JP2022540245A - モデルに基づくステントの設計及び配置のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】患者の気道内に配置するためのステントを設計するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】画像セグメンタ、グラフィックユーザーインターフェース及びモデルジェネレータを提供するために、コンピュータ実行可能な命令は、プロセッサによって実行可能である。画像セグメンタは、関心領域の少なくとも１つの画像を分割して、気道の少なくとも一部を示す三次元気道モデルを提供する。グラフィックユーザーインターフェースは、気道モデル内の複数の位置及び複数の位置に対応する複数の直径を選択するようにユーザに促す。モデルジェネレータは、選択された位置及び直径に基づいてステントモデルを構築する。【選択図】図３

Description

発明の詳細な説明

関連出願の相互参照
本願は、２０１９年７月１１日に出願された発明名称が「モデルに基づくステントの設計及び配置のためのシステム及び方法」である米国仮出願第６２／８７２,７５４号の優先権を主張する。本願の主題は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
連邦政府支援研究に関する声明

本発明は、米国国立衛生研究所によって授与されたＨＬ１１９８１０に基づく政府の支援を受けてなされたものである。政府は本発明において特定の権利を有する。

本発明は、全体的に手術の計画に関し、より具体的には、モデルに基づくステントの設計及び配置のためのデバイス、システム及び方法に関する。

気道ステント又は気管・気管支補綴物は、気道に挿入されて気道の病症（例えば、気管虚脱）を治療する中空管である。それらは、通常、気管支鏡検査の形態で配置される。市販の気道ステントは、形状や大きさが限られ、且つ一般的に複雑な気道を有する患者の体内に悪く装着されることが多い。悪く装着された気道ステントは、ステント閉塞、肉芽組織の形成、感染、バイオフィルム及びマイグレーションを含むが、それらに限定されない合併症を引き起こす恐れがある。

本発明の一態様によれば、システムは、プロセッサと、非一時的メモリとを含み、前記非一時的メモリは、患者の気道内に配意するためのステントを設計するためのコンピュータ実行可能な命令を格納する。画像セグメンタ、グラフィックユーザーインターフェース及びモデルジェネレータを提供するために、コンピュータ実行可能な命令は、プロセッサによって実行可能である。画像セグメンタは、関心領域の少なくとも１つの画像を分割することにより、気道の少なくとも一部を示す三次元気道モデルを提供する。グラフィックユーザーインターフェースは、気道モデル内の複数の位置及び複数の位置に対応する複数の直径を選択するように、ユーザに促す。モデルジェネレータは、選択された位置及び直径に基づいてステントモデルを構築する。

本発明の別の態様によれば、方法が提供される。患者の気道の少なくとも一部を含む関心領域の画像を受信して分割することにより、気道の三次元モデルを提供する。グラフィックユーザーインターフェースを介して気道の三次元モデル内の複数の位置、及び複数の位置のそれぞれに関連する直径を選択するように、ユーザに促す。選択された位置及び直径に基づいて、初期ステントモデルを生成し、グラフィックユーザーインターフェースを介して初期ステントモデルを編集して最終的なステントモデルを提供するようにユーザに促す。

本発明のさらなる別の態様によれば、方法が提供される。コンピュータ断層（ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＣＴ）スキャナから、患者の気道の少なくとも一部を含む関心領域的ＣＴ画像を受信する。ＣＴ画像が分割されることによって、気道の三次元モデルを提供する。グラフィックユーザーインターフェースを介して気道三次元モデル内の複数の位置を選択するように、ユーザに促す。グラフィックユーザーインターフェースを介して複数の位置のそれぞれについて関連する直径を選択するように、ユーザに促す。選択された位置及び直径に基づいてステントモデルを生成し、ステントモデルをローカル製造システムとリモート製造システムのうちの１つに提供することによって、ステントモデルの物理的なインスタンスを生成する。

本開示の前述および他の特徴は、添付の図面を参照して以下の説明を読むことにより、本開示が関連する当業者に明らかになるであろう。
本発明の一態様による患者固有のステントモデルを生成するためのシステムを示す。 患者の気道内に配置するための患者固有のステントの設計を容易にするシステムの例を示す。 患者固有の気道ステントのモデルを生成するための方法を示す。 気道ステントの患者固有のモデルを生成するための方法を示す。 図１乃至図４に開示されるシステム及び方法の例を実施可能なハードウェアコンポーネントの例示的なシステムを示す概略ブロック図である。

本開示の文脈において、本明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ及び／又はｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、述べられた特徴、ステップ、操作、要素及び／又はコンポーネントの存在を指定することができるが、１つ又は複数の他の特徴、ステップ、操作、要素、コンポーネント及び／又はグループの存在又は追加を排除しない。

明細書で使用される場合、「及び／又は」という用語は、関連する列挙項目のうちの１つ又は複数のうちのいずれか１つ及びその全ての組み合わせを含むことができる。

さらに、本明細書では、「第１」、「第２」などの用語を使用して様々な要素を説明することができるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。したがって、本開示の教示から逸脱しない範囲では、以下で述べる「第１」要素は、「第２」要素と呼ばれることもできる。操作（又は動作／ステップ）の順序は、特に明記しない限り、特許請求の範囲又は図に示されている順序に限定されない。

本明細書で使用される場合、「モデル」という用語は、コンピュータで作成されたオブジェクトの表現を指すことができる。いくつかの場合には、モデルは、オブジェクトの三次元表現にすることができる。

「座標系」という用語は、与えられた次元の空間内の点を座標によって表すシステムを指すことができる。

明細書で使用される場合、「被検者」および「患者」という用語は、交換可能に、ヒト、ブタ、ラット、マウス、イヌ、ネコ、ヤギ、ヒツジ、馬、猿、ＡＰＥ、ウサギ、牛などを含むが、これらに限定されない任意の温血生物を指すことができる。

本開示は、モデルに基づく設計及び患者特異的気道ステントの配置を用いて従来の気道ステントの問題を解決する。患者固有のステントは、合併症を最大限に減少させ、生活の質を改善し、また、繰り返しの手順を減少させることができる。本明細書で教示されるシステムおよび方法は、ステントをモデル化し、患者の解剖学的構造および医師又は技術者の判断に基づいて、患者の気道内のステントの適切な配置を決定するために使用される。

図１は、本発明の一態様による患者固有のステントモデルを生成するためのシステム１００を示す。システム１００は、プロセッサ１０２と、患者の気道内に配置するためのステントを設計するためのコンピュータ実行可能な命令を格納する非一時的メモリ１１０とを含む。このために、実行可能な命令は、画像セグメンタ１１２を含み、当該画像セグメンタは、関心領域の少なくとも１つの画像を分割することにより、気道の少なくとも一部を示す三次元気道モデルを提供する。実際には、画像セグメンタ１１２に提供される１つ又は複数の画像は、三次元医用画像モダリティ（例えば、コンピュータ断層（ＣＴ）又は磁気共鳴画像診断（ＭＲＩ））を介して生成されてもよいし、或いは、患者の気道の三次元モデルを構築可能な一連の二次元画像として生成されてもよい。

画像セグメンタ１１２は、任意の適切な方法で１つ又は複数の画像を自動分割することができる。一例では、人間の専門家によって分割される例示的な画像でトレーニングされた機械学習モデルを利用して三次元気道モデルを提供することができる。適切な機械学習システムの例には、畳み込みニューラルネットワーク、リカレントニューラルネットワーク及び一般化された敵対的ネットワークが含まれる。他の実施形態では、エネルギー最小化手法、クラスタリング手法、エッジ検出アルゴリズムなどの他の方法を用いて気道の三次元モデルを生成することができる。

グラフィックユーザーインターフェース（ｇｒａｐｈｉｃ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ、ＧＵＩ）１１４は、ユーザが気道モデル内の複数の位置及び複数の位置に対応する複数の直径を選択することを可能にする。コントロールをグラフィックユーザーインターフェース１１４の一部として提供することによって、ユーザがモデルを回転、又はズームイン又はズームアウトすることを可能にすることができる。当該モデルは、三次元モデルに気道の計算中心線を含むことができ、ユーザが参照するために用いられる。ステント設計の第１段階では、複数の位置のそれぞれは、例えばステントの端部又はステントの複数の分岐が合流する点などのステント上の重要な点を示すことができる。一実施形態では、４つの初期位置及び対応する直径（ステントの近位端、ステントの主遠位端、ステントの副遠位端、及びステントの主遠位端及び副遠位端によって示される第１和第２分岐の結合位置を示す）を選択するように、ユーザに促す。但し、初期選択は、より多く又はより少ない初期位置を含むことができると理解されるべきである。

初期位置が選択されると、モデルジェネレータ１１６は、選択された位置及び直径に基づいてステントモデルを構築する。一例では、モデルジェネレータ１１６は、選択された各位置及び直径を円柱体の基部として表し、円柱形メッシュを用いてこれらの位置を接続して初期ステントモデルを提供する。一実施形態では、ステントの中心線を選択して患者の気道のモデルの中心線を追跡し、理解できるように、ある程度の平滑化を適用してステントの中心線の急激なずれを回避することができる。例えば、２つの位置の間の多項式又はスプライン補間により、選択された位置の間の点における円柱形メッシュの直径を特定することができる。

一例では、ユーザは、初期ステント設計内で追加の位置を選択することができる。各位置を選択して所定の点におけるステントの直径を変更したり、ステントに追加の分岐を追加したり、初期ステント設計内の選択された位置における分岐の角度を変更したりすることができる。ユーザが任意の所定の時刻にどの分岐を選択して編集するかを知ることを確保するように、分岐を色分けすることができる。或いは、値を直接入力して編集することで（この場合、内ステント直径は、固定されたままで、外径は調整される）、又は所定の点における内ステント直径及び外ステント直径のうちのいずれか１つ又は２つを変更することで、ステント厚さ、内径及び外径は、選択された点で見てこのインターフェースにより編集することができる。ステントモデルの厚さを全体的に調整することも可能である。ユーザがステントモデルを満足した場合、それを保存してユーザに表示したり、ステントを製造するために、ローカル又はリモート製造システムに送信したりすることができる。

図２は、患者の気道内に配置するための患者固有のステントの設計を容易にするシステム２００の例を示す。システム２００は、演算デバイス２１０を含み、当該演算デバイスは、プロセッサ２１２、入力デバイス２１４、出力デバイス２１６、ネットワークインターフェース２１８及び非一時的媒体２２０を含む。示される例示的なシステム２００では、演算デバイス２１０は、非一時的メモリ２２０でコンピュータ実行可能な命令を格納し、プロセッサ２１２でコンピュータ実行可能な命令を実行することにより、操作の実行及び／又はシステムのコンポーネントの中の１つ又は複数の機能の実施を促進し、且つ具体的に患者の気道内に配置するためのステントを設計する。入力デバイス２１４は、例えばタッチパネル、マウス、トラックボール、キーボード、マイクロフォン及びジェスチャ認識インターフェースのうちの１つ又は複数を含むことができる。出力デバイス２１６は、例えばディスプレイ、スピーカ及びプリンタのうちの１つ又は複数を含むことができる。

演算デバイス２１０は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ及び／又は他のプログラマブルデータ処理デバイスであってもよい。したがって、非一時的メモリ２２０は、一時的信号ではなく、システム、装置又はデバイスに用いられ又はシステム、装置又はデバイスの命令又は実行に用いられるプログラムを格納できる任意の一時的な媒体であってもよい。例えば、非一時的メモリ２２０は、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線的、半導体システム、装置又はデバイス、携帯型コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（又はフラッシュメモリ）又は携帯型コンパクトディスク読み取り専用メモリであってもよい。

非一時的メモリ２２０は、イメージャインターフェース２２２、画像セグメンタ２２４、グラフィックユーザーインターフェース（ＧＵＩ）２２６及びモデルジェネレータ２２８を含む、プロセッサ２１２によって実行可能なステント設計ツールのコンポーネントを格納することができる。イメージャインターフェース２２２は、関連するイメージングシステム２３０から関心領域の画像を受信する。一実施形態では、イメージングシステム２３０は、コンピュータ断層（ＣＴ）イメージングシステムであり、当該コンピュータ断層イメージングシステムは、イメージャインターフェースに１つ又は複数のＣＴ画像を提供し、イメージングシステム２３０は、患者の気道の三次元モデルを提供可能な任意のイメージングシステムを提供することができると理解されるであろう。一例では、イメージャインターフェース２２２は、さらに各画像が取得された日付を受信し、当該日付を閾値日付と比較し、所定の画像が取得された日付が閾値日付より前であるかどうかをユーザに通知する。

画像セグメンタ２２４は、関心領域の少なくとも１つの画像を分割して、気道の少なくとも一部を示す三次元気道モデルを提供する。画像セグメンタ２２４は、受信された画像内の気道の境界を特定するために、任意の適切な手段を用いることができる。一実施形態では、画像セグメンタ２２４は、畳み込みニューラルネットワークを含み、当該畳み込みニューラルネットワークは、人間の専門家によって分割されたＣＴ画像でトレーニングされ、受信したＣＴ画像から分割された気道モデルを生成する。

グラフィックユーザーインターフェース（ＧＵＩ）２２６は、ユーザ（例えば、医師又は技術者）がステントの気道内における位置及び大きさを特定することを可能にする。特に、グラフィックユーザーインターフェース２２６は、初期ステントモデルの１組のアンカーポイントを提供するために、ユーザが三次元気道モデル内の１組の位置及び関連する直径を選択することを可能にする。示される実施形態では、グラフィックユーザーインターフェース２２６は、ステントの近位端を示す第１位置及びステントの遠位端を示す第２位置を含むような気道モデル内の２つの位置を選択するように、ユーザに促す。他の実施形態では、グラフィックユーザーインターフェース２２６は、ステントの近位端を示す第１位置、ステントの主遠位端を示す第２位置、ステントの副遠位端を示す第３位置、及びステントの分岐が合流すると予想される第４位置を含むような気道モデル内の４つの位置を選択するように、ユーザに促す。ユーザは、選択された位置のそれぞれについて、関連する直径を選択こともできる。

そして、初期ステントモデルは、さらなる編集のために、グラフィックユーザーインターフェース２２６を介してユーザに表示される。ユーザは、ステントモデルに追加の位置及び直径を追加して、ステントの所定の端内の直径又は角度を変更したり、ステントの壁の厚さを変更したり、他の方法でステントの配置を変更したりすることができる。一実施形態では、ユーザは、気道内に狭窄を引き起こす可能性がある気道内の状態を示すマークを配置することができる。これらのマークから、各領域での具体的な診断に基づいてステントの厚さを変更することができる。例えば、気道で成長する腫瘍は、それを開いたままにするためにより大きい径方向の力を必要とし、これは、気道組織に炎症を引き起こす病症である。各診断は、所定の診断マークに応じて変更すべきステントの長さを示すデフォルトのステント壁の厚さ及び幅を有し、モデルジェネレータ２２８は、当該診断マークを用いて初期モデルを生成し、ユーザは、グラフィックユーザーインターフェース２２６を介して初期モデルにおける厚さを変更することができる。ユーザは、ステントモデルの編集を完了すると、ユーザは、グラフィックユーザーインターフェース２２６を介して当該モデルを承認することができる。承認されたモデルは、ネットワークインターフェース２１８を介してメーカに提供されたり、ラピッドプロトタイピングシステム２３６（例えば、３Ｄプリンタ）に提供されたりして、患者の気道で使用されるステントを得ることができる。

本開示の別の態様は、図３及び図４に示すように、患者の気道用のステントを生成するための方法を含むことができる。図３及び図４の方法は、フローチャートを有するプロセスフロー図として示されている。簡単にするために、これらの方法は、シリアルに実行されるように示されて説明される。しかしながら、本開示の方法は、示される順序に限定されるものではなく、いくつかのステップは、異なる順序で発生、及び／又は、本明細書に示され且つ上記他のステップと同時に発生することができるからである。而且、全ての示された態様はこれらの方法の実現に必要なものではない。

フローチャートに示される１つまたは複数のブロック、およびブロックフローチャートに示されるブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実施することができる。これらのコンピュータプログラム命令は、メモリに格納され、汎用コンピュータ、専用コンピュータ及び／又は他のプログラマブル処理デバイスのプロセッサに提供されて、機器を生成することで、コンピュータ及び／又は他のプログラマブル処理デバイスのプロセッサにより実行される命令によりフローチャートブロック及び／又は関連する説明で指定されたステップ／動作を実施するメカニズムを作成する。換言すれば、これらのステップ／動作は、非一時的メモリに格納されているコンピュータ実行可能な命令にアクセスすることができるプロセッサを含むシステムによって実施することができる。

これらの方法は、ハードウェア及び／又は以ソフトウェア（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）で実施することができる。また、本開示の各態様は、コンピュータ使用可能又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体上のコンピュータプログラム製品の形式を採用することができ、当該コンピュータ使用可能又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、媒体に命令実行システムに使用され、或いは命令実行システムと結合して使用されるコンピュータ使用可能又はコンピュータ読み取り可能なプログラムコードを有する。コンピュータ使用可能又はコンピュータ読み取り可能な媒体は、システム、装置又はデバイスによって使用され、或いはシステム、装置又はデバイスに結合する命令又は実行されて使用されるプログラムを含み、又は格納する任意の非一時的媒体であり得る。一例として、これらの方法を実行するための実行可能コードは、演算デバイスの非一時的メモリに格納され、演算デバイス及び／又は別の演算デバイスのプロセッサによって実行されることが可能である。

図３は、患者固有の気道ステントのモデルを生成するための方法３００を示す。３０２では、患者の気道の少なくとも一部を含む関心領域の画像を受信する。一例では、画像は、患者の首和胸部の上部コンピュータ断層画像であるが、気道の三次元モデルを生成するための任意の適切な医学イメージング技術を使用することができる。３０４では、画像は、気道の三次元モデルを提供するために、分割される。３０６では、グラフィックユーザーインターフェースを介して気道の三次元モデル内の複数の位置を選択するように、ユーザに促す。一例では、複数の位置は、それぞれステントモデルの端部とステントモデルの分岐が合流する合流点のうちの１つを示す。

３０８では、グラフィックユーザーインターフェースを介して複数の位置のそれぞれについて、関連する直径を選択するように、ユーザに促す。３１０では、モデルジェネレータは、選択された位置及び直径から、初期ステントモデルを構築する。例えば、円柱形メッシュを生成して、選択された位置における直径を使用して選択された位置を接続し、各対の接続位置を接続する円柱体に適切な直径を確定する。３１２では、最終的なステントモデルを提供するために、グラフィックユーザーインターフェースを介して初期ステントモデルを編集するようにユーザに促す。例えば、初期ステントモデルに追加の位置及び直径、モデルの少なくとも一部の角度を追加するか、モデルの全て又は一部の厚さを調整するように、ユーザに促すことができる。そして、３１４では、モデルを変更してユーザに提示することができる。一例では、ユーザが最終的なステントモデルをシステムの出力として承認するまで、このプロセスを繰り返す。最終的なステントモデルは、ローカル製造システムとリモート製造システムのうちの１つに提供して、最終的なステントモデルの物理的なインスタンスを生成することができる。

図４を参照すると、図４は、気道ステントの患者特異的モデルを生成するための方法４００を示す。４０２では、患者の気道の少なくとも一部を含む関心領域のコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受信する。４０４では、画像は、患者の気道の三次元モデルを提供するために、分割される。４０６では、グラフィックユーザーインターフェース（ＧＵＩ）は、ユーザが例えばステントの２つ又は複数の端部及びステント分岐が合流する合流点（存在する場合）を示す気道モデル内の複数の位置を選択することを可能にする。４０８では、ユーザがＧＵＩを介して各位置に関連する直径を選択することを可能にする。４１０では、選択された位置及び直径から、初期ステントモデルを生成し、ここで、ステントの各分岐は、その端部位置に対して選択された直径から導出された直径を有する。

４１２では、ユーザがステントに追加の位置及び直径を加えることを可能にする。ステント材料の厚さもこの段階で変更することができる。４１４では、ユーザからの入力に基づき、ステントモデルを調整する。例えば、ステントの角度及び追加された位置の周りの領域におけるステントの直径を調整することができる。４１６では、ユーザがステントを承認したかどうかを特定する。ステントが承認されなかった場合（Ｎ）、この方法は４１２に戻って、ユーザがステント設計に追加の変更を加えることを可能にする。ステントが承認された場合（Ｙ）、４１８で、ステント設計は、ステント設計の物理的なインスタンスを製造するために、ローカル又はリモート製造システムに送信される。そして、この物理的ステントを患者の気道に配置して、気道の病症を治療する。

図５は、本明細書に開示されるシステムおよび方法の例を実施可能なハードウェアコンポーネントの例示的なシステム５００の概略ブロック図である。システム５００は、様々なシステム及びサブシステムを含むことができる。システム５００は、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ワークステーション、コンピュータシステム、アプライアンス、専用集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ―ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）、サーバ、サーバブレードセンター、サーバ群などであり得る。

システム５００は、システムバス５０２、処理ユニット５０４、システムメモリ５０６、メモリデバイス５０８及び５１０、通信インターフェース５１２（例えば、ネットワークインターフェース）、通信リンク５１４、ディスプレイ５１６（例えばビデオスクリーン）及び入力デバイス５１８（例えばキーボード、タッチパネル及び／又はマウス）を含むことができる。システムバス５０２は、処理ユニット５０４及びシステムメモリ５０６と通信することができる。ハードディスクドライブ、サーバ、スタンドアロンデータベース又は他の不揮発性メモリなどの追加のメモリデバイス５０８及び５１０も、システムバス５０２と通信することができる。システムバス５０２は、処理ユニット５０４、メモリデバイス５０６～５１０、通信インターフェース５１２、ディスプレイ５１６及び入力デバイス５１８を相互に接続する。いくつかの例では、システムバス５０２は、またユニバーサルシリアルバス（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ、ＵＳＢ）ポートなどの追加のポート（図示せず）を相互に接続する。

処理ユニット５０４は、演算デバイスであってもよく、専用集積回路（ＡＳＩＣ）を含むことができる。処理ユニット５０４は、本明細書に開示された例の動作を実施するための一連の命令を実行する。処理ユニットは、処理コアを含むことができる。

追加のメモリデバイス５０６、５０８及び５１０は、データ、プログラム、命令、テキスト又はコンパイルされた形式のデータベースクエリ及びコンピュータを操作するために必要とされる他の任意の情報を格納することができる。メモリ５０６、５０８及び５１０は、メモリカード、ディスクドライブ（ＣＤ）、コンパクトディスク又はネットワークを介してアクセスすることが可能なサーバなどのコンピュータ読み取り可能な媒体（統合又はリムーバブル）として実装することができる。特定の例では、メモリ５０６、５０８及び５１０は、その一部が人間が理解できるフォーマットで利用可能なテキスト、画像、ビデオ及び／又はオーディオを含むことができる。追加的または代替的に、システム５００は、通信インターフェース５１２を介して外部データソース又はクエリソースにアクセスすることができ、当該通信インターフェースは、システムバス５０２及び通信リンク５１４と通信することができる。

操作中、システム５００は、本発明による気道ステントの患者固有のモデルを生成するためのシステムの１つ又は複数の部分を実装するために使用することができる。特定の例では、当該システムを実装するためのコンピュータ実行可能ロジックは、システムメモリ５０６、メモリデバイス５０８及び５１０のうちの１つ又は複数に存在する。処理ユニット５０４は、システムメモリ５０６、メモリデバイス５０８及び５１０からの１つ又は複数のコンピュータ実行可能な命令を実行する。本明細書で使用される「コンピュータ読み取り可能な媒体」という用語は、処理ユニット５０４に命令を提供して実施することに関与する媒体を指す。この媒体は、複数の個別のアセンブリに分散させることができ、全てのこれらのアセンブリは、共通のプロセッサ又は１組の関連するプロセッサに操作可能に接続されている。実施形態の完全な理解を提供するために、特定の詳細が上記の説明に与えられている。しかしながら、実施形態は、これらの特定の詳細なしで実施できることが理解されるであろう。例えば、不必要な詳細で実施形態を曖昧にしないために、ブロック図において物理的コンポーネントを示すことができる。他の例では、実施形態を曖昧にすることを回避するために、周知の回路、プロセス、アルゴリズム、構造、および技法は、不必要な詳細がない場合に示すことができる。

上記の技術、ブロック、ステップ、および手段の実施形態は、様々な方法で行うことができる。例えば、これらの技術、ブロック、ステップ、および手段は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装することができる。ハードウェア実装の場合、処理ユニットは、１つ又は複数の専用集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＤＳＰ）、デジタル信号処理デバイス（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ、ＤＳＰＤ）、プログラマブルロジックデバイス（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ、ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、上記の機能を実行するように設計されたその他の電子ユニット、および/またはそれらの組み合わせにより実施することができる。

また、実施形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、またはブロック図として示されるプロセスとして説明できることに留意されたい。フローチャートでは操作を順次プロセスとして説明できるが、操作の多くは並行して実行することも、同時に実行することもできる。さらに、操作の順序を再配置することができる。プロセスは、その操作が完了すると終了するが、図に含まれていない追加のステップが含まれている可能性がある。プロセスは、方法、関数、プログラム、サブルーチン、サブプログラムなどに対応できる。プロセスが関数に対応する場合、その終了は、呼び出し元の関数またはメイン関数への関数の戻りに対応する。

また、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、スクリプト言語、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語及び／又はそれらの任意の組み合わせによって実装することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、スクリプト言語及び／又はマイクロコードに実装されている場合、必要なタスクを実行するためのプログラムコード又はコードセグメントは、記憶媒体などの機械読み取り可能な媒体に格納することができる。コードセグメント又は機械読み取り可能な命令は、プロシージャ（ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）、関数、サブプログラム、プログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）、ルーチン、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、スクリプト、クラス又は命令、データ構造及び／又はプログラム文の任意の組み合わせを表すことができる。情報、データ、引数、パラメータ及び／又はメモリ内容を伝送及び／又は受信することにより、コードセグメントは、別のコードセグメント又はハードウェア回路に結合することができる。情報、引数、パラメータ、データなどは、メモリ共有、メッセージ伝達、チケット伝達、ネットワーク伝送などを含む任意の適切な方式で伝達、転送又は伝送することができる。

ファームウェア及び／又はソフトウェアの実装の場合、方法は、本明細書に記載の機能を実行するモジュール（例えば、プログラム、機能など）を用いて実施することができる。命令を具体化する任意の有形の機械読み取り可能な媒体は、いずれも本明細書に記載の方法を実施するために用いることができる。例えば、ソフトウェアコードは、メモリに格納することができる。メモリは、プロセッサの内部又はプロセッサの外部に実装することができる。本明細書で使用されるように、「メモリ」という用語は、任意のタイプの長期、短期、揮発性、不揮発性、または他の記憶媒体を指し、特定のタイプのメモリ又は数のメモリ、又はメモリが格納される媒体のタイプに限定されない。

さらに、本明細書に開示されるように、「記憶媒体」という用語は、読み取り専用メモリ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ、ＲＡＭ）、磁気ＲＡＭ、コアメモリ、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス及び／又は情報を格納するための他の機械読み取り可能な媒体を含む、データを格納するための１つ又は複数のメモリを表すことができる。「機械読み取り可能な」という用語は、携帯型または固定式の記憶デバイス、光記憶デバイス、無線チャネル及び／又は（複数の）命令及び／又はデータを格納可能な様々な他の記憶媒体を含むが、これらに限定されない。

上述した内容は例示である。当然ながら、コンポーネントまたは方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、さらに多くの組み合わせおよび置き換えが可能であることを認識できるであろう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲を含む、本出願の範囲内にあるそのようなすべての変更、修正、および変形を包含することを意図している。本明細書で使用される場合、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語は、含むことを意味するが、これに限定されない。「含むこと（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、含むことを意味するが、これに限定されない。「に基づく」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。さらに、本開示またはクレームに「一」、「一つ」、「第１」または「別の」要素、またはそれらの同等物を記載している場合、それは、1つまたは複数のそのような要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような要素を要求も除外もしない。

Claims (20)

1. システムであって、
   プロセッサと、非一時的メモリとを含み、
   前記非一時的メモリは、患者の気道内に配置するためのステントを設計するためのコンピュータ実行可能な命令を格納し、
   前記コンピュータ実行可能な命令は、
   関心領域の少なくとも１つの画像を分割して、前記気道の少なくとも一部を示す三次元気道モデルを提供する画像セグメンタと、
   前記気道モデル内の複数の位置及び前記複数の位置に対応する複数の直径を選択するように、ユーザに促すグラフィックユーザーインターフェースと、
   選択された位置及び直径に基づいて、ステントモデルを構築するモデルジェネレータと、を含む、ことを特徴とするシステム。
2. ラピッドプロトタイピングシステムをさらに含み、
   前記ラピッドプロトタイピングシステムは、ステントモデルに基づいて気道ステントを作製するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記モデルジェネレータは、前記ステントモデルを円柱形メッシュとして生成し、前記円柱形メッシュは、前記三次元気道モデルの中心線に沿って前記複数の位置のうちの第１位置から前記複数の位置のうちの第２位置まで延伸し、ここで、前記第１位置と前記第２位置との間の所定の点における前記円柱形メッシュの直径は、前記第１位置に関連する第１直径、前記第２位置に関連する第２直径、前記第１位置と前記第２位置との距離、及び前記所定の点から前記第１位置までの距離の関数である、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記グラフィックユーザーインターフェースは、さらに、ユーザが前記気道における狭窄を示す診断マークを配置することを可能にし、前記モデルジェネレータは、前記診断マークの位置及びアイデンティティに基づき、前記ステントモデルの少なくとも一部の厚さを選択する、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記モデルジェネレータは、前記ステントモデルを前記複数の位置のうちの第１位置から前記複数の位置のうちの第２位置まで延伸する円柱形メッシュとして生成するように構成され、前記円柱形メッシュは、前記三次元気道モデルで選択された１組の点に対して適用したスプライン補間を用いて特定された直径及び中心線、前記第１位置に関連する第１直径、及び前記第２位置に関連する第２直径を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記複数の位置は、前記ステントの近位端を示す第１位置、前記ステントの主遠位端を示す第２位置、前記ステントの副遠位端を示す第３位置、及び前記主遠位端に関連する前記ステントの第１分岐と前記副遠位端に関連する前記ステントの第２分岐とが合流する第４位置を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. ネットワークインターフェースをさらに含み、前記ネットワークインターフェースは、リモートコンピュータシステムに前記ステントモデルに提供するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. コンピュータ断層（ＣＴ）スキャナをさらに含み、前記コンピュータ断層スキャナは、前記関心領域の前記少なくとも１つの画像をＣＴ画像として提供する、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. 前記画像セグメンタは、人間の専門家によって分割された画像でトレーニングされた畳み込みニューラルネットワークを含み、前記畳み込みニューラルネットワークは、前記関心領域の前記少なくとも１つの画像を受信し、前記三次元気道モデルを出力として提供する、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. イメージャインターフェースをさらに含み、前記イメージャインターフェースは、スキャナから関心領域の前記少なくとも１つの画像を受信し、且つ前記少なくとも１つの画像のそれぞれの日付を取得し、前記イメージャインターフェースは、前記日付を閾値日付と比較し、取得された前記少なくとも１つの画像のいずれか１つの日付が前記閾値日付よりも前になると、ユーザに通知する、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
11. 前記ステントモデルと前記三次元気道モデルは、前記ユーザへ表示され、かつ、前記グラフィックユーザーインターフェースを介して前記ステントモデルを編集して、選択された点における前記ステントモデルの厚さと前記ステントモデルの直径のうちの１つを変更するように、前記ユーザに促す、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
12. 方法であって、
    患者の気道の少なくとも一部を含む関心領域の画像を受信することと、
    前記画像を分割して前記気道の三次元モデルを提供することと、
    グラフィックユーザーインターフェースを介して、前記気道の前記三次元モデル内の複数の位置を選択するように、ユーザに促すことと、
    前記グラフィックユーザーインターフェースを介して前記複数の位置のうちのそれぞれについて、関連する直径を選択するように、前記ユーザに促すことと、
    選択された位置及び直径に基づいて初期ステントモデルを構築することと、
    前記グラフィックユーザーインターフェースを介して前記初期ステントモデルを編集して、最終的なステントモデルを提供するように、前記ユーザに促すこととを含むことを特徴とする方法。
13. 前記画像は、前記患者の首及び胸部の上部の三次元コンピュータ断層（ＣＴ）画像である、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記複数の位置のそれぞれは、前記ステントモデルの端部と前記ステントモデルの分岐が合流する合流点のうちの１つを表す、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 前記グラフィックユーザーインターフェースを介して前記初期ステントモデルを編集して、前記最終的なステントモデルを提供するように、前記ユーザに促すことは、
    前記初期ステントモデルに追加の位置及び直径を加えるように、前記ユーザに促すことと、
    前記追加の位置及び直径に基づいて前記初期ステントモデルを調整して、調整されたステントモデルを提供することと、
    調整されたステントモデルを承認するように、前記ユーザに促すことと、
    前記ユーザが前記調整されたステントモデルを承認した場合、前記調整されたステントモデルを前記最終的なステントモデルとして出力することとを含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
16. 前記初期ステントモデルの厚さと前記初期ステントモデルの少なくとも一部の角度とのうちの１つを調整するように、前記ユーザに促すことを、さらに含む、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記最終的なステントモデルをローカル製造システムとリモート製造システムとのうちの１つに提供して、前記最終的なステントモデルの物理的なインスタンスを生成することをさらに含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
18. 前記最終的なステントモデルの物理的なインスタンスを前記患者の気道に配置することをさらに含む、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 方法であって、
    コンピュータ断層（ＣＴ）スキャナから、患者の気道の少なくとも一部を含む関心領域のＣＴ画像を受信することと、
    前記ＣＴ画像を分割して前記気道の三次元モデルを提供することと、
    グラフィックユーザーインターフェースを介して、前記気道の前記三次元モデル内の複数の位置を選択するようにユーザに促すことと、
    前記グラフィックユーザーインターフェースを介して前記複数の位置のそれぞれについて関連する直径を選択するように、前記ユーザに促すことと、
    選択された位置及び直径に基づいて、ステントモデルを構築することと、
    前記ステントモデルをローカル製造システムとリモート製造システムのうちの１つに提供して、前記ステントモデルの物理的なインスタンスを生成することとを含む、ことを特徴とする方法。
20. 選択された位置及び直径に基づいて、前記ステントモデルを生成することは、初期ステントモデルを生成することを含み、かつ、前記方法は、さらに、
    前記初期ステントモデルに追加の位置及び直径を加えるように、前記ユーザに促すことと、
    前記追加の位置及び直径に基づいて前記初期ステントモデルを調整して、調整されたステントモデルを提供することと、
    調整されたステントモデルを承認するように、前記ユーザに促すことと、を含み、
    ローカル製造システムとリモート製造システムのうちの１つに前記ステントモデルを提供することは、一旦前記ユーザが前記調整されたステントモデルを承認すれば、ローカル製造システムとリモート製造システムのうちの１つに前記調整されたステントモデルを提供することを含む、ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。

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