(57)【要約】本発明は、カテーテル（５）の血管内又は心臓内ナビゲーションのための方法及び装置に関する。Ｘ線透視装置（１）を用いて、最初に、２Ｄ画像のデータベースが生成され、各２Ｄ画像（Ｉ）が撮られると同時に、ＥＣＧ（８）を用いて関連の心拍位相が記録される。カテーテル検査の間に、カテーテルの位置は、位置測定ユニット（６）によって測定され、同時に、ＥＣＧ、及び、好適には、呼吸動作に依存する信号も記録される。測定されたカテーテルの現在の空間位置は、心拍位相及び呼吸位相に関して対応する画像データベースの２Ｄ画像に割当てられ、その上にカテーテルの位置が表示されることが可能である。
2006512950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の体内に挿入された器具を追跡する方法であって、
ａ）前記体の周期的な内部動作の動作位相を表す動作信号を検出する段階と、
ｂ）関心の体容積の２Ｄ画像を生成し、関連付けられる撮像パラメータ及び関連付けられる動作位相と共に、画像データベース内に前記２Ｄ画像を記憶する段階と、
ｃ）前記器具の空間位置、また、任意選択的に少なくとも１つの基準プローブの空間位置を測定する段階と、
ｄ）前記画像データベースから、前記器具の前記測定された空間位置に属する前記動作位相にその関連付けられる動作位相が対応する、少なくとも１つの２Ｄ画像を選択する段階と、
ｅ）前記選択された２Ｄ画像上の前記器具の前記位置を決定する段階と、
を有する方法。
【請求項２】
前記患者の呼吸動作に依存する心電図及び／又は呼吸動作信号が、動作信号として検出されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記器具の前記位置は、前記選択された２Ｄ画像上に重ねられて表示されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記段階ｄ）において、前記画像データベースからの選択のために、単一の動作位相からの２Ｄ画像のみが利用可能であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記段階ｂ）、及び、段階ｃ）乃至ｅ）は、何回も、及び、様々な順序で行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記画像データベースは、様々な投影方向からの２Ｄ画像を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記２Ｄ画像は、前記段階ｂ）において、Ｘ線照射及び／又は超音波によって生成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの基準プローブが、前記２Ｄ画像の生成のために設けられる可動Ｘ線装置上に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの基準プローブが、前記患者の前記体上、又は、前記体内に配置されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記呼吸動作は、前記体の動作モデルを用いて補正されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
患者の体内に挿入された器具を追跡する装置であって、
ａ）関心の体容積の２Ｄ画像を生成する装置と、
ｂ）前記生成装置の撮像パラメータのセットを決定するユニットと、
ｃ）前記体の周期的な内部動作の動作位相を表す動作信号を検出する信号測定ユニットと、
ｄ）関連付けられる撮像パラメータ及び関連付けられる動作位相と共に、前記体容積の２Ｄ画像の画像データベースを記憶する記憶ユニットと、
ｅ）前記体内に挿入された前記器具の空間位置、また、任意選択的に少なくとも１つの基準プローブの空間位置を決定する位置測定ユニットと、
ｆ）前記画像データベースから、前記器具の前記空間位置に属する前記動作位相にその関連付けられる動作位相が対応する、少なくとも１つの２Ｄ画像を選択し、また、前記選択された２Ｄ画像上の前記器具の前記位置を決定する制御及び計算ユニットと、
を有する装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のうち少なくとも一項に記載の方法を実行するよう設計されることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患者の体内に挿入された医用器具を追跡する方法と、その方法を実行するのに適した装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
上述したタイプの装置及び方法は、ＤＥ１９９４６９４８Ａ１から公知である。この文書では、カテーテル検査の前に、例えば、心臓といった体内の周期的に動く臓器の多数の３次元画像を有する画像データベースが生成され、その体内の臓器の動作信号は、画像が撮られるのと同時に記録される。動作信号は、特に、心電図（ＥＣＧ）、及び／又は、呼吸動作信号であり得る。続く医用介入の間に、器具、及び、基準プローブの空間位置は、位置測定ユニットによって決定され、また、同時に、動作信号が記録される。動作信号をしようして、体内の臓器の動作位相に関して対応する３Ｄ画像を、画像データベースから選択することが可能である。この３Ｄ画像において既知である基準プローブの位置を使用して、３Ｄ画像に対する器具の現在の空間位置を決定し、それを、３Ｄ画像上に重ねて提示することが可能である。公知の方法の１つの不利点は、それに関連付けられる高い費用である。例えば、まず、体内の臓器の３次元画像は、Ｘ線コンピュータ断層撮影又は磁気共鳴撮像を用いて生成されなければならない。これは、非常に時間がかかるだけではなく、従来のカテーテル研究室における作業手順を大きく変更もする。何故なら、必要な撮像方法は、カテーテル研究所では利用可能ではないで、画像を撮ることは、追加の時間集約的な段階を必要とするからである。更に、時間集約的な３Ｄ撮像方法は、一般的に、介入時の３Ｄ画像のリアルタイム更新を可能にしない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述を鑑みるに、本発明は、器具の位置の追跡を単純化し、それにより、本発明が、検査の作業手順により容易に組み込まれることを可能にし、また、検査時の画像のリアルタイム更新を好適には可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、請求項１の特徴を有する方法と、請求項１１の特徴を有する装置によって達成される。有利な改良点は、従属項に与える。
【０００５】
例えば、カテーテル又はカテーテル先端といった患者の体内に挿入された器具を追跡する本発明の方法は、以下の段階を有する。
【０００６】
ａ）体の周期的な内部動作の動作位相を表す動作信号の検出。体の周期的な内部動作の有効な例は、心拍及び呼吸である。
【０００７】
ｂ）患者の関心の体容積の２Ｄ画像の生成と、その２Ｄ画像の画像データベース内への格納。関連付けられる撮像パラメータ（例えば、投影方向等）及び関連付けられる動作位相（最も単純な場合、動作信号によって直接的に表現される）は、各２Ｄ画像と共に、その２Ｄ画像が捕捉される際に格納される。
【０００８】
ｃ）器具の空間位置、また、任意選択的に少なくとも１つの基準プローブの空間位置の測定。基準プローブは、特に、患者の体の外側、及び／又は、医用器具上に取り付けられるか、又は、基準カテーテル又は別の医用器具を用いて患者の体内に取り付けられることも可能である。
【０００９】
ｄ）画像データベースからの少なくとも１つの２Ｄ画像の選択。この２Ｄ画像は、段階ｃ）において器具の空間位置が決定されたときの動作位相にその関連付けられる動作位相が対応する。
【００１０】
ｅ）段階ｄ）において選択された２Ｄ画像上の器具の位置の決定。
【００１１】
この方法は、器具の動作は、従来の医用（カテーテル）検査手順の際にいずれにせよ生成される２Ｄ画像を使用して追跡されるという利点を有する。従って、追加の機器を使用する必要はほとんどない。撮像パラメータ、動作位相、及び２Ｄ画像の画像データベース内への同時記憶によって、進行中の術中介入の間に、現在の動作位相に対応する画像データベースからの２Ｄ画像上に器具の現在の空間位置を表示することが可能である。周期的な内具動作による体内の臓器の移動及び形状の変化は、このようにして、考慮に入れられるか、又は、補正されることが可能である。更に、患者全体の、又は、患者がその上に横たわる検査台の動作も、考慮に入れられるか、又は、補正されることが可能である。
【００１２】
患者の呼吸動作に依存する心電図及び／又は呼吸動作信号が、動作信号として検出されることが好適である。これらの信号を使用して、患者の体内の最も意味のある周期的な内部動作を検出し、従って、これらを、器具の位置を決定するときに考慮に入れることが可能である。
【００１３】
段階ｅ）において決定された器具の位置は、段階ｄ）において選択された２Ｄ画像上に重ねられて表示されることが好適である。これは、検査を行っている医師が、２Ｄ画像上で器具の動作を直接的に追跡することを可能にする。
【００１４】
本発明の方法の特定の改良では、段階ｄ）において、画像データベースからの選択のために、単一の動作位相からの２Ｄ画像のみが利用可能にされる。このことは、特に、画像データベースは、単一の２Ｄ画像のみを有し得ることも意味し得る。この場合、本発明の方法の段階ｄ）は、唯一「選択可能な」動作位相が、器具の現在の空間位置の動作位相に対応するか否かを確認する段階に限定される。動作位相が互いに対応する場合は、割当てが行われることが可能であり、対応しない場合は、割当ては行われてはならない。このようにして、器具の位置の重ねられた表示と選択された２Ｄ画像の表示頻度を少なくし、それにより、現在の器具位置の更新は、器具の動作位相が２Ｄ画像の所定の動作位相に対応する場合にのみ表示されるようにすることが可能である。心拍が、周期的な動作の基礎として使用される場合、所定の２Ｄ画像は、例えば、心拍の収縮末期に対応することが可能であり、従って、２Ｄ画像上の器具の重ねられる表示は、心臓周期のこれらの時点においてのみ更新される。従って、本発明の計算上の費用は相当に低減することが可能である。同じ２Ｄ画像を常に使用することによって、静止状態画像背景が形成され、これは、器具の視覚的な追跡を容易にする。
【００１５】
本発明の方法の別の発展では、一方で段階ｂ）（画像データベース用の２Ｄ画像の生成）、及び、他方で段階ｃ）乃至ｅ）（器具の空間位置の測定と、少なくとも１つの対応２Ｄ画像の選択と、画像における位置の決定）は、何回も、及び、様々な順序で行われる。これは、特に、２Ｄ画像は、術中介入が進行中であっても、生成可能であり、このことは、使用される画像データベースは常に最新であることを確実にすることを意味する。
【００１６】
画像データベースは、様々な投影方向からの２Ｄ画像を有することが好適である。その結果、器具の現在の空間位置を様々な２Ｄ画像上に並列に表示可能であるか、又は、１つの動作位相からの幾つかの２Ｄ画像から最良に適した２Ｄ画像を選択することが可能である。
【００１７】
２Ｄ画像は、Ｘ線照射及び／又は超音波によって有利に生成され、それにより、カテーテル検査のために従来からある装置を、画像を生成するために使用することが可能である。
【００１８】
本発明の方法の１つの発展では、少なくとも１つの基準プローブが、２Ｄ画像の生成のために設けられる可動Ｘ線装置上に取り付けられる。次に、２Ｄ画像の生成と器具の空間位置の決定と並列に、本発明の段階ｂ）及びｃ）に従って、基準プローブの空間位置が測定される。Ｘ線装置上の基準プローブの空間位置を知っていることは、追加の装置を必要とすることなく、Ｘ線装置の場所からの投影方向を決定することを可能にする。別の基準プローブが追加的に患者上に使用される場合、患者に対しての投影方向も決定可能である。
【００１９】
更に、体の動作モデルを用いて、測定された呼吸位置に基づいて呼吸動作を補正することが可能である。
【００２０】
本発明は更に、患者の体内に挿入された器具を追跡する装置に係り、この装置は、以下の構成要素を有する。
【００２１】
ａ）関心の体容積の２Ｄ画像を生成する装置。
【００２２】
ｂ）生成装置の撮像パラメータのセットを決定するユニット。
【００２３】
ｃ）体の周期的な内部動作の動作位相を表す動作信号を検出する信号測定ユニット。上述したように、体の内部動作は、特に、心拍及び／又は呼吸であり得る。
【００２４】
ｄ）各２Ｄ画像に属する撮像パラメータ及び動作位相と共に、体容積の２Ｄ画像の画像データベースを記憶する記憶ユニット。
【００２５】
ｅ）体内に挿入された器具の空間位置、また、任意選択的に少なくとも１つの基準プローブの空間位置を決定する位置測定ユニット。位置測定ユニットは、特に、（変調された）電磁界を伝送する送信器と、更にこれらの電磁界を受信する受信器を有し得る。
【００２６】
ｆ）画像データベースから、器具の空間位置に属する動作位相にその関連付けられる動作位相が対応する、少なくとも１つの２Ｄ画像を選択し、また、選択された２Ｄ画像上の器具の位置を決定する制御及び計算ユニット。
【００２７】
上述した装置を使用して、上述した方法が実行され、それにより、その利点が達成されることが可能である。特に、この装置は、従来のカテーテル検査において標準としてある装置と互換性があることが重要である。ここで生成された２Ｄ画像上に器具の位置を表示可能とするために、本発明の装置は、装置の撮像パラメータのセットを決定するユニットを有する。これらのパラメータの知識は、続けて、器具の測定された空間位置を、選択された２Ｄ画像上の位置に変換することを可能にする。
【００２８】
この装置は、上述したタイプの方法の１つ以上の変形を実行するのに適しているよう設計されることが好適である。従って、信号測定ユニットは、特に、心電図を測定する手段、及び／又は、患者の呼吸動作を測定する手段を有し得る。更に、生成装置は、特に、Ｘ線装置であり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、図面に示す実施例を参照しながら更に説明する。しかし、本発明は、これらの実施例に制限されない。
【００３０】
血管内介入は、従来、カテーテル研究室において行われてきている。この場合、オペレーションフィールドは、Ｃ型アームに取り付けられたＸ線装置１を用いて蛍光透視法によって観察される。冠状血管障害において、従来では、Ｘ線透視図上に血管形状を表示するよう造影剤が局所的に投与されている。ＰＴＣＡ（経皮経管冠動脈拡張術）といった治療法の過程では、例えば、カテーテル５は、例えば、患者４の心臓内の狭窄といったターゲット領域に押し込まれ、その位置は、Ｘ線透視術を用いてモニタリングされる。これは、Ｘ線透視方法が、患者の解剖学的構造を示すだけではなく、カテーテルをそのターゲット領域にナビゲートするためにも使用されることを意味する。従って、患者及び医療スタッフは、ナビゲーションのためだけの更なるＸ線照射量を必要とする。
【００３１】
図１に示す装置は、現行のカテーテル研究室の撮像機器を用いて、少ない量のＸ線照射量で心臓又は他の血管内介入の際のカテーテル５のナビゲーションを可能にする。システム全体は、位置測定ユニット６と、医用ワークステーション（コンピュータ）７と、Ｘ線透視装置１と、追跡されるカテーテル５又はガイドワイヤと、患者上又は患者内の基準プローブ３と、ＥＣＧシステム８から構成される。
【００３２】
位置測定ユニット６は、例えば、電磁気位置測定システム（ＤＥ１９９４６９４８Ａ１を参照されたい）であって、静止した座標系における、カテーテル５と、さらに患者４上の基準プローブ３か又はＸ線装置１上の基準プローブ２の先端の空間位置の決定を可能にする。
【００３３】
医用ワークステーション７は、位置測定ユニット６によって決定された位置ｒと、ＥＣＧシステム８からの心電図ＥＣＧと、Ｘ線装置１からのＸ線画像Ｉを受信する。
【００３４】
Ｘ線透視装置１は、追跡され且つ基準プローブ２によってその設定に関して較正される。
【００３５】
ＥＣＧシステム８は、患者に取り付けられる電極９を用いて心電図を取る。
【００３６】
このような装置を利用して、以下の段階に従って、カテーテル５をナビゲートすることが可能である。
【００３７】
１．術前較正段階
較正手続きの間、蛍光透視システム１の撮像パラメータが決定される。この較正は、例えば、製造業者側において、又は、システム１の設置の際に、一回だけ行われればよい（例えば、米国特許第６，３７９，０４３号、第６，４７１，３９９号を参照されたい）。
【００３８】
２．介入時の画像生成段階
２．１．準備：ＥＣＧ電極９の取り付け、（胸部での心臓介入の場合）患者４上での位置追跡のための基準プローブ３の取り付けを含む患者４の準備。
【００３９】
２．２．データ収集
２．２．１．Ｘ線透視システム１を用いてＸ線画像Ｉ又は画像シーケンスが生成される。これらの画像には患者４の関心の解剖学的構造が可視である。
【００４０】
２．２．２．撮像された画像シーケンスの各画像に対し、追加情報が、その画像が撮像されたときに記録される。具体的には、特に、Ｘ線透視システム１のＣ型アームの現在位置、患者上の基準プローブ３の現在位置、及び、関連付けられるＥＣＧ位相が記録される。画像と上述した追加情報が、マルチモーダルデータを形成する。
【００４１】
２．３．データ転送：全ての画像Ｉ及び対応データは、医用ワークステーション７に伝送される。従って、ナビゲーションに必要な全ての情報は、ワークステーション７上に表示される。
【００４２】
２．４．所望する場合又は必要な場合、撮像段階２．２．及び２．３．は、Ｘ線装置１のＣ型アームの他の向きについても繰り返されることが可能である。
【００４３】
３．介入の間のナビゲーション
介入の間、位置追跡されるカテーテル５又はガイドワイヤは、更なるＸ線画像を必要とすることなくナビゲートされることが可能である。
【００４４】
３．１．位置測定：最初に、患者４及びカテーテル５の位置が、位置測定システム６を用いて測定される。
【００４５】
３．２．データ収集：同時に、ＥＣＧ位相が、ＥＣＧシステム８を用いて測定される。
【００４６】
３．３．画像選択：ＥＣＧ位相に基づいて、段階２．２．において得られた画像データベースから１つ以上の対応画像が、ワークステーション７によって選択される。
【００４７】
３．４．グラフィックスーパポジション：利用可能であるデータと、Ｘ線装置１の位置から、選択されたＸ線画像上のカテーテルの仮想グラフィックスーパポジションが、更なる画像がＸ線によって撮像される必要なく、画像の撮像時に行われる。
【００４８】
３．５．繰り返し：段階３．１．−３．４．は、連続的に行われる。
【００４９】
従って、図１に示す装置は、Ｘ線照射量を低減して、Ｘ線透視画像上の非常に正確な血管内又は心臓内ナビゲーションを可能にする。
【００５０】
本発明の方法の変形では、その方法は、減少された更新頻度で実行されることが可能である。この場合、基準画像が、段階２．２．において生成されたマルチモーダルデータから選択される。例えば、基準画像は、心臓周期の終わりの心臓収縮段階からの画像であり得る。段階３．３．及び３．４．において何度も現在のＥＣＧ位相に対応する画像を表示するのではなく、上述した基準画像のみが使用される。つまり、基準画像上での段階３．４．におけるカテーテル位置の更新は、現在測定された心拍位相が、基準画像の心拍位相（即ち、終わりの心臓収縮段階）に対応するときにのみ、行われる。このようにして、更新率は、１心臓周期当たりに１回の更新に減少される。
【００５１】
本発明の方法の別の発展では、段階２．２．２．において更に、患者４の現在の呼吸位相を測定するために呼吸センサが使用される。呼吸位相は、次に、画像ＩとＥＣＧ位相と共に、マルチモーダルデータ内に格納される。段階３．２．において、呼吸位相が同様に測定される。段階３．３．において、関連付けられる画像が、ＥＣＧ位相と呼吸位相の両方に基づいて選択される。方法の残りは、変わらず進められる。データ収集の段階２．２．において、十分なデータが得られない場合、画像の重ねられたカテーテル位置を計算するために好適な補間方法が使用されることが可能である。更に、呼吸動作の動作補正を、呼吸によってもたらされる心臓の動作が、心臓の動作モデルを用いて測定された呼吸位置に基づいて補正可能であるという事実の結果、行うことが可能である。
【００５２】
本発明の方法の別の発展は、データ収集段階（２．２．−２．４．）及びナビゲーション段階（３．１．−３．５．）を互いに混合する段階を有する。このようにすると、画像データベースの基本の２Ｄ画像が、全体において又は部分において、介入時にリアルタイムで確認されることが可能であり、それにより、使用される画像データベースは、全体において又は部分において定期的に更新されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の装置の構成要素を概略的に示す図である。
【図１】
2006512950.tif 000003
【国際調査報告】
2006512950.tif 000004
2006512950.tif 000005
2006512950.tif 000006