特表 2024-547076 解剖学的構造の既知の位置を使用した超音波プローブの方向付け

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-26

(54)【発明の名称】解剖学的構造の既知の位置を使用した超音波プローブの方向付け

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/12 20060101AFI20241219BHJP

【ＦＩ】

A61B8/12

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024537130

(86)(22)【出願日】2022-11-09

(85)【翻訳文提出日】2024-07-19

(86)【国際出願番号】 IB2022060766

(87)【国際公開番号】W WO2023118994

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】17/555,836

(32)【優先日】2021-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(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】アルトマン・アンドレス・クラウディオ

(72)【発明者】

【氏名】ゴバリ・アサフ

(72)【発明者】

【氏名】イラン・イド

(72)【発明者】

【氏名】ジブ－アリ・モリス

【テーマコード（参考）】

4C601

【Ｆターム（参考）】

4C601DD15

4C601EE07

4C601EE09

4C601FE01

4C601FE04

4C601GA19

4C601GA25

4C601JC06

4C601KK31

(57)【要約】

方法は、患者の臓器の内部で、超音波トランスデューサアレイを含むカテーテルを操作して、臓器の少なくとも一部の超音波画像を取得することを含む。臓器内又はその近くの１つ以上のそれぞれの基準解剖学的構造の、それぞれ対応する１つ以上の基準位置が特定される。超音波画像は、特定された基準解剖学的構造を示す注釈が付けられる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

医療撮像システムであって、
プロセッサを備え、前記プロセッサは、
患者の臓器の内部又はその近くの超音波カテーテルによって生体内で取得された前記臓器の少なくとも一部の超音波画像を受信し、
前記臓器内又はその近くの１つ以上の基準解剖学的構造の、それぞれ対応する１つ以上の基準位置を特定し、
前記特定された基準解剖学的構造を示す注釈を用いて、前記超音波画像に注釈を付ける、
ように構成されている、医療撮像システム。

【請求項2】

前記プロセッサは、前記複数の基準解剖学的構造を撮像する間に前記カテーテルが位置決めされる、複数のカテーテル位置をそれぞれ記録することによって、前記基準位置を特定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3】

前記プロセッサは、位置追跡システムを用いて前記カテーテル位置を測定することによって、前記カテーテル位置を記録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4】

前記プロセッサは、超音波画像と位置合わせされて表示される解剖学的マップに注釈を付け、前記解剖学的マップ上の前記注釈を使用して前記超音波画像に注釈を付けることによって、前記超音波画像に注釈を付け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5】

前記解剖学的マップは、前記超音波画像が取得されるのと同じ侵襲的処置中に取得される、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記プロセッサは、前記カテーテルによって取得された超音波画像にリアルタイムで注釈を付けることによって、前記超音波画像に注釈を付け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7】

前記プロセッサは、前記注釈を使用して、前記カテーテルを位置決めし直して、前記臓器の標的解剖学的構造を撮像することを推奨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8】

前記プロセッサは、前記臓器の幾何学的モデルに対する前記カテーテルの標的位置を計算することによって前記カテーテルを位置決めし直すことを推奨するように構成され、前記モデルは、前記基準解剖学的構造と前記標的解剖学的構造との相対位置を指定する、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記プロセッサは、前記基準解剖学的構造と前記標的解剖学的構造との間の既知の相対的位置及び相対的向きに基づいて、前記標的解剖学的構造に対する前記カテーテルの相対的位置及び相対的向きを推定することによって、前記カテーテルを位置決めし直すことを推奨するように構成されている、請求項７に記載のシステム。

【請求項10】

前記プロセッサは、前記カテーテルを変位させること及び前記カテーテルを回転させることのうちの少なくとも１つを推奨するように構成されている、請求項７に記載のシステム。

【請求項11】

前記臓器が、心臓である、請求項１に記載のシステム。

【請求項12】

前記プロセッサは、前記１つ以上の基準位置及び前記臓器の一般的に既知の解剖学的構造を使用して、追加のランドマーク位置の相対的位置を予測するように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項13】

前記プロセッサは、前記臓器の解剖学的構造の相対的な既知の位置及び予測された位置に付けられたラベルを含む抽象ラベリングマップを生成及び提示することによって、ランドマーク位置を予測するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

カテーテルの超音波トランスデューサアレイから患者の臓器の少なくとも一部の超音波画像を受信することと、
前記臓器内又はその近くの、１つ以上の基準解剖学的構造の、それぞれ対応する１つ以上の基準位置を特定することと、
前記特定された基準解剖学的構造を示す注釈を用いて、前記超音波画像に注釈を付けることと、
を含む方法。

【請求項15】

前記基準位置を特定することは、前記複数の基準解剖学的構造を撮像する間に前記カテーテルが位置付けられる、複数のカテーテル位置をそれぞれ記録することを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記カテーテル位置を記録することは、位置追跡システムによって前記カテーテル位置を測定することを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記超音波画像に注釈を付けることは、超音波画像と位置合わせされて表示される解剖学的マップに注釈を付けることと、前記超音波画像に注釈を付けるために、前記解剖学的マップ上の前記注釈を使用することとを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項18】

前記解剖学的マップは、前記超音波画像が取得されるのと同じ侵襲的処置中に取得される、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記超音波画像に注釈を付けることは、前記カテーテルによって取得された超音波画像にリアルタイムで注釈を付けることを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項20】

前記注釈を使用して、前記カテーテルを位置決めし直して、前記臓器の標的解剖学的構造を撮像することを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項21】

前記カテーテルを位置決めし直すことは、前記臓器の幾何学的モデルに対する前記カテーテルの標的位置を計算することを含み、前記モデルは、前記基準解剖学的構造と前記標的解剖学的構造との相対位置を指定する、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記カテーテルを位置決めし直すことは、前記基準解剖学的構造と前記標的解剖学的構造との間の既知の相対的位置及び相対的向きに基づいて、前記標的解剖学的構造に対する前記カテーテルの相対的位置及び相対的向きを推定することを含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項23】

前記超音波カテーテルを位置決めし直すことは、前記カテーテルを変位させること及び前記カテーテルを回転させることのうちの少なくとも１つを含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項24】

前記臓器が、心臓である、請求項１４に記載の方法。

【請求項25】

前記１つ以上の基準位置及び前記臓器の一般的に既知の解剖学的構造を使用してランドマーク位置を予測することを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項26】

ランドマーク位置を予測することは、前記臓器の解剖学的構造の相対的な既知の位置及び予測された位置に付けられたラベルを含む抽象ラベリングマップを生成及び提示することを含む、請求項２５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、体内医療用プローブに関し、特に、医療用超音波（ultrasound、ＵＳ）プローブを用いた解剖学的構造の撮像に関する。

【背景技術】

【0002】

実際には、超音波を使用して処置を行う医師が、臓器の解剖学的構造に対する超音波プローブの視野（field of view、ＦＯＶ）の向きを理解することは困難であることが多い。この問題は、２Ｄ画像スライス及び３Ｄ画像（４Ｄ ＵＳの場合）に対して存在し得る。医師は、関心領域（region of interest、ＲＯＩ）を見るために空間内でプローブの位置及び回転をどのように調整するのが最善であるかを直感的に理解できない場合がある。

【0003】

医療用超音波プローブを用いて臓器を撮像するための様々な方法が提案されている。例えば、米国特許第７，６０４，６０１号は、位置センサ及び超音波撮像センサを有するカテーテルを含む、患者の身体を撮像するための医療撮像システムを説明している。位置センサは、患者の体内での、カテーテルの一部の位置情報を示す電気信号を送信し、超音波撮像センサは、患者の体内の標的に超音波エネルギーを送信し、患者の体内の標的から反射された超音波エコーを受信し、患者の体内の標的から反射された超音波エコーに関連する信号を送信する。位置決めプロセッサは、カテーテルに動作可能に接続され、位置センサによって送信された電気信号に基づいて、カテーテルの部分の位置情報を決定する。システムはまた、ディスプレイと、カテーテル、位置決めプロセッサ、及びディスプレイに動作可能に接続された画像プロセッサと、を含む。画像プロセッサは、位置センサから導出される位置情報に基づいて、患者の身体内のカテーテルの部分の向きと同じ向きで、カテーテルのアイコンをディスプレイ上に表示する。画像プロセッサはまた、超音波センサによって送信された信号に基づいて標的の超音波画像を生成し、位置センサから導出された位置情報に基づいて、患者の体内のカテーテルの部分の向きと同じ向きで、生成された超音波画像をディスプレイ上にリアルタイムで描写する。

【0004】

別の一例として、米国特許第６，７１１，４２９号は、体内での医療処置中に、身体の少なくとも１つの関心点を表示するシステム及び方法を記載している。この方法は、（ａ）身体の位置を確定することと、（ｂ）身体の少なくとも一部を撮像するための撮像器具の位置を確立することと、（ｃ）撮像機器の投影面に関連する少なくとも１つの投影面を定義することと、（ｄ）身体の少なくとも１つの関心点を取得することと、（ｅ）少なくとも１つの投影面上に少なくとも１つの関心点を投影することと、により実現されるが、その結果、その処置の過程において、身体及び撮像器具の位置が既知であり、それにより、身体及び撮像器具の相対的な位置が変化する場合であっても、少なくとも１つの関心点が、少なくとも１つの投影面上に投影可能である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、体内の関心領域（ＲＯＩ）を撮像するプロセスを誘導及び／又は自動化するための、より高速で、より直観的で、かつ正確なモードが依然として必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以下に説明される本発明の一実施形態は、超音波トランスデューサアレイを含むカテーテルを、患者の臓器内部で操作して、臓器の少なくとも一部の超音波画像を取得することを含む方法を提供する。臓器内又はその近くの１つ以上のそれぞれの基準解剖学的構造の、それぞれ対応する１つ以上の基準位置が特定される。超音波画像は、特定された基準解剖学的構造を示す注釈が付けられる。

【0007】

いくつかの実施形態では、基準位置を特定することは、複数の基準解剖学的構造を撮像する間にカテーテルが位置決めされる、複数のカテーテル位置をそれぞれ記録することを含む。

【0008】

いくつかの実施形態では、カテーテル位置を記録することは、位置追跡システムによってカテーテル位置を測定することを含む。

【0009】

一実施形態では、超音波画像に注釈を付けることは、超音波画像と位置合わせされて表示される解剖学的マップに注釈を付けることと、解剖学的マップ上の注釈を使用して超音波画像に注釈を付けることとを含む。

【0010】

別の一実施形態において、解剖学的マップは、超音波画像が取得されるのと同じ侵襲的処置中に取得される。

【0011】

いくつかの実施形態では、超音波画像に注釈を付けることは、カテーテルによって取得された超音波画像にリアルタイムで注釈を付けることを含む。

【0012】

いくつかの実施形態では、本方法は更に、注釈を使用することと、カテーテルを位置決めし直して、臓器の標的解剖学的構造を撮像することを含む。

【0013】

他の実施形態では、カテーテルを位置決めし直すことは、臓器の幾何学的モデルに対するカテーテルの標的位置を計算することを含み、モデルは、基準解剖学的構造と標的解剖学的構造との相対位置を指定するものである。

【0014】

一実施形態では、カテーテルを位置決めし直すことは、基準解剖学的構造と標的解剖学的構造との間の既知の相対的位置及び相対的向きに基づいて、標的解剖学的構造に対するカテーテルの相対的位置及び相対的向きを推定することを含む。

【0015】

別の一実施形態では、超音波カテーテルを位置決めし直すことは、カテーテルを変位させること及びカテーテルを回転させることのうちの少なくとも１つを含む。

【0016】

いくつかの実施形態では、臓器は心臓である。

【0017】

いくつかの実施形態では、本方法は更に、１つ以上の基準位置及び臓器の一般的に既知の解剖学的構造を使用して、ランドマーク位置を予測することを含む。

【0018】

いくつかの実施形態では、ランドマーク位置を予測することは、臓器の解剖学的構造の相対的な既知の位置及び予測された位置に付けられたラベルを含む抽象ラベリングマップを生成及び提示することを含む。

【0019】

本発明の別の実施形態によれば、カテーテル及びプロセッサを含むシステムが追加的に提供される。超音波トランスデューサアレイを含むカテーテルは、患者の臓器の少なくとも一部の超音波画像を取得するために、臓器内部で操作されるように構成される。プロセッサは、（ｉ）臓器内又はその近くの１つ以上の基準解剖学的構造の１つ以上のそれぞれ対応する基準位置を特定し、（ｉｉ）特定された基準解剖学的構造を示す注釈で、超音波画像に注釈を付けるように構成される。

【0020】

本明細書に開示される方法及びシステムは、２Ｄ又は４Ｄ超音波システムと共に使用するために採用され得るということに留意されたい。「４Ｄ超音波カテーテル」という用語は、超音波トランスデューサの２Ｄアレイを組み込んだカテーテルを指す。「４Ｄ超音波画像」という用語は、２Ｄアレイによって取得された特定の立体の３Ｄ超音波画像の時系列を指す。４Ｄ画像は、第４の次元が時間である３Ｄ動画とみなすことができる。４Ｄ画像（又はレンダリング）を説明する別の方法は、時間依存型３Ｄ画像（又はレンダリング）としてのものである。心臓に使用される場合、４Ｄ超音波カテーテルは、「４Ｄ心腔内心エコー法（Intracardiac Echocardiography、ＩＣＥ）」カテーテルと呼ばれることがある。

【0021】

本発明は、以下の「発明を実施するための形態」を図面と併せて考慮することで、より完全に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態による、超音波アレイと、位置センサとを備える遠位端アセンブリを備えたカテーテルを使用する、カテーテルベースの超音波撮像システムの概略描写図である。

【図2】本発明の一実施形態による、解剖学的構造の既知の位置を使用して超音波ファンを方向付ける第１の方法を概略的に説明するフローチャートである。

【図3】本発明の一実施形態による、解剖学的ランドマークの位置を予測する際に使用される、図１に見られる右心房の自動的に更新された抽象ラベリングマップの概略描写図である。

【図4】本発明の一実施形態による、図１のシステムによってリアルタイムで取得された超音波画像上の、基準解剖学的構造に注釈を付ける際に使用される解剖学的マップの概略描写図である。

【図5】本発明の一実施形態による、解剖学的構造の既知の位置を使用して超音波ファンを方向付ける第２の方法を概略的に説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

概要
本明細書に記載される本発明の実施形態は、選択された標的解剖学的構造の超音波画像を生成するための、超音波トランスデューサのアレイを有する、例えばカテーテルなどのプローブを使用する方法及びシステムを提供する。

【0024】

開示される実施形態では、プロセッサ又はユーザは、選択された標的解剖学的構造を撮像するために医師（又はロボット）がカテーテルの超音波アレイを操作する必要がある位置及び／又は向きを推定するために、カテーテルによって遭遇される解剖学的構造、又はカテーテルによって撮像される、かつ／又は解剖学的マップ上で識別される構造の既知の位置及び／又は向きを使用する。

【0025】

それでもなお、カテーテルによって遭遇される情報は、部分的（不完全）であり、一例では、開示される技法は、ユーザに、予測に基づいて、オンザフライでそれを完成させる。予測は、既知の心臓の一般的な解剖学的構造に基づく。ユーザがカテーテルを前進／移動させるにつれて、ユーザは、いくつかの解剖学的構造を識別し、次いで、ユーザが識別したものに基づいて、追加の解剖学的構造の位置を推測することができる。このプロセスは、例えば、臓器の解剖学的特徴の既知の位置及び予測される位置のラベルを用いて、臓器の超音波スキャンを実行するユーザに与えられる自動的に更新された抽象的なラベリングマップの形式で明示される。このマップにおいて、ラベルは、実際の解剖学的ランドマークの予想される相対位置に従って配置され、予測される相対位置は、超音波カテーテルの前進と共に漸進的により正確になる。したがって、臓器の実際の解剖学的構造を示す各撮像ステップは、図３に示されるように、撮像を実行する医師が、超音波カテーテルをそのような予測位置にナビゲートするのを支援する。

【0026】

その際に、開示された技術は、様々な解剖学的構造の相対的な空間的配置を含む、心臓の一般的な解剖学的構造（又は他の関連する解剖学的構造）が既知であり、異なる患者について類似しているということに依存する。追加的又は代替的に、関連する解剖学的構造の解剖学的モデルが利用可能であるべきであり、例えば、高速解剖学的モデル（fast anatomical model、ＦＡＭ）が、解剖学的構造（例えば、心臓）の解剖学的ランドマークの相対的な空間配置がそのモデルを参照することによって、既知であるように生成されるべきである。したがって、心臓の座標系に対するカテーテルの位置（すなわち、位置及び向き）が分かると、標的である任意の解剖学的構造を撮像するようにカテーテルを移動及び／又は配向させることが可能である。プローブを配向させることは、手動で行われてもよく、又はロボット制御によって自動化されてもよい。

【0027】

この目的のために、プロセッサは、リアルタイムで取得された超音波画像に、基準となる（例えば、ランドマークとなる）解剖学的特徴を注釈付けする。注釈に基づいて、超音波プローブは、任意の所望の解剖学的構造に対して、手動で又は自動的に配向され得る。注釈を行うために、以下に開示する２つの例示的な方法を使用することができる。それらの一方又は両方を一緒に使用してよい。両方の方法（全体又はその一部）を組み合わせることにより、改善された結果、例えば、より高い精度が実現され得る。典型的には、プロセッサは、リアルタイム超音波（ＵＳ）画像上に、注釈を表示する。

【0028】

いくつかの実施形態では、第１の方法は以下のステップを含む：
１．カテーテルプローブが身体を通って目的の臓器に移動するにつれて、ランドマークとなる解剖学的特徴の位置に関する情報を、漸進的に収集するステップ。それらのランドマークは、医師によってマークされてもよく、かつ／又は自動的に検出されてもよい。例示的な心臓関連ランドマークとしては、胸骨、上大静脈、下大静脈、三尖弁が挙げられる。
２．同時に、３Ｄ空間におけるプローブの動きに関する情報を収集するステップ。
３．任意選択的に、収集した情報に基づいて、予測を使用して追加のランドマークの位置を特定するステップ。予測は、自動化されたプロセスであってもよい。
４．検出されたランドマークで、リアルタイム超音波（ＵＳ）画像に注釈を付けるステップ。
５．超音波（ＵＳ）画像上のランドマークとなる解剖学的特徴の位置及びカテーテルの既知の移動経路に基づいて、臓器内のカテーテルの向きを決定するステップ。
６．任意選択的に、カテーテルを所望の構造、例えば卵円窩に対して配向させるステップ。配向させることは、ロボット制御によって自動化されてもよい。任意選択的に、配向させることは、カテーテルを移動させる方法に関する命令を受信することに基づいて、半自動化されてもよい。配向させることは、注釈付きリアルタイム超音波（ＵＳ）画像の表示に基づいて、手動で行われてもよい。

【0029】

例えば、一次元（１Ｄ）又は二次元（２Ｄ）の超音波アレイを有する超音波カテーテルを操作する心臓専門医師が、（典型的には、経中隔穿刺を行う前に）卵円窩を撮像したいと仮定する。医師は、下大静脈（ＩＶＣ）を通してカテーテルを挿入する。カテーテルが下大静脈（ＩＶＣ）内にあるとき、医師は、下大静脈（ＩＶＣ）を識別し、その位置及び／又は向きをマークする。カテーテルが電極を有し、高度現在位置（advanced current location、ＡＣＬ）追跡システムが実装されている場合、識別は自動的であってもよい。

【0030】

次いで、医師は、カテーテルが別の構造、この例では上大静脈（ＳＶＣ）を撮像するまで、カテーテルを前進させる。これはまた、カテーテルに対する上大静脈（ＳＶＣ）の位置及び／又は向きが分かるように、医師によって記録される。一実施形態では、医師は、例えば、基準向きを有するものとして上大静脈（ＳＶＣ）を記録する。

【0031】

下大静脈（ＩＶＣ）及び上大静脈（ＳＶＣ）の位置及び／又は向きが記録され（例えば、座標としてプロセッサによって記録され、視覚的ユーザインターフェース上又はマップ上にタグ付けされ）ると、心臓内のカテーテルの（下大静脈（ＩＶＣ）及び上大静脈（ＳＶＣ）に対する）位置及び／又は向きが既知のものとなり、したがって、カテーテルの超音波ビームが、任意の所望の解剖学的構造（例として卵円窩であると仮定される）を撮像することができるように位置付けられ、かつ／又は配向されるための十分な情報が存在することとなる。（カテーテルは、自動で又は手動で配向され得る。）

【0032】

上記の説明は、２つの心臓構造（下大静脈（ＩＶＣ）及び上大静脈（ＳＶＣ））のみが、カテーテルを並進及び／又は配向させるために使用されるということを仮定している。これらの２つの構造が不十分である（例えば、それらが十分に画定されていない、又はそれらの位置及び／又は向きに、比較的大きな誤差がある）場合、例えば右心房の内側の、任意の他の容易に識別される構造（例えば、三尖弁）が使用されてもよい。

【0033】

本明細書で説明されるシステムは、他の心臓構造、例えば、特定の肺静脈、左心耳、及び左心室又は右心室を撮像するために使用されてもよい。

【0034】

いくつかの実施形態では、第２の方法は以下のステップを含む：
１．解剖学的マッピング（いくつかの実施形態では、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ））を、（例えば、少数のデータ点／輪郭を取得することによって）実行して、識別されたキーとなる解剖学的特徴を有する心臓の少なくとも一部のモデルを構築するステップ。高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）は、通常、以下で説明するように、超音波（ＵＳ）画像が取得されるセッションと同じセッションで実行される。
２．位置合わせを実行して、超音波（ＵＳ）画像内の画像ピクセル（又は３Ｄ／４Ｄ超音波（ＵＳ）画像の場合はボクセル）の座標を、解剖学的マップの座標に関連付けるステップ。
３．解剖学的モデルが、リアルタイム超音波（ＵＳ）画像と同じ視野（ＦＯＶ）で同じ向きで表示されるように、超音波リアルタイム画像をモデルと並べて示すステップ。
４．解剖学的マップ、リアルタイム画像、又はその両方に注釈を付けて、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）から決定されたキーとなる解剖学的特徴の位置を示し、注釈付きの超音波（ＵＳ）画像をユーザに表示するステップ。
５．任意選択的に、カテーテルを、所望の構造、例えば卵円窩に対して配向させるステップ。

【0035】

いくつかの実施形態では、超音波（ＵＳ）カテーテルはまた、超音波アレイと事前に位置合わせされた、例えば磁気位置センサなどの、一体型の位置センサを備える。アレイは、ファン形状又は扇形の超音波ビームを生成し、したがって、例えば心臓腔などの臓器の、解剖学的構造を撮像することができる。一体型の位置センサにより、カテーテル及び解剖学的構造のボクセルの空間座標（例えば、位置及び／又は向き）は既知のものとなる。そのような実施形態では、プロセッサは、センサを使用した追跡システムから、カテーテルの位置及び／又は向きを受信する。プロセッサは、解剖学的構造が超音波アレイによって視覚化されるときに座標を選び出して、基準位置及び／又は向きを生成し、ユーザがカテーテルを、標的となる解剖学的構造、例えば、医師が撮像することを必要とする解剖学的構造を、撮像するために必要とされる所定の位置に持って来る（例えば、変位又は配向させる）ようにする。

【0036】

いくつかの実施形態では、超音波撮像方法が提供され、その方法は、（ａ）臓器の複数の基準解剖学的構造を撮像するように、患者の臓器の内側で、超音波トランスデューサアレイを備えるカテーテルを操作するステップと、（ｂ）複数の基準解剖学的構造を撮像する間にカテーテルが位置決めされる、複数のカテーテル位置をそれぞれ記録するステップと、（ｃ）（ｉ）基準解剖学的構造のアイデンティティ、及び（ｉｉ）基準解剖学的構造を撮像する間のそれぞれの記録されたカテーテル位置に基づいて、臓器の標的解剖学的構造を撮像するようにカテーテルを位置決めし直すステップと、を含む。

【0037】

一実施形態では、カテーテルを位置決めし直すことは、臓器の幾何学的モデルに対するカテーテルの標的位置を計算することを含み、モデルは、基準解剖学的構造と標的解剖学的構造との相対位置を指定するものである。例えば、幾何学的モデルは心臓の少なくとも一部のものである。

【0038】

システムの説明
図１は、本発明の一実施形態による、超音波アレイ６５と位置センサ６７とを備える遠位端アセンブリ６０（挿入図２５に図示）を有するカテーテル２１を使用する、カテーテルベースの超音波撮像システム２０の概略描写図である。超音波アレイ６５は、２Ｄ又は３Ｄ超音波画像を生成するために、それぞれ１Ｄ又は２Ｄであり得る。一体型位置センサ６７は、カテーテル２１のアレイ６５とあらかじめ位置合わせされている。

【0039】

具体的には、センサ６７は、臓器内の超音波トランスデューサアレイ６５の位置及び向きを示す信号を出力するように構成されている。システムのプロセッサは、センサの信号出力を使用して、超音波トランスデューサアレイ６５に対して様々な向きに配向された、それぞれ対応する解剖学的構造の１つ以上の超音波画像を取得するように構成されている。

【0040】

図に見られるように、遠位端アセンブリ６０は、カテーテルのシャフト２２の遠位端に取り付けられている。シャフト２２は、シース２３を通して、手術台２９上に横たわる患者２８の心臓２６内に挿入される。シャフト２２の近位端は、制御コンソール２４に接続されている。

【0041】

医師３０は、下大静脈（ＩＶＣ）４３を介して、カテーテル２１の遠位端アセンブリ６０をナビゲートして、（典型的には、経中隔穿刺を行う前に）卵円窩４８を撮像する。下大静脈（ＩＶＣ）４３内にあるとき、下大静脈（ＩＶＣ）は医師によって識別される。カテーテルが電極を有し、ＡＣＬ（高度現在位置特定）システムが実装されている場合、識別は自動的であってもよい。

【0042】

挿入図２５に図示されるように、次に、遠位端アセンブリ６０は、アレイ６５が、本明細書では上大静脈（ＳＶＣ）４４であると想定される別の構造を撮像するまで、右心房４２の内側に前進させられる。これは、医師によって記録され、カテーテルに対する上大静脈（ＳＶＣ）４４の向きが既知となる。向きが記録されると、心臓内のカテーテルの、（上大静脈（ＳＶＣ）４４及び下大静脈（ＩＶＣ）４３に対する）位置及び向きが既知となる。したがって、カテーテルの超音波ファンが、任意の所望の構造に配向される（ここでは卵円窩４８に向かっていると想定される）ために、十分な情報が存在することとなる。（カテーテルは、自動で又は手動で配向され得る。）

【0043】

この目的のために、一実施形態では、ユーザ又はプロセッサは、識別された構造にタグを付け、配向のための必要な計算を実行する。その結果、プロセッサは、カテーテルをどこに配置させ、どの向きに配向させるかを推奨することができる。プロセッサの推奨に基づいて、又はユーザが敢えて既知の向きを使用して、プロセッサ又はユーザは、示唆された位置及び向きに、ファンアイコンを配置することができる。

【0044】

超音波アレイを必要な向きに回転させるために、医師は、例えば、カテーテルの近位端の近くのマニピュレータ３２を使用することができる。

【0045】

上記の説明は、２つの心臓構造（下大静脈（ＩＶＣ）及び上大静脈（ＳＶＣ））のみが、カテーテルを配向させるために使用されると仮定している。これらの２つの構造が不十分である（例えば、それらが十分に画定されていない、又はそれらの向きに比較的大きな誤差がある）場合、任意の他の容易に識別される構造（例えば、三尖弁４７又は右心房４２の他の基準（例えば、ランドマーク）となる解剖学的特徴）が使用されてもよい。

【0046】

本明細書で説明されるシステムは、他の構造、例えば、心房間の隔壁５０、特定の肺静脈５５及び左心房４５、左心房付属器５７、並びに左心室又は右心室を撮像するために使用されてもよい。

【0047】

制御コンソール２４は、典型的には汎用コンピュータであるプロセッサ４１を含み、そのプロセッサ４１は、カテーテル２１から信号を受け取るための好適な、フロントエンド回路及びインターフェース回路３８を有する。コンソール２４はまた、磁場発生器３６を駆動するように構成されたドライバ回路３４を備える。心臓２６における遠位端部２２のナビゲーション中に、コンソール２４は、外部の磁場発生器３６からの磁場に応じて、位置センサ５２から位置信号及び方向信号を受信する。磁場発生器３６は、患者２８の外部の既知の位置、例えば、患者が横たわっている台２９の下に配置されている。これらの位置信号及び方向信号は、位置追跡システムの座標系における、超音波アレイ６５の位置及び方向を示す。

【0048】

外部磁場を使用する位置及び向きの感知方法は、様々な医療用途で、例えば、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒにより製造されているＣＡＲＴＯ（商標）システムに実装されており、米国特許第６，６１８，６１２号及び同第６，３３２，０８９号、国際公開第９６／０５７６８号、並びに米国特許出願公開第２００２／００６５４５５号、同第２００３／０１２０１５０号、及び同第２００４／００６８１７８号に詳細に記述されており、それらの開示は、全て参照により本明細書に組み込まれる。

【0049】

撮像された標的となる解剖学的構造（例えば、右心房４２の部分、又は肺静脈５５口などの左心房４５の部分）は、プロセッサ４１によってモニタ２７上で、例えば立体レンダリング３３として医師３０に提示される。

【0050】

本明細書に記載の実施形態では、カテーテル２１は、超音波ベースの診断目的のために使用されるが、カテーテルは、例えば、遠位端に配設されている１つ以上の電極（不図示）を使用して、心臓２６内の組織の電気的感知及び／又はアブレーションを行うために更に使用することができる。

【0051】

プロセッサ４１は、本明細書に記載される機能を実施するようにソフトウェアでプログラムされる。ソフトウェアは、例えばネットワークを介して電子形式でコンピュータのメモリ３５にダウンロードされてもよく、或いは、代替的又は追加的に、磁気メモリ、光学メモリ、又は電子メモリなどの非一時的な有形媒体に提供及び／又は格納されてもよい。特に、プロセッサ４１は、図２に含まれている本明細書に開示される専用のアルゴリズムを実行し、これは、以下で更に記載のように、プロセッサ４１が本開示のステップを行うことを可能にする。

【0052】

図１に示される例示的な構成は、単に概念を明確化する目的で選択される。開示された技術は、別の静脈又は動脈を介するなど、下大静脈（ＩＶＣ）４３を通る以外のカテーテルアクセスを使用して同様に適用され得る。

【0053】

解剖学的構造の既知の位置を使用して超音波ファンを方向付ける第１の方法
図２は、本発明の一実施形態による、解剖学的構造の既知の位置を使用して、超音波ファン（例えば、図１のアレイ６５によって生成される）を方向付ける方法を概略的に説明するフローチャートである。本実施形態によれば、アルゴリズムは、標的撮像受信ステップ２０２において、プロセッサ４１が、カテーテル２１を使用して撮像される標的となる解剖学的構造を、（例えば、医師３０から）受信することから始まるプロセスを実行する。

【0054】

次に、医師は、第１の撮像ステップ２０４において、アレイ６５が第１の基準解剖学的構造（例えば、下大静脈（ＩＶＣ）４３）を撮像することができるように、超音波カテーテル２１を操作する。

【0055】

プロセッサ又はユーザは、第１の記録ステップ２０６において、カテーテルのそれぞれの第１の座標（これらは、アレイの位置及び／又は向きであり得る）を記録する。

【0056】

次に、医師は、第２の撮像ステップ２０８において、アレイ６５が第２の基準解剖学的構造（例えば、上大静脈（ＳＶＣ）４４）を撮像することができるように、超音波カテーテル２１を操作する（例えば、遠位方向に進める）。

【0057】

プロセッサ又はユーザは、第２の記録ステップ２１０において、カテーテルのそれぞれの第２の座標（これらは、アレイの位置及び／又は向きであり得る）を記録する。

【0058】

最後に、撮像ステップ２１２において、記録された座標を使用して、医師は、アレイ６５が標的解剖学的構造（例えば、上窩４８）を撮像することができるように、超音波カテーテルを操作する。

【0059】

図２に示されている例示的なフローチャートは、純粋に概念を明確にする目的で選択されたものである。例えば、第３の基準解剖学的構造を撮像するなどの、追加のステップが実行されてもよい。

【0060】

図３は、本発明の一実施形態による、図１に見られる右心房４２の自動的に更新された抽象ラベリングマップ３１０の概略描写図であり、ラベリングマップは、すでにマッピングされた位置及び一般的な解剖学的構造に基づいて、解剖学的ランドマークの位置を予測する際に使用される。初期ラベリングマップ３１０において、ラベル３１２は、右心房４２内への、下大静脈（ＩＶＣ）入口の既知の位置、すなわち超音波プローブで観察された位置を示す。ラベル３１２及び一般的に既知の心臓の解剖学的構造に基づいて、プロセッサ２８は、マップ３１０に、上大静脈（ＳＶＣ）４４、卵円窩４８、及び三尖弁４７の予測されたランドマーク位置のラベル３１４を追加する。

【0061】

超音波カテーテルが三尖弁を撮像すると、このランドマークが既知のものになる。ラベル３２２及び一般的に既知の心臓の解剖学的構造に基づいて、プロセッサ２８は、ラベル３１４の相対位置を、更新されたラベリングマップ３２０上のそれぞれ対応するラベル３２４の、より正確な相対位置に調整する。更に、プロセッサ２８は、ラベル３２６によって示される洞結節（ＳＡ結節）及びラベル３２８によって示される房室結節（ＡＶ結節）の予測されたランドマーク位置のラベル３２６をマップ３２０に追加する。

【0062】

解剖学的構造の既知の位置を使用して超音波ファンを方向付ける第２の方法
上述したように、第２の方法は、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）を実行して、特定されたキーとなる解剖学的特徴を有する心臓の少なくとも一部のモデルを構築することを含む。モデルを使用して、超音波（ＵＳ）ビームは、ユーザ又はプロセッサがマップ上に注釈を付ける基準解剖学的構造に対して既知の関係を有する標的解剖学的構造に向けて、リアルタイムで方向付けられる。

【0063】

図４は、本発明の一実施形態による、図１のシステム２０によってリアルタイムで取得された超音波画像上の、基準解剖学的構造に注釈を付ける際に使用される解剖学的マップ３４２の概略描写図である。典型的には、解剖学的マップは、多電極カテーテル（例えば、マルチアームＰｅｎｔａｒａｙ（登録商標）カテーテル又はＬａｓｓｏ（登録商標）カテーテル、共にＢｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ社製）などの追加のマッピングカテーテル（図示せず）を挿入することによって取得される。これらのカテーテルを用いて高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）を実行することは、例えば、米国特許第１０，９１８，３１０号に開示されており、その開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0064】

図４は、図１に見られる右心房４２の解剖学的マップを概略的に示す。マッピングされた右心房の概略図３４２は、図１に現れるランドマークを示す。例えば、解剖学的マップ３４２は、下大静脈（ＩＶＣ）口概略図３４３、上大静脈（ＳＶＣ）口概略図３４４、三尖弁概略図３４７、卵円窩概略図３４８、及び心房中隔概略図３５０を示す。

【0065】

高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）から決定される、上記のキーとなる解剖学的特徴３４３、３４４、３４７、３４８、及び３５０のうちの少なくともいくつかの位置を示すように、解剖学的マップ３４２に注釈を付けることは、超音波カテーテルを別の解剖学的特徴に向かって方向付けるための前述の第２の方法におけるステップである。

【0066】

マップ３４２は、例として示したものであり、提示を明確にするために簡略化されている。実際のマップは、例えば、心臓組織の電気的活動のマップ層などのより多くのマップ層、及び／又はマップと位置合わせされた超音波画像を含むことができる。

【0067】

図５は、本発明の一実施形態による、解剖学的構造の既知の位置を使用して、超音波ファン（例えば、図１のアレイ６５によって生成される）を方向付ける第２の方法を概略的に説明するフローチャートである。本実施形態によれば、アルゴリズムは、標的撮像受信ステップ５０２において、プロセッサ４１が、カテーテル２１を使用して撮像される標的となる解剖学的構造を、（典型的には、医師３０から）受信することから始まるプロセスを実行する。

【0068】

次に、マッピングカテーテルを使用して、システム２０は、モデル高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）ステップ５０４において、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）を実行して、例えばマップ３４２などの、特定されたキーとなる解剖学的特徴を有するモデルマップを構築する。代替として、システム２０は、カテーテル２１に類似するが、その遠位端にわたって配設された１つ以上の電極を有する超音波（ＵＳ）カテーテルを使用して、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）を行ってもよい。

【0069】

位置合わせステップ５０６において、システム２０のプロセッサ４１は、カテーテル２１によって取得された超音波（ＵＳ）画像を、解剖学的マップと位置合わせする。

【0070】

提示ステップ５０８において、プロセッサ４１は、モデルと共に超音波リアルタイム画像を示す。典型的には、解剖学的モデルは、リアルタイム画像と同じ視野（ＦＯＶ）及び同じ向きで表示される。例えば、表示されたリアルタイム画像がスライスである場合、モデルの同じスライスビューがリアルタイム画像の横に表示される。

【0071】

注釈ステップ５１０において、医師３０又はプロセッサ４１は、解剖学的マップ、リアルタイム画像、又はその両方に注釈を付けて、高速解剖学的マッピング（ＦＡＭ）から決定されたキーとなる解剖学的特徴の位置を示す。

【0072】

表示ステップ５１２において、プロセッサ４１は、注釈付きの超音波（ＵＳ）画像をユーザに対して表示する。

【0073】

最後に、超音波（ＵＳ）カテーテルの配向し直しステップ５１４において、注釈を使用して、医師３０（又はロボットシステム）は、カテーテルを所望の（すなわち、標的となる）解剖学的構造に対して配向させる。カテーテルを配向させることができる１つの例示的なロボットシステムは、米国特許第７，９７４，６８１号によって説明されており、その開示は、本明細書に組み込まれる。

【0074】

本明細書に記載される実施形態は、心臓の、カテーテルを用いた超音波撮像に主に対処するが、本明細書に記載される技術は、消化器系などの他の臓器の撮像にも使用することができる。

【0075】

したがって、上記に述べた実施形態は、例として引用したものであり、また本発明は、上記に具体的に示し説明したものに限定されないことが理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、上記の明細書に説明される様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに前述の説明を読むことで当業者に想到されるであろう、先行技術において開示されていないそれらの変形例及び修正例を含むものである。参照により本特許出願に組み込まれた文献は、本出願の不可欠な部分とみなされるべきであり、ただし、これらの組み込まれた文献においていずれかの用語が、本明細書で明示的又は暗黙的になされた定義と矛盾する方法で定義されている限り、本明細書の定義のみが考慮されるべきである。

【0076】

〔実施の態様〕
（１） カテーテルの超音波トランスデューサアレイから患者の臓器の少なくとも一部の超音波画像を受信することと、
前記臓器内又はその近くの、１つ以上の基準解剖学的構造の、それぞれ対応する１つ以上の基準位置を特定することと、
前記特定された基準解剖学的構造を示す注釈を用いて、前記超音波画像に注釈を付けることと、
を含む方法。
（２） 前記基準位置を特定することは、前記複数の基準解剖学的構造を撮像する間に前記カテーテルが位置付けられる、複数のカテーテル位置をそれぞれ記録することを含む、実施態様１に記載の方法。
（３） 前記カテーテル位置を記録することは、位置追跡システムによって前記カテーテル位置を測定することを含む、実施態様２に記載の方法。
（４） 前記超音波画像に注釈を付けることは、超音波画像と位置合わせされて表示される解剖学的マップに注釈を付けることと、前記超音波画像に注釈を付けるために、前記解剖学的マップ上の前記注釈を使用することとを含む、実施態様１に記載の方法。
（５） 前記解剖学的マップは、前記超音波画像が取得されるのと同じ侵襲的処置中に取得される、実施態様４に記載の方法。

【0077】

（６） 前記超音波画像に注釈を付けることは、前記カテーテルによって取得された超音波画像にリアルタイムで注釈を付けることを含む、実施態様１に記載の方法。
（７） 前記注釈を使用して、前記カテーテルを位置決めし直して、前記臓器の標的解剖学的構造を撮像することを含む、実施態様１に記載の方法。
（８） 前記カテーテルを位置決めし直すことは、前記臓器の幾何学的モデルに対する前記カテーテルの標的位置を計算することを含み、前記モデルは、前記基準解剖学的構造と前記標的解剖学的構造との相対位置を指定する、実施態様７に記載の方法。
（９） 前記カテーテルを位置決めし直すことは、前記基準解剖学的構造と前記標的解剖学的構造との間の既知の相対的位置及び相対的向きに基づいて、前記標的解剖学的構造に対する前記カテーテルの相対的位置及び相対的向きを推定することを含む、実施態様７に記載の方法。
（１０） 前記超音波カテーテルを位置決めし直すことは、前記カテーテルを変位させること及び前記カテーテルを回転させることのうちの少なくとも１つを含む、実施態様７に記載の方法。

【0078】

（１１） 前記臓器が、心臓である、実施態様１に記載の方法。
（１２） 前記１つ以上の基準位置及び前記臓器の一般的に既知の解剖学的構造を使用してランドマーク位置を予測することを含む、実施態様１に記載の方法。
（１３） ランドマーク位置を予測することは、前記臓器の解剖学的構造の相対的な既知の位置及び予測された位置に付けられたラベルを含む抽象ラベリングマップを生成及び提示することを含む、実施態様１２に記載の方法。
（１４） 医療撮像システムであって、
プロセッサを備え、前記プロセッサは、
患者の臓器の内部又はその近くの超音波カテーテルによって生体内で取得された前記臓器の少なくとも一部の超音波画像を受信し、
前記臓器内又はその近くの１つ以上の基準解剖学的構造の、それぞれ対応する１つ以上の基準位置を特定し、
前記特定された基準解剖学的構造を示す注釈を用いて、前記超音波画像に注釈を付ける、
ように構成されている、医療撮像システム。
（１５） 前記プロセッサは、前記複数の基準解剖学的構造を撮像する間に前記カテーテルが位置決めされる、複数のカテーテル位置をそれぞれ記録することによって、前記基準位置を特定するように構成されている、実施態様１４に記載のシステム。

【0079】

（１６） 前記プロセッサは、位置追跡システムを用いて前記カテーテル位置を測定することによって、前記カテーテル位置を記録するように構成されている、実施態様１４に記載のシステム。
（１７） 前記プロセッサは、超音波画像と位置合わせされて表示される解剖学的マップに注釈を付け、前記解剖学的マップ上の前記注釈を使用して前記超音波画像に注釈を付けることによって、前記超音波画像に注釈を付けるように構成されている、実施態様１４に記載のシステム。
（１８） 前記解剖学的マップは、前記超音波画像が取得されるのと同じ侵襲的処置中に取得される、実施態様１７に記載のシステム。
（１９） 前記プロセッサは、前記カテーテルによって取得された超音波画像にリアルタイムで注釈を付けることによって、前記超音波画像に注釈を付けるように構成されている、実施態様１４に記載のシステム。
（２０） 前記プロセッサは、前記注釈を使用して、前記カテーテルを位置決めし直して、前記臓器の標的解剖学的構造を撮像することを推奨するように構成されている、実施態様１４に記載のシステム。

【0080】

（２１） 前記プロセッサは、前記臓器の幾何学的モデルに対する前記カテーテルの標的位置を計算することによって前記カテーテルを位置決めし直すことを推奨するように構成され、前記モデルは、前記基準解剖学的構造と前記標的解剖学的構造との相対位置を指定する、実施態様２０に記載のシステム。
（２２） 前記プロセッサは、前記基準解剖学的構造と前記標的解剖学的構造との間の既知の相対的位置及び相対的向きに基づいて、前記標的解剖学的構造に対する前記カテーテルの相対的位置及び相対的向きを推定することによって、前記カテーテルを位置決めし直すことを推奨するように構成されている、実施態様２０に記載のシステム。
（２３） 前記プロセッサは、前記カテーテルを変位させること及び前記カテーテルを回転させることのうちの少なくとも１つを推奨するように構成されている、実施態様２０に記載のシステム。
（２４） 前記臓器が、心臓である、実施態様１４に記載のシステム。
（２５） 前記プロセッサは、前記１つ以上の基準位置及び前記臓器の一般的に既知の解剖学的構造を使用して、追加のランドマーク位置の相対的位置を予測するように更に構成されている、実施態様１４に記載のシステム。

【0081】

（２６） 前記プロセッサは、前記臓器の解剖学的構造の相対的な既知の位置及び予測された位置に付けられたラベルを含む抽象ラベリングマップを生成及び提示することによって、ランドマーク位置を予測するように構成されている、実施態様２５に記載の方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】