JP2020501691A - 手術を誘導する画像を提供するシステム - Google Patents

Abstract

システムは、概略すると、追跡装置、超音波装置及び処理ユニットを有することができる。超音波装置の位置及び向きは追跡装置により追跡することができる。処理ユニットは、（ｉ）共に身体内に位置するマーカに関する関心領域の３Ｄ情報を受信し、（ii）超音波装置に対するマーカの位置を、マーカを含む身体の超音波画像に基づいて決定し、並びに（iii）追跡装置に対する超音波装置の位置及び向きを決定するように構成することができる。該システムは視覚化装置を更に有することができ、処理ユニットは、更に、身体の外側表面に対する関心領域の視覚化情報を発生するように構成することができる。

Description

本発明は、広くは、手術の間において医師を支援及び誘導する態様に関する。本発明は、特に、外科的介入治療を実施する際に医師を補助することができる視覚化情報を提供するシステムに関する。

例えば、乳腺腫瘍の外科的除去（例えば、乳腺摘出法）は、乳腺新生物（腫瘍）の先行する発生率及び罹患率による大きな率の増加を伴う最も頻繁に実施される外科的切除法の１つである。乳腺外科手術の臨床的目標は、局所的以上の陽性マージンを残すことなく腫瘍組織を完全に除去することである。残された如何に僅かな腫瘍組織も、潜在的に、腫瘍の再発及び後の再手術を引き起こすであろう。放射線療法も他の治療選択肢であり、その場合、取り残された微視的部分は電離放射線により治療される。

乳腺切除法のための典型的なワークフローは、切除計画を作成するための２Ｄ画像の調査で開始する。触知不能な腫瘍の場合又は患者が術前補助化学療法により治療される場合、外科手術の間における誘導（案内）のために、当該腫瘍内にマーカが配置される。外科手術の間においては、腫瘍細胞の存在が検査される近傍のリンパ節を位置特定するために青色染料が注入される。乳腺腫瘍が切除され、該切除が完全であるかが視覚的に検査される。切除が完全であるかの至適基準は、典型的に２日掛かる病理解析によるものである。

種々の術前データセットが取得されても（マンモグラフィ、ＣＴ、ＭＲ、ＵＳ等）、当該外科医師は外科的腫瘍切除を実行する場合、診断スキャン及び該外科医師の目に暴露される解剖構造に基づく心象的マッピングは別として、当該撮像データからは何の参考情報も有さない。患者が手術室に居る場合、撮像の可能性は限定される一方、利用可能な術前の解剖学的撮像情報は、しばしば、採用されないままとなる。手術の間において、当該外科医師は視覚的及び触覚的フィードバックに依存しなければならず、腫瘍マージンは、しばしば、不十分に画定され得る。必要とされるリアルタイムなフィードバックの不足は、後の段階で追加の手術を要するような重大な割合の陽性マージンにつながる。

本発明により克服する問題は、腫瘍マージンの手術用器具に対する視覚化を提供することである。

超音波画像誘導は、例えば、生検針（バイオプシニードル）を案内するために使用される。腫瘍切除の間に同一の手持ち超音波誘導法を適用することは、例えば胸部の高度の変形可能性及び腫瘍境界の限られた視認性により一層大幅に困難である。結果として、腫瘍境界に対する手術用ナイフ等の切除器具の位置を決定することは非常に困難である。

本発明の他の目的は、陽性腫瘍マージンに対するリスクを低減するシステムを提供することに見ることができる。これら及び他の目的は、各独立請求項の主題により解決される。他の実施態様は、従属請求項に各々記載されている。

概して言えば、器具を追跡することができる追跡装置、身体組織内のマーカを撮像、従って追跡することができる超音波撮像システムであって、前記追跡装置により追跡することができる超音波撮像システム、及び処理ユニットを有するシステムが提案される。オプションとして、前記追跡装置により手術（外科手術）用器具も追跡可能である。

一例において、前記処理ユニットは、切除されるべき組織内に既に配置されたマーカの位置に基づいて超音波画像を該切除されるべき組織の術前画像と重ね合わせることができ、その場合において、上記術前画像は当該マーカ及び腫瘍境界の位置を含む。

当該システムの処理ユニットは、特に、追跡装置に対するマーカの位置を、該追跡装置に対する超音波システムの位置及び超音波画像において見える該マーカの位置に基づいて計算することができる。該計算に基づいて、術前画像の重ね合わせ（オーバーレイ）を医師に対し提示することができ、該画像は腫瘍境界を例えば外科手術用器具に対して示す。

一実施態様によれば、システムは、通常、追跡装置、超音波装置及び処理ユニットを有する。上記超音波装置の位置及び向きは上記追跡装置により追跡可能である。上記処理ユニットは、（ｉ）関心領域及びマーカが共に身体内に位置する場合の前記マーカに対する前記関心領域の３Ｄ情報を受信し、（ii）前記超音波装置に対する前記マーカの位置を、該マーカを含む前記身体の超音波画像に基づいて決定し、（iii）前記追跡装置に対する前記マーカの位置及び向きを決定するように構成することができる。

当該マーカは超音波装置により発生される超音波画像内で見ることができ、従って、超音波装置に対するマーカ位置並びに該超音波装置自体の追跡される位置及び向きから、追跡装置に対するマーカの位置及び向きを決定することを可能にすることが理解される。

一実施態様によれば、当該システムは視覚化装置を更に有し、前記処理ユニットは、更に、前記身体の外側表面に対する前記関心領域の視覚化情報を発生するように構成することができる。

一実施態様によれば、当該システムの前記視覚化装置は、前記発生された視覚化情報を適切な表面上に投影するよう構成された投影ユニットを有する。適切な表面はホワイトボードとすることができ、該ホワイトボードは医師が何らかの手術手順を実行している間に該ホワイトボード上の投影を見ることができるように配置することができる。

一実施態様によれば、前記視覚化情報の投影を示すホワイトボードは、医師が当該関心領域を治療する間に該関心領域を見渡すような印象を有するように該医師の頭部と該医師の手との間に配置することができる。該ホワイトボードは透明とし、投影された情報を介して患者への視界を可能にすることができる。

他の例として、前記投影ユニットは前記視覚化情報を患者の身体の外側表面上に直接投影することもできる。該視覚化情報は患者の情報、例えば腫瘍境界に関する情報を有することができることに注意されたい。該情報は、身体構造の及び／又は腫瘍構造の如何なる輪郭線を含むこともできる。

当該視覚化情報は、患者の構造の識別を容易化するために、該患者の外側表面のカメラ画像の様子を更に含むことができる。該視覚化情報は、特に、情報の組み合わせ、即ち、上述した情報及び視覚化情報のみならず、患者を処置する際に医師を支援するのに適した他の情報も含むことができることが理解されよう。例えば、該情報は切開点／腫瘍の切除を開始するラインの指示情報、及び／又は境界を含む関心領域の指示情報を含むことができる。

一実施態様によれば、当該システムは上述したような追跡装置及び投影ユニットの両方を含む視察（ビジョン）装置を含むことができる。

他の実施態様によれば、当該システムの視覚化装置は、前記発生された視覚化情報を能動的に示すよう構成されたディスプレイを有することができる。

更に他の実施態様によれば、当該視覚化は、例えば患者の外側表面のカメラ画像を示すディスプレイと、該ディスプレイ上への投影との組み合わせにより実現することができ、該投影は例えば当該人体の内部にある構造を示す。言い換えると、情報の重ね合わせを、既に他の情報を示すディスプレイ上への情報の投影により実現することができる。情報の重ね合わせは前記処理ユニットにより発生することもでき、ディスプレイは既に組み合わされた情報を１つの画像に示すことができることが理解される。

当該マーカは超音波画像に基づいた該マーカの３Ｄ位置及び向きの決定を可能にするような構造を有することができることに注意されたい。該マーカの３Ｄ位置及び向きは、該マーカの３Ｄ位置の決定のために単一の超音波画像が十分ではないなら、少なくとも２つの又は複数の投影／画像に基づいて決定することもできる。このことは、前記超音波装置に対する該マーカの空間的位置及び向きの決定を容易にすることができる。このような決定は、３Ｄ超音波装置によっても、又は斯かる３Ｄ超音波装置により付加的にも改善され得る。

他の実施態様によれば、当該システムは器具を更に有することができ、該器具の位置及び向きは前記追跡装置により追跡可能であり、前記発生された視覚化情報は該器具の前記関心領域に対する関係の指示情報を含む。

更に、当該システムは前記身体の外側表面を撮像するためのカメラを有することができる。前述したように、前記関心領域の前記発生された視覚化情報は該カメラにより発生された画像上への重ね合わせ（オーバーレイ）を含むことができる。

一実施態様によれば、当該システムは、ハイパー／マルチスペクトル撮像を行うこともできる撮像装置を有することができる。該撮像装置は熱（温度）撮像及び／又はＰＰＧ撮像を実行することができる。

更に他の実施態様によれば、当該システムは、前記追跡装置により追跡可能であると共に、超音波、光学分光組織センシング、インピーダンス、ＴＨｚセンシング、温度及びＰＰＧセンシングからなる群からの少なくとも１つに基づいて組織を感知することができるプローブを更に有することができる。

医師に対する表示（即ち、視覚化）は、物差しの感覚を与えることができ、及び／又は当該腫瘍及び手術用器具の両方を他の目印に関係付けることができる。また、当該表示を一層直感的なものにさせるために、追加の基準を当該患者の皮膚上に配置することもできる。

本発明の他の態様は、コンピュータプログラム製品に関するものである。該コンピュータプログラム製品は、身体内のマーカの関心領域に対する位置を第１画像データに基づいて決定し、超音波装置に対する前記マーカの位置を超音波画像データである第２画像データに基づいて決定し、前記超音波装置の位置及び向きを追跡装置から受信されるデータに基づいて決定し、前記関心領域と前記追跡装置との間の空間的関係を決定し、前記身体の外側表面上に前記関心領域の位置を示す視覚化情報を発生するための命令の組を有することができる。

このようにして、本発明の目標、即ち、介入外科治療の結果を改善するために医師を誘導（案内）及び／又は少なくとも補助することができる画像を提供することを、コンピュータソフトウェアとして実施化することができる。

一実施態様によれば、当該コンピュータプログラム製品は、カメラから受信される前記身体の外側表面の画像上への前記視覚化情報の重ね合わせ（オーバーレイ）を発生するための命令の組を更に有することができる。

他の実施態様によれば、当該コンピュータプログラム製品は、投影装置を制御し、関心領域の境界を決定し、前記身体の外側表面上への前記関心領域の境界の投影を含む視覚化情報を発生するための命令の組を更に有する。

一実施態様によるコンピュータプログラム製品によれば、撮像データ及び追跡データのリアルタイム処理が、当該関心領域における変化に対する視覚化情報のリアルタイムな適合を可能にする。

対応するコンピュータプログラムは、好ましくは、データプロセッサの作業メモリにロードすることができる。このように、該データプロセッサ又は処理ユニットは本明細書に記載される方法の少なくとも一部を実行するように装備され得る。更に、本発明は前記コンピュータプログラムを記憶することができるＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読取可能な媒体に関するものでもある。しかしながら、斯かるコンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブ等のネットワークを介して提供することもでき、このようなネットワークからデータプロセッサの作業メモリにダウンロードすることもできる。

他の態様によれば、身体内の関心領域をマーカに対して術前画像である第１画像に基づいて決定するステップと、超音波装置に対する前記マーカの空間位置を該超音波装置により発生される第２画像に基づいて決定するステップと、前記超音波装置の空間位置及び向きを決定するステップと、前記身体の外側表面に対する前記関心領域の空間位置の指示情報を発生するステップと、を有する方法が提供される。

一実施態様によれば、当該方法は、前記身体の外側表面上への前記指示情報の投影を行うステップを更に有することができる。

一実施態様によれば、当該方法は、器具の空間位置及び向きを決定するステップ、及び前記関心領域に対する前記器具の空間位置の指示情報を発生するステップを更に有することができる。

他の実施態様によれば、当該方法は外科手術による人又は動物の処置の如何なるステップも含まない。例えば、当該方法は、前記マーカを前記関心領域に挿入するステップは含まない。前記視覚化情報はリアルタイムに及び手術手順と併行して発生することができるが、当該方法は、組織への如何なる切り込みのステップも有さず、組織（特に、腫瘍組織）の切除の如何なるステップも有さない。

実施態様は異なる主題に関して説明されることに注意すべきである。特に、幾つかの実施態様は方法のタイプの請求項（コンピュータプログラム）に関して説明される一方、他の実施態様は装置のタイプの請求項（システム）に関して説明される。しかしながら、当業者であれば、上記及び以下の説明から、明示しない限り、或るタイプの主題に属するフィーチャの任意の組み合わせにも加えて、異なる主題に関係するフィーチャの間の如何なる組み合わせも本出願により開示されていると見なされることが分かるであろう。

本発明の上述した態様並びに他の態様、フィーチャ及び利点は、以下に記載されるべき実施態様の例から導出することもでき、実施態様の例を参照して説明される。本発明は、実施態様の例を参照して後述されるが、本発明は、これらに限定されるものではない。

尚、図面における各図は概略的なものに過ぎず、実寸通りではない。また、異なる図において、適切ならば、同様の要素には同一の符号が付されている。

図１は、一実施態様による画像を提供するシステムを示す。 図２は、マーカを撮像する超音波装置を示す。 図３は、超音波装置の追跡を示す。 図４は、関心領域にマーカを配置するのに適した装置を示す。 図５は、一実施態様によるマーカを示す。 図６は、本発明の一実施態様によるシステムを有利に使用することができる一連の状況を示す。 図７は、一実施態様による方法のステップを図示したフローチャートである。

図１は、一実施態様によるシステムを図示している。図２及び図３は、該システムの要素を一層詳細に示す。図１に示されるものは、患者用寝椅子又はテーブル１０及び手術用ライト２０であり、これらは典型的に手術室に存在する。ここに記載される一実施態様によるシステムは、追跡装置３０、超音波装置４０、処理ユニット５０及び視覚化装置としてのディスプレイ６０を有する。図１に概念的に視覚化されたものは、身体１２０内の関心領域１１０内に配置されたマーカ１００である。

オプションとして、該システムは少なくとも１つのカメラ９０を有することができる。カメラ９０は、身体の外側表面を撮像するためのビデオカメラとすることができるか、又は、加えて若しくは代わりに、光の可視スペクトル外での撮像を可能にするカメラとすることができる。これらのカメラの何れかにより発生された画像は、当該カメラ画像の、前記超音波装置からの超音波画像との及び／又は術前に発生された画像との重ね合わせ画像を発生するために使用することができる。ワールド座標系に対する（即ち、固定された空間座標系に対する）又は少なくとも前記追跡装置等の当該システムの他の要素に対する当該カメラの位置及び向きは、分かり得る。カメラ９０は、例えば、手術又は外科手術用ライトに組み込むことができる。

追跡装置３０は、手術又は外科手術用ライト２０に、該追跡装置が特に当該手術ライトの視野を観察することができるように配置することができる。該配置において、当該追跡装置の位置及び向きは既知であると見なすことができる（即ち、当該手術用ライトに対して、従ってワールド座標フレームに対して固定の関係で決定することができる）。

追跡装置３０は、例えば器具に取り付けられた光トレーサ板８０を使用して器具の３Ｄ追跡を行うことができる少なくとも１つの、好ましくは２以上のカメラを含むことができる。代わりに又は加えて、カメラ画像内で識別可能な当該器具自体上の適切なマーカパターンを用いることもできる。２以上のカメラに基づけば、三角測量により精度を向上させることができる。

追跡装置３０のカメラも、オプションとしての前記カメラ９０に関して前述したように構成することができる。本例において、このようなカメラからのビデオ画像のストリームは、身体の外側表面を追跡及び撮像する両目的のために使用される。この場合、当該カメラ位置及び向きは、追跡装置のものに対応する。このように、追跡装置カメラのビデオ画像、超音波装置、マーカ、及び従ってＭＲＴ又はＣＴのような術前３Ｄ撮像等の３Ｄ情報の間の空間的関係は既知となる。結果として、追跡装置カメラからのビデオ画像は全体の視覚化に相対的に容易に使用することができる。

処理ユニット５０は、追跡装置の画像内の物体の視差を決定すると共に、これらを該追跡装置に対して、従って固定された座標系に対して或る位置に平行移動するよう構成することができる。当該システムは、当該身体を異なるスペクトル波長帯域でモニタすることができるハイパースペクトルカメラを含むこともできる。該システムは、ディスプレイ６０に加えて又はディスプレイ６０の代わりに、患者上に情報を投影することができる投影装置７０を含むこともできる。該システムは、温度、ＰＰＧカメラを含むこともできる。

図２に一層良く見られるように、超音波装置４０は身体１２０の外側表面と接触するように配置することができ、該身体内の関心領域１１０を該超音波装置４０により撮像することができるようにする。該超音波装置は３Ｄ超音波撮像を実行することができる超音波プローブとすることができる。超音波装置４０は、前記追跡装置のカメラにより決定するのに適した複数のエレメント８２を備えたトレーサ板８０を有することができる。例えば、エレメント８２は、当該トレーサ板８０の向きを１つの追跡カメラにより決定することができるように互いに対して固有の態様で配置された球体とすることができる。向き及び平行移動の両方（6DOF）を、カメラを使用し２Ｄ−３Ｄ位置合わせ法（RANSACアルゴリズム等）を利用して決定することができることに注意されたい。

それ以外として、追跡装置３０に対するエレメント８２の（従って、トレーサ板８０の）、従って超音波装置４０の位置の一種の三角測量を可能にする２以上のカメラも存在し得る。図３は、超音波装置４０におけるトレーサ板８０の３Ｄ位置及び向きを識別するための複数の追跡カメラ３０を含む一実施態様を示している。

例えば腫瘍等の関心領域の位置は、下記のステップによりワールド座標フレーム内で決定することができる。手術前に既に腫瘍内に配置されたマーカ１００は、超音波プローブ４０により撮像される。従って、該マーカの位置は該プローブに関して決定することができる（図１におけるＭ->ＵＳ）。該マーカの位置は、当該超音波画像のピクセル空間において分かる。超音波装置に対するマーカの位置を決定するために、ピクセル空間からプローブ空間へのマッピングが実行される。該超音波プローブは、取り付けられたトレーサ板８０を有することができ、該マーカ板は当該システムの追跡装置３０により追跡される。代わりに又は加えて、超音波プローブに、例えば追跡装置３０内のカメラにより発生されるビデオ画像において識別可能な適切なマーカパターンが設けられる。

従って、トレーサ板８０のエレメント８２の位置を、当該追跡装置に関して決定することができる（図１におけるＵＳ->Ｔ及びＴ->Ｓ）。手術器具が当該システムにより追跡されねばならない場合、当該関心領域におけるマーカに対する該器具の相対位置も決定することができる。固定空間座標に対する追跡装置の位置（図１におけるＳ->Ｗ）を最終的に決定することができ、このことは、特に２以上の器具又は超音波プローブが追跡される場合の座標基準を可能にする。

図４は、Ｏ状ツイスト（環状撚り体）マーカ１００の、及び該マーカを関心領域に挿入するのに適合化された導入針１３０の図である。Ｏ状ツイストマーカは、例えば術前補助化学療法の完了後に撮像では見えなくなり得る乳腺病変を印すために使用することができる。

図５は、他のマーカ１００、即ち、外側表面に超音波撮像に基づくマーカの向きの決定を容易にする特徴的リム１０２を備えた円柱状マーカを示す。マーカ１００における上記リムは、該マーカの三次元における向きの認識を可能にすることができる（６つの自由度）。最終的に器具に対し境界を含めて当該関心領域の位置が決定されなければならないので、当該マーカ及び当該関心領域の内での該マーカの相対位置が、ＭＲＴ又はＣＴのような術前３Ｄ撮像等の３Ｄ情報に基づいて決定されるようにして、分からねばならない。

図４及び図５に示されたマーカ以外に、位置特定のためにシード線源を用いることができる。このようなマーカは、Ｘ線及び超音波の両方で良く見え得る。これらは長い円柱状の形状を有し得る。

マーカは手術の間において腫瘍と一緒に除去されるであろうことが理解される。それ以外として、生分解性である超音波マーカを使用することもできる。例えば、ポリ乳酸／ポリグリコール酸（ＰＬＡ／ＰＧＡ）パレットは４〜６週間の超音波可視性を提供すると共に、約１２週で再吸収される。これらのマーカは、切除されないであろう組織領域に配置することができる。

マーカの他の組は、固定長の可撓性ワイヤにより接続される少なくとも２つの剛性マーカを含むことができる。このようなマーカが体内に配置される場合、これらマーカの相対移動は身体組織の変形に関する指示情報となり得る。他のマーカのタイプも存在し得る。

他の態様によれば、ハイパースペクトルカメラ又はマルチスペクトルカメラの使用が提案され、ここで使用される“ハイパースペクトル撮像”なる用語は可視領域を超えて延びる電磁スペクトル領域にわたる情報を収集及び処理することを指し、ここで使用される“マルチスペクトル撮像”なる用語は斯かる電磁スペクトルにまたがる特定の周波数における画像データをキャプチャすることを示す。当該波長はフィルタにより又は特定の波長に敏感な器具の使用により分離することができ（即ち、複数のスペクトルが使用され）、このことが、“マルチスペクトル撮像”なる用語の理由である。これは、赤外線等の可視光領域を超える周波数からの光を含むことができ、このことは、上述した“ハイパースペクトル撮像”なる用語における“ハイパー”なる用語により定義することもできる。

スペクトル（マルチスペクトル又はハイパースペクトル）撮像は、画像からの付加的情報、特に人の目が赤、緑及び青の受容体によりキャプチャすることができない情報の抽出を可能にすることができる。一実施態様によれば、カメラ９０は、４００〜１０００nm（ナノメートル）、１０００〜１７００nm又は５００〜１７００nmのスペクトル範囲を持つハイパースペクトル若しくはマルチスペクトル撮像のためのハイパースペクトル若しくはマルチスペクトル・フィルターホイールカメラであって、種々の（例えば６個、８個又はそれ以上の）交換可能なフィルタを備え、ラスタ画像で１３９２×１０４０ピクセル若しくは物理点の解像度を持つ電荷結合デバイスＣＣＤ、６４０×５１２ピクセルの解像度を持つインジウムガリウムヒ素（InGaAs）若しくは何らかの他の半導体センサ、又は何らかの他の解像度を持つセンサを備えたカメラとすることができる。カメラ９０の波長帯域は、例えば：
（１）青：０.４５０〜０.５２０μｍ（マイクロメートル）
（２）緑：０.５１５〜０.６００μｍ
（３）赤：０.６０〜０.６９μｍ
（４）可視：０.４５〜０.７μｍ
（５）赤外：０.７〜１.０μｍ
（６）近赤外：１.０〜３.０μｍ
（７）中赤外：３.０〜５０.０μｍ
（８）遠赤外：５０.０〜１０００.０μｍ
等の幾つかの波長帯域を有する可視又は非可視光スペクトル内とすることができる。

波長を拡張することは、幾つかの構造の間の組織コントラストが向上されることを可能にする。

前述したように、異なる画像源からの画像を少なくとも部分的に融合させることが重要であり得る。例えば、或る画像から抽出された情報の他の画像からの情報との重ね合わせは興味深いものであり得る。このような合成画像を得るために、これら画像は位置合わせされねばならない。

例えば、術中３Ｄ超音波ボリューム画像と術前２Ｄマンモグラフィ画像との間の位置合わせは、超音波画像における腫瘍マージンの表示を可能にし得る。当該超音波トランスジューサは、同一の又は同様の撮像面が観察されることを可能にするために、マンモグラフィシステムに対して略垂直に配置することができる。手順の第１ステップにおいて、各超音波スライス（超音波ボリュームから取られた）は当該マーカを２Ｄで識別及び区切るために処理される。このことは、閾処理又は動的輪郭勾配ベースセグメンテーション（active contour gradient based segmentation）を用いて実行することができる。当該マーカが識別され、該マーカの形状が区切られたら、該形状は、マンモグラフィ画像からのマーカ形状と照合及び比較される。２つの観測される形状の間の類似性を測定するコスト関数が適用される。このコスト関数は、グラフマッチング、ハウスドルフ距離及び特徴ベースの方法（例えば、当該マーカの目立つ点を用いる）を含む任意の既知の方法を用いて実施することもできる。ボリュームの掃引が完了した後、最低のコスト関数を持つスライスは、当該スライスにおける腫瘍マージンの表示を可能にするようなマンモグラフィ投影に最も密に類似すると見なすことができる。この方法の精度を改善するために、スライス掃引に超音波ビームの電子ステアリングを追加することができる。

更に、マーカ形状は、Ｘ線の投影画像に似せるために、電子的にステアリングされたビーム及びマンモグラフィからの投影的超音波合成画像（同じボリュームからの複数の超音波スライスの融合）の間で比較することができる。

更に、超音波スライスにおける腫瘍マージンの重ね合わせは、超音波ボリュームのセグメンテーションを初期化するために使用することもできる。即ち、マージンは、当該腫瘍（例えば、混合ガウスモデル又は同様のものを使用してモデル化される）の音響特性を知ると共にセグメンテーションアルゴリズム（例えば、動的輪郭又はレベルセット）を初期化するために使用される。更に、３Ｄ超音波をデジタル胸部トモシンセシス（ＤＢＴ）画像に位置合わせすることもできる。ＤＢＴ画像は、画像取得の間における制限された回転角のために典型的には再構成されない。この制限は、上述した方法を用いて超音波に位置合わせすることにより克服することができる。この位置合わせの結果は、各Ｘ線画像におけるマーカの既知の形状及び超音波画像からの形状により置き換えることが可能な、欠けている回転からのマーカの既知の形状に基づくものである。この情報を用いて、ＤＢＴからの３Ｄボリュームの完全な再構成を、当業技術において既知の逆投影アルゴリズムを用いて達成することができる。

図６は、腫瘍切除の間における一連の状況を、外科手術処置において誘導（案内）する画像を提供する当該システムの適用の一例として示す。図６に示されるシステムの実施態様は、トレーサ板８０を備えた超音波装置４０、追跡装置３０及び投影装置７０を有する。更に、該システムはマーカを関心領域１１０に挿入するための器具１３０を有し、該器具もトレーサ板８０を有する。該システムは、更に、組織（特に、関心領域１１０における組織）を切除するための器具１４０を有し、該器具１４０にもトレーサ板８０が設けられる。該システムはトレーサ板８０を備えるプローブ１５０も有し、該プローブ１５０は組織検査に適合させることができる。このようなシステムによれば、下記のような筋書きが可能である。

画像内で見えるエコー源性（エコーを発生する）マーカを伴う術前画像を撮影した後（ステップ１）、追跡システム３０により追跡される超音波プローブ８０により上記エコー源性マーカの位置に基づいて３Ｄ病変が位置特定される（ステップ２）。超音波による追跡を向上させるために腫瘍１１０内には導入器１３０により追加のマーカを配置することができる（ステップ３）。プロジェクタ７０により病変逆投影７２が身体１２０上に視覚化情報として発生される（ステップ４）。術前画像上で見える腫瘍マージンに対して位置が決定される器具１４０により腫瘍を切除することができる（ステップ５）。当該介入治療は更にハイパースペクトル、熱、ＰＰＧ撮像に基づいて誘導することができる（ステップ６）。切除領域は追跡されるプローブ１５０による組織感知（超音波、光学分光、インピーダンス等）により調べることができる（ステップ７）。

図７におけるフローチャートは、ここに記載された実施態様により実行されるステップの原理を示す。記載されるステップは主要なステップであり、これらの主要なステップは異ならせることができるか又は幾つかの副ステップに分割することができることが理解されよう。更に、これらの主要なステップの間には副ステップも存在し得る。

第１態様として、当該腫瘍の位置をワールド座標フレームにおいて決定することができる。このことは、マーカを例えば腫瘍等の関心領域に配置し（ステップＳ１）、該マーカを超音波プローブにより位置特定及び追跡し（ステップＳ２）、該超音波プローブを追跡装置により位置特定し（ステップＳ３）、マーカ位置データ及び超音波画像を超音波コンソールから処理ユニットに直接的に受信し（ステップＳ４）、そして、超音波プローブ位置データを追跡装置から処理ユニットに受信する（ステップＳ５）ことにより達成される。最後に、該処理ユニットは上記マーカ、超音波プローブ及び追跡装置の間の位置関係を決定することができる（ステップＳ６）。

更なる態様として、介入治療のためのガイド情報として有用であり得る（必要ではないが）処理情報を発生し、供給することができる。ステップＳ７において、腫瘍マージンを含む術前画像の当該マーカとの重ね合わせを発生することができる。代わりに又は加えて、リアルタイム超音波画像データ（ステップＳ８）、ハイパースペクトル画像データ（ステップＳ９）及び／又はビデオカメラ画像データ（ステップＳ１０）を、前記マーカを位置合わせのための主要エレメントとして（即ち、異なる画像における一種のアンカリング要素として）前記術前画像データと位置合わせすることができる。次いで、視覚化情報を前記画像データに基づいて発生することができ（ステップＳ１０）、投影として及び／又はディスプレイ上に示すことができる（ステップＳ１１）。例えば、ステップＳ１１において当該マーカの位置を患者上に投影することができる。

更に、ステップＳ１２において介入治療器具の位置及び向きを決定することができ、該器具の当該関心領域の境界に対する関係を決定することができる（ステップＳ１３）。ステップＳ１４において、該器具の表示を当該視覚化情報に加えることができる。該視覚化情報は、該器具の先端からの組織フィードバック情報により改善することができる（ステップＳ１５）。利用可能なリアルタイム画像は、発生される視覚化情報の当該介入治療の任意の進展に対する適合化も可能にすることに注意すべきである。

以上、本発明を図面及び上記記載において詳細に図示及び説明したが、斯かる図示及び説明は解説的又は例示的なものであって、限定するものではないと見なされるべきである。即ち、本発明は開示された実施態様に限定されるものではない。開示された実施態様に対する他の変形例は、当業者によれば、請求項に記載の本発明を実施するに際して図面、本開示及び添付請求項の精査から理解し、実施することができるものである。

尚、請求項において“有する”なる文言は他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。また、請求項における如何なる符号も当該範囲を限定するものと見なしてはならない。

１０ 患者の寝椅子
２０ 手術用ライト
３０ 追跡装置
４０ 超音波装置
５０ 処理ユニット
６０ ディスプレイ
７０ 投影装置
７２ 投影
８０ トレーサ板
８２ 追跡可能なエレメント
９０ カメラ
１００ マーカ
１０２ リム
１１０ 関心領域
１２０ 身体
１２２ 身体の外側表面
１３０ 導入器
１４０ 器具
１５０ プローブ

Claims (15)

1. 手術を誘導する画像を提供するシステムであって、
   追跡装置と、
   該追跡装置により位置及び向きが追跡可能な超音波装置と、
   処理ユニットと、
   を有し、前記処理ユニットが、
   （ｉ）関心領域及びマーカが共に身体内に位置する場合の前記マーカに対する前記関心領域の３Ｄ情報を受信し、
   （ii）前記超音波装置に対する前記マーカの位置を、該マーカを含む前記身体の超音波画像に基づいて決定し、
   （iii）前記追跡装置に対する前記マーカの位置及び向きを決定する、
   システム。
2. 前記身体の外側表面に対する前記関心領域の視覚化情報を発生する視覚化装置を更に有する、請求項１に記載のシステム。
3. 発生された関心領域の視覚化情報が該関心領域の境界の投影を含む、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
4. 前記視覚化装置が発生された視覚化情報を示すディスプレイを有する、請求項１ないし３の何れか一項に記載のシステム。
5. 前記視覚化装置が発生された視覚化情報を投影する投影ユニットを有する、請求項１ないし４の何れか一項に記載のシステム。
6. 前記マーカが、超音波画像に基づいて該マーカの３Ｄ位置及び向きの決定を可能にする構造を有する、請求項１ないし５の何れか一項に記載のシステム。
7. 器具を更に有し、該器具の位置及び向きは前記追跡装置により追跡可能であり、発生された視覚化情報が該器具の前記関心領域に対する関係の指示情報を含む、請求項１ないし６の何れか一項に記載のシステム。
8. 前記関心領域を含む前記身体を撮像するためのカメラを更に有し、前記関心領域の発生された視覚化情報が異なる画像からの画像情報の重ね合わせを含む、請求項１ないし７の何れか一項に記載のシステム。
9. 前記関心領域を撮像するためのハイパースペクトル又はマルチスペクトルカメラを更に有する、請求項１ないし８の何れか一項に記載のシステム。
10. 身体内のマーカの関心領域に対する位置を第１画像データに基づいて決定し、
    超音波装置に対する前記マーカの位置を超音波画像データである第２画像データに基づいて決定し、
    前記超音波装置の位置及び向きを追跡装置から受信されるデータに基づいて決定し、
    前記関心領域と前記追跡装置との間の空間的関係を決定し、
    前記身体の外側表面上に前記関心領域の位置を示す視覚化情報を発生する、
    ための命令の組を有する、コンピュータプログラム。
11. カメラから受信される前記身体の外側表面の画像上への前記視覚化情報の重ね合わせを発生するための命令の組を更に有する、請求項１０に記載のコンピュータプログラム。
12. 前記視覚化情報が前記身体の外側表面上への前記関心領域の境界の投影を含む、請求項１０又は請求項１１に記載のコンピュータプログラム。
13. 身体内の関心領域をマーカに対して術前画像である第１画像に基づいて決定するステップと、
    超音波装置に対する前記マーカの空間位置を該超音波装置により発生される第２画像に基づいて決定するステップと、
    前記超音波装置の空間位置及び向きを決定するステップと、
    前記身体の外側表面に対する前記関心領域の空間位置の指示情報を発生するステップと、
    を有する、方法。
14. 前記身体の外側表面上への前記指示情報の投影を行うステップを更に有する、請求項１３に記載の方法。
15. 器具の空間位置及び向きを決定するステップ、及び前記関心領域に対する前記器具の空間位置の指示情報を発生するステップを更に有する、請求項１３又は請求項１４に記載の方法。

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