(57)【要約】  解剖学的モデルを改良する方法は、可変強度を有する二次元心エコー図を取得するステップと、二次元心エコー図を三次元モデル空間に存在する複数のマッピングポイントに関連付けるステップと、二次元心エコー図上のポイントでの強度に対応する２つ以上のマッピングポイントのそれぞれの信頼値を特定するステップとを含む。
2013544176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解剖学的モデルを改良する方法であって、
可変強度を有する二次元心エコー図を取得するステップと、
前記二次元心エコー図を複数のマッピングポイントに関連付けるステップであって、前記マッピングポイントは三次元モデル空間に存在するステップと、
マッピングポイントの信頼値を特定するステップであって、前記信頼値は、前記二次元心エコー図上のポイントでの強度に対応するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
マッピングポイントを、そのポイントの前記特定された信頼値に対応する視覚的属性を用いて表示するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記視覚的属性は、ある範囲の信頼値に対応するスペクトルから選択される色である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記視覚的属性は、ある範囲の信頼値を表すシンボルである、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のマッピングポイントのセットは、前記三次元モデル空間内に三次元モデルを定義する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記モデルセットに属さないマッピングポイントの前記信頼値を閾値と比較するステップと、
前記ポイントの前記信頼値が前記閾値を超える場合、前記マッピングポイントを前記モデルセットに追加するステップと、
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記二次元心エコー図は、カテーテルの遠位部分に関連付けられた超音波トランスデューサから取得される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記二次元心エコー図を複数のマッピングポイントに関連付けるステップは、
前記超音波トランスデューサの位置及び向きの指標を受信することと、
前記超音波トランスデューサの前記位置及び前記向きを使用して、前記二次元心エコー図を前記三次元モデル空間内に配置することと
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記超音波トランスデューサの前記位置及び前記向きの前記指標は、前記カテーテルの前記遠位端部に関連付けられたセンサから受信される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記二次元心エコー図の表現を前記三次元モデル空間内に表示するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
マッピングポイントのセットが、前記三次元モデル空間内に三次元モデルを定義し、
前記二次元心エコー図を複数のマッピングポイントに関連付けるステップは、
前記二次元心エコー図の平面に一致する境界情報を前記モデルから抽出することと、
前記抽出された境界情報を前記二次元心エコー図の表現に重ねることと
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記二次元心エコー図を複数のマッピングポイントに関連付けるステップは、三次元心エコー図強度モデルを前記三次元モデル空間内に生成することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記三次元心エコー図強度モデルは複数のボクセルを含み、各ボクセルは、取得された１つ又は複数の二次元心エコー図の部分の強度に関連する強度を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記三次元心エコー図強度モデルは、連続して取得される二次元心エコー図に関して更新される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記更新は、ベイズ推論アルゴリズムに従って行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
解剖学的モデルの正確性を評価するシステムであって、
三次元モデル空間に存在する複数のマッピングポイントを内部に記憶したデータベースと、
可変強度を有する二次元心エコー図を取得するように構成された超音波エコー撮像システムと、
前記二次元心エコー図の位置及び向きを特定するように構成された位置感知システムと、
前記二次元心エコー図を前記複数のマッピングポイントに関連付けるように構成されるとともに、マッピングポイントの信頼値を特定するようにさらに構成されるプロセッサであって、前記信頼値は、前記二次元心エコー図でのポイントの強度に対応する、プロセッサと、
を備える、システム。
【請求項１７】
前記マッピングポイントのセットは解剖学的モデルを定義する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサは、信頼値を閾値と比較し、前記信頼値が前記閾値を超える場合、前記マッピングポイントのセットを変更するようにさらに構成される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサは、前記二次元心エコー図の表現及び１つ又は複数のマッピングポイントを含む補強エコー画像を表示するようにさらに構成され、前記表示される１つ又は複数のマッピングポイントのそれぞれは、各信頼値に対応する視覚的属性を有する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記二次元心エコー図を前記複数のマッピングポイントに関連付けることは、前記二次元心エコー図から三次元超音波モデルを生成することを含む、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１０年１２月２７日に出願された米国特許出願第１２／９７９，１７０号明細書に対する優先権及びその利益を主張し、これは本明細書に全て記載されたものとして本明細書によって参照により援用される。
【０００２】
本開示は、超音波を使用して解剖学的モデルを改良する装置及び方法を含むカテーテル装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
電子生理学的（ＥＰ）カテーテルが、増え続ける処置に関連して使用されている。そのようなカテーテルは、例えば、診断、治療、マッピング、及びアブレーション処置で使用されてきた。カテーテルは一般に、患者の血管を通して意図される部位、例えば、患者の心臓内の部位まで操作され、感知、マッピング、アブレーション、又は診断手順に使用される１つ又は複数の超音波トランスデューサ、位置センサ、又は電極を担持し得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
解剖学的モデルを改良する方法は、可変強度を有する二次元心エコー図を取得するステップと、二次元心エコー図を三次元モデル空間に存在する複数のマッピングポイントに関連付けるステップと、及びマッピングポイントの信頼値を特定するステップであって、信頼値は二次元心エコー図上のポイントでの強度に対応するステップとを含む。
【０００５】
二次元心エコー図は、カテーテルの遠位部分に関連付けられた超音波トランスデューサから取得してもよく、超音波トランスデューサの感知された位置及び向きを使用して、複数のマッピングポイントに関連付けてもよい。一実施形態では、トランスデューサの位置及び向きは、カテーテルの遠位端部に関連付けられたセンサから特定し得る。
【０００６】
一実施形態では、各マッピングポイントは、そのポイントの特定された信頼値に対応する視覚的属性を有するマーカーを使用して表示装置に表示し得る。視覚的属性は、ある範囲の信頼値に対応するスペクトルから選択される色、ある範囲の信頼値を表すシンボル、又は他の何らかの同様のインジケータであり得る。
【０００７】
一実施形態では、複数のマッピングポイントは、三次元モデルを三次元モデル空間内に定義し得る。システムは、モデルの部分ではないマッピングポイントの信頼値を閾値と比較し、ポイントの信頼値が閾値を超える場合、そのポイントをモデルに含めるように構成し得る。
【０００８】
一実施形態では、システムは、二次元心エコー図を使用して、三次元心エコー図強度モデルを三次元モデル空間内に生成し得る。三次元心エコー図強度モデルは複数のボクセルを含んでもよく、各ボクセルは、取得された１つ又は複数の二次元心エコー図の部分の強度に関連する強度値を有し得る。三次元心エコー図強度モデルは、連続して取得される二次元心エコー図情報を含むように更新し得る。一実施形態では、更新は、ベイズ推論アルゴリズムに従って行い得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】カテーテルを備える心臓組織の概略図である。
【図２】超音波を使用して解剖学的モデルを改良するシステムを示す概略機能図である。
【図３】図２に示されるようなプロセッサに関連付けられた特徴のさらなる機能表現である。
【図４】超音波を発するカテーテルの図である。
【図５ａ】フェーズドアレイカテーテルの表現を含む容積心臓モデルの概略図である。
【図５ｂ】フェーズドアレイ超音波画像を含むとともに、境界情報を含む補強エコー画像の概略図である。
【図６】カテーテルの長軸の周囲を掃引する超音波を概して示す、図４に示されるようなカテーテルの図である。
【図７】被験者の心臓組織の心腔のボクセルモデルの図である。
【図８】マッピングポイントクラウドの二次元サブセットである。
【図９】超音波画像に略重ねられた図８のマッピングポイントを示す。
【図１０ａ】モデル境界情報が概して含まれる図９の図である。
【図１０ｂ】超音波画像が除去された図１０ａの図である。
【図１１】ボクセルに基づく超音波モデルに鑑みて三次元空間内で調整されたスキニングモデルの全体図である。
【図１２ａ】解剖学的リズムの第１の位相に合わせられた超音波画像及びオーバーレイマッピングポイントクラウドの全体図である。
【図１２ｂ】解剖学的リズムの第２の位相に合わせられた超音波画像及びオーバーレイマッピングポイントクラウドの全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
同様の参照符号が様々な図の同様又は同一の構成要素の識別に使用される図面を参照すると、図１は全体として、心臓組織１２の部分内に位置決めされたカテーテル１０を示す。図１に全体として示されるように、カテーテル１０は、例えば、心臓組織１２の右心房１４内に位置決めし得る。一実施形態では、カテーテル１０は、超音波トランスデューサ１６等の１つ又は複数の超音波トランスデューサを含み得る心臓内エコー（ＩＣＥ）カテーテルであり得る。カテーテル１０は、１つ又は複数の位置検出器１８、２０、２２をさらに含み得、位置検出器は、カテーテル１０の遠位端部に向けて配置し得、カテーテル１０の部分の位置及び向きの両方を示す信号を提供するように構成し得る。
【００１１】
一実施形態では、位置検出器１８、２０、２２は、被験者の体内で伝達される電場に応答するように構成された電極（例えば、リング型、又はスポット型、又は部分的にマスキングされた電極）を含み得る。そのような電極を使用して、特定の位置でのインピーダンスを感知し、代表的な信号を外部コンピュータ又はプロセッサに送信し得る。インピーダンスに基づく位置検出システムの例は、ミネソタ州セント・ポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ）に所在のＳｔ．Ｊｕｄｅ  Ｍｅｄｉｃａｌ，Ｉｎｃ．により市販されているＥｎＳｉｔｅ  ＮａｖＸ（商標）であり、「Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｃａｔｈｅｔｅｒ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｌｏｃａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ  Ｉｎ  Ｔｈｅ  Ｈｅａｒｔ」という名称の米国特許第７，２６３，３９７号明細書に記載されており、この特許を参照により本明細書に援用する。
【００１２】
一実施形態では、位置電極１８、２０、２２は、カテーテル１０上又は内に配置された金属コイルを備えることができ、被験者の体を通して伝達される磁場に応答するように構成し得る。そのようなコイルは、例えば、特定の位置での場の強度を感知し、代表的な信号を外部コンピュータ又はプロセッサに送信し得る。磁気に基づく位置検出システムの例は、イスラエルのハリファ（Ｈａｉｆａ）に所在のＭｅｄｉＧｕｉｄｅ  Ｉｎｃ．事業部門を通してＳｔ．Ｊｕｄｅ  Ｍｅｄｉｃａｌ，Ｉｎｃ．により開発されたナビゲーション用のＭｅｄｉｃａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（ｇＭＰＳ）であり、「Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許第７，３８６，３３９号明細書に概して示され説明されており、この特許を参照により本明細書に援用する。
【００１３】
超音波トランスデューサ１６は、超音波信号を隣接する組織及び／又は流体を通して外側に向けて発するように構成し得、さらに、そのような組織又は流体から超音波エコーを受信し得る。一実施形態では、超音波トランスデューサ１６は、単方向フェーズドアレイ超音波トランスデューサを含み得る。そのようなトランスデューサは、超音波エネルギーをカテーテルの片側から、カテーテルの長軸に概して位置合わせされた二次元平面において発するように構成し得る。別の実施形態では、超音波トランスデューサ１６は、超音波エネルギーをカテーテルから半径方向外側に発するように構成された半径方向走査型超音波トランスデューサであり得、カテーテルの円周の周りを回転するようにさらに構成し得る（例えば、３６０度を通して）。
【００１４】
システムは、プロセッサ２４及び表示装置２６をさらに含み得る。プロセッサは、特に、カテーテルの遠位端部分に関連付けられた１つ又は複数の位置センサ（例えば、位置センサ１８、２０、２２）から位置信号及び／又は向き信号を受信するように構成し得、１つ又は複数の超音波トランスデューサ（例えば、超音波トランスデューサ１６）から超音波情報を受信し得、心臓組織の三次元容積モデルを含み、且つ／又は保持し得、様々な表示を表示装置２６に提供し得る。
【００１５】
図２は、解剖学的モデルを改良するシステムの概略図を全体的に示す。示されるように、システムは、超音波を発し、超音波情報４０を受信することが可能なＩＣＥカテーテル等のカテーテル１０を含み得る。超音波情報４０は、例えば、フェーズドアレイ超音波トランスデューサ又は半径方向走査型超音波トランスデューサを使用して送受信し得る。カテーテル１０の遠位部分は、外部信号を受信するように構成された１つ又は複数の位置センサ４２をさらに含み得、外部信号から位置及び向きを導出し得る。１つ又は複数の位置センサは、例えば、ＥｎＳｉｔｅ  ＮａｖＸ（商標）システムで用いられるもの等の、外部生成された電場を監視するように構成された電極を含んでもよく、又はＭｅｄｉｃａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（ｇＭＰＳ）で用いられるもの等の、外部生成された磁場を監視するように構成された磁気応答コイルを含んでもよい。
【００１６】
一実施形態では、カテーテル１０は、超音波情報４０を２Ｄエコー撮像システム４４に提供し得る。エコー撮像システム４４は、受信した超音波情報を超音波画像４６に変換し得、超音波画像４６はモニタ４８に表示し得る。
【００１７】
カテーテル１０は、１つ又は複数の位置センサ４２のそれぞれからの信号を位置感知システム５０にさらに提供し得る。信号から、位置感知システム５０は、カテーテル１０の遠位部分の位置及び向きを導出し得る。位置及び向きは、センサの数及びタイプ及び利用されるシステムのタイプに応じて、最高で自由度６を有することができる。一実施形態では、導出された３Ｄ位置及び向きはプロセッサ５２に提供し、マッピングポイントとして記録し得、又は超音波情報４６若しくはトランスデューサを三次元空間内に確立若しくは配置するために使用し得る。
【００１８】
プロセッサ５２は、マッピングポイントの集まりをマッピングポイントデータベース１００内に保持し得る。一実施形態では、マッピングポイントデータベース１００内の各マッピングポイント（Ｐ）は、三次元（例えば、デカルト空間）内に物理的に定義し得る。マッピングポイントは、例えば、式１に示されるような配列で表すことができ、式中、（ｘ，ｙ，ｚ）は三次元でのポイントの位置を表す。さらに、各マッピングポイントは、特定の位置においてカテーテル１０により取得される感知情報を表す１つ又は複数の追加のパラメータ（例えば、（Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｎ））を含み得る。
Ｐ＝［ｘ，ｙ，ｚ，Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｎ］                    式１
【００１９】
一実施形態では、各マッピングポイントは、位置感知システム５０により記録された、カテーテル１０の前の位置を表し得る。しかし、別の実施形態では、マッピングポイントを外部ソースからデータベースにインポートし得、且つ／又はシステムにより自動的に生成し得る。マッピングポイントのこの集まり（すなわち、「ポイントクラウド」）は、被験者の実際の心臓組織１２の三次元解剖学的モデル５４の基礎を提供し得る。
【００２０】
一実施形態では、三次元解剖学的モデル５４は、被験者の心臓組織を表す可能性が高いデータベース１００内のポイント１０２のセットを識別又はスキニングすることにより、ポイントクラウドから構築し得る。簡易化された例示的な実施形態では、膜は、ポイントクラウドの最外ポイントに概して重なるか又は最外ポイントを表す、複数のシェル型要素から構築し得る。そのようなモデルを作成する他の高度な技法が、「Ｃｈａｍｂｅｒ  Ｍａｐｐｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許第７，６７０，２９７号明細書、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃａｔｈｅｔｅｒ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｌｏｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｈｅａｒｔ」という名称の米国特許第７，２６３，３９７号明細書、及び「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  Ｆｉｅｌｄｓ」という名称の米国特許公開第２００８−０２２１６４３号明細書（出願第１１／７１５，９１９号明細書）に教示され、これらはすべて参照により本明細書に援用される。シェルモデルがマッピングポイントの集まり１００から構築されると、プロセッサ５２は、モデル５４の表現をモデルディスプレイ５６に表示し得る。
【００２１】
図２にさらに示されるように、プロセッサ５２は、超音波エコー画像４６の表現を受信し、その表現をマッピングポイントの集まりに関連付けるように構成された超音波モジュール１０４を含み得る。プロセッサ５２は、各マッピングポイントの「信頼性」又は「信用性」の相対的測定を特定し得る信頼性モジュール１０６を含むこともできる。一実施形態では、信頼性の測定は、超音波画像により提供される裏付け情報の量に基づいてもよく、記録されたマッピングポイントが組織境界上にあるか否かの確実性の測定を提供するために使用し得る。さらに、プロセッサ５２は操作モジュール１０８を含んでもよく、操作モジュール１０８は、信頼性の測定に基づいて、表示されたマッピングポイントの視覚的属性を変更してもよく、且つ／又は特定の最小信頼測定を有するマッピングポイントのみを含むように、シェル化モデルを自動的に操作してもよい。本説明の目的上、各機能「モジュール」は、その他のモジュールとは別個に示されているが、これは、特定のソフトウェア構成又は編成を反映又は必要とするように解釈されるべきではない。さらに、実施の際に様々なモジュール間に重複又は従属性があり得ることが意図される。各モジュールについてさらに詳細に後述する。
【００２２】
図３は、図２に概略的に示されるプロセッサ５２等のプロセッサの実施形態の様々なモジュールのさらに精緻化された線図である。示されるように、超音波モジュール１０４及び操作モジュール１０６のそれぞれは、１つ又は複数のサブモジュール又はサブ機能を含み得る。一実施形態では、超音波モジュール１０４は、二次元超音波情報４０を３Ｄモデル空間内に配置するように構成された超音波ロケータサブモジュール１２０を含み得る。
【００２３】
図４に概略的に示されるように、超音波ロケータモジュール１２０は、位置センサ（例えば、センサ１８、２０、２２）と及び超音波スプレッド１５０との間の物理的な関係に関する知識と共に、カテーテル（Ｖ１）の位置及び向き（位置決めシステム５０により提供される）を使用して、超音波１５０を三次元モデル空間に配置し得る。二次元超音波情報１５０がモデル空間内に配置された後、プロセッサ５２は、図５ａに全体的に示されるように、二次元超音波情報１５０を三次元解剖学的モデル５４及び関連付けられた任意のマッピングポイントと共に表示し得る。
【００２４】
再び図３を参照すると、超音波モジュール１０４は、超音波情報１５０の感知された位置及び向きを使用して、２Ｄ超音波平面の所与の許容差内にある三次元解剖学的モデル５４からの特徴を抽出する特徴抽出サブモジュール１２２をさらに含み得る。この概念は一般に、図５ａ及び図５ｂを概して参照して説明される。
【００２５】
抽出サブモジュール１２２は一般に、３Ｄモデル空間内に存在する２Ｄモデルスライス平面を定義することができ、超音波情報１５０を含む。このスライス平面は、特徴をモデルから抽出するための切断面として使用し得る。一実施形態では、モデルスライス平面と心臓モデル５４との交点は、境界線セットを生成し得、境界線セットは、平面内の心臓組織の壁を表す。図５ｂに概略的に示されるように、抽出されると、境界情報１５２を超音波情報１５４の独立した視覚化に重ねて、補強エコー画像１５６を作成し得る。同様に、モデルスライス平面の所与の許容差内に存在するマッピングポイントを抽出し得、必要に応じ、補強エコー画像１５４内に表示し得る。
【００２６】
図５ａ及び図５ｂに示される例示的な図では、補強エコー画像１５６は、図５ａに示される構造１６２に対応する第１の境界マーカー１６０を含み得る。同様に、第２の境界マーカー１６４は構造１６６に対応し得、第３の境界マーカー１６８は構造１７０に対応し得る。
【００２７】
超音波モジュール１０４は、超音波情報１５０の視覚化を分析し、複数のピクセルに分解し、各ピクセルに、感知された超音波反射率に対応する代表的な画像強度を割り当てる超音波ピクセル化サブモジュール１２４をさらに含み得る。図４は、超音波スプレッドが最初に複数の規則的な形状のピクセル（例えば、ピクセル１７２）に分割された例示的なピクセル細分を示す。実際には、ピクセル分解能はインチ当たり約３２０〜６４０であり得るが、密度はプロセッサ５２の速度及びメモリ制約に応じてより高密度であってもよく、又はより低密度であってもよい。画像が複数の画像ピクセルに細分されると、各ピクセルに、そのピクセルにわたる平均認識画像強度に対応する強度値が割り当て得る。一実施形態では、各ピクセルの強度値は数値であり得る。
【００２８】
最後に、超音波モジュール１０４は３Ｄモデル生成器１２６を含み得る。図６に示されるように、処置中、超音波スプレッド１５０が複数の異なる位置及び向きをとるように、カテーテル１０を操作し得る。例えば、カテーテルを単純に回転させることで、超音波スプレッド１５０に姿勢１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄをとらせることができる。同様に、カテーテルは、長軸から離れるように並進移動又は偏向して、超音波をさらに操作し得る。
【００２９】
各姿勢で、視覚化内のピクセルは、空間的に三次元空間で位置特定し得る。これらの位置を知ることにより、モデル生成器１２６は、関連付けられたピクセル強度を三次元容積内の対応する位置にマッピングし得る。３Ｄ空間内の各強度は、対応する強度を有する立方体要素等の容積ピクセル（ボクセル）として表し得る。次に、このマッピングにより、様々なスライスデータから組み立てられた三次元強度マップを生成し得る。連続した超音波姿勢が記録され、３Ｄ空間に関連付けられるため、モデルは、例えば、ベイズ推論アルゴリズムを使用することにより連続して更新し得る。適切な強度閾値を設定又は提供することにより、モデル生成器１２６は、閾値未満の超音波反射率強度を示す容積の部分を事実上「隠す」ことができる。図７に示されるように、容積の結果として隠されない部分は、心臓構造（又は比較的高い超音波反射率を示す他の物体（例えば、異物））を表すボクセルモデル１８２として見ることができる。
【００３０】
再び図３を参照すると、プロセッサ５２は、信頼性モジュール１０６を含み得、信頼性モジュール１０６は、マッピングポイントデータベース１００内の各マッピングポイントの「信頼性」又は「信用性」の相対測定を特定し得る。一実施形態では、信頼性又は信用性の測定は、実際の組織境界に直に隣接すると確認されたマッピングポイントほど高く、心腔の内部にあるマッピングポイントほど低くなり得る。
【００３１】
図８は、マッピングポイントクラウド２００の例示的なポイントを示す。一般的に上述したように、「ｘ」で表される各マッピングポイントは、三次元位置としてマッピングポイントデータベース１００で位置合わせされる。示されるマッピングポイント２００は、二次元平面にあってもその近傍にあってもよい、データベースから抽出されたポイントサブセットを表す。さらなる証拠がなくても、表示された各マッピングポイントは、他のすべての表示マッピングポイントと略同様であり得る。一実施形態では、信頼性モジュール１０６は、他の利用可能な情報又は証拠に鑑みて各マッピングポイントを調べて、どのポイントが組織境界を表す可能性が高いかを判断するに当たってシステムを支援し得る。信頼性測定の提供に使用し得る証拠の例は、心臓内エコーカテーテルから得られる超音波情報であり得る。
【００３２】
図９に示されるように、図８に示されるようなマッピングポイントの平面の集まりを、ポイント２００において同じ空間平面から補足された超音波画像２０２に重ね得る。信頼性評価前に、既知の方法又は本明細書に記載の方法を使用して、超音波画像２０２をピクセル化する。一実施形態では、信頼性モジュール１０６は、ピクセル化された超音波画像を分析して、画像にわたる強度勾配を特定し得る。この分析は、例えば、隣接するピクセル又はピクセルグループ間の強度値の差を計算する等による数値方法を含み得る。所与の閾値を超える（又は下回る）勾配の存在は、低超音波反射率を有する流体又は組織と、高反射率を有する流体又は組織との遷移を示し得る。そのような遷移は、血液（すなわち、低反射率）と心臓組織（すなわち、高反射率）との境界を検出し得る。例えば、図９に示される例示的な超音波画像２０２内で、心臓壁の部分を表し得る高超音波反射率２０４の１つ又は複数のエリアがあり得る。これらの高強度エリアに隣接して、心臓組織２０４内又はその近傍の腔を表し得る強度のより低いエリア（例えば、エリア２０６、２０８）があり得る。例えば、領域２０６は心腔内のエリアを表し得、エリア２０８は心腔外のエリアを表し得る。強度勾配は、エリア２０４とエリア２０６、２０８との間の遷移（すなわち、境界２１０、２１２のそれぞれ）で最高である可能性が高い。
【００３３】
組織境界が識別されると、境界の近傍性に基づいて信頼性測定を各マッピングポイントに割り当て得る。一実施形態では、信頼値はポイントの境界への絶対近接度に基づき得る。例えば、認識された組織境界に近いマッピングポイントほど、境界に遠いポイントよりも高い信頼値を割り当て得る。図９は、二次元構築内の超音波へのマッピングポイントのオーバーレイを示すが、マッピングポイントオーバーレイ及び／又は信頼値の割り当てを同様に、図７に全体的に示される超音波モデルのように三次元で実行してもよい。
【００３４】
信頼性モジュール１０６はさらに、超音波強度の大きさを調べることにより、超音波画像での異常又は異常値を識別可能であり得る。一実施形態では、異常値が検出される場合、信頼性モジュール１０６は、近傍マッピングポイントの対応する信頼性を低くし得る。例えば、強度マップ内の高強度プラトーは、反響する金属物体の存在を示し得る。同様に、強度マップ内の低強度プラトーは、音を深く伝達しない高エコー輝度物体を示し得る。いずれの状況でも、システムは、物体により超音波の暗がりにあり得るポイント等のプラトーの直近にあるいかなるポイントの信頼度も低減し得る。
【００３５】
最後に、再び図３を参照すると、操作モジュール１０８は、関連付けられた信頼度に基づいて、重ねられたマッピングポイントの１つ又は複数の視覚的属性を変更し得る視覚的属性変更モジュール１２８を含み得る。さらに、操作モジュール１０８は、様々な信頼性測定に基づいてスキニングモデルを直接操作し得るモデル操作モジュール１３０を含み得る。
【００３６】
図９に示されるように、プロセッサ５２は、マッピングポイントの信頼値に基づいて１つ又は複数のマッピングポイント２００の外観を変更し得る。一実施形態では、プロセッサは、シンボルを使用して各マッピングポイントを表し得、シンボルは、例えば、ある範囲の信頼値を表すように選ばれる。例示的な実施形態では、システムは、特定の閾値（すなわち、上限範囲）を超える信頼値を有するマッピングポイントを「ｏ」（例えば、マッピングポイント２３０）として表示し得る。同様に、閾値未満の信頼値を有するマッピングポイントは、「ｘ」（例えば、マッピングポイント２３２）として表示し得る。別の実施形態では、プロセッサ５２は、ある範囲の信頼値に対応するスペクトルから選択し得る色を使用して、各マッピングポイントを表示し得る。理解し得るように、他の様々な表示又は識別子を使用して、マッピングポイントに割り当てられた信頼値の指標を提供し得る。
【００３７】
操作モジュール１０８は、十分に高い信頼値が割り当てられたマッピングポイントを含むように、スキニングモデルを操作することも可能であり得る。同様に所与のモデルセット１０２が特定の信頼性閾値を満たさないマッピングポイントを含む場合、システムはそれらのポイントをモデルから除外し得る。例示的な実施形態では、図１０ａ及び図１０ｂに示されるように、既存のモデル３００は、ポイントクラウドの最外ポイントをスキニングすることにより構築することができる（超音波画像２０２の最外マッピングポイントが示されないことに留意する）。図１０ａの補強超音波画像は、心臓組織の部分を二分するモデル３００が不正確であることを示す。信頼評価に続き、より内部のマッピングポイント３０４及び３０６を特に組み込んだ補正モデル３０２を生成し得る。図１０ｂは、超音波画像２００の視覚的恩恵なしのモデル３００及び補正モデル３０２を示す。
【００３８】
一実施形態では、モデル操作モジュール１３０は、マッピングポイント信頼性評価に基づいて、３Ｄモデルセット１０２（及び対応するスキニングモデル）を自動的に調整するように構成し得る。別の実施形態では、システムは、補強超音波画像の視覚化をユーザに提示し（図９又は図１０ａと同様に）、ユーザが自分の裁量でモデル３００を手動で調整することができる。一実施形態では、変更が１つの二次元平面においてモデルセット１０２に対して行われた場合、操作モジュール１３０は、モデル表面の三次元連続性を保証するために必要な隣接平面でのあらゆる調整を行うように構成し得る。
【００３９】
図１０ａ及び図１０ｂは、二次元コンテキストでのモデル補正を示すが、図１１に概略的に示されるように、補正は三次元で行ってもよい。一実施形態では、信頼性評価前に、三次元マッピングポイント（例えば、ＮａｖＸ）モデル３１０を大局的にスケーリングし、回転させ、且つ／又は並進移動させて、三次元超音波モデル３２０（図７に示されるタイプの）と最良に位置合わせし得る。最良の合致が得られると、調整されたモデルセットは、内部マッピングポイントと共に評価して、各ポイントの信頼度を特定し得る。
【００４０】
一実施形態では、マッピングポイントは、直接記録してもよく、且つ／又は例えば、患者の心臓リズム若しくは患者の呼吸等の１つ若しくは複数の外部要因を説明するように調整してもよい。心臓周期及び呼吸周期等の定期的に発生するイベントでは、マッピングポイントクラウドは、これらの要因の関数であることも、これらの要因を説明するように相関することもある。例えば、タイミング信号をフィルタリングし、且つ／又は対応する信号／タイミングで撮影された画像と照合することができる。一実施形態では、各マッピングポイントは、ポイントが記録された状況を示す追加のパラメータを含み得る。次に、同様の状況下で記録されたポイントを一緒にグループ化することにより、複数のマッピングポイントクラウドを組み立て得る。リアルタイム処置中に同じ又は関連する要因を監視することにより、システムは、現在の状況に最もよく類似したポイントクラウドを選び得る（例えば、ルックアップテーブルを使用して）。例えば、図１２ａ及び図１２ｂは、洞リズム内の異なるポイントで記録された２つのマッピングポイントクラウド４００、４０２を表す。２つの図に示されるように、超音波画像は、心臓組織４０４が第１の位置Ｒ１から第２のより狭い位置Ｒ２に移動したことを示す。被験者の現在の心電図を監視することにより、システムは、心臓の現在の状況をより正確に反映するようにポイントクラウドを選び、且つ／又は変更し得、マッピングポイントが誤って重ねられることの回避に役立ち得る。一実施形態では、補償アルゴリズムを使用して、様々なポイントクラウド間を補間し得る。
【００４１】
ポイントクラウドが外部要因の関数である実施形態では、必要に応じて、図１２ａ及び図１２ｂに示されるような別個の各マッピングポイントサブセットに対して信頼性評価及びモデル調整を実行し得る。一実施形態では、モデルが心臓フェーズでの一点で操作される場合、システムは、リズム内の前及び／又は後の時間に変更をモデルセットに外挿し得る。
【００４２】
本発明の幾つかの実施形態をある程度の特殊性と共に上記において説明してきたが、当業者は、本発明の範囲を逸脱すること無く、開示される実施形態に多くの変更を加えることができるであろう。全ての方向に関する指示（例えば、プラス、マイナス、上部、下部、上向き、下向き、左、右、左向き、右向き、最上部、底部、より上方に、より下方に、垂直の、水平の、時計回り、反時計回り）は、読者の本発明についての理解を助けるべく、識別する目的で使用されているに過ぎず、特に本発明の位置、方向又は使用に関して制限を与えるものではない。結合に関する指示（例えば、取り付けられる、連結される、接続されるなど）は、広義に解釈されるべきであり、要素の接続部と、要素の間の相対的な動きと、の間の中間メンバーを含んでいる場合がある。その様に、結合に関する指示は、２つの要素が直接的に接続されている及び互いに固定した関係にあることを必ずしも推定しているものではない。上記の説明に含まれる又は添付図面に示される全ての内容は、制限的なものとしてではなく、単に例示的なものとして解釈されるべきである。添付の特許請求の範囲で定義されている本発明から逸脱すること無く、細部又は構造に変更を加えることができる。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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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１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年6月4日(2013.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解剖学的モデルを改良する方法であって、
可変強度を有する二次元心エコー図を取得するステップと、
前記二次元心エコー図を複数のマッピングポイントに関連付けるステップであって、前記マッピングポイントは三次元モデル空間に存在するステップと、
マッピングポイントの信頼値を特定するステップであって、前記信頼値は、前記二次元心エコー図上のポイントでの強度に対応するステップと、
前記特定された信頼値に対応する１つ又は複数の視覚的属性を表示するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記特定された信頼値に対応する１つ又は複数の視覚的属性を表示するステップは、マッピングポイントを、そのポイントの前記特定された信頼値に対応する視覚的属性を用いて表示するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記視覚的属性は、ある範囲の信頼値に対応するスペクトルから選択される色である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記視覚的属性は、ある範囲の信頼値を表すシンボルである、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のマッピングポイントのセットは、前記三次元モデル空間内に三次元モデルを定義する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記モデルセットに属さないマッピングポイントの前記信頼値を閾値と比較するステップと、
前記ポイントの前記信頼値が前記閾値を超える場合、前記マッピングポイントを前記モデルセットに追加するステップと、
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記二次元心エコー図は、カテーテルの遠位部分に関連付けられた超音波トランスデューサから取得される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記二次元心エコー図を複数のマッピングポイントに関連付けるステップは、
前記超音波トランスデューサの位置及び向きの指標を受信することと、
前記超音波トランスデューサの前記位置及び前記向きを使用して、前記二次元心エコー図を前記三次元モデル空間内に配置することと
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記超音波トランスデューサの前記位置及び前記向きの前記指標は、前記カテーテルの前記遠位端部に関連付けられたセンサから受信される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記二次元心エコー図の表現を前記三次元モデル空間内に表示するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
マッピングポイントのセットが、前記三次元モデル空間内に三次元モデルを定義し、
前記二次元心エコー図を複数のマッピングポイントに関連付けるステップは、
前記二次元心エコー図の平面に一致する境界情報を前記モデルから抽出することと、
前記抽出された境界情報を前記二次元心エコー図の表現に重ねることと
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記二次元心エコー図を複数のマッピングポイントに関連付けるステップは、三次元心エコー図強度モデルを前記三次元モデル空間内に生成することをさらに含む、請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記三次元心エコー図強度モデルは複数のボクセルを含み、各ボクセルは、取得された１つ又は複数の二次元心エコー図の部分の強度に関連する強度を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記三次元心エコー図強度モデルは、連続して取得される二次元心エコー図に関して更新される、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記更新は、ベイズ推論アルゴリズムに従って行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
解剖学的モデルの正確性を評価するシステムであって、
三次元モデル空間に存在する複数のマッピングポイントを内部に記憶したデータベースと、
可変強度を有する二次元心エコー図を取得するように構成された超音波エコー撮像システムと、
前記二次元心エコー図の位置及び向きを特定するように構成された位置感知システムと、
前記二次元心エコー図を前記複数のマッピングポイントに関連付けるように構成されるとともに、マッピングポイントの信頼値を特定すると共に信頼値に対応する１つ又は複数の視覚的属性を表示するために出力するようにさらに構成されるプロセッサであって、前記信頼値は、前記二次元心エコー図でのポイントの強度に対応する、プロセッサと、
を備える、システム。
【請求項１７】
前記マッピングポイントのセットは解剖学的モデルを定義する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサは、信頼値を閾値と比較し、前記信頼値が前記閾値を超える場合、前記マッピングポイントのセットを変更するようにさらに構成される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサは、前記二次元心エコー図の表現及び１つ又は複数のマッピングポイントを含む補強エコー画像を表示するようにさらに構成され、前記表示される１つ又は複数のマッピングポイントのそれぞれは、各信頼値に対応する視覚的属性を有する、請求項１６から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記二次元心エコー図を前記複数のマッピングポイントに関連付けることは、前記二次元心エコー図から三次元超音波モデルを生成することを含む、請求項１６から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【国際調査報告】
2013544176.tif 000018