(57)【要約】【課題】患者の脈管系の中に配置された外科用器具の少なくとも１つの点の位置を実時間で表示することのできるイメージング方法を提供する。【解決手段】本方法は、イメージング装置（１）においてコンピュータ・プログラムによって実行される。本方法は、画像取得システム（２）によって取得された２次元画像を画像ディジタル化装置（１３）によってディジタル化する段階と、ディジタル化された画像及びメモリ（４）に記憶されている患者の脈管系の３次元モデルから外科用器具の所定の点の現在の３次元位置を処理装置（３）によって決定する段階と、３次元モデルにおける外科用器具の点の前の位置と３次元モデルで表された脈管系の血管の位置との関数として現在の３次元位置を決定する段階と、外科用器具の点をその現在の３次元位置で表す画像を表示システム（５）によって表示する段階とを含む。【選択図】        図１
2006167448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の脈管系の中に配置された外科用器具の少なくとも１つの点の位置の表示を３次元モデルで実時間で行うためのイメージング方法であって、前記脈管系（６）の中の前記外科用器具の点の現在の３次元位置が推定されるイメージング方法において、
前記対象物の２次元画像で、その位置を推定すべき点の該画像上への投影の近傍内の領域を決定する段階と、
３次元モデルで表された血管（２２，２３）の位置及び／又は前記外科用器具の点について以前に決定された３次元位置の関数として、２次元モデル上の前記近傍内に投影する３次元モデル内の点を選択する段階と、
を含んでいることを特徴とするイメージング方法。
【請求項２】
前記選択する段階における血管（２２，２３）の位置についての条件として、３次元モデル内の選択される前記点が血管の中に位置していることである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記選択する段階における前記外科用器具の点の以前に推定された３次元位置についての条件は、３次元モデル内の選択される前記点が前記外科用器具の点の以前に推定された３次元位置に空間的に近いことである、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記外科用器具の点の３次元位置が３次元モデル内の選択される前記点の位置に対応する確率を算出する段階を含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
３次元モデル内の選択される前記点を、前記算出された確率に応じた色で表示する段階を含む請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記選択する段階（４１０）は、一連の点より成る点列（２４）を生成する段階を含み、この点列（２４）内の各点は前記近傍内に投影する点に１つずつ対応している、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記点列（２４）内の、血管（２２，２３）に属していない点のグレー・レベルはゼロに設定され、このため、前記点列（２４）はゼロよりも大きいグレー・レベルの点（２８，２９，３０）より成るセグメントを含み、各セグメントは脈管系の血管部分（２２，２３）に対応する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記選択する段階は、前記点列（２４）のセグメント（２８，２９，３０）について開始点（５０）を探索する段階（４３０）を含んでいる、請求項６又は７記載の方法。
【請求項９】
前記選択する段階は、前記点列のセグメントについて境界（５８，５９）を探索する段階（４４０）を含んでいる、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記選択する段階は、前記点列（６１）の既存のセグメント（６２）が特定の判断基準を満たしている場合に前記点列に新しいセグメント（６０）を付加する段階（４５０）を含んでいる、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記選択する段階は、前記点列（２４）の各セグメント（２８，２９，３０）を該点列（２４）内でのそれらの位置と前の処理済みの点の列のセグメントの位置との関数としてソートする段階（４６０）を含んでいる、請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記選択する段階は、特定の判断基準に従って前記点列のセグメントを削除する段階（４７０）を含んでいる、請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記選択する段階は、特定の判断基準に従って前記点列のセグメントを合体させる段階（４７０）を含んでいる、請求項６乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記選択する段階は、前記点列のセグメントを評価する段階（４８０）を含んでおり、この評価は、各セグメントの中に前記器具の先端点が位置している確率の関数として該各セグメントに色を割り当てることを含んでいる、請求項６乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
対象物の脈管系を表す３次元モデルで、該脈管系の中に配置された外科用器具の少なくとも１つの点の位置の表示を実時間で行うためのイメージング装置（１）であって、
患者の脈管系の中の前記外科用器具の点の現在の３次元位置を推定する手段を有し、該推定する手段は、
前記対象物の２次元画像で、その位置を推定すべき点の該画像上への投影の近傍内の領域を決定する手段（１０）と、
３次元モデルで表された血管（２２，２３）の位置の関数として及び／又は前記外科用器具の点について推定された以前の３次元位置の関数として、２次元モデル上の前記近傍内に投影する３次元モデル内の点を選択する手段と、
を含んでいることを特徴とするイメージング装置（１）。
【請求項１６】
請求項２乃至１４のいずれか１項に記載の医用イメージング方法を実行する手段を含んでいる請求項１５記載のイメージング装置。
【請求項１７】
コンピュータでプログラムを実行するとき請求項２乃至１４のいずれか１項に記載の方法を実行するプログラム・コード手段を含んでいるコンピュータ・プログラム。
【請求項１８】
媒体内に具現化され且つ請求項２乃至１４のいずれか１項に記載の方法の各段階を実行するコンピュータ読出し可能なプログラム・コード手段を持つコンピュータ使用可能な媒体を有するコンピュータ・プログラム製品。
【請求項１９】
媒体内に具現化され且つ請求項２乃至１４のいずれか１項に記載の方法の各段階を実行するコンピュータ読出し可能なプログラム・コード手段を持つコンピュータ読出し可能な媒体を有することを特徴とする、コンピュータ・システムに使用するための製造物品。
【請求項２０】
機械によって読出し可能なプログラム記憶装置であって、請求項２乃至１４のいずれか１項に記載の方法の各段階を実行するために前記機械によって実行可能な命令のプログラムを実体的に具現化するプログラム記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一実施形態では、介入的放射線医学用のイメージング方法及びイメージング装置を対象とする。具体的には、本発明は、一実施形態では、患者の脈管系のような対象物内に位置する外科的器具の位置を実時間で表示するための医用イメージング方法及び装置を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
一般に、介入的放射線医学手順の原理は、オペレータのために、医用イメージング装置の助けを借りて対象物すなわち患者の動脈の内部に治療器具を誘導し適用することを含む。この医用イメージング装置は、脈管系及び治療器具を表す２次元の画像(image) の取得、処理及び表示を実時間で行うことができる。これらの２次元画像により、オペレータは脈管系の中の治療器具の位置を推定して動脈内に治療器具を一層容易に誘導することができる。
【０００３】
しかしながら、表示される２次元（２Ｄ）画像は、脈管系が３次元であるのに対して２次元である。この結果、オペレータにとって、脈管系内の外科用器具の位置を可能な最高の精度で決定するために必要とされる座標が不足している。
【０００４】
従来技術では、脈管系と共に治療器具を現在位置で表す３次元（３Ｄ）像を表示できる医用イメージング装置及び方法が提案されている。
【０００５】
米国特許第６３１７６２１号には、或る装置及び方法が記載されている。その医用イメージング装置は画像取得システム、処理システム及び表示システムを有する。画像取得システムは、異なる角度で取得される２つの２Ｄ画像を同時に取得できる二平面システムを有する。処理システムは、治療器具の現在位置を３次元で決定することができる。この現在位置を決定するために、処理システムは治療器具の点の３Ｄ座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。表示システムは、現在位置の治療器具と患者の脈管系とを表す３Ｄ像を表示することができる。治療器具の点の座標を算出するするため、処理システムは、異なる角度で同時に取得された２つの２Ｄ画像を使用する。しかしながら、２つの２Ｄ画像の同時取得には、高い照射線量のＸ線を患者へ向けて放出することが必要である。このような高いＸ線照射線量は患者にとって有害である。その上、算出された３Ｄ座標について不確実さが残っている。
【０００６】
米国特許第６３８９１０４号には、現在位置の治療器具と患者の脈管系とを表す３Ｄ像を表示することのできる医用イメージング及び関連した方法及び装置が記載されている。その画像取得システムは、２Ｄ画像を取得することのできる単一平面システムである。現在位置は、治療器具及び脈管系を表す２Ｄ画像から治療器具の点の３Ｄ座標を算出することによって、決定される。とはいえ、単一の２Ｄ画像から始めて、一点の３Ｄ座標を算出するための正確な数学的方法は、何ら存在していない。従って、表示される３Ｄ像は、治療器具をその実際の現在位置に表していない。表示される３Ｄ像は治療器具をその最も確率の高い現在位置に表す。オペレータは、表示される現在位置の精密さの確率を正確に決定する何らの視覚情報を持たない。
【特許文献１】米国特許第６３１７６２１号
【特許文献２】米国特許第６３８９１０４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、一実施形態では、上述した欠点の内の少なくとも１つを克服するイメージング方法及び装置を対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態は、患者のような対象物の脈管系と該脈管系の中で変位される外科用器具の少なくとも１つの点の位置とを表す３次元モデルでの表示を実時間で行うことのできるイメージング方法を対象とする。その場合、脈管系の中の外科用器具の点の外科用器具の少なくとも１つの点の位置が推定される。本方法の一実施形態では、患者の２次元画像で、その位置を推定すべき点の該画像上への投影の近傍内の領域を決定する。３次元モデルで表された血管の位置及び／又は外科用器具の点について以前に決定された３次元位置の関数として、２次元モデル上の前記近傍内に投影される３次元モデル内の点が選択される。
【０００９】
本発明の一実施形態は、脈管系を表す３次元モデルで、該脈管系の中で変位される外科用器具の少なくとも１つの点の位置の表示を実時間で行うことのできるイメージング装置を対象とする。本発明の一実施形態では、イメージング装置は脈管系の中の外科用器具の点の現在の３次元位置を推定する手段を有し、該推定する手段は、患者の２次元画像で、その位置を推定すべき点の該画像上への投影の近傍内の領域を決定する手段、３次元モデルで表された血管の位置の関数として及び／又は外科用器具の点について推定された以前の３次元位置の関数として、２次元モデル上の前記近傍内に投影される３次元モデル内の点を選択する手段とを含む。
【００１０】
本発明の一実施形態は、上述した方法を実行するための符号化手段を含む適切なコンピュータ・プログラムを対象とする。上述のコンピュータ・プログラムを記憶するために命令支持体もまた設けられる。
【００１１】
本発明による装置及び方法の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して読むべきものとして純粋に例示の非限定用の例として記載した、以下の説明を読むことにより一層明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
介入的放射線医学手順の際に、オペレータは、患者の脈管系の血管（静脈及び動脈）の中を通して、患者の身体内部の処置すべき区域内に外科用器具の能動端を配置する。外科用器具は、カテーテル、誘導ワイヤ、或いは同業者に知られている他の器具であってよい。カテーテルは、ほぼ１ｍの長さを持つ（直径が２〜６ｍｍの）極細の管であって、移動可能で可撓性の、放射線を通さない誘導ワイヤによって誘導される。
【００１３】
外科用器具の能動端を配置し易くするために、イメージング装置は、外科用器具の現在の３次元（３Ｄ）位置を表す出力画像を実時間表示することができる。外科用器具の現在の３Ｄ位置を決定するために、外科用器具の３Ｄ座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が患者の脈管系の３Ｄモデルと２次元（２Ｄ）画像とを用いて算出される。患者の脈管系の３Ｄモデルは、患者の生体の血管を表す３次元での像である。
【００１４】
本発明の一実施形態では、外科用器具全体の現在の３Ｄ位置か又は外科用器具の或る特定の点の現在の３Ｄ位置のいずれかを表示するように選ぶことができる。例えば、外科用器具の能動端の現在の３Ｄ位置を表す出力画像を表示するように選ぶことができる。また、外科用器具の先端点の現在の３Ｄ位置を表す出力画像を表示するように選ぶことができる。また更に、先端点が介入的放射線医学手順の始めから相次いで占めていた３Ｄ位置を表す出力画像を表示するように選ぶことができる。
【００１５】
以下の説明及び例では、介入的放射線医学手順中にオペレータによって用いられる外科用器具の先端点の現在の３Ｄ位置を探索する場合についてにのみ考察する。外科用器具の先端点は、患者の脈管系に挿入された器具の能動端の頂点に対応する。
【００１６】
イメージング装置の一例について以下に説明する。図１を参照して説明すると、ブロック図は、外科用器具の先端点の現在の３Ｄ位置を表す出力画像を表示するために、対象物６の２次元（２Ｄ）画像を取得して、この取得した２Ｄ画像を処理することのできるイメージング装置１を例示する。装置１は、画像取得システム２と、画像処理システム３と、画像表示システム５とを有する。
【００１７】
画像取得システム２は、外科用器具及び脈管系を２次元で表す２Ｄ画像を取得することができる。画像取得システムは単一平面スキャナを有する。画像取得システム２は、例えば、超音波画像取得システム、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像取得システム、ユニーク光子放出断層撮影法（ＵＰＥＴ）による画像取得システム、コンピュータ支援断層撮影画像取得システム（ＣＡＴ）、ポジトロン放出断層撮影画像取得システム（ＰＥＴ）、又はＸ線画像取得システムである。
【００１８】
画像処理システム３は、様々な処理方法を適用することのできる処理手段を含む。画像処理システム３は画像取得システム２と一体化するか、又は画像取得システム２とは別々にすることができる。処理システム３は、例えば、１つ又は数個のコンピュータ、１つ又は数個の処理装置、１つ又は数個のマイクロコントローラ、１つ又は数個のマイクロコンピュータ、１つ又は数個のプログラム可能なオートマトン、１つ又は数個の特定用途向け集積回路、その他のプログラム可能な回路、又はワークステーションのようなコンピュータを含む他の機器を有する。処理システムはメモリを提供する手段４に結合される。このメモリ手段４は処理システム３と一体化するか又は処理システム３とは別個にすることができる。このようなメモリ手段４は、特に、検査している脈管系の３Ｄモデルを記憶することができる。
【００１９】
表示システム５は、外科用器具の先端点の現在の３Ｄ位置を表す出力画像を表示することができる。例えば、この現在の３Ｄ位置は、出力画像内の脈管系の３Ｄモデル上に重畳することができる。画像表示システム５は画像取得システム２又は処理システム３と一体化するか、或いは画像取得及び処理システム２及び３とは別個にすることができる。
【００２０】
図１に例示した装置の動作原理は以下の通りである。画像取得システム２が対象物６へ向けて取得信号を送信し、原投影データを生成する。この原投影データは、外科用器具及び脈管系を２次元で表す２Ｄ画像に変換される。この２Ｄ画像は処理システム３へ送られる。処理システム３は、処理方法を適用するのに適した処理手段により該２Ｄ画像を処理する。具体的に述べると、処理手段は以下に述べるイメージング方法を実行することができる。このイメージング方法により、３Ｄモデル及び２Ｄ画像から開始して、先端点の現在の３Ｄ位置を表す出力画像を得ることができる。この出力画像は表示システムで表示される。Ｎを所与の時間間隔（例えば、Ｎ＝１０ミリ秒）として、Ｎ秒ごとに、画像取得システムは投影データを取得して２Ｄ画像を求める。各々の２Ｄ画像は外科用器具の先端点の新しい現在位置に対応する。先端点の現在位置は２Ｄ画像及び３Ｄモデルから実時間で決定される。このようにして、外科用器具の先端点の現在の３Ｄ位置を表す出力画像がＮ秒ごとに繰り返し生成される。
【００２１】
図２を参照して説明すると、図１のイメージング装置の一実施形態を例示している。このイメージング装置は、画像取得システム２と、処理システム３と、メモリ手段４と、表示システム５と、画像ディジタル化装置１３と、画像再構成装置１４とを含む。
【００２２】
画像取得システム２は画像取得システムである。画像取得システム２は、Ｘ線源の形態の放出手段７と、放射線画像取得手段８と、支持手段９とを有する。放射線画像取得手段８は、例えば、平面センサ、又はカメラを備えた輝度増幅器である。放出手段７及び放射線画像取得手段８は、例えば、半円形アームの形の支持手段９の両端部に固定される。支持手段９は患者６に対して放出手段７及び放射線画像取得手段８を位置決めすることができる。
【００２３】
処理システム３は、処理手段１０と、支持手段用のモータ制御装置１１と、Ｘ線制御装置１２とを有する。支持手段のモータ制御装置１１は支持手段９の速度及び位置を制御する。Ｘ線制御装置１２はＸ線源７へ電力及び同期化信号を供給する。本発明の一実施形態では、処理システム３は、フロッピイ・ディスク又はＣＤ−ＲＯＭのような命令坦体（図示せず）からのイメージング方法の命令を読み出すための読出し装置（図示せず）、例えば、フロッピイ・ディスク又はＣＤ−ＲＯＭ駆動装置を含む。本発明の別の一実施形態では、処理手段１０は、ソフトウエア（図示せず）に記憶されているイメージング方法の命令（以下に説明する）を実行する。
【００２４】
メモリ手段４は、例えば、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）及びランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）である。表示システム５は、例えば、コンピュータ・スクリーン、モニタ、フラット・スクリーン、プラズマ・スクリーンなどの当業者に知られている任意の種類の表示装置であってよい。画像ディジタル化装置１３はデータ取得システム（ＤＡＳ）である。ＤＡＳはアナログ信号をサンプリングして、該信号をディジタル信号へ変換する。画像再構成装置１４は、複数のディジタル・データから２Ｄ画像を再構成することができる。ＤＡＳ１３及び画像再構成装置１４は処理システム３と一体化するか又は処理システム３とは別個にすることができる。
【００２５】
２Ｄ放射線画像の取得の際に、放出手段７は画像取得手段８へ向けてＸ線ビーム２０を投射する。画像取得手段８は患者を通過した全ての投射Ｘ線を検出して電気信号を発生し、該電気信号をＤＡＳ１３へ送る。ＤＡＳ１３は、画像取得手段から受け取ったアナログ電気信号をサンプリングして、それらをディジタル信号へ変換する。画像再構成装置１４が、ＤＡＳ１３からのサンプリングされ且つディジタル化されたデータを受け取って、２Ｄ画像の再構成を高速度で実施する。再構成された２Ｄ画像は処理手段１０に入力として供給され、処理手段１０は２Ｄ画像をメモリ手段４に記憶させる。処理手段１０は、以下に述べるイメージング方法を実行し且つ画像再構成装置からの２Ｄ画像を処理するようにプログラムされている。処理手段から得られる出力画像は、表示システム上に表示される。
【００２６】
以下に、外科用器具の先端点の現在の３Ｄ位置を表す出力画像を求めるイメージング方法について説明する。このイメージング方法では、入力として脈管系の３Ｄモデルを必要とする。３Ｄモデルを得るため、当業者に知られている全ての方法を使用することができ、例えば、米国特許第６３８９１０４号に記載されている方法を使用することができる。患者の３Ｄモデルはまた、患者の一部（例えば、体幹）をスライス（断面）で取得することができる断層撮影法によって、或いは２つの異なる角度から２つの２Ｄ画像を同時に取得することのできる二平面スキャナにより、得ることができる。
【００２７】
本方法の一段階は、２Ｄ画像を取得してディジタル化することを含む。本方法の別の段階は、取得システムによって取得された２Ｄ画像の中の先端点の２Ｄ位置を決定することを含む。２Ｄ画像において外科用器具の先端点を突き止めるために、当業者に知られている全ての方法を使用することができる。例えば、領域成長法を使用することができる。これらの方法は形態数学的前処理（膨張、侵食、及び開放及び閉止のようなそれらの組合せ）、二進画像を得るための閾値処理、及び画像の平滑化のための後処理などを含むことができる。
【００２８】
本方法の別の段階は、３Ｄ取得対象物に対する放出手段７及び放射線画像取得手段８の正確な位置、すなわち、２Ｄ画像取得中に患者６に対する取得システムの位置に対応する取得ジオメトリイを決定することを含む。取得ジオメトリイを決定するため、当業者に知られている方法を使用することができる。取得ジオメトリイの決定により、先端点の現在の３Ｄ位置を規定する３つの座標の内の２つ（Ｘ及びＹ座標）を決定することができる。取得ジオメトリイを決定することができる方法の一例は、投影平面に対する３Ｄモデルの異なる位置及び向きについて該投影平面上での３Ｄモデルの投影を表す複数の画像を算出し、これらの投影画像と取得した２Ｄ画像とを比較して、取得した２Ｄ画像に重畳することのできる投影画像を見出すことを含む。２Ｄ画像の取得中での患者の位置及び向きは、取得した２Ｄ画像に重畳することのできる投影画像の算出中における３Ｄモデルの位置及び向きに対応する。
【００２９】
ここで、機械的な不正確さ、２Ｄ画像の取得中に起こり得る患者の動き、或いは外科用器具によって起こり得る血管の変形に起因して、取得ジオメトリイについて不確実さが存在することが理解される。取得ジオメトリイにおけるこのエラーは、外科用器具の先端点の３Ｄ位置の決定を可能にする段階の内の１つの段階の際に考慮される。
【００３０】
処理手段が３Ｄモデルを算出し、２Ｄ画像における外科用器具の位置を突き止め、そして取得ジオメトリイを決定した後、処理手段は先端点の現在の３Ｄ位置を決定するためにイメージング方法の後続の段階を実行する。
【００３１】
図３に示されているように、取得ジオメトリイが決定された後では、器具の先端点が、放出手段７と放射線画像取得手段８とを結ぶ軸線２１上のいずれかの場所に位置することが分かる。取得した２Ｄ画像に含まれている情報が先端点の３Ｄ座標を決定するのに不充分であるので、先端点の現在の３Ｄ位置を決定するために先端点が満たさなければならない特定の条件が適用される。それらの条件は次の通りである。すなわち、（１）先端点の位置が３次元モデルにおける血管の位置の関数であり、且つ外科用器具の先端点が軸線上にランダムに位置していずに、血管２２及び２３の中に位置していること、及び／又は（２）先端点の現在位置が該先端点のその前の位置の関数であり、且つ外科用器具の先端点の動きが連続していること、換言すれば、時点ｔでの２Ｄ画像の取得が時点ｔ−１での２Ｄ画像の取得と時間的に近い場合、時点ｔでの先端点の３Ｄ位置が時点ｔ−１での先端点の３Ｄ位置に空間的に近いことである。
【００３２】
各々の新しい取得した２Ｄ画像は放射線画像取得手段８上への脈管系の投影に対応する。各々の新しい取得した２Ｄ画像について、放出手段７と先端点の放射線画像取得手段８上への投影とを結ぶ軸線２１が考慮される。この軸線により、横座標Ｘ及び縦座標Ｙを持つ正規直交ベンチマークの傾斜Ｚ（Ｚ軸）を規定することができる。この軸線２１の周りの一集合のボクセル６７を考察する。この一集合のボクセル６７は、２Ｄ画像上の先端点の２Ｄ位置の近傍内に投影する脈管系の点に対応する。
【００３３】
Ｚ座標の各整数値（Ｚ軸は光学的軸線２１に平行である）について、一集合のボクセル６７の内の近傍のＲ個のボクセルを考慮する。ここで、Ｒは整数である。軸線２１の周りの近傍のＲ個のボクセルを考慮することによって、取得ジオメトリイにおけるエラーが考慮される。
【００３４】
軸線２１の各々のボクセルが、０と２５５との間の値を有するグレースケール値に対応する。軸線２１の各々のボクセルについて、整数の値が一連の点より成る点列（「ライン」とも呼ぶ）２４に記憶される（軸線２１上のボクセルは点列の点に１つずつ対応する）。この値は、ボクセルの近傍（部分集合）２５が血管と交差する場合は、この近傍２５のボクセルの最大グレースケール値に等しく、またボクセル近傍（部分集合）２６が血管と交差しない場合は、ゼロに等しい。いずれの血管とも交差しないボクセル近傍に対応する点列２４の値をゼロに設定することによって、先端点は血管の内部に位置した状態に留まらなければならない。
【００３５】
不足する情報はこのライン２４上の先端点の位置であり、先端点の現在の３Ｄ位置を含むセグメントを決定することができるが、正確な現在の３Ｄ位置は決定することができない。各々の新しい取得した２Ｄ画像は先端点の新しい位置に対応する。各々の新しい取得した２Ｄ画像ごとに１つのライン２４が生成されて、図４に示されるように「湾曲スライス」と呼ばれる小さな画像４０を形成する。
【００３６】
時点ｔ＝０に、第１の２Ｄ画像が取得されて、第１のライン２７が生成される。このラインは、先端点が配置されている可能性のある第１、第２及び第３の血管３１、３２及び３３に対応する第１、第２及び第３のセグメント２８、２９及び３０を含む。時点ｔ＝１に、第２の２Ｄ画像が取得されて、第２のライン３４が生成され、その後、同じやり方で続けられる。
【００３７】
このように取得が続けられるにつれて、外科用器具の先端点を含んでいる可能性のある特定のセグメントが拒絶される。例えば、時点ｔ＝８において、第１及び第２の血管３１及び３２に対応する第１及び第２のセグメント２８及び２９が、生成されたライン内にもはや存在していない。しかし、先端点の現在の３Ｄ位置を決定するために以前の位置が考慮される。従って、ｔ＝８において、外科用器具の先端点が血管３３内に位置していることは確かである。
【００３８】
幾つかの血管が接合して曖昧な部分３５を生じることがあり、これは外科用器具が幾つかの経路３６，３７を辿る可能性があるレベルでの交差点を意味する。この場合には、またしても、先端点を含むセグメントについて不確実さが存在することになる。イメージング方法の一実施形態では、これらの曖昧な部分を管理し且つ表示することができる。これらの曖昧な部分は、複数の血管が２Ｄ画像の同じ点に投影されることがあるために避けることができない。
【００３９】
次に、外科用器具の先端点の現在の３Ｄ位置を決定するためのイメージング方法の一実施形態について説明する。本方法を初期化したとき、又はオペレータが外科用器具を唐突に動かした後、ライン全体に沿った全ての可能性のある３Ｄ位置を探索する。ラインの中の、固定の強度閾値よりも高い値を含む各セグメントは、外科用器具の先端点を含んでいる可能性がある。外科用器具の先端点の充分近い前の位置が分かっている場合、可能性のある現在の３Ｄ位置についての探索を限定して、以下の段階を実行する。すなわち、器具先端点の前の位置についてのセグメントを考慮して開始点を見つける段階と、この点から開始して境界を探索する段階と、このセグメントで始まる新しい分岐路を探索する段階と、以前のラインの各々のセグメントについて上記段階を繰り返す段階と、固定の閾値よりも低いグレースケール点を持つ新しいライン・セグメントの全てを抑圧する段階と、新しいラインのセグメントを融合させる段階と、器具先端点を潜在的に見つけることのできたセグメントについて信頼性を推定する段階とを実行する。
【００４０】
図５は、イメージング方法の一実施形態の流れ図である。各々の新しい取得した２Ｄ画像は先端点についての新しい位置に対応する。本方法の第１の段階は、２Ｄ画像を取得して、それをディジタル化することを含む。次いで、取得ジオメトリイを決定し、その後の段階を実行する。
【００４１】
段階４１０で、放出手段７と先端点の放射線画像取得手段８上の２Ｄ投影とを結ぶ軸線２１を描き、対応するライン２４を算出する。取得した２Ｄ画像が最初の取得した画像（初期化）である場合、又は先端点の前の位置が現在位置から離れすぎている場合、段階４２０を実行する。この段階４２０において、ライン２４は、第１ライン機能部と呼ばれる機能部で処理する。第１ライン機能部は先端点についての最も確率の高い位置を算出する。換言すれば、第１ライン機能部は、複数のライン・セグメントの中から、先端点を含む可能性の最も高いライン・セグメントを決定する。
【００４２】
次いで、各々のライン・セグメントについて、その後の段階を実行する。段階４３０において、扱っているセグメントについて新しい開始点を決定する。この開始点は以下に述べる特定の判断基準に従って選ばれる。
【００４３】
段階４４０において、セグメントの境界を探索する。これらの境界はセグメントの両端の点である。セグメントの新しい境界を算出するために、セグメントの開始点を、以下に述べる特定の判断基準と共に使用する。
【００４４】
段階４５０において、ラインに付け加えるべき新しいセグメントを探索する。以下に述べる判断基準に従ってラインに新しいセグメントを付け加える。
【００４５】
段階４６０において、セグメントをソート（仕分け）して、ツリー（木）構造を生成する。セグメントはＺ軸に沿ってソートされて、前のラインのセグメントに連結される
段階４７０において、セグメントの制御を実行する。以下に述べる判断基準に従って、特定のセグメントを融合させ、且つ他のセグメントを抑圧する。
【００４６】
段階４８０において、ライン・セグメントの信頼性を推定し、表示される結果の適切さをカラー・コードを使用して表す。例えば、先端点を含んでいる確率の高いライン・セグメントを緑色で表示するのに対し、先端点を含んでいる確率の低いセグメントは黄色で表示する。表示する前に、これらの結果を平滑化関数により処理して、表示の品質を改善する。
【００４７】
段階４９０において、このような結果を表示手段上に表示する。
【００４８】
この方法の特定の段階は順次に又は平行に実行することできることが理解されよう。その上、特定の段階は異なる順序で実行することもできる。
【００４９】
次に、一セグメントの開始点の探索について説明する。セグメントの開始点５０は、セグメント内の最大グレースケール値の点である。この開始点５０を決定するため、前のラインでのこのセグメントの境界によって規定される限界を考慮する。
【００５０】
次に、一セグメントの新しい境界の探索について説明する。図６〜図８を参照すると、新しい境界を探索する段階が例示されている。これらの図は、ラインに沿った点の位置（Ｚ座標）の関数としてそれらの点の強度を表すグラフである。所与の開始点５０を持つ、「湾曲スライス」画像の一ラインを考察する。２つの境界を探索する。各境界についての探索は、次のように実行される。グレースケール値Ｖの開始点５０から点毎に移動して、次の条件が満足されるまで続ける。すなわち、（ａ）第１の固定値５３よりも低いグレースケール値の点５２に到達するまで（図６参照）、或いは（ｂ）開始点５０から到達した最小グレースケール値５６に第２の固定値５５を加えた合計値よりも大きいグレースケール値の点５４に到達するまで（図７参照）続ける。上記の２つの条件（ａ）及び（ｂ）の内の１つが満たされたとき、新しい境界５８及び５９は、条件（ａ）の場合は第１の値よりも大きいグレースケール値を持つ最後の到達した点５７に対応し、また条件（ｂ）の場合は最小グレースケール値を持つ点５６に対応する（図８参照）。
【００５１】
次に、新しいセグメントの付加について説明する。次の２つの場合に、新しいセグメント６０が現在のライン６１内の既存のセグメント６２の一方の側に付け加えられる。すなわち、（ａ）現在のライン６１内の既存のセグメント６２の新しい境界６３が上記一方の側において前のライン６５内の既存のセグメントの境界６４よりも小さく（これは、上記一方の側で新しい境界を規定する点が前のラインの既存のセグメントの中に含まれていることを意味する）、且つ上記一方の側での境界が、新しい境界を決定する段階で到達した（条件ｂの）最小グレースケール値の点５６に対応する場合、或いは（ｂ）既存のセグメント６２の新しい境界６３が上記一方の側において前のライン６５内の既存のセグメントの境界６４よりも小さく、且つ上記一方の側での古い境界と新しい境界との間の空間６０が広いと共に、この空間内の点６６が固定の閾値よりも大きいグレースケール値を有している場合である。
【００５２】
図９を参照すると、新しいセグメントを付け加えた場合の一例を示している。ここで、新しいラインの左側の境界が前のラインの左側の境界よりも広いことに気付かれよう。左側には、新しいセグメントを付加するための空間はない。他方、新しいラインの右側の境界は前のラインの右側の境界よりも小さい。すなわち、新しいセグメントのために使用することのできる自由な空間がある。新しいセグメントが検出されたとき、新しい境界が、前に述べたように、新しい境界を見つける段階を実行することによって探索される。
【００５３】
次に、ツリー（木）構造について説明する。各ライン上には、器具の先端点を含んでいる可能性のある複数のセグメントがある。ツリー（木）構造により、可能性のある経路を時間につれて追跡することができる。見つけた各々の新しいセグメントについて、独自のラベル（又はタグ）を割当て、それを次のライン内の対応するセグメントへ送る。その「親」のラベルを記憶手段に記憶させる。これは、現在のライン・セグメントに対応する前のラインに属するラベルをメモリ手段に記憶することを意味する。
【００５４】
次に、セグメントの抑圧について説明する。セグメントはそのセグメントの点の最大グレースケール値の関数として抑圧される。セグメントの最大グレースケール値の点が固定の閾値よりも低い場合、そのセグメントは抑圧される。
【００５５】
次に、２つのセグメントの融合(fusion)について説明する。ライン内の２つの隣接するセグメントは融合させることができる。これを行うためには、各々のセグメントについて、最大グレースケール値の点を探索する。次に、これらの２つの最大グレースケール値の点の間の最小グレースケール値の点を探索する。次いで、最小グレースケール値の点のグレースケール値と２つの最大グレースケール値の点のグレースケール値との間のそれぞれの差を考察する。これらの差の内の一方が固定の閾値よりも低い場合には、２つのセグメントは融合される。
【００５６】
次に、外科用器具の先端点を含んでいる可能性のあるセグメントの適切さの評価について説明する。そのセグメント内に外科用器具の先端点が存在することの適切さを評価することのできる「信頼性スコア」を、例えば、そのセグメントのボクセルの平均グレースケール値により得ることができる。この信頼性スコアは、カラー・コードによりオペレータのために表示することができる。固定の閾値よりも低い信頼性スコアを持つセグメントはまた、出力画像に表示することができない。
【００５７】
次に、得られた結果の平滑化について説明する。平滑化段階の際はセグメントの中央が表示される。１つのラインと次に続くラインとの間でのＺ軸に沿った変化が、表示のため及び表示の品質の改善のためにのみ、閾値判定される。その閾値は、Ｚ軸に沿った変化の振幅につれて変えることができる。閾値は、先行の変化が高い場合は増大する。そうでない場合は、閾値は減少する。
【００５８】
次に、本方法の一実施形態で得られた結果の視覚化について説明する。記載した方法では、２Ｄ画像及び３Ｄモデルから開始して、外科用器具の先端点の現在の３Ｄ位置を決定することができる。得られた結果は、ボリューム・レンダリングを行った３Ｄ図１００、曖昧な部分を持つ湾曲スライス画像１１０、又は最大強度の投影図１２０の形態で表示することができる。
【００５９】
上述の方法及びイメージング装置の一実施形態では、介入的手順中に取り扱うべき区域内に外科用器具の能動端を配置するときにオペレータを支援することができる。また、方法及びイメージング装置の一実施形態では、器具の一点の又は全ての点の現在の３Ｄ位置を決定することができる。その上、取得システムの単一平面スキャナが２Ｄ画像の２つの取得の間に変位されたとき、単一平面スキャナの動きを患者による動きに同化させることができるので、本イメージング方法の諸段階は変更されない。最後に、脈管系の３Ｄモデルを求めるために使用される方法については何らの制限はない。
【００６０】
本方法の一実施形態はまた、上述したもの以外の機能を提案することができる。例えば、本方法は、曖昧な部分があるとき別の角度を提案することができ（これは、曖昧な部分があるとき器具の現在の３Ｄ位置を決定するために２つの異なる角度で２つの２Ｄ画像を取得することを提案することができることを意味する）、また患者へ向けて放出されるＸ線レベルを低減するために外科用器具の追跡される点（１つ又は複数）の周りにコリメーションを提案することができ、また現在位置の決定のために前の位置を考慮することにより動的にエラーを補正することによってエラー（患者、投影などに関するエラー）に対してより良好な抵抗性を提案することができる。 
【００６１】
更に、本方法の一実施形態は、この種の取得システムにより得られる結果の品質を改善するために二平面スキャナを含む取得システムに使用することができる。
【００６２】
２次元（２Ｄ）画像から器具の点の現在の３次元（３Ｄ）位置を算出するには、次の２つの条件を考慮する。すなわち、その条件は、外科用器具の先端の点の位置についての制約（先端は血管の内部に位置していなければならない）、及び器具の動きの連続性（時点ｔに取得された２Ｄ画像が時点ｔ−１に取得された画像に時間的に近い場合、時点ｔにおける器具の点の３Ｄ位置は時点ｔ−１における器具の位置に空間的に近い）である。
【００６３】
本発明の更に別の実施形態では、３次元モデルにおいて選択された点は血管の内部に位置していなければならないと云う、選択段階における血管の位置についての条件と、３次元モデルにおいて選択された点は外科用器具の点の前に推定した３次元位置に空間的に近くなければならないと云う、選択段階における外科用器具の点の前に推定した３次元位置についての条件とを含むことができる。本方法の一実施形態は、外科用器具の点の３次元位置が３次元モデルにおいて選択された点の位置に対応する確率を算出する段階を含むことができる。本方法の一実施形態は更に、３次元モデルにおいて選択された点を、算出された確率に応じた色で表示する段階を含むことができる。本方法の一実施形態は、選択段階において、一連の点を含む点列（ライン）を生成する段階を含むことができる。この点列の中の各点は前記近傍内に投影する複数の点の内の１つに対応し、また、点列がゼロよりも大きいグレー・レベルの点より成るセグメントを含むように、点列の内、血管に属していない点のグレー・レベルはゼロに設定され、各セグメントは脈管系の血管部分に対応する。本方法の一実施形態は、選択段階において、点列のセグメントについて開始点を探索する段階を含むことができる。本方法の一実施形態において、選択段階は、点列のセグメントについて境界を探索する段階を含むことができる。本方法の一実施形態において、選択段階は、点列の既存のセグメントが特定の判断基準を満たしている場合に点列に新しいセグメントを付加する段階を含むことができる。本方法の一実施形態において、選択段階は、点列の各セグメントを該点列内でのそれらの位置と前の処理済みの点の列のセグメントの位置との関数としてソートする段階を含むことができる。本方法の一実施形態において、選択段階は、特定の判断基準に従って点列のセグメントを削除する段階を含むことができる。本方法の一実施形態において、選択段階は、特定の判断基準に従って隣接するセグメントを合体させる段階を含むことができる。本方法の一実施形態において、選択段階は、点列のセグメントを評価する段階を含むことができ、この評価には、そこに器具の先端点を含んでいる確率の関数として各セグメントに色を割り当てることが含まれる。
【００６４】
更に、本発明を模範的な実施形態について説明したが、当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、機能及び／又は方法及び／又は結果において様々な変更を為すことができ、且つその要素を等価物と置換することができることが理解されよう。その上、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるように多数の修正をなすことができる。従って、本発明は発明を実施するための最良の形態として開示した特定の実施形態に制限されず、本発明は特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むものである。更に、用語「第１」、「第２」などは順序や重要さを表すために使用しているものではなく、むしろ用語「第１」、「第２」などは１つの要素又は特徴を他のものから区別するために使用している。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】画像取得及び処理システムの一実施形態を示す略図である。
【図２】Ｘ線画像取得システムを示す略図である。
【図３】Ｘ線放出手段、放射線画像取得手段、及び脈管系の２つの血管を示す略図である。
【図４】脈管系の異なる血管の画像を示す略図である。
【図５】イメージング方法の一実施形態の流れ図である。
【図６】イメージング方法における新しい境界を規定するための一段階を示す略図である。
【図７】イメージング方法における新しい境界を規定するための一段階を示す略図である。
【図８】イメージング方法における新しい境界を規定するための一段階を示す略図である。
【図９】２つの２Ｄ画像から得られた２つのラインを示し、その内の下側のラインが１つのセグメントを含み且つ上側のラインが２つのセグメントを含んでいることを示す略図である。
【図１０】イメージング方法の異なる種類の表示を示す略図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  イメージング装置
２  画像取得システム
３  画像処理システム
４  メモリ手段
５  画像表示システム
６  対象物
７  放出手段
８  放射線画像取得手段
９  支持手段
１０  処理手段
１１  モータ制御装置
１２  Ｘ線制御装置
１３  画像ディジタル化装置
１４  画像再構成装置
２０  Ｘ線ビーム
２１  光学的軸線
２２、２３  血管
２４  点列（ライン）
２５、２６  ボクセル近傍（部分集合）
２７、３４  ライン
２８、２９、３０  セグメント
３１、３２、３３  血管
３５  曖昧な部分
３６  経路
４０  小さな画像
５０  開始点
５２  点
５３  第１の固定値
５４  点
５５  第２の固定値
５６  点
５７  点
５８、５９  新しい境界
６０  新しいセグメント
６１  現在のライン
６２  既存のセグメント
６３、６４  境界
６５  前のライン
６６  点
１００  ３Ｄ図
１１０  湾曲スライス画像
１２０  最大強度の投影図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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