JP2015536752A - 位置決定装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、対象のモデルに関して内部構造を持つ対象３内に配置される動作要素５の位置を決定する位置決定装置に関する。前記対象の内部構造内の位置合わせ要素７の位置及び形状が、提供され、前記モデルの内部構造と前記位置合わせ要素の前記位置及び形状とを互いに対して関連付ける変換を決定するのに使用され、前記モデルに関する前記動作要素の位置は、前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の提供された空間的関係及び前記決定された変換に依存して決定される。このおうにして、前記対象のモデルに関する前記動作要素の位置は、必ずしも前記動作要素を示すＸ線投影画像を必要とすることなしに、したがって、必ずしも前記対象にＸ線を当てることなしに、決定されることができる。

Description

本発明は、対象のモデルに関して、内部構造を持つ前記対象内に配置された動作要素の位置を決定する位置決定装置、位置決定方法及びコンピュータプログラムに関する。本発明は、位置決定装置を有する介入システムに関する。

介入処置中に、カテーテルは、人の二次元Ｘ線投影画像、すなわち、前記介入処置中に取得された介入画像と、前記人の生画像又はセグメント化された部分を示す処理画像であってもよく、前記介入処置前に取得された前記人の介入前三次元画像とのガイドの下で前記人の中の所望の場所に移動されうる。前記カテーテルの現在の位置を決定するために、前記カテーテルの現在の位置を示す前記介入Ｘ線投影画像及び前記介入前画像は、互いに対して位置合わせされることができ、前記位置合わせされた介入及び介入前画像の重ね合わせが、ディスプレイ上に示されることができる。したがって、前記カテーテルの現在の位置を決定するために、すなわち前記人の前記介入前三次元画像内の前記カテーテルの現在の位置を示すために、Ｘ線が、前記人に当てられなければならない。

本発明の目的は、動作要素の位置が、必ずしも対象にＸ線を当てることなしに決定されることができる、前記対象のモデルに関して、内部構造を持つ前記対象内に配置される前記動作要素の位置を決定する位置決定装置、位置決定方法及びコンピュータプログラムを提供することである。本発明の更なる目的は、前記位置決定装置を有する介入システムを提供することである。

本発明の第１の態様において、対象のモデルに関して、内部構造を持つ前記対象内に配置される動作要素の位置を決定する位置決定装置が、提示され、前記位置決定装置は、
‐前記対象の前記内部構造内地の位置合わせ要素の位置及び形状、並びに前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の空間的関係を提供する位置及び形状提供ユニットと、
‐前記対象の前記モデルを提供するモデル提供ユニットと、
‐前記モデルの内部構造が前記位置合わせ要素の前記提供された位置及び形状に対応するように、前記モデルの前記内部構造及び前記位置合わせ要素の前記位置及び形状を互いに対して関連付ける変換を決定する変換決定装置と、
‐前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の空間的関係及び前記決定された変換に依存して前記モデルに関する前記動作要素の位置を決定する位置決定ユニットと、
を有する。

前記動作要素の位置の決定は、ａ）前記モデルの内部構造が前記位置合わせ要素の提供された位置及び形状に対応するように前記モデルの内部構造と前記位置合わせ要素の提供された位置及び形状とを互いに対して関連付ける前記変換、及びｂ）前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の前記提供された空間的関係を必要とするだけなので、前記対象のモデルに関する前記動作要素の位置は、必ずしも前記動作要素を示すＸ線投影画像を必要とすることなしに、したがって、必ずしも前記対象にＸ線を当てることなしに、決定されることができる。

前記動作要素は、前記対象の内部に影響を与えるのに使用されることができる、いかなる要素であってもよい。例えば、前記動作要素は、カテーテル、張り又は他の介入ツールであることができる。前記対象は、好ましくは、人又は動物のような生物の内部である。例えば、前記対象は、心臓のような器官であることができる。

前記対象のモデルは、好ましくは、前記動作要素及び前記位置合わせ要素が前記対象内に挿入される前に生成され、前記対象の内部構造が識別されている、前記対象の画像であることができる。特に、前記モデルは、前記対象のセグメント化された画像であることができ、前記対象の部分は、前記モデルを提供するようにこの画像内でセグメント化されている。前記モデルは、例えば、心臓の異なる部分を表す心臓モデルである。前記モデルは、好ましくは、三次元空間モデルである。しかしながら、前記モデルは、加えて、前記対象の移動、特に前記対象の周期的移動を説明することもでき、すなわち、前記モデルは、四次元モデルであることもできる。

前記内部構造は、前記モデルにより示され、前記位置合わせ要素が挿入されることができる、いかなる内部構造であることもできる。例えば、前記対象が人の心臓である場合、前記内部構造は、大動脈基部、肺静脈口、冠状静脈洞等でありうる。前記位置合わせ要素は、それぞれの前記内部構造に挿入されることができる、いかなる要素であってもよい。例えば、前記位置合わせ要素は、それぞれの内部構造に挿入されることができるカテーテル、針又は他の介入ツールであることができる。好ましくは、前記位置合わせ要素は、前述のカテーテルのような実質的に長めの要素である。

前記位置及び形状提供ユニットは、前記位置合わせ要素の位置及び形状を提供する前記位置合わせ要素の位置合わせ光学形状感知データと、前記動作要素の位置及びオプションとして前記動作要素の形状を提供する前記動作要素に対する動作光学形状感知データとを提供することが好ましく、前記位置合わせ光学形状感知データ及び前記動作光学形状感知データは、前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の空間的関係を提供するために、同じ基準座標系に関連付けられる。特に、前記位置合わせ要素の位置及び形状並びに前記動作要素の位置及び形状は、これらの位置及び形状が光学形状感知システムにより規定される同じ基準座標系において自動的に既知であるように、同じ光学形状感知システムにより決定される。これは、前記対象の内部構造内の前記位置合わせ要素の位置及び形状並びに同時に前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の空間的関係を自動的に及び比較的容易に提供することを可能にする。

好ましくは、前記位置及び形状提供ユニットは、前記位置合わせ要素の位置及び形状並びに異なる時間における前記位置合わせ要素と前記動作要素との間の区間的関係を提供するように構成され、前記変換決定ユニットは、前記モデルの内部構造が異なる時間における前記位置合わせ要素の提供された位置及び形状に対応するように、異なる時間に対して前記モデルの内部構造と前記位置合わせ要素の位置及び形状とを互いに対して関連付ける前記変換を決定するように構成され、前記位置決定ユニットは、前記異なる時間に対して提供された前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の前記空間的関係、及び前記異なる時間に対して決定された前記変換に依存して前記異なる時間における前記モデルに関する前記動作要素の位置を決定するように構成される。前記位置合わせ要素と前記動作要素との間の前記空間的関係の、前記モデルの内部構造及び前記位置合わせ要素の位置及び形状を互いに対して関連付ける前記変換の、及び前記モデルに関する前記動作要素の位置の、この動的な、すなわち時間依存の決定は、この動的アプローチのため、呼吸及び心臓運動の組み合わせでありうる移動が本質的に考慮されることができるので、前記対象が人の心臓のような動く対象である場合でさえ、前記モデル内の前記動作要素の位置の正確な決定を可能にする。特に、この動的アプローチは、前記モデルに関する前記動作要素の位置のリアルタイム決定を可能にしうる。

好適な実施例において、前記変換決定ユニットは、剛体変換を決定するように構成される。特に、前記変換決定ユニットは、剛体平行移動を決定するように構成される。前記変換が剛体変換である場合、前記モデルに関する前記動作要素の位置の決定は、よりロバストであることができる。しかしながら、前記変換決定ユニットは、非剛体変換を決定するように構成されることもできる。

本発明の他の態様において、介入システムが提示され、前記介入システムは、
‐対象に影響を与えるように前記対象内に挿入される動作要素と、
‐前記対象の内部構造内に挿入される位置合わせ要素と、
‐前記対象のモデルに関する前記動作要素の位置を決定する請求項１に記載の位置決定装置と、
を有する。

本発明の他の態様において、対象のモデルに関して、内部構造を持つ対象内に配置される動作要素の位置を決定する位置決定方法が、提示され、前記位置決定方法は、
‐位置及び形状提供ユニットにより、前記対象の内部構造内の位置合わせ要素の位置及び形状、並びに前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の空間的関係を提供するステップと、
‐モデル提供ユニットにより、前記対象のモデルを提供するステップと、
‐変換決定ユニットにより、前記モデルの内部構造が前記位置合わせ要素の前記提供された位置及び形状に対応するように、前記モデルの内部構造と前記位置合わせ要素の前記位置及び形状とを互いに対して関連付ける変換を決定するステップと、
‐位置決定ユニットにより、前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の前記空間的関係及び前記決定された変換に依存して前記モデルに関する前記動作要素の位置を決定するステップと、
を有する。

本発明の他の態様において、対象のモデルに関して、内部構造を持つ前記対象内に配置される動作要素の位置を決定するコンピュータプログラムが、提示され、前記コンピュータプログラムは、請求項１に記載の位置決定装置を制御するコンピュータ上で実行される場合に、前記位置決定装置に、請求項１０に記載の位置決定方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有する。

請求項１に記載の位置決定装置、請求項９に記載の介入システム、請求項１０に記載の位置決定方法、及び請求項１１に記載のコンピュータプログラムは、特に従属請求項に規定されるように、同様の及び／又は同一の好適な実施例を持つと理解されるべきである。

本発明の好適な実施例は、それぞれの独立請求項との従属請求項のいかなる組み合わせであることもできると理解されるべきである。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになるだろう。

介入システムの一実施例を概略的にかつ例示的に示す。 介入システムにより実行されうる、経カテーテル的大動脈弁導入処置中の動作カテーテル及び位置合わせカテーテルの配置を概略的にかつ例示的に示す。 介入システムにより実行されうる、心房細動アブレーション処置中の動作カテーテル及び位置合わせカテーテルの配置を概略的にかつ例示的に示す。 対象のモデルに関して、内部構造を持つ前記対象内に配置される動作要素の位置を決定する位置決定方法の一実施例を例示的に示すフローチャートを示す。

図１は、カテーテル処置を実行する介入システム１を概略的にかつ例示的に示す。介入システム１は、動作カテーテル５及び位置合わせカテーテル７を有し、両方とも、患者台４のような支持手段上に横たわる人２の心臓３に挿入される。動作カテーテル５及び位置合わせカテーテル７は、位置及び形状提供ユニット８に接続され、この位置及び形状提供ユニット８並びに動作及び位置合わせカテーテル５、７は、光学形状感知により動作及び位置合わせカテーテル５、７の位置及び形状を決定するように構成される。この項が雨滴形状感知に対して、ＵＳ８０５０５２３Ｂ２に開示される技術のような、既知の光学形状感知技術が使用されることができる。

動作カテーテル５及び位置合わせカテーテル７の位置及び形状は、位置及び形状提供ユニット８が、動作及び位置合わせカテーテル５、７の位置及び形状を提供することができるのみならず、同時に動作カテーテル５と位置合わせカテーテル７との間の空間的関係をも提供することができるように、同じ基準座標系内で決定される。

介入システム１は、心臓３のモデルを提供する、すなわち心臓モデルを提供するモデル提供ユニット９を有する。前記モデルは、心臓３の生体構造、すなわち心臓３の異なる部分の位置及び形状を示し、前記モデルは、好ましくは、セグメント化及びラベル付けされた、心臓３の体積画像を生じる、コンピュータ断層撮像スキャン又は磁気共鳴撮像スキャンのような介入前体積スキャンに基づいて決定される。特に、動作カテーテル５が心臓３に影響を与えるべきである、心臓３内の関心生体構造は、心臓３の最終モデルにおいてセグメント化及びラベル付けされる。心臓３のモデルは、心臓全体又は心臓の一部のモデルであることができる。例えば、前記モデルは、大動脈基部、左心房等のモデルであることができる。モデル提供ユニット９は、好ましくは、介入前に生成されたモデルが記憶され、同じものを提供するために前記モデルが介入処置中に取り出されることができる、記憶ユニットである。

介入システム１は、前記モデルの内部構造が位置合わせカテーテル７の前記提供された位置及び形状に対応するように前記モデルの内部構造と位置合わせカテーテル７の位置及び形状とを互いに対して関連付ける変換を決定する変換決定ユニット１０を有する。したがって、この実施例において、前記心臓モデルは、この実施例において前記内部構造である心臓３の解剖学的構造の位置及び形状が、前記解剖学的構造内に配置された生体構造カテーテルであると見なされてもよい位置合わせカテーテル７の位置及び形状にマッチするように変換される。

前記モデルが、位置合わせカテーテル７が挿入されることができる複数の内部構造を有する場合、変換決定ユニット１０は、心臓３内の位置合わせカテーテル７の位置及び形状に基づいて、いずれの内部構造に位置合わせカテーテル７が挿入されているかを自動的に決定することができる。例えば、位置合わせカテーテル７の可能な形状と前記内部構造との間の割当が、提供されることができ、これらの割当及び位置合わせカテーテル７の実際に決定された形状に基づいて、いずれの内部構造に位置合わせカテーテル７が挿入されているかが、決定されることができる。しかしながら、一般に、医師のようなユーザは、いずれの内部構造に位置合わせカテーテル７が挿入さているかを知っており、代わりに、この情報が、キーボード、マウス、タッチパッド等のような入力ユニット１４を介して介入システム１に入力されることができ、前記変換を決定するために変換決定ユニット１０により使用されることができる。したがって、オプションとして、位置合わせカテーテル７が差し込まれている生体構造の一部の情報は、前記変換を決定するのに使用されることができる。

位置合わせカテーテル７の位置及び形状と前記モデルの対応する内部構造との間のマッチングは、好ましくは、前記対象のモデルの剛体平行移動である。しかしながら、他の剛体変換も、又は非剛体変換さえ、対象３の内部構造と位置合わせカテーテル７の位置及び形状とを互いに対してマッチさせるのに使用されることができる。

位置及び形状提供ユニット８は、好ましくは、異なる時間において位置合わせカテーテル７の位置及び形状並びに位置合わせカテーテル７と動作カテーテル５との間の空間的関係を提供するように構成され、変換決定ユニット１０は、前記モデルの内部構造が異なる時間において位置合わせカテーテル７の提供された位置及び形状と対応するように異なる時間に対して前記モデルの内部構造と位置合わせカテーテル７の位置及び形状とを互いに対して関連付ける前記変換を決定するように構成され、位置決定ユニット１１は、前記異なる時間に対して提供された動作カテーテル５と位置合わせカテーテル７との間の空間的関係及び前記異なる時間に対して決定された前記変換に依存して前記異なる時間において前記モデルに関する動作カテーテル５の位置を決定するように構成される。前記モデルは、したがって、対象３が本例における生きている心臓のような動く対象である場合でさえ、前記モデル内で正確に、動作カテーテル５、特に、動作カテーテル５の先端の位置を示すために、位置合わせカテーテル７のそれぞれの実際の位置及び形状に、四次元的に、すなわち空間的及び時間的に、適合されることができる。したがって、位置合わせカテーテル７の位置及び形状は、空間的に及び時間的に前記モデルを位置合わせするのに使用されることができる。

位置合わせカテーテル７の位置及び形状が、前記モデルの内部構造に関連付けられている場合、前記モデル及び位置合わせカテーテル７は、互いに対して位置合わせされる。位置合わせカテーテル７と動作カテーテル５との間の空間的関係は、位置及び形状提供ユニット８から既知であるので、動作カテーテル５も、位置決定ユニット１１が前記モデルに関する動作カテーテル５の位置を決定することができるように前記モデルと位置合わせされ、特に、動作カテーテル５の先端の位置は、介入システム１のディスプレイ１５上に前記モデル内に示されることができる。

位置及び形状提供ユニット８、モデル提供ユニット９、変換決定ユニット１０及び位置決定ユニット１１は、心臓３のモデルに関して動作カテーテル５の位置を決定するのに使用されるので、これらのユニットは、位置決定装置１６のユニットであると見なされることができる。

介入システム１は、図２及び３を参照して以下に記載されるように経カテーテル的心臓処置を実行するように構成されることができる。

介入システム１は、経カテーテル的大動脈弁導入（ＴＡＶＩ）処置を実行するように構成されることができ、人工弁１８の位置が、形状感知使用可能カテーテルである動作カテーテル５上に取り付けることにより追跡される。人工弁１８の位置を、人工弁１８が配置されるべきである大動脈面１７の位置に関連付けるために、大動脈基部２６は、図２に例示的に及び概略的に示されるように心臓３の冠状動脈に挿入される第２の形状感知使用可能カテーテルである位置合わせカテーテル７を使用することにより追跡される。オプションとして、第２の位置合わせカテーテルが、心臓３のモデルを前記位置合わせカテーテルと位置合わせする精度を増大させるために、他の冠状動脈に挿入されることができる。心臓全体のモデル又はこの場合に心臓３の大動脈球のみのモデルでありうる心臓３のモデルは、この場合、１つの位置合わせカテーテル７又は１つ若しくは２つの冠状動脈内に配置される２つの位置合わせカテーテルが、それぞれ、前記モデルの冠状動脈の内側にフィットするように位置合わせされ、すなわち前記モデルの１つ又は２つの冠状動脈と前記１つ又は２つの位置合わせカテーテルの位置及び形状とをそれぞれ関連付ける変換が、決定され、この変換は、前記１つ又は２つの位置合わせカテーテルと動作カテーテル７との間の既知の空間的関係と一緒に使用されることができ、前記提供されたモデルに関する動作カテーテル７及びしたがって動作カテーテル５上に取り付けられた人工弁１８の位置を決定する。

介入システム１は、以下に図３を参照して例示的に記載されるように心房細動アブレーション処置を同様に実行するように構成されることもできる。この実施例において、動作カテーテル５は、心臓組織を切除するアブレーションカテーテルであり、この例において、動作カテーテル５も、光学的形状感知を使用することにより追跡され、これは、位置及び形状提供ユニット８が動作カテーテル５の位置及び形状を提供することを可能にする。更に、この例において、関心生体構造は、左心房ルーフ及び肺静脈口であり、より一般的には左心房１９の空洞であり、左心房１９の空洞の部分は、切除されるべきである。この実施例において、前記モデルは、肺静脈２０を持つ左心房１９のみを又は少なくとも含む心臓の一部のモデルである。更に、この例において、位置合わせカテーテル７は、肺静脈口に挿入されるラッソ（lasso）カテーテルである。しかしながら、この実施例においても、１より多い位置合わせカテーテル７、特に、１より多いラッソカテーテルが、肺静脈口に挿入されることができる。前記モデルは、この場合、ラッソカテーテル７の前記提供された位置及び形状に基づいて、前記モデルのセグメント化された肺静脈が、ラッソカテーテル７を囲むように適合されることができ、前記適合されたモデルは、前記モデル内のアブレーションカテーテル５、特に、アブレーションカテーテル５の先端の位置を決定するようにアブレーションカテーテル５とラッソカテーテル７との間の既知の空間的関係と一緒に使用されることができる。

介入システム１は、カテーテル５、７が、特に、カテーテル５、７の先端が人２の中の所望の場所にナビゲートされることを可能にするナビゲーションユニット１２を有する。ナビゲーションユニット１２は、医師のようなユーザが手で又は半自動的にカテーテル５、７を完全にナビゲートすることを可能にするように構成されることができる。カテーテル５、７は、好ましくは、ナビゲーションユニット１２を介して制御されることができる内蔵ガイド手段（図１に示されない）を有する。カテーテル５、７は、例えば、カテーテル５、７の先端を人２の中の所望の場所にガイドするために、ステアリングワイヤの使用によりステアリング及びナビゲートされることができる。

動作カテーテル５が、図３を参照して上に記載されるようにアブレーションカテーテルである場合、前記介入システムは、例えば心臓組織を切除する無線周波数（ＲＦ）エネルギを提供するアブレーションエネルギ源１３を更に有しうる。

いかに、対象のモデルに関して、内部構造を持つ前記対象内に配置される動作要素の位置を決定する位置決定方法の一実施例が、図４に示されるフローチャートを参照して例示的に記載される。

ステップ１０１において、対象３のモデルは、モデル提供ユニット９により提供される。特に、人２の心臓３の部分を示す心臓モデルが、提供され、心臓３の部分は、介入処置が実行される前に取得された心臓３の三次元画像においてセグメント化されている。ステップ１０２において、対象３の内部構造内の位置合わせ要素７の位置及び形状並びに動作要素５と位置合わせ要素７との間の空間的関係が、位置及び形状提供ユニット８により提供される。特に、心臓３の内部構造内の位置合わせカテーテル７の位置及び形状並びに大正３内の動作カテーテル５の位置及び形状は、カテーテル５、７の間の空間的関係を提供するために、同じ基準座標系に対して光学形状感知により決定される。

ステップ１０３において、前記モデルの内部構造と位置合わせ要素７の位置及び形状とを互いに対して関連付ける変換は、変換決定ユニット１０により、前記モデルの内部構造が位置合わせ要素７の前記提供された位置及び形状に対応するように、決定される。例えば、前記心臓モデルは、前記モデルの内部構造が、位置合わせカテーテル７の前記提供された位置及び毛状に基づいて、前記内部構造に挿入された前記位置合わせカテーテルを囲むように、適合される。ステップ１０４において、前記モデルに関する動作要素５の位置は、位置決定ユニット１１により、動作要素５と位置合わせ要素７との間の空間的関係及び前記決定された変換に依存して決定される。

ステップ１０１及び１０２は、他の順序で実行されることができ、すなわちステップ１０２は、ステップ１０１の前に実行されることができるか、又はこれらは同時に実行されることができる。更に、ステップ１０１乃至１０４は、好ましくは、対象３のモデルに関する動作要素５の前記決定された位置に基づいて医師のようなユーザが前記介入処置を実行することを可能にするために、介入処置中に実行される。ステップ１０２乃至１０４は、対象３のモデルに関する動作要素５、特に動作要素５の先端の位置をディスプレイ１５にリアルタイムで示すために、ループにおいて連続的に及びリアルタイムで実行されることができる。

前記介入システムは、好ましくは、最小侵襲介入処置、特に最小侵襲介入心臓処置を実行するように構成される。前記介入システムは、好ましくは、開朴学的関心領域が抽出されることができ、前記介入処置中に前記人の実際の位置と位置合わせされることができる、前記人の介入前に生成された体積画像に対するアクセスを提供するように構成される。位置合わせは、介入技師のようなユーザが前記介入処置中に直接的な視覚的アクセスを持たない、例えば、前記人の心臓の生体構造を示すために前記介入処置中にガイド又はマップとして使用されることができる。このガイド目的を満たすために、セグメント化された開朴学的関心領域を持つ位置合わせされた介入前体積、すなわち前記対象のモデル、及びそれぞれの前記動作要素の前記決定された位置は、前記介入システムのディスプレイ上に示されることができる。更に、前記対象のモデルに関する位置が既知である、前記対象の石灰化、傷及び他のフィーチャのような追加の情報が、前記動作要素の表現と一緒に前記ディスプレイ上に示されることができる。この追加の情報は、介入前に既知であることができ、又は前記介入処置中に測定されることができ、後者の場合、追加の情報を測定する感知素子を持つカテーテルが使用されてもよい。

前記介入システムは、好ましくは、前記対象の可能な運動を考慮するために、例えば、前記対象が人の動いている心臓である場合に存在しうる心臓運動及び呼吸運動を考慮するために、前記対象のモデルに関する前記動作要素の位置を動的に決定するように構成される。前記介入システムは、好ましくは、常に正確な援助を提供するために、前記モデルに関する前記動作要素の位置を連続的に、すなわち「オンライン」で決定する。

前記介入システムは、好ましくは、手術ツール及び生体構造をリアルタイムで位置合わせするのに形状感知使用可能カテーテルを使用するように構成される。一方で、１つ又は複数のカテーテル、すなわち生体構造カテーテルであると見なされることもできる前記位置合わせカテーテルは、以前にセグメント化され、一定の又は既知の運動のいずれかにより解剖学的関心領域に関連付けられる解剖学的部分に差し込まれる。前記１つ又は複数の位置合わせカテーテルは、前記１つ又は複数の位置合わせカテーテル、及びしたがって前記１つ又は複数の位置合わせカテーテル差し込まれる前記解剖学的部分、すなわち前記内部構造の位置及び形状が、提供されることができるように、形状感知を使用可能にされる。前記モデルは、前記１つ又は複数の位置合わせカテーテルが差し込まれる前記解剖学的部分を表す、前記モデルのセグメント化された解剖学的部分が、前記１つ又は複数の位置合わせカテーテルの位置及び形状に対応するように適合されることができる。前記モデルは、前記動作要素により影響を与えられるべきである前記解剖学的関心領域に対応するセグメント化された解剖学的関心領域をも有し、前記モデルは、前記セグメント化された解剖学的部分と前記セグメント化された解剖学的関心領域との間の関係を提供する。したがって、前記解剖学的関心領域と前記１つ又は複数の位置合わせカテーテルとの間の関係は、前記モデルが前記１つ又は複数の位置合わせカテーテルの位置及び形状に適合された後に既知である。前記セグメント化された解剖学的関心領域と前記モデルにより規定された前記セグメント化された解剖学的部分との間の関係は、一定の関係又は時間的に変化する関係であることができ、後者の場合、前記解剖学的部分及び前記解剖学的関心領域が互いに対して移動することが、推定される。例えば、位置合わせカテーテルが環状静脈洞に挿入される場合、及び前記解剖学的関心領域が左心房ルーフである場合、前記モデルは、好ましくは、冠状静脈洞と左心房ルーフとの間の時間的に変化する関係を提供する。患者特有の動的側面を考慮するこのようなモデルを提供するために、前記対象、特に、前記人の心臓の四次元画像が、１つ又は複数の位置合わせカテーテルが挿入されうる少なくとも前記解剖学的部分と前記解剖学的関心領域とを互いに対して関連付ける四次元モデルを提供するために、介入前に取得され、セグメント化されることができる。前記モデルは、単純に左心房領域のモデルのような心臓の一部のみのモデルあってもよい。左心房ルーフ及び肺静脈が経験しない冠状静脈洞の心拍運動を取り除くために、前記介入システムは、ＷＯ２０１２／１１７３２１Ａ１に開示される患者特有学習技術を使用するように構成されることもできる。

他方で、手術ツール、すなわち動作要素は、形状感知により追跡されることができ、前記動作要素の位置は、対応する動作カテーテルの１つ又は複数の関連付けられた形状感知ファイバの位置により直接的に与えられることができる。前記手術ツールの位置及び前記１つ又は複数の位置合わせカテーテルの位置及び形状は、好ましくは、前記手術ツールの位置と前記関心生体構造との間の空間的及びオプションとして時間的関係を最終結果として得るために、同じ基準座標系において既知である。前記介入システムは、したがって、形状感知使用可能カテーテルに基づいて前記手術ツールと前記生体構造との間の位置合わせを提供する。

前記介入システムは、好ましくは、前記生体構造及び手術ツール、すなわち動作要素をリアルタイムで追跡するように構成され、前記生体構造は、位置合わせ要素が、動いている前記生体構造とともに動くように、前記生体構造に挿入された前記位置合わせ要素の位置及び形状を追跡することによりリアルタイムで追跡される。更に、前記介入システムは、第１の近似として呼吸運動のような剛体身体運動を取り除く内蔵能力を持っていてもよく、運動、特に非剛体運動の他のソースを処理するように拡張されることができ、前記介入システムは、ＷＯ２０１２／１１７３２１Ａ１に開示される技術を使用するように構成されることができる。

上記の実施例において、前記介入システムは、最小侵襲心臓処置を実行するように構成されるが、他の実施例において、前記介入システムは、他の介入処置、例えば、他の器官のような人又は動物の他の部分に使用されるべき介入処置を実行するに構成されることもできる。

前記動作要素は、前記対象のモデルに関する前記動作要素の前記決定された位置に基づいて前記対象内の所望の場所にナビゲートされることができる。前記介入システムは、対象の介入前画像に基づいて決定された、前記対象のモデルと前記対象内の動作要素の実際の位置を位置合わせするように介入前Ｘ線照射の必要性を回避するように構成されることができる。

図２を参照して上に記載された実施例において、前記位置合わせカテーテルは、肺静脈口に挿入されるラッソカテーテルであるが、他の実施例において、代わりに又は加えて、位置合わせカテーテルは、冠状静脈洞に挿入されることができ、冠状静脈洞内の前記位置合わせカテーテルが、前記解剖学的関心領域である左心房ルーフの位置を決定するのに使用される場合、対応する心臓モデルは、前記介入システムが左心房ルーフの位置に対するそれぞれの動作カテーテルの位置を決定することを可能にするために、上記のように冠状静脈洞と左心房ルーフとの間の運動を規定する。

前記動作カテーテルがアブレーションカテーテルである場合、前記介入システムは、切除されたモデル位置を示す、すなわちアブレーションサイトを示すように構成されることができる。更に、前記アブレーションカテーテルが、活性化マップを生成する電気的感知能力を持つ場合、異なる場所において感知された電気的値は、前記モデル内の対応する位置に関連付けられることができ、この場合、前記モデルは、前記介入システムの前記ディスプレイ上にこの追加の情報と一緒に示されることができる。

一部の上記の実施例において、前記介入システムは、単一の動作要素及び単一の位置合わせ要素、特に、単一の動作カテーテル及び単一の位置合わせカテーテルのみを有するが、前記介入システムは、一般に、１つ又は複数の動作要素、特に、１つ又は複数の動作カテーテル、及び１つ又は複数の位置合わせ要素、特に、１つ又は複数の位置合わせカテーテルを有することができる。

上記の実施例において、前記動作及び位置合わせ要素は、好ましくは、動作及び位置合わせカテーテルであるが、前記動作及び位置合わせ要素は、前記対象に挿入されることができる他の要素であることもできる。例えば、前記動作要素及び／又は前記位置合わせ要素は、針又は他の介入ツールであることもできる。

開示された実施例に対する他の変形例は、図面、開示及び添付の請求項の検討から、請求された発明を実施する当業者により理解及び達成されることができる。

請求項において、単語「有する」は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「ある」は、複数を除外しない。

単一のユニット又は装置が、請求項に記載された複数のアイテムの機能を満たしてもよい。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。

１つ又は複数のユニット又は装置により実行される前記対象のモデルの提供、前記モデルの内部構造と前記位置合わせ要素の位置及び形状とを互いに対して関連付ける変換の決定、前記モデルに関する前記動作要素の位置の決定等のようなプロシージャは、他のいかなる数のユニット又は装置により実行されることができる。例えば、ステップ１０３及び１０４は、単一のユニットにより又は他のいかなる数の異なるユニットにより実行されることができる。位置決定方法による前記位置決定装置のプロシージャ及び／又は制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用ハードウェアとして実施されることができる。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又は一部として供給される光記憶媒体又は半導体媒体のような適切な媒体上に記憶／分配されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介するような他の形で分配されてもよい。前記請求項内のいかなる参照符号も、範囲を限定すると解釈されるべきではない。

本発明は、対象のモデルに関して内部構造を持つ前記対象内に配置される動作要素の位置を決定する位置決定装置に関する。前記対象の内部構造内の位置合わせ要素の位置及び形状は、提供され、前記モデルの内部構造と前記位置合わせ要素の位置及び形状とを互いに対して関連付ける変換を決定するのに使用され、前記モデルに関する前記動作要素の位置は、前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の提供された空間的関係及び前記決定された変換に依存して決定される。このようにして、前記対象のモデルに関する前記動作要素の位置は、前記動作要素を示すＸ線投影画像を必ずしも必要なしで、したがって、必ずしも前記対象にＸ線を使用することなしに、決定されることができる。

Claims (11)

1. 対象のモデルに関して、内部構造を持つ前記対象内に配置される動作要素の位置を家定する位置決定装置において、
   前記対象の内部構造内の位置合わせ要素の位置及び形状並びに前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の空間的関係を提供する位置及び形状提供ユニットと、
   前記対象のモデルを提供するモデル提供ユニットと、
   前記モデルの内部構造が前記位置合わせ要素の前記提供された位置及び形状に対応するように前記モデルの内部構造と前記位置合わせ要素の位置及び形状とを互いに対して関連付ける変換を決定する変換決定ユニットと、
   前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の前記空間的関係及び前記決定された変換に依存して前記モデルに関する前記動作パラメータの位置を決定する位置決定ユニットと、
   を有する、位置決定装置。
2. 前記位置及び形状提供ユニットが、前記位置合わせ要素の位置及び形状を提供する位置合わせ光学形状感知データと前記動作要素の少なくとも位置を提供する前記動作要素の対する動作光学形状感知データとを提供し、前記位置合わせ光学形状感知データ及び前記動作光学形状感知データが、前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の前記空間的関係を提供するために、同じ基準座標系に関連付けられる、請求項１に記載の位置決定装置。
3. 前記位置合わせ要素が、位置合わせカテーテルである、請求項１に記載の位置決定装置。
4. 前記位置及び形状提供ユニットが、異なる時間において前記位置合わせ要素の位置及び形状並びに前記位置合わせ要素と前記動作要素との間の前記空間的関係を提供し、前記変換決定ユニットが、前記モデルの内部構造が異なる時間において前記位置合わせ要素の前記提供された位置及び形状に対応するように、異なる時間において前記モデルの内部構造と前記位置合わせ要素の位置及び形状とを互いに対して関連付ける前記変換を決定し、前記位置決定ユニットが、前記異なる時間に対して提供された前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の前記空間的関係及び前記異なる時間に対してｋえっ呈された前記変換に依存して前記異なる時間において前記モデルに関する前記動作要素の位置を決定する、請求項１に記載の位置決定装置。
5. 前記変換決定ユニットが、剛体変換を決定する、請求項１に記載の位置決定装置。
6. 前記モデル提供ユニットが、心臓モデルを提供する、請求項１に記載の位置決定装置。
7. 前記内部構造が、大動脈基部であり、前記位置合わせ要素が、大動脈基部内の位置合わせカテーテルである、請求項６に記載の位置決定装置。
8. 前記内部構造が、肺静脈口及び／又は冠状静脈洞であり、前記位置合わせ要素が、位置合わせカテーテルである、請求項６に記載の位置決定装置。
9. 対象に影響を与えるように前記対象内に挿入される動作要素と、
   前記対象の内部構造に挿入される位置合わせ要素と、
   前記対象のモデルに関する前記動作の要素の位置を決定する、請求項１に記載の位置決定装置と、
   を有する、介入システム。
   
10. 対象のモデルに関して、内部構造を持つ前記対象内に配置される動作要素の位置を決定する位置決定方法において、
    位置及び形状提供ユニットにより、前記対象の内部構造内の位置合わせ要素の位置及び形状、並びに前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の空間的関係を提供するステップと、
    モデル提供ユニットにより、前記対象のモデルを提供するステップと、
    変換決定ユニットにより、前記モデルの内部構造が前記位置合わせ要素の前記提供された位置及び形状に対応するように前記モデルの内部構造と前記位置合わせ要素の位置及び形状とを関連付ける変換を決定するステップと、
    位置決定ユニットにより、前記動作要素と前記位置合わせ要素との間の前記空間的関係及び前記決定された変換に依存して、前記モデルに関する前記動作要素の位置を決定するステップと、
    を有する、位置決定方法。
11. 対象のモデルに関して、内部構造を持つ前記対象内に配置される動作要素の位置を決定するコンピュータプログラムにおいて、請求項１に記載の位置決定装置を制御するコンピュータ上で実行される場合に、前記位置決定装置に、請求項１０に記載の位置決定方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有する、コンピュータプログラム。

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