JP6134080B1

JP6134080B1 - 砕石術中の破片の位置

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Publication number: JP6134080B1
Application number: JP2016566214A
Authority: JP
Inventors: スチュアート・ウルフ
Original assignee: ジャイラス・エーシーエムアイ・インコーポレーテッド
Priority date: 2014-05-04
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2035-04-20
Also published as: US9750393B2; JP2017515561A; CN106455941A; EP3139844B1; CN106455941B; EP3139844A1; US20150313444A1; WO2015171289A1; US9254075B2; US20160051125A1

Abstract

医療装置が、体内腔（１２）内で結石（３０）を１つ又は複数の破片（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）に破砕するように構成された砕石デバイス（４６）と、体内腔内の撮像画像（３２）を取得するように構成された内視鏡（２６）と、を備える。医療装置は、撮像画像を処理して、モニター（２４）に表示するための処理済み画像を作り出すように構成され、且つ、結石及び１つ又は複数の破片のうちの少なくとも１つの動きの軌跡（１７８，１８２，１８６，１９０）を処理して表示するように構成された画像プロセッサ（１６）をさらに備える。

Description

本発明は、概して、医療処置の砕石術に関するものであり、具体的には、処置中に生じた破片を特徴付けることに関する。

砕石医療処置は、典型的には、膀胱などの体内腔の中で、結石がもはや内腔の働きに悪影響を及ぼさなくするように、結石やその他の硬化した塊を粉々に砕くことによって行われる。この処置は、本質的に、砕かれた結石の破片を作り出し、処置が成功すると、破片が十分に小さくなり、それによって、内腔の働きがもはや悪影響を受けなくなる。

Ｃａｉｎらの米国特許出願公開第２０１１／００５４３６３号は、患者内の尿路結石を分画するために砕石術治療を患者に行うデバイスを説明しており、この文献の開示は参照によって本書に援用される。このデバイスは、尿路結石を目標に設定して追跡すると主張されている。

Ｂａｉｌｅｙらの国際公開第２０１１／１３３９２２号は、結石を超音波によって検出するための方法を説明しており、この方法では、結石からの超音波反射が、優先的に選択されて血液や組織からの超音波反射に対して強調されており、この文献の開示は参照によって本書に援用される。また、その開示は、リアルタイムで結石が押されるとそれを表示することを説明している。

相田聡らの特開平０５−０７６５３９号は、圧電素子を使用する結石破砕デバイスを説明しており、この文献の開示は参照によって本書に援用される。このデバイスは、副作用を低減させるために結石だけに正確に照射すると主張している。

Ｍｏｄｅｌｌらの米国特許出願公開第２０１１／００７４９４３号は、デバイスの電磁エネルギー放出パルス周波数よりも大きいフレーム周波数で複数のフレームを発生させるように構成された撮像装置を説明しており、この文献の開示は参照によって本書に援用される。この開示において、撮像システムは、結石を見つけて、結石が位置する箇所に向けられるように治療目標を適切に定めるのに使用されることができると主張されている。

Ｃｈｉａらの国際公開第２０１３／１５４７０８号は、標的の腎臓や膀胱の結石を細分化するための外科用レーザシステムを説明しており、この文献の開示は参照によって本書に援用される。このシステムは、ビームコンバイナに光学的に結合されるレーザプローブを有しており、このレーザプローブは、組み合わされたレーザパルス列を出力するように構成されている。

本特許出願において参照によって援用された文献は、本願の一部分と考えられるべきであるが、ただし、これらの援用された文献において、任意の用語が、本明細書において明示的に又は暗に行われた定義と矛盾するようにして定義されている場合には、本明細書における定義が考慮されるべきである。

米国特許出願公開第２０１１／００５４３６３号明細書国際公開第２０１１／１３３９２２号特開平０５−０７６５３９号公報米国特許出願公開第２０１１／００７４９４３号明細書国際公開第２０１３／１５４７０８号

本発明の実施形態は、
体内腔内で結石を１つ又は複数の破片に破砕するように構成された砕石デバイスと、
体内腔内の撮像画像を取得するように構成された内視鏡と、
画像プロセッサと
から成る医療装置を提供しており、
前記画像プロセッサは、
撮像画像を処理して、モニターに表示するための処理済み画像を作り出すように構成され、且つ、
結石及び１つ又は複数の破片のうちの少なくとも１つの動きの軌跡を処理して表示するように構成されている。

典型的には、砕石デバイスは、結石を破砕するように構成されたレーザを備える。

開示された実施形態において、処理済み画像は、所定の破片の最終的な位置の画像を含み、画像プロセッサは、最終的な位置の表示を処理済み画像上に提供するように構成されている。

典型的には、画像プロセッサは、結石及び１つ又は複数の破片のうちの少なくとも１つの最終的な位置が内視鏡の視野の外にある場合に、最終的な位置の方向の表示を提供するように構成されている。

更なる開示された実施形態では、画像プロセッサは、結石の寸法、及び１つ又は複数の破片の対応する寸法を測定して、前記寸法に対する前記対応する寸法の対比を提供するように構成されている。

また更なる開示された実施形態では、画像プロセッサは、破片の濃度を評価するように構成されている。

代替の実施形態では、画像プロセッサは、結石のサイズに対する破片の合計サイズの対比を提供するように構成されている。

更なる代替の実施形態では、画像プロセッサは、フレームレートを制御して少なくとも砕石デバイスの作動中にフレームレートを増大させるように構成されており、内視鏡は、撮像画像をそのフレームレートで取得する。典型的には、画像プロセッサは、増大したフレームレートよりも低いフレームレートで撮像画像をモニターに表示するように構成されている。

また更なる代替の実施形態では、内視鏡の視野方向は、画像プロセッサによって制御され、画像プロセッサは、撮像画像から１つ又は複数の破片のうちの１つの位置を判定して、１つ又は複数の破片のうちの１つを追跡するためにその位置に応じて内視鏡の視野方向を変更するように構成されている。

本発明の実施形態によれば、
体内腔内で結石を１つ又は複数の破片に破砕するように構成された砕石デバイスを提供するステップと、
体内腔内の撮像画像を取得するように内視鏡を構成するステップと、
撮像画像を処理して、モニター上に表示するための処理済み画像を作り出すステップと、
結石及び１つ又は複数の破片のうちの少なくとも１つの動きの軌跡を処理して表示するステップと、
を含む方法がさらに提供される。

本発明は、図面と併せて下記の発明を実施するための形態によってさらに十分に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る砕石術システムの模式図である。図２は、本発明の実施形態に係る内視鏡のを図示した模式図である。図３は、本発明の実施形態に係る、図１のシステムの操作においてプロセッサによって実行される複数のステップのフローチャート図である。図４は、本発明の実施形態に係る、モニターに映し出された画像の模式図であり、フローチャートのステップの１つを図示している。図５は、本発明の実施形態に係る、モニターに映し出された画像の模式図であり、フローチャートのステップの１つを図示している。図６は、本発明の実施形態に係る、モニターに映し出された画像の模式図であり、フローチャートのステップの１つを図示している。図７は、本発明の実施形態に係る、モニターに映し出された画像の模式図であり、フローチャートのステップの１つを図示している。図８は、本発明の実施形態に係る、モニターに映し出された画像の模式図であり、フローチャートのステップの１つを図示している。図９は、本発明の実施形態に係る、モニターに映し出された画像の模式図であり、フローチャートのステップの１つを図示している。図１０は、本発明の実施形態に係る、モニターに映し出された画像の模式図であり、フローチャートのステップの１つを図示している。図１１は、本発明の実施形態に係る、モニターに映し出された画像の模式図であり、フローチャートのステップの１つを図示している。図１２は、本発明の実施形態に係る、モニターに映し出された画像の模式図であり、フローチャートのステップの１つを図示している。図１３は、本発明の実施形態に係る、モニターに映し出された画像の模式図であり、フローチャートのステップの１つを図示している。図１４は、本発明の代替の実施形態に係る、図１のシステムの操作においてプロセッサによって実行される複数のステップのフローチャート図である。

（概要）
砕石術処置を行なう際、処置のオペレータに破片についての情報を提供するために破片を追跡して特徴付けることができると役立つ。例えば、結石を破砕した後にオペレータが結石の破片に砕石術を行うことを判断できるために、特定の破片が大きすぎることをオペレータが判断できる。本発明の実施形態は、破片が作り出された後に残った任意の結石を追跡するだけでなく処置において生じた破片の動きを追跡する砕石術処置をオペレータが行なえるようにする装置を提供する。明確にするため、装置の下記の説明では、破砕すべき結石を含む体内腔は、膀胱であると想定する。

装置は砕石デバイスを、典型的には、結石を破砕するのに適した不可視波長のビームを発生させる高出力レーザを備える。装置は内視鏡も備えており、開示された実施形態では、内視鏡は作業チャンネルを有し、ファイバ光学部品が、その作業チャンネルの中でレーザからのビームを伝送するように構成され、それによって、ビームが結石に当たり、ビームから吸収されるエネルギーによって結石が破砕されるようになる。内視鏡を膀胱の中へ挿入した後、レーザからのビームは結石の方へ導かれ、内視鏡は、結石が断片化した後の結石の画像、及び、レーザビームの吸収によって生じたいくつかの破片の画像を撮像するように構成されている。典型的には、内視鏡は、破片を正確に追跡できるようにするために、高いフレームレートで画像を撮像するように構成されている。

画像プロセッサは、所定の撮像画像の中で、ビームによって生み出された破片の画像を特定するために、撮像画像を処理する。破片画像は、典型的には、レーザの操作前の結石の画像をレーザの操作後の画像と比較する画像処理技術を用いて特定及び描写される。同じ種類の特定及び描写が、内視鏡によって撮像されたその後の画像に適用され得る。一連の画像から、プロセッサは、残りの結石の動きを示す軌跡だけでなく、破片の動きを示す軌跡を描くことができる。軌跡は、内視鏡に結合されたモニターに表示して装置のオペレータに見せることができ、モニターは、破片や結石の更なる動きが無いときに撮像された破片及び残りの結石の最後の画像を表示することもできる。

典型的には、内視鏡の視野を越えて動かない破片に関しては、所定の破片の軌跡の終端は、破片の最終的な位置を示す。内視鏡の視野の外に最終的な位置がある破片に関しては、モニター上に表示される最後の画像に破片画像が無いので、軌跡の終端は、破片の最終的な位置を示す方向を例えば矢印を使って示してもよい。

（詳細な説明）
ここで、本発明の実施形態に係る砕石術システム１０の模式図である図１を参照する。システム１０は、侵襲的な医療処置において、典型的には最小侵襲的な処置において、体内腔内の石すなわち結石を除去するためにヒト患者の体内腔１２に使用することができる。一例として、本明細書において、別段に示された場合を除いて、体内腔は、患者の膀胱であるとみなされ、また、体内腔１２は、本書において膀胱１２とも称される。ただし、システム１０は、例えば胃腸器官や気管支、胸部、唾液管などの実質的に任意のヒト体内腔から、或いは、非ヒト内腔から結石を除去するのに使用することができることが理解されるであろう。

システム１０は、プロセッサ１６を備えるコントローラ１４によって制御され、プロセッサ１６は、画像プロセッサとしての機能を果たし、メモリ１８と通信する。コントローラ１４は、イメージングモジュール２０及び砕石術モジュール２２をも備えており、これらのモジュールの機能は後述されており、これらのモジュールは、ソフトウェア、ハードウェア、又は、ソフトウェア及びハードウェアの組み合わせで実現され得る。コントローラ１４は、典型的には、例えばイメージングモジュールの操作においてプロセッサによって使用され得る内腔照明モジュールなどの他のモジュールをも備えており、簡素化のため、これらのモジュールは図示されていない。

プロセッサは、典型的にはメモリ１８に記憶したソフトウェアを使用してシステム１０を制御する。プロセッサ１６によって行われる実行の結果は、システム１０のモニター２４に映してオペレータ（通常は医師）に提示することができる。モニターは、典型的には、オペレータに対して、処置を受けている体内腔１２の一部分の画像、又は、その内腔へのアプローチの画像、及び／又はグラフィック・ユーザ・インタフェースを表示する。システム１０を操作するためのソフトウェアは、例えばネットワーク経由でプロセッサ１６に電子形式でダウンロードされてもよく、又は、そのソフトウェアは、代替若しくは追加として、例えば磁気メモリ、光学的メモリ、又は電子メモリなどの非一時的な有体メディアに提供されたり記憶したりしてもよい。

処置を行なうため、内視鏡２６は、尿道管２８を通って膀胱１２へ通すことができる。破片を膀胱から除去したり、或いは、（断片化された粒子が十分に小さい場合には）膀胱内に破片を残しておいたりするために、処置は、結石の断片化だけでなく膀胱１２内の結石３０の検査も含むことが考えられる。コントローラ１４が、内視鏡用の照明を提供すると共に、イメージングモジュール２０を使用して内視鏡によって得られた結石及び／又は膀胱の一部分の画像３２をモニター２４に表示するように、システム１０のオペレータは、典型的には、膀胱１２の内側を観察するために内視鏡を使用する。後述されるように、内視鏡２６は、結石の相次ぐ一連の画像を得て、それらの画像がモニター２４上に次々と映し出される。本開示では、相次ぐ画像３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ・・・となるように、相次ぐ画像３２は、特定する画像の番号に添付された文字を有することによって、互いに区別されている。相次ぐ画像は、本書では、総称して画像３２と称され、全ての画像３２は、内視鏡の全部の視野を含むことが考えられる。内視鏡２６の構造の詳細は、後述されている。

双方向性の制御部３４は、システム１０のオペレータがコントローラを操作できるようにする。制御部３４は、例えばポインティングデバイス、タッチスクリーン、キーパッド、及び／又は、音声制御などの非触式のエンティティなどのコントローラを操作するために、コントローラ１４に結合される当該技術分野で既知の任意の都合の良いエンティティを含んでもよい。一例として、制御部３４は、図面に示されているような、マウスを含むことが考えられる。典型的には、コントローラ１４に結合された制御部に加えて、少なくともいくつかの双方向性の制御部３４が、内視鏡のハンドル３６に位置することが考えられる。

砕石術システム１０はイメージングサブシステム４０を備え、そのイメージングサブシステムは、イメージングモジュール２０を使用して内視鏡の遠位端６０に近接する物体の画像を得る。サブシステム４０における構成要素は、図２を参照しながら後述される。

砕石術システム１０は、砕石サブシステム４４をも備え、その砕石サブシステムは、モジュール２２に組み込まれた砕石デバイス４６（本書では、砕石装置４６とも呼ばれている）を使用する。簡素化のため、砕石装置４６は、本書では、一例として、例えば２．１μｍの波長で伝送するホルミウムヤグレーザ（Holmium: YAG Laser）などの高出力レーザを備えると考えられ、本書ではレーザ４６とも称されている。砕石サブシステム４４は、可視スペクトル内の放射線を伝送する低出力レーザ４７をも備える。砕石サブシステム４４のその他の構成要素も後述される。一例として、砕石サブシステム４４の構成要素は、内視鏡の作業チャンネル４８を使用して、内腔１２の中へ導入されることが考えられる。

図２は、本発明の実施形態に係る内視鏡２６の遠位端６０を図示した模式図である。遠位端は、尿道管２８を通過して膀胱１２への入口に近くにあり、結石３０に近接していることが想定されている。イメージングサブシステム４０は、遠位端に位置する照明装置５０を備えており、この照明装置は、イメージングモジュール２０の制御下で、可視光を放射することができる。照明装置５０によって照明された物体からの戻り光は、レンズシステム５２によって半導体イメージングアレイ５４上へ集束され、また、それは、イメージングモジュールによって制御もされ、且つ、それは、照明された物体の画像をプロセッサ１６が撮像することができるようにする。

砕石サブシステム４４は、作業チャンネル４８を通過するファイバ光学部品７０を備えており、このファイバ光学部品は、レーザ４６によって発生した高出力レーザビーム７４をファイバ光学部品の遠位端７２から伝送させることができるように構成されている。また、サブシステム４４は、低出力レーザ４７によって発生した低出力可視波長レーザビーム７６を、遠位端７２から、ビーム７４がとる経路と同じ経路に実質的に沿って伝送させるようにも構成されている。ビーム７４，７６は、砕石術モジュール２２の制御によって発生され、砕石術モジュール２２の制御下にあり、より詳細に後述される。

砕石サブシステム４４は、作動すると、結石３０を破砕する、すなわち断片化するように構成されている。典型的には、破砕によって、結石の多数の破片が生じ得るが、下記の説明では明確にするために、結石の破砕は、３つの結石破片３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを発生させると仮定している。

図３は、システム１０の操作においてプロセッサ１６によって実施される複数のステップのフローチャート２００であり、図４〜１３は、モニター２４に映し出された画像の模式図であり、前記複数のステップを図示しており、本発明の実施形態に係るものである。
フローチャートのステップは、結石３０が膀胱１２から除去しようとするものであると想定して説明されている。明確かつ簡素化するために、ステップの下記の説明では、膀胱の中へ一旦挿入されると、内視鏡２６の視野の方法は、ステップの実行中に変更されないことを想定している。それは、典型的には、システム１０のオペレータの手によって内視鏡を挿入する場合である。ただし、いくつかの実施形態では、内視鏡の視野方向は、ロボット制御されてもよく、それによって、プロセッサ１６の全体制御下で視野方向を自動的に変更することができる。内視鏡の視野方向のそのような自動変更の一例が、後述されている。

最初のステップ２０１では、図１，２に図示されているように、システムのオペレータが内視鏡２６を膀胱１２の中へ挿入する。内視鏡が撮像した場面の画像を、照明装置５０及びアレイ５４を使用して、イメージングモジュール２０によって生じさせる。画像は、モニター２４上に映してオペレータに提示され、オペレータは、内視鏡を巧みに操縦しモニター上に結石３０の所望の画像を生じさせる。典型的には、所望の結石の画像がオペレータによって認識されて捕えられた時点で、オペレータは、砕石装置４６によって照射しようとする結石の区画を照明するために、低出力レーザ４７を作動させて、ビーム７６を伝送させる。図４は、オペレータにモニター２４上で提示された第１の画像３２Ａの模式図であり、所望の結石画像を図示しており、その画像の中で、結石のレーザ照明区画に対応する領域８０を図示している。典型的には、領域８０が照明装置５０によって照明され得る間、オペレータは、典型的には、プロセッサ１６が画像３２Ａを撮像して記憶させるように制御部３４を使用する。

表示ステップ２０２において、プロセッサ１６が、画像を表示し、結石のサイズ及び位置を示すパラメータを測定して記憶させるために、画像を使用する。プロセッサは、典型的には、パラメータを自動的に算出するように構成されており、例えば結石の外側境界線８２を描写して、その境界線の重心８３と、その境界線を横断する最も長い線分８４の長さと、を見つけ出すことなどによって算出する。

砕石ステップ２０４において、システムオペレータは、結石を破砕するために、制御部３４を使用して、高出力レーザビーム７４を結石３０に照射するようにデバイス４６を作動させる。ビーム７４は、典型的には、パルス化され、システムオペレータは、デバイス４６を作動させる前に、パルスのパラメータ、例えばそれらの幅、周波数、出力を調整することができる。ステップ２０４は、結石のための断片化処置を開始する。

プロセッサ１６は、フレームレートを制御するように構成され、そのフレームレートで画像が内視鏡２６によって撮像され、そして、断片化処置中に生じた画像は、典型的には、結石が断片化されていないときに結石３０の画像を表示するのに使用されるフレームレートよりも高いフレームレートで撮像される。例えば、処置画像は、３００フレーム／秒の率で撮像され得るが、断片化処置を受けない間に見られる結石３０のための典型的なキャプチャ率は３０フレーム／秒であり得る。
典型的には、より高いフレームレートが用いられると、照明装置５０は照度が増大し、それは、撮像画像の信号ノイズレベルを許容レベルで維持するために提供する。

典型的には砕石ステップ２０４と同時に実行される撮像ステップ２０６では、プロセッサ１６は、ビーム７４によるその断片化の後に、結石３０の第２の画像３２Ｂを撮像して記憶させる。
図５は、画像３２Ｂの模式図であり、ビーム７４によって作り出された結石の破片３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ（図２）の画像９０，９２，９４を模式的に図示している。

破片特定ステップ２０８では、プロセッサは、所定の破片画像を特定して描写するために、画像３２Ｂを画像３２Ａと比較する。比較を行う際、プロセッサは、典型的には、画像３２Ｂに存在するが画像３２Ａには存在しない境界線を有する隣接領域を特定するために、当該技術分野で周知のパターン認識方法を使用する。破片が描写された時点で、プロセッサは、破片の位置を、典型的には破片画像の重心として記憶させる。また、プロセッサは、典型的にはステップ２０４で用いられた方法と実質的に同じ方法を使用して、破片のサイズを示すパラメータを測定して記憶させる。

フローチャートに示されていると共に下記でさらに説明されているように、ステップ２０８が繰り返され、，各反復におけるカウントステップ２１０において、プロセッサは、ステップ２０８で特定された破片の数を表わす計数の値を増加させる、すなわち、ステップ２１０において、プロセッサは破片の濃度（cordinality）を評価する。

プロセッサが更なる破片を特定することができるかをチェックする対比ステップ２１２を行いながらステップ２０８の反復を続けて、正値を返す。更なる破片が無いことをプロセッサが判定したとき、対比ステップ２１２は負値を返し、フローチャートはその後の処置撮像ステップ２１４へ進む。

画像３２Ｂは、一例として、ステップ２０８の繰り返しにおいて、プロセッサが破片３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃにそれぞれ対応する３つの破片画像９０，９２，９４を特定することを図示している。プロセッサは、各破片画像ごとに、線分１００，１０２，１０４を生成してそれらの線分の長さを測定し、それらの長さを、破片のサイズを示す各々のパラメータとして使用する。また、プロセッサは、破片画像の各々の重心１１０，１１２，１１４も判定し、それらの重心を、破片の位置を示すパラメータとして使用する。

その後の処置撮像ステップ２１４において、プロセッサは、結石３０とその破片の３番目の処置画像及びその後の処置画像を撮像して記憶させる。それ故、３番目の画像３２Ｃは、画像３２Ｂが得られた後に撮像される。図６は、画像３２Ｃの模式図であり、画像３２Ｂで当初特定されたの３つの破片３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの画像１２０，１２２，１２４を、一例として模式的に図示している。

破片追跡ステップ２１６において、プロセッサは、ステップ２０８において特定された破片のそれぞれを特定すると共に見つけて描写するために画像３２Ｃを画像３２Ｂと比較する。対比は、典型的には、ステップ２０８で用いられた方法と同様のパターン認識方法を用い、且つ、典型的には、破片の以前の位置と比較される任意の破片の可能性のある新しい位置に、事前に設定された転移制限をかけることも含む。また、画像３２Ｃに映し出された任意の破片は、画像３２Ｂに映し出されたその破片の向きから回転していてもよく、それによって、画像３２Ｂで撮像された様態とは異なる様態を内視鏡２６に提示してもよい。プロセッサは、破片の境界線の描写における可能性のある変化に、事前に設定された境界制限をかけることによって、様態のそのような変化に適応させてもよい。システムオペレータは、システム１０を操作する前に過度の実験を行なうことなく、転移制限のための値及び境界制限のための値を決定してもよく、典型的には、例えば、前の砕石術処置で生じた画像の解析によって決定してもよい。

ステップ２１６において、特定された各破片ごとに、プロセッサは、ステップ２０８において用いられたのと実質的に同じ方法を用いて、破片のサイズを示すパラメータだけでなく破片の位置を示すパラメータも算出して記憶させる。

画像３２Ｃは、ステップ２１６において、プロセッサが、画像３２Ｂで最初に特定された３つの破片３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃをそれぞれ画像１２０，１２２，１２４として特定していることを示している。各画像ごとに、プロセッサは、線分１３０，１３２，１３４を生成し、それらの線分の長さを、破片のサイズを示す各々のパラメータとして用いる。
また、プロセッサは、重心１４０，１４２，１４４も算出して、それらを、破片位置を示すものとして用いる。

本書では一例として破片の画像の最長の線分の長さであると考えられている破片のサイズを示すパラメータの値は、画像ごとに変化してもよいことが理解されるであろう。その変化は、典型的には、破片の回転、及び／又は、内視鏡の遠位端から破片までの距離の変化などの当業者にとって明白であろう要因によって生じ得る。

プロセッサ１６は、ステップ２１４及びステップ２１６を繰り返して、内視鏡２６によって得られた相次ぐ画像を撮像して解析する。各特定画像が撮像されると、プロセッサは、対比ステップ２１８において、その画像を直前の画像と比較する。画像に変化があって、画像で特定された破片のうちの少なくとも１つが動いていること示している場合には、繰り返しを続けるために対比が正値を返す。

図７，８，９は、ステップ２１４及びステップ２１６の繰り返し中にプロセッサ１６が撮像し得る典型的な相次ぐ画像３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆを模式的に図示している。画像３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆが、後続の漸次的な後の時点で撮像される一方で、それらの画像は、典型的には連続してなく、プロセッサが、画像３２Ｃと画像３２Ｄとの間に介在する画像、及び、画像３２Ｄと画像３２Ｅとの間、並びに、画像３２Ｅと画像３２Ｆとの間の介在する画像を撮像するようになっていてもよいと認識されるであろう。

図７では、プロセッサは、結石３０の破片３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃにそれぞれ対応するような画像１５０，１５２，１５４を特定する。図７において、画像１５０，１５２，１５４は、破片が完全に内視鏡の視野内にあることによって、破片３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの完全な画像であると認識されるであろう。図８において、プロセッサは、結石３０の破片３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃにそれぞれ対応するような画像１６０，１６２，１６４を特定する。破片３０Ａ，３０Ｂは完全に内視鏡の視野内にあるので、画像１６０，１６２はそれらの破片の完全な画像である。しかしながら、画像１６４は、破片３０Ｃの部分的な画像だけであり、内視鏡の視野内に一部分だけがある破片に対応している。

プロセッサ１６は、典型的には、図５及び図６に図示された破片画像について上述されたように、すなわち、破片画像の重心及び最長の線分を算出することによって、図７及び図８における部分的な画像１６４を含む画像から破片の位置及びサイズの表示を生成する。ただし、簡素化のため、重心及び線分は、図７及び図８には、又は図９（後述される）には示されていない。

図９は、プロセッサ１６が撮像する「最終的な」画像３２Ｆを模式的に図示している。画像３２Ｆは、ステップ２１４及びステップ２１６の繰り返しの最後の画像、すなわち、ステップ２１８の対比が負値を返すときの画像として得られることが考えられる。画像３２Ｆにおいて、プロセッサは、破片３０Ａ及び破片３０Ｂにそれぞれ対応するような画像１７０及び画像１７２を特定する。破片３０Ａは完全に内視鏡の視野内にあるので、画像１７０はその破片の完全な画像であり、破片３０Ｂは前記視野内に部分的にあるので画像１７２はその破片の部分的な画像であり、破片３０Ｃは内視鏡の視野の外にあるため、その破片の画像は無い。

フローチャートに戻ると、ステップ２１８が負値を返した時点で、ステップ２０４で開始された断片化処置が終了したと考えられ、プロセッサは、グラフィック表示ステップ２２０に進む。ステップ２２０では、プロセッサは、画像３２Ｆを用いて、断片化処置後に残った結石の位置、すなわち、特定された全ての破片が無い結石３０の位置を示すパラメータを算出して記憶させる。プロセッサは、典型的には、見える残りの結石の外側境界線１７４を描写して境界線の重心１７６を見つけ出すことによってパラメータを自動的に算出するように構成されている。外側境界線１７４は、破片の任意の画像を除きながら画像３２Ｆに描写されると考えられ、それ故に、外側境界線は画像１７０を含まない。

ステップ２０８及びステップ２１６で算出された位置を用いて、プロセッサ１６は、典型的には制御部３４を使用するシステムオペレータによって、画像３２Ｆ内に見える破片又は破片の部分の最終的な位置だけでなく、処置中に生じた破片の動きの軌跡も表示することができる。それ故に、画像３２Ｆにおいて、プロセッサは、破片３０Ａの軌跡１７８及び最終的な位置１８０、並びに、破片３０Ｂの軌跡１８２及び最終的な位置１８４を表示することができる。図面において、最終的な位置は、四角で示されている。ステップ２０８において特定されたが画像３２Ｆ内にもはや見えない、すなわち、もはや内視鏡の視野内に無い破片について、プロセッサは、内視鏡の視野から出るときに破片が移動した方向を示す矢印と共に破片の移動の軌跡を表示するために、ステップ２０８及びステップ２１６の位置を用いることができる。すなわち、画像３２Ｆにおいて、プロセッサは、破片３０Ｃの軌跡１８６及び方向性のある矢印１８８を表示することができる。

結石３０からの破片の軌跡及び最終的な位置の情報を表示することに加えて、プロセッサは、残りの結石の最終的な位置だけでなく残りの結石の移動の軌跡も表示するために、ステップ２０２及びステップ２２０で記憶した位置を用いることができる。それ故に、画像３２Ｆにおいて、プロセッサは、残りの結石の軌跡１９０及び最終的な位置１９２を表示することができる。

最後のステップ２２２において、プロセッサは、ステップ２０８及びステップ２１６において記憶した各破片ごとのサイズパラメータを解析する。典型的には、任意の破片についてのサイズパラメータは、破片が内視鏡の視野内で動いたり回転したりするので、画像ごとに変わる。サイズパラメータから、プロセッサは、各破片ごとに最大の直線的寸法を推定する。また、ステップ２０２において記憶した結石３０のサイズパラメータを用いて、プロセッサは、結石の最大の直線的寸法を推定し、また、推定された結石寸法に対する推定された破片寸法の比率を推定してもよい。

また、任意の破片のサイズ寸法は、プロセッサが、当該技術分野で既知の方法によって、例えばサイズパラメータの３乗の関数の平均値を計算することによって、破片の体積を推定することを可能にする。同様の推定は、ステップ２０２のサイズパラメータを用いて、結石３０の体積についても行ってもよい。プロセッサは、結石３０の体積に対する総破片体積の比率を出すために体積推定値を用いてもよい。

オペレータは、上述したようにプロセッサによって導き出された破片及び結石の推定データをモニター２４に表示するために制御部３４を使用してもよい。ステップ２０６で生じたカウント値から、プロセッサは、断片化処置によって生じた破片の数をモニター２４に表示することもできる。

上述したとおり、プロセッサが記憶させる画像は、高いフレームレートで得られる。最後のステップ２２２において、オペレータは、例えば処置によって生じた破片の特性をより明確に確認するために、断片化処置の画像を低いフレームレートで再生してもよい。また、オペレータは、例えば「画面消去（clear screen）」機能を適用してシステムを第１のステップ２０１に戻すことによって、フローチャートの全てのステップを繰り返してもよい。

フローチャート２００の説明は、プロセッサ１６がオンザフライ（on the fly）で画像を撮像して解析することができることを仮定していると理解されるであろう。

このような場合、ロボット制御された視野方向を有する内視鏡の場合には、プロセッサ１６の全体制御下で、プロセッサは、上述された断片化処置中に視野方向を変更することができることも理解されるであろう。例えば、プロセッサは、特定の破片を追跡するために内視鏡の視野方向を変更するようにして、ステップ２０６及びステップ２１４で撮像画像から決定されるような最大の破片などの特定の破片の位置を用いるために実行されてもよい。

上記の説明は、ステップ２０４で開始されてステップ２１８で終了した断片化処置が、結果的に、典型的には残りの結石の画像の上に重なり得る画像を有する結石３０の破片を生じさせることになるというシナリオを説明している。このようなシナリオは、破片が結石に比べて比較的に小さい場合に生じ得る。

図１１、図１２、及び図１３は、結石３０の破片が比較的に大きいサイズ、典型的には結石サイズと同程度であるサイズを有する場合の断片化処置がもたらす代替のシナリオを模式的に図示している。

代替のシナリオにおいて、ステップ２０４で開始する断片化処置は、結石３０を３つの大きな破片に破砕することが考えられ、本書では、それらの破片を第１の破片、第２の破片、第３の破片と称する。この場合、ステップ２０６において撮像される、すなわち、断片化処置の開始時における３つの破片の最初の画像３２Ｇ（図１１）は、第１の破片、第２の破片、第３の破片のそれぞれの破片画像１９４Ａ，１９４Ｂ，１９４Ｃを示している。

ステップ２１４を繰り返しながらそのステップにおいて撮像される３つの破片のその後の中間の画像３２Ｈ（図１２）は、破片画像１９５Ａ，１９５Ｂ，１９５Ｃを示している。第１の破片は内視鏡の視野内に部分的にあるだけなので、画像１９５Ａは一部分だけである。第２の破片及び第３の破片は完全に前記視野内にあるので、画像１９５Ｂ及び画像１９５Ｃは完全になっている。

ステップ２１４がもはや繰り返さないとき、すなわち、対比２１８が負値を返すときにそのステップにおいて最終的な撮像画像３２Ｉ（図１３）は、破片画像１９６Ｂ，１９６Ｃを示している。最終的な画像において、第１の破片が内視鏡の視野内にもはやないので、２つの破片画像だけがある。画像３２Ｉにおいて、内視鏡の視野内に一部分だけがある第３の破片に対応して、画像１９６Ｃは部分的である。

フローチャート２００の上述した操作は、必要な変更を加えて、図１１から図１３に図示された代替のシナリオに適用されてもよいことが理解されるであろう。例えば、図１３に示されているように、プロセッサは、破片の最終的な位置と共に、又は、破片が内視鏡の視野の外にあるときの破片の方向を示す矢印と共に、第１の破片の軌跡１９７Ａ、第２の破片の軌跡１９７Ｂ、及び第３の破片の軌跡１９７Ｃを表示してもよい。ステップ２２０及びステップ２２２について上述したその他の行為であって、例えば上述した代替のシナリオなどの他のシナリオに適用可能なその他の行為は、当業者にとって明白であり、本書では簡潔にするために説明しない。

図１４は、本発明の代替の実施形態に係る操作システム１０においてプロセッサ１６によって行われるステップのフローチャート３００である。フローチャート３００のプロセスは、フローチャート２００のステップと実質的に同じステップを含み、それらのステップの行為はフローチャート２００に関して上記で説明したとおりである。ただし、フローチャート２００とは対照的に、プロセッサ１６は、「オンザフライ」で操作しなくてもよい。むしろ、フローチャート３００では、断片化処置からの全ての画像が、後のステップ２０８，２１０，２１２，・・・での任意の解析の前にプロセッサが入手できるように、撮像ステップ２０６，２１４は順次に実施される。

図４から図１３に図示されたシナリオを考慮すると、フローチャート２００，３００について説明されたプロセスは、上述された断片化処置によって生み出される実質的に如何なるタイプの断片化にも、すなわち、結石が砕石デバイスによって砕かれ、且つ、デバイスの作動によって生み出された破片が追跡されて破片の軌跡がデバイスのオペレータに提示される場合に適用できることが理解されるであろう。

ステップ２０１（図３及び図１４）の説明に戻ると、オペレータが第１の画像３２Ａの撮像を開始する必要がないことが理解されるであろう。例えば、内視鏡が膀胱１２の中へ一旦挿入されると、内視鏡が画像を撮像するように構成されてもよい。フローチャート２００又はフローチャート３００のプロセスは、必要な変更を加えて、撮像画像内で結石が特定された時点で始められてもよく、そのような特定が自動的にセットアップされてもよい。代替で、撮像画像は、メモリバッファに記憶してもよく、最初の画像３２Ａは、ステップ２０４における砕石デバイスの作動前に最後に記憶した画像として選択されてもよい。

このように、上述した実施形態は一例として挙げられていると認識されることでき、本発明は、上記のように特に示されたり説明されたりしたものに限定されない。むしろ、本発明の範囲は、上記のように説明された種々の特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに、それらの変形及び変更も含むものであり、それらは、前述した説明から当業者が想到し得るものであり、それらは、先行技術に開示されていない。

１０砕石術システム（操作システム）
１２体内腔（膀胱）
１４コントローラ
１６画像プロセッサ
１８メモリ
２０イメージングモジュール
２２砕石術モジュール
２４モニター
２６内視鏡
２８尿道管
３０結石
３０Ａ破片
３０Ｂ破片
３０Ｃ破片
３２画像（撮像画像）
３２Ａ画像（第１の画像）
３２Ｂ画像（第２の画像）
３２Ｃ画像
３２Ｄ画像
３２Ｅ画像
３２Ｆ画像
３２Ｇ画像
３２Ｈ画像
３２Ｉ画像（撮像画像）
３４制御部
３６ハンドル
４０イメージングサブシステム
４４砕石サブシステム
４６砕石デバイス（砕石装置，レーザ）
４７低出力レーザ
４８作業チャンネル
５０照明装置
５２レンズシステム
５４半導体イメージングアレイ
６０遠位端
７０ファイバ光学部品
７２遠位端
７４高出力レーザビーム
７６低出力可視波長レーザビーム
８０領域
８２外側境界線
８３重心
８４線分
９０破片画像
９２破片画像
９４破片画像
１００線分
１０２線分
１０４線分
１１０重心
１１２重心
１１４重心
１２０画像
１２２画像
１２４画像
１３０線分
１３２線分
１３４線分
１４０重心
１４２重心
１４４重心
１５０画像
１５２画像
１５４画像
１６０画像
１６２画像
１６４画像
１７０画像
１７２画像
１７４外側境界線
１７６重心
１７８軌跡
１８０位置
１８２軌跡
１８４位置
１８６軌跡
１８８矢印
１９０軌跡
１９２位置
１９４Ａ破片画像
１９４Ｂ破片画像
１９４Ｃ破片画像
１９５Ａ破片画像
１９５Ｂ破片画像
１９５Ｃ破片画像
１９６Ｂ破片画像
１９６Ｃ破片画像
１９７Ａ軌跡
１９７Ｂ軌跡
１９７Ｃ軌跡

Claims

体内腔内で結石を１つ又は複数の破片に破砕するように構成されたレーザを備える砕石デバイスと、
前記体内腔内の撮像画像を取得するように構成された内視鏡と、
画像プロセッサと
を備える医療装置であって、
前記画像プロセッサが、前記撮像画像を処理して、モニターに表示するための処理済み画像を作り出すように構成され、且つ、前記結石及び前記１つ又は複数の破片のうちの少なくとも１つの動きの軌跡を処理して表示するように構成されている、装置。
前記処理済み画像が、前記結石及び前記１つ又は複数の破片のうちの前記少なくとも１つの最終的な位置の画像を含み、前記画像プロセッサが、前記最終的な位置の表示を前記処理済み画像上に提供するように構成されている、請求項１に記載の装置。
前記画像プロセッサが、前記結石及び前記１つ又は複数の破片のうちの前記少なくとも１つの最終的な位置が前記内視鏡の視野の外にある場合に、前記最終的な位置の方向の表示を提供するように構成されている、請求項１に記載の装置。
前記画像プロセッサが、前記結石の寸法、及び前記１つ又は複数の破片の対応する寸法を測定して、前記寸法に対する前記対応する寸法の対比を提供するように構成されている、請求項１に記載の装置。
前記画像プロセッサが、前記複数の破片の濃度を評価するように構成されている、請求項１に記載の装置。
前記画像プロセッサが、前記結石のサイズに対する前記複数の破片の合計サイズの対比を提供するように構成されている、請求項１に記載の装置。
前記画像プロセッサが、前記内視鏡が前記撮像画像を取得するときのフレームレートを制御して、少なくとも前記砕石デバイスの作動中に前記フレームレートを増大させるように構成されている、請求項１に記載の装置。
前記画像プロセッサが、増大した前記フレームレートよりも低いフレームレートで前記撮像画像を前記モニターに表示するように構成されている、請求項７に記載の装置。
前記内視鏡の視野方向が、前記画像プロセッサによって制御され、前記画像プロセッサが、前記撮像画像から前記１つ又は複数の破片のうちの１つの位置を判定して、前記１つ又は複数の破片のうちの前記１つを追跡するために前記位置に応じて前記内視鏡の前記視野方向を変更するように構成されている、請求項１に記載の装置。