(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
解剖学的領域の三次元のモデルを二次元の投影画像に位置合わせするための基礎を提供するための装置において、
解剖学的領域の三次元のモデルを周期信号の位相で得るための３Ｄ撮像システム、
前記３Ｄ撮像システムにより再構成される前記解剖学的領域と重なる領域の二次元の投影画像を得るための２Ｄ撮像システム、
前記得られた二次元の投影画像から、前記位相に最も近い投影画像のサブセットを選択するための事前選択器、及び
最大のコントラストを持つ投影画像を選択することにより、前記事前に選択した投影画像のサブセットから、前記位置合わせのための基準画像を選択するための選択器
を有する装置。
【請求項２】
前記周期信号を検出するための信号監視システム、及び
前記三次元のモデルの夫々の位相に、前記周期信号の時間上の位置を割り当てるための時間割り当て装置
をさらに有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記周期信号を検出するための信号監視システムをさらに有する請求項１に記載の装置において、前記２Ｄ撮像システムは、前記三次元のモデルの位相を含むある時間期間内に前記二次元の投影画像を得るための前記周期信号に基づいて予めゲート制御される装置。
【請求項４】
前記選択器は、最も暗い投影画像を選択することにより、最大のコントラストを持つ投影画像を選択するためのダークネス評価装置である、請求項１、２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記選択器は、得られた二次元の投影画像の最初の投影画像から最後の投影画像までの時間期間に対し、中間に最も近い前記投影画像を選択することにより、最大のコントラストを持つ投影画像を選択するための中間探知機である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
解剖学的領域の三次元のモデルを二次元の投影画像に位置合わせするための基礎を提供する方法において、
解剖学的領域の三次元のモデルを周期信号の位相で得るステップ、
前記三次元のモデルとして再構成される解剖学的領域と重なる領域の二次元の投影画像を得るステップ、
前記得られた二次元の投影画像から、前記位相に最も近い投影画像のサブセットを事前に選択するステップ、及び
最大のコントラストを持つ前記投影画像を選択することにより、前記事前に選択した投影画像のサブセットから、前記位置合わせのための基準画像を選択するステップ
を有する方法。
【請求項７】
前記周期信号を検出するステップ、及び
前記三次元のモデルの夫々の位相に、前記周期信号の時間上の位置を割り当てるステップ
をさらに有する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記周期信号を検出するステップ、及び
前記三次元のモデルの位相を含むある時間期間内に前記二次元の投影画像を得るための前記周期信号に基づいて、前記２Ｄ撮像システムを予めゲート制御するステップ
をさらに有する請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記選択するステップにおいて、最も暗い投影画像が選択される、請求項６乃至８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記選択するステップにおいて、前記得られた二次元の投影画像の最初の投影画像から最後の投影画像までの時間期間に対し、中間に最も近い投影画像が選択される請求項６乃至９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記最も近いフレームは、個々の時間上の位置をフレームレートで乗算し、最も近い整数に丸めることにより得られる、請求項６乃至１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
請求項６乃至１１の何れか一項に記載の方法を実行するための装置。
【請求項１３】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置を有するＸ線システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、解剖学的領域の三次元のモデルを二次元の投影画像に位置合わせするための基礎を提供するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医用画像の位置合わせにおいて、例えばあるモダリティの画像は、他の時点で撮られた他のモダリティの画像の座標系に変換されなければならない。異なるモダリティから得られる画像を比較する又は取り込むことを可能にするために、位置合わせは必須である。
【０００３】
例えば磁気共鳴（ＭＲ）又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）によって得られる、解剖学的領域を表している三次元のマルチモダリティのデータセットが（例えば３Ｄのロードマッピングのために）生の二次元のＸ線投影画像と混合(blending)しようとするとき、Ｘ線システム（例えばＣ型アームのＸ線システム）の位置合わせのフレームと前記三次元のマルチモダリティのデータセットの位置合わせのフレームとの間のマッピング（変換モデル）が分かっていることが必要である。
【０００４】
このマッピングを得る処理は、"位置合わせ"と呼ばれている。三次元のデータセットを二次元のＸ線投影画像への直接の位置合わせは、位置合わせアルゴリズムを用いて手動又は自動のどちらか一方で行われることができる。
【０００５】
現在の位置合わせシステムを用いて達成される結果に関し、この位置合わせ処理で達成される結果を改善する望みが依然としてある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、この位置合わせ処理を用いて得られる結果を改善することである。
【０００７】
本目的は、独立請求項による装置及び方法を用いて解決される。
【０００８】
有利な他の改善は、従属請求項の主題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施例によれば、解剖学的領域の三次元のモデルを二次元の投影画像に位置合わせするための基礎を提供するための装置が設けられ、この装置は、解剖学的領域の三次元のモデルを周期信号の位相（フェーズ）で得るための３Ｄ撮像システム、この３Ｄ撮像システムにより再構成される解剖学的領域と重なる領域の二次元の投影画像を得るための２Ｄ撮像システム、得られた二次元の投影画像から、前記位相に最も近い投影画像のサブセットを選択するための事前選択器、及び最大のコントラストを持つ投影画像を選択することにより、事前に選択した投影画像のサブセットから、位置合わせのための基準画像を選択するための選択器、を有する。上述した"周期信号"という言葉に関し、これは好ましくは心周期であると述べておく。しかしながら、これは呼吸周期とすることもできる。これに関連して、この周期信号の"位相"は、周期信号の１サイクル又は１周期内の特定の時点を指す、及び好ましくは心拍位相であるが、呼吸位相とすることもできる。本実施例は、前記基準画像は位置合わせ手続きの改善した結果に導く、位置合わせに最適な二次元の投影画像である利点を有する。これは、冠動脈疾患（ＣＡＤ）及び特に慢性完全閉塞（ＣＴＯ）に対する最小限のインターベンション治療を容易にする。冠状動脈は、前記位置合わせを（自動的に又は手動で）行うことができる最もふさわしい解剖学的構造であると共に、これら冠状動脈は心臓の動きにより変形するので、血管樹を最も効果的に視覚化するために、三次元のモデルの心拍位相と最大の造影剤とを密接にマッチングさせるＸ線シーケンスから、位置合わせのための画像を選択することが、この位置合わせ手続きにとって有益である。それの恩恵として、心臓のインターベンション術中、造影剤の使用及び放射線量を減らすことができる。
【００１０】
他の実施例によれば、前記装置はさらに、周期信号を検出するための信号監視システム、及び三次元のモデルの夫々の位相に、前記周期信号の時間上の位置(time position)を割り当てるための時間割り当て器を有する。これは、三次元のモデル及び二次元の投影画像がこれら二次元の投影画像のシーケンスと共に記録される心周期を用いて、互いに割り当てられる利点を提供する。
【００１１】
他の実施例によれば、前記装置はさらに、周期信号を検出するための信号監視システムを有し、ここで２Ｄ撮像システムは、三次元のモデルの位相を含むある時間期間内に二次元の投影画像を得るための周期信号に基づいて予めゲート制御される。このように、２Ｄ撮像システムのＸ線は、三次元のデータセットが得られた位相（好ましくは心拍位相）でのみオンになる。これは、患者へのＸ線の放射線量が節約される利点を持つ。"三次元のモデルの位相を含むある時間期間"は好ましくは、この三次元のモデルの位相を中心として持ち、及び（１信号周期が１００％であると仮定すると）一定の割合のこの中心からの偏差を示す時間期間である。この偏差は好ましくは１０％であり、より好ましくは５％であり、さらに好ましくは２％であり、最も好ましくは１％である。
【００１２】
他の実施例によれば、前記選択器は、最も暗い投影画像を選択することにより、最大のコントラストを持つ投影画像を選択するためのダークネス(darkness)評価装置である。これは、最も多くの造影剤が存在している画像を見つける信頼できる方法を提供する。
【００１３】
代わって、前記選択器は、得られた二次元投影画像の最初の投影画像から最後の投影画像までの時間期間に対し、中間に最も近い投影画像を選択することにより、最大のコントラスト持つ投影画像を選択するための中間探知機(middle locator)である。これは、最大のコントラストを持つ画像が最低限のハードウェア性能の使用で選択されることができる利点を提供する。
【００１４】
さらに、本発明は、上述した利点を供給する方法の異なる実施例を夫々提供する。その上、本発明は、上述した利点にこのような方法を行うために配される装置、及び上述した実施例の１つに従う装置を有するＸ線システムも提供する。
【００１５】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施例から明らかであり、これら実施例を参照して説明される。
【００１６】
一方では三次元のモデルの心拍位相に対応し、他方では最も多くの造影剤が存在しているときに得られる基準画像として、最適な二次元の画像を見つけることにより、三次元のモデルと二次元の投影画像との位置合わせを確立する又は改善することが本発明の要旨として見られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】心電図信号を概略的に示す。
【図２】本発明の第１、第２及び第３の実施例に従う装置を示す。
【図３】図２の装置の機能を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図２を参照すると、本発明の第１の実施例による装置が開示されている。この装置は、三次元のモデルの解剖学的領域を静的なデータセットの形式で再構成するための３Ｄ撮像システムを有する。この３Ｄ撮像システム１０は、磁気共鳴（ＭＲ）、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）又は超音波システムでもよい。しかしながら、本実施例ではＣＴが好ましいモダリティである。再構成された解剖学的領域は、本実施例では心臓であるが、本発明は心臓に限定されない。さらに、Ｘ線投影画像を得るための２Ｄ撮像システム１１が設けられている。この２Ｄ撮像システム１１は好ましくは、Ｘ線投影画像を達成するためのシステムである。その上、参照番号１２は、心臓の周期を監視するための信号監視システム１２を表す。それに代わって、監視システム１２が患者の呼吸周期を監視するシステムとすることもできる。２Ｄ撮像システム１１及び心臓監視システム１２は共に、２Ｄ撮像システム１１及び心臓監視システム１２の互いに関連した結果の相関を取ることを可能にするインタフェース１３を介して相互接続されている（後述する第３の実施例に従って、このインタフェース１３が制御機能も持っている）。これにより達成される結果は、インタフェース１３から時間割り当て器１４に転送され、この時間割り当て器１４の入力ポートはインタフェースの出力と接続している。この時間割り当て器１４のもう１つの入力ポートは、３Ｄ撮像システム１０と接続している。時間割り当て器１４は、３Ｄ撮像システム１０により得られる三次元のモデルの心周期を用いて、２Ｄ撮像システム１１により得られるＸ線投影画像を割り当てる。時間割り当て器１４に続いて、２Ｄ撮像システム１１により得られる複数の投影画像から、特定の心周期に最も近い投影画像のサブセットを選択するための事前選択器１５が設けられる。この事前選択器１５の出力ポートは、最大のコントラストを持つ投影画像を選択することにより、この事前選択器１５により転送される複数の事前に選択した投影画像から基準画像を選択するための選択器１６の入力ポートと接続されている。この実施例において、選択器１６は、最も暗い投影画像を最大のコントラストを持つ画像として選択するためのダークネス評価装置である。この選択器１６に続いて、３Ｄ撮像システム１０から得られる三次元のデータセットを選択器１６により選択された基準画像に位置合わせする位置合わせユニット１７が設けられる。
【００１９】
図３は、図２の装置の機能を説明するフローチャートである。ステップＳ１００において、心臓の三次元の心臓モデルが３Ｄ撮像システム１０により得られる。このモデルは、（心周期内の特定の時点である）一定の心拍位相で再構成される。本発明はこの心拍位相を用いることに制限されるのではなく、呼吸周期とすることもできる周期信号にのみ制限されることに注意すべきである。心臓の冠状血管の最良な再構成は、心臓に僅かな動きがあるときに得られるので、拡張期が頻繁に使用される。通例、この拡張期は、図１において２つのＲピーク間の間隔として示されるＲピーク間隔の７５％に見つけられる。特定の心拍周期で得られる三次元のモデル（ＣＴデータセット）は好ましくは、ＤＩＣＯＭ(Digital Imaging and Communications in Medicine)情報に符号化される。ステップＳ１０１において、二次元のＸ線投影画像のシーケンスが前記２Ｄ撮像システムにより得られる。良好な画像結果を得るために、患者に造影剤が注入される。さらにステップＳ１０１では、これと並行して、インタフェース１３によってＸ線画像シーケンスに割り当てられる運動記録図(kymogram)が心臓監視システム１２により記録される。運動記録図は、心拍位相を示す、時間の関数として表される信号である。図１を参照してみると、運動記録図が説明されている。この運動記録図は、Ｘ線画像シーケンスと共に記録される心電図（ＥＣＧ）信号とすることもできる。それに代わって、心臓監視システム１２が、画像から直接心周期を得るために、２Ｄ撮像システム１１により得られる画像の結果を分析するように構成されることも可能である。この代替例において、心臓監視システム１２は、その時間にわたるＸ線画像の内容の分析から運動記録図を直接抽出し、ここで心臓の動きが分析される。この代替例において、インタフェース１３は、２Ｄ撮像システム１１の結果を、運動記録図を得るためにこれら画像を分析する心臓監視システム１２に転送する。そのとき、このインタフェース１３は、運動心電図と画像シーケンスとを合成し、これらを時間割り当て器に出力する。図１に見られるように、Ｒピークは運動記録図から決められることができる。これらＲピークは、動脈拍動に対応し、それ故に心周期の開始に対し良好な指標である。この心周期は普通、２つの連続するＲピーク間の間隔の分数又はパーセンテージとして表される。
【００２０】
ステップＳ１００おけるＣＴベースの心臓の三次元のモデル及びステップＳ１０１における対応する運動記録図を備えるＸ線投影画像のシーケンスを得た場合、Ｘ線画像シーケンスは、以下に説明されるように、心臓のＣＴモデルに位置合わせされる。
【００２１】
上述したように、特定の心拍位相に対する三次元のモデルが再構成される。ここで、ステップＳ１０２において、この特定の心拍位相に対応する時間上の位置は、時間割り当て器１４により、運動記録図から集められ、ここでＲピークの位置によって、各々の心周期の始まりが分かる。これが時間上の位置の組を送る。
【００２２】
ステップＳ１０３において、Ｘ線投影画像のシーケンスから、ステップＳ１０２で得られた時間上の位置に最も近いフレーム（画像）が事前に選択される。最初のフレームが時間０に対応すると仮定して、最も近いフレームの数は、個々の時間上の位置をフレームレートで乗算し、最も近い整数に丸めることにより得られる。これにより得られる事前に選択したフレームは、三次元のモデルも表す正しい心拍位相にある全てである多数のフレームである。
【００２３】
それ以降、ステップＳ１０４において、最も多くの造影剤が存在しているフレームを選択することが目的である。この第１の実施例によれば、最も多くの造影剤が存在しているフレームを選択するために、選択器１６は多数の事前に選択したフレームから最も暗いフレームを選択する。最も暗いフレームが最も多くの造影剤を持つフレームでもあるという相関性は、造影剤がＸ線放射線を吸収し、それ故に、最も多くの造影剤を持つ画像は最も低い輝度値を持っているという仮定に基づいている。
【００２４】
後続するステップＳ１０５において、３Ｄ撮像システム１０から得られる三次元のデータセットは、選択器１６により選択された投影画像と位置合わせされる。この目的のために、ステップＳ１０４で選択されたフレームは、位置合わせ手続き、すなわち選択した投影画像を三次元のデータセットからの画像と混合すること、における基準画像として役立つ。この行われる位置合わせは、手動、半自動又は全自動とすることができる。
【００２５】
以下において、第２の実施例が開示される。繰り返しを避けるために、第１の実施例と異なる態様だけが開示される。
【００２６】
この第２の実施例は、最も多くの造影剤を持つフレームがどのように選択されるかの方法だけが第１の実施例と異なる。それ故に、第２の実施例において、選択器１６は、Ｘ線画像のシーケンスの最初に造影剤が注入され、血管内を流れ、及びこのシーケンスの最後に造影剤は心臓から押し流されるという仮定に基づいて、ステップＳ１０４において、このＸ線画像のシーケンスの中間に最も近いフレームを選択する中間探知機である。
【００２７】
以下において、第３の実施例が開示される。繰り返しを避けるために、第１及び第２の実施例と異なる態様だけが開示される。
【００２８】
この実施例において、インタフェース１３は、心臓監視システム１２を用いて得られる運動記録図から２Ｄ撮像システム１１に依存して制御する機能を持つ。それ故に、この実施例は、ステップＳ１０１においてＸ線投影画像は心臓が再構成される心拍位相で単に記録されるという点で第１及び第２の実施例とは異なる。この目的のために、Ｘ線シーケンスは、インタフェース１３を介して運動記録図により予めゲート制御される、すなわちこれらＸ線は、ＣＴデータセットが得られた心拍位相でのみオンとなる。これは患者へのＸ線放射線量が節減される利点を持つ。
【００２９】
以下において、実際の応用例が開示される。三次元の冠状動脈のデータセットの位置合わせは、このデータセットから分化した三次元の冠状動脈の脈管構造上に、リアルタイムのＸ線画像ストリームを重ねることを可能にする。これは、例えばカテーテルのような血管内装置の誘導に非常に有用である。特に冠状動脈の慢性完全閉塞（ＣＴＯ）にとって、この手続きは、二次元のＸ線画像において実際に見ることができる動脈の閉塞部が依然として三次元のデータセットに示されることができるので、かなりの臨床的有益性を持つ。
【００３０】
心臓インターベンションの近い将来において、診断はますますＣＴ上で行われると予測される。上述したように、ＣＴのデータセットを心臓血管のＸ線画像と混合させることは、心臓のインターベンション術中、造影剤の使用及び放射線量を減少させるのに役立ち、及びＣＴのデータセットと心臓血管のＸ線画像とをよく比較することを可能にすることにより、診断及びインターベンション治療を助けることがある。さらに、血管インターベンション診断の他の分野に対し、ＣＴのデータセットは頻繁に利用可能であり、血管インターベンションを改善させるのに使用されることができる。
【００３１】
本発明は、図面及び上記説明において詳細に説明及び開示されていたとしても、このような説明及び開示は、説明的又は例示的であると考えるべきであり、限定的であるとは考えない、並びに本発明をこれら開示される実施例に限定することも意図されない。「有する」という言葉は、他の要素又はステップを排除するものではなく、複数あることを述べないことが、それらが複数あることを排除するものではない。単一の処理器又は他のユニットは、請求項に挙げられる幾つかの項目の機能を果たしてもよい。ある方法が相互に異なる独立請求項に挙げられるという単なる事実は、これら方法の組み合わせが有利に使用されることができないことを示しているのではない。請求項にある如何なる参照符号も本発明の範囲を制限すると解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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