(57)【要約】  本発明は、心室などの患者身体の領域における医療機器（１）のナビゲーションを補助するシステムに関する。このシステムは、領域の３次元モデルを提供するためのユニット（５）と、患者身体の領域の画像信号を取得するための超音波プローブ（２）とを含む。少なくとも１つの超音波センサ（６）が、超音波プローブ（２）によって放射された超音波信号を検知するために医療機器（１）に取り付けられ、追跡ユニット（７）が、検知された超音波信号に基づいて、ライブ画像及び／又は超音波プローブ（２）に対する少なくとも１つの超音波センサ（６）の相対位置を決定する。さらに、マッピング・ユニット（８）は、少なくとも１つの超音波センサ（６）の決定された相対位置をモデル上にマッピングして、患者身体の領域の可視化を生成する。〔選択図〕  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者身体の領域において医療機器をナビゲートするときにユーザを補助するためのシステムであって、
前記患者身体の前記領域の３次元モデルを提供するように構成された３次元モデル提供ユニットと、
前記患者身体の前記領域の画像信号を取得するための超音波プローブ、及び前記画像信号に基づいて前記患者身体の前記領域のライブ画像を提供するように構成された超音波ユニットと、
前記超音波プローブによって放射される超音波信号を検知するために前記医療機器に取り付けられた少なくとも１つの超音波センサと、
前記検知された超音波信号に基づいて、前記ライブ画像及び／又は前記超音波プローブに対する前記少なくとも１つの超音波センサの相対位置を決定するように構成された追跡ユニットと、
前記少なくとも１つの超音波センサの前記決定された相対位置を前記モデルにマッピングし、前記モデルに基づいて、且つ前記マッピングの結果に基づいて、前記患者身体の領域の可視化を生成するように構成されたマッピング・ユニットと、
を含む、システム。
【請求項２】
前記マッピング・ユニットは、前記少なくとも１つの超音波センサの位置がマーク付けされている前記モデルの可視化を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記マッピング・ユニットは、前記ライブ画像を前記モデルにマッピングし、前記マッピングの結果に基づいて、前記モデルを前記可視化内の前記ライブ画像とオーバーレイするように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記マッピング・ユニットは、前記ライブ画像と前記モデルとの画像比較に基づいて、前記ライブ画像を前記モデルにマッピングするように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記マッピング・ユニットは、前記モデルに関連する基準フレームに対する前記超音波プローブの相対位置及び向きに基づいて、前記ライブ画像を前記モデル上にマッピングするように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記３次元モデル提供ユニットは、さらなる超音波センサが基準位置に配置される初期化フェーズの間に、前記超音波プローブを用いて取得された超音波画像を用いて、前記モデルを作成するように構成され、前記基準フレームが、前記さらなる超音波センサによって検知された前記超音波信号に基づいて決定された前記さらなる超音波センサに対する前記超音波プローブの相対位置及び向きに基づいて画定される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記さらなる超音波センサは、前記ライブ画像の取得中に前記基準位置に配置され、前記マッピング・ユニットは、前記超音波プローブに対する前記さらなる超音波センサの前記相対位置及び／又は向きに基づいて、前記基準フレームに対する前記超音波プローブの前記相対位置及び向きを決定するように構成される、請求項５又は６に記載のシステム。
【請求項８】
前記患者身体の領域は、異なる運動フェーズを有する周期的運動を受け、前記モデルは、前記運動フェーズのそれぞれについて変形サブモデルを含む動的モデルであり、前記マッピング・ユニットは、現在の運動フェーズを決定し、前記現在の運動フェーズに対して前記変形サブモデル上に前記少なくとも１つの超音波センサの前記相対位置をマッピングするように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記医療機器は、前記患者身体の前記領域の電気解剖学的マップを生成するために電気的測定を行うように構成され、前記マッピング・ユニットは、前記測定中に前記超音波プローブに対する前記少なくとも１つの超音波センサの前記相対位置に基づいて、前記モデル上に前記電気解剖学的マップをオーバーレイするように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記マッピング・ユニットは、前記少なくとも１つの超音波センサの前記位置に基づいて、仮想眼の視野によって見えるような視野に対応する前記モデルの可視化を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記マッピング・ユニットは、前記マッピングの結果に基づいて、前記ライブ画像を前記視野にマッピングし、前記視野を前記可視化内の前記ライブ画像とオーバーレイするように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記マッピング・ユニットは、前記ライブ画像及び／又は前記超音波プローブの前記位置及び向きの前記モデル上へのマッピングに基づいて、且つ前記超音波プローブに対する前記少なくとも１つの超音波センサの前記相対位置及び向きに基づいて、前記可視化を生成するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記超音波プローブは、超音波信号を異なる向きに放射するように構成され、前記追跡ユニットは、前記超音波センサ内の前記超音波信号の受信レベルに基づいて前記少なくとも１つの超音波センサの位置を決定するように構成され及び／又は前記追跡ユニットは、前記超音波プローブによる前記超音波信号の前記放射と前記超音波センサによる前記超音波信号の検知との間の時間差に基づいて、前記少なくとも１つの超音波センサの位置を決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
患者身体の領域において医療機器をナビゲートするときにユーザを補助する方法であって、
前記患者身体の前記領域の３次元モデルを提供することと、
超音波プローブを用いて取得した画像信号に基づいて、前記患者身体の前記領域のライブ画像を取得することと、
前記超音波プローブに関して前記医療機器に取り付けられた少なくとも１つの超音波センサの相対位置を決定することであって、前記超音波センサは前記超音波プローブによって放射された超音波信号を検知する、相対位置を決定することと、
前記少なくとも１つの超音波センサの前記決定された相対位置を前記モデル上にマッピングすることであって、前記モデルに基づいて、且つ前記マッピングの結果に基づいて、前記患者身体の前記領域の可視化を生成する、マッピングすることと、
を含む、方法。
【請求項１５】
コンピュータ・プログラムが、コンピュータ装置上で実行されるとき、請求項１４に記載の方法を実行するように前記コンピュータ装置に命令するためのプログラム・コードを含むコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患者身体の領域において医療機器をナビゲートするときにユーザを補助するためのシステム及び方法に関する。さらに、本発明は、本方法を実行するためのコンピュータ・プログラムに関する。患者身体の領域は、特に心室であってもよく、医療機器は、特に心臓カテーテル（ｉｎｔｒａｃａｒｄｉａｃ  ｃａｔｈｅｔｅｒ）又は他の心臓内機器であってもよい。
【背景技術】
【０００２】
電気生理学（ＥＰ：ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ）処置及び構造的心疾患（ＳＨＤ：ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｈｅａｒｔ  ｄｉｓｅａｓｅ）処置を含む介入性心臓病処置（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ｃａｒｄｉｏｌｏｇｙ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ）は、
これらの処置で使用される解剖学的構造（ａｎａｔｏｍｙ）及び放射線不透過性装置（ｒａｄｉｏｐａｑｕｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ）のリアルタイムの可視化（ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）を可能にする蛍光透視法（ｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｙ）の使用に依存する。しかし、蛍光透視法の主な欠点は、患者とスタッフの放射線量に対する被曝である。従って、これらの処置の間、蛍光透視法の使用を最小限に抑えるトレンドと要望がある。蛍光透視法のもう一つの欠点は、軟部組織構造（ｓｏｆｔ−ｔｉｓｓｕｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）を可視化できないことである。
【０００３】
心臓内超音波検査（ＩＣＥ）、経食道心エコー（ＴＥＥ）及び経胸壁心エコー（ＴＴＥ）を含む超音波（ＵＳ）画像化もこれらの処置でしばしば使用される。ＵＳ画像化は、有害な散乱放射線を用いずに軟部組織構造及び血流を可視化することができるという利点を有する。カテーテルや針などの器具は、超音波を用いて可視化することができる。しかし、特に２次元超音波を使用する場合、装置が画像化された面から外れる可能性があり、シャドーイング及び反射（ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎｓ）が先端（ｔｉｐ）の識別を複雑にするため、そのような装置の先端を識別することはしばしば困難である。
【０００４】
従って、心臓病処置において医療機器をナビゲートするためのナビゲーション・プラットフォームは、電磁追跡（ＥＭ）、インピーダンス追跡、光学形状検知又は衛星ベース追跡のようなある追跡モダリティに従って医療機器を追跡するための追加のハードウェアを使用することができる。しかしながら、これらの追跡モダリティは、例えば、ＵＳ画像に示されているような、解剖学的構造に対する医療機器の位置の特定に関して不正確さを生じさせる。
【０００５】
同様に、電気解剖学的マッピングのように、追跡された装置が心臓又は他の身体領域の解剖学的構造を再構築するために使用される場合、例えば、生成された解剖学的表現は、装置の追跡における不正確のために不正確であり得る。ＥＭ追跡において、このような不正確さは、特に、外乱を引き起こし得る環境中の金属に起因し得る。インピーダンス追跡のために、患者表面上のパッチが基準として使用されるが、様々な組織（例えば、心臓及び肺）のインピーダンスの不均質性及び処置中の容積負荷の変化は、不正確さを生じ得る。光学形状検知では、患者のテーブルの固定具（ｆｉｘｔｕｒｅ）を基準として使用し、この固定具の位置誤差は光ファイバの長さにわたって伝搬する。ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）を用いた追跡のような衛星ベースの追跡についても、位置決めは解剖学的構造に依存しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題を軽減し、そのＵＳ画像に示されるように、解剖学的構造に関して医療機器のより正確な位置決めを可能にするナビゲーション・プラットフォームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様によれば、本発明は、患者身体の領域において医療機器をナビゲートするときにユーザを補助するシステムを提供する。このシステムは、（ｉ）患者身体の領域における医療機器のナビゲーションのユーザを補助するためのシステムであって、前記患者身体の前記領域の３次元モデルを提供するように構成された３次元モデル提供ユニットと、（ｉｉ）前記患者身体の前記領域の画像信号を取得するための超音波プローブと、前記画像信号に基づいて前記患者身体の前記領域のライブ画像を提供するように構成された超音波ユニットと、（ｉｉｉ）前記超音波プローブによって放射される超音波信号を検知するために前記医療機器に取り付けられた少なくとも１つの超音波センサと、（ｉｖ）前記検知された超音波信号に基づいて、前記ライブ画像及び／又は前記超音波プローブに対する前記少なくとも１つの超音波センサの相対位置を決定するように構成された追跡ユニットと、（ｖ）前記少なくとも１つの超音波センサの前記決定された相対位置を前記モデルにマッピングし、前記モデルに基づいて、前記マッピングの結果に基づいて、前記患者身体の領域の可視化を生成するように構成されたマッピング・ユニットと、を含む。
【０００８】
医療機器の位置は、超音波プローブによって発せられ、超音波センサによって検知される超音波信号に基づいて、超音波プローブに対する少なくとも１つの超音波センサの相対位置を決定することによって追跡されるので、超音波プローブによって画像化される患者身体の領域の解剖学的構造に関連して、医療機器を正確に追跡することが可能である。さらに、超音波センサの位置、ひいては、医療機器の位置は、患者身体の関連領域のモデルに関連して表示することができる。これは、モデル上の位置のマッピングに基づいて行われ、これは特に、モデルが定義される基準フレームへの位置の変換に対応する。
【０００９】
一実施形態では、マッピング・ユニットは、少なくとも１つの超音波センサの位置がマークされるモデルの可視化を生成するように構成される。関連する実施形態において、マッピング・ユニットは、さらに、ライブ画像をモデルにマッピングし、このマッピングの結果に基づいて、モデルを可視化内のライブ画像とオーバーレイするように構成される。これらの実施形態では、モデルによって表されるような解剖学的構造に関して、また、任意に、ライブ画像に関して、医療機器の位置（ｐｏｓｉｔｉｏｎ）及び／又は向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を可視化することが可能である。これらの可視化に基づいて、医療機器は、患者身体の領域内で正確に操作され得る。
【００１０】
さらなる関連する実施形態では、マッピング・ユニットは、ライブ画像とモデルとの画像比較に基づいてライブ画像をモデルにマッピングするように構成される。画像比較は、ライブ画像内の基準特徴（ｆｉｄｕｃｉａｌ  ｆｅａｔｕｒｅｓ）及びモデルの対応する特徴に基づいて、特に実行され得る。画像比較に基づいて、ライブ画像を比較的迅速且つ容易にモデルにマッピングすることができる。
【００１１】
さらなる実施形態において、マッピング・ユニットは、モデルに関連付けられた基準フレームに関する超音波プローブの相対位置及び向きに基づいて、ライブ画像をモデルにマッピングするように構成される。この実施形態の利点は、位置及び向き（ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）情報に基づいてマッピングすることにより、ライブ画像とモデルとの非常に正確なマッチングが可能になることである。
【００１２】
マッピング手順では、マッピングの精度を向上させるために、ライブ画像とモデルとの比較に加えて、位置情報を考慮してもよい。同様に、比較に基づいて、又は位置及び向き情報だけに基づいてマッピングを行うことが可能である。
【００１３】
一実施形態では、３次元（３Ｄ）モデル提供ユニットは、初期化フェーズの間に、超音波プローブを使用して取得された超音波画像を使用してモデルを作成するように構成され、初期化フェーズは、さらなる超音波センサが基準位置に配置され、基準フレームが、さらなる超音波センサによって検知された超音波信号に基づいて決定されたさらなる超音波センサに対する超音波プローブの相対位置及び向きに基づいて画定される。関連する実施形態は、ライブ画像の取得の間に、さらなる超音波センサが基準位置に配置され、マッピング・ユニットが、超音波プローブに対するさらなる超音波センサの相対位置及び／又は向きに基づいて、基準フレームに対する超音波プローブの相対位置及び向きを決定するように構成されることを含む。
【００１４】
これらの実施形態において、さらなる超音波センサは、さらなる医療機器に取り付けられてもよい。この医療機器は、初期化フェーズ中及び処置中に固定位置を保持することができ、ここでは、少なくとも１つの超音波センサの位置が追跡され、その結果、装置上に取り付けられたさらなる超音波センサの位置は、位置基準として上述の方法で使用することができる。これらの実施形態の例示的な実装において、さらなる医療機器は、位置基準を提供するために特に使用されてもよい。別の実装では、さらなる医療機器は、処置中に別の機能を有し得る。このようなさらなる医療機器の例は、電気信号を検知するために、又は刺激のために組織に電気信号を印加するために使用され得る診断用電気生理学（ＥＰ)カテーテル（ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ  ｃａｔｈｅｔｅｒ）である。
【００１５】
同様に、さらなる超音波センサの位置と独立して超音波プローブを追跡することが可能である。この点に関し、一実施形態は、システムが、基準フレームに対する超音波プローブの位置及び向きを決定するための追跡構成をさらに含み、追跡構成は、電磁追跡、インピーダンス追跡、光学形状検知及び衛星ベースの追跡を含む群からの少なくとも１つの追跡技術を使用する。
【００１６】
患者の身体の領域は、異なる運動フェーズを有する周期的運動を受けることがある。この点に関し、一実施形態は、各運動フェーズに対する変形サブモデル（ｄｅｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｕｂ−ｍｏｄｅｌ）を含む動的モデルであるモデルと、現在の運動フェーズを決定し、現在の運動フェーズに対する変形サブモデル上に少なくとも１つの超音波センサの相対位置をマッピングするように構成されるマッピング・ユニットとを含む。これにより、患者身体の領域の周期的運動の異なるフェーズに対する可視化を生成することができる。患者身体の領域の周期的運動は、心臓の動き及び／又は呼吸運動によることがある。現在の運動フェーズは、ライブ超音波画像に基づいて識別されてもよい。同様に、他の技術を適用して、運動フェーズを識別することもできる。
【００１７】
さらなる実施形態において、医療機器は、患者身体の領域の電気解剖学的マップを生成するために電気的測定を実行するように構成され、マッピング・ユニットは、測定中に超音波プローブに対する少なくとも１つの超音波センサの相対位置に基づいて、モデル上に電気解剖学的マップをオーバーレイするように構成される。電気解剖学的マップは、特に、患者の心臓の領域を含むことができる患者身体の領域の活性化マップ（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ  ｍａｐ）及び／又は電圧マップを含むことができる。少なくとも１つの超音波センサを用いて決定された位置情報に基づいて電気解剖学的マップを生成することによって、患者身体の関連領域の正確なマップを決定することができる。
【００１８】
さらなる実施形態では、マッピング・ユニットは、少なくとも１つの超音波センサの位置に基づいて、仮想眼（ｖｉｒｔｕａｌ  ｅｙｅ）によって見える視野に対応するモデルの可視化を生成するように構成される。仮想眼は、特に、少なくとも１つの超音波センサの位置に配置されてもよい。このような方法で、患者身体の関連領域の解剖学的構造は、特に医療機器の先端に取り付けることができる超音波センサの視点から見ることができる。これらの実施形態のさらなる実装において、仮想眼は、３次元モデルにおいて提示されるある解剖学的ランドマークの位置に配置されてもよい。
【００１９】
仮想眼によって見られる視野は、特に、仮想眼の視野に含まれるモデルの一部を含む。仮想眼の視野は、特に、この場合、医療機器の遠位端部の長手方向に沿って向けられ、医療機器の前方の領域をカバーして（ｃｏｖｅｒ）もよい。
【００２０】
関連する実施形態では、マッピング・ユニットは、マッピングの結果に基づいて、ライブ画像を視野にマッピングし、可視化内のライブ画像に視野をオーバーレイするように構成される。さらなる関連する実施形態では、マッピング・ユニットは、ライブ画像及び／又は超音波プローブの位置及び向きのモデルへマッピングに基づいて、ならびに超音波プローブに対する少なくとも１つの超音波センサの相対位置及び向きに基づいて、可視化を生成するように構成される。
【００２１】
超音波プローブに対する少なくとも１つの超音波センサの相対位置の決定に関して、
１つの実施形態は、超音波プローブが、超音波信号を異なる向きに放射するように構成され、追跡ユニットが、超音波センサにおける超音波信号の受信レベルに基づいて、少なくとも１つの超音波センサの位置を決定するように構成されることを含む。さらなる実施形態では、追跡ユニットは、超音波プローブによる超音波信号の放射と超音波センサによる超音波信号の検知との間の時間差に基づいて、少なくとも１つの超音波センサの位置を決定するように構成される。
【００２２】
さらなる態様によれば、本発明は、患者身体の領域において医療機器をナビゲートするときにユーザを補助する方法を提供する。この方法は、（ｉ）前記患者身体の前記領域の３次元モデルを提供することと、（ｉｉ）超音波プローブを用いて取得した画像信号に基づいて、前記患者身体の前記領域のライブ画像を取得することと、（ｉｉｉ）前記超音波プローブに関して前記医療機器に取り付けられた少なくとも１つの超音波センサの相対位置を決定することであって、前記超音波センサは前記超音波プローブによって放射された超音波信号を検知する、相対位置を決定することと、（ｉｖ）前記少なくとも１つの超音波センサの前記決定された相対位置を前記モデル上にマッピングすることであって、前記モデルに基づいて、且つ前記マッピングの結果に基づいて、前記患者身体の前記領域の可視化を生成する、マッピングすることと、を含む。
【００２３】
さらなる態様によれば、本発明は、コンピュータ・プログラムがコンピュータ装置上で実行されるとき、コンピュータ装置にこの方法を実行するように指示するプログラム・コードを含むコンピュータ・プログラムを提供する。
【００２４】
請求項１記載のシステム及び請求項１４記載の方法及び請求項１５記載のコンピュータ・プログラムは、特に従属請求項において定義されるような、類似及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解すべきである。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項又は上述の実施形態とそれぞれの独立請求項の任意の組み合わせであってもよいことを理解すべきである。
【００２６】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して解明される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
以下の図面において：
【図１】患者身体の領域において医療機器をナビゲートするためのシステムの構成要素を概略的且つ例示的に示す。
【図２】心臓の左心房の３次元モデルを概略的且つ例示的に示す。
【図３ａ】モデル上にマッピングされたシステムのＵＳプローブの視野に対応する２次元スライスを概略的且つ例示的に示す。
【図３ｂ】モデル上にマッピングされたシステムのＵＳプローブの視野に対応する３次元円錐を概略的且つ例示的に示す。
【図４】ＵＳライブ画像と医療機器の位置とをモデル上にオーバーレイした可視化を概略的且つ例示的に示す。
【図５】モデル上で医療機器に取り付けられたＵＳセンサの現在位置と先行する位置のオーバーレイを概略的且つ例示的に示す。
【図６】モデルを用いて医療機器の位置を示す可視化を生成する手順のステップを図式的及び例示的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、特に心室に対応することができる患者身体の領域において医療機器１をナビゲートするためのシステムの構成要素を概略的且つ例示的に示す。このシステムは、患者身体の関連領域、及び医療機器を用いて介入処置を行う医師に対して、患者身体の領域で使用される１つ以上の医療機器１の位置及び／又は向きを、可視化することを可能にする。生成された可視化に基づき、医師は介入処置中に医療機器１を操作することができる。
【００２９】
医療機器１は、例えば、カテーテル、具体的には、アブレーション・カテーテル、針又はガイドワイヤであってもよい。このシステムは、弁置換／修復（ｖａｌｖｅ  ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ／ｒｅｐａｉｒ）（例えば、経カテーテル大動脈弁置換（ＴＡＶＲ：Ｔｒａｎｓｃａｔｈｅｔｅｒ  Ａｏｒｔｉｃ  Ｖａｌｖｅ  Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ）、僧帽弁クリップ（ｍｉｔｒａｃｌｉｐ）、肺動脈弁（ｐｕｌｍｏｎｉｃ  ｖａｌｖｅ）、三尖弁（ｔｒｉｃｕｓｐｉｄ  ｖａｌｖｅ）など）及び閉塞（例えば、ＡＳＤ／ＰＦＯ閉鎖、ＶＳＤ閉鎖、左心耳閉鎖（ｌｅｆｔ  ａｔｒｉａｌ  ａｐｐｅｎｄａｇｅ  ｃｌｏｓｕｒｅ）など）を含む構造的心疾患処置を実施するために特に使用され得る。さらに、このシステムは、心房細動（ＡＦ）を含む不整脈の治療のためのカテーテル・アブレーション処置を含む、アブレーションを伴う電気生理学（ＥＰ）研究で使用することができる。
【００３０】
このシステムは、ある視野に関してＵＳ画像を生成するために、ＵＳ信号を放射し、ＵＳ信号のエコーを検出するためのＵＳトランスデューサを含む小型化されたＵＳプローブ２を含む。介入処置の間、ＵＳプローブ２は、本質的にリアルタイムで関連する身体領域のライブＵＳ画像を取得するために、患者身体内に挿入される。ＵＳプローブ２を患者身体内に挿入するために、カテーテル又は同様の細長い装置に取り付けることができる。
【００３１】
ＵＳプローブ２は、３次元又は２次元のＵＳ画像を取得するように構成される。ＵＳ画像を生成するために、ＵＳプローブ２によって検知されたＵＳ信号は、患者身体の外部に配置され、ＵＳプローブ２に接続され、当業者に公知の方法でＵＳ信号に基づいてＵＳ画像を生成するように構成された、ＵＳユニット３で処理される。
【００３２】
患者身体の関連領域が心室を含む場合、ＵＳプローブ２は好ましくは心臓に挿入され、ＩＣＥ技術に従って関連する心室を画像化する。しかしながら、ＵＳプローブ２は、同様に、ＴＥＥにおけるような食道からの心エコー画像化、又はＴＴＥにおけるような患者身体の外部の位置からの心エコー画像化など、当業者に公知の他の心エコー技術に従って構成及び利用されてもよい。
【００３３】
さらに、このシステムは、ＵＳプローブ２に対する医療機器１の位置及び／又は向きを決定するための追跡構成を含む。この追跡構成は、以下でさらに詳細に説明する。ＵＳプローブ２に対する医療機器１の相対位置及び／又は向きに基づいて、システムは、患者身体の関連領域における医療機器１の位置及び／又は向きの可視化を生成する。
【００３４】
本システムでは、患者身体の関連領域及びその中に位置する医療機器１の位置及び／又は向きの可視化は、患者身体の関連領域の３次元モデルに基づく。より具体的には、システムは、ライブＵＳ画像及び医療機器の位置及び／又は向きの表示がモデルの上にオーバーレイされる可視化を生成し得る。加えて又は代替として、システムは、医療機器１の先端における仮想眼の視野に含まれるモデルの一部を含む可視化を生成してもよい。モデルのこの部分は、可視化においてライブＵＳ画像によってさらにオーバーレイされてもよい。
【００３５】
関心のある容積、及び医療機器１の位置及び／又は向きの可視化を表示するために、システムはさらに表示ユニット４を備える。表示ユニット４は、モニタ画面を備えてもよい。同様に、ディスプレイ・ユニット４は、別の方法で構成することができ、例えば、仮想現実グラス（メガネ）を含むことができる。
【００３６】
患者の関連領域の３次元モデルは、好ましくは、実際の介入処置の前に作成され、その間に、ライブＵＳ画像が取得され、実際の介入処置中に使用するために３次元モデル提供ユニット５に保存される。一例として、心臓の左心房の対応するモデル２１を図２に概略的に示す。
【００３７】
一実施形態では、モデルは、実際の介入処置に先立つ初期化フェーズの間にＵＳプローブ２を使用して取得された一連のＵＳ画像に基づいて作成される。この初期化フェーズの間、ＵＳプローブ２は、一連のＵＳ画像において患者身体の関連領域を本質的に完全に画像化するように移動してもよい。次に、３Ｄモデル提供ユニット５は、特にＵＳ画像をステッチすることによって、ＵＳ画像を組み合わせることによってモデルを作成することができる。この目的のために、当業者に公知の任意のステッチ技術（ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を適用することができる。
【００３８】
例えば、心房細動（ＡＦ）のアブレーションにおける場合のように、患者身体の関連領域が心臓の左心房を含む場合、それは右心房から心房中隔を介して画像化され得る。この目的のために、ＵＳプローブ２は、右心房内の適切な位置に配置され、左心房が本質的に完全に画像化されるように、異なる視野角の下で左心房の一連のＵＳ画像を取得するように操作される。これらの画像に基づいて、取得されたＵＳ画像をステッチすることによって、左心房のモデルを３Ｄモデル提供ユニット５内に作成することができる。代替として、ＵＳプローブ２は、異なる視野角の下で左心房の一連の画像を取得するために、左心房内に配置されてもよい。この目的のために、経中隔穿刺は、ＵＳプローブ２と心房中隔を横切るために行うことができる。この手順では、安全な経中隔交差を可能にする十分に小さいＵＳプローブ２を使用することができる。完全な左心房の画像を得るために、ＵＳプローブ２は、並進、偏位（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓ）及び回転の適切な組み合わせで移動させることができる。
【００３９】
モデルを作成するために使用される一連の画像の取得の間に、この基準フレームにおけるモデルの位置及び向きを決定するために、任意に、ＵＳプローブ２の位置及び向きをある基準フレームに関して追跡することができる。以下にさらに説明するように、位置及び向きは、ライブＵＳ画像をモデルにマッピングするプロセスにおいて使用されてもよい。ＵＳプローブ２の位置及び向きを追跡するために、当業者に公知の任意の適切な追跡技術を使用してもよい。このような追跡技術の例には、蛍光透視法、又はＥＭ追跡、インピーダンス追跡、光学形状検知及び衛星ベース追跡のような適切な画像化モダリティを用いて取得された患者身体の関連領域の画像に基づく追跡が含まれる。
【００４０】
さらなるアプローチによれば、本明細書において以下で基準装置とも呼ばれるさらなる医療機器が、初期化フェーズ中及び実際の介入処置の間に固定された基準位置に位置決めされるとき、ＵＳプローブ２の位置及び向きは、以下でさらに説明する方法でさらなる医療機器の位置及び向きに対して追跡されてもよい。この場合、基準装置は、ＵＳプローブ２の追跡のための基準フレームを定義する。
【００４１】
さらなる実装において、特定の患者の関連する身体領域のモデルは、同じ身体領域に対する複数の予め生成されたモデルから選択されてもよく、これは、他の患者のために収集され、対応するライブラリに記憶されたデータに基づいて生成されてもよい。同様に、これらのモデルは、ＵＳ画像データに基づいて作成されてもよい。あるいは、これらのモデルは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ画像化）又は磁気共鳴（ＭＲ）画像化など、別の画像化モダリティの画像データに基づいて作成されてもよい。予め生成されたモデルから、患者の解剖学的構造に最もよく適合する１つのモデルが選択されてもよい。
【００４２】
最良のマッチングモデルの選択は、初期化フェーズの間に取得されたＵＳ画像に基づいて再度、実行されてもよい。特に、適切な類似尺度に従って、ＵＳ画像と最大の類似性を有するモデルを選択してもよい。ＵＳ画像とモデルとの間の類似性は、当業者に公知の適切な手順を用いて計算され得るＵＳ画像のセグメント化バージョンに基づいて決定することができる。類似尺度は、セグメント化されたＵＳ画像とモデルとの間の最良の重複についての、セグメント化されたＵＳ画像とモデルとの間の重複点の数に基づいて計算されてもよい。ＵＳ画像の取得時に決定されたＵＳプローブ２の位置及び向きに基づいて、基準フレーム内の選択されたモデルの位置及び向きは、再度、上述のように決定されてもよい。
【００４３】
さらなる代替案では、３次元モデルは、ＵＳプローブ２を用いて取得されないが、別の画像化モダリティを用いて取得される関連する身体領域の画像に基づいて作成されてもよい。例えば、ＵＳプローブ２がＩＣＥプローブである場合、画像は、ＴＥＥ又はＴＴＥのような別のＵＳ画像化モダリティを使用して取得されてもよい。同様に、例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像化、磁気共鳴画像（ＭＲ）画像化、又は３Ｄ回転血管造影（３ＤＡＴＧ）などの、モデルを作成するための１つ以上の画像を取得するために、別の画像化モダリティが使用されてもよい。また、これらの実装において、例えば、利用されたＵＳプローブを追跡することにより、又はＣＴ又はＭＲ画像の既知の画像フレームに基づいて、基準フレーム内のモデルの位置及び向きを決定することができる。
【００４４】
さらに、関連する身体領域が、特に、関連する身体領域が心室を含む場合、介入処置の間に周期的に移動するとき、関連する身体領域の３次元モデルは、その周期的運動の１つの特別なフェーズにおいて身体領域を表すことができる。この実装では、可視化は、関連する運動フェーズに対してのみ生成されてもよい。これは、特に、関連する運動フェーズの間に取得されたライブＵＳ画像及び位置及び／又は向き情報のみが、システムにおいて使用されることを意味する。これらのデータは、周期的運動の各サイクルにおける関連する運動フェーズの開始及び終了を示すゲート信号に基づいて選択されてもよい。
【００４５】
関連する身体領域が心室を含む場合、関連する運動フェーズは、心臓収縮期（ｓｙｓｔｏｌｅ）又は心臓拡張期（ｄｉａｓｔｏｌｅ）に対応し得る。ゲート信号は、例えば、心電図（ＥＣＧ）信号から導出することができる。代替として、心臓の周期的運動と同期して変化する任意の他の信号を使用することができる。従って、ゲート信号は、ＵＳプローブ２及び／又は追跡される医療機器１の位置及び／又は向き情報から導出することができる。同様に、ゲート信号は、ＵＳプローブ２によって取得されたライブＵＳ画像から導出することができる。この実施形態では、平均画素値（２次元画像の場合）又は平均ボクセル値（３次元画像の場合）又はすべての画素又はボクセル値の分散など、心臓の周期運動と同期して変化するライブＵＳ画像の統計的特性を評価することができ、ゲート信号は、この特性の変動から導出することができる。
【００４６】
さらに、ゲート機構は、呼吸運動のような心臓の他の運動に対して適用することができる。この場合、心臓のモデルは、心臓の呼吸運動の特定のフェーズのために作成することができ、このフェーズの間に取得されたライブＵＳ画像及び位置及び／又は向き情報のみが、可視化を生成するシステムに使用される。呼吸運動の関連するフェーズの発生を決定するために、システムは、例えば、循環空気流（ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ  ａｉｒ  ｆｌｏｗ）を決定するためのセンサ及び／又は呼吸中の患者の胸壁又は腹壁の動きを決定するためのセンサのような、呼吸運動を決定するためのセンサをさらに含んでもよい。このセンサの信号に基づいて、ライブＵＳ画像を含むデータ及び位置及び／又は向きデータは、可視化を作成するためにロック解除（呼吸運動の関連フェーズに対して）又はロック（呼吸運動の他のフェーズの間に）される。
【００４７】
静的モデル及び前述のゲーティングの代替として、動的モデルが使用されてもよい。このモデルは、関連する身体領域の周期的運動の各関連フェーズに対する変形サブモデルを含むことができ、各変形サブモデルでは、関連する身体領域の変化形態をモデル化する。これらのサブモデルは、運動フェーズの間の時間と共にモデルの画像部分の変位を記述するベクトル場に基づいて定義されてもよい。各運動フェーズにおいて、システムは、この運動フェーズの間に取得された追跡医療機器１のためのライブＵＳ画像及び位置及び／又は向き情報に基づいて、可視化を生成するための関連するサブモデルを使用する。心臓の動きの異なるフェーズ及び／又は関連する身体領域の呼吸運動のために、対応するサブモデルを作成することができる。
【００４８】
この代替案における関連する運動フェーズを識別するために、適切なトリガ信号が使用され、これは、上述のゲート信号と同様の方法で導出することができる。患者身体の関連領域が心室を含む場合、トリガ信号は、特に、ＥＣＧ信号から、又は心臓の動きと同期して変化する別の信号から再度、導出されてもよい。任意に、動的モデルは、心臓の呼吸運動の異なるフェーズに対して生成されてもよく、対応するフェーズは、呼吸運動を決定するためのセンサを用いて同定されてもよい。
【００４９】
上述の方法では、様々な関心領域のモデルを作成することができる。このような領域の１つは、上述したように左心房であってもよい。同様の方法で、モデルは、特に、右心房、左心室及び右心室などの他の心室、又は大動脈、肺動脈、肺静脈、下大静脈、上大静脈、冠動脈、冠静脈などの血管、又は大動脈弁、僧帽弁、三尖弁、肺弁、又は食道などの弁の解剖学的構造のために作成することができる。
【００５０】
ＵＳプローブ２に対する医療機器１の位置及び／又は向きを決定するための追跡構成は、医療機器１、特にその先端に取り付けられた少なくとも１つのＵＳセンサ６を含む。ＵＳセンサ６は、ＵＳセンサ６に入射するＵＳ信号を検知するように構成される。この目的のために、ＵＳセンサ６は、ＵＳ感受性材料のフォイルを含んでもよい。同様に、ＵＳセンサ６は、例えば、チタン酸鉛ジルコニウム酸塩（ＰＺＴ：ｌｅａｄ  ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ  ｔｉｔａｎａｔｅ）トランスデューサ、単結晶トランスデューサ（ＳＸＬ）、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）、又は圧電微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）などのＵＳトランスデューサを含み、ここではＵＳ信号を検知する能力のみが使用される。本システムにおける動作中、ＵＳセンサ６は、ＵＳプローブ２によって発せられたＵＳ信号を検知する。
【００５１】
ＵＳセンサ６は、検知されたＵＳ信号に基づいてＵＳプローブ２に対するＵＳセンサ６の相対位置を決定し、従って、ＵＳプローブ２に対する医療機器１の先端の相対位置を決定する追跡ユニット７に接続される。医療機器１の向きを決定するために、少なくとも１つのさらなるＵＳセンサ６が医療機器１に取り付けられ、追跡ユニット７はまた、さらなるＵＳセンサ６によって検知されたＵＳ信号に基づいて、ＵＳプローブ２に対するさらなるＵＳセンサ６の相対位置を決定する。次に、ＵＳセンサ６の相対位置に基づいて、追跡ユニットは、医療機器１の向きを決定する。
【００５２】
１つのＵＳセンサ６の位置を確認するために、追跡ユニット７は、ＵＳセンサ６によって検知されたＵＳ信号を評価し、一方、ＵＳプローブ２は、異なる方位角（ａｚｉｍｕｔｈ  ａｎｇｌｅｓ）の下に、また、３Ｄ  ＵＳプローブ２の場合、異なる仰角（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ  ａｎｇｌｅｓ）の下に、ＵＳビームパルスを放射することによって、関心のある体積を画像化する。ＵＳプローブに対するＵＳセンサ６の角度位置（ａｎｇｕｌａｒ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）を決定するために、追跡ユニット７は、ＵＳセンサ６によって検知された放射されたＵＳビームに対する応答を比較し、方位角、及び３Ｄ  ＵＳプローブ２の場合、最大応答を生じるビームが放射された仰角も決定する。決定された角度は、ＵＳプローブ２に対するＵＳセンサ６の相対的な角度位置を規定する。ＵＳセンサ６とＵＳプローブ２との間の距離は、最大応答を生成するビームの伝送時間とＵＳセンサ６によるビームの検知時間との間の時間遅延、すなわちビームの飛行時間に基づいて決定される。
【００５３】
この追跡技術の例示的な実装は、ＷＯ２０１１／１３８６９８Ａ１及びその公報「２次元超音波ガイド針追跡のための新しいセンサ技術（Ａ  Ｎｅｗ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ２Ｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ−Ｇｕｉｄｅｄ  Ｎｅｅｄｌｅ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）」、ファンシャン・リュ（Ｈｕａｎｘｉａｎｇ  Ｌｕ）他、ＭＩＣＣＡＩ  ２０１４、Ｐａｒｔ  ＩＩ、ＬＮＣＳ  ８６７４、ｐｐ．  ３８９−３９６、２０１４にも記載されている。本システムでは、追跡技術は、同様の方法で実施することができる。
【００５４】
上述のように、一実施形態では、システムは、生きたＵＳ画像及び医療機器１の位置及び／又は向きの指示が、患者身体の関連領域のモデル上にオーバーレイされる可視化を生成する。これらの可視化は、介入処置中に医師が医療機器１を操作するのを補助するために、介入処置中にディスプレイ・ユニット４に表示される。
【００５５】
これらの可視化を生成するために、システムのマッピング・ユニット８は、画像形成プローブ２を用いて取得されたライブＵＳ画像を、３Ｄモデル提供ユニット５によって提供される患者身体の関連領域のモデルにマッピングする。従って、マッピング・ユニット８は、ライブ画像に含まれるモデルの部分を決定する。図３ａにおいて、このマッピングは、図２に示される左心房のモデル２１上にマッピングされる２次元画像を取得するためのＵＳプローブ２の視野に対応する２次元スライス３１について概略的且つ例示的に示される。図３ｂは、図２に示す左心房のモデル２１上にマッピングされた３次元画像を取得するためのＵＳプローブ２の視野に対応する３次元円錐３２のマッピングを概略的且つ例示的に示す。
【００５６】
一実装では、ライブＵＳ画像とモデルとの比較に基づいて、ライブＵＳ画像のモデルへのマッピングが実行される。特に、ライブＵＳ画像とモデルとの間の画像レジストレーションが実行され、これは、ＵＳ画像をモデルの一部と一致するように変換するための剛性変換の決定を含む。剛性変換（ｒｉｇｉｄ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）は、回転（ｒｏｔａｔｉｏｎ）及び／又は並進（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）
を含む。
【００５７】
位置合わせ（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）手順の一実施形態では、マッピング・ユニット８は、ライブＵＳ画像内の基準画像点を識別し、これらの画像点をモデルの対応する点にマッピングして、変換を決定することができる。基準点のマッピングは、例えば、スケール不変特徴変換（ＳＩＦＴ）のような公知のコンピュータ視覚技術を用いて行うことができる。あるいは、変換されたライブＵＳ画像がモデルと最大の類似性を有するように、剛性変換を決定する位置合わせ方法を適用してもよい。このような位置合わせ手順は、ライブＵＳ画像のセグメント化バージョンに基づいて実行することができ、それは当業者に公知の適切なセグメンテーション手順を用いて決定することができる。（変換された）  ＵＳ画像とモデルとの間の類似性は、例えば、上述のように、適切な類似尺度に基づいて再度、決定されてもよい。
【００５８】
モデルが動的モデルである場合、モデルへのライブＵＳ画像のマッピングは、先行する運動フェーズのライブ画像における画像部分の位置に対する１つの運動フェーズにかかるライブ画像における画像部分の変位を記述する推定された動きベクトルと、動的モデルの画像部分の変位を記述する動きベクトルとをマッチングすることによっても行うことができる。
【００５９】
モデルへのライブＵＳ画像のマッピングは、上述の画像位置合わせ手順のみに基づいて実行されてもよい。この場合、決定された変換は、モデルに関する、すなわち、モデルが定義された基準フレームにおけるＵＳプローブ２の相対位置を決定するために評価されてもよい。
【００６０】
加えて、又は代替として、モデルへのライブＵＳ画像のマッピングは、上述のように、モデルの位置及び向きが基準フレームに関して決定された場合に、ＵＳプローブ２の位置及び向きに関する情報に基づいて実行してもよい。この位置及び向き情報を用いて、マッピング・ユニット８は、ライブＵＳ画像をモデルが定義される基準フレームに変換するための剛性変換を決定し、この変換を適用することによってライブＵＳ画像をモデルにマッピングすることができる。変換は、ＵＳプローブ２の位置及び向きに関する情報のみに基づいて決定されてもよく、又はこの情報、さらに、上述のように、ライブＵＳ画像とモデルとの間の画像位置合わせに基づいて決定されてもよい。
【００６１】
この実施形態においてマッピングを実行するために、基準フレーム内のライブ画像の取得時におけるＵＳプローブ２の位置及び向きを決定する。これに基づき、マッピング・ユニット８は、モデルに関するＵＳプローブ２の視野の相対位置及び向きをさらに決定し、この情報を用いて、ライブＵＳ画像内のＵＳプローブ２によってモデルのどの部分が画像化されるかを決定する。
【００６２】
基準フレームに関するＵＳプローブ２の位置及び向きの決定は、モデルの作成の記述に関連して上述した任意の追跡技術を用いて行うことができる。従って、それは、蛍光透視法のような適切な画像化モダリティを使用して取得された関連身体領域の画像に基づいて、又はＥＭ追跡、インピーダンス追跡、光学形状検知又は衛星ベースの追跡に基づいて決定されてもよい。
【００６３】
さらに、上述のように、ＵＳプローブ２の位置及び向きは、モデルが作成される初期化フェーズの間及び実際の介入処置の間、基準装置が同じ固定位置に保持されるとき、基準装置に関して同様に追跡されてもよい。この実装では、基準装置の位置と向きは、モデルの基準フレームを定義する。
【００６４】
初期化フェーズ（モデルを作成するための）中及び介入処置（モデルの基礎の可視化を生成するための）中に基準デバイスに対するＵＳプローブ２の相対位置及び向きを決定するために、基準デバイスは、ＵＳセンサを備えることができ、また、ＵＳセンサによって検知されたＵＳ信号に基づいて、ＵＳプローブ２及び基準デバイスの相対位置及び向きは、医療機器１に関連して上述したように決定される。この情報に基づいて、モデルに対するＵＳプローブ２の位置及び向きが決定される。
【００６５】
基準装置は、特に、ＵＳプローブ２の追跡のための基準位置及び向きを確立するために提供されてもよい。あるいは、基準デバイスは、介入処置中に別の機能を有するが、処置中に実質的に移動しない医療機器であってもよく、例えば、センサ電気信号のための又は刺激のための電気信号を組織に印加するための診断用ＥＰカテーテルである。
【００６６】
ライブＵＳ画像をモデルにマッピングすると、マッピング・ユニット８は、マッピングの結果に従ってライブＵＳ画像をモデル上にオーバーレイする可視化を作成することができる。さらに、マッピング・ユニット８は、可視化において医療機器１に取り付けられたＵＳセンサ６の位置、すなわち、可視化に含まれるライブＵＳ画像及びモデル中の位置にマーク付けする。マーク付けは、対応する点又は他のシンボルを可視化に配置することによって行うことができる。次いで、可視化は、システムの表示ユニット４に表示される。対応する可視化は、３次元ＵＳ画像４１について、図４に概略的且つ例示的に示される。図４に示す例では、医療機器１をＵＳ画像中に示し、医療機器１の先端に取り付けられたＵＳセンサ６の位置を点４２でマーク付けする。
【００６７】
可視化におけるＵＳセンサ６の位置にマークを付けるために、マッピング・ユニット８は、ライブＵＳ画像及び／又はモデルに関して医療機器１に取り付けられたＵＳセンサ６の相対位置を決定する。
【００６８】
これは、追跡ユニット７において決定されるＵＳプローブ２に対するＵＳセンサ６の相対位置に基づいて、また、モデルに関してＵＳプローブ２を用いて取得されるＵＳプローブ２の相対位置又はライブＵＳ画像に基づいて行われてもよい。これらのデータは、マッピング・ユニット８がそれに応じて可視化内にマークを配置できるように、モデルに対するＵＳセンサ６の相対位置を決定することを可能にする。
【００６９】
同様に、マッピング・ユニット８は、モデル内のＵＳセンサ６の位置を直接決定することができる。このことは、医療機器１の位置及び向きが上述のようにモデルの基準フレームを定義する場合に特に可能である。
【００７０】
一実施形態では、マッピング・ユニット８は、各可視化が、医療機器１に取り付けられたＵＳセンサの現在の位置、すなわち、可視化に含まれるライブＵＳ画像の取得時の位置を、示すように可視化を生成する。従って、ディスプレイ・ユニットで可視化を見る医師は、介入処置の間、医療機器１の現在の位置及び／又は向きを容易に決定することができる。
【００７１】
さらなる実装において、マッピング・ユニット８は、医療機器１に取り付けられた１つ以上のＵＳセンサ６の以前の位置が、現在の位置に加えてマークが付けられるような方法で、可視化を生成してもよい。例として、対応する可視化が図５に示されている。この可視化において、医療機器１に取り付けられたＵＳセンサ６の現在の位置は、左心房のモデル２１のマーク５１によって示され、ＵＳセンサの以前の位置は、マーク５２ａ〜ｃによって示される。
【００７２】
特に、可視化は、機器の先端に取り付けられたＵＳセンサ６の以前の位置が可視化において追加的にマークされるように、生成されてもよい。これは、医療機器１がアブレーション・カテーテルである場合に特に有用である。この場合、以前の位置は、以前のアブレーション点に対応してもよい。これらの点は、アブレーション・プロシージャの間に手動又は自動的に識別され、それらの識別に応答してマッピング・ユニット８に記憶され、その結果、それらは、後に生成された可視化においてマーク付けされ得る。加えて、アブレーション点でアブレーションに使用された電力及び持続時間などのアブレーション・パラメータ、又は病変パラメータ（ｌｅｓｉｏｎ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）もマッピング・ユニット８に記憶され、可視化内のアブレーション点を識別するマークに関連して表示されてもよい。
【００７３】
加えて、又は、ＵＳセンサ６の以前の位置の代替として、システムは、計画された軌道に従って可視化を見る医師を支援するために、提示された可視化において医療機器１の計画された（将来の）軌道の位置をマーク付けしてもよい。
【００７４】
さらなる実施形態では、マッピング・ユニット８は、表示ユニット４で表示するための可視化を生成し、これは、医療機器１の先端に取り付けられたＵＳセンサ６の位置における仮想眼の視覚に含まれるモデルの一部を含む。仮想眼の視野は、特に、医療機器１の遠位端部の長手方向に沿って向けられ、医療機器１の前方の領域をカバーしてもよい。可視化は、３次元モデルから、また任意にライブＵＳ画像からも生成することができる。
【００７５】
この実施形態では、マッピング・ユニット８は、モデル上に医療機器１の位置及び向きをマッピングする。このマッピングは、医療機器１に取り付けられた複数のＵＳセンサ６のモデル上へのマッピングに基づいて実行される。後者のマッピングは、直接的に、又はモデル上へのＵＳプローブ２の位置及び向きのマッピングに基づいて、及び上述したように、ＵＳプローブ２に対するＵＳセンサ６の相対位置に基づいて行われる。次に、マッピング・ユニット８は、医療機器１の位置及び方位のモデルへのマッピングに基づいて、仮想眼の視野に含まれるモデルの部分を決定し、仮想眼によって見える視野に対応する視野内にこれらの部分を含むように可視化を生成する。
【００７６】
加えて、マッピング・ユニット８は、ＵＳ画像の変換に基づいて、ＵＳプローブ２によって取得されたライブＵＳ画像をモデルの決定された視野にマッピングしてもよい。この目的のために、マッピング・ユニット８は、ＵＳプローブ２に対する医療機器１の相対位置及び向きに基づいて、ライブＵＳ画像に対応する画像空間を仮想眼の視野に対応する新しい画像空間に変換するための剛性変換を決定することができる。次に、この変換をライブＵＳ画像に適用する。その結果、マッピング・ユニット８は、変換されたライブＵＳ画像をモデル上にオーバーレイされる可視化を生成する。
【００７７】
このようにして、医療機器１の先端から見た患者身体の関連領域の解剖学的構造を可視化することができる。このような可視化は、介入処置の間、医師が医療機器１を操作する際、さらに補助となり得る。この点に関して、上述の実施形態はまた、モデル上のライブＵＳ画像のオーバーレイにおいてＵＳセンサの位置が６にマークされる可視化と、仮想眼によって見える視野に対応する可視化とを切り替えることができるように組み合わせることができる。
【００７８】
上述のシステム、特に、ＵＳユニット３、３Ｄモデル提供ユニット５、追跡ユニット７及びマッピング・ユニット８は、１つ以上のコンピュータ装置上で実行されるソフトウェアモジュールとして実装されてもよい。この目的のために、対応するコンピュータ・プログラムが提供され、コンピュータ装置にインストールされ、このコンピュータ・プログラムは、ユニットの機能を実行するための命令を含む。さらに、コンピュータ装置は、ＵＳプローブ２の動作を制御し、ＵＳプローブ２及びＵＳセンサ６によって取得されたＵＳ信号を受信するために、特にＵＳプローブ２及びＵＳセンサ６に接続される。さらに、コンピュータ装置は、ディスプレイ・ユニット４に接続され、ディスプレイ・ユニット４を制御して、生成された可視化を上述のように表示する。
【００７９】
上述のシステムの実施形態では、医療機器１に取り付けられたＵＳセンサ６の位置が可視化においてマーク付けされている場合、又は可視化が医療機器１の先端に取り付けられたＵＳセンサ６の位置において仮想眼によって見られるような視野に対応する場合、患者身体の関連領域に含まれる１つの医療機器１の位置及び／又は向きに基づいて、患者身体の領域のモデル及びライブＵＳ画像の可視化を生成することが可能である。
【００８０】
図６に、関連する手順のいくつかのステップをまとめる。図示のステップ６１では、上述したように、初期化フェーズにおいて、患者身体の関連領域の３次元モデルが生成される。その結果、実際の介入処置の間に、ＵＳプローブ２によってライブＵＳ画像が取得される（ステップ６２）。さらに、医療機器１及びＵＳプローブ２に取り付けられたＵＳセンサ６の相対位置は、上述のように決定される（ステップ６３）。これらの位置は、マッピング・ユニット８によってモデル２１にマッピングされる（ステップ６４）。さらに、マッピング・ユニット８は、上述したように、モデル２１においてＵＳセンサの位置がマークされる可視化を生成する（ステップ６５）。加えて、マッピング・ユニットは、ＵＳプローブによって取得されたライブＵＳ画像をモデル２１上にマッピングし（ステップ６６）、生成された可視化において適宜、ライブＵＳ画像をモデル２１上にオーバーレイすることができる。
【００８１】
同様の方法で、患者身体の関連領域で使用される複数の医療機器１に関して対応する可視化を生成することも可能である。
【００８２】
関連する実施形態では、これらの医療機器１に取り付けられたＵＳセンサ６の位置は、
すべて可視化においてマーク付けされてもよく及び／又はマッピング・ユニット８は、異なる医療機器１の先端の位置における仮想眼によって見えるような視野に対応する可視化を生成してもよい。後者の場合、これらの可視化の間で切り替えることもできる。また、マッピング・ユニット８は、１つの医療機器１に関連する可視化において、関連する医療機器１の先端で仮想眼の視野に含まれる場合には、他の医療機器１に取り付けられたＵＳセンサ６の位置をマークを付けることができる。対応するマークは、仮想眼の視野上のＵＳセンサ６の位置のマッピングに基づいて配置されてもよい。
【００８３】
さらに、システムの一実施形態は、医療機器１が、心室などの患者身体の関連領域の電気解剖学的マップを生成するために使用されるＥＰカテーテルであることを含む。このマップは、モデルに基づいてシステムにおいて生成された前述の可視化にオーバーレイされてもよく、局所活性化時間を示す活性化マップ及び／又は局所電位図振幅を示す電圧マップを含んでもよい。ＥＰカテーテルは、電気信号を検知し、任意で刺激信号を送出するための複数の電極を含んでもよく、検知された電気信号に基づいて、局所活性化時間及び／又は電位図の振幅が、当業者に公知の方法で決定される。活性化及び／又は電圧マップを生成するために、ＥＰカテーテルは患者身体の関連領域内で移動し、局所測定はその領域内の異なる位置で行われる。各測定位置において、電極の位置は、上述したように、ＥＰカテーテルに取り付けられたＵＳセンサ６によって検知されたＵＳ信号に基づいて決定される。次に、局所測定の結果を組み合わせてマップを生成し、マッピング・ユニット８は、記録された位置及び向き情報に基づいて、患者身体の関連領域のモデル上にマップをオーバーレイすることができる。
【００８４】
さらに、生成された可視化は、蛍光透視装置を用いて取得された患者身体の関連領域の蛍光透視画像と融合され得る。
【００８５】
開示された実施形態に対する他の変形例は、図面、開示、及び添付特許請求の範囲の検討から、請求された発明を実施する当業者によって理解され、達成され得る。
【００８６】
請求項において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、他の要素又はステップを排除せず、また、不定冠詞「ひとつの（ａ）」又は「ひとつの（ａｎ）」は、複数の要素を排除しない。
【００８７】
単一のユニット又は装置は、請求項に記載されたいくつかの事項の機能を実現することができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に利用することができないことを示していない。
【００８８】
コンピュータ・プログラムは、他のハードウェアと共に、又はその一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体上に記憶され／配布されてもよいが、インターネット又は他の有線又は無線通信システムを介して他のフォームで配布されてもよい。
【００８９】
請求項中の参照符号は、範囲を限定するものと解釈してはならない。
【図１】
2020501865.tif 000003
【図２】
2020501865.tif 000004
【図３Ａ】
2020501865.tif 000005
【図３Ｂ】
2020501865.tif 000006
【図４】
2020501865.tif 000007
【図５】
2020501865.tif 000008
【図６】
2020501865.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月21日(2019.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者身体の心臓領域において心臓医療機器をナビゲートするときにユーザを補助するためのシステムであって、
心臓医療機器と、
前記患者身体の前記心臓領域の３次元心臓モデルを提供するように構成された３次元モデル提供ユニットと、
前記患者身体の前記心臓領域の画像信号を取得するための超音波プローブ、及び前記画像信号に基づいて前記患者身体の前記心臓領域のライブ画像を提供するように構成された超音波ユニットと、
前記超音波プローブによって放射される超音波信号を検知するために前記心臓医療機器に取り付けられた少なくとも１つの超音波センサと、
前記検知された超音波信号に基づいて、前記ライブ画像及び／又は前記超音波プローブに対する前記少なくとも１つの超音波センサの相対位置を決定するように構成された追跡ユニットと、
前記少なくとも１つの超音波センサの前記決定された相対位置を前記心臓モデルにマッピングし、前記心臓モデルに基づいて、且つ前記マッピングの結果に基づいて、前記患者身体の前記心臓領域の可視化を生成するように構成されたマッピング・ユニットと、
を含む、システム。
【請求項２】
前記マッピング・ユニットは、前記少なくとも１つの超音波センサの位置がマーク付けされている前記心臓モデルの可視化を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記マッピング・ユニットは、前記ライブ画像を前記心臓モデルにマッピングし、前記マッピングの結果に基づいて、前記心臓モデルを前記可視化内の前記ライブ画像とオーバーレイするように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記マッピング・ユニットは、前記ライブ画像と前記心臓モデルとの画像比較に基づいて、前記ライブ画像を前記心臓モデルにマッピングするように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記マッピング・ユニットは、前記心臓モデルに関連する基準フレームに対する前記超音波プローブの相対位置及び向きに基づいて、前記ライブ画像を前記心臓モデル上にマッピングするように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記３次元モデル提供ユニットは、さらなる超音波センサが基準位置に配置される初期化フェーズの間に、前記超音波プローブを用いて取得された超音波画像を用いて、前記心臓モデルを作成するように構成され、前記基準フレームが、前記さらなる超音波センサによって検知された前記超音波信号に基づいて決定された前記さらなる超音波センサに対する前記超音波プローブの相対位置及び向きに基づいて画定される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
さらなる超音波センサは、前記ライブ画像の取得中に基準位置に配置され、前記マッピング・ユニットは、前記超音波プローブに対する前記さらなる超音波センサの前記相対位置及び／又は向きに基づいて、前記基準フレームに対する前記超音波プローブの前記相対位置及び向きを決定するように構成される、請求項５又は６に記載のシステム。
【請求項８】
前記患者身体の前記心臓領域は、異なる運動フェーズを有する周期的運動を受け、前記心臓モデルは、前記運動フェーズのそれぞれについて変形サブモデルを含む動的モデルであり、前記マッピング・ユニットは、現在の運動フェーズを決定し、前記現在の運動フェーズに対して前記変形サブモデル上に前記少なくとも１つの超音波センサの前記相対位置をマッピングするように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記心臓医療機器は、前記患者身体の前記心臓領域の電気解剖学的マップを生成するために電気的測定を行うように構成され、前記マッピング・ユニットは、前記測定中に前記超音波プローブに対する前記少なくとも１つの超音波センサの前記相対位置に基づいて、前記心臓モデル上に前記電気解剖学的マップをオーバーレイするように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記マッピング・ユニットは、前記少なくとも１つの超音波センサの前記位置に基づいて、仮想眼の視野によって見えるような視野に対応する前記心臓モデルの可視化を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記マッピング・ユニットは、前記マッピングの結果に基づいて、前記ライブ画像を前記視野にマッピングし、前記視野を前記可視化内の前記ライブ画像とオーバーレイするように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記マッピング・ユニットは、前記ライブ画像及び／又は前記超音波プローブの前記位置及び向きの前記心臓モデル上へのマッピングに基づいて、且つ前記超音波プローブに対する前記少なくとも１つの超音波センサの前記相対位置及び向きに基づいて、前記可視化を生成するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記超音波プローブは、超音波信号を異なる向きに放射するように構成され、前記追跡ユニットは、前記超音波センサ内の前記超音波信号の受信レベルに基づいて前記少なくとも１つの超音波センサの位置を決定するように構成され及び／又は前記追跡ユニットは、前記超音波プローブによる前記超音波信号の前記放射と前記超音波センサによる前記超音波信号の検知との間の時間差に基づいて、前記少なくとも１つの超音波センサの位置を決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
患者身体の心臓領域において心臓医療機器をナビゲートするときにユーザを補助する方法であって、前記心臓医療機器は、それに取り付けられた少なくとも１つの超音波センサを有し、
前記方法は、
前記患者身体の前記心臓領域の３次元心臓モデルを提供することと、
超音波プローブを用いて取得した画像信号に基づいて、前記患者身体の前記心臓領域のライブ画像を受信することと、
前記超音波プローブに関して前記心臓医療機器に取り付けられた前記少なくとも１つの超音波センサの相対位置を決定することであって、前記超音波センサは前記超音波プローブによって放射された超音波信号を検知する、相対位置を決定することと、
前記少なくとも１つの超音波センサの前記決定された相対位置を前記心臓モデル上にマッピングすることであって、前記心臓モデルに基づいて、且つ前記マッピングの結果に基づいて、前記患者身体の前記心臓領域の可視化を生成する、マッピングすることと、
を含む、方法。
【請求項１５】
コンピュータ・プログラムが、コンピュータ装置上で実行されるとき、請求項１４に記載の方法を実行するように前記コンピュータ装置に命令するためのプログラム・コードを含むコンピュータ・プログラム。
【国際調査報告】
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