JP6130856B2 - ポジション決定装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象内のインターベンション器具のポジションを決定するポジション決定装置、ポジション決定方法、及びポジション決定コンピュータプログラムに関する。本発明は更に、インターベンションプロシージャを実行するインターベンションシステム、インターベンション方法、及びインターベンションコンピュータプログラムに関する。

インターベンションプロシージャにおいて、概して、Ｘ線透視システムは、患者内のインターベンション器具を示すＸ線透視画像を生成するために使用される。インターベンション器具のポジション、特に、インターベンション器具の先端のポジションは、その場合に、Ｘ線透視画像に基づき決定され、医師がインターベンション器具の決定されて示されたポジションのガイダンス下でインターベンションプロシージャを実行することを可能にするためにディスプレイ上に示される。患者内のインターベンション器具のポジションを決定するためにＸ線を印加する必要性は、患者及びインターベンションプロシージャを実行する作業者に印加される比較的高い放射線量につながる。

本発明の目的は、対象に印加される放射線量を低減可能な、対象内のインターベンション器具のポジションを決定するポジション決定装置、ポジション決定方法、及びポジション決定コンピュータプログラムを提供することである。本発明の更なる目的は、そのようなポジション決定装置を用いてインターベンションプロシージャを実行するインターベンションシステム、インターベンション方法、及びインターベンションコンピュータプログラムを提供することである。

本発明の第１の態様において、
対象内のインターベンション器具のポジションを決定するポジション決定装置であって、前記インターベンション器具は、前記対象内に挿入される第１部分と、該第１部分が前記対象内に挿入される場合に該対象の外側にある第２部分とを有する、ポジション決定装置において、
前記対象の画像データセットを供給する画像データセット供給部と、
前記インターベンション器具の前記第２部分のポジションを決定する器具ポジション供給部と、
前記対象内の前記インターベンション器具の実画像を供給する実画像供給部と、
前記対象の外の前記第２部分のポジションと、前記対象内の前記第１部分のポジションとの間の空間関係を、前記実画像及び前記第２部分のポジションに基づき決定する空間関係決定部と、
前記第２部分のポジション及び前記第１部分と前記第２部分との間の空間関係に依存して、前記供給された画像データセット内の前記第１部分のポジションを決定するポジション決定部と
を有するポジション決定装置が与えられる。

前記空間関係決定部は、前記対象の外の前記第２部分のポジションと前記対象内の前記第１部分のポジションとの間の空間関係を、前記実画像及び前記第２部分のポジションに基づき決定し、このとき、前記ポジション決定部は、前記第２部分のポジション及び前記第１部分と前記第２部分との間の空間関係に依存して、前記供給された画像データセット内の前記第１部分のポジションを決定するので、一般的に対象へ放射線量を適用することによって生成される前記実画像は、前記空間関係を決定するためのみならず、前記第１部分のポジションを決定するためにも必要とされる。よって、前記空間関係が決定されると、前記インターベンション器具は、前記対象内を移動され得、前記対象内の前記インターベンション器具のポジションは、前記対象の外の前記第２部分の実際のポジション及び前記決定された空間関係に基づき、必ずしも更なる実画像の生成を必要とせずに決定され得る。これは、放射線が対象内のインターベンション器具の実画像を取得するために使用される場合に、対象に印加される放射線量を低減することを可能にする。

前記インターベンション器具は、優先的に、ニードル又はカテーテルである。

前記画像データセットは、優先的に、コンピュータ断層撮影、磁気共鳴、超音波、単光子放出コンピュータ断層撮影、陽電子放出断層撮影等のデータセットのような、３次元画像データセットである。前記画像データセット供給部は、前記画像データセットが予め記憶される記憶部を有することができ、該記憶部から前記画像データセットは供給され得る。前記画像データセット供給部はまた、有線又は無線データ接続を介して前記画像データセットを受信するための及び該受信された画像データセットを供給するための受信部であることができる。前記画像データセット供給部はまた、夫々のイメージングモダリティ自体であることができる。

前記実画像供給部は、優先的に、前記対象内の前記インターベンション器具の実際のＸ線投影画像を取得するＸ線撮像部である。前記実画像は、優先的に、２次元のＸ線透視画像である。

当該ポジション決定装置は、優先的に、前記供給された画像データセット内の前記第１部分の前記決定されたポジションでの前記第１部分の描写を表示する表示部を更に有する。

インターベンションプロシージャにおいて、対象内のインターベンション器具の先端のポジションを知ることは、一般的に重要である。前記決定された空間関係は、従って、優先的に、前記インターベンション器具の前記第２部分における１以上のマークと前記インターベンション器具の先端との間の空間関係を提供する。前記インターベンション器具の前記第２部分における１以上のマークは、前記インターベンション器具の前記第２部分のポジションを供給するために前記器具ポジション供給部によって使用される技術に依存する。例えば、マークは、赤外線光源のような光源であることができ、このとき、前記器具ポジション供給部は、異なる方向においてそれらの光源の少なくとも２つの画像を取得し、それら少なくとも２つの画像において光源を検出し、少なくとも２つの画像における検出された光源のポジションに基づき前記第２部分のポジションを決定することができる。

前記対象は、優先的に、患者のような又は動物のような生物であり、このとき、当該ポジション決定装置は、バイオプシープロシージャ、アブレーションプロシージャ、等の間の生物内の例えばニードル又はカテーテルの先端のポジションを決定するよう適応され得る。

前記供給された画像データセット、前記第２部分の前記決定されたポジション、及び前記対象内の前記インターベンション器具の少なくとも前記第１部分の前記実画像は、優先的に、前記空間関係決定部が前記第１部分と前記第２部分との間の空間関係を決定し且つ前記ポジション決定部が前記供給された画像データセット内の前記第１部分のポジションを決定することを可能にするために、同じ基準座標系に関連付けられるか又は関連付けられ得る。

実施形態において、前記実画像は、透視撮像部である前記実画像供給部によって取得される２次元画像であり、そのポジションはまた、３次元の基準座標系に対して前記器具ポジション供給部によって又は他のポジション決定部によって決定され得、このとき、前記空間関係決定部は、前記２次元画像に基づき前記インターベンション器具の先端の２次元ポジションを決定し、該２次元ポジションを前記３次元の基準座標系内の３次元ポジションに変換する。更に、優先的に、前記器具ポジション供給部はまた、前記３次元の基準座標系に対する前記第２部分のポジションを決定し、このとき、前記空間関係決定部は、前記第１部分及び前記第２部分の決定されたポジションに依存して前記第１部分と前記第２部分との間の空間関係を決定する。

前記空間関係決定部は、前記実画像に基づき前記インターベンション器具の遠位端のポジションを決定するよう、且つ、前記対象の外の前記第２部分の、特に、前記第２部分におけるマーカのポジションと前記第１部分のポジションとの間の空間関係を、前記対象の外の前記第２部分のポジションと前記対象内の前記遠位端の決定されたポジションとの間の空間関係を決定することによって決定するよう適応されることが好ましく、このとき、前記ポジション決定部は、前記第２部分のポジション及び前記遠位端と前記第２部分との間の空間関係に依存して、前記供給された画像データセット内の前記遠位端のポジションを決定するよう適応される。特に、前記実画像供給部は、前記インターベンション器具の前記第１部分の前記遠位端を示す前記対象内の前記インターベンション器具の実際の画像を供給するよう適応され得、このとき、前記空間関係決定部は、前記実画像において前記遠位端を検出することによって、前記対象内の前記遠位端のポジションを決定するよう適応される。これは、前記対象内の前記インターベンション器具の遠位端のポジションを正確に決定することを可能にする。

前記空間関係決定部は、前記遠位端のポジションを検出するために、ユーザが前記実画像において前記遠位端のポジションを示すことを可能にするグラフィカルユーザインターフェースを提供することができ、及び／又は、前記空間関係決定部は、前記実画像において前記遠位端のポジションを検出するために、例えば閾値化に基づく既知のセグメンテーション技術を使用するよう適応され得る。

前記インターベンション器具の前記第１部分は、優先的に、長手状且つ屈曲可能である。実施形態において、それは前記対象内で既知の長さを有し、このとき、前記空間関係決定部は、前記対象内の前記インターベンションの形状、特に、屈曲を検出するよう、且つ、前記対象内の前記検出された形状及び前記対象内の前記既知の長さに依存して前記対象内の前記遠位端のポジションを決定するよう適応される。更に、前記実画像は、前記対象内の前記インターベンション器具の前記第１部分の中間範囲のみを示してよく、このとき、前記空間関係決定部は、前記中間範囲の形状を検出して前記対象内の前記中間範囲の進路を検出するよう、且つ、前記検出された進路を前記対象内の前記既知の長さの終わりへ外挿することによって前記遠位端のポジションを決定するよう適応され得る。これは、たとえ遠位端自体が前記実画像において可視的でないとしても、正確に前記対象内の前記遠位端のポジションを決定することを可能にする。

実施形態において、前記空間関係決定部は、前記対象の外の前記第２部分のポジションと前記対象内の前記第１部分のポジションとの間の空間関係を決定するために光学的形状検知プロシージャを実行するよう適応され、このとき、前記空間関係は、前記対象内の前記第１部分の形状及び前記対象の外の前記第２部分のポジションに基づき決定され、このとき、前記対象内の前記第１部分の形状は、該第１部分の決定された形状が前記実画像で示される前記第１部分の形状に対応すべきであるとの制約の下で光学的形状検知によって決定される。従って、前記実画像は、光学的形状検知プロシージャの精度を改善するために使用され得る。そのような光学的形状検知プロシージャは、国際公開第２０１１／１４１８２９（Ａ１）号で開示されているプロシージャに従って実行され得る。なお、この特許文献は、参照により本願に援用される。

優先的に、前記実画像供給部は、異なる取得方向において取得された少なくとも２つの実画像を供給するよう適応され、このとき、前記空間関係決定部は、前記供給された少なくとも２つの実画像に基づき前記対象内の前記第１部分のポジションを決定するよう適応される。これは、空間関係を決定する、従って、前記対象内の前記第１部分のポジションを決定する、精度を更に高める。

好ましい実施形態において、前記空間関係決定部は、最初に与えられている空間関係を、前記実画像で示される前記対象内の前記第１部分及び前記第２部分のポジションに基づき補正することによって、前記空間関係を決定するよう適応される。実際の空間関係を決定するための、正確に決定された初期空間関係の使用は、空間関係を決定する、従って、前記対象内の前記第１部分のポジションを決定する、精度を更に高めることができる。

前記決定された空間関係は、優先的に、前記インターベンション器具の前記第２部分における１以上のマークと前記第１部分における１以上の位置との間の空間関係を提供する。例えば、空間関係は、前記インターベンション器具の前記第２部分における１以上のマークと前記インターベンション器具の遠位端との間の空間関係であることができる。空間関係を決定するために、前記対象内の前記インターベンション器具の形状及び／又は先端のポジションは前記実画像において検出され得、このとき、このポジション及び／又は形状の情報は、前記対象の外の前記第２部分と、前記対象内の前記第１部分との間の空間関係を決定するために使用され得る。実施形態において、空間関係は、最初に、既知の基準位置に前記インターベンション器具の先端を位置付けることによって、及び前記第２部分における１以上のマークのポジションを決定することによって、与えられる。

前記器具ポジション供給部は、光学又は磁気技術のうちの少なくとも１つによって前記インターベンション器具の前記第２部分のポジションを決定するよう適応されることが更に好ましい。例えば、前記インターベンション器具の前記第２部分のポジションを決定するために、特に、前記インターベンション器具が動かされる間、前記インターベンション器具の前記第２部分を追跡するために、前記器具ポジション供給部は、国際公開第１９９９／０５６６５４（Ａ１）号で開示されている光学的トラッキング方法を使用するよう適応され得る。この特許文献は、参照により本願に援用される。特に、前記インターベンション器具の前記第２部分は、特に、前記インターベンション器具に対して知られているポジションに位置するマーカとして赤外線光源を有することができ、このとき、前記器具ポジション供給部は、赤外線光源を示す画像を生成する少なくとも２つのカメラを有し、それにより生成された画像における赤外線光源のポジションに依存して前記インターベンション器具の前記第２部分のポジションを決定することができる。

本発明の更なる態様において、
インターベンションプロシージャを実行するインターベンションシステムであって、
対象内でインターベンションプロシージャを実行するインターベンション器具と、
前記対象内の前記インターベンション器具のポジションを決定する、請求項１に記載のポジション決定装置と
を有するインターベンションシステムが与えられる。

本発明の更なる態様において、
対象内のインターベンション器具のポジションを決定するポジション決定方法であって、前記インターベンション器具は、前記対象内に挿入される第１部分と、該第１部分が前記対象内に挿入される場合に該対象の外側にある第２部分とを有する、ポジション決定方法において、
画像データセット供給部によって、前記対象の画像データセットを供給するステップと、
器具ポジション供給部によって、前記インターベンション器具の前記第２部分のポジションを決定するステップと、
実画像供給部によって前記対象内の前記インターベンション器具の実画像を供給するステップと、
空間関係決定部によって、前記対象の外の前記第２部分のポジションと、前記対象内の前記第１部分のポジションとの間の空間関係を、前記実画像及び前記第２部分のポジションに基づき決定するステップと、
ポジション決定部によって、前記第２部分のポジション及び前記第１部分と前記第２部分との間の空間関係に依存して前記供給された画像データセット内の前記第１部分のポジションを決定するステップと
を有するポジション決定方法が与えられる。

本発明の更なる態様において、
対象内のインターベンション器具のポジションを決定するポジション決定コンピュータプログラムであって、
請求項１に記載のポジション決定装置に、当該コンピュータプログラムが前記ポジション決定装置を制御するコンピュータで実行される場合に、請求項１２に記載のポジション決定方法のステップを実行させるプログラムコード手段
を有するポジション決定コンピュータプログラムが与えられる。

本発明の更なる態様において、
インターベンションプロシージャを実行するインターベンションコンピュータプログラムであって、
請求項１１に記載のインターベンションシステムに、当該コンピュータプログラムが前記インターベンションシステムを制御するコンピュータで実行される場合に、
インターベンション器具によって対象内でインターベンションプロシージャを実行するステップと、
ポジション決定装置によって、前記対象内の前記インターベンション器具のポジションを決定する、請求項１２に記載のポジション決定方法を実行するステップと
を実行させるプログラムコード手段を有するインターベンションコンピュータプログラムが与えられる。

請求項１のポジション決定装置、請求項１１のインターベンションシステム、請求項１２のポジション決定方法、請求項１３のポジション決定コンピュータプログラム、及び請求項１４のインターベンションコンピュータプログラムは、特に、従属請求項で定義されるような、同様の及び／又は同じ好ましい実施形態を有する点が理解されるべきである。

本発明の好ましい実施形態はまた、夫々の独立請求項と従属請求項との如何なる組み合わせであってもよい点が理解されるべきである。

本発明のそれら及び他の態様は、以降で記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明されるであろう。

インターベンションプロシージャを実行するインターベンションシステムの実施形態を概略的に且つ見本となるように示す。 インターベンションプロシージャを実行するインターベンション方法の実施形態を見本となるように図解するフローチャートを示す。

図１は、インターベンションプロシージャを実行するインターベンションシステム２０の実施形態を概略的に且つ見本となるように示す。インターベンションシステム２０は、台５の上に置かれている患者４内でインターベンションプロシージャを実行するための、本実施形態ではニードルであるインターベンション器具１を有する。インターベンションシステム２０は、患者４内のインターベンション器具１のポジションを決定するポジション決定装置６を更に有する。インターベンション器具１は、患者４に挿入される第１部分２と、第１部分２が患者４に挿入される場合に患者４の外にある第２部分３とを有する。

ポジション決定装置６は、患者４の内部の画像データセットを供給する画像データセット供給部７と、インターベンション器具１の第２部分３のポジションを決定する器具ポジション供給部８，９，１０と、患者４内のインターベンション器具１の実画像を供給する実画像供給部１１とを有する。ポジション決定装置６は、患者４の外の第２部分３のポジションと患者４内の第１部分２との間の空間関係を実画像及び第２部分３のポジションに基づき決定する空間関係決定部１５と、第２部分３のポジション及び第１部分２と第２部分３との間の空間関係に依存して、供給された画像データセット内の第１部分２のポジションを決定するポジション決定部１６とを更に有する。

実画像供給部１１は、インターベンションプロシージャの間、患者４内のインターベンション器具１の実際のＸ線投影画像を取得するＸ線撮像部である。この実施形態では、実画像供給部１１は、患者４内のインターベンション器具１の実画像を供給する２次元Ｘ線透視画像を取得するＣアーム型Ｘ線透視システムである。それは、インターベンション器具１が配置されている患者４内の部位に向けられるＸ線２１を生成するＸ線源１２を有する。生成されたＸ線２１は患者４を横断し、横断したＸ線２２はＸ線検出部１３によって検出される。Ｘ線源１２及びＸ線検出部１３は、実画像供給部１１が所望の方向において患者４内の所望の部位を示す実画像を供給することを可能にするために、それらが患者４に対して移動、特に、回転され得るように、Ｃアーム上に取り付けられる。Ｘ線源１２及びＸ線検出部１３は、透視制御部１４によって制御される。

画像データセットは、この実施形態では、３次元のコンピュータ断層撮影画像データセットである３次元画像データセットである。他の実施形態では、画像データセットは、２次元画像データセットであることもできる。更に、画像データセットは、磁気共鳴、超音波、単光子放出コンピュータ断層撮影、陽電子放出断層撮影等の画像データセットのような、他のイメージングモダリティの画像データセットであることができる。画像データセット供給部７は、画像データセットが予め記憶される記憶部を有することができ、該記憶部から画像データセットは供給され得る。画像データセット供給部７はまた、有線又は無線データ接続を介して画像データセットを受信するための及びそのようにして受信された画像データセットを供給するための受信部であることができる。更に、他の実施形態では、画像データセット供給部はまた、夫々のイメージングモダリティ自体であることができる。この実施形態では、実画像供給部１１は、異なる方向において患者４の投影画像を取得するよう、且つ、インターベンションプロシージャを実行する前に投影データに基づき、記憶部に記憶される供給された画像データセットとしてコンピュータ断層撮影画像を再構成するよう適応される。なお、画像データセットは、コンピュータ断層撮影システムによっても生成され得る。

器具ポジション供給部は、光学的にインターベンション器具１の第２部分３のポジションを決定するよう適応される。器具ポジション供給部は、インターベンション器具１の第２部分３に取り付けられたマーカ２３の画像を取得する２つのカメラ８，９を有する。マーカ２３は、カメラ８，９へ光学的放射を能動的に送信しない受動マーカであることができ、あるいは、それらは、能動マーカ、すなわち、カメラ８，９へ放射線を送信する光源であることができる。例えば、マーカ２３は、赤外線光源であることができ、カメラ８，９は、赤外線光源２３を示す赤外線画像を取得する赤外線カメラであることができる。カメラ８，９によって取得された画像は、インターベンション器具１の第２部分３の、特に、第２部分３におけるマーカ２３のポジションを、取得された画像におけるマーカ２３のポジションに基づき決定するために、器具ポジション決定部１０へ供給される。必要に応じて、次いで、第２部分３全体のポジションが、インターベンション器具１の第２部分３に対するマーカ２３の既知の実際のポジションと、マーカ２３の決定されたポジションとに基づき、決定され得る。カメラ８，９によって取得された画像に基づき第２部分３のポジションを決定するために、国際公開第１９９９／０５６６５４（Ａ１）号において開示されるトラッキングアルゴリズムのような、既知のトラッキングアルゴリズムが使用され得る。なお、当該特許文献は、参照により本願に援用される。また、他の既知の光学的又は非光学的、例えば、磁気によるトラッキング技術が、患者４の外のインターベンション器具１の第２部分３のポジションを決定するために使用され得る。

この実施形態では、空間関係決定部１５は、実画像に基づきインターベンション器具１の遠位端１７のポジションを決定するよう、且つ、患者４の外の第２部分３のポジションと第１部分２のポジションとの間の空間関係を、第２部分３のポジションの、特に、患者４の外の第２部分３のマーカ２３のポジションと、患者４内の遠位端１７の決定されたポジションとの間の空間関係を決定することによって決定するよう適応され、このとき、ポジション決定部１６は、第２部分３のポジション及び遠位端１７と第２部分３との間の空間関係に依存して、供給された画像データセット内の遠位端１７のポジションを決定するよう適応される。特に、実画像供給部１１は、インターベンション器具１の第１部分２の遠位端１７を示す患者４内のインターベンション器具の実画像を供給するよう適応され、このとき、空間関係決定部１５は、実画像において遠位端１７を検出することによって、対象４内の遠位端１７のポジションを決定するよう適応される。空間関係決定部１５は、遠位端１７のポジションを検出するために、ユーザが実画像において遠位端１７のポジションを示すことを可能にするグラフィカルユーザインターフェースを提供することができ、及び／又は、空間関係決定部１５は、実画像において遠位端１７のポジションを検出するために、例えば、閾値化に基づく既知のセグメンテーション技術を使用するよう適応され得る。

空間関係の決定は、実画像において示される患者４内の第１部分２と、第２部分３のポジションとに基づき、最初に与えられている空間関係を補正することによって実行され得る。初期空間関係を決定するために、インターベンション器具１の遠位端１７は、インターベンションプロシージャが実行される前に患者４の外にある既知の位置に位置付けられ得、一方、第２部分３の、特に、マーカ２３のポジションは、器具ポジション供給部８，９，１０によって決定される。このように、初期空間関係は較正プロシージャによって提供され得、このとき、遠位端１７は既知の基準点に配置される。

特に、インターベンション器具１の第２部分３の決定されたポジション及び最初に与えられている空間関係に基づき、患者４内の遠位端１７の補正されていないポジションは、インターベンションプロシージャの間に決定され得る。投影面は、この補正されていないポジションを含み、且つ、Ｘ線源１２及びＸ線検出器１３を接続する透視システム１１の軸に垂直であるように、定義され得る。この投影面において、実画像における、すなわち、透視画像における遠位端１７の実際のポジションは、実質的に投影され得、その上で、補正されていない遠位端ポジションと実際の遠位端ポジションとの間のオフセットが決定され得る。このオフセットは、空間関係を補正して、患者４の外の第２部分３のポジションと対象４内の第１部分２のポジションとの間の実際の空間関係を決定するために、遠位端と第２部分との間、特に、遠位端と第２部分におけるマーカとの間の初期空間関係へ加えられ得る。

カメラ８，９は、器具ポジション供給部８，９，１０及び実画像供給部１１が互いに対してレジストレーションされるようにＸ線検出器１３に堅固に取り付けられる。すなわち、第１及び第２の部分の、特に、第２部分におけるマーカ及び遠位端の関連のポジションは、検出及び決定プロシージャが実行され得る同じ基準座標系に対して知られる。代替的に、又は追加的に、カメラは、Ｘ線源１２及びＸ線検出器１３を保持するＣアームに堅固に取り付けられ得る。他の実施形態において、器具ポジション供給部及び実画像供給部が互いに堅固に取り付けられていない場合は、それらは他の手段によってレジストレーションされ得る。例えば、器具ポジション供給部はまた、実画像供給部及び器具ポジション供給部を互いに対してレジストレーションするために、実画像供給部の、特に、透視システム１１のポジションを決定するよう適応され得る。実画像供給部のポジションを決定するために、実画像供給部は、器具ポジション供給部によって検出可能なマーカを有することができる。

供給された画像データセットは、器具ポジション供給部及び実画像供給部によって供給されるポジション及び画像に対してレジストレーションされる。このレジストレーションは、例えば、実画像供給部１１が１以上の実画像を供給するためのみならず、画像データセット、すなわち、本実施形態では、Ｘ線コンピュータ断層撮影画像データセットを再構成するために使用される投影データを供給するためにも使用される場合に、自動的に達成され得る。代替的に、又は追加的に、他のレジストレーション技術が、患者４の内部の画像データセットを、器具ポジション供給部及び実画像供給部によって供給されるポジション及び画像とレジストレーションするために使用され得る。例えば、実画像及び画像データセットにおいて可視的である特徴は、実画像及び画像データセットを互いに対してレジストレーションするために使用され得る。

ポジション決定装置６は、供給された画像データセット内の、すなわち、本実施形態では、３次元のコンピュータ断層撮影画像データセット内の決定されたポジションでの第１部分２の、特に、遠位端１７の描写を表示する表示部１９を更に有する。

透視システム１１は、異なる取得方向において取得された２以上の実画像、すなわち、２以上の２次元Ｘ線透視画像を供給することができ、このとき、空間関係決定部１５は、供給された少なくとも２つの実画像に基づき患者４内の第１部分２のポジション、特に、遠位端１７のポジションを決定するよう適応され得る。

インターベンション器具１の第１部分２は、優先的に、長手状の屈曲可能部分である。実施形態において、患者４内のインターベンション器具１の部分の長さは知られており、実画像はインターベンション器具１の遠位端１７を示さない。患者４内のインターベンション器具１の長さは、例えば、患者４のまさに外にあり且つ患者４内の夫々の長さが割り当てられているマーカから認知可能であり、あるいは、患者４の外のインターベンション器具１の長さが決定され、インターベンション器具１の全長から減じられ得る。この実施形態では、空間関係決定部１５は、患者４内のインターベンション器具１の形状、特に、屈曲を検出するよう、且つ、患者４内の検出された形状及び患者４内の既知の長さに依存して患者４内の遠位端１７のポジションを決定するよう適応され得る。実画像は、患者４内のインターベンション器具１の第１部分２の中間範囲のみを示してよく、このとき、空間関係決定部１５は、中間範囲の形状を検出して、患者４内の中間範囲の進路を検出するよう、且つ、検出された進路を患者４内の既知の長さの終わりへ外挿することによって遠位端１７のポジションを決定するよう適応されてよい。

更なる実施形態において、空間関係決定部１５は、患者４の外の第２部分３のポジションと患者４内の第１部分２との間の空間関係を決定するために光学的形状検知プロシージャを実行するよう適応され得、このとき、空間関係は、患者４内の第１部分２の形状及び患者４の外の第２部分３のポジションに基づき決定され、このとき、患者４内の第１部分２の形状は、第１部分２の決定された形状が実画像で示される第１部分２の形状に対応すべきであるとの制約の下で光学的形状検知によって決定される。特に、光学的形状検知によって決定された第１部分２の形状は、Ｘ線検出部１３の２次元検出面上に実質的に投影され得、このとき、光学的形状検知プロシージャは、投影された形状が実画像において検出される第１部分の形状と同じようであるように、患者４内の第１部分２の形状を決定することができる。光学的形状検知プロシージャを実行するために、インターベンション器具は、光ファイバを有することができ、インターベンション器具は、空間関係決定部が患者内のインターベンション器具の第１部分の形状を決定することを可能にするために、任意の光接続１８を介して空間関係決定部と接続される。既知の光学的形状検知技術は、光ファイバ歪の測定に基づく３次元ファイバ形状の逐次再構成に基づく。この既知の光学的形状検知プロシージャのより詳細な記載のために、例えば、参照により本願に援用される国際公開第２０１１／１４１８２９（Ａ１）号が参照される。

下記で、インターベンションプロシージャを実行するためのインターベンション方法の実施形態が、図２に示されるフローチャートを参照して実例として記載される。

ステップ１０１で、患者の内部の画像データセットが、画像データセット供給部７によって供給される。特に、患者４の３次元コンピュータ断層撮影画像が供給される。ステップ１０２で、患者４内のインターベンションプロシージャが、インターベンション器具１を用いることによって実行される。例えば、ニードルが患者４に挿入される。次いで、ステップ１０３で、インターベンション器具の第２部分のポジションが、器具ポジション供給部８，９，１０によって決定され、ステップ１０４で、患者４内のインターベンション器具の実画像が、実画像供給部１１によって供給される。ステップ１０５で、患者の外の第２部分のポジションと患者内の第１部分との間の空間関係が、空間関係決定部１５によって、実画像及び第２部分のポジションに基づき決定される。ステップ１０６で、供給された画像データセット内の第１部分のポジションが、ポジション決定部１６によって、第２部分のポジション、及び第１部分と第２部分との間の空間関係に依存して、決定される。このとき、ステップ１０７で、表示部１９は、第１部分の決定されたポジションとともに、供給された画像データセットを表示する。

他の実施形態では、それらのステップは他の順序で実行され得る。例えば、インターベンション器具の第２部分のポジションは、実画像の供給後に決定され得、あるいは、それらの決定及び供給動作は、同時に実行され得る。更に、ステップ１０５及び１０６も同時に実行され得る。例えば、空間関係は、最初に与えられている空間関係に基づき決定された患者内の第１部分の補正されていない決定されたポジションを補正することによって、決定され得る。このとき、実画像で示される第１部分の実際のポジションに基づき、第１部分の決定されたポジションは補正され、それにより、空間関係及び患者内の第１部分のポジションを同時に補正して決定することができる。インターベンションプロシージャが続く場合、例えば、インターベンション器具が更に患者内を動かされる場合、第１部分の、特に、インターベンション器具の遠位端の、実際のポジションは、必ずしも更なる実画像を必要とせずに、特に、更なるＸ線透視画像を必要とせずに、補正された空間関係及び第２部分の実際のポジションに基づき決定され得る。

ステップ１０２乃至１０７は、対象内のインターベンション器具のポジションを決定するためのポジション決定方法のステップであると見なされ得る。

人体における最小限侵襲的なプロシージャの間のインターベンション装置トラッキング、すなわち、インターベンション器具トラッキングは、診断又は治療のために正確な位置に的確に到達することができるために重要である。インターベンション装置をトラッキングする方法は、Ｘ線ガイダンスを用いることによる。トラッキングはＸ線ガイダンスにより実行され得るが、欠点は、患者及び医師の両者へ印加されるＸ線量である。このＸ線量を減らすために、光学的ガイダンスが、例えば、国際公開第１９９９／０５６６５４（Ａ１）号において開示されるように、Ｘ線装置の検出器に取り付けられた複数台のカメラに基づき導入されてきた。この光学的ガイダンスは、患者の外のインターベンション装置の３次元画像と、患者の３次元画像とに基づき、Ｘ線量によらない器具トラッキングを可能にする。この光学的技術の欠点は、体内が見られず、従って、装置のトラッキングが体外で見えるものに基づく点である。この既知の光学的ガイダンス方法より生じる問題は、インターベンション装置が変形している時、例えば、挿入中のニードルの屈曲であり、光学的ガイダンス方法は正確でなくなる。

図１を参照して上述されたポジション決定装置は、光学的にトラッキングされる場合に、必要とされるＸ線量を最小限としながら、インターベンション装置の遠位端の定位を改善することができる。ポジション決定装置は、国際公開第１９９９／０５６６５４（Ａ１）号において記載される光学的マーカによるインターベンション器具トラッキングを実行することによるインターベンション器具の先端の不正確な定位の先行技術の問題を解決することができ、インターベンション器具の挿入の間、少なくとも１つの実画像、すなわち、少なくとも１つの２次元Ｘ線透視画像が撮られ、この画像から、インターベンション器具の屈曲、又はインターベンション器具の先端の実際のポジションが推測され、屈曲、又は先端の実際のポジションは、体内のインターベンション器具の先端の予測を補正するために光学的トラッキングにおいて使用される。インターベンション器具の更なる挿入の間、前の検出された屈曲から外れる屈曲、又は予測された先端ポジションとは異なる先端ポジションをもたらす屈曲が予期される場合に、医師は、より正確な光学的ガイダンスを得るために、インターベンション器具の変形を決定するか又は正確な先端ポジションを決定する追加的な更新を実行することができる。よって、実画像に基づき、患者の外にあるインターベンション器具の外側部分、特に、インターベンション器具のこの外側部分におけるマーカと、患者内の先端との間の空間関係は補正され得、次いで、光学的ガイダンスは、この補正された空間関係に基づいて、光学的ガイダンスの精度を改善することができる。インターベンション器具の変形及び／又は患者内の先端のポジションを決定するために、優先的に、２つの透視画像が異なる角度で撮られる。

インターベンションシステムは、優先的に光学的ガイダンスシステムである器具ポジション供給部と、優先的に透視システムである実画像供給部と、例えば、コンピュータ断層撮影システム、磁気共鳴撮像システム、又は陽電子放出撮影及びコンピュータ断層撮影の複合システムからの３次元画像データセットである画像データセットとをコレジストレーションするよう適応され得る。インターベンション器具が患者に挿入されるべき軌道、及び／又は、インターベンション器具がナビゲーションされるべき関心のある位置は、供給された画像データセットにおいて決定され得る。特に、ユーザは、例えば、グラフィカルユーザインターフェースと、キーボード又はマウスのような入力手段とを用いることによって、表示部１９に示され得る画像データセットにおいて軌道及び／又は関心のある位置を示すことができる。インターベンションシステムはまた、自動的に軌道及び／又は関心のある位置を決定する軌道及び／又は関心位置決定部を有することができる。その場合に、ユーザは、優先的に光学的ガイダンスシステムである器具ポジション供給部を用いることによって、決定された軌道に沿って及び／又は関心のある位置に向かってインターベンション器具を導くことができ、このとき、患者内のインターベンション器具のポジションの決定は、体外のインターベンション器具の可視的な第２部分に基づく。次いで、優先的に、部分的に挿入されているインターベンション器具の透視画像である実画像が取得され得、体内の第１部分の屈曲及び／又は体内の遠位端のポジションを決定するために使用され得る。屈曲情報及び／又はインターベンション器具の遠位端の実際のポジションに関する情報は、次いで、インターベンション器具の光学的ガイダンスを補正するために使用され得る。体内の所望の位置へのインターベンション器具の更なるガイダンスは、次いで、インターベンション器具の可視的な外側の第２部分とインターベンション器具の内部の第１部分との間の補正された空間関係を使用する補正された光学的ガイダンスシステムに基づき実行され得る。

インターベンション器具は、既知の基準点に対してインターベンション器具の先端を置くことによって、及び基準点に対するインターベンション器具の第２部分におけるマーカの位置を測定することによって、優先的に光学的トラッキングシステムである器具ポジション供給部とレジストレーションされ得る。使用中のインターベンション器具の変形又は屈曲により、先端位置は、既知のインターベンションシステムにおいてトラッキングが不正確であり得るように、較正されたポジションとは異なることがある。しかし、図１を参照して上述されたインターベンションシステムを用いることによって、患者内の先端のポジションは、たとえインターベンション器具が変形又は屈曲されるとしても、正確に決定され得る。

特に、インターベンション器具が医師によって、インターベンション器具の先端を既知の基準点に置くことによって較正された後、患者内の標的位置は決定され得る。次いで、インターベンション器具は、部分的に患者内に挿入され得る。このとき、インターベンション器具の先端のポジションは、インターベンション器具の外側の第２部分の決定されたポジション、及びポジション決定装置の較正によって決定される、患者の外の第２部分、特に、患者の外の第２部分のマーカと、インターベンション器具の先端との間の初期空間関係に基づき、決定され得る。次いで、実画像、すなわち、優先的に、透視画像が取得され得る。このとき、透視画像は、インターベンション器具の先端を示す。実画像におけるインターベンション器具の先端の２次元位置は、手動により又はコンピュータビジョンアルゴリズムによって自動的に決定され得、実画像供給部、特に透視システムの姿勢及びトラッキングされたインターベンション器具の姿勢を組み合わせることによって、３次元基準座標系へ変換され得る。両者の姿勢は、器具ポジション供給部によって、特に、光学的トラッキングシステムによって、及び／又はポジションエンコーダによって、供給され得る。次いで、インターベンション器具の較正、すなわち、インターベンション器具の第２部分のマーカに対するインターベンション器具の先端の位置を定義する空間関係が、実画像供給部の軸に垂直な先端位置を調整することによって、すなわち、画像平面内又は該画像平面に平行な先端位置を調整することによって、更新され得る。必要に応じて、異なる角度からの、特に、第１の実画像の角度方向に垂直である角度方向からの少なくとも１つの更なる実画像は、先端位置の完全な３次元補正を提供するために使用され得る。次いで、医師は、更新された器具較正を用いることによって、すなわち、インターベンション器具の第２部分におけるマーカとインターベンション器具の先端との間の更新された空間関係を用いることによって、ポジション決定装置のガイダンス下で、特に、光学的ガイダンス下で、インターベンションプロシージャを続けることができる。このように、医師が患者内のインターベンション器具をナビゲーションする間、表示部は、優先的に３次元のコンピュータ断層撮影画像データセットである供給された３次元画像データセットにおいて患者内のインターベンション器具の先端の決定されたポジションを示すことができ、このとき、患者内の先端のポジションの決定は、補正された空間関係に基づく。実画像の取得、実画像に基づく空間関係の補正、及び、よって、患者内の決定された先端ポジションの補正は、望まれるように繰り返され得る。

第２部分、特に、第２部分のマーカと、インターベンション器具の先端との間の初期空間関係を決定するための初期較正プロシージャを実行することに代えて、ポジション決定方法及びインターベンション方法は、そのような初期較正なしで実行されてよい。例えば、インターベンション器具がニードルのような長手状の器具である場合は、ポジション決定部は、最初に、器具ポジション供給部によって決定された方向における患者の外のインターベンション器具の第２部分の伸長として決定される線によって定義されるおおよその先端位置を決定することができる。インターベンション器具は部分的に患者内に挿入されてよく、一方、表示部は、患者の内部を示す供給された画像データセット内で、おおよその先端位置、すなわち、対応する線を示してよい。医師は、インターベンション器具において標的深さをマークし、標的が到達されるよりかなり前に挿入を止めることができる。

患者内のインターベンション器具の長さが知られていない場合は、患者内のインターベンション器具の実画像を用いずに、ポジション決定部は、インターベンション器具の先端の正確な位置を決定せず、伸長線によって定義されるおおよその先端位置しか決定することができない。しかし、空間関係決定部は、インターベンション器具の先端とインターベンション器具の第２部分におけるマーカとの間の空間関係を、インターベンション器具の第２部分の、特に、第２部分におけるマーカの決定されたポジションと、インターベンション器具の先端を示す実画像とに基づき決定することができる。次いで、医師の更なるガイダンスは、その決定された空間関係に基づくことができる。すなわち、ポジション決定部は、インターベンション器具の第２部分のポジション及びインターベンション器具の先端と第２部分との間の空間関係に依存して、供給された画像データセット内で先端のポジションを決定することができ、このとき、画像データセット内の先端の決定されたポジションは、医師が表示部に示されている患者内の先端の実際のポジションに基づきインターベンション器具をナビゲーションすることを可能にするために、表示部に示され得る。

ポジション決定装置へのアドオンとして、器具の変形の外挿が実行され得る。非対称な先端を有するニードルのような幾つかのインターベンション器具は、一方向へ流れる（ドリフトする）傾向がある。少なくとも１つの実画像から、ニードルの湾曲が抽出され、ドリフトの量及び方向を予測するために使用され得る。ニードルが挿入されると、予測される先端位置は、ドリフト及び挿入長さの関数として更新され得る。予測される先端位置を更新することによって、インターベンション器具の先端とインターベンション器具の第２部分との間の空間関係は更新され、更新された空間関係は、インターベンション器具の先端のポジションを決定するために使用され得、一方、インターベンション器具は、所望の位置へ更にナビゲーションされる。

インターベンションシステムは、インターベンション器具の第１部分の決定されたポジションが計画された軌道から外れる場合に警告を供給する警報部を有することができる。

上記の実施形態において、器具ポジション供給部は２つのカメラを用いる光学的トラッキングシステムを有するが、他の実施形態において、器具ポジション供給部は、上記の光学的形状検知システム、電磁気式トラッキングシステム、多関節アーム、無線周波数式トラッキングシステム等のような他の光学的又は非光学的トラッキングシステムを更に有することができる。

インターベンションシステム及びポジション決定装置は、ニードルバイオプシー、無線周波数アブレーション等のような、Ｘ線による装置トラッキングを必要とする最小限侵襲的なプロシージャの間に使用され得る。

開示される実施形態に対する他の変形例は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解され達成され得る。

特許請求の範囲において、語「有する（comprising）」は、他の要素又はステップを除外せず、単称（a又はan）は、複数個を除外しない。

単一のユニット又は装置は、特許請求の範囲において挙げられている複数の項目の機能を満たしてよい。ある手段が相互に異なる従属請求項において挙げられている単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すわけではない。

空間関係の決定及び対象内の第１部分のポジションの決定のような、１以上のユニット又は装置による決定は、如何なる他の数のユニット又は装置によっても実行され得る。例えば、ステップ１０５及び１０６は、単一のユニットによって、又は如何なる他の数の異なるユニットによっても、実行され得る。インターベンション方法に従うインターベンションシステムの決定及び／又は制御、及び／又はポジション決定方法に従うポジション決定装置の制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として、及び／又は専用のハードウェアとして実施され得る。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその部分として供給される光学記憶媒体又は固体状態媒体のような適切な媒体において記憶／分配されてよいが、他の形態においても、例えば、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介して分配されてよい。

特許請求の範囲における如何なる参照符号も、適用範囲を制限するよう解釈されるべきではない。

本発明は、対象内のインターベンション器具のポジションを決定するポジション決定装置に関する。対象の外のインターベンション器具の大部分のポジションと対象内のインターベンション器具の第１部分のポジションとの間の空間関係は、優先的にＸ線画像である対象内のインターベンション器具の実画像と、第２部分の供給されたポジションとに基づき、決定される。空間関係が決定されると、対象内のインターベンション器具のポジションが決定され得、一方、インターベンション器具は、決定された空間関係及び決定された第２部分の実際のポジションに基づき、必ずしも更なる実画像を取得せずに、対象内を動かされる。これは、Ｘ線が実画像を取得するために使用される場合に、放射線量の低減を可能にすることができる。

Claims (14)

1. 対象内のインターベンション器具のポジションを決定するポジション決定装置であって、前記インターベンション器具は、前記対象内に挿入される第１部分と、該第１部分が前記対象内に挿入される場合に該対象の外側にある第２部分とを有する、ポジション決定装置において、
   前記対象の画像データセットを供給する画像データセット供給部と、
   前記インターベンション器具の前記第２部分のポジションを決定する器具ポジション供給部と、
   前記対象内の前記インターベンション器具の実画像を供給する実画像供給部と、
   前記対象の外の前記第２部分のポジションと、前記対象内の前記第１部分のポジションとの間の空間関係を、前記実画像及び前記第２部分のポジションに基づき決定する空間関係決定部と、
   前記第２部分のポジション及び前記第１部分と前記第２部分との間の空間関係に依存して、前記供給された画像データセット内の前記第１部分のポジションを決定するポジション決定部と
   を有するポジション決定装置。
2. 前記空間関係決定部は、前記実画像に基づき前記インターベンション器具の遠位端のポジションを決定するよう、且つ、前記対象の外の前記第２部分のポジションと前記対象内の前記遠位端の決定されたポジションとの間の空間関係を決定することによって前記対象の外の前記第２部分のポジションと前記第１部分のポジションとの間の空間関係を決定するよう適応され、
   前記ポジション決定部は、前記第２部分のポジション及び前記遠位端と前記第２部分との間の空間関係に依存して、前記供給された画像データセット内の前記遠位端のポジションを決定するよう適応される、
   請求項１に記載のポジション決定装置。
3. 前記実画像供給部は、前記インターベンション器具の前記第１部分の前記遠位端を示す前記対象内の前記インターベンション器具の実際の画像を供給するよう適応され、
   前記空間関係決定部は、前記実画像において前記遠位端を検出することによって、前記対象内の前記遠位端のポジションを決定するよう適応される、
   請求項２に記載のポジション決定装置。
4. 前記インターベンション器具の前記第１部分は、前記対象内で既知の長さを有する長手状屈曲可能部分であり、
   前記空間関係決定部は、前記対象内の前記インターベンション器具の形状を検出するよう、且つ、前記対象内の前記検出された形状及び前記対象内の前記既知の長さに依存して前記対象内の前記遠位端のポジションを決定するよう適応される、
   請求項２に記載のポジション決定装置。
5. 前記実画像は、前記対象内の前記インターベンション器具の前記第１部分の中間範囲を示し、
   前記空間関係決定部は、前記中間範囲の形状を検出して前記対象内の前記中間範囲の進路を検出するよう、且つ、前記検出された進路を前記対象内の前記既知の長さの終わりへ外挿することによって前記遠位端のポジションを決定するよう適応される、
   請求項４に記載のポジション決定装置。
6. 前記空間関係決定部は、前記対象の外の前記第２部分のポジションと前記対象内の前記第１部分のポジションとの間の空間関係を決定するために光学的形状検知プロシージャを実行するよう適応され、
   前記空間関係は、前記対象内の前記第１部分の形状及び前記対象の外の前記第２部分のポジションに基づき決定され、
   前記対象内の前記第１部分の形状は、該第１部分の決定された形状が前記実画像で示される前記第１部分の形状に対応すべきであるとの制約の下で光学的形状検知によって決定される、
   請求項１に記載のポジション決定装置。
7. 前記実画像供給部は、異なる取得方向において取得された少なくとも２つの実画像を供給するよう適応され、
   前記空間関係決定部は、前記供給された少なくとも２つの実画像に基づき前記対象内の前記第１部分のポジションを決定するよう適応される、
   請求項１に記載のポジション決定装置。
8. 前記空間関係決定部は、最初に与えられている空間関係を、前記実画像で示される前記対象内の前記第１部分及び前記第２部分のポジションに基づき補正することによって、前記空間関係を決定するよう適応される、
   請求項１に記載のポジション決定装置。
9. 前記器具ポジション供給部は、光学又は磁気技術のうちの少なくとも１つによって前記インターベンション器具の前記第２部分のポジションを決定するよう適応される、
   請求項１に記載のポジション決定装置。
10. 前記供給された画像データセット内の前記第１部分の前記決定されたポジションでの前記第１部分の描写を表示する表示部
    を更に有する請求項１に記載のポジション決定装置。
11. インターベンションプロシージャを実行するインターベンションシステムであって、
    対象内でインターベンションプロシージャを実行するインターベンション器具と、
    前記対象内の前記インターベンション器具のポジションを決定する、請求項１に記載のポジション決定装置と
    を有するインターベンションシステム。
12. 対象内のインターベンション器具のポジションを決定するポジション決定装置の作動方法であって、前記インターベンション器具は、前記対象内に挿入される第１部分と、該第１部分が前記対象内に挿入される場合に該対象の外側にある第２部分とを有する、前記ポジション決定装置の作動方法において、
    画像データセット供給部によって、前記対象の画像データセットを供給するステップと、
    器具ポジション供給部によって、前記インターベンション器具の前記第２部分のポジションを決定するステップと、
    実画像供給部によって前記対象内の前記インターベンション器具の実画像を供給するステップと、
    空間関係決定部によって、前記対象の外の前記第２部分のポジションと、前記対象内の前記第１部分のポジションとの間の空間関係を、前記実画像及び前記第２部分のポジションに基づき決定するステップと、
    ポジション決定部によって、前記第２部分のポジション及び前記第１部分と前記第２部分との間の空間関係に依存して前記供給された画像データセット内の前記第１部分のポジションを決定するステップと
    を有するポジション決定装置の作動方法。
13. 対象内のインターベンション器具のポジションを決定するポジション決定コンピュータプログラムであって、
    請求項１に記載のポジション決定装置に、当該コンピュータプログラムが前記ポジション決定装置を制御するコンピュータで実行される場合に、請求項１２に記載の作動方法のステップを実行させるプログラムコード手段
    を有するポジション決定コンピュータプログラム。
14. インターベンションプロシージャを実行するインターベンションコンピュータプログラムであって、
    請求項１１に記載のインターベンションシステムに、当該コンピュータプログラムが前記インターベンションシステムを制御するコンピュータで実行される場合に、
    インターベンション器具によって対象内でインターベンションプロシージャを実行するステップと、
    ポジション決定装置によって、前記対象内の前記インターベンション器具のポジションを決定する、請求項１２に記載の作動方法を実行するステップと
    を実行させるプログラムコード手段を有するインターベンションコンピュータプログラム。

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