(57)【要約】  器具１００の位置を決定する装置、システム及び方法が提供される。シース１０４は、医療スコープの器具チャネル内にフィットするように構成される。光ファイバ１１２が、シース内に配置され、複数のセンサ１０６が、光ファイバに組み込まれる。センサは、光ファイバの歪み及び曲がりを測定するように構成される。固定機構１４０は、第１の状態で器具チャネル内にフィットするようにサイズ設計され、第２の状態では、器具チャネル内にシースを固定する。第２の状態で、固定機構は、シース及び光ファイバを停留させることにより、光ファイバの歪み及び曲がりが、器具の位置を決定するために用いられる。
2013517032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置を決定する装置であって、
医療スコープの器具チャネル内にフィットするように構成されたシースと、
前記シース内に配される少なくとも１つの光ファイバと、
前記少なくとも１つの光ファイバと光学的に通信し、前記光ファイバの歪み及び曲がりを測定する複数のセンサと、
第１の状態で前記器具チャネル内にフィットするようにサイズ設計され、第２の状態で前記器具チャネル内に前記シースを固定する固定機構であって、前記固定機構は、前記第２の状態で、前記シース及び前記少なくとも１つの光ファイバを停留させ、それにより、前記光ファイバの前記歪み及び前記曲がりが、前記器具チャネルの位置を決定するために用いられる、固定機構と、
を有する装置。
【請求項２】
前記複数のセンサは、ひずみを測定するために、前記少なくとも１つの光ファイバの長さにわたって分散されるファイバブラッググレーティングを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光ファイバは三つ組のファイバを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記固定機構は、バルーン及び膨張管を有し、前記バルーンが膨張されると、前記シースが前記器具チャネル内に停留される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記バルーンは円環体形状をもち、前記シースが、前記円環体形状内にフィットし、前記円環体形状の外側が、前記器具チャネルの内側と接触する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記固定機構は、前記器具チャネルの先端部に位置付けられ、身体内における前記器具チャネルの前記先端部の位置を特定するために、前記少なくとも１つの光ファイバにひずみを生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
医療装置の一部を追跡するシステムであって、
光ファイバに組み込まれ、可撓性インサート内に配される、空間的に分散されたファイバブラッググレーティングであって、前記可撓性インサートは、前記医療装置の器具チャネル内に位置付け可能である、ファイバブラッググレーティングと、
前記光ファイバの歪みが測定されるように、光を前記ファイバブラッググレーティングに供給し、前記ファイバブラッググレーティングから光を受け取るように構成される光学系と、
前記光ファイバの前記歪みに関連するパラメータを計算し、前記可撓性インサートのコンフィギュレーションを決定するための形状決定プログラムと、事前の走査から取得されたマップボリュームと、を含むコンピュータシステムであって、前記可撓性インサートの前記コンフィギュレーションと前記マップボリュームとの間の比較に基づいて、前記医療装置の位置が決定される、コンピュータシステムと、
を有するシステム。
【請求項８】
前記光ファイバは、三つ組のファイバを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
第１の状態で前記可撓性インサート内にフィットするようにサイズ設計され、第２の状態で、前記器具チャネル内に前記可撓性インサートを固定し、それにより前記可撓性インサート及び前記光ファイバを停留させる固定機構を更に有する、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記固定機構は、バルーン及び膨張管を含み、前記バルーンが膨張されると、前記可撓性インサートが、前記器具チャネル内に停留される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記バルーンは円環体形状をもち、前記可撓性インサートが、前記円環体形状内にフィットし、前記円環体形状の外側が、前記器具チャネルの内側と接触する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記固定機構は、前記器具チャネルの先端部に位置付けられ、身体内における前記器具チャネルの前記先端部の位置を特定するために、前記光ファイバにひずみを生成する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
医療装置の一部を追跡する方法であって、
光ファイバ及び前記光ファイバに組み込まれた複数の分散されたセンサを含むシースを、器具チャネルに挿入するステップと、
前記器具チャネルに前記シースを停留させるステップと、
患者の事前に取得されたボリュームを使用して、前記患者内の基準位置を決定するステップと、
前記センサを使用して前記光ファイバの形状を決定し、前記事前に取得されたボリュームと前記形状を相関付けることにより、前記医療装置の一部のロケーションを提供するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
画像を再構成するためにビデオデータを取得するステップと、
カメラ位置、前記センサから導き出される形状情報、及びカメラ空間の画像ピクセルを光学形状検知基準座標系にマップする較正マトリックスを使用することによって、前記画像を実空間にマップするステップと、
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
位置合わせの品質及びナビゲーションの精度を一層改善するために、事前に取得されたボリュメトリックイメージングを使用して、前記再構成された画像を動的に位置合わせするステップを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記センサが、前記光ファイバの長さにわたって分散される複数のファイバブラッググレーティングを含み、前記方法が、前記ファイバブラッググレーティングを使用して歪みを測定するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記停留させるステップが、バルーン及び膨張管を提供することを含み、前記バルーンが膨張されると、前記シースが前記器具チャネル内に停留される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記バルーンは円環体形状をもち、前記シースが、前記円環体形状内にフィットし、前記円環体形状の外側が、前記器具チャネルの内側と接触する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記停留させるステップが、身体内における前記器具チャネルの先端部の位置を特定するために、前記器具チャネルの前記先端部で前記光ファイバに圧力を印加し、該光ファイバにひずみを生成することを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療装置に関し、特に、プロシージャの間の位置追跡のためにファイバ光学技術を用いる医療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
肺の気管支樹のターゲットに気管支鏡をナビゲートすることは、経験豊かな医師にとっても、非常に骨の折れることがありうる。疑わしい悪性腫瘍又は他の増殖の場合、ターゲットは、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）によって一般に識別され、経過観察として、生体組織検査が、気管支鏡の器具チャネルを通じて実施される。しかしながら、気管支鏡検査法を用いる場合、分岐ポイントでナビゲートすべき方向を決定するための視覚的フィーチャが不足する場合が多くあり、従って、医師は、方向感覚を失うことがありうる。ターゲットに到達するプロセスは、非常に非効率的になりえ、その結果、増大されるプロシージャ時間又は不正確なロケーションからの組織生検をもたらしうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
呼吸器科医のための重要なステップは、気管支鏡先端部の位置をＣＴ画像ボリュームと相関付けるためのロバストな方法を有することである。これを達成するためにさまざまな異なる方法が提案されているが、各々はその不利益を有する。１つの方法は、電磁（ＥＭ）ナビゲーションを含む。良好な例では、精度は１−２ｍｍのレンジでありえ、このレンジは十分である。この方法は、ＥＭセンサが患者の周りに位置付けられる非常に長く複雑なセットアッププロセスを含む。付加的に、この方法は、外部フィールドの存在に敏感であり、これは、精度を大幅に低下させうる。別の方法は、事前に取得された３Ｄデータセットから得られる３Ｄフライスルー再構成と、気管支鏡により観察される視覚的フィーチャとの位置合わせを含む。この方法は、しばしば、ロバストな位置合わせを提供するための視覚的な手がかりが不十分であるという不利益を有する。
【０００４】
医療装置の位置調整及び配置が信頼性をもって実施されるシステム及び方法を提供することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本原理によれば、器具の位置を決定する装置、システム及び方法が提供される。シースは、医療スコープの器具チャネル内にフィットするように構成される。１又は複数の光ファイバが、シース内に配置され、複数のセンサが、光ファイバに組み込まれる。センサは、光ファイバの歪み及び曲がりを測定するように構成される。固定機構は、第１の状態で器具チャネル内にフィットするようにサイズ設計され、第２の状態では、器具チャネル内にシースを固定し、それにより、固定機構が、シース及び光ファイバを停留させ、光ファイバの歪み及び曲がりが、器具の位置を決定するために用いられるようにする。
【０００６】
医療装置の一部を追跡するシステムは、光ファイバに組み込まれ、可撓性インサート内に配置される、空間的に分散されたファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を含み、可撓性インサートは、医療装置の器具チャネル内に位置付け可能である。光学系は、光ファイバの歪みが測定されるように、光をＦＢＧに供給しＦＢＧから光を受け取るように構成される。コンピュータシステムは、光ファイバの歪みに関連するパラメータを計算し、可撓性インサートのコンフィギュレーションを決定するための形状決定プログラムを含むと共に、事前に得られた走査から取得されるマップボリュームを含み、それにより、可撓性インサートのコンフィギュレーションとマップボリュームとの間の比較に基づいて、医療装置の位置が決定される。
【０００７】
医療装置の一部を追跡する方法は、光ファイバと、光ファイバに組み込まれた複数の分散されたセンサと、を含むシースを器具チャネルに挿入するステップと、器具チャネル内にシースを停留させるステップと、患者の事前に取得されたボリュームを使用して、患者内の基準位置を決定するステップと、センサを使用して光ファイバの形状を決定し、事前に取得されたボリュームと形状を相関付けて、医療装置の一部のロケーションを提供するステップと、を含む。
【０００８】
本開示のこれら及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照して読み取られることができる説明的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。
【０００９】
本開示は、添付の図面を参照して好適な実施形態の以下の説明を詳しく示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を含む光ファイバ、屈折率対距離のプロット、及びＦＢＧによるスペクトル応答を示す図。
【図２】３次元空間において歪められたファイバの三つ組（トリプレット）を示す図。
【図３】ＦＢＧを具える光ファイバを有する可撓性インサートと、可撓性インサートの端部を停留させるためのバルーンとをその中に含む装置を具備するスコープの断面図。
【図３Ａ】可撓性インサートの端部を停留させるためにバルーンが膨張されている状態の図３の断面を示す図。
【図４】図３の切断ライン４−４で得られた断面図。
【図５】図３の切断ライン５−５で得られた断面図。
【図６】一実施形態による、身体内の気管支鏡を追跡するための説明的なプロシージャを示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は、例えば気管支鏡のような医療装置の先端部を、リアルタイムに、マーカ無しで（患者上の外部マーカが必要でない）追跡する装置及び方法を記述する。例えばファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）のようなセンサが、装置の器具チャネル内に位置付けられることができる可撓性インサート内に組み込まれる。システムは、（１）少なくとも１つの器具チャネル、光源、及び画像を取得するための光学系（例えば先端部のＣＣＤカメラ又はファイバ束）を具える気管支鏡又は他の器具と、（２）空間的に分散された形で光ファイバの歪み又は曲がりを監視するための複数のＦＢＧを含む少なくとも１つの光ファイバと、（３）光ファイバの歪みに関連するパラメータを計算する対応する形状決定プログラムに関して、光をＦＢＧに供給し、それらから光を受け取る光学コンソールと、（４）事前ステップの走査から取得された気管支樹の３Ｄボリューム、好適には例えば気管支樹のセグメント化、を有するコンピュータシステムと、を有する。装置及び方法は、医師又は技師が、気管支樹又は他の構造の分岐ポイントを通ってナビゲートすることを支援し、より効果的にターゲットに到達し、プロシージャに必要な時間を短縮し、生検組織が正しいロケーションから取得されることを確実にすることをより容易にする。
【００１２】
１つの例示の実施形態において、気管支鏡の先端部をリアルタイムに、マーカ無しで追跡するためのシステムが提供される。システムは、好適には、気管支鏡の器具チャネルに挿入可能である可撓性シース又はインサート内に組み込まれるファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を利用する。１、２、３又はより多くのファイバが、ファイバの３Ｄ形状をリアルタイムに追跡するために互いに関連して利用されることができる組み込まれたＦＢＧを含むことができる。
【００１３】
本発明は、医用器具に関して記述されることが理解されるべきである。しかしながら、本発明の教示は、より広範囲におよぶものであり、複雑な生物学的又は機械的システムを追跡し解析する場合に用いられるいかなる器具にも適用可能である。特に、本原理は、肺の気管支鏡検査プロシージャ、及び消化管、血管等の身体の他の領域の内視鏡プロシージャに適用可能である。図面に示される構成要素は、ハードウェア及びソフトウェアのさまざまな組み合わせにおいて実現されることができ、単一の構成要素又は複数の構成要素において組み合わせられることができる機能を提供することができる。
【００１４】
図面に示されるさまざまな構成要素の機能は、専用のハードウェア、及び適当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の使用を通じて、提供されることができる。機能は、プロセッサによって提供される場合、１つの専用プロセッサによって、１つの共有プロセッサによって、又は共有可能な複数の個別のプロセッサによって、提供されることができる。更に、「プロセッサ」又は「コントローラ」という語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアのみをさすものとして解釈されるべきでなく、非限定的な例として、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するためのリードオンリメモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）及び不揮発性記憶装置をも含むことができる。
【００１５】
更に、本発明の原理、見地及び実施形態並びにその特定の例を列挙しているすべての記述は、その構造的及び機能的に等価なものを含むことが意図される。更に、このような等価なものは、現在知られている等価なもの及び将来開発される等価なものの両方を（すなわち、構造に関係なく、同じ機能を実施するように開発されるいかなる構成要素も）含むことが意図される。
【００１６】
従って、例えば、当業者であれば、ここに示されるブロック図は、本発明の原理を具体化する例示のシステム構成要素及び／又は回路の概念図を表すことが分かるであろう。同様に、いかなるフローチャート、フロー図、状態遷移図、擬似コード及びその他も、コンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かに関係なく、コンピュータ可読記憶媒体において実質的に表現され、ゆえにコンピュータ又はプロセッサによって実行されることができるさまざまなプロセスを表すことが分かるであろう。
【００１７】
更に、本発明の実施形態は、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって使用される又はそれに関連するプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能な又はコンピュータ可読の媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形をとりうる。この記述の目的で、コンピュータ使用可能な又はコンピュータ可読の媒体とは、命令実行システム、機器又は装置によって使用される又はそれに関連するプログラムを含み、格納し、通信し、伝播し、又は輸送することができるいかなる装置でもよい。媒体は、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線又は半導体システム（又は機器又は装置）又は伝播媒体でありうる。コンピュータ可読媒体の例は、半導体又はソリッドステートメモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、リジッド磁気ディスク及び光学ディスクを含む。光学ディスクの今日の例は、コンパクトディスク−リードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−読取り／書込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）及びＤＶＤを含む。
【００１８】
同様の数字が同じ又は同様の構成要素を表す図面を参照し、最初に図１を参照して、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）１０が例示的に示されている。特に有用な実施形態において、ＦＢＧ１０は、光の特定の波長を反射し、他のすべての波長を透過する光ファイバ１２の短いセグメントを含む。これは、ファイバコア１６に屈折率の周期的なバリエーション１４を加えることによって達成され、これは、特定波長の誘電体ミラーを生成する。コア屈折率対距離のプロット２０は説明的に示される。
【００１９】
従って、ファイバブラッググレーティング１０は、特定の波長をブロックするためのインライン光フィルタとして、又は特定波長の反射板として、使用されることができる。入力スペクトル２２及び個々の出力スペクトル２４及び２６は、入力スペクトル２２のうち透過された部分（スペクトル２４）及び反射された部分（スペクトル２６）を例示的に示す。ファイバブラッググレーティング１０の作用の基本原理は、屈折率が変化するインタフェースの各々におけるフレネル反射である。ある波長について、さまざまな期間の反射光は同相であり、ゆえに、建設的干渉が反射に関して存在し、相殺的干渉が透過に関して存在する。
【００２０】
ブラッグ波長は、ひずみ(strain)及び温度に対し感受性がある。これは、ブラッググレーティングがファイバ光学センサの検知素子として使用されることができることを意味する。ＦＢＧセンサにおいて、ひずみは、ブラッグ波長のシフトΔλＢを与える。印加されるひずみ（ε）及び温度（ΔＴ）の変化によるブラッグ波長の相対シフトΔλＢ／λＢは、δλＢ／λＢ＝Ｃｓε＋ＣＴΔＴによって近似的に与えられる。
【００２１】
係数Ｃｓは、ひずみの係数と呼ばれ、その大きさは、通常、約０．８ｘ１０−６／με（又は絶対量では１ｐｍ／με）である。係数ＣＴは、センサの温度感受性を記述する；これは、熱膨張係数及び熱光学効果からなる。その値は、約７ｘ１０−６／Ｋ（又は絶対量として１３ｐｍ／Ｋ）である。ＦＢＧは、本原理による使用に特に適しているが、他のセンサが用いられてもよい。
【００２２】
図２を参照して、ファイバトリプレット３０は、３つのファイバ３４及び３つのＦＢＧ３２を含む。トリプレット３０又は複数のファイバ／ＦＢＧ素子を用いる１つの利点は、さまざまなセンサ素子が、ファイバの長さにわたって分散されることができることである。例えば、構造に埋め込まれるファイバの長さに沿って各種センサ（ゲージ）と３つのコアを組み合わせることにより、このような構造の三次元形態が正確に決定されることができる。ファイバ３４の長さに沿ったさまざまな位置に、ＦＢＧセンサ３２が位置する。各々のＦＢＧ３２のひずみ測定から、構造３０の曲率が、三次元空間（ｘ，ｙ，ｚ）の当該位置において推定されることができる。多数の測定された位置から、全体的な三次元形態が決定される。
【００２３】
ファイバ３４は、好適には、例えば医療グレードのポリマ（例えばＰＥＥＫ）のような可撓性材料にポッティングされる。ファイバコア３５は、差込み断面図に示されている。ファイバを囲むシース３６は、医療グレードのポリマ、シリコーン又は他の適切な材料から構成されることができる。
【００２４】
図３を参照して、医用器具の先端部をリアルタイムに、マーカ無しで追跡するための機器又は装置１００が例示的に示されている。装置１００は、装置の一部を目に見えるようにするために、断面図で表されている。装置１００は、気管支鏡、カテーテル又は同様の装置を含みうる。装置１００は、少なくとも１つの器具チャネル１０２を有し、器具チャネル１０２は、センサ１０６を有するシース、インサート又はチューブ１０４を受け取るように構成される。光源１０８は、装置１００の端部に提供されることができ、又は近位端に位置付けられて、光ファイバ１１２を通じて光を伝達することができる。光学系１１４は、画像を取得するためのコンポーネントを含む。これらのコンポーネント１１０は、例えば装置１００の先端部のＣＣＤカメラ１１０、ファイバ束等を含む。少なくとも１つの光ファイバ１１２は、１又は複数のセンサ１０６を含むシース１０４内に提供される。センサ１０６は、好適には、空間的に分散された形で光ファイバ１１２の歪み又は曲がりを監視するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を含む。
【００２５】
光学系１１４は、ＦＢＧ１０６に光を供給し、そこから光を受け取る光学コンソール１１６を含む。コンソール１１６は、メモリ記憶装置１１８と、光ファイバ１１２の歪みに関連するパラメータを計算する対応する形状決定プログラム１２２を含むオペレーティングシステム１２０と、を有するコンピュータシステム１３０に接続されることができる。コンピュータシステム１３０（コンソール１１６を含むことができ、又は独立システムでありうる）は、事前に得られた走査又は他のソースから取得された気管支樹の３Ｄボリューム１５０を含み、好適には気管支プロシージャのための気管支樹のセグメント化（又はマップ）を含む。本例は、気管支樹を記述しているが、アプリケーションと一致する他のボリューム、マップ又は画像が用いられる／提供されることができることが理解される。コンソール１１６は、光信号又は光を送受信し、及び／又は装置１００の遠位端からライブ画像を取り出すための光学トランシーバ１１７を含みうる。カメラ１１０が、ビデオデータをコンソール１１６に送るために、スコープの端部で用いられることができる。カメラ１１０から及び／又は光ファイバ１１２からのビデオデータは、後述するように３Ｄボリューム又はマップ１５０と相関付けられることができる。
【００２６】
図示される実施形態において、シース１０４は、気管支鏡の器具チャネル１０２内において、ＦＢＧ１０６を含む光ファイバ１１２を囲む。固定機構１４０が含められ、少なくとも２つの状態で動作されることができる。膨張されない状態において、チャネル１０２の直径は、医師／技師が、シース１０４を、内視鏡又は装置１００の器具チャネル１０２に挿入することを可能にするに十分である。膨張された状態では、少なくともシース１０４の一部が、器具チャネル１０２の壁と接触し、ゆえに、シース１０４及び器具チャネル１０２の壁に及ぼされる圧力がある。この膨張された状態は、好適には気管支鏡又は装置１００の遠位端において、壁に対するシース１０４のずれを妨げる。これは、ファイバ１１２の曲がりが気管支鏡１００の曲がりを厳密に近似することを与える。膨張された状態は、バルーン１４２を膨張させるために、バルーン１４２及び膨張管１４４を用いることによって実現されることができる。図３は、膨張されてない状態のバルーン１４２を示し、図３Ａは、膨張された状態のバルーン１４２を示す。
【００２７】
データ接続部１４８が、光学コンソール１１６と、気管支樹の３Ｄボリューム１５０を含むコンピュータシステム１３０との間にありえ、又はコンソール１１６は、コンピュータシステム１３０に含められてもよい。コンピュータシステム１３０は、３Ｄボリューム１５０によって識別される気管支樹内における、（センサ１０６（例えばＦＢＧ）からの測定されたひずみを使用して）形状決定プログラム１２２によって決定された気管支鏡先端部のロケーションを示す表示１３８を生成する。
【００２８】
コンピュータシステム１３０は、コンソール１１６、装置１００、及び／又はボリューム／マップ１５０と相互作用するためのユーザインタフェース１５２を含むことができる。インタフェース１５２は、キーボード、マウス、タッチスクリーンシステム等を含みうる。
【００２９】
図４を参照して、図３の切断ライン４−４で得られた断面が示されている。３つのＦＢＧ１０６は、内視鏡又は装置１００の器具チャネルに抵抗なしにシース１０４が挿入されることを可能にする直径をもつ可撓性シース１０４内に、対称に配置される。可撓性ポッティング材料１０５は、ＦＢＧ１０６を含むファイバを、互いに対し及びシース１０４に対し適当な位置に保持する。ポッティング材料１０５内にファイバを固定することによって、予測可能なひずみ応答が得られることができる。
【００３０】
図５を参照して、図３の切断ライン５−５で得られた断面が示されている。気管支鏡又は装置１００の先端部において、円環体形状のバルーン１４２が、可撓性インサート又はシース１０４に堅固に取り付けられている。バルーン１４２は、可撓性シース１０４の外側で気管支鏡１００の近位端の方へ延びる細い可撓性チューブ１４４を通じて供給される圧力によって、膨張され収縮されることができる。バルーン壁は、その収縮した状態では、器具チャネル１０２の内壁上に大きな圧力を及ぼさない。バルーン１４２は、その膨張した状態では、器具チャネル１０２の内壁に圧力を及ぼし、ゆえに、バルーン／シースの組み合わせが、器具チャネル１０２から容易に引き出されることを防ぐ大きな摩擦がある。
【００３１】
図６を参照して、装置（１００）を用いる方法が、一実施形態により例示的に示されている。シース（１０４）／バルーン（１４２）の組み合わせは、以下のように用いられることができる。ブロック２０２において、検査されるべき解剖学的領域（プロシージャの被検体）についての事前の走査（例えばＣＴ）が取得される。ブロック２０４において、患者が、気管支鏡検査又は他のプロシージャのために準備される。ブロック２０６において、シース（１０４）は、光学コンソール（１１６）に接続され、収縮状態のバルーン（１４２）をもつ気管支鏡の器具チャネル（１４０）に挿入される。シースは、器具チャネルに挿入される。シースは、光ファイバ、及び１又は複数の光ファイバに組み込まれた複数の分散されたセンサを含む。
【００３２】
ブロック２０８において、シースは、器具チャネル内に停留される。これは、バルーン（１４２）を用いることを含みうる。バルーンは、気管支鏡又は装置（１００）内にシース（１０４）を固定するために膨張される。器具チャネルの先端部においてバルーンにより光ファイバに印加される圧力は、身体内における器具チャネルの先端部の位置を特定するために、光ファイバにひずみを生成する。バルーンによるファイバ上のひずみは、先端部が位置する場所の標示を提供する。
【００３３】
ブロック２１０において、スコープ／装置（例えば気管支鏡）が患者に挿入される。ブロック２１２において、患者内の基準位置が、患者の事前に取得されたボリュームを使用して決定される。気管支樹への入口のような特定のロケーションにおいて、医師は、特定のロケーションが基準ロケーションに対応することをコンピュータシステム（１３０）に示し、事前に取得された画像ボリューム上の対応するロケーションに注釈をつける。ブロック２１４において、光ファイバの形状が、センサを使用して決定され、形状は、医療装置の一部のロケーションを提供するために、事前に取得されたボリュームと相関付けられる。気管支鏡が気管支樹内に更に挿入されるとき、形状決定プログラム（１２２）によって決定される気管支鏡の形状が、コンピュータシステム（１３０）によって、事前に取得されたボリュームと、好適にはセグメント化された気管支樹と相関付けられる。形状決定プログラムは、入力として、ファイバブラッググレーティングからの光学測定値を受け取り、出力として、ＦＢＧが埋め込まれている可撓性構造の３次元形状の算定値を提供する。プログラムは、２つのステッププロセスを含むことができ、最初に、光学測定値が、ひずみ測定に変換される。ひずみ測定値は、可撓性構造の三次元形状の算定値を与えるために、組み合わせにおいて処理される。この相関付けは、気管支樹内で気管支鏡の先端部のロケーションを表す。ロケーションはリアルタイムに表示され、医師を組織ターゲットへガイドする。
【００３４】
ブロック２１６において、ビデオデータが、身体の画像を（内側から）再構成するために取得されることができる。気管支鏡ビデオデータが取得されるとき、画像シェーディングキューからの３Ｄ再構成のための迅速なアルゴリズムが、気管支鏡視野内の表面マップを得るために使用されることができる。ブロック２１７において、画像は、センサから導き出される形状情報を使用して、実空間にマップされ、それにより、カメラ空間の画像ピクセルと、光学形状検知基準座標系との間のマップを提供する。ビデオ画像の３Ｄ表面の各々は、較正マトリックスと組み合わせて、ＦＢＧデータから導き出される気管支鏡カメラ位置（例えばスコープ１００の端部）及び向き情報を使用することによって、実際の３Ｄ空間にマップされることができる。較正マトリックスは、カメラ空間の画像ピクセルを光学形状検知基準座標系にマップする。
【００３５】
ビデオ処理及び画像比較は、ベストマッチを識別するために画像をサーチし、比較するためのプログラムを使用して実施されることができる。このようにして、十分且つ冗長な方向付け(clues)が、プロシージャの間、少なくともスコープの遠位端の位置及び向きをリアルタイムに識別するために提供される。
【００３６】
ブロック２１８において、再構成された画像は、位置合わせの品質及びナビゲーションの精度を一層改善するために、事前に取得されたボリュメトリックイメージングを使用して、動的に位置合わせされることができる。ＦＢＧが使用可能な気管支鏡検査システムからの再構成された３Ｄ気道表面は、位置合わせ及びナビゲーションの精度を一層改善するために、ＣＴ又は磁気共鳴（ＭＲ）から事前に取得されたボリュメトリックイメージングと位置合わせされることができる。例えば、事前に取得されたボリュメトリック画像は、気管支の３Ｄ輪郭を導き出すためにセグメント化されることができ、それは、カメラ空間の画像ピクセルと、光学形状検知基準座標系との間のマップの精度を改善するための事前の情報として、利用されることができる。一例として、事前に取得されたボリュメトリック画像から評価される気管支の３Ｄ輪郭は、気管支鏡の空間位置に関する制約を決定するために利用されることができる。
【００３７】
添付の請求項を解釈する際に、以下について理解すべきである：
ａ）「含む、有する(comprising)」という語は、所与の請求項に列挙される以外の構成要素又は工程の存在を除外しない；
ｂ）構成要素に先行する「a」又は「an」という語は、このような構成要素の複数の存在を除外しない；
ｃ）請求項における如何なる参照符号も、本発明の範囲を制限しない；
ｄ）幾つかの「手段」は、同じハードウェア又はソフトウェア実現構造のアイテムによって表現されることができる；
ｅ）特に示されない限り、工程の特定のシーケンスが要求されることを意図しない。
【００３８】
リアルタイムの位置追跡に関するスコープ用の可撓性器具チャネルインサートのためのシステム及び方法の好適な実施形態を記述したが（説明的であり、制限することを意図しない）、変形及び変更が、上述の教示を考慮して当業者によって行われることができることに注意されたい。従って、変更は、添付の請求項によって概説されるように開示される実施形態の範囲内にある、記述された開示の特定の実施形態において行われることができることが理解されるべきである。特許法によって要求される詳細及び特定性を記述したが、請求項に記載され、特許証によって保護されることが要求されるものは、添付の請求項に示されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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