(57)【要約】【課題】  ダミーデバイス及び三次元（３Ｄ）物理モデルを使用して医療デバイスのナビゲーションを補助するための方法及びシステムを提供すること。【解決手段】  方法は、患者の身体内で動く医療デバイスの第１の位置の第１の配列を受信することを含む。医療デバイスの第１の位置は、第１の配列を模倣する第２の位置の第２の配列において、身体の外部のダミーデバイスを自動的に動かすことによって、ユーザに可視化される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
患者の身体内で動く医療デバイスの第１の位置の第１の配列を受信することと、
前記第１の配列を模倣する第２の位置の第２の配列において、前記身体の外部のダミーデバイスを自動的に動かすことによって、前記医療デバイスの前記第１の位置をユーザに可視化することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記第１の配列を受信することが、前記それぞれの第１の位置における前記医療デバイスの第１の配向を受信することを含み、前記ダミーデバイスを動かすことが、前記それぞれの第２の位置における第２の配向に前記ダミーデバイスを配向させて、前記第１の配向を模倣することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記医療デバイスが、耳鼻咽喉（ＥＮＴ）ツール又はガイドワイヤを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ダミーデバイスを自動的に動かすことが、前記患者の前記身体の少なくとも一部をモデル化する物理三次元（３Ｄ）モデルにおいて前記ダミーデバイスを動かすことを含み、前記物理３Ｄモデルが、前記身体の外部にある、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記身体の前記少なくとも一部の１つ又は２つ以上の解剖学的画像を受信し、前記１つ又は２つ以上の解剖学的画像に基づき、前記物理３Ｄモデルを生成するための命令を導出することによって、前記物理３Ｄモデルを生成することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記物理３Ｄモデルを生成することが、前記命令に基づき、３Ｄプリンタを使用して前記物理３Ｄモデルを印刷することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ダミーデバイスを自動的に動かすことが、前記ダミーデバイスに連結されたロボットを制御して、前記ダミーデバイスを前記第２の位置に動かすことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ダミーデバイスを自動的に動かすことが、前記第２の位置においてマーカを投影するプロジェクタを制御することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の位置が、第１の座標系内に提供され、前記第２の位置が、第２の座標系内に提供され、前記第１の座標系と前記第２の座標系との間で位置合わせすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ダミーデバイスを自動的に動かすことが、前記患者の前記身体の少なくとも一部をモデル化する、前記身体の外部の三次元（３Ｄ）シーン内の前記ダミーデバイスを動かすことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
器官の前記少なくとも一部の１つ又は２つ以上の解剖学的画像を受信し、前記１つ又は２つ以上の解剖学的画像に基づき、前記３Ｄシーンを構築するための命令を導出することによって、前記３Ｄシーンを構築することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
装置であって、
患者の身体内で動く医療デバイスの第１の位置の第１の配列を受信するように構成されたインターフェースと、
前記第１の配列を模倣する第２の位置の第２の配列において、前記身体の外部のダミーデバイスを自動的に動かすことによって、前記医療デバイスの前記第１の位置をユーザに可視化するように構成されたプロセッサと、を備える、装置。
【請求項１３】
前記インターフェースが、位置追跡システムの位置センサから、前記それぞれの第１の位置における前記医療デバイスの第１の配向を受信するように構成され、前記プロセッサが、前記それぞれの第２の位置における第２の配向に前記ダミーデバイスを配向させて、前記第１の配向を模倣するように更に構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記医療デバイスが、耳鼻咽喉（ＥＮＴ）ツール又はガイドワイヤを備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記プロセッサが、前記患者の前記身体の少なくとも一部をモデル化する物理三次元（３Ｄ）モデルにおいて前記ダミーデバイスを動かすように構成され、前記物理３Ｄモデルが、前記身体の外部にある、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記プロセッサが、前記ダミーデバイスに連結され、かつ前記ダミーデバイスを前記第２の位置に動かすように構成されたロボットを制御するように構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記プロセッサが、前記第２の位置においてマーカを投影するように構成されたプロジェクタを制御するように構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１の位置が、第１の座標系内に提供され、前記第２の位置が、第２の座標系内に提供され、前記プロセッサが、前記第１の座標系と前記第２の座標系との間で位置合わせするように構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
前記プロセッサが、前記患者の前記身体の少なくとも一部をモデル化する三次元（３Ｄ）シーン内の前記ダミーデバイスを自動的に動かすように構成され、前記３Ｄシーンが、前記身体の外部にある、請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
前記プロセッサが、前記身体の前記少なくとも一部の１つ又は２つ以上の解剖学的画像を受信し、前記１つ又は２つ以上の解剖学的画像に基づき、前記３Ｄシーンを構築するための命令を導出することによって、前記３Ｄシーンを構築するように構成されている、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、患者の器官内の医療デバイスを追跡することに関し、より具体的には、ダミーデバイス及び三次元（３Ｄ）物理モデルを使用して医療デバイスのナビゲーションを補助するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な医療処置において、視覚３Ｄモデルは、医師が患者の器官内の医療用ツールをナビゲートするのを補助するために表示される。
【０００３】
例えば、米国特許出願公開第２０１０／０２６８０６８号は、心腔の画像データを得るための、かつその画像データから３Ｄモデルを作成するための、撮像システムを有する心腔内の医療介入処置のためのシステム及び方法を記載する。その特許出願は、３Ｄモデルを心腔のリアルタイム画像と位置合わせするための、かつ３Ｄモデルを表示するための介入システムと、介入システム上に表示されるように、かつ位置合わせされた３Ｄモデル上をリアルタイムでナビゲートされるように、心腔内に位置付けられた介入ツールとを更に記載する。
【０００４】
米国特許出願公開第２０１２／０２８０９８８号は、対象の内部の又は隠れた特徴の仮想３Ｄモデルと、相互作用されている物理モデル又は対象と、物理対象と相互作用するために使用される追跡器具とを含む、対話型複合現実シミュレータを記載する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に記載される本発明の一実施形態は、患者の身体内で動く医療デバイスの第１の位置の第１の配列を受信することを含む方法を提供する。医療デバイスの第１の位置は、第１の配列を模倣する第２の位置の第２の配列において、身体の外部のダミーデバイスを自動的に動かすことによって、ユーザに可視化される。
【０００６】
いくつかの実施形態では、第１の配列を受信することは、それぞれの第１の位置における医療デバイスの第１の配向を受信することを含み、ダミーデバイスを動かすことは、それぞれの第２の位置における第２の配向にダミーデバイスを配向させて、第１の配向を模倣することを更に含む。他の実施形態では、医療デバイスは、耳鼻咽喉（ＥＮＴ）ツール又はガイドワイヤを含む。更に他の実施形態では、ダミーデバイスを自動的に動かすことは、患者の身体の少なくとも一部をモデル化する物理三次元（３Ｄ）モデルにおいてダミーデバイスを動かすことを含み、物理３Ｄモデルは、身体の外部にある。
【０００７】
一実施形態では、方法は、身体の少なくとも一部の１つ又は２つ以上の解剖学的画像を受信し、１つ又は２つ以上の解剖学的画像に基づき、物理３Ｄモデルを生成するための命令を導出することによって、物理３Ｄモデルを生成することを含む。別の実施形態では、物理３Ｄモデルを生成することは、命令に基づき、３Ｄプリンタを使用して物理３Ｄモデルを印刷することを含む。別の実施形態では、ダミーデバイスを自動的に動かすことは、ダミーデバイスに連結されたロボットを制御して、ダミーデバイスを第２の位置に動かすことを含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、ダミーデバイスを自動的に動かすことは、第２の位置においてマーカを投影するプロジェクタを制御することを含む。他の実施形態では、第１の位置は、第１の座標系内に提供され、第２の位置は、第２の座標系内に提供され、方法は、第１の座標系と第２の座標系との間で位置合わせすることを含む。
【０００９】
一実施形態では、ダミーデバイスを自動的に動かすことは、患者の身体の少なくとも一部をモデル化する、身体の外部の三次元（３Ｄ）シーン内のダミーデバイスを動かすことを含む。別の実施形態では、方法は、器官の少なくとも一部の１つ又は２つ以上の解剖学的画像を受信し、１つ又は２つ以上の解剖学的画像に基づき、３Ｄシーンを構築するための命令を導出することによって、３Ｄシーンを構築することを含む。
【００１０】
本発明の一実施形態に従って、インターフェース及びプロセッサを含む装置が更に提供される。インターフェースは、患者の身体内を動く医療デバイスの第１の位置の第１の配列を受信するように構成されている。プロセッサは、第１の配列を模倣する第２の位置の第２の配列において、身体の外部のダミーデバイスを自動的に動かすことによって、医療デバイスの第１の位置をユーザに可視化するように構成されている。
【００１１】
本発明は、以下の発明を実施するための形態を図面と併せて考慮すると、より完全に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による、副鼻腔形成外科システムの概略的な絵画図である。
【図２】本発明の一実施形態による、器官内の医療デバイスの位置及び配向を可視化するための方法を概略的に図示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
概略
副鼻腔形成術などのいくつかの医療処置は、医療デバイスが挿入される患者の器官に対する医療デバイスの可視化を必要とする。
【００１４】
本明細書で以下に記載される本発明の実施形態は、患者の器官に対する医療デバイス、例えば、副鼻腔形成処置における患者の頭部の副鼻腔に対する耳鼻咽喉（ＥＮＴ）ツールを可視化するための改良された技術を提供する。開示される技術は、ＥＮＴツールの動きを模倣するが、医療的な機能性は有しない、ダミーデバイスを利用する。本開示の文脈及び特許請求の範囲において、「ツール」及び「デバイス」という用語は、互換的に使用され、任意の好適な医療及び／又はダミーデバイスを指す。
【００１５】
いくつかの実施形態では、典型的には副鼻腔形成処置の前に適用される準備手順において、副鼻腔形成術システムのプロセッサは、患者の頭部のそれぞれのスライスを表す描写する複数の二次元（２Ｄ）コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受信する。プロセッサは、ＣＴ画像に基づき、患者のＥＮＴ器官、例えば、患者の副鼻腔の仮想三次元（３Ｄ）モデルを導出するように構成されている。プロセッサは、副鼻腔を含む患者の頭部の少なくとも一部の物理３Ｄモデルを生成するための命令を生成するように更に構成されている。３Ｄプリンタは、印刷命令に基づき、物理３Ｄモデルを生成し、これにより、物理３Ｄモデルの全てのボリュームピクセル（ボクセル）が、ＣＴ画像の仮想３Ｄモデルの対応するボクセルと位置合わせされる。
【００１６】
本文脈において、「仮想３Ｄモデル」という用語は、典型的には、プロセッサにアクセス可能な好適なメモリに記憶された、器官のコンピュータ化された表示を指す。「物理３Ｄモデル」という用語は、器官の有形の物質複製を指す。
【００１７】
いくつかの実施形態では、位置追跡システムの第１及び第２の位置センサは、ＥＮＴツール及びダミーツールのそれぞれの遠位先端に連結されている。一実施形態では、プロセッサは、ＣＴシステム及び位置追跡システムによって使用される座標系間で位置合わせするように構成されている。この実施形態では、ＥＮＴツール及びダミーツールの位置の両方が、位置追跡システムの座標系において測定され、副鼻腔形成術システムのディスプレイ上及び物理３Ｄモデル上に表示される。
【００１８】
医療処置の適用において、医師は、患者の鼻にＥＮＴツールを挿入する。ＥＮＴツールは、患者の身体内で第１の位置及び配向の第１の配列で動くと見なされ得る。いくつかの実施形態では、ダミーツールに連結されたロボットが、ダミーツールを物理３Ｄモデルに挿入する。ロボットは、医療デバイスのそれぞれの第１の位置及び配向を模倣する第２の位置及び配向の第２の配列で、物理３Ｄモデル内でダミーツールを動かす。このように、視界から隠れている医療用ツールの位置及び配向は、物理３Ｄモデル内のダミーツールの動きによって、自動的かつ連続的に医師に可視化される。
【００１９】
開示される技術は、非常に分岐した器官内で実行される副鼻腔形成術などの医療処置において特に重要である。そのような処置において、開示される技術は、標的位置への正確なナビゲーションを可能にし、ナビゲーションエラーの低減に役立ち、それにより、処置の全体的なサイクル時間を短縮する。
【００２０】
更に、開示される技術は、対象となっている器官に対する医療用ツールの位置及び配向を検証するために、処置中に有害なＸ線照射を患者に照射する必要性を取り除く。
【００２１】
システムの説明
図１は、本発明の実施形態による、副鼻腔形成外科システム１０の概略的な絵画図である。一実施形態では、システム２０は、プロセッサ３４と、入力デバイス３９と、ユーザディスプレイ３６とを備える、コンソール３３を備える。
【００２２】
一実施形態では、準備手順において、プロセッサ３４は、外部ＣＴシステム（図示せず）を使用して得られた患者２２の頭部４１のそれぞれのセグメント化された二次元（２Ｄ）スライスを描写する１つ又は２つ以上のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受信するように構成されている。「セグメント化」という用語は、ＣＴシステム内の組織のそれぞれの減衰を測定することによって、各スライス内で識別される様々な種類の組織を表示することを指す。
【００２３】
いくつかの実施形態では、プロセッサ３４は、ＣＴ画像に基づき、頭部４１の仮想三次元（３Ｄ）モデルを構築するように構成されている。他の実施形態では、ＣＴシステムのプロセッサは、仮想３Ｄモデルを構築してもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ３４は、ＣＴ画像の中から画像３５などの１つ又は２つ以上の選択されたスライスをディスプレイ３６上に表示するように構成されている。図１の例では、画像３５は、副鼻腔５８及び頭部４１の鼻甲介組織内の鼻道などの前頭洞及び上顎洞の断面図である。
【００２４】
一実施形態では、プロセッサ３４は、ＣＴ画像に基づき、頭部４１の少なくとも一部の物理三次元（３Ｄ）モデル６０を生成するための命令を導出するように更に構成されている。物理３Ｄモデルは、３Ｄプリンタ又は他の任意の好適な生成技術を使用して生成されてもよい。両方のモデルが頭部４１のＣＴ画像に基づいているため、物理３Ｄモデル６０の全てのボリュームピクセル（ボクセル）が、仮想３Ｄモデルの対応するボクセルと位置合わせされることに留意されたい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、モデル６０は、画像３５内に表示される断面図を含む頭部４１の複数の隣接するスライスの積み重ねの物理モデルを含んでもよく、これにより、物理３Ｄモデル６０の副鼻腔６８は、副鼻腔５８の断面図を物理的にモデル化する。他の実施形態では、物理３Ｄモデル６０は、副鼻腔５８などの患者のＥＮＴ系の関心領域（ＲＯＩ）のみ、及び任意にＲＯＩの周辺数ミリメートル又は数センチメートルに位置する組織を含む。
【００２６】
いくつかの実施形態では、システム２０は、ハンドル３０によって制御され、例えば、頭部４１の副鼻腔５８内の副鼻腔形成処置を実施するように構成されている、ガイドワイヤ又は外科用耳鼻咽喉（ＥＮＴ）ツール５２などの医療デバイスを備える。
【００２７】
物理３Ｄモデルにおけるダミーデバイスを使用した医療デバイスナビゲーションの可視化
副鼻腔形成処置中、医師２４は、鼻２６を通してＥＮＴツール５２を挿入して、ＥＮＴツール５２の遠位先端を副鼻腔５８内にナビゲートしてもよい。一実施形態では、医師２４は、座標系５１を使用する位置追跡システムを使用して、ツール５２を副鼻腔５８内にナビゲートしてもよい。この実施形態では、プロセッサ３４は、ＣＴシステムの座標系５１と座標系６１との間で位置合わせするように構成されている。本実施形態では、ＥＮＴツールの位置は、例えば、画像３５上に重ね合わされたマーカとして、ディスプレイ３６上に表示されてもよい。
【００２８】
画像３５がＲＯＩの２Ｄスライス（例えば、副鼻腔５８の断面図）のみを描写し、したがって、副鼻腔５８内の正確な所望の位置において副鼻腔形成処置を実施するために必要とされるよりも少ない情報を含み得ることに留意されたい。いくつかの実施形態では、システム２０は、ＥＮＴツール５２（図１に示されるような）に似たサイズ及び形状、若しくは任意の他の好適なサイズ及び形状を有する物理デバイスなどのダミーツール６２、又は物理３Ｄモデル６０上に投影されるマーカ、又は任意の他の好適な種類のダミーツールを備える。
【００２９】
いくつかの実施形態では、ダミーツール６２は、ロボット７０のアーム７２に連結され、ロボット７０は、ダミーツール６２の遠位先端を、物理３Ｄモデル６０の副鼻腔６８内の標的位置にナビゲートするために、アーム７２を動かすように構成されている。
【００３０】
いくつかの実施形態では、システム２０は、磁気位置追跡システムを含み、それは、位置センサ５６及び６６などの１つ又は２つ以上の位置センサの位置及び配向を追跡するように構成されている。図１の例では、位置センサ５６は、ＥＮＴツール５２に連結され、位置センサ６６は、ダミーツール６２に連結されている。
【００３１】
いくつかの実施形態では、磁気位置追跡システムは、磁場発生器４４と、位置センサ５６及び６６とを備える。センサ５６及び６６は、磁界発生器４４からの検知された外部磁界に応答して位置信号を生成するように構成されている。一実施形態では、プロセッサ３４は、磁気位置システムの座標系５１内のセンサ５６及び６６の位置をマッピングするように構成されている。
【００３２】
この位置検知方法は、様々な医療用途において、例えば、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒ  Ｉｎｃ．（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｂａｒ、Ｃａｌｉｆ．）により製造されているＣＡＲＴＯ（商標）システムにおいて実施されており、米国特許第５，３９１，１９９号、同第６，６９０，９６３号、同第６，４８４，１１８号、同第６，２３９，７２４号、同第６，６１８，６１２号及び同第６，３３２，０８９号、国際公開第９６／０５７６８号、並びに米国特許出願公開第２００２／００６５４５５（Ａ１）号、同第２００３／０１２０１５０（Ａ１）号及び同第２００４／００６８１７８（Ａ１）号に詳述されており、これらの開示は全て、参照により本明細書に組み込まれている。
【００３３】
いくつかの実施形態では、ＥＮＴツール５２の遠位先端に連結された位置センサ５６は、患者２２の頭部４１において追跡され、これにより、センサ５６の座標が、位置追跡システムの座標系５１において報告される。いくつかの実施形態では、ダミーツール６２の遠位先端に連結されたセンサ６６は、座標系５１を参照して報告され、物理３Ｄモデル６０において追跡され、それは、ＣＴシステムの座標系６１と位置合わせされる。いくつかの実施形態では、プロセッサ３４は、頭部４１内のツール５２のそれぞれの位置及び配向を模倣する位置及び配向に、物理３Ｄモデル６０内でダミーツール６２を動かすことを可能にするために、座標系５１と６１との間で位置合わせするように構成されている。
【００３４】
本実施例では、システム２０は、ロケーションパッド４０を備え、ロケーションパッドは、フレーム４６上に固定された複数の磁場発生器４４を備える。図１に示される例示的な構成では、パッド４０は、５つの磁場発生器４４を備えるが、任意の他の好適な数の磁場発生器４４が使用され得る。
【００３５】
いくつかの実施形態では、パッド４０は、磁場発生器４４が患者の外部の固定された既知の位置に位置するように、患者２２の頭部４１の下に配置されている。一実施形態では、コンソール３３は、頭部４１の周りに既定の動作容積で磁場を生成するように、好適な信号で磁場発生器４４を駆動させるように構成された駆動回路（図示せず）を更に備える。
【００３６】
一実施形態では、プロセッサ３４は、典型的には、ＣＴ撮像システムなどの外部源からデータを受信するための好適なフロントエンド回路及びインターフェース回路を備える汎用コンピュータである。プロセッサ３４は、それぞれがハンドル３０及びロボット７０に接続され、かつシステム２０の他の構成要素を制御するためのそれぞれのケーブル３２及び７４を介して、センサ５６及び６６から位置信号を受信するように更に構成されている。
【００３７】
いくつかの実施形態では、プロセッサ３４は、頭部４１内を動くツール５２の遠位先端の位置及び配向の第１の配列を、センサ５６から受信するように構成されている。第１の配列に基づき、プロセッサ３４は、ダミーツール６２の各位置及び配向が、ＥＮＴツール５２のそれぞれの位置及び配向を模倣するように、物理３Ｄモデル６０内の位置及び配向の第２の配列で、ダミーツール６２を自動的に動かすようにロボット７０を設定するように構成されている。
【００３８】
いくつかの実施形態では、プロセッサ３４は、例えば、座標系５１において、ダミーツール６２とＥＮＴツール５２との間で位置合わせするように構成されている。これらの実施形態では、位置センサ６６は、システム２０の構成から省略されてもよく、又は代替的に、ダミーツール６２の位置を検証するための制御手段として使用されてもよい。
【００３９】
いくつかの実施形態では、プロセッサ３４は、画像３５及び物理３Ｄモデル６０におけるセンサ５６及び６６のそれぞれの位置を同時に表示するように構成されている。一実施形態では、プロセッサ３４は、画像３５上及び／又はディスプレイ３６上の他の場所で重ね合わされた、仮想マーカ及び様々な測定値などのデータを表示するように更に構成されている。この実施形態では、医師２４は、ツール５２をナビゲートするための物理３Ｄモデル６０と、ディスプレイ３６上に表示されたデータとを使用して、副鼻腔形成処置を実施することができる。
【００４０】
代替的な実施形態では、１つ又は２つ以上のＣＴ画像を受信する代わりに、プロセッサ３４は、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）などの別の好適な解剖学的撮像技術を使用して取得される１つ又は２つ以上の画像を受信するように、かつ上記のように、ＭＲＩシステムと位置追跡システムの座標系間で位置合わせするように構成されている。
【００４１】
代替的な実施形態では、物理３Ｄモデル６０は、印刷された３Ｄ物理モデルの代わりに、任意の種類の３Ｄモデルを含んでもよい。例えば、一実施形態では、プロセッサ３４は、ＣＴ画像に基づき構築されたホログラムなどの３Ｄシーンを構築するように、かつ好適なホログラフィックディスプレイ上にホログラムを表示するように構成されている。これらの実施形態では、プロセッサ３４は、マーカがダミーツールの遠位先端又は任意の他の好適な部分を示すように、３Ｄシーン上にマーカを投影することによって、ＥＮＴツール５２の位置を模倣するように更に構成されている。代替的に、ダミーツール６２などの物理ダミーツールが、シーン内のＥＮＴツール５２の位置及び配向を模倣するために使用されてもよい。
【００４２】
図１は、簡潔性かつ明瞭性のため、開示技法に関連する要素のみを示す。システム２０は、典型的に、開示技法に直接には関連せず、したがって図１及び対応する説明から意図的に省略されている付加的なモジュール及び要素を備える。
【００４３】
プロセッサ３４は、システムによって使用される機能を実行するように、かつソフトウェアによって処理されるか、又は別様に使用されるデータをメモリ（図示せず）に記憶するようにプログラムされ得る。このソフトウェアは、例えばネットワークを介して電子的形態でプロセッサにダウンロードされてもよく、又は光学的、磁気的、若しくは電子的メモリ媒体など、持続性の有形媒体上に提供されてもよい。代替的に、プロセッサ３４の機能の一部又は全ては、専用の又はプログラム可能なデジタルハードウェア構成要素によって実行されてもよい。
【００４４】
図２は、本発明の一実施形態による、頭部４１内のＥＮＴツール５２の位置及び配向を可視化するための方法を概略的に図示するフローチャートである。いくつかの実施形態では、方法は、医療処置の前に実行される準備手順、及び医療処置中に実行される操作を含む。
【００４５】
準備手順は、画像取得ステップ１００において、プロセッサ３４が頭部４１の１つ又は２つ以上の解剖学的画像を受信することから始まる。いくつかの実施形態では、ＣＴシステムなどの解剖学的撮像システムは、頭部４１の断面視画像の複数の２Ｄスライスを取得する。いくつかの実施形態では、２Ｄスライスは、各スライス内の様々な種類の組織を識別するようにセグメント化される。
【００４６】
いくつかの実施形態では、プロセッサ３４は、２Ｄスライスに基づき、頭部４１の仮想３Ｄモデルを構築するように、又はＣＴシステムから頭部４１の仮想３Ｄモデルを受信するように構成されている。
【００４７】
物理３Ｄモデル形成ステップ１０２において、プロセッサ３４は、受信されたＣＴ画像に基づき、３Ｄプリンタ又は任意の他の好適な生成技術を使用して生成される、頭部４１の少なくとも一部の物理３Ｄモデル６０を生成するための命令を導出する。両方のモデルが頭部４１の同じＣＴ画像から導出されるため、物理３Ｄモデル６０の全てのボクセルが、画像取得ステップ１００において記載される仮想３Ｄモデルの対応するボクセルと位置合わせされることに留意されたい。したがって、物理３Ｄモデル６０は、ＣＴシステムの座標系６１と位置合わせされる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、物理３Ｄモデル６０は、モデル６０の副鼻腔６８が副鼻腔５８の断面図の物理３Ｄモデルであるように、画像３５に表示される断面図の物理モデルを含む。
【００４９】
準備手順を完了する位置合わせステップ１０４において、プロセッサ３４は、位置追跡システムの座標系５１とＣＴシステムの座標系６１との間で位置合わせする。この位置合わせスキームは、物理３Ｄモデル６０（座標系６１と位置合わせされる）における、ダミーツール６２の位置及び配向（座標系５１において報告される）を追跡することを支持する。この位置合わせスキームは、センサ５６及び６６から受信された位置信号を使用して、ＥＮＴツール５２及びダミーツール６２の位置及び配向をそれぞれ、かつ典型的には同時に報告することを更に支持する。
【００５０】
図２の方法の医療処置の第１のステップであるＥＮＴツール挿入ステップ１０６において、医師２４は、その遠位先端に位置センサ５６が連結されたＥＮＴツール５２を、患者２２の頭部４１に挿入する。
【００５１】
配列取得ステップ１０８において、プロセッサ３４は、頭部４１内のＥＮＴツール５２の遠位先端の位置及び配向を示す位置信号の第１の配列を、ハンドル３０及びケーブル３２を介してセンサ５６から受信する。この方法を完了する３Ｄ可視化ステップ１１０において、プロセッサ３４は、ＥＮＴツール５２の位置及び配向の第１の配列を模倣する位置及び配向の第２の配列において、３Ｄモデル６０内のダミーツール６２を自動的に動かすことによって、ＥＮＴツール５２の位置及び配向を医師２４に可視化するようにロボット７０を設定する。
【００５２】
他の実施形態では、ダミーツール６２は、上記の図１に示されるロボット７０、アーム７２、物理ダミーツール６２、及びセンサ６６に代わるプロジェクタ（図示せず）を備えてもよい。プロセッサ３４によって制御されるプロジェクタは、プロセッサ３４から位置及び命令を受信するように、かつＥＮＴツール５２の位置の第１の配列を模倣する位置の第３の配列において、３Ｄモデル６０上に投影されたマーカを自動的に動かすことによって、ＥＮＴツール５２の位置を可視化するように構成されている。
【００５３】
更に他の実施形態では、システム２０は、ホログラムなどの３Ｄシーンを表示するように構成されたホログラフィックディスプレイ（図示せず）を備える。ホログラフィックディスプレイは、印刷された物理３Ｄモデル６０などの物理３Ｄモデルに代わることができる。これらの実施形態では、３ＤシーンがＣＴ画像に基づき構築された少なくともＲＯＩ（例えば、副鼻腔５８）を含むように、プロセッサ３４は、ホログラフィックディスプレイ上に３Ｄシーンを表示する。
【００５４】
一実施形態では、プロセッサ３４（例えば、プロジェクタを使用する）は、ホログラフィック物体として、又はマーカとして、３Ｄシーン上に投影される（例えば、異なる光の色を使用して）、ダミーツール６２を投影する。別の実施形態では、プロセッサ３４は、上記の図１に示される構成を使用して、ホログラムにおいてダミーツール６２などの物理ダミーツールを動かす。
【００５５】
代替的な実施形態では、位置センサ５６及び６６のうちの少なくとも１つが、遠位先端とは異なる任意の好適な位置において、それぞれのツール５２及び６２に連結されてもよい。例えば、ＥＮＴツール５２は、副鼻腔５８から物質を引き出すように構成された中空管を備えてもよい。この構成において、オフセットが上記の操作のためにプロセッサ３４内で保持されるように、センサ５６は、遠位先端から既定のオフセットでツール５２の遠位端上に取り付けられてもよい。これらの実施形態では、プロセッサ３４は、このオフセット、及び場合によっては、ツール６２の遠位先端に対するセンサ６６の位置に対する追加のオフセットを使用して、ツール５２と６２との間で位置合わせするように構成されている。
【００５６】
本明細書に記載される実施形態において、ダミーデバイス（例えば、ダミーツール６２）は、医療デバイス（例えば、ＥＮＴツール５２）の位置及び配向の両方を模倣する。代替的な実施形態では、ダミーデバイスは、医療デバイスの（配向ではなく）位置のみを模倣してもよい。この実装は、低減された機能性を有するが、システム（例えば、ロボット）を大幅に簡素化し得る。
【００５７】
本明細書に記載される実施形態は、主として副鼻腔形成処置に対処するが、本明細書に記載される方法及びシステムは、他の用途でも使用され得る。
【００５８】
したがって、上記に述べた実施形態は、例として引用したものであり、また本発明は、上記に具体的に示し説明したものに限定されないことが理解されよう。むしろ本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組み合わせ及びその一部の組み合わせの両方、並びに上述の説明を読むことで当業者により想到されるであろう、また従来技術において開示されていないそれらの変形及び修正を含むものである。参照により本特許出願に援用される文献は、これらの援用文献において、いずれかの用語が本明細書において明示的又は暗示的になされた定義と矛盾して定義されている場合には、本明細書における定義のみを考慮するものとする点を除き、本出願の一部とみなすものとする。
【００５９】
〔実施の態様〕
（１）  方法であって、
患者の身体内で動く医療デバイスの第１の位置の第１の配列を受信することと、
前記第１の配列を模倣する第２の位置の第２の配列において、前記身体の外部のダミーデバイスを自動的に動かすことによって、前記医療デバイスの前記第１の位置をユーザに可視化することと、を含む、方法。
（２）  前記第１の配列を受信することが、前記それぞれの第１の位置における前記医療デバイスの第１の配向を受信することを含み、前記ダミーデバイスを動かすことが、前記それぞれの第２の位置における第２の配向に前記ダミーデバイスを配向させて、前記第１の配向を模倣することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（３）  前記医療デバイスが、耳鼻咽喉（ＥＮＴ）ツール又はガイドワイヤを備える、実施態様１に記載の方法。
（４）  前記ダミーデバイスを自動的に動かすことが、前記患者の前記身体の少なくとも一部をモデル化する物理三次元（３Ｄ）モデルにおいて前記ダミーデバイスを動かすことを含み、前記物理３Ｄモデルが、前記身体の外部にある、実施態様１に記載の方法。
（５）  前記身体の前記少なくとも一部の１つ又は２つ以上の解剖学的画像を受信し、前記１つ又は２つ以上の解剖学的画像に基づき、前記物理３Ｄモデルを生成するための命令を導出することによって、前記物理３Ｄモデルを生成することを含む、実施態様４に記載の方法。
【００６０】
（６）  前記物理３Ｄモデルを生成することが、前記命令に基づき、３Ｄプリンタを使用して前記物理３Ｄモデルを印刷することを含む、実施態様５に記載の方法。
（７）  前記ダミーデバイスを自動的に動かすことが、前記ダミーデバイスに連結されたロボットを制御して、前記ダミーデバイスを前記第２の位置に動かすことを含む、実施態様１に記載の方法。
（８）  前記ダミーデバイスを自動的に動かすことが、前記第２の位置においてマーカを投影するプロジェクタを制御することを含む、実施態様１に記載の方法。
（９）  前記第１の位置が、第１の座標系内に提供され、前記第２の位置が、第２の座標系内に提供され、前記第１の座標系と前記第２の座標系との間で位置合わせすることを含む、実施態様１に記載の方法。
（１０）  前記ダミーデバイスを自動的に動かすことが、前記患者の前記身体の少なくとも一部をモデル化する、前記身体の外部の三次元（３Ｄ）シーン内の前記ダミーデバイスを動かすことを含む、実施態様１に記載の方法。
【００６１】
（１１）  器官の前記少なくとも一部の１つ又は２つ以上の解剖学的画像を受信し、前記１つ又は２つ以上の解剖学的画像に基づき、前記３Ｄシーンを構築するための命令を導出することによって、前記３Ｄシーンを構築することを含む、実施態様１０に記載の方法。
（１２）  装置であって、
患者の身体内で動く医療デバイスの第１の位置の第１の配列を受信するように構成されたインターフェースと、
前記第１の配列を模倣する第２の位置の第２の配列において、前記身体の外部のダミーデバイスを自動的に動かすことによって、前記医療デバイスの前記第１の位置をユーザに可視化するように構成されたプロセッサと、を備える、装置。
（１３）  前記インターフェースが、位置追跡システムの位置センサから、前記それぞれの第１の位置における前記医療デバイスの第１の配向を受信するように構成され、前記プロセッサが、前記それぞれの第２の位置における第２の配向に前記ダミーデバイスを配向させて、前記第１の配向を模倣するように更に構成されている、実施態様１２に記載の装置。
（１４）  前記医療デバイスが、耳鼻咽喉（ＥＮＴ）ツール又はガイドワイヤを備える、実施態様１２に記載の装置。
（１５）  前記プロセッサが、前記患者の前記身体の少なくとも一部をモデル化する物理三次元（３Ｄ）モデルにおいて前記ダミーデバイスを動かすように構成され、前記物理３Ｄモデルが、前記身体の外部にある、実施態様１２に記載の装置。
【００６２】
（１６）  前記プロセッサが、前記ダミーデバイスに連結され、かつ前記ダミーデバイスを前記第２の位置に動かすように構成されたロボットを制御するように構成されている、実施態様１２に記載の装置。
（１７）  前記プロセッサが、前記第２の位置においてマーカを投影するように構成されたプロジェクタを制御するように構成されている、実施態様１２に記載の装置。
（１８）  前記第１の位置が、第１の座標系内に提供され、前記第２の位置が、第２の座標系内に提供され、前記プロセッサが、前記第１の座標系と前記第２の座標系との間で位置合わせするように構成されている、実施態様１２に記載の装置。
（１９）  前記プロセッサが、前記患者の前記身体の少なくとも一部をモデル化する三次元（３Ｄ）シーン内の前記ダミーデバイスを自動的に動かすように構成され、前記３Ｄシーンが、前記身体の外部にある、実施態様１２に記載の装置。
（２０）  前記プロセッサが、前記身体の前記少なくとも一部の１つ又は２つ以上の解剖学的画像を受信し、前記１つ又は２つ以上の解剖学的画像に基づき、前記３Ｄシーンを構築するための命令を導出することによって、前記３Ｄシーンを構築するように構成されている、実施態様１９に記載の装置。
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
2019048044000001.pdf