JP2016539719A - Ｃｔガイド下インターベンション処置中の呼吸監視のための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

インターベンション処置中の呼吸監視及びインターベンションツール前進タイミング指示のための方法及びシステム。特徴は、呼吸モニタを使用して被験者の呼吸を監視するステップであって、呼吸モニタが、被験者の複数の呼吸状態を示す呼吸信号を生成するステップと、撮像デバイスを使用して被験者を走査して、第１の撮像データセットを生成するステップであって、その撮像データセットが、被験者の呼吸状態に関連付けられるステップと、前進インジケータを使用して、呼吸信号に基づいてインターベンションツールを前進させる時を示すステップとを含み、それにより、インターベンションツールの前進が被験者の呼吸状態中に行われ、被験者は息を止める必要がない。

Description

本出願は、概して、インターベンション処置中の呼吸ベースガイダンスのための方法及びシステムに関する。インターベンション処置は、対話式の画像ガイド下手術、及び対話式の手術処置、例えば生検を含むことがある。特に、Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システムと共に行われる最小侵襲性手術処置で適用される。これらの処置は、組織採取、プラニング、又は患者等の被験者の体内での物体若しくは器具の配置のために、生検用の手術ツール又は小線源照射療法用の針等の使用を含む。しかし、本発明は、例えば超音波及び磁気共鳴撮像デバイス、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ等、広範な他の撮像機器及び技法にも適用可能であり、更に、インターベンション放射線処置等、患者体内で正確な位置に物体又は器具を配置する多くの手術形態を含めた広範な最小侵襲性手術処置にも適用可能であることを理解されたい。インターベンション処置の典型的な目標は、放射線に関わる大抵の処置と同様に、患者及び技師、例えば放射線専門医の放射線被曝を最小限に抑えるように放射線送達を制御することである。

一般に、インターベンション処置中の画像ガイダンスのために、ＣＴスキャナが使用される。ＣＴ蛍光透視法を使用して針の前進を継続的に観察することが可能であるが、この方法は、患者にとっては放射線照射線量がかなり高く、放射線専門医にとっては一次ビームへの手の被曝があり、更にＣＴガントリ穴内でツール（例えば針等）を操作するのが不便であるため、滅多に使用されない。従って、一般的なやり方は、単一のＣＴショット又はスキャンによってツール位置を定期的に検証することによる増分的なツール前進を使用するものである。

そのような処置中の主な課題の１つは、呼吸運動である。そのような運動中、ツール操作中のターゲットエリア内の内臓の位置は、前のＣＴスキャン中の内臓の位置とは大幅に異なることがある。

呼吸監視は、ＣＴガイド下処置の文脈で、ＣＴスキャンに最適な時間を選択するため、主に（例えば呼吸同期を使用することによって）モーションアーチファクトを回避するため、又は記録された呼吸波の術後分析のため（例えば放射線療法プラニングのため）に使用される。

インターベンション処置中の呼吸運動に対処するために使用される１つの一般的なやり方は、ＣＴスキャン中と、その後のインターベンションツール挿入中との両方において同じレベルで患者が息を止めることである。しかし、この手法は、以下のような明確な欠点を有する。即ち、息を止める各回の横隔膜の位置の再現性が良好でないこと；及び、息を止めた後、次の深い呼吸が、患者に対する（例えば胸膜に対する）ツールによる裂傷を引き起こすことがあること。更に、息を止めるのが難しい患者（特に肺機能に問題がある患者）もいる。

本願で提案される方法及びデバイスは、例えば技師、放射線専門医、及び外科医等のユーザが、内臓の位置が前のＣＴスキャン中の位置に近い時点でインターベンションツールを操作できるようにする。この方法は、スキャン中と、インターベンション処置中のツール前進中との両方における患者の継続的な呼吸監視に基づき、例えば、針の前進等のツール操作を開始及び／又は停止する時を知らせるオーディオ又はビジュアル通告を伴う。

一実施形態では、インターベンション処置中にインターベンションツール前進タイミングを示すための呼吸監視方法が、呼吸モニタを使用して被験者の呼吸を監視するステップであって、呼吸モニタが、被験者の複数の呼吸状態を示す呼吸信号を生成するステップと、撮像デバイスを使用して被験者を走査して、第１の撮像データセットを生成するステップであって、第１の撮像データセットが、被験者の第１の呼吸状態に関連付けられるステップと、前進インジケータを使用して、呼吸信号に基づいてインターベンションツールを前進させる時を示すステップとを含み、それにより、インターベンションツールの前進が被験者の第１の呼吸状態中に行われ、被験者の呼吸は継続的である。

幾つかの利点及び利益は、幾つかの実施形態の以下の詳細な説明を読めば当業者に明らかになろう。本発明は、様々な構成要素及び構成要素の構成、並びに様々なステップ操作及びステップ操作の構成の形態を取ることができる。図面は、多くの実施形態を例示する目的のものにすぎず、本発明を限定するものと解釈されるべきでない。

本発明の説明は、特許請求の範囲で使用される語、又は特許請求の範囲若しくは発明の範囲を何ら限定しない。特許請求の範囲で使用される語は、それらの通常の意味を全て完全に含む。

明細書の一部に組み込まれ、明細書の一部を成す添付図面には、本発明の実施形態が例示されており、添付図面は、上で与えられた発明の概説、及び以下に与えられる詳細な説明と共に、本発明の実施形態を例示するものである。

例示的なインターベンションツール前進インジケータシステムを備える例示的なＣＴ撮像システムを示す図である。 例示的な呼吸監視、撮像、及びインターベンション処置システムを備える例示的な一体型装置を示す図である。 インターベンション処置中の呼吸監視及びインターベンションツール前進タイミング指示のための例示的なシステムの概略図である。 例示的なインターベンション処置の走査段階中の、例示的なスキャナ及びインターベンションツール前進インジケータの構成を示す図である。 例示的なインターベンション処置のインターベンションツール前進段階中の、例示的なスキャナ及びインターベンションツール前進インジケータの構成を示す図である。 患者の呼吸状態と、インターベンションツール前進インジケータに関するトリガ点とを表す例示的な波形を示す図である。 患者の呼吸状態と、インターベンションツール前進インジケータに関するトリガ点とを表す例示的な棒グラフを示す図である。 患者の呼吸状態と、インターベンションツール前進インジケータに関するトリガ点とを表す別の例示的な波形を示す図である。 患者の呼吸状態と、インターベンションツール前進インジケータに関するトリガ点とを表す別の例示的な波形を示す図である。 インターベンションツールを前進させる時を示す例示的な方法の流れ図である。 インターベンションツールを前進させる例示的な方法の流れ図である。 インターベンションツールを前進させる時を示す別の例示的な方法の流れ図である。 インターベンション処置中に使用するための画像データセットを選択する例示的な方法の流れ図である。 インターベンションツールを前進させる時を示すためのプランを作成する例示的な方法の流れ図である。

一実施形態では、例示的なＣＴ撮像システム１００と、例示的なインターベンションツール前進インジケータシステム１５０とが図１に示されている。ＣＴ撮像獲得システム１０２は、ガントリ１０４と、テーブル又は他の支持体１０６とを含み、支持体１０６は、ｚ軸に沿って移動することができる。撮像対象の患者又は他の被験者（図１には図示せず）は、テーブル１０６上に横たわり、ガントリ１０４のアパーチャ又は穴１０８の内部に位置されるように移動される。患者が所定位置になると、Ｘ線源１１０とＸ線検出器１１２が、穴１０８の周りで一緒に回転して、ＣＴ撮像データを記録する。例えばコーンビームＣＴ、他のＸ線ベースの撮像、超音波撮像、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）、ポジトロン断層撮影（ＰＥＴ）撮像等を含めた他の撮像システムモダリティも、本願で特許請求される発明と共に使用され得る。

次いで、ＣＴ撮像獲得システム１０２は、通信リンク１０１を介して、ＣＴ撮像データをＣＴ撮像処理及び表示システム１１４に渡すことができる。システム１０２及び１１４は、ここでは例示の目的で別個のシステムとして図示されて説明されるが、他の実施形態では単一のシステムの一部でもよい。ＣＴ撮像データは、画像処理装置１１６に渡り、画像処理装置１１６は、データをメモリ１１８に記憶することができる。画像処理装置１１６は、データを電子的に処理して、画像再構成を行う。画像処理装置１１６は、得られた画像を、関連のディスプレイ１２０に示すことができる。ユーザが処理装置１１６を制御するために、キーボード及び／又はマウスデバイス等のユーザ入力１２２が提供され得る。

図１には、例示的なインターベンションツール前進インジケータシステム１５０も示されている。インジケータシステム１５０は、被験者の呼吸の様子を監視する呼吸センサ又はモニタ１６０を含む。呼吸モニタ１６０は、呼吸信号１６２をインターベンション前進処理装置１６４に提供することができ、インターベンション前進処理装置１６４は、データ及び他の情報をメモリ１６６に記憶することができる。インターベンション前進処理装置１６４は、前進インジケータ信号１６８を発生する時を決定するための論理を含んでいてよい。前進インジケータ信号１６８は、例えばスピーカ１７０等の聴覚インジケータ及び／又はディスプレイ１７２等の視覚インジケータ等、１つ又は複数の通知デバイスを駆動させるために使用され得る。

前述の機能の多くは、ソフトウェア論理として実施され得る。本明細書において、「論理」は、限定はしないが、機能若しくは操作を実施するため、及び／又は別の構成要素から機能若しくは操作を引き起こすための、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、及び／又はそれぞれの組合せを含む。例えば、所望の用途又は必要性に基づいて、論理は、ソフトウェア制御マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等のディスクリート論理、又は他のプログラム論理デバイスを含んでいてよい。また、論理は、ソフトウェアとして完全に具現化されてもよい。

本明細書において、「ソフトウェア」は、限定はしないが、コンピュータ、プロセッサ、又は他の電子デバイスに機能若しくは操作を実施させる、及び／又は所望の様式で挙動させる、１つ又は複数のコンピュータ可読及び／又は実行可能命令を含む。命令は、動的にリンクされたライブラリからの個別のアプリケーション又はコードを含めた、ルーチン、アルゴリズム、モジュール、又はプログラム等の様々な形態で具現化されてよい。また、ソフトウェアは、スタンドアローンプログラム、関数呼び出し、サーブレット、アプレット、メモリ１１８及び１６６等のメモリに記憶された命令、オペレーティングシステムの一部、又は他のタイプの実行可能命令等の様々な形態で実装されてもよい。ソフトウェアの形態は、例えば、所望のアプリケーションの要件、アプリケーションが実行される環境、及び／又は設計者／プログラマの望み等に応じて決まることを当業者は理解されよう。

本明細書で述べるシステム及び方法は、例えば、ネットワーク化された制御システム及びスタンドアローン制御システムを含めた様々なプラットフォーム上で実施され得る。更に、本明細書で図示されて述べられる論理は、好ましくは、メモリ１１８及び／又は１６６等のコンピュータ可読媒体に常駐する。様々なコンピュータ可読媒体の例は、フラッシュメモリ、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、プログラム可能な読出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、電気的にプログラム可能な読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブル読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、磁気ディスク又はテープ、ＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭを含めた光学的読取媒体等を含む。更に、本明細書で述べるプロセス及び論理は、１つの大きなプロセスフローに併合され得る、又は多くのサブプロセスフローに分割され得る。本明細書においてプロセスフローが述べられている順序は重要でなく、構成変更されてもよく、それでも同じ結果を達成する。実際、本明細書で述べるプロセスフローは、保証される又は望まれる場合にはそれらの実施について構成変更、統合、及び／又は再編成され得る。

例示的なインターベンションツール前進インジケータシステム１５０は、スタンドアローンシステムでよく、又は他の実施形態では、例示的なＣＴ撮像システム１００と完全に若しくは一部組み合わされて複合システムを形成してもよい。

次に図２を参照すると、例示的な一体型装置２００を備える別の実施形態が示されており、一体型装置２００は、例示的な呼吸モニタシステム２０２と、例示的な撮像システム２０１とを含む。一体型装置２００は、上述したように、例えば生検や、患者体内への器具及び／又は物体のインビボ配置等、最小侵襲性インターベンション処置を計画及び実行するのに特によく適している。

呼吸モニタシステム２０２は、呼吸センサ２０４を含む。一実施形態では、呼吸センサ２０４は、患者の腹部又は胸部の周りに取り付けられるように適合されたベルト２０６でよい。一実施形態では、呼吸センサ２０４は、呼吸中の患者の腹部の変位に対応する信号を発生するための空気ベローセンサ及び圧力変換器（図示せず）を含む。呼吸センサ２０４は、適切な電子接続点２０８で撮像システム２０１に取り付けられる。

引き続き図２を参照すると、撮像システム２０１は、図示されるようにボリューム診断ＣＴ撮像装置／スキャナ２１０を含む。ＣＴ撮像装置２１０は、支持体２１４の表面上の患者又は被験者がＣＴスキャナ２１０の穴２１６内に、更には穴２１６を通って移動され得るように、患者テーブル２１２及び支持体２１４と軸方向で位置合わせして配設される。ＣＴスキャナ２１０は、予め選択された平面の周りで回転するように取り付けられたＸ線管を含む。Ｘ線管は、放射線の扇状ビームを、放射線透過性材料からなるリング２１８、患者支持体２１４、及び患者の対象又はターゲットエリアの領域を通して、Ｘ線管と反対側に配設された放射線検出器のリング又は弧状構成に投射することができる。Ｘ線管が平面内で回転するとき、一連のデータラインが生成され、このデータラインは、ＣＴスキャナ２１０と動作可能に接続された制御卓２２０に含まれる再構成処理装置によって、よく知られている技法を使用して、少なくともスライス画像に再構成される。

当技術分野でよく知られているように、幾つかの実施形態では、患者支持体２１４は、Ｘ線管が被験者の周りを回転しているときにｚ軸に沿って長手方向に移動することができ、それにより、患者の選択されたボリュームが、螺旋経路又は一連のスライスに沿って走査される。Ｘ線管の位置は、回転位置エンコーダによって監視され、患者支持体の長手方向位置は、テーブル２１２の内部に配設された同様の位置エンコーダによって監視される。他の実施形態では、ボリュームデータは、長手方向移動を伴わずに取得されてもよい。再構成処理装置は、生成されたデータラインからボリューム画像表現を再構成することができる。制御卓２２０は、１つ又は複数の人間可読ディスプレイデバイスを含み、この人間可読ディスプレイデバイスは、操作者モニタ又はディスプレイ２２２と、例えばキーボード、トラックボール、又はマウス等、少なくとも１つの操作者入力デバイス２２４との形態でよい。

引き続き図２を参照すると、例示的なインターベンションツール２３０が、患者支持体２１４の上方に図示されている。例示的なインターベンションツール前進インジケータデバイス２３２が、インターベンションツール２３０とは反対側に図示されている。インターベンションツール前進インジケータデバイス２３２は、例えば、図１に示されるようなスピーカ１７０等の聴覚インジケータ及び／又はディスプレイ１７２等の視覚インジケータを含んでいてよい。インターベンションツール２３０及びインターベンションツール前進インジケータデバイス２３２は、トラック上で又は他の手段２３４によって、頭上からＣＴスキャナ２１０の上に支持されて図示されている。この実施形態では、インターベンションツール２３０及びインターベンションツール前進インジケータデバイス２３２は、被験者に対して例示的なインターベンション処置を行うユーザに便利であり得る例示的な位置で図示されている。しかし、この実施形態で示される任意のデバイスの位置決めは、他の実施形態では異なる様式で配置又は支持されてもよい。インターベンションツール前進インジケータデバイス２３２は、ユーザが容易に見る及び／又は聞くことができるように、向きを定められ得る、又は支持システム２３４上の選択された位置に移動され得る。

図２に示されるように、例示的な制御卓２２０は、例えば図１の画像処理装置１１６とインターベンション前進処理装置１６４等、画像処理装置とインターベンション前進処理装置の両方（図示せず）を含んでいてよい。様々な実施形態において、これらの処理装置は、制御卓２２０内部に及び／又は互いに物理的及び／又は電子的に組み込まれてよい。別の実施形態では、インターベンション前進処理装置１６４は、インターベンションツール前進インジケータデバイス２３２を備えるデバイス内に含まれていてよい。

図３は、インターベンション処置中の呼吸監視及びインターベンションツール前進タイミング指示のための例示的なシステム３００の概略図である。システム３００は、例えばＣＴスキャナ等、例示的な走査システム３１０を含む。システム３００は、更に、患者の呼吸を監視するために位置決めされた例えばベローベルト等の例示的な呼吸モニタ３１２を含む。

呼吸モニタ３１２からの呼吸信号は、呼吸信号調整器３１４によって調整され得る。一実施形態では、呼吸信号調整器３１４は呼吸センサ回路（図示せず）を含み、呼吸センサ回路は、空気ベローの状態に応答する圧力変換器と、圧力センサからの電気信号を、アナログ／デジタル変換器回路への入力に適したレベルに増幅するための増幅回路とを含む。患者の腹部の位置を表すベルトからのアナログ信号を、処理ユニットによる使用のためのデジタル信号に変換することは、当技術分野でよく知られており、任意の適切な等価手段を使用して達成され得る。

例示されるように、インターベンション前進処理装置３１６は、呼吸モニタ３１２又は調整器３１４から呼吸信号を受信し、システム３００の複数の構成要素と動作可能に接続され、そのような構成要素は、メモリ３１８と、ユーザインターフェース３２０と、１つ又は複数のインターベンションツール前進インジケータ３２２と、走査システム制御装置／同期デバイス３２４とを含む。メモリ３１８は、インターベンション前進処理装置３１６によって利用される様々なソフトウェア、論理、及び／又はパラメータを記憶するために使用され得る。そのようなソフトウェア、論理、及び／又はパラメータは、例えば、以下でより詳細に論じるように、被験者の呼吸状態に関連付けられる値及びパラメータ、関連のインターベンションツールトリガ値／閾値及び／又はトリガレベル／閾値レベル、トリガ点／閾値点及び／又はトリガレベル／閾値レベルを決定するためのアルゴリズム、ユーザ選択値、画像データ等である。ユーザインターフェース３２０は、ユーザ入力及びディスプレイデバイスを含むことができ、図２の制御卓２２０の一部として組み込まれてよい。

例示的なインターベンションツール前進インジケータ３２２は、スピーカ３２６等の１つ又は複数の聴覚インジケータ、及び／又はディスプレイ３２８、３３０等の視覚インジケータを含んでいてよい。スピーカ３２６は、インターベンションツールの前進を開始及び停止する時を示すために、継続的な音、同じ音のインスタンス(instance)、又は異なる音のインスタンスを生成することができる。例えば、継続的なビープ音又は「オン」及び「オフ」ビープ音が、インターベンションツールを前進させる時を示すために使用され得る。

ディスプレイ３２８、３３０は、以下でより詳細に論じるように、患者の呼吸の視覚的表示を含むことができ、及び／又はインターベンションツールを前進させる時を示すことができる。一実施形態では、ディスプレイ３２８、３３０は、インターベンションツールを前進させる時を示すために、単に例えば語又は色（例えば赤及び／又は黄と、それに続く緑）等の視覚的な合図を表示し得る。他の実施形態では、図３に示されるように、ディスプレイ３２８、３３０は、患者の呼吸の表現を表示することができる。例示的なディスプレイ３２８は、患者の呼吸を表す振幅を有する波形３３２を示す。例示的なディスプレイ３３０は、肺活量のパーセンテージ（％ ＶＣ）のスケールで患者の吸気／呼気レベルを表す高さを有する棒グラフ３３４を示す。一実施形態では、患者に対する呼吸モニタ３１２の配置の変動を調節するために、表示目的で、肺活量に基づいてゲイン及びエフェクトが加えられる。波形及び棒グラフが例示されているが、例えばメスシリンダ、プログレスバー、及び横隔膜のアニメーション等、他の形態の患者呼吸画像も使用され得ることを理解されたい。

インターベンションツール前進インジケータ３２２を駆動させることに加えて、インターベンション前進処理装置３１６は、走査システム３１０を制御するために使用されるべき信号を提供するために使用され得る。例えば、制御／同期デバイス３２４は、特定の呼吸状態、例えばユーザがインターベンションツールを前進させていたのと同じ呼吸状態にある患者を走査するように走査システム３１０を制御する、又は走査システム３１０に信号を提供するために使用され得る。これは、確認スキャン中に役立ち得る。一実施形態では、制御／同期デバイス３２４は、図２の制御卓２２０の一部として組み込まれてよい。

一般に、システム３００は、呼吸モニタ／信号を使用して患者の呼吸を追跡し、インターベンションツールを前進させる時をユーザに示す。特に、この目的は、患者の呼吸状態が、画像データセットを生成するために患者が走査された時と同じ状態であるときに、インターベンションツールを前進させることである。上で論じたように、患者の内臓及び胸腔が呼吸中に動くことがあるが、この動きは、患者の呼吸状態に相関され得る。患者の内臓及び胸腔が位置している場所をユーザが把握したときにインターベンションツールを前進させることが有益であり好ましい。従って、インターベンションツール前進中にインターベンションツールを案内するためにユーザが使用する画像データのデータ源であるスキャン中の患者の呼吸状態を把握することで、システム３００は、患者の内臓及び胸腔が同じ位置に再びなった時、即ち患者が同じ呼吸状態である時をユーザに示すことができるようになる。

図４及び図５は、例示的なインターベンション処置の異なる段階中の例示的なスキャナ及びインターベンションツール前進インジケータの構成を示す。まず図４を参照すると、例示的な走査段階４００が示されている。走査段階４００中、放射デバイス４０４を備える例示的なスキャナ４０２が、支持テーブル４０８上の患者４０６を走査するものとして図示されている。呼吸モニタ４１０は、スキャン中に患者の通常の呼吸パターンの特性を監視し、患者の呼吸状態を示す呼吸信号４１２を生成する。処置中に患者４０６が通常通り継続的に息をすることができることに留意することが重要である。患者４０６が息を止める必要はない。

スキャナ４０２は、後続のインターベンション処置中にユーザを支援して誘導するのに適した画像データセット、例えばボリュームデータセット等を生成する。例示的な画像処理デバイスは、図４には示されてはいないが、図１及び図２で上述したようなものでよい。また、例示的なインターベンションツール４１４が、患者４０６のターゲットエリアと共に走査されているものとして図示されているが、これは、全ての実施形態で必要なわけではない。この実施形態で示されるように、スキャンでの及び画像データセット内でのインターベンションツールの参照開始位置を確立するために、患者４０６と共に走査されるインターベンションツール４１４を有することが役立ち得る。段階４００中、患者４０６の１つ又は複数回のスキャンが行われ得る。各スキャン毎に、インターベンションツール前進処理装置４１６は、呼吸信号４１２を読み取り、信号読取値をそれぞれの画像データセットと関連付ける。呼吸信号４１２は、患者４０６の特定の呼吸状態にも関連付けられる。このデータは全て、メモリ４１８に保存され得る。スキャン段階４００中に起きていることをグラフで表すために、患者の通常の呼吸中の呼吸信号４１２を表す波形４２０が示される。スキャナ４０２が患者を走査するとき、呼吸信号４１２によって定義される患者４０６の呼吸状態４２２が捕捉され、スキャンからの画像データセットと関連付けられる。

図５に示されるように、走査段階４００に続く例示的なインターベンションツール前進段階５００が図示されている。ツール前進段階５００中、患者４０６はスキャナ４０２から抜き出され、スキャナ４０２からの放射線へのさらなる曝露なくインターベンションツールの前進を可能にする。呼吸モニタ４１０は、患者の通常の呼吸パターンの特性を引き続き監視して、患者の呼吸状態を示す呼吸信号４１２を生成する。インターベンションツール前進段階５００中、患者４０６は引き続き通常通り継続的に息をすることができる；即ち、患者５０６が息を止める必要はない。インターベンション前進処理装置４１６は、インターベンションツール前進インジケータ４３０を駆動させ、インターベンションツール前進インジケータ４３０は、患者の呼吸状態が、インターベンションツール４１４の前進を案内するためにユーザによって使用されている画像データセットを生成したスキャン中と同じ状態４２２である時を示す。

このようにすると、ユーザは、患者の呼吸を追跡することによって、インターベンションツール４１４を前進させるのに適切な位置に患者の内臓及び胸腔がある時に警報される。特に、インターベンション前進処理装置４１６は、インターベンションツール前進インジケータ４３０を駆動させるために特定の閾値／トリガ点に関して患者の呼吸状態を監視することができ、インターベンションツール前進インジケータ４３０は、インターベンションツール４１４を前進させるのに適した時点をユーザに示す。ツール前進段階５００中に起きていることをグラフで表すために、患者の通常の呼吸中の呼吸信号４１２を表す波形４２０が示される。ライン４２４は、画像データセットに関連付けられるレベルに対応する呼吸信号レベルと、スキャン段階４００からの患者４０６の関連の呼吸状態４２２とを表す。呼吸信号４１２がライン４２４に達する（即ち交差する）たびに、患者の呼吸状態（及び患者の内臓及び胸腔の位置）が、画像データセットに関連付けられる呼吸状態（及び位置）に対応する。これらの交差点４３２に基づいて、インターベンションツール前進インジケータ４３０は、インターベンションツール４１４を前進させるのに適した時である旨の通知を（例えばスピーカ４３４を介して）ユーザに提供する。なぜなら、患者のターゲットエリアが画像データセットに一致する位置にあることをユーザが知るからである。

図６〜図９は、インターベンションツール前進インジケータをトリガするために使用される患者の呼吸状態の例示的なグラフ表現を示す。図６〜図９に示される表現は、インターベンション前進処理装置によって利用される追跡及びトリガアルゴリズムを表すことがあり、この表現は、幾つかの実施形態では、また、インターベンションツール前進インジケータに関連付けられるディスプレイ（例えば、図１でのディスプレイ１７２、図２でのディスプレイ２２２、２３２、及び図３でのディスプレイ３３２、３３４）に表示されてもよい。

図６は、通常の呼吸中であるが、一呼吸毎に期間及び肺容量充填レベルのばらつきがある、患者の呼吸状態を表す例示的な波形６０２を示す。波形６０２は、患者が吸気及び呼気する間に、時間と共にそれぞれ上昇及び下降する。ターゲットライン６０４は、インターベンション処置中に使用するための、事前のスキャンからの関連の画像データセットに対応する呼吸状態を表す。患者のリアルタイム呼吸状態６０２がライン６０４に達する（即ち交差する）たびに、患者の呼吸状態（及び患者の内臓及び胸腔の位置）が、画像データセットに関連付けられる呼吸状態（及び位置）に対応する。この実施形態では、インターベンション前進処理装置は、これらの交差点をトリガ点６１０として使用して、インターベンションツール前進インジケータを駆動させ、インターベンションツール前進インジケータは、インターベンションツールを前進させるのに適した時をユーザに示す。一実施形態では、インターベンションツール前進インジケータは、吸気中と呼気中に生じたトリガ点６１０に関して同じ通知（例えば「ビープ」音）を提供する。別の実施形態では、インターベンションツール前進インジケータは、吸気中と呼気中に生じたトリガ点６１０に関して異なる通知（例えば異なる「ビープ」音）を提供する。

インターベンション前進処理装置は、インジケータを駆動させる時間長を決定するための様々な技法を使用し得る。一実施形態では、時間（又は前進の窓）は、例えば処置の感度及び／又はタイプ、他の臓器に対するインターベンションツールの近接性及びそれらの臓器の関連の感度、インターベンションツールのタイプ、ユーザ嗜好等、インターベンション処置の詳細に基づいてユーザ選択可能であり得る。様々な実施形態において、インジケータを駆動させる時間長を決定することは、臓器の動きに関して形成されたモデル、ツールの位置、及び／又はインターベンション処置プランに基づくことがあり、インターベンション処置プランは、処置の異なる段階中に及び／又は処置の進行に基づいて、インジケータを駆動させる時間長を変えることができる。一実施形態では、処理装置は、トリガ点６１０の後、所定の時間にわたってインジケータを駆動させてよい。別の実施形態では、処理装置は、トリガ点６１０の後、可変の時間にわたってインジケータを駆動させることができ、この時間は、波形６０２がターゲットライン６０４に近付く又は交差するときの波形６０２の傾きに基づいていてよい。図７は、通常の呼吸（即ち患者が息を止めていない）中の肺活量のパーセンテージ（％ ＶＣ）のスケールでの患者の吸気／呼気レベルを表す高さを有する例示的な棒グラフ７０２を示す。他の実施形態では、例えばメスシリンダ、プログレスバー、及び横隔膜のアニメーション等、他の形態の患者呼吸画像も使用され得る。

棒グラフ７０２は、患者が吸気及び呼気する間に、時間と共にそれぞれ上昇及び下降する。ターゲットライン７０４は、インターベンション処置中に使用するための、事前のスキャンからの関連の画像データセットに対応する呼吸状態を表す。患者のリアルタイム呼吸状態７０２がライン７０４に達する（即ち交差する）たびに、患者の呼吸状態（及び患者の内臓及び胸腔の位置）が、画像データセットに関連付けられる呼吸状態（及び位置）に対応する。この実施形態では、インターベンション前進処理装置は、これらの交差点をトリガ点７１０として使用して、インターベンションツール前進インジケータを駆動させ、インターベンションツール前進インジケータは、インターベンションツールを前進させるのに適した時をユーザに示す。

図８は、患者の呼吸状態を表す別の例示的な波形８０２を示す。ターゲットライン８０４は、インターベンション処置中に使用するための、事前のスキャンからの関連の画像データセットに対応するターゲット呼吸状態を表す。この実施形態では、患者のリアルタイム呼吸状態８０２が患者の呼吸の吸気期間中にライン８０４に達する（即ち交差する）時にのみトリガが限定される。インターベンション前進処理装置は、インターベンションツール前進インジケータを駆動させるために、これらの吸気中の交差点のみをトリガ点８１０として使用する。

他の実施形態では、トリガ点は、患者の呼吸の呼気期間又は任意の他の特徴に限定され得る。更に他の実施形態では、トリガ点は、更に、例えば時間、患者の生理学的特性、非生理学的因子等、他の因子に基づいていてよい。例えば、呼吸状態の要件を満足することに加えて、トリガ点は、例えば、前のトリガ点から最短時間で、特定の波形傾き範囲内で、特定の患者心拍範囲内で、又は特定の患者血圧範囲内でのみ生じるように制限され得る。

図９は、患者の呼吸状態を表す別の例示的な波形９０２を示す。ターゲットライン９０４は、インターベンション処置中に使用するための、事前のスキャンからの関連の画像データセットに対応するターゲット呼吸状態を表す。この実施形態では、インターベンション前進インジケータが、ターゲット呼吸状態９０４の予想される発生を見越してトリガされる。インターベンション前進処理装置は、ターゲット呼吸状態９０４に達する時点よりも特定の時間ｔだけ前の時点でインターベンション前進インジケータをトリガするためのアルゴリズムを使用することができる。この時間ｔは、インターベンションツールの前進を準備するためにユーザに時間ｔを与えるために使用され得る。図９に示されるように、インジケータはトリガ点９１０でトリガされ、トリガ点９１０は、呼吸状態９０４に達すると予想される時点よりも時間ｔだけ前の時点に生じる。

一実施形態では、このアルゴリズムは、波形９０２がターゲットライン９０４に近付くときの波形９０２の傾きを利用して、呼吸状態９０４に達する前に所要の時間ｔを与えるように、点９１０で前進インジケータをトリガさせる時を決定する。

インターベンション前進処理装置は、時間ｔを決定するための様々な技法を使用してよい。様々な実施形態において、時間ｔは、ユーザ嗜好、及び／又はインターベンション処置の詳細、例えば各トリガ点中の前進の量やインターベンションツールのタイプ等に基づいてユーザ選択可能であり得る。

他の実施形態では、それとは別に、又は時間ｔと組み合わせて、インジケータの継続時間（即ちインジケータ時間）が調節されてもよい。例えば、インジケータは、オンに切り替えられた時点（トリガ点）から、（例えばユーザ選択可能な）所定の時間量の後にオフに切り替わってよい。他の実施形態では、インジケータは、トリガ点から可変時間の後にオフに切り替わってよく、この可変時間は、ターゲットラインへの波形の交差前、交差中、及び／又は交差後の波形の傾き又は他の特性に基づいていてよい。例えば、一実施形態では、処理装置は、呼吸波形を監視し、ターゲット呼吸状態に達する時点よりも時間ｔだけ前の時点にインターベンションインジケータをオンに切り替え、ターゲット呼吸状態に達した時点よりも時間ｔだけ後の時点にインジケータをオフに切り替える。理解できるように、多くの他の技法、及びトリガオンアルゴリズムとトリガオフアルゴリズムとの組合せが利用され得る。

開始時間、停止時間、インジケータを駆動させる時間長、インターベンションへの応答、患者、及び／又は外的因子等、インターベンションツール前進インジケータに関連付けられる様々なパラメータ及びアルゴリズムが、インターベンション処置プランを作成するためのプラニング段階の一部として決定されてよい。プラニング段階は、典型的にはインターベンション処置に先立って行われる。幾つかの実施形態では、インターベンション処置プランは、例えば確認スキャンを含めた様々な因子に基づいてインターベンション処置中に修正されてよい。

図１０〜図１４は、例えば上述したものを含めた、インターベンションツール前進インジケータシステムの利用に関連付けられる例示的な方法を述べる。同様の方法の更なる実施形態は、他の追加ステップを含んでいてよく、又は例示される方法でのステップの１つ又は複数を省いてもよい。本明細書においてプロセスフローが述べられている順序は、構成変更されてもよく、それでも同じ結果を達成する。従って、本明細書で述べるプロセスフローは、保証される又は望まれる場合にはそれらの実施について追加、構成変更、統合、及び／又は再編成され得る。

図１０は、被験者（例えば患者）が通常通り継続的に息をすることができ、息を止める必要がない、インターベンションツールを前進させる時を示す例示的な方法の流れ図である。ステップ１０１０で、呼吸モニタを使用して患者の呼吸が監視される。次に、患者の呼吸を監視しながら、ステップ１０２０で、スキャナを使用して患者が走査され、ステップ１０３０で、スキャン結果から画像データセットが生成される。ステップ１０４０で、画像データセットが、スキャンの時点での患者の呼吸状態に関連付けられる。ステップ１０５０で、引き続き患者の呼吸を監視しながら、インターベンションツール前進インジケータが、画像データセットの呼吸状態に一致する患者の後続の呼吸状態の際に、インターベンションツールを前進させる時を示すことができる。このようにすると、前進インジケータは、スキャンが行われた時と同じ位置に患者のターゲットエリアがあるときにインターベンションツールを前進させる時を示すことができ、患者が息を止める必要はない。

図１１は、患者が通常通り継続的に息をすることができ、息を止める必要がない、インターベンションツールを前進させる例示的な方法の流れ図である。ステップ１１１０〜１１５０は、上述したステップ１０１０〜１０５０と同様である。ステップ１１６０で、ユーザは、ステップ１１５０からのインターベンションツール前進インジケータからの通知に基づいて、インターベンションツールを前進させることができる。ステップ１１５０及び１１６０は、任意の数の因子に応じて、患者を再び走査する前に特定の距離だけインターベンションツールを前進させるために任意の回数繰り返されてよく、そのような因子は、例えば、インターベンション処置の性質、患者の他の傷付きやすいエリアに対するインターベンションツールの近接性、各前進ステップ１１６０中のインターベンションツールの増分的な前進の量、各スキャン中に患者が被曝する放射線量等である。次に、ステップ１１７０で、スキャナを使用して患者が再び走査され得て、ステップ１１８０で、画像データセットから確認画像データセットが生成される。また、ステップ１１８０からの画像データセットは、ステップ１１３０からの画像セットに取って代わり、ステップ１１４０で方法を続ける新たなデータセットとして使用されてもよい。このようにすると、ユーザは、スキャンが行われた時と同じ位置に患者のターゲットエリアがあることを知って、インターベンションツールを前進させることができ、患者が息を止める必要はなく、インターベンション処置は、患者の放射線被曝量を最小限にして行うことができる。

図１２は、患者が通常通り継続的に息をすることができ、息を止める必要がない、インターベンションツールを前進させる時を示す別の例示的な方法の流れ図である。ステップ１２１０〜１２４０は、上述したステップ１０１０〜１０４０と同様である。ステップ１２５０で、処理装置は、上述したものを含めた様々なアルゴリズムを使用して、患者のターゲット呼吸状態が生じると予想される時を決定することができる。ステップ１２６０で、引き続き患者の呼吸を監視しながら、インターベンションツール前進インジケータが、画像データセットの呼吸状態に一致する患者の予想される後続の呼吸状態の時点よりも時間ｔだけ前の時点でインターベンションツールを前進させる時を示すことができる。このようにすると、前進インジケータは、スキャンが行われた時と同じ位置に患者のターゲットエリアがなる時点よりも時間ｔだけ前の時点で、インターベンションツールを前進させる時の通知をユーザに提供する。

図１３は、インターベンション処置中に使用するための画像データセットを選択する例示的な方法の流れ図である。ステップ１３１０〜１３２０は、上述したステップ１０１０〜１０２０と同様である。ステップ１３３０で、ステップ１３２０でのスキャンから、複数の画像データセットが生成される。複数の画像データセットは、患者の複数の呼吸状態に対応し得る。ステップ１３４０で、複数の画像データセットの１つが、インターベンション処置中に患者の好ましい位置として選択され得る。ステップ１３５０で、選択された画像データセットが、選択された画像データセットを生成したスキャンの時点での患者の呼吸状態に関連付けられる。

図１４は、インターベンションツールを前進させる時を示すためのプランを作成する例示的な方法の流れ図である。ステップ１４１０で、プラニング段階中、インターベンションツールを前進させる時をインターベンションツール前進インジケータが示すべき時及び長さに関連付けられるパラメータが決定される。次に、ステップ１４２０で、インターベンションツール前進インジケータが、プランに従って、インターベンションツールを前進させる時を示す。ステップ１４３０で、例えば、検出された臓器の動き、インターベンションツールの位置、又はユーザ選択等の様々な因子に基づいて、プランを調節するかどうかの判断が下される。プランを調節するかどうか、及びどのようにプランを調節するかの決定を支援するために、確認スキャンが使用されてよい。修正が必要とされない場合、方法は、前のプランに従って継続する。修正が必要とされる場合、プラン及びその関連のパラメータは、続行前に修正され得る。このようにすると、前進インジケータは、インターベンション処置プランに従って、インターベンションツールを前進させる時を示すことができる。

本発明をその実施形態の説明によって例示し、幾らか詳細に実施形態を述べてきたが、添付の特許請求の範囲の範囲をそのような詳細に制限又は限定することは出願人の意図するところではない。更なる利点及び修正は、当業者には容易に明らかであろう。本発明は、様々な組成、構成要素、及び配置、並びに開示される実施形態の要素の組合せ及び部分的組合せの形態を取り得る。従って、本発明は、そのより広範な態様において、図示及び説明される特定の詳細、代表的な装置及び方法、並びに例示的な実施例に限定されない。従って、本出願人の全般的な発明概念の趣旨又は範囲から逸脱することなく、そのような詳細からの逸脱がなされてもよい。

Claims (22)

1. 被験者の呼吸が継続的に行われている状態で、インターベンション処置中にインターベンションツール前進タイミングを示すための呼吸監視方法であって、当該方法は、
   呼吸モニタを使用して前記被験者の呼吸を監視するステップであって、前記呼吸モニタが、前記被験者の複数の呼吸状態を示す呼吸信号を生成するステップと、
   撮像デバイスを用いた前記被験者のスキャンから第１の撮像データセットを生成するステップであって、前記第１の撮像データセットが、前記被験者の第１の呼吸状態に関連付けられるステップと、
   前進インジケータを使用して、前記呼吸信号に基づいてインターベンションツールを前進させる時を示すステップと
   を含む、方法。
2. 前記インターベンションツールを前進させる時を示すステップが、前記被験者の前記第１の呼吸状態中に行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記インターベンションツールを前進させる時を示すステップが、前記被験者の前記第１の呼吸状態の前に行われる、請求項１に記載の方法。
4. 前記インターベンションツールを前進させる時を示すステップが、前記被験者の前記第１の呼吸状態の時点よりも所定の時間だけ前の時点に行われる、請求項３に記載の方法。
5. 前記被験者の前記第１の呼吸状態が生じると予想される時を決定するステップ
   を更に含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記被験者の前記第１の呼吸状態が生じると予想される時を決定するステップが、前記呼吸信号の傾きを決定するステップを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記インターベンションツールを前進させる時を示すステップが、前記被験者が呼気しているときにのみ行われる、請求項１に記載の方法。
8. 前記インターベンションツールを前進させる時を示すステップが、前記被験者が吸気しているときにのみ行われる、請求項１に記載の方法。
9. 第２の撮像データセットを生成するステップであって、前記第２の撮像データセットが、前記被験者の第２の呼吸状態に関連付けられるステップと、
   前記インジケータを使用して、前記呼吸信号に基づいて前記インターベンションツールを前進させる時を示し、それにより、前記インターベンションツールが、前記被験者の前記第２の呼吸状態中に前進されるステップと
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記インターベンションツールが自動的に前進される、請求項１に記載の方法。
11. 前記インターベンションツールの位置を確認するために確認撮像データセットを生成するステップ
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
12. 複数の撮像データセットを生成するステップであって、前記複数の撮像データセットが、前記被験者の複数の呼吸状態に関連付けられるステップと、
    前記複数の撮像データセットから前記第１の撮像データセットを選択するステップであって、前記第１の撮像データセットが、インターベンションツール前進中の前記被験者の好ましい位置に関連付けられるステップと
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記前進インジケータを使用して、前記呼吸信号に基づいて前記インターベンションツールを前進させる時を示すためのプランを作成するステップであって、前記プランが、前記前進インジケータに関連付けられるパラメータを確立することを含むステップと
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記インターベンション処置の進行に基づいて、前記インターベンションツールを前進させる時を示すための前記プランを修正するステップ
    を更に含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記インターベンションツールを前進させる時を示す時間長を決定するステップ
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記インターベンションツールを前進させる時を示すための前記時間長を決定するステップが、臓器の動きの検出、前記インターベンションツールの位置、及びユーザ選択の少なくとも１つに基づく、請求項１５に記載の方法。
17. 被験者が息を止めていない状態で、インターベンション処置中にインターベンションツール前進タイミングを示すための呼吸監視システムであって、当該呼吸監視システムは、
    前記被験者の呼吸を監視するための呼吸モニタであって、前記被験者の複数の呼吸状態を示す呼吸信号を生成する呼吸モニタと、
    前記被験者を走査して第１の撮像データセットを生成するための撮像デバイスであって、前記第１の撮像データセットが、前記被験者の第１の呼吸状態に関連付けられる撮像デバイスと、
    インターベンションツールの前進が前記被験者の前記第１の呼吸状態中に行われるように、前記呼吸信号に基づいて前記インターベンションツールを前進させる時を示すための前進インジケータと
    を備える、呼吸監視システム。
18. 前記呼吸モニタが、前記被験者に関連付けられるベローベルト、外部マーカ、及び運動ベースの圧力センサの少なくとも１つを備える、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記呼吸モニタが、前記被験者に関連付けられる位置、動き、圧力、及び空気体積の少なくとも１つを検知する、請求項１７に記載のシステム。
20. 前記前進インジケータが、前記インターベンションツールを前進させる時を示すためのオーディオデバイス及びビデオデバイスの少なくとも１つを備える、請求項１７に記載のシステム。
21. 前記呼吸信号に基づいて前記前進インジケータを作動させる時を決定するための論理を備える制御装置を更に備える、請求項１７に記載のシステム。
22. 被験者の呼吸が継続的に行われている状態で、インターベンション処置中にインターベンションツール前進タイミングを示すための装置であって、
    呼吸モニタからの呼吸信号に基づいてインターベンションツールを前進させる時を示すための前進インジケータを備え、これにより、前記インターベンションツールの前進が、前記被験者の呼吸状態中に行われ、前記被験者の前記呼吸状態が、前記被験者の撮像データセットに関連付けられる、
    装置。