JP6320374B2 - 内視鏡画像におけるフォトプレチスモグラフィーを用いて開存性を評価するシステム及びシステムの作動方法 - Google Patents

Description

本開示は、医療機器と手順に関し、より具体的には、フォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）情報を用いた、組織中の流量のモニタリングに関する。

心臓バイパス手術の際には、外科医は、身体から取った血管を用いて、冠状動脈中のアテローム性動脈硬化による狭窄をバイパスする。これは、冠状動脈が心臓の心筋組織に血液を供給するものであるため、冠状動脈における血流量を増やすために行われる。低侵襲（ＭＩ）心臓バイパス手術の際には、患者の胸部にある小さい切り口に長い機器を挿入し、内視鏡で見る。ロボット誘導ＭＩ心臓バイパス手術では、機器（または内視鏡）はロボットデバイスにより制御される。心臓バイパス手術は、患者に心肺バイパス法を用いて心臓を心拍停止状態にして、または心拍がある状態で行うことができる。

バイパス後のグラフト開存は、術中にはＸ線血管造影または超音波を用いて、術後には立体画像化（コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴画像（ＭＲＩ））を用いて、確認される。術中の両方の手法により、移植片及びその下流にある冠状動脈中の流れを確認する。しかし、動脈をうまく再開通しても、必ずしも心筋におけるかん流がうまくいくとは限らない。細い血管における流れが、従来の画像化法では見えず、塞がっていることがあるからである。また、外科医がこれらの画像化モダリティを使えないことも多い。

本発明の一実施形態によると、開存性を評価するシステムを説明する。該システムは、血管に対して位置決め可能であり、血管からの光を受け取り、光を画像信号に変換する光センサを含む。フォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）解釈モジュールは、画像信号を受け取り、ＰＰＧ情報を表す画像の画素値を出力するように構成されている。画像生成モジュールは、ＰＰＧ解釈モジュールに結合し、が素値を受け取り、分析のためにディスプレイに出力されるＰＰＧマップを生成する。

例えば、光センサは、内視鏡に及び／または切開部上に取り付けられたカメラを含み、血管からカメラに光りが届く。血管に対して位置決め可能な光センサは、ロボットを用いて位置決めできる。光センサは、第１の時間に血管に対して位置決め可能であり、第２の時間に同じ位置に位置決め可能され、ＰＰＧ信号を比較して血管におけるＰＰＧ変化を決定することができる。このシステムは、さらに、異なる時間に光センサの反復的位置決めができるように構成されたロボットを含む。画像生成モジュールが異なる時間にＰＰＧ信号のサブトラクション画像を生成できるようにしてもよい。サブトラクション画像は光センサにより集められた画像にオーバーレイできる。ＰＰＧマップを光センサにより集められた画像（例えば、Ｘ線画像）にオーバーレイできるようにしてもよい。さらに、血管はバイパスグラフトを含み、ＰＰＧマップは異なる時間にグラフトを通る血流を示すようにしてもよい。

本発明の他の一実施形態によると、開存性を評価するシステムを説明する。該システムは、カメラを含む内視鏡であって、身体内において血管に対して位置決め可能であり、血管から光を受け取り、光を画像信号に変換する内視鏡を含む。ＰＰＧ解釈モジュールは、画像信号を受け取り、画像信号からフォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）情報を復号し、ＰＰＧ情報を表す画像の画素値を出力するように構成できる。画像生成モジュールは、ＰＰＧ解釈モジュールに結合し、画素値を受け取り、複数の時間に対応するＰＰＧマップを生成できる。ディスプレイは、ＰＰＧマップを受け取り、比較のためＰＰＧマップを表示するように構成でき、ＰＰＧマップの差分は血管を通る血流の差分を表す。

例えば、血管はバイパスグラフトを含み、内視鏡は血管再開通術の前後で同じ位置に位置決め可能であり、ＰＰＧマップを用いて血流を比較できる。このシステムは、さらに、異なる時間に内視鏡の反復的位置決めができるように構成されたロボットを含む。画像生成モジュールが異なる時間にＰＰＧ情報のサブトラクション画像を生成できるようにしてもよい。サブトラクション画像はカメラにより集められた画像にオーバーレイできる。ＰＰＧマップは、カメラにより集められた画像（例えば、Ｘ線画像）にオーバーレイしてもよい。さらに、血管はバイパスグラフトを含み、ＰＰＧマップは異なる時間にグラフトを通る血流を示すようにしてもよい。

本発明のさらに別の一実施形態によると、開存性を評価する方法を説明する。該方法は、光センサを血管に対して位置決めし、血管からの光を受けるステップと、光を画像信号に変換するステップと、画像信号を解釈して、フォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）信号を決定し、ＰＰＧ情報を表す画像の画素値を出力するステップと、画素値に基づく分析のためディスプレイに出力されるＰＰＧマップを生成するステップと、少なくとも１つのＰＰＧマップを分析して、血管の開存性を決定するステップとを有する。

例えば、光センサは、内視鏡に及び／または切開部上に取り付けられたカメラを含む。光センサを位置決めするステップは、光センサを異なる時間に同じ位置に位置決めして、ＰＰＧ信号を比較して、血管におけるＰＰＧの変化を決定できるようにするステップを含んでいてもよい。光センサを位置決めするステップは、異なる時間に光センサの反復的位置決めができるロボットを用いるステップを含むようにすることも可能である。この方法は、さらに、異なる時間にＰＰＧマップからサブトラクション画像を生成するステップをさらに含む。サブトラクション画像は、光センサにより集められた画像（例えば、Ｘ線画像）にオーバーレイしてもよい。血管はバイパスグラフトを含み、ＰＰＧマップは異なる時間にグラフトを通る血流を示すようにすることも可能である。この方法は、さらに、血管の動きを把握しＰＰＧマップをレジストレーションするステップを含み得る。把握するステップは、グリッドを、血管の画像信号にオーバーレイし、グリッドの各部が血管の動きを決定するためにフォローされるトラッキング点を含むステップを含み得る。把握するステップは、心電図（ＥＣＧ）信号を提供して、ＥＣＧグラフに沿った対応する位置においてＰＰＧ測定をトリガーし、血管の動きを把握するステップのうち少なくとも一方を含むステップを含むことも可能である。

本開示の上記その他の目的、特徴、及び効果は、その実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。詳細な説明は、添付した図面を参照して読まれたい。

この開示は、以下の図面を参照して、詳細に好ましい実施形態の以下の説明をする。
は、一実施形態による、組織開存性を示すフォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）信号を決定するシステムを示すブロック／フロー図である。 他の一実施形態による、血管開存性を求める、ロボット誘導内視鏡を用いたＰＰＧ信号を決定する他の一システムセットアップを示す図である。 他の一実施形態による、ＰＰＧマップのサブトラクション画像がオーバーレイされた心臓を示す内視鏡画像を示す図である。 他の一実施形態による、点運動を評価するために、グリッド画像をオーバーレイした心臓を示す内視鏡画像を示す図である。 他の一実施形態によるＰＰＧ信号を測定するトリガー点を示す心電図（ＥＣＧ）グラフを示す図である。 他の一実施形態による、ＰＰＧ画像／ＰＰＧマップをオーバーレイした心臓を示すＸ線画像（血管造影）を示す図である。 例示した一実施形態による、開存性評価の方法を示すフロー図である。

本原理では、組織に照射されたまたは組織により反射された光を用いて、関心領域の流量を決定するシステムと方法を提供する。一実施形態では、フォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）を利用して組織中の血流を評価する。ＰＰＧは光の反射率と透過率を用いて、身体を伝わる心臓血管のパルスを検出する。ＰＰＧは、血液が、周りの組織よりも多くの光を吸収し、血液量の変化が透過率または反射率に影響するとの原理に基づく。ＰＰＧ信号を利用して、ＣＣＤカメラと周辺光照射のみを用いて、呼吸及び心臓のレートを検出してもよい。ここに説明するシステムと方法は、ＣＣＤカメラベース画像の関心領域から、例えば緑と青のカラー画素強度を抽出し、それの時間的な変化を測定する。他の情報を抽出し、モニターしてもよい。振幅が大きい信号は反射率が高く、画像化された画素の一における血液量が小さいことに対応する。ＰＰＧマップは、各画素においてＰＰＧ信号をプロットすることにより生成できる。ＰＰＧの利用により、ビデオから、心臓及び呼吸のレートに関する情報の抽出が可能になる。ＰＰＧマップにおける信号または画素の強度は、心拍サイクルの異なる位相における血液量に比例する。

ＰＰＧを利用して、通常のＣＣＤベースカメラを用いて、完全に非侵襲的かつコストがかからない方法で、被験者から生命兆候を抽出してもよい。この手法（ＰＰＧ）で測定できる生命兆候には、心拍、心拍変動、呼吸レート、動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ２）が含まれる。ＰＰＧにより、プレチスモグラフィック波形の形状などの価値のある生理的情報が得られ、ＰＰＧ信号の（解剖学的ロケーションにわたる）空間的分布（すなわち、ＰＰＧ画像）が得られる。生理的情報（例えば、脱水など。これにより、手術中に、ＰＰＧ信号上の呼吸の変調度が変わる）は、波形から抽出できる。

一実施形態では、本原理は、心臓の内視鏡画像とＰＰＧを用いて、バイパス手順の成功の検証をする方法を提供する。ＰＰＧ信号と、外科医が心筋組織及び血管の血液量を評価する可視化方法とを用いて、バイパスを行う直前とその後で、血流と血液量を比較できる。バイパス前後のＰＰＧマップの変化は、内視鏡画像の処理後、血管再開通術がうまくいったことを示す血液量の増加を示し得る。本原理を利用して、フィーチャートラッキング（ｆｅａｔｕｒｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ）を用いて、例えば、心拍動下手術（ｂｅａｔｉｎｇ ｈｅａｒｔ ｓｕｒｇｅｒｙ）の場合に、ＰＰＧ信号を用いてグラフト開存（ｇｒａｆｔ ｐａｔｅｎｃｙ）をチェックできる。ＥＣＧ信号でのゲーティングを用いて、心拍動下手術の場合、ＰＰＧ信号を用いてグラフト開存をチェックする方法も利用できる。他の一実施形態では、包括的な検証フレームワークのためＰＰＧ画像とＸ線画像とを合成する方法が開示される。

言うまでもなく、本発明は医療機器及び医療手順に関して説明する。しかし、本発明の教示は、それよりもずっと広く、表面から集めた光を用いて流れ測定を行う構成やシステムに適用可能である。いくつかの実施形態では、本原理は、複雑な生物学的または機械的なシステムをトラッキングまたは分析するのに利用される。具体的に、本原理は、生物学的システムの内部トラッキング行為に適用可能であり、肺、消化管、排泄器官、血管などの人体のすべてのエリアにおける行為に適用可能である。図面に示した要素は、ハードウェアとソフトウェアの様々な組合せで実施でき、複数の機能を提供でき、これらの機能は、単一の要素または複数の要素に組み合わせできる。

図示した様々な要素の機能は、専用ハードウェアを用いても、ソフトウェアを実行可能なハードウェアと適当なソフトウェアとを組み合わせても提供できる。プロセッサにより提供される場合、機能を単一の専用プロセッサで提供してもよいし、共有された単一のプロセッサで提供してもよいし、一部が共有された複数の個別プロセッサで提供してもよい。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語を明示的に使用した場合、ソフトウェアを実行できるハードウェアのみをいうと解釈してはならず、限定はされないが、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、ソフトウェアを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性記憶装置等を黙示的に含んでもよい。

さらに、本発明の原理、態様、実施形態、及びその実施例のすべての記載は、その構成的等価物及び機能的等価物の両方を含むものである。また、かかる均等物は、現在知られている均等物及び将来開発される均等物を含み、すなわち、構成にかかわらず同じ機能を発揮する開発されるすべての要素を含む。このように、例えば、当業者には言うまでもなく、ここに説明したブロック図は本発明の原理を化体するシステムコンポーネント及び／または回路を概念的に示すものである。同様に、言うまでもなく、フローチャート、フロー図等は、様々な方法（ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）を表し、これらの方法をコンピュータ読み取り可能記憶媒体に実質的に表しても、明示的に示していようがいまいがコンピュータやプロセッサで実行してもよい。
さらに、本発明の実施形態は、コンピュータや命令実行システムにより使用されるプログラムコードを提供するコンピュータ利用可能媒体またはコンピュータ読み取り可能媒体からアクセスできるコンピュータプログラム製品の形体を取りうる。本開示の目的では、コンピュータ使用可能またはコンピュータ読み取り可能媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスにより、またはそれらに関して使用される、プログラムを包含、格納、伝達、伝送、搬送できる任意の装置である。 この媒体は、電子的媒体、磁気的媒体、光媒体、光磁気媒体、赤外線媒体、半導体システム（または装置やデバイス）、伝達媒体などである。コンピュータ読み取り可能媒体の例としては、半導体または固体メモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、固定磁気ディスク、光ディスクなどがある。光ディスクの例としては、コンパクトディスク−リードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−リード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、ブルーレイ（商標）、及びＤＶＤなどがある。

ここで図面を参照する。図中、同様の数字は同一のまたは同様の要素を表す。最初に図１を参照して、一実施形態による、フォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）リーディングと分析をするシステム１００を示す。システム１００は、手順を監視及び／または管理するワークステーションまたはコンソール１１２を含む。ワークステーション１１２は、好ましくは、一または複数のプロセッサ１１４と、プログラムとアプリケーションを記憶するメモリ１１６とを含む。メモリ１１６は、光の反射率と透過率を分析して、組織を伝わるパルス波を検出するように構成されたＰＰＧ解釈モジュール１１５を記憶している。特に有用な実施形態において、光透過率及び／または反射率を用いて、心臓血管系または心筋系を分析する。血液は周りの組織よりも多く光を吸収するので、血液量の変化は組織からの光の透過率または反射率と相関している。解釈モジュール１１５は、カメラ（例えば、ＣＣＤカメラ）や光導波路及び画像化デバイス（例えば、光／フォトセンサ）などの光捕捉デバイスすなわちセンサ１２８からの光信号を解釈するように構成されている。光信号は好ましくは画素値を有するデジタル画像に変換される。解釈モジュール１１５は、反射率または透過率における小さな変化を復号（ｄｅｅｃｉｐｈｅｒ）するように構成されたＰＰＧパルス及びウェーブ方法１１７を含む。この小さな変化は、ディスプレイまたは画像（例えば、ＰＰＧマップ）上に画素強度／色の変化としてレンダリングされ得る。この方法は、ＰＰＧ信号の差分を出力して、組織のＰＰＧ信号マッピングを可能とするように構成された高速フーリエ変換その他の数学的アルゴリズムを含む。一実施形態では、光捕捉デバイス１２８は、医療デバイス１０２上にまたはその中に取り付けられる。医療用デバイス１０２は、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、ロボット、電極、フィルタデバイス、バルーンデバイスその他の医療用コンポーネントなどを含む。

一実施形態では、ワークステーション１１２は、解釈モジュール１１５からのフィードバックを受信して、光捕捉デバイス１２８を通して画像から集めた画素データの画像（例えば、青や緑などの色成分の変化や強度）を表示するように構成された画像生成モジュール１４８を含む。一実施形態では、色付きの画素データは画素強度を含む。画像生成モジュール１４８は、時間的に集積された例えば青や緑の画素データを出力し、１つのまたは複数のグラフを生成する。グラフはディスプレイ１１８上に表示され、組織を通る血流に関する測定値や情報を提供する。画像生成モジュール１４８を利用して、画像中にグリッドその他のオーバーレイされる情報を生成してもよい。例えば、グリッドを利用して、画像中の多くの点をトラッキング（ｔｒａｃｋ）して、画像中の時間的な動きを把握してもよい（図４を参照して説明する）。画像生成モジュール１４８は、画像を強調（ｅｎｈａｎｃｅ）して、（前後の画像の）ＰＰＧマップを比較して、血管を通る血流を評価する比較ツールを提供するように構成されている。

特に有用な実施形態では、（手術台１２５上に例示した）身体１３２の内部組織１３０が本原理により分析される。一実施形態では、内部組織１３０は、バイパス手術中または後の冠状動脈移植を含む。光捕捉デバイス１２８を有する内視鏡１０２を用いた光画像を得るため、内部組織１３０にアクセスする。内部組織１３０の画像１３４が、時間にわたって収集され、光センサ１２８またはカメラから記録される。内視鏡１０２は、組織１３０を照らすように構成された光源１２６を含む。光源１２６は、ＰＰＧ測定の感度または動作を良くするように構成された、ある波長（例えば、赤や赤外であるが、他の波長も使用してもよい）の光を発する。言うまでもなく、光その他の放射源が無くても、熱その他の電磁気的痕跡（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を利用してもよい。ＰＰＧ信号は複数のチャンネル（例えば、２つ以上のセンサ）から集めたデータから生成できる。

画像１３４は、解釈モジュール１１５により集められ、解釈され、関心画素値が決定される。画素値は、決定されると、画像生成モジュール１４８に出力され、ディスプレイデバイス１１８上に表示される。ワークステーション１１２は、被験者（患者）または組織１３０の内部画像を見るためのディスプレイ１１８を含む。内部画像１４４は、身体１３２の術前または術中の画像を含む。これらの画像は他の画像化モダリティやシステム１１０により収集されてもよい。ＰＰＧマップ１３６は画像１３４及び／または１４４にオーバーレイできる。画像生成モジュール１４８は、データを画像１３４にオーバーレイして、オーバーレイマップ１３６または収集したデータのその他のレンダリングを生成する。ディスプレイ１１８により、ユーザは、ワークステーション１１２及びそのコンポーネントや機能、またはシステム１００内のその他の要素とインターラクト（ｉｎｔｅｒａｃｔ）できる。これは、さらにインタフェース１２０により促進される。インタフェース４２０は、キーボード、マウス、ジョイスティック、触覚デバイス、その他の周辺機器やコントロールであって、ユーザがワークステーション１１２からフィードバックを受け、ワークステーション１１２とインターラクトできるようにするものを含み得る。

異なる時刻のマップ１３６の比較により、開存性を決定する好ましい動作モードが分かる。（内部アプリケーションのための内視鏡１０２中の）光検知デバイス１２８の位置は、維持され、または２つの異なる時刻（例えば、移植する前後）で同じ位置に戻される。一実施形態では、マニュアルで同じ位置が実現される。他の一実施形態では、ロボット１２４は、ロボットコントローラ１３８により制御され、前後で同じ位置に戻る。さらに別の一実施形態では、ＰＰＧ光測定は動きの周期（例えば、心拍や呼吸周期）により計時される。このように、動きの効果を把握するため、測定は同じ時／位置で（ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ／ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｎａｔｏｍｙ）行われる。同じ時／位置は、心電図、呼吸周期の測定などから得られる。

ＰＰＧ原理を利用して、介入手順中にバイパスが成功したことを確認する。内視鏡１０２は、最小侵襲性手順の間はカメラ（例えば、光収集デバイス１２８）を含むので、そのカメラからの画像１３４を用いて、バイパスを行う前後で、血流と血液量に関する情報を抽出できる。この画像は、Ｘ線デバイスを備えていない手術室でも、例えば画像化デバイス１１０によるその他の画像の補助として、またはスタンドアロン画像化モダリティとして、用いることができる。画像化デバイス１１０は、ＣアームＸ線システムとして例示的に図示されている。しかし、Ｘ線の替わりに、またはＸ線に加えて他の画像化モードも利用できる。

有利にも、追加的ハードウェアを用いずに内視鏡画像だけを用いたグラフト開存（ｇｒａｆｔ ｐａｔｅｎｃｙ）の評価が提供される。グラフト開存評価用の画像は、ＰＰＧマップ１３６を出力するモジュール１１５中のＰＰＧアルゴリズム／方法１１７にかけられる。本実施例ではグラフト開存を説明したが、本原理は、冠動脈バイパス移植だけではなく、血管再開通術を行うかまたは血流を評価する必要があるその他の外科的手順にも適用可能である。また、腫瘍切除、収束超音波切除など、結果として血液量や血流の変化が予想される手順は、本原理を用いて検証できる。

実施例では、血流と血液量は、ＰＰＧ信号を用いて、バイパス実行の前後で、直接的に比較できる。これを利用して、心臓または血管の画像中のフィーチャートラッキングも利用することにより、心拍動下手術（ｂｅａｔｉｎｇ ｈｅａｒｔ ｓｕｒｇｅｒｙ）の場合でも、ＰＰＧ信号を用いてグラフト開存（ｇｒａｆｔ ｐａｔｅｎｃｙ）をチェックできる。ＥＣＧ信号によるゲーティングを用いて、心拍動下手術（ｂｅａｔｉｎｇ ｈｅａｒｔ ｓｕｒｇｅｒｙ）の場合に、ＰＰＧ信号を用いて、グラフト開存をチェックできる。

フィーチャートラッキングは２つ以上のＰＰＧ信号を時間的に比較することを含む。信号は毎回同じ解剖学的位置から抽出される。 画像中の際だったまたは顕著なフィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）をトラッキングして、その動きを決定して、組織の動きを評価する。これを行う一方法として、画像をグリッドに分割し、そのグリッドの各セル中の点をトラッキングして、複数のＰＰＧ信号が２つの異なる時点において同じ解剖学的点のセットから抽出されるようにする。これは、他のトラッキング方法によっても実現できる。

画像化デバイス１１０は、蛍光透視法（Ｘ線）画像化システム、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム、磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）システム、及び超音波（ＵＳ）システムなどを含む。観血手術では、小型ＣＣＤカメラ（例えば、外部マウント型カメラ）を手術フィールド上に配置して、内視鏡のカメラなどで行う内部手順と同様の分析を行える。

図２を参照して、ワークステーション１１２（図１）により制御されたロボット２０２を含む他の一セットアップ例を示す。外科医は、標準的な方法で最小侵襲性心臓バイパス手術を行う。バイパスと吻合を行う前に、カメラ１２８を備えた内視鏡１０２を、患者２０６の心臓２０４の上に配置する。画像化は、バイパスを行うエリア、すなわちアテローム性狭窄（ａｔｈｅｒｏｓｃｌｅｒｏｔｉｃ ｎａｒｒｏｗｉｎｇ）が起きている冠状動脈のところの近くで行うことが好ましい。この目標アナトミーが見えない場合、術前画像（例えば、ＣＴスキャン）と内視鏡画像を融合するオーバーレイを行うことができる。

ロボット２０２を用いて内視鏡１０２を誘導する場合、内視鏡１０２が心臓２０４の上に正しく位置した時のロボット２０２の間接位置を記憶して、バイパスが完了した後に参照して、心臓２０４の撮像のためにその位置を再生することができる。内視鏡１０２を配置すると、内視鏡画像をある時間にわたり取ることができ、各画像に対してＰＰＧマップを生成できる。

バイパスが完了すると、内視鏡１０２はバイパス前と同じ位置に配置される。ロボット誘導内視鏡の場合には、ロボット２０２が前とまったく同じ場所に戻ることができる。内視鏡１０２はその領域の新しい画像を撮り、再びＰＰＧマップを生成する。バイパス位置から下流の血管及び心筋組織には、バイパスされた血管からより多くの血液が行くので、バイパス前後のＰＰＧ信号には大きな違いがあるはずである。そうでなければ、信号はほとんど同じになる。

外科医に対して、複数の方法でＰＰＧマップを見せて、評価を容易にすることができる。前後のＰＰＧマップを横に並べて、サブトラクション画像とともに表示できる。これらの画像とマップは、画像生成モジュール１４８（図１）により生成できる。サブトラクション画像を色つきマップとし、信号の違いが最大である位置を示し、血流が最も変化した組織を示すこともできる。また、カラーマップを内視鏡画像にオーバーレイして、血液量の違いがどこで最大となるか感触をつかみやすくできる。その他の有用な情報もマップから得ることができる。

図３を参照して、心臓３０６の内視鏡画像３０４上にカラーマップ３０２がオーバーレイされた画像例３００を示す。カラーマップ３０２は、バイパス手順の前後の心筋組織間のＰＰＧサブトラクション信号を提供する（例えば、前の画素値を後の画素値から減算して（またはその逆で）、差分またはサブトラクションマップを生成する）。この場合、カラーマップ３０２の信号強度が強ければ強いほど、バイパス前後の画像間の血液量の違いが大きい。バイパス位置から下流で大きな違いが見られなければ、手順が成功したか疑わしく、さらに調査する必要がある。

ＰＰＧ信号は動きに対して非常に敏感である。画像中である画素が動くと、ＰＰＧ信号は非常に異なったものとなり、期待値に対応しない場合がある。患者が心肺バイパス機にかかっていない場合には、心拍動によりＰＰＧ信号が使い物にならなくなる動きが生じる。図４は、かかる場合を解決する一実施形態を示す。

図４を参照して、複数の部分４０６に分割するグリッド４０４を有する画像４０２を示した。各部分４０６は、各グリッド部分４０６に、トラッキングされる少なくとも１つの点４０８を含む。ＰＰＧ信号は各グリッド位置または部分４０６で得られる。トラッキング点４０８（例えば、各グリッドの中心点、ただし他の点を利用してもよい）は、画像シーケンスを見て比較することにより、リアルタイムでトラッキングできる。これにより、複数のマップをトラッキング点でレジストレーションできるので、ＰＰＧ信号が時間的に比較可能となる。画像４０２をグリッド４０４と各セル４０６中のトラッキング点４０８に分割することは、２つの異なる時点において解剖学的点の同じセットからＰＰＧ信号を抽出できるようにする１つの有効な方法であるが、他のトラッキング方法（例えば、中心点ではなく画像の際だったフィーチャをトラッキングする方法）を利用してもよいし、想定している。

図５を参照して、心電図（ＥＣＧ）グラフ５０２は波形を示し、これを利用してＰＰＧ信号測定をトリガーできる。これにより、例えば、グラフト開存（ｇｒａｆｔ ｐａｔｅｎｃｙ）を確認またはチェックするＰＰＧ信号の収集が容易になる。ＥＣＧ信号を用いて、例えば、グラフ５０２の対応点５０４において内視鏡をトリガーして、心臓周期中の対応周期の全く同じ場所／時間で画像を収集する。これにより、ＰＰＧ信号中の動きアーティファクトが最小となる。呼吸周期などの他のタイミング信号を利用することもできる。

図６を参照して、２つ以上の撮像モダリティを利用することにより、グラフトその他の解剖学的フィーチャをチェックできる。例えば、Ｘ線グラフト開存性とＰＰＧグラフト開存性の確認を行っても良い。Ｘ線画像と内視鏡画像の座標フレームを既知の方法でレジストレーションしてもよい。内視鏡ストリームからのこれらの画像を処理するので、かかる方法をＰＰＧ撮像に拡張できる。この方法では、Ｘ線画像６０２（例えば、冠状動脈血管造影）とＰＰＧ画像６０４を合成して、（例えば、オーバーレイなどにより）同じ画像で両方のモダリティを見られるようにできる。

図７を参照して、本原理による、血管の開存性や組織を流れる血流を評価する方法を例示する。ブロック７０２において、光センサを血管に対して位置決めし、血管からの光を受ける。光センサはカメラを含み、カメラは内視鏡に取り付けられるか、切開部（ｏｐｅｎ ｉｎｃｉｓｉｏｎ）上に取り付けられる。ブロック７０４において、光センサの位置決めは、光センサを異なる時間に同じ位置に位置決めして、ＰＰＧ信号を比較して血管におけるＰＰＧの変化を決定できるようにすることを含む。他の一実施形態では、ブロック７０６において、ロボットを利用して、異なる時間に光センサの反復的位置決めができるようにする。

ブロック７０８において、光を画像信号に変換する。ブロック７１０において、画像信号を解釈して、フォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）信号を決定し、ＰＰＧ情報を表す画像の画素値を出力する。ブロック７１２において、ＰＰＧマップを生成し、画素値に基づく分析のためディスプレイに出力する。ブロック７１４において、異なる時間に生成されたＰＰＧ信号のサブトラクション画像を提供する。ブロック７１６において、サブトラクション画像またはＰＰＧマップは、光センサにより集められた画像上に（例えば、内視鏡画像上に）またはその他の画像上にオーバーレイされる。特筆すべき点として、ＰＰＧマップ間に、比較をするその他の動作を行っても良い。

ブロック７１８において、少なくとも１つのＰＰＧマップを分析して、血管の開存性を決定する。ブロック７２０において、ＰＰＧマップを内視鏡画像、Ｘ線画像、超音波画像等にオーバーレイしてもよい。ブロック７２２において、血管はバイパスグラフトを含み、ＰＰＧマップは異なる時間におけるグラフトを通る血流を示しても良い。

ブロック７２４において、関心エリアの動きを把握する（ａｃｃｏｕｎｔｅｄ ｆｏｒ）。以下、２つの例を説明するが、他の方法を用いても良い。ブロック７２６において、血管の画像信号にグリッドオーバーレイを生成する。グリッドの各部は、追跡して時間的な血管の動きを決定するトラッキング点を含む。ブロック７２８において、タイミング手段（ｔｉｍｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅ）（例えば、心電図（ＥＣＧ）信号）を提供する。ブロック７３０において、タイミング信号により、対応する位置においてＰＰＧ測定をトリガーするため、タイミング信号を利用し、血管の動きを把握する。

添付した請求項の解釈において、以下のことを理解すべきである：
ａ）「有する」という用語は、請求項に上げられたもの以外の構成要素やステップの存在を排除するものではない；
ｂ）構成要素に付された「１つの」、「一」という用語は、その構成要素が複数あることを排除するものではない；
ｃ）請求項中の参照符号はその請求項の範囲を限定するものではない；
ｄ）同一のアイテム、ハードウェアまたはソフトウェアにより実施された構造、もしくは機能により、幾つかの「手段」を代表してもよい；
ｅ）特に断らなければ、動作（ａｃｔ）の順序を指定するものではない。

内視鏡画像のフォトプレチスモグラフィーを用いる開存性を評価する好ましい実施形態（これらは例示であって限定ではない）を説明したが、当業者は上記の教示を考慮して修正や変形をすることができることに留意すべきである。それゆえ、当然のことながら、添付した請求項により規定されるここに開示した実施形態の範囲内における、開示した開示の実施形態を変更することができる。特許法により要求される詳細と具体性をもって説明した。特許証により請求され保護を求めるものは、添付した請求項に記載されている。

Claims (15)

1. 開存性を評価するシステムであって、
   血管を照明する光を発生するように構成された光源と、
   内視鏡に位置決めされ、前記血管に対して位置決め可能であり、前記発生された光に応じて前記血管からの光を受け取り、前記光を画像信号に変換する光センサと、
   前記画像信号を受け取り、フォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）情報を表す画像の画素値を出力するように構成されたＰＰＧ解釈モジュールと、
   前記ＰＰＧ解釈モジュールに結合し、前記画素値を受け取り、分析のためにディスプレイに出力されるＰＰＧマップを生成する画像生成モジュールとを有するシステム。
2. 前記光センサはカメラを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記血管に対して光センサを位置決めするように構成されたロボットをさらに有する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記光センサは、第１の時間に前記血管に対するある位置に位置決めされ第１のＰＰＧマップを取得し、第２の時間に同じ位置に位置決めされ第２のＰＰＧマップを取得し、前記第１と第２のＰＰＧマップを比較して前記血管におけるＰＰＧ変化を決定する、
   請求項１に記載のシステム。
5. 異なる時間に前記光センサの反復的位置決めができるように構成されたロボットをさらに有する、請求項４に記載のシステム。
6. 前記画像生成モジュールは、前記第１と第２の時間に前記第１と第２のＰＰＧ信号のサブトラクション画像を生成するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
7. 前記画像生成モジュールは、さらに、前記サブトラクション画像を前記光センサにより提供される前記画像信号による画像にオーバーレイするように構成されている、請求項６に記載のシステム。
8. 前記画像生成モジュールは、さらに、前記ＰＰＧマップを前記光センサにより提供される前記画像信号による画像にオーバーレイするように構成されている、請求項１に記載のシステム。
9. 前記画像生成モジュールは、さらに、前記ＰＰＧマップをＸ線画像にオーバーレイするように構成されている、請求項１に記載のシステム。
10. 前記血管はバイパスグラフトを含み、前記ＰＰＧマップは異なる時間に前記グラフトを通る血流を示す、請求項１に記載のシステム。
11. 前記光源は前記内視鏡に配置されている、請求項１に記載のシステム。
12. フォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）解釈モジュールと、前記ＰＰＧ解釈モジュールに結合した画像生成モジュールとを有する、開存性を評価するシステムの作動方法であって、
    血管を照明する光を発生するように構成された光源により発生された光に応じて、内視鏡に位置決めされ前記血管に対して位置決め可能である光センサが受け取った前記血管からの光を変換した画像信号を、前記ＰＰＧ解釈モジュールが受け取り、フォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）情報を表す画像の画素値を出力するステップと、
    前記画像生成モジュールが、前記画素値を受け取り、分析のためにディスプレイに出力されるＰＰＧマップを生成するステップと
    を含む作動方法。
13. 前記光センサは前記内視鏡に取り付けられたカメラを含む、
    請求項１２に記載の作動方法。
14. 前記システムの制御手段が、
    前記光センサを位置決めするため、前記光センサを異なる時間に同じ位置に位置決めして各ＰＰＧ信号に関する決定を可能にし、前記ＰＰＧ信号を比較して、前記血管におけるＰＰＧの変化を決定できるようにするステップを含み、前記光センサを位置決めするステップは、異なる時間に前記光センサの反復的位置決めができるロボットを作動させるステップをさらに含む、請求項１２に記載の作動方法。
15. 前記システムの把握手段が、前記血管の動きを把握しＰＰＧマップをレジストレーションするステップをさらに有し、
    前記把握するステップは、グリッドを、前記血管の画像信号にオーバーレイし、前記グリッドの各部が前記血管の動きを決定するためにフォローされるトラッキング点を含むステップを含む、
    請求項１２に記載の作動方法。

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