JP2010540021A - Mri画像データ及び外科用具の既定のデータを使用してリアルタイムで視覚化するmri外科システム - Google Patents
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Abstract
Description
(雑音閾値)=(雑音ピーク)+4*(雑音標準偏差) (1)
2.格子について「最適観察画方向」を推定する。この方向は格子中心からAC−PC線の中点へのベクトルとして規定される。
a.最適観察画方向の粗い推定値から始めて、図12Bで示されるような初期距離画像を構築する。
i.推定された観察画方向に垂直で頭部ボリュームの外側にある画像平面を作り出す。
ii.画像平面内の各画素について、雑音閾値の上にある画像ボリューム内の最初のボクセルへの距離を記録する。
b.距離画像内の格子セルを発見する。
i.格子セルは頭部表面上の「隆起」であり、従って距離画像内の極小として現れる。この特性は、ガウスのラプラス演算子を距離画像へ適用することによって向上される。
ii.画像内の各場所について、仮想格子(この次元は物理格子の次元と一致する)を幾つかの配向で配置する。最小画像の1つの上に載る各仮想格子セルについて1ポイントを与えることによって得点を計算する。最高得点は、距離画像内の格子の場所及び配向に対応する。
c.そのようにして取得された格子の中心は、最適観察画方向の新しい推定を与える。この推定は、推定を精緻化するためステップ2a及び2bの新しい反復の開始点として使用される。
3.最適観察画方向を使用して格子を発見する。
a.ステップ2aで説明されたような距離画像を構築する。しかし、ステップ2で取得された最適観察画方向を使用する。
b.2bで説明されたように、新しい距離画像内の格子を発見する。
c.2bの探索手順を反復することによって格子の位置及び配向を精緻化する。しかし、非常に微小なステップサイズを用いて、既知の近似場所の周囲の小さい領域内でのみ探索する(図12Dを参照)。
4.格子を頭部の形状へ変形する。
a.この時点までは、格子は平面として取られている。
b.ロバストな回帰アルゴリズムを使用して距離画像内の格子セル場所を立方体表面へ当てはめ、ステップ3からの各格子セルをこの表面へはめ込む。(これは、距離画像内の雑音及び低解像度に起因する非常に不規則な格子表面の生成を回避するためである。)
一般的に、格子セルが任意の曲面へはめ込まれるとき、格子セル間で等距離を維持するのは不可能であることに留意されたい。従って、変形中の伸長及び屈曲量を最小化するため、物理的格子パッチの挙動をシミュレートするアルゴリズムが使用される。
5.格子セルの間を補間して、格子の頂点を計算する。図12Eは変形結果を示す。
2.領域成長アルゴリズムを使用して、雑音閾値を超えるピクセルの全ての「集団」を発見する。
3.既知のフレームマーカボリュームから遠いボリュームを有する全ての集団を廃棄する。
4.フレームマーカの既知の境界ボックス次元から遠い境界ボックス次元を有する全ての集団を廃棄する。
5.残りの集団の中で、軌道基部50bのフレームマーカの既知の空間配列とマッチする空間配列を有する三つ組を探す(即ち、集団の図心は既知の次元の三角形(例えば、二等辺三角形)を形成すべきである)。
6.マーカの各三つ組について、マーカ場所を精緻化する。
a.3つのマーカ図心によって規定された平面へスタックを再フォーマットすることによって、各マーカの2D画像を抽出する。
b.各2Dマーカ画像のキャニー・エッジマスクを計算する。
c.キャニー・エッジマスクへ円を当てはめる。円の直径は、物理フレームマーカの直径と等しく設定される。当てはめは、円を動かしてエッジマスクと円との重なりが最大になるときに実行される。当てはめ円の中心が、フレームマーカの中心の場所とされる。
注意:患者は動かされているので、前の画像座標系で規定された点は、もはや有効ではない。更に、この時点で脳シフトが起こる。
測定線の描画
観察画のパン
拡大縮小、全ての拡大縮小、領域への拡大縮小、点への拡大縮小
拡大鏡
注釈の表示/隠蔽
十字線の表示/隠蔽
パネル間での観察画のドラッグ
観察画パネルのサイズ変更
1x1表示への観察画の最大化
スクリーンキャプチャの保存(報告書へ追加され得る)
観察画セッティングのデフォルトへのリセット
Claims (49)
- 少なくとも1つのMRI適合性外科用具と、
MRIスキャナと通信するように適合された回路であって、前記少なくとも1つの用具の既定の物理特性を電子的に認識し、前記MRIスキャナによって提供されたMR画像データを自動的に区分化する、ここで、前記少なくとも1つの用具は前記システムとのインタフェース点を構成する、回路と、
前記回路と通信する少なくとも1つのディスプレイと
を備える、MRI案内付き外科システムであって、
前記回路は、MRI案内付き外科手順についてワークフローの進行を規定してユーザが前記ワークフロー内のステップを選択することを可能にするユーザインタフェースを提供するように構成され、前記回路は、前記少なくとも1つの用具の既定のデータ及び前記患者のMRI画像からのデータを使用し、前記外科手順の間に実質的にリアルタイムで多次元視覚化像を生成するように構成される、MRI案内付き外科システム。 - 前記ユーザインタフェースは、前記少なくとも1つの用具に関連づけられた識別子の入力を受け入れ、前記少なくとも1つの用具が承認された用具ではないこと、又は前記少なくとも1つの用具が前記システムに適合しないバージョンを有することを、前記少なくとも1つの用具の前記識別子が示す場合、前記システムの使用を妨害するように構成される請求項1に記載のMRI案内付き外科システム。
- 前記少なくとも1つの用具は、狭視野高解像度画像データを収集するように構成される体内アンテナを有する撮像プローブであり、前記回路は、前記撮像プローブから収集された画像データに関連づけられた強度歪みを低減する補正を電子的に適用するように構成される請求項1に記載のMRI案内付き外科システム。
- 前記少なくとも1つの用具は、格子を有する柔軟性パッチを備え、前記回路は、区分化モジュールを有するように構成され、前記区分化モジュールは、前記パッチをMRボリューム内で位置決めし、前記ディスプレイ上に提示される視覚化像を生成することができ、前記視覚化像は、外科処置入口部位の規定された格子座標と共に前記パッチを患者の上のオーバーレイとして表示する請求項1に記載の外科システム。
- 前記システムは脳外科システムであり、前記柔軟性パッチは患者の頭蓋骨の上に存在するように構成された脳外科パッチであり、前記回路は、前記パッチの既定の物理特性に基づいて前記患者の上で前記パッチの位置及び配向を同定し、前記パッチを電子的に変形して患者の頭蓋骨の屈曲に当てはめ、前記患者の前記頭蓋骨の上で前記パッチの可視オーバーレイを生成及び表示するように構成される請求項1に記載の外科システム。
- 前記システムは脳外科システムであり、前記少なくとも1つの用具は、患者頭部の上に存在するように構成された脳外科柔軟性格子パッチであり、前記回路は脳の深い場所へのユーザ選択可能軌道線を前記ディスプレイ上で可視的に表示するように構成され、前記軌道線は前記格子と交差して前記所望の軌道線に基づいて掘削入口孔をマークする場所を前記格子上で規定し、前記ユーザインタフェースは、前記ユーザが前記格子と交差しない軌道線を選択するとき、可聴及び/又は可視警告を表示する請求項1に記載の外科システム。
- 前記回路は、前記格子に関連づけられた場所及び/又は座標を表示するように構成され、前記場所及び/又は座標は、患者の頭蓋骨を通る軌道入口経路について所望の掘削孔場所を提供する請求項6に記載の外科システム。
- 前記少なくとも1つの外科用具は、固定された幾何学的関係で基準マーカを有する軌道案内を備え、前記軌道案内は前記患者の脳表面下のターゲットについて軌道経路を規定するように構成され、前記軌道案内は患者の頭蓋骨へ張り付く基部を有し、前記基部は実質的に円形の開口を有し、前記開口は前記患者の頭蓋骨内の掘削孔と整列して前記軌道案内の2つのピボット回転軸のための空間を取り囲み、前記回路は、MR画像データを区分化して前記軌道案内の前記基準マーカを位置決めし、前記軌道案内を方向づけるように構成される請求項1に記載のシステム。
- 前記軌道案内基準マーカは複数の基準マーカを含み、前記複数の基準マーカは前記基部開口を取り囲み、前記回路は、MR画像データを区分化し、前記基部の前記基準マーカを位置決めして前記軌道案内を方向づけるように構成される請求項8に記載のシステム。
- 前記基準マーカは相互に対して円周上で間隔を空けられて配置され、少なくとも2つの基準マーカが他の基準マーカよりも相互に近く、前記軌道案内の肯定的配向を規定する請求項9に記載のシステム。
- 前記基準マーカは3つの流体充填環状基準マーカを備える請求項8に記載のシステム。
- 前記回路は、MRI画像データへの統計的最良当てはめ解析を採用し、前記基準マーカの前記固定幾何学的関係に基づいて観察された基準位置を期待された基準幾何学的形状へ当てはめるように構成される請求項8に記載のシステム。
- 前記回路は、観察された信号強度データを、前記円周上で間隔を空けられた基準マーカの既知の幾何学的円周関係へ当てはめ、よりロバストな画像認識を提供し、同時に1つの基準マーカが他の基準マーカよりも少ない信号強度を有する場合に誤りを阻止するように構成される請求項10に記載のシステム。
- 前記回路は、軌道フレームの基部についての区分化モジュール、前記軌道案内によって保持されたターゲット用カニューレに関連づけられた1つ又は複数のマーカについての区分化モジュールを備え、前記回路は、プローブが完全に挿入される前に、前記プローブの軸に沿った外挿投影を計算し、現在の挿入経路が取られる場合の位置誤差を表示するように構成される請求項8に記載のシステム。
- 前記回路は、前記軌道案内についてX−Y及び/又はピッチ及びロール変更を実行するため、示唆される調節を計算及び提案し、前記軌道案内によって保持された前記ターゲット用カニューレを通って挿入されたプローブを、前記脳の中の同定されたターゲット部位へ配置するように構成される請求項8に記載のシステム。
- 前記軌道案内は、ピッチ及びロール制御アークの上に存在するX−Y平行移動プラットフォームへ取り付けられたフレーム、X調節アクチュエータ、Y調節アクチュエータ、ピッチ調節アクチュエータ、及びロール調節アクチュエータを備え、各アクチュエータは前記プラットフォームに関連づけられて、前記関連づけられた調節を前記軌道案内のピボット軸へ提供し、前記回路は、前記軌道案内の既定の物理特性を有するモジュールを備え、ターゲット部位へ到達するためにはどのアクチュエータを動かすべきか及びどの方向へ前記軌道を整列させるべきかを電子的に決定して、前記ディスプレイを介してユーザへ出力するように構成される請求項8に記載のシステム。
- 前記回路は、前記脳の中のターゲット部位への選択投影された軌道経路の視覚化像を生成し、前記軌道案内に関連づけられたアクチュエータのために、関連づけられたX調節、Y調節、ピッチ調節、及びロール調節のうち少なくとも1つを表示して、前記選択された軌道経路を提供するように構成される請求項8に記載のシステム。
- 前記回路は、前記MRIスキャナの口径サイズに関するデータを有するか受け取るように構成され、前記回路は、(a)前記外科用具の既定の物理特性、(b)MRIスキャナの口径サイズ、及び(c)患者サイズ、に基づいて外科用具の物理的限界又は干渉をモニタするように構成され、前記回路は、前記外科用具が前記MRIスキャナの前記口径サイズの少なくとも一部分を規定する壁との物理的干渉によって妨害されるとき、可聴及び/又は可視警告を生成するように構成される請求項1に記載のシステム。
- 前記回路と通信する前記ディスプレイを有する医師用ワークステーションを更に備え、前記少なくとも1つの用具は、患者へ取り付けられるフレームを有する軌道案内を備え、前記回路は、前記患者のMRI画像データを区分化し、前記MRIデータの問い合わせに基づいて実質的にリアルタイムでロール軸及びピッチ軸を規定し、少なくとも1つのフレームマーカを位置決めして、前記軌道案内を前記患者の上の位置へ整合させるように構成され、前記回路は、前記少なくとも1つの用具に関連づけられたプローブが、選択された体内ターゲットへ到達するための挿入深度を、前記軌道案内の既定の物理特性を使用して計算するように構成される請求項1に記載のシステム。
- 前記回路は、
(a)前記少なくとも1つの用具に関連づけられた電極から取得され、視覚化像をレンダリングするために時間及び前記電極の位置に相関されて、神経の電位及び場所を示す電気信号、又は、
(b)刺激に応答した電気的活動を示すfMRIデータ及び/又はMRI画像データを含む患者機能データ、
の少なくとも1つを使用して、実質的にリアルタイムでターゲット生体構造の色分けされた電子解剖学的視覚化像を生成するように構成される、請求項1に記載のシステム。 - MRIスキャナとの組み合わせとして、前記MRIスキャナ及び前記回路と通信する臨床医師用ワークステーションを更に備え、前記回路は前記MRIスキャナからMRI画像を受け取るDICOMインタフェースを備え、前記MRIスキャナは前記臨床医師用ワークステーションとの通信を可能にするモジュールを備える請求項1に記載のシステム。
- 前記回路及び臨床医師用ワークステーションは、前記MRIスキャナからデータを受動的に受け取る請求項21に記載のシステム。
- MRIスキャナとの組み合わせとして、前記MRIスキャナ及び前記回路と通信する臨床医師用ワークステーションを更に備え、前記回路はDICOM前の再構築されたMR画像データを受け取り、及び/又はMRデータを受け取って、前記視覚化像のために画像構築を生成する請求項1に記載のシステム。
- 前記回路は、実質的にリアルタイムの患者機能情報を前記視覚化像の中で表示するように構成される請求項1に記載のシステム。
- 前記ユーザインタフェースは入力を有するように構成され、前記入力は、患者機能データを実質的にリアルタイムで前記視覚化像の中に表示するかどうか、及び/又は患者の線維飛跡を前記視覚化像の中に表示するかどうかを、ユーザが選択することを可能にする請求項1に記載のシステム。
- 少なくとも1つのMRI適合性外科用具の寸法及び/又は機能データを規定するステップと、
前記患者のMRI画像データを取得するステップと、
前記MRI画像データを電子的に区分化し、前記規定ステップに基づき前記少なくとも1つの用具の上の既知の基準マーカを同定するステップと、
患者の解剖学的構造へ整合された前記少なくとも1つの用具の視覚化像を生成するステップと、
軌道案内の軌道を調節するためピッチ、ロール、又はX−Yアクチュエータの調節指令を電子的に生成するステップと、
MRI画像データ、前記調節指令、及び前記視覚化像を使用して前記用具を前記患者の中の場所へ案内し、MRI案内付き外科手順を容易にするステップと
を含む、MRI案内付き外科手順を実行する方法。 - 前記視覚化像を生成ステップは患者機能を表示することを含む請求項26に記載の方法。
- 前記患者機能は、規定の刺激に応答する脳の活性領域、及び/又は実質的にリアルタイムのfMRI、及び/又は前記患者の線維飛跡の前記視覚化像での表示として示される請求項27に記載の方法。
- MRI案内付き外科手順を容易にするコンピュータ・プログラムプロダクトであって、
コンピュータ読み取り可能記憶メディアを備え、前記メディアは、前記メディアの中に統合されたコンピュータ読み取り可能プログラムコードを有し、
前記コンピュータ読み取り可能プログラムコードは、
複数の異なる外科用具の既定の物理データを備えるコンピュータ読み取り可能プログラムコードと、
MRIスキャナと通信して患者のMRI画像データを取得するコンピュータ読み取り可能プログラムコードと、
前記用具からのデータ及び前記患者の前記画像データを使用して前記患者の視覚化像を実質的にリアルタイムで生成する、コンピュータ読み取り可能プログラムコードと
を有する、コンピュータ・プログラムプロダクト。 - 患者機能の画像データを取得するコンピュータ読み取り可能プログラムコードを更に備え、前記視覚化像を生成する前記コンピュータ読み取り可能プログラムコードは、fMRI及び/又は患者刺激に基づいて脳の中の活性領域を含む患者機能を更に表示する請求項29に記載のコンピュータ・プログラムプロダクト。
- MRIスキャナと、
前記MRIスキャナと通信する、回路及びディスプレイを有する医師用ワークステーションと、
前記MRIスキャナと通信する、回路及びディスプレイを有する医師用ワークステーションと、
柔軟性パッチであって、その上に格子を有し、患者の頭蓋骨へ取り外し可能に取り付けられるように構成される、柔軟性パッチと、
患者の頭蓋骨へ取り付け可能な軌道案内であって、基部を有し、前記基部は開口を有し、前記開口は患者の頭蓋骨の中に形成された掘削孔の上に存在するように構成され、前記基部開口は前記軌道案内に関連づけられたピボット軸のために回転の機械的中心を提供し、前記軌道案内は間隔を空けられた複数の基準マーカを有する、軌道案内と
を備える、MRI案内付き介入脳深部システムであって、
前記回路は、前記パッチに関する物理データを備えて、前記MRIスキャナによって提供された患者撮像データについて問い合わせ、前記画像データを区分化し、前記パッチを所望の脳内軌道と交差させる掘削孔場所を規定するように構成され、前記回路は、前記軌道案内の用具特定データを備えて、前記MRIスキャナによって提供された患者撮像データについて問い合わせ、前記患者の脳及び前記軌道案内の視覚化像を前記ディスプレイへ対話的に生成するように構成される、MRI案内付き介入脳深部システム。 - 前記回路は、患者機能データを取得して、患者機能を示す前記視覚化像を実質的にリアルタイムで生成するように構成される請求項31に記載のシステム。
- 前記回路は、前記格子パッチの中心場所を通って延在するデフォルト軌道を前記軌道案内のために前記ディスプレイ上で提供するように構成される請求項31に記載のシステム。
- 局所視野を用いて前記掘削孔を観察するため前記軌道案内へ取り付けられた少なくとも1つの光ファイバデバイスを更に備え、前記光ファイバデバイスはMRI適合性カメラと通信する請求項31に記載のシステム。
- 両側手順のための2つの格子パッチと2つの軌道案内、及び2つの光ファイバビデオストリーム撮像デバイスを備え、各軌道案内へ1つの前記撮像デバイスが搭載され、前記撮像デバイスの各々が、前記MRIスキャナの口径の近くに搭載された異なるMRI適合性カメラと通信し、前記ワークステーションは、前記視覚化像を表示している間でも前記カメラの1つ又は双方からのビデオストリームを表示する請求項31に記載のシステム。
- 深度値を決定及び表示するように構成され、ユーザは、体内プローブ又はリードに関連づけられた深度ストップの上で挿入前に前記深度値を設定する請求項31に記載のシステム。
- 前記回路はディスプレイのためにユーザインタフェースと通信し、それによってユーザは、(a)脳内ターゲットを選択し、(b)リード先端を表すMR座標内の位置を選択又は指定し、(c)前記リード先端からの電極オフセットを示すオフセット集合を選択する識別子を選択又は指定することができ、前記回路は、各オフセット値について、前記先端位置から前記リードの軌道に沿って後方へオフセットされた点に対応するAC−PC座標を提供し、それによって前記AC−PC座標はAC−PC空間内の電極位置に対応するように構成される請求項31に記載のシステム。
- 前記回路は一連の選択可能ワークフローグループを含むユーザインタフェースと通信し、前記一連の選択可能ワークフローグループは、「スタート」、「入口計画」、「ターゲット計画」、「ナビゲート」、及び「精緻化」を含み、これらのワークフローグループは、前記外科手順を案内して、前記「精緻化」ワークフローグループの後で療法の送達を生じるように使用され得る請求項31に記載のシステム。
- 前記ユーザインタフェースは、患者機能情報を前記視覚化像内で表示するかどうかをユーザが選択することを可能にする請求項38に記載のシステム。
- 前記ユーザインタフェースは「管理」ワークフローグループを更に含み、前記回路は、前記患者及びある一定の外科情報に関する臨床情報を自動的に要約する医用報告書を電子的に生成し、前記患者及びある一定の外科情報は、次の
(a)MR空間内のAC、PC、及びMSP点(ユーザが修正した場合には、検出され及びユーザによって指定されたものの双方)、
(b)MR及びACPC空間の双方における計画及び補正されたターゲット、
(c)前記手順の経過時間、
(d)医師の症例記録(任意的)、及び
(e)前記手順の間に撮られたスクリーンショット
の少なくとも複数を含む請求項38に記載のシステム。 - 前記回路は、ユーザが前記格子パッチと交差しない軌道を選択又は描画するとき警告を生成するように構成される請求項31に記載のシステム。
- 前記回路は、ハードウェア識別子データを要求するように構成され、前記識別子データが認識されないか、前記回路との不適合性を規定される場合には、システムでの使用を阻止するように構成される請求項31に記載のシステム。
- 前記ターゲット用カニューレの中を伸長して狭視野高解像度画像データを収集するように構成される体内アンテナを有する撮像プローブを更に備え、前記回路は、前記撮像プローブから収集された画像データに関連づけられた強度歪みを低減する補正を電子的に適用するように構成される請求項31に記載のシステム。
- 片側又は両側手順を含む異なった体内手順及び所望の体内ターゲットをユーザが選択することを可能にするユーザインタフェースを更に備え、両側手順が選択される場合、前記ユーザインタフェースは、左及び右のワークフローステップを有するツールバーを提供する請求項31に記載のシステム。
- 両側手順のための前記ユーザインタフェースは、可視コントロールのワークフローステップを備え、前記可視コントロールは、脳シフトに起因する「ターゲット計画」ステップへ進む前に、及び患者を導いてマグネット内の撮像場所へ戻す前に、双方の側に対する格子入口の位置決め、双方の側に対する掘削孔の形成、及び双方の側に対する軌道フレームの取り付けを完了するようにユーザを案内する請求項44に記載のシステム。
- ワークフローステップを有するユーザインタフェースを備え、前記ユーザインタフェースはコントロールを備え、前記コントロールは、「入口計画」、「ターゲット計画」、「ナビゲート」、「精緻化」、又は「療法送達」ステップの少なくとも1つの間に、患者機能情報を前記視覚化像の中に実質的にリアルタイムで表示する選択をユーザに許容する請求項31に記載のシステム。
- 前記軌道案内は、中央通路及び少なくとも1つの基準マーカを有するターゲット用カニューレを備え、前記回路は、前記ターゲット用カニューレの既定の物理特性に基づいて前記少なくとも1つの基準マーカを含むスラブの高解像度画像データを前記MRスキャナから要求及び/又は取得し、前記ターゲット用カニューレの実際の軌道を決定するように構成される請求項31に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのマーカは近位マーカ及び遠位マーカを備え、前記回路は、前記近位又は遠位マーカの単一の1つのスラブを単一の時点で選択的に要求するように構成される請求項47に記載のシステム。
- 前記軌道案内は、中央通路及び間隔を空けられた近位及び遠位基準マーカを有するターゲット用カニューレを備え、前記近位マーカは前記遠位マーカとは異なる形状を有し、前記回路は、前記ターゲット用カニューレの既定の物理特性に基づいて前記近位又は遠位マーカの1つのみを含むスラブの高解像度画像データを前記MRスキャナから要求及び/又は取得するように構成される請求項31に記載のシステム。
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