JP2022517807A - 医療用ナビゲーションのためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・リアルタイムの超音波信号および/またはビデオ信号を取得するように構成されたエコー内視鏡;
・エコー内視鏡の遠位端を空間的に追跡するように構成された追跡システムまたはデバイス;
・ユーザインターフェースおよびディスプレイ;
・患者の術前放射線学的データを含む計算および記憶手段
を含み:
・計算および記憶手段は、リアルタイムの術中データと術前放射線学的データとの間のレジストレーションを行うように構成されており、
・ディスプレイは、レジストレーションに基づいて、術前放射線学的データ内にリアルタイムの術中データビューを統合するナビゲーションビューをユーザに提供するように構成されている
ことを特徴とする。
- 超音波信号は超音波画像である;
- 術中データは:エコー内視鏡によって取得された超音波信号、および/または、エコー内視鏡によって取得されたビデオ信号、および/または、追跡デバイスによって取得された追跡信号を含む;
- 計算手段は、術前放射線学的データに対する超音波信号のリアルタイムの位置および配向を計算するように構成されている;
- ディスプレイは、前記位置および配向に基づいて、術前放射線学的データ内に超音波リアルタイムビューを統合するナビゲーションビューをユーザに提供するように構成される;
- 追跡システムまたはデバイスは、追跡基準フレーム(reference frame)を定義し、前記追跡基準フレーム内の内視鏡の遠位端の位置および配向を提供するようにさらに構成される;
- 追跡システムは、電磁的追跡デバイスまたは光ファイバー追跡デバイスを含む;
- 追跡システムは、超音波信号中のランドマークを選択し、術前データ上で前記ランドマークを識別しマークする手段を含む;
- 計算および記憶手段は、超音波信号と術前データとの間でレジストレーションを行うように構成されており、前記レジストレーションは選択されたランドマークに基づく;
- レジストレーションは、1つの追加の解剖学的情報にさらに基づく;
- 追加の解剖学的情報は、解剖学的な軸またはランドマークを含む;
- 追加の解剖学的情報は、食道の位置および配向を含む;
- システムは、追跡デバイスによって追跡される、追跡されるポインタをさらに含む;
- システムは、第1のレジストレーション計算およびレジストレーション精密化を行うように構成される;
- システムは、解剖学的ランドマークの定位、患者の軸の識別、および少なくとも解剖学的ランドマークと少なくとも患者の軸とに基づくレジストレーションを含む第1のレジストレーション計算を行うように構成され、解剖学的ランドマークは内部または外部にある;
- システムは、超音波解剖学的ランドマークの定位、光学的ランドマークの定位、および超音波解剖学的ランドマークと光学的ランドマークとの間の局所的剛体(locally-rigid)アライメントを含むレジストレーション精密化を行うように構成される;
- 計算および記憶手段は、第1のレジストレーション計算およびレジストレーション精密化を行うように構成される;
- 計算および記憶手段は、外部の解剖学的ランドマークの定位、患者の軸の識別、および少なくとも外部の解剖学的ランドマークと少なくとも患者の軸とに基づくレジストレーションを含む第1のレジストレーション計算を行うように構成される;
- 計算および記憶手段は、超音波解剖学的ランドマークの定位、光学的ランドマークの定位、および超音波解剖学的ランドマークと光学的ランドマークとの間の局所的剛体アライメントを含むレジストレーション精密化を行うように構成される。
- エコー内視鏡を用いて、リアルタイムの超音波信号および/またはビデオ信号を取得するステップと;
- エコー内視鏡の遠位端を追跡するステップと;
- 患者の術前放射線学的データを受信し記憶するステップと;
- 術中データと術前放射線学的データとの間のレジストレーションを行うステップと;
- 前記レジストレーションに基づいて、術前放射線学的データ内にリアルタイムの術中データビューを統合するナビゲーションビューを表示するステップと
を含む、医療用ナビゲーションのための方法である。
- 超音波トランスデューサまたはエコー内視鏡を用いて、超音波信号または画像を取得するステップ;
- 超音波トランスデューサの遠位端を追跡するステップ;
- 術前放射線学的データに対する超音波信号または画像の位置および配向を計算するステップ;
- 前記位置と配向に基づいて、術前放射線学的データ内に超音波信号を統合するナビゲーションビューを表示するステップ。
- 方法は、超音波信号および術前放射線学的データをレジストレーションするステップを含み;
- レジストレーションステップは、第1のレジストレーション計算およびレジストレーション精密化を含み;
- 第1のレジストレーション計算は、解剖学的ランドマークの定位ステップと、患者の軸の識別ステップと、少なくとも解剖学的ランドマークと少なくとも患者の軸とに基づくレジストレーションステップとを含み、解剖学的ランドマークは外部または内部にあり;
- レジストレーション精密化は、超音波解剖学的ランドマークの定位ステップと、光学的ランドマークの定位ステップと、超音波解剖学的ランドマークと光学的ランドマークとの間の局所的剛体アライメントステップとを含み;
- 表示されたナビゲーションビューを用いてエコー内視鏡処置を行うステップ。
- エコー内視鏡、エコー内視鏡の遠位端を空間的に追跡するように適合された追跡システムまたはデバイス、ユーザインターフェース、ディスプレイ、ならびに、少なくともアルゴリズムを含む計算および記憶手段を含む医療用ナビゲーションのためのシステムを提供するステップ;
- 患者の術前放射線学的データをインポートするステップSTO;
- 患者に対するエコー内視鏡処置を開始するステップACQ;
- 内視鏡の遠位端を追跡するステップTRA;
- 術前放射線学的データに対するライブ超音波画像のライブ位置および配向を計算するステップCOMP;
- 前記位置と配向に基づいて、術前放射線学的データ内に超音波ライブビューを統合するナビゲーションビューをユーザに表示するステップDISP;
- 表示されたナビゲーションビューを使用してエコー内視鏡処置を行うステップ
を含む。
- 計算ユニットおよび追跡されるEUSプローブを含むガイダンスシステムを提供するステップ;
- 広い関心領域(region of interest)の患者の術前放射線学的データを記憶するステップ;
- US内視鏡を広い関心領域にナビゲートし、US画像と術前放射線学的データの両方で識別しやすいターゲット解剖学的ポイントを選択するステップ;
- 術前放射線学的データにおいてマッチするランドマークを選択するステップ;
- 追跡されるスコープの基準フレームと術前データセットの基準フレームとの間の剛体レジストレーションを計算するステップ;
- 術前放射線学的データの3D視覚化を計算するステップ;
- レジストレーション情報に基づいて、ライブUS画像を3D視覚化内に埋め込むステップ;
- 埋め込まれたUS画像とともに、術前放射線学的データの3D視覚化を表示するステップ
を含む。
i)内視鏡超音波検査処置中にビデオ画像と超音波画像を生成する、超音波内視鏡を備えた超音波内視鏡システム
ii)ディスプレイおよびユーザインターフェース
iii)追跡基準フレームを定義し、この追跡基準フレーム内の超音波内視鏡の先端の3D位置および配向を提供する追跡デバイスまたはシステム
iv)計算および記憶手段
を含み、
前記計算および記憶手段は、「術前」放射線学的生データを取り出すように構成されており、前記超音波画像のいずれかに含まれる任意の点を前記追跡基準フレーム内の座標に関連付けるように構成されており、医療システムは、
i)術前放射線学的生データの3D視覚化を計算する、
ii)内視鏡超音波検査処置中に、ユーザが超音波画像内の少なくとも1つのランドマークの位置を選択しタグ付けするためのインターフェースを提供し、システムは、USランドマークの3D位置を、関連付けられたマークされた超音波画像と共に記憶する、
iii)ユーザが「術前」放射線学的生データまたは3D視覚化内に、少なくとも1つのランドマークの解剖学的位置を選択するためのインターフェースを提供する、
iv)術前放射線学的生データおよび追跡基準フレーム内のランドマークの位置に基づいて、「術前」放射線学的生データと追跡基準フレームとの間の空間的な対応を計算する
術前放射線学的生データの前記3D視覚化内にライブUS画像を統合するライブナビゲーションビューを計算しユーザにリアルタイムで表示し、ライブUS画像は、その実際のライブ位置および配向にマッチするように位置決めされ、方向付けられる
ように構成されていることを特徴とする。
・コンピュータ断層撮影(CT)画像
・磁気共鳴(MR)画像
・ポジトロン放出断層撮影(PET)画像
・人間の専門家により計算されるか、またはAIベースのセグメンテーションシステムで自動的に計算された3Dセグメンテーション
・クロッピング、スケーリング、または強度ウィンドウ化などの画像変換
・患者座標で異なるソース画像を組み合わせる、ソースデータ融合
・先端に埋め込まれた6DoFのEM追跡デバイスを有する内視鏡
・先端に6DoFのEM追跡デバイスを含み、スコープ内にEMセンサの埋め込まれたチェーンを有する内視鏡
・補助チャンネル遠位端に6DoFのEM追跡デバイスが固定されている内視鏡
・6DoFのEM追跡デバイスを内視鏡先端にキャップを用いて外部から取付けられた内視鏡
・埋め込まれた6DoFの光ファイバー追跡システムを有する内視鏡
・キネマティクスによりスコープ先端の位置が知られているロボット制御の内視鏡。
初期レジストレーション計算。このプロセスは、外部または内部の解剖学的ランドマークおよび患者の軸情報を使用して、第1のワールドから患者への変換を計算する。
レジストレーション精密化。このプロセスは、処置中に識別された内部の解剖学的または病理学的なランドマークからの情報を使用して更新することにより、初期レジストレーションを改善する。
人間のオペレータは、ピッキングデバイスを使って胸骨を下へとラインをトレースする。これが、胸骨に沿った一連の3Dポイントを生成し、これを患者のテーブル面に仮想的に投影して、仮想テーブル面に2Dポイントのパスを形成する。最後に、ロバストなラインフィッティングアルゴリズムが用いられて、2Dポイントを通過するベストフィッティングラインを推定し(RANSAC)、このラインの方向が上/下軸を与える。
人間のオペレータは、USプローブを上/下軸と整列させ、内視鏡の先端を患者の胸骨の上に置く。一度だけ、追跡デバイスを用いて内視鏡の3D位置が記録され、US画像面の3D位置がワールド座標で決定される。最後に、US画像面をテーブル面と交差させることにより、上/下軸が決定される。
次いで、左/右の患者の軸は、後/前軸と上/下軸の外積により計算される。EALと3つの患者の軸を所与として、ワールドから患者への座標変換(6DoFs)を計算するのに十分な情報(6つの幾何学的方程式)がある。これをHornの絶対配向アルゴリズムを用いて計算する。
1.より高い信頼度のランドマークの影響は、より低い信頼度のランドマークに比べて、レジストレーションマトリックスにより大きな影響を与える。
2.内視鏡の現在の位置に近いランドマークの影響は、レジストレーションマトリクスにより大きな影響を与える。これが、遠くのランドマークの生理的な動きがレジストレーションマトリクスにより小さい影響を与えることを可能にする。
Claims (14)
- 医療用ナビゲーションのためのシステムであって、
・リアルタイムの超音波信号および/またはビデオ信号を取得するように構成されたエコー内視鏡、
・エコー内視鏡の遠位端を空間的に追跡するように構成された追跡システム、
・ユーザインターフェースおよびディスプレイ、
・患者の術前放射線学的データを含む計算および記憶手段
を含み、
・計算および記憶手段が、リアルタイムの術中データと術前放射線学的データとの間のレジストレーションを行うように構成されており、
・ディスプレイが、前記レジストレーションに基づいて、術前放射線学的データ内にリアルタイムの術中データビューを統合するナビゲーションビューをユーザに提供するように構成されている
ことを特徴とする、システム。 - システムが、第1のレジストレーション計算およびレジストレーション精密化を行うように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の医療用ナビゲーションのためのシステム。
- システムが、解剖学的ランドマークの定位、患者の軸の識別、および少なくとも解剖学的ランドマークと少なくとも患者の軸とに基づくレジストレーションを含む第1のレジストレーション計算を行うように構成されることを特徴とする、請求項2に記載の医療用ナビゲーションのためのシステム。
- システムが、超音波解剖学的ランドマークの定位、光学的ランドマークの定位、および超音波解剖学的ランドマークと光学的ランドマークとの間の局所的剛体アライメントを含むレジストレーション精密化を行うように構成されることを特徴とする、請求項2または3に記載の医療用ナビゲーションのためのシステム。
- 追跡システムが、電磁的追跡デバイスまたは光ファイバー追跡デバイスを含むことを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の医療用ナビゲーションのためのシステム。
- システムが、超音波信号中のランドマークを選択し、術前データ上で前記ランドマークを識別してマークするように構成された手段を含むことを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の医療用ナビゲーションのためのシステム。
- 計算および記憶手段が、超音波信号と術前データとの間でレジストレーションを行うように構成されており、前記レジストレーションが選択されたランドマークに基づくことを特徴とする、請求項6に記載の医療用ナビゲーションのためのシステム。
- 計算および記憶手段が、1つの追加の解剖学的情報にさらに基づいてレジストレーションを行うように構成されていることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の医療用ナビゲーションのためのシステム。
- 追加の解剖学的情報が、食道の位置および配向を含むことを特徴とする、請求項8に記載の医療用ナビゲーションのためのシステム。
- - エコー内視鏡を用いて、リアルタイムの超音波信号および/またはビデオ信号を取得するステップと、
- エコー内視鏡の遠位端を追跡するステップと、
- 患者の術前放射線学的データを受信し記憶するステップと、
- 術中データと術前放射線学的データとの間のレジストレーションを行うステップと、
- 前記レジストレーションに基づいて、術前放射線学的データ内にリアルタイムの術中データビューを統合するナビゲーションビューを表示するステップと
を含むことを特徴とする、医療用ナビゲーションのための方法。 - レジストレーションを行うステップが、超音波信号と術前放射線学的データとの間のレジストレーションを含むことを特徴とする、請求項10に記載の医療用ナビゲーションのための方法。
- レジストレーションを行うステップが、第1のレジストレーション計算およびレジストレーション精密化を含むことを特徴とする、請求項10に記載の医療用ナビゲーションのための方法。
- 第1のレジストレーション計算が、解剖学的ランドマークの定位ステップと、患者の軸の識別ステップと、少なくとも解剖学的ランドマークと少なくとも患者の軸とに基づくレジストレーションステップとを含むことを特徴とする、請求項12に記載の医療用ナビゲーションのための方法。
- レジストレーション精密化が、超音波解剖学的ランドマークの定位ステップと、光学的ランドマークの定位ステップと、超音波解剖学的ランドマークと光学的ランドマークとの間の局所的剛体アライメントステップとを含むことを特徴とする、請求項12または13に記載の医療用ナビゲーションのための方法。
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