内腔内の選択された位置へ医療用デバイスを移送するための方法およびシステム
患者の体の内腔内の選択された位置へ、カテーテルに結合された医療デバイスを移送するための方法であって、選択された位置を表す位置データを受信し、前記位置データが前記内腔の画像に関連付けられ、前記画像が座標系に関連付けられ、前記座標系が医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）にさらに関連付けられるステップと、前記座標系内で前記選択された位置の座標を決定するステップと、前記医療デバイスの近傍で前記カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサの出力に従って、ＭＰＳ座標系内での前記医療デバイスの現在位置を決定するステップと、前記選択された位置に対する前記現在位置に従って、前記選択された位置へ向かって、前記内腔を通って前記医療デバイスを操縦するステップと、前記現在位置が前記選択された位置と実質上一致したとき、通知出力を作成するステップとを含む方法。
【その他】 本願に係る特許出願人の国際段階での記載住所は「イスラエル国 ３１０５３ ハイファ ピー オーボツクス １５００３ アドヴァンスト テクノロジー センター」ですが、識別番号５０３２９３１８９を付与された国内書面に記載の住所が適正な住所表記であります。
【その他】 本願に係る特許出願人の国際段階での記載住所は「イスラエル国 ３１０５３ ハイファ ピー オーボツクス １５００３ アドヴァンスト テクノロジー センター」ですが、識別番号５０３２９３１８９を付与された国内書面に記載の住所が適正な住所表記であります。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示された技術は、一般に医療手術、および特に患者の体内にステントを装着するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の体内の閉塞した血管は、たとえば、バルーンを膨張させること（すなわち、血管形成術）により、閉塞物質（たとえば血管の内膜）を切断することによってクリアされる。この切断動作は、新しい組織細胞の生成を生じさせ、それによって、血管を通る通路を再び収縮させる、血管内の治癒プロセスを開始する。組織細胞の成長は、手術の後２、３ヶ月の期間にわたって生じる。長期間通路を開いたままに保持し、かつ治療の結果として組織細胞が成長することを防止するために、その壁がワイヤメッシュの形態である剛性の薄壁チューブ（すなわちステント）が、血管内の、血管の切断された部分内に装着される。
【０００３】
血管を切断した後、ステントカテーテルを血管内の所望の位置へ操縦するための方法およびシステムが、当技術分野で知られている。たとえば、１組の陽性造影マーカバンドが、ステントの近くのカテーテルに取り付けられ、それによって、医師が、血管の実時間Ｘ線画像内でマーカバンドを見ることによって、カテーテルをナビゲートすることが可能になる。別の場合、医師は、ステントの近くのカテーテルに取り付けられた、医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）センサによって得られる位置および方向データに従って、実時間Ｘ線画像上でステントの位置および方向の表現を見ることができる。
【０００４】
Ａｃｋｅｒに対して発行された、「Ｇｕｉｄｅｄ Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｔｅｎｔ」という題名の米国特許第５，９２８，２４８号は、患者の管状構造内にステントを付加するための装置に関する。装置は、カテーテル、ハブ、圧力制御デバイス、バルーン、ステント、プローブフィールドトランスデューサ、複数の外部フィールドトランスデューサ、フィールド送受信デバイス、コンピュータ、入力デバイスおよび陰極線チューブを含む。カテーテルは、孔を備える。ハブが、カテーテルの近端部に固定されている。バルーンが、カテーテルの遠端部に固定されている。圧力制御デバイスが、ハブおよび孔を通ってバルーンに接続されている。ステントは、形状記憶合金製であり、バルーン上に配置されている。
【０００５】
プローブフィールドトランスデューサは、カテーテル内に、その遠端部に配置されている。外部フィールドトランスデューサは、患者の外部に配置されている（たとえば、患者を支持しているベッドと接続されている）。フィールド送受信デバイスが、外部フィールドトランスデューサ、プローブフィールドトランスデューサおよびコンピュータと接続されている。コンピュータは、陰極線チューブと、および入力デバイスと接続されている。
【０００６】
ユーザは、外部フィールドトランスデューサを採用することによって、基準の外部フィールド内でフィールド送受信デバイスを較正する。フィールド送受信デバイスはコンピュータとともに、基準の外部フィールド内でプローブフィールドトランスデューサの位置および方向を決定する。ユーザは、陰極線チューブ上で、患者の管状構造内に配置されたステントの表現の位置および方向を見る。ユーザが、遠端部が、管状構造内の所望の位置に配置されていることを判定したとき、ユーザは、圧力制御デバイスを操作し、バルーンを膨張させることによってステントを拡張させ、それによってステントを所望の位置に配置する。
【０００７】
Ｍａｋｏｗｅｒに対して発行された、「Ｄｅｖｉｃｅ，Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｖａｓｃｕｌａｒ Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ」という題名の米国特許第５，８３０，２２２号は、隣接する無傷の血管を通って病変した血管への経皮的なアクセスを得るための方法に関する。この方法を使用すると、心臓静脈などの無傷の血管を通って、冠状動脈などの病変した血管をバイパスすることが可能である。病変した血管は、流れを制限する閉塞部を含んでいることがある。ガイドカテーテルが、心臓の右心房内で、大静脈を通って冠状静脈洞内へ進行される。血管横断間質手術（ＴＶＩＳ）ガイドカテーテルが、ガイドカテーテルを通って挿入され、第１のガイドワイヤ上を、心臓静脈を通って冠状動脈に隣接する所望の位置まで進行される。
【０００８】
ＴＶＩＳガイドカテーテルは、バルーンと、ＴＶＩＳプローブと、能動型方向検知手段および受動型方向検知手段のいずれか、または両方を備える。ＴＶＩＳプローブは、組織内に挿入されることが可能である剛性のワイヤ、アンテナ、光ガイドまたはエネルギーガイドである。受動型方向検知手段は、ＴＶＩＳプローブの位置および方向の、Ｘ線、蛍光透視法、磁気または超音波検知を可能にする。能動型方向検知手段は、送信器である。第２のガイドワイヤが、心臓静脈に隣接する冠状動脈内に挿入される。ここで、第２のガイドワイヤは、能動型方向検知手段によって放出された信号を受信するための小さい受信機を備える。第２のガイドワイヤは、受信機によって検知された信号をオペレータに戻すことが可能であるワイヤ束をさらに備え、それによって、オペレータがＴＶＩＳプローブの配置および位置を決定することが可能になる。
【０００９】
ＴＶＩＳガイドカテーテルの方向が確定されたとき、バルーンが、流れを遮断し、心臓静脈内でＴＶＩＳガイドカテーテルを安定させ、通路を膨張させるために、心臓静脈の壁に接して膨張される。ＴＶＩＳプローブが次に、心臓静脈の壁を通って冠状動脈内へ進行され、それによって冠状動脈の病変した部画をバイパスする。
【００１０】
「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ Ｉｍａｇｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｍｏｖｉｎｇ Ｏｒｇａｎ ａｎｄ Ｉｎｔｒａ−Ｂｏｄｙ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ」という題名の米国特許公開第２００２００４９３７５号は、患者の心拍によって生じる内腔の運動を考慮しながら、外科用カテーテルが挿入される患者の内腔の画像を表示するためのシステムに関する。システムは、外科用カテーテル、撮像カテーテル、撮像システム、医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）、送信器、身体ＭＰＳセンサ、プロセッサ、複数の心電図（ＥＣＧ）電極、ＥＣＧモニタ、データベースおよびディスプレイを備える。外科用カテーテルは、その先端に配置されたカテーテルＭＰＳセンサを備える。撮像カテーテルは、撮像ＭＰＳセンサおよび撮像検知器を備え、両者は、撮像カテーテルの先端に配置されている。
【００１１】
ＥＣＧ電極が、患者の体に、およびＥＣＧモニタに取り付けられている。身体ＭＰＳセンサが、患者の体に、およびＭＰＳに取り付けられている。プロセッサが、撮像システム、ＭＰＳ、ＥＣＧモニタ、データベースおよびディスプレイに結合されている。ＭＰＳは、送信器に結合されている。走査手順中、ＭＰＳは、撮像ＭＰＳセンサに結合される。外科手順中、ＭＰＳは、カテーテルＭＰＳセンサに結合される。撮像システムは、撮像検知器に結合される。撮像ＭＰＳセンサおよびカテーテルＭＰＳセンサは、それぞれ撮像カテーテルおよび外科カテーテルの先端の位置および方向を表す信号をＭＰＳへ送信する。
【００１２】
走査手順中、オペレータが撮像カテーテルを内腔内へ挿入して、その中で進行させ、一方撮像検知器が、内腔の内壁を走査し、検知された２次元画像を撮像システムへ送信する。プロセッサが、２次元画像に従って、およびＭＰＳによって決定された撮像カテーテルの先端の座標に従って複数の３次元画像を再構成し、一方、プロセッサが、各３次元画像を患者の心臓のそれぞれの活動状態と関連付ける。
【００１３】
外科手順中、オペレータが、外科用カテーテルを内腔内へ挿入し、カテーテルＭＰＳセンサが、外科用カテーテルの先端の位置および方向を表す位置信号をＭＰＳへ送信する。オペレータが、外科用カテーテルを内腔内で移動させると、プロセッサが、データをデータベースから取り出すことによって、および外科用カテーテルの先端の現在位置および方向および患者の心臓の現在の活動状態に従って、内腔の３次元画像のシークエンスを決定する。ディスプレイが、プロセッサから受信されたビデオ信号に従って、３次元画像を次々に表示する。
【００１４】
ＬａＦｏｎｔａｉｎｅ他に発行された、「Ｐｅｒｃｕｔａｎｅｏｕｓ Ｂｙｐａｓｓ ｗｉｔｈ Ｂｒａｎｃｈｉｎｇ Ｖｅｓｓｅｌ」という題名の米国特許第６，０３５，８５６号は、大動脈の分岐血管の第１閉塞部にバイパスを行うための方法に関する。第１閉塞部を含む冠状動脈、および分岐血管が、大動脈から分岐している。標準的なガイドカテーテルが、大動脈を通って分岐血管の口まで進行される。閉塞形成デバイスが、分岐血管内に第２の閉塞部を作成するために、ガイドカテーテルを通って分岐血管内へ進行される。閉塞デバイスは、細長部分と加熱されたバルーンを備える。
【００１５】
閉塞形成デバイスが、ガイドカテーテルを通って大動脈から取り外され、切断デバイスが、第２の閉塞部に対して近位のガイドカテーテルを通って進行される。切断デバイスは、細長い部材、操縦可能なガイドワイヤ、近位閉塞部バルーン、遠位バルーン、ステント、切断刃、磁気材料の第１部片および送信器を備える。切断刃が、遠位バルーンに対して遠位に配置され、磁気材料の第１部片が、切断刃と遠位バルーンの間に配置され、かつ送信器が、遠位バルーン内に配置される。遠位バルーンがステント内に配置される。送信器が無線周波数信号を放出する。
【００１６】
分岐血管の壁が、切断刃を使用することによって切断される。遠位バルーンが、分岐血管の切断が完了した後、分岐血管を閉塞させるために、膨張された位置に保持される。分岐血管の切断された端部が、操縦可能なガイドワイヤを操縦することによって、または磁気材料の第２の部片によって磁気材料の第１の部片を操作することによって、第１の閉塞部に対して遠位の冠状動脈の領域に向かって操縦される。ここで磁気材料の第２の部片は、患者の体の外部に配置されている。
【００１７】
送信器の真の位置および相対位置、およびしたがって分岐血管の切断された端部の位置が、三角測量座標マッピングシステムを採用することによって決定される。三角測量座標マッピングシステムは、患者の体の外部に配置された３つの基準電極を備える。基準電極のうちの２つが、心臓の両側に配置され、第３の電極が背中に配置される。３つの基準電極が、送信器上で三角測量するために使用される。
【００１８】
分岐血管の切断された端部が正確に位置決めされたとき、切断刃を採用することによって第１の閉塞部に対して遠位の冠状動脈内に開口が形成される。分岐血管の切断された端部が、開口を通って冠状動脈内に挿入され、遠位バルーンを膨張させることによってステントが膨張され、それによって、分岐血管の切断された端部を冠状動脈の内腔に取り付ける。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するための新規な方法およびシステムを提供することが、開示された技術の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
開示された技術によると、患者の体の内腔内の選択された位置へ、カテーテルに結合された医療デバイスを移送するための方法がこのようにして提供される。前記方法は、前記選択された位置を表す位置データを受信し、前記位置データが前記内腔の画像に関連付けられ、前記画像が座標系に関連付けられ、前記座標系が医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）にさらに関連付けられるステップを含む。
【００２１】
前記方法は、前記座標系内で前記選択された位置の座標を決定するステップと、前記医療デバイスの近傍で前記カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサの出力に従って、ＭＰＳ座標系内での前記医療デバイスの現在位置を決定するステップとをさらに含む。前記方法は、前記選択された位置に対する前記現在位置に従って、前記選択された位置へ向かって、前記内腔を通って前記医療デバイスを操縦するステップと、前記現在位置が前記選択された位置と実質上一致したとき、通知出力を作成するステップとをさらに含む。
【００２２】
開示された技術の別の態様によると、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するためのシステムであって、前記医療デバイスがカテーテルに取り付けられているシステムが、このようにして提供される。前記システムは、前記選択された位置を表す位置データを受信し、前記位置データが前記内腔の画像に関連付けられ、前記画像が座標系に関連付けられ、前記座標系が医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）にさらに関連付けられるユーザインターフェイスを備える。
【００２３】
前記システムは、前記医療デバイスの近傍で前記カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサの出力に従って、前記座標系内で、前記内腔内の前記医療デバイスの現在位置を決定するためのＭＰＳをさらに備える。前記システムは、前記ユーザインターフェイスとおよびＭＰＳに結合されたプロセッサをさらに備える。前記プロセッサは、前記位置データに従って前記座標系内で前記選択された位置の座標を決定する。前記プロセッサは、前記現在位置が前記選択された位置と実質上一致すると判定したとき通知出力を作成する。
【００２４】
開示された技術は、図面と相まって行われる以下の詳細な説明からより完全に理解され、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
開示された技術は、医療デバイス（たとえば、ＰＣＩデバイス、膨張バルーン、ステント移送システム）が移送されなければならない位置を内腔の画像上で図形的に表すこと、および医療デバイスが選択された位置に到達したときを示すことによって、従来技術の欠点を克服する。医療デバイスは、カテーテルの先端に取り付けられる。医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）センサが、選択された位置に対する医療デバイスの位置を常に検知する。この位置は、実時間画像（たとえばライブ蛍光透視法）、擬似実時間画像（たとえば、前に記録されたシネループ）または前に記録された内腔の静止画像フレーム上で表され、それによって、患者の検査される器官を繰返し照射する、もしくは患者の体に造影剤を繰返し注入する必要性を防ぐ。医療スタッフは、ディスプレイ、音声出力などの適切なユーザインターフェイスからのフィードバックに従って手動でカテーテルをガイドすること、またはカテーテルを選択された位置へ向かって自動的にガイドするカテーテルガイディングシステムを活動化させることのいずれかをすることができる。
【００２６】
以下の本明細書での「位置」という用語は、空間内の点の位置、空間内の点の方向、またはそれらの組合せを称する。以下の本明細書での「内腔」という用語は、動脈、静脈、心臓血管、脳血管、泌尿生殖器系の一部、腎臓系、肝臓系、気管支系などの人間の患者または手術される動物の器官の管状構造を称する。以下の本明細書での「医療デバイス」という用語は、患者の体の内腔内で最小の侵襲手術を行うために採用されるものを称する。医療デバイスは、膨張バルーンなどの血管拡張ユニット、ステント移送システム、バルーン膨張ステント、自己膨張ステント、経皮的弁システム、経皮的冠状動脈形成（ＰＣＩ）デバイス、レーザーなどの切除ユニット、低温流体ユニット、電気インパルスユニット、切断バルーン、回転式アテローム切除ユニット（すなわち、ロータブレータ）、指向性アテローム切除ユニット、経管吸引ユニット、被覆または薬剤溶出金属ステントなどの物質投与ユニット、生体吸収性ステント、薬剤投与バルーン、近接照射療法ユニット、ガイドワイヤなどであってよい。以下の本明細書での「ステント」および「ＰＣＩデバイス」という用語は、「医療デバイス」の２つの異なる例として提供されていることに注意されたい。
【００２７】
以下の本明細書での「器官タイミング信号」という用語は、心臓の心臓サイクルまたは肺の呼吸サイクルを表す信号を称する。器官タイミング信号は、ＥＣＧモニタ、呼吸速度モニタなどの従来の方法を使用して抽出されることができ、以下の本明細書で「器官タイミング信号モニタ」と称される。別法として、器官タイミング信号は、心臓または呼吸サイクルによる内腔の運動を測定することによって得られることができる。心臓または呼吸サイクルによる内腔の運動は、カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサによって測定されることができる。この場合、ＭＰＳが、図９と相まって以下の本明細書で説明される方法により、それぞれの器官タイミング信号を決定する。
【００２８】
以下の本明細書での「シネループ」という用語は、患者の検査される器官の実時間器官タイミング信号と同調して何度も繰返し（すなわちループで）再生される、内腔の２次元画像の事前に記録されたシークエンスを称する。２次元画像は、Ｘ線蛍光透視、Ｃアームなどの２次元画像取得デバイスによって取得され、画像取得のときに検査される器官のそれぞれの活動状態に関連付けられながら個別に保管される。それぞれの場合、患者の体内に注入された造影剤が活動状態にある間に２次元画像を得ることによって血管造影図が作成される。以下の本明細書での「透視図」という用語は、異なる視角から取得された、異なるタイプの画像取得デバイスによって取得された、実質上同一のタイプの複数の画像取得デバイスによって取得された、またはそれらの組合せの内腔の画像を称する。
【００２９】
以下の本明細書での「画像シークエンス」という用語は、プロセッサに結合された画像取得デバイスによって取得された患者の内腔の画像のシークエンスを称する。システムが複数の画像取得デバイスを備える場合、各画像取得デバイスが、異なる組の画像シークエンスを取得する。プロセッサは、画像シークエンスの１つの中から画像を選択することによって、内腔の静止画像を作成することができる。画像シークエンスは、２次元であってよい（すなわち、２次元画像取得デバイスによって取得されてよい）。以下の本明細書での「ナビゲーション画像」という用語は、カテーテルを内腔系内で操作するためにオペレータが見る画像を称する。ナビゲーション画像は、２次元または３次元のいずれかであってよい。ナビゲーション画像は、内腔系の静止画像、実時間画像、またはシネループのいずれかであってよい。
【００３０】
別法として、画像シークエンスは３次元であってもよい。この場合、プロセッサが、検査される器官の器官タイミング信号に従って、およびＭＰＳがＭＰＳセンサの出力に従って決定する各２次元画像の座標を表す位置データに従って、複数の２次元画像を再構成することによって、３次元画像シークエンスを作成する。プロセッサは、画像シークエンスの１つの中から画像を選択することによって、内腔の静止画像（すなわち、２次元または３次元のいずれか）を作成することができる。
【００３１】
図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａおよび３Ｂをここで参照する。図１Ａは、開示された技術の実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、患者の体の内腔系の２次元画像上での医療デバイスの表現を表示している、全体が１００で参照されるグラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）の概略図である。図１Ｂは、開示された技術の別の実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、図１Ａの内腔系の内腔の３次元画像上での医療デバイスの別の表現を表示している、全体が１０２で参照されるＧＵＩの概略図である。図２Ａは、図１Ａの２次元画像上で、内腔系内の選択された位置を表す１組のマークと、選択された位置へ向かって進行している医療デバイスの現在位置の表現を表示している、図１ＡのＧＵＩの概略図である。図２Ｂは、図１Ｂの３次元画像上で、図２Ａの組のマークと等しいマークの別の組、および医療デバイスの現在位置の別の表現を表示している、図１ＢのＧＵＩの概略図である。図３Ａは、医療デバイスが選択された位置に到達したときの図１ＡのＧＵＩの概略図である。図３Ｂは、医療デバイスが選択された位置に到達したときの図１ＢのＧＵＩの概略図である。
【００３２】
図１Ａを参照すると、患者の体（図示せず）の内腔系（たとえば冠状動脈、図示せず）が、複数の２次元画像取得デバイス（図示せず）によって撮像され、オペレータ（すなわち医療スタッフ）がカテーテル（図示せず）を内腔系内に挿入する。ＧＵＩ１００は、それぞれの２次元画像取得デバイスによって検知されるような、内腔系の２次元画像１０４を含んでいる。
【００３３】
２次元画像１０４は、Ｘ線蛍光透視図（すなわち、血管造影図）、超音波画像、光干渉断層検知器ＯＣＴによって検知された画像などであってよい。Ｘ線蛍光透視図すなわち血管造影図の場合、造影剤が内腔系内に存在する間に、内腔系から取得された２次元画像１０４は実時間画像である。超音波画像は、同じ内腔系内でのカテーテルの引戻し中に取得される。これは、バーチャル血管内超音波（すなわち、バーチャルＩＶＵＳ）画像として当技術分野で知られている。バーチャルＩＶＵＳ画像は、内腔系の実時間画像とともに表示されることができる。バーチャルＩＶＵＳ画像は、内腔系の静止画像、またはそのシネループ（すなわち、画像シークエンス）のいずれかであってよい。内腔系のバーチャルＩＶＵＳ画像は、カテーテルの先端に配置されたＭＰＳセンサ（図示せず）によって検知されるような、内腔系内でのカテーテルの現在位置に対応する。このバーチャルＩＶＵＳ画像は、患者の器官（図示せず）の器官タイミング信号の選択された位相で表示されてよい。このため、２次元画像１０４は、実時間画像、静止画像、またはシネループのいずれかであってよい。
【００３４】
シネループは、実時間画像とは異なる視角から取得され、それによってオペレータに、内腔系の同じ部分の、ある視角からの内腔系の実時間画像と、異なる視角からのシネループ（すなわち、ナビゲーション画像）を提供してよい（すなわち、二平面モードオペレーション）。別法として、二平面モードが、２つの異なる視角からそれぞれ取得された２つのシネループを含み、それによって２つの異なる視角から取得された２つのシネループをオペレータに提供してもよい。２つ以上の異なる視角から２つ以上の異なる組の画像が採用され、それによって多平面オペレーションモードを可能にしてもよいことに注意されたい。
【００３５】
２次元画像１０４は、内腔系の静止画像（すなわち、オペレータが選択するシネループ内の複数の画像の中の画像の１つ）であってよい。この場合、選択された２次元画像は、そのコントラストがたとえば他のすべてよりも良好であり（たとえば、画像内のダークピクセルおよびブライトピクセルの輝度の差が大きい）、医療デバイスが内腔系内でナビゲートされているとき、オペレータが、医療デバイスの選択された位置を示すことか、ステントの実時間表現を見ることのいずれかに十分であるようにして内腔系を描写する画像であってよい。
【００３６】
図１Ｂを参照すると、ＧＵＩ１０２は、それを通ってカテーテルが操縦されているＧＵＩ１００に表示された内腔系の内腔（１０８で参照される）の３次元画像１０６を含む。３次元画像１０６が、当技術分野で知られている技術によって、画像取得段階中に２次元画像取得デバイスによって検知された複数の２次元画像から再構成される。
【００３７】
３次元画像１０６は、検査される器官の実時間器官タイミング信号と同調された、ループで再生された内腔１０８の３次元シネループ（すなわちナビゲーション画像）である。別法として、３次元画像１０６は、シネループ内の複数の３次元画像の中から選択された、内腔１０８の静止画像である。オペレータは、シネループを前方および後方に再生することによって静止画像を選択することができる。さらに別法として、３次元画像１０６は、検査される器官の選択された活動状態でフリーズされた、内腔１０８の静止画像である。
【００３８】
３次元画像１０６が、検査される器官（たとえば検査される内腔、図示せず）の運動を表す実時間器官タイミング信号（たとえば心臓サイクル）と同調される。器官タイミング信号は、たとえば、患者に結合されたＥＣＧモニタ（図示せず）によって、取得されることができる。別法として、器官タイミング信号（たとえば、患者の心拍または呼吸）は、図９、１０Ａおよび１０Ｂと相まって以下で本明細書で説明されるように、ＭＰＳ（図示せず）によって決定されることができる。
【００３９】
開示された技術によるシステムは、事前に記録された画像シークエンスのリストから、患者の実時間期間タイミング信号と同調させて、選択された画像シークエンス（それぞれの２次元画像取得デバイスにより検知された２次元画像のシークエンスか、複数の２次元画像、すなわちシネループまたはビデオクリップから再構成された３次元画像のシークエンスのいずれか）を表示することができる。システムは、選択された画像シークエンスの中の静止画像を表示することができる。別法として、システムは、２次元画像取得デバイスの１つによって第１の視角から取得された、検査される器官の実時間２次元画像を、同じ２次元画像取得デバイスか、別の２次元画像取得デバイスのいずれかによって、第２の視角から前に取得され、かつ検査される器官の実時間器官タイミング信号と同調させて再生される、検査される器官のナビゲーション２次元画像シークエンス（すなわち２次元シネループ）と並べて、表示することができる。
【００４０】
オペレータは、器官の実時間器官タイミング信号と同調された、前に記録された２次元画像シークエンス（たとえばＸ線蛍光透視）を見ることができ、それによって、造影剤を繰返し注入すること、および患者およびオペレータが不必要な照射を受けることの必要性をなくすことができる。別法として、システムは、図７と相まって以下で本明細書で説明されるように、器官の選択された活動状態に対する画像（すなわち、静止画像）を表示することができる。
【００４１】
ＭＰＳセンサ（図示せず）が、カテーテルの先端にしっかりと取り付けられている。３次元画像１０６が、２次元画像１０４内の各点が、３次元画像１０６内のそれぞれの点と対応するように、２次元画像１０４と見当合わせされる。このようにして、３次元画像１０６内の各点の座標が、２次元画像１０４上に投影されることができる。別法として、２次元画像１０４内の各点が、（たとえば、異なる視角からの一連の２次元画像を取得することによって）３次元画像１０６に変換されることができる。ＭＰＳセンサの実時間表現１１０（図１Ａ）が、図６Ｃと相まって以下で本明細書で説明されるように、内腔１０８に重ね合わされる。ＭＰＳセンサの実時間表現１１２（図１Ｂ）が、３次元画像１０６に重ね合わされる。
【００４２】
実時間表現１１０に加えて、オペレータは、内腔１０８の実時間２次元画像上で、カテーテルに取り付けられた１つまたは複数の陽性マーカ（たとえば、金属バンド）を見てもよい。この特徴は、内腔１０８内に造影剤がほとんどまたは全く存在しないとき、または内腔１０８内の造影剤が気づかれないほどであるときでさえも、オペレータが実時間２次元画像を使用し続けることを可能にする。
【００４３】
内腔１０８を通って進行するときのカテーテルの軌跡１１４（図１Ｂ）が、図６Ｂおよび６Ｃと相まって以下で本明細書で説明されるように、ＧＵＩ１０２内で構成され、表されている。軌跡１１４は、ＭＰＳセンサによって取得された位置データに従って、内腔１０８の運動と同調して常に更新される。さらに、このようにして、３次元画像１０６が、内腔１０８の座標系に対して表示される。内腔１０８の運動は、たとえば心拍、呼吸、患者の近くの筋肉の収縮などによって生じる可能性がある。
【００４４】
オペレータは、ディスプレイ上にＧＵＩ１００およびＧＵＩ１０２を交互に表示するようにユーザインターフェイス（図示せず）を介してシステムに命令することができる。ユーザインターフェイスは、図４（Ｄ）と相まって以下で本明細書で説明されるように、スイッチ、フットペダルなどであってよい。別法として、ディスプレイは、ＧＵＩ１００およびＧＵＩ１０２を、隣り合わせで同時に表示することができる。さらに別法として、システムは、プロセッサに結合された複数のディスプレイを備え、各ディスプレイが異なる画像シークエンスを表示してもよい。オペレータは、システムに、たとえば、フットペダルを押圧し、それによって各２次元画像取得デバイスを活動化させることによって、内腔系の実時間２次元画像を表示するように命令することができる。別法として、オペレータは、内腔系の実時間２次元画像の代わりに、内腔系の前の２次元シネループを表示するように、ユーザインターフェイスを介してシステムに命令することができる。この場合、システムは、最後に再生された２次元シネループを表示する。システムがシネループ（すなわち、前に記録された、時間タグ付き画像シークエンス）を備えない場合、システムは、最も最近の実時間２次元画像のシネループを表示する。さらに別法として、オペレータは、実時間２次元画像および選択されたシネループを、同じディスプレイ上で隣り合わせに表示するように、システムに命令することができる。
【００４５】
ＧＵＩ１００およびＧＵＩ１０２によって、オペレータは、内腔系内の所定の領域に到達するために、カテーテルを手動で操縦する。別法として、図１１および１２と相まって以下で本明細書で説明されるように、オペレータは、カテーテルを所定の領域へ自動的に操縦するための自動システム（図示せず）を採用することができる。
【００４６】
図２Ａを参照すると、計画セッション中、オペレータは、医療デバイス（図示せず）が移送されることになる内腔１０８内の選択された位置として、２次元画像１０４上で、複数のマーク１１６、１１８および１２０を図形的に示す。オペレータは、内腔１０８のフリーズした２次元画像上か、内腔１０８のフリーズした再構成された３次元モデル上のいずれかでマーキングを行う。オペレータは、自動化された２次元または３次元定量的心臓評価（ＱＣＡ）などに従い、手動でなど様々な方式でマーキングを行う。
【００４７】
計画セッション中、複数のディスプレイ（図示せず）のそれぞれ１つが、内腔１０８の画像上で、内腔１０８を通って前に操縦されたカテーテルの軌跡の重なりを表示する。軌跡は、２次元画像１０４または３次元画像１０６（たとえば軌跡１１４）のいずれかで表示されることができる。
【００４８】
この軌跡は、たとえば、計画セッションの前の撮像セッションに、ガイド式血管内超音波カテーテル（ＧＩＶＵＳ、図示せず）を採用することによって、得られることができる。ＧＩＶＵＳは、画像検知器（たとえば、超音波トランスデューサ）をその先端に、およびＭＰＳセンサを画像検知器の近傍に備えるカテーテルである。オペレータは、物理的に可能な限り遠くまで内腔内でＧＩＶＵＳを操縦し、次に、内腔を通ってＧＩＶＵＳを引き戻す。引戻し中、画像検知器が、内腔の内側の複数の２次元画像を検知する。
【００４９】
システムは、２次元画像のそれぞれを、ＭＰＳによって決定された画像検知器のそれぞれの位置と、および検査される器官のそれぞれの活動状態と関連付ける。システムは、引戻し中の軌跡のシネループを決定することができ、オペレータは、計画セッション中に採用されるべきフリーズした軌跡を選択することができる。システムは、ＧＩＶＵＳによって取得された、時間タグを付けられた２次元画像に従って、３次元画像１０６をさらに再構成することができる。
【００５０】
計画セッション中、ディスプレイのそれぞれ１つが、内腔１０８の画像上にユーザインターフェイスによって連結されたマーク１１６、１１８および１２０を表示する。オペレータは、軌跡（たとえば、図１Ｂの軌跡１１４）の全長に沿ってマーク１１６、１１８および１２０をともに移動させることができる。マーク１１８は、医療デバイスの中央を示し、一方、マーク１１６および１２０は、それぞれ、医療デバイスの後端部および前端部を示す。システムは、オペレータが選択したタイプ（たとえばステントのサイズ）に従って、マーク１１６と１２０の間の距離を決定する。マーク１１６、１１８および１２０はともに、軌跡上でロックされるが、軌跡に沿って移動するように動作可能である。オペレータは、医療デバイスが移送されることになる軌跡に沿ったマーク１１８の位置を示す。
【００５１】
簡単にするために、図２Ａ、２Ｂ、３Ａおよび３Ｂで説明された例での医療デバイスはステントである。この場合、各マーク１１６、１１８および１２０は実質上、内腔１０８に対して実質上垂直である直線である。たとえば、マーク１１６および１２０は、ステントの２つの端部を示し、一方、マーク１１８はステントの中央を示す。マーク１１６、１１８および１２０は、内腔１０８内でのステントの位置、ならびにその方向を画定する。マーキングは、ジョイスティック、押しボタン、ポインティングデバイス（たとえば、マウス、スタイラスおよびデジタルタブレット、トラックボール、タッチパッド）などのユーザインターフェイス（図示せず）を介して行われる。
【００５２】
マーク１１６、１１８および１２０の相手方である複数のマーク１２２、１２４および１２６がそれぞれ、ＧＵＩ１０２の３次元画像１０６上で同時に表示される。マーキングを行う目的のために、２次元画像１０４および３次元画像１０６のそれぞれが、検査される器官（たとえば、心臓）の同じ活動状態でフリーズされる。このフリーズ形態は、内腔１０８の静止画像を提供し、それによって、画像の振動を防止し、オペレータによるマーキングの成功を可能にする。
【００５３】
マークを手動で示す代わりに、（たとえば、内腔内でのプラークによる閉塞の選択された割合をアルゴリズムに入力することによって）選択された位置を自動的に識別し、かつマーク１１６、１１８、１２０、１２２、１２４および１２６を自動的に表示するためのアルゴリズムが採用されることができる。本発明のこの態様は、図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃと相まって以下で本明細書で説明される。システムは、閉塞データを３次元画像１０６と関連付け、マーク１１６、１１８および１２０を示す目的で、閉塞データを２次元画像１０４上に投影する。
【００５４】
計画セッションに続く医療操作中、ステント（図示せず）を備えるカテーテルが、内腔１０８内でマーク１１６、１１８および１２０に向かって操縦される。ＭＰＳセンサ（図示せず）が、ステントの近傍でカテーテルに取り付けられている。図２Ａおよび２Ｂを参照すると、ステントの前端部と後端部の位置が、２次元画像１０４上でそれぞれ形状１２８および１３０によって、３次元画像１０６上でそれぞれ形状１３２および１３４によって実時間で表される。図２Ａおよび２Ｂで説明した例では、形状１２８および１３０のそれぞれは、各矩形を２つに分割する長手方向線１３６および１３８をそれぞれ備える矩形の形態である。カテーテルの実際の軌跡が、３次元画像１０６上に重ねられた形状１４０（図２Ｂ）によって表される。カテーテルの実際の軌跡は、２次元画像１０４上に重ねられた別の形状（図示せず）によって表されることができる。
【００５５】
医療操作中、システムは、カテーテルが内腔１０８を通って操縦されている間、内腔１０８の実時間２次元画像（たとえば血管造影図）上、内腔１０８の２次元シネループ上、または内腔１０８のフリーズした２次元画像上のいずれかで、形状１２８および１３０をマーク１１６、１１８および１２０と重ね合わせる。また、システムは、カテーテルが内腔１０８を通って操縦されている間、内腔１０８の実時間３次元画像上、内腔１０８の３次元静止画像上、または内腔１０８のシネループ上のいずれかで、形状１３２および１３４をマーク１２２、１２４および１２６と重ね合わせる。さらにまた、システムは、内腔１０８の実時間２次元画像上、ならびに、実時間２次元画像とは異なる視角から取得された内腔１０８の１つまたは複数のナビゲーション画像（たとえば、バーチャルＩＶＵＳ画像−静止画像またはシネループ）上で、形状１３２および１３４をマーク１２２、１２４および１２６と重ね合わせる。
【００５６】
システムは、オペレータが内腔１０８内に装着するように選択したステントのタイプ（すなわち、サイズ）に従って、形状１２８および１３０の中心（図示せず）の間の距離を決定する。ディスプレイのそれぞれ１つの上に表示されたこの距離は、ステントが内腔１０８を通って操縦されるとき、実質上固定される。形状１２８および１３０は、ステントが内腔１０８を通って操縦されている間、画像１０４上で一緒に移動する。ディスプレイのそれぞれ１つは、カテーテル（図示せず）が内腔１０８を通って操縦されている間、または再生セッション中、患者に医療操作を行った後のいずれかで、軌跡１４０および１４２を表示することができる。
【００５７】
システムが、検査される器官の実時間器官タイミング信号に従って、内腔１０８の各画像上で、形状１２８、１３０、１３２および１３４、およびマーク１１６、１１８、１２０、１２２、１２４および１２６を重ね合わせる（すなわち、システムが、カテーテルが内腔１０８を通って操縦されている間、検査される器官の運動による内腔１０８の運動を考慮に入れる）ことに、注意されたい。開示された技術のこの態様は、システムが、オペレータが内腔１０８に対して最初に示した実質上同じ位置で、内腔１０８の振動する画像上で、マーク１１６、１１８、１２０、１２２、１２４および１２６を表示することを可能にする。システムがこのように動作しなかった場合、マーク１１６、１１８、１２０、１２２、１２４および１２６は、内腔１０８の振動する画像に対して静止しないことになる。同様に、形状１２８、１３０、１３２および１３４は、内腔１０８の振動する画像に対して実質上静止している。
【００５８】
オペレータが、ユーザインターフェイスを介して、マークのいずれかの重なり、ステントの位置の表現、軌跡、またはそれらの組合せの表示をオンまたはオフのいずれかにするようにシステムに命令することができることにさらに注意されたい。いずれかの特性が、色、形状、サイズなどが異なる限り、マークおよびステントの表現を表すように選択されることができる。しかし、マークおよびステントの表現は、２次元画像１０４および３次元画像１０６の両方で、同じ特性によって表示される。たとえば、マーク１１６、１１８、１２０、１２２、１２４および１２６は、緑で表され、形状１２８、１３０、１３２および１３４は、青で表され、軌道１４０は赤で表される。
【００５９】
図３Ａおよび３Ｂを参照すると、カテーテルが内腔１０８を通って操縦されている間、２次元画像１０４および３次元画像１０６のそれぞれが、内腔１０８の座標系に対して（すなわち、カテーテルに取り付けられ、内腔１０８と一緒に常に移動するＭＰＳセンサに対して）表示される。ステントが選択された位置に到達した（すなわち、ステントの前端部がマーク１２０と実質上並び、かつその後端部がマーク１１６と実質上並んだ）とき、ユーザインターフェイス（たとえば、音声、視覚または触覚デバイス、図示せず）がオペレータに事象を告げる。
【００６０】
図３Ａで説明された例では、ステントが選択された位置と並んだとき、長手方向線およびマークの各ペアが十字になる（すなわち、長手方向線１３６とマーク１２０が１つの十字を形成し、長手方向線１３８とマーク１１６が１つの十字を形成する）。また、ユーザインターフェイスが、それぞれ、ステントが選択された位置から遠ざかるとき、または選択した位置に近づくとき、比較的弱い出力、または比較的強い出力を生成することができる。たとえば、ステントとマーク１１８の間の距離が減少すると、音声信号の音量が増加され、そうでない場合、音量が減少される。選択された位置へ向かって操縦されている間のカテーテルの軌跡が、３次元画像１０６上に重ねられた、１４２で参照される形状によって表される（図３Ｂ）。
【００６１】
図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）をさらに参照する。（Ａ）は検査される器官の活動状態Ｔ１での、図１Ａの内腔の、全体が１４４で参照される画像の概略図である。（Ｂ）は、活動状態Ｔ２での、図１Ａの内腔の、全体が１４６で参照される別の画像の概略図である。（Ｃ）は、活動状態Ｔ３での、図１Ａの内腔の、全体が１４８で参照される別の画像の概略図である。（Ｄ）は、（Ｂ）の内腔上に重ねられた、図１Ａの内腔の内に配置されたカテーテルのＭＰＳセンサの実時間の実質上安定した表現を含む、全体が１５０で参照されるＧＵＩの概略図であり、ＧＵＩは、開示された技術のさらなる実施形態に従って構成され、かつ動作可能である。
【００６２】
以下の本明細書の説明での画像１４４、１４６および１４８のそれぞれは、２次元画像または３次元画像のいずれかであってよい。画像１４４、１４６および１４８は、計画セッションの前に取得された、内腔１０８の画像の組（図１Ａ）に所属する。図４（Ｂ）を参照すると、点１５２によって表された活動状態Ｔ２での内腔１０８は、活動状態Ｔ１でのその位置に対して、負のＹ軸に沿って距離Ｓ１だけ移動している。図４（Ｃ）を参照すると、活動状態Ｔ３での内腔は、活動状態Ｔ２でのその位置に対して、負のＹ軸に沿って距離Ｓ２だけ移動している。
【００６３】
患者の内腔系内に注入される造影剤は、かなり短い時間内腔１０８内に残存する。この時間の間、画像の組のコントラストが、ピークに向かって徐々に増加し、その後、画像が完全に消滅するまで徐々に減少する。オペレータが、マーク１１６、１１８および１２０（図２Ａ）を示すために、画像１４４、１４６および１４８のうちの１つ（たとえば１４６）を選択し、その後、画像１４６上に重ねられた、形状１２８および１３０によって表されたカテーテルの実時間の進行を観察する。オペレータは、そのコントラスト比が、画像１４４および１４８のコントラスト比よりも大きく、形状１２８および１３０が画像１４４および１４８においてよりも画像１４６において最も明確に見ることができるなどの理由で、たとえば画像１４６を選択する。画像１４６（図４（Ｄ））は、活動状態Ｔ２での内腔１０８の画像である。
【００６４】
別法として、システムは、医療デバイスの実質上静的な実時間表現を、これも実質上静的である内腔１０８の画像（図示せず）上に重ねるために、検査される器官のサイクル（たとえば心臓サイクル）による内腔１０８の運動を補償する。この場合、システムが、カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサの座標系で画像を作成する。このため、オペレータは、検査される器官のサイクルによる内腔１０８の実際の運動にかかわらず、医療デバイスの実時間の実質上静止した表現とともに、内腔１０８の実質上静止した画像を見ることができる。この技術がないとき、オペレータは、医療デバイスの実時間表現とともに内腔１０８の不安定に速く振動する画像を見ることになることに注意されたい。これは目を撹乱する。
【００６５】
図４（Ｄ）を参照すると、ＧＵＩ１５０が、活動状態Ｔ２でフリーズされた内腔１０８の画像上に重ねられた医療デバイスの実時間表現１５４を表示するが、表現１５４は、活動状態Ｔ１およびＴ２を含むすべての活動状態で実質上安定している。この場合、システムは、表示座標系で画像１４６を作成し、この中で、ＭＰＳセンサは実質上静止している（たとえば、ステントが内腔内で移動されるとき、その周囲の様子は変化するが、ステントが画像の中心で固定されている）。開示された技術のこの態様によると、システムは、心臓サイクルによる振動が実質上ない、医療デバイスの実質上静止した表現を表示することが可能であることに注意されたい。このようにして、システムは、カテーテルが内腔１０８を通って操縦されている間、内腔１０８の画像の境界内で、その画像上の表現１５４の重なりを維持する。心臓サイクルによる運動が補償されなかった場合、表現１５４は、（距離Ｓ１およびＳ２にそれぞれ対応する）点１５６と１５８の間で不規則に前後に運動し、オペレータを混乱させる。
【００６６】
別法として、システムは、内腔１０８のフリーズされた画像を表す活動状態に対応する医療デバイスの表現のみを重ね、かつ内腔１０８の他のすべての活動状態を無視することができる。図４（Ｄ）を参照すると、システムは、表現１５４が活動状態Ｔ２に対応するときにのみ、表現１５４を内腔１０８の画像上に重ねることができる。このタイプの表示は、たとえば、心臓サイクルのかなり速い速度でも、このデータの損失が人間の目には実質上感知できないため、オペレータにかなり満足な視界をさらに提供する。
【００６７】
システムは、（たとえばＧＩＶＵＳを採用することによって）内腔１０８の内部から取得された、内腔１０８の一連の時間タグの付いた２次元画像から再構成された３次元画像の組に従って、距離Ｓ１およびＳ２を決定することができる。別法として、システムは内腔１０８の外部から取得された２次元画像の組（たとえば、画像１４４、１４６および１４８）を処理し、かつ比較することによって、距離Ｓ１およびＳ２を決定することができる。
【００６８】
オペレータは、ユーザインターフェイス（図示せず、たとえばフットペダル）を採用することによって、ＧＵＩ１５０と内腔１０８の実時間２次元画像（たとえば血管造影図）の間で切り替えるようにシステムに命令することができる。オペレータがフットペダルを押圧するとき、２次元画像取得デバイスが、患者の体の一部分を照射し、システムが、ＧＵＩ１５０の代わりに実時間２次元画像を表示する。別法として、システムは、ＧＵＩ１５０上に実時間２次元画像を重ねることができる。さらに別法として、システムは、ＧＵＩ１５０と並べて、実時間２次元画像を表示することができる。
【００６９】
開示された技術の別の実施形態に従って動作可能である、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するための方法の概略図である図５をここで参照する。手順１６０では、患者の体の内腔内の選択された位置を表す位置データが受信され、位置データが内腔の画像に関連付けられ、画像が座標系に関連付けられ、座標系が医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）にさらに関連付けられる。
【００７０】
図２Ａを参照すると、システムのプロセッサが、オペレータが２次元画像１０４上で示す、マーク１１６、１１８および１２０を表す位置データを、ユーザインターフェイスを介して受信する。マーク１１６、１１８および１２０は、医療デバイスが移送されることになる内腔内の選択された位置を示している。マーク１１６、１１８および１２０が、２次元画像１０４に関連付けられ、２次元画像１０４が座標系に関連付けられ、座標系がＭＰＳにさらに関連付けられる。プロセッサが、ＭＰＳ座標系内でのマーク１１６、１１８および１２０の座標を決定する（手順１６２）。プロセッサが、マーク１１６、１１８および１２０とそれぞれ等しい、ＭＰＳ座標系内での３次元画像１０６上でのマーク１２２、１２４および１２６の座標をさらに決定する（手順１６２）。
【００７１】
手順１６４では、少なくとも１つの画像シークエンスが複数の画像シークエンスから選択され、画像シークエンスのそれぞれが異なる透視図から取得される。プロセッサが、異なる画像取得デバイスによって、異なる視角から、またはその組合せでそれぞれ取得された、複数の画像シークエンスの中から画像シークエンスを選択する。
【００７２】
手順１６６では、ＭＰＳ座標系内での医療デバイスの現在位置が決定される。図１Ａを参照すると、ＭＰＳが、ＭＰＳセンサの出力に従って、ＭＰＳ座標系内での医療デバイスの現在位置を決定する。この現在位置が、実時間表現１１０によって表される。
【００７３】
手順１６８では、選択された画像シークエンスに従って、および患者の器官を表す実時間器官タイミング信号に従って、内腔のナビゲーション画像が作成される。図２Ａを参照すると、プロセッサが、手順１６４でプロセッサが選択する画像シークエンスに従って、および患者の器官（たとえば心臓）の実時間器官タイミング信号に従って、２次元画像１０４を作成する。別法として、図２Ｂを参照すると、プロセッサが、同様の方式で３次元画像１０６を作成する。
【００７４】
手順１７０では、選択された位置を表すマーキング表現、および医療デバイスの現在位置を表す現在位置表現が、ナビゲーション画像上に重ねられ、それによって重ねられた画像を作成する。図２Ａを参照すると、プロセッサが、手順１６８でプロセッサが作成するナビゲーション画像上に、マーク１１６、１１８および１２０を重ね、かつ医療デバイスの現在位置を表す形状１２８および１３０をさらに重ねることによって、２次元画像１０４を作成する。プロセッサは、同様の方式で３次元画像１０６を作成する。
【００７５】
手順１７２では、カテーテルが、選択された位置に対する医療デバイスの現在位置に従って、選択された位置へ内腔を通って操縦される。図２Ａを参照すると、オペレータが、ディスプレイ上の形状１２８および１３０、ならびにマーク１１６、１１８および１２０を見ることによって、選択された位置へ向かって、手動でカテーテルを操縦する。別法として、オペレータが、図１１と相まって以下の本明細書で説明されるように、選択された位置へ向かって、自動的にまたは半自動的にカテーテルを操縦する。プロセッサが、医療デバイスの現在位置が、選択された位置と実質上一致すると判定したとき、プロセッサが通知出力を作成する（手順１７４）。
【００７６】
開示された技術の別の実施形態によると、手順１６４が、上記で述べた方法から除去されることができる。この場合、手順１６８で、プロセッサが、単一の画像シークエンスに従ってナビゲーション画像を作成する。ここでは、オペレータが、異なる視角からまたは異なる画像取得デバイスによって取得された内腔１０８の異なる画像を見ることはない。開示された技術のさらなる実施形態によると、手順１６４、１６８および１７０がオプションであり、ここでは、手順１７２が、カテーテルが中で操縦される内腔を表すためのいかなる視覚的な助けもなしで行われる（すなわち、ゼロ視界の計器飛行と類似している）。
【００７７】
システム（図示せず）は、２次元画像取得デバイスによって取得された複数の２次元画像に従って、および内腔１０８の器官タイミング信号に従って３次元画像１０６を作成し、かつ実時間器官タイミング信号と同調した３次元画像１０６の画像シークエンスを再生することができる。システムは、シネループのリストから選択された、実時間器官タイミング信号と同調した内腔１０８のシネループを再生することもできる。システムは、器官タイミング信号の選択された活動状態に対して、２次元画像１０４または３次元画像１０６のいずれかを表示することができる（すなわち、画像をフリーズさせる）。
【００７８】
システムは、選択されたＭＰＳセンサ（たとえば、カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサ、患者の体に取り付けられたＭＰＳセンサ、または手術台に取り付けられたＭＰＳ）の座標系に対して２次元画像１０４または３次元画像１０６のいずれかを表示することができる。システムは、シネループシークエンスから選択された静止画像を表示することができる。システムは、ＥＣＧモニタによって取得されたデータの代わりに、ＭＰＳデータを処理することによって器官タイミング信号を取得することができる。システムは、２次元画像１０４、または３次元画像１０６のいずれか、ならびに内腔内でのカテーテルの実際の軌跡上に重ねられた、カテーテルの位置の表現を表示することができる。システムは、選択された割合の閉塞を有する内腔１０８内のプラークを識別し、マーク１１６、１１８および１２０によってプラークの位置を自動的に示すことができる。
【００７９】
２次元画像取得デバイスは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、蛍光透視法（すなわち、Ｘ線機）、Ｃアーム、ガイド式血管内超音波（ＧＩＶＵＳ）、外部超音波、光干渉断層（ＯＣＴ）検知器などの当技術分野で知られているいかなるタイプのものであってもよい。２次元画像取得デバイスのそれぞれは、患者の体の外部からの（たとえば、Ｃアーム、ＣＴ、ＭＲＩを使用することによる）内腔１０８の２次元画像（図１Ａ）か、内腔１０８内からの（たとえばＧＩＶＵＳを使用することによる）内腔１０８の２次元画像のいずれかを取得する。
【００８０】
以下は、内腔の器官タイミング信号の選択された活動状態でのカテーテルの検知された位置に従って、内腔内でのカテーテルの軌跡を再構成することの説明である。このようにして、選択された活動状態に対応する軌跡が、同じ活動状態に対応する内腔の３次元画像とともに表示されることができる。別法として、内腔の実時間３次元画像シークエンスが、対応する軌跡とともに、内腔の器官タイミング信号に従って表示されることができる。
【００８１】
図６Ａ、６Ｂおよび６Ｃをさらに参照すると、図６Ａは、全体が３００で参照される、患者のＥＣＧの概略図である。図６Ｂは、開示された技術の別の実施形態に従って構成された、ＥＣＧ６Ａの異なる活動状態を表す、図１Ａの内腔内に配置されたカテーテルの先端の軌跡の概略図である。図６Ｃは、２次元画像取得デバイス、ＭＰＳおよびＥＣＧモニタから受信された信号を処理することによって、３次元器官運動依存画像シークエンスを再構成し、かつ追加の視覚データをその上に重ねるプロセスの概略図である。追加の視覚データは、内腔内でのカテーテルの位置、内腔内でのカテーテル軌跡などを含んでもよい。
【００８２】
ＥＣＧ３００は、複数の心臓サイクル３０２、３０４および３０６のそれぞれでの活動状態Ｔ１、Ｔ２およびＴ３などの複数の活動状態（たとえばＥＣＧサイクル位相）を含む。出願人は、心臓サイクル３０２、３０４および３０６のそれぞれの間で、内腔１０８の位置（図１Ａおよび１Ｂ）が活動状態によって異なることを見出した。
【００８３】
たとえば、各心臓サイクル３０２、３０４および３０６のそれぞれの活動状態Ｔ１では、内腔１０８の位置は、位置３３０での内腔画像によって表される（図６Ｂ）。各心臓サイクル３０２、３０４および３０６のそれぞれの活動状態Ｔ２では、内腔１０８の位置は、位置３３２での内腔画像によって表される。各心臓サイクル３０２、３０４および３０６のそれぞれの活動状態Ｔ３では、内腔１０８の位置は、位置３３４での内腔画像によって表される。位置３３０では、点３３６、３３８および３４０が、活動状態Ｔ１でのカテーテル（図示せず）の異なる位置を表す。位置３３２では、点３４２、３４４および３４６が、活動状態Ｔ２でのカテーテルの異なる位置を表す。位置３３４では、点３４８、３５０および３５２が、活動状態Ｔ３でのカテーテルの異なる位置を表す。
【００８４】
プロセッサ（図示せず）が、ＥＣＧ信号３００のいずれかのサイクルでの活動状態Ｔ１中に検知された２次元画像（すなわち、点３３６、３３８および３４０で取得された画像）のすべての間を関連付ける。同様に、プロセッサ１９２が、ＥＣＧ信号３００のいずれかのサイクルでの活動状態Ｔ２中に検知された２次元画像（すなわち、点３４２、３４４および３４６で取得された画像）のすべての間を関連付け、かつＥＣＧ信号３００のいずれかのサイクルでの活動状態Ｔ３中に検知された２次元画像（すなわち、点３４８、３５０および３５２で取得された画像）のすべての間を関連付ける。
【００８５】
プロセッサが、所与の活動状態Ｔｉに対して関連付けられた、すべての２次元画像から３次元画像を再構成する。図６Ｂを参照すると、プロセッサが、活動状態Ｔ１（図６Ａ）での検査される器官の画像である、３次元画像３３０、および活動状態Ｔ２での検査される器官の画像である、３次元画像３３２を再構成する。同様に、プロセッサが、活動状態Ｔ３での検査される器官の画像である、３次元画像３３４を再構成する。
【００８６】
プロセッサが、活動状態Ｔ１に関連付けられた、点３３６、３３８および３４０から軌跡３５４を計算する。同様に、プロセッサが、活動状態Ｔ２に関連付けられた、点３４２、３４４および３４６から軌跡３５６を計算し、活動状態Ｔ３に関連付けられた、点３４８、３５０および３５２から軌跡３５８をさらに計算する。
【００８７】
プロセッサが、計算された軌跡のそれぞれと、所与の器官活動状態を表す、再構成された３次元画像の１つの間を関連付ける。図６Ｂを参照すると、プロセッサが、軌跡３５４と、活動状態Ｔ１を表す、再構成された３次元画像３３０の間を関連付ける。同様に、プロセッサが、軌跡３５６と、活動状態Ｔ２を表す、再構成された３次元画像３３２の間を関連付け、軌跡３５８と、活動状態Ｔ３を表す、再構成された３次元画像３３４の間をさらに関連付ける。
【００８８】
軌跡を計算するために使用される点３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８、３５０および３５２は、そのそれぞれの２次元画像が取得された点でもあるため、プロセッサが、計算された軌跡のそれぞれを、そのそれぞれの再構成された３次元画像の上に重ねることができる。たとえば、プロセッサは、軌跡３５４を３次元画像３３０上に、軌跡３５６を３次元画像３３２上に、および軌跡３５８を３次元画像３３４上に重ねる。
【００８９】
図６Ｃを参照すると、プロセッサが、そのすべてが、ＥＣＧデータ３８４のサイクル内の選択された活動状態を表すＭＰＳ座標データ３８２に従って、複数の２次元画像３８０から内腔１０８の３次元画像１０６（図１Ｂ）を再構成する。プロセッサが、活動状態Ｔ２に所属するすべての２次元画像から３次元データ１０６を再構成する。また、プロセッサが、点３４２、３４４および３４６（図６Ｂ）から、活動状態Ｔ２に対応するカテーテルの軌跡１１４（図１Ｂ）を生成する。プロセッサが、カテーテルの先端３９０の軌跡１１４および実時間表現１１２（図１Ｂ）を３次元画像１０６上に重ねる。
【００９０】
システム（図示せず）は、保管されたＥＣＧデータに従ってまたは事前に決定された時間間隔で、再構成された画像のシークエンスまたは最初に取得された２次元画像の選択されたサイクルを再生することができる。システムはまた、実時間検知されたＥＣＧデータと同調して、再構成された画像のシークエンスまたは最初に取得された２次元画像の選択されたサイクルを再生することができる。
【００９１】
カテーテルが実時間で内腔１０８内を移動するため、この態様で器官タイミング信号に対する同調は必要とされないことに注意されたい。しかし、プロセッサが、画像が取得された座標系を、カテーテルのＭＰＳセンサの座標系と見当合わせしなければならないこと、または、画像取得プロセスおよび再生外科手順に対して同じＭＰＳシステムを使用しなければならないことに注意されたい。
【００９２】
以下は、オペレータが、患者の器官の選択された活動状態で、内腔の３次元画像をフリーズさせることを可能にするＧＵＩの説明である。ＧＵＩはまた、オペレータが、活動状態に関して前方または後方に移動できるようにする。
【００９３】
開示された技術のさらなる実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、全体が４１０で参照される、内腔のＥＣＧ調整ディスプレイ（すなわち、ＧＵＩ）の概略図である図７をさらに参照する。ＥＣＧ調整ディスプレイ４１０は、ＥＣＧタイミング信号４１２、前進ボタン４１４、後進ボタン４１６、フリーズボタン４１８および３次元画像１０６を備える（図１Ｂ）。
【００９４】
３次元画像１０６は、ＥＣＧタイミング信号４１２中の活動状態４２０に対応する。オペレータが前進ボタン４１４を押圧すると、内腔１０８の３次元画像のシークエンスが、ウィンドウ４２２内に表示される。ウィンドウ４２２内に表示された３次元画像のそれぞれは、あたかもＥＣＧタイミング信号４１２が矢印４２４によって示された方向に進行するかのように、ＥＣＧタイミング信号４１２中のそれぞれの活動状態に対応する。
【００９５】
オペレータが後進ボタン４１６を押圧すると、内腔１０８の３次元画像のシークエンスが、ウィンドウ４２２内に連続的に表示される。ウィンドウ４２２内に表示された３次元画像のそれぞれは、あたかもＥＣＧタイミング信号４１２が矢印４２６によって示された方向に後退するかのように、ＥＣＧタイミング信号４１２中のそれぞれの活動状態に対応する。
【００９６】
オペレータがフリーズボタン４１８を押圧すると、内腔１０８の３次元画像が、ウィンドウ４２２内に表示される。ここで、３次元画像は選択された活動状態４２８に対応する。このようにして、ウィンドウ４２２内の内腔１０８の３次元画像が、活動状態４２８で静止したままであり、その間に、医師が内腔１０８の３次元画像を調べることができる。
【００９７】
ウィンドウ４２２内に表示された３次元画像のそれぞれが、走査プロセス中、システム（図示せず）によって取得される。したがって、オペレータが、時間の前方または後方のいずれかでの、患者の心臓が拍動するときの内腔１０８のアニメ化された３次元画像を見ることができる。オペレータは、選択された時点でフリーズボタン４１８を押圧することによって、患者の選択された心臓サイクル中の選択された活動状態に対応する内腔１０８の３次元画像を交互に見ることができる。基準実時間画像（すなわち、蛍光透視画像など、ナビゲーション中のロードマップとして供給されるもの）などの他のシークエンス化された画像も、フリーズされることができることに注意されたい。
【００９８】
以下は、選択された閉塞の割合を有する内腔内のプラークを識別するためのＧＵＩの説明である。アルゴリズムに従って、プロセッサが医療デバイスが移送されることになる選択された位置として、内腔の実時間画像上の必要なマークを自動的に示す。
【００９９】
図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃを参照する。図８Ａは、複数の閉塞した領域を有する、図１Ａの内腔の図である。図８Ｂは、図８Ａの内腔の選択された領域の断面図である。図８Ｃは、開示された技術の別の実施形態に従って動作可能である、全体が４５０で参照されるＧＵＩ内での図８Ｂの内腔の表現の概略図である。
【０１００】
内腔１０８は、プラーク４５２、４５４および４５６を含む。プラーク４５２、４５４および４５６は、その場所に固定されていても、動的であってもよいことに注意されたい。プラーク４５２、４５４および４５６は、それぞれ７５％、６０％および８０％内腔１０８を遮蔽する。図８Ｂを参照すると、網掛けされた領域が、内腔１０８内でのプラーク４５２による遮蔽を示しており、導管４５８は、血流に対して開いたままにされている。
【０１０１】
プロセッサ（図示せず）が、プラークタイプ、プラーク密度などのパラメータを考慮して、複数の方法に従って、閉塞の割合を決定することができる。以下は、このような方法についての簡単な例である。
【数１】
【０１０２】
ここで、ＳＬＵＭＥＮは、導管４５８の断面積を示し、かつＳＡＲＴＥＲＹは内腔１０８の全内部面積を示す。
【０１０３】
ＧＵＩ４５０は、グラフィカルウィンドウ４６０を備える。グラフィカルウィンドウ４６０は、３次元画像１０６および比率選択ウィンドウ４６２を備える。比率選択ウィンドウ４６２は、目盛バー４６４、ポインタ４６６および数値ボックス４６８を備える。オペレータは、ユーザインターフェイス（図示せず）を介して、目盛バー４６４に沿ってポインタ４６６をドラッグすることによって、閉塞割合閾値を動的に設定することができる。別法として、オペレータは、ユーザインターフェイスを通じて、数値ボックス４６８内に選択された閉塞割合閾値を入力することができる。図８Ｂで説明された例では、選択された割合の数値７０％が、数値ボックス４６８内に示されている。
【０１０４】
システム（図示せず）は次に、選択された閉塞割合以上に閉塞されている３次元画像１０６上の領域のみをマークする。図８Ｂで説明された例では、７０％以上閉塞されている内腔１０８の領域のみが、３次元画像１０６内でマークされる。７０％を超えるプラーク４５２および４５６が、３次元画像１０６上で、それぞれマークされた領域４７０および４７２によって表される。マークされた領域４７０および４７２は、異なる色で着色されること、網掛けによってマークされること、アニメ化されることなどによって、３次元画像１０６の残りの部分から区別される。
【０１０５】
システムは、オペレータが、医学的な知識および経験に従って、たとえば、プラーク部分がシステムが示したものとは異なることを検知した場合、オペレータがスクリーン上のマークを手動で補正することを可能にすることに注意されたい。システムが、内腔の様々な層（すなわち、中膜、外膜および内膜）を、ＧＵＩ４５０内で異なる色で示すことができることにさらに注意されたい。
【０１０６】
以下は、ＥＣＧモニタの代わりにＭＰＳを使用することによって、心臓サイクルまたは呼吸サイクルのいずれかによる、内腔の器官タイミング信号を検知するための方法の説明である。以下の本明細書での「時間タグを付ける」という用語は、データ要素を、データ要素が得られた実際の時間と関連付ける（たとえば、ＭＰＳ座標読取値を読取値が得られた実際の時間と関連付ける）プロセスを称する。複数のＭＰＳセンサ（たとえば、カテーテルの先端に取り付けられたもの、２次元画像取得デバイスに取り付けられたもの、患者の体に取り付けられたもの、および手術台に取り付けられたもの）を介して得られたデータが、時間タグを付けられる。以下の本明細書で説明されるような、送信器５９０Ａ（図１１）、５９０Ｂおよび５９０Ｃと同様の複数の送信器が、２次元画像取得デバイスに取り付けられる場合、ＭＰＳセンサを２次元画像取得デバイスに取り付ける必要はないことに注意されたい。この場合の理由は、２次元画像取得デバイスの座標系がＭＰＳの座標系と見当合わせされるからである。各２次元画像取得デバイス（図示せず）によって得られた２次元画像もまた、時間タグを付けられる。時間タグは、データベース（図示せず）内に保管されたデータ要素を処理するときに考慮される。
【０１０７】
待ち時間補償が、すべての時間タグを付けられたデータ要素に対して行われる。一般に、２次元画像取得デバイスによって取得された２次元（２Ｄ）画像の組からの画像フレームが、その時間タグが、対応するＭＰＳデータセットの時間タグと一致するように移動される（すなわち、ＭＰＳ座標系読取値と同時に取得された画像が互いに一致させられることになる）。
【０１０８】
以下の本明細書での「対応するデータセット」という用語は、同じ時間タグを有するデータセットのペアを称する。データセットの時間タグが、データセット内の要素の時間タグの組を称することに注意されたい。たとえば、ＭＰＳデータセット内の読取値が２次元画像データセット内の画像と同じ時間タグを有する場合、ＭＰＳデータセットは、２次元画像データセットと対応している。
【０１０９】
対応しているデータセットは、医療手順中の同じセッション中に生じるデータセットを表す。以下の本明細書での「対応していないデータセット」という用語は、異なる時間タグを有するデータセットのペアを称する。たとえば、ＭＰＳデータセット内の読取値が２次元画像データセット内のすべての画像と異なる時間タグを有する場合、ＭＰＳデータセットは、２次元画像データセットに対応していない。対応していないデータセットは、（同じまたは異なる医療手順内の）異なるセッション中に記録されたデータセットを表す。
【０１１０】
開示された技術のさらなる実施形態に従って動作可能である、器官の運動とともに運動するＭＰＳセンサの位置データに従って、患者の器官の器官タイミング信号を決定するための方法の概略図である図９をさらに参照する。手順５００では、データセットが、ＭＰＳから得られる。各データセットは、各ＭＰＳセンサから受信されるような、それぞれ、２次元画像取得デバイス、カテーテル、患者の体の選択された領域、または患者が横たわっている手術台の一連の位置座標読取値を含む。
【０１１１】
ＭＰＳは、データベース内に次に保管されるそれぞれの位置座標読取値を得るために、検知された電磁場を処理する。各ＭＰＳセンサの位置座標読取値が時間タグを付けられる、すなわち、読取値が得られた実際の時間に関連付けられることが想起される。このようにして、カテーテルの先端に取り付けられた、ＭＰＳセンサから受信された各ＭＰＳデータセットは、長い間にわたるカテーテルの正確な運動軌跡を示す座標読取値の集合を含む。
【０１１２】
手順５０２では、心臓位相情報が、心臓運動から得られる。特に、心臓位相情報が、カテーテル上に配置されたＭＰＳセンサから発するデータストリームから得られる。手順５０２は、手順５０４、５０６、５０８、５１０および５１２から成る。
【０１１３】
手順５０４では、周期運動周波数が検知され、時間タグを付けられたＭＰＳデータセット内で識別される。カテーテルが内腔１０８内で操縦されるとき、カテーテルの運動が、２つの追加の要素によって影響される。第１の要素は、心臓の活動、すなわち、収縮期および拡張期などの心臓運動に関連する。心臓運動は、様々な程度および周期的な間隔での収縮または拡張など、ある方式で内腔１０８に影響を与える。第２の要素は、呼吸活動、すなわち吸気および呼気などの呼吸運動に関連する。呼吸運動は、様々な程度および周期的な間隔での収縮または拡張など、ある方式で内腔１０８に影響を与える。総合すると、カテーテルの全体的な運動が、カテーテルの操縦に関連する運動に（内腔系のトポグラフィに対応する）重ね合わされた心臓運動および呼吸運動から成る。
【０１１４】
心臓運動および呼吸運動は本来周期的であるため、周期的な周波数が、カテーテルの全体軌跡で検知される。心臓運動に関連する特定の周波数は、呼吸運動に関連する特定の周波数とは異なる特徴を呈する。心臓運動に関連する特定の周波数が、検知された周期的な周波数から識別される。同様に、呼吸運動に関連する特定の周波数が、検知された周期的な周波数から識別される。プロセッサが、ＭＰＳデータセット上で解析を行い、かつ該当する周期的な運動周波数を識別する。
【０１１５】
手順５０６では、周期的な運動周波数が、時間タグを付けられたＭＰＳデータセットからフィルタリングされる。手順５０４で検知された周期的な運動周波数が、カテーテルの全体的な軌跡から分離される。残りの運動成分は、カテーテルのマヌーバの中心軸に対応し、血管のトポグラフィ、すなわち「中心線軌跡」を表す（手順５１４参照）。ＭＰＳデータセットに関連する時間タグが、フィルタリングされた周期的な運動周波数のそれぞれに対して保持される。プロセッサは、該当する周期的な運動周波数をＭＰＳデータセットからフィルタリングする。
【０１１６】
手順５０８では、心臓運動による内腔１０８の機械的な運動、すなわち「心臓軌跡」が、ＭＰＳデータセットから、およびフィルタリングされた周期的な運動周波数から再構成される。特に、心臓軌跡が、心臓運動に関連する前に識別された特定の周波数に従って再構成される。再構成された心臓軌跡が、たとえば、ある時間にわたって心臓運動による内腔１０８の軌跡を示すグラフによって反映されてもよい。プロセッサが、該当する周期的な運動周波数を解析し、心臓軌跡の再構成を作成する。
【０１１７】
手順５１６では、呼吸運動による内腔１０８の機械的な運動、すなわち「呼吸軌跡」が、ＭＰＳデータセットから、およびフィルタリングされた周期的な運動周波数から再構成される。特に、呼吸軌跡が、呼吸運動に関連する前に識別された特定の周波数に従って再構成される。再構成された呼吸軌跡が、たとえば、ある時間にわたって呼吸運動による内腔１０８の軌跡を示すグラフによって反映されてもよい。プロセッサが、該当する周期的な運動周波数を解析し、呼吸軌跡の再構成を作成する。
【０１１８】
呼吸軌跡の再構成は、外部基準センサ（すなわち、患者の体におよび手術台に取り付けられたＭＰＳセンサ）から得られた座標読取値に単に基づいてもよい。追加の基準センサ（またはその複数形）が、呼吸パターンなどを監視するために、患者の体に（すなわち、外部または内部に）取り付けられてもよいことに注意されたい。たとえば、血管内センサがこの目的のために使用されてもよい。
【０１１９】
このセンサは、呼吸運動を考慮する補助データを提供し、呼吸運動に関連する周期的な運動周波数をより正確に決定するための確認機構として機能する。同じまたは追加のセンサ（またはその複数形）が、確認機構として、または心臓位相検知のための補助データを供給するため、のいずれかで追加の心臓データを集めるために使用されてもよいことに注意されたい。
【０１２０】
手順５１０では、位相検知が、再構成された心臓軌跡上で行われる。心臓軌跡は、心臓サイクル内の異なる点に対応する心臓の異なる位相または活動状態から成る。位相は、各サイクル内でそれ自体周期的に繰返す。複数の心臓活動状態が、位相検知の間、再構成された心臓軌跡上で識別される。プロセッサが、心臓軌跡の解析を行い、異なる心臓サイクル位相を識別する。
【０１２１】
電気的信号表現および機械的信号表現での心臓軌跡の概略図である、図１０Ａをさらに参照する。全体が５５０で参照される、心臓軌跡の機械的信号表現は、複数の心臓サイクル５５２、５５４および５５６のそれぞれでの活動状態Ｔ１、Ｔ２およびＴ３などの、複数の心臓活動状態（すなわち心臓サイクル位相）を含む。心臓軌跡の機械的表現は、ＭＰＳデータセットおよびフィルタリングされた周期的な運動周波数から再構成された、心臓軌跡と等しい（手順５０６および５０８）。全体が５５８で参照される心臓軌跡の電気的信号表現が、心臓サイクル５５２、５５４および５５６のそれぞれでの同じ活動状態Ｔ１、Ｔ２およびＴ３を示す。
【０１２２】
しかし、これらの活動状態が起こる正確な時間は、機械的表現に対して電気的表現でわずかな遅れがあるため、２つの表現で異なってもよい。たとえば、心臓サイクル５５４の活動状態Ｔ３が、心臓軌跡５５０内の時間ｔＡでおよび心臓軌跡５５８内の時間ｔＢで起こることが示されている。したがって、位相検知のために電気的表現からの情報を使用するとき、活動状態の間の位置合わせを行うことが必要である。心臓軌跡の電気的表現５５８は、ＥＣＧモニタ（図示せず）によって得られる電気的タイミング信号と等しい。
【０１２３】
心臓位相の検知は、少なくともカテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサから、およびおそらく患者の体および手術台に取り付けられた基準センサからも発するデータセットのみに基づいて行われることに注意されたい。これらのデータセットは、心臓軌跡の機械的表現を提供する。心臓位相情報を得るために、外部監視デバイスは必要とされない。
【０１２４】
呼吸運動に関連する周期的な運動成分もまた、心臓位相検知のための補助データとして使用されてもよいことに注意されたい。位相検知が、検知されかつフィルタリングされた周期的な運動周波数を使用して再構成された心臓軌跡上ではなく、元のＭＰＳデータセット上で行われてもよいことにさらに注意されたい。心臓の異なる位相または活動状態が、手順５００で得られたＭＰＳデータセット上で直接識別される。
【０１２５】
手順５１２では、心臓位相情報が、ＭＰＳデータセットに関連付けられる。カテーテルの位置に関連する、カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサから得られた各データセットが、それらの対応する時間要素（すなわち時間タグ）に従って、複数の活動状態Ｔ１、Ｔ２およびＴ３の１つと一致させられる。内腔１０８の位置、およびしたがってカテーテルの位置は、内腔１０８の異なる活動状態中で異なる。プロセッサが、座標読取値とその一致する位相の間を関連付け、データベース内に情報を保管する。
【０１２６】
呼吸位相情報が、心臓位相情報が心臓運動から得られたのと同様の方式で、呼吸運動から得られてもよい。呼吸活動状態が、呼吸運動に関連する周期的な運動成分を使用して再構成された呼吸軌跡から識別されてもよい。呼吸運動に関連する周期的な運動成分もまた、対応しないデータセットと相関させて使用されてもよい。
【０１２７】
呼吸位相情報が、オプションの手順５１８での呼吸運動から得られる。手順５１８は、手順５１６、５２０および５２２から成る。手順５１６では、呼吸軌跡が、手順５０４、５０６、および５０８に関連して上記で本明細書で説明されたように、ＭＰＳデータセットおよびフィルタリングされた周期的な運動周波数から再構成される。
【０１２８】
手順５２０では、再構成された呼吸軌跡上で位相検知が行われる。心臓軌跡と同様に、呼吸軌跡は、呼吸サイクル内の異なる点に対応する、肺の異なる移送または活動状態から成る。肺の呼吸活動状態が、呼吸軌跡の位相から識別されることができる。位相は、各サイクルでそれ自体周期的に繰返す。呼吸活動状態が、位相検知中再構成された呼吸軌跡上で識別される。プロセッサが、呼吸軌跡の解析を行い、異なる呼吸サイクル位相を識別する。
【０１２９】
全体が５６０で参照される、機械的信号表現での呼吸軌跡の概略図である、図１０Ｂをさらに参照する。機械的信号表現５６０は、活動状態Ｔ４、Ｔ５、およびＴ６などの複数の呼吸活動状態（すなわち、呼吸サイクル位相）を含む。機械的表現５６０は、ＭＰＳデータセットから、および手順５０８でフィルタリングされた周期的な運動周波数から再構成された呼吸軌跡に等しい。
【０１３０】
呼吸位相の検知が、カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサによって、および患者の体におよび手術台に取り付けられたＭＰＳセンサから検知されたデータセットのみに基づいて行われることに注意されたい。これらのデータセットは、呼吸軌跡の機械的表現を提供する。呼吸位相情報を得るために、外部監視デバイスは必要とされない。位相検知が、検知されかつフィルタリングされた周期的な運動周波数を使用して再構成された呼吸軌跡上ではなく、元のＭＰＳデータセット上で行われてもよいことにさらに注意されたい。肺の異なる位相または活動状態が、手順５００で得られたＭＰＳデータセット上で直接識別される。
【０１３１】
患者の心拍数または呼吸数の実際の値が、いかなる外部監視デバイス（ＥＣＧモニタなど、図示せず）も使用することなく得られることができることに注意されたい。患者の心拍数または呼吸数は、別個にまたは一緒にのいずれかで、カテーテル、患者の体および手術台に取り付けられたＭＰＳセンサのみから得られることができる。
【０１３２】
手順５２２では、呼吸位相情報が、ＭＰＳデータセットに関連付けられる。カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサから得られた各データセットが、それらの対応する時間タグに従って、複数の活動状態Ｔ４、Ｔ５およびＴ６の１つと一致させられる。手順５２２は、上記で本明細書で議論された手順５１２と類似している。
【０１３３】
以下は、内腔１０８内でのカテーテルの自動的な操縦の説明である（図１Ａ）。以下の本明細書での「トポロジー表現」という用語は、起点から終点までカテーテルを操縦するために、開示された技術によるシステムが採用される、患者の体の内腔系（循環器、気管支、泌尿生殖器系、腎臓系）のマッピングを称する。マッピングは、２次元または３次元のいずれかであってよい。別法として、「トポロジー表現」という用語は、内腔系内で追従されるべき経路を含んでもよいことに注意されたい。
【０１３４】
図１１および１２を参照すると、図１１は、開示された技術の別の実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、患者の体の内腔内でカテーテルを自動的に操縦するための、全体が５８０で参照されている、システムの概略図である。図１２は、図１１のシステムの撮像システムが、３次元で内腔内の経路の座標を決定する方法の概略図である。
【０１３５】
図１１を参照すると、システム５８０は、ジョイスティック５８２、コントローラ５８４、移動機構５８６、ＭＰＳ５８８、複数の送信器５９０Ａ、５９０Ｂおよび５９０Ｃ、撮像システム５９２、ＭＰＳセンサ５９４、カテーテル５９６およびディスプレイ５９８を備える。撮像システム５９２は、放射線発生器６００および放射線検知器６０２を備える。撮像システム５９２は、Ｘ線システム、蛍光透視鏡、Ｃアームイメージャ、ＣＴ、ＰＥＴ、超音波システム、ＭＲＩなどであってよい。
【０１３６】
移動機構５８６は、１対の角運動ローラ６０４Ａおよび６０４Ｂ、および１対の直線運動ローラ６０６Ａおよび６０６Ｂ、および電気モータ、アクチュエータなどのそれぞれの運動要素（図示せず）を備えることができる。しかし、移動機構５８６は、以下の本明細書で説明される必要な運動をカテーテル５９６に及ぼす限り、他の、代替となるまたは追加の要素（たとえば、摩擦を通じて直線運動を伝達する圧電モータ）を備えることができる。場合により、移動機構５８６は、無菌を保持するために使い捨てであってよい。コントローラ５８４は、プロセッサ（図示せず）および、カテーテル５９６が内腔１０８内でそれに従って移動することになる経路６０８を表す情報を保管する保管ユニット（図示せず）を備える（図１Ａ）。
【０１３７】
移動機構５８６は、ジョイスティック５８２とおよびコントローラ５８４に結合されている。コントローラ５８４は、撮像システム５９２に結合されている。ＭＰＳ５８８は、コントローラ５８４と、および送信器５９０Ａ、５９０Ｂおよび５９０Ｃに結合されている。ＭＰＳセンサ５９４が、導体６１０（すなわち、導電性の結合部）によってＭＰＳに結合されている。ディスプレイ５９８が、ＭＰＳ５８８とおよび撮像システム５９２に結合されている。ＭＰＳセンサ５９４が、カテーテル５９６の遠位部分に配置されている。
【０１３８】
医療操作中、患者の体（図示せず）が、放射線発生器６００と放射線検知器６０２の間に配置される。撮像システム５９２は、少なくとも１つの自由度を有し、それによって、異なる方向から、患者の体の複数の画像を取得することが可能である。撮像システム５９２は、ディスプレイ５９８が２次元画像１０４を表示するために、２次元画像１０４（図１Ａ）を表す信号をディスプレイ５９８に供給する。
【０１３９】
経路６０８は、内腔１０８に対するカテーテル５９６の遠位部分（図示せず）の起点６１２と終点６１４の間の３次元曲線である。起点６１２と終点６１４の両方は、撮像システム５９２の視野内にある。経路６０８は、医療操作の前の撮像セッション中に決定され、保管ユニット内に保管される。
【０１４０】
コントローラ５８４が、たとえば、Ｃアームイメージャによって内腔１０８から得られた複数の２次元画像に従って、経路６０８を計算し、かつ構成する。たとえば、Ｃアームは、２つの異なる平行でないＥＣＧゲート画像平面で内腔１０８の２つの２次元ＥＣＧゲート画像を得ることができる。オペレータが起点６１２と終点６１４を示したとき、Ｃアームが、経路６０８を３次元で構成する。コントローラ５８４が、背景に対する内腔１０８のコントラスト変動に従って、１つまたは複数の画像処理アルゴリズムに基づいて経路６０８を計算することに注意されたい。
【０１４１】
図１２をさらに参照すると、撮像システム５９２が、３次元座標系６２０内の画像平面６１８上での内腔１０８の画像６１６、および３次元座標系６２０内の画像平面６２４上での内腔１０８の別の画像６２２を捕捉する。撮像システム５９２は、画像平面６１８および６２４の間の方向（すなわち、それらの間の角度）を知っている。撮像システム５９２が、画像６１６内での内腔１０８の形状６２６および画像６２２内での対応する形状６２８を識別する。撮像システム５９２が、点６３４での、それぞれ画像平面６１８および６２４に対する、それぞれ形状６２６および６２８からの法線６３０および６３２の交線を決定することによって、３次元座標系６２０での形状６２６（または形状６２８）の３次元座標を決定する。撮像システム５９２が、内腔１０８の他の形状に対して上記の手順を行い、それによって３次元で経路６０８を構成する。
【０１４２】
Ｃアームが患者の体から得る２次元画像は、内腔１０８に加えて、内腔１０８の平面と異なる平面に配置された他の内腔（図示せず）を含むことができる（すなわち、これらの追加の内腔が、捕捉された画像内で内腔１０８と重なる）。この場合、オペレータが、起点６１２と終点６１４を示すとき、オペレータが内腔１０８を通る経路に興味があることはＣアームに対して明らかではなく、Ｃアームが、２次元画像で内腔１０８と重なる別の内腔を通る経路（図示せず）を構成する可能性がある。このため、Ｃアームが、新しい２次元画像内で、内腔１０８が他のいずれかの内腔と重ならないように、別の画像平面で内腔１０８の別の２次元画像を得る。
【０１４３】
医療操作の前に、ＭＰＳ５８８および撮像システム５９２の座標系が、ディスプレイ５９８が、医療操作中２次元画像１０４上でＭＰＳセンサ５９４の実時間表現１１０（図１Ａ）と重なるように、共通の２次元座標系に対して設定される。この方法が、図６Ｃと相まって上記で本明細書で説明されている。ディスプレイ５９８によって表示された情報が、医療スタッフが、医療操作全体を通して、内腔１０８に対するカテーテル５９６の遠位部分の位置を観察するのを助ける。この２次元座標系は、たとえば以下の方法に従って決定されることができる。
【０１４４】
ＭＰＳ５８８の３次元座標系と撮像システム５９２の３次元座標系との間の第１の変換モデルが、決定される。撮像システム５９２の３次元座標系と撮像システム５９２の２次元座標系との間の第２の変換モデルが、決定される。ＭＰＳ５８８の３次元座標系が、ＭＰＳ５８８の３次元座標系に第１の変換モデルを適用することによって、撮像システム５９２の３次元座標系に変換される。撮像システム５９２の３次元変換された座標系が、撮像システム５９２の３次元変換された座標系に対して第２変換モデルを適用することによって、撮像システム５９２の２次元座標系に変換される。
【０１４５】
第１の変換モデルは、ＭＰＳ５８８の３次元座標系内の１組の点および撮像システム５９２の３次元座標系内の別の組の点に従って決定される。第２の変換モデルは、撮像システム５９２の外部パラメータ（すなわち、撮像システム５９２の３次元座標系内の１組の点）および撮像システム５９２の内部パラメータ（たとえば、レンズ角、焦点距離、倍率）に従って決定される。
【０１４６】
以下は、患者の首領域の血管の手術を行うための、システム５８０の操作の説明である。この場合、経路６０８は、第１肋骨（すなわち、起点６１２）の領域から、甲状頸動脈（すなわち、終点６１４）までの経路をマークする腋窩動脈（内腔１０８によって表される）内の３次元曲線である。医療操作の段階で、医療スタッフが、右上腕動脈（図示せず）を通ってカテーテル５９６を患者の体へ挿入し、起点６１２に到達するようにカテーテル５９６を手動で操縦する。
【０１４７】
この点で、カテーテル５９６を終点６１４へ自動的に操縦するために、システム５８０が引き継ぐ。送信器５９０Ａ、５９０Ｂおよび５９０Ｃによって作成された電磁場に応答して、ＭＰＳセンサ５９４が、ＭＰＳセンサ５９４の３次元位置を表す信号を、導体６１０を介してＭＰＳ５８８へ送信する。別法として、ＭＰＳセンサ５９４が、ＭＰＳ５８８と無線でかつ導体６１０なしで結合される。この場合、ＭＰＳセンサ５９４がこの位置信号をＭＰＳ５８８へ無線で送信する。
【０１４８】
ＭＰＳ５８８が、ＭＰＳセンサ５９４から受信された信号に従って、ＭＰＳセンサ５９４の座標を決定する。ＭＰＳ５８８が、ＭＰＳ５８８の３次元座標系内で、ＭＰＳセンサ５９４の座標を表す信号をコントローラ５８４へ送信する。ＭＰＳ５８８が、上記で本明細書で説明したように、撮像システム５９２の２次元座標系内で、ＭＰＳセンサ５９４の座標を表す信号をディスプレイ５９８へ送信する。
【０１４９】
医療操作全体を通して、ディスプレイ５９８が、撮像システム５９２から受信された信号に従って、内腔１０８の動作可能領域（すなわち、起点６１２と終点６１４の間のセクション）の２次元画像１０４を表示する。ディスプレイ５９８はまた、ＭＰＳ５８８から受信された信号に従って、２次元画像１０４上に重ねられた、ＭＰＳセンサ５９４（すなわち、カテーテル５９６の遠位部分）の現在位置の表現１１０を表示する。別法として、ＭＰＳセンサの現在位置が、内腔（たとえば、冠状動脈）の３次元画像上に重ねられることができる。
【０１５０】
経路６０８の代わりに、コントローラは、内腔系内の起点から終点まで、内腔系を通ってカテーテルを操縦するために移動機構を制御するために、患者の内腔系のトポグラフィ的表現を採用することができる。この場合、コントローラは、カテーテルが終点に到達するための最良の経路を決定する。コントローラが、ナビゲーションプロセス中の所見（たとえば、遮蔽された通路、予想したよりも狭い内腔）に応じて、経路を即時に変更してもよいことに注意されたい。コントローラは、ＭＰＳセンサによって実時間で提供されるフィードバックに従って、およびＭＰＳセンサの実際の位置および方向を、予想された位置および方向と比較することによって、経路を修正する。さらに、コントローラは、計画プロセスのための３次元ロードマップとして使用される所定の３次元経路を修正する。
【０１５１】
システムは、ＭＰＳおよびディスプレイに結合されたプロセッサ（図示せず）、およびプロセッサに結合されたＥＣＧなどの器官モニタ（図示せず）をさらに備えることができる。器官モニタは、監視される器官の器官タイミング信号を監視し、それぞれの信号をプロセッサに送信する。プロセッサは、器官モニタによって検知された監視される器官の現在の活動状態に対応する内腔の画像を表すビデオ信号を、ディスプレイに送信する。ディスプレイは、現在の活動状態に従い内腔の画像を表示する。このようにして、ディスプレイが、監視される器官のタイミング信号（たとえば患者の心拍）による内腔の運動を考慮して、内腔の再構成された画像上にＭＰＳセンサの表現の重なりを表示する。ディスプレイは、内腔の３次元の再構成された画像を表示することができる。この３次元の再構成された画像が、患者の体の座標系に対して表示される。
【０１５２】
別法として、医療用位置決めシステムが、患者の体の座標系内で、ＭＰＳセンサの複数の位置から、器官タイミング信号および内腔の座標系内でのＭＰＳセンサの現在位置をフィルタリングする（すなわち、フィルタリングされたＭＰＳ読取値を作成する）。この場合、コントローラが、フィルタリングされたＭＰＳ読取値に従って、トポロジー表現およびカテーテルの先端の位置を更新する。コントローラが、更新されたトポロジー表現およびカテーテルの更新された位置に従って、移動機構を制御する。さらに、ディスプレイが、実質上静止している３次元で再構成された内腔の画像に重ねて、更新されたトポロジー表現およびカテーテルの遠位部分の更新された表現を表示することができる。
【０１５３】
移動機構５８６が、カテーテル５９６を起点６１２から終点６１４まで経路６０８に沿って操縦するために、コントローラ５８４から受信される命令に従って動作する。この目的のために、１対の角運動ローラ６０４Ａおよび６０４Ｂが、カテーテル５９６を、カテーテル５９６の長手方向軸（図示せず）に対して時計方向および反時計方向に捩じり、１対の直線運動ローラ６０６Ａおよび６０６Ｂが、カテーテル５９６を前方および後方に運動させる。コントローラ５８４は、いずれかの所与の時間のＭＰＳセンサ５９４の３次元座標を表すＭＰＳ５８８からの信号（すなわち、フィードバック）を常に受信し、それによって移動機構５８６が、経路６０８に沿った運動の、起こり得る誤差に対して補正を付加することを可能にする。これらの補正は、以下の方式で付加される。
【０１５４】
コントローラ５８４が、カテーテル５９６を所定の変位増分だけ進行させるために、移動機構５８６へ所定の時間増分で信号を送信する。コントローラ５８４が、（ＭＰＳ５８８から受信された位置信号に従って）各時間増分でのカテーテル５９６の遠位部分の進行を決定し、この進行が、カテーテル５９６が進行することになっていた所定の変位に実質上一致しているかどうかをチェックする。実際に検知された進行が所定の変位増分と一致しない場合、コントローラ５８４は、カテーテル５９６が、カテーテル５９６が経路６０８に従って進行するのを妨害する障害物（図示せず）と接触したと判定する（たとえば、カテーテル５９６の遠位部分が、分岐６３６で詰まることがある）。
【０１５５】
この場合、コントローラ５８４が、内腔１０８内で選択された増分だけ後方へカテーテル５９６を引き戻すため、またカテーテル５９６の遠位部分を選択された量だけ捩じるための信号を移動機構５８６へ送信する。この捩じりの後、コントローラ５８４が、所定の変位増分だけカテーテル５９６を進行させるための信号を移動機構５８６へ送信する。このようにして、移動機構５８６が、障害物を克服するように、および所定の分岐（この場合分岐６３６での甲状頸動脈）へ入るように、カテーテル５９６を操縦することができる。
【０１５６】
コントローラ５８４が、ＭＰＳ５８８から実時間フィードバックとして受信する３次元位置情報により、コントローラ５８４が、カテーテル５９６を３次元で操縦するように移動機構５８６の動作を制御することができる。このようにして、システム５８０は、医療スタッフが、２次元のみで２次元表示に従ってカテーテルを操縦することができる従来技術でのシステムに対する利点を提供する。システム５８０は、内腔１０８内の終点６１４へ到達するために、フィードバック指向性実時間補正を行いながら、３次元での内腔１０８を通るカテーテル５９６の自動的な操縦を提供する。
【０１５７】
撮像システム５９２（たとえば、Ｃアーム）が、ディスプレイ５９８が２次元画像１０４を表示するために必要な情報を提供するために、異なる方向から内腔１０８を検知することができる。撮像システム５９２は、経路６０８の画像平面（図示せず）からの平均距離が最小である、ある特定の撮像方向を選択する。Ｘｉが、画像平面に対して垂直な経路６０８上の点ｉからの距離であり、ここでｉ＝１、２、３…Ｎである場合、
最小平均距離は、
【数２】
である。経路６０８が、空間内で多くの曲線を追従し、２次元経路からかなり逸脱している場合、撮像システム５９２が、経路６０８を異なる部分に分割し、式１を満たしながら、各部分に対して異なる画像平面を選択することによって、２次元画像１０４のための情報を準備することができる。
【０１５８】
１つ以上のＭＰＳセンサが、カテーテルの遠位部分に配置されることができることに注意されたい。この配置は、カテーテルの遠位部分が、「カーブバック」機能を備える場合重要である。「カーブバック」運動は、たとえば、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）を採用することによって提供されることができる。移動機構は、遠位部分を曲げるために、カテーテルの遠位部分に適切なトルクを付加するために必要な要素を同様に備える。さらに、複数のＭＰＳセンサによって、ディスプレイが、遠位部分の現在の幾何形状を表示することができる。
【０１５９】
さらに、コントローラは、カテーテルが障害物によって遮蔽されているとき、カテーテルの遠位部分の幾何形状を表す、より完全な情報を得ることができ、したがって操縦動作を促進する。たとえば、コントローラが、カテーテルの遠位部分が予期せずに曲がってしまったことを検知した場合、コントローラが、カテーテルの先端が内腔内の障害物と接触したことを判定する。コントローラは、たとえば、内腔内の所与の点でのＭＰＳセンサの検知された方向を、内腔内の同じ点での経路の計算された傾斜と比較することによって、この閉塞部に到達することができる。検知された方向と計算された傾斜が一致しない場合、コントローラは、カテーテルが障害物に出会ったことを判定し、それによって、移動機構に、カテーテルを障害物から戻すように動作するように指令する。
【０１６０】
医療スタッフが、移動機構５８６の自動的な動作に不満足である場合、コントローラ５８４を無効にし、ジョイスティック５８２を介して移動機構５８６を手動で操作することができる。オペレータは、ジョイスティック５８２を使用して、システム５８０の動作のいずれかの段階に介入することができる。これは、システム５８０の操作の半自動モードであり、コントローラ５８４が、移動機構５８６が、経路６０８の普通の部分を通ってカテーテル５９６を操縦することを可能にし、オペレータが、経路６０８のより複雑な部分でのシステム５８０の制御を取得する。手動の介入の場合、ジョイスティック５８２がいかなる自動化された動作も圧倒する。自動モードおよび手動モードの両方で、オペレータが、ディスプレイ５９８上でのカテーテル５９６の先端の表現１１０を見ることによって、内腔１０８内でのカテーテル５９６の進行の視覚的なフィードバックを受信することに注意されたい。
【０１６１】
開示された技術が、上記で特に示され、説明されたものに限定されないことは、当業者なら明らかであろう。むしろ、開示された技術の範囲は、頭記の特許請求の範囲によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１Ａ】開示された技術の実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、患者の体の内腔系の２次元画像上での医療デバイスの表現を表示しているグラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）の概略図である。
【図１Ｂ】開示された技術の別の実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、図１Ａの内腔系の内腔の３次元画像上での医療デバイスの別の表現を表示しているＧＵＩの概略図である。
【図２Ａ】図１Ａの２次元画像上で、内腔系内の選択された位置を表すマークの組と、選択された位置へ向かって進行している医療デバイスの現在位置の表現を表示している図１ＡのＧＵＩの概略図である。
【図２Ｂ】図１Ｂの３次元画像上で、図２Ａのマークの組と等しいマークの別の組と、医療デバイスの現在位置の別の表現を表示している図１ＢのＧＵＩの概略図である。
【図３Ａ】医療デバイスが選択された位置に到達したときの図１ＡのＧＵＩの概略図である。
【図３Ｂ】医療デバイスが選択された位置に到達したときの図１ＢのＧＵＩの概略図である。
【図４】（Ａ）検査される器官の活動状態Ｔ１での、図１Ａの内腔の２次元画像の概略図である。（Ｂ）活動状態Ｔ２での、図１Ａの内腔の２次元画像の概略図である。（Ｃ）活動状態Ｔ３での、図１Ａの内腔の２次元画像の概略図である。（Ｄ）（Ｂ）の内腔上に重ねられた、図１Ａの内腔内に配置されたカテーテルのＭＰＳセンサの実時間の実質上安定した表現を含み、開示された技術のさらなる実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、ＧＵＩの概略図である。
【図５】開示された技術のさらなる実施形態に従って動作可能である、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するための方法の概略図である。
【図６Ａ】患者のＥＣＧの概略図である。
【図６Ｂ】開示された技術の別の実施形態に従って構成された、図６ＡのＥＣＧの異なる活動状態を表す、図１Ａの内腔内に配置されたカテーテルの先端の軌道の概略図である。
【図６Ｃ】２次元画像取得デバイス、ＭＰＳおよびＥＣＧモニタから受信された信号を処理することによって、３次元器官運動依存画像シークエンスを再構成し、かつ追加の視覚データをその上に重ねるプロセスの概略図である。
【図７】開示された技術のさらなる実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、内腔のＥＣＧ調整ディスプレイ（すなわち、ＧＵＩ）の概略図である。
【図８Ａ】複数の閉塞した領域を有する、図１Ａの内腔の図である。
【図８Ｂ】図８Ａの内腔の選択された領域の断面図である。
【図８Ｃ】開示された技術の別の実施形態に従って動作可能である、ＧＵＩ内での図８Ｂの内腔の表現の概略図である。
【図９】開示された技術のさらなる実施形態に従って動作可能である、器官の運動とともに運動するＭＰＳセンサの位置データに従って、患者の器官の器官タイミング信号を決定するための方法の概略図である。
【図１０Ａ】電気的信号表現および機械的信号表現での、心臓軌跡の概略図である。
【図１０Ｂ】機械的信号表現での呼吸軌跡の概略図である。
【図１１】開示された技術の別の実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、患者の体の内腔内でカテーテルを自動的に操縦するためのシステムの概略図である。
【図１２】図１１のシステムの撮像システムが、３次元で、内腔内の経路の座標を決定する方法の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
開示された技術は、一般に医療手術、および特に患者の体内にステントを装着するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の体内の閉塞した血管は、たとえば、バルーンを膨張させること（すなわち、血管形成術）により、閉塞物質（たとえば血管の内膜）を切断することによってクリアされる。この切断動作は、新しい組織細胞の生成を生じさせ、それによって、血管を通る通路を再び収縮させる、血管内の治癒プロセスを開始する。組織細胞の成長は、手術の後２、３ヶ月の期間にわたって生じる。長期間通路を開いたままに保持し、かつ治療の結果として組織細胞が成長することを防止するために、その壁がワイヤメッシュの形態である剛性の薄壁チューブ（すなわちステント）が、血管内の、血管の切断された部分内に装着される。
【０００３】
血管を切断した後、ステントカテーテルを血管内の所望の位置へ操縦するための方法およびシステムが、当技術分野で知られている。たとえば、１組の陽性造影マーカバンドが、ステントの近くのカテーテルに取り付けられ、それによって、医師が、血管の実時間Ｘ線画像内でマーカバンドを見ることによって、カテーテルをナビゲートすることが可能になる。別の場合、医師は、ステントの近くのカテーテルに取り付けられた、医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）センサによって得られる位置および方向データに従って、実時間Ｘ線画像上でステントの位置および方向の表現を見ることができる。
【０００４】
Ａｃｋｅｒに対して発行された、「Ｇｕｉｄｅｄ Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｔｅｎｔ」という題名の米国特許第５，９２８，２４８号は、患者の管状構造内にステントを付加するための装置に関する。装置は、カテーテル、ハブ、圧力制御デバイス、バルーン、ステント、プローブフィールドトランスデューサ、複数の外部フィールドトランスデューサ、フィールド送受信デバイス、コンピュータ、入力デバイスおよび陰極線チューブを含む。カテーテルは、孔を備える。ハブが、カテーテルの近端部に固定されている。バルーンが、カテーテルの遠端部に固定されている。圧力制御デバイスが、ハブおよび孔を通ってバルーンに接続されている。ステントは、形状記憶合金製であり、バルーン上に配置されている。
【０００５】
プローブフィールドトランスデューサは、カテーテル内に、その遠端部に配置されている。外部フィールドトランスデューサは、患者の外部に配置されている（たとえば、患者を支持しているベッドと接続されている）。フィールド送受信デバイスが、外部フィールドトランスデューサ、プローブフィールドトランスデューサおよびコンピュータと接続されている。コンピュータは、陰極線チューブと、および入力デバイスと接続されている。
【０００６】
ユーザは、外部フィールドトランスデューサを採用することによって、基準の外部フィールド内でフィールド送受信デバイスを較正する。フィールド送受信デバイスはコンピュータとともに、基準の外部フィールド内でプローブフィールドトランスデューサの位置および方向を決定する。ユーザは、陰極線チューブ上で、患者の管状構造内に配置されたステントの表現の位置および方向を見る。ユーザが、遠端部が、管状構造内の所望の位置に配置されていることを判定したとき、ユーザは、圧力制御デバイスを操作し、バルーンを膨張させることによってステントを拡張させ、それによってステントを所望の位置に配置する。
【０００７】
Ｍａｋｏｗｅｒに対して発行された、「Ｄｅｖｉｃｅ，Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｖａｓｃｕｌａｒ Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ」という題名の米国特許第５，８３０，２２２号は、隣接する無傷の血管を通って病変した血管への経皮的なアクセスを得るための方法に関する。この方法を使用すると、心臓静脈などの無傷の血管を通って、冠状動脈などの病変した血管をバイパスすることが可能である。病変した血管は、流れを制限する閉塞部を含んでいることがある。ガイドカテーテルが、心臓の右心房内で、大静脈を通って冠状静脈洞内へ進行される。血管横断間質手術（ＴＶＩＳ）ガイドカテーテルが、ガイドカテーテルを通って挿入され、第１のガイドワイヤ上を、心臓静脈を通って冠状動脈に隣接する所望の位置まで進行される。
【０００８】
ＴＶＩＳガイドカテーテルは、バルーンと、ＴＶＩＳプローブと、能動型方向検知手段および受動型方向検知手段のいずれか、または両方を備える。ＴＶＩＳプローブは、組織内に挿入されることが可能である剛性のワイヤ、アンテナ、光ガイドまたはエネルギーガイドである。受動型方向検知手段は、ＴＶＩＳプローブの位置および方向の、Ｘ線、蛍光透視法、磁気または超音波検知を可能にする。能動型方向検知手段は、送信器である。第２のガイドワイヤが、心臓静脈に隣接する冠状動脈内に挿入される。ここで、第２のガイドワイヤは、能動型方向検知手段によって放出された信号を受信するための小さい受信機を備える。第２のガイドワイヤは、受信機によって検知された信号をオペレータに戻すことが可能であるワイヤ束をさらに備え、それによって、オペレータがＴＶＩＳプローブの配置および位置を決定することが可能になる。
【０００９】
ＴＶＩＳガイドカテーテルの方向が確定されたとき、バルーンが、流れを遮断し、心臓静脈内でＴＶＩＳガイドカテーテルを安定させ、通路を膨張させるために、心臓静脈の壁に接して膨張される。ＴＶＩＳプローブが次に、心臓静脈の壁を通って冠状動脈内へ進行され、それによって冠状動脈の病変した部画をバイパスする。
【００１０】
「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ Ｉｍａｇｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｍｏｖｉｎｇ Ｏｒｇａｎ ａｎｄ Ｉｎｔｒａ−Ｂｏｄｙ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ」という題名の米国特許公開第２００２００４９３７５号は、患者の心拍によって生じる内腔の運動を考慮しながら、外科用カテーテルが挿入される患者の内腔の画像を表示するためのシステムに関する。システムは、外科用カテーテル、撮像カテーテル、撮像システム、医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）、送信器、身体ＭＰＳセンサ、プロセッサ、複数の心電図（ＥＣＧ）電極、ＥＣＧモニタ、データベースおよびディスプレイを備える。外科用カテーテルは、その先端に配置されたカテーテルＭＰＳセンサを備える。撮像カテーテルは、撮像ＭＰＳセンサおよび撮像検知器を備え、両者は、撮像カテーテルの先端に配置されている。
【００１１】
ＥＣＧ電極が、患者の体に、およびＥＣＧモニタに取り付けられている。身体ＭＰＳセンサが、患者の体に、およびＭＰＳに取り付けられている。プロセッサが、撮像システム、ＭＰＳ、ＥＣＧモニタ、データベースおよびディスプレイに結合されている。ＭＰＳは、送信器に結合されている。走査手順中、ＭＰＳは、撮像ＭＰＳセンサに結合される。外科手順中、ＭＰＳは、カテーテルＭＰＳセンサに結合される。撮像システムは、撮像検知器に結合される。撮像ＭＰＳセンサおよびカテーテルＭＰＳセンサは、それぞれ撮像カテーテルおよび外科カテーテルの先端の位置および方向を表す信号をＭＰＳへ送信する。
【００１２】
走査手順中、オペレータが撮像カテーテルを内腔内へ挿入して、その中で進行させ、一方撮像検知器が、内腔の内壁を走査し、検知された２次元画像を撮像システムへ送信する。プロセッサが、２次元画像に従って、およびＭＰＳによって決定された撮像カテーテルの先端の座標に従って複数の３次元画像を再構成し、一方、プロセッサが、各３次元画像を患者の心臓のそれぞれの活動状態と関連付ける。
【００１３】
外科手順中、オペレータが、外科用カテーテルを内腔内へ挿入し、カテーテルＭＰＳセンサが、外科用カテーテルの先端の位置および方向を表す位置信号をＭＰＳへ送信する。オペレータが、外科用カテーテルを内腔内で移動させると、プロセッサが、データをデータベースから取り出すことによって、および外科用カテーテルの先端の現在位置および方向および患者の心臓の現在の活動状態に従って、内腔の３次元画像のシークエンスを決定する。ディスプレイが、プロセッサから受信されたビデオ信号に従って、３次元画像を次々に表示する。
【００１４】
ＬａＦｏｎｔａｉｎｅ他に発行された、「Ｐｅｒｃｕｔａｎｅｏｕｓ Ｂｙｐａｓｓ ｗｉｔｈ Ｂｒａｎｃｈｉｎｇ Ｖｅｓｓｅｌ」という題名の米国特許第６，０３５，８５６号は、大動脈の分岐血管の第１閉塞部にバイパスを行うための方法に関する。第１閉塞部を含む冠状動脈、および分岐血管が、大動脈から分岐している。標準的なガイドカテーテルが、大動脈を通って分岐血管の口まで進行される。閉塞形成デバイスが、分岐血管内に第２の閉塞部を作成するために、ガイドカテーテルを通って分岐血管内へ進行される。閉塞デバイスは、細長部分と加熱されたバルーンを備える。
【００１５】
閉塞形成デバイスが、ガイドカテーテルを通って大動脈から取り外され、切断デバイスが、第２の閉塞部に対して近位のガイドカテーテルを通って進行される。切断デバイスは、細長い部材、操縦可能なガイドワイヤ、近位閉塞部バルーン、遠位バルーン、ステント、切断刃、磁気材料の第１部片および送信器を備える。切断刃が、遠位バルーンに対して遠位に配置され、磁気材料の第１部片が、切断刃と遠位バルーンの間に配置され、かつ送信器が、遠位バルーン内に配置される。遠位バルーンがステント内に配置される。送信器が無線周波数信号を放出する。
【００１６】
分岐血管の壁が、切断刃を使用することによって切断される。遠位バルーンが、分岐血管の切断が完了した後、分岐血管を閉塞させるために、膨張された位置に保持される。分岐血管の切断された端部が、操縦可能なガイドワイヤを操縦することによって、または磁気材料の第２の部片によって磁気材料の第１の部片を操作することによって、第１の閉塞部に対して遠位の冠状動脈の領域に向かって操縦される。ここで磁気材料の第２の部片は、患者の体の外部に配置されている。
【００１７】
送信器の真の位置および相対位置、およびしたがって分岐血管の切断された端部の位置が、三角測量座標マッピングシステムを採用することによって決定される。三角測量座標マッピングシステムは、患者の体の外部に配置された３つの基準電極を備える。基準電極のうちの２つが、心臓の両側に配置され、第３の電極が背中に配置される。３つの基準電極が、送信器上で三角測量するために使用される。
【００１８】
分岐血管の切断された端部が正確に位置決めされたとき、切断刃を採用することによって第１の閉塞部に対して遠位の冠状動脈内に開口が形成される。分岐血管の切断された端部が、開口を通って冠状動脈内に挿入され、遠位バルーンを膨張させることによってステントが膨張され、それによって、分岐血管の切断された端部を冠状動脈の内腔に取り付ける。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するための新規な方法およびシステムを提供することが、開示された技術の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
開示された技術によると、患者の体の内腔内の選択された位置へ、カテーテルに結合された医療デバイスを移送するための方法がこのようにして提供される。前記方法は、前記選択された位置を表す位置データを受信し、前記位置データが前記内腔の画像に関連付けられ、前記画像が座標系に関連付けられ、前記座標系が医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）にさらに関連付けられるステップを含む。
【００２１】
前記方法は、前記座標系内で前記選択された位置の座標を決定するステップと、前記医療デバイスの近傍で前記カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサの出力に従って、ＭＰＳ座標系内での前記医療デバイスの現在位置を決定するステップとをさらに含む。前記方法は、前記選択された位置に対する前記現在位置に従って、前記選択された位置へ向かって、前記内腔を通って前記医療デバイスを操縦するステップと、前記現在位置が前記選択された位置と実質上一致したとき、通知出力を作成するステップとをさらに含む。
【００２２】
開示された技術の別の態様によると、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するためのシステムであって、前記医療デバイスがカテーテルに取り付けられているシステムが、このようにして提供される。前記システムは、前記選択された位置を表す位置データを受信し、前記位置データが前記内腔の画像に関連付けられ、前記画像が座標系に関連付けられ、前記座標系が医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）にさらに関連付けられるユーザインターフェイスを備える。
【００２３】
前記システムは、前記医療デバイスの近傍で前記カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサの出力に従って、前記座標系内で、前記内腔内の前記医療デバイスの現在位置を決定するためのＭＰＳをさらに備える。前記システムは、前記ユーザインターフェイスとおよびＭＰＳに結合されたプロセッサをさらに備える。前記プロセッサは、前記位置データに従って前記座標系内で前記選択された位置の座標を決定する。前記プロセッサは、前記現在位置が前記選択された位置と実質上一致すると判定したとき通知出力を作成する。
【００２４】
開示された技術は、図面と相まって行われる以下の詳細な説明からより完全に理解され、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
開示された技術は、医療デバイス（たとえば、ＰＣＩデバイス、膨張バルーン、ステント移送システム）が移送されなければならない位置を内腔の画像上で図形的に表すこと、および医療デバイスが選択された位置に到達したときを示すことによって、従来技術の欠点を克服する。医療デバイスは、カテーテルの先端に取り付けられる。医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）センサが、選択された位置に対する医療デバイスの位置を常に検知する。この位置は、実時間画像（たとえばライブ蛍光透視法）、擬似実時間画像（たとえば、前に記録されたシネループ）または前に記録された内腔の静止画像フレーム上で表され、それによって、患者の検査される器官を繰返し照射する、もしくは患者の体に造影剤を繰返し注入する必要性を防ぐ。医療スタッフは、ディスプレイ、音声出力などの適切なユーザインターフェイスからのフィードバックに従って手動でカテーテルをガイドすること、またはカテーテルを選択された位置へ向かって自動的にガイドするカテーテルガイディングシステムを活動化させることのいずれかをすることができる。
【００２６】
以下の本明細書での「位置」という用語は、空間内の点の位置、空間内の点の方向、またはそれらの組合せを称する。以下の本明細書での「内腔」という用語は、動脈、静脈、心臓血管、脳血管、泌尿生殖器系の一部、腎臓系、肝臓系、気管支系などの人間の患者または手術される動物の器官の管状構造を称する。以下の本明細書での「医療デバイス」という用語は、患者の体の内腔内で最小の侵襲手術を行うために採用されるものを称する。医療デバイスは、膨張バルーンなどの血管拡張ユニット、ステント移送システム、バルーン膨張ステント、自己膨張ステント、経皮的弁システム、経皮的冠状動脈形成（ＰＣＩ）デバイス、レーザーなどの切除ユニット、低温流体ユニット、電気インパルスユニット、切断バルーン、回転式アテローム切除ユニット（すなわち、ロータブレータ）、指向性アテローム切除ユニット、経管吸引ユニット、被覆または薬剤溶出金属ステントなどの物質投与ユニット、生体吸収性ステント、薬剤投与バルーン、近接照射療法ユニット、ガイドワイヤなどであってよい。以下の本明細書での「ステント」および「ＰＣＩデバイス」という用語は、「医療デバイス」の２つの異なる例として提供されていることに注意されたい。
【００２７】
以下の本明細書での「器官タイミング信号」という用語は、心臓の心臓サイクルまたは肺の呼吸サイクルを表す信号を称する。器官タイミング信号は、ＥＣＧモニタ、呼吸速度モニタなどの従来の方法を使用して抽出されることができ、以下の本明細書で「器官タイミング信号モニタ」と称される。別法として、器官タイミング信号は、心臓または呼吸サイクルによる内腔の運動を測定することによって得られることができる。心臓または呼吸サイクルによる内腔の運動は、カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサによって測定されることができる。この場合、ＭＰＳが、図９と相まって以下の本明細書で説明される方法により、それぞれの器官タイミング信号を決定する。
【００２８】
以下の本明細書での「シネループ」という用語は、患者の検査される器官の実時間器官タイミング信号と同調して何度も繰返し（すなわちループで）再生される、内腔の２次元画像の事前に記録されたシークエンスを称する。２次元画像は、Ｘ線蛍光透視、Ｃアームなどの２次元画像取得デバイスによって取得され、画像取得のときに検査される器官のそれぞれの活動状態に関連付けられながら個別に保管される。それぞれの場合、患者の体内に注入された造影剤が活動状態にある間に２次元画像を得ることによって血管造影図が作成される。以下の本明細書での「透視図」という用語は、異なる視角から取得された、異なるタイプの画像取得デバイスによって取得された、実質上同一のタイプの複数の画像取得デバイスによって取得された、またはそれらの組合せの内腔の画像を称する。
【００２９】
以下の本明細書での「画像シークエンス」という用語は、プロセッサに結合された画像取得デバイスによって取得された患者の内腔の画像のシークエンスを称する。システムが複数の画像取得デバイスを備える場合、各画像取得デバイスが、異なる組の画像シークエンスを取得する。プロセッサは、画像シークエンスの１つの中から画像を選択することによって、内腔の静止画像を作成することができる。画像シークエンスは、２次元であってよい（すなわち、２次元画像取得デバイスによって取得されてよい）。以下の本明細書での「ナビゲーション画像」という用語は、カテーテルを内腔系内で操作するためにオペレータが見る画像を称する。ナビゲーション画像は、２次元または３次元のいずれかであってよい。ナビゲーション画像は、内腔系の静止画像、実時間画像、またはシネループのいずれかであってよい。
【００３０】
別法として、画像シークエンスは３次元であってもよい。この場合、プロセッサが、検査される器官の器官タイミング信号に従って、およびＭＰＳがＭＰＳセンサの出力に従って決定する各２次元画像の座標を表す位置データに従って、複数の２次元画像を再構成することによって、３次元画像シークエンスを作成する。プロセッサは、画像シークエンスの１つの中から画像を選択することによって、内腔の静止画像（すなわち、２次元または３次元のいずれか）を作成することができる。
【００３１】
図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａおよび３Ｂをここで参照する。図１Ａは、開示された技術の実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、患者の体の内腔系の２次元画像上での医療デバイスの表現を表示している、全体が１００で参照されるグラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）の概略図である。図１Ｂは、開示された技術の別の実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、図１Ａの内腔系の内腔の３次元画像上での医療デバイスの別の表現を表示している、全体が１０２で参照されるＧＵＩの概略図である。図２Ａは、図１Ａの２次元画像上で、内腔系内の選択された位置を表す１組のマークと、選択された位置へ向かって進行している医療デバイスの現在位置の表現を表示している、図１ＡのＧＵＩの概略図である。図２Ｂは、図１Ｂの３次元画像上で、図２Ａの組のマークと等しいマークの別の組、および医療デバイスの現在位置の別の表現を表示している、図１ＢのＧＵＩの概略図である。図３Ａは、医療デバイスが選択された位置に到達したときの図１ＡのＧＵＩの概略図である。図３Ｂは、医療デバイスが選択された位置に到達したときの図１ＢのＧＵＩの概略図である。
【００３２】
図１Ａを参照すると、患者の体（図示せず）の内腔系（たとえば冠状動脈、図示せず）が、複数の２次元画像取得デバイス（図示せず）によって撮像され、オペレータ（すなわち医療スタッフ）がカテーテル（図示せず）を内腔系内に挿入する。ＧＵＩ１００は、それぞれの２次元画像取得デバイスによって検知されるような、内腔系の２次元画像１０４を含んでいる。
【００３３】
２次元画像１０４は、Ｘ線蛍光透視図（すなわち、血管造影図）、超音波画像、光干渉断層検知器ＯＣＴによって検知された画像などであってよい。Ｘ線蛍光透視図すなわち血管造影図の場合、造影剤が内腔系内に存在する間に、内腔系から取得された２次元画像１０４は実時間画像である。超音波画像は、同じ内腔系内でのカテーテルの引戻し中に取得される。これは、バーチャル血管内超音波（すなわち、バーチャルＩＶＵＳ）画像として当技術分野で知られている。バーチャルＩＶＵＳ画像は、内腔系の実時間画像とともに表示されることができる。バーチャルＩＶＵＳ画像は、内腔系の静止画像、またはそのシネループ（すなわち、画像シークエンス）のいずれかであってよい。内腔系のバーチャルＩＶＵＳ画像は、カテーテルの先端に配置されたＭＰＳセンサ（図示せず）によって検知されるような、内腔系内でのカテーテルの現在位置に対応する。このバーチャルＩＶＵＳ画像は、患者の器官（図示せず）の器官タイミング信号の選択された位相で表示されてよい。このため、２次元画像１０４は、実時間画像、静止画像、またはシネループのいずれかであってよい。
【００３４】
シネループは、実時間画像とは異なる視角から取得され、それによってオペレータに、内腔系の同じ部分の、ある視角からの内腔系の実時間画像と、異なる視角からのシネループ（すなわち、ナビゲーション画像）を提供してよい（すなわち、二平面モードオペレーション）。別法として、二平面モードが、２つの異なる視角からそれぞれ取得された２つのシネループを含み、それによって２つの異なる視角から取得された２つのシネループをオペレータに提供してもよい。２つ以上の異なる視角から２つ以上の異なる組の画像が採用され、それによって多平面オペレーションモードを可能にしてもよいことに注意されたい。
【００３５】
２次元画像１０４は、内腔系の静止画像（すなわち、オペレータが選択するシネループ内の複数の画像の中の画像の１つ）であってよい。この場合、選択された２次元画像は、そのコントラストがたとえば他のすべてよりも良好であり（たとえば、画像内のダークピクセルおよびブライトピクセルの輝度の差が大きい）、医療デバイスが内腔系内でナビゲートされているとき、オペレータが、医療デバイスの選択された位置を示すことか、ステントの実時間表現を見ることのいずれかに十分であるようにして内腔系を描写する画像であってよい。
【００３６】
図１Ｂを参照すると、ＧＵＩ１０２は、それを通ってカテーテルが操縦されているＧＵＩ１００に表示された内腔系の内腔（１０８で参照される）の３次元画像１０６を含む。３次元画像１０６が、当技術分野で知られている技術によって、画像取得段階中に２次元画像取得デバイスによって検知された複数の２次元画像から再構成される。
【００３７】
３次元画像１０６は、検査される器官の実時間器官タイミング信号と同調された、ループで再生された内腔１０８の３次元シネループ（すなわちナビゲーション画像）である。別法として、３次元画像１０６は、シネループ内の複数の３次元画像の中から選択された、内腔１０８の静止画像である。オペレータは、シネループを前方および後方に再生することによって静止画像を選択することができる。さらに別法として、３次元画像１０６は、検査される器官の選択された活動状態でフリーズされた、内腔１０８の静止画像である。
【００３８】
３次元画像１０６が、検査される器官（たとえば検査される内腔、図示せず）の運動を表す実時間器官タイミング信号（たとえば心臓サイクル）と同調される。器官タイミング信号は、たとえば、患者に結合されたＥＣＧモニタ（図示せず）によって、取得されることができる。別法として、器官タイミング信号（たとえば、患者の心拍または呼吸）は、図９、１０Ａおよび１０Ｂと相まって以下で本明細書で説明されるように、ＭＰＳ（図示せず）によって決定されることができる。
【００３９】
開示された技術によるシステムは、事前に記録された画像シークエンスのリストから、患者の実時間期間タイミング信号と同調させて、選択された画像シークエンス（それぞれの２次元画像取得デバイスにより検知された２次元画像のシークエンスか、複数の２次元画像、すなわちシネループまたはビデオクリップから再構成された３次元画像のシークエンスのいずれか）を表示することができる。システムは、選択された画像シークエンスの中の静止画像を表示することができる。別法として、システムは、２次元画像取得デバイスの１つによって第１の視角から取得された、検査される器官の実時間２次元画像を、同じ２次元画像取得デバイスか、別の２次元画像取得デバイスのいずれかによって、第２の視角から前に取得され、かつ検査される器官の実時間器官タイミング信号と同調させて再生される、検査される器官のナビゲーション２次元画像シークエンス（すなわち２次元シネループ）と並べて、表示することができる。
【００４０】
オペレータは、器官の実時間器官タイミング信号と同調された、前に記録された２次元画像シークエンス（たとえばＸ線蛍光透視）を見ることができ、それによって、造影剤を繰返し注入すること、および患者およびオペレータが不必要な照射を受けることの必要性をなくすことができる。別法として、システムは、図７と相まって以下で本明細書で説明されるように、器官の選択された活動状態に対する画像（すなわち、静止画像）を表示することができる。
【００４１】
ＭＰＳセンサ（図示せず）が、カテーテルの先端にしっかりと取り付けられている。３次元画像１０６が、２次元画像１０４内の各点が、３次元画像１０６内のそれぞれの点と対応するように、２次元画像１０４と見当合わせされる。このようにして、３次元画像１０６内の各点の座標が、２次元画像１０４上に投影されることができる。別法として、２次元画像１０４内の各点が、（たとえば、異なる視角からの一連の２次元画像を取得することによって）３次元画像１０６に変換されることができる。ＭＰＳセンサの実時間表現１１０（図１Ａ）が、図６Ｃと相まって以下で本明細書で説明されるように、内腔１０８に重ね合わされる。ＭＰＳセンサの実時間表現１１２（図１Ｂ）が、３次元画像１０６に重ね合わされる。
【００４２】
実時間表現１１０に加えて、オペレータは、内腔１０８の実時間２次元画像上で、カテーテルに取り付けられた１つまたは複数の陽性マーカ（たとえば、金属バンド）を見てもよい。この特徴は、内腔１０８内に造影剤がほとんどまたは全く存在しないとき、または内腔１０８内の造影剤が気づかれないほどであるときでさえも、オペレータが実時間２次元画像を使用し続けることを可能にする。
【００４３】
内腔１０８を通って進行するときのカテーテルの軌跡１１４（図１Ｂ）が、図６Ｂおよび６Ｃと相まって以下で本明細書で説明されるように、ＧＵＩ１０２内で構成され、表されている。軌跡１１４は、ＭＰＳセンサによって取得された位置データに従って、内腔１０８の運動と同調して常に更新される。さらに、このようにして、３次元画像１０６が、内腔１０８の座標系に対して表示される。内腔１０８の運動は、たとえば心拍、呼吸、患者の近くの筋肉の収縮などによって生じる可能性がある。
【００４４】
オペレータは、ディスプレイ上にＧＵＩ１００およびＧＵＩ１０２を交互に表示するようにユーザインターフェイス（図示せず）を介してシステムに命令することができる。ユーザインターフェイスは、図４（Ｄ）と相まって以下で本明細書で説明されるように、スイッチ、フットペダルなどであってよい。別法として、ディスプレイは、ＧＵＩ１００およびＧＵＩ１０２を、隣り合わせで同時に表示することができる。さらに別法として、システムは、プロセッサに結合された複数のディスプレイを備え、各ディスプレイが異なる画像シークエンスを表示してもよい。オペレータは、システムに、たとえば、フットペダルを押圧し、それによって各２次元画像取得デバイスを活動化させることによって、内腔系の実時間２次元画像を表示するように命令することができる。別法として、オペレータは、内腔系の実時間２次元画像の代わりに、内腔系の前の２次元シネループを表示するように、ユーザインターフェイスを介してシステムに命令することができる。この場合、システムは、最後に再生された２次元シネループを表示する。システムがシネループ（すなわち、前に記録された、時間タグ付き画像シークエンス）を備えない場合、システムは、最も最近の実時間２次元画像のシネループを表示する。さらに別法として、オペレータは、実時間２次元画像および選択されたシネループを、同じディスプレイ上で隣り合わせに表示するように、システムに命令することができる。
【００４５】
ＧＵＩ１００およびＧＵＩ１０２によって、オペレータは、内腔系内の所定の領域に到達するために、カテーテルを手動で操縦する。別法として、図１１および１２と相まって以下で本明細書で説明されるように、オペレータは、カテーテルを所定の領域へ自動的に操縦するための自動システム（図示せず）を採用することができる。
【００４６】
図２Ａを参照すると、計画セッション中、オペレータは、医療デバイス（図示せず）が移送されることになる内腔１０８内の選択された位置として、２次元画像１０４上で、複数のマーク１１６、１１８および１２０を図形的に示す。オペレータは、内腔１０８のフリーズした２次元画像上か、内腔１０８のフリーズした再構成された３次元モデル上のいずれかでマーキングを行う。オペレータは、自動化された２次元または３次元定量的心臓評価（ＱＣＡ）などに従い、手動でなど様々な方式でマーキングを行う。
【００４７】
計画セッション中、複数のディスプレイ（図示せず）のそれぞれ１つが、内腔１０８の画像上で、内腔１０８を通って前に操縦されたカテーテルの軌跡の重なりを表示する。軌跡は、２次元画像１０４または３次元画像１０６（たとえば軌跡１１４）のいずれかで表示されることができる。
【００４８】
この軌跡は、たとえば、計画セッションの前の撮像セッションに、ガイド式血管内超音波カテーテル（ＧＩＶＵＳ、図示せず）を採用することによって、得られることができる。ＧＩＶＵＳは、画像検知器（たとえば、超音波トランスデューサ）をその先端に、およびＭＰＳセンサを画像検知器の近傍に備えるカテーテルである。オペレータは、物理的に可能な限り遠くまで内腔内でＧＩＶＵＳを操縦し、次に、内腔を通ってＧＩＶＵＳを引き戻す。引戻し中、画像検知器が、内腔の内側の複数の２次元画像を検知する。
【００４９】
システムは、２次元画像のそれぞれを、ＭＰＳによって決定された画像検知器のそれぞれの位置と、および検査される器官のそれぞれの活動状態と関連付ける。システムは、引戻し中の軌跡のシネループを決定することができ、オペレータは、計画セッション中に採用されるべきフリーズした軌跡を選択することができる。システムは、ＧＩＶＵＳによって取得された、時間タグを付けられた２次元画像に従って、３次元画像１０６をさらに再構成することができる。
【００５０】
計画セッション中、ディスプレイのそれぞれ１つが、内腔１０８の画像上にユーザインターフェイスによって連結されたマーク１１６、１１８および１２０を表示する。オペレータは、軌跡（たとえば、図１Ｂの軌跡１１４）の全長に沿ってマーク１１６、１１８および１２０をともに移動させることができる。マーク１１８は、医療デバイスの中央を示し、一方、マーク１１６および１２０は、それぞれ、医療デバイスの後端部および前端部を示す。システムは、オペレータが選択したタイプ（たとえばステントのサイズ）に従って、マーク１１６と１２０の間の距離を決定する。マーク１１６、１１８および１２０はともに、軌跡上でロックされるが、軌跡に沿って移動するように動作可能である。オペレータは、医療デバイスが移送されることになる軌跡に沿ったマーク１１８の位置を示す。
【００５１】
簡単にするために、図２Ａ、２Ｂ、３Ａおよび３Ｂで説明された例での医療デバイスはステントである。この場合、各マーク１１６、１１８および１２０は実質上、内腔１０８に対して実質上垂直である直線である。たとえば、マーク１１６および１２０は、ステントの２つの端部を示し、一方、マーク１１８はステントの中央を示す。マーク１１６、１１８および１２０は、内腔１０８内でのステントの位置、ならびにその方向を画定する。マーキングは、ジョイスティック、押しボタン、ポインティングデバイス（たとえば、マウス、スタイラスおよびデジタルタブレット、トラックボール、タッチパッド）などのユーザインターフェイス（図示せず）を介して行われる。
【００５２】
マーク１１６、１１８および１２０の相手方である複数のマーク１２２、１２４および１２６がそれぞれ、ＧＵＩ１０２の３次元画像１０６上で同時に表示される。マーキングを行う目的のために、２次元画像１０４および３次元画像１０６のそれぞれが、検査される器官（たとえば、心臓）の同じ活動状態でフリーズされる。このフリーズ形態は、内腔１０８の静止画像を提供し、それによって、画像の振動を防止し、オペレータによるマーキングの成功を可能にする。
【００５３】
マークを手動で示す代わりに、（たとえば、内腔内でのプラークによる閉塞の選択された割合をアルゴリズムに入力することによって）選択された位置を自動的に識別し、かつマーク１１６、１１８、１２０、１２２、１２４および１２６を自動的に表示するためのアルゴリズムが採用されることができる。本発明のこの態様は、図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃと相まって以下で本明細書で説明される。システムは、閉塞データを３次元画像１０６と関連付け、マーク１１６、１１８および１２０を示す目的で、閉塞データを２次元画像１０４上に投影する。
【００５４】
計画セッションに続く医療操作中、ステント（図示せず）を備えるカテーテルが、内腔１０８内でマーク１１６、１１８および１２０に向かって操縦される。ＭＰＳセンサ（図示せず）が、ステントの近傍でカテーテルに取り付けられている。図２Ａおよび２Ｂを参照すると、ステントの前端部と後端部の位置が、２次元画像１０４上でそれぞれ形状１２８および１３０によって、３次元画像１０６上でそれぞれ形状１３２および１３４によって実時間で表される。図２Ａおよび２Ｂで説明した例では、形状１２８および１３０のそれぞれは、各矩形を２つに分割する長手方向線１３６および１３８をそれぞれ備える矩形の形態である。カテーテルの実際の軌跡が、３次元画像１０６上に重ねられた形状１４０（図２Ｂ）によって表される。カテーテルの実際の軌跡は、２次元画像１０４上に重ねられた別の形状（図示せず）によって表されることができる。
【００５５】
医療操作中、システムは、カテーテルが内腔１０８を通って操縦されている間、内腔１０８の実時間２次元画像（たとえば血管造影図）上、内腔１０８の２次元シネループ上、または内腔１０８のフリーズした２次元画像上のいずれかで、形状１２８および１３０をマーク１１６、１１８および１２０と重ね合わせる。また、システムは、カテーテルが内腔１０８を通って操縦されている間、内腔１０８の実時間３次元画像上、内腔１０８の３次元静止画像上、または内腔１０８のシネループ上のいずれかで、形状１３２および１３４をマーク１２２、１２４および１２６と重ね合わせる。さらにまた、システムは、内腔１０８の実時間２次元画像上、ならびに、実時間２次元画像とは異なる視角から取得された内腔１０８の１つまたは複数のナビゲーション画像（たとえば、バーチャルＩＶＵＳ画像−静止画像またはシネループ）上で、形状１３２および１３４をマーク１２２、１２４および１２６と重ね合わせる。
【００５６】
システムは、オペレータが内腔１０８内に装着するように選択したステントのタイプ（すなわち、サイズ）に従って、形状１２８および１３０の中心（図示せず）の間の距離を決定する。ディスプレイのそれぞれ１つの上に表示されたこの距離は、ステントが内腔１０８を通って操縦されるとき、実質上固定される。形状１２８および１３０は、ステントが内腔１０８を通って操縦されている間、画像１０４上で一緒に移動する。ディスプレイのそれぞれ１つは、カテーテル（図示せず）が内腔１０８を通って操縦されている間、または再生セッション中、患者に医療操作を行った後のいずれかで、軌跡１４０および１４２を表示することができる。
【００５７】
システムが、検査される器官の実時間器官タイミング信号に従って、内腔１０８の各画像上で、形状１２８、１３０、１３２および１３４、およびマーク１１６、１１８、１２０、１２２、１２４および１２６を重ね合わせる（すなわち、システムが、カテーテルが内腔１０８を通って操縦されている間、検査される器官の運動による内腔１０８の運動を考慮に入れる）ことに、注意されたい。開示された技術のこの態様は、システムが、オペレータが内腔１０８に対して最初に示した実質上同じ位置で、内腔１０８の振動する画像上で、マーク１１６、１１８、１２０、１２２、１２４および１２６を表示することを可能にする。システムがこのように動作しなかった場合、マーク１１６、１１８、１２０、１２２、１２４および１２６は、内腔１０８の振動する画像に対して静止しないことになる。同様に、形状１２８、１３０、１３２および１３４は、内腔１０８の振動する画像に対して実質上静止している。
【００５８】
オペレータが、ユーザインターフェイスを介して、マークのいずれかの重なり、ステントの位置の表現、軌跡、またはそれらの組合せの表示をオンまたはオフのいずれかにするようにシステムに命令することができることにさらに注意されたい。いずれかの特性が、色、形状、サイズなどが異なる限り、マークおよびステントの表現を表すように選択されることができる。しかし、マークおよびステントの表現は、２次元画像１０４および３次元画像１０６の両方で、同じ特性によって表示される。たとえば、マーク１１６、１１８、１２０、１２２、１２４および１２６は、緑で表され、形状１２８、１３０、１３２および１３４は、青で表され、軌道１４０は赤で表される。
【００５９】
図３Ａおよび３Ｂを参照すると、カテーテルが内腔１０８を通って操縦されている間、２次元画像１０４および３次元画像１０６のそれぞれが、内腔１０８の座標系に対して（すなわち、カテーテルに取り付けられ、内腔１０８と一緒に常に移動するＭＰＳセンサに対して）表示される。ステントが選択された位置に到達した（すなわち、ステントの前端部がマーク１２０と実質上並び、かつその後端部がマーク１１６と実質上並んだ）とき、ユーザインターフェイス（たとえば、音声、視覚または触覚デバイス、図示せず）がオペレータに事象を告げる。
【００６０】
図３Ａで説明された例では、ステントが選択された位置と並んだとき、長手方向線およびマークの各ペアが十字になる（すなわち、長手方向線１３６とマーク１２０が１つの十字を形成し、長手方向線１３８とマーク１１６が１つの十字を形成する）。また、ユーザインターフェイスが、それぞれ、ステントが選択された位置から遠ざかるとき、または選択した位置に近づくとき、比較的弱い出力、または比較的強い出力を生成することができる。たとえば、ステントとマーク１１８の間の距離が減少すると、音声信号の音量が増加され、そうでない場合、音量が減少される。選択された位置へ向かって操縦されている間のカテーテルの軌跡が、３次元画像１０６上に重ねられた、１４２で参照される形状によって表される（図３Ｂ）。
【００６１】
図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）をさらに参照する。（Ａ）は検査される器官の活動状態Ｔ１での、図１Ａの内腔の、全体が１４４で参照される画像の概略図である。（Ｂ）は、活動状態Ｔ２での、図１Ａの内腔の、全体が１４６で参照される別の画像の概略図である。（Ｃ）は、活動状態Ｔ３での、図１Ａの内腔の、全体が１４８で参照される別の画像の概略図である。（Ｄ）は、（Ｂ）の内腔上に重ねられた、図１Ａの内腔の内に配置されたカテーテルのＭＰＳセンサの実時間の実質上安定した表現を含む、全体が１５０で参照されるＧＵＩの概略図であり、ＧＵＩは、開示された技術のさらなる実施形態に従って構成され、かつ動作可能である。
【００６２】
以下の本明細書の説明での画像１４４、１４６および１４８のそれぞれは、２次元画像または３次元画像のいずれかであってよい。画像１４４、１４６および１４８は、計画セッションの前に取得された、内腔１０８の画像の組（図１Ａ）に所属する。図４（Ｂ）を参照すると、点１５２によって表された活動状態Ｔ２での内腔１０８は、活動状態Ｔ１でのその位置に対して、負のＹ軸に沿って距離Ｓ１だけ移動している。図４（Ｃ）を参照すると、活動状態Ｔ３での内腔は、活動状態Ｔ２でのその位置に対して、負のＹ軸に沿って距離Ｓ２だけ移動している。
【００６３】
患者の内腔系内に注入される造影剤は、かなり短い時間内腔１０８内に残存する。この時間の間、画像の組のコントラストが、ピークに向かって徐々に増加し、その後、画像が完全に消滅するまで徐々に減少する。オペレータが、マーク１１６、１１８および１２０（図２Ａ）を示すために、画像１４４、１４６および１４８のうちの１つ（たとえば１４６）を選択し、その後、画像１４６上に重ねられた、形状１２８および１３０によって表されたカテーテルの実時間の進行を観察する。オペレータは、そのコントラスト比が、画像１４４および１４８のコントラスト比よりも大きく、形状１２８および１３０が画像１４４および１４８においてよりも画像１４６において最も明確に見ることができるなどの理由で、たとえば画像１４６を選択する。画像１４６（図４（Ｄ））は、活動状態Ｔ２での内腔１０８の画像である。
【００６４】
別法として、システムは、医療デバイスの実質上静的な実時間表現を、これも実質上静的である内腔１０８の画像（図示せず）上に重ねるために、検査される器官のサイクル（たとえば心臓サイクル）による内腔１０８の運動を補償する。この場合、システムが、カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサの座標系で画像を作成する。このため、オペレータは、検査される器官のサイクルによる内腔１０８の実際の運動にかかわらず、医療デバイスの実時間の実質上静止した表現とともに、内腔１０８の実質上静止した画像を見ることができる。この技術がないとき、オペレータは、医療デバイスの実時間表現とともに内腔１０８の不安定に速く振動する画像を見ることになることに注意されたい。これは目を撹乱する。
【００６５】
図４（Ｄ）を参照すると、ＧＵＩ１５０が、活動状態Ｔ２でフリーズされた内腔１０８の画像上に重ねられた医療デバイスの実時間表現１５４を表示するが、表現１５４は、活動状態Ｔ１およびＴ２を含むすべての活動状態で実質上安定している。この場合、システムは、表示座標系で画像１４６を作成し、この中で、ＭＰＳセンサは実質上静止している（たとえば、ステントが内腔内で移動されるとき、その周囲の様子は変化するが、ステントが画像の中心で固定されている）。開示された技術のこの態様によると、システムは、心臓サイクルによる振動が実質上ない、医療デバイスの実質上静止した表現を表示することが可能であることに注意されたい。このようにして、システムは、カテーテルが内腔１０８を通って操縦されている間、内腔１０８の画像の境界内で、その画像上の表現１５４の重なりを維持する。心臓サイクルによる運動が補償されなかった場合、表現１５４は、（距離Ｓ１およびＳ２にそれぞれ対応する）点１５６と１５８の間で不規則に前後に運動し、オペレータを混乱させる。
【００６６】
別法として、システムは、内腔１０８のフリーズされた画像を表す活動状態に対応する医療デバイスの表現のみを重ね、かつ内腔１０８の他のすべての活動状態を無視することができる。図４（Ｄ）を参照すると、システムは、表現１５４が活動状態Ｔ２に対応するときにのみ、表現１５４を内腔１０８の画像上に重ねることができる。このタイプの表示は、たとえば、心臓サイクルのかなり速い速度でも、このデータの損失が人間の目には実質上感知できないため、オペレータにかなり満足な視界をさらに提供する。
【００６７】
システムは、（たとえばＧＩＶＵＳを採用することによって）内腔１０８の内部から取得された、内腔１０８の一連の時間タグの付いた２次元画像から再構成された３次元画像の組に従って、距離Ｓ１およびＳ２を決定することができる。別法として、システムは内腔１０８の外部から取得された２次元画像の組（たとえば、画像１４４、１４６および１４８）を処理し、かつ比較することによって、距離Ｓ１およびＳ２を決定することができる。
【００６８】
オペレータは、ユーザインターフェイス（図示せず、たとえばフットペダル）を採用することによって、ＧＵＩ１５０と内腔１０８の実時間２次元画像（たとえば血管造影図）の間で切り替えるようにシステムに命令することができる。オペレータがフットペダルを押圧するとき、２次元画像取得デバイスが、患者の体の一部分を照射し、システムが、ＧＵＩ１５０の代わりに実時間２次元画像を表示する。別法として、システムは、ＧＵＩ１５０上に実時間２次元画像を重ねることができる。さらに別法として、システムは、ＧＵＩ１５０と並べて、実時間２次元画像を表示することができる。
【００６９】
開示された技術の別の実施形態に従って動作可能である、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するための方法の概略図である図５をここで参照する。手順１６０では、患者の体の内腔内の選択された位置を表す位置データが受信され、位置データが内腔の画像に関連付けられ、画像が座標系に関連付けられ、座標系が医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）にさらに関連付けられる。
【００７０】
図２Ａを参照すると、システムのプロセッサが、オペレータが２次元画像１０４上で示す、マーク１１６、１１８および１２０を表す位置データを、ユーザインターフェイスを介して受信する。マーク１１６、１１８および１２０は、医療デバイスが移送されることになる内腔内の選択された位置を示している。マーク１１６、１１８および１２０が、２次元画像１０４に関連付けられ、２次元画像１０４が座標系に関連付けられ、座標系がＭＰＳにさらに関連付けられる。プロセッサが、ＭＰＳ座標系内でのマーク１１６、１１８および１２０の座標を決定する（手順１６２）。プロセッサが、マーク１１６、１１８および１２０とそれぞれ等しい、ＭＰＳ座標系内での３次元画像１０６上でのマーク１２２、１２４および１２６の座標をさらに決定する（手順１６２）。
【００７１】
手順１６４では、少なくとも１つの画像シークエンスが複数の画像シークエンスから選択され、画像シークエンスのそれぞれが異なる透視図から取得される。プロセッサが、異なる画像取得デバイスによって、異なる視角から、またはその組合せでそれぞれ取得された、複数の画像シークエンスの中から画像シークエンスを選択する。
【００７２】
手順１６６では、ＭＰＳ座標系内での医療デバイスの現在位置が決定される。図１Ａを参照すると、ＭＰＳが、ＭＰＳセンサの出力に従って、ＭＰＳ座標系内での医療デバイスの現在位置を決定する。この現在位置が、実時間表現１１０によって表される。
【００７３】
手順１６８では、選択された画像シークエンスに従って、および患者の器官を表す実時間器官タイミング信号に従って、内腔のナビゲーション画像が作成される。図２Ａを参照すると、プロセッサが、手順１６４でプロセッサが選択する画像シークエンスに従って、および患者の器官（たとえば心臓）の実時間器官タイミング信号に従って、２次元画像１０４を作成する。別法として、図２Ｂを参照すると、プロセッサが、同様の方式で３次元画像１０６を作成する。
【００７４】
手順１７０では、選択された位置を表すマーキング表現、および医療デバイスの現在位置を表す現在位置表現が、ナビゲーション画像上に重ねられ、それによって重ねられた画像を作成する。図２Ａを参照すると、プロセッサが、手順１６８でプロセッサが作成するナビゲーション画像上に、マーク１１６、１１８および１２０を重ね、かつ医療デバイスの現在位置を表す形状１２８および１３０をさらに重ねることによって、２次元画像１０４を作成する。プロセッサは、同様の方式で３次元画像１０６を作成する。
【００７５】
手順１７２では、カテーテルが、選択された位置に対する医療デバイスの現在位置に従って、選択された位置へ内腔を通って操縦される。図２Ａを参照すると、オペレータが、ディスプレイ上の形状１２８および１３０、ならびにマーク１１６、１１８および１２０を見ることによって、選択された位置へ向かって、手動でカテーテルを操縦する。別法として、オペレータが、図１１と相まって以下の本明細書で説明されるように、選択された位置へ向かって、自動的にまたは半自動的にカテーテルを操縦する。プロセッサが、医療デバイスの現在位置が、選択された位置と実質上一致すると判定したとき、プロセッサが通知出力を作成する（手順１７４）。
【００７６】
開示された技術の別の実施形態によると、手順１６４が、上記で述べた方法から除去されることができる。この場合、手順１６８で、プロセッサが、単一の画像シークエンスに従ってナビゲーション画像を作成する。ここでは、オペレータが、異なる視角からまたは異なる画像取得デバイスによって取得された内腔１０８の異なる画像を見ることはない。開示された技術のさらなる実施形態によると、手順１６４、１６８および１７０がオプションであり、ここでは、手順１７２が、カテーテルが中で操縦される内腔を表すためのいかなる視覚的な助けもなしで行われる（すなわち、ゼロ視界の計器飛行と類似している）。
【００７７】
システム（図示せず）は、２次元画像取得デバイスによって取得された複数の２次元画像に従って、および内腔１０８の器官タイミング信号に従って３次元画像１０６を作成し、かつ実時間器官タイミング信号と同調した３次元画像１０６の画像シークエンスを再生することができる。システムは、シネループのリストから選択された、実時間器官タイミング信号と同調した内腔１０８のシネループを再生することもできる。システムは、器官タイミング信号の選択された活動状態に対して、２次元画像１０４または３次元画像１０６のいずれかを表示することができる（すなわち、画像をフリーズさせる）。
【００７８】
システムは、選択されたＭＰＳセンサ（たとえば、カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサ、患者の体に取り付けられたＭＰＳセンサ、または手術台に取り付けられたＭＰＳ）の座標系に対して２次元画像１０４または３次元画像１０６のいずれかを表示することができる。システムは、シネループシークエンスから選択された静止画像を表示することができる。システムは、ＥＣＧモニタによって取得されたデータの代わりに、ＭＰＳデータを処理することによって器官タイミング信号を取得することができる。システムは、２次元画像１０４、または３次元画像１０６のいずれか、ならびに内腔内でのカテーテルの実際の軌跡上に重ねられた、カテーテルの位置の表現を表示することができる。システムは、選択された割合の閉塞を有する内腔１０８内のプラークを識別し、マーク１１６、１１８および１２０によってプラークの位置を自動的に示すことができる。
【００７９】
２次元画像取得デバイスは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、蛍光透視法（すなわち、Ｘ線機）、Ｃアーム、ガイド式血管内超音波（ＧＩＶＵＳ）、外部超音波、光干渉断層（ＯＣＴ）検知器などの当技術分野で知られているいかなるタイプのものであってもよい。２次元画像取得デバイスのそれぞれは、患者の体の外部からの（たとえば、Ｃアーム、ＣＴ、ＭＲＩを使用することによる）内腔１０８の２次元画像（図１Ａ）か、内腔１０８内からの（たとえばＧＩＶＵＳを使用することによる）内腔１０８の２次元画像のいずれかを取得する。
【００８０】
以下は、内腔の器官タイミング信号の選択された活動状態でのカテーテルの検知された位置に従って、内腔内でのカテーテルの軌跡を再構成することの説明である。このようにして、選択された活動状態に対応する軌跡が、同じ活動状態に対応する内腔の３次元画像とともに表示されることができる。別法として、内腔の実時間３次元画像シークエンスが、対応する軌跡とともに、内腔の器官タイミング信号に従って表示されることができる。
【００８１】
図６Ａ、６Ｂおよび６Ｃをさらに参照すると、図６Ａは、全体が３００で参照される、患者のＥＣＧの概略図である。図６Ｂは、開示された技術の別の実施形態に従って構成された、ＥＣＧ６Ａの異なる活動状態を表す、図１Ａの内腔内に配置されたカテーテルの先端の軌跡の概略図である。図６Ｃは、２次元画像取得デバイス、ＭＰＳおよびＥＣＧモニタから受信された信号を処理することによって、３次元器官運動依存画像シークエンスを再構成し、かつ追加の視覚データをその上に重ねるプロセスの概略図である。追加の視覚データは、内腔内でのカテーテルの位置、内腔内でのカテーテル軌跡などを含んでもよい。
【００８２】
ＥＣＧ３００は、複数の心臓サイクル３０２、３０４および３０６のそれぞれでの活動状態Ｔ１、Ｔ２およびＴ３などの複数の活動状態（たとえばＥＣＧサイクル位相）を含む。出願人は、心臓サイクル３０２、３０４および３０６のそれぞれの間で、内腔１０８の位置（図１Ａおよび１Ｂ）が活動状態によって異なることを見出した。
【００８３】
たとえば、各心臓サイクル３０２、３０４および３０６のそれぞれの活動状態Ｔ１では、内腔１０８の位置は、位置３３０での内腔画像によって表される（図６Ｂ）。各心臓サイクル３０２、３０４および３０６のそれぞれの活動状態Ｔ２では、内腔１０８の位置は、位置３３２での内腔画像によって表される。各心臓サイクル３０２、３０４および３０６のそれぞれの活動状態Ｔ３では、内腔１０８の位置は、位置３３４での内腔画像によって表される。位置３３０では、点３３６、３３８および３４０が、活動状態Ｔ１でのカテーテル（図示せず）の異なる位置を表す。位置３３２では、点３４２、３４４および３４６が、活動状態Ｔ２でのカテーテルの異なる位置を表す。位置３３４では、点３４８、３５０および３５２が、活動状態Ｔ３でのカテーテルの異なる位置を表す。
【００８４】
プロセッサ（図示せず）が、ＥＣＧ信号３００のいずれかのサイクルでの活動状態Ｔ１中に検知された２次元画像（すなわち、点３３６、３３８および３４０で取得された画像）のすべての間を関連付ける。同様に、プロセッサ１９２が、ＥＣＧ信号３００のいずれかのサイクルでの活動状態Ｔ２中に検知された２次元画像（すなわち、点３４２、３４４および３４６で取得された画像）のすべての間を関連付け、かつＥＣＧ信号３００のいずれかのサイクルでの活動状態Ｔ３中に検知された２次元画像（すなわち、点３４８、３５０および３５２で取得された画像）のすべての間を関連付ける。
【００８５】
プロセッサが、所与の活動状態Ｔｉに対して関連付けられた、すべての２次元画像から３次元画像を再構成する。図６Ｂを参照すると、プロセッサが、活動状態Ｔ１（図６Ａ）での検査される器官の画像である、３次元画像３３０、および活動状態Ｔ２での検査される器官の画像である、３次元画像３３２を再構成する。同様に、プロセッサが、活動状態Ｔ３での検査される器官の画像である、３次元画像３３４を再構成する。
【００８６】
プロセッサが、活動状態Ｔ１に関連付けられた、点３３６、３３８および３４０から軌跡３５４を計算する。同様に、プロセッサが、活動状態Ｔ２に関連付けられた、点３４２、３４４および３４６から軌跡３５６を計算し、活動状態Ｔ３に関連付けられた、点３４８、３５０および３５２から軌跡３５８をさらに計算する。
【００８７】
プロセッサが、計算された軌跡のそれぞれと、所与の器官活動状態を表す、再構成された３次元画像の１つの間を関連付ける。図６Ｂを参照すると、プロセッサが、軌跡３５４と、活動状態Ｔ１を表す、再構成された３次元画像３３０の間を関連付ける。同様に、プロセッサが、軌跡３５６と、活動状態Ｔ２を表す、再構成された３次元画像３３２の間を関連付け、軌跡３５８と、活動状態Ｔ３を表す、再構成された３次元画像３３４の間をさらに関連付ける。
【００８８】
軌跡を計算するために使用される点３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８、３５０および３５２は、そのそれぞれの２次元画像が取得された点でもあるため、プロセッサが、計算された軌跡のそれぞれを、そのそれぞれの再構成された３次元画像の上に重ねることができる。たとえば、プロセッサは、軌跡３５４を３次元画像３３０上に、軌跡３５６を３次元画像３３２上に、および軌跡３５８を３次元画像３３４上に重ねる。
【００８９】
図６Ｃを参照すると、プロセッサが、そのすべてが、ＥＣＧデータ３８４のサイクル内の選択された活動状態を表すＭＰＳ座標データ３８２に従って、複数の２次元画像３８０から内腔１０８の３次元画像１０６（図１Ｂ）を再構成する。プロセッサが、活動状態Ｔ２に所属するすべての２次元画像から３次元データ１０６を再構成する。また、プロセッサが、点３４２、３４４および３４６（図６Ｂ）から、活動状態Ｔ２に対応するカテーテルの軌跡１１４（図１Ｂ）を生成する。プロセッサが、カテーテルの先端３９０の軌跡１１４および実時間表現１１２（図１Ｂ）を３次元画像１０６上に重ねる。
【００９０】
システム（図示せず）は、保管されたＥＣＧデータに従ってまたは事前に決定された時間間隔で、再構成された画像のシークエンスまたは最初に取得された２次元画像の選択されたサイクルを再生することができる。システムはまた、実時間検知されたＥＣＧデータと同調して、再構成された画像のシークエンスまたは最初に取得された２次元画像の選択されたサイクルを再生することができる。
【００９１】
カテーテルが実時間で内腔１０８内を移動するため、この態様で器官タイミング信号に対する同調は必要とされないことに注意されたい。しかし、プロセッサが、画像が取得された座標系を、カテーテルのＭＰＳセンサの座標系と見当合わせしなければならないこと、または、画像取得プロセスおよび再生外科手順に対して同じＭＰＳシステムを使用しなければならないことに注意されたい。
【００９２】
以下は、オペレータが、患者の器官の選択された活動状態で、内腔の３次元画像をフリーズさせることを可能にするＧＵＩの説明である。ＧＵＩはまた、オペレータが、活動状態に関して前方または後方に移動できるようにする。
【００９３】
開示された技術のさらなる実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、全体が４１０で参照される、内腔のＥＣＧ調整ディスプレイ（すなわち、ＧＵＩ）の概略図である図７をさらに参照する。ＥＣＧ調整ディスプレイ４１０は、ＥＣＧタイミング信号４１２、前進ボタン４１４、後進ボタン４１６、フリーズボタン４１８および３次元画像１０６を備える（図１Ｂ）。
【００９４】
３次元画像１０６は、ＥＣＧタイミング信号４１２中の活動状態４２０に対応する。オペレータが前進ボタン４１４を押圧すると、内腔１０８の３次元画像のシークエンスが、ウィンドウ４２２内に表示される。ウィンドウ４２２内に表示された３次元画像のそれぞれは、あたかもＥＣＧタイミング信号４１２が矢印４２４によって示された方向に進行するかのように、ＥＣＧタイミング信号４１２中のそれぞれの活動状態に対応する。
【００９５】
オペレータが後進ボタン４１６を押圧すると、内腔１０８の３次元画像のシークエンスが、ウィンドウ４２２内に連続的に表示される。ウィンドウ４２２内に表示された３次元画像のそれぞれは、あたかもＥＣＧタイミング信号４１２が矢印４２６によって示された方向に後退するかのように、ＥＣＧタイミング信号４１２中のそれぞれの活動状態に対応する。
【００９６】
オペレータがフリーズボタン４１８を押圧すると、内腔１０８の３次元画像が、ウィンドウ４２２内に表示される。ここで、３次元画像は選択された活動状態４２８に対応する。このようにして、ウィンドウ４２２内の内腔１０８の３次元画像が、活動状態４２８で静止したままであり、その間に、医師が内腔１０８の３次元画像を調べることができる。
【００９７】
ウィンドウ４２２内に表示された３次元画像のそれぞれが、走査プロセス中、システム（図示せず）によって取得される。したがって、オペレータが、時間の前方または後方のいずれかでの、患者の心臓が拍動するときの内腔１０８のアニメ化された３次元画像を見ることができる。オペレータは、選択された時点でフリーズボタン４１８を押圧することによって、患者の選択された心臓サイクル中の選択された活動状態に対応する内腔１０８の３次元画像を交互に見ることができる。基準実時間画像（すなわち、蛍光透視画像など、ナビゲーション中のロードマップとして供給されるもの）などの他のシークエンス化された画像も、フリーズされることができることに注意されたい。
【００９８】
以下は、選択された閉塞の割合を有する内腔内のプラークを識別するためのＧＵＩの説明である。アルゴリズムに従って、プロセッサが医療デバイスが移送されることになる選択された位置として、内腔の実時間画像上の必要なマークを自動的に示す。
【００９９】
図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃを参照する。図８Ａは、複数の閉塞した領域を有する、図１Ａの内腔の図である。図８Ｂは、図８Ａの内腔の選択された領域の断面図である。図８Ｃは、開示された技術の別の実施形態に従って動作可能である、全体が４５０で参照されるＧＵＩ内での図８Ｂの内腔の表現の概略図である。
【０１００】
内腔１０８は、プラーク４５２、４５４および４５６を含む。プラーク４５２、４５４および４５６は、その場所に固定されていても、動的であってもよいことに注意されたい。プラーク４５２、４５４および４５６は、それぞれ７５％、６０％および８０％内腔１０８を遮蔽する。図８Ｂを参照すると、網掛けされた領域が、内腔１０８内でのプラーク４５２による遮蔽を示しており、導管４５８は、血流に対して開いたままにされている。
【０１０１】
プロセッサ（図示せず）が、プラークタイプ、プラーク密度などのパラメータを考慮して、複数の方法に従って、閉塞の割合を決定することができる。以下は、このような方法についての簡単な例である。
【数１】
【０１０２】
ここで、ＳＬＵＭＥＮは、導管４５８の断面積を示し、かつＳＡＲＴＥＲＹは内腔１０８の全内部面積を示す。
【０１０３】
ＧＵＩ４５０は、グラフィカルウィンドウ４６０を備える。グラフィカルウィンドウ４６０は、３次元画像１０６および比率選択ウィンドウ４６２を備える。比率選択ウィンドウ４６２は、目盛バー４６４、ポインタ４６６および数値ボックス４６８を備える。オペレータは、ユーザインターフェイス（図示せず）を介して、目盛バー４６４に沿ってポインタ４６６をドラッグすることによって、閉塞割合閾値を動的に設定することができる。別法として、オペレータは、ユーザインターフェイスを通じて、数値ボックス４６８内に選択された閉塞割合閾値を入力することができる。図８Ｂで説明された例では、選択された割合の数値７０％が、数値ボックス４６８内に示されている。
【０１０４】
システム（図示せず）は次に、選択された閉塞割合以上に閉塞されている３次元画像１０６上の領域のみをマークする。図８Ｂで説明された例では、７０％以上閉塞されている内腔１０８の領域のみが、３次元画像１０６内でマークされる。７０％を超えるプラーク４５２および４５６が、３次元画像１０６上で、それぞれマークされた領域４７０および４７２によって表される。マークされた領域４７０および４７２は、異なる色で着色されること、網掛けによってマークされること、アニメ化されることなどによって、３次元画像１０６の残りの部分から区別される。
【０１０５】
システムは、オペレータが、医学的な知識および経験に従って、たとえば、プラーク部分がシステムが示したものとは異なることを検知した場合、オペレータがスクリーン上のマークを手動で補正することを可能にすることに注意されたい。システムが、内腔の様々な層（すなわち、中膜、外膜および内膜）を、ＧＵＩ４５０内で異なる色で示すことができることにさらに注意されたい。
【０１０６】
以下は、ＥＣＧモニタの代わりにＭＰＳを使用することによって、心臓サイクルまたは呼吸サイクルのいずれかによる、内腔の器官タイミング信号を検知するための方法の説明である。以下の本明細書での「時間タグを付ける」という用語は、データ要素を、データ要素が得られた実際の時間と関連付ける（たとえば、ＭＰＳ座標読取値を読取値が得られた実際の時間と関連付ける）プロセスを称する。複数のＭＰＳセンサ（たとえば、カテーテルの先端に取り付けられたもの、２次元画像取得デバイスに取り付けられたもの、患者の体に取り付けられたもの、および手術台に取り付けられたもの）を介して得られたデータが、時間タグを付けられる。以下の本明細書で説明されるような、送信器５９０Ａ（図１１）、５９０Ｂおよび５９０Ｃと同様の複数の送信器が、２次元画像取得デバイスに取り付けられる場合、ＭＰＳセンサを２次元画像取得デバイスに取り付ける必要はないことに注意されたい。この場合の理由は、２次元画像取得デバイスの座標系がＭＰＳの座標系と見当合わせされるからである。各２次元画像取得デバイス（図示せず）によって得られた２次元画像もまた、時間タグを付けられる。時間タグは、データベース（図示せず）内に保管されたデータ要素を処理するときに考慮される。
【０１０７】
待ち時間補償が、すべての時間タグを付けられたデータ要素に対して行われる。一般に、２次元画像取得デバイスによって取得された２次元（２Ｄ）画像の組からの画像フレームが、その時間タグが、対応するＭＰＳデータセットの時間タグと一致するように移動される（すなわち、ＭＰＳ座標系読取値と同時に取得された画像が互いに一致させられることになる）。
【０１０８】
以下の本明細書での「対応するデータセット」という用語は、同じ時間タグを有するデータセットのペアを称する。データセットの時間タグが、データセット内の要素の時間タグの組を称することに注意されたい。たとえば、ＭＰＳデータセット内の読取値が２次元画像データセット内の画像と同じ時間タグを有する場合、ＭＰＳデータセットは、２次元画像データセットと対応している。
【０１０９】
対応しているデータセットは、医療手順中の同じセッション中に生じるデータセットを表す。以下の本明細書での「対応していないデータセット」という用語は、異なる時間タグを有するデータセットのペアを称する。たとえば、ＭＰＳデータセット内の読取値が２次元画像データセット内のすべての画像と異なる時間タグを有する場合、ＭＰＳデータセットは、２次元画像データセットに対応していない。対応していないデータセットは、（同じまたは異なる医療手順内の）異なるセッション中に記録されたデータセットを表す。
【０１１０】
開示された技術のさらなる実施形態に従って動作可能である、器官の運動とともに運動するＭＰＳセンサの位置データに従って、患者の器官の器官タイミング信号を決定するための方法の概略図である図９をさらに参照する。手順５００では、データセットが、ＭＰＳから得られる。各データセットは、各ＭＰＳセンサから受信されるような、それぞれ、２次元画像取得デバイス、カテーテル、患者の体の選択された領域、または患者が横たわっている手術台の一連の位置座標読取値を含む。
【０１１１】
ＭＰＳは、データベース内に次に保管されるそれぞれの位置座標読取値を得るために、検知された電磁場を処理する。各ＭＰＳセンサの位置座標読取値が時間タグを付けられる、すなわち、読取値が得られた実際の時間に関連付けられることが想起される。このようにして、カテーテルの先端に取り付けられた、ＭＰＳセンサから受信された各ＭＰＳデータセットは、長い間にわたるカテーテルの正確な運動軌跡を示す座標読取値の集合を含む。
【０１１２】
手順５０２では、心臓位相情報が、心臓運動から得られる。特に、心臓位相情報が、カテーテル上に配置されたＭＰＳセンサから発するデータストリームから得られる。手順５０２は、手順５０４、５０６、５０８、５１０および５１２から成る。
【０１１３】
手順５０４では、周期運動周波数が検知され、時間タグを付けられたＭＰＳデータセット内で識別される。カテーテルが内腔１０８内で操縦されるとき、カテーテルの運動が、２つの追加の要素によって影響される。第１の要素は、心臓の活動、すなわち、収縮期および拡張期などの心臓運動に関連する。心臓運動は、様々な程度および周期的な間隔での収縮または拡張など、ある方式で内腔１０８に影響を与える。第２の要素は、呼吸活動、すなわち吸気および呼気などの呼吸運動に関連する。呼吸運動は、様々な程度および周期的な間隔での収縮または拡張など、ある方式で内腔１０８に影響を与える。総合すると、カテーテルの全体的な運動が、カテーテルの操縦に関連する運動に（内腔系のトポグラフィに対応する）重ね合わされた心臓運動および呼吸運動から成る。
【０１１４】
心臓運動および呼吸運動は本来周期的であるため、周期的な周波数が、カテーテルの全体軌跡で検知される。心臓運動に関連する特定の周波数は、呼吸運動に関連する特定の周波数とは異なる特徴を呈する。心臓運動に関連する特定の周波数が、検知された周期的な周波数から識別される。同様に、呼吸運動に関連する特定の周波数が、検知された周期的な周波数から識別される。プロセッサが、ＭＰＳデータセット上で解析を行い、かつ該当する周期的な運動周波数を識別する。
【０１１５】
手順５０６では、周期的な運動周波数が、時間タグを付けられたＭＰＳデータセットからフィルタリングされる。手順５０４で検知された周期的な運動周波数が、カテーテルの全体的な軌跡から分離される。残りの運動成分は、カテーテルのマヌーバの中心軸に対応し、血管のトポグラフィ、すなわち「中心線軌跡」を表す（手順５１４参照）。ＭＰＳデータセットに関連する時間タグが、フィルタリングされた周期的な運動周波数のそれぞれに対して保持される。プロセッサは、該当する周期的な運動周波数をＭＰＳデータセットからフィルタリングする。
【０１１６】
手順５０８では、心臓運動による内腔１０８の機械的な運動、すなわち「心臓軌跡」が、ＭＰＳデータセットから、およびフィルタリングされた周期的な運動周波数から再構成される。特に、心臓軌跡が、心臓運動に関連する前に識別された特定の周波数に従って再構成される。再構成された心臓軌跡が、たとえば、ある時間にわたって心臓運動による内腔１０８の軌跡を示すグラフによって反映されてもよい。プロセッサが、該当する周期的な運動周波数を解析し、心臓軌跡の再構成を作成する。
【０１１７】
手順５１６では、呼吸運動による内腔１０８の機械的な運動、すなわち「呼吸軌跡」が、ＭＰＳデータセットから、およびフィルタリングされた周期的な運動周波数から再構成される。特に、呼吸軌跡が、呼吸運動に関連する前に識別された特定の周波数に従って再構成される。再構成された呼吸軌跡が、たとえば、ある時間にわたって呼吸運動による内腔１０８の軌跡を示すグラフによって反映されてもよい。プロセッサが、該当する周期的な運動周波数を解析し、呼吸軌跡の再構成を作成する。
【０１１８】
呼吸軌跡の再構成は、外部基準センサ（すなわち、患者の体におよび手術台に取り付けられたＭＰＳセンサ）から得られた座標読取値に単に基づいてもよい。追加の基準センサ（またはその複数形）が、呼吸パターンなどを監視するために、患者の体に（すなわち、外部または内部に）取り付けられてもよいことに注意されたい。たとえば、血管内センサがこの目的のために使用されてもよい。
【０１１９】
このセンサは、呼吸運動を考慮する補助データを提供し、呼吸運動に関連する周期的な運動周波数をより正確に決定するための確認機構として機能する。同じまたは追加のセンサ（またはその複数形）が、確認機構として、または心臓位相検知のための補助データを供給するため、のいずれかで追加の心臓データを集めるために使用されてもよいことに注意されたい。
【０１２０】
手順５１０では、位相検知が、再構成された心臓軌跡上で行われる。心臓軌跡は、心臓サイクル内の異なる点に対応する心臓の異なる位相または活動状態から成る。位相は、各サイクル内でそれ自体周期的に繰返す。複数の心臓活動状態が、位相検知の間、再構成された心臓軌跡上で識別される。プロセッサが、心臓軌跡の解析を行い、異なる心臓サイクル位相を識別する。
【０１２１】
電気的信号表現および機械的信号表現での心臓軌跡の概略図である、図１０Ａをさらに参照する。全体が５５０で参照される、心臓軌跡の機械的信号表現は、複数の心臓サイクル５５２、５５４および５５６のそれぞれでの活動状態Ｔ１、Ｔ２およびＴ３などの、複数の心臓活動状態（すなわち心臓サイクル位相）を含む。心臓軌跡の機械的表現は、ＭＰＳデータセットおよびフィルタリングされた周期的な運動周波数から再構成された、心臓軌跡と等しい（手順５０６および５０８）。全体が５５８で参照される心臓軌跡の電気的信号表現が、心臓サイクル５５２、５５４および５５６のそれぞれでの同じ活動状態Ｔ１、Ｔ２およびＴ３を示す。
【０１２２】
しかし、これらの活動状態が起こる正確な時間は、機械的表現に対して電気的表現でわずかな遅れがあるため、２つの表現で異なってもよい。たとえば、心臓サイクル５５４の活動状態Ｔ３が、心臓軌跡５５０内の時間ｔＡでおよび心臓軌跡５５８内の時間ｔＢで起こることが示されている。したがって、位相検知のために電気的表現からの情報を使用するとき、活動状態の間の位置合わせを行うことが必要である。心臓軌跡の電気的表現５５８は、ＥＣＧモニタ（図示せず）によって得られる電気的タイミング信号と等しい。
【０１２３】
心臓位相の検知は、少なくともカテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサから、およびおそらく患者の体および手術台に取り付けられた基準センサからも発するデータセットのみに基づいて行われることに注意されたい。これらのデータセットは、心臓軌跡の機械的表現を提供する。心臓位相情報を得るために、外部監視デバイスは必要とされない。
【０１２４】
呼吸運動に関連する周期的な運動成分もまた、心臓位相検知のための補助データとして使用されてもよいことに注意されたい。位相検知が、検知されかつフィルタリングされた周期的な運動周波数を使用して再構成された心臓軌跡上ではなく、元のＭＰＳデータセット上で行われてもよいことにさらに注意されたい。心臓の異なる位相または活動状態が、手順５００で得られたＭＰＳデータセット上で直接識別される。
【０１２５】
手順５１２では、心臓位相情報が、ＭＰＳデータセットに関連付けられる。カテーテルの位置に関連する、カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサから得られた各データセットが、それらの対応する時間要素（すなわち時間タグ）に従って、複数の活動状態Ｔ１、Ｔ２およびＴ３の１つと一致させられる。内腔１０８の位置、およびしたがってカテーテルの位置は、内腔１０８の異なる活動状態中で異なる。プロセッサが、座標読取値とその一致する位相の間を関連付け、データベース内に情報を保管する。
【０１２６】
呼吸位相情報が、心臓位相情報が心臓運動から得られたのと同様の方式で、呼吸運動から得られてもよい。呼吸活動状態が、呼吸運動に関連する周期的な運動成分を使用して再構成された呼吸軌跡から識別されてもよい。呼吸運動に関連する周期的な運動成分もまた、対応しないデータセットと相関させて使用されてもよい。
【０１２７】
呼吸位相情報が、オプションの手順５１８での呼吸運動から得られる。手順５１８は、手順５１６、５２０および５２２から成る。手順５１６では、呼吸軌跡が、手順５０４、５０６、および５０８に関連して上記で本明細書で説明されたように、ＭＰＳデータセットおよびフィルタリングされた周期的な運動周波数から再構成される。
【０１２８】
手順５２０では、再構成された呼吸軌跡上で位相検知が行われる。心臓軌跡と同様に、呼吸軌跡は、呼吸サイクル内の異なる点に対応する、肺の異なる移送または活動状態から成る。肺の呼吸活動状態が、呼吸軌跡の位相から識別されることができる。位相は、各サイクルでそれ自体周期的に繰返す。呼吸活動状態が、位相検知中再構成された呼吸軌跡上で識別される。プロセッサが、呼吸軌跡の解析を行い、異なる呼吸サイクル位相を識別する。
【０１２９】
全体が５６０で参照される、機械的信号表現での呼吸軌跡の概略図である、図１０Ｂをさらに参照する。機械的信号表現５６０は、活動状態Ｔ４、Ｔ５、およびＴ６などの複数の呼吸活動状態（すなわち、呼吸サイクル位相）を含む。機械的表現５６０は、ＭＰＳデータセットから、および手順５０８でフィルタリングされた周期的な運動周波数から再構成された呼吸軌跡に等しい。
【０１３０】
呼吸位相の検知が、カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサによって、および患者の体におよび手術台に取り付けられたＭＰＳセンサから検知されたデータセットのみに基づいて行われることに注意されたい。これらのデータセットは、呼吸軌跡の機械的表現を提供する。呼吸位相情報を得るために、外部監視デバイスは必要とされない。位相検知が、検知されかつフィルタリングされた周期的な運動周波数を使用して再構成された呼吸軌跡上ではなく、元のＭＰＳデータセット上で行われてもよいことにさらに注意されたい。肺の異なる位相または活動状態が、手順５００で得られたＭＰＳデータセット上で直接識別される。
【０１３１】
患者の心拍数または呼吸数の実際の値が、いかなる外部監視デバイス（ＥＣＧモニタなど、図示せず）も使用することなく得られることができることに注意されたい。患者の心拍数または呼吸数は、別個にまたは一緒にのいずれかで、カテーテル、患者の体および手術台に取り付けられたＭＰＳセンサのみから得られることができる。
【０１３２】
手順５２２では、呼吸位相情報が、ＭＰＳデータセットに関連付けられる。カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサから得られた各データセットが、それらの対応する時間タグに従って、複数の活動状態Ｔ４、Ｔ５およびＴ６の１つと一致させられる。手順５２２は、上記で本明細書で議論された手順５１２と類似している。
【０１３３】
以下は、内腔１０８内でのカテーテルの自動的な操縦の説明である（図１Ａ）。以下の本明細書での「トポロジー表現」という用語は、起点から終点までカテーテルを操縦するために、開示された技術によるシステムが採用される、患者の体の内腔系（循環器、気管支、泌尿生殖器系、腎臓系）のマッピングを称する。マッピングは、２次元または３次元のいずれかであってよい。別法として、「トポロジー表現」という用語は、内腔系内で追従されるべき経路を含んでもよいことに注意されたい。
【０１３４】
図１１および１２を参照すると、図１１は、開示された技術の別の実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、患者の体の内腔内でカテーテルを自動的に操縦するための、全体が５８０で参照されている、システムの概略図である。図１２は、図１１のシステムの撮像システムが、３次元で内腔内の経路の座標を決定する方法の概略図である。
【０１３５】
図１１を参照すると、システム５８０は、ジョイスティック５８２、コントローラ５８４、移動機構５８６、ＭＰＳ５８８、複数の送信器５９０Ａ、５９０Ｂおよび５９０Ｃ、撮像システム５９２、ＭＰＳセンサ５９４、カテーテル５９６およびディスプレイ５９８を備える。撮像システム５９２は、放射線発生器６００および放射線検知器６０２を備える。撮像システム５９２は、Ｘ線システム、蛍光透視鏡、Ｃアームイメージャ、ＣＴ、ＰＥＴ、超音波システム、ＭＲＩなどであってよい。
【０１３６】
移動機構５８６は、１対の角運動ローラ６０４Ａおよび６０４Ｂ、および１対の直線運動ローラ６０６Ａおよび６０６Ｂ、および電気モータ、アクチュエータなどのそれぞれの運動要素（図示せず）を備えることができる。しかし、移動機構５８６は、以下の本明細書で説明される必要な運動をカテーテル５９６に及ぼす限り、他の、代替となるまたは追加の要素（たとえば、摩擦を通じて直線運動を伝達する圧電モータ）を備えることができる。場合により、移動機構５８６は、無菌を保持するために使い捨てであってよい。コントローラ５８４は、プロセッサ（図示せず）および、カテーテル５９６が内腔１０８内でそれに従って移動することになる経路６０８を表す情報を保管する保管ユニット（図示せず）を備える（図１Ａ）。
【０１３７】
移動機構５８６は、ジョイスティック５８２とおよびコントローラ５８４に結合されている。コントローラ５８４は、撮像システム５９２に結合されている。ＭＰＳ５８８は、コントローラ５８４と、および送信器５９０Ａ、５９０Ｂおよび５９０Ｃに結合されている。ＭＰＳセンサ５９４が、導体６１０（すなわち、導電性の結合部）によってＭＰＳに結合されている。ディスプレイ５９８が、ＭＰＳ５８８とおよび撮像システム５９２に結合されている。ＭＰＳセンサ５９４が、カテーテル５９６の遠位部分に配置されている。
【０１３８】
医療操作中、患者の体（図示せず）が、放射線発生器６００と放射線検知器６０２の間に配置される。撮像システム５９２は、少なくとも１つの自由度を有し、それによって、異なる方向から、患者の体の複数の画像を取得することが可能である。撮像システム５９２は、ディスプレイ５９８が２次元画像１０４を表示するために、２次元画像１０４（図１Ａ）を表す信号をディスプレイ５９８に供給する。
【０１３９】
経路６０８は、内腔１０８に対するカテーテル５９６の遠位部分（図示せず）の起点６１２と終点６１４の間の３次元曲線である。起点６１２と終点６１４の両方は、撮像システム５９２の視野内にある。経路６０８は、医療操作の前の撮像セッション中に決定され、保管ユニット内に保管される。
【０１４０】
コントローラ５８４が、たとえば、Ｃアームイメージャによって内腔１０８から得られた複数の２次元画像に従って、経路６０８を計算し、かつ構成する。たとえば、Ｃアームは、２つの異なる平行でないＥＣＧゲート画像平面で内腔１０８の２つの２次元ＥＣＧゲート画像を得ることができる。オペレータが起点６１２と終点６１４を示したとき、Ｃアームが、経路６０８を３次元で構成する。コントローラ５８４が、背景に対する内腔１０８のコントラスト変動に従って、１つまたは複数の画像処理アルゴリズムに基づいて経路６０８を計算することに注意されたい。
【０１４１】
図１２をさらに参照すると、撮像システム５９２が、３次元座標系６２０内の画像平面６１８上での内腔１０８の画像６１６、および３次元座標系６２０内の画像平面６２４上での内腔１０８の別の画像６２２を捕捉する。撮像システム５９２は、画像平面６１８および６２４の間の方向（すなわち、それらの間の角度）を知っている。撮像システム５９２が、画像６１６内での内腔１０８の形状６２６および画像６２２内での対応する形状６２８を識別する。撮像システム５９２が、点６３４での、それぞれ画像平面６１８および６２４に対する、それぞれ形状６２６および６２８からの法線６３０および６３２の交線を決定することによって、３次元座標系６２０での形状６２６（または形状６２８）の３次元座標を決定する。撮像システム５９２が、内腔１０８の他の形状に対して上記の手順を行い、それによって３次元で経路６０８を構成する。
【０１４２】
Ｃアームが患者の体から得る２次元画像は、内腔１０８に加えて、内腔１０８の平面と異なる平面に配置された他の内腔（図示せず）を含むことができる（すなわち、これらの追加の内腔が、捕捉された画像内で内腔１０８と重なる）。この場合、オペレータが、起点６１２と終点６１４を示すとき、オペレータが内腔１０８を通る経路に興味があることはＣアームに対して明らかではなく、Ｃアームが、２次元画像で内腔１０８と重なる別の内腔を通る経路（図示せず）を構成する可能性がある。このため、Ｃアームが、新しい２次元画像内で、内腔１０８が他のいずれかの内腔と重ならないように、別の画像平面で内腔１０８の別の２次元画像を得る。
【０１４３】
医療操作の前に、ＭＰＳ５８８および撮像システム５９２の座標系が、ディスプレイ５９８が、医療操作中２次元画像１０４上でＭＰＳセンサ５９４の実時間表現１１０（図１Ａ）と重なるように、共通の２次元座標系に対して設定される。この方法が、図６Ｃと相まって上記で本明細書で説明されている。ディスプレイ５９８によって表示された情報が、医療スタッフが、医療操作全体を通して、内腔１０８に対するカテーテル５９６の遠位部分の位置を観察するのを助ける。この２次元座標系は、たとえば以下の方法に従って決定されることができる。
【０１４４】
ＭＰＳ５８８の３次元座標系と撮像システム５９２の３次元座標系との間の第１の変換モデルが、決定される。撮像システム５９２の３次元座標系と撮像システム５９２の２次元座標系との間の第２の変換モデルが、決定される。ＭＰＳ５８８の３次元座標系が、ＭＰＳ５８８の３次元座標系に第１の変換モデルを適用することによって、撮像システム５９２の３次元座標系に変換される。撮像システム５９２の３次元変換された座標系が、撮像システム５９２の３次元変換された座標系に対して第２変換モデルを適用することによって、撮像システム５９２の２次元座標系に変換される。
【０１４５】
第１の変換モデルは、ＭＰＳ５８８の３次元座標系内の１組の点および撮像システム５９２の３次元座標系内の別の組の点に従って決定される。第２の変換モデルは、撮像システム５９２の外部パラメータ（すなわち、撮像システム５９２の３次元座標系内の１組の点）および撮像システム５９２の内部パラメータ（たとえば、レンズ角、焦点距離、倍率）に従って決定される。
【０１４６】
以下は、患者の首領域の血管の手術を行うための、システム５８０の操作の説明である。この場合、経路６０８は、第１肋骨（すなわち、起点６１２）の領域から、甲状頸動脈（すなわち、終点６１４）までの経路をマークする腋窩動脈（内腔１０８によって表される）内の３次元曲線である。医療操作の段階で、医療スタッフが、右上腕動脈（図示せず）を通ってカテーテル５９６を患者の体へ挿入し、起点６１２に到達するようにカテーテル５９６を手動で操縦する。
【０１４７】
この点で、カテーテル５９６を終点６１４へ自動的に操縦するために、システム５８０が引き継ぐ。送信器５９０Ａ、５９０Ｂおよび５９０Ｃによって作成された電磁場に応答して、ＭＰＳセンサ５９４が、ＭＰＳセンサ５９４の３次元位置を表す信号を、導体６１０を介してＭＰＳ５８８へ送信する。別法として、ＭＰＳセンサ５９４が、ＭＰＳ５８８と無線でかつ導体６１０なしで結合される。この場合、ＭＰＳセンサ５９４がこの位置信号をＭＰＳ５８８へ無線で送信する。
【０１４８】
ＭＰＳ５８８が、ＭＰＳセンサ５９４から受信された信号に従って、ＭＰＳセンサ５９４の座標を決定する。ＭＰＳ５８８が、ＭＰＳ５８８の３次元座標系内で、ＭＰＳセンサ５９４の座標を表す信号をコントローラ５８４へ送信する。ＭＰＳ５８８が、上記で本明細書で説明したように、撮像システム５９２の２次元座標系内で、ＭＰＳセンサ５９４の座標を表す信号をディスプレイ５９８へ送信する。
【０１４９】
医療操作全体を通して、ディスプレイ５９８が、撮像システム５９２から受信された信号に従って、内腔１０８の動作可能領域（すなわち、起点６１２と終点６１４の間のセクション）の２次元画像１０４を表示する。ディスプレイ５９８はまた、ＭＰＳ５８８から受信された信号に従って、２次元画像１０４上に重ねられた、ＭＰＳセンサ５９４（すなわち、カテーテル５９６の遠位部分）の現在位置の表現１１０を表示する。別法として、ＭＰＳセンサの現在位置が、内腔（たとえば、冠状動脈）の３次元画像上に重ねられることができる。
【０１５０】
経路６０８の代わりに、コントローラは、内腔系内の起点から終点まで、内腔系を通ってカテーテルを操縦するために移動機構を制御するために、患者の内腔系のトポグラフィ的表現を採用することができる。この場合、コントローラは、カテーテルが終点に到達するための最良の経路を決定する。コントローラが、ナビゲーションプロセス中の所見（たとえば、遮蔽された通路、予想したよりも狭い内腔）に応じて、経路を即時に変更してもよいことに注意されたい。コントローラは、ＭＰＳセンサによって実時間で提供されるフィードバックに従って、およびＭＰＳセンサの実際の位置および方向を、予想された位置および方向と比較することによって、経路を修正する。さらに、コントローラは、計画プロセスのための３次元ロードマップとして使用される所定の３次元経路を修正する。
【０１５１】
システムは、ＭＰＳおよびディスプレイに結合されたプロセッサ（図示せず）、およびプロセッサに結合されたＥＣＧなどの器官モニタ（図示せず）をさらに備えることができる。器官モニタは、監視される器官の器官タイミング信号を監視し、それぞれの信号をプロセッサに送信する。プロセッサは、器官モニタによって検知された監視される器官の現在の活動状態に対応する内腔の画像を表すビデオ信号を、ディスプレイに送信する。ディスプレイは、現在の活動状態に従い内腔の画像を表示する。このようにして、ディスプレイが、監視される器官のタイミング信号（たとえば患者の心拍）による内腔の運動を考慮して、内腔の再構成された画像上にＭＰＳセンサの表現の重なりを表示する。ディスプレイは、内腔の３次元の再構成された画像を表示することができる。この３次元の再構成された画像が、患者の体の座標系に対して表示される。
【０１５２】
別法として、医療用位置決めシステムが、患者の体の座標系内で、ＭＰＳセンサの複数の位置から、器官タイミング信号および内腔の座標系内でのＭＰＳセンサの現在位置をフィルタリングする（すなわち、フィルタリングされたＭＰＳ読取値を作成する）。この場合、コントローラが、フィルタリングされたＭＰＳ読取値に従って、トポロジー表現およびカテーテルの先端の位置を更新する。コントローラが、更新されたトポロジー表現およびカテーテルの更新された位置に従って、移動機構を制御する。さらに、ディスプレイが、実質上静止している３次元で再構成された内腔の画像に重ねて、更新されたトポロジー表現およびカテーテルの遠位部分の更新された表現を表示することができる。
【０１５３】
移動機構５８６が、カテーテル５９６を起点６１２から終点６１４まで経路６０８に沿って操縦するために、コントローラ５８４から受信される命令に従って動作する。この目的のために、１対の角運動ローラ６０４Ａおよび６０４Ｂが、カテーテル５９６を、カテーテル５９６の長手方向軸（図示せず）に対して時計方向および反時計方向に捩じり、１対の直線運動ローラ６０６Ａおよび６０６Ｂが、カテーテル５９６を前方および後方に運動させる。コントローラ５８４は、いずれかの所与の時間のＭＰＳセンサ５９４の３次元座標を表すＭＰＳ５８８からの信号（すなわち、フィードバック）を常に受信し、それによって移動機構５８６が、経路６０８に沿った運動の、起こり得る誤差に対して補正を付加することを可能にする。これらの補正は、以下の方式で付加される。
【０１５４】
コントローラ５８４が、カテーテル５９６を所定の変位増分だけ進行させるために、移動機構５８６へ所定の時間増分で信号を送信する。コントローラ５８４が、（ＭＰＳ５８８から受信された位置信号に従って）各時間増分でのカテーテル５９６の遠位部分の進行を決定し、この進行が、カテーテル５９６が進行することになっていた所定の変位に実質上一致しているかどうかをチェックする。実際に検知された進行が所定の変位増分と一致しない場合、コントローラ５８４は、カテーテル５９６が、カテーテル５９６が経路６０８に従って進行するのを妨害する障害物（図示せず）と接触したと判定する（たとえば、カテーテル５９６の遠位部分が、分岐６３６で詰まることがある）。
【０１５５】
この場合、コントローラ５８４が、内腔１０８内で選択された増分だけ後方へカテーテル５９６を引き戻すため、またカテーテル５９６の遠位部分を選択された量だけ捩じるための信号を移動機構５８６へ送信する。この捩じりの後、コントローラ５８４が、所定の変位増分だけカテーテル５９６を進行させるための信号を移動機構５８６へ送信する。このようにして、移動機構５８６が、障害物を克服するように、および所定の分岐（この場合分岐６３６での甲状頸動脈）へ入るように、カテーテル５９６を操縦することができる。
【０１５６】
コントローラ５８４が、ＭＰＳ５８８から実時間フィードバックとして受信する３次元位置情報により、コントローラ５８４が、カテーテル５９６を３次元で操縦するように移動機構５８６の動作を制御することができる。このようにして、システム５８０は、医療スタッフが、２次元のみで２次元表示に従ってカテーテルを操縦することができる従来技術でのシステムに対する利点を提供する。システム５８０は、内腔１０８内の終点６１４へ到達するために、フィードバック指向性実時間補正を行いながら、３次元での内腔１０８を通るカテーテル５９６の自動的な操縦を提供する。
【０１５７】
撮像システム５９２（たとえば、Ｃアーム）が、ディスプレイ５９８が２次元画像１０４を表示するために必要な情報を提供するために、異なる方向から内腔１０８を検知することができる。撮像システム５９２は、経路６０８の画像平面（図示せず）からの平均距離が最小である、ある特定の撮像方向を選択する。Ｘｉが、画像平面に対して垂直な経路６０８上の点ｉからの距離であり、ここでｉ＝１、２、３…Ｎである場合、
最小平均距離は、
【数２】
である。経路６０８が、空間内で多くの曲線を追従し、２次元経路からかなり逸脱している場合、撮像システム５９２が、経路６０８を異なる部分に分割し、式１を満たしながら、各部分に対して異なる画像平面を選択することによって、２次元画像１０４のための情報を準備することができる。
【０１５８】
１つ以上のＭＰＳセンサが、カテーテルの遠位部分に配置されることができることに注意されたい。この配置は、カテーテルの遠位部分が、「カーブバック」機能を備える場合重要である。「カーブバック」運動は、たとえば、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）を採用することによって提供されることができる。移動機構は、遠位部分を曲げるために、カテーテルの遠位部分に適切なトルクを付加するために必要な要素を同様に備える。さらに、複数のＭＰＳセンサによって、ディスプレイが、遠位部分の現在の幾何形状を表示することができる。
【０１５９】
さらに、コントローラは、カテーテルが障害物によって遮蔽されているとき、カテーテルの遠位部分の幾何形状を表す、より完全な情報を得ることができ、したがって操縦動作を促進する。たとえば、コントローラが、カテーテルの遠位部分が予期せずに曲がってしまったことを検知した場合、コントローラが、カテーテルの先端が内腔内の障害物と接触したことを判定する。コントローラは、たとえば、内腔内の所与の点でのＭＰＳセンサの検知された方向を、内腔内の同じ点での経路の計算された傾斜と比較することによって、この閉塞部に到達することができる。検知された方向と計算された傾斜が一致しない場合、コントローラは、カテーテルが障害物に出会ったことを判定し、それによって、移動機構に、カテーテルを障害物から戻すように動作するように指令する。
【０１６０】
医療スタッフが、移動機構５８６の自動的な動作に不満足である場合、コントローラ５８４を無効にし、ジョイスティック５８２を介して移動機構５８６を手動で操作することができる。オペレータは、ジョイスティック５８２を使用して、システム５８０の動作のいずれかの段階に介入することができる。これは、システム５８０の操作の半自動モードであり、コントローラ５８４が、移動機構５８６が、経路６０８の普通の部分を通ってカテーテル５９６を操縦することを可能にし、オペレータが、経路６０８のより複雑な部分でのシステム５８０の制御を取得する。手動の介入の場合、ジョイスティック５８２がいかなる自動化された動作も圧倒する。自動モードおよび手動モードの両方で、オペレータが、ディスプレイ５９８上でのカテーテル５９６の先端の表現１１０を見ることによって、内腔１０８内でのカテーテル５９６の進行の視覚的なフィードバックを受信することに注意されたい。
【０１６１】
開示された技術が、上記で特に示され、説明されたものに限定されないことは、当業者なら明らかであろう。むしろ、開示された技術の範囲は、頭記の特許請求の範囲によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１Ａ】開示された技術の実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、患者の体の内腔系の２次元画像上での医療デバイスの表現を表示しているグラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）の概略図である。
【図１Ｂ】開示された技術の別の実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、図１Ａの内腔系の内腔の３次元画像上での医療デバイスの別の表現を表示しているＧＵＩの概略図である。
【図２Ａ】図１Ａの２次元画像上で、内腔系内の選択された位置を表すマークの組と、選択された位置へ向かって進行している医療デバイスの現在位置の表現を表示している図１ＡのＧＵＩの概略図である。
【図２Ｂ】図１Ｂの３次元画像上で、図２Ａのマークの組と等しいマークの別の組と、医療デバイスの現在位置の別の表現を表示している図１ＢのＧＵＩの概略図である。
【図３Ａ】医療デバイスが選択された位置に到達したときの図１ＡのＧＵＩの概略図である。
【図３Ｂ】医療デバイスが選択された位置に到達したときの図１ＢのＧＵＩの概略図である。
【図４】（Ａ）検査される器官の活動状態Ｔ１での、図１Ａの内腔の２次元画像の概略図である。（Ｂ）活動状態Ｔ２での、図１Ａの内腔の２次元画像の概略図である。（Ｃ）活動状態Ｔ３での、図１Ａの内腔の２次元画像の概略図である。（Ｄ）（Ｂ）の内腔上に重ねられた、図１Ａの内腔内に配置されたカテーテルのＭＰＳセンサの実時間の実質上安定した表現を含み、開示された技術のさらなる実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、ＧＵＩの概略図である。
【図５】開示された技術のさらなる実施形態に従って動作可能である、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するための方法の概略図である。
【図６Ａ】患者のＥＣＧの概略図である。
【図６Ｂ】開示された技術の別の実施形態に従って構成された、図６ＡのＥＣＧの異なる活動状態を表す、図１Ａの内腔内に配置されたカテーテルの先端の軌道の概略図である。
【図６Ｃ】２次元画像取得デバイス、ＭＰＳおよびＥＣＧモニタから受信された信号を処理することによって、３次元器官運動依存画像シークエンスを再構成し、かつ追加の視覚データをその上に重ねるプロセスの概略図である。
【図７】開示された技術のさらなる実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、内腔のＥＣＧ調整ディスプレイ（すなわち、ＧＵＩ）の概略図である。
【図８Ａ】複数の閉塞した領域を有する、図１Ａの内腔の図である。
【図８Ｂ】図８Ａの内腔の選択された領域の断面図である。
【図８Ｃ】開示された技術の別の実施形態に従って動作可能である、ＧＵＩ内での図８Ｂの内腔の表現の概略図である。
【図９】開示された技術のさらなる実施形態に従って動作可能である、器官の運動とともに運動するＭＰＳセンサの位置データに従って、患者の器官の器官タイミング信号を決定するための方法の概略図である。
【図１０Ａ】電気的信号表現および機械的信号表現での、心臓軌跡の概略図である。
【図１０Ｂ】機械的信号表現での呼吸軌跡の概略図である。
【図１１】開示された技術の別の実施形態に従って構成され、かつ動作可能である、患者の体の内腔内でカテーテルを自動的に操縦するためのシステムの概略図である。
【図１２】図１１のシステムの撮像システムが、３次元で、内腔内の経路の座標を決定する方法の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の体の内腔内の選択された位置へ、カテーテルに結合された医療デバイスを移送するための方法であって、
前記選択された位置を表す位置データを受信し、前記位置データが前記内腔の画像に関連付けられ、前記画像が座標系に関連付けられ、前記座標系が医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）にさらに関連付けられるステップと、
前記座標系内で前記選択された位置の座標を決定するステップと、
前記医療デバイスの近傍で前記カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサの出力に従って、ＭＰＳ座標系内での前記医療デバイスの現在位置を決定するステップと、
前記選択された位置に対する前記現在位置に従って、前記選択された位置へ向かって、前記内腔を通って前記医療デバイスを操縦するステップと、
前記現在位置が前記選択された位置と実質上一致したとき、通知出力を作成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記画像を取得する準備のステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの画像シークエンスを含むグループから、前記内腔の少なくとも１つの画像シークエンスを選択し、前記グループ内の前記画像シークエンスのそれぞれが、前記座標を決定する前記ステップを行った後、異なる透視図から取得されるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの画像シークエンスの前記グループを取得するステップをさらに備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記取得するステップが、異なるタイプの複数の取得デバイスによって行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記取得するステップが、実質上同一のタイプの複数の画像取得デバイスによって行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記取得するステップが、異なる視角から行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの画像シークエンスの前記グループが、２次元である、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの画像シークエンスの前記グループが、３次元である、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記選択された少なくとも１つの画像シークエンスのコントラスト比が、少なくとも１つの画像シークエンスの前記グループ内の他のもののコントラス比よりも大きい、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記選択された少なくとも１つの画像シークエンスに従って、および前記患者の器官を表す実時間器官タイミング信号に従って、前記内腔のナビゲーション画像を作成するステップをさらに備える、請求項３に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナビゲーション画像が、前記器官の特定の活動状態に関連付けられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナビゲーション画像が、前記ＭＰＳセンサが実質上静止している表示座標系で作成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ナビゲーション画像が、実時間画像である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナビゲーション画像が、前記実時間器官タイミング信号と同調された、前に取得されたシネループ画像である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ナビゲーション画像が、前に取得された静止画像フレームである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ナビゲーション画像上に、前記選択された位置を表すマーキング表現を重ね、かつ前記現在位置を表す現在位置表現をさらに重ね、それによって重ねられた画像を作成するステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記受信するステップが、ユーザから手動で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記受信するステップが、自動化された２次元定量的心臓評価手順に従って行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記受信するステップが、自動化された３次元定量的心臓評価手順に従って行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記操縦するステップが、手動で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記操縦するステップが、自動的に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記実時間器官タイミング信号を取得するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記実時間器官タイミング信号を取得する前記ステップが、器官タイミング信号モニタによって行われる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記実時間器官タイミング信号を取得する前記ステップが、
前記患者の少なくとも１つの器官の器官サイクルによる前記内腔の運動を、前記ＭＰＳセンサによって測定するステップと、
前記実時間器官タイミング信号を前記ＭＰＳによって決定するステップと
を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記現在位置が前記選択された位置に近づくとき、前記通告出力の振幅を増加させ、かつ前記現在位置が前記選択された位置から遠ざかるとき、前記振幅を減少させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するためのシステムであって、医療用デバイスはカテーテルに取り付けられ、
前記選択された位置を表す位置データを受信し、前記位置データが前記内腔の画像に関連付けられ、前記画像が座標系に関連付けられ、前記座標系が医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）にさらに関連付けられるユーザインターフェイスと、
前記医療デバイスの近傍で前記カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサの出力に従って、前記座標系内で、前記内腔の前記医療デバイスの現在位置を決定するためのＭＰＳと、
前記ユーザインターフェイスに結合されたプロセッサであって、前記位置データに従って前記座標系内で前記選択された位置の座標を決定し、前記現在位置が前記選択された位置と実質上一致したことを判定したとき通知出力を作成するプロセッサと
を備えるシステム。
【請求項２８】
前記プロセッサが、少なくとも１つの画像シークエンスのグループから前記内腔の少なくとも１つの画像シークエンスを選択し、前記画像シークエンスのそれぞれが異なる透視図から取得される、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記プロセッサが、前記少なくとも１つの画像シークエンスに従って、および前記患者の器官を表す実時間器官タイミング信号に従って前記内腔のナビゲーション画像を作成する、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記ナビゲーション画像が、実時間画像である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記ナビゲーション画像が、シネループ画像である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記ナビゲーション画像が、静止画像である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】
前記器官が、前記患者の心臓である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３４】
前記器官が、前記患者の少なくとも１つの筋肉である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３５】
前記器官が、前記患者の肺である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３６】
前記プロセッサが、前記ナビゲーション画像上に前記選択された位置を表すマーキング表現を重ね、かつ前記ナビゲーション画像上に、前記現在位置を表す現在位置表現を重ね、それによって重ねられた画像を作成する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３７】
前記プロセッサに結合されたディスプレイをさらに備え、前記ディスプレイが前記重ねられた画像を表示する、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記プロセッサに結合された少なくとも１つの画像取得デバイスをさらに備え、前記少なくとも１つの画像取得デバイスが、少なくとも１つの画像シークエンスの前記グループを取得する、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの画像取得デバイスが、複数の画像取得デバイスを備え、かつ、
前記画像取得デバイスのそれぞれが、異なる視角から前記画像シークエンスを取得する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの画像取得デバイスが、
コンピュータ断層撮影、
磁気共鳴映像法、
陽電子放出断層撮影、
単光子放出コンピュータ断層撮影、
Ｘ線機、
Ｃアーム、
ガイド式血管内超音波、
外部超音波、および
光干渉断層検知器
から成るリストから選択される、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４１】
前記プロセッサに結合された画像取得デバイスであって、前記少なくとも１つの画像シークエンスを取得する画像取得デバイスと、
前記医療デバイスの近傍で前記カテーテルに取り付けられた陽性マーカと、
前記プロセッサに結合されたディスプレイであって、前記少なくとも１つの画像シークエンスで前記陽性マーカのマーカ画像を表示するディスプレイと
をさらに備える、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４２】
前記少なくとも１つの画像シークエンスが、２次元である、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４３】
前記少なくとも１つの画像シークエンスが、３次元である、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４４】
前記プロセッサと、および前記患者の体に結合された器官タイミング信号モニタをさらに備え、前記器官タイミング信号モニタが、前記器官タイミング信号を監視し、前記プロセッサが、前記器官タイミング信号モニタの出力に従って、前記実時間器官タイミング信号を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４５】
実質上上記で説明されたような請求項１から２６のいずれかに記載の、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するための方法。
【請求項４６】
実質上図面のいずれかで示されたような請求項１から２６のいずれかに記載の、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するための方法。
【請求項４７】
実質上上記で説明されたような請求項２７から４４のいずれかに記載の、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するためのシステム。
【請求項４８】
実質上図面のいずれかで示されたような請求項２７から４４のいずれかに記載の、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するためのシステム。
【請求項１】
患者の体の内腔内の選択された位置へ、カテーテルに結合された医療デバイスを移送するための方法であって、
前記選択された位置を表す位置データを受信し、前記位置データが前記内腔の画像に関連付けられ、前記画像が座標系に関連付けられ、前記座標系が医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）にさらに関連付けられるステップと、
前記座標系内で前記選択された位置の座標を決定するステップと、
前記医療デバイスの近傍で前記カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサの出力に従って、ＭＰＳ座標系内での前記医療デバイスの現在位置を決定するステップと、
前記選択された位置に対する前記現在位置に従って、前記選択された位置へ向かって、前記内腔を通って前記医療デバイスを操縦するステップと、
前記現在位置が前記選択された位置と実質上一致したとき、通知出力を作成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記画像を取得する準備のステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの画像シークエンスを含むグループから、前記内腔の少なくとも１つの画像シークエンスを選択し、前記グループ内の前記画像シークエンスのそれぞれが、前記座標を決定する前記ステップを行った後、異なる透視図から取得されるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの画像シークエンスの前記グループを取得するステップをさらに備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記取得するステップが、異なるタイプの複数の取得デバイスによって行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記取得するステップが、実質上同一のタイプの複数の画像取得デバイスによって行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記取得するステップが、異なる視角から行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの画像シークエンスの前記グループが、２次元である、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの画像シークエンスの前記グループが、３次元である、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記選択された少なくとも１つの画像シークエンスのコントラスト比が、少なくとも１つの画像シークエンスの前記グループ内の他のもののコントラス比よりも大きい、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記選択された少なくとも１つの画像シークエンスに従って、および前記患者の器官を表す実時間器官タイミング信号に従って、前記内腔のナビゲーション画像を作成するステップをさらに備える、請求項３に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナビゲーション画像が、前記器官の特定の活動状態に関連付けられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナビゲーション画像が、前記ＭＰＳセンサが実質上静止している表示座標系で作成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ナビゲーション画像が、実時間画像である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナビゲーション画像が、前記実時間器官タイミング信号と同調された、前に取得されたシネループ画像である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ナビゲーション画像が、前に取得された静止画像フレームである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ナビゲーション画像上に、前記選択された位置を表すマーキング表現を重ね、かつ前記現在位置を表す現在位置表現をさらに重ね、それによって重ねられた画像を作成するステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記受信するステップが、ユーザから手動で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記受信するステップが、自動化された２次元定量的心臓評価手順に従って行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記受信するステップが、自動化された３次元定量的心臓評価手順に従って行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記操縦するステップが、手動で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記操縦するステップが、自動的に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記実時間器官タイミング信号を取得するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記実時間器官タイミング信号を取得する前記ステップが、器官タイミング信号モニタによって行われる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記実時間器官タイミング信号を取得する前記ステップが、
前記患者の少なくとも１つの器官の器官サイクルによる前記内腔の運動を、前記ＭＰＳセンサによって測定するステップと、
前記実時間器官タイミング信号を前記ＭＰＳによって決定するステップと
を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記現在位置が前記選択された位置に近づくとき、前記通告出力の振幅を増加させ、かつ前記現在位置が前記選択された位置から遠ざかるとき、前記振幅を減少させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するためのシステムであって、医療用デバイスはカテーテルに取り付けられ、
前記選択された位置を表す位置データを受信し、前記位置データが前記内腔の画像に関連付けられ、前記画像が座標系に関連付けられ、前記座標系が医療用位置決めシステム（ＭＰＳ）にさらに関連付けられるユーザインターフェイスと、
前記医療デバイスの近傍で前記カテーテルに取り付けられたＭＰＳセンサの出力に従って、前記座標系内で、前記内腔の前記医療デバイスの現在位置を決定するためのＭＰＳと、
前記ユーザインターフェイスに結合されたプロセッサであって、前記位置データに従って前記座標系内で前記選択された位置の座標を決定し、前記現在位置が前記選択された位置と実質上一致したことを判定したとき通知出力を作成するプロセッサと
を備えるシステム。
【請求項２８】
前記プロセッサが、少なくとも１つの画像シークエンスのグループから前記内腔の少なくとも１つの画像シークエンスを選択し、前記画像シークエンスのそれぞれが異なる透視図から取得される、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記プロセッサが、前記少なくとも１つの画像シークエンスに従って、および前記患者の器官を表す実時間器官タイミング信号に従って前記内腔のナビゲーション画像を作成する、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記ナビゲーション画像が、実時間画像である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記ナビゲーション画像が、シネループ画像である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記ナビゲーション画像が、静止画像である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】
前記器官が、前記患者の心臓である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３４】
前記器官が、前記患者の少なくとも１つの筋肉である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３５】
前記器官が、前記患者の肺である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３６】
前記プロセッサが、前記ナビゲーション画像上に前記選択された位置を表すマーキング表現を重ね、かつ前記ナビゲーション画像上に、前記現在位置を表す現在位置表現を重ね、それによって重ねられた画像を作成する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３７】
前記プロセッサに結合されたディスプレイをさらに備え、前記ディスプレイが前記重ねられた画像を表示する、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記プロセッサに結合された少なくとも１つの画像取得デバイスをさらに備え、前記少なくとも１つの画像取得デバイスが、少なくとも１つの画像シークエンスの前記グループを取得する、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの画像取得デバイスが、複数の画像取得デバイスを備え、かつ、
前記画像取得デバイスのそれぞれが、異なる視角から前記画像シークエンスを取得する、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの画像取得デバイスが、
コンピュータ断層撮影、
磁気共鳴映像法、
陽電子放出断層撮影、
単光子放出コンピュータ断層撮影、
Ｘ線機、
Ｃアーム、
ガイド式血管内超音波、
外部超音波、および
光干渉断層検知器
から成るリストから選択される、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４１】
前記プロセッサに結合された画像取得デバイスであって、前記少なくとも１つの画像シークエンスを取得する画像取得デバイスと、
前記医療デバイスの近傍で前記カテーテルに取り付けられた陽性マーカと、
前記プロセッサに結合されたディスプレイであって、前記少なくとも１つの画像シークエンスで前記陽性マーカのマーカ画像を表示するディスプレイと
をさらに備える、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４２】
前記少なくとも１つの画像シークエンスが、２次元である、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４３】
前記少なくとも１つの画像シークエンスが、３次元である、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４４】
前記プロセッサと、および前記患者の体に結合された器官タイミング信号モニタをさらに備え、前記器官タイミング信号モニタが、前記器官タイミング信号を監視し、前記プロセッサが、前記器官タイミング信号モニタの出力に従って、前記実時間器官タイミング信号を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４５】
実質上上記で説明されたような請求項１から２６のいずれかに記載の、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するための方法。
【請求項４６】
実質上図面のいずれかで示されたような請求項１から２６のいずれかに記載の、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するための方法。
【請求項４７】
実質上上記で説明されたような請求項２７から４４のいずれかに記載の、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するためのシステム。
【請求項４８】
実質上図面のいずれかで示されたような請求項２７から４４のいずれかに記載の、患者の体の内腔内の選択された位置へ医療デバイスを移送するためのシステム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２００８−５１２１７１（Ｐ２００８−５１２１７１Ａ）
【公表日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３０８４７（Ｐ２００７−５３０８４７）
【出願日】平成１７年９月８日（２００５．９．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００９５５
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２７７８１
【国際公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（５０１４４８３１４）メディガイド リミテッド (13)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月８日（２００５．９．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００９５５
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２７７８１
【国際公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（５０１４４８３１４）メディガイド リミテッド (13)
【Ｆターム（参考）】
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