JP2011530318A - 針を整列配置する方法及びデバイス - Google Patents

Abstract

経皮的介入の間、体における所与の侵入点から所与の目標点への経路２１４に沿って移動させるとき、針状の物体２１２の角方向を制御するため、撮像モダリティ２０２と共に用いられる方法及びデバイスが提供される。このデバイスは、誘導ユニット５０６、７０６を支持する支持ユニット５０２、６０２、７０２、８０２を有する。この支持ユニットは、上記撮像モダリティにより少なくとも部分的に検出可能である平行制御平面６０４、６０６のペアを提供する。誘導ユニットは、上記平行制御平面のペアに実質的に垂直なガイド軸６１２、８１８を確立する。このガイド軸に沿って、針状の物体は並進可能である。上記撮像モダリティにより適用される撮像平面２０４の角方向は、上記平行制御平面のペアの角方向に関するリファレンスを決定する。上記平行制御平面のペアと上記撮像平面とを整列させることにより、上記ガイド軸は、上記侵入点から上記目標点への経路と相関状態にある。

Description

本発明は、経皮的介入の間、体における所与の侵入点及び所与の目標点を接続する経路に沿って針状の物体を誘導するため、撮像モダリティと共に用いる方法に関する。

本発明は更に、上記方法を実行するデバイスに関する。

米国特許出願公開第２００７／０１３５７０８号は、針の挿入軌道に沿ってターゲットの方へ針を誘導するため医療専門家により利用される針誘導デバイスを開示する。ターゲットの位置を決めるために、フルオロスコープを利用する方法が用いられることができる。針誘導デバイスは、少なくとも部分的に放射線不透過性材料から構築され、このデバイスが、フルオロスコープレシーバに向かってフルオロスコープエミッタにより放出される蛍光軸ビーム内に配置されるとき、フルオロスコープディスプレイにおいて見える。医療専門家は、ターゲットの方へ針を誘導するために針誘導デバイスと蛍光軸ビームとの相対位置に関する情報を利用する。

米国特許出願公開第２００７／０１３５７０８号に開示される技術は、侵入点から目標点まで針を動かす間、３次元空間において針の角方向を制御することができない。

既知の技術は、針の角方向に関する情報を３次元空間から２次元空間へと、即ち医師が針の進行を追跡している視野面へとマッピングする。視野面に平行な軸、又は視野面に含まれる軸に対する針の回転は、この視野面において検出可能ではなく認識可能でもない。従って、医師にとって制御不能なままである。これは、侵入点から目標点への経路に関する針のずれを生じさせる場合がある。結果的に、生命器官が、針により損傷を受ける場合がある。

本発明の目的は、体における侵入点から目標点までの経路に沿って針状の物体を正しく移動させるため、３次元空間において針状の物体の角方向を制御する方法を提供することである。

この目的は、本発明による方法により実現され、この方法は、上記体の近傍に支持ユニットを設置するステップであって、上記支持ユニットが、平行制御平面のペアを提供し、上記支持ユニットは、誘導ユニットを支持するよう構成され、上記誘導ユニットが、上記針状の物体を誘導するためのガイド軸を決定し、上記ガイド軸は、上記平行制御平面のペアに実質的に垂直である、ステップと、上記撮像モダリティにより撮像平面を適用するステップであって、上記撮像平面の角方向が、上記平行制御平面のペアの角方向に関するリファレンスを決定し、上記撮像平面は、上記侵入点から上記目標点への上記経路に垂直である、ステップと、上記撮像モダリティにより上記平行制御平面のペアの角方向と上記撮像平面の角方向との間のずれを検出するステップと、上記撮像平面と上記平行制御平面のペアとを整列させることにより、上記侵入点から上記目標点への上記経路と上記ガイド軸とを整列させるステップと、上記ガイド軸に沿って上記針状の物体を並進させるステップとにより特徴付けられる。

ここで、撮像モダリティは、針状の物体の進行方向に実質的に垂直な方向において２次元投影を提供することができる医療撮像デバイスを意味し、例えばＸ線デバイスである。体の近傍に支持ユニットを設置することは、体上に支持ユニットを設置することを含む。本書において、斯かる支持体本体は、それが体に完全に接するよう（tangents）設置されることができる。代替的に、支持ユニットは、可能であれば追加的なサポート部材の助けを借りて、少なくとも３つの位置で体に載置される。

上述したように、撮像モダリティは、撮像平面を適用する。撮像平面は、撮像モダリティの検出器の方へ焦点から延在する。

撮像平面の方向は、平行制御平面のペアの方向に関するリファレンスとして機能する。本書において、撮像平面の方向は、撮像平面が侵入点から目標点への経路に実質的に垂直であるようにされる。即ち、平行平面のペア及びガイド軸は、互いに実質的に垂直である。こうして、撮像平面が上述した経路に実質的に垂直に適用される場合、かつ平行平面のペアの方向が撮像平面の方向に対応する場合、ガイド軸は、侵入点から目標点への経路に論理的に対応する。

撮像モダリティのディスプレイを使用することにより、医療専門家は、平行平面のペア及び撮像平面に関連付けられる方向が一致しているか否かを確認することが可能である。即ち、平行制御平面は、撮像モダリティにより少なくとも部分的に検出可能である。即ち、平行制御平面は、放射線不透過性材料から少なくとも部分的に製造されるか、又は代替的に、それらは、放射線不透過性塗料を少なくとも部分的に供給される。本書において、放射線不透過性は、電磁放射線がそこを通過するのを防止する物質の能力を指す。平行制御平面のペアと撮像平面とが整列している場合、こうして、平行制御平面のペアが正確な角方向を達成する場合、支持ユニットの側面表示は、はっきり輪郭が示される表面として撮像モダリティのディスプレイにおいて見えることになる。平行制御平面のペアの角方向と撮像平面の角方向との間のずれは、効果的に検出可能である。即ち、少なくとも撮像平面に平行な要素又は撮像平面に含まれる要素を持つ軸に対して平行制御平面のペアを回転させると、はっきり輪郭が示された表面が、実質的にぼんやりした湾曲エッジを持つ表面へと変形されることがもたらされることになる。平行制御平面のペアのために、撮像平面の方向と平行平面のペアの方向との間のずれの可視性が、かなりの程度まで拡大される。後者の特性は、医療専門家が上記ずれを検出することを可能にする。続いて、医療専門家は、支持ユニットを手動で処理することを介して、平行制御平面のペアの角方向を調整する。この目的のため、医療専門家は、撮像モダリティのディスプレイにより提供されるリアルタイムな視覚フィードバックをインタラクティブに使用することができる。

平行制御平面のペアの方向と撮像平面の方向とを整合させることにより、ガイド軸は、侵入点から目標点への経路と整列される。続いてガイド軸に沿って針状の物体を並進させることにより、針状の物体は、侵入点から目標点への経路に沿って正確に移動する。本書において、誘導ユニットは、針状の物体の運動がガイド軸に対応し、結果的に侵入点から目標点への経路に対応することを確実にする。

本発明による方法は、侵入点及び目標点を接続する経路に対する針状物体の方向の正確さを評価するために、オペレータが撮像平面の位置及び方向を複数回修正する状況からオペレータを保護する。回転Ｘ線の場合の例えばＣアームジオメトリの連続的な変化は、極めて退屈でかなりの労働力が必要になると感じられる。こうして、本発明による方法は、針状の物体の角方向に関する効果的な制御を提供するだけでなく、更に医療専門家に対して効率的で直観的な作業態様を提供する。

本発明による方法の実施形態において、針状の物体は、誘導ユニットに挿入される。こうして、針は、必ずしも誘導ユニットに既に含まれている必要はない。

本発明の追加的な目的は、体における侵入点から目標点への経路に沿って針状の物体を正しく移動するため、３次元空間において針状の物体の角方向を制御するデバイスを提供することである。

この目的は、本発明によるデバイスにより達成され、このデバイスは、誘導ユニットを支持するための支持ユニットにより特徴付けられ、上記支持ユニットが、上記撮像モダリティにより少なくとも部分的に検出可能である平行制御平面のペアを提供し、上記誘導ユニットは、上記針状の物体が並進可能であるガイド軸を確立し、上記ガイド軸が、上記平行制御平面のペアに実質的に垂直であり、特に垂直である。撮像モダリティによる平行制御平面のペアの検出可能性は、少なくとも部分的に平行制御平面を放射線不透過性材料から製造することにより、又は少なくとも部分的に平行制御平面に放射線不透過性塗料を供給することにより実現される。針状の物体がガイド軸のみに沿って移動可能であることが保証されるという態様で、誘導ユニットは構築される。

本発明によるデバイスの実施形態において、支持ユニットは、ガイド開口を規定する。

本発明によるデバイスの追加的な実施形態において、支持ユニットは、実質的に平坦である。結果として、撮像平面に関連付けられる方向と平行制御平面のペアの方向との間のずれの検出可能性が強化される。即ち、支持ユニットの実質的に平坦なジオメトリは、撮像平面に含まれる軸、又は撮像平面に平行な軸に関して、平行制御平面のペアからの回転の可視性を拡大することになる。

本発明によるデバイスの追加的な実施形態において、支持ユニットは、一様なディスク形状体である。本書において、半径と厚みとの比率が１０を超える場合、体はディスク形状であると考えられる。ディスク形状体の側面により規定される平行制御平面のペアの方向と撮像平面の方向との間のずれは、撮像モダリティに含まれるディスプレイで観察されることにより、医療専門家によって明白に検出可能である。即ち、平行制御平面のペアが撮像平面と整列される場合、はっきり輪郭が示された矩形の表面が見えることになる。ずれが生じると、はっきり輪郭が示された矩形の表面が、ぼんやりしたエッジの楕円形状の表面になることをもたらす。

本発明によるデバイスの追加的な実施形態において、ガイド軸は、一様なディスクの重心を通り延在する。

本発明によるデバイスの追加的な実施形態において、誘導ユニットは、ガイドシリンダーを有する。このガイドシリンダーは、ガイド軸を包囲し、このガイドシリンダーは、針状の物体の直径に整合するガイド直径を持つ。本書において、ガイド直径は、針状の物体の直径よりわずかに大きい。一方では、ガイドシリンダーは、上手に規定され、かつ再生可能な態様で針状の物体がガイド軸に沿って並進することを確実にし、他方で、ガイドシリンダーは、ガイド軸に沿って医師が針状の物体を滑らかに移動させることを可能にするよう十分に小さなレベルの摩擦を提供することになる。

本発明によるデバイスの追加的な実施形態において、誘導ユニットは、追加的なガイド軸を有する。

本発明によるデバイスの追加的な実施形態において、誘導ユニットは追加的なガイドシリンダーを有する。この追加的なガイドシリンダーは、追加的なガイド軸を包囲し、この追加的なガイドシリンダーは、追加的な針状の物体の直径に整合する追加的なガイド直径を持つ。結果として、誘導ユニットは、様々な直径を持つ針状の物体をガイドすることを可能にする。

本発明の追加的な目的は、体における侵入点から目標点への経路に沿って針状の物体を正しく移動するため、３次元空間において針状の物体の角方向を制御するシステムを提供することである。

この目的は、撮像モダリティと本発明によるデバイスとを有する本発明によるシステムにより実現される。

本発明による方法の実施形態を概略的に示す図である。 侵入点から目標点への特定の経路に基づき回転Ｘ線デバイス上の撮像平面の適用を概略的に示す図である。 本発明によるデバイスにより提供される平行制御平面のペアが撮像平面と整列される場合に、撮像モダリティに含まれるディスプレイで表示される支持ユニットを示す図である。 撮像平面の角方向と本発明によるデバイスにより決定される制御平面のペアの角方向との間に目に見えるずれがある場合に、撮像モダリティに含まれるディスプレイで表示される支持ユニットを示す図である。 本発明によるデバイスの第１の実施形態を正面表示において概略的に示す図である。 本発明によるデバイスの第１の実施形態を側面表示において概略的に示す図である。 本発明によるデバイスの第２の実施形態を正面表示において概略的に示す図である。 本発明によるデバイスの第２の実施形態を側面表示において概略的に示す図である。 本発明によるシステムの実施形態を概略的に示す図である。

図１は、本発明による方法の実施形態を表すフローチャートを示す。この方法は、経皮的介入の間、体における所与の侵入点から所与の目標点への経路に沿って針状の物体を移動するために構成される。第１のステップ１０２は、誘導ユニットに含まれるガイドシリンダーにおいて針状の物体を挿入するステップを有する。この誘導ユニットは、支持ユニットにより支持される。これに先立ち、針状の物体と、誘導ユニット付きの支持ユニット又は少なくとも誘導ユニットとは、それらの無菌包装が破られていなくてはならない。第２のステップ１０４は、侵入点に針状の物体を設置し、続いて体の近傍に支持ユニットを設置するステップを有する。ステップ１０２及びステップ１０４は互いに交換可能である点に留意されたい。即ち、ガイドシリンダーに針状の物体を挿入する前に、支持ユニットが、体の近傍に設置されることができる。第３のステップ１０６は、例えばＸ線といった撮像モダリティにより撮像平面を適用するステップを有する。上述されるように、撮像平面の方向は、支持ユニットにより決定される平行制御平面のペアの角方向に関するリファレンスを提供する。本書において、撮像平面は、侵入点から目標点への経路に対して垂直に適用される。これは、平行制御平面のペアに対するガイド軸の垂直な方向を与える。

図２は、検出器２０８の方へ焦点２０６から延在する撮像平面２０４を適用する回転Ｘ線デバイス２０２を概略的に表示する。回転Ｘ線デバイスは、撮像平面２０４の角方向を決定するよう構成されるＣアーム２１０を有する。針状の物体２１２は、経路２１４に沿って移動されることになる。支持ユニット２１６は、誘導ユニット（図２において図示省略）を支持するよう構成される。この誘導ユニットは、ガイド軸２１７を決定する。支持ユニット２１６は、平行平面２１８及び２２０のペアを具備する。上述されるように、ガイド軸２１７及び平行制御平面２１８及び２２０のペアは互いに垂直である。撮像平面２０４は、それが経路２１４に対して垂直であるよう適用される。明らかに、図２において、撮像平面２０４及び平行制御平面２１８及び２２０のペアは、互いに整列される。結果的に、針状の物体２１２は、経路２１４に沿って正確に移動することになる。

図１を参照すると、第４のステップ１０８は、平行制御平面のペアの角方向と撮像平面の角方向との間のずれを検出するステップを有する。上述されるように、平行制御平面のペアが撮像平面と整列される場合、支持ユニットは、はっきり輪郭が示される表面として、撮像モダリティに含まれるディスプレイにおいて見えることになる。

図３は、平行制御平面３０４及び３０６のペアが撮像平面と整列される場合に、撮像モダリティに含まれるディスプレイで見られる支持ユニット３０２を示す。本書において、支持ユニット３０２は、ディスク形状体により実現される。明らかに、支持ユニット３０２の側面は、はっきり輪郭が示される矩形の表面として見える。

図４は、撮像平面の角方向と制御平面３０４及び３０６のペアの角方向との間に可視ずれがある場合に、撮像モダリティに含まれるディスプレイで見られる支持ユニット３０２を示す。明らかに、はっきり輪郭が示される矩形の表面は、撮像平面に含まれる軸又はこの面に平行な軸に対する平行制御平面３０４及び３０６のペアの回転を介して、ぼんやりしたエッジの楕円形状の表面へと変形された。

図１を参照すると、第５のステップ１１０は、撮像モダリティのディスプレイにより提供されるリアルタイムな視覚フィードバックに基づき、医療専門家による平行制御平面のペアと撮像平面との手動の整列ステップを有する。第６のステップ１１２は、誘導ユニットに含まれるガイドシリンダーを通りそれを並進させることにより、ガイド軸に沿って針状の物体を移動させるステップを有する。一方、撮像平面の角方向及び平行制御平面のペアの角方向との間のずれの発生は、ステップ１０８で確認される。

図５は、本発明によるデバイスの第１の実施形態の平面図を示す。本書において、支持ユニット５０２は、ディスク形状体である。支持ユニット５０２は、平行制御平面のペアを決定する。制御平面のペアにおける平面５０４が示される。撮像モダリティに含まれるディスプレイにおける平行制御平面のペアに対する可視性を保証するため、ディスク形状体５０２は、放射線不透過性材料から製造される。ディスク形状体５０２は、誘導ユニット５０６を支持する。誘導ユニット５０６は、支持ユニット５０２の重心ＣＧを通り延在するガイド軸（図５において図示省略）を決定するガイドシリンダー５０８を有する。

図６は、本発明による第１の実施形態の側面図を示す。支持ユニット６０２は、平行制御平面６０４及び６０６のペアを規定する。制御平面６０６は、体の近くに又は体に設置されるのに最も適している。誘導ユニット６０８は、支持ユニット６０２に付けられる。誘導ユニット６０８は、平行制御平面６０４及び６０６のペアに垂直なガイド軸６１２を決定するガイドシリンダー６１０を有する。

図７は、本発明によるデバイスの第２の実施形態の平面図を示す。本書において、支持ユニット７０２は、実質的に平坦な矩形の形状の体である。支持ユニット７０２は、平行制御平面のペアを決定する。このうちの平面７０４が示される。撮像モダリティに含まれるディスプレイにおける可視性のため、平行制御平面のペアに、放射線不透過性塗料が供給される。支持ユニット７０２は、誘導ユニット７０６を支持する。誘導ユニット７０６は、複数のガイドシリンダーを有し、この例では、それぞれ、ガイド直径Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３及びＤ_４を持つ４つのシリンダー７０８、７１０、７１２及び７１４を有する。本書では、Ｄ_１＜Ｄ_２＜Ｄ_３＜Ｄ_４が成り立つ。結果として、誘導ユニットは、様々な針状物体直径を持つ針状物体を誘導することを可能にする。即ち、針状物体の直径は、ガイド直径Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３及びＤ_４と整合する。

図８は、本発明によるデバイスの第２の実施形態の側面図を示す。実質的に平坦な支持ユニット８０２が、平行制御平面８０４及び８０６のペアを規定する。制御平面８０６は、体の近く又は体に設置されることになる。誘導ユニット８０８は、支持ユニット８０２に付けられる。誘導ユニット８０８は、それぞれ、ガイド直径Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３及びＤ_４を持つ複数のガイドシリンダー８１０、８１２、８１４及び８１６を有する。ガイドシリンダー８１０、８１２、８１４及び８１６は、それぞれ、ガイド軸８１８、８２０、８２２及び８２４を決定する。すべてのガイド軸８１８、８２０、８２２及び８２４は、平行制御平面のペアに垂直である。

図９は、本発明によるシステムの実施形態を表示する。システム９０２は、本発明によるデバイス９０４及び例えばＸ線デバイスといった撮像モダリティ９０６を有する。

本発明が図面において及び上述の記載において図示され、説明されたが、この図示及び説明は、説明的又は例示的であるとみなされるものであり、拘束的なものではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。本発明によるデバイス及びそのすべての要素は、それ自体は既知の処理及び材料を適用することにより製造されることができる点に留意されたい。請求項のセット及び明細書において、「有する」という語は、他の要素を排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数性を排除するものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものとみなされるべきではない。請求項のセットにおいて規定される特徴のすべての可能な組合せが、本発明の一部である点に更に留意されたい。

Claims (12)

1. 経皮的介入の間、体における所与の侵入点から所与の目標点への経路に沿って移動させるとき、針状の物体の角方向を制御するため、撮像モダリティと共に用いられる方法において、
   前記体の近傍に支持ユニットを設置するステップであって、前記支持ユニットが、平行制御平面のペアを提供し、前記支持ユニットは、誘導ユニットを支持するよう構成され、前記誘導ユニットが、前記針状の物体を誘導するためのガイド軸を決定し、前記ガイド軸は、前記平行制御平面のペアに実質的に垂直である、ステップと、
   前記撮像モダリティにより撮像平面を適用するステップであって、前記撮像平面の角方向が、前記平行制御平面のペアの角方向に関するリファレンスを決定し、前記撮像平面は、前記侵入点から前記目標点への前記経路に垂直である、ステップと、
   前記撮像モダリティにより前記平行制御平面のペアの角方向と前記撮像平面の角方向との間のずれを検出するステップと、
   前記平行制御平面のペアと前記撮像平面とを整列させることにより、前記侵入点から前記目標点への前記経路と相関するよう前記ガイド軸を持ってくるステップと、
   前記ガイド軸に沿って前記針状の物体を並進させるステップとを有する、方法。
2. 前記針状の物体を前記誘導ユニットに挿入するステップを有する、請求項１に記載の方法。
3. 経皮的介入の間、体における所与の侵入点から所与の目標点への経路に沿って移動する間、針状の物体の角方向を制御するデバイスであって、誘導ユニットを支持する支持ユニットを有し、前記支持ユニットが、前記撮像モダリティにより少なくとも部分的に検出可能である平行制御平面のペアを提供し、前記誘導ユニットは、前記針状の物体が並進可能であるガイド軸を確立し、前記ガイド軸が、前記平行制御平面のペアに実質的に垂直である、デバイス。
4. 前記支持ユニットが、ガイド開口を規定する、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記支持ユニットが、実質的に平坦である、請求項３に記載のデバイス。
6. 前記支持ユニットが、ディスク形状の体である、請求項３に記載のデバイス。
7. 前記ガイド軸が、前記ディスク形体の重心を通り延在する、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記誘導ユニットが、ガイドシリンダーを有し、前記ガイドシリンダーは、前記ガイド軸を包囲し、前記ガイドシリンダーが、針状の物体の直径に整合するガイド直径を持つ、請求項３に記載のデバイス。
9. 前記誘導ユニットが、追加的なガイド軸を確立する、請求項３に記載のデバイス。
10. 前記誘導ユニットが、追加的なガイドシリンダーを有し、前記追加的なガイドシリンダーは、前記追加的なガイド軸を包囲し、前記追加的なガイドシリンダーが、追加的な針状の物体の直径に整合する追加的なガイド直径を持つ、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記デバイスが、請求項１に記載の方法を実行するよう構成される、請求項３に記載のデバイス。
12. 撮像モダリティと請求項３乃至１１のいずれか一項に記載のデバイスとを有するシステム。

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