JP2003245273A - 脈管系における位置確認を支援する方法 - Google Patents

脈管系における位置確認を支援する方法

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JP2003245273A JP2002363899A JP2002363899A JP2003245273A JP 2003245273 A JP2003245273 A JP 2003245273A JP 2002363899 A JP2002363899 A JP 2002363899A JP 2002363899 A JP2002363899 A JP 2002363899A JP 2003245273 A JP2003245273 A JP 2003245273A
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モルス ザビーネ
Kai Eck
エック カイ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍光Ｘ線透視画像と血管モデルの投影を精度
が高く組み合わせることができる改善された方法及びＸ
線装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 脈管系の介入手術時に現在のＸ線画像に
関連付けられる非常に正確な血管図又はロードマップを
形成する方法に関する。血管図は、血管樹の４次元モデ
ル、即ち、空間的に３次元であり、時間に依存するモデ
ルから得られる。時間依存性は、心拍及び／又は呼吸と
いった人体の自然動作に関連する。特に、心拍及び／又
は呼吸のリズムはセンサによって測定され、測定された
リズムは、対応する３次元の脈管系モデルを同期するよ
う選択し表示するために使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人体の脈管系にお
ける位置確認（オリエンテーション）を支援する方法に
係る。本発明は更に、脈管系の介入手術をモニタリング
するＸ線装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】特許文献１は、血管内視鏡検査時におけ
る位置確認を支援する方法を開示する。この方法は、血
管の血管樹の３次元モデルを使用する。蛍光Ｘ線透視鏡
を使用して、血管内視鏡による介入の間、カテーテル又
はガイドワイヤの位置が２次元投影上で追跡される。そ
の間、医師は任意に投影方向を変更することができる。
各瞬間における投影方向が検出され、血管樹の３次元モ
デルの対応する投影が計算される。次に、投影は、その
瞬間における蛍光Ｘ線透視画像に重ねることができる。
これにより、実際の蛍光Ｘ線透視画像において、３次元
モデルにより決められるカテーテルの先端付近における
血管の経路を「バーチャルな造影剤注入」としてハイラ
イトすることができる。しかしながら、この方法では、
しばしば、特に小さな血管の場合において、実際の蛍光
Ｘ線透視画像と３次元モデルの投影との間に十分な空間
的対応性がないという欠点がある。
【０００３】
【特許文献１】西独国特許第１００４７３１４号（ＤＥ
１００４７３１４Ａ１）
【特許文献２】国際公開第００／３９７５３号（ＷＯ０
０／３９７５３）
【発明が解決しようとする課題】上述のことを考慮する
に、本発明は、蛍光Ｘ線透視画像と血管モデルの投影と
をより精度が高く組み合わせることができる改善された
方法及び改善されたＸ線装置を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上述した目的は、請求項
１に開示される方法、及び、請求項９に開示されるＸ線
装置によって達成される。更なる実施例は、従属項に有
利に開示される。
【０００５】本発明の方法は、人体における脈管系にお
ける位置確認を支援することを目的とする。本発明の方
法は特に、診断及び治療のために、一般的にカテーテル
又はガイドワイヤを用いて行われる脈管系の介入手術に
おいて使用されることが有利である。本発明の方法は、 ａ）人体の自然動作の異なる位相における当該人体内の
脈管系のモデルを捕捉する段階と、 ｂ）脈管系のモデルの少なくとも１つのモデルと人体の
現在の画像に基づいてグラフィック表示を形成する段階
とを含む。
【０００６】このコンテキストでは、「モデル」とは、
脈管系を幾何学的に記述するのに適している任意量のデ
ータを意味するものであることを理解するものとする。
幾何学的記述には特に、血管樹のバイナリ又はベクトル
表示が関連する。モデルは３次元で、血管樹の空間形状
を表すことができることが好適である。人体の自然な動
作とは特に、心拍及び／又は呼吸といった周期的な自然
な動作である。人体の現在の画像とは、特に、Ｘ線画像
といった蛍光Ｘ線透視画像であり、本願においてしばし
ば例示目的で言及且つ観察する。しかし、本発明は原則
的に、Ｘ線画像に限定されるものではなく、例えば、磁
気共鳴（ＭＲ）法、超音波法、シンチグラフィ法などと
共に使用されてもよい。
【０００７】本発明によると、特に、心拍及び／又は呼
吸といった人体の自然な動作は、血管の形状及び位置に
決定的な影響を与えるので考慮に入れられる。例えば、
心拍は心臓及びその血管の形状を変化し、且つ、間接的
に近接する臓器の血管の位置も変化させる。同様のこと
が呼吸時の肺又は胸部に対して言える。本発明では、そ
のような人体の自然な動作は、脈管系の異なるモデルが
捕捉され、モデルを人体の自然動作の異なる位相に対し
て使用することにより、考慮に入れられる。これによ
り、観察される人体において正確に位置を確認すること
ができ、従って、造影剤といった形の負担を患者に全く
かけず、Ｘ線照射量を少なくすることができる。
【０００８】本発明の第２の方法によると、人体の瞬間
における自然な動作は好適なセンサによって測定され、
上述の段階ｂ）において、自然動作の現在の位相に最適
に適合する脈管系のモデルを使用する。従って、使用さ
れるモデルは人体の自然動作と同期されることが自動的
に確実にされる。段階ｂ）において、人体の自然動作の
瞬間における位相に最適に適合するモデル（２次元又は
３次元の）を、現在の画像を第２のモニタ上に表示させ
ながら、同期させて第１のモニタ上に表示することが特
に可能である。
【０００９】段階ｂ）において、脈管系の３次元モデル
の２次元投影が使用されることが好適である。画像の種
類に関して、このような２次元投影は通常の２次元蛍光
Ｘ線透視画像に相当するので医師は２つの画像を好適に
比較することができる。
【００１０】上述した方法によると、最も単純な場合に
おいて、３次元モデルの２次元投影の方向及び／又は平
面は、有効性を考慮に入れながら医師により選択される
ことが可能である。しかし、３次元モデルの投影方向及
び／又は投影面は、それらが、現在の蛍光Ｘ線透視画像
の投影方向及び／又は投影面に対応するよう特別に選択
されることが好適である。モデルの投影と現在の蛍光Ｘ
線透視画像を同時に表示する場合、投影は対応するの
で、直接的な比較が可能となる。
【００１１】現在の蛍光Ｘ線透視画像の投影方向及び／
又は投影面は、捕捉装置により供給されるデータより得
ることができる。機械公差があるので、このデータの精
度は限られているので、一般的に、約±２°の角度誤差
が生じる。本発明では、現在の蛍光Ｘ線透視画像とモデ
ルとの投影方向及び／又は投影面は、現在の蛍光Ｘ線透
視画像と脈管系のモデルを形成するのに使用され形成さ
れた当該人体の（蛍光Ｘ線透視）画像とを比較すること
により、より良い対応性が達成される。これは、脈管系
のモデルを形成する際に、人体の関心部が一般的に様々
な方向（好適には回転動作時に全ての方向）から撮像さ
れ、その後に（３次元）の脈管系が、このようにして得
られた多数の２次元投影から再構成されるからである。
提案する方法では、得られた２次元投影から、投影方向
及び／又は投影面が、現在の蛍光Ｘ線透視画像の暫定的
に決められた投影方向及び／又は投影面の付近に位置し
ている２次元投影が、現在の蛍光Ｘ線透視画像と比較さ
れる。これらの２次元投影のうち、現在の蛍光Ｘ線透視
画像と最適な対応性を示す１つの投影は、同一の方向か
らの画像、又は、実際に画像と同じ投影画像であると考
えられて、この投影が基づいているパラメータは、モデ
ルの投影方向及び／又は投影面を選択するのに使用され
る。
【００１２】本発明の第３の方法によると、特に、器
具、カテーテル、又は、ガイドワイヤといった対象の位
置は現在の位置から決定され、その対応する位置は脈管
系のモデルにおいてハイライトされる。このようにし
て、医師は、当該の対象が脈管系のモデルのレンディシ
ョンにおいて現在どこに位置しているのかを直ぐに認識
することができる。
【００１３】グラフィック表示を形成する更なる方法と
しては、本発明の段階ｂ）において、脈管系の少なくと
も１つのモデルが現在の画像に重ねられる。１つの画像
に組み合わせられた表示は、モデルデータが現在の画像
データに直接関連付けることを可能にする。
【００１４】本発明は更に、脈管系の介入手術をモニタ
リングするＸ線装置に関する。このＸ線装置は、所定の
人体のＸ線画像を形成するためのＸ線源と検出器を含
む。これらの構成要素は、一定の相対的幾何学形状によ
り回転可能なように互いに関連付けられることが好適で
ある。Ｘ線源と検出器は一般的に、その中心について回
転可能であるいわゆるＣ型アームの端部にそれぞれ取付
けられる。従って、捕捉装置は、患者の体の周りで円形
路に沿って動くことができ、それにより、回転運動の中
心にある関心の所定の人体の様々な視方向からの画像を
形成することができる。
【００１５】本発明のＸ線装置は更に、人体の自然動作
の異なる位相における人体内の脈管系のモデルを格納す
るメモリを含む。モデルは、現時点における検査から時
間的にかなり距離のある別の検査の際に予め捕捉される
か、又は、現時点での検査の際に捕捉されうる。モデル
は、同一のＸ線装置により捕捉されるか、又は、Ｘ線コ
ンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置、又は、ＭＲ装置によ
り捕捉されてもよい。更に、モデルは２次元であって
も、３次元であってもよい。
【００１６】本発明のＸ線装置は更に、人体の自然動作
を感知するためのセンサを含む。人体の自然動作は特
に、患者の心拍及び／又は呼吸である。その場合、セン
サはＥＣＧ装置、又は、呼吸を監視するのに好適である
装置である。
【００１７】本発明のＸ線装置は更に、センサ及びメモ
リに接続され、少なくとも１つのモデルと人体の現在の
Ｘ線画像とに基づいてグラフィック表示を形成するよう
構成されるデータ処理ユニットを含む。
【００１８】上述したＸ線装置は、脈管系の介入手術の
非常に正確なモニタリングを可能にする。なぜなら、メ
モリから、脈管系の時間に依存するモデルが利用可能で
あり、その時間に依存するモデルを現在の実際の人体画
像と組み合わせているからである。人体の自然動作の瞬
間における状態は、Ｘ線装置のセンサによって追跡する
ことが可能なので、当該の対応するモデルを選択して、
グラフィック表示を形成するのに同期して使用すること
ができる。
【００１９】本発明のＸ線装置の更なる実施例として
は、現在の画像面又はＸ線画像の投影方向を決定する装
置を含む。このような装置は例えば、Ｘ線源及び／又は
検出器の角度位置を測定することが可能であり、測定さ
れたデータをデータ処理ユニットに転送し、そのデータ
が共通の表示の形成に組み込まれることを可能にする。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明を、図面を参照しながら以
下に詳細に説明する。
【００２１】Ｘ線源３とＸ線検出器１からなるＸ線装置
の撮像部は、図１の左側に示す。Ｘ線源３とＸ線検出器
１は一般的に、回転式のＣ型アームに取付けられる。Ｘ
線源３とＸ線検出器１との間に、患者２が、蛍光Ｘ線透
視法により関心の人体領域を撮像することができるよう
配置される。本実施例では特に、患者の脈管系における
診断又は治療目的のための介入のモニタリングに関連す
る。その場合、カテーテル（或いはガイドワイヤ付き）
が血管の中を通され、治療されるべき人体部まで入れら
れる。このカテーテルのナビゲーションは、カテーテル
の現在の位置を医師に示す一連のＸ線画像による通常の
方法により支援される。実際には、この時、いわゆるＸ
線照射量の少ない蛍光Ｘ線透視モード、及び、Ｘ線照射
量の多いシネモードを区別することができる。一般的
に、シネモード時には、カテーテルを介して造影剤が脈
管系に注入されるので、血管樹のトポロジーが、４から
５回の心周期シーケンスの間、可視となる。
【００２２】蛍光Ｘ線透視法は一般的に、造影剤を使用
することなくガイドワイヤによって脈管系の狭窄した箇
所に到達し、ガイドワイヤ上の器具を、狭窄部を超え
て、狭窄部上に配置するために行われる。配置した後
に、小量の造影剤を注入することにより、蛍光Ｘ線透視
モードにおいて正確な位置が確認され、その正確な位置
は多くの時間と大量のＸ線照射量を必要とする複雑な反
復プロセスにおいて可能である場合は訂正される。造影
剤が蛍光Ｘ線透視モードに適用されない場合、このモー
ドにおける画像シーケンスはカテーテル、ガイドワイ
ヤ、器具、及び、幾らかの背景情報のみを示す。周囲の
組織との吸収濃度の差は小さいことから、血管自体を認
識することが実質的に不可能となる。
【００２３】医師は、現在器具が配置されている血管樹
の箇所を異なる視野から見るために、介入時に撮像シス
テムの視角及び位置を変更することができる。医師が脈
管系内をナビゲートするのを支援するために、最新技術
では、シネモードで形成された複数の以前の画像から選
択される静止画像（血管図又はロードマップ）のみを使
用した。しかし、このような種類の静止画像は、特に、
患者２の心拍及び／又は呼吸によりもたらされる人体の
自然動作を考慮していない。
【００２４】この状況を改善すべく、本発明は、時間を
第４の次元として捉えた場合に、「４次元」血管モデル
とも称される時間依存型の空間３次元血管モデルを使用
することを提案する。これらの空間３次元血管モデル
は、実際の介入より（ずっと）前に別個の処理４により
捕捉されるか、又は、介入時において形成することがで
きる。空間３次元モデルは、特に、いわゆる「回転式血
管造影（rotating angiography）」時に生成することが
できる。この時、Ｘ線源３及びＸ線検出器１が患者の周
りで回転し、同時に、異なる方向からの画像が生成され
る。図１におけるブロック５は、空間３次元モデルのメ
モリを表す。
【００２５】ブロック６として示す更なるプレプロセス
において、メモリ５からのモデルの様々な投影が前もっ
て計算される。これらの投影は、幾何学的な視方向に適
合する２つの角度値と、心周期及び呼吸サイクルの２つ
の位相角（０乃至２πの間で測定される）より決められ
る投影である。これらの投影を生成するのに大量の計算
作業が必要であるので、これらの投影はリアルタイムで
はなく事前に計算されることが好適である。しかし、適
切な計算能力が利用可能であり、及び／又は、例えば、
低い分解能レベルにすることによって計算作業が少なく
されるのであれば、リアルタイムでの計算も可能であ
る。
【００２６】実際の検査時は、ブロック７乃至ブロック
１６を経て行われる。最初に、医師は、蛍光Ｘ線透視画
像シーケンスを形成する（ブロック９）。血管樹の異な
る視野からの眺めを可能にするために、医師は、必要に
応じて、撮像システム１、３の角度及び位置を変更す
る。システムの瞬間における位置データは、位置検出シ
ステム７により連続的に決められる。
【００２７】ブロック８において、位置検出システム７
により供給される瞬間における位置データに最適に対応
するパラメータを有する投影が、予め計算された投影６
から選択される。撮像システム１、３は、位置決めに関
して６の自由度を有するので、ブロック８において選択
される脈管系の投影又はロードマップは、「６Ｆロード
マップ（6F road map）」とも称する。
【００２８】現在の蛍光Ｘ線透視画像シーケンス９と、
３次元血管モデルから決められる６Ｆロードマップとを
相関付ける、また、組み合わせるには様々な方法があ
る。図１にはそのうちの３つの可能な方法を示す。
【００２９】最も単純な第１の方法としては、使用者
は、提示される６Ｆロードマップ又は血管図のうち１つ
の好適なものを選択する（ブロック１１）。この血管図
は一般的に、心周期又は呼吸周期の特定の位相に関連付
けられているマップである。この血管図は、次に、実際
の蛍光Ｘ線画像を表示する第１のモニタの上方に配置さ
れる第２のモニタに表示される（ブロック１４）。
【００３０】第２の方法としては、ブロック１２とブロ
ック１５に示すが、患者のＥＣＧ及び呼吸が更なるセン
サ（図示せず）により決定される。決定された心拍及び
呼吸の現在の位相に依存して、関連付けられる血管図が
ブロック８から自動的に選択される。人体の現在の状態
に同期する血管図が、実際の蛍光Ｘ線透視画像と同時に
第２のモニタ上に表示される（ブロック１５）。
【００３１】最後の第３の方法としては、ブロック１
０、１３、及び、１６に示すが、ここでは、器具のイン
ジケータが、より複雑な方法で静的に又は動的に組み込
まれた表示方法を説明する。最初に、ブロック１０にお
いて、実際の蛍光Ｘ線透視画像と、３次元血管モデル又
はその２次元投影（血管図）とが見当合わせされる。こ
れは、２つの画像において、対応する点が捜し求められ
ることを意味する。ブロック１３において、例えば、カ
テーテルの先端である器具の抽出が行われる。このこと
に関し好適であるアルゴリズムは、特許文献２に記載さ
れる。ブロック１６において、器具のインジケータは、
蛍光Ｘ線透視画像及び／又は血管モデルのレンディショ
ンに静的又は動的に挿入することが可能である。更に、
ブロック１０で見当合わせした後、デジタルサブトラク
ション血管造影検査（ＤＳＡ）を行ってもよい。そのよ
うなサブトラクション血管造影検査時に、現在の画像と
基準画像との間に差を形成し、関心のない構造を減衰さ
せ、関心の構造を高めるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線装置の構成要素を示す図である。
【符号の説明】
１ Ｘ線検出器 ３ Ｘ線源 ４ 事前処理ブロック ５ 空間３次元モデルメモリ ６ 空間３次元モデルの投影 ７ 位置検出システム ８ 血管図の選択ブロック ９ 蛍光Ｘ線画像シーケンスの生成ブロック １０ 蛍光Ｘ線画像と投影との見当合わせブロック １１ 好きな血管図の選択ブロック １２ ＥＣＧ及び呼吸を決定し、それに基づいた血管図
の選択ブロック １３ カテーテルの抽出ブロック １４ モニタに表示するブロック １５ 血管図と現在の蛍光Ｘ線画像の同時表示ブロック １６ 器具のインジケータを蛍光Ｘ線画像及び血管図に
挿入するブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ａ６１Ｂ 6/03 Ａ６１Ｂ 6/03 ３６０Ｑ ５Ｂ０５７ ３７０ ３７０Ｂ ３７７ ３７７ 6/12 6/12 19/00 ５０２ 19/00 ５０２ Ｇ０６Ｔ 1/00 ２９０ Ｇ０６Ｔ 1/00 ２９０Ａ 17/40 17/40 Ａ // Ａ６１Ｂ 5/055 Ａ６１Ｂ 5/06 5/06 6/02 ３５３Ｃ 6/02 ３５３ 8/06 8/06 Ｇ０１Ｔ 1/164 Ｈ Ｇ０１Ｒ 33/28 Ａ６１Ｂ 5/05 ３８０ 33/54 ３９０ Ｇ０１Ｔ 1/164 Ｇ０１Ｎ 24/02 Ｙ ５３０Ｙ (72)発明者 ザビーネ モルス ドイツ連邦共和国，53925 カル，アオ フ・デム・ビューヒェル 50 (72)発明者 カイ エック ドイツ連邦共和国，52076 アーヘン，イ ー‐ローテ‐ハーク‐ヴェーク 40 Ｆターム(参考） 2G088 EE01 EE02 EE04 FF02 JJ06 KK32 KK33 KK34 KK35 KK37 LL10 MM04 4C093 AA07 AA13 AA24 AA26 CA23 CA50 DA02 EC16 EE01 EE30 FA35 FA47 FF35 FF42 FG05 FG13 4C096 AA18 AA20 AB50 AC10 AD14 AD19 AD23 DA03 DA18 DC14 DC18 DC23 DC28 DD02 DD13 FC20 4C301 DD30 FF27 FF28 JC14 KK17 KK27 LL20 5B050 AA02 BA03 BA09 EA24 EA27 EA28 FA02 5B057 AA08 BA03 CA08 CA13 CA16 CB08 CB12 CB13 CB16 DA07 DB02 DB03 DC32

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 人体の脈管系における位置確認を支援す
    る方法であって、 ａ）上記人体の自然動作の異なる位相における上記人体
    内の脈管系の、好適には３次元であるモデルを捕捉する
    段階と、 ｂ）少なくとも１つのモデルと、上記人体のＸ線画像で
    ある現在の画像とに基づいてグラフィック表示を形成す
    る段階とを含む方法。
  2. 【請求項２】 上記人体の自然動作が測定され、上記段
    階ｂ）において、上記人体の自然動作の現在の位相に最
    適に適合する上記人体の脈管系のモデルを使用する請求
    項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 上記段階ｂ）において３次元モデルの２
    次元投影を形成することを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 上記現在の画像は蛍光Ｘ線透視画像であ
    り、 上記３次元モデルの投影方向及び／又は投影面は、上記
    蛍光Ｘ線透視画像の投影方向及び／又は投影面に対応す
    ることを特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記現在の蛍光Ｘ線透視画像の上記投影
    方向及び／又は上記投影面は、上記蛍光Ｘ線透視画像
    を、上記脈管系の３次元モデルを得るために使用された
    上記人体の画像と比較することにより決定されることを
    特徴とする請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 器具、カテーテル、又は、ガイドワイヤ
    といった対象の位置は、上記現在の画像である蛍光Ｘ線
    透視画像から決められ、対応する位置は、上記脈管系の
    モデルのレンディションにおいてハイライトされること
    を特徴とする請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 段階ｂ）において、上記脈管系の少なく
    とも１つのモデルが上記画像のレンディションに重ねら
    れることを特徴とする請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 上記人体の自然動作は、心拍及び／又は
    呼吸によりもたらされることを特徴とする請求項１記載
    の方法。
  9. 【請求項９】 脈管系における介入手術をモニタリング
    するＸ線装置であって、 所定の人体のＸ線画像を形成するＸ線源及び検出器と、 上記人体の自然動作の異なる位相における上記所定の人
    体内の上記脈管系のモデルを格納するメモリと、 上記人体の自然動作を感知するセンサと、 上記センサ及び上記メモリに接続され、上記脈管系の少
    なくとも１つのモデルと上記人体の現在のＸ線画像とに
    基づいてグラフィック表示を形成するよう構成されるデ
    ータ処理ユニットとを含む装置。
  10. 【請求項１０】 上記Ｘ線画像の現在の投影方向及び／
    又は投影面を決定する装置を含むことを特徴とする請求
    項９記載のＸ線装置。
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