JP7072603B2 - 手術中のセグメンテーションについてのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本特許出願は、2014年7月28日に出願された、”SYSTEMS AND METHODS FOR INTRAOPERATIVE SEGMENTATION”という標題の米国仮特許出願第62/029,927号について優先権を主張するとともに、その出願日の利益を主張するものであり、この文献は、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
Anatomical Structure for Image-Guided Surgery”)を開示する)は、そのようなシステムの1つを開示しており、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
thereto”を開示する)、米国特許出願第12/047,056号(2004年7月16日出願)(”Fiber-optic shape and relative position sensing”を開示する)、米国特許第6,389,187号(1998年6月17日出願)(”Optical Fibre Bend Sensor”を開示する)に記載されており、これらの文献は、それら全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。代替形態では、レイリー散乱、ラマン散乱、ブリルアン散乱、及び蛍光散乱等の他のひずみ感知技術を用いるセンサーが適している。他の代替形態では、カテーテルの形状は、他の技術を用いて決定してもよい。例えば、カテーテルの先端チップ姿勢の履歴を使用して、その時間間隔に亘ったこのデバイスの形状を再構築することができる。別の例として、過去の姿勢、位置、又は向きデータは、呼吸等の交互に行われる動作サイクルに従った器具システムの既知の点として保存することができる。この保存データを使用して、カテーテルに関する形状情報を展開することができる。あるいはまた、カテーテルに沿って位置付けされたEMセンサー等の一連の位置センサーを、形状感知のために使用することができる。あるいはまた、処置中に器具システム上のEMセンサー等の位置センサーからの履歴データを使用して、特に解剖学的通路が略静止している場合には、器具の形状を表すことができる。あるいはまた、外部磁場により制御される位置又は向きを有する無線装置を、形状感知のために使用することができる。無線装置の位置の履歴を使用して、ナビゲートする通路の形状を決定することができる。
Gratings”を開示する)に記載されており、この文献は、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。光ファイバを使用して、カテーテルシステム202の少なくとも一部の形状を監視することができる。より具体的には、光ファイバを通過する光を処理して、カテーテルシステム202の形状を検出するとともに、その情報を利用して外科的処置を支援する。センサーシステム(例えば、センサーシステム108)は、カテーテルシステム202の形状を決定するために使用される光を生成し且つ検出するための問合せシステムを含むことができる。次に、この情報を使用して、医療器具システムの部品の速度及び加速度等の関連する他の変数を決定することができる。センシング(感知)は、遠隔操作可能なシステムによって作動される自由度にだけ限定してもよく、又は受動(例えば、剛性部材の関節同士間の非作動状態の曲げ)及び能動(例えば、器具の作動状態の運動)の両方の自由度に適用することができる。
on the Object Being Tracked”を開示する)に提供されており、この文献は、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity”を開示する)、及び米国特許出願第12/286,644号(2008年9月30日出願)(”Passive Preload and Capstan Drive for Surgical Instruments”を開示する)に詳細に記載されており、これらの文献は、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる。
Anatomical Structure for Image-Guided Surgery”を開示する)に提供されており、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
Navigation of Interventional Tools”を開示する)に記載されており、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。プロセス458において、リンク付されたツリー構造は、米国仮特許出願第第61/935,547号号にさらに詳細に記載されているように、メッシュモデルから生成することができる。
[実施例1]
手術中のセグメンテーションについての方法であって、当該方法は、
感知ツールを含む医療器具を用いて患者の解剖学的構造をナビゲートするステップと、
前記器具の位置を前記患者の解剖学的構造のモデルと関連付けるステップと、
前記患者の解剖学的構造をナビゲートしながら、前記感知ツールによって得られたデータに基づいて前記モデルを更新するステップと、を含む、
方法。
[実施例2]
前記感知ツールは、位置センサーを含む、実施例1に記載の方法。
[実施例3]
前記位置センサーは、形状センサー、電磁位置センサー、蛍光透視に基づくシステム、インピーダンスセンサー、距離センサー、及びカメラのうちの少なくとも1つを含む、実施例2に記載の方法。
[実施例4]
前記データは、空間的に積分されたデータ、及び時間的に積分されたデータのうちの少なくとも1つを含む、実施例1に記載の方法。
[実施例5]
前記モデルを更新するステップは、前記モデルと前記解剖学的構造との間の差異を検出することに応答して行われる、実施例1に記載の方法。
[実施例6]
当該方法は、前記検出された差異を前記医療器具のオペレータに伝えるステップをさらに含む、実施例5に記載の方法。
[実施例7]
前記差異は、前記医療器具に関連付けられた撮像素子が受け取ったデータからの画像解析に基づいて自動的に検出される、実施例5に記載の方法。
[実施例8]
前記モデルを更新するステップは、前記モデルと前記解剖学的構造との間の差異に関連付けられた追加のボクセルを追加又は除去するステップを含む、実施例1に記載の方法。
[実施例9]
前記モデルを更新するステップは、
新たに発見された通路に対応する追加のシード値をセグメント化関数に追加するステップと、
前記追加のシード値を前記セグメント化関数に再適用するステップと、を含む、実施例1に記載の方法。
[実施例10]
前記モデルを更新するステップは、通路の形状を調整するステップを含む、実施例1に記載の方法。
[実施例11]
前記モデル内の通路の形状を調整するステップは、前記医療器具上の測定ツールを用いて、前記患者の解剖学的構造の直径が、前記モデル内の通路の対応する直径と異なるという判定に応答して行われる、実施例10に記載の方法。
[実施例12]
前記モデルを更新するステップは、前記モデル内に追加の通路を追加するステップを含む、実施例1に記載の方法。
[実施例13]
前記モデルを更新するステップは、前記モデル内の通路の位置を調整するステップと、前記モデル内の前記通路の直径を調整するステップとのうちの少なくとも1つを含む、実施例1に記載の方法。
[実施例14]
手術中のセグメンテーションについての方法であって、当該方法は、
医療器具の感知ツールを用いて、患者の解剖学的構造内をナビゲートしながら前記解剖学的構造のデータを取得するステップと、
前記データを前記患者の解剖学的構造のモデルと比較するステップと、
前記モデルと、前記データによって規定される前記患者の解剖学的構造との間に差異があるという判定に応答して、前記モデルを更新するステップと、を含む
方法。
[実施例15]
前記モデルは、前記患者の解剖学的構造の画像にセグメント化関数を適用することによって得られる、実施例14に記載の方法。
[実施例16]
前記モデルを更新するステップは、前記モデルと前記患者の解剖学的構造との間の差異に基づいた追加のシード値を前記セグメント化関数に再適用するステップを含む、実施例15に記載の方法。
[実施例17]
前記画像は、コンピュータ断層撮影走査を含む、実施例15に記載の方法。
[実施例18]
前記画像は、磁気共鳴イメージング(MRI)走査を含む、実施例15に記載の方法。
[実施例19]
前記感知ツールは、カメラを含み、前記データは、前記カメラによって得られた時間的な一連の二次元画像を含む、実施例14に記載の方法。
[実施例20]
前記感知ツールは、前記患者の解剖学的構造の表面表現を形成するための点群を取得するためにある、実施例14に記載の方法。
[実施例21]
前記モデルと、前記データによって規定される前記患者の解剖学的構造との間に差異があるかどうかを判定することは、前記患者の解剖学的構造の呼吸運動を考慮するステップを含む、実施例14に記載の方法。
[実施例22]
コンピュータシステムを有する手術システムであって、当該システムは、
前記コンピュータシステムは、
プロセッサと、
機械可読命令を含むメモリと、を含み、前記機械可読命令は、前記プロセッサによって実行されると、当該システムに、
患者の解剖学的構造の3次元画像にセグメント化関数を適用してモデルを作成し、
前記患者の解剖学的構造をナビゲートしながら医療器具から位置データを受け取り、
前記器具の位置を前記モデルに位置合わせし、
前記医療器具の感知ツールから前記患者の解剖学的構造に関連するデータを受け取り、
前記モデルと前記患者の解剖学的構造との間の差異を検出することに応答して、前記モデルを更新させる、
システム。
[実施例23]
前記差異は、前記モデル内に存在していない、前記患者の解剖学的構造内の通路を含む、実施例22に記載のシステム。
[実施例24]
前記モデルを更新するために、前記機械可読命令は、前記システムに、前記モデル内に存在していない前記通路に対応する新しいシード値を使用して、前記セグメント化関数をさらに再適用させる、実施例23に記載のシステム。
[実施例25]
前記感知ツールを含む医療器具を有するカテーテルをさらに含む、実施例22に記載のシステム。
[実施例26]
前記感知ツールは、飛行時間型カメラ、位置センサー、蛍光透視注入システム、レーザ走査型装置、血管内超音波装置、及び生検ツールのうちの少なくとも1つを含む、実施例25に記載のシステム。
[実施例27]
手術中のセグメンテーションについての方法であって、当該方法は、
感知ツールを含む医療器具を用いて患者の解剖学的構造をナビゲートするステップと、
前記器具の位置を一般的な解剖学的モデルと関連付けるステップと、
前記患者の解剖学的構造をナビゲートしながら、前記感知ツールによって得られたデータに基づいて、前記患者の解剖学的構造に適合するように前記一般的な解剖学的モデルを更新するステップと、を含む、
方法。
[実施例28]
手術中のセグメンテーションについての方法であって、当該方法は、
感知ツールを含む医療器具を用いて患者の解剖学的構造をナビゲートするステップと、
前記患者の解剖学的構造をナビゲートしながら、前記感知ツールを使用して前記患者の解剖学的構造に関するデータを取得するステップと、
前記データに基づいて前記患者の解剖学的構造のモデルをリアルタイムで構築するステップと、
前記器具の位置を前記モデルと関連付けるステップと、を含む
方法。
Claims (14)
- 医療システムであって、当該医療システムは、
感知ツールを含む医療器具と、
1つ又は複数のプロセッサを含む処理ユニットと、を含んでおり、
該処理ユニットは、
前記医療器具が患者の解剖学的構造を横断する間に、前記感知ツールから前記患者の解剖学的構造に関連するデータを受信し、
前記感知ツールから受信した前記データから前記患者の解剖学的構造の解剖学的モデルを構築し、
前記医療器具が前記解剖学的モデルによって表されない前記患者の解剖学的構造の一部に配置されている間に、前記感知ツールによって得られる形状データに基づいて前記解剖学的モデルを更新し、
前記解剖学的モデルの画像を生成して表示し、
前記医療器具の位置を前記解剖学的モデルに位置合わせするように構成される、
医療システム。 - 前記感知ツールは、形状センサー、電磁位置センサー、蛍光透視に基づくシステム、インピーダンスセンサー、距離センサー、又はカメラのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の医療システム。
- 前記医療器具が前記患者の解剖学的構造を横断する間に、前記患者の解剖学的構造の前記解剖学的モデルがリアルタイムで構築される、請求項1に記載の医療システム。
- 前記患者の解剖学的構造の前記解剖学的モデルを構築することは、
前記医療器具が前記患者の解剖学的構造を横断する際に、前記感知ツールから時間的データを受信すること、
該受信した時間的データをフィルタリング処理して、前記感知ツールの、患者の呼吸によって引き起こされる周期的運動を説明すること、及び
前記フィルタリング処理された時間的データに基づいて、前記解剖学的モデルを生成すること、を含む、請求項1に記載の医療システム。 - 前記受信した時間的データは、連続する時間間隔での前記医療器具の位置を示す、請求項4に記載の医療システム。
- 前記患者の解剖学的構造の前記解剖学的モデルを構築することは、
前記医療器具が前記患者の解剖学的構造を横断する際に、前記感知ツールから空間的データを受信すること、
該受信した空間的データをフィルタリング処理して、前記感知ツールの、患者の呼吸によって引き起こされる周期的運動を説明すること、及び
前記フィルタリング処理された空間的データに基づいて、前記解剖学的モデルを生成すること、を含む、請求項1に記載の医療システム。 - 前記受信した空間的データは、前記医療器具の最初の形状を示す、請求項6に記載の医療システム。
- 前記受信した空間的データは、前記医療器具の1組の位置データの最初の場所を示す、請求項6に記載の医療システム。
- 前記患者の解剖学的構造の前記解剖学的モデルを構築することは、
前記解剖学的モデルの解剖学的通路の表面組織を示すデータを前記感知ツールから受信すること、及び
該受信したデータに基づいて前記解剖学的モデルを構築すること、を含む、請求項1に記載の医療システム。 - 前記解剖学的モデルを構築することは、
前記医療器具が前記患者の解剖学的構造を横断する際に、前記感知ツールから点群を受信すること、
該受信した点群を使用して、前記患者の解剖学的構造の表面表現を作成すること、及び
前記患者の解剖学的構造の前記表面表現に基づいて前記解剖学的モデルを生成すること、を含む、請求項1に記載の医療システム。 - 前記解剖学的モデルを更新することは、少なくとも1つの解剖学的通路を前記解剖学的モデルに追加することを含む、請求項1に記載の医療システム。
- 前記解剖学的モデルを更新することは、前記解剖学的モデルの少なくとも1つの解剖学的通路のサイズを変更することを含む、請求項1に記載の医療システム。
- 前記処理ユニットは、前記解剖学的モデルの前記画像を、前記解剖学的モデルに位置合わせされた前記医療器具の画像と共に表示するようにさらに構成される、請求項1に記載の医療システム。
- 医療システムであって、当該医療システムは、
感知ツールを含む医療器具と、
1つ又は複数のプロセッサを含む処理ユニットと、を含んでおり、
該処理ユニットは、
前記医療器具が患者の解剖学的構造を横断している間に、前記感知ツールから前記患者の解剖学的構造に関連するデータを受信し、
前記感知ツールから受信した前記データから前記患者の解剖学的構造の解剖学的モデルを構築し、
前記解剖学的モデルの画像を生成して表示し、
前記医療器具の位置を前記解剖学的モデルに位置合わせするように構成され、
前記患者の解剖学的構造の前記解剖学的モデルを構築することは、
前記解剖学的モデルの解剖学的構造の通路の表面組織を示すデータを前記感知ツールから受信すること、及び
該受信したデータに基づいて前記解剖学的モデルを構築すること、を含む、
医療システム。
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