JP7271551B2 - 外科ナビゲーションシステム用の顔面の目印を登録する装置及び方法 - Google Patents
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Description
図1は、画像誘導を使用してENT手技の実施を可能にする例示的なIGSナビゲーションシステム(100)を示す。一部の例では、IGSナビゲーションシステム(100)は、拡張器具アセンブリ(10)を使用して、副鼻腔口を拡張するため、又は何らかの他の解剖学的通路(例えば、耳、鼻又は咽頭内部など)を拡張する手技の間に使用される。本明細書に記載されている構成要素及び動作性を有することに加えて又はその代わりに、IGSナビゲーションシステム(100)は、以下の文献の教示の少なくとも一部にしたがって構成され、動作可能となり得る。すなわち、米国特許第8,702,626号、発明の名称「Guidewires for Performing Image Guided Procedures」(2014年4月22日発行)(開示内容は参照により本明細書に組み込まれている);米国特許第8,320,711号、発明の名称「Anatomical Modeling from a 3-D Image and a Surface Mapping」(2012年11月27日発行)(開示内容は参照により本明細書に組み込まれている);米国特許第7,720,521号、発明の名称「Methods and Devices for Performing Procedures within the Ear、Nose、Throat and Paranasal Sinuses」(2010年5月18日発行)(開示内容は参照により本明細書に組み込まれている);米国特許第2014/0364725号、発明の名称「Systems and Methods for Performing Image Guided Procedures within the Ear,Nose,Throat and Paranasal Sinuses」(2014年12月11日公開)(開示内容は参照により本明細書に組み込まれている);米国特許出願公開第2016/0310042号、発明の名称「System and Method to Map Structures of Nasal Cavity」(2016年10月27日発行);及び米国特許出願公開第2011/0060214号、発明の名称「Systems and Methods for Performing Image Guided Procedures within the Ear,Nose,Throat and Paranasal Sinuses」(2011年3月10日公開)(開示内容は参照により本明細書に組み込まれている)。
上記のとおり、さまざまなガイドワイヤを使用して、患者の顔面上のさまざまな点に位置追跡されたガイドワイヤ先端部を接触させることにより、IGSナビゲーションシステム(100)における登録及び較正を行うことができる。このようなガイドワイヤは、その性質上、より薄いか又は可撓性であってもよい。この可撓性のために、操作者が単独でガイドワイヤを把持すること、及びガイドワイヤの遠位先端部を操作して患者の頭部上の登録点に接触することが困難になることがある。例えば、ガイドワイヤの遠位先端部は患者の頭部との係合に応答して撓む傾向があり得、それによって登録の精度を損なうおそれがある。したがって、IGSナビゲーションシステム(100)における登録及び較正の過程の間に、ガイドワイヤに少なくとも一時的に剛性をもたらすことが望ましいことがある。このような剛性の付与により、操作者のガイドワイヤの取り扱いをより容易にすることができ、ガイドワイヤの遠位先端部が患者の頭部との係合に応答して撓むのを防止することができ、最終的に、より正確な登録を実現することができる。
図4~図6は、接触に基づく較正器具(134)の代わり、又はこれに加えて、患者登録を行うために使用することができる例示的なセンサアレイ(200)を示す。例示的なセンサアレイ(200)は、ケース(202)、複数のセンサ(204)及び位置センサ(206)を備える。複数のセンサ(204)は、例えば、プローブ信号(例えば、投影光、超音波、電磁波など)を送信し、次に、対応する応答信号(例えば、投影光、反射音、反射電磁波など)を受信する、一式の光学センサ、超音波センサ、又は他の近接センサを備えてもよい。次に、プローブ信号の送信とその応答の受信との間の期間、又は応答信号の強度若しくは他の特徴が使用されて、センサの信号トランスミッタとプローブ信号の衝突する標的との間の距離を判定することができる。本明細書における教示を鑑みると、センサ(204)がとり得る他の好適な形態が、当業者に明白になるであろう。
図10~図11は、図9に示されているものなどのシステムによって行われ得る、画像誘導外科システムの非接触式顔登録の方法を示している。図9の例示的なシステムは、画像誘導手術又はIGSシステム(300)、画像サーバ(302)、手技領域位置決めシステム(306)、及び登録センサ(304)を備える。記載されている例示的なシステムの構成要素及びその機能は、単なる例示に過ぎず、さまざまな方法で実施することができることを理解すべきである。例えば、一部の実装形態では、一部の特徴は、IGSシステム(300)、登録センサ(304)のどちらか一方、又はそれらの両方によって行われ得る。同様に、一部の構成要素を組み合わせてもよく、又は更なる構成要素に分割されてもよい。例えば、IGSシステム(300)によって行われる機能は、いくつかの構成要素(例えば、IGSシステム(300)、クラウドコンピューティングシステム、携帯型IGSデバイスなど)全体に行うことができるか、又はIGSシステム(300)及び画像サーバ(302)の機能は、単一構成要素又はデバイスにより組み合わされて行われ得る。このような変形形態は、この開示に照らしあわせると当業者に明白となろう。
図12~図13は、較正器具(134)などのこれまでに議論した接触プローブと同様の方法で、一度に患者の1つの点を登録するために使用することができる、例示的な代替的センサプローブを示している。図12に示されているプローブ(500)は、プローブトランスミッタ(502)、プローブレシーバ(504)、位置センサ(506)及び近接トリガ(508)を備える。プローブトランスミッタ(502)及びプローブレシーバ(504)は、個別の構成要素として示されている一方、プローブトランスミッタ(502)及びプローブレシーバ(504)は、実際に、一部の変形形態では、単一構成要素に一体化され得る。プローブ(500)は、さまざまな形態で実装され得、例えば、較正器具(134)の細長型本体(138)に類似のハウジングは、図12の1つ以上の構成要素を含むか、又はこれらに取り付けることができる。タッチペン様形状が、快適でユーザーに親しまれ得るので(例えば、鉛筆のグリップ用いてプローブ(500)を把持する)、較正器具(134)のものなどのハウジング又は本体は、プローブ(500)にとって望ましい形態となり得る。
以下の実施例は、本明細書の教示を組み合わせるか又は適用することができる、種々の非網羅的な方法に関する。以下の実施例は、本出願における又は本出願の後の出願におけるどの時点でも提示され得る、いずれの請求項の適用範囲をも限定することを目的としたものではない、と理解すべきである。一切の棄権を意図するものではない。以下の実施例は、単なる例示の目的で与えられるものに過ぎない。本明細書の種々の教示は、他の多くの方法で構成及び適用が可能であると考えられている。また、いくつかの変形形態では、以下の実施例において言及される特定の特徴を省略してよいことも、考えられる。したがって、本発明者又は本発明者の利益の継承者により、後日、そうである旨が明示的に示されないかぎり、以下に言及される態様又は特徴のいずれも重要なものとして見なされるべきではない。以下に言及される特徴以外の更なる特徴を含む請求項が本出願において、又は本出願に関連する後の出願において示される場合、それらの更なる特徴は、特許性に関連するいかなる理由によっても追加されたものとして仮定されるべきではない。
本明細書に記載されている実施例のうちのいずれも、上述のものに加えて又はそれに代えて、さまざまな他の特徴を含み得ることが理解されるべきである。単なる例として、本明細書に記載されている実施例のうちのいずれも、参照により本明細書に組み込まれているさまざまな参考文献のいずれかに開示されているさまざまな特徴のうちの1つ以上を含むこともできる。
(1) 標的領域の登録のためのシステムであって、
(a)センサアレイ本体と、
(b)前記センサアレイ本体に取り付けられた複数の距離センサであって、前記距離センサの各々が、前記標的領域の方向に向くよう位置決めされており、かつ前記標的領域の登録点とそのセンサとの間の距離を判定するよう動作可能である、距離センサと、
(c)前記センサアレイ本体に取り付けられており、前記センサアレイ本体の位置及び配向を提供するように動作可能な位置センサと、
(d)少なくとも1つのプロセッサであって、前記距離センサの各々に対する前記距離、前記配向及び前記位置に基づいて、手技空間内の前記標的領域の複数の登録済の点の前記三次元位置を判定するよう構成されている、少なくとも1つのプロセッサと、
を備える、システム。
(2) 前記距離センサが、長方形、正方形、丸形、三角形及び楕円形からなる群から選択される形状で配列されている、実施態様1に記載のシステム。
(3) 前記センサアレイ本体の面が、実質的に平面であり、前記少なくとも1つのプロセッサが、前記センサアレイ本体内に収容されている、実施態様1に記載のシステム。
(4) 前記距離センサが、光学センサ、超音波センサ及び磁気センサからなる群から選択されるタイプを含む、実施態様1に記載のシステム。
(5) 前記少なくとも1つのプロセッサが、前記複数の距離センサの各センサに関して、
(i)そのセンサによって送信されるプローブ信号の原点位置を判定することであって、前記原点位置が、前記センサアレイ本体の前記位置及び前記配向に基づいて、前記手技空間内のそのセンサの位置を表示すること、及び
(ii)前記原点位置、及び前記標的領域の前記登録点に衝突する前に、前記プローブ信号が移動した距離に基づいて、そのセンサの登録済の点を判定すること、
により、前記複数の登録済の点の前記三次元位置を判定するように構成されている、実施態様1に記載のシステム。
(i)前記センサアレイ本体に対する前記標的領域の配向を判定するよう、
(ii)前記標的領域及び前記センサアレイ本体が実質的に平行ではない場合に、前記複数の距離センサの各センサに関して、オフセット値を判定するよう、並びに
(iii)前記原点位置、前記プローブ信号が移動した前記距離及び前記オフセット値に基づいて、そのセンサに対する前記登録済の点を判定するよう、更に構成されている、実施態様5に記載のシステム。
(7) 前記少なくとも1つのプロセッサに前記標的領域の配向をもたらすよう構成されている標的領域配向センサを更に備える、実施態様6に記載のシステム。
(8) 前記少なくとも1つのプロセッサのナビゲーションプロセッサが、
(i)前記複数の登録済の点と前記標的領域の一式の術前画像とを関連付けるよう、及び
(ii)前記複数の登録済の点、前記一式の術前画像、及び手技の間に使用される手術用器具の位置センサにより提供される一式の器具データの前記関連付けに基づいて、前記手技の間の画像誘導手術ナビゲーションインタフェースを設けるよう、構成されている、実施態様1に記載のシステム。
(9) 前記距離センサは、前記複数の登録済の点の前記位置が判定されると、前記標的位置から約10.16cm~50.8cm(約4インチ~20インチ)の距離で位置決めされ、かつ動作可能であるよう構成されている、実施態様1に記載のシステム。
(10) 配向インジケータを更に備え、前記センサアレイ本体が前記標的領域に実質的に平行ではないときに、前記配向インジケータがユーザーに表示を提供するよう構成されている、実施態様1に記載のシステム。
(12) 前記複数の距離センサが、少なくとも30個の個々のセンサを備え、前記複数の距離センサは、前記送信されたプローブ信号が、前記標的領域の実質的にすべてに衝突するように、前記センサアレイ本体上に位置決めされている、実施態様1に記載のシステム。
(13) そのプローブ信号が使用中に前記標的領域から外れる、前記複数の距離センサの任意のセンサの場合、前記少なくとも1つのプロセッサが、そのセンサからの近接データを無視するよう更に構成されている、実施態様1に記載のシステム。
(14) 前記複数の登録済の点の前記三次元位置を判定するために使用したデータを収集するために、前記複数の距離センサが一旦、起動されるように構成されている、実施態様1に記載のシステム。
(15) 登録プローブであって、
(a)ユーザーによって保持されるようになされている細長型本体であって、遠位先端部を備える、細長型本体と、
(b)前記遠位先端部に位置する標的センサであって、前記遠位先端部が患者の顔面に押し付けられる必要なしに、前記標的センサが、前記遠位先端部の前の前記患者の顔面の存在を検出するよう動作可能である、標的センサと、
(c)前記非接触式登録プローブの位置及び配向を提供するよう動作可能である位置センサと、
(d)少なくとも1つのプロセッサであって、
(i)前記標的センサを起動するよう、
(ii)前記標的センサからの信号に基づいて登録済の点として手技空間内の前記標的の前記三次元位置を判定するよう、及び
(iii)前記信号が前記標的センサから受信されたときに、前記登録プローブの前記位置及び配向を判定するよう、
構成されている、少なくとも1つのプロセッサと、
を備える、登録プローブ。
(17) 前記標的センサが、容量センサ又は抵抗センサを含む、実施態様15に記載の登録プローブ。
(18) 前記標的センサが、光学センサを含む、実施態様15に記載の登録プローブ。
(19) 前記位置センサが、加速度計に基づくセンサ、磁気に基づくセンサ、及び無線ビーコンに基づくセンサからなる群から選択されるタイプを含む、実施態様15に記載の登録プローブ。
(20) 画像誘導手術ナビゲーションのための顔面の目印を登録する方法であって、
(a)センサアレイの複数の距離センサが、標的領域の方を向いてこれに実質的に平行となるよう前記センサアレイを位置決めすることであって、前記標的領域が患者の顔面領域である、ことと、
(b)前記センサアレイを起動して、前記標的領域内の標的点に衝突する前に、前記複数の距離センサの各々に由来するプローブ信号が移動した距離を表示する一式の前記距離をキャプチャすることと、
(c)三次元空間内の前記センサアレイの位置及び配向を判定することと、
(d)前記標的領域内の各標的点に関して、前記センサアレイの前記位置及び前記配向、並びに前記プローブ信号が移動した前記距離に基づいて、その標的点の前記三次元位置を判定することにより、一式の登録済の点を生成することと、
(e)前記一式の登録済の点と一式の術前画像とを関連付けることによりナビゲーションデータセットを生成することと、
(f)前記ナビゲーションデータセットに基づいた画像誘導手術ナビゲーションを実現することと、
を含む、方法。
Claims (6)
- 患者の顔面の登録のためのシステムであって、
(a)平坦面を有するセンサアレイ本体と、
(b)前記センサアレイ本体の前記平坦面に取り付けられた複数の非接触型の距離センサであって、前記距離センサの各々が、前記患者の顔面の複数の登録点と対応する前記距離センサとの間の距離を判定するよう動作可能であり、前記複数の登録点は、前記システムのデータベースに保存されて登録される、前記患者の顔面上の所定の位置である、距離センサと、
(c)前記センサアレイ本体に取り付けられており、前記センサアレイ本体の位置及び配向を提供するように動作可能な位置センサと、
(d)少なくとも1つのプロセッサであって、前記距離センサの各々に対する前記距離、前記配向及び前記位置に基づいて、前記データベースに保存されて登録された前記複数の登録点の三次元位置を判定するよう構成されている、少なくとも1つのプロセッサと、
を備えており、
前記少なくとも1つのプロセッサのナビゲーションプロセッサが、
(i)前記複数の登録点と前記患者の顔面の一式の術前画像とを関連付けるよう、及び
(ii)前記複数の登録点、前記一式の術前画像、及び手技の間に使用される手術用器具の位置センサにより提供される一式の器具データの関連付けに基づいて、前記手技の間の画像誘導手術ナビゲーションインタフェースを提供するよう、構成されている、システム。 - 前記距離センサが、長方形、正方形、丸形、三角形及び楕円形からなる群から選択される形状で配列されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのプロセッサが、前記センサアレイ本体内に収容されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記距離センサが、光学センサ、超音波センサ及び磁気センサからなる群から選択されるタイプを含む、請求項1に記載のシステム。
- 配向インジケータを更に備え、前記センサアレイ本体が前記患者の顔面に平行ではないときに、前記配向インジケータがユーザーに通知を提供するよう構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 自動化アームを更に備え、前記自動化アームは、前記センサアレイ本体が前記患者の顔面に平行になるように、前記センサアレイ本体を配向するよう動作可能である、請求項1に記載のシステム。
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