JP6612873B2

JP6612873B2 - 追跡型インターベンショナルプロシージャにおける最適なキャリブレーションの自動選択

Info

Publication number: JP6612873B2
Application number: JP2017530281A
Authority: JP
Inventors: バーラト，シャム; ラヴィ，アナンス; マルヴァスト，エーサンデガン; ミン−フークン，シンシア; クリュッカー，ヨッヒェン
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2035-11-23
Also published as: US10506947B2; EP3229682A1; WO2016092395A1; EP3229682B1; JP2017538491A; US20170354346A1

Description

本開示は、インストルメントを追跡するデバイスに関係があり、より具体的には、トラッキングシステムのためのフィールド発生器の位置について最適なキャリブレーションを決定するシステム及び方法に関係がある。

あらゆる形の電磁（ＥＭ；electromagnetic）ナビゲーション／ガイダンスを伴うインターベンショナルプロシージャにおいて、ＥＭ場（フィールド）発生器（ＦＧ；field generator）は、そのプロシージャの領域の近くに、特に、トラッキングが行われる場所の近くに設けられる。これは、追跡される関心領域、例えば、前立腺近接照射療法（prostate brachytherapy）の場合には股間領域、を含み得る。ＦＧは、通常、患者台に取り付けられたマウントアームによって支持される。ＦＧは、台と平行であるか、台と垂直であるか、又は関心領域（例えば、前立腺）の方へ向けられるか、あるいは、他の設置形態をとり得る。ＦＧのポジショニングに影響を及ぼしうる他の要因は、患者固有のジオメトリ（例えば、患者の大きさ、胴回り、など）及び機器／プラットフォームの設定（例えば、前立腺近接照射療法における足掛け（leg stirrups）などのような、他の必須の臨床機器の位置）を含む。

患者ごとの大きさのばらつき、及び他の臨床学的因子に起因して、キャリブレーション中の制御された環境において見られるように全ての臨床プロシージャにおいて同じＦＧ位置及び向きを達成することは、不可能でありうる。これは、キャリブレーションの妥当性が治療ジオメトリに依存するので、インターベンショナルプロシージャの間の不正確な電磁超音波（ＥＭ−ＵＳ；electromagnetic to ultrasonic）融合をもたらし得る。追跡されるＥＭセンサ／ツールに対するＥＭ場発生器（ＦＧ）の位置及び向きが、キャリブレーション中の位置及び向きと異なる場合には、システム性能は次善であり、従って、治療投与においてエラーが存在しうる。

本原理に従って、キャリブレーションを選択するシステムは、フィールド発生器についての位置及び／又は向きの基準に索引付けされた複数のキャリブレーションエントリが記憶されている非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含むデータ構造を有する。前記フィールド発生器は、センサトラッキングのための環境内の配置のために構成される。キャリブレーション選択モジュールは、前記フィールド発生器の位置及び／又は向き決定し、該位置及び／又は向きに基づき、前記データ構造を用いて、該データ構造に記憶されている対応するキャリブレーション情報を決定するよう構成される。前記キャリブレーション情報は、前記フィールド発生器の前記位置及び／又は向きに基づき最適化される。

キャリブレーションを選択する他のシステムは、電磁センサトラッキングのための環境内の配置のために構成されたフィールド発生器についての位置及び／又は向きに索引付けされた複数のキャリブレーションエントリが記憶されている非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含むデータ構造を有する。キャリブレーション選択モジュールは、前記フィールド発生器の位置及び／又は向きを決定し、該位置及び／又は向きに基づき、前記データ構造を用いて、該データ構造に記憶されている対応するキャリブレーション情報を決定するよう構成され、前記キャリブレーション情報は、前記フィールド発生器の前記位置及び／又は向きに基づき最適化される。レジストレーションモジュールは、前記キャリブレーション情報を用いて少なくとも２つの座標系をレジストレーションするよう構成される。前記２つの座標系は、前記センサトラッキングのための少なくとも１つの座標系及びイメージング系を含む。

キャリブレーションを選択する方法は、フィールド発生器に対するリファレンスセンサの位置及び向きをモニタすることと、前記リファレンスセンサの位置及び向きを、非一時的なコンピュータ可読媒体を含むデータ構造に記憶されているキャリブレーションエントリと照合することと、前記データ構造に記憶されている対応するキャリブレーション情報を出力することとを有し、前記キャリブレーション情報は、前記フィールド発生器の位置及び向きに基づき最適化される。

本開示のそれら及び他の目標、特徴及び利点は、それらの実例となる実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるだろう。実施形態の詳細な説明は、添付の図面に関連して読まれるべきである。

本開示は、次の図を参照して、好適な実施形態についての以下の説明を詳細に示す。
一実施形態に従って、フィールド発生器を較正するシステムを示すブロック／フロー図である。１つの実例となる実施形態に従って、フィールド発生器の位置に対応するリファレンスセンサの位置及び向きについてのエントリを有するデータ構造を示す表である。１つの実例となる実施形態に従って、第１の位置でのリファレンスセンサ及びフィールド発生器の間の相対的な位置及び向きの種々のビューを示す図である。１つの実例となる実施形態に従って、第２の位置でのリファレンスセンサ及びフィールド発生器の間の相対的な位置及び向きの種々のビューを示す図である。実例となる実施形態に従って、フィールド発生器を較正する方法を示すブロック／フロー図である。

本原理に従って、システム及び方法は、臨床的容認可能性を確かにするよう、位置及び向きに対して鈍感であるフィールド発生器（ＦＧ）の正確且つロバストな設置を提供する。一実施形態において、システムは、患者固有の治療ジオメトリに基づき、キャリブレーションの予めポピュレートされたデータベースから最適なキャリブレーションを自動選択する。最適なキャリブレーションを決定する方法も、提供される。

オフライン（治療前）プロシージャにおいて、複数のキャリブレーションは、ＦＧの異なる位置及び／又は向きで夫々計算され、データベースに記憶される。データベースは、複数の臨床的に実現可能なＦＧの位置及び向きについてのキャリブレーションを広くポピュレートされる。データベース内の各キャリブレーションは、ＦＧに対する６自由度（ＤＯＦ；degree-of-freedom）リファレンスセンサの位置及び向きによりタグ付けされる。リファレンスセンサは、恒久的な固定配置で（例えば、前立腺近接照射療法プロシージャのためには、ステッパー（stepper）上に）取り付けられる。

その後の追跡型インターベンショナルプロシージャの間、ＦＧは、オペレータによって所望の位置及び向き（例えば、オペレータの利便性によって指示される。）へ調整される。システムは、そのＦＧ配置での（ＦＧに対する）リファレンスセンサの位置及び向きを記録し、最良の一致したタグをデータベースから見つける。そのタグに対応するキャリブレーションが次いで、その治療ジオメトリのために使用すべき最適なキャリブレーションとして自動選択される。一実施形態において、システムは、実時間において、最適なキャリブレーションを連続的に選択する。従って、如何なる所与の時点でも、キャリブレーションは最適であり、トラッキングデバイス（電磁トラッカ）と画像（超音波（ＵＳ））との間の融合は常に正確である。他の実施形態では、システムは、オペレータによって（例えば、ユーザインターフェイス上のボタンなどをクリックすることを通じて）開始される場合に、最適なキャリブレーションを選択する。システムは、臨床的制約がキャリブレーション中と同じ配置でのＦＧのポジショニングを禁止する場合、及び／又はＦＧの位置／向きがインターベンショナルプロシージャの間に変化する場合でさえ、改善された精度を確かにする。

本発明は、医療インストルメント、特に、超音波（ＵＳ）によるＥＭトラッキング（ＥＭ−ＵＳ融合）に関して記載される。なお、本発明の教示は、よりずっと幅広く、且つ、如何なるフィールド発生型トラッキングシステム及び／又はイメージングシステムにも適用可能である。いくつかの実施形態において、本原理は、複雑な生物系又は機械系を追跡又は解析することにおいて用いられる。特に、本原理は、生物系の内部トラッキングプロシージャや、肺、消化管、排出器官、血管、前立腺、腎臓などのような身体の全ての領域におけるプロシージャ、などに適用可能である。図に表されている要素は、ハードウェア及びソフトウェアの様々な組み合わせにおいて実装され、単一の要素又は複数の要素において組み合わされ得る機能を提供し得る。

図に示されている様々な要素の機能は、専用のハードウェア及び適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行可能なハードウェアの使用を通じて提供され得る。プロセッサによって提供される場合に、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又は一部が共有され得る複数の個別プロセッサによって、提供され得る。更には、語「プロセッサ」又は「コントローラ」の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアをもっぱら指すものと解釈されるべきではなく、制限なしに、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リードオンリーメモリ（“ＲＯＭ”）、ランダムアクセスメモリ（“ＲＡＭ”）、不揮発性ストレージ、などを暗に含むことができる。

更に、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにそれらの具体例を挙げている本願における全ての記述は、それらの構造的及び機能的な同等物を包含するよう意図される。加えて、そのような同等物は、現在知られている同等物及び将来開発される同等物（すなわち、構造にかかわらず、同じ機能を実施する、開発されたあらゆる要素）の両方を含むことが意図される。よって、例えば、本願で示されるブロック図は、本発明の原理を具現化する実例となるシステムコンポーネント及び／又は回路構成の概念図を表すことが、当業者によって認識されるだろう。同様に、如何なるフローチャート、フロー図及び同様のものも、コンピュータ可読記憶媒体において実質的に表されて、コンピュータ又はプロセッサによって（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ようとなかろうと）そのように実行され得る様々なプロセスを表すことが、認識されるだろう。

更に、本発明の実施形態は、コンピュータ又は何らかの命令実行システムによる使用のために又はそれに関連してプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能な又はコンピュータ読み出し可能な記憶媒体からアクセスされるコンピュータプログラム製品の形をとることができる。この記載のために、コンピュータ使用可能な又はコンピュータ読み出し可能な記憶媒体は、命令実行システム、装置、若しくはデバイスによる使用のために又はそれに関連してプログラムを含み、記憶し、通信し、伝搬し、又は転送し得る如何なる装置であることもできる。媒体は、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、若しくは半導体システム（若しくは装置若しくはデバイス）、又は伝播媒体であることができる。コンピュータ読み出し可能な媒体の例は、半導体又は固体状態メモリ、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（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、硬質磁気ディスク、及び光ディスクを含む。光ディスクの目下の例は、コンパクトディスク・リードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク・リード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、Ｂｌｕ−Ｒａｙ（登録商標）及びＤＶＤを含む。

これより図面（図面において、同じ番号は同じ又は類似した要素を表す。）、最初に図１を参照して、フィールド発生器１２２の最適な設置のためのシステム１００が、一実施形態に従って例示されている。システム１００は、ワークステーション又はコンソール１１２を含み得る。それから、プロシージャが監督及び／又は管理される。ワークステーション１１２は、望ましくは、１つ以上のプロセッサ１１４と、プログラム及びアプリケーションを記憶するメモリ１１６とを含む。メモリ１１６は、イメージングシステム１１０（例えば、超音波イメージングシステム）からの画像を解釈及び比較するよう構成される画像処理モジュール１１５を記憶し得る。画像処理モジュール１１５は、超音波（ＵＳ）プローブ１２８を用いて得られる画像を収集又は受信するよう構成される。ＵＳプローブ１２８は、本原理が高線量率（ＨＤＲ；high-dose-rate）近接照射療法プロシージャに関して例として記載されるとして、経直腸超音波（ＴＲＵＳ；transrectal US）プローブ（２Ｄ又は３Ｄ）を含み得る。プローブ１２８は、光学追跡型ＵＳプローブ、ＥＭ追跡型ＵＳプローブ、非追跡型３Ｄプローブ、などを用いてよい。画像処理モジュール１１５はまた、例えば、イメージングボリューム又は画像１３４におけるインストルメント及び／又は器官の手動又は自動デジタル化のような、機能を提供するためにも用いられ得る。

プロシージャの間、例えば、カテーテル、アプリケータ、又は他のインストルメントのような、医療インストルメント１０２は、対象１６０（例えば、患者）、特に、例えば前立腺などのような器官１６４に挿入される。近接照射療法の適用では、インストルメント１０２は、ガイダンスグリッド１６２を通される。ガイダンスグリッド１６２は、プロシージャより前に（すなわち、先験的に）イメージングシステム１００の座標系１３５により較正／レジストレーションされ得る。インストルメント１０２は、その中にトラッキングデバイス１０４（例えば、ＥＭトラッキング、など）を含むよう構成される。カテーテル１０２は、中空管であって、組織（対象１６０又は器官１６４）に挿入される。次いで、例えばＥＭ追跡型ガイドワイヤのような、形状再構成デバイス又はトラッキングデバイス１０４は、カテーテル１０２内に挿入され、移動する。実際に、１つのＥＭ追跡型ガイドワイヤは、いくつかのカテーテルの形状を再構成するために使用され得る。他の実施形態では、カテーテル１０２及び形状再構成センサ又はトラッキングデバイス１０４はまた、１つにされてもよい。

ＥＭトラッキングのために、インストルメント１０２の位置は、フィールド発生器１２２及びトラッキングシステム処理モジュール１２４（例えば、ＥＭトラッキング用）を用いて追跡される。ＥＭ場が生成され、インストルメント１０２の動きはＥＭ座標系１２６において追跡される。フィールド発生器を用いる他のトラッキングシステムも、用いられてよい。

一実施形態に従って、ＥＭ処理モジュール１２４からのＥＭ追跡されたカテーテル位置は、レジストレーションモジュール１３６により画像処理モジュール１１５においてＵＳボリューム上にレジストレーションされ、従って、ＵＳボリューム内でカテーテル１０２の場所を見つけ出す。ＥＭ信号は、インストルメント１０２の位置を決定するために用いられる。インストルメント１０２は、望ましくはカテーテルを含むが、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、他の医療部品、などを含んでよい。

一実施形態において、ワークステーション１１２は、対象（患者）１６０の内部画像を見るためのディスプレイ１１８を含み、他の画像又はレンダリングのオーバーレイとしてボリュームの画像１３４を含み得る。ディスプレイ１１８はまた、ユーザがワークステーション１１２並びにそのコンポーネント及び機能、又はシステム１００内のいずれかの他の要素と対話することを可能にし得る。これは更に、インターフェイス１２０によって助けられる。インターフェイス１２０は、キーボード、マウス、ジョイスティック、触覚デバイス、又はワークステーション１１２からのユーザフィードバック及びワークステーション１１２とのインタラクションを可能にする何らかの他の周辺機器若しくは制御機器を含んでよい。

メモリ１１６は、１つ以上のＵＳボリューム又は画像１３４をカテーテル１０２の追跡表示とレジストレーションするレジストレーションモジュール１３６を記憶し得る。メモリ１１６はまた、例えば、ＨＤＲ前立腺近接照射療法プロシージャ又は同様のもののようなプロシージャを計画する立案モジュール１４２を含む。立案モジュール又はプランナー１４２は、計画を更新するためのプロシージャの間のいずれかの時点で、又は計画の部分として、超音波座標系における関心のある器官の描写及びカテーテル位置を用いてドウェル（dwell）位置及び時間を計算する。ドウェル時間の量及び線量は、高線量率（ＨＤＲ）近接照射療法又は何らかの他のプロシージャのために計算され得る。ＥＭ−ＵＳレジストレーション方法の１つの利点は、レジストレーション後に、カテーテル及び臓器の両方の輪郭が同じ座標系にあることができ且つトラッキングのために使用され得ることである。

一実施形態において、３Ｄ経直腸ＵＳ（ＴＲＵＳ）プローブ（１２８）は、放射線の投与の間に前立腺（１６４）を撮像するために用いられる。プローブ及び／又はグリッド１６２は、ステッピングモータ（stepper motor）１６６（ステッパー）へ結合され得る。ステッピングモータ１６６は、治療計画に従ってそれらのデバイスを前進させるか又は別なふうに位置付ける。治療計画はまた、アフターローダー（afterloader）１４６へも送られる。アフターローダー１４６は、次いで、カテーテル１０２内の予め指定された位置へのガイド管に沿った放射線源の配置を制御する。放射線源は、治療計画に従い、予め指定されたドウェル時間の間、位置が変わらない。放射線源は、管に沿ってアフターローダー１４６へ戻される。

一実施形態において、データベース又はデータ記憶構造１３８は、メモリ１１６において構築される。データ記憶構造１３８は、索引付けされた情報を提供するルックアップテーブル又は他のデータ構造を含み得る。構造１３８は、ＦＧ１２２の異なる位置及び／又は向きで夫々実行される複数のキャリブレーションを含む。キャリブレーションは、リファレンスセンサ（複数を含む。）に対するＦＧ１２２の位置及び／又はＦＧ１２２の向きに関連する。位置は、例えば、患者の解剖学的特徴、患者の大きさ（胴回り）、手術室の構成、などのような、多数の現在条件に基づき、選択される。それら又は他の基準に基づき、ＦＧ１２２の位置は選択され、構造１３８は、キャリブレーション情報を決定するよう閲覧され得る。各キャリブレーションは、例えばステッパー１６６のような再現可能な静止位置において取り付けられている６ＤＯＦリファレンスセンサ１４４の位置及び向きによりタグ付けされ得る。

データ構造１３８にポピュレートするワークフローは、望ましくは、ワンタイム・プロセスとして、インターベンショナルプロシージャより前に実施される。データ構造１３８のキャリブレーションプロシージャ／ポピュレーションは、インターベンショナルプロシージャの間のＥＭ−ＵＳ融合又は他のレジストレーションプロセスの品質が適当でないと決定される場合に、キャリブレーションデータベース又は構造１３８を更新するよう、望まれるときはいつでも（例えば、毎月）繰り返され得る。

メモリ１１６は、キャリブレーション選択モジュール１４０を含む。キャリブレーション選択モジュール１４０は、ＦＧ１２２の選択された位置に基づき最良のキャリブレーションを選択するようキャリブレーション情報を用いる。キャリブレーション選択モジュール１４０は、ＦＧ１２２がインターベンショナルプロシージャの開始時に所望の位置／向きで設置された後に、最適なキャリブレーションを自動選択する。これは、プロシージャの間に連続的に又は間欠的に更新され得る。一実施形態において、キャリブレーション選択モジュール１４０は、データベース又は構造１３８からの（インターフェイス１２０を通じた）キャリブレーション情報のユーザ起動の選択を可能にする。これは、自動キャリブレーションに代わり、又はユーザ好みなどに基づいてよい。

図２を参照すると、キャリブレーションデータベース又はデータ構造１３８の例が、実例として示されている。データ構造１３８は、列２０２において記載されるＦＧ１２２の配置に夫々対応する、４つの実例となるキャリブレーション（番号１〜４）を含む。列２０２における記載されたＦＧ配置において、６ＤＯＦリファレンスセンサ（１４４）の位置及び向きは、列２０４でデータ構造１３８に入力されている。４つのキャリブレーションしか図２には示されていないが、データ構造１３８は、ＦＧの位置／向きの微小変化に夫々対応する数十から数百のキャリブレーションを含んでよい。また、データ構造１３８の列構造及び／又は相対的配置は、如何なる適切な様態でも構成され得ることが理解されるべきである。

他の実施形態では、キャリブレーションルックアップテーブル１３８は、プローブトラッキングセンサ（固定のリファレンスセンサの代わりにプローブ上にある。）の異なった位置についての異なったキャリブレーションで満たされてよく、最適なキャリブレーションはまた、プローブセンサ情報（ＦＧに対するプローブセンサの位置）を用いて選択又は補間され得る。キャリブレーションは、上述されたのと同じようにしてリファレンス位置間で解釈され得る。

図３を参照すると、図は、４つのビュー枠３０２、３０４、３０６及び３０８を備えたディスプレイスクリーン画像３００を示す。ビュー枠３０２、３０４及び３０６は、ＦＧ１２２の表現を夫々含む。ビュー枠３０２は、動作環境の上面図を示し、ビュー枠３０４は、動作環境の正面図を示し、ビュー枠３０６は、動作環境の側面図を示す。ビュー枠３０２、３０４及び３０６は、ＦＧ１２２のある配置について、リファレンスセンサ１４４の位置及び向きを示す。また、点３１０を表されている。点３１０は、ＦＧ１２２のフィールド内の他のＥＭセンサを表す。

ビュー枠３０８は、ＦＧ１２２のその位置についてのキャリブレーション情報を示す。すなわち、平行移動（translations）についてのレジストレーション変換Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚ、回転（rotations）についてのレジストレーション変換Ｑｏ、Ｑｘ、Ｑｙ及びＱｚ、並びにエラー（error）情報が、リファレンスセンサ１４４について（及び、タブ３１４及び３１６をクリックすることで表示される他のセンサについて）提供される。レジストレーション変換は、ＦＧ１２２の各位置及びその夫々のリファレンスセンサ１４４で較正される。特に有用な実施形態では、リファレンスセンサは、ＦＧ１２２の全ての位置について共通のリファレンス位置に維持され得る。例えば、ステッピングモータ１６６（図１）は、リファレンスプラットフォーム１６８を含んでよい。他のリファレンス位置も、複数の又は全てのリファレンスセンサ位置について不変のリファレンス位置を提供するよう含められ用いられてよい。

図４を参照すると、他の図は、４つのビュー枠４０２、４０４、４０６及び４０８を備えたディスプレイスクリーン画像４００を示す。ビュー枠４０２、４０４及び４０６は、第２の配置又は向きでのＦＧ１２２の表現を夫々含む。ビュー枠４０２は、動作環境の上面図を示し、ビュー枠４０４は、動作環境の正面図を示し、ビュー枠４０６は、動作環境の側面図を示す。ビュー枠４０２、４０４及び４０６は、ＦＧ１２２の第２の配置について、リファレンスセンサ１４４の位置及び向きを示す。また、点４１０も表されている。点４１０は、ＦＧ１２２のフィールド内の他のＥＭセンサを表す。ビュー枠４０８は、ＦＧ１２２のその位置についてのキャリブレーション情報を示す。

図３で見られたように、図４は、ビュー枠４０８においてＦＧ１２２のその位置についてのキャリブレーション情報を示す。すなわち、平行移動についてのレジストレーション変換Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚ、回転についてのレジストレーション変換Ｑｏ、Ｑｘ、Ｑｙ及びＱｚ、並びにエラー（error）情報が、リファレンスセンサ１４４について（及び、タブ４１４及び４１６をクリックすることで表示される他のセンサについて）提供される。レジストレーション変換は、ＦＧ１２２の各位置及びその夫々のリファレンスセンサ１４４で較正される。特に有用な実施形態では、リファレンスセンサは、ＦＧ１２２の全ての位置について共通のリファレンス位置に維持され得る。例えば、ステッピングモータ１６６（図１）は、リファレンスプラットフォーム１６８を含んでよい。他のリファレンス位置も、複数の又は全てのリファレンスセンサ位置について不変のリファレンス位置を提供するよう含められ用いられてよい。

図３及び４におけるリファレンスセンサ位置について収集されたデータは、データ構造１３８に記憶される座標を導出するために用いられ得る。変換が直接に用いられてよく、あるいは、大域座標系についての座標が、データ構造１３８における記憶のために導出されてよい。

再び図１を参照すると、キャリブレーション選択モジュール１４０は、インターベンショナルプロシージャの前又はその間に、最適なキャリブレーションを自動選択するために用いられる。ＦＧ１２２は、インターベンショナルプロシージャの開始時に、最初に、所望の位置／向きに設置される。位置は、例えば、患者の大きさ、手術室の設備、などのような状況を考慮しながらオペレータの選択又は他の基準に基づき選択される。一実施形態において、最適なキャリブレーションを選択するプロセスは、ユーザ／オペレータによってインターフェイス１２０を通じて始動される。これは、例えば、仮想ボタンをクリックすること、コマンドを入力すること、などを含んでよい。他の実施形態では、最適なキャリブレーションを選択するプロセスは、連続的な実時間プロセスであってよい。これは、インターベンショナルプロシージャの間のＦＧの位置／向きの如何なる変化（意図的又は不注意のいずれか。）も考慮することができる。警告メッセージは、キャリブレーションが変更される必要があるたびに、ユーザへ供給され得る。警告メッセージは、ディスプレイ１１８で、又は出力デバイス１７０（例えば、スピーカ、照明、ブザー、振動出力、など）で、ジオメトリが変化したとのインジケーションとして供給され得る。

最適なキャリブレーションは、キャリブレーション選択モジュール１４０によって選択される。リファレンスセンサ１４４の位置及び向きはモニタされる。リファレンスセンサ１４４は、望ましくは、キャリブレーションの間と同じ配置で取り付けられる。例えば、前立腺のインターベンショナルプロシージャにおいて、リファレンスプラットフォーム１６８は共通の基準として用いられ得る。センサ１４４は、キャリブレーションの間及びインターベンショナルプロシージャの間、リファレンスプラットフォーム１６８へ取り付けられ得る。リファレンスセンサ１４４はまた、常に、リファレンスプラットフォーム１６８において同じ向きで取り付けられるべきである点に留意されたい。一貫した向きを確実にするよう、センサ１４４は、例えば、リファレンスプラットフォーム１６８上の溝又は他の合わせ位置に適合する外側の切り込み又は他の印を有することができる。正しい向きを確かにする他の方法も考えられる（例えば、センサ１４４及びステッパー（例えば、リファレンスプラットフォーム１６８）上のマーキングをアライメントすること、など）。

センサ１４４の実時間の位置及び向きは、データベース又はデータ構造１３８におけるタグと照合され、最も近い一致が求められる。このタグに対応するキャリブレーションは、最適なキャリブレーションとして選択される。キャリブレーション選択モジュール１４０は、データ構造１３８における最も近い一致に対する実際の位置及び向きに基づき夫々の候補キャリブレーションタグを採点することによって、最も近いキャリブレーションを選択するアルゴリズムを含み得る。他の実施形態では、最適なキャリブレーションは、２つの最も近い記録されているキャリブレーション間で、キャリブレーション選択モジュール１４０によって補間され得る。最適なキャリブレーションを決定するこのプロセスは、連続的な実時間プロセス、又はユーザ動作によって始動されるプロセスであることができる。

最適なキャリブレーションは、次いで、２つの座標系を融合するよう、例えば、ＥＭ及びＵＳデータを融合するよう、レジストレーションモジュール１３６に読み込まれる。連続した最適なキャリブレーションの選択のための他の実施形態では、いくつかのキャリブレーションパラメータが、超音波プローブ１２８のいくつかの位置について、ステッパー１６６上のその経路に沿って記録され得、最適なキャリブレーションは、プローブ位置に基づき選択され得る。これは、より正確なボリューム再構成にとって役に立つ。

他の実施形態では、いくつかのキャリブレーションパラメータが、異なったリファレンスセンサ位置について使用され得、最適なキャリブレーションは、最も近いリファレンス位置に基づき、又は他の基準を用いて、選択され得る。更なる他の実施形態では、ＦＧ位置の最も近い一致は、リファレンスセンサに対するＦＧの回転及び平行移動に関して計算され得る。現在の向きに対する最も近い一致が、設定された閾値を越える場合には、その設定によるキャリブレーションを実施してデータベース又はデータ構造１３８に加えるようユーザに知らせる。これは、最も近い一致を続けること又はＦＧのポジショニングを調整してより良い一致を見つけることのいずれか一方の選択をユーザに与えることができる。これは、最も近い一致を示したキャリブレーションでさえ幾何学的にあまりに異なっており、正確な結果を得ることができない極端なポジショニングの場合のために、使用され得る。

ＥＭ追跡型システムの正確さは、ＥＭＦＧ１２２の位置及び角度形勢（angulation）に大いに依存する。従来のシステムにおけるロバスト性の目下の欠如、及び複雑なキャリブレーションステップのための要件は、ＥＭトラッキングを利用する如何なる来たる商品の広範な取り込みも制限する。本原理は、臨床環境におけるＦＧのポジショニングに対してロバストであるシステムを提供する。本システム及び方法は、ＦＧの配置に鈍感でありながら、高い精度を確かにする。本原理は、全てのＥＭ追跡型マルチモダリティシステムにとって特に有用である。

図５を参照すると、フィールド発生器の位置のためのキャリブレーションを選択する方法が、実例となる実施形態に従って示されている。ブロック５０１で、データ構造は、フィールド発生器の位置及び向きに従ってキャリブレーション情報をポピュレートされる。ブロック５０２で、フィールド発生器に対するリファレンスセンサの位置及び向きがモニタされる。

ブロック５０４で、リファレンスセンサの位置及び向きは、データ構造に記憶されているキャリブレーションエントリと照合される。データ構造は、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含む。データ構造は、リファレンスセンサに対するフィールド発生器の、又はフィールド発生器に対するリファレンスセンサの異なったとり得る位置及び向きに対応する複数のキャリブレーションエントリを含む。エントリは、フィールド発生器とリファレンスセンサとの間の相対位置についての６自由度の情報を含む。一実施形態において、リファレンスセンサは、全てのエントリについて固定配置に位置付けられる。いくつかの実施形態において、異なった固定又は非固定（例えば、プローブ上）の位置は、関連するキャリブレーション情報とともに含まれ得る。フィールド発生器は、オペレータの好み、患者の生体構造、環境内の設備、又は環境内の条件のうちの少なくとも１つに従って設置され得る。

ブロック５０６で、データ構造に記憶されている対応するキャリブレーション情報が出力される。キャリブレーション情報は、フィールド発生器の位置及び向きに基づき最適化される。すなわち、最良のキャリブレーション情報が、フィールド発生器の特定の位置及び向きのために選択される。フィールド発生器は、センサトラッキングのための環境内の配置のために構成され、必要に応じてその位置及び向きの調整を可能にするよう設定可能である。

ブロック５０８で、少なくとも２つの座標系がレジストレーションされる。座標系は、選択されたキャリブレーション情報を用いてレジストレーションされる。座標系は、センサトラッキングのための座標系及び／又はイメージングモダリティのための座標系を含んでよい。

ブロック５１０で、キャリブレーションは、フィールド発生器の位置及び向きに従って自動的に（連続的に又は間欠的に）更新され得る。他の実施形態では、更新は、ユーザにより起動され得る。ブロック５１２で、フィールド発生器の位置及び向きについてのエントリがデータ構造において存在しない場合には、システムは、データ構造における最も近いキャリブレーションエントリ間で補間する。

添付の特許請求の範囲を解釈することにおいて、次のことが理解されるべきである：
ａ）語「有する（comprising）」は、所与の請求項で挙げられている以外の他の要素又は動作の存在を除外しない；
ｂ）要素の単称形（要素の前にある不定冠詞a又はan）は、そのような要素の複数個の存在を除外しない；
ｃ）特許請求の範囲における如何なる参照符号も、特許請求の範囲の適用範囲を制限しない；
ｄ）いくつかの“手段”は、同じアイテム又はハードウェア又はソフトウェアにより実装される構造又は機能によって表され得る；且つ
ｅ）具体的な動作シーケンスは、特段示されない限りは、必要とされるよう意図されない。

追跡型インターベンショナルプロシージャにおける最適なキャリブレーションの自動選択のためのシステム及び方法についての好適な実施形態（実例であって、制限であるよう意図されない。）が記載されてきたが、前述の教示に照らして変更及び変形が当業者によって行われ得ることが知られる。従って、変更は、添付の特許請求の範囲によって説明される、本願で開示されている実施形態の適用範囲の中にあるように、開示されている本開示の特定の実施形態において行われ得ることが理解されるべきである。このように詳細が、特許法によって特に要求されているように記載されてきたが、請求されており、特許権によって保護されることを望むものは、添付の特許請求の範囲に示されている。

Claims

キャリブレーションを選択するシステムであって、
リファレンスセンサに対するフィールド発生器についての位置及び向きの基準のうちの少なくとも１つに索引付けされた複数のキャリブレーションエントリが記憶されている非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含むデータ構造であり、前記フィールド発生器は、センサトラッキングのための環境内の配置のために構成され、前記複数のキャリブレーションエントリは、前記環境における前記フィールド発生器の異なった位置及び向きについての計算されたキャリブレーション情報を含む、前記データ構造と、
所望の配置で位置付けられている前記フィールド発生器の位置及び向きのうちの少なくとも１つを決定し、該決定された少なくとも１つの位置及び向きに基づき、前記データ構造を用いて、該データ構造に記憶されている対応するキャリブレーション情報を選択するよう構成されるキャリブレーション選択モジュールと
を有するシステム。
前記複数のキャリブレーションエントリは、前記リファレンスセンサの６自由度についての情報を含む、
請求項１に記載のシステム。
前記リファレンスセンサは、全ての前記エントリについて固定配置で位置付けられる、
請求項２に記載のシステム。
前記センサトラッキングのための少なくとも１つの座標系を含む少なくとも２つの座標系をレジストレーションするよう構成されるレジストレーションモジュール
を更に有する請求項１に記載のシステム。
イメージングモダリティを更に有し、該イメージングモダリティによって収集された画像は、前記センサトラッキングのための座標系とレジストレーションされる、
請求項４に記載のシステム。
前記キャリブレーション選択モジュールは、前記フィールド発生器の位置及び向きに従ってキャリブレーションを更新する、
請求項１に記載のシステム。
前記キャリブレーション選択モジュールは、前記フィールド発生器の位置及び向きについてのエントリが前記データ構造において存在しない場合に、前記データ構造における最も近いキャリブレーションエントリ間を補間し、前記キャリブレーション選択モジュールは、ユーザ起動のキャリブレーション更新を可能にする、
請求項１に記載のシステム。
キャリブレーションを選択する方法であって、
フィールド発生器に対するリファレンスセンサの位置及び向きをモニタする動作と、
前記リファレンスセンサの位置及び向きを、非一時的なコンピュータ可読媒体を含むデータ構造に記憶されているキャリブレーションエントリと照合する動作と、
前記データ構造に記憶されている対応するキャリブレーション情報を出力する動作と
を有し、
前記キャリブレーション情報は、環境内に所望の配置で位置付けられている前記フィールド発生器の異なった位置及び向きについての計算されたキャリブレーション情報を有する複数のキャリブレーションエントリを含む、方法。
前記エントリは、６自由度についての情報を含む、
請求項８に記載の方法。
前記リファレンスセンサは、全ての前記エントリについて固定配置で位置付けられる、
請求項９に記載の方法。
前記フィールド発生器の位置及び向きに従ってキャリブレーションを更新する動作
を更に有する請求項８に記載の方法。
前記フィールド発生器の位置及び向きについてのエントリが前記データ構造において存在しない場合に、前記データ構造における最も近いキャリブレーションエントリ間を補間する動作
を更に有する請求項８に記載の方法。
前記フィールド発生器の異なった位置及び向きに従って前記データ構造にキャリブレーション情報をポピュレートする動作
を更に有する請求項８に記載の方法。
１つのビュー枠において前記対応するキャリブレーション情報を、及び３つのビュー枠において前記環境の上面図、正面図及び側面図における前記フィールド発生器、前記リファレンスセンサ及び更なるセンサの表現を含む４つのビュー枠を表示するよう構成されたディスプレイを更に有し、
前記対応するキャリブレーション情報は、前記リファレンスセンサ及び前記更なるセンサの平行移動及び回転のためのレジストレーション変換を含み、該レジストレーション変換は、前記フィールド発生器の各位置及びその夫々のリファレンスセンサで較正される、
請求項１に記載のシステム。
１つのビュー枠において前記対応するキャリブレーション情報を、及び３つのビュー枠において前記環境の上面図、正面図及び側面図における前記フィールド発生器、前記リファレンスセンサ及び更なるセンサの表現を含む４つのビュー枠をディスプレイで表示する動作を更に有し、
前記対応するキャリブレーション情報は、前記リファレンスセンサ及び前記更なるセンサの平行移動及び回転のためのレジストレーション変換を含み、該レジストレーション変換は、前記フィールド発生器の各位置及びその夫々のリファレンスセンサで較正される、
請求項８に記載の方法システム。