(57)【要約】  システム及び方法は、光学ファイバー１２６を持つ形状センシング可能デバイス１０２を含む。解釈モジュール１１５が、構造に含まれる上記光学ファイバーから光学信号を受信し、上記デバイスの形状を決定するために上記光学信号を解釈するよう構成される。画像生成モジュール１４０は、上記デバイスの形状を受信し、上記構造の画像ボリュームと上記形状とを位置合わせし、上記形状に基づき湾曲マルチプラナ再構成ＣＭＰＲレンダリングを生成するよう構成される。
2014526927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
少なくとも１つの光学ファイバーを持つ形状センシング可能デバイスと、
構造に含まれる前記少なくとも１つの光学ファイバーから光学信号を受信し、前記デバイスの形状を決定するために前記光学信号を解釈するよう構成される解釈モジュールと、
前記デバイスの形状を受信し、前記構造の画像ボリュームと前記形状とを位置合わせし、前記形状に基づき湾曲マルチプラナ再構成レンダリングを生成するよう構成される画像生成モジュールとを有する、システム。
【請求項２】
前記画像ボリュームが、コンピュータ断層撮影、磁気共鳴撮像、蛍光透視、核撮像及び超音波の１つ又は複数により撮像される前記構造の３次元画像を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記形状センシング可能デバイスが、内視鏡、カテーテル及びガイドワイヤの１つ又は複数を含む細長い器具を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記形状センシング可能デバイスが、形状センシング可能医療デバイスで画像を収集するよう構成される撮像デバイスを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記形状センシング可能デバイスが、前記少なくとも１つの光学ファイバーの軸の周りで、及び時間にわたり、３次元空間における前記構造に関する経路情報を集める、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記構造が、脈管又は腔内構造を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記画像生成モジュールが、前記脈管又は腔内構造における運動を説明するため、画像データを再スケール化する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記画像生成モジュールが、前記構造における運動を説明するため、画像データを再スケール化する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記形状センシング可能デバイスが、経路情報に基づき、デカルトの画像と非デカルトの画像とを位置合わせ及び融合するため、前記経路情報を集める、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
形状センシングシステムであって、少なくとも１つの光学ファイバーを持つ形状センシング可能医療デバイスと、構造に含まれる前記少なくとも１つの光学ファイバーから光学信号を受信し、前記医療デバイスの形状を決定するために前記光学信号を解釈するよう構成される解釈モジュールとを含む、形状センシングシステムと、
湾曲マルチプラナ再構成レンダリングモジュールであって、前記医療デバイスの形状を受信し、前記構造の画像ボリュームと前記形状とを位置合わせするよう構成される画像生成モジュールであって、湾曲マルチプラナ再構成レンダリングが、経路情報として前記形状を用いて前記画像ボリュームから生成される、画像生成モジュールを含む、湾曲マルチプラナ再構成レンダリングモジュールと、
前記湾曲マルチプラナ再構成レンダリングを表示するディスプレイとを有する、ワークステーション。
【請求項１１】
前記画像ボリュームが、コンピュータ断層撮影、磁気共鳴撮像、蛍光透視、核撮像及び超音波の１つ又は複数により撮像される前記構造の３次元画像を含む、請求項１０に記載のワークステーション。
【請求項１２】
前記形状センシング可能デバイスが、内視鏡、カテーテル及びガイドワイヤの１つ又は複数を含む細長い器具を含む、請求項１０に記載のワークステーション。
【請求項１３】
前記形状センシング可能デバイスが、形状センシング可能医療デバイスで画像を収集するよう構成される撮像デバイスを含む、請求項１０に記載のワークステーション。
【請求項１４】
前記構造に関する経路情報が、３次元空間、前記少なくとも１つの光学ファイバーの軸の周りでの回転及び時間を含む、請求項１０に記載のワークステーション。
【請求項１５】
前記構造が、脈管又は腔内構造を含む、請求項１０に記載のワークステーション。
【請求項１６】
前記画像生成モジュールが、前記脈管又は腔内構造における運動を説明するため、画像データを再スケール化する、請求項１５に記載のワークステーション。
【請求項１７】
前記形状センシング可能デバイスが、前記経路情報に基づき、デカルトの画像と非デカルトの画像とを位置合わせ及び融合するため、経路情報を集める、請求項１０に記載のワークステーション。
【請求項１８】
３次元構造に配置される形状センシングデバイスから形状センシングデータを集めるステップと、
前記形状センシングデバイスを持つ前記３次元構造と画像ボリュームとを位置合わせするステップと、
前記３次元構造の画像を提供するため画像ボリュームデータが使用される経路を前記形状センシングデータが提供するよう、前記形状センシングデータから湾曲マルチプラナ再構成レンダリング画像を生成するステップとを有する、方法。
【請求項１９】
前記経路に沿って前記構造の断面をレンダリングするステップを更に有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記画像ボリュームが、コンピュータ断層撮影、磁気共鳴撮像、蛍光透視、核撮像及び超音波の１つ又は複数により撮像される前記構造の３次元画像を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記形状センシングデバイスが、内視鏡、カテーテル及びガイドワイヤのいずれかを含む細長いデバイスを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記形状センシングデバイスに関して新しい形状が取得されるたびに、前記湾曲マルチプラナ再構成レンダリングを洗練するステップを更に有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記構造に関する経路が、３次元空間に関する時間にわたる情報及び前記形状センシングデバイスの軸の周りの回転に関する情報を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記構造における運動を説明するため、画像データを再スケール化するステップを更に有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記形状センシングデバイスと交差する領域へとボリュームデータの収集を制限するため、前記画像ボリュームの取得の間、ボリュームパラメータを調整するステップを更に有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記形状センシング可能デバイスが、前記経路情報に基づき、デカルトの画像と非デカルトの画像とを位置合わせ及び融合するため、経路情報を集める、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療器具に関し、より詳細には、湾曲マルチプラナ再構成又は再フォーマットを改善するための、医療用途における形状センシング光学ファイバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
湾曲マルチプラナ再フォーマット又は再構成（ＣＭＰＲ）は、例えば、歯のＣＴ、心臓ＣＴ、産業的なＣＴ等のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）において非常に有益なツールである。ボリュームは、軸方向のスライスをスタックすることにより構築される。ＣＭＰＲは、軸方向のスライスのスタックに関する斜視図を生成することを含む。その結果、パノラマ画像及び近軸切断から画像が生成されることができる。ＣＭＰＲは一般に、例えば歯又は心臓特徴といった湾曲ジオメトリを持つ構造を視覚化するのに用いられる。ＣＭＰＲ処理は、（例えば、２次元（２Ｄ）表示における）軸方向（又は冠状又は矢状）平面でのマルチプラナ再構成（ＭＰＲ）ラインを生成することを含む。これは、関心領域に沿って曲線を生成することを含むことができる。ＣＭＰＲは、３次元モダリティにおいて見えるようにレンダリングされることができる。ラインに沿ったスライスは、選択された平面に平行な断面又はスライスが関心領域に関して個別にレビューされるために利用可能であるよう、表示のためにレンダリングされることができる。ＭＰＲラインにわたる平面の方向は、軸方向、冠状又は矢状へと変化することができる。これは、適切な表示を選択することにより実現される。より厚い又はより薄いスラブ（スライス）を視覚化することが可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ボリュメトリック撮像データのＣＭＰＲは、様々な診断目的（例えば、血管寸法及び病変解析）のため、放射線科医にとって重要である。この撮像モードに関する経路データ（例えば、曲線）を生成することは、ランドマークポイントの選択を必要とする退屈な手動の作業の可能性がある。画像ベースの中央線又はセグメント化アルゴリズムを用いて自動的に実行される場合であっても、この作業はまだ困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の原理によれば、システム及び方法は、光学ファイバーを持つ形状センシング可能デバイスを含む。解釈モジュールが、構造に含まれる上記光学ファイバーから光学信号を受信し、上記デバイスの形状を決定するために上記光学信号を解釈するよう構成される。画像生成モジュールは、上記デバイスの形状を受信し、上記構造の画像ボリュームと上記形状とを位置合わせし、上記形状に基づき湾曲マルチプラナ再構成（ＣＭＰＲ）レンダリングを生成するよう構成される。
【０００５】
ワークステーションが、形状センシングシステムを有し、このシステムは、少なくとも１つの光学ファイバーを持つ形状センシング可能医療デバイスと、構造に含まれる上記少なくとも１つの光学ファイバーから光学信号を受信し、上記医療デバイスの形状を決定するために上記光学信号を解釈するよう構成される解釈モジュールとを含む。湾曲マルチプラナ再構成（ＣＭＰＲ）レンダリングモジュールが、上記医療デバイスの形状を受信し、上記構造の画像ボリュームと上記形状とを位置合わせするよう構成される画像生成モジュールを含む。上記ＣＭＰＲが、経路情報として上記形状を用いて上記画像ボリュームから生成される。上記ＣＭＰＲを見るためのディスプレイが含まれる。
【０００６】
ある方法が、３次元構造に配置される形状センシングデバイスから形状センシングデータを集めるステップと、上記形状センシングデバイスを持つ上記３次元構造と画像ボリュームとを位置合わせするステップと、上記３次元構造の画像を提供するため画像ボリュームデータが使用される経路を上記形状センシングデータが提供するよう、上記形状センシングデータから湾曲マルチプラナ再構成（ＣＭＰＲ）画像を生成するステップとを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ある実施形態による湾曲マルチプラナ再構成（ＣＭＰＲ）撮像に関する経路データといった形状検出データを使用する形状センシングシステムを備えるシステム及びワークステーションを示すブロック／フロー図である。
【図２】形状センシングデバイスが配置される血管を持つ心臓の画像である。
【図３】図２の血管に対応する血管を持つ心臓の画像ボリュームである。
【図４】本発明の原理による、ＣＭＰＲ画像に関する経路として形状センシングデバイスデータを用いる図３の血管の説明的なＣＭＰＲ画像である。
【図５】説明的な実施形態による、ＣＭＰＲを生成するための経路情報として形状検出データを使用するシステム／方法を示すブロック／フロー図である。
【図６】別の説明的な実施形態による、ＣＭＰＲを生成するための経路情報として形状検出データを使用するシステム／方法を示すブロック／フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示におけるこれら及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面と共に参照される、その説明的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。
【０００９】
本開示は、以下の図面を参照して好ましい実施形態の以下の説明を詳細に提供する。
【００１０】
本発明の原理によれば、光学ファイバー形状センシング技術を用いる高密度マルチポイントデバイス追跡により、介入的な手順の間の湾曲マルチプラナ再構成（ＣＭＰＲ）生成に関する経路データが、効率及び精度を改善するために利用可能となる。特に、例えば血管内超音波（ＩＶＵＳ）画像といった非デカルトの撮像モダリティに基づかれる介入デバイスと、標準的なデカルトのデータセットとの位置合わせは、簡単ではない。ファイバーが介入デバイス（例えば、ガイドワイヤ、カテーテル等）に一体化されるとき、及び／又は撮像デバイス（例えば、ＩＶＵＳ、光学コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）等）に埋め込まれるとき、光学ファイバー形状センシングＣＭＰＲは、データ融合に関する方法を提供する。これは、非デカルトの画像モダリティ（例えば、ＯＣＴ、ＩＶＵＳ）と、デカルトの撮像モダリティ（例えば、ＣＴ、ＭＲＩ等）との間の画像を融合する際に特に有益である。
【００１１】
非デカルトの撮像モダリティは、直交するデカルト座標系に追従しないｋ空間軌跡の取得を含む（例えば、極性又は半径方向の投影撮像等）。デカルトの撮像モダリティは、直交するデカルト座標系に追従するｋ空間軌跡の取得を含む（例えば、直線撮像）。非デカルトの撮像モダリティの例は、ＯＣＴ、ＩＶＵＳ等を含む。光学コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）は、光学散乱媒体（例えば、生物組織）内からマイクロメートル分解能の３次元画像をキャプチャする光学信号取得及び処理方法である。光学コヒーレンス断層撮影は、例えば、近赤外線を使用する干渉技術である。比較的長い波長光の使用は、この光が散乱媒体へと貫通することを可能にする。光源（スーパー発光ダイオード及び超短波パルスレーザ）の特性に基づき、光学コヒーレンス断層撮影は、（１〜１００ｎｍ波長範囲にわたり放出する非常にワイドなスペクトル源を用いて）サブマイクロメートルの分解能を実現した。ＯＣＴは、冠状動脈疾患を診断するのを助けるため、介入的な心臓学においても用いられ始めた。
【００１２】
ＩＶＵＳは、カテーテルの遠位端部に取り付けられる小型化された超音波プローブを持つ特別に設計されたカテーテルを用いる医療撮像方法である。カテーテルの近位終了は、コンピュータ化された超音波装置に取り付けられる。これは、血管等内部の超音波撮像、生体における内壁の視覚化を可能にする。ここで実例として説明されるにもかかわらず、非デカルトの撮像モダリティは、説明されるものに限定されるものではなく、他のタイプ及び方法を含むことができる。
【００１３】
ある実施形態では、３次元（３Ｄ）、又は、３Ｄプラス時間（３Ｄ＋ｔ）撮像データが、形状追跡システムと介入的な環境において位置合わせされる。データフレームが記録されるたび、ＣＭＰＲは、例えば、カテーテル、ガイドワイヤ等の形状追跡可能器具により説明される経路に沿って計算される。ＣＭＰＲは、医師に提示される。これは、形状追跡可能器具が現在交差している生体構造の曲がった画像を反映する。
【００１４】
別の実施形態では、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）取得に焦点が当てられ、リアルタイムＭＲＩボリュームパラメータが、形状追跡可能デバイスにより現在交差されるボリュームのＣＭＰＲの生成に必要なデータのみを取得するよう調整されることができる。これは可能性として、取得時間を合理化し、介入的な撮像フレームレートを増加させる。これは、他の撮像モダリティに対して同様に適用されることができる。
【００１５】
本発明は、医療器具に関して説明される点を理解されたい。しかしながら、本発明の教示は、かなり広く、任意の光学ファイバー器具に対して適用可能である。いくつかの実施形態において、本発明の原理は、複雑な生物学的又は機械的なシステムを追跡又は解析することにおいて使用される。特に、本発明の原理は、生体系の内部追跡手段、例えば肺、消化管、排泄器官、血管等の体のすべての領域における手順に対して適用可能である。図面に示される要素は、ハードウェア及びソフトウェアの様々な組合せにおいて実現されることができ、単一の要素又は複数の要素において組み合わせられることができる機能を提供することができる。
【００１６】
図面に示されるさまざまな要素の機能は、専用のハードウェアの使用を介してというだけでなく、適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を介して与えられることができる。プロセッサにより提供されるとき、この機能は、単一の専用のプロセッサにより、単一の共有プロセッサにより、又は複数の個別のプロセッサにより与えられることができる。個別のプロセッサの幾つかは、共有されることができる。更に、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明確な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアを排他的に参照するものとして解釈されるべきではなく、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、ソフトウェアを格納する読出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）及び不揮発性ストレージを暗に含むが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
更に、本発明の原理、側面及び実施形態並びにその特定の例を述べる本書におけるすべての記載は、その構造的及び機能的均等物の両方を含むものとして意図される。更に、斯かる均等物が、現在既知の均等物だけでなく将来開発される均等物の両方を含む。即ち、構造に関係なく、同じ機能を実行すべく開発される任意の要素を含む。従って、例えば、本書に与えられるブロック図は、本発明の原理を実現する説明的なシステム要素及び／又は回路の概念表示を表すという点を当業者は理解されたい。同様に、任意のフローチャート、フロー図等は、コンピュータ可読媒体において実質的に表されるさまざまな処理を示し、従って、コンピュータ又はプロセッサが明示的に示されるかどうかに関係なく、斯かるコンピュータ又はプロセッサにより実行される点を理解されたい。
【００１８】
更に、本発明の実施形態は、コンピュータ若しくは任意の命令実行システムによる使用又はこれに関連した使用のためのプログラムコードを提供する、計算機が使用可能な又はコンピュータ可読のストレージ媒体から、アクセス可能なコンピュータプログラムの形をとることができる。この説明のため、計算機が使用可能な又はコンピュータ可読ストレージ媒体は、命令実行システム、装置又はデバイスによる使用又はこれに関連した使用のためのプログラムを、包含、格納、通信、伝搬、又は輸送することができる任意の装置とすることができる。媒体は、電気、磁気、光学、電磁気、赤外線若しくは半導体システム（又は、装置若しくはデバイス）、又は伝搬媒体とすることができる。コンピュータ可読媒体の例は、半導体又はソリッドステートメモリ、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）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、リジッド磁気ディスク及び光学ディスクを含む。光学ディスクの現在の例は、読出し専用コンパクトディスク（ＣＤ−ＲＯＭ）、読出し／書込みコンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、Ｂｌｕ-ｒａｙ（登録商標）及びＤＶＤを含む。
【００１９】
同様な符号が同じ又は類似する要素を表す図面を参照し、最初に図１を参照すると、形状センシング可能デバイスを用いる湾曲マルチプラナ再構成に関するシステム１００が、ある実施形態による実例として示される。システム１００は、手順を監督及び／又は管理するのに使用されるワークステーション又は端末１１２を含むことができる。ワークステーション１１２は好ましくは、プログラム及びアプリケーションを格納する１つ又は複数のプロセッサ１１４及びメモリ１１６を含む。メモリ１１６は、形状センシングデバイス又はシステム１０４からの光学フィードバック信号を解釈するよう構成される光学センシング及び解釈モジュール１１５を格納することができる。光学センシングモジュール１１５は、光学信号フィードバック（及び例えば、電磁気（ＥＭ）追跡といった他の任意のフィードバック）を用いて、医療デバイス若しくは器具１０２及び／又はその周囲領域に関連付けられる変形、屈折及び他の変化を再構成するよう構成される。医療デバイス１０２は、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、ロボット、電極、フィルタデバイス、バルーンデバイス又は他の医療要素等を含むことができる。
【００２０】
形状センシングシステムは、デバイス１０２に取り付けられる又は一体化されるモジュール１１５及び形状センシングデバイス１０４を含む。形状センシングシステムは、選択された信号を提供し、光学応答を受信する光学インタロゲータ１０８を含む。光源１０６は、インタロゲータ１０８の一部として又は形状センシングデバイス１０４に提供された光信号に関する分離したユニットとして提供されることができる。形状センシングデバイス１０４は、セットされたパターンにおいてデバイス１０２に結合される１つ又は複数の光学ファイバー１２６を含む。光学ファイバー１２６は、ケーブル１２７を通りワークステーション１１２に接続される。必要に応じて、ケーブル１２７は、光学ファイバー、電気接続、他の測定器等を含むことができる。
【００２１】
光学ファイバーを用いる形状センシング１０４は、光学ファイバーブラッグ格子センサに基づかれることができる。光学ファイバーブラッグ格子（ＦＢＧ）は、光の特定の波長を反射し、他のすべてを透過させる光学ファイバーの短いセグメントである。これは、ファイバーコアにおいて屈折率の周期変化を加えることにより実現される。このコアは、波長特有の誘電体ミラーを生成する。ファイバーブラッグ格子は従って、特定の波長をブロックするインライン光学フィルタとして又は波長特有の反射器として用いられることができる。
【００２２】
ファイバーブラッグ格子の処理の後の基本的な原理は、屈折率が変化している各々のインタフェースでのフレネル反射である。いくつかの波長に対して、様々な期間の反射光は同相にある。その結果、反射に関して建設的干渉が存在し、結果的に、透過に関して弱め合い干渉が存在する。ブラッグ波長は、温度だけでなく圧力に対して敏感である。これは、ブラッグ格子が、光学ファイバーセンサにおけるセンシング要素として用いられることができることを意味する。ＦＢＧセンサにおいて、測定量（例えば、圧力）が、ブラッグ波長におけるシフトをもたらす。
【００２３】
この技術の１つの利点は、様々なセンサ要素が、ファイバーの長さにわたり分散されることができる点にある。構造に埋め込まれるファイバーの長さに沿って様々なセンサ（ゲージ）に３又はこれ以上のコアを組み込むことは、斯かる構造の３次元形状が、通常１ｍｍ以上の精度で正確に決定されることを可能にする。ファイバーの長さに沿って、様々な位置で、複数のＦＢＧセンサが、配置されることができる（例えば、３又はこれ以上のファイバーセンシングコア）。各ＦＢＧの圧力測定から、その位置での構造の湾曲が推定されることができる。複数の測定された位置から、全体の３次元形状が決定される。
【００２４】
光学ファイバーブラッグ格子に代わるものとして、従来の光学ファイバーにおける固有の後方散乱が利用されることができる。そのような手法の１つは、標準的な単一モード通信ファイバーにおけるレイリー散乱を用いることである。レイリー散乱は、ファイバーコアにおける屈折率のランダム変動の結果として発生する。これらのランダム変動は、格子長に沿った振幅及び位相のランダム変動を持つブラッグ格子としてモデル化されることができる。単一長のマルチコアファイバー内に延びる３又はこれ以上のコアにおいてこの効果を用いることにより、関心表面の３Ｄ形状及び動力学がフォローされることができる。例えばブリュアン散乱等の他の光学現象が、使用されることもできる。
【００２５】
撮像システム１１０は、手順の間、対象物１３１のその場（in-situ）撮像に関して使用されることができる。撮像システム１１０は、デバイス１０２（例えば、ＩＶＵＳ等）に含まれることができるか、又は対象物１３１に対して外部的に使用されることができる。撮像システム１１０は、レジストレーションのための及び形状センシング空間を持つ画像ボリューム１３０を作成するべく、対象物における関心領域をマッピングするため、術前画像を収集及び処理するために使用されることもできる。画像生成モジュール１４０は、デバイスの形状を受信し、画像ボリューム１３０とこの形状とを位置合わせし、検出された形状に基づき、湾曲マルチプラナ再構成（ＣＭＰＲ）レンダリングを生成するよう構成される。
【００２６】
ワークステーション１１２は、ＣＭＰＲを含む対象物（患者）１３１の内部画像を表示するディスプレイ１１８を含む。撮像システム１１０は、蛍光透視システム、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム、超音波システム、核撮像システム（ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ）等を含むことができる。ディスプレイ１１８は、ワークステーション１１２及びその要素及び機能、又はシステム１００に含まれる他の任意の要素と、ユーザが相互作用することを可能にすることもできる。これは、ワークステーション１１２からのユーザフィードバック及びこれとの相互作用を可能にする、キーボード、マウス、ジョイスティック、触覚デバイス又は他の任意の周辺機器又は制御を含むことができるインタフェース１２０により、更に容易にされる。
【００２７】
ある実施形態では、ボリュメトリック撮像データの湾曲マルチプラナ再構成（ＣＭＰＲｓ）が、様々な診断目的（例えば、血管寸法及び病変解析）に対して必要とされる。本発明の原理によれば、ＣＭＰＲは、形状センシング１０４により提供される位置データに基づかれる。形状センシング１０４は、ＣＭＰＲが生成されるポイントの連続的な位置を提供する。特に有益な実施形態において、形状センシング１０４は、複数の撮像モダリティの融合又はレジストレーションを可能にする。ポイントの連続的な位置は、１つ又は複数の撮像モダリティが位置合わせされることができる湾曲又は線形ラインを提供する。例えば、非デカルトの画像モダリティ（例えば、ＯＣＴ、ＩＶＵＳ）は、デカルトの撮像モダリティ（例えば、ＣＴ、ＭＲＩ等）に融合又は位置合わせされることができる。異なる撮像モダリティを用いて撮像される複数の画像の融合は、精度を増加させ、画像の視覚化を改善する。
【００２８】
図２を参照すると、１つの例において、例えばカテーテルといった細長いデバイスは、形状センシング光学ファイバーを具備し、例えば心臓２０６、消化管、肺気道等の腔内構造における特定の血管２０４又は他の脈管構造内部へと前進される。形状センシングファイバーは、血管２０４又は構造の形状にゆがめられる。形状センシングデバイス１０４は、セグメント化又は中央線アルゴリズムの代わりに使用されることができる経路データを提供する。形状センシングデータは、血管形状のリアルタイムスナップショットを提供する。特に、形状検出ファイバーは、血管及び／又は関心領域の術前デジタル画像と共同位置合わせされることができる形状を提供する。１つの例において、静脈超音波（ＩＶＵＳ）といったカテーテルベースの非デカルトの撮像モダリティが、そこに一体化される光学ファイバーセンシングデバイスを持つことができる。時間にわたりジオメトリ（例えば、３次元形状）により提供される血管の形状は、形状センシングデバイスからキャプチャされ、１つ又は複数の撮像モダリティ（例えば、デカルトの及び非デカルトのモダリティ）により集められる画像データと位置合わせするために使用される。
【００２９】
図３を参照すると、血管２０４に対応する３次元術前画像２１０が、実例として示される。レジストレーションは、２つのデータセットにおいて類似するパターンを探し、１つのデータセットのポイントが他のデータセットのポイントと整合するようデータセットを位置合わせする既知のレジストレーションアルゴリズムにより実行される。即ち、３次元空間が一致する。ある実施形態では、形状センシングファイバーが、撮像デバイスに一体化されるとき（例えば、撮像デバイス（例えばＩＶＵＳ、ＯＣＴ等）に埋め込まれるガイドワイヤ）、データセットは自動的に融合される。
【００３０】
図４を参照すると、介入的な誘導コンテキストにおけるＣＭＰＲの診断及び治療値により、ＣＭＰＲは、形状センシングファイバーからのフィードバックに基づき構築されることができる。ＣＭＰＲ４０２は、血管２０４のパノラマ２次元画像を含む。これは、形状検出光学ァイバーデータの収集の間に取得される３次元ジオメトリから平坦化されることができる。形状検出光学ファイバーデータが、術前画像データと位置合わせされる又は融合されるので、断面ライン４０４が示され、血管２０４の内部構造の断面表示４０６を生成するために使用されることができる。形状検出光学ファイバーのデータは、ボリュメトリック撮像データセットのＣＭＰＲを計算するために使用される。形状検出光学ファイバーデータは、５次元の高密度取得ポイントの形で経路情報を供給する（例えば、３Ｄ空間、ファイバー軸周りの１Ｄ回転、１Ｄ時間）。図示されように、血管２０４に沿った経路を通り横断する断面４０６が、生成されることができる。
【００３１】
図５を参照すると、１つの説明的な実施形態によるＣＭＰＲ撮像に関する方法を説明するブロック図が示される。ブロック５０２において、３Ｄ（又は、３Ｄ＋時間）撮像データが、形状追跡システムと介入的な環境において位置合わせされる。ブロック５０４において、複数次元（例えば、５まで又はこれ以上）のデータが、例えば、カテーテル、ガイドワイヤ等の形状センシング可能器具から連続的に集められることができる。ブロック５０６において、データフレーム（又は、複数のデータフレーム）が記録されるたびに、ＣＭＰＲは、形状センシング可能器具により表される経路に沿って計算されることができる。ＣＭＰＲは、医師に提示されることができる。これは、形状センシング可能器具が、現在交差している（例えば、配置される）生体構造の曲がった画像を反映する。
【００３２】
形状センシング可能ＣＭＰＲ視覚化は、ＩＶＵＳ、冠血流予備量比（ＦＦＲ）、ＯＣＴ又は他のカテーテルベースの撮像手順に関しても特に有益である。これは、術前又は術中モダリティ（例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）、蛍光透視等）からの従来のデカルトのデータと非デカルトの撮像情報との高速な融合を可能にする。３Ｄにおける形状センシング可能器具経路は、デカルトのボリューム（例えば心臓ＣＴボリューム取得における冠状動脈脈管構造）において特定される対応する経路と、リアルタイムにおいて高速に位置合わせされることができる。冠血流予備量比（ＦＦＲ）は、狭窄が心臓の筋肉への酸素供給を妨げる（心筋虚血）可能性を決定するため、冠状動脈狭窄（通常アテローム性動脈硬化症が原因による狭窄）にわたり圧力差を測定する、冠状動脈カテーテル法において使用される技術である。
【００３３】
ブロック５０８において、レジストレーションの洗練は、デカルトのデータセット取得及びカテーテルベースの撮像プルバック（例えば、非デカルトのデータセット）の間の他の任意の組織シフトを説明するため実行されることができる。形状センシング可能器具の曲線経路は、任意の時間瞬間における器具経路に沿って術前又は術中ボリュメトリックデータセットを高速にリサンプリングすることを可能にする。代替的に、ボリュメトリックＩＶＵＳ又はＯＣＴデータといった曲線の経路に沿ったプルバックとして取得されるデータは、術前又は術中撮像モダリティのデカルトの撮像空間におけるボリュームデータセットを作成するため、リアルタイム形状センシング可能器具の形状情報を用いてリサンプリングされることができる。形状センシング可能デバイスは、洗練の一部として新しい位置に移動されることができる。これらの状態のいずれに対しても、形状センシング可能デバイスベースのＣＭＰＲは、非デカルトのカテーテルベースの撮像データセットとデカルトベースの撮像モダリティとの動的な位置合わせ及び視覚化を提供する。ブロック５１４において、ＣＭＰＲは、形状センシング可能デバイスの各新しい形状／位置に関して更新されることができる。処理経路は、更新を実行するためブロック５０４に戻る。
【００３４】
ＯＣＴに対して、プルバック又は中止はかなり高速であるが、形状検出３Ｄ形状は、プルバック前及びこの直後に撮られることができる。心血管用途におけるＯＣＴに関するレジストレーションは、血管の心拍運動により妨げられる。データは、この運動を説明するため、一定の血管直径に対して再スケール化されることができる。形状センシング可能器具からの独立したモニタ又はデータが、器官の運動状態に関する情報を提供することができる。この情報は、形状センシング可能器具の空間とＣＭＰＲを生成するのに使用されるボリュメトリックデータセット（ボリューム）との間の変形可能なレジストレーションを駆動するために用いられることができる。言い換えると、ＣＭＰＲ計算処理は、生体構造の現在の形状を反映する時間的に変化するＣＭＰＲを生成するため、運動データを考慮することができる。形状センシング可能器具の時間的変形データを用いる場合、ノイズを減らすために時間平均が用いられることができる。形状センシングデバイスを持つ構造が、脈管構造又は例えば消化管、肺気道等の任意の腔内構造を含むことができる点に留意されたい。考慮される運動は例えば、心拍、蠕動振動、呼吸運動等を含むことができる。
【００３５】
ブロック５１０において、手順の間の格納又は使用のため、画像レンダリングが表示される。上記のレンダリング手法は、形状センシング可能器具特性からの情報により部分的に又は完全に規定されるパラメータ設定を用いて、複数の視覚化スキームで補強されることができる。これらは、生体構造及び機能の色エンコードされたボリュメトリックレンダリング、組織の生体構造的又は機能的特性／形状センシング可能器具特性を反映する色エンコードされたマップを用いる表面レンダリング、及び、半透明／不透明度補強レンダリングを含むが、これに限定されるものではない。ここで、形状情報は、視覚化パラメータを自動的に調整／規定するために用いられる。画像は、複数の撮像モダリティからの融合画像を含むことができる。
【００３６】
別の実施形態では、ブロック５１２において、リアルタイムボリュームパラメータが、形状可能デバイスにより現在交差されるボリュームのＣＭＰＲの生成に必要なデータだけを取得するよう調整されることができる。これは、ＭＲＩモダリティで特に有益である。これは、関心領域において必要な情報だけを集めることにより、取得時間を合理化することができ、介入的な撮像フレームレートを増加させることができる。
【００３７】
図６を参照すると、ＣＭＰＲを生成する方法が、ある実施形態による実例として示される。ブロック６０２において、形状センシングデータ（経路情報）が、例えば、脈管構造、機械的な構造等の３次元構造に配置される形状センシングデバイスから集められる。形状検出デバイスは、内視鏡、カテーテル、ガイドワイヤ等のいずれかを含むことができる。
【００３８】
ブロック６０４において、画像ボリュームは、１つ又は複数の撮像モダリティを用いて、この構造に関して集められることができる。これは、任意の手順に先立って実行されることができ、異なる位置及び時間で実行されることができる。ブロック６０６において、画像ボリュームパラメータはオプションで、形状センシングデバイスと交差する領域へとボリュームデータの収集を制限するため、画像ボリュームの取得の間、調整されることができる。
【００３９】
ブロック６０８において、形状センシングデバイスを持つ３次元構造が、画像ボリュームと位置合わせされる（即ち、形状センシング空間は、画像ボリュームと位置合わせされる）。形状センシングデバイスは、そこに一体化される撮像モダリティを含むことができる。斯かる場合、画像ボリューム及び形状センシング空間は、すでに位置合わせされている。画像ボリュームは、対象物又は患者の術前画像を含むことができる。画像ボリュームは、コンピュータ断層撮影、磁気共鳴撮像、蛍光透視、超音波等の１つ又は複数により撮られる構造の３次元画像を含むことができる。
【００４０】
ブロック６１０において、画像ボリュームデータが３次元構造の画像を提供するために使用される経路を、形状センシングデータが提供するよう、湾曲マルチプラナ再構成（ＣＭＰＲ）画像が、形状センシングデータから生成される。これは、構造の曲がった線形又は広げられた２次元表示を含むことができる。この表示は、構造に関する形状センシングデバイスにより取得される経路により影響を与えられ、及び／又は、これに基づかれる。形状センシングデータは、３次元空間及び形状センシングデバイスの軸の周りの回転に関する、時間にわたる情報を含むことができる。構造の表示は、スライス又は断面が撮像され、同時に見られることができる位置を含むことができる。ブロック６１２において、構造の断面は、経路に沿ってレンダリングされることができる。
【００４１】
ブロック６１４において、新しい形状が形状センシングデバイスに関して取得されるたび、又は追加的な情報を集めるために、ＣＭＰＲは洗練されることができる。ブロック６１６において、画像データは、構造における運動を説明するため、再スケール化されることができる（例えば、洗練の部分とすることができる）。運動は、拍動又は他の源が原因とすることができる。再スケール化は、平均変位を取る、又はＣＭＰＲ表示における適切な次元を推定するためのより洗練された推定ツールを使用することを含むことができる。
【００４２】
添付の特許請求の範囲を解釈するにあたり、以下の点を理解されたい。
【００４３】
ａ）「有する」という語は、所与の請求項に記載される要素又は行為以外の他の要素又は行為の存在を除外するものではない。
【００４４】
ｂ）ある要素に先行する「ａ」又は「ａｎ」という語は、斯かる要素が複数存在することを除外するものではない。
【００４５】
ｃ）請求項における任意の参照符号は、それらの範囲を制限するものではない。
【００４６】
ｄ）複数の「手段」が、同じアイテム、又は、ハードウェア、又はソフトウェア実現による構造体、又は機能により表されることができる。
【００４７】
ｅ）特に指定がない限り、行為の特定のシーケンスが必要とされること意図するものではない。
【００４８】
光学ファイバー形状データ（それは、説明的なものであり限定するものではない）を用いて、湾曲マルチプラナ再構成に関する好ましい実施形態が説明されたが、当業者であれば上記の教示を考慮して修正及び変動をなすことができる点に留意されたい。従って、添付の特許請求の範囲により概説される実施形態の範囲に含まれるものとして、本開示の特定の実施形態において変更がなされることができる点を理解されたい。こうして、本開示の内容が特許法により必要とされる範囲で詳細に記載されてきたが、特許証により保護されることを望む保護の請求は、添付の特許請求の範囲に記載される。
【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】
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【国際調査報告】
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