システム１１５及びＣＴシステム１１８において解剖学的基準系１１７を基準としたカテーテル２６０の既知の箇所を確定している。３Ｄモデル１８４内のカテーテル２６０の箇所、並びに３Ｄモデル１８４における高さｈに対する実際及び見掛けの寸法が分かれば、３Ｄモデル１８４内で蛍光透視画像１８２内にあるのと同じ解剖学構造の実際のサイズを決定することができる。３Ｄモデル１８４内で解剖学構造の実際サイズと見掛けのサイズを比較することによって、第１と第２の画像収集システム１１５、１１８の間のスケール比率を確定することができる。
【００５３】
第３の実施形態では、その蛍光透視システム１１５は、解剖学的領域２５５に関して識別可能に異なる投影画像を作成できるだけの十分な角度だけ分離させた少なくとも２つの異なるＸ線投影を用いて作成される第１及び第２の組の蛍光透視投影画像を作成するために使用される。ここでも別の実施形態と同様に、カテーテル２６０は解剖学的領域２５５内の既知の解剖学構造の位置に配置される。周知の３角測量方式を用いてこの２組の投影画像を解析することによって、蛍光透視システム１１５のＸ線源２８０の焦点２７５を基準とした３Ｄモデル１８４内におけるカテーテル２６０の箇所を決定し、これにより蛍光透視システム１１５及びＣＴシステム１１８においてカテーテル２６０の既知箇所を焦点２７５を基準として確定するための寸法ｂを規定することができる。３Ｄモデル１８４内のカテーテル２６０の箇所、並びに３Ｄモデル１８４における寸法ｂに対する実際及び見掛けの寸法が分かれば、３Ｄモデル１８４内で蛍光透視画像１８２内にあるのと同じ解剖学構造の実際のサイズを決定することができる。３Ｄモデル１８４内で解剖学構造の実際サイズと見掛けのサイズを比較することによって、第１と第２の画像収集システム１１５、１１８の間のスケール比率を確定することができる。
【００５４】
本明細書に開示した例示的な実施形態ではスケール調整の目的のためにカテーテル２６０のサイズに着目しているが、スケール調整のためには例えば、カテーテル２６０の位置での電極間距離など計測可能な別のフィーチャを使用することもあることを理解されたい。したがって、スケール調整を目的としたカテーテル２６０のサイズに対する着目のみに本発明の実施形態を限定しようとする意図はない。
【００５５】
心臓やその他の関心対象解剖学的領域２５５の周期的な動きによる３Ｄモデル１８４の位置合わせ画像の変動（ｊｉｔｔｅｒ）を回避するために、処理回路１７０は、解剖学的領域２５５の周期的な動きに同期して（すなわち、心拍動の周期的な動きに同期して）３Ｄモデル１８４を蛍光透視画像１８２と位置合わせさせる追加の実行可能命令に応答させることがある。
【００５６】
３Ｄモデル１８４の蛍光透視画像１８２との位置合わせが確定されたので、次いで患者２５０の解剖学的領域２５５の３Ｄモデル１８４をカテーテルベースの追尾システム４０５（図７を参照すると最もよく分かる）と位置合わせするための位置合わせ方法４００の一般化した流れ図を表している図６を参照することにする。図６では、３Ｄモデル１８４の蛍光透視画像１８２との位置合わせのことを第１の位置合わせＲ１と呼んでおり、またカテーテルベースの追尾システム４０５の蛍光透視画像１８２との位置合わせのことを第２の位置合わせＲ２と呼んでいる。カテーテルベースの追尾システム４０５を一般に、介入追尾システムと呼んでいる（カテーテルを含むことや含まないことがあるため）。例えば、追尾システム４０５はペーシング及び／または細動除去リードを含むことがある。一実施形態では、カテーテルベースの追尾システム（追尾システム）４０５は、位置インジケータ４１０及びアブレーション電極４１５を有するカテーテル２６０を含んでいる。位置インジケータ４１０は、１つの小型コイル、３つの小型直交コイル、あるいは規定された第２の解剖学的基準系４２０（解剖学的基準系（寝台）１１７のことを第１の解剖学的基準系と呼んでいる）を基準としたその座標を表す信号を提供するのに適した別の任意の位置指示デバイスとすることがある。一実施形態では、第２の解剖学的基準系４２０は、追尾システム４０５と蛍光透視システム１１５の蛍光透視画像１８２との両方に共通の座標系である。位置インジケータ４１０からの信号は、カテーテル・リード２６２、通信リンク２１８または通信リンク２１０及び２１２を介して処理回路１７０に伝達される。この（第２の）共通解剖学的基準系４２０及び位置インジケータ４１０からの信号を使用することによって、適当にコード化した命令を実行するように構成された処理回路１７０は、カテーテルベースの追尾システム４０５を蛍光透視画像１８２及び蛍光透視システム１１５に対して位置合わせすることが可能となる。
【００５７】
３Ｄモデル１８４を蛍光透視画像１８２と位置合わせするための上で検討した技法に加えて、処理回路１７０はさらに、蛍光透視画像１８２内のカテーテル２６０の第１の位置の箇所を記録させる実行可能命令と、位置インジケータ４１０からの信号に応答して第１の位置にあるカテーテル２６０のそれぞれの座標を記録させる実行可能命令と、を処理するように構成されている。次いでこの箇所情報を座標情報と位置合わせすることによって、位置インジケータ４１０を蛍光透視画像１８２と位置合わせすることができる。一般に、カテーテルベースの追尾システム４０５の蛍光透視システム１１５との適正な位置合わせには、各画像箇所及びそれぞれの座標箇所を記録させるように、位置インジケータ４１０に関連付けされた少なくとも３つのデータ点が必要である。しかし、正確さを高めるために、処理回路１７０の一実施形態は、位置インジケータ４１０に関連付けされた多数のデータ点を位置合わせするように構成されている。
【００５８】
システム変数のために、位置インジケータ４１０からの位置信号が、位置インジケータ４１０の箇所に関する厳密な座標を提供することができず、当該座標の近似しか提供できないことがある。この近似はかなり妥当であることもあるが、それでも単なる近似に留まることがある。こうした一例として、処理回路１７０の一実施形態は、カテーテル２６０（またより具体的には、位置インジケータ４１０）が位置インジケータ４１０からの信号が示す座標にある確率を表す確率関数を計算するように構成されている。例示的な確率関数の１つを図８において球体４２５で表しており、この球体は、蛍光透視画像１８２及び位置合わせされた３Ｄモデル１８４内でカテーテル２６０の先端が確率高く（おそらく）配置されている領域を表す確率領域を規定している。図８は、ｘ、ｙ及びｚ方向の位置分布関数４３０、４３５及び４４０が直交する釣り鐘状の分布関数であるように表しているが、これは単に例示であり、したがって任意の分布関数で代替することができることを理解されたい。ここでは、処理回路１７０は、ペーシング及び／または細動除去リードが位置インジケータからの信号が示す座標の位置にある確率を表す確率関数を計算し、かつこの確率関数を３Ｄモデルに適用して、３Ｄモデル内のリードが配置されている確率が高い領域を表す確率領域を規定するようにプログラムされることがある。
【００５９】
本発明の実施形態は心臓を例示的な解剖学的領域として開示しているが、本発明はこれに限定されないこと、並びに本発明の範囲は患者内の関心対象の別の解剖学的領域を含むことを理解されたい。本発明の実施形態は冠状静脈洞を解剖学的領域内の例示的な解剖学構造として開示しているが、本発明はこれに限定されないこと、並びに本発明の範囲は解剖学的領域内の別の解剖学構造を含むことを理解されたい。本発明の実施形態は患者の内部に配置させたカテーテルを開示しているが、本発明はこれに限定されないこと、並びに本発明の範囲は例えばペーシング及び／または細動除去リードなどＸ線及びＣＴを介して識別可能な別のデバイスを含むことを理解されたい。
【００６０】
本発明の実施形態は、コンピュータにより実現させた処理法並びにこれらの処理法を実施するための装置の形態で具現化されることがある。本発明はさらに、フレキシブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードドライブ、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）ドライブ、または別の任意のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体などの有形媒体内に具現化させた命令を含むコンピュータ・プログラム・コードを有するコンピュータ・プログラム成果物の形態で具現化されることがあり、このコンピュータ・プログラム・コードをコンピュータ内にロードしてコンピュータによって実行すると、このコンピュータは本発明を実施するための装置となる。本発明はさらに、コンピュータ・プログラム・コードの形態で具現化される（このプログラム・コードが、例えば記憶媒体内に保存されるか、コンピュータにロードされかつ／またはコンピュータによって実行されるか、電気配線やケーブル接続による、光ファイバを通す、または電磁放射を介するなど何らかの伝送媒体を用いて伝送を受けるかの如何によらない）ことがあり、このコンピュータ・プログラム・コードをコンピュータ内にロードしてコンピュータによって実行すると、このコンピュータは本発明を実施するための装置となる。汎用のマイクロプロセッサ上で実現させると、このコンピュータ・プログラム・コードのセグメントによって具体的な論理回路を生成させるようにマイクロプロセッサが構成される。これらの実行可能命令の技術的効果は、少なくとも医学的介入手順における支援のために３Ｄモデルを蛍光透視画像と位置合わせすることである。
【００６１】
開示したように、本発明の幾つかの実施形態は次の利点、すなわち：ペーシング・リードをナビゲートして最適な部位に配置させ、これにより両心室または左心室ペーシングの有効性の向上を可能としたＣＴ−蛍光透視位置合わせ技法を利用できること；３Ｄモデル上に冠状静脈洞の箇所を表示し、これにより両心室ペーシングにおいて冠状静脈洞リードを植え込む前に冠状静脈洞アンギオグラフィを実施する必要をなくすことを可能としたＣＴ−蛍光透視位置合わせ技法を利用できること；ＡＦアブレーションにおいて連続した位置合わせのために冠状静脈洞カテーテルを利用できること；介入システムの所与の向きに関して、介入システムにより提供される画像の幾何学的に近くにおいて３Ｄモデルの投影を自動的に作成できること；スキャナを用いて作成された３Ｄモデルから得た情報を蛍光透視撮像により提供されたリアルタイム・ライブ情報と融合できること；ＣＴの撮像能力を用いて異なる肺静脈−左心房接合や心房内の別の重要部位の真の３Ｄ幾何学形状を描出すること、また（さらに重要なことは）ＡＦを開始させかつ持続する肺静脈及びこれらの部位をより厳密かつ容易に分離するのに役立つようにこれらの画像をＸ線蛍光透視と位置合わせすることが可能な技法を利用できること；並びに、介入手順中にカテーテルのリアルタイムの動きを正確かつ連続して追跡できること；のうちの幾つかの利点を含むことがある。
【００６２】
さらに、本発明の実施形態は、カテーテルやシース器具（一般にカテーテル２６０で示す）などの送達システムをナビゲートするために使用することができ、また冠動脈疾患におけるステント送達など別の形式の治療の送達のためや、細胞、遺伝子や別の形式の治療の必要に応じた適当な部位への送達のためにも使用することができる。ここでは、処理回路１７０は、その内部にカテーテルが配置された解剖学的領域に対する蛍光透視画像を蛍光透視システムから作成すること、別のモダリティの第２の画像収集システムから解剖学的領域の３Ｄモデルを作成すること、共通の解剖学的基準系を基準として蛍光透視画像及び３Ｄモデルを解析すること、関心対象の解剖学的領域内へのカテーテル送達装置の導入を監視すること、位置合わせされたモデルを介してカテーテル送達装置を関心対象解剖学部位までナビゲートすること、並びにカテーテル送達装置を使用して治療を送達すること、を実行するようにプログラムされることがある。本発明に関して例示的な実施形態を参照しながら記載してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更が可能であると共に、その要素の等価物による代用が可能であることは当業者であれば理解するであろう。さらに、多くの修正形態により、本発明の本質的範囲を逸脱することなく具体的な状況や材料を本発明の教示に適応させることができる。したがって、本発明を実施するように企図したベストモードまたは唯一のモードとして開示した特定の実施形態に本発明を限定しようという意図ではなく、本発明は本特許請求の範囲の域内に入るすべての実施形態を包含するように意図している。さらに、「第１」、「第２」などの用語の使用は、何らかの順序や重要度を意味しておらず、「第１」、「第２」などの用語はむしろ、ある要素を別の要素と区別するために使用したものである。さらに、「ａ」、「ａｎ」などの用語の使用は、数量の限定を意味したものではなく、むしろ言及された項目が少なくとも１つ存在することを意味している。本特許請求の範囲にある参照番号は、単に特許請求した発明の理解を容易にするためのものであって、特許請求した発明の範囲を狭めることを意図したものではない。本出願の特許請求の範囲に記載した内容は、本明細書の説明の一部となるように本明細書に組み入れるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】医学的介入手順で使用するためのイメージング・システムの一般化概要図である。
【図２】図１のシステムの一部分の拡大図である。
【図３】図１のイメージング・システムを用いて本発明の一実施形態を実現するための処理の一般化流れ図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に従った３Ｄモデルの蛍光透視画像との例示的な位置合わせを表した図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に従った３Ｄモデルの蛍光透視画像との例示的な位置合わせを表した図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態に従った３Ｄモデルの蛍光透視画像との例示的な位置合わせを表した図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に従って実行した位置合わせ処理の妥当性を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に従って実行した位置合わせ処理の妥当性を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態に従って実行した位置合わせ処理の妥当性を示す図である。
【図５Ｄ】本発明の一実施形態に従って実行した位置合わせ処理の妥当性を示す図である。
【図５Ｅ】本発明の一実施形態に従って実行した位置合わせ処理の妥当性を示す図である。
【図５Ｆ】本発明の一実施形態に従って実行した位置合わせ処理の妥当性を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に従った位置合わせ処理の一般化流れ図である。
【図７】本発明の一実施形態により使用するための例示的なカテーテルの図である。
【図８】本発明の一実施形態により使用するための確率領域を表した図である。
【符号の説明】
【００６４】
１００  イメージング・システム
１１０  ＣＴスキャナを有するイメージング装置
１１０’  蛍光透視システムを有するイメージング装置
１１２  心電図（ＥＫＧ）モニタ
１１４  Ｒピーク事象
１１５  蛍光透視システム
１１６  インタフェース・ボード
１１７  患者寝台
１１８  ＣＴシステム
１２０  データ収集システム
１３０  収集データベース
１３５  ＥＫＧゲート制御収集／画像再構成
１４０  画像作成システム
１５０  画像データベース
１６０  オペレータ・インタフェース・システム
１６２  キーボード
１６４  ディスプレイ
１６６  ディスプレイ
１６７  アーカイブ
１６８  フィルム
１６９  ネットワーク
１７０  処理回路
１８０  処理システム
１８２  蛍光透視画像
１８４  ３Ｄモデル画像
１８６  ディスプレイ
２００  メモリ
２０５  データポート
２１０  システム通信リンク
２１２  システム通信リンク
２１６  システム通信リンク
２１８  システム通信リンク
２２０  データベース通信リンク
２２２  データベース通信リンク
２５０  患者
２５５  解剖学的領域
２６０  カテーテル
２６２  カテーテル・リード
２６５  水平面
２７０  焦点とカテーテル投影を結ぶ線
２７５  焦点
２８０  Ｘ線源
４０５  追尾システム
４１０  位置インジケータ
４１５  アブレーション電極
４２０  第２の解剖学的基準系
４２５  確率領域
４３０  位置分布関数
４３５  位置分布関数
４４０  位置分布関数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【外国語明細書】
2006110351000001.pdf