JP5667988B2 - System and method for dynamic metal strain compensation of electromagnetic tracking system - Google Patents
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Description
本発明は、電磁追跡システムについての、特に、アクティブ基準マーカを用いる動的金属歪補償のためのシステム及び方法に関する。 The present invention relates to an electromagnetic tracking system, and more particularly to a system and method for dynamic metal distortion compensation using an active reference marker.
最小侵襲性医療処置の結果は、医療機器の位置を追跡して、医療画像に関する情報を表示するように電磁追跡システム(EMTS)を用い、それにより、生体組織内の目標位置に医療機器を案内する助けとなることにより改善される。 The result of a minimally invasive medical procedure uses an electromagnetic tracking system (EMTS) to track the position of the medical device and display information about the medical image, thereby guiding the medical device to a target location within the living tissue Improved by helping to
EMTSは、処置のための部位において局所的な電磁場を生成し、医療機器が適切な小型センサコイルを有する電磁(EM)場発生器を用いることにより機能する。電磁場発生器の関連センサコイルの位置及びオリエンテーションの関数である電流がセンサコイルにおいて誘導される。EMTSは、センサコイルの位置を、従って、医療機器の位置を演算することが可能である。EMTSの特定の有利点は、電磁場は影響を与えないように人体を貫通することが可能であるために、視野方向が必要ないことである。従って、EMTSは、解剖学的構造内部の針又はカテーテルを追跡するために特に適切である。 EMTS generates a local electromagnetic field at the site for treatment, and the medical device works by using an electromagnetic (EM) field generator with a suitable small sensor coil. A current that is a function of the position and orientation of the associated sensor coil of the electromagnetic field generator is induced in the sensor coil. The EMTS can calculate the position of the sensor coil and thus the position of the medical device. A particular advantage of EMTS is that no field of view is required because the electromagnetic field can penetrate the human body so as not to affect it. Thus, EMTS is particularly suitable for tracking needles or catheters within anatomical structures.
医療環境で用いられるEMTSの主な課題の1つは、電磁場に近接して金属の導電性又は強磁性を有するオブジェクトが存在することである。それらのオブジェクトは、医療機器を追跡する位置及びオリエンテーションにおけるエラーをもたらす歪又は金属アーティファクトをもたらすことである。医療環境においては、EMTSにおける金属アーティファクトをもたらす多くのオブジェクトが存在する。主な歪源は、患者が横たわる医療イメージング装置(例えば、CTガントリ、CTテーブル、X線C字形アーム等)によりもたらされる。他の歪源は、EMTSの近傍において移動する移動可能な医療装置又はツール(ECGモニタ、金属ツール等)である。それらの歪源は電磁場を歪め、故に、EMTSからの位置及びオリエンテーションを歪めて、追跡エラーをもたらす。そのようなエラーは、EMTSを用いる医療処理の結果に直接、影響し得る。現在、EMTSの臨床的有用性は、EMTSの位置及びオリエンテーションの精度が金属歪の存在下では保証されることは可能でない。 One of the main challenges of EMTS used in the medical environment is the existence of objects with metallic conductivity or ferromagnetism in close proximity to electromagnetic fields. These objects are to introduce distortions or metal artifacts that lead to errors in the location and orientation of tracking the medical device. In the medical environment, there are many objects that result in metal artifacts in EMTS. The main strain source is provided by a medical imaging device (eg, CT gantry, CT table, X-ray C-shaped arm, etc.) on which the patient lies. Other strain sources are movable medical devices or tools (ECG monitors, metal tools, etc.) that move in the vicinity of the EMTS. These sources of distortion distort the electromagnetic field and thus distort the position and orientation from the EMTS, resulting in tracking errors. Such errors can directly affect the results of medical treatment using EMTS. Currently, the clinical usefulness of EMTS cannot be assured in the presence of metal strain in the accuracy of EMTS location and orientation.
Andersonによる米国特許出願公開第2005/0107687号明細書においては、EMTSにおける歪の分析及び減少のためのシステム及び方法が提供されている。追跡改善ユニットは、追跡される各々の特定のツール又は装置のための所定の歪モデルに依存している。その所定のモデルは、センサの配置及びシールドも考慮に入れる磁場マッピング及び/又はモデリング/シミュレーションを含む分析処理を介して開発されている。追跡分析ユニットは、本質的に装置のためのルックアップテーブルである、装置の歪特性のマップ及び/又はモデルを生成する。このシステムは、環境内で静止しているオブジェクトによりもたらされる歪を低減するように試みることはない。 US Patent Application Publication No. 2005/0107687 by Anderson provides a system and method for analysis and reduction of strain in EMTS. The tracking improvement unit relies on a predetermined distortion model for each particular tool or device being tracked. The predetermined model has been developed through an analytical process including magnetic field mapping and / or modeling / simulation that also takes into account sensor placement and shielding. The tracking analysis unit generates a map and / or model of the distortion characteristics of the device, which is essentially a lookup table for the device. This system does not attempt to reduce the distortion caused by objects that are stationary in the environment.
Jensenによる米国特許出願公開第2008/0079421号明細書においては、実施形態においてオブジェクトによりもたらされる歪磁場の静的マッピングが提案されている。電磁センサアレイが所定ボリューム内に位置付けされ、センサのアレイが、アレイ内の電磁センサの位置を表す信号を取得するようにサンプリングされる。そのアレイは固定されているため、電磁場歪が演算されることが可能である。このシステムは、医療処置中にリアルタイムに用いられることができず、所定のボリューム内で医療装置及びツールを移動させることによりもたらされる電磁場歪を考慮することができない。 US Patent Application Publication No. 2008/0079421 by Jensen proposes a static mapping of the strain field produced by an object in an embodiment. An electromagnetic sensor array is positioned within the predetermined volume, and the array of sensors is sampled to obtain a signal representative of the position of the electromagnetic sensor within the array. Since the array is fixed, the electromagnetic field distortion can be calculated. This system cannot be used in real time during a medical procedure and cannot take into account the electromagnetic field distortion caused by moving medical devices and tools within a given volume.
Shen等による国際公開第2007/113719号パンフレットにおいては、医療環境下でEMTSの精度を改善する、局所的な金属歪補正のためのシステムが提案されている。そのシステムは、適切なセンサコイルを有する医療装置をモニタリングする磁場発生器を有し、エラー補正ツールにより導出された補正関数がセンサコイルの位置及び折り縁手ション読み取りに適用される。エラー補正ツールは、固定された既知の幾何学的構成で配置された複数の電磁センサを有し、医療処置の標的部位を取り囲んで位置付けられる。更に、歪マッピングが、電磁追跡システムセンサと共に相対的ポジショニング読み取りのための光センサを利用して行われることが可能である。 International Publication No. 2007/113719 by Shen et al. Proposes a system for local metal distortion correction that improves the accuracy of EMTS in a medical environment. The system includes a magnetic field generator that monitors a medical device having an appropriate sensor coil, and a correction function derived by an error correction tool is applied to the sensor coil position and fold edge hand readings. The error correction tool has a plurality of electromagnetic sensors arranged in a fixed and known geometric configuration and is positioned surrounding a target site of a medical procedure. In addition, strain mapping can be performed utilizing an optical sensor for relative positioning reading along with an electromagnetic tracking system sensor.
医療環境においてEMTSの精度及び信頼性を改善するように、リアルタイムで金属歪を効率的に補償することができるシステム及び方法についての要請が依然として存在している。従って、環境によりもたらされる静的歪及び医療装置及びツール自体によりもたらされる歪を補償することができるシステム及び方法を備えることは望ましいことである。 There remains a need for systems and methods that can efficiently compensate for metal strain in real time so as to improve the accuracy and reliability of EMTS in a medical environment. Accordingly, it would be desirable to have a system and method that can compensate for static strains caused by the environment and strains caused by the medical device and the tool itself.
例示としての実施形態の一特徴に従って、電磁追跡システム(EMTS)を用いる動的金属歪補償のための方法は、少なくとも1つの電磁場発生器により電磁場を発生させることを有する。複数の基準マーカが備えられ、各々の基準マーカは少なくとも1つの電磁センサを有し、電磁センサは複数のセンサオリエンテーションで方向付けられていて、それらのセンサの少なくとも一部は所定のボリュームに近接して位置付けられている。基準マーカは、画像空間における基準マーカの少なくとも1つのベースライン位置を与えるように画像化される。その方法は、EMTSを用いて複数の電磁センサの位置読み取りをモニタリングすることと、電磁場における電磁センサの位置読み取りと画像空間における基準マーカの位置を比較することによる金属歪補正関数を演算することと、を更に有する。所定ボリュームを通って移動する医療装置の位置読み取りは、EMTSを用いてモニタリングされ、その装置は、少なくとも1つの電磁センサを有する。その場合、歪補正関数が、前記金属歪を補償するように医療装置位置読み取りに適用される。その補正は動的であり、リアルタイムに行われ、処置中に近接するようになって、オブジェクト/歪についての補償を可能にする。 According to one aspect of the exemplary embodiment, a method for dynamic metal strain compensation using an electromagnetic tracking system (EMTS) comprises generating an electromagnetic field with at least one electromagnetic field generator. A plurality of fiducial markers are provided, each fiducial marker having at least one electromagnetic sensor, the electromagnetic sensors being oriented with a plurality of sensor orientations, at least a portion of the sensors being proximate to a predetermined volume. Is positioned. The reference marker is imaged to provide at least one baseline position of the reference marker in image space. The method uses EMTS to monitor position readings of a plurality of electromagnetic sensors, and calculates a metal distortion correction function by comparing the position readings of the electromagnetic sensors in the electromagnetic field and the position of the reference marker in the image space. And further. The position reading of a medical device moving through a predetermined volume is monitored using EMTS, the device having at least one electromagnetic sensor. In that case, a strain correction function is applied to the medical device position reading to compensate for the metal strain. The correction is dynamic and takes place in real time and comes close during the procedure to allow compensation for objects / distortions.
少なくとも1つの基準マーカの位置決めは、位置モニタリング中に変更可能である。基準マーカの少なくとも一部は、医療処置中に患者の身体の少なくとも一部の周囲におけるフレームにおいて位置付けられ、及び/又は、基準マーカの少なくとも一部は、医療処置中に患者の皮膚に直接位置付けられる。代替として又は付加的に、基準マーカの少なくとも1つが、医療処置中に患者の身体内部に位置付けられることが可能である。 The positioning of the at least one fiducial marker can be changed during position monitoring. At least a portion of the fiducial marker is positioned in a frame around at least a portion of the patient's body during the medical procedure and / or at least a portion of the fiducial marker is positioned directly on the patient's skin during the medical procedure. . Alternatively or additionally, at least one of the fiducial markers can be positioned within the patient's body during the medical procedure.
複数の電磁センサの位置読み取りの一部が、金属歪補正関数に寄与するように選択される。電磁センサの選択は、選択基準に動的に基づくことが可能である。選択基準は、補償を演算するように追跡される医療装置のオリエンテーションに最も近いオリエンテーションを有するセンサを選択することを有することが可能である。他の構成においては、選択基準は、補償を演算するように追跡される医療装置の空間位置に近接する空間位置を有するセンサを選択することを有することが可能である。更なる構成においては、選択基準は、補償を演算するように患者の身体内の目標位置に近接する空間位置を有するセンサを選択することを有することが可能である。更なる構成においては、選択基準は、補償を演算するように患者の身体内の目標位置及び追跡される医療装置の関連空間位置の形状に基づいてセンサを選択することを有することが可能である。全ての構成において、選択基準は、追跡される医療措置のオリエンテーション及び空間位置の少なくとも一が変化するにつれて、変化することが可能である。 Some of the position readings of the plurality of electromagnetic sensors are selected to contribute to the metal distortion correction function. The selection of the electromagnetic sensor can be dynamically based on selection criteria. The selection criteria can include selecting a sensor having an orientation that is closest to the orientation of the medical device being tracked to compute the compensation. In other configurations, the selection criteria can include selecting a sensor having a spatial location that is close to the spatial location of the medical device being tracked to compute the compensation. In a further configuration, the selection criteria can comprise selecting a sensor having a spatial position proximate to a target position within the patient's body to compute a compensation. In a further configuration, the selection criteria can comprise selecting a sensor based on a target position within the patient's body and the shape of the associated spatial position of the tracked medical device to compute a compensation. . In all configurations, the selection criteria can change as at least one of the orientation and spatial position of the medical procedure being tracked changes.
医療歪補正関数を演算する方法は、電磁気センサの選択に基づいて選択されることが可能である。例えば、全体的な変換(アフィン)演算方法が用いられる、補間演算が用いられる全体的な変換演算方法が、追跡される医療装置が選択されたセンサの幾何学的カバレッジの外側にある場合に、用いられる、及び/又は外挿演算方法が、追跡される医療装置が選択されたセンサの幾何学的カバレッジの外側にある場合に、用いられることが可能である。金属歪補正関数を演算する方法は、電磁気センサの選択が追跡される医療装置の移動のために変化されるにつれて、動的に変化されることが可能である。 The method for calculating the medical strain correction function can be selected based on the selection of the electromagnetic sensor. For example, if the overall transformation (affine) computation method is used, the overall transformation computation method using interpolation computation is outside the geometric coverage of the selected sensor, The used and / or extrapolation method can be used when the medical device being tracked is outside the geometric coverage of the selected sensor. The method of calculating the metal strain correction function can be changed dynamically as the selection of the electromagnetic sensor is changed due to the movement of the medical device being tracked.
例示としての実施形態の他の特徴に従って、電磁追跡システム(EMTS)を用いる動的金属歪補償のためのシステムは、電磁場を発生させる少なくとも1つの電磁場発生器を有する。複数の基準マーカを有し、各々の基準マーカが少なくとも1つの電磁センサを有し、複数の電磁センサは複数のセンサオリエンテーションに方向付けられ、それらのセンサの少なくとも一部は所定ボリュームに近接して位置付けられ、基準マーカは画像空間において可視的である。電磁場において電磁センサの位置読み取りと画像空間における基準マーカの位置を比較することにより金属歪補正関数を演算するためにプロセッサは含まれている。少なくとも1つの電磁センサが医療装置に取り付けられている。プロセッサは、金属歪を補償するように前記医療装置位置読み取りに演算された歪補正関数を適用する。 In accordance with other features of the exemplary embodiment, a system for dynamic metal strain compensation using an electromagnetic tracking system (EMTS) has at least one electromagnetic field generator that generates an electromagnetic field. Having a plurality of fiducial markers, each fiducial marker having at least one electromagnetic sensor, the plurality of electromagnetic sensors being directed to a plurality of sensor orientations, at least a portion of the sensors being proximate to a predetermined volume Positioned and the fiducial marker is visible in the image space. A processor is included for computing a metal distortion correction function by comparing the position reading of the electromagnetic sensor and the position of the reference marker in the image space in the electromagnetic field. At least one electromagnetic sensor is attached to the medical device. The processor applies a calculated strain correction function to the medical device position reading to compensate for metal strain.
基準マーカの少なくとも一部が、医療処置中に患者の身体の少なくとも一部を取り囲むように適合されたフレームに備えられる。基準マーカの少なくとも一部は複数の電磁センサを有し、そのような基準マーカにおける複数の電磁センサは異なるセンサオリエンテーションを有することが可能である。 At least a portion of the reference marker is provided on a frame adapted to surround at least a portion of the patient's body during the medical procedure. At least some of the reference markers have a plurality of electromagnetic sensors, and the plurality of electromagnetic sensors in such a reference marker can have different sensor orientations.
本発明の上記の及び他の特徴及び有利点については、以下の詳細説明、添付図及び同時提出の特許請求の範囲により明らかになり、当業者は理解することができる。 These and other features and advantages of the present invention will be apparent from and will be apparent to those skilled in the art from the following detailed description, the accompanying drawings and the appended claims.
本発明は、医療装置及び他の構造物のための電磁追跡システム(EMTS)に関する。本発明の例示としての実施形態は、心臓及び血管への適用、針生検、経皮的ラジオ波焼灼療法、低温除去法、前立腺癌治療法等の癌への適用を含む多くの種類の構造に適用されることが可能であることを、当業者は理解する必要があるが、それらに限定されるものではない。 The present invention relates to an electromagnetic tracking system (EMTS) for medical devices and other structures. Exemplary embodiments of the present invention are applicable to many types of structures, including cardiac and vascular applications, needle biopsy, percutaneous radiofrequency ablation therapy, cryoablation, prostate cancer treatment, and other cancer applications. Those skilled in the art need to understand that they can be applied, but are not limited thereto.
はじめに図1を参照するに、電磁(EM)場発生器12を有する電磁追跡システム(EMTS)10を示している。一実施形態においては、電磁場発生器12は、アクティブ基準マーカ14及び医療機器16に含まれるEMセンサからのセンサデータを追跡することが可能である局所的な電磁場を発生することが可能である。マーカ14は、患者の身体18の周囲に備えられる。マーカ14は医療画像空間において可視的であり、電磁追跡空間における位置情報及びオリエンテーション情報を提供するセンサコイルも有し、故に、それらのマーカも電磁追跡空間内に位置付けられることが可能である。医療処置中に、医療機器16は典型的には、目標位置に対して皮膚の下の患者の身体に進入される。電磁センサコイルは、医療機器16内であって、例えば、医療機器16が針である又は針を含む場合には、その先端近傍に組み込まれる。電磁場発生器12に対するセンサコイルの位置及びオリエンテーションの関数である電流がセンサコイルにおいて誘導される。EMTS10はセンサコイルの位置を、従って、医療機器16の位置を演算することが可能である。EMTSの特定の有利点は、視野方向は必要ないことである。従って、EMTSは、人体組織内部で針又はカテーテルを追跡するのに特に適している。
Referring initially to FIG. 1, an electromagnetic tracking system (EMTS) 10 having an electromagnetic (EM)
図2乃至8を参照するに、医療処置中に、アクティブ基準マーカ14は、患者の皮膚の表面に、又は患者の周囲を移動できるようにデザインされた固定フレーム20に位置付けられることが可能である(図示している構成においては、腹部ファントム18が試験目的で用いることが可能であるように、患者に代えて示されている)。マーカ14は、患者の皮膚上のエントリポイントに近接する、又は患者の身体内の目標位置に近接する適切な領域を取り囲むように位置付けられることが可能である。それらのマーカはワイヤ22でEMTS10に接続されることが可能である、患者18及びフレーム20は、テーブル24の上方に位置付けられた電磁場発生器12を伴って、テーブル24上に、又は何れか適切な場所に位置付けられることが可能である。関連する患者の解剖学的構造の画像が取得される。アクティブ基準マーカ14は医療画像において明確に特定可能であり、画像空間におけるそれらのマーカの位置を決定することが可能である(ソフトウェアの適用により)。これは、アクティブ基準マーカ14の位置についての真のベースラインを形成する。EMTSからのそれらの位置は、真のベースラインの画像位置とEMTS位置を比較することにより補償を演算するように用いられる。金属歪源が存在する場合、アクティブ基準マーカ14の1つ又はそれ以上の位置が歪められる又は不正確になる。ベースライン画像位置との比較することにより、補正が演算されることを可能にする。その補正は、剛体位置整合、アフィン(affine)位置整合及び多くの補間方法を含む種々の方法において実行されることが可能である。
With reference to FIGS. 2-8, during a medical procedure, the active
皮膚に対する接線方向のような単独のセンサのオリエンテーションを伴う基準マーカにおいては、主に、針のような追跡される医療機器は皮膚表面に対して垂直に挿入され、故に、そのセンサは皮膚の表面に対して垂直であるために最終的には、比較的低い整合性がもたらされる。マーカが、皮膚表面に対して垂直方向で内部に方向付けされたセンサを伴って患者の皮膚に取り付けられているとき、アクティブ基準マーカ14は、最初のやり方で、使用可能な補正又は補償を得るように用いられる。追跡される医療機器16がアクティブ基準マーカにおけるセンサと同じ方向に方向付けられるとき、効率は最適である。しかしながら、それは必ずしも又はかなりしばしば、追跡される医療装置及びアクティブ基準マーカにおけるセンサが近接して位置合わせことが可能であるものではない。
In fiducial markers with a single sensor orientation, such as tangential to the skin, primarily the tracked medical device, such as a needle, is inserted perpendicular to the skin surface, so the sensor is In the end results in a relatively low consistency. When the marker is attached to the patient's skin with a sensor oriented inwardly perpendicular to the skin surface, the
第一の構成においては、開示されているシステム及び方法は、各々のアレイが異なるセンサオリエンテーションを有する、アクティブ基準マーカ14の複数のアレイを用いる。他の構成においては、開示されているシステム及び方法は、特定のオリエンテーションのアレイに組織化される必要のない種々のオリエンテーションを有する複数のアクティブ基本マーカ14を用いることが可能である。追跡される医療機器16に対して最も近いセンサオリエンテーションを伴うアクティブ基準マーカ14のアレイか又は、追跡される医療機器16に対して最近接のセンサオリエンテーションを伴う個別のアクティブ基準マーカ14のアレイのどちらかが選択される。選択されたアレイ又はセンサはその場合、歪補正を演算するように用いられる。マーカ14は、補償を演算するように用いられるベースライン位置についての医療画像において識別可能であることのみが必要であるため、アクティブ基準マーカ14は、正確ではなく患者の身体の周囲に位置付けられることが可能であり、即ち、先験的な位置は必要ない。これは、医療処置中に必要な場合には、マーカを再配置する自由度を与える。
In a first configuration, the disclosed system and method uses multiple arrays of
患者18を取り囲むフレーム20にアクティブ基準マーカ14を位置付けることにより、呼吸動作の影響が除かれる。アクティブ基準マーカ14が、呼吸による一定の動作の下にある場合、これは、補償を演算する能力に影響を与える。呼吸動作が推定され場合、アクティブ基準マーカ14は、患者の皮膚に直接位置付けられることが可能である。アクティブ基準マーカ14から読み取られた位置は、画像取得中に、吸気レベルと同期する必要がある。これは、患者が呼吸装置に繋がれている又はベローズ装置が用いられる場合には、ゲーティング処理を介して達成される。代替として、内部アクティブ基準マーカ又は類似するマーカが、EMTS又は類似する追跡システムを用いて呼吸状態を予測するように用いられることが可能である。
By positioning the
EMTSを用いるためには、患者は先ず、何れかの適切なイメージングシステムを用いて撮像される(図3を参照されたい)。侵襲的医療処置のための目標経路がその場合、特定される(図4を参照されたい)。それらの2つのステップは、医療処置の開始の直前に、医療処理中に、又は医療処置より前に実行されることが可能である。画像空間と電磁追跡空間との間のベースライン位置整合(registration)が得られる(図5を参照されたい)。ベースライン位置整合は、画像空間と電磁追跡空間と間の最初の位置整合である。このステップは、補償演算中にアクティブ基準マーカ14を用いて、それら2つの空間の間の変換が演算されるために、オプションである。しかしながら、このステップを実行することにより、電磁補償の演算が失敗したイベントにおいて、画像空間と電磁追跡空間との間のベースライン変換が提供される。更には、このステップは、ソフトウェアアプリケーションが電磁歪補償のユーザによる選択(即ち、それをオン又はオフに切り換えるように)を可能にする場合に、有用である。
To use EMTS, a patient is first imaged using any suitable imaging system (see FIG. 3). A target path for the invasive medical procedure is then identified (see FIG. 4). These two steps can be performed immediately before the start of the medical procedure, during the medical procedure, or before the medical procedure. A baseline registration between image space and electromagnetic tracking space is obtained (see FIG. 5). Baseline registration is the first registration between the image space and the electromagnetic tracking space. This step is optional because the transformation between the two spaces is computed using the
アクティブ基準マーカ14の位置がその場合、画像空間において特定される(図6を参照されたい)。アクティブ基準マーカ14のEMTS位置情報がその場合、読み出され、EMTSは、歪補償を実行する、EMTS位置と画像空間位置との間の変換又は補間を演算する。一旦、歪補償が演算されると、画像は補正され、その補正され画像は、侵襲的ナビゲーションがリアルタイムの歪補償により実行されるように、医師に対して提供されることが可能である(図7を参照されたい)。追跡される医療機器16のオリエンテーションは、従って、リアルタイムにモニタリングされる。
The position of the
その補償は、追跡される医療機器16と同じオリエンテーション(閾値の範囲内の)を有するアクティブ基準マーカ14におけるセンサからの位置読み出しを用いて演算される。殆どの場合、追跡される医療機器16は、医療機器16が再位置決めされるように動的に変化するために、固定されていない。従って、異なるオリエンテーションを有する複数のセンサを使用することにより、追跡される医療機器16のオリエンテーションに最も近いオリエンテーションを有するセンサが補償を演算するように選択されることが可能になる。代替として、医療機器16に最近接のセンサが選択されることが可能である、又はその選択は、医療機器16に対するセンサの幾何学的位置に基づくことが可能である。追跡される医療機器16のオリエンテーションが変わるために、適切なセンサが、補償を演算するように動的に選択されることが可能である。全ての場合において、補正を演算するのにセンサの最小数が用いられる必要があるが、実際の最小数は、演算を実行するのに用いられる方法に依存する。
The compensation is computed using the position reading from the sensor at the
演算のために用いられるセンサの選択は、補正のために採用される補償方法を決定するように用いられることが可能である。例えば、少ないセンサのみが選択基準に適合する場合、補償は、全体的(global)アフィン変換により実行されることが可能である。しかしながら、センサの十分な数が適切な幾何学的カバレッジを伴って選択される場合、補間方法が用いられることが可能である。一部の構成においては、追跡される医療装置のオリエンテーションが、実際の基準センサの最小数のオリエンテーションに対して正確に対応していないとき、補間は、オリエンテーションにおいて最も適切に適合するセンサにより演算されることが可能である。同様に、追跡される医療機器16が有効なセンサの幾何学的カバレッジから外れている場合、全体的な変換方法は、外挿方法に比べてより良好であり得る。
The selection of the sensor used for the computation can be used to determine the compensation method employed for the correction. For example, if only a few sensors meet the selection criteria, compensation can be performed by a global affine transformation. However, if a sufficient number of sensors are selected with appropriate geometric coverage, an interpolation method can be used. In some configurations, when the orientation of the medical device being tracked does not accurately correspond to the minimum number of orientations of the actual reference sensor, the interpolation is calculated by the sensor that best fits in the orientation. Is possible. Similarly, if the tracked
補償の速度又は頻度は2つのイベントであって、実際の基準マーカ14から読み取られる位置を取得すること及び補償の演算のみにより制限される。用いられる実際の基準マーカの数、EMTSの速度及び用いられる補償アルゴリズムに依存して、1つの補償が数分の1秒中に行われることが可能である。真に連続的なリアルタイムの補償は、医療環境においては必要である又は必要ない。
The speed or frequency of compensation is two events and is limited only by obtaining the position read from the
補償演算で用いるセンサ選択の一方法は、各々のアレイが実質的に同じオリエンテーションの、又は医療機器16に対して最近接である複数のセンサを有する複数のセンサアレイを用いることである。追跡される医療機器16のオリエンテーションに基づいて、センサの適切なアレイが補償を演算するように選択される。その選択は、適切なアレイのソフトウェア識別を介して、又はハードウェアマルチプレクサ/セレクタにより行われることが可能である。各々の個別のセンサアレイは、標的部位の周囲に適切に間隔を置かれたセンサを有する。第2の方法は、異なるオリエンテーションを有する複数の個別のセンサ(アレイに構成されていない)を用いることである。追跡される医療機器16のオリエンテーションに基づいて、追跡される医療機器16のオリエンテーションに最も近いオリエンテーションを有するセンサが補償を演算するように選択される。選択は、適切なセンサのソフトウェア識別を介して行われる可能性が最も高い。
One method of sensor selection for use in the compensation operation is to use a plurality of sensor arrays, each array having a plurality of sensors that are substantially the same orientation or closest to the
センサ構成の例示としての最も単純化した実施例が、3つの異なるオリエンテーションにあるセンサ26のグループ(それらのセンサはそれらのオリエンテーションを表す線で表現されている)により図8に示されている。センサ26の各々のグループは、実際の基準マーカ14において位置付けられることが可能である、又は各々の実際の基準マーカ14は1つのセンサに含まれて、一緒にアレイにグループ化されることが可能である。オリエンテーションの数は3つに限定される必要はなく、例えば、2つのオリエンテーションが用いられる、又は4つ以上のオリエンテーションが用いられることが可能である。
The simplest exemplary embodiment of the sensor configuration is illustrated in FIG. 8 by a group of sensors 26 in three different orientations (they are represented by lines representing their orientation). Each group of sensors 26 can be located at an
他の構成においては、少なくとも1つの基準マーカ14が、処置中に患者の内部に、例えば、追跡されている医療機器16に近接して、標的部位に近接して、又は補償の精度を改善する何れかの適切な位置に、一時的に位置付けられることが可能である。
In other configurations, at least one
電磁追跡は、心臓及び血管アプリケーション、癌アプリケーション、及び針生検、経費的ラジオ波焼灼療法、低温除去法、前立腺癌治療法等のような癌アプリケーションにおけるカテーテル追跡を含む医療処置を改善する手段である。金属干渉によりもたらされるエラーは、電磁追跡システムを用いる医療処置の精度に影響を与え得る。リアルタイムの動的エラー補償を提供することにより、開示している方法及びシステムは電磁追跡医療処理の精度を改善することができ、EMTSの使用をよりより現実的で実際的なものにし、また、最小侵襲性アプリケーションにおける医療装置追跡との医療イメージングの統合のために多くの機会可能性がもたらされる。それらの医療アプリケーションには、CTシステム、X線システム、超音波システムの使用があり、その技術は一般に、医師が解剖学的構造における位置に医療装置を案内する必要がある殆どの状況下で何れも適用可能である。 Electromagnetic tracking is a means of improving medical procedures including catheter tracking in cancer applications such as cardiac and vascular applications, cancer applications, and needle biopsy, costly radiofrequency ablation therapy, cryoablation, prostate cancer therapy, etc. . Errors caused by metal interference can affect the accuracy of medical procedures using electromagnetic tracking systems. By providing real-time dynamic error compensation, the disclosed method and system can improve the accuracy of electromagnetic tracking medical processing, making the use of EMTS more realistic and practical, and There are many opportunities for integration of medical imaging with medical device tracking in minimally invasive applications. These medical applications include the use of CT systems, X-ray systems, and ultrasound systems, and the technology is generally used in most situations where the physician needs to guide the medical device to a location in the anatomy. Is also applicable.
上記の方法論のステップを有する本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにおいて実現されることが可能である。本発明は、1つのコンピュータシステムで一元的に、又は異なる要素が複数の相互接続された複数のコンピュータシステムにおいて渡らされる分配方式で、実現することが可能である。何れかの種類のコンピュータシステム、又は本明細書で説明している方法を実行するように適合されている他の装置が適している。ハードウェア及びソフトウェアの典型的な組み合わせは、ロードされて実行されるときに、ここで説明している方法を実行するようなコンピュータシステムを制御するコンピュータプログラムを有する汎用コンピュータシステムであることが可能である。 The present invention having the methodological steps described above can be implemented in hardware, software, or a combination of hardware and software. The present invention can be implemented centrally in a single computer system or in a distributed manner in which different elements are passed across multiple interconnected computer systems. Any type of computer system or other apparatus adapted to perform the methods described herein is suitable. A typical combination of hardware and software can be a general purpose computer system having a computer program that controls the computer system to perform the methods described herein when loaded and executed. is there.
上記の方法論の複数のステップを有する本発明は、コンピュータプログラムプロダクトに組み込まれることが可能である。そのコンピュータプログラムプロダクトは、演算装置又はコンピュータに基づくシステムを本明細書で説明している種々の処理、処理及び方法を実行するように命令するためのコンピュータ実行可能コードを有するコンピュータプログラムに組み込まれたコンピュータ読み取り可能記憶媒体を有することが可能である。ここで記載しているコンピュータプログラムは、a)他の言語、コード又は表記への変換、b)異なる種類の材料における再生、に直接、若しくはそれらのどちらか又は両方の後に、特定の機能を、情報処理能力を有するシステムが実行するようにするように意図された命令の集合の何れかの言語、コード又は表記での何れかの表現を意味するものである。 The present invention having multiple steps of the above methodology can be incorporated into a computer program product. The computer program product is incorporated into a computer program having computer-executable code for instructing a computing device or computer-based system to perform the various processes, processes, and methods described herein. It is possible to have a computer readable storage medium. The computer program described here performs certain functions directly or after either a) conversion into other languages, codes or notations, b) reproduction in different types of materials, It means any representation in any language, code or notation of a set of instructions intended to be executed by a system having information processing capabilities.
本明細書で説明している実施形態の例示は、種々の実施形態の構造の一般的な理解を提供するように意図されたものであり、本明細書で説明している構造を利用することが可能である装置及びシステムの要素及び特徴全てが揃った表現としての役割を果たすようには意図されていない。多くの他の実施形態が、それらの実施形態を利用する及びそれらの実施形態から導き出されることが可能であり、故に、構造的な及び論理的な置き換え及び変形が、本発明の範囲を逸脱することなく実行されることが可能である。図はまた、単なる表現であって、スケーリングして描かれてはいない。図における比率は誇張されていることがある一方、他の図は縮小化されていることもあり得る。従って、本明細書及び図は、限定的なものではなく、例示としてみなされるべきものである。 The illustrations of the embodiments described herein are intended to provide a general understanding of the structure of the various embodiments, and utilize the structures described herein. It is not intended to serve as a complete representation of all the elements and features of the devices and systems that are possible. Many other embodiments can be utilized and derived from those embodiments, and thus structural and logical substitutions and variations depart from the scope of the present invention. Can be performed without The figure is also just a representation and is not drawn to scale. While ratios in the figures may be exaggerated, other figures may be reduced. Accordingly, the specification and drawings are to be regarded as illustrative rather than restrictive.
従って、特定の実施形態について本明細書で図示して説明しているが、同じ目的を達成するように演算された何れかの構成が示されている特定の実施形態を置き換えることが可能であることが理解される必要がある。本明細書は、種々の実施形態の何れかの及び全ての適合又は変形をカバーするように意図されている。上記の実施形態の組み合わせ及び本明細書で特に記載していない他の実施形態が可能であることを、上記説明を検討するときに、当業者は理解することができる。従って、本明細書は、本発明を実行するために検討された最も良好なモードとして開示されている特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、同時提出の特許請求の範囲における範囲内に入る全ての実施形態を網羅するように意図されている。 Thus, although specific embodiments are illustrated and described herein, it is possible to replace specific embodiments where any configuration calculated to achieve the same purpose is shown. It needs to be understood. This document is intended to cover any and all adaptations or variations of various embodiments. Those skilled in the art will appreciate when considering the above description that combinations of the above embodiments and other embodiments not specifically described herein are possible. Accordingly, the description is not to be construed as limited to the particular embodiments disclosed as the best mode contemplated for carrying out the invention, which is encompassed by the appended claims. It is intended to cover all embodiments that fall within the scope.
用語“を有する”及びそれの派生表現は、付加的な要素を排除するとみなされるべきではない。要素の単数表現は複数の要素を排除するとみなされるべきではない。表現“又は”は、含めるとして、換言すれば、“及び/又は”として解釈されるべきである。 The term “comprising” and its derivatives should not be considered as excluding additional elements. A singular representation of an element should not be considered as excluding multiple elements. The expression “or” should be interpreted as including, in other words as “and / or”.
Claims (14)
少なくとも1つの電磁場発生器により電磁場を発生させる段階;
複数の基準マーカを備える段階であって、各々の基準マーカは少なくとも1つの電磁センサを有し、前記少なくとも1つの電磁センサは複数のセンサオリエンテーションにおいて方向付けられ、前記電磁センサの少なくとも一部は所定ボリュームに近接して位置付けられる、段階;
画像空間において前記基準マーカの少なくとも1つのベースライン位置を与えるように前記基準マーカを画像化する段階;
前記EMTSを用いて、前記複数の電磁センサの位置読み取りをモニタリングする段階;
前記電磁場において前記電磁センサの前記位置読み取りと画像空間における前記基準マーカの位置を比較することにより、金属歪補正関数を演算する段階;
前記EMTSを用いて前記所定ボリュームを通って移動する医療装置の位置読み取りをモニタリングする段階であって、前記医療装置は少なくとも1つの電磁センサを有する、段階;
前記金属歪を補償するように前記医療装置の位置読み取りに前記金属歪補正関数を適用する段階;及び
前記金属歪補正関数に寄与するように前記複数の電磁センサの前記位置読み取りの一部を選択する段階;
を有する方法。 A method for dynamic metal strain compensation using an electromagnetic tracking system (EMTS) comprising:
Generating an electromagnetic field by at least one electromagnetic field generator;
Providing a plurality of fiducial markers, each fiducial marker having at least one electromagnetic sensor, the at least one electromagnetic sensor being oriented in a plurality of sensor orientations, at least a portion of the electromagnetic sensors being predetermined Positioned in proximity to the volume;
Imaging the reference marker to provide at least one baseline position of the reference marker in image space;
Using the EMTS to monitor position readings of the plurality of electromagnetic sensors;
Calculating a metal distortion correction function by comparing the position reading of the electromagnetic sensor and the position of the reference marker in image space in the electromagnetic field;
Monitoring the position reading of a medical device moving through the predetermined volume using the EMTS, the medical device having at least one electromagnetic sensor ;
Applying the metal strain correction function to position readings of the medical device to compensate for the metal strain; and
Selecting a portion of the position readings of the plurality of electromagnetic sensors to contribute to the metal distortion correction function;
Having a method.
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