(57)【要約】  本発明は、ビーム形成超音波イメージングシステム（１５）の超音波イメージングプローブ（１８）によって規定される画像面（１２）に関して介入装置（１１）の介入装置特徴（１１ａ）の位置を示すためのシステムであって、介入装置特徴（１１ａ）の位置は、超音波イメージングプローブ（１８）と介入装置特徴（１１ａ）から所定の距離（Ｌｐ）で介入装置に取り付けられる超音波トランスデューサ（１６）との間で送信される超音波信号に基づいて決定される、システムに関する。アイコン提供ユニット（ＩＰＵ）は、所定の距離（Ｌｐ）に対応する半径を有する円形ゾーンを示す第一のアイコン（Ｃｄｅ）を提供する。 第一のアイコン（Ｃｄｅ）は、ビーム形成超音波イメージングシステムからの再構成超音波画像（ＲＵＩ）を含む融合画像内に表示される。
2019532711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム形成超音波イメージングシステムの超音波イメージングプローブによって規定される画像面に関して介入装置の介入装置特徴の位置を示すためのシステムであって、前記介入装置特徴の前記位置は、前記超音波イメージングプローブと、前記介入装置特徴から所定の距離で前記介入装置に取り付けられる超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて決定され、前記システムは、
前記超音波イメージングプローブによって規定される画像面に対応する再構成超音波画像を提供するように構成される画像再構成ユニットと、
前記超音波イメージングプローブと前記超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて、前記画像面に関して前記超音波トランスデューサの位置を計算するように構成される位置決定ユニットと、
前記超音波トランスデューサと前記介入装置特徴との間の前記所定の距離に対応する半径を備える円形ゾーンを示す第一のアイコンを提供するように構成されるアイコン提供ユニットと、
前記再構成超音波画像と前記第一のアイコンとを有する融合画像を提供するように構成される画像融合ユニットであって、前記第一のアイコンは、前記画像面上への前記超音波トランスデューサの前記位置の投影に対応する挿入ポイントで、前記再構成超音波画像の中心に置かれる、画像融合ユニットと
を有する、システム。
【請求項２】
前記第一のアイコンは、前記介入装置特徴の可能な位置の範囲に対応する前記画像面の一部を規定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記位置決定ユニットによって計算される前記位置が、前記超音波トランスデューサと前記画像面との間の距離に対応する面外距離を含み、
前記画像融合ユニットは、前記面外距離に従って変化する半径を備える円形ゾーンを示す第二のアイコンを前記融合画像内に提供するようにさらに構成される、
請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第一のアイコンと前記第二のアイコンとが共通の中心を共有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記画像融合ユニットは、前記面外距離が、前記所定の距離より短いか、又は等しいとき、前記第一のアイコン及び前記第二のアイコンのうちの少なくとも一方の外観を変化させるようにさらに構成される、請求項３乃至４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第一のアイコン及び前記第二のアイコンはそれぞれ周囲を有し、前記第一のアイコン及び前記第二のアイコンの少なくとも一方の外観は、
前記第一のアイコン又は前記第二のアイコンの前記周囲の色を変更させること、
前記第一のアイコン又は前記第二のアイコンの前記周囲のコントラストを変更させること、
前記第一のアイコン又は前記第二のアイコンの前記周囲をドット又はダッシュで示すこと
前記第一のアイコン又は前記第二のアイコンの前記周囲を時間に渡ってパルスさせること
のうちの少なくとも1つによって変更されるように構成される、
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第二のアイコンの前記半径は、前記第一のアイコンの前記半径に等しい最小値を有し、前記第二のアイコンの前記半径は、前記面外距離が、前記所定の距離より短いか、又は等しいとき、前記最小値に制限される、請求項３乃至６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記介入装置特徴が、
前記介入器具の遠位端、
前記介入装置内のチャネルの開口部、
前記介入装置の生検サンプリングポイント、
前記介入装置のカッティングエッジ、
前記介入装置のセンサ、
前記介入装置に組み込まれる外科用器具、
前記介入装置のドラッグデリバリポイント、
前記介入装置のエネルギデリバリポイント
のうちの１つである、請求項１乃至７の何れか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記超音波イメージングプローブは、ｉ）超音波トランシーバアレイ、又はｉｉ）前記超音波イメージングプローブに取り付けられる少なくとも３つの超音波エミッタの何れかをさらに有し、前記位置決定ユニットは、前記超音波トランシーバアレイと前記超音波トランスデューサとの間、又は前記超音波イメージングプローブに取り付けられる前記少なくとも３つの超音波エミッタと前記超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて、それぞれ前記画像面に関して前記超音波トランスデューサの前記位置を計算するように構成される、請求項１乃至８の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記超音波イメージングプローブは、２Ｄ超音波イメージングプローブ、３Ｄ超音波イメージングプローブ、経直腸超音波検査プローブ、血管内超音波プローブ、経食道プローブ、経胸腔プローブ、経鼻プローブ、心臓内プローブのグループから選択される、請求項１乃至９の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
超音波トランスデューサが取り付けられる介入装置をさらに有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記介入装置が、医用針、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、電極、ロボット、フィルタ装置、バルーン装置、ステント、僧帽弁クリップ、左心耳閉鎖装置、大動脈弁、ペースメーカー、静脈内ライン、ドレナージライン、外科用器具、切除装置、組織封止装置、組織切断装置、ドラッグデリバリ装置、埋め込み装置のグループから選択される、請求項１乃至１１の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記介入装置は、介入装置特徴、超音波トランスデューサ及びデータキャリアを有し、
超音波トランスデューサは、前記介入装置特徴から所定の距離で前記介入装置に取り付けられ、
前記データキャリアは、前記所定の距離を表すデータを有する、
請求項１乃至１２の何れか一項に記載のシステムと共に使用するための介入装置。
【請求項１４】
ビーム形成超音波イメージングシステムの超音波イメージングプローブによって規定される画像面に関して介入装置の介入装置特徴の位置を示す方法であって、前記介入装置特徴の前記位置は、前記超音波イメージングプローブと、前記介入装置特徴から所定の距離で前記介入装置に取り付けられる超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて決定され、前記方法は、
画像再構成ユニットを用いて、前記超音波イメージングプローブによって規定される画像面に対応する再構成超音波画像を提供するステップと、
位置決定ユニットを用いて、前記超音波イメージングプローブと前記超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて前記画像面に関して前記超音波トランスデューサの位置を計算するステップと、
アイコン提供ユニットを用いて、前記超音波トランスデューサと前記介入装置特徴との間の前記所定の距離に対応する半径を備える円形ゾーンを示す第一のアイコンを提供するステップと、
画像融合ユニットを用いて、前記再構成超音波画像と前記第一のアイコンとを有する融合画像を提供するステップであって、前記第一のアイコンは、前記画像面上への前記超音波トランスデューサの前記位置の投影に対応する挿入ポイントで前記再構成超音波画像の中心に置かれる、ステップと
を有する、方法。
【請求項１５】
ビーム形成超音波イメージングシステムの超音波イメージングプローブによって規定される画像面に関して介入装置の介入装置特徴の位置を示すためのシステムのプロセッサであって、前記介入装置特徴の前記位置は、前記超音波イメージングプローブと、前記介入装置特徴から所定の距離で前記介入装置に取り付けられる超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて決定される、システムのプロセッサにおいて実行されるとき、前記プロセッサに請求項１４に記載の方法ステップを実行させる命令を有するコンピュータプログラムプロダクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム形成超音波イメージングシステムの超音波フィールド内における介入装置の位置特定に関する。より具体的には、それは、ビーム形成超音波イメージングシステムの画像面に対する介入装置特徴の位置特定に関する。
【背景技術】
【０００２】
医用針、カテーテル及び外科用器具などの介入装置は、それらの反射率の鏡面反射性、特に好ましくない入射角のために、超音波画像で視覚化することがしばしば困難である。
【０００３】
この問題に対する１つの解決策において、米国特許ＵＳ４２４９５３９号は、医用針の先端が超音波イメージングシステムによって発せられた超音波信号に応答する超音波トランスデューサを含む構成を記載している。超音波イメージングシステムからの超音波パルスを検出すると、トランスデューサに接続される回路が、針先端からのリターン超音波パルスの発生を通じて、又は飛行時間遅延を使用するそのようなリターンパルスのシミュレーションを通じて、超音波画像への針位置の挿入をトリガする。
【０００４】
この問題に対する他の解決策において、特許出願ＷＯ２０１１１３８６９８、ＷＯ２０１５１０１９４９及びＷＯ２０１６００９３５０は、器具に取り付けられる超音波受信器を用いて超音波フィールドにおいて器具を追跡するためのシステムを記載している。超音波受信器の位置は、その後、超音波フィールドに対応する超音波画像内に表示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のシステムの欠点は、決定され、その後超音波画像内に表示されるのは超音波トランスデューサの位置であるという事実から生じる。通常、ユーザは、超音波トランスデューサ自体の位置ではなく、針の遠位端などの器具の特定の特徴の位置に関心がある。しかしながら、このような器具の機械的な制約は、多くの場合、超音波トランスデューサを任意の位置に、例えば挿入を妨げる可能性がある針の先端に位置決めする能力を妨げる。既知の位置特定システムの別の欠点は、それらがプレーナ超音波イメージングシステムと関連して使用されるときに、より具体的に発生する。追跡される超音波トランスデューサと器具の特徴との間の分離のために、特徴が面内にあるときに超音波トランスデューサは面外にあるが、超音波下では視認性が悪い。したがって、超音波イメージング面に関して、針の先端などの器具の特徴の位置をより適切に示すことが有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
既知の位置特定システムの欠点を軽減することを目的として、システムが、ビーム形成超音波イメージングシステムの超音波イメージングプローブによって規定される画像面に関して介入装置の介入装置特徴の位置を示すように提供され、介入装置特徴の位置は、超音波イメージングプローブと、介入装置特徴から所定の距離で介入装置に取り付けられる超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて決定される。このシステムは、超音波イメージングプローブによって規定される画像面に対応する再構成される超音波画像を提供するように構成される画像再構成ユニットを含む。このシステムは、超音波イメージングプローブと超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて、画像面に関して超音波トランスデューサの位置を計算するように構成される位置決定ユニットを含む。このシステムは、超音波トランスデューサと介入装置特徴との間の所定の距離に対応する半径を有する円形ゾーンを示す第一のアイコンを提供するように構成されるアイコン提供ユニットを含む。このシステムは、再構成される超音波画像と第一のアイコンとを有する融合画像を提供するように構成される画像融合ユニットを含む。第一のアイコンは、画像面上への超音波トランスデューサの位置の投影に対応する挿入点で、再構成される超音波画像の中心に置かれる。
【０００７】
そのようにして、画像面に関して介入装置特徴の位置を追跡するために使用することができるシステムが提供される。第一のアイコンの中心は、画像面上に投影されるときの超音波トランスデューサの位置を表す。さらに、第一のアイコンは、以下のシナリオによって示されるように、介入装置特徴の可能な位置の範囲に対応する画像面の一部を規定する。
【０００８】
第一のシナリオでは、介入装置特徴と超音波トランスデューサは両方とも画像面内にある。ここで融合画像は、超音波トランスデューサの位置を中心とする第一のアイコンを含む。介入装置特徴は、第一のアイコンで示される円形ゾーンの周囲のどこかにある。これは、円形ゾーンの半径が超音波トランスデューサと介入装置特徴との間の所定の距離に対応することによる。その位置を追跡するために単一の超音波トランスデューサのみが介入装置に取り付けられている場合、介入装置特徴が超音波トランスデューサに関して配置されている融合画像内の正確な半径方向は不確定である。しかしながら、特徴は第一のアイコンによって示される円形ゾーンの周囲のどこかにあることが知られている。後述するように、これ自体がシステムオペレータにとって有用な情報である。
【０００９】
第二のシナリオでは、介入装置特徴は画像面内にあり、超音波トランスデューサは、その特徴を通る線に沿って、通常は画像面に対して、画像面の上又は下にある。ここで、融合画像は、画像面上に投影されるとき、超音波トランスデューサの位置を中心とする第一のアイコンを含む。しかしながら、この場合、介入装置特徴は、第一のアイコンによって示される円形ゾーンの中心にもある。
【００１０】
中間のシナリオでは、介入装置特徴は画像面にあり、超音波トランスデューサは、超音波トランスデューサを通過する線に沿って、画像面の上又は下に、かつ画像面に対して鋭角に配置される。ここで、融合画像は、画像面上に投影されるときの超音波トランスデューサの位置を中心とする第一のアイコンを含む。介入装置特徴は、この場合、第一のアイコンで示される円形ゾーンの中心と円形ゾーンの周囲との間のどこかにある。したがって、介入装置特徴が画像面内にある上記の３つのシナリオでは、第一のアイコンは、介入装置特徴の可能な位置の範囲に対応する画像面の一部を規定する。介入装置特徴は、第一のアイコンによって規定される円形ゾーンの周囲内にあることが知られているので、画像面に関して介入装置特徴の改善される位置決めが提供される。言い換えれば、システムのユーザは、介入装置特徴がこの円形ゾーンの外側にある画像の特徴に影響を与えないという自信を持つ。有利なことに、単一の超音波トランスデューサのみを使用して位置特定を提供することができ、それによって介入装置の製造が簡単になる。
【００１１】
さらに別のシナリオでは、介入装置特徴及び超音波トランスデューサは両方とも画像面の外側にある。ここで融合画像は、画像面上に投影されるときの超音波トランスデューサの位置を中心とする第一のアイコンを含む。この場合、介入装置特徴は、第一のアイコンの周囲を通って画像面の何れかの側に延在する管状ボリューム内にある。このシナリオでは、円形ゾーンは、その後に投影方向に沿って画像面内に移動した場合に介入装置特徴が配置される画像面の領域を示す。ここでも、システムのユーザは、画像面上において介入装置特徴が画像面に接するときにそれがどこで終わるかについて自信を持っているため、画像面に関して介入装置特徴の改善される位置決めが提供される。
【００１２】
使用中、画像面に関する介入装置特徴の位置の上記の表示は、その位置をより正確に決定するようにシステムユーザの知識によって補足されてもよい。例えば、超音波イメージングシステムの下で通常の方法で超音波反射から断続的に得られる介入装置の軌跡の部分画像は、ユーザが、第一のアイコンによって示される円形ゾーンの周囲において、どこに特徴があるかを正確に識別することを可能にする。さらに、ユーザは、軌跡が概ね面内であるのか、又は概ね画像面に対して垂直であるのかを知っているので、上述の第１及び第二のシナリオのどちらがより適用可能であるかを知るであろう。
【００１３】
本発明の一態様によれば、位置決定ユニットによって計算される位置は、超音波トランスデューサと画像面との間の距離に対応する面外距離を含む。さらに、画像融合ユニットは、融合画像において、面外距離に従って変化する半径を有する円形ゾーンを示す第二のアイコンを提供するように構成される。第一のアイコンと組み合わせて使用されるとき、第二のアイコンの可変半径は、介入装置特徴の位置特定を改善することができる。第二のアイコンの半径は面外距離に従って変化し、第一のアイコンの半径は超音波トランスデューサと介入装置特徴との間の距離に依存するため、介入装置特徴及び超音波トランスデューサが、通常画像面を通じて通る軌跡に沿って前進するとき、第１及び第二のアイコンによって示される円形ゾーンは、介入装置特徴が画像面内にあるときに等しくなる。したがって、第１及び第二のアイコンの相対的な大きさは、介入装置特徴が画像面に近いことを示す。本発明のこの態様は、上で概説した第二のシナリオ、すなわち、面外プロシージャにおける特定の用途を見出す。軌跡が画像面に対してほぼ垂直であるとき、例えば画像面の正確に垂直の±10度以内であるとき、実質的に同じ結果が達成される。本発明のこの態様は、上に概説した第一のシナリオ、すなわち介入装置特徴及び超音波トランスデューサが、画像面内にある軌道に沿って前進する面内プロシージャにも適用される。そのようなプロシージャでは、第二のアイコンによって示される円形ゾーンは、超音波トランスデューサが画像面内で前進する間、最小半径を有する。したがって、ユーザは、第二のアイコンによって示される円形ゾーンの半径を最小化することによって画像面を横切って介入装置特徴をガイドすることができ、さらに、ユーザは、介入装置特徴が、第一のアイコンによって示される円形ゾーンの周囲にあることを知る。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、介入装置が開示されている。介入装置は、介入装置特徴と、超音波トランスデューサと、データキャリアとを含む。超音波トランスデューサは、介入装置特徴から所定の距離で介入装置に取り付けられる。データキャリアは、所定の距離を表すデータを含む。このデータは、システムのアイコン提供ユニットによって受信されるとき、アイコン提供ユニットに、超音波トランスデューサと介入装置特徴との間の所定の距離に対応する半径を有する円形ゾーンを示す第一のアイコンを提供させる。有利には、ビーム形成超音波イメージングシステムの画像面に関して介入装置の遠位端の位置の改善される決定が達成される。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、コンピュータプログラムプロダクトが開示されている。コンピュータプログラムプロダクトは、システム及び装置と共に使用されてもよい。
【００１６】
システムに関連して説明した様々な態様又は実施形態は、介入装置の態様又は実施形態と組み合わせて又は単独で、及び同様にコンピュータプログラムプロダクトの態様及び実施形態と組み合わせて、又は逆に使用できることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】介入装置１１及び本発明の第一の実施形態１０と組み合わせたビーム形成超音波イメージングシステム１５を示す。
【図２】再構成超音波画像ＲＵＩと第一のアイコンＣｄｅとを含む融合画像ＦＩを示す。
【図３】本発明の実施形態のうちの何れかと関連付けられ得る様々な方法ステップを示す。
【図４】介入装置１１及び本発明の第二の実施形態４０と組み合わせたビーム形成超音波イメージングシステム１５を示す。
【図５】ｉ）画像面に垂直な方向に投影Ｐ１することによって、ｉｉ）最大強度で検出されるビームＢｍａｘのための面内角度θＩＰＡで画像面１２にエミッタＥＭと超音波トランスデューサ１６との間の範囲Ｒを投影Ｐ２することによって、ｉｉｉ）エミッタＥＭに対して範囲Ｒの方向に対して垂直であり、かつ超音波トランシーバアレイ１４に対して垂直である方向に投影Ｐ３することによって、面外距離Ｄｏｐに位置するときの、超音波トランスデューサ１６の位置の画像面１２上への様々な投影を示す。
【図６Ａ】再構成される超音波画像ＲＵＩ、超音波トランスデューサ１６と医用針１１の遠位端１１ａとの間の所定の距離Ｌｐに対応する半径を有する円形ゾーンを示す第一のアイコンＣｄｅ、及び面外距離Ｄｏｐに従って変化する半径を有する円形ゾーンを示す第二のアイコンＣｏｐを含む融合画像ＦＩを示す。
【図６Ｂ】再構成される超音波画像ＲＵＩ、超音波トランスデューサ１６と医用針１１の遠位端１１ａとの間の所定の距離Ｌｐに対応する半径を有する円形ゾーンを示す第一のアイコンＣｄｅ、及び面外距離Ｄｏｐに従って変化する半径を有する円形ゾーンを示す第二のアイコンＣｏｐを含む他の融合画像ＦＩを示す。
【図６Ｃ】再構成される超音波画像ＲＵＩ、超音波トランスデューサ１６と医用針１１の遠位端１１ａとの間の所定の距離Ｌｐに対応する半径を有する円形ゾーンを示す第一のアイコンＣｄｅ、及び面外距離Ｄｏｐに従って変化する半径を有する円形ゾーンを示す第二のアイコンＣｏｐを含む他の融合画像ＦＩを示す。
【図７】本発明の第一の実施形態又は第二の実施形態のいずれかと共に使用するのに適している介入装置７１を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の原理を説明するため、医用針によって例示される介入装置の遠位端によって例示される介入装置特徴の位置が、二次元超音波イメージングプローブのリニアアレイによって規定される画像面に関して示される、様々なシステムが説明される。
【００１９】
しかしながら、本発明は、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、電極、ロボット、フィルタ装置、バルーン装置、ステント、僧帽弁クリップ、左心耳閉鎖装置、大動脈弁、ペースメーカー、静脈内ライン、ドレナージライン、外科用器具、組織封止デバイス、又は組織切断デバイスなどの他の介入装置の特徴の位置を決定する際にも用途を見出すことを理解されたい。そのような介入装置の追跡される特徴は、例えば、介入装置の遠位端、介入装置の生検サンプリング点、介入装置のカッティングエッジ、介入装置内のチャネルの開口部、介入装置の（例えば、介入装置の流れ、圧力、温度などを検出するための）センサ、介入装置に組み込まれた外科用器具（例えばスクレーパー）、介入装置のドラッグデリバリポイント、又は介入装置のエネルギーデリバリポイントを含む。
【００２０】
さらに、２Ｄ超音波イメージングプローブの例示的なリニアアレイは、本発明を使用することができるビーム形成超音波イメージングシステムの超音波トランシーバアレイの一例にすぎないことを理解されたい。本発明は、関連する超音波トランシーバアレイが例示的に３Ｄ撮像プローブの２Ｄアレイ（又はバイプレーンビュー）、「ＴＲＵＳ」経直腸超音波検査プローブ、「ＩＶＵＳ」血管内超音波プローブ、「ＴＥＥ」経食道プローブ、「ＴＴＥ」経胸腔プローブ、「ＴＮＥ」経鼻プローブ、「ＩＣＥ」心臓内プローブを含む他のタイプのビーム形成超音波イメージングシステムに用途を見出す。
【００２１】
図１は、介入装置１１及び本発明の第一の実施形態１０と組み合わせたビーム形成超音波イメージングシステム１５を示す。図１において、ビーム形成超音波イメージングシステム１５は、画像再構成ユニットＩＲＵ、イメージングシステムプロセッサＩＳＰ、イメージングシステムインターフェースＩＳＩ及びディスプレイＤＩＳＰと通信する２Ｄ超音波イメージングプローブ１８を含む。ユニットＩＲＵ、ＩＳＰ、ＩＳＩ及びＤＩＳＰは、２Ｄ超音波イメージングプローブ１８と有線通信しているコンソール内に従来的に配置されている。例えば、光、赤外線、又はＲＦ通信リンクを使用して無線通信が有線リンクを置換することも可能であると考えられる。例えば、Philips   Lumify超音波イメージングシステムのように、ユニットIRU、ISP、ISI、及びDISPのいくつかが2D超音波イメージングプローブ18内に代わりに組み込まれてもよいことも考えられる。図１において、２Ｄ超音波イメージングプローブ１８は、関心ボリュームＶＯＩを遮断する超音波フィールド内で超音波エネルギーを送受信するリニア超音波トランシーバアレイ１４を含む。超音波フィールドは、図１では扇形であり、画像面１２を規定する複数の超音波ビームＢ１...ｋを含む。扇形ビームは、説明の目的のためだけに図１に示されており、超音波フィールドの特定の形状に限定されないことに留意されたい。ビームＢ１...ｋにおいて超音波信号を生成し検出するために、ビーム形成超音波イメージングシステム１５は、２Ｄ超音波イメージングプローブ１８によって送信又は受信される信号の位相を増幅及び／又は調整するように構成される電子ドライバ及び受信回路（図示せず）を含み得る。したがって、電子ドライバ及び受信回路は、放出及び／又は受信される超音波ビーム方向をステアリングするために使用され得る。
【００２２】
使用中、ビーム形成超音波イメージングシステム１５は次のように動作する。オペレータは、イメージングシステムインターフェースＩＳＩを介して超音波プロシージャを計画することがある。操作プロシージャが選択されると、イメージングシステムインタフェースＩＳＩは、イメージングシステムプロセッサＩＳＰをトリガして、２Ｄ超音波イメージングプローブ１８に送信され、検出される信号を生成し、解釈する特定用途向けプログラムを実行する。ビーム形成超音波イメージングシステム１５は、そのようなプログラムを記憶するための（図示せず）メモリも含む。メモリは、例えば、超音波イメージングプローブ１８によって送信され、及び／又は受信される超音波信号のシーケンスを制御するように構成される超音波ビーム制御ソフトウェアを記憶することができる。代替としてイメージングシステムプロセッサＩＳＰの一部を形成することができる画像再構成ユニットＩＲＵは、超音波撮像プローブ１８から受信されるデータを画像面１２に対応する画像に再構成し、これにより関心ボリュームＶＯＩを遮断し、その後この画像をディスプレイＤＩＳＰに表示する。再構成画像は、例えば、超音波輝度モード「Ｂモード」画像、さもなければ「２Ｄモード」画像、「Ｃモード」画像、又はドップラーモード画像、又は実際には任意の超音波平面画像としても知られる。
【００２３】
図１には、例示的な介入装置としての医用針１１、及びビーム形成超音波イメージングシステム１５の画像面１２に関して医用針１１の遠位端１１ａの位置、すなわち介入装置特徴を追跡するために使用することができる本発明の第一の実施形態１０が示されている。本発明の第一の実施形態１０は、画像再構成ユニットＩＲＵ、位置決定ユニットＰＤＵ、アイコン提供ユニットＩＰＵ、及び画像融合ユニットＩＦＵを含む。これらのユニットは、相互接続する矢印で示すように互いに連絡している。ユニットＰＤＵ、ＩＰＵ、ＩＦＵのうちの１つ又は複数は、ビーム形成超音波イメージングシステム１５のメモリ又はプロセッサ内、例えばユニットＩＲＵ及びＩＳＰの機能を提供するメモリ又はプロセッサ内に組み込まれることができることも考えられる。追跡される医用針１１は、介入装置１１の遠位端１１ａから所定の距離Ｌｐに配置される超音波トランスデューサ１６を含む。
【００２４】
使用中、介入装置１１の位置、より具体的にはそれに取り付けられる超音波トランスデューサ１６の位置は、超音波トランシーバアレイ１４と超音波検出器１６との間で送信される超音波信号に基づいて位置決定ユニットＰＤＵによって画像面１２に関して計算される。
【００２５】
一構成では、超音波トランスデューサ１６は、ビームＢ１...ｋに対応する超音波信号を受信する検出器である。位置決定ユニットＰＤＵは、超音波トランシーバアレイによって放出される超音波信号を超音波トランスデューサ１６によって検出される超音波信号と相関させることによって超音波トランスデューサ１６の位置を識別する。より具体的には、この相関は、ｉ）超音波トランスデューサ１６によって検出される各ビームＢ１...ｋに対応する超音波信号の振幅、及びｉｉ）各ビームＢ１...ｋの放出と超音波トランスデューサ１６によるその検出との間の時間遅延、すなわち飛行時間に基づいて、画像面１２に関して超音波トランスデューサ１６の最良適合位置を決定する。これは以下のように説明される。超音波トランスデューサ１６が画像面１２の近傍にあるとき、トランスデューサに最も近いビームＢ１...ｋからの超音波信号は比較的大きい振幅で検出され、より遠いビームは比較的小さい振幅で検出される。通常、最大振幅で検出されるビームは、超音波検出器１６に最も近いビームとして識別される。これは、超音波トランシーバアレイ１４と超音波トランスデューサ１６との間の面内角度θＩＰＡを規定する。トランシーバアレイ１４及び超音波トランスデューサ１６における各々のエミッタの間の範囲は、ビームＢ１...ｋの放出とそれに続く検出との間の時間遅延、すなわち飛行時間に依存する。範囲は、時間遅延に超音波伝播速度を掛けることによって決定される。したがって、範囲及び面内角度を使用して、画像面１２に関して超音波トランスデューサ１６の最適位置を識別することができる。
【００２６】
別の構成では、超音波トランスデューサ１６は１つ以上の超音波パルスを放出するエミッタである。そのようなパルスは、例えば、超音波イメージングシステム１５の通常の撮像フレームの間にインターリーブされる追跡フレーム中に放出されてもよい。このような追跡フレームでは、超音波トランシーバアレイ１４は画像面１２の近傍から発生する超音波信号を受信する受信専用モードで動作してもよい。したがって、超音波トランシーバアレイ１４は一方向受信専用ビーム形成器として構成されている。位置決定ユニットＰＤＵは、超音波トランスデューサ１６によって発せられた超音波信号と超音波トランシーバアレイ１４によって検出される超音波信号とに基づいて、ビームＢ１...ｋのうちのどのビームからパルスが発生されるかを識別する。上記構成と同様に、位置決定ユニットＰＤＵは、最大振幅及び飛行時間に基づいて、超音波信号が放出された点に最も近いビームとそのエミッタまでの範囲とを識別する相関プロシージャを使用することができる。したがって、超音波トランスデューサ１６がエミッタであるとき、相関プロシージャを再び使用して、各追跡フレームについて画像面１２に関して超音波検出器１６の最適位置を決定することができる。
【００２７】
別の構成では、超音波トランスデューサ１６は、受信器とエミッタとの両方として作用するように、又は受信器とエミッタとの両方を含むように構成することができる。この構成では、超音波トランスデューサ１６は、超音波トランシーバアレイ１４から、随意に超音波イメージングシステム１５の一つ又はそれより多くのフレーム期間に等しい遅延に後続して超音波信号を受信すると、１つ以上の超音波パルスを放出するようにトリガされてもよい。このようにして、撮像モード中に超音波トランスデューサ１６によって発せられたパルスは、トリガビームＢ１...ｋに対応する、面内角度位置、すなわち画像ラインにおける再構成超音波におけるエコーの形で超音波トランシーバアレイ１４によって受信される。したがって、超音波トランスデューサ１６は、再構成画像において輝点として現れる。位置決定ユニットＰＤＵは、その後、再構成される画像内のこの輝点を識別し、それによって画像面１２に関して超音波トランスデューサ１６の位置を計算することができる。
【００２８】
図１に示されていないさらに別の構成では、超音波イメージングプローブ１８は、超音波イメージングプローブ１８に取り付けられる少なくとも３つの超音波エミッタをさらに含む。少なくとも３つの超音波エミッタは位置決定ユニットＰＤＵと通信する。さらに、位置決定ユニットＰＤＵは、超音波イメージングプローブ１８に取り付けられる少なくとも３つの超音波エミッタと超音波トランスデューサ１６との間で送信される超音波信号に基づいて画像面１２に関して超音波トランスデューサ１６の位置を計算するように構成される。この構成において位置決定ユニットＰＤＵは、各エミッタによって放出される超音波信号の飛行時間に基づいて各エミッタと超音波トランスデューサ１６との間の距離を決定する。超音波トランスデューサ１６の位置はその後三角測量を用いて決定される。少なくとも３つのエミッタが超音波イメージングプローブ１８に取り付けられているので、これは、超音波イメージングプローブ１８に関して、より具体的には画像面１２に関して超音波トランスデューサ１６の位置を三次元で提供する。エミッタが超音波イメージングプローブ１８に近接しているとき、広範囲にわたる正確な位置決めに必要な、エミッタへの高出力超音波信号の供給はより簡単であるため、エミッタはこの構成において好ましい。この構成は、介入装置１１上に高出力エミッタを配置するのとは対照的に好ましい。使用において、介入装置１１、より具体的にはそれに取り付けられる超音波トランスデューサ１６の位置は、少なくとも３つのエミッタと超音波検出器１６との間で送信される超音波信号に基づいて位置決定ユニットＰＤＵによって画像面１２に関して計算される。
【００２９】
したがって、図１に示される位置決定ユニットＰＤＵは、超音波イメージングプローブ１８と超音波トランスデューサ１６との間で送信される超音波信号に基づいて画像面１２に関して超音波トランスデューサ１６の位置を計算するために上記の構成のいずれでも使用できる。
【００３０】
図１は、第一のアイコンＣｄｅを提供するように構成されているアイコン提供ユニットＩＰＵを含む。第一のアイコンＣｄｅは、超音波トランスデューサ１６と医用針１１の遠位端１１ａとの間の所定の距離Ｌｐに対応する半径を有する円形ゾーンを示す。アイコン提供ユニットＩＰＵは、例えばプロセッサ、メモリ、ルックアップテーブル又は他の形式のデータ記憶装置によって実現されることができる。好ましい実施形態では、第一のアイコンＣｄｅは円である。しかしながら、先端は円形ゾーンを示す半径方向の線又は矢印の円形構成、例えばドット又はダッシュの円形構成を含む円形ゾーンを示すために他の形状が使用されてもよい。したがって、アイコン提供ユニットＩＰＵは、超音波画像を所望のアイコンでレンダリングするのに必要なデータを提供する。随意選択で、アイコン提供ユニットＩＰＵは、介入装置又はタイプ、サイズ、又は寸法などの介入装置特徴又は針の直径又は介入装置に関する介入装置特徴の向きのような特徴に関する追加のデータを記憶することができる。随意選択で、このデータは、第一のアイコンと共に超音波画像内にレンダリングされてもよい。
【００３１】
図１は画像融合ユニットＩＦＵも含む。画像融合ユニットＩＦＵは、第一のアイコンＣｄｅと共に画像再構成ユニットＩＲＵによって提供される再構成超音波画像ＲＵＩを含む融合画像を提供するように構成される。融合画像において、第一のアイコンＣｄｅは、画像面１２上への超音波トランスデューサ１６の位置の投影に対応する挿入点において、再構成される超音波画像ＲＵＩの中心に置かれる。画像融合ユニットＩＦＵは、例えば、プロセッサによって実現され得る。融合は、例えば、第一のアイコンを再構成超音波画像ＲＵＩ上にオーバーレイすることによって、又はアイコンの位置で再構成超音波画像ＲＵＩのコントラスト又は色を変更することによって実施されることができる。
【００３２】
図１の各ユニット：画像融合ユニットＩＦＵ、アイコン提供ユニットＩＰＵ、位置決定ユニットＰＤＵ、及び画像再構成ユニットＩＲＵは、それらのそれぞれの機能を実行するための命令を含む１つ又は複数のプロセッサによって提供され得る。さらに、これらのユニットのうちの１つ又は複数は、ビーム形成超音波イメージングシステム１５のイメージングシステムプロセッサＩＳＰによって提供され得る。
【００３３】
図２は、再構成超音波画像ＲＵＩと第一のアイコンＣｄｅとを含む融合画像ＦＩを示す。関心領域ＲＯＩの撮像中に本発明の第一の実施形態１０によって融合画像ＦＩを生成することができる。図２では、第一のアイコンＣｄｅは、図１の画像面１２上への超音波トランスデューサ１６の位置の投影に対応する挿入点において、再構成される超音波画像ＲＵＩの中心にある。
【００３４】
そうすることで、超音波トランスデューサ１６の位置は、図２において第一のアイコンＣｄｅによって示される円形ゾーンの中心によってシステムのユーザに見えるようにされる。図１及び図２に示すように、超音波トランスデューサは面内にあり、したがって投影によって決定される挿入点は、画像面１２上の超音波トランスデューサ１６の実際の位置と一致する。しかしながら、上述のように、ユーザは、典型的には、検出器自体の位置よりも医用針１１の遠位端１１ａの位置により関心がある。有利には、遠位端１１ａの位置は、第一のアイコンＣｄｅによって示される円形ゾーンの周囲によって示される。これは、円形ゾーンの半径が超音波トランスデューサ１６と遠位端１１ａとの間の所定の距離Ｌｐに対応し、超音波トランスデューサ１６と遠位端１１ａとの両方が面内、すなわち画像面１２内にあるためである。単一の超音波トランスデューサ１６がその位置を追跡するために医用針１１に取り付けられているとき、介入装置特徴が超音波トランスデューサ１６に関して配置されている融合画像ＦＩ内の正確な半径方向は決定できない。しかしながら、このシステムは、遠位端１１ａが超音波検出器１６から所定の距離Ｌｐだけ離れていること、つまり、第一のアイコンで示される円形ゾーンの周囲のどこかにあることを示している。これは、遠位端１１ａの正確な位置を絞り込む際にユーザにとって有益な情報である。結果として、システムは、単一の超音波トランスデューサ１６が医用針に取り付けられるときに医用針１１の遠位端１１ａの位置の位置特定を提供する。さらに、ユーザは通常、医用針１１のおおよその軌跡を知っているので、それらが図１に示す面内シナリオであるかを知ることになる。針の進行及びこのおおよその軌跡に基づいて、ユーザは、円形ゾーンの周囲のほぼどの部分に医用針の遠位端が実際に位置しているかもわかる。さらに、ユーザは、医用針１１のシャフトの断続的に再構成される超音波画像からこの軌跡に気付くであろう。したがって、ユーザは、円形ゾーンの周囲のどこに遠位端11aがあるかをより正確に識別するために第一のアイコンＣｄｅによって提供される情報を増やすことができる。
【００３５】
図３は、本発明の実施形態のうちの何れかのものと関連付けられ得る様々な方法ステップを示す。 これらのステップは、ａ）画像再構成ユニットＩＲＵを用いて、超音波イメージングプローブ１８によって規定される画像面１２に対応する再構成超音波画像ＲＵＩを提供するステップＰＲＯＶＩＲＵと、ｂ）位置決定ユニットＰＤＵを用いて、超音波イメージングプローブ１８と超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて画像面１２に関して超音波トランスデューサ１６の位置を計算するステップＣＯＭＰＰＤＵと、 ｃ）アイコン提供ユニットＩＰＵを用いて、超音波トランスデューサ１６と介入装置特徴１１ａとの間の所定の距離Ｌｐに対応する半径を有する円形ゾーンを示す第一のアイコンＣｄｅを提供するステップＰＲＯＶＩＰＵと、 ｄ）画像融合ユニットＩＦＵを用いて、再構成される超音波画像ＲＵＩと第一のアイコンＣｄｅとを含む融合画像を提供するステップＰＲＯＶＩＦＵであって、第一のアイコンＣｄｅは、画像面１２上への超音波トランスデューサ１６の位置の投影に対応する挿入点で再構成超音波画像ＲＵＩの中心にある、ステップとを含む。
【００３６】
図３に示す方法ステップは、本明細書に記載の他の方法ステップを随意に含み、プロセッサによって実行可能な命令としてコンピュータプログラムプロダクトに記憶することができる。コンピュータプログラムプロダクトは、専用のハードウェア、又は適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアによって提供されてもよい。プロセッサによって提供されるとき、機能は、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することができ、それらのうちのいくつかは共有することができる。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができる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、暗黙的にデジタルシグナルプロセッサ「ＤＳＰ」ハードウェア、ソフトウェアを記憶するための読み出し専用メモリ「ROM」、ランダムアクセスメモリ「RAM」、不揮発性記憶装置などを含み得る。さらに、本発明の実施形態は、コンピュータ又は随意の命令実行システムによって、又はそれらと関連して使用するための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読み取り可能な記憶媒体からアクセス可能な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。この説明の目的のために、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、又はデバイスによって、又はそれらに関連して使用するためのプログラムを含み、記憶し、通信し、伝播し、又は移送することができる随意の装置とすることができる。 媒体は、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外線、又は半導体のシステム、又は装置又はデバイス、又は伝搬媒体とすることができる。コンピュータ可読媒体の例には、半導体又は固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ「ＲＡＭ」、読み取り専用メモリ「ＲＯＭ」、硬質磁気ディスク、及び光ディスクが含まれる。光ディスクの現在の例には、コンパクトディスク - 読み取り専用メモリ「ＣＤ−ＲＯＭ」、コンパクトディスク - 読み取り／書き込み「ＣＤ−Ｒ ／ Ｗ」、Ｂｌｕ−Ｒａｙ（商標）及びＤＶＤが含まれる。
【００３７】
図１に示す本発明の第一の実施形態は、超音波トランスデューサ１６が画像面１２内にある平面内シナリオに関して説明されているが、システムは、超音波トランスデューサ１６が画像面の外側にあるいわゆる面外平面内にも用途を見出す。
【００３８】
図４は、介入装置１１及び本発明の第二の実施形態４０と組み合わせたビーム形成超音波イメージングシステム１５を示す。対照的に記載される場合を除いて、図１と同じ参照符号を有する図４の特徴は、対応する機能を実行する。図４では、超音波トランスデューサ１６は画像面１２から距離Ｄｏｐに配置されている。したがって、Ｄｏｐは面外距離である。図１のように、図４のビーム形成超音波イメージングシステム１５は、２Ｄ超音波イメージングプローブ１８である。実際には、画像面１２は有限の厚さを有し、通常は面外方向で短い距離の超音波フィールドを生成する。したがって、超音波トランスデューサ１６が検出器であるとき、この検出器が画像面１２からわずかに離れて、すなわち面外であっても、それは、図１の面内シナリオに関して上述したのと同じ方法で、ビームＢ１...ｋに対応する超音波信号を検出する。同様に、超音波トランスデューサ１６がエミッタであるとき、更にこのエミッタが画像面１２からわずかに離れているときでも、超音波トランシーバアレイ１４はこのエミッタからの超音波放出に高感度である。言い換えれば、超音波トランシーバアレイ１４が２Ｄ超音波イメージングプローブのリニアアレイであっても、画像面１２に関する超音波検出器１６の位置は、それがこの平面からの距離Ｄｏｐであるとき、位置決定ユニットＰＤＵによって計算され得る。一構成では、位置決定ユニットＰＤＵは、面外距離Ｄｏｐによる超音波信号強度の予測される変動のモデルに基づいて検出器１６の面外距離Ｄｏｐを決定することができる。モデルは、例えば、ガウス関数として面外距離Ｄｏｐに伴う超音波信号強度の変動を記述することができる。したがって、図４の位置決定ユニットは、以下のような態様、すなわち、ｉ）最大強度で検出されるビームＢ１...ｋに基づいて超音波検出器１６の面内角度θＩＰＡを決定し、ｉｉ）最大強度ビームの超音波信号の放出と検出との間の時間遅延、すなわち飛行時間に基づいて、超音波トランシーバアレイ１４及び検出器１６における、対応するエミッタの間の範囲を決定し、ｉｉｉ）決定される範囲に対する面外距離Ｄopに伴う信号強度の変化のモデルに基づいて面外距離Ｄｏｐを計算する態様で動作することができる。超音波トランスデューサ１６がエミッタであるとき、同じプロシージャを使用することができる。超音波トランシーバアレイ１４が２Ｄアレイであるとき、面外距離Ｄｏｐは、代わりに、トランシーバアレイ上の３つの位置からの飛行時間及び三角測量を使用して決定されてもよい。
【００３９】
図４に示す本発明の第二の実施形態では、超音波トランスデューサ１６が面外にあるとき、第一のアイコンＣｄｅは、画像面１２上への超音波トランスデューサ１６の位置の投影に対応する挿入点において、再構成超音波画像ＲＵＩの中心にある。
【００４０】
超音波トランシーバアレイ１４から超音波トランスデューサ１６によって検出される超音波信号に基づいて、面外距離Ｄｏｐを含む超音波トランスデューサ１６の位置を決定する位置決定ユニットＰＤＵに関して、図４の第二の実施形態が上で説明されるが、この第二の実施形態は代替的に以下の態様で動作されてもよいことは理解されるであろう。超音波イメージングプローブ１８は、超音波イメージングプローブ１８に取り付けられる少なくとも３つの超音波エミッタをさらに含むことができる。さらに、位置決定ユニットＰＤＵは、超音波イメージングプローブ１８に取り付けられる少なくとも３つの超音波エミッタと超音波トランスデューサ１６との間で送信される超音波信号に基づいて、画像面１２に関する超音波トランスデューサ１６の位置を計算するように構成される。この構成では、位置決定ユニットＰＤＵは、各エミッタによって放出される超音波信号の飛行時間に基づいて各エミッタと超音波トランスデューサ１６との間の距離を決定する。超音波トランスデューサ１６の位置はその後三角測量を用いて決定される。これにより、超音波トランスデューサ１６の位置が、超音波イメージングプローブ１８に関して３次元で、より具体的には画像面１２に関してより空間的に提供される。したがって、超音波トランシーバアレイ１４の超音波信号から面外距離Ｄｏｐを決定するのとは対照的に、面外距離Ｄｏｐは、超音波トランスデューサ１６によって少なくとも３つの超音波エミッタから提供される３Ｄ位置データを使用して決定される。この面外距離Ｄｏｐは、例えば、画像面１２までの最短距離を計算することによって計算されることができる。
【００４１】
図５は、超音波トランスデューサ１６の位置が面外距離Ｄｏｐに位置するとき、ｉ）画像面に垂直な方向に投影することによって（Ｐ１）、ｉｉ）最大強度で検出されるビームＢｍａｘについて面内角度θＩＰＡで、エミッタＥＭと超音波トランスデューサ１６との間の範囲Ｒを画像面１２上に投影することによって（Ｐ２）、 ｉｉｉ）エミッタＥＭに対して範囲Ｒの方向に垂直であり、かつ超音波トランシーバアレイ１４に垂直である方向に投影することによって（Ｐ３）なされる、超音波トランスデューサ１６の位置の画像面１２上への様々な投影を示している。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のどの投影が使用されるかに応じて、これは再構成される超音波画像内の対応する挿入点ＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯＳ３をもたらす。図５に示す投影のいずれも、図４に示す本発明の第二の実施形態に使用することができる。
【００４２】
好ましい実施形態では、投影は画像面１２に垂直な方向、すなわち図５のＰ１にある。これは、検出器１６の実際のオフセット位置に最も近い点であるＰＯＳ１における挿入点を提供する。代替として、投影は、例えば、最大強度で検出されるビームＢ１...ｋの面内角度でエミッタＥＭと超音波トランスデューサ１６との間の範囲Ｒを画像面上に投影することができ、言い換えれば、最大強度で検出されるビームＢ ｍａｘについて面内角度θＩＰＡで画像面１２上に範囲Ｒをスイングさせることができる（図５におけるＰ２）。代替的に、投影は、例えば、エミッタに対する範囲方向に対して、かつリニアアレイに垂直な範囲方向に対して、好ましくは９０度であり得る（図５におけるＰ３）。超音波検出器１６が画像面１２にあるとき、同じ挿入点が図５の各投影に対して達成されることに留意されたい。
【００４３】
第二の実施形態では、画像融合ユニットＩＦＵは、融合画像に第二のアイコンＣｏｐを提供するために計算される面外距離Ｄｏｐを使用する。面外距離Ｄｏｐは画像面１２までの最短距離であることが好ましく、すなわち図５の投影Ｐ１が使用される。しかしながら、他の投影法、例えばＰ２、Ｐ３が使用される場合、面外距離は、実際の位置と投影位置とを結ぶベクトルの長さに対応する。面外距離Ｄopが小さい場合、各投影間の差は無視できることに留意されたい。第二のアイコンＣｏｐは円形ゾーンを示しており、面外距離Ｄｏｐに従って変化する半径を有する。そうすることで、再構成される超音波画像ＲＵＩ、第一のアイコンＣｄｅ、及び第二のアイコンＣｏｐを含む融合画像が第二の実施形態によって提供される。第一のアイコンは固定半径を持ち、第二のアイコンは可変半径を持つ。これは図６に示されている。
【００４４】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃはそれぞれ、再構成される超音波画像ＲＵＩと、超音波トランスデューサ１６と医用針１１の遠位端１１ａとの間の所定の距離Ｌｐに対応する半径を有する円形ゾーンを示す第一のアイコンＣｄｅと、面外距離Ｄｏｐに従って変化する半径を有する円形ゾーンを示す第二のアイコンＣｏｐとを含む融合画像ＦＩを示す。第一のアイコンCdeと第二のアイコンCopは、共通の中心を共有している。関心領域ＲＯＩの撮像中に融合画像ＦＩを生成することができる。図６Ａ、図Ｂ、図Ｃの第一のアイコンＣｄｅは、図５の画像面１２上への超音波トランスデューサ１６の位置の投影に対応する挿入点で再構成超音波画像ＲＵＩの中心に置かれる。そうすることによって、超音波トランスデューサ１６の位置は、第一のアイコンＣｄｅによって示される円形ゾーンの中心によってシステムユーザに示される。しかしながら、図１に関連して上述したように、ユーザは通常、超音波トランスデューサ１６の位置よりも医用針１１の遠位端１１ａの位置により関心がある。図４によって示される面外状況において、超音波トランスデューサ１６及び遠位端１１ａの両方は通常、画像面１２を通じて通過する線に沿って存在する。このシナリオでは、第一のアイコンＣｄｅと第二のアイコンＣｏｐとが共通の中心を共有しているので、遠位端１１ａと超音波トランスデューサ１６との両方は、ＣｏｐとCdeの共通の中心に位置している。さらに、ＣｏｐとＣｄｅの相対サイズは、画像面１２への遠位端１１ａの近接を示す。遠位端１１ａが画像面１２内にあるとき、すなわち画像面１２と一致するとき、ＣｏｐとＣｄｅは同じサイズを有する。これは、ユーザが医用針１１の遠位端１１ａを画像面１２内の関心領域ＲＯＩ内の特徴にガイドするのを助ける。したがって、図６Ａでは、遠位端１１ａはやや面外にあり、Cdeの円の半径を超えるCopの円の半径によって示されるように、Ｄｏｐ＞ Ｌｐである。図６Ｂに示されるように、遠位端１１ａが画像面１２に向かって前進するにつれて、円ＣｏｐとＣｄｅの半径の間の差は減少する。介入装置の先端が面内にあるとき、図６Ｃに示されるように、円Ｃｏｐ及びＣｄｅの半径は同じであり、円周長は一致する。
【００４５】
図示されていない別のシナリオでは、医療機器１１の遠位端１１ａは画像面１２内にあり、超音波トランスデューサ１６は、遠位端１１ａを通る線に沿って、画像面に対して鋭角で画像面１２の上方又は下方に配置される。ここで、融合画像は、画像面１２上に投影されるときの超音波トランスデューサ１６の位置を中心とする第一のアイコンＣｄｅを含む。Ｃｄｅと同心であり、Ｃｄｅ内に、面外距離Ｄｏｐを示す第二のアイコンＣｏｐがある。遠位端１１ａは、この場合、第一のアイコンＣｄｅによって示される円形ゾーン内のどこかにある。したがって、第一のアイコンは、介入装置特徴の可能な位置の範囲に対応する画像面の一部を規定する。このシナリオでは、２つのアイコンの組み合わせは、ユーザが画像面１２に関して遠位端１１ａをガイドするのを助ける。さらに、システムによって提供されるガイドは、遠位端１１ａの位置を正確に位置させるシステムユーザの知識によって補足され得る。例えば、超音波イメージングシステムの下で通常の方法で超音波反射から得られた介入装置の軌跡の部分画像は、ユーザが遠位端１１ａはどこにあるかをより正確に識別することを可能にし得る。
【００４６】
第１又は第二の実施形態のいずれにおいても、アイコンは様々な形態をとることができる。好ましい実施形態では、各アイコンは再構成超音波画像上に重ねられる円である。超音波画像自体の乱れが最小になるので、円の周囲のみが融合画像に表示されることが好ましい。好ましくは、近隣の関心領域との高いコントラストを提示するために、円の周囲は白又は黒又は着色されている。円周は、実線であってもよく、又は破線もしくは点から形成されてもよい。他の実施形態も適しており、例えば各アイコンは部分的に透明な円形ゾーンの形態をとることができ、代わりに円形ゾーンを示すためにマーカーを使用することができ、例えば矢印又は半径方向の線の円形構成を使用することができる。
【００４７】
第二の実施形態と共に使用され得る１つの例示的な実装形態では、画像融合ユニットＩＦＵは、面外距離Ｄｏｐが所定の距離Ｌｐより小さいか、又は等しいときに、第一のアイコンＣｄｅ及び第二のアイコンＣｏｐの少なくとも一方の外観を変化させるようにさらに構成される。上述のように、ユーザは、いつ医用針１１の遠位端１１ａが画像面内にあるかを決定することに通常関心があるので、この特徴を使用して自動的にユーザにこの状況を知らせることができ、それによってユーザは他のタスクに集中することができる。アイコンの外観は、たとえばその色を変更し、そのコントラストを変更することによって変更できる。一実施形態例では、アイコンは周囲を有し、第一のアイコンＣｄｅ及び第二のアイコンＣｏｐのうちの少なくとも１つの外観は、ｉ）第一のアイコンＣｄｅ又は第二のアイコンＣｏｐの周囲の色を変えるステップ、 ｉｉ）第一のアイコンＣｄｅ又は第二のアイコンＣｏｐの周囲のコントラストを変えるステップ、 ｉｉｉ）第一のアイコンＣｄｅ又は第二のアイコンＣｏｐの周囲をダッシュで示すステップ、 ｉｖ）第一のアイコンＣｄｅ又は第二のアイコンＣｏｐの周囲をパルスさせるステップ、 すなわち、時間の経過とともにコントラスト、色、強度を変えるステップのうちの少なくとも１つによって変化するように構成され得る。
【００４８】
第二の実施形態と共に使用することができる一実施例では、第二のアイコンＣｏｐの半径は、第一のアイコンＣｄｅの半径に等しい最小値を有し、第二のアイコンＣｏｐの半径は、面外距離Ｄｏｐが所定距離Ｌｐ以下である場合、最小値に制限される。
【００４９】
第二のアイコンＣｏｐは、面外距離Ｄｏｐが所定の距離Ｌｐ以下であるとき、融合画像から完全に除去されることさえあり得る。この特徴は、第二のアイコンＣｏｐの半径を第一のアイコンＣｄｅの半径と正確に等しくするために、ユーザが介入装置位置に対して無意識に連続的な小さな調整を行うことを防止する。そのような調整は、ユーザにとって精神的に面倒であり、したがって、第二のアイコンの最小サイズをそのように制限又は切り捨てることによって、この機能は、ユーザが他のタスクに集中することを可能にする。
【００５０】
図７は、本発明の第一の実施形態又は第二の実施形態のいずれかと共に使用するのに適している介入装置７１を示している。介入装置７１は、介入装置特徴７１ａ、超音波トランスデューサ７６、及び随意選択のデータキャリア７９を含む。超音波トランスデューサ７６は、介入装置特徴７１ａから所定の距離Ｌｐで介入装置７１に取り付けられる。データキャリア７９は、所定の距離Ｌｐを表すデータを含む。超音波トランスデューサ７６は、送信器又は受信器であり得るか、又は送信器及び受信器を含み得るか、又は超音波信号を送信及び受信することの両方に適合され得る。介入装置７１は遠位端７１ａとしての介入装置特徴を有する医用針として例示されているが、介入装置及び特徴は本明細書に開示されるもののいずれでもよい。
【００５１】
データは、システム１０、４０のアイコン提供ユニットＩＰＵによって受信されると、アイコン提供ユニットＩＰＵに、超音波トランスデューサ７６と介入装置特徴７１ａとの間の所定の距離Ｌｐに対応する半径を有する円形ゾーンを示す第一のアイコンＣｄｅを提供させる。したがって、データキャリア７９は、第一のアイコンＣｄｅのサイズを表すデータを搬送する。随意選択で、データ記憶媒体は、介入装置又は針の直径のような特徴のサイズ又は寸法、又は介入装置に関する介入装置特徴の向きを含むことができる。随意選択で、このデータは、第一のアイコンと共に超音波画像内にレンダリングされてもよい。データキャリア自体は、例えば所定の距離Ｌｐに対応する円形ゾーンの半径を例えばデジタル形式で記憶することによって、第一のアイコンのサイズを表すデータを記憶することができ、又はデータキャリアは介入装置のタイプ（Ｔ）を記憶してもよく、所定の距離Ｌｐに関する実際のデータは、例えばアイコン提供ユニットＩＰＵ内のシステム１０、４０に記憶されているルックアップテーブルから抽出される。一実施形態では、データは、データキャリア７９からアイコン提供ユニットＩＰＵによって無線で受信される。したがって、データキャリアは、例えば、ＲＦＩＤチップ、又はリニアもしくはマトリックスバーコード、又はＱＲコードなどとすることができる。別の例では、データは、データキャリア７９とアイコン提供ユニットＩＰＵとの間の有線通信を介して受信される。したがって、データキャリアは、例えば、介入装置に関連するメモリであり得る。したがって、データキャリアは、一般に、ＲＦＩＤチップ、又はリニアもしくはマトリックスバーコードなどのバーコードもしくはＱＲコード、メモリ、又は実際の何れかの機械可読データキャリアであり得る。したがって、アイコン提供ユニットＩＰＵは、一般にバーコードリーダー、ＲＦＩＤリーダー、又はデータリーダーなどの、データキャリア内のデータを読み取るためのリーダーを含み得る。代わりに、ユーザは、画像提供システムインターフェースＩＳＩによってこのデータをシステム１０に手動で入力してもよく、そこからアイコン提供ユニットＩＰＵによって受信されてもよい。データキャリア７９は、接着剤を含む様々な既知の手段によって介入装置７１に取り付けられてもよく、又はプリンティング、エッチングなどによって介入装置７１に適用されてもよい。また、介入装置７１上に配置されるように図示されているが、データ媒体７９は代替的に、例えば無菌性の理由で介入装置７１のパッケージング上に配置されてもよい。
【００５２】
したがって、図７の介入装置７１が本発明の第１又は第二の実施形態、すなわち図１の項目１０、図４の項目４０のいずれかと共に使用されるとき、アイコン提供ユニットＩＰＵによって受信されるデータはビーム形成超音波イメージングシステムの画像面に関して介入装置の位置の改善される決定の技術的効果を可能にする。
【００５３】
図７に示し、図１及び図４の項目１６として示す超音波トランスデューサ７６は、様々な圧電材料によって提供することができ、硬質及び軟質の両方の圧電材料が適している。さらに、マイクロマシン電気機械構造、すなわち容量性機械加工超音波トランスデューサ、すなわちＣＭＵＴなどのＭＥＭＳデバイスも適している。超音波トランスデューサが検出器であるとき、好ましくは、それは、その機械的特性及び製造工程が針のような曲面への取り付けに役立つＰＶＤＦとしても知られるポリフッ化ビニリデンから形成される。代替材料は、ポリフッ化ビニリデントリフルオロエチレンなどのＰＶＤＦコポリマー、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）などのＰＶＤＦターポリマーを含む。好ましくは、超音波トランスデューサは、軸を中心とした約３６０度の回転の検出を提供するために介入装置の軸の周りに巻き付けられるが、必ずしもそうである必要はない。さらに、超音波トランスデューサ７６は、検出される超音波信号を図１及び図４の位置決定ユニットＰＤＵと通信するために、図７には示されていない様々なワイヤ又は無線通信モジュールを含むことができる。
【００５４】
随意選択で、図７のデータキャリア７９は、以下のパラメータ、すなわち、超音波トランスデューサと介入装置の遠位端との間に延びる軸に沿った超音波トランスデューサ７６の長さ、超音波トランスデューサと介入装置の遠位端との間に延びる軸に垂直な超音波トランスデューサ７６の幅のうちの１つ又は複数を示す１つ又は複数のデータフィールドを含み得る。データフィールドがシステム１０、４０のアイコン提供ユニットＩＰＵによって受信されると、パラメータは、画像融合ユニットＩＦＵによって生成される融合画像ＦＩ内に示され得る。それぞれのパラメータは、例えば、第一の円Ｃｏｐの周囲の厚さ又は第二の円Ｃｄｅの周囲の厚さの形で、又は超音波トランスデューサの範囲に対応する半径を有し、第二の円Ｃｄｅと共通の中心を共有する第３の円の形で示されてもよい。このように、周囲の厚さ、つまり第三の円の広がりは、超音波トランスデューサの有限の長さと幅から生じる介入装置の位置の不確実性を示している。これらのデータフィールドのいずれも介入装置７１のデータキャリア７９に記憶され、それからアイコン提供ユニットＩＰＵによってそこから受信される。
【００５５】
要約すると、ビーム形成超音波イメージングシステムの超音波イメージングプローブによって規定される画像面に関して介入装置の介入装置特徴１１ａの位置を示すためのシステムが記載されており、介入装置特徴の位置は、超音波イメージングプローブと介入装置特徴から所定の距離で介入装置に取り付けられる超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて決定される。位置決定ユニットは、画像面に関して超音波トランスデューサの位置を計算する。アイコン提供ユニットは、所定の距離に対応する半径を有する円形ゾーンを示す第一のアイコンを提供する。画像融合ユニットは、第一のアイコンとビーム形成超音波イメージングシステムからの再構成超音波画像とを含む融合画像を提供する。第一のアイコンは、画像面上への超音波トランスデューサの位置の投影に対応する挿入点で、再構成超音波画像の中心に置かれる。
【００５６】
本発明は、医用針に関して図面及び前述の説明において詳細に例示及び説明されているが、そのような例示及び説明は、例示的又は例証的であり、限定的ではないと見なされるべきである。本発明は開示される実施形態に限定されず、介入装置一般の位置を決定するために使用することができる。さらに、ビーム形成超音波イメージングシステムの画像面に対応する介入装置の介入装置特徴の位置を示すための様々なシステム、装置、及び方法を提供するために、本明細書に示される様々な例及び実施形態を組み合わせることができることを理解されたい。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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