JP6734052B2 - 画像ガイダンスにおける統合遅延光フィードバック - Google Patents

Description

本発明は光フィードバックを器具のイメージング及びガイダンスと統合するためのシステムに関する。本発明は表示ユニット上に表示される画像を準備するための方法に関する。本発明はデジタルプロセッサ上で実行されるためのソフトウェア実施方法に関する。本発明はガイダンスシステムと使用するための器具に関する。

患者の中に器具を位置づけるとき、器具に関するリアルタイムの位置情報を提供している必要がある。さらに組織のためのイメージング法はほとんどの場合、組織型を特定することが容易でない場所で画像を提供する。

本発明の発明者は、改良されたシステムと方法が有効であると理解し、その結果本発明を考案した。

針は術前画像に基づいて体内の特定位置に置かれる多くの装置若しくは器具の一つである。画像は磁気共鳴イメージング、コンピュータ断層撮影若しくはＸｐｅｒＣＴ（登録商標）などの画像再構成といった様々なモダリティ（画像技術）で得られる。留置の一つの目標は留置中に針の経路を注意深く選択することによって周辺組織への損傷を最小化することである。

Ｘ線器具ガイダンスにより、例えば蛍光透視下で器具ガイダンスのほとんどリアルタイムのモニタリングを可能にすることができる。光学針はガイダンス及び情報として組織フィードバックを提供するように構成される装置の一例である。光学針は組織へ光信号を送信し受信する。これら二つの技術を組み合わせることによって、身体に対する器具先端位置だけでなくその位置における組織情報の表示の両方が可能である。

光信号を用いて組織情報を得るために、光学スペクトルが収集され処理されて組織情報を作り出す必要がある。さらにこの情報は画像装置へ送信され、画像中の器具位置にリンクされ、最後に表示される必要がある。これらの全ステップはある量の時間を要し、表示データがもはや実際の位置で更新されていないということをもたらし得る。特に器具が比較的速く進められるとき、組織情報は遅れをとっている可能性がある。

器具の位置と組織型の両方が表示される、画像が表示されるシステムを実現することが有利であり得る。概して、本発明は好適には上述の欠点の一つ以上を単独で若しくは任意の組み合わせで軽減、緩和、若しくは除外することを目指す。特に、従来技術の上述の問題若しくは他の問題を解決する方法を提供することが本発明の目的とみなされ得る。

これらの懸念の一つ以上によりよく対処するために、本発明の第一の態様において、体内で器具をナビゲート及び位置決めするためのシステムが提示される。システムにおいて器具は組織の光学検査のためのセンサを有し、器具は組織信号を生成するように構成される。システムは時間Ｔｓにおいて器具から組織信号を受信するように構成される組織型決定装置を有し、組織型決定装置は器具からの組織信号に基づいて組織型を示すパラメータのセットを決定するように構成される。システムは体の内部の画像を形成するように構成される医用画像装置を有し、医用画像装置は各々タイムスタンプＴｆで画像の時系列を記録する。システムは、体の内部の複合画像が現在の器具位置と時間Ｔｓでの器具の位置における組織型の表示を有するように、タイムスタンプＴｆにおける体の内部とタイムスタンプＴｓに対する器具の空間位置における組織型の表示との複合画像を確立するように構成される画像処理ユニットを有する。システムは体の内部の複合画像を表示するための表示ユニットを有する。タイムスタンプＴｆ間の間隔はタイムスタンプＴｓ間の間隔よりも比較的低い。体の内部の画像は最新の画像であり、組織信号が記録された時間は計算処理のためにそれより前の時点になり得る。さらに、組織型の表示は信号が記録されたその時点における器具の位置に対応する位置において表示される。従って組織型の表示は複合画像において器具に遅れをとっているように見られ得る。

装置に、器具が存在する体の内部の画像を提供させることによって、器具を使用する人が大幅に体を切開する必要なく体の内部の所望の位置へ器具をガイドすることができる。

このようにして得られる画像、例えばｘ線画像若しくは超音波画像では、器具において、例えば組織境界においてどの組織型が存在するかを正確に決定することは困難であるか、若しくは不可能ですらあり得る。組織決定装置はこの情報を提供する。こうした二種の情報を単一画像に組み合わせることによって、器具を操作する人が高精度で器具が目的位置にあるかどうかを決定することができる。組織情報の取得はある量の時間を要し、表示データが器具先端の実際の位置でもはや更新されていないということを生じ得る。特に器具が比較的速く進められるとき、組織情報は遅れをとっている可能性がある。

組織型パラメータを決定するために必要な時間のかかる計算があり得るので、システムは例えばライブビデオ若しくはリアルタイムビデオとして見られる画像を提供し、組織情報はそれが利用可能になるときにあらわれる。二つの技術をこのシステムに組み合わせることによって、体に対する現在の器具の位置及びそれより前の位置における組織情報の両方が表示され得る。

器具はこの文脈においてインターベンション装置であり得る。器具若しくはインターベンション装置は光源からの光子をインターベンション装置の遠位端上の出口位置へガイドするための第１のガイドであって、光子は出口位置から放出可能である、第１のガイドと、インターベンション装置の遠位端上の入口位置から光学検出器へ光子をガイドするための第２のガイドとを有し得る。

一つの特定の実施形態において、第１のガイドと第２のガイドは、第１のガイドが第２のガイドと同一であるなど、一つのガイドであり得ることが理解される。別の特定の実施形態において、第１のガイドと第２のガイドは二つの個別ガイドである。

インターベンション装置は一般に従来技術で知られており、内視鏡、カテーテル、生検針のいずれか一つを含み得る。光ファイバをインターベンション装置に組み込むことは組織標本の光学特性の検査を可能にし、正常組織と病変組織の区別を可能にし得る。特定の実施形態において、拡散反射分光法（ＤＲＳ）及び／又は蛍光分光法の両方に適したインターベンション装置が提供される。インターベンション装置が蛍光分光法に適用可能であるべきであるという制約は、インターベンション装置にさらに追加の制約を課すことが留意される。例えば蛍光分光法に使用されるファイバはそれ自体が過剰な自己蛍光を生じてはならず、各々光源と検出器に接続されるファイバに対するファイバ端間の分離は、ＤＲＳの場合の同じ距離と比較して短くなり得る。

別の実施形態において、インターベンション装置の遠位端が関連試料の近傍に置かれるとき、出口位置から放出される弾道光子によって入口位置が交差されないように、出口位置と入口位置は空間的に分離され空間的に方向づけられる。入口位置は出口位置から、少なくとも実際の視点から放出される弾道光子によって交差されないことが理解される。事実上、入口位置に衝突する弾道光子の数は非ゼロであるが無視できるものである。

組織の光学検査用のセンサは水分量、脂肪量、及び／又は血液を決定するように構成され得る。これらのタイプの組織情報は、器具を操作する人が、器具がどこにあるか、及び場合によりどの臓器に器具が、若しくは器具の先端が位置するかを決定するのに役立ち得る。器具内のセンサは有利には器具の先端に位置し得る。器具は針の形であり得る。器具は細長い形状を持ち、円形断面を持ち得る。

いかなる手順中も、針先端の位置についての正確な知識が重要であるが、画像に対する正確なガイダンスが利用可能でない場合がある。例えば、ＣＴガイド生検の場合、取得される画像の数は患者への放射線被爆の心配のために制限される。正確な情報の欠如のために、誤った組織が標的とされる場合、誤診のリスク若しくは度重なる手順の必要性があり、これは患者へのさらなるリスクとコストの増加を伴う。

術前画像に対する針先端の位置を追跡する一つの方法は患者の外部の針の部分上に（複数の）マーカを置き、様々なセンサを用いてリアルタイムにマーカを追跡することであり、針形状の推定を仮定すると計算された針先端位置が術前画像にリアルタイムにマップされ得る。例えば、針の光学追跡は二つ以上のイメージングカメラを用いてビジュアルマーカで実行され得る。代替的に、針上におかれる小型ＥＭコイルマーカを用いて電磁（ＥＭ）ナビゲーションが実行され、針の外部のセンサのセットによって追跡され得る。

先端の位置及び配向が重要である一方、器具の前にある組織に関するリアルタイム情報も、器具を操作する人にとって重要である。

有利には彩度レベルが組織パラメータの測定量の表示として使用され得る。これは測定量の直観的表示を与える。

システムにおいて組織型決定装置は組織型決定装置からの信号をスペクトルに変換するように構成される分光器に接続され得る。光信号を用いることは組織パラメータを決定するための安全な非侵襲的方法である。従ってスペクトルに基づいて組織パラメータを決定することが有利であり得る。

ドットを表示する代わりに、組織パラメータは実線として表示され得、線の幅が不正確さの指標である。これは組織パラメータが器具の経路を示す曲線として表示され得る画像を提供し得る。

Ｘ線器具ガイダンスにより、例えば蛍光透視下で器具ガイダンスのほとんどリアルタイムのモニタリングを可能にすることができる。フォトニックニードルの分光技術は組織フィードバックを提供する方法の一例である。二つの技術を組み合わせることによって、体に対する器具先端位置だけでなくその位置における組織情報の両方が表示され得る。フォトニックニードル組織情報の取得はある量の時間を要し、表示データがもはや器具先端の実際の位置で更新されていないことを生じ得る。特に器具が比較的速く進められるとき、組織情報は遅れをとっている可能性がある。

本発明は遅れた組織情報に属する器具先端の"古い"若しくは以前の位置を見つけるためにビデオ処理を用いることを提案する。そしてこの情報は組織先端の現在の位置の代わりにこの"古い"位置において表示される。（Ｘ Ｙピクセル）のビデオフレームがタイムスタンプＴｆにおいてキャプチャされる。各ビデオフレームに対し、コンピュータアルゴリズムはフレーム（ＸＹ）における器具先端の位置（ｘ，ｙ）を決定する。Ｔｆは（ｘ，ｙ）と一緒に器具位置リストに記憶される。現在のビデオフレームが表示ユニット上に表示され、現在の器具位置（Ｘｃ，Ｙｃ）とともに体を示す。

組織型決定装置は光学コンソールであり得、ガイダンスシステムは光学コンソールから拡散反射スペクトル及び／又は蛍光分光スペクトル及び／又はラマンスペクトルを得るように構成され得る。光は可視、紫外（ＵＶ）、近赤外（ＮＩＲ）、赤外（ＩＲ）、Ｘ線を含む波長間隔を有する電磁放射として広義に解釈されるものとする。光学という語は光に関するものと理解される。

光学スペクトルは、複数の波長の光に対して与えられる強度パラメータ、吸収パラメータ、散乱パラメータ、若しくは透過パラメータなど、複数の波長の光に関する情報であると理解される。連続スペクトルがスペクトル情報をあらわすが、離散波長における光に関する情報が光学スペクトルをあらわし得ることがさらに理解される。

分光器は当技術分野で一般的であるように理解される。分光器は透過フィルタ若しくは格子など、波長を選択するための手段を有することが理解される。代替的に、発光ダイオード若しくはＬＡＳＥＲ（レーザ）などの波長特異的光源が使用され得るか、又は波長特異的光学検出器が使用され得る。スペクトルフィルタはシステム内の異なる場所で起こり得る、例えばこれは第２の光源とインターベンション装置の間で起こり得るか、インターベンション装置内で起こり得るか、若しくはインターベンション装置と光学検出器の間で起こり得る。

一実施形態において組織型を示すパラメータのセットの決定はＰＣＡ若しくは部分最小二乗法判別分析などの多変量統計解析を実行することを有する。多変量解析は当技術分野で一般に知られ、主成分分析（ＰＣＡ）及び最小二乗法判別分析を含むと理解される。

第２の態様において方法が提示され、方法は以下のステップを有する：時間Ｔｆにおいて体の内部の画像のシーケンスを決定するステップ、時間Ｔｆでの体の内部の画像におけるセンサ位置のシーケンスを決定するステップ、時間ＴｓにおいてタイムスタンプＴｓに対するセンサの空間位置における組織型の表示を決定するステップ、時間Ｔｓ周辺の期間に対するセンサ位置の時系列の部分に基づいて推定センサ位置を時間Ｔｓに対して決定するステップ、及びＴｆにおける体の内部の画像と時間Ｔｓでのセンサ位置における組織パラメータの表現の組み合わせである画像を表示ユニット上に表示するステップ。これにより方法は体内の器具の位置についての情報を組織パラメータと組み合わせ、これは器具を使用する人が、器具の位置、及びどの組織が器具のところに存在するかについての情報の両方についての情報を得ることを可能にする。方法は両方に関する少なくとも最新の情報を表示するステップを含む。

有利には決定された組織パラメータの量をあらわす彩度レベルが決定され得る。彩度レベルは量の直観的表現であり、画面上で容易に見ることができる。

組織パラメータは光学センサを用いて決定され得、方法は組織パラメータを決定するために光学センサからの信号から決定されるスペクトルを使用するステップを有する。上述の通り光信号の使用は組織パラメータを決定する安全で非侵襲的な方法である。

ドットの表示の代わりに、組織パラメータは実線として表示され、線の幅が不正確さの指標であり得る。パラメータを線として表示するとき、パラメータの連続表現がユーザに示され得る。これはユーザが体を通る器具の経路をたどる、すなわち'バックトラック'することを可能にする。

第２の態様にかかる方法はソフトウェアにおいて実施され、第１の態様にかかるシステムを制御するのに使用され得る。これはデジタルプロセッサ上で実行されるためのソフトウェア実施方法として表現され得、ソフトウェア実施方法は、時間Ｔｆにおいて体の内部の画像のシーケンスを決定するステップと、時間Ｔｆ（３０，３２，３４）での体の内部の画像におけるセンサ位置のシーケンスを決定するステップと、時間Ｔｓにおいて器具のセンサ位置における組織パラメータを決定するステップと、時間Ｔｓに対して時間Ｔｓ周辺の期間に対するセンサ位置の時系列の部分に基づいて推定センサ位置を決定するステップと、時間Ｔｆでの体の内部の画像と時間Ｔｓでのセンサ位置における組織パラメータの表現の組み合わせである画像を表示ユニット上に表示するステップとを有する。ソフトウェア実施方法は第２の態様に関して述べた任意の特徴を含み得る。ソフトウェア実施方法は第１の態様にかかるシステムにおいてプロセッサ上で実行され得る。

本発明の第４の態様は体内で器具をガイドするためのシステムにおいて使用するための器具に関し、器具は光学プローブを有し、器具をガイドするためのシステムは、時間Ｔｓにおいて器具からの組織信号を受信するように構成される組織型決定装置であって、器具からの組織信号に基づいて組織型を示すパラメータのセットを決定するように構成される、組織型決定装置と、体の内部の画像を形成するように構成される医用イメージング装置であって、各々タイムスタンプＴｆ（３０，３２，３４）で画像の時系列を記録する医用イメージング装置と、タイムスタンプＴｆ（３０，３２，３４）での体の内部の画像とタイムスタンプＴｓに対するセンサの空間位置における組織型の表示を組み合わせる画像処理ユニットと、体の複合画像を表示するための表示ユニットとを有する。第４の態様にかかる器具は有利には第１の態様にかかるシステムと使用され得る。第４の態様にかかる器具は他の態様のいずれかに関して述べた任意の特徴を含み得る。

概して本発明の様々な態様は本発明の範囲内で可能ないかなる方法でも組み合わされ結合され得る。本発明のこれらの及び他の態様、特徴、及び／又は利点は以降に記載の実施形態から明らかとなり、それらを参照して解明される。

本発明の実施形態はほんの一例として図面を参照して記載される。

本発明にかかるシステムの要素の略図である。 情報を記録するときのタイムラインの略図である。 本発明にかかるシステムを用いた情報に基づいて生成されるビューの略図である。 本発明にかかる方法のステップの略図である。 本発明にかかる装置の一実施形態の略図を示す。 本発明にかかるシステムにおいて使用されるインターベンション装置の一実施形態の斜視図を示す。

本発明の一実施形態が図１に図示され、体１４内で器具１２をナビゲートし位置決めするためのシステム１０が図示される。器具１２は、ここには図示されていない、体１４内の組織の光学検査のためのセンサを有する。器具１２は組織信号を生成するように構成される。システム１０は器具１２から組織信号を受信するように構成される組織型決定装置１６を有する。組織信号は時間Ｔｓにおいて受信される。組織型決定装置１６は器具１２からの組織信号に基づいて組織型を示すパラメータのセットを決定するように構成される。この情報は記憶装置に記憶される。システム１０は体１４の内部の画像を形成するように構成される医用イメージング装置１８を有する。医用イメージング装置１８は各々タイムスタンプＴｆで画像の時系列を記録する。システム１０は、体の内部の複合画像が現在の器具位置と時間Ｔｓでの器具の位置における組織型の表示とを有し、その結果器具１２を操作する人が器具１２の位置についての情報だけでなく器具１２に近接する組織型の表示を得ることができるように、タイムスタンプＴｆ（３０，３２，３４）における体（１４）の内部とタイムスタンプＴｓ（２４，２６，２８）に対する器具の空間位置における組織型の表示との複合画像を確立するように構成される画像処理ユニット（２０）を有する。システム１０は体の複合画像を表示するための表示ユニット２２を有する。ディスプレイはカラーモニタ若しくは他のタイプのスクリーンであり得る。

イメージング装置は例えば体１４の内部の画像を記録若しくは生成することができるＸ線装置であり得る。システムは異なるセンサと検出器からデータを記録する。そしてこのデータはユーザへのリアルタイム表示及び後の分析という二つの目的のために使用される。リアルタイム表示のためには、処理データを可能な限り迅速に表示する必要がある。器具１２が速く動かされていないときは、データを処理するためにより多くの時間があり、その結果より高い精度が得られる。これは器具１２を使用する人が器具をゆっくり動かしているか若しくは器具を可能な限り静止した状態に保っているときに可能である。

器具１２は手持ち式であるか、又はガイディングシステムによって支持されるか、又はロボットアームのようなものの一部であるか若しくはそれに取り付けられ得る。

本発明にかかるシステム１０は色つきドットでＸ線フィルム内の器具位置先端において視覚化される最も重要な組織特異的パラメータを提供するための統合的方法である。例えば血液、脂肪及び水は各々赤、緑、及び青のドットで視覚化される。各色の彩度が測定量の尺度である。一実施形態において以前の器具先端位置における古い情報（古いドット）は消去されず、Ｘ線ビデオ内に維持される。この表現方法により、我々は（ａ）最新の情報が注意領域（器具先端）において利用可能であること、及び（ｂ）以前に通過した組織の情報が利用可能なままであることを証明する。代替的に以前の器具先端位置における古い情報（古いドット）はより長期間にわたって色あせる。

しかしながら時間遅延のために、Ｘ線ガイダンスシステムに達する組織型情報は器具が動かされるときの器具先端における組織をあらわしていない。この問題は（複数の）組織パラメータが画面に示されるときに場所の位置修正を適用することによって解決され得る：Ｘ線器具ガイダンス中、例えば蛍光透視中、ビデオフレームが記憶される。ビデオ処理により、各ビデオフレーム内の器具先端の位置を決定することが可能である。その結果器具先端位置が時間の関数としてわかる。両処理装置が時間同期するとき、遅延情報に属する器具先端位置が読み出されることができ、組織パラメータ情報は器具先端位置の代わりに読み出された位置において色つきドットとして表示され得る。

器具１２の前にある組織の光学分析を実行するために、３ステップが実行される必要がある。第１のステップにおいて分光測定が実行される。組織と相互作用するプローブの遠位端へ光が送られ、再度プローブの光ガイドに達する光は分光器へガイドされる。分光器は信号をスペクトルへ変換する。各測定スペクトルは測定が開始したときのタイムスタンプＴｓを持つ。第２のステップにおいて測定スペクトルは例えばＲ．Ｎａｃｈａｂｅ ｅｔ ａｌ．，"Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｅｓ ｕｓｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ｂｅｎｅｆｉｔ ｏｆ ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ＵＶ‐ＶＩＳ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒａｎｇｅ ｔｏ ｉｎｃｌｕｄｅ １０００ ｔｏ １６００ ｎｍ"，Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １，２０１０に記載される方法で組織パラメータへ変換される。第３のステップにおいて光学情報がタイムスタンプＴｓとともに画像処理装置２０へ送られる。

画像処理装置２０と組織型決定装置１６は時間同期する。連続的に（Ｘ Ｙピクセル）のビデオフレームがタイムスタンプＴｆにおいてキャプチャされる。各ビデオフレームについて、コンピュータアルゴリズムがフレーム（Ｘ Ｙ）における器具先端の位置（ｘ，ｙ）を決定する。Ｔｆに関する情報は先端の位置（ｘ，ｙ）とともに例えばハードドライブなどの記憶媒体上に記憶される器具位置リストに維持される。現在の器具位置（ｘｃ，ｙｃ）とともに体１４を示す現在のビデオフレームが表示ユニットにおいて表示される。かかるビューは図３に図示される。

以下において組織パラメータを決定する二つの異なる方法が論じられる。方法は個別に若しくは組み合わせて使用され得る。組織の光学検査のための他の方法もまた本発明と関連して使用され得る。

図５は光源１０４を有する分光器１０２、光学検出器１０６、及びインターベンション装置１１２を有する装置の略図を示し、インターベンション装置１１２は、インターベンション装置の遠位端において光を発するようにインターベンション装置の遠位端へ光源１０４からの光をガイドすることができる、さらに光学検出器１０６へインターベンション装置の遠位端からの戻り光をガイドすることができる、光導波路などの光学素子のような一つ以上のガイドを持つ。光ガイドは光が関連組織標本１１６へ入ることを可能にし、光ガイドはさらに関連組織標本から出る光が収集され光学検出器へ導かれることを可能にする。従って装置は関連組織標本１１６の光学スペクトルをあらわす測定データの獲得を可能にする。光学検出器１０６は測定データを取得するようにプロセッサ１１０によって制御され得る。プロセッサはデータベース１１４へのアクセスを持ち得る。特定の実施形態において、装置はさらにデータベース１１４にアクセスするように構成され、データベースは異なる発色団の複数の光学スペクトルなど、コラーゲン及び／又はエラスチンといった生体分子の光学スペクトルなどの光学スペクトルをあらわす所定データを有する。これはプロセッサが第１のパラメータ、歪みパラメータ、及び第２のパラメータのいずれか一つをよりよく決定することを可能にし得る。

図示の特定の実施形態においては、第２の光源１０８もある。この実施形態において第１の光源１０４は拡散反射分光法（ＤＲＳ)に適したランプであり、第２の光源１０８は蛍光分光法に適したＬＡＳＥＲである。代替的な実施形態において、単一のランプなど、単一の光源のみがあってもよく、これはその場合放出される周波数の範囲を制限するように機能し、それによって帯域幅を狭め、それによって蛍光分光法を実施するために適切な帯域幅を得る切り替え可能なフィルタと組み合わせて使用され得る。

図６はインターベンション装置１１２の一実施形態の斜視図を示し、このインターベンション装置は第１のガイド２１９、第２のガイド２２１、第３のガイド２２３、及び第４のガイド２２５を有する。図は第１のガイドの遠位端上の出口位置２１９と第２のガイドの遠位端上の入口位置２２１を示す。同様に、第３のガイドの遠位端上の出口位置２２３と第４のガイドの遠位端上の入口位置２２５が図示される。図は縮尺通りでない。第１、第２、第３及び第４のガイドは光導波路のような、光ファイバなどの光ガイドであると理解される。さらに第１のガイド２１８上の出口位置２１９と第２のガイド２２０上の入口位置２２１の間の距離ｄ１が示される。なおさらに第３のガイド２２２上の出口位置２２３と第４のガイド２２４上の入口位置２２５の間の距離ｄ２が示される。特定の実施形態においてインターベンション装置は拡散反射分光法のためにｄ１を最適化するように構成され得ることに留意されたい。別の特定の実施形態においてインターベンション装置は蛍光分光法のためにｄ２を最適化するように構成され得る。

特定の実施形態において、インターベンション装置１１２などの光学プローブは分光器１０２などの光学コンソールに接続され得る光ファイバ２１８，２２０，２２２，２２４を持つ針である。光学コンソールは光がファイバの一つを介して光学プローブの遠位端へ提供されることを可能にする光源１０４を含む。散乱光が別のファイバによって収集され、検出器１０６の方へガイドされる。光学コンソールは組織標本中の自己蛍光を誘導するために４５０ｎｍよりも低い波長を持つＬＡＳＥＲ光源１０８も含み得る。測定データの第１及び／又は第２のセットなどの取得データは専用アルゴリズムを用いてプロセッサ１１０によって処理される。例えば光は光源として機能する少なくとも一つのファイバを通って遠位端から結合され、波長は例えば５００‐１６００ｎｍから掃引されるか、若しくは広帯域光源が使用される。対応する波長依存反射が少なくとも一つの他のファイバによって測定され、これは少なくとも０．５、例えば少なくとも１、例えば少なくとも２ｍｍ離れる、例えば少なくとも５ｍｍ離れる距離ｄ１など、光源から空間的に分離される。"検出"ファイバにおいて測定される反射光の量はプローブ構造（例えば組織標本）の吸収特性と散乱特性によって決定される。この信号から我々は血液、水、脂肪、エラスチン、胆汁、ベータカロテンなどの発色団の濃度、のみならず血液の酸素化及び散乱特性を推定し得る。自己蛍光は５ｍｍ未満、例えば２ｍｍ未満、例えば１ｍｍ未満、例えば０．５ｍｍ未満、例えば０．２５ｍｍ未満である距離ｄ２以内など、励起ファイバとごく接近したファイバを通じて測定される。測定された自己蛍光は推定内在蛍光が得られるように散乱及び吸収について修正される。これから、ＮＡＤＨ，ＦＡＤコラーゲン及びエラスチンなどの蛍光色素分子の濃度が測定され得る。

特定の実施形態において、装置は埋め込みシャッタを持つハロゲン広帯域光源の形の光源１０４、四つのガイドを持つインターベンション装置１１２、及び実質的に４００ｎｍ乃至１７００ｎｍなどの波長スペクトルの可視及び赤外領域内など、波長の範囲にわたる光を分解することができる光学検出器１０６を有する。装置はさらに４６５ｎｍ以下の波長について光を拒絶するフィルタを有し、このフィルタは拡散反射分光法中に光学検出器において二次光を拒絶するために光学検出器１０６の前に取り付けられ得る。インターベンション装置１１２は光源に接続される第１のガイドと、光学検出器１０６に接続される第２のガイドを持つ。第１の（放出）ガイド２１８上の出口位置２１９と第２の（収集）ガイド２２０上の出口位置２２１間の中心間距離分離ｄ１は、例えば少なくとも１ｍｍ、例えば少なくとも２ｍｍ、例えば２．４８ｍｍなど、ミリメートル範囲であり得る。全ガイドは２００ミクロンのコア径など、ミクロン範囲のコア径の低ＯＨファイバであり得る。低ＯＨを含むファイバはＶＩＳ‐ＮＩＲファイバとも呼ばれることがあり、典型的には光学スペクトルの可視（ＶＩＳ）及び近赤外（ＮＩＲ）部に適している。

代替的な実施形態において、各々４００ｎｍ乃至１０００ｎｍ及び８００ｎｍ乃至１７００ｎｍなど、実質的に各々波長スペクトルの可視及び赤外領域にあるなど、異なる長さ領域において光を分解し得る二つの光学検出器といった、複数の光学検出器が適用される。

特定の実施形態において拡散反射分光法が光学スペクトルをあらわす測定データの第１のセットを得るために使用され、蛍光分光法が光学スペクトルをあらわす測定データの第２のセットを得るために使用される。蛍光分光測定、複数の光ファイバを利用することによる拡散光断層撮影、差分光路長分光法、若しくはラマン分光法など、他の光学法が想定され得る。

好適には、光学コンソールは蛍光励起波長が変更されることを可能にする。これは切り替えられるか若しくは多重化される（例えば周波数変調される）多重光源で、又は調節可能光源で達成され得る。異なる励起波長において異なる蛍光発光スペクトルを測定することはコラーゲンとエラスチン（及び付加的には異なるタイプのコラーゲン）を区別するために関連する可能性がある情報を提供し得る。

二光子蛍光励起も利用され得る。これは単光子励起に対してより深い侵入深さという利益を持ち得る。二光子蛍光測定でプローブされるボリュームは赤外における拡散反射測定についてプローブされるボリュームにより類似し得る。

図２は時系列の略図であり、線２４は例えば二つの隣接タイムスタンプＴｓである時間２６及び２８において組織パラメータが決定されることを図示する。これら二つのタイムスタンプ２６，２８間の時間距離は器具１２からの信号を介して組織パラメータを決定するために必要な処理時間を図示する。

線３０は例えば二つの隣接タイムスタンプＴｆである時間３２及び３４を図示し、ここで画像が医用イメージング装置１８によって記録される。これら二つのタイムスタンプ３２，３４の間の時間距離は画像処理装置２０において画像を処理するために必要な処理時間を図示する。

組織パラメータを処理するために必要な期間は体の内部の画像を処理するために必要な期間よりも長いので、この情報（若しくはこれら二種の情報）を単一画像若しくはビデオとして画像シーケンスに単純に組み合わせることは不可能である。器具を使用する人が非意図的に組織を損傷したり若しくは組織を破裂させたりしないように、器具の現在位置を示す体の内部の最新画像を表示する必要がある。従って組織型情報が利用可能になるまで単純に待つことは不可能である。

光学情報が組織決定装置に到達するとき、関連する器具先端位置（ｘｓ，ｙｓ）は例えばＴｓを補間してから（ｘｓ，ｙｓ）を補間することによって器具位置リストから読み出され得る。そして組織パラメータ情報が位置（ｘｓ，ｙｓ）において現在のビデオフレームに表示される。図３に図示の実施形態において、これは色つきドットを用いてなされる。組織パラメータは例えば各々赤、緑、及び青のドットで表示される血液、脂肪及び水を含み得る。

各色の彩度は測定量の尺度である（図３参照）。データの処理時間が減少するとき、ドット‐線はより実線となり、（ｘｓ，ｙｓ）はより（ｘｃ，ｙｃ）の方へシフトする。

別の実施形態において三色は一色で一つのドットへ融合され得る。このときドットのサイズは正確さの指標である：大きなドットは高精度の測定であるが、小さなドットは大きな誤差を含み得る、すなわち精度が低い。器具位置リストから器具の速度を決定することも可能である。器具の速度も測定の精度を決定する：器具が速く動かされる場合、大きなボリュームがサンプル化されるので精度は失われる。さらにドットの代わりに実線を表示し、線の幅を不正確さの指標にすることが可能である。

図３は器具４０が図示されるビュー３５を概略的に図示する。器具４０は第１の組織型３６と第２の組織型３８を貫通する。ドット４２は組織パラメータを図示する。ここで組織型を示す三色が図示される。他の実施形態では他の数のパラメータが使用され得る。位置（Ｘｓ，Ｙｓ）において組織型情報が表示される。ここで器具４０はドットが全て一列に並んでいるので直線において進行されたことがみられる。ビュー３５において器具の先端は（Ｘｃ，Ｙｃ）において示される。

図４は時間Ｔｆにおける体の内部の画像のシーケンスを決定するステップ４６を有する方法４４の略図である。これらの画像はとりわけ器具の現在位置を示す。方法４４は時間Ｔｆでの体の内部の画像におけるセンサ位置のシーケンスを決定するステップ４８を有する。方法４４は器具のセンサ位置における組織パラメータを時間Ｔｓにおいて決定するステップ５０を有する。方法４４は時間Ｔｓ周辺の期間に対するセンサ位置の時系列の部分に基づいて推定センサ位置を時間Ｔｓに対して決定するステップ５２を有する。方法４４はＴｆでの体の内部の画像と時間Ｔｓでのセンサ位置における組織パラメータの表現の組み合わせである画像を表示ユニット上に表示するステップ５４を有する。

方法４４は決定された組織パラメータの量をあらわす彩度レベルを決定するステップをさらに有し得る。上述の通りそしてこれはビュー３５に表示され得る。

方法４４は組織パラメータが光学センサを用いて決定されるステップを有し、方法は組織パラメータを決定するために光学センサからの信号から決定されるスペクトルを使用するステップを有する。これは単純で非侵襲的な組織型パラメータの決定を可能にし、これは回復期間を減らし器具を操作する人にとっての情報レベルを高めるので患者にとって有利である。

図３のビュー３５に図示されるドットの代わりに、方法は組織パラメータが実線として表示されるステップを有してもよく、線の幅が不正確さの指標である。

本発明は図面と上記説明において詳細に図示され記載されているが、かかる図示と記載は例示若しくは説明であって限定ではないとみなされ、本発明は開示の実施形態に限定されない。開示の実施形態への他の変更は、図面、開示、及び添付の請求項の考察から、請求される発明を実施する上で当業者によって理解され、もたらされ得る。請求項において、"有する"という語は他の要素若しくはステップを除外せず、不定冠詞"ａ"若しくは"ａｎ"は複数を除外しない。単一のプロセッサ若しくは他のユニットが請求項に列挙される複数の項目の機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。コンピュータプログラムは他のハードウェアと一緒に若しくはその一部として供給される光記憶媒体若しくは固体媒体などの適切な媒体上に記憶／分散され得るが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムなどを介して他の形式で分散されてもよい。請求項における任意の参照符号は範囲を限定するものと解釈されてはならない。

Claims (14)

1. 体内で器具をナビゲート及び位置決めするためのシステムであって、前記器具は前記体内の組織の光学検査用のセンサを有し、前記器具は組織信号を生成するように構成され、前記システムが、
   タイムスタンプＴｓに対応する時間において前記器具から前記組織信号を受信するように構成される組織型決定装置であって、前記器具からの前記組織信号に基づいて組織型を示すパラメータのセットを決定するように更に構成される、組織型決定装置と、
   前記体の内部の画像を形成するように構成される医用イメージング装置であって、画像の時系列を記録するように構成され、各々の画像は、タイムスタンプＴｆに対応する時間的距離によって前記時系列における隣接する画像から離され、隣接する前記タイムスタンプＴｆの間の間隔は隣接する前記タイムスタンプＴｓ間の間隔よりも小さい、医用イメージング装置と、
   前記組織型決定装置と時間同期する画像処理ユニットであって、(i)現在の器具位置、及び(ii)前記タイムスタンプＴｓに対する組織信号読出し位置に対応する前記器具の以前の空間位置における組織型の表示を有する各々のタイムスタンプＴｆにおける前記体の内部の複合画像を確立するように構成され、前記画像処理ユニットは、前記体の内部の複合画像が前記現在の器具位置と、前記対応するタイムスタンプＴｓに対する前記組織信号読出し位置に対応する前記器具の前記以前の空間位置における組織型の前記表示との両方を有する、画像処理ユニットと、
   前記体の内部の複合画像を表示するための表示ユニットと
   を有する、システム。
2. 前記組織の光学検査用のセンサが、血液、水、脂肪、コラーゲン、胆汁、ベータカロテン量、血液の酸素化及び散乱特性を決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 彩度レベルが前記組織型を示すパラメータの測定量を示す、請求項１に記載のシステム。
4. 前記組織型決定装置が前記組織型決定装置からの信号をスペクトルに変換するように構成される分光器に接続される、請求項１又は２に記載のシステム。
5. 前記組織型を示すパラメータが前記スペクトルに基づいて決定される、請求項４に記載のシステム。
6. 前記組織型を示すパラメータが実線として表示され、線の幅が不正確さの指標である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記器具からの組織信号に基づく組織型を示すパラメータのセットが、
   ＰＣＡ若しくは部分最小二乗法判別分析などの多変量統計解析を実行することを有する、請求項１に記載のシステム。
8. 体内で器具をナビゲート及び位置決めするためのシステムの作動方法であって、前記器具は前記体内の組織の光学検査用のセンサを有し、前記器具は組織信号を生成するように構成され、前記システムが、組織型決定装置、医用イメージング装置、画像処理ユニット、及び表示ユニットを有し、
   前記組織型決定装置が、タイムスタンプＴｓに対応する時間において前記器具から前記組織信号を受信し、前記器具からの前記組織信号に基づいて組織型を示すパラメータのセットを決定するステップと、
   前記医用イメージング装置が、前記体の内部の画像を形成し、画像の時系列を記録するステップであって、各々の画像は、タイムスタンプＴｆに対応する時間的距離によって前記時系列における隣接する画像から離され、隣接する前記タイムスタンプＴｆの間の間隔は隣接する前記タイムスタンプＴｓ間の間隔よりも小さい、ステップと、
   前記画像処理ユニットが、前記組織型決定装置と時間同期と同期し、(i)現在の器具位置、及び(ii)前記タイムスタンプＴｓに対する組織信号読出し位置に対応する前記器具の以前の空間位置における組織型の表示を有する各々のタイムスタンプＴｆにおける前記体の内部の複合画像を確立するステップであって、前記画像処理ユニットは、前記体の内部の複合画像が前記現在の器具位置と、前記対応するタイムスタンプＴｓに対する前記組織信号読出し位置に対応する前記器具の前記以前の空間位置における組織型の前記表示との両方を有する、ステップと、
   前記表示ユニットが、前記体の内部の複合画像を表示するステップと
   を有する、方法。
9. 決定された組織パラメータの量をあらわす彩度レベルを決定するステップをさらに有する、請求項８に記載の方法。
10. 前記組織パラメータが光学センサを用いて決定され、前記方法が前記組織パラメータを決定するために前記光学センサからの信号から決定されるスペクトルを使用するステップを有する、請求項８に記載の方法。
11. 前記組織パラメータが実線として表示され、線の幅が不正確さの指標である、請求項８に記載の方法。
12. 前記組織型を示すパラメータのセットの決定が、
    ＰＣＡ若しくは部分最小二乗法判別分析などの多変量統計解析を実行するステップを有する、請求項８に記載の方法。
13. 請求項８に記載のステップを有する方法を、デジタルプロセッサ上で実行されるとき、コンピュータに実行させる命令を有する、コンピュータプログラム。
14. 前記組織パラメータが実線として表示され、線の幅が不正確さの指標である、請求項１３に記載のコンピュータプログラム。

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