(57)【要約】生体内装置を位置付けるための、および身体管腔の三次元表示を得るための方法およびシステムは、複数の生体内画像を得るステップと、各生体内画像に対応する位置情報を生成するステップと、位置情報に従って複数の生体内画像を単一の画像に組合せるステップとを含む。
2005501630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内撮像システムであって、
少なくとも１つの撮像装置と、
少なくとも１つの位置モニタと、
位置モニタから位置情報を受信するために構成された受信ユニットと、
撮像装置の位置および配向をコンピュータ計算するための処理ユニットとを含む、生体内撮像システム。
【請求項２】
受信ユニットは撮像装置から画像データを受信可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
装置は複数の生体内画像を得る、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
受信ユニットは、装置によって得られた複数の生体内画像の各々に対応する位置情報を受信可能である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
処理ユニットは、複数の生体内画像を単一の画像に組合せることができる、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
単一の画像はモザイク画像である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
処理ユニットは、複数の画像の各々に対応する撮像装置の位置および配向に従って、複数の生体内画像を組合せることができる、請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
位置モニタは外部基準フレームを含み、前記基準フレームは既知の位置にある送信機を含み、前記送信機は位置モニタへ信号を送信するために構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
位置モニタは、外部源から送信された電磁信号を受信するために構成された３つの素子を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
外部源は複数の送信機を含み、前記送信機は外部基準フレームの固定された位置にある、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
システムは無線である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
自律型生体内撮像装置であって、
少なくとも１つの画像センサと、
少なくとも１つの照明源と、
画像信号を外部受信ユニットへ送信するために構成された少なくとも１つの送信機と、
位置データを送信するために構成された少なくとも１つの位置モニタとを含む、自律型生体内撮像装置。
【請求項１３】
自律型生体内感知システムであって、
感知装置と、
位置モニタと、
受信ユニットと、
感知装置の位置および配向をコンピュータ計算するための処理ユニットとを含む、自律型生体内感知システム。
【請求項１４】
外部基準フレームをさらに含み、前記基準フレームは、信号を位置モニタへ送信するために構成された、既知の位置にある送信機を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
感知装置は、ｐＨメータ、温度感知装置、および圧力感知装置からなる群から選択される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
感知装置は画像センサである、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
身体管腔の三次元表示を得るための方法であって、
複数の生体内画像を得るステップと、
各生体内画像に対応する位置情報を生成するステップと、
位置情報に従って、複数の生体内画像を単一の画像に組合せるステップとを含む、方法。
【請求項１８】
複数の画像を組合せるステップは、一部重複する画像の対同士間での局所運動概算値の計算、または位置合わせ、または間隙封鎖、または画像の一部重複する部分の識別、または入力画像を歪めること、および一部重複する画像の組を整列させて１枚のモザイク画像を構成することによって実行される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
位置情報を送信するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
複数の生体内画像を得るステップは生体内撮像装置によって実行される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
撮像装置の位置を制御するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
撮像装置の位置は位置情報に従って制御される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
生体内装置を位置付けるための方法であって、
任意の所与の時点での生体内装置の位置情報を生成するステップを含み、前記位置情報は、外部源から送信された電磁信号を受信するために構成された３つの素子を含む位置モニタによって生成され、前記方法はさらに、
任意の所与の時点での生体内装置の位置および配向をコンピュータ計算するステップを含む、方法。
【請求項２４】
生体内装置の位置を制御するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
自律型生体内感知システムであって、
感知装置と、
位置モニタと、
感知装置から情報を受信するための受信ユニット手段と、
感知装置の位置および配向をコンピュータ計算するための処理ユニット手段とを含む、自律型生体内感知システム。
【請求項２６】
自律型生体内撮像装置であって、
画像センサと、
照明源と、
画像信号を外部受信ユニットへ送信するための送信機手段と、
位置データを送信するための位置モニタ手段とを含む、自律型生体内撮像装置。
【請求項２７】
生体内撮像システムであって、
少なくとも１つの撮像装置と、
少なくとも１つの位置モニタと、
位置モニタから位置情報を受信するための受信ユニット手段と、
撮像装置の位置および配向をコンピュータ計算するための処理ユニット手段とを含む、生体内撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は管腔内感知の分野に関する。より具体的には、この発明は、リアルタイムの位置および配向モニタリングのためのシステムおよび方法と、身体管腔の画像生成とに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
管腔内撮像は、実践者が内部の身体特徴および発生を最小の介入で安全にかつ容易に見る能力を高める。
【０００３】
身体管腔、特に容積の大きい腔は、腔全体の画像（好ましくは三次元画像）が表示される場合に最も効率よく見られ、内部の特徴および発生は、生体内撮像装置の既知の位置に従って、管腔内で容易に場所を突き止められ得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明の概要
この発明の一実施例に従ったシステムは、撮像装置などの生体内感知装置を含んでおり、それは、任意の所与の時点での自律型生体内装置の位置情報、好ましくは三次元の位置情報を生成するための少なくとも１つの位置モニタと、位置モニタから位置情報を受信し、随意で感知装置から生体内データを受信するための受信ユニットと、任意の所与の時点での生体内装置の位置および／または配向をコンピュータ計算するための処理ユニットとを含む。
【０００５】
別の実施例によれば、この発明は、生体内画像の三次元表示を得るためのシステムおよび方法を提供する。さらに、一実施例によれば、この発明の一実施例に従ったシステムおよび方法を用いて、通常「リアルタイムマッピング」および画像モザイク構成手法を採用することによって、身体管腔のパノラマ図が表示可能である。
【０００６】
この発明は、以下の詳細な説明および添付図面から、より十分に理解され、認識されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
発明の詳細な説明
以下の説明では、この発明のさまざまな局面が説明される。説明のため、特定の構成および詳細がこの発明の完全な理解を提供するために述べられる。しかしながら、この発明がここに提示された特定の詳細なしで実践されてもよいことは、当業者には明らかであろう。さらに、この発明を不明瞭にしないよう、周知の特徴は省略または簡略化されてもよい。
【０００８】
一実施例によれば、この発明は、三次元の生体内画像を得るための、特に、たとえば胃または大腸といった比較的容積の大きい身体管腔の画像を得るための生体内撮像システムにおいて、位置付け方法と画像処理方法とを組合せている。
【０００９】
この発明の一実施例に従ったシステムは、複数の管腔内画像を得るための撮像装置を含み、その撮像装置は、一実施例によれば、各管腔内画像に対応する位置情報、たとえば三次元の位置情報を生成するための少なくとも１つの位置モニタを有しており、前記システムはさらに、位置モニタから位置情報を受信し、随意で撮像装置から画像データを受信するための受信ユニットと、各管腔内画像に対応する撮像装置の位置および／または配向をコンピュータ計算し、各管腔内画像が得られた際の撮像装置の位置および／または配向に従って複数の管腔内画像を単一の画像に、随意でモザイク画像に組合せるための処理ユニットとを含む。位置情報および／または画像データは、たとえば無線で、または配線接続を介して受信ユニットに送信可能である。
【００１０】
単一の組合された画像は通常、三次元画像である。このように、各々が身体管腔の異なる部分のものである複数の画像は、たとえば身体管腔全体の単一の、好ましくは三次元の画像に組合されてもよい。
【００１１】
一実施例によれば、撮像装置は、コマンドを受信し、受信されたコマンドに従って撮像装置を動かす、または位置付けるためのユニットを含んでいてもよい。一実施例によれば、コマンドは外部のオペレータによって送信されてもよい。別の実施例によれば、コマンドは、処理ユニットによって受信され処理される位置情報に従って、処理ユニットによって自動的に生成されてもよい。
【００１２】
この発明のある実施例によれば、システムは、自律型生体内装置、随意で画像センサ、ｐＨメータ、圧力検出器、温度計などの生体内感知装置を含んでおり、それは、任意の所与の時点での自律型生体内装置の位置情報、好ましくは三次元の位置情報を生成するための少なくとも１つの位置モニタと、位置モニタから位置情報を受信し、随意で感知装置から生体内データを受信するための受信ユニットと、任意の所与の時点での生体内装置の位置および／または配向をコンピュータ計算するための処理ユニットとを含む。位置情報および／または生体内データは、たとえば無線で、または配線接続を介して受信ユニットに送信可能である。自律型生体内装置は、ＧＩ（胃腸）環境を感知可能な、および／または生体内手順を実行可能な飲込み可能カプセルであってもよい。
【００１３】
この発明の一実施例に従った方法は、撮像装置から複数の管腔内画像を得るステップと、各管腔内画像に対応する撮像装置の位置情報、好ましくは三次元の位置情報を生成するステップと、位置情報を受信するステップと、各管腔内画像に対応する撮像装置の位置および／または配向をコンピュータ計算するステップと、各管腔内画像が得られた際の撮像装置の位置および／または配向に従って複数の管腔内画像を単一の画像に組合せるステップとを含む。この方法は、撮像装置の動きまたは位置を、好ましくは得られた画像および／または位置情報に従って制御するさらなるステップを含んでいてもよい。この方法は、この発明の別の実施例によれば、身体管腔内に自律型生体内装置を挿入するステップと、任意の所与の時点での生体内装置の位置情報、好ましくは三次元の位置情報を生成するステップと、位置情報を受信するステップと、任意の所与の時点での生体内装置の位置および／または配向をコンピュータ計算するステップとを含む。この方法は、生体内装置の動きまたは位置を、好ましくは位置情報に従って制御するステップをさらに含んでいてもよい。
【００１４】
ここで図１を参照すると、この発明の一実施例に従ったシステムは、たとえば、生体内撮像装置１０１と、受信および処理ユニット１０２と、ディスプレイ１０３とを含む。撮像装置１０１は、図１に図示された実施例では、通常、ＧＩ管、血管、生殖器官または任意の他の好適な身体管腔といった身体管腔を撮像し、およびおそらくは他の方法で感知するために患者１１０に挿入される内視鏡またはカテーテルの一部である。撮像装置１０１は通常、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ画像センサといった画像センサ（図示せず）と、生体内部位（図示せず）を照明するための照明源と、画像データを受信および処理ユニット１０２に送信するための送信機（図示せず）とを含む。データは無線で、または配線接続を介して送信されてもよい。撮像装置１０１は、管腔内環境を感知するためのｐＨメータ、温度センサ、圧力センサなどの生体内センサをさらに含んでいてもよい。感知された管腔内の状態は、受信および処理ユニット１０２へ（無線でまたは配線で）送信されてもよい。この発明の実施例に利用可能な生体内感知システムの例は、イッダン（Iddan）に付与された米国特許第５，６０４，５３１号、およびグルクホブスキー（Glukhovsky）に付与された２００１年９月１３日発行の国際出願公開番号ＷＯ  ０１６５９９５に記載されており、それら双方はこの発明の共通譲受人に譲渡されており、引用により援用される。上述のシステムは電池で作動して無線であってもよく、または、患者１１０の身体の外部の電源および／または光源に接続されていてもよい。
【００１５】
一実施例によれば、撮像装置１０１は、身体管腔内の撮像装置１０１の位置および配向を示すための位置モニタ（図示せず）も含む。通常、撮像装置１０１に含まれる位置モニタは、少なくとも３つの受信機または送受信機と、異なる送受信機によって受信された信号を区別するための感知装置とを含む。
【００１６】
撮像装置１０１に含まれる送受信機または他の位置モニタリング装置は通常、位置モニタリングシステムの一部であり、それは外部基準フレームも含んでいる。外部基準フレームは通常、基準フレームにおける既知の位置に、撮像装置１０１に含まれる位置モニタ内の送受信機によって受信される信号を送信するための、電磁送信機または音響送信機などの送信機を含む。外部基準フレームは、患者１１０の近傍に通常配置される受信および処理ユニット１０２の一部であってもよい。受信および処理ユニット１０２は、この発明の一実施例によれば、撮像装置１０１内の画像センサおよび／または他の生体内センサから画像データを受信するための受信システムと、随意で、送受信機から信号を受信するための受信機とをさらに含む。送受信機からの信号は位置情報を計算するために受信および処理ユニット１０２へ送信されてもよく、または、これに代えて、（撮像装置１０１内の）位置モニタは、送受信機によって受信された信号から位置情報を計算するための処理装置を含んでいてもよい。位置情報は通常、撮像装置の場所および時点についての情報を提供する６つの自由度を含む。当該技術分野において公知である任意の好適な位置モニタリングシステムが、この発明の実施例に利用可能である。この発明の実施例で使用されるために容易に調節可能な位置モニタリングシステムの例は、ビトカンプフ（Wittkampf）に付与されたＵＳ  ５，６９７，３７７、スミス（Smith）に付与されたＵＳ  ５，５１５，８５３、およびギルボア（Gilboa）に付与されたＵＳ  ６，１８８，３５５に記載されている。これらの米国特許はここに引用により援用される。この発明の実施例に適用可能な計算方法の例は、ギルボアに付与されたＷＯ  ０１／０６９１７、およびブレチャー（Blecher）他に付与されたＷＯ  ００／１０４５６に記載されている。双方の公報はここに引用により援用される。計算は好適なコンピュータ装置または処理装置上で実行されることが理解されるであろう。
【００１７】
一実施例によれば、受信および処理ユニット１０２は、撮像装置１０１によって得られ、送信された複数の通常非連続性の管腔内画像を、実質的に身体管腔全体の単一の三次元画像に組合せるための画像処理モジュールも含む。任意の好適な画像処理手順がこの発明の実施例において使用されてもよく、当該技術分野において公知であるように、一部重複する画像の対同士間での局所運動概算値のコンピュータ計算、位置合わせ、「間隙封鎖」、画像の一部重複部分の識別、入力画像を歪ませること、および一部重複する画像の組を整列させて１枚のモザイク画像を構成することなどが挙げられる。画像はパッチに分割されてもよく、最適化プロセスの計算のいくつかは１パッチごとに実行可能であり、または、計算および最適化プロセスは１つ１つの画素に対して実行可能である。公知の画像モザイク構成手順が、この発明の実施例での使用のために調整されてもよい。受信および処理ユニット１０２は、当該技術分野において公知であるように、撮像装置１０１の位置を制御するために位置モニタリング装置へコマンドを送信するための送信モードをさらに含んでいてもよい。
【００１８】
生体内装置の制御は、当該技術分野において公知であるように実行されてもよい。たとえば、撮像装置の一部は形状記憶材料で作られていてもよく、一方、装置の発熱部分は、たとえばこれらの部分の近傍にある導電性素子に電流を通すことにより、装置を制御可能に動かしてもよい。また、これに代えて、装置は磁石を含んでいてもよく、一方、外部の磁界を印加することが、当該技術分野において公知であるように装置を制御してもよい。
【００１９】
一実施例によれば、組合された画像、および／または、位置情報もしくは管腔内環境状態に関する情報といった任意の他の情報がディスプレイ１０３上に表示され、ディスプレイ１０３は受信および処理ユニット１０２の一部（コンピュータのスクリーンまたはビデオモニタなど）であってもよく、または、別個のＬＣＤもしくは任意の他の好適なディスプレイであってもよい。
【００２０】
この発明の別の実施例に従った撮像装置を図２に概略的に示す。撮像装置２０は、たとえば、上述の米国特許第５，６０４，５３１号および国際出願公開番号ＷＯ  ０１６５９９５に記載された装置などの摂取可能カプセルである。撮像装置２０は、白色ＬＥＤ２３Ａおよび２３Ｂといった複数の照明源を通常含む照明ユニット２３と、光センサ２４と、画像センサ２４の画像信号を送信するための送信機２６と、位置モニタ２７と、撮像装置２０の電気素子全体に電力を供給する酸化銀電池などの電源２５とを含む。装置２０は他の構成および他の構成要素を含んでいてもよい。
【００２１】
撮像装置２０は通常、カプセル形状で、容易に飲込み可能であり、ＧＩ管全体を受動的に通過してもよい。小腸などのＧＩ管の管状部分を通過中、撮像装置２０は自然の蠕動によって押し進められてもよく、管壁によってある固定された配向に制限されてもよい。撮像装置２０が小腸を通過するにつれ、それは周期的に管壁を撮像してもよい。しかしながら、撮像装置２０が胃または大腸といった腔に到達すると、それはもはや管腔壁によって制限されなくなり、それは管腔を通って回転し、転がって、管腔壁の異なる、必ずしも連続していない部分を周期的に撮像する。管腔が撮像されるたびに、撮像装置２０の、特に画像センサ２４の配向が、位置モニタ２７によって判断可能である。この発明の一実施例によれば、位置モニタ２７は、外部の源から送信される電磁信号を受信する３つの電極またはコイルもしくはトランスポンダ２７Ａ−Ｃを含む。外部源は通常、３つの区別可能な電磁放射線を（異なる周波数などで）送信する、外部基準フレームの固定された位置にある３つの電磁送信機を含んでいてもよい。電極２７Ａ−Ｃは電磁放射線に対応する信号を複数回受信し、それらの信号の各々は３つの放射線のうちの少なくとも１つの成分を含む。電極２７Ａ−Ｃは、３つの送信機から各電極により受信された信号の成分を含む関数を形成する。撮像装置２０の位置および配向は、上述のＵＳ６，１８８，３５５により詳細に述べられているように、これらの関数から推測される。
【００２２】
他の位置モニタをこの発明の実施例で使用してもよく、超音波送受信機を含むモニタ、または、たとえば外部の一定の磁界に関連して位置信号を送受信する３つの磁気コイルを含むモニタが挙げられる。たとえば、磁気マーカモニタリング手法を、ワイチーズ（Weitschies）他によって発表された論文（ワイチーズ他（２００１）  欧州薬学ジャーナル（European Journal of Pharmaceutical Sciences）１３、４１１−４１６）に記載されているように使用してもよく、それはここに引用により援用される。
【００２３】
一実施例によれば、位置モニタ２７から受信された位置情報は、上述のように、胃または大腸内の撮像装置２０によって得られた画像を処理する際に使用される。撮像装置２０は、位置モニタ２７の動作を撮像装置２０の胃または大腸への到着と同期させるためのコントローラをさらに含んでいてもよい。さらに、コントローラは、特定の画像を撮像装置２０の特定の位置および／または配向に割当てるための好適なアルゴリズムを適用してもよい。
【００２４】
この発明の一実施例に従った、身体管腔の三次元表示を得るための方法を、図３に概略的に表わす。一実施例に従った方法は、撮像装置から複数の管腔内画像を得るステップ（３０１）と、各管腔内画像に対応する撮像装置の位置情報を生成するステップ（３０２）と、位置情報を受信するステップ（３０３）と、各管腔内画像に対応する撮像装置の位置および／または配向をコンピュータ計算するステップ（３０４）と、各管腔内画像が得られた際の撮像装置の位置および／または配向に従って、複数の管腔内画像を単一の画像に組合せるステップ（３０５）とを含む。
【００２５】
他のステップ、または一連のステップが使用されてもよい。
【００２６】
上述のように、位置モニタに情報を送信する撮像装置によって管腔内画像が得られる。位置モニタは位置情報を生成し、それは受信および処理ユニットへ送信される。撮像装置の位置および／または配向は、たとえば当該技術分野において公知のような、および上述のような画像モザイク手法を利用することによってコンピュータ計算され、コンピュータ計算された位置を用いて、複数の画像を身体管腔の単一の画像に正しく組立て、組合せる。
【００２７】
別の実施例によれば、この方法は、（上述のような）撮像装置の動きまたは位置を、好ましくは得られた画像および／または位置情報に従って制御するさらなるステップを含んでいてもよい。
【００２８】
この発明が、特に図示されここに上述されたことによって限定されないことは、当業者であれば理解するであろう。むしろ、この発明の範囲は特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の一実施例に従ったシステムの概略図である。
【図２】この発明の一実施例に従った撮像装置の概略図である。
【図３】この発明の一実施例に従った方法のステップを示すフローチャートである。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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2005501630.tif 000006
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2005501630.tif 000009
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2005501630.tif 000012
2005501630.tif 000013
2005501630.tif 000014
2005501630.tif 000015
2005501630.tif 000016
2005501630.tif 000017
2005501630.tif 000018
2005501630.tif 000019
2005501630.tif 000020
2005501630.tif 000021
2005501630.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005501630.tif 000023
2005501630.tif 000024
【国際調査報告】
2005501630.tif 000025