JP2017514537A - 針ガイドと医用介入システム - Google Patents

Abstract

本発明は、針挿入ステップを有する医用介入の間、患者又は動物の安全性を増やす医用介入システムに関する。本目的は、医用介入の間の使用のための医用介入システムであって、医用介入のために体への針挿入をガイドするように構成される針ガイドであって、前記針ガイドは前記針挿入抵抗を調整するための制限手段を有し、前記針ガイドは入力制御信号に依存して前記制限手段を動作させるように構成されるアクチュエータ、医用データを記憶及び／又は収集するように構成される医用データユニット、及び前記針による脆弱領域の穿刺のリスクを低減するため、前記医用データに基づいて前記制限手段のための前記入力制御信号を生成するように更に構成される前記医用データユニットからデータを受信するように構成される制御システムを有する、医用介入システムによって実現される。

Description

本発明は、医用介入のために体への針挿入をガイドするように構成される針ガイド及びこのような針ガイドを有する医用介入システムに関する。

US8262577は、直接超音波又は他のイメージング中に針が組織において配置される方法を開示する。針を配置することを支援するために、視覚的な針ガイドが、針配置に先行して画像上に投影される。針ガイドが適切にアラインされると、針は配置されることができる。 針配置の後、安全境界及び治療領域はスクリーン上に投影される。安全境界及び治療領域は十分であることが確認された後、患者は針を使って治療されることができる。

WO 2013/090528A1は、複数の電極によって生成される電界を制御するための方法を開示する。 WO 2013/090528A1はさらに、複数の電極テンプレート及び調節可能なテンプレート固定装置を含む電極ガイドを示す。テンプレートは、電極に適する摩擦を形成するための形状及び最適にサイジングされるアパーチャを含み得る。また、テンプレートは、テンプレートによって受けられる一つ又はそれより多くの電極に加えられる摩擦力を選択的に変えるように動作可能な摩擦プレートを含み得る。

US2012/0203095A1は、患者のオリフィスへの挿入のために構成されるオリフィス挿入部分を備えるプローブを有する介入装置を開示する。本装置は、プローブに脱着可能に取り付けられる介入器具固定及び調整メカニズムも有する。

本発明の目的は、針挿入ステップを有する医用介入の間、患者又は動物の安全性を増大させる医用介入システムを提供することにある。

本目的は、
医用介入の間の使用のための医用介入システムであって、
-医用介入のために体への針挿入をガイドするように構成される針ガイドであって、前記針ガイドは前記針挿入抵抗を調整するための制限手段を有し、前記針ガイドは入力制御信号に依存して前記制限手段を動作させるように構成されるアクチュエータ及び医用データを記憶及び／又は収集するように構成される医用データユニットを有する、針ガイドと、
-前記針による脆弱領域の穿刺のリスクを低減するため、前記医用データに基づいて前記制限手段のための前記入力制御信号を生成するように更に構成される前記医用データユニットからデータを受信するように構成される、制御システムと
を有する、医用介入システム
によって達成される。

従来の治療送達システムは、ユーザが二次元で針をガイドするために使うテンプレートグリッド又は針ガイドに頼る。針はそれから、それらが所定の位置に達せられるまで押される。超音波（2D/3D）のようなリアルタイムイメージングシステムは通常、挿入器具の視覚的フィードバックを提供するために用いられる。これらの従来の治療送達装置で使われる視覚化システムはある程度の制限を有し、すなわち通常、単一のスライスが一度に視覚化され、針伸張の全延の限られたフィードバックが提供される。更に、近接照射療法（20+）又は生検(12)のようなプロシージャにおける挿入の量及び治療送達において、存在する時間制限がある場合、いくつかのクリティカルな体構造は誤って穿刺され、（深刻な）副作用に至ることが可能である。体構造は器官又は器官の部分になり得る。

現在のシステムにおいて使われる針ガイド又はテンプレートグリッドは単純な受動グリッドであり、それらは位置ガイダンス及び針挿入のための穿刺グリッドを備える単純な対象物であることが意味される。穿刺されるべきではないグリッドホールを穿刺することは、何れのアラーム又は触覚フィードバックも結果としてもたらさないが、ダメージは脆弱な体構造に潜在的にもたらされる。したがって、本発明の実施例は、針挿入抵抗を調整するアクティブ針ガイドを提案する。このため、針ガイドは制限手段を有する。 針挿入抵抗の調整によって、脆弱な体構造の穿刺の可能性は低減されることができ、医用介入の間、今度は患者又は動物の安全性が増大される。

制限手段は、ユーザが一つ又はそれより多くのオリフィスを閉鎖/ロックすること可能にするテンプレート上における手動メカニズムになり得る。また、制限手段は、入力制御信号に依存して針挿入抵抗をアクティブに調整するように構成され得る。本発明の更なる態様によると、針ガイドは、入力制御信号に依存して調整を動作させるように構成されるアクチュエータを更に有する。アクチュエータは、針ガイドに着脱可能に取り付け可能になり得る。 このように一つのアクチュエータが異なる針ガイドのために使われることができるため、このことは有利である。提案される針ガイドの基本機能は、同じ針が現在と類似したセッティングで使われるという点で現在の針ガイドに似ている。 しかしながら、脆弱な体構造が穿刺されるとすぐに、（更なる）針挿入を制限するか、止めるか、又はブロックすることによって、針は針挿入にアクティブに作用する。 これにより、針挿入ステップを有する医用介入の間、患者又は動物の安全性が増やされる。 挿入に対する抵抗は、所定の位置の何れかに基づくことができるか、又はイメージングを通じてリアルタイムに更新されることができる。

針ガイドの更なる実施例は、体の所定の部分に関する針ガイドの位置の決定のために使われるように構成される位置センサ又はマーカを備える。 この具体例において、針ガイドが患者に対して動いたときにさえ、誤った針挿入は止められることもできる。

たとえば針挿入抵抗をアクティブに調整するための制限手段は、ブレーキ、例えば電磁ブレーキ又は機械式ブレーキになり得る。

針ガイドの更なる実施例は、針が脆弱領域から特定の距離内にある場合、音声及び／又は視覚的信号をユーザに提供するようにも構成される。 針の制限、停止又はブロッキングが実行される前に音声及び／又は視覚的信号はユーザに提供されることができる。 これは、ユーザが初期段階における針挿入の経路を補正することを支援することができる。 更にこのように、ユーザに警告するさらなる方法が実現され、針は脆弱領域から特定の距離内にあることがユーザに、より明らかになるであろう。

また、音声及び／又は視覚的信号は、同時に又は針の制限、停止若しくはブロッキングが実行された後に、ユーザに提供されることができる。このように、ユーザに警告するさらなる方法が実現され、針は脆弱領域から特定のマージン内にあることがユーザに、より明らかになるであろう。

針ガイドは医用介入の間、針ガイダンスを支援するように構成されるいくつかのオリフィスを有するグリッドになることができ、又は単一のオリフィスのみを有することは針ガイドになることができ、針を所定の位置へガイドするために用いられることができる。

本発明の1つの態様によると、針ガイドは、医用介入システムの部分になり得る。 医用介入システムの一つ又はそれより多くの要素は、針ガイドに入力を供給し、及び／又は針ガイドから出力を受信するように構成されることができる。

本発明の他の実施例によると、針ガイドは、医用データユニット及び制御システムと結合されることができる。 医用データユニットによって記憶され、及び／又は収集される医用データは、制御システムに供給されることができる。 医用データに基づいて、制御システムは針ガイドのための入力制御信号を生成することができる。

針ガイドがグリッドテンプレートであるとき、医用データは、医用介入の間、どんなオリフィスが使われるべきか、及び／又は使われるべきでないかの情報になり得る。 制御システムは、これらのオリフィスに対して針挿入抵抗を増やすように使われるべきでないオリフィスに入力制御信号を送信することができる。このようにもたらされ得るこれの利点の1つは、偶然、針が間違ったオリフィスに挿入されることにある。

更に、（例えば近接照射療法のような）複数の針挿入を有する医用介入において、医用データは、針挿入のために使われるべき現在のグリッドオリフィスに関する情報、及びそれによってどのグリッドオリフィス又は複数のグリッドオリフィスが現在使われるべきでないかの情報も有し得る。更に、グリッドテンプレートは、制御システムによって供給されるシーケンスの部分としてその時1つのみのグリッドオリフィスを開けるであろう。同様に、この実施例による医用介入システムは、介入自体による損傷の量を減らすため、偶然の針の不必要な動きを防止するためにも有用である。例えば、動かされるべき一つの特定の針がある状況において20本の針が位置される間、残りの19本の針をロックすることは有益になり得る。

本発明の他の実施例によると、医用データユニットは、医用イメージングシステム（例えば2D又は3D超音波、X線システム、CTシステム、MRIシステム）、画像における体構造のセグメンテーションのために構成される画像セグメンテーションユニット、及び針の位置をトラッキングするように構成される、（例えばイメージングシステム、EMトラッキング、光形状検出、カメラによって）針位置をトラッキングするための手段を有する。この態様によると、制御システムは、セグメント化される体構造及び針位置の間の距離に基づいて制限手段のための入力制御信号を生成するように構成される。 このように制限手段は、介入計画が立てられる時の状況の代わりに現在の状況に基づいて制御されることができるため、この実施例は有利である。 医用介入システムが、ある時間に渡って脆弱な体構造をトラッキングするように構成される場合、この実施例は特に有利である。 医用介入の間、動かすか、又は形状を変える体構造が処理されるとき、これは特に有利である。 動く体構造をトラッキングすることによって、不必要な穿刺は回避されることができる。

本発明の他の実施例によると、制限手段は、針トラッキングが失敗するとき、針挿入をブロックするか、止めるか、又は制限するように構成される。このように、針位置に関する情報が十分でない限り針を動かすステップはより困難又は不可能になるため、安全性はさらに増やされることができる。

本発明の他の態様によると、体構造のトラッキングが失敗するとき、制限手段は針挿入をブロックするか、止めるか、又は制限するように構成される。

本発明の他の実施例によると、針ガイド及び制御システムの間の情報のフローは反転される。 医用介入システムはディスプレイを有する。 テンプレート上の手動メカニズムは、ユーザが一つ又はそれより多くのオリフィスを閉鎖/ロックすることを可能にする。 制御システムは、針ガイドを通じて挿入される針によって達せられることができるか、又は達せられることができない医用画像における領域を示すためのディスプレイに情報を送ることによって応答するであろう。またこの態様は、どの領域は達せられることができるか、及び／又は達せられることができないかは脆弱な体構造の穿刺の防止において有用であることが示されるように、患者又は動物の安全性に寄与する。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載された実施例から明らかであり、これらの実施例を参照して説明される。

従来の針ガイドを示す。 本発明の実施例による針ガイドを示す。 本発明の実施例による制限手段を示す。 本発明の実施例による医用介入システムを示す。

典型的な臨床シナリオのコンテキストにおいて、医用介入プレ計画は、プレイメージングデータに基づいて実行され、治療送達ターゲット又は生検ターゲットは回避されるべき一つ又はそれより多くの脆弱領域と共に規定される。介入目標はプレ計画に可能な限り近くに介入を送達することにある。

図1は、従来の針ガイド10を示す。 図1において示される針ガイドは、医用介入の間、針14挿入を支援するためにいくつかのオリフィス12を有する。 ポジショニング手段16は、患者100に対して正確に針ガイドを位置させるために用いられる。 ポジショニング手段は、患者テーブルに接続可能になり得る。 患者及び針ガイドが位置された後、針ガイドの位置は医用イメージングシステム301で較正されることができる。 この後、処方ドーズ配分に基づいて、許容可能な範囲内において処方ドーズ配分に合致するドーズ配分を送達することが必要とされる針挿入位置を供給する介入計画（例えばHDR/LDR短治療計画）が計算されることが可能である。計画は、生検を実行するため、どのように針ガイドが針を所定の場所へガイドするために使用され得るかについて計算されることもできる。

図2は、本発明による針ガイド20の実施例を例示する。 針ガイドは、針ガイダンスにおいて支援するために、一つ又はそれより多くのオリフィス12を有する。針ガイドは、針挿入抵抗を調整するための制限手段33（図3）を有する。 図2において、領域23は針ガイド上におけるターゲット27の投影である。 針制限手段は、オリフィス12を通じる（更なる）針挿入が領域23において位置されることを可能にする。 しかしながら、このオリフィスにおける増加された挿入抵抗のために、針挿入はオリフィス外側領域23を通じて制限され、又は不可能であり、例えば25を通じる更なる針挿入は不可能である。制限手段は手動で、又は制御入力信号に依存して動作されることができる。

図3は、制限手段の実施例を例示する。図3においてコイル22であるブレーキ33はアクチュエータを介して電気的に制御されることができる。 電気がコイル22に印加されるとき、磁束はブレーキを引きつけ、それによりオリフィスは開けられるであろう。 他の実施例において、オリフィスはコイル22への電気の印加によって閉じられることができる。

本発明の実施例によると、針ガイドは、入力制御信号に依存して制限を動作させるように構成されるアクチュエータ22を有する。 アクチュエータ22は、一つのアクチュエータが異なる針ガイドのために使われることができるような方法で着脱可能に取り付け可能になり得る。ブレーキの可能なメカニズム実現は、グリッドに電磁ブレーキを内部に備えることによってなされることができる。 この場合、いくつかのオリフィスは、外部電気信号によってトリガされる摩擦プレートを持つ。 実施のバリエーションは、複数の制限手段（オリフィス毎に1つ）又はいくつかのオリフィス又はオリフィスの行及び／若しくは列の上において複数の制限手段を活性化する単一のアクチュエータ22に基づかれることができる。

本発明の実施例によると、針ガイドは、体27の所定の部分に対する針ガイドの位置の決定のために使うように構成される位置センサ又はマーカ24（図2、図4）を有する。位置センサ又はマーカの例は、例えばLEDのような、カメラに対して見えるマーカ又はコイルである。 また、針は、光形状検出の場合、コイル又はファイバにもなり得る、位置センサ又はマーカを備えることができる。

図4は、本発明の実施例による医用介入システムを例示する。 本システムは、図2、20において示されるように針ガイドを有する。 更に、医用介入システムは、医用データを記憶及び／又は収集するように構成される医用データユニット30を有する。 更に、医用介入システムは、針による脆弱領域の穿通のリスクを減らすため、医用データに基づいて制限手段のための入力制御信号を生成するように更に構成される医用データユニット30からデータを受信するように構成される制御システム32を有する。

介入計画は、オリフィスが、針挿入のための医用介入の間、使われるようにサポートされる情報を有し、医用データユニット30において記憶されることができる。また可能ならば、オリフィスが使われるようにサポートされる命令は、医用データユニット30において記憶される。 医用介入の間、制御システムは、介入の間、使われるべきでないオリフィスに対する針挿入抵抗を増やすように、制御入力信号を針ガイドに送信し得る。また、制御システムは、介入の間のある時点において、使われるべきでないオリフィスに対する針挿入抵抗を増やすように、制御入力信号を針ガイドに送信し得る。どの針がうまく挿入されたかを追跡するステップは、ユーザが、針はうまく挿入された旨の入力を医用介入システムに供給することを可能にすることによってなされることができる。また、医用介入システムは、針が介入計画及び針トラッキングによって、可能ならば体構造トラッキングと組み合わせて、うまく挿入されたかを自動的に検出することができる。

医用介入の間、正確なオリフィスが使われることを確実にするため、体の所定の部分に対する針ガイドの相対位置は知られていることが必要である。 位置は、位置センサ若しくはマーカ24によって、又は上記の較正プロセスによって決定されることができる。

本発明の更なる実施例によると、医用データユニット30は、画像収集部301のために構成される医用イメージングシステム、画像における体構造のセグメンテーションのために構成される画像セグメンテーションユニット302、及び針の位置をトラッキングするように構成される、針位置をトラッキングするための手段303を有する。医用イメージングシステムはたとえば、2D又は3D超音波、X線システム、CTシステム、又はMRIシステムになり得る。 画像セグメンテーションは、手動、半自動、又は自動的に実行されることができる。 画像セグメンテーション方法は画像処理の従来技術においてよく知られており、それ故に、ここでさらに議論されない。針位置をトラッキングするための手段はたとえば、医用イメージングシステム、EMトラッキングシステム、光形状検出になり得る。

医用介入の間の膀胱のような脆弱構造に打撃を与え、損傷を与えることを避けるために、医用イメージングシステムは、ユーザを患者又は動物の体を通じた針ガイダンスで支援するために用いられる。2D超音波スキャナが使われる場合、これは通常、膀胱平面に置かれ、イメージング平面を通る針を検出するためにイメージングシステムの連続的な観察が必要とされる。この制限を克服するため、3D超音波スキャナが使われることはでき、介入領域の完全なイメージングがもたらされる。 しかしながら、リアルタイムの3Dデータの直接可視化は困難であり、プロシージャにおける誤りがもたらされ得る。 これらの誤りは、増大されるイメージングをもたらすことによって克服されることが可能であり、セグメンテーションデータは、たとえば画像セグメンテーション又は電磁（EM）トラッキングから推論される針位置と共に元のイメージングの上に重ね合わされる。

介入目標は、プレ計画及び／又は介入計画の可能な限り近くに介入（例えば治療又は生検の実施）を送達することにある。介入の間に、ターゲット27器官においてもたらされるいくつかの変化のために、器官トラッキングシステムは、ユーザが、ずらされ、及び／又は変形させられる脆弱領域に達することをアクティブに防ぐことができる。このセッティングにおいて、医用イメージングシステムは、医用介入の間、（リアルタイム）更新画像を供給する。体構造は、たとえば画像レジストレーションと組み合わせて最初のセグメンテーションを用いることによって、また、画像と組み合わせて解剖学的ランドマークを用いることによって、時間に渡ってトラッキングされることができ、特徴又はパターン認識が体構造トラッキングのために使われることができる。 他の方法は可能である。 トラッキング方法は画像処理の従来技術においてよく知られているため、これらの方法はより詳細に更に議論されないであろう。

針位置をトラッキングするための手段は相対的な針位置をイメージングデータに供給し、針ガイドはガイドを針挿入に供給する。 制御システムは、適切な針ガイド応答を規定するために針位置をトラッキングするための手段及びイメージングデータを使用し、針が所定の体構造にアプローチしている場合、針挿入抵抗は、更なる針挿入を制限又は回避するように増加される。

針のための位置トラッカは、このシステムの必須部分ではない。 針挿入は、画像情報のみに基づいて、すなわち針及び解剖学的構造のセグメンテーションに基づいてブロックされ、停止され、又は制限されてもよい。

本発明によるシステムの他の実施例によると、針ガイドは安全性メカニズムにおいて使われてもよく、これが推奨され得る状況において何れの針挿入/運動も回避される。 たとえば、体構造トラッキング又は針トラッキングが一時的に利用できない場合、これは有用になり得る。

本発明の更なる実施例によると、針ガイドは、入力制御信号に基づいて音声及び／又は視覚的信号を供給するように構成される、音声及び／又は視覚インジケータを有する。また、医用介入システムは、音声及び／又は視覚インジケータを有してもよい。

本発明によるシステムの実施例によると、針ガイド及び制御システムの間の情報のフローは反転される。 これらの実施例において、医用介入システムはディスプレイ34を有する。 テンプレート上の手動メカニズムは、ユーザが一つ又はそれより多くのオリフィスを閉鎖/ロックすることを可能にする。 制御システムは、どの領域が、一つ又はそれより多くの開口オリフィスから達せられることができるか、及び／又は達せられることができないかを決定することによって応答し、この情報をディスプレイ34に送信するであろう。ディスプレイは、開口オリフィスから達せられることができるか、及び／又は達せられることができない領域を表示するように構成される。この情報は、医用介入の間、医用イメージングシステムで収集される画像と組み合わされることができる。画像セグメンテーションユニットが患者の動きを検出するとき、不必要な損傷を防止するため、すでに置かれている針のロッキングは解除されるべきである。

本発明は、図面及び上述の記載において詳細に図示されると共に記載されているが、このような図面及び記載は例示的であり、限定的なものでないことは考慮されるべきであり、本発明は開示の実施例に限定されるものではなく、フィールド医用介入内における様々な針ガイダンスアプリケーションのために使われることができる。

Claims (7)

1. 医用介入の間の使用のための医用介入システムであって、
   -医用介入のために体への針挿入をガイドするように構成される針ガイドであって、前記針ガイドは前記針挿入抵抗を調整するための制限手段を有し、前記針ガイドは入力制御信号に依存して前記制限手段を動作させるように構成されるアクチュエータ及び医用データを記憶及び／又は収集するように構成される医用データユニットを有する、針ガイドと、
   -前記針による脆弱領域の穿刺のリスクを低減するため、前記医用データに基づいて前記制限手段のための前記入力制御信号を生成するように更に構成される前記医用データユニットからデータを受信するように構成される、制御システムと
   を有する、医用介入システム。
2. -前記針ガイドは、医用介入の間、針ガイダンスにおいて支援するように構成される複数のオリフィスを有するグリッドであり、前記複数のオリフィスは個別の制限手段を有し、
   -前記医用介入システムは、前記グリッド上における位置センサ又はマーカに基づいて、又は較正プロセスに基づいて、前記体の所定の部分に関する前記グリッド位置の決定のための手段を更に有し、
   -前記医用データユニットは、現在使われるべきでないグリッドオリフィスに関する情報を有するデータを記憶するように構成され、前記制御システムは、前記グリッド位置及び現在使われるべきでない前記現在のグリッドオリフィスに基づいて前記制限手段のための前記入力制御信号を生成するように構成され、前記制限手段は現在使われるべきでない前記グリッドオリフィスを通じて針挿入をブロックするか、止めるか、又は制限するように構成される、
   請求項１に記載の医用介入システム。
3. 前記医用データユニットは、
   -画像収集のために構成される医用イメージングシステムと、
   -前記画像における体構造のセグメンテーションのために構成される画像セグメンテーションユニットと、
   -前記針の位置をトラッキングするように構成される、針位置をトラッキングするための手段と
   を有し、
   前記制御システムは、前記セグメント化される体構造及び前記針位置の間の距離に基づいて前記制限手段のための前記入力制御信号を生成するように構成される、
   請求項１又は２に記載の医用介入システム。
4. 前記針トラッキングが失敗するとき、前記制限手段は針挿入をブロックするか、止めるか、又は制限するように構成される、請求項３に記載の医用介入システム。
5. 時間に渡って前記画像における前記体構造をトラッキングするように構成される、請求項３又は４に記載の医用介入システム。
6. 前記体構造トラッキングが失敗するとき、前記制限手段は針挿入をブロックするか、止めるか、又は制限するように構成される、請求項５に記載の医用介入システム。
7. 前記針ガイドは、前記針挿入の間、針ガイダンスにおいて支援するために一つ又はそれより多くのオリフィスを有し、前記制限手段は出力信号を制御システムに送信するように構成され、前記出力信号は、オリフィスが前記制限手段によって開けられるか又は閉じられるかの情報を有し、前記システムは、
   -前記制限手段から前記出力信号を受信し、どの領域が、前記一つ又はそれより多くの開口オリフィスから達せられることができるか、及び／又は達せられることができないかを決定するように構成される前記制御システムと、
   -前記開口オリフィスから達せられることができるか、及び／又は達せられることができない領域を表示するように構成されるディスプレイと
   を更に有する、請求項１に記載の医用介入システム。

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