(57)【要約】【課題】外科手技のための、ナビゲーション、位置確認及び位置補正のシステム、装置及び方法を提供すること【解決手段】二次元Ｘ線透視画像から患者内の標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するためのシステムであって、マーカーの構造体、標的領域及びマーカーの構造体の一連の画像を取得するよう構成されているＸ線透視画像装置、及びコンピュータ装置を含む、システム。本コンピュータ装置は、複数の画像の各画像に関する、全体としてのマーカーの構造体の可能な及び最も確度の高い投影の検出に基づいて、一連の画像の少なくとも複数の画像に対する、Ｘ線透視画像装置の姿勢を推定するよう構成されている。本コンピュータ装置は、Ｘ線透視画像装置の推定された姿勢に基づいて、標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するよう更に構成されている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元Ｘ線透視画像から患者内の標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するためのシステムであって、
マーカーの構造体と、
前記標的領域及び前記マーカーの構造体の一連の画像を取得するよう構成されている、Ｘ線透視画像装置と、
コンピュータ装置であって、
複数の画像の各画像に関する、全体としての前記マーカーの構造体の可能な及び最も確度の高い投影の検出に基づいて、前記一連の画像の少なくとも前記複数の画像に対する、前記Ｘ線透視画像装置の姿勢を推定することと、
前記Ｘ線透視画像装置の前記推定された姿勢に基づいて、前記標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成することと
を行うように構成されている、コンピュータ装置と、
を備える、システム。
【請求項２】
医療装置の前記標的領域への接近を容易にするよう更に構成されている、請求項１に記載のシステムであって、医療装置が、前記一連の画像を取得する前に、前記標的領域に位置決めされており、前記コンピュータ装置が、前記Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームデータに基づいて、前記医療装置と前記標的との間のオフセットを判定するよう更に構成されている、システム。
【請求項３】
前記患者内の前記医療装置の前記位置を示す位置判定システムを更に備える、請求項２に記載のシステムであって、前記コンピュータ装置が、ディスプレイを備え、かつ
前記標的に関して、前記標的領域、及び前記医療装置の前記位置を表示することと、
前記位置判定システム及び前記ディスプレイにより、前記医療装置を前記標的領域にナビゲーションするのを容易にすることと、
前記医療装置と前記標的との間の前記判定されたオフセットに基づいて、前記標的に関して、前記医療装置の前記位置の前記表示を補正することと
を行うように構成されている、システム。
【請求項４】
前記コンピュータ装置が、
前記ディスプレイ上に前記標的領域の３Ｄレンダリングを表示することと、
前記位置判定システムを前記３Ｄレンダリングに位置合わせすることと
を行うように更に構成されている、請求項３に記載のシステムであって、
前記標的に関する前記医療装置の前記位置の前記補正が、前記位置判定システムと前記３Ｄレンダリングとの間の前記位置合わせを更新することを含む、システム。
【請求項５】
前記位置判定システムが、電磁式位置判定システムである、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記標的領域が、肺の少なくとも一部を含み、前記医療装置が、気道の管腔ネットワークを通して前記標的領域にナビゲーションされる、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
マーカーの構造体が規則的パターンである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
マーカーの構造体が二次元パターンである、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記標的領域が肺の少なくとも一部を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記標的が軟部組織標的である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
二次元Ｘ線透視画像から患者内の標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するための方法であって、
Ｘ線透視画像装置により、前記標的領域及びマーカーの構造体の一連の画像を取得することであって、前記マーカーの構造体は、前記患者と前記Ｘ線透視画像装置との間に置かれる、ことと、
複数の画像の各画像に関する、全体としての前記マーカーの構造体の可能な及び最も確度の高い投影の検出に基づいて、前記一連の画像の少なくとも前記複数の画像に対する、前記Ｘ線透視画像装置の姿勢を推定することと、
前記Ｘ線透視画像装置の前記推定された姿勢に基づいて、前記標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成することと
のために少なくとも１つのハードウェアプロセッサを使用する工程を含む、方法。
【請求項１２】
医療装置が、前記一連の画像を取得する前に、前記標的領域に置かれる、請求項１１に記載の方法であって、前記Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームデータに基づいて、前記医療装置と前記標的との間のオフセットを判定するために前記少なくとも１つのハードウェアプロセッサを使用する工程を更に含む、方法。
【請求項１３】
ディスプレイにより、前記医療装置の前記位置を示す、位置判定システムにより、前記医療装置を前記標的領域にナビゲーションするのを容易にすることと、
前記医療装置と前記標的との間の前記判定されたオフセットに基づいて、前記標的に関して、前記医療装置の前記位置の表示を補正することと
のために前記少なくとも１つのハードウェアプロセッサを使用する工程を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ディスプレイ上に前記標的領域の３Ｄレンダリングを表示することと、
前記位置判定システムを前記３Ｄレンダリングに位置合わせすることと
のために前記少なくとも１つのハードウェアプロセッサを使用する工程を更に含む、請求項１３に記載の方法であって、
前記標的に関する前記医療装置の前記位置の前記補正が、前記位置判定システムの前記３Ｄレンダリングへの前記位置合わせを更新する工程を含む、方法。
【請求項１５】
前記標的領域の既に取得済みのＣＴボリュームデータに基づいて、前記標的領域の前記３Ｄレンダリングを生成するために、前記少なくとも１つのハードウェアプロセッサを使用することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記位置判定システムが、電磁式位置判定システムである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記標的領域が、肺の少なくとも一部を含み、前記医療装置が、気道の管腔ネットワークを通して前記標的領域にナビゲーションされる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記マーカーの構造体が規則的パターンである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記マーカーの構造体が二次元パターンである、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記標的領域が肺の少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記標的が軟部組織標的である、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、外科手技のための、ナビゲーション、位置確認及び位置補正のシステム、装置及び方法に関する。より詳細には、本開示は、患者内の標的に対する医療装置の位置のリアルタイム判定を行うための、標準的なＸ線透視画像装置を使用してキャプチャした二次元Ｘ線透視画像からＸ線透視に基づく三次元ボリュームを構成するため、並びにこのＸ線透視に基づく三次元ボリュームを利用するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
肝臓、脳、心臓、肺、胆嚢、腎臓及び骨を含めた、さまざまな疾病が影響を及ぼす臓器を処置するための、内視鏡による手技又は侵襲性が最小限の手技などの、一般に適用される医療的方法がいくつか存在する。多くの場合、磁気共鳴画像法、超音波画像法、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）などの１つ以上の画像診断療法、並びに他のものが臨床家により使用されて、患者内部の目的領域、及び最終的には処置するための標的が特定される。
【０００３】
例えば、内視鏡的手法は、患者内の目的領域へとナビゲーションするのに有用であることが証明されており、肺などの身体の管腔ネットワーク内の領域の場合、特にそうである。内視鏡的手法、より詳細には肺における気管支鏡による手法を可能にするために、既に取得済みのＭＲＩデータ又はＣＴ画像データを使用して、肺などの特定の身体部分の三次元レンダリング又はボリュームを生成する、気管支ナビゲーションシステムが開発されている。特に、患者のＭＲＩスキャン又はＣＴスキャンから取得された、既に取得済みの画像を利用して、患者の三次元又はボリュームレンダリングを生成する。
【０００４】
次に、ＭＲＩスキャン又はＣＴスキャンから生成した、結果として得られたボリュームを利用して、ナビゲーション計画書を作成し、気管支鏡及び目的領域への患者の気管支の分岐により、ナビゲーション用カテーテル（又は、他の好適な装置）の進入（例えば、手作業により、又はロボット手術が行われる場合、コンソールにより）を容易にする。電磁式位置追跡は、ＣＴデータと協働して利用され、目的領域への気管支の分岐により、ナビゲーション用カテーテルの案内を容易にすることができる。ある種の場合、このナビゲーション用カテーテルは、目的領域に隣接した、又はその内部の分岐管腔ネットワークの気道の１つの内部に位置決めされて、１つ以上の医療機器へのアクセスを実現することができる。
【０００５】
別の例として、案内及び病変の位置を可視化を高めるため、又は損傷及び合併症を予防するため、ロボット支援手術を含めた腹腔鏡手技などの侵襲性を最小限にする手技は、術中Ｘ線透視装置を使用することができる。
【０００６】
ナビゲーション計画書を生成するため、又は肺などの患者の身体構造の三次元レンダリング若しくはボリュームレンダリングを生成するためでさえも、三次元ボリュームを構成するために必要な画像データを取得するため、ＭＲＩシステム又はＣＴシステムを利用することが臨床医に要求される。ＭＲＩシステム又はＣＴに基づく画像システムは、費用がかなり高く、多くの場合、ナビゲーション計画が生成される場所、又はナビゲーション手順が行われる場所と同じ場所で利用できない。
【０００７】
Ｘ線透視画像装置は、ナビゲーション手技中に、手術室に一般に置かれている。標準的なＸ線透視画像装置は、臨床家により使用されて、所望の位置にナビゲーションされた後に、器具又は医療装置の設置を可視化及び確認することができる。しかし、標準的なＸ線透視画像は、金属製器具及び骨、並びに心臓などの大きな軟部組織対象物などの、非常に密度の高い対象物を表示するが、Ｘ線透視画像は、病変などの目的とする小さな軟部組織対象物を解像するのは困難である。更に、Ｘ線透視画像は、二次元投影に過ぎない。三次元空間における小さな軟部組織対象物を見ることができるようにするためには、Ｘ線によるボリューム再構成が必要である。医学界において広範囲に使用されている、ＣＴ及びコーンビームＣＴなどの、軟部組織の三次元ボリューム再構成を実現するいくつかの解決策が存在する。これらの機械は、既知の較正済みＸ線源の位置からの複数のＸ線投影をアルゴリズムにより組み合わせて、軟部組織が目視可能になる三次元ボリュームにするものである。
【０００８】
生検又は処置のために離れた軟部組織に器具をナビゲーションするために、器具及び標的の両方が、ある種の三次元案内システムにおいて目視可能となるべきである。大多数のこれらのシステムは、身体を見通すためのいくつかのＸ線装置を使用する。例えば、ＣＴ機器は、手技中に、反復スキャンしながら使用されて、器具が標的に到達するまで、身体内への案内を実現することができる。これは、何度かの全ＣＴスキャン、専用ＣＴルーム及びスキャン間のブラインドナビゲーションを必要とするので、面倒な手技である。更に、各スキャンには、スタッフがその部屋を立ち去る必要がある。別の選択肢は、いくつかの操作室において利用可能であり、操作がいくらか容易となる、コーンビームＣＴ機器であるが、これは高価である、ＣＴのようにスキャン間にブラインドナビゲーションしか提供しない、ナビゲーションのため反復操作を複数回、必要とする、及びスタッフが部屋を立ち去る必要がある。
【０００９】
したがって、潜在的なコスト、調製の必要性及びこれらのシステムに伴う放射線照射の副作用のない、ＣＴ及びコーンビームＣＴ三次元画像案内の有益性を実現することができるシステムが必要とされている。特に、標的の効果的な処置を促進するために、標的に関する医療装置の比較的正確なナビゲーションを容易にするシステム及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示は、大部分の手技室において利用可能な標準的なＸ線透視画像装置によりキャプチャされたビデオ映像ストリーム（又は、複数の画像）から、小さな軟部組織対象物が目視可能になる、三次元ボリュームデータを構成するためのシステム及び方法を対象としている。Ｘ線透視に基づいて構成された三次元ボリュームデータは、案内、ナビゲーション計画、ナビゲーション正確度の改善、ナビゲーション確認及び処置確認のために使用することができる。
【００１１】
軟部組織対象物は、密度の高い組織などの密度の高い対象物により不明瞭になるので、それらの対象物は、標準的なＸ線透視画像及びビデオ映像では目視可能ではない。本開示は、不明瞭な目的物を三次元位置に基づいてフィルタリングし、次に二次元に逆投影する、三次元擬ボリュームを作製するためのシステム及び方法を対象としている。一態様では、それぞれ、さまざまな角度でキャプチャした複数のＸ線透視画像を利用して、三次元擬ボリュームデータを構成する。本開示は、患者又は患者の標的領域に対する、短い範囲の角度からキャプチャした、Ｘ線透視画像を利用する、三次元擬ボリュームデータを構成することが可能なシステム及び方法を記載している。更に、本開示はまた、標準的なＸ線透視画像装置によってキャプチャされた二次元画像又はビデオ映像を利用する、既に作製済みの三次元レンダリングを改善するためのシステム及び方法を対象としている。
【００１２】
以下により詳細に記載されているとおり、本開示の一態様は、三次元カテーテル位置、三次元標的組織（例えば、病変）位置などのＸ線透視ビデオ映像における、特徴部の三次元位置を決定することである。これを達成するために、各フレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢が判定されなければならない、又は既知でなければならない。Ｘ線透視画像装置に連結されている外部角度測定装置が利用される場合、画像装置の角度及び姿勢が、各フレームに対して既知である。しかし、外部測定装置が利用されない場合、以下により詳細に記載されているとおり、他の技法を使用して、各フレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢を判定する。例えば、キャプチャされたビデオ映像の各フレームに対する、Ｘ線透視装置の姿勢をアルゴリズムにより見出すために、既に取得済みのＣＴスキャンデータをＸ線透視ビデオ映像に位置合わせしてもよい。代替的に、Ｘ線透視ビデオ映像において数個の目視可能なマーカー（二次元の目視可能な特徴物）を追跡することによって、モーション技法からのいくつかの構造体を使用することにより姿勢及び三次元位置を一緒に解像してもよい。一部の態様では、患者の外部に置かれたマーカーの構造体を利用してもよい。次に、Ｘ線透視装置の姿勢は、複数の画像の各画像に関する、全体としてのマーカーの構造体の可能な及び最も確度の高い投影を検出することに基づいて推定することができる。一部の態様では、姿勢が既知（角度測定装置によって）である、より容易な技法を利用することができ、三次元特徴部の位置を解像することしか必要としない。動きを補正するため、少なくとも１つのマーカー（又は、カテーテル先端部などの手術装置）を利用してもよい。
【００１３】
複数のＸ線透視装置による二次元画像は、アルゴリズムにより加工されて、コーンビームＣＴに類似しているが、さまざまな任意の角度範囲及びＸ線透視装置の姿勢をとる、擬三次元ボリュームデータを作製することができ、この場合、Ｘ線透視装置は手作業により回転させる。角度範囲は、非常に小さく（約３０°）、三次元の再構成の質が不良となるおそれがある。使用されるアルゴリズムは、反復加速投影法／逆投影法であり、この方法は、解析アルゴリズム（例えば、ラドン変換、ＦＤＫ）とは異なり、任意の所定の角度範囲又は角回転速度を前提とするものではない。不良な三次元再構成を克服するため、未加工の三次元再構成されたデータをユーザに表示する代わりに、この三次元再構成物を、目的領域の周辺でクロップすることができる（本発明において、「ＦｌｕｏｒｏＣＴ  Ｂｌｏｂ」とも称される）。次に、このクロップした三次元データを、局所軟部組織の特徴部が特に目視可能になる、二次元の仮想Ｘ線透視画像へと再投影させることができる。この再投影された二次元画像は、とりわけ、ビデオ映像において観察されたものと同じＸ線透視装置の姿勢から行われた場合、質は良好となる（不良な三次元再構成物に比べる）。
【００１４】
三次元データを再構成するため、Ｘ線透視画像装置の姿勢は、ある固定された座標システムに対して、ビデオ映像における二次元Ｘ線透視装置フレームごとに判定されなければならない。キャプチャされた各フレームに対する、Ｘ線透視画像装置の姿勢は、以下に記載されている方法のいずれかを使用して判定することができる。例えば、この姿勢は、Ｘ線透視画像装置に連結されている外部測定装置を使用して、又は標的に関して、患者の外部に置かれたマーカーの構造体を利用することにより判定することができる。
【００１５】
更に又は代替的に、姿勢は、外部測定装置及び単一マーカー又はカテーテル先端部を使用して判定することができる。具体的には、一部の場合、Ｘ線透視装置（又はＣ−アーム）は回転中に不安定になるおそれがあり、この場合、ある程度の安定化が必要となる。不運なことに、フィルタリングすることにより、角度測定装置は、ビデオ映像全体の円滑な角度を依然として報告し、実際のカメラ姿勢において存在する高周波を無視することができる。この場合、単一の二次元マーカーが、ビデオ映像全域で追跡され得、カメラ姿勢を安定化させるため、又はマーカーの領域におけるその正確性を向上させるために使用することができる。マーカーは、通常、対象領域に位置するので、このことは、この領域におけるカメラ姿勢の正確度を増大させ、こうして、三次元再構成物の質を改善する。この方法はまた、ビデオ映像中の呼吸などの、患者の身体の動きを相殺するために使用することもできる。角度測定装置によって報告されるカメラ姿勢を使用する代わりに、追跡された二次元マーカーを使用して相殺されたカメラ姿勢が算出され、こうして、すべてのカメラ姿勢がマーカーに対して補正されることになる。使用される単一マーカーは、患者に現在挿入されている、器具又はカテーテルの先端部とすることができる。
【００１６】
更に又は代替的に、姿勢は、Ｘ線透視ビデオ映像を既に取得済みのＣＴデータに位置合わせすることにより判定することができる。具体的には、既に取得済みの患者のＣＴが利用可能となり得る。この場合、Ｘ線透視装置のビデオ映像の各フレームは、ＣＴの仮想Ｘ線透視フレームに位置合わせすることができる（カメラ姿勢は、このカメラ姿勢に対応する仮想Ｘ線透視画像が、ビデオ映像で観察されるものと一致するまで、ＣＴ空間で探索される）。このように、カメラ姿勢が、画像に基づく特徴部の一致を使用して実現される。
【００１７】
更に又は代替的に、姿勢は、マーカーの構造体により判定されてもよい。具体的には、マーカーの構造体は、画像をキャプチャする間、患者の外部、例えば患者の下に置かれる。マーカーの構造体は、各画像が構造体の少なくとも一部の投影を含むように更に置かれる。次に、画像中の各画素の確率がマーカーの構造体のマーカーとなることを示す各画像に対する確率マップが生成され得る。画像上のマーカーの構造体の投影に関する複数の仮想候補は、可能な方向を含めた、可能なさまざまな位置にＸ線透視装置を実質的に置くことにより生成され得る。次に、画像上のマーカーの構造体の投影であるという最も高い確率を有する候補は、確率マップに基づいて特定することができる。次に、特定された候補に関連するＸ線透視装置の仮想姿勢は、画像をキャプチャしている間に、Ｘ線透視装置の推定された姿勢として判定され得る。場合により、候補を特定する過程は精密化されてもよい。画像上のマーカーの構造体の投影であるその確率を最大化するために、確率マップに基づいて、候補の局所変形型を生成してもよい。次に、新しい仮想候補を、特定した候補の局所変形型に適合させることができる。新しい改善された候補を生成するＸ線透視装置の仮想姿勢が算出されて、画像をキャプチャしている間に、Ｘ線透視装置の推定された姿勢として判定される。
【００１８】
更に又は代替的に、カメラ姿勢は、モーション技法からの構造体を使用して判定することができる。具体的には、多数の二次元特徴部が、初めから終わりまで、二次元ビデオ映像フレーム全域で追跡され得る場合、これらの二次元特徴部を使用して、各フレームに対する、カメラ姿勢（三次元特徴部の位置と一緒に）を知ることができる。これらの特徴部は、手技中に、患者に導入される人工マーカーとすることができる。
【００１９】
生成した三次元擬ボリュームデータの中心からある距離でクロップする、器具／カテーテルからある距離でクロップする、又は先に得られた三次元ボリュームデータ（ＣＴ）に位置合わせしてどの対象物をフィルタリングするかを認識するためにこのデータを使用することにより、目的の組織から不鮮明な組織をフィルタリングすることができる。
【００２０】
軟部組織（標的病変など）が、三次元再構成データにおいて（又は、二次元の強化されたＦｌｕｏｒｏＣＴ画像において）、一旦、目視可能になると、Ｘ線透視装置の座標における三次元情報のすべてを得ることができる。未加工の三次元再構成データを用いて作業するとき、三次元情報がデータから直接得られる。代替的に、二次元の強化ＦｌｕｏｒｏＣＴ画像を用いて作業するとき、三次元位置を知るために、２つの角度のマーキングが必要である（三角測量）。一部の実施形態では、三次元再構成データをスライスに分割し、三次元位置データを得るために三角測量を必要としないほど、上記のスライスは十分に薄い。
【００２１】
リアルタイムに判定するため、又は器具と軟部組織標的の三次元関係とを確認するために、上記の得られた三次元データを利用することができる。例えば、データは、器具が標的に到達したかどうか、標的に対する器具の向き、器具と標的との間の距離、又は標的が器具のアブレーションゾーン内に収まっているかどうかを判定するために使用することができる。
【００２２】
更に又は代替的に、この三次元データを、ナビゲーションの補正に利用することができる。例えば、三次元位置をＸ線透視装置の座標からナビゲーションシステムの座標に変換して、対象領域におけるナビゲーションシステムの正確性を改善することができる。一態様では、ＥＭＮシステムにおいて利用されるとき、Ｃ−アームがアンテナに対して完全に垂直であると仮定すること、及びＸ線透視装置のビデオ映像において見られるカテーテル先端部を、ビデオ映像を撮影した時間でのアンテナにおけるカテーテル位置に適合させることにより、Ｘ線透視装置の座標がアンテナ座標に変換され得る。地球の磁場を使用するＣ−アームとアンテナとの間の角度を算出し、ＥＭＮセンサをＸ線透視画像装置に取り付ける、又はアンテナの既知の二次元特徴部を整列することにより、アンテナ位置合わせへの／アンテナ位置合わせからのＸ線透視もまた実現することができる。
【００２３】
本開示の態様は、同様の参照番号が類似の又は同じ要素を特定する図面を参照しながら、詳細に記載されている。本明細書において使用するとき、用語「遠位」は、ユーザからより遠くにあると記載されている部分を指し、一方、用語「近位」は、ユーザに対してより近くにあると記載されている部分を指す。
【００２４】
本開示の一態様によれば、二次元Ｘ線透視画像からのＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するためのシステムが提供される。本システムは、患者内の標的領域に医療装置をナビゲーションするのを容易にするよう構成されているコンピュータ装置、及び標的領域に対する複数の角度周辺の標的領域のＸ線透視ビデオ映像を取得するよう構成されているＸ線透視画像装置を含む。コンピュータ装置は、Ｘ線透視ビデオ映像の各フレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢を判定するよう、及び軟部組織対象物が、特に、迅速な反復三次元構成アルゴリズムを使用して目視可能になる、標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するよう構成されている。態様では、本システムは、装置の移動角度範囲を認識し、その範囲に沿った装置の相対回転速度を算出することにより、Ｘ線透視画像装置の姿勢を判定するよう構成されている。一部の態様では、コンピュータ装置は、少なくとも部分的に放射線不透明なマーカーの構造体を介して、Ｘ線透視ビデオ映像の少なくとも複数のフレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢を判定するよう構成されている。一部の態様では、コンピュータ装置は、当該技術分野で公知の、三次元構成アルゴリズムを使用して、標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するよう構成されている。
【００２５】
医療装置又は器具は、患者の管腔ネットワーク内に位置決めするよう構成されている拡張作業チャネルを含む、カテーテルアセンブリであってもよく、又は医療装置は、標的領域内に置かれるよう構成されている放射線不透過マーカーとすることができる。放射線不透過マーカーは、取得したＸ線透視ビデオ映像において、少なくとも一部が目視可能である。医療装置は、ロボットによる最低限の侵襲性手術を含めた、最小限の侵襲的手術に使用される外科用機器であってもよい。
【００２６】
コンピュータ装置は、既に取得済みのＣＴボリュームデータから患者の仮想Ｘ線透視画像を作製するよう、及び取得したＸ線透視ビデオ映像内に生成した仮想Ｘ線透視画像を位置合わせするよう更に構成されてもよい。Ｘ線透視ビデオ映像の各フレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢は、Ｘ線透視ビデオ映像と仮想Ｘ線透視画像との間に位置合わせしたものに基づいて判定され得る。
【００２７】
コンピュータ装置は、Ｘ線透視ビデオ映像から行方不明のフレームを検出し、対応する仮想Ｘ線透視画像を用いて検出された行方不明のフレームを補助するよう更に構成されてもよい。Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームデータは、Ｘ線透視ビデオ映像及び対応する仮想Ｘ線透視画像に基づいて構成されてもよい。一態様では、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームデータは、「相互情報」などの画像に基づく技法を使用して、既に取得済みのＣＴデータに位置合わせされてもよい。Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームデータは、目的の標的領域の近位の、既に取得済みのＣＴデータに全領域又は局所的に位置合わせされてもよい。コンピュータ装置が好適な及び非好適な位置合わせのうちの多数の例を「認識して」、２つの非常に異なるモダリティをどのように位置合わせするかを学習する、深層学習に基づく手法を利用することができる。
【００２８】
更に、コンピュータ装置は、Ｘ線透視ビデオ映像全体の標的領域にナビゲーションされた医療装置の二次元位置又は方向を追跡するよう更に構成されていてもよい。コンピュータ装置は、ストラクチャフロムモーション（structure-from-motion）技法を使用して、Ｘ線透視ビデオ映像全体にわたる、医療装置の位置を再構成するよう更に構成されていてもよい。Ｘ線透視ビデオ映像の各フレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢は、再構成された位置に基づいて判定することができる。更に又は代替的に、Ｘ線透視ビデオ映像の各フレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢は、外部角度測定装置に基づいて判定され得る。外部角測定装置は、加速度計、ジャイロスコープ、又はＸ線透視画像装置に連結されている磁場センサを含むことができる。更に又は代替的に、Ｘ線透視ビデオ映像の各フレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢は、画像をキャプチャしている間に、患者の外部に置かれたマーカーの構造体により判定され得る。更に、態様では、コンピュータ装置は、標的領域のキャプチャされたフレームを同期して、Ｘ線透視画像装置における位置変化又は患者の動きを相殺して、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成したものを補正するよう構成されてもよい。更に又は代替的に、コンピュータ装置は、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームデータから対象領域をクロップし、このクロップした対象領域をキャプチャされたフレーム上に投影し、対象領域又はキャプチャされたフレームの少なくとも１つを鮮明にする又は特定して、軟部組織対象物、又は任意の他の目的の対象物を特定するよう構成されていてもよい。
【００２９】
本開示の更に別の態様では、二次元Ｘ線透視画像からのＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するための方法が提供される。本方法は、患者内の標的領域に医療装置をナビゲーションする工程、Ｘ線透視画像装置を使用して、標的領域に対する複数の角度周辺の標的領域のＸ線透視ビデオ映像を取得する工程、Ｘ線透視ビデオ映像の各フレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢を判定する工程、及び軟部組織対象物が高速反復三次元構成アルゴリズムを使用して目視可能となる標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成する工程を含む。医療装置は、患者の管腔ネットワーク内に位置決めするよう構成されている拡張作業チャネルを含む、カテーテルアセンブリであってもよく、又は医療装置は、標的領域内に置かれるよう構成されている放射線不透過マーカーとすることができる。放射線不透過マーカーは、取得したＸ線透視ビデオ映像において、少なくとも一部が目視可能である。
【００３０】
本方法は、既に取得済みのＣＴボリュームデータから患者の仮想Ｘ線透視画像を作製する工程、及び仮想Ｘ線透視画像内のＸ線透視ビデオ映像を位置合わせする工程を更に含むことができ、Ｘ線透視ビデオ映像の各フレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢を判定する工程は、Ｘ線透視ビデオ映像と仮想Ｘ線透視画像との間に位置合わせしたものに基づく。本方法は、Ｘ線透視ビデオ映像から行方不明のフレームを検出する工程、及び対応する仮想Ｘ線透視画像を用いて検出された行方不明のフレームを補助する工程を更に含むことができる。更に、本開示の態様では、本方法は、Ｘ線透視ビデオ映像全体の標的領域にナビゲーションされた医療装置の二次元位置又は方向を追跡する工程を更に含むことができる。
【００３１】
Ｘ線透視ビデオ映像の全体にわたる医療装置の位置は、ストラクチャフロムモーション技法を使用して再構成することができる。Ｘ線透視ビデオ映像の各フレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢は、再構成された位置に基づいて判定され得る。更に又は代替的に、Ｘ線透視ビデオ映像の各フレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢は、外部角度測定装置に基づいて判定され得る。外部角測定装置は、加速度計、ジャイロスコープ、又はＸ線透視画像装置に連結されている磁場センサを含むことができる。更に又は代替的に、Ｘ線透視ビデオ映像の各フレームに対するＸ線透視画像装置の姿勢は、Ｘ線透視画像をキャプチャしている間に、患者の身体の外部に、標的領域に対して置かれた少なくとも一部の放射線不透過マーカーの構造体により判定され得る。更に、態様では、本方法は、標的領域のキャプチャされたフレームを同期する工程、及びＸ線透視画像装置における位置変化又は患者の動きを相殺して、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成したものを補正する工程を含むことができる。更に又は代替的に、本方法は、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームデータから対象領域をクロップする工程、このクロップした対象領域をキャプチャされたフレーム上に投影する工程、及び対象領域又はキャプチャされたフレームの少なくとも１つを鮮明にして特定し、軟部組織対象物を特定する工程を含むことができる。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
二次元Ｘ線透視画像から患者内の標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するためのシステムであって、
マーカーの構造体と、
前記標的領域及び前記マーカーの構造体の一連の画像を取得するよう構成されている、Ｘ線透視画像装置と、
コンピュータ装置であって、
複数の画像の各画像に関する、全体としての前記マーカーの構造体の可能な及び最も確度の高い投影の検出に基づいて、前記一連の画像の少なくとも前記複数の画像に対する、前記Ｘ線透視画像装置の姿勢を推定することと、
前記Ｘ線透視画像装置の前記推定された姿勢に基づいて、前記標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成することと
を行うように構成されている、コンピュータ装置と、
を備える、システム。
（項目２）
医療装置の前記標的領域への接近を容易にするよう更に構成されている、上記項目に記載のシステムであって、医療装置が、前記一連の画像を取得する前に、前記標的領域に位置決めされており、前記コンピュータ装置が、前記Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームデータに基づいて、前記医療装置と前記標的との間のオフセットを判定するよう更に構成されている、システム。
（項目３）
前記患者内の前記医療装置の前記位置を示す位置判定システムを更に備える、上記項目のいずれか一項に記載のシステムであって、前記コンピュータ装置が、ディスプレイを備え、かつ
前記標的に関して、前記標的領域、及び前記医療装置の前記位置を表示することと、
前記位置判定システム及び前記ディスプレイにより、前記医療装置を前記標的領域にナビゲーションするのを容易にすることと、
前記医療装置と前記標的との間の前記判定されたオフセットに基づいて、前記標的に関して、前記医療装置の前記位置の前記表示を補正することと
を行うように構成されている、システム。
（項目４）
前記コンピュータ装置が、
前記ディスプレイ上に前記標的領域の３Ｄレンダリングを表示することと、
前記位置判定システムを前記３Ｄレンダリングに位置合わせすることと
を行うように更に構成されている、上記項目のいずれか一項に記載のシステムであって、
前記標的に関する前記医療装置の前記位置の前記補正が、前記位置判定システムと前記３Ｄレンダリングとの間の前記位置合わせを更新することを含む、システム。
（項目５）
前記位置判定システムが、電磁式位置判定システムである、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目６）
前記標的領域が、肺の少なくとも一部を含み、前記医療装置が、気道の管腔ネットワークを通して前記標的領域にナビゲーションされる、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目７）
マーカーの構造体が規則的パターンである、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目８）
マーカーの構造体が二次元パターンである、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目９）
前記標的領域が肺の少なくとも一部を含む、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目１０）
前記標的が軟部組織標的である、上記項目のいずれか一項に記載のシステム。
（項目１１）
二次元Ｘ線透視画像から患者内の標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するための方法であって、
Ｘ線透視画像装置により、前記標的領域及びマーカーの構造体の一連の画像を取得することであって、前記マーカーの構造体は、前記患者と前記Ｘ線透視画像装置との間に置かれる、ことと、
複数の画像の各画像に関する、全体としての前記マーカーの構造体の可能な及び最も確度の高い投影の検出に基づいて、前記一連の画像の少なくとも前記複数の画像に対する、前記Ｘ線透視画像装置の姿勢を推定することと、
前記Ｘ線透視画像装置の前記推定された姿勢に基づいて、前記標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成することと
のために少なくとも１つのハードウェアプロセッサを使用する工程を含む、方法。
（項目１２）
医療装置が、前記一連の画像を取得する前に、前記標的領域に置かれる、上記項目のいずれか一項に記載の方法であって、前記Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームデータに基づいて、前記医療装置と前記標的との間のオフセットを判定するために前記少なくとも１つのハードウェアプロセッサを使用する工程を更に含む、方法。
（項目１３）
ディスプレイにより、前記医療装置の前記位置を示す、位置判定システムにより、前記医療装置を前記標的領域にナビゲーションするのを容易にすることと、
前記医療装置と前記標的との間の前記判定されたオフセットに基づいて、前記標的に関して、前記医療装置の前記位置の表示を補正することと
のために前記少なくとも１つのハードウェアプロセッサを使用する工程を更に含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１４）
前記ディスプレイ上に前記標的領域の３Ｄレンダリングを表示することと、
前記位置判定システムを前記３Ｄレンダリングに位置合わせすることと
のために前記少なくとも１つのハードウェアプロセッサを使用する工程を更に含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法であって、
前記標的に関する前記医療装置の前記位置の前記補正が、前記位置判定システムの前記３Ｄレンダリングへの前記位置合わせを更新する工程を含む、方法。
（項目１５）
前記標的領域の既に取得済みのＣＴボリュームデータに基づいて、前記標的領域の前記３Ｄレンダリングを生成するために、前記少なくとも１つのハードウェアプロセッサを使用することを更に含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１６）
前記位置判定システムが、電磁式位置判定システムである、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１７）
前記標的領域が、肺の少なくとも一部を含み、前記医療装置が、気道の管腔ネットワークを通して前記標的領域にナビゲーションされる、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１８）
前記マーカーの構造体が規則的パターンである、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１９）
前記マーカーの構造体が二次元パターンである、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目２０）
前記標的領域が肺の少なくとも一部を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目２１）
前記標的が軟部組織標的である、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（摘要）
二次元Ｘ線透視画像から患者内の標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するためのシステムであって、マーカーの構造体、標的領域及びマーカーの構造体の一連の画像を取得するよう構成されているＸ線透視画像装置、及びコンピュータ装置を含む、システム。本コンピュータ装置は、複数の画像の各画像に関する、全体としてのマーカーの構造体の可能な及び最も確度の高い投影の検出に基づいて、一連の画像の少なくとも複数の画像に対する、Ｘ線透視画像装置の姿勢を推定するよう構成されている。本コンピュータ装置は、Ｘ線透視画像装置の推定された姿勢に基づいて、標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するよう更に構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本開示のさまざまな態様及び実施形態が、図面を参照にしながら、本明細書の以下に記載されている。
【００３３】
【図１】本開示による、Ｘ線透視画像装置を組み込んだ電磁ナビゲーション（ＥＭＮ）システムの１つの例示的実施形態の斜視図である。
【００３４】
【図２】Ｘ線透視画像装置モデルを例示する図である。
【００３５】
【図３Ａ】複数の放射線不透過マーカーを使用した、三次元ボリュームを構成するための方法のフローチャートである。
【００３６】
【図３Ｂ】本開示による、マーカー及び患者の標的領域内に置かれたカテーテルアセンブリの拡張作業チャネルを示す、Ｘ線透視画像装置によりキャプチャされたＸ線透視ビデオ映像のフレームの例を例示した図である。
【００３７】
【図４】単一の放射線不透過マーカー又はカテーテルアセンブリの拡張作業チャネルの先端のどちらか一方を使用して、三次元ボリュームを構成するための方法のフローチャートである。
【００３８】
【図５】角度測定装置と組み合わせた、単一の放射線不透過マーカー又はカテーテルアセンブリの拡張作業チャネルの先端のどちらか一方を使用して、三次元ボリュームを構成するための方法のフローチャートである。
【００３９】
【図６】本開示による、三次元モデルを構成するための方法のフローチャートである。
【００４０】
【図７】ランプフィルタリングした後の、フレームの画像である、Ｘ線透視画像装置によりキャプチャした元々のビデオ映像のフレーム、及び得られた三次元ボリュームを例示した図である。
【００４１】
【図８】Ｘ線透視画像／ビデオ映像の所与の角度範囲に従い生成した三次元構成を例示した図である。
【００４２】
【図９Ａ】本開示による、マーカーの構造体による、Ｘ線透視による三次元ボリュームを構成するための別の方法のフローチャートである。
【００４３】
【図９Ｂ】図９Ａの方法による、球体マーカーの二次元グリッド構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本開示は、大部分の手技室において利用可能な標準的なＸ線透視画像装置によりキャプチャされたビデオ映像ストリームから、小さな軟部組織対象物を目視可能にする、局所三次元ボリュームデータを構成するためのシステム及び方法を対象としている。本開示は、三次元ボリュームデータによる患者内の軟部組織標的に対する医療装置の位置を判定するためのシステム及び方法を更に対象とする。構成されたＸ線透視に基づく局所三次元ボリュームデータ、又は軟部組織標的に対する医療装置の位置は、案内、ナビゲーション計画、ナビゲーション正確度の改善、ナビゲーション確認及び処置確認のために使用することができる。
【００４５】
用語「器具」、「手術機器」、「手術装置」、「エネルギー装置」、「医療装置」などは、本明細書により、互換的に使用することができる。
【００４６】
図１は、電磁ナビゲーション（ＥＭＮ）システム１００であって、１つ以上の標的を特定するためのＣＴ画像データを再検討するため、特定した標的への経路を計画（計画段階）するため、ユーザインターフェースにより標的へのカテーテルアセンブリの拡張作業チャネル（ＥＷＣ）１２をナビゲーション（ナビゲーション段階）するため、及び標的に対するＥＷＣ１２の設置を確認するために構成されている、上記の電磁ナビゲーション（ＥＭＮ）システムを図示している。このようなＥＭＮシステムの１つは、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ  ＰＬＣにより現在販売されている、ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ  ＢＲＯＮＣＨＯＳＣＯＰＹ（登録商標）システムである。標的は、計画段階の間に、ＣＴ画像データの再検討により特定される目的の組織とすることができる。ナビゲーション後、生検用器具又は他の器具などの医療機器は、ＥＷＣ１２に挿入されて、標的に、又はその近位に位置する組織から組織サンプルを得ることができる。
【００４７】
図１に示されるように、ＥＷＣ１２は、カテーテルガイドアセンブリ４０の一部である。実際に、ＥＷＣ１２は、患者「Ｐ」の管腔ネットワークにアクセスするため、気管支鏡３０に挿入される。具体的には、カテーテルガイドアセンブリ４０のＥＷＣ１２が、患者の管腔ネットワークからナビゲーションするために気管支鏡３０の作業チャネルに挿入されてもよい。センサ４４を含めた位置特定可能ガイド（ＬＧ）３２は、ＥＷＣ１２に挿入され、センサ４４がＥＷＣ１２の遠位先端部を超えた所望の距離まで延在するような位置にロックされる。基準座標システムに対するセンサ４４の位置及び向き、並びに従って、電磁場内のＥＷＣ１２の遠位部分が誘導され得る。カテーテルガイドアセンブリ４０は、商標名ＳＵＰＥＲＤＩＭＥＮＳＩＯＮ（登録商標）手技キット又はＥＤＧＥ（商標）手技キットで、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ  ＰＬＣにより現在上市されて、販売されており、本開示により使用可能なものとして企図される。カテーテルガイドアセンブリ４０の更なる詳細説明に関すると、それらの各々の全内容が参照により本明細書に組み込まれている、共同所有のＬａｄｔｋｏｗらによる、２０１３年３月１５日に出願の米国特許公開第２０１４／００４６３１５号、米国特許第７，２３３，８２０号及び米国特許第９，０４４，２５４号が参照される。
【００４８】
ＥＭＮシステム１００は、患者「ｐ」を支持するよう構成された操作テーブル２０、患者「Ｐ」の口から患者「Ｐ」の気道に挿入するよう構成されている気管支鏡３０；気管支鏡３０に連結されているモニタリング機器１２０（例えば、気管支鏡３０のビデオ映像システムから受信したビデオ画像を表示するためのビデオ映像ディスプレイ）；追跡モジュール５２、複数の基準センサ５４及びトランスミッタマット５６を含む追跡システム５０；並びに標的の特定、標的への経路プランニング、医療機器の標的へのナビゲーション及び標的に対するＥＷＣ１２又はそこを通過する好適な装置の設置確認を容易にするために使用されるソフトウェア及び／又はハードウェアを含むコンピュータ装置１２５を一般に含む。
【００４９】
Ｘ線透視画像若しくはＸ線画像、又は患者「Ｐ」のビデオ映像を取得することが可能なＸ線透視画像装置１１０が、システム１００のこの特定の態様にやはり含まれている。画像、一連の画像、Ｘ線透視画像装置１１０によってキャプチャされたビデオ映像は、Ｘ線透視画像装置１１０に記憶されてもよく、又は保管、加工及び表示のために、コンピュータ装置１２５に伝送されてもよい。更に、Ｘ線透視画像装置１１０は、患者「Ｐ」に対して移動することができ、その結果、画像は、患者「Ｐ」に対するさまざまな角度又は視点から取得されて、Ｘ線透視ビデオ映像を作製することができる。本開示の一態様では、Ｘ線透視画像装置１１０は、患者「Ｐ」に対するＸ線透視画像装置１１０の角度を測定するよう構成されている角度測定装置１１１を含む。角度測定装置１１１は、加速度計であってもよい。Ｘ線透視画像装置１１０は、単一画像装置、又は２つ以上の画像装置を含むことができる。複数の画像装置を含む実施形態では、各画像装置は、異なるタイプの画像装置又は同一のタイプのものとすることができる。画像装置１１０に関する更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第８，５６５，８５８号に記載されている。
【００５０】
コンピュータ装置１２５は、プロセッサ及び記憶媒体を含む、任意の好適なコンピュータ装置とすることができ、この場合、プロセッサは、記憶媒体に記憶される指示を実行することが可能である。コンピュータ装置１２５は、患者データを記憶するよう構成されているデータベース、ＣＴ画像を含むＣＴデータ一式、Ｘ線透視画像及びビデオ映像、ナビゲーション計画書及び任意の他のこのようなデータを含めたＸ線透視データ一式を更に含むことができる。明示的に例示されていないが、コンピュータ装置１２５は、入力端子を含んでもよく、又はそうでない場合、ＣＴデータ一式、Ｘ線透視画像／ビデオ映像、及び本明細書に記載されている他のデータを受信するよう構成されてもよい。更に、コンピュータ装置１２５は、グラフィカルユーザインターフェースを表示するよう構成されているディスプレイを含む。コンピュータ装置１２５は、１つ以上のネットワークであって、これを介して１つ以上のデータベースにアクセスすることができる、上記のネットワークに接続されていてもよい。
【００５１】
計画段階に関すると、コンピュータ装置１２５は、患者「Ｐ」の気道の三次元モデルを生成及び観察するために、既に取得済みのＣＴ画像データを利用する、三次元モデル上で標的を特定することができる（自動的に、半自動的に又は手動により）、並びに患者「Ｐ」の気道から標的及びその周辺に位置する組織への経路を判定することを可能にする。より詳細には、以前のＣＴスキャンから取得したＣＴ画像を加工し、三次元ＣＴボリュームへと組み立てて、次に、この三次元ＣＴボリュームが利用されて、患者「Ｐ」の気道の三次元モデルが生成される。この三次元モデルは、コンピュータ装置１２５に関連したディスプレイ上に、又は任意の他の適切な方法で表示され得る。コンピュータ装置１２５を使用して、三次元モデルのさまざまな観察、又は三次元モデルから生成した強化された二次元画像が提示される。強化された二次元画像は、三次元データから生成するので、一部の三次元的な機能を有することができる。三次元モデルは、三次元モデル又は二次元画像上の標的の特定を容易にするよう操作され得、患者「Ｐ」の気道から標的に位置する組織にアクセスする好適な経路の選択を行うことができる。一旦、選択されると、経路プラン、三次元モデル、及びそれから誘導される画像がセーブされて、ナビゲーション段階の間に使用するためのナビゲーションシステムにエクスポートすることができる。このようなプランニングソフトウェアの１つは、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ  ＰＬＣにより現在、販売されている、ＩＬＯＧＩＣ（登録商標）プランニングスイート（planning  suite）である。
【００５２】
ナビゲーション段階に関すると、例えば、その各々の全内容が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第８，４６７，５８９号、同第６，１８８，３５５号、及び国際公開第００／１０４５６号及び国際公開第０１／６７０３５号に記載されているものと類似した、６つの自由度がある電磁式位置追跡システム５０、又は他の好適な位置測定システムを、ナビゲーション用の画像及び経路の位置合わせを行うために利用されるが、他の構成も企図される。追跡システム５０は、追跡モジュール５２、複数の基準センサ５４及びトランスミッタマット５６を含む。追跡システム５０は、位置特定可能ガイド３２、及び特にセンサ４４と共に使用するよう構成されている。上記のとおり、位置特定可能ガイド３２及びセンサ４４は、患者「Ｐ」の気道にＥＷＣ１２から挿入するよう構成されており（気管支鏡３０を備える又は備えていない）、ロック機構により、互いに対して選択的にロック可能である。
【００５３】
トランスミッタマット５６は、患者「Ｐ」の下に置かれる。トランスミッタマット５６は、患者「Ｐ」の少なくとも一部の周辺に電磁場を発生し、この患者内部で、複数の基準センサ５４及びセンサ素子４４の位置が、追跡モジュール５２の使用により判定することができる。１つ以上の基準センサ５４が、患者「Ｐ」の胸部に取り付けられている。６つの自由度の基準センサ５４の座標が、コンピュータ装置１２５（これは、適切なソフトウェアを含む）に送信され、ここで、それらの座標が使用されて、参照となる患者の座標フレームが算出される。以下に詳述されているとおり、位置合わせが一般に行われて、計画段階からの三次元モデル及び二次元画像の位置と気管支鏡３０から観察される患者「Ｐ」の気道とを整合し、気管支鏡３０が到達し得ない気道の部分でさえも、センサ４４の位置の正確な認識により、ナビゲーション段階を着手することが可能となる。管腔ナビゲーションにおけるこのような位置合わせ技法及びその実行の更なる詳細は、その全内容が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許出願公開第２０１１／００８５７２０号に見出すことができるが、他の適切な技法も企図される。
【００５４】
トランスミッタマット５６上の患者「Ｐ」の位置の位置合わせは、患者「Ｐ」の気道を通ってＬＧ３２を移動させることにより行われる。より詳細には、センサ４４の位置に関係するデータは、位置特定可能ガイド３２が気道を通って移動している間、トランスミッタマット５６、基準センサ５４及び追跡モジュール５２を使用して記録される。この位置データから得られた形状を、計画段階で生成した三次元モデルの経路の内部幾何形状と比較し、この形状とこの比較に基づく三次元モデルとの間の位置の相互関係を、例えば、コンピュータ装置１２５のソフトウェアを利用して判定する。更に、このソフトウェアは、三次元モデルにおける非組織空間（例えば、空気充填空洞）を特定する。このソフトウェアは、記録された位置データ、及び位置特定可能ガイド３２は、患者「Ｐ」の気道における非組織空間に依然として位置しているという仮定に基づいた、三次元モデルから生成した三次元モデル及び二次元画像により、センサ４４の位置を表す画像を一列に並べるか、又は位置合わせする。代替的に、センサ４４を用いて、患者「Ｐ」の肺におけるあらかじめ指定された位置に気管支鏡３０をナビゲーションして、気管支鏡からの画像を三次元モデルのモデルデータと関係付けることによる、手作業による位置合わせ技法が使用されてもよい。
【００５５】
患者「Ｐ」を画像データ及び経路プランに位置合わせした後、ユーザインターフェースは、臨床医が標的に到達するために従うことになる経路を設定するナビゲーションソフトウェアに表示される。このようなナビゲーションソフトウェアの１つは、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ  ＰＬＣにより現在、販売されている、ＩＬＯＧＩＣ（登録商標）ナビゲーションスイートである。
【００５６】
一旦、ＥＷＣ１２が、ユーザインターフェース上に図示される標的の近位へのナビゲーションに成功すると、位置特定可能ガイド３２は、ＥＷＣ１２からロック解除されて取り外され、非限定的に、光学的システム、超音波プローブ、マーカー設置器具、生検用器具、アブレーション器具（すなわち、マイクロ波アブレーション用装置）、レーザープローブ、低温プローブ、センサプローブ及び標的への吸引針を含めた、医療機器を案内するためのガイドチャネルとして、所定の位置にＥＷＣ１２を置くことができる。
【００５７】
図１に図示されているシステム１００の構成要素を説明すると、図２〜１０の以下の説明は、システム１００のＸ線透視画像装置１１０を使用して、所望の対象領域の局所三次元ボリュームデータを構成し、医療装置と軟部組織標的との関係を判定するため、Ｘ線透視画像装置１１０を含むシステム１００の構成要素を使用する例示的なワークフローを提示している。本明細書に記載されているシステム及び方法は、患者の特定の標的領域を可視化するため、及び更には、医療手技の間に標的に対して医療装置を可視化するため、ＥＭＮ手技の間の医療的状況内に一般に位置する画像装置を利用するために有用となり得、それらにより、その後のＭＲＩ又はＣＴスキャンの必要性がなくなる。
【００５８】
次に、図２に転じると、Ｘ線透視画像装置１１０モデルが例示されている。Ｘ線透視画像装置１１０は、Ｘ線源２０１及び検出器２０３を含む。検出器２０３は、複数の二次元画素を規定する。各二次元画素は、Ｘ線源２０１から検出器２０３へと三次元空間を横切る、単一Ｘ線ビームに関連する。検出器２０３のサイズＤ、及びＸ線源−検出器の距離ＳＤＤは、以下の式を使用して、視野角が求まる：
【００５９】
【数１】
2019136508.tif 000002
【００６０】
主に、検出器サイズ及びＸ線源−検出器の距離により、さまざまなＸ線透視が異なる。Ｘ線透視データでは、画素は、特定のスケールに正規化されない。その明度は、Ｘ線透視装置により使用されるゲイン／曝露、及びＸ線源と検出器（台、手術装置など）との間をＸ線が横切る状況では他の対象物に依存する。ＣＴデータでは、ボクセルはそれぞれ、ハンスフィールド単位で測定される。ハンスフィールド単位は、以下の式を使用して、水及び空気の、観察された光度に関して測定される：
【００６１】
【数２】
2019136508.tif 000003
【００６２】
μは、減衰係数である。それらは、０から無限の範囲であり、Ｘ線ビームが、三次元ボリューム２０５の物質を横切るのがいかに困難であるかを測定するものである。「より厚い」物質は、より大きなμを有する。ＨＵは、空気が−１０００に、水が０に、及びより厚い物質が無限に増大するような減衰係数の尺度となる。
【００６３】
ベール−ランベルトの法則を使用して、Ｘ線透視装置の検出器２０３における各二次元画素は、以下によって与えられる：
【００６４】
【数３】
2019136508.tif 000004
【００６５】
μ（ｘ，ｙ，ｚ）は、位置（ｘ，ｙ，ｚ）における三次元ボリューム２０５の減衰係数である。Ｉ０は、Ｘ線源２０１エネルギー（エネルギーが高い程、明るい画像が生じる）である。単純にするため、Ｉ０＝１と仮定する。対数をとると、各二次元画素は、以下のとおり表される。
【００６６】
【数４】
2019136508.tif 000005
【００６７】
これは、三次元減衰係数上の線形式をもたらす、各二次元の検出器画素に当てはまる。多数のこのような式が利用されると（検出器２０３の各二次元画素を解像するため）、減衰係数が解かれ、三次元ボリューム２０５の三次元ボリュームデータが構成され得る。
【００６８】
ＣＴに対するＸ線透視装置−離散化：
【００６９】
三次元ボリューム２０５は、個別のグリッドに分割することができ、ボクセルは、（ｘｋ、ｙｋ、ｚｋ）にある。したがって、次に、各二次元画素を解くための式は、以下のとおり記載することができる：
【００７０】
【数５】
2019136508.tif 000006
【００７１】
上記の式の左側は、検出器２０３の観察された二次元画素であり、上記の式の右側は、減衰係数（解かれることになる）の加重合計であり、
【数６】
2019136508.tif 000007
は、Ｘ線源２０１のＸ線透視画像装置の既知の位置により求まる。
【００７２】
ボリューム減衰係数の値を解くことができるようになるため、十分な線形式が必要である。すなわち、さまざまな二次元画素の十分な二次元観察が必要である。標準的な検出器は、通常、１０２４×１０２４個の画素を有しており、各画素は、単一式によって表される。したがって、三次元ボリュームを再構成するために（多数のボクセルを解くために）、（多数の観察された二次元画素）を解くための多数の二次元観察が必要である。すなわち、多数のボクセルを解くために多数の二次元画素が必要である。式中の重み（weight）を既知にするため、Ｘ線透視画像装置のＸ線源２０１の構成（位置、向き、視野）が既知とならなければならない。
【００７３】
使用では、三次元ボリューム２０５は、患者の身体の一部である。複数のＸ線透視画像（ビデオ映像のフレームとして）からなるＸ線透視ビデオ映像が、患者に対する多数のさまざまな位置から、例えば、患者を中心に１８０°回転して撮影されて、患者に対してさまざまな位置で、二次元画素の複数の観察を取得される。以下により詳細に記載されているとおり、所与の時間における患者に対するＸ線透視画像装置の位置は、患者内に置かれた放射線不透過マーカーのストラクチャフロムモーション（図３Ａ〜３Ｂ）、キャプチャしたＸ線透視画像／ビデオ映像と生成した仮想Ｘ線透視画像との間に位置合わせしたもの（図４）、加速度計、ジャイロスコープ若しくは磁場センサなどの外部角度測定装置（図５）を含めた多数の技法を使用して、又はマーカーの外部構造体（図９Ａ〜９Ｂ）により、判定することができる。一態様では、本システムは、身体の動きに伴って移動するマーカーが利用されるときの角度を測定するとき、患者の動きを補正することができる。具体的には、二次元Ｘ線透視画像はすべて、各画像に置かれたマーカーの位置に基づいて、同一の三次元位置に同期することができる。
【００７４】
次に、図３Ａ〜３Ｂ及び４〜６に転じると、図１に記載されているシステムなどのシステムと組み合わせて、標準的なＸ線透視画像装置（図１のＸ線透視画像装置１１０など）を使用して、標的領域の局所三次元ボリュームを構成するための方法を、ここから特に詳細に記載する。例示されており、本明細書に記載されている方法が、例示されて、特定の順序及び必要な特定の工程にあると記載されているが、本方法のいずれも、これらの工程の一部又はすべてを含むことができ、具体的に記載されていない任意の順序で実施してもよい。
【００７５】
以下に記載されている方法のいずれかによって生成したＸ線透視に基づく三次元ボリュームは、複数の目的でシステム１００に組み込むことができる。例えば、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームは、医療機器のナビゲーションに利用された、以前に生成した三次元ボリュームデータに位置合わせすることができる。システム１００は、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームと既に取得済みの三次元ボリュームデータとの間に位置合わせしたものを利用して、患者の身体に置かれたセンサ４４（図１）の算出した位置を更新することができる。より詳細には、以前に取得したＣＴスキャンから生成した患者の肺の三次元モデルは、電磁気ナビゲーション手技の間に、標的に医療機器を正確に案内するのに十分な土台を提供することはできない。ある種の場合、既に取得済みのＣＴデータの取得時における肺に比べて、手技中の患者の肺の変形により不正確性が引き起こされる。この変形（ＣＴと身体の逸脱（CT-to-Body  divergence））は、多数のさまざまな要因、例えば、鎮静状態にある対鎮静状態にない、気管支鏡により患者の姿勢が変わること及び更には組織の押し込み、さまざまな肺ボリューム（ナビゲーションが呼吸の間であるのと同時に、ＣＴは吸入時に行われるので）、さまざまなベッド、日数などにより引き起こされ得る。したがって、標的及び／又は終末細気管支を可視化するため、並びに手技中のナビゲーションを補正することによって電磁気ナビゲーション手技を強化して、標的の可視化を可能にするため、及び手技中の手術装置の設置を確認するための別の画像診断療法が必要である。この目的に関すると、本明細書に記載されているシステムは、以下に詳細に記載されているとおり、Ｘ線透視画像装置１１０によってキャプチャされた画像データを加工して変換する。このＸ線透視画像データを、このような標的及び終末細気管支を特定するために利用することができるか、又は電磁気ナビゲーション手技の一層の正確性／補正がもたらされるよう、ＣＴスキャンからのデータに組み込んで、これを更新するために使用することができる。
【００７６】
更に、ユーザは、ナビゲーションされた医療機器の設置が、標的領域内の標的組織に対して所望の位置にあることを目視で確認することができる。更に、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームは、手技が行われた後に、三次元で標的領域を視覚化するために利用することができる。例えば、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームは、マーカーが標的領域内に置かれた後、生検が採取された後、又は標的が処置された後に、標的領域を視覚化するために利用することができる。
【００７７】
図３Ａ〜３Ｂを特に参照すると、標的の近位に置かれた複数の放射線不透過マーカーを使用して、三次元ボリュームを構成するための方法が、これより記載され、方法３００と称される。方法３００は、工程３０１で始まり、この場合、マーカー設置装置が、上記のＥＭＮシステム１００（図１）などの電磁ナビゲーションシステムを利用して標的領域にナビゲーションされる。標的領域へのマーカー設置装置のナビゲーションは、計画段階中に作成された経路を含む、先に作成されたナビゲーション計画を使用して達成することができる。工程３０３において、放射線不透過マーカーは、標的領域内に置かれる。一例では、４つの放射線不透過マーカーが利用される。しかし、４つ未満、又は４つより多い放射線不透過マーカーが使用されてもよい。
【００７８】
工程３０５では、標的領域に置かれた放射線不透過マーカーを使用して、Ｘ線透視画像装置は、工程３０３に置かれた放射線不透過マーカーのすべてが目視可能となるよう置かれる。すなわち、工程３０５は、Ｘ線透視画像装置が、目視可能なマーカーのすべてを使用して、マーカーを中心に３０°回転することができるよう、Ｘ線透視画像装置を整列する工程を含む。工程３０７において、Ｘ線透視画像装置は、患者を中心（すなわち、マーカーを中心（−１５°から＋１５°の回転））に画像装置１１０が約３０°回転するビデオ映像をキャプチャするために使用される。中心角から最大１５°（各片側）まで回転させることにより、マーカーは、回転するビデオ映像全体に対する画像／フレーム内に維持されること、及び画像装置が、患者又はベッドに衝突しないのを確実にすることができる。図３Ｂは、キャプチャされたビデオ映像の６つのフレームｆ１〜ｆ６を例示している。フレームｆ１〜ｆ６の各々は、ビデオ映像の時点でのさまざまな点における、放射線不透過マーカーｍ１〜ｍ４の各々のさまざまな位置及び方向を示す、Ｘ線透視ビデオ映像の画像であり、この場合、Ｘ線透視画像装置は、所与の時間の各々において、患者に対するさまざまな角度で置かれている。
【００７９】
工程３０９において、各放射線不透過マーカーの二次元位置が、ビデオ映像全体にわたって追跡される。工程３１１において、マーカーの位置は、ストラクチャフロムモーション技法を使用して三次元で構成され、Ｘ線透視画像装置の姿勢は、各ビデオ映像フレームに対して得られる。ストラクチャフロムモーションは、二次元の連続ビデオ映像におけるこれらの点を追跡することにより、Ｘ線透視画像装置の位置（カメラ姿勢）に沿って、点の三次元位置を再構成するための方法である。工程３１１において、患者にマーカーを導入することによって、それらのマーカーの位置及び方向は、連続Ｘ線透視回転ビデオ映像に沿って追跡され得、空間におけるその三次元位置が再構成されて、対応するＸ線透視画像装置の位置を判定することができる。ビデオ映像の解析により判定されたＸ線透視画像装置の位置により、Ｘ線透視画像装置の位置は、三次元データを解くために使用することができる。
【００８０】
工程３１３では、局所三次元ボリュームが構成される。具体的には、高速反復再構成アルゴリズム（図６）が使用されて、局所身体構造に対応するマーカーの領域における局所三次元ボリュームを再構成され、これにより、軟部組織が目視可能となる。工程３１３は、取得したＸ線透視二次元データから三次元ボリューム全体の再構成、及び標的の領域における三次元ボリューム全体をクロップして、「ＦｌｕｏｒｏＣＴ  Ｂｌｏｂ」ボリュームを作製することを含むことができる。このクロップボリュームは、未加工の三次元データの形態で、又は二次元再投影画像としてユーザに表示され得る。このクロップボリュームでは、標的組織を含めた、標的領域における身体構造はすべて、目視可能となるであろう。暗い方の値を黒色に、及び明るい方の値を白色に展開させて区別を増大することにより、再投影画像のコントラストを高めることができ（これは、遠位にある高密度な不明瞭な対象物を含まない）、やはり、投影前の三次元画像又は投影後の画像のどちらか一方を鮮明にし、こうして軟部組織を目視可能に特定する。
【００８１】
上記のとおり、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームを、多数の目的で、システム１００に組み込むことができる。例えば、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームは、医療機器のナビゲーションに利用された、以前に生成した三次元ボリュームデータに位置合わせすることができる。システム１００は、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームと既に取得済みの三次元ボリュームデータとの間に位置合わせしたものを利用して、センサ４４（図１）の算出した位置を更新することができる。更に、ユーザは、ナビゲーションされた医療機器の設置が、標的領域内の標的組織に対して所望の位置に置かれていることを目視で確認することができる。
【００８２】
次に、図４に転じると、標的の近位に、又は標的の近位に置かれたカテーテルアセンブリの拡張作業チャネルの先端などのナビゲーションされる器具の遠位部分に置かれた単一の放射線不透過マーカーのどちらか一方を使用して三次元ボリュームを構成する方法をこれから記載し、方法４００と呼ぶ。カテーテルアセンブリの拡張作業チャネルの先端を利用すると記載されているが、方法４００は、この機能を達成するためにいかなる器具も利用することができる。例えば、ナビゲーションされたカテーテルの先端、生検用器具の先端、又は処置器具の先端を利用することができる。一態様では、器具は、標的に気管支を経てナビゲーションされる。別の態様では、これらの器具は、患者に皮膚から挿入される器具とすることができる（例えば、アブレーション装置などの処置装置の経胸ナビゲーションである）。
【００８３】
方法４００は、工程４０１で始まり、この場合、拡張作業チャネルが、上記のＥＭＮシステム１００（図１）などの電磁ナビゲーションシステムを利用して、標的領域にナビゲーションされる。標的領域へのＥＷＣのナビゲーションは、計画段階中に作成された経路を含む、先に作製済みのナビゲーション計画を使用して達成される。方法４００は、ＥＷＣによって、マーカー設置装置を標的領域にナビゲーションし、標的の領域内に単一の放射線不透過マーカーを置く追加の工程を場合により含むことができる（工程４０３）。一態様では、工程４０１は、皮膚から標的領域に器具を挿入する工程を含む。
【００８４】
ＥＷＣ又は器具が所定の位置をとった後、又は放射線不透過マーカーが置かれた後に、Ｘ線透視画像装置は、ＥＷＣ又は器具（及び／又は、置かれた放射線不透過マーカー）のナビゲーションされた先端が、Ｘ線透視画像装置の視野内で目視可能となるよう置かれる。すなわち、工程４０５は、Ｘ線透視画像装置が、目視可能なマーカーと共に、マーカーを中心に、及び／又は目視可能なＥＷＣ若しくは器具の先端と共に、ＥＷＣ又は器具の先端を中心に３０°回転することができるよう、Ｘ線透視画像装置を整列することを含む。工程４０７において、Ｘ線透視画像装置は、患者を中心（すなわち、マーカー、及び／又はＥＷＣ若しくは器具の先端を中心（ー１５°から＋１５°の回転））に画像装置１１０が約３０°回転するビデオ映像をキャプチャするために使用される。中心角から最大１５°（各片側）まで回転させることにより、マーカー、及び／又はＥＷＣ若しくは器具の先端は、回転ビデオ映像全体に対する画像／フレーム内に維持されること、及び画像装置が、患者又はベッドに衝突しないのを確実にすることができる。工程４０７は、ＥＷＣ（及び、放射線不透過マーカーが置かれた場合、放射線不透過マーカー）の遠位部分を中心に、約３０°回転したビデオ映像をキャプチャする工程を含むことができる。３０°回転のビデオ映像がキャプチャされると、角度の１つ（その範囲の中央）で十分である。すなわち、器具と軟部組織との三次元関係を確認又は補正するのに、２つの投影はその間の角度が３０°で十分である。
【００８５】
工程４０９では、ＥＷＣ又は器具（及び／又は、放射線不透過マーカーが置かれる場合、放射線不透過マーカー）の遠位部分の二次元位置は、キャプチャされたビデオ映像の全体で追跡される。
【００８６】
工程４１１では、仮想Ｘ線透視画像は、既に取得済みのＣＴデータから作製される。既に取得済みのＣＴデータは、通常、標的へのナビゲーション経路を計画する計画段階の間に使用されるＣＴデータである。工程４１１において、ＣＴデータは、患者のＸ線透視画像のコンピュータモデルを作製するために操作される。仮想Ｘ線透視画像における標的の位置は、計画段階の間に、臨床医によって特定される標的の位置に相当する。既に取得済みのＣＴデータに基づいた、システムによって生成した仮想Ｘ線透視画像は、Ｘ線透視画像装置によりキャプチャされる視野を図示する。更に、仮想Ｘ線透視画像はそれぞれ、仮想のＸ線透視画像装置の姿勢を有する。
【００８７】
工程４１３において、工程４０７においてキャプチャされたＸ線透視ビデオ映像の各ビデオ映像フレームは、仮想Ｘ線透視画像にＸ線透視ビデオ映像フレームの各々を一致させることによって、既に取得済みのＣＴデータに位置合わせされる。工程４１５において、キャプチャされたＸ線透視ビデオ映像の各ビデオ映像フレームのＸ線透視画像装置の姿勢は、工程４１３の位置合わせに基づいて判定される。すなわち、一旦、Ｘ線透視フレームが仮想Ｘ線透視画像に一致すると、仮想Ｘ線透視画像の仮想Ｘ線透視画像装置の姿勢は、対応するＸ線透視フレームに関係付けることができる。
【００８８】
工程４１７では、工程４１５において判定されたＸ線透視画像装置の姿勢の元は、ＥＷＣ又は器具（及び／又は、放射線不透過マーカーが置かれる場合、放射線不透過マーカー）の遠位部分の追跡位置を使用することにより補正され、呼吸により引き起こされる動きなどの患者の動きを相殺するために使用される。工程４１９では、局所三次元ボリュームが構成される。具体的には、高速反復再構成アルゴリズム（図６）が使用されて、局所身体構造に対応する標的病変の領域における局所三次元ボリュームが再構成され、これにより、軟部組織が目視可能となる。工程３１９は、取得したＸ線透視二次元データから三次元ボリューム全体を再構成する工程、及び「ＦｌｕｏｒｏＣＴ  Ｂｌｏｂ」ボリュームを作製するための標的の領域における三次元ボリューム全体をクロップする工程を含むことができる。このクロップボリュームは、未加工の三次元データの形態で、又は二次元再投影画像としてユーザに表示され得る。このクロップボリュームでは、標的組織を含めた、標的領域における身体構造はすべて、目視可能となるであろう。暗い方の値を黒色に、及び明るい方の値を白色に展開させて区別を増大することにより、再投影画像のコントラストを高めることができ（これは、遠位にある高密度な不明瞭な対象物を含まない）、やはり、投影前の三次元画像又は投影後の画像のどちらか一方において鮮明にして、こうして軟部組織を目視可能に特定される。
【００８９】
方法４００はまた、本システムにより生成する仮想Ｘ線透視画像を含むよう、工程４０７においてキャプチャされたＸ線透視ビデオ映像を完了する追加工程（工程４２１）を含むことができ、このシステムは、Ｘ線透視ビデオ映像にキャプチャされたＸ線透視画像装置の姿勢の範囲の外側にあるＸ線透視画像装置の姿勢の代表である。具体的には、態様では、ナビゲーション計画を作製するために使用される患者の以前に生成したＣＴのボリュームデータはまた、患者の仮想Ｘ線透視画像を生成するため、システム１００によって利用することもできる。生成した仮想Ｘ線透視画像は、患者のＸ線透視画像が、Ｘ線透視画像装置により所与の角度でキャプチャした場合に、どのように見えるはずであるかという見え方をユーザに表示するＸ線透視のような画像である。工程４２１では、仮想Ｘ線透視画像を使用して、キャプチャされたＸ線透視ビデオ映像（工程４０７でキャプチャした）におけるいかなる解離も埋めることができる。これは、例えば、フレームなどの、歪んだ又は損傷を受けたキャプチャされたビデオ映像の画像の交換を含むことができる。更に又は代替的に、これは、例えば、Ｘ線透視ビデオ映像に含まれる角度範囲の外側にある、Ｘ線透視画像の代表である、仮想Ｘ線透視画像を用いてキャプチャされたＸ線透視ビデオ映像（工程４０７においてキャプチャした）を補足する工程を含むことができる。例えば、Ｘ線透視ビデオ映像が、患者を中心に約３０°の範囲の掃引を含んだ場合、３０°の範囲の外側にある仮想Ｘ線透視画像は、ビデオ映像に取り込まれて、３０°を超える範囲を有するＸ線透視ビデオ映像を生成することができる。
【００９０】
方法３００（図３）及び方法４００（図４００）はどちらも、Ｘ線透視ビデオ映像のフレームの各々のＸ線透視画像装置の姿勢を認識することなく、Ｘ線透視ビデオ映像を使用して、三次元ＣＴボリュームデータを構成するために使用される。この目的のため、方法３００及び４００の各々は、画像に基づく技法を利用するＸ線透視ビデオ映像のフレームの各々のＸ線透視画像装置の姿勢を判定する工程を必要とする。対照的に、及び以下により詳細に記載されているように、方法５００（図５）は、三次元ＣＴボリュームデータを構成するための方法であり、この場合、取得したＸ線透視ビデオ映像のフレームの各々のＸ線透視画像装置の姿勢は、加速度計、ジャイロスコープ、又は患者に対してＸ線透視画像装置の位置／姿勢を検出するための磁場検出器を含むことができる、姿勢／角度測定装置を使用して判定される。
【００９１】
方法５００は、標的の近位に置かれた単一の放射線不透過マーカー、又は標的の近位の置かれたカテーテルアセンブリの拡張作業チャネルの先端のどちらか一方を使用し、Ｘ線透視装置の角度測定装置と組み合わせて、三次元ボリュームを構成するための方法である。方法５００は、工程５０１から始まり、この場合、Ｘ線透視装置の較正は、Ｘ線透視装置較正用ジグを使用して行われ、Ｘ線透視装置の標準投影パラメータ及び幾何形状を算出する。これは、設定段階において、専門家によるＸ線透視装置あたり一回、行われる。較正用ジグが使用されて、Ｘ線透視装置の投影パラメータ（視野角度）と回転軸に対するＣアーム：位置の幾何形状のどちらも、自動化プロセスで判定される。これらのパラメータは、時として、Ｘ線透視装置につき、技術的図面で与えられるが、本発明者らの較正ジグを使用して見出されることもある。工程５０３において、既に取得済みのＣＴボリュームデータは、以前に生成したナビゲーション計画と共に本システムにインポートされる。
【００９２】
工程５０５では、拡張作業チャネルが、上記のＥＭＮシステム１００（図１）などのシステムを使用する電磁ナビゲーション技法を利用して、標的領域にナビゲーションされる。標的領域へのＥＷＣのナビゲーションは、計画段階中に作製された経路を含む、先に作製されたナビゲーション計画を使用して達成される。方法５００は、ＥＷＣによって、マーカー設置装置を標的領域にナビゲーションし、標的領域内に単一の放射線不透過マーカーを置く追加の工程（工程５０７）を場合により含むことができる。
【００９３】
ＥＷＣ又は器具が所定の位置をとった後、又は放射線不透過マーカーが置かれた後に、方法５００は、Ｘ線透視画像装置が、目視可能なマーカーと共に、マーカーを中心に、及び／又はＥＷＣ若しくは器具の先端が目視可能になるよう、ＥＷＣ又は器具の先端を中心に、３０°回転することができるよう、Ｘ線透視画像装置を整列させる工程を含む工程５０９に進む。工程５１１において、Ｘ線透視画像装置を使用して、患者を中心（すなわち、マーカー、又はＥＷＣ若しくは器具の先端を中心（−１５°から＋１５°の回転））に画像装置１１０が約３０°回転するビデオ映像をキャプチャする。中心角から最大１５°（各片側）まで回転させることにより、マーカー、又はＥＷＣ若しくは器具の先端は、回転するビデオ映像全体に対する画像／フレーム内に維持されること、及び画像装置が、患者又はベッドに衝突しないのを確実にすることができる。３０°回転したビデオ映像がキャプチャされると、角度の１つ（その範囲の中央）で十分である。すなわち、器具と軟部組織との三次元関係を確認又は補正するのに、２つの投影はその間の角度が３０°で十分である。工程５１３では、ＥＷＣ（及び／又は、放射線不透過マーカーが置かれる場合、放射線不透過マーカー）の遠位部分の二次元位置及び方向は、キャプチャされたビデオ映像全体で追跡される。
【００９４】
工程５１５において、工程５０１からの較正データを、外部角度測定装置からの測定と組み合わせて利用し、ワールド座標におけるＸ線透視画像装置の位置（原点がない）を算出する。具体的には、較正用ジグが、上記のとおりに使用されて、最適化法を使用することにより、特定のＸ線透視装置の投影パラメータ及びＣ−アーム幾何形状を自動的に見つけ出す。これらのパラメータは、一旦、既知になると、角度測定装置から採用した角度、すなわちＸ線透視装置の検出器の角度により、検出器の固有の三次元姿勢が判定される。それは、所与の角度及び設定パラメータにより一旦説明されるもの以外の、空間における任意の他の場所に位置することはできない。
【００９５】
工程５１７では、局所三次元ボリュームが構成される。具体的には、高速反復再構成アルゴリズム（図６）が使用されて、局所身体構造に対応する標的組織の領域における局所三次元ボリュームが再構成され、これにより、軟部組織が目視可能となる。工程５１７は、取得したＸ線透視二次元データから三次元ボリューム全体を再構成する工程、及び「ＦｌｕｏｒｏＣＴ  Ｂｌｏｂ」ボリュームを作製するための標的の領域における三次元ボリューム全体をクロップする工程を含むことができる。このクロップボリュームは、未加工の三次元データの形態で、又は二次元再投影画像としてユーザに表示され得る。このクロップボリュームでは、標的組織を含めた、標的領域における身体構造はすべて、目視可能となるであろう。暗い方の値を黒色に、及び明るい方の値を白色に展開させて区別を増大することにより、再投影画像のコントラストを高めることができ（これは、遠位にある高密度な不明瞭な対象物を含まない）、やはり、投影前の三次元画像又は投影後の画像のどちらか一方において鮮明になり、こうして軟部組織を目視可能に特定する。
【００９６】
ＣＴの再構成法をこれから記載する。ＣＴ再構成法は、解析手法（ラドン、ＦＤＫ）及び代数法（ＡＲＴ、ＳＡＲＴ）に分類することができる。解析法は、１８０°の全回転などの非常に特定される構成であると仮定するものであり、単一反復（一部に正確な式を使用）でおける、ＣＴボリュームを再構成する。代数方法は、より多くの柔軟性があるが、より遅く、反復して解を求められる大きな式のシステムとしてこの問題を処置する（何らかの最急降下法を使用）。すべての方法は、投影（三次元から二次元）及び逆投影（二次元から三次元）を使用する。
【００９７】
投影に関すると、各検出器の画素は、実質的に、光線に沿った三次元ボクセルの加重合計であるので、検出器の画像は、あるＸ線透視画像装置の位置から三次元ボリュームの二次元投影として見ることができる。三次元ボリュームデータが、既に利用可能である場合、Ｘ線透視画像は、既知のＸ線透視画像装置の位置からそれを投影することにより再生成することができる。三次元の再構成物が作製される観察されたＸ線透視画像にその二次元投影が似ている場合、この三次元再構成物は良好と見なされる。
【００９８】
逆投影に関すると、各ボクセルにおいて、逆投影は、どの光線が特定のボクセルを横切り、それらを一緒に合計したかを判定する。この判定を行うため、Ｘ線透視画像装置の位置は既知でなければならない。もし逆投影を行うオペレータが、キャプチャされたビデオ映像のＸ線透視画像に適用される場合、三次元ボリュームが構成され得るが、真の中央ボクセルは多くの回数、合計される間に、真の中央ボクセルを取り囲む多数の無関係なボクセルもやはり多くの回数で合計されるので、構成された三次元ボリュームは、非常に不鮮明で正確ではないと思われる。ある方法又は別の方法を使用して、三次元ボリュームを再構成した後に、この再構成物の質は、再構成された三次元データを採用し、これを二次元フレームに投影し（これは、仮想Ｘ線透視フレームとすることができる）、それらの二次元フレームと三次元データがそれから作製された元のＸ線透視二次元フレームと比較することにより評価される。ボリューム再構成アルゴリズムの目的は、二次元観察を説明する三次元データを見つけ出すことであり、こうして、三次元データが二次元フレームに逆投影されることになる場合、それらのフレームは、元の実際のＸ線透視フレームのように見える。生成したものが不明瞭なとき、それは、その投影は不鮮明であり、実際の画像と一致しないことを意味する。この問題に対処するため、本方法は、ランプフィルター及び反復補正を提供する。
【００９９】
次に、図６に転じると、高速反復アルゴリズムを利用する局所三次元ボリュームを再構成するための方法がこれより記載され、方法６００と称される。三次元ボリュームの再構成アルゴリズム（例えば、方法６００）は、投影−逆投影を複数回、反復したものからなる。このアルゴリズムの目的は、Ｘ線透視画像装置の二次元観察を説明する三次元データを見つけ出すことである。このようなデータを見つけ出すことに成功すると、見つけ出された三次元データは、患者の三次元身体構造であると仮定する。各反復において、見つけ出された現在の三次元データは、二次元に投影され、これは、元のＸ線透視ビデオ映像のように見えるはずであり、次に、この二次元エラーは、三次元データに逆投影されて戻され、このような方法で、三次元データが更新される。これは、三次元データが集束して、この過程が停止するまで数回、繰り返される。この過程を加速するため、あるフィルタリングが行われて、二次元投影画像にされた後に、それらを逆投影して、三次元に戻される。ランプ−フィルターは、まさに、集束過程を加速する際に効果的であると証明された、例となるフィルターである。このフィルターは、古典的ラドン変換により、標準ＣＴを再構成するときに適用される。この古典的手法により、この過程は、単一反復で行われる：フィルタリング（例えば、ランプ−フィルター）、逆投影。この方法では、これは、いくつかの工程で反復して繰り返される。
【０１００】
方法６００は、工程６０１で始まり、この場合、式は、初期ボリュームＶ（０であってもよい）で始まる。工程６０３では、ボリュームＶは、既知のＸ線透視画像装置の位置から画像Ｑｉに投影される。例えば、投影は、Ｘ線透視画像のものではなく、ランプ機能によりフィルタリングされたＸ線透視画像のものが行われ得る。以下に記載されている、残りのものによる反復は、ランプ−フィルタリングを受けた後に、逆投影される。工程６０５では、残りのものＲｉ＝Ｐｉ−Ｑｉが算出され、この場合、Ｐｉは、キャプチャされたＸ線透視装置のビデオ映像から観察された投影である。工程６０６では、Ｒｉは、ラドンにおけるように、ランプ−フィルターによりコンボリューションされる。工程６０７では、Ｒｊが所定の閾値未満となるかどうかが判定される。Ｒｉが所定の閾値未満となる場合（工程６０７において、はいとなる）、方法６００が完了する。Ｒｉが所定の閾値未満とならない場合（工程６０７において、いいえとなる）、方法６００は、工程６０９へと進む。工程６０９において、Ｒｉは、補正ボリュームであるＥに逆投影される。工程６１１では、ボリュームＶは、Ｖ＋Ｅ（Ｖ＝Ｖ＋Ｅ）に設定され、方法６００は、工程６０３に戻り、この場合、ボリュームＶ（ここでは、Ｖ＋Ｅ）は、既知のＸ線透視画像装置の位置から画像Ｑｉに投影される。
【０１０１】
次に、図７及び８に転じる。図７は、ランプ−フィルター７０３の後の、フレームの画像である、Ｘ線透視画像装置によりキャプチャした元々のビデオ映像のフレーム７００、及び得られた三次元ボリュームの画像７０５を例示している。図８は、角度８０１−８８における三次元構成物の例示であり、この場合、８０１は、３０度であり、８０３は６０度であり、８０５は９０度であり、８０７は１２０度であり、８０９は１５０度であり、８１１は１８０度である。
【０１０２】
これから図９Ａを参照すると、図９Ａは、本開示による、マーカーの構造体による、Ｘ線透視による三次元ボリュームを構成するための別の方法のフローチャートである。これによって、二次元Ｘ線透視画像からの患者内の標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータを構成するための方法は、開示される。工程９００では、標的領域及びマーカーの構造体の一連の画像は、Ｘ線透視画像装置によって取得される。マーカーの構造体は、あるパターンにおいて配列される、複数の少なくとも一部の放射線不透過マーカーを含むことができる。マーカーの構造体は、画像をキャプチャする間、患者の外部、例えば、患者の下に置かれる。マーカーの構造体は、各画像がマーカーの構造体の少なくとも一部の投影を含むように更に置かれる。マーカーの構造体は、患者とＸ線透視画像装置との間に置くことができる。一部の実施形態では、マーカーの構造体は、二次元パターンとすることができる。一部の実施形態では、マーカーの構造体は、グリッドなどの周期パターンであってもよい。一部の実施形態では、標的は軟部組織標的である。一部の実施形態では、標的領域は、図１のシステムに関して例示されているとおり、例えば、少なくとも、肺の位置を含むことができる。
【０１０３】
工程９１０では、一連の画像の少なくとも複数の画像に対するＸ線透視画像装置の姿勢が推定され得る。この姿勢の推定は、複数の画像の各画像に関する、全体としてのマーカーの構造体の可能な及び最も確度の高い投影の検出に基づいて行うことができる。次に、画像中の各画素の確率が複数のマーカーの構造体のうちの１つのマーカーとなることを示す各画像に関する確率マップが作製され得る。画像上のマーカーの構造体の投影に関する複数の仮想候補は、可能な方向を含めた、可能なさまざまな位置（すなわち、異なる姿勢）にＸ線透視装置を実質的に置くことにより生成され得る。次に、画像上のマーカーの構造体の投影となる最も高い確率を有する候補は、確率マップに基づいて特定することができる。次に、特定された候補に関連するＸ線透視装置の仮想姿勢は、画像をキャプチャしている間に、Ｘ線透視装置の推定された姿勢として判定され得る。場合により、候補を特定する過程は、精密化されてもよい。画像上のマーカーの構造体の投影となる、その確率を最大化するために、確率マップに基づいて、候補の局所変形型を生成してもよい。次に、新しい仮想候補を、特定した候補の局所変形型に適合させてもよい。新しい改善された候補を生成するＸ線透視装置の仮想姿勢が算出されて、画像をキャプチャしている間に、Ｘ線透視装置の推定された姿勢として判定される。開示されている姿勢推定に関する更なる詳細は、その全内容が参照により本明細書に組み込まれている、Ｂａｒａｋらにより、２０１８年２月８日に出願された、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＯＳＥ  ＥＳＴＩＭＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＡＮ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥ  ＡＮＤ  ＦＯＲ  ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧ  ＴＨＥ  ＬＯＣＡＴＩＯＮ  ＯＦ  Ａ  ＭＥＤＩＣＡＬ  ＤＥＶＩＣＥ  ＷＩＴＨ  ＲＥＳＰＥＣＴ  ＴＯ  Ａ  ＴＡＲＧＥＴ」と題する、共同所有された米国特許出願第６２６２８０１７号に見出すことができる。
【０１０４】
工程９２０では、標的領域のＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータは、開示されたシステム及び方法に従い、Ｘ線透視画像装置の推定された姿勢に基づいて構成することができる。しかし、画像装置の姿勢情報に基づく、当該技術分野で公知の他のシステム及び方法が、使用されてもよい。
【０１０５】
任意選択的な工程９３０では、医療装置は、一連の画像を取得する前に、標的領域に置かれてもよい。したがって、一連の画像、及び結果としてＸ線透視に基づく三次元ボリュームデータはまた、標的に加えて、医療装置の投影も含むことができる。次に、医療装置と標的との間のオフセット（すなわち、Δｘ、Δｙ及びΔｚ）は、Ｘ線透視に基づく三次元ボリュームデータに基づいて判定することができる。標的は、目視可能となり得、又は生成した三次元ボリュームデータでよりよく示され得る。したがって、標的は、ユーザによって、自動的に、又は手作業により三次元ボリュームデータにおいて検出され得る。医療装置は、キャプチャされた一連の画像中、又は生成した三次元ボリュームデータにおいて、自動的に、又はユーザによって手作業で検出され得る。標的及び／又は医療装置の自動検出は、例えば、Ｂｉｒｅｎｂａｕｍらにより２０１８年２月８日に出願の、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＣＡＴＨＥＴＥＲ  ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ  ＩＮ  ＦＬＵＯＲＯＳＣＯＰＩＣ  ＩＭＡＧＥＳ  ＡＮＤ  ＵＰＤＡＴＩＮＧ  ＤＩＳＰＬＡＹＥＤ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＯＦ  ＣＡＴＨＥＴＥＲ」と題する、共同所有の米国特許出願第６２／６２７，９１１号に記載されているものなどの、当該技術分野で公知のシステム及び方法に基づいて行うことができる。手作業検出は、三次元ボリュームデータ及び／又はキャプチャした画像をユーザに表示し、ユーザに入力を要求することにより行うことができる。標的及び医療装置が、一旦、三次元ボリュームデータ及び／又はキャプチャ画像で検出されると、基準のＸ線透視座標システムにおけるそれらの位置を得ることができ、それらの間のオフセットが判定され得る。
【０１０６】
標的及び医療装置の間のオフセットを、医療装置の標的領域への接近及び処置を容易にすることを含めた、さまざまな医療的目的に利用することができる。医療装置の標的領域へのナビゲーションは、図１の追跡システム５０及びモニタリング機器１２０などの、追跡システム又は位置判定システム、及びディスプレイにより容易になり得る。位置判定システムは、患者の身体を通して、医療装置を配置するか、又はその動きを追跡する。ディスプレイは、患者の身体及び標的内の医療装置の周辺環境に関して、ユーザに医療装置の位置を表示することができる。位置判定システムは、例えば、電磁式位置判定システム若しくは光学式位置判定システム、又は当該技術分野で公知の任意の他のこのようなシステムとすることができる。例えば、標的領域が肺の一部を含むとき、医療装置は、気道の管腔ネットワークを通して標的領域にナビゲーションされ得、図１に関して記載されている。
【０１０７】
任意選択的な工程９４０では、標的に関する医療装置の位置の表示は、医療装置と標的との間で判定されたオフセットに基づいて補正することができる。一部の実施形態では、標的領域の３Ｄレンダリングが、ディスプレイ上に表示されてもよい。標的領域の３Ｄレンダリングは、以前に取得された、すなわち、現在の手技又は操作の前（すなわち、術前のＣＴ）の標的領域のＣＴボリュームデータに基づいて生成することができる。一部の実施形態では、位置判定システムは、例えば、図１に関して記載されているものなどの、標的の３Ｄレンダリングに位置合わせすることができる。次に、医療装置と標的との間のオフセットの相関は、３Ｄレンダリングへの位置判定システムの位置合わせを更新することにより行われてもよい。一般に、このような更新を行うためには、Ｘ線透視画像の基準の座標システムと、位置判定システムの基準の座標システムとの間の変換が既知であるはずである。位置判定システムに関するマーカーの構造体の幾何学的な位置決めにより、このような変換を判定することができる。一部の実施形態では、マーカーの構造体及び位置判定システムは、基準の同一座標システムが、どちらにも適用されるよう、又は一方がもう一方の変換後の型にしかならないよう、位置決めすることができる。例えば、図１を参照すると、トランスミッタマット５６が、マーカーの構造体と共に組み込まれ得る。
【０１０８】
一部の実施形態では、３Ｄレンダリング（例えば、ＣＴに基づく）への位置判定システムの位置合わせの更新は、局所的及び／又は段階的に行うことができる。例えば、位置合わせは、標的の周辺環境でしか、例えば標的からある距離内でしか更新され得ない。これは、この更新が、標的の周辺で行われないとき、それほど正確にはなり得ないからである。一部の実施形態では、更新は、段階的に、例えば、標的からの距離に従う重みを適用することによって行うことができる。このような段階的な更新により、ユーザは、正確性を考慮することに加え、ディスプレイ上の医療装置の位置を突然、変えるよりも、手技中の必要な変化を目視する、処置する及び行う方が一層便利かつ容易になり得る。
【０１０９】
一部の実施形態では、患者は、呼吸のために、標的領域が動くのを防止するため、画像をキャプチャしている間に呼吸するのを止めるよう指示されることがある。他の実施形態では、画像をキャプチャしている間の呼吸による動きを相殺するための方法を行ってもよい。例えば、Ｘ線透視装置の推定された姿勢は、標的領域に置かれた基準マーカーの動きに応じて、補正することができる。このような基準は、標的領域に置かれた、医療装置、例えばカテーテルとすることができる。例えば、カテーテルの移動は、位置判定システムに基づいて判定することができる。一部の実施形態では、患者の呼吸パターンは、標的領域に置かれたカテーテルなどの基準マーカーの動きに応じて判定することができる。この動きは、位置判定システムによって判定することができる。そのパターンに基づいて、画像装置の姿勢を判定する際に、吸気又は呼気の画像しか検討され得ない。
【０１１０】
次に、図９Ａの方法による、球体マーカー９５０の二次元（２Ｄ）グリッド構造体の概略図である、図９Ｂを参照する。球体マーカー９５０の２Ｄグリッド構造体は、二次元グリッドパターンに配列された、球体マーカー９６０ａ及び９６０ｂなどの複数の球形状マーカーを含む。３Ｄパターンとは反対に、２Ｄパターンの使用により、姿勢推定過程が容易になり得る。更に、例えば、患者をスキャンしている間の、Ｘ線透視装置の姿勢を推定するために、患者がマーカー構造体上に横たわる必要があるとき、２Ｄパターンが、患者にとって一層好都合になろう。一部の実施形態では、マーカーの形状は対称であってもよく、こうして、画像上のマーカーの投影は、画像装置が設置され得る任意の姿勢において同一となる。このような構成は、姿勢推定の過程を単純化する、及び強化することができる、かつ／又は一層効率よくすることができる。例えば、画像装置が、マーカー構造体を中心に回転しているとき、球などの回転対称を有するマーカーが好ましいことがある。マーカー構造体のサイズ、及び／又は構造体中のマーカーの数は、開示されているシステム及び方法の具体的な使用に従って判定することができる。例えば、姿勢推定を使用して、患者内の目的領域の３Ｄボリュームが構成されるので、次に、マーカー構造体は、目的領域のサイズより小さい、又は大きいサイズとすることができる。一部の実施形態では、開示されている方法及びシステムによるマーカーの構造体のパターンは、図２Ａに示されているとおり、グリッドなどの規則的なものであってもよい。マーカーの規則的パターンの構造体の使用により、姿勢推定過程を更に強化及び容易にすることができ、一層、効率的となる。基準としてのマーカーの構造体は、Ｘ線透視画像のキャプチャの間に、定常的に位置決めされるべきである。図１のシステムと組み合わせて使用することができる、球体マーカーの例示的な２Ｄグリッド構造では、球体マーカーの直径は、２±０．２ｍｍとすることができ、球体間の距離は、約１５±０．１５ｍｍの等方性とすることができる。
【０１１１】
図１のシステムは、図９Ａの方法を実行するよう構成され得る。図９Ａの方法、又はその一部は、図１のコンピュータ装置１２５などコンピュータ装置により実行される指示書の形態とすることができる。コンピュータ装置は、１つ以上のハードウェアプロセッサ、１つ以上のメモリ又は記憶装置及びディスプレイを含むことができる。１つ以上のハードウェアプロセッサは、この方法の工程を実行するよう構成され得る。１つ以上のメモリ又は記憶装置は、これらの指示書及び／又はＸ線透視画像データを記憶するよう構成され得る。医療装置及び／又は標的は、ディスプレイ上、又は図１のモニタリング機器１０などの別々のモニタ上に表示することができる。
【０１１２】
上述から、及びさまざまな図面を参照しながら、当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、ある修正を本開示にやはり行うことができることを理解していよう。例えば、本システム及び方法が、肺などの管腔ネットワークを通したナビゲーション向けのＥＭＮシステムで使用可能なものとして記載されているが、本明細書に記載されているシステム及び方法は、他のナビゲーション、及び経皮装置などの処置用装置を利用するシステムで利用することができる。更に、上記のシステム及び方法は、患者の管腔ネットワーク内で使用されると記載されているが、上記のシステム及び方法は、肝臓、腎臓又は心臓などの他の標的領域で利用することができることが理解される。更に、上記のシステム及び方法はまた、経胸ニードルによる吸引手技にも使用可能である。更に、上記のシステム及び方法は、軟部組織標的に関して主に使用されると記載されているが、上記のシステム及び方法は、骨などの非軟部組織標的に関して利用することができることが理解される。更に、上記のシステム及び方法はまた、Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ（登録商標）により現在販売されている、ｄａ  Ｖｉｎｃｉ（登録商標）手術システムなどのロボット手術システムと共に使用可能である。例えば、図１を参照すると、システム１００は、このようなロボット手術システムとすることができる。手術中に患者がその上で位置決めされる、操作用台２０は、１つ以上のロボットアームを含めたカートに組み込むことができる。１つ以上のロボットアームは、１つ以上の専用医療装置と連結されていてもよい。モニタリング機器１２０及び／又はコンピュータ装置１２５は、制御装置、例えば、コンピュータ化されたコンソールに組み込まれてもよく、こうして、外科医は、患者の内部を見ながら、１つ以上のロボットアームを操作することが可能となる。本開示の詳述される実施形態が、本明細書において開示されている。しかし、開示されている実施形態は、単に本開示の例であり、本開示は、さまざまな形態及び態様で具現化され得る。したがって、本明細書において開示されている特定の構造的及び機能的な詳細は、限定と解釈されず、単に特許請求の範囲の基礎として、及び本開示を実質的に任意の適切に詳説されている構造でさまざまに採用するよう当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。
【０１１３】
理解され得るように、組織を処置するために、患者の１つ以上の分岐管腔ネットワークを通して位置決め可能な、生検用器具などの医療機器、又はマイクロ波アブレーションカテーテルなどのエネルギー装置は、手術室において有用であることが証明され得、本開示は、このような機器及び器具と共に使用可能なシステム及び方法を対象としている。管腔ネットワークへのアクセスは、経皮、又はナビゲーション技法を使用する自然開口部からとすることができる。更に、管腔ネットワークを通るナビゲーションは、画像案内を使用して実施することができる。これらの画像−案内システムは、エネルギー装置及び個別のアクセス用器具とは個別に、又は一体化され得、ＭＲＩ、ＣＴ、Ｘ線透視、超音波、電気インピーダンストモグラフィー、光学式及び／又は装置追跡システムを含むことができる。アクセス器具を設置する方法論は、ＥＭ、ＩＲ、エコロケーション、光学式などを含む。追跡システムが、画像装置と一体化されてもよく、この場合、追跡は、仮想空間中で行われるか、又は手術前画像若しくはライブ画像と融合される。一部の場合、処置標的は、ＣＯＰＤ、喘息、肺がんなどに対する気管支壁の処置のためなどの内腔内部から直接、アクセスされ得る。他の例では、エネルギー装置及び／又は追加のアクセス器具は、実質内の疾患の処置などのために、管腔を貫通することが必要とされ、他の組織内に伸びて、標的に到達することができる。エネルギー装置又は器具設置の最終的な位置特定及び確認は、上記の方法及びシステムと共に組み込まれた標準的なＸ線透視画像装置を使用する、画像化案内及び／又はナビゲーション案内により行うことができる。
【０１１４】
本開示のいくつかの実施形態が図面で示されているが、本開示がそれに限定されることを意図するものではなく、本開示は、当該技術分野が許容する広い範囲を対象とすること、及び本明細書も同様に解釈されることが意図されている。したがって、上記は、限定するものとして解釈すべきではなく、単に特定の実施形態の例示として解釈すべきである。本明細書に添付の請求項の範囲及び趣旨を逸脱しない他の修正は、当業者ならば想到するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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