JP2022524443A - テンプレート化されターゲット化されたバイオプシと処置のためのガイダンス及びトラッキングシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書に記載の粗いセグメント化プロセスは、尿道に挿入されたカテーテル105内の前立腺トラッキングセンサが、前立腺又はカテーテル105に対して動かないことに依存し得る。前立腺トラッキングセンサがスリップする場合(例えば、追跡される尿道カフが前立腺尿道に対してスリップする場合)、3次元仮想前立腺をTRUS画像に表示される物理的前立腺と整合するように戻すか、3次元仮想前立腺を再び再構成するか、のいずれかによって、スリップを補償するようにオペレータに警告しなければならない。尿道カテーテル105は、尿道の長手方向軸に沿った軸方向、又は、尿道内部で回転する回転方向の、2つの主要な方法で前立腺に対して相対的にスリップし得る。また、センサが、カテーテル105に対して相対的にスリップすることもあり、これも前立腺トラッキングを狂わせることになる。スリップ検出機能は、上記のすべてのタイプのスリップを検出する。
バイオプシ前の計画段階の、テンプレートのユーザによる手動調整を説明した。異なる実施形態では、個々の前立腺に固有の仮想3次元テンプレートが自動的に作成される。ソフトウェアルーチンは、前立腺の3次元再構成を入力とし、所定の形状(例えば、球形)及びサイズ(例えば、1cm径の球形)の仮想病変がサンプリングされない確率を最小化する、特定の前立腺に最適化された3次元テンプレートを、出力することができる。直径1cmの球状の病変を想定した場合、コアと同心円状にカプセル(両端が半球状の直径1cmの円柱)がある。ユーザは、カプセルの直径を、前立腺の異なる部分又は領域を含む他の値に変更することができる。ソフトウェアルーチンは、カプセルの外部の前立腺ボリュームを決定し、カプセルの外部の前立腺ボリュームを最小にするようにコアの位置を自動的に移動させることができる。
レトロフィットキットのための実施形態では、トラッキングセンサは、バイオプシガン125などの、ニードルバイオプシ器具のハンドルにスナップする取り外し自在のクリップにある。非レトロフィットの実施形態では、トラッキングセンサは、コアチャンバ(例えば、サンプルを掴むニードルのセクション)の近くに配置される。レトロフィットの実施形態では、バイオプシニードルがコアセクションの近くではなく、バイオプシ器具のハンドルから追跡されるため、フリーハンドの経会陰バイオプシ中にニードルを追跡することは困難である。バイオプシニードルは長くて柔軟性がある(曲がる)ため、曲がりが生じると、ハンドル内のセンサはコア切断セクションを確実に追跡できなくなる。「フリーハンド」経会陰PBxでは、ニードルをTRUS矢状インソネーション平面と本質的に機械的にアラインメントするTRUSプローブニードルガイドを使用しない。したがって、ニードルには制約がなく、ニードルをTRUS画像で見えるようにTRUSインソネーション平面にアラインメントさせるのは難しい。
既存の融合バイオプシシステムは、バイオプシコアをサンプリングした後、アシスタントがユーザインタフェース上のボタンをクリックすることを要求することによって、バイオプシコアをマーキングする。つまり、バイオプシ器具が作動し、バイオプシニードルが前進してサンプルを採取した後、ソフトウェアにバイオプシが現行のシステムにて行われたことを伝えるために、ユーザインタフェースのボタンをクリックしなければならないのである。ユーザインタフェースのボタンがクリックされないと、コアはマークされない。コアをマークするためにユーザインタフェースボタンを押すのが遅れると、バイオプシニードルがドリフトしたり、バイオプシニードルの動きに反応して患者が動いたりして、既にサンプリングされたコアのポジションが誤ってマークされてしまう。
6-DOFセンサは、現在、1-DOFセンサ560よりも高価である。ニードルガイド入口ホールに1-DOFセンサ560を伴う剛性的に取り付けられたニードルガイドを有する追跡型TRUSプローブの実施形態を、図22に示す。この実施形態では、バイオプシニードルはトラッキングセンサを有しておらず、任意の市販のニードルバイオプシ器具を使用することができる。ニードルのポジションは、追跡型TRUSプローブ120に剛性的に取り付けられるニードルガイドと、ニードルがどれだけ1-DOFセンサ560を通過したかを測定する追跡型TRUSプローブ120上の1-DOFセンサ560とを用いて推測され、即ち、ニードルの挿入の深さが測定されて、TRUS画像上にニードル及びニードルの先端をリアルタイムで重ね合わせることができる。1-DOFセンサ560(例えば、回転ポジションセンサ、回転ポテンショメータ、又は光学マウスで使用されるような光学センサ)は、一実施形態(図21)では、TRUSプローブクリップ525に取り付けられており、他の実施形態では、TRUSプローブ120自体に組み込まれ得る。レトロフィットキットの特徴を詳細に説明したが、それらの特徴は、一般に、新しいシステム及びデバイスにも組み込まれることが企図されていることを理解されたい。
バイオプシニードルの位置(例えば、停止線、予測コアなど)に関連するTRUS画像上の認知補助オーバレイは、ニードルがニードルガイド内にあることが知られていない限り、有効にすべきではない。同様に、ガイダンスアプリケーション220は、バイオプシニードルが患者の外部にあった場合、例えばバイオプシ間のハンドリング中に、バイオプシ器具トリガが押されたという信号を無視すべきである。したがって、トラッキングアプリケーション215及び/又はガイダンスアプリケーション220は、通常の取り扱い中に時折発生するように、ニードルがTRUSプローブ120の横又はニードルガイドの近くに保持されるのではなく、ニードルがTRUSプローブのニードルガイドに配置されたときを知る必要がある。バイオプシニードルが柔軟で長く、トラッキングセンサがニードルの先端ではなくバイオプシ器具のハンドルやクリップにある場合、バイオプシニードルが本当にTRUSプローブのニードルガイド内にあるかどうかを判定するのは複雑になる可能性がある。ガイダンスアプリケーション220は、矢状の又は横方向のTRUS画像の特徴分析を用いて、バイオプシニードルがニードルガイド内に挿入されたことを検証することができる。一実施形態では、超音波画像中のニードルを認識するように訓練されたニューラルネットワークを使用して、ニードルがニードルガイドに挿入されたかどうかを自動的に検出する。別の実施形態では、ソフトウェアルーチンは、ニードルが最初に現れるであろうTRUS画像内の領域(すなわち、ニードルガイド出口の隣のTRUS画像の部分)のピクセルを検査することによって、矢状平面又は横方向平面の超音波撮像内のニードルを探すことができる。
前立腺バイオプシは、外部から取得したターゲットをセンサ空間にインポート及び登録する例として使用される。一実施形態では、システム100は、システマティックなテンプレートバイオプシに加えて、ターゲット化されたバイオプシを行うことができる。Mass General社の研究では、MRI/USガイド下融合前立腺バイオプシの後に(テンプレート化された)システマティックバイオプシを行った場合、16%多くのガンが検出され、一つのバイオプシシステムでターゲット化されたバイオプシとシステマティックバイオプシとの両方を実行できることの利点が示された。システム100がsPBxに加えてターゲット化されたPBxを実行できるようにするためのアプローチが記載されている。システム100は、既存の撮像データを有する患者に対して、MRIやCTなどの他の画像スキャンからデータをインポートし、ターゲット(病変やROI)の形状、大きさ、位置、方向などのデータを、前立腺センサ空間の座標系、3次元再構成(例えば、3Dビジュアライゼーションにおいて、3次元の病変やROIを3Dで可視化する)、及び、認知補助(例えば、TRUS画像内の認知補助として、3Dの病変やROIを2Dの断面で表示する)に登録することができる。インポートレーション及びレジストレーションは、3つのステップで達成される。ステップ1は、MRIスキャンにアクセスし、必要に応じて、セグメンテーションがまだ行われていない場合には、前立腺及び/又はターゲットを3Dオブジェクトにセグメンテーション化(前述の粗いセグメンテーションを含む)することを含み得る。セグメンテーション化は、PBx手順の前に行うことがでるが、必須ではない。MRIスキャンから3次元オブジェクトを作成するソフトウェアパッケージもある(InVesalius,ITK-SNAP)。理想的には、ターゲット又はROIだけでなく、前立腺全体を3次元オブジェクトにセグメント化することができる。
新しい技術や機器を使うトレーニングは、往々にして短絡的であり、又は後回しにされがちである。我々の新しい技術を使用するトレーニングを積極的に計画するために、一実施形態では、ケアシステムは、トレーニング目的のために患者の代わりにプラスチック製の解剖学的ブロック及び弾道ゲルを含み得るPBxシミュレータ550と連携する。解剖学的ブロックは、図26に示すように、肛門、直腸、及び/又は前立腺をシミュレートしており、その中にTRUSプローブ120が挿入され、左側方脱腸位(写真460a)及びリソトミ位(写真460b)で方向付けられている。シミュレータ550は、リアルのTRUSプローブ120と、ケアシステムで使用される前立腺トラッキングセンサと同一又は類似のセンサ(NDIモデル90 6-DOF電磁センサ)によって追跡される弾道ゲルで作られた前立腺とを用いて、使用可能なTRUS画像を作成する、合理的に現実的な超音波を発することができる弾道ゲルを含む。システム100は、患者ケアモードと機能的に同一であることを維持しつつ、シミュレーションモードが部屋の反対側から明確に認識できるように、異なるボーダカラー及びフォントを含む、システム100がシミュレーションモードにあることを明確に警告及び表示するための、ユニークで視認性の高いラベルを表示することによって、システム100が患者ケアモードと混同されないように、シミュレーションモードで、実行することができる。
ケアシステムを使用するトレーニングのための別の実施形態は、患者ケアシステムから独立して動作し、実際のTRUSマシンを必要としないスタンドアローンシミュレータである。トレーニング用のシミュレータ550にも適用可能な本明細書に記載の全ての特徴は、例えば、患者ケアアプリケーションとは異なる、シミュレーション技術のアプリケーション領域において、本明細書に記載の実施形態でも企図される。一つの違いは、前立腺トラッキングセンサが、(例えば、弾道ゲルやシリコンで作られている)前立腺の物理的な3Dモデルに直接埋め込まれていることである。
リアルのバイオプシコアの端部は、剪断された、歪んだ、潰れた、又は欠損した組織を含むことがある。この場合、バイオプシコアの端部は、病理検査のための信頼できる又は有用な組織を含むとは信用できないかもしれない。バイオプシコアの一方又は両方の端部に低品質のゾーンがある場合、ユーザインタフェース上の仮想バイオプシコアの表示された長さに沿って、ユーザが調整可能なハッシュマークを提供することができる。ハッシュマークは、ユーザが調整可能ではなく、コアの両端からxmm、又はコアの(最初にカットされる)先頭エッジでxmm、コアの(最後にカットされる)後続エッジでymmなどの、デフォルト設定を持つこともできる。2つのハッシュマークの間の領域は、バイオプシの良好なゾーン又は使用可能なゾーンの寸法を表す、病理検査に確実に使用できる組織を提供するようにより信頼され得る領域を示す。また、コアの両端ではなく片方だけが疑わしい場合には、コアのハッシュマークを一つだけにすることもできる。また、予測される仮想コア上で、良好な領域を異なる色で示すこともできる。これらのハッシュマークは、3Dビジュアライゼーション、(TRUS画像などの)イメージングデバイスの出力上のオーバレイ、並びに、ユーザインタフェースをフィッティングし、調整し、及びプランニングするバイオプシテンプレートで、見ることができる。コアの中心部は、コアを表す線上に異なる色のハッシュマークで表示することもできる。一般的に、コアの中心部は端部よりも状態が良いため、病変又は病変が疑われる部位に優先的に配置すべきである。例えば、長さ18mmのバイオプシコアの先頭エッジ及び後続エッジの2mmが病理医にとって疑わしい場合、ユーザは、コア配置を計画する際及び治療中に、長さ18mmのバイオプシの代わりに長さ14mmのバイオプシを考慮し得る。
Claims (20)
- 非融合型のトラッキング及びガイダンスシステムにおいて、
身体器官トラッキングセンサと、
器官に関連して撮像デバイスを追跡するための、追跡される医療用撮像プローブと、
器官に関連してバイオプシ若しくは処置デバイスを追跡するための、追跡されるバイオプシ又は処置デバイスと、並びに、
内部のメモリに格納されたプログラム命令を含む少なくとも一つのコンピューティングデバイスであって、前記プログラム命令は、実行時には、
器官の複数の画像を生成するために、前記追跡される医療用撮像プローブの位置及び方向に関連するガイダンスを提供するステップであって、前記医療用撮像プローブの前記位置及び方向は前記身体器官トラッキングセンサを使用して決定される、提供するステップと、
前記複数の画像を用いて、前記器官又はそれに関連する特徴の3次元再構成を生成するステップと、
前記器官又はそれに関連する特徴の3次元再構成と、前記器官に重ね合わされた少なくとも一つのサンプリング領域からなる仮想テンプレートとを、ディスプレイデバイスに表示させるステップと、及び、
前記少なくとも一つのサンプリング領域にて組織を収集するためのガイダンスを提供するステップと
を、前記少なくとも一つのコンピューティングデバイスに指示する、コンピューティングデバイスと
を含む、システム。 - 前記複数の画像は複数の2次元超音波画像である、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数の2次元超音波画像のうちの少なくとも一つが、身体センサ空間内の追跡されるツールの3次元ビジュアライゼーションにおいて、前記器官の前記3次元再構成と同時に前記ディスプレイデバイスに表示される、請求項2に記載のシステム。
- 前記医療用撮像プローブは経直腸超音波プローブであり、
前記器官が前立腺を含み、前記組織を収集するためのガイダンスが前立腺バイオプシ手順の間に行われ、及び、
前記仮想テンプレートは前立腺バイオプシコアテンプレートを含む、
請求項3に記載のシステム。 - 前記器官の前記3次元再構成は、前記器官を有する患者の身体の外部に配置されるトラッキングセンサを用いて生成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記身体器官トラッキングセンサは、6自由度(6-DOF)を有するトラッキングセンサである、請求項1に記載のシステム。
- 前記器官の前記複数の画像を生成するための前記追跡される医療用撮像プローブの位置及び方向に関連する前記ガイダンスが、少なくとも部分的に、前記器官を有する患者に配置されるトラッキングセンサのトラッキングに基づいて提供される、請求項1に記載のシステム。
- 前記器官の前記3次元再構成は、前記器官にて検出された、又は前記器官にインポートされた、病変、空洞、膿瘍、又は関心領域の、3次元再構成を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも一つのコンピューティングデバイスが、コア及びテンプレートの位置及び方向を調整すること、コアの数を調整すること、並びに、カスタムテンプレート内のコアの順序を変更することのうち、少なくとも一つを実行するように更に指示される、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のサンプリング領域の一つ又は夫々における組織を収集するためのガイダンスが、撮像モダリティなしで提供され、
前記撮像モダリティは、身体センサ空間における追跡されるツールの実際の3次元ビジュアライゼーションにおける前記器官の前記3次元再構成を使用して適用される、バイオプシ又は処置の間に、必要とされない、
請求項1に記載のシステム。 - 身体器官トラッキングセンサと、追跡される医療用撮像プローブと、器官に関連してバイオプシ若しくは処置デバイスを追跡するための、追跡されるバイオプシ若しくは処置デバイスと、少なくとも一つのコンピューティングデバイスとを提供するステップと、
前記器官の複数の画像を生成するために、前記追跡される医療用撮像プローブの位置及び方向に関連するガイダンスを提供するステップであって、前記医療用撮像プローブの位置及び方向は、前記身体器官トラッキングセンサに相対して決定される、提供するステップと、
前記複数の画像を用いて、前記器官又はそれに関連する特徴の3次元再構成を生成するステップと、
前記器官又はそれに関連する特徴の前記3次元再構成と、前記器官に重ね合わされた一つ若しくは複数のサンプリング若しくは処置領域からなる仮想テンプレートとを、ディスプレイデバイスに表示させるステップと、並びに、
前記複数のサンプリング若しくは処置領域の一つ又は各々において、組織、流体、若しくは処置を収集するためのガイダンスを提供するステップと
を含む、方法。 - 前記複数の画像は複数の2次元超音波画像である、請求項11に記載の方法。
- 前記複数の2次元超音波画像のうちの少なくとも一つが、身体センサ空間内部の追跡されるツールの3次元ビジュアライゼーションにおいて、前記器官の3次元再構成と同時に前記ディスプレイデバイスに表示される、請求項12に記載の方法。
- 前記医療用撮像プローブは経直腸超音波プローブであり、
前記器官は前立腺を含み、前記組織を収集するためのガイダンスは、前立腺バイオプシ手順の間に実行され、及び、
前記仮想テンプレートは、前立腺バイオプシコアテンプレートを含む、
請求項13に記載の方法。 - 前記器官又は身体の一部の3次元再構成は、前記器官を有する患者の身体の外部に配置されるトラッキングセンサを用いて生成される、請求項11に記載の方法。
- 前記身体器官トラッキングセンサは、6自由度(6-DOF)を有するトラッキングセンサである、請求項11に記載の方法。
- 前記器官の前記複数の画像を生成するための前記追跡される医療用撮像プローブの位置及び方向に関連する前記ガイダンスが、少なくとも部分的に、前記器官を有する患者に配置されるトラッキングセンサのトラッキングに基づいて提供される、請求項11に記載の方法。
- 前記器官又は身体の一部の3次元再構成は、前記器官にて検出された、又は前記器官にインポートされた、病変、空洞、又は関心領域の3次元再構成を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記少なくとも一つのコンピューティングデバイスが、コア及びテンプレートの位置及び方向を調整すること、コアの数を調整すること、並びに、カスタムテンプレート内のコアの順序を変更することのうち、少なくとも一つを実行するように更に指示される、請求項11に記載の方法。
- 前記複数の処置若しくはサンプリング領域の一つ又は各々における組織若しくは流体を処置し若しくは収集するためのガイダンスが、撮像モダリティなしで提供され、
前記撮像モダリティは、身体センサ空間における追跡されるツールの実際の3次元ビジュアライゼーションにおける前記器官の前記3次元再構成を使用して適用される、バイオプシ又は処置の間に、必要とされない、
請求項11に記載の方法。
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