JP2022179430A - 断層画像と追跡システムとの間の位置合わせ精度を改善するためのプローブ - Google Patents
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Abstract
【課題】医療装置を提供すること。【解決手段】医療装置は、長手方向軸を有するハンドルと、長手方向軸上に配設された遠位先端部と、位置センサと、を備え、その位置センサは、遠位先端部から所定の距離で長手方向軸上においてハンドル内に配設され、プローブの場所を示す信号を出力するように構成されている。アライメントジグは、プローブの遠位先端部に取り外し可能に固定されるように構成されたコネクタと、3つの突出部と、を備え、その3つの突出部は、コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面と接触するように構成され、コネクタがプローブの遠位先端部に固定されると長手方向軸に垂直な平面内に配設される。【選択図】図1
Description
本発明は、概して、医療撮像及び対応付けに関し、詳細には、医療画像と位置追跡システムとの位置合わせに関する。
画像誘導手術において、医師は、外科的処置中に器具の位置及び/又は方向が患者の解剖学的構造の画像上に提示され得るように、リアルタイムで追跡される器具を使用する。場合によっては、患者の解剖学的構造の追跡と撮像の両方が、透視診断法などの1つの様式によって実現され得る。しかしながら、透視診断法は電離放射線を用いるものであるため、その利用は最小限にされる必要がある。結果として、多くのシナリオにおいて、患者の画像は、磁気共鳴撮像法(magnetic resonance imaging、MRI)又はコンピュータ断層撮影(computerized tomography、CT)透視診断法などのある様式で提供され、器具追跡では、磁気追跡などの異なる様式を使用する。
器具追跡と共に撮像を正確に利用するために、2つの方式は互いに高精度に位置合わせされる必要がある。この目的のために、例えば、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第2019/0046272号は、被検者の頭部のボクセルのCT画像を受信することと、画像内の被検者の眼のそれぞれの場所を識別するために画像を分析して、それによりそれぞれの場所を結合する第1の線分を画定することを含む、方法を記載している。この方法は、ボクセルサブセットを識別することであって、ボクセルサブセットは、頭部の骨性区分を覆い、また、第1の線分に対して平行な第2の線分上に、また第1の線分に直交する第3の線分上に存在する、識別することを含む。被検者の頭部上の位置を測定するように構成された磁気追跡システムが起動され、そのシステムにおいて動作可能なプローブが、骨性区分を覆う頭部の表面の位置を測定するために、骨性区分に近接して位置決めされる。これらの位置とボクセルサブセットとの間の対応が形成され、CT画像と磁気追跡システムとの間の位置合わせが、その対応に応じて生成される。
別の例として、米国特許第10,265,137号は、テンプレートを記載しており、そのテンプレートは、患者、及び誘導部品を通して様々な標的内に通された器具に対してアライメントされ得る。テンプレートは、患者をテンプレートに位置合わせするために、例えば、位置検知システム又はライブ撮像様式のうちの1つ以上を使用してアライメントされ得る。
米国特許出願公開第2019/0282301号は、仮想デバイスモデルを画像空間に自動的に位置合わせし、実際のデバイスが患者に配置される前に皮膚表面上のデバイスの最も可能性の高い構成を近似するためのアルゴリズムを含む、画像誘導ソフトウェアを記載している。デバイスの仮想モデル及びその到達可能な領域は、標的への到達可能性を視覚化及び定量化するために、計画画像データに被せられる。
米国特許出願公開第2006/0116576号は、(心臓などの)解剖学的身体に対して、(カテーテルなどの)医療用プローブをナビゲーションするためのシステム及び方法を記載している。目的の解剖学的領域(処置の標的となる組織、又は処置の標的ではない組織など)を表す印(点又は線など)は、解剖学的身体の表示図上に示される。医療用プローブ及び印の位置は、三次元座標システム内で決定され、医療用プローブと印との間の近接度は、これらの位置に基づいて判定される。次いで、この近接度を、例えば、グラフィック、テキスト、又は可聴音を使用してユーザに示すことができる。
米国特許第8,657,809号は、患者に固定的に取り付けられるカメラを備える外科用ナビゲーションシステムを記載している。カメラ空間は、患者空間と融合し、それによって別個の患者トラッカの必要性を排除する。外科手術ナビゲーションシステムは、カメラの視野内で追跡デバイスを用いて外科手術ツールの位置を計算し、ディスプレイデバイス上に、患者に対する外科手術ツールの位置を患者のスキャン画像と重ね合わせて相関させて示す。
米国特許出願公開第2014/0343408号は、被検者の身体内のマルチルーメン構造の外部画像を取得する撮像デバイスで使用するための装置及び方法を記載している。場所のセンサが結合されたツールは、構造の枝に沿って移動する。マルチルーメン構造は、外部画像と位置合わせされ、それにより、マルチルーメン構造及びマルチルーメン構造の外部画像は共通の座標フレームを有し、ツールがマルチルーメン構造内の複数の枝管に沿って移動する間にツールの場所の座標を検知することによって、枝管がマルチルーメン構造内の複数の経路を画定する。枝管は、画像内で識別され、ツールの検知された場所の座標と画像内の複数の枝管との間の対応付けが判定される。
以下に記載される本発明の実施形態は、画像を追跡システムと位置合わせするための改良された装置及び方法を提供する。
したがって、本発明の実施形態によれば、プローブを備える医療装置が提供され、プローブは、長手方向軸を有するハンドルと、長手方向軸上に配設された遠位先端部と、位置センサと、を備え、位置センサは遠位先端部から所定の距離で長手方向軸上においてハンドル内に配設され、またプローブの場所を示す信号を出力するように構成されている。アライメントジグは、プローブの遠位先端部に取り外し可能に固定されるように構成されたコネクタと、3つの突出部と、を備え、3つの突出部は、コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面と接触するように構成され、それぞれの点は、コネクタがプローブの遠位先端部に固定されると長手方向軸に垂直な平面内に配設される。
開示される実施形態では、コネクタは、ソケットを備え、ソケットは、遠位先端部に嵌合している。追加的又は代替的に、突出部は、ローラを備え、ローラは、身体の表面に接触してその上を転動するように構成されている。
また、本発明の実施形態によれば、医療装置が提供され、医療装置は、位置合わせプローブを備え、位置合わせプローブは、長手方向軸及び長手方向軸上に配設された遠位先端部を有し、また、位置合わせプローブは、3つの突出部を備えるアライメントジグを備え、3つの突出部は、遠位先端部から延び、またそれぞれの点で患者の身体の一部の表面に接触するように構成され、それぞれの点が、長手方向軸に垂直な平面内に配設されている。位置センサが、遠位先端部から所定の距離で長手方向軸上に配設されている。位置追跡システムは、患者の身体の一部分の近傍において、位置追跡システムによって画定された第1の基準フレーム内の位置センサの位置座標を取得するように構成されている。処理ユニットは、第2の基準フレーム内の患者の身体の少なくとも一部分に関する三次元(3D)画像データを受信することと、位置合わせプローブの遠位先端部が患者の身体の一部分の表面上の場所に接触している間に、位置追跡システムによって取得された位置座標を受信することと、位置座標を三次元画像データ内の対応する場所と比較することによって、第1の基準フレーム及び第2の基準フレームを位置合わせすることと、を行うように構成されている。
開示される実施形態では、位置追跡システムは、磁気位置追跡システムを備える。追加的に又は代替的に、三次元画像データは、コンピュータ断層撮影(CT)システムからのデータ又は磁気共鳴撮像(MRI)システムからのデータを含む。一実施形態では、患者の身体の一部分は、患者の頭部を含み、2D画像は、患者の顔部を示す。
いくつかの実施形態では、第1の基準フレーム及び第2の基準フレームを位置合わせすることは、位置座標と三次元画像データ内の対応する場所との間の相関を最大化するように、第1の基準フレームと第2の基準フレームとの間の相対的な拡大縮小、回転、及び並進を適用することを含む。
追加的に又は代替的に、処理ユニットは、位置合わせプローブを動作させる医師からランドマークの場所を受信して2D画像上の場所をマーキングする。
本発明の実施形態によれば、医療画像を位置合わせする方法が、追加的に提供される。本方法は、長手方向軸を有するハンドルと、長手方向軸上に配設された遠位先端部と、位置センサとを備えるプローブと、を提供することを含み、位置センサは、遠位先端部から所定の距離で長手方向軸上においてハンドル内に配設され、プローブの場所を示す信号を出力するように構成されている。アライメントジグが、プローブの遠位先端部に嵌合しており、アライメントジグは、3つの突出部を備え、3つの突出部は、コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、それぞれの点は、コネクタがプローブの遠位先端部に固定されると長手方向軸に垂直な平面内に配設される。プローブが、位置追跡システムを患者の身体の少なくとも一部分に対する三次元(3D)画像データの基準フレームと位置合わせする際に適用され、位置追跡システムは、位置センサの位置座標を取得するように構成されている。
開示される実施形態では、アライメントジグが、遠位先端部に取り外し可能に嵌合されている。
追加的に又は代替的に、患者の身体の一部分は、患者の頭部を含み、プローブを適用することは、アライメントジグを患者の顔部と接触させることを含む。
本発明は、以下の「発明を実施するための形態」を図面と併せて考慮することで、より完全に理解されよう。
磁気追跡システムは、画像誘導手術などの侵襲的診断及び治療処置において、処置を受けている患者の身体の一部分のCT画像などの事前取得された画像を使用して、器具を追跡するために使用される。その追跡が有効であるためには、画像の基準フレーム及び追跡システムが、互いに位置合わせされる必要がある。例えば、CT画像と磁気追跡システムとの間の典型的な位置合わせ手順では、多数の異なる解剖学的点(ランドマークと称される)の座標がCT画像内にマーキングされ、同じランドマークの座標が追跡システムによって取得される。かかる座標点の対が取得されると、拡大縮小、回転、及び並進を含む変換を推定するために、適合プロセスが適用され、これにより、二組の点を最もよくアライメントさせる、すなわち、位置合わせする。適合は、例えば、累積距離メトリック又は反復最近接点(ICP)アルゴリズムなどの当技術分野で知られているアルゴリズムを使用して計算され得る。
例として、耳鼻咽喉(ENT)処置などの患者の頭部で使用される器具の追跡を必要とする処置を考える。かかる処置では、患者の頭部は、追跡システムの基準フレームと位置合わせされる。かかる位置合わせ処置の例は、2019年12月5日に出願された米国特許出願第16/704,042号に記載されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。記載の処置では、磁気追跡システムの処理ユニットは、患者の頭部の3D画像データを受信し、3D画像データに基づいて、頭部の一部分の表面についての2D画像を生成する。処理ユニットは更に、2D画像をディスプレイ画面にレンダリングし、内科医などの医師からの誘導下で、表示された2D画像アイコン上に重ね合わせ、頭部の表面上のそれぞれのランドマークの場所を示す。内科医は、磁気位置センサを備える位置合わせプローブの遠位端部を2D画像上のこれらのアイコンによって誘導して、患者の頭部上の対応する点にタッチし、どの点にその医師がタッチしたかをこの処理ユニットに示す。処理ユニットは、これらの点から位置追跡システムによって取得された位置センサの対応する3D位置座標を受信する。最後に、処理ユニットは、位置追跡システムによって取得された3D座標とアイコンに対応する3D画像データの座標との相関が最大化されるまで、2つの基準フレームの相対的な並進及び回転によって、位置追跡システムの基準フレームを3D画像データの基準フレームと位置合わせする。
ただし、誤差が、記録された患者の頭部の3D座標に取り込まれ得、画像の基準のフレームと追跡システムとの間の位置合わせの際の誤差の発生を引き起こす。1つのタイプの誤差は、位置合わせプローブが、その長手方向軸(遠位端部及び位置センサを接続する軸)が患者の皮膚に対して垂直ではないように保持されることによって引き起こされる。位置センサが、センサの3Dの場所の座標に加えて、プローブの角度方向を測定する場合であっても、患者の頭部の表面(すなわち、皮膚)に対するプローブの所望の垂直方向を維持する際に、依然として有意な誤差が生じ得る。この誤差は、今度は、位置合わせプローブの遠位端部の推定された場所の不正確さにつながる。
別の誤差は、医師によって加えられる圧力に起因して、位置合わせプローブの遠位端部が皮膚を押し込むことによって引き起こされ得る。この押し込みは、頭部の軟質領域(例えば、頬)において、及び例えば、投薬によって皮膚が膨潤している患者について、特に顕著であり得る。更に別の誤差は、位置合わせプローブが皮膚を横方向に引っ張ることによって引き起こされ得、これは、たるんだ皮膚を有する高齢患者において発生し得る。
本明細書に記載される本発明の実施形態は、位置合わせプローブの遠位端部にアライメントジグを提供することによってこの問題に対処し、プローブが皮膚表面に対して垂直に保持され、皮膚を最小限しか押し込まないことを確実にする。滅菌性を高めるために、ジグは、有利には、使い捨てプラスチック部品として製造することができ、これは位置合わせプローブの遠位先端部に嵌合するものである。代替的であるが、ジグは、プローブの固定された一体部分であり得る。ジグは、3つの突出部を備え、3つの突出部は、プローブから遠位に延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触し、プローブの長手方向軸に垂直な平面内にある。突出部は、医師によって加えられる圧力を分配し、こうして、医師が、皮膚を過度に深く押し込むことなく、プローブを身体表面に垂直に保持するのを支援する。追跡システムを患者の顔部の画像と位置合わせする際にプローブが使用される場合、ジグは、鼻などの顔部の全ての領域に確実に接触するように十分に狭く作製されている。追加的に又は代替的に、突出部はローラを備え、ローラは、患者の皮膚にわたってプローブを滑らかに動かすのを助ける。
開示される実施形態では、医療装置は、長手方向軸を有するハンドルを備える、位置合わせプローブを備え、遠位先端部が長手方向軸上にある。位置センサが、遠位先端部からのある特定の所定の距離で、長手方向軸上において位置合わせプローブのハンドル内に取り付けられている。位置センサは、位置合わせプローブの場所を示す信号を出力する。アライメントジグは、コネクタを備え、コネクタは、位置合わせプローブの先端部に取り外し可能に固定されている。3つの突出部が、コネクタから延び、それぞれの点で患者の身体の表面に接触する。前述のように、これらの点は、コネクタが位置合わせプローブの先端部に固定されると、ハンドルの長手方向軸に垂直な平面内に配設される。
ジグの3点接触は、単一点位置合わせプローブを用いて達成できるよりも高い精度及び容易さで、皮膚に対する位置合わせプローブの角度方向を確立する。こうして、ジグは、発生し得るプローブの遠位端部による皮膚の押し込みを低減しながら、皮膚に対するプローブの垂直方向を確実に高精度かつ再現可能にする。アライメントジグのこれらの特徴は、患者の皮膚上の位置合わせプローブの遠位先端部の記録された位置の精度及び再現性を改善し、こうして、画像の基準フレームと追跡システムとの間の位置合わせを改善する。
システムの説明
図1は、本発明の実施形態による、医療装置10の概略描画図である。上記で参照された米国特許出願第16/704,042号に記載されているように、装置10は、磁気位置追跡システム12を画像と位置合わせするために使用され、本実施例では、患者14のCT画像48を含むと仮定されている。本実施例における位置追跡システム12は、磁気追跡システムを備える。Acclarent,Inc.(Irvine,California)によって製造されたTruDi(登録商標)システムは、本明細書に記載されるものと類似の追跡システムを使用して、患者内に挿入された、又は患者の近傍に持ってこられたプローブの遠位先端部の場所及び方向を追跡する。
図1は、本発明の実施形態による、医療装置10の概略描画図である。上記で参照された米国特許出願第16/704,042号に記載されているように、装置10は、磁気位置追跡システム12を画像と位置合わせするために使用され、本実施例では、患者14のCT画像48を含むと仮定されている。本実施例における位置追跡システム12は、磁気追跡システムを備える。Acclarent,Inc.(Irvine,California)によって製造されたTruDi(登録商標)システムは、本明細書に記載されるものと類似の追跡システムを使用して、患者内に挿入された、又は患者の近傍に持ってこられたプローブの遠位先端部の場所及び方向を追跡する。
位置追跡システム12は、カテーテル又はガイドワイヤなどの1つ又は2つ以上の器具の位置及び方向を追跡するために使用され、これらの器具は、患者に対する医療処置中に、患者14に挿入される。以下に記載されるように、位置追跡システム12はまた、患者の外部にある位置合わせプローブ16の位置、及び場合によって方向も追跡することができる。プローブ16は、プローブを所望の場所及び方向に位置決めするために、システム10の使用中に医師20によって、典型的には内科医によって保持され得るハンドル18を備える。プローブ16は、アライメントジグ100及び位置センサ22と共に遠位先端部を備え、その位置及び方向は、位置追跡システム12によって追跡される。
以下の記載を明瞭かつ簡潔にするために、上記で言及された医療処置は、患者14の副鼻腔に対する侵襲的処置を含むものと仮定し、それにより、医療装置10及び位置追跡システム12は、副鼻腔の領域内及びその周囲で動作するように構成されるものと仮定する。ただし、システム10及び12は、代替的に、胸部、腎臓、又は腹部などの患者の他の領域内及びその周囲で動作するように構成され得るが、当業者であれば、本明細書に記載されるシステムの部品をかかる他の領域において動作に適応させることができるであろう。更に、本発明の原理は、他のタイプの追跡システム(必ずしも磁気的ではない)、並びにMRIなどの他の種類の3D撮像様式と併せて適用され得る。
追跡システム12は、システムプロセッサ24によって動作され、プローブ追跡モジュール28と通信する処理ユニット26を備える。モジュール28の機能が以下に記載される。プロセッサ24は、コンソール30内に実装され得、典型的にはマウス又はトラックボールなどのポインティングデバイスを備える動作制御部32を備える。内科医20は、動作制御部32を使用して、システムプロセッサ24にコマンドを送信し、システムプロセッサ24は、以下に記載されるように、ディスプレイ画面34上でデータ及び誘導画像を内科医に提示するために更に使用される。
システムプロセッサ24は、典型的には、プログラマブルプロセッサを備え、プログラマブルプロセッサは、処理ユニット26のメモリに保存されたソフトウェアを使用して装置10を動作させる。ソフトウェアは、例えば、ネットワークを通して電子形式でシステムプロセッサ24にダウンロードされてもよく、又は、ソフトウェアは、代替的に若しくは追加的に、磁気的、光学的、又は電子的メモリなどの非一時的有形媒体上に提供及び/又は保存されてもよい。システムプロセッサ24は、患者14の頭部38のデジタル化された3D CT画像48を更に保存するが、CT画像は、場合によっては異なる時点で、別個のCTシステム(図示せず)によって取得されたものである。CT画像48は、画像内の各点の3D座標、並びに各点における画像のX線撮影密度を含み、密度は、例えば、ハウンスフィールドユニットで与えられる。
患者14内の上述の器具を追跡するために、並びにプローブ16を追跡するために、処理ユニット26は、プローブ追跡モジュール28を使用して、ケーブル35を介して、コイルなどの複数の磁場生成器36を動作させる。一実施形態では、典型的には、患者14が麻酔され、ベッド40上に横たわって頭部38が不動である場合に適用可能であり、生成器36は、図1に示されるように、患者の頭部のそばでベッドに配置されたフレーム42に固定される。代替的な実施形態(図示せず)では、患者14が麻酔されていない場合に適用可能であり、生成器36は、互いに対して、また頭部38に取り付けられたフレームに対して固定される。3軸基準コイル41が、頭部38に固定され、ケーブル43によって処理ユニット26に接続されている。
生成器36は、患者14の頭部38内及びその周囲に交流磁場を広げ、これらの磁場は、器具内の磁気検出器内及びプローブ16の位置センサ22内において信号を生成する。信号は、プローブ16をコンソール30に接続するケーブル44を介して、処理ユニット26及びプローブ追跡モジュール28に送り返される。処理ユニット及びモジュールは共に、信号を分析して、生成器36に対する器具及びプローブ16の場所及び方向座標を導出する。磁場生成器36は、こうして、磁気追跡システム12の基準座標フレーム46を画定する。
位置合わせのプロセス中、上記で参照された米国特許出願第16/704,042号に詳述されるように、処理ユニット26は、3D CT画像48にアクセスし、それをディスプレイ画面34上で2D画像50にレンダリングする。処理ユニット26は更に、2D画像50上の選択された点、典型的には患者の顔部上の解剖学的ランドマークに対応する点にアイコン54を重ね合わせる。内科医20は、位置合わせプローブ16のアライメントジグ100を、アイコン54に対応する各点で患者14の表面52と(すなわち、患者の皮膚と)順に接触させ、処理ユニット26は、これらの点の各々におけるプローブの3D座標を記録する。
これらの記録された座標及びCT画像48の基準フレーム内の対応する点の座標を使用して、処理ユニット26は、2つの基準フレームの相対的な拡大縮小、回転、及び並進を含む変換を計算することによって、位置追跡システム12の基準フレームを3D CT画像48の基準フレームと位置合わせする。典型的には、変換は、適合プロセスによって見出され、適合プロセスは、プローブの位置合わせされた3D座標とアイコン54に対応するCT画像48の3D座標との間の相関を最大化する。相関を最大化するために、処理ユニット26は、累積距離メトリック又は反復最近接点(iterative closest point、ICP)アルゴリズムなどのアルゴリズムを使用し得る。アイコン54を使用した初期位置合わせの後、位置合わせの精度は、位置合わせプローブ16を使用して内科医20によって接触され、また処理ユニット26によって記録される画像50上に追加のアイコンを重ね合わせることによって高め得る。
内科医20と処理ユニット26との間の通信は、表面52上のどの点がタッチされるかを示すために確立される。例えば、処理ユニット26は、ディスプレイ画面34上でアイコン54を点滅させ、こうして、内科医20に、その内科医がタッチすると予想される点を示し得る。内科医20がこの点にタッチすると、その内科医は、制御部32を通して(例えば、キーパッドのキーを押すか、マウスをクリックすることによって)その点がタッチされたことを示す。代替的に、各アイコン54は、数値列を使用して番号付けされ得、内科医20は、その内科医がアイコンのうちのどれをタッチしたかを、制御部32を通して示す。
位置合わせプローブ及びジグ
図2は、本発明の実施形態による、アライメントジグ100が患者14に接触している状態の位置合わせプローブ16の概略描画図である。
図2は、本発明の実施形態による、アライメントジグ100が患者14に接触している状態の位置合わせプローブ16の概略描画図である。
ジグ100は、場所102で患者14の表面52(すなわち、患者の皮膚)にタッチしている。線104は、場所102で表面52に接する平面Pを概略的に示している。ハンドル18の長手方向軸106は、線104(平面P)に対して角度αを形成している。ハンドル18内の位置センサ22は、距離D、例えば4cmだけ遠位先端部23からオフセットされている。このオフセットに起因する位置合わせの誤差を低減するために、プローブ16を表面52に垂直に保持すること、すなわち、角度αを90°に維持することが望ましい。描画されている実施形態では、(図3a及び図3bに詳細に示され、以下に記載される)アライメントジグ100は、表面52に対する、すなわち、患者14の皮膚に対する位置合わせプローブ16の(及び特に長手方向軸106の)垂直性を確実にする。
アライメントジグ100はまた、皮膚に垂直な(平面Pに垂直な)方向に患者14の皮膚を圧迫又は変位させることに起因する、並びに皮膚に沿ったプローブ16の側方移動に起因する位置合わせ誤差を低減する際に有用である。
ここで、図3a、図3b、図4a、及び図4bを参照すると、これらは、本発明の実施形態による、位置合わせプローブ16及びアライメントジグ100の詳細を概略的に示している。図3a及び図3bは、それぞれ、互いに分離された及び固定された、位置合わせプローブ16アライメントジグ100の概略側面図である。図4a及び図4bは、それぞれ、プローブ16の概略側面図及びアライメントジグ100の正面図である。
図3aに示されるように、アライメントジグ100は、ソケット110を備え、ソケットは、プローブ16の丸みを帯びた円錐形前端部112にしっかりと嵌合し、こうしてアライメントジグ及びプローブを相互にアライメントさせ、これにより、プローブの長手方向軸106及びアライメントジグの軸116が一致する。ソケット110の中央開口部により、遠位先端部23が、短い所定の距離だけアライメントジグ100を通って突出することが可能になる。
3つの突出部114は、アライメントジグ100の本体111から遠位に延び、アライメントジグの軸116に垂直な平面を画定する。突出部114の三角形配列が、図4bに示されている。描画された実施形態では、突出部114は、ローラを備え、ローラは、球形又は円筒形であり得るが、代替的に、他のタイプの突出部が、ローラの有無にかかわらず、本体111上に形成され得る。
図3bに示されるように、アライメントジグ100が位置合わせプローブ16に固定されると、軸106及び116は一致する。こうして、プローブ16の長手方向軸106はまた、突出部114によって画定される平面に対して垂直である。結果として、突出部114が患者14の表面52(すなわち、患者の皮膚)に接触するとき、プローブ16の軸106は、患者の皮膚に対して垂直(α=90°)である。(図4aの切取部120に見える)ハンドル18内の位置センサ22は、遠位先端部23から距離Dに位置する。突出部114は、遠位先端部23単独よりもはるかに広い領域にわたって皮膚に接触するため、遠位先端部は、皮膚に垂直な方向において最小限の圧迫及び最小限の変位のみで患者の皮膚にタッチする。更に、突出部114のローラは、最小限の摩擦でプローブ16を横方向に移動することを可能にし、こうして、たるんだ皮膚の横方向の移動及び位置合わせ誤差の発生を低減する。
描画された実施形態では、アライメントジグ100は、プローブ16とは別個の実体である。それは、例えば、成形プラスチックから安価に製造され、次いで使用後に廃棄され得、こうして、洗浄及び滅菌の必要性を回避する。
上に記載される実施形態は例として挙げたものであり、本発明は本明細書の上記で具体的に図示及び説明されるものに限定されない点が理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、前述の本明細書に記載される様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに前述の記載を読むと当業者に着想されるであろう、先行技術に開示されていないその変形及び修正を含む。
〔実施の態様〕
(1) 医療装置であって、
プローブであって、
長手方向軸を有するハンドルと、
前記長手方向軸上に配設された遠位先端部と、
位置センサであって、前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上において前記ハンドル内に配設され、また前記プローブの場所を示す信号を出力するように構成されている、位置センサと、を備えるプローブと、
アライメントジグであって、
前記プローブの前記遠位先端部に取り外し可能に固定されるように構成されたコネクタと、
3つの突出部であって、前記コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点は、前記コネクタが前記プローブの前記遠位先端部に固定されると前記長手方向軸に垂直な平面内に配設される、3つの突出部と、を備える、アライメントジグと、
を備える、医療装置。
(2) 前記コネクタが、ソケットを備え、前記ソケットが前記遠位先端部に嵌合している、実施態様1に記載の装置。
(3) 前記突出部が、ローラを備え、前記ローラは前記身体の前記表面に接触してその上を転動するように構成されている、実施態様1に記載の装置。
(4) 医療装置であって、
位置合わせプローブであって、長手方向軸及び前記長手方向軸上に配設された遠位先端部を有し、前記位置合わせプローブが、
3つの突出部を備えるアライメントジグであって、前記3つの突出部が、前記遠位先端部から延び、またそれぞれの点で患者の身体の一部分の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点が、前記長手方向軸に垂直な平面内に配設されている、アライメントジグと、
前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上に配設された位置センサと、を備える、位置合わせプローブと、
位置追跡システムであって、前記患者の前記身体の前記一部分の近傍において、前記位置追跡システムによって画定された第1の基準フレーム内の前記位置センサの位置座標を取得するように構成されている、位置追跡システムと、
処理ユニットであって、
第2の基準フレーム内の前記患者の前記身体の少なくとも前記一部分に関する三次元(3D)画像データを受信することと、
前記位置合わせプローブの前記遠位先端部が前記患者の前記身体の前記一部分の前記表面上の前記場所に接触している間に、前記位置追跡システムによって取得された前記位置座標を受信することと、
前記位置座標を前記三次元画像データ内の対応する場所と比較することによって、前記第1の基準フレーム及び前記第2の基準フレームを位置合わせすることと、
を行うように構成された処理ユニットと、
を備える、医療装置。
(5) 前記位置追跡システムが、磁気位置追跡システムを備える、実施態様4に記載の装置。
(1) 医療装置であって、
プローブであって、
長手方向軸を有するハンドルと、
前記長手方向軸上に配設された遠位先端部と、
位置センサであって、前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上において前記ハンドル内に配設され、また前記プローブの場所を示す信号を出力するように構成されている、位置センサと、を備えるプローブと、
アライメントジグであって、
前記プローブの前記遠位先端部に取り外し可能に固定されるように構成されたコネクタと、
3つの突出部であって、前記コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点は、前記コネクタが前記プローブの前記遠位先端部に固定されると前記長手方向軸に垂直な平面内に配設される、3つの突出部と、を備える、アライメントジグと、
を備える、医療装置。
(2) 前記コネクタが、ソケットを備え、前記ソケットが前記遠位先端部に嵌合している、実施態様1に記載の装置。
(3) 前記突出部が、ローラを備え、前記ローラは前記身体の前記表面に接触してその上を転動するように構成されている、実施態様1に記載の装置。
(4) 医療装置であって、
位置合わせプローブであって、長手方向軸及び前記長手方向軸上に配設された遠位先端部を有し、前記位置合わせプローブが、
3つの突出部を備えるアライメントジグであって、前記3つの突出部が、前記遠位先端部から延び、またそれぞれの点で患者の身体の一部分の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点が、前記長手方向軸に垂直な平面内に配設されている、アライメントジグと、
前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上に配設された位置センサと、を備える、位置合わせプローブと、
位置追跡システムであって、前記患者の前記身体の前記一部分の近傍において、前記位置追跡システムによって画定された第1の基準フレーム内の前記位置センサの位置座標を取得するように構成されている、位置追跡システムと、
処理ユニットであって、
第2の基準フレーム内の前記患者の前記身体の少なくとも前記一部分に関する三次元(3D)画像データを受信することと、
前記位置合わせプローブの前記遠位先端部が前記患者の前記身体の前記一部分の前記表面上の前記場所に接触している間に、前記位置追跡システムによって取得された前記位置座標を受信することと、
前記位置座標を前記三次元画像データ内の対応する場所と比較することによって、前記第1の基準フレーム及び前記第2の基準フレームを位置合わせすることと、
を行うように構成された処理ユニットと、
を備える、医療装置。
(5) 前記位置追跡システムが、磁気位置追跡システムを備える、実施態様4に記載の装置。
(6) 前記三次元画像データが、コンピュータ断層撮影(CT)システムからのデータを含む、実施態様4に記載の装置。
(7) 前記三次元画像データが、磁気共鳴撮像(MRI)システムからのデータを含む、実施態様4に記載の装置。
(8) 前記患者の前記身体の前記一部分が、前記患者の頭部を含み、2D画像が、前記患者の顔部を示す、実施態様4に記載の装置。
(9) 前記第1の基準フレーム及び前記第2の基準フレームを位置合わせすることが、前記位置座標と前記三次元画像データ内の前記対応する場所との間の相関を最大化するように、前記第1の基準フレームと前記第2の基準フレームとの間の相対的な拡大縮小、回転、及び並進を適用することを含む、実施態様4に記載の装置。
(10) 前記処理ユニットが、前記位置合わせプローブを動作させる医師からランドマークの場所を受信して前記2D画像上の前記場所をマーキングする、実施態様4に記載の装置。
(7) 前記三次元画像データが、磁気共鳴撮像(MRI)システムからのデータを含む、実施態様4に記載の装置。
(8) 前記患者の前記身体の前記一部分が、前記患者の頭部を含み、2D画像が、前記患者の顔部を示す、実施態様4に記載の装置。
(9) 前記第1の基準フレーム及び前記第2の基準フレームを位置合わせすることが、前記位置座標と前記三次元画像データ内の前記対応する場所との間の相関を最大化するように、前記第1の基準フレームと前記第2の基準フレームとの間の相対的な拡大縮小、回転、及び並進を適用することを含む、実施態様4に記載の装置。
(10) 前記処理ユニットが、前記位置合わせプローブを動作させる医師からランドマークの場所を受信して前記2D画像上の前記場所をマーキングする、実施態様4に記載の装置。
(11) 医療画像を位置合わせする方法であって、前記方法が、
長手方向軸を有するハンドルと、前記長手方向軸上に配設された遠位先端部と、位置センサとを備えるプローブと、を提供することであって、前記位置センサが前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上において前記ハンドル内に配設され、また前記プローブの場所を示す信号を出力するように構成される、提供することと、
3つの突出部を備えるアライメントジグを前記プローブの前記遠位先端部に嵌合させることであって、前記3つの突出部が、前記コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点は、前記コネクタが前記プローブの前記遠位先端部に固定されると前記長手方向軸に垂直な平面内に配設される、嵌合させることと、
位置追跡システムを前記患者の前記身体の少なくとも一部分に関する三次元(3D)画像データの基準フレームと位置合わせする際に前記プローブを適用することであって、前記位置追跡システムが、前記位置センサの位置座標を取得するように構成されている、適用することと、を含む、方法。
(12) 前記アライメントジグが、前記遠位先端部に取り外し可能に嵌合されている、実施態様11に記載の方法。
(13) 前記突出部が、ローラを備え、前記ローラが前記身体の前記表面に接触してその上を転動するように構成されている、実施態様11に記載の方法。
(14) 前記位置追跡システムが、磁気位置追跡システムを備える、実施態様11に記載の方法。
(15) 前記3D画像データが、コンピュータ断層撮影(CT)データを含む、実施態様11に記載の方法。
長手方向軸を有するハンドルと、前記長手方向軸上に配設された遠位先端部と、位置センサとを備えるプローブと、を提供することであって、前記位置センサが前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上において前記ハンドル内に配設され、また前記プローブの場所を示す信号を出力するように構成される、提供することと、
3つの突出部を備えるアライメントジグを前記プローブの前記遠位先端部に嵌合させることであって、前記3つの突出部が、前記コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点は、前記コネクタが前記プローブの前記遠位先端部に固定されると前記長手方向軸に垂直な平面内に配設される、嵌合させることと、
位置追跡システムを前記患者の前記身体の少なくとも一部分に関する三次元(3D)画像データの基準フレームと位置合わせする際に前記プローブを適用することであって、前記位置追跡システムが、前記位置センサの位置座標を取得するように構成されている、適用することと、を含む、方法。
(12) 前記アライメントジグが、前記遠位先端部に取り外し可能に嵌合されている、実施態様11に記載の方法。
(13) 前記突出部が、ローラを備え、前記ローラが前記身体の前記表面に接触してその上を転動するように構成されている、実施態様11に記載の方法。
(14) 前記位置追跡システムが、磁気位置追跡システムを備える、実施態様11に記載の方法。
(15) 前記3D画像データが、コンピュータ断層撮影(CT)データを含む、実施態様11に記載の方法。
(16) 前記3D画像データが、磁気共鳴撮像(MRI)データを含む、実施態様11に記載の方法。
(17) 前記患者の前記身体の前記一部分が、前記患者の頭部を含み、前記プローブを適用することが、前記アライメントジグを前記患者の顔部と接触させることを含む、実施態様11に記載の方法。
(18) 前記位置追跡システムを位置合わせすることが、前記位置座標と前記3D画像データ内の対応する場所との間の相関を最大化するように、前記位置座標と前記基準フレームとの間の相対的な拡大縮小、回転、及び並進を適用することを含む、実施態様11に記載の方法。
(17) 前記患者の前記身体の前記一部分が、前記患者の頭部を含み、前記プローブを適用することが、前記アライメントジグを前記患者の顔部と接触させることを含む、実施態様11に記載の方法。
(18) 前記位置追跡システムを位置合わせすることが、前記位置座標と前記3D画像データ内の対応する場所との間の相関を最大化するように、前記位置座標と前記基準フレームとの間の相対的な拡大縮小、回転、及び並進を適用することを含む、実施態様11に記載の方法。
Claims (10)
- 医療装置であって、
プローブであって、
長手方向軸を有するハンドルと、
前記長手方向軸上に配設された遠位先端部と、
位置センサであって、前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上において前記ハンドル内に配設され、また前記プローブの場所を示す信号を出力するように構成されている、位置センサと、を備えるプローブと、
アライメントジグであって、
前記プローブの前記遠位先端部に取り外し可能に固定されるように構成されたコネクタと、
3つの突出部であって、前記コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点は、前記コネクタが前記プローブの前記遠位先端部に固定されると前記長手方向軸に垂直な平面内に配設される、3つの突出部と、を備える、アライメントジグと、
を備える、医療装置。 - 前記コネクタが、ソケットを備え、前記ソケットが前記遠位先端部に嵌合している、請求項1に記載の装置。
- 前記突出部が、ローラを備え、前記ローラは前記身体の前記表面に接触してその上を転動するように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 医療装置であって、
位置合わせプローブであって、長手方向軸及び前記長手方向軸上に配設された遠位先端部を有し、前記位置合わせプローブが、
3つの突出部を備えるアライメントジグであって、前記3つの突出部が、前記遠位先端部から延び、またそれぞれの点で患者の身体の一部分の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点が、前記長手方向軸に垂直な平面内に配設されている、アライメントジグと、
前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上に配設された位置センサと、を備える、位置合わせプローブと、
位置追跡システムであって、前記患者の前記身体の前記一部分の近傍において、前記位置追跡システムによって画定された第1の基準フレーム内の前記位置センサの位置座標を取得するように構成されている、位置追跡システムと、
処理ユニットであって、
第2の基準フレーム内の前記患者の前記身体の少なくとも前記一部分に関する三次元(3D)画像データを受信することと、
前記位置合わせプローブの前記遠位先端部が前記患者の前記身体の前記一部分の前記表面上の前記場所に接触している間に、前記位置追跡システムによって取得された前記位置座標を受信することと、
前記位置座標を前記三次元画像データ内の対応する場所と比較することによって、前記第1の基準フレーム及び前記第2の基準フレームを位置合わせすることと、
を行うように構成された処理ユニットと、
を備える、医療装置。 - 前記位置追跡システムが、磁気位置追跡システムを備える、請求項4に記載の装置。
- 前記三次元画像データが、コンピュータ断層撮影(CT)システムからのデータを含む、請求項4に記載の装置。
- 前記三次元画像データが、磁気共鳴撮像(MRI)システムからのデータを含む、請求項4に記載の装置。
- 前記患者の前記身体の前記一部分が、前記患者の頭部を含み、2D画像が、前記患者の顔部を示す、請求項4に記載の装置。
- 前記第1の基準フレーム及び前記第2の基準フレームを位置合わせすることが、前記位置座標と前記三次元画像データ内の前記対応する場所との間の相関を最大化するように、前記第1の基準フレームと前記第2の基準フレームとの間の相対的な拡大縮小、回転、及び並進を適用することを含む、請求項4に記載の装置。
- 前記処理ユニットが、前記位置合わせプローブを動作させる医師からランドマークの場所を受信して前記2D画像上の前記場所をマーキングする、請求項4に記載の装置。
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