JP3784840B2 - 画像案内式胸部治療法およびその装置 - Google Patents

Description

発明の技術分野
本発明は人間または動物の胸部に医療処置を行なうための方法および装置に関する。
背景技術
肺、気管支およびそれらを直接囲む組織のような呼吸器系における場所を含む胸部の特定の場所を手術する能力を必要とする共通の医療処置がある。例えば、針吸引生検は気管支内に気管を介して挿入した内視鏡を用いてこれまで行なわれてきた。この針は気管支壁内の内視鏡通して進入して、気管支の外部表面の近くの肺組織内のリンパ節における組織を採取する。この場合、医者は内視鏡の光学システムを用いて内視鏡と生検針の位置をモニターできる。内視鏡が採取する領域に近づくと、医者は内視鏡の先端部自体の通信チャネルの特性を観察することによってその位置を決定できる。しかしながら、この手法によって特定のリンパ節内に生検針を配置するのは困難である。つまり、医者は通信チャネル外にあるリンパ節を見つけることができない。それゆえ、医者は内視鏡の先端部と生検針を生検を行なうリンパ節の場所の近くの適当な位置に配置できるだけである。この理由によって、呼吸気管を囲むリンパ節の針吸引生検の信頼性を改善する必要があった。また、呼吸気管の近くの組織を採取する生検針や生検鉗子のように、体内に進入したプローブによる他の生検処置においても同様の改善の必要があった。さらに、例えば、胸部組織の外科手術や当該組織内への薬物投与のような他の目的のために、胸部組織内にプローブを進入する他の処置においても同様の改善の必要があった。
一部の手法においては、これまで、案内手段としてプローブの進入中に画像処理を用いていた。すなわち、プローブを進入させる時に、プローブと患者の体がＸ線透視装置または磁場共鳴画像処理のような従来の画像処理技法によって画像処理されていた。つまり、このことによって、医者はプローブの位置とそれを囲む組織との関係を観察することができる。しかしながら、これらの手法には、その処置を行なうのに必要とする全時間を画像処理装置が占有してしまうという不都合があった。さらに、処置中におけるＸ線透視装置や他のＸ線に基づく画像処理様式の使用は医者や患者を放射線に曝すことになる。
例えば、本明細書に参考文献として含まれる米国特許第５，５５８，０９１号、同第５，３９１，１９９号、同第５，４４３，４８９号およびＰＣＴ国際公開第ＷＯ ９６／０５７６８号に記載されるように、プローブの先端部の位置または方向またはその両方は、典型的にはプローブ先端部またはその近傍において、当該プローブを担持するホール（Hall）効果または磁気抵抗装置、コイルまたは他のアンテナ装置のような１個以上のフィールドトランスデューサによって決定できる。さらに、１個以上の付加的なフィールドトランスデューサが外部基準フレームにおいて被検体の外側に配置される。好ましくは、これらのフィールドトランスデューサは磁場、電磁放射線または超音波振動のような音響エネルギーのような非イオン性の場または場の成分を検出または発信するように構成されている。而して、当該外部フィールドトランスデューサとプローブ上のフィールドトランスデューサとの間に場を送信することによって、これらの装置間の場の送信特性が決定できる。この結果、これらの送信特性から外部基準フレームにおけるセンサーの位置および／または方向が推定可能になる。このように、プローブのフィールドトランスデューサはそのプローブの位置決定を可能にするから、このようなトランスデューサを「位置センサー」とも言う。
例えば、上記米国特許第５，５５８，０９１号に記載されるように、外部フィールドトランスデューサの基準フレームは磁場共鳴画像処理データ、コンピュータ軸方向断層撮影データまたは従来のＸ線画像データのような画像処理データの基準フレームに整合できる。さらに、場の送信によって導き出されたプローブの位置および方向のデータが患者の体の画像上に重ね合わされたプローブの表現として表示できる。医者はこの情報を用いてプローブを患者の体内の所望位置に案内することができ、その体の構造を治療や計測の間にプローブの方向をモニターできる。従って、このような構成によって、医者による体構造を介するプローブ先端部の案内能力が大幅に高められる。しかしながら、この構成は案内を目的とするために、周囲組織の光学的画像を得る必要がないので、光学要素を適用するには小さすぎるプローブの使用が可能であり、固体や半固体組織におけるプローブの案内用に使用できる。また、このトランスデューサ式システムは治療処置の間中プローブと患者の連続的な画像処理によるプローブの案内に伴う不都合を回避することができる。例えば、このような方式はＸ線透視装置において固有のイオン性放射線への曝露を回避できる。
この種のシステムによる呼吸器系の近くの胸部の治療処置においては、幾つかの問題がある。すなわち、患者が呼吸をすると、その胸部組織の位置、大きさおよび形状が変化する。それゆえ、患者の画像を呼吸周期の一つの段階において得ても、その画像は他の段階の患者の状態を正確に表現できない。それゆえ、患者の呼吸周期における一つの段階においてプローブの位置を決定しても、この位置データが患者の他の呼吸周期の段階から得た画像データと組み合されてプローブの重ね合わされた表現の画像が形成され、そのプローブの周囲組織に対する位置が不正確に表示されることになる。本明細書に参考文献として含まれる国際公開第ＷＯ ９７／２９７０９号に記載されるように、この種の問題は、患者の体内の治療する場所における「部位プローブ（site probe）」として称される第１のプローブを位置決めすることと、「器具プローブ（instrument probe）」として称される別のプローブを医療処置を行なうために用意することによって回避できる。この部位プローブは体内の、例えば、生検を行なう場所のような、治療する場所において位置決めされる。さらに、上述の米国特許第５，５５８，０９１号に記載される磁気位置決めシステムのような位置決めシステムを用いて、上記の両方のプローブの位置が医療処置の間にモニターされる。それゆえ、患者の呼吸により生じるいかなる動きにも関係なく、医療処置の間において器具プローブと部位プローブとの距離および方向が把握できる。さらに、このような方向および距離の情報によって、医者は部位プローブに対して器具プローブを案内移動することができる。
ＰＣＴ国際公開第ＷＯ ９７／２９６８２号はプローブを配置する体の部分における動き、例えば、呼吸または心臓の鼓動のような、「生理学的な動き（physiological motion）」を決定するためのシステムを記載している。すなわち、呼吸の動きを感知する腹帯のような装置を用いて、上記システムは医療処置中の各時間において既に得た一組の画像から「正確な」画像を選択、または、画像間に挿入する。これによって、表示画像は常に関与するその時々の組織の実際の大きさおよび形状を映し出す。従って、プローブの表現を表示画像上に正確に重ね合わすことができる。
米国特許第５，５７７，５０２号は光学的、超音波または機械的追跡要素のような装置により被検体の胸部の位置をモニターするシステムを開示している。さらに、この位置追跡に基づいて、重合システムにおいて使用される画像が変換されて被検体の呼吸時に変化する画像の補正を行なう。その後、プローブの位置がこの補正画像上に重ね合わされる。しかしながら、この種のシステムは、患者の呼吸周期の種々の段階における移動に応じて基準画像を変換するために相当な時間を必要とする。さらに、患者の胸部の位置を追跡するための付加的な設備が必要である。また、上記米国特許第５，５７７，５０２号に記載されている別の手法においては、一連の画像が呼吸周期における多数の段階において得られる。従って、患者の呼吸周期の異なる段階毎の動きに応じて異なる画像が用いられる。この方法は画像データの取得および記憶の両機能を実行する。しかしながら、この方法は一連の多重画像が存在する場合にのみ使用可能である。例えば、患者がＭＲＩやＣＴ画像処理のような従来の診断用画像処理手法を受ける場合には、呼吸周期の一段階のみにおける患者を表現する単一組の画像データを一般に得る。従って、患者の体内に進入するプローブを用いる生検や他の処置の必要性がその画像の評価後にのみ明らかとなる。一連の画像を得るためには、プローブを用いる介入的処置が開始できるようになる前に、患者はさらに画像処理を受ける必要がある。
従って、当該技術分野における上記および他の検討に加えて、同一目的を達成するための介入的手法および装置において、さらなる改善が求められている。
発明の開示
本発明の一態様は胸部組織、特に、呼吸器系の組織または呼吸器系近傍の組織に関する医療処置を行なう方法を提供する。本発明のこの態様に従う方法は、正常な呼吸周期の選択された段階におけるような、選択された呼吸状態における患者を表現する基準画像フレームにおいて患者の画像を供給する段階と、近接組織を介して患者の呼吸器系内にプローブを進入させる工程を含む。上記進入工程中に、上記プローブの配置が、患者の上記選択された呼吸状態時に、基準位置決めフレーム内において決定される。好ましくは、上記プローブの配置は、当該プローブ上の少なくとも１個のプローブフィールドトランスデューサに対して、または、これから非イオン性の場を送信し、当該送信された場の１種以上の特性を検出することによって決定される。さらに、上記方法は、上記画像または上記基準位置決めフレームにおけるプローブの配置またはこれらの両方を変換して当該画像およびプローブの配置を共通の基準フレーム内に配置する工程を含む。典型的には、上記変換工程は、上記基準位置決めフレーム内のプローブの配置を基準画像フレーム内に変換することによって行なわれる。さらに、上記方法は、上記共通の基準フレームにおけるプローブの配置に対応する位置において当該プローブの表現を重ね合わせた状態で、患者の画像を表示する工程を含む。
上記重ね合わせ表現の基準として用いられる上記プローブの配置が呼吸状態における同一段階において画像として得られるので、呼吸周期の動きによる人為的影響または精度低下が排除できる。本発明のこの態様に従う方法は移動の人為的影響を解消して、画像変換のために大量の画像データを処理するための多数の画像を取得する必要がなくなる。また、このシステムは呼吸周期における１個のみの段階を表現する診断用に取得された標準的画像に対しても適用できる。
好ましくは、本方法は、さらに、呼吸により移動する患者の基準点の位置をモニターすることによって呼吸周期の選択された段階に患者がある時間を検出する工程を含む。好ましくは、当該システムは、基準点の位置が所定許容範囲内で選択された呼吸段階に相当する選択された位置に整合しているか否かを決定することにより、上記選択された呼吸段階に患者がある時間を検出する。例えば、画像が呼吸の特定段階において得られた場合、このシステムは同一の呼吸段階における各呼吸中のプローブの配置情報を得る。さらに、この方法は、複数の呼吸周期にわたって上記基準点の位置をモニターし、当該モニター処理により得られるデータを用いて各周期において再現する基準点の極限値の位置を検出することによって呼吸周期の選択された段階に相当する基準点の特定位置を設定する工程を含む。例えば、上記呼吸周期の選択された段階は最小の吸気状態、すなわち、正常な呼吸周期における呼気の終点の状態であってもよい。この場合、当該システムは、患者の前方胸壁部がその患者の背中に最も近くなる位置を基準点の位置として選択する。患者が背中をテーブルに乗せてあお向けに寝ている場合は、このシステムは、患者の前方胸壁部に関する基準点がテーブルに最も近い位置を選択する。
上記基準点の位置をモニターする工程は、望ましくは、当該基準点上の少なくとも１個の基準フィールドトランスデューサに対して、または、これから少なくとも１種の非イオン性の場を送信する工程を含む。これによって、当該基準点の位置がプローブの位置をモニターするために使用する設備および技法と同等のものを用いてモニターすることができる。
望ましくは、例えば、プローブが重ね合わされた状態の通気路とその周囲組織の透視画像のような、プローブを囲む組織の透視画像を表示する。この画像は、表示画像を見ることによってリンパ節のような目的位置に導くためのプローブの位置およびプローブの移動軌跡が容易に分かるように表示される。典型的には、上記プローブを進入させる工程は、通気路の外側のリンパ節のような目的位置において組織を採取するために、例えば、プローブを通気路の壁を通過させることによって、当該通気路内にプローブを進入させることにより行なわれる。このプローブは内視鏡および針を備えていてもよい。また、当該プローブを進入させる工程は、内視鏡が目的位置の近くの通気路の壁に位置するまで内視鏡を侵入させてから針を通気路の壁を通して進入させることにより行なってもよい。
さらに、上記プローブ進入工程の一部において、患者は所定の呼吸状態において呼吸を止めるように指示されることもある。つまり、このようにすることによって、患者がその呼吸状態の所定点に留まっている間に、システムはプローブの新規の位置情報を継続的に取得して、当該プローブの画像上における重合表現を継続的に更新する。患者が時々において所定の呼吸周期の段階から外れる場合は、システムは画像上のプローブ表現の新規重合位置情報の発生を停止して、好ましくは、医者に警告する。
さらに、本発明の別の態様は医療患者の呼吸周期をモニターする装置を提供する。本発明のこの態様に従う装置は、呼吸周期において移動する患者上の基準点の位置をモニターするための手段と、当該モニター操作において得られるデータに基づいて各周期において再現する基準点の極限値の位置を検出するための手段を備えているのが望ましい。望ましくは、上記装置は、さらに、上記基準点の位置が所定許容範囲内で上記の極限値の位置に整合しているか否かを決定するための手段を備えている。本発明のこの態様に従う装置は上述の方法において使用できる。望ましくは、上記基準点の位置をモニターするための手段は、上記基準点において患者の胸部の外部に取り付けるように構成された基準フィールドトランスデューサと、基準位置決めフレームを定める１個以上の外部フィールドトランスデューサを備えている。望ましくは、上記装置は、さらに、上記外部フィールドトランスデューサと基準フィールドトランスデューサとの間で１種以上の非イオン性の場を送信して当該送信された場の１個以上の特性を検出し、かつ、そのように検出された特性から上記基準位置決めフレームにおける基準フィールドトランスデューサの位置を決定するための感知手段を備えている。さらに、この装置は、患者の呼吸器系の周囲組織内に挿入するように構成されたプローブと、当該プローブ上の少なくとも１個のプローブフィールドトランスデューサを備えていてもよい。望ましくは、上記感知手段は、上記外部フィールドトランスデューサとプローブフィールドトランスデューサとの間で１種以上の非イオン性の場を送信し、当該送信された場の１個以上の特性を検出し、さらに、当該特性から基準位置決めフレームにおけるプローブフィールドトランスデューサの位置を決定するように動作する。上述の如く、上記方法に関連して、本発明のこの態様に従う装置は、呼吸周期を決定するためにプローブ位置を決定する場合に用いるのと同一の位置測定装置を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は患者と共に本発明の一実施形態に従う装置の構成要素を示す概略的斜視図である。
図２は図１の装置の別の構成要素を示す概略的断面図である。
図３は上記装置のさらに別の構成要素を示す概略的斜視図である。
図４は図１乃至図３の装置の動作における基準点位置のグラフである。
発明を実施するための態様
本発明の一実施形態に従う装置はプローブ２０を備えている。このプローブは、治療、測定または観察のような、医療処置を行なうために体内に挿入または進入可能な任意の装置を基本的に含むことが可能である。本明細書において用いているように、用語「治療」は体内に存在する組織や材料のサンプルの採取を含み、それゆえ、生検処理を含む。このプローブ２０は、望ましくは、管状の本体２２を有する従来式の内視鏡を備えている。この本体２２はこの本体の基端部に固定されたハンドル部２４と、当該ハンドル部２４から遠隔する先端部２６を備えている。さらに、本体２２はその基端部から先端部に長手方向に延在してハンドル部２４を貫通して外側に開口する穴２８を有している。また、本体２２はその先端部近傍に柔軟な部分を含んでいてもよく、これによって、先端部２６は本体の残部に対して折れ曲がったり、回動することができる。加えて、上記の内視鏡は本体の先端部を折り曲げるための装置（図示せず）を備えていてもよく、これによって、先端部が患者の体内に進入する時にこの装置が操縦される。さらに、この内視鏡は患者の解剖構造的特徴を視覚的に観察するための光ファイバーまたはテレビシステム（図示せず）を当該内視鏡の先端部に備えていてもよい。
上記プローブはさらに当該装置の器端部またはハンドル部から操作できる生検針３０等の外科手術器具のような従来式の体内医療器具を備えている。さらに、生検針の代わりに、上記器具は、例えば、生検鉗子等のサンプリング装置、針、カテーテル等の薬物供給装置、温度計や電位計測用電極のような計測器具、治療用放射線を照射する装置、あるいは、生物被検体の体内の構造を治療、測定または観察するために使用できる他の任意の装置を含む、内視鏡、関節鏡または腹腔鏡による外科処置において共通に使用される種類の従来式外科手術器具であってもよい。針３０は本体２２の先端部の外側の作動位置３０’に進出できるように構成されている。また、針３０は本体の基端部またはハンドル部２４から操作および制御できるように構成されている。従って、この針は従来式の制御要素または連結手段を介して操作ハンドル３２に接続している。さらに、例えば、電気的、電子的または光学的制御連結手段のような、本体の先端部において器具を操作および制御するための他の要素を使用することもできる。あるいは、例えば、本体２２に切断刃が備えられている場合に、器具を本体２２上の固定位置に取り付けたり、これと一体に形成することができる。
プローブフィールドトランスデューサまたは位置センサー３４がプローブ本体２２の先端部２６の近傍に取り付けられている。このトランスデューサ３４は磁場または電磁場を検出するように構成されたセンサーであってもよい。例えば、センサー３４は、上述の米国特許第５，５５８，０９１号に記載される種類の多軸の固体位置センサーとすることができる。このようなセンサーは相互に直交する磁場成分に感応する複数のトランスデューサを含む。さらに、他の適当な位置センサーとしては、本明細書に参考文献として含まれる、上述の米国特許第５，３９１，１９９号および現在ＰＣＴ国際公開第ＷＯ ９６／０５７６８号として公開されている国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９５／０１１０３号に記載されるようなコイルが挙げられる。このようなコイルは単一コイルとして備えられていてもよく、また、直交方向に場の成分を検出できる複数の直交コイルとして備えられていてもよい。位置センサーまたはフィールドトランスデューサ３４は穴２８を貫走して本体２２の基端部２６から延出するリード線３６に接続されている。
上記の装置は、さらに、基準位置決めフレームを定める一組の外部フィールドトランスデューサまたはアンテナ４０を備えている。例えば、外部フィールドトランスデューサ４０は患者の支持ベッド４１に取り付けることができる。このアンテナ４０は場の送受信装置４２およびコンピュータ４４に連結されており、当該コンピュータはさらに陰極線管４６のような表示装置に接続している。また、このコンピュータはキーボード、トラックボール、マウス等の従来式の入力装置４５を備えている。これらのコンピュータ４４、場の送受信装置４２およびトランスデューサ４０はプローブフィールドトランスデューサ３４と協働してプローブ上のフィールドトランスデューサの位置決定、すなわち、外部フィールドトランスデューサまたはアンテナ４０の基準位置フレーム内におけるプローブの先端部の位置決定を行なうように構成されている。この装置におけるこれらの要素は上述の米国特許第５，５５８，０９１号または同第５，３９１，１９９号に記載されるようなものでよい。さらに、非イオン性の場の送信により位置センサーを備えるプローブの配置を検出するための他の装置が当該技術分野において知られている。すなわち、当該技術分野において知られているように、電磁場または磁場が外部基準フレームにおいて取り付けられたアンテナまたはフィールドトランスデューサとプローブ上のフィールドトランスデューサとの間で送信可能であり、プローブの配置が当該プローブ上のトランスデューサにより検出された場の特性から計算できる。従って、外部フィールドトランスデューサまたはアンテナ４０と位置センサーまたはプローブフィールドトランスデューサ３４が協働して複数の送受信装置の対として作用する。すなわち、このような各対は１個の送信機と１個の受信機を当該対の構成要素として備えている。さらに、このような各対における一方の構成要素はプローブ上に配置されており、当該各対における他方の構成要素は外部基準フレーム内の既知の位置に配置されている。典型的には、各送受信装置の対における少なくとも１個の要素がその他の対において対応する要素とは異なる位置または方向に配置されている。而して、種々の対における要素間の場の送信特性を検出することによって、当該システムは外部基準フレームにおけるプローブの配置に関する情報を導き出すことができる。さらに、この配置情報によってプローブの位置、方向またはこれらの両方が決定できる。なお、図において、外部フィールドトランスデューサ４０は患者のベッドのような剛性の構造体に取り付けられて、当該外部フィールドトランスデューサが互いに固定状態に保持されるように示されているが、このような構成は不可欠な要素ではない。例えば、本明細書に参考文献として含まれる共同出願のＰＣＴ国際公開第ＷＯ ９７／２９６８５号に記載されるように、上記の外部フィールドトランスデューサは互いに移動可能であってもよい。すなわち、上記コンピュータシステムは外部フィールドトランスデューサ間、若しくは、外部フィールドトランスデューサと個々の外部フィールドトランスデューサに取り付けられた調整トランスデューサとの間において送信される場の特性を計測することによって当該フィールドトランスデューサの位置を決定することができる。
上記装置はさらに保護ハウジング５２内に取り付けた基準フィールドトランスデューサ５０を備えており、この保護ハウジング５２は、フィールドトランスデューサ５０が患者の体の外側の位置に配備されたときに、物理的損傷を受けないように当該フィールドトランスデューサを保護するのに役立つ。従って、ハウジング５２およびフィールドトランスデューサ５０は患者の体外の所定の点において接着テープ、包帯、縫合線等の任意の従来の材料によって取り付けることができる。必要に応じて、ハウジング５２は、体の外表面への取り付けをさらに容易にするフラット・パッドまたは羽部５４、縫合線穴（図示せず）等の物理的特徴部分を備えていてもよい。基準フィールドトランスデューサ５０は基本的に上述のプローブフィールドトランスデューサ３４と同一構造を有する。リード線５６は基準フィールドトランスデューサを場の送受信装置４２に接続する。すなわち、場の送受信装置４２およびコンピュータ４４は外部フィールドトランスデューサ４０と基準フィールドトランスデューサ５０を駆動してプローブフィールドトランスデューサ３４と共に上述と同様に場を送受信する。従って、上記システムは外部フィールドトランスデューサ４０により定められた基準位置決めフレームにおいて基準フィールドトランスデューサの配置を決定する。
本発明の一実施形態による方法において、患者Ｐは、体の内部組織、特に、呼吸器系およびその周囲組織を表示できるコンピュータ断層写真Ｘ線（「ＣＡＴ」または「ＣＴ」）画像処理、磁気共鳴画像処理等の画像処理方法のような任意の従来式画像処理の態様で画像処理される。この画像は患者が一定の呼吸状態にある時に得られる。この選択された呼吸状態は、強制的吸気状態または強制的呼気状態のように、患者の正常な呼吸周期の一部ではない状態であってもよい。好ましくは、この選択された呼吸状態は患者の正常な呼吸周期の一段階である。好ましくは、上記画像は患者がいわゆる「最小吸気」状態にある時に得られる。すなわち、この状態は患者が正常または通常量の空気を呼気した場合の正常な呼吸中の段階である。この場合、患者は画像処理の途中で一定の状態に呼吸を保持するように指示されることもある。また、この画像は治療処置の何らかの特別な考察に無関係に得られたもの、あるいは、治療処置が必要であると分かる前に得られた従来の診断画像であってもよい。
この画像は患者の胸部の少なくとも一部を含むものであり、良好な精度で画像において容易に認識できる患者の解剖学的構造の特別な特徴を含んでいる。これらの特徴には、肩甲骨ＳＣ、脊椎部分ＳＰおよび頸切痕ＳＴのような骨格系の特徴が含まれる。従来の態様において、例えば、個々の空間構成要素すなわち「ボクセル（voxels）」に対応する陽子密度Ｔ₁またはＴ₂のような磁気共鳴特性を定めるＣＡＴ画像やＭＲＩデータにおける個々のボクセルのＸ線吸収のような、体内の種々の場所の構造の特徴を定めるコンピュータデータとして画像が与えられる。
画像が得られると、例えば、患者を支持テーブル４１上の脊椎位置に配置する等によって、外部フィールドトランスデューサ４０により定められる基準位置決めフレームにおける位置に患者が配置される。その後、基準フィールドトランスデューサ５０が、例えば、各肩甲骨、頸切痕または脊椎上の容易に認識できる点のように、患者の体において上述の容易に定められる点の幾つかに連続的に固定される。この処理は患者をテーブル上に保持した状態で行われる。テーブルには、基準フィールドトランスデューサ５０を挿入して患者の背中の形状に固定するための穴または溝（図示せず）がその表面に設けられている。このように、基準フィールドトランスデューサが患者の解剖学的構造において定められた各点に固定される一方で、外部フィールドトランスデューサ４０、場の送受信装置４２およびコンピュータ４４が駆動されて当該外部フィールドトランスデューサ４０により定められた基準位置決めフレームにおける基準フィールドトランスデューサの位置が決定される。その後、基準位置決めフレームにおいて定められた種々の点の位置情報がコンピュータに与えられる。
オペレータは画像の基準フレームにおいて定められた同一点の位置を入力することもできる。例えば、コンピュータ４４が解剖学的構造において認識可能な種々の点を含む画像表現を表示するために駆動することができ、オペレータは、例えば、入力装置４５に含まれるノブ、トラックボールまたはマウスを調節することにより、画像上にカーソルを手動で調節できる。カーソルが全座標成分において認識可能な点に整合すると、オペレータは、さらに、基準画像フレームにおけるカーソルの座標が解剖学的構造における特定点の座標に対応することを指示する情報をコンピュータに入力する。基準画像フレームおよび基準位置決めフレームにおける解剖学的構造において認識可能な点の座標がコンピュータに与えられると、コンピュータはその基準位置決めフレームと基準画像フレームとの間の数学的変換を導き出すことができる。このような解剖学的構造における各点の位置を検出する技法および基準画像フレームと基準位置決めフレームとの間の変換を導く方法は周知であり、上述の米国特許第５，５５８，０１９号または同第５，３９１，１９９号および現在ＰＣＴ国際公開第ＷＯ ９６／０５７６８号として公開されている国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９５／０１１０３号に記載されている。これらの特許や特許公開に記載されるそのような技法の変形例においては、フィールドトランスデューサを含む基準標識が画像処理前に患者に取り付けられて、画像内においてその基準標識が視覚可能になる。基準位置決めフレームにおける基準標識の位置が、上述と同様の態様で、当該基準標識上のフィールドトランスデューサを外部フィールドトランスデューサと共に駆動することによって得られる。別の変形例においては、基準フィールドトランスデューサが患者の解剖学的構造における所定の輪郭線上を移動している間に、システムが基準位置決めフレームにおける一連の位置情報を得る。このコンピュータシステムは、剛体変換により基準位置決めフレームにおける一組の位置情報にマッピングできる基準画像フレームにおける一組の位置情報を含む輪郭線を有する形状を見つける自動パターン整合技法を用いる。ここでも、両方の基準フレームにおける整合点を見つけるための種々の技法および基準位置決めフレームと基準画像処理フレーム間の変換を導き出すための方法は当該技術分野において周知である。
その後、基準フィールドトランスデューサ５０は呼吸中に移動する患者の胸の外側の一定の位置に取り付けられる。例えば、この基準フィールドトランスデューサは患者の肋骨の一本の上にテープまたは縫合線によって留めることができる。患者がテーブル４１の上に保持されている間に、患者は普通に呼吸し、これによって、基準フィールドトランスデューサ５０はその呼吸周期の種々の位相に対応して周期的に移動する。従って、基準フィールドトランスデューサ５０の位置は経時的に変化する。上記コンピュータは場の送受信装置、外部フィールドトランスデューサ４０と協働して基準フィールドトランスデューサ５０の位置を継続的にモニターする。つまり、このコンピュータは基準フィールドトランスデューサの位置を時間と共に追跡して、時間に対して選択された方向の当該基準フィールドトランスデューサの位置プロットを形成する。簡単化するために、このプロットが図４におけるグラフの形態で示されている。実際には、このプロットは種々の時間において選択された軸に沿う基準フィールドトランスデューサの位置を示す一連の数字から構成されている。追跡用に選択される軸は垂直軸（図１におけるテーブルに向かい、これから離れる軸）、すなわち、患者の背中に向かいこれから離れる軸、または、患者の長手軸（頭からつま先）を横切る水平軸、あるいは、当該垂直軸および水平軸の間の任意の角度の軸とすることができる。
コンピュータはプロットにおいて連続する極限値の位置を選択する。例えば、このプローブにより表現される位置が患者の背中に向かいかつ離れる動きに対応する垂直軸における位置である場合、コンピュータはそのような位置の連続的な極小点６０、すなわち、基準フィールドトランスデューサが患者の背中に最も近くなる点を選択するように駆動できる。また、プロットにより表現される位置が水平軸における位置である場合は、コンピュータは基準フィールドトランスデューサが患者の中心軸に最も近くなる位置に対応するプローブにおける極小点を選択するように駆動する。これらの極小点は数字シーケンスにおける局所的な最小値を選択するための従来のコンピュータプログラミング技法によって決定できる。この種の数値処理技法はプログラミング技術分野において周知であり、多くの標準的な数学的ソフトウエアパッケージに利用できる。これらの最小点は上述のように患者の呼吸における最小の吸気点を表している。
連続的な最小点の位置の値は正確に同一でない場合がある。しかしながら、正常に呼吸する患者の場合、全ての最小値は互いに近い値になる。従って、コンピュータは幾つかの連続する最小値の平均位置を表す平均値６１を計算する。その後、このシステムは所定の許容範囲または最大偏差６２を適用する。基準フィールドトランスデューサ５０の位置が所定の許容範囲６２よりも小さい範囲で平均値６１からずれている場合はいつでも、システムは患者を呼吸周期における最小の吸気点にあるとして取り扱う。従って、呼吸周期をモニターすることによって、システムは正常な呼吸における基準トランスデューサの動きの極限点に対応する特定の呼吸状態を設定できる。
医者はプローブの先端部２６を従来の態様で患者の呼吸器系内に進入させる。典型的には、プローブの先端部は、例えば、喉頭および気管のような、通気路Ａを介して気管支に進入する。コンピュータ４４、場の送受信装置４２および外部フィールドトランスデューサ４０はプローブフィールドトランスデューサ３４と協働して外部フィールドトランスデューサ４０により定められる基準位置フレーム内のプローブフィールドトランスデューサの位置、すなわち、プローブ先端部２６の位置を決定し、さらに、基準トランスデューサ５０と協働してその位置を決定する。この時、基準トランスデューサの位置が平均の最小吸気位置６１の所定許容範囲６２内にあれば、コンピュータはプローブフィールドトランスデューサとプローブ先端部の位置を外部フィールドトランスデューサにより定められる基準位置フレーム内に捕捉できる。すなわち、コンピュータは患者が最小の吸気状態にある時にプローブ先端部を捕捉する。
コンピュータはプローブ先端部の位置を画像の基準フレーム内に変換して、少なくとも画像の一部と当該画像上に重ね合わされたプローブの表現を含む複合的表示を行なう。例えば、図１に示すように、陰極線管４６に表示された画像には、通気路の画像Ａ’とプローブ先端部の表現２６’が含まれる。この表示画像はさらに目的組織（この場合通気路の外側でその近傍の傷害部）の画像Ｔを含む。好ましくは、上記表示画像は斜視図であって、これにより、医者はプローブの先端部と目的組織との間の空間的関係が容易に分かる。さらに、このシステムはプローブ先端部から目的組織に至る軌道を示す線または矢印６６を当該表示画像上に示すことができる。従って、医者はこの表示画像上に示された情報によってプローブ先端部を目的組織に近づけることができる。例えば、医者はプローブ本体２２の先端部を目的組織の近傍の通気路に近づけて、さらに、生検針をその延出位置３０’（図２）に進出させて通気路壁を穴あけして目的組織に到達させることができる。
プローブ先端部の位置は画像取得において使用される呼吸状態と同一の状態に患者がある時にのみ捕捉されるので、そのように取得されたプローブ先端部の位置は画像の基準フレーム内に変換されて、プローブ先端部とその周囲組織の相対的な位置を正確に表す。患者はプローブがその通気路内に進入している時に呼吸し続ける。そして、患者が最小の吸気状態に到達した時に、新しいプローブ位置が各呼吸周期において得られる。さらに、この新しいプローブ位置が得られる各時間に、ＣＲＴスクリーン４６上に示される表示がその新しい位置に一致するように修正される。従って、医者は目的組織に向かうプローブ先端部の進行をモニターできる。この結果、医者はプローブを目的組織に正確に位置合わせできる。
上述の方法は多様に変形することができる。例えば、コンピュータは患者の呼吸周期の最大吸気６８の平均位置を探すように調節して、画像を同様の最大吸気状態において得るようにできる。別の変形においては、コンピュータが基準トランスデューサのプロット移動における任意の軸を選択して、この軸を呼吸中における基準フィールドトランスデューサの移動の主軸に整合できる。例えば、コンピュータが水平、垂直または他の所定軸を用いて基準フィールドトランスデューサの位置をまず追跡して、その軸に関する最大点または最小点の位置を探すようにできる。コンピュータは連続する最大点または連続する最小点の間の平均時間を計算する。この時間は呼吸周期の期間に対応する。その後、コンピュータは一点から完全に一周期だけ時間遅延している他の点をそれぞれ含む種々の位置の対を試験する。次いで、コンピュータは各位置の対の間の空間的距離を計算する。この時、最大距離を有する点の対が呼吸周期中に基準フィールドトランスデューサの移動の主方向に沿って存在していることになる。その後、コンピュータはこの方向に沿う位置を時間に対してプロットする。
また、画像を意図的な最大の力で強制的に呼気して得られる最大強制呼気状態や意図的な最大の力で吸気して得られる最大吸気状態のような異常な呼吸状態に患者がある時に得てもよい。この場合、画像取得中の状態は正常な呼吸周期中には再現しない。その代わりに、患者は、システムが基準フィールドトランスデューサ５０の位置をモニターしている間にその状態を繰り返すように指示される。患者が１回以上の試行においてその状態を繰返した後に、システムはその状態における基準トランスデューサの位置または数回の試行において得た平均位置を記録する。さらに、医者がプローブを呼吸器系内に進入させている間に、患者は同じ状態を繰り返すように指示される。システムは、患者がその所望の呼吸状態において呼吸を保持している時に画像を得る。また、正常な呼吸周期における最大および最小の吸気状態の中間状態のような任意の呼吸状態も使用できる。しかしながら、そのような任意の状態を患者は正確に再現することが困難である。本発明のさらに別の実施形態においては、システムは患者および医者が任意の呼吸状態を重複するを補助する。すなわち、基準トランスデューサ５０が画像処理前に患者に取り付けられており、この基準フィールドトランスデューサが画像中において見える場合には、患者の肩甲骨、脊椎または胸骨のような体の認識可能な部位に対するこのフィールドトランスデューサの位置が患者の呼吸状態によって変わる。例えば、基準フィールドトランスデューサが肋骨に取り付けられている場合は、患者が吸気すると、フィールドトランスデューサはその体の中心軸から外側に離れるように移動する。患者がテーブル４１上に置かれて外部フィールドトランスデューサの近傍に位置する場合は、当該システムは上述の態様で基準フィールドトランスデューサの位置を追跡できる。さらに、この基準フィールドトランスデューサの位置は画像の基準フレーム内に変換できる。患者が画像捕捉における状態と同じ呼吸状態にあれば、その基準画像フレーム中における基準フィールドトランスデューサの位置が画像中の基準フィールドトランスデューサの表示に重なる。さらに別の変形例においては、２個以上の基準トランスデューサを呼吸中に互いに接近または離間する患者の位置に取付けることもできる。すなわち、このシステムは当該基準トランスデューサ間の距離を呼吸状態の目安として追跡することができる。
医者は１個または複数の基準トランスデューサにより得られる呼吸状態に関する情報を使用して、例えば、画像取得時に使用した呼吸状態により適合するように僅かに吸気または呼気するように患者に指示するようにして、患者に対してフィードバック情報を与えることができる。また、機械的呼吸装置を自動的に制御することにより、上記場の送受信装置により決定されるような基準フィールドトランスデューサの位置と画像において表示される位置との間の重合を行なうようにできる。従って、この呼吸装置は、実質的に正常な呼吸を行ない、その後、強制的呼吸を保持する期間があって、さらに、画像に取得された位置に整合するに要する程度に肺に吸気するように構成される。
上記方法においては、プローブは通気路を通って進入する。しかしながら、プローブを呼吸による動きの影響を受ける他の組織に皮膚または消化器管を通して進入させる方法においても、同様の利点が得られる。
上述の特徴の上記および他の変形および組み合わせが本発明から逸脱することなく可能であり、上述の好ましい実施形態の説明は以下の請求の範囲により定められる本発明の範囲を規定するものではなく、むしろ、例示的なものと解するべきである。
産業上の利用分野
本発明は医療および家畜病治療において適用できる。

Claims (1)

1. 患者の呼吸器系に医療処置を行う装置であって、
   プローブと、
   前記プローブの先端部に取り付けられたプローブフィールドトランスデューサと、
   基準位置決めフレームを定める一組の外部フィールドトランスデューサと、
   呼吸中に移動する患者の胸の外側の一定の位置に取り付けられかつその呼吸周期の種々の位相に対応して周期的に移動する基準フィールドトランスデューサと、
   前記外部フィールドトランスデューサと前記基準フィールドトランスデューサとを駆動して前記基準位置決めフレーム内における前記基準フィールドトランスデューサの位置を継続的にモニターする手段と、
   前記外部フィールドトランスデューサと前記プローブフィールドトランスデューサとを駆動して、前記基準フィールドトランスデューサが画像取得で使用されたと同じ呼吸状態に対応する位置にあるときにのみ、前記プローブの前記先端部の位置を捕捉する手段と
   を備えた装置。

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