(57)【要約】      （修正有）【課題】近位端で近位部分に隣接し遠位端で遠位部分に隣接する閉塞部分を有する管状器官の３次元（３Ｄ）モデルを生成するための方法の提供。【解決手段】異なる視点のそれぞれについて、それぞれが前記近位部分および前記遠位部分を含む複数の重ねられた２Ｄ画像を生成する処置と、前記重ねられた２Ｄ画像中に前記近位部分と前記遠位部分の境界領域を決定する処置と、前記近位部分と前記遠位部分の境界領域の間を補間することによって、前記重ねられた２Ｄ画像中に前記閉塞部分の境界領域を決定する処置と、前記重ねられた２Ｄ画像から前記管状器官の３Ｄモデルを生成する処置と、前記近位部分を通り前記閉塞部分を通り前記遠位部分を通って進む、管状器官の３Ｄ中央線を決定する処置とを有する前記方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
その近位端で近位部分に隣接しその遠位端で遠位部分に隣接する閉塞部分を有する管状器官の３次元（３Ｄ）モデルを生成するための方法であって、
前記閉塞部分の第１端部に接近する第１造影剤を前記管状器官に注入する処置と、
異なる視点からそれぞれ前記管状器官の複数の第１注入２次元（２Ｄ）画像を取得し、前記第１注入２Ｄ画像がさらにそれぞれの器官タイミング信号読取値と共に取得される処置と、
前記閉塞部分の第２端部に接近する第２造影剤を前記管状器官に注入する処置と、
異なる視点からそれぞれ前記管状器官の複数の第２注入２次元（２Ｄ）画像を取得し、前記第２注入２Ｄ画像がさらにそれぞれの器官タイミング信号読取値と共に取得される処置と、
前記視点のそれぞれについて、それぞれが前記近位部分および前記遠位部分を含む複数の重ねられた２Ｄ画像を生成する処置と、
前記重ねられた２Ｄ画像中に前記近位部分と前記遠位部分の境界領域を決定する処置と、
前記近位部分と前記遠位部分の境界領域の間を補間することによって、前記重ねられた２Ｄ画像中に前記閉塞部分の境界領域を決定する処置と、
前記重ねられた２Ｄ画像から前記管状器官の３Ｄモデルを生成する処置と、
前記近位部分を通り前記閉塞部分を通り前記遠位部分を通って進む、管状器官の３Ｄ中央線を決定する処置と
を有する前記方法。
【請求項２】
前記重ねられた２Ｄ画像のそれぞれの前記視点が、前記第１注入２Ｄ画像および第２注入２Ｄ画像を取得する撮像装置の光学軸のベクトル方向に関係し、前記異なる視点間の差が少なくとも３０°である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記異なる視点間の差が少なくともおよそ９０°である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記閉塞部分の前記第２端部を前記第１注入２Ｄ画像中に見ることができない場合、前記第２造影剤を注入する処置、および前記複数の第２注入２Ｄ画像を取得する処置が実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
その近位端で近位部分に隣接しその遠位端で遠位部分に隣接する閉塞部分を有する管状器官を貫通してナビゲートする方法であって、
前記近位部分、前記閉塞部分および前記遠位部分を通って進む３Ｄ中央線を含む前記管状器官の３Ｄモデルを生成する処置と、
前記管状器官に沿った複数の位置で、前記管状器官に挿入されるガイドワイヤ先端の位置および配向を決定する処置と、
前記ガイドワイヤを前記閉塞部分を通って進め、前記ガイドワイヤ先端を前記３Ｄ中央線によって画定される安全軌道に沿ってナビゲートする処置と、
前記ガイドワイヤ先端が前記安全軌道から外れている場合に指示する処置と
を有する前記方法。
【請求項６】
前記決定する処置が、前記ガイドワイヤ先端に搭載されるＭＰＳセンサを採用することによって実行される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記決定する処置が、前記管状器官の画像中の前記ガイドワイヤ先端の前記位置および配向を観察することによって実行される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記管状器官の前記画像がＸ線画像を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記３Ｄモデルの前記ガイドワイヤ先端の位置および配向を連続的に表示する処置をさらに有する、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
その近位端で近位部分に隣接しその遠位端で遠位部分に隣接する閉塞部分を有する患者の管状器官の３Ｄモデルを生成し、前記管状器官を貫通してナビゲートするシステムであって、
撮像放射線送波器および撮像放射線検知器を含み、異なる視点から前記管状器官の複数の２Ｄ画像を取得するための医療用撮像システムと、
前記２Ｄ画像の取得と同時に前記管状器官の活動状態を検出するための器官タイミング信号検知器と、
医療用位置決めシステムに接続される複数のＭＰＳ送信器、前記患者の身体に接続される基準センサ、および前記ガイドワイヤの先端に接続されるＭＰＳセンサを含み、前記管状器官に沿った複数の位置で、前記管状器官に挿入されるガイドワイヤ先端の位置および配向を決定するための医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）と、
前記医療用撮像システム、前記器官タイミング信号検知器、および前記ＭＰＳに接続される閉塞ナビゲーションプロセッサであって、前記視点のそれぞれについて複数の重ねられた２Ｄ画像を生成し、前記それぞれの重ねられた２Ｄ画像が、前記近位部分および前記遠位部分の表示を含み、前記重ねられた２Ｄ画像中の前記近位部分および前記遠位部分の境界領域を決定し、前記近位部分および前記遠位部分の境界領域の間を補間することによって前記重ねられた２Ｄ画像中の前記閉塞部分の境界領域を決定し、前記重ねられた２Ｄ画像から前記管状器官の３Ｄモデルを生成し、前記近位部分、前記閉塞部分および前記遠位部分を通って進み、前記管状器官内に安全軌道を画定する前記管状器官の３Ｄ中央線を決定する前記閉塞ナビゲーションプロセッサと
を備える前記システム。
【請求項１１】
前記閉塞ナビゲーションプロセッサが、前記ガイドワイヤ先端が前記安全軌道から外れている際指示を生成する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記３Ｄ中央線と、前記ＭＰＳセンサの位置および配向の視覚的表示を提供するために前記閉塞ナビゲーションプロセッサに接続されるディスプレイをさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ディスプレイが、前記ガイドワイヤ先端が前記安全軌道から外れている際、前記閉塞ナビゲーションプロセッサによって生成される指示の視覚的表示をさらに提供する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
その近位端で近位部分に隣接しその遠位端で遠位部分に隣接する閉塞部分を有する管状器官を貫通してナビゲートする方法であって、
前記近位部分内で前記近位端に向かう第１誘導測定カテーテル（ＧＭＣ）の３Ｄ位置および配向を決定し、これにより連続する近位３Ｄ安全軌道を決定する処置と、
前記遠位部分内で前記遠位端に向かう第２誘導測定カテーテル（ＧＭＣ）の３Ｄ位置および配向を決定し、これにより連続する遠位３Ｄ安全軌道を決定する処置と、
前記近位３Ｄ安全軌道と前記遠位３Ｄ安全軌道の間を補間することによって、前記閉塞部分を通って進む閉塞３Ｄ安全軌道を決定する処置と
を有する前記方法。
【請求項１５】
前記管状器官内に挿入されるガイドワイヤ先端の位置および配向を決定する処置と、
前記閉塞部分を通って前記ガイドワイヤを進め、前記近位３Ｄ安全軌道、前記閉塞３Ｄ安全軌道、および前記遠位３Ｄ安全軌道の少なくとも１つに沿って前記ガイドワイヤ先端をナビゲートする処置と、
前記近位３Ｄ安全軌道、前記閉塞３Ｄ安全軌道、および前記遠位３Ｄ安全軌道のいずれか１つから前記ガイドワイヤ先端が外れている場合に指示する処置と
をさらに有する請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記決定する処置の少なくとも１つが前記ＧＭＣの先端に搭載されるＭＰＳセンサを採用することによって実行される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
ガイドワイヤ先端の位置および配向を決定する前記処置が、前記ガイドワイヤの先端に搭載されるＭＰＳセンサを採用することによって実行される、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の技術は一般に血管治療装置に関し、詳細には閉塞血管を貫通してナビゲートするための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
血管内でのプラーク固着物の堆積は次第に、血管の封鎖または閉塞につながる。結果として生じる狭窄症として知られる欠陥の異常な狭窄が、いくつかの合併症を引き起こす恐れがある。特に冠状動脈の狭窄症は血管、心臓へまたは心臓からの血流を制限し（すなわち虚血）心臓組織の重篤な損傷を引き起こす恐れがある。動脈管腔内でのプラーク形成による動脈壁の肥大および硬化は、アテローム性動脈硬化として知られている。アテローム性動脈硬化は、狭心症、心不全、心筋梗塞（すなわち心臓発作）ならびに卒中および脚の壊疽など多くの冠状動脈疾患および症候群の原因となる。
【０００３】
閉塞した血管の治療は一般に、収縮した血管を物理的に拡張することを目的とする低侵襲性の血管形成治療を包含する。ガイドワイヤに沿ってカテーテルが通過できるように、ガイドワイヤを治療の前に閉塞領域を超えて進めなければならない。ガイドワイヤが封鎖部を超えて配置されると、バルーンまたはステントを有するカテーテルが、ガイドワイヤを超えて血管形成が行われる。一般に、ガイドワイヤをナビゲートするのに医師が使用する閉塞血管の視覚的表示を実現するために、Ｘ線透視検査処置（例えば血管造影）が最初に行われる。血管は通常Ｘ線画像中で識別可能であるので、このような血管のＸ線透視画像は、検査する血管に造影剤を注入することによって入手することができ、血管腔を貫通して流れる造影剤の経路を視覚化することができる。血管が一部のみ閉塞しており、ガイドワイヤの通過が可能な十分な空隙が閉塞領域内にある場合、次いで標的領域にガイドワイヤを進め、方向付けおよび支持するためにガイドワイヤを使用して医療処置を行うことが可能である。しかしながら全閉塞の場合、ガイドワイヤは動脈の閉塞領域を通ってこれを超えて進むことができない。全閉塞は、造影剤が血管の閉塞部分を通って流れないという事実により、血管のこの部分はＸ線透視検査で見ることができないため、医師がＸ線透視検査画像の閉塞動脈の正確な経路を特定することができない。したがって、閉塞部の全長を横切って、動脈内にガイドワイヤを正確にナビゲートするのに必要な最適な操作を決定することは非常に困難である。ガイドワイヤの不適切な操作は、重篤な合併症、および処置の失敗につながる動脈壁の内膜または内膜下層の局部的切開、さらに動脈壁の完全な穿孔を引き起こす恐れがある。したがって、動脈全閉塞の場合の低侵襲医療処置は、部分的閉塞または動脈狭窄と比較してかなり低い成功比率と、高い合併症が起こる比率とを有する。
【０００４】
閉塞血管を通ってガイドワイヤの進行に関する既存の技術は、例えば閉塞部を通るように試みるアテローム切除切開カテーテルを含む。別の知られた技術は、閉塞部の想定経路を基にしてガイドワイヤを閉塞血管に押し込み、全閉塞部の全長を通って止まるように試みることを含む。全閉塞部を通るのに使用されるガイドワイヤは通常剛性を呈し、そこに力が加えられると血管壁を穿孔し、これにより偽管腔を生成することができる。したがって、医師は閉塞血管の実際の経路に従っていることが確実ではないので、このように閉塞部を通ってガイドワイヤを押す力を使用することを躊躇する。閉塞部を超えてガイドワイヤを進めることができない場合、バイパス手術のような高侵襲性の手術が代替として行われることがある。重篤な合併症および患者にとっての外傷となるため、一般にこのような侵襲性治療処置を回避することが好ましい。閉塞部を治療するための他の知られた技術は、レーザ切断、放射線適用、閉塞部を除去する流体の投与を包含する。あるケースでは、ガイドワイヤを中に挿入することができる小さな空洞が閉塞血管中に開放したままであることがある。しかしながら、血管の閉塞部分は実際はＸ線透視検査画像中で識別できないので、通常医師が血管の中央でＣＴＯワイヤ（剛性のワイヤ）を維持することは非常に困難である。
【０００５】
「ドッタリングオーガカテーテルシステム（Ｄｏｔｔｅｒｉｎｇ ａｕｇｅｒ ｃａｔｈｅｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）」という名称のフィッシェル（Ｆｉｓｃｈｅｌｌ）による米国特許第５、４２３、８４６号は、バルーン血管形成またはアテローム切除などの血管開通処置の前に最初の経路を形成するために、人の体内で血管封鎖（すなわち全閉塞）を貫通するためのカテーテルシステムを対象としている。カテーテルシステムは、センタリングカテーテルおよびドッタリングオーガカテーテル（ＤＡＣ）を含む。ＤＡＣは、近位端の鋼管、可撓性カテーテル部、および遠位端の自己タップ式オーガねじを含む。ねじは、鋭利な先端へ向かって先細になる円錐部を有する。鋼管の近位端は、患者の身体の外側に延在する。鋼管の近位端にハンドルが装着されている。センタリングカテーテルは、その遠位端にバルーンを含む。センタリングカテーテルは、ＤＡＣが挿入される中央管腔、およびバルーンを膨張させるために流体が中を通過することができる第２管腔を有する。
【０００６】
患者の動脈内の封鎖を示すために血管造影が行われた後、ガイドワイヤの遠位端が封鎖部の近位面に隣接するまでガイドワイヤが動脈に向けて進められる。次いで、センタリングカテーテルの遠位端が封鎖部の近位面に接触するまでセンタリングカテーテルがガイドワイヤの上に進められる。ガイドワイヤが除去され、センタリングカテーテルのバルーンが膨張することによって、動脈内でセンタリングカテーテルの遠位端がセンタリングされる（およびねじが動脈壁を貫通する可能性を低減する）。動脈のセンタリングカテーテルの位置、および封鎖部の長さを確認するために、センタリングカテーテルの中央管腔内に造影剤が注入される。ＤＡＣの遠位端が封鎖部の近位面に接触するまでＤＡＣがセンタリングカテーテルを通って進められる。ハンドルを介してＤＡＣに回転トルクおよび押す力を同時に加えることによって、封鎖部の長さを超えてオーガねじが進められる。オーガねじが除去され、ＤＡＣが封鎖部を通る経路を形成したことを確認するために、センタリングカテーテルの中央管腔中に造影剤が注入される。別のガイドワイヤがセンタリングカテーテル、および形成された経路を通って進められる。センタリングカテーテルが除去され、バルーン血管形成またはアテローム切除処置が実行される。
【０００７】
「血管封鎖のＲＦ再疎通用ガイドワイヤシステム（Ｇｕｉｄｅ ｗｉｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＲＦ ｒｅｃａｎａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｓｃｕｌａｒ ｂｌｏｃｋａｇｅｓ）」という名称のチャンドラセカラン（Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋａｒａｎ）等による米国特許第６、２１０、４０８号は、患者の血管系内の閉塞血管を再疎通する方法およびシステムを対象としている。システムは、センタリングカテーテル、ガイドワイヤ、および高周波（ＲＦ）発生器を含む。ガイドワイヤは、遠位端にアブレーションチップを含む。センタリングカテーテルは、ガイドワイヤ管腔を有する細長いカテーテル本体およびセンタリング機構（例えば、細長い膨張可能なバルーン）を含む。ガイドワイヤはＲＦ発生器に接続される。ＲＦ発生器はさらに患者の対極板および足踏みスイッチに接続される。
【０００８】
標的組織にＲＦエネルギーを最大限に送達するために患者に対極板（例えば実質的に広い領域を備えたパッド）が装着される。アブレーションチップが全閉塞部に近接して配置されるまで、ガイドワイヤが患者の血管系内に挿入され、これを経由して送られる。センタリング機構（すなわちバルーン）が全閉塞部に隣接して配置されるまで、センタリングカテーテルがガイドワイヤ上に進められる。Ｘ線透視検査によりバルーンがより容易に検出できるように、膨張したバルーン内に造影剤が伝達される。膨張媒体がバルーン内に伝達され、バルーンが血管と確実に接触するまでバルーンを膨張させる。アブレーションチップが閉塞部に接触する際ほぼ中心に配置されるように、バルーンは、血管の中央線に沿ってガイドワイヤを維持する。次いで足踏みスイッチを押下することによってＲＦ発生器が作動し、アブレーションチップにＲＦエネルギーを送達する。放電加工工程を開始するのに十分高い電圧ポテンシャルが生成され、これにより閉塞物質内に包含される液体をイオン化する。イオン化により閉塞物質はプラズマ状態へと変換され、結果として生じる粒状物質は血流に安全に吸収される。放電加工工程の開始後、プラズマ変換を維持するために低電圧ポテンシャルが添加される。ＲＦエネルギーの出力パワーは、アブレーションチップと負荷インピーダンス間の相対的インピーダンスの関数である。閉塞物質を示す負荷インピーダンスに達すると（すなわち、血液または健康な血管組織のインピーダンスを超える）放電加工工程が開始されるように、電圧、インピーダンスおよび電極形状が選択される。アブレーションチップは、アブレーションチップと組織の間の放電を容易にするために、少なくとも１つの非連続の機能（例えば縁部または先端）を含む。ＲＦエネルギーが加えられると、ガイドワイヤは閉塞部の中央を貫通して末端に進められる。センタリングカテーテルは除去され、閉塞部を治療するための治療装置（例えばＰＣＴＡカテーテル）がガイドワイヤ上に導入される。
【０００９】
「管状構造の表示するための方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｔｕｂｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）」という名称のクノプリオック（Ｋｎｏｐｌｉｏｃｈ）等による米国特許第６、６４３、５３３号は、医療撮像システムによって得られる血管画像を表示および分析する方法および装置を対象としている。方法は、患者の体内の血管狭窄を表示し、血管の最小断面を判定するのに使用することができる。方法は、血管の中央線を最初に特定するステップを含む。次のステップは、中央線上の局部的中央地点を選択することを包含する。続くステップは、局部的中央地点に対して垂直な断面を得ること、および断面内の血管の外郭を特定することを包含する。次のステップは、それぞれの体節が局部的中央地点と交差する、外郭を横切る種々の体節の長さを順次測定することを包含する。最短の体節は、すべての計測された測定値から特定される。次のステップは、狭窄を示す撮像面を判定することを包含する。撮像面は、最短の体節および局部的中央地点での中央線の局部的軸接線によって形成される。その後、狭窄を示す血管の断面を示す撮像面が表示される。次いで撮像面に対して画像の取得を行うことができる。例えば、撮像面に対する垂線を照準線、局部的中央地点を標的としてＸ線捕捉を実行することができる。画像のスライスを捕捉するために磁気共鳴（ＭＲ）システムを使用することができ、スライスの場所は、撮像面または選択された距離によって撮像面から転換された別の面である。
【００１０】
「閉塞もしくは狭窄を横断するためのガイドワイヤ（Ｇｕｉｄｅｗｉｒｅ ｆｏｒ ｃｒｏｓｓｉｎｇ ｏｃｃｌｕｓｉｏｎｓ ｏｒ ｓｔｅｎｏｓｉｓ）」という名称のノリエガ（Ｎｏｒｉｅｇａ）等による米国特許第６、８２４、５５０号は、身体管腔内の狭窄、部分閉塞または全閉塞を横断するシステムおよび方法を対象としている。システムは、中空ガイドワイヤ、駆動シャフト、筐体および駆動モータを含む。駆動シャフトは、ガイドワイヤの軸方向通路内に可動式に延在する。駆動モータは駆動シャフトに接続される。駆動モータはさらに、制御システムおよび電源に電気接続される。ガイドワイヤの近位端は、入力装置に装着される筐体に接続される。入力装置は、駆動シャフトの回転および軸方向の動きを制御する。駆動シャフトの遠位端は、成形された外形を有する。形状は、貫通する閉塞のタイプによって最適に形成されてよい。遠位先端は、駆動シャフトの回転が、ガイドワイヤの遠位端の半径より大きい、これと同一、またはこれより小さい経路半径を形成するように、ガイドワイヤの長手軸から成形または偏向されてよい。
【００１１】
使用者は、身体管腔に沿って標的部位に中空ガイドワイヤを進める。使用者は、駆動モータを作動して軸方向に後退した位置から軸方向に伸張した位置へ駆動シャフトを回転させ進め、これにより閉塞部を通る経路を形成する。使用者はまた、駆動シャフトを低速回転させるために手動で回転させてよい。遠位先端が回転する際、遠位先端は標的部位で凝血塊を分解し、身体管腔の壁から凝血塊を分離する。使用者は、分解した凝血塊をガイドワイヤの作動チャネルを通って吸い出す、または分解した凝血塊を溶かすために血栓溶解流体を送り込むことができる。ガイドワイヤはさらに標的部位を吸い出す、または中に治療用または診断用物質を注入するために、注入または吸出しカテーテルなどのアクセスまたは支持システムを含んでよい。また、閉塞部の経路内にまたはこれに隣接してアテローム切除装置を進めるために中空ガイドワイヤを使用することができる。駆動シャフトの遠位部分は、Ｘ線透視検査によって医師が駆動シャフトの位置をたどることができるように、Ｘ線不透過性であってよい。
【００１２】
「磁気誘導アテローム切除（Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  Ｇｕｉｄｅｄ  ａｔｈｅｒｅｃｔｏｍｙ）」という名称のホール（Ｈａｌｌ）等による米国特許第６、９１１、０２６号は、全閉塞動脈血管系を治療する磁気誘導カテーテルを対象としている。エネルギー源は、カテーテルの遠位先端に接続される。カテーテルの遠位先端は、磁気的な作動要素を含む。カテーテルは、ガイドワイヤおよびシースを介して治療部位に誘導され、これも磁気的要素を含む。カテーテルは、双極または単極構造の高周波源によって加熱される熱カテーテルであってよい。あるいはカテーテルは抵抗加熱またはレーザ加熱される。カテーテルは、閉塞部を視覚化し位置を特定するために（例えば、超音波画像診断法または蛍光分光法を使用して）撮像ワイヤが中に挿入される管腔を含んでよい。シースとカテーテル本体の間に造影剤を注入し、患者の体内でのカテーテルを見ることができるようにしてよい。温度分布を調整するためにカテーテル先端に冷却流体を注入してよい。
【００１３】
患者は、術前スキャン（例えばＭＲＩ、ＣＴ、超音波撮像などを使用して）を受け、術前データがワークステーションコンソールに書き込まれる。治療中、Ｘ線装置が、患者のリアルタイムの２方向Ｘ線データをワークステーションに提供する。カテーテルは、術前スキャンデータとリアルタイムスキャンデータを合成させる基準マーカーを含む。医師は、ワークステーション上で治療部位の位置を選択することができ、ワークステーションは、選択位置にカテーテルをナビゲートするのに必要な磁場および傾度を計算する。外部磁石がカテーテル先端に磁力を生成し、付加される磁場および傾度が、先端の方向を選択位置へ向けて配向させる。医師（またはロボット要素）は、ガイドワイヤおよびシースを進めるためにカテーテルの近位端を押す。先端の磁気的配向を伴う物理的移動が、カテーテルを選択位置に配置するように機能する。
【００１４】
開示の技術は、図面と組み合わせて以下の詳細な説明からより完全に理解され、認識されるであろう。
【発明の開示】
【００１５】
開示の技術は、閉塞管状器官の３次元（３Ｄ）モデル、３Ｄモデルに登録される医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）、およびＭＰＳ使用可能なガイドワイヤを採用することによって、閉塞管状器官を貫通してナビゲートする方法およびシステムを提供することにより、従来技術の欠点を克服する。閉塞血管の３Ｄモデルは、例えば異なる視点から血管の複数の２次元（２Ｄ）画像を取得し、そこから３Ｄモデルを再構築することによって生成される。２Ｄ画像は血管の近位部分および遠位部分の表示を含むが、閉塞部分の表示は含まない（中を血液が流れていないため）。血管全体の表示は、それぞれ血管の別の部分の表示を含む２つの２ＤＸ線透視検査画像を重ねることによって得ることができる。画像処理技術を採用することによって、重ねられた２Ｄ画像中に近位部分と遠位部分との境界領域が特定される。取得した画像中で、閉塞部分の境界領域を特定することはできない。したがって、閉塞部分の境界領域の推定値を判定するために近位部分と遠位部分との境界領域が補間される。生成された３Ｄモデルは次いで、血管の近位部分、閉塞部分および遠位部分の表示を含む。血管の３Ｄ中央線は、近位部分、閉塞部分および遠位部分を通り３Ｄモデル中に決定される。
【００１６】
遠位先端に医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）センサを搭載したガイドワイヤが血管内に挿入される。ガイドワイヤの遠位先端の位置決めおよび配向は、血管に沿った複数の位置でＭＰＳによって決定される。３ＤモデルはＭＰＳ３Ｄ座標系に登録される。ガイドワイヤ先端は、閉塞部分の一端に接近する。ガイドワイヤ先端は、３Ｄ中央線によって画定される安全な軌道に沿って閉塞部分を貫通してナビゲートされる。ガイドワイヤ先端が安全な軌道から外れた場合、リアルタイム指示が生成され、ガイドワイヤの経路が安全でない恐れがあり、安全な軌道に位置合わせするように調整するか、またはガイドワイヤのさらなる進行を中止するべきであることをガイドワイヤを進める使用者に通知する。ガイドワイヤ先端が閉塞部分を超えて配置されると、バルーンまたはステントを含むカテーテルをガイドワイヤを超えて進めることができ、血管形成が実行されうる。
【００１７】
参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開番号２００５−０１９７５５７Ａ１に記載されるように、ガイドワイヤの進行は、人が操作する代わりに、ロボットシステム、またはロボットシステムと人の使用者との組み合わせによって実行されてよいことに留意されたい。さらに、３Ｄモデルは、３ＤＣＴ、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、３Ｄ超音波法等などの他の知られた方法を採用することによって入手できることに留意されたい。このような３Ｄモデルを使用する場合、３Ｄモデルは、３Ｄ中央線または軌道を生成するために細分化されＭＰＳ座標系に登録される。
【００１８】
用語「管状器官」は、血管、動脈、心臓腔（例えば心房、心室など）などの伸張した管状形状を有する身体器官を称する。したがって管状器官、血管、動脈などの用語は互換性がある。用語「境界領域」は、取得された２Ｄ画像中に現れる際の血管壁を表す領域を称する。用語「使用者」は、医師、ロボットなど記載の医療処置を行う人を称する。用語「カテーテル」は、誘導測定カテーテル（ＧＭＣ）、診断カテーテル（例えば超音波撮像カテーテル）または治療用カテーテル（例えばステントカテーテルまたはアブレーションカテーテル）などの管状器官に挿入されるように適合された医療用カテーテルを称する。
【００１９】
次に図１、２Ａ、２Ｂおよび２Ｃを参照する。図１は、開示の技術が適用された閉塞動脈を有する全体を１００で示す心臓の３Ｄモデルの概略図である。図２Ａは、図１の心臓の閉塞動脈の近位部分および遠位部分の表示を含む全体を１０２で示す閉塞領域の重ねられた詳細な２Ｄ画像である。図２Ｂは、図１の心臓の閉塞動脈の近位部分の表示を含む、図２Ａの領域の閉塞領域の第１注入２Ｄ画像である。図２Ｃは、図１の心臓の閉塞動脈の遠位部分の表示を含む、図２Ａの閉塞領域の第２注入２Ｄ画像である。図２Ａの重ねられた画像は、図２Ｂおよび２Ｃの画像のような心臓１００の閉塞動脈の別の部分の表示をそれぞれ含む２つの２Ｄ画像（例えばＸ線透視検査の血管造影によって得られる）を組み合わせることによって生成することができる。心臓１００は、閉塞動脈１０４、非封鎖動脈１０６および正常なバイパス１０８を含む。心臓１００は、閉塞動脈１０４の閉塞部分を中に有する閉塞領域１０２を有する。図２Ａを参照すると、閉塞領域１０２は、その近位端で近位部分１１０に、およびその遠位端で遠位部分１１２に近接する閉塞部分１１４を含む動脈１０４の一部を中に有する。閉塞部分１１４はこのように封鎖されているので、中を血液が流れることができない（すなわち、９０％から１００％の閉塞）。このような病状はまた慢性閉塞（ＣＴＯ）と称され、通常、血管内の血流のプラーク堆積物の蓄積によって生じる。Ｘ線透視検査の血管造影によって得られる閉塞領域１０２の重ねられた画像ではこの部分を見ることができないにも関わらず、心臓１００を治療する医師は、閉塞部分１１４の存在を認識する。正常なバイパス１０８は微小な血管（共側性血管）から成り、非封鎖バイパス１０６から閉塞動脈１０４の遠位部分１１２へ血液が流れるようにする。正常なバイパス１０８の血管は、血管新成（すなわち、既存の血管から新しい血管を形成すること）によって生成される。正常なバイパス１０８の血管は、例えば心臓の左前下行枝（ＬＡＤ）の遠位部と、または右冠状動脈（ＲＣＡ）と閉塞動脈１０４を結合することができる。
【００２０】
異なる視点から、閉塞領域１０２の複数の２Ｄ画像が取得される。例示の医療処置では、閉塞動脈１０４に第１のＸ線透視検査の造影剤が投与され近位部分１１０を貫通して閉塞部分１１４に接近する際、心臓１００の血管造影図が取得される。図２Ｂを参照すると、第１注入の後、Ｘ線透視検査の造影剤が存在する心臓１００の血管を示す閉塞領域１０２の第１注入２Ｄ画像１０３が第１透視画から取得される。放射線送波器が患者の身体の片側に配置され、放射線検知器が身体の反対側に配置される際、第１注入２Ｄ画像１０３が得られる。撮像放射線送波器および放射線検知器は、文字「Ｃ」（すなわちＣ型アーム）の形状を持つ単一の撮像装置に組み込むことができる。撮像放射線送波器と放射線検知器の間に引かれる線は、撮像装置の光学軸を画定する。用語「視点」は本明細書で使用される際、撮像装置の光学軸の空間的配向（すなわちベクトル方向）に関係する（すなわち、患者に対する光学軸の角度）。
【００２１】
Ｘ線透視検査の造影剤が存在する領域（すなわち血液が流れる場所）は、取得画像中で造影剤がない領域より暗く現れる。したがって、近位部分１１０は第１注入２Ｄ画像１０３中で識別できる。閉塞部分１１４の中を血液が流れることができないので、閉塞部分１１４は第１注入２Ｄ画像１０３中で識別できない。同様に、血液は遠位部分１１２を通って流れることができないので、これは第１注入２Ｄ画像１０３中で識別できない。しかしながら、正常なバイパス１０８のような正常バイパス（図示せず）によって、近位部分１１０を流れる血液を遠位部分１１２に到達させることができる。このような正常バイパスが存在する場合、遠位部分１１２は次いで、第１注入２Ｄ画像中で識別可能になる。心臓１００の血管の３Ｄモデルの判定を可能にするために、第１注入の後少なくとも別の２Ｄ画像が別の視点から取得される。第１透視画と他の視点の差（すなわち、両方の透視画における光学軸のベクトル方向の角度の差）は少なくとも３０°である。好ましくは、上記の視点間の差はおよそ９０°である。
【００２２】
遠位部分１１２が第１注入２Ｄ画像中で識別できない場合、非封鎖動脈１０６内に第２の対側性Ｘ線透視検査の造影剤が投与される。非封鎖動脈１０６を通って流れる血液は、正常なバイパス１０８を通って流れ遠位部分１１２に到達することができる。図２Cを参照すると、第２注入の後、心臓１００の血管内のＸ線透視検査の造影剤の存在を示す閉塞領域１０２の第２注入２Ｄ画像１０５が第１視点から取得される。この画像において、正常なバイパス１０８から到達する、Ｘ線透視検査の造影剤を包含する血液が中を流れるので遠位部分１１２は識別可能である。近位部分１１０は、第２注入の後、中をＸ線透視検査の造影剤が流れないため、第２注入２Ｄ画像１０５において識別できない。第１注入と同様に、第２注入の後、第２視点から別の２Ｄ画像が取得される。第１造影剤注入に続いて２Ｄ画像が取得される視点は、第２造影剤注入に続いて２Ｄ画像が取得される視点とほぼ同一であることに留意されたい。本明細書に記載の医療処置を行う人は、閉塞動脈１０４における封鎖の度合いに関する事前の知識を有してよい（例えば、以前の医療撮像などを基にした）ことに留意されたい。この場合医療処置を行う人は、第１注入２Ｄ画像を分析せずに第２注入２Ｄ画像を取得する（すなわち、第１注入２Ｄ画像の結果に拘わらない、無条件な第２注入２Ｄ画像の取得）ために第２造影剤を施し撮像装置を使用してよい。
【００２３】
検査される管状器官は、２Ｄ画像の取得中に動くことがある。より詳細には、管状器官が閉塞動脈１０４などの冠状動脈である場合、管状器官は、中を流れる圧縮された血流によって生じる心臓サイクルおよび呼吸による周期的な動きを伴う。したがって、各造影剤注入２Ｄ画像は、それと同時に取得される（すなわち同期化）それぞれの器官タイミング信号（すなわちＥＣＧおよび呼吸データ）と共に取得される。したがって、取得された各２Ｄ画像は、心臓サイクル、呼吸サイクル、または両方(すなわち時間標識）の特定の地点に関連する器官タイミング信号読み取り値に関連する。器官タイミング信号は、身体表面電極に適合された心電図（ＥＣＧ）検知器によって検出することができる。呼吸サイクルは例えば、患者の身体に装着されるＭＰＳ基準センサ、またはセンサセットによって検出することができる。
【００２４】
近位部分１１０および遠位部分１１２が共に造影剤注入後取得される画像中で識別可能になると、画像は、使用されるそれぞれの視点について重ねられた画像を形成するために結合される（例えば第１注入２Ｄ画像１０３および第２注入２Ｄ画像１０５）。重ねられた画像のそれぞれは、閉塞部分１１４の両端の表示を含む。例えばそれぞれの造影剤注入について２つの異なる視点から２つの画像が取得される場合、次いで２つの重ねられた画像が得られる。
【００２５】
次に図３Ａおよび３Ｂを参照する。図３Ａは開示の技術の別の実施形態による、近位部分と遠位部分との境界領域が提示されている図1の閉塞領域の重ねられた２Ｄ画像である。図３Ｂは、閉塞部分の境界領域が付加的に提示されている図３Ａの画像である。以下の記載は単一の重ねられた２Ｄ画像に関する。しかしながら、記載の方法はＸ線透視検査の造影剤注入後取得される画像から得られるそれぞれの重ねられた２Ｄ画像に対して実行される。
【００２６】
重ねられた画像に現れる近位部分１１０の境界領域１１６および遠位部分１１２の境界領域１１８は、画像処理技術を使用することによって判定される。例えば画像処理技術は、隣接領域と異なる特性を有する画像中の特定の部分または領域を判定する縁部検出または分割を含むことができる。重ねられた画像における近位部分１１０および遠位部分１１２を示す領域は、周辺領域（すなわちＸ線透視検査の造影剤のない場所）より暗く現れることから、それらの周辺領域に対して特定される。閉塞領域１０２の重ねられた画像を使用者（例えば医師）に表示することができる。表示は、重ねられた画像での境界領域１１６および境界領域１１８の表示を含む。判定された境界領域が表示画像中の識別可能な境界領域に適合しないように見える場合、使用者は次いでそれらを観察し調整する。
【００２７】
図３Ｂを参照すると、境界領域１１６と境界領域１１８の間の補間により、点線で示される閉塞部分１１４の境界領域１２０の推定値が提供される。この補間は、重ねられた画像の画像処理よって（例えば画像処理プロセッサによって）、または使用者による手動で実行することができる(例えば使用者入力モジュールによって）。閉塞領域１０２の重ねられた画像が使用者に表示される際、境界領域１２０は、境界領域１１６および境界領域１１８の表示と異なった表示で表示されてよい（例えば異なる色、異なる線のタイプなどによって）。境界領域の補間が画像処理プロセッサによって実行される場合、使用者は次いで閉塞部分１１４の補間された境界領域１２０を検査し必要であればそれを調整することができる。
【００２８】
それぞれの造影剤注入について、少なくとも２つの異なる視点から少なくとも２つの画像が取得されるので、少なくとも2つの重ねられた画像が得られる。従来技術に知られた方法によって、少なくとも２つの重ねられた画像を使用して閉塞領域１０２の３次元モデル（３Ｄ）が生成される。３Ｄモデルは、近位部分１１０および遠位部分１１２の両方の表示を含む。３Ｄモデルが異なる視点から取得される多数の画像を使用して生成される場合、次いで３Ｄモデルはより正確になり、撮像された身体領域（例えば図1の心臓１００）の血管の更なる詳細を含むことができる。
【００２９】
開示の技術の別の実施形態によると、閉塞血管の３Ｄモデルは、４回のＸ線透視検査の造影剤を採用することによって生成することができる。図１および２をさらに参照すると、第１造影剤が閉塞動脈１０４に投与され、続いて第１視点から動脈１０４の近位部分１１０の第１画像が取得される。第２造影剤が非封鎖動脈１０６に投与され、続いて第１視点から動脈１０４の遠位部分１１２の第１画像が取得される。第３造影剤が閉塞動脈１０４に投与され、続いて第２視点（例えば第１視点に対して垂直の）から動脈１０４の近位部分１１０の第２画像が取得される。４回目の造影剤が非封鎖動脈１０６に投与され、続いて第２視点から遠位部分１１２の第２画像が取得される。2つの重ねられた画像は、それぞれの視点から取得される重ねられた２Ｄ画像によって得られる。それぞれの重ねられた２Ｄ画像は、近位部分１１０および遠位部分１１２の両方の表示を含む。上記のように、これらの部分の境界領域の判定、および閉塞部分１１４の境界領域の補間を実行することができる。続いて、従来技術で知られた方法によって２つの重ねられた画像を使用して閉塞領域１０２の３Ｄモデルが決定される。
【００３０】
開示の技術の別の実施形態によると、閉塞血管の３Ｄモデルは、一方が近位部分で他方が遠位部分である２つの３Ｄモデルを重ねることによって生成することができる。これは、４回のＸ線透視検査の造影剤、および異なる視点からそれぞれ取得される４つの２Ｄ画像を採用することによって実行することができる。図１および２をさらに参照すると、第１造影剤が閉塞動脈１０４に投与され、続いて第１視点から動脈１０４の近位部分１１０の第１画像が取得される。第２造影剤が非封鎖動脈１０６に投与され、続いて第２視点から動脈１０４の遠位部分１１２の第１画像が取得される。第３造影剤が閉塞動脈１０４に投与され、続いて第３視点（例えば第１視点に対して垂直の）から動脈１０４の近位部分１１０の第２画像が取得される。４回目の造影剤が非封鎖動脈１０６に投与され、続いて第４視点（例えば第２視点に対して垂直の）から遠位部分１１２の第２画像が取得される。
【００３１】
それらの表示を含む２Ｄ画像（すなわち閉塞動脈１０４に造影剤が投与された後取得される２Ｄ画像）を使用して、近位部分１１０の第１の３Ｄモデルが生成される。それらの表示を含む２Ｄ画像（すなわち非封鎖動脈１０６に造影剤が投与された後取得される２Ｄ画像）を使用して、遠位部分１１２の第２の３Ｄモデルが生成される。近位部分１１０の第１の３Ｄモデルおよび遠位部分１１２の第２の３Ｄモデルを組み合わせることによって、閉塞領域１０２の完全な３Ｄモデルが生成される。当業者に知られた画像処理技術によって完全な３Ｄモデルに対して近位部分１１０および遠位部分１１２の境界領域の決定、および閉塞部分１１４の境界領域の補間が実行される。閉塞部分の境界領域は、閉塞部分が実質的に蛇行性でないと想定して決定される。
【００３２】
次に図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃを参照する。図８Ａは、開示の技術の別の実施形態による近位３Ｄ安全軌道を含む、図１の心臓の閉塞領域の拡大図である。図８Ｂは、遠位３Ｄ安全軌道を含む、図１の心臓の閉塞領域の拡大図である。図８Ｃは、近位３Ｄ安全軌道、遠位３Ｄ安全軌道および封鎖３Ｄ安全軌道を含む、図１の心臓の閉塞領域の拡大図である。第１誘導測定カテーテル（ＧＭＣ、図示せず）が、近位部分１１０から閉塞部分１１４に接近しながら閉塞動脈１０４に挿入される。第１ＧＭＣ先端が近位部分１１０内を閉塞部分１１４に向かって進む際、それぞれのＧＭＣ関連装置（図示せず）が、近位部分１１０に沿った複数の位置（図示せず）における第１ＧＭＣ先端の３Ｄ位置および配向を決定する。ＧＭＣ関連装置はこれにより、第１ＧＭＣ先端が近位部分１１０内を通過する連続する近位３Ｄ安全軌道２５０を決定する。ＧＭＣ関連装置は、例えば第１ＧＭＣがその先端にＭＰＳセンサを装備するＭＰＳであってよい（すなわち、図５を参照して以下の本明細書に記載されるシステムのＭＰＳおよびＭＰＳセンサと同様に）。同様に、第２ＧＭＣ（図示せず）が、遠位部分１１２から閉塞部分１１４に接近しながら閉塞動脈１０４に挿入される。第２ＧＭＣ先端が遠位部分１１２内を閉塞部分１１４に向かって進む際、それぞれのＧＭＣ関連装置が、遠位部分１１２に沿った複数の位置（図示せず）における第２ＧＭＣ先端の３Ｄ位置および配向を決定する。ＧＭＣ関連装置はしたがって、第２ＧＭＣ先端が遠位部分１１２内で通過する連続する遠位３Ｄ安全軌道２５２を決定する。第１ＧＭＣも第２ＧＭＣも閉塞部分１１４内を通過しないため、近位３Ｄ安全軌道２５０および遠位３Ｄ安全軌道２５２は交差しない。近位３Ｄ安全軌道２５０と遠位３Ｄ安全軌道２５２間の補間によって、閉塞３Ｄ安全軌道２５４を次いで決定することができる。近位、遠位および閉塞３Ｄ安全軌道（それぞれ２５０、２５２および２５４）は閉塞動脈１０４の３Ｄモデル（例えば図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃを参照して記載される３Ｄモデル）に重ねることができる。このように本明細書に記載の医療処置を行う人に、閉塞部分内の付加的安全軌道情報が与えられる。近位３Ｄ安全軌道２５０および遠位３Ｄ安全軌道２５２は第１および第２ＧＭＣがこれらに沿って進む実際の軌道を示すので、付加的安全軌道情報はより信頼できると考えられる。これらの実際の軌道は、動脈に穿孔したり他の動脈損傷を引き起こすことなく、ＧＭＣが既にこれらに沿って進んだことから安全なものと考えてよい。
【００３３】
次に図４Ａ，４Ｂおよび４Ｃを参照する。図４Ａは、開示の技術の別の実施形態による、図１の閉塞動脈１０４と同様の全体を１２２で示す血管の３Ｄモデルの概略図である。図４Ｂは、ＭＰＳセンサの位置、および３Ｄモデルの中央線に整列された配向の表示を含む、図４Ａの３Ｄモデルの概略図である。図４Ｃは、ＭＰＳセンサの位置、および３Ｄモデルの中央線から外れた配向の表示を含む、図４Ａの３Ｄモデルの概略図である。３Ｄモデル１２２は、閉塞血管の近位部分、閉塞部分および遠位部分の境界領域の決定後に生成される（例えば２つの異なる視点から取得される血管の２Ｄ画像を使用して）。３Ｄモデル１２２は、血管壁１２４および再構築された３Ｄ中央線１２６を含む。再構築された３Ｄ中央線１２６は、閉塞血管の境界領域によって生成された血管の実際の中央線の推定値である。再構築された３Ｄ中央線１２６は、取得画像中に現れる血管全体について決定され、閉塞血管の近位部分、閉塞部分および遠位部分を通って進む。
【００３４】
医療処置が閉塞血管に対して実行される際、ガイドワイヤが血管に挿入され閉塞部分を通って進む。ガイドワイヤ先端による動脈の局所的切開または心臓への穿孔のリスクを回避するために、ガイドワイヤは３Ｄ中央線１２６に沿って閉塞部分の中央を通って進められるべきである。したがって３Ｄ中央線１２６は、ガイドワイヤが中を進むべき３Ｄ安全軌道を示す。図２Ａを参照すると、ガイドワイヤは、まず近位部分１１０を貫通してその近位端から閉塞部分１１４に達することができる。あるいはガイドワイヤは、まず遠位部分１１２を貫通してその遠位端から１１４に達することができる。
【００３５】
図４Ｂを参照すると、ガイドワイヤが血管に挿入される。ガイドワイヤは、その遠位先端にＭＰＳセンサを搭載する。ＭＰＳセンサの３Ｄ位置および３Ｄ配向は、患者の身体の外にあるＭＰＳを使用して血管内部にガイドワイヤが進む際、血管に沿った複数の位置で決定される。３Ｄモデル１２２はＭＰＳの３Ｄ座標系に登録される。ガイドワイヤは閉塞部分（図示せず）の端部に到達し、血管の閉塞部分を貫通して進められる（図２Ａの閉塞部分１１４と同様に）。３Ｄモデル１２２に対して、ＭＰＳセンサ１２８およびＭＰＳセンサ配向１３０の表示が提示される。ＭＰＳセンサ位置１２８は、ＭＰＳセンサが血管内の３Ｄ中央線１２６上に位置することを示す。ＭＰＳセンサ配向１３０は、３Ｄ中央線１２６と整列するようにＭＰＳセンサが血管内で進められることを示す。
【００３６】
血管を通ってガイドワイヤを進める処置の間、３Ｄモデル１２２が使用者に表示される。ＭＰＳセンサ配向１３０が安全軌道と整列すると、ＭＰＳセンサ配向１３０または３Ｄ中央線１２６は次いで、正の関連方法で(例えば緑色記号、または緑色に着色された中央線を使用して）表示され、ガイドワイヤが閉塞部の中央を通り安全軌道に沿って進められることを使用者に示し、動脈の局所的切開または心臓への穿孔のリスクを最小限にする。
【００３７】
図４Ｃを参照すると、ガイドワイヤはさらに閉塞血管内に進められる。ＭＰＳセンサ位置１３２は安全軌道上に配置されている。ＭＰＳセンサ配向１３４は、３Ｄ中央線１２６に画定される安全軌道から外れている。このような場合、ガイドワイヤ先端をさらに進めると、動脈の局所的切開または血管の穿孔を引き起こす恐れがある。このような事態を回避するために、ガイドワイヤが安全軌道から外れていることを使用者に示す通知が生成される。例えばＭＰＳセンサ配向１３４または３Ｄ中央線１２６を負の関連方法（例えば赤色信号、または赤色に着色された中央線を使用して）で表示することや、音声警告アラームを鳴らすことなどができる。この通知が使用者に届くと、彼女はガイドワイヤが安全軌道に沿って進むようにガイドワイヤの配向を調節することができる。
【００３８】
開示の技術の別の実施形態によると、術前ＣＴスキャンを採用することによって閉塞領域のコンピューター断層撮影（ＣＴ）３Ｄを得ることができる。ＣＴによる３Ｄモデルは、Ｘ線透視検査の造影剤注入後生成される３Ｄモデルに登録することができる。ＣＴによる３Ｄモデルは、比較的多数の２Ｄ画像（例えば６４視点から取得される）から生成されるため、閉塞領域の付加的詳細（取得される３Ｄモデルと相対して）を含むことができる。このような付加的詳細は、例えば閉塞部分の長さ、閉塞部分の幅、閉塞部分の蛇行部などであってよい。これら付加的詳細は、取得された３Ｄモデルを強化するために、ＣＴによる３Ｄモデルとの比較後、取得された３Ｄモデルに重ねることができる。
【００３９】
次に開示の技術の別の実施形態によって構築され作動可能であり、全体を１５０で示す、閉塞した管状器官の３Ｄモデルを生成し管状器官の閉塞部を貫通してナビゲートするシステムの概略図である図５を参照する。システム１５０は、医療用撮像システム１６８、医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）１７４、器官タイミング信号検知器１７６、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８、ガイドワイヤ１５６、ディスプレイ１７２およびテーブル１５４を含む。医療用撮像システム１６８は、撮像放射線送波器１７０および撮像放射線検知器１６６を含む。医療用位置決めシステム１７４は、ＭＰＳ送信器１６０、１６２および１６４と、基準センサ１８０と、ＭＰＳセンサ（図示せず）とを含む。医療用撮像システム１６８は、撮像放射線送波器１７０がＸ線源であり、撮像放射線検知器１６６がＸ線検知器(例えばフィルム）であるＸ線撮像システムであってよい。医療用撮像システム１６８は、全体的に文字「Ｃ」の形状（すなわちＣ型アーム）を有してよい。放射線送波器１７０と放射線検知器１６６の間に引かれる線（図示せず）は、医療用撮像システム１６８の光学軸を画定する。用語「視点」は本明細書で使用される際、撮像装置１６８の光学軸の空間的配向（すなわちベクトル方向）に関係する（すなわち、患者１５２に対する光学軸の角度）。
【００４０】
閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８は、器官タイミング信号検知器１７６、撮像放射線検知器１６６、ＭＰＳ１７４およびディスプレイ１７２に接続される。ＭＰＳ１７４は、ガイドワイヤ１５６に接続される。ＭＰＳセンサ（図示せず）は、ガイドワイヤ１５６の遠位端１５８に搭載される。ＭＰＳ送信器１６０、１６２および１６４は、撮像放射線検知器１６６に接続される。患者１５２はテーブル１５４上に配置される。患者１５２は、例えば閉塞心臓動脈など図１の閉塞動脈１０４と同様の閉塞管状器官（図示せず）を呈する。ＭＰＳ１７４は、ＭＰＳ送信器１６０、１６２および１６４と、基準センサ１８０とに対して、３Ｄ座標系（以後ＭＰＳ座標系）における閉塞管状器官に沿った複数の位置でのＭＰＳセンサの位置および配向を決定する。
【００４１】
例えば医師によって、第１Ｘ線透視検査の造影剤が閉塞管状器官に投与される。医療用撮像システム１６８は、複数の異なる視点から管状器官の複数の第１注入２Ｄ画像を取得する。複数の視点間の差は(すなわち、各視点の光学軸のベクトル方向間の角度差）、少なくとも３０°である。好ましくは、視点間の差はおよそ９０°である。２Ｄ画像の取得と同時に器官タイミング信号検知器１７６は、管状器官の活動状態を検出する。したがって、それぞれの２Ｄ画像は、器官タイミング信号読み取り値と関連する。器官タイミング信号は、患者１５２の上(例えばその腹部上）に配置される複数の身体表面電極１５７に適合した心電図（ＥＣＧ）検知器によって検出することができる。管状器官の閉塞部分により血液が中を流れることができないので、閉塞部分および遠位部分は、第１注入２Ｄ画像中に現れない。しかしながら、正常なバイパスは、近位部分に流れる血液を遠位部分に到達させることができる。このような正常バイパスが存在する場合、遠位部分は第１注入２Ｄ画像中に現れる（図２Ｂ参照）。このような正常バイパスが存在しない場合、遠位部分は第１注入２Ｄ画像中に現れないので、次いで第２の対側性の造影剤が投与される（すなわち、別の血管内に）。他の血管を通って流れる血液は、対側性の正常バイパスを通って流れ遠位部分に到達することができる。第２注入後医療用撮像システム１６８は、患者１５２の心臓の血管におけるＸ線透視検査の造影剤の存在を示す異なる視点から閉塞領域の複数の第２注入２Ｄ画像を取得する（図２Ｃ参照）。Ｘ線透視検査の造影剤を包含する血液が中を流れるので、これらの画像中に遠位部分を見ることができる。第２注入によるＸ線透視検査の造影剤が中を流れないので、これらの画像中に近位部分は現れない。システム１５０の使用者(例えば医師）は、閉塞血管における封鎖の度合いに関する事前の知識(例えば以前の医療用撮像などを基にした）を有してよいことに留意されたい。この場合、医師は第１注入２Ｄ画像を分析せずに、第２注入２Ｄ画像を取得するために第２造影剤を投与し、医療用撮像システム１６８を使用してよい（すなわち、第１注入２Ｄ画像の結果に拘わらず、無条件に第２注入２Ｄ画像を取得する、）。
【００４２】
第１注入および第２注入２Ｄ画像それぞれの組は、単一の重ねられた画像を形成するために結合されるので、これら第１注入および第２注入２Ｄ画像は、器官タイミングサイクルの同一タイミング地点で取得されなければならない。ビデオ画像が採用される場合、一連の重ねられた画像はシステム１５０の使用者に連続して繰り返し表示される（すなわち管状器官の反復する周期的動き）。したがって、ビデオの一連の画像が管状器官の周期的動きを正確に表すように、表示の重ねられた各画像は器官タイミングサイクルのそれぞれのタイミング地点に現れる。
【００４３】
医療用撮像システム１６８は、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８に２Ｄ画像を提供する。近位部分および遠位部分が共に取得画像中に現れる場合、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８は画像を結合し、各視点について重ねられた２Ｄ画像を生成する。重ねられた２Ｄ画像のそれぞれは、検査する管状器官の閉塞部分の両端の表示を含む。例えば、２つの異なる視点からそれぞれの造影剤注入について２つの画像が取得される場合、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８は次いで２つの重ねられた２Ｄ画像を生成することができる。
【００４４】
画像処理技術を使用して、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８は重ねられた各２Ｄ画像中に管状器官の近位部分と遠位部分との境界領域を検出する。閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８は、遠位と近位部分の境界領域の間を補間し閉塞部分の境界領域の推定値を提供する。システム１５０の使用者（例えば医師）は、閉塞部分の補間された境界領域を観察し、補間された境界領域を手動で再形成してよい(例えば必然的調整のために）。例えば使用者は、彼女が閉塞部分の実際の蛇行部に関して事前の知識を有している場合、補間された境界領域の蛇行部を変えることができる。あるいはシステム１５０の使用者は、遠位と近位部分の境界領域の間を手動で接合してよい（すなわち手動補間）。例えば使用者は、入力モジュール（図示せず）を介して適合部を見ながら遠位部分と近位部分の間に接続線を引くことによって、閉塞部分の境界領域を示すことができる。ディスプレイ１７２は、近位部分と遠位部分の境界領域の表示とは異なる表示を有する閉塞部分の境界領域を表示することができる（例えば異なる色、異なる線のタイプなどによって）。
【００４５】
閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８は、重ねられた２Ｄ画像を使用して管状器官の３Ｄモデル１８２を生成する。閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８はさらに、３Ｄモデル１８２によって管状器官の３Ｄ中央線１８４の推定値を決定する。３Ｄ中央線１８４は、閉塞管状器官の近位部分、閉塞部分、遠位部分内を通る。ディスプレイ１７２は、３Ｄモデル１８２の視覚的表示および管状器官の３Ｄ中央線１８４の視覚的表示を提供する。ディスプレイ１７２はさらに、重ねられた画像など管状器官の２Ｄ画像に対して重ねられた３Ｄモデルを表示することができる。閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８は、ＭＰＳ１７４のＭＰＳ座標系に３Ｄモデル１８２を登録する。ディスプレイ１７２は、３Ｄモデル１８２に対するＭＰＳセンサの位置および配向１８６の視覚的表示を提供する。
【００４６】
システム１５０の使用者は管状器官にガイドワイヤ１５６を挿入し、その閉塞部分に向けてこれを進める。ガイドワイヤ遠位先端１５８による局所的切開または心臓の穿孔のリスクを回避するために、システム１５０の使用者は、閉塞部分の中央線から外れることなく、ガイドワイヤ１５６を進めるべきである（すなわち、３Ｄ中央線１８４に沿って)。したがって３Ｄ中央線１８４は、ガイドワイヤ遠位先端１５８が進むべき安全な軌道を表示する。
【００４７】
システム１５０の使用者は、検査する管状器官内にさらにガイドワイヤ１５６を進める。遠位先端１５８が３Ｄ中央線１８４に沿って進行する際、ディスプレイ１７２は、正の関連方法による（例えば緑色の矢印または第１の所定の可聴音を使用して）ＭＰＳセンサ位置および配向１８６の視覚的表示を提供する。この方法において、使用者は閉塞部の中央を通ってガイドワイヤを進めることが安全であると確信し、局所的切開または心臓の穿孔のリスクを最小限にする。
【００４８】
ガイドワイヤ１５６が安全軌道から外れ、使用者がガイドワイヤ遠位先端１５８をさらに進める場合、ガイドワイヤ遠位先端１５８は次いで、管状器官の局所的切開または穿孔を引き起こす恐れがある。このような事態を回避するために、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８が指示を生成し、ガイドワイヤ遠位先端１５８が安全軌道から外れていることを使用者に知らせる。例えばディスプレイ１７２が負の関連方法によって（例えば赤い矢印を使用して）ＭＰＳセンサの位置および配向１８６の視覚的表示を提供することや、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８が音による通知警告音を生成することなどが可能である。指示が使用者に届くと、彼女はガイドワイヤ遠位先端１５８を安全軌道と整列させる、またはガイドワイヤの進行を止めるためにガイドワイヤ遠位先端１５８の配向を調節することができる。
【００４９】
開示の技術の別の実施形態によって、システム１５０の使用者はガイドワイヤを進め、医療用撮像装置（ＭＰＳを使用せずに）を使用してガイドワイヤ遠位先端を観察する。医療用撮像システムは、閉塞管状器官に加えその中にガイドワイヤの遠位先端を見ることができる画像を生成する。使用者は、閉塞ナビゲーションプロセッサによって再構築される３Ｄ中央線（すなわち安全軌道）に沿ってガイドワイヤの遠位先端を進める。医療用撮像システムによって生成される画像は２Ｄ画像なので、閉塞ナビゲーションプロセッサは、管状器官の３Ｄモデルに２Ｄ画像を投影するための画像処理技術を採用する。本実施形態によると、ガイドワイヤの遠位先端はＭＰＳセンサを装備せず、使用者は、医療用撮像システムの画像中に現れる際の遠位先端位置にしたがって、管状器官を貫通して遠位先端をナビゲートする。
【００５０】
ガイドワイヤ遠位先端１５８が閉塞管状器官の遠位部分に達すると、使用者は次いで閉塞血管を治療するためにガイドワイヤ上にカテーテルを進めることができる。このようなカテーテルは、誘導測定カテーテル（ＧＭＣ）、診断カテーテル（例えば超音波撮像カテーテル）またはアブレーションカテーテルであってよい。例えば使用者は、閉塞血管を拡張するために、血管にバルーンカテーテルを挿入し閉塞部分内でバルーンを膨張させることによって血管形成を行うことができる。
【００５１】
開示の技術の別の実施形態によって、パラレルワイヤ技術を閉塞管状器官に適用することができる。使用者がガイドワイヤを管状器官に挿入する際、通常閉塞部分の内膜下の空隙にガイドワイヤが偽腔を形成することができる。パラレルワイヤ技術によって、次いでガイドワイヤが偽腔内に残され、第２ガイドワイヤ（図示せず）が第１ガイドワイヤに沿って管状器官に挿入される。第２ガイドワイヤは通常第１ガイドワイヤと異なる形状を有する。第２ガイドワイヤは第１ガイドワイヤが形成した偽腔には進入せず、閉塞管状器官の本来の閉塞管腔（すなわち最終的に閉塞部分の遠位端に導く管腔）を見つけようとする。したがって第１ガイドワイヤは偽腔を示すランドマークとして作用する。両ガイドワイヤは、その遠位先端にＭＰＳセンサを搭載する。したがって、第１ワイヤの進行痕跡は知られており(すなわちそれぞれのＭＰＳセンサのＭＰＳ読取値によって）、使用者に表示することができる。第２ガイドワイヤを挿入する際、次いで使用者は偽腔の経路を明確に観察し、第２ガイドワイヤを異なる経路に沿って進め真腔を見つけようと試みることができる。
【００５２】
次に開示の技術の別の実施形態による、閉塞管状器官の３Ｄ次元（３Ｄ）モデルを生成する方法の概略図である図６を参照する。管状器官は、その近位端で近位部分に隣接しその遠位端で遠位部分に隣接する閉塞部分を有する。処置２００において、第１造影剤が管状器官に投与し、第１造影剤が閉塞部分の第１端部に接近する。図２Ａおよび５を参照すると、医師は、患者１５２の管状器官（閉塞動脈１０４など）に第１Ｘ線透視検査の造影剤を投与する。Ｘ線透視検査の造影剤は近位部分１１０を貫通して閉塞部分１１４に接近する。
【００５３】
処置２０２において、異なる視点から管状器官の複数の第１注入２Ｄ画像が取得される。画像はさらに、それぞれの器官タイミング信号読取値と共に取得される。図２Ｂおよび５を参照すると、医療用撮像システム１６８は、第１造影剤注入後異なる視点角度から管状器官の複数の第１注入２Ｄ画像を取得する。第１注入２Ｄ画像１０３は、第１造影剤注入後心臓１００の血管内にＸ線透視検査の造影剤が存在することを示す。第１注入２Ｄ画像の取得と同時に、器官タイミング信号検知器１７６が管状器官の活動状態を検出する。したがって、それぞれ取得された２Ｄ画像は器官タイミング信号読取値に関連する。器官タイミング信号は、患者１５２の上に配置された身体表面電極に適合する心電図（ＥＣＧ）検知器によって検出することができる。
【００５４】
遠位部分が第１注入２Ｄ画像中で識別できない場合、次いで図６に記載される方法は、処置２０２から処置２０４を続ける。処置２０４において、第２造影剤が管状器官に投与され、第２造影剤が閉塞部分の他端に接近する。図２Ａ、２Ｃおよび５を参照すると、遠位部分１１２が第１注入２Ｄ画像中で識別できない場合、医師は次いで、第２の対側性のＸ線透視検査の造影剤を非封鎖動脈１０６に投与する。非封鎖動脈１０６内を流れる血液は、正常なバイパス１０８を通って流れ遠位部分１１２に達することができる。
【００５５】
処置２０６において、異なる視点から管状器官の複数の第２注入２Ｄ画像が取得される。画像はさらにそれぞれの器官タイミング信号読取値と共に取得される。図５を参照すると、医療用撮像システム１６８は、第２造影剤注入後異なる視点から管状器官の複数の第２注入２Ｄ画像を取得する。図２Ｃを参照すると、第２注入２Ｄ画像１０５は、第２造影剤注入後心臓１００の血管内にＸ線透視検査の造影剤が存在することを示す。２Ｄ画像１０５において、遠位部分１１２は見ることができるが近位部分１１０は見ることができない。第２注入２Ｄ画像の取得と同時に、器官タイミング信号検知器１７６が管状器官の活動状態を検出する。したがってそれぞれ取得された２Ｄ画像は、器官タイミング信号読取値に関連する。
【００５６】
遠位部分が第１注入２Ｄ画像中で識別できない場合、次いで図６に記載される方法は、処置２０２から処置２０８を続ける。処置２０８において、それぞれの造影剤注入後複数の取得された２Ｄ画像から複数の重ねられた２Ｄ画像が生成される。重ねられた２Ｄ画像は、近位部分および遠位部分の表示を含む。図５、２Ｂおよび２Ｃを参照すると、医療用撮像システム１６８は、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８に対して第１注入および第２注入２Ｄ画像（第１注入２Ｄ画像１０３および第２注入２Ｄ画像１０５など）を提供する。近位部分および遠位部が共に取得される画像中に現れると、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８は、画像を結合し、それぞれの視点について重ねられた２Ｄ画像（図２Ａの２Ｄ画像など）を生成する。それぞれの重ねられた２Ｄ画像は、検査される管状器官の閉塞部分の両端の表示を含む。
【００５７】
処置２１０において、近位部分と遠位部分との境界領域が重ねられた２Ｄ画像内で決定される。図３Ａおよび５を参照すると、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８は、画像処理技術を使用して、重ねられた２Ｄ画像それぞれの管状器官の近位部分（近位部分１１０の境界領域１１６など）および遠位部分（遠位部分１１２の境界領域１１８など）の境界領域を検出する。
【００５８】
処置２１２において、近位部分と遠位部分の境界領域の間を補間することによって、重ねられた２Ｄ画像中に閉塞部の境界領域が決定される。図３Ｂおよび５を参照すると、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８が遠位部分と近位部分の境界領域を補間し、閉塞部分の境界領域（閉塞部分１１４の境界領域１２０など）の推定値を提供する。あるいは、システム１５０の使用者は、遠位部分と近位部分の境界領域の間を手動で接合することができる(すなわち手動補間）。例えば使用者は、入力モジュール（図示せず）を介して適合部を見ながら、遠位部分と近位部分の間に接続線を引くことによって閉塞部分の境界領域を示すことができる。
【００５９】
処置２１４において、管状器官の３Ｄモデルは、重ねられた２Ｄ画像および決定された境界領域から生成される。図５を参照すると、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８は、重ねられた２Ｄ画像を使用して管状器官の３Ｄモデル１８２を生成する。
【００６０】
処置２１６において、近位部分、閉塞部分および遠位部分を通って進む管状器官の３Ｄ中央線が決定される。図５を参照すると、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８はさらに３Ｄモデル１８２によって管状器官の３Ｄ中央線１８４に関する推定値を決定する。３Ｄ中央線１８４は、閉塞管状器官の近位部分、閉塞部分および遠位部分を貫通して進む。
【００６１】
次に、開示の技術の別の実施形態によって管状器官を貫通してナビゲートする方法の概略図である図７を参照する。管状器官は、その近位端で近位部分に隣接しその遠位端で遠位部分に隣接する閉塞部分を有する。処理２３０において、管状器官の３Ｄモデルが生成される。３Ｄモデルは、近位部分、閉塞部分および遠位部分を貫通して進む３Ｄ中央線を含む。図５を参照すると、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８は、管状器官の３Ｄモデル１８２を生成する。閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８はさらに、３Ｄモデル１８２によって管状器官の３Ｄ中央線１８４に関する推定値を決定する。３Ｄ中央線１８４は、閉塞管状器官の近位部分、閉塞部分および遠位部分を通って進む。
【００６２】
処置２３２において、管状器官に挿入されるガイドワイヤ先端の位置および配向は、ガイドワイヤの遠位先端に搭載されるＭＰＳセンサを採用することにより、管状器官に沿った複数の位置で決定される。図５を参照すると、ガイドワイヤ１５６は管状器官に挿入され、その閉塞部分に接近する。ＭＰＳ１７４は、検査される管状器官に対して、ＭＰＳ送信器１６０、１６２および１６４と、基準センサ１８０とによって画定されるＭＰＳ座標系に対して、遠位先端１５８に搭載されるＭＰＳセンサの位置および配向を決定する。
【００６３】
開示の技術の別の実施形態によると、システム１５０の使用者はガイドワイヤを進め、医療用撮像システム（ＭＰＳを使用しない）を使用してガイドワイヤ遠位先端を観察する。医療用撮像システムは、閉塞管状器官に加えてガイドワイヤを見ることができる画像を生成する。使用者は、閉塞ナビゲーションプロセッサによって再構築される３Ｄ中央線（すなわち安全軌道）に沿ってガイドワイヤの遠位先端を進める。医療用撮像システムによって生成される画像は２Ｄ画像なので、閉塞ナビゲーションプロセッサは、管状器官の３Ｄモデルに２Ｄ画像を投影するための画像処理技術を採用する。本実施形態によると、ガイドワイヤの遠位先端はＭＰＳセンサを装備せず、使用者は、医療用撮像システムの画像中に現れる際の遠位先端位置によって、管状器官を貫通して遠位先端をナビゲートする。
【００６４】
処置２３４において、ガイドワイヤは閉塞部分を通って進められ、ガイドワイヤ先端は３Ｄ中央線によって画定される安全軌道に沿ってナビゲートされる。図５を参照すると、システム１５０の使用者（例えば医師、ロボットアームなど）は、３Ｄ中央線１８４に画定される安全軌道に沿って検査する管状器官内にガイドワイヤ１５６をさらに進める。あるいはガイドワイヤはＭＰＳセンサを装備せず、システム１５０の使用者は医療用撮像システムによって生成される画像中に現れる遠位先端によって、ガイドワイヤの遠位先端をナビゲートする。
【００６５】
処置２３６において、ガイドワイヤ先端が安全軌道から外れた場合、指示が生成される。図５を参照すると、ガイドワイヤ１５６が安全軌道から外れ、使用者がガイドワイヤ遠位先端１５８をさらに進める場合、ガイドワイヤ遠位先端１５８が次いで、管状器官壁の局所的切開または穿孔を引き起こす恐れがある。このような切開または穿孔を回避するために、閉塞ナビゲーションプロセッサが指示を生成し、ガイドワイヤ遠位先端１５８が安全軌道から外れていることを使用者に知らせる。例えばディスプレイ１７２が負の関連通知によって（例えば赤い矢印を使用して）ＭＰＳセンサの位置および配向１８６の視覚的表示を提供することや、閉塞ナビゲーションプロセッサ１７８が音による通知警告音を生成することなどが可能である。
【００６６】
当業者は、開示の技術が上記に詳細に示され記載されるものに限定されないことを理解するであろう。むしろ開示の技術の範囲は、上述の特許請求の範囲によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】開示の技術が適用される閉塞動脈を有し全体を１００で示す心臓の３Ｄモデルの概略図である。
【図２Ａ】図１の心臓の閉塞動脈の近位部分および遠位部分の表示を含む、全体を１０２で示す閉塞領域の詳細な重ねられた２Ｄ画像の図である。
【図２Ｂ】図１の心臓の閉塞動脈の近位部分の表示を含む、図２Ａの閉塞領域の第１注入２Ｄ画像の図である。
【図２Ｃ】図１の心臓の閉塞動脈の遠位部分の表示を含む、図２Ａの閉塞領域の第２注入２Ｄ画像の図である。
【図３Ａ】開示の技術の別の実施形態による近位部分と遠位部分の境界領域が提示されている図１の閉塞領域の重ねられた２Ｄ画像の図である。
【図３Ｂ】閉塞部分の境界領域がさらに提示されている図３Ａの画像の図である。
【図４Ａ】開示の技術の別の実施形態による、図１の閉塞動脈と同様の全体を１２２で示す血管の３Ｄモデルの概略図である。
【図４Ｂ】ＭＰＳセンサ位置、および３Ｄモデルの３Ｄ中央線と整列する配向の表示を含む、図４Ａの３Ｄモデルの概略図である。
【図４Ｃ】ＭＰＳセンサ位置、および３Ｄモデルの３Ｄ中央線から外れている配向の表示を含む、図４Ａの３Ｄモデルの概略図である。
【図５】閉塞管状器官の３Ｄモデルを生成し、管状器官の閉塞部を通ってナビゲートする開示の技術の別の実施形態によって構築され作動可能な全体が１５０で示されるシステムの概略図である。
【図６】開示の技術の別の実施形態による、閉塞管状器官の３次元（３Ｄ）モデルを生成する方法の概略図である。
【図７】開示の技術の別の実施形態による、管状器官を貫通してナビゲートする方法の概略図である。
【図８Ａ】開示の技術の別の実施形態による近位３Ｄ安全軌道を含む、図1の心臓の閉塞領域の拡大図である。
【図８Ｂ】遠位３Ｄ安全軌道を含む、図1の心臓の閉塞領域の拡大図である。
【図８Ｃ】近位３Ｄ安全軌道、遠位３Ｄ安全軌道および閉塞３Ｄ安全軌道を含む、図1の心臓の閉塞領域の拡大図である。
【図１】
2008100055.tif 000002
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【外国語明細書】
method and system for navigating through 
an occluded tubular organ
GERA STROMMER, UZI EICHLER AND ADRIAN herscovici
Field of the disclosed technique
The disclosed technique relates to vascular treatment devices, in general, and to methods and systems for navigating through an occluded blood vessel, in particular. 
Background of the disclosed technique
The accumulation of plaque deposits within a blood vessel gradually leads to a blockage or occlusion of the vessel.  The resulting abnormal narrowing of the vessel, known as stenosis, can cause several complications.  In particular, stenosis of the coronary arteries restricts blood flow to and from the heart (i.e., ischemia), potentially resulting in serious damage to the heart tissue.  The progressive thickening and hardening of the arterial wall due to plaque formation in the arterial lumen is known as atherosclerosis.  Atherosclerosis is responsible for many coronary artery diseases and syndromes, such as angina pectoris, cardiac arrest and myocardial infarction (i.e., heart attacks), as well as strokes and leg gangrene. 
Treatment of occluded blood vessels generally involves minimally invasive angioplasty procedures, which aims to physically expand the constricted artery.  Prior to the treatment, a guidewire must be advanced beyond the occluded area to permit passage of a catheter along the guidewire.  Once the guidewire is positioned beyond the blockage, the catheter, together with a balloon or stent, is passed over the guidewire and angioplasty is carried out.  Generally, a fluoroscopic procedure (e.g., angiography) is initially performed, to provide a visual representation of the occluded vessel for use by the physician to navigate the guidewire.  As blood vessels are normally apparent in X-ray images, such fluoroscopic image of the vessel is available due to dye injection into the inspected vessel, enabling the visualization of the course of the dye flow through the vessel lumen.  If the blood vessel is only partially occluded, and there is a sufficient gap within the occluded area to allow passage of a guidwire, then it is possible to advance the guidewire to the target area, and perform medical procedures, while using the guidewire for direction and support.  In the case of total occlusion, however, the guidewire is prevented from advancing through and beyond the occluded region of the artery.  The total occlusion prevents the physician from identifying the exact course of the occluded artery on the fluoroscopic images, due to the fact that there is no dye flows through the occluded portion of the vessel, therefore this portion of the vessel is not visible on the fluoroscopy.  Thus, it is very difficult to cross the entire length of the occlusion, and to determine the optimal manipulations required to correctly navigate the guidewire within the artery.  Improper manipulation of the guidewire may cause a localized dissection of the intimal or subintimal layer of the arterial wall, and even complete perforation of the arterial wall, resulting in severe complications and failure of the procedure.  Thus, minimally invasive medical procedures in cases of total occlusion of the artery have a significantly lower success rate and a higher complication rate, as compared to partial occlusion or artery narrowing.
Existing techniques to deal with advancing a guidewire through an occluded blood vessel include, for example, cutting atherectomy catheters, which attempt to penetrate through the occlusion.  Another known technique includes pushing a guidewire into the occluded blood vessel, and trying to brake through the whole length of the total occlusion, based on an imaginary course of the occlusion.  The guidewires used for penetrating total occlusions usually exhibit stiffness, and may perforate the vessel wall when force is applied thereto, thereby generating a false lumen.  Thus, physicians may be hesitant to use such force in pushing the guidewire through the occlusion, as they do not surely follow the actual course of the occluded vessel.  If the guidewire cannot be advanced beyond the occlusion, major invasive surgery may alternately be performed, such as bypass surgery.  It is generally preferable to avoid such invasive therapeutic procedures, as they involve severe complications and trauma to the patient.  Other known techniques for treatment of an occlusion, involve laser ablation, application of radiation pulses, or administering fluid to remove the occlusion.  In some cases, a small cavity may remain open through the occluded vessel, through which a guidewire may be inserted.  However, it is usually very difficult for a physician to keep a CTO wire (a stiff wire) in the center of the vessel, due to the fact that the occluded portion of the vessel is actually not apparent in the fluoroscopic images.  
US Patent No. 5,423,846 to Fischell entitled "Dottering auger catheter system", is directed to a catheter system for penetrating a vessel blockage (i.e., total occlusion) in the human body, to create an initial passageway prior to a vessel opening procedure, such as balloon angioplasty or atherectomy.  The catheter system includes a centering catheter, and a dottering auger catheter (DAC).  The DAC includes a steel tube on the proximal end, a flexible catheter section, and a selftapping auger screw on the distal end.  The screw has a conical section that tapers off to a sharp point.  The proximal end of the steel tube extends outside the body of the patient.  A handle is attached to the proximal end of the steel tube.  The centering catheter includes a balloon at its distal end.  The centering catheter has a central lumen, through which the DAC is inserted, and a second lumen, through which a fluid can be passed, to inflate the balloon.
After angiography is performed to indicate a blockage in an artery of the patient, a guide wire is advanced toward the artery until the distal end of the guide wire is adjacent to the proximal surface of the blockage.  The centering catheter is then advanced over the guide wire, until the distal end of the centering catheter contacts the proximal surface of the blockage.  The guide wire is removed, and the balloon of the centering catheter is inflated, thereby centering the distal end of the centering catheter within the artery (and reducing the possibility that the screw will penetrate through the wall of the artery).  A contrast medium is injected through the central lumen of the centering catheter to verify the position of the centering catheter of the artery, and the length of the blockage.  The DAC is advanced through the centering catheter, until the distal end of the DAC contacts the proximal surface of the blockage.  The auger screw is advanced beyond the length of the blockage, by simultaneously applying a rotational torque and a push force to the DAC via the handle.  The auger screw is removed, and a contrast medium is injected through the central lumen of the centering catheter to verify that the DAC created a pathway through the blockage.  Another guide wire is advanced through the centering catheter and the created pathway.  The centering catheter is removed, and a balloon angioplasty or atherectomy procedure is performed.
US Patent No. 6,210,408 to Chandrasekaran et al entitled "Guide wire system for RF recanalization or vascular blockages", is directed to a method and system for recanalizing an occluded blood vessels within the vasculature of a patient.  The system includes a centering catheter, a guide wire, and a radio frequency (RF) generator.  The guide wire includes an ablation tip on the distal end.  The centering catheter includes an elongate catheter body having a guide wire lumen, and a centering mechanism (e.g., an elongated, inflatable balloon).  The guide wire is coupled with the RF generator.  The RF generator is further coupled with a patient return electrode, and with a footswitch.
The return electrode (e.g., a pad with a substantially large area) is attached to the patient, to maximize the delivery of the RF energy to the target tissue.  The guide wire is inserted and routed through the patient vasculature, until the ablation tip is disposed proximal to the total occlusion.  The centering catheter is advanced over the guide wire, until the centering mechanism (i.e., balloon) is disposed adjacent to the total occlusion.  A contrast agent is conveyed into the deflated balloon, to enable easier fluoroscope detection of the balloon.  An inflation medium is conveyed into the balloon, inflating the balloon until it is in secure contact with the blood vessel.  The balloon maintains the guide wire along the centerline of the blood vessel, such that the ablation tip is substantially centered as it contacts the occlusion.  The RF generator is then activated by depressing the footswitch, delivering RF energy to the ablation tip.  A sufficiently high voltage potential is produced to initiate a spark erosion process, thereby ionizing the liquid contained in the occlusive material.  The ionization converts the occlusive material into a plasma state, and the resultant particulate matter is safely absorbed by the blood stream.  After the spark erosion process is initiated, a lower voltage potential is applied to maintain plasma conversion.  The output power of the RF energy is a function of the relative impedance between the ablation tip and the load impedance.  The voltage, impedance and electrode geometry is selected such that the spark erosion process is initiated when a load impedance that indicates occlusive material is reached (i.e., above the impedance of blood or healthy vessel tissue).  The ablation tip includes at least one discontinuous feature (e.g., an edge or point), to facilitate sparking between the ablation tip and the tissue.  As the RF energy is applied, the guide wire is distally advanced through the center of the occlusion.  The centering catheter is removed, and a therapeutic device for treatment of the occlusion (e.g., a PCTA catheter) is introduced over the guide wire.
US Patent No. 6,643,533 to Knoplioch et al entitled "Method and apparatus for displaying images of tubular structures", is directed to a method and apparatus for the display and analysis of vascular images acquired through a medical imaging system.  The method may be used for displaying a stenosis of a vessel in the patient body, determining the smallest crosssection of the vessel.  The method includes the step of first identifying a centerline of the vessel.  The next step involves selecting a local center point on the centerline.  The following step involves obtaining a crosssection plane normal to the local center point, and identifying a contour of the vessel within the crosssectional plane.  The next step involves sequentially measuring the lengths of various segments across the contour, where each segment intersects the local center point.  The shortest segment is identified out of all the taken measurements.  The next step involves determining an imaging plane showing the stenosis.  The imaging plane is defined by the shortest segment and a local axis tangent to the centerline at the local center point.  Subsequently, the imaging plane is displayed, showing a crosssection of the vessel which indicates the stenosis.  An image acquisition may then be performed relative to the imaging plane.  For example, an Xray acquisition may be performed, with the perpendicular to the imaging plane as a line of sight and the local center point as a target.  A magnetic resonance (MR) system may be used to acquire image slices, with the location of the slice being the imaging plane or another plane that is translated from the imaging plane by a selected distance.
US Patent No. 6,824,550 to Noriega et al entitled "Guidewire for crossing occlusions or stenosis", is directed to a system and method for crossing stenosis, partial occlusions or total occlusions in a body lumen.  The system includes a hollow guidewire, a drive shaft, a housing, and a drive motor.  The drive shaft moveably extends within the axial passage of the guidewire.  The drive motor is coupled with the drive shaft.  The drive motor is further electrically coupled with a control system and a power supply.  The proximal end of the guidewire is coupled with the housing, which is attached to an input device.  The input device controls the rotation and axial movement of the drive shaft.  The distal tip of the drive shaft has a shaped profile.  The shape may be configured optimally for the type of occlusion to be penetrated.  The distal tip may be shaped or deflected from the longitudinal axis of the guidewire, such that the rotation of the drive shaft creates a path radius that is larger than, the same, or smaller than the radius of the distal end of the guidewire.
A user advances the hollow guidewire along the body lumen, to the target site.  The user activates the drive motor to rotate and advance the drive shaft, from an axially retracted position to an axially extended position, thereby creating a path through the occlusion.  The user may also rotate the drive shaft manually for slow speed rotation.  As the distal tip is rotated, the distal tip macerates the clot at the target site, separating the clot from the wall of the body lumen.  The user may aspirate the macerated clot through the guidewire working channel, or deliver a thrombylatic fluid to dissolve the macerated clot.  The guidewire may further include an access or support system, such as an infusion or aspiration catheter, to aspirate the target site or to infuse therapeutic or diagnostic materials therein.  The hollow guidewire may also be used to advance an atherectomy device into or adjacent to the path of the occlusion.  The distal portion of the drive shaft may be radiopaque, to allow a physician to track the position of the drive shaft via fluoroscopy.
US Patent No. 6,911,026 to Hall et al entitled "Magnetically Guided atherectomy", is directed to a magnetically guided catheter for treating a totally occluded arterial vasculature.  An energy source is coupled to the distal tip of the catheter.  The distal tip of the catheter includes a magnetically active element.  The catheter is guided to the treatment site via a guide wire and sheath, which also includes a magnetic element.  The catheter may be a thermal catheter, which is heated by an RF source, in a bipolar or monopolar configuration.  Alternatively, the catheter is resistance heated or laser heated.  The catheter may include a lumen, through which an imaging wire may be inserted, to visualize and locate the occlusion (e.g., using ultrasound imaging or fluorescence spectroscopy).  A contrast agent may be injected between the sheath and catheter body, allowing the catheter to be viewed in the patient body.  A cooling fluid may be injected to the catheter tip to regulate the temperature distribution.
The patient undergoes a preoperative scan (e.g., using MRI, CT, ultrasound imaging), and the preoperative data is loaded into a workstation console.  During the treatment, an X-ray machine provides realtime biplane X-ray data of the patient, to the workstation.  The catheter includes a fiducial marker, allowing the preoperative scan data and realtime scan data to be merged.  The physician may select the location of the treatment site on the workstation, and the workstation computes the magnetic fields and gradients required to navigate the catheter to the selected location.  An external magnet generates magnetic forces on the catheter tip, and the applied field and gradient orients the tip direction toward the selected location.  The physician (or a robotic element) pushes on the proximal end of the catheter to advance the guidewire and sheath. The physical motion together with the magnetic orientation of the tip serves to position the catheter at the selected location.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
The disclosed technique will be understood and appreciated more fully from the following detailed description taken in conjunction with the drawings in which:
Figure 1 is a schematic illustrative 3D model of a heart, generally referenced 100, having an occluded artery, to which the disclosed technique is applied;
Figure 2A is a detailed superimposed 2D image of an occlusion area, generally referenced 102, including a representation of a proximal segment and a distal segment of the occluded artery of the heart of Figure1;
Figure 2B is a firstinjection 2D image of the occlusion area of Figure 2A, including a representation of the proximal segment of the occluded artery of the heart of Figure1;
Figure 2C is a secondinjection 2D image of the occlusion area of Figure 2A, including a representation of the distal segment of the occluded artery of the heart of Figure1;
Figure 3A is a superimposed 2D image of the occlusion area of Figure 1, in which the boundary regions of the proximal segment and the distal segment are presented, according to another embodiment of the disclosed technique;
Figure 3B is the image of Figure 3A, in which the boundary regions of the occluded segment are additionally presented;
Figure 4A is a schematic illustration of a 3D model of a blood vessel, generally referenced 122, similar to the occluded artery of Figure 1, according to a further embodiment of the disclosed technique;
Figure 4B is a schematic illustration of the 3D model of Figure 4A, including a representation of an MPS sensor position and orientation, the orientation aligned with a 3D center line of the 3D model;
Figure 4C is a schematic illustration of the 3D model of Figure 4A, including a representation of an MPS sensor position and orientation, the orientation deviating from a 3D center line of the 3D model;
Figure 5 is a schematic illustration of a system for generating a 3D model of an occluded tubular organ and navigating through the occlusion of the tubular organ, generally referenced 150, constructed and operative in accordance with a further embodiment of the disclosed technique;
Figure 6 is a schematic illustration of a method for generating a three dimensional (3D) model of an occluded tubular organ, according to another embodiment of the disclosed technique; 
Figure 7 is a schematic illustration of a method for navigating through a tubular organ, according to a further embodiment of the disclosed technique;
Figure 8A is an enlarged view of the occlusion area of the heart of Figure 1, including a proximal 3D safe trajectory, according to another embodiment of the disclosed technique; 
Figure 8B is an enlarged view of the occlusion area of the heart of Figure 1, including a distal 3D safe trajectory; and  
Figure 8C is an enlarged view of the occlusion area of the heart of Figure 1, including a proximal 3D safe trajectory, a distal 3D safe trajectory and an occlusion 3D safe trajectory.
DETAILED DESCRIPTION OF the EMBODIMENTS
The disclosed technique overcomes the disadvantages of the prior art by providing a method and system for navigating through an occluded tubular organ, by employing a threedimensional (3D) model of the occluded tubular organ, a medical positioning system (MPS) registered with the 3D model, and an MPS enabled guidewire.  A 3D model of an occluded blood vessel is generated, for example, by acquiring a plurality of twodimensional (2D) images of the blood vessel from different perspectives and reconstructing the 3D model there from.  The 2D images include representations of a proximal segment and a distal segment of the blood vessel, and do not include a representation of the occluded segment (since no blood flows there through).  A representation of the overall occluded vessel can be obtained by superimposing two 2D fluoroscopic images, each including a representation of another segment of the blood vessel.  The boundary regions of the proximal segment and the distal segment are identified in the superimposed 2D images, by employing image processing techniques.  The boundary regions of the occluded segment can not be identified in the acquired images.  Thus, the boundary regions of the proximal segment and the distal segment are interpolated to determine an estimate of the boundary region of the occluded segment.  The generated 3D model then includes a representation of the proximal segment, the occluded segment and the distal segment of the blood vessel.  A 3D center line of the blood vessel is determined in the 3D model, passing through the proximal segment, the occluded segment and the distal segment.  
A guidewire is inserted into the blood vessel, having a Medical Positioning System (MPS) sensor mounted on the distal tip thereof.  The position and orientation of the distal tip of the guidewire are determined by an MPS at a plurality of positions along the blood vessel.  The 3D model is registered with the MPS 3D coordinate system.  The guidewire tip approaches one end of the occluded segment.  The guidewire tip is navigated through the occluded segment along a safe trajectory defined by the 3D center line.  If the guidewire tip deviates from the safe trajectory, a real time indication is produced, to notify the user advancing the guidewire, that the course of the guidewire may be unsafe and should be adjusted to align with the safe trajectory, or to refrain from further advancing the guidewire.  Once the guidewire tip is positioned beyond the occluded segment, a catheter, including a balloon or a stent, can be passed over the guidewire and angioplasty may be carried out. 
It is noted, that advancing of the guidewire may be performed by a robotic system, instead of a human operator, or a combination of the robotic system and the human user, as described in US patent application publication no. US2005-0197557A1, incorporated by reference herewith.  It is further noted, that the 3D model may be obtained by employing other known methods, such as 3D CT, Magnetic Resonance Imaging (MRI), 3D Ultrasound, and the like.  When such a 3D model is used, the 3D model is segmented and registered with the MPS coordinate system, in order to generate the 3D center line or trajectory. 
The term "tubular organ", refers to a bodily organ, having an elongated tubular shape, such as a blood vessel, an artery, a heart cavity, (e.g., atrium or chamber), and the like.  Accordingly, the terms tubular organ, blood vessel, artery, and the like, are interchangeable.  The term "boundary region", refers to the area representing the blood vessel walls as they appear in the acquired 2D images.  The term "user", refers to a person performing the described medical procedure, a physician, a robot, and the like.  The term "catheter", refers to a medical catheter adapted to be inserted into a tubular organ, such as a Guided Measurement Catheter (GMC), a diagnostic catheter (e.g., Ultra Sound imaging catheter) or a therapeutic catheter (e.g., stenting catheter or an ablating catheter).
Reference is now made to Figures 1, 2A, 2B and 2C.  Figure 1 is a schematic illustrative 3D model of a heart, generally referenced 100, having an occluded artery, to which the disclosed technique is applied.  Figure 2A is a detailed superimposed 2D image of an occlusion area, generally referenced 102, including a representation of a proximal segment and a distal segment of the occluded artery of the heart of Figure1.  Figure 2B is a firstinjection 2D image of the occlusion area of Figure 2A, including a representation of the proximal segment of the occluded artery of the heart of Figure1.  Figure 2C is a secondinjection 2D image of the occlusion area of Figure 2A, including a representation of the distal segment of the occluded artery of the heart of Figure1.  The superimposed image of Figure2A can be generated by combining two 2D images (e.g., acquired by fluoroscopic angiography), each including a representation of another segment of the occluded artery of heart 100, such as the images of Figures 2B and 2C.  Heart 100 includes an occluded artery 104, an unblocked artery 106 and a natural bypass 108.  Heart 100 has an occlusion area 102, having an occluded segment of occluded artery 104 therein.  With reference to Figure 2A, occlusion area 102 has a section of artery 104 therein, including an occluded segment 114, adjoining a proximal segment 110 on the proximal end thereof, and a distal segment 112 on the distal end thereof.  Occluded segment 114 is blocked in such a manner, that blood can not flow there through (i.e., 90%100% occluded).  Such a medical condition is also referred to as Chronic Total Occlusion (CTO), and it usually occurs due to the accumulation of plaque deposits from the blood flowing in the blood vessel.  A physician treating heart 100 is aware of the existence of occluded segment 114, albeit this segment is not visible in the superimposed image of occlusion area 102, obtained by fluoroscopic angiography.  Natural bypass 108 is consisted of small blood vessels (co-lateral vessels), allowing blood to flow from unblocked artery 106 to distal segment 112 of occluded artery 104.  The blood vessels of natural bypass 108 are generated by angiogenesis (i.e., the formation of new blood vessels out of existing blood vessels).  The blood vessels of natural bypass 108 may couple occluded artery 104, for example, with the distal part of the Left Anterior Descending (LAD) artery of the heart, or with the Right Coronary Artery (RCA).
A plurality of 2D images of occlusion area 102 is acquired, each image acquired from a different perspective.  In an exemplary medical procedure, an angiogram of heart 100 is obtained, when a first fluoroscopic dye injection is administered into occluded artery 104, approaching occluded segment 114 through proximal segment 110.  With reference to Figure 2B, subsequent to the first injection, a firstinjection 2D image 103 of occlusion area 102 is acquired from a first perspective, showing the blood vessels in heart 100, in which the fluoroscopic dye is present.  Firstinjection 2D image 103 is obtained when an imaging radiation transmitter is placed on the one side of the body of the patient, and a radiation detector is placed on the opposite side of the body.  The imaging radiation transmitter and imaging radiation detector can be integrated into a single imaging device, having the shape of the letter "C" (i.e., C-arm).  A line drawn between the radiation transmitter and the radiation detector defines an optical axis of the imaging device.  The term "perspective", as used herein, relates to the spatial orientation (i.e., vectorial direction) of the optical axis of the imaging device (i.e., the angle of the optical axis relative to the patient).  
The areas, in which the fluoroscopic dye is present (i.e., where the blood flows), appear in the acquired image as darker than the areas in which no dye is present.  Thus, proximal segment 110 is apparent in firstinjection 2D image 103.  Since occluded segment 114 does not allow blood to flow there through, occluded segment 114 is not apparent in firstinjection 2D image 103.  Similarly, blood may not flow through distal segment 112, and it may not be apparent in firstinjection 2D image 103.  However, natural bypasses (not shown), such as natural bypass 108, may allow blood flowing in proximal segment 110 to reach distal segment 112.  If such natural bypasses exist, then distal segment 112 shall be apparent in the firstinjection 2D image.  In order to allow the determination of a 3D model of the blood vessels of heart 100, at least another 2D image is acquired from another perspective, after the first injection.    The difference between the first perspective and the other perspective (i.e., the angular difference between the vectorial direction of the optical axis in both perspectives) is at least 30o.  Preferably, the difference between these perspectives is approximately 90o.
If distal segment 112 is not apparent in the firstinjection 2D images, then a second contralateral fluoroscopic dye injection is administered into unblocked artery 106.  Blood flowing through unblocked artery 106 may flow through natural bypass 108, and reach distal segment 112.  With reference to Figure 2C, subsequent to the second injection, a secondinjection 2D image 105 of occlusion area 102 is acquired from a first perspective, showing the presence of the fluoroscopic dye in the blood vessels in heart 100.  In this image, distal segment 112 is apparent, since blood containing the fluoroscopic dye flows there through, arriving from natural bypass 108.  Proximal segment 110 is not apparent in secondinjection 2D image 105, since no fluoroscopic dye flows there through after the second injection.  Similarly to the first injection, another 2D image is acquired from a second perspective, after the second injection.  It is noted, that the perspectives from which the 2D images are acquired subsequent to the first dye injection, are substantially the same as the perspectives from which 2D images are acquired subsequent to the second dye injection.  It is noted, that the person performing the medical procedure described herein may have prior knowledge regarding the degree of blockage in occluded artery 104 (e.g., based on previous medical imaging, and the like).  In this case, the person performing the medical procedure may administer the second dye injection and use the imaging device to acquire the secondinjection 2D images, without analyzing the firstinjection 2D images (i.e., acquisition of the secondinjection 2D images unconditionally of the results of the firstinjection 2D images).
The inspected tubular organ may move during the acquisition of the 2D images.  More particularly, when the tubular organ is a coronary artery, such as occluded artery 104, the tubular organ is involved in a cyclic motion according to the cardiac cycle and respiration, caused by the pressurized flow of blood there through.  Therefore, each of the dyeinjection 2D images is acquired with a respective organ timing signal (i.e., ECG and respiration data), acquired simultaneously therewith (i.e., synchronizing).  Thus, each acquired 2D image is associated with an organ timing signal reading, which is associated with a certain point in the cardiac cycle, respiratory cycle or both (i.e., time tagging).  The organ timing signals can be detected by an Electrocardiogram (ECG) detector fitted with body surface electrodes.  The respiration cycle can be detected, for example, by an MPS reference sensor, or sensor set, attached to the body of the patient.
Once both proximal segment 110 and distal segment 112 are apparent in the images acquired after the dye injections, the images are combined (e.g., firstinjection 2D image 103 and secondinjection 2D image 105), to create a superimposed image for each perspective used.  Each of the superimposed images includes a representation of both ends of occluded segment 114.  For example, if two images were acquired for each dye injection, from two different perspectives, then two superimposed images are obtained.  
Reference is now made to Figures 3A and 3B.  Figure 3A is a superimposed 2D image of the occlusion area of Figure 1, in which the boundary regions of the proximal segment and the distal segment are presented, according to another embodiment of the disclosed technique.  Figure 3B is the image of Figure 3A, in which the boundary regions of the occluded segment are additionally presented.  The following description relates to a single superimposed 2D image.  However, the described method is performed on each of the superimposed 2D images, obtained from the acquired images subsequent to the fluoroscopic dye injections.  
A boundary region 116 of proximal segment 110 and a boundary region 118 of distal segment 112, which appear in the superimposed image, are determined by using image processing techniques.  For example, the image processing techniques can include edge detection or segmentation, in which certain segments or regions in the image, having properties distinct from their adjacent regions, are determined.  The regions representing proximal segment 110 and distal segment 112 in the superimposed image are identified with respect to their surrounding regions, since they appear darker than the surrounding regions (i.e., where no fluoroscopic dye is present).  The superimposed image of occlusion area 102 may be displayed to a user (e.g., a physician).  The display includes a representation of boundary region 116 and boundary region 118 on the superimposed image.  The user can then observe the determined boundary regions and adjust them, in case they do not seem to comply with the apparent boundary regions in the displayed image. 
With reference to Figure 3B, interpolation between boundary region 116 and boundary region 118, provides an estimate of a boundary region 120, depicted in dotted lines, of occluded segment 114.  This interpolation can be performed by image processing of the superimposed image (e.g., by an image processor), or manually by the user (e.g., via a user input module).  In the case where the superimposed image of occlusion area 102 is displayed to the user, boundary region 120 may be represented by a different representation than the representations of boundary region 116 and boundary region 118 (e.g., by a different color, a different line type, and the like).  If the interpolation of the boundary regions is performed by an image processor, then the user can review the interpolated boundary region 120 of occluded segment 114 and adjust it, if necessary.
Since at least two images are acquired for each dye injection, from at least two different perspectives, at least two superimposed images are obtained.  A threedimensional (3D) model of occlusion area 102 is generated, using the at least two superimposed images, by methods known in the art.  The 3D model includes a representation of both proximal segment 110 and distal segment 112.  If the 3D model is generated using a larger number of images, acquired from different perspectives, then the 3D model can be more accurate and include more details of the blood vessels in the imaged body area (e.g., heart 100 of Figure 1).
According to another embodiment of the disclosed technique, the 3D model of the occluded blood vessel can be generated by employing four fluoroscopic dye injections.  With further reference to Figures 1 and 2, the first injection is administered to occluded artery 104, and is followed by acquiring a first image of proximal segment 110 of artery 104, from a first perspective.  The second injection is administered to unblocked artery 106, and is followed by acquiring a first image of distal segment 112 of artery 104, from the first perspective.  The third injection is administered to occluded artery 104, and is followed by acquiring a second image of proximal segment 110 of artery 104, from a second perspective (e.g., perpendicular to the first perspective).  The fourth injection is administered to unblocked artery 106, and is followed by acquiring a second image of distal segment 112, from the second perspective.  Two superimposed images are obtained by superimposing the 2D images acquired from each perspective.  Each of the superimposed 2D images includes a representation of both proximal segment 110 and distal segment 112.  Determining of the boundary regions of these segments and interpolating the boundary regions of occluded segment 114, can be performed, as described above.  Subsequently, a 3D model of occlusion area 102 is determined, using the two superimposed images, by methods known in the art.  
According to a further embodiment of the disclosed technique, the 3D model of the occluded blood vessel can be generated by superimposing two 3D models, one of the proximal segment and the other of the distal segment.  This can be performed by employing four fluoroscopic dye injections and four acquired 2D images, each acquired from a different perspective.  With further reference to Figures 1 and 2, a first injection is administered to occluded artery 104, and is followed by acquiring a first image of proximal segment 110 of artery 104, from a first perspective.  A second injection is administered to unblocked artery 106, and is followed by acquiring a first image of distal segment 112 of artery 104, from a second perspective.  A third injection is administered to occluded artery 104, and is followed by acquiring a second image of proximal segment 110 of artery 104, from a third perspective (e.g., perpendicular to the first perspective).  A fourth injection is administered to unblocked artery 106, and is followed by acquiring a second image of distal segment 112, from the fourth perspective (e.g., perpendicular to the second perspective).  
A first 3D model of proximal segment 110 is generated, using the 2D images including representations thereof (i.e., the 2D images acquired subsequent to the dye injections administered to occluded artery 104).  A second 3D model of distal segment 112 is generated, using the 2D images including representations thereof (i.e., the 2D images acquired subsequent to the dye injections administered to unblocked artery 106).  A complete 3D model of occlusion area 102 is generated, by combining the first 3D model of proximal segment 110 and the second 3D model of distal segment 112.  Determining the boundary regions of proximal segment 110 and distal segment 112 and interpolating the boundary region of occluded segment 114, are performed on the complete 3D model, by image processing techniques known in the art.  The boundary region of the occluded segment is determined while assuming that the occluded segment is substantially not tortuous.
Reference is now made to Figures 8A, 8B and 8C.  Figure 8A is an enlarged view of the occlusion area of the heart of Figure 1, including a proximal 3D safe trajectory, according to another embodiment of the disclosed technique.  Figure 8B is an enlarged view of the occlusion area of the heart of Figure 1, including a distal 3D safe trajectory.  Figure 8C is an enlarged view of the occlusion area of the heart of Figure 1, including a proximal 3D safe trajectory, a distal 3D safe trajectory and an occlusion 3D safe trajectory.  A first Guided Measurement Catheter (GMC, not shown) is inserted into occluded artery 104, approaching occluded segment 114 from proximal segment 110.  As the first GMC tip is advanced within proximal segment 110, toward occluded segment 114, a respective GMCrelated device (not shown) determines the 3D position and orientation of the first GMC tip, in a plurality of positions (not shown) along proximal segment 110.  The GMC-related device thereby determines a continuous proximal 3D safe trajectory 250, through which the first GMC tip passed within proximal segment 110.  The GMC-related device may be, for example, an MPS, wherein the first GMC is equipped with an MPS sensor on the tip thereof (i.e., similar to the MPS and MPS sensor of the system described herein below with reference to Figure 5).  Similarly, a second GMC (not shown) is inserted into occluded artery 104, approaching occluded segment 114 from distal segment 112.  As the second GMC tip is advanced within distal segment 112 toward occluded segment 114, a respective GMC-related device determines the 3D position and orientation of the second GMC tip in a plurality of positions (not shown) along distal segment 112.  The GMC-related device thus determines a continuous distal 3D safe trajectory 252, through which the second GMC tip passed within distal segment 112.  Proximal 3D safe trajectory 250 and distal 3D safe trajectory 252 do not intersect, since neither one of the first GMC and the second GMC pass through occluded segment 114.  An occlusion 3D safe trajectory 254 can then be determined, by interpolating between proximal 3D safe trajectory 250 and distal 3D safe trajectory 252.  The proximal, distal and occluded 3D safe trajectories (250, 252 and 254, respectively) can be superimposed on the 3D model of occluded artery 104 (e.g., the 3D model as described with reference to Figures 4A, 4B and 4C).   In this manner, the person performing the medical procedure described herein is provided with additional safe trajectory information within the occluded segment.  The additional safe trajectory information may be considered as more reliable, since proximal 3D safe trajectory 250 and distal 3D safe trajectory 252 represent actual trajectories, along which the first and second GMCs were advanced.  These actual trajectories are considered safe, since the GMCs have already passed there along, without causing arterial perforation or other arterial damage. 
Reference is now made to Figures 4A, 4B and 4C.  Figure 4A is a schematic illustration of a 3D model of a blood vessel, generally referenced 122, similar to occluded artery 104 of Figure 1, according to a further embodiment of the disclosed technique.  Figure 4B is a schematic illustration of the 3D model of Figure 4A, including a representation of an MPS sensor position and orientation, the orientation aligned with a 3D center line of the 3D model.  Figure 4C is a schematic illustration of the 3D model of Figure 4A, including a representation of an MPS sensor position and orientation, the orientation deviating from a 3D center line of the 3D model.  3D model 122 is generated (e.g., using acquired 2D images of the blood vessel from two different perspectives), subsequent to determining the boundary regions of the proximal segment, the occluded segment, and the distal segment of the occluded blood vessel.  3D model 122 includes a representation of vessel walls 124, and a reconstructed 3D center line 126.  Reconstructed 3D center line 126 is an estimate of the actual center line of the blood vessel, generated according to the boundary regions of the occluded blood vessel.  Reconstructed 3D center line 126 is determined for the overall blood vessel appearing in the acquired images, and passes through the proximal segment, the occluded segment, and the distal segment of the occluded blood vessel.
A medical procedure is performed on the occluded blood vessel, during which a guidewire is inserted into the blood vessel and passes through the occluded segment.  In order to avoid the risk of localized arterial wall dissection or coronary perforation by the guidewire tip, the guidewire is to be advanced through the center of the occluded segment, along 3D center line 126.  Thus, 3D center line 126 represents a 3D safe trajectory, through which the guidewire is to be advanced.  With reference to Figure 2A, the guidewire can approach occluded segment 114 from the proximal end thereof, passing first through proximal segment 110.  Alternatively, the guidewire can approach occluded segment 114 from the distal end thereof, passing first through distal segment 112.
With reference to Figure 4B, the guidewire is inserted into the blood vessel.  The guidewire has an MPS sensor mounted on the distal tip thereof.  The 3D position and 3D orientation of the MPS sensor are determined at a plurality of positions along the blood vessel, as the guidewire advances inside the blood vessel, by using an MPS, external to the body of the patient.  3D model 122 is registered with the 3D coordinate system of the MPS.  The guidewire reaches an end of the occluded section (not shown) and is advanced through the occluded segment of the blood vessel (similar to occluded segment 114 of Figure 2A).  Representations of an MPS sensor position 128 and an MPS sensor orientation 130 are presented with respect to 3D model 122.  MPS sensor position 128 indicates that the MPS sensor is located within the blood vessel, on 3D center line 126.  MPS sensor orientation 130 indicates that the MPS sensor is advanced within the blood vessel, such that it is aligned with 3D center line 126.  
3D model 122 is displayed to a user during the procedure of advancing the guidewire through the blood vessel.  If MPS sensor orientation 130 is aligned with the safe trajectory, then MPS sensor orientation 130 or 3D center line 126 can be displayed in a positively related manner (e.g., using a green symbol or a green colored center line), indicating to the user that the guidewire is advanced along the safe trajectory, through the center of the occlusion, minimizing the risk of localized arterial wall dissection or coronary perforation.
With reference to Figure 4C, the guidewire is advanced further into the occluded blood vessel.  MPS sensor position 132 is located on the safe trajectory.  MPS sensor orientation 134 deviates from the safe trajectory defined by 3D center line 126.  In such a case, further advancing the guidewire tip may cause localized arterial wall dissection or perforation of the blood vessel.  In order to avoid such cases, a notification is generated, indicating to the user that the guidewire deviates from the safe trajectory.  For example, MPS sensor orientation 134 or 3D center line 126 can be displayed in a negatively related manner (e.g., using a red symbol or a red colored center line), an audio warning alarm can be sounded, and the like.  Once the notification reaches the user, she can adjust the orientation of the guidewire, such that the guidewire is advanced along the safe trajectory.  
According to another embodiment of the disclosed technique, a Computed Tomography (CT) 3D model of the occlusion area may be obtained by employing a preoperative CT scan.  The CT 3D model can be registered with the 3D model generated subsequent to the fluoroscopic dye injections.  The CT 3D model may include additional details of the occlusion area (relatively to the acquired 3D model), since it is generated from a relatively large number of 2D images (e.g., acquired from 64 perspectives).  Such additional details may be, for example, the length of the occluded segment, the width of the occluded segment, the tortuosity of the occluded segment, and the like.  These additional details may be superimposed on the acquired 3D model, after comparison with the CT 3D model, in order to enhance the acquired 3D model.     
Reference is now made to Figure 5, which is a schematic illustration of a system for generating a 3D model of an occluded tubular organ and navigating through the occlusion of the tubular organ, generally referenced 150, constructed and operative in accordance with a further embodiment of the disclosed technique.  System 150 includes a medical imaging system 168, a Medical Positioning System (MPS) 174, an organ timing signal detector 176, an occlusion navigation processor 178, a guidewire 156, a display 172 and a table 154.  Medical imaging system 168 includes an imaging radiation transmitter 170 and an imaging radiation detector 166.  Medical positioning system 174 includes MPS transmitters 160, 162 and 164, reference sensor 180 and an MPS sensor (not shown).  Medical imaging system 168 may be an Xray imaging system, in which imaging radiation transmitter 170 is an Xray source and imaging radiation detector 166 is an Xray detector (e.g., a film).  Medical imaging system 168 may have the general shape of the letter "C" (i.e., a C-arm).  A line (not shown) drawn between radiation transmitter 170 and radiation detector 166 defines an optical axis of medical imaging system 168.  The term "perspective", as used herein, relates to the spatial orientation (i.e., vectorial direction) of the optical axis of medical imaging system 168 (i.e., the angle of the optical axis relative to patient 152).  
Occlusion navigation processor 178 is coupled with organ timing signal detector 176, with imaging radiation detector 166, with MPS 174 and with display 172.  MPS 174 is coupled with guidewire 156.  The MPS sensor (not shown) is mounted on the distal end 158 of guidewire 156.  MPS transmitters 160, 162 and 164 are coupled with imaging radiation detector 166.  A patient 152 is placed on table 154.  Patient 152 exhibits an occluded tubular organ (not shown), for example, an occluded coronary artery, similar to occluded artery 104 of Figure 1.  MPS 174 determines the position and orientation of the MPS sensor at a plurality of positions along the occluded tubular organ in a 3D coordinate system (hereinafter, the MPS coordinate system), relative to MPS transmitters 160, 162 and 164, and reference sensor 180.  
A first fluoroscopic dye injection is administered to the occluded tubular organ, for example, by a physician.  Medical imaging system 168 acquires a plurality of firstinjection 2D images of the tubular organ from a plurality of different perspectives.  The difference between the plurality of perspectives (i.e., the angular difference between the vectorial direction of the optical axis in each perspective) is at least 30o.  Preferably, the difference between these perspectives is approximately 90o.  Simultaneously to acquisition of the 2D images, organ timing signal detector 176 detects the activity state of the tubular organ.  Thus, each acquired 2D image is associated with an organ timing signal reading.  The organ timing signals can be detected by an Electrocardiogram (ECG) detector fitted with a plurality of body surface electrodes 157, placed on patient 152 (e.g., on the abdomen thereof).  Since the occluded segment of the tubular organ does not allow blood to flow there through, the occluded segment and the distal segment do not appear in the firstinjection 2D images.  However, natural bypasses may allow blood flowing in the proximal segment to reach the distal segment.  If such natural bypasses exist, then the distal segment shall appear in the firstinjection 2D images (see Figure 2B).  If such natural bypasses do not exist, and the distal segment does not appear in the firstinjection 2D images, then a second contralateral injection is administered (i.e., into another blood vessel).  Blood flowing through the other blood vessel may flow through contralateral natural bypasses, and reach the distal segment.  Subsequent to the second injection, medical imaging system 168 acquires a plurality of secondinjection 2D images of the occlusion area from different perspectives, showing the presence of the fluoroscopic dye in the blood vessels in the heart of patient 152 (see Figure 2C).  In these images, the distal segment is visible, since blood containing the fluoroscopic dye flows there through.  The proximal segment is not apparent in these images, since no fluoroscopic dye flows there through due to the second injection.  It is noted, that the user of system 150 (e.g., a physician) may have prior knowledge regarding the degree of blockage in the occluded blood vessel (e.g., based on previous medical imaging, and the like).  In this case, the physician may administer the second dye injection and use medical imaging system 168 to acquire the secondinjection 2D images, without analyzing the firstinjection 2D images (i.e., acquisition of the secondinjection 2D images unconditionally of the results of the firstinjection 2D images).
Since each pair of firstinjection and secondinjection 2D images is combined to form a single superimposed image, these firstinjection and secondinjection 2D images must be acquired at the same timing point of the organ timing cycle.  In the case where video images are employed, the series of superimposed images are repeatedly displayed in continuum, to the user of system 150 (i.e., a recurring cyclic motion of the tubular organ).  Thus, each displayed superimposed image appears in the respective timing point of the organ timing cycle, such that the video series of images accurately depicts the cyclic motion of the tubular organ.
Medical imaging system 168 provides the 2D images to occlusion navigation processor 178.  When both the proximal segment and the distal segment appear in the acquired images, occlusion navigation processor 178 combines the images, generating a superimposed 2D image for each perspective.  Each of the superimposed 2D images includes a representation of both ends of the occluded segment of the inspected tubular organ.  For example, if two images were acquired for each dye injection, from two different perspectives, then occlusion navigation processor 178 can generate two superimposed 2D images.
Using image processing techniques, occlusion navigation processor 178 detects the boundary regions of the proximal segment and the distal segment of the tubular organ in each of the superimposed 2D images.  Occlusion navigation processor 178 interpolates between the boundary regions of the distal and proximal segments, to provide an estimate of the boundary region of the occluded segment.  A user of system 150 (e.g., a physician) observes the interpolated boundary region of the occluded segment and may manually reshape the interpolated boundary region (e.g., for necessary adjustments).  For example, the user may alter the tortuosity of the interpolated boundary region, if she has prior knowledge of the actual tortuosity of the occluded segment.  Alternatively, the user of system 150 can manually join between the boundary regions of the distal and proximal segments (i.e., manual interpolation).  For example, the user can indicate the boundary region of the occluded segment by drawing connecting lines between the distal and proximal segments, as she sees fit, via an input module (not shown).  Display 172 can display the boundary region of the occluded segment, with a different representation than the representations of the boundary regions of the proximal and distal segments (e.g., by a different color, a different line type, and the like).
Occlusion navigation processor 178 generates a 3D model 182 of the tubular organ, using the superimposed 2D images.  Occlusion navigation processor 178 further determines an estimate for a 3D center line 184 of the tubular organ, according to 3D model 182.  3D center line 184 passes through the proximal segment, the occluded segment, and the distal segment of the occluded tubular organ.  Display 172 provides a visual representation of 3D model 182 and a visual representation of 3D center line 184 of the tubular organ.  Display 172 may further display 3D model 182 superimposed on a 2D image of the tubular organ, such as the superimposed image.  Occlusion navigation processor 178 registers 3D model 182 with the MPS coordinate system of MPS 174.  Display 172 provides a visual representation of the position and orientation 186 of the MPS sensor with respect to 3D model 182.  
The user of system 150 inserts guidewire 156 into the tubular organ and advances it toward the occluded segment thereof.  In order to avoid the risk of localized dissection or coronary perforation by guidewire distal tip 158, the user of system 150 should advance guidewire 156 without deviating from the centerline of the occluded segment (i.e., along 3D center line 184).  Thus, 3D center line 184 represents a safe trajectory, through which guidewire distal tip 158 should be advanced.  
The user of system 150 advances guidewire 156 further into the inspected tubular organ.  When distal tip 158 progresses along 3D center line 184, display 172 provides a visual representation of MPS sensor position and orientation 186 with a positively related manner (e.g., using a green arrow or a first predetermined audible sound).  In this manner, the user is assured that it is safe to advance the guidewire through the center of the occlusion, minimizing the risk of localized dissection or coronary perforation.
If guidewire 156 deviates from the safe trajectory and the user further advances guidwire distal tip 158, then guidwire distal tip 158 may cause localized dissection or perforation of the tubular organ.  In order to avoid such cases, occlusion navigation processor 178 generates a indication, indicating to the user that guidewire distal tip 158 deviates from the safe trajectory.  For example, display 172 can provide a visual representation of MPS sensor position and orientation 186 with a negatively related notification (e.g., using a red arrow), occlusion navigation processor 178 can produce an audio notification warning sound, and the like.  Once the indication reaches the user, she can adjust the orientation of guidewire distal tip 158, such that the orientation of guidewire distal tip 158 is aligned with the safe trajectory, or refrain from advancing the guidewire. 
According to a further embodiment of the disclosed technique, the user of system 150 advances the guidewire, while observing the guidewire distal tip using the medical imaging system (without using the MPS).  The medical imaging system produces images, in which the distal tip of the guidewire is visible, in addition to the occluded tubular organ.  The user advances the distal tip of the guidewire along the 3D center line (i.e., the safe trajectory), as reconstructed by the occlusion navigation processor.  Since the images generated by the medical imaging system are 2D images, occlusion navigation processor employs image processing techniques to project the 2D images on the 3D model of the tubular organ.  According to the present embodiment, the distal tip of the guidewire is not equipped with an MPS sensor, and the user navigates the distal tip through the tubular organ, according to the distal tip location as it appears in the images of the medical imaging system.
When guidewire distal tip 158 reaches the distal segment of the occluded tubular organ, the user can then pass a catheter over the guidewire, for treating the occluded blood vessel.  Such a catheter may be a Guided Measurement Catheter (GMC), a diagnostic catheter (e.g., Ultra Sound imaging catheter), or an ablation catheter.  For example, the user can perform angioplasty, by inserting a balloon catheter into the blood vessel, and inflating the balloon within the occluded segment, in order to dilate the occluded blood vessel.
According to another embodiment of the disclosed technique, the parallelwire technique may be applied to the occluded tubular organ.  When the user advances the guidewire into the tubular organ, the guidewire may create a false lumen, usually in the subintimal space of the occluded segment.  According to the parallelwire technique, the guidewire is then left within the false lumen, and a second guidewire (not shown) is inserted into the tubular organ, along the first guidewire.  The second guidewire usually has a different shape than the first guidewire.  The second guidewire will not enter the false lumen created by the first guidewire, and will attempt to find the true lumen in the occluded tubular organ (i.e., the lumen which will eventually lead to the distal end of the occluded segment).  Thus, the first guidewire acts as a landmark designating the false lumen.  Both guidewires have an MPS sensor mounted on the distal tip thereof.  Thus, the trace of advancement of the first wire is known (i.e., according to the MPS reading of the respective MPS sensor) and may be displayed to the user.  When inserting the second guidewire, the user can then clearly observe the course of the false lumen, and advance the second guidewire along a different course, attempting to find the true lumen.
Reference is now made to Figure 6, which is a schematic illustration of a method for generating a three dimensional (3D) model of an occluded tubular organ, according to another embodiment of the disclosed technique.  The tubular organ has an occluded segment adjoining a proximal segment at a proximal end thereof, and a distal segment at a distal end thereof.  In procedure 200, a first dye injection is administered into the tubular organ, the first dye approaching a first end of the occluded segment.  With reference to Figures 2A and 5, a physician administers a first fluoroscopic dye injection into the tubular organ of patient 152 (such as occluded artery 104). The fluoroscopic dye approaches occluded segment 114 through proximal segment 110.
In procedure 202, a plurality of first-injection 2D images of the tubular organ is acquired, from different perspectives.  The images are further acquired with a respective organ timing signal reading.  With reference to Figures 2B and 5, medical imaging system 168 acquires a plurality of firstinjection 2D images of the tubular organ from different of perspective angles, subsequent to the first dye injection.  Firstinjection 2D image 103 exhibits the presence of the fluoroscopic dye in the blood vessels in heart 100 subsequent to the first dye injection.  Simultaneously to acquisition of the firstinjection 2D images, organ timing signal detector 176 detects the activity state of the tubular organ.  Thus, each acquired 2D image is associated with an organ timing signal reading.  The organ timing signals can be detected by an Electrocardiogram (ECG) detector fitted with body surface electrodes placed on patient 152.
If the distal segment is not apparent in the firstinjection 2D images, then the method depicted in Figure 6 continues from procedure 202 to procedure 204.  In procedure 204, a second dye injection is administered into the tubular organ, the second dye approaching the other end of the occluded segment.  With reference to Figures 2A, 2C and 5, if distal segment 112 is not apparent in the firstinjection 2D images, then the physician administers a second contralateral fluoroscopic dye injection into unblocked artery 106.  Blood flowing through unblocked artery 106 may flow through natural bypass 108, and reach distal segment 112.
In procedure 206, a plurality of second-injection 2D images of the tubular organ is acquired, from different perspectives.  The images are further acquired with a respective organ timing signal reading.  With reference to Figure 5, medical imaging system 168 acquires a plurality of secondinjection 2D images of the tubular organ from different of perspectives, subsequent to the second dye injection.  With reference to Figure 2C, secondinjection 2D image 105 exhibits the presence of the fluoroscopic dye in the blood vessels in heart 100 subsequent to the second dye injection.  In 2D image 105, distal segment 112 is visible, while proximal segment 110 is not visible.  Simultaneously to acquisition of the secondinjection 2D images, organ timing signal detector 176 detects the activity state of the tubular organ.  Thus, each acquired 2D image is associated with an organ timing signal reading. 
If the distal segment is apparent in the firstinjection 2D images, then the method depicted in Figure 6 continues from procedure 202 to procedure 208.  In procedure 208, a plurality of superimposed 2D images is generated from the plurality of acquired 2D images subsequent to each dye injection.  The superimposed 2D images include a representation of the proximal segment and the distal segment.  With reference to Figures 5, 2B and 2C, medical imaging system 168 provides the firstinjection and secondinjection 2D images (such as firstinjection 2D image 103 and secondinjection 2D image 105) to occlusion navigation processor 178.  When both the proximal segment and the distal segment appear in the acquired images, occlusion navigation processor 178 combines the images, generating a superimposed 2D image (such as the 2D image of Figure 2A) for each perspective.  Each of the superimposed 2D images includes a representation of both ends of the occluded segment of the inspected tubular organ.  
In procedure 210, the boundary regions of the proximal segment and the distal segment are determined within the superimposed 2D images.  With reference to Figures 3A and 5, occlusion navigation processor 178 detects the boundary regions of the proximal segment (such as boundary region 116 of proximal segment 110) and the distal segment (such as boundary region 118 of distal segment 112) of the tubular organ in each of the superimposed 2D images, using image processing techniques.  
In procedure 212, the boundary regions of the occluded segment are determined in the superimposed 2D images, by interpolating between the boundary regions of the proximal segment and the distal segment.  With reference to Figures 3B and 5, occlusion navigation processor 178 interpolates between the boundary regions of the distal and proximal segments, to provide an estimate of the boundary region of the occluded segment (such as boundary region 120 of occluded segment 114).  Alternatively, the user of system 150 can manually join between the boundary regions of the distal and proximal segments (i.e., manual interpolation).  For example, the user can indicate the boundary region of the occluded segment by drawing connecting lines between the distal and proximal segments, as she sees fit, via an input module (not shown). 
In procedure 214, a 3D model of the tubular organ is generated from the superimposed 2D images and the determined boundary regions.  With reference to Figure 5, occlusion navigation processor 178 generates a 3D model 182 of the tubular organ, using the superimposed 2D images.  
In procedure 216, a 3D center line of the tubular organ is determined, the 3D center line passing through the proximal segment, the occluded segment and the distal segment.  With reference to Figure 5, occlusion navigation processor 178 further determines an estimate for a 3D center line 184 of the tubular organ, according to 3D model 182.  3D center line 184 passes through the proximal segment, the occluded segment, and the distal segment of the occluded tubular organ. 
Reference is now made to Figure 7, which is a schematic illustration of a method for navigating through a tubular organ, according to a further embodiment of the disclosed technique.  The tubular organ exhibits an occluded segment adjoining a proximal segment at a proximal end thereof, and a distal segment at a distal end thereof.  In procedure 230, a 3D model of the tubular organ is generated.  The 3D model includes a 3D center line, passing through the proximal segment, the occluded segment and the distal segment.  With reference to Figure 5, occlusion navigation processor 178 generates a 3D model 182 of the tubular organ.  Occlusion navigation processor 178 further determines an estimate for a 3D center line 184 of the tubular organ, according to 3D model 182.  3D center line 184 passes through the proximal segment, the occluded segment, and the distal segment of the occluded tubular organ.  
In procedure 232, the position and orientation of a guidewire tip, inserted into the tubular organ are determined at a plurality of positions along the tubular organ, by employing an MPS sensor mounted on the distal tip of the guidewire.  With reference to Figure 5, guidewire 156 is inserted into the tubular organ and approaches the occluded segment thereof.  MPS 174 determines the position and orientation of the MPS sensor mounted on distal tip 158 with respect to the inspected tubular organ, with respect to the MPS coordinate system, defined by MPS transmitters 160, 162 and 164, and reference sensor 180.
According to a further embodiment of the disclosed technique, the user of system 150 advances the guidewire, while observing the guidewire distal tip using the medical imaging system (without using the MPS).  The medical imaging system produces images, in which the distal tip of the guidewire is visible, in addition to the occluded tubular organ.  The user advances the distal tip of the guidewire along the 3D center line (i.e., the safe trajectory), as reconstructed by the occlusion navigation processor.  Since the images generated by the medical imaging system are 2D images, occlusion navigation processor employs image processing techniques to project the 2D images on the 3D model of the tubular organ.  According to the present embodiment, the distal tip of the guidewire is not equipped with an MPS sensor, and the user navigates the distal tip through the tubular organ, according to the distal tip location as it appears in the images of the medical imaging system.  
In procedure 234, the guidewire is advanced through the occluded segment, while the guidewire tip is navigated along a safe trajectory defined by the 3D center line.  With reference to Figure 5, the user (e.g., a physician, a robotic arm, and the like) of system 150 advances guidewire 156 further into the inspected tubular organ, along the safe trajectory defined by 3D center line 184.  Alternatively, the guidewire is not equipped with an MPS sensor, and the user of system 150 navigates the distal tip of the guidewire according to the appearance thereof in images produced by the medical imaging system. 
In procedure 236, an indication is produced if the guidewire tip deviates from the safe trajectory.  With reference to Figure 5, if guidewire 156 deviates from the safe trajectory and the user further advances guidwire distal tip 158, then guidwire distal tip 158 may cause localized dissection or perforation of the tubular organ wall.  In order to avoid such dissection or perforation, occlusion navigation processor produces an indication, indicating to the user that guidewire distal tip 158 deviates from the safe trajectory.  For example, display 172 can provide a visual representation of MPS sensor position and orientation 186 with a negatively related notification (e.g., using a red arrow), occlusion navigation processor 178 can produce an audio notification warning sound, and the like.
It will be appreciated by persons skilled in the art that the disclosed technique is not limited to what has been particularly shown and described hereinabove. Rather the scope of the disclosed technique is defined only by the claims, which follow. 
CLAIMS 
1.             Method for generating a three dimensional (3D) model of a tubular organ having an occluded segment, the occluded segment adjoining a proximal segment at a proximal end thereof, and a distal segment at a distal end thereof, the method comprising the procedures of:
injecting a first dye injection into said tubular organ, said first dye approaching a first end of said occluded segment;
acquiring a plurality of firstinjection twodimensional (2D) images of said tubular organ, each acquired from a different perspective, said firstinjection 2D images further acquired with a respective organ timing signal reading;
injecting a second dye injection into said tubular organ, said second dye approaching a second end of the occluded segment;
acquiring a plurality of secondinjection 2D images of said tubular organ, each acquired from a different perspective, said secondinjection 2D images further acquired with a respective organ timing signal reading;
generating a plurality of superimposed 2D images, one for each of said perspectives, each of said superimposed 2D images including said proximal segment and said distal segment; 
determining the boundary regions of said proximal segment and said distal segment in said superimposed 2D images;
determining the boundary regions of said occluded segment in said superimposed 2D images, by interpolating between said boundary regions of said proximal segment and said distal segment;
generating a 3D model of said tubular organ from said superimposed 2D images; and
determining a 3D center line of the tubular organ, said 3D center line passing through said proximal segment, through said occluded segment and through said distal segment.
2.            The method according to claim 1, wherein said perspective of each of said superimposed 2D images, relates to the vectorial direction of the optical axis of an imaging device acquiring said first-injection 2D images and second-injection 2D images, and wherein the difference between said different perspectives is at least 30o.
3.            The method according to claim 2, wherein the difference between said different perspectives is approximately 90o.
4.            The method according to claim 1, wherein said procedures of injecting a second dye injection and of acquiring a plurality of secondinjection 2D images, are performed when said second end of said occluded segment is not visible in said firstinjection 2D images.
5.            A method for navigating through a tubular organ, having an occluded segment, said occluded segment adjoining a proximal segment at a proximal end thereof, and a distal segment at a distal end thereof, the method comprising the procedures of:
generating a 3D model of said tubular organ, including a 3D center line, said 3D center line passing through said proximal segment, said occluded segment and said distal segment;
determining the position and orientation of a guidewire tip inserted into said tubular organ, at a plurality of positions along said tubular organ; 
advancing said guidewire through said occluded segment, while navigating said guidewire tip along a safe trajectory defined by said 3D center line; and
indicating if said guidewire tip deviates from said safe trajectory.
6.            The method according to claim 5, wherein said procedure of determining is performed by employing an MPS sensor mounted on said guidewire tip.
7.            The method according to claim 5, wherein said procedure of determining is performed by observing said location and orientation of said guidewire tip in images of said tubular organ.
8.            The method according to claim 7, wherein said images of said tubular organ include X-ray images.
9.            The method according to claim 5, further comprising the procedure of continuously displaying the position and orientation of said guidewire tip on said 3D model.  
10.            A system for generating a 3D model of an occluded tubular organ of a patient and navigating through the tubular organ, the tubular organ having an occluded segment adjoining a proximal segment at a proximal end thereof, and a distal segment at a distal end thereof, the system comprising:
a medical imaging system, for acquiring a plurality of 2D images of said tubular organ, from different perspectives, said medical imaging system including an imaging radiation transmitter and an imaging radiation detector;
an organ timing signal detector, for detecting the activity state of said tubular organ, simultaneously with the acquisition of said 2D images;
a Medical Positioning System (MPS), for determining the position and orientation of a guidewire tip inserted into said tubular organ, at a plurality of positions along said tubular organ, said MPS including a plurality of MPS transmitters, coupled with said medical imaging system, a reference sensor, coupled with the body of said patient, and an MPS sensor, coupled with the tip of said guidewire;
an occlusion navigation processor, coupled with said medical imaging system, said organ timing signal detector, and said MPS, said occlusion navigation processor generating a plurality of superimposed 2D images, one for each of said perspectives, each of said superimposed 2D images including a representation of said proximal segment and said distal segment, said occlusion navigation processor determining the boundary regions of said proximal segment and said distal segment in said superimposed 2D images, said occlusion navigation processor determining the boundary region of said occluded segment in said superimposed 2D images, by interpolating between said boundary regions of said proximal segment and said distal segment, said occlusion navigation processor generating a 3D model of said tubular organ from said superimposed 2D images, said occlusion navigation processor determining a 3D center line of said tubular organ, said 3D center line passing through said proximal segment, said occluded segment and said distal segment, said 3D center line defining a safe trajectory within said tubular organ. 
11.            A system according to claim 10, wherein said occlusion navigation processor produces an indication when said guidewire tip deviates from said safe trajectory.
12.            A system according to claim 10, further comprising a display, coupled with said occlusion navigation processor, for providing a visual representation of said 3D center line and of the position and orientation of said MPS sensor.
13.            A system according to claim 12, wherein said display further provides a visual representation of an indication when said guidewire tip deviates from said safe trajectory, said indication produced by said occlusion navigation processor.
14.            A method for navigating through a tubular organ, having an occluded segment, the occluded segment adjoining a proximal segment at a proximal end thereof, and a distal segment at a distal end thereof, the method comprising the procedures of:
determining the 3D position and orientation of a tip of a first Guided Measurement Catheter (GMC), within said proximal segment toward said proximal end, thereby determining a continuous proximal 3D safe trajectory; 
determining the 3D position and orientation of a tip of a second GMC, within said distal segment toward said distal end, thereby determining a continuous distal 3D safe trajectory;
determining an occlusion 3D safe trajectory, passing through said occluded segment, by interpolating between said proximal 3D safe trajectory and said distal 3D safe trajectory. 
15. The method according to claim 14, further including the procedures of:
determining the position and orientation of a guidewire tip inserted into said tubular organ; 
advancing said guidewire through said occluded segment, while navigating said guidewire tip along at least one of said proximal 3D safe trajectory, said occlusion 3D safe trajectory and said distal 3D safe trajectory;
indicating if said guidewire tip deviates from either one of said proximal 3D safe trajectory, said occlusion 3D safe trajectory or said distal 3D safe trajectory.
16.            The method according to claim 14, wherein at least one of said procedures of determining is performed by employing an MPS sensor mounted on the tip of said GMC.
17.            The method according to claim 15, wherein said procedure of determining the position and orientation of a guidewire tip is performed by employing an MPS sensor mounted on said guidewire tip.
The disclosed technique overcomes the disadvantages of the prior art by providing a method and system for navigating through an occluded tubular organ, by employing a threedimensional (3D) model of the occluded tubular organ, a medical positioning system (MPS) registered with the 3D model, and an MPS enabled guidewire. 
【図１】
2008100055.tif 000017
【図２Ａ】
2008100055.tif 000018
【図２Ｂ】
2008100055.tif 000019
【図２Ｃ】
2008100055.tif 000020
【図３Ａ】
2008100055.tif 000021
【図３Ｂ】
2008100055.tif 000022
【図４Ａ】
2008100055.tif 000023
【図４Ｂ】
2008100055.tif 000024
【図４Ｃ】
2008100055.tif 000025
【図５】
2008100055.tif 000026
【図６】
2008100055.tif 000027
【図７】
2008100055.tif 000028
【図８Ａ】
2008100055.tif 000029
【図８Ｂ】
2008100055.tif 000030
【図８Ｃ】
2008100055.tif 000031