JP2005095624A - 医療検査および／または治療システム - Google Patents

Abstract

【課題】最適な診断上の画質を有する医療検査および／または治療システムを提供する。
【解決手段】１つのカテーテル（１，７，９）を含むカテーテルシステムを有する医療検査および／または治療システムにおいて、カテーテルシステムは、光を案内し、検査範囲に挿入されたカテーテル先端の範囲において光を放射し、照明された検査範囲からの反射光を第１の画像処理ユニット（２２）に導く光ファイバを備えた光干渉断層撮影システムのセンサ（４）と、超音波パルスを送受信して超音波パルスを電気信号として第２の画像処理ユニット（２３）に導く血管内超音波画像撮影システムのセンサ（３，８，１０）と、第１および第２の画像処理ユニット（２２，２３）の画像を表示するための少なくとも１つのディスプレイユニット（２４）と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は医療検査および／または治療システムに関する。

死という結果をともなう最も頻繁な病気には、血管の病気、特に心筋梗塞がある。これは冠状血管の病気（動脈硬化症）によって引き起こされる。いわゆる動脈硬化プラークの沈着によって冠状血管が詰まった状態になる。最新の知識によれば、心筋梗塞に至る危険が血管径低下に主に関連するというわけではないことが明らかになった。むしろ、動脈硬化の沈着物を覆う薄い保護膜が安定であるかどうかが重要である。この膜が破れると血小板が引き寄せられ、血小板は短時間内に血栓となり、それにより心筋梗塞を引き起こす。

従来、心臓冠状血管の検査は冠状血管撮影法（コロナルアンジオグラフィ）の枠内において主としてＸ線監視下における造影剤投与の心臓カテーテル検査によって行なわれている。しかしながら、この方法は、血流によって利用可能な血管径もしくは狭い個所が単にシルエットとして表示されるだけである欠点を有する。従って、厚みや炎症経過の存在のような動脈硬化沈着物に関するメッセージは可能でない。

他の方法の場合、血管内超音波カテーテルが案内線により冠状血管内に挿入され、続いて手動によってまたはモータ駆動される引張装置によって定められた速度で血管から引き出される。この方法は公知である（例えば特許文献１参照）。カテーテルは冠状血管の超音波画像を供給し、血管壁が３６０°の横断面で表示される。これらの画像は、例えば炎症性病巣および沈着物厚みのような沈着物に関する重要な医療情報を供給する。しかしながら、超音波画像は一般に分解能が限られている欠点を有する。

他の新しい方法においては、赤外光で動作する光干渉断層撮影（ＯＣＴ＝Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）のための血管内カテーテルが冠状血管内に挿入され、手動によってまたはモータ駆動される引張装置によって定められた速度で血管から引き出される（特許文献２）。ＯＣＴシステムの画像は、動脈硬化プラークに関する付加的な医療情報を供給する。この解決法は、血管表面近くの構造物を非常に高い詳細分解能で表示でき、部分的には顕微鏡による組織表示が可能である利点を有する。この方法の欠点は深部にある組織の分解能が少ない点にある。
独国特許出願公開第１９８４２２３８号明細書 国際公開第０１／１１４０９号パンフレット

本発明の課題は、最適な診断上の画質を有する医療検査および／または治療システムを提供することにある。

この課題は、本発明によれば、１つのカテーテルを含むカテーテルシステムを有する医療検査および／または治療シにおいて、カテーテルシステムが、
光を案内し、検査範囲に挿入されたカテーテル先端の範囲において光を放射し、照明された検査範囲からの反射光を第１の画像処理ユニットに導く光ファイバを備えた光干渉断層撮影システムのセンサと、
超音波パルスを送受信して超音波パルスを電気信号として第２の画像処理ユニットに導く血管内超音波画像撮影システムのセンサと、
第１および第２の画像処理ユニットの画像を表示するための少なくとも１つのディスプレイユニットと
を有すことによって解決される。

本発明は、血管内超音波検査（ＩＶＵＳ）の長所と光干渉断層撮影（ＯＣＴ）の長所とを組合わせたシステムにより最適な診断学上の画質を達成することができるという認識に基づいている。本発明による医療検査および／または治療システムは血管検査にとって最適な状態となり、公知の両方法における上述の欠点を除去する。

両方法を１つのシステムに組合わせた本発明による医療検査および／または治療システムは、深部にある組織層の良好な分解能と同時に組織の近接範囲の非常に高い分解能をもたらす。これは特に動脈硬化プラークの検査において有利である。

改善された画質は冠状血管の診断を楽にし、動脈硬化プラークのほかに、移植されたステントを、場合によって必要な医療措置をタイミングよく導入できるように良好に監視することもできる。

本発明による医療検査および／または治療システムは他の血管の病気においても良好な診断を可能にする。

本発明によれば、カテーテルシステムは光干渉断層撮影システムのセンサおよび血管内超音波画像撮影システムのセンサとを備えたカテーテルを含む。両センサは1つのカテーテル内にまとめられているので、これの寸法は２つの分離されたカテーテルに比べると小さい。従って、カテーテルは特に小さく構成され、このことは実施される検査に関しては有利である。光干渉断層撮影システムのセンサおよび血管内超音波画像撮影システムのセンサはそれぞれ画像処理ユニットに接続され、この画像処理ユニットは、光干渉断層撮影の場合には反射光から、または超音波信号により得られた電気信号から、画像を作成する。これらの画像はディスプレイユニットに表示することができる。

本発明による医療検査および／または治療システムを更に改善するために、第１および第２の画像処理ユニットの画像がディスプレイユニットに共通に表示可能であると好ましい。それにより、検査者はＯＣＴによって作成された画像とＩＶＵＳによって作成された画像とを同時に見ることができる。第１の画像撮影システムのＯＣＴ画像は特に血管表面範囲における組織構造の正確な認識を可能にする。血管内超音波画像に基づいて、深部にある組織も検査することができる。従って、本発明によるシステムは、公知の両方法における利点の有効な利用を図ることができる。

本発明による医療検査および／または治療システムの実施態様によれば、ディスプレイユニットに表示された画像の中央範囲には光干渉断層撮影により作成された画像が、外側範囲には血管内超音波により作成された画像が表示可能である。

第１および第２の画像処理ユニットの両画像から、本発明によれば、両画像の切抜きからなる単一の画像が作成される。新しい組合わせ画像の中央範囲については、ＯＣＴにより作成された画像の切抜きが使用される。なぜならばこの検査範囲におけるＯＣＴは最善の結果をもたらすからである。組合わせ画像の外側範囲については、血管内超音波により作成された画像が使用され、これは血管壁の画像を高い画質で供給する。

ディスプレイユニットに表示された組合わせ画像の中央範囲は光干渉断層撮影により作成された画像のほぼ円形の切抜きであるとよい。組合わせ画像は、円形の内側の画像切抜きと、この円形の切抜きを囲う外側の画像切抜きとから合成されている。

第１および第２の画像処理ユニットの画像から共通な組合わせ画像を作成するために画像融合ユニットが設けられている。外側の画像切抜きと内側の画像切抜きのほかに、共通な組合わせ画像を第１および第２の画像処理ユニットの画像を重ね合わせることによって作成することが可能である。

血管の詳細画像を作成するためには、共通な画像を生じる第１および第２の画像処理ユニットの画像が互いに登録されていると望ましい。専門用語「登録」は同一の位相関係を有する画像を特徴づける。それによって、中央の画像切抜きとこれを囲う外側の画像切抜きとが位相正しく表示されることが保証されるので、画像の共通な縁部が一致する。

本発明による解決策の利点は簡単な登録にもある。なぜならば両センサが単一のカテーテル内にあるからである。

検査すべき血管のできるだけ現実的な画像を得るためには、血管内超音波画像撮影システムのセンサはカテーテル先端の前部に配置され、側方および／または斜め前方に向けられていると好ましい。

光干渉断層撮影システムのセンサ（ＯＣＴセンサ）は側方に向けられていると望ましい。更に、光干渉断層撮影システムのセンサはカテーテル先端から見て血管内超音波画像撮影システムのセンサ（ＩＶＵＳセンサ）の背後に配置されているとよい。この場合、ＩＶＵＳセンサはカテーテルの前方または側方にある血管範囲を受け持ち、ＯＣＴセンサは側方範囲を受け持つ。

できるだけ簡単な構造を得るために、光干渉断層撮影システムのセンサおよび血管内超音波画像撮影システムのセンサは共通の駆動軸を介して駆動可能であると好ましい。このように構成されたカテーテルでは、血管内超音波画像撮影システムのセンサに対して別の駆動軸や他種の駆動装置は不要である。駆動軸が光ファイバであると特に望ましい。この場合、光ファイバは、一方では検査範囲に放射される光線の案内に役立ち、同時に反射光が光ファイバを介して戻され、光ファイバはＯＣＴセンサのための、場合によっては両センサのための駆動軸として役立つ。

医療検査および／または治療システムの画像処理を簡単化するために、光干渉断層撮影システムのセンサおよび血管内超音波画像撮影システムのセンサは同一の回転速度で駆動可能であると好ましい。その場合、両センサは、それらから供給される画像の位相が自動的に同じになるように制御され得るので、高価な計算上の登録は不要である。しかしながら、本発明の実施態様によれば、光干渉断層撮影システムのセンサおよび血管内超音波画像撮影システムのセンサは、場合によっては間挿接続されたマイクロギアを介して、異なる回転速度で回転可能である。

グラスファイバ駆動軸の上述した駆動装置の代わりに、ＩＶＵＳセンサの回転運動発生のために、電気的にまたは外部磁場によって駆動されるマイクロモータを設けることもできる。この構成は、特定の使用目的にとって、種々の回転速度が望まれる場合に有意義である。

以下において図面に基づいて説明する実施例から本発明の他の利点および詳細を明らかにする。
図１は本発明による検査および／または治療システムのカテーテルの第１実施例、
図２は本発明による検査および／または治療システムのカテーテルの第２実施例、
図３は本発明による検査および／または治療システムのカテーテルの第３実施例、
図４は本発明による検査および／または治療システムの原理構成、
図５ａは近接範囲の非常に高い分解能を有するＯＣＴ画像、
図５ｂは深部にある組織層の良好な分解能を有するＩＶＵＳ画像、
図５ｃはＯＣＴ画像とＩＶＵＳ画像とからなる合成画像、
図５ｄは第２の合成画像を示す。

図１はカテーテル１を示す。カテーテル１は、主としてカテーテルカバー２と、カテーテル先端部に配置され血管の超音波画像撮影システムの一部であるＩＶＵＳセンサ３と、光干渉断層撮影システムの一部であるＯＣＴセンサ４とからなる。センサ３，４を収納するカテーテルケースは超音波に対して透過性である。

ＩＶＵＳセンサ３は、超音波がほぼ横方向に放射されかつ受信されるように構成されている。ＩＶＵＳセンサ３は、例えば１，８００回転／分という高い回転速度で回転することから、ＩＶＵＳセンサ３は検査すべき血管の３６０°の範囲に及ぶ横断面画像を供給する。反射されて受信された音波はＩＶＵＳセンサ３によって電気信号に変換され、電気信号は信号線５を介して信号インターフェースに転送され、更に前処理ユニットおよび画像処理ユニットに転送される。

ＯＣＴセンサ４は、同様に側方に向けられているので、検査すべき血管の連続画像を作成する。ＯＣＴセンサ４は、一部分の側方に、センサから放射された赤外光のための窓１１を有する。反射光はグラスファイバ線として形成された信号線６を介して信号インターフェースに転送され、更に前処理ユニットおよび画像処理ユニットに転送される。

図１に示されたカテーテル１ではセンサ３，４が同一の回転速度で回転するように機械的に互いに結合されている。

図２はカテーテル７の第２実施例を示す。このカテーテル７は、図１に示されたカテーテル１とは、超音波センサ８が前方斜めに放射する点で相異している。カテーテル７の残りの構成要素は図１のカテーテル１と同一である。カテーテル７は若干違ったふうに見える画像を供給し、この画像はカテーテル７の前方にある血管範囲も考慮する。それに対してカテーテル１は長手軸線に対しておよび血管に対して正確に直角方向に放射する。

図３は、医療検査および／または治療システムの一部であるカテーテル９の第３実施例を示す。先行の実施例と異なる点は、ＩＶＵＳセンサ１０およびＯＣＴセンサ４が直接ではなくて間挿接続された駆動軸１２を介して互いに連結されている点である。付加的に駆動軸１２の一端に図示されていないマイクロギアが設けられているので、ＩＶＵＳセンサ１０およびＯＣＴセンサ４は相異する速度で回転することができる。カテーテル９は、図１および図２に示されたカテーテルと同様に、ＯＣＴセンサ４のための側方の窓１１を有する。

カテーテル９のカテーテル先端とは反対側の端部に、カテーテルを移動させる駆動ユニット１３が配置されている。駆動ユニット１３によりカテーテル９は、例えば一定の速度で引き戻される。

駆動ユニット１３の背後では、カテーテル９が機械式連結装置１４を介して略示されている回転駆動装置１５に接続されている。ＩＶＵＳセンサ１０およびＯＣＴセンサ４の信号線１６，１７が信号インターフェース１８に接続されている

図４は医療検査および／または治療システムの原理構成を示す。図１乃至図３に示されたカテーテル１，７または９の１つは信号インターフェース１８に接続される。衛生上の理由からおよび感染防護のために、カテーテルは検査毎にまたは治療毎に交換される使い捨て品として構想されている。カテーテルの信号線を介して伝送されるＯＣＴ信号およびＩＶＵＳ信号は、信号インターフェース１８を介して、データバス２１に接続されている光干渉断層撮影用の前処理ユニット１９および血管内超音波用の前処理ユニット２０へ導かれる。データバス２１を介して、検出された画像信号がＯＣＴ用の画像処理ユニット２２もしくはＩＶＵＳ用の画像処理ユニット２３に導かれる。画像処理ユニット２２，２３においては、センサによって検出された信号が画像として表示可能であるように変換される。

ＯＣＴ画像およびＩＶＵＳ画像の表示のために、最も簡単な場合にはモニタとして構成できるディスプレイユニット２４が用いられる。ディスプレイユニット２４は、ＯＣＴ画像およびＩＶＵＳ画像を分離して観察することができるように多数の個別のモニタから構成することもできる。ディスプレイユニット２４は画像データをデータバス２１を介して画像処理ユニット２２，２３から得ることができる。Ｉ／Ｏユニット２５はディスプレイユニット２４に接続され、このＩ／Ｏユニットを介して使用者は入力を行なうことができる。特に、Ｉ／Ｏユニット２５はディスプレイユニット２４に表示された画像の表示に影響する。Ｉ／Ｏユニット２５はキーボードまたはオペレータコンソールとして構成でき、同様にデータバス２１に接続されている。

画像融合ユニット２６はＯＣＴセンサおよびＩＶＵＳセンサの信号に基づいて作成された別々の画像から１つの共通な画像を作成するのに用いられる。最も簡単な場合、「画像融合」は単にＯＣＴセンサおよびＩＶＵＳセンサからの個別画像の重ね合わせだけである。しかしながら、ＩＶＵＳ画像の特定の画像切抜きとＯＣＴ画像の第２の画像切抜きとを組合わせて１つの共通な画像を形成することによって１つの共通な組合せ検査画像を作成すると好ましい。両画像切抜きは、ＩＶＵＳ画像の空所にＯＣＴ画像の切抜きがぴったりはまるように互いに正反対に形成されていると好ましい。このようにして両画像から、組合せ画像を作成するために最適な範囲が利用される。ＩＶＵＳ画像は深部にある組織層の非常に良好な分解能を有する。ＯＣＴ画像は近接範囲の高分解能を持ち、顕微鏡撮影さえも可能である。

ＯＣＴ画像の切抜きおよびＩＶＵＳ画像の切抜きは、相応の画像処理プログラムにより、分離線または輪郭が見えないように互いに融合させることができる。この任務は同様に画像融合ユニット２６によって引き受けられる。

データバス２１には個別画像を順次記憶する画像データメモリ２７が接続されている。特定の場合においては、画像情報に加えて、センサの位相関係または回転速度のような他のパラメータを検出することが必要となることもある。同様に、カテーテルが元に戻される経路区間を検出することができ、これはカテーテルの引き戻しが駆動ユニット１３により行なわれる場合には特に簡単に可能である。

図４において分かるように、データバス２１には、他のコンピュータ、検査装置あるいはデータバンクとの患者データおよび画像データの交換を可能にするインターフェース２８も接続されている。

図４に示されている検査および／または治療システムの構成要素が図示されていない導線を介して電源２９に接続されている。

図５ａは、近接範囲の非常に高い分解能によって特徴づけられるＯＣＴ画像を示す。血管表面近くの構造は詳細に解像することができ、顕微鏡による組織表示さえも可能である。

図５ｂは、近接範囲の分解能は僅かであるが、深部にある組織層の良好な分解能を有するＩＶＵＳ画像を示す。この画像に基づいて、例えば動脈硬化の沈着物厚みを求めることができる。

図５ｃは図５ｂのＩＶＵＳ画像と図５ａのＯＣＴ画像とから合成された画像を示す。この画像処理は画像融合ユニット２６によって行なわれ、ＯＣＴ画像の内側の中央の切抜きがＩＶＵＳ画像の正反対の外側範囲と組合わされた。

図５ｄは、ＯＣＴ画像とＩＶＵＳ画像との画像切抜きからなる図５ｃに示された画像と類似して作成された第２の合成画像を示す。画像融合後、共通な縁部をぼかすために、更なる画像処理が行なわれた。２つの融合された画像５ｃ，５ｄは近接範囲の組織層および深部にある組織層における最適な表示をもたらす。

実際上、医療検査および／または治療システムは、関心範囲を先ずＩＶＵＳ画像で探し、次に組合わせ画像に切換えるように使用することもできる。

本発明によるシステムのカテーテルの第１実施例を示す概略図 本発明によるシステムのカテーテルの第２実施例を示す概略図 本発明によるシステムのカテーテルの第３実施例を示す概略図 本発明によるシステムの原理構成を示すブロック図 本発明によるシステムにより作成された画像例を示す図 本発明によるシステムにより作成された画像例を示す図 本発明によるシステムにより作成された画像例を示す図 本発明によるシステムにより作成された画像例を示す図

符号の説明

１ カテーテル
２ カテーテルケース
３ ＩＶＵＳセンサ
４ ＯＣＴセンサ
５ 信号線
６ 信号線
７ カテーテル
８ ＩＶＵＳセンサ
９ カテーテル
１０ ＩＶＵＳセンサ
１１ 窓
１２ 駆動軸
１３ 駆動ユニット
１４ 連結装置
１５ 回転駆動装置
１６ 信号線
１７ 信号線
１８ 信号インターフェース
１９ 前処理ユニット
２０ 前処理ユニット
２１ データバス
２２ 画像処理ユニット
２３ 画像処理ユニット
２４ ディスプレイユニット
２５ Ｉ／Ｏユニット
２６ 画像融合ユニット
２７ 画像データメモリ
２８ インターフェース
２９ 電源

Claims (17)

1. １つのカテーテル（１，７，９）を含むカテーテルシステムを有する医療検査および／または治療システムにおいて、カテーテルシステムは、
   光を案内し、検査範囲に挿入されたカテーテル先端の範囲において光を放射し、照明された検査範囲からの反射光を第１の画像処理ユニット（２２）に導く光ファイバを備えた光干渉断層撮影システムのセンサ（４）と、
   超音波パルスを送受信して超音波パルスを電気信号として第２の画像処理ユニット（２３）に導く血管内超音波画像撮影システムのセンサ（３，８，１０）と、
   第１および第２の画像処理ユニット（２２，２３）の画像を表示するための少なくとも１つのディスプレイユニット（２４）と、
   を有することを特徴とする医療検査および／または治療システム。
2. 第１および第２の画像処理ユニット（２２，２３）の画像が、ディスプレイユニット（２４）に共通に表示可能であることを特徴とする請求項１記載の医療検査および／または治療システム。
3. ディスプレイユニット（２４）に表示された画像の中央範囲には光干渉断層撮影により作成された画像が、外側範囲には血管内超音波により作成された画像が表示可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の医療検査および／または治療システム。
4. ディスプレイユニット（２４）に表示された画像の中央範囲は光干渉断層撮影により作成された画像のほぼ円形の切抜きであることを特徴とする請求項３記載の医療検査および／または治療システム。
5. 第１および第２の画像処理ユニット（２２，２３）の画像から共通の画像を作成するための画像融合ユニット（２６）が設けられていることを特徴とする請求項２乃至４の１つに記載の医療検査および／または治療システム。
6. 第１および第２の画像処理ユニット（２２，２３）の画像がディスプレイユニット（２４）に重ね合わされて表示可能であることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の医療検査および／または治療システム。
7. 血管内超音波画像撮影システムのセンサ（３，８，１０）はカテーテル先端の前部に配置され、側方および／または斜め前方に向けられていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の医療検査および／または治療システム。
8. 光干渉断層撮影システムのセンサ（４）は側方に向けられていることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の医療検査および／または治療システム。
9. 光干渉断層撮影システムのセンサ（４）はカテーテル先端から見て血管内超音波画像撮影システムのセンサ（３，８，１０）の背後に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の医療検査および／または治療システム。
10. 光干渉断層撮影システムのセンサ（４）および血管内超音波画像撮影システムのセンサ（１０）は共通の駆動軸（１２）を介して駆動可能であることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の医療検査および／または治療システム。
11. 駆動軸（１２）は光ファイバであることを特徴とする請求項１０記載の医療検査および／または治療システム。
12. 光干渉断層撮影システムのセンサ（４）および血管内超音波画像撮影システムのセンサ（１０）は同一の回転速度で駆動可能であることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の医療検査および／または治療システム。
13. 光干渉断層撮影システムのセンサ（４）および血管内超音波画像撮影システムのセンサ（１０）は、間挿接続されたマイクロギアを介して、異なる回転速度で回転可能であることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の医療検査および／または治療システム。
14. 血管内超音波画像撮影システムのセンサ（３，８，１０）の回転運動発生のために、電気的にまたは外部磁場によって駆動されるマイクロモータが設けられていることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の医療検査および／または治療システム。
15. カテーテル（９）を一定速度で移動させるための駆動ユニット（１３）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１４の１つに記載の医療検査および／または治療システム。
16. 共通な画像を生じる第１および第２の画像処理ユニット（２２，２３）の画像が互いに登録されていることを特徴とする請求項１乃至１５の１つに記載の医療検査および／または治療システム。
17. 登録のために使用された第１および第２の画像処理ユニット（２２，２３）の画像は同一の位相関係を有することを特徴とする請求項１６記載の医療検査および／または治療システム。

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