JP2021519186A - 手術室内の移動する物体の監視 - Google Patents

Abstract

主追跡デバイス及び処理ユニットを備えるシステムが提案される。主追跡デバイスは、複数の光源及び複数の光検出器を含む。光パルスに基づいて、主追跡デバイスは、室内の複数の物体の現在の３Ｄ位置を決定するように構成されている。処理ユニットは、互いに空間的に関係付けられた、物体の画像情報の視覚化を生成するように、各物体の画像情報を位置情報と共に処理するように構成されている。

Description

本発明は、一般に、介入中の医師の補助の態様に関する。さらに、本発明は、医師が介入を実施するのを助ける視覚化を可能にするシステムに関する。特に、本発明は、物体の動きが手術室内に存在することを考慮に入れて視覚化を可能にする追跡システムに関する。

ますます多くの外科手技が、低侵襲的に実施されるようになっている。最近２〜３年の間に、執刀医にとっての使いやすさ及び得られる正確さを改善するために、様々なソリューションが開発されている。これらのソリューションは、（術前）ＣＴ又はＭＲＩ画像の見当合わせと組み合わされた患者及び／又はデバイスの追跡を可能にする。

例えば、光学カメラが、Ｘ線システム上の検出器又は手術灯内に組み込まれる。このソリューションは、手術ナビゲーションと、２Ｄ及び３Ｄの両方のＸ線イメージングの使いやすい統合を可能にする。手術計画経路が、手術の前又は最中に作成される。ユーザは、仮想経路及び３Ｄデータの視覚化がリアルタイム光学画像に投影されることに起因して、手術器具をより容易に位置合わせすることができる。マーカを有する手術器具を、デバイス追跡によって追跡することができ、患者上のマーカが使用されて、患者の動きが補償される。

視覚化を物体の位置変化に対応させるように、手術室内の複数の異なる物体に関係付けられる位置情報を統合することを可能にするシステムを提供することが目的として理解されるだろう。

これは、それぞれの独立請求項の各々の主題によって達成される。さらなる実施形態が、それぞれの従属請求項に記載されている。

一般に、一実施形態によるシステムは、主追跡デバイス及び処理ユニットを備える。主追跡デバイスは、複数の光源及び複数の光検出器を含み、光源の各々は、光パルスを放出するように構成されており、光検出器の各々は、光パルスを検出するように構成されている。そのような光パルスに基づいて、主追跡デバイスは、手術室内の複数の物体の現在の３Ｄ位置を決定するように構成されている。

処理ユニットは、例えばデータベースから、主追跡デバイスによって追跡されている物体の各々の画像情報を受信するように構成されている。処理ユニットは、主追跡デバイスから、物体の３Ｄ位置情報を受信するようにさらに構成されている。複数の３Ｄ位置に基づいて、物体の向きも決定される。最後に、処理ユニットは、第２の物体の画像情報に空間的に関係付けられた、第１の物体の画像情報の視覚化を生成するように構成されている。一例として、第１の物体は患者であり、第２の物体は介入器具である。さらなる例として、物体の画像情報は、物体の視覚的表現又は物体によって生成される画像である。

一実施形態によれば、光源は、手術室内で、例えば、手術室の壁及び／又は天井に固定的に配置され、光検出器は、それぞれ物体に配置される。代替的に、光検出器が手術室内に固定的に配置されてもよく、光源が、その部屋の中の移動する物体に取り付けられてもよい。光源と光検出器の両方が固定的に配置されること、及び、手術室内でそれらの位置を変化させる物体に光反射器が配置されることも企図される。最後に、特に、３つ以上の物体が追跡されるときに、これらのすべての配置の任意の組み合わせも可能であることに言及しておく。

一実施形態によれば、システムは、１つ又は複数のイメージングデバイスを備える。イメージングデバイスは、例えば患者の内部のリアルタイム画像を生成するように適合される。イメージングデバイスは、２Ｄ Ｘ線イメージングデバイス、３Ｄコンピュータ断層撮影デバイス、磁気共鳴イメージングデバイス、超音波デバイス、ハイパースペクトルビデオカメラ又はハイパースペクトルイメージングデバイスである。システム内のそのようなイメージングデバイスによって、処理ユニットは、データベースに記憶されている以前に生成された画像を処理するだけでなく、リアルタイムに生成される画像も処理する。少なくとも２つのリアルタイムに生成される画像、又は、リアルタイミに生成され記憶される画像、又は、２つ以上の記憶されている画像が互いに見当合わせされ、したがって合成されて表示されることが理解されよう。

一実施形態によれば、システムは、システムの処理ユニットによって生成される視覚化を表示するためのディスプレイデバイスを含む。第１の例として、ディスプレイデバイスはモニタであり、モニタは、手術室内で、例えば手術室の天井に取り付けられた支持アーム上に可動に配置され、又は、床置きデバイスに位置される。別の例によれば、ディスプレイデバイスは、透明又は少なくとも半透明なディスプレイデバイスである。透明ディスプレイデバイスは、例えば、執刀医がそのディスプレイデバイスを透過して手術野を見ながら、自身の視野内に視覚化された、意図される介入の実施を助ける情報を確認することを可能にする。透明ディスプレイデバイスは、眼鏡に組み込まれてもよいが、また、執刀医が、モニタ上の情報とモニタの下にある器具を持った手及び患者の両方を確認するように、透明モニタの上を見、モニタを透過して見ることができるように、執刀医の頭部と手との間に位置決めすることができるフラットモニタであってもよい。さらなる例として、ディスプレイデバイスは、画像情報をデバイス又は患者の表面に投影する投影デバイスであってもよい。代替的に又は付加的に、投影デバイスは、情報を目の網膜に直接的に投影してもよい。

一実施形態によれば、患者の画像情報は、２Ｄ Ｘ線画像データ、３Ｄ ＣＴ画像データ、３Ｄ ＭＲＩ画像データ、超音波画像データ、及び／又はビデオ画像データを含む。患者の画像情報は、以前に、例えば診断プロセス中に及び／若しくは介入の計画のために生成及び記憶されているか、又は、処理ユニットによって目下リアルタイムに生成及び処理されていることに留意されたい。

また別の実施形態によれば、システムの処理ユニットは、１つの物体の現在の３Ｄ位置とその物体の意図される３Ｄ位置との間の空間的逸脱を決定し、その逸脱の指示を例えばディスプレイデバイス上に生成するように構成されている。例えば、患者に対して特定の位置にＸ線システムを配置することが意図されるが、主追跡デバイスによって検出されるものとしてのＸ線システムの現在位置は、その意図される位置とは異なる。そのような場合に、上記指示が生成される。最初に、指示は、単純に、現在位置が意図される位置でないことを示す警告である。さらに、指示は、現在位置が意図される位置からどのように、及び、どの程度離れているかという情報を含む。最後に、Ｘ線システムは、現在位置から意図される位置へと移動するように、自動的に制御されることが企図される。そのような指示はまた、手術室内の任意の他の物体又は任意の複数の物体について与えられてもよいことが理解されよう。

主追跡デバイスによって追跡されるのはシステムの要素に限らないことが理解されよう。事実、手術室内に存在する各物体が、主追跡デバイスによって追跡される。例えば、あらゆる介入デバイス、イメージングデバイスのすべての部品、１つ又は複数のディスプレイデバイス、さらには補助追跡デバイス、手術灯、及び手術台が、主追跡デバイスによって追跡される。最後に、患者又は医師／執刀医のような人も、主追跡デバイスによって追跡することができる。例えば、Ｘ線システムが自動的に動かされる場合、主追跡デバイスは、Ｘ線システムが動く空間内の他の物体が、移動しているＸ線システムと任意の他の物体との間の任意の衝突を妨げないことを保証する。

さらなる実施形態によれば、システムは、補助追跡デバイスをさらに備える。補助追跡デバイスは、ビデオ追跡デバイス、電磁追跡デバイス、無線周波数追跡デバイスであってもよく、光学形状検知及び／又は微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）を含んでもよい。Ｘ線デバイス又はビデオカメラも、追跡を目的として利用される。追跡デバイスの視野がいくらか制約されていると仮定すると、少なくとも手術室内の特定の要素又は物体を追跡するための補助追跡デバイスを有することが有利である。

別の態様によれば、上述したようなシステムの処理ユニット上で作動するように構成されているソフトウェアプログラム製品が提供される。ソフトウェアプログラム製品は、処理ユニットに、１つの物体の３Ｄ位置情報を画像情報と組み合わせさせる命令のセットを含み、処理ユニットは、主追跡デバイスから、物体の３Ｄ位置情報を受信し、データベース又はライブイメージングデバイスから物体を表す画像情報を受信する。同じことが、任意のさらなる物体に当てはまる。ソフトウェアプログラム製品は、処理ユニットに、主追跡デバイスから、第２の物体又は任意のさらなる物体の３Ｄ位置情報を受信し、その物体を表す画像情報を受信させる命令のセットを含む。最後に、ソフトウェアプログラム製品は、処理ユニットに、第２の物体又はさらなる物体の画像情報に空間的に関係付けられた、第１の物体の画像情報の視覚化を生成させ、各物体の画像情報は、その現在の３Ｄ位置に示される。

一実施形態によれば、ソフトウェア製品は、処理ユニットに、主追跡デバイスによって追跡されるべき物体を選択させ、利用可能な画像情報から各物体の画像情報を選択させる命令のセットをさらに含む。一方において、任意の衝突を回避するように、移動している各物体が、主追跡デバイスによって自動的に追跡される。言い換えれば、ソフトウェアプログラム製品は、処理ユニットに、追跡されている物体の許容できない交差の可能性がある場合に警告出力を生成させる命令のセットを含む。

他方、執刀医のようなユーザは、追跡されるべき物体を識別する入力を処理ユニットに提供する。そのような入力は、例えば、キーボード、タッチパッド、コンピュータマウス、タッチスクリーン、音声コマンド、又はジェスチャを介して任意の既知の手法で提供されることが理解されよう。

任意のイメージングデバイスを含む実施形態において、ソフトウェアプログラム製品は、処理ユニットに、物体のライブ画像情報を受信させ、ライブ画像情報を含む視覚化を生成させる命令のセットをさらに含む。

対応するコンピュータプログラム製品が好ましくは、処理ユニットの作業メモリにロードされる。したがって、処理ユニットは、本明細書に記載されている手技段階の少なくとも一部を実行するように装備されている。さらに、本発明は、コンピュータプログラム製品が記憶されるＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ可読媒体に関する。しかしながら、コンピュータプログラム製品はまた、ワールドワイドウェブのようなネットワークを介して提示されてもよく、そのようなネットワークから処理ユニットの作業メモリにダウンロードすることができる。

また別の態様によれば、上述したシステムを使用する方法が提供される。方法は、主追跡システムによって、光パルスの放出及び検出に基づいて第１の物体の３Ｄ位置を決定するステップと、主追跡システムによって、光パルスの放出及び検出に基づいてさらなる物体の３Ｄ位置を決定するステップと、第１の物体及び第２の／さらなる物体の画像情報を受信するステップと、第２の物体の画像上に空間的に関係付けられた、第１の物体の画像情報を含む視覚化を生成するステップとを含む。

さらなる実施形態によれば、方法は、手術によってヒト又は動物の身体を処置する一切のステップを含まない。例えば、方法は、介入デバイスを患者に挿入するステップを含まない。視覚化はリアルタイムに、外科手技と並行して生成されるが、方法は、組織へのいかなる切開のステップも含まず、例えば腫瘍組織など、組織を切除するいかなるステップも含まない。

実施形態は、複数の異なる主題を参照して説明されていることに留意されたい。特に、いくつかの実施形態は、方法タイプの請求項（コンピュータプログラム）を参照して説明されており、一方、他の実施形態は、装置タイプの請求項（システム）を参照して説明されている。しかしながら、当業者は、上記及び以下の説明から、他のことが注記されない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、異なる主題に関係する特徴間の任意の組み合わせも、本出願によって開示されると考えられると推測することになる。

本発明の上記で規定された態様並びにさらなる態様、特徴及び利点も、以下に記載される実施形態の例から導出され、実施形態の例を参照しながら説明される。本発明は、実施形態の例を参照しながら以下により詳細に説明されるが、本発明はそれに限定されない。

一実施形態による手術室内のシステムを示す図である。 一実施形態による主追跡デバイスの光源を示す図である。 一実施形態による主追跡デバイスの光検出器を示す図である。 一実施形態による方法のステップを示す流れ図である。

図面の図解は概略にすぎず、原寸に比例しない。適切な場合、異なる図面において、同様の要素には同じ参照符号が与えられていることに留意されたい。

図１は、手術室において使用されるシステムの一実施形態を示す。この実施形態によるシステムは、２つの光源１０及びいくつかの光検出器１２を有する主追跡システムを含む。図１に見られるように、光検出器１２は、手術室内のおおよそすべての可動要素に配置される。例えば、光検出器１２は、手術灯７０、ＣアームベースのＸ線デバイス３０、又は、可動支持アーム上に取り付けられるモニタ４０に配置される。図１のシステムは、ビデオカメラ３８、ハンドピース３６を有する超音波デバイス、補助追跡デバイス５０、及び、入力デバイス２２を有する処理ユニット２０をさらに含む。システムは、同じく追跡される可動ロボットアームのようなさらなる要素（図示せず）を含んでもよいことに留意されたい。医師９２は、その手術室内で作業し、自身の周囲のすべての部分を意識していなければならない。患者９０は、手術台８０によって支持される。

図１に見られるように、患者９０上にさえ、主追跡システムの検出器１２が配置される。図２及び図３において、光源１０及び光検出器１２の実施例が示されている。図２の実施形態による光源１０は、１つ又は複数のフラッシュライト１０．１及び回転可能要素１０．２を備える。図３による光検出器は、受光素子１２．１、及び、補助追跡デバイスによって追跡可能である要素１２．２を含む。

手術時、主追跡システムは、手術室内部に配置され、例えば赤外光など、可視光の外部の波長を有する光で部屋を満たす。これらの信号から、手術室内の任意の物体の空間位置を、三角測量によって識別することができる。着想は、角度を測定する代わりに、主追跡デバイスが、例えば回転ミラーなど、光源１０の内部の要素１０．２から光ビームを放出することである。回転速度は極めて一定に維持しなければならず、したがって、時間差を測定することができる。光フラッシュが同期に使用され、その光フラッシュは、ＬＥＤフラッシュライトであってもよい発光体１０．１から放出される。同期のためのフラッシュの後、２つのビームが手術室にわたってＸ方向及びＹ方向に掃引し、このビームは、光源１０の要素１０．２から放出される。フラッシュと掃引との間の時間差に基づいて、マイクロコントローラが、光検出器、すなわち、例えば光検出器１２の受光素子１２．１の各々の位置を計算する。ネットワーク通信、集中型サーバ、又は他の何物も必要ではない。掃引の単純な受動的検出でほぼ事足りる。

主追跡システムは、５ｍの距離において５ｃｍ以内、好ましくは１ｃｍ以内、最も好ましくは１ｍｍ以内、すなわち、最も好ましくは２００マイクロラジアン以内の角度の物体を検出する。言い換えれば、物体は、腕の長さにおいて差し出された１枚のタイプ用紙の幅に対する角度以内で検出することができる。特定の波長範囲内の光を使用するとき、患者の皮膚の下の光を検出することも可能である。可視スペクトルの外部又は少なくとも部分的に赤色光スペクトル内の光スペクトルが適切である。すなわち、光検出器又は発光体は、埋め込み可能であり、又は、患者の身体内に、少なくとも外皮の下数ミリメートルまで一時的に挿入されるように構成されている器具の一部分にある。

レーザ掃引を放出するミラーを有する回転シリンダが、６０Ｈｚの周波数で回転する。したがって、１サイクルの測定時間は４８ＭＨｚ以内であり、これはマイクロコントローラの通常周波数以内である。回転ミラー（例えば要素１０．２）が一定の速度で回転することが保証されるべきである。その回転速度がより一定になるほど、測定精度が高くなる。

図１に戻ると、矢印によって示すようないくつかの方向に回転する、Ｘ線源３２及びＸ線検出器３４を有するＣアームベースのＸ線デバイス３０が示されている。さらに、Ｘ線デバイスは、例えば静止位置から手術台までの任意の経路に沿って又は手術台に沿って、手術室の床の上で動くように適合される。この実施形態において、ビデオカメラ３８がＸ線検出器３４に取り付けられ、そのビデオカメラは、患者９０の表面を観察するために使用される。ビデオカメラ信号は、手術野をイメージングするために、及び／又は、補助追跡デバイスとして使用される。例えば、ビデオカメラの画像は、物体の向きを識別するために使用され、その物体の３Ｄ位置は、主追跡デバイスによって決定される。Ｘ線デバイスによってＸ線画像が生成されるのと並行して、ビデオ画像が生成される。介入器具６０にも光検出器１２が設けられ、結果、主追跡システムは、器具の三次元位置を検出する。

図１のシステムの実施形態において、補助追跡デバイス５０及び手術灯７０はそれぞれ、例えば、可動支持アームによって手術室の天井に取り付けられる。主追跡デバイス及び補助追跡デバイスに加えて、要素の位置及び／又は向きに関する情報が、１つのデバイスの要素の互いに対する相対位置の検出を可能にするか、又は、加速若しくは動きを検出する、例えば微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）などのセンサから受信される。例えば、Ｘ線デバイス３０は、Ｘ線デバイスの基部に対するＣアームの、並びに、結果としてＸ線源３２及びＸ線検出器の（デバイスの寸法が既知であることを条件として）現在位置決定することを可能にするセンサを有する。他方、手術台８０もまた、支持台が例えば患者９０の長手方向において手術室内の他のシステムに対して可動である場合、支持板の高さ、及び、場合によってはまた手術台のスタンドに対する支持板の位置も識別するセンサを備える。

主追跡デバイスの第１の態様は、手術室内の可動要素が不意に衝突しないことを保証することである。すなわち、主追跡デバイスは、例えば、Ｘ線デバイス３０のＣアームに対する手術灯７０の動きを検出し、Ｃアームが回転する結果として、Ｃアームが手術灯とが衝突する。そのような場合、手術室内のすべての要素からのすべての情報を処理する処理ユニット２０は、警告を生成し、さらには、要素の任意の損傷を回避するために、Ｘ線デバイスのＣアームの動きを自動的に停止させる。患者又は医師を追跡することによって、任意の事故を防止することが可能である。

システムの別の態様は、種々の画像ソースから種々の画像をリアルタイムに合成することに見られる。例えば、ビデオカメラ３８又は超音波デバイス３６及びＸ線システム３０は、ライブ画像を提供し、データベース（図示せず）からさらなる画像が受信される。例えば画像のオーバーレイとしてそのような画像を合成するには、画像を互いに対して見当合わせすることが必要である。１つの実施形態において、例えば、Ｘ線画像をビデオ画像とそのように見当合わせし、合成することを可能にする要素は、患者９０上に位置決めされる主追跡システムの光検出器１２である。図３に示すように、光検出器１２は、手術室内の患者の位置の検出を可能にする、主追跡デバイスの要素としての受光素子１２．１を含む。位置の検出は、患者の胸部の呼吸運動さえもそのような検出器によって検出されるように、十分に正確である。この実施形態における検出器１２の特定の形状は、同時に、Ｘ線画像におけるこの特定の形状の見当合わせを可能にする。好ましくは、検出器は、Ｘ線画像において可視である放射線不透過性材料から形成される。患者９０における検出器１２は、ビデオカメラ画像内でも識別される。受光素子、又は、受光素子に対して既知の空間的関係を有するイメージングマーカの位置を計算するために、セグメント化アルゴリズムが使用される。十分な受光素子がイメージングデータ内で識別される場合、受光素子に対するイメージングデータの関係を計算することができる。処理ユニット２０は、患者内からのＸ線情報と患者９０の表面画像を、これらのすべてが同期された視野角、及び、Ｘ線画像と同じスケールのビデオ画像になった状態で合成する。そのような合成画像は、コンソールにある固定モニタ、又は、図１に示すような可動モニタ４０のいずれかの、モニタ４０に表示することができる。

合成画像の視覚化は、医師９２によって装着可能である特別な眼鏡４２にも表示される。医師が眼鏡を通して患者及び手術野を見られるように、眼鏡は少なくとも半透明であることが理解されよう。同時に、それらの透明な眼鏡は、Ｘ線デバイスによってイメージングされている患者の内部構造のような情報を示す。そのような情報はまた、事前に生成され、データベースのようなストレージから受信されてもよいことが理解されよう。「拡張現実眼鏡」と呼ばれるそのような眼鏡を使用するとき、手術台又は患者に対する眼鏡の現在位置が関心事である。眼鏡４２は、主追跡システムによって追跡され、したがって、手術室内の他の物体、特に患者の位置に関係付けられた眼鏡の空間位置が検出され得、したがって知られる。これによって、手術室内の医師の視野方向を識別することが可能であり、したがって、Ｃアームを医師の視野角に適合させることが可能であり、したがって、同じ方向から見た患者の内部構造の対応する視覚化が可能である。

以下において、図１のシステムの選択される要素によって実現される例を例示する、いくつかの特定の実施形態を論じる。

一実施形態によれば、イメージングデバイス３０及び９０が主追跡デバイスによって追跡され、イメージングデバイスのイメージングは、追跡情報を使用することによって改善される。例えば、可動Ｘ線システムが、手術室を通じて移動し、複数の異なる位置において患者の脚の複数のショットを撮影する。その後、これらの画像は、追跡情報を使用してともに合成される。同様に、複数の異なるイメージング方向からの複数のＸ線画像に基づく３Ｄ再構成がまとめられる。

可動Ｃアームの追跡はまた、ライブ透視データ上の術前データ又は注記のオーバーレイ、術前データオーバーレイ、術前計画オーバーレイ、及びまた、整形外科における案内も可能にする。これはまた、（電動ホイール／基部を使用して）パーク＆カムバック機能も可能にする。

固定Ｃアーム、すなわち、Ｃアームの非可動基部の追跡は、場合によってはMEMSセンサ及びスマートモデリング、軽量低剛性Ｃアーム、又はさらには、ロードマッピング及び３Ｄ再構成を実施することができるＣアームを有しないシステム（個々のアームを有する別個の線源及び検出器）を含む、較正を必要としない３Ｄロードマッピング及び再構成、脳卒中イメージングの改善、並びに、Ｃアームの自動位置決め又は自動アイソセンタリングを可能にする。

手術室内の顕微鏡、Ｃアーム、可動ＣＴシステム、エコープローブ、ハイパースペクトルカメラなどの資産の追跡は衝突回避を可能にする。

受光素子又は発光ボックスを医療イメージングデバイス上の既知の位置に配置することによって、患者検出器とイメージングデバイスとの間の空間的関係を確立することができる。これによって、実際のイメージングデータ自体（例えば、Ｘ線透視法又は超音波イメージングの）内で見えるマーカを有する必要なしに、患者上の受光素子に対するイメージングデータの関係を決定することが可能になる。

一実施形態によれば、患者に加えて、介入器具が追跡される。主追跡デバイスの要素は、器具上に配置される。したがって、器具と患者の追跡マーカとの間の角度が計算される。患者の追跡マーカの位置も、補助追跡デバイスによって決定されることに留意されたい。

別の実施形態によれば、装着可能ディスプレイデバイスが主追跡デバイスによって追跡され、装着可能ディスプレイの角度的な向きの決定が関心事である。ヘッドセット上に発光ボックスを配置することによって、患者に対してディスプレイを追跡する角度的な正確さを増大させることができる。ヘッドセット内部のカメラはまた、患者上の（受動的）光学マーカを検出するためにも使用される。追跡される装着可能ディスプレイの位置は、ナビゲーションシステムを制御するためにさらに使用される。例は、衝突を回避し、より良好な作業空間を可能にするための、手術ナビゲーションソフトウェアの画面のレイアウト又は検出器の自動位置決めである。

さらなる実施形態によって、発光デバイスは、埋め込み可能であるように構成される。これによって、マーカの位置特定が容易になる。ＭＥＭＳ技術及びＬＥＤを使用して、発光ボックスの大幅な小型化が可能であることに留意されたい。小型広帯域光源を得るために、ソリッドステートベースの光源（ＬＥＤなど）を無機蛍光体及び光学セラミックスと組み合わせて使用することができる。光源と検出器との間の組織に関する情報を得るために、スペクトル照明を使用することができることにも留意されたい。多くの検出器を使用するとき、組織の３Ｄスペクトル再構成をリアルタイムに計算することが可能である。また、単一のセンサ又は限られたセンサセットを用いて、より複雑な発光パターンを利用することによって、３Ｄスペクトルデータを取得することができる（例えば、フラッシュ後に２回レーザ掃引を行う代わりに、フラッシュ後に、走査レーザパターン、及び／又は、異なる方向における多数のレーザ掃引などのより弁別的な光学パターンを使用する）。

すべての光源は患者に対して暗くなるため、組織内の光の制限された侵入深さを補償して、受光素子の感度を大幅に増大させることができる。電池式埋め込み可能マーカを使用するとき、埋め込み可能マーカ内部で、測定されたタイミング（又は計算された位置）が、ワイヤ（インプラントに電力も提供する）又はＲＦベースの通信（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなど）のいずれかを使用して、患者の外部に通信される。埋め込み可能マーカはまた、例えば近距離又は中距離場における電磁的結合に基づいて、ワイヤレス給電によって給電することもできる。代替的に、光検出器は、埋め込み可能であるように構成される。

追跡情報の情報を、慣性（例えば、加速度計、ジャイロスコープ）センサなどの他のセンサデータと組み合わせ、融合することが可能であることが理解されよう。これによって、位置特定の正確さ及び更新速度を増大させることが可能になる。

別の実施形態によれば、較正を必要としない３Ｄ走査及び患者動き補償が実現される。

図４の流れ図は、本明細書に記載されている一実施形態に従って実施されるステップの原理を示す。記載されてい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、いくつかのサブステップに区別又は分割され得ることが理解されよう。さらに、これらの主要なステップの間のサブステップもあり得る。

手術室に、例えば壁の発光体及びすべての関連する物体の光検出器など、主追跡デバイスがすでに備えられていると仮定して、図４を参照しながら以下のステップが実施される。

ステップＳ１において、追跡されるべき物体が、具体的な手動選択によって、又は、意図される手技の全般的な指示によって自動的に選択される。

ステップＳ２において、第１の物体の３Ｄ位置が決定される。３Ｄ位置情報はまた、３Ｄ向き情報も含む。このステップは、少なくとも主追跡デバイスを利用して実施される。

ステップＳ３において、第１の物体の画像情報が、データベースから、又は、イメージングデバイスからのライブ画像として受信される。

ステップＳ４において、ステップＳ２の位置情報が、ステップＳ３の画像情報にタグ付けされる。

ステップＳ５〜Ｓ７は、ステップＳ２〜Ｓ４に対応するが、第２の物体に対して実施される。そのようなステップはさらに、さらなる物体に対して実施される場合があることが理解されよう。

ステップＳ８において、両方の物体の画像及び位置情報が、互いに対する正確な空間位置における画像情報の合成を生成するように処理される。画像情報の合成は、両方とも同じ視野方向の、３Ｄ Ｘ線画像再構成から患者の外面のビデオ画像への２Ｄ投影などの、異なる種類の画像のオーバーレイ画像であってもよい。

任意選択のステップであるステップＳ９において、処理ユニットが追跡情報に基づいて物体の衝突の危険性があると判定した場合、警告が生成される。

同じく任意選択のステップであるステップＳ１０において、少なくとも１つの物体の、少なくとも移動の停止、又は、積極的な移動が、衝突を防止するために開始される。

ステップＳ１１において、合成画像情報の視覚化が生成される。

ステップＳ１２において、視覚化が、モニタ又は装着可能眼鏡などのディスプレイデバイス上に表示される。

ほとんどのステップはコンピュータソフトウェアのステップとして実施されてもよく、したがって、自動的に実施されてもよいことに留意されたい。それらのステップを処理するための処理ユニットは単一の処理ユニットであってもよいが、別個のタスクを有する複数の処理ユニットを含んでもよいことにさらに留意されたい。例えば、主追跡デバイスは、すべての追跡される物体の３Ｄ位置を決定するための第１の処理ユニットを有してもよい。代替的に又は付加的に、視覚化は、別個の表示処理ユニットによって生成されてもよい。

図面及び上記の説明において本発明が詳細に図解及び説明されているが、そのような図解及び説明は限定ではなく実例又は例示と考えられるべきであり、本発明は、開示されている実施形態に限定されない。当業者によって、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を研究することから、特許請求されている本発明を実践することにおいて、開示されている実施形態に対する他の変形形態が理解され、実行される。

特許請求の範囲において、「備える」という単語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形は複数を除外しない。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されているというだけのことは、これらの方策の組み合わせを好都合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。特許請求の範囲内の任意の参照符号は、それらの範囲を限定されるようには解釈されないものとする。

１０ 主追跡デバイスの光源
１０．１ ＬＥＤフラッシュライト
１０．２ レーザ掃引要素
１２ 主追跡デバイスの光検出器
１２．１ 受光素子
１２．２ 補助追跡デバイスによって追跡可能な要素
２０ 処理ユニット
２２ 入力デバイス
３０ Ｘ線イメージングデバイス
３２ Ｘ線源
３４ Ｘ線検出器
３６ 超音波プローブ
３８ ビデオカメラ
４０ ディスプレイデバイス
４２ 拡張現実眼鏡
５０ 補助追跡デバイス
６０ 介入器具
７０ 手術灯
８０ 手術台
９０ 患者
９２ 医師

Claims (14)

1. 手術室において使用するためのシステムであって、前記システムは、
   複数の光源及び複数の光検出器を含む主追跡デバイスであって、前記光源の各々は、光パルスを放出し、前記光検出器の各々は、前記光パルスを検出し、前記主追跡デバイスは、前記光パルス及び時間差の測定に基づいて、前記手術室内の複数の物体の現在の３Ｄ位置を決定する、主追跡デバイスと、
   少なくとも２つの物体の画像情報を受信し、前記主追跡デバイスから前記複数の物体の３Ｄ位置情報を受信し、第２の物体の前記画像情報に空間的に関係付けられた、第１の物体の前記画像情報の視覚化を生成する、処理ユニットと
   を備える、システム。
2. 前記光源は、前記手術室内で固定的に配置され、前記光検出器は、それぞれ前記物体に配置される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記システムはイメージングデバイスをさらに備え、前記イメージングデバイスは、２Ｄ Ｘ線イメージングデバイス、３Ｄコンピュータ断層撮影デバイス、磁気共鳴イメージングデバイス、超音波デバイス、ハイパースペクトルイメージングデバイス、及びビデオカメラから成る群からの少なくとも１つのデバイスである、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記生成されている視覚化を表示するディスプレイデバイスをさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記ディスプレイデバイスは透明ディスプレイデバイスである、請求項４に記載のシステム。
6. 前記システムは補助追跡デバイスをさらに備え、前記補助追跡デバイスは、ハイパースペクトル追跡デバイス、ビデオ追跡デバイス、電磁追跡デバイス、無線周波数追跡デバイス、超音波追跡デバイス、Ｘ線追跡デバイス、光学形状検知デバイス、及び微小電気機械センサから成る群からの少なくとも１つを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記複数の物体は、少なくとも１つの介入デバイス、イメージングデバイス、イメージング見当合わせデバイス、ディスプレイデバイス、補助追跡デバイス、手術灯、手術台、及び、患者又は医師のような少なくとも１人の人間から成る群からの少なくとも２つを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 患者の前記画像情報は、２Ｄ Ｘ線画像データ、３Ｄ ＣＴ画像データ、３Ｄ ＭＲＩ画像データ、超音波画像データ、ビデオ画像データから成る群からの少なくとも１つを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記処理ユニットはさらに、前記物体のうちの１つの物体の前記現在の３Ｄ位置と当該物体の意図される３Ｄ位置との間の空間的逸脱を決定し、前記逸脱の指示を前記ディスプレイデバイス上に生成する、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 請求項１に記載のシステムの処理ユニット上で作動するソフトウェアプログラムであって、前記ソフトウェアプログラムは、命令のセットを含み、前記命令のセットは、前記処理ユニットに、
    主追跡デバイスから、第１の物体の３Ｄ位置情報を受信することと、
    前記第１の物体を表す画像情報を受信することと、
    前記主追跡デバイスから、第２の物体の３Ｄ位置情報を受信することと、
    前記第２の物体を表す画像情報を受信することと、
    前記第２の物体の前記画像情報に空間的に関係付けられた、前記第１の物体の前記画像情報の視覚化を生成することと
    を行わせる、ソフトウェアプログラム。
11. 前記処理ユニットに、前記主追跡デバイスによって追跡されるべき物体を選択させ、利用可能な画像情報から前記物体各々の画像情報を選択させる命令のセットをさらに含む、請求項１０に記載のソフトウェアプログラム。
12. 前記処理ユニットに、物体のライブ画像情報を受信させ、前記ライブ画像情報を含む前記第１の物体及び前記第２の物体の視覚化を生成させる命令のセットをさらに含む、請求項１０又は１１に記載のソフトウェアプログラム。
13. 前記処理ユニットに、追跡されている前記物体の許容できない交差の場合に警告出力を生成させる命令のセットをさらに含む、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のソフトウェアプログラム。
14. 請求項１に記載のシステムを使用する方法であって、前記方法は、
    主追跡システムによって、光パルスの放出及び検出に基づいて、第１の物体の３Ｄ位置を決定するステップと、
    前記主追跡システムによって、光パルスの放出及び検出に基づいて、第２の物体の３Ｄ位置を決定するステップと、
    前記第１の物体及び前記第２の物体の画像情報を受信するステップと、
    前記第２の物体の前記画像情報に空間的に関係付けられた、前記第１の物体の前記画像情報を含む視覚化を生成するステップと
    を有する、方法。

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