JP2022541888A - 超音波対象点追跡 - Google Patents
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Abstract
解剖学的領域を撮像するための超音波装置が、提供される。超音波装置は、超音波プローブ288を含む。超音波装置は、超音波トランスデューサ279を取り付けられた医療器具202を更に含む。超音波装置は、また、表示装置上に表示された超音波画像上に医療器具の遠位端に対して関心領域(ROI)をレンダリングし、超音波画像内の医療器具の遠位端の位置精度を高めるように、医療器具が解剖学的領域を通って移動されるときに動的ROI微調整を選択的に実行するように構成されたハードウェアプロセッサ214を含む。動的ROI微調整は、医療器具の物理的特性、及び超音波プローブ288と超音波トランスデューサ279との間で送信される音響パルスに基づいて決定される解剖学的領域を通る医療器具の移動の記録された経路によって生成される。
Description
本開示は、対象(object)検出に関し、より詳細には、超音波対象点追跡に関する。
超音波は、器官の内部撮像を可能にする。処置中に使用される医療装置は、超音波で撮像されることもできる。しかしながら、超音波処置中に医療器具を正確に指し示すことは、困難である。
したがって、正確な超音波対象点追跡が必要とされている。
本発明の一態様によれば、超音波装置は、解剖学的領域を撮像するために提供される。超音波装置は、超音波プローブを含む。超音波装置は、超音波トランスデューサが取り付けられた医療器具を更に含む。超音波装置は、また、表示装置上に表示された超音波画像上で医療器具の遠位端、例えば先端に対して関心領域(ROI)をレンダリングし、超音波画像内の医療器具の遠位端の位置精度を高めるように、医療器具が解剖学的領域を通って移動されるときに動的ROI微調整を選択的に実行するように構成されたハードウェアプロセッサを含む。動的ROI微調整は、医療器具の物理的特性と、超音波プローブを使用して決定された解剖学的領域を通る医療器具の動きの記録された経路とによって生成される。
本発明の別の態様によれば、超音波システムは、解剖学的領域を撮像するために提供される。超音波システムは、超音波プローブを含む。超音波システムは、超音波トランスデューサが取り付けられた医療器具を更に含む。超音波システムは、また、超音波画像上に医療器具の遠位端に対する関心領域(ROI)をレンダリングすることによって、医療器具の位置を表示するように構成されたディスプレイを含む。超音波システムは、超音波プローブと超音波トランスデューサとの間で送信される音響パルスに基づいて解剖学的領域内の医療器具を追跡し、超音波画像内の医療器具の遠位端の位置精度を高めるように、医療器具が解剖学的領域を通って移動されるときに動的ROI微調整を選択的に実行するように構成されたハードウェアプロセッサを更に含む。動的ROI微調整は、医療器具の物理的特性と、超音波プローブを使用して決定された解剖学的領域を通る医療器具の動きの記録された経路とによって生成される。
本発明の更に別の態様によれば、医療器具上に取り付けられた超音波トランスデューサを使用して解剖学的領域内の医療器具を追跡し、表示装置上に表示された超音波画像上に遠位端に対する関心領域(ROI)をレンダリングすることによって医療器具の位置を表示する超音波システムにおいて、方法が、提供される。この方法は、超音波画像における医療器具の遠位端の位置精度を高めるために、医療器具が解剖学的領域を通って移動されるときに動的ROI微調整を選択的に実行するステップを含む。動的ROI微調整は、医療器具の物理的特性と、解剖学的領域を通る医療器具の動きの記録された経路とによって生成される。
本開示のこれら及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面に関連して読まれるべき、その例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
本開示は、以下の図面を参照して、好ましい実施形態の以下の説明を詳細に提示する。
本発明の実施形態は、超音波対象点追跡に向けられる。本発明は、ROI形状(例えば、円形、三角形、正方形など)サイズを減少し、先端位置の信頼度が非常に増加されるように、ROI形状を対象先端に近づける。一実施形態では、対象は、局所麻酔針又は生検針などの針であることができる。もちろん、他の対象も使用されることができ、いくつかの例示的な例が、本明細書に記載されている。
一実施形態では、超音波システムは、対象の先端又はその近くに取り付けられた超音波トランスデューサによって組織内の対象を追跡するサブシステムを有し、更に、超音波画像上にROIをレンダリングすることによって対象の位置を示すディスプレイを有する。一実施形態では、精度を向上させ、位置の不一致を補正するように、対象が組織を通って移動されるときにROIを動的に微調整するための装置が、提供される。微調整は、対象の物理的特性と、組織を通る対象の運動の記録された経路とによって生成される。
一実施形態では、微調整は、ROI形状のサイズが、移動の経路が記録され、微調整が実施される前より正確に対象の信頼位置を表すように、ROI形状を縮小することを含むことができる。
一実施形態では、微調整は、ROI形状の位置が、移動の経路が記録され、微調整が実施される前より正確に対象の関心のあるエッジを表すように、ROI形状を前進させることを含むことができる。
一実施形態では、微調整は、局所麻酔に使用される特殊な針に対して行われることができる。もちろん、この微調整は、針以外の他の医療装置に対してなされることができる。
図1は、本発明の態様が適用されうる例示的な処理システム100を示すブロック図である。処理システム100は、1組の処理ユニット(例えば、CPU)101と、1組のGPU102と、1組のメモリ装置103と、1組の無線通信装置104と、1組の周辺機器105とを含む。CPU101は、単一又はマルチコアCPUであることができる。GPU102は、単一又はマルチコアGPUであることができる。1つ又は複数のメモリ装置103は、キャッシュ、RAM、ROM、及び他のメモリ(フラッシュ、光、磁気など)を含むことができる。通信装置104は、無線及び/又は有線通信装置(例えば、ネットワーク(例えば、WIFIなど)アダプタなど)を含むことができる。周辺機器105は、表示装置、ユーザ入力装置、プリンタ、撮像装置などを含むことができる。処理システム100の要素は、1つ又は複数のバス又はネットワーク(まとめて図参照番号110で示される)によって接続される。
一実施形態では、メモリ装置103は、コンピュータ処理システムを、本発明の様々な態様を実施するように構成された特別目的のコンピュータに変換する特別にプログラムされたソフトウェアモジュールを記憶することができる。一実施形態では、特殊用途ハードウェア(例えば、特定用途向け集積回路など)が、本発明の様々な態様を実施するのに使用されることができる。
もちろん、処理システム100は、特定の要素を省略してもよく、他の要素(図示せず)を含んでもよい。例えば、様々な他の入力装置及び/又は出力装置は、その特定の実施に応じて、処理システム100に含められることができる。例えば、様々なタイプの無線及び/又は有線の入力及び/又は出力装置が、使用されることができる。更に、様々な構成における追加のプロセッサ、コントローラ、メモリなどが、利用されることもできる。これら及び他の変形は、本教示を前提として考えられる。
更に、様々な図面が、システム100の要素のうちの1つ又は複数によって、全体的に又は部分的に実施され得る、本発明の態様に関連する様々な要素及びステップに関して、以下で説明されることが理解されるべきである。
コンピュータ処理システム100は、本発明の1つ又は複数の態様を実施する超音波システムの一部であることができる。
更なる説明は、本発明の様々な態様について与えられる。要約すると、本発明は、ROI形状を縮小することと、ROI形状を距離値Dだけ進めることとの両方を行うことができる。
値Dは、2つの構成要素を用いて決定されることができる。
値Dを決定するための第1の構成要素は、パルス検出ハードウェア内の埋め込みファームウェアである。埋め込みファームウェア構成要素は、検出された一連の針位置点に対して線形回帰(linear regression)を実行し、軌道傾斜を決定する。次いで、埋め込みファームウェア構成要素は、軌道及び回帰統計に基づいて距離Dを決定するためのロジックを適用する。埋め込みファームウェアは、対象追跡位置座標と共にDをシステムに送信する。
値Dを決定するための第2の構成要素は、レンダリング段階におけるシステムソフトウェアであり、ライブ画像上にROIを配置及び描画する。システムソフトウェアは、Dの値をとり、それを使用して、Dの大きさ及び表示された画像の寸法によって決定されるROI形状の色を減少させ、前進させる。
もちろん、前述の2つの要素の他の実施及びその機能性が、使用されることもできる。
アクティブである場合、本発明は、針先移動の前方方向において計算された距離Dだけレンダリングされた円を前進させ、同時に、正確に同じ距離Dだけ円の半径を減少させる。したがって、円の前縁点は、変化しないが、円は、針先端をより密接に取り囲む。半径減少/変位Dは、アクティブ傾斜値によって限定され、経路方向のY成分がゼロに近い又は負である(例えば、先端がより深く進む)場合にのみ、半径減少/変位Dが実施される。
本質的に、Dの最大の大きさは、針製造プロセスによって決定される、針トランスデューサと針の先端との間の一定の既知の距離である。例示的な値は、3mmであることができる。もちろん、他の値が、使用されることができる。ROI形状の前進の角度は、回帰傾斜(regressed slope)出力である。したがって、前進は、超音波トランスデューサから針シャフトの構造に沿った針先端までの針経路の単純な外挿である。外挿は、挿入の経路が実質的に線形であることを正確に推定し、これは、針だけでなく、他の追跡対象についても当てはまる。一旦、本発明がその補正を実行するのに十分な傾斜及び回帰状態を有すると、Dの実際の大きさは、一連のレンダリングされたフレームにわたってゼロ(ROI変化なし)から最大まで滑らかに傾斜され、Dがゼロでない場合、ROI形状の色、又はROI形状の何らかの他の視覚的に知覚可能なパラメータ(使用される線の種類、使用される線の太さなど)は、本発明がROI位置を微調整していることを示すように変更されることができる。
動作は、レンダリングされた円が、依然として有用で、正確で、心地よいものであるように、フレームにわたって挙動を平滑化するのを制御し、減少/変位Dの量を制限するパラメータによって制御される。針を引っ込める場合(正のY傾斜)、又は針を組織を通してプローブ面に向かって挿入する異常な場合(再び正のY傾斜)、本発明は、穏やかに停止される。
一度負のYを有する有効な経路傾斜が本発明を起動すると、たとえ針が瞬間的にその前進を停止しても、より小さい円のレンダリングが、保持される。
プローブ面に接近する挿入の異常な場合には、針を引っ込めることは、減少した円が針先端の後方に不適切に後退する結果になる。その理由で、微調整されたROI 特徴は、臨床医が、異常な場合には微調整されたROI 特徴をバイパスすることを選択することができるように、ユーザインタフェース(UI) ボタンによって有効にされるべきである。それにもかかわらず、針が引き抜かれているので、挙動は、一般に良性である。
本発明は、針シャフト検出のための画像処理に全く依存せず、複雑なプローブ姿勢検知(ジャイロデータストリーム)を含む必要がないという点で非常に単純である。
図2は、本発明の一実施形態による、先端構成を採用する超音波システム200を示すブロック図である。
システム200は、プロシージャが管理及び/又は処理されるワークステーション又はコンソール(以下、「ワークステーション」)212を含んでもよい。一実施形態では、システム200の1つ又は複数の要素が、図1のコンピュータ処理システム100によって実施されることができる。ワークステーション212は、好ましくは、1つ以上のプロセッサ214と、プログラム及びアプリケーションを記憶するためのメモリ216とを含む。具体的には、メモリ216は、較正モジュール250(位置合わせ及び更新モジュール254を含む)、術前又はリアルタイム画像236、画像生成モジュール248、及び感知画像234を含む。
システム200は、ディスプレイ218、インタフェース220、パルス検出モジュール215、超音波撮像システム210、超音波プローブ288、及び医療又は介入装置(以下、医療装置)202などの他の要素を含む。限定されないがパルス検出モジュール215のようなシステム200の様々な要素は、実施に応じて、それ自体のメモリ及びコントローラを有することができる。
パルス検出モジュール215は、超音波プローブ288及び医療装置202に取り付けられた超音波トランスデューサ279からの超音波フィードバック信号を解釈する。
パルス検出モジュール215は、超音波信号フィードバック(及び/又は任意の他のフィードバック)を使用して、以下で更に説明されるように、医療装置202上に取り付けられたトランスデューサ279からの信号を分析する手段によって、超音波プローブ288に対するその周囲領域(例えば、ボリューム231)における医療装置202に関連する位置の変化を再構成することができる。
医療装置202は、カテーテル、ガイドワイヤ、内視鏡、ロボット、電極、フィルタ装置、バルーン装置、針、又は他の医療構成要素などを含んでもよい。前述の装置は、単に例示的であり、したがって、他の装置も、医療装置202と共に使用されることができる。説明のために、医療装置202は、遠位端、すなわち、先端299を有する針を含む。超音波トランスデューサ279は、針上又は針に近接して取り付けられる。例えば、カテーテルのような別の医療装置202も、カテーテルに取り付けられた超音波トランスデューサ279を有する。超音波トランスデューサ279は、特定の実施に応じて、医療装置202の異なる位置に取り付けられることができる。
超音波プローブ288は、超音波画像システム210上に画像形式で構造を再生するために、患者の体内の構造によって反射される超音波信号を生成する。
超音波トランスデューサ279は、好ましくは、センサであり、好ましくは、受信専用モードで動作する。特に、超音波トランスデューサ279は、超音波送信パルス生成及び受信エコービーム成形を行うときに、超音波プローブ288から音響パルス信号を受信する。結果として生じる音響送信-受信スキャンラインは、超音波撮像システム210、ワークステーション212、又はその両方でレンダリング及び表示されるべき画像データを生成するために、超音波撮像システム210によって利用される音響信号を提供する。超音波トランスデューサ279は、また、プローブ288によって生成されたスキャンラインからの音響パルスを受信し、結果として生じる受信信号をパルス検出モジュール215に送信し、そこで、超音波プローブ288に対する、したがって超音波プローブ288によって撮像されているボリューム231の画像に対する、超音波トランスデューサ279、したがって医療装置202(本例では、その針先端299)の位置を計算する。超音波トランスデューサ279の位置を計算することは、i)超音波プローブ288によって送信される超音波ビームから、最大の大きさの音響信号が超音波トランスデューサ279によって検出されるビームを決定することと、ii)超音波プローブ288と超音波トランスデューサ279との間の最大の大きさの音響信号の飛行時間を決定することとを含んでもよい。超音波プローブ288に対する超音波トランスデューサ279の角度位置及び範囲は、したがって、それぞれ決定されてもよく、これは、超音波プローブ288と超音波トランスデューサ279との間で伝送される音響信号に基づいている。更に、パルス検出モジュール215は、前述のように、超音波トランスデューサ279、したがって医療装置202(及びこの例では、その針先端299)の位置変化の経路を再構成してもよい。別の構成では、超音波トランスデューサ279は、超音波エミッタであってもよく、超音波トランスデューサ279の位置は、再び、超音波プローブ288と超音波トランスデューサ279との間で伝達される音響信号に基づいて決定されてもよい。この構成では、超音波トランスデューサ279によって放射される超音波パルスは、超音波プローブ288によって検出され、超音波トランスデューサ279の位置は、受信されたエコービーム形成を介しての超音波プローブ288に対して決定される。受信エコービーム成形は、超音波画像が生成されるプロシージャである。超音波トランスデューサ279によって放射される音波パルスは、したがって、超音波プローブ288によって生成される超音波画像において、超音波プローブ288に対する超音波トランスデューサ279の位置に対応する位置における輝点として検出される。
超音波プローブ288は、超音波撮像システム210を介して、ケーブル227を通ってワークステーション212に接続されている。医療装置202は、ケーブル227Aを通ってパルス検出モジュール215に接続される。ケーブル227及び/又は227Aは、必要に応じて、光ファイバ、電気接続、他の器具類などを含んでもよい。
一実施形態では、ワークステーション212は、超音波プローブ288からフィードバックを受信し、医療装置202がボリューム231内のどこにあったかに関する累積位置データを記録するように構成された画像生成モジュール248を含む。超音波撮像システム210は、針(又は追跡される医療装置202)の先端位置ROIのオーバーラップが配置される画像源236である。空間又はボリューム231内の超音波プローブ288の履歴236の一連の感知された画像234も、表示装置218上に表示されることができる。ワークステーション212は、被験者(患者)又はボリューム231の内部画像を見るための表示装置218を含み、装置の現在の表示位置に加えて、医療装置202の訪問位置の履歴236のオーバーレイ又は他のレンダリングとして、感知された画像234を含んでもよい。ディスプレイ218は、また、ユーザがワークステーション212並びにその構成要素及び機能、又はシステム200内の他の任意の要素とインタラクトすることを可能にしてもよい。これは、更に、キーボード、マウス、ジョイスティック、ハプティック装置、又はワークステーション212からのユーザフィードバック及びワークステーションとのインタラクションを可能にする他の任意の周辺機器又は制御装置を含んでもよいインタフェース220によって容易にされる。
超音波プローブ288は、超音波撮像システム210に接続され、この超音波画像システムは、とりわけ、超音波プローブ288と関連して超音波パルス源(例えば、パルス発生器)として機能する。撮像システム及び超音波プローブ288は、一連の音響フレームとして画像236の形成のためのエコーデータを収集するために、ボリューム231(又はその中のスキャンラインの軌道)を音響的にインタロゲートするビームを形成するためのフェーズドアレイビーム形成技術を典型的に含む、送信及び受信位相を含む、音響スキャンラインを生成するために協働する。スキャンラインに対する音響パルスを送信するプロセスにおいて、プローブ288は、医療装置202が配置されているボリューム231内の領域を超音波照射し、したがって超音波トランスデューサ279も超音波照射する。トランスデューサ279によって検出された信号は、パルス検出モジュール215に送信され、パルス検出モジュールは、超音波画像システム210からのタイミング情報と併せて、プローブ288によって撮像された視野内の医療装置202の先端の位置を決定しうる。
一実施形態では、針は、医療装置202の遠位端、例えば、その先端299に取り付けられる。再び、他の装置が、医療装置202として針の代わりに使用されることができる。そのような場合、超音波トランスデューサ279は、針上の位置とは異なる位置に配置されてもよい。針290又は他の装置上に又はその近傍に取り付けられた超音波トランスデューサ279は、針又は他の装置の先端299の位置を検出し、先端位置情報をワークステーション212に提供する。プロセッサ214は、関心領域(ROI)円を生成するために使用され得る。非微調整状態によれば、ROI形状は、超音波トランスデューサ279の中心を中心とする。本発明の態様によれば、ROI形状は、本明細書で説明されるように、先端299の位置をより良く表すために、先端299を中心とするように変更される。
上述されたように、システム200は、パルス検出モジュール215のような構成要素を用いて、及び超音波プローブの288の音響フレーム内のスキャンラインのタイミングに関して音響パルスを時間測定し、レンダリングされた画像上に方位角及び深度の両方における超音波トランスデューサの位置を配置することによって、針によって観測された音響パルスを測定及び分析する。したがって、超音波プローブ288に対する超音波トランスデューサの位置は、針上の超音波トランスデューサ279によって検出される超音波信号に基づいて決定される。
したがって、例示のために、医療装置202は、針として説明される。臨床的用途が局所麻酔である場合、麻酔薬は、神経束を取り囲むように針のカニューレを通して送り込まれ、次いで、針は、引き抜かれ、プロシージャは、資格のある医療従事者によって行われることができる。超音波画像において見られるような針先端の正確な位置は、有効性及び安全性にとって重要である。
他方、臨床用途が、例えば、最小侵襲性外科的介入のためのカテーテルの挿入である場合、針の機能は、穿刺を生じ、ガイドワイヤを血管内に導き、引き抜くことであり、次いで、カテーテル自体が、ガイドワイヤを使用して血管内に押し込まれる。その場合、超音波トランスデューサ279を有するカテーテルが、針の代わりに(又はそれに加えて)その上に取り付けられる。
本発明が適用されることができるこれら及び他の医療装置202は、本明細書に記載される本発明の様々な実施形態に関する教示を前提として、容易に決定されることができる。
ディスプレイ218及び超音波撮像装置210は、画像を表示することに関連する機能について本明細書で説明されるが、他の実施形態では、単一の表示装置が、使用されることができる。例えば、一実施形態では、ディスプレイ218は、省略されることができ、超音波撮像システム210は、標準的な超音波信号経路を実施する超音波プローブ信号生成(パルス送信)、受信(パルス受信)、信号復調及び検出、フィルタリングなどを提供することができる。結果として得られる検出され、フィルタリングされた信号ストリームは、スキャン変換、ドップラ検出、レンダリングなどに入り、同じ「システム」内で表示されることができる。一実施形態によると、超音波プローブは、例えばその128個の、(典型的には圧電)トランスデューサ素子を駆動する何らかの単純な回路を備えた機械的なハウジングであることができる。一実施形態(例えば、図7のシステム700))では、(ディスプレイなしの)超音波信号経路の大部分が、超音波プローブハンドル自体の中に配置されて、コンパクトなシステムを提供することができる。
システム200のこれら及び他の変形は、本明細書に記載される本発明の様々な実施形態に関する教示を前提として、容易に決定される。
図3乃至4は、本発明の一実施形態による、超音波対象点追跡のための例示的な方法300を示すフロー図である。方法300は、超音波システムにおいて実行され、超音波システムは、組織内の対象(例えば、麻酔針)を、対象の先端上又はその近くに取り付けられた超音波トランスデューサを使用して追跡し、表示装置上に表示された超音波画像上に、先端に対する関心領域(ROI)をレンダリングすることによって、対象の位置を表示する。
ブロック305において、人のボリューム内の対象の先端の位置を検出する。
ブロック310において、ROIを、円の中心において対象上に取り付けられた超音波トランスデューサを有する円としてレンダリングする。
ブロック315において、微調整基準が満たされたかどうかを決定する。もしそうであれば、ブロック320に進む。さもなければ、ブロック305に戻る。
ブロック320において、超音波画像における対象の先端の位置精度を高めるために、対象が組織を通って移動されるときに、ROIの動的ROI微調整を選択的に実行する。動的ROI微調整は、対象の物理的特性と、組織を通る対象の移動の記録された経路とによって生成される。「位置精度を高める」という用語は、針の先端のような対象の特定の位置に関して、ROI形状(例えば、円)をより正確に配置することを指す。位置精度は、例えば、(超音波トランスデューサ上を中心とするのに対して)形状の中心(例えば、円)を針の先端に移動させ、形状の全体直径又はサイズを収縮させることによって、より正確にされることができる。
一実施形態では、動的ROI微調整は、所定の閾値時間量にわたって針が指しているのと同じ方向への対象の移動に応答してのみ実行される。一実施形態では、閾値時間量は、組織内の対象の1つ又は複数の休止を占める。
一実施形態では、ブロック320は、ブロック320A乃至320Gのうちの1つ又は複数を、以下の順序又は他の順序で含むことができる。
ブロック320Aにおいて、(i)動的ROI微調整が実行される前よりも、ROIのサイズが組織内の対象の位置をより正確に表すように、ROIを縮小すること、及び/又は(2)動的ROI微調整が実行される前よりも、ROIの位置が組織内の対象の関心のあるエッジをより正確に表すように、ROIを前進させることによって、動的ROI微調整を選択的に実行する。
ブロック320Bでは、ROIの縮小の最大量を、針トランスデューサと針の先端との間の距離に制限する。
ブロック320Cにおいて、対象の回帰傾斜と、組織を通る対象の移動の記録された経路とからのROIの前進の角度を決定する。
ブロック320Dでは、超音波トランスデューサから対象の先端までの経路を外挿することによって、ROIを前進させる量及び方向(すなわち、本明細書で説明される値D)を決定する。
ブロック320Eにおいて、対象の動きが閾値時間量より少なく停止する場合に、動的ROI微調整を維持する。
ブロック320Fでは、動的ROI微調整が、対象(針)が指している方向とは異なる表示画像上の方向における対象の移動に応答して実行されることを防止又は停止する。画像上のこのオフトラック移動は、例えば、プローブ288が対象に対して移動される場合、例えば、対象が患者の皮膚に沿って移動される場合に生じ、画像の横方向のシフトをもたらす。ブロック320Cにおける対象先端の前進の計算された角度は、移動の記録された経路がプローブ288の移動によって影響を受けるので、同様に増加又は減少する。これは、実質的に直線の前進が、典型的には単独で対象を前進させることによって再確立されるまで、動的ROI微調整の抑制を必要とする。(好ましくは、位置回帰による)実質的に直線の決定は、最初にブロック315において行われ、ブロック320Cにおいてリフレッシュされてもよい。
同様に、ブロック320Gにおいて、表示された画像上の、針が指している方向とは異なる方向への対象の移動の変化に応答して、動的ROI微調整を停止する。
図5及び図6は、それぞれ、本発明の1つ又は複数の実施形態による、ROI形状に適用される非微調整段階及び微調整段階に対応する、対象及び対応するROI形状を示す。図5及び図6の要素は、縮尺通りに描かれなくてもよいが、関連するパラメータを示すために列挙されていることを理解されたい。
図5は、本発明の一実施形態による、非微調整段階に対応する対象(例えば、針)290及び関心領域(ROI)503を示す図である。一実施形態では、図5が、図3の方法300のブロック310の実施を示すとみなされることができる。
対象290の先端299の近傍に取り付けられた超音波トランスデューサ279によって対象290を追跡する超音波システムでは、対象290の先端299の位置は、対象290が組織内を前進されるときの先端の移動を追跡する小さいROI/円503を用いて画像上に示される。図示されたROIは、円形であるが、他の形状が、使用されることもできる。円503の中心は、超音波トランスデューサ279の物理的位置におけるシステム追跡アルゴリズムによって表示され、円503の半径r(Dの値による減少の前)は、先端部299が円503の円周上にある場所のあいまいさを前提として、超音波トランスデューサ279の取り付け位置と針先端299自体の端部との間の距離を包含するのに十分な大きさであるべきである。
したがって、本発明の非微調整段階に対応して、ROI形状503は、超音波トランスデューサ279から未知の角度で先端299を包含する。図示のように、針先端299は、ROI形状503の周囲にあり、ROI形状503は、針290上の超音波トランスデューサ279(針先端299ではない)の中心にある。
図6は、本発明の一実施形態による、微調整段階に対応する、図5の対象(例えば、針290)及び動的微調整関心領域(ROI)603を示す図である。一実施形態では、図6は、図3の方法300のブロック320の実施を示すとみなされることができる。
微調整段階では、先端299は、参照及び比較のために図6にも示されている図5の円503よりも小さく、したがってより正確である円603内で数ミリメートル前進している。したがって、本発明は、(i)ROI形状603のサイズを減少し、(ii)それを針先端299上に前進させ、針先端299の正確な視覚化を改善する。一実施形態において、円の前進は、大きさDだけであり、これも、円の半径(r)の減少と同じ量である。すなわち、円503は、半径rを有し、円603は、半径(r-D)を有し、ここで、Dは、対象の移動方向に円がどれだけ前進したかをも示す。一実施形態では、円は、実施に応じて、超音波トランスデューサ279を包含しないほど十分に小さくすることができる。例えば、一実施形態では、ユーザは、円が(i)前進し、(ii)サイズにおいて縮小される、Dの様々な異なる最大値の間で選択することができる。このようにして、ユーザ制御は、ROI形状に対する微調整のパラメータを制御するために示されることができる。
図7は、本発明の一実施形態による、超音波対象点追跡のための別のシステム700を示すブロック図である。
システム700は、医療器具702と協働する超音波プローブ704を含む。医療器具702は、医療器具702の例えば先端799に取り付けられた超音波トランスデューサ789を含む。
システム700は、ハードウェアプロセッサ714と、メモリ713と、パルス検出モジュール715とを更に含み、これらは協働して、表示装置上に表示された超音波画像上の先端に対して関心領域(ROI)をレンダリングし、超音波画像内の医療器具の先端の位置精度を高めるように、医療器具が組織を通って移動されるときに動的ROI微調整を選択的に実行する。動的ROI微調整は、医療器具の物理的特性と、組織を通る医療器具の移動の記録された経路とによって生成される。ハードウェアプロセッサ714、メモリ713、及びパルス検出モジュール715は、回路サブシステム782の一部であってもよい。回路サブシステム782は、システム200に対してコンパクトなシステム700を得るために、実施に応じて、図2の1つ又は複数の要素を含むことができる。例えば、システム200は、一実施形態では、システム200と共に使用するように特に構成されたカートを使用して実施されることが想定されているが、他の実施形態では、超音波プローブ704は、任意の表示装置に単に接続されることができる。そのために、回路サブシステム782は、少なくとも超音波感知モジュール215を含むことが想定される。
医療器具702は、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、ロボット、電極、フィルタ装置、バルーン装置、又は他の医療構成要素などを更に含んでもよい。説明のために、医療器具702は、先端799を有する針790を含む。前述の器具は、単に例示的なものであり、したがって、他の器具も、医療器具702と共に使用されることができる。
ケーブル789及びコネクタ(例えば、USBなど)788は、超音波プローブ704を表示装置及び/又は他の要素に接続するために使用されることができる。ケーブル789Aは、超音波プローブ704を医療器具702、特にパルス検出モジュール715に接続するために使用されることができる。他の実施形態では、無線通信が、使用されることができる。
本開示の一例では、解剖学的領域を撮像するための超音波装置は、超音波プローブ(288)と、超音波トランスデューサ(279)を取り付けられた医療器具(202)と、表示装置上に表示された超音波画像上で医療器具の遠位端に対して関心領域(ROI)をレンダリングし、超音波画像内の医療器具(202)の遠位端の位置精度を高めるように、医療器具(202)が解剖学的領域を通って移動されるときに動的ROI微調整を選択的に実行するように構成されたハードウェアプロセッサ(214)とを有し、動的ROI微調整は、医療器具の物理的特性、及び超音波プローブ(288)と超音波トランスデューサ(279)との間で送信される音響パルスに基づいて決定される解剖学的領域を通る医療器具の移動の記録された経路によって生成される。この例では、医療器具(202)は、針を有し、動的ROI微調整は、針が指している方向とは異なる方向における表示画像上の医療器具の移動に応答して実行されることを防止される。
本開示の別の例では、医療器具上に取り付けられた超音波トランスデューサを使用して解剖学的領域内の医療器具を追跡し、表示装置上に表示された超音波画像上で遠位端に対する関心領域(ROI)の位置をレンダリングすることによって医療器具の位置を表示する超音波システムにおいて、方法は、超音波画像内の医療器具の遠位端の位置精度を高めるように、医療器具が解剖学的領域を通って移動されるときに動的ROI微調整を選択的に実行する(320)ことを含み、動的ROI微調整は、医療器具の物理的特性と、解剖学的領域を通る医療器具の移動の記録された経路とによって生成される。
本発明の実施形態は、医療器具に関して説明されるが、しかしながら、教示は、大幅に広く、任意の超音波器具に適用可能であることも理解されるべきである。いくつかの実施形態では、本発明の原理が、複雑な生物学的又は機械的システムにおける装置を追跡又は分析する際に使用される。特に、本原理は、生物苦学的システムの内部追跡プロシージャ、及び肺、胃腸管、排出器官、血管等の身体の全ての領域におけるプロシージャに適用可能である。図に示されている要素は、ハードウェア及びソフトウェアの様々な組み合わせで実装されてもよく、単一の要素又は複数の要素で組み合わされてもよい機能を提供する。
図に示される様々な要素の機能は、専用のハードウェアと、適切なソフトウェアと関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアとを使用することによって提供されることができる。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共用プロセッサによって、又はいくつかが共用されることができる複数の個々のプロセッサによって提供されることができる。更に、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアを排他的に指すものと解釈されるべきではなく、デジタル信号プロセッサ(「DSP」)ハードウェア、ソフトウェアを記憶するための読取専用メモリ(「ROM」)、ランダムアクセスメモリ(「RAM」)、不揮発性記憶装置などを暗黙的に含むことができるが、これらに限定されない。
更に、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにその特定の例を列挙する本明細書の全ての記述は、その構造的及び機能的同等物の両方を包含することを意図される。加えて、そのような同等物は、現在知られている同等物と、将来開発される同等物(例えば、構造にかかわらず、同じ機能を実行する開発された任意の要素)との両方を含むことが意図される。したがって、たとえば、本明細書で提示されるブロック図は、本発明の原理を実施する例示的なシステム構成要素及び/又は回路の概念図を表すことが、当業者により理解されよう。同様に、任意のフローチャート、及びフロー図等は、コンピュータ可読記憶媒体に実質的に表現され得、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かにかかわらず、コンピュータ又はプロセッサによって実行され得る様々なプロセスを表すことが理解されよう。
更に、本発明の実施形態は、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって、又はそれに関連して使用するためのプログラムコードを提供する、コンピュータ利用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。この説明の目的のために、コンピュータ利用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、機器、又は装置によって、又はそれに関連して使用するためのプログラムを含む、記憶する、通信する、伝播する、又は移送することができる任意の装置であることができる。媒体は、電子、磁気、光、電磁、赤外線、又は半導体システム(又は機器又は装置)、又は伝播媒体であることができる。コンピュータ可読媒体の例は、半導体又はソリッドステートメモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ、読取専用メモリ、剛体磁気ディスク及び光ディスクを含む。光ディスクの現在の例は、コンパクトディスクー読取専用メモリ(CD‐ROM)、コンパクトディスクーリード/ライト(CD‐R/W)、ブルーレイ(Blu‐Ray)(登録商標)及びDVDを含む。
本原理の「一実施形態」又は「実施形態」、並びにその他の変形形態に対する本明細書内の言及は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、特性などが、本原理の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、「一実施形態において」又は「実施形態において」という語句の出現、並びに本明細書全体を通して様々な場所に出現する任意の他の変形は、必ずしもすべてが同じ実施形態を参照しているわけではない。
添付の特許請求の範囲を解釈する際には、以下のことが理解されるべきである。
(a)「有する」という用語は、所与の請求項に列挙されているもの以外の要素又は動作の存在を排除するものではなく、
(b)要素に先行する単語「a」又は「an」は、複数のそのような要素の存在を排除するものではなく、
(c)請求項内の参照符号は、その範囲を制限するものではなく、
(d)いくつかの「手段」は、同じアイテム、ハードウェア、又はソフトウェアによって実施される構造又は機能によって表されてもよく、
(e)具体的に示されない限り、動作の特定のシーケンスは、必要とされないことを意図される。
(a)「有する」という用語は、所与の請求項に列挙されているもの以外の要素又は動作の存在を排除するものではなく、
(b)要素に先行する単語「a」又は「an」は、複数のそのような要素の存在を排除するものではなく、
(c)請求項内の参照符号は、その範囲を制限するものではなく、
(d)いくつかの「手段」は、同じアイテム、ハードウェア、又はソフトウェアによって実施される構造又は機能によって表されてもよく、
(e)具体的に示されない限り、動作の特定のシーケンスは、必要とされないことを意図される。
例えば、「A/B」、「A及び/又はB」及び「A及びBのうちの少なくとも1つ」の場合における、以下の「/」、「及び/又は」、及び「少なくとも1つ」のいずれかの使用は、第1のリストされたオプション(A)のみの選択、又は第2のリストされたオプション(B)のみの選択、又は両方のオプション(A及びB)の選択を包含することを意図されると理解されたい。更なる例として、「A、B、及び/又はC」及び「A、B、及びCのうちの少なくとも1つ」の場合において、このような句は、第1のリストされたオプション(A)のみの選択、又は第2のリストされたオプション(B)のみの選択、又は第3のリストされたオプション(C)のみの選択、又は第1及び第2のリストされたオプション(A及びB)のみの選択、又は第1及び第3のリストされたオプション(A及びC)のみの選択、又は第2及び第3のリストされたオプション(B及びC)のみの選択、又は3つすべてのオプション(A及びB及びC)の選択を包含することを意図される。これは、当業者には容易に明らかなように、列挙された項目の数だけ拡張されうる。
層、領域、又は材料などの要素が、別の要素の「上(on)」又は「上(over)」にあると言及される場合、それは、他の要素の直接的に上であることができるか、又は介在要素が存在してもよいことも、理解される。対照的に、要素が、別の要素の「直接上」又は「直接上」にあると言及される場合、介在要素は、存在しない。また、要素が、別の要素に「接続されている」又は「結合されている」と言及される場合、要素は、他の要素に直接的に接続又は結合されてもよく、又は介在要素が、存在してもよいことも、理解されるであろう。対照的に、要素が別の要素に「直接的に接続される」又は「直接的に結合される」と言及される場合、介在する要素は存在しない。
本発明の好ましい実施形態(例示的であり、限定的ではないことが意図される)を記載したが、修正及び変形が、上記の教示に照らして当業者によりなされることができることに留意されたい。したがって、添付の特許請求の範囲によって概説されるように、本明細書で開示される実施形態の範囲内にある開示の特定の実施形態において変更がなされうることを理解されたい。このように、特許法によって要求される詳細及び特殊性を説明したが、特許状によって保護されることが主張され、望まれるものは、添付の特許請求の範囲に記載されている。
Claims (17)
- 解剖学的領域を撮像するための超音波装置において、
超音波プローブと、
超音波トランスデューサを取り付けられた医療器具と、
表示装置上に表示された超音波画像上に前記医療器具の遠位端に対して関心領域(ROI)をレンダリングし、前記超音波画像内の前記医療器具の前記遠位端の位置精度を高めるために前記医療器具が前記解剖学的領域を通って移動されるときに動的ROI微調整を選択的に実行するように構成されたハードウェアプロセッサであって、前記動的ROI微調整は、前記医療器具の物理的特性及び前記超音波プローブと前記超音波トランスデューサとの間で送信される音響パルスに基づいて決定される前記解剖学的領域を通る前記医療器具の移動の記録された経路によって生成される、前記ハードウェアプロセッサと、
を有する装置。 - 前記動的ROI微調整は、前記ROIのサイズが、前記動的ROI微調整が実行される前よりも正確に前記解剖学的領域における前記医療器具の位置を表すように、前記ROIを縮小することを有する、請求項1に記載の装置。
- 前記動的ROI微調整を実行することは、前記ROIを縮小することを有し、前記プロセッサは、前記ROIの縮小の最大量を、前記超音波トランスデューサ(279)と前記医療器具(202)の遠位端との間の距離に制限することによって、前記動的ROI微調整を実行するように構成される、請求項1乃至2のいずれか1項に記載の装置。
- 前記動的ROI微調整は、前記ROIの位置が、前記動的ROI微調整が実行される前よりも正確に前記解剖学的領域における前記医療器具の関心のあるエッジを表すように、前記ROIを前進させることを有する、請求項1に記載の装置。
- 前記ROIの前進の角度は、前記医療器具の回帰傾斜と、前記解剖学的領域を通る前記医療器具の移動の前記記録された経路とから決定される、請求項4に記載の装置。
- 前記微調整は、前記医療器具の動きが閾値時間量より小さく停止する場合には維持される、請求項4に記載の装置。
- 前記動的ROI微調整は、(i)前記ROIのサイズが、前記動的ROI微調整が実行される前より正確に前記解剖学的領域における前記医療器具の位置を表すように、前記ROIを縮小することと、(ii)前記ROIの位置が、前記動的ROI微調整が実行される前より正確に前記解剖学的領域における前記医療器具の関心のあるエッジを表すように、前記ROIを前進させることとを有する、請求項1に記載の装置。
- 前記動的ROI微調整は、前記医療器具の移動の方向に応じて選択的に実行される、請求項1に記載の装置。
- 前記移動の方向は、前記医療器具の移動の方向の傾斜に対して決定される、請求項8に記載の装置。
- 前記医療器具は、針を有し、前記動的ROI微調整は、所定の閾値時間量にわたって前記針が指しているのと同じ方向の前記医療器具の移動に応答してのみ実行される、請求項1に記載の装置。
- 前記所定の閾値時間量は、前記解剖学的領域における前記医療器具の1つ又は複数の休止を占める、請求項10に記載の装置。
- 前記医療器具は、針を有し、前記動的ROI微調整は、前記針が指している方向とは異なる前記表示画像上の方向における前記医療器具の移動に応答して実行されることが防止される、請求項1に記載の装置。
- 前記医療器具は、針を有し、前記動的ROI微調整は、前記針が指している方向とは異なる前記表示画像上の方向における前記医療器具の移動の変化に応答して自動的に停止される、請求項1に記載の装置。
- 解剖学的領域を撮像するための超音波システムにおいて、
超音波プローブと、
超音波トランスデューサを取り付けられた医療器具と、
超音波画像上に前記医療器具の遠位端に対する関心領域(ROI)をレンダリングすることによって前記医療器具の位置を表示するように構成されたディスプレイと、
前記超音波プローブと前記超音波トランスデューサとの間で送信された音響パルスに基づいて前記解剖学的領域内の前記医療器具を追跡し、超音波画像内の医療器具の遠位端の位置精度を高めるように、前記医療器具が前記解剖学的領域内を移動するときに動的ROI微調整を選択的に実行するように構成されたハードウェアプロセッサであって、前記動的ROI微調整は、前記医療器具の物理的特性及び前記超音波プローブと前記超音波トランスデューサとの間で送信された前記音響パルスに基づいて決定された前記解剖学的領域を通る前記医療器具の移動の記録された経路によって生成される、前記ハードウェアプロセッサと、
を有するシステム。 - 前記動的ROI微調整は、前記ROIのサイズが、前記動的ROI微調整が実行される前より正確に前記解剖学的領域における前記医療器具の位置を表すように、前記ROIを縮小することを有する、請求項14に記載の超音波システム。
- 前記動的ROI微調整は、前記ROIの位置が、前記動的ROI微調整が実行される前より正確に前記解剖学的領域における前記医療器具の関心のあるエッジを表すように、前記ROIを前進させることを有する、請求項14に記載の超音波システム。
- 医療器具に取り付けられた超音波トランスデューサを使用して解剖学的領域内の前記医療器具を追跡し、表示装置に表示された超音波画像上に遠位端に対する関心領域(ROI)をレンダリングすることによって前記医療器具の位置を表示する超音波システムにおいて、前記超音波画像における前記医療器具の前記遠位端の位置精度を高めるために、前記医療器具が前記解剖学的領域を通って移動されるときに動的ROI微調整を選択的に実行するステップであって、前記動的ROI微調整は、前記医療器具の物理的特性及び前記解剖学的領域を通る前記医療器具の移動の記録された経路によって生成される、ステップを有する方法。
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