JP2021520935A - 生検針の可視化 - Google Patents

Abstract

超音波の結像に基づいて、生検針の操作のための誘導を提供する方法およびシステム。画像データを生成するために、超音波が、超音波トランスデューサによって放射および検出される。生検針が、生成された画像データ内で識別され、生検針は、発射前構成にあり得る。生検針の識別に基づいて、方法およびシステムは、少なくとも部分的に生検針の特性に基づいて、生検針の予測される場所を決定し得る。生検針の予測される場所は、その発射後構成における生検針の予測される場所であり得る。決定された予測される場所を示す少なくとも１つのインジケータが、表示され得る。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１９年５月３日にＰＣＴ国際特許出願として出願されており、その開示が参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる２０１８年５月４日に出願され、「Ｂｉｏｐｓｙ Ｎｅｅｄｌｅ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ」と題された米国仮特許出願第６２／６６６，８６９号の優先権および利益を主張する。

（背景）
生検は、さらなる検査のために患者の標的化された場所から組織を抽出するために使用される手技である。例えば、病変または腫瘤が、患者の中で識別され得、その病変または腫瘤のサンプルが、さらなる試験、分析、または検査のために所望される。経皮的コア生検等のある生検手技中、外科医または医療従事者が、患者の皮膚の切開部を通して、患者の中に生検針を挿入する。生検針を用いて病変を正確に標的化および／または可視化するために、皮下位置における針の画像を視認するためのウルトラサウンド技術の使用を含む種々の結像モダリティが、採用される。そのようなウルトラサウンド技術の使用は、有用であるが、従来のウルトラサウンド誘導生検技術は、可視指示であるが、病変に関する、または生検針の限定的な追加の情報を提供し、生検手技を実施する医療従事者に対して誘導または洞察を殆ど提供しない。生検手技は、したがって、医療従事者の技能、経験、および直感に大きく依存していた。

本明細書に開示される側面が成されているのは、これらおよび他の一般的考慮点に対してである。比較的に具体的な問題が議論され得るが、例が本開示の背景技術または他所において識別される具体的な問題の解決に限定されるべきではないことも理解されたい。

（要約）
本開示の例は、他のモダリティの追加の組み合わせに加えたウルトラサウンド技術を通した埋め込まれたマーカの位置特定のためのシステムおよび方法を説明する。

ある側面において、技術は、生検針の操作のための誘導を提供する方法に関する。方法は、ウルトラサウンドプローブの超音波トランスデューサから超音波のアレイを放射することと、超音波トランスデューサによって、反射された超音波を検出することであって、反射された超音波は、患者の内部から反射された後の超音波のアレイの少なくとも一部を含む、ことと、反射された超音波から画像データを生成することとを含む。方法は、生成された画像データ内で、プロセッサによって、患者の内部内の生検針の少なくとも一部を識別することも含む。方法は、少なくとも部分的に生検針の識別に基づいて、プロセッサによって、少なくとも部分的にプロセッサに動作可能に接続されたメモリに記憶された１つ以上の生検針の特性に基づいて、生検針のある側面の予測された場所を決定することをさらに含む。加えて、方法は、生成された画像データに基づくウルトラサウンド画像をプロセッサに動作可能に接続されたディスプレイ上に表示することと、ウルトラサウンド画像上に生検針の予測される場所の側面に関する少なくとも１つのインジケータを表示することとを含む。

ある例において、生検針を識別することは、発射前構成における生検針を識別することを含み、生検針の予測される場所は、発射後構成における生検針の予測される場所である。別の例において、生検針の予測される場所に関する少なくとも１つのインジケータを表示することは、予測される生検針の先端場所を示す先端インジケータ、または予測される生検針の開口場所を示す開口インジケータのうちの少なくとも１つを表示することを含む。さらに別の例において、生検針を識別することは、ウルトラサウンド画像における生検針を識別するユーザ入力を受信することを含む。さらに別の例において、生検針を識別することは、プロセッサによって、生成された画像データを画像分析技法によって分析し、生検針を識別することを含む。なおもさらに別の例において、方法は、（１）生検針のタイプに関する実験データ、および、（２）生検針の１つ以上の記憶された特性であって、針の長さと、針ゲージと、針の壁厚と、針の材料組成と、針先端の幾何学形状と、送出距離と、針発射機構の特性とのうちの少なくとも１つを含む特性のうちの少なくとも１つに基づいて、針の先端場所に関する偏向確率を決定することをさらに含む。

別の例において、生検針の１つ以上の記憶された特性は、生検針のタイプに関するユーザ入力に基づく。さらに別の例において、生検針のタイプに関する入力は、生検針のモデルおよび製造業者を含む。さらに別の例において、方法は、生検針のための発射軌道に沿った患者の内部の組織の特性にさらに基づいて偏向確率を決定することも含む。なおもさらに別の例において、組織の特性は、組織の特性を識別する入力に基づく。

別の例において、方法は、プロセッサによって、生成された画像データに基づいて、生検針のための発射軌道を決定し、生検針のための発射軌道の少なくとも一部に沿った組織に関するエラストグラフィデータを受信し、受信されたエラストグラフィデータに基づいて、組織の特性を決定することによって、組織の特性を決定することも含む。さらに別の例において、方法は、ウルトラサウンド画像上に偏向確率インジケータを表示することをさらに含み、偏向確率インジケータは、決定された偏向確率に基づく発射後の先端場所に関する範囲を示す。さらに別の例において、偏向確率インジケータは、楕円形、長方形、正方形、三角形、または円形のうちの１つである。なおもさらに別の例において、偏向確率インジケータは、発射後の先端場所に関するある範囲の確率を示す。

別の例において、偏向確率インジケータは、ヒートマップを含む。さらに別の例において、方法は、予測される場所がウルトラサウンド画像の外側にあることを決定することと、予測される場所がウルトラサウンド画像の外側にあることを決定することに応答して、警告を表示することとも含む。さらに別の例において、方法は、予測される発射後の生検針の先端場所がウルトラサウンド画像内に留まる最大発射前生検針深度を決定することと、最大針深度インジケータを表示することであって、最大針深度インジケータは、決定された最大発射前生検針深度を示す、こととも含む。なおもさらに別の例において、最大針深度インジケータは、生検針の発射軌道に対して垂直の線分である。

別の例において、方法は、生検針がウルトラサウンド画像の結像面から外に迂回していることを決定することと、生検針がウルトラサウンド画像のための結像面から外に迂回していることを決定することに応答して、以下の動作、すなわち、生検針がウルトラサウンド画像のための結像面から外に迂回していることを示す警告を表示すること、またはウルトラサウンドプローブから放射されるビーム形態を改変し、結像面から外への生検針の迂回を補償することのうちの少なくとも１つの動作を実施することとをさらに含む。さらに別の例において、生検針がウルトラサウンド画像のための結像面から外に迂回していることを決定することは、第１の時間において、生検針に関する第１の見掛け上の深度を決定することと、第１の時間に続く第２の時間において、生検針に関する第２の見掛け上の深度を決定することであって、第２の見掛け上の深度は、第１の見掛け上の深度より大きい、ことと、第２の時間に続く第３の時間において、生検針に関する第３の見掛け上の深度を決定することであって、第３の見掛け上の深度は、第２の見掛け上の深度より小さい、ことと、第３の見掛け上の深度が、第２の見掛け上の深度より小さいこと、および第２の見掛け上の深度が、第１の見掛け上の深度より大きいことに基づいて、生検針が、ウルトラサウンド画像のための結像面から外に迂回していることを決定することとをさらに含む。

別の例において、先端インジケータは、生検針の先端の幾何学形状に基づく形状を有するグラフィック要素である。さらに別の例において、開口インジケータは、生検針の発射軌道に対して垂直の２つの線分を含む。さらに別の例において、先端インジケータおよび開口インジケータは、同時に表示される。

ある側面において、技術は、超音波トランスデューサを備えているウルトラサウンドプローブであって、超音波トランスデューサは、超音波のアレイを放射し、反射された超音波を検出するように構成され、反射された超音波は、患者の内部内で反射された後の超音波のアレイの少なくとも一部を含む、ウルトラサウンドプローブと、ディスプレイと、ディスプレイおよびウルトラサウンドプローブに動作可能に接続された少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのプロセッサに動作可能に接続され、命令を記憶しているメモリとを含むシステムに関し、命令は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、一組の動作を実施する。一組の動作は、反射された超音波から画像データを生成することと、プロセッサによって、生成された画像データ内で、患者の内部内の生検針を識別することと、少なくとも部分的に生検針の識別に基づいて、プロセッサによって、１つ以上の記憶された生検針の特性に基づいて、生検針のある側面の予測される場所を決定することと、プロセッサに動作可能に接続されたディスプレイ上に、生成された画像データに基づくウルトラサウンド画像を表示することと、ウルトラサウンド画像上に生検針の側面の予測される場所に関する少なくとも１つのインジケータを表示することとを含む。

ある側面において、技術は、生検針の操作のための誘導を提供する方法に関する。方法は、生検手技のために使用されるべき生検針のタイプを選択するためのユーザインターフェースを表示することと、ユーザインターフェースにおける入力として、生検手技のために使用されるべき生検針のタイプを示す入力を受信することと、生検針のタイプを示す入力に基づいて、生検針のための針の特性を決定することであって、針の特性は、針の長さと、針ゲージと、針の壁厚と、針の材料組成と、針先端の幾何学形状と、針発射機構の特性とのうちの少なくとも１つを含む、ことと、決定された針の特性に基づいて、生検針の発射後の先端場所に関する偏向確率を決定することと、ウルトラサウンドプローブの超音波トランスデューサから、超音波のアレイを放射することと、超音波トランスデューサによって反射された超音波を検出することであって、反射された超音波は、患者の内部から反射された後の超音波のアレイの少なくとも一部を含む、ことと、反射された超音波からウルトラサウンド画像を生成することと、生成されたウルトラサウンド画像内で生検針を識別することと、生検針の識別および生検針の発射後の先端場所に関して決定された偏向確率に基づいて、ウルトラサウンド画像上に偏向確率インジケータを表示することであって、偏向確率インジケータは、決定された偏向確率に基づく予測された発射後の先端場所に関する範囲を示す、こととを含む。

ある例において、ユーザインターフェースにおける入力は、生検針のメーカおよびモデルを示す。別の例において、生検針のための針の特性を決定することは、ユーザインターフェースから受信される入力に基づいて、針の特性を含むデータベースにクエリすることを含む。さらに別の例、すなわち、請求項２５に記載される方法において、偏向確率インジケータは、楕円形、円形、正方形、長方形、または三角形のうちの１つである。さらに別の例において、偏向確率インジケータは、発射後の先端場所に関するある範囲の確率を示す。なおもさらに別の例において、偏向確率インジケータは、発射後の先端場所に関するある範囲の確率を示すヒートマップを含む。

別の例において、偏向確率を決定することは、生検針のための発射軌道に沿った患者の内部の組織の特性にさらに基づく。さらに別の例において、組織の特性は、組織の特性を識別するユーザ入力に基づく。さらに別の例において、方法は、生成されたウルトラサウンド画像に基づいて、生検針のための発射軌道を決定し、生検針のための発射軌道の少なくとも一部に沿った組織に関するエラストグラフィデータを受信し、受信されたエラストグラフィデータに基づいて、組織の特性を決定することによって、組織の特性を決定することをさらに含む。なおもさらに別の例において、偏向確率を決定することは、決定された針の特性を有する針の曲がりを決定するための数学的解析に基づく。別の例において、方法は、患者の中への生検針の複数の挿入に関するウルトラサウンド画像データを集積することと、集積されたウルトラサウンド画像データに基づいて、機械学習ツールを訓練することとをさらに含み、偏向確率を決定することは、少なくとも部分的に訓練された機械学習ツールを使用して決定される。

ある側面において、システムは、超音波トランスデューサを備えているウルトラサウンドプローブであって、超音波トランスデューサは、超音波のアレイを放射し、反射された超音波を検出するように構成され、反射された超音波は、患者の内部内で反射された後の超音波のアレイの少なくとも一部を含む、ウルトラサウンドプローブと、ディスプレイと、ディスプレイおよびウルトラサウンドプローブに動作可能に接続された少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのプロセッサに動作可能に接続され、命令を記憶しているメモリとに関し、命令は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、一組の動作を実施する。一組の動作は、ディスプレイ上に、生検手技のために使用されるべき生検針のタイプを選択するためのユーザインターフェースを表示することと、ユーザインターフェースにおける入力として、生検手技のために使用されるべき生検針のタイプを示す入力を受信することと、生検針のタイプを示す入力に基づいて、生検針のための針の特性を決定することであって、針の特性は、針の長さと、針ゲージと、針の壁厚と、針の材料組成と、針先端の幾何学形状と、針発射機構の特性とのうちの少なくとも１つを含む、ことと、決定された針の特性に基づいて、生検針の発射後の先端場所に関する偏向確率を決定することと、反射された超音波からウルトラサウンド画像を生成することと、生成されたウルトラサウンド画像内で生検針を識別することと、生検針の識別および生検針の発射後の先端場所に関する決定された偏向確率に基づいて、ウルトラサウンド画像上に偏向確率インジケータを表示することであって、偏向確率インジケータは、決定された偏向確率に基づく予測された発射後の先端場所に関する範囲を示す、こととを含む。

本発明の概要は、発明を実施するための形態において下でさらに説明される一連の概念を単純化された形態でもたらすために提供される。本発明の概要は、請求される主題の重要となる特徴または不可欠な特徴を識別することを意図しておらず、請求される主題の範囲を限定するために使用されることも意図していない。例の追加の側面、特徴、および／または利点が、一部は後に続く説明の中に記載され、一部はその説明から明らかになる、または本開示の実践によって習得され得る。

非限定的かつ非包括的な例が、以下の図を参照して説明される。

図１Ａは、生検針可視化システムの例を描写する。

図１Ｂは、発射前構成における生検針を伴う生検針可視化システムの例を描写する。

図１Ｃは、発射後構成における生検針を伴う生検針可視化システムの例を描写する。

図１Ｄは、発射前構成における生検針の例を描写する。

図１Ｅは、発射プロセス中の図１Ｄの生検針の例を描写する。

図１Ｆは、発射後構成における、図１Ｄ−１Ｅの生検針の例を描写する。

図１Ｇは、生検針可視化システムの中への組み込みのための好適な動作環境の例を描写する。

図２は、生検針予測インジケータを含む例示的ウルトラサウンド画像を描写する。

図３Ａは、生検針の可視化のための例示的方法を描写する。

図３Ｂは、生検針の可視化のための別の例示的方法を描写する。

図３Ｃは、生検針の可視化のための別の例示的方法を描写する。

図４は、生検針の平面迂回を検出するための例示的方法を描写する。

（詳細な説明）
生検針の適切な位置付けは、生検手技の成功のために重要である。生検針が適切に位置付けられていない状況において、生検手技が、所望されるサンプルが取得されるまで繰返し実施される必要があり得る。不正確な位置付けは、その手技中の繰り返されるステップにもつながり、追加のサンプルが、同じ手技中に入手され、および／または患者が、追加の生検手技のために再来院しなければならなくなり得る。しかしながら、異なる生検針の使用を伴う生検針の適切な位置付けは、より困難になる。例として、いくつかの生検針は、ばね負荷され、サンプルを捕捉するために生検針の一部に延びさせる他の「発射」機構を有する。例えば、生検針の外側カニューレが、患者の中に挿入され得、解放機構がトリガされると、開口を伴う内側カニューレが外側カニューレの中から発射され、内側カニューレは、さらに患者の中に延び、サンプルを捕捉する。そのような生検針の例は、Ｈｏｌｏｇｉｃ，Ｉｎｃ．（Ｍａｒｌｂｏｒｏｕｇｈ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）製のＣｅｌｅｒｏ（登録商標）生検デバイスと、Ｓｅｒｔｅｒａ（登録商標）生検デバイスとを含む。それらの皮下位置におけるそのような生検針のウルトラサウンド画像を用いても、生検針の発射後の位置は、依然として不明である。すなわち、その発射前構成における生検針の一部が、ウルトラサウンド画像上に見られ得るが、その発射後構成における生検針の最終場所は、必ずしもウルトラサウンド画像のみから判別可能であるわけではない。

多くの生検手技は、従来のウルトラサウンド技術を伴うそれらであっても、生検手技を実施する医療従事者の技能、経験、および直感に大きく依存していた。一部のよく訓練され、経験を積んだ医療従事者は、生検針がその発射後の位置で位置し得る場所を概算することが可能であるが、経験が浅い医療従事者は、そのような概算を行うのに苦労し得る。さらに、生検針は、異なるブランドおよびモデル間で変動し、プロセスにさらなる予測不可能性を追加する。例えば、１つの生検針は、発射されたとき、別のものより多く偏向し得、そのような偏向は、発射されたときに生検針が通過するであろう特定の組織にも依存し得る。これらの偏向は、不可能ではない場合でも、経験を積んだ外科医にとっても予測することが極めて困難である。加えて、患者の乳房組織の特性および組成における変動性があり、発射後の生検針の最終場所にある予測不可能性を生じさせ得る。

これらの問題を軽減するために、とりわけ、本技術は、医療従事者が生検針をより正確に位置付けることを可能にするために、生検手技中により精密かつ有用なフィードバックを提供する生検針可視化システムを提供する。例として、生検針可視化システムは、その発射前構成に基づいて、その発射後構成における生検針の予測される場所および／または位置に関する印を提供し得る。生検針の予測される場所は、好ましくは、生検針および生検針のための標的化された場所の生またはリアルタイムのウルトラサウンド画像の上にオーバーレイとして表示され得る。したがって、医療従事者は、追加の誘導を提供され、生検針を使用してより正確な組織のサンプリングを実施する。例えば、外科医が、予測される場所が標的化された場所ではないことを把握した場合、医療従事者は、生検針を適切な位置まで調節することが可能である。生検針の予測される場所は、生検針の先端および生検針の開口の予測される場所を示し得る生検予測インジケータの組として表示され得る。予測は、現在生検を実施するために使用されている生検針の特性にも基づき得る。故に、外科医に提供される誘導は、使用されている特定の生検針に特定であり、医療従事者がその特定の針を以前に使用していなかった場合でも、医療従事者が生検を実施することを可能にする。手技中に医療従事者によって決定または示され得る患者の乳房組織の組成も、生検針の予測される場所を決定し、さらにより正確な予測を提供するために使用され得る。したがって、本明細書に説明される技術は、豊富に経験を積んだ外科医および経験が浅い外科医の両方のための改良された性能を提供する。

図１Ａは、生検針可視化システム１００の例を描写する。生検針可視化システム１００は、超音波トランスデューサ１０４を含むウルトラサウンドプローブ１０２を含む。超音波トランスデューサ１０４は、超音波１０６のアレイを放射するように構成される。超音波トランスデューサ１０４は、電気信号を超音波１０６に変換する。超音波トランスデューサ１０４は、患者の内部部分から反射されている超音波等の超音波を検出するようにも構成され得る。いくつかの例において、超音波トランスデューサ１０４は、容量トランスデューサおよび／または圧電トランスデューサ、および他の好適なトランスデュース技術を組み込み得る。

超音波トランスデューサ１０４は、（例えば、有線または無線で）ディスプレイ１１０にも動作可能に接続される。ディスプレイ１１０は、ウルトラサウンド画像を生成し、分析するように構成されたプロセッサと、メモリとを含むコンピューティングシステムの一部であり得る。好適なコンピューティングシステムのさらなる議論が、図１Ｇを参照して下で提供される。ディスプレイ１１０は、患者のウルトラサウンドの結像に基づいて、ウルトラサウンド画像を表示するように構成される。生検針可視化システム１００において実施されるウルトラサウンドの結像は、主に、患者の内部の一部の断面の２次元のウルトラサウンド画像をもたらす、Ｂモード結像である。結果として生じる画像内のピクセルの輝度は、反射されたウルトラサウンド波の振幅または強度に概ね対応する。他のウルトラサウンド結像モードも、利用され得る。用語「送受信機」が、本明細書で使用されるが、その用語は、それらの任意の組み合わせに加えて、伝送機、受信機、および送受信機の全てを対象とすることを意図している。

図１Ｂは、発射前構成における生検針１２４を伴う生検針可視化システム１００の例を描写する。ウルトラサウンドプローブ１０２は、患者１１２の乳房等の患者１１２の一部と接触する。図１Ｂに描写される位置において、ウルトラサウンドプローブ１０２は、病変１１４を含む患者１１２の一部を撮像するために使用されている。生検針１２４を有する生検デバイス１２２が、患者１１２の中に挿入される。生検針１２４は、その発射前構成における状態で描写される。生検針１２４を含む患者１１２の一部を撮像するために、超音波トランスデューサ１０４は、患者１１２の内部の中に超音波１０６のアレイを放射する。超音波１０６の一部は、患者１１２の内部特徴および生検針１２４から反射され、生検針１２４が、視野内に入ると、反射された超音波１２０としてウルトラサウンドプローブ１０２に戻る。反射された超音波１２０は、超音波トランスデューサ１０４によって検出され得る。例えば、超音波トランスデューサ１０４は、反射された超音波１２０を受信し、超音波１２０を電気信号に変換し、電気信号は、処理および分析され、ディスプレイ１１０上にウルトラサウンド画像データを生成し得る。

図１Ｃは、発射後構成における生検針１２４を伴う生検針可視化システム１００の例を描写する。図１Ｃに描写されるような生検針可視化システム１００は、生検針１２４が発射後構成におけることを除き、図１Ｂに描写される生検針可視化システム１００と実質的に同じである。発射後構成において、生検針は、生検針１２４から延びている送出部分１２６を有する。いくつかの例において、送出部分１２６は、生検針１２４の内側カニューレであり得る。送出部分１２６は、病変１１４から組織を収集するための開口１３０も含む。開口１３０は、生検針先端１２８と、生検針１２４の発射前構成からの生検針１２４の一部との間に位置する。

図１Ｂ−１Ｃから分かり得るように、生検針１２４は、病変１１４に向かった方向に患者の中に挿入される。その発射前構成における生検針１２４が、患者１１２内の特定の点に到達すると、生検針１２４が、発射される。生検針１２４の発射は、多くの場合、生検デバイス１２２上に位置するトリガを押すことまたは別様に操作することによってトリガされる。生検針１２４が、発射されると、送出部分１２６が、生検針１２４から延びている。描写される例において、送出部分１２６の開口１３０が、病変１１４からの組織サンプルが収集され得るように、病変１１４に位置することが所望される。上で議論されるように、発射前構成における生検針１２４の適切な場所および位置を決定し、発射後構成において所望される開口１３０および先端１２８の場所を達成することは、重要かつ困難である。生検手技中に生検針１２４を含むウルトラサウンド像を生成することによって、分析が、画像上で実施され、図２−４を参照してさらに下で議論されるように、針の位置付けに関する追加の誘導を提供し得る。

図１Ｄ−１Ｆは、発射プロセス中の複数の段階における生検針１２４の例を描写し、同時に議論される。特に、図１Ｄは、発射前構成における生検針１２４を描写し、図１Ｅは、発射プロセス中の生検針１２４を描写し、図１Ｆは、発射後構成における生検針１２４を描写する。例示的生検針１２４は、外側カニューレ１３２と、内側カニューレ１３４とを含む。内側カニューレ１３４は、開口１３０と、生検針先端１２８とを含む。発射プロセス中、内側カニューレ１３４は、外側カニューレ１３２から前進する。内側カニューレ１３４が外側カニューレ１３２から延びている距離は、送出距離と称され得る。内側カニューレ１３４が（図１Ｅに描写されるように）外側カニューレ１３２から延びていると、組織が、開口１３０から捕捉される。いくつかの例において、真空機構が、生検針１２４に取り付けられ、開口１３０の中に組織を引き込み得る。組織が、開口１３０の中に捕捉された状態で、外側カニューレ１３２は、（図１Ｆに示されるように）内側カニューレ１３４の上を前進させられ、それは、組織を切断し、それによって、開口１３０の中に捕捉された組織を患者の残りの組織から分離する。外側カニューレ１３２（単独）、または外側カニューレ１３２および内側カニューレ１３４の両方は、全体または一部を問わず、それらの要素を結果として生じるウルトラサウンド画像内でより明るく見えるようにする高いエコー輝度を表示する材料から製造され得る。そして、生検針１２４は、完全な発射後構成にあり、患者１１２から後退させられ得る。開口１３０の中に捕捉された組織は、次いで、さらなる分析および検査のために生検針１２４から除去され得る。上で説明される手技は、複数の生検サンプルを除去するために数回実施され得る。生検手技の終了時、生検される部位の場所をマーキングするマーカが、生検場所の中に挿入され得る。

別の場合において、内側カニューレの円周を完全または部分的に包囲し得る外側カニューレ１３２の部分１３５のみが、高エコー輝度材料から形成される。部分１３５は、その最大範囲におけるとき、内側カニューレ１３４の先端１２８から既知の距離Ｄだけ離れた外側カニューレ１３２上の場所にある。この距離Ｄは、例えば、特定の針タイプまたは製造業者に特定であり得る。ここで、既知の距離Ｄは、先端１２８から遠位に、かつ先端から開口１３０の反対側に部分１３５を位置決めするが、他の場所も、考えられる。外側カニューレ１３２の部分１３５のみを高エコー源性材料から、かつ先端１２８から既知の距離Ｄだけ離して形成することによって、内側カニューレ１３４の発射後の場所の正確度が、改良され得る。より具体的に、完全に高エコー源性材料から形成された外側カニューレを有する生検針が、利用される場合、識別された外側カニューレの見掛け上の先端が、その構成要素の実際の先端であるかどうかは、画像を分析するプロセッサ（または手技を実施する外科医）に不明であり得る。ウルトラサウンド波の浸透の深度を所与として、外側カニューレの見掛け上の先端が、単に、その波の浸透の最大深度に位置する外側カニューレの部分であり得ることが、可能である。しかしながら、図１Ｄ−１Ｅに描写される構成において、部分１３５が、検出されると、実際の先端１２８の場所は、より容易に決定され得る。

図１Ｇは、生検針可視化システム１００への組み込みのための好適な動作環境１５０の例を描写する。その最も基本的構成において、動作環境１５０は、典型的に、少なくとも１つの処理ユニット１５２と、メモリ１５４とを含む。コンピューティングデバイスの厳密な構成およびタイプに応じて、メモリ１５４（本明細書に開示される能動的監視の実施形態を実施するための命令を記憶する）は、揮発性（ＲＡＭ等）、不揮発性（ＲＯＭ、フラッシュメモリ等）、または２つのもののある組み合わせであり得る。この最も基本的構成は、図１Ｅに破線１５６によって図示される。さらに、環境１５０は、限定ではないが、磁気または光ディスクまたはテープを含む記憶デバイス（リムーバブル型１５８、および／または非リムーバブル型１６０）も含み得る。同様に、環境１５０は、キーボード、マウス、ペン、音声入力等の入力デバイス１６４、および／またはディスプレイ、スピーカ、プリンタ等の出力デバイス１６６も有し得る。入力デバイス１６４は、ウルトラサウンドプローブ１０２等、生検針可視化システム１００の種々のコンポーネントから発される信号を受信または検出するための回路またはインターフェースも含み得る。ＬＡＮ、ＷＡＮ、２地点間等の１つ以上の通信接続１６２も、環境内に含まれ得る。実施形態において、接続は、２地点間通信、接続型通信、コネクションレス型通信等の設備に対して動作可能であり得る。

動作環境１５０は、典型的に、少なくともある形態のコンピュータ読み取り可能な媒体を含む。コンピュータ読み取り可能な媒体は、処理ユニット１５２または動作環境を備えている他のデバイスによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。例として、かつ限定ではないが、コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータ記憶媒体と、通信媒体とを備え得る。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータ等の情報の記憶のための任意の方法または技術において実装される揮発性および不揮発性、リムーバブルおよび非リムーバブル媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、または他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、または他の光学記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置、または他の磁気記憶デバイス、または所望される情報を記憶するために使用され得る任意の他の非一過性媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、通信媒体を含まない。

通信媒体は、搬送波または他のトランスポート機構等の変調されたデータ信号において、コンピュータ読み取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータを具現化し、通信媒体は、任意の情報送達媒体を含む。用語「変調されたデータ信号」は、信号において情報をエンコードするような様式で設定または変更されたその特性のうちの１つ以上のものを有する信号を意味する。例として、かつ限定ではないが、通信媒体は、有線ネットワークまたは直接有線接続等の有線媒体と、音響、ＲＦ、赤外線、マイクロ波、および他の無線媒体等の無線媒体とを含む。上記のいずれかの組み合わせも、コンピュータ読み取り可能な媒体の範囲内に含まれるべきである。

動作環境１５０は、１つ以上の遠隔コンピュータへの論理接続を使用してネットワーク化された環境内で動作する単一のコンピュータであり得る。遠隔コンピュータは、パーソナルコンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークＰＣ、ピアデバイス、または他の一般的なネットワークノードであり得、典型的に、上で説明される要素の多くのものまたは全て、およびそのように言及されていない他のものを含む。論理接続は、利用可能な通信媒体によってサポートされる任意の方法を含み得る。

図２は、生検針２２４と、複数の生検針予測インジケータとを含むウルトラサウンド画像２０１の例を描写する。ウルトラサウンド画像は、ディスプレイ２００上に表示される。ディスプレイ２００は、図１Ａを参照して上で議論されるディスプレイ１１０であり得る。ウルトラサウンド画像２０１は、生検針２２４が、ウルトラサウンドプローブの視野内にあるウルトラサウンド画像の例である。ウルトラサウンド画像２０１は、検出された反射された超音波から生成される画像データから生成される。画像データまたはウルトラサウンド画像２０１に基づいて、生検針２２４は、画像分析技法の使用を通して識別され得る。生検針２２４の形状は、概して、人体の他の組織または内部部分から区別可能である。例えば、生検針２２４は、人体内で自然に生じない形状を有する。さらに、生検針２２４の材料も、全体または一部を問わず、ウルトラサウンド画像２０１または画像データ内でマーカをより検出し易くする材料から製造され得る。例えば、生検針２２４の材料の少なくとも一部が、生検針２２４のその部分を結果として生じるウルトラサウンド画像２０１内でより明るく見えるようにする高エコー輝度を有する材料であり得る。生検針内の空気または他のガスも、生検針２２４をウルトラサウンド画像２０１内でより明るく見えるようにし得る。

故に、生検針２２４の特徴的な形状および材料に基づいて、画像分析技法は、ウルトラサウンド画像２０１内で生検針をより容易に識別し得る。画像分析技法は、ニューラルネットワーク、深層学習アルゴリズム、統計分析技法、強調コントラスト技法、または生検針の形状に基づいて訓練される他のパターン認識またはマッチング技法等の機械学習技法に基づき得る。例として、画像分析アルゴリズムは、初めに、特定のタイプの生検針２２４を含むウルトラサウンド画像の組に対して訓練され得る。現在のウルトラサウンド画像２０１または画像データが、次いで、訓練された画像分析アルゴリズムへの入力として提供され、生検針２２４を検出または識別する。生検針２２４を識別することは、ウルトラサウンド画像２０１が、生検針２２４の断面を伴う２次元画像であるので、生検針２２４の断面に基づき得る。

追加の例において、ウルトラサウンド技師、外科医、または他のユーザが、追加の入力を提供し、ウルトラサウンド画像２０１における生検針２２４の識別を補助し得る。例えば、生検手技のために使用されている生検針のタイプを示す入力が、提供され得る。ある例において、入力は、生検針２２４に関するモデル番号、メーカ、または他の識別情報を提供することを含み得る。ユーザからの入力に基づいて、システムは、そのような情報を記憶するローカルまたは遠隔のデータベース等から生検針２２４に関する寸法および他の情報を取得し得る。ローカルまたは遠隔データベースは、いくつかの生検針モデル、メーカ、またはタイプとともに予めプログラムされ、生検針に関連付けられた、関連付けられた幾何学形状を含み得る。生検針２２４の寸法は、次いで、画像分析技法によって使用され、ウルトラサウンド画像２０１における生検針２２４の識別を補助し得る。ウルトラサウンド技師、外科医、または他のユーザからの追加の入力は、生検針２２４を位置特定するためのポインタ、タッチ、または他の入力を受信すること等、ウルトラサウンド画像２０１上で生検針を直接識別することも含み得る。例えば、ウルトラサウンド技師は、ウルトラサウンド画像のディスプレイ上でマウスを用いて生検針２２４上をクリックすることによって生検針２２４を選択し得る。（生検針２２４の画像上のクリック等の）生検針２２４を識別する入力はまた、分析されるべきウルトラサウンド画像２０１のエリアを限定するために画像分析技法において利用され得る。例えば、ウルトラサウンド技師から一連の生検針２２４を受信すると、選択点の周囲の所定のエリアが、生検針２２４を識別するために分析され得る。他の例において、２次元の入力（ボックス等）が、ウルトラサウンド技師によって提供され、画像分析技法によって分析されるべきエリアに関する境界を提供し、生検針２２４を識別し得る。他の例において、ウルトラサウンド画像のディスプレイ上のユーザ入力と画像分析技法との両方の組み合わせが、生検針２２４を決定するために使用され得る。

生検針２２４が、ウルトラサウンド画像２０１内で識別されると、生検針予測インジケータが、発射後の生検針２２４の予測される場所に基づいて生成され得る。生検針予測インジケータは、生検針２２４の発射後の生検針２２４およびその要素の予測される場所を示す。例えば、生検針２２４が発射されると、生検針２２４は、その発射後構成状態で停止する前、偏向し得る。生検針２２４の偏向は、それを通して生検針２２４が発射中に通過する組織の特性または特質に加えて、生検針２２４の特性に部分的に基づく。生検針予測インジケータによって表わされる生検針２２４の要素の予測される場所は、さらに下で議論されるように、生検針２２４の特性および／または組織特性に照らして決定される。

例えば、乳房組織は、腺組織と、結合組織と、脂肪組織とを含む。乳房の生検を受ける患者は、これらの異なるタイプの乳房組織の異なる相対量を有し得る。例えば、高密度の乳房は、比較的に大量の腺組織および繊維状結合組織と、比較的に少量の脂肪質乳房組織とを有する。スペクトルの他の側において、乳房は、主に、脂肪質乳房組織から成り得る。乳房組織の他の特性は、高密度の腺組織および繊維状結合組織と、腺組織および繊維状結合組織の多くのエリアを伴う不均質に高密度の乳房組織との散乱エリアを含み得る。乳房組織の異なる特性は、生検針２２４のための予測インジケータのために異なる場所をもたらし得る。一例において、より高い密度または剛性を有する乳房組織は、生検針２２４が発射中に乳房組織を通過するときの生検針２２４のより多くの偏向をもたらし得る。乳房組織の特性は、画像分析および／または乳房組織の特性を示すユーザの入力を通して決定され得る。乳房組織の一部が、ウルトラサウンド画像内でハイライトまたは別様に強調され得る。例えば、組織の特に高密度または硬質部分が、画像分析および／またはユーザ入力を通して識別される場合、組織のその部分が、ウルトラサウンド画像上でハイライトまたは別様に強調され、医療従事者に組織の存在に対して警告し得る。

生検針予測インジケータは、軌道インジケータ２０２と、先端インジケータ２０４と、偏向確率インジケータ２０６と、開口インジケータ２０８と、最大針深度インジケータ２１０とを含む。軌道インジケータ２０２は、生検針２２４の軌道を示す。例えば、生検針２２４が、ウルトラサウンド画像２０１内のその現在の位置で発射された場合、生検針２２４の送出部分は、軌道インジケータ２０２の線を辿ると予測される。図２に描写されるように、軌道インジケータ２０２は、生検針２２４から延び、生検針２２４に対して実質的に平行に延びている線として表示され得る。先端インジケータ２０４は、その発射後構成における生検針２２４の先端の最も可能性の高い位置を示す。例えば、生検針２２４が、現在のウルトラサウンド画像２０１内でその現在の位置から発射された場合、発射後構成における生検針２２４の先端に関する最も可能性の高い場所が、先端インジケータ２０４によって示される。生検針２２４は、三角形の形状におけるものあるか、または、手技のために使用されている現在の生検針２２４の先端形状により密接に類似する形状を有し得る。例えば、先端インジケータ２０４の形状は、生検のために使用されている生検針２２４の先端の幾何学形状に基づき得る。故に、先端インジケータ２０４の形状は、生検を実施するために使用されている特定の生検針２２４に基づいて変化し得る。とりわけ、ランセットチップ針と、トロカールチップ針と、ベベルチップと、マルチポイントチップとを含む先端インジケータ２０４のための他の形状も、可能である。偏向確率インジケータ２０６も、先端インジケータ２０４に隣接して表示される。偏向確率インジケータ２０６は、生検針２２４に関して決定された偏向確率に基づいて、予測される発射後の先端場所のための範囲を示す。例えば、先端インジケータ２０４は、生検針２２４の先端に関する最も可能性の高い予測される位置を示し得、偏向確率インジケータ２０６は、生検針２２４の先端に関する全ての可能な予測される場所を包含し得る。他の例において、偏向確率インジケータ２０６は、８０％の尤度等の可能な予測される先端場所の有意な部分、または最も可能性の高い先端場所からの１または２標準偏差内の予測される先端場所を包含し得る。偏向確率インジケータ２０６は、楕円形、円形、正方形、長方形の形状、または他の形状にあり得る。偏向確率インジケータ２０６は、予測される先端場所に関する確率分布を示すヒートマップの形態におけるものでもあり得る。

開口インジケータ２０８は、その発射後構成における生検針２２４の開口に関して予測される場所を示す。開口インジケータ２０８によって表される開口に関して予測される場所を参照することによって、外科医は、開口が、生検針２２４が発射された後、標的化された場所（例えば、病変または腫瘤）の中にあるであろうかどうかをより正確に予測することが可能になる。開口インジケータ２０８は、軌道インジケータ２０２に対して垂直である２つの線分によって表され得る。開口インジケータ２０８間の距離は、生検を実施するために使用されている特定の生検針２２４の開口の長さを表す。故に、開口インジケータ２０８間の距離は、異なる生検針に関して変化し得る。

最大針深度インジケータ２１０は、先端場所に関する予測が依然として行われ得る場合、生検針２２４がその発射前構成において延び得る最大深度を示す。例えば、その発射前構成における生検針２２４が、最大針深度インジケータ２１０を通過した場合、生検針２２４の先端は、現在のウルトラサウンド画像２０１の外側にあるであろう。最大針深度インジケータ２１０は、軌道インジケータ２０２に対して垂直である線分であり得る。生検針予測インジケータは、ある形状または向きを有するものとして説明および描写されているが、他の形状および向きも、本明細書において考えられる。例えば、インジケータのうちのいくつかのものが、破線で表示され、他のものが、実線で表示されているが、技術は、そのような例に限定されない。

図３Ａは、生検針の予測的可視化のための例示的方法３００Ａを描写する。予測的可視化方法３００Ａは、生検が実施されているとき、ウルトラサウンド上に表示されるべき追加の誘導および生検針予測インジケータを提供する。したがって、生検を実施する外科医が、生検を実施するための実質的にリアルタイムの誘導を受信することが可能である。方法３００Ａおよび本明細書に議論される他の方法の動作が、図１Ａ−１Ｃ内に描写されるシステム１００等のシステム内の図１Ｇの動作環境１５０等の好適な動作環境の他の構成要素と連動する少なくとも１つのプロセッサによって実施され得る。

動作３０２において、超音波のアレイが、ウルトラサウンドプローブの超音波トランスデューサから放射される。ウルトラサウンド波が、患者の内部に進入し、上で議論されるように、天然組織および生検針を含む患者の内部の構成要素から反射される。反射された超音波は、次いで、動作３０４において検出される。動作３０６において、ウルトラサウンド画像データが、次いで、検出された反射超音波から生成される。ウルトラサウンド画像データは、Ｂモードウルトラサウンド結像データであり得る。

動作３０８において、画像データは、生検針可視化システムのプロセッサによって分析され、画像データ内の生検針を識別または検出する。上で議論されるように、画像分析技法は、画像処理技法、およびニューラルネットワーク、深層学習アルゴリズム、または患者の中に埋め込まれるマーカの形状に基づいて訓練される他のパターンマッチング技法等の機械学習技術に基づき得る。例として、画像分析アルゴリズムは、初めに、異なる向きおよびビューにおいて生検針を含むウルトラサウンド画像の組に基づいて訓練され得る。現在のウルトラサウンド画像または画像データが、次いで、訓練された画像分析アルゴリズムへの入力として提供され、生検針を検出または識別する。マーカを識別することは、概して、生検針の形状および寸法に基づき得る。

動作３１０において、生検針に関する特性が、アクセスまたは別様に決定される。生検針に関する特性は、他の潜在的な生検針の特性の中でもとりわけ、針の長さ、針ゲージ、針の壁厚、針の材料組成、針先端の幾何学形状、および針発射機構の特性、開口長、送出距離のうちの少なくとも１つを含む。生検針に関する特性は、生検針可視化システム１００内にローカルで記憶されるデータベース、または生検針可視化システム１００からアクセス可能な遠隔のデータベースにクエリすることによってアクセスされ得る。ある例において、ユーザインターフェースが、初めに、生検手技の開始時点で表示され、生検手技内で使用されるべき生検針のタイプの選択または入力を可能にし得る。ある例において、ユーザインターフェースへの入力は、生検針の特定のメーカまたはモデルを示し得る。そのような例において、ユーザインターフェースへの入力は、それぞれのデータベースにクエリし、ユーザインターフェースへの入力によって示される生検針に関する特性にアクセスするために、またはそれを決定するために使用され得る。他の例において、生検針の特性（例えば、針の長さ、ゲージ等）は、ユーザインターフェースへの入力として直接提供される。そのような例において、特性が、すでに直接提供されているので、データベースクエリは、実施されない。

動作３１２において、生検針の予測される場所が、決定される。生検針の予測される場所を決定することは、針先端、開口、送出部分、または生検針の他の特徴等の生検針の側面または部分の場所を決定することを含み得る。例えば、発射後構成における生検針の場所が、決定され得る。そのような例において、針先端、開口、送出部分等の生検針の種々の側面、および／または生検針の他の特徴、側面、または部分が、発射後構成における針に関して決定され得る。生検針の予測される場所の決定は、動作３１０においてアクセスまたは決定される生検針の特性に基づき得る。加えて、生検針に関して決定された予測される場所は、同様に、組織の特性に基づき得る。動作３１４において、生検針予測インジケータが、ウルトラサウンド画像上に表示される。例えば、生検針予測インジケータは、軌道インジケータ、先端インジケータ、偏向確率インジケータ、開口インジケータ、および最大針深度インジケータのうちの１つ以上のものを含み得る。予測インジケータを表示することは、予測インジケータの状態を変化させることも含み得る。例えば、その発射前位置にある生検針が、患者内で移動させられるにつれて、予測インジケータの状態も、変化し得る。例として、予測インジケータの表示される場所は、生検針が、再度位置付けられるにつれて変化し得る。予測インジケータは、生検デバイス内に可聴インジケータまたは触覚インジケータも含み得る。生検針の予測される場所の決定に関する追加の詳細が、図３Ｂおよび３Ｃを参照して下で議論される。

予測インジケータに加えて、追加の位置付けインジケータが、表示され、病変または着目エリアをより正確に標的化するために生検針の位置を改変する方法を医療従事者に示し得る。例えば、病変または着目エリアは、画像分析および／またはユーザ入力を通して識別され得る。生検針開口の予測される場所が、病変と整列させられていない場合、針開口の予測される場所が、病変をより正確に標的化する場合、位置付けインジケータが、ある位置の中に針を移動させる方法に関して医療従事者を誘導するために表示され得る。そのような位置付けインジケータは、他のインジケータの中でもとりわけ、位置付けの誘導を提供する矢印および／または文字の形態にあり得る。加えて、生検針の適切な位置付けを示す視覚、触覚、および／または可聴の位置付けインジケータが、表示され得る。例として、針が、針の開口が病変を適切に標的化するであろうように位置付けられると、触覚、可聴、および／または視覚フィードバックが、提供され得る。例えば、可聴音が、提供され得、音は、生検針が、適切に標的化された病変または着目エリアに向かって、またはそれから離れるように移動させられるにつれて、音量または周波数を変化させ得る。

図３Ｂは、生検針の予測的可視化に関する別の例示的方法３００Ｂを描写する。動作３２０において、生検手技において使用されている特定の生検針に関する偏向確率が、特定の生検針に関する特性に基づいて決定される。生検針が、発射されると、送出部分は、患者の内部組織に起因して偏向し得る。偏向の方向および量は、生検針の特性および発射されたときに生検針が通過する組織のタイプに基づく。上で議論されるように、生検針の特性は、他の潜在的な生検針の特性の中でもとりわけ、針の長さ、針ゲージ、針の壁厚、針の材料組成、針先端の幾何学形状、および針発射機構の特性、開口長、送出距離のうちの１つ以上のものを含み得る。これらの特性の各々は、発射されるときの生検針の偏向に影響を及ぼし得る。例えば、長い長さを伴うが、大きいゲージを伴う（すなわち、小径の）生検針が、発射されると、偏向する可能性がより高くあり得る。同様に、より薄い壁厚を伴う針も、より大きい程度の偏向を有する可能性がより高くあり得る。生検針の先端の幾何学形状も、偏向の量および偏向の方向に影響を及ぼす。生検針の発射機構の特性も、針が発射される力に起因して偏向にさらに影響を及ぼす。生検針の他の特性も、生検針の偏向の大きさおよび／または方向に影響を及ぼし得る。

生検針の偏向確率は、分析的に決定され得、および／または、実験データの組に基づき得る。例えば、針の特性に基づいて、数学的予測が、最終的な針の位置およびその偏向の確率に関して行われ得る。数学的予測は、生検部位におけるヒト組織のそれに類似する密度および／または剛性を有する材料を通して前進する、中空シリンダの機械的挙動に基づき得る。中空シリンダまたは管の特性は、生検針の特性および中空シリンダまたは管の結果として生じる曲がりに基づいて修正され得る。生検針に関するコンピュータ化されたシミュレーションも、生検針の偏向の確率を決定するために処理され得る。コンピュータ化されたシミュレーションの結果は、生検針に関する偏向確率を提供する。偏向確率は、実験結果の組からも経験的に決定され得る。例えば、生検針は、乳房（または生検部位に特有の他のヒト組織）の複製の中に挿入され、発射され得る。針の偏向は、生検針可視化システムを使用して追跡され得る。試験は、異なる生検針に関する実験データセットを形成するために繰り返され得る。例えば、実験データが、高密度組織を通過する針に関して、かつ脂肪組織を通過する針に関して生成され得る。特定の生検針に関する偏向特性が、実験データの組から決定され得る。

動作３２２において、エラストグラフィデータが、随意に受信される。エラストグラフィデータは、生検針のための発射軌道に沿った組織（例えば、それに沿って生検針が発射されるときに通過するであろう経路）に関するエラストグラフィデータであり得る。エラストグラフィデータは、生検針可視化システムから直接取得され得る。例として、ウルトラサウンド構成要素の結像モードは、組織の剛性または他の弾性特性を示すエラストグラフィデータを提供するエラストグラフィモードを含み得る。エラストグラフィデータは、生検部位における既知の組織に基づいて、他の源から同様に受信され得る。一例において、発射軌道が、部分的にウルトラサウンド画像データに基づいて決定され得、発射軌道は、軌道インジケータのためにすでに決定されていることもある。発射軌道に沿った組織の少なくとも一部に関するエラストグラフィデータが、次いで、受信される。受信されたエラストグラフィデータに基づいて、発射軌道に沿った組織に関する組織の特性が、決定され得る。

動作３２４において、患者の組織の特性は、偏向確率を調節するために使用され得る。組織特性は、針のための発射軌道に沿った組織特性または生検部位に関する一般的組織特性であり得る。いくつかの例において、組織特性は、発射軌道の周囲の所定の距離に関して決定される。組織の特性は、動作３２２において受信または捕捉されたエラストグラフィデータ、ウルトラサウンド画像の画像分析、および／またはユーザ入力から決定され得る。例えば、エラストグラフィデータが、生検針発射軌道内に組織の堅い部分が存在することを示す場合、偏向が生じる可能性がより高くあり得る。偏向確率は、次いで、組織の一部の剛性および／または組織の一部の場所に基づいて更新され得る。密度および／または組織組成等の他の組織の特性も、偏向確率を調節するために組み込まれ得る。ある例において、そのような組織の特性は、ウルトラサウンド画像の画像分析を通して識別され得る。例えば、組織特性が、ウルトラサウンド画像内でより明るく見える組織の一部、または特定の形状を有する組織の一部に関して決定され得る。加えて、ユーザも、組織の一部を識別し、識別された組織に関する（密度、剛性等の）組織特性を提供する入力を提供し得る。ユーザ入力および／または画像分析も、ウルトラサウンド画像内の組織のタイプを識別し得る。例えば、ユーザ入力および／または画像分析も、組織の一部を腺組織、結合組織、または脂肪組織のいずれかとして識別し得る。組織のタイプに関する組織特性は、次いで、ローカルまたは遠隔のデータベース等からアクセスまたは受信され得、それらの組織特性は、次いで、偏向確率を決定することにおいて使用され得る。組織の特性は、動作３２０における確率偏向の決定の中にも直接組み込まれ得る。

動作３２６において、先端インジケータが、生検針に関する偏向確率および特性に基づいて生成される。先端インジケータは、その発射後構成における生検針のためのものであり得る。例えば、特定の針のための送出部分の長さおよび偏向確率に基づいて、発射後構成における生検針の先端に関して予測される場所が、決定され得、先端インジケータが、その決定に基づいて生成され得る。動作３２８において、開口インジケータ（または複数の開口インジケータ）が、偏向確率および生検針に関する特性に基づいて生成され得る。開口インジケータは、その発射後構成における生検針のためのものであり得る。例えば、送出部分の長さ、開口場所、および偏向確率に基づいて、発射後構成における生検針の開口に関して予測される場所が、決定され得る。開口インジケータは、その決定に基づいて生成され得る。動作３３０において、偏向確率インジケータが、生成される。偏向確率インジケータは、その発射後構成における生検針の先端のためのものであり得る。偏向確率インジケータは、決定された偏向確率に基づく。偏向確率インジケータは、生検針に関して決定された偏向確率に基づいて予測される発射後の先端場所のための範囲を示す。例えば、先端インジケータは、生検針の先端に関する最も可能性の高い予測される位置を示し得、偏向確率インジケータは、生検針の先端に関して全ての可能な予測される場所を包含し得る。他の例において、偏向確率インジケータは、９０％、８０％、または７０％の尤度等の可能な予測される先端場所の有意な部分、または最も可能性の高い先端場所から１または標準偏差内の予測される先端場所を包含し得る。決定される偏向確率に関する確率分布を示すために、偏向確率インジケータは、ヒートマップの形態におけるものでもあり得る。

図３Ｃは、生検針の予測的可視化のための別の方法３００Ｃを描写する。動作３３２において、予測のための最大発射前生検針深度が、決定される。最大発射前生検針深度は、生検針が、先端場所のための予測が依然として行われ得る場合、その発射前構成において延び得る最大深度である。最大発射前生検針深度の決定は、予測される先端場所およびウルトラサウンド画像を表示するディスプレイのサイズに基づき得る。決定される最大発射前生検針深度に基づいて、最大針深度インジケータが、生成され、決定された最大発射前生検針深度の位置に表示され得る。

動作３３６において、その発射前構成における生検針が最大発射前生検針深度を通過しているかどうかの決定が、行われる。生検針が、最大発射前生検針深度を通過している場合、方法３００Ｃは、動作３３６に進み、先端場所の予測がもはや画面上に提示されることができないことを外科医に警告する警告が生成される。警告は、視覚、可聴、または触覚的であり得る。ある例において、生検針が最大発射前生検針深度に接近するにつれて、周波数または振幅を変化させる可聴または触覚インジケータも、提供され得る。故に、インジケータの変化する状態に基づいて、医療従事者は、生検針の位置付けに関する継続的な誘導を提供され得る。生検針の深度が最大発射前生検針深度を通過していない場合、ウルトラサウンド結像が、継続し、最大発射前生検針深度インジケータは、外科医のための視覚参照のために表示されたままである。

図４は、生検針の平面迂回を検出するための例示的方法４００を描写する。ウルトラサウンド画像において、生検針がウルトラサウンド結像システムの結像面と実質的に整列させられると、生検針が患者の中のさらなる深度まで前進するように見え得る。針が、結像面から外に迂回する場合、針が実際にはさらに患者の中に移動しているにもかかわらず、針は、ウルトラサウンド画像内において、もはや前進していないように見える。いくつかの事例において、針の見掛け上の深度の短縮が、ウルトラサウンド画像内で見られ得る。見掛け上の深度の短縮が、患者から後退させられている針と対応しない場合、外科医は、針を結像面から外に迂回している可能性が高く、針またはウルトラサウンド結像プローブのいずれかを再調節する必要があり得る。方法４００は、そのような結像面から外への針の迂回の結果として、警告またはウルトラサウンド結像プローブからのビーム形態の変更を提供する。

動作４０２において、生検針に関する第１の見掛け上の深度（Ｄ１）が、第１の時間（ｔ１）において決定される。生検針の見掛け上の深度は、生検針がウルトラサウンド画像内に出現するときの患者の中への生検針の深度である。いくつかの例において、針の見掛け上の深度は、ウルトラサウンド画像内に出現する生検針の一部の長さを測定することによって決定され得る。動作４０４において、針の見掛け上の深度は、後続の時間（ｔ２）において再び決定される。この後続の見掛け上の深度は、第２の見掛け上の深度（Ｄ２）である。動作４０６において、Ｄ２がＤ１を上回るかどうかに関する決定が、行われる。Ｄ２が、Ｄ１を上回っていない場合、針は、前進させられていないことも、後退させられていることもある。したがって、方法４００は、方法４００が繰り返される動作４０２に戻る。Ｄ２が、Ｄ１を上回る場合、針は、結像面上で患者の中に前進させられる可能性が高く、方法４００は、動作４０８に進む。動作４０８において、第３の見掛け上の深度（Ｄ３）が、時間（ｔ２）に続く時間（ｔ３）において測定される。動作４１０において、Ｄ３がＤ２未満であるかどうかの決定が行われる。Ｄ３が、Ｄ２を上回る場合、針は、依然として結像面において前進しており、方法４００は、方法４００が繰り返される動作４０２に戻る。Ｄ３が、Ｄ２未満である場合、針は、結像面から外に迂回しているか、または後退させられているかのいずれかである。Ｄ３が、Ｄ２未満である場合、方法４００は、Ｄ３とＤ２との間の差異が、差異が閾値を超過しているかどうかを決定するために比較される随意の動作４１２に進む。Ｄ３とＤ２との間の差異を閾値と比較することによって、見掛け上の深度のわずかな変化のみが観察される場合、偽の警告が、回避され得る。Ｄ２とＤ３との間の差異が、閾値未満である場合、方法４００は、方法４００が繰り返される動作４０２に戻る。Ｄ２とＤ３との間の差異が、閾値を超過する場合、方法４００は、迂回警告が生成され得る動作４１４に進む。迂回警告は、針が、ウルトラサウンド画像のための結像面から外に迂回している可能性があることを示す。迂回警告は、外科医が針を再度位置付けることを可能にするか、または、ウルトラサウンドプローブが針を結像面に沿って戻すことを可能にする。外科医は、針が実際に患者から後退させられている場合、警告を無視し得るか、またはそれを沈黙させ得る。加えて、位置付けインジケータが、表示され、生検針を結像面の中に戻すために生検針の位置を改変する方法を医療従事者に示し得る。例えば、針が、結像面から外に迂回している場合、位置付けインジケータが、動作４１４において表示され得る。位置付けインジケータは、他の可能なインジケータの中でもとりわけ、針を結像面の中に戻すために針が移動させられるべき方法に関する誘導を医療従事者に提供する矢印および／または文字の形態におけるものであり得る。

動作４１４において、ウルトラサウンドプローブから放射されるウルトラサウンド波のビーム形態も、改変され、結像面を改変し得る。例えば、ウルトラサウンド波のビーム形態を改変することによって、波の方向も、改変され、結果として生じる結像面を修正し得る。潜在力な迂回が検出される（Ｄ３が、Ｄ２未満である等）と、ビーム形態は、改変され得る。ビーム形態の改変は、針の移動に基づいて予め決定され得るか、または、ビーム形態は、針に関する見掛け上の深度が、Ｄ２を上回ると決定され得るまで変化し得る。

本明細書に説明される実施形態は、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアとの組み合わせを使用して採用され、本明細書に開示されるシステムおよび方法を実装および実施し得る。具体的なデバイスが、具体的な機能を実施するものとして本開示の全体を通して列挙されているが、当業者は、これらのデバイスが、例証的目的のために提供され、他のデバイスも、本開示の範囲から逸脱することなく、本明細書に開示される機能性を実施するために採用され得ることを理解するであろう。

本開示は、可能な実施形態のいくつかのもののみが示された付随の図面を参照して、技術のいくつかの実施形態を説明する。しかしながら、他の側面も、多くの異なる形態で具現化され得、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が、徹底的かつ完全であり、可能な実施形態の範囲を当業者に完全に伝達するように提供された。

具体的な実施形態が、本明細書に説明されるが、技術の範囲は、それらの具体的な実施形態に限定されない。当業者は、技術の範囲および精神の範囲内である、他の実施形態または改良を認識するであろう。したがって、具体的な構造、行為、または媒体は、例証的実施形態としてのみ開示される。技術の範囲は、以下の請求項およびその中の任意の均等物によって定義される。

Claims (36)

1. 生検針の操作のための誘導を提供する方法であって、前記方法は、
   ウルトラサウンドプローブの超音波トランスデューサから超音波のアレイを放射することと、
   反射された超音波を前記超音波トランスデューサによって検出することであって、前記反射された超音波は、患者の内部から反射された後の前記超音波のアレイの少なくとも一部を含む、ことと、
   前記反射された超音波から画像データを生成することと、
   プロセッサによって、前記生成された画像データ内で、前記患者の内部内の生検針の少なくとも一部を識別することと、
   少なくとも部分的に前記生検針の前記識別に基づいて、前記プロセッサによって、少なくとも部分的に前記プロセッサに動作可能に接続されたモリに記憶された１つ以上の生検針の特性に基づいて、前記生検針のある側面の予測された場所を決定することと、
   前記プロセッサに動作可能に接続されたディスプレイにおいて、前記生成された画像データに基づくウルトラサウンド画像を表示することと、
   前記ウルトラサウンド画像において、前記生検針の前記側面の前記予測される場所に関する少なくとも１つのインジケータを表示することと
   を含む、方法。
2. 前記生検針を識別することは、発射前構成における前記生検針を識別することを含み、前記生検針の前記予測される場所は、発射後構成における前記生検針の予測される場所である、請求項１に記載の方法。
3. 前記生検針の前記予測される場所に関する前記少なくとも１つのインジケータを表示することは、予測される生検針の先端場所を示す先端インジケータ、または予測される生検針の開口場所を示す開口インジケータのうちの少なくとも１つを表示することを含む、請求項１または２のいずれかに記載の方法。
4. 前記生検針を識別することは、前記ウルトラサウンド画像における前記生検針を識別するユーザ入力を受信することを含む、請求項１−３のいずれかに記載の方法。
5. 前記生検針を識別することは、前記プロセッサによって、前記生成された画像データを画像分析技法によって分析し、前記生検針を識別することを含む、請求項１−４のいずれかに記載の方法。
6. 前記方法は、針の先端場所に関する偏向確率を決定することをさらに含み、前記偏向確率を決定することは、（１）生検針のタイプに関する実験データ、および、（２）前記生検針の１つ以上の記憶された特性うちの少なくとも１つに基づき、前記特性は、針の長さと、針ゲージと、針の壁厚と、針の材料組成と、針先端の幾何学形状と、送出距離と、針発射機構の特性とのうちの少なくとも１つを含む、請求項１−５のいずれかに記載の方法。
7. 前記生検針の前記１つ以上の記憶された特性は、前記生検針のタイプに関するユーザ入力に基づく、請求項６に記載の方法。
8. 前記生検針の前記タイプに関する前記入力は、前記生検針のモデルおよび製造業者を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記偏向確率を決定することは、前記生検針のための発射軌道に沿った前記患者の内部の組織の特性にさらに基づく、請求項６に記載の方法。
10. 前記組織の特性は、前記組織の特性を識別する入力に基づく、請求項９に記載の方法。
11. 前記組織の特性を決定することをさらに含み、前記組織の特性を決定することは、
    前記プロセッサによって、前記生成された画像データに基づいて、前記生検針のための発射軌道を決定することと、
    前記生検針のための前記発射軌道の少なくとも一部に沿った組織に関するエラストグラフィデータを受信することと、
    前記受信されたエラストグラフィデータに基づいて、前記組織の特性を決定することと
    による、請求項９に記載の方法。
12. 前記ウルトラサウンド画像上に偏向確率インジケータを表示することをさらに含み、前記偏向確率インジケータは、前記決定された偏向確率に基づく発射後の先端場所に関する範囲を示す、請求項６に記載の方法。
13. 前記偏向確率インジケータは、楕円形、長方形、正方形、三角形、または円形のうちの１つである、請求項１２に記載の方法。
14. 前記偏向確率インジケータは、前記発射後の先端場所に関するある範囲の確率を示す、請求項１２に記載の方法。
15. 前記偏向確率インジケータは、ヒートマップを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記予測される場所が前記ウルトラサウンド画像の外側にあることを決定することと、
    前記予測される場所が前記ウルトラサウンド画像の外側にあることを決定することに応答して、警告を表示することと
    をさらに含む、請求項１−１５のいずれかに記載の方法。
17. 予測される発射後の生検針の先端場所が前記ウルトラサウンド画像内に留まる最大発射前生検針深度を決定することと、
    最大針深度インジケータを表示することと
    をさらに含、
    前記最大針深度インジケータは、前記決定された最大発射前生検針深度を示す、請求項１−１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記最大針深度インジケータは、前記生検針の発射軌道に対して垂直の線分である、請求項１７に記載の方法。
19. 前記生検針が前記ウルトラサウンド画像の結像面から外に迂回していることを決定することと、
    前記生検針が前記ウルトラサウンド画像のための前記結像面から外に迂回していることを決定することに応答して、
    前記生検針が前記ウルトラサウンド画像のための前記結像面から外に迂回していることを示す警告を表示すること、または、
    前記ウルトラサウンドプローブから放射されるビーム形態を改変し、前記結像面から外への前記生検針の迂回を補償すること
    のうちの少なくとも１つの動作を実施することと
    をさらに含む、請求項１−１８のいずれかに記載の方法。
20. 前記生検針が前記ウルトラサウンド画像のための前記結像面から外に迂回していることを決定することは、
    第１の時間において、前記生検針に関する第１の見掛け上の深度を決定することと、
    前記第１の時間に続く第２の時間において、前記生検針に関する第２の見掛け上の深度を決定することであって、前記第２の見掛け上の深度は、前記第１の見掛け上の深度より大きい、ことと、
    前記第２の時間に続く第３の時間において、前記生検針に関する第３の見掛け上の深度を決定することであって、第３の見掛け上の深度は、前記第２の見掛け上の深度より小さい、ことと、
    前記第３の見掛け上の深度が前記第２の見掛け上の深度より小さいことと、前記第２の見掛け上の深度が前記第１の見掛け上の深度より大きいこととに基づいて、前記生検針が前記ウルトラサウンド画像のための前記結像面から外に迂回していることを決定することと
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記先端インジケータは、前記生検針の先端の幾何学形状に基づく形状を有するグラフィック要素である、請求項３に記載の方法。
22. 前記開口インジケータは、前記生検針の発射軌道に対して垂直の２つの線分を含む、請求項３に記載の方法。
23. 前記先端インジケータおよび開口インジケータは、同時に表示される、請求項３に記載の方法。
24. システムであって、前記システムは、
    超音波トランスデューサを備えているウルトラサウンドプローブであって、前記超音波トランスデューサは、超音波のアレイを放射し、反射された超音波を検出するように構成され、前記反射された超音波は、患者の内部内で反射された後の前記超音波のアレイの少なくとも一部を含む、ウルトラサウンドプローブと、
    ディスプレイと、
    前記ディスプレイおよび前記ウルトラサウンドプローブに動作可能に接続された少なくとも１つのプロセッサと、
    前記少なくとも１つのプロセッサに動作可能に接続され、命令を記憶しているメモリと
    を備え、
    前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、
    前記反射された超音波から画像データを生成することと、
    前記少なくとも１つのプロセッサによって、前記生成された画像データ内で、前記患者の内部内の生検針を識別することと、
    少なくとも部分的に前記生検針の前記識別に基づいて、前記少なくとも１つのプロセッサによって、少なくとも部分的に前記メモリに記憶された１つ以上の生検針の特性に基づいて、前記生検針のある側面の予測される場所を決定することと、
    前記プロセッサに動作可能に接続されたディスプレイにおいて、前記生成された画像データに基づくウルトラサウンド画像を表示することと、
    前記ウルトラサウンド画像において、前記生検針の前記側面の前記予測される場所に関する少なくとも１つのインジケータを表示することと
    を含む一組の動作を実施する、システム。
25. 生検針の操作のための誘導を提供する方法であって、前記方法は、
    生検手技のために使用されるべき生検針のタイプを選択するためのユーザインターフェースを表示することと、
    前記ユーザインターフェースにおける入力として、前記生検手技のために使用されるべき前記生検針のタイプを示す前記入力を受信することと、
    前記生検針のタイプを示す前記入力に基づいて、前記生検針のための針の特性を決定することであって、前記針の特性は、針の長さと、針ゲージと、針の壁厚と、針の材料組成と、針先端の幾何学形状と、針発射機構の特性とのうちの少なくとも１つを含む、ことと、
    前記決定された針の特性に基づいて、前記生検針の発射後の先端場所に関する偏向確率を決定することと、
    ウルトラサウンドプローブの超音波トランスデューサから、超音波のアレイを放射することと、
    反射された超音波を前記超音波トランスデューサによって検出することであって、前記反射された超音波は、患者の内部から反射された後の前記超音波のアレイの少なくとも一部を含む、ことと、
    前記反射された超音波からウルトラサウンド画像を生成することと、
    生成されたウルトラサウンド画像内で前記生検針を識別することと、
    前記生検針の識別と前記生検針の前記発射後の先端場所に関する前記決定された偏向確率とに基づいて、前記ウルトラサウンド画像上に偏向確率インジケータを表示することと
    を含み、
    前記偏向確率インジケータは、前記決定された偏向確率に基づく予測された発射後の先端場所に関する範囲を示す、方法。
26. 前記ユーザインターフェースにおける前記入力は、前記生検針のメーカおよびモデルを示す、請求項２５に記載の方法。
27. 前記生検針のための針の特性を決定することは、前記ユーザインターフェースから受信される前記入力に基づいて、前記針の特性を含むデータベースにクエリすることを含む、請求項２５−２６のいずれかに記載の方法。
28. 前記偏向確率インジケータは、楕円形、円形、正方形、長方形、または三角形のうちの１つである、請求項２５−２７のいずれかに記載の方法。
29. 前記偏向確率インジケータは、前記発射後の先端場所に関するある範囲の確率を示す、請求項２５−２８のいずれかに記載の方法。
30. 前記偏向確率インジケータは、前記発射後の先端場所に関するある範囲の確率を示すヒートマップを含む、請求項２５−２９のいずれかに記載の方法。
31. 前記偏向確率を決定することは、前記生検針のための発射軌道に沿った前記患者の内部の組織の特性にさらに基づく、請求項２５−３０のいずれかに記載の方法。
32. 前記組織の特性は、前記組織の特性を識別するユーザ入力に基づく、請求項３１に記載の方法。
33. 前記組織の特性を決定することをさらに含み、前記組織の特性を決定することは、
    前記生成されたウルトラサウンド画像に基づいて、前記生検針のための発射軌道を決定することと、
    前記生検針のための前記発射軌道の少なくとも一部に沿った組織に関するエラストグラフィデータを受信することと、
    前記受信されたエラストグラフィデータに基づいて、前記組織の特性を決定することと
    による、請求項３１に記載の方法。
34. 前記偏向確率を決定することは、前記決定された針の特性を有する針の曲がりを決定するための数学的解析に基づく、請求項２５−３３のいずれかに記載の方法。
35. 患者の中への生検針の複数の挿入に関するウルトラサウンド画像データを集積することと、
    前記集積されたウルトラサウンド画像データに基づいて、機械学習ツールを訓練することと
    をさらに含み、
    前記偏向確率を決定することは、少なくとも部分的に前記訓練された機械学習ツールを使用して決定される、請求項２５−３４のいずれかに記載の方法。
36. システムであって、前記システムは、
    超音波トランスデューサを備えているウルトラサウンドプローブであって、前記超音波トランスデューサは、超音波のアレイを放射し、反射された超音波を検出するように構成され、前記反射された超音波は、患者の内部内で反射された後の前記超音波のアレイの少なくとも一部を含む、ウルトラサウンドプローブと、
    ディスプレイと、
    前記ディスプレイおよび前記ウルトラサウンドプローブに動作可能に接続された少なくとも１つのプロセッサと、
    前記少なくとも１つのプロセッサに動作可能に接続され、命令を記憶しているメモリと
    を備え、
    前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、
    生検手技のために使用されるべき生検針のタイプを選択するためのユーザインターフェースを前記ディスプレイ上に表示することと、
    前記ユーザインターフェースにおける入力として、前記生検手技のために使用されるべき前記生検針のタイプを示す前記入力を受信することと、
    前記生検針のタイプを示す前記入力に基づいて、前記生検針のための針の特性を決定することであって、前記針の特性は、針の長さと、針ゲージと、針の壁厚と、針の材料組成と、針先端の幾何学形状と、針発射機構の特性とのうちの少なくとも１つを含む、ことと、
    前記決定された針の特性に基づいて、前記生検針の発射後の先端場所に関する偏向確率を決定することと、
    前記反射された超音波からウルトラサウンド画像を生成することと、
    生成されたウルトラサウンド画像内の前記生検針を識別することと、
    前記生検針の識別と前記生検針の発射後の先端場所に関する前記決定された偏向確率とに基づいて、前記ウルトラサウンド画像上に偏向確率インジケータを表示することと
    を含む一組の動作を実施し、
    前記偏向確率インジケータは、前記決定された偏向確率に基づく予測された発射後の先端場所に関する範囲を示す、システム。

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