JP7035060B2 - 結石識別方法及びシステム - Google Patents

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Description

本発明の開示の側面は、一般的には、医療デバイス及び医療手順に関する。特定の側面は、結石識別方法及びシステムに関する。
尿路結石のための砕石術は、砕石術デバイスを用いて、体内で実施され、砕石術デバイスは、各結石を結石片にして結石片を除去するように構成された可撓性又は剛性の尿管鏡を含む。従来、レーザエネルギを使用して、結石を結石片にするが、他のエネルギを使用してもよく、かかるエネルギは、衝撃手段、超音波手段、及び／又は電気液圧手段によって付与されるものを含む。結石片化は望ましい効果である。しかしながら、多くの砕石術デバイスでは、各結石片のサイズを制御することはできない。例えば、レーザエネルギに応じて、結石は、複数の結石片に破壊され、結石片の各々は、予想できない様々なサイズを有する。結石片サイズは、処理時間の長さを決定することがある。例えば、比較的大きい結石は、除去されなければならないか、更に小さい結石片にしなければならず、そうしないと、多くの場合、更に大きい結石に成長する。
米国仮特許出願第６２／４２０，９８１号明細書
結石サイズを正確に測定することは、既知の課題である。多くの言及された解決策は、外科医が結石サイズをＸ線画像等の画像から推定することを必要とする。これらの推定は、特に画像が低解像度又は低視認性のものであれば不正確であることがある。これらの不正確性に起因して、外科医は、他の場合に要求されるよりも多くの結石を除去し及び／又は結石片にし、又は、大変な除去処理に関わることがある。オプションは両方とも、時間を消費する。例えば、外科医が、推定結石サイズに基づいて、回収デバイスを導入し、その後に破片が大きすぎることを見出し、回収デバイスの除去、結石の更に別の破砕、及び最終的には回収デバイスの再導入を必要とする場合に時間が失われる場合がある。本明細書に説明する方法及びシステムの側面は、これらの問題及び従来技術の他の欠点に対処するものである。
本発明の開示の側面は、結石識別方法及びシステムに関する。ここで多くの側面を説明する。
一側面は方法である。本方法は、体腔内の結石物体に関する画像データをスコープの遠位端部に設けられた撮像要素を用いて、処理ユニットに送信することと、処理ユニットを用いて、結石物体及び体腔の視覚表現を画像データから発生させることと、処理ユニットを用いて、視覚表現のための尺度を確立することと、処理ユニットを用いて、尺度の結石物体のサイズを視覚表現から決定することと、除去ステータスを決定するために処理ユニットを用いて、結石物体のサイズを予め決められた最大サイズと比較することと、処理ユニットを用いて、除去ステータスに応答するインジケータを含むように視覚表現を補強することと、を含むことができる。
この側面により、処理ユニットに送信することは、スコープの遠位端部を結石物体に対する第１の位置に位置決めすることを含むことができ、本方法は、スコープの遠位端部を結石物体に対する第２の位置まで移動させることと、撮像要素を結石物体に隣接して位置決めすることと、撮像要素を用いて、第２の位置で画像データを取込むこととを更に含むことができる。視覚表現を発生させることは、画像データの少なくとも一部分をインタフェースデバイスに送信することを含むことができる。例えば、インタフェースデバイスは、タッチ画面ディスプレイである場合がある。尺度を確立することは、基準要素を結石物体に隣接して位置決めすることと、基準測定値を決定するために基準要素上の１又は２以上のマーカを結石物体に対して比較することと、基準測定値に基づいて尺度を定めることを含むことができる。基準要素は、スコープの管腔に移動可能に配置された光ファイバである場合がある、マーカは、光ファイバの遠位部分上に位置付けられた１又は２以上のチェックマークを含むことができる。基準要素を位置決めすることは、光ファイバの遠位部分が体腔内に配置されるまで光ファイバを管腔内で遠位に移動させることと、１又は２以上のチェックマークを結石物体に隣接して位置決めすることを含むことができる。
一部の側面では、結石物体のサイズを決定することは、インタフェースデバイスを用いて、結石物体の視覚表現上に第１の基準点及び第２の基準点を確立することと、処理ユニットを用いて、第１及び第２の基準点間の基準測定値を計算することと、尺度を用いて、結石物体のサイズを基準測定値から処理ユニットを用いて、決定することを含むことができる。例えば、インタフェースデバイスは、タッチ画面ディスプレイである場合があり、第１及び第２の基準点は、ディスプレイ上の様々な点をタッチすることによって確立することができる。他の側面では、結石物体のサイズを決定することは、画像分析器を用いて、画像データから画像データ内に含まれる第１の画像フレーム内の結石物体の基準測定値を取得することと、処理ユニットを用いて、基準測定値から第１の画像フレーム内の結石物体の２次元サイズを決定することを含むことができる。基準測定値は、複数の基準測定値を含む場合があり、結石物体のサイズを決定することは、処理ユニットを用いて、複数の基準測定値から撮像平面内の結石物体の断面積を決定することを含むことができる。一部の側面では、本方法は、結石物体の奥行きを決定するために撮像要素又は結石物体を移動させることと、処理ユニットを用いて、断面積及び奥行きから結石物体の体積を決定することとを更に含むことができる。
他の側面では、スコープの遠位端部は、波エネルギ変換器を含むことができ、結石物体のサイズを決定することは、処理ユニットを用いて、波エネルギ変換器から結石物体のために波エネルギを誘導することと、変換器を用いて、波エネルギの反射部分を受信することと、処理ユニットを用いて、波エネルギの反射部分から結石物体の奥行きを定めることと、処理ユニットを用いて、断面積及び奥行きから結石物体の体積を決定することを含むことができる。サイズを決定することは、処理ユニットを用いて、複数の基準測定値から結石物体の表面積を決定すること、及び／又は処理ユニットを用いて、波エネルギの反射部分から結石物体の密度を決定することを含むことができる。
結石物体のサイズを比較することは、結石物体のサイズが予め決められた最大サイズよりも大きいとき、第１の除去ステータスを決定することと、結石物体のサイズが予め決められた最大サイズよりも小さいとき、第２の除去ステータスを決定することを含むことができる。これらの側面により、視覚表現を補強することは、第１の除去ステータスに基づいて視覚表現の上に第１のインジケータ又は第２の除去ステータスに基づいて視覚表現の上に第２のインジケータのいずれかを重ね合わせることを含むことができる。本方法はまた、物体の断面積、物体の体積、物体の表面積、又は物体の密度のうちの少なくとも１つに応答するインジケータを含むように処理ユニットによって視覚表現を補強することを含むことができる。
本発明の開示の別の側面は、撮像要素を用いて、体腔内の複数の結石物体に関する画像データを取得することと、処理ユニットを用いて、撮像データから体腔内の複数の結石物体の視覚表現を発生させることと、処理ユニットを用いて、視覚表現から複数の結石物体の物理的特徴を決定することと、複数の結石物体の各々に対する除去ステータスを決定するために処理ユニットを用いて、物理的特徴を分析することと、各除去ステータスに応答して処理ユニットを用いて、視覚表現を補強することを含む方法である。
この側面により、物理的特徴は、複数の結石物体の各々のサイズを含むことができ、物理的特徴を決定することは、処理ユニットを用いて、画像データの尺度を確立することと、複数の結石物体の各々の基準測定値を取得するために画像分析器を用いて、撮像データを分析することと、処理ユニットを用いて、基準測定値から複数の結石物体の各々のサイズを決定することを含むことができる。一部の例示の方法は、複数の結石物体の各々のサイズに応答するインジケータを含むように処理ユニットを用いて、視覚表現を補強することを含むことができる。これらの方法は、結石物体の１つに対して処理を実施することと、取得すること、発生させること、決定すること、及び補強することを繰返すことを含むことができる。
本発明の開示の更に別の側面は、撮像要素を用いて、腎臓内の１又は２以上の結石物体に関する画像データを取得することと、処理ユニットを用いて、画像データから腎臓内の１又は２以上の結石物体の視覚表現を発生させることと、処理ユニットを用いて、視覚表現から１又は２以上の結石物体の各々の結石幅を決定することと、１又は２以上の結石物体の各々に対する除去ステータスを決定するために処理ユニットを用いて、各結石幅を予め決められた最大幅と比較することと、１又は２以上の結石の各々の除去ステータスのインジケータを含むように処理ユニットを用いて、視覚表現を補強することを含む方法である。
以上の概要及び以下の詳細説明の両方は、単に例示のかつ説明的であり、いずれも下記で主張する本発明を限定しないことを理解することができる
添付図面は、本明細書に組み込まれてその一部を構成する。これらの図面は、本明細書での書面による説明と合わせて本発明の開示を解説するのに寄与する本発明の開示の側面を例示するものである。各図面は、本発明の開示による１又は２以上の例示の側面を描いている。
画像データを発生させるために処理ユニットを用いて、作動可能なスコープを含む例示のシステムの側面を描く図である。 画像データを発生させるために処理ユニットを用いて、作動可能なスコープを含む例示のシステムの側面を描く図である。 画像データを発生させるために処理ユニットを用いて、作動可能なスコープを含む例示のシステムの側面を描く図である。 画像データを発生させるために処理ユニットを用いて、作動可能なスコープを含む例示のシステムの側面を描く図である。 例示の処理ユニットを描く図である。 画像データから発生された視覚表現及び視覚表現を用いて、システムを使用する方法の側面を描く図である。 画像データから発生された視覚表現及び視覚表現を用いて、システムを使用する方法の側面を描く図である。 画像データから発生された視覚表現及び視覚表現を用いて、システムを使用する方法の側面を描く図である。 画像データから発生された視覚表現及び視覚表現を用いて、システムを使用する方法の側面を描く図である。 画像データから発生された視覚表現及び視覚表現を用いて、システムを使用する方法の追加の側面を描く図である。 画像データから発生される視覚表現を発生させる及び補強する例示の方法を描く図である。 画像データから発生された視覚表現内で物体を追跡する例示の方法を描く図である。
ここで本発明の開示の側面を例示の結石識別方法及びシステムに関して説明する。一部の側面は、１又は２以上の結石物体を含む体腔にスコープの遠位端部が配置されるまで身体を通してスコープを誘導する医療手順に関して説明する。例えば、スコープは、シースの遠位端部が腎臓の腎杯で１又は２以上の腎臓結石に隣接して配置されるまで尿道、膀胱、及び尿管を通して誘導される細長いシースを含むことができる。医療手順のような特定のタイプの手順、腎杯のような体腔、腎臓結石のような結石物体への言及は、便宜上提供するものであり、特許請求しない限り本発明の開示を限定するように意図していない。従って、本明細書に説明する概念は、医療用途又は別用途のもの、腎臓特定のもの、又はそうでないものという任意の類似のデバイス又は方法のために利用することができる。
多くの軸を説明する。各軸は、次の軸に対して横断方向であり、又は原点Ｏを有する直交座標系が確立されるように次の軸と垂直である場合さえもある。１つの軸は、要素又は身体経路の長手軸に沿って延びることができる。これらの軸に関して相対的な構成要素及び特徴部を説明するために「近位」及び「遠位」という方向用語、並びにそれぞれの頭文字「Ｐ」及び「Ｄ」を使用する場合がある。近位は、身体の外部又はユーザにより近い位置を指し、それに対して遠位は、身体内部により近いか又はユーザからより遠く離れた位置を指す。頭文字「Ｐ」又は「Ｄ」を要素番号に付加することによって近位又は遠位の場所を示している。特許請求しない限り、これらの用語は、便宜上提供するものであり、本発明の開示を特定の場所、方向、又は向きに限定するように意図していない。
本明細書に使用する場合に、用語「含む」、「含んでいる」、又は同様の変形は、非限定的包含物を網羅するように意図しているものであり、従って、列記する要素を含むデバイス又は方法は、これらの要素のみを含むわけではなく、明示的に列記していない他の要素又は元来備わっているものを含むことができる。別途説明しない限り、用語「例示の」は、「理想」ではなく「例」の意味に使用する。それとは逆に、用語「で構成する」及び「から構成される」は、限定的包含物を網羅するように意図しているものであり、従って、列記する要素から構成されるデバイス又は方法はこれらの要素のみを含む。
これから、図１Ａ～図１Ｄ、図２、図３Ａ～図３Ｄ、及び図４を参照して、体腔３内の結石物体５の特徴を決定する例示のシステム１００を、処理ユニット６０で作動可能なスコープ１０を含むものとして説明する。
図１Ａ～図１Ｄのスコープ１０は、例えば、Ｂｏｓｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｓｃｉｍｅｄ，Ｉｎｃ．によって商標名Ｌｉｔｈｏｖｕｅ（登録商標）の下に販売されているものと同様の修正された１回使用のデジタル尿管鏡（尿管スコープ）である。この例では、スコープ１０は、第１のアクチュエータ２２及び第２のアクチュエータ２４を含むハンドル２０と、電力及び信号用のコード２６と、ポート２８と、操縦可能な部分３２を含む細長いシース３０を有する。図１Ｂに示すように、細長いシース３０は、作業チャネル３４と、画像データを発生させるように構成された撮像要素４０を含む。例示の処理ユニット６０を図２に示す。後で説明するように、処理ユニット６０は、視覚表現８０を画像データから発生させたり、視覚表現８０を１又は２以上のインタフェースデバイス１２（例えば、タッチ画面ディスプレイ）に送信したり、視覚表現８０を補強するように構成されるのがよい。
図１Ａ及び図１Ｃに示すように、スコープ１０のハンドル２０は、第１のアクチュエータ２２がユーザ２の手の親指によって作動可能であり且つ第２のアクチュエータ２４が同じ手の親指以外の指によって作動可能であるように、ユーザ２の手の中に位置決めされるのがよい。第１のアクチュエータ２２は、細長いシース３０内に収容されたプルワイヤへの力の付与によって、操縦可能な部分３２を関節運動させるように作動可能であり、第２のアクチュエータ２４は、処理ユニット６０に指令を送ることによって、視覚表現８０を発生させたり補強したりするように作動可能である。後で説明するように、システム１００は、ユーザ２が第２のアクチュエータ２４を押す度に撮像データを発生させる手動モードと、処理ユニット６０によって撮像データを自動的に発生させる自動モードを有する。第２のアクチュエータ２４は、ハンドル２０の一部として示されているが、システム１００のどの箇所に配置されてもよく、物理的要素である必要はない。例えば、第２のアクチュエータ２４は、１又は２以上のインタフェースデバイス１２に表示されるタッチ式アイコンであってもよい。
電力及び信号用のコード２６を、撮像データを処理ユニット６０に送信するように構成されたワイヤ（例えば、電気ワイヤ）として図１Ａ及び図１Ｃに示す。任意の有線又は無線の送信技術を使用することができる。例えば、変形例として、コード２６は、無線通信デバイス（例えば、無線送受信機）であってもよく、スコープ１０は、代替電源（例えば、バッテリ）を含んでいてもよい。
図１Ａに示すように、ポート２８は、ハンドル２０の遠位部分に設けられ、作業チャネル３４と連通した開口を含む。細長いツールをポート２８の中に挿入し、ハンドル２０の遠位部分及び／又は作業チャネル３４の遠位側に移動させる。細長いツールを使用して、結石物体５を処理し及び／又は移動させる。例えば、図１Ｄでは、光ファイバ３６をポート２８、ハンドル２０、及び作業チャネル３４の中に挿入して、光ファイバ３６の遠位端部３６Ｄを体腔３内に及び／又は結石物体５に隣接するように配置する。図示のように、遠位端部３６Ｄは、結石物体５を移動させるように構成され、及び／又は、図１Ｄに複数の目盛りとして示す１又は２以上のマーカ３７を含む遠位部分を含むように構成される。更に、後で説明するように、各結石物体５のサイズは、各マーカ３７間の既知の距離から決定されるのがよい。各マーカ３７は、任意の視覚的なマーク、配置、又は形状を含み、バーコード、ＱＲコード(登録商標)等を含む。
図１Ａ～図１Ｂにおいて、細長いシース３０は、ハンドル２０から遠位側に延びた後、細長いシース３０の遠位端部３０Ｄで終端している。操縦可能な部分３２は、遠位端部３０Ｄに隣接して配置される。作業チャネル３４は、ポート２８から細長いシース３０の操縦可能な部分３２の中を延び遠位端部３０で外に通じる。図１Ｂにおいて、単一の作業チャネル３４が、遠位端部３０Ｄの遠位面を貫いている。任意の数のチャネル３４が設けられてもよく、かかるチャネル３４は、任意の方向に開口し、開口する方向は、光ファイバ３６のための端面発射形態又は側面発射形態に順応した任意の方向を含む。
撮像要素４０は、細長いシース３０の遠位端部３０Ｄに設けられ、画像データを発生させるように作動可能である。撮像要素４０は、任意の撮像技術を含む。例えば、図１Ｂでは、撮像要素４０は、デジタルカメラ回路４２と発光ダイオード４４を含み、これらは、体腔３及び／又は結石物体５のビデオ画像を発生させるように処理ユニット６０と共に作動可能である。ビデオ画像は、１又は２以上のフレーム速度、スペクトル、及び／又は体腔３内の位置で撮像要素４０によって取込まれた複数の画像フレームを含む。第１の画像フレーム及び第２の画像フレームを含む様々な画像フレームを本明細書で説明し、第１の画像フレーム及び第２の画像フレームの各々は、ビデオ画像内に含まれる。
図１Ｂに示すように、撮像要素４０は、遠位端部３０Ｄに固定的に取付けられ、細長いシース３０の操縦可能な部分３２を第１のアクチュエータ２２で作動させることによって、撮像要素４０を移動させることができる。撮像要素４０を、ビデオ画像を発生させながら、体腔３内で及び／又は結石物体５に対して移動させるのがよく、それにより、各画像フレーム内における結石物体５の描写は、わずかに異なる。例えば、撮像要素４０を移動させて、ビデオ画像を発生させ、かかるビデオ画像は、結石物体５を貫いて延びる第１の軸線によって定められる少なくとも１つの画像フレームと、第１の軸線を横断するように結石物体５を貫いて延びる第２の軸線によって定められる１又は２以上の第２の画像フレームを含む。後で説明するように、処理ユニット６０は、結石物体５の特徴を第１の画像フレーム及び第２の画像フレームから決定し、かかる特徴を画像フレーム間で追跡し、そこから追加の決定を行うように構成される。
例示の処理ユニット６０を図２に示し、処理ユニット６０は、１又は２以上のマイクロコントローラ６２と、コンピュータ可読命令６５を含むメモリ６４と、送受信機６８と、画像分析器６６を含むものとして示されている。これらの要素の各々は、ハンドル２０の仕切り内で互いに組立てられてもよいし、互いに遠隔に（例えば、１又は２以上の場所に）配置されてもよい。１又は２以上のマイクロコントローラ６２は、例えば、ハンドル２０に配置され及び／又はシステム１００の中に分散される。メモリ６４は、任意の機械可読なストレージ媒体を含む。コンピュータ可読命令６５は、メモリ６４内に格納され、本明細書で説明する機能及び／又は方法の複数の側面を実施するように、１又は２以上のマイクロコントローラ６２によって実行される。
図２の画像分析器６６は、撮像要素４０によって発生させた画像データに基づいて、結石物体５の２次元サイズ又は３次元サイズを決定するように構成された任意の技術を含むのがよい。例えば、画像分析器６６は、１又は２以上のマイクロコントローラ６２を用いて、結石物体５の２次元サイズを決定するように作動可能であり、ビデオ画像を撮像要素４０から受信し、結石物体５を示す第１の画像フレームをビデオ画像から選択し、測定用グリッドを第１の画像フレームの上に重ね、尺度を測定用グリッドに適用することによって、測定用グリッド上の結石物体５の２次元サイズをで決定する。後で説明するように、尺度は、ユーザ２によって手で入力されてもよいし、画像分析器６６によって自動的に決定されてもよい。後で説明するように、結石物体５を示す１又は２以上の第２の画像フレームを同様に処理して、結石物体５の３次元サイズを決定するのがよい。
送受信機６８は、処理ユニット６０を上述したシステム１００の他の要素と通信させるように構成された有線又は無線の任意の送信手段を含む。例えば、図１Ａでは、送受信機６８は、処理ユニット６０と１又は２以上のインタフェースデバイス１２間の無線通信を可能にし、視覚表現８０の発生及び補強を可能にする。
これから、視覚表現８０のいくつかの側面を説明する。１つの側面は、図５に示すように、視覚表現８０を発生させ及び／又は補強する方法２００であり、かかる方法２００は、体腔３及び結石物体５についての画像データを撮像要素４０から処理ユニット６０に送信することと（送信するステップ２１０）、処理ユニット６０を用いて、体腔３及び結石物体５の視覚表現８０を画像データから発生させることと（発生させるステップ２２０）、処理ユニット６０を用いて、視覚表現８０のための尺度を確立することと（確立するステップ２３０）、処理ユニット６０を用いて、上記尺度における結石物体５のサイズを視覚表現８０から決定することと（サイズを決定するステップ２４０）、処理ユニット６０を用いて、結石物体５のサイズと予め決められた最大サイズを比較して、除去ステータスを決定することと（比較するステップ２５０）、及び／又は処理ユニット６０を用いて、視覚表現８０を補強して、除去ステータスに応答するインジケータを含むようにすること（補強するステップ２６０）の任意のステップを含む。
送信するステップ２１０は、画像データを発生させて送信するのに必要とされる任意の中間ステップを含むのがよい。送信するステップ２１０は、デジタルカメラ回路４２及び／又は発光ダイオード４４等の撮像要素４０の構成要素を作動させることを含む。例えば、送信するステップ２１０は、撮像要素４０を用いて、結石物体５のビデオ画像を予め決められたフレーム速度で発生させることと、コード２６を用いて、ビデオ画像を処理ユニット６０に送信することを含む。送信するステップ２１０において、ビデオ画像を手動で発生させてもよいし、自動で発生させてもよい。例えば、送信するステップ２１０は、システム１００を、第２のアクチュエータ２４に応答してビデオ画像を発生させる手動モードにすることを含んでいてもよいし、メモリ６４内に確立されたターゲット基準に応答してビデオ画像を自動的に発生させる自動モードにしてもよい。例えば、自動モードでは、画像分析器６６は、体腔３を連続的に走査するように構成され、更に、結石物体５が最小の２次元サイズ、例えば、最小の結石幅（例えば、２ｍｍ）を有するときはいつでも、作動信号をカメラ回路４２及び／又はダイオード４４に送出するように構成される。
追加の画像データを発生させるために追加の位置決めステップを実施してもよい。例えば、送信するステップ２１０は、撮像要素４０を結石物体５の周りの複数の異なる位置に移動させることと、画像データを複数の異なる位置の各々において発生させることを含む。送信するステップ２１０は、１又は２以上の画像フレームをビデオ画像から選択することを含むのがよい。例えば、送信するステップ２１０は、結石物体５を含む第１の画像フレームを選択することと、結石物体５を含む１又は２以上の第２のフレームを選択することと、第１のフレーム及び第２のフレームを、第２のフレーム及び／又は結石物体５に対する第１のフレームの場所及び向きに関する位置データと一緒に、処理ユニット６０に送信することを含む。
発生させるステップ２２０は、視覚表現８０を画像データから発生させるための任意の中間ステップを含むのがよい。例示の視覚表現８０を、２次元又は３次元コンピュータ発生画像として図３Ａ～図３Ｄに示す。図示のように、視覚表現８０は、画像データ層８１とインジケータ層８３を含む。画像データ層８１は、画像データを含む。例えば、発生させるステップ２２０において、処理ユニット６０を用いて、画像データ層８１をインタフェースデバイス１２の中心の円形部分に表示することによって、視覚表現８０を発生させる。いったん視覚表現８０を発生させたら、画像データ層８１の複数の側面を、後で説明するインジケータ層８３の複数の側面と組合せて、（例えば、補強するステップ２６０において）視覚表現８０を補強する。
確立するステップ２３０は、視覚表現８０のための尺度を自動的に又は手動で定めることと、それに従ってシステム１００を較正することを含む。いくつかの側面では、製造業者は、尺度を定め、撮像要素４０と結石物体５の間の予め決められた距離に基づいて、システム１００を較正し、このときの画像分析器６６の出力は、結石物体５の実際のサイズと一致する。例えば、予め決められた距離は、デジタルカメラ回路４２の焦点距離に比例し、それにより、回路４２の焦点を合わせたとき、実際のサイズを決定することを可能にする。結石物体５のサイズは小さいことがあるので（例えば、５ｍｍ又はそれ未満）、撮像要素４０と結石物体５間の距離が予め決められた距離から若干（例えば、±１０％）変化した場合であっても、尺度を再び定める必要はない。システム１００の較正を、使用前（例えば、出荷状態までに）行うのがよい。従って、確立するステップ２３０は、基準要素（例えば、既知の直径の円）を利用して、使用前に生体外で尺度を再び定め、且つ、システム１００を再較正するのがよい。
比較的大きい範囲の運動を体腔３に提供し且つ／又は画像データを改善するために、視覚表現８０の尺度を、使用中に生体内で定め及び／又は再び定めるのがよい。例えば、光ファイバ３６の直径は既知であるので、確立するステップ２３０は、光ファイバ３６を結石物体５に隣接して視覚表現８０内に位置決めすることと、光ファイバ３６の既知の直径と結石物体５の一部分を比較して、基準測定値を決定することと、尺度を基準測定値に基づいて定めることを含む。上述したように、光ファイバ３６は、図１Ｄに示す１又は２以上のマーカ３７を、光ファイバ３６の遠位部分３６Ｄに配置された複数のチェックマークとして含むのがよい。従って、確立するステップ２３０は、複数のチェックマークを結石物体５に隣接して位置決めすることと、複数のチェックマークを結石物体５の位置と比較することと、尺度をチェックマーク間の既知の距離から定めることを含む。
確立するステップ２３０のいくつかの側面は、ユーザ２によって及び／又は処理ユニット６０によって実施される。例えば、ユーザ２は、比較するステップを実施し、定めるステップは、（例えば、１又は２以上のインタフェースデバイス１２を用いて）尺度を処理ユニット６０に入力することを含む。１又は２以上のマーカ３７は、ユーザ２が読取り可能な基準測定値（例えば、チェックマーク）を提供するように形状決めされ且つ間隔をあけられ、少なくとも１つのマーカ３７は、コンピュータ読取り可能なコード（例えば、ＱＲコード(登録商標)）を含み、コンピュータ読取り可能なコードは、撮像要素４０によって読取り可能であり、それにより、光ファイバ３６の特徴を決定して自動的に及び／又は手動で尺度を決定することを可能にする。例えば、画像分析器６６は、光ファイバ３６の直径をＱＲコード(登録商標)から決定し、上述したように、尺度を光ファイバ３６の直径から自動的に決定する。確立するステップ２３０は、方法２００において、１回（例えば、工場又は手術室内で生体外で）行われてもよいし、繰返して（手順中、撮像要素４０を移動させたときにいつでも、生体内で）行われてもよい。
サイズを決定するステップ２４０は、結石物体５の２次元又は３次元サイズを決定するための任意の中間ステップを含むのがよい。サイズを決定するステップ２４０の多くの自動化された側面及び手動の側面を説明する。サイズを決定するステップ２４０の手動の側面を図３Ｂ～図３Ｃに示し、結石物体５の２次元サイズは、結石幅を含み、結石幅は、視覚表現８０内に示された結石物体５上に第１の基準点１２Ａを確立し、結石物体５上に１又は２以上の第２の基準点１２Ｂを確立し、第１の基準点１２Ａと第２の基準点１２Ｂの間の基準測定値１２Ｍを決定することによって決定される。図３Ｂ～図３Ｃの第１の基準点１２Ａ及び第２の基準点１２Ｂを、例えば、視覚表現８０上の様々な点をタッチすることによってユーザ２が手動で確立してもよい。サイズを決定するステップ２４０の自動化された側面も考えられる。例えば、画像分析器６６は、結石物体５とその外部との境界を自動的に識別し、点１２Ａ及び点１２Ｂをかかる境界上に配置し、これらの点の間の基準測定値１２Ｍを決定するように構成される。
基準測定値１２Ｍは手動で又は自動的に決定されるけれども、処理ユニット６０は、第１の基準点１２Ａと第２の基準点１２Ｂの間の基準測定値１２Ｍを受信し（例えば、図３Ｂ）、上記尺度を基準測定値１２Ｍに適用することによって、結石幅を決定する（例えば、図３Ｃ）。後で説明するように、処理ユニット６０は、結石幅のインジケータをインジケータ層８３に出力するのがよい。結石物体５の他の２次元サイズを、同様の仕方で決定するのがよい。例えば、サイズを決定するステップ２４０は、結石断面積、最大の結石直径又は結石幅、最小の結石直径又は結石幅、及び／又は平均の結石直径又は結石幅を決定することを含む。処理ユニット６０は、これらのサイズの各々のためのインジケータを出力するのがよい。
サイズを決定するステップ２４０において、結石物体５の３次元サイズを、結石物体５の特徴をフレームベースで追跡することによって決定する。例えば、上述したように、送信するステップ２１０は、撮像要素４０を移動させて、画像データを結石物体５に対する異なる位置で発生させることを含む。従って、サイズを決定するステップ２４０は、結石物体５の２次元サイズを異なる位置の各々で決定することと、結石物体５の３次元サイズをこれらの２次元サイズに基づいて決定することを含むのがよい。例えば、サイズを決定するステップ２４０は、結石物体５の第１のサイズ（例えば、結石断面積）を第１の画像フレーム内で決定することと、結石物体５の第２のサイズ（例えば、結石幅）を、第１の画像フレームに対して横断方向に配置された第２の画像フレーム内で決定することと、結石物体５の３次元サイズ（例えば、結石体積）を、第１のサイズ及び第２のサイズに基づいて（例えば、結石断面積と結石幅の積として）決定することを含む。同様の技術を用いて、他の３次元サイズ（例えば、表面積）を決定してもよい。各サイズのインジケータを、前と同じように、インジケータ層８３に出力するのがよい。
サイズを決定するステップ２４０（又は送信するステップ２１０）はまた、結石物体５を移動させることを含んでいてもよい。例えば、サイズを決定するステップ２４０は、結石物体５の第１のサイズ（例えば、結石断面積）を第１の位置で決定することと、結石物体５を第２の位置に移動させることと、結石物体５の第２のサイズ（例えば、結石幅）を第２の位置で決定することと、結石物体５の３次元サイズ（例えば、結石体積）を第１のサイズ及び第２のサイズに基づいて（例えば、結石断面積と結石幅の積として）決定することを含む。光ファイバ３６の遠位端部３６Ｄを使用して、結石物体５を移動させるのがよい。例えば、遠位端部３６Ｄは、第１の位置及び第２の位置の各々において、結石物体５を異なる仕方で回転させる。
いくつかの側面では、サイズを決定するステップ２４０は、処理ステップを含む。例えば、サイズを決定するステップ２４０は、第１の状態の結石物体５の第１のサイズ（例えば、結石断面積）を決定することと、結石物体５を第２の状態にするように構成された処理エネルギを付与することと、第２の状態の結石物体５の第２のサイズ（例えば、結石幅）を決定することと、結石物体５の３次元サイズ（例えば、結石体積）を第１のサイズ及び第２のサイズに基づいて（例えば、結石断面積と結石幅の積として）決定することのうちの任意のものを含む。処理エネルギは、結石物体５を複数の結石片に破壊するために、ファイバ３６の遠位端部３６Ｄから放出されるレーザエネルギであるのがよく、結石片の各々は、隣接した結石片に対して移動する（例えば、回転する）。サイズを決定するステップ２４０の側面を用いて、各結石破片をビデオ画像のフレーム毎に追跡し且つサイズを決定してもよい。
比較するステップ２５０は、結石物体５の除去ステータスを決定するための任意の中間ステップを含む。例えば、比較するステップ２５０は、処理ユニット６０を用いて、結石物体５のサイズ（例えば、最大結石幅）と予め決められた最大サイズ（例えば、作業チャネル３４の最大幅、作業チャネルから延長可能な回収バスケットの最大捕捉幅、及び／又は、尿管又はアクセスシースの最大幅）を比較することを含む。予め決められた最大サイズは、結石物体５の処理後の最大幅に対するものであるのがよく、それにより、除去ステータスを利用して、結石物体５を更に処理する及び／又は除去する必要があるか否かを決定する。いったん決定したら、除去ステータスのインジケータも、インジケータ層８３に出力する。このように、任意の数の除去ステータスを決定する。例えば、比較するステップ２５０は、結石物体５のサイズが予め決められた最大幅よりも大きい（例えば、２ｍｍよりも大きい）とき、第１の除去ステータスを決定することと、結石物体５のサイズが予め決められた最大幅よりも小さい（例えば、２ｍｍよりも小さい）とき、第２の除去ステータスを決定することを含む。
補強するステップ２６０は、結石物体５の特徴に応答する少なくとも１つのインジケータを有する視覚表現８０を提供するために、任意の中間ステップを含む。多くのインジケータを本明細書において説明した。例えば、補強するステップ２６０は、インジケータ層８３の一部分を画像データ層８１の一部分の上に重ねることを含む。インジケータ層８３のうちの重ねられた部分は、上述したインジケータのうちの任意のものを含む。例えば、図３Ｄに示すように、補強するステップ２６０は、第１の除去ステータスインジケータ８４Ａ（例えば、任意の色の円形の点線として示す）を、第１の除去ステータスに関する任意の結石物体５の上に重ねることと、第２の除去ステータスインジケータ８４Ｂ（例えば、別の色の正方形の点線として示す）を、第２の除去ステータスに関する任意の結石物体５の上に重ねることを含む。
補強するステップ２６０においていったん補強させたら、視覚表現８０及び／又はその他の通知技術を用いて、結石物体５の除去ステータスに関する警告をユーザ２に行う。例えば、複数の結石物体５が視覚表現８０内に示されているとき、補強するステップ２８０は、除去することができない任意の結石物体５（例えば、図３Ｄの第１のステータスインジケータ８４Ａを有する結石物体５）を視覚表現８０内で強調表示することと、除去の準備がされている任意の結石物体５（例えば、図２Ｄの第２のステータスインジケータ８４Ｂを有する結石物体５）を強調表示することのうちの任意のものを含む。プロセッサ６０からの制御信号に応答して、可聴警告を、ハンドル２０に設けられたスピーカ等の音発生技術によって出力するのがよい。
補強するステップ２６０において、視覚表現８０を、上述した尺度及び／又はサイズに応答するインジケータを含むように更に補強するのがよい。例えば、図３Ａに示すように、インジケータ層８３は、第１の軸と整列した第１の結石尺度インジケータ８６Ａと、第２の軸と整列した第２の結石尺度インジケータ８６Ｂを含む。図３Ｃに示すように、サイズ８４に応答するサイズインジケータ８８も、インジケータ層８３に含まれている。これらのインジケータのうちの任意のものを、例えば、画像データ層８１とインジケータ層８３を組合せることによって、視覚表現８０の中に含めるのがよい。
上述したように、撮像要素４０を１又は２以上の結石物体５の各々に対して移動させて、撮像データを強化するのがよい。方法２００は、これらの移動を利用するように更に修正されてもよい。例えば、方法２００は、結石物体５のための基準識別子を識別すること（識別するステップ２８０）と、基準識別子と結石物体５の特徴を結合させること（結合させるステップ２８２）と、上記特徴を手順中に追跡すること（追跡するステップ２８４）と、上記特徴に応答して視覚表現８０を更に補強すること（更に補強するステップ２８６）の任意のものを含むのがよい。基準識別子は、各結石物体５のためのフィンガプリントであるのがよく、フィンガプリントは、画像分析器６６を用いて、結石物体５の固有の物理的特徴に基づいて決定される。例示のフィンガプリントは、本明細書に説明している２次元サイズ又は３次元サイズの任意の側面に基づくのがよい。
結合させるステップ２８２は、各基準識別子を結石物体５の特徴にリンクさせることを含む。リンクさせた特徴は、本明細書で説明している任意の２次元サイズ又は３次元サイズと、結石物体５に特有の任意その他の情報を含む。結合させるステップ２８２は、撮像要素４０の場所が知られていなくても、識別するステップ２８０において結石物体５のフィンガプリントを識別したときはいつでも、フレームベースによってフレーム上で実施される。例えば、識別するステップ２８０は、結石物体５を撮像回路４２の視野の中に移動させ、それにより、ユーザ２が撮像要素４０を体腔３内で自由に移動させることを可能にしたときはいつでも、画像分析器６６によって自動的に実施される。
追跡するステップ２８４は、視覚表現８０を継続的に更新するために使用される。例えば、追跡するステップ２８４は、結石物体５の第１のサイズ又は初期のサイズを識別することと、結石物体５の第２のサイズ又はその後のサイズを決定することと、第１のサイズと第２のサイズの差を計算することを含む。十分な大きさの差（例えば、±５％）を検出した場合、更に補強するステップ２８６は、この差を考慮するようにインジケータ層８３を更新することと、結石物体５の除去ステータスを更新することを含む。
方法２００の側面を単一の結石物体５について説明したけれども、図４に示すように、複数の結石物体５の２次元サイズ又は３次元サイズを同様に決定してもよい。処理ユニット６０は、複数の結石物体５の各々に関する特徴をフレーム毎に同時に決定するように構成されるのがよい。例えば、画像分析器６６は、第１の画像フレーム内の複数の結石物体５の各々を識別し、第１のフレーム内の各物体５のサイズを本明細書に説明する任意の方法を用いて連続的に決定し、１又は２以上の第２のフレーム内で決定されたサイズを追跡するように構成される。このシーケンスを開始又は進行させるために第２のアクチュエータ２４を使用するのがよい。インジケータ層８３は、引出し線を有する測定値として各インジケータを示す図４にあるように、各結石物体５のサイズに応答するインジケータを含むことができる。
システム１００及び方法２００の側面を１又は２以上のインタフェースデバイス１２に関しても説明した。任意の個数のインタフェースデバイス１２を使用することができる。例えば、図４に示すように、視覚表現８０の補強バージョン８０Ａは、第１のインタフェースデバイス１２によって描くことができ、それに対して表現８０の非補強バージョン８０Ｂが第２のインタフェースデバイス１１２の上に同時に示されている。この形態により、ユーザ２が、例えば、複数の結石物体５のサイズを決定するために表示デバイス１２をズームアウトすること、及び／又はそれとは独立に特定の結石物体５を処理するために表示デバイス１１２をズームインすることを可能にする。
撮像要素４０を移動させること及び／又は結石物体５を移動させることを含む結石物体５に関する結石奥行きを決定するための多くの手段を上述した。変形手段が考えられる。例えば、デジタルカメラ回路４２は、結石物体５の上にフォーカスさせる機能を有してもよく、焦点距離に対する結石奥行きを決定することを可能にする。これに代えて、カメラ回路４２は、結石奥行きを両眼の手がかりから決定することを可能にする複数のカメラを含んでいてもよい。更にこれに代えて、撮像要素４０は、体腔３及び／又は結石物体５の波エネルギ画像を発生させるように構成された波エネルギ変換器４６を含んでいてもよい。光又は音を含む任意の種類の波エネルギを使用することができる。例えば、図１Ｂに示すように、要素４０は、変換器４６（例えば、レーザ源又は超音波変換器）を含み、変換機４６は、波エネルギを結石物体５に差向け、波エネルギの反射部分を受信し、波エネルギの反射部分から波エネルギ画像を発生させるように構成される。得られた波エネルギ画像は、送受信機４６によって処理ユニット６０に出力され、結石奥行きを含む本明細書に説明する２次元サイズ及び３次元サイズのうちのいずれかを決定することを支援するために使用される。
方法２００の側面を変換器４６との併用のために修正することができる。例えば、サイズを決定するステップ２４０は、処理ユニット６０を用いて、波エネルギを波エネルギ変換器４６から結石物体５のために差向けることと、変換器４６を用いて、波エネルギの反射部分を受信することと、処理ユニット６０を用いて、波エネルギの反射部分から画像データの撮像平面に対して横断する方向の結石物体５の結石奥行きを定めることと、この奥行きに基づいて物体５の結石体積を決定することを含むことができる。いくつかの側面により、結石物体５によって達成される波エネルギの影に応答して、結石物体５の平均結石奥行きを決定し、サイズを決定するステップ２４０から得られる結石断面積を平均結石奥行きに乗じて、結石体積を決定してもよい。変換器４６に起因して、撮像要素４０を移動させることなく平均結石奥行きを決定することができる。結石物体５の表面積及び／又は密度を決定するために又は変換器４６を使用することなく決定された２次元又は３次元の任意のサイズを検証するために類似の技術を利用してもよい。上述した場合のように、これらのサイズに対するインジケータは、インジケータ層８３に出力されるのがよい。
図１Ｂに示すように、撮像要素４０は、場所信号を処理ユニット６０に出力するように構成されたロケータデバイス５０を選択的に含んでいてもよい。例えば、撮像要素４０を用いて画像データを発生させるときはいつでも、場所信号をロケータデバイス５０によって発生させる。ロケータデバイス５０内には、磁気及び／又は超音波を利用する技術を含む場所信号を発生させるための任意の既知の技術を含むのがよい。
方法２００は、ロケータデバイス５０との併用のために修正することができる。例えば、識別するステップ２８０は、本明細書に援用した特許文献１に記載されている例示のシステム及び方法に従って発生させた身体情報モデル内で、処理ユニットを用いて、場所信号から撮像要素４０を配置することを含む。この例では、各結石物体５のための基準識別子は、身体情報モデル内の各結石物体５のための基準場所を含み、従って、識別するステップ２８０は、身体情報モデル内に各結石物体５を配置することを含み、結合させるステップ２８２は、各基準場所を結石物体５の特徴にリンクさせることを含む。追跡するステップ２８４は、更に、各基準場所に対するデバイス５０の場所を追跡するように構成され、それにより、視覚表現８０を発生させ、体腔３内の撮像要素４０の移動に応答して、視覚表現８０を補強することを可能にする。
本明細書では本発明の開示の原理を特定の用途に対する例示の側面に関して説明したが、本発明の開示はそれに限定されない。本明細書に提供した教示へのアクセスを有する当業者は、本明細書に説明した側面の範囲に全てが収まる追加の修正、用途、側面、及び均等物による置換を認識するであろう。従って、本発明の開示は、以上の説明によって限定されるように考えないものとする。

Claims (15)

  1. 結石識別システムであって、
    処理ユニットと、
    スコープと、を有し、
    前記スコープは、遠位端部と、前記スコープの遠位端部に設けられた撮像要素を含み、前記撮像要素は、体腔内の結石物体についての画像データを前記処理ユニットに送信するように構成され、
    前記処理ユニットは、結石物体及び体腔の視覚表現を画像データから発生させ、前記視覚表現のための尺度をユーザ入力から確立し、前記尺度を用いて結石物体のサイズを前記視覚表現から決定し、結石物体のサイズを予め決められた最大サイズと比較して、除去ステータスを決定し、前記視覚表現を、前記除去ステータスに応答するインジケータを含むように補強するように構成される、結石識別システム。
  2. 前記スコープの遠位端部は、結石物体に対する第１の位置及び結石物体に対する第２の位置にユーザによって位置決めされるように構成され、
    前記撮像要素は、ユーザによって結石物体に隣接して位置決めされるように構成され、前記第２の位置で画像データを取込むように構成される、請求項１に記載の結石識別システム。
  3. 前記視覚表現を発生させる前記処理ユニットは、画像データの少なくとも一部分をインタフェースデバイスに送信するように構成される、請求項２に記載の結石識別システム。
  4. 前記インタフェースデバイスは、タッチ画面ディスプレイである、請求項３に記載の結石識別システム。
  5. 前記尺度を確立する前記処理ユニットは、結石物体に隣接して位置決めされた基準要素上のマーカを結石物体に対して比較して、基準測定値を決定し、前記基準測定値に基づいて前記尺度を定めるように構成される、請求項１～４のいずれか１項に記載の結石識別システム。
  6. 前記基準要素は、前記スコープの管腔に移動可能に配置された光ファイバであり、
    前記マーカは、前記光ファイバの遠位部分に配置された１又は２以上のチェックマークを含み、
    前記光ファイバは、前記光ファイバの遠位部分が体腔内に配置されるまで前記管腔内で遠位にユーザによって移動させられるように構成され、
    前記１又は２以上のチェックマークは、結石物体に隣接して位置決めされるように構成される、請求項５に記載の結石識別システム。
  7. 前記インタフェースデバイスは、結石物体の前記視覚表現上に第１の基準点及び第２の基準点を確立するように構成され、
    前記処理ユニットは、前記第１の基準点と前記第２の基準点の間の基準測定値を計算し、前記尺度の結石物体のサイズを前記基準測定値から決定するように構成される、請求項３～６のいずれか１項に記載の結石識別システム。
  8. 前記インタフェースデバイスは、タッチ画面ディスプレイであり、前記タッチ画面ディスプレイをタッチすることによって前記第１の基準点及び前記第２の基準点を確立するように構成される、請求項７に記載の結石識別システム。
  9. 前記処理ユニットは、結石物体のサイズが前記予め決められた最大サイズよりも大きいとき、第１の除去ステータスを決定することによって、及び、結石物体のサイズが前記予め決められた最大サイズよりも小さいとき、第２の除去ステータスを決定することによって、結石物体のサイズを比較するように構成される、請求項１～８のいずれか１項に記載の結石識別システム。
  10. 前記処理ユニットは、前記第１の除去ステータスに基づいて第１のインジケータを前記視覚表現の上に重ねることによって、又は、前記第２の除去ステータスに基づいて第２のインジケータを前記視覚表現の上に重ねることによって、前記視覚表現を補強するように構成される、請求項９に記載の結石識別システム。
  11. 結石識別システムは、更に、画像分析器を有し、
    前記画像分析器は、前記画像データから前記画像データ内に含まれる第１の画像フレーム内の結石物体の基準測定値を取得するように構成され、
    前記処理ユニットは、前記基準測定値から前記第１の画像フレーム内の結石物体の２次元サイズを決定するように構成される、請求項１～１０のいずれか１項に記載の結石識別システム。
  12. 前記基準測定値は、複数の基準測定値を含み、
    前記処理ユニットは、前記複数の基準測定値から撮像平面内の結石物体の断面積を決定するように構成される、請求項１１に記載の結石識別システム。
  13. 前記撮像要素は、結石物体の奥行きを決定するために、ユーザによって結石物体に対して移動させられるように構成され、
    前記処理ユニットは、前記断面積及び前記奥行きから結石物体の体積を決定するように構成される、請求項１２に記載の結石識別システム。
  14. 前記スコープの遠位端部は、波エネルギ変換器を含み、
    前記処理ユニットは、波エネルギを前記波エネルギ変換器から結石物体に向かって差向けるように構成され、
    前記波エネルギ変換器は、前記波エネルギの反射部分を受信するように構成され、
    前記処理ユニットは、前記波エネルギの反射部分から結石物体の奥行きを定め、前記断面積及び前記奥行きから結石物体の体積を決定するように構成される、請求項１２に記載の結石識別システム。
  15. 前記処理ユニットは、結石物体の前記断面積、結石物体の前記体積、結石物体の表面積、又は結石物体の密度のうちの少なくとも１つに応答するインジケータを含むように、前記視覚表現を補強するように構成される、請求項１４に記載の結石識別システム。
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