(57)【要約】【課題】患者の器官の可能な運動を考慮に入れ、画像を自動的に位置揃えする。【解決手段】  イメージング・システムに相互依存する少なくとも１個の第一のセンサ（Ｓ）を配置し、少なくとも２枚の画像を撮影する対象となる患者の器官の運動に相互依存するように少なくとも１個の第二のセンサ（Ｐ）を配置し、画像の取得時に上述の各センサ（Ｓ、Ｐ）の位置を取得し、各センサ（Ｓ、Ｐ）の位置に従って画像を位置揃えする。本発明の他の１態様で提供されるシステムは、イメージング・システムに相互依存する少なくとも１個の第一のセンサの位置及び２枚の画像を撮影する対象となる患者の器官の運動に相互依存する少なくとも１個の第二のセンサの位置を取得する手段を含んでおり、位置揃えは、画像が取得される瞬間の各センサの位置に従って実行される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１台のイメージング・システムにより取得される画像を位置揃えする方法であって、
前記イメージング・システムに相互依存する少なくとも１個の第一のセンサ（Ｓ）を配置するステップと、
少なくとも２枚の画像を撮影する対象となる患者の器官の運動に相互依存するように少なくとも１個の第二のセンサ（Ｐ）を配置するステップと、
画像の取得時に前記各センサ（Ｓ、Ｐ）の位置を取得するステップと、
前記各センサ（Ｓ、Ｐ）の前記位置に従って前記画像を位置揃えするステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記各センサ（Ｓ、Ｐ）は電磁センサであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第二のセンサ（Ｐ）は、前記器官の運動を取り入れるように前記患者の前記器官の近傍に設置された用具に相互依存することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記画像は異なるイメージング・システムにより得られることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記画像はＸ線スキャナ・システム、磁気共鳴スキャナ・システム、超音波スキャナ・システム及び／又はアンジオグラフィ・システムにより得られることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１台のイメージング・システムにより取得される画像を位置揃えするシステムであって、前記イメージング・システムに相互依存する少なくとも１個の第一のセンサ（Ｓ）の位置及び少なくとも２枚の画像を撮影する対象となる患者の器官の運動に相互依存する少なくとも１個の第二のセンサ（Ｐ）の位置を取得する手段を備えており、位置揃えは、前記画像が取得される瞬間の前記各センサ（Ｓ、Ｐ）の前記位置に従って実行されることを特徴とするシステム。
【請求項７】
コンピュータにおいて用いられ得る媒体に記録されたプログラム・コード命令を備えたコンピュータ・プログラム・プロダクトであって、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の方法を適用する命令を含むことを特徴とするコンピュータ・プログラム・プロダクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像の実時間の位置揃え（registration）の方法に関する。有利な例としては、本発明は特に、アンジオグラフィ・システムにおいて取得される３Ｄ／３Ｄ画像若しくは３Ｄ／２Ｄ画像を位置揃えすること、スキャナ・システム（Ｘ線スキャナ、磁気共鳴スキャナ又は超音波スキャナ）において取得される３Ｄ／３Ｄ画像を位置揃えすること、又はスキャナ・システム（Ｘ線スキャナ、磁気共鳴スキャナ又は超音波スキャナ）及びアンジオグラフィ・システムにおいて取得される３Ｄ／３Ｄ画像若しくは３Ｄ／２Ｄ画像を位置揃えすることに適用される。
【背景技術】
【０００２】
医療撮像において、特に侵襲型放射線処置の範囲内で、二つの異なるシステムから画像を取得すると有用である場合がある。
【０００３】
実際に、術前段階において、手術しようとしている患者の器官の走査を実行したい場合がある。この目的のために、Ｘ線スキャナ（頭文字を取ってＣＴ（計算機式断層写真法）と呼ばれる場合もある）を用いることができ、これにより、領域について複数の観察される微細な断面像を得ることができ、次いで３Ｄ画像を形成するためにこれらの断面像を結合する。
【０００４】
この術前段階では、アンジオグラフィ・システムにおいて取得される２Ｄ診断画像（投影像）又は３Ｄ診断画像（断面像）を用いることもできる。この段階では、医師は、用具が通過するときに隣接する器官を損傷せずに標的領域に達するようにするために用具が辿るべき経路を画定することができる。
【０００５】
次に、手術時すなわち用具を挿入した後に実際の標的領域に手術を施す際には、医師が用具の位置、及び標的領域に如何なる影響を及ぼしているかを確認すると有用である。この目的のために、用具を案内するのに医師を助ける役割を果たすイメージング・システムが用いられる。用いられるイメージング・システムは、術前段階において用いられるものと同じであってもよいし、異なるシステムであってもよい。例えば、肝腫瘍に対する塞栓術の例が挙げられ、この場合には、術前期にＸ線スキャナを用い、術中期にアンジオグラフィを併用する。もう一つの例は、無線周波数による肝臓の癌腫瘍の焼灼であり、この場合にはＸ線スキャナを術前期及び術中期の両方に用いる。
【０００６】
また、用具の案内時には、イメージング・システムをナビゲーション・システムに結合することもできる。ナビゲーション・システムは、侵襲型用具に取り付けられているか又は器官の運動に相互依存する位置センサを有する。これらのセンサの目的は、イメージング・システムによって取得される２Ｄ画像又は３Ｄ画像において器官の位置及び用具の位置を実時間で求め得るようにすることにある。但し、この装置は、同じ画像でのナビゲーションを可能にするに留まる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
検査される患者又は器官は、例えば心搏又は呼吸のような不随意運動を有し得る。すると、異なる瞬間に取得される画像を位置揃えすることについて問題が生ずる。
【０００８】
位置揃えする方法は当業者には既に公知であるが、これらの方法は患者の皮膚に貼付されており異なる画像においても可視である放射線不透過性標識の利用に基づいており、又は解剖学的標識すなわち異なる画像においても位置決定され得る患者の解剖学的構造の特徴の利用に基づくものである場合もある。従って、この位置揃え方法は、画像での可視標識と、患者の皮膚に貼付された標識又は解剖学的標識とを合致させることから成っている。
【０００９】
従って、これらの方法では、患者の運動は異なる画像での可視標識の位置の差によって検出される。従って、位置揃えは画像の内容にのみ基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従って、本発明の目的の一つは、患者の器官の可能な運動を考慮に入れることにより、画像を自動的に位置揃えすることのできる位置揃え方法を提案することにある。この方法は、経時的に連続して撮影された画像の位置揃え、又は場合によっては異なるイメージング・システムによって撮影された同じ器官の画像の位置揃えを提供するものとする。
【００１１】
本発明によれば、少なくとも１台のイメージング・システムによって取得される画像を位置揃えする方法が提供され、この方法は、
イメージング・システムに相互依存する少なくとも１個の第一のセンサを配置するステップと、
少なくとも２枚の画像を撮影する対象となる患者の器官の運動に相互依存するように少なくとも１個の第二のセンサを配置するステップと、
画像の取得時に上述の各センサの位置を取得するステップと、
各センサの位置に依存して画像を位置揃えするステップと
を含んでいる。
【００１２】
特に、有利な例としては、上述のセンサは電磁センサである。
【００１３】
特定の一実施形態によれば、第二のセンサは器官の運動を取り入れるように患者の器官の近傍に設置された用具に相互依存する。
【００１４】
本発明のもう一つの特徴によれば、画像は、異なるイメージング・システムによって得られ、さらに具体的には、Ｘ線スキャナ・システム、磁気共鳴スキャナ・システム、超音波スキャナ・システム、及び／又はアンジオグラフィ・システムによって得られる。
【００１５】
本発明のもう一つの目的は、少なくとも１台のイメージング・システムによって取得される画像を位置揃えするシステムに関するものであり、このシステムは、イメージング・システムに相互依存する少なくとも１個の第一のセンサの位置及び少なくとも２枚の画像を撮影する対象となる患者の器官の運動に相互依存する少なくとも１個の第二のセンサの位置を取得する手段を含んでおり、位置揃えは、画像が取得される瞬間の上述の各センサの位置に依存して実行される。
【００１６】
好ましくは、上述の位置揃え方法は、メモリとコンピュータ・プログラムを実行するための処理ユニットとを含むＰＣ型コンピュータのように、位置揃え方法の各ステップを適用する手段を含む処理装置によって適用される。このコンピュータ・プログラムは特に、上述の方法の各ステップを実行することのできる１又は複数のアルゴリズムを含んでいる。従って、本発明の最後の目的は、媒体に記録されたもののようなコンピュータ・プログラムに関するものである。
【００１７】
本発明のその他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び１枚のみの添付図面からさらに明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
侵襲型放射線処置の分野では様々なイメージング・システムを用いることができ、このことは当業者には周知であるので、以下では簡単に説明する。
【００１９】
広く用いられているイメージング・システムはアンジオグラフィである。
【００２０】
アンジオグラフィ装置は典型的には、患者を載置するテーブル、テーブルの下方に位置するＸ線管、及びガントリに相互依存している検出器を含んでおり、ガントリは、Ｃ字形の全体的な形状を有し３本の回転軸に沿って可動である。かかる装置は、２Ｄ画像又は３Ｄ画像の取得を可能にする。
【００２１】
投影２Ｄ撮像では、ガントリは所定の位置に固定されて、診断のコンテクスト又は侵襲処置のコンテクストにおいて画像を取得することができる。侵襲処置の場合には、カテーテルが患者の血管に挿入される。
【００２２】
診断撮像（ラジオグラフィ・モード）では、第一の画像が取得され、次いで第二の画像を撮影するために造影剤が注入される。両方の画像の減算から、血管を観察することが可能になる。
【００２３】
侵襲型撮像（フルオロスコピィ・モード）では、カテーテルを設置しているときに所謂フルオロスコピィ画像が取得されて、カテーテルの位置が観察される。
【００２４】
さらに、アンジオグラフィ装置の場合には、３Ｄ画像を取得することも可能である。そしてこの工程は回転アンジオグラフィとも言われ、ガントリが約２００°の振れ幅に従って変位して、画像がガントリの異なる傾きに従って取得される。断層像再構成アルゴリズムを用いて、患者の血管系の３Ｄ画像を得ることができる。
【００２５】
もう一つの周知の撮像装置は、「ＣＴ」又は「計算機式断層写真法」とも呼ばれるＸ線スキャナである。
【００２６】
一般的には、この形式の装置は、複数の検出器、Ｘ線管及びテーブルを設けた中孔を含んでおり、テーブルに患者を横臥させて、数枚の断面像を撮影するように中孔の内部で摺動させる。再構成アルゴリズムを用いて、異なる断面像から患者の器官の３Ｄ画像を再構成することができる。
【００２７】
これらの撮像装置両方を用いており、従ってアンジオグラフィからの画像とＸ線スキャナによって得られた画像とを位置揃えすることが必要となるような本発明の特定の一実施形態について説明する。
【００２８】
図１に関して述べると、患者１１０が、用いられる両方のイメージング・システムに共通のテーブル１２０に横臥している。
【００２９】
テーブル１２０には典型的には、天板１７０が形成されており、天板１７０は３本の軸に沿って固定台１７５に対して相対的に並進方向に可動である。
【００３０】
アンジオグラフィ・システム１１５はガントリ１４５を含んでおり、ガントリ１４５にはＣ字形の全体的な形状を有する可動式アームが形成されている。可動式アームは異なる軸に沿って回動することができる。可動式アーム１５０の両端１６５の一方は、患者１１０の身体の部分に交差した後に減弱したＸ線を検出する検出器１４０を支持している。可動式アーム１５０の他端１６０はＸ線源１３５を支持している。
【００３１】
Ｘ線スキャナ・システムは、図１には示されていないが同じ部屋に設置されており、テーブル１２０は両方のイメージング・システムで共通となっている。テーブルの天板１７０の並進によって、患者を移動させずにシステムのいずれか一方によって画像を取得することが可能である。
【００３２】
医師は、例えばカテーテル、ガイド、プローブ、又は実行される手術に適したその他任意の用具であってよい用具１０５を用いる。
【００３３】
また、ナビゲーション・システム１２５が用いられ、ナビゲーション・システム１２５は、一方がイメージング・システムに付設されており他方が患者に付設されているようなセンサを少なくとも含んでおり、またワークステーション２１０が用いられて、センサによって送り返された情報を取得することを可能にし、また観察画面２１５が位置揃え済みの画像の表示を提供する。
【００３４】
少なくとも１個の電磁センサＳが、手術用テーブル又は任意の固定点に堅固に固定される。このセンサは、Ｘ線スキャナ・システム及びアンジオグラフィ・システムに共通である。
【００３５】
また、少なくとも１個の第二の電磁センサＰが、画像を撮影したい患者の器官の運動を取り込む目的で設けられており、器官の運動を考慮に入れ、これらの運動を考慮に入れることによる位置揃えを可能にしている。この目的のために、センサＰを器官に相互依存するようにする幾つかの解決策が思量される。
【００３６】
第一の可能性は、患者の外部、例えば患者の皮膚又は場合によっては脊椎にセンサを配置するものである。
【００３７】
また、１又は複数の超小型センサをカテーテル又はガイドに内蔵することも可能である。実際に、カテーテルは、挿入された血管壁に押圧されると血管壁の運動を取り込む。この場合には、カテーテルは血管に固定されないでも血管に相互依存すると考えられる。
【００３８】
センサＰを器官に固定するもう一つの可能性は、センサを固定して器官に付着させる銛形状の針によるものである。
【００３９】
最後に、展開自在型システムを用いて、ガイドによって所望の位置にセンサを装着した後にガイドを引き抜いてもよい。
【００４０】
図１に示す実施形態によれば、センサＰはカテーテル１０５に固定されている。図を単純化するために、カテーテルは患者の体外に図示されているが、患者の血管に挿入される目的で設けられていることは明らかである。
【００４１】
電磁センサは、一般的な形態であるコイルとして示されている。
【００４２】
これらのセンサの動作は当業者には周知であるので、ここでは立ち入らない。センサは、空間的な相対位置を測定し得るように電磁的に結合されている。
【００４３】
センサの各々が、メモリを付設させたコンピュータであってデータを処理するためにメモリに記録されているプログラムの命令を実行することが可能なコンピュータを一般に含む制御器に接続されている。コンピュータはまた、イメージング・システムの操作者によってワークステーション２１０を介して制御されてもよい。コンピュータは、観察画面２１５に位置揃え済みの画像を表示するためのデータを出力する。
【００４４】
このようにして、器官について撮影された各々の画像は、ナビゲーション・システムによってセンサＰについて読み取られた三次元位置によって、他の画像に対して位置揃えされ得る。
【００４５】
両システムによる画像の取得時に、次の空間的情報が収集される。
【００４６】
・センサＳの位置及び配向
・センサＰの位置及び配向
・ＣＴシステムによる取得時のテーブルの位置
・Ｘ線取得時のテーブルの位置
・２Ｄ取得の場合にはガントリの位置。
【００４７】
ナビゲーション・システムによって、参照番号３１５、３０５、３６８及び４００をそれぞれ付すように、テーブルに付設された参照と、ガントリに付設された参照と、Ｓセンサ及びＰセンサに付設された各参照との間の空間的関係を算出することが可能である。
【００４８】
位置揃えは、センサの三次元変位に従って単に画像を調節することにより実行される。
【００４９】
このように、例えば、３Ｄアンジオグラフィ取得システムからＸ線スキャナ（ＣＴ）取得システムへの移行を可能にする行列が下式によって与えられる。
【００５０】
【数１】
2008302219.tif 000003
式中、指数Ｇはガントリの参照を指し、指数Ｔはテーブルの参照を指し、
【００５１】
【数２】
2008302219.tif 000004
といった形式の表記は、Ｘ線スキャナ取得時にセンサＳの参照からセンサＰの参照への移行を可能にする行列を示している。
【００５２】
実際に、ＣＴ取得時には、
【００５３】
【数３】
2008302219.tif 000005
が成り立ち、３Ｄアンジオグラフィ取得時には、
【００５４】
【数４】
2008302219.tif 000006
が成り立つ。
【００５５】
ここで、
【００５６】
【数５】
2008302219.tif 000007
及び
【００５７】
【数６】
2008302219.tif 000008
であると仮定する。
【００５８】
本発明は、多くの例において適用可能であり、Ｘ線スキャナ／アンジオグラフィ混成システムにおいて用いることもできるし、Ｘ線スキャナのみに基づくシステム又はアンジオグラフィのみに基づくシステム等のように用いることもできる。
〔第一の適用例：「ＣＴ／２Ｄ位置揃え」（Ｘ線スキャナ及びアンジオグラフィによって得られる画像）〕
第一の適用例は、Ｘ線スキャナ（ＣＴ）及びアンジオグラフィを用いた混成システムである。かかる混成システムは、カテーテル挿入を要する手術、例えばカテーテルによる塞栓術において用いられ得る。
【００５９】
塞栓術は、１又は複数の異常血管又は出血の原因となっている血管を物質によって塞ぐことのできる手法であり、物質の性質は、閉塞の形式及び治療したい血管の径に依存する。
【００６０】
手術の前に、カテーテルを患者の血管系に挿入し、カテーテルの端部が、閉鎖させたい血管の近傍に位置するようにする。電磁センサＰがカテーテルに一体化されており、従って、運動を取り込む対象となっている治療したい血管の壁に押圧されて配置される。次いで、処置したい領域の３Ｄ画像をＸ線スキャナによって取得する。この取得時に、ナビゲーション・システムは、センサＳに対するセンサＰの位置を記録する。
【００６１】
次に、カテーテルに適当な物質を挿入することにより、塞栓術に進む。この手術の経過を追跡するために、２Ｄフルオロスコピィ画像取得が実行され、この取得時にもナビゲーション・システムがセンサＳに対するセンサＰの位置を記録する。
【００６２】
位置揃え方法は、Ｘ線スキャナによって得られた術前画像を、塞栓術時に撮影された２Ｄフルオロスコピィ画像と自動的に位置揃えすることを可能にする。
〔第二の適用例：「ＣＴ／ＣＴ位置揃え」（Ｘ線スキャナによって得られる画像）〕
本発明による位置揃え方法のもう一つの適用例は、無線周波数による肝腫瘍の焼灼である。
【００６３】
テーブルに横臥した患者の実際の手術に進む前に、テーブルに電磁センサＳを取り付け、患者の肝臓に電磁センサＰを取り付ける。次いで、Ｘ線スキャナによる関連する領域からの３Ｄ画像の取得が行なわれる。この取得時に、ナビゲーション・システムは、センサＳに対するセンサＰの位置を記録する。
【００６４】
次に、腫瘍の焼灼に進む。焼灼は、Ｘ線スキャナのような撮像手法によってガイドすることにより無線周波数プローブを腫瘍に挿入し、次いで、一旦、プローブが腫瘍に配置されたら、プローブの端部の近くに位置する腫瘍組織を加熱して除去するためにプローブに無線周波数電流を流すことから成っている。術中期には、同じイメージング・システムが、関心領域のフルオロスコピィ断面像の取得を提供する。これらの取得時にも、ナビゲーション・システムはセンサＳに対するセンサＰの位置を記録する。
【００６５】
この位置揃え方法によって、術前３Ｄ画像を、患者の運動（特に呼吸運動）を考慮に入れた走査断面像（スキャナのフルオロスコピィ・モード又はＣＴモード、数枚の断面像）に自動的に位置揃えすることが可能になる。
【００６６】
さらに、この方法の利点は、仮想的な用具を３Ｄ画像において表示して、金属針及び電極がかなりのアーティファクトを生ずるフルオロスコピィ画像よりも良好に、焼灼したい標的を観察し得るようにすることである。
【００６７】
従って、この方法を利用すると、さらに高速でさらに安全な肝腫瘍の焼灼が行なわれる。
〔第三の適用例：「３Ｄ／２Ｄ位置揃え」（アンジオグラフィによって得られる画像）〕
アンジオグラフィ・システムの場合には、本発明によれば、運動を考慮に入れながら３Ｄ取得をフルオロスコピィ取得と合体させることができる。従って、心臓の３Ｄ画像と心房細動の焼灼の枠組の範囲内での２Ｄ画像との位置揃えを用いることができる。心房細動は、心房の無秩序な収縮として定義され、心房の直下に位置する心室の急速で不規則な収縮を引き起こす。心房細動は特に、プローブの下方に位置する区域に損傷を与える目的を有する「投与（shot）」を行なうために、肺静脈において心房に通したカテーテルを介して無線周波数プローブを挿入することにより治療され得る。心房細動の発生の原因となる病巣を特定する目的で、一連の損傷部を設ける。
【００６８】
以上のように、本発明によれば、異なる状況で得られた画像の位置揃えを下記のようにして得ることができる。
【００６９】
・アンジオグラフィによって得られた数枚の３Ｄ画像の時間位置揃え（「３Ｄ／３Ｄ位置揃え」）
・数枚のＣＴ画像の時間位置揃え（「ＣＴ／ＣＴ位置揃え」）
・数枚の２Ｄ画像の時間位置揃え（「２Ｄ／２Ｄ位置揃え」）
・数枚の３Ｄ画像及び２Ｄ画像の時間位置揃え（「３Ｄ／２Ｄ位置揃え」）
・Ｘ線走査による画像と２Ｄ画像とのの位置揃え（「ＣＴ／２Ｄ位置揃え」）。
【００７０】
言うまでもなく、本発明は、以上に述べたイメージング・システムに限定されている訳ではなく、磁気共鳴スキャナ（ＭＲ）又は場合によっては超音波スキャナによって得られた画像にも適用され得る。
【００７１】
さらに、Ｘ線スキャナとアンジオグラフィ・システムとの間の位置揃えは、患者の運動又は器官の運動が電磁センサによって検出されるので、患者に設けられる如何なる標識の利用も要しない。
【００７２】
この観点で、器官の運動を考慮に入れることが可能な任意のセンサを用い得ることが特記される。例えば、患者の体外に光学的センサを用いてもよい。
【００７３】
従って、位置揃えは、従来技術による方法とは異なり、画像の内容を利用するものではない。
【００７４】
最後に、以上に掲げた実例は特定的な説明のためのものであり、本発明の適用分野を限定するものではないことは明らかである。適用分野は医療撮像に特に限定される訳ではなく、画像の位置揃えを要する任意の技術分野が適用分野となる。さらに、他の形式の三次元センサを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明による位置揃え方法を適用し得る侵襲型放射線装置を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０５  用具
１１０  患者
１１５  アンジオグラフィ・システム
１２０  テーブル
１２５  ナビゲーション・システム
１３５  Ｘ線源
１４０  検出器
１４５  ガントリ
１５０  可動式アーム
１６０、１６５  可動式アームの両端
１７０  テーブル天板
１７５  テーブル台
２１０  ワークステーション
２１５  観察画面
３０５  ガントリの参照
３１０  検出器の参照
３１５  テーブルの参照
３５０  センサＳの参照
４００  センサＰの参照
Ｓ  センサ（固定）
Ｐ  センサ（患者側）
【図１】
2008302219.tif 000009