(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ化されたデバイスが位置特定マーカを表示する方法であって、
グラフィカルユーザインタフェース上に解剖学的構造の画像を表示するステップと、
前記グラフィカルユーザインタフェース上の入力デバイスにより、前記解剖学的構造の前記表示画像内のそれぞれの解剖学的位置を特定する1組のランドマークの位置を特定するステップであって、前記1組のランドマークの位置が第1の既知の骨の位置および第2の既知の骨の位置を含む、ステップと、
前記解剖学的構造の前記画像の上にグラフィカルオーバレイを表示するステップであって、前記グラフィカルオーバレイの配置が前記1組のランドマークの位置に基づく、ステップと、
前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示するステップであって、前記少なくとも1つの位置特定マーカが前記解剖学的構造に関連する位置を特定するとともに前記第1の既知の骨の位置と前記第2の既知の骨の位置の間に画定されたラインによって定義された大腿骨の膝蓋面と整列する平面に表示される、ステップと、
前記オーバレイ内に表示される前記位置特定マーカに関連して、前記画像中の前記解剖学的構造におけるグラフィカルインジケータの位置を表示するステップと
を含み、
前記解剖学的構造の前記画像の上にグラフィカルオーバレイを表示するステップが、
前記グラフィカルユーザインタフェース内の前記大腿骨の遠位端の像の上にオーバレイグリッドを表示するステップであって、前記オーバレイグリッドが、前記第1の既知の骨の位置と前記第2の既知の骨の位置の間に描出された幅を有し、かつ前記大腿骨の遠位顆部面に対応する第3の既知の骨の位置まで延びる高さを有する、ステップ
を含む、方法。
【請求項２】
解剖学的構造の画像を表示するステップが、
少なくとも1つの骨の画像を含む、前記解剖学的構造の画像を表示するステップ
を含み、
1組のランドマークの位置を特定するステップが、
ランドマークの位置が提供されるべき特定の解剖学的構造の構造選択を受け取るステップであって、前記構造選択が、特定されるべきいくつかのランドマークの位置を定義する、ステップと、
前記グラフィカルユーザインタフェース上のグラフィカルポインタにより、前記少なくとも1つの骨に関連する第1の既知の骨の位置および第2の既知の骨の位置の選択を受け取るステップと
を含み、
前記解剖学的構造の前記画像の上にグラフィカルオーバレイを表示するステップが、
前記選択された第1の既知の骨の位置と前記選択された第2の既知の骨の位置の間に前記グラフィカルオーバレイを描出するステップであって、前記グラフィカルオーバレイが、前記解剖学的構造に関連する位置を示すように動作可能である一連のガイドインジケータを含む、ステップ
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記解剖学的構造の画像を表示するステップが、
前記グラフィカルユーザインタフェース上に、大腿骨および脛骨のグラフィカル像が含まれる膝関節の画像を表示するステップ
を含み、
前記解剖学的構造の前記画像の上にグラフィカルオーバレイを表示するステップが、
前記画像内の前記大腿骨および前記脛骨のうちの少なくとも1つの前記像の上に前記グラフィカルオーバレイを表示するステップであって、前記グラフィカルオーバレイによって、ヒト膝関節の靱帯の修復に関連する前記少なくとも1つの位置特定マーカによってマークされるべき少なくとも1つの参照位置を容易に決定できるようにする、ステップ
を含む、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
ヒト膝関節内の大腿骨および脛骨の像を映し出す画像を表示するステップが、
ヒト膝関節内の前記大腿骨の側面像を表示するステップ
を含み、
第1の既知の骨の位置および第2の既知の骨の位置の選択を受け取るステップが、
前記画像内に表示された前記大腿骨の前記像の前縁の選択を前記第1の既知の骨の位置として受け取るステップと、
前記画像内で側方に表示された前記大腿骨の前記像の後縁の選択を前記第2の既知の骨の位置として受け取り、前記第1の既知の骨の位置と前記第2の既知の骨の位置の間に画定されたラインが、前記大腿骨の膝蓋面と実質的に整列する平面を定義するステップとを含み、前記方法が、
前記画像内で前記側方に表示された前記大腿骨の遠位顆部面に対応する第3の既知の骨の位置の選択を受け取るステップ
を含み、
前記解剖学的構造の前記画像の上にグラフィカルオーバレイを表示するステップが、
前記グラフィカルユーザインタフェース内の前記大腿骨の遠位端の前記像の上にオーバレイグリッドを表示するステップであって、前記オーバレイグリッドが、前記選択された第1の既知の骨の位置と前記選択された第2の既知の骨の位置の間に描出された幅を有し、かつ前記選択された第3の既知の骨の位置まで延びる高さを有する、ステップ
を含む、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも1つの位置特定マーカを表示するステップが、
前記オーバレイグリッド内に少なくとも1つの大腿骨の位置特定マーカを表示するステップであって、前記大腿骨の位置特定マーカが、前記グラフィカル画像内に表示された前記大腿骨内の組織移植片挿入のための参照位置を特定する、ステップ
を含む、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも1つの位置特定マーカを表示するステップが、
前記オーバレイグリッドの形状に基づく前記位置特定マーカの配置のために、前記オーバレイグリッド内の少なくとも1つの位置を自動的に計算するステップと、
前記オーバレイグリッド内の自動的に計算された各位置にそれぞれの位置特定マーカを表示するステップと
を含む、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
前記位置特定マーカの前記配置のために前記自動的に計算された前記位置が、調整可能である、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも1つの位置特定マーカを表示するステップが、
前記オーバレイグリッドの形状に基づく前記位置特定マーカの配置のための前記オーバレイグリッド内の位置を示すために、前記グラフィカルユーザインタフェースの入力デバイスによる手動入力を受け取るステップと、
前記入力に応答して、前記オーバレイグリッド内の示された各位置にそれぞれの位置特定マーカを表示するステップと
を含む、請求項5に記載の方法。
【請求項９】
ヒト膝関節内の大腿骨および脛骨の像を映し出す画像を表示するステップが、
ヒトの膝関節内の前記脛骨の側面像を表示するステップ
を含み、
第1の既知の骨の位置および第2の既知の骨の位置の選択を受け取るステップが、
前記画像内に表示された前記脛骨の前記像の前縁の選択を前記第1の既知の骨の位置として受け取るステップと、
前記画像内で側方に表示された前記脛骨の前記像の後縁の選択を前記第2の既知の骨の位置として受け取り、前記第1の既知の骨の位置と前記第2の既知の骨の位置の間に画定されたラインが、前記脛骨に関連する靱帯の修復のために前記少なくとも1つの位置特定マーカが表示されうる平面を定義するステップ
を含む、請求項3に記載の方法。
【請求項１０】
前記解剖学的構造の前記画像の上にグラフィカルオーバレイを表示するステップが、
前記脛骨の前記選択された第1の既知の骨の位置と前記選択された第2の既知の骨の位置の間にオーバレイラインを表示するステップ
を含み、
前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示するステップが、
前記オーバレイライン上に設置された少なくとも1つの脛骨位置特定マーカを表示するステップであって、前記少なくとも1つの脛骨位置特定マーカが、前記グラフィカルユーザインタフェース内に表示された前記脛骨上の少なくとも1つの解剖学的ACL挿入部位を特定する、ステップ
を含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記オーバレイライン上に設置された少なくとも1つの脛骨位置特定マーカを表示するステップが、
大腿骨オーバレイグリッド内に以前に位置決めされた、前記グラフィカル画像内に表示された大腿骨内の組織移植片挿入部位のための参照位置を特定する前記少なくとも1つの大腿骨の位置特定マーカの配置に基づいて前記少なくとも1つの脛骨位置特定マーカの配置を計算するステップ
を含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記グラフィカルオーバレイ内の前記少なくとも1つの位置特定マーカの配置に基づいて、少なくとも1つの他の解剖学的構造のための位置特定マーカの配置を計算し、前記グラフィカルユーザインタフェース内の前記表示画像内に前記少なくとも1つの他の解剖学的構造のための位置特定マーカを表示するステップ
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
前記解剖学的構造の前記画像の上にグラフィカルオーバレイを表示するステップが、
前記グラフィカルユーザインタフェース内に複数の選択可能なグラフィカルオーバレイを表示するステップであって、前記複数の選択可能グラフィカルオーバレイ内の各グラフィカルオーバレイが、前記解剖学的構造に関連する位置を示すように動作可能である各一連のガイドインジケータを提供する、ステップと、
複数の利用可能なグラフィカルオーバレイからの第1のグラフィカルオーバレイの選択を受け取るステップと
を含み、
前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示するステップが、
前記第1のグラフィカルオーバレイによって提供される前記一連のガイドインジケータに基づく第1の位置特定マーカの配置のための前記第1のグラフィカルオーバレイ内の位置を示すために、前記グラフィカルユーザインタフェースの入力デバイスによる第1の入力を受け取るステップと、
前記第1の入力に応答して、前記第1のグラフィカルオーバレイ内の前記示された位置にそれぞれの第1の位置特定マーカを表示するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
複数の利用可能なグラフィカルオーバレイからの第2のグラフィカルオーバレイの選択を受け取るステップと、
前記第2のグラフィカルオーバレイによって提供される前記一連のガイドインジケータに基づく第2の位置特定マーカの配置のための前記第2のグラフィカルオーバレイ内の位置を示すために、前記グラフィカルユーザインタフェースの入力デバイスによる第2の入力を受け取るステップと、
前記第2の入力に応答して、前記第2のグラフィカルオーバレイ内の前記示された位置にそれぞれの第2の位置特定マーカを表示するステップと
を含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
1組のランドマークの位置を特定する前記動作、グラフィカルオーバレイを表示する前記動作、および前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示する前記動作が、大腿骨ACL挿入部位のための第1の組の位置特定マーカに対して初めて実施され、
1組のランドマークの位置を特定する前記動作、グラフィカルオーバレイを表示する前記動作、および前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示する前記動作が、脛骨ACL挿入部位のための第2の組の位置特定マーカに対して2回目に実施される、
請求項1に記載の方法。
【請求項１６】
1組のランドマークの位置を特定する前記動作、グラフィカルオーバレイを表示する前記動作、および前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示する前記動作が、大腿骨ACL挿入部位のための第1の組の位置特定マーカに対して初めて実施されるとき、前記方法が、
それぞれのオーバレイグリッドを利用して、前記大腿骨ACL挿入部位のためのそれぞれの位置特定マーカを位置決めするステップであって、それぞれのオーバレイグリッドが、そのそれぞれの位置特定マーカの適切な位置決めのためにそのそれぞれのオーバレイグリッドを異なる領域に分割する視覚的ガイドインジケータを含む、ステップ
を含む、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記グラフィカルユーザインタフェースを表示するステップが、
内視鏡像内に前記グラフィカルユーザインタフェースの少なくとも一部分を表示するステップ
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１８】
内視鏡像内に前記少なくとも1つの位置特定マーカを表示するステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１９】
前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示するステップが、
前記解剖学的構造の前記画像において検出された少なくとも1つの解剖学的特徴の少なくとも一部分に基づいて少なくとも1つの位置特定マーカを生成するステップ
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項２０】
前記解剖学的構造の前記画像において検出された少なくとも1つの解剖学的特徴の少なくとも一部分に基づいて少なくとも1つの位置特定マーカを生成するステップが、
前記解剖学的構造の前記画像における前記解剖学的構造の少なくとも1つの縁部を検出するステップと、
前記少なくとも1つの検出された縁部の少なくとも一部分に基づいた寸法に関連して前記解剖学的構造における少なくとも1つのランドマークの位置を決定するステップ
を含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示するステップが、
前記解剖学的構造に関連する位置を示すように動作可能な一連のガイドインジケータを表示するステップ
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項２２】
前記ガイドインジケータが、少なくとも1つのパーセンテージで表された位置を含み、前記パーセンテージで表された位置が、骨についての前記ランドマークの位置の間の距離に基づいてスケールまたはメトリックのうちの少なくとも1つを提供する、請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示するステップが、
それぞれのランドマークの位置に基づいてメトリックを示す少なくとも1つのガイドインジケータを表示するステップであって、前記ガイドインジケータが前記解剖学的構造上の位置を示す、ステップ
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項２４】
コンピュータ化されたデバイスが位置特定マーカを表示する方法であって、
グラフィカルユーザインタフェース(160)上に解剖学的構造の画像を表示するステップと、
前記解剖学的構造の前記表示画像内のそれぞれの解剖学的位置を特定する1組のランドマークの位置を特定するステップであって、前記1組のランドマークの位置が第1の既知の骨の位置および第2の既知の骨の位置を含む、ステップと、
前記解剖学的構造の前記画像内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示するステップであって、前記少なくとも1つの位置特定マーカが前記解剖学的構造に関する位置を特定するとともに前記第1の既知の骨の位置と前記第2の既知の骨の位置の間に画定されたラインによって定義された大腿骨の膝蓋面と整列する平面に表示され、前記少なくとも1つの位置特定マーカの配置が前記ランドマークのそれぞれの位置に由来する、ステップと、
オーバレイ内の前記位置特定マーカに関連して、前記画像中の前記解剖学的構造におけるグラフィカルインジケータの位置を表示するステップと
を含み、
前記解剖学的構造の前記画像内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示するステップが、
前記グラフィカルユーザインタフェース内の前記大腿骨の遠位端の像の上にオーバレイグリッドを表示するステップであって、前記オーバレイグリッドが、前記第1の既知の骨の位置と前記第2の既知の骨の位置の間に描出された幅を有し、かつ前記大腿骨の遠位顆部面に対応する第3の既知の骨の位置まで延びる高さを有する、ステップ
を含む、方法。
【請求項２５】
1組のランドマークの位置を特定するステップが
少なくとも1つのランドマークの位置に基づいてメトリックを特定するステップ
を含む、請求項24に記載の方法。
【請求項２６】
コンピュータ化されたデバイス(110)であって、
メモリ(112)と、
プロセッサ(113)と、
通信インタフェースと、
前記メモリ、前記プロセッサ、および前記通信インタフェースを接続する相互接続機構(111)と
を備え、
前記メモリが、前記プロセッサ上で実行されると、
グラフィカルユーザインタフェース上に解剖学的構造の画像を表示する動作と、
前記グラフィカルユーザインタフェース上の入力デバイスにより、前記解剖学的構造の前記表示画像内のそれぞれの解剖学的位置を特定する1組のランドマークの位置を特定する動作であって、前記1組のランドマークの位置が第1の既知の骨の位置および第2の既知の骨の位置を含む、動作と、
前記解剖学的構造の前記画像の上にグラフィカルオーバレイを表示する動作であって、前記グラフィカルオーバレイの配置が前記1組のランドマークの位置に基づく、動作と、
前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示する動作であって、前記少なくとも1つの位置特定マーカが前記解剖学的構造に関する位置を特定するとともに前記第1の既知の骨の位置と前記第2の既知の骨の位置の間に画定されたラインによって定義された大腿骨の膝蓋面と整列する平面に表示される、動作と、
前記オーバレイ内に表示される前記位置特定マーカに関連して、前記画像中の前記解剖学的構造におけるグラフィカルインジケータの位置を表示する動作と
を実施する位置特定ソフトウェアプロセス(150-2)を提供する位置特定ソフトウェアアプリケーション(150-1)を用いて符号化され、
前記解剖学的構造の前記画像の上にグラフィカルオーバレイを表示する動作が、
前記グラフィカルユーザインタフェース内の前記大腿骨の遠位端の像の上にオーバレイグリッドを表示する動作であって、前記オーバレイグリッドが、前記第1の既知の骨の位置と前記第2の既知の骨の位置の間に描出された幅を有し、かつ前記大腿骨の遠位顆部面に対応する第3の既知の骨の位置まで延びる高さを有する、動作
を含む、コンピュータ化されたデバイス。
【請求項２７】
1組のランドマークの位置を特定する前記動作、グラフィカルオーバレイを表示する前記動作、および前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示する前記動作が、大腿骨ACL挿入部位のための第1の組の位置特定マーカに対して初めて実施され、
1組のランドマークの位置を特定する前記動作、グラフィカルオーバレイを表示する前記動作、および前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示する前記動作が、脛骨ACL挿入部位のための第2の組の位置特定マーカに対して2回目に実施される、
請求項26に記載のコンピュータ化されたデバイス。
【請求項２８】
1組のランドマークの位置を特定する前記動作、グラフィカルオーバレイを表示する前記動作、および前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示する前記動作が、大腿骨ACL挿入部位のための第1の組の位置特定マーカに対して初めて実施され、前記コンピュータ化されたデバイスが、
それぞれのオーバレイグリッドを利用して、前記大腿骨ACL挿入部位のためのそれぞれの位置特定マーカを位置決めする動作であって、それぞれのオーバレイグリッドが、そのそれぞれの位置特定マーカの適切な位置決めのためにそのそれぞれのオーバレイグリッドを異なる領域に分割する視覚的ガイドインジケータを含む、動作
を実施する、請求項27に記載のコンピュータ化されたデバイス。
【請求項２９】
コンピュータ化されたデバイスにおいてプロセスとして実行されると位置特定ソフトウェアプロセスを生成するコンピュータプログラムロジックを用いて符号化されるコンピュータ可読媒体であって、
グラフィカルユーザインタフェース上に解剖学的構造の画像を表示するための命令と、
前記グラフィカルユーザインタフェース上の入力デバイスにより、前記解剖学的構造の前記表示画像内のそれぞれの解剖学的位置を特定する1組のランドマークの位置を特定するための命令であって、前記1組のランドマークの位置が第1の既知の骨の位置および第2の既知の骨の位置を含む、命令と、
前記解剖学的構造の前記画像の上にグラフィカルオーバレイを表示するための命令であって、前記グラフィカルオーバレイの配置が前記1組のランドマークの位置に基づく、命令と、
前記グラフィカルオーバレイ内に少なくとも1つの位置特定マーカを表示するための命令であって、前記少なくとも1つの位置特定マーカが前記解剖学的構造に関連する位置を特定するとともに前記第1の既知の骨の位置と前記第2の既知の骨の位置の間に画定されたラインによって定義された大腿骨の膝蓋面と整列する平面に表示される、命令と、
前記オーバレイ内に表示される前記位置特定マーカに関連して、前記画像中の前記解剖学的構造におけるグラフィカルインジケータの位置を表示する命令と
を備え、
前記解剖学的構造の前記画像の上にグラフィカルオーバレイを表示するための命令が、
前記グラフィカルユーザインタフェース内の前記大腿骨の遠位端の像の上にオーバレイグリッドを表示する命令であって、前記オーバレイグリッドが、前記第1の既知の骨の位置と前記第2の既知の骨の位置の間に描出された幅を有し、かつ前記大腿骨の遠位顆部面に対応する第3の既知の骨の位置まで延びる高さを有する、命令
を備える、媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外科手術で使用するための位置特定マーカ(localization marker)の配置を決定するうえでのコンピュータ化された支援および視覚化の分野に関する。
【０００２】
本願は、2010年4月23日に出願した「COMPUTER ASSISTED VISUALIZATION AND PLACEMENT OF LOCALIZATION MARKERS FOR MEDICAL PROCEDURES」という名称の米国仮特許出願第61/327,416号および2009年12月14日に出願した「VISUALIZATION GUIDED ACL LOCALIZATION SYSTEM」という名称の米国仮特許出願第61/286,170号の優先権を主張するPCT国際特許出願である。これらの出願のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
コンピュータ処理された画像および内視鏡検査技術を含む現代の医療技術により、関節鏡による診療の分野は著しく進歩した。特に、関節鏡を用いた外科手技の分野では、従来のコンピュータ化されたデバイスは、医学的処置を受けている解剖学的構造のリアルタイムなライブX線像を描出することができる。一般的な医学的処置の一例は、前十字靱帯(ACL)などの、ヒト膝関節の内部にある軟部組織の修復である。損傷したACLは、関節鏡視下で組織移植片に置き換えられることが多い。この組織移植片は、各端にいわゆる「骨ブロック(bone block)」を有する膝蓋腱の一部分から、または半腱様筋腱および薄筋腱から採取されうる。あるいは、組織移植片は、合成材料から、または合成材料と天然材料を組み合わせたものから形成されうる。置き換え用の組織移植片は、大腿骨内の顆間窩(passage)に形成された骨孔に組織移植片の一端を固定し、その移植片の他端を脛骨に形成された骨孔に通過させることによって移植される。一般に、組織移植片の各端を固定具(たとえば、interference screwまたはポスト(post))に取り付けるために縫合糸が使用され、次いでこの固定具が骨に固定される。膝関節は密集した部位であり、ACL修復手術を受ける患者によってサイズの異なる骨が多数存在することを考慮すると、膝関節の大腿骨および脛骨内の骨孔に配置するための特定の位置の同定は、やや注意を要する場合がある。
【０００４】
ACL挿入部位を適切に設置する際の支援を提供する機械的デバイスの一例が、本願と同じ譲受人の米国特許第5,968,050号('50特許)に記載されている。'50特許の全内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。'50特許には、ACL再建術において脛骨の骨孔を位置決めするための完全に物理的な(purely physical)ガイドまたは用具が記載されている。物理的用具とは対照的に、ACL再建術に使用される従来技術の別の例では、膝関節のACL修復手術を支援するためにリアルタイムX線画像およびコンピュータ処理されたグラフィカル画像が利用される。これは、米国特許第7,319,897号(以下、'897特許)に記載され、その全教示および全内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第5,968,050号明細書
【特許文献２】米国特許第7,319,897号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
'897特許に記載されている技法などの外科技法に対してコンピュータを利用した支援を提供する従来の機構には、さまざまな欠点がある。外科医などの医学専門家がグラフィカルユーザインタフェース上で解剖学的構造の画像の静止フレームとビデオフレームの両方を見ることができるコンピュータ化されたシステム、方法、および位置特定ソフトウェアを提供する装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で開示される実施形態は、コンピュータ化されたシステム、方法、および上記で説明した必要な位置特定ソフトウェアを提供する装置を提供する。画像は、放射線(たとえばX線)画像、磁気共鳴画像、コンピュータ断層撮影画像、透視画像などを生成する機器から取得可能である。画像は、手術中に取得されるリアルタイムなライブ画像であってもよいし、(たとえば品質管理の目的で)手術後に使用される事前に記録された画像であってもよい。ソフトウェアを利用して、解剖学的構造の表示画像内でそれぞれの解剖学的位置を同定する1組のランドマークの位置(landmark location)をグラフィカルユーザインタフェース(GUI)上で同定することができる。外科医がGUIを用いた対話によりこのようなランドマークを手動で同定することもできるし、ソフトウェアで自動検出機能を使用して解剖学的構造内のランドマークの位置を自動的に特定または同定することもできる。一例として、解剖学的構造が膝関節である場合、システムは膝関節の画像(たとえばX線)を表示でき、これにより外科医は大腿骨または脛骨に関するランドマークの位置としてX線画像内の特定の既知の骨の位置を選択することができる。
【０００８】
ランドマークの位置を選択するとき、システムは、解剖学的構造の画像の上にオーバレイグリッドまたはラインなどのグラフィカルオーバレイを表示するように動作可能である。グラフィカルオーバレイの配置は、1組のランドマークの位置に基づく。外科医は、システムによって描出される1組の特定のグラフィカルオーバレイのうちの1つを選択でき、このグラフィカルオーバレイは、解剖学的構造に関する外科手術を実施するための解剖学的構造に関連する位置を示すように動作可能な一連のガイドインジケータ(guidance indicator)を含むことができる。このガイドインジケータは、たとえば、骨のランドマークの位置間の距離にまたがる距離メトリックまたはスケールを提供する、パーセンテージで表された位置を示すことができる。システムは、次に、グラフィカルオーバレイの内部に少なくとも1つの位置特定マーカを表示するように動作可能である。位置特定マーカは、解剖学的構造に関する外科手術を実施するのに最適な位置を同定する。位置特定マーカの配置は、ACL修復などの医学的処置の最大限の成功を可能にするために、(ランドマークの位置に基づいて)解剖学的構造に関する医学的に認められた位置を使用することによって、システムにより実施されうる。
【０００９】
ACL挿入位置決定に特有の一実施形態では、システムは、ヒト膝関節内部の大腿骨および脛骨の像(view)を示す画像を表示するように動作可能である。これは、ヒト膝関節内部の大腿骨の側面像(lateral view)を表示することを含む。システムは、既知の骨の位置の選択を受け取る。これは、画像内部に表示される大腿骨の像の前縁の選択を第1の既知の骨の位置として受け取るステップと、画像内で側方に表示された大腿骨の像の後縁の選択を第2の既知の骨の位置として受け取るステップとを含む。第1の既知の骨の位置と第2の既知の骨の位置の間に画定されたラインは、大腿骨の膝蓋面と実質的に整列する平面を定義する。このシステムは、画像内で側方に表示された大腿骨の遠位顆部面(distal condyle surface)に対応する第3の既知の骨の位置の選択を受け取る。解剖学的構造の画像の上にグラフィカルオーバレイを表示するとき、システムは、グラフィカルユーザインタフェース内の大腿骨の遠位端の像の上にオーバレイグリッドを表示する。オーバレイグリッドは、選択された第1の既知の骨の位置と選択された第2の既知の骨の位置の間に描出される幅を有し、選択された第3の既知の骨の位置まで延びる高さを有する。システムは、さらに、オーバレイグリッド内に少なくとも1つの大腿骨位置特定マーカを表示するように動作可能である。この大腿骨の位置特定マーカは、グラフィカル画像内に表示された大腿骨内の組織移植片挿入部位のための参照位置を同定する。
【００１０】
他の実施形態では、位置特定マーカを表示するとき、システムは、オーバレイグリッドの形状に基づく位置特定マーカの配置のためのオーバレイグリッド内の少なくとも1つの医学的に好ましい位置を自動的に計算でき、オーバレイグリッド内の自動的に計算された医学的に好ましい各位置にそれぞれの位置特定マーカを表示することができる。自動配置される位置特定マーカが配置されると、医学専門家は、システムを使用して、オーバレイグリッド内でのそれぞれの位置特定マーカの自動的に計算された配置を調整することができる。
【００１１】
膝関節の特定の実施形態では、脛骨に対して、システムは、ヒト膝関節内の脛骨の側面像を表示し、かつ画像内に表示された脛骨の前縁の選択を第1の既知の骨の位置として受け取るように動作可能である。システムはまた、画像内で側方に表示された脛骨の像の後縁の選択を第2の既知の骨の位置として受け取る。脛骨では、第1の既知の骨の位置と第2の既知の骨の位置との間に画定されたラインは、脛骨に関する靱帯の修復のための少なくとも1つの位置特定マーカが表示されうる平面を定義する。脛骨に関連するランドマークの位置を選択すると、システムは、2つの脛骨のランドマークの位置の間のグラフィカルユーザインタフェース内の脛骨の近位端の像の上にオーバレイラインを表示する。このオーバレイラインが描出されると、システムは、オーバレイライン上に設置された少なくとも1つの脛骨位置特定マーカを表示するように動作可能である。脛骨位置特定マーカは、グラフィカルユーザインタフェース内に表示された脛骨上の少なくとも1つの解剖学的ACL挿入部位を同定する。
【００１２】
このようにして、本明細書で開示される実施形態は、解剖学的構造の上にグラフィカルオーバレイを描出することにより、組織移植片部位の位置決定などの医学的作業の正確な配置を可能にする位置特定マーカを正確に配置できるので、より正確な外科手技または他の医療手術を提供する。オーバレイグリッド内のガイドインジケータは、位置特定マーカの配置のための医学的に容認される位置を提供し、医師がマーカを間違った位置に配置するのを防ぐ。
【００１３】
本明細書で開示される他の実施形態は、本明細書で開示される方法の動作のいずれかまたはすべてを処理するためにソフトウェアおよび/または回路(たとえば、プロセッサ)で構成された、任意のタイプのコンピュータ化されたデバイス、ワークステーション、ハンヘルドコンピュータ、またはラップトップコンピュータなどを含む。言い換えれば、本明細書において説明されるように動作するようにプログラムされたかまたは構成された、コンピュータもしくはデータ通信デバイスなどのコンピュータ化されたデバイスまたは任意のタイプのプロセッサは、本明細書で開示される一実施形態とみなされる。
【００１４】
本明細書で開示される他の実施形態は、上記で要約され、かつ以下で詳細に開示されているステップおよび動作を実施するためのソフトウェアプログラムを含む。このような一実施形態は、メモリとプロセッサの接続を有するコンピュータ化されたデバイスで実施されると、本明細書で開示される動作を実施するようにプロセッサをプログラムする、符号化されたコンピュータプログラムロジックを含むコンピュータ可読媒体を有するコンピュータプログラム製品を含む。このような構成は、典型的には、光媒体(たとえば、CD-ROM)、フロッピー(登録商標)、もしくはハードディスクなどのコンピュータ可読媒体または1つもしくは複数のROMチップもしくはRAMチップもしくはPROMチップ内のファームウェアもしくはマイクロコードなどの他の媒体上で構成または符号化された、ソフトウェア、コード、および/または他のデータ(たとえば、データ構造)として、あるいは特定用途向け集積回路(ASIC)として提供される。ソフトウェアまたはファームウェアまたは他のこのような構成は、コンピュータ化されたデバイスに、本明細書において説明される技法を本明細書で開示される実施形態として実施させるために、コンピュータ化されたデバイス上にインストールされうる。
【００１５】
本明細書で開示されるシステムは、ソフトウェアプログラムとして、ソフトウェアおよびハードウェアとして、またはハードウェア単体として厳密に実施でき、独立して使用されてもよいし、解剖学的構造のX線のリアルタイムなライブ映像を取得するための医療デバイスなどの他のシステムと共に使用されてもよいことを理解されたい。
【００１６】
本明細書で開示される前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付の図面に示される、本明細書で開示される特定の実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。図面では、同じ参照符号は、すべての図を通して同じ要素を示す。図面は必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、本明細書で開示される原理を示すことに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本明細書で開示される一実施形態により構成された医療用コンピュータシステム環境の高いレベルのブロック図である。
【図２】本明細書で開示される例示的な実施形態により実施される処理ステップの流れ図である。
【図３】本明細書で開示される例示的な実施形態により実施される処理ステップの流れ図である。
【図４】本明細書で開示される例示的な実施形態により実施される処理ステップの流れ図である。
【図５】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【図６】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【図７】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【図８】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【図９】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【図１０】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【図１１】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【図１２】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【図１３】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【図１４】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【図１５】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【図１６】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【図１７】図2〜図4からの流れ図に記載されている特定のステップおよび処理動作を示すグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
一般に、本明細書で開示されるシステムは、解剖学的構造のビデオ(たとえばリアルタイムなライブの放射線画像)を表示可能で、かつ外科医などの医学専門家が、表示される解剖学的構造に対する医学的処置に関連する外科の作業の実施に適した位置を正確に決定できる位置特定ソフトウェア(たとえばアプリケーションおよび/またはプロセス)を動作させる(たとえば実行する)位置特定ホストコンピュータシステムと共にソフトウェアとして動作する。この処理は、進行中の外科手術のいくつかの態様を実施するための位置を決定するのを支援するために手術中に、または品質管理の目的に使用可能であるような術後に行うことができる。位置特定アプリケーションを利用すると、グラフィカルユーザインタフェースとの対話により、解剖学的構造上での特定のランドマークの位置(たとえば表示画像内で認識できる特定の骨の位置)の選択が可能になる。それに応じて、位置特定ソフトウェアは、選択されたランドマークの位置の配置に基づいてグラフィカルオーバレイを表示する。
【００１９】
グラフィカルオーバレイは、たとえば、医学専門家が(グリッドに対して)画像内に配置されるべき位置特定マーカの適切な位置を決定するのを支援するための、スケール、ルーラ、セグメント、メトリクスなどの認識できるグラフィカルインジケータを有するオーバレイグリッドであってよい。グラフィカルオーバレイが所定の位置にある状態で、医学専門家は、解剖学的構造に関する外科手術を実施するための位置を同定する1つまたは複数の位置特定マーカを位置決めおよび表示するためにグラフィカルユーザインタフェースとさらに対話することができる。1つの特定の例示的な実施形態では、位置特定ソフトウェアは、オーバレイグリッド内で少なくとも1つの大腿骨および/または脛骨の位置特定マーカを表示するために上記で要約された処理を実施する。このような大腿骨および/または脛骨の位置特定マーカにより、グラフィカル画像内に表示された大腿骨または脛骨内の組織移植片挿入部位のための参照位置が同定される。
【００２０】
図1は、本発明の例示的な実施形態の動作の詳細の説明で使用するのに適した医療環境100を示す。環境100は、磁気共鳴映像法(MRI)システム、コンピュータ断層撮影(CT)システム、透視システム、放射線(たとえばX線)システム、または解剖学的構造の2次元(2D)ビデオ画像側面像を含む画像データ103を生成する類似のシステムなどの医用イメージングデバイス101を含む。この例では、医用イメージングデバイス101は、ヒト膝関節の2D側面画像を生成する。あるいは、環境100は、解剖学的構造の内部像を提供可能でかつ画像データ103も生成可能な内視鏡システム102を含むことができる。位置特定ホストコンピュータシステム110は、画像データ103を(たとえばビデオ/フレームキャプチャデバイスを介して)受け取り、ディスプレイ130上のグラフィカルユーザインタフェース160に画像データ103を描出するように動作可能である。
【００２１】
位置特定ホストコンピュータシステム110は、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、ポータブルコンピュータデバイス、コンソール、ラップトップ、ネットワーク端末などの任意のタイプのコンピュータ化されたデバイスであってよい。この例に示されるように、コンピュータシステム110は、メモリシステム112、プロセッサ113、入出力インタフェース114、および通信インタフェース115を接続するデータバスまたは他の回路などの相互接続機構111を含む。後で説明するように、1つまたは複数の入力デバイス116(たとえば、マウス、キーボード、タッチスクリーン、タッチパッドなどのユーザ制御デバイス)は、入出力インタフェース114を介してプロセッサ113に接続し、医学専門家(たとえば医師、外科医など)などのユーザ108が入力コマンドを入力し、ディスプレイ130上の画像データ103を含むグラフィカルユーザインタフェース160を全体的に制御する。コンピュータシステム110は、通信インタフェース115によって、ネットワーク上の他のデバイス(すなわち、他のコンピュータ)(図示せず)と通信する。
【００２２】
メモリシステム112は、任意のタイプのコンピュータ可読媒体であり、この例では、本明細書において説明するグラフィカルユーザインタフェース160を介した処理および機能的動作をサポートする位置特定アプリケーション150-1を用いて符号化される。位置特定アプリケーション150-1は、本明細書において説明するさまざまな実施形態による処理機能をサポートするデータおよび/または論理演算命令(たとえば、メモリまたはリムーバブルディスクなどの別のコンピュータ可読媒体に記憶されるソースコードまたはオブジェクトコード)などのソフトウェアコードとして実施されうる。位置特定コンピュータシステム110の動作中、プロセッサ113は、位置特定アプリケーション150-1の論理演算命令を起動し、走らせ、実行し、解釈し、または別の方法で実施するために、相互接続111を介してメモリシステム112にアクセスする。このようにして、位置特定アプリケーション150-1の実行により、位置特定プロセス150-2において処理機能が引き起こされる。言い換えれば、位置特定プロセス150-2は、コンピュータ化されたデバイス110内のプロセッサ113の内部またはこの上で実行時に実施または実行する位置特定アプリケーション150-1の1つまたは複数の部分または実行時インスタンス(またはアプリケーション150-1全体)を表す。
【００２３】
位置特定アプリケーション150-1は、コンピュータ可読媒体(フロッピー(登録商標)ディスクなど)、ハードディスク、電子媒体、磁気媒体、および光媒体、または他のコンピュータ可読媒体上に記憶されうる。位置特定アプリケーション150-1はまた、ファームウェア、読み出し専用メモリ(ROM)などのメモリシステム112に記憶されてもよいし、この例と同様に実行可能コードとしてたとえばランダムアクセスメモリ(RAM)に記憶されてもよい。位置特定ソフトウェア150への言及は、メモリ112内の位置特定アプリケーション150-1もしくはプロセッサ113上で実行中の位置特定プロセス150-2のいずれかまたはその両方への一般的な言及であることを理解されたい。さらに、位置特定ホストコンピュータシステム110が、この例では示されていないオペレーティングシステムなど、他のプロセスならびに/またはソフトウェア構成要素およびハードウェア構成要素を含むことができることは当業者には理解されよう。ディスプレイ130は、コンピュータシステム110に直接接続される必要はない。たとえば、位置特定ソフトウェア150は、通信ネットワークインタフェース115を介して遠隔でアクセス可能なコンピュータ化されたデバイス上で実行可能である。この例では、グラフィカルユーザインタフェース160は、リモートコンピュータのユーザに対してローカルで表示可能であり、本明細書の処理の実行はクライアント-サーバベースであってよい。次に、位置特定ソフトウェア150の動作の詳細のさらなる開示について、位置特定ソフトウェア150によって提供されるグラフィカルユーザインタフェース160のスクリーンショットに関して説明される処理ステップの流れ図を示す残りの図に関して説明する。
【００２４】
図2〜図4は、本明細書で開示される例示的な実施形態により位置特定ソフトウェア150が実施する処理ステップの流れ図である。この例示的な説明に関して、大腿骨および脛骨内部の組織移植片挿入部位の参照位置を同定する位置特定マーカの配置決定を使用するためのシステムについては後で説明する。この医学的処置は単なる例示として提供されているに過ぎず、本発明はこの処置または膝関節に関する処置に限定されないことを理解されたい。むしろ、本発明の特定の実施形態は本質的に一般的なものであり、多数の異なる解剖学的構造に関する医学的処置のための位置を同定する際の支援に適用可能であることが意図されている。次に、流れ図について、残りの図に示されているグラフィカルユーザインタフェース160に関して説明する。
【００２５】
次に図5を簡単に参照すると、グラフィカルユーザインタフェース160は、図1からの医用イメージングデバイス101または内視鏡システム102によって生成される放射線画像または他の画像のビデオフレームおよび/または静止フレームなどの画像を表示するように動作可能である画像部500を含む。インタフェース160は、以下の説明で説明される種々の制御手段を含む制御部501も含む。流れ図において他のステップの中に示されているステップは本明細書で開示される種々の例示的な実施形態により実施されるサブステップを表すことに留意されたい。
【００２６】
図2の流れ図に戻って、ステップ200では、位置特定ソフトウェア150が、グラフィカルユーザインタフェース160上に(すなわち画像部500内に)解剖学的構造の画像を表示する。画像は、たとえば、医学的処置時に手術中に取得されたリアルタイムなライブ画像であってもよいし、事前に記録されてもよく、本明細書において説明する処理は術後に実施されてよい。
【００２７】
サブステップ201では、位置特定ソフトウェア150が、少なくとも1つの骨の画像を含む解剖学的構造の画像を表示する。この特定の例では、画像部500は、大腿骨507および脛骨509のグラフィカル像(graphical view)を含む膝関節の側面像の画像を表示する。
【００２８】
ステップ202では、位置特定ソフトウェア150が、グラフィカルユーザインタフェース上のポインタなどの入力デバイスにより、解剖学的構造の表示画像内のそれぞれの解剖学的位置を同定する1組のランドマークの位置510、511を同定する。図5における例では、位置特定ソフトウェア150は、ランドマークの位置が提供されるべき特定の解剖学的構造の解剖学的構造選択502を受け取る。この例では、外科医は、大腿骨-ACL構造502-1を選択した。したがって、位置特定ソフトウェアは、画像部500内に表示された大腿骨507の3つの既知の骨の位置の選択を受け取るように構成される。
【００２９】
処理サブステップ203〜205は、大腿骨507用に選択されたランドマークの位置に関するものである。
【００３０】
サブステップ203では、大腿骨に関連する参照位置を決定するために、位置特定ソフトウェア150は、画像内に表示された大腿骨507の像の前縁(位置510-Aにある)の選択を、第1の既知の骨の位置510-Aとして受け取る。このランドマークの位置は、図5では位置510-Aとして示されている。上記のように、外科医は、マウスまたは他の入力デバイス116を使用してグラフィカルユーザインタフェース160上のポインタを操作し、第1のランドマークの位置510-Aを選択することができる。一例として、外科医は、画像部500で解剖学的構造の知識を使用して第1のランドマークの位置を選択することができる。
【００３１】
サブステップ204では、位置特定ソフトウェア150は、画像内の側方に表示された大腿骨507の像の後縁の選択を、第2の既知の骨の位置511-Aとして受け取る。外科医が第1の位置から第2の位置にポインタを移動させると、第1の既知の骨の位置510-Aと第2の既知の骨の位置511-Aの間に画定されたライン513が描かれる。このライン513は、第2のランドマークの位置511-Aの最終的な選択の前にポインタが画像500を横切ると、第1の組のランドマークの位置510-Aから(たとえばベクトルとして)延びて、ポインタを視覚的に追跡する。このライン513によって、外科医は、システムを使用して最終的なランドマーク選択が行われるとグラフィカルオーバレイの上縁がどこにあるかを視覚化することができる。
【００３２】
サブステップ205では、位置特定ソフトウェア150は、第3の既知の骨の位置512-Aの選択を受け取る。図6を参照すると、大腿骨507に関して、第1の位置510-Aおよび第2の位置511-Aを選択した後で、サブステップ205において、位置特定ソフトウェア150は、画像内で側方に表示された大腿骨507の遠位顆部面に対応する第3の既知の骨の位置512-Aの選択を受け取る。外科医が、次のランドマークの位置自体の選択の前に、連続した各ランドマークの位置510-A、511-A、512-Aに向かってポインタを移動させると、位置特定ソフトウェア150が、前のランドマークの位置からのラインの画像を連続的に描出することに留意されたい。大腿骨507の第3のランドマークの位置のライン514の場合、外科医が大腿骨507の遠位端に向かって(すなわち以前に選択した2つのランドマークの位置510-Aと511-Aの間の所定の位置に現在固定されているグラフィカルライン513より下に)ポインタを移動させると、ライン514がライン513から垂直に延びる。この垂直なライン514は、外科医に、グラフィカルユーザインタフェース160上での(すなわち画像500内での)、表示されている大腿骨507の最終的な(すなわち第3の)ランドマークの位置512-Aの選択が完了すると生成されるグラフィカルオーバレイの形状の視覚的指示を提供する。言い換えれば、第2の解剖学的地点を第2のランドマークの位置511-Aとして選択した後、第2のラインが、2つのランドマークの位置510-Aと511-Aの間に現在画定されているラインに垂直に(点線として)延びる。このライン514は、脛骨長軸に垂直であるように第1のラインを整列するために使用される。第3のランドマークの位置を選択すると、オーバレイが描出される。このようにして、システムは、オーバレイがどこにあるかについての視覚的インジケータ(ライン513および514)を提供するように動作可能である。
【００３３】
ステップ206では、位置特定ソフトウェア150が、グラフィカルユーザインタフェース160内に複数の選択可能なグラフィカルオーバレイを表示する。図6では、選択可能なグラフィカルオーバレイは、520-1、520-2、および520-3(520と総称される)として示されている。各グラフィカルオーバレイ520は、解剖学的構造に関する外科手術のそれぞれの部分を実施するための解剖学的構造に関連する拡大縮小された位置を示すように動作可能であるそれぞれの一連のガイドインジケータ(この例では異なるように離隔されたグリッドライン)を提供する。
【００３４】
ステップ207では、位置特定ソフトウェア150は、複数の利用可能なグラフィカルオーバレイ520からの1つのグラフィカルオーバレイ(たとえば520-1)の選択を受け取る。外科医は、望みのオーバレイをいつでも選択することができる。特定のオーバレイ520の選択は、この例ではACLの修復のためにどの特定の参照位置が決定されるかに基づく。特に、二重束を使用するACL修復術では、25%の変化量(increment)のガイドインジケータを有するグラフィカルオーバレイ520-1は、この術に関する医学文献に基づいて前内側線維(AM)束を特定するために、既知の位置(すなわち表示されたオーバレイグリッド530の右上隅から25%上および25%下)における第1のマーカの配置を可能にする。グラフィカルオーバレイ520-2は、後外側線維(PL)束の適切な位置特定マーカ配置のために選択されうる。これは、典型的には、オーバレイグリッドの右上隅から33%上および50%下に配置されることが医療専門家には理解されよう。オーバレイ520-1および520-2は、一重束のためのマーカも適切に位置決めするために使用できることを理解されたい。特定のグラフィカルオーバレイ520を選択するための前のステップ206および207はステップ203から205でランドマークの位置を選択する前に実施可能であるが、グラフィカルオーバレイ520はランドマークの位置の選択の前に描出されないことに留意されたい。
【００３５】
ステップ208では、ランドマークの位置の選択の完了後、位置特定ソフトウェア150は、解剖学的構造の画像の上にグラフィカルオーバレイ520を表示し(すなわち描出し)、グラフィカルオーバレイの配置は、1組のランドマークの位置および選択されたグラフィカルオーバレイ520に基づく。一般に、この例では、グラフィカルオーバレイ530が描出され、ヒト膝関節の靱帯の修復に関する外科手術を実施するための少なくとも1つの位置特定マーカによってマークされるべき少なくとも1つの参照位置を容易に決定できるようにする。
【００３６】
図7は、ユーザ(すなわち外科医)がグラフィカルオーバレイ520-1(25%の変化量で示されるランドマークの位置間のガイドインジケータ)を選択した後、およびランドマークの位置の選択の後の、グラフィカルユーザインタフェース160の一例を示す。この例では、位置特定ソフトウェア150は、グラフィカルユーザインタフェース内の大腿骨507の側面像の上にオーバレイグリッド520-1を表示する。オーバレイグリッド520は、選択された第1の既知の骨の位置510-Aと選択された第2の既知の骨の位置511-Aの間に描出された幅を有し、選択された第3の既知の骨の位置512-Aまで延びる高さを有する。
【００３７】
図8に示すように、位置特定ソフトウェア150は、選択された第1の既知の骨の位置510-Aと選択された第2の既知の骨の位置511-Aの間にグラフィカルオーバレイ530を描出する(さらに、大腿骨のための第3の位置512-Aを使用する)。図示のように、グラフィカルオーバレイ530は、その幅にわたって、かつその高さの上から下まで、解剖学的構造に関する外科手術を実施するための解剖学的構造に関連する位置(オーバレイ520-1に対して25%の変化量)を示すように動作可能な一連のガイドインジケータ533(この例ではグリッドライン)を含む。第1のオーバレイグリッドに対するガイドインジケータ533は、グラフィカルオーバレイの形状の横方向および縦方向に25%の変化量で離隔されている。この25%のオーバレイグリッドは、ACL修復に関連する大腿骨上の特定の位置をマークするために必要なマーカを正確に配置するために使用されうる。後で簡単に説明するように、他のオーバレイ(たとえば520-2)は、この同じ手術で使用される他のマーカの配置に使用されうる。
【００３８】
オーバレイグリッドが画像部500内に表示された後、ソフトウェア150は、オーバレイ内の位置特定マーカの配置が、解剖学的構造に対する外科手技または医学的処置に関連する特定の位置を示すことを可能にする。後で説明するように、位置特定マーカの配置は、ポインタを使用してオーバレイ内の位置を選択することにより手動であってもよいし、グラフィカルユーザインタフェース160において位置502で選択された解剖学的構造によって規定されるような特定の外科手技および解剖学的構造に対する既知の位置に基づいて自動であってもよい。
【００３９】
ステップ209では、位置特定ソフトウェア150は、グラフィカルオーバレイ530内に少なくとも1つの位置特定マーカ535-1を表示する。位置特定マーカ535-1は、解剖学的構造(たとえば、この例では大腿骨507)に関する外科手術を実施するための位置を同定する。
【００４０】
サブステップ210では、位置特定ソフトウェア150は、オーバレイグリッドの形状に基づく位置特定マーカの配置のためのオーバレイグリッド530内の位置(たとえば右上隅から25%上および下)を示すために、外科医などの医学専門家からのグラフィカルユーザインタフェースの入力デバイスによる手動入力を受け取る。これにより、外科医は、位置特定マーカ535-1をどこに配置するべきかを手動で選択することができる。
【００４１】
サブステップ211では、マウスボタンの解放またはクリックなどの医学専門家からの入力に応答して、位置特定ソフトウェア150は、オーバレイグリッド530内の示された各位置にそれぞれの位置特定マーカ535-1を表示する。
【００４２】
サブステップ212では、位置特定マーカの自動配置のために、位置特定ソフトウェア150は、オーバレイグリッドの形状に基づく(およびランドマークの位置およびオーバレイグリッド530が適用されるべき選択された解剖学的構造に基づく)位置特定マーカの配置のためにオーバレイグリッド530内の少なくとも1つの医学的に好ましい位置(たとえばランドマークの位置511-Aから25%上および下)を自動的に計算する。
【００４３】
サブステップ213では、位置特定ソフトウェア150は、オーバレイグリッド530内の自動的に計算された医学的に好ましい各位置にそれぞれの位置特定マーカ535-1を表示する。
【００４４】
サブステップ214では、位置特定ソフトウェア150により、医学専門家が、オーバレイグリッド内のそれぞれの位置特定マーカの自動的に計算された配置を必要に応じて調節することができる。
【００４５】
図9に示すように、外科医がオーバレイグリッド530内の位置特定マーカの特定の位置を選択した後、位置特定マーカが、その下にある大腿骨507の画像に対するマーカの正確な位置を示すために太字で強調表示される。このようにして、位置特定ソフトウェア150は、グラフィカル画像内に表示された大腿骨内の組織移植片挿入のための参照位置を同定する少なくとも1つの大腿骨の位置特定マーカをオーバレイグリッド内に表示する。典型的な移植片挿入では、外科医は、大腿骨に対する第2の位置特定マーカを同定することが必要とされる。これを行うために、外科医は、異なる間隔(たとえば、グリッド520-1の25%の変化量と異なり、横方向に33%の変化量および縦方向に50%の変化量)で離隔されたわずかに異なる1組の視覚化ガイドまたはガイドインジケータ533を有する第2のオーバレイグリッド520-2を利用することができる。言い換えれば、システムは、組織移植片挿入部位のためのそれぞれの位置特定マーカを位置決めするためにそれぞれのオーバレイグリッド520を利用または提供し、外科医は、どのような位置特定マーカが配置されているか(たとえば二重束、一重束など)に応じて特定のグリッド520を選択することができる。それぞれのオーバレイグリッド(たとえば520-1および520-2)は、それぞれの位置特定マーカの適切な位置決めのためにそれぞれのオーバレイグリッドを異なる領域に分割する1組の視覚的ガイドインジケータ533を含む。異なるオーバレイグリッド520間で移行するために、外科医は異なるグリッド520を選択でき、画像部500は、選択されたランドマークの位置510-A、511-A、および512-A内の新たに選択されたグリッドを再表示することに留意されたい。
【００４６】
ステップ215では、図10に示すように、位置特定ソフトウェア150は、複数の利用可能なグラフィカルオーバレイ520からの第2のグラフィカルオーバレイ520-2の選択を受け取る。前述のように、この第2のオーバレイ520-2は、オーバレイ520-1とは異なる間隔(たとえばオーバレイの高さおよび幅を1/3に分割する)で離隔されたガイドインジケータを有する。ソフトウェア150は、選択された第2のグラフィカルオーバレイ520-2をオーバレイグリッド531として表示する。
【００４７】
ステップ216では、図11に示すように、位置特定ソフトウェア150は、第2のグラフィカルオーバレイ531によって提供される一連のガイドインジケータ533に基づく第2の位置特定マーカ535-2の配置のための第2の表示されたグラフィカルオーバレイ531内の位置535-2を示すために、医学専門家からのグラフィカルユーザインタフェースの入力デバイスによる入力を受け取る。具体的には、外科医などのオペレータは、別の位置特定マーカ535を画像部500に追加できることをソフトウェアに示すために、マーカ追加機能555(および、任意選択で新しいマーカの色556)を選択することができる。その後、外科医が画像グラフィカルオーバレイ531の上で入力デバイス(たとえばマウスポインタ)を移動させると、オーバレイ内のマウスポインタの相対的位置がマウスポインタの隣に表示される。一例として、マーカ追加機能555を選択した後、第1の位置特定マーカ535-1は、所定の位置(この例では色の付いた点535-1として表示される)にロックされ、マウスが図11のグリッド531(または選択可能な任意の選択されたオーバレイグリッド520-1、520-2などのうちの別のグリッド)を動き回るにつれて、位置特定ソフトウェア150は、第2のマーカ535-2を正確に配置するためにマウスポインタの座標を表示する。図11の例では、ソフトウェア150は、表示されたオーバレイグリッド531内のマウスの位置を示すために、点線または標線(reticule)547(マウスを追跡し、オーバレイグリッド531内でのマウスの動きによりサイズが決定される方形の箱)を表示することができる。マウスポインタ自体の特定の位置において、ソフトウェア150は、グリッド531内の正確なマウスの位置を示すために、(36%、27%)などの括弧内に表示されるパーセンテージ値で横方向および縦方向の座標値を表示することができる。マウスが移動するにつれて、これらのパーセンテージ値は変化し、マウスポインタに追従する。マウスが(たとえば、後外側線維(PL)束の適切なマーカ配置のための33%、50%の位置に)適切に位置決めされると、外科医はマウスボタンをクリックでき、第2のマーカが表示される。このようにして、ソフトウェア150により、外科医は、画像部500内に複数のマーカ535を配置することができる。異なるマーカの配置には、異なるグラフィカルオーバレイ520のうち同じものを利用することができる。
【００４８】
ステップ217では、図12に示すように、医学専門家からの第2の入力(たとえば上述のように、所望の位置にマウスを位置決めしてマウスを押すこと)に応答して、位置特定ソフトウェア150は、第2のグラフィカルオーバレイ531内の示された位置にそれぞれの第2の位置特定マーカ535-2を表示する。このようにして、外科医は、組織移植片挿入の位置を視覚化するために、大腿骨に対する特定の位置に複数の位置特定マーカ535-1および535-2を配置することができる。
【００４９】
図13に示すように、外科医は、上述のような大腿骨に対する位置のマーキングを完了した後、2つのマークされた位置535-1および535-2の遮るもののない像を見るために、透明な(clear)グリッドオーバレイ520-3を選択して画像の像500からオーバレイグリッド531を除去することができる。
【００５０】
この時点で、内視鏡像(この例では図示せず)を使用して、外科医は、上記の技法でグラフィカルオーバレイ520を使用して確立された位置特定マーカ535-1および535-2により近い先端などのオウル(awl)の一部分を位置決めするために、放射線を通さない位置を物理的に調整することができる。画像部500内にある、オウルを示す画像を得ると、外科医は、配置されたマーカ535に対してより近くにオウルの先端を位置決めし続けることができる。
【００５１】
上記で説明したように大腿骨のマーキングが完了すると、外科医は、後述するように、ソフトウェア150を利用して脛骨に対する参照位置も提供することができる。一般に、大腿骨に対する上記で説明したプロセスは、脛骨では2つの既知の脛骨のランドマークの位置のみが脛骨に対して選択される必要があることを除いて、脛骨に対するプロセスに類似している。これらの2つのランドマークの位置または既知の脛骨の位置に基づいて、脛骨位置特定マーカの配置が、2つのランドマークの間に延びるグラフィカルオーバレイ上で実施可能である。
【００５２】
ステップ218では、図14に示すように、位置特定ソフトウェア150は、1つまたは複数のランドマークの位置が提供されるべき脛骨の解剖学的構造の解剖学的構造選択502(図14では502-2)を受け取る。この例では、外科医は、プルダウンメニューを使用して「脛骨」構造502-2を選択した。したがって、位置特定ソフトウェアは、画像部500内に表示された脛骨509に対する2つの既知の骨の位置の選択を受け取るように構成される。大腿骨に使用されるグリッドとは異なり、2つのランドマークの位置のみが必要とされ、脛骨に対するグラフィカルオーバレイは2つのランドマークの位置の間のオーバレイラインであるので、脛骨構造502-2を選択すると、オーバレイグリッドの選択520は表示されないことに留意されたい。
【００５３】
ステップ219では、図15に示すように、位置特定ソフトウェア150は、画像500内に表示された脛骨の像の前縁の選択を第1の既知の骨の位置510-Bとして受け取る。上記で大腿骨に対して行ったように、外科医は、ポインタデバイス(たとえばマウスポインタおよびグラフィカルユーザインタフェース160内でのマウスのクリック)を使用して、脛骨に対する第1のランドマークの位置510-Bをこのようにして選択することができる。グラフィカルオーバレイを選択すると、そのグラフィカルオーバレイが表示され、次のランドマークの位置までポインタに追従する。
【００５４】
ステップ220では、図16に示すように、位置特定ソフトウェア150は、画像内に側方に表示された脛骨の像の後縁の選択を第2の既知の骨の位置511-Bとして受け取る。外科医によって選択された第2の既知の骨の位置が、第2のランドマークの位置511-Bである。
【００５５】
ステップ221では、図17に示すように、位置特定ソフトウェア150は、グラフィカルユーザインタフェース内の脛骨の近位端の像の上にグラフィカルオーバレイをオーバレイライン532として表示する。オーバレイライン532は、脛骨の選択された第1の既知の骨の位置と選択された第2の既知の骨の位置(すなわちランドマーク510-Bと511-B)の間に延びる。第1の既知の骨の位置すなわちランドマーク510-Bと第2の既知の骨の位置すなわちランドマーク511-Bの間に画定されたオーバレイライン532として示されるグラフィカルオーバレイは、脛骨509に関連する靱帯(たとえばACL)の修復のために少なくとも1つの位置特定マーカ(図17では535-3および535-4)が表示されうる平面を定義する。
【００５６】
ステップ222では、位置特定ソフトウェア150は、オーバレイライン532上に設置された少なくとも1つの脛骨位置特定マーカ535-3および535-4を表示する。脛骨位置特定マーカ535-3および535-4は、グラフィカルユーザインタフェース160内に表示された脛骨上の少なくとも1つの解剖学的組織移植片挿入部位を同定する。脛骨位置特定マーカ535-3および535-4の特定の配置は、ランドマークの位置510-Bと511-Bの間の医学的に容認される位置(たとえば距離のパーセンテージ)に基づいて自動であってもよいし、あるいは、外科医は、このような位置特定マーカ535-3および535-4をオーバレイライン532上に手動で配置できることに留意されたい。ソフトウェア150により、マーカ535-3および535-4が配置される場合、外科医は、必要に応じて、インタフェースを利用して特定のマーカ535を選択および移動させることができる(これは、大腿骨マーカ535-1および535-2に対してもそうである)。このとき、位置マーカ535-3、535-4は、ACL修復手術中に使用されるガイドワイヤ560の適切な配置を確認し、穿孔位置の位置合わせを確認するために使用されうる。次いで、ACL修復は標準的な医学的処置に従って続行される。
【００５７】
代替構成では、1つの解剖学的構造(たとえば脛骨などの骨)のためのランドマークの位置510および/または関連する位置特定マーカ535の配置は、別の骨(たとえば大腿骨)などの関連する解剖学的構造のためのランドマークの位置および/または位置特定マーカ535の前の決定に基づいてよい。すなわち、一代替構成では、外科医が大腿骨(例示に過ぎない)のための位置特定マーカ535の配置に本明細書で開示されるシステムを利用すると、脛骨マーカが自動的に配置されうる。ソフトウェア150は、たとえば、標準化されたオフセット、位置、または既知の骨の位置からの距離を用いて事前にプログラムされることによって、この機能を提供することができる。他の代替実施形態では、ソフトウェア150は、縁検出技術を利用して、大腿骨と脛骨の両方のためのランドマークの位置を自動的に同定でき、これらのランドマークが設置されると、ソフトウェア150はマーカ535の位置に対する既知のオフセットを利用することができる。このような実施形態では、たとえば、位置特定ソフトウェア150は、したがって、大腿骨オーバレイグリッド内に以前に位置決めされた大腿骨の位置特定マーカの配置に基づいて少なくとも1つの脛骨位置特定マーカの配置を計算することが可能である。他の代替実施形態では、オーバレイグリッドは、画像の像500内に表示されている間、選択可能であり、外科医の好みによって必要とされうる回転、平行移動(translate)、またはサイズ変更が可能である。これを行うために、外科医は、ポインティングデバイス(たとえばマウスポインタ)を使用して、表示されたグリッド(たとえば530、531)を選択でき、いったんグリッドを選択すると、外科医は、隅をつかんでオーバレイグリッドの回転、サイズ変更、または平行移動を行うことができる。
【００５８】
他の代替実施形態では、システムは、たとえばACL修復術で使用される内視鏡システムのカメラ制御ユニット(CCU)による挿入部位の術中直接位置特定のための位置特定マーカ位置を送って内視鏡像上に表示することによって、内視鏡器具の使用を組み込むことができる。これを行うために、CCUは、内視鏡のカメラ像から見える画像の上に、グリッドオーバレイ530および/または531ならびにマーカ535の位置を投影することができる。オーバレイおよびマーカ位置は、たとえば、内視鏡カメラの位置とガイドワイヤの位置の間の相対的角度情報に基づいて計算されうる。他の代替実施形態では、グラフィカルオーバレイの初回配置は、エッジ検出または放射線不透過性配置マーカなどの技法を使用する解剖学的構造の特徴の自動検出に基づいて計算されうる。
【００５９】
コンピュータシステム、ソフトウェア、グラフィカルユーザインタフェース、およびデータ処理方法をその構成に関して上記で詳細に図示し説明してきたが、本明細書で開示される範囲から逸脱することなく、形態および細部に種々の変更を加えることが可能なことは当業者には理解されよう。したがって、本明細書で開示される実施形態は、上述の例示的な構成によって限定されることを意図するものではない。
【符号の説明】
【００６０】
100  医療環境
101  医用イメージングデバイス
102  内視鏡システム
103  画像データ
108  ユーザ
110  位置特定ホストコンピュータシステム、コンピュータ化されたデバイス
111  相互接続機構
112  メモリシステム
113  プロセッサ
114  入出力インタフェース
115  通信ネットワークインタフェース
116  入力デバイス
130  ディスプレイ
150  位置特定ソフトウェア
150-1  位置特定アプリケーション
150-2  位置特定プロセス
160  グラフィカルユーザインタフェース
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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