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(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】P2022169815
(43)【公開日】2022-11-10
(54)【発明の名称】撮像システム及び撮像カテーテル
(51)【国際特許分類】
A61B 8/12 20060101AFI20221102BHJP
【ＦＩ】
A61B8/12
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2019179245
(22)【出願日】2019-09-30
(71)【出願人】
【識別番号】000109543
【氏名又は名称】テルモ株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】518110280
【氏名又は名称】株式会社ロッケン
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100186015
【弁理士】
【氏名又は名称】小松 靖之
(72)【発明者】
【氏名】坂本 泰一
(72)【発明者】
【氏名】清水 克彦
(72)【発明者】
【氏名】石原 弘之
(72)【発明者】
【氏名】ヌワン ヘラト ムディヤンセラゲ
(72)【発明者】
【氏名】トマ エン
(72)【発明者】
【氏名】クレモン ジャケ
(72)【発明者】
【氏名】イセリン エリックセン
(72)【発明者】
【氏名】佐賀 亮介
【テーマコード（参考）】
4C601
【Ｆターム（参考）】
4C601BB03
4C601BB14
4C601BB24
4C601DD01
4C601DD15
4C601EE09
4C601EE11
4C601FE03
4C601FE04
4C601FF03
4C601GA19
4C601GA25
4C601GB14
4C601KK02
4C601KK31
(57)【要約】
【課題】生体組織の複数の断層画像における各点の三次元空間上での座標を正確に取得可能な撮像システム及び撮像カテーテルを提供する。
【解決手段】本開示に係る撮像システムは、撮像カテーテルと、少なくとも２つの計測機器と、制御装置と、を備える。前記撮像カテーテルは、外シースと、撮像プローブを含む撮像センサと、シャフトと、３つの位置センサと、を備える。前記制御装置は、前記撮像センサから取得される生体構造情報に基づき生成される前記生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標を、前記少なくとも２つの計測機器が計測する前記３つの位置センサの位置情報に基づいて特定可能な座標特定部を備える。前記３つの位置センサは、前記シャフトの中心軸方向で互いに異なる位置に配置されている２つの位置センサと、前記２つの位置センサのいずれか一方の位置センサと前記シャフトの周方向で異なる位置に配置されている１つの位置センサと、からなる。
【選択図】図１
【解決手段】本開示に係る撮像システムは、撮像カテーテルと、少なくとも２つの計測機器と、制御装置と、を備える。前記撮像カテーテルは、外シースと、撮像プローブを含む撮像センサと、シャフトと、３つの位置センサと、を備える。前記制御装置は、前記撮像センサから取得される生体構造情報に基づき生成される前記生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標を、前記少なくとも２つの計測機器が計測する前記３つの位置センサの位置情報に基づいて特定可能な座標特定部を備える。前記３つの位置センサは、前記シャフトの中心軸方向で互いに異なる位置に配置されている２つの位置センサと、前記２つの位置センサのいずれか一方の位置センサと前記シャフトの周方向で異なる位置に配置されている１つの位置センサと、からなる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
撮像カテーテルと、少なくとも２つの計測機器と、制御装置と、を備える撮像システムであって、
前記撮像カテーテルは、
長尺な外シースと、
前記外シース内に配置され、生体内から生体組織を撮像する撮像プローブを含む撮像センサと、
遠位部に前記撮像センサが固定されており、前記外シース内を前記外シースの長手方向に沿って移動可能なシャフトと、
前記シャフトの前記遠位部で前記撮像センサの近傍に配置されている３つの位置センサと、を備え、
前記少なくとも２つの計測機器は、前記３つの位置センサの位置情報を計測可能であり、
前記制御装置は、前記撮像センサから取得される生体構造情報に基づき生成される前記生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標を、前記３つの位置センサの前記位置情報に基づいて特定可能な座標特定部を備え、
前記撮像カテーテルの前記３つの位置センサは、
前記シャフトの前記遠位部において、前記シャフトの中心軸方向で互いに異なる位置に配置されている２つの位置センサと、
前記シャフトの前記遠位部において、前記２つの位置センサのいずれか一方の位置センサと前記シャフトの周方向で異なる位置に配置されている１つの位置センサと、からなる、撮像システム。
前記撮像カテーテルは、
長尺な外シースと、
前記外シース内に配置され、生体内から生体組織を撮像する撮像プローブを含む撮像センサと、
遠位部に前記撮像センサが固定されており、前記外シース内を前記外シースの長手方向に沿って移動可能なシャフトと、
前記シャフトの前記遠位部で前記撮像センサの近傍に配置されている３つの位置センサと、を備え、
前記少なくとも２つの計測機器は、前記３つの位置センサの位置情報を計測可能であり、
前記制御装置は、前記撮像センサから取得される生体構造情報に基づき生成される前記生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標を、前記３つの位置センサの前記位置情報に基づいて特定可能な座標特定部を備え、
前記撮像カテーテルの前記３つの位置センサは、
前記シャフトの前記遠位部において、前記シャフトの中心軸方向で互いに異なる位置に配置されている２つの位置センサと、
前記シャフトの前記遠位部において、前記２つの位置センサのいずれか一方の位置センサと前記シャフトの周方向で異なる位置に配置されている１つの位置センサと、からなる、撮像システム。
【請求項2】
前記シャフトは、
前記外シース内で前記長手方向に沿って延在する内シースと、
遠位部に前記撮像センサが固定されており、前記内シース内に延在すると共に前記内シース内で回転可能なシャフト本体と、を備え、
前記３つの位置センサは、前記内シースに保持されており、
前記撮像センサは、前記撮像プローブを１つのみ含み、
前記撮像カテーテルは、前記シャフト本体と共に前記撮像センサが回転することにより、前記生体構造情報を取得するように構成されている、請求項１に記載の撮像システム。
前記外シース内で前記長手方向に沿って延在する内シースと、
遠位部に前記撮像センサが固定されており、前記内シース内に延在すると共に前記内シース内で回転可能なシャフト本体と、を備え、
前記３つの位置センサは、前記内シースに保持されており、
前記撮像センサは、前記撮像プローブを１つのみ含み、
前記撮像カテーテルは、前記シャフト本体と共に前記撮像センサが回転することにより、前記生体構造情報を取得するように構成されている、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項3】
前記２つの位置センサのうち前記一方の位置センサと、前記１つの位置センサと、は前記シャフトの前記周方向において対向する位置に配置されている、請求項１又は２に記載の撮像システム。
【請求項4】
前記２つの位置センサは、前記シャフトの前記中心軸方向に対向する位置に配置されている、請求項１から３のいずれか１つに記載の撮像システム。
【請求項5】
前記撮像プローブは超音波振動子であり、
前記制御装置は、
前記超音波振動子から得られた前記生体構造情報及び前記座標特定部により特定された生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標に基づいて、前記生体組織の三次元画像を構築する三次元構築部と、
前記座標特定部により特定された生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標に基づいて、前記生体組織の内壁面に垂直な方向における前記生体組織の厚みを算出する厚み算出部と、を備える、請求項１から４のいずれか１つに記載の撮像システム。
前記制御装置は、
前記超音波振動子から得られた前記生体構造情報及び前記座標特定部により特定された生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標に基づいて、前記生体組織の三次元画像を構築する三次元構築部と、
前記座標特定部により特定された生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標に基づいて、前記生体組織の内壁面に垂直な方向における前記生体組織の厚みを算出する厚み算出部と、を備える、請求項１から４のいずれか１つに記載の撮像システム。
【請求項6】
前記制御装置は、前記厚み算出部で算出した前記生体組織の厚み情報に基づいて、前記三次元画像上における前記生体組織の前記内壁面を、前記生体組織の厚みに応じて識別可能に表示するための処理を実行する識別処理部を備える、請求項５に記載の撮像システム。
【請求項7】
前記制御装置は、前記厚み算出部で算出した前記生体組織の厚み情報に基づいて、前記生体組織の前記内壁面の所定箇所に与える熱量を算出する熱量算出部を備える、請求項５又は６に記載の撮像システム。
【請求項8】
前記制御装置は、前記熱量算出部で算出された熱量を、前記三次元画像上における前記生体組織の前記内壁面の前記所定箇所上に表示する表示部を備える、請求項７に記載の撮像システム。
【請求項9】
長尺な外シースと、
前記外シース内に配置され、生体管腔内から生体組織を撮像する撮像プローブを含む撮像センサと、
遠位部に前記撮像センサが固定されており、前記外シース内を前記外シースの長手方向に沿って移動可能なシャフトと、
前記シャフトの前記遠位部で前記撮像センサの近傍に配置されている３つの位置センサと、を備え、
前記３つの位置センサは、
前記シャフトの前記遠位部において、前記シャフトの中心軸方向で互いに異なる位置に配置されている２つの位置センサと、
前記シャフトの前記遠位部において、前記２つの位置センサのいずれか一方の位置センサと前記シャフトの周方向で異なる位置に配置されている１つの位置センサと、からなる、撮像カテーテル。
前記外シース内に配置され、生体管腔内から生体組織を撮像する撮像プローブを含む撮像センサと、
遠位部に前記撮像センサが固定されており、前記外シース内を前記外シースの長手方向に沿って移動可能なシャフトと、
前記シャフトの前記遠位部で前記撮像センサの近傍に配置されている３つの位置センサと、を備え、
前記３つの位置センサは、
前記シャフトの前記遠位部において、前記シャフトの中心軸方向で互いに異なる位置に配置されている２つの位置センサと、
前記シャフトの前記遠位部において、前記２つの位置センサのいずれか一方の位置センサと前記シャフトの周方向で異なる位置に配置されている１つの位置センサと、からなる、撮像カテーテル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は撮像システム及び撮像カテーテルに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、超音波センサと位置センサとを組み合わせることで、生体組織を３Ｄマッピングする方法が知られている。特許文献１～４には、この種の方法が記載されている。また、特許文献１～４に記載の方法では、超音波センサを含むカテーテルを生体内に挿入し、生体組織の複数の断層画像を取得することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第７５１７３１８号明細書
【特許文献2】米国特許第５８７６３４５号明細書
【特許文献3】米国特許第６７１６１６６号明細書
【特許文献4】米国特許第６７７３４０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１～４に記載される超音波センサを含むカテーテルでは、カテーテルの蛇行や曲がりがある場合に、組織構造情報としての生体組織の複数の断層画像に積層して三次元画像を生成しても、正確な三次元画像にならない。そのため、二次元画像である複数の断層画像における各点の三次元空間上での座標を正確に取得することが望まれている。
【0005】
本開示は、生体組織の複数の断層画像における各点の三次元空間上での座標を正確に取得可能な撮像システム及び撮像カテーテルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に係る撮像システムは、撮像カテーテルと、少なくとも２つの計測機器と、制御装置と、を備える撮像システムであって、前記撮像カテーテルは、長尺な外シースと、前記外シース内に配置され、生体内から生体組織を撮像する撮像プローブを含む撮像センサと、遠位部に前記撮像センサが固定されており、前記外シース内を前記外シースの長手方向に沿って移動可能なシャフトと、前記シャフトの前記遠位部で前記撮像センサの近傍に配置されている３つの位置センサと、を備え、前記少なくとも２つの計測機器は、前記３つの位置センサの位置情報を計測可能であり、前記制御装置は、前記撮像センサから取得される生体構造情報に基づき生成される前記生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標を、前記３つの位置センサの前記位置情報に基づいて特定可能な座標特定部を備え、前記撮像カテーテルの前記３つの位置センサは、前記シャフトの前記遠位部において、前記シャフトの中心軸方向で互いに異なる位置に配置されている２つの位置センサと、前記シャフトの前記遠位部において、前記２つの位置センサのいずれか一方の位置センサと前記シャフトの周方向で異なる位置に配置されている１つの位置センサと、からなる。
【0007】
本開示の１つの実施形態として、前記シャフトは、前記外シース内で前記長手方向に沿って延在する内シースと、遠位部に前記撮像センサが固定されており、前記内シース内に延在すると共に前記内シース内で回転可能なシャフト本体と、を備え、前記３つの位置センサは、前記内シースに保持されており、前記撮像センサは、前記撮像プローブを１つのみ含み、前記撮像カテーテルは、前記シャフト本体と共に前記撮像センサが回転することにより、前記生体構造情報を取得するように構成されている。
【0008】
本開示の１つの実施形態として、前記２つの位置センサのうち前記一方の位置センサと、前記１つの位置センサと、は前記シャフトの前記周方向において対向する位置に配置されている。
【0009】
本開示の１つの実施形態として、前記２つの位置センサは、前記シャフトの前記中心軸方向に対向する位置に配置されている。
【0010】
本開示の１つの実施形態として、前記撮像プローブは超音波振動子であり、前記制御装置は、前記超音波振動子から得られた前記生体構造情報及び前記座標特定部により特定された生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標に基づいて、前記生体組織の三次元画像を構築する三次元構築部と、前記座標特定部により特定された生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標に基づいて、前記生体組織の内壁面に垂直な方向における前記生体組織の厚みを算出する厚み算出部と、を備える。
【0011】
本開示の１つの実施形態として、前記制御装置は、前記厚み算出部で算出した前記生体組織の厚み情報に基づいて、前記三次元画像上における前記生体組織の前記内壁面を、前記生体組織の厚みに応じて識別可能に表示するための処理を実行する識別処理部を備える。
【0012】
本開示の１つの実施形態として、前記制御装置は、前記厚み算出部で算出した前記生体組織の厚み情報に基づいて、前記生体組織の前記内壁面の所定箇所に与える熱量を算出する熱量算出部を備える。
【0013】
本開示の１つの実施形態として、前記制御装置は、前記熱量算出部で算出された熱量を、前記三次元画像上における前記生体組織の前記内壁面の前記所定箇所上に表示する表示部を備える。
【0014】
本開示に係る撮像カテーテルは、長尺な外シースと、前記外シース内に配置され、生体管腔内から生体組織を撮像する撮像プローブを含む撮像センサと、遠位部に前記撮像センサが固定されており、前記外シース内を前記外シースの長手方向に沿って移動可能なシャフトと、前記シャフトの前記遠位部で前記撮像センサの近傍に配置されている３つの位置センサと、を備え、前記３つの位置センサは、前記シャフトの前記遠位部において、前記シャフトの中心軸方向で互いに異なる位置に配置されている２つの位置センサと、前記シャフトの前記遠位部において、前記２つの位置センサのいずれか一方の位置センサと前記シャフトの周方向で異なる位置に配置されている１つの位置センサと、からなる。
【発明の効果】
【0015】
本開示によれば、生体組織の複数の断層画像における各点の三次元空間上での座標を正確に取得可能な撮像システム及び撮像カテーテルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本開示の一実施形態としての撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本開示に係る撮像システム及び撮像カテーテルの実施形態について図面を参照して例示説明する。各図において共通する部材・部位には同一の符号を付している。本明細書では、本開示に係る撮像カテーテルにおいて臓器、血管等の生体内に挿入される一端側を「遠位側」又は「先端側」と記載する。また、本開示に係る撮像カテーテルにおいて医療従事者により操作される他端側である手元側を「近位側」又は「基端側」と記載する。更に、本開示に係る撮像カテーテルの外シースの長手方向を単に「長手方向Ｌ」と記載する。本開示に係る撮像カテーテルの外シースの周方向を単に「周方向Ｍ」と記載する。本開示に係る撮像カテーテルの外シースの径方向を単に「径方向Ｎ」と記載する。
【0018】
図１は、本開示に係る撮像システムの一実施形態としての撮像システム１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、撮像システム１００は、本開示に係る撮像カテーテルの一実施形態としての撮像カテーテル１と、２つの計測機器２と、画像処理装置３と、を備える。画像処理装置３は、制御装置６０を備える。図２は、撮像システム１００の概略図である。図３は、撮像カテーテル１を示す図である。図４は、撮像カテーテル１の遠位部及びその近傍を示す断面図である。図５は、撮像カテーテル１の近位部及びその近傍を示す断面図である。図６は、図４に示す状態よりもシャフト２２を近位側に移動（図６の太線矢印参照）させた状態での、図４と同じ位置での断面図である。図７は、図５に示す状態よりもシャフト２２を近位側に移動（図７の太線矢印参照）させた状態での、図５と同じ位置での断面図である。図８（ａ）は、シャフト２２の内シース２７単体の先端視を示す図である。図８（ｂ）は、シャフト２２の内シース２７単体の遠位部の一側面視（図４に示す内シース２７の上面側を見た側面視）を示す図である。
【0019】
撮像システム１００によれば、臓器、血管等の生体内の複数の断層画像を生成することができる。また、本実施形態の撮像システム１００によれば、生成された複数の断層画像に基づき、臓器、血管等の三次元画像を生成することができる。医療従事者は、例えば手技中に、撮像システム１００により生成される複数の断層画像及び三次元画像を確認することで、手技を円滑に進めることができる。
【0020】
【0021】
撮像センサ２１は、外シース２３内に配置されている。また、撮像センサ２１は、生体内から生体組織を撮像する撮像プローブ２１ａを含む。
【0022】
シャフト２２は、外シース２３内を外シース２３の長手方向Ｌに沿って移動可能である。シャフト２２の遠位部には、撮像センサ２１が固定されている。詳細は後述するが、本実施形態のシャフト２２は、内シース２７と、シャフト本体２８と、を備える。但し、シャフト２２は、本実施形態の内シース２７及びシャフト本体２８を備える構成に限られない。
【0023】
３つの位置センサ２４は、シャフト２２の遠位部で撮像センサ２１の近傍に配置されている。３つの位置センサ２４は、後述する２つの計測機器２により三次元空間上での位置情報を特定可能に、構成されている。詳細は後述するが、本実施形態の３つの位置センサ２４は、シャフト２２の内シース２７に保持されている。但し、３つの位置センサ２４の保持位置は、シャフト２２の具体的な構成に応じて適宜変更することができ、本実施形態の保持位置に限られない。
【0024】
図３に示すように、３つの位置センサ２４は、シャフト２２の遠位部において、シャフト２２の中心軸方向Ｄで互いに異なる位置に配置されている２つの位置センサ２４ｂ及び２４ｃを備える。
【0025】
また、図３に示すように、３つの位置センサ２４は、シャフト２２の遠位部において、上述の２つの位置センサ２４ｂ及び２４ｃの少なくともいずれか一方の位置センサとシャフト２２の周方向Ｅで異なる位置に配置されている１つの位置センサ２４ａを備える。「シャフト２２の周方向Ｅ」とは、シャフト２２の中心軸Ｏ１の周りの周方向を意味する。
【0026】
以下、説明の便宜上、本実施形態の位置センサ２４ａを「第１位置センサ２４ａ」と記載し、本実施形態の位置センサ２４ｂを「第２位置センサ２４ｂ」と記載し、本実施形態の位置センサ２４ｃを「第３位置センサ２４ｃ」と記載する。また、第１位置センサ２４ａ、第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃを特に区別することなく呼ぶ場合は、単に「位置センサ２４」と記載する。
【0027】
撮像カテーテル１は、上記位置関係にある３つの位置センサ２４を含む構成であればよく、更に別の位置センサを含んでもよい。つまり、撮像カテーテル１は、上記位置関係にある少なくとも３つの位置センサ２４を備える構成であれば、位置センサ２４の総数は限定されず、４つ以上の位置センサ２４を備えてもよい。
【0028】
詳細は後述するが、本実施形態の第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃは、シャフト２２の中心軸方向Ｄにおいて互いに対向する位置に配置されている（図８（ｂ）参照）。また、詳細は後述するが、本実施形態では、第１位置センサ２４ａと、第２位置センサ２４ｂと、がシャフト２２の周方向Ｅにおいて互いに対向する位置に配置されている（図８（ａ）参照）。
【0029】
本実施形態の撮像システム１００は、２つの計測機器２を備えるが、少なくとも２つの計測機器２を備えればよく、３つ以上の計測機器２を備えてもよい。２つの計測機器２は、３つの位置センサ２４の位置情報を計測可能である。
【0030】
画像処理装置３は、上述したように制御装置６０を備える。制御装置６０は、撮像カテーテル１の撮像センサ２１から生体構造情報を取得する。制御装置６０は、生体構造情報に基づき生体組織の複数の断層画像を生成することができる。また、制御装置６０は座標特定部６２を備える。具体的な特定手法の例は後述するが、制御装置６０の座標特定部６２は、生成された生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標を、上述の位置関係にある３つの位置センサ２４の位置情報に基づいて特定することができる。
【0031】
そのため、撮像システム１００によれば、撮像カテーテル１により撮像される複数の断層画像の各点の三次元空間における三次元座標を特定することができる。そのため、撮像カテーテル１が生体内で生体組織に沿うことなく蛇行又は曲がっている場合であっても、撮像システム１００の制御装置６０は、生体組織の正確な三次元画像を生成することができる。
【0032】
また、複数の断層画像における各点の三次元空間上での座標が特定されれば、３Ｄマッピングで用いられている既存の装置においても座標データを共有することができ、既存の装置を利用して容易に三次元画像を表示するができ、医療従事者にとっての利便性を高めることができる。
【0033】
なお、上述した本実施形態の撮像システム１００は、制御装置６０を含む画像処理装置３を備えるが、制御装置６０を備える構成であればよく、画像処理装置３を含む構成に限定されない。
【0034】
以下、本実施形態の撮像システム１００の詳細について説明する。
【0035】
＜撮像カテーテル１＞
本実施形態の撮像カテーテル１は、主として心腔または血管内に挿入されて心臓や血管の生体構造情報を取得する。具体的に、本実施形態の撮像カテーテル１は、シャフト２２の後述するシャフト本体２８と共に撮像センサ２１が回転することにより、生体構造情報を取得するように構成されている。図３～図８に示すように、本実施形態の撮像カテーテル１は、上述した撮像センサ２１、シャフト２２、外シース２３及び位置センサ２４に加えて、第１ハウジング２５と、第２ハウジング２６と、信号線３４と、ジョイント４２と、を備える。
本実施形態の撮像カテーテル１は、主として心腔または血管内に挿入されて心臓や血管の生体構造情報を取得する。具体的に、本実施形態の撮像カテーテル１は、シャフト２２の後述するシャフト本体２８と共に撮像センサ２１が回転することにより、生体構造情報を取得するように構成されている。図３～図８に示すように、本実施形態の撮像カテーテル１は、上述した撮像センサ２１、シャフト２２、外シース２３及び位置センサ２４に加えて、第１ハウジング２５と、第２ハウジング２６と、信号線３４と、ジョイント４２と、を備える。
【0036】
本実施形態の撮像センサ２１は超音波センサである。本実施形態では、撮像センサ２１としての超音波センサが、撮像プローブ２１ａとしての超音波振動子を１つのみ備える。超音波振動子は、例えば圧電素子を含む。本実施形態の撮像プローブ２１ａとしての超音波振動子は、シャフト２２の周方向Ｅの一部で、シャフト２２の径方向外側に向かって超音波を送信する。したがって、本実施形態の撮像プローブ２１ａは、シャフト２２の径方向外側に位置する生体組織に向けて超音波を送信する。また、本実施形態の撮像プローブ２１ａは、生体組織に反射された超音波を受信する。本実施形態の撮像センサ２１は、撮像プローブ２１ａと、この撮像プローブ２１ａを保持すると共にシャフト２２に固定される保持体２１ｂと、を備える。シャフト２２の中心軸方向Ｄと直交する断面における撮像センサ２１の最大外径は、シャフト２２の遠位部の最大外径よりも大きい。撮像センサ２１の最大外径は、シャフト２２の後述する内シース２７の最大外径と同程度であるが、これに限定されない。
【0037】
本実施形態の撮像センサ２１は超音波センサであるが、これに限定されない。画像処理装置３として、例えば光干渉断層診断装置（OCT: Optical Coherence Tomography）を用いる場合には、撮像センサ２１は、この光干渉断層診断装置に適用可能な光を利用したセンサとすることができる。また、画像処理装置３として、例えば光学周波数領域画像化診断装置（OFDI: Optical Frequency Domain Imaging）を用いる場合には、撮像センサ２１は、この光学周波数領域画像化診断装置に適用可能な光を利用したセンサとすることができる。この種の光を利用するセンサでは、心臓や血管の内壁面に向けて光を出射し、その反射光を検出する撮像プローブ２１ａが用いられる。
【0038】
本実施形態のシャフト２２は、内シース２７と、シャフト本体２８と、を備える。
【0039】
内シース２７は、外シース２３の後述する外シース本体３５に遠位側の一部が挿入される筒体である。内シース２７は、外シース２３内で、外シース２３の中心軸に沿って延在している。より具体的に、内シース２７は、外シース２３の外シース本体３５内で、外シース本体３５の中心軸に沿って延在している。内シース２７は、外シース２３の外シース本体３５の内部で、外シース本体３５の中心軸に沿って移動可能である。内シース２７は、シャフト本体２８と共に回転しない。内シース２７の近位部は、外シース本体３５および第１ハウジング２５から近位側に導出されて、第２ハウジング２６に固定されている。
【0040】
より具体的に、本実施形態の内シース２７は、内シース本体２９と、内シース補強体３０と、を備える。
【0041】
内シース本体２９は、シャフト本体２８を回転可能に収容している。内シース本体２９の遠位部は、撮像センサ２１の近位側に、撮像センサ２１に近接して位置している。内シース補強体３０は、内シース本体２９の近位部の外周面を補強する環状体である。内シース補強体３０により、内シース本体２９の近位部の曲げ剛性が高められる。そのため、内シース２７は、第１ハウジング２５よりも近位側に露出した状態であっても曲がり難い。これにより、内シース２７は、外シース２３に対して、外シース２３の中心軸に沿って安定して往復移動することができる。本実施形態の内シース補強体３０は、内シース本体２９の径方向外側を覆う環状体であるが、この構成に限られない。内シース補強体３０は、例えば、内シース本体２９に埋設される線材であってもよい。
【0042】
シャフト本体２８は、遠位部に撮像センサ２１が固定されている。シャフト本体２８は、内シース２７内を延在している。また、シャフト本体２８は、内シース２７内で回転可能である。撮像カテーテル１では、シャフト本体２８と共に撮像センサ２１が回転することにより、周方向Ｍの全域において、径方向Ｎの外側に位置する生体組織の生体構造情報を取得することができる。また、シャフト本体２８は、内シース２７と共に、外シース本体３５内を長手方向Ｌに沿って移動可能である。そのため、撮像カテーテル１では、シャフト本体２８と共に撮像センサ２１が長手方向Ｌに沿って移動することにより、長手方向Ｌの所定範囲に亘って、径方向Ｎの外側に位置する生体組織の生体構造情報を取得することができる。
【0043】
シャフト本体２８は、画像処理装置３の駆動部５０（図１、図２参照）から作用する回転駆動力を撮像センサ２１に伝達する。シャフト本体２８は、内シース２７を貫通する柔軟な駆動シャフト部３１と、この駆動シャフト部３１の近位部に固定される接続パイプ部３２と、を備える。駆動シャフト部３１の遠位端は、保持体２１ｂに固定されている。駆動シャフト部３１は、例えば、軸まわりの巻き方向が異なる多層のコイルによって構成される。接続パイプ部３２は、例えば金属製の環状体である。接続パイプ部３２の近位部は、第２ハウジング２６の内部で回転するロータ３３に固定されている。駆動シャフト部３１及び接続パイプ部３２の内部には、信号線３４が通されている。
【0044】
シャフト２２が上述の内シース２７を備えることで、外シース本体３５の内径に比べて細いシャフト本体２８を用いても、シャフト本体２８の長手方向Ｌの移動安定性及び周方向Ｍの回転安定性を維持することができる。例えば、撮像カテーテル１による生体組織の撮像が、心腔のような広い空間で行われる場合、撮像センサ２１から生体組織までの距離が長くなる。このような場合には、撮像センサ２１を大型化することで、生体組織を正確に撮像することができる。しかしながら、撮像センサ２１が大型化すると、それに応じて、外シース本体３５の内径が大きくなる。それに合わせて、シャフト本体２８の外径を大きくすることは、シャフト本体２８の近位部の負担、必要な回転駆動力が増加することなどから、望ましくない。しかしながら、シャフト本体２８の外径が、撮像センサ２１よりも小さ過ぎると、外シース本体３５の内周面とシャフト本体２８の外周面の間に、広い空間が生じる。この広い空間は、シャフト本体２８の上述の移動安定性及び回転安定性を低下させる。内シース２７は、この広い空間に配置されるため、シャフト本体２８の上述の移動安定性及び回転安定性を高めることができる。
【0045】
外シース２３は、生体管腔内に挿入される長尺な管体である。外シース２３は、外シース本体３５と、遠位チューブ３６と、連結チューブ３７と、を備えている。
【0046】
遠位チューブ３６には、ガイドワイヤルーメン３６ａを区画する筒体である。ガイドワイヤルーメン３６ａには、ガイドワイヤ２００が挿通される。撮像カテーテル１は、遠位部にのみガイドワイヤルーメン３６ａが設けられる所謂“ラピッドエクスチェンジ型”のカテーテルである。そのため、本実施形態のように、外シース本体３５内の遠位端が閉鎖された構成を実現できる。
【0047】
外シース本体３５は、撮像センサ２１、内シース２７およびシャフト本体２８を収容している。外シース本体３５内の撮像センサ２１、内シース２７およびシャフト本体２８は、外シース本体３５の中心軸に沿って移動可能である。さらに、外シース本体３５内の撮像センサ２１およびシャフト本体２８は、外シース本体３５内で回転可能である。外シース本体３５は、近位端が開口し、遠位端が開口せずに閉鎖された筒体である。外シース本体３５の近位部は、第１ハウジング２５に固定されている。
【0048】
連結チューブ３７は、遠位チューブ３６を外シース本体３５に対して連結する筒体である。連結チューブ３７の遠位部は、遠位チューブ３６の径方向外側を囲んでいる。連結チューブ３７の近位部は、外シース本体３５の遠位部の径方向外側を囲んでいる。本実施形態において、遠位チューブ３６の中心軸と外シース本体３５の中心軸とは、一致していないが、略平行に延在している。
【0049】
第１ハウジング２５は、図３、図５、図７に示すように、外シース２３の近位部が液密に固定されている。第１ハウジング２５は、貫通する第１中空部２５ａを区画している。第１ハウジング２５は、第１中空部２５ａの一端が外シース本体３５の中空部と液密に連通するように、外シース２３に固定されている。第１中空部２５ａには、外シース本体３５から近位側へ導出されている内シース２７およびシャフト本体２８が挿通されている。内シース２７およびシャフト本体２８は、第１中空部２５ａの他端から突出している。第１中空部２５ａの他端側には、第１中空部２５ａを区画する内面と、第１中空部２５ａに挿通されている内シース２７の外周面と、の間に介在する第１封止部３８が配置されている。第１封止部３８は、内シース２７の外周面と、内シース２７の中心軸に沿って摺動可能に接触している。第１封止部３８は、例えば、Ｏリング等により構成可能である。また、第１ハウジング２５は、筒状の第１ポート３９を備える。第１ポート３９が区画する中空部は、第１中空部２５ａに連通している。本実施形態の第１ポート３９には、生理食塩液等の流体を排出する、後述する流体供給部５９の回収管５９ｂ（図２等参照）が連結可能である。
【0050】
第２ハウジング２６は、第１ハウジング２５の近位側に配置される。第２ハウジング２６は、第１ハウジング２５から近位側へ導出される内シース２７の近位部が、液密に固定されている。第２ハウジング２６は、第１ハウジング２５に対して、内シース２７の中心軸に沿って近接又は離間するように移動可能である。
【0051】
第２ハウジング２６は、貫通する第２中空部２６ａを区画している。第２ハウジング２６は、第２中空部２６ａの一端が内シース２７の中空部と液密に連通するように、内シース２７に固定されている。第２中空部２６ａには、内シース２７から近位側へ導出されているシャフト本体２８が挿通されている。第２中空部２６ａの他端側には、第２中空部２６ａを区画する内面と、第２中空部２６ａに挿通されているシャフト本体２８の外周面と、の間に介在する第２封止部４０が配置されている。第２封止部４０は、シャフト本体２８の接続パイプ部３２の外周面と、シャフト本体２８の中心軸に沿って摺動可能に接触している。第２封止部４０は、例えば、Ｏリング等により構成可能である。また、第２ハウジング２６は、筒状の第２ポート４１を備える。第２ポート４１が区画する中空部は、第２中空部２６ａに連通している。本実施形態の第２ポート４１には、生理食塩液等の流体を注入する、後述する流体供給部５９の供給管５９ａ（図２等参照）が連結可能である。
【0052】
ジョイント４２は、第２ハウジング２６の近位側に固定されている。ジョイント４２の内部には、コネクタ４３およびロータ３３が配置される。コネクタ４３は、画像処理装置３の駆動部５０（図１、図２参照）と連結可能である。コネクタ４３は、駆動部５０と機械的および電気的に連結される。コネクタ４３には、接続パイプ部３２の内部を通る信号線３４が接続されている。したがって、コネクタ４３は、信号線３４を介して、撮像センサ２１に接続されている。
【0053】
ロータ３３には、接続パイプ部３２が固着されている。ロータ３３は、ジョイント４２の内部で、コネクタ４３と一体的に回転する。ロータ３３が回転することで、ロータ３３に固定されているシャフト本体２８が回転する。
【0054】
信号線３４は、シャフト本体２８の内部を貫通して延在している。信号線３４は、ロータ３３から伝わる信号を、撮像センサ２１に伝達する。また、信号線３４は、撮像センサ２１で検出された信号を、ロータ３３を介して、画像処理装置３に伝達する。本実施形態の撮像センサ２１及び画像処理装置３は信号線３４により電気的に有線接続されているがこの構成に限られず、無線接続される構成であってもよい。また、本実施形態の信号線３４は、電気信号を伝達する構成であるが、この構成に限られない。撮像センサ２１が光を利用したセンサの場合、信号線３４は、例えば、光信号を伝達する光ファイバにより構成とされる。
【0055】
外シース本体３５、遠位チューブ３６、連結チューブ３７および内シース本体２９の構成材料は、可撓性を有し、ある程度の強度を有すれば特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（エチレン・四フッ化エチレン共重合体）等のフッ素系ポリマー、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ポリイミド等が好適に使用できる。
【0056】
内シース補強体３０の構成材料は、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン等が好適に使用できる。
【0057】
第１ハウジング２５および第２ハウジング２６の構成材料は、ある程度の強度を有すれば特に限定されないが、例えば、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリサルホン、ポリアリレート、メタクリレート－ブチレン－スチレン共重合体等が好適に使用できる。
【0058】
位置センサ２４は、例えば磁気センサにより構成可能であるが、その構成は特に限定されない。本実施形態の３つの位置センサ２４は、内シース２７に固定されている。より具体的に、本実施形態の３つの位置センサ２４は、内シース２７の内シース本体２９の遠位部に固定されている。
【0059】
図８（ｂ）に示すように、本実施形態の第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃは、シャフト２２の中心軸方向Ｄにおいて互いに対向する位置に配置されている。本実施形態のシャフト２２の中心軸とは内シース２７の中心軸Ｏ１を意味する。また、本実施形態のシャフト２２の中心軸方向Ｄとは、内シース２７の中心軸Ｏ１に平行な方向を意味する。換言すれば、本実施形態の第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃは、中心軸方向Ｄに一列に並んで配置されている。ここで「中心軸方向Ｄにおいて互いに対向する位置」とは、第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃを中心軸方向Ｄに投影した場合に、投影される第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃの影の少なくとも一部が重なる状態を意味する。
【0060】
また、図８（ａ）に示すように、本実施形態では、上述した第１位置センサ２４ａと第２位置センサ２４ｂと、がシャフト２２の周方向Ｅにおいて互いに対向する位置に配置されている。本実施形態のシャフト２２の周方向Ｅとは、内シース２７の中心軸Ｏ１周りの周方向を意味する。換言すれば、本実施形態の第１位置センサ２４ａ及び第２位置センサ２４ｂは、周方向Ｅに一列に並んで配置されている。ここで「周方向Ｅにおいて互いに対向する位置」とは、第１位置センサ２４ａ及び第２位置センサ２４ｂの両方を通る、中心軸方向Ｄに直交する仮想平面が少なくとも１つ存在することを意味する。
【0061】
本実施形態のように配置される第１位置センサ２４ａ、第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃを備えることで、複数の断層画像における各点の三次元座標を容易に特定することができる。この詳細は後述する。
【0062】
＜計測機器２＞
計測機器２は、位置センサ２４の三次元空間における位置情報を特定できればその構成は限定されない。計測機器２は、例えば、位置センサ２４から発信される電磁波を受信可能なレシーバにより構成可能である。計測機器２は、計測した位置センサ２４の位置情報を、画像処理装置３に送信する。
計測機器２は、位置センサ２４の三次元空間における位置情報を特定できればその構成は限定されない。計測機器２は、例えば、位置センサ２４から発信される電磁波を受信可能なレシーバにより構成可能である。計測機器２は、計測した位置センサ２４の位置情報を、画像処理装置３に送信する。
【0063】
【0064】
駆動部５０は、モータを内蔵し、撮像カテーテル１のジョイント４２のコネクタ４３に連結される。駆動部５０の回転駆動力は、コネクタ４３及びロータ３３を介して、シャフト本体２８及び撮像センサ２１に伝達される。これにより、撮像センサ２１は、外シース２３の外シース本体３５内で、周方向Ｍに回転することができる。
【0065】
また、図２に示すように、駆動部５０は、台座５８にスライド移動可能に取り付けられている。撮像カテーテル１は、台座５８に取り付けられている駆動部５０に接続されている。駆動部５０は、台座５８に対して長手方向Ｌに沿って移動可能である。よって、シャフト２２は、駆動部５０と共に、長手方向Ｌに沿って移動する。これにより、シャフト２２の遠位側に取り付けられている撮像センサ２１についても、シャフト２２に追従して、外シース２３の外シース本体３５内を、長手方向Ｌに沿って移動する。
【0066】
流体供給部５９は、例えばポンプ装置により構成可能である。流体供給部５９は、流体を循環させることができる。流体供給部５９は、流体を供給する供給管５９ａと、流体を回収する回収管５９ｂとを備えている。供給管５９ａは、第２ハウジング２６の第２ポート４１に接続される。回収管５９ｂは、第１ハウジング２５の第１ポート３９に接続される。流体供給部５９のポンプ機構は、特に限定されないが、例えば、蠕動ポンプ、遠心ポンプ、ダイアフラムポンプ等である。
【0067】
このようにすることで、外シース本体３５内の遠位端が閉鎖されていても、容易にプライミングを行うことができる（図４～図７における一点鎖線矢印を参照）。具体的に、流体供給部５９から供給管５９ａを通じて、生理食塩液等の流体を第２ポート４１に供給する。流体は、内シース２７とシャフト本体２８との間を通じて、外シース本体３５の遠位部まで移動する。次いで、流体は、内シース２７と外シース２３との間を通じて、近位側へと折り返し移動する。その後、流体は、第１ポート３９及び回収管５９ｂを通じて、流体供給部５９へと回収される。
【0068】
本実施形態の制御装置６０は、表示部５１と、操作部５２と、記憶部５３と、制御部５４と、情報入力部５５と、を備える。
【0069】
表示部５１は、制御部５４により生成された表示情報を表示出力する。表示部５１は、例えば液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイなどの表示デバイスを含む。
【0070】
操作部５２は、操作者による情報又は指示の入力を受け付ける。操作部５２で受け付けた入力情報又は入力指示は、情報入力部５５に入力される。操作部５２は、例えばキーボード、マウス、又はタッチパネルなどの入力デバイスを含む。操作部５２がタッチパネルを含む場合、タッチパネルは表示部５１と一体に設けられていてもよい。
【0071】
記憶部５３は、制御部５４に特定の機能を実行させるための種々の情報及びプログラムを記憶する。また、記憶部５３は、制御部５４により生成された被検者の臓器等の断層画像を記憶する。また、記憶部５３は、制御部５４により生成された被検者の臓器等の三次元画像を記憶してもよい。記憶部５３は、例えばＲＡＭ又はＲＯＭなどのメモリを含む。
【0072】
情報入力部５５は、撮像センサ２１が取得する臓器等の生体構造情報の入力を受け付ける。具体的に、情報入力部５５は、シャフト本体２８内に延在する信号線３４を介して撮像センサ２１と電気的に接続されており、撮像センサ２１が取得する生体構造情報に関する電気信号を取得し、当該信号を制御部５４に送信する。制御部５４は、取得した生体構造情報に基づいて、臓器等の生体組織の複数の断層画像を生成する。
【0073】
また、情報入力部５５は、２つの計測機器２が計測する３つの位置センサ２４の位置情報の入力を受け付ける。具体的に、情報入力部５５は、２つの計測機器２と電気的に接続されており、計測機器２が取得する位置センサ２４の位置情報に関する電気信号を取得し、当該信号を制御部５４に送信する。制御部５４は、取得した位置情報と、上述の生体構造情報とに基づき、生体組織の複数の断層画像の各点における三次元座標を特定する。
【0074】
また、上述したように、情報入力部５５には、操作部５２で受け付けた情報又は指示が入力される。受け付けた情報又は指示は、制御部５４に送信される。
【0075】
制御部５４は、画像処理装置３を構成する各構成部の動作を制御する。制御部５４は、特定のプログラムを読み込むことにより特定の機能を実行する。制御部５４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）等のプロセッサから構成される。制御部５４は、上述した記憶部５３に加えて又は代わりに、ＲＡＭ又はＲＯＭなどの記憶部を含んでもよい。
【0076】
本実施形態の制御部５４は、断層画像生成部６１と、座標特定部６２と、三次元構築部６３と、厚み算出部６４と、識別処理部６５と、熱量算出部６６と、を備える。
【0077】
断層画像生成部６１は、撮像センサ２１から取得される生体構造情報に基づき、臓器等の生体組織の複数の断層画像を生成する。
【0078】
座標特定部６２は、撮像センサ２１から取得される生体構造情報に基づき生成された生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標を、３つの位置センサ２４の位置情報に基づいて特定する。具体的に、本実施形態の座標特定部６２は、断層画像生成部６１により生成された複数の断層画像における各点の三次元座標を、３つの位置センサ２４の位置情報から得られる基準ベクトルを利用して特定することができる。以下、３つの位置センサ２４の位置情報から得られる基準ベクトルを用いて複数の断層画像における各点の三次元座標を特定する一例について例示説明する。
【0079】
上述したように、本実施形態の３つの位置センサ２４は、第１位置センサ２４ａ、第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃからなる。本実施形態において、第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃは、シャフト２２の中心軸方向Ｄに対向して配置されている。また、本実施形態において、第１位置センサ２４ａ及び第２位置センサ２４ｂは、シャフト２２の周方向Ｅに対向して配置されている。更に、本実施形態において、第１位置センサ２４ａ及び第２位置センサ２４ｂは、周方向Ｅに中心角１８０°ずれた位置に配置されている。換言すれば、第１位置センサ２４ａ及び第２位置センサ２４ｂは、シャフト２２の中心軸を挟んで径方向で対向する位置に配置されている。２つの計測機器２により計測される第１位置センサ２４ａの位置情報を「Ａ」、第２位置センサ２４ｂの位置情報を「Ｂ」、及び、第３位置センサ２４ｃの位置情報を「Ｃ」とし、以下の［数１］のように表す。
【0080】
【数1】
【0081】
これにより以下の［数２］のような２つの基準ベクトルを設定することができる。ベクトルＢＡは、シャフト２２の遠位部の中心軸方向Ｄに直交する基準ベクトルである。ベクトルＣＢは、シャフト２２の遠位部の中心軸方向Ｄに平行な基準ベクトルである。
【0082】
【数2】
【0083】
次に、撮像カテーテル１の先端をローカル座標の原点Ｏlとした場合に、このローカル座標における単位ベクトルは以下の［数３］のように表すことができる。ベクトルｉlは、第２位置センサ２４ｂの位置から第１位置センサ２４ａの位置に向かう方向の単位ベクトルであり、ベクトルＢＡから求められる。ベクトルｋlは、第３位置センサ２４ｃの位置から第２位置センサ２４ｂの位置に向かう方向の単位ベクトルであり、ベクトルＣＢから求められる。ベクトルｊlは、上述の２つのベクトルｉl及びｋlに垂直な単位ベクトルである。
【0084】
【数3】
【0085】
上述の情報を用いて以下の［数４］に示す回転行列を得ることができる。
【0086】
【数4】
【0087】
これを用いて撮像カテーテル１の先端を原点Ｏlとしたローカル座標の任意の点Ｐlは以下の［数５］のように表すことができる。
【0088】
【数5】
【0089】
また、原点Ｏのグローバル座標において点Ｐは以下の［数６］のように表すことができる。
【0090】
【数6】
【0091】
したがって、グローバル座標の点Ｐは、ローカル座標の点Ｐlを用いて、以下の［数７］のように表すことができる。つまり、回転行列Ｍを用いることでローカル座標の点Ｐlをグローバル座標の向きに変換することができる。また、グローバル座標の原点Ｏからのローカル座標の原点Ｏlまでのベクトルを足し合わせる。このようにすることで、第１位置センサ２４ａ、第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃの位置情報に基づき、ローカル座標の任意点のグローバル座標、すなわち三次元座標を特定することができる。
【0092】
【数7】
【0093】
なお、本実施形態において、第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃは、シャフト２２の中心軸方向Ｄに対向して配置されているが、第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃは、中心軸方向Ｄにおいて異なる位置に配置されていればよく、中心軸方向Ｄに対向する位置に配置されていなくてよい。第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃが中心軸方向Ｄに対向しない場合、第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃの相対的な位置関係から予め中心軸方向Ｄに平行な基準ベクトルを取得しておけばよい。但し、本実施形態のように、第２位置センサ２４ｂ及び第３位置センサ２４ｃが、シャフト２２の中心軸方向Ｄに対向して配置されている構成とすれば、予め中心軸方向Ｄと平行な基準ベクトルを取得しなくてよく、三次元座標の特定が容易になる。
【0094】
また、本実施形態において、第１位置センサ２４ａ及び第２位置センサ２４ｂは、シャフト２２の周方向Ｅに対向して配置されているが、第１位置センサ２４ａ及び第２位置センサ２４ｂは、周方向Ｅにおいて異なる位置に配置されていればよく、周方向Ｅに対向する位置に配置されていなくてよい。第１位置センサ２４ａ及び第２位置センサ２４ｂが周方向Ｅに対向しない場合、第１位置センサ２４ａ及び第２位置センサ２４ｂの相対的な位置関係から予め中心軸方向Ｄと直交する基準ベクトルを取得しておけばよい。但し、本実施形態のように、第１位置センサ２４ａ及び第２位置センサ２４ｂが、シャフト２２の周方向Ｅに対向して配置されている構成とすれば、予め中心軸方向Ｄと直交する基準ベクトルを取得しなくてよく、三次元座標の特定が容易になる。また、本実施形態において、第１位置センサ２４ａ及び第２位置センサ２４ｂは、周方向Ｅに中心角１８０°ずれた位置に配置されているが、周方向Ｅの異なる位置であればよく、周方向Ｅにおける相対的な位置関係は特に限定されない。
【0095】
このように、シャフト２２の遠位部の中心軸方向Ｄに平行な基準ベクトルと、シャフト２２の遠位部の中心軸方向Ｄに直交する基準ベクトルと、を用いることで、ローカル座標の任意点のグローバル座標、すなわち三次元座標を特定することができる。
【0096】
より具体的に、シャフト２２の遠位部の中心軸方向Ｄに平行な基準ベクトルと、シャフト２２の遠位部の中心軸方向Ｄに直交する基準ベクトルと、を用いることで、三次元座標系における撮像センサ２１が向いている向き、すなわち超音波あるいは光を送信している向きを特定できる。そして、この特定された撮像センサ２１が向いている向きと、撮像センサ２１からの距離によって、生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標を特定できる。
【0097】
以上のように、本実施形態の座標特定部６２は、生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標を、３つの位置センサ２４の位置情報に基づいて特定することができる。複数の断層画像の各点における三次元座標は、例えば、その三次元座標の位置における生体構造情報と共に記憶部５３に記憶される。
【0098】
三次元構築部６３は、撮像プローブ２１ａとしての超音波振動子から得られた生体構造情報、及び、座標特定部６２により特定された生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標、に基づいて、生体組織の三次元画像を構築する。より具体的に、本実施形態の三次元構築部６３は、座標特定部６２により特定された複数の断層画像の各点における三次元座標と、その三次元座標の位置における生体構造情報と、に基づき、三次元画像を構築する。制御部５４は、三次元構築部６３により生成された三次元画像を、表示部５１に表示させることができる。
【0099】
厚み算出部６４は、撮像プローブ２１ａとしての超音波振動子から得られた生体構造情報に基づいて、生体組織の内壁面に垂直な方向における生体組織の厚みを算出する。具体的に、本実施形態の厚み算出部６４は、座標特定部６２により特定された生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標に基づいて、生体組織の内壁面に垂直な方向における生体組織の厚みを算出する。厚み算出部６４は、例えば、座標特定部６２により特定された生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標に基づき三次元構築部６３により構築される三次元画像に基づいて、生体組織の内壁面に垂直な方向における生体組織の厚みを算出することができる。本実施形態では、座標特定部６２が生体組織の複数の断層画像における各点の三次元座標を特定するため、正確な三次元画像を生成できる。そのため、生体組織の内壁面に垂直な方向における生体組織の厚みについても、生成された三次元画像を利用することで、正確に算出することができる。
【0100】
識別処理部６５は、厚み算出部６４で算出した生体組織の厚み情報に基づいて、三次元画像上における生体組織の内壁面を、生体組織の厚みに応じて識別可能に表示するための処理を実行する。生体組織の厚みに応じて識別可能に表示するための処理とは、例えば、生体組織の厚みに応じて三次元画像内を色分けして表示部５１に表示出力するための処理が挙げられる。但し、生体組織の厚みに応じて識別可能に表示するための処理であれば特に限定されず、生体組織の厚みに応じて表示情報を異ならせる処理であればよい。制御部５４は、識別処理部６５が処理した識別情報を、表示部５１に表示させることができる。
【0101】
熱量算出部６６は、厚み算出部６４で算出した生体組織の厚み情報に基づいて、生体組織の内壁面の所定箇所に与える熱量を算出する。撮像カテーテル１は、例えば、生体組織を焼灼する手技において利用される。生体組織の内壁面の所定箇所を焼灼する際に、その所定箇所の生体組織の厚みに応じて、焼灼の際に与える熱量を異ならせる。本実施形態の熱量算出部６６は、このような手技において、生体組織の内壁面の所定箇所に与える熱量を、生体組織の厚み情報に基づいて算出することができる。また、制御部５４は、算出された熱量を、表示部５１に表示させることができる。これにより、医療従事者は、生体組織の厚みに応じた適切な供給熱量を把握することができる。
【0102】
なお、制御装置６０の表示部５１は、熱量算出部６６で算出された熱量を、三次元構築部６３により構築された三次元画像上における生体組織の内壁面の所定箇所上に表示することができる。換言すれば、制御装置６０の制御部５４は、熱量算出部６６で算出された熱量を、三次元構築部６３により構築された三次元画像上に表示させるように、表示部５１を制御することができる。これにより、医療従事者は、生体組織の厚み及びその位置に応じた適切な供給熱量を把握することができる。
【0103】
本実施形態の制御部５４は、上述した断層画像生成部６１、座標特定部６２、三次元構築部６３、厚み算出部６４、識別処理部６５及び熱量算出部６６を備えるが、制御部５４はこの構成に限定されない。他の処理を実行する別の部位を有してもよい。また、制御部５４は、例えば熱量算出部６６など、一部の部位を備えない構成であってもよい。
【0104】
最後に、図９、図１０を参照して、本実施形態の撮像システム１００により実行される三次元画像の生成方法について説明する。図９は、本実施形態の撮像カテーテル１を用いて行う手技の一例を示す図である。図１０は、図９に示す手技中により行われる、撮像システム１００により実行される三次元画像の生成方法の一例を示すフローチャートである。
【0105】
図１０に示す三次元画像の生成方法は、撮像カテーテル１のシャフト２２を長手方向Ｌに移動させる工程Ｓ１と、画像処理装置３が信号を受信する工程Ｓ２と、画像処理装置３が複数の断層画像を生成する工程Ｓ３と、複数の断層画像の各点の三次元座標を特定する工程Ｓ４と、三次元画像上の対応する座標に情報を反映する工程Ｓ５と、を含む。この工程Ｓ１～Ｓ５を、撮像カテーテル１のシャフト２２を長手方向Ｌに移動している間、繰り返し実行する。これにより、長手方向Ｌの各位置での断層画像における各点の三次元座標を特定できる。そして、撮像カテーテル１のシャフト２２の長手方向Ｌの移動が停止した場合に、三次元画像は完成する。なお、詳細は後述するが、図９に示す手技では、撮像カテーテル１のシャフト２２を長手方向Ｌに往復させることで、長手方向Ｌの各位置での断層画像を更新し続ける。かかる場合においては、図１０に示すフローチャートは、長手方向Ｌの一方向の移動における三次元画像の生成方法を意味している。
【0106】
図９では、心臓の右心房ＲＡ内に挿通されている撮像カテーテル１を示している。図９に示すように、医療従事者等の操作者は、撮像カテーテル１を、被検者の右心房ＲＡよりも径の小さい第１の血管としての下大静脈ＩＶＣを経て右心房ＲＡ内に挿入する。このとき、操作者は、右心房ＲＡ内に位置する医療器具としてのブロッケンブロー針８０を、下大静脈ＩＶＣを経て右心房ＲＡ内に、ガイディングカテーテル８４を通じて挿入する。ブロッケンブロー針８０は、右心房ＲＡと左心房ＬＡとを隔離する卵円窩Ｈを貫通して右心房ＲＡから左心房ＬＡを開通させるために用いられる。
【0107】
図９に示すように、操作者は、撮像カテーテル１の遠位部を、右心房ＲＡから連通する右心房ＲＡよりも径の小さい第２の血管としての上大静脈ＳＶＣに挿入する。具体的には、まず、ガイドワイヤ２００を上大静脈ＳＶＣに挿入し、次にガイドワイヤ２００に沿って撮像カテーテル１の遠位部を上大静脈ＳＶＣに挿入することができる。これにより、撮像カテーテル１の遠位部の振動が抑制される。更に、撮像カテーテル１の近位側は、右心房ＲＡよりも径の小さい下大静脈ＩＶＣに入っているため、撮像カテーテル１は、右心房ＲＡよりも径の小さい上大静脈ＳＶＣと下大静脈ＩＶＣとに亘って延在することとなり、撮像カテーテル１の右心房ＲＡ内に位置する部分の振動及び移動が抑制される。
【0108】
撮像センサ２１は、外シース２３の外シース本体３５内で、周方向Ｍに回転しながら長手方向Ｌに移動する（図１０の工程Ｓ１に該当）。その間、本実施形態の撮像センサ２１としての超音波センサは、長手方向Ｌに直交する径方向Ｎ（図４等参照）外側に向かって超音波を送信すると共に、右心房ＲＡの内壁面等に反射した超音波を受信する。これにより、撮像センサ２１は、右心房ＲＡの生体組織の生体構造情報を、長手方向Ｌの所定範囲内の各位置で、周方向Ｍの全域に亘って取得することができる。更に、撮像センサ２１は、右心房ＲＡの生体組織の生体構造情報に加えて、右心房ＲＡ内に位置する医療器具としてのブロッケンブロー針８０の位置情報を取得できる。そして、撮像センサ２１が取得した生体構造情報及び医療器具としてのブロッケンブロー針８０の位置情報は、信号線３４（図４等参照）を介して、画像処理装置３の情報入力部５５（図１等参照）に入力される（図１０の工程Ｓ２に該当）。制御部５４（図１参照）の断層画像生成部６１（図１参照）は、情報入力部５５に入力された撮像センサ２１からの情報に基づき、長手方向Ｌの所定範囲内の各位置での断層画像を生成する（図１０の工程Ｓ３に該当）。また、断層画像生成部６１は、例えば複数の断層画像の画像処理を行うことで、複数の断層画像における生体組織及びブロッケンブロー針８０等の医療器具を識別可能に抽出する。なお、複数の断層画像を生成する際に、被検者の心臓の拍動周期、及び、被検者の呼吸周期、を考慮して複数の断層画像を生成することが好ましい。このようにすることで、より精度の高い複数の断層画像を生成することができる。
【0109】
また、生体外に配置されている２つの計測機器２は、シャフト２２の内シース２７に固定されている３つの位置センサ２４の三次元空間での位置情報を計測する。計測機器２が計測した位置情報は、画像処理装置３の情報入力部５５に入力される（図１０の工程Ｓ２に該当）。制御部５４の座標特定部６２（図１参照）は、情報入力部５５に入力された撮像センサ２１からの情報と、計測機器２から情報入力部５５に入力された位置センサ２４の位置情報と、に基づき、長手方向Ｌの所定範囲内の各位置での断層画像における各点についての三次元座標を特定する（図１０の工程Ｓ４に該当）。
【0110】
次に、制御部５４の三次元構築部６３（図１参照）は、これから生成する又は既に生成されている三次元画像上の、座標特定部６２により特定された三次元座標の位置に、撮像センサ２１から取得された、生体組織の生体構造情報又は医療器具の位置情報、を反映する（図１０の工程Ｓ５に該当）。
【0111】
撮像カテーテル１のシャフト２２を長手方向Ｌの一方向に移動させている間、上記工程Ｓ１～Ｓ５を繰り返す。このように複数の断層画像の各点の三次元座標を特定することで、図９に示すように撮像カテーテル１の右心房ＲＡ内に位置する部分が湾曲していたとしても、右心房ＲＡの正確な三次元画像を取得することができる。
【0112】
また、図９では、臓器等の内腔の一例として心臓の右心房ＲＡを示したが、本開示に係る撮像カテーテル１が挿入される臓器等の内腔は、特に限定されず、例えば、心臓の左心房であってもよく、心臓以外の臓器の内腔であってもよい。
【0113】
本開示に係る撮像システム及び撮像カテーテルは、上述した実施形態で示す具体的な構成及び方法に限られず、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限り、種々の変形・変更が可能である。図１１は、上述した撮像カテーテル１の変形例としての撮像カテーテル３０１を示す図である。より具体的に、図１１は、撮像カテーテル３０１の遠位部の断面図である。図１１に示す撮像カテーテル３０１は、上述した撮像カテーテル１と比較して、主にシャフトの構成が相違している。図１１に示す撮像カテーテル３０１のシャフト３２２は、管状のシャフト本体３２２ａのみから構成されている。撮像センサ２１は、シャフト本体３２２ａの周壁に固定されている。撮像センサ２１は、シャフト本体３２２ａの周方向に沿って複数配置されている。また、複数の撮像センサ２１は、シャフト本体３２２ａの周方向に所定間隔を隔てて、周方向全域に亘って配置されている。そのため、図１１に示す撮像カテーテル３０１では、周方向Ｍ全域の生体構造情報を取得するために、シャフト３２２を構成するシャフト本体３２２ａを回転させなくてよい。つまり、図１１に示すシャフト３２２及び複数の撮像センサ２１を用いれば、生体構造情報を取得するためにシャフト３２２を回転させなくてよい。そのため、このような撮像カテーテル３０１においては、３つの位置センサ２４を、シャフト本体３２２ａに配置することができる。なお、図１１に示す管状のシャフト本体３２２ａの内部には、信号線３４が挿通されている。なお、図１１に示す撮像カテーテル３０１の外シース３２３の遠位部の構成は、上述した撮像カテーテル１の外シース２３の遠位部の構成と比較して、ガイドワイヤルーメン３３６ａの中心軸線の位置が、外シース本体３３５の中心軸線の位置と、略一致している点で相違する。しかしながら、外シース３２３の構成は、上述した外シース２３と同様であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0114】
本開示は撮像システム及び撮像カテーテルに関する。
【符号の説明】
【0115】
１、３０１：撮像カテーテル
２：計測機器
３：画像処理装置
２１：撮像センサ
２１ａ：撮像プローブ
２１ｂ：保持体
２２、３２２：シャフト
２３、３２３：外シース
２４：位置センサ
２４ａ：第１位置センサ
２４ｂ：第２位置センサ
２４ｃ：第３位置センサ
２５：第１ハウジング
２５ａ：第１中空部
２６：第２ハウジング
２６ａ：第２中空部
２７：内シース
２８：シャフト本体
２９：内シース本体
３０：内シース補強体
３１：駆動シャフト部
３２：接続パイプ部
３３：ロータ
３４：信号線
３５、３３５：外シース本体
３６：遠位チューブ
３６ａ、３３６ａ：ガイドワイヤルーメン
３７：連結チューブ
３８：第１封止部
３９：第１ポート
４０：第２封止部
４１：第２ポート
４２：ジョイント
４３：コネクタ
５０：駆動部
５１：表示部
５２：操作部
５３：記憶部
５４：制御部
５５：情報入力部
５８：台座
５９：流体供給部
５９ａ：供給管
５９ｂ：回収管
６０：制御装置
６１：断層画像生成部
６２：座標特定部
６３：三次元構築部
６４：厚み算出部
６５：識別処理部
６６：熱量算出部
８０：ブロッケンブロー針
８４：ガイディングカテーテル
１００：撮像システム
２００：ガイドワイヤ
３２２ａ：シャフト本体
Ｌ：長手方向
Ｍ：周方向
Ｎ：径方向
Ｄ：シャフトの中心軸方向
Ｅ：シャフトの周方向
Ｈ：卵円窩
Ｏ１：シャフトの中心軸
ＬＡ：左心房
ＲＡ：右心房
ＩＶＣ：下大静脈
ＳＶＣ：上大静脈
２：計測機器
３：画像処理装置
２１：撮像センサ
２１ａ：撮像プローブ
２１ｂ：保持体
２２、３２２：シャフト
２３、３２３：外シース
２４：位置センサ
２４ａ：第１位置センサ
２４ｂ：第２位置センサ
２４ｃ：第３位置センサ
２５：第１ハウジング
２５ａ：第１中空部
２６：第２ハウジング
２６ａ：第２中空部
２７：内シース
２８：シャフト本体
２９：内シース本体
３０：内シース補強体
３１：駆動シャフト部
３２：接続パイプ部
３３：ロータ
３４：信号線
３５、３３５：外シース本体
３６：遠位チューブ
３６ａ、３３６ａ：ガイドワイヤルーメン
３７：連結チューブ
３８：第１封止部
３９：第１ポート
４０：第２封止部
４１：第２ポート
４２：ジョイント
４３：コネクタ
５０：駆動部
５１：表示部
５２：操作部
５３：記憶部
５４：制御部
５５：情報入力部
５８：台座
５９：流体供給部
５９ａ：供給管
５９ｂ：回収管
６０：制御装置
６１：断層画像生成部
６２：座標特定部
６３：三次元構築部
６４：厚み算出部
６５：識別処理部
６６：熱量算出部
８０：ブロッケンブロー針
８４：ガイディングカテーテル
１００：撮像システム
２００：ガイドワイヤ
３２２ａ：シャフト本体
Ｌ：長手方向
Ｍ：周方向
Ｎ：径方向
Ｄ：シャフトの中心軸方向
Ｅ：シャフトの周方向
Ｈ：卵円窩
Ｏ１：シャフトの中心軸
ＬＡ：左心房
ＲＡ：右心房
ＩＶＣ：下大静脈
ＳＶＣ：上大静脈
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】