(57)【要約】  超音波追跡デバイス１０２の信頼性を決定するシステム１００及び方法１９０は、超音波追跡デバイスから信号を受信し、超音波撮像デバイスの視野内の介入デバイス１０３のセンサ１０５の数量を決定する決定デバイス１３２を含む。評価デバイス１３６は、視野内のセンサの数量を、介入デバイスの決定された向きの信頼度と相関させ、フィードバックデバイスへの制御信号１４２を生成する。フィードバックデバイスは、超音波追跡デバイスによって決定された介入デバイスの向きの信頼度に関するフィードバックをユーザに提供する。フィードバックは、視覚フィードバック及び／又は可聴フィードバックである。
2019533536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサを含む超音波追跡デバイスであって、複数のセンサを有する介入デバイスの向きを追跡する当該超音波追跡デバイスの信頼性を決定するシステムであって、
前記超音波追跡デバイスから信号を受信し、前記超音波追跡デバイスの視野内の前記複数のセンサの数量を決定する決定デバイスと、
前記視野内の前記複数のセンサの数量を、前記介入デバイスの決定された向きの信頼度と相関させるデータ構造を含む評価デバイスと、
を含み、
前記評価デバイスは、前記決定デバイスによって決定された前記視野内の前記複数のセンサの前記数量を前記データ構造と比較し、前記決定された向きの前記信頼度に関するフィードバックを提供するためのフィードバックデバイスへの制御信号を生成する、システム。
【請求項２】
前記決定デバイスは、前記超音波追跡デバイスからの前記信号を、任意の所与のフレームについてのビーム／ライン番号に応じてプロットする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記信号は、前記超音波追跡デバイスの信号プロセッサから受信される信号ストリームを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記評価デバイスによって生成される前記制御信号は、グラフィック処理デバイスに送信され、
前記グラフィック処理デバイスは、前記決定された向きの前記信頼度を示す所定のグラフィックをディスプレイに生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記所定のグラフィックは、前記信頼度を示す特定の色を有する幾何学的対象物を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記グラフィック処理デバイスは、前記超音波追跡デバイスによって取得される前記介入デバイスのリアルタイム超音波画像に隣接して前記幾何学的対象物をディスプレイに生成する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記介入デバイスの前記複数のセンサそれぞれは、所定のパターンで配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記介入デバイスは、少なくとも３つのセンサを有し、前記介入デバイスの前記決定された向きの前記信頼度は、
前記決定デバイスが前記視野内に４つ以上のセンサがあると決定する場合は、高レベルであり、
前記決定デバイスが前記視野内に３つのセンサがあると決定する場合は、許容可能レベルであり、
前記決定デバイスが前記視野内に２つのセンサがあると決定する場合は、低レベルである、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記評価デバイスによって生成される前記制御信号は、オーディオデバイスに送信され、前記オーディオデバイスは、前記信頼度を示す所定の可聴メッセージを生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記評価デバイスは、前記決定デバイスから前記視野内の前記複数のセンサの前記決定された数量と、前記決定デバイスの向きとを受信し、前記決定された向きのより確実な決定を提供するために、前記超音波トランスデューサを再配置する方向を決定し、
前記評価デバイスは、前記超音波トランスデューサを再配置する前記方向を示すグラフィックをディスプレイに生成するためのグラフィック処理デバイスへの第２の制御信号を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
超音波トランスデューサを含む超音波追跡デバイスであって、複数のセンサを有する介入デバイスの向きを追跡する当該超音波追跡デバイスの信頼性を決定するシステムであって、
１つ以上のプロセッサ、メモリ及びインターフェースを含むワークステーションを含み、
前記メモリは、
前記超音波追跡デバイスから信号を受信し、前記超音波追跡デバイスの視野内の前記複数のセンサの数量を決定する決定デバイスと、
前記視野内の前記複数のセンサの数量を、前記介入デバイスの決定された向きの信頼度と相関させるデータ構造を含む評価デバイスと、
を含み、
前記評価デバイスは、前記決定デバイスによって決定された前記視野内の前記複数のセンサの前記数量を前記データ構造と比較し、前記決定された向きの前記信頼度に関するフィードバックを提供するためのフィードバックデバイスへの制御信号を生成する、システム。
【請求項１２】
前記決定デバイスは、前記超音波追跡デバイスからの前記信号を、任意の所与のフレームについてのビーム／ライン番号に応じてプロットする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記評価デバイスによって生成される前記制御信号は、グラフィック処理デバイスに送信され、
前記グラフィック処理デバイスは、前記決定された向きの前記信頼度を示す所定のグラフィックをディスプレイに生成する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記評価デバイスによって生成される前記制御信号は、オーディオデバイスに送信され、前記オーディオデバイスは、前記制御信号に応えて前記信頼度を示す所定の可聴メッセージを生成する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記評価デバイスは、前記決定デバイスから前記視野内の前記複数のセンサの前記決定された数量及び前記決定デバイスの向きを受信し、前記決定された向きのより確実な決定を提供するために、前記超音波撮像デバイスの超音波トランスデューサを移動させる方向を決定し、
前記評価デバイスは、前記決定された向きのより確実な決定を提供するために、前記超音波トランスデューサを移動させる前記方向を示すグラフィックをディスプレイに生成するためのグラフィック処理デバイスへの第２の制御信号を生成する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
複数のセンサを有する介入デバイスの向きを追跡する超音波追跡デバイスの信頼性を決定する方法であって、
前記超音波追跡デバイスから信号を受信し、前記超音波追跡デバイスの視野内の前記複数のセンサの数量を決定するステップと、
前記複数のセンサの前記決定された数量を、前記介入デバイスの決定された向きの信頼度を前記超音波追跡デバイスの前記視野内の前記複数のセンサの前記数量と相関させるデータ構造と比較するステップと、
前記決定された向きの前記信頼度に関するフィードバックを提供するステップと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記超音波追跡デバイスからの前記信号は、信号プロセッサから受信される信号ストリームを含み、前記信号は、任意の所与のフレームについてのビーム／ライン番号に応じてプロットされる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記フィードバックは、ディスプレイに生成される、前記決定された向きの前記信頼度を示す所定のグラフィックを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記フィードバックは、オーディオデバイスで生成される、前記信頼度を示す所定の可聴メッセージを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記視野内の前記複数のセンサの前記決定された数量及び前記決定デバイスの向きに基づいて、前記決定された向きのより確実な決定を提供するように、超音波トランスデューサを再配置する方向を決定するステップと、
前記超音波トランスデューサを再配置する前記方向を示すグラフィックをディスプレイに生成するステップと、
を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、介入デバイス及び処置に関し、より具体的には、介入デバイスを追跡するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生検又は治療といった介入処置のための介入デバイスのリアルタイム追跡は、通常、介入デバイスに取り付けられた受動センサを利用して行われる。例えば超音波追跡では、複数の受動超音波センサが介入デバイスに結合され、超音波プローブのビームが視野を掃引しているときに、超音波撮像ユニットがセンサによって受信された信号を分析して、視野内のセンサの位置及び向きを推定する。
【０００３】
超音波デバイスがニードルの向きを正確に追跡するためには、一定数の超音波センサが視野内に必要である。しかし、介入処置中の超音波プローブと介入デバイスとの相対的な位置によって、リアルタイムナビゲーション及び追跡における向きの正確な決定のために十分な数量のセンサが視野内にない場合がある。超音波視野内のニードルシャフト部分が十分なセンサを含まない場合、超音波撮像デバイスはニードルの向きを正確に追跡することができない。ニードルの不正確な追跡は、介入処置の実行中にエラーを引き起こし、患者に怪我をさせる危険性が高まる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、追跡エラーを回避するために、超音波視野内のセンサの数に基づいて、追跡の信頼性に関するフィードバックを施術者に提供する、介入デバイスの向きを追跡する超音波システム及び方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本原理によれば、超音波トランスデューサを含む超音波追跡デバイスであって、複数のセンサを有する介入デバイスの向きを追跡する当該超音波追跡デバイスの信頼性を決定するシステムは、決定デバイスを含む。決定デバイスは、超音波追跡デバイスから信号を受信し、超音波追跡デバイスの視野内の複数のセンサの数量を決定する。評価デバイスは、視野内の複数のセンサの数量を、介入デバイスの決定された向きの信頼度と相関させるデータ構造を含む。評価デバイスは、決定デバイスによって決定された視野内の複数のセンサの数量をデータ構造と比較し、決定された向きの信頼度に関するフィードバックを提供するためのフィードバックデバイスへの制御信号を生成する。
【０００６】
別の実施形態では、超音波トランスデューサを含む超音波追跡デバイスであって、複数のセンサを有する介入デバイスの向きを追跡する当該超音波追跡デバイスの信頼性を決定するシステムは、ワークステーションを含む。ワークステーションは、１つ以上のプロセッサ、メモリ及びインターフェースを含む。メモリは、超音波追跡デバイスから信号を受信し、超音波追跡デバイスの視野内の複数のセンサの数量を決定する決定デバイスを含む。メモリは更に、視野内の複数のセンサの数量を、介入デバイスの決定された向きの信頼度と相関させるデータ構造を含む評価デバイスを含む。評価デバイスは、決定デバイスによって決定された視野内の複数のセンサの数量をデータ構造と比較し、決定された向きの信頼度に関するフィードバックを提供するためのフィードバックデバイスへの制御信号を生成する。
【０００７】
別の実施形態では、複数のセンサを有する介入デバイスの向きを追跡する超音波追跡デバイスの信頼性を決定する方法は、超音波追跡デバイスから信号を受信するステップと、超音波追跡デバイスの視野内の複数のセンサの数量を決定するステップとを含む。複数のセンサの決定された数量は、介入デバイスの決定された向きの信頼度を超音波追跡デバイスの視野内の複数のセンサの数量と相関させるデータ構造と比較される。決定された向きの信頼度に関するフィードバックが提供される。
【０００８】
本開示のこれら及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面に関連して読まれるべき本開示の例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示は、次の図面を参照して、好適な実施形態の説明を以下に詳細に提示する。
【００１０】
【図１】図１は、例示的な一実施形態による追跡信頼性に関するフィードバックを用いて介入器具を追跡するシステムを示すブロック図／フロー図である。
【図２】図２は、例示的な一実施形態によるシステムの超音波撮像デバイスを示すブロック図／フロー図である。
【図３】図３は、例示的な一実施形態による４つの超音波センサを有する介入デバイスの斜視図である。
【図４】図４は、例示的な一実施形態による介入デバイスを追跡する方法を示すフロー図である。
【図５】図５は、視野内に２つのセンサがある場合のＢスキャン超音波画像及び超音波ビーム番号に応じた受信信号のプロットを示す画像である。
【図６】図６は、視野内に３つのセンサがある場合のＢスキャン超音波画像及び超音波ビーム番号に応じた受信信号のプロットを示す画像である。
【図７】図７は、視野内に４つのセンサがある場合のＢスキャン超音波画像及び超音波ビーム番号に応じた受信信号のプロットを示す画像である。
【図８】図８は、例示的な一実施形態による追跡信頼性に関するフィードバックを用いて介入器具を追跡する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本原理に従って、超音波追跡デバイスの信頼性を決定するためのシステムが提供される。当該システムは、追跡デバイスの視野内の介入デバイスのセンサの数量を決定する決定デバイスを含む。評価デバイスが、視野内のセンサの数に基づいて超音波追跡デバイスによって決定された介入デバイスの向きの信頼度を決定する。システムは、視覚フィードバック及び／又は可聴フィードバックといった明確かつ容易に識別可能なフィードバックをユーザに提供し、決定された向きが信頼できるかどうかをユーザに知らせる。システムは、超音波追跡デバイスによる不正確な追跡に起因して施術者が介入処置の実行中に間違いを犯すことを回避するのを助けるための効率的かつ効果的な手順を提供する。
【００１２】
システムは、超音波追跡システムによって決定される追跡に関する品質制御を提供する。システムはまた、決定された向きの信頼性を向上させるために超音波プローブを再配置するように施術者を誘導するためのフィードバックを提供する。
【００１３】
なお、本発明は、医用追跡システムに関して説明されるが、本発明の教示内容ははるかに広義であり、幾つかの実施形態では、本原理は、複雑な生体系又は機械系を定量的に評価する際に使用される。更に、本原理は、肺、肝臓、脳、子宮、胃腸管、排泄器、血管及び身体の任意の他の固形臓器組織、腫瘍組織並びに身体の均一又は不均一に増進する構造といった身体のあらゆる領域における生体系の内部評価手順に適用可能である。図面に示す要素は、ハードウェア及びソフトウェアの様々な組み合わせで実現されてよく、単一の要素又は複数の要素にまとめられる機能を提供する。
【００１４】
図面に示す様々な要素の機能は、専用ハードウェアだけでなく、適切なソフトウェアに関連付けられてソフトウェアを実行可能であるハードウェアを使用することによって提供可能である。当該機能は、プロセッサによって提供される場合、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又は、複数の個別のプロセッサによって提供可能であり、個別のプロセッサのうちの幾つかは共有されてよい。更に、「プロセッサ」又は「コントローラ」との用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に指すと解釈されるべきではなく、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、ソフトウェアを記憶する読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、不揮発性記憶装置等を暗に含むが、これらに限定されない。
【００１５】
更に、本発明の原理、態様及び実施形態だけでなく、これらの具体例を列挙する本明細書におけるすべての記述は、これらの構造上の等価物及び機能上の等価物の両方を包含することを意図している。更に、このような等価物は、現在知られている等価物だけでなく、将来開発される等価物（例えば構造に関係なく、同じ機能を行うように開発される任意の要素）の両方も含むことを意図している。同様に、当然ながら、様々な処理は、コンピュータ可読記憶媒体内に実質的に表現され、コンピュータ又はプロセッサによって、当該コンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かに関わらず、実行される。
【００１６】
更に、本発明の実施形態は、例えばコンピュータ若しくは任意の命令実行システムによる又は当該コンピュータ若しくはシステムに関連して使用されるプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能であるコンピュータプログラムプロダクトの形を取ることができる。本説明のために、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置若しくはデバイスによる又は当該システム、装置若しくはデバイスに関連して使用されるプログラムを、含む、記憶する、通信する、伝搬する又は運搬する任意の装置であってよい。媒体は、電子、磁気、光学、電磁、赤外若しくは半導体システム（若しくは装置若しくはデバイス）又は伝搬媒体であってよい。コンピュータ可読媒体の例には、半導体若しくは固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク及び光学ディスクが含まれる。光学ディスクの現在の例には、コンパクトディスク−読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−読み出し／書き込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、ブルーレイ（登録商標）及びＤＶＤが含まれる。
【００１７】
本原理によれば、追跡信頼性に関するフィードバックを用いて介入器具を追跡するシステムが提供される。当該システムは、受動センサを利用する多数の追跡モダリティに関連して使用されてもよいが、本明細書に説明される好適な実施形態では、超音波追跡システムに使用される。
【００１８】
ここで、同じ参照符号は同じ又は類似の要素を表している図面を参照する。最初に、図１及び図２を参照する。システム１００は、超音波撮像デバイス１０２を含む。システムは更に、複数のセンサ１０５が取り付けられ、対象１１０の領域１１１に対して介入処置を行う介入デバイス１０３を含む。センサは、ＰＺＴ、ＰＶＤＦ、共重合体、他の圧電材料又は当技術分野において知られている他の材料でできていてよい。好適な実施形態では、介入デバイス１０３は、ニードル１０７である。しかし、他の実施形態では、介入デバイス１０３は、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、ロボット、電極、フィルタデバイス、バルーンデバイス又は他の医療用部品等を含んでよい。
【００１９】
図２に示すように、超音波撮像デバイス１０２は、トランスデューサデバイス又はプローブ１０４を含み、当該トランスデューサデバイス又はプローブ１０４は、超音波を送信し、介入デバイス１０３のセンサ１０５からエコー情報を受信するトランスデューサアレイ１０６を有する。トランスデューサアレイ１０６は、例えば線形アレイ又はフェーズドアレイとして構成され、圧電性素子又は容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）素子を含んでよい。トランスデューサアレイ１０６は、例えば２Ｄ及び／又は３Ｄ撮像のためにエレベーション寸法及びアジマス寸法の両方で走査することができるトランスデューサ素子の２次元アレイを含む。超音波撮像デバイス１０２は、好適には無線周波数（「ＲＦ」）超音波撮像デバイスである。超音波撮像デバイス１０２は、非手持ち式プローブホルダを含むか、又は、プローブ１０４を手持ち式とすることができる。
【００２０】
トランスデューサアレイ１０６は、プローブ１０４内に組み込まれるマイクロビームフォーマ１１４に結合される。マイクロビームフォーマ１１４は、アレイ内のトランスデューサ素子による信号の送受信を制御する。マイクロビームフォーマ１１４は、送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１１６に結合されてよい。Ｔ／Ｒスイッチ１１６は、送信と受信とを切り替え、メインビームフォーマ１１５を高エネルギー送信信号から保護する。幾つかの実施形態では、システム内のＴ／Ｒスイッチ１１６及び他の要素は、別個の超音波システムベース内ではなくトランスデューサプローブ内に含まれていてもよい。マイクロビームフォーマ１１４の制御下でのトランスデューサアレイ１０６からの超音波ビームの送信は、Ｔ／Ｒスイッチ１１６及びビームフォーマ１１５に結合された送信コントローラ１１８によって指示される。送信コントローラ１１８は、ユーザインターフェース又は制御パネル１１２のユーザ操作から入力を受信する。
【００２１】
送信コントローラ１１８によって制御される１つの機能は、ビームを向ける方向である。ビームは、トランスデューサアレイ１０６から真っすぐに（トランスデューサアレイに直交するように）、又は、より広い視野のために様々な角度に向けられる。マイクロビームフォーマ１１４によって生成される部分ビーム形成信号は、メインビームフォーマ１１５に結合され、ここでトランスデューサ素子の個々のパッチからの部分ビーム形成信号が、完全ビーム形成信号に組み合わされる。
【００２２】
ビーム形成信号は信号プロセッサ１２０に結合される。信号プロセッサ１２０は、バンドパスフィルタリング、デシメーション、Ｉ及びＱ成分分離及び高調波信号分離といった様々なやり方で受信エコー信号を処理する。信号プロセッサ１２０はまた、スペックル低減、信号合成、及び雑音除去といった追加の信号強調を行ってもよい。処理された信号は、体内構造の撮像のために振幅検出を使用することができるＢモードプロセッサ１２２に結合される。
【００２３】
Ｂモードプロセッサによって生成された信号は、走査変換器１２４及び多平面リフォーマッタ１２６に結合される。走査変換器１２４は、エコー信号を、それらが受信された元の空間的関係で所望の画像フォーマットで配置する。例えば走査変換器１２４は、エコー信号を２次元（２Ｄ）のセクタフォーマット、又は、ピラミッド状の３次元（３Ｄ）画像に配置することができる。多平面リフォーマッタ１２６は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，４４３，８９６号（Ｄｅｔｍｅｒ）に説明されているように、身体のボリュメトリック領域内の共通平面内の点から受信したエコーをその平面の超音波画像に変換することができる。ボリュームレンダラ１２８が、例えば参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，５３０，８８５号（Ｅｎｔｒｅｋｉｎ他）に説明されているように、３Ｄデータセットのエコー信号を所与の基準点から見た投影３Ｄ画像に変換する。２Ｄ又は３Ｄ画像は、画像ディスプレイ１０８上に表示するための更なる強調、バッファリング及び一時記憶のために、走査変換器１２４、多平面リフォーマッタ１２６及びボリュームレンダラ１２８から画像プロセッサ１３０に結合される。グラフィックプロセッサ１２７が、超音波画像と共に表示するグラフィックオーバーレイを生成する。
【００２４】
好適な実施形態では、システム１００はまた、そこから処置がモニタリング及び／又は管理されるワークステーション１０１を含む。ワークステーションは、好適には１つ以上のプロセッサ１１７と、プログラム及びアプリケーションを記録するメモリ１１９と、ユーザが画像を見てワークステーションとインタラクトすることを可能にするディスプレイ１０８とを含む。ワークステーションのディスプレイ１０８は、超音波撮像デバイス１０２の画像ディスプレイとは別個であっても、それと組み合わされてもよい。
【００２５】
システム１００は更に、ユーザがシステム並びにその構成要素及び機能とインタラクトすることを可能にするインターフェース１２１を含む。インターフェースには、キーボード、マウス、ジョイスティック、触覚デバイス又はシステムからのユーザフィードバック及びシステムとのインタラクションを可能にする任意の他の周辺機器若しくは制御部が含まれる。特定の実施形態では、システムのインターフェース１２１は、超音波撮像デバイス１０２のインターフェース又は制御パネル１１２と組み合わされてもよい。
【００２６】
追跡デバイス１３１は、超音波プローブ１０４のビームが視野１２５を掃引しているときに、超音波撮像デバイス１０２から信号を受信し、介入デバイス１０３上の超音波センサ１０５の位置及び向きを決定する。超音波撮像デバイスは、信号を受信し、前述のように超音波撮像パイプライン１５４の様々な構成要素を通して信号を処理して画像１５２を生成する。図４に、追跡デバイス１３１によって行われる手順の例示的な実施形態を示す。
【００２７】
図２に示す実施形態では、追跡デバイスは、システムのメモリ１１９に格納されているソフトウェアベースの実装である。追跡デバイス１３１は、超音波撮像デバイスから受信した信号に対して信号処理アルゴリズム１４６を行い、センサ位置を推定する。例えば追跡デバイス１３１は、センサ１０５のトランスデューサアレイ１０６までの軸方向／半径方向距離を提供する飛行時間測定によって、センサ１０５の位置を推定する。追跡デバイス１３１はまた、センサ１０５の横方向／角度位置を提供するように、振幅測定値及びビーム発射シーケンスの知識を分析する。追跡デバイス１３１は、ツール先端像１４８といったようにセンサ１０５を含むツールの画像内の介入デバイス１０３の位置及び向きを決定するために、超音波トランスデューサ１０６によって放出されたエネルギーのビームに関するフレーム信号及びライントリガ信号１５０を利用してもよい。
【００２８】
グラフィックス処理デバイス１２３は、追跡デバイス１３１から位置及び向き情報を受信し、ディスプレイ１０８に表示される超音波画像１５２上に、介入デバイス１０３上のセンサ１０５の決定された位置及び向きを表すオーバーレイ１４０を生成する。追跡デバイス１３１が組み込まれた超音波撮像デバイスは、超音波追跡デバイスとも呼ぶことがある。
【００２９】
図３に示すように、介入デバイス１０３は、特徴的なパターンで配置された複数の超音波センサ１０５を有してよい。一実施形態では、各超音波センサ１０５は、所定の不均一なやり方で離間されている。図３に示すニードル１０７は４つのセンサを有する。第１のセンサ１０５ａは、ニードルの先端１１３から既知の距離１０９にある。第１のセンサ１０５ａと第２のセンサ１０５ｂ、第２のセンサ１０５ｃと第３のセンサ１０５ｃ及び第３のセンサ１０５ｄと第４のセンサ１０５ｄもすべて不均一の既知のやり方で離間されている。
【００３０】
システム１００は、決定デバイス１３２を更に含む。決定デバイス１３２は、信号プロセッサ１２０から超音波信号を受信し、当該信号を分析して、視野内の介入デバイス１０３上のセンサ１０５の数量を決定する。例えば図５に示すように、決定デバイス１３２は、超音波トランスデューサ１０６から受信した超音波エコーを表す信号ストリームを受信し、トランスデューサアレイ１０６のフレーム及びライントリガからのタイミング情報に基づいて、任意の所与のフレームについてのビーム／ライン番号に応じて信号トレース上に捕捉信号をプロットする。信号ストリームは、信号プロセッサ１２０から直接決定デバイス１３２によって受信されてよいが、他の実施形態では、信号ストリームは、信号プロセッサ１２０による信号処理の前、又は、超音波撮像デバイス１０２内の信号プロセッサの更に下流で受信される。
【００３１】
図５乃至図７は、決定デバイス１３２によってビーム／ライン番号に応じて追跡された信号を示す。信号は、センサ１０５によって受信された音響パルスに対応する立ち下がり及び立ち上がり信号パターンを示す。ピーク信号１２９の指数はセンサ１０５の位置を示す。したがって、ピークセンサ信号１２９及びセンサ位置を首尾よく検出するためには、信号の立ち上がり部分と立ち下がり部分との両方が超音波視野内にあることが望ましい。
【００３２】
決定デバイス１３２は、任意の所与のフレームについてビーム／ライン番号に応じて信号トレース上に捕捉された信号のプロットを分析し、どのセンサが視野内にあるか、また、介入デバイスが移動している方向を決定する。介入デバイスのセンサ１０５の既知の特徴的な間隔は決定デバイス１３２に提供され、これにより、決定デバイスは、超音波撮像システムによって感知されたセンサ間の距離に基づいて各センサを特定し、ニードル先端の方向を決定することができる。
【００３３】
決定デバイス１３２はまた、センサ１０５の位置を示す信号ストリーム内のピーク１２９を検出し、視野内にあるセンサの数を決定する。例えば一実施形態では、決定デバイス１３２は、当技術分野で知られている既存の光学認識方法を使用して信号ストリーム内のピーク１２９を特定するために光学認識を利用する。決定デバイス１３２は、視野内にあるセンサの数量に関する決定を評価デバイス１３６に送る。
【００３４】
評価デバイス１３６は、テーブルといった少なくとも１つのデータ構造１３８を含む。データ構造１３８は、超音波撮像デバイス１０２の視野内のセンサの数量を、追跡の正確さについての関連付けられる信頼性／信頼度と相関させる。例えばニードル１０７の向きは、１つのセンサでは正確に決定することができない。介入デバイス１０３が４つのセンサを含む実施形態では、４つのセンサすべてが超音波画像の視野内にある場合、決定された向きの精度は最大である。
【００３５】
図５に示す実施形態では、超音波ビーム番号に応じてプロットされた超音波追跡デバイスから受信した信号は、２つのピーク１２９を示し、当該２つのピーク１２９は、決定デバイス１３２によってセンサ１及びセンサ２を示すと決定される。図６に示す実施形態では、超音波撮像デバイス１０２から受信した信号は、３つのピーク１２９を示し、当該３つのピーク１２９は、決定デバイス１３２によってセンサ１乃至３を示すと決定される。図７に示す実施形態では、超音波撮像デバイス１０２から受信した信号は、４つのピーク１２９を示し、当該４つのピークは、決定デバイス１３２によってセンサ１乃至４を示すと決定される。
【００３６】
評価デバイス１３６は、決定デバイス１３２によって決定されたセンサの数量を検討し、データ構造１３８に格納されている決定された向きの関連付けられる信頼性／信頼度を検討する。評価デバイス１３６は、データ構造１３８からの決定されたセンサの数量に関連付けられる信頼度に基づいてフィードバックを提供するための制御信号１４２を生成する。例えば視野内の１つのセンサは、通常、介入デバイス１０５の向きを決定するには不十分である。したがって、決定デバイス１３２が視野内に１つのセンサしかないと決定する場合、評価デバイスは、フィードバックモダリティへの制御信号１４２を生成して、センサの向きを判定できないことをユーザに警告する。例えばこのフィードバックは、所定のグラフィカル画像又はメッセージ１３４、可聴警告、触覚フィードバック又は当技術分野で知られている他の方法の形態であってよい。
【００３７】
図５に示す実施形態では、信号トレースは、２つのセンサが視野内にあることを示す。介入デバイス１０３の向きは、視野内の２つのセンサから決定することができるが、決定された向きは、各センサの推定位置の小さな誤差の影響を大きく受ける。したがって、視野内に２つのセンサしかない場合、決定された向きは信頼できない可能性がある。一実施形態では、システム１００は、評価デバイス１３６によって生成された制御信号１４２をグラフィック処理デバイス１２３に送る。図５に示すように、グラフィックプロセッサは、Ｂモード超音波画像に隣接する赤色の丸といったように、介入デバイスの決定された向きの信頼性が高くないことを示すグラフィカル画像１３４を表示することができる。
【００３８】
４つのセンサを有する介入デバイス１０３の向きの決定は、通常、視野内に３つのセンサ１０５がある場合よりも、決定されたセンサ位置の小さな変動の影響を受けない。したがって、データ構造１３８は、視野内に３つのセンサがあるならば、決定された向きの信頼性は許容可能であることを示す。評価デバイス１３６は、決定された向きの信頼度が許容可能であることを示すためのフィードバックデバイスへの制御信号１４２を生成する。評価デバイス１３６は、当該制御信号１４２をグラフィック処理デバイス１２３に送信してよい。図６に示すように、グラフィックプロセッサは、介入デバイスの決定された向きの信頼性が許容可能であることを示す黄色の丸をＢモード超音波画像に隣接して表示することができる。
【００３９】
視野内に４つのセンサ１０５があるときの介入デバイスの向きの決定は、介入デバイス上に４つのセンサがある場合に最もロバストで正確な向きの推定を提供する。したがって、視野内に４つのセンサがあるならば、決定された向きの信頼性は最も高くなる。この場合、評価デバイス１３６は、決定された向きの信頼度が高いことを示すためのフィードバックデバイスへの制御信号１４２を生成する。評価デバイス１３６は、生成した当該制御信号１４２をグラフィック処理デバイス１２３に送信してよい。図７に示すように、グラフィック処理デバイス１２３は、介入デバイスの決定された向きが最も信頼できることを示す緑色の円をＢモード超音波画像に隣接して表示することができる。
【００４０】
図５乃至図７に示す制御信号１４２は、決定された向きの信頼性に対応する色を有するグラフィカル画像１３４を生成するが、他の実施形態では、異なるグラフィカル画像又はメッセージを利用して、決定された向きの信頼性に関するフィードバックをユーザに提供することができる。更に、他の実施形態では、制御信号１４２は、決定された向きの信頼性を示す可聴メッセージを発するオーディオデバイス１４４に送信されてもよい。例えば一実施形態では、決定された向きが信頼できないか又は向きを決定できないとき、オーディオデバイス１４４は定期的な可聴警告信号を発してもよい。特定の実施形態では、システム１００は、オーディオデバイス１４４からのオーディオフィードバックとグラフィックプロセッサ１２３からの視覚フィードバックとを同時に提供することができる。
【００４１】
更に、データ構造１３８は、介入デバイス及び超音波センサの構成又は他の要因に基づいて、決定されたセンサの数量に関連付けられる様々な異なる信頼性／信頼度を有することができる。
【００４２】
好適な実施形態では、評価デバイス１３６は、決定デバイス１３２から、決定されたセンサの数及びそれらの向きを受信し、向きのより確実な決定を提供するために超音波プローブ１０４を動かすべき方向を決定する。一実施形態では、評価デバイス１３６は、グラフィックプロセッサ１２３への制御信号１４２を生成して、介入デバイス１０３の向きのより正確な決定を提供するために、ユーザがプローブ１０４を再配置しなければならない方向を示す矢印といったグラフィックをディスプレイ１０８上に生成する。
【００４３】
図１は、ソフトウェアベースの実装として、メモリ１１９に格納された追跡デバイス１３１、グラフィック処理デバイス１２３、決定デバイス１３２及び評価デバイス１３６を含む様々なデバイスを示すが、他の実施形態では、これらのデバイスは、ハードウェア又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実装されてもよい。
【００４４】
図８を参照すると、超音波追跡デバイスの信頼性を決定する方法１９０が提供される。超音波追跡デバイスは、複数のセンサを有する介入デバイスの向きを追跡する。ステップ２００において、超音波追跡デバイスからの信号が受信され、超音波追跡デバイスの視野内の複数のセンサの数量が決定される。視野内のセンサの数量の決定は、所与のフレームについてビーム／ライン番号に応じてプロットされた信号ストリームを分析し、ピーク数を決定することによって決定される。
【００４５】
ステップ２１０において、決定されたセンサの数量は、介入デバイスの決定された向きの信頼度を超音波追跡デバイスの視野内の複数のセンサの数量と相関させるデータ構造と比較される。ステップ２２０において、決定された向きの信頼度に関するフィードバックが提供される。システムに関して詳細に前述したように、フィードバックは、所定のグラフィックといったように視覚フィードバックであってよい。例えばグラフィックは、介入デバイスのＢモード超音波画像に隣接して表示される色付き幾何学記号であってよい。或いは、フィードバックは、警報といったように可聴信号であってよい。
【００４６】
ステップ２３０において、方法は、視野内の複数のセンサの決定された数量と決定デバイスの向きとに基づいて、決定された向きのより信頼性の高い決定を提供するために超音波トランスデューサを再配置するための方向を決定する更なるステップを含む。ステップ２４０において、向き決定の信頼性を向上させるために、超音波トランスデューサを再配置するための方向を示すグラフィックといった視覚フィードバックがディスプレイ上に生成される。
【００４７】
なお、上記教示内容を考慮して修正及び変更を当業者によって行うことができる。したがって、添付の請求項によって説明されるように本明細書において開示される実施形態の範囲内である変更を、開示される開示内容の特定の実施形態において行ってよいことは理解されるべきである。
【００４８】
添付の請求項を解釈する際に、次の通りに理解されるべきである。
ａ）「含む」との用語は、所与の請求項に列挙される要素又は行為以外の要素又は行為の存在を排除しない。
ｂ）要素に先行する「ａ」又は「ａｎ」との用語は、当該要素が複数存在することを排除しない。
ｃ）請求項における任意の参照符号は、その範囲を限定しない。
ｄ）幾つかの「手段」は、同じアイテム、ハードウェア若しくはソフトウェアによって実現される構造体又は機能によって表される。
ｅ）特に明記されない限り、行為の特定の順番を必要とすることを意図していない。
【００４９】
（例示的であって限定を意図していない）追跡の信頼性に関するフィードバックを用いて介入器具を追跡するためのシステム及び方法の好適な実施形態が説明されたが、上記教示内容に鑑みて、当業者によって修正及び変更がなされうることに留意されたい。したがって、開示された開示内容の特定の実施形態に変更を行ってもよく、これらの変更は、添付の請求項によって概説される本明細書に開示される実施形態の範囲内であることは理解されるべきである。したがって、特許法によって義務付けられているように、詳細及び特殊性を説明することによって、特許証によって請求され、保護を望むものは、添付の請求項に記載される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【国際調査報告】
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