JP2019130393A - ユーザが規定可能な関心領域を含む画像ガイダンスシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 空間的な追跡及び感知データの統合のためのシステムを提供すること。【解決手段】 画像ガイダンスのためのシステム及び方法が、画像を生成するように構成された撮像システム（１２４）を含み、この撮像システムは、ユーザが画像内の関心領域を選択するユーザ選択を可能にするディスプレイ（１２６）を含む。１つ又は複数の対象物（１３４，１３８）は、画像内に可視化される。計算エンジン（１１６）は、撮像システム、関心領域、及び１つ又は複数の対象物の座標系を組み合わせて、測定及び／又は位置情報を提供するように構成される。双方向通信チャンネル（１２２）は、計算エンジンと撮像システムとを結合して、画像及び関心領域の計算エンジンへの送信、及び測定及び／又は位置情報の撮像システムへの送信を可能にするように構成される。【選択図】 図１

Description

本開示は、医療機器に関し、より具体的には、超音波システムにおけるリアルタイム介入情報の双方向データ転送及び視覚化に関する。

超音波ガイドによる画像介入によって、臨床医が、患者の解剖学的構造及び組織内に挿入された介入装置をリアルタイムで確認することができる。３次元超音波を用いた画像ガイドによる介入処置は、心臓病学、腫瘍学、放射線医学等における介入の範囲に及ぶことができる。これらの介入処置では、２次元又は３次元の超音波画像を超音波システムの画面上で視覚化して、介入装置を患者の解剖学的構造内の標的位置に正確に配置し、及びカテーテル、ガイドワイヤ等の装置に埋め込まれたセンサを使用して内部処置(intra-procedural)のリアルタイム測定を行う際に臨床医を案内する。これらの画像を、超音波システムによって捕捉し、超音波システムの画面上に表示させることができるが、測定値は、通常、機器メーカーが提供する別のコンソール上に表示される。

本発明の原理によれば、画像ガイダンスシステムは、画像を生成するように構成された撮像システムを含み、この撮像システムは、ユーザが画像内の関心領域を選択するユーザ選択を可能にするディスプレイを含む。１つ又は複数の対象物が、画像内で可視化される。計算エンジンが、撮像システム、関心領域、及び１つ又は複数の対象物の座標系を組み合わせて、測定及び／又は位置情報を提供するように構成される。双方向通信チャネルが、撮像システムと計算エンジンとを結合して、画像及び関心領域の計算エンジンへの送信、及び測定及び／又は位置情報の撮像システムへの送信を可能にするように構成される。

ワークステーションは、プロセッサと、このプロセッサに結合されたメモリとを含む。撮像システムが、プロセッサに結合され、且つ画像を生成するように構成され、この撮像システムは、ユーザが画像内の関心領域を選択するユーザ選択を可能にするディスプレイを含む。メモリは、画像内で可視化される撮像システム、関心領域、及び１つ又は複数の対象物の座標系を組み合わせて、測定及び／又は位置情報を提供するように構成される計算エンジンを含む。撮像システム及び計算エンジンは、双方向通信チャネルによって結合され、画像及び関心領域の計算エンジンへの送信、及び測定及び／又は位置情報の撮像システムへの送信を可能にするように構成される。

画像ガイダンスのための方法は、撮像システムを使用して対象物の画像を生成するステップを含む。関心領域が、撮像システムのディスプレイを使用して画像内で選択される。画像内で可視化される撮像システム、関心領域、及び１つ又は複数の対象物の座標系を組み合わせて、測定及び／又は位置情報を提供する。撮像システムと計算エンジンとを結合する双方向通信チャンネルを使用して、画像及び関心領域を計算エンジンに送信し、測定及び／又は位置情報を撮像システムに送信する。
本開示のこれら及び他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連して読むべき、その例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

例示的な一実施形態による、双方向通信チャネルを用いて撮像システムを計算エンジンに結合する画像ガイダンスシステムを示すブロック／フロー図である。 例示的な一実施形態による、ユーザによって選択された重要な構造を示す撮像システムのディスプレイを示す図である。 例示的な一実施形態による、多平面形式で超音波画像を示す図である。 例示的な一実施形態による、リアルタイムのセンサデータを示す撮像システムのディスプレイを示す図である。 例示的な一実施形態による、関心領域の周りに構築された空間的な境界ボックスを示す図である。 例示的な一実施形態による、画像ガイダンスのための方法を示すブロック／フロー図である。

本開示は、以下の図面を参照しながら、好ましい実施形態の以下の説明で詳細に提示する。
本発明の原理によれば、画像ガイダンス治療介入のためのシステム、ワークステーション、及び方法が提供される。超音波システムを用いることによって、針、カテーテル、ガイドワイヤ等の医療装置を使用する画像ガイダンス介入処置の文脈で３次元超音波画像ストリーミングを生成することができる。介入処置は、例えば温度、接触力等の組織の属性を測定する１つ又は複数のセンサを用いることもできる。計算エンジンが、画像の画像座標系と、追跡される医療装置及び追跡されるセンサの追跡座標系とをグローバル(global)座標系に位置合わせ(register)する。計算エンジンは、１つ又は複数の２次元（２Ｄ）平面を構築することができる。各平面は、追跡される医療装置、センサ、関心領域（例えば、重要な構造）等のうちの少なくとも２つの交差部を含む。各交差部について、複数の平面を生成することができる。

双方向通信チャネルを介して超音波システムを計算エンジンに結合することができる。双方向通信チャネルによって、画像、ユーザが選択した点及び関心領域の超音波システムから計算エンジンへの通信が可能になる。双方向通信チャネルによって、計算エンジンから超音波システムへの２Ｄ平面の通信だけでなく、センサデータの通信も可能になる。超音波システムのディスプレイは、撮像データを、計算エンジンにより通信されたデータによって指定されるような２次元平面に視覚化することができる。センサデータを、超音波システムのディスプレイ上に表示してもよい。

有利には、双方向通信チャネルによって、介入に関連するデータを超音波システムに返信するのが可能になる。また、双方向通信チャンネルによって、例えば、１つ又は複数の医療装置のリアルタイム位置、医療装置のリアルタイム位置と１つ又は複数のセンサとの間の距離、介入装置のリアルタイム位置とユーザ指定の関心領域（例えば、撮像データにおける重要な構造）との間の距離、及びセンサからのリアルタイム測定データ等の他の情報リソースを超音波システムの画面に再表示するのが可能になる。

なお、本発明について、医療器具の観点で説明することを理解すべきである。しかしながら、本発明の教示は、非常に広範に及び、光ファイバ機器に適用可能である。いくつかの実施形態では、本発明の原理は、複雑な生物学的システム又は機械的システムを追跡又は解析する際に用いられる。特に、本発明の原理は、生物学的システムのイメージング処置、例えば肺、肝臓、腎臓、腹部、胃腸管、排泄器官、血管等の身体の全ての領域での処置に適用可能である。図面に示される要素は、ハードウェア及びソフトウェアの様々な組合せで実現され、単一の要素で又は複数の要素で組み合わせされる機能を提供することができる。

図面に示される様々な要素の機能は、専用ハードウェアだけでなく、適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行可能な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、その機能の一部を共有することができる。さらに、用語「プロセッサ」又は「コントローラ」の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に指すと解釈すべきではなく、限定するものではないが、デジタル信号プロセッサ（DSP）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するための読み出し専用メモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、不揮発性記憶装置等を黙示的に含むことができる。

さらに、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにその特定の実施例を引用する本明細書の全ての文は、その構造的な等価物及び機能的な等価物の両方を包含するように意図している。さらに、そのような等価物には、現在既知の等価物だけでなく、将来的に開発される等価物（すなわち、構造に拘わらず、同じ機能を実行するように開発されたあらゆる要素）の両方を含まれることを意図している。従って、例えば、本明細書に提示されるブロック図は、本発明の原理を具現化する例示的なシステム構成要素及び／又は回路の概念図を表すことは当業者には理解されよう。同様に、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、それによってコンピュータ又はプロセッサによって実行される（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）様々なプロセスを表すことが理解されるであろう。

また、本発明の実施形態は、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これらに関連して使用されるプログラムコードを提供するようなコンピュータ使用可能な記憶媒体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の形態をとることができる。この説明の目的のために、コンピュータ使用可能な記憶媒体又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって又はこれらに関連して使用されるプログラムを含む、格納する、通信する、伝搬する、又は搬送する任意の装置とすることができる。媒体は、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線、又は半導体システム（又は装置又はデバイス）、或いは伝搬媒体とすることができる。コンピュータ可読媒体の例として、半導体又は固体状態メモリ、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータ・ディスケット、ランダムアクセスメモリ（RAM）、読み出し専用メモリ（ROM）、リジッド磁気ディスク、及び光ディスクが挙げられる。光ディスクの現在の例として、コンパクトディスク（読み取り専用メモリ（CD-ROM））、コンパクトディスク（読み取り／書き込み（CD-R/W）、ブルーレイ（登録商標）及びＤＶＤが挙げられる。

ここで同様の数字が同一又は同様の要素を表す図面を参照する。最初に図１を参照すると、一実施形態による空間的な追跡及び感知データの統合のためのシステム１００が、例示的に示されている。システム１００は、処置を監視及び／又は管理するワークステーション又はコンソール１０２を含むことができる。ワークステーション１０２は、好ましくは、１つ又は複数のプロセッサ１０４と、プログラム、アプリケーション、及び他のデータを格納するためのメモリ１１０とを含む。

ワークステーション１０２は、例えば処置に関する画像やデータを表示するためのディスプレイ１０６を含む。ディスプレイ１０６によって、ユーザがワークステーション１０２及びその構成要素及び機能と相互作用すること、又はシステム１００内の他の要素と相互作用することも可能になる。このディスプレイは、キーボード、マウス、ジョイスティック、触覚デバイス又は他の周辺機器を含むことができ、又はユーザがワークステーション１０２からのフィードバックを利用し且つこのワークステーションとの相互作用を可能にするように制御するインターフェイス１０８によってさらに促進される。システム１００の構成要素及び機能は、１つ又は複数のシステム又はワークステーションに統合してもよく、又はより大きなシステム又はワークステーションの一部としてもよいことを理解すべきである。

撮像システム１２４は、好ましくは、追跡プローブ又はトランスデューサ１３０を有する超音波（US）システムを含み、２次元（２Ｄ）又は３次元（３Ｄ）ボリューム画像１１４のライブストリームを提供する。撮像システム１２４は、超音波システムに限定されるものではなく、むしろ任意の撮像システム、具体的には、例えば蛍光透視法等のリアルタイム・イメージングに適した撮像システムを含むことができることを理解すべきである。プローブ１３０は、好ましくは、例えば電磁（EM）追跡装置、光学追跡装置等の追跡装置（図示せず）を使用して追跡される。追跡装置によって、撮像追跡システムにおけるプローブ１３０のリアルタイムの空間的追跡が可能になる。撮像追跡システムによって、画像座標系における医療装置１３４の位置及び姿勢（すなわち、方向）のリアルタイムの追跡も可能になる。プローブ１３０の空間的な追跡情報は、プローブ・トラッカー１１８として格納される。

撮像システム１２４は、それ自体のディスプレイ１２８と、ユーザとの相互作用のためのインターフェイス１２８とを含むことができる。例えば、インターフェイス１２８によって、ユーザが画像上の関心領域又は関心点をユーザ入力１１２として選択することが可能になる。関心点は、画像１１４内で視覚化されるような、対象物１３２内のセンサ１３８、重要な構造の位置を含むことができる。ユーザが選択したユーザ選択点が、撮像追跡システムで選択され、ワークステーション１０２に送信される。例示的な一実施形態では、ディスプレイ１２８は、多平面フォーマット、すなわち複数の平面（典型的には２つであるが、より多くの平面を含んでもよい）の３Ｄ画像を示すことができる。３Ｄ画像は、適宜ユーザが選択した平面に沿ってスライスしてもよい。有利には、撮像システム１２４は、双方向通信チャネル１２２を介してワークステーション１０２に結合され、その双方向通信チャネルは、３Ｄ画像及びメタデータ（例えば、属性に関する画像、ユーザが選択した点の座標等）をワークステーション１０２に画像１１４として搬送することが可能であり、且つワークステーション１０２からリアルタイムでデータを受信することができる。

重要な(critical)構造は、医療装置１３２の経路の交差部によって、又は医療装置１３２を所望の位置に配置して用いる所望の治療の実行によってのいずれかで悪影響を受け得る対象物１３２（例えば、組織）中の部位又は領域である。重要な構造は、例えば、ユーザにとって位置(poisoning)情報を決定するのに有用な腫瘍標的部位、血管分岐点、又は他の関心部位等の目印を含むことができる。これらの位置は、画像座標系において（インターフェイス１２８を使用して）ユーザによって選択され、且つグローバル座標系に変換するために計算エンジン１１６に通信される。いくつかの実施形態では、計算エンジン１１６は、リアルタイムで重要な構造に近接した追跡医療装置１２４の位置を表す２次元平面を構築する。各平面は、例えば、装置１３４のチップと、ユーザによって特定される重要な構造との交差部を含む。２Ｄ平面は、双方向通信ケーブル１２２を介して撮像システム１２４に送信することができる。これによって、ユーザが、血管分岐点等の標的又基準点に近接する追跡装置の軌跡、又は装置１３４を重要な構造から離した位置に維持する程度の適合性の目視判定を行うことができる。

図１への参照に続いて図２をしばらくの間参照すると、例示的な一実施形態による撮像システム１２４の例示的なディスプレイ１２６が、示されている。ディスプレイ１２６は、チップ部分２０２を有する医療装置１３４を示している。ディスプレイ１２６は、介入処置の画像ガイダンスのために使用することができる。重要な構造２０４は、ユーザによって画像座標系において選択される。その座標情報は、計算エンジン１１６に送信され、計算エンジンは、その座標情報をグローバル座標系に変換して、選択された重要な構造２０４とチップ部分２０２との交差部を示す少なくとも１つの２Ｄ平面を構築する。２Ｄ平面は、他の装置、センサ、関心領域の間の交差部も示すことができる。

ユーザが重要な構造（例えば、標的、基準点等）又はセンサ１３８を選択した場合に、撮像システム１２４のディスプレイ１２６は、医療装置１３４（例えば、チップ）と選択された重要な構造との間のリアルタイム距離を提供することができる。この距離は、重要な構造から医療装置１３４のリアルタイムのチップ位置までの距離、又は重要な構造から医療装置１３４の最も近い点までの距離のいずれであってもよい。例えば、これによって、ある程度の最小限の距離を維持するのを確保することにより、ユーザが医療装置１３４を重要な構造から離れた位置で安全に操作することができる。

いくつかの実施形態では、医療装置１３４が重要な構造に対して所定の閾値距離内に入った場合に、ユーザに通知することができる。他の実施形態では、センサデータの解析（例えば、温度が、ユーザが規定したしきい値を超えた、接触力が、小さ過ぎる又は大き過ぎる、圧力／フロー測定値が、正常／異常である等）に基づいて、ユーザに通知することができる。通知は、例えば、警報音、色の点灯、点滅光、ディスプレイ上のポップアップメッセージ、触覚応答等を含むことができる。

図１を再び参照すると、計算エンジン１１６は、ユーザ入力１１２を用いてプローブ・トラッカー１１８及び測定トラッカー１２０からのデータと、撮像システム１２４からの画像１１４とを統合する。撮像システム１２４は、双方向通信チャネル１２２によって、ワークステーション１０２に結合される。双方向通信チャネル１２２によって、外部装置が介入に関連するデータを撮像システム１２４に再び送受信するのが可能になる。また、双方向チャネル１２２によって、例えば介入装置からのリアルタイム位置及び測定データ等の他の情報リソースを撮像システム１２４のディスプレイ１２６に再表示するのが可能になる。

撮像システム１２４は、画像１１４内で可視化される１つ又は複数の対象物を含む介入処置のための画像ガイダンスを提供することができる。１つ又は複数の対象物は、装置又は器具１３４、１つ又は複数のセンサ１３８等を含んでもよい。装置１３４は、好ましくは、例えば針、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、ロボット、電極、フィルタ装置、バルーン装置、又は他の医療用部品等の医療装置を含む。医療装置１３４は、必要に応じて、光ファイバ、電気的接続、他の器具等を含み得るケーブルを介してワークステーション１０２に結合される。

医療装置１３４は、この医療装置１３４に結合された追跡装置１３６を使用して追跡することができる。追跡装置１３６は、例えば、ＥＭ追跡装置、光学追跡装置等を含んでもよい。追跡装置１３６は、例えば対象物１３２の組織内に配置された場合に、空間追跡システムにおける追跡座標系に基づいて医療装置１３４のリアルタイムの空間的追跡を可能にする。医療装置１３４の空間的な追跡情報は、測定トラッカー１２０に格納される。
いくつかの実施形態では、複数の医療装置１３４を対象物１３２内に挿入してもよい。例えば、無線周波数、冷凍アブレーション、又はマイクロ波アブレーション・プローブが、関心対象の組織中に同時に存在してもよい。１つ又は複数のそのような装置からの信号によって、リアルタイムの空間的な追跡データを測定トラッカー１２０に提供することができる。

１つ又は複数のセンサ１３８を、対象物１３２内に配置してもよい。センサ１３８は、追跡医療装置１３４に直接的に結合する、又は対象物１３２の標的領域（例えば、処置される組織）の近傍に独立して配置することができる。センサ１３８は、治療モニタリングのために使用される対象物１３２の属性（例えば、対象物１３２の組織）を測定することができる。センサ１３８は、例えば、温度センサ、接触力センサ、流量センサ等を含んでもよい。センサ１３８は、有線又は無線インターフェイスを介してワークステーション１０２に測定データをリアルタイムで送信可能であってもよい。センサ１３８を追跡医療装置１３４に結合した場合に、医療装置１３４の測定及び空間的な追跡情報に関連付けられたセンサデータを、ワークステーション１０２に同時に送信することができる。センサ１３８からのセンサデータを、測定トラッカー１２０に格納してもよい。

センサ１３８からのセンサデータを計算エンジン１１６によって前処理して、ユーザにとって有意な出力を生成することができる。例えば、温度センサデータは、直接的に有意な出力となり得るが、光学スペクトルセンサは、波長毎に応答をマッピングする。しかしながら、ユーザにとって有意な出力は、スペクトルの実際の生データではなく、組織分類の決定を行う（例えば、組織を、健康、病気、治療済み、又は未治療として分類する）ためのこの応答の信号処理である。前処理の特性は、センサの種類に依存し得る。有意な出力は、撮像システム１２４に返送される出力である。

追跡医療装置１３４の近傍に複数のセンサ１３８がある場合に、センサ１３８は、ユーザによって画像１１４内で識別可能とする必要があり、各センサ１３８の同一性(identity)は、空間的位置において一意に決定する必要がある。３Ｄ画像１１４及び対応するデータ測定ストリームで識別されたセンサの関連性は、計算エンジン１１６にとって既知である。計算エンジン１１６は、センサのデータを、そのセンサを含む２Ｄ平面と一致させて提示することを保証する。

センサ１３８は、追跡しても又は追跡しなくてもよい。非追跡センサ１３８は、撮像データにおける（画像座標系での）センサ位置を特定するために、（例えば、インターフェイス１２８を使用して）ユーザによって選択してもよい。追跡センサ１３８は、このセンサ１３８に結合された、例えばＥＭ追跡装置、光学追跡装置等を含んでもよい。センサ１３８の位置は、追跡装置の追跡座標系において追跡され、且つリアルタイムで測定トラッカー１２０に報告される。このように、ユーザは、画像１１２においてセンサ１３８を特定し、且つその座標を計算エンジン１１６に伝達する必要がない。追跡センサ１３８は、空間的な追跡データを含むセンサの測定データを測定トラッカー１２０に同期して通信する。

計算エンジン１１６は、次の信号を受信する：１）任意であるがプローブ１３０上の固定点（例えば、プローブ１３０の表面の中心）に関する座標系（すなわち、画像座標系）を有する、撮像システム１２４からの３Ｄ画像；２）画像座標系においてユーザが選択した（ユーザが特定した）センサ１３８の空間位置；３）追跡システム１３６（すなわち、追跡座標系）の座標フレーム内の、医療装置１３４からのリアルタイムの空間的追跡情報；４）センサ１３８からのリアルタイム測定データ；５）必要に応じて、標的領域内の又はその周囲の他の追跡装置又はセンサ１３８からのリアルタイムの空間的追跡情報であって、ここで３Ｄ画像１１４及び医療装置１３４は、追跡座標系に位置している。

計算エンジン１１６は、空間的な位置合せ(registration)技術を使用して、単一のグローバル座標系に画像１１４及びリアルタイムの空間的追跡データを結び付ける。空間的な位置合せによって、（例えば、撮像データ、選択された重要な構造、選択されたセンサ等からの）画像座標系と、（例えば、追跡医療装置１３４、追跡センサ１３８等からの）追跡座標系とを、グローバル座標系に結び付ける。例えば、キャリブレーション変換（典型的には４×４行列）を使用して、画像座標系の画像１１４を追跡座標系にマッピングしてもよく、又はその逆を行ってもよい。別の例では、画像座標系のセンサ１３８の位置を、追跡座標系にマッピングしてもよい。位置合せの他のアプローチも企図される。

一旦全ての画像及び装置／センサの位置がグローバル座標系で規定されると、計算エンジン１１６は、３Ｄ画像から２Ｄ平面における装置１３４及びセンサ１３８の姿勢（すなわち、位置及び向き）を規定する。計算エンジン１１６は、装置１３４のチップ位置、その向き、及びセンサ１３８の１つ又は複数の位置を使用して、その姿勢を規定することができる。例えば、２Ｄ平面は、３Ｄ画像においてそのチップに沿って装置１３４の軸線全体を示すように構築することができる。しかしながら、この平面内で規定される１つの自由度が依然として存在しており、この軸線周りの完全な回転を可能にする。この平面は、１つのセンサ１３８の位置が面内に存在するのを可能するように、装置１３４の軸線回りに所定の回転角を含むようにロックすることができる。これによって、装置１３４のチップ及びシャフトと１つのセンサ１３８とが１つの２Ｄ平面内に存在することが保証される。この平面の姿勢は、装置１３４及びセンサ１３８のリアルタイムの空間的追跡位置を用いて更新することができる。計算エンジン１１６は、追加の装置、センサ、関心領域等の間の同一平面の交差部を示す追加の平面を構築することができる。いくつかの実施形態では、計算エンジン１１６は、撮像データ自体ではこれらの器具及びセンサを明確に可視化することができない場合があるので、ライブの撮像データを用いて又はこのライブの撮像データに重ねた状態で、追跡装置１３４及び／又はセンサ１３８をディスプレイ１２６上に示される融合した仮想対象物として表す。

計算エンジン１１６は、双方向通信チャネル１２２を使用して、２次元平面の３次元姿勢を、画像座標系を使用する撮像システム１２４に通信する。双方向通信チャネル１２２は、有線、無線、又はより大きなケーブルの一部であってもよい。姿勢が追跡座標系で計算された場合に、適切な変換をこの姿勢に適用することができる。撮像システム１２４は、２次元平面の姿勢を受信して、２次元平面と交差するように３Ｄ画像から対応する２Ｄ画像を計算する。２Ｄ平面の姿勢に対応する１つ又は複数の２Ｄ画像が、撮像システム１２４のディスプレイ１２６上に表示される。

図１への参照に続いて図３をしばらくの間参照すると、例示的な一実施形態による超音波画像３００が、多平面の形式で示されている。２つの２Ｄ超音波画像が、ディスプレイ１２６等の超音波ディスプレイ上に同時に表示される。超音波画像は、第１の２Ｄ平面３０２と、第２の２Ｄ平面３０４とを含む。チップ部分３０６を有する医療装置３１２を、対象物（例えば、患者）内に位置付けすることができる。センサ３０８及び重要な構造３１０を、標的領域の近傍に配置する。センサ３０８及び重要な構造３１０は、２つの平面３０２，３０４には、ユーザが選択したセンサ３０８又は重要な構造３１０のいずれかを含む装置３０４のチップ部分３０６及びシャフトの選択が含まれるように、ユーザによって選択してもよい。

図１を再び参照すると、双方向通信チャネル１２２を使用して、センサ１３８からのリアルタイムの（前処理された）測定データを撮像システム１２４に送信する。撮像システム１２４は、対応するリアルタイムのセンサの測定データを、グラフィカル・ユーザインターフェイスで示すのに適切な測定タイプで表示する。これは、ディスプレイ１２６及び／又はインターフェイス１２８を含んでもよい。測定データは、ユーザによるセンサの選択に応じて表示される、又はどのセンサが関連するかに依存して自動的に表示される。関連するセンサは、ユーザが特定した重要な構造又は関心のある他の構造のどれが存在しているかに基づいて、視覚化する際に何時でも決定することができる。

図１への参照に続いて図４をしばらくの間参照すると、例示的な一実施形態による撮像システム１２４の例示的なディスプレイ１２６が、示されている。ディスプレイ１２６は、チップ部分４０２を有する医療装置１３４を示す。センサ１３８は、少なくとも１つの２Ｄ平面が、チップ部分４０２を含むセンサ１３８を含むようにユーザによって選択される。センサのデータは、リアルタイムで通信され、ディスプレイ１２６上でリアルタイムのセンサ値４０４として視覚化することができる。

図１を再び参照すると、いくつかの実施形態では、空間的な境界ボックスを構築することができる。空間的な境界ボックスは、ユーザに対する関心領域を含む３Ｄボリュームである。典型的には、この関心領域は、境界ボックス内に装置１３４のチップ、このチップ近くの装置１３４のシャフト部分、及び１つ又は複数のセンサ１３８の全てを含む。空間的な境界ボックスの座標は、双方向通信チャネル１２２を介して撮像システム１２４に送信することができる。

撮像システム１２４は、空間的な境界ボックスの座標を受信し、且つ３Ｄ超音波映像の３Ｄサブボリュームを決定する。これによって、超音波システムが、サブボリューム内でサブボリューム・ビュー及び２Ｄ平面のみを最適にレンダリングすることが可能になる。撮像システム１２４のディスプレイ１２６の例えば、利得、焦点、深度、時間利得補償（TGC）、フレームレート、視覚化エンハンスメント等の信号処理属性は、サブボリュームの位置に応じて動的に最適化することができる。関心対象の３Ｄ領域が撮像システムに既知である場合に、３Ｄ取得の高フレームレートが可能となる。

図１への参照に続いて図５をしばらくの間参照すると、例示的な一実施形態による空間的な境界ボックス５００内の関心領域が、示されている。空間的な境界ボックス５０２は、関心領域の周囲に構築される。関心領域は、医療装置５１４のチップ部分５０４、重要な構造５０８、及びセンサ５０６の位置を含む。境界ボックスの座標は、双方向通信チャネル１２２を使用して撮像システムに通信され、撮像システムが境界ボックス内のビューを最適化するのを可能にする。境界ボックス５０２は、第１の２Ｄ平面５１０と、第２の２Ｄ平面５１２とを含む。センサ５０６及び重要な構造５０８は、２つの平面５１０，５１２には、ユーザが選択したセンサ５０６又は重要な構造５０８のいずれかを含むチップ部分５０４の選択が含まれるようにユーザによって選択することができる。

ここで図６を参照すると、一実施形態による画像ガイダンス６００のための方法を示すブロック／フロー図が、例示的に示されている。ブロック６０２では、対象物（例えば、患者、ボリューム等）の（例えば、３Ｄ）画像が、撮像システムを使用して生成される。撮像システムは、好ましくは、追跡プローブを有する超音波システムを含む。ブロック６０４では、画像内の関心領域が、撮像システムのディスプレイを使用して選択される。関心領域は、（非追跡）センサ、重要な構造等を含んでもよい。

ブロック６０６では、画像内で可視化される撮像システム、関心領域、及び１つ又は複数の対象物の座標系を組み合わせて、測定及び／又は位置情報を提供する。１つ又は複数の対象物は、１つ又は複数の装置（例えば、医療器具）、１つ又は複数のセンサ等を含んでもよい。測定及び／又は位置情報は、視覚化情報、センサからのデータ等を含んでもよい。ユーザによって選択されるような撮像データ及びこの撮像データにおいて特定される関心領域（例えば、非追跡センサ、重要な構造）は、画像座標系で追跡される。追跡装置及び追跡センサの空間位置は、追跡座標系で追跡される。ブロック６０８では、上記組み合わせるステップは、撮像システム、関心領域、及び１つ又は複数の対象物の座標系をグローバル座標系に位置合わせして、測定及び／又は位置情報を提供するステップを含む。

ブロック６１０では、１つ又は複数の２Ｄ平面は、各２Ｄ平面が、１つ又は複数の対象物（例えば、装置、センサ等）及び関心領域（例えば、重要な構造、関心のあるポイント等）のうちの少なくとも２つ以上の交差部を示すように構築される。いくつかの実施形態では、空間的な境界ボックスは、２Ｄ平面内の標的領域に対して構築される。標的領域は、追跡装置、１つ又は複数のセンサ、関心領域等を含んでもよい。ブロック６１２では、１つ又は複数の対象物は、撮像システムのディスプレイに仮想対象物として表すことができる。ブロック６１４では、通知が生成される。この通知は、１つ又は複数の対象物と関心領域との間の距離に基づいて、或いは１つ又は複数のセンサのデータに基づいて、生成することができる。

ブロック６１６では、双方向通信チャネルを使用して、３Ｄ画像及びユーザ選択が、計算エンジンに送信され、且つ測定及び／又は位置情報が、撮像システムに送信される。双方向通信チャンネルは、撮像システム及び計算エンジンを結合して、情報リソースを撮像システム上に表示することを可能にする。

添付の特許請求の範囲を解釈する際には、以下のことを理解すべきである。
ａ）単語「備える、有する、含む(comprising)」は、所与の請求項に列挙された要素又は動作以外の他の要素又は動作の存在を排除するものではない。
ｂ）ある要素に先行する単語「１つの(a, an)」は、そのような複数の要素の存在を除外するものではない。
ｃ）請求項における任意の参照符号は、その発明の範囲を限定するものではない。
ｄ）いくつかの「手段」は、同じアイテム、或いは構造又は機能を実装したハードウェア又はソフトウェアにより表すことができる。
ｅ）動作の特定の順序は、特に示されない限り、その順序で行う必要がないことを意図している。

（例示することを意図しており、限定的ではない）超音波システムにおけるリアルタイム介入情報の双方向データ転送及び視覚化のための好ましい実施形態について説明してきたが、修正及び変形が、上記の教示を踏まえると当業者によって行うことができることに留意されたい。従って、変更は、本開示の特定の実施形態に行うことができ、その変更は、添付の特許請求の範囲によって概説されるように、本明細書に開示される実施形態の範囲内にあることを理解すべきである。こうして、特許法によって特に要求される詳細について説明してきたが、特許請求の範囲に記載され且つ特許証によって保護を望む発明の範囲が、添付の特許請求の範囲に記載されている。

Claims (16)

1. 画像ガイダンスシステムのためのワークステーションであって、当該ワークステーションは：
   プロセッサと；
   該プロセッサに結合されたメモリと；
   前記プロセッサに結合されるとともに画像を生成するように構成され撮像システムであって、該撮像システムは、ユーザが前記画像内の関心領域を選択するユーザ選択を可能にするディスプレイを含み、前記画像及び前記関心領域を選択するユーザ選択は、画像座標系に関連し、前記画像は、該画像内に可視化される１つ又は複数の対象物を含み、該１つ又は複数の対象物の少なくとも１つは、追跡座標系に関連して空間的に追跡される装置である、撮像システムと；を含み、
   前記メモリは、前記画像座標系及び前記追跡座標系をグローバル座標系に位置合わせすることにより、前記画像、前記関心領域、及びリアルタイムの空間追跡データを結び付けて、測定及び／又は位置情報を提供するように構成された計算エンジンを含み、
   前記撮像システム及び前記計算エンジンは、双方向通信チャネルによって結合され、前記画像及び前記関心領域の前記計算エンジンへの送信、及び前記測定及び／又は位置情報の前記撮像システムへの送信を可能にするように構成される、
   ワークステーション。
2. 前記計算エンジンは、１つ又は複数の２次元平面を構築するようにさらに構成され、各平面は、前記１つ又は複数の対象物及び前記関心領域から構成される２つ以上の交差部を示す、
   請求項１に記載のワークステーション。
3. 前記１つ又は複数の対象物は、センサを含み、前記計算エンジンは、前記センサからリアルタイムの測定データを受信するようにさらに構成される、
   請求項１に記載のワークステーション。
4. 前記撮像システムは、前記ディスプレイ上で前記１つ又は複数の対象物を仮想対象物として表すようにさらに構成される、
   請求項１に記載のワークステーション。
5. 前記撮像システムの前記ディスプレイは、前記ユーザが、１つ又は複数の重要な構造、及び１つ又は複数の解剖学的部位のうちの少なくとも１つを含む関心領域を選択するのを可能にするように構成される、
   請求項１に記載のワークステーション。
6. 前記センサは、追跡されていないセンサであり、前記撮像システムの前記ディスプレイは、前記ユーザが、前記追跡されていないセンサを表す１つ又は複数の位置を含む関心領域を選択するのを可能にするように構成される、
   請求項３に記載のワークステーション。
7. 前記センサは、追跡されるセンサであり、前記センサの位置は、前記追跡座標系において空間的に追跡される、
   請求項３に記載のワークステーション。
8. 前記計算エンジンは、前記撮像システムに送信する前に、前記センサのデータを処理するようにさらに構成される、
   請求項３に記載のワークステーション。
9. 前記計算エンジンは、標的領域について空間的な境界ボックスを構築するようにさらに構成される、
   請求項１に記載のワークステーション。
10. 前記ディスプレイは、前記ユーザ選択に基づいて選択的に、及び／又は、空間的境界ボックス及び／又は関心領域の存在に基づいて自動的に、前記センサのデータを視覚化するようにさらに構成される、
    請求項３に記載のワークステーション。
11. 前記計算エンジンは、前記１つ又は複数の対象物と前記関心領域との間の距離、及びセンサのデータのうちの少なくとも一方に基づいて通知を生成するようにさらに構成される、
    請求項１に記載のワークステーション。
12. 画像ガイダンスシステムであって、当該システムは：
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のワークステーションと；
    該ワークステーションの前記撮像システムによって生成される前記画像内に可視化される１つ又は複数の対象物と；
    前記撮像システム及び前記ワークステーションの前記計算エンジンを結合するように構成された双方向通信チャンネルと；を有する、
    システム。
13. 前記撮像システムは、超音波システムを含み、前記１つ又は複数の対象物は、差込器、針、カテーテル、ガイドワイヤのうちの少なくとも１つを含む、
    請求項１２に記載のシステム。
14. 画像ガイダンスのための方法であって、当該方法は：
    撮像システムを使用して被検体の画像を生成するステップであって、該画像は、前記画像内に可視化される１つ又は複数の対象物を含み、該１つ又は複数の対象物の少なくとも１つは、追跡座標系に関連して空間的に追跡される装置である、生成するステップと；
    前記撮像システムのディスプレイを使用して前記画像内の関心領域を選択するステップであって、前記画像及び前記関心領域を選択するユーザ選択は、画像座標系に関連する、選択するステップと；
    前記画像座標系及び前記追跡座標系をグローバル座標系に位置合わせすることにより、前記画像、前記関心領域、及びリアルタイムの空間追跡データを結び付けて、測定及び／又は位置情報を提供するステップと；
    前記撮像システムと計算エンジンを結合する双方向通信チャンネルを使用して、前記画像及び前記関心領域を前記計算エンジンに送信し、且つ前記測定及び／又は位置情報を前記撮像システムに送信するステップと；を含む、
    方法。
15. 前記１つ又は複数の対象物は、センサを含み、当該方法は、１つの前記選択に基づいて選択的に、及び／又は、空間的な境界ボックス及び／又は前記関心領域の存在に基づいて自動的に、センサのデータを視覚化するステップをさらに含む、
    請求項１４に記載の方法。
16. 前記１つ又は複数の対象物と前記関心領域との間の距離、及びセンサのデータのうちの少なくとも一方に基づいて通知を生成するステップをさらに含む、
    請求項１４に記載の方法。

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