JP2020096795A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2018年10月19日に出願された米国特許出願第62/747,913号に関し、かつ優先権を主張し、その開示全体が参照により全体として本明細書に組み込まれる。
Claims (25)
- 医療誘導デバイスであって、
開口部を定める部分を含む第1の部分であり、前記第1の部分は、前記医療誘導デバイスの1つ以上のレジストレーション結果の可視化及び操作を介して、患者に対して前記第1の部分を整列させ、かつ前記第1の部分の整列を確認するように動作する1つ以上の基準マーカを含む、第1の部分と、
前記第1の部分と回転可能に嵌合可能である第2の可動部分と、
1つ以上のプロセッサであり、
デバイス対画像レジストレーションを介して、自動又は手動のレジストレーションを実行して、検出された基準平面上で前記1つ以上の基準マーカの位置を検出し、
検出された基準位置をテンプレートと照合し、前記1つ以上の基準マーカについてレジストレーションエラーを計算し、
多断面再構成を通して、前記検出された基準平面を再構成し、
検出された基準位置の各々を通して、斜めスライスを手動又は自動で再構成し、かつ/又は、検出された前記基準位置をオーバーレイし、
1つ以上の再構成された画像に、検出された前記基準位置をオーバーレイし、
画像のレジストレーションエラーを計算し、前記画像の前記レジストレーションエラーが許容できるか又は最適化されているかどうか、及び/又は、前記画像に対する前記医療誘導デバイスのレジストレーションが視覚的に正しく見えるかどうかを決定するように動作する、1つ以上のプロセッサと、
を備える、医療誘導デバイス。 - (i)前記1つ以上の基準マーカは、前記医療誘導デバイスの前記デバイス対画像レジストレーションを介して、前記患者の上において目標とする向き若しくは所定の位置に、又は手術部位上で、前記第1の部分を整列し、前記第1の部分の整列を確認するように動作し、
(ii)前記第2の可動部分は、
前記第1の部分と前記第2の可動部分が互いに嵌合されるときに、前記第1の部分の前記開口部をオーバーレイするように動作する開口部を定めるフレームと、
前記フレームに取り付けられる円弧部材と、
前記円弧部材にスライド可能に取り付けられるホルダとを含み、
前記ホルダは、前記医療誘導デバイスによって誘導される1つ以上の医療ツールを保持するように動作する、
請求項1に記載の医療誘導デバイス。 - 前記医療誘導デバイスは、前記目標とする向き若しくは前記所定の位置で前記患者に配置若しくは固定され、又は、前記手術部位上に配置若しくは固定される、請求項2に記載の医療誘導デバイス。
- 前記円弧部材が、前記1つ以上の医療ツールの誘導を支援するように動作する、1つ以上の参照マーク又は参照スケールを有する誘導表面を含むことと、
前記ホルダが、前記1つ以上の医療ツールを受け入れるための1つ以上の溝を備えることと、
前記ホルダが複数の溝を含み、前記複数の溝の各溝は、異なる医療ツールを保持するように動作することと、
のうちの1つ以上である、請求項2に記載の医療誘導デバイス。 - 前記第1の部分が、1つ以上の医療ツールを用いて医療処置を行うために、前記患者に固定されるように動作することと、
前記1つ以上の基準マーカが、前記患者上で前記第1の部分及び/又は前記医療誘導デバイスを方向付け及び位置決めするように動作することと、
前記医療誘導デバイスが前記患者上で正確に位置決めされたことを前記1つ以上のレジストレーション結果が示すか否かを決定するために、前記1つ以上の基準マーカが用いられることと、
のうちの1つ以上である、請求項1に記載の医療誘導デバイス。 - 前記1つ以上のプロセッサは、更に、
画像を取得及び/又はロードし、
前記レジストレーションエラーが許容できないか又は最適化されていない場合、再構成された画像において、検出された基準位置を追加、削除及び/又は移動し、
前記レジストレーションエラーが許容できるか又は最適化されている場合、デバイス空間を画像空間にレジストレーションするように動作する、
請求項1に記載の医療誘導デバイス。 - 前記テンプレートが、既知の基準位置を有する前記医療誘導デバイスの仮想コンピュータ支援製図又は設計(CAD)モデルであることと、
前記レジストレーションエラーが、前記画像内の検出された前記基準マーカ又は基準位置と、前記テンプレート照合された仮想モデル基準位置との間の、最も近い点の平均二乗距離として計算されることと、
のうちの1つ以上である、請求項6に記載の医療誘導デバイス。 - 全ての基準が単一の2次元(2D)画像内に示されるように、前記検出された基準平面が再構成されることと、
再構成された前記斜めスライスが、前記基準位置の3次元を提供し、又は、前記基準位置に3次元を提供することと、
レジストレーション検出された前記基準位置に適合する仮想デバイスモデル搭載基準の表現が、1つ以上の再構成された前記斜めスライスの1つ以上にオーバーレイされることと、
前記仮想モデル搭載基準マーカのスライス交点が、再構成された前記スライス上の各基準マーカのソリッドモデルの外形であることと、
のうちの1つ以上である、請求項6に記載の医療誘導デバイス。 - 検出された前記基準位置は、前記画像のうちの1つ以上にオーバーレイされたドット又はインジケータによって示される、請求項6に記載の医療誘導デバイス。
- 計算された前記レジストレーションエラーと、手動又は自動で再構成されたスライスを通したレジストレーションの視覚的表現とは、1つ以上の自動又は手動の前記デバイス対画像レジストレーション結果の迅速かつ直観的な可視化を提供する、請求項6に記載の医療誘導デバイス。
- 前記テンプレートが、既知の基準位置を有する前記医療誘導デバイスの仮想モデル又は仮想コンピュータ支援製図若しくは設計(CAD)モデルであることと、
基準マーカの画像位置と、照合された前記仮想モデルとの間に、手動又は自動で生成された前記スライス再構成によって視覚的に明らかにされた明確な不適合及び/又は所定のエラー閾値を超える不適合が存在する場合、前記レジストレーションエラーが許容できないか又は最適化されていないと決定され、前記1つ以上のプロセッサが、再構成された画像において、検出された前記基準位置の前記追加、削除及び/又は移動を実行し、前記仮想基準デバイスモデルと検出された前記基準位置との前記テンプレート照合を再計算することと、
多断面スライス再構成が存在する場合、前記1つ以上のプロセッサが、前記検出された基準平面を再構成し、検出された前記基準位置を1つ以上の前記画像にオーバーレイし、再構成された1つ以上の前記斜めスライスのうちの1つ以上に、レジストレーション検出された前記基準位置に適合する仮想デバイスモデル搭載基準の表現をオーバーレイし、前記仮想モデル基準スライス交点を再描画し、前記レジストレーションエラーが許容できるか若しくは最適化されているか、又は、前記所定のエラー閾値の範囲内にあるか若しくは前記所定のエラー閾値に等しいと決定され、かつ/又は、前記レジストレーションが視覚的に正しく見えると決定されるまで、前記再構成、前記オーバーレイ及び前記再描画を繰り返すように動作することと、
のうちの1つ以上である、請求項6に記載の医療誘導デバイス。 - 前記医療誘導デバイスは、
(i)ユーザが、前記レジストレーション結果を可視化及び操作して、任意の基準マーカ又は基準位置を追加、移動及び/又は削除することを可能にすることと、
(ii)更新又は操作された前記基準マーカ又は前記基準位置に基づいて、前記医療誘導デバイスを自動的に再レジストレーションすることと、
(iii)前記ユーザが、迅速かつ明確に、又は、オンザフライで医療処置中にリアルタイムで、前記基準マーカのうちの1つ以上を可視化し、検出された前記基準位置を分析し、任意の未検出の基準マーカを認識又は識別し、前記レジストレーションエラーと相関させることを可能にすることと、
(iv)1つ以上の前記画像内で検出された基準と、前記基準の前記テンプレート又は仮想モデルとの間の前記テンプレート照合を自動的に再計算し、前記レジストレーションエラーを再計算することと、
(v)前記ユーザが前記レジストレーションを改善又は最適化することを可能にするために、検出された前記基準位置のユーザ操作が前記レジストレーションにどのように影響を及ぼすかについての即時フィードバックを、前記ユーザに提供することと、
のうちの1つ以上を実行するように動作する、請求項6に記載の医療誘導デバイス。 - 前記1つ以上のプロセッサは、無線で、又は有線接続を用いて、コンピュータの第1のプロセッサと通信し、前記コンピュータは、前記第1のプロセッサ及び第1の通信回路を含み、
前記医療誘導デバイスは更に、前記医療誘導デバイスの前記1つ以上のプロセッサが、前記第1の通信回路を介して前記コンピュータの前記第1のプロセッサと通信することを可能にする、第2の通信回路を含み、
前記コンピュータの前記第1のプロセッサは、前記医療誘導デバイスの前記1つ以上のプロセッサの前記特徴の1つ以上を実行するように動作する、請求項6に記載の医療誘導デバイス。 - 1つ以上の医療機器又は医療ツールを誘導し、並びに/又は、1つ以上のレジストレーション結果を可視化及び操作する方法であって、
表面の所定の挿入点の周囲又は上に、医療誘導デバイスを装着することであり、前記医療誘導デバイスは、
開口部を定める部分を含む第1の部分であって、前記第1の部分は、前記医療誘導デバイスの前記1つ以上のレジストレーション結果の可視化及び操作を介して、患者に対して前記第1の部分を整列させ、かつ前記第1の部分の整列を確認するように動作する1つ以上の基準マーカを含む、第1の部分と、
前記第1の部分と回転可能に嵌合可能である第2の可動部分とを含む、装着することと、
前記第2の可動部分を前記第1の部分に対して所定の位置に位置決めすることと、
前記1つ以上の医療機器又は医療ツールを、前記第2の可動部分上の所定位置に位置決めすることと、
デバイス対画像レジストレーションを介して、自動又は手動のレジストレーションを実行して、検出された基準平面上で前記1つ以上の基準マーカの位置を検出することと、
検出された前記基準位置をテンプレートと照合し、前記1つ以上の基準マーカについてレジストレーションエラーを計算することと、
多断面再構成を通して、前記検出された基準平面を再構成することと、
検出された基準位置の各々を通して、斜めスライスを手動又は自動で再構成し、かつ/又は、検出された前記基準位置をオーバーレイすることと、
1つ以上の再構成された画像に、検出された前記基準位置をオーバーレイすることと、
画像のレジストレーションエラーを計算し、前記画像の前記レジストレーションエラーが許容できるか又は最適化されているかどうか、及び/又は、前記画像に対する前記医療誘導デバイスのレジストレーションが視覚的に正しく見えるかどうかを決定することと、
前記レジストレーションエラーが許容できるか又は最適化されている場合、及び/又は、前記画像に対する前記医療誘導デバイスの前記レジストレーションが視覚的に正しく見える場合、前記挿入点を通して前記1つ以上の医療機器又は医療ツールを挿入することと、
を含む、方法。 - (i)前記1つ以上の基準マーカは、前記医療誘導デバイスの前記デバイス対画像レジストレーションを介して、前記患者の上において目標とする向き若しくは所定の位置に、又は手術部位上で、前記第1の部分を整列し、前記第1の部分の整列を確認するように動作し、
(ii)前記第2の可動部分は、
前記第1の部分と前記第2の可動部分が互いに嵌合されるときに、前記第1の部分の前記開口部をオーバーレイするように動作する開口部を定めるフレームと、
前記フレームに取り付けられる円弧部材と、
前記円弧部材にスライド可能に取り付けられるホルダとを含み、
前記ホルダは、前記医療誘導デバイスによって誘導される前記1つ以上の医療機器又は医療ツールを保持するように動作する、請求項14に記載の方法。 - 前記医療誘導デバイスを、前記目標とする向き若しくは前記所定の位置で前記患者に配置若しくは固定し、又は、前記手術部位上に配置若しくは固定することを更に含む、請求項15に記載の方法。
- 画像を取得及び/又はロードすることと、
前記レジストレーションエラーが許容できないか又は最適化されていない場合、再構成された画像において、検出された基準位置を追加、削除及び/又は移動することと、
前記レジストレーションエラーが許容できるか又は最適化されている場合、デバイス空間を画像空間にレジストレーションすることと、
を更に含む、請求項14に記載の方法。 - 前記テンプレートが、既知の基準位置を有する前記医療誘導デバイスの仮想コンピュータ支援製図又は設計(CAD)モデルであることと、
前記レジストレーションエラーが、前記画像内の検出された前記基準マーカ又は基準位置と、前記テンプレート照合された仮想モデル基準位置との間の、最も近い点の平均二乗距離として計算されることと、
のうちの1つ以上である、請求項17に記載の方法。 - 全ての基準が単一の2次元(2D)画像内に示されるように、前記検出された基準平面が再構成されることと、
再構成された前記斜めスライスが、前記基準位置の3次元を提供し、又は、前記基準位置に3次元を提供することと、
レジストレーション検出された前記基準位置に適合する仮想デバイスモデル搭載基準の表現が、1つ以上の再構成された前記斜めスライスの1つ以上にオーバーレイされることと、
前記仮想モデル搭載基準マーカのスライス交点が、再構成された前記スライス上の各基準マーカのソリッドモデルの外形であることと、
のうちの1つ以上である、請求項17に記載の方法。 - 検出された前記基準位置を、前記画像のうちの1つ以上にオーバーレイされたドット若しくはインジケータを用いて、又は前記ドット若しくはインジケータによって、示すことを更に含む、請求項17に記載の方法。
- 計算された前記レジストレーションエラーと、手動又は自動で再構成されたスライスを通したレジストレーションの視覚的表現とは、1つ以上の自動又は手動の前記デバイス対画像レジストレーション結果の迅速かつ直観的な可視化を提供する、請求項17に記載の方法。
- 前記テンプレートは、既知の基準位置を有する前記医療誘導デバイスの仮想モデル又は仮想コンピュータ支援製図若しくは設計(CAD)モデルであり、
基準マーカの画像位置と、照合された前記仮想モデルとの間に、手動又は自動で生成された前記スライス再構成によって視覚的に明らかにされた明確な不適合及び/又は所定のエラー閾値を超える不適合が存在する場合、前記レジストレーションエラーが許容できないか又は最適化されないと決定し、前記追加するステップ、前記削除するステップ及び/又は前記移動するステップを実行し、前記仮想基準デバイスモデルと検出された前記基準位置との前記テンプレート照合を再計算することと、
多断面スライス再構成が存在する場合、前記検出された基準平面を再構成し、検出された前記基準位置を1つ以上の前記画像にオーバーレイし、再構成された1つ以上の前記斜めスライスのうちの1つ以上に、レジストレーション検出された前記基準位置に適合する仮想デバイスモデル搭載基準の表現をオーバーレイし、前記仮想モデル基準スライス交点を再描画し、前記レジストレーションエラーが許容できるか若しくは最適化されているか、又は、前記所定のエラー閾値の範囲内にあるか若しくは前記所定のエラー閾値に等しいと決定され、かつ/又は、前記レジストレーションが視覚的に正しく見えると決定されるまで、前記再構成ステップ、前記オーバレイステップ及び前記再描画ステップを繰り返すことと、
のうちの1つ以上を更に含む、請求項17に記載の方法。 - (i)ユーザが、任意の基準マーカ又は基準位置を追加、移動及び/又は削除することによって、前記1つ以上のレジストレーション結果をディスプレイ上に可視化し操作することを可能にすることと、
(ii)更新又は操作された前記基準マーカ又は前記基準位置に基づいて、前記医療誘導デバイスを自動的に再レジストレーションすることと、
(iii)前記ユーザが、迅速かつ明確に、又は、オンザフライで医療処置中にリアルタイムで、前記基準マーカのうちの1つ以上を可視化し、検出された前記基準位置を分析し、任意の未検出の基準マーカを認識又は識別し、前記レジストレーションエラーと相関させることを可能にすることと、
(iv)前記1つ以上の画像内で検出された基準と、前記基準の前記テンプレート又は仮想モデルとの間の前記テンプレート照合を自動的に再計算し、前記レジストレーションエラーを再計算することと、
(v)前記ユーザが前記レジストレーションを改善又は最適化することを可能にするために、検出された前記基準位置の前記ユーザ操作が前記レジストレーションにどのように影響を及ぼすかについての即時フィードバックを、前記ユーザに提供することと、
のうちの1つ以上を更に含む、請求項17に記載の方法。 - 前記挿入点を通った前記1つ以上の医療機器又は医療ツールを含み、かつ前記医療誘導デバイスを含んで撮られた1つ以上の画像を、ディスプレイに表示させることと、
表示された前記画像内の位置を選択するためのユーザ入力を受信することに応答して、表示された前記画像において、前記1つ以上の医療機器又は医療ツールが位置決めされる目標位置を指定することと、
少なくとも1つの関心領域へ、又は、前記少なくとも1つの関心領域内へ、前記1つ以上の医療機器又は医療ツールを誘導することと、
を更に含む、請求項14に記載の方法。 - 1つ以上の医療機器若しくは医療ツールを誘導し、かつ/又は、1つ以上のレジストレーション結果を可視化及び操作する方法を実行するために、プロセッサによって実行される少なくとも1つのプログラムを記憶する非一時的記憶媒体であって、前記方法は、
表面の所定の挿入点の周囲又は上に、医療誘導デバイスを装着することであり、前記医療誘導デバイスは、
開口部を定める部分を含む第1の部分であって、前記第1の部分は、前記医療誘導デバイスの前記1つ以上のレジストレーション結果の可視化及び操作を介して、患者に対して前記第1の部分を整列させ、かつ前記第1の部分の整列を確認するように動作する1つ以上の基準マーカを含む、第1の部分と、
前記第1の部分と回転可能に嵌合可能である第2の可動部分とを含む、装着することと、
前記第2の可動部分を前記第1の部分に対して所定の位置に位置決めすることと、
前記1つ以上の医療機器又は医療ツールを、前記第2の可動部分上の所定位置に位置決めすることと、
デバイス対画像レジストレーションを介して、自動又は手動のレジストレーションを実行して、検出された基準平面上で前記1つ以上の基準マーカの位置を検出することと、
検出された前記基準位置をテンプレートと照合し、前記1つ以上の基準マーカについてレジストレーションエラーを計算することと、
多断面再構成を通して、前記検出された基準平面を再構成することと、
検出された基準位置の各々を通して、斜めスライスを手動又は自動で再構成し、かつ/又は、検出された前記基準位置をオーバーレイすることと、
1つ以上の再構成された画像に、検出された前記基準位置をオーバーレイすることと、
画像のレジストレーションエラーを計算し、前記画像の前記レジストレーションエラーが許容できるか又は最適化されているかどうか、及び/又は、前記画像に対する前記医療誘導デバイスのレジストレーションが視覚的に正しく見えるかどうかを決定することと、
前記レジストレーションエラーが許容できるか又は最適化されている場合、及び/又は、前記画像に対する前記医療誘導デバイスの前記レジストレーションが視覚的に正しく見える場合、前記挿入点を通して前記1つ以上の医療機器又は医療ツールを挿入することと、
を含む、非一時的記憶媒体。
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