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技術 介入処置の3D撮像ワークフローにおける器具及び生体構造のインテリジェントかつリアルタイムな可視化

出願人 コーニンクレッカフィリップスエヌヴェ
発明者 バーラトシャムジャインアーミートクマーボニラスヴァカアントニオ
出願日 2015年7月14日 (5年11ヶ月経過) 出願番号 2017-501396
公開日 2017年7月27日 (3年11ヶ月経過) 公開番号 2017-520346
状態 特許登録済
技術分野 磁気共鳴イメージング装置 超音波診断装置
主要キーワード PZTセンサ 信号フィードバック 修正態様 構造的均等物 基準枠 追跡センサ バルーンデバイス 追跡位置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年7月27日)のものです。
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図面 (7)

課題・解決手段

器具を追跡するためのシステムは、器具の長さに沿って配設され、隣接するものから離間された2つ以上のセンサ22を含む。解釈モジュール45は、2つ以上のセンサの位置に応じて、3次元画像ボリュームから画像スライスを選択及び更新するように構成される。3次元画像ボリュームは、ボリューム内の標的に対する2つ以上のセンサの位置を含む。画像処理モジュール48は、画像スライス内に基準位置を示すオーバーレイ80を生成するように構成される。基準位置は、2つ以上のセンサの位置及びディスプレイ中の画像スライスからの相対オフセットを含み、器具の位置決め及び配向を行うためのフィードバックを与える。

概要

背景

生検は、生体外病理学分析のために組織標本が取得される低侵襲処置と説明され得る。一般的には、生検デバイス(又は生検)は、いずれも生検銃の取手に取り付け可能な内側スタイレット及び外側中空カニューレを含むことができる。多くの場合、生検銃は、使い捨てデバイスであり得る。通常の生検デバイスは、何らかの形の画像誘導(典型的には超音波(US))下で組織内に配置された後に、「発射」され得る。

概要

器具を追跡するためのシステムは、器具の長さに沿って配設され、隣接するものから離間された2つ以上のセンサ22を含む。解釈モジュール45は、2つ以上のセンサの位置に応じて、3次元画像ボリュームから画像スライスを選択及び更新するように構成される。3次元画像ボリュームは、ボリューム内の標的に対する2つ以上のセンサの位置を含む。画像処理モジュール48は、画像スライス内に基準位置を示すオーバーレイ80を生成するように構成される。基準位置は、2つ以上のセンサの位置及びディスプレイ中の画像スライスからの相対オフセットを含み、器具の位置決め及び配向を行うためのフィードバックを与える。

目的

しかし、かかる3Dワークフローでは、ユーザが使いやすい直観的な方法で生検器具を特定及び表示することが課題である

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

器具を追跡するためのシステムであって、当該システムは、器具の長さに沿って配設され、隣接するものから離間された2つ以上のセンサと、前記2つ以上のセンサの位置に応じて、3次元画像ボリュームから画像スライスを選択及び更新する解釈モジュールであって、前記3次元画像ボリュームは、前記3次元画像ボリューム内の標的に対する前記2つ以上のセンサの位置を含む解釈モジュールと、前記画像スライス内に基準位置を示すオーバーレイを生成する画像処理モジュールであって、前記基準位置は、前記器具の位置決め及び配向を行うためのフィードバックを与えるためにディスプレイ内の前記画像スライスからの相対オフセット及び前記2つ以上のセンサの位置を含む、画像処理モジュールとを含む、システム。

請求項2

前記器具は、生検針を含み、前記画像処理モジュールは、推定生検位置を示すオーバーレイを生成する、請求項1に記載のシステム。

請求項3

前記器具は、生検針を含み、前記画像処理モジュールは、前記生検針を示すオーバーレイを生成する、請求項1に記載のシステム。

請求項4

前記解釈モジュールは、少なくとも1つの面内基準位置を含むように前記画像スライスを選択する、請求項1に記載のシステム。

請求項5

前記解釈モジュールは、全ての面内基準位置を含むように前記画像スライスを選択する、請求項1に記載のシステム。

請求項6

前記オーバーレイは、各基準位置についての形及び/又はオフセット距離のうちの少なくとも1つを示す、請求項1に記載のシステム。

請求項7

前記形は、前記オフセット距離の大きさに対して比例的にサイズ設定される、請求項6に記載のシステム。

請求項8

前記基準位置は、医療デバイス表現推定位置又は標的のうちの1つ以上を追加的に含む、請求項1に記載のシステム。

請求項9

前記ボリュームの3次元(3D)画像を生成し、前記3D画像を前記2つ以上のセンサを含む視野において第2の撮像システムによりリアルタイムで撮像された2次元画像とレジストレーションする第1の撮像システムを更に含む、請求項1に記載のシステム。

請求項10

器具を追跡するためのシステムであって、器具の長さに沿って配設され、隣接するセンサから離間された2つ以上のセンサと、複数の画像スライスに前記2つ以上のセンサの位置を撮像する撮像システムと、3次元画像内の1つの平面に対応する1つの画像スライスを前記複数の画像スライスから選択及び更新する解釈モジュールであって、標的及び少なくとも前記2つ以上のセンサの位置を含む基準位置の場所に基づいて前記画像スライスを選択する解釈モジュールと、前記画像スライス内に前記基準位置を示すオーバーレイを生成する画像処理モジュールであって、前記基準位置は、前記器具の位置決め及び配向を行うためのフィードバックを与えるため、ディスプレイ内の前記画像スライスからの相対オフセット及び前記2つ以上のセンサの位置を含む、画像処理モジュールとを含む、システム。

請求項11

前記撮像システムは経直腸超音波プローブを含み、前記器具は生検針を含み、前記画像処理モジュールは推定生検位置を示すオーバーレイを生成する、請求項10に記載のシステム。

請求項12

前記画像処理モジュールは、前記器具を示すオーバーレイを生成する、請求項10に記載のシステム。

請求項13

前記解釈モジュールは、少なくとも1つの面内基準位置を含むように前記画像スライスを選択する、請求項10に記載のシステム。

請求項14

前記オーバーレイは、各基準位置についての形及び/又はオフセット距離のうちの少なくとも1つを示し、前記形は、前記オフセット距離の大きさに対して比例的にサイズ設定される、請求項10に記載のシステム。

請求項15

前記基準位置は、前記器具の表現を追加的に含む、請求項10に記載のシステム。

請求項16

医療器具を追跡するための方法であって、器具の長さに沿って配設され、隣接するセンサから離間された2つ以上のセンサの位置を検出することと、3次元ボリュームから画像スライスを選択及び更新することであって、前記3次元ボリュームは、前記3次元ボリューム内の標的に対する前記2つ以上のセンサを含むことと、ディスプレイ内の前記画像スライスからの相対オフセット及び2つ以上のセンサの位置を含む基準位置を前記画像スライス内に示すオーバーレイを生成することと、前記画像スライスからの前記相対オフセット及び前記2つ以上のセンサの位置を含む前記オーバーレイからのフィードバックに従って、前記器具を位置決め及び配向することとを含む、方法。

請求項17

オーバーレイを生成することは、推定生検位置及び前記器具位置のうちの1つ以上を表す前記オーバーレイを生成することを含む、請求項16に記載の方法。

請求項18

選択及び更新することは、少なくとも1つの面内基準位置を含むように前記画像スライスを選択することを含む、請求項16に記載の方法。

請求項19

オーバーレイを生成することは、各基準位置についての形及び/又はオフセット距離のうちの少なくとも1つを表す前記オーバーレイを生成することを含み、前記形は、前記オフセット距離の大きさに対して比例的にサイズ設定される、請求項16に記載の方法。

請求項20

3次元ボリュームから画像スライスを選択及び更新することは、リアルタイム撮像システムを使用して収集された現在の画像スライスに対する前記2つ以上のセンサを含む、前記器具の追跡3次元(3D)位置及び向きを解釈することを含む、請求項16に記載の方法。

請求項21

3次元ボリュームから画像スライスを選択及び更新することは、第2の補完撮像モダリティ画像を含む画像内に前記2つ以上のセンサの位置を表示することを含む、請求項16に記載の方法。

技術分野

0001

関連出願の相互参照
本出願は、2014年7月16日に出願された仮出願第62/025,481号の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

0002

本開示は、医療器具に関し、より具体的には、器具及び生体構造視覚化により超音波誘導下で針を追跡するためのシステム及び方法に関する。

背景技術

0003

生検は、生体外病理学分析のために組織標本が取得される低侵襲処置と説明され得る。一般的には、生検デバイス(又は生検)は、いずれも生検銃の取手に取り付け可能な内側スタイレット及び外側中空カニューレを含むことができる。多くの場合、生検銃は、使い捨てデバイスであり得る。通常の生検デバイスは、何らかの形の画像誘導(典型的には超音波(US))下で組織内に配置された後に、「発射」され得る。

発明が解決しようとする課題

0004

一般的に、発射する行為は、最初に内側スタイレットを、次に外側カニューレ間断なく展開し、内側スタイレットの溝に組織標本を捕捉する。生検標本の実際の位置は、発射前の生検デバイスの静止位置からずれていることがある。生検銃及び針の適切な位置決めは、正しい位置から組織を回収する際の重要な要因である。

課題を解決するための手段

0005

原理によれば、器具を追跡するためのシステムは、器具の長さに沿って配設され、隣接するセンサから離間された2つ以上のセンサを含む。解釈モジュールは、2つ以上のセンサの位置に従って3次元画像ボリュームから画像スライスを選択及び更新するように構成される。3次元画像ボリュームは、ボリューム内の標的に対する2つ以上のセンサの位置を含む。画像処理モジュールは、画像スライス内に基準位置を示すオーバーレイを生成するように構成される。基準位置は、ディスプレイ内の画像スライスからの相対オフセット及び2つ以上のセンサの位置を含み、器具の位置決め及び配向を行うためのフィードバックを与える。

0006

器具を追跡するための別のシステムは、器具の長さに沿って配設され、隣接するセンサから離間された2つ以上のセンサを含む。撮像システムは、複数の画像スライス内に2つ以上のセンサの位置を撮像するように構成される。解釈モジュールは、3次元画像内の1つの平面に対応する、複数の画像スライスから1つの画像スライスを選択及び更新するように構成される。解釈モジュールは、基準位置の場所に基づいて画像スライスを選択する。基準位置は、1つの標的及び少なくとも2つ以上のセンサの位置を含む。画像処理モジュールは、画像スライス内に基準位置を示すオーバーレイを生成するように構成され、基準位置は、ディスプレイ内の画像スライスからの相対オフセット及び2つ以上のセンサの位置を含み、器具の位置決め及び配向を行うためのフィードバックを与える。

0007

医療器具を追跡するための方法は、器具の長さに沿って配設され、隣接するセンサから離間された2つ以上のセンサの位置を検出することと、3次元ボリュームから画像スライスを選択及び更新することであって、3次元ボリュームは、ボリューム内の標的に対する2つ以上のセンサを含むことと、ディスプレイ内の画像スライスからの相対オフセット及び2つ以上のセンサの位置を含む基準位置を画像スライス内に示すオーバーレイを生成することと、画像スライスからの相対オフセット及び2つ以上のセンサの位置を含むオーバーレイからのフィードバックに従って、器具を位置決め及び配向することとを含む。

0008

本開示のこれら及び他の目的、特徴並びに利点は、添付図面に関連して読まれる例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなるだろう。

図面の簡単な説明

0009

本開示は、以下の図面を参照して好ましい実施形態の以下の説明を詳細に提示する。

0010

一実施形態による、2Dスライスを使用して医療デバイスを追跡するためのシステムを示す概略ブロック/フロー図である。
一実施形態による、センサ位置及び相対オフセットを示すオーバーレイを有する画像である。
一実施形態による、オーバーレイに示された面内基準位置を有する画像である。
一実施形態による、センサ位置、推定生検位置、及び生検標的位置を示すオーバーレイを有する画像である。
例示的な実施形態による、医療器具を追跡するための方法を示すフロー図である。
例示的な実施形態による、医療器具を追跡するための視点又はユーティリティ操作を選択するための方法を示すフロー図である。

実施例

0011

本原理によれば、現在の画像又は画像スライス(例えば、経直腸超音波(TRUS)、磁気共鳴画像MRI)等)に対する医療器具(例えば生検器具)の追跡された3次元(3D)位置及び向きを解釈し、表示される2次元(2D)画像又は画像スライスを、適切な画像又は画像スライス(例えば斜方磁気共鳴MR)スライス)上に追跡されたリアルタイム器具位置及びオーバーレイ器具表現を含むように選択及び再レンダリングする実施形態が提供される。

0012

標的前立腺生検処置は、処置の間に取得された3次元TRUS画像セットが処置前の3次元MR画像セットにレジストレーションされた後に、リアルタイム2次元TRUS撮像下で行われる。ライブ3次元TRUS撮像は、TRUSプローブを移動させることなく(又は最小限の移動で)前立腺を撮像できる可能性があり、より正確なTRUS−MRレジストレーションにつながるという理由で魅力的である。しかし、かかる3Dワークフローでは、ユーザが使いやすい直観的な方法で生検器具を特定及び表示することが課題である。

0013

本原理は、3D超音波環境で動作するように構成された(例えば、「InSitu(現場、原位置)」)超音波(US)追跡技術を採用する。センサの3D位置は知られているため、所与の2D像面に対するセンサの位置を推定することができる。これは非常に便利な特徴である。なぜなら、3Dワークフローにおいても、誘導は2D画像レンダリングを用いて行われることが多いためである。医療器具(例えば、生検針)及び周囲の生体構造をインテリジェントかつリアルタイムに視覚化するための方法が提供される。これは、ユーザが使いやすい直観的なやり方で生検器具を特定及び表示できることにより、介入処置に3Dワークフローを採用することに役立つ。

0014

一実施形態では、追跡センサのリアルタイム3D追跡位置は、現在の2D撮像面に対するセンサの位置を定量的に推定するために使用される。各センサは、現在の像面からの距離と共に、大小様々の円又は他の形により表される(サイズが大きいほど現在の像面からより離れている(逆もまた同様))。別の実施形態では、表示された2次元TRUS画像は、生検器具の現在の姿勢を含むように、(3Dライブ画像から)リアルタイムで再レンダリングされる。これにより、生検器具付近における生体構造のリアルタイム表示が提供され、器具の挿入時に特に有用である。別の実施形態では、生検器具を示す2次元MRスライスを連続的に更新及び表示するために、既知のTRUS−MRレジストレーションが用いられる。これにより、軟部組織についてのより豊富な情報をもたらす付加価値がもたらされる。なぜなら、MR画像において生検器具をナビゲートすることは、より直観的であるためである。生検器具も示される。

0015

本発明を医療器具に関して述べるが、本発明の教示ははるかに広範であり、任意の追跡可能な器具に適用可能であることを理解されたい。幾つかの実施形態では、本原理は、複雑な生物学的又は機械的システムを追跡又は分析する際に採用される。特に、本原理は、生物学的システムの処置、例えば、胃腸管排泄器官、血管等、身体の全ての領域における処置の内部追跡に適用可能である。図面に示される要素は、ハードウェアソフトウェアとの様々な組合せで実装され、単一の要素又は複数の要素において複合される機能を提供する。

0016

図面に示される様々な要素の機能は、専用ハードウェアの使用によって、及び適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することが可能なハードウェアの使用によって提供され得る。プロセッサによって提供されるとき、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又は幾つかが共有され得る複数の別々のプロセッサによって提供され得る。更に、用語「プロセッサ(processor)」又は「コントローラ(controller)」の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアに排他的に言及するものと解釈されるべきではなく、限定はしないが、デジタル信号プロセッサ(「DSP」)ハードウェア、ソフトウェアを記憶するための読み出し専用メモリ(「ROM」)、ランダムアクセスメモリ(「RAM」)、不揮発性記憶装置等を暗黙的に含むことができる。

0017

更に、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにそれらの特定の例を述べる本明細書における全ての言明は、それらの構造的均等物機能的均等物をどちらも包含することが意図されている。また、そのような均等物は、現在知られている均等物と将来開発される均等物(即ち、構造に関係なく、同じ機能を実施する開発される任意の要素)との両方を含むことが意図される。したがって、例えば、本明細書で提示されるブロック図が、本発明の原理を具現化する例示的なシステム構成要素及び/又は回路概念図を表すことが、当業者によって理解されよう。同様に、任意のフローチャートやフロー図等が様々なプロセスを表し、それらのプロセスは、コンピュータ可読記憶媒体で実質的に表現され、したがってコンピュータ又はプロセッサによって実行され、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かには関わらないことを理解されたい。

0018

更に、本発明の実施形態は、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって使用するための又はそれらに関連するプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能コンピュータプログラム製品の形態を取ることができる。この説明の目的で、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用するための又はそれらに関連するプログラム収納、記憶、通信伝播、又は輸送することができる任意の装置でよい。そのような媒体は、電子磁気、光、電磁気赤外線、若しくは半導体システム(若しくは装置若しくはデバイス)、又は伝播媒体でよい。コンピュータ可読媒体の例は、半導体又はソリッドステートメモリ磁気テープリムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、リジッド磁気ディスク、及び光ディスクを含む。光ディスクの現在の例は、コンパクトディスク−読み出し専用メモリ(CD−ROM)、コンパクトディスク−読み出し/書き込み(CD−R/W)、Blue−Ray(登録商標)、及びDVDを含む。

0019

また、今後、開発される任意の新しいコンピュータ可読媒体も、本発明及び本開示の例示的な実施形態に従って使用される又は参照されるコンピュータ可読媒体と見なされるべきであることを理解すべきである。

0020

本明細書における本原理の「一実施形態」又は「実施形態」及びその他のバリエーションへの言及は、係る実施形態との関連で説明される特定の特徴、構造、特性等が本原理の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。そのため、本明細書の全体にわたり様々な部分に現れる「一実施形態では」又は「実施形態では」という表現及びそのバリエーションの全ては必ずしも同じ実施形態に言及しているわけではない。

0021

なお、例えば「A/B」、「A及び/又はB」及び「A及びBのうちの少なくとも一方」における「/」、「及び/又は」及び「少なくとも一方」のうちのいずれかの使用は、1番目に記載の選択肢(A)のみの選択、2番目に記載の選択肢(B)のみの選択、又は双方の選択肢(A及びB)の選択を包含することを意図している。さらなる例として、「A、B及び/又はC」及び「A、B及びCのうちの少なくとも1つ」の場合、そのような表現は、1番目に記載の選択肢(A)のみの選択、2番目に記載の選択肢(B)のみの選択、3番目に記載の選択肢(C)のみの選択、1番目及び2番目に記載の選択肢(A及びB)のみの選択、1番目及び3番目に記載の選択肢(A及びC)のみの選択、2番目及び3番目に記載の選択肢(B及びC)のみの選択、又は3つの選択肢の全て(A、B及びC)の選択を包含することを意図している。当業者であれば容易に分かるように、列挙されるものの数だけ拡大される。

0022

例えば、層、領域又は材料等の要素が、他の要素「の上に(on)」又は「の上方に(over)」あるというとき、その要素は、直接他の要素の上にあり得る、或いは介在要素が存在する、と理解される。これに対して、要素が他の要素「の上に直接(directly on)」又は「の上方に直接(directly over)」あるというとき、介在要素は存在しない。また、要素が他の要素に「接続される(connected)」又は「結合される(coupled)」というとき、その要素は、直接他の要素に接続又は結合され得る、或いは介在要素が存在する、と理解される。これに対して、要素が他の要素に「直接接続される(directly connected)」又は「直接結合される(directly coupled)」というとき、介在要素は存在しない。

0023

次に図面を参照する。図面中、同様の参照番号は、同じ又は同様の要素を表す。まず図1を参照すると、一実施形態による例示的な追跡又は生検システム10が示されている。システム10は、追跡を行うように構成された生検銃又は他の器具12を含む。器具12は、外側カニューレ18内に配置される内側スタイレット16を有する生検針14を含む。針14は、関連する1つ以上の追跡センサ22を含む。追跡センサ22は、超音波センサを含むが、他のタイプのセンサが針14の追跡に使用されてもよい。

0024

一実施形態では、アダプタ電子機器26は、ノイズキャンセルモジュール28(ソフトウェア及び/又はハードウェア)、増幅器30、及びセンサ22から受信した信号を処理するのに必要な任意の他の信号処理モジュール34を含む。

0025

センサ22は、1つ以上の超音波追跡器を含む。センサ22は、使い捨て式又は非使い捨て式である。一実施形態では、センサ22の超音波追跡器は、PZTPVDF、又は導電板又は導電層間に配設された他の圧電素子を含む。ワークステーション又は他のデバイスへの出力としてセンサケーブル36を設けることができるが、無線インターフェースも想定される。

0026

1つ以上の超音波追跡器又はセンサ22は、InSitu技術を用いて追跡され得る。少なくとも2つのセンサ22が使用される場合、針14の向きを推定することができる。したがって、針14を発射する前に生検の位置座標を計算することができる。

0027

InSitu技術は、撮像プローブビーム診断Bモード画像の視野(FOV)をスイープするとき、センサにより受信される信号を解析することにより、FOV内の受動超音波センサ(例えば、PZT、PVDF、共重合体又は他の圧電材料)の位置を推定する。タイムオブフライト測定は、撮像アレイからのPZTセンサの軸方向/半径方向距離を与え、一方、振幅測定及びビーム発射シーケンスを知っていることは、センサの横方向/角度位置を与える。センサは、撮像プローブのビームが視野をスイープするときに、衝突する超音波を受動的に聴く。これらの信号の解析によって、超音波画像基準枠に器具上のセンサの位置が与えられる。それから、器具の視覚化を促進するためにこの位置を超音波画像に重ね合わせることができ、位置及びその履歴を追跡、セグメンテーション、及び他の用途のために記録することができる。

0028

3Dトランスデューサ(例えば2Dマトリクスアレイ)と共に使用される場合、センサ22の高さ位置も同様に取得することができる。したがって、センサ22の3D位置は、撮像トランスデューサのFOV内にあるならば、リアルタイムで推定され得る。センサ22の3D位置を確認できるため、所与の2D像面に対するセンサ22の位置を推定することもできる。

0029

現在、標的前立腺生検処置は、処置の間に取得された3次元TRUS画像セットが処置前の3次元MR画像セットにレジストレーションされた後、リアルタイム2D経直腸US(TRUS)下で行われる。ライブ3次元TRUS撮像は、撮像プローブを移動させることなく(又は最小限の移動で)器官を撮像できる可能性があり、より正確なレジストレーション(例えばUSからMR)につながるために魅力的である。しかし、かかる3Dワークフローでは、ユーザが使いやすい直観的なやり方で生検器具を特定及び表示することが課題である。

0030

InSitu超音波追跡技術は、3D超音波環境で動作するように適合され得る。センサ22の3D位置は知られているため、所与の2D像面に対するセンサ22の位置を推定することができる。これは非常に便利な機能である。なぜなら、3Dワークフローにおいても、誘導は2D画像レンダリングを使用して行われることが多いためである。本原理に従えば、器具12及びその周囲の生体構造をインテリジェントかつリアルタイムに視覚化することができ、3Dワークフローに関連するデータ解釈問題に解決策を与えることにより、臨床医が3Dワークフローの利点を利用することが可能になる。

0031

システム10は、処置を監督及び/又は管理するワークステーション又はコンソール42と連動して動作する、又はこれに統合されている。ワークステーション42は、好ましくは、1つ以上のプロセッサ44、及びプログラム及びアプリケーションを格納するメモリ46を含む。メモリ46は、センサ22からのフィードバック信号を解釈するように構成された解釈モジュール45を格納する。解釈モジュール45は、信号フィードバック(及び、例えば電磁EM)追跡等の任意の他のフィードバック)を使用して、針14又は他の医療デバイスや器具の位置及び向きを再構成するように構成される。他の医療デバイスには、カテーテルガイドワイヤ、プローブ、内視鏡ロボット電極フィルタデバイスバルーンデバイス、又は他の医療コンポーネント等が含まれる。

0032

一実施形態では、ワークステーション42は、センサ22からフィードバックを受け、更に情報を処理してボリューム(被検体)54内部におけるセンサ22の位置及び向きを決定するように構成された画像処理モジュール48を含む。空間又はボリューム54の画像50が生成され、針14(及び他のコンポーネント)の表現53の位置及び向きをライブ画像で示す表示デバイス52に表示され得る。

0033

解釈モジュール45はまた、生検標本が採取される被検体54内の場所の推定位置目標55を決定するように構成され得る。解釈モジュール45は、この情報を推定位置の場所を示す、ユーザを支援する画像を生成する画像処理モジュール48に伝達する。画像は、可視インジケータ(53)を提供する線又は他の形を含む。

0034

ワークステーション42は、被検体(患者)又はボリューム54の内部画像を表示するためのディスプレイ52を含み、センサ22の表現23、針14の表現53、標的55の表現、解剖学的特徴等を有するオーバーレイ又は他のレンダリングとしての画像を含む。また、ユーザは、ディスプレイ52によって、ワークステーション42並びにそのコンポーネント及び機能、又はシステム内の任意の他の要素とインタラクトすることができる。これは、キーボードマウスジョイスティック触覚デバイスを含むインターフェース60、又はワークステーション42とのインタラクション及びユーザフィードバックを可能にする任意の他の周辺機器又は制御装置により更に促進される。

0035

誘導及び位置調整のために針14又は他の器具を撮像する、(例えば、リアルタイム)撮像システム70が設けられる。一実施形態では、撮像システム70は、撮像プローブ72を採用する超音波撮像システムを含む。撮像プローブ72は、センサ22により受け取られる超音波エネルギーを供給する。センサ22は、信号処理及び増幅のためにアダプタ電子機器26に(無線で、又は図示されないがケーブルの使用により)電気的に接続される。次に、アダプタ電子機器26は、ワークステーション42に接続され、そこで、解釈モジュール45が信号を更に処理し、針14又は他の器具(及び他のコンポーネント)を撮像システム70により収集された画像にレジストレーションする。撮像システム70は超音波撮像システム70として説明されるが、他の撮像技術が採用されてもよい。

0036

解釈モジュール45は、追跡3D画像ボリューム76を解釈し、現在の画像スライス又は画像78に対する生検器具又は針14の位置及び向きを決定するために使用される。解釈モジュール45は、リアルタイムで追跡された器具の位置を含むように、表示する画像スライス78、例えば2次元TRUS/MR画像スライスを選択する。解釈モジュール45は、追跡可能な特徴(例えば、センサ位置、器具位置、生検/標的位置等)の全部又は一部を含む視野を使用する。解釈モジュール45は、位置(例えば深さ)を使用して、針14上のセンサ22と生検位置との間の関係を最も的確に定義する画像スライス(50)を選択する。解釈モジュール45は、全ての追跡可能な位置が存在する平面を選択する、又は関係を最もよく示す解釈モジュール45に格納された基準に基づいて別の平面を選択する。基準には、内部器官、標的、針又は他の器具等を最もよく表示するための角度が含まれる。生検器具又は針14は、ディスプレイ52に表示される適切なスライス(例えば、TRUS/MRスライス、斜方MRスライス)上に重ねられる。オーバーレイ80は、針14の表現、針の画像等として生成される。

0037

図2を参照すると、現在の2次元TRUS画像102に関する生検器具の例示的な視覚化が示されている。現在取り上げられている3D使用事例では、この2D画像102は、3Dプローブの要素の一部により形成される平面であることに留意されたい。この例は、経会陰生検処置である。TRUS画像102は、前立腺の矢状図である。生検器具又は針118は、画像の右側の会陰から入る。器具118は、(例えばInSitu追跡のための)2つのセンサ120及び122を備える。円126及び128のサイズは、それぞれ、表示された2D像面からセンサ120、122までの距離を示す。この図では、センサ122は、1.2cmだけ面外にあり、センサ120は、0.7cmだけ面外にあることに留意されたい。また、生検位置116は、現在の像面内(面内)にあると推定されることに留意されたい。したがって、本原理によれば、器具自体が所与の像面内になくともその像面内に生検位置116を特定することができる。点線は、推定された生検器具のシャフト118(現在の像面における投影)を示す。

0038

リアルタイムで追跡されたセンサ120、122の3D位置は、画像102の現在の2D像面(例えばページの平面)に対する位置を定量的に推定するために使用される。各センサ120、122は、現在の像面からの距離と共に、大小様々の円により表され得る(例えば、サイズが大きいほど現在の像面からより離れている)。他の形又は情報が表示されてもよい。センサ位置が3次元で計算されるため、現在の平面からの絶対距離を計算することができる。

0039

経会陰生検処置では、2次元TRUS画像102(前立腺の矢状図)は、3Dプローブの要素の一部により形成される平面を提供する。生検器具118及び(これに接続された)2つのセンサ120、122は、右側の会陰から入る。3つ以上のセンサが使用されてもよいことを理解すべきである。センサ120、122は、超音波フィードバックを使用して位置を特定される;つまり、画像空間においてセンサ120、122の位置を特定するために信号が使用される。センサ120、122の位置は、解釈モジュール45(図1)により解釈され、円126、128等の形は、撮像面に対するセンサ120、122の位置を示すために生成される。例えば、円126、128のサイズは、表示された2D像面からセンサまでの距離を示し、例えば、センサ122は、(L−R方向に)1.2cmだけ面外にあり、センサ120は、0.7cmだけ面外にある。投影された生検標本位置は、現在の像面内にあると推定される;したがって、本方法によれば、器具自体が所与の像面内になくともその像面内に生検位置を特定することができる。ここで、この実施形態は、経会陰生検について説明されているが、本原理は、他の処置、例えば、経直腸生検、経会陰又は経直腸療法(及び3D超音波画像誘導下で行われる他の介入処置)にも適用可能である。2つのセンサが示されているが、3つ以上のセンサも想定される。他のデータを使用すれば、センサが1つの場合も考えられる。センサが1つの場合、1つのセンサのみで器具の向きを決定することはできないため、位置推定のみがセンサデータのみを使用するときに達成される。テンプレートグリッドが使用され(3D画像にレジストレーションされ)る場合、グリッドエントリーポイントが、器具の向きを推定するために推定されたセンサ位置と組み合わせられる。

0040

図3を参照すると、2D超音波画像202は、いずれも像面(用紙の平面)内にある、2つのセンサ220、222を備える生検器具シャフト204及び推定された生検位置226を含む。表示された2次元TRUS画像202は、生検器具シャフト204の現在の位置及び姿勢と一致するように、(3Dライブ画像から)リアルタイムで再レンダリングされる。器具204が前進されると、画面上の2D画像202は、3Dプローブアレイの要素の一部の選択を変更することにより更新される。理論上は、(基本的には線である)生検器具204を含むことができる平面は無限にあることに留意されたい。しかし、3Dプローブアレイの要素を使用すれば、かかる平面は1つしか存在しない。すなわち、2つ又は3つの基準点面内位置が、観察面を選択するために使用される。この特徴により、生検器具付近における生体構造のリアルタイム表示が提供され、器具204の挿入時に特に有用である。

0041

図4を参照すると、2次元MR画像302は、生検器具シャフト314を含むようにレンダリングされる。2つのセンサ320、322及び推定された生検位置326は、いずれも像面内にあることに留意されたい。また、MR画像302では軟部組織のコントストがより大きいため、ナビゲーションがより容易であることに留意されたい。生検器具314を含む2次元MRスライスを連続的に更新及び表示するために、既知のTRUS−MRレジストレーションが用いられる。器具314が前進されると、画面上の2次元MR画像302が更新される。これにより、軟部組織についてのより豊富な情報をもたらす付加価値がもたらされる。なぜなら、MR画像302内で生検器具314をナビゲートすることは、より直観的であるためである。局所的な生検標的がMR画像302に描写されている場合、本方法により、より正確でユーザが使いやすい方法で器具をMR生検標的330(意図された位置)に誘導することが可能になる。生検針が現在の位置から発射される場合、生検が採取されるであろう推定位置326を示すために点線円が使用される。

0042

本実施形態によれば、ライブ3次元TRUS撮像が提供される。この場合、TRUSプローブを移動させることなく(又は最小限の移動で)前立腺を撮像できる可能性があり、より正確なTRUS−MRレジストレーションにつながる。これは、ユーザが使いやすい直観的な方法で生検器具を特定及び表示できることにより、介入処置に3Dワークフローを採用することに役立つ。

0043

(InSitu)超音波追跡技術の使用は、生検標本の真の位置をより正確に推定するために使用され得る。例えば、InSitu技術は、撮像プローブのビームが診断Bモード画像の視野(FOV)をスイープするときに、センサにより受信された信号を解析することにより、FOV内で1つ又は複数の受動的超音波センサ(例えば、PZT、PVDF、共重合体又は他の圧電材料)の位置を推定するために使用され得る。タイムオブフライト測定は、撮像アレイからのセンサ(図1)の軸方向/半径方向距離を与えるために用いられ、一方、振幅測定及びビーム発射シーケンスを知っていることは、センサの横方向/角度位置を与える(又は決定する)ために用いられ得る。3Dトランスデューサ(例えば2Dマトリクスアレイ)(超音波撮像プローブ)と共に使用される場合、センサの高さ位置も同様に取得することができる。したがって、センサの3D位置は、撮像トランスデューサのFOV内にあるならば、リアルタイムで推定され得る。

0044

センサは、撮像プローブのビームが視野をスイープするときに、衝突する超音波を受動的に聴く。これらの信号の解析によって、超音波画像の基準枠にセンサの位置が与えられる。それから、視覚化を促進するためにこの位置を超音波画像に重ね合わせることができ、位置及びその履歴を追跡、セグメンテーション、及び他の用途のために記録することができる。使用を更に改善する視覚化のために、2つ以上の点又は基準が存在する画像スライスが選択される。3Dトランスデューサ(例えば2Dマトリクスアレイ)と共に使用される場合、センサの高さ位置も同様に取得することができる。したがって、センサの3D位置は、撮像トランスデューサのFOV内にあるならば、リアルタイムで推定され得る。センサの3D位置を確認できるため、例えば、所与の2D像面に対するセンサの位置を推定することもできる。

0045

図5を参照すると、医療器具を追跡するための方法が例示的に示されている。ブロック402では、器具の長さに沿って配設された2つ以上のセンサの位置が検出される。センサは、好ましくは、向き情報及び器具の位置を提供するように、隣接するセンサから離間されている。ブロック404では、複数の画像スライスから1つの画像スライスが選択及び更新される。選択された画像スライスは、基準位置に従って選択される。相対位置は、有用な画像スライスを画定するように解釈される3次元ボリューム内で追跡される。例えば、有用な画像スライスは、3次元ボリューム内の標的に対する2つ以上のセンサを含む。画像スライスは、3次元ボリュームにレジストレーションされる。画像スライスは、センサの動きに従って更新される。このように、撮像プローブを移動することなく画像を更新することができる。

0046

ブロック406では、画像スライスは、少なくとも1つの面内基準位置(例えば、センサ位置、器具位置、標的位置等)を含むように選択される。ブロック408では、画像スライスは、3次元ボリュームを使用して選択される。器具の3次元(3D)位置及び向きは、リアルタイム撮像システムを使用して追跡され、例えば、標的に対して2つ以上のセンサを含むスライスを決定するように解釈される。3次元ボリュームからの画像スライスはまた、レジストレーションされ、器具の追跡された3次元(3D)位置及び向きからの画像を使用して解釈され、リアルタイム撮像システムを使用して収集された現在の画像スライスに対する2つ以上のセンサの表現を含む。また、画像内の2つ以上のセンサの位置は、第2の補完的な撮像モダリティからレジストレーションされた画像と共に表示される。

0047

ブロック410では、画像スライス内の基準位置を示すオーバーレイが生成される。基準位置は、2つ以上のセンサと、ディスプレイ中の画像スライスからの相対オフセットとを含む。ブロック412では、オーバーレイは、推定生検位置及び器具位置の1つ以上を表すために生成される。ブロック414では、オーバーレイは、各基準位置についての形及び/又はオフセット距離のうちの少なくとも1つを表すために生成され、形は、オフセット距離の大きさに対して比例的にサイズ設定される。ブロック416では、器具は、2つ以上のセンサの位置及び画像スライスからの相対オフセットを含むオーバーレイからのフィードバックに従って位置決め及び配向される。

0048

図6を参照すると、介入処置のワークフローを撮像する際に器具及び生体構造の可視化の視点を選択する方法が例示的に示されている。ブロック502では、本原理に従うシステムが提供される。ボリュームの2D画像を取得するために第1の撮像モダリティ(例えばリアルタイム撮像システム、例えば、超音波、x線等)が使用され、また、2D画像を第1のモダリティにレジストレーションして画像表示に改善をもたらすために第2の補完的モダリティ(例えば、MRI、CT、PET等)が使用される。医療器具、例えば針は、器具に配設された2つ以上のセンサを使用して追跡される。ブロック504では、器具は、ボリューム内に配置される。以下のブロック506、508及び/又は510の1つ以上が、処置中のいつでも行われ、視点が改善され、より使いやすい視覚的インタラクションが提供される。

0049

ブロック506では、ユーザ(臨床医)は、器具を必ずしも含まない、生検標的及び生体構造の特定の領域を含む2D平面を選択する。この場合(センサ追跡)の意図は、選択された2D像面から各センサ(すなわち、器具)がどれくらい離れているかについての情報を提供することである。これにより、ユーザは、器具が標的に至る経路における任意の敏感な領域(例えば尿道等の「飛行禁止区域」)から十分に離れていることを確認することができる。この実施形態で選択される2D像面の一例は、現在使用可能な2次元TRUSプローブにより撮像される従来の矢状像面であり得る。

0050

ブロック508では、ユーザは、器具の姿勢を含む2D平面を見ること、及び現在器具を取り囲んでいる生体構造を見ること(器具追跡)を希望する。かかる2D像面の一例は、器具の姿勢を含む斜面であり得る(これは、得られた姿勢に依存して、真の矢状面と異なり得る)。

0051

ブロック510では、ユーザは、選択された平面内の器具を見ることを希望するが、第2の撮像源からの情報を用いる。器具面は、可視化された2D像面がレジストレーションされた第2の補完的撮像モダリティ(例えば、MRI、PET、PET−CT等)からのものであることを除いては、ブロック510で説明されたものと同様に選択される。これにより、USベースのデバイス追跡の利点を第2の撮像モダリティから入手できる優位解剖学的情報と組み合わせることができる。

0052

ブロック512では、処置が継続する。ユーザは、処置の実施を支援するために、いつでもブロック506、508及び/又は510のいずれか1つの使用を選択する。ブロック506、508、及び/又は510の機能は、図5に示された方法の任意の時点で呼び出され、実行されることに留意されたい。ブロック506、508及び/又は510のそれぞれは、臨床的必要性に応じて介入処置中のいつでも実行され得る。

0053

添付の請求項を解釈する際に、以下のことが理解されるべきである。
a)「comprising(有する)」との用語は、所与の請求項に列挙されるもの以外の要素又は行為の存在を排除するものではない。
b)要素に先行する「a」又は「an」との用語は、当該要素が複数存在することを排除するものではない。
c)請求項における任意の参照符号は、その範囲を制限するものではない。
d)幾つかの「手段(means)」が、同一のアイテム、ハードウェア又はソフトウェアが実装された構造体又は機能によって表される。
e)特に明記されない限り、行為の特定の順序を必要とすることを意図していない。

0054

介入処置のための3D撮像ワークフローにおける、器具及び生体構造のインテリジェントかつリアルタイムな視覚化の好適な実施形態(これらは例示的であって限定を意図していない)を説明したが、当業者であれば、上記の教示内容に鑑みて、修正態様及び変更態様を作成可能であることを指摘する。したがって、開示された開示内容の特定の実施形態について、添付の請求項に概説されるように本明細書に開示される実施形態の範囲内の変更が行われることを理解すべきである。こうして、特許法で定められるように詳細かつ具体的に説明したが、特許証により保護されることを望む保護の請求は、添付の特許請求の範囲に記載される。

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