(57)【要約】  ｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するための方法、システム、及びプログラム製品が提供される。リアルタイム超音波画像がｘ線画像空間へレジストレーションされる。関心点が規定される。選択点の運動がリアルタイム超音波画像から決定される。決定された運動はｘ線画像上の選択点に適用される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するための方法であって、
リアルタイム超音波画像をｘ線画像空間へレジストレーションするステップと、
関心点を規定するステップと、
前記リアルタイム超音波画像から選択点の運動を決定するステップと、
前記決定された運動を前記ｘ線画像上の前記選択点に適用するステップとを有する方法。
【請求項２】
複数の関心点が選択され、各選択点に対して運動が決定され、各点に対して決定された運動が前記ｘ線画像上のそれぞれの選択点に適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記関心点が前記ｘ線画像上で選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記関心点がｘ線画像から生成される３Ｄモデル上で選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記関心点が前記超音波画像上で選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記超音波画像を前記ｘ線画像へレジストレーションするステップがｘ線空間における超音波プローブの電磁追跡を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
インターベンション手術中、連続ｘ線画像を取得するステップと、
超音波追跡からの組織運動オーバーレイを用いてｘ線ストリーム上で軟組織に対して器具先端を正確に追跡するステップとをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
追跡された運動を用いて心臓周期の現在の位相を決定するステップと、
前記決定された位相を用いて前記ｘ線画像上のオーバーレイに対して軟組織運動をより効率的に正確に追跡するために前記運動の推定を精緻化するステップとをさらに有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ｘ線画像が前記ｘ線画像において器具を正確に位置決めするために運動オーバーレイを用いる際に自動的にズームされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するためのシステムであって、
少なくとも一つのプロセッサと、
前記少なくとも一つのプロセッサに動作可能に接続される少なくとも一つのメモリと、
前記少なくとも一つのプロセッサに動作可能に接続される超音波イメージングシステムと、
ｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化する、前記少なくとも一つのメモリ上でエンコードされ前記少なくとも一つのプロセッサによって実行される命令のプログラムとを有するシステム。
【請求項１１】
前記命令のプログラムが、
リアルタイム超音波画像をｘ線画像空間へレジストレーションするためのプログラム命令と、
関心点を規定するためのプログラム命令と、
前記リアルタイム超音波画像から選択点の運動を決定するためのプログラム命令と、
前記決定された運動を前記ｘ線画像上の選択点に適用するためのプログラム命令とを有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも一つのプロセッサに動作可能に接続されるｘ線マシンをさらに有し、前記ｘ線マシンがｘ線画像のストリームを前記少なくとも一つのプロセッサへリアルタイムに提供し、前記軟組織運動が各対応ｘ線画像上にオーバーレイされる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
手術器具をさらに有し、インターベンション手術中、前記ｘ線画像のストリームが超音波追跡からの組織運動オーバーレイを用いて前記ｘ線ストリーム上で軟組織に対し前記器具の先端を正確に追跡する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ｘ線画像が前記ｘ線ストリームにおいて前記器具を正確に追跡するために前記運動オーバーレイを用いる際に自動的にズームされる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
ｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するための命令のプログラムをその上にエンコードしたコンピュータ可読記憶装置を有するコンピュータプログラム製品であって、前記命令のプログラムが、
リアルタイム超音波画像をｘ線画像空間へレジストレーションするプログラム命令と、
関心点を規定するプログラム命令と、
前記リアルタイム超音波画像から選択点の運動を決定するプログラム命令と、
前記決定された運動を前記ｘ線画像上の選択点に適用するプログラム命令とを有する、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は医用イメージング分野、より具体的にはｘ線及び超音波画像データを融合することによって低減した線量でｘ線画像上で軟組織を正確に可視化するための方法、システム及びコンピュータプログラム製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｘ線透視像は術中の器具ガイダンス及び器具と身体構造の可視化のために様々な医用インターベンションにおいて使用される。ｘ線透視像は高解像度の器具可視化をリアルタイムに提供する。しかしながら、ｘ線画像は身体構造などの軟組織、若しくは呼吸、心拍動及び同様のものなどからの軟組織運動を検出するのが特にうまいわけではない。また、ｘ線透視イメージングは患者と医療関係者をｘ線線量に晒し、インターベンション手術中に患者若しくは医療関係者が受けるｘ線線量を制限することが好ましい。
【０００３】
ますます、２Ｄ／３Ｄ超音波イメージング（Ｕ／Ｓ）が心臓インターベンションをガイドするための補助として使用されている。Ｕ／Ｓの重要な役割は術前計画をリアルタイム運動情報で補強することである。Ｕ／Ｓは軟組織運動をリアルタイムに検出することができるが、器具をうまくキャプチャせず、器具ガイダンス若しくは可視化におけるその有用性を制限している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するための方法、システム及びプログラム製品が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によれば、ｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するための方法が提供される。リアルタイム超音波画像がｘ線画像空間へレジストレーションされる。関心点が規定される。選択点の運動がリアルタイム超音波画像から決定される。決定された運動がｘ線画像上の選択点に適用される。
【０００６】
一実施形態によれば、複数の関心点が選択され、各選択点に対して運動が決定され、各点に対して決定された運動がｘ線画像上のそれぞれの選択点に適用される。
【０００７】
一実施形態によれば、関心点はｘ線画像上で選択される。別の実施形態によれば、関心点はｘ線画像から生成される３Ｄモデル上で選択される。別の実施形態によれば、関心点は超音波画像上で選択される。
【０００８】
一実施形態によれば、超音波画像をｘ線画像へレジストレーションすることはｘ線空間における超音波プローブの電磁追跡を有する。
【０００９】
一実施形態によれば、連続ｘ線画像がインターベンション手術中に取得される。手術において使用される器具先端は超音波追跡からの組織運動オーバーレイを用いてｘ線ストリーム上の軟組織に対して正確に追跡される。
【００１０】
一実施形態によれば、追跡された運動は心臓周期の現在の位相を決定するために使用され、決定された位相はｘ線画像上のオーバーレイに対して軟組織運動をより効率的に正確に追跡するために運動の推定を精緻化するために使用される。
【００１１】
一実施形態によれば、ｘ線画像はｘ線画像において器具を正確に位置決めするために運動オーバーレイを用いる際に自動的にズームされる。
【００１２】
本発明の別の実施形態によれば、ｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するためのシステムが提供される。システムは少なくとも一つのプロセッサ、少なくとも一つのプロセッサに動作可能に接続される少なくとも一つのメモリ、少なくとも一つのプロセッサに動作可能に接続される超音波イメージングシステム、及び少なくとも一つのメモリ上でエンコードされ少なくとも一つのプロセッサによって実行される、ｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化する命令のプログラムを有する。
【００１３】
一実施形態によれば、命令のプログラムは、リアルタイム超音波画像をｘ線画像空間へレジストレーションするためのプログラム命令、関心点を規定するためのプログラム命令、リアルタイム超音波画像から選択点の運動を決定するためのプログラム命令、及び決定された運動をｘ線画像上の選択点に適用するためのプログラム命令を有する。
【００１４】
一実施形態によれば、システムは少なくとも一つのプロセッサに動作可能に接続されるｘ線マシンをさらに有し、ｘ線マシンはｘ線画像のストリームを少なくとも一つのプロセッサへリアルタイムに提供し、軟組織運動は各対応ｘ線画像上にオーバーレイされる。
【００１５】
一実施形態によれば、システムは手術器具をさらに有し、インターベンション手術中、ｘ線画像のストリームは超音波追跡からの組織運動オーバーレイを用いてｘ線ストリーム上で軟組織に対して器具の先端を正確に追跡する。
【００１６】
一実施形態によれば、ｘ線画像はｘ線ストリームにおいて器具を正確に位置決めするために運動オーバーレイを用いる際に自動的にズームされる。
【００１７】
本発明の別の実施形態によれば、ｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するための命令のプログラムをその上にエンコードしたコンピュータ可読記憶装置を有するコンピュータプログラム製品が提供される。命令のプログラムは、リアルタイム超音波画像をｘ線画像空間へレジストレーションするプログラム命令、関心点を規定するプログラム命令、リアルタイム超音波画像から選択点の運動を決定するプログラム命令、及び決定された運動をｘ線画像上の選択点に適用するプログラム命令を有する。
【００１８】
本発明の特徴と利点は添付の図面と関連して読むときに以下の好適な実施形態の詳細な説明からより明らかに理解される。以下の図が図面に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態にかかるｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するためのシステムの等角図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するためのシステムのブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するための方法のフロー図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる解剖学的モデル上の関心点の選択を示すユーザインターフェース画面の図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる特定された関心点とリアルタイム超音波画像の図である。
【図６】関心点に対する運動経路を示す図５のリアルタイム超音波画像の図である。
【図７】関心点上にオーバーレイされた関心点に対する運動経路とｘ線画像の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明はｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するための方法、システム及びコンピュータプログラム製品を提供する。本発明の一実施形態によれば、リアルタイム超音波画像がｘ線画像へレジストレーションされる。そして、システムユーザはｘ線画像、超音波画像、若しくは画像に対応する患者の解剖学的構造の３Ｄモデルの一つにおいて関心点を選択する。システムは超音波ボリュームにおいて選択された関心点の運動を追跡し、選択点に対する運動経路を計算する。そして計算された運動経路はｘ線画像上にオーバーレイされる。
【００２１】
図１は本発明の一実施形態にかかるｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するためのシステムを示す。イメージングシステムはテーブル１０上の患者のｘ線画像をとるために配置されるｘ線マシン３００を有する。汎用コンピュータなどの処理システム１００はｘ線マシンに動作可能に接続され、ｘ線マシン３００からのｘ線画像を処理する。処理された画像はディスプレイ１４０上に提示され得る。
【００２２】
一実施形態によれば、システムは患者の超音波画像をとるための超音波システム２００も有する。超音波システム２００は超音波画像を処理するための処理ユニット２１０、超音波画像の生成に使用するための音響信号を生成し受信するための振動子２２０を有する。振動子２２０は処理ユニット２１０と振動子２２０の間で信号を送信するテザー２３０によって処理ユニットに接続される。超音波画像はモニタ２４０上に表示され得る。代替的な実施形態によれば、超音波画像はｘ線画像を処理する同じ処理ユニット１００によって処理され得る。
【００２３】
一実施形態によれば、超音波システム２００からの超音波画像は処理システム１００へ送信される。処理システム１００は超音波画像をｘ線マシン３００からのｘ線画像へレジストレーションする。そして、処理システム１００はユーザインターフェースを通してユーザから関心点の指示を受信する。処理システムは超音波画像からの超音波ボリュームにおいて関心点を追跡し、関心点に対する運動の経路を計算する。処理システムは点と運動の経路をｘ線画像における対応する点上にオーバーレイする。
【００２４】
図２は本発明の一実施形態にかかるｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するためのシステムのブロック図である。処理システム１００はプロセッサ１１０とメモリ１２０を有する。プロセッサ１１０はメモリ１２０に動作可能に接続される。一実施形態によれば、それらはバス１３０を通じて接続される。プロセッサ１１０は一つ以上のマイクロプロセッサなど、プログラム命令を実行することができる任意の装置であり得る。メモリはリムーバブルディスク、ハードドライブ、ＣＤ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、若しくは同様のものなど、任意の揮発性若しくは不揮発性メモリデバイスであり得る。さらに、プロセッサ１１０は汎用コンピュータにおいて具体化され得る。さらに、プロセッサ１１０は汎用コンピュータにおいて具体化され得る。
【００２５】
メモリ１２０はリムーバブルディスク、ハードドライブ、ＣＤ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、若しくは同様のものなど、データとプログラム命令を記憶するのに適した任意の揮発性若しくは不揮発性メモリデバイスであり得る。さらに、メモリ１２０は一つ以上のメモリデバイスを有し得る。
【００２６】
処理システム１００はｘ線及び超音波データを受信するための一つ以上のネットワークコネクタ１５０をさらに有し得る。ネットワークコネクタはＵＳＢ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）コネクタ、インターネットアダプタ、或いは直接又はイントラネット若しくはインターネットなどのネットワークを通じて別の装置からデータを受信するのに適した任意の他のコネクタであり得る。
【００２７】
処理システム１００はｘ線画像、超音波画像、解剖学的モデルなどを表示するためのモニタなどのディスプレイ１４０も有し得る。超音波システム２００用及びｘ線マシン３００用の専用モニタに加えて若しくはその代わりに、一つ以上のモニタが設けられ得る。
【００２８】
キーボード、マウス、若しくは同様のものなどの追加入力及び／又は出力装置（Ｉ／Ｏ）が、ディスプレイ１４０上の画像内の点の選択及びナビゲーションなど、ユーザからの指示を受信するためにユーザインターフェースの一部として設けられ得る。
【００２９】
メモリ１２０は本発明の一実施形態にかかるｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するプロセッサ１１０によって実行可能な命令のプログラム１２１をその上にエンコードしている。命令のプログラム１２１はリアルタイム超音波画像をｘ線画像空間へレジストレーションするためのプログラム命令１２２、関心点を規定するためのプログラム命令１２４、超音波画像上の関心点の運動を決定するためのプログラム命令１２６、及び決定された運動をｘ線画像における関心点に適用するためのプログラム命令１２８を有し、これらは単一アプリケーションの異なる部分、互いにコール可能な個別アプリケーションであり得る。
【００３０】
図３は本発明の一実施形態にかかるｘ線画像上で軟組織運動を正確に可視化するための方法のフロー図である。命令のプログラム１２１は図４に図示の通りディスプレイ１４０上のユーザインターフェースを通してｘ線マシン３００からｘ線データを受信しｘ線画像を生成する。
【００３１】
命令のプログラム１２１はさらに超音波システム２００から超音波データを受信する。超音波データはＢモード若しくは無線周波数（ｒｆ）画像の各ボクセルに対応するデータストリームを有し得る。一実施形態によれば、超音波画像は３Ｄ画像であるが、２Ｄ超音波画像の実施形態も本発明の範囲内である。
【００３２】
リアルタイム超音波画像をｘ線画像空間へレジストレーションするための命令のプログラム１２２は超音波システム２００から受信した超音波画像をｘ線マシン３００から受信したｘ線画像の画像空間へレジストレーションする（ステップ３１０）。超音波画像は様々なアプローチのいずれかを用いてｘ線画像空間へレジストレーションされ得る。これらのアプローチは手動アライメント、電磁追跡、２Ｄ／３Ｄレジストレーション、セグメンテーション、及び形状検知、並びに他の技術の様々な組み合わせを有し得る。一実施形態によれば、超音波プローブ若しくは振動子２２０がｘ線空間において追跡される。例えば、ｘ線画像上で検出可能な一つ以上のセンサが超音波プローブ上に置かれ、それによって超音波プローブの２Ｄ位置を提供し得る。さらに、一つ若しくは複数のセンサはｘ線空間の２Ｄ／３Ｄレジストレーションを実行するために使用され得る所定ジオメトリ（サイズ、形状）及び／又は所定間隔を持ち得る。超音波画像の各ボクセルの３Ｄ位置がプローブ２２０に対してわかるので、ｘ線空間における対応座標がｘ線空間におけるプローブの位置とｘ線空間の２Ｄ／３Ｄレジストレーションによって決定され得る。
【００３３】
代替的に、レジストレーションは超音波プローブに対するテザー２３０の形状検知を利用し得る。つまり、ブラッググレーティング若しくはレイリー散乱がテザーにおける光ファイバケーブル内に配置され得、これらは局所歪みを検出するために光信号によって調べられ、それから局所曲率が計算され、テザーの形状が決定され得る。プローブ２２０の並進及び回転位置は変換行列の形でｘ線画像上のテザーの２Ｄ投影と既知の３Ｄテザー形状から反復的に計算され得る。そして行列はｘ線空間におけるその対応する３Ｄ座標を決定するために超音波画像の各ボクセルに適用され得る。
【００３４】
別の代替的実施形態によれば、超音波画像とｘ線画像は両方とも術前に患者テーブルへレジストレーションされ得る。
【００３５】
図４に図示の通り、命令のプログラム１２１における関心点を規定するためのプログラム命令１２４はｘ線画像において、超音波画像において、若しくはｘ線画像に対応する解剖学的構造の３Ｄモデル（例えば術前ＣＴスキャン若しくは術中コーンビームスキャンから得られ、ｘ線画像へレジストレーションされる）において関心点を規定する（ステップ３２０）。これは例えばユーザがマウスなどのユーザ入力装置で関連画像若しくはモデル内の関心点へナビゲートすること及びマウスクリックなどで選択を指示することによって達成され得る。一実施形態によれば、ユーザはプルダウンメニュー、ダイアログボックスなどによって関心点を選択する際にガイドされ得る。
【００３６】
超音波画像空間がｘ線画像空間へレジストレーションされるので、図５に図示の通り規定された関心点も超音波画像空間に位置し得る。関心点の実施例は、限定されないが、Ａｆｉｂ手術におけるアブレーション点、経皮的大動脈弁留置術における冠動脈口の起始部、及び他の外科的関心点を含む。
【００３７】
超音波画像上の関心点の運動を決定するためのプログラム命令１２６は図６に図示の通り規定された関心点における軟組織のリアルタイム運動を決定する。つまり、解剖学的構造上の規定された関心点の運動が超音波画像ストリーム上でリアルタイムに追跡される（ステップ３３０）。規定された関心点の運動経路は連続超音波画像における特徴をマッチングすること、及びｒｆ若しくはＢモードデータにおける位相シグネチャデータを用いて関心点の対応ボクセルに対する座標を減算することによって決定され得る。
【００３８】
代替的に、関心点の運動経路は当技術分野で周知の正規化相互相関若しくは差の二乗和（ｓｕｍ  ｏｆ  ｓｑｕａｒｅｓ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ）を用いて、又は任意の他の適切な技術を用いて決定され得る。
【００３９】
決定された運動をｘ線画像における関心点に適用するためのプログラム命令１２８は図５に図示の通り超音波追跡から決定された運動をライブｘ線画像に適用する（ステップ３４０）。従って、軟組織運動がリアルタイムｘ線画像において正確に可視化され得る。２Ｄ  ｘ線座標はシステムキャリブレーション、再構成、及びリアルタイム追跡の組み合わせを用いて３Ｄ  ＵＳリアルタイム座標に変換され得る。
【００４０】
本発明の一実施形態によれば、複数の関心点が規定される。そして、超音波画像から各関心点に対して運動が決定され、各関心点の運動がリアルタイムｘ線画像上にオーバーレイされる。
【００４１】
インターベンション手術中、連続ｘ線画像が取得されるので、超音波追跡からの組織運動オーバーレイを用いてｘ線ストリーム上で軟組織に対して器具先端が正確に追跡され得る。また、追跡された運動は心臓若しくは呼吸周期の現在の位相を決定するために使用され得る。そして決定された位相はｘ線画像上のオーバーレイに対して軟組織運動をより効率的に正確に追跡するために運動の推定を精緻化するために使用され得る。
【００４２】
別の実施形態において、ｘ線ストリームの両方が二つのｘ線マシンを用いて同時に取得されるとき、バイプレーンシステムを用いて器具の３Ｄ軌道が取得される。そして超音波データを用いて追跡された運動が、結果として得られる３Ｄ画像空間上にオーバーレイされる。
【００４３】
別の実施形態において、ｘ線画像はｘ線画像において器具を正確に位置決めするために運動オーバーレイを用いる際に自動的にズームされ得る。従って、ｘ線のより狭い焦点のために線量が低減され得る。
【００４４】
本発明は完全にハードウェアの実施形態若しくはハードウェア及びソフトウェアエレメントの両方を含む実施形態の形をとり得る。一実施形態例において、本発明は限定されないがファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含むソフトウェアで実施される。
【００４５】
さらに、本発明はコンピュータ又は任意の命令実行システム若しくは装置による使用のための若しくはそれらと関連するプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能若しくはコンピュータ可読媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形をとり得る。この説明の目的で、コンピュータ使用可能若しくはコンピュータ可読媒体は命令実行システム、機器若しくは装置による使用のための若しくはそれらと関連するプログラムを格納若しくは記憶し得る任意の機器であり得る。
【００４６】
前述の方法はコンピュータなどのマシンによって実行されるときに方法のステップを実行する命令のマシン実行可能プログラムを持つマシン可読媒体を有するプログラム製品によって実現され得る。このプログラム製品は限定されないがコンパクトディスク、フロッピーディスク、ＵＳＢメモリデバイスなどを含む様々な既知のマシン可読媒体のいずれかに記憶され得る。
【００４７】
媒体は電子、磁気、光学、電磁、赤外線、若しくは半導体システム（又は機器若しくは装置）であり得る。コンピュータ可読媒体の実施例は半導体若しくは固体メモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、固定磁気ディスク、光ディスクを含む。光ディスクの現在の実施例はコンパクトディスク‐リードオンリーメモリ（ＣＤ‐ＲＯＭ）、コンパクトディスク‐リード／ライト（ＣＤ‐Ｒ／Ｗ）及びＤＶＤを含む。
【００４８】
前述の記載と添付の図面は本発明の例示であって限定ではないことが意図される。本発明の範囲は以下の請求項の及ぶ限り均等な変更と構成を包含することが意図される。
【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５】
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【図６】
2014521432.tif 000008
【図７】
2014521432.tif 000009
【国際調査報告】
2014521432.tif 000010
2014521432.tif 000011
2014521432.tif 000012