Ｘ線画像撮影装置の位置合わせ方法
本発明の方法は、Ｘ線放射源及びＸ線検出装置を含むＸ線画像撮影装置の位置合わせをする方法であり、前記Ｘ線放射源が、前記Ｘ線画像撮影装置の幾何学的パラメータに依存して調節可能なビューイング方向の下で対象物上にＸ線放射線を放射することができ、前記方法が、前記対象物の３次元的表現と交差する直線基準面（３０）を作成し、前記面上の前記対象物の前記交差領域内で中心点（３４）を作成し、前記基準面内に法線ベクトル（３８）及び少なくとも１つの接線ベクトル（４０）を作成し、前記法線ベクトル（３８）及び／又は少なくとも１つの接線ベクトル（４０）から得られる少なくとも１つのビューイング方向を定義し、かつ前記基準面、前記対象物の基準フレーム及び前記Ｘ線画像撮影装置の基準フレームを登録し、前記Ｘ線画像撮影装置の前記幾何学的パラメータを調節する、ステップを含む方法。それにより、計画され及び記憶された最適ビューイング方向は一回のボタンを押すだけで利用可能となり、これにより前記Ｘ線画像撮影装置の自動位置合わせを可能とし、前記ライブガイド画像をずっと迅速に調節可能とし、煩わしい調節手順同様に放射線暴露を低減させる結果となる。さらにより正確に位置合わせが可能であることから、干渉装置のより最適な展開が達成され得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線画像撮影装置の位置合わせ方法、Ｘ線画像撮影装置を含みかつＸ線画像撮影装置の自動位置合わせに適合された医学用ビューイングシステム、Ｘ線画像撮影装置の位置合わせのための方法を実施するためのコンピュータープログラム要素及びコンピューター読み取り可能な媒体、に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造的心臓疾患は、多くの症状や疾患を含み、これらは心臓へ出入りする血流を制御する心筋自体、心臓及び心臓弁の構成に影響を与え得るものである。構造的心臓疾患はまた、生まれる際にすでに存在するか又はその後の生活で進展し得るものであり、いくつかの条件により引き起こされ得る。例えば、冠動脈疾患は心臓の動脈の閉塞を引き起こし得る。前記心臓症状を改善するために最小の侵襲的治療が行われることが一般である。例えば、心臓弁の機能不全や狭窄、うっ血性心不全及び心筋症は侵襲性治療により軽減され得る。これらの処置は、血管形成術及びステント留置術、僧帽弁の外科的修理及び交換、一般的外科手術及び血行再構築が含まれる。以下は構造的心臓疾患の、例えばＣアームＸ線透視の下での最小の侵襲的経皮アクセス（例えばカテーテルや針の挿入）を通じての最小侵襲性治療に焦点が合わせられる。
【０００３】
これにより、動的な３次元ロードマップが、曲がりくねる血管又はその他の病理解剖学的構造を通じるライブガイドを提供し、ここで前記血管樹系のリアルタイムの２次元透視画像及び３次元再構成の重ね合わせが達成される。前記２次元画像は、Ｘ線画像撮影装置、例えばＣアームと呼ばれるタイプのＸ線画像撮影装置により与えられる。その結果、１つの画像が、ガイドワイヤ、カテーテル、ステント、コイル又は針の進行を１つの画像上にリアルタイムで示し、複雑な干渉手順の間の可視化を改善する。
【０００４】
前記取得された２次元画像を前記データセットの３次元表現と一致させるために、例えばＣアームＸ線システムのＸ線画像撮影装置の参照フレーム及び前記３次元の多重モダリティデータセットの参照フレームが登録される必要がある。１つの画像の前記２次元の射影Ｘ線への直接登録は、手動又は自動で、登録アルゴリズムを用いて実行され得る。
【０００５】
種々の目的の干渉処置について、ビューの最適な方向は必須である。これは、外科医又は臨床医が、心臓内装置又はその他の装置の適切な適用に必要なそれぞれの詳細を注視することができなければならないことを意味する。従って前記侵襲性処置の間、臨床医のために前記ビューイングが最適化され得るための適切なビューイングアングルを選択することが必要となる。従って、前記Ｘ線画像装置を調節して望ましいビューイングアングルが達成できるようにすることが必要とされる。
【０００６】
例えば、冠状動脈循環の主要な血管は左主冠状動脈であり、これらは左前下行枝と回旋枝及び右主冠状動脈に分かれる。前記左及び右冠状動脈は、大動脈弁尖の後ろの冠状動脈口と呼ばれる開口部から大動脈基部で始まる。例えばステントの伸展などの大動脈の干渉処置の間に、進行させる前記ステント手段による前記動脈閉塞を防止するために前記大動脈の明瞭な可視性が必要である。
【０００７】
米国特許番号６４２４７３１Ｂ１には、Ｘ線画像撮影装置を制御して前記装置が自動的に検査されている血管の３次元表現上のビューイング方向にリアルタイムに追随する方法が開示されている。さらに、この方法は患者の身体と対立することを防止することができ、ここで物理的に衝突することなしには不可能な幾何学的パラメータの予想を可能とする。
【０００８】
さらに、米国特許出願番号２００２／０００６１８５Ａ１には、Ｘ線画像撮影装置の自動位置合わせの方法が開示され、ここで第１の方向が決められ、前記ビューイング方向が、前記画像品質が前記第１の方向と平行なビューイング方向で得られる品質よりも優れたものとなるように計算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６４２４７３１Ｂ１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０００６１８５Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記のように、適切なライブ画像ガイドのために最も最適なビューイングアングルを選択することは干渉処置の間で本質的なことである。従って、前記２次元透視画像を与える前記Ｘ線画像撮影装置の幾何学的パラメータはこの目的のために適合させなければならない。ＣアームタイプのＸ線画像撮影装置を用いることが通常であるということは、Ｃアームの幾何学的形状がそれにより設定されなければならないということを意味する。通常Ｃアーム幾何学的位置は、ユーザインタフェースで手動入力を通じて、望ましいビューイング方向に追随するために適合化される。これは前記侵襲手順の間では煩わしいものであり得る。また前記干渉の際にビューイング方向を調節することは患者に不要なＸ線放射の暴露を与える結果となり得る。
【００１１】
さらに、Ｘ線画像撮影装置のビューイングアングルを調節する場合には視差効果が明瞭である。視差とは、２つの異なる視野ラインに沿って見られる対象物の明らかな変位である。前記観測者又は前記Ｘ線源のそれぞれの近くに位置する対象物は、それらが異なる位置で観測される場合、より離れた対象物よりもより大きい視差を生じる。自然において、この視差は、人又は動物が、２つの異なる視野のラインに沿う対象物を見ることにより距離を決定することを可能にするものである。一般的に、透視画像が２次元の場合には、この視差効果は、前記ライブ画像の対象物長さの不正確な再現又は表現という意味で画像品質に影響を与え得る。
【００１２】
従って、侵襲性処置の間にモニターされるべき病理へ最適なビューイング方向を達成するために、Ｘ線画像撮影装置を位置合わせのための方法の必要があり得る。
【００１３】
また、３次元での病理解剖学的構造のための少なくとも１つの最適ビューイングアングルを可能とするＸ線画像撮影を位置合わせするための方法、及びこれらの望ましいビューイングアングルに適合するように前記Ｘ線画像撮影装置の自動調節のための方法の必要性がある。
【００１４】
さらに、ライブ透視画像の視差効果を完全に除去することができるＸ線画像撮影装置を位置合わせするための方法の必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
これらの要求は以下の独立請求項に記載される、Ｘ線画像撮影装置を位置合わせするための方法、Ｘ線画像撮影装置を含む医療用ビューイングシステム、前記方法を実行するためのコンピュータープログラム要素及びコンピューター読み取り可能な媒体により達成され得る。
【００１６】
本発明の種々の例示及び好ましい実施態様が従属請求項に記載される。
【００１７】
本発明の以下の記載について、試験されるべき前記病理構造の３次元再構築が存在することが仮定されている。通常この３次元再構成は、当業者によく知られる１つ又はいくつかの方法を通じて手術前に得られる。この再構成は、いくつかのビューイング方向からＣアームのＸ線画像撮影装置で得られるＸ線画像に基づいて実現され得る。又は、ＣＴ又はＭＲスキャン又は診断目的及び処置計画のための装置がこの目的で使用され得る。ただし本発明の対象は、構造の取得のタイプ又は３次元表現には限定されるものではない。
【００１８】
本発明による方法の第１の側面によれば、前記３次元データセットでの前記病理解剖学的構造が視覚化可能であるということは、前記病理解剖学的構造を通る直線面にフィットさせることが可能となる。ここで前記構造には大動脈弁、シャントなどである。前記面は前記病理解剖学的構造と交差する。この面はさらに、基準面として参照され得る。というのは選択されたビューイング方向は以下さらに記載されるようにこの面に参照して定義されるからである。その後この面の中心点が、前記病理解剖学的構造の中間に定義される。例えば前記基準面及び前記病理解剖学的構造と間の交差領域の幾何学的中心である。その後前記最適ビューイング方向がこの基準面及び前記病理解剖学的構造内の前記中心点に関して定義され得る。
【００１９】
前記最適ビューイング方向が前記基準件に関して定義され得る。前記基準面は１つの法線ベクトル及びいくつかの接線ベクトルの定義により支持され得る。前記法線ベクトルは、前記病理解剖学的構造の前記中心点を値居るベクトルとして定義され、及び前記面に垂直に伸びることができる。接線ベクトルは、前記中心点を通り前記面に接して伸びるベクトルであり得る。接線ベクトルにおいて、前記ベクトルは前記面の中心点を通る前記面上の全てのベクトルであり得る。
【００２０】
本発明の基本的考え方は、３次元データセットから１以上の最適ビューイング方向を導き出すことが、干渉処置に先立って選択され得る、という事実にある。このことは、別の計算ユニット又は前記Ｘ線画像撮影装置に含まれる計算ユニットのスクリーン上で前記病理解剖学的構造の３次元表現を参考にすることで実行され得る。この表現を回転させ及び／又は移動させることで、前記干渉処置のための最善と考えられるビューイング方向が見出され得る。１以上の干渉処置が施される必要がある場合には、種々のビューイング方向が、前記基準面及び前記法線及び接線ベクトルを全て参照することで選択され得る。さらにまた、１以上のビューイング方向は、単一の処置内で異なる側面をガイドするために記憶され得る。
【００２１】
Ｘ線画像撮影装置ビューイング方向として接線ベクトルによる基準面に関してビューイング方向を定義する利点は、心臓内装置の正確な配置を可能にする点にあり、これは前記病理位置内での僧帽弁ステントとして実現され得る。従って、法線方向でのビューイング方向は、前記基準面上の法線ベクトルの範囲内で、例えば心臓中隔欠損閉鎖装置又は類似装置を配置するために有用である。
【００２２】
例えば、前記病理学的解剖構造に最適ビューイング方向からの前記３次元データセットに基づき外科医のチェックが、心臓大動脈内でいつステントを伸展させる必要があるかについて達成され得る。このステントが心門をカバーしないことが必須であると考えられている。従って、外科医は、前記ステントが心臓大動脈中を進行する際に、前記心臓大動脈及び前記心門が常に明瞭に見えることができるようにビューイング方向を選ぶことができる。前記接線ベクトルはそのような最適ビューイング方向を与える。従って、心門があらゆる血管でカバーされないことが保証され得る。
【００２３】
その結果、前記ステントが理想的に伸展され得る。本発明の１つの側面は、前記干渉処置のためにこれらの計画された最適ビューイング方向を記憶ユニットに記憶することができることであり、かかる記憶ユニットは前記Ｘ線画像撮影装置内に含まれるデータ処理ユニットと接続されている。従って、前記データ処理ユニット内の適切な命令により全ての最適ビューイング方向の取り出しが可能となる。
【００２４】
Ｘ線画像撮影装置の幾何学的パラメータ及びＸ線放射源とＸ線ビームの角度は、前記データ処理ユニット又は別の制御ユニットを介して制御することができる。これにより、前記Ｘ線画像撮影装置が全ての最適ビューイング方向に自動的に追随することを可能とする。
【００２５】
いかなる最適ビューイング方向が前記干渉の間で使用され得るようになる前には、基準の計画フレーム（これは前記最適ビューイング方向を表す）、Ｘ線画像撮影装置基準のフレーム及び術中患者空間（これはテーブル上の患者の位置に依存し得る）との間の関係を一致させなければならない。これは、自動登録アルゴリズム又は手動登録処理によりなされ得る。
【００２６】
例えば前記登録は、３次元データセット内で前記気管の自動セグメント化を通じて実行され、及び異なる角度から前記Ｘ線画像撮影装置により取得する２つのＸ線画像に関する前記気管のポーズを決める。従って、前記３次元データセット及び前記ライブ２次元透視画像がお互いに整合される。
【００２７】
留意すべきことは、この登録処理は、計画のために用いられる前記３次元データセットが、前記Ｘ線画像撮影装置により術前に得られたものである場合には本質的である、ということである。
【００２８】
前記側面を含む本発明による方法を実施することで、いくつかの有利な効果が達成され得る。経皮デバイス又はその他の医療用装置の誤配置が防止できる。前記干渉に先立ち最適ビューイング方向を計画することで、全干渉手順について最適ビューイング方向が達成され得るからである。従って、外科医が正しい処置、経皮デバイス又はその他の装置の正しい伸展につき誤った予想を持つおそれがある最適でないビューイング方向で前記干渉を実施することが不可能となる。従って本発明の方法は干渉処置に明らかに改善をもたらすものである。
【００２９】
さらに、本発明の方法を実施することは、患者の身体へのＸ線暴露を低減させることとなる。前記医療処置をガイドするために前記ライブ透視画像が使用されない場合には、前記干渉処置の間に前記Ｘ線画像撮影装置を数回調節する必要をなくすことができる。本発明の方法により、Ｘ線画像撮影装置の自動調節が常に最適ビューイング方向を与えることとなる。従って前記干渉処理は加速され、それによりＸ線放射への暴露時間が低減される。
【００３０】
本発明の有利な実施態様によると、前記基準面は３次元データセットに自動的にフィットされる。これは、試験されるべき病理解剖学的構造中の面を拡張することで実行され得る。ここで前記面への全ての軌跡からの平均距離が最小化される。
【００３１】
ここで留意すべきことは、前記試験されるべき病理解剖学的構造は病理のアウトラインにより特徴付けられ、これは前記３次元空間を通る閉じた軌跡である、ということである。例えばシャントについては、これは前記穴の回りの最小アウトラインであり、心臓弁についてはこれは前記弁膜を含む最小アウトラインである。このアウトラインは前記病理解剖学的構造をセグメント化することで決定され得るものであり、アルゴリズムにより前記アウトラインにより定められるこの軌跡を通じて直線面にフィットさせる。
【００３２】
又は前記面は手動で設定され得る。これは、ユーザーが、前記病理解剖学的構造の３次元表現を表示するグラフィカルユーザインタフェースに接続される適切なインプット手段により実行され得る。前記ユーザーは、前記病理解剖学的構造内にクリップ面を配置したり又は前記面の空間を定義するために十分な、３つの３次元点を示すことができる。この目的で、前記３次元データセットは、前記Ｘ線画像撮影装置のスクリーン上のグラフィカルユーザインタフェースを通じて、又は前記Ｘ線画像撮影装置に接続され又はこの情報を記憶手段に記憶するように適合された別の計算ユニットにより可視化され得る。前記３次元表現は回転可能でありかつ移動可能である。
【００３３】
本発明の有利な実施態様では、中心点が前記基準面上に作成され、中心点は前記病理解剖学的構造の中間位置に存在する。例えば、中心点は前記面上で前記真の中心点の近くの点として定められ、これは病理アウトラインにより囲まれる領域の重心として表現され得る。これは、前記病理アウトラインの座標を平均することで決めることができ、又は前記ユーザーによりインプット手段又はユーザインタフェースにより設定され得る。
【００３４】
本発明のさらなる実施態様では、前記基準面の法線ベクトルが決められる。前記法線ベクトルは前記基準面から垂直に伸び、前記定義された中心点を通る。
【００３５】
また、１組の接線ベクトルが決められ、ここで接線ベクトルは前記中心点を通る全ての方向及び全ての面上に設けられる。
【００３６】
さらに前記最適ビューイング方向は前記法線ベクトル及び前記１組の接線ベクトルから導かれる。このことは次のことを意味する。即ち、選択された法線又は接線ベクトルについては、前記Ｘ線システムのビューイング入射が、前記それぞれの正規化された法線又は接線ベクトルが、前記Ｘ線検出装置への前記Ｘ線源の焦点から出る前記１組の正規化されたベクトルに存在するものである、ということである。
【００３７】
本発明の好ましい実施態様では前記Ｘ線画像撮影装置は自動的に回転して最適ビューイング方向へ向けられ、続いて前記３次元表現の調節及び登録を伴うものである。例えば、外科医が適切なユーザインタフェースなどで記憶された最適ビューイング方向を選択する場合には、前記Ｘ線画像撮影装置は自動的に動いてこの最適ビューイング方向に一致させ、前記病理解剖学的構造の３次元表現が調節され、その後両方のビューが前記外科医のためにライブガイドビューを自動的に調節するために、好ましくは単純にボタンを押すこと又はタッチスクリーン又はその他のインプット／アウトプット装置で記憶されたビューイング方向を選択することで、登録される。
【００３８】
ここで表現「動き」とは前記Ｘ線画像撮影装置の幾何学的パラメータを調節することを意味し、例えば前記Ｘ線検出装置、前記Ｘ線放射源、前記Ｘ線放射ビームなどの位置及び角度などであり、これらは前記Ｘ線画像撮影装置のタイプに大きく依存する。ＣアームＸ線画像撮影装置の使用が普通であり、このことは前記「動き」手順は、少なくとも３つの角度−回転、角度、Ｌアーム−を調節することを含み、かつ前記手術室内のＣアームのクレーム位置であり得る。
【００３９】
本発明のさらなる好ましい実施態様では、前記Ｘ線画像撮影装置の動きには視差誤差の補償が含まれる。これにより視差効果が考慮される。ここで視差効果は前記Ｘ線画像中の視点による効果である。基本的には前記視差補償は、例えばＣアームタイプのＸ線画像撮影装置により次のように実行され得る。前記検出装置の焦点は前記Ｃアーム幾何学形状のアイソセンターから固定された距離を有する。前記アイソセンター回りのこの距離で設定される半径が、全ての可能な検出焦点位置を記載する。前記のように、前記最適ビューイング方向は、前記病理のベクトル及び中心点で定義される。前記最適ビューベクトルの方向でこの中心点を通るラインが定義され得る。このラインおよび前記定義の球の交点が前記焦点の最適位置を決めることができる。
【００４０】
本発明のさらなる側面によれば、医療用ビューイングシステム、特にＣアームシステム又はコンピュータートモグラフが提供される。前記医療用ビューイングシステムは前記方法のステップを実行するように適合されるデータ処理装置を含む。
【００４１】
本発明のさらなる側面によると、コンピューター読み取り可能な媒体が与えられ、Ｘ線画像撮影装置を自動的に位置合わせするためのコンピュータープログラムが記憶されている。前記コンピュータープログラムは、データ処理装置により実行される場合に、前記方法の例示的実施態様を制御するように適合される。
【００４２】
本発明のさらなる実施態様によると、Ｘ線画像撮影装置の自動的位置合わせを与えるためのコンピュータープログラム要素を提供する。前記コンピュータープログラム要素は、データ処置装置により実行される場合に、前記方法の例示的実施態様を制御するように適合される。
【００４３】
前記コンピュータープログラム要素は、コンピューター読み取り可能な命令コードとして全ての適切なプログラム言語、例えばＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋などでかつコード読み取り可能媒体（移動可能なディスク、揮発又は不揮発メモリ、内蔵メモリなど）に記憶されたプログラム言語の形で実行され得る。前記命令コードはコンピューターをプログラムするために又はその他のプログラム可能な装置を意図される機能を実行するために操作可能である。前記コンピュータープログラムは、ダウンロードされ得るＷｏｒｌｄ ｗｉｄｅ Ｗｅｂなどのネットワークから利用可能である。
【００４４】
また、既存の医療用ビューイングシステムは新たなソフトウェアで更新され得るものであり、これにより、プロセッサ上で実行される場合に、前記システムが本発明による前記方法を実行させるものである。
【００４５】
留意すべきことは、本発明の構成及び副次的効果は本発明の異なる実施態様を参照して説明されるということである。しかし当業者であれば、前記説明及び以下の説明から、他に言及されない限り、１つの実施態様に属するいかなる組み合わせ又は構成に加えて、異なる実施態様又は製造方法に関する構成の間の全ての組み合わせもまた本出願で開示されているものと考えるであろう。
【００４６】
本発明の前記側面及びさらなる側面は、以下記載され説明される例により明らかとなり、実施態様の例を参照して説明される。本発明のさらなる説明及びよりよい理解のために、以下実施態様の例を参照して説明されるが、本発明はこれらに限定されるものではない。異なる図面で同じ又は類似の部品には同じ参照符号が付されている。図面中の図及び説明は模式的であり寸法通りではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明によるＸ線画像システムを示す。
【図２Ａ】図２Ａは、臓器及び経皮装置の垂直図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、臓器及び経皮装置の斜視図である。
【図３】図３は、試験される病理に関する１平面を示す。
【図４】図４は、本発明による方法を示す。
【図５】図５は、視差補償を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、Ｘ線画像撮影装置の自動位置合わせのための医療用ビューイングシステムを持つＸ線画像システム１０を模式的に示す。
【００４９】
Ｘ線画像システム１０は、Ｘ線放射を生成するためのＸ線放射源１２を持つＸ線画像撮影装置を含む。テーブル１４は試験されるべき対象物を受けるために提供される。さらに、Ｘ線画像検出モジュール１６が前記Ｘ線放射源１２の反対側に位置される。前記放射手順の間に、検査される対象物が前記Ｘ線放射源１２と前記検出モジュール１６の間に位置される。前記モジュール１６は、データをデータ処理ユニット又は計算ユニット１８へ送り、このユニットは前記Ｘ線画像検出モジュール１６及び前記Ｘ線放射源１２の両方に接続されている。前記計算ユニット１８は、例示的に、前記試験室内で空間を節約するために前記テーブル１４の下に置かれている。これが、例えば異なる部屋又は実験室などの異なる位置に置かれることができることは明らかである。さらに、表示ユニット２０が前記テーブル１４の近くに設けられ、前記Ｘ線画像システムを操作する、例えば心臓医師や心臓外科医などの臨床医に情報を表示する。好ましくは前記表示ユニット２０は移動可能に設けられており、前記試験状況に依存して個々に調節することを可能とする。さらにインタフェースユニット２２が前記ユーザーによる情報をインプットするために設けられている。
【００５０】
基本的には前記画像検出モジュール１６はこの対象物をＸ線放射に暴露することで画像を生成し、前記画像はさらに前記計算ユニット１８で処理される。留意すべきは、前記例はいわゆるＣタイプＸ線画像撮影装置についてのものであるということである。前記Ｘ線画像撮影装置はＣの形状のアームを含み、前記検出モジュール１６が前記Ｃアームの１つの端部に設けられ、前記Ｘ線源１２が前記Ｃアームの反対側の端部に設けられている。前記Ｃアームは移動可能に設けられ、テーブル１４上に位置される興味対象物の回りを回転させることが可能である。言い換えると、異なる方向のビューイングで画像を撮影することができるということである。
【００５１】
前記計算ユニット１８は、本発明による方法を実行するように適合され得るものであり、それにより前記Ｘ線画像撮影装置の自動位置合わせのためのデータ処理装置として、又はデータ処理装置を含むものとして考えることができる。それにより、データ処理装置及び好ましくは前記最適ビューイングを記憶するための記憶手段が、関連するソフトウェアと共に提供される。かかるソフトウェアは、前記方法の例示的実施態様を制御するために、１つのプログラム要素を前記Ｘ線画像撮影装置を自動的に位置合わせさせるようにする。前記ソフトウェアは、コンピューター読み取り可能な媒体の手段、又はネットワークを通じて前記計算ユニット１８内へ移動させることができ、完全な新たなオペレーションシステム又は更新として実現され得る。
【００５２】
図２Ａには、２つの心門２６を持つ大動脈２４が表示されている。前記干渉処置の間、ステント２８は前記大動脈上に伸展され得る。図２Ａ前記に示されるように、ステント２８が心門２６をカバーしないように注意が必要である。
【００５３】
従って、前記大動脈２４の垂直ビューイング方向は、前記大動脈の壁に垂直に直接ビューイングすることを意味し、最適ビューイング方向として考えられる。
【００５４】
図２Ｂは、やや傾けられたビューイング方向が、２つの心門２６を持つ同じ大動脈２４につき示されている。図２Ｂで明らかなように、ステント２８の伸展をモニターすることはずっと難しいということである。というのは前記心門２６はステント２８がその最終地点に到達する際に、十分可視的ではないからである。従って、図２Ｂでビューイングされる方向は最適ではないと考えられる。というのはビューイングのこの方向からは、ステント２８が前記心門をカバーすることを防止することが難しいからである。外科医は、前記ステントが正しく伸展されているか又はされていないかを予想しなければならず、従って望ましくない程度の不正確性を生じる恐れがあるからである。
【００５５】
図２Ａ及び２Ｂから、どのようにして直線基準面が検査されている病理にフィットされ得るかを説明する。
【００５６】
図３では、前記心門２６と共に大動脈２４もまた示されている。本発明の方法によれば、面３０は前記病理のアウトライン３２にフィットされる。この場合前記病理は、前記２つの心門２６の範囲内の大動脈である。
【００５７】
前記面３０は、アウトライン３２の全ての軌跡点と前記面３０との間の最小距離が実現されるようにフィットされる。アウトライン３２を受け取るためにセグメント化されたサブボリュームが考慮に入れられる。ここで前記セグメント化は当業者に知られる方法で自動的に生成され得る。前記アウトライン３２は、例えば面断面内の大動脈領域が最小となるように選択されるべきである。
【００５８】
面３０上で中心点３４が作られる。この中心点３４は、幾何学的中心又は前記アウトライン３２で限定される領域の重心として決められ得る。又は外科医は独自の中心点３４を選択することもできる。また、外科医は、例えば３次元面で面３０を広げる３つの３次元点３６を定義することで相互に面３０を選択することができる。
【００５９】
前記中心点３４上で、法線ベクトル３８が作られ、前記面３０に垂直に伸びる。虫損点３４から始まる１組の接線ベクトル４０が前記面３０内に伸びる。
【００６０】
示される例では、接線ベクトル４０に平行なビューイング方向は最適であると考えられる一方で、他の場合（例えば心臓壁内のシャント）では前記法線ベクトル３８に平行なビューイング方向が最適と考えられる。
【００６１】
前記最適方向は、最適と考えられるビューイング方向を見出すために前記病理の３次元表現を回転させることで選択することができる。
【００６２】
ビューイングの１組の最適方向がその後記憶手段内に記憶され、ユーザインタフェース又はインプット手段を用いて適切なインプットにより取り出し可能とされる。
【００６３】
図４で、本発明による方法がさらに詳細に記載される。検査されるべき前記病理のアウトライン３２により、面を定義／作成し（４２）、かつ前記面の中心を定義／作成し（４４）、その後最適ビューイング方向が見出され、記憶手段に記憶され得る（４６）。
【００６４】
前記基準面３０の作成は、前記対象物の軌跡点から前記基準面へ平均距離が最小となるように前記基準面を広げる構成（４２２）を含む。
【００６５】
さらに、基準面３０の作成は、検査されるべき対象物をサブボリュームにセグメント化し（４２４）、セグメント化されたサブボリュームのアウトラインを決定し（４２６）、かつ前記基準面を、前記少なくとも１つのセグメント化されたサブボリュームのアウトラインにより定義される軌跡からの平均距離が最小化されるように、基準面を広げる（４２８）、ことを含み得る。
【００６６】
前記得られた３次元データセットと前記Ｘ線画像撮影装置のテーブル上に実際に位置される患者を一致させるために、前記設定及び病理空間が登録される（４８）。
【００６７】
前記干渉の間、最適化ビューイング方向は、前記Ｘ線画像撮影装置が回転される（５２）方向に選択され得る（５０）。このことはまた、前記Ｘ線画像撮影装置の幾何学的位置の調節として参照され得るものである。
【００６８】
前記得られた３次元データセットと前記Ｘ線画像撮影装置のテーブル上に実際に位置される患者を一致させるために、前記設定及び病理空間が登録される（４８）。ビューイング点での長さ変化や誤差を防止するために、視差補償が実行される（５４）。
【００６９】
視差補償は、前記Ｘ線画像撮影装置のアイソセンター６０回りの球５８を作成するステップ（５４２）、前記球の半径が前記Ｘ線画像撮影装置の中心６０と前記Ｘ線放射源１２との距離に等しく、前記最適ビューイング方向５６の方向での前記基準面３０の前記中心６０を通る直線と前記球５８の間の交点を決定するステップ（５４４）、かつ前記Ｘ線画像撮影装置の幾何学的パラメータを、前記交点及び前記Ｘ線源の焦点が一致するように調節する（５２）ステップを含む。
【００７０】
図５には、視差補償が模式的に示される。ベクトル５６は１つの最適ビューイング方向を定義し、これはＸ線検出装置６２に到達し、検出装置６２の回りには球５８が構成され、これは前記Ｘ線放射源の全ての可能な焦点と類似する。前記検出装置は正確に、望ましいビューイング方向ベクトル５６の方向へ向けられていない。その代わりに、前記検出装置６２は、前記ベクトル５６の交点６４、前記球５８及び前記検出装置６２の中心６６から前記球５８のアイソセンターを通じて伸びるラインへ方向付けられる位置へ動かされる。従って、前記最適ビューイング方向ベクトル５８は、前記Ｘ線検出装置６２上の点６８に投影され、前記視差補償が適切になされることとなる。
【００７１】
本発明による方法及び適切な医療作業手順により最適なビューイングアングルを提供する効果的方法が達成される。３次元データセットから、臨床医又は外科医は干渉を計画し、ビューイングの最適方向を設定することができる。これらは、病理セグメントのアウトラインへフィットされる面上の法線及び接線ベクトルに関して定義されることができ、かつ後に前記干渉手順中に取り出すことができるように記憶され得るものである。従って、この方法は、周術期の段階を短くし、患者へのＸ線放射暴露を低減させる。
【００７２】
本発明は、図面及び前記記載に基づいて詳細に説明された。ここでかかる図面及び説明は本発明を説明し例示するためのものであり、本発明は、これらの開示された実施態様により限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７３】
１０ Ｘ線画像システム
１２ Ｘ線放射源
１４ テーブル
１６ Ｘ線画像検出モジュール
１８ 計算ユニット
２０ 表示ユニット
２２ インタフェースユニット
２４ 大動脈
２６ 心門
２８ ステント
３０ 基準面
３２ アウトライン
３４ 中心点
３６ 面拡張点
３８ 法線ベクトル
４０ 接線ベクトル
４２ 面の定義
４２２ 基準面の拡張
４２４ 対象物のセグメント化
４２６ アウトラインの決定
４２８ 基準面の拡張
４４ 中心の定義
４６ 記憶
４８ 登録
５０ 選択
５２ 回転
５４ 視差補償の実行
５４２ 球の作成
５４４ 交点の決定
５６ 最適ビューイング方向ベクトル
５８ 球
６０ アイソセンター
６２ Ｘ線検出装置
６４ 交点
６６ Ｘ線検出装置の中心
６８ Ｘ線検出装置上の点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線画像撮影装置の位置合わせ方法、Ｘ線画像撮影装置を含みかつＸ線画像撮影装置の自動位置合わせに適合された医学用ビューイングシステム、Ｘ線画像撮影装置の位置合わせのための方法を実施するためのコンピュータープログラム要素及びコンピューター読み取り可能な媒体、に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造的心臓疾患は、多くの症状や疾患を含み、これらは心臓へ出入りする血流を制御する心筋自体、心臓及び心臓弁の構成に影響を与え得るものである。構造的心臓疾患はまた、生まれる際にすでに存在するか又はその後の生活で進展し得るものであり、いくつかの条件により引き起こされ得る。例えば、冠動脈疾患は心臓の動脈の閉塞を引き起こし得る。前記心臓症状を改善するために最小の侵襲的治療が行われることが一般である。例えば、心臓弁の機能不全や狭窄、うっ血性心不全及び心筋症は侵襲性治療により軽減され得る。これらの処置は、血管形成術及びステント留置術、僧帽弁の外科的修理及び交換、一般的外科手術及び血行再構築が含まれる。以下は構造的心臓疾患の、例えばＣアームＸ線透視の下での最小の侵襲的経皮アクセス（例えばカテーテルや針の挿入）を通じての最小侵襲性治療に焦点が合わせられる。
【０００３】
これにより、動的な３次元ロードマップが、曲がりくねる血管又はその他の病理解剖学的構造を通じるライブガイドを提供し、ここで前記血管樹系のリアルタイムの２次元透視画像及び３次元再構成の重ね合わせが達成される。前記２次元画像は、Ｘ線画像撮影装置、例えばＣアームと呼ばれるタイプのＸ線画像撮影装置により与えられる。その結果、１つの画像が、ガイドワイヤ、カテーテル、ステント、コイル又は針の進行を１つの画像上にリアルタイムで示し、複雑な干渉手順の間の可視化を改善する。
【０００４】
前記取得された２次元画像を前記データセットの３次元表現と一致させるために、例えばＣアームＸ線システムのＸ線画像撮影装置の参照フレーム及び前記３次元の多重モダリティデータセットの参照フレームが登録される必要がある。１つの画像の前記２次元の射影Ｘ線への直接登録は、手動又は自動で、登録アルゴリズムを用いて実行され得る。
【０００５】
種々の目的の干渉処置について、ビューの最適な方向は必須である。これは、外科医又は臨床医が、心臓内装置又はその他の装置の適切な適用に必要なそれぞれの詳細を注視することができなければならないことを意味する。従って前記侵襲性処置の間、臨床医のために前記ビューイングが最適化され得るための適切なビューイングアングルを選択することが必要となる。従って、前記Ｘ線画像装置を調節して望ましいビューイングアングルが達成できるようにすることが必要とされる。
【０００６】
例えば、冠状動脈循環の主要な血管は左主冠状動脈であり、これらは左前下行枝と回旋枝及び右主冠状動脈に分かれる。前記左及び右冠状動脈は、大動脈弁尖の後ろの冠状動脈口と呼ばれる開口部から大動脈基部で始まる。例えばステントの伸展などの大動脈の干渉処置の間に、進行させる前記ステント手段による前記動脈閉塞を防止するために前記大動脈の明瞭な可視性が必要である。
【０００７】
米国特許番号６４２４７３１Ｂ１には、Ｘ線画像撮影装置を制御して前記装置が自動的に検査されている血管の３次元表現上のビューイング方向にリアルタイムに追随する方法が開示されている。さらに、この方法は患者の身体と対立することを防止することができ、ここで物理的に衝突することなしには不可能な幾何学的パラメータの予想を可能とする。
【０００８】
さらに、米国特許出願番号２００２／０００６１８５Ａ１には、Ｘ線画像撮影装置の自動位置合わせの方法が開示され、ここで第１の方向が決められ、前記ビューイング方向が、前記画像品質が前記第１の方向と平行なビューイング方向で得られる品質よりも優れたものとなるように計算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６４２４７３１Ｂ１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０００６１８５Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記のように、適切なライブ画像ガイドのために最も最適なビューイングアングルを選択することは干渉処置の間で本質的なことである。従って、前記２次元透視画像を与える前記Ｘ線画像撮影装置の幾何学的パラメータはこの目的のために適合させなければならない。ＣアームタイプのＸ線画像撮影装置を用いることが通常であるということは、Ｃアームの幾何学的形状がそれにより設定されなければならないということを意味する。通常Ｃアーム幾何学的位置は、ユーザインタフェースで手動入力を通じて、望ましいビューイング方向に追随するために適合化される。これは前記侵襲手順の間では煩わしいものであり得る。また前記干渉の際にビューイング方向を調節することは患者に不要なＸ線放射の暴露を与える結果となり得る。
【００１１】
さらに、Ｘ線画像撮影装置のビューイングアングルを調節する場合には視差効果が明瞭である。視差とは、２つの異なる視野ラインに沿って見られる対象物の明らかな変位である。前記観測者又は前記Ｘ線源のそれぞれの近くに位置する対象物は、それらが異なる位置で観測される場合、より離れた対象物よりもより大きい視差を生じる。自然において、この視差は、人又は動物が、２つの異なる視野のラインに沿う対象物を見ることにより距離を決定することを可能にするものである。一般的に、透視画像が２次元の場合には、この視差効果は、前記ライブ画像の対象物長さの不正確な再現又は表現という意味で画像品質に影響を与え得る。
【００１２】
従って、侵襲性処置の間にモニターされるべき病理へ最適なビューイング方向を達成するために、Ｘ線画像撮影装置を位置合わせのための方法の必要があり得る。
【００１３】
また、３次元での病理解剖学的構造のための少なくとも１つの最適ビューイングアングルを可能とするＸ線画像撮影を位置合わせするための方法、及びこれらの望ましいビューイングアングルに適合するように前記Ｘ線画像撮影装置の自動調節のための方法の必要性がある。
【００１４】
さらに、ライブ透視画像の視差効果を完全に除去することができるＸ線画像撮影装置を位置合わせするための方法の必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
これらの要求は以下の独立請求項に記載される、Ｘ線画像撮影装置を位置合わせするための方法、Ｘ線画像撮影装置を含む医療用ビューイングシステム、前記方法を実行するためのコンピュータープログラム要素及びコンピューター読み取り可能な媒体により達成され得る。
【００１６】
本発明の種々の例示及び好ましい実施態様が従属請求項に記載される。
【００１７】
本発明の以下の記載について、試験されるべき前記病理構造の３次元再構築が存在することが仮定されている。通常この３次元再構成は、当業者によく知られる１つ又はいくつかの方法を通じて手術前に得られる。この再構成は、いくつかのビューイング方向からＣアームのＸ線画像撮影装置で得られるＸ線画像に基づいて実現され得る。又は、ＣＴ又はＭＲスキャン又は診断目的及び処置計画のための装置がこの目的で使用され得る。ただし本発明の対象は、構造の取得のタイプ又は３次元表現には限定されるものではない。
【００１８】
本発明による方法の第１の側面によれば、前記３次元データセットでの前記病理解剖学的構造が視覚化可能であるということは、前記病理解剖学的構造を通る直線面にフィットさせることが可能となる。ここで前記構造には大動脈弁、シャントなどである。前記面は前記病理解剖学的構造と交差する。この面はさらに、基準面として参照され得る。というのは選択されたビューイング方向は以下さらに記載されるようにこの面に参照して定義されるからである。その後この面の中心点が、前記病理解剖学的構造の中間に定義される。例えば前記基準面及び前記病理解剖学的構造と間の交差領域の幾何学的中心である。その後前記最適ビューイング方向がこの基準面及び前記病理解剖学的構造内の前記中心点に関して定義され得る。
【００１９】
前記最適ビューイング方向が前記基準件に関して定義され得る。前記基準面は１つの法線ベクトル及びいくつかの接線ベクトルの定義により支持され得る。前記法線ベクトルは、前記病理解剖学的構造の前記中心点を値居るベクトルとして定義され、及び前記面に垂直に伸びることができる。接線ベクトルは、前記中心点を通り前記面に接して伸びるベクトルであり得る。接線ベクトルにおいて、前記ベクトルは前記面の中心点を通る前記面上の全てのベクトルであり得る。
【００２０】
本発明の基本的考え方は、３次元データセットから１以上の最適ビューイング方向を導き出すことが、干渉処置に先立って選択され得る、という事実にある。このことは、別の計算ユニット又は前記Ｘ線画像撮影装置に含まれる計算ユニットのスクリーン上で前記病理解剖学的構造の３次元表現を参考にすることで実行され得る。この表現を回転させ及び／又は移動させることで、前記干渉処置のための最善と考えられるビューイング方向が見出され得る。１以上の干渉処置が施される必要がある場合には、種々のビューイング方向が、前記基準面及び前記法線及び接線ベクトルを全て参照することで選択され得る。さらにまた、１以上のビューイング方向は、単一の処置内で異なる側面をガイドするために記憶され得る。
【００２１】
Ｘ線画像撮影装置ビューイング方向として接線ベクトルによる基準面に関してビューイング方向を定義する利点は、心臓内装置の正確な配置を可能にする点にあり、これは前記病理位置内での僧帽弁ステントとして実現され得る。従って、法線方向でのビューイング方向は、前記基準面上の法線ベクトルの範囲内で、例えば心臓中隔欠損閉鎖装置又は類似装置を配置するために有用である。
【００２２】
例えば、前記病理学的解剖構造に最適ビューイング方向からの前記３次元データセットに基づき外科医のチェックが、心臓大動脈内でいつステントを伸展させる必要があるかについて達成され得る。このステントが心門をカバーしないことが必須であると考えられている。従って、外科医は、前記ステントが心臓大動脈中を進行する際に、前記心臓大動脈及び前記心門が常に明瞭に見えることができるようにビューイング方向を選ぶことができる。前記接線ベクトルはそのような最適ビューイング方向を与える。従って、心門があらゆる血管でカバーされないことが保証され得る。
【００２３】
その結果、前記ステントが理想的に伸展され得る。本発明の１つの側面は、前記干渉処置のためにこれらの計画された最適ビューイング方向を記憶ユニットに記憶することができることであり、かかる記憶ユニットは前記Ｘ線画像撮影装置内に含まれるデータ処理ユニットと接続されている。従って、前記データ処理ユニット内の適切な命令により全ての最適ビューイング方向の取り出しが可能となる。
【００２４】
Ｘ線画像撮影装置の幾何学的パラメータ及びＸ線放射源とＸ線ビームの角度は、前記データ処理ユニット又は別の制御ユニットを介して制御することができる。これにより、前記Ｘ線画像撮影装置が全ての最適ビューイング方向に自動的に追随することを可能とする。
【００２５】
いかなる最適ビューイング方向が前記干渉の間で使用され得るようになる前には、基準の計画フレーム（これは前記最適ビューイング方向を表す）、Ｘ線画像撮影装置基準のフレーム及び術中患者空間（これはテーブル上の患者の位置に依存し得る）との間の関係を一致させなければならない。これは、自動登録アルゴリズム又は手動登録処理によりなされ得る。
【００２６】
例えば前記登録は、３次元データセット内で前記気管の自動セグメント化を通じて実行され、及び異なる角度から前記Ｘ線画像撮影装置により取得する２つのＸ線画像に関する前記気管のポーズを決める。従って、前記３次元データセット及び前記ライブ２次元透視画像がお互いに整合される。
【００２７】
留意すべきことは、この登録処理は、計画のために用いられる前記３次元データセットが、前記Ｘ線画像撮影装置により術前に得られたものである場合には本質的である、ということである。
【００２８】
前記側面を含む本発明による方法を実施することで、いくつかの有利な効果が達成され得る。経皮デバイス又はその他の医療用装置の誤配置が防止できる。前記干渉に先立ち最適ビューイング方向を計画することで、全干渉手順について最適ビューイング方向が達成され得るからである。従って、外科医が正しい処置、経皮デバイス又はその他の装置の正しい伸展につき誤った予想を持つおそれがある最適でないビューイング方向で前記干渉を実施することが不可能となる。従って本発明の方法は干渉処置に明らかに改善をもたらすものである。
【００２９】
さらに、本発明の方法を実施することは、患者の身体へのＸ線暴露を低減させることとなる。前記医療処置をガイドするために前記ライブ透視画像が使用されない場合には、前記干渉処置の間に前記Ｘ線画像撮影装置を数回調節する必要をなくすことができる。本発明の方法により、Ｘ線画像撮影装置の自動調節が常に最適ビューイング方向を与えることとなる。従って前記干渉処理は加速され、それによりＸ線放射への暴露時間が低減される。
【００３０】
本発明の有利な実施態様によると、前記基準面は３次元データセットに自動的にフィットされる。これは、試験されるべき病理解剖学的構造中の面を拡張することで実行され得る。ここで前記面への全ての軌跡からの平均距離が最小化される。
【００３１】
ここで留意すべきことは、前記試験されるべき病理解剖学的構造は病理のアウトラインにより特徴付けられ、これは前記３次元空間を通る閉じた軌跡である、ということである。例えばシャントについては、これは前記穴の回りの最小アウトラインであり、心臓弁についてはこれは前記弁膜を含む最小アウトラインである。このアウトラインは前記病理解剖学的構造をセグメント化することで決定され得るものであり、アルゴリズムにより前記アウトラインにより定められるこの軌跡を通じて直線面にフィットさせる。
【００３２】
又は前記面は手動で設定され得る。これは、ユーザーが、前記病理解剖学的構造の３次元表現を表示するグラフィカルユーザインタフェースに接続される適切なインプット手段により実行され得る。前記ユーザーは、前記病理解剖学的構造内にクリップ面を配置したり又は前記面の空間を定義するために十分な、３つの３次元点を示すことができる。この目的で、前記３次元データセットは、前記Ｘ線画像撮影装置のスクリーン上のグラフィカルユーザインタフェースを通じて、又は前記Ｘ線画像撮影装置に接続され又はこの情報を記憶手段に記憶するように適合された別の計算ユニットにより可視化され得る。前記３次元表現は回転可能でありかつ移動可能である。
【００３３】
本発明の有利な実施態様では、中心点が前記基準面上に作成され、中心点は前記病理解剖学的構造の中間位置に存在する。例えば、中心点は前記面上で前記真の中心点の近くの点として定められ、これは病理アウトラインにより囲まれる領域の重心として表現され得る。これは、前記病理アウトラインの座標を平均することで決めることができ、又は前記ユーザーによりインプット手段又はユーザインタフェースにより設定され得る。
【００３４】
本発明のさらなる実施態様では、前記基準面の法線ベクトルが決められる。前記法線ベクトルは前記基準面から垂直に伸び、前記定義された中心点を通る。
【００３５】
また、１組の接線ベクトルが決められ、ここで接線ベクトルは前記中心点を通る全ての方向及び全ての面上に設けられる。
【００３６】
さらに前記最適ビューイング方向は前記法線ベクトル及び前記１組の接線ベクトルから導かれる。このことは次のことを意味する。即ち、選択された法線又は接線ベクトルについては、前記Ｘ線システムのビューイング入射が、前記それぞれの正規化された法線又は接線ベクトルが、前記Ｘ線検出装置への前記Ｘ線源の焦点から出る前記１組の正規化されたベクトルに存在するものである、ということである。
【００３７】
本発明の好ましい実施態様では前記Ｘ線画像撮影装置は自動的に回転して最適ビューイング方向へ向けられ、続いて前記３次元表現の調節及び登録を伴うものである。例えば、外科医が適切なユーザインタフェースなどで記憶された最適ビューイング方向を選択する場合には、前記Ｘ線画像撮影装置は自動的に動いてこの最適ビューイング方向に一致させ、前記病理解剖学的構造の３次元表現が調節され、その後両方のビューが前記外科医のためにライブガイドビューを自動的に調節するために、好ましくは単純にボタンを押すこと又はタッチスクリーン又はその他のインプット／アウトプット装置で記憶されたビューイング方向を選択することで、登録される。
【００３８】
ここで表現「動き」とは前記Ｘ線画像撮影装置の幾何学的パラメータを調節することを意味し、例えば前記Ｘ線検出装置、前記Ｘ線放射源、前記Ｘ線放射ビームなどの位置及び角度などであり、これらは前記Ｘ線画像撮影装置のタイプに大きく依存する。ＣアームＸ線画像撮影装置の使用が普通であり、このことは前記「動き」手順は、少なくとも３つの角度−回転、角度、Ｌアーム−を調節することを含み、かつ前記手術室内のＣアームのクレーム位置であり得る。
【００３９】
本発明のさらなる好ましい実施態様では、前記Ｘ線画像撮影装置の動きには視差誤差の補償が含まれる。これにより視差効果が考慮される。ここで視差効果は前記Ｘ線画像中の視点による効果である。基本的には前記視差補償は、例えばＣアームタイプのＸ線画像撮影装置により次のように実行され得る。前記検出装置の焦点は前記Ｃアーム幾何学形状のアイソセンターから固定された距離を有する。前記アイソセンター回りのこの距離で設定される半径が、全ての可能な検出焦点位置を記載する。前記のように、前記最適ビューイング方向は、前記病理のベクトル及び中心点で定義される。前記最適ビューベクトルの方向でこの中心点を通るラインが定義され得る。このラインおよび前記定義の球の交点が前記焦点の最適位置を決めることができる。
【００４０】
本発明のさらなる側面によれば、医療用ビューイングシステム、特にＣアームシステム又はコンピュータートモグラフが提供される。前記医療用ビューイングシステムは前記方法のステップを実行するように適合されるデータ処理装置を含む。
【００４１】
本発明のさらなる側面によると、コンピューター読み取り可能な媒体が与えられ、Ｘ線画像撮影装置を自動的に位置合わせするためのコンピュータープログラムが記憶されている。前記コンピュータープログラムは、データ処理装置により実行される場合に、前記方法の例示的実施態様を制御するように適合される。
【００４２】
本発明のさらなる実施態様によると、Ｘ線画像撮影装置の自動的位置合わせを与えるためのコンピュータープログラム要素を提供する。前記コンピュータープログラム要素は、データ処置装置により実行される場合に、前記方法の例示的実施態様を制御するように適合される。
【００４３】
前記コンピュータープログラム要素は、コンピューター読み取り可能な命令コードとして全ての適切なプログラム言語、例えばＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋などでかつコード読み取り可能媒体（移動可能なディスク、揮発又は不揮発メモリ、内蔵メモリなど）に記憶されたプログラム言語の形で実行され得る。前記命令コードはコンピューターをプログラムするために又はその他のプログラム可能な装置を意図される機能を実行するために操作可能である。前記コンピュータープログラムは、ダウンロードされ得るＷｏｒｌｄ ｗｉｄｅ Ｗｅｂなどのネットワークから利用可能である。
【００４４】
また、既存の医療用ビューイングシステムは新たなソフトウェアで更新され得るものであり、これにより、プロセッサ上で実行される場合に、前記システムが本発明による前記方法を実行させるものである。
【００４５】
留意すべきことは、本発明の構成及び副次的効果は本発明の異なる実施態様を参照して説明されるということである。しかし当業者であれば、前記説明及び以下の説明から、他に言及されない限り、１つの実施態様に属するいかなる組み合わせ又は構成に加えて、異なる実施態様又は製造方法に関する構成の間の全ての組み合わせもまた本出願で開示されているものと考えるであろう。
【００４６】
本発明の前記側面及びさらなる側面は、以下記載され説明される例により明らかとなり、実施態様の例を参照して説明される。本発明のさらなる説明及びよりよい理解のために、以下実施態様の例を参照して説明されるが、本発明はこれらに限定されるものではない。異なる図面で同じ又は類似の部品には同じ参照符号が付されている。図面中の図及び説明は模式的であり寸法通りではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明によるＸ線画像システムを示す。
【図２Ａ】図２Ａは、臓器及び経皮装置の垂直図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、臓器及び経皮装置の斜視図である。
【図３】図３は、試験される病理に関する１平面を示す。
【図４】図４は、本発明による方法を示す。
【図５】図５は、視差補償を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、Ｘ線画像撮影装置の自動位置合わせのための医療用ビューイングシステムを持つＸ線画像システム１０を模式的に示す。
【００４９】
Ｘ線画像システム１０は、Ｘ線放射を生成するためのＸ線放射源１２を持つＸ線画像撮影装置を含む。テーブル１４は試験されるべき対象物を受けるために提供される。さらに、Ｘ線画像検出モジュール１６が前記Ｘ線放射源１２の反対側に位置される。前記放射手順の間に、検査される対象物が前記Ｘ線放射源１２と前記検出モジュール１６の間に位置される。前記モジュール１６は、データをデータ処理ユニット又は計算ユニット１８へ送り、このユニットは前記Ｘ線画像検出モジュール１６及び前記Ｘ線放射源１２の両方に接続されている。前記計算ユニット１８は、例示的に、前記試験室内で空間を節約するために前記テーブル１４の下に置かれている。これが、例えば異なる部屋又は実験室などの異なる位置に置かれることができることは明らかである。さらに、表示ユニット２０が前記テーブル１４の近くに設けられ、前記Ｘ線画像システムを操作する、例えば心臓医師や心臓外科医などの臨床医に情報を表示する。好ましくは前記表示ユニット２０は移動可能に設けられており、前記試験状況に依存して個々に調節することを可能とする。さらにインタフェースユニット２２が前記ユーザーによる情報をインプットするために設けられている。
【００５０】
基本的には前記画像検出モジュール１６はこの対象物をＸ線放射に暴露することで画像を生成し、前記画像はさらに前記計算ユニット１８で処理される。留意すべきは、前記例はいわゆるＣタイプＸ線画像撮影装置についてのものであるということである。前記Ｘ線画像撮影装置はＣの形状のアームを含み、前記検出モジュール１６が前記Ｃアームの１つの端部に設けられ、前記Ｘ線源１２が前記Ｃアームの反対側の端部に設けられている。前記Ｃアームは移動可能に設けられ、テーブル１４上に位置される興味対象物の回りを回転させることが可能である。言い換えると、異なる方向のビューイングで画像を撮影することができるということである。
【００５１】
前記計算ユニット１８は、本発明による方法を実行するように適合され得るものであり、それにより前記Ｘ線画像撮影装置の自動位置合わせのためのデータ処理装置として、又はデータ処理装置を含むものとして考えることができる。それにより、データ処理装置及び好ましくは前記最適ビューイングを記憶するための記憶手段が、関連するソフトウェアと共に提供される。かかるソフトウェアは、前記方法の例示的実施態様を制御するために、１つのプログラム要素を前記Ｘ線画像撮影装置を自動的に位置合わせさせるようにする。前記ソフトウェアは、コンピューター読み取り可能な媒体の手段、又はネットワークを通じて前記計算ユニット１８内へ移動させることができ、完全な新たなオペレーションシステム又は更新として実現され得る。
【００５２】
図２Ａには、２つの心門２６を持つ大動脈２４が表示されている。前記干渉処置の間、ステント２８は前記大動脈上に伸展され得る。図２Ａ前記に示されるように、ステント２８が心門２６をカバーしないように注意が必要である。
【００５３】
従って、前記大動脈２４の垂直ビューイング方向は、前記大動脈の壁に垂直に直接ビューイングすることを意味し、最適ビューイング方向として考えられる。
【００５４】
図２Ｂは、やや傾けられたビューイング方向が、２つの心門２６を持つ同じ大動脈２４につき示されている。図２Ｂで明らかなように、ステント２８の伸展をモニターすることはずっと難しいということである。というのは前記心門２６はステント２８がその最終地点に到達する際に、十分可視的ではないからである。従って、図２Ｂでビューイングされる方向は最適ではないと考えられる。というのはビューイングのこの方向からは、ステント２８が前記心門をカバーすることを防止することが難しいからである。外科医は、前記ステントが正しく伸展されているか又はされていないかを予想しなければならず、従って望ましくない程度の不正確性を生じる恐れがあるからである。
【００５５】
図２Ａ及び２Ｂから、どのようにして直線基準面が検査されている病理にフィットされ得るかを説明する。
【００５６】
図３では、前記心門２６と共に大動脈２４もまた示されている。本発明の方法によれば、面３０は前記病理のアウトライン３２にフィットされる。この場合前記病理は、前記２つの心門２６の範囲内の大動脈である。
【００５７】
前記面３０は、アウトライン３２の全ての軌跡点と前記面３０との間の最小距離が実現されるようにフィットされる。アウトライン３２を受け取るためにセグメント化されたサブボリュームが考慮に入れられる。ここで前記セグメント化は当業者に知られる方法で自動的に生成され得る。前記アウトライン３２は、例えば面断面内の大動脈領域が最小となるように選択されるべきである。
【００５８】
面３０上で中心点３４が作られる。この中心点３４は、幾何学的中心又は前記アウトライン３２で限定される領域の重心として決められ得る。又は外科医は独自の中心点３４を選択することもできる。また、外科医は、例えば３次元面で面３０を広げる３つの３次元点３６を定義することで相互に面３０を選択することができる。
【００５９】
前記中心点３４上で、法線ベクトル３８が作られ、前記面３０に垂直に伸びる。虫損点３４から始まる１組の接線ベクトル４０が前記面３０内に伸びる。
【００６０】
示される例では、接線ベクトル４０に平行なビューイング方向は最適であると考えられる一方で、他の場合（例えば心臓壁内のシャント）では前記法線ベクトル３８に平行なビューイング方向が最適と考えられる。
【００６１】
前記最適方向は、最適と考えられるビューイング方向を見出すために前記病理の３次元表現を回転させることで選択することができる。
【００６２】
ビューイングの１組の最適方向がその後記憶手段内に記憶され、ユーザインタフェース又はインプット手段を用いて適切なインプットにより取り出し可能とされる。
【００６３】
図４で、本発明による方法がさらに詳細に記載される。検査されるべき前記病理のアウトライン３２により、面を定義／作成し（４２）、かつ前記面の中心を定義／作成し（４４）、その後最適ビューイング方向が見出され、記憶手段に記憶され得る（４６）。
【００６４】
前記基準面３０の作成は、前記対象物の軌跡点から前記基準面へ平均距離が最小となるように前記基準面を広げる構成（４２２）を含む。
【００６５】
さらに、基準面３０の作成は、検査されるべき対象物をサブボリュームにセグメント化し（４２４）、セグメント化されたサブボリュームのアウトラインを決定し（４２６）、かつ前記基準面を、前記少なくとも１つのセグメント化されたサブボリュームのアウトラインにより定義される軌跡からの平均距離が最小化されるように、基準面を広げる（４２８）、ことを含み得る。
【００６６】
前記得られた３次元データセットと前記Ｘ線画像撮影装置のテーブル上に実際に位置される患者を一致させるために、前記設定及び病理空間が登録される（４８）。
【００６７】
前記干渉の間、最適化ビューイング方向は、前記Ｘ線画像撮影装置が回転される（５２）方向に選択され得る（５０）。このことはまた、前記Ｘ線画像撮影装置の幾何学的位置の調節として参照され得るものである。
【００６８】
前記得られた３次元データセットと前記Ｘ線画像撮影装置のテーブル上に実際に位置される患者を一致させるために、前記設定及び病理空間が登録される（４８）。ビューイング点での長さ変化や誤差を防止するために、視差補償が実行される（５４）。
【００６９】
視差補償は、前記Ｘ線画像撮影装置のアイソセンター６０回りの球５８を作成するステップ（５４２）、前記球の半径が前記Ｘ線画像撮影装置の中心６０と前記Ｘ線放射源１２との距離に等しく、前記最適ビューイング方向５６の方向での前記基準面３０の前記中心６０を通る直線と前記球５８の間の交点を決定するステップ（５４４）、かつ前記Ｘ線画像撮影装置の幾何学的パラメータを、前記交点及び前記Ｘ線源の焦点が一致するように調節する（５２）ステップを含む。
【００７０】
図５には、視差補償が模式的に示される。ベクトル５６は１つの最適ビューイング方向を定義し、これはＸ線検出装置６２に到達し、検出装置６２の回りには球５８が構成され、これは前記Ｘ線放射源の全ての可能な焦点と類似する。前記検出装置は正確に、望ましいビューイング方向ベクトル５６の方向へ向けられていない。その代わりに、前記検出装置６２は、前記ベクトル５６の交点６４、前記球５８及び前記検出装置６２の中心６６から前記球５８のアイソセンターを通じて伸びるラインへ方向付けられる位置へ動かされる。従って、前記最適ビューイング方向ベクトル５８は、前記Ｘ線検出装置６２上の点６８に投影され、前記視差補償が適切になされることとなる。
【００７１】
本発明による方法及び適切な医療作業手順により最適なビューイングアングルを提供する効果的方法が達成される。３次元データセットから、臨床医又は外科医は干渉を計画し、ビューイングの最適方向を設定することができる。これらは、病理セグメントのアウトラインへフィットされる面上の法線及び接線ベクトルに関して定義されることができ、かつ後に前記干渉手順中に取り出すことができるように記憶され得るものである。従って、この方法は、周術期の段階を短くし、患者へのＸ線放射暴露を低減させる。
【００７２】
本発明は、図面及び前記記載に基づいて詳細に説明された。ここでかかる図面及び説明は本発明を説明し例示するためのものであり、本発明は、これらの開示された実施態様により限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７３】
１０ Ｘ線画像システム
１２ Ｘ線放射源
１４ テーブル
１６ Ｘ線画像検出モジュール
１８ 計算ユニット
２０ 表示ユニット
２２ インタフェースユニット
２４ 大動脈
２６ 心門
２８ ステント
３０ 基準面
３２ アウトライン
３４ 中心点
３６ 面拡張点
３８ 法線ベクトル
４０ 接線ベクトル
４２ 面の定義
４２２ 基準面の拡張
４２４ 対象物のセグメント化
４２６ アウトラインの決定
４２８ 基準面の拡張
４４ 中心の定義
４６ 記憶
４８ 登録
５０ 選択
５２ 回転
５４ 視差補償の実行
５４２ 球の作成
５４４ 交点の決定
５６ 最適ビューイング方向ベクトル
５８ 球
６０ アイソセンター
６２ Ｘ線検出装置
６４ 交点
６６ Ｘ線検出装置の中心
６８ Ｘ線検出装置上の点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線放射源及びＸ線検出装置を含むＸ線画像撮影装置の位置合わせをする方法であり、前記Ｘ線放射源が、前記Ｘ線画像撮影装置の幾何学的パラメータに依存して調節可能なビューイング方向の下で対象物上にＸ線放射線を放射することができ、前記方法が、
− 前記対象物の３次元的表現と交差する直線基準面を作成し、
− 前記面上の前記対象物の前記交差領域内で中心点を作成し、
− 前記基準面内に法線ベクトル及び少なくとも１つの接線ベクトルを作成し、
− 前記法線ベクトル及び／又は少なくとも１つの接線ベクトルから得られる少なくとも１つのビューイング方向を定義し、かつ
− 前記基準面、前記対象物の基準フレーム及び前記Ｘ線画像撮影装置の基準フレームを登録し、
− 前記Ｘ線画像撮影装置の前記幾何学的パラメータを調節する、ステップを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であり、前記基準面の作成が、前記対象物の軌跡から前記基準面への平均距離が最小化されるように前記基準面を拡張する構成を含む、方法。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１項に記載の方法であり、さらに、
− 対象物をサブボリュームにセグメント化し、
− 前記セグメント化されたサブボリュームのアウトラインを決定し、
− 前記少なくとも１つのセグメント化されたサブボリュームのアウトラインにより定められる軌跡からの平均距離が最小化されるように前記基準面を拡張する、ステップを含む方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法であり、さらに、
− 前記法線及び少なくとも１つの接線ベクトルに関して最適ビューイング方向を記憶手段に記憶するステップ、を含む方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法であり、さらに、
− 前記Ｘ線画像撮影装置の中心周りに球を作成し、前記球の半径が前記Ｘ線画像撮影装置と前記Ｘ線放射源の間の距離に等しく、
− 前記基準面の中心を前記最適ビューイング方向を通る直線と前記球との間の交点を決定し、及び
− 前記交点と前記Ｘ線源の焦点を一致させるために前記Ｘ線画像撮影装置の前記幾何学的パラメータを調節するステップ、により視差補償の実行を含む、方法。
【請求項６】
Ｘ線画像撮影装置を位置合わせするためのデータ処理装置であり、前記データ処理装置はデータプロセッサを含み、前記プロセッサは請求項１に記載の方法を実施するように適合され、及び前記選択されたビューイング方向を記憶し適用するための記憶手段を含む、データ処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載のデータ処理装置を含む医療用ビューイングシステム。
【請求項８】
コンピューター読み取り可能な媒体であり、前記媒体はＸ線画像撮影装置の位置合わせをするためのコンピュータープログラムを記憶し、前記コンピュータープログラムは、データプロセッサにより実行される場合に、請求項１に記載の方法を制御するように適合される、コンピューター読み取り可能な媒体。
【請求項９】
Ｘ線画像撮影装置の位置合わせのためのプログラム要素であり、データプロセッサにより実行される場合に、請求項１に記載の方法を制御するように適合される、プログラム要素。
【請求項１】
Ｘ線放射源及びＸ線検出装置を含むＸ線画像撮影装置の位置合わせをする方法であり、前記Ｘ線放射源が、前記Ｘ線画像撮影装置の幾何学的パラメータに依存して調節可能なビューイング方向の下で対象物上にＸ線放射線を放射することができ、前記方法が、
− 前記対象物の３次元的表現と交差する直線基準面を作成し、
− 前記面上の前記対象物の前記交差領域内で中心点を作成し、
− 前記基準面内に法線ベクトル及び少なくとも１つの接線ベクトルを作成し、
− 前記法線ベクトル及び／又は少なくとも１つの接線ベクトルから得られる少なくとも１つのビューイング方向を定義し、かつ
− 前記基準面、前記対象物の基準フレーム及び前記Ｘ線画像撮影装置の基準フレームを登録し、
− 前記Ｘ線画像撮影装置の前記幾何学的パラメータを調節する、ステップを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であり、前記基準面の作成が、前記対象物の軌跡から前記基準面への平均距離が最小化されるように前記基準面を拡張する構成を含む、方法。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１項に記載の方法であり、さらに、
− 対象物をサブボリュームにセグメント化し、
− 前記セグメント化されたサブボリュームのアウトラインを決定し、
− 前記少なくとも１つのセグメント化されたサブボリュームのアウトラインにより定められる軌跡からの平均距離が最小化されるように前記基準面を拡張する、ステップを含む方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法であり、さらに、
− 前記法線及び少なくとも１つの接線ベクトルに関して最適ビューイング方向を記憶手段に記憶するステップ、を含む方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法であり、さらに、
− 前記Ｘ線画像撮影装置の中心周りに球を作成し、前記球の半径が前記Ｘ線画像撮影装置と前記Ｘ線放射源の間の距離に等しく、
− 前記基準面の中心を前記最適ビューイング方向を通る直線と前記球との間の交点を決定し、及び
− 前記交点と前記Ｘ線源の焦点を一致させるために前記Ｘ線画像撮影装置の前記幾何学的パラメータを調節するステップ、により視差補償の実行を含む、方法。
【請求項６】
Ｘ線画像撮影装置を位置合わせするためのデータ処理装置であり、前記データ処理装置はデータプロセッサを含み、前記プロセッサは請求項１に記載の方法を実施するように適合され、及び前記選択されたビューイング方向を記憶し適用するための記憶手段を含む、データ処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載のデータ処理装置を含む医療用ビューイングシステム。
【請求項８】
コンピューター読み取り可能な媒体であり、前記媒体はＸ線画像撮影装置の位置合わせをするためのコンピュータープログラムを記憶し、前記コンピュータープログラムは、データプロセッサにより実行される場合に、請求項１に記載の方法を制御するように適合される、コンピューター読み取り可能な媒体。
【請求項９】
Ｘ線画像撮影装置の位置合わせのためのプログラム要素であり、データプロセッサにより実行される場合に、請求項１に記載の方法を制御するように適合される、プログラム要素。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１３−５０６５２２（Ｐ２０１３−５０６５２２Ａ）
【公表日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３２６９２（Ｐ２０１２−５３２６９２）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１０／０５４３６５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４２８３４
【国際公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１０／０５４３６５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４２８３４
【国際公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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