▶ バイオセンス・ウエブスター・（イスラエル）・リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022117968
(43)【公開日】2022-08-12
(54)【発明の名称】臓器内のボクセルを介したカテーテル表現
(51)【国際特許分類】
G06T 15/08 20110101AFI20220804BHJP
A61B 18/12 20060101ALI20220804BHJP
【ＦＩ】
G06T15/08
A61B18/12
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022012768
(22)【出願日】2022-01-31
(31)【優先権主張番号】17/163,978
(32)【優先日】2021-02-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】511099630
【氏名又は名称】バイオセンス・ウエブスター・（イスラエル）・リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ （Ｉｓｒａｅｌ）， Ｌｔｄ．
(74)【代理人】
【識別番号】100088605
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 公延
(74)【代理人】
【識別番号】100130384
【弁理士】
【氏名又は名称】大島 孝文
(72)【発明者】
【氏名】ベンジャミン・コーエン
(72)【発明者】
【氏名】リオール・ザール
(72)【発明者】
【氏名】ナタン・シャロン・カッツ
【テーマコード（参考）】
4C160
5B080
【Ｆターム（参考）】
4C160KK03
4C160KK24
4C160KK36
4C160KK70
5B080AA14
5B080AA17
5B080DA06
5B080FA02
5B080GA00
(57)【要約】 （修正有）
【課題】カテーテルの体積を取得し、解剖学的構造のモデルを構築する方法、デバイス及びシステムを提供する。
【解決手段】位置決めシステム２６は、カテーテル１４及びプロセッサ２２を含む。プロセッサは、複数のボクセルを含むボクセルグリッド及びカテーテルの位置の複数の３次元座標を受信し、３次元座標を用いてカテーテルをディスプレイ２９上にレンダリングする。カテーテルレンダリングは、複数の陰影ピクセルを含む。プロセッサは、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なるボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定し、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なるボクセルグリッドのボクセルをマークする。このように、カテーテルが移動するところであればどこでもボクセル軌跡を生成することができる。ボクセル軌跡は、心腔、血管又は弁など、カテーテルが配置されている内部体積を画定するために使用される。
【選択図】図１
【解決手段】位置決めシステム２６は、カテーテル１４及びプロセッサ２２を含む。プロセッサは、複数のボクセルを含むボクセルグリッド及びカテーテルの位置の複数の３次元座標を受信し、３次元座標を用いてカテーテルをディスプレイ２９上にレンダリングする。カテーテルレンダリングは、複数の陰影ピクセルを含む。プロセッサは、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なるボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定し、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なるボクセルグリッドのボクセルをマークする。このように、カテーテルが移動するところであればどこでもボクセル軌跡を生成することができる。ボクセル軌跡は、心腔、血管又は弁など、カテーテルが配置されている内部体積を画定するために使用される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
システムであって、
プロセッサであって、
複数のボクセルを含むボクセルグリッドを受信することと、
カテーテルの位置の複数の３次元座標を受信することと、
前記３次元座標を用いて前記カテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることであって、前記カテーテルレンダリングが複数の陰影ピクセルを含む、レンダリングすることと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を行うように構成されたプロセッサと、
前記カテーテルレンダリング及び前記マークされたボクセルを表示するために前記プロセッサに接続されたディスプレイ装置と、を備える、システム。
プロセッサであって、
複数のボクセルを含むボクセルグリッドを受信することと、
カテーテルの位置の複数の３次元座標を受信することと、
前記３次元座標を用いて前記カテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることであって、前記カテーテルレンダリングが複数の陰影ピクセルを含む、レンダリングすることと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を行うように構成されたプロセッサと、
前記カテーテルレンダリング及び前記マークされたボクセルを表示するために前記プロセッサに接続されたディスプレイ装置と、を備える、システム。
【請求項2】
前記プロセッサは、中央処理装置（ＣＰＵ）及びグラフィック処理装置（ＧＰＵ）を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記ボクセルグリッドは、前記プロセッサの前記ＣＰＵによって定義される、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記ＣＰＵは、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）アルゴリズムを利用して前記ボクセルグリッドを決定する、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記カテーテルが移動するたびに、前記プロセッサは、前記複数の３次元座標を受信し、前記カテーテルを前記ディスプレイ上にレンダリングし、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる１つ以上のボクセルの前記３次元座標を特定し、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なるものとして特定された前記１つ以上のボクセルをマークするように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記ＧＰＵは、前記ボクセルグリッドを受信することと、前記複数の３次元座標を受信することと、前記カテーテルをレンダリングすることと、前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を行うように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記マークされたボクセルが内部体積を画定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記内部体積が解剖学的構造を画定する、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記プロセッサは、メッシュ生成アルゴリズムを前記マークされたボクセルに適用して、前記内部体積の表面を表すメッシュを生成することを行うように更に構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項10】
有形の非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
プロセッサによって読み取られると、前記プロセッサに、
複数のボクセルを含むボクセルグリッドを受信することと、
カテーテルの位置の複数の３次元座標を受信することと、
前記３次元座標を用いて前記カテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることであって、前記カテーテルレンダリングが複数の陰影ピクセルを含む、レンダリングすることと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を行わせる、プログラム命令が記憶されている、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
プロセッサによって読み取られると、前記プロセッサに、
複数のボクセルを含むボクセルグリッドを受信することと、
カテーテルの位置の複数の３次元座標を受信することと、
前記３次元座標を用いて前記カテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることであって、前記カテーテルレンダリングが複数の陰影ピクセルを含む、レンダリングすることと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を行わせる、プログラム命令が記憶されている、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項11】
プロセッサ上で実行される方法であって、
複数のボクセルを含むボクセルグリッドを受信することと、
カテーテルの位置の複数の３次元座標を受信することと、
前記３次元座標を用いて前記カテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることであって、前記カテーテルレンダリングが複数の陰影ピクセルを含む、レンダリングすることと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を含む、方法。
複数のボクセルを含むボクセルグリッドを受信することと、
カテーテルの位置の複数の３次元座標を受信することと、
前記３次元座標を用いて前記カテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることであって、前記カテーテルレンダリングが複数の陰影ピクセルを含む、レンダリングすることと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を含む、方法。
【請求項12】
前記カテーテルレンダリングのピクセルと重なる前記ボクセルの前記座標（ｉ，ｊ，ｋ）は、陰影ピクセルに関連付けられた３次元座標を前記ボクセルグリッドの前記ボクセルのサイズで割ることによって決定される、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記ボクセルグリッドは、前記プロセッサの中央処理装置（ＣＰＵ）によって定義される、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
前記ＣＰＵは、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）アルゴリズムを利用して前記ボクセルグリッドを決定する、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記カテーテルが移動するたびに、前記プロセッサは、前記複数の３次元座標を受信するステップと、前記カテーテルを前記ディスプレイ上にレンダリングするステップと、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる１つ以上のボクセルの前記３次元座標を特定するステップと、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なるものとして特定された前記１つ以上のボクセルをマークするステップとを実行する、請求項１１に記載の方法。
【請求項16】
前記方法は、前記プロセッサのグラフィック処理装置（ＧＰＵ）を使用して実施される、請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
前記カテーテルは、内部体積を画定する壁の複数のポイントと接触させられ、前記マークされたボクセルは前記内部体積を画定する、請求項１１に記載の方法。
【請求項18】
前記内部体積が解剖学的構造を画定する、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記解剖学的構造が心腔である、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記マークされたボクセルにメッシュ生成アルゴリズムを適用することによって、前記内部体積の表面を表すメッシュを生成することを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内部体積のモデルを構築することに関する。より具体的には、本発明は、解剖学的構造のモデルを構築することに関する。
【背景技術】
【0002】
医学的応用では、心腔などの解剖学的構造のモデルを構築する必要がある場合がある。現在の実装形態では、カテーテルを心腔内で移動させることができ、カテーテルの位置を追跡システムによって連続的に記録することができる。記録された位置、つまり「ポイント」のそれぞれは、心腔を表す「ポイントクラウド」に追加することができる。次に、ポイントクラウドからボクセルの体積を構築することができ、そして、体積からメッシュモデルを構築することができる。しかし、現在の実装形態は、時間がかかり、リソースを大量に消費する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
したがって、解剖学的構造のモデルを構築するためのより効率的なプロセスを有することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【0004】
モデルを作成することができる内部体積を構築するための方法、デバイス、及びシステムが開示される。システムは、カテーテル及びプロセッサを含むことができる。プロセッサは、複数のボクセルを含むボクセルグリッド及びカテーテルの位置の複数の３次元座標を受信するように構成されてもよい。プロセッサは、３次元座標を用いてカテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることができ、ここでカテーテルレンダリングは、複数の陰影ピクセルを含む。プロセッサは、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なるボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定すること、そして少なくとも１つの陰影ピクセルと重なるボクセルグリッドのボクセルをマークすることができる。このように、カテーテルが移動するところであればどこでもボクセル軌跡を生成することができる。ボクセル軌跡は、心腔、血管又は弁など、カテーテルが配置されている内部体積を画定するために使用されてもよい。プロセッサは、占有されているものとしてマークされたボクセルを含む体積にメッシュ生成アルゴリズムを適用することによって、内部体積の表面を表すメッシュを生成するように構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0005】
本発明の前述及び他の特徴と利点は、添付の図面に示されるように、本発明の好ましい実施形態の以下のより具体的な説明から明らかになるであろう。
【図1】例示的な実施形態による、複数の分岐を有する心臓カテーテルを使用して生体の心臓に対する処置を実行するためのシステムの概略図である。
【図3A】例示的な実施形態による、ボクセルの体積を生成するための方法の概略図である。
【図3B】例示的な実施形態による、ボクセルの体積を生成するための方法の概略図である。
【図4】例示的な実施形態による、ボクセルの体積を生成するための方法の流れ図である。
【図5A】例示的な実施形態による、ボクセルグリッド及びピクセルグリッドに関するカテーテルの図である。
【発明を実施するための形態】
【0006】
以下の詳細な説明は、図面を参照して読む必要があり、異なる図面における同様の要素には同一の番号が付けられている。図面は、必ずしも縮尺どおりとは限らず、また選択された実施形態を示しており、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。詳細な説明は、限定ではなく例として、本発明の原理を示す。この説明は、当業者が本発明を製造及び使用することを明らかに可能にし、また本発明を実施するための最良の態様であると現在考えられているものを含めて、本発明のいくつかの実施形態、適応例、変形例、代替物及び使用を説明する。
【0007】
図１は、一実施形態による、生体の心臓１２に対して処置を実行するためのシステム１０の概略図である。システム１０は、カテーテル１４及び制御コンソール２４を含むことができる。システム１０の要素を具現化する１つの市販製品は、ＣＡＲＴＯ（登録商標）３システムとして入手可能であり、これは、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｉｎｃ．（３３３３ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｃａｎｙｏｎ Ｒｏａｄ，Ｄｉａｍｏｎｄ Ｂａｒ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９１７６５）から入手可能である。
【0008】
カテーテル１４は、心臓１２の腔の解剖学的マッピングなど、任意の適切な治療及び／又は診断目的に使用することができる。カテーテル１４は、それぞれがマッピング及び位置感知機能を有する複数の分岐３７を有する細長い本体を有する多電極カテーテルであってもよい。カテーテル１４は、ハンドル２０を更に含んでもよく、これは、典型的には医師である操作者１６が、必要に応じて、カテーテル１４の遠位端を操縦し、分岐３７の位置及び方向を位置決めして方向付けることを可能にする制御部を有する。米国特許第６，９６１，６０２号に記載された５つの分岐を有するカテーテルは、カテーテル１４として使用するのに適している。このカテーテルは、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ ＷｅｂｓｔｅｒからＰｅｎｔａｒａｙ（商標）カテーテル又はプローブとして入手可能である。
【0009】
一部の実施形態では、カテーテル１４は、近位端、遠位端、及び長手方向に中を通って延びる少なくとも１つの管腔を有する細長い本体と、カテーテル本体の遠位端に取り付けられ、少なくとも２つの分岐３７を含むマッピングアセンブリとを含む。各分岐３７は、カテーテル本体の遠位端に取り付けられた近位端と、自由遠位端とを有する。各分岐３７は、形状記憶を有する支持アームと、支持アームを取り囲む非導電性カバーと、分岐３７の遠位端に取り付けられた少なくとも１つの位置センサ４１（図２）と、分岐３７の遠位端に取り付けられ、支持アームから電気的に絶縁された１つ以上の電極と、非導電性カバー内に延在する１つ以上の電極リード線とを含み、各電極線は、対応する電極に取り付けられている。一部の実施形態では、追加の位置センサ（図示せず）を、分岐３７の近位にあるカテーテル１４のシャフト上に配置することができる。
【0010】
カテーテル１４は、操作者１６によって、患者の脈管系を通して心臓１２の腔又は脈管構造に経皮的に挿入されてもよい。操作者１６は、カテーテルの遠位先端１８を所望のマッピング部位で心臓壁と接触させることができる。次に、カテーテル１８の遠位端は、測定値を収集することができる。収集された測定値は、「ポイント」と呼ばれてもよい。各ポイントは、腔の組織上の３次元座標と、この座標で測定されるいくつかの生理学的特性のそれぞれの測定値とを含む。
【0011】
追加的に又は代替的に、切除エネルギー及び電気信号は、遠位先端１８に、又はその近くに配置された１つ以上の任意選択の切除電極を通じて、コンソール２４へのケーブルを介して、心臓１２との間で伝達することができる。ペーシング信号及び他の制御信号は、コンソール２４からケーブル３８及び１つ以上の切除電極を介して心臓１２に伝達することができる。
【0012】
結線３５は、コンソール２４を体表面電極３０及び位置決めサブシステムの他の構成要素と接続することができる。熱電対又はサーミスタなどの温度センサ４３（図２）は、遠位先端１８上に、又はその近くに取り付けられてもよい。
【0013】
コンソール２４は、１つ以上の切除発電機２５を含んでもよい。カテーテル１４は、高周波エネルギー、超音波エネルギー及びレーザ生成光エネルギーを含むがこれらに限定されない任意の既知の切除技術を用いて、心臓に切除エネルギーを伝導するように適合されてもよい。このような方法は、同一出願人による米国特許第６，８１４，７３３号、同第６，９９７，９２４号及び同第７，１５６，８１６号に開示されており、これらは参照により本明細書に組み込まれる。
【0014】
プロセッサ２２は、カテーテル１４の位置及び方向座標を測定するシステム１０の位置決めシステム２６の要素であり得る。
【0015】
一部の実施形態では、位置決めシステム２６は、近傍の所定の作業体積内に磁場を生成し、磁場生成コイル２８を使用してカテーテルでこれらの磁場を感知することによってカテーテル１４の位置及び方向を決定する磁気位置追跡装置を含むことができ、また、例えば参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，７５６，５７６号に教示されているように、インピーダンス測定値を含んでもよい。位置決めシステム２６は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，５３６，２１８号に記載されたインピーダンス測定値を使用する位置測定によって強化することができる。
【0016】
上記のように、カテーテル１４は、コンソール２４に連結されており、これにより操作者１６はカテーテル１４の機能を観察及び調整することができる。コンソール２４は、プロセッサ２２を含む。プロセッサ２２はディスプレイ２９に連結されてもよい。信号処理回路は、上記のセンサ及びカテーテル１４上に配置された複数の位置感知電極（図示せず）によって生成された信号を含めて、カテーテル１４からの信号を受信、増幅、フィルタリング、及びデジタル化することができる。デジタル化された信号を、コンソール２４及び位置決めシステム２６によって受信及び使用して、カテーテル１４の位置及び方向を計算し、電極からの電気信号を分析することができる。
【0017】
一部の実施形態では、プロセッサ２２は、コンピュータであってもよく、また、本明細書に記載された機能を実行するようにソフトウェアでプログラムされてもよい。例えば、一部の実施形態では、プロセッサ２２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードドライブ又はＣＤ ＲＯＭドライブなどの不揮発性二次記憶装置、ネットワークインターフェース、及び／又は周辺機器を含むプログラムされたデジタルコンピューティングデバイスである。当技術分野で知られているように、ソフトウェアプログラムを含むプログラムコード、及び／又はデータは、ＣＰＵ及び／又はＧＰＵによる実行及び処理のためにＲＡＭにロードされ、表示、出力、送信、又は記憶のために結果が生成される。ソフトウェアコードは、ネットワークを介して電子形式でコンピュータにダウンロードされてもよく、又は磁気メモリ、光学メモリ若しくは電子メモリなどの非一時的な有形媒体に提供及び／又は記憶されてもよい。
【0018】
図２は、一実施形態による、電極構成を示す図１の分岐３７のうちの１つの詳細図である。電極構成は、先端電極３９、２つのリング電極４１及び温度センサ４３を含むことができる。先端電極３９は、感知及び切除の両方のために構成されてもよい。温度センサ４３は、カテーテル１４が切除モードにあるときに使用することができる。２つのリング電極４１は、心臓における電気生理学的信号を検出するための感知電極として構成されてもよい。しかしながら、当業者には理解されるように、感知電極及び切除電極は、多くの組み合わせにおいて、数、構成、及び分布がさまざまであってもよい。１つ以上のケーブル４５は、電極、センサ、及びコンソール２４の間で信号を伝達することができる。複数の電極がいくつかの分岐３７に分布しているため、多数の位置から同時に信号を収集することが可能である。
【0019】
現在のシステムでは、上述のカテーテル１４などのカテーテルは、腔内又は隣接する血管内で移動され、カテーテル１４の位置が連続的に記録される。プロセッサ２２は、心腔内の複数の位置のそれぞれの座標を受信することができる。例えば、図１に関して上述したように、ＣＰＵは、位置確認ルーチンから座標を受信することができ、位置確認ルーチンは、遠位端が腔内で移動するときに、カテーテル１４の遠位端の位置を確認する。各座標は、「ポイント」と呼ばれてもよく、座標の集合は「ポイントクラウド」と呼ばれてもよい。ポイントクラウドには、ポイントが存在しないギャップと共に、数百、数千、又は数万のポイントが含まれる場合がある。
【0020】
ＣＰＵは、ＧＰＵにカテーテルツリーを提供することができる。カテーテルツリーは、スプラインの集合を含んでもよく、各スプラインは、複数のポイントを通過するように形成された連続曲線を含む。スプラインを形成する複数のポイントは、カテーテル１４の物理的部分に沿ったポイント（記録された位置）であってもよい。したがって、各スプラインは、カテーテル１４の分岐３７などの物理的部分を表すことができる。一部の実施形態では、スプラインの複数のポイントは、互いに１～２ｍｍ離れている。本明細書で使用される場合、ボクセルグリッドは、規則的に間隔を置いた３次元グリッドであり、ボクセルは、ボクセルグリッド上のデータポイントを表す。現在の実装形態では、プロセッサ２２は、以下の段落で簡単に説明するように、カテーテルツリーを使用して、ボクセル対円柱衝突テスト及び／又はボクセル対球衝突テストを用いることによって体積取得を決定することができる。
【0021】
現在の実装形態では、各スプラインを分岐半径に関連付けることができる。分岐半径は、カテーテル１４の分岐３７の半径に対応することができる。分岐半径及びスプラインの複数のポイントを使用して、プロセッサ２２は円柱を作成することができる。プロセッサ２２は、各スプラインに対して円柱を作成することができる。プロセッサ２２は、カテーテル１４の分岐３７を表す円柱をボクセルグリッド上に重ね合わせて、円柱とボクセルグリッドのボクセルとの間の衝突テストを実行することができる。言い換えれば、プロセッサ２２は、どのボクセルが円柱と重なるか、又は円柱の内側にあるかを判定することができる。ボクセルが円柱と重なるか、又は円柱の内側にある場合、プロセッサ２２は、このボクセルを占有されているものとしてマークする。
【0022】
現在の実装形態では、各スプライン先端を先端半径に関連付けることができる。先端半径は、分岐３７の先端の半径に対応することができる。先端半径及びスプライン先端の１つ以上のポイントを使用して、プロセッサ２２は球を作成することができる。プロセッサ２２は、各スプラインに対して球を作成することができる。プロセッサ２２は、分岐先端を表す球をボクセルグリッド上に重ね合わせて、球とボクセルグリッドのボクセルとの間の衝突テストを実行することができる。言い換えれば、プロセッサ２２は、どのボクセルが球と重なるか、又は球の内側にあるかを判定することができる。ボクセルが球と重なるか、又は球の内側にある場合、プロセッサ２２は、このボクセルを占有されているものとしてマークする。
【0023】
このプロセスを使用して、カテーテルの現在の位置に対応するボクセルを決定することができる。内部体積を画定するために、カテーテルを内部体積全体にわたって移動することができる。内部体積は、心腔などの解剖学的空洞であり得る。プロセッサ２２は、第１ボクセルと第２ボクセルのサブセットとを含む体積にメッシュ生成アルゴリズムを適用することによって、体積の表面を表すメッシュを生成するように構成されてもよい。プロセッサ２２は、ディスプレイ上にメッシュを表示するように更に構成されてもよい。
【0024】
この現在の実装形態は、時間がかかり、リソースを大量に消費する。例えば、Ｐｅｎｔａｒａｙ（商標）カテーテルは、長さが約１０ｍｍの５つの分岐を含む。ボクセルと円柱の衝突検出テストには、約１００回の浮動小数点演算が必要である。その結果、合計５０００回の浮動小数点演算が必要になる可能性がある。更に、カテーテルが頻繁に（例えば、１６ｍｓごとに）移動するたびに、ＣＰＵは更新されたポイントをＧＰＵに提供しなければならず、ポイントをボクセル空間に変換しなければならない。
【0025】
図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、現在の実装形態に従って生成されたカテーテルのボクセル軌跡の概略図３００Ａ及び３００Ｂである。現在の実装形態は、上述したように、時間がかかり、リソースを大量に消費し、カテーテル３０１のレンダリングとボクセル軌跡３０２との間に時間遅延を生じさせる。
【0026】
図４は、一実施形態による、カテーテル４００の体積を生成するための方法である。方法４００は、上述したように、生体の心臓１２に対して処置を実行するために、システム１０上で実行されてもよい。しかしながら、当業者には理解されるように、本明細書に記載の方法４００は、様々な目的のために利用されるコンピュータシステム上に実装されてもよい。
【0027】
４０１において、プロセッサ２２は、体積のボクセルグリッドを定義する。ボクセルグリッドは、任意の適切な形状を有してもよい。一部の実施形態では、ボクセルグリッドは、立方体形状などの３次元グリッド形状であり得る。一部の実施形態では、ボクセルグリッドはＣＰＵによって定義されてもよい。例えば、ＣＰＵは、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）アルゴリズムなどのアルゴリズムを使用してボクセルグリッドを決定することができる。ＣＰＵは、体積を離散数のボクセルとして定義することができる。ＣＰＵは、各ボクセルの寸法を更に定義することができる。ほんの一例として、ボクセルグリッドは、２５６×２５６×２５６個のボクセルを含むことができ、各ボクセルの寸法は、０．８×０．８×０．８ｍｍであり得る。ボクセルグリッド及びボクセル寸法を定義することは、現在の実装形態のように処置中に後で繰り返す必要のない１回限りの操作であり得る。ボクセルグリッド及び各ボクセルの寸法を定義した後、ＣＰＵはこの情報をＧＰＵに送信することができる。ＣＰＵはまた、４０１において、カテーテルツリー情報をＧＰＵに送信することができる。あるいは、プロセスが開始する前に、ＣＰＵは、カテーテルツリー情報をＧＰＵに提供することができる。
【0028】
４０２において、カテーテルが患者に挿入された後、プロセッサ２２は、カテーテル１４の複数の３次元座標を受信する。例えば、図１を参照して上述したように、座標は、位置確認ルーチンから確認することができ、位置確認ルーチンは、遠位端が腔内で移動するときに、カテーテル２６の遠位端の位置を確認する。
【0029】
４０３において、プロセッサ２２は、カテーテル１４の位置に対応する座標及び既知のカテーテルツリー情報を使用して、カテーテル１４をディスプレイ２９上にレンダリングする。プロセッサ２２のＧＰＵは、カテーテル１４をレンダリングするために使用され得る。一部の実施形態では、ＧＰＵは、ディスプレイ２９上にカテーテル１４をレンダリングするために、頂点シェーダ、ラスタライザ、及びピクセルシェーダを含むがこれらに限定されない１つ以上のプログラムを利用してもよい。頂点シェーダは、カテーテル１４の元の３次元座標を受信し、その３次元座標を、画面上に現れる２次元座標、及びＺバッファの深さ値に変換することができる。頂点シェーダは、位置、色、テクスチャ座標などのプロパティを操作することができる。頂点シェーダの出力は、ラスタライザに渡すことができる。ラスタライザは、プリミティブ（例えば、三角形）によってカバーされたピクセルを決定し、カバーされた各ピクセルについて頂点シェーダの出力パラメータを補間することができる。プリミティブによってカバーされたピクセルの各サンプルに対して、「フラグメント」が生成される。次に、ラスタライザの出力は、フラグメントシェーダとしても知られるピクセルシェーダに与えることができる。ピクセルシェーダは、ピクセルグリッド内の複数のピクセルに陰影を付けて、画面上のカテーテルの３次元位置に対応するカテーテル１４の２次元レンダリングを生成することができる。具体的には、ピクセルシェーダは、ピクセルの色、輝度、コントラスト、及び他の特性を決定することができる。しかしながら、当業者には理解されるように、カテーテルのレンダリングは、様々な異なる方法を含み得る。
【0030】
４０４において、プロセッサ２２は、カテーテルレンダリングの陰影ピクセルと重なる各ボクセルの座標を決定する。一部の実施形態では、プロセッサ２２は、式１を使用して、カテーテルレンダリングの陰影ピクセルと重なるボクセルの座標を決定し、ここで、
【0031】
【数1】
は、ボクセル座標（例えば、（ｉ，ｊ，ｋ））であり、ｉｎｔ３は、戻り値（３つの整数）を指し、ＰｉｘｅｌＰｏｓｉｔｉｏｎは、陰影ピクセル（例えば、（ｘ，ｙ，ｚ））に関連付けられたポイントであり、ＶｏｘｅｌＳｉｚｅは、４０１で決定された各ボクセルのサイズである（例えば、０．８ｍｍ×０．８ｍｍ×０．８ｍｍ）。
【0032】
【数2】
【0033】
４０５において、プロセッサ２２は、カテーテルレンダリングのピクセルと重なる１つ以上のボクセルをマークし、そのようなボクセルを占有されているものとして指定する。このように、カテーテル１４が腔の全体にわたって移動すると、マークされたボクセルは、腔の部分体積を表すことができる。
【0034】
４０６において、プロセッサ２２がカテーテル１４の更新された３次元座標を受信すると、プロセスは４０３に戻る。カテーテル１４の更新された３次元座標が受信されない場合、プロセスは４０７で終了する。
【0035】
図５Ａは、ボクセルグリッド（ボクセル５０２から構成される３次元グリッド）及びピクセルグリッド（ピクセル５０１から構成される２次元グリッド）に関連するカテーテルの分岐３７の２次元図５００である。上述したように、ボクセルグリッドは、太い線で示される複数のボクセル５０２を含み、ピクセルグリッドは、細い線で示される複数のピクセル５０１を含む。図示の実施形態では、ピクセルグリッドを構成するピクセル５０１のサイズは、ボクセルグリッドを構成するボクセル５０２よりも小さい。しかしながら、当業者には理解されるように、ピクセル５０１のサイズ及びボクセル５０２のサイズは同じであってもよく、又はボクセル５０２のサイズはピクセル５０１のサイズよりも小さくてもよい。
【0036】
図５Ｂは、図５Ａの分岐３７の２次元図５１０であり、ここで、カテーテルが占有するピクセルは、上記の４０３に関して上述したように、５０１Ａとマークされている。図５Ｂに示される実施形態では、マークされたピクセル５０１Ａは、同じ色、輝度及びコントラストを含む。しかしながら、当業者には理解されるように、マークされたピクセル５０１Ａのそれぞれは、異なる色、輝度、コントラストなどを含んでもよい。
【0037】
図５Ｃは、図５Ａの分岐３７の２次元図５２０であり、ここで、図５Ｂの少なくとも１つの陰影ピクセル５０１Ａと重なる複数のボクセル５０２のボクセル５０２Ａは、４０４及び４０５に関して上述したようにマークされる。
【0038】
プロセッサ２２は、任意選択で、１つ以上のアルゴリズムを適用してカテーテル１４の体積取得を最適化することができる。例えば、すべての側がマークされたボクセルで囲まれているボクセルがある場合、アルゴリズムは、そのボクセルを占有されているものとして特定及びマークすることができる。．追加的に又は代替的に、既知の腔壁を使用して、腔壁の外側で特定されたボクセルの読み取り値が正確な読み取り値でないことを判定することができる。
【0039】
この開示された方法４００は、現在の実装形態よりも時間とリソースを消費しない。例えば、長さが約１０ｍｍの６つのスプラインを含むＰｅｎｔａｒａｙ（商標）カテーテルでは、スプライン上のポイントは約０．５ｍｍ離れている。したがって、スプラインごとに約２０個のポイントが必要となり、結果として１２０個の異なるピクセルが生成される。ボクセルとピクセルの衝突テストには、３回の浮動小数点演算が必要である。このように、合計で約３６０回の浮動小数点演算が必要とされ、それは、現在の実装形態で通常必要とされる数千よりもはるかに少ない。更に、開示された方法４００は、完全にプロセッサ２２のＧＰＵを使用して実施することができる。ＧＰＵのみで動作することにより、方法全体において、ＣＰＵ及びＧＰＵの実行中に情報を複数回アップロード及びダウンロードする必要がない。
【0040】
図６Ａ及び図６Ｂはそれぞれ、一実施形態による、図４の方法に従って生成されたカテーテルのボクセル軌跡の概略図６００Ａ及び６００Ｂである。図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、カテーテルがレンダリングされるところであればどこでもボクセルがマークされ、カテーテルレンダリング６０１の後ろにボクセル軌跡６０２が作成される。ボクセルを見つけるための「実際の」計算がないため、ボクセル軌跡６０２の作成に時間遅延はない。
【0041】
ボクセル軌跡６０２は、心腔、血管又は弁など、カテーテル１４が配置されている内部体積を画定するために使用されてもよい。例えば、内部体積は、内部体積を画定する壁の内面上の複数のポイント内でカテーテル１４を接触させることによって取得することができる。内部体積の外側の体積は、体器官の第２心腔のような追加の解剖学的構造に対応する外部体積であり得る。プロセッサ２２は、占有されているものとしてマークされたボクセルを含む体積にメッシュ生成アルゴリズムを適用することによって、内部体積の表面を表すメッシュを生成するように構成されてもよい。プロセッサ２２は、ディスプレイ上にメッシュを表示するように更に構成されてもよい。
【0042】
本明細書に記載の方法はまた、コンピュータシステム（例えば、汎用コンピュータ又はＣａｒｔｏシステムなどの専用コンピュータ）における全体的な方法の実装に必要な段階的なコンピュータコードを生成するために、熟練したソフトウェアエンジニアによって利用され得るアルゴリズムを含み得る。
【0043】
本開示は主に心腔に関するが、本明細書に記載の技術はまた、任意の他の解剖学的構造又は非解剖学的構造をモデル化するために使用できることに留意されたい。例えば、本明細書に記載の技術は、深さ感知用途において使用されてもよい。
【0044】
本明細書の開示に基づいて、多くの変形が可能であることを理解されたい。特徴及び要素は、特定の組み合わせで上述されているが、各特徴又は要素は、他の特徴及び要素なしで単独で、又は他の特徴及び要素を伴う若しくは伴わない様々な組み合わせで使用することができる。
【0045】
〔実施の態様〕
（１） プロセッサ上で実行される方法であって、
複数のボクセルを含むボクセルグリッドを受信することと、
カテーテルの位置の複数の３次元座標を受信することと、
前記３次元座標を用いて前記カテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることであって、前記カテーテルレンダリングが複数の陰影ピクセルを含む、レンダリングすることと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を含む、方法。
（２） 前記カテーテルレンダリングのピクセルと重なる前記ボクセルの前記座標（ｉ，ｊ，ｋ）は、陰影ピクセルに関連付けられた３次元座標を前記ボクセルグリッドの前記ボクセルのサイズで割ることによって決定される、実施態様１に記載の方法。
（３） 前記ボクセルグリッドは、前記プロセッサの中央処理装置（ＣＰＵ）によって定義される、実施態様１に記載の方法。
（４） 前記ＣＰＵは、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）アルゴリズムを利用して前記ボクセルグリッドを決定する、実施態様３に記載の方法。
（５） 前記カテーテルが移動するたびに、前記プロセッサは、前記複数の３次元座標を受信するステップと、前記カテーテルを前記ディスプレイ上にレンダリングするステップと、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる１つ以上のボクセルの前記３次元座標を特定するステップと、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なるものとして特定された前記１つ以上のボクセルをマークするステップとを実行する、実施態様１に記載の方法。
（１） プロセッサ上で実行される方法であって、
複数のボクセルを含むボクセルグリッドを受信することと、
カテーテルの位置の複数の３次元座標を受信することと、
前記３次元座標を用いて前記カテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることであって、前記カテーテルレンダリングが複数の陰影ピクセルを含む、レンダリングすることと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を含む、方法。
（２） 前記カテーテルレンダリングのピクセルと重なる前記ボクセルの前記座標（ｉ，ｊ，ｋ）は、陰影ピクセルに関連付けられた３次元座標を前記ボクセルグリッドの前記ボクセルのサイズで割ることによって決定される、実施態様１に記載の方法。
（３） 前記ボクセルグリッドは、前記プロセッサの中央処理装置（ＣＰＵ）によって定義される、実施態様１に記載の方法。
（４） 前記ＣＰＵは、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）アルゴリズムを利用して前記ボクセルグリッドを決定する、実施態様３に記載の方法。
（５） 前記カテーテルが移動するたびに、前記プロセッサは、前記複数の３次元座標を受信するステップと、前記カテーテルを前記ディスプレイ上にレンダリングするステップと、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる１つ以上のボクセルの前記３次元座標を特定するステップと、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なるものとして特定された前記１つ以上のボクセルをマークするステップとを実行する、実施態様１に記載の方法。
【0046】
（６） 前記方法は、前記プロセッサのグラフィック処理装置（ＧＰＵ）を使用して実施される、実施態様１に記載の方法。
（７） 前記カテーテルは、内部体積を画定する壁の複数のポイントと接触させられ、前記マークされたボクセルは前記内部体積を画定する、実施態様１に記載の方法。
（８） 前記内部体積が解剖学的構造を画定する、実施態様７に記載の方法。
（９） 前記解剖学的構造が心腔である、実施態様８に記載の方法。
（１０） 前記マークされたボクセルにメッシュ生成アルゴリズムを適用することによって、前記内部体積の表面を表すメッシュを生成することを更に含む、実施態様７に記載の方法。
（７） 前記カテーテルは、内部体積を画定する壁の複数のポイントと接触させられ、前記マークされたボクセルは前記内部体積を画定する、実施態様１に記載の方法。
（８） 前記内部体積が解剖学的構造を画定する、実施態様７に記載の方法。
（９） 前記解剖学的構造が心腔である、実施態様８に記載の方法。
（１０） 前記マークされたボクセルにメッシュ生成アルゴリズムを適用することによって、前記内部体積の表面を表すメッシュを生成することを更に含む、実施態様７に記載の方法。
【0047】
（１１） システムであって、
プロセッサであって、
複数のボクセルを含むボクセルグリッドを受信することと、
カテーテルの位置の複数の３次元座標を受信することと、
前記３次元座標を用いて前記カテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることであって、前記カテーテルレンダリングが複数の陰影ピクセルを含む、レンダリングすることと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を行うように構成されたプロセッサと、
前記カテーテルレンダリング及び前記マークされたボクセルを表示するために前記プロセッサに接続されたディスプレイ装置と、を備える、システム。
（１２） 前記プロセッサは、中央処理装置（ＣＰＵ）及びグラフィック処理装置（ＧＰＵ）を含む、実施態様１１に記載のシステム。
（１３） 前記ボクセルグリッドは、前記プロセッサの前記ＣＰＵによって定義される、実施態様１２に記載のシステム。
（１４） 前記ＣＰＵは、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）アルゴリズムを利用して前記ボクセルグリッドを決定する、実施態様１３に記載のシステム。
（１５） 前記カテーテルが移動するたびに、前記プロセッサは、前記複数の３次元座標を受信し、前記カテーテルを前記ディスプレイ上にレンダリングし、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる１つ以上のボクセルの前記３次元座標を特定し、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なるものとして特定された前記１つ以上のボクセルをマークするように構成されている、実施態様１１に記載のシステム。
プロセッサであって、
複数のボクセルを含むボクセルグリッドを受信することと、
カテーテルの位置の複数の３次元座標を受信することと、
前記３次元座標を用いて前記カテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることであって、前記カテーテルレンダリングが複数の陰影ピクセルを含む、レンダリングすることと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を行うように構成されたプロセッサと、
前記カテーテルレンダリング及び前記マークされたボクセルを表示するために前記プロセッサに接続されたディスプレイ装置と、を備える、システム。
（１２） 前記プロセッサは、中央処理装置（ＣＰＵ）及びグラフィック処理装置（ＧＰＵ）を含む、実施態様１１に記載のシステム。
（１３） 前記ボクセルグリッドは、前記プロセッサの前記ＣＰＵによって定義される、実施態様１２に記載のシステム。
（１４） 前記ＣＰＵは、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）アルゴリズムを利用して前記ボクセルグリッドを決定する、実施態様１３に記載のシステム。
（１５） 前記カテーテルが移動するたびに、前記プロセッサは、前記複数の３次元座標を受信し、前記カテーテルを前記ディスプレイ上にレンダリングし、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる１つ以上のボクセルの前記３次元座標を特定し、少なくとも１つの陰影ピクセルと重なるものとして特定された前記１つ以上のボクセルをマークするように構成されている、実施態様１１に記載のシステム。
【0048】
（１６） 前記ＧＰＵは、前記ボクセルグリッドを受信することと、前記複数の３次元座標を受信することと、前記カテーテルをレンダリングすることと、前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を行うように構成されている、実施態様１１に記載のシステム。
（１７） 前記マークされたボクセルが内部体積を画定する、実施態様１１に記載のシステム。
（１８） 前記内部体積が解剖学的構造を画定する、実施態様１７に記載のシステム。
（１９） 前記プロセッサは、メッシュ生成アルゴリズムを前記マークされたボクセルに適用して、前記内部体積の表面を表すメッシュを生成することを行うように更に構成されている、実施態様１７に記載のシステム。
（２０） 有形の非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
プロセッサによって読み取られると、前記プロセッサに、
複数のボクセルを含むボクセルグリッドを受信することと、
カテーテルの位置の複数の３次元座標を受信することと、
前記３次元座標を用いて前記カテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることであって、前記カテーテルレンダリングが複数の陰影ピクセルを含む、レンダリングすることと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を行わせる、プログラム命令が記憶されている、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
（１７） 前記マークされたボクセルが内部体積を画定する、実施態様１１に記載のシステム。
（１８） 前記内部体積が解剖学的構造を画定する、実施態様１７に記載のシステム。
（１９） 前記プロセッサは、メッシュ生成アルゴリズムを前記マークされたボクセルに適用して、前記内部体積の表面を表すメッシュを生成することを行うように更に構成されている、実施態様１７に記載のシステム。
（２０） 有形の非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
プロセッサによって読み取られると、前記プロセッサに、
複数のボクセルを含むボクセルグリッドを受信することと、
カテーテルの位置の複数の３次元座標を受信することと、
前記３次元座標を用いて前記カテーテルをディスプレイ上にレンダリングすることであって、前記カテーテルレンダリングが複数の陰影ピクセルを含む、レンダリングすることと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの１つ以上のボクセルの座標を特定することと、
少なくとも１つの陰影ピクセルと重なる前記ボクセルグリッドの前記ボクセルをマークすることと、を行わせる、プログラム命令が記憶されている、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【外国語明細書】