JP2013504364A - 単一のｘ線投影画像からの介入的な器具の深度一義化及びその較正 - Google Patents

Abstract

Ｘ線像は、投影的である。これは、３Ｄジオメトリが、源から検出器に延在する投影線に沿って平坦化されることを意味する。マッピング又は切除といった特定の手順において、介入的な器具は、器官の壁に存在する。Ｘ線に対して位置合わせされるこの器官の３Ｄセグメント化を用いて、この器具は、その投影線とこの表面との交差上に必然的に存在する。線及び表面は通常、別々の数の点（ＬＡ前部といった形状に対して通常２つ）で、セグメント化表面と交差する。すると、器具の正確な位置を決定するため、これらの異なる可能な位置の間の曖昧さをなくさなければならない。本発明において、この作業を実現するため、Ｘ線像において測定される器具の見かけの幅を用いることが提案される。

Description

本発明は、Ｘ線誘導手順に関する。特に、本発明は、被検体における器具の深度を決定する方法に関する。更に、本発明は、被検体における器具の深度を決定するコンピュータプログラム、及び斯かるコンピュータプログラムを備えるＸ線デバイスに関する。

電気生理学は、介入的な心臓学の特有の領域である。そこでは、医師が、心臓内カテーテルを用いて、Ｘ線蛍光透視誘導の下、心臓リズムの電気的機能不全を位置決めし、及び治療する。非常に挑戦的な電気生理学手順は、ＡＦと呼ばれる、心房細動の治療のための無線周波数切除である。

電気生理学は、生体構造を完全に知り、すべての関心サイトへの代替経路を完全に知るための特別なトレーニングを必要とし、正確なデバイスを選択し、ターゲットへとそれらを操作するための何らかの実践を必要とする。患者の生体構造は、３Ｄイメージングデバイス（ＣＴ、ＭＲＩ）を用いて、又は介入のちょうど始めに局所的（ＡＦに対する左心房（ＬＡ）及び肺静脈（ＰＶ）の心門、並びに心臓再同期療法療法（ＣＲＴ）に対する冠状動脈血管及び静脈洞炎）に造影物質を注入することにより記録されることができる。しかし、医師は、生命蛍光画像においてナビゲートするため、頭の中で行うレジストレーション（registration：位置合わせ）を実行しなければならない。この場合、この情報がもはや見えない。

ＡＦ手順に関して、電位を測定するときカテーテルの正確な位置を知ることは、細動を引き起こす源（異所性病巣、再入ループ）を見つけるための鍵である。所望の切除パターン（例えばＬＡにおけるＰＶ絶縁又は屋根線切除）を実行するのにさらに重要なのは、切除サイトの生体構造マッピングである。

Ｘ線像は、投影的である。これは、３Ｄジオメトリが、源から検出器に延在する投影線に沿って平坦化されることを意味する。マッピング又は切除といった特定の手順において、介入的な器具は、器官の壁に横たわる。Ｘ線に対して位置合わせされるこの器官の３Ｄセグメント化を用いて、この器具は、その投影線とこの表面との交差上に必然的に横たわる。線及び表面は通常、別々の数の点（ＬＡ前部といった形状に対して通常２つ）で、セグメント化表面と交差する。すると、器具の正確な位置を決定するため、これらの異なる可能な位置の間の曖昧さをなくさなければならない。本発明において、この作業を実現するため、Ｘ線像において測定される器具の見かけの幅を用いることが提案される。

本発明の目的は、被検体における器具の深度を決定する方法を提供することである。その場合、被検体は、できるだけ少ない放射線に露出される。

本発明の更なる目的は、本発明による方法が実質的に自動化されるよう、コンピュータプログラムを提供することである。

これは、個別の独立請求項の主題により実現される。追加的な実施形態は、個別の従属項に説明される。

一般に、これは、被検体における器具の深度を決定する方法により実現される。この方法は、上記被検体における器具のＸ線投影画像を生成するステップと、上記被検体における器具の部分のサイズを推定するステップと、上記推定されたサイズ及び上記被検体のセグメント化に基づき、上記被検体における器具の部分の可能な位置の間を区別するステップとを有する。

本発明の別の実施形態によれば、上記サイズを推定するステップが、幅推定、２Ｄ幾何学モデル又は３Ｄ幾何学モデルを含む。

従って、器具の絶対的な深度を推定するのではなく、生体構造のセグメント化を用いていて、可能な位置の間を区別するために本発明を用いることにより、幅推定のより堅牢な使用がなされる。更に、較正プロセスが、投影行列における可能な誤差に対して本発明を堅牢にする。

介入のボリュームの生体構造モデルが利用可能であり、投影画像と位置合わせされるとき（例えばＸ線ＣＴレジストレーション）、介入的なツールの３Ｄ位置を知ることは、モデル内でそれを位置決めすることを可能にする。こうして、ナビゲーション及びサイトマッピングが容易にされる。

本発明による方法によれば、単一の２Ｄ投影からの介入的なツールの３Ｄ位置が、介入的なツールの修正後のサイズ、介入的なツールがＸ線像に対して位置合わせされて存在する器官の事前のセグメント化、及び介入的なツールがこの器官の壁の１つに対して押されるという知識に基づかれる制約条件を用いて推定される。介入的なツールがこの器官の壁の１つに対して押されるというのは、例えば心房細動マッピングといったいくつかの介入手順の間に当てはまる。これらの仮定の下で、介入的なツールの投影ｍは、ほんの少数の可能な３Ｄ位置、例えばＭ及びＭ'（図２）にのみ対応する。介入的なツールの見かけのサイズの測定は、これらの可能な位置の間を区別するために用いられる。

本発明の別の実施形態によれば、本発明による方法の上記区別するステップが更に、上記器具が前部又は後部位置に配置されるかどうかに関する情報に基づかれる。これは、器具が器官内部で前に押されるか又は後に引っ張られるかに関する情報に基づかれることを意味する。

本発明の更に別の実施形態によれば、この方法は、上記前部位置及び上記後部位置で上記サイズを推定することにより、上記サイズの推定を較正するステップを更に有する。

これは、サイズ閾値を計算するステップを含むことができる。斯かる閾値を持つことは、被検体の任意の種類のわずかな運動又は上記被検体の内側部分の相対的な運動が、意図された区別に影響を及ぼすことがないという追加的な利点を提供することができる。被検体が生体である場合、斯かる運動は、呼吸又は鼓動によりもたらされることができる。

従って、本発明の第１の部分は、器具の見かけのサイズの推定に関する。見かけのサイズは、器具の先端にのみ関する。これは、器官と接触すると想定される。先端のサイズは、その形状が前もって知られる場合には２Ｄ又は３Ｄ幾何学モデルを用いて、又は例えば幅推定といった非特異的な技術を用いて、推定される。この推定は、幾何学的な仮定の限定されたセット（例えば先端での一定の幅）だけを必要とする。

本発明の第２の部分は、斯かる測定の較正に関する。可能な位置に対するサイズの適切な較正を確実にするため、オペレータが後部位置ではなく前部位置に器具を配置することを求められる間に、較正ステップが必要とされる。これらの既知の位置において、システムは、推定されたサイズを記録し、これらの位置の間を区別するために使用される最適なサイズ閾値を計算するため、このデータを用いる。このシステムは、可能な位置の間を区別するには精度が十分高くはないことをデータから決定し、適切なステップを行うこともできる。例えば、ユーザに警告する、及び自動的な深度一義化機能を使用不能にするなどである。

従って、本発明の主要な側面は、絶対的なサイズ測定を持つ必要がない点にある。特定の不正確さは、許容されることができる。なぜなら、２つ可能な位置の間の区別が、斯かる不正確な測定に基づき信頼性高くされることもできるからである。

器具が、一方では柔軟な又は固いカテーテルとすることができ、他方では生検デバイス、カニューレ又はトロカールとすることができる点に留意されたい。

本発明の別の側面によれば、コンピュータプログラムが提供される。これを用いて、上記の説明された方法が、自動的に又は少なくとも支配的に自動的に実行されることができる。従って、このコンピュータプログラムは、Ｘ線システムにより生成される投影画像を格納する命令セットと、投影画像に示される器具の部分のサイズを特定及び推定する命令セットと、被検体のセグメント化と推定されたサイズとに基づき、器具の部分の可能な位置の間を区別する命令セットとを有する。

更に、このコンピュータプログラムは、以前に記録された画像情報を含むデータベースからデータをロードする命令セット、又はユーザからの情報検索に関する命令セットを有することができる。

本発明の更に別の側面によれば、Ｘ線デバイス又はシステムが提案される。これは、Ｘ線源と、Ｘ線検出器と、Ｘ線源及びＸ線検出器を制御する処理ユニットとを有する。ここで、処理ユニットは、処理ユニットに格納されることができる上述のコンピュータプログラムを更に含む。

斯かるコンピュータプログラムは好ましくは、データプロセッサのワーキングメモリにロードされる。従ってデータプロセッサは、本発明の方法を実行する能力を具備する。更に、本発明は、コンピュータプログラムが格納されることができる例えばＣＤ−ＲＯＭといったコンピュータ可読媒体にも関する。しかしながら、このコンピュータプログラムは、ワールドワイド・ウェブといったネットワークを介して与えられることもでき、及び斯かるネットワークからデータプロセッサのワーキングメモリにダウンロードされることもできる。

本発明による方法のフローチャートを示す図である。 投影画像が実現されることができる方法の説明を示す図である。 投影画像の例を示す図である。 本発明によるシステムの例を示す図である。

本発明の実施形態が異なる主題を参照して記載される点に留意されたい。特に、ある実施形態は、方法タイプの請求項を参照して説明されが、他の実施形態は、装置タイプの請求項を参照して説明される。しかしながら、当業者であれば、他の記載がない限り、あるタイプの主題に属する特徴の任意の組合せに加えて、異なる主題に関する特徴の任意の組合せが、本願に開示されると考えられる点を上記又は下記の説明から推察するであろう。

本発明の上記により規定される側面及び更なる側面、特徴並びに利点は、以下に説明される実施形態の例示から得られることもでき、図面に示される実施形態の例示を参照して説明されることになる。しかし、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明による、被検体における器具の深度を決定する方法のステップを示すフローチャートである。この方法に関して説明されるステップが、主要なステップであることを理解されたい。ここで、これらの主要なステップは、複数のサブステップに区別される又は分けられることができる。更に、これらの主要なステップの間にサブステップが存在することもできる。従って、そのステップが本発明による方法の原理の理解に関して重要である場合にのみ、サブステップが言及される。

本発明による方法のステップＳ１において、被検体における器具の１つのＸ線投影画像が生成される。例えば、患者が露出される放射線を減らすため、単一の投影画像だけが生成される。

ステップＳ２において、被検体における器具の部分のサイズが推定される。通常、この部分は、器具の先端部分、即ち例えば切除電極が提供されるカテーテルの部分である。

カテーテルの投影幅は、画像と幅測定カーネルとの間の適合の良さを示す（goodness-of-fit）尺度を最適化することにより測定される。カーネルは、２つの部分から作られる。各部分は、カテーテルの片側に適合するよう設計される。各部分は、重み関数及びエッジモデルから作られる。重み関数は、カテーテル軸（通常は異方性のガウスカーネル）の方向に伸ばされる滑らかなカーネルである。カーネルの両方の部分は、互いに平行であるよう制約される。エッジ関数は、ステップエッジをモデル化する単調増加関数（通常は線形関数）である。従って、カーネルは、そのセンターの位置、その回転角度及びその幅により、パラメータ化される。適合の良さを示す関数は、各エッジ関数と画像との間の２つの重み付けされた相関の和である。重みは、関連付けられる重み関数により与えられる。この関数は、マルチスケールの態様でカーネルのパラメータに対して最適化される。最適でのカーネル幅は、投影幅の我々の尺度を与える。

ステップＳ３において、被検体における器具の部分の可能な位置の間が区別される。器具が特有の生体構造に導入される場合、２、３の位置だけが可能であることを考慮すれば、器具の疑わしい部分が被検体内部において多かれ少なかれ深いかどうかだけが決定されなければならない。

本発明の方法の結果を改善するため、ステップＳ４において、前部位置及び後部位置でのサイズを推定することにより、サイズの推定が較正される。従って、システムは、器具の先端部分が前部位置で器官内部の壁と接触するよう、最初に器具を引っ張ることをユーザに要求し、続いて、器官の内カニューレの対向する壁に接触するよう後部位置へと器具を押し込むことをユーザに要求することができる。

ステップＳ４のサブステップは、サイズ閾値が前部及び後部位置でのこれらの推定に基づき計算されるものとすることができる。斯かる閾値は、器具の位置を区別するためのサイズの追加的な推定において役立つことができる。

最終的なステップＳ５として、システムは、器具の疑わしい部分が現在どの位置にあるかをユーザが決めるのを助けることができる情報を出力することができる。

図２は、投影画像がどのように生成されることができるかを概略的に示す。Ｘ線像は、３Ｄボリュームの２Ｄ投影を与える。図２から分かるように、Ｘ線源で始まる放射線ビームは、点Ｍ'（前部位置）で器官に入り、出口点Ｍ（後部位置）に向けて器官を通過し、続いて、点ｍで検出器の２次元平面又は表面に衝突することになる。単一の投影点から単に３Ｄオブジェクトの深度情報を取得することはできないが、例えば方向、距離及び角度といった被検体の幾何学的な構造に関する情報が追加的に用いられるとき、この作業は可能になる。

図３は、投影された器具先端の幅を用いて、見かけのサイズを推定する例を示す。この例における左の垂直軸の数は、底部の水平軸と同じく、尺度のためのものである。Ｐ１からＰ４で示される追加的に示される小さな円は、対向する方向に対して実質的に垂直な方向へと器具の先端部分のエッジ点を定める。これらの円又は点は、器具の部分のサイズに関する推定の基礎として用いられることができる。

図４は、本発明による例示的なシステムを示す。このシステムは、器具２００に関する端末１００を含む。この器具は、患者３００に導入されることができる。更に、カテーテル２００の先端部分が配置される領域の投影画像が生成されるよう、Ｘ線デバイス４００は患者に対して構成される。最終的に、適切な場合、カテーテル２００の機能を制御する端末１００だけでなく、Ｘ線デバイス４００を用いて、投影画像の生成を制御することができる処理ユニット６００が提供される。

ここで、コントローラ１００は、器官における組織の電気切除に関する電気パルス又は信号を提供するユニットを含むことができる。他方、端末１００は、例えば、カテーテル２００の先端部分２２０の方向の制御に使用されることができる、又は薬若しくは造影剤の供給に使用されることができる追加的なデバイス１２０を有することができる。

Ｘ線デバイス４００は、Ｘ線放射線４４０に関する検出器だけでなくＸ線源４２０を含む。この場合、Ｘ線源４２０及びＸ線放射線４４０は共に、互いに対して両者の適切な方向を確実にするよう、Ｃアーム４３０に構成される。患者３００は、テーブル４６０に配置されることができる。

処理ユニット６００は、まず制御ユニット６２０を含み、更にモニタ６１０を含む。ここで、区別された深度に関する情報の出力が、モニタに示されることができる。

本発明が図面及び明細書において詳細に図示及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であると考えられるべきであって限定するものではなく、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。

図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解され、実行されることができる。請求項において、「有する」という単語は、他の要素又はステップを除外するものではない。不定冠詞の「a」又は「an」は、複数性を除外するものではない。シングルプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に述べら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が有利に使用されることができないことを意味するものではない。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光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体に格納／配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものとみなされるべきではない。

Claims (8)

1. 被検体における器具の深度を決定する方法において、
   前記被検体における器具のＸ線投影画像を生成するステップと、
   前記被検体における器具の部分のサイズを推定するステップと、
   前記推定されたサイズ及び前記被検体のセグメント化に基づき、前記被検体における器具の部分の可能な位置の間を区別するステップとを有する、方法。
2. 前記サイズを推定するステップが、幅推定を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記サイズを推定するステップが、２Ｄ又は３Ｄ幾何学モデルを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記区別するステップが更に、前記器具が前部又は後部位置に配置されるかどうかに関する情報に基づかれる、請求項１に記載の方法。
5. 前記前部位置及び前記後部位置で前記サイズを推定することにより、前記サイズの推定を較正するステップを更に有する、請求項４に記載の方法。
6. 前記較正するステップが、サイズ閾値を計算するステップを含む、請求項５に記載の方法。
7. 被検体における器具の深度を決定するコンピュータプログラムであって、請求項１に記載の方法を実行するための命令セットを有する、コンピュータプログラム。
8. Ｘ線デバイスであって、
   Ｘ線源と、
   Ｘ線検出器と、
   前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を制御する処理ユニットと、
   前記処理ユニットに格納され、請求項７に記載のコンピュータプログラムとを有する、Ｘ線デバイス。

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