(57)【要約】本発明は、特には心臓等である対象の三次元画像を一連の投影映像から生成する方法及び装置に係る。再構成に対しては、それらの投影映像のみが使用され、特性対象の特徴の投影線は、略同一の空間点で交差する。特性対象の特徴は、特には血管分岐部であり得、投影映像上に容易に位置付けられ得る。
2007515985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的な動作を前提とする対象の三次元画像を生成する装置であって、
多種の投影方向から前記対象の投影映像を生成する結像装置と、前記投影映像から前記対象の三次元画像の再構成をするよう前記結像装置に結合されたデータ処理装置と、を有し、
前記データ処理装置は、前記三次元画像の再構成に対して、特性対象の特徴の投影線が同一の空間点で略交差するよう前記投影映像のみを使用するよう設計される、
装置。
【請求項２】
前記結像装置は、共通軸の周囲に回転可能に取り付けられたＸ線源及びＸ線検出器を有するＸ線装置である、ことを特徴とする、
請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記再構成された三次元画像を表示するよう前記データ処理装置に結合されたディスプレイ装置を有する、ことを特徴とする、
請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記特性対象の特徴は、特にはカテーテル又はステントである前記対象上の目印である、ことを特徴とする、
請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記特性対象の特徴は、特には血管である対象の構造の分岐点である、ことを特徴とする、
請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記データ処理装置は、
ａ）  複数の投影映像から第１の投影映像を選択するよう、
ｂ）  いずれの投影映像に対しても特性対象の特徴の前記投影線が空間点で少なくとも略交差するよう、前記第１の投影映像に対して、他の投影方向からとられた第２の投影映像を選択するよう、
ｃ）  前記特性対象の特徴の前記関連された投影線が、前記空間点を略介して通るよう、前記三次元画像の前記再構成に対して更なる投影映像を選択するよう、
設計される、
請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記第２の投影映像の前記投影方向は、前記第１の投影映像の前記投影方向に対して約９０°の角度にある、ことを特徴とする、
請求項６記載の装置。
【請求項８】
周期的な動作を前提とする対象の三次元画像を生成する方法であって、
（ａ）  多種の空間方向から前記対象の複数の投影映像を生成する段階と、
（ｂ）  特性対象の特徴の前記投影線が前記同一の空間点で略交差するよう投影映像を選択する段階と、
（ｃ）  段階（ｂ）において選択された前記投影映像から前記三次元画像の再構成をする段階と、
を有する方法。
【請求項９】
前記投影映像は、対象のＸ線投影によって生成され、投影の中心は、前記対象の周囲の円弧上に分布する、ことを特徴とする、
請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記再構成された三次元画像は、ディスプレイ装置上に示される、ことを特徴とする、
請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期的な動作を前提とする心臓等の対象の三次元画像を生成する方法及び装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第２００２／０１２６７９４Ａ１号明細書（特許文献１）は、患者の心臓の三次元画像が再構成され得る回転Ｘ線装置を開示する。かかる再構成に関する１つの課題は、示される対象が静止しておらず心拍のために周期的な動作を前提とすることである。診察における臓器の動作に対する他の重要な源は、患者の呼吸である。多種の方向から回転Ｘ線装置で撮った心臓の２Ｄ投影は、異なる動作状態における心臓を示す。これらの投影画像が静止している対象を映すという仮定に基づいて心臓の３Ｄ画像を再構成するよう使用される場合、再構成エラーは必然的に発生する。かかるエラーを最小限に抑えるよう、特許文献１は、Ｘ線に対して平行に心電図（ＥＣＧ）を記録すること、続いて、三次元画像の再構成用に略同一のＥＣＧ相に対応するそれらのＸ線映像のみを使用することを提案する。ＥＣＧ相に対して向きを定められたかかる方法を使って、３Ｄ再構成における実質的な改善が達成され得る。それにもかかわらず、更に一定の誤り及びアーチファクトは、再構成された画像内で発生し得ると考えられる。
【特許文献１】米国特許第２００２／０１２６７９４Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明では、特に心臓等の周期的に動かされる対象の三次元画像を生成する手段を備えさせ、改善された画像の質を与えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、請求項１の特徴を有する装置、及び請求項８の特徴を有する方法によって、達成される。有利な実施例は、従属請求項に有される。
【０００５】
本発明に従った装置は、周期的な動作を前提とする対象の三次元画像を生成する役割をはたす。対象は、特には患者の心臓であり得るが、本発明は医療用に制限されない。装置は、結像装置を有し、該装置を使って、前述の対象の二次元投影画像が異なる投影方向から生成され得る。装置は、例えば対応するソフトウェアを使って適合させることによって、投影画像から対象の三次元画像を再構成するよう設計された前述の結像装置に結合されたデータ処理装置を更に有する。このタスクに対して適切な工程及びアルゴリズムは、例えばコンピュータ・トモグラフィの分野より既知である。データ処理装置は、三次元画像の前述の再構成に対してそれらの投影画像のみを選択及び使用するよう更に設計され、特性対象の特徴の投影線は、略同一の空間点で交差する。「特性対象の特徴」は、対象に付随しその動作に追随する特徴であり、体の位置を特定し、可能であれば投影映像上に表示され得る。対象の特徴は、例えば、投影映像上で十分に目立つ対象上の目印であり得る。この点における「目印」は、例えばカテーテル又はステント（管連結器）でもあり得る。同様に、対象の特徴は、対象の構造の分岐点等の対象の一部分であり得る。医療用において、特に管の分岐点は、対象の特徴としての役割をはたし得る。更に、対象の特徴の「投影線」は、（想像）空間線であり、所定の投影映像に対し、対象の特徴を介して投影の中心から投影平面又は投影映像上の対象の特徴の画像点へと繋がる。Ｘ線画像において投影線は、例えば、対象の特徴を介するビーム源から検出器上の関連付けられたピクセルへのＸ線ビームの経路に対応する。更に（明らかに正確な交点を有さなければならない）投影線の「近似交点」に関して、関係のある周辺状態に依存して、適切な決定制限が個別の場合において確立されなければならない。例えば、かかる全ての投影線は、投影映像の最大幅の１％乃至５％より近くに互いに引き寄せられる場合、略同一の空間点で交差するものと考えられ得る。同様の標準は、例えば対象の寸法である他の基準値を使用して明らかに定義付けられる。
【０００６】
上述された装置を使用して、高品質の動作された対象の三次元画像を作成することが可能でり、３Ｄ画像の再構成に関しては、既に（少なくとも１つの）特性対象の特徴の点で十分に合致する二次元投影映像のみが使用される。従って、これらの投影映像はまた他の対象の点において一致すること、又は、選択された投影映像に対して対象は環状の動作の同一の相にあったことが推測されるべきであり、従って、略同一の空間点が推測された。装置が心臓を表示するよう使用される際、心電図に基づく既知の工程とは対照的に、有利点は、心臓の動作状態が選択基準として直接使用されることである。しかしながら、投影映像の同一のＥＣＧからの選択は、心拍サイクルの動作の相がまた電気相に明確にリンクされているという仮定に絶対的に基づく。しかしながら、この仮定は常に正確に満たすわけではないため、既知のＥＣＧに基づく工程を使用すると再構成エラーが発生し得る。これらのエラーは、ここで提案される装置を利用すると原理上は除外される。
【０００７】
三次元画像の再構成に対する投影映像の選択に対する前述の状態は、また、１つ又はそれ以上の対象の特徴に対して同様に課せられ得る。故に選択方法は、例えば、１つの対象の特徴を有して反復的に実行され得、各反復時に作られた投影写真の選択は次の反復に対する基礎として使用されるため、選択はより狭まってきている。この場合、選択された投影映像における対象の位置が既に対応する点の数で一致しているため、精度が高められる。
【０００８】
装置の撮像部分に対しては、原理上、いかなる装置でも使用され得、該装置を使って対象の投影映像は、異なる方向から生成され得、該映像から三次元画像が再構成され得る。これらの例は、超音波装置又はＮＭＲ装置である。特には、撮像装置はまた、共通軸の周囲に回転可能に取り付けられたＸ線源及びＸ線検出器を有するＸ線装置であり得る。この種類のＸ線設備は、３Ｄ回転血管造影（３Ｄ−ＲＡ）より既知であり、Ｘ線源及び検出器は、典型的にはＣアームに取り付けられる。
【０００９】
更に、装置は、モニタ等のデータ処理システムに結合されたディスプレイ装置を望ましくは有し、再構成された三次元画像が示され得る。かかるディスプレイ装置は、例えば医師が三次元再構成の結果を視覚的に表示し、診察又は治療活動用に直接これを分析することを可能とする。
【００１０】
装置の望ましい一実施例によれば、データ処理設備は、次の段階を実行するよう設定される。
【００１１】
ａ）  異なる投影方向からの複数の投影映像から第１の投影映像を選択する段階。第１の投影映像のこの選択は、任意（ランダム原則等）であり得、ユーザ又は他の応用の特定な基準（撮像品質又は関連付けられたＥＣＧ相等）によって双方向性であり得る。
【００１２】
ｂ）  第１の投影映像に対して、他の投影方向からとられた第２の投影映像が選択され、第１及び第２の投影映像に対する特性対象の特徴の投影線が少なくとも略空間点で交差される段階。特性対象の特徴は、特には、自動画像処理の方法によって、又はユーザによって双方向的に位置付けられ得、可能な限り多くの投影映像で検出され得るようにされる。特定の伊投影映像上の特性対象の特徴を位置付けた後、空間投影線は、投影の中心から対象の特徴の画像点へ算出され、第１の投影映像の対応する投影線に略交差するか否か確認され得るようにされる。この場合、関連する投影映像は、「第２の投影映像」として選択される。故に、投影線の交差点は、対象の特徴の（推定される）実際の位置に対応し且つ更なる投影映像の続く選択に使用される、空間点を確立する。
【００１３】
ｃ）  三次元画像の再構成に対する更なる投影映像は、段階ｂ）において使用される対象の特徴の関連する投影線が、段階ｂ）において確定された空間点を略介してわたるよう、選択される段階。故に全体的に続けて、投影映像のサブ量（ｓｕｂ−ｑｕａｎｔｉｔｙ）は、関連する特性対象の特徴の空間位置に関係して互いに適合する所定の数の投影映像から選択される。
【００１４】
上述された本発明の実施例を使って、第２の投影映像の投影方向は、第１の投影映像の投影方向に対して約９０°の角度にある。置くには、第１の方向に対して７０°乃至１１０°の角度範囲にあり得る。このようにして、採光性のために使用された全ての投影映像の選択に後に使用される空間点は、最高精度で確立され得る。第１の投影映像に基づき、この空間点に関し、即ち３つの自由度のうちの２つのみが確立されるのは、第１の投影映像の投影線に沿った位置が確定され得ないためである。第３の自由度は、第２の投影映像の投影線の第１の投影映像の投影線との交差によって確定される。第１の投影映像に対して基本的に垂直である第２の投影映像の場合、投影における対象の特徴の位置を確定する際のいかなるエラーも、空間点の確定における最低限にまでされる。
【００１５】
本発明は、周期的な動作を前提とする対象の三次元画像を作る方法に更に係る。該方法は、次の段階を有する。
【００１６】
ａ）  多種の空間方向から対象の複数の投影映像を生成する段階。
【００１７】
ｂ）  特性対象の特徴の投影線が、同一の空間点で略交差する投影映像を選択する段階。
【００１８】
ｃ）  段階ｂ）で選択された投影映像から三次元画像を再構成する段階。
【００１９】
該方法は全体的に、上述された種類の装置でっこうされ得る段階を有する。従って方法及びその有利点に関する更なる説明に対しては、装置の前述の記載が参照される。特には、該方法は、装置の変化型の特徴に従って絞り込まれ、例えば、請求項６に記載された通りデータ処理装置で実行され得る段階を有する。
【００２０】
該方法の任意の一実施例では、投影映像は、対象のＸ線投影によって生成あれ、Ｘ線ビームが放射される夫々の投影の中心は、対象の周囲の円弧上に略分布される。典型的には、円弧は、全ての独立した投影方向を覆うよう約１８０°の範囲にわたって延びる。
【００２１】
更に該方法に従って再構成された三次元画像は、望ましくは、ユーザによって視覚的に分析されることができるよう、ディスプレイ装置上に表示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、図面中に示される実施例を参照して更に説明されるが、本発明はそれに制限されない。
【００２３】
本発明は、医療用、即ち患者の冠状血管又は心臓の三次元結像の例を使用して一般論の制限なく以下に説明される。このために図１に従って装置の一例として使用される装置は、Ｘ線源２及びＸ線検出器５を有する回転Ｘ線機器１を有する。Ｘ線源２及びＸ線検出器５は、Ｃ型アーム６上に互いに対して対向して配置され、カウチ４上に横たわる患者３の周囲を旋回され得る（図中点線で示される２つの旋回された位置）。多種の投影方向から生成された心臓のＸ線投影映像Ｐｉ−１，Ｐｉ，Ｐｉ+１，．．．．は、管理及び画像処理に使用されたデータ処理装置７（ワーク・ステーション等）に送られる。データ処理装置７は、特には、画像処理アルゴリズムを有するソフトウェアを有し、二次元投影映像Ｐｉ−１，Ｐｉ，Ｐｉ+１，．．．．から、対象の三次元形状又はその例えば冠状血管等の構造が再構成され得る。対応するアルゴリズムは、コンピュータ・トモグラフィから既知であるため、ここでは更に詳細に説明される必要は無い。三次元再構成の結果は、データ処理装置７に結合されたモニタ８上に表示され得、血管系図の全体画像を処理専門家へ与えるようにする。
【００２４】
冠状血管の三次元画像に対する前述の再構成において、心拍によって、心臓は周期的な動作を前提とすることが注記されなければならない。作られた投影映像Ｐｉ−１，Ｐｉ，Ｐｉ+１，．．．．は、従って、心臓サイクルの異なる相Ｔ１，Ｔ２，Ｔｅから生じ、そのサイクルの間、心臓は、異なる空間位置を推測する。再構成に関しては、それらの二次元の投影映像（例えば、Ｐｉ−１，Ｐｉ＋１）は、使用されるべきであり、同一の心臓の動作の相に対応する（例えば、心臓拡張期の終了時であり得るＴ２）。既知の方法では、投影映像の対応する選択が、平行な記録された心電図に基づいて行われる。しかしながら、ＥＣＧは、心臓のサイクルの電気状態を第一に表し、常に動作状態に相互に関連付いてはいない。既知の方法では、再構成された３Ｄ画像は、残留非高精度（ｒｅｓｉｄｕａｌ  ｉｎａｃｃｕｒａｃｙ）を頻繁に有する。
【００２５】
説明された問題を避けるよう、第一に、図２を参照して以下により詳細に説明される方法は、３Ｄ画像の再構成用の投影映像の選択に対して提案される。図２は、投影映像Ｐ１，Ｐｊ，Ｐｋ，Ｐｌ．．．の作成における幾何学的条件を斜視原理図で図示する。投影映像の夫々は、投影中心Ｓｉ，Ｓｊ，Ｓｋ，Ｓｌ．．．から始まって対象の中心射影として現れる。投影中心は、関与する投影映像中にＸ線源２の位置に対応し、最適な場合は２１０°より大きい角度を覆う湾曲（円弧等）上に分布される。放射線写真に撮られた対象９は、他の投影映像中に異なる形状及び位置を通常は有することが指摘されるべきである投影映像Ｐｉの時間に対する中心に図示される。（略）全ての投影映像が比較的よく位置付けられ得る対象上の点を印とするため、対象９に有される血管分岐部は、適切な対象の特徴を構成する。血管分岐部の代わりに、例えば、カテーテル上でＸ線を通さない位置目印等の目印が対象の特徴として使用され得る。
【００２６】
投影映像Ｐｉの生成において、対象９の分岐である対象の特徴は、初期には未知である空間点ｒ０にあることである。この空間点ｒ０は、投影映像Ｐｉ上の対象の特徴の画像点Ｘｉにおける投影線ｌｉを介して投影中心Ｓｉから始まるよう図示される。投影映像ＰｉにおけるＸｉの位置は、既知の画像処理方法を使用して双方向的に動的に位置付けられ得る。同様に、他の投影映像上の対象の特徴の画像点の位置は、決定され得（例えば、投影映像Ｐｊ又はＰｋにおける画像点Ｘｊ，Ｘｋ）、他の投影方向からとられ、通常は、心臓のサイクルの他の相に属するようにする。
【００２７】
投影映像から、第１の投影映像Ｐｉは、ユーザのインタラクション又は他の方法によって無作為に選択される。これから始まって、更なる投影映像が決定され、第１の投影映像Ｐｉと同様の動作の相にあるようにする。まずはこれを達成するよう、第２の投影映像が選択される。第１の基準によれば、その投影方向は、第１の投影映像Ｐｉの投影方向に対して略９０°の角度にあるべきである。図２中、Ｐｋに関する投影映像がまず考察される。続いて第２の基準に従ったこれらの投影映像Ｐｋ，．．．．に対しては、関連付けられた投影線ｌｋ，．．．．が第１の投影映像Ｐｉの投影線ｌｉと交差するか、又は、予め指定された最大距離よりもこれにより近づくかを調べる。図２中の場合は、投影中心Ｓｋを投影映像Ｐｋ上の対象の特徴の画像点Ｘｋに接続する投影線ｌｋに対するものである。このように決定された投影映像Ｐｋは、続いて、「第２の投影映像」として確立され、投影線ｌｉとｌｋとの（おおよその）交差は、更なる工程に対して、空間点ｒｏを定義付ける。該空間点で、対象の特徴（管の分岐）は基本的な心臓の動作の相の間に仮定的に位置付けられた。
【００２８】
第２の投影映像Ｐｋに関して上述された選択は、エピポーラ線を使用して同等の手法で実行され得る。投影映像Ｐｋに対して、エピポーラ線Ｅｋ（ｉ）は点線で図示される。投影中心Ｓｋからとられた投影線ｌｉの理論上の投影に対応し、従って、第１の投影映像Ｐｉのみの知識から対象の特徴の全ての理論的に可能な位置を説明する。後者は、投影線ｌｉ上に対象の特徴が置かれる投影映像Ｐｉから決定され得ないため、主に対象の特徴の空間位置を１つの自由度に対してのみ確立する。全て他の投影映像に対してエピポーラ線を使用して、ユークリッド間隔が、対応するエピポーラ線Ｅｋ（ｉ）から対象の特徴の夫々の投影映像Ｐｋ，．．．．上に位置付けられた画像点Ｘｋに関して計算され得る。選択されるべき第２の投影映像Ｐｋは、その対象の特徴の画像点Ｘｋが、関連付けられたエピポーラ線Ｅｋ（ｉ）からの最小の距離を有する点で識別される。
【００２９】
上述された通り第１及び第２の投影映像Ｐｉ及びＰｋを使用して、関係する心臓の相の間に対象の特徴の位置の空間点ｒｏが決定され得る。故に、この空間点ｒｏは、全ての他の投影映像上に理論的には投影され得る。例えば投影映像Ｐｊに対して、点Ｘ’ｊが計算され、そこで空間点ｒｏは投影中心Ｓｊから投影される。投影映像Ｐｊにおける対象の特徴のと画像点Ｘｊとこの投影点Ｘ’ｊの間のユークリッド距離Δｊは、投影映像Ｐｊが撮られる心臓の動作の相が、第１及び第２の投影映像Ｐｉ，Ｐｋの間に心臓の動作の相からいかに大きく逸れるかという測定を続ける。故に、所望された三次元画像の再構成に対して、目標とされた手法で、それらの投影映像Ｐｌは選択され得、前述の距離はゼロか、予め指定された閾値を下回るようにされる。
【００３０】
前述の方法を使用して、一連の投影映像Ｐｉ，Ｐｊ，Ｐｋ，Ｐｌより、それらが同一の心臓の動作の相に属して選択され得、有利には、真の動作データ及び派生されていない電気的活動は、心臓サイクルを確定するよう使用される。更に有利には、使用された対象の特徴は、対象９の特に関心領域から選択され得、優先事項としてのこの領域は、三次元画像において高精度を有して示される。
【００３１】
図３は、投影方向に従って配列され参照符号ｎ（水泳方向軸）を付された投射映像に対して、空間点ｒｏの算出された投影と対象の特徴の夫々の画像位置との間の上に定義されたユークリッド距離Δｎの夫々のサイズを図示する。心調律に対応する周期変動は明らかである。上述の方法に従った三次元画像の再構成に対しては、湾曲の”くぼみ部”からの投影映像のみが使用される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】心臓の三次元画像を生成する本発明に従った装置の構造を図式的に示す。
【図２】心臓の同一の動作の状態の二次元投影映像の本発明に従った選択における状況の原理図である。
【図３】特には心臓の相である対象の特徴の空間位置に対応する空間点のｒ０の投影と、参照符号ｎを有する写された投影映像上のこの対象の特徴の画像点の位置との間のユークリッド間隔Δｎの寸法を示す。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【国際調査報告】
2007515985.tif 000006
2007515985.tif 000007