(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
心臓の検査または治療において患者の検査領域に導入された医療用カテーテルを検出および描出する装置を制御装置が制御する方法であって、
検査領域としての律動的または非律動的に運動する心臓において３Ｄ再構成画像を再構成するために、検査領域の画像データの検出と平行して検出される特定の運動相中に取得される画像データのみを使用し、検査領域の３Ｄ再構成画像を生成するステップ、
位置検出手段が組み込まれているカテーテルチップの空間位置を連続的または不連続的に検出する位置検出システムの座標系と３Ｄ再構成画像の座標系とが相互に記録され、モニターに３Ｄ再構成画像を描出して３Ｄ再構成画像においてカテーテルチップを正確な位置で描出するステップ、
を備え、位置検出システムによって検出されるカテーテルチップの位置データは、３Ｄ再構成画像が再構成されるのと同一の運動相に検査領域があるときにのみに検出される位置データであり、
位置検出システムの座標系と３Ｄ再構成画像の座標系との記録のために、３Ｄ再構成画像および位置検出システムの座標系において対応して定められたそれぞれ少なくとも３つのマーカーが使用され、
３Ｄ再構成画像におけるマーカーはユーザー側で双方向的に定められ、
前記位置検出システムの座標系におけるマーカーは、カテーテルが到達する、３Ｄ再構成画像において確定された検査領域内の特定の点であって、心臓の特定の表面によって定められ、検査領域に導入されたカテーテルを用いてＸ線透視画像を撮影しながら定められることを特徴とする患者の検査領域に導入された医療用カテーテルの検出及び描出方法。
【請求項２】
３Ｄ再構成画像を再構成するため、運動相内の特定の時点に付加して検出される画像データのみが使用され、カテーテルの位置の検出中に時間が同様に検出され、位置検出システムによって検出されるカテーテルチップの位置データは３Ｄ再構成画像が再構成される運動相内の同一時点に検出される位置データである請求項１記載の方法。
【請求項３】
３Ｄ再構成画像の挿入されたカテーテルチップを含む全体的なモニター描出をユーザーの誘導で変化させ、回転、拡大もしくは縮小させることができる請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
カテーテルチップが３Ｄ再構成画像においてカラー描出または明滅描出される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
３Ｄ画像データセットとして術前に得られたデータセットまたは術中に得られるデータセットが使用される請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、心臓の検査または治療において患者の検査領域に導入された医療用カテーテルを検出および描出するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
罹患した患者の検査または治療は、ますます最小侵襲的に、即ち外科的複雑さをできる限り低く抑えて実施されるようになっている。その例として内視鏡、腹腔鏡またはカテーテルによる治療を挙げることができるが、これらはそれぞれ小さな身体開口部を通して患者の検査領域内に導入される。カテーテルは、例えば心臓の不整脈のようなしばしば心臓病学的検査の範囲において使用され、不整脈は現代ではいわゆるアブレーション手法（焼灼手法）によって治療される。
【０００３】
このときカテーテルはＸ線コントロール下で、従って透視画像を撮影しながら静脈または動脈を通して心室内に誘導される。心室では、不整脈を引き起こした組織が高周波電流を適用することによって焼灼され、それによって以前に不整脈を惹起した基質は壊死性組織として残される。この方法の治癒力のある特性は一生に渡る投薬と比較して大きな長所を有しており、さらにこの方法は長い目で見て経済的でもある。
【０００４】
医学的／技術的観点からの問題は、カテーテルはＸ線コントロール中に１または複数のフルオロ画像とも呼ばれる透視画像では確かにインターベンション中に極めて正確かつ高分解能で視認できるが、インターベンション中の患者の解剖学的構造は透視画像では不十分にしか描出できないことにある。これまでは、カテーテルを追跡するためには通例２つの相違する、特に相互に直交する投影方向から２つの透視写真が撮影されている。これら２つの写真の情報に基づいて、医師はカテーテルの位置を自分で決定しなければならないが、これはしばしば相当に不正確にしか可能ではない。
【０００５】
総括画像の予め与えられた位置に３Ｄ超音波画像を生成することのできるナビゲーション用の１つにされた超音波センサーおよび１つにされた位置センサーを備えたカテーテルは知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
三次元双方向的血管系撮影におけるカテーテルナビゲーションのための方法および装置であって、カテーテルにはそれを誘導するための位置センサーが装備され、それによってカテーテルチップは術前の画像データにおいて視認することができるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
独国特許出願公開第４４１８８６８A１号明細書
【特許文献２】
独国特許出願公開第１９９１９９０７A１号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、治療担当医が検査領域内、従って例えば心臓内のカテーテルの正確な位置を容易に識別することを可能にする描出可能性を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題は、本発明によれば、心臓の検査または治療において患者の検査領域に導入された医療用カテーテルを検出および描出する装置を制御装置が制御する方法であって、
検査領域としての律動的または非律動的に運動する心臓において３Ｄ再構成画像を再構成するために、検査領域の画像データの検出と平行して検出される特定の運動相中に取得される画像データのみを使用し、検査領域の３Ｄ再構成画像を生成するステップ、
位置検出手段が組み込まれているカテーテルチップの空間位置を連続的または不連続的に検出する位置検出システムの座標系と３Ｄ再構成画像の座標系とが相互に記録され、モニターに３Ｄ再構成画像を描出して３Ｄ再構成画像においてカテーテルチップを正確な位置で描出するステップ、
を備え、位置検出システムによって検出されるカテーテルチップの位置データは、３Ｄ再構成画像が再構成されるのと同一の運動相に検査領域があるときにのみに検出される位置データであり、
位置検出システムの座標系と３Ｄ再構成画像の座標系との記録のために、３Ｄ再構成画像および位置検出システムの座標系において対応して定められたマーカーが使用され、
位置検出システムの座標系と３Ｄ再構成画像の座標系との記録のために、３Ｄ再構成画像および位置検出システムの座標系において対応して定められたそれぞれ少なくとも３つのマーカーが使用され、
３Ｄ再構成画像におけるマーカーはユーザー側で双方向的に定められ、
前記位置検出システムの座標系におけるマーカーは、カテーテルが到達する、３Ｄ再構成画像において確定された検査領域内の特定の点であって、心臓の特定の表面によって定められ、検査領域に導入されたカテーテルを用いてＸ線透視画像を撮影しながら定められる
ことによって解決される。
【００１０】
本発明による方法は、検査中にいわばリアルタイムで、可撓性かつ柔軟な、さらに非剛性の器具であるカテーテルを、検査領域、例えば心臓または中心血管系等の三次元描出においてボリウム画像において正確な位置で描出することを可能にする。これは、一方では３Ｄ画像データセットを使用して検査領域の三次元再構成描出が行われることで可能になる。他方では、位置検出システム固有の座標系にある適切な外部位置検出システムを用いてその空間座標で検出できるチップ側に組み込まれた位置検出手段を備えたカテーテルを使用すると、カテーテルチップが既に検査領域内にあるときにはその空間位置の測定が可能になる。３Ｄ画像データセットないしは３Ｄ再構成画像と位置検出システムの両座標系の記録に基づいて、適切な変換マトリックスを通して、カテーテルチップの座標は位置検出システムの座標系から３Ｄ再構成画像の座標系に変換されるので、カテーテルチップは３Ｄボリウム画像において正確な姿勢および位置で示すことができる。医師は、さらに検査領域においてカテーテルチップのその現在姿勢において極めて正確な描出を得、検査領域を適切な解剖学的精密さで３Ｄボリウム画像の描出から同様に極めて正確かつ高分解能で識別することができる。これは単純な方法でカテーテルのナビゲーションを可能にする。
【００１１】
両座標系を記録するために、本発明の第１の実施形態によれば３Ｄ再構成画像および対応して位置検出システムの座標系において定められたマーカーを使用することができる。即ち、両座標系においてそれぞれ同一のマーカーが定められるので、それらのマーカーを連続して描出する適切な変換マトリックスに基づいて両座標系を相互に関連して記録できる。これらのマーカーは例えば３Ｄ再構成画像では例えば操作用マウスを介してユーザー側で双方向的に（双方向対話で）定められる。位置検出システムの座標系におけるこれらのマーカーは、例えばマーカー位置へカテーテルを動かすことによって定めることができる。この場合、１つには対応するマーカーを３Ｄ再構成画像においても識別できる限り外部マーカーを使用できる。外部マーカーとしては、例えば患者に取り付けられたマーカー等を使用できる。さらに、内部マーカーを使用する可能性も存在し、その際内部マーカーは検査領域に導入されたカテーテルと一緒に同時にＸ線コントロール下で（つまりＸ線透視画像を撮影しながら）運ばれて定められる。即ち、医師はカテーテルを既に３Ｄ再構成画像において確定された検査領域内の特定の点へ、例えば特定の血管分岐部等へ移動させる。カテーテルがそのような点へ到達すると、これをマーカーとして定めることができる。上記に挙げた外部マーカーを使用した場合は、これらはその位置においてマーカー位置へカテーテルを動かすことによって定められる。
【００１２】
それに加えて、第２の実施形態として、マーカーとして３Ｄ再構成画像において視認でき、患者の体外に取り付けられたマーカーを使用する可能性が存在する。
【００１３】
確実に記録するためには、位置検出システムの座標系および３Ｄ再構成画像の座標系においてそれぞれ少なくとも３つのマーカーが定められ、かつ位置検出システムの座標系におけるマーカーの数と３Ｄ再構成画像の座標系におけるマーカーの数とが同数であればたいていの場合十分である。というのは、少なくとも３対のマーカーを介して座標系の正確な位置を相互に検出して変換マトリックスを介して記述できるからである。
【００１４】
少なくとも３対のマーカーの同定後、３Ｄ／３Ｄ記録が行われる。その結果として、平行移動、方向パラメータおよび拡大縮小パラメータを含む変換マトリックスが得られる。変換マトリックスは画像座標と位置決めシステムの座標との記録を記述するので、位置決めシステムの座標をそれに続くカテーテルインターベンション中または既に実施されたカテーテルインターベンション中に画像座標へ変換させることができる。これらをまとめると、上述の記録の実施形態はいわゆるマーカーおよび／またはランドマーク支援記録である。
【００１５】
それに加えて、いわゆる「表面に基づく（surface based）」記録、従って表面に基づく記録を行う可能性が存在する。このためには、セグメント化アルゴリズムを用いて３Ｄ再構成画像において示された検査領域の複数の点が定められてこの複数の点の座標が検出され、その際検査領域に導入されたカテーテルが動かされ、複数の点はセグメント化アルゴリズムによって定められて複数の点の座標が検出されるので、その結果複数の点によって心臓の特定の表面が定められ、記録のために適切な表面適合アルゴリズム（つまり、表面に基づくマッチングアルゴリズム）を用いて変換マトリックスがそれらの点をもとに計算される。この本発明の構成においては、カテーテル内の位置決め手段を使用して、カテーテルと一緒に運ばれる心内表面の複数の点の撮影が行われる。これらの点は全体として、カテーテルが導入される領域における心臓表面のいわば網様の描出を生じさせ、さらに各点では位置座標が記憶され、引き続いて走査された表面を記述するために適切に評価される。これはＸ線コントロール下（つまりＸ線透視画像を撮影しながら）でも行うことができるので、医師は彼が既にこの方法でどの領域を走査したのかを見ることができる。３Ｄ再構成画像ではセグメント化アルゴリズムを使用して対応する点が検出される、即ちそこでも表面領域が定められる。引き続いて表面適合アルゴリズムを使用して両表面が相互に適合する変換マトリックスが計算される。変換マトリックスはこの場合も平行移動パラメータ、回転パラメータおよび拡大縮小パラメータを含んでいる。変換マトリックスを計算するためには、例えばＩＣＰ（反復最近傍点（ＩＣＰ＝Iterative Closest Point））アルゴリズムまたは階層型面適応（Hierarchical-Chamfer-Matching）アルゴリズムのような既知の表面適合アルゴリズムを使用することができる。
【００１６】
第３の記録の可能性は、アイソセンターを有し３Ｄ画像データセットが撮影されたＸ線画像撮影装置のＣアームに取り付けられた位置検出システムのセンサー要素を使用することにあり、その際３Ｄ再構成画像はアイソセンターに関連付けて再構成される。ここでは３Ｄ画像データセットは例えば３Ｄ血管造影検査装置のような、画像撮影装置を用いて撮影されたことから出発し、３Ｄ再構成画像の画像撮影装置に関する位置および方向は既知である。位置検出システムのセンサー要素も、それを介して位置検出システムの座標系が広げられており、この画像撮影装置のＣアームに配置されているので、この座標系もアイソセンターに関連付けて定められる。従って今や３Ｄ再構成画像がＣアームのアイソセンターに関連付けて再構成されると、その方向および位置は位置検出システムの座標系において同様に既知である。さらに例えば３Ｄデータセットが術中に、即ち本来のインターベンションの直前の、患者が既に画像撮影装置の検査台の上に横たわっているときに撮影され、患者が引き続いてインターベンション中に動かなければ、別個の記録は必要とされない。患者が動いた場合だけは、画像撮影装置を使用して新しい３Ｄ画像データセットを新たな再構成下で生成しなければならない。どの場合にも基本的には、インターベンション前には絶対的に必要な記録を行わずに３Ｄ再構成画像におけるカテーテルチップの位置および方向付けをインターベンション中に連続的に確認することができる。
【００１７】
検査領域として例えば心臓のような律動的または非律動的に運動する領域が扱われる場合には、正確に描出するためには３Ｄ再構成画像および検出された位置データが同一運動相において取得されたものであることに注意しなければならない。このために、３Ｄ再構成画像を再構成するためには画像データの検出と平行して検出される特定の運動相中に撮影された画像データのみを使用するようにすることができ、その際カテーテルの位置の検出中に運動相が同様に検出され、位置データは３Ｄ再構成画像が再構成されるのと同一の運動相に検査領域があるときにのみ検出される。このようにして、カテーテル位置が再構成ボリウム画像と同相で決定され、従ってカテーテルチップを正確にその位置で決定して挿入することができる。基本的には２つの可能性が存在し、１つには３Ｄ再構成画像を特定の運動相へ再構成でき、この運動相が位置データ検出相を規定する。さらに、位置データが任意の運動相で、しかし連続的に同相で検出され、それに３Ｄ再構成画像の再構成ないしはそのために使用された画像データがアライメントされるという逆の作動方法も考えることができる。運動相を検出するための例としては、心臓の運動を記録する平行して記録されるＥＫＧ（心電図）を挙げることができる。ＥＫＧをもとに、関連する画像データを選択することができる。位置データを記録するためには、ＥＫＧを介して位置検出システムのトリガリングを行うことができ、位置データは常に同一運動相で記録される。さらに、運動相として患者の呼吸相を記録することも考えられる。これは例えば患者の胸部の周囲に装着されて胸部の運動を測定する呼吸ベルトの使用下で行うことができ、さらに患者の胸部に配置した位置センサーを記録のために使用することもできる。
【００１８】
挿入されたカテーテルチップを含む３Ｄ再構成画像の共通のモニター描出は、特に回転させたり、拡大または収縮させたりのように、ユーザーの誘導で合目的的に変化させることができる。識別度を高めるために、カテーテルチップを３Ｄ再構成画像内でカラー描出または明滅描出することができる。
【００１９】
３Ｄ画像データセットは、本発明によれば術前に入手されたデータセットであってよい。即ち、このデータセットは実際のインターベンションの前の任意の時点に撮影することができる。使用される撮影様式とは無関係のあらゆる３Ｄ画像データセット、即ち例えばＣＴデータセット、ＭＲデータセットもしくは３ＤＸ線血管造影検査データセットを使用できる。これらすべてのデータセットは検査領域の正確な再構成を可能にし、検査領域は解剖学的に正確に描出することができる。あるいはまた、３ＤＸ線血管造影検査データセットの形式の術中に入手されたデータセットを使用する可能性も存在する。「術中」という概念は、ここでは患者が既に検査台の上に横たわっているが、カテーテルはまだ挿入されておらず、３Ｄ画像データセットの撮影直後に行われる場合も含めて、このデータセットが実際のインターベンションと時間的に直接関連して入手されることを意味している。
【００２０】
次に本発明のその他の長所、特徴および詳細を下記の実施の形態及び添付図面について説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図は、本発明による検査および／または治療装置１の原理の略図であり、ここでは主要部分だけが示されている。本発明は、二次元透視画像を撮影するための撮影装置２を含んでいる。この装置はＣアーム３から構成され、Ｃアーム３に放射線源４および光線検出器５例えば固体画像検出器が配置されている。患者７の検査領域６はＣアームのアイソセンター８の近くにあり、撮影された２Ｄ透視画像において完全な形状で見ることができる。装置１の操作は、特に画像撮影操作を制御する制御・処理装置９を介して制御される。この装置はさらに詳細には図示されていない画像処理装置も含んでいる。
【００２２】
Ｃアームが検査領域６のアイソセンター８の周囲を少なくとも１８０°回転する間に撮影される２Ｄ透視画像を使用して、３Ｄ画像データセット１０が生成される。このデータセットから、検査領域、ここでは心臓をそれぞれ同一運動相において示す２Ｄ透視画像を使用して、検査領域の３Ｄ再構成画像が生成され、これはモニター１１に描出される。図示された実施例では、３Ｄ再構成画像１２がそこに描出されている。実際に同一運動相にある心臓を示す画像だけが使用されることを保証するために、２Ｄ透視画像の撮影と平行して、図において曲線で示されているような心電図１３が記録される。即ち、撮影された各２Ｄ透視画像に対して心電図相が既知であり、再構成のための同相の透視画像を選択して使用することができる。
【００２３】
２Ｄ透視画像およびそれとともに３Ｄ画像データセット１０は、図示された実施例ではカテーテル１４のインターベンションの直前に検査領域６内で撮影される。カテーテル１４はその先端に位置検出手段１５を含んでおり、この位置検出手段１５はＣアーム３に配置されている位置検出センサー１７が組み込まれている位置検出システム１６の１部分である。これにより、適切な校正ルーチンを使用して、位置検出システム１６の送信器１８に関するアイソセンター８の幾何学的位置は既知である。
【００２４】
位置検出システム１６を使用して、カテーテルチップの空間位置を位置検出手段１５の検出によって位置検出システム１６の座標系において決定することが可能である。Ｃアームに配置された位置検出システムないしはセンサー１７の選択された配置に基づいて位置検出システムの座標系および２Ｄ透視画像および従って３Ｄ画像データセットを撮影し３Ｄ再構成画像１２を再構成する画像撮影装置の座標系が相互に記録されるので、位置検出手段１５の位置およびそれとともにカテーテルチップの位置を、制御・処理装置９に与えられる提供された座標１９をもとに３Ｄ再構成画像１２において描出することができる。
【００２５】
座標検出が、関連付けて３Ｄ再構成画像１２が再構成された運動相においても行われることを保証するために、この場合も位置検出手段１５の座標の記録は心電図１３を介してのトリガリング下で行われる。このことが行われなければならない運動相は、以前の３Ｄ再構成画像描出に基づいて既知であるので、座標記録は難なく同相で行うことができる。
【００２６】
３Ｄ再構成画像１２は任意の描出の形で生成する、ないしはモニターに描出することができる。例えば、このことはこの画像を最大値投影描出（maximum intensity Projektion：ＭＩＰ）の形で生成することができ、この場合には描出の厚さを双方向的に変化させることができる。さらにまた、ボリウム・レンダリング画像（ＶＲＴ＝volume rendering technique）の形で生成することもでき、この場合にはボリウムを双方向的にクリッピングすることができる。さらにいわゆるフライスルー（Fly Through）（仮想化内視鏡システム）視覚化が可能であり、この場合には観察者はいわばカテーテルチップ内に存在し、彼の注視方向はカテーテルチップの方向によって決定される。当業者であれば３Ｄ再構成画像を生成し、およびそれに基づいて彼が引き出すことのできる適切な描出を任意で行うことができる。さらに、当然ながら画像描出をユーザーの側で、例えば回転させたり拡大させたりする等のように任意に変化させることができる。さらにカテーテルチップのカラー描出も考えられる。
【００２７】
位置検出システムは、１つには３つの位置パラメーター（ｘ、ｙ、ｚ）並びに２つの方向パラメーター（カテーテルチップの２つの角度、例えばオイラー（Euler）角）並びに任意でカテーテルのねじれ（「横揺れ角」）を含む５ないしは６の自由度を提供する。これによって、位置検出手段１５が組み込まれているカテーテルチップの空間ないしは検査領域における位置および方向を決定し、インターベンション中にオンラインで３Ｄ再構成画像において正確な位置および方向付けで描出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による検査および／または治療装置の原理図である。
【符号の説明】
１  検査および／または治療装置
２  Ｘ線撮影装置
３  Ｃアーム
４  放射線源
５  光線検出器
６  検査領域
７  患者
８  アイソセンター
９  制御・処理装置
１０  ３Ｄ画像データセット
１１  モニター
１２  ３Ｄ再構成画像
１３  心電図
１４  カテーテル
１５  位置検出手段
１６  位置検出システム
１７  位置検出センサー
１８  送信器
１９  座標
【図１】
0004854915.tif 000002