(57)【要約】【課題】生きている被験者の身体内の腔の複数の二次元（２Ｄ）超音波画像を獲得することを含み、２Ｄ画像は３Ｄ基準座標系内で異なるそれぞれの位置を有する、三次元（３Ｄ）マッピングのための方法を提供する。【解決手段】それぞれの２Ｄ超音波画像内で、腔の内部内の位置に対応するピクセルが識別される。複数の２Ｄ画像からの識別ピクセルを３Ｄ基準座標系内に登録して、腔の内部に対応する容積を規定する。腔の内面を表す、容積の外側表面を再構築する。【選択図】図２
2011131062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元（３Ｄ）マッピングのための方法であって、
生きている被験者の身体内の腔の、３Ｄ基準座標系内で異なるそれぞれの位置を有する、複数の二次元（２Ｄ）超音波画像を獲得することと、
それぞれの前記２Ｄ超音波画像の内で、前記腔の内部内の位置に対応するピクセルを識別することと、
前記複数の前記２Ｄ画像からの前記識別ピクセルを前記３Ｄ基準座標系内に登録して、前記腔の前記内部に対応する容積を規定することと、
プロセッサを使用して、前記腔の内面を表す前記容積の外側表面を再構築することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記複数の前記２Ｄ画像の獲得が、超音波イメージングデバイスを含むプローブを前記身体内に挿入することと、前記身体の内部で前記プローブを使用して前記２Ｄ画像を捕捉することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プローブの挿入が、カテーテルを前記被験者の心臓内に挿入することを含み、前記容積が前記心臓の室の内部に対応する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記カテーテルの挿入が、前記超音波イメージングデバイスが前記心臓の第１の室内に存在するように前記カテーテルを配置することを含み、
前記容積が、前記第１の室以外の前記心臓の第２の室の内部に対応し、それにより前記外側表面の再構築が、前記第２の室の前記内面の３Ｄマップを生成することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の前記２Ｄ画像の獲得が、位置トランスデューサーを含む超音波プローブを使用して前記２Ｄ画像を捕捉することを含み、
前記識別ピクセルの登録が、前記位置トランスデューサーに関連した信号を受信及び処理して、前記３Ｄ基準座標系内で前記プローブの座標を見出すことと、前記座標を使用して前記識別ピクセルを前記３Ｄ基準座標系内に登録することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記２Ｄ超音波画像内の前記ピクセルの識別が、低い反射率を有する、前記身体内の位置に対応するピクセルを、前記腔の前記内部に属しているとして分類することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ピクセルの分類が、閾値を設定することと、指定された閾値未満のそれぞれのグレースケール値を有する前記ピクセルを、前記腔の前記内部に属しているとして分類することと、を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記二次元（２Ｄ）超音波画像の獲得が、色が流れを表すドップラー画像を捕捉することを含み、前記ピクセルの識別が、ピクセルを、前記ピクセルのそれぞれの色値に応じて前記腔の前記内部に属しているとして分類することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記外側表面の再構築が、前記容積内の前記ピクセルにボールピボッティング・アルゴリズムを適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ボールピボッティング・アルゴリズムの適用が、前記容積に亘って変化する再構築の解像度で前記ピクセルを処理することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
三次元（３Ｄ）マッピングのための装置であって、
生きている被験者の身体内の腔の複数の二次元（２Ｄ）超音波画像を捕捉するよう構成された超音波プローブであって、前記２Ｄ画像は３Ｄ基準座標系内に異なるそれぞれの位置を有する、超音波プローブと、
前記２Ｄ超音波画像のそれぞれ内で、前記腔の内部内の位置に対応するピクセルを識別し、前記複数の前記２Ｄ画像からの前記識別ピクセルを前記３Ｄ基準座標系内に登録して、前記腔の前記内部に対応する容積を規定し、前記腔の内面を表す前記容積の外側表面を再構築するよう構成されているプロセッサと、を備える、装置。
【請求項１２】
前記超音波プローブが、前記身体内に挿入され、前記身体の内部で前記２Ｄ画像を捕捉するように構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記プローブが、前記被験者の心臓内に挿入されるカテーテルを含み、前記カテーテルは超音波イメージングデバイスを含み、前記容積が前記心臓の室の内部に対応する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記カテーテルが、前記超音波イメージングデバイスが前記心臓の第１の室内に存在するように、前記心臓内に挿入されるよう構成され、
前記容積が、前記第１の室以外の前記心臓の第２の室の内部に対応し、それにより前記外側表面の再構築が、前記第２の室の前記内面の３Ｄマップの生成を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記超音波プローブが位置トランスデューサーを含み、
前記プロセッサが、前記位置トランスデューサーに関連した信号を受信及び処理して、前記３Ｄ基準座標系内で前記プローブの座標を見出し、前記座標を使用して前記識別ピクセルを前記３Ｄ基準座標系内に登録するように構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記プロセッサが、低い反射率を有する前記身体内の位置に対応する前記ピクセルを、前記腔の前記内部に属しているとして分類するよう構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記プロセッサが、閾値を設定し、指定された閾値未満のそれぞれのグレースケール値を有する前記ピクセルを、前記腔の前記内部に属しているとして分類するよう構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記二次元（２Ｄ）超音波画像が、色が流れを表すドップラー画像を含み、前記プロセッサが、前記ピクセルのそれぞれの色値に応じて、ピクセルを前記腔の前記内部に属しているとして分類するよう構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記プロセッサが、前記容積内の前記ピクセルにボールピボッティング・アルゴリズムを適用して、前記容積の前記外側表面を再構築するよう構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
前記カテーテルが、前記容積に亘って変化する再構築の解像度で前記ピクセルを処理するよう構成されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
コンピュータソフトウェア製品であって、プログラム命令が格納された、コンピュータ読み取り可能な媒体を含み、前記命令は、プロセッサにより読み取られた際、前記プロセッサに、３Ｄ基準座標系内で異なるそれぞれの位置を有する、生きている被験者の身体内の腔の複数の二次元（２Ｄ）超音波画像を受信させ、それぞれの前記２Ｄ超音波画像内で前記腔の内部内の位置に対応するピクセルを識別させ、前記複数の前記２Ｄ画像からの前記識別ピクセルを前記３Ｄ基準座標系内に登録して、前記腔の前記内部に対応する容積を規定させ、前記腔の内面を表す前記容積の外側表面を再構築させる、製品。
【請求項２２】
前記容積が心臓の室の内部に対応する、請求項２１に記載の製品。
【請求項２３】
前記２Ｄ超音波画像が、前記心臓の第１の室内の超音波イメージングデバイスを使用して捕捉され、前記容積が、前記第１の室以外の前記心臓の第２の室の内部に対応し、それにより前記外側表面の再構築が、前記第２の室の前記内面の３Ｄマップを生成することを含む、請求項２２に記載の製品。
【請求項２４】
前記２Ｄ画像が、位置トランスデューサーを含む超音波プローブを使用して捕捉され、前記命令が、前記プロセッサに、前記位置トランスデューサーに関連した信号を処理して前記３Ｄ基準座標系内で前記プローブの座標を見出させ、前記座標を使用して前記識別ピクセルを前記３Ｄ基準座標系内に登録させる、請求項２１に記載の製品。
【請求項２５】
前記命令が、前記プロセッサに、低い反射率を有する、前記身体内の位置に対応するピクセルを、前記腔の前記内部に属しているとして分類させる、請求項２１に記載の製品。
【請求項２６】
前記命令が、前記プロセッサに、前記容積内の前記ピクセルにボールピボッティング・アルゴリズムを適用して前記外側表面を再構築させる、請求項２１に記載の製品。
【請求項２７】
前記命令が、前記プロセッサに、前記容積に亘って変化する再構築の解像度で前記ピクセルを処理させる、請求項２６に記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に超音波イメージングに関し、詳細には、超音波画像に基づく解剖学的構造の三次元（３Ｄ）再構築のための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓内超音波イメージングのための様々なデバイス及び方法が当技術分野にて公知である。例えば、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒ  Ｉｎｃ．（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｂａｒ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）は、３Ｄ超音波画像をリアルタイムで生成するためのＣａｒｔｏＳｏｕｎｄ（商標）システム及びＳｏｕｎｄ  Ｓｔａｒ（商標）カテーテルを提供している。血管系を通って心臓内へ挿入されるＳｏｕｎｄＳｔａｒカテーテルは、位置センサーと超音波トランスデューサーの位相配列とを含む。ＣａｒｔｏＳｏｕｎｄシステムは、位置センサー及び超音波トランスデューサーからの信号を処理して、心臓室の３Ｄ画像を生成する。
【０００３】
心臓内超音波イメージングを用いた心内膜表面の非接触再構築に関するいくつかの方法が当技術分野にて公知である。例えば、その開示が参照により本明細書に組み込まれるＰＣＴ国際公開第００／１９９０８号は、心臓内超音波イメージングのための指向性操作が可能なトランスデューサー配列を記載している。この配列は超音波ビームを形成し、活性開口によって所望の方向に指向性操作される。その開示もまた参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，００４，２６９号は、カテーテル内に組み込まれた超音波デバイスに基づく音響イメージングシステムを記載している。超音波デバイスは超音波信号を心臓内の内部構造に向かって指向させて、超音波画像を形成する。
【０００４】
別の例として、その開示が参照により本明細書に組み込まれるＰＣＴ国際公開第９９／５５２３３号は、患者の心臓の３Ｄ表面の輪郭を描くための方法を記載している。３Ｄメッシュモデルが、患者の心臓の母集団の原型の形状として役立つように、トレーニングデータを用いて開発される。患者の心臓の多数の超音波画像が、異なる像平面にて取得される。解剖学的位置は、各画像において手動で特定される。メッシュモデルは、所定の解剖学的位置に関して画像と確実に整合される。
【０００５】
輪郭の描写におけるこの種の手動援助は、超音波画像に基づく３Ｄ再構築の方法には一般的である。例えば、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００６／０２４１４４５号は、超音波センサーを使用して、超音波センサーの複数の対応する空間的位置において、解剖学的構造の複数の超音波画像を獲得する、解剖学的構造のモデリングの方法を記載している。超音波センサーの位置及び配向座標が、それぞれの複数の空間的位置にて決定される。解剖学的構造の特徴を示す対象の被験者の輪郭が、超音波画像の１つ以上においてマーキングされる。対象の被験者の輪郭並びに測定された場所及び配向座標に基づいて、解剖学的構造の三次元（３Ｄ）モデルが構成される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に記載する本発明の実施形態は、２Ｄ超音波画像の収集物から３Ｄ表面を再構築する高速かつ正確な方法を提供する。
【０００７】
したがって、本発明の実施形態によれば、生きている被験者の身体内の腔の複数の二次元（２Ｄ）超音波画像を獲得することを含む三次元（３Ｄ）マッピングの方法を提供し、２Ｄ画像は、３Ｄ基準座標系内で異なるそれぞれの位置を有する。各２Ｄ超音波画像内で、腔の内部内の位置に対応するピクセルが識別される。複数の２Ｄ画像からの識別されたピクセルを３Ｄ基準座標系内に登録して、腔の内部に対応する容積を規定する。プロセッサは、腔の内面を表す容積の外側表面を再構築する。
【０００８】
いくつかの実施形態において、複数の２Ｄ画像の獲得は、超音波イメージングデバイスを含むプローブを身体内に挿入することと、身体内部でプローブを使用して２Ｄ画像を捕捉することと、を含む。開示される実施形態では、プローブの挿入は、カテーテルを被験者の心臓内に挿入することを含み、容積は心臓の室の内部に対応する。カテーテルの挿入は、一般に、超音波イメージングデバイスが心臓の第１の室内に存在するようにカテーテルを配置することを含み、容積は、第１の室以外の心臓の第２の室の内部に対応し、それにより外側表面の再構築が、第２の室の内面の３Ｄマップを生成することを含む。
【０００９】
一般に、複数の２Ｄ画像の獲得が、位置トランスデューサーを含む超音波プローブを使用して２Ｄ画像を捕捉することを含み、識別ピクセルの登録が、位置トランスデューサーに関連した信号を受信及び処理して、３Ｄ基準座標系内でプローブの座標を見出すことと、座標を使用して識別ピクセルを３Ｄ基準座標系内に登録することと、を含む。
【００１０】
いくつかの実施形態において、２Ｄ超音波画像内のピクセルの識別は、低い反射率を有する、身体内の位置に対応するピクセルを、腔の内部に属するとして分類することを含む。一般に、ピクセルの分類は、閾値を設定することと、指定された閾値未満のそれぞれのグレースケール値を有するピクセルを、腔の内部に属しているとして分類することと、を含む。代替的な実施形態では、二次元（２Ｄ）超音波画像の獲得が、色が流れを表すドップラー画像を捕捉することを含み、ピクセルの識別が、ピクセルを、ピクセルのそれぞれの色値に応じて腔の内部に属しているとして分類することを含む。
【００１１】
開示される実施形態では、外側表面の再構築は、容積内のピクセルにボールピボッティング（ball-pivoting）・アルゴリズムを適用することを含む。ボールピボッティング・アルゴリズムの適用は、容積に亘って変化する再構築の解像度でピクセルを処理することを含んでもよい。
【００１２】
本発明の実施形態によれば、生きている被験者の身体内の腔の複数の二次元（２Ｄ）超音波画像を捕捉するよう構成された超音波プローブであって、２Ｄ画像は、３Ｄ基準座標系内に異なるそれぞれの位置を有する、超音波プローブを含む三次元（３Ｄ）マッピングのための装置も提供する。プロセッサは、それぞれの２Ｄ超音波画像内で、腔の内部内の位置に対応するピクセルを識別し、複数の２Ｄ画像からの識別ピクセルを３Ｄ基準座標系内に登録して、腔の内部に対応する容積を規定し、腔の内面を表す容積の外側表面を再構築するよう構成されている。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、プログラム命令が格納された、コンピュータ読み取り可能な媒体を含むコンピュータソフトウェア製品を加えて提供し、この命令は、プロセッサにより読み取られた際、プロセッサに、３Ｄ基準座標系内に異なるそれぞれの位置を有する、生きている被験者の身体内の腔の複数の二次元（２Ｄ）超音波画像を受信させ、それぞれの２Ｄ超音波画像内で腔の内部内の位置に対応するピクセルを識別させ、複数の２Ｄ画像からの識別ピクセルを３Ｄ基準座標系内に登録して腔の内部に対応する容積を規定させ、腔の内面を表す容積の外側表面を再構築させることを含む。
【００１４】
本発明は、以下のより詳細な実施形態と、その図面の記述により、より完全に理解され得る：
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による、超音波イメージングのためのカテーテルベースのシステムの概略、絵画図。
【図２】図１のシステムに使用されるカテーテルの遠位端の側面図。
【図３】本発明の実施形態による、カテーテルにより捕捉された超音波画像の略図。
【図４】本発明の実施形態による、超音波画像を使用した高速解剖学的マッピングのための方法を概略的に示すフローチャート。
【図５】本発明の実施形態により生成された心臓室の３Ｄマップの略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
これから本発明の実施形態によるカテーテルベースの超音波イメージングシステム２０を概略的に示す図１及び２を参照する。図１は、システム全体の絵画図であり、図２は、システム内で使用される、カテーテル２８のようなプローブの遠位端の側面図である。このシステム及びカテーテルは、以下で更に記載する超音波ベースの３Ｄマッピングの方法の理解を補助するための実例としてここに示す。しかしながら、これらの方法は、カテーテルベースの超音波画像検出に限定されず、身体内及び身体外の両方で他の種類のプローブにより得られる２Ｄ又は３Ｄ超音波画像を使用して、必要な変更を加えて同様に適用することができる。また、これらの方法は、心臓内だけでなく他の解剖学的マッピングにも使用することができる。
【００１７】
図１に示すように、医師等の操作者２２はカテーテル２８を患者２６の身体内に挿入し、それによりカテーテルの遠位端が血管系を通過して患者の心臓２４内に入る。カテーテルの近位端にはコンソール３４が接続され、該コンソールは一般に、好適な信号処理及びユーザインターフェース回路を伴うプロセッサ３８を有する。このプロセッサは、以下に記載するように、カテーテル２８からの信号を受信及び処理する。プロセッサ３８は、本明細書に記載する機能を行うように、ソフトウェアにおいてプログラムされている、汎用コンピュータプロセッサを含んでもよい。このソフトウェアは、例えばネットワーク上にて電子形態でプロセッサにダウンロードすることができる。代替的に又はこれに加えて、ソフトウェアは、光学、磁気又は電子記憶媒体等の、コンピュータ読み取り可能な有形の格納媒体上に格納されてもよい。更に、これに加えて又は代替的に、プロセッサの少なくともいくつかの機能はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）により行われてもよく、又は専用の若しくはプログラム可能なハードウェア論理回路により行われてもよい。
【００１８】
一般に、コンソール３４はまた、使用者がカテーテル２８の機能を観察及び調整し、カテーテルを使用して形成された画像を視認及び編集することを可能にする。これらの目的のために、コンソールは、ディスプレイ４０及びユーザインターフェース４２を備える。
【００１９】
図２に示すように、カテーテル２８の遠位端は、身体内部の超音波画像の生成に使用される超音波イメージングデバイス５０を含む。デバイス５０は、一般にトランスデューサー５２の位相配列を含み、これらは当技術分野にて既知のように、カテーテルの長手方向軸線を含む走査超音波ビームの平面（本明細書で「ビーム平面」又は「画像平面」と称される）内の二次元（２Ｄ）「扇形」画像を捕捉するよう操作される。トランスデューサーは、ビーム平面内の物体から反射された超音波画像波を受信し、反射波に応答して信号を出力する。一般に、これらの信号は、カテーテル２８の中を走るワイヤ５６によりコンソール３４に搬送され、該コンソールは、以下に記載するように、これらの信号を処理して超音波画像及び３Ｄマップを形成及び表示する。
【００２０】
カテーテル２８の遠位端は、更に、身体内でのカテーテルの場所（位置及び配向）を示す信号を生成する位置センサー５４を含む。コンソール３４は、これらの位置信号に基づいて、イメージングデバイス５０により捕捉されたそれぞれの扇形画像の位置及び配向を決定する。このようにして、プロセッサ３８は、扇形画像内に現れる物体の座標を決定し、また異なるカテーテル位置にて捕捉された多数の２Ｄ画像を登録して組み合わせることができる。
【００２１】
描写された実施形態では、システム２０は、磁気位置検出を用いて心臓２４内部のカテーテル２８の遠位端の位置座標を決定する。位置座標を決定するために、コンソール３４内の駆動回路３６が磁場発生装置３０を駆動して、患者２６の身体内で磁場を生成する。一般に、磁場発生装置３０は、患者の胴体の下方にて身体外部の公知の位置に配置されたコイルを含む。これらのコイルは心臓２４を含む所定の作業（working）容積内で磁場を生成する。例えば、カテーテル２８の遠位端内の１つ以上のコイルを含んでもよいセンサー５４は、これらの磁場に応答して電気信号を生成する。プロセッサ３８は、これらの信号を処理して、カテーテル２８の遠位端の場所（位置及び配向）座標を決定する。コンソール３４は、駆動しているディスプレイ４０内の座標を用いて、カテーテルの位置及び状態を示すことができる。
【００２２】
この位置検出及び処理の方法は、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒ  Ｉｎｃ．製のＣＡＲＴＯ（商標）内で実行される。この種の磁気位置検出は、例えば、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，２６６，５５１号に詳細に記載されている。超音波画像イメージングを磁気位置検出と組み合わせた他のシステムは、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，６９０，９６３号、同第６，７１６，１６６号及び同第６，７７３，４０２号に記載されている。
【００２３】
代替的に又はこれに加えて、システム２０は、患者２６の身体内でカテーテル２８を誘導及び操作するための自動化機構（図示せず）を備えてもよい。そのような実施形態では、プロセッサ３８は、位置検出システムにより提供される信号に基づいて、カテーテルの動きを制御するための制御入力を生成する。
【００２４】
図１は特定のシステム構成を示すが、本発明の代替的な実施形態では、他のシステム構成を使用してもよい。例えば、以下に説明される方法は、インピーダンスベース等の他のタイプの位置トランスデューサー又は超音波位置センサーを使用して適用されてもよい。用語「位置トランスデューサー」は、本明細書で使用するとき、コンソール３４に素子の座標を示す信号を受信させる、カテーテル２８上又はカテーテル２８内に取り付けられた素子を指す。したがって、位置トランスデューサーは、トランスデューサーにより受信されたエネルギーに基づき制御ユニットに位置信号を生成する、センサー５４のようなカテーテル内の受信機を含むことができ、又は、プローブ外部の受信機で検出されるエネルギーを発する送信機を含むことができる。また、以下に記載する方法は、心臓内並びに他の身体器官及び身体領域内の両方でカテーテルのみでなく他のタイプのプローブを使用した、また身体外部の超音波プローブを使用した、マッピング及びイメージング用途に適用することができる。
【００２５】
図３は、本発明の実施形態による、カテーテル２８により捕捉された超音波画像６０の略図である。画像は２Ｄ扇形の形態を有し、その頂点はイメージングデバイス５０にある。上述したように、コンソール３４は、位置センサー５４から受信した信号に基づいて、３Ｄ空間内での頂点の位置と扇形の配向とを決定することができる。画像内の暗領域６２、６４は血液で満たされた心臓室等の領域に対応し、したがって低い反射率を有する。より明るい領域は、概して心臓壁の内部及び外部等の組織を表す。
【００２６】
前述したように、操作者２２はカテーテル２８を心臓内部２４で操作して、異なる位置から、及び異なる配向にて画像を捕捉することができる。画像を構成する反射物は、カテーテルの遠位端が位置する心臓室からのみでなく、他の心臓室及び解剖学的構造からも、生じることができる。それ故、例えばカテーテル２８は（大静脈を経由して比較的容易に到達される）右心房内に挿入されてもよく、左心房の右心房からの画像と、場合によっては心室からの画像とを捕捉することができる。
【００２７】
図４は、本発明の実施形態による、超音波画像を使用した高速解剖学的マッピングのための方法を概略的に示すフローチャートである。本方法のそれぞれの反復において、センサー５０は、画像獲得工程７０にて、画像６０（図３）の一般的な形態を有する、２Ｄ超音波扇形画像を獲得する。画像獲得は、同期のために、例えば心電図（ＥＣＧ）モニターを使用して、心臓サイクルにおける所定の注釈点（収縮期又は拡張期等）に開閉されてもよく、又は代替的に、画像は開閉を有さずに連続的に得られてもよい。プロセッサ３８は、腔識別工程７２にて、超音波カテーテルにより得られたそれぞれの２Ｄ画像内の対象の被験者の心臓室（血液プール領域）の内部を識別する。これらの「暗い」低反射率領域は、例えば超音波画像のグレースケールレベルに閾値を適用することにより識別されてもよい。閾値は、自動的に又は手動により設定され得る。閾値がピクセル・グレースケール値の集団化に基づき選択されるＯｔｓｕ法等の、任意の好適な方法を使用して閾値を自動的に選択することができる。
【００２８】
代替的に、工程７０にて、画像捕捉に他の超音波イメージングモードを使用してもよく、工程７２にて腔の識別に使用される方法がそれに応じて適応されてもよい。例えば、２Ｄ画像は、当技術分野にて既知のように、カラードップラー、パワードップラー又は組織イメージングドップラー等のドップラーイメージング法を使用して得られてもよい。それらの技術は、画像色（通常、疑似カラーと称される）を使用して流れを表す。カラードップラーでは、血流の領域が画像内で着色される一方、組織の領域は着色されない。この場合、工程７２にて、所定の閾値を越える色値を有するピクセルが、血液プール領域に属するとして識別されてもよい。一方、組織イメージングドップラーでは、組織の領域が着色される一方、血液は着色されず、それにより所定の閾値未満の色値を有するピクセルが、血液プール領域に属するとして識別されるであろう。
【００２９】
いずれのイメージングモダリティを使用しても、プロセッサ３８は、２値化工程７４にて、閾値を適用して２Ｄグレースケール又は色画像を２値画像に変換した。２値画像において、値「０」を有する「ピクセル」は血液領域に属するとして分類される一方、値「１」を有する「ピクセル」は組織に属するとして分類される。他の画像処理操作を適用して、血液と組織分離との間の分離の正確性を向上させてもよい。例えば、形態学的侵食及び膨張を連続的に適用して、組織領域内の血液プール領域として誤認され得る小さい暗領域を除去してもよい。
【００３０】
プロセッサ３８は、画像登録工程７６にて、捕捉された２Ｄ画像の頂点の位置及び配向を見出す。上述したように、プロセッサは、位置センサー５４による信号出力に基づいて、位置及び配向座標を計算する。プロセッサは、頂点の位置と画像の配向が与えられたら、磁場発生装置３０の一定の３Ｄ基準座標系内の２値化画像内の全部のピクセルの３Ｄ座標を計算し、それにより２Ｄ画像ピクセルを３Ｄ容積内に登録することができる。
【００３１】
それぞれの２Ｄ画像を捕捉した後、捕捉完了工程７８にて、操作者が心臓内のカテーテル先端を移動し、プロセッサが関心対象の容積内で十分な数の２値ピクセル値を収集する迄、上記の２Ｄ画像捕捉及び処理工程が繰り返される。
【００３２】
表面再構築工程８０にて、プロセッサ３８は値「０」（血液）を有するピクセルを収集し、これらのピクセルの境界となる外側表面を見出す。心臓室内で血液プールの境界となる外側表面は、その室を包囲する心壁の内側表面である。したがって、血液プールの境界となる外側表面を見出すことにより、プロセッサは、事実上、問題の室の３Ｄマップを構成している。場合により、プロセッサは、３Ｄ表面を再構築する間、２Ｄ画像の獲得を継続してもよく、それによりマップを徐々に洗練してもよい。
【００３３】
３Ｄドメイン内の血液プールを表面再構築の基礎として使用することは、画像セグメンテーションの問題を克服する急速かつ効率的な方法を提供する利点を有する。この種の内部地点の収集に基づいて、様々なアルゴリズムを使用して容積の外側表面を再構築することができる。例えば、プロセッサ３８は、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，９６８，２９９号に記載されているボールピボッティング・アルゴリズムを適用することができる。このアルゴリズムは、ポイントクラウド上で所定の半径のボールを「回転」させることにより所定のポイントクラウドを補間する三角形メッシュを計算する。この方法で見出される三角形の頂点は、クラウドの外側表面を画成する。
【００３４】
計算負荷を低減するために、モデルの構築に全部の「０」ピクセルを使用する必要はなく、プロセッサ３８は異なる領域内に異なる解像度レベルを適用してもよい。上述したボールピボッティング・アルゴリズムは、マップの異なる領域内に異なるボール半径を使用することにより、この種の可変−解像度マッピングに適用することができる。一般に、高解像度は血液−組織境界領域（血液プールの縁に沿って）内のみに要求される。この領域は２値画像内で自動的に又は手動により識別することができる。次に、プロセッサは組織境界付近でのみ高解像度の再構築を行い、他の箇所では低解像度を使用する。換言すれば、プロセッサは、組織から遠く離れた領域内では、２Ｄ画像からのより少数のピクセルを使用し、組織境界（典型的には、１ｍｍ以内のオーダー厚さ）の領域内ではより多数のピクセルを使用する。
【００３５】
プロセッサ３８が上述した方法で３Ｄマップを再構築及び表示した後、使用者は、例えばユーザインターフェース４２を介して画像編集ツールを適用して、モデルを切り及び／又は変形（morph）させてアーチファクトを修正し、また関心対象のない部分を除去してもよい。
【００３６】
図５は、本発明の実施形態による、上述の方法により生成され得るタイプの心臓室の３Ｄマップ９０の略図である。この場合のマップは、肺静脈の部分を含む左心室を示す。この種のマップは、例えば（上述したＣＡＲＴＯシステムにより生成されるタイプの）電気解剖学的マップ、又は完全３Ｄ超音波画像若しくは断層画像のセグメンテーションのための出発点として役立つ等、様々な目的に使用することができる。
【００３７】
以上に記載した実施形態は、一例として引用したものであり、本発明はこれまでの具体的に図示及び記載したものに限定されないことが理解されるであろう。むしろ本発明の範囲は、以上に記述されたさまざまな特徴の結合及び副結合の両方とともに、当業者が前述の記述を読了後に思いつくであろう、先行技術に開示されていない、それらの変更と修正をも包含する。
【００３８】
〔実施の態様〕
（１）  三次元（３Ｄ）マッピングのための方法であって、
生きている被験者の身体内の腔の、３Ｄ基準座標系内で異なるそれぞれの位置を有する、複数の二次元（２Ｄ）超音波画像を獲得することと、
それぞれの前記２Ｄ超音波画像の内で、前記腔の内部内の位置に対応するピクセルを識別することと、
前記複数の前記２Ｄ画像からの前記識別ピクセルを前記３Ｄ基準座標系内に登録して、前記腔の前記内部に対応する容積を規定することと、
プロセッサを使用して、前記腔の内面を表す前記容積の外側表面を再構築することと、を含む、方法。
（２）  前記複数の前記２Ｄ画像の獲得が、超音波イメージングデバイスを含むプローブを前記身体内に挿入することと、前記身体の内部で前記プローブを使用して前記２Ｄ画像を捕捉することと、を含む、実施態様１に記載の方法。
（３）  前記プローブの挿入が、カテーテルを前記被験者の心臓内に挿入することを含み、前記容積が前記心臓の室の内部に対応する、実施態様２に記載の方法。
（４）  前記カテーテルの挿入が、前記超音波イメージングデバイスが前記心臓の第１の室内に存在するように前記カテーテルを配置することを含み、
前記容積が、前記第１の室以外の前記心臓の第２の室の内部に対応し、それにより前記外側表面の再構築が、前記第２の室の前記内面の３Ｄマップを生成することを含む、実施態様３に記載の方法。
（５）  前記複数の前記２Ｄ画像の獲得が、位置トランスデューサーを含む超音波プローブを使用して前記２Ｄ画像を捕捉することを含み、
前記識別ピクセルの登録が、前記位置トランスデューサーに関連した信号を受信及び処理して、前記３Ｄ基準座標系内で前記プローブの座標を見出すことと、前記座標を使用して前記識別ピクセルを前記３Ｄ基準座標系内に登録することと、を含む、実施態様１に記載の方法。
（６）  前記２Ｄ超音波画像内の前記ピクセルの識別が、低い反射率を有する、前記身体内の位置に対応するピクセルを、前記腔の前記内部に属しているとして分類することを含む、実施態様１に記載の方法。
（７）  前記ピクセルの分類が、閾値を設定することと、指定された閾値未満のそれぞれのグレースケール値を有する前記ピクセルを、前記腔の前記内部に属しているとして分類することと、を含む、実施態様６に記載の方法。
（８）  前記二次元（２Ｄ）超音波画像の獲得が、色が流れを表すドップラー画像を捕捉することを含み、前記ピクセルの識別が、ピクセルを、前記ピクセルのそれぞれの色値に応じて前記腔の前記内部に属しているとして分類することを含む、実施態様１に記載の方法。
（９）  前記外側表面の再構築が、前記容積内の前記ピクセルにボールピボッティング・アルゴリズムを適用することを含む、実施態様１に記載の方法。
（１０）  前記ボールピボッティング・アルゴリズムの適用が、前記容積に亘って変化する再構築の解像度で前記ピクセルを処理することを含む、実施態様９に記載の方法。
【００３９】
（１１）  三次元（３Ｄ）マッピングのための装置であって、
生きている被験者の身体内の腔の複数の二次元（２Ｄ）超音波画像を捕捉するよう構成された超音波プローブであって、前記２Ｄ画像は３Ｄ基準座標系内に異なるそれぞれの位置を有する、超音波プローブと、
前記２Ｄ超音波画像のそれぞれ内で、前記腔の内部内の位置に対応するピクセルを識別し、前記複数の前記２Ｄ画像からの前記識別ピクセルを前記３Ｄ基準座標系内に登録して、前記腔の前記内部に対応する容積を規定し、前記腔の内面を表す前記容積の外側表面を再構築するよう構成されているプロセッサと、を備える、装置。
（１２）  前記超音波プローブが、前記身体内に挿入され、前記身体の内部で前記２Ｄ画像を捕捉するように構成されている、実施態様１１に記載の装置。
（１３）  前記プローブが、前記被験者の心臓内に挿入されるカテーテルを含み、前記カテーテルは超音波イメージングデバイスを含み、前記容積が前記心臓の室の内部に対応する、実施態様１２に記載の装置。
（１４）  前記カテーテルが、前記超音波イメージングデバイスが前記心臓の第１の室内に存在するように、前記心臓内に挿入されるよう構成され、
前記容積が、前記第１の室以外の前記心臓の第２の室の内部に対応し、それにより前記外側表面の再構築が、前記第２の室の前記内面の３Ｄマップの生成を含む、実施態様１３に記載の装置。
（１５）  前記超音波プローブが位置トランスデューサーを含み、
前記プロセッサが、前記位置トランスデューサーに関連した信号を受信及び処理して、前記３Ｄ基準座標系内で前記プローブの座標を見出し、前記座標を使用して前記識別ピクセルを前記３Ｄ基準座標系内に登録するように構成されている、実施態様１１に記載の装置。
（１６）  前記プロセッサが、低い反射率を有する前記身体内の位置に対応する前記ピクセルを、前記腔の前記内部に属しているとして分類するよう構成されている、実施態様１１に記載の装置。
（１７）  前記プロセッサが、閾値を設定し、指定された閾値未満のそれぞれのグレースケール値を有する前記ピクセルを、前記腔の前記内部に属しているとして分類するよう構成されている、実施態様１１に記載の装置。
（１８）  前記二次元（２Ｄ）超音波画像が、色が流れを表すドップラー画像を含み、前記プロセッサが、前記ピクセルのそれぞれの色値に応じて、ピクセルを前記腔の前記内部に属しているとして分類するよう構成されている、実施態様１１に記載の装置。
（１９）  前記プロセッサが、前記容積内の前記ピクセルにボールピボッティング・アルゴリズムを適用して、前記容積の前記外側表面を再構築するよう構成されている、実施態様１１に記載の装置。
（２０）  前記カテーテルが、前記容積に亘って変化する再構築の解像度で前記ピクセルを処理するよう構成されている、実施態様１９に記載の装置。
【００４０】
（２１）  コンピュータソフトウェア製品であって、プログラム命令が格納された、コンピュータ読み取り可能な媒体を含み、前記命令は、プロセッサにより読み取られた際、前記プロセッサに、３Ｄ基準座標系内で異なるそれぞれの位置を有する、生きている被験者の身体内の腔の複数の二次元（２Ｄ）超音波画像を受信させ、それぞれの前記２Ｄ超音波画像内で前記腔の内部内の位置に対応するピクセルを識別させ、前記複数の前記２Ｄ画像からの前記識別ピクセルを前記３Ｄ基準座標系内に登録して、前記腔の前記内部に対応する容積を規定させ、前記腔の内面を表す前記容積の外側表面を再構築させる、製品。
（２２）  前記容積が心臓の室の内部に対応する、実施態様２１に記載の製品。
（２３）  前記２Ｄ超音波画像が、前記心臓の第１の室内の超音波イメージングデバイスを使用して捕捉され、前記容積が、前記第１の室以外の前記心臓の第２の室の内部に対応し、それにより前記外側表面の再構築が、前記第２の室の前記内面の３Ｄマップを生成することを含む、実施態様２２に記載の製品。
（２４）  前記２Ｄ画像が、位置トランスデューサーを含む超音波プローブを使用して捕捉され、前記命令が、前記プロセッサに、前記位置トランスデューサーに関連した信号を処理して前記３Ｄ基準座標系内で前記プローブの座標を見出させ、前記座標を使用して前記識別ピクセルを前記３Ｄ基準座標系内に登録させる、実施態様２１に記載の製品。
（２５）  前記命令が、前記プロセッサに、低い反射率を有する、前記身体内の位置に対応するピクセルを、前記腔の前記内部に属しているとして分類させる、実施態様２１に記載の製品。
（２６）  前記命令が、前記プロセッサに、前記容積内の前記ピクセルにボールピボッティング・アルゴリズムを適用して前記外側表面を再構築させる、実施態様２１に記載の製品。
（２７）  前記命令が、前記プロセッサに、前記容積に亘って変化する再構築の解像度で前記ピクセルを処理させる、実施態様２６に記載の製品。
【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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【外国語明細書】
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