JP6514213B2 - 超音波ナビゲーション／組織特徴づけの組み合わせ - Google Patents

Description

本発明は、概して、解剖学的領域内の介入ツールのナビゲーションを容易にするため、解剖学的領域の超音波画像内の介入ツール（例えばニードル又はカテーテル）の追跡を表示することに関する。本発明は、特に、解剖学的領域内の介入ツールの空間ガイダンスのために、解剖学的領域の超音波画像内の介入ツールの正確なローカライゼーションを示す大域的情報と、解剖学的領域内のターゲットロケーションへの介入ツールのターゲットガイダンスのために、介入ツール（例えばツール先端を囲む組織）に隣接する組織の特徴づけを示す局所的情報と、を組み合わせることによって、ツール追跡表示を改善することに関する。

組織特徴づけは、人間又は動物の身体の特定の解剖学的領域の構造及び／又は機能を区別することを助ける医療プロシージャとして知られている。構造／機能の区別は、正常と異常の間の区別でありえ、又はプロセス（例えば腫瘍成長又は放射線に対する腫瘍応答）に関連付けられる或る時間期間にわたる変化に関するものでありうる。

多くの技法が、組織特徴づけのために提案されている（例えばＭＲスペクトロスコピー、光／蛍光スペクトロスコピー、音響後方散乱解析、音響インピーダンスを利用する及び電気的インピーダンスを利用する組織特徴づけ）。例えば、電流を通し電気エネルギーを蓄積する材料の能力は、材料のインピーダンスとも呼ばれ、それぞれの異なる材料間で相違する。生物学的組織も例外でなく、異なる組織は異なる電気インピーダンス特性を有する。組織のインピーダンスを使用して、腫瘍はそれらの周囲の健康組織と異なることが分かる。

より具体的には、超音波を利用する組織特徴づけは良く研究されている課題である。それにもかかわらず、不均一な媒質である生物学的組織と音響波との間のインタラクションはモデル化するのが非常に困難であるという事実のため、パルスエコーデータから器官の深いところにおける超音波による組織特徴づけは非常に難しい。特に、例えば周波数依存の信号減衰や、空間依存及びスペクトルビーム特性深さ依存をもたらすビーム回折のようなファクタが、超音波後方散乱のような重要なパラメータの評価に影響を及ぼす。これは、超音波を利用する組織特徴づけが必ずしも厳格に定量的でないことを意味する。更に、よく知られた組織特徴づけ技法のほとんどは、リアルタイム（例えばＭＲスペクトロスコピー）で行うことの高い費用及び複雑さにより、及び／又は解剖学的領域内のターゲットロケーションに介入ツールをナビゲートするのに必要とされるローカライゼーション情報（例えば光学スペクトロスコピー）の不足により、リアルタイムプロシージャ（例えば複数の異なるタイプの生検又は最小侵襲性の外科手術）に適していない。

本発明は、空間ガイダンスのために超音波画像上における介入ツールの正確なローカライゼーションを示す大域的情報（例えば超音波画像における介入ツールの先端の追跡）と、ターゲットガイダンスのために介入ツールに隣接する組織の特徴づけを示す局所的情報（例えば介入ツールの先端を囲む組織のアイデンティフィケーション及び／又は区別）と、の組み合わせを提供する。これらの２つの情報源の組み合わせは、外科的な結果を改善するため及び合併症を低減するために、ニードルが通る組織についての医師の知識を改善することが期待される。

本発明の１つの形態は、超音波プローブ（例えば２Ｄ超音波プローブ）、超音波イメージャ、介入ツール（例えばニードル又はカテーテル）、ツールトラッカ、組織クラシファイヤ及び画像ナビゲータを用いるツールナビゲーションシステムである。動作中、超音波イメージャは、超音波プローブによる解剖学的領域のスキャンから解剖学的領域の超音波画像を生成する。介入ツールが、解剖学的領域内をナビゲートされるにつれて、ツールトラッカは、解剖学的領域に対する介入ツールの位置（すなわち解剖学的領域に対する介入ツールの先端のロケーション及び／又は向き）を追跡し、組織クラシファイヤは、介入ツールに隣接する組織（例えば介入ツールの先端を囲む組織）を特徴付ける。画像ナビゲータは、解剖学的領域の超音波画像の表示に対するナビゲーションガイドを表示する（例えば、解剖学的領域の超音波画像の表示上にナビゲーションをオーバレイする）。ナビゲーションガイドは、解剖学的領域内の介入ツールの空間ガイダンスのための、ツールトラッカによる介入ツールの位置追跡と、解剖学的領域内のターゲットロケーションへの介入ツールのターゲットガイダンスのための、組織クラシファイヤによる解剖学的領域の組織特徴づけと、を同時に示す。

ツール追跡の目的のために、ツールナビゲーションシステムは、介入ツールをツールトラッカに動作可能に接続する位置センサを用いることができ、それにより、解剖学的領域内における介入ツールの空間ガイダンスのためのツールトラッカによる位置追跡を容易にする。位置センサの例は、音響センサ、超音波トランスデューサ、電磁センサ、光学センサ及び／又は光ファイバを含むが、これに限定されるものではない。特に、介入ツールの音響追跡は、介入ツールを追跡する基礎として、超音波プローブによって放出される音響エネルギーを利用する。

組織特徴づけの目的のために、ツールナビゲーションシステムは、介入ツールを組織クラシファイヤに動作可能に接続する組織センサを用いることができ、それにより、組織クラシファイヤが、解剖学的領域内のターゲットロケーションへの介入ツールのターゲットガイダンスのために介入ツールに隣接する組織を識別し区別することを容易にする。組織センサの例は、音響センサ、超音波トランスデューサ、ＰＺＴマイクロセンサ及び／又は光ファイバハイドロホンを含むが、これに限定されるものではない。特に、組織のファイバ光学センシングは、介入ツールに隣接する組織を識別し区別するために光学スペクトロスコピー技法を利用する。

ツールナビゲーションシステムのさまざまな実施形態のために、センサの１又は複数が、位置センサ及び／又は組織センサとして機能することができる。

更に、組織センサを用いる代わりに又はそれと同時に、組織クラシファイヤが、解剖学的領域の画像内の組織を識別し区別することができ、それにより、解剖学的領域内のターゲットロケーションへの介入ツールのターゲットガイダンスのために、解剖学的領域の組織特徴づけのマップを生成する（例えば、解剖学的領域の超音波画像の、解剖学的領域の光音響画像の、及び／又は解剖学的領域の位置合わせされた術前画像の、組織特徴づけマップ）。

ナビゲーションガイドのために、ツールナビゲーションガイドは、非限定的な例としてオーバレイ、並び合わせ、カラーコーディング、時間連続タブレット及び大きいモニタへの転送を含むさまざまな表示技法の１又は複数を用いることができる。特に、ナビゲーションガイドは、ツールトラッカによる介入ツールの位置追跡及び／又は組織クラシファイヤによる解剖学的領域の組織特徴づけ、を示すために用いられる介入ツールのグラフィックアイコンでありうる。

画像ナビゲータは、組織クラシファイヤによる解剖学的領域の組織特徴づけの組織タイプの変化に応じて、グラフィックアイコンの１又は複数のフィーチャを変化させることができる。代替として又は同時に、複数の組織タイプを示す組織特徴づけマップが、解剖学的領域の超音波画像上にオーバレイされることができる。代替例において、グラフィックアイコンは、ツールトラッカによる介入ツールの位置追跡を示すだけでもよく、グラフィックアイコンが、組織特徴づけマップに示される解剖学的領域内のターゲットロケーションに接近するにつれて、グラフィックアイコンが変化されることができる。

本発明の別の形は、超音波イメージャ、ツールトラッカ、組織クラシファイヤ及び画像ナビゲータを用いるツールナビゲーションシステムである。動作中、超音波イメージャは、超音波プローブによる解剖学的領域のスキャンから解剖学的領域の超音波画像を生成する。介入ツールが、解剖学的領域内をナビゲートされるにつれて、ツールトラッカは、解剖学的領域に対する介入ツールの位置（すなわち解剖学的領域に対する介入ツールの先端のロケーション及び／又は向き）を追跡し、組織クラシファイヤは、介入ツールに隣接する組織（例えば介入ツールの先端を囲む組織）を特徴付ける。画像ナビゲータは、解剖学的領域の超音波画像の表示に対しナビゲーションガイドを表示する（例えば解剖学的領域の超音波画像の表示上にナビゲーションをオーバレイする）。ナビゲーションガイドは、解剖学的領域内の介入ツールの空間ガイダンスのためのツールトラッカによる介入ツールの位置追跡と、解剖学的領域内のターゲットロケーションへの介入ツールのターゲットガイダンスのための組織クラシファイヤによる解剖学的領域の組織特徴づけと、を同時に示す。

ツール追跡の目的で、ツールナビゲーションシステムは、介入ツールをツールトラッカに動作可能に接続する位置センサを用いることができ、それにより、解剖学的領域内の介入ツールの空間ガイダンスのためのツールトラッカによる位置追跡を容易にする。位置センサの例は、音響センサ、超音波トランスデューサ、電磁センサ、光学センサ及び／又は光ファイバを含むが、これに限定されるものではない。特に、介入ツールの音響追跡は、介入ツールを追跡する基礎として超音波プローブによって放出される音響エネルギーを利用する。

組織特徴づけ目的のために、ツールナビゲーションシステムは、介入ツールを組織クラシファイヤに動作可能に接続する組織センサを用いることができ、それにより、組織クラシファイヤが、解剖学的領域内のターゲットロケーションへの介入ツールのターゲットガイダンスのために介入ツールに隣接する組織を識別し区別することを容易にする。組織センサの例は、音響センサ、超音波トランスデューサ、ＰＺＴマイクロセンサ及び／又は光ファイバハイドロホンを含むが、これに限定されるものではない。特に、組織のファイバ光学センシングは、介入ツールに隣接する組織を識別し区別するために光学スペクトロスコピー技法を利用する。

ツールナビゲーションシステムのさまざまな実施形態について、センサの１又は複数が、位置センサ及び／又は組織センサとして機能することができる。

更に、組織センサを用いることに代わって又はそれと同時に、組織クラシファイヤが、解剖学的領域の画像内の組織を識別し区別することができ、それによって、解剖学的領域内のターゲットロケーションへの介入ツールのターゲットガイダンスのために解剖学的領域の組織特徴づけのマップを生成する（例えば、解剖学的領域の超音波画像の、解剖学的領域の光音響画像の、及び／又は解剖学的領域の位置合わせされた術前画像の、組織特徴づけマップ）。

ナビゲーションガイドのために、ツールナビゲーションガイドは、非限定的な例としてオーバレイ、並び合わせ、カラーコーディング、時間連続タブレット及び大きいモニタへの転送を含むさまざまな表示技法の１又は複数を用いることができる。特に、ナビゲーションガイドは、ツールトラッカによる介入ツールの位置追跡、及び／又は組織クラシファイヤによる解剖学的領域の組織特徴づけを示すために用いられる介入ツールのグラフィックアイコンでありうる。

画像ナビゲータは、組織クラシファイヤによる解剖学的領域の組織特徴づけの組織タイプの変化に応じて、グラフィックアイコンの１又は複数のフィーチャを変化させることができる。代替として又は同時に、複数の組織タイプを示す組織特徴づけマップが、解剖学的領域の超音波画像上にオーバレイされることができる。代替例において、グラフィックアイコンは、ツールトラッカによる介入ツールの位置追跡を単に示すことができ、グラフィックアイコンが、組織特徴づけマップに示される解剖学的領域内のターゲットロケーションに接近するにつれて、グラフィックアイコンが変化されることができ及び／又は他のやり方でグラフィック表示を提供する。

本発明の別の形態は、解剖学的領域のスキャンから解剖学的領域の超音波画像を生成するステップを有するツールナビゲーション方法である。方法は更に、介入ツール（例えばニードル又はカテーテル）が解剖学的領域内をナビゲートされるとき、解剖学的領域に対する介入ツールの位置を追跡するステップと、介入ツールに隣接する解剖学的領域の組織を特徴付けるステップと、解剖学的領域の超音波画像の表示に対しナビゲーションガイドを表示するステップと、を有する。ナビゲーションガイドは、解剖学的領域内の介入ツールの空間ガイダンスのための介入ツールの位置追跡と、解剖学的領域内のターゲットロケーションへの介入ツールのターゲットガイダンスのための解剖学的領域の組織特徴づけと、を同時に示す。

本発明の上述の形態及び他の形態並びに本発明のさまざまな特徴及び利点は、添付の図面に関連して理解される本発明のさまざまな実施形態の以下の詳細な説明から一層明らかになる。詳細な説明及び図面は、本発明を単に説明するものであって、制限するものではなく、本発明の範囲は、添付の請求項及びそれと等価なものによって規定される。

本発明によるツールナビゲーションシステムの例示的な実施形態を示す図。 本発明によるツールナビゲーション方法の例示的な実施形態を示す図。 本発明による組織分類方法の例示的な実施形態を示す図。 本発明による組織分類方法の例示的な実施形態を示す図。 本発明による例示的なナビゲーションガイドを示す図。 本発明による例示的なナビゲーションガイドを示す図。 本発明による例示的なナビゲーションガイドを示す図。

本発明の理解を容易にするために、本発明の例示的な実施形態が、図１に示されるツールナビゲーションシステムに方向づけられてここに提供される。

図１を参照して、ツールナビゲーションシステムは、超音波プローブ２０、超音波イメージャ２１、任意の術前スキャナ３０、介入ツール４０、１又は複数の任意の位置センサ４２を有するツールトラッカ４１、１又は複数の任意の組織センサ５１を有する組織クラシファイヤ５０、及び画像ナビゲータ６０を有する。

超音波プローブ２０は、音響エネルギーを通じて患者の解剖学的領域をスキャンする（例えば図１に示すように患者１０の解剖学的領域１１をスキャンする）当技術分野において知られている任意の装置である。超音波プローブ２０の例は、非限定的な例として、１次元（「１Ｄ」）トランスデューサアレイを有する２次元（「２Ｄ」）超音波プローブである。

超音波イメージャ２１は、当分野で良く知られているハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア及び／又は回路の構造を有し、超音波プローブ２０によってスキャンされた患者の解剖学的領域の超音波画像（例えば図１に示される肝臓の超音波画像６１）を生成する。

術前スキャナ３０は、当分野において知られているハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア及び／又は回路の構造を有し、術前イメージングモダリティ（例えば磁気共鳴イメージング、コンピュータトモグラフィイメージング及びＸ線イメージング）によってスキャンされる患者の解剖学的領域の術前ボリュームを生成する。

介入ツール４０は、解剖学的領域内の介入ツール４０のナビゲーションを含む最小侵襲性のプロシージャを実施する当分野において知られている任意のツールである。介入ツール４０の例は、非限定的な例として、ニードル及びカテーテルを含む。

ツールトラッカ４１は、当分野において知られているハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア及び／又は回路の構造を有し、解剖学的領域の超音波画像に対し介入ツール４０の位置を追跡する。この目的で、介入ツール４０は、非限定的な例として、音響センサ、超音波トランスデューサ、電磁センサ、光学センサ及び／又は光ファイバを含む当分野において知られている位置センサ４２を具備することができる。

ツールトラッカ４１の１つの例示的な実施形態において、超音波画像に関連付けられるグルーバル座標系に対する介入ツール４０の遠位先端の空間位置が、介入ツール４０の位置を追跡するための基礎である。具体的には、超音波プローブ２０が解剖学的領域の視野をビームでスイープするとき、介入ツール４０の遠位先端の音響センサの形の位置センサ４２が、超音波プローブ２０から信号を受信する。音響センサは、ツールトラッカ４１に音響センシング波形を提供し、ツールトラッカ４１は、音響センシング波形のプロファイル解析を実行する。特に、音響センシング波形に関して、超音波ビームの到着時間は、音響センサからイメージングアレイまでの距離を示し、超音波ビームの振幅プロファイルは、音響センサから、超音波プローブのイメージングアレイまでの横方向又は角度方向の距離を示す。

組織クラシファイヤ５０は、当分野において知られている又は本発明によって提供されるハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア及び／又は回路の構造を有し、解剖学的領域の超音波画像内における組織を特徴付ける。例えば、図１に示すように、組織クラシファイヤ５０は、解剖学的領域（例えば患者の肝臓）の超音波画像６１に示されるように、健康組織６２内の不健康組織６３を特徴付けることができる。

実際、組織クラシファイヤ５０は、非限定的な例として、組織センサ５１を利用するツール信号モード及びイメージング装置（例えば術前スキャナ３０）を利用するイメージモードを含む１又は複数のさまざまなモードで動作されることができる。

ツール信号モード：このモードの場合、介入ツール４０が、解剖学的領域内をターゲットロケーションへナビゲートされるとき、組織センサ４２は、介入ツール４０に隣接する組織を検知するために、介入ツール４０に、特に介入ツール４０の先端に埋め込まれ／取り付けられる。実際、１又は複数のセンサが、組織センサ４２及び位置センサ５１として機能することができる。

ツール信号モードの１つの例示的な実施形態において、１又は複数の組織センサ４２は、介入ツール４０の音響センサとして機能する当分野において知られている超音波トランスデューサであり、かかる超音波トランスデューサは、介入ツール４０の遠位先端に隣接する組織の音響特性を測定する。例えば、超音波トランスデューサは、組織クラシファイヤ５０によるパルスエコー信号解析のために利用されることができ、超音波トランスデューサの動作周波数は、（例えば２０〜４０ＭＨｚのレンジにおいて）介入ツール４０の遠位先端を囲む組織から数ミリメートルのところに及ぶ。このような高い周波数素子は、（小さい寸法のため）介入ツール４０に容易に埋め込まれ、流体静力学レジメにおいてより低い周波数（〜３ＭＨｚ）の超音波プローブ２０から信号を受信することが可能であることに注意されたい。例えば時間フィルタリング及び信号の検出されたエンベロープのフィッティングによって測定される周波数依存の減衰のようなパルスエコー信号の特性が、組織クラシファイヤ５０によって組織の分類のために使用される。２つの直交する又は角度をつけられた超音波トランスデューサは、媒体の異方性を測定するために使用されることができる（例えば、硬膜外注入に関連する。靭帯は高度に異方性であるが、硬膜上腔は等方性である）。

ツール信号モードの第２の例示的な実施形態において、組織センサ４２は、当分野において知られているＰＺＴマイクロセンサであり、かかるＰＺＴマイクロセンサが、介入ツール４０の遠位先端に隣接する組織の音響インピーダンスを測定する。例えば、介入ツール４０が異なる組織タイプを横切るとき、介入ツール４０の遠位先端と接触する負荷の音響インピーダンスが変化する。負荷の変化は、ＰＺＴマイクロセンサの共振ピークの振幅及び周波数の対応する変化をもたらし、これが、組織分類のために組織クラシファイヤ５０によって使用される。

ツール信号モードの第３の例示的な実施形態において、組織センサ４２は、当分野において知られている光ファイバハイドロホンである。例えば、当分野において知られている光学スペクトロスコピー技法は、介入ツール４０の遠位先端を囲む組織に光を供給し及び組織クラシファイヤ５０に組織区別情報を供給するハイドロホンとして動作する光学ファイバを有する。

任意のツール信号モードに関する実際において、信号特性において作用する組織クラシファイヤ５０は、知られている組織タイプを有する多くの解剖学的領域に関して最初訓練されることができ、最良の信号パラメータが、非限定的な例として皮膚、筋肉、脂肪、血液、神経及び腫瘍を含む予め決められた組織タイプのうちの１つであるという蓋然性を出力することと組み合わされて使用される。例えば図３に示すように、介入ツール４０の遠位先端の組織センシング装置は、解剖学的領域１１の皮膚である組織を示す信号５２、解剖学的領域１１の正常組織である信号を示す信号５３、解剖学的領域１１の腫瘍１２である組織を示す信号５４を提供する。組織クラシファイヤ５０は、組織境界を横切ることを示す信号特性の鋭い変化を識別するように訓練される。訓練グラフ５５は、信号５２−５４の識別可能な変化を表す。

イメージモード：このモードの場合、解剖学的領域の組織特徴づけの空間マップが、組織クラシファイヤ５０によって、このモードのために利用されるイメージングモダリティに依存して生成される。

光音響の例示的な実施形態において、音響エネルギーと光の特定の波長の間のインタラクションが、当分野において知られている組織クラシファイヤ５０によって、解剖学的領域の組織特有の詳細を評価するために利用される。具体的には、モードは、音響エネルギーの放出及び結果として得られる現象の光学シグネチャの測定を含み、又はその逆を含む。音響センサ及び解剖学的領域の超音波画像を一体化する際、組織クラシファイヤ５０は、解剖学的領域の超音波画像に重ね合せられることができる組織特徴づけの空間マップを生成する。

エコーベースのスペクトロスコピーの例示の実施形態において、組織クラシファイヤ５０は、解剖学的領域のＢモード超音波画像を生成するために、高解像度の生高周波（「ＲＦ」）データに注目する技法を実現し、それらの時間バリエーションが、付加の組織特徴づけの詳細を加えるために利用されることができる。技法の例は、エラストグラフィであり、エラストグラフィは、組織の微小振動の下で、ＲＦトレースの時間変化に基づいて、癌病変の特定のタイプを検出することができる。他のモードは、それらがＲＦデータの時間変化を使用して解剖学的領域の超音波画像の組織特性を評価することができるこれらの技法の拡張でありうる。

術前組織マップモードにおいて、組織クラシファイヤ５０は、術前スキャナ３０（例えばＭＲマイクロスコピー）によって提供される解剖学的領域の術前画像に基づいて、組織特性の２Ｄ又は３Ｄ術前マップを生成する。代替として、組織クラシファイヤ５０は、解剖学的領域の術前画像のグループに関する大きい母集団スタディから得られることができる組織特徴づけマップを得ることができ、組織特徴づけマップは、疾患を進展させるより高い見込みをもつ組織内部の任意の領域を示す。更に、組織クラシファイヤ５０は、当分野で知られているように組織病理学技法から組織特徴づけマップを得ることができる。

図１を更に参照して、画像ナビゲータ６０は、当分野において知られているハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア及び／又は回路の構造を有し、解剖学的領域の超音波画像６１の表示に対しナビゲーションガイド（図示せず）を表示する。ナビゲーションガイドは、ツールトラッカ４１による介入ツール４０の位置追跡及び組織クラシファイヤ５０による解剖学的領域の組織特徴づけを同時に示す。実際、非限定的な例としてオーバレイ、並び合わせ、カラーコーディング、時間連続タブレット及び大きいモニタへの転送を含む当分野で知られているさまざまな表示技法が、ナビゲーションガイドを生成するために実現されることができる。特に、ナビゲーションガイドは、グラフィックアイコン及び／又は図２の文脈において更に記述される組織特徴づけマップを含むことができる。

図２を参照して、図１に示されるツールナビゲーションの動作方法がここに記述される。動作方法の開始時、動作方法は、当分野で知られているような超音波イメージャ２１による解剖学的領域の解剖学的イメージングステージＳ７０、及び当分野で知られているようなツールトラッカ４１による解剖学的領域に対する介入ツール４０のツール追跡ステージＳ７１の連続的な実行を含む。

組織分類ステージＳ７２は、必要に応じて、解剖学的領域の超音波画像内の組織を特徴付けるために実行される。例えば、上述したように、組織クラシファイヤ５０は、解剖学的領域（例えば患者の肝臓）の超音波画像６１に示されるように、健康組織６２内における非健康組織６３を特徴付けることができる。特に組織分類ステージ７２の間、組織クラシファイヤ５０は、組織クラシファイヤ５０の適用可能なツール信号モード及び／又はイメージモードに依存して、解剖学的領域の超音波画像内の組織を特徴付ける。

図４に示すように、ツール信号モードの場合、組織クラシファイヤ５０が、介入ツール４０から信号を読み込むことができ、それによって、組織が解剖学的領域の皮膚、解剖学的領域の正常組織、又は解剖学的領域の腫瘍であることを示す組織分類信号ＴＣＩを伝達することができる。画像ナビゲートステージＳ７３（図１）の間、画像ナビゲータ６０は、ツールトラッカ４１による介入ツール４０の位置追跡及び組織クラシファイヤ５０による解剖学的領域の組織特徴づけを示すグラフィックアイコンを生成するように、組織分類信号ＴＣＩを処理する。

実際、画像ナビゲータ６０は、追跡される介入ツール４０が腫瘍組織に隣接するときを示すように、グラフィックアイコンの１又は複数フィーチャを変化させる。例えば、図５に示すように、介入ツール４０の追跡された位置が、介入ツールの遠位先端が正常組織に隣接することを示す場合、丸い矢印の形のグラフィックアイコン６４が、超音波画像６１上にオーバレイされることができ、介入ツール４０の追跡された位置が、介入ツール４０の遠位先端が腫瘍組織に隣接することを示す場合、先細の矢印の形のグラフィックアイコン６５が、超音波画像６１上にオーバレイされることができる。グラフィックアイコンの色変化又は異なるグラフアイコンの置き換えを含むグラフィックアイコンの他の付加の変化が、代替として又は同時に実現されることができる。

より具体的には、矢印の先端部分の形状は、介入ツール４０の遠位先端に現在隣接している組織タイプを示し、矢印のシャフト部分は、解剖学的領域を通る介入ツール４０の経路を示す。付加的に、矢印のシャフト部分は、介入ツール４０の経路に沿って組織タイプを示すように符号化される色であってもよい。更に、解剖学的領域の複数サンプリングを容易にするために、マーカ（図示せず）が、以前にサンプリングされたロケーションを示すために使用されることができる。

イメージモードの場合、組織クラシファイヤ５０は、解剖学的領域の組織特徴づけの空間マップを生成して、画像ナビゲータ６０に伝送し、画像ナビゲータ６０が、超音波画像上に組織特徴づけマップをオーバレイする。例えば、図６は、腫瘍組織５８を囲む正常組織５７の２Ｄ空間マップ５６を示す。この例において、２Ｄ空間マップは、光音響モード及び／又はエコーベースのスペクトロスコピーを通じて組織クラシファイヤ５０によって生成された。画像ナビゲートステージＳ７３の間、画像ナビゲータ６０は、介入ツール４０の位置追跡を示すグラフィックアイコン６６及び腫瘍組織５８を示すグラフィックアイコン６７を示すように、超音波画像６１上に２Ｄ空間マップをオーバレイする。

更に、例示として図７に示すように、組織クラシファイヤ５０は、術前スキャナ３０によって生成される解剖学的領域の術前画像から導き出される解剖学的領域の組織特徴づけの３Ｄ空間マップ５９の位置合わせから２Ｄ空間マップ５６（図６）を導き出すことができる。

再び図１を参照して、実際、超音波イメージャ２１、任意の術前スキャナ３０、ツールトラッカ４１、組織クラシファイヤ５０及び画像ナビゲータ６０は、当分野で知られているように、単一ワークステーションに設置されることができ、又は複数のワークステーション（例えばワークステーションのネットワーク）にわたって分散されることができる。

図１−図７を参照して、当業者であれば、ここに提供される教示から、本発明の多数の利点が、各患者のより良好な判断を容易にするために上質の情報ソースを臨床医に提供すること、処置レジメンをパーソナライズすること、組織サンプルがどこから取得されるか又は特定の薬剤がどの領域から注入されるかの一層良好な制御、を非限定的に含むことが分かるであろう。

本発明のさまざまな例示的な実施形態が図示され記述されているが、当業者であれば、ここに提供される教示において、ここに記述される本発明の例示的な実施形態が説明的なものであり、さまざまな変形及び変更が実施されることができ、本発明の真の範囲を逸脱することなく等価なものがその構成要素と置き換えられることができることが理解できるであろう。更に、多くの変更が、その中心的範囲を逸脱することなく本発明の教示を適応させるように実施されることができる。従って、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示される特定の例示的な実施形態に制限されず、本発明は、添付の特許請求の範囲内にあるすべての実施形態を含むことが意図される。

Claims (14)

1. 解剖学的領域をスキャンする超音波プローブと、
   前記超音波プローブに接続され、前記超音波プローブによる解剖学的領域のスキャンに応じて前記解剖学的領域の超音波画像を生成する超音波イメージャと、
   前記解剖学的領域内をナビゲートされる介入ツールと、
   前記介入ツールに接続されるツールトラッカであって、前記介入ツールが前記解剖学的領域内をナビゲートされる際に前記解剖学的領域に対して前記介入ツールの位置を追跡するツールトラッカと、
   前記超音波プローブ、前記介入ツール及び前記ツールトラッカの少なくとも１つに接続される組織クラシファイヤであって、前記介入ツールに取り付けられた少なくとも１つの組織センサから、前記介入ツールに隣接する解剖学的領域の組織の特性を示す測定データを入力するよう構成され、前記介入ツールが前記解剖学的領域内をナビゲートされる際に、前記測定データに基づいて前記介入ツールに隣接する前記解剖学的領域の組織を特徴付ける組織クラシファイヤと、
   前記超音波イメージャ、前記ツールトラッカ及び前記組織クラシファイヤに接続され、前記解剖学的領域の超音波画像の表示に対しナビゲーションガイドを表示する画像ナビゲータと、
   を有し、
   前記ナビゲーションガイドが、前記解剖学的領域内における前記介入ツールの空間ガイダンスのために、前記解剖学的領域に対し前記ツールトラッカによる前記介入ツールの位置追跡を示し、
   前記ナビゲーションガイドは更に、前記解剖学的領域内におけるターゲットロケーションへの前記介入ツールのターゲットガイダンスのために、前記介入ツールに隣接する解剖学的領域の組織の前記組織クラシファイヤによる組織特徴づけを示す、ツールナビゲーションシステム。
2. 前記ツールトラッカを前記介入ツールに接続し、前記ツールトラッカによる前記介入ツールの前記解剖学的領域に対する位置追跡を容易にする少なくとも１つの位置センサを更に有し、
   前記少なくとも１つの位置センサは、前記解剖学的領域に対する前記介入ツールの位置を示す音響エネルギー、電磁エネルギー又は光学エネルギーの少なくとも１つを検知するよう動作する、請求項１に記載のツールナビゲーションシステム。
3. 各位置センサが、前記超音波プローブによる前記解剖学的領域のスキャンの音響センシングを示す音響センシング波形を生成する少なくとも１つの超音波トランスデューサを有し、
   前記ツールトラッカは、前記介入ツールが前記解剖学的領域内をナビゲートされる際に前記解剖学的領域に対する前記介入ツールの位置を音響的に追跡するための基礎として、少なくとも１つの音響センシング波形のプロファイル解析を実行する、請求項２に記載のツールナビゲーションシステム。
4. 前記少なくとも１つの位置センサが、コポリマー超音波トランスデューサ、圧電センサ、容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサ、又は光ファイバハイドロホンのうち少なくとも１つを有する、請求項３に記載のツールナビゲーションシステム。
5. 前記少なくとも１つの組織センサを有する、請求項１に記載のツールナビゲーションシステム。
6. 前記少なくとも１つの組織センサが、光ファイバハイドロホン、圧電センサ及び容量性マイクロマシン加工超音波トランスデューサのうちの少なくとも１つを有する、請求項５に記載のツールナビゲーションシステム。
7. 前記ナビゲーションガイドが、前記ツールトラッカによる前記介入ツールの位置追跡又は前記組織クラシファイヤによる前記解剖学的領域の組織特徴づけの少なくとも一方を示す前記介入ツールのグラフィックアイコンを有し、
   前記画像ナビゲータが、前記組織クラシファイヤによる前記解剖学的領域の組織特徴づけの組織タイプの変化に応じて、前記グラフィックアイコンの少なくとも１つのフィーチャを変化させるように動作する、請求項１に記載のツールナビゲーションシステム。
8. 前記グラフィックアイコンは、前記組織クラシファイヤによる前記解剖学的領域の組織特徴づけの組織タイプの変化に依存する少なくとも１つのフィーチャをもつ矢印を有する、請求項７に記載のツールナビゲーションシステム。
9. 前記矢印のシャフト部分が、前記ツールトラッカによる前記介入ツールの位置追跡を示し、
   前記矢印のヘッド部分又は前記矢印のシャフト部分の少なくとも一方が、前記組織クラシファイヤによる前記解剖学的領域の組織特徴づけを示す、請求項８に記載のツールナビゲーションシステム。
10. 前記ナビゲーションガイドが、前記解剖学的領域のサンプリングされたロケーションを示す少なくとも１つのグラフィックアイコンを有する、請求項１に記載のツールナビゲーションシステム。
11. 前記組織クラシファイヤが、前記超音波イメージャの少なくとも１つに接続され、前記解剖学的領域の複数の組織タイプを含む前記解剖学的領域の空間的な組織特徴づけマップを生成し、
    前記ナビゲーションガイドが、前記空間的な組織特徴づけマップと、前記ツールトラッカによる前記介入ツールの位置追跡を示す前記介入ツールのグラフィックアイコンとを有する、請求項１に記載のツールナビゲーションシステム。
12. 前記解剖学的領域の術前画像を生成する術前スキャナを更に有し、
    前記組織クラシファイヤが、前記術前スキャナに接続され、前記解剖学的領域の術前画像から前記解剖学的領域の空間的な組織特徴づけマップを生成し、
    前記解剖学的領域の空間的な組織特徴づけマップが、前記解剖学的領域の複数の組織タイプを有し、
    前記ナビゲーションガイドが、前記空間的な組織特徴づけマップと、前記ツールトラッカによる前記介入ツールの位置追跡を示す前記介入ツールのグラフィックアイコンと、を有する、請求項１に記載のツールナビゲーションシステム。
13. ツールナビゲーションシステムの作動方法であって、
    超音波イメージャが、超音波プローブによる解剖学的領域のスキャンから解剖学的領域の超音波画像を生成するステップと、
    ツールトラッカが、前記解剖学的領域内をナビゲートされる介入ツールについて、前記解剖学的領域に対する前記介入ツールの位置を追跡するステップと、
    組織クラシファイヤが、前記介入ツールに取り付けられた少なくとも１つの組織センサから、前記介入ツールに隣接する解剖学的領域の組織の特性を示す測定データを入力し、前記測定データに基づいて前記介入ツールに隣接する前記解剖学的領域の組織を特徴付けるステップと、
    画像ナビゲータが、前記解剖学的領域の超音波画像の表示に対しナビゲーションガイドを表示するステップと、
    を有し、
    前記ナビゲーションガイドが、前記解剖学的領域内の前記介入ツールの空間ガイダンスのために、前記解剖学的領域に対する前記介入ツールの位置追跡を示し、
    前記ナビゲーションガイドが更に、前記解剖学的領域内のターゲットロケーションへの前記介入ツールのターゲットガイダンスのために、前記解剖学的領域の組織特徴づけを示す、作動方法。
14. 前記ナビゲーションガイドが、
    （ｉ）前記解剖学的領域の空間的な組織特徴づけマップ、又は
    （ｉｉ）前記ツールトラッカによる前記介入ツールの位置追跡又は前記組織クラシファイヤによる前記解剖学的領域の組織特徴づけの少なくとも一方を示す前記介入ツールのグラフィックアイコン、
    の少なくとも一方を有する、請求項１３に記載の作動方法。

Images