(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム形成超音波プローブの超音波画像のライブストリームをＸ線画像と位置合わせする画像位置合わせシステムにおいて、前記位置合わせが、ｉ）前記ビーム形成超音波プローブと、前記Ｘ線画像において表される医療装置上に配置され、前記医療装置に対して所定の空間的関係を持つ超音波トランスデューサとの間で送信された超音波信号、及びｉｉ）前記Ｘ線画像から得られた前記医療装置の位置に基づき、前記画像位置合わせシステムが、
前記超音波画像のライブストリームを受信し、
前記医療装置の表現を含む前記Ｘ線画像を受信し、
前記受信されたＸ線画像から、前記医療装置の位置を識別し、
前記ビーム形成超音波プローブと前記医療装置上に配置された前記超音波トランスデューサとの間で送信された超音波信号に対応する送信及び検出された信号を受信し、
前記受信された信号に基づいて、ｉ）最大の検出された信号に対応する前記ビーム形成超音波プローブの超音波ビームを選択し、ｉｉ）前記選択された超音波ビームに対して、前記送信された超音波信号の飛行時間に基づいて前記ビーム形成超音波プローブと前記超音波トランスデューサとの間の距離を計算することにより、前記ビーム形成超音波プローブに対する前記超音波トランスデューサの場所を決定し、
前記医療装置の前記識別された位置に基づいて前記ライブストリームからの各超音波画像を前記Ｘ線画像と位置合わせし、ここで前記位置合わせが、ｉ）前記医療装置に対する前記超音波トランスデューサの前記所定の空間的関係及びｉｉ）前記ビーム形成超音波プローブに対する前記超音波トランスデューサの前記決定された場所に基づく前記識別された位置からのオフセットを決定することを含む、
ように構成された少なくとも１つのプロセッサを有する、画像位置合わせシステム。
【請求項２】
前記Ｘ線画像が、超音波センサの表現を含み、前記少なくとも１つのプロセッサが、前記受信されたＸ線画像から、前記Ｘ線画像に表された前記超音波センサの位置に基づいて前記医療装置の位置を識別するように構成される、請求項１に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項３】
前記医療装置が、前記Ｘ線画像に表される少なくとも１つのＸ線基準を含み、前記少なくとも１つのプロセッサが、前記受信されたＸ線画像から、前記Ｘ線画像に表される前記少なくとも１つのＸ線基準の位置に基づいて前記医療装置の位置を識別するように構成される、請求項１に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのプロセッサが、前記受信されたＸ線画像から、前記医療装置の表現を前記Ｘ線画像と位置合わせすることにより前記医療装置の位置を識別するように構成される、請求項１に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのプロセッサが、前記Ｘ線画像上のオーバレイとして前記ライブストリームの各超音波画像を連続して表示するように構成される、請求項１に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項６】
前記Ｘ線画像が、前記ライブストリームの各超音波画像より早い時間に生成された過去のＸ線画像であり、前記少なくとも１つのプロセッサが、前記過去のＸ線画像より新しい更新されたＸ線画像を受信し、前記過去のＸ線画像を前記更新されたＸ線画像で置き換えるように構成される、請求項１に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項７】
前記超音波トランスデューサが、非撮像超音波トランスデューサである、請求項１に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項８】
前記超音波画像のライブストリームが、ｉ）心臓プローブ、ｉｉ）心臓内超音波検査ＩＣＥプローブ、ｉｉｉ）経食道心エコー図ＴＥＥプローブ、ｉｖ）経胸腔心エコー図ＴＴＥプローブ、ｖ）血管内超音波ＩＶＵＳプローブのグループから選択されたビーム形成超音波プローブにより提供される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項９】
前記超音波画像のライブストリームが、現在の超音波画像を含み、前記画像位置合わせシステムが、前記現在の超音波画像内の位置を示すユーザ入力を受信し、前記位置合わせされたＸ線画像において、前記現在の超音波画像内の前記位置に対応するマーカを提供するように構成される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項１０】
前記医療装置が、食道温度プローブである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのプロセッサが、前記食道温度プローブから、前記食道温度プローブ上の位置における温度を示す温度信号を受信し、前記位置合わせされたＸ線画像内の対応する位置において前記受信された温度を示すように構成される、請求項１０に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項１２】
前記Ｘ線画像が、蛍光透視画像である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項１３】
前記Ｘ線画像を提供するＸ線撮像システム、ビーム形成超音波プローブ、医療装置及び／又は前記医療装置上に配置された前記超音波トランスデューサ及び／又は前記Ｘ線画像内で対応する基準表現を提供する少なくとも１つのＸ線基準の少なくとも１つを有する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項１４】
前記Ｘ線画像が、Ｘ線画像座標系を含み、前記超音波画像のライブストリームが、前記ビーム形成超音波プローブに対して固定された超音波画像座標系を含み、前記少なくとも１つのプロセッサが、前記超音波画像座標系を前記Ｘ線画像座標系にマッピングすることにより前記医療装置の前記識別された位置に基づいて前記ライブストリームの各超音波画像を前記Ｘ線画像と位置合わせするように構成される、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の画像位置合わせシステム。
【請求項１５】
ｉ）ビーム形成超音波プローブと、Ｘ線画像において表される医療装置上に配置され、前記医療装置に対して所定の空間的関係を持つ超音波トランスデューサとの間で送信された超音波信号及びｉｉ）前記Ｘ線画像から得られる前記医療装置の位置に基づいて、前記ビーム形成超音波プローブの超音波画像のライブストリームを前記Ｘ線画像と位置合わせする画像位置合わせシステムの少なくとも１つのプロセッサ上で実行される場合に、前記少なくとも１つのプロセッサに、
前記超音波画像のライブストリームを受信するステップと、
前記医療装置の表現を含む前記Ｘ線画像を受信するステップと、
前記受信されたＸ線画像から、前記医療装置の位置を識別するステップと、
前記ビーム形成超音波プローブと前記医療装置上に配置された前記超音波トランスデューサとの間で送信された超音波信号に対応する送信及び検出された信号を受信するステップと、
前記受信された信号に基づいて、ｉ）最大の検出された信号に対応する前記ビーム形成超音波プローブの超音波ビームを選択し、ｉｉ）前記選択された超音波ビームに対して、前記送信された超音波信号の飛行時間に基づいて前記ビーム形成超音波プローブと前記超音波トランスデューサとの間の距離を計算することにより、前記ビーム形成超音波プローブに対する前記超音波トランスデューサの場所を決定するステップと、
前記医療装置の前記識別された位置に基づいて前記ライブストリームからの各超音波画像を前記Ｘ線画像と位置合わせするステップであって、前記位置合わせが、ｉ）前記医療装置に対する前記超音波トランスデューサの前記所定の空間的関係及びｉｉ）前記ビーム形成超音波プローブに対する前記超音波トランスデューサの前記決定された場所に基づく前記識別された位置からのオフセットを決定することを含む、ステップと、
を実行させる命令を有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム形成超音波プローブの超音波画像のライブストリームをＸ線画像と位置合わせする画像位置合わせシステムに関する。本発明は、広くは医療撮像分野、より具体的にはインターベンション処置中の心臓又は腔内撮像において使用されうる。本発明は、電気生理学及び心臓疾患の治療のような医療処置において使用されうる。
【背景技術】
【０００２】
インターベンション処置は、Ｘ線ガイダンスの下で日常的に実行される。Ｘ線撮像は、このような処置において使用される医療装置の良好な視覚化を提供するが、貧弱な軟組織コントラストに悩まされる。超音波撮像は、しばしば、Ｘ線画像の貧弱な軟組織コントラストを増加させるのに使用されるが、超音波下の医療装置の視覚化は、しばしば困難である。特に、特定の入射角における医療装置の鏡面反射は、超音波画像においてこのような医療装置を位置特定することを難しくする。Ｘ線画像をライブ超音波画像と位置合わせ又は融合する既知のシステムは、良好な軟組織コントラスト及び医療装置の改善された視覚化を提供する。
【０００３】
文献ＵＳ８１２６２３９Ｂ２は、蛍光透視画像を、体積を表すデータと位置合わせすること、及び術前体積データにより表される体積に対してカテーテル位置を識別することを含む方法を開示している。カテーテル位置は、カテーテルをスキャンすることなしに取得されたデータにより表される患者体積に対して表示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、医療処置中のインターベンション装置のガイダンスを改善する余地が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前述の問題を軽減する画像位置合わせシステムを提供しようとする。このために、ビーム形成超音波プローブの超音波画像のライブストリームをＸ線画像と位置合わせする画像位置合わせシステムが、提供される。前記位置合わせは、ｉ）前記Ｘ線画像において表される医療装置上に配置される超音波トランスデューサと前記ビーム形成超音波プローブとの間で送信された超音波信号に基づき、前記超音波トランスデューサは、前記医療装置と所定の空間的関係を持つ。前記位置合わせは、ｉｉ）前記Ｘ線画像から得られた前記医療装置の位置にも基づく。前記画像位置合わせシステムは、ａ）前記超音波画像のライブストリームを受信し、ｂ）前記医療装置の表現を含む前記Ｘ線画像を受信し、ｃ）前記受信されたＸ線画像から、前記医療装置の位置を識別し、ｄ）前記医療装置上に配置された前記超音波トランスデューサと前記ビーム形成超音波プローブとの間で送信された超音波信号に対応する送信及び検出された信号を受信し、ｅ）前記受信された信号に基づいて、ｉ）最大の検出された信号に対応する前記ビーム形成超音波プローブの超音波ビームを選択し、ｉｉ）前記選択された超音波ビームに対して、前記送信された超音波信号の飛行時間に基づいて前記ビーム形成超音波プローブと前記超音波トランスデューサとの間の距離を計算することにより前記ビーム形成超音波プローブに対する前記超音波トランスデューサの場所を決定し、ｆ）前記医療装置の前記識別された位置に基づいて前記ライブストリームからの各超音波画像を前記Ｘ線画像と位置合わせするように構成される少なくとも１つのプロセッサを含み、前記位置合わせは、ｉ）前記医療装置に対する前記超音波トランスデューサの前記所定の空間的関係及びｉｉ）前記ビーム形成超音波プローブに対する前記超音波トランスデューサの前記決定された場所に基づく前記識別された位置からのオフセットを決定することを含む。
【０００６】
そうする際に、前記画像位置合わせシステムは、ライブ超音波画像、すなわち高い軟組織コントラストを持つ後続のリアルタイム画像を対応するＸ線画像に正確に位置合わせする。前記超音波画像により提供される前記高い軟組織コントラストは、解剖学的ガイダンスに対して有益である。前記位置合わせは、前記Ｘ線画像から得られた前記医療装置の位置を基準位置として使用して実行される。前記医療装置に対する前記ビーム形成超音波プローブのいかなる後続の移動も、前記Ｘ線画像に対する前記超音波画像のライブストリームの位置合わせにより考慮される。前記Ｘ線画像は、前記医療装置の良好な視覚化を提供し、したがって、前記医療装置の基準位置は、正確に決定される。更に、前記ビーム形成超音波プローブと前記医療装置との間で送信される信号を使用する前記医療装置の追跡は、Ｘ線及び超音波座標系の間のリンクを提供するために前記ビーム形成超音波プローブ及び前記医療装置を独立して追跡する必要性を取り除く。前記位置合わせは、超音波信号、すなわち前記位置合わせにおいて使用される前記ビーム形成超音波プローブの超音波ビームが、前記ビーム形成超音波プローブに対して正確にアラインされるので、前記ライブ超音波画像を前記Ｘ線画像と正確にアラインする。更に、位置決めに対する超音波信号の使用は、既知の磁気ベースの追跡システムの磁場を歪ませる金属体のリスクを避ける。前記画像位置合わせシステムは、したがって、インターベンション処置中に医療装置を正確にガイドするのに使用されることができる。記載された発明からの更なる利点も、当業者に明らかである。
【０００７】
一態様によると、前記Ｘ線画像は、前記超音波センサの表現及び／又は前記医療装置の少なくとも１つのＸ線基準を更に含む。前記医療装置の位置は、前記Ｘ線画像内に表される前記超音波センサの位置及び／又は前記医療装置の少なくとも１つのＸ線基準に更に基づいて識別される。前記超音波センサの位置及び／又は前記医療装置の前記少なくとも１つのＸ線基準は、位置決めの精度及び結果的に位置合わせの精度を改善するのに使用される前記Ｘ線画像内の追加の基準位置を提供する。これらの位置は、例えば、前記医療装置の向き又は回転の決定を改善しうる。
【０００８】
他の態様によると、前記Ｘ線画像は、前記ライブストリームの各超音波画像より前の時間に生成された過去のＸ線画像である。この態様において、前記少なくとも１つのプロセッサは、前記過去のＸ線画像より新しい更新されたＸ線画像を受信し、前記過去のＸ線画像を前記更新されたＸ線画像で置き替える。前記更新されたＸ線画像は、結果的に最近の解剖学的変化を示してもよく、又は生体構造内の異なる位置を示してもよい。後者は、生体構造内の新しい場所で医療処置を実行する場合に有用でありうる。
【０００９】
他の態様によると、前記超音波画像のライブストリームは、現在の超音波画像を含む。この態様において、前記画像位置合わせシステムは、更に、前記現在の超音波画像内の位置を示すユーザ入力を受信し、前記位置合わせされたＸ線画像において、前記現在の超音波画像内の前記位置に対応する位置を提供する。前記マーカは、前記生体構造内の関心位置を示してもよい。これは、例えば、アブレーションのような意図される医療処置の場所であってもよい。この態様は、したがって、医療処置のガイダンスを改善するのに使用されうる。
【００１０】
他の態様によると、前記医療装置は、例えば、食道温度プローブであってもよい。医療処置中に、食道温度プローブは、有利には、前記生体構造内で比較的静止したままである傾向にある。結果的に、前記Ｘ線画像内の前記医療装置の位置は、長い時間期間に対して有効なままである。前記ビーム形成超音波プローブの前記超音波画像のライブストリームは、したがって、前記Ｘ線画像が生成された後に長い時間期間に対して前記Ｘ線画像と正確に位置合わせされる。これは、前記生体構造内の前記医療装置の現在の位置を反映するように定期的なＸ線画像を作成する必要性を低減し、これにより患者に対するＸ線量を低減する。オプションとして、前記少なくとも１つのプロセッサは、前記食道温度プローブから、前記食道温度プローブ上の位置における温度を示す温度信号を受信し、前記位置合わせされたＸ線画像内の対応する位置において前記受信された温度を示してもよい。これは、医療処置中の患者に対する負傷のリスクを低減するのに使用されうる。
【００１１】
他の態様によると、前記Ｘ線画像は、蛍光透視画像、すなわちライブＸ線画像である。この態様において、ライブ超音波画像は、したがって、ライブＸ線画像と位置合わせされる。この態様は、各モダリティからの最も新しい画像が位置合わせされるので、特に前記医療装置及び／又はインターベンション装置が前記生体構造内で大きな又は速い変位を受ける場合に改善された解剖学的ガイダンスを提供する。
【００１２】
他の態様によると、コンピュータプログラムが、開示される。前記コンピュータプログラムは、前記画像位置合わせシステムの少なくとも１つのプロセッサ上で実行される場合に、前記プロセッサに、前記方法ステップ、すなわち、ａ）前記超音波画像のライブストリームを受信するステップと、ｂ）前記医療装置の表現を含む前記Ｘ線画像を受信するステップと、ｃ）前記受信されたＸ線画像から、前記医療装置の位置を識別するステップと、ｄ）前記ビーム形成超音波プローブと前記医療装置上に配置された前記超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に対応する送信及び検出された信号を受信するステップと、ｅ）前記受信された信号に基づいて、ｉ）最大の検出された信号に対応する前記ビーム形成超音波プローブの超音波ビームを選択し、ｉｉ）前記選択された超音波ビームに対して、前記送信された超音波信号の飛行時間に基づいて前記ビーム形成超音波プローブと前記超音波トランスデューサとの間の距離を計算することにより、前記ビーム形成超音波プローブに対する前記超音波トランスデューサの場所を決定するステップと、ｆ）前記医療装置の前記識別された位置に基づいて前記ライブストリームからの各超音波画像を前記Ｘ線画像と位置合わせするステップであって、前記位置合わせが、ｉ）前記医療装置に対する前記超音波トランスデューサの所定の空間的関係及びｉｉ）前記ビーム形成超音波プローブに対する前記超音波トランスデューサの前記決定された場所に基づく、前記識別された位置からのオフセットを決定することを含む、ステップとを実行させる命令を含む。
【００１３】
更なる態様は、添付の請求項を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一部の態様による画像位置合わせシステム１１１を含む構成１１０を示す。
【図２】視野１２０内の食道温度プローブ１３１を持つＩＣＥカテーテル１３０の第１の実施例を示す。
【図３】視野１２０内の食道温度プローブ１３１を持つＩＣＥカテーテルの第２の実施例を示す。
【図４】コンピュータプログラムにより実行されうる様々な方法ステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の原理を示すために、心臓内超音波検査、すなわちＩＣＥからの超音波画像のライブストリームをＸ線画像と位置合わせする画像位置合わせシステムが、記載される。しかしながら、本発明が、一般にビーム形成超音波プローブに応用されると理解されたい。例えば、前記ビーム形成超音波プローブは、代替的には、一般に心臓プローブ、２次元又は３次元ＩＣＥプローブ、経食道心エコー図ＴＥＥプローブ、経胸腔心エコー図ＴＴＥプローブ、又は血管内超音波ＩＶＵＳプローブであってもよい。更に、記載された画像位置合わせシステムにおいて、静止Ｘ線画像が、参照される。本発明が、Ｘ線画像、すなわち蛍光透視Ｘ線画像のライブストリームとともに使用されてもよいことも理解されたい。更に、前記Ｘ線画像内に表される前記医療装置が食道温度プローブである画像位置合わせシステムが、記載される。特に食道温度プローブが参照されるが、前記医療装置が、この例に限定されず、前記医療装置が、代替的に、例えば、カテーテル、アブレーションカテーテル、生検装置、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、ロボット、フィルタ装置、バルーン装置、ステント、僧帽弁クリップ、左心耳閉鎖装置、大動脈弁、ペースメーカ、静脈ライン、排水管路、手術ツール、組織封止装置、又は組織切断装置であってもよいことも理解されたい。上記の例は、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。
【００１６】
図１は、本発明の一部の態様による画像位置合わせシステム１１１を含む構成１１０を示す。画像位置合わせシステム１１１は、ビーム形成超音波プローブ１１３から受信された超音波画像のライブストリーム１１２を、Ｘ線撮像システム１１８から受信されたＸ線画像１１４と位置合わせするのに使用されうる。
【００１７】
図１のビーム形成超音波プローブ１１３は、一緒に視野１２０を規定する複数の超音波ビームを生成する撮像プローブである。視野１２０は、例えば、生体構造の一部でありうる関心領域１２１を含みうる、すなわち関心領域１２１と重複しうる。使用時に、ビーム形成超音波プローブ１１３は、したがって、視野１２０に対応する、したがって、視野１２１を含む超音波画像を生成するのに使用されうる。特定の例において、ビーム形成超音波プローブ１１３は、例えば、心臓の一部のような関心領域１２１を撮像するのに使用される２次元又は３次元ＩＣＥプローブであってもよい。
【００１８】
輝度モード、すなわちＢモード撮像のような超音波撮像処置中に、ビーム形成超音波プローブ１１３内の１又は２次元トランスデューサアレイは、視野１２０を規定する複数の超音波ビームを送信する。前記ビームは、シーケンス、又は「フレーム」で送信される。前記フレームは、超音波画像１１２のライブ、すなわち後続のリアルタイムストリームを生成するために複数回繰り返される。各ビームは、前記トランスデューサアレイの素子により送信される超音波信号に様々な遅延を加えることにより既知のビーム形成技術を使用して生成される。各ビームが送信された後に、ビーム形成超音波プローブ１１３は、受信モードに切り替わり、反射された超音波信号を検出する。１以上の関連するプロセッサは、前記トランスデューサアレイにより検出された超音波信号に様々な遅延を加えることにより各ビームに沿った音響密度を決定する。視野１２０の音響密度に対応する超音波画像が、各フレームに対する全てのビームに対する応答を結合することにより前記１以上の関連するプロセッサにより決定される。前記１以上の関連するプロセッサは、図１に示されていないが、しかしながら、これらは、ビーム形成超音波プローブ１１３内に、又は図１に示されない別個の超音波コンソール内に配置されてもよく、又は代替的にはこれらの機能が、ビーム形成超音波プローブ１１３内、前記別個の超音波コンソール内の前記１以上のプロセッサ、又は画像位置合わせシステム１１１内の前記１以上のプロセッサ１１７の間で分散されてもよい。
【００１９】
図１のＸ線撮像システム１１８は、視野１１９を持ち、一般に、任意のＸ線撮像システムでありうる。一例において、Ｘ線撮像システム１１８は、ＣアームＸ線撮像システムであり、他の例において、Ｘ線撮像システム１１８は、コンピュータ断層撮影、すなわちＣＴ撮像システムである。Ｘ線画像１１４は、したがって、平面又は投影画像であってもよく、又は断層撮影画像であってもよい。更に、Ｘ線画像は、蛍光透視Ｘ線画像、すなわちライブＸ線画像であってもよい。
【００２０】
使用時に、図１のＸ線撮像システム１１８は、医療装置１１６の表現を含むＸ線画像１１４を生成する。医療装置１１６は、Ｘ線画像１１４が生成される時間にＸ線撮像システム１１８の視野１１９内に配置されている。結果的に、医療装置１１６の少なくとも一部が、Ｘ線画像１１４内で可視である。医療装置１１６は、例えば、食道温度プローブであってもよい。食道温度プローブは、有利には、医療処置中に比較的静止したままであり、したがって、比較的固定された基準位置を提供することができる。更に、図１の医療装置１１６は、超音波トランスデューサ１１５を含む。超音波トランスデューサ１１５は、超音波エミッタ又は検出器であってもよく、又は実際には超音波信号の放射及び検出の両方ができてもよく、すなわちトランスポンダであってもよい。使用時に、超音波トランスデューサ１１５は、超音波トランスデューサ１１５が、ビーム形成超音波プローブ１１３により送信された超音波ビームの少なくとも１つを感知できるか、又はビーム形成超音波プローブ１１３が、超音波ビームの少なくとも１つの中で、超音波トランスデューサ１１５により放射された超音波信号を感知できるかのいずれかであるように、ビーム形成超音波プローブ１１３の視野１２０内である。好適な構成において、超音波トランスデューサ１１５は、ビーム形成超音波プローブ１１３により放射された超音波信号を感知できる検出器である。
【００２１】
更に、医療装置１１６内に配置された超音波トランスデューサ１１５は、医療装置１１６と所定の空間的関係を持つ。一例において、超音波トランスデューサ１１５は、医療装置１１６上の位置に対する既知の位置又は向き又は回転において配置されうる。一例において、医療装置１１６は、遠位端を含んでもよく、超音波トランスデューサ１１５は、前記遠位端から既知の距離に配置されてもよい。他の例において、医療装置１１６は、軸を持つボディを含んでもよく、超音波トランスデューサ１１５は、前記ボディの軸に対して既知の回転角に配置されてもよい。他の例において、複数の超音波トランスデューサ１１５が、医療装置１１６上に配置されてもよい。前記複数の超音波トランスデューサは、例えば、例えば医療装置１１６の遠位端に対して既知のパターンで配置されてもよい。
【００２２】
様々なタイプの超音波トランスデューサが、図１の超音波トランスデューサ１１５として考えられる。これらは、圧電、ピエゾ抵抗及び容量性トランスデューサを含む。より具体的には、微小電気機械システム、すなわちＭＥＭＳ、又は容量性微小機械超音波トランスデューサ、すなわちＣＭＵＴ型超音波トランスデューサも、使用されうる。適切な圧電材料は、ポリフッ化ビニリデンのような高分子圧電材料、ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレンのようなＰＶＤＦ共重合体、又はＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）のようなＰＶＤＦターポリマを含む。高分子圧電材料は、高い可撓性を提供し、したがって、非平坦地形を持つ表面にコンフォーマルに取り付けられうる。好ましくは、非撮像超音波トランスデューサ、すなわち不十分な画素を持つ又は他の形で画像を生成するように制御されていない超音波トランスデューサが、使用されるが、しかしながら、撮像トランスデューサが使用されてもよいことも、考えられる。換言すると、超音波トランスデューサ１１５は、撮像医療装置１１６の撮像アレイの一部を形成しうる。
【００２３】
図１において、画像位置合わせシステム１１１と、Ｘ線撮像システム１１８、超音波トランスデューサ１１５、及びビーム形成超音波プローブ１１３との間の接続は、有線接続であるものとして示されている。前記有線接続は、様々なユニット間の信号及び／又は制御信号のようなデータの受信又は送信を容易化する。これらの有線接続の１以上を無線接続で置き換えることも、考えられる。更に、Ｘ線画像１１４は、図示されるように、Ｘ線撮像システム１１８から直接的に受信されるのではなく、メモリから受信されてもよい。
【００２４】
上述のように、図１の画像位置合わせシステム１１１は、少なくとも１つのプロセッサ１１７を含む。少なくとも１つのプロセッサ１１７は、ａ）超音波画像のライブストリーム１１２を受信し、ｂ）医療装置１１６の表現を含むＸ線画像１１４を受信し、ｃ）受信されたＸ線画像１１４から医療装置１１６の位置を識別し、ｄ）ビーム形成超音波プローブ１１３と医療装置１１６上に配置された超音波トランスデューサ１１５との間で送信された超音波信号に対応する送信及び検出された信号を受信し、ｅ）前記受信された信号に基づいて、ｉ）最大の検出された信号に対応するビーム形成超音波プローブ１１３の超音波ビームを選択し、ｉｉ）前記選択された超音波ビームに対して、前記送信された超音波信号の飛行時間に基づいてビーム形成超音波プローブ１１３と超音波トランスデューサ１１５との間の距離を計算することにより、ビーム形成超音波プローブ１１３に対する超音波トランスデューサ１１５の場所を決定し、ｆ）医療装置１１６の前記識別された位置に基づいて、ライブストリーム１１２からの各超音波画像をＸ線画像１１４と位置合わせするように構成される。前記位置合わせは、ｉ）医療装置１１６に対する超音波トランスデューサ１１５の所定の空間的関係及びｉｉ）ビーム形成超音波プローブ１１３に対する超音波トランスデューサ１１５の前記決定された場所に基づく前記識別された位置からのオフセットを決定することを含む。
【００２５】
結果的に、ステップｆ）におけるＸ線画像１１４に対する超音波画像のライブストリーム１１２の位置合わせは、Ｘ線画像１１４内の医療装置１１６の位置からの２つのオフセットを使用して決定される。第１のオフセットは、超音波トランスデューサ１１５と医療装置１１６との間の既知の空間的関係により規定される。第２のオフセットは、ビーム形成超音波プローブ１１３に対する超音波トランスデューサ１１５の場所により規定される。実際の位置に依存して、前記オフセットは、例えば、平行移動、回転又は回転及び平行移動の組み合わせでありうる。前記位置合わせにおいてこのような回転及び平行移動を実行する多くの適切な技術は、医療画像位置合わせ分野から既知である。文献Medical image registration, Hill, D. L. G, et al, PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY, Phys. Med. Biol. 46 (2001) R1-R45に記載されたもののような医療撮像分野からの既知の位置合わせ技術が、使用されてもよい。特に、オフセットｉ）及びｉｉ）を組み込む剛体変換は、前記位置合わせにおいて使用されてもよい。
【００２６】
上のステップｃ）、すなわち受信されたＸ線画像１１４から、医療装置１１６の位置を識別することに関して、様々な方法が、考えられる。好適な実施例において、前記医療装置の表現は、既知の医療画像位置合わせ技術を使用して前記Ｘ線画像と位置合わせされる。１つの適切な技術は、フィリップスのEchonavigatorシステムにおいて実施される。これは、前記医療装置のモデルの位置が前記Ｘ線画像内のものと最良にマッチするまで二又は三次元画像空間において前記医療装置のモデルの位置を調節することを含む。マッチング位置は、例えば、最小二乗法又は最小エネルギ計算を使用して決定されうる。前記画像位置合わせは、例えば、前記Ｘ線画像において勾配を計算してもよく、及び／又は医療装置１１６の輪郭を決定するために前記Ｘ線画像に対してエッジ検出アルゴリズムを適用してもよい。適切な既知のエッジ検出方法は、周波数ドメインフィルタリング及びフーリエ変換を含む。
【００２７】
上のステップｄ）及びｅ）、すなわち、ビーム形成超音波プローブ１１３と前記医療装置上に配置された超音波トランスデューサ１１５との間で送信される超音波信号に基づいてビーム形成超音波プローブ１１３に対する超音波トランスデューサ１１５の場所を決定することに関して、文献ＷＯ２０１１／１３８６９８Ａ１及び刊行物"A New Sensor Technology for 2D Ultrasound-Guided Needle Tracking", Huanxiang Lu et al, MICCAI 2014, Part II, LNCS 8674, pp. 389-10 396, 2014に記載されたものと同様である手法が、実施されてもよい。
【００２８】
図１を参照すると、この手法において、超音波トランスデューサ１１５は、好ましくは、ビーム形成超音波プローブ１１３により放射された撮像超音波信号を感知することができる検出器である。上述のように、従来の超音波撮像モード、例えば輝度、すなわちＢモードにおいて、ビーム形成超音波プローブ１１３の一又は二次元トランスデューサアレイは、各超音波画像を生成するために視野１２０内のビームのシーケンスを送信する。各ビームは、前記トランスデューサアレイの素子により送信される超音波信号に様々な遅延を加えることにより生成される。各ビームが送信された後に、ビーム形成超音波プローブ１１３は、受信モードに切り替わり、前記トランスデューサアレイにより検出された超音波信号に様々な遅延を加えることにより前記ビームに沿った音響密度を決定する。視野１２０の音響密度に対応する超音波画像は、各フレームに対して全てのビームに対する応答を結合することにより決定される。超音波トランスデューサ１１５が、ビーム形成超音波プローブ１１３の視野１２０内にある場合、各放射された超音波ビームは、前記ビームからの横変位に部分的に依存する信号強度で検出される。検出器１１５に最も近いビームは、最大の検出された信号強度を生成し、このビームは、ビーム形成超音波プローブ１１３と超音波トランスデューサ１１５との間の角度又は方角を識別する。検出器１１５が配置される実際のビームは、各撮像フレーム内の前記ビームの送信のタイミングの情報を使用して画像位置合わせシステム１１１により決定される。更に、ビーム形成超音波プローブ１１３と超音波トランスデューサ１１５との間の距離は、当該ビームの飛行時間、すなわち、ビーム形成超音波プローブ１１３のトランスデューサアレイによる送信と超音波トランスデューサ１１５による検出との間の時間から画像位置合わせシステム１１１により計算される。ビーム形成超音波プローブ１１３と超音波トランスデューサ１１５との間の角度及び距離は、既知であるので、これは、ビーム形成超音波プローブ１１３に対する超音波トランスデューサ１１５の場所を提供する。この手法は、他の超音波撮像モードを用いて同様な様式で使用されうる。
【００２９】
上記手法の１つの変形例において、超音波トランスデューサ１１５の相対位置を決定するのにビーム形成超音波プローブ１１３の超音波撮像ビームを使用する代わりに、専用追跡ビームが、同様に送信され、超音波トランスデューサ１１５の相対位置を決定するように同じ様式で検出されてもよい。これらの追跡ビームは、前記撮像ビーム間に時間的にインタリーブされてもよく、例えば、これらは、画像フレーム内で又は画像フレーム間に送信されてもよい。有利には、これらの追跡ビームは、必ずしも前記撮像ビームと空間的に一致する又は同じ空間的解像度を持つ必要はない。上記手法の他の変形例において、検出器である超音波トランスデューサ１１５の代わりに、超音波エミッタが、使用されてもよい。この変形例において、前記超音波エミッタは、超音波パルス、又は前記パルスの放射の時間に対する補正の後に、超音波エミッタ１１５の位置において明るいスポットとしてビーム形成超音波プローブ１１３により生成される超音波画像のライブストリームにおいて現れるシグネチャを周期的に発してもよい。上記手法の他の変形例において、超音波トランスデューサ１１５は、超音波パルス又はビーム形成超音波プローブ１１３からの超音波信号の検出に対するシグネチャを発するトランスポンダとして動作してもよい。再び、前記パルスの放射の時間に対する補正の後に、エミッタ１１５の位置は、明るいスポットとして前記超音波画像のライブストリーム内に現れる。したがって、これらの記載された変形例の各々において、ビーム形成超音波プローブ１１３に対する超音波トランスデューサ１１５の場所は、ビーム形成超音波プローブ１１３と医療装置１１６上に配置された超音波トランスデューサ１１５との間で送信された超音波信号に基づいて決定される。
【００３０】
更に、ビーム形成超音波プローブ１１３に対する超音波トランスデューサ１１５の場所は、ステップｅ）において、ｉ）最大の検出された信号に対応する前記ビーム形成超音波プローブの超音波ビームを選択し、ｉｉ）前記選択された超音波ビームに対して、前記送信された超音波信号の飛行時間に基づいて前記ビーム形成超音波プローブと前記超音波トランスデューサの間の距離を計算することにより決定される。超音波トランスデューサ１１５がエミッタとして動作する場合、ステップｉ）及びｉｉ）は、前記超音波画像のライブストリームにおいて明るいスポットとして前記エミッタの位置を提供する場合に前記ビーム形成超音波プローブのプロセッサにより本質的に実行される。
【００３１】
最後に、ステップｆ）に関して、ライブストリーム１１２からの各超音波画像は、医療装置１１６の識別された位置に基づいてＸ線画像１１４と位置合わせされる。前記位置合わせは、ｉ）医療装置１１６に対する超音波トランスデューサ１１５の所定の空間的関係及びｉｉ）ビーム形成超音波プローブ１１３に対する超音波トランスデューサ１１５の決定された場所に基づく前記識別された位置からのオフセットを決定することを含む。
【００３２】
一実施例において、Ｘ線画像１１４は、Ｘ線画像座標系を含み、超音波画像のライブストリーム１１２は、ビーム形成超音波プローブ１１３に対して固定された超音波画像座標系を含む。少なくとも１つのプロセッサ１１７は、前記超音波画像座標系を前記Ｘ線画像座標系にマッピングすることにより医療装置１１６の前記識別された位置に基づいてライブストリーム１１２からの各超音波画像をＸ線画像１１４と位置合わせするように構成されてもよい。前記超音波画像座標系及び／又は前記Ｘ線画像座標系は、例えば、極座標、デカルト座標系、円筒又は球座標系であってもよい。様々なマッピング手法が、これに対して考えられ、医療画像位置合わせ分野から周知である。
【００３３】
一実施例において、図１の画像位置合わせシステム１１１の少なくとも１つのプロセッサ１１７は、Ｘ線画像１１４上のオーバレイとしてライブストリーム１１２の各超音波画像を連続して表示するように構成される。換言すると、ライブストリーム１１２の現在の又は最も新しい超音波画像を有する融合画像が、表示されてもよい。
【００３４】
ステップｆ）において実行される前記位置合わせの精度を改善するために、ステップｅ）において超音波トランスデューサ１１５の場所を決定する精度が、オプションとして、医療装置１１６上に１以上の追加の超音波トランスデューサを含めることにより改善されうる。これに対して、図２は、視野１２０内に食道温度プローブ１３１を持つＩＣＥカテーテル１３０の第１の実施例を示す。ＩＣＥカテーテル１３０は、図１のビーム形成超音波プローブ１１３に対応し、食道温度プローブ１３１は、図１の医療装置１１６に対応する。図２において、ＩＣＥカテーテル１３０は、関心領域１２１を含む、すなわち関心領域１２１と重複する視野１２０を持つ。ＩＣＥカテーテル１３０は、したがって、関心領域１２１を含む画像のライブストリーム１１２を生成するように構成される。食道温度プローブ１３１は、視野１２１に含まれ、すなわち視野１２１により重複される。複数の超音波トランスデューサ１１５nは、食道温度プローブ１３１上に配置され、ＩＣＥカテーテル１３０により送信された超音波ビームを検出するように構成される。複数の超音波トランスデューサ１１５nの各々の場所は、図１の単一の超音波トランスデューサに対して上に記載されたものと同じ様式でＩＣＥカテーテル１３０に対して決定される。複数の超音波トランスデューサ１１５nにより提供される追加の場所情報は、ＩＣＥカテーテル１３０に対する食道温度プローブ１３１の場所を決定する精度を改善する。例えば、複数の超音波トランスデューサ１１５nは、前記トランスデューサの１つが視野１２０の外側である場合に、他のトランスデューサの１つが、前記視野内でありうるような冗長性を提供する。更に、複数の超音波トランスデューサ１１５nは、医療装置１１６に関する追加の回転及び／又は向き情報を提供し、これは、ステップｆ）におけるより正確な位置合わせの結果となる。
【００３５】
上記ステップｆ）において実行される前記位置合わせの精度を更に改善するために、ステップｃ）におけるＸ線画像１１４内の医療装置１１６の位置の識別が、オプションとして、改善されてもよい。これに対して、前記Ｘ線画像において識別される、前記超音波センサの位置は、医療装置１１６の位置の識別を改善するように医療装置１１６上の追加の基準点を提供するのに使用されてもよい。前記超音波センサの輪郭は、例えば、特徴的な形状又は特徴的なＸ線吸収のために前記Ｘ線画像内に表されてもよい。代替的には、１以上のＸ線基準が、医療装置１１６上に含まれてもよい。これらの基準は、結果的にＸ線画像１１４内に表され、Ｘ線画像１１４内の医療装置１１６の位置を識別するのに同じ様式で使用されてもよい。これに対して、図３は、視野１２０内に食道温度プローブ１３１を持つＩＣＥカテーテル１３０の第２の実施例を示す。図３の食道温度プローブ１３１は、複数のＸ線基準１３２nを含む。Ｘ線基準は、前記Ｘ線画像においてこのようなものとして識別されることを可能にする特徴的なＸ線ハウンスフィールド単位吸収を持ち、これにより組織及び骨のような典型的な解剖学的画像フィーチャからの区別を可能にする。明らかに、複数のＸ線基準１３２nは、代替的には、単一の超音波トランスデューサ１１５と組み合わせて使用されてもよい。好ましくは、Ｘ線基準１３２n及び超音波トランスデューサ１１５nは、これらの識別を単純化するために食道温度プローブ１３１に対して既知の構成又はパターンで配置され、結果的にこの既知のパターンは、Ｘ線画像１１４内の食道温度プローブ１３１の位置を識別する際に使用される。再び、食道温度プローブ１３１に関する既知のパターンを含むモデルが、食道温度プローブ１３１の位置を決定するように医療装置１１６に関して上に記載されるように使用されうる。
【００３６】
一実施例において、図１のＸ線画像１１４は、ライブストリーム１１２の各超音波画像より速い時間に生成された過去のＸ線画像である。この実施例において、少なくとも１つのプロセッサ１１７は、前記過去のＸ線画像より新しい更新されたＸ線画像を受信し、前記過去のＸ線画像を前記更新されたＸ線画像で置き換える。最も新しいＸ線画像は、これにより、最近の解剖学的変化を示してもよく、又は生体構造内の異なる位置を示してもよい。後者は、生体構造内の新しい場所で医療処置を実行する場合に有用でありうる。
【００３７】
他の実施例において、図１の超音波画像のライブストリーム１１２は、現在の超音波画像、すなわち最も新しい、又は実質的にリアルタイムの超音波画像を含む。この実施例において、画像位置合わせシステム１１１は、前記現在の超音波画像内の位置を示すユーザ入力を受信するように構成され、前記位置合わせされたＸ線画像において、前記現在の超音波画像内の位置に対応するマーカを提供する。ユーザ入力は、スイッチ、キーボード、マウス又はジョイスティックのようなユーザ入力装置から受信されてもよい。ユーザ入力は、例えば、ビーム形成超音波プローブ１１３に関連付けられた又は医療装置１１６に関連付けられたスイッチ又は他の制御装置から受信されてもよい。ユーザは、例えば、マウスカーソルを前記現在の超音波画像内の位置に移動し、前記マウスをクリックしてもよく、この位置は、前記現在の超音波画像内で前記マーカにより示される。円又は十字等のような様々な形状及び／又は色が、前記マーカに対して使用されてもよい。前記マーカは、記録として機能するように所定の時間期間に対して、又はその後、無期限に表示されてもよい。一例において、前記ユーザ入力は、ビーム形成超音波プローブ１１３から受信される。前記マーカは、例えば、後続の医療処置が行われることが計画されている位置を示してもよい。外科医は、例えば、この設備を、例えば心臓内の心室にマークするようにナビゲーション補助として、又は後で組織を切除する医療処置中に当該位置に戻るためのリマインダとして使用してもよい。他の例において、図１の医療装置１１６は、食道温度プローブであり、少なくとも１つのプロセッサ１１７は、前記食道温度プローブから、前記食道温度プローブ上の位置における温度を示す温度信号を受信する。更に、少なくとも１つのプロセッサ１１７は、前記位置合わせされたＸ線画像１１４内の対応する位置において前記受信された温度を示すように構成される。そうする際に、画像位置合わせシステム１１１により生成された前記位置合わせされた又は融合された画像は、指定された位置において記録された温度の記録を表示してもよい。前記温度は、過去の又はライブ、すなわち実質的にリアルタイムの温度であってもよい。前記温度は、これにより、心臓アブレーション処置中に健康な組織を損傷するリスクに関する外科医に対する警告として機能しうる。ユーザ入力は、代替的には、心臓アブレーションカテーテルのような図１に示されていない別個のインターベンション装置から受信されてもよい。一例において、ユーザ入力は、心臓アブレーションカテーテルから受信され、前記カテーテルの起動に対応する。前記位置合わせされた又は融合されたＸ線画像において提供される前記マーカは、前記起動の位置に対応し、生体構造内の各アブレーションポイントに関するオペレータに対する標示として機能する。要約すると、前記マーカは、したがって、前記生体構造内の関心位置を示しうる。
【００３８】
他の実施例において、図１の画像位置合わせシステム１１１とともに使用するコンピュータプログラムが、開示される。これに対して、図４は、前記コンピュータプログラムにより実行されうる様々な方法ステップを示す。前記コンピュータプログラムは、画像位置合わせシステム１１１の少なくとも１つのプロセッサ１１７により実行される場合に、プロセッサ１１７に方法ステップ、すなわち、ａ）超音波画像のライブストリーム１１２を受信するステップと、ｂ）医療装置１１６の表現を含むＸ線画像１１４を受信するステップと、ｃ）受信されたＸ線画像１１４から、医療装置１１６の位置を識別するステップと、ｄ）ビーム形成超音波プローブ１１３と医療装置１１６上に配置された超音波トランスデューサ１１５との間で送信された超音波信号に対応する送信及び検出された信号を受信するステップと、ｅ）前記受信された信号に基づいて、ｉ）最大の検出された信号に対応するビーム形成超音波プローブ１１３の超音波ビームを選択し、ｉｉ）前記選択された超音波ビームに対して、前記送信された超音波信号の飛行時間に基づいてビーム形成超音波プローブ１１３と超音波トランスデューサ１１５との間の距離を計算することにより、ビーム形成超音波プローブ１１３に対する超音波トランスデューサ１１５の場所を決定するステップと、ｆ）医療装置１１６の識別された位置に基づいてライブストリーム１１２からの各超音波画像をＸ線画像１１４と位置合わせするステップであって、前記位置合わせが、ｉ）医療装置１１６に対する超音波トランスデューサ１１５の所定の空間的関係及びｉｉ）ビーム形成超音波プローブ１１３に対する超音波トランスデューサ１１５の前記決定された場所に基づく前記識別された位置からのオフセットを決定することを含む、ステップとを実行させる命令を含む。前記コンピュータプログラムは、画像位置合わせシステム１１１に関連してここに記載される追加の方法ステップを実行する命令を更に含んでもよい。
【００３９】
前記コンピュータプログラムは、適切なソフトウェアと共同してソフトウェアを実行することができるハードウェア及び専用ハードウェアにより提供されてもよい。プロセッサにより提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサにより、単一の共有プロセッサにより、又は一部が共有であることができる複数の個別のプロセッサにより提供されることができる。更に、用語「プロセッサ」又は「コントローラ」の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアを排他的に指すと解釈されるべきではなく、限定なしで、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ソフトウェアを記憶する読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置等を暗示的に含むことができる。更に、本発明の実施例は、コンピュータ又は任意の命令実行システムにより又は関連して使用するプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムの形を取ることができる。この記載の目的で、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置又はデバイスにより又は関連して使用するプログラムを含む、記憶する、通信する、伝搬する、又は輸送することができる任意の装置であることができる。前記媒体は、電子、磁気、光学、電磁、赤外、又は半導体システム、又は装置若しくはデバイス、又は伝搬媒体であることができる。コンピュータ可読媒体の例は、半導体又は固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、剛体磁気ディスク及び光学ディスクを含む。光学ディスクの現在の例は、コンパクトディスク−読取専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−読取／書込（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、Blu-Ray（登録商標）及びＤＶＤを含む。
【００４０】
要約すると、ビーム形成超音波プローブの超音波画像のライブストリームをＸ線画像と位置合わせする画像位置合わせシステムが、記載されている。前記画像位置合わせシステムは、前記Ｘ線画像から、前記Ｘ線画像内に表された医療装置の位置を識別し、前記ビーム形成超音波プローブと前記医療装置上に配置された超音波トランスデューサとの間で送信された超音波信号に基づいて、前記ビーム形成超音波プローブに対する前記超音波トランスデューサの場所を決定する。前記ライブストリームからの各超音波画像は、前記医療装置の識別された位置に基づいて前記Ｘ線画像と位置合わせされる。前記位置合わせは、ｉ）前記医療装置に対する前記超音波トランスデューサの所定の空間的関係及びｉｉ）前記ビーム形成超音波プローブに対する前記超音波トランスデューサの決定された場所に基づく前記識別された位置からのオフセットを決定することを含む。様々な実施例及びオプションが、前記システムに関連して記載されており、前記様々な実施例が、更なる有利な効果を達成するように組み合わせられてもよいことに注意する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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