JP2002541947A - 医療行為中の医療用侵襲器具の曲がり具合を検出する装置及びその方法 - Google Patents

医療行為中の医療用侵襲器具の曲がり具合を検出する装置及びその方法

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Abstract

(57)【要約】 超音波変換器と、医療用侵襲器具の所定の位置に取着される位置測定要素及び／または関節アームを含む位置測定装置とを備える、身体に挿入された時の医療用侵襲器具の曲がり具合を検出する装置。医療用侵襲器具の推定位置が、位置測定装置によって生成された測定値に従って計算される。医療用侵襲器具のエコーの点及び／またはセグメントが、超音波画像上で確認される。確認されたエコーの位置と医療用侵襲器具の（曲がらないとして）計算した位置との比較に基づいて、医療用侵襲器具の曲がり具合を検出する。更に、医療用侵襲器具の実際の形状を推定するために確認されたエコーの点／セグメントを用いる。更に、医療用侵襲器具の推定位置及び／または推定速度が計算され、その計算値を表示装置に表示して利用者に示す。ＣＴスキャナーやＭＲＩスキャナーを用いる時に、本装置に類似した装置を利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野 本発明は、身体に挿入された時の医療用侵襲器具（medical invasive tool）
の曲がり具合を検出してその形状を推定することに関連する。また、医療用侵襲
器具の超音波エコーの画質を向上させることにも関連する。
【０００２】 発明の背景 超音波やＣＴなどの画像方法を用いて、診断や治療のために手術器具の挿入を
誘導する。超音波画像は、例えば胎児のモニタリングや発達、乳房生検、他の生
検、吸引生検、または他の医療器具の挿入において、日常的に利用されている。
【０００３】 医療用侵襲器具を誘導する装置は、共に譲渡された米国特許第5,647,373号(Pa
ltieli)、名称「Free-Hand Aiming Of A Needle Guide」のＰＣＴ出願PCT/IL96/
00050 (WO 97/03609)、及び名称「System And Method For Guiding Movements O
f A Device To A Target Particularly For Medical Applications」のPCT/IL98
/00578に開示されており、それらに言及することをもって本明細書の一部とする
。
【０００４】 これらの装置において、医療用侵襲器具が、超音波やＣＴ、ＭＲＩなどの医療
用画像装置によって視認できる身体内の標的に誘導される。この誘導は、位置測
定装置によって生成された測定値に基づいている。この位置測定装置は、医療用
侵襲器具及び医療器具の所定の位置に取り付けられた位置測定要素及び／または
関節アームを含む。医療用侵襲器具が挿入された時に曲がると、計算した位置及
び軌跡が異なってしまうことになる。これは、１或いは複数の位置測定要素が医
療用侵襲器具の先端部から比較的離れた位置に取り付けられた場合に生じる。位
置センサを医療用侵襲器具の先端部に取り付けることによってこの問題を解決す
ることができる。しかしながら、通常は専用の器具が必要であり、殆どの場合医
療器具の推定軌跡に誤差が発生する。
【０００５】 医療用侵襲器具の推定位置及び速度を利用し、初めに生成された画像に画像プ
ロセシングツールを適用して、医療用侵襲器具の超音波エコーの画質を向上でき
ることは明らかである。
【０００６】 協働するニードルの先端部と皮膚に変換器要素を配置して、超音波でニードル
の位置を検出する方法及び装置が、米国特許第4,429,539号(Vilkomerson)に記載
されている。
【０００７】 超音波ビームに近い時は視認可能なニードル上の２つの超音波検出器を含む超
音波装置によって、ニードルの先端部の位置を検出する方法及び装置が米国特許
第4,407,294号(Vilkomerson)に記載されている。ドップラー効果が生じるニード
ル先端部の可動部を含む超音波装置によって、ニードル先端部を検出する方法及
び装置が米国特許第5,095,910号(Powers)に記載されている。
【０００８】 これらの方法によって、オペレータが、超音波装置のスキャニング面によって
ニードル先端部を確認してニードルを操作することができる。しかしながら、こ
れらの方法には専用の器具が必要であるという欠点がある。更に、これらの方法
を実行するための装置及び方法は、ニードルの曲がり具合についての情報を含ま
ない。Powers（'910）によって開示された方法はドップラー超音波にのみ有効で
ある。
【０００９】 発明の要約 本発明は、身体に挿入された時の医療用侵襲器具の曲がり具合を検出するコン
ピュータ制御の方法及び装置を提供し、現代の当分野における技術の進歩に貢献
する。本発明はまた、医療用侵襲器具が曲がった時にそれを補正する方法及び装
置を開示する。また本発明は、例えばＣＴやＭＲＩなどの超音波装置において有
用である。
【００１０】 本発明はまた、医療用侵襲器具の超音波エコーの画質を向上させるさせ、超音
波画像の質を高める方法及び装置を提供する。
【００１１】 本明細書に用いる「ニードル」は、医療行為（medical intervention）に用い
られる任意の医療用の侵襲器具或いは侵襲機器を指す。「位置」は、場所及び／
または方向を指す。
【００１２】 「位置測定装置」は、基準位置或いは身体の所定の位置に対して身体の位置を
求めるために用いることができる任意の装置（磁気式、光学式、音響式、慣性式
、機械式またはそれらの任意の組み合わせ）を指す。また、「位置測定要素」は
、身体の所定の位置／空間の一組の座標に対する身体の位置／一組の座標の測定
を可能とする、例えば、電子−磁気式／音響式／光学式の送信機或いは受信機、
反射器或いは他の光学表示、ジャイロ、エンコーダ、またはその他の要素などの
位置測定装置の要素である。
【００１３】 本発明の装置の一実施例は、スキャニングヘッドが少なくともニードルの一部
或いはその一点を投影できるように、オペレータがスキャニングヘッド及び／ま
たはニードルを操作しなければならないという点で半自動式である。スキャニン
グヘッド及びスキャニングビームに対するニードルの推定位置の計算は完全に自
動である。一方、医療用スキャニング装置によって表示された画像上のニードル
の少なくとも一部の実際の位置の確認は、自動若しくは手動で行うことができる
。
【００１４】 本装置は、超音波装置などの医療用画像装置と、ニードル及び医療用画像装置
のスキャニングヘッドに取り付けられた位置測定要素及び／または関節アームや
位置コントローラを含む位置測定装置と、データプロセッサ、及び随意選択の画
像プロセッサとを含む。更に本装置は、画像装置によって生成された画像、及び
／またはニードルの位置や挿入時のニードルの曲がり具合についての情報をオペ
レータが視認できる表示装置を更に含む。
【００１５】 第１位置測定要素がニードルの所定の位置に取り付けられ、第２位置測定要素
が超音波変換器（ultrasound transducer）に取り付けられる。第１測定要素と
第２測定要素との相対的な位置が、位置測定装置によって測定される。第２位置
測定要素が、超音波変換器のスキャニング面の位置が第２位置測定要素に対して
既知となるように、超音波変換器に対して較正される。次に、医療用画像装置の
スキャニング面／体積に対するニードルの推定位置が、上記した測定値及び較正
に基づいて計算され得る。別法では、ニードル及び／または超音波変換器が関節
アームに設置されるため、機械的手段（エンコーダ）によって相対的な位置の測
定が可能である。
【００１６】 ニードルは、超音波画像装置で視認できる身体内の目的位置にねらいが定めら
れる。ニードルが細い場合は挿入時に曲がる可能性がある。次に、超音波変換器
を操作して、ニードルの少なくとも一部或いは一点が視認できるようにする。ニ
ードルの超音波エコーを基に、ニードルの点及び部分を自動或いは半自動的に確
認することができる。位置測定装置から受け取った情報（位置及び動きのパラメ
ータ）と超音波エコーから検出した実際の点から、ニードルの形状特にニードル
の曲がり具合を推定することができる。
【００１７】 ニードルの位置や速度を用いて、１或いは複数の超音波画像におけるニードル
のエコーの画質を向上できることは明らかである。ニードル上の点が、ニードル
の推定位置及び速度に従って、１或いは複数の超音波画像のそれぞれにおいて探
索される。補間動作や局所シャープニングフィルタ等の標準的な画像プロセシン
グツールを用いることによって、確認した点（一点或いは複数の点）に基づいて
完全なニードルのエコーの画質を向上させることが可能となる。
【００１８】 本発明によって、医療行為のための医療用誘導装置の性能を改善することがで
きる。このような医療誘導装置には、既存の誘導装置や、共に譲渡された米国特
許第No. 5,647,373 (Paltieli)、 PCT/IL96/00050 (WO 97/03609)、名称「Free-
Hand Aiming Of A Needle Guide」、PCT/IL98/00578、名称「System And Method
For Guiding Movements Of A Device To A Target Particularly For Medical
Applications」に開示された誘導装置が含まれる。また、これらに言及すること
をもってこれら全てを本明細書の一部とする。本発明は、侵襲性医療用器具が細
い場合や位置測定要素がニードルの先端部から離れた位置に取り付けられている
場合に特に有用である。
【００１９】 図面の詳細な説明 添付の図面を用いて本発明を以下に説明するが、類似の参照符合や記号は対応
する要素或いは同様の要素を示す。
【００２０】 本発明の第一実施例を例示する図１について説明する。第一実施例は、標的６
を含む身体４（身体体積部）に挿入されたバイオプシー針２を例示する。標的６
は、超音波装置本体１０に接続された超音波変換器８によってスキャンされる。
第１位置測定要素２０（以下に示す式のp.m.c.若しくはp.m.c._20）がバイオプ
シー針２の既知の位置に取り付けられる。第２の位置測定要素２２（以下に示す
式のp.m.c.若しくはp.m.c._22）が、超音波変換器８に対して既知の位置に取り
付けられる。第２位置測定要素２２を超音波面／体積２４に対して調整し、超音
波面／体積部２４の位置が第２位置測定要素２２に対して既知となるようにする
。共に譲渡されたＰＣＴ出願PCT/IL98/00631、名称「Calibration Method And A
pparatus For Calibrating Position Sensors On Scanning Transducers」に従
って操作し、このようなキャリブレーションを実行する。また、このＰＣＴ出願
を言及することをもって本明細書の一部とする。
【００２１】 第１位置測定要素２０及び第２位置測定要素２２は、位置測定装置の一部であ
って、この位置測定装置は、更に、両要素間の相対位置を測定し、その値をデー
タプロセッサ２８に転送する位置検出コントローラ２６を含む。この位置検出コ
ントローラ２６をデータプロセッサ２８の一部とすることもできる。
【００２２】 データプロセッサ２８は、超音波スキャニング面／体積２４に対するニードル
２の予想位置を計算する。この計算は、ニードル２の形状及びニードル２の第１
位置測定要素２０の位置を基に位置測定装置によって生成される値に基づく。更
に、この計算は、第２位置測定要素２２に対する超音波スキャニング面／体積２
４の位置に関連して較正された値に基づく。本明細書に用いるこのような誘導装
置は、共に譲渡されたＰＣＴ出願PCT/IL96/00050 (WO 97/03609)、名称「Free-H
and Aiming Of A Needle Guide」、及びPCT/IL98/00578、名称「System And Met
hod For Guiding Movements Of A Device To A Target Particularly For Medic
al Applications」、米国特許第 5,647,373 (Paltieli)号に従っている。またこ
れらのＰＣＴ出願及び特許に言及することをもって本明細書の一部とする。
【００２３】 また、図１に例示するようにニードル２が身体４の中に挿入され、このニード
ル２が曲がった場合、特に位置測定要素２０がニードルの先から離れている場合
には、この計算方法を変更しなければならない。従って、このような場合には、
ニードルの曲がり具合を確認してそれに従って計算を補正し、かつ／またはオペ
レータにその曲がり具合についての情報を伝える。
【００２４】 本発明の一実施例に従った図２Ａを参照すると、超音波画像３０が画像プロセ
ッサ３２に転送され、オペレータがその画像を表示装置３４で見ることができる
。図２Ａを参照すると、共に譲渡されたＰＣＴ特許出願、PCT/IL96/00050及びPC
T/IL98/00578、米国特許第5,647,373号に従って、ニードル２の予想位置を超音
波画像３０の上に重ねることが可能である。随意選択で画像プロセッサ３２をデ
ータプロセッサ２８の一部とすることもできる。
【００２５】 ニードル２がその形状を維持しているか否かを検査するために、超音波変換器
８が、少なくともニードル２の一部或いは一点を含む身体４の少なくとも一部を
スキャンする。表示装置３４に表示されたニードル２と超音波面２４の相対的な
予想位置についての情報によって、オペレータが、ニードル２の少なくとも一部
が見えるように超音波の位置を調整することが容易になる。
【００２６】 従って、オペレータは、表示装置３４でニードルのエコーの点及び／またはニ
ードルのエコーのセグメントを見ることができる。本発明の一実施例に従えば、
オペレータが、例えばカーソルをニードルのエコーの点の上に置き、マウスや標
準的なソフトウェアを使ってボタンをクリックすることによって、ニードルのエ
コー４２の実際の位置を超音波画像３０上に表示することが可能である。オペレ
ータは、１或いは複数の超音波画像においてこの動作を実行する。
【００２７】 次に、画像プロセッサ３２が、超音波画像３０に対するその画像のマークした
点の二次元の位置を計算することが可能である。第２位置測定要素２２が超音波
面／体積２４に対して較正されているため、マークされた点の位置を、第２の位
置測定要素２２に対して計算することができる。次に、マークした点の位置を、
以下に示す式に従って第１の測定要素２０に対して計算することができる。
【００２８】
【数１】
【００２９】 ここで、Ｐは変位ベクトルであり、［Ｍ］はオイラーの方向行列（Euler orie
ntation matrix）であり、下側の指数は測定された点であり、上側の指数はそれ
が測定された座標の組である。
【００３０】 従って、データプロセッサ２８は、位置測定要素２０に対するニードル２上の
点の実際の位置に関する情報{ Ppoints_i p.m.c._20} iε{1,K}を有する。ここで
、Ｋは超音波画像３０に従ってマークされた点の数である。次に、データプロセ
ッサ２８は、ニードル２の形状を予想するために、この点の組に曲線を当てはめ
る。
【００３１】 超音波変換器８とニードル２の相対的な位置によって、超音波スキャン面２４
にニードルの少なくとも一部を位置させることができる場合は、図２Ｂに例示す
るように、１つの画像のそのエコーからニードル２上の幾つかの点が検出され得
る。検出された各点を好適なクラスタにまとめ、クラスタに当てはまらない点は
排除する。しかしながら、ニードル２が超音波スキャン面２４と交差する場合は
、１つの位置から１つの交点が検出され得る。このような場合には、ニードル２
上の幾つかの点が見れるように、幾つかの位置で超音波変換器８を操作すること
が好ましい。随意選択であるが、オペレータがニードルの尖端を確認してマーク
することが極めて望ましい。実際のニードル先端部の位置が分かると、以下に詳
述する選択された曲線当てはめモデル／アルゴリズムの実行が簡便なり、かつ改
善され得る。
【００３２】 随意選択であるが、以下に記載し、更に図２Ｃに関連して説明する、追加の値
をこのようなアルゴリズムに用いることが極めて望ましい。第１の値は、位置測
定要素２０に対する位置がニードルの曲がりによって変化しない所定の点Ｐ０に
関連する。第２の値は、ニードルの先端部Ｐｔに対する位置がニードルの曲がり
によって変化しない予め指定された点Ｐｆに関連する。これらの予め指定された
値は、ニードル２の大きさ及び特性、並びにニードル２にへの位置測定要素２０
の取り付け特性に関する情報に従って予め決定することが可能である。
【００３３】 アルゴリズムによって用いられる曲線当てはめ方式は、曲線が必ず各点を通る
補間法であるか、或いは曲線が必ずしも全ての点を通る必要がない近似法の何れ
かである。後者の場合、最大誤差や積分二乗誤差などの誤差基準を、測定値と近
似値の差を自動的に決定するために用いることができる。
【００３４】 ニードルの形状の予想は、当分野で周知の任意の様々な可能な曲線当てはめモ
デルに従って実行することができる。補間多項式やBezier多項式、またはＢスプ
ライン（B-spline）（補間或いは近似）を用いた曲線の当てはめは従来のアルゴ
リズムであり、これらを用いて、ニードル２のエコー及び位置測定装置による情
報に基づき、ニードル２の形状を求めることができる。
【００３５】 随意選択であるが、ニードルを幾つかのセグメントに分け、曲線当てはめアル
ゴリズムモデルを、別のニードルのセグメントでは曲がり具合が異なっていると
の仮定に従って実行するのが好ましい。随意選択であるが、曲線当てはめアルゴ
リズムを容易に実行できるように、近似がなめらかになる予想を用いることが好
ましい。このような予想は経験的なデータに従って実行すべきである。随意選択
であるが、様々な曲がり具合のモデルを、様々なニードルのサイズや特性、及び
経験的なデータに従って、様々なタイプの侵襲医療器具に適合することが可能で
ある。
【００３６】 本発明の別の実施例に従えば、ニードルのエコーを自動的に検出することが可
能であるため、オペレータはニードルのエコー４２を表示装置３４にマークする
作業から開放される。図２Ｃを参照すると、オペレータは、例えばニードル２を
前後に振動５０させ、一方では超音波変換器８を静止或いは殆ど静止した状態に
保持する協働的な方法でニードル２を動かす。この協働的な動きによって、画像
プロセッサ３２が、ニードルのエコー５４の動きに基づいて、超音波画像３０上
に実際のニードルのエコー４２を自動的に検出することが可能となる。この自動
検出は、以下に示す方法に従ったニードル２の位置及び動き（周波数、振幅）に
ついての情報に基づいている。
【００３７】 第１位置測定要素２０によって、ニードル２の位置の測定が可能となる。オペ
レータによってニードル２が協働的に動かされる場合、動きの周波数や方向、ま
たは振幅を、位置測定値に従って計算することが可能である。ニードル２が曲が
る場合は、測定されるその運動方向は、ニードル２の第１位置測定要素２０の位
置によって決まる。
【００３８】 画像プロセッサ３２は、画像の移動点を推定し、連続的な超音波画像３０を分
析する。この推定過程は、データプロセッサ２８から受け取るニードル２の動き
を特徴づける測定されたパラメータ、即ちニードル２の周波数及び／または振幅
及び／または方向についての情報によって助けられる。ニードルのエコー５４の
動きの方向は、ニードルが挿入時に曲がると、計算した動きの方向５０とは異な
ってしまうため、計算した振幅及び周波数が探索の好適なパラメータである。次
に、画像プロセッサ３２が、測定したパラメータに従って点の動きを求めるため
に連続した画像をフィルタにかける。
【００３９】 更に、ドップラ補償機能付き超音波装置では、実際のニードルのエコーの自動
的な確認が、超音波装置によって生成された画像の移動物体についての追加情報
によって助けられ得る。
【００４０】 ニードルの点をその協働的な動きに基づいて自動的に検出するために必要な連
続的な超音波画像の数は、表示装置３４上のニードル２の移動特性及びニードル
２の視認可能な範囲の程度による。ニードルのエコーの各点の自動探索を予想（
曲がらない）ニードル軌跡４０の付近に限定することによって、確認プロセスが
効率的になり、また高速化にもつながる。
【００４１】 随意選択であるが、オペレータは、自動標的確認プロセスを効率的にするため
に、ニードルの先端部を見るのが好ましい。
【００４２】 図２Ｄは、ニードル２の曲がり具合に関する情報をオペレータに示す幾つかの
点を表示装置３４上に例示する。随意選択で、ニードルの予想エコー４０に対す
る実際のニードルのエコー４２を超音波画像３０上に表示する。更に、実際のニ
ードルのエコーに続く部分４２’及びニードルの予想エコーに続く部分４０’を
表示することもできる。更に、ニードルの曲がり具合の予想に基づく予想軌跡を
超音波画像３０上に表示することも可能である。更に、真っ直ぐなニードルに対
する曲がったニードルの二次元正面画像５０及び二次元側面画像５２を、例えば
実際のニードル先端部と予想（曲がらない）ニードル先端部との距離に関する英
数字情報などの数値情報と共に表示することも可能である。
【００４３】 例えば、PCT/IL96/00050及びPCT/IL98/00578、米国特許第5,647,373号などに
開示された医療用誘導装置において、誘導される侵襲器具の方向及び位置は、侵
襲器具の推定される形状に従って更新することが可能である。このように近似し
た後、オペレータが侵襲器具を進めるか戻すかによってその近似を修正すること
ができる。更に、予想されるニードルの曲がり具合によって、所定の範囲を超え
て目的の点から変位すると予想される場合は、オペレータに警告を発することも
可能である。更に、例えば、PCT/IL96/00050及びPCT/IL98/00578、米国特許第5,
647,373号に記載されている方法によって、身体４内に標的６が表示されている
場合は、データプロセッサ２８が、ニードルが曲がることによって起こる誤差を
推定し、オペレータにこの情報を提示し、かつ／または警告を発する（この誤差
が所定の閾値を超える場合）こともできる。
【００４４】 図３を参照すると、ブロック６０は、位置測定装置によって生成された測定値
を示す。ブロック６２は、超音波変換器８に対する位置測定要素２２の較正の結
果を示す。ブロック６２はオフラインで実行される。ブロック６４は、超音波ス
キャニング面２４に対するニードル２の相対的な位置の計算を示す。ブロック６
６は、随意選択で超音波変換器８によって生成された画像に従ってニードル２の
各点の実際の位置を表示されたその画像上へのマークを示す。ブロック６８は、
ニードル２の動きを示す。ブロック６９は、ステップ６０で生成された測定値に
基づいて動きのパラメータ（周波数、振幅、方向）を測定する随意選択のステッ
プを示す。
【００４５】 ブロック７０は、超音波変換器からドップラー情報を受け取る随意選択のステ
ップを示す。ブロック７２は、ステップ７０のドップラー情報（随意選択）、ス
テップ６９の動きのパラメータ、及び／またはステップ６０で生成された測定値
、ステップ６２で較正された値に基づいて、スキャンされた情報においてニード
ル２の各点を自動的に検出する随意選択のステップを示す。ブロック７３は、ス
テップ６６或いはステップ７２の何れか一方に基づき、ステップ６０の測定値及
びステップ６２の較正値を利用し、スキャニング面／体積２４に対する侵襲器具
の各点の位置を計算するステップを示す。ブロック７４は、ステップ７３の計算
及びステップ６４の計算（随意選択）に基づいて、侵襲器具の形状を推定するス
テップを示す。ブロック７５は、ステップ７４への推定に基づいて、ニードルの
曲がり具合が所定値を越える場合に警告を発するステップを示す。ブロック７６
は、侵襲器具の推定形状を表示するステップを示す。ブロック７７は、ステップ
７４の推定形状に基づいて侵襲器具の予想軌跡を表示するステップを示す。
【００４６】 図４Ａを参照すると、本発明の典型的な実施例に従った磁気式位置測定装置が
例示されている。既に説明した図面と類似の要素には類似の番号を付し、その説
明は省略する。
【００４７】 この典型的な実施例では、第１位置測定要素２０はニードル２に取り付けられ
た受信機２０’であり、位置測定要素２２は超音波変換器８に取り付けられた送
信機２２’である。送信機２２’は、ＡＣ若しくはＤＣ磁気信号／電磁気信号を
受信機２０’に送信する。受信機２０’の出力が、位置検出コントローラ２６に
接続された有線或いは無線によって送信されるため、送信機２２’に対する受信
機２０’の相対的な位置を計算することができる。また、位置検出要素２０を送
信機とし、位置測定要素２２を受信機としてもよい。
【００４８】 図４Ｂを参照すると、本発明の別の典型的な実施例に従った光学式位置測定装
置が例示されている。既に説明した図面と類似の要素には類似の番号を付し、そ
の説明は省略する。
【００４９】 立体視ＣＣＤ８０’が、第１基準位置のアーム８２’に設置されている。第１
位置測定要素２０はニードル２に取り付けられたＬＥＤ２０’’のクラスターを
含み、第２位置測定要素２２は超音波変換器８に取り付けられたＬＥＤ２２’’
のクラスターを含む。ＬＥＤ２０’’のクラスターの相対的な位置は、第１基準
位置（ステレオＣＣＤカメラ８０’）に対して測定され、ＬＥＤ２２’’のクラ
スターの相対的な位置もまた、第１基準位置（ステレオＣＣＤカメラ８０’）に
対して測定される。従って、上記した測定値から、ＬＥＤ２２’’のクラスター
に対するＬＥＤ２０’’のクラスターの相対的な位置、即ち超音波スキャンビー
ム２４に対するニードル２の相対的な位置を測定することが可能である。
【００５０】 図４Ｃを参照すると、本発明の別の典型的な実施例に従った機械式位置測定装
置が示されている。既に説明した図面と類似の要素には類似の番号を付し、その
説明は省略する。
【００５１】 関節アーム９０がニードル２の所定の位置に取り付けられ、類似の関節アーム
９２が超音波変換器８の所定の位置に取り付けられている。間接アーム９０及び
９２は、共通のベース部９４に設置されている。このような装置は、米国特許第
5,647,373号に記載されている。この機械式位置測定装置によって、超音波スキ
ャニング面３４に対するニードル２の相対的な位置の計算が可能となる。
【００５２】 図４Ｄを参照すると、本発明の別の典型的な実施例に従った磁気式と機械式を
組み合わせた位置測定装置が例示されている。既に説明した図面と類似の要素に
は類似の番号を付し、その説明は省略する。
【００５３】 間接アーム９２がニードル８の所定の位置に取り付けられている。磁気送信機
は、アーム９２或いはベース部９４の何れかに設置されて較正され、類似の関節
アームが超音波変換器８の所定の位置に取り付けられている。関節アーム９０及
び９２は、共通のベース部９４に設置されている。このような装置はPCT/IL98/0
0578に開示されている。この機械式位置測定装置によって、超音波スキャニング
面３２に対するニードル２の相対的な位置の計算が可能となる。
【００５４】 位置測定要素２０、２２及び８０（装置に含まれている場合）は、次のグルー
プの任意のものが可能である。このグループには、磁気或いは音響、または光学
位置測定装置の一部として好適な送信機、受信機、反射器、トランシーバ、光学
式インディケータ、或いはそれらの組み合わせが含まれる。このような位置測定
要素及び装置は、例えばPCT/IL96/00050, PCT/IL98/00578及びPCT/IL98/00631に
詳述されている。位置検出コントローラは、有線或いは無線接続によって位置測
定要素２０、２２及び８０（装置に含まれる場合）の少なくとも１つ或いは全て
と通信することが可能である。（詳細は例えばPCT/IL96/00050, PCT/IL98/00578
及び PCT/IL98/00631に示されている）。
【００５５】 本発明の別の実施態様では、ニードルの位置及び／または速度は上記したよう
に測定される。これらの測定値を用いて、超音波変換器によって生成された画像
或いは一連の画像のニードルのエコーの点或いはセグメントを自動的に確認する
。次に、上記した確認に基づいて、データプロセッサ２８が標準的な画像プロセ
シングアルゴリズムを用いて超音波画像をフィルタにかけ、オペレータに示す画
像におけるニードルのエコーの質を向上させる。特に、局所シャープニングフィ
ルタ（local sharpening filter）及び上記した補間アルゴリズムを用いて、改
善された超音波画像を生成し、オペレータに示すことが可能である。別法では、
ニードルの位置や速度を測定し、超音波画像のニードルが存在すると予想される
位置に局所フィルタをかけることができる。この実施例では、初めにニードルの
エコーの点或いはセグメントを確認しないで、一般的なフィルタを用いて実行す
る。一般的なフィルタのパラメータは、超音波のタイプ及び画像におけるニード
ルの予想される方向に従ってデータプロセッサ２８によって選択されるのが好ま
しい。一連の画像において反復型或いは適応型フィルタリングアルゴリズムを用
いて、表示される画像のニードルのエコーを改善することが可能である。
【００５６】 特にニードルが深くかつ急な角度で挿入される場合に、超音波画像の画質を向
上させることが有用である。表示装置には超音波画像用の標準的なタイプを用い
ることができるが、カラーの表示方式を用いて、表示された画像におけるニード
ルのエコーの画質を向上させることもできる。このカラーの表示方式は、例えば
、ドップラー超音波に用いられるドップラーカラー（Doppler color）に類似の
ものである。
【００５７】 幾つかの実施例を用いて本発明を説明してきたが、これらの説明は単に例示目
的であり、本発明の様々な改変が可能であることを理解されたい。従って本発明
の範囲は請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 身体に挿入された時のニードルの曲がり具合を超音波を用いて検出する本発明
の一実施例に従って構成された装置の一形態を例示する。
【図２Ａ】 身体中の曲がったニードルと真直のニードルとの関係及び図１に関連した表示
装置上のその関係を模式的に例示する。
【図２Ｂ】 本発明で開示した方法に従って、曲線当てはめを実行するために好適な曲がっ
たニードルの可能な分割を模式的に例示する。
【図２Ｃ】 ニードルの超音波エコーの自動検出を可能とするニードルの協働的な動き（随
意選択）を模式的に例示する。
【図２Ｄ】 図１に関連して、実際の曲がったニードルと推定される真直なニードルとの可
能な関係の表示を模式的に例示する。
【図３】 図１に関連して、ニードルの曲がり具合の計算に係わるステップを例示するブ
ロック図である。
【図４Ａ】 本発明の一実施例に従った１つの可能な位置測定装置を模式的に例示する。
【図４Ｂ】 本発明の一実施例に従った別の可能な位置測定装置を模式的に例示する。
【図４Ｃ】 本発明の一実施例に従った１つの可能な位置測定装置を模式的に例示する。
【図４Ｄ】 本発明の一実施例に従った別の可能な位置測定装置を模式的に例示する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4C301 CC02 EE07 EE13 FF17 FF21 KK12 KK40 5J083 AA02 AB17 AC29 AD01 AD13 AE10 BD02 CA12 DA01 DC01 EA14

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 身体に挿入された時の医療用侵襲器具（medical invasive
    tool）の曲がり具合を検出する方法であって、 前記医療用侵襲器具の少なくとも一部を視認するために超音波変換器で前記身
    体をスキャニングするステップと、 前記医療用侵襲器具及び前記超音波変換器の双方に対して所定の位置に設置さ
    れた位置測定要素或いは関節アームの少なくとも１つを含む位置測定装置によっ
    て、前記超音波変換器に対する前記医療用侵襲器具の位置を計算するステップと
    、 前記超音波変換器によって生成された画像において、前記医療用侵襲器具のエ
    コーの点或いはセグメントの少なくとも１つを確認するステップと、 前記確認された少なくとも１つの前記エコーの点或いはセグメントの位置と予
    想位置とを比較するステップと、 前記医療用侵襲器具に取着された位置測定要素に対する少なくとも１つの前記
    エコーの点或いはセグメントの位置を計算し、その計算に基づいて前記医療用侵
    襲器具の形状を求めるステップとを含むことを特徴とする医療用侵襲器具の曲が
    り具合を検出する方法。
  2. 【請求項２】 前記エコーの確認が１つの超音波画像において実行される
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記エコーの確認が多数の超音波画像において実行される
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記エコーの確認が、前記超音波変換器から受け取ったド
    ップラー情報を利用することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記超音波変換器によって生成されるように表示装置上に
    前記医療用侵襲器具のエコーを作成して、前記エコーの確認を行うことを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記エコーの確認が、前記超音波変換器によって生成され
    た画像から自動的に実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記エコーの自動的な確認が、前記超音波変換器に対する
    前記医療用侵襲器具の相対的な運動によって助けられることを特徴とする請求項
    ６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記医療用侵襲器具の予想される運動を計算し、前記エコ
    ーの自動的な確認を容易にするためにその値を用いることを特徴とする請求項７
    に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記医療用侵襲器具がバイオプシー針であることを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記超音波変換器によって生成された画像上に英数字情
    報或いはグラフィック情報の少なくとも１つの形態で前記医療用侵襲器具の形状
    の表示を重ねて表示するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】 前記医療用侵襲器具の曲がり具合に従ってその推定軌跡
    を投影して表示するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法
    。
  12. 【請求項１２】 前記超音波変換器に対する前記医療用侵襲器具の位置を
    計算する前記ステップが、少なくとも１つの直接測定に基づいていることを特徴
    とする請求項１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記超音波変換器に対する前記医療用侵襲器具の位置を
    計算する前記ステップが、基準位置に対する前記医療用侵襲器具及び前記超音波
    変換器の位置の初めの測定に基づいていることを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  14. 【請求項１４】 利用者に表示される画像の前記医療用侵襲器具のエコー
    の画質を向上させるステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法
    。
  15. 【請求項１５】 前記画質の向上が、エコーの点或いはセグメントの前記
    確認に基づいていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記画質の向上が、前記超音波変換器に対する前記医療
    用侵襲器具の相対的な位置或いは速度の計算に基づき、前記超音波変換器によっ
    て生成された画像に一般的な局所画像プロセシングツールを用い、前記確認され
    たエコーの点或いはセグメントの何れも使用しないことを特徴とする請求項１４
    に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 身体に挿入された時の医療用侵襲器具の曲がり具合を検
    出する装置であって、 前記医療用侵襲器具の少なくとも一部を視認するために身体をスキャニングす
    る超音波変換器と、 位置検出コントローラと、前記医療用侵襲器具の所定の位置に取着される少な
    くとも１つの位置測定要素或いは関節アームの少なくとも１つと、前記超音波変
    換器の所定の位置に取着される前記少なくとも１つの位置測定要素或いは前記間
    接アームの少なくとも１つとを含む位置測定装置と、 前記位置検出コントローラからのデータを受け取って、前記超音波変換器に対
    する前記医療用侵襲器具の相対的な位置を計算するデータプロセッサとを含み、 前記データプロセッサが、 前記医療用侵襲器具のエコーの点或いはセグメントを前記超音波変換器によっ
    て生成された画像上で確認し、 前記医療画像装置の前記確認されたエコーの点或いはセグメントの少なくとも
    １つの位置を前記計算された相対的な位置と比較し、 前記比較に基づいて、前記身体に挿入されている時の前記医療用侵襲器具の曲
    がり具合を求め、 前記医療用侵襲器具に取着された位置測定要素に対する前記エコーの点或いは
    セグメントの少なくとも１つの位置を計算し、 前記計算に基づいて前記医療用侵襲器具の形状を推定するようにプログラムさ
    れていることを特徴とする医療用侵襲器具の曲がり具合いを検出する装置。
  18. 【請求項１８】 前記データプロセッサが更に、英数字情報或いはグラフ
    ィック情報の少なくとも１つの形態で前記医療用侵襲器具の形状を、前記超音波
    変換器によって生成された画像上に重ねて表示するようにプログラムされている
    ことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記データプロセッサが更に、前記医療用侵襲器具の曲
    がり具合に従って、当該医療用侵襲器具の推定軌跡を計算して表示するようにプ
    ログラムされていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記医療用侵襲器具が、ニードル及びバイオプシー針、
    切除器具からなる一群から選択されることを特徴とする請求項１７に記載の装置
    。
  21. 【請求項２１】 少なくとも１つの第１位置測定要素が、前記医療用侵襲
    器具の所定の位置に取り付けられることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記関節アームが前記医療用侵襲器具の所定の位置に取
    り付けられることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 少なくとも１つの第２位置測定要素が、前記超音波変換
    器の所定の位置に取り付けられることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 前記少なくとも１つの第１位置測定要素が１つの位置測
    定要素を含み、少なくとも１つの第２位置測定要素が１つの位置測定要素を含む
    ことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記間接アームが前記超音波変換器の所定の位置に取り
    付けられることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記位置測定装置が、磁気式及び光学式、音響式、機械
    式、慣性式からなる一群から、またはそれらの組み合わせから選択されることを
    特徴とする請求項１７に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 前記位置測定装置が磁気式であることを特徴とする請求
    項１７に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 前記データプロセッサが更に、表示される画像における
    前記医療用侵襲器具のエコーの画質を向上するようにプログラムされていること
    を特徴とする請求項１７に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 前記データプロセッサが更に、前記エコーの点或いはセ
    グメントの確認に基づいて、前記医療用侵襲器具のエコーの画質を向上するよう
    にプログラムされていることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
  30. 【請求項３０】 前記データプロセッサが更に、前記超音波変換器に対す
    る前記医療用侵襲器具の相対的な位置或いは速度の前記計算に基づき、局所画像
    プロセシングツールを用いて前記医療用侵襲器具のエコーの画質を向上させるす
    るようにプログラムされていることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
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