JP6878280B2 - パルス光放射マーカー装置 - Google Patents

Description

本発明は、人体の対象領域をマーキング及び／又は追跡することに関する。特に、本発明は、能動マーカー装置、追跡システム、及び検査装置に関する。

手術において、術中撮像を行う必要があり得る。これは、術前に撮像された解剖学的構造が手術中に大幅に変化し得るからである。例えば、組織の切断により、又は、人体内の臓器、例えば、肝臓の動きにより変形が発生し得る。したがって、組織の大幅な非線形変形が生じ得、術前撮像による術中撮像の単純な位置合わせは困難であり得る。

この目的において、術前撮像において識別された関連する組織を後続の処置中に再度見つけるため、組織マーカーを使用することが知られている。このようなマーカーは、術前段階中に組織内へ導入される。例えば、術中に取得されたＸ線像において視認可能であるＸ線吸収マーカーが使用され得る。

しかし、患者が受ける有害な放射線の量を制限するためだけでなく、例えば、手術環境が無菌でなければならないという理由からも、手術中におけるＸ線の使用は、制限されなければならない。このことは、術中Ｘ線撮像では、例えば、不自由であり得る鉛防護服を装着することが執刀医に要求されるので、Ｘ線撮像を行うときにはさらに難しい。

人体の対象物体の精密で信頼性の高いマーキングに適応されたマーキング装置を提供する必要があり得る。

本発明は、独立請求項に記載される。別の利点と実施形態とは、従属請求項と説明と図面とに記載される。

本発明の第１の態様は、患者の体など、被術者の対象領域をマーキングするために組織内に導入可能なマーカー装置に関する。マーカー装置が光センサにより視認可能であるように、マーカー装置は光を放射するように適応された光源を備える。さらに、マーカー装置は、パルスモードで光源を動作させるように適応されたスイッチを備える。

以下、本発明に従ったマーカー装置は、「能動マーカー装置」、すなわち、能動放射源、特に、光源を備えるマーカー装置とも呼ばれる。これは、Ｘ線吸収マーカーなどの「受動」マーカー装置とは対照的である。

本発明の要旨は、人体の対象物体又は対象領域を追跡及び／又は位置合わせするための光学マーカーを提供することにより理解され得る。この目的において、本発明の場合において説明される能動マーカー装置が提供される。能動マーカー装置の光源が、パルス光を放射するために特に構成されることが理解され得る。

能動マーカーは、術前段階中に体内へ埋め込まれ得る。後続の処置中、能動マーカー装置は、適切な追跡装置を使用して追跡され得、追跡装置は、好ましくは、光センサと、より好ましくは、少なくとも１つの飛行時間カメラを備える。したがって、マーキングされた組織構造は、手術室内の座標系と、さらに例えば、Ｘ線システムなどの医療撮像システムの座標系とに直接結び付けられ得る。

パルス光を放射することにより、能動マーカー装置は比較的少ない電力を消費する。さらに、パルス光を放射する能動マーカー装置は、飛行時間カメラにより、より確実に検出され得る。さらに、能動マーカー装置から放射されたパルス光は、静的な光源と比べると、周辺光、例えば、手術用照明により、又は手術室の天井にある照明器具により放射された光から、より良好に識別可能である。

加えて、能動マーカー装置は、パルス光の特徴、例えば、周波数又は特定のパルスパターンを利用して識別可能であり得る。ＬＥＤをパルス発光させることの別の利点は、ＬＥＤをオーバードライブすることができることであり得、すなわちピーク電力が、最大平均電力より大きなものであり得る。このように、効率が改善され、より明るい閃光がＬＥＤから放射され得るように、平均ＬＥＤ温度がより小さなものであり得る。

ヒト組織内に導入可能である能動マーカー装置が説明されるが、能動マーカー装置は、例えば、獣医学的な目的で、動物組織内に導入されるように適応され得る。さらに、能動マーカー装置は、例えば、病理的見地から壊死組織内に導入されるように適応され得る。

したがって、能動マーカー装置は、一時的に埋め込み可能な発光マーカーに関し、一時的に埋め込み可能な発光マーカーは、例えば、医療処置中に体の外で検出されるように適応される。好ましくは、能動マーカー装置は、飛行時間カメラを使用して検出され得る光パルスを放射するように適応される。能動マーカー装置は、エポキシ樹脂（例えば、ＥＰＯ−ＴＥＫ３０１）を含み得、エポキシ樹脂内に、能動マーカー装置の電子部品（例えば、光源及びスイッチ）が封止される。言い換えると、能動マーカー装置は、カプセルを備え得、カプセル内に光源及びスイッチ、並びに、他の構成要素が封入され得る。能動マーカー装置のカプセルは、長尺形状をもち得、挿入針の套管内にはめ込まれ得る。

光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、例えば、低電力ＬＥＤ又は半導体レーザーダイオードであり得る。光源は、低電力消費及び小寸法である他の種類の光源でもあり得る。

光源は、１５０ｍｃｄより大きな、好ましくは、５００ｍｃｄより大きな、よりさらに好ましくは、１０００ｍｃｄより大きな光度の光を放射するように構成され得る。さらに、光源は、１ｌｍより大きな、好ましくは、５ｌｍより大きな、よりさらに好ましくは、１０ｌｍより大きな光束を放射するように構成され得る。

スイッチは、光源をスイッチオン及びスイッチオフするための、及び、パルスモードで光源を動作させるための電子回路に関係し得る。スイッチがどのように構成され得るかについては、別の可能性が存在し得る。例えば、能動マーカー装置の埋め込みの直前に、スイッチを操作することにより能動マーカー装置が手動で起動され得るように、スイッチは機械スイッチであり得る。スイッチは、例えば、小型ボタンを押圧することにより操作され得る。

さらに、例えば、体組織内に能動マーカー装置が一時的に埋め込まれた後、非接触の手法で能動マーカー装置の光源が遠隔操作で起動され得るように、すなわち患者の体の外から起動され得るように、スイッチは、非接触の手法で操作されるように適応され得る。例えば、光源は、磁場により起動され得る。スイッチは、磁場を使用して起動されるように、例えば、小型双安定リードスイッチを備え得る。さらに、スイッチは、ＲＦパルスにより起動され得る電子ヒューズを備え得る。スイッチは、相変化材料をさらに備え得る。能動マーカーが体内に導入されたときに、例えば、外部からの加熱により、又は、体温により、相変化材料の相変化が誘起され得る。この場合、スイッチは、電気回路が閉じるように機械スイッチ上に機械力（例えば、圧力）をもたらす相変化材料の膨張又は収縮により操作され得る。スイッチは、代替的に、スイッチを操作するため、材料の相変化によりその導電率を変える材料を含み得る。

スイッチは、パルスモードで光源を動作させるための電気回路を備え得る。例えば、スイッチは、パルスモードで光源を動作させるためのタイマーを備え得る。さらに、スイッチは、遠隔操作で始動操作を受けるための受信ユニットを備え得る。言い換えると、光源は、光の分離したパルスを放射するように操作され得る。光源のパルスモードは、例えば、パルスの周波数により特徴付けられ得る。周波数は、例えば、０．１Ｈｚから１００ＭＨｚの間であり得る。言い換えると、パルスモードは、光源によりパルス光が放射される周波数に関係し得る。パルス持続期間は、例えば、パルスモードの光源の５０％のデューティ比であり得る。しかし、パルス持続期間は、５０％より大きな範囲又は小さな範囲のデューティ比でもあり得る。代替的又は追加的に、パルスモードは、１つ又は複数の特定のパルスパターンにより特徴付けられ得る。

さらに、複数の能動マーカー装置を提供することが可能であり、各マーカー装置が、異なるパルスモード、例えば、異なる周波数のパルス又は異なるパルスパターンで光を放射する。さらに、複数の能動マーカー装置の各能動マーカー装置は、パルスモードを介して一意に識別可能であり得る。

本発明の例示的な実施形態によると、スイッチは、複数の異なるパルスモードで光源を動作させるために構成される。さらに、スイッチは、複数の異なるパルスモードのうちの１つの特定のパルスモードで光源を動作させるように設定可能である。

このように、複数の能動マーカー装置は、対象物体を追跡するために使用され得、各能動マーカー装置は、それ自身のパルスモードをもち、そのパルスモードを介して一意に識別可能である。

例えば、スイッチは、異なる周波数で光源を動作させるように適応され得る。スイッチは、特定のパルスモード、例えば、特定の周波数、又は特定のパルスパターンで光を放射するようにプログラム可能であり得る。スイッチは、異なるパルスモード間で機械的にスイッチングするための機械スイッチをさらに備え得る。さらに、スイッチは、光源が光を放射する際のパルスモードに関する情報を受信するための受信ユニットを備え得る。

本発明の別の例示的な実施形態によると、能動マーカー装置は、光源に対する起動信号を受信するように適応された受信ユニットをさらに備える。さらに、スイッチは、受信ユニットが起動信号を受信したとき、光源をスイッチオンするように構成される。受信ユニットは、能動マーカー装置のカプセル内に封入され得る。

受信ユニットは、無線受信ユニット、例えば、ＲＦ（無線周波数、ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）アンテナであり得る。スイッチは、受信ユニットが起動信号を受信したときにのみ、例えば、ＲＦアンテナが無線信号を受信したときにのみ、パルスモードで光源を動作させるように適応され得る。

このように、対象物体が視覚的に追跡される必要のあるとき、能動マーカー装置が遠隔操作で起動され得る。したがって、能動マーカー装置が、対象物体を追跡するために使用される間に限り電力を消費することが確実にされ得る。

本発明の別の例示的な実施形態によると、受信ユニットは、パルスモードの特徴に関する情報を含む信号を受信するように構成される。さらに、スイッチは、その特徴をもつパルスモードで光源を動作させるように構成される。

パルスモードの特徴は、例えば、光源により放射されるパルスの周波数であり得る。

このように、能動マーカー装置が特定のパルスモードで光を放射するように、能動マーカー装置に信号が送信され得る。したがって、例えば、マーカー装置を識別するため、光センサと光センサに結合された処理ユニットとにより光が処理され得るように、特定のパルスモードで光を放射するように能動マーカー装置が操作され得る。

本発明の別の例示的な実施形態によると、受信ユニットは、光源によるパルスの生成を始動操作するトリガー信号を受信するように構成される。さらに、受信ユニットによりトリガー信号が受信された場合に限り、光源をオンに切り替えるようにスイッチが構成される。

言い換えると、光源により生成されたパルスは、外部トリガー信号、例えば、ＲＦトリガー信号により始動操作を受け得る。このように、パルスモードは、光源のパルスを始動操作する信号を放射する外部源により規定され得る。したがって、特定のパルスモードは、能動マーカー装置の動作中に決定され得、能動マーカー装置を埋め込む前に決定されることを必要としない。

本発明の別の例示的な実施形態によると、能動マーカー装置は、電気エネルギーを光源に供給するように適応されたエネルギー源をさらに備える。

エネルギー源は、能動マーカー装置のカプセル内に封入され得る。

本発明の別の例示的な実施形態によると、エネルギー源は、電池を備える。

光源に電力を供給するため、エネルギー源は、リチウムイオン電池を備え得る。さらに、能動マーカーは手術中しか光を放射する必要がないので、電池は、２４時間未満、好ましくは、１０時間未満、さらにより好ましくは、５時間未満の期間に限り光源にエネルギーを提供するように構成され得る。したがって、能動マーカー装置がかさばるのを防ぐため、電池が十分小さく製造され得る。

本発明の別の例示的な実施形態によると、エネルギー源は、エネルギー源の無線給電のためのＬＣ回路を備える。

本発明の別の例示的な実施形態によると、能動マーカー装置は、挿入針の套管内に導入されるように構成される。

例えば、能動マーカー装置は、２．４ｍｍ未満の外径をもち得る。さらに、能動マーカー装置は、挿入針の１６ゲージ、好ましくは、１４ゲージ、さらにより好ましくは、１１ゲージの通路にはまり込むような寸法をもち得る。

本発明の別の例示的な実施形態によると、光源は、６００ｎｍから１３００ｎｍの間、好ましくは、７００ｎｍから１０００ｎｍの間の範囲内における波長の光を放射するように構成される。

この波長範囲においてヒト組織が低吸収であり得ることが、組織内部の深い位置でも能動マーカー装置が追跡されることを可能にする。

光源は、代替的に、組織により、より多く吸収される波長の光を放射するように構成され得る。このように、能動マーカーが観測され得るだけでなく、このことはさらに、医師による組織構造の視認性を改善し得る。

さらに、能動マーカー装置がさらに、患者に投与された造影剤に関連して使用されるように構成され得る。光源が組織内に挿入され得るので、造影剤（蛍光造影剤であり得る）の良好な照明が達成され得る。

本発明の第２の態様は、ヒト組織の対象物体を追跡するための追跡システムに関する。追跡システムは、本発明の場合において説明される能動マーカーと、能動マーカー装置の光源により放射された光を検出するように適応された光センサとを備える。さらに、追跡システムは、光センサにより検出された光に基づいて、能動マーカー装置の位置を決定するように適応された処理ユニットを備える。

言い換えると、追跡システムは、光学的に能動マーカー装置の位置を決定するように構成され得る。追跡システムの光センサは、撮像能力をもち得る。例えば、光センサは、光学カメラであり得る。光センサは、さらに、能動マーカー装置の光源により放射された赤外光を検出するように構成され得る。

別の例示的な実施形態によると、光センサは、少なくとも２つの光学カメラを備える。さらに、処理ユニットは、能動マーカー装置の位置を決定するため少なくとも２つの光学カメラにより記録された像に基づいて、三角測量を実行するように構成される。

本発明の例示的な実施形態によると、光センサは、能動マーカー装置により放射された光を受信するための、少なくとも１つの飛行時間カメラを備える。処理ユニットは、三角測量により能動マーカー装置の位置を決定するように構成される。

本分野で理解されるように、飛行時間（ＴＯＦ：ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）カメラは、深さ画像を生成するカメラであり、このようなカメラの各ピクセルは距離を、カメラの視野内における対応点にコード化する。ＴＯＦカメラは、典型的には、入来光、特に、本発明によれば能動マーカー装置により放出された光パルスの位相遅延を測定するように構成される。

例示的な実施形態によると、処理ユニットは、能動マーカー装置が位置する３つの球面を決定するように構成される。さらに、処理ユニットは、３つの球面の交点を決定することによりマーカー装置の位置を決定するように構成される。言い換えると、３Ｄ空間における能動マーカー装置の位置が決定され得る。光パルスの推定飛行時間などの、ＴＯＦカメラの少なくとも１つのピクセルによる、能動マーカー装置により放射された光パルスの受信に関係した情報は、能動マーカー装置と表面点、例えば、ＴＯＦカメラの少なくとも１つのピクセルに関係した患者の外面上の点との間の経路長を決定するために使用され得る。したがって、能動マーカー装置が位置する球面が、３Ｄ空間において決定され得る。このような３つの球面の交点を決定することにより、３Ｄ空間におけるマーカー位置が、高精度に識別され得る。

例えば、光センサは、単一の飛行時間カメラを備え、飛行時間カメラは、少なくとも３つの像点又はピクセルを備える。飛行時間カメラは、マーカー装置により放射された光を受信するための少なくとも３つのピクセルを備え得、処理ユニットは、少なくとも３つのピクセルの各々に対する球面を決定するように構成され得る。さらに、処理ユニットは、３つの球面の交点を決定することにより、マーカー装置の位置を決定するように構成され得る。

単一の飛行時間カメラの異なるピクセルが、体の表面上における複数の対応点（例えば、３点）から放射された能動マーカー装置の光パルスを受信するという点で、追跡システムは、能動マーカー装置の位置を決定するように構成され得る。さらに、追跡システムは、例えば、位置合わせ工程中に、及び／又は、標準的な反射飛行時間測定により、体の表面上における点の位置を決定するように構成され得る。体の表面上における点の位置が既知であるので、追跡システムは、異なるピクセルにおける放射された光パルスの受信を表すＴＯＦカメラ信号の、信号における位相遅延から、表面上における点の各々と能動マーカー装置との間の距離を決定するように構成され得る。したがって、追跡システムは、能動マーカー装置の位置を三角測量するように、すなわち、点の各々に対する球面を決定するように、及び、能動マーカー装置の位置を取得する球面の交点を決定するように構成され得る。

追跡システムは、例えば、ＲＦ信号を放射することにより、能動マーカー装置の光源のパルスを始動操作するように構成され得る。さらに、追跡システムは、光源のパルスを始動操作するためのＲＦ信号を送信する間、及び飛行時間カメラによりパルスを検出する間の期間を決定するように構成され得る。このように、追跡装置は、能動マーカー装置と各飛行時間カメラとの間の距離を決定し得る。

さらに、追跡システムは、システムの堅牢性を改善するため、１つを上回る飛行時間カメラをさらに備え得る。このように、さらに、１つのカメラが能動マーカー装置の光を撮影することができない場合でも、３Ｄ空間における位置が決定され得る。さらに、追跡システムは、より正確に能動マーカー装置と飛行時間カメラとの間の距離を決定するため、組織と空気との間の光伝搬時間を考慮するように構成され得る。例えば、各飛行時間カメラと能動マーカー装置との間の距離は、手術の準備において位置合わせされ得る患者表面モデルを使用して推定され得る。

本発明の別の例示的な実施形態によると、処理ユニットは、カメラにより受信された光のパルスモードに基づいて、能動マーカー装置を識別するように構成される。

例えば、処理ユニットは、光源により放射されるパルスの周波数に基づいて、能動マーカー装置を識別し得る。

本発明の別の例示的な実施形態によると、追跡システムは、マーカー装置に起動信号を送信するための送信ユニットをさらに備える。

本発明の第３の態様は、本発明の場合において説明される医療撮像装置と追跡システムとを備える医療検査装置に関する。

医療撮像装置は、Ｘ線装置、ＭＲＩ、ＵＳ、ＰＥＴ−ＣＴ、又は他の撮像装置であり得る。例えば、医療撮像装置はＣアームを備え得、Ｃアーム上に追跡システムの１つ又は複数の光センサが装着される。

さらに、能動マーカー装置の正確な位置は、まず、撮像装置、例えば、Ｘ線システム又は他の手法（ＭＲＩ、Ｘ線、ＣＴ、ＵＳ）により決定され得る。能動マーカー装置の正確な位置がわかると、能動マーカー装置の小さな動きが、高精度のカメラを使用して追跡され得る。

本発明のこれらの態様及び他の態様が以下に説明される実施形態から明らかとなり、以下に説明される実施形態を参照して明確になると考えられる。

本発明の例示的な実施形態に従った能動マーカー装置を示す図である。 ヒト組織内への例示的な実施形態に従った能動マーカー装置の導入を示す図である。 ヒト組織内への例示的な実施形態に従った能動マーカー装置の導入を示す図である。 ヒト組織内への例示的な実施形態に従った能動マーカー装置の導入を示す図である。 内部に例示的な実施形態に従った能動マーカー装置が導入される套管を備える挿入針を示す図である。 内部に例示的な実施形態に従った能動マーカー装置が導入される套管を備える挿入針を示す図である。 本発明の例示的な実施形態に従った能動マーカー装置のための電気回路を示す図である。 本発明の例示的な実施形態に従った能動マーカー装置のための電気回路を示す図である。 電気エネルギーを能動マーカー装置に無線で提供するための電気回路を示す図である。 例示的な実施形態に従った医療検査装置を示す図である。 本発明の例示的な実施形態に従った追跡システムを示す図である。 本発明の例示的な実施形態に従った追跡システムを示す図である。 本発明の例示的な実施形態に従った追跡システムを示す図である。

図は概略であり、寸法が正確ではない。以下の説明では、異なる図の構成要素が同じ参照符号を付加され、同じ参照符号は同一又は類似の構成要素を表す。しかし、同一又は類似の構成要素が異なる参照符号を付加される場合もあり得る。

図１に、本発明の例示的な実施形態に従った能動マーカー装置１００が示される。能動マーカー装置は、人体の対象物体、例えば、腫瘍をマーキング及び追跡するため、ヒト組織内に導入されるように適応される。能動マーカー装置１００は、能動マーカー装置１００が光センサにより視認可能であるように、光１０４を放射するように適応された光源１０１を備える。さらに、能動マーカー装置１００は、光源１０１をオンとオフとに切り替えるように、及び、パルスモードで光源１０１を動作させるように適応されたスイッチ１０２を備える。さらに、能動マーカー装置１００は、能動マーカー装置１００への無線電力伝送のためのエネルギー源１０３、例えば、電池又はＬＣ回路を備える。光源１０１とスイッチ１０２とエネルギー源１０３とは、能動マーカー装置１００のカプセル１０５内に封入される。

例えば、能動マーカー装置１００は、Ｎｉｃｈｉａ ＮＥＳＬ １５７ＡＴ−Ｈ３ ＬＥＤなどの低電力ＬＥＤ１０１を備える。このＬＥＤは、典型的には、１１．５ｌｍの光束と４．０ｃｄの光度とを示す。ＬＥＤ１０１は、例えば、小さな電池１０３に接続され得、スイッチ１０２は、離れた場所から切り替え可能であり得る。ＬＥＤは、さらに、１．５×０．８×０．６ｍｍという寸法をもつＨＳＭＷ白色ＣｈｉｐＬＥＤであり得る。さらに、ＬＥＤは、１．０×０．５２×０．２ｍｍという寸法をもつＲＯＨＭのＰＩＣＯＬＥＤであり得る。能動マーカー１００のＬＥＤと電子部材とは、生体適合性であり、視覚的に透明なエポキシ樹脂（例えば、ＥＰＯ−ＴＥＫ ３０１）のカプセル１０５内に封入され得る。カプセル１０５は、挿入針の套管の内部に適合するように長尺形状に作られる。

図２Ａから図２Ｃに、人体２０１内への本発明の例示的な実施形態に従った能動マーカー装置１００の導入が示される。能動マーカー装置１００は、挿入針の套管２００内に位置する。人体２０１は、例えば、腫瘍といった対象領域２０３を含む。さらに、人体は、体表２０２を含む。

図２Ｂに、対象領域２０３での、又は対象領域２０３付近での人体２０１内への能動マーカー装置１００の導入又は挿入が示される。この目的のため、挿入針２００は、体表２０２を通して人体２０１内に突き刺され、能動マーカー装置１００は、対象領域２０３内又は対象領域２０３付近に埋め込まれる。

図２Ｃに、能動マーカー装置１００と対象領域２０３とをそれぞれ追跡するため、対象領域２０３内又は対象領域２０３付近に埋め込まれた能動マーカー装置１００がパルスモードで光１０４を放射する様子が示される。能動マーカー装置１００の光源は、例えば、スイッチを手動で操作することにより、体内２０１に能動マーカー装置を埋め込む前に起動され得る。代替的に、能動マーカー装置が人体２０１内に既に埋め込まれている場合、光源は、例えば、ＲＦ起動信号を送信することにより非接触の手法で起動され得る。

図３Ａは、挿入針３０１とスタイレット３０２とを示し、挿入針３０１は、本発明の例示的な実施形態に従った能動マーカー装置を導入するための套管３０３を備える。図３Ｂに、套管３０３の拡大部分が示される。能動マーカー装置が挿入針の套管３０３の内部に位置することが理解され得る。

図４Ａは、本発明の例示的な実施形態に従った能動マーカー装置の光源４０１を動作させるための例示的な電気回路４００を示す。光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）４０１として具現化される。さらに、電気回路は、エネルギー源４０２、例えば、電池を備える。さらに、光源４０１は、電界効果トランジスタ４０４とＲＦアンテナ４０３とダイオード４０５と抵抗器４０６とコンデンサ４０７とを備えるスイッチング回路４０８に結合される。ＲＦアンテナ４０３とダイオード４０５と抵抗器４０６とコンデンサ４０７とは、スイッチング回路４０８のＡＭ受信器の一部である。図４Ｂは、本発明の例示的な実施形態に従った能動マーカー装置の光源４１１を動作させるための簡単な回路４１０を示す。この場合も、光源４１１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）として具現化される。この場合、ＡＭ受信器は、ＲＦアンテナ４１３とダイオード４１５とトランジスタ４１４とを備え、トランジスタ４１４の入力キャパシタンスを使用する。

図５に、電気エネルギーを能動マーカー装置５０１に無線で提供するための電気回路５０１及び５０２が示される。

能動マーカー装置５０１は、コイル５０４とコンデンサ５０５とを含むＬＣ回路５０３を備える。さらに、能動マーカー装置は、コイル５０８とＬＥＤ駆動電子部材５０７とを含む負荷回路５０６を備える。

電気エネルギーは、エネルギー供給装置５０２により能動マーカー装置５０１に無線で提供される。エネルギー供給装置５０２は、コイル５１０とコンデンサ５１１とを含むＬＣ回路５０９を備える。エネルギー供給装置５０２は、交流エネルギー源とコイル５１４とを含む供給源回路をさらに備える。

供給源回路５１２は、コイル５１４及び５１０を介して共振ＬＣ回路５０９内にエネルギーを結合するように構成される。能動マーカー装置のＬＣ回路５０３は、ＬＣ回路５０９により生成された電磁束の一部を受信して、電気エネルギーをＬＥＤ駆動装置電子部材に供給する負荷回路５０６内にエネルギーを結合する。

図６に示す、本発明の例示的な実施形態に従った医療撮像装置６０１を備える医療検査装置６００が示される。この例示的な実施形態において、医療撮像装置６０１は、Ｘ線源６０３とＸ線検出器６０２とを含むＣアームを備える。Ｃアーム６０１は、光センサ６０４及び６０５と処理ユニット６１０とを含む追跡システムをさらに備える。

さらに、人体６０６は、ＣアームのＸ線源６０３とＸ線検出器６０２との間に位置する。人体６０６は、対象領域、例えば、腫瘍を含む。さらに、能動マーカー装置６０８は、対象領域６０７で、又は対象領域６０７付近で人体内に埋め込まれる。このように、例えば、手術中に人体が動かされたとき、Ｘ線源を起動する必要なく、能動マーカー装置６０８及び／又は対象領域が追跡され得る。処理ユニット６１０は、光センサ６０４、６０５により検出された光に基づいて、能動マーカー装置６０８の位置、例えば、３Ｄ位置を決定するように適応される。処理ユニット６１０は、三角測量を適用することにより能動マーカー装置６０８の位置を決定するように適応される。

図７に、本発明の例示的な実施形態に従った追跡システム７００が示される。追跡システムは、飛行時間カメラ７０２、７０３、７０４、７０５のための支持構造物７０１を備える。支持構造物７０１は、例えば、医療検査装置のＣアームである。

腫瘍（対象領域）７０７を含む患者の体７０６が概略的に示される。さらに、腫瘍を囲む３つの埋め込まれた能動マーカー装置７０８、７０９及び７１０が示される。追跡システム７００は、４つの飛行時間カメラ７０２、７０３、７０４及び７０５のうちの少なくとも３つの飛行時間カメラにより決定される３つの球面の交点を決定することにより、能動マーカー装置７０８、７０９及び７１０の位置を決定するように構成される。言い換えると、３Ｄ空間における能動マーカー装置の位置は、飛行時間カメラにより検出された、能動マーカー装置７０８、７０９、７１０により放射されたパルス光の経路情報を使用して決定される。能動マーカー装置からカメラまでの放射された光の経路長を表す光パルスの推定飛行時間が、能動マーカー装置が位置する球面を決定するために使用される。

飛行時間カメラの動作原理を説明するため、簡略化した２Ｄ表現による例示的な実施形態が、図８Ａと図８Ｂとに示される。

図８Ａに、本発明の実施形態に従った追跡システムが示される。さらに、能動マーカー装置８０２が内部に埋め込まれた、表面８０１を含む体が図示される。能動マーカー装置は、パルスモードで光を放射するように構成される。能動マーカー装置８０２の光パルスをもたらす能動マーカー装置のスイッチの信号波形８０３がさらに示される。追跡システムは、第１の飛行時間カメラ８０４と第２の飛行時間カメラ８０６とを備える。能動マーカー装置８０２の光パルス８０３によりもたらされるパルス形信号８０５を第１の飛行時間カメラ８０４が生成する様子がさらに示される。第２の飛行時間カメラ８０６は、能動マーカー装置の光パルス８０３によりもたらされるパルス形信号８０７を生成する。さらに、追跡システムは、第１の飛行時間カメラ８０４のパルス８０５と第２の飛行時間カメラ８０６のパルス８０７との間の位相遅延を決定するための装置８０８を備える。パルス８０５とパルス８０７との間の位相遅延は、能動マーカー装置８０２から患者の表面８０１までの平均経路遅延に、患者の表面８０１から飛行時間カメラ８０４、８０６までの距離を加えたものに相関する。言い換えると、位相遅延は、経路８１０と経路８１１との和と、経路８１４と経路８１５との和との間における経路長の差分に対応する。経路８１０は、能動マーカー装置８０２と表面８０１上の点８０９との間の経路に対応し、経路８１１は、表面上の点８０９と飛行時間カメラ８０４との間の経路に対応する。同様に、経路８１４は、能動マーカー装置８０２と表面８０１上の点８１３との間の経路に対応し、経路８１５は、表面上の点８１３と飛行時間カメラ８０６との間の経路に対応する。このように、追跡システムは、球面８１２と球面８１６との交点を決定することにより、能動マーカー装置８０２の位置を三角測量し得る。

好ましくは、能動マーカー装置８０２の３Ｄ位置が、各カメラ装置に対して１つずつである３つの球面の１つの交点に対応するように、別の第３の飛行時間カメラ（図示せず）が使用され得る。

図８Ｂに、単一の飛行時間カメラ８１７を有する能動マーカー装置８０２の位置の決定が示される。飛行時間カメラの複数のピクセルが、能動マーカーから光パルスを受信する。第１のピクセルは、体の表面８０１の点８０９から放射された光を受信し、第２のピクセルは、体の表面８０１の点８１３から放射された光を受信する。これらのピクセルの各々に対して、カメラと患者の表面上における対応点８０９、８１３との間の距離は、例えば、カメラ位置と既存の患者の輪郭走査像とを位置合わせすることにより、標準的な反射飛行時間測定により、又は何らかの他の適切な距離測定により、既知である。

表面点８０９から光を受ける第１のピクセルにおいて、測定値は、距離８１０と距離８１８との和により構成される。同様に、表面点８１３から光を受ける第２のピクセルにおいて、測定値は、距離８１４と距離８１９との和により構成される。前の実施形態と同様に、飛行時間カメラの第１のピクセルと第２のピクセルとにおいて測定された位相遅延は、経路８１０と経路８１８との和と、経路８１４と経路８１９との和との間における経路長の差分に対応する。

点８０９と点８１３との３Ｄ位置と、飛行時間カメラ８１７の３Ｄ位置とにより、経路８１８と経路８１９との長さが既知であるので、追跡システムは、距離８１０と距離８１４とを決定し、続いて、球面８２０と球面８２１との交点を決定することにより能動マーカー装置の位置を三角測量し得る。

３Ｄにおいて、好ましくは、能動マーカー装置の位置は、飛行時間カメラの少なくとも３つの分離ピクセルからの信号を使用して決定される。すなわち、これらの信号の間の位相遅延に基づいて、能動マーカー装置から、単一の飛行時間カメラの対応するピクセルにより観測された少なくとも３つの表面点までの距離が決定され得る。この場合も、続いて、これらの距離に対応した３つの球面の１つの交点を決定することにより、能動マーカー装置の位置が三角測量される。

典型的な像は、ＴＯＦカメラの異なるピクセルにより視認可能な、より多くの表面点を含み得る。したがって、好ましくは、マーカー位置決定の精度をさらに改善するため、異なる時点でマーカーから光パルスを受信する別のピクセルからの信号が参照され得る。

任意選択的に、異なるピクセルにより受信される像情報を、総表面の制限された領域に制限するためにコリメータが使用され得る。すなわち、例えば、第１のピクセルは、表面点８０９から光を受け得るが、コリメータは、表面点８１３からの光が第１のピクセルに達することを防ぐ。同様に、コリメータは、表面点８０９からの光が飛行時間カメラの第２のピクセルに達することを防ぐ。

図面及び前述の説明において本発明が詳細に提示及び説明されるが、このような例示及び説明は例示又は一例とみなされ、限定とはみなされず、本発明は開示される実施形態に限定されない。

開示される実施形態に対する他の変形例が理解され得、図面、開示、及び付属の請求項の考察に基づいて請求項に記載された発明を実施する当業者により実現され得る。請求項において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、他の構成要素もステップも排除せず、不定冠詞「１つ（ａ）」又は「１つ（ａｎ）」は、複数を排除しない。単に、相互に異なる従属請求項に特定の手段が記載されているという事実は、利点を得るためにこれらの手段の組合せが使用され得ないということを示すわけではない。請求項における参照符号はいずれも、範囲を限定するように解釈されてはならない。

１００ 能動マーカー装置
１０１ 光源
１０２ スイッチ
１０３ エネルギー源
１０４ 光
１０５ カプセル
２００ 挿入針
２０１ 人体
２０２ 体表
２０３ 対象物体（例えば、腫瘍）
３０１ 挿入針
３０２ 挿入針
３０３ 套管
３０４ 能動マーカー装置
４００ 電気回路
４０１ 光源（ＬＥＤ）
４０２ エネルギー源（電池）
４０３ 受信ユニット（ＲＦアンテナ）
４０４ 電界効果トランジスタ
４０５ ダイオード
４０６ 抵抗器
４０７ コンデンサ
４１０ 電気回路
４１１ 光源（ＬＥＤ）
４１２ エネルギー源（電池）
４１３ 受信ユニット（ＲＦアンテナ）
４１４ トランジスタ
４１５ ダイオード
５０１ 能動マーカー装置
５０２ エネルギー供給装置
５０３ ＬＣ回路
５０４ コイル
５０５ コンデンサ
５０６ 負荷回路
５０７ ＬＥＤ駆動装置電子部材
５０８ コイル
５０９ ＬＣ回路
５１０ コイル
５１１ コンデンサ
５１２ 供給源回路
５１３ 交流電流源
５１４ コイル
６００ 医療検査装置
６０１ Ｃアーム
６０２ Ｘ線検出器
６０３ Ｘ線源
６０４ 光センサ
６０５ 光センサ
６０６ 体
６０７ 対象領域（腫瘍）
６０８ 能動マーカー装置
６０９ 追跡システム
６１０ 処理ユニット
７００ 追跡システム
７０１ カメラ支持体
７０２ 飛行時間カメラ
７０３ 飛行時間カメラ
７０４ 飛行時間カメラ
７０５ 飛行時間カメラ
７０６ 体
７０７ 対象領域（腫瘍）
７０８ 能動マーカー装置
７０９ 能動マーカー装置
７１０ 能動マーカー装置
８０１ 体の表面
８０２ 能動マーカー装置
８０３ 光パルスの信号
８０４ 第１の飛行時間カメラ
８０５ 第１の飛行時間カメラにより生成された信号
８０６ 第２の飛行時間カメラ
８０７ 第２の飛行時間カメラにより生成された信号
８０８ 位相遅延を決定するための装置
８０９ 体の表面上における第１の点
８１０ 能動マーカーと第１の点との間の経路
８１１ 第１の点と第１の飛行時間カメラとの間の経路
８１２ 第１の球面
８１３ 体の表面上における第２の点
８１４ 能動マーカーと第２の点との間の経路
８１５ 第２の点と第２の飛行時間カメラとの間の経路
８１６ 第２の球面
８１７ 単一の飛行時間カメラ
８１８ 第１の点と単一の飛行時間カメラとの間の距離
８１９ 第２の点と単一の飛行時間カメラとの間の距離
８２０ 第１の球面
８２１ 第２の球面

Claims (16)

1. 処置中に被術者の対象領域を追跡するための、前記処置前に組織内に埋め込まれる能動マーカー装置であって、前記能動マーカー装置が、
   光センサにより前記能動マーカー装置が検出可能であるように光を放射するための光源と、
   パルスモードで前記光源を動作させるためのスイッチと、を備え、前記スイッチが、前記処置中に前記光源を遠隔操作で起動するため非接触の手法で操作される、
   能動マーカー装置。
2. 前記スイッチが、複数の異なるパルスモードのうちの１つの特定のパルスモードで前記光源を動作させる、
   請求項１に記載の能動マーカー装置。
3. 前記能動マーカー装置が、
   前記光源に対する起動信号を受信するための受信ユニットを備え、
   前記受信ユニットが前記起動信号を受信したとき、前記スイッチが前記光源をスイッチオンする、
   請求項１又は２に記載の能動マーカー装置。
4. 前記受信ユニットが、前記パルスモードの特徴に関する情報を含む信号を受信し、
   前記スイッチが、前記特徴をもつ前記パルスモードで前記光源を動作させる、
   請求項３に記載の能動マーカー装置。
5. 前記パルスモードの前記特徴が、周波数及び／又はパルスパターンである、
   請求項４に記載の能動マーカー装置。
6. 前記受信ユニットは、前記光源によるパルスの生成を始動操作するトリガー信号を受信し、
   前記スイッチは、前記受信ユニットにより前記トリガー信号が受信された場合に限り、前記光源をオンに切り替える、
   請求項３乃至５のいずれか一項に記載の能動マーカー装置。
7. 電気エネルギーを前記光源に供給するエネルギー源を備える、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の能動マーカー装置。
8. 前記エネルギー源が、前記エネルギー源の無線給電のためのＬＣ回路を備える、
   請求項７に記載の能動マーカー装置。
9. 前記能動マーカー装置が、挿入針の套管内に導入される、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の能動マーカー装置。
10. 前記能動マーカー装置は、前記光源と前記スイッチとが封入されたカプセルを備える、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の能動マーカー装置。
11. 被術者内の対象領域を追跡するための追跡システムであって、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の能動マーカー装置の光源により放射された光を検出する光センサと、
    前記光センサにより検出された光に基づいて、前記能動マーカー装置の位置を決定する処理ユニットと、を備え、
    前記光センサが、前記能動マーカー装置により放射された光パルスを受信して、前記光パルスの受信に関係した情報を生成するための少なくとも１つの飛行時間カメラを備え、
    前記処理ユニットが、前記少なくとも１つの飛行時間カメラからの前記情報に基づいて、前記能動マーカー装置の前記位置を決定する、
    追跡システム。
12. 前記追跡システムが、少なくとも２つの飛行時間カメラを備え、
    前記処理ユニットが、前記能動マーカー装置により放射された光パルスによりもたらされる第１の飛行時間カメラのパルス形信号と第２の飛行時間カメラのパルス形信号との間の位相遅延に基づいて、前記能動マーカー装置の前記位置を決定する、
    請求項１１に記載の追跡システム。
13. 前記追跡システムが、体の表面上における複数の対応点から放射された前記能動マーカー装置の前記光パルスを受信する少なくとも３つのピクセルを含む単一の飛行時間カメラを備え、
    前記処理ユニットが、前記少なくとも３つのピクセルにおける放射された前記光パルスの受信を表す前記飛行時間カメラの信号における位相遅延に基づいて、前記能動マーカー装置の前記位置を決定する、
    請求項１１に記載の追跡システム。
14. 前記処理ユニットが、三角測量により前記能動マーカー装置の前記位置を決定する、
    請求項１２又は１３に記載の追跡システム。
15. 前記処理ユニットが、前記飛行時間カメラにより受信された光の前記パルスモードに基づいて、前記能動マーカー装置を識別する、
    請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の追跡システム。
16. 医療撮像装置と、
    請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の追跡システムとを備える、
    医療撮像システム。

Images