JP2014534848A

JP2014534848A - 医療介入のための体表面フィードバック

Info

Publication number: JP2014534848A
Application number: JP2014536394A
Authority: JP
Inventors: クリンデル，トビアス; マンツケ，ロベルト; チャン，レイモンド
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2014-12-25
Also published as: WO2013057703A1; EP2747590A1; CN103889259A; CN103889259B

Abstract

感覚的フィードバックを提供するシステムが、被験者の一部に柔軟かつ心地よくフィットするよう構成された衣服（１０６）を含む。衣服は、被験体の活動をモニタリングするためまたは被験体の関心点をモニタリングするため、衣服内に配置された一つまたは複数のセンサー（１０４）を含んでいる。解釈モジュール（１１５）が該センサーと結合されており、センサー信号を受信し、前記衣服にフィードバック信号を与えるべき条件が満たされているかどうかを判定するために該センサー信号を解釈する。フィードバック・モダリティ（１０８）が前記衣服に組み込まれており、前記フィードバック信号に応答して、前記フィードバック・モダリティは前記衣服からエネルギーを発して、手順中の医師を支援するために感覚情報を提供する。

Description

関連出願への相互参照
関連出願は2011年3月29日のPCT IB2011/051340「医療撮像システムにおける動き補償および患者フィードバック」である。

本開示は、光学式形状感知（optical shape sensing）に関し、より詳細には医療用途のために光学的形状感知および感覚的フィードバック（sensory feedback）を用いるシステムおよび方法に関する。

たとえば標準的な撮像再構成アルゴリズムは通例、暗黙のうちに静的なスキャン対象を想定しているので、いかなる胸部または腹部撮像手順でも呼吸運動は問題になりうる。したがって、撮像手順のために必要とされる時間が呼吸周期に匹敵するまたさらには呼吸周期より長い場合には、動きはより大きな体積の撮像に影響しうる。画像に案内される介入手順は、介入の間の動きの効果の影響を受けることがある。ライブ画像における基準点の自動割り当てが難しくなることがあるからである。

肺活量計または呼吸ベルトのような呼吸動きをモニタリングする装置は、取得の間の特定の諸時点において患者の呼吸動き状態についての粗い情報を与えうるのみである。医療撮像モダリティの高まりつつある精度および画像案内介入のような新たな応用の登場とともに、所与の時における呼吸サイクルの状態ならびに体の輪郭および表面の形状両方の精密な知識はますます重要になる。たとえ画像において呼吸の説明が付けられたとしても、針の挿入などといった手術タスクを試みる医師にとって十分なフィードバックではないことがある。

術前情報（たとえば患者固有の解剖学的構造）を手順中に効果的に利用可能にすることは、画像案内介入における困難な課題である。さらに、手順中のある種の相互作用（たとえば針挿入）のリアルタイム・フィードバックは、意思決定や行動のタイミングにおいて医師を支援することができる。

本願の原理によれば、感覚的フィードバックを提供するシステムは、被験者の一部に柔軟かつ心地よくフィットするよう構成された衣服を含む。衣服は、被験体の活動をモニタリングするためまたは被験体の関心点をモニタリングするため、そこに配置された一つまたは複数のセンサーを含んでいる。解釈モジュールが該センサーと結合されており、センサー信号を受信し、前記衣服にフィードバック信号を与えるべき条件が満たされているかどうかを判定するために該センサー信号を解釈する。フィードバック・モダリティが前記衣服に組み込まれており、前記フィードバック信号に応答して、前記フィードバック・モダリティは前記衣服からエネルギーを発して、手順中の医師を支援するために感覚的情報を提供する。前記フィードバック・モダリティは、前記衣服上のセンサーまたは他所に、たとえば他の設備上、介入装置からなどに見られるセンサーからのフィードバック信号に応答してもよい。

感覚的フィードバックを提供する衣服は、被験体の少なくとも一部にフィットするよう構成されたファブリックを含む。一つまたは複数のセンサーが前記ファブリックに組み込まれ、被験体からの測定を実行する。フィードバック・モダリティが前記ファブリック中に組み込まれ、測定から導出される一つまたは複数のフィードバック信号に応答し、フィードバック・モダリティは前記ファブリックからエネルギーを放出し、手順中の医師を支援するために感覚情報を提供する。前記フィードバック・モダリティは、前記衣服上のセンサーまたは他所に、たとえば他の設備上、介入装置からなどに見られるセンサーからのフィードバック信号に応答してもよい。

感覚的フィードバックを提供する方法は、被験体の少なくとも一部にフィットするよう構成された衣服を提供することを含む。被験体からの測定を実行するよう一つまたは複数のセンサーが前記衣服に組み込まれており、フィードバック・モダリティが前記衣服中に組み込まれ、測定から導出される一つまたは複数のフィードバック信号に応答し、フィードバック・モダリティは前記衣服からエネルギーを放出し、手順中の医師を支援するために感覚情報を提供する。本方法はまた、前記測定から導出される前記一つまたは複数のフィードバック信号を生成し；前記フィードバック信号に従って前記フィードバック・モダリティを作動させて、医師を支援するための感覚情報を提供するために前記衣服からエネルギーを放出させる。

本開示のこれらおよび他の目的、特徴および利点は、付属の図面との関連で読まれるべき、本開示の例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明白となるであろう。

本開示は、以下の図面を参照しつつ好ましい実施形態の以下の記述を詳細に呈する。

本願の原理に基づく手順中に患者からの感覚的フィードバックを用いる例示的なシステム／方法を示すブロック図／流れ図である。ある例示的な実施形態に基づく、感覚的フィードバックを生成するための衣服を示す概略図である。もう一つの例示的な実施形態に基づく、衣服またはマニホールドを示す図である。本発明のある例示的な実施形態に基づく、データを測定し、衣服から感覚的フィードバックを生成する段階を示す流れ図である。

本願の原理によれば、測定システムおよび方法が、患者の状態フィードバックを提供するよう構成された適応可能かつ最適化されたセットアップを提供する。照明センサーまたは他のフィードバック機構が患者の体表面に付随させられ（たとえば、医療胴衣〔ベスト〕または他の衣服に該センサーを含めることによって）、医師に患者の物理的な状態（単数または複数）の視覚的／聴覚的フィードバックを提供するとともに、拡張現実感に対応する。拡張現実感とは、現時の手順の間に用いられる術前収集データの使用をいう。ある実施形態では、術前に収集されたデータは、手順中に患者上で関心点を直接的に指示するために用いられてもよい。特に有用な諸実施形態では、患者の体の形状情報を決定するために形状感知技術が用いられる。形状感知データは、形状感知技術を備えた衣服を使って収集されてもよい。

形状情報は多様なシステムから導出できる。これらは：光学的形状調査システム（たとえば、光ファイバー・ブラッグ・センサー、レーリー散乱、ブリユアン散乱、光強度ベースの減衰）、装置上の諸点の電磁的（EM）位置特定のためのマルチコイル・アレイ、三次元表面推定のためのレーザー・スキャン・システムおよびカメラのための光学式／音響式マーカー／放出器アレイ（飛行時間または通常の光学式測定）またはマイクロホン・ベースの調査を含む。超音波のようなリアルタイム撮像も形状情報のために使われてもよいが、その手法の臨床上の有望さは、追加的なコストおよび実行される撮像に関する断層情報の臨床上の価値に依存する。

形状感知衣服は、患者上の位置または患者の状態もしくは活動（たとえば、呼吸サイクル、嚥下、筋肉の痙攣など）を示すためのセンサーおよび／またはフィードバック装置を備えていてもよい。ある特に有用な実施形態では、一つまたは複数の形状感知光ファイバーが、電気的、熱的または他の測定センサーとともに衣服において用いられる。ファイバーおよび他のセンサーは連携して機能し、発光ダイオードまたは他のフィードバック機構のような、術前データまたは現在測定されるデータを使って医師に案内を与えるフィードバック装置に信号を与える。

本発明は医療機器を使って記述されるが、本発明の教示はずっと広いものであり、複雑な生体または機械システムを追跡または解析するのに用いられる任意の機器に適用可能であることは理解しておくべきである。特に、本願の原理は、生体システムの内部追跡手順、肺、胃腸管、排泄器官、血管などといった体のあらゆる領域における手順に適用可能である。図面に描かれている要素は、ハードウェアおよびソフトウェアのさまざまな組み合わせにおいて実装でき、単一の要素または複数の要素内に組み合わされてもよい諸機能を提供しうる。

図面に示されるさまざまな要素の機能は、専用ハードウェアや適切なソフトウェアとの関連でソフトウェアを実行することのできるハードウェアの使用を通じて提供されることができる。プロセッサによって提供されるときは、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、あるいは一部が共有されていてもよい複数の個々のプロセッサによって提供されることができる。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することのできるハードウェアのみを指すと解釈するべきではなく、暗黙的に、限定なしに、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」）、不揮発性記憶などを含むことができる。

さらに、本発明の原理、側面および実施形態ならびにその個別的な例を記載する本稿のあらゆる陳述は、その構造的および機能的な等価物をいずれも包含することが意図されている。さらに、そのような等価物は、現在知られている等価物および将来開発される等価物（すなわち、構造に関わりなく同じ機能を実行する開発される任意の要素）をいずれも含むことが意図されている。よって、たとえば、当業者は、本願において呈示されるブロック図が本発明の原理を具現する例示的なシステム・コンポーネントおよび／または回路の概念図を表わしていることを理解するであろう。同様に、フローチャート、流れ図などはみな、コンピュータ可読記憶媒体において実質的に表現され、よってコンピュータやプロセッサが明示的に示されているか否かによらずそのようなコンピュータまたはプロセッサによって実行されてもよいさまざまなプロセスを表わすことも理解されるであろう。

さらに、本発明の諸実施形態は、コンピュータまたは任意の命令実行システムによるまたはそれと関連した使用のためのプログラム・コードを提供するコンピュータ使用可能なまたはコンピュータ可読な記憶媒体からアクセス可能なコンピュータ・プログラム・プロダクトの形を取ることができる。本稿の目的のためには、コンピュータ使用可能なまたはコンピュータ可読な記憶媒体は、命令実行システム、装置またはデバイスによるまたはそれと関連した使用のために該プログラムを含む、記憶する、通信する、伝搬させるまたは転送することができる任意の装置であることができる。媒体は、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線または半導体システム（または装置またはデバイス）または伝搬媒体であることができる。コンピュータ可読媒体の例は、半導体または個体メモリ、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）、剛性磁気ディスクおよ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‐読み書き型（CD-R/W）およびDVDを含む。

ここで図面を参照する。図面において、同様の番号は同じまたは類似の要素を表わす。まず図１を参照するに、医療手順を実行するためのシステム１００が例示的に描かれている。システム１００は、ワークステーションまたはコンソール１１２を含んでいてもよく、そこから手順が監督および管理される。手順は、生検、アブレーション、薬の注入などを含むがこれに限られない任意の手順を含みうる。ワークステーション１１２は好ましくは一つまたは複数のプロセッサ１１４およびプログラムやアプリケーションを記憶するためのメモリ１１６を含む。システム１００の機能およびコンポーネントは一つまたは複数のワークステーションまたはシステムに統合されてもよいことを理解しておくべきである。

メモリ１１６は、感度を与えられた柔軟な衣服１０６からの電磁、光、音響などのフィードバック信号を解釈するよう構成された解釈モジュール１１５を含んでいてもよい。衣服１０６は、既知の幾何配置をもってまたは使用前に初期化される幾何配置をもって埋め込まれたファイバー・センサー、光、音響、電気または電磁マーカーまたはセンサーなどを含んでいてもよい。形状調査コンソール１２２は、関心表面上のマーカー／センサー分布を測定し、較正／参照セクションおよび測定セクションについてのフィードバックを解釈モジュール１１５に供給する。ある実施形態では、形状調査モジュール１２２は光を光ファイバーに送ったり光ファイバーから受領したり、あるいは電力または信号をセンサー１０４に提供したりする。

センサー１０４が光形状感知ファイバーを含むとき、光ファイバー・センサー１０４は、製織物〔テキスタイル〕における全体的なファーバー・センサー長が最小限にのみ変化できるという事実を考慮に入れつつ根底にある製織物基質の伸張を許容するパターン（たとえば、柔軟な膜内に埋め込まれた2D渦巻きパターンまたは2D正弦波パターン）で、衣服１０６に織り込まれるまたは他の仕方で統合される。センサー１０４のためのファイバーは、諸制御点において局所的にアンカーされていて、被験体１４８の屈曲の間、ファイバー内のひずみを与える。いくつかの制御点は、たとえばファイバー先端では、メッシュに対してすべての自由度においてファイバーを制約することができる。一方、他の制御点は、メッシュが変形する際のパターン付き構造における何らかの全体的な経路長変化を受け容れるためにファイバーがメッシュ・パターンに対して自由にスライドできるよう、スライド自由度を許容することができる。

解釈モジュール１１５は、医療手順、診断試験などの間のイベントまたは動的出来事を解釈するために、複数の装置またはシステムからの複数の入力を受け取る機能を含んでいてもよい。医療撮像装置１１０および／または追跡モジュール１１７も含まれていてもよく、解釈モジュール１１５に追加的なフィードバックを提供してもよい。解釈モジュール１１５は、患者の身体の動的な変化に関係する誤差または逸脱の説明を付けるために該信号フィードバック（および他の任意のフィードバック）を使うよう構成される。

ある実施形態では、被験体１４８または被験体１４８上の関心領域１４０は、柔軟な衣服１０６によって覆われるまたは制約される。柔軟な衣類１０６は、被験体１４８または関心領域１４０の動きまたは屈曲と一致して伸張するよう構成されたファブリックまたは網を含んでいてもよい。センサー１０４に加えて、衣服１０６はフィードバック・モダリティまたはフィードバック機構１０８を含む。フィードバック機構１０８は、センサー１０４によって（または他の外部データによって）収集された刺激に反応するよう構成可能である。一例では、フィードバック機構１０８は、衣服１０６のファブリック中に統合された、発光ダイオード（LED）１０９のようなライトを含んでいてもよい。LED １０９は衣服１０６内を通じて分布させられ、位置および／または患者に関連して発生するイベントについてのフィードバックを提供する。LED １０９（または他のフィードバック機構１０８）の動作のいくつかの限定しない例についてここで例示的に記述する。

ある応用では、介入手順が実行される。たとえば、医療デバイス１０２はたとえば、針、カテーテル、案内ワイヤ、内視鏡、プローブ、ロボット、電極、フィルタ・デバイス、バルーン・デバイスまたは他の医療コンポーネントなどを含んでいてもよい。デバイス１０２は患者に挿入される。デバイス１０２は、術前データ１１９（たとえば画像データ）に位置合わせされた座標系をもつ。デバイス１０２が患者内に展開される際、デバイス１０２の先端に最も近いLED １０９（これは追跡デバイス１０７によって追跡できる）が衣類１０６上で点灯され、医師および環境内に存在する他の任意の人に視覚的なフィードバックを提供する。追跡情報を提供できるよう、一つまたは複数の追跡デバイスまたはカメラ１０７がデバイス１０２に組み込まれていてもよい。追跡デバイス１０７は電磁（EM）追跡子、光ファイバー追跡、ロボット式位置決めシステム、カメラなどを含んでいてもよい。

別の応用では、呼吸、心拍および嚥下データが衣服１０６内のセンサー１０４によって収集される。患者の呼吸は、第一のLEDによって視覚的に示され（たとえば白色LEDが各呼吸サイクルにおいて点灯される）、患者の心拍は第二のLEDによって示され（たとえば赤色LEDが各心拍において点灯される）、患者の嚥下が第三のLEDによって示される（たとえば青色LEDが各嚥下の際に点灯される）。

さらにもう一つの応用では、衣服１０６は、術前画像のような術前データ１１９と空間的に位置合わせされる。生検のような手順では、適正な挿入点を位置特定するのを支援するために、画像目印がLED １０９を使って示されてもよく、加えて、点灯させられたLED １０９の数または色によって衣服１０６上で針の深さが示されてもよい。

システム１００は、患者の任意のイベントまたは動きに対して感度を有するよう構成されることができる。センサー１０４は、位置、温度、電場情報、形状情報などを解釈モジュール１１５にリレーして返すよう構成される。たとえば、呼吸サイクルの間にセンサー１０４が腹部または胸部の動的な形状変化を感知するよう、衣服１０６は、患者１４８の中央セクション上に配置されてもよい。この情報は、衣服１０６における節または位置の間の距離または距離の変化を計算する解釈モジュール１１５を使って解釈されてもよい。次いで、メッシュの歪みが、撮像装置１１０によって撮影された画像における呼吸の説明を付けるために、あるいは医療手順の間のあるアクションまたは動的な変化の補償を必要とする他の任意のイベントもしくはアクションのタイミングにおいて支援するために用いられてもよい。

衣服１０６が、動的データを収集するために被験体の解剖学的構造のいかなる部分に適用されてもよいことは理解しておくべきである。たとえば、衣服１０６は腕、脚、腹、胸、首、頭またはそれらの組み合わせに配置されてもよい。さらに、衣服１０６は、種々のサイズの被験体、種々のサイズの付属肢などのために構成されるよう調整可能にされてもよい。

衣服１０６は、医療手順の間に、該手順の実行において臨床担当者を支援するために用いられてもよい。ワークステーション１１２は、撮像システム１１０を使って被験体１４８の内部画像を閲覧するためのディスプレイ１１８を含んでいてもよい。撮像システム１１０は、たとえば超音波、光音響、磁気共鳴撮像（MRI）システム、透視システム、計算機断層撮影（CT）システム、陽電子放射断層撮影（PET）、単一光子放射計算機断層撮影（SPECT）または他のシステムといった一つまたは複数の撮像モダリティを含んでいてもよい。撮像システム１１０は、リアルタイムの手術中撮像データを収集するために設けられてもよい。撮像データはディスプレイ１１８上に表示されてもよい。ディスプレイ１１８は、ワークステーション１１２とそのコンポーネントおよび機能と対話することをユーザーに許可してもよい。これは、キーボード、マウス、ジョイスティックまたはワークステーション１１２とのユーザー対話を許容する他の任意の周辺機器またはコントロールを含んでいてもよいインターフェース１２０によってさらに容易にされる。

信号を整え、フィードバック機構１０８を制御するためにコントローラ・モジュール１２６または他の装置が設けられる。一例では、コントローラ・モジュール１２６は、プログラムされたフィードバックが所望される条件に従って、さまざまなコントローラ、センサー、放射源／ビームなどを制御するための制御信号を生成してもよい。フィードバック応答の仕方もプログラムされることができる。コントローラ１２６は解釈モジュール１１５からデータを受領し、フィードバック機構１０８に対してコマンドまたは信号を発する。リアルタイムで医師にフィードバックを与えるよう、解釈モジュール１１５は、衣服１０６内のセンサー１０４から収集され解釈された情報をコントローラ１２６に動的に提供する。そうしたリアルタイムのフィードバックが次いで、投薬、意思決定などに用いられてもよい。

図２を参照するに、ある実施形態では、衣服１０６は胴衣またはマニホールド２０２を含む。胴衣２０２はメッシュまたはファブリック２０６から形成される。この実施形態では、メッシュ２０６または胴衣２０２は、高い空間分解能をもって時間および空間的に連続的に体表面の変形を測定する（たとえば、形状感知胴衣）。胴衣２０２は好ましくは柔軟であり、心地よく被験体１４８にフィットする。ある実施形態では、感知ファイバー２１０が胴衣２０２に統合され、被験体１４８の胸部の形状を決定するために用いられる。感知ファイバー２１０は、被験体１４８内の動的な幾何変化を判別するためおよび／または被験体１４８の状態をモニタリングするためにも用いられる。感知ファイバー（単数または複数）２１０は、被験体の身体に巻き付き、よって上記幾何の十分な描像を与える胴衣２０２中に統合された単一の光ファイバーを含んでいてもよく、あるいは胴衣２０２中に統合された複数のファイバーを含んでいてもよい。

感知ファイバー２１０は、一つまたは複数の光ファイバー・ブラッグ格子（FBG: fiber optic Bragg gratings）を含んでいてもよい。FBGは特定の波長の光を反射し、他のすべてを透過させる光ファイバーのセグメントである。これは、ファイバー・コアにおいて屈折率の周期的変動を加えることによって達成される。そのような周期的変動が波長固有の誘電体鏡を生成するのである。したがって、FBGはある種の波長を遮断するためのインライン光フィルタとして、あるいは波長固有反射器として使用できる。

FBGの動作の背後にある基本的な原理は、屈折率が変化する場合の各界面におけるフレネル反射である。いくつかの波長については、さまざまな周期の反射光が同相であり、よって反射のための強め合う干渉が、よって透過のための弱め合う干渉が存在する。ブラッグ波長はひずみおよび温度に敏感である。これは、FBGの格子が、光ファイバー・センサーにおける感知要素として使用できることを意味する。FBGセンサーにおいては、ブラッグ波長のシフトΔλ_Bが引き起こされ、加えられるひずみ（ε）および温度変化（ΔT）に起因するブラッグ波長の相対シフトΔλ_B/λ_Bは
δλ_B//λ_B＝C_Sε＋C_TΔT
によって与えられる。

係数C_Sはひずみ係数と呼ばれ、その大きさは通例約0.8×10^-6/μεまたは絶対量では約1pm/μεである。係数C_Tはセンサーの温度敏感性を記述し、熱膨張係数と熱光効果からなる。その値は約7×10^-6/K（または絶対量では13pm/K）である。

本技法の主たる利点の一つは、構造中に埋め込まれるさまざまなセンサー要素がファイバーの全長にわたって分散させられるということである。ファイバーの長さに沿ってさまざまなセンサー（ゲージ）をもつ三つ以上のコアを組み込むことは、長手方向位置の関数としての該構造の曲率の評価を、よってそのような構造の三次元形状が精密に決定されることを許容する。

FBGへの代替として、通常の光ファイバーにおける内在的な後方散乱を活用することができる。一つのそのようなアプローチは、標準的なシングルモード通信ファイバーにおけるレーリー散乱を使うものである。レーリー散乱はファイバー・コアにおける屈折率のランダムゆらぎの結果として生じる。こうしたランダムゆらぎは、格子長に沿って振幅および位相のランダムな変動をもつブラッグ格子としてモデル化できる。この効果を、マルチコア・ファイバーの単一の長さ内に走る三つ以上のコアにおいて使うことにより、関心表面の3D形状およびダイナミクスが追跡可能となる。

ある実施形態では、胴衣２０２は、統合された発光装置２２０（LED）および／または視覚ディスプレイ画面２２２を胴衣２０２内に含んでいてもよい。発光装置２２０は、胴衣２０２内に統合されたまたは表面上に配置されたLED ２２４の格子（単数または複数）を含んでいてもよい。LED ２２４の格子は、追跡デバイス２２６または感知ファイバー２１０を含んでいても、あるいはそれに関連付けられていてもよい。それにより、各LED ２２４は被験体１４８に対して位置特定されることができる。図２に示した格子パターンは例示的であり、限定するものではない。他の構成も考えられる。

ひとたび胴衣２０２が被験体１４８上にしっかり位置決めされると、胴衣２０２および／またはLED ２２４（またはディスプレイ画面）の位置を被験体１４８上の諸位置または基準と位置合わせするために初期化プロセスが用いられてもよい。拡張現実感が用いられるならば、術前データ（たとえば画像）と手術中患者位置との間の位置合わせ方式が必要とされる。そのような位置合わせは、既知の技術および方法を用いてもよい。たとえば、患者上のおよび／または胴衣２０２中の基準マーカーが術前画像中の対応する位置と位置合わせされてもよい。胴衣２０２中のセンサーからの信号は形状解釈モジュール（モジュール１１５）によって解釈され、該形状解釈モジュールが信号を生成し、該信号は、コントローラ１２６によってLED ２２４の格子内の一つまたは複数の位置に宛てられる。プログラムされた条件を満たすLED ２２４がコントローラ１２６によって点灯させられ、医師その他に対するフィードバックを与える。

術前情報（特に、計算機断層撮影（CT）または磁気共鳴（MR）スキャンによって提供される解剖学的情報を、関連するプラン、たとえば身体表面上の針挿入点と合わせたもの）と手術室内の医師のライブ・ビューとの間のギャップを埋めるために、拡張現実感が用いられる。これは、医師の頭部に装着するカメラ・システムおよび特殊な眼鏡に関わるものでもよい。該眼鏡は、該眼鏡を通じて見ている間、医師が仮想的に術前情報を患者または関心領域上に重ねることができるよう設計されている。しかしながら、欠点は、追加的なカメラ・システムおよび眼鏡が医師によって受け容れられていないということである。ある実施形態によれば、統合された発光部またはディスプレイ２２２画面をもつ、手順中を通じて患者が身につける胴衣２０２を利用することにより、関連する術前情報（画像）が体表面上に直接表示されうる。

ディスプレイ画面２２２は、胴衣２０２のファブリックと統合された柔軟なディスプレイを含んでいてもよい。この実施形態では、術前画像は患者に位置合わせされ、画面２２２上に表示されてもよい。機器またはオーバーレイの表現は、統合されたディスプレイ／発光コンポーネントを介した視覚フィードバックを統合するためにセンサーから受領される情報に従って画面上に生成されてもよい。用途に依存して、胴衣２０２の視覚フィードバック機能（単数または複数）は形状感知とは独立して使用されてもよい。

LED ２２４は、色、強度、位相／タイミング、方向などを介して空間的かつ時間的にエンコードされた情報の形で視覚的フィードバックを提供する。用途に依存して、これらのLED ２２４は疎にまたは密に拡散されることができる。表面解剖学的構造変形のリアルタイム測定に基づいて、アクセス・ポートを通じた機器のナビゲーションのための案内情報を反映するよう情報が呈示されることができる（該変形はもとの計画された経路に対する器官および目標動きを反映する）。他の感覚情報が医師に与えられてもよく、胴衣／マニホールド２０２の表面上で空間的に変調された触覚／触感または音響フィードバックの形を取ることができる。

ある実施形態では、外側体表面の変形を知ることは、多くの用途にとって幅広く関心のあることである。一つの用途は、多くの画像案内介入のために問題である呼吸動き補償を含む。もう一つの用途は、介入（たとえば針挿入）の間の加えられる力に起因する器官および組織の変形である。胴衣は、たとえば視覚化を通じて効果的なフィードバックを与える。変形測定の視覚的フィードバックは、LED ２２４からの、あるいは衣類中のディスプレイ画面２２２からの発光を利用する。センサー／フィードバックを有効にした衣類自身は、患者の上に配置される手術用ドレープまたは他の滅菌マニホールドの形を取ってもよい。このコンポーネントは、用途および関わってくるコストに依存して、再利用可能または使い捨ての性質でありうる。

この用途の使用は、形状感知ファイバーからの測定をLED信号に変換することであろう。そうすることにより、医師は、たとえば針を挿入したときにどのくらいの変形を引き起こしたか、あるいは呼吸動きが高い領域がどこに存在するかなどの、直接的な視覚的フィードバックをもつことになる。

拡張現実感用途のためには、患者の術前スキャンが取得される。介入中、患者は発光システムが含まれている形状感知胴衣２０２を身につけている。形状感知からの測定に基づいて、術前データと現在の患者変形との間で、外側表面の連続的なマッピングが計算されることができる。このマッピングは、内部器官位置の推定（および関心領域または挿入点としての、計画立案中などの導出された情報の位置）をも与える。発光システムLED ２２４および／またはディスプレイ画面２２２は、介入または他の手順中に有用な情報を表示するために用いられる。たとえば、挿入点を表示するためにある種のLED ２２４を作動させるまたさらにはLED ２２４を使って胴衣２０２の表面上にマップされた器官位置を表示する。LED ２２４の種々の色が視覚的フィードバックを改善することもできる。形状感知胴衣２０２は、リアルタイムで患者／器官変形の追跡を許容する。LEDフィードバックは、たとえば呼吸動き、反作用力（reactionary forces）などの説明を付けることができる。ディスプレイ画面２２２は、医療（撮像）データを表示するために胴衣２０２に統合されたより高解像度の柔軟なディスプレイを含んでいてもよい。医療データは、胴衣２０２内の変形センサー２０１の入力または他のセンサーによって取得される他のデータ、たとえば針先端の位置に依存して、フィルタリングまたは変換されることができる。ディスプレイ画面２２２および／またはLED ２２４は、医療アラームおよび／または合併症が生じた可能性がある部位を示してもよい。胴衣２０２は、胴衣２０２内部または外部の他のセンサーに依存して医療条件診断を表示するために用いられてもよい。

図３を参照するに、衣服３０２は、経皮介入デバイスによって感知マニホールドを通じてなされる穿孔を許容するよう、無菌維持アクセス・ポート３１０をもつことができる。無菌フィールドの維持を必要とする手順のためには、衣服３０２は再利用可能かつ滅菌可能な感知マトリクス３１２が、患者１４８と直接に接触する無菌の使い捨て部分３１５に埋め込まれるまたはかみ合わされることを許容するモジュール式の設計をもつことができる。部分３１５は、マトリクス３１２と結合するまたは接続される表面または界面３１４を含む。

胴衣の代わりにまたは胴衣に加えて、別の形の衣類が衣服３０２のために用いられてもよい。たとえば、ズボン、ブラジャー、頭蓋帽、靴下、手袋などである。該衣類は弾性体、スパンデックス（商標）または他の形の弾性衣類を含んでいてもよい。衣服３０２（または本願の原理に基づく他の任意の衣服）は、患者に心地よくフィットするよう適応的なサイズにされる調節機構３０４を含んでいてもよい。調節機構３０４は面ファスナー、バックル、伸縮性バンド、ジッパー、スナップ、接着ストリップ、膨張可能カフス、吸引デバイスまたは体表面につながるおよび／またはあるサイズに適応する他の任意のデバイスを含みうる。

図４を参照するに、例示的な実施形態に基づき、感覚的フィードバックを提供する方法が例示的に示されている。ブロック４０２では、被験体の少なくとも一部、たとえば腕、脚、胸などにフィットするよう構成されている衣服が提供される。被験体の測定を実行するために一つまたは複数のセンサーが衣服に組み込まれている。フィードバック・モダリティが衣服中に組み込まれ、前記一つまたは複数のセンサーまたは他のデバイスの測定から導出される前記一つまたは複数のフィードバック信号に応答し、該フィードバック・モダリティは、手順中に医師を支援するよう感覚的な情報を提供するよう、衣服からエネルギーを放出する。感覚的な情報は光、音、触覚情報などを含んでいてもよい。諸実施形態は、一緒に用いられる一つまたは複数の型の感覚的な情報を含んでいてもよい。衣服は、その中に配置された一つまたは複数の形状感知光ファイバーを含んでいてもよい。光ファイバーは衣服のファブリック中に織り込まれていてもよく、好ましくは、ファブリックのたわみがファイバー中にひずみを与えるようファブリックに取り付けられる。光ファイバーは、たわみを許容しつつ被験体の前記部分の動きを制約するよう、ファブリックに結びつけられてもよいし、接着されてもよいし、あるいは他の仕方でファブリックに結合されてもよい。

ブロック４０４では、一つまたは複数のフィードバック信号が生成される。フィードバック信号は好ましくは前記一つまたは複数のセンサーの測定から導出される。他のセンサーまたはデバイスも、フィードバック信号の生成をトリガーするために用いられてもよい。これらのセンサーまたはデバイスは、必ずしも衣服上に位置されていないモニタリング・デバイスまたは記憶データを含んでいてもよい。ブロック４０６において、前記一つまたは複数のセンサーの測定値は解剖学的動き、解剖学的機能、介入デバイスの位置などの一つまたは複数を決定するために解釈される。

ブロック４０８では、フィードバック・モダリティが作動されて、医師を支援する感覚的な情報を提供するために衣服からエネルギーを発する。ブロック４１０では、たとえば解剖学的特徴の位置、解剖学的動き、術前データ、介入デバイスの位置などを示すために、アレイにおいてライトまたは他のデバイスが選択的に点灯してもよい。ブロック４１２では、解剖学的特徴の位置、解剖学的動き、術前データ、介入デバイスの位置などを示すための画像を表現するために、ディスプレイ画面が点灯されてもよい。該画像は術前画像を含んでいてもよい。

ブロック４１４では、衣服によって生成された感覚的なフィードバックを使って、決定がなされる、手順が実施されるなどする。感覚的なフィードバックは、患者の状態を判別する、イベントのトリガーを判別する、器官の境界を理解する、解剖学的応答を得るなどのために医師によって用いられてもよい。

付属の請求項を解釈するにあたり、以下のことを理解しておくべきである。
ａ）単語「有する／含む」は所与の請求項に挙げられている以外の他の要素または工程の存在を排除するものではない；
ｂ）要素の単数形は複数のそのような要素の存在を排除するものではない；
ｃ）請求項に参照符号があったとしても、その範囲を限定するものではない；
ｄ）いくつかの「手段」が同一の項目またはハードウェアまたはソフトウェアで実装される構造または機能によって表わされてもよい；
ｅ）工程の具体的な序列は、特に断わりのない限り、必須であることは意図されていない。

医療介入のための体表面フィードバックのためのシステムおよび方法の好ましい実施形態（これらは例示的であることが意図されており、限定するものではない）を記述してきたが、上記の教示に照らして当業者は修正や変形をすることができることを注意しておく。したがって、付属の請求項に記載される本願で開示される実施形態の範囲内である変更が、開示されている本開示の特定の実施形態になされてもよいことは理解しておくものとする。このように特許法によって求められる詳細さおよび具体さで記述してきたが、特許請求され特許状によって保護されることが所望されるものは、付属の請求項において記載される。

Claims

被験体の少なくとも一部に柔軟かつ心地よくフィットするよう構成された衣服であって、前記衣服は、被験体の活動をモニタリングするためおよび／または被験体の関心点をモニタリングするために該衣服内に配置された一つまたは複数のセンサーを含んでいる、衣服と；
センサー信号を受信し、前記衣服に一つまたは複数のフィードバック信号を与えるべき条件が満たされているかどうかを判定するために前記センサー信号を解釈する、前記センサーに結合された解釈モジュールと；
前記衣服に組み込まれ、前記一つまたは複数のフィードバック信号に応答して、前記衣服からエネルギーを発して、手順中の医師を支援するために感覚情報を提供するフィードバック・モダリティとを有する、
システム。
前記センサーが形状感知光ファイバーを含み、前記解釈モジュールが被験体の動きに基づいて前記一つまたは複数のフィードバック信号を与える、請求項１記載のシステム。
前記衣服と位置合わせされた被験体の術前内部画像をさらに有する、請求項１記載のシステムであって、前記解釈モジュールは、前記術前画像に基づいて前記衣服上に一つまたは複数の関心点を示すよう前記一つまたは複数のフィードバック信号を与える、システム。
前記フィードバック・モダリティが、前記衣服と位置合わせされた前記術前画像を表示するよう構成されたディスプレイ画面を含む、請求項３記載のシステム。
前記フィードバック・モダリティが、前記一つまたは複数のフィードバック信号に従って点灯するよう構成されたライトを含む、請求項１記載のシステム。
前記ライトがアレイ内に配置されており、介入デバイスの進行または位置を示すよう選択的に点灯される、請求項５記載のシステム。
前記ライトが：被験体の体表面の動きまたは身体機能の少なくとも一つに従って点灯するよう構成されている、請求項５記載のシステム。
感覚的フィードバックを提供する衣服であって：
被験体の少なくとも一部にフィットするよう構成されたファブリックと；
被験体からの測定を実行する、前記ファブリックに組み込まれた一つまたは複数のセンサーと；
前記ファブリック中に組み込まれ、測定から導出される一つまたは複数のフィードバック信号に応答して、前記ファブリックからエネルギーを放出し、手順中の医師を支援する感覚情報を提供する、フィードバック・モダリティとを有する、
衣服。
前記センサーが、被験体の動きに基づいて前記一つまたは複数のフィードバック信号を与える形状感知光ファイバーを含む、請求項８記載の衣服。
当該衣服と位置合わせされた被験体の術前内部画像をさらに有する、請求項８記載の衣服であって、前記フィードバック・モダリティは、前記術前画像に基づいて当該衣服上に一つまたは複数の関心点を示す、衣服。
前記フィードバック・モダリティが、当該衣服と位置合わせされた前記術前画像を表示するよう構成されたディスプレイ画面を含む、請求項１０記載の衣服。
前記フィードバック・モダリティが、前記一つまたは複数のフィードバック信号に従って点灯するよう構成されたライトを含む、請求項８記載の衣服。
前記ライトがアレイ内に配置されており、介入デバイスの進行または位置を示すよう選択的に点灯される、請求項１２記載の衣服。
前記ライトが：被験体の体表面の動きまたは身体機能の少なくとも一つに従って点灯するよう構成されている、請求項１２記載の衣服。
前記ファブリックの被験体への柔軟かつ心地よい取り付けを許容するよう前記衣服の調節を許容するよう構成された調節機構をさらに有する、請求項８記載の衣服。
前記ファブリックが、消毒可能かつ再利用可能な第一の部分と使い捨ての第二の部分とを含む、請求項８記載の衣服。
前記第一の部分が前記一つまたは複数のセンサーおよび前記フィードバック・モダリティを含む、請求項８記載の衣服。
感覚的フィードバックを提供する方法であって：
被験体の少なくとも一部にフィットするよう構成された衣服を提供する段階であって、被験体からの測定を実行するよう一つまたは複数のセンサーが前記衣服に組み込まれており、フィードバック・モダリティが前記衣服中に組み込まれ、測定から導出される前記一つまたは複数のフィードバック信号に応答し、前記フィードバック・モダリティは前記衣服からエネルギーを放出し、手順中の医師を支援するために感覚情報を提供する、段階と；
前記測定から導出される前記一つまたは複数のフィードバック信号を生成する段階と；
前記フィードバック信号に従って前記フィードバック・モダリティを作動させて、医師を支援するための感覚情報を提供するために前記衣服からエネルギーを放出させる段階とを含む、
方法。
前記フィードバック・モダリティを作動させてエネルギーを放出させる段階が、解剖学的特徴の位置、解剖学的動き、術前データまたは介入デバイスの位置のうちの一つまたは複数を示すようアレイ内のライトを選択的に点灯させることを含む、請求項１８記載の方法。
前記フィードバック・モダリティを作動させてエネルギーを放出させる段階が、解剖学的特徴の位置、解剖学的動き、術前データまたは介入デバイスの位置のうちの一つまたは複数を示す画像をレンダリングするようディスプレイ画面を点灯させることを含む、請求項１８記載の方法。
前記画像が術前画像を含む、請求項２０記載の方法。
前記一つまたは複数のフィードバック信号を生成する段階が、解剖学的動き、解剖学的機能または介入デバイスの位置のうちの一つまたは複数を決定するために前記一つまたは複数のセンサーの測定結果を解釈することを含む、請求項１８記載の方法。