(57)【要約】  本発明は、様々な心拍位相(H)及び呼吸位相(R)の血管造影図(3、3a)を備えるデータベース(2)に基づいて血管造影画像(A)を供給する装置及び方法に関する。まず、利用可能な前記血管造影図(3、3a)から、前記呼吸位相(R)に依存する心臓(1)の位置(x)を記述する関数(f)が算出される。この関数(f)を用いて、所与の値の前記心拍位相(Hd)及び前記呼吸位相(Rd)について該心拍位相(Hd)及び該呼吸位相(Rd)に対応する血管造影画像(A)が、該心拍位相(Hd)に対応する利用可能な血管造影図(3a)の変換によって生成され得る。
2007508096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所与の心拍位相及び呼吸位相に対応する身体構造の血管造影画像を供給する装置であって、様々な心拍位相及び呼吸位相の前記身体構造の血管造影図を備えるデータベースと、前記データベースに接続されるデータ処理装置であって、
ａ）  前記呼吸位相に依存する前記身体構造の変化を記述する関数の算出のステップであって、前記算出が、前記データベース内の前記血管造影図に基づいて行なわれるステップ、及び
ｂ）  算出された前記関数を用いて、前記データベースの少なくとも１つの血管造影図であって、該血管造影図の心拍位相が前記所与の心拍位相と一致する血管造影図から作成される前記血管造影画像の生成のステップを実行するよう構成されるデータ処理装置とを有する装置。
【請求項２】
前記データベースが、略々１０乃至１００枚の、好ましくは３０乃至５０枚の血管造影図を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記関数が、前記身体構造の位置における変化を記述することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記データ処理装置が、基準血管造影図に関しての相互の情報の最大化及び／又は相互相関によって前記身体構造の位置における変化を決定するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記データ処理装置が、前記関数の前記算出において静止画像オブジェクトを除いておくよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記身体構造の現在の画像及び供給される前記血管造影画像の重畳表示のための表示装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
画像形成装置、とりわけ、Ｘ線装置及び／又はＭＲＩ装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
心電図を決定する心電図装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
呼吸位相センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
所与の心拍位相及び呼吸位相に対応する身体構造の血管造影画像を、様々な心拍位相及び呼吸位相の該身体構造の血管造影図を備えるデータベースに基づいて供給する方法であって、
ａ）  前記呼吸位相に依存する前記身体構造の変化を記述する関数の算出のステップであって、前記算出が、前記データベース内の前記血管造影図に基づいて行なわれるステップと、
ｂ）  算出された前記関数を用いて、前記データベースの少なくとも１つの血管造影図であって、該血管造影図の心拍位相が前記所与の心拍位相と一致する血管造影図から供給される前記血管造影画像の生成のステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所与の心拍位相及び呼吸位相に対応する身体構造の血管造影画像を供給する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の脈管系の医療手術の多くのために、血管造影図(angiogram)が必要とされる。これらは、例えば造影剤の注入によって脈管の経路がくっきりさせられている脈管系の画像である。例えば、透視観察下で患者の脈管系を通してカテーテルが押し込まれる場合、血管造影図は、カテーテルのナビゲーションを簡単にし、且つ患者に造影剤を注入するのを最小限にするために、静止脈管地図としての役割を果たし得る。
【０００３】
とりわけ、胸腔及び腹腔の臓器を調査する場合、心拍及び呼吸による身体構造の移動及び変形は、脈管系の現在の画像が、まれにしか、記憶されている静止血管造影図と合致しないということをもたらす。このため、例えば米国特許公開公報第US6473635B1号において、データベースに記憶される血管造影図は、該血管造影図に関連する心拍位相及び呼吸位相に基づいて索引を付けられるべきであり、現在の透視画像と一緒に表示するため、パラメータが現在の心拍位相／呼吸位相と最もよく一致する各々の血管造影図が選択されるべきであるということが提案されている。しかしながら、このタイプの手法は、現在の位相に略々対応する血管造影図がデータベース内にない場合に、問題に遭遇する。現在の位相に略々対応する血管造影図は、かなり多くの場合、データベース内にない。なぜなら、血管造影図は、２次元パラメータ領域をカバーしなければならず、他方では、造影剤使用量を最小限にするために可能な限り少ない血管造影図でなんとかするよう努力がなされるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この背景に対して、本発明の目的は、所与の心拍位相及び呼吸位相に対応する血管造影画像を供給する手段を利用可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１の特徴を持つ装置、及び請求項１０の特徴を持つ方法によって達成される。有利な実施例は従属項におさめられている。
【０００６】
本発明による装置は、心臓などの身体構造の血管造影画像を供給するのに役立ち、それによって、前記血管造影画像は、可能な限り最も良好なようにして、所与の心拍位相及び呼吸位相と合致するであろう。前記装置は、様々な心拍位相及び呼吸位相における前記身体構造の血管造影図が記憶されるデータベース（記憶装置）を含む。前記血管造影図は、従来のようにして、例えば、造影剤注入中のＸ線投影撮像によって生成され得る。前記血管造影図はまた、２次元又は多次元のものであってもよい。一般的には、前記データベースは、約１０乃至１００枚、好ましくは、略々３０乃至５０枚の血管造影図を含む。以下では、好ましくは、「血管造影図」という呼称は、画像形成装置によって直接的に生成された画像に対して用いられるのに対して、「血管造影画像」は、直接的に生成された画像又は算出された画像のいずれかであり得る。
【０００７】
前記装置はまた、前記データベースに接続されるデータ処理装置であって、
ａ）  前記呼吸位相に依存して前記血管造影図において生じる前記身体構造における（少なくとも）１つの変化を記述する関数の算出のステップであって、それによって、前記算出が、前記データベース内の前記血管造影図に基づいて行なわれ、前記身体構造における前記変化が、原則として、例えば、該身体構造の位置の変位及び／又は該身体構造の変形などの如何なる幾何学的変化であってもよいステップと、
ｂ）  関連する心拍位相が前記所与の心拍位相と一致する前記データベースのこのような血管造影図から作成される前記血管造影画像の生成のステップであって、それによって、前記生成が、ステップａ）において算出された前記関数を用いて行なわれるステップとを実行するよう構成されるデータ処理装置も含む。
【０００８】
上記の装置により、高精度に現在の心拍位相及び呼吸位相に適合する血管造影画像が供給され得る。これは、前記血管造影画像が、（必要に応じて、）既存の前記血管造影図から算出される、即ち、人為的に生成されることを達成する。このプロセスにおいては、呼吸による前記身体構造の前記変化は、関数パターンに従って生じるという事実が利用される。前記関数パターンは、前記データベース内にあるデータポイントから略々決定され得る。
【０００９】
ステップａ）において算出される前記関数は、随意に、前記身体構造の単なる位置における変化、即ち、変位及び／又は回転を記述するものに限定され得る。多くの場合、前記呼吸は、身体構造の形状には無視してよい影響しか及ぼさず、故に、前記呼吸は、実質的に、位置の変化しか引き起こさない。これらの場合には、ステップｂ）における画像の生成もまた、それに応じて、簡単にされる。なぜなら、例えば、それは、前記所与の心拍位相に適合する血管造影図の対応する位置変更（変位及び／又は回転）によって成し遂げられ得るからである。
【００１０】
身体構造の位置の変化を決定する様々な可能性がある。例えば、前記血管造影図において、前記身体構造における目立つ箇所(prominent point)がセグメントに分けられ、その位置変化が算出され得る。しかしながら、好ましくは、前記位置変化を決定するために、基準血管造影図に関して、相互の情報の最大化及び／又は相互相関が行なわれる。
【００１１】
前記装置の他の実施例によれば、前記データ処理装置は、ステップａ）における前記関数の前記算出中、静止画像オブジェクトを除いておくよう構成される。このような静止画像オブジェクトは、例えば、前記患者又は患者テーブル上の固定された位置標識であって、該位置標識の位置が前記心拍又は呼吸によって影響を及ぼされない位置標識であるかもしれない。このようなオブジェクトが例えば上記の相互相関法において考慮に入れられた場合には、これは結果を改竄するであろう。前記算出から取り除かれるべき前記静止画像オブジェクトは、例えばインタラクティブに、ユーザによって前記データ処理装置に指示されてもよい。しかしながら、前記データ処理装置も、例えば前記データベース内にある全ての前記血管造影図の比較により前記静止画像オブジェクトを自動的に決定するよう構成されてもよい。
【００１２】
好ましくは、前記装置はまた、前記身体構造の現在の画像と、該装置によって供給される前記血管造影画像とが、重畳されて表示され得るモニタなどの表示装置も含む。例えば、準備された冠状血管の前記血管造影画像と一緒の該冠状血管内のカテーテルの透視画像が、モニタ上に表示され得る。
【００１３】
更に、前記装置は、好ましくは、前記身体構造の現在の画像及び／又は前記血管造影図を生成する画像形成装置を含む。前記画像形成装置は、とりわけ、Ｘ線装置及び／又はＭＲＩ装置であり得る。
【００１４】
更に、前記装置は、好ましくは、感知装置(sensory apparatus)であって、該感知装置によって、前記心拍位相及び／又は前記呼吸位相が検出され得る感知装置を含む。例えば、電気的な心拍位相を表示する心電図（ＥＣＧ）を決定する心電図装置が含まれる。
【００１５】
本発明はまた、所与の心拍位相及び呼吸位相と合う身体構造の血管造影画像を、様々な心拍位相及び呼吸位相の該身体構造の血管造影図を備えるデータベースに基づいて供給する方法にも関する。前記方法は、
ａ）  前記呼吸位相に依存する前記身体構造における（少なくとも）１つの変化を記述する関数の算出のステップであって、それによって、前記算出が、前記データベース内の前記血管造影図に基づいているステップと、
ｂ）  ステップａ）において算出された前記関数を用いて、前記データベースの少なくとも１つの血管造影図であって、該血管造影図の心拍位相が前記所与の心拍位相と一致する血管造影図から準備される前記血管造影画像の生成のステップとを有する。
【００１６】
前記方法は、上記のタイプの装置によって実行されるよう、一般的な形で、前記ステップを実施する。それ故、前記方法の詳細、利点及び他の発展例に関しては、上記の説明に対して参照がなされる。
【００１７】
下記の実施例を参照して、本発明のこれら及び他の特徴を説明し、明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ここで、冠状動脈のカテーテル検査における重要な適用例に基づいて本発明を説明する。このタイプの医学的介入(medical intervention)においては、目的は、冠状血管における狭窄部などの治療されるべき部位へ可能な限り正確にカテーテルの先端のステント、バルーン又はガイドワイヤをナビゲートすることにある。カテーテルは、絶え間ないＸ線透視観察のもとで動かされる。しかしながら、関連する記録においては、脈管系は見えない。なぜなら、患者は、絶え間なく造影剤注入を受けることは出来ないからである。このため、介入前又は介入中に記録された血管造影図のセットであって、造影剤投与によって生成され、それ故、脈管系をはっきり描写している血管造影図のセットが用いられる。
【００１９】
カテーテル検査室で現在用いられている方法では、現在のＸ線画像が、静止血管造影図に隣接して表示される。それにより、治療する医師は、２つの画像からの情報を頭の中でマージする必要がある。医師をサポートするためには、重畳された静止血管造影図及び現在のＸ線画像を表示するのが望ましい。しかしながら、心臓は、心拍及び呼吸によってその形状及び位置を絶え間なく変えることから、このような重畳は、心拍位相及び呼吸位相に関して現在の画像と一致する血管造影図が重畳のために用いられる場合にしか満足な結果をもたらさない。
【００２０】
この点に関して、図２が、データベースの４０枚の血管造影図の典型的なセットの、各々の関連する心拍位相H及び呼吸位相Rに関する分布を示している。図に示すように、血管造影図の枚数は限られるために、２次元パラメータ領域は、かなりまばらにしかカバーされ得ない。それ故、例えば、現在の透視記録に対して適当な血管造影図が心拍位相Hd及び呼吸位相Rdから捜される場合には、データベースの最も近い血管造影図は、多くの場合、所与のデータからかなり遠く、このことは、その分だけ誤った重畳をもたらす。
【００２１】
この問題を解消するために、図１を用いて説明する以下の方法を提案する。図１は、左側の部分において、データベース２が含む血管造影図３、３ａ、・・・と共に、再び概略的に、データベース２を示している。前記血管造影図３、３ａ、・・・は、関連する呼吸位相R及び心拍位相Hに対応して（交換軸(swapped axes)を備える）図２のような図で表わされる。血管造影図３、３ａは、関心のある身体構造として心臓の血管１を示しており、それによって、略図で、心臓の活動の影響は、血管１の大きさの変化によって表わされており、呼吸の影響は、x方向における血管１の変位によって表わされている。実際、呼吸が心臓に及ぼす影響は、本当に、垂直な体軸の方向(x)における心臓の単純な変位によって略々記述され得ることが分かる。
【００２２】
まず、データベース２において利用可能な血管造影図３、３ａから、図１の右側に表わされている関数関係fであって、呼吸位相Rに依存する心臓の血管１の位置xを記述する関数関係fが決定される。全ての心拍位相及び呼吸位相の全ての血管造影図が、この関数fの決定に投入される。決定の詳細は、以下に図３及び４を参照することで説明されている。
【００２３】
呼吸変位関数fを用いて、所与の呼吸位相Rdに対して、心臓の関連位置xdが算出され得る。血管造影図のうちの１枚であって、該血管造影図の心拍位相H1が、所与の心拍位相Hdと同じである又は該所与の心拍位相Hdに可能な限り近づく血管造影図のうちの１枚に、心臓を位置f(Rd) = xdに移す変位が加えられ得る。図１においては、例えば、３ａと呼ばれている血管造影図がこのために用いられ得る。
【００２４】
それ故、血管造影図３ａの適切な変位によって、可能な限り最も良好なようにして、心拍位相Hd及び呼吸位相Rdの現在値と合致する、要求されている血管造影画像Aが生成される。次いで、この画像Aは、例えば、現在のＸ線透視画像（図示せず）に重畳されて表示されてもよく、それによって、高い合致度が達成され、医師にとって楽な介入器具のナビゲーションを可能にする。
【００２５】
他の例においては、血管造影画像Aはまた、心拍位相Hdを持つ複数の血管造影図からの補間によるより複雑な方法で生成されてもよい。
【００２６】
図３は、各々、同じ心拍位相に属するが、異なる呼吸位相に属する２枚の血管造影図の間の心臓位置の算出変位Δxを示している。いずれの場合においても、２枚の血管造影図であって、該２枚の血管造影図の心拍位相が同じである又は非常に類似している２枚の血管造影図、即ち、図２において該２枚の血管造影図の関連する点が互いの上にある２枚の血管造影図が選択された。次いで、これらの血管造影図の間の相対変位Δxが算出され（下記参照）、各血管造影図のために、図３の線図に、２つの点が、それらの呼吸位相Rに対応して記入された。それによって、一方の血管造影図のための点は、R軸上に位置し、他方の血管造影図のための点は、算出されたΔxの高さのところに位置する。最後に、前記点は、それらがグループをなすことを示すために線でつなげられた。
【００２７】
その後、図３のデータから、図４に表わされている関数 f(R)であって、呼吸位相に依存する心臓位置xを記述する関数 f(R)が、繰り返し算出され得る。この繰返しの間、最初、関数fは、定数であり、即ち、呼吸位相Rと無関係であるという仮定がなされる。この始点から、図３の線によってつなげられたデータ対が次々と曲線に統合される。曲線の形状は、曲線fから算出される差Δxfが、常に、図２からの測定差Δxとよりよく一致するように各データ対に対して修正される。例えば、最初の繰返しステップにおいては、図３からのデータ対(R1, 0)、(R2, Δx) の統合により、定数関数fが、R1とR2との間で増大する直線的な経路を得るような新しい一次関数f*へ少しずつ修正され、それによって、f*(R2) - f*(R1) = Δxとなる。他のデータ対は、原則として同様に曲線に統合され、それによって、アルゴリズムを安定させるために、入力データは、漸近的に、既に関数に統合されたデータより少なく重み付けされる。当然、要求される関数fを決定するのに、例えば、パラメータモデル関数fによって記述される心臓位置ｘの差と、心臓位置の測定差（図３）との間のずれを最小限にするアルゴリズムなどの他のアルゴリズムも用いられ得る。
【００２８】
結果として、最終的に得られるのは、未知の「真の」関数f0に非常に近づく、図４においてfと呼ばれている曲線形状である。関数fは、上記で図１に関して説明したように、現在の心拍位相Hdとは合うが、現在の呼吸位相Rdとは合わない利用可能な血管造影図を、変換画像Aが心拍位相及び呼吸位相の両方と合うように変換するのに用いられ得る。
【００２９】
図３が基づいている心臓位置の差は、相互の情報の最大化又は正規化相互相関などの方法(P. Viola, W.M. Wells III: "Alignment by Maximization of Mutual Information", Int. J. of Computer Vision, 24(2), pp. 137-154 (1997))を用いて算出され得る。なぜなら、２つの呼吸位相は異なるが、心拍位相は同じである画像においては、心臓は、実質的に同じ形状を示すからである。しかしながら、血管造影図中の或る動かないオブジェクト（例えば標識）は、計算から除外されることに注意されたい。なぜなら、これらの動かないオブジェクトは、位置推定を改竄するからである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による血管造影画像を決定する原理を概略的に示す。
【図２】様々な心拍位相及び呼吸位相にわたるデータベース内に記憶される血管造影図の分布の例を示す。
【図３】呼吸位相の関数として図２の血管造影図から算出される心臓変位を示す。
【図４】図２の血管造影図から決定される関数fと呼吸による心臓変位の未知の関数f0の比較を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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