JP4698589B2

JP4698589B2 - 血管の超音波画像を表示する装置及び方法

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Publication number: JP4698589B2
Application number: JP2006525237A
Authority: JP
Inventors: カイエク; バーバラマルティン−レウング; ヨルグブレドノ; ユルゲンウェーセ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2024-08-23
Also published as: US20100049034A1; EP1665168A1; JP2007503906A; US20070038081A1; WO2005024729A1; WO2005024729A8; US8090427B2

Description

本発明は、周期的な固有の運動を受ける血管を、超音波画像を用いて表示する装置及び方法に関する。

心臓のカテーテル検査において、心臓の複数の血管造影Ｘ線画像は、通常、さまざまな方向から生成され、一般には、造影剤が、記録中に注入される。こうして得られる血管系の血管造影像（アンギオグラム）は、例えば処置されるべき病変の部位を特定する助けとなりえ、又はその後の医学的介入の間にカテーテルをナビゲートするための（静止）ロードマップとして使用されることができる。

更に、例えば血管を通してカテーテルによって案内されることができ、血管軸を横切る超音波断面画像を生成することができるいわゆる血管内超音波プローブ（intravascular ultrasound probe;以下、ＩＶＵＳプローブと呼ぶ）が使用される。超音波画像は、多くの場合、ＩＶＵＳプローブを使用して、いわゆる引き戻しシーケンスにおいて生成される。この場合、ＩＶＵＳプローブは、規定されたスピードで血管を通って引き戻され、それと同時に、一連の超音波画像を記録する。ＩＶＵＳ画像は、例えば疾患の影響を受ける血管セクションの長さ、血管の最小／最大太さ、沈着のタイプ等の、血管又は血管病変に関する有用な付加情報を提供する。

米国特許第６,１４８,０９５号明細書は、冠状血管のような三次元的に曲がりくねった血管を再構成する方法を開示している。この方法において、まず、血管の３次元経路が、バイプラナー血管造影法から再構成され、これが、ＩＶＵＳ引き戻しシーケンスの２次元断面画像と組み合わせられる。血管の３次元経路の良好な再構成が、この方法によって可能であるが、結果は、心拍及び／又は呼吸による固有の運動及び変形が見られることができない血管樹の静止表現である。従って、医学的介入の間に、例えばステント又はバルーンのような介入装置によって、病巣に向かってカテーテルをナビゲートするとき、処置している医師は、ＩＶＵＳ画像に含まれる情報を使用することができるようにするために、カテーテルの現在蛍光透視画像を、静止３次元血管モデルと相関させなければならない。

この背景に対して、本発明の目的は、血管内超音波画像からの情報のより便利な使用を可能にする、血管を表示する手段を提供することであり、これは、絶えず進行中の医学的介入に適応される。

この目的は、請求項１の特徴を有する装置によって本発明の第１の見地に従って、請求項２の特徴を有する装置によって本発明の第２の見地に従って達成され、更に、請求項１０及び１１の特徴を有する方法によっても達成される。有利な改良は、従属請求項に与えられている。

本発明の第１の見地により、血管又は血管系のセクションを表示するために使用される装置は、以下の構成要素を有する：

ａ）血管内超音波画像のシーケンスが記憶される（データ）メモリ。かかる超音波画像は、血管内のそれらの記録の個々のロケーション（ｘ）によってインデックスされる。前記超音波画像は、例えば血管内超音波プローブを用いて、生成されたものでありうる。特に、画像は、ＩＶＵＳ引き戻しシーケンスから得られることができる。ＩＶＵＳプローブが引き戻されるとき、血管内におけるＩＶＵＳプローブの個々の停止ロケーションが、他のイメージングによって並行して決定される。ＩＶＵＳプローブの個々の停止ロケーションは、血管系の既存の画像（血管造影）から評価されることもできる。

ｂ）血管内の（少なくとも）現在ロケーションを記述する情報のためのデータ入力部。例として、ポインタ（マウス等）が、この入力部に接続されることができ、このポインタによって、ユーザは、ロードマップ上で、ユーザにとって関心のある血管内の現在ロケーションを示す。他の場合には、例えば磁界によって、カテーテル上の介入装置の現在停止ロケーションを検出するロケーティング装置が、前記入力部に接続されることができる。他の例は、本発明の展開例のコンテクストの範囲内で記述される。

ｃ）例えば血管の画像を表示する、モニタのような表示ユニット。

上述した構成要素を有する装置は、更に、少なくとも１つの超音波画像を、前記メモリから選択し、それを表示ユニットに表示するように設計され、かかる超音波画像は、データ入力部に示される血管内の現在ロケーションに対応する。例として、その関連する記録ロケーションが現在ロケーションと同一であり又は現在ロケーションから予め規定された距離以上離れていない超音波画像が、メモリから選択されることができる。選択機能は、適切にプログラムされたマイクロプロセッサによって本装置において実現されることができる。

第２の見地により、本発明は、血管又は周期的な固有の運動を受ける血管系のセクションを表示する装置を含む。このような固有運動の最も重要な典型的な要因は、心拍及び呼吸である。血管断面の変化の最も重要な典型的な要因は、病理学的な狭窄である。周期的な固有運動は、（シングルコンポーネント又はマルチコンポーネント）パラメータによって特徴付けられることである。心拍の場合、このパラメータは、例えば心電図（ＥＣＧ）によって、定量的に記述されることができる電気的心拍フェーズである。本装置は、以下の構成要素を有する：

ａ）血管内超音波画像のシーケンスが記憶される（データ）メモリ。かかる超音波画像は、記録時間に属する固有の運動のパラメータの個々の値によってインデックスされる。前記超音波画像は、例えば血管内超音波プローブを用いて、生成されたものでありうる。特に、画像は、ＩＶＵＳ引き戻しシーケンスから得られることができる。ＩＶＵＳプローブが引き戻されるとき、固有運動（例えばＥＣＧ）のパラメータが、好適には血管内のＩＶＵＳプローブの個々の停止ロケーションと同様に、前述のタイプの方法を使用して、並行に記録される。ＩＶＵＳプローブの個々の停止ロケーションは、血管系の既存の画像（血管造影）から評価されることもできる。
ｂ）固有の運動のパラメータの現在値のためのデータ入力部。
ｃ）血管の画像を表示する、例えばモニタのような表示ユニット。

上述した構成要素を有する装置は、更に、少なくとも１つの超音波画像を前記メモリから選択し、それを表示ユニットに表示するように設計される。選択される超音波画像は、データ入力部における固有の運動のパラメータの現在値に対応する。例として、関連するＥＣＧフェーズが現在ＥＣＧフェーズと同一であり又は現在ＥＣＧフェーズから予め規定された量以上ずれていない超音波画像が、メモリから選択されることができる。選択機能は、例えば適切にプログラムされたマイクロプロセッサによって、本装置において実現されることができる。本装置は、更に、本発明の第１の見地による装置の特徴、すなわち記録ロケーションによる超音波画像の付加的な索引付け（indexing）、現在ロケーションのためのデータ入力部、更に付加的にロケーションに基づく選択機能、を有することもできる。本装置のアナログ構造及び組み合わせられるべきそれらの能力に関して、本発明の特別な改良が、以下に、「本発明の第１及び／又は第２の見地による装置」に関して並行に記述される。

本発明の第１及び／又は第２の見地による記述される装置は、医学的介入の間、血管又は血管病変のＩＶＵＳ画像に含まれる情報の最適な利用をリアルタイムに可能にする。これは、装置が、血管内の現在ロケーション及び／又は周期的な固有運動の現在フェーズに対応する（複数の）ＩＶＵＳ画像を決定し、表示ユニットに表示する点において、実現される。従って、医師は、ＩＶＵＳ画像のおそらく判断を誤らせるような静止表示に満足する必要はなく、いつでも実際の状態に対応する画像を見る。これは、医師が、例えば狭窄のような所望の目標位置にカテーテルをナビゲートすることを一層容易にする。

すでに言及したように、血管の周期的な固有運動の要因は、主として、心拍及び呼吸である。従って、本発明の第１及び／又は第２の見地による装置は、好適には、心臓フェーズを特徴付ける（電気的）パラメータを記録する心電計、及び／又は呼吸フェーズを特徴付けるパラメータを記録する呼吸センサを有する。

更に、本発明の第１及び／又は第２の見地による装置は、好適には、血管内超音波プローブ（ＩＶＵＳプローブ）を有し、かかる血管内超音波プローブによって、前記メモリに記憶される超音波画像が、生成されることができる。冒頭に述べたように、このようなＩＶＵＳ画像は、血管の条件を評価するための有用な付加的情報を含む。

本発明の第１及び／又は第２の見地による装置は、更に、血管のＸ線投影画像を生成するためのＸ線装置を有することができる。Ｘ線装置は、特に、Ｘ線投影画像の形で血管の現在画像を提供するために、装置のデータ入力部に結合されることができる。更に、Ｘ線投影は、ＩＶＵＳプローブの個々の停止ロケーションを決定するために、ＩＶＵＳ画像の（引き戻し）シーケンスの生成中に使用されることもできる。

別の展開例において、本発明の第１及び／又は第２の見地による装置は、血管に造影剤を注入するための装置を有する。造影剤の注入によって、（Ｘ線）画像における血管の表現をかなり改善することが可能である。特に、血管造影像は、造影剤及びＸ線装置を使用して生成されることができる。

更に、本発明の第１及び／又は第２の見地による装置は、血管の血管造影像が記憶される他のメモリを有することができ、これらの血管造影像は、本発明の第２の見地に従って、それらの記録時間に属する周期的な固有運動のパラメータの個々の値によってインデックスされる。こうして、記憶された血管造影像の各々について、当該血管造影像が周期的な固有運動のどのフェーズから得られたものであるかが分かる。この場合、装置は、更に、固有の運動のパラメータの現在値に対応する少なくとも１つの血管造影像を、前記他のメモリから選択し、表示ユニットに表示するように設計される。こうして、血管の経路を明確に示す血管造影像が、固有の運動の実際の状態（例えば心拍フェーズ又は呼吸フェーズ）に対応する態様で、リアルタイムに表示ユニットに表示される。超音波画像及び血管造影像は、同じ物理メモリの異なる記憶場所に記憶されることが好ましい。

本発明の第１の見地による装置の別の展開例において、前記装置は、血管の現在画像のデータのためのデータ入力部を有する。この現在画像は、例えば血管のＸ線画像又はＮＭＲ画像でありうる。更に、装置は、血管の現在画像から、関心のあるオブジェクト（例えば血管内の特定の解剖学的構造又はカテーテル）の位置を決定し、対応する超音波画像をメモリから選択するためにそれを「現在ロケーション」として使用するように設計される。言い換えると、記憶されている超音波画像のうち、オブジェクトの領域における血管を示すものだけが、表示ユニットに表示される。こうして、医師は、リアルタイムに更新される、関心のあるオブジェクトの位置に対応する超音波画像の表示を取得し、それによって、その中に含まれる情報を最適に使用することができる。更に、それぞれのケースにおいてデータ入力部に存在する現在画像もまた、血管内超音波画像と共に表示ユニットに表示されることが好ましく、これは、医師が、最適な態様で医学的介入を観察することを可能にする。

上述したケースにおいて、血管内超音波画像が、それらの記録のロケーションによってインデックスされるとき、本発明の第１及び／又は第２の見地による装置は、更に、表示ユニット上に血管の（任意の）画像を表示するとともに、この画像に関して、表示ユニットに同様に表示される超音波画像の幾何学的な位置を示すように設計されることもできる。血管の画像は、例えば血管の現在画像又は記憶された血管造影像でありうる。それぞれの超音波画像に関して、血管のどの位置で当該超音波画像が生成されたかが知られるので、超音波画像のこの位置は、例えば矢印又は十字によって、表示される血管の画像上でマークされることができる。ユーザは、一見して、表示されている超音波画像がどのロケーションに属するかを見ることができる。

本発明は更に、血管を表示する方法であって、
ａ）血管内の関連するロケーションを同時に記録しながら、一連の血管内超音波画像を生成するステップと、
ｂ）血管内の現在ロケーションを検出し、任意には血管の現在画像を生成するステップと、
ｃ）現在ロケーションに対応する少なくとも１つの超音波画像を選択するステップと、
ｄ）選択された超音波画像を、任意には現在画像又はそれに対応する記憶されている画像と共に表示するステップと、
を含む方法に関する。

本発明は、更に、パラメータによって特徴付けられることができる周期的な固有運動を受ける血管を表示する方法にも関する。方法は、特に、前述のタイプの方法と組み合わせられることができ、
ａ）固有の運動の関連するパラメータを同時に記録しながら、一連の血管内超音波画像を生成するステップと、
ｂ）固有の運動のパラメータの現在値を決定し、任意には血管の現在画像を生成するステップと、
ｃ）固有の運動のパラメータの現在値に対応する少なくとも１つの超音波画像を選択するステップと、
ｄ）選択された超音波画像を、任意には現在画像又はそれに対応する記憶されている画像と共に表示するステップと、
を含む。

前記方法は、一般に、本発明の第１及び／又は第２の見地による装置を使用して実施されることができるステップを実現する。従って、本方法の詳細、利点及び展開例の説明に関しては、上述の説明を参照されたい。

本発明は、以下において、図面に示される実施例に関して記述されるが、本発明は、これらの実施例に制約されない。

図１の左側の部分は、患者１の身体内の血管（セグメント）２を示し、前記血管は、例えば冠状血管でありうる。血管２のＸ線投影画像Ａは、Ｘ線放射線源３及びＸ線検出器７によって生成され、データ処理装置８（ワークステーション等）に送られることができる。

更に、血管内超音波画像Ｉを生成するためのＩＶＵＳプローブ５が、カテーテル６の先端部に配置されている。特に、ＩＶＵＳプローブ５が、規定されたスピードで血管を通って引き戻され、その最中に超音波断面画像を規則的な時間間隔で生成するとき、ＩＶＵＳプローブ５によって、いわゆる引き戻しシーケンス（破線を参照）が、生成されることができる。前記超音波断面画像は、データ処理装置８に伝送されることができる。データ処理装置８によって生成される画像Ｉの間のＩＶＵＳプローブ５の位置は、さまざまなやり方で決定されることができ、座標ｘによって記述されることができる。例えば、例として、超音波記録の間、Ｘ線投影が同時に生成されることが可能であり、Ｘ線投影から、ＩＶＵＳプローブ５の関連する位置が決定される。しかしながら、患者１に対するＸ線露光を低減するために、Ｘ線投影が、ＩＶＵＳ引き戻しシーケンスの開始時及び終了時にのみ生成されることも可能であり、中間のＩＶＵＳ画像の位置は、プローブ５の規定される引き戻しスピードにより評価されることが可能である。

更に、心電計４が、図１の左側の部分に示されており、この心電計４によって、電気的な心臓アクティビティＥ（心電図）が記録されることができ、データ処理装置８に供給されることができる。ＥＣＧは、血管２のロケーション及び形状に支配的な影響をもたらす心拍フェーズを特徴付けるパラメータＥを表す。

データ処理装置８は、上述した情報（ＥＣＧＥ、ＩＶＵＳ画像Ｉ、Ｘ線投影Ａ）を受け取り、それを更に処理する中央処理装置９（ＣＰＵ）を有する。プロセッサ９は、２つのメモリ又はメモリ領域１０及び１１（ＲＡＭ、ハードディスク、その他）に接続され、更に表示ユニット１２（モニタ）にも接続される。

ＩＶＵＳプローブ５の引き戻しシーケンスにおいて生成されたＩＶＵＳ画像Ｉは、第１のメモリ領域１０に記憶される。引き戻しシーケンスの間、ＥＣＧＥが、並行して記録された。こうして、メモリ領域１０に記憶されるＩＶＵＳ画像の各々は、それらが生成されたときの心拍フェーズＥと、それらが生成されたロケーションｘと、によってインデックスされる：Ｉ＝Ｉ（Ｅ，ｘ）。ＩＶＵＳ引き戻しシーケンスは、一般に、約３０秒続く（及び１秒あたり約１０乃至３０の超音波画像を含む）ので、約３０の心周期及び２乃至４の呼吸周期が、シーケンスの時間内にある。呼吸周期の知覚上の検出及び対応するパラメータによる超音波画像Ｉの索引付けは、説明を分かりやすくするために図には示されていないが、好適には、ＥＣＧＥによる特徴付けと同様の態様で実施され、処理される。

第２のメモリ領域１１は、一連の血管造影像Ａ＊を含む。これらは、造影剤の投与によって記録された血管２のＸ線投影である。ＥＣＧＥの並行した記録によって、血管造影像Ａ＊は、ここでも、関連する心拍フェーズによって（及び更には呼吸周期よる上述したものに従って）インデックスされる。

メモリ領域１０の超音波画像Ｉ（Ｅ，ｘ）及び必要な場合はメモリ領域１１の血管造影像Ａ＊（Ｅ）の生成は、医学的介入への準備段階において行われる。実際の介入、例えばカテーテル１３を用いてステントを配置する間、カテーテルは、継続的なＸ線蛍光透視観察によって（、しかしながら患者の露光を最小限にするために造影剤を使わずに）、実際の狭窄まで可能な限り精確に押し進められなければならない。この場合、ステントの精確な配置は、介入の成功又はその後の再狭窄のリスクに対する決定的な影響をもつ。この点について、介入の間、医師が利用可能な情報をリアルタイムに最適に使用することを可能にするために、データ処理装置８は、プロセッサ９に関する対応するプログラム等によって、以下に説明するステップを実行するように設計される。

まず、既に上述したように、カテーテル１３は、継続的な蛍光透視観察下において、病巣まで押し進められる。Ｘ線装置３、７によって提供されるそれぞれの現在蛍光透視Ｘ線画像上Ａ_ｔについて、カテーテル１３の瞬間的な停止ロケーションが、データ処理装置８によって特定され、Ｘ線画像Ａ_ｔが、表示ユニット１２に表示される。同時に記録される心電図Ｅによって、ＥＣＧフェーズに関して現在蛍光透視画像に最も良く対応する血管造影画像Ａ＊（Ｅ）が、メモリ領域１１から選択され、表示ユニット１２上で、画像Ａ_ｔの隣に又は画像Ａ_ｔに重ねられて、表示される。現在蛍光透視画像及び静止「ロードマップ」のこのような組み合わせの詳細は、知られており、ゆえに、本明細書においてこれ以上詳しく議論される必要はない。

更に、１又は複数のＩＶＵＳ画像Ｉ（Ｅ，ｘ）が、現在画像Ａ_ｔのＥＣＧフェーズＥに対応する態様で、データ処理装置８によってメモリ領域１０から選択される。図示される例においては、３つのＩＶＵＳ画像Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３が、このように決定され、表示ユニット１２上の現在画像Ａ_ｔのピクチャの隣に表示される。現在画像Ａ_ｔの心拍フェーズに対応するＩＶＵＳ画像Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３の選択は、医師が、いつでも、同じ現在心拍フェーズからのＸ線情報及び血管内超音波情報を、モニタ１２上に示されることを確実にする。このようにして、医師は、ＩＶＵＳ画像に含まれる重要な情報を最適に使用することができる。

モニタ１２に表示されるＩＶＵＳ画像Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３は、血管２に沿ったさまざまな知られている位置ｘに属する。図示されるように、この点で、医師は、例えば現在画像Ａ_ｔ上に線をつなげることによって、ＩＶＵＳ画像Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３の個々のロケーションを示される。

方法の１つの変形例又は他の展開例により、プロセッサ９は、メモリ領域１０からのＩＶＵＳ画像Ｉ（Ｅ，ｘ）のうち、少なくともほぼカテーテル１３の現在停止ロケーションにて生成されたただ１つ（又は幾つか）のＩＶＵＳ画像のみを選択する。従って、図の変形例においては、カテーテル先端部１３の現在停止ロケーションに対応するＩＶＵＳ画像Ｉ_２だけが、モニタ１２に表示される。医師は、現在蛍光透視画像Ａ_ｔの隣に、いつでも、カテーテル先端部のロケーションの関連する血管断面を見る。この点について、「オブジェクトの停止ロケーションに対応する」及び「ＥＣＧフェーズに対応する」という選択基準の重み付けを実施することは有用であり、又は必要でありうる。すなわち、ユーザの設定に依存して、カテーテル１３の現在位置に最も良く対応するＩＶＵＳ画像が、選択され、表示され、又は現在心臓フェーズに最も良く対応するＩＶＵＳ画像が、選択され、表示され、又は上述した基準の間の重み付けされた妥協が成り立つＩＶＵＳ画像が表示される。

最後に、説明された方法及びシステムは、心臓フェーズと同様の態様で処理される呼吸フェーズも考慮することが好ましいことが注目されるべきである。

血管を表示する本発明による装置の構成要素を概略的に示す図。

Claims

パラメータによって特徴付けられることができる周期的な固有の運動を受ける血管を表示する装置であって、
ａ）一連の血管内超音波画像が記憶されるメモリであって、前記超音波画像が、前記血管内のそれらの記録の個々のロケーションと、記録時の前記固有の運動の前記パラメータの個々の値とによってインデックスされる、メモリと、
ｂ）前記血管の現在画像を入力するデータ入力部と、
ｃ）前記現在画像に対応する前記固有の運動の前記パラメータの現在値を入力するデータ入力部と、
ｄ）前記現在画像における前記血管内のオブジェクトの現在ロケーションを記述する情報を入力するデータ入力部と、
ｅ）前記現在ロケーションと、前記固有の運動の前記パラメータの前記現在値とに対応する少なくとも１つの超音波画像を、前記メモリから選択する手段であって、前記超音波画像の前記選択が、前記現在ロケーションと前記パラメータの前記現在値との間の重み付けされた選択基準を使用して行われる、手段と、
ｆ）前記血管の前記現在画像と、前記選択された少なくとも１つの超音波画像を表示する表示ユニットと、
を有する装置。
心臓フェーズを特徴付けるパラメータを記録する心電計、及び／又は呼吸フェーズを特徴付けるパラメータを記録する呼吸センサを有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記メモリに記憶される前記超音波画像を生成する血管内超音波プローブを有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記血管の投影画像を生成するＸ線装置を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記血管に造影剤を注入する装置を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記血管の血管造影像が前記血管の固有の運動のパラメータによってインデックスされる態様で記憶される、他のメモリを有し、
前記固有の運動の前記パラメータの現在値に対応する少なくとも１つの血管造影像を、前記他のメモリから選択し、前記表示ユニットに表示するように設計される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記装置が、前記表示ユニット上に、前記血管の現在画像を表示し、該画像内において、前記表示ユニットに同様に表示される超音波画像の幾何学的な位置を示すように設計される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
パラメータによって特徴付けられることができる周期的な固有の運動を受ける血管を表示する装置の各部が制御手段によって制御される前記装置の動作方法であって、前記装置は、
一連の血管内超音波画像が記憶されるメモリであって、前記超音波画像が、前記血管内のそれらの記録の個々のロケーションと、記録時の前記固有の運動の前記パラメータの個々の値とによってインデックスされる、メモリ、
を有し、前記方法は、
画像入力手段が、前記血管の現在画像を入力し、
パラメータ入力手段が、前記現在画像に対応する前記固有の運動の前記パラメータの現在値を入力し、
ロケーション入力部が、前記現在画像における前記血管内のオブジェクトの現在ロケーションを記述する情報を入力し、
選択手段が、前記現在ロケーションと、前記固有の運動の前記パラメータの前記現在値とに対応する少なくとも１つの超音波画像を、前記メモリから選択し、
表示ユニットが、前記血管の前記現在画像と、前記選択された少なくとも１つの超音波画像を表示する、ことを含み、
前記超音波画像の前記選択が、前記現在ロケーションと前記パラメータの前記現在値との間の重み付けされた選択基準を使用して行われる、方法。