JP2017535377A - 光学式形状感知ツールの位置合せ - Google Patents

光学式形状感知ツールの位置合せ Download PDF

Info

Publication number
JP2017535377A
JP2017535377A JP2017528814A JP2017528814A JP2017535377A JP 2017535377 A JP2017535377 A JP 2017535377A JP 2017528814 A JP2017528814 A JP 2017528814A JP 2017528814 A JP2017528814 A JP 2017528814A JP 2017535377 A JP2017535377 A JP 2017535377A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
grid
coordinate system
needle
alignment
oss
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017528814A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6841757B2 (ja
Inventor
バラット，シャイアム
マルヴァスト，イーシャン デフガン
マルヴァスト，イーシャン デフガン
ララ フレックスマン，モリー
ララ フレックスマン，モリー
クリュッカー，ヨッヘン
パトリシア ドライヤー，マリッサ
パトリシア ドライヤー，マリッサ
マラグホーシュ，アミル モハンマド タフマセビ
マラグホーシュ，アミル モハンマド タフマセビ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips NV filed Critical Koninklijke Philips NV
Publication of JP2017535377A publication Critical patent/JP2017535377A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6841757B2 publication Critical patent/JP6841757B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
    • A61B8/0833—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures
    • A61B8/0841—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures for locating instruments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1001—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy using radiation sources introduced into or applied onto the body; brachytherapy
    • A61N5/1007—Arrangements or means for the introduction of sources into the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3403—Needle locating or guiding means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/061—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3403—Needle locating or guiding means
    • A61B2017/3405—Needle locating or guiding means using mechanical guide means
    • A61B2017/3411—Needle locating or guiding means using mechanical guide means with a plurality of holes, e.g. holes in matrix arrangement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3403—Needle locating or guiding means
    • A61B2017/3413—Needle locating or guiding means guided by ultrasound
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2061—Tracking techniques using shape-sensors, e.g. fiber shape sensors with Bragg gratings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/58—Testing, adjusting or calibrating the diagnostic device

Abstract

介入システムは、光学式形状感知ツール（３２）（例えば、埋め込まれた光ファイバー（複数可）を有する近接照射療法用針）と、グリッド座標系に対する光学式形状感知ツール（３２）の解剖学的領域への挿入を案内するためのグリッド（５０，９０）とを用いる。介入システムは、さらに、光学式形状感知ツール（３２）上の点に原点を有する針座標系に対する光学式形状感知ツール（３２）の形状のセグメント又は全体を再構成し、グリッド（５０，９０）に対する光学式形状感知ツール（３２）の再構成されたセグメント／全体形状の関数として（すなわち、グリッド内に／このグリッドを通して挿入されたＯＳＳ針のセグメント／全体の形状の再構成がグリッド／針座標系位置合せの基準として機能する）、針座標系をグリッド座標系に位置合わせするための位置合せコントローラ（７４）を使用する。

Description

本発明は、概して、三次元（３Ｄ）超音波ボリュームに対する針の位置合せを含む超音波誘導介入（例えば、生検処置及び近接照射処置）に関する。具体的には、本発明は、光学式形状感知ツールを３次元超音波ボリュームに位置合わせすることに関する。
一般に、超音波誘導介入（例えば、経会陰生検(transperineal biopsy)、永久放射性シードインプラント等の内部放射線治療、一時的な間質性近接照射療法等）を促進するために介入ツール（複数可）を保持／案内し、必要に応じて並進／回転させるために、ステッパを利用する。
より具体的には、近接照射療法は、患者内の経直腸超音波(TRUS)プローブを保持し、且つ並進／回転させるステッパの使用を含む。ステッパは、患者の体内への針の挿入を案内するために、ＴＲＵＳプローブに対してグリッドを固定位置に保持するためにも使用される。
例えば、図１Ａは、グリッド５０を支持するフレーム４０と、ＴＲＵＳプローブ２０を保持するキャリッジ４１とを有するステッパを含む典型的な近接照射療法のセットアップを示す。近接照射療法の間に、グリッド５０は、患者の直腸に対して戦略的に位置付けされ、ステッパの歯車アセンブリ（図示せず）は、ＴＲＵＳプローブ２０を患者の直腸の内外に並進及び／又は回転させるために手動又は自動で操作される。一旦ＴＲＵＳプローブ２０が患者の直腸内に適切に位置付けされると、グリッド５０を使用して、１つ又は複数の針３０の標的解剖学的構造（例えば、前立腺）への挿入を案内し、患者の体中での放射線源（複数可）の埋め込みを容易にする。
近接照射療法の間に、グリッド５０の各チャンネル５１が、当技術分野で周知のように、ＴＲＵＳプローブ２０によって生成された３Ｄ超音波ボリュームに手術前に位置合わせされる。例えば、図１Ａに示されるように、グリッド５０の左下隅に設定された原点を有するグリッド５０のグリッド座標系５２は、ＴＲＵＳプローブ２０のトランスデューサアレイ（図示せず）によって設定された原点を有するＴＲＵＳプローブ２０の画像座標系２１に手術前に位置合わせされる。
近接照射療法の間も、３Ｄ超音波ボリューム内の針３０、特に針３０のチップを追跡する目的で、針３０をグリッド５０に位置合わせする必要がある。
具体的には、針３０の基端部にハブ６０が取り付けられ、針３０に対して、ハブ６０の基端側取付け点に原点を有する針座標系３１を確立する。６つの位置合せパラメータの推定値が針座標系３１をグリッド座標系５２に位置合わせするのを容易にするために必要とされる。６つの位置合せパラメータは、
（１）針３０がグリッド５０の中央チャネル内に挿入された状態の図１Ｂに最も良く示されるように、座標系３１及び５２のＸ軸同士の間の位置合せ距離を示す幅並進パラメータＸＴＰと、
（２）針３０がグリッド５０の中央チャネル内に挿入された状態の図１Ｂに最も良く示されるように、座標系３１及び５２のＹ軸同士の間の位置合せ距離を示す高さ並進パラメータＹＴＰと、
（３）図１Ａに最も良く示されるように、座標系３１及び５２のＺ軸同士の間の位置合せ距離を示す深さ並進パラメータＺＴＰと、
（４）針座標系３１のＸ軸に対する針３０の角度回転を示すピッチ回転パラメータＸＲＰ（図示せず）と、
（５）針座標系３１のＹ軸に対する針３０の角度回転を示すヨー回転パラメータＹＲＰ（図示せず）と、
（６）図１Ｂに最も良く示されるように、針座標系３１のＺ軸周りの針３０の角回転を示すロール回転パラメータＺＲＰと、を含む。
図１Ｂを参照すると、当技術分野で知られているように、幅並進パラメータＸＴＰ及び高さ並進パラメータＹＴＰの非ゼロ値は、グリッド座標系５２に対して針３０を案内するように選択されたチャネル５１の位置から推定することができる。また、ハブ６０が緩んでいる場合に、針３０は、グリッド５０の表面に対して垂直な、選択されたチャネル５１に出入りし、それにより、ピッチ回転パラメータＸＲＰ及びヨー回転パラメータＹＲＰについてゼロ値が推定される。しかしながら、深さ並進パラメータＺＴＰ及びロール回転パラメータＺＲＰの推定は、選択されたチャネル５１に基づいて同様に実現可能ではない。
当技術分野で知られているように、座標系２１及び５２が位置合せされる場合に、針座標系３１をグリッド座標系５２に位置合わせすることは、針座標系３１を画像座標系２１に位置合わせすることと等価である。こうして、針座標系３１を座標系２１及び５２に対して位置合わせするのを容易にするために、深さ並進パラメータＺＴＰ及びロール回転パラメータＺＲＰの推定値を提供する超音波感知技術及び電磁追跡技術が提案されている。このような技術は、３Ｄ超音波ボリュームにおける針３０のチップを追跡するのに有益であることが判明しているが、本発明は、代替的に、深さ並進パラメータＺＴＰ及びロール回転パラメータＺＲＰを推定する方法を提供し、それによって処置のために必要に応じて針３０のセグメント又は全体の形状を追跡する。
本発明の代替的な方法は、光学式形状感知（OSS）ツールを超音波誘導介入（例えば、ＯＳＳ針、カテーテル、及びガイドワイヤ）に組み込むことを前提としており、これにより、ツールのセグメント又は全体の追跡だけでなく深さ並進パラメータＺＴＰ及びロール回転パラメータＺＲＰを推定するための基準として、グリッドに対するＯＳＳツールのセグメント又は全体の形状のリアルタイム再構成が容易になり（例えば、ＯＳＳツールがグリッドのチャネル内に挿入／チャネルを通して挿入される）、それにより、画像座標系、グリッド座標系、及び針座標系を位置合わせする。
本発明の目的のために、「光学式形状感知（OSS）ツール」という用語は、本発明の前後に当該技術分野で知られている介入処置の管状本体の構造設計（例えば、針、カテーテル、及びガイドワイヤ）を広く包含し、これにより、光センサが管状本体内に埋め込まれる／管状本体に固定される。そのような光センサの例には、近接照射療法用針／生検針、カテーテル、又はガイドワイヤ内に埋め込まれた／ガイドワイヤに固定された光ファイバーのファイバーブラッグ格子が含まれるが、これに限定されるものではない。
本発明の第１の形態は、ＯＳＳツール（例えば、埋め込まれた光ファイバーを有する近接照射療法用針）、及びグリッド座標系に対して、ＯＳＳツールの解剖学的領域（例えば、頭蓋、胸部、乳房、腹部、陰部、恥骨等）内への挿入を案内する（例えば、手動誘導又はロボット誘導する）グリッドを使用する介入システムである。介入システムは、さらに、針座標系に対してＯＳＳツールのセグメント又は全体の形状を再構成し、且つグリッドに対するＯＳＳツールのセグメント又は全体の再構成された形状に基づいて（すなわち、グリッド内に／グリッドを通して挿入されたＯＳＳツールのセグメント／全体の形状の再構成がグリッド／針座標系の位置合せの基準となる）、針座標系をグリッド座標系に位置合わせするための位置合せコントローラを使用する。
本発明の目的のために、用語「位置合せコントローラ」は、本明細書の以降に記載される本発明の様々な発明原理の適用を制御するためのコンピュータ又は他の命令実行装置／システム内に収容されるか又はそれにリンクされた特定用途向けメイン基板又は特定用途向け集積回路の全ての構造的構成を広く包含する。位置合せコントローラの構造的構成は、プロセッサ（複数可）、コンピュータ可用／コンピュータ可読記憶媒体（複数可）、オペレーティングシステム、周辺装置コントローラ（複数可）、スロット（複数可）及びポート（複数可）を含むことができるが、これらに限定されるものではない。コンピュータの例には、サーバコンピュータ、クライアントコンピュータ、ワークステーション、及びタブレットが含まれるが、これらに限定されるものではない。
本発明の第２の形態は、針座標系に対してＯＳＳツールのセグメント又は全体の形状を再構成するための形状再構成モジュールと、グリッドに対するＯＳＳツールのセグメント又は全体の再構成された形状に基づいて（すなわち、グリッド内に／グリッドを通して挿入されたＯＳＳツールのセグメント／全体の形状の再構成が、グリッド／針座標系の位置合せの基準となる）、針座標系をグリッド座標系に位置合わせするツール位置合せモジュールとを含む再構成コントローラである。
本発明の目的のために、用語「モジュール」は、電子回路又は実行可能プログラム（例えば、実行可能なソフトウェア及び／又はファームウェア）から構成される位置合せコントローラのアプリケーション要素を広く包含する。
本発明の第３の形態は、グリッド座標系に対してＯＳＳツールをグリッドに挿入する（例えば、手動又はロボット挿入する）ことを含む介入方法であり、再構成コントローラは、針座標系に対するＯＳＳツールのセグメント又は全体の形状を再構成し、再構成コントローラは、グリッドに対するＯＳＳ針のセグメント又は全体の再構築された形状に基づいて、針座標系をグリッド座標系に位置合わせする。
本発明の前述した形態及び他の形態、並びに本発明の様々な特徴及び利点は、本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明を添付の図面と併せて読むことによりさらに明らかになるだろう。詳細な説明及び図面は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の単なる例示であり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって規定される。
当技術分野で知られているような超音波プローブ、近接照射療法用針、ステッパ、及びグリッドから構成される例示的な近接照射療法のセットアップを示す。 当技術分野で知られているような超音波プローブ、近接照射療法用針、ステッパ、及びグリッドから構成される例示的な近接照射療法のセットアップを示す。 本発明による介入システムの例示的な実施形態を示す。 本発明による介入方法の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本発明による針位置合せ方法の第１の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本発明による超音波プローブ、光学式形状感知針、シードアプリケータ、ステッパ、及びグリッドから構成される近接照射療法のセットアップの例示的な実施形態を示す。 本発明による針位置合せ方法の第２の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本発明による超音波プローブ、光学式形状感知針、ステッパ、及び不規則なグリッドから構成される近接照射療法のセットアップの例示的な実施形態を示す。 本発明による針位置合せ方法の第３の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本発明による超音波プローブ、光学式形状感知針、針ブラケット、ステッパ、及びグリッドから構成される近接照射療法のセットアップの例示的な実施形態の側面図を示す。 本発明による超音波プローブ、光学式形状感知針、針ブラケット、ステッパ、及びグリッドから構成される近接照射療法のセットアップの例示的な実施形態の正面図を示す。 本発明による針位置合せ方法の第４の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本発明による超音波プローブ、光学式形状感知針、光ファイバー、ステッパ、及びグリッドから構成される近接照射療法のセットアップの例示的な実施形態を示す。 本発明による針位置合せ方法の第５の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。
本発明の理解を容易にするために、本発明の例示的な実施形態が本明細書に提供され、それら実施形態は、標準的な針（例えば、図１の針３０）を光学式形状感知（OSS）システムに置き換えるとともに、ＯＳＳ針３２をグリッド（例えば、図２のグリッド５０）及び超音波プローブ（例えば、図２のＴＵＲＳプローブ）に位置合わせするための位置合せコントローラ７４を提供するグリッドベース介入システムを対象とする。図２〜図１２に示されるような例示的な実施形態の説明から、当業者であれば、１つ又は複数のタイプのＯＳＳツール（例えば、針、カテーテル、ガイドワイヤ）及び１つ又は複数のタイプの超音波プローブ（例えば、ＴＲＵＳプローブ）を含むグリッドベースの介入処置（例えば、近接照射療法及び生検処置）内で本発明をどの様に実施及び使用するかを理解するだろう。
本発明の目的のために、当技術分野の「グリッド」、「ハブ」、「光ファイバー」、「シードアプリケータ（seed applicator）」、「撮像」、「再構成」、「位置合せ」、及び「座標系」を含むが、これらに限定されない、用語は、本発明の技術分野において知られているものと解釈すべきである。
図２を参照すると、ＯＳＳ針３２が、グリッド５０のチャネル５１内に挿入された状態で示されている。実際には、ＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状を再構成するのに適した任意の配置で、光センサ（図示せず）をＯＳＳ針３２内に埋め込む／ＯＳＳ針上に付着させてもよい。一実施形態では、各々がファイバーブラッグ格子を有する１つ又は複数の光ファイバーが、近接照射療法用針／生検針内に埋め込まれるか、又は付着される。
また、位置合せの目的で、ＯＳＳ針３２の先端チップをチャネル５１内に配置してもよく（図示せず）、又はＯＳＳ針３２の先端チップを図２に示されるようにチャネル５１を通して延してもよい。これにより、ＯＳＳ針３２の先端セグメント３２Ｄを解剖学的領域（例えば、前立腺）内に挿入することができ、及びＯＳＳ針３２の先端セグメント３２Ｄ及び基端セグメント３２Ｐのいずれか又は両方が、深さ並進パラメータＺＴＰ及びロール回転パラメータＺＲＰを推定するための基準として機能する。
針３０（図１）と同様に、ハブ６０が、ＯＳＳ針３２の基端部に取り付けられ、図２に示されるように、基端取付け点に原点を有する針座標系３３を確立する。あるいはまた、針座標系の原点は、例えば、ＯＳＳ針３２の先端チップ等の、本発明のＯＳＳ針に沿った他の点に設定してもよい。
オプションで、ハブマーカ６１をハブ６０に取り付けることにより、本明細書でこれ以降に説明するように、位置合せの目的のために、ＯＳＳ針３２を既知の向きでチャネル５１内に／チャネル５１を通して挿入するのを容易にすることができる。
位置合せマシン７０は、当技術分野で知られているように、モニタ７１、インターフェイス・プラットフォーム７２、及びワークステーション７３を使用する。
明確にするために図示されていないが、当業者は、超音波データ及び光学データをそれぞれ処理する目的で、ＴＲＵＳプローブ２０及びＯＳＳ針３２をワークステーション７３にどの様に結合するかを理解するだろう。
ワークステーション７３には、その内部に位置合せコントローラ７４が設置されている。
位置合せコントローラ７４は、ワークステーションのオペレータ（例えば、医者、技能者等）によってインターフェイス・プラットフォーム７２のキーボード、ボタン、ダイヤル、ジョイスティック等を介して指示されるような、モニタ７１上の様々なグラフィカルユーザインターフェイス、データ、及び画像を制御するための、及びインターフェイス・プラットフォーム７２のワークステーションのオペレータによってプログラムされ及び／又は指示されたデータを記憶／読み出すための、当技術分野で知られているオペレーティングシステム（図示せず）を含む及び／又はこのオペレーティングシステムによってアクセス可能である。
位置合せの目的で、位置合せコントローラ７４は、超音波撮像モジュール７５、形状再構成モジュール７６、及びツール位置合せモジュール７７を含むアプリケーションモジュールをさらに実行する。
超音波撮像モジュール７５は、位置合せコントローラ７４内に構造的に構成され、当技術分野で知られているように、ＴＲＵＳプローブ２０によって提供される超音波データから画像座標系２１に関する超音波画像を生成する。実際には、超音波データ／画像は、位置合せ目的に適した任意の形態（フォーム）を有してもよい。一実施形態では、超音波画像は、２次元（２Ｄ）平行スライスの再構成によって又は３Ｄプローブの使用によって生成される３Ｄ超音波ボリュームである。
形状再構成モジュール７６は、位置合せコントローラ７４内に構造的に構成され、当技術分野で知られているように、ＯＳＳ針３２によって提供される光学データから針座標系３３に関するＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状を再構成する。
ツール位置合せモジュール７７は、位置合せコントローラ７４内に構造的に構成され、本明細書でこれ以降に説明するように本発明に従って、針座標系３３を、手術前／手術中に位置合わせされたプローブ座標系２１及びグリッド座標系５２に位置合わせする。実際には、位置合せコントローラ７４は、当技術分野で知られているように、プローブ座標系２１及びグリッド座標系５２を手術前／手術中に位置合わせするための追加のモジュールを含んでもよい。
動作中に、位置合せコントローラ７４は、ツール位置合せモジュール７７の特定の実施形態に従って、位置合せマシン７０のオペレータによって指示される位置合せプロセスを制御する。この目的のために、図３は、ツール位置合せモジュール７７の任意の実施形態について位置合せコントローラ７４によって通常制御されるような、本発明の介入方法を表すフローチャート１３０を示す。
図３を参照すると、フローチャート１３０の位置合せの前段階Ｓ１３２は、幅並進パラメータＸＴＰ及び高さ並進パラメータＹＴＰの推定値を含む。実際には、この推定値は、位置合せ目的に適した任意の方法によって計算される。一実施形態では、幅並進パラメータＸＴＰ及び高さ並進パラメータＹＴＰは、グリッド座標系５２内の選択されたチャネル５１の既知の位置に基づいて手動で推定することができる。第２の実施形態では、幅並進パラメータＸＴＰ及び高さ並進パラメータＹＴＰは、グリッド５０内の又はグリッド５０の近くの（ＯＳＳ針３２の特定のチャネル５１内への／を通る通過を検出する）センサ（図示せず）の使用に基づいて自動的に推定することができる。あるいはまた、幅並進パラメータＸＴＰ及び高さ並進パラメータＹＴＰは、本明細書でこれ以降に説明するように、フローチャート１３０の位置合せ段階１３４中に推定してもよい。
実際には、ツール位置合せモジュール７７によって、２つ以上のＯＳＳ針３２を順次に又は同時に位置合わせすることができる。このように、フローチャート１３０の位置合せの前段階Ｓ１３２は、１つ又は複数のＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状の再構成をさらに包含する。
フローチャート１３０の位置合せの前段階Ｓ１３２は、ツール位置合せモジュール７７の実施形態に依存して、１つ又は複数の超音波画像の取得をオプションで包含する。実際には、各超音波画像は、１つ又は複数のＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状の再構成に関連付けられる。
段階Ｓ１３２の完了時に又は段階Ｓ１３２の間に、フローチャート１３０の位置合せ段階Ｓ１３４は、ツール位置合せモジュール７７による深さ並進パラメータＺＴＰの直接的又は間接的な推定、及び／又はツール位置合せモジュール７７によるロール回転パラメータＺＲＰの直接的又は間接的な推定を必要に応じて包含する。位置合せ段階Ｓ１３４の理解を容易にするために、ここでは、ツール位置合せモジュール７７の様々な実施形態を、図４〜図１２に示されるように本明細書で説明する。
画像ベースの位置合せ
図４を参照すると、フローチャート１４０は、超音波画像内の１つ又は複数のＯＳＳ針３２の再構成されたセグメント形状の検出からＯＳＳ針３２の深さ並進パラメータＺＴＰ及びロール回転パラメータＺＲＰを推定するための、本発明の画像ベースの針位置合せ方法を表す。
具体的には、単一のＯＳＳ針３２について、フローチャート１４０の前の位置合せの前段階は、順次に、（１）ＯＳＳ針３２の先端チップのグリッド５０のチャネル５１内への／チャネル５１を通して解剖学的領域内への現実の又は仮想の挿入、（２）グリッド座標系５２内のチャネル５１の既知の位置の記録、（３）ＯＳＳ針３２の全体形状の再構成、及び（４）解剖学的領域内でのＯＳＳ針３２のセグメントの超音波画像の取得を含む。
位置合せの前段階が完了すると、フローチャート１４０の段階Ｓ１４２は、ツール位置合せモジュール７７による、超音波画像内のＯＳＳ針３２の再構成されたセグメントの検出を包含する。フローチャート１４０の段階Ｓ１４４は、超音波画像内で検出された、ＯＳＳ針３２の再構成されたセグメントの関数として、ツール位置合せモジュール７７による、座標系２１、３３及び５２の位置合せを包含し、フローチャート１４０の段階Ｓ１４６は、超音波画像内の再構成されたセグメント形状のアイコン（例えば、図２に示されるアイコン７８）を表示する目的で、ツール位置合せモジュール７７による、画像座標系２１内のＯＳＳ針３２の再構成された形状の位置の記録を包含する。
フローチャート１４０の例示的な実装形態は、超音波画像内の針状構造を同定してセグメント化するための既知の技術を実行するツール位置合せモジュール７７を含む。この目的のために、グリッド座標系５２内のチャネル５１の既知の位置を使用して、超音波画像の処理される領域を限定してもよい。一実施形態では、ＯＳＳ針３２の同定された針セグメント（複数可）の一致する曲率（curvature）又は形状、及び再構成された全体形状を使用して、超音波画像内の再構成されたセグメント形状を検出することができる。第２の実施形態では、位置合せパラメータは、超音波画像において同定され、セグメント化された構造（複数可）と再構成されたセグメント形状との間の重なりを最大化するように最適化してもよい。また、２つの実施形態を組み合わせてもよい。
位置合せの前段階及びフローチャート１４０が、各ＯＳＳ針３２について繰り返される。フローチャート１４０の終了時に、超音波画像を用いたＯＳＳ針３２のセグメントの追跡は、永久的なＬＤＲシード埋込み、ＨＤＲ近接照射療法（一時的な放射性源挿入）、経会陰生検、焼灼、及び凍結療法を含むが、これに限定されるものではない、適用可能な介入処置の実行を容易にする。例えば、永久ＬＤＲシード埋込みでは、解剖学的領域内の各シード位置は、超音波座標系２１内のＯＳＳ針（複数可）３２の記録された形状位置から計画することができる。
シードアプリケータ（Seed Applicator）位置合せ
図５を参照すると、この位置合せは、当技術分野で知られているように、シード（図示せず）を解剖学的領域（図示せず）に送達するためのシードアプリケータ８０（例えば、近接照射療法用シードを前立腺に送達させるMick（登録商標）アプリケータ）を組み込む。一般に、当技術分野と同様に、本発明のＯＳＳ針３２に適用される際に、各ＯＳＳ針は、超音波誘導の下でグリッド５０のチャネル５１を通して挿入され、それによって先端セグメント３２Ｄが解剖学的領域内に延びる。シードの送達を容易にするために、シードアプリケータ８０がその後ハブ６０に取り付けられ、ガイドリング８１がＯＳＳ針３２の基端セグメント３２Ｐ上でグリッド５０に延ばされる。この位置合せの実施形態では、針３２の先端チップに設定された針座標系の原点は、好ましくは、各シード落下位置の原点と一致させる。
図６を参照すると、フローチャート１５０は、シードアプリケータ８０がグリッド５０に隣接してガイドリング８１に取り付けられた際に、ハブ６０からの距離の測定値により深さ並進パラメータＺＴＰを推定するとともに、シードアプリケータ８０に対するハブ６１の位置付け（例えば、ハブ６０が下を向いている）からＯＳＳ針３２の回転パラメータＺＲＰを推定するための、本発明のシードアプリケータベースの針位置合せ方法を表す。
具体的には、単一のＯＳＳ針３２について、フローチャート１５０の前の位置合せの前段階は、順次に、（１）ＯＳＳ針３２の先端チップをグリッド５０のチャネル５１内に／チャネル５１を通して挿入することによって、先端セグメント３２Ｄが解剖学的領域内に現実に又は仮想的に延びること、（２）グリッド座標系５２内のチャネル５１の既知の位置を記録することを含む。単一のＯＳＳ針３２によって送達される各シードについて、フローチャート１５０の位置合せの前段階は、ＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状の再構成を含む。
位置合せの前段階の完了時に、フローチャート１５０の段階Ｓ１５２は、シードアプリケータ８０がグリッド５０に隣接してガイドリング８１に取り付けられた際に、ハブ６０からの距離の測定を包含する。フローチャート１５０の段階Ｓ１５４は、シードアプリケータ８０がグリッド５０に隣接してガイドリング８１に取り付けられた際に、ハブ６０から測定された距離の関数として、ツール位置合せモジュール７７による座標系２１、３３及び５２の位置合せを包含し、フローチャート１５０の段階Ｓ１５６は、超音波画像内に再構成されたセグメント形状のアイコン（例えば、図２に示されるようなアイコン７８）を表示する目的で、ツール位置合せモジュール７７による画像座標系２１内のＯＳＳ針３２の再構成形状の位置の記録を包含する。
フローチャート１５０の例示的な実装形態では、（１）近接照射療法用シードをＯＳＳ針３２内に１つずつ装填し、（２）ＯＳＳ針３２からシードを押し出し、及び（３）ＯＳＳ針を所定の距離だけ後退させるために使用されるシードアプリケータ８０を含む。シードが解剖学的領域に落下されると、シード落下の各位置がツール位置合せモジュール７７によって記録され、治療計画を更新するために使用される。より具体的には、最初に、ＯＳＳ針３２が、ハブマーカ６１が下に向いた状態で所望の深さに挿入される。シードアプリケータ８０はハブ６０を把持し、ガイドリング８１はグリッド５０に前進する。この時点で、グリッドの孔位置、ハブマーカの向き（下向き）、及びハブ６０からグリッド５０までの距離を処理して、ＯＳＳ針３２をグリッド５０に、従って超音波ボリュームに位置合わせする。シードをＯＳＳ針３２内に装填するために、シードアプリケータ８０のオブチュレータ（obturator）（図示せず）を後退させる。次に、オブチュレータが押されてシードを解剖学的領域内に落下させる。オブチュレータがその端部まで到達すると、グリッド５０までのハブの距離を用いて、針チップ及びシード落下の位置を特定することができる。この距離は、シードアプリケータ８０にセンサを装備することによって、手動又は自動で測定される。このプロセスは、全てのシードが配置されるまで繰り返される。従って、ＯＳＳ針３２内の全てのシードの位置が推定され、必要に応じて計画更新に使用される。
不規則なグリッドの位置合せ
図７を参照すると、この位置合せは、規則的なグリッド５０（図１参照）とは対照的に、不規則なグリッド９０を組み込む。より具体的には、本発明の目的のために、「不規則なグリッド」という用語は、２つ以上のチャネルの間で所定の不均一な形状を有するグリッドを広く包含し、不完全な場合に、全てのチャンネルの間で実質的に均一な形状を有する（これは位置合せ目的のためにチャネルを区別するのを妨げる）のとは対照的に、位置合せ目的のためのチャネルの区別をする。例えば、不規則なグリッド９０は、図示されるようにチャネル９１〜９５間で不均一な形状を有しており、それにより位置合せの目的でチャネル９１〜９５を区別する。この例では、チャネルのＳ字曲線の共通の上向き点は９１〜９５であり、これら点９１〜９５は、下の行に行くにつれて基端方向にオフセットされる。
実際には、１つ又は複数のグリッドチャネルの形状は、本明細書でこれ以降に説明するように、固有の形状（複数可）に基づいてグリッド座標系内でのそれらグリッドチャネル（複数可）の決定を容易にするために一意であってもよい。
また実際には、本発明の不規則なグリッドは、標準的な製造方法に従って製造してもよく、又は１つ又は複数のグリッドチャネルを固有の形状内に延ばす標準的なグリッド上のアタッチメント（例えば、図１に示されるグリッド５０の前面又は背面へのアタッチメント）として製造してもよい。
図８を参照すると、フローチャート１６０は、不規則なグリッド９０の各チャネル（チャネル９１〜９５のみが示されている）の独特の形状からＯＳＳ針３２の深さ並進パラメータＺＴＰ及び回転パラメータＺＲＰを推定するための、本発明の不規則なグリッドベースの針位置合せ方法を表している。
具体的には、単一のＯＳＳ針３２について、フローチャート１６０の前の位置合せの前段階は、順次に、（１）ＯＳＳ針３２の先端チップの不規則なグリッド９０内への／グリッド９０を通した挿入、及び（２）ＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状の再構成を含む。
位置合せの前段階の完了時に、フローチャート１６０の段階Ｓ１６２は、適切なチャネルの同定のために、ツール位置合せモジュール７７による、ＯＳＳ針３２の再構成された形状の曲率プロットの、不規則的なグリッド９０の各チャネルのテンプレート曲率に対する相関付けを包含する。フローチャート１６０の段階Ｓ１６４は、同定されたチャネルのテンプレート曲率に対するＯＳＳ針３２の基端セグメント３２Ｐの測定を包含する。フローチャート１６０の段階Ｓ１６６は、ツール位置合せモジュール７７による、同定されたチャネルのテンプレート曲率に対するＯＳＳ針３２の測定された基端セグメント３２Ｐの関数として、座標系２１、３３及び５２の位置合せを包含する。フローチャート１６０の段階Ｓ１６８は、超音波画像内の再構成されたセグメント形状のアイコン（例えば、図２に示されるようなアイコン７８）を表示する目的で、ツール位置合せモジュール７７による、画像座標系２１内のＯＳＳ針３２の再構成された形状の位置の記録を包含する。
フローチャート１５０の例示的な実施形態は、ＯＳＳ針３２の通過を可能にする緩やかな曲率のみを有する不規則的なグリッド９０のチャネルの各形状を含む。各チャネル形状は、固有であってもよく、それによりチャネルは、各チャネル形状の曲率を解析することによって同定され、全ての並進パラメータを決定することができる。オプションで、チャネル形状を繰り返してもよく、ユーザは、どのグリッド孔が使用されているかを同定し、それによって並進パラメータＸＴＰ及びＹＴＰが分かる。同定されたチャネル形状における不均一性の位置は、深さ並進パラメータＺＴＰの推定値を提供する。チャネル形状の曲率は、ロール回転パラメータＺＲＰの推定値も提供する。光学式形状感知システムの原点は、針のハブ（又はハンドル）にある。こうして、針をグリッド９０に、従って超音波画像に位置合わせすることができる。曲率相関についてより具体的には、固有の曲率が、好ましくは、ＯＳＳ針３２の再構成された形状に沿って３つの異なる点で視覚化される。この曲率は、特定のチャネルのテンプレート形状内に配置されたＯＳＳ針３２の一部を同定するために、テンプレート曲率と一致するパターンを使用して一意に同定される。
針ブラケットの位置合せ
図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、この位置合せは、ＯＳＳ針３２をグリッド５０のチャネル５１のうちの１つに挿入するのを支持する針ブラケット１００を組み込む。一般に、針ブラケット１００は、ハブ６０及びハブマーカ６１を部分的に取り囲むベース１０１と、針ブラケット１００をグリッド５０の選択されたチャネル５１に隣接してグリッド５０に取り付ける一対のレール１０２Ｒ及び１０２Ｌとを含む。
図１０を参照すると、フローチャート１７０は、レール１０２Ｒ及び１０２Ｌの長さから深さ並進パラメータＺＴＰを推定するとともに、ベース１０１によってハブ６０及びハブマーカ６１を部分的に取り囲むベース１０１のノッチからＯＳＳ針３２の回転パラメータＺＲＰを推定するための、本発明の針ブラケットベースの針位置合せ方法を表している。
具体的には、単一のＯＳＳ針３２について、フローチャート１５０の前の位置合せの前段階は、順次に、（１）針ブラケット１００によって支持された、ＯＳＳ針３２の先端チップのグリッド５０のチャネル５１内への／チャネル５１を通した挿入、（２）グリッド座標系５２内のチャネル５１の既知の位置の記録、及び（３）ＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状の再構成を含む。
位置合せの前段階の完了時に、フローチャート１７０の段階Ｓ１７２は、レール１０２Ｒ及び１０２Ｌの長さに対して深さ並進パラメータＺＴＰを決定するツール位置合せモジュール７７を包含する。段階Ｓ１７２の一実施形態では、深さ並進パラメータＺＴＰは、ＯＳＳ針３２の先端チップがグリッド５０と面一である場合に、レール１０２Ｒ及び１０２Ｌの長さに等しい。段階Ｓ１７２の第２の実施形態では、特にＯＳＳ針３２の先端チップがグリッドから離間している場合に、レール１０２Ｒ及び１０２Ｌに沿ったＯＳＳ針３２の距離を測定してもよい。
フローチャート１７０の段階Ｓ１７４は、レール１０２Ｒ及び１０２Ｌの長さに等しい深さ並進パラメータＺＴＰの関数として、ツール位置合せモジュール７７による、座標系２１、３３及び５２の位置合せを包含する。フローチャート１７０の段階Ｓ１７６は、超音波画像内の再構成されたセグメント形状のアイコン（例えば、図２に示されるようなアイコン７８）を表示する目的で、ツール位置合せモジュール７７による、画像座標系２１内のＯＳＳ針３２の再構成された形状の位置の記録を包含する。
フローチャート１７０の例示的な実装形態は、例えばグリッド５０等の既存の商用グリッドに針ブラケット１００を後付けすることを含む。針ブラケット１００のグリッド５０への取付けは、グリッド５０又は他の適切な取付け手段に取り付けるために磁気ノッチを使用してもよい。図示されるように、ハブ６０及びハブマーカ６１は、針ブラケット１００にぴったりと嵌り、それによりグリッド５０に対してロール回転パラメータＺＲＰを固定する。さらに、針ブラケット１００のベース１０１がグリッド５０から既知の深さにあるので、ＯＳＳ針３２は、ＯＳＳ針３２がベース１０１のノッチに配置されたときに、グリッド５０に、従って超音波画像に位置合わせされる。一実施形態では、ＯＳＳ針３２の解剖学的領域内への挿入深さは、ＯＳＳ針３２が解剖学的領域に入る際の温度変化によって決定される。既知の曲率特性は、当該技術分野で知られているように、この実施形態を強化することができる。オプションで、針ブラケット１００には、針ブラケット１００に沿った（すなわち、グリッドに対して垂直の）針の動きの、ベース１０１上の位置合せ点（ノッチ）に対する大きさを推定する相対位置エンコーダ（図示せず）が取り付けられている。
光ファイバー位置合せ
図１１を参照すると、この位置合せは、光ファイバー１１０を組み込み、光ファイバーの繋留位置に対するＯＳＳ針３２をグリッド５０に投影する。一般に、光ファイバー１１０は、グリッド５０（例えば、図示されるようにグリッド５０の左下隅）、及びハブ６０（例えば、図示されるように開いた面）に接続される。より具体的には、光ファイバー１１０は、光ファイバー１１０をグリッド座標系に、及びオプションで針座標系に位置合わせする態様で接続することができる（例えば、グリッド座標系及び針座標系の原点での又はその原点近くで接続される）。光ファイバー１１０の再構成された形状は、光ファイバー１１０の繋留位置に対するＯＳＳ針３２の再構成された形状をグリッド４０に投影することを容易にし、ＯＳＳ針３２の画像座標系２１への位置合わせを容易にする。
具体的には、単一のＯＳＳ針３２について、フローチャート１８０（図１２参照）の前の位置合せの前段階は、（１）ＯＳＳ針３２の先端チップ（図１２に先端セグメント３２Ｄ及び基端セグメント３２Ｐとして示される）のグリッド５０のチャネル５１内への／チャネル５１を通した挿入、（２）ＯＳＳ針３２の全体の形状の再構成を含む。
位置合せの前段階の完了時に、フローチャート１８０の段階Ｓ１８２は、光ファイバー１１０の全体の形状を再構成するツール位置合せモジュール７７を包含し、それにより光ファイバー１１０の繋留位置に対するＯＳＳ針３２の再構成された形状をグリッド５０の選択されたチャネルを通してグリッド５０に投影する。フローチャート１８０の段階Ｓ１８４は、ＯＳＳ針３２の投影され、再構成された形状の関数として、ツール位置合せモジュール７７による、座標系２１、３３及び５２の位置合せを包含する。フローチャート１８０の段階Ｓ１８６は、超音波画像内の再構成されたセグメント形状のアイコン（例えば、図２に示されるようなアイコン７８）を表示する目的で、ツール位置合せモジュール７７による、画像座標系２１内のＯＳＳ針３２の再構成された形状の位置の記録を包含する。
オプションで、プローブ２０には、光ファイバーを備え付けてもよく、プローブ２０は、光ファイバー（複数可）の形状の再構成に基づいて、グリッド５０に同様に位置合わせしてもよい。位置合せは、グリッド５０に対してプローブ２０の既知の位置で行うことができる。
位置合せ後
図３を再び参照すると、ツール位置合せモジュール７７の特定の実施形態によるフローチャート１３０が完了すると、位置合わせされたＯＳＳ針３３は、ツール位置合せモジュール７７又は位置合せコントローラ７４の追加の追跡モジュールによって追跡される。実際には、位置合わせされたＯＳＳ針３３の追跡は、当技術分野で知られている様々な追跡方法によって実施することができる。本明細書で既に説明したような針ブラケットの位置合せを伴う一実施形態では、ＯＳＳ針３２の解剖学的領域内への挿入深さは、ＯＳＳ針３２が解剖学的領域内に入る／解剖学的領域内でナビゲートされる際のＯＳＳ針３２に沿った温度変化によって決定される。より具体的には、図２に示されるように、解剖学的領域に当接するグリッドの配置は、ＯＳＳ針３２が解剖学的領域内に挿入される際のＯＳＳ針３２の再構成に沿った温度変化の検出に基づいて、針座標系２１のグリッド座標系５２に対する位置合せを容易にする。
また、実際には、介入処置の間に、必要に応じて又は所望に応じて、ＯＳＳ針３２を再位置合わせしてもよい。
図２〜図１２を参照すると、本発明の例示的な実施形態の説明から、当業者は、位置合せされたリアルタイム３Ｄ追跡及びグリッドベースの介入処置のための画像化を含むが、これらに限定されるものではない、本発明の介入システム及び方法の多数の利点を認識するだろう。
さらに、当業者であれば、本明細書で提供される教示を考慮して、本開示／本明細書で説明される及び／又は図１〜図１２に示される特徴、要素、構成要素が、特に本明細書で説明するコントローラのアプリケーションモジュールとして、電子部品／回路、ハードウェア、実行可能ソフトウェア、及び実行可能なファームウェアの様々な組合せで実装され、単一の要素又は複数の要素で組み合わせられる機能を提供する。例えば、図１〜図１２に示され／例示され／図示された様々な特徴、要素、構成要素等の機能は、専用のハードウェアだけでなく、適切なソフトウェアと関連するソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用によって提供することができる。プロセッサによって提供される場合に、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、又は複数の個別プロセッサによって提供することができ、それらプロセッサのうちのいくつかは、共有及び／又は多重化することができる。さらに、「プロセッサ」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ができるハードウェアを専ら指すものと解釈すべきではなく、暗黙的に、デジタル信号プロセッサ（DSP）ハードウェア、メモリ（例えば、ソフトウェアを記憶するための読出し専用メモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、不揮発性記憶装置等）、及びプロセスを実行及び／又は制御することができる（及び／又は構成可能である）（ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、回路、それらの組合せ等を含む）仮想手段及び／又は仮想マシンを含むが、これらに限定されるものではない。
さらに、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにその特定の例を記載する本明細書における全ての記述は、その構造的等価物及び機能的等価物の両方を包含するように意図されている。さらに、そのような等価物は、現在知られている均等物だけでなく、将来開発される等価物（例えば、構造に拘わらず、同じ又は実質的に同様の機能を果たすことができるように開発された任意の要素）の両方を含むことが意図される。従って、例えば、当業者であれば、本明細書に提供される教示に鑑みて、本明細書に提示されるブロック図が、本発明の原理を具体化する例示的なシステム要素及び／又は回路の概念図を表し得ることを理解するだろう。同様に、当業者であれば、本明細書に提供される教示に鑑みて、フローチャート、フロー図等が、コンピュータ可読記憶媒体に実質的に表され、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かに拘わらず、コンピュータ、プロセッサ、又は他の装置によって実行される様々なプロセスを表し得ることを理解するだろう。
さらに、本発明の例示的な実施形態は、例えば、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって又はそれらに関連して使用するためのプログラムコード及び／又は命令を提供するコンピュータ可用及び／又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品又はアプリケーションモジュールの形態を取ることができる。本開示によれば、コンピュータ可用又はコンピュータ可読記憶媒体は、例えば、命令実行システム、装置、又はデバイスによって又はそれらに関連して使用するためのプログラムを含む、記憶する、通信する、伝搬する、又は転送することができる任意の装置であり得る。そのような例示的な媒体は、例えば、電子媒体、磁気媒体、光媒体、電磁媒体、赤外線又は半導体システム（又は装置又はデバイス）、又は伝搬媒体であり得る。コンピュータ可読媒体の例には、例えば、半導体又は固体メモリ、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）、読出し専用メモリ（ROM）、フラッシュ（ドライブ）、磁気ディスク、光ディスク等が含まれる。現在の光ディスクの例には、コンパクト・ディスク−読出し専用メモリ（CD-ROM）、コンパクト・ディスク・リード／ライト（CD-R/W）、及びＤＶＤが含まれる。さらに、今後開発される新しいコンピュータ可読媒体は、本発明及び本開示の例示的な実施形態に従って使用又は参照されるコンピュータ可読媒体と見なすべきであることを理解されたい。
ＯＳＳツールの位置合せのための新規で特許性を有するシステム及び方法の好ましい及び例示的な実施形態を説明したが（これらの実施形態は例示であって、限定することを意図していない）、当業者であれば、図１〜図１２を含む本明細書に提供される教示に照らして、変更及び変形を行うことが可能であることに留意されたい。従って、本明細書に開示された実施形態の範囲内にある本開示の好ましい実施形態及び例示的な実施形態に変更を加えることができることを理解されたい。
さらに、本開示に従った装置を組み込んだ及び／又は実装する、又は装置において使用される／実装され得る対応するシステム及び／又は関連するシステムもまた、企図され、本発明の範囲内にあるとみなされることが企図される。さらに、本開示による装置及び／又はシステムを製造及び／又は使用するための対応する方法及び／又は関連する方法も、企図され、本発明の範囲内にあるとみなされる。
本発明は、概して、三次元（３Ｄ）超音波ボリュームに対する針の位置合せを含む超音波誘導介入（例えば、生検処置及び近接照射処置）に関する。具体的には、本発明は、光学式形状感知ツールを３次元超音波ボリュームに位置合わせすることに関する。
一般に、超音波誘導介入（例えば、経会陰生検(transperineal biopsy)、永久放射性シードインプラント等の内部放射線治療、一時的な間質性近接照射療法等）を促進するために介入ツール（複数可）を保持／案内し、必要に応じて並進／回転させるために、ステッパを利用する。
より具体的には、近接照射療法は、患者内の経直腸超音波(TRUS)プローブを保持し、且つ並進／回転させるステッパの使用を含む。ステッパは、患者の体内への針の挿入を案内するために、ＴＲＵＳプローブに対してグリッドを固定位置に保持するためにも使用される。
例えば、図１Ａは、グリッド５０を支持するフレーム４０と、ＴＲＵＳプローブ２０を保持するキャリッジ４１とを有するステッパを含む典型的な近接照射療法のセットアップを示す。近接照射療法の間に、グリッド５０は、患者の直腸に対して戦略的に位置付けされ、ステッパの歯車アセンブリ（図示せず）は、ＴＲＵＳプローブ２０を患者の直腸の内外に並進及び／又は回転させるために手動又は自動で操作される。一旦ＴＲＵＳプローブ２０が患者の直腸内に適切に位置付けされると、グリッド５０を使用して、１つ又は複数の針３０の標的解剖学的構造（例えば、前立腺）への挿入を案内し、患者の体中での放射線源（複数可）の埋め込みを容易にする。
近接照射療法の間に、グリッド５０の各チャンネル５１が、当技術分野で周知のように、ＴＲＵＳプローブ２０によって生成された３Ｄ超音波ボリュームに手術前に位置合わせされる。例えば、図１Ａに示されるように、グリッド５０の左下隅に設定された原点を有するグリッド５０のグリッド座標系５２は、ＴＲＵＳプローブ２０のトランスデューサアレイ（図示せず）によって設定された原点を有するＴＲＵＳプローブ２０の画像座標系２１に手術前に位置合わせされる。
近接照射療法の間も、３Ｄ超音波ボリューム内の針３０、特に針３０のチップを追跡する目的で、針３０をグリッド５０に位置合わせする必要がある。
具体的には、針３０の基端部にハブ６０が取り付けられ、針３０に対して、ハブ６０の基端側取付け点に原点を有する針座標系３１を確立する。６つの位置合せパラメータの推定値が針座標系３１をグリッド座標系５２に位置合わせするのを容易にするために必要とされる。６つの位置合せパラメータは、
（１）針３０がグリッド５０の中央チャネル内に挿入された状態の図１Ｂに最も良く示されるように、座標系３１及び５２のＸ軸同士の間の位置合せ距離を示す幅並進パラメータＸＴＰと、
（２）針３０がグリッド５０の中央チャネル内に挿入された状態の図１Ｂに最も良く示されるように、座標系３１及び５２のＹ軸同士の間の位置合せ距離を示す高さ並進パラメータＹＴＰと、
（３）図１Ａに最も良く示されるように、座標系３１及び５２のＺ軸同士の間の位置合せ距離を示す深さ並進パラメータＺＴＰと、
（４）針座標系３１のＸ軸に対する針３０の角度回転を示すピッチ回転パラメータＸＲＰ（図示せず）と、
（５）針座標系３１のＹ軸に対する針３０の角度回転を示すヨー回転パラメータＹＲＰ（図示せず）と、
（６）図１Ｂに最も良く示されるように、針座標系３１のＺ軸周りの針３０の角回転を示すロール回転パラメータＺＲＰと、を含む。
図１Ｂを参照すると、当技術分野で知られているように、幅並進パラメータＸＴＰ及び高さ並進パラメータＹＴＰの非ゼロ値は、グリッド座標系５２に対して針３０を案内するように選択されたチャネル５１の位置から推定することができる。また、ハブ６０が緩んでいる場合に、針３０は、グリッド５０の表面に対して垂直な、選択されたチャネル５１に出入りし、それにより、ピッチ回転パラメータＸＲＰ及びヨー回転パラメータＹＲＰについてゼロ値が推定される。しかしながら、深さ並進パラメータＺＴＰ及びロール回転パラメータＺＲＰの推定は、選択されたチャネル５１に基づいて同様に実現可能ではない。
当技術分野で知られているように、座標系２１及び５２が位置合せされる場合に、針座標系３１をグリッド座標系５２に位置合わせすることは、針座標系３１を画像座標系２１に位置合わせすることと等価である。こうして、針座標系３１を座標系２１及び５２に対して位置合わせするのを容易にするために、深さ並進パラメータＺＴＰ及びロール回転パラメータＺＲＰの推定値を提供する超音波感知技術及び電磁追跡技術が提案されている。このような技術は、３Ｄ超音波ボリュームにおける針３０のチップを追跡するのに有益であることが判明しているが、本発明は、代替的に、深さ並進パラメータＺＴＰ及びロール回転パラメータＺＲＰを推定する方法を提供し、それによって処置のために必要に応じて針３０のセグメント又は全体の形状を追跡する。
本発明の代替的な方法は、光学式形状感知（OSS）ツールを超音波誘導介入（例えば、ＯＳＳ針、カテーテル、及びガイドワイヤ）に組み込むことを前提としており、これにより、ツールのセグメント又は全体の追跡だけでなく深さ並進パラメータＺＴＰ及びロール回転パラメータＺＲＰを推定するための基準として、グリッドに対するＯＳＳツールのセグメント又は全体の形状のリアルタイム再構成が容易になり（例えば、ＯＳＳツールがグリッドのチャネル内に挿入／チャネルを通して挿入される）、それにより、画像座標系、グリッド座標系、及び針座標系を位置合わせする。
本発明の目的のために、「光学式形状感知（OSS）ツール」という用語は、本発明の前後に当該技術分野で知られている介入処置の管状本体の構造設計（例えば、針、カテーテル、及びガイドワイヤ）を広く包含し、これにより、光センサが管状本体内に埋め込まれる／管状本体に固定される。そのような光センサの例には、近接照射療法用針／生検針、カテーテル、又はガイドワイヤ内に埋め込まれた／ガイドワイヤに固定された光ファイバーのファイバーブラッグ格子が含まれるが、これに限定されるものではない。
本発明の第１の形態は、ＯＳＳツール（例えば、埋め込まれた光ファイバーを有する近接照射療法用針）、及びグリッド座標系に対して、ＯＳＳツールの解剖学的領域（例えば、頭蓋、胸部、乳房、腹部、陰部、恥骨等）内への挿入を案内する（例えば、手動誘導又はロボット誘導する）グリッドを使用する介入システムである。介入システムは、さらに、光学式形状感知ツール（３２）上の点に原点を有する針座標系に対してＯＳＳツールのセグメント又は全体の形状を再構成し、且つグリッドに対するＯＳＳツールのセグメント又は全体の再構成された形状に基づいて（すなわち、グリッド内に／グリッドを通して挿入されたＯＳＳツールのセグメント／全体の形状の再構成がグリッド／針座標系の位置合せの基準となる）、針座標系をグリッド座標系に位置合わせするための位置合せコントローラを使用する。
本発明の目的のために、用語「位置合せコントローラ」は、本明細書の以降に記載される本発明の様々な発明原理の適用を制御するためのコンピュータ又は他の命令実行装置／システム内に収容されるか又はそれにリンクされた特定用途向けメイン基板又は特定用途向け集積回路の全ての構造的構成を広く包含する。位置合せコントローラの構造的構成は、プロセッサ（複数可）、コンピュータ可用／コンピュータ可読記憶媒体（複数可）、オペレーティングシステム、周辺装置コントローラ（複数可）、スロット（複数可）及びポート（複数可）を含むことができるが、これらに限定されるものではない。コンピュータの例には、サーバコンピュータ、クライアントコンピュータ、ワークステーション、及びタブレットが含まれるが、これらに限定されるものではない。
本発明の第２の形態は、光学式形状感知ツール（３２）上の点に原点を有する針座標系に対してＯＳＳツールのセグメント又は全体の形状を再構成するための形状再構成モジュールと、グリッドに対するＯＳＳツールのセグメント又は全体の再構成された形状に基づいて（すなわち、グリッド内に／グリッドを通して挿入されたＯＳＳツールのセグメント／全体の形状の再構成が、グリッド／針座標系の位置合せの基準となる）、針座標系をグリッド座標系に位置合わせするツール位置合せモジュールとを含む再構成コントローラである。
本発明の目的のために、用語「モジュール」は、電子回路又は実行可能プログラム（例えば、実行可能なソフトウェア及び／又はファームウェア）から構成される位置合せコントローラのアプリケーション要素を広く包含する。
本発明の第３の形態は、グリッド座標系に対してＯＳＳツールをグリッドに挿入する（例えば、手動又はロボット挿入する）ことを含む介入方法であり、再構成コントローラは、光学式形状感知ツール（３２）上の点に原点を有する針座標系に対するＯＳＳツールのセグメント又は全体の形状を再構成し、再構成コントローラは、グリッドに対するＯＳＳ針のセグメント又は全体の再構築された形状に基づいて、針座標系をグリッド座標系に位置合わせする。
本発明の前述した形態及び他の形態、並びに本発明の様々な特徴及び利点は、本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明を添付の図面と併せて読むことによりさらに明らかになるだろう。詳細な説明及び図面は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の単なる例示であり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって規定される。
当技術分野で知られているような超音波プローブ、近接照射療法用針、ステッパ、及びグリッドから構成される例示的な近接照射療法のセットアップを示す。 当技術分野で知られているような超音波プローブ、近接照射療法用針、ステッパ、及びグリッドから構成される例示的な近接照射療法のセットアップを示す。 本発明による介入システムの例示的な実施形態を示す。 本発明による介入方法の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本発明による針位置合せ方法の第１の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本発明による超音波プローブ、光学式形状感知針、シードアプリケータ、ステッパ、及びグリッドから構成される近接照射療法のセットアップの例示的な実施形態を示す。 本発明による針位置合せ方法の第２の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本発明による超音波プローブ、光学式形状感知針、ステッパ、及び不規則なグリッドから構成される近接照射療法のセットアップの例示的な実施形態を示す。 本発明による針位置合せ方法の第３の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本発明による超音波プローブ、光学式形状感知針、針ブラケット、ステッパ、及びグリッドから構成される近接照射療法のセットアップの例示的な実施形態の側面図を示す。 本発明による超音波プローブ、光学式形状感知針、針ブラケット、ステッパ、及びグリッドから構成される近接照射療法のセットアップの例示的な実施形態の正面図を示す。 本発明による針位置合せ方法の第４の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本発明による超音波プローブ、光学式形状感知針、光ファイバー、ステッパ、及びグリッドから構成される近接照射療法のセットアップの例示的な実施形態を示す。 本発明による針位置合せ方法の第５の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。
本発明の理解を容易にするために、本発明の例示的な実施形態が本明細書に提供され、それら実施形態は、標準的な針（例えば、図１の針３０）を光学式形状感知（OSS）システムに置き換えるとともに、ＯＳＳ針３２をグリッド（例えば、図２のグリッド５０）及び超音波プローブ（例えば、図２のＴＵＲＳプローブ）に位置合わせするための位置合せコントローラ７４を提供するグリッドベース介入システムを対象とする。図２〜図１２に示されるような例示的な実施形態の説明から、当業者であれば、１つ又は複数のタイプのＯＳＳツール（例えば、針、カテーテル、ガイドワイヤ）及び１つ又は複数のタイプの超音波プローブ（例えば、ＴＲＵＳプローブ）を含むグリッドベースの介入処置（例えば、近接照射療法及び生検処置）内で本発明をどの様に実施及び使用するかを理解するだろう。
本発明の目的のために、当技術分野の「グリッド」、「ハブ」、「光ファイバー」、「シードアプリケータ（seed applicator）」、「撮像」、「再構成」、「位置合せ」、及び「座標系」を含むが、これらに限定されない、用語は、本発明の技術分野において知られているものと解釈すべきである。
図２を参照すると、ＯＳＳ針３２が、グリッド５０のチャネル５１内に挿入された状態で示されている。実際には、ＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状を再構成するのに適した任意の配置で、光センサ（図示せず）をＯＳＳ針３２内に埋め込む／ＯＳＳ針上に付着させてもよい。一実施形態では、各々がファイバーブラッグ格子を有する１つ又は複数の光ファイバーが、近接照射療法用針／生検針内に埋め込まれるか、又は付着される。
また、位置合せの目的で、ＯＳＳ針３２の先端チップをチャネル５１内に配置してもよく（図示せず）、又はＯＳＳ針３２の先端チップを図２に示されるようにチャネル５１を通して延してもよい。これにより、ＯＳＳ針３２の先端セグメント３２Ｄを解剖学的領域（例えば、前立腺）内に挿入することができ、及びＯＳＳ針３２の先端セグメント３２Ｄ及び基端セグメント３２Ｐのいずれか又は両方が、深さ並進パラメータＺＴＰ及びロール回転パラメータＺＲＰを推定するための基準として機能する。
針３０（図１）と同様に、ハブ６０が、ＯＳＳ針３２の基端部に取り付けられ、図２に示されるように、基端取付け点に原点を有する針座標系３３を確立する。あるいはまた、針座標系の原点は、例えば、ＯＳＳ針３２の先端チップ等の、本発明のＯＳＳ針に沿った他の点に設定してもよい。
オプションで、ハブマーカ６１をハブ６０に取り付けることにより、本明細書でこれ以降に説明するように、位置合せの目的のために、ＯＳＳ針３２を既知の向きでチャネル５１内に／チャネル５１を通して挿入するのを容易にすることができる。
位置合せマシン７０は、当技術分野で知られているように、モニタ７１、インターフェイス・プラットフォーム７２、及びワークステーション７３を使用する。
明確にするために図示されていないが、当業者は、超音波データ及び光学データをそれぞれ処理する目的で、ＴＲＵＳプローブ２０及びＯＳＳ針３２をワークステーション７３にどの様に結合するかを理解するだろう。
ワークステーション７３には、その内部に位置合せコントローラ７４が設置されている。
位置合せコントローラ７４は、ワークステーションのオペレータ（例えば、医者、技能者等）によってインターフェイス・プラットフォーム７２のキーボード、ボタン、ダイヤル、ジョイスティック等を介して指示されるような、モニタ７１上の様々なグラフィカルユーザインターフェイス、データ、及び画像を制御するための、及びインターフェイス・プラットフォーム７２のワークステーションのオペレータによってプログラムされ及び／又は指示されたデータを記憶／読み出すための、当技術分野で知られているオペレーティングシステム（図示せず）を含む及び／又はこのオペレーティングシステムによってアクセス可能である。
位置合せの目的で、位置合せコントローラ７４は、超音波撮像モジュール７５、形状再構成モジュール７６、及びツール位置合せモジュール７７を含むアプリケーションモジュールをさらに実行する。
超音波撮像モジュール７５は、位置合せコントローラ７４内に構造的に構成され、当技術分野で知られているように、ＴＲＵＳプローブ２０によって提供される超音波データから画像座標系２１に関する超音波画像を生成する。実際には、超音波データ／画像は、位置合せ目的に適した任意の形態（フォーム）を有してもよい。一実施形態では、超音波画像は、２次元（２Ｄ）平行スライスの再構成によって又は３Ｄプローブの使用によって生成される３Ｄ超音波ボリュームである。
形状再構成モジュール７６は、位置合せコントローラ７４内に構造的に構成され、当技術分野で知られているように、ＯＳＳ針３２によって提供される光学データから針座標系３３に関するＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状を再構成する。
ツール位置合せモジュール７７は、位置合せコントローラ７４内に構造的に構成され、本明細書でこれ以降に説明するように本発明に従って、針座標系３３を、手術前／手術中に位置合わせされたプローブ座標系２１及びグリッド座標系５２に位置合わせする。実際には、位置合せコントローラ７４は、当技術分野で知られているように、プローブ座標系２１及びグリッド座標系５２を手術前／手術中に位置合わせするための追加のモジュールを含んでもよい。
動作中に、位置合せコントローラ７４は、ツール位置合せモジュール７７の特定の実施形態に従って、位置合せマシン７０のオペレータによって指示される位置合せプロセスを制御する。この目的のために、図３は、ツール位置合せモジュール７７の任意の実施形態について位置合せコントローラ７４によって通常制御されるような、本発明の介入方法を表すフローチャート１３０を示す。
図３を参照すると、フローチャート１３０の位置合せの前段階Ｓ１３２は、幅並進パラメータＸＴＰ及び高さ並進パラメータＹＴＰの推定値を含む。実際には、この推定値は、位置合せ目的に適した任意の方法によって計算される。一実施形態では、幅並進パラメータＸＴＰ及び高さ並進パラメータＹＴＰは、グリッド座標系５２内の選択されたチャネル５１の既知の位置に基づいて手動で推定することができる。第２の実施形態では、幅並進パラメータＸＴＰ及び高さ並進パラメータＹＴＰは、グリッド５０内の又はグリッド５０の近くの（ＯＳＳ針３２の特定のチャネル５１内への／を通る通過を検出する）センサ（図示せず）の使用に基づいて自動的に推定することができる。あるいはまた、幅並進パラメータＸＴＰ及び高さ並進パラメータＹＴＰは、本明細書でこれ以降に説明するように、フローチャート１３０の位置合せ段階１３４中に推定してもよい。
実際には、ツール位置合せモジュール７７によって、２つ以上のＯＳＳ針３２を順次に又は同時に位置合わせすることができる。このように、フローチャート１３０の位置合せの前段階Ｓ１３２は、１つ又は複数のＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状の再構成をさらに包含する。
フローチャート１３０の位置合せの前段階Ｓ１３２は、ツール位置合せモジュール７７の実施形態に依存して、１つ又は複数の超音波画像の取得をオプションで包含する。実際には、各超音波画像は、１つ又は複数のＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状の再構成に関連付けられる。
段階Ｓ１３２の完了時に又は段階Ｓ１３２の間に、フローチャート１３０の位置合せ段階Ｓ１３４は、ツール位置合せモジュール７７による深さ並進パラメータＺＴＰの直接的又は間接的な推定、及び／又はツール位置合せモジュール７７によるロール回転パラメータＺＲＰの直接的又は間接的な推定を必要に応じて包含する。位置合せ段階Ｓ１３４の理解を容易にするために、ここでは、ツール位置合せモジュール７７の様々な実施形態を、図４〜図１２に示されるように本明細書で説明する。
画像ベースの位置合せ
図４を参照すると、フローチャート１４０は、超音波画像内の１つ又は複数のＯＳＳ針３２の再構成されたセグメント形状の検出からＯＳＳ針３２の深さ並進パラメータＺＴＰ及びロール回転パラメータＺＲＰを推定するための、本発明の画像ベースの針位置合せ方法を表す。
具体的には、単一のＯＳＳ針３２について、フローチャート１４０の前の位置合せの前段階Ｓ１３２（図３参照）は、順次に、（１）ＯＳＳ針３２の先端チップのグリッド５０のチャネル５１内への／チャネル５１を通して解剖学的領域内への現実の又は仮想の挿入、（２）グリッド座標系５２内のチャネル５１の既知の位置の記録、（３）ＯＳＳ針３２の全体形状の再構成、及び（４）解剖学的領域内でのＯＳＳ針３２のセグメントの超音波画像の取得を含む。
位置合せの前段階Ｓ１３２が完了すると、フローチャート１４０の段階Ｓ１４２は、ツール位置合せモジュール７７による、超音波画像内のＯＳＳ針３２の再構成されたセグメントの検出を包含する。フローチャート１４０の段階Ｓ１４４は、超音波画像内で検出された、ＯＳＳ針３２の再構成されたセグメントの関数として、ツール位置合せモジュール７７による、座標系２１、３３及び５２の位置合せを包含し、フローチャート１４０の段階Ｓ１４６は、超音波画像内の再構成されたセグメント形状のアイコン（例えば、図２に示されるアイコン７８）を表示する目的で、ツール位置合せモジュール７７による、画像座標系２１内のＯＳＳ針３２の再構成された形状の位置の記録を包含する。
フローチャート１４０の例示的な実装形態は、超音波画像内の針状構造を同定してセグメント化するための既知の技術を実行するツール位置合せモジュール７７を含む。この目的のために、グリッド座標系５２内のチャネル５１の既知の位置を使用して、超音波画像の処理される領域を限定してもよい。一実施形態では、ＯＳＳ針３２の同定された針セグメント（複数可）の一致する曲率（curvature）又は形状、及び再構成された全体形状を使用して、超音波画像内の再構成されたセグメント形状を検出することができる。第２の実施形態では、位置合せパラメータは、超音波画像において同定され、セグメント化された構造（複数可）と再構成されたセグメント形状との間の重なりを最大化するように最適化してもよい。また、２つの実施形態を組み合わせてもよい。
位置合せの前段階Ｓ１３２及びフローチャート１４０が、各ＯＳＳ針３２について繰り返される。フローチャート１４０の終了時に、超音波画像を用いたＯＳＳ針３２のセグメントの追跡は、永久的なＬＤＲシード埋込み、ＨＤＲ近接照射療法（一時的な放射性源挿入）、経会陰生検、焼灼、及び凍結療法を含むが、これに限定されるものではない、適用可能な介入処置の実行を容易にする。例えば、永久ＬＤＲシード埋込みでは、解剖学的領域内の各シード位置は、超音波座標系２１内のＯＳＳ針（複数可）３２の記録された形状位置から計画することができる。
シードアプリケータ（Seed Applicator）位置合せ
図５を参照すると、この位置合せは、当技術分野で知られているように、シード（図示せず）を解剖学的領域（図示せず）に送達するためのシードアプリケータ８０（例えば、近接照射療法用シードを前立腺に送達させるMick（登録商標）アプリケータ）を組み込む。一般に、当技術分野と同様に、本発明のＯＳＳ針３２に適用される際に、各ＯＳＳ針は、超音波誘導の下でグリッド５０のチャネル５１を通して挿入され、それによって先端セグメント３２Ｄが解剖学的領域内に延びる。シードの送達を容易にするために、シードアプリケータ８０がその後ハブ６０に取り付けられ、ガイドリング８１がＯＳＳ針３２の基端セグメント３２Ｐ上でグリッド５０に延ばされる。この位置合せの実施形態では、針３２の先端チップに設定された針座標系の原点は、好ましくは、各シード落下位置の原点と一致させる。
図６を参照すると、フローチャート１５０は、シードアプリケータ８０がグリッド５０に隣接してガイドリング８１に取り付けられた際に、ハブ６０からの距離の測定値により深さ並進パラメータＺＴＰを推定するとともに、シードアプリケータ８０に対するハブ６１の位置付け（例えば、ハブ６０が下を向いている）からＯＳＳ針３２の回転パラメータＺＲＰを推定するための、本発明のシードアプリケータベースの針位置合せ方法を表す。
具体的には、単一のＯＳＳ針３２について、フローチャート１５０の前の位置合せの前段階Ｓ１３２（図３参照）は、順次に、（１）ＯＳＳ針３２の先端チップをグリッド５０のチャネル５１内に／チャネル５１を通して挿入することによって、先端セグメント３２Ｄが解剖学的領域内に現実に又は仮想的に延びること、（２）グリッド座標系５２内のチャネル５１の既知の位置を記録することを含む。単一のＯＳＳ針３２によって送達される各シードについて、位置合せの前段階Ｓ１３２は、ＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状の再構成を含む。
位置合せの前段階Ｓ１３２（図３参照）の完了時に、フローチャート１５０の段階Ｓ１５２は、シードアプリケータ８０がグリッド５０に隣接してガイドリング８１に取り付けられた際に、ハブ６０からの距離の測定を包含する。フローチャート１５０の段階Ｓ１５４は、シードアプリケータ８０がグリッド５０に隣接してガイドリング８１に取り付けられた際に、ハブ６０から測定された距離の関数として、ツール位置合せモジュール７７による座標系２１、３３及び５２の位置合せを包含し、フローチャート１５０の段階Ｓ１５６は、超音波画像内に再構成されたセグメント形状のアイコン（例えば、図２に示されるようなアイコン７８）を表示する目的で、ツール位置合せモジュール７７による画像座標系２１内のＯＳＳ針３２の再構成形状の位置の記録を包含する。
フローチャート１５０の例示的な実装形態では、（１）近接照射療法用シードをＯＳＳ針３２内に１つずつ装填し、（２）ＯＳＳ針３２からシードを押し出し、及び（３）ＯＳＳ針を所定の距離だけ後退させるために使用されるシードアプリケータ８０を含む。シードが解剖学的領域に落下されると、シード落下の各位置がツール位置合せモジュール７７によって記録され、治療計画を更新するために使用される。より具体的には、最初に、ＯＳＳ針３２が、ハブマーカ６１が下に向いた状態で所望の深さに挿入される。シードアプリケータ８０はハブ６０を把持し、ガイドリング８１はグリッド５０に前進する。この時点で、グリッドの孔位置、ハブマーカの向き（下向き）、及びハブ６０からグリッド５０までの距離を処理して、ＯＳＳ針３２をグリッド５０に、従って超音波ボリュームに位置合わせする。シードをＯＳＳ針３２内に装填するために、シードアプリケータ８０のオブチュレータ（obturator）（図示せず）を後退させる。次に、オブチュレータが押されてシードを解剖学的領域内に落下させる。オブチュレータがその端部まで到達すると、グリッド５０までのハブの距離を用いて、針チップ及びシード落下の位置を特定することができる。この距離は、シードアプリケータ８０にセンサを装備することによって、手動又は自動で測定される。このプロセスは、全てのシードが配置されるまで繰り返される。従って、ＯＳＳ針３２内の全てのシードの位置が推定され、必要に応じて計画更新に使用される。
不規則なグリッドの位置合せ
図７を参照すると、この位置合せは、規則的なグリッド５０（図１参照）とは対照的に、不規則なグリッド９０を組み込む。より具体的には、本発明の目的のために、「不規則なグリッド」という用語は、２つ以上のチャネルの間で所定の不均一な形状を有するグリッドを広く包含し、不完全な場合に、全てのチャンネルの間で実質的に均一な形状を有する（これは位置合せ目的のためにチャネルを区別するのを妨げる）のとは対照的に、位置合せ目的のためのチャネルの区別をする。例えば、不規則なグリッド９０は、図示されるようにチャネル９１〜９５間で不均一な形状を有しており、それにより位置合せの目的でチャネル９１〜９５を区別する。この例では、チャネルのＳ字曲線の共通の上向き点は９１〜９５であり、これら点９１〜９５は、下の行に行くにつれて基端方向にオフセットされる。
実際には、１つ又は複数のグリッドチャネルの形状は、本明細書でこれ以降に説明するように、固有の形状（複数可）に基づいてグリッド座標系内でのそれらグリッドチャネル（複数可）の決定を容易にするために一意であってもよい。
また実際には、本発明の不規則なグリッドは、標準的な製造方法に従って製造してもよく、又は１つ又は複数のグリッドチャネルを固有の形状内に延ばす標準的なグリッド上のアタッチメント（例えば、図１に示されるグリッド５０の前面又は背面へのアタッチメント）として製造してもよい。
図８を参照すると、フローチャート１６０は、不規則なグリッド９０の各チャネル（チャネル９１〜９５のみが示されている）の独特の形状からＯＳＳ針３２の深さ並進パラメータＺＴＰ及び回転パラメータＺＲＰを推定するための、本発明の不規則なグリッドベースの針位置合せ方法を表している。
具体的には、単一のＯＳＳ針３２について、フローチャート１６０の前の位置合せの前段階Ｓ１３２（図３参照）は、順次に、（１）ＯＳＳ針３２の先端チップの不規則なグリッド９０内への／グリッド９０を通した挿入、及び（２）ＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状の再構成を含む。
位置合せの前段階Ｓ１３２の完了時に、フローチャート１６０の段階Ｓ１６２は、適切なチャネルの同定のために、ツール位置合せモジュール７７による、ＯＳＳ針３２の再構成された形状の曲率プロットの、不規則的なグリッド９０の各チャネルのテンプレート曲率に対する相関付けを包含する。フローチャート１６０の段階Ｓ１６４は、同定されたチャネルのテンプレート曲率に対するＯＳＳ針３２の基端セグメント３２Ｐの測定を包含する。フローチャート１６０の段階Ｓ１６６は、ツール位置合せモジュール７７による、同定されたチャネルのテンプレート曲率に対するＯＳＳ針３２の測定された基端セグメント３２Ｐの関数として、座標系２１、３３及び５２の位置合せを包含する。フローチャート１６０の段階Ｓ１６８は、超音波画像内の再構成されたセグメント形状のアイコン（例えば、図２に示されるようなアイコン７８）を表示する目的で、ツール位置合せモジュール７７による、画像座標系２１内のＯＳＳ針３２の再構成された形状の位置の記録を包含する。
フローチャート１５０の例示的な実施形態は、ＯＳＳ針３２の通過を可能にする緩やかな曲率のみを有する不規則的なグリッド９０のチャネルの各形状を含む。各チャネル形状は、固有であってもよく、それによりチャネルは、各チャネル形状の曲率を解析することによって同定され、全ての並進パラメータを決定することができる。オプションで、チャネル形状を繰り返してもよく、ユーザは、どのグリッド孔が使用されているかを同定し、それによって並進パラメータＸＴＰ及びＹＴＰが分かる。同定されたチャネル形状における不均一性の位置は、深さ並進パラメータＺＴＰの推定値を提供する。チャネル形状の曲率は、ロール回転パラメータＺＲＰの推定値も提供する。光学式形状感知システムの原点は、針のハブ（又はハンドル）にある。こうして、針をグリッド９０に、従って超音波画像に位置合わせすることができる。曲率相関についてより具体的には、固有の曲率が、好ましくは、ＯＳＳ針３２の再構成された形状に沿って３つの異なる点で視覚化される。この曲率は、特定のチャネルのテンプレート形状内に配置されたＯＳＳ針３２の一部を同定するために、テンプレート曲率と一致するパターンを使用して一意に同定される。
針ブラケットの位置合せ
図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、この位置合せは、ＯＳＳ針３２をグリッド５０のチャネル５１のうちの１つに挿入するのを支持する針ブラケット１００を組み込む。一般に、針ブラケット１００は、ハブ６０及びハブマーカ６１を部分的に取り囲むベース１０１と、針ブラケット１００をグリッド５０の選択されたチャネル５１に隣接してグリッド５０に取り付ける一対のレール１０２Ｒ及び１０２Ｌとを含む。
図１０を参照すると、フローチャート１７０は、レール１０２Ｒ及び１０２Ｌの長さから深さ並進パラメータＺＴＰを推定するとともに、ベース１０１によってハブ６０及びハブマーカ６１を部分的に取り囲むベース１０１のノッチからＯＳＳ針３２の回転パラメータＺＲＰを推定するための、本発明の針ブラケットベースの針位置合せ方法を表している。
具体的には、単一のＯＳＳ針３２について、フローチャート１５０の前の位置合せの前段階Ｓ１３２（図３参照）は、順次に、（１）針ブラケット１００によって支持された、ＯＳＳ針３２の先端チップのグリッド５０のチャネル５１内への／チャネル５１を通した挿入、（２）グリッド座標系５２内のチャネル５１の既知の位置の記録、及び（３）ＯＳＳ針３２のセグメント／全体の形状の再構成を含む。
位置合せの前段階Ｓ１３２の完了時に、フローチャート１７０の段階Ｓ１７２は、レール１０２Ｒ及び１０２Ｌの長さに対して深さ並進パラメータＺＴＰを決定するツール位置合せモジュール７７を包含する。段階Ｓ１７２の一実施形態では、深さ並進パラメータＺＴＰは、ＯＳＳ針３２の先端チップがグリッド５０と面一である場合に、レール１０２Ｒ及び１０２Ｌの長さに等しい。段階Ｓ１７２の第２の実施形態では、特にＯＳＳ針３２の先端チップがグリッドから離間している場合に、レール１０２Ｒ及び１０２Ｌに沿ったＯＳＳ針３２の距離を測定してもよい。
フローチャート１７０の段階Ｓ１７４は、レール１０２Ｒ及び１０２Ｌの長さに等しい深さ並進パラメータＺＴＰの関数として、ツール位置合せモジュール７７による、座標系２１、３３及び５２の位置合せを包含する。フローチャート１７０の段階Ｓ１７６は、超音波画像内の再構成されたセグメント形状のアイコン（例えば、図２に示されるようなアイコン７８）を表示する目的で、ツール位置合せモジュール７７による、画像座標系２１内のＯＳＳ針３２の再構成された形状の位置の記録を包含する。
フローチャート１７０の例示的な実装形態は、例えばグリッド５０等の既存の商用グリッドに針ブラケット１００を後付けすることを含む。針ブラケット１００のグリッド５０への取付けは、グリッド５０又は他の適切な取付け手段に取り付けるために磁気ノッチを使用してもよい。図示されるように、ハブ６０及びハブマーカ６１は、針ブラケット１００にぴったりと嵌り、それによりグリッド５０に対してロール回転パラメータＺＲＰを固定する。さらに、針ブラケット１００のベース１０１がグリッド５０から既知の深さにあるので、ＯＳＳ針３２は、ＯＳＳ針３２がベース１０１のノッチに配置されたときに、グリッド５０に、従って超音波画像に位置合わせされる。一実施形態では、ＯＳＳ針３２の解剖学的領域内への挿入深さは、ＯＳＳ針３２が解剖学的領域に入る際の温度変化によって決定される。既知の曲率特性は、当該技術分野で知られているように、この実施形態を強化することができる。オプションで、針ブラケット１００には、針ブラケット１００に沿った（すなわち、グリッドに対して垂直の）針の動きの、ベース１０１上の位置合せ点（ノッチ）に対する大きさを推定する相対位置エンコーダ（図示せず）が取り付けられている。
光ファイバー位置合せ
図１１を参照すると、この位置合せは、光ファイバー１１０を組み込み、光ファイバーの繋留位置に対するＯＳＳ針３２をグリッド５０に投影する。一般に、光ファイバー１１０は、グリッド５０（例えば、図示されるようにグリッド５０の左下隅）、及びハブ６０（例えば、図示されるように開いた面）に接続される。より具体的には、光ファイバー１１０は、光ファイバー１１０をグリッド座標系に、及びオプションで針座標系に位置合わせする態様で接続することができる（例えば、グリッド座標系及び針座標系の原点での又はその原点近くで接続される）。光ファイバー１１０の再構成された形状は、光ファイバー１１０の繋留位置に対するＯＳＳ針３２の再構成された形状をグリッド４０に投影することを容易にし、ＯＳＳ針３２の画像座標系２１への位置合わせを容易にする。
具体的には、単一のＯＳＳ針３２について、フローチャート１８０（図１２参照）の前の位置合せの前段階Ｓ１３２（図３参照）は、（１）ＯＳＳ針３２の先端チップ（図１１に先端セグメント３２Ｄ及び基端セグメント３２Ｐとして示される）のグリッド５０のチャネル５１内への／チャネル５１を通した挿入、（２）ＯＳＳ針３２の全体の形状の再構成を含む。
位置合せの前段階Ｓ１３２の完了時に、フローチャート１８０の段階Ｓ１８２は、光ファイバー１１０の全体の形状を再構成するツール位置合せモジュール７７を包含し、それにより光ファイバー１１０の繋留位置に対するＯＳＳ針３２の再構成された形状をグリッド５０の選択されたチャネルを通してグリッド５０に投影する。フローチャート１８０の段階Ｓ１８４は、ＯＳＳ針３２の投影され、再構成された形状の関数として、ツール位置合せモジュール７７による、座標系２１、３３及び５２の位置合せを包含する。フローチャート１８０の段階Ｓ１８６は、超音波画像内の再構成されたセグメント形状のアイコン（例えば、図２に示されるようなアイコン７８）を表示する目的で、ツール位置合せモジュール７７による、画像座標系２１内のＯＳＳ針３２の再構成された形状の位置の記録を包含する。
オプションで、プローブ２０には、光ファイバーを備え付けてもよく、プローブ２０は、光ファイバー（複数可）の形状の再構成に基づいて、グリッド５０に同様に位置合わせしてもよい。位置合せは、グリッド５０に対してプローブ２０の既知の位置で行うことができる。
位置合せ後
図３を再び参照すると、ツール位置合せモジュール７７の特定の実施形態によるフローチャート１３０が完了すると、位置合わせされたＯＳＳ針３３は、ツール位置合せモジュール７７又は位置合せコントローラ７４の追加の追跡モジュールによって追跡される。実際には、位置合わせされたＯＳＳ針３３の追跡は、当技術分野で知られている様々な追跡方法によって実施することができる。本明細書で既に説明したような針ブラケットの位置合せを伴う一実施形態では、ＯＳＳ針３２の解剖学的領域内への挿入深さは、ＯＳＳ針３２が解剖学的領域内に入る／解剖学的領域内でナビゲートされる際のＯＳＳ針３２に沿った温度変化によって決定される。より具体的には、図２に示されるように、解剖学的領域に当接するグリッドの配置は、ＯＳＳ針３２が解剖学的領域内に挿入される際のＯＳＳ針３２の再構成に沿った温度変化の検出に基づいて、針座標系２１のグリッド座標系５２に対する位置合せを容易にする。
また、実際には、介入処置の間に、必要に応じて又は所望に応じて、ＯＳＳ針３２を再位置合わせしてもよい。
図２〜図１２を参照すると、本発明の例示的な実施形態の説明から、当業者は、位置合せされたリアルタイム３Ｄ追跡及びグリッドベースの介入処置のための画像化を含むが、これらに限定されるものではない、本発明の介入システム及び方法の多数の利点を認識するだろう。
さらに、当業者であれば、本明細書で提供される教示を考慮して、本開示／本明細書で説明される及び／又は図１〜図１２に示される特徴、要素、構成要素が、特に本明細書で説明するコントローラのアプリケーションモジュールとして、電子部品／回路、ハードウェア、実行可能ソフトウェア、及び実行可能なファームウェアの様々な組合せで実装され、単一の要素又は複数の要素で組み合わせられる機能を提供する。例えば、図１〜図１２に示され／例示され／図示された様々な特徴、要素、構成要素等の機能は、専用のハードウェアだけでなく、適切なソフトウェアと関連するソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用によって提供することができる。プロセッサによって提供される場合に、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、又は複数の個別プロセッサによって提供することができ、それらプロセッサのうちのいくつかは、共有及び／又は多重化することができる。さらに、「プロセッサ」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ができるハードウェアを専ら指すものと解釈すべきではなく、暗黙的に、デジタル信号プロセッサ（DSP）ハードウェア、メモリ（例えば、ソフトウェアを記憶するための読出し専用メモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、不揮発性記憶装置等）、及びプロセスを実行及び／又は制御することができる（及び／又は構成可能である）（ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、回路、それらの組合せ等を含む）仮想手段及び／又は仮想マシンを含むが、これらに限定されるものではない。
さらに、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにその特定の例を記載する本明細書における全ての記述は、その構造的等価物及び機能的等価物の両方を包含するように意図されている。さらに、そのような等価物は、現在知られている均等物だけでなく、将来開発される等価物（例えば、構造に拘わらず、同じ又は実質的に同様の機能を果たすことができるように開発された任意の要素）の両方を含むことが意図される。従って、例えば、当業者であれば、本明細書に提供される教示に鑑みて、本明細書に提示されるブロック図が、本発明の原理を具体化する例示的なシステム要素及び／又は回路の概念図を表し得ることを理解するだろう。同様に、当業者であれば、本明細書に提供される教示に鑑みて、フローチャート、フロー図等が、コンピュータ可読記憶媒体に実質的に表され、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かに拘わらず、コンピュータ、プロセッサ、又は他の装置によって実行される様々なプロセスを表し得ることを理解するだろう。
さらに、本発明の例示的な実施形態は、例えば、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって又はそれらに関連して使用するためのプログラムコード及び／又は命令を提供するコンピュータ可用及び／又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品又はアプリケーションモジュールの形態を取ることができる。本開示によれば、コンピュータ可用又はコンピュータ可読記憶媒体は、例えば、命令実行システム、装置、又はデバイスによって又はそれらに関連して使用するためのプログラムを含む、記憶する、通信する、伝搬する、又は転送することができる任意の装置であり得る。そのような例示的な媒体は、例えば、電子媒体、磁気媒体、光媒体、電磁媒体、赤外線又は半導体システム（又は装置又はデバイス）、又は伝搬媒体であり得る。コンピュータ可読媒体の例には、例えば、半導体又は固体メモリ、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）、読出し専用メモリ（ROM）、フラッシュ（ドライブ）、磁気ディスク、光ディスク等が含まれる。現在の光ディスクの例には、コンパクト・ディスク−読出し専用メモリ（CD-ROM）、コンパクト・ディスク・リード／ライト（CD-R/W）、及びＤＶＤが含まれる。さらに、今後開発される新しいコンピュータ可読媒体は、本発明及び本開示の例示的な実施形態に従って使用又は参照されるコンピュータ可読媒体と見なすべきであることを理解されたい。
ＯＳＳツールの位置合せのための新規で特許性を有するシステム及び方法の好ましい及び例示的な実施形態を説明したが（これらの実施形態は例示であって、限定することを意図していない）、当業者であれば、図１〜図１２を含む本明細書に提供される教示に照らして、変更及び変形を行うことが可能であることに留意されたい。従って、本明細書に開示された実施形態の範囲内にある本開示の好ましい実施形態及び例示的な実施形態に変更を加えることができることを理解されたい。
さらに、本開示に従った装置を組み込んだ及び／又は実装する、又は装置において使用される／実装され得る対応するシステム及び／又は関連するシステムもまた、企図され、本発明の範囲内にあるとみなされることが企図される。さらに、本開示による装置及び／又はシステムを製造及び／又は使用するための対応する方法及び／又は関連する方法も、企図され、本発明の範囲内にあるとみなされる。

Claims (20)

  1. 介入システムであって、当該介入システムは、
    光学式形状感知ツールと、
    該光学式形状感知ツールの解剖学的領域内への挿入をグリッド座標系に対して案内するように動作可能なグリッドと、
    位置合せコントローラと、を有しており、
    該位置合せコントローラは、前記光学式形状感知ツールと通信して、前記光学式形状感知ツールの少なくともセグメントの形状を針座標系に対して再構成するように動作可能であり、
    前記位置合せコントローラは、前記グリッドに対する前記光学式形状感知ツールの少なくとも前記セグメントの再構成された形状に基づいて、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするようにさらに動作可能である、
    介入システム。
  2. 超音波プローブをさらに有しており、
    前記位置合せコントローラは、前記超音波プローブと通信して、前記グリッド座標系に位置合わせされた画像座標系に対する前記解剖学的領域の超音波画像を生成するようにさらに動作可能であり、
    前記位置合せコントローラは、前記超音波画像内の前記光学式形状感知ツールの再構成されたセグメント形状の検出の関数として、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするようにさらに動作可能である、請求項１に記載の介入システム。
  3. 前記位置合せコントローラは、前記超音波画像上に重ねて表示するための、前記光学式形状感知ツールの前記再構成されたセグメント形状のアイコンを生成するようにさらに動作可能である、請求項２に記載の介入システム。
  4. 前記超音波プローブに接続された光ファイバーをさらに有しており、
    前記位置合せコントローラは、前記光ファイバーと通信して、前記画像座標系の原点に対する前記グリッド上の繋留位置を示す、前記光ファイバーの再構成された形状の関数として、前記画像座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするようにさらに動作可能である、請求項２に記載の介入システム。
  5. 前記グリッドと前記針座標系の原点との間の距離を測定するために前記光学式形状感知ツールに取り付けられたシードアプリケータ(seed applicator)をさらに有しており、
    前記位置合せコントローラは、前記シードアプリケータを介した前記グリッドと前記針座標系の原点との間の前記距離の測定値の関数として、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするようにさらに動作可能である、請求項１に記載の介入システム。
  6. 前記グリッドは、前記グリッド座標系に対する前記光学式形状感知ツールの前記解剖学的領域への挿入のための、不均一な形状の少なくとも１つの不規則なチャネルを含み、
    前記位置合せコントローラは、不均一な形状を有する前記グリッドの各不規則チャネルについて前記光学式形状感知ツールの再構成されたセグメントのテンプレート曲率に対する相関の関数として、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするようにさらに動作可能である、請求項１に記載の介入システム。
  7. 前記グリッドと前記針座標系の原点との間の距離を測定するために前記光学式形状感知ツールを支持する針ブラケットをさらに有しており、
    前記位置合せコントローラは、前記針ブラケットを介した前記グリッドと前記針座標系の原点との間の距離の測定値の関数として、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするようにさらに動作可能である、請求項１に記載の介入システム。
  8. 前記グリッド及び前記光学式形状感知ツールに接続される光ファイバーをさらに有しており、
    前記位置合せコントローラは、前記光ファイバーと通信して、前記針座標系の原点に対する前記グリッド上の繋留位置を示す前記光ファイバーの再構成された形状の関数として、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするようにさらに動作可能である、請求項１に記載の介入システム。
  9. 前記位置合せコントローラは、前記光学式形状感知ツールと通信して、前記光学式形状感知ツールに沿った温度変化を検出するようにさらに動作可能であり、
    前記位置合せコントローラは、前記光学式形状感知ツールに沿って検出された温度変化に基づいて、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするようにさらに動作可能である、請求項１に記載の介入システム。
  10. グリッド座標系に対する光学式形状感知ツールの解剖学的領域への挿入を案内するためのグリッドに前記光学式形状感知ツールを位置合わせするための位置合せコントローラであって、当該位置合せコントローラは、
    前記光学式形状感知ツールと通信して、針座標系に対して前記光学式形状感知ツールの形状を再構成するように動作可能な形状再構成モジュールと、
    該形状再構成モジュールと通信して、前記グリッドに対する光学式形状感知ツールの再構成された形状に基づいて、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするように動作可能なツール位置合せモジュールと、を有する、
    位置合せコントローラ。
  11. 前記ツール位置合せモジュールは、超音波撮像モジュールと通信して、前記グリッド座標系に位置合わせされた画像座標系に対する、前記解剖学的領域の超音波画像内の前記光学式形状感知ツールの再構成されたセグメント形状の検出の関数として、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするように動作可能である、請求項１０に記載の位置合せコントローラ。
  12. 前記ツール位置合せモジュールは、前記グリッドと前記針座標系の原点との間の距離の測定値の関数として、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするようにさらに動作可能である、請求項１０に記載の位置合せコントローラ。
  13. 前記グリッドは、前記グリッド座標系に対する前記光学式形状感知ツールの前記解剖学的領域への挿入のための、不均一な形状の少なくとも１つの不規則なチャネルを含み、
    前記ツール位置合せモジュールは、不均一な形状を有する前記グリッドの各不規則チャネルについて前記光学式形状感知ツールの再構成されたセグメントのテンプレート曲率に対する相関の関数として、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするようにさらに動作可能である、請求項１０に記載の位置合せコントローラ。
  14. 前記ツール位置合せモジュールは、画像座標系の原点に対する前記グリッド上の繋留位置を示す光ファイバーの再構成された形状の関数として、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするようにさらに動作可能である、請求項１０に記載の位置合せコントローラ。
  15. 前記形状再構成モジュールは、前記光学式形状感知ツールと通信して、前記光学式形状感知ツールに沿った温度変化を検出するようにさらに動作可能であり、
    前記ツール位置合せモジュールは、超音波撮像モジュールと通信して、前記光学式形状感知ツールに沿って検出された温度変化に基づいて、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせするようにさらに動作可能である、請求項１０に記載の位置合せコントローラ。
  16. 介入方法であって、当該介入方法は、
    グリッド座標系に対するグリッド内に又は該グリッドを通して光学式形状感知ツールを挿入することと、
    再構成コントローラによって、針座標系に対する前記光学式形状感知ツールの形状を再構成することと、を含み、
    前記再構成コントローラは、前記グリッドに対する前記光学式形状感知ツールの再構成された形状に基づいて、前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせする、
    介入方法。
  17. 前記再構成コントローラは、前記グリッド座標系に位置合わせされた画像座標系に対する解剖学的領域の超音波画像を生成し、
    前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせすることは、前記超音波画像内の前記光学式形状感知ツールの再構成されたセグメント形状の検出の関数である、請求項１６に記載の介入方法。
  18. 前記グリッドと前記針座標系の原点との間の距離を測定することをさらに含み、
    前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせすることは、前記グリッドと前記針座標系の原点との間の距離の測定値の関数である、請求項１６に記載の介入方法。
  19. 前記グリッドは、不均一な形状の少なくとも１つの不規則なチャネルを含み、
    前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせすることは、各不規則チャネルについて、前記光学式形状感知ツールの前記再構成されたセグメントのテンプレート曲率に対する相関の関数である、請求項１６に記載の介入方法。
  20. 前記再構成コントローラは、前記グリッド及び前記光学式形状感知ツールに接続された光ファイバーの形状を再構成し、
    前記針座標系を前記グリッド座標系に位置合わせすることは、画像座標系の原点に対する前記グリッド上の繋留位置を示す前記光ファイバーの前記再構成された形状の関数である、請求項１６に記載の介入方法。
JP2017528814A 2014-12-01 2015-11-30 光学式形状感知ツールの位置合せ Active JP6841757B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462085668P 2014-12-01 2014-12-01
US62/085,668 2014-12-01
PCT/IB2015/059205 WO2016088013A1 (en) 2014-12-01 2015-11-30 Registration of optical shape sensing tool

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017535377A true JP2017535377A (ja) 2017-11-30
JP6841757B2 JP6841757B2 (ja) 2021-03-10

Family

ID=54838385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017528814A Active JP6841757B2 (ja) 2014-12-01 2015-11-30 光学式形状感知ツールの位置合せ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11259774B2 (ja)
EP (1) EP3226785A1 (ja)
JP (1) JP6841757B2 (ja)
CN (1) CN106999209B (ja)
WO (1) WO2016088013A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3565498A4 (en) * 2017-01-09 2020-09-30 Intuitive Surgical Operations Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR RECORDING ELONGATED DEVICES ON THREE-DIMENSIONAL IMAGES IN IMAGE-GUIDED INTERVENTIONS
CN111566744A (zh) * 2018-01-02 2020-08-21 皇家飞利浦有限公司 Oss介入设备的动画位置显示
EP3508135A1 (en) * 2018-01-04 2019-07-10 Koninklijke Philips N.V. Calibration block, calibration system and calibration method
EP3508252A1 (en) * 2018-01-05 2019-07-10 Koninklijke Philips N.V. Invivo dosimeter positioning using catheter reconstruction
US20190365487A1 (en) * 2018-06-04 2019-12-05 Epica International, Inc. Articulated apparatus for surgery
US20220218302A1 (en) * 2019-05-31 2022-07-14 Koninklijke Philips N.V. Passive-ultrasound-sensor-based initialization for image-based device segmentation
EP3771435A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-03 Koninklijke Philips N.V. Passive-ultrasound-sensor-based initialization for image-based device segmentation
CN110916770B (zh) * 2019-12-09 2021-02-02 哈尔滨工业大学 医用穿刺针形状标定采集装置
EP3995076A1 (en) * 2020-11-06 2022-05-11 Koninklijke Philips N.V. Method of re-connecting optical fibers and system
CN114444274B (zh) * 2022-01-05 2023-05-02 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种从非结构网格中重构原结构网格的方法、介质及装置
US20240008929A1 (en) * 2022-07-08 2024-01-11 Bard Access Systems, Inc. Systems and Methods for Intelligent Ultrasound Probe Guidance

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013030749A2 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Medical device insertion and exit information using distributed fiber optic temperature sensing
WO2014155285A1 (en) * 2013-03-28 2014-10-02 Koninklijke Philips N.V. Instrument localization in guided high dose rate brachytherapy

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6438401B1 (en) * 2000-04-28 2002-08-20 Alpha Intervention Technology, Inc. Indentification and quantification of needle displacement departures from treatment plan
US7402166B2 (en) * 2002-02-15 2008-07-22 A&P Feigl Family Limited Partnership Devices and methods for positioning sutures
US7068867B2 (en) * 2003-01-02 2006-06-27 Glucon Medical Ltd Ultrasonic position indicator
WO2006089426A1 (en) * 2005-02-28 2006-08-31 Robarts Research Institute System and method for performing a biopsy of a target volume and a computing device for planning the same
US20090030339A1 (en) 2006-01-26 2009-01-29 Cheng Wai Sam C Apparatus and method for motorised placement of needle
US8183520B2 (en) 2009-11-13 2012-05-22 Intuitive Surgical Operations, Inc. Optical fiber shape sensor calibration
WO2012046202A1 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Flexible tether with integrated sensors for dynamic instrument tracking
CN102319117B (zh) * 2011-06-16 2013-04-03 上海交通大学医学院附属瑞金医院 基于磁导航融合实时超声信息的大血管内介入物植入系统
WO2013030764A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Rapid dense point cloud imaging using probabilistic voxel maps
KR20130056624A (ko) * 2011-11-22 2013-05-30 연세대학교 산학협력단 근접 방사선치료 어플리케이터
CN104246558A (zh) * 2012-03-26 2014-12-24 皇家飞利浦有限公司 用于规划辐射处置治疗的系统
US8948081B2 (en) 2012-04-13 2015-02-03 Intel Corporation Device, system and method of multiple-stream wireless communication
JP6426092B2 (ja) * 2012-08-28 2018-11-21 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． トラッキングセットアップと一体化した介入誘導システム
US20140088508A1 (en) * 2012-09-24 2014-03-27 Patrick Ryan Drug-delivery devices with integrated needle-insertion mechanism
CA2794226C (en) * 2012-10-31 2020-10-20 Queen's University At Kingston Automated intraoperative ultrasound calibration
EP2996567B1 (en) 2013-04-12 2022-08-17 Koninklijke Philips N.V. Imaging apparatus for brachytherapy or biopsy

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013030749A2 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Medical device insertion and exit information using distributed fiber optic temperature sensing
WO2014155285A1 (en) * 2013-03-28 2014-10-02 Koninklijke Philips N.V. Instrument localization in guided high dose rate brachytherapy

Also Published As

Publication number Publication date
US11259774B2 (en) 2022-03-01
WO2016088013A1 (en) 2016-06-09
CN106999209A (zh) 2017-08-01
JP6841757B2 (ja) 2021-03-10
EP3226785A1 (en) 2017-10-11
CN106999209B (zh) 2020-08-18
US20170265840A1 (en) 2017-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6841757B2 (ja) 光学式形状感知ツールの位置合せ
AU2019204524B2 (en) System and method for navigating within the lung
AU2018202024B2 (en) Systems and methods for ultrasound image-guided ablation antenna placement
JP5771219B2 (ja) 形状検知による追跡を行うことを特徴とする小線源治療方法及び装置
JP2014516671A (ja) 外科的処置のためのカテーテル配置検知システムおよび方法
JP6717745B2 (ja) 近接照射療法に対するポータルイメージング
JP7111680B2 (ja) デバイス対画像レジストレーションアルゴリズムからの結果の可視化及び操作
JP6298443B2 (ja) ナビゲーション支援手順のための品質保証システム及び方法
AU2017264479B2 (en) System and method of performing treatment along a lumen network
WO2020226693A1 (en) Systems, methods, and devices for registering and tracking organs during interventional procedures
US9247895B2 (en) Systems and methods for performing deep brain stimulation
JP7221190B2 (ja) 最適化されたデバイス対画像の位置合わせのための構造マスキングまたはアンマスキング
AU2018204573A1 (en) Marker placement
US7734326B2 (en) Method and device for preparing a drainage

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170602

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190829

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190910

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20191127

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200317

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200713

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20200713

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20200729

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20200804

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20200911

C211 Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211

Effective date: 20200915

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20200929

C23 Notice of termination of proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23

Effective date: 20201215

C03 Trial/appeal decision taken

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03

Effective date: 20210126

C30A Notification sent

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012

Effective date: 20210126

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210218

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6841757

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150