(57)【要約】  統合された光形状検知システム及び方法は、ファイバポート又はコネクタを受けるよう構成される配置構造（１３２）を有する。プラットフォーム（１３０）は、ファイバポート又はコネクタが位置リファレンスを提供するようトラッキング可能となるように、配置構造と距離関係を提供するよう構成される。プラットフォームは、配置構造の近くで患者を固定する。光形状検知対応のインターベンショナル装置（１０２）は、ファイバポート又はコネクタに接続可能な第１光ファイバケーブルを有する。光インタロゲイションモジュール（１０８）は、インターベンショナル装置から光フィードバックを収集するよう構成され、既知のリファレンス歩維持ションが正確な形状再構成のため提供されるように、ファイバポート又はコネクタに接続可能な第２光ファイバケーブルを有する。
2014518097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
統合された光形状検知システムであって、
１以上のファイバポート又はコネクタを受けるよう構成される配置構造と、
前記配置構造との１以上の距離関係を提供するよう構成され、１以上のファイバポート又はコネクタが位置リファレンスを提供するためトラッキング可能となるように、前記配置構造の近くに患者の少なくとも一部を固定するためのプラットフォームと、
前記１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第１光ファイバケーブルを有する光形状検知対応のインターベンショナル装置と、
前記インターベンショナル装置から光フィードバックを収集するよう構成され、前記１以上のファイバポート又はコネクタが正確な形状再構成のため既知のリファレンスポジションを提供するように、前記１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第２光ファイバケーブルを有する光インタロゲイションモジュールと、
を有するシステム。
【請求項２】
前記配置構造は、前記プラットフォームの少なくとも一方のサイドに接続される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記１以上のファイバポート又はコネクタは、前記配置構造において調整可能である、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記１以上のファイバポート又はコネクタは、患者サイズと手順タイプとの少なくとも１つに従って調整される、請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記配置構造は、前記１以上のファイバポート又はコネクタが前記プラットフォーム上でポジションニングされることを可能にするため、前記プラットフォームに調整可能に接続される３次元構造を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記３次元構造は、前記プラットフォーム上で患者をイメージングするためのウィンドウを有する、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記プラットフォームは、前記配置構造を有する移動可能なパッドを有する、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記配置構造は、ウォール搭載又はシーリング搭載される、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
患者サイズ、手順タイプ及びシステムコンフィギュレーションの少なくとも１つに従って、干渉計のリファレンスアーム長を調整するよう構成されるリファレンスアーム長制御モジュールをさらに有する、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
統合された光形状検知システムであって、
１以上のファイバポート又はコネクタが位置リファレンスを提供するようトラッキング可能となるように、前記１以上のファイバポート又はコネクタを受けるよう構成される配置構造と、
前記配置構造を受けるよう構成されるテーブルと、
前記１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第１光ファイバケーブルを有する光形状検知対応のインターベンショナル装置と、
前記インターベンショナル装置から光フィードバックを収集するよう構成され、前記１以上のファイバポート又はコネクタが正確な形状再構成のため既知のリファレンスポジションを提供するように、前記１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第２光ファイバケーブルを有する光インタロゲイションモジュールと、
画像レジストレーションのため前記位置リファレンスを利用して前記インターベンショナル装置をイメージングするよう構成される１以上のイメージング装置と、
を有するシステム。
【請求項１１】
前記配置構造は、前記テーブルの少なくとも１つのサイドに接続される、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記１以上のファイバポート又はコネクタは、前記配置構造において調整可能である、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記１以上のファイバポート又はコネクタは、患者サイズと手順タイプとの少なくとも１つに従って調整される、請求項１１記載のシステム。
【請求項１４】
前記配置構造は、前記１以上のファイバポート又はコネクタが前記テーブル上でポジショニングされることを可能にするため、前記テーブルに調整可能に接続される３次元構造を有する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１５】
前記３次元構造は、前記テーブル上で患者をイメージングするためのウィンドウを有する、請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
患者サイズ、手順タイプ及びシステムコンフィギュレーションの少なくとも１つに従って干渉計のリファレンスアーム長を調整するよう構成されるリファレンスアーム長制御モジュールをさらに有する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１７】
前記１以上のファイバポート又はコネクタは、前記イメージングシステムと前記インターベンショナル装置との間のレジストレーションを可能にするための可視的なマーカを有する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１８】
１以上のファイバポート又はコネクタが位置リファレンスを提供するようトラッキング可能となるように、前記１以上のファイバポート又はコネクタを受けるよう構成される配置構造と、前記配置構造と１以上の距離関係を提供するよう構成されるプラットフォームと、前記１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第１光ファイバケーブルを有する光形状検知対応のインターベンショナル装置と、前記インターベンショナル装置から光フィードバックを収集するよう構成され、前記１以上のファイバポート又はコネクタが正確な形状再構成のため既知のリファレンスポジションを提供するように、前記１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第２光ファイバケーブルを有する光インタロゲーションモジュールとを有する統合された光形状検知システムを提供するステップと、
前記第１及び第２光ケーブルと前記ファイバポート又はコネクタの少なくとも１つとを接続するステップと、
前記配置構造の近くに患者の少なくとも一部を固定するステップと、
前記ファイバポート又はコネクタの少なくとも１つのポジションをリファレンスとして利用することによって、前記インターベンショナル装置を形状検知するステップと、
を有する方法。
【請求項１９】
前記１以上のファイバポート又はコネクタは、患者サイズと手順タイプとの少なくとも１つに従って前記配置構造において調整可能である、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記配置構造は、前記１以上のファイバポート又はコネクタが前記プラットフォーム上でポジショニングされることを可能にするため、前記プラットフォームに調整可能に接続される３次元構造を有し、
当該方法はさらに、前記３次元構造においてウィンドウを介し前記テーブル上の患者をイメージングするステップを有する、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
患者サイズ、手順タイプ及びシステムコンフィギュレーションの少なくとも１つに従って干渉計のリファレンスアーム長を調整するステップをさらに有する、請求項１８記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、医療装置及び方法に関し、より詳細には、医療処置中の信頼できるフレキシブルな利用のため光形状検知構成をインターベンショナル環境に統合するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバに基づく形状検知は、レイリ散乱パターン特性による光ファイバの分散したひずみ測定と同じである。レイリ散乱は、ファイバ製造処理に固有のファイバコアの屈折率のランダムな変動の結果として発生する。これらのランダムな変動はまた、グレーティング長（ｇｒａｔｉｎｇ  ｌｅｎｇｔｈ）に沿った振幅及び位相のランダムな変化によるブラッググレーティングとしてモデル化できる。ひずみ又は温度の変化が光ファイバに適用される場合、レイリ散乱パターン特性は変化する。光測定はまず、リファレンス散乱パターンを生成するため、ひずみ／温度の刺激がファイバに適用されることなく実行され、その後にひずみ／温度の導入後に再実行可能である。ひずみのある／ひずみのない状態におけるファイバのレイリ散乱スペクトルの相互相関は、適用されたひずみから生じるスペクトルシフトを決定する。温度変化ΔＴ又はファイバ軸εに沿ったひずみによる後方散乱パターンの波長Δλ又は周波数シフトΔνは、ファイバブラッググレーティングのレスポンスに大変類似している。
【０００３】
【数１】
2014518097.tif 000003
ただし、温度係数ＫＴは熱膨張と熱光学係数との和である。ひずみ係数Ｋεは、グループインデックスｎ、ひずみ光学テンソルのコンポーネントｐｉｊ及びポワソンのレシオの関数である。
【０００４】
【数２】
2014518097.tif 000004
従って、温度又はひずみのシフトは、単にスペクトル波長シフトΔλのリニアスケーリングである。
【０００５】
光周波数領域リフレクトメトリ（ＯＦＤＲ）は、ローカルなレイリ反射パターンの分散化された検知を可能にするファイバに沿って空間位置の周波数符号化を実質的に実行する。ＯＦＤＲでは、レーザ波長又は光周波数は、経時的にリニア変調される。コヒーレント検出のため、後方散乱波が検出装置においてコヒーレンスリファレンス波と合成される。検出装置は、波長のスキャン中に建設的干渉から相殺的干渉への変化とその反対の変化により変調信号を受信する。それの周波数Ωは、ファイバ上のポジションｓをマークし、その振幅は、距離ｓを介した前方及び後方伝搬のトータル振幅減衰ファクタとローカル後方散乱ファクタとに比例する。スペクトル解析装置などを利用して検出信号のフーリエ変換を実行することによって、当該方法は、ファイバに沿ったすべてのポイントｓからの後方散乱波の同時的な復元を可能にする。従って、ファイバの異なる部分のひずみは、ＯＦＤＲと共に何れかの個数のシフト検出又はパターンパッチング方法を利用して（信号位相変化の相互相関又は他の類似性メトリックの計算によるブロックマッチングなど）、特徴的なレイリ散乱パターンのスペクトルシフトを測定することによって決定可能である。
【０００６】
形状検知装置は、マルチコア形状検知ファイバに統合されるときなど、２以上の光ファイバが既知の空間関係にあるとき、上記の分散化されたひずみ測定を利用して構成可能である。リファレンスレイリ散乱パターン（又はリファレンスひずみ）によりリファレンス形状又は位置に基づき、新たな形状が、既知／所与／固定的な空間関係におけるファイバ間の相対的なひずみを用いて再構成可能である。
【０００７】
複数のパラメータが、多くの光形状検知プロトタイプシステムの基礎を形成するＯＦＤＲ及びレイリ散乱インタロゲイションに基づき分散ひずみ測定システムを設計する際に考慮される。以下の式が与えられると、サンプルサイズΔｓ、最大ファイバ長Ｌｍａｘ及び取得されるサンプル数Ｎｍａｘを計算できる。
【０００８】
【数３】
2014518097.tif 000005
ただし、λｓ，ｆはスタート／ファイナル波長であり、ｎはグループインデックスであり、Ｒｓはサンプリングレートであり、
【０００９】
【数４】
2014518097.tif 000006
はスウィープ周波数である。
【００１０】
スウィープ中のソースのコヒーレンス長は、２＊ｎ＊Ｌｍａｘより大きくなるべきである。これは、ライン幅δν＝ｃ／（２＊ｎ＊Ｌｍａｘ）に対する上限を与える。レーザは、１０ｍより長いコヒーレンス長に対応する１０ＭＨｚ以下のライン幅を有してもよい。１〜２ｍの妥当なテザー長は十分以上である。テザーは医療装置に接続されるファイバの長さである。パッチコードは、医療装置をインタロゲイションユニットに接続する。
【００１１】
実際的には、Ｌｍａｘは、インタロゲイションユニットとテザーとの間の妥当な大きさのパッチコードを収容するため、テザー長より大きくなるようとられる。ファイバ長の最小サイズは、波長ステップに対する上限を設定する。最大ファイバ長について１０ｍの同じ値を維持することは、約０．０４０ｐｍの波長の最大ステップサイズを与える。アプリケーションがコンソールとテザーとの間で１０ｍより長い距離を有することを必要とするとき、インタフェロメータのリファレンスアームの長さを常に増加することが可能である。しかしながら、このリファレンスアームファイバ長は、テザーに接続されたパッチコードの長さを超えるべきでない。
【００１２】
ステップサイズは、波長スウィープをモニタする光クロックの精度を決定する。このようなクロックのフリーなスペクトル範囲は、ある程度以上良好な位相測定を保証することが困難であるため、数百回、すなわち、３００回最小ステップサイズを超えるべきでない。上記の具体例では、これは、クロックのフリーなスペクトル範囲が１２ｐｍを超えるべきでないことを意味する。これは、１つのスウィープから次のスウィープまでのレーザの波長再現性に対する制限を設定する。レーザがこの要件を充足しない場合、既知の規格によりすべてのスウィープを測定することが強制される（例えば、低圧力ＨＣＮセルの吸収ラインなど）。これは、ネガティブな方法によりインタロゲイションシステムのリフレッシュレートに影響を与える。
【００１３】
可能な限り高速なデータ処理スキームを有するため、２の冪乗の個数のデータポイントが抽出されるべきであり、スウィープは波長にリニアであるべきでなく、波ベクトル（波長の逆数）にリニアであるべきである。これは、時間最適化された高速フーリエ変換を可能にする。線形性からの乖離は、テザー長により決定される。１ｍについて、これは、線形性からの乖離が１００ＭＨｚ未満であるべきことを意味する。この要件を充足するレーザはなく、データのリサンプリングが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
形状再構成は、繰り返し的に実行可能である。
【００１５】
【数５】
2014518097.tif 000007
ただし、
【００１６】
【数６】
2014518097.tif 000008
は形状検知ファイバに沿ってｉ番目の空間要素に対するポジションベクトルであり、
【００１７】
【数７】
2014518097.tif 000009
はマルチコアファイバの実際のひずみ測定から導出される再構成された増分的なステップベクトルである。形状再構成のため、
【００１８】
【数８】
2014518097.tif 000010
を（０，０，０）Ｔ又は他の所与のポイント、すなわち、（Ｘ線）イメージャとの既知の関係との定着物からのリファレンスポイントであると仮定できる。例えば、測定ノイズなどによる
【００１９】
【数９】
2014518097.tif 000011
において取得された誤差は前方に伝搬し、形状再構成の精度に影響を与える。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本原理によると、統合された光形状検知システム及び方法は、１以上のファイバポート又はコネクタを受けるよう構成される配置構造を有する。プラットフォームは、１以上のファイバポート又はコネクタが位置リファレンスを提供するためトラッキング可能となるように、配置構造との距離関係を提供するよう構成される。プラットフォームは、配置構造の近くに患者を固定する。光形状検知対応のインターベンショナル装置は、ファイバポート又はコネクタに接続可能な第１光ファイバケーブルを有する。光インタロゲイションモジュールは、インターベンショナル装置から光フィードバックを収集するよう構成され、正確な形状再構成のため既知のリファレンスポジションが提供されるように、ファイバポート又はコネクタに接続可能な第２光ファイバケーブルを有する。
【００２１】
統合された光形状検知システムは、１以上のファイバポート又はコネクタが位置リファレンスを提供するようトラッキング可能となるように、１以上のファイバポート又はコネクタを受けるよう構成される配置構造を有する。テーブルは、配置構造を受けるよう構成される。光形状検知対応のインターベンショナル装置は、１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第１光ファイバケーブルを有する。光インタロゲイションモジュールは、インターベンショナル装置から光フィードバックを収集するよう構成され、１以上のファイバポート又はコネクタが正確な形状再構成のため既知のリファレンスポジションを提供するように、１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第２光ファイバケーブルを有する。１以上のイメージング装置が、画像レジストレーションのため位置リファレンスを利用してインターベンショナル装置をイメージングするよう構成される。
【００２２】
方法は、１以上のファイバポート又はコネクタが位置リファレンスを提供するようトラッキング可能となるように、１以上のファイバポート又はコネクタを受けるよう構成される配置構造と、配置構造と１以上の距離関係を提供するよう構成されるプラットフォームと、１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第１光ファイバケーブルを有する光形状検知対応のインターベンショナル装置と、インターベンショナル装置から光フィードバックを収集するよう構成され、１以上のファイバポート又はコネクタが正確な形状再構成のため既知のリファレンスポジションを提供するように、１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第２光ファイバケーブルを有する光インタロゲーションモジュールとを有する統合された光形状検知システムを提供するステップと、前記第１及び第２光ケーブルと前記ファイバポート又はコネクタの少なくとも１つとを接続するステップと、配置構造の近くに患者の少なくとも一部を固定するステップと、ファイバポート又はコネクタの少なくとも１つのポジションをリファレンスとして利用することによって、前記インターベンショナル装置を形状検知するステップとを有する。
【発明の効果】
【００２３】
本開示の上記及び他の課題、特徴及び効果は、添付した図面と共に参照されるべき例示的な実施例の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本開示は、以下の図面を参照して好適な実施例の以下の説明を詳細に提供する。
【図１】図１は、本原理によるインターベンショナル又は治療設定のための統合された形状検知を有するシステム／方法を示すブロック／フロー図である。
【図２】図２Ａ及び２Ｂは、本原理によるインターベンショナル又は治療設定における光ファイバを接続するための構成又は設定により統合された形状検知を有するシステムの上面図及び側面図をそれぞれ示す。
【図３】図３は、例示的な一実施例による調整可能なファイバコネクタによる構成又は設定を有するシステムの上面図を示す。
【図４】図４は、例示的な一実施例による調整可能なファイバコネクタによる構成を有する調整可能なパッドの斜視図を示す。
【図５】図５は、例示的な一実施例による調整可能なファイバコネクタウォール又はシーリングによる構成又は設定を有するシステムの斜視図を示す。
【図６】図６は、他の例示的な実施例による３次元構成に搭載された調整可能なファイバコネクタによる構成又は設定を有するシステムの斜視図を示す。
【図７】図７は、一実施例によるインターベンショナル又は治療設定において形状検知を統合及び利用する方法を示すブロック／フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本原理によると、インターベンショナル環境又は実験室内の光形状検知の配置は、トラッキング機能とワークフローとの双方を最適化するため、治療設定内の具体的なコネクタ、コンソール及び形状検知ファイバ構成（長さ、アタッチメントのジオメトリなど９の具体的な構成を必要とする。複数のパラメータが、インターベンショナル環境内の形状検知の利用に影響を与える。本原理によると、クリニック内に光形状検知を配置するための構成及び構造が提供される。この構成は、インターベンショナルラボ設定、マルチモダリティ設定、治療イメージング設定への光形状検知システムの完全な統合などにおいて利用されてもよい。
【００２６】
一実施例では、インターベンショナルＸ線装置への光ファイバ形状検知（ＯＳＳ）システムの統合のため、複数の側面が考慮される必要がある。例えば、ファイバは、正確な形状再構成を可能にするため、既知のリファレンスポジションから開始される必要がある。このような位置は、直接的なレジストレーションを可能にするため、イメージングシステムに関して既知である必要がある。さらに、インタロゲイションレーザの帯域幅、スウィープレート、コヒーレンス長、サンプリングレート、ファイバ長などのパラメータが、イメージングシステムとの統合に応じて選択及び最適化される必要がある。
【００２７】
特に有用な実施例では、インターベンショナル装置内への形状検知システムの最適配置を可能にする方法が提供される。治療基準に基づき、適切なファイバ開始リファレンスを保証するＯＳＳファイバ接続（患者のサイドなどに沿って）のための構成が提供される。これらの構成はまた、Ｘ線、超音波などのイメージング装置との直接的なレジストレーションを可能にする。
【００２８】
本発明が医療装置に関して説明されるが、本発明の教示ははるかに広く、複雑な生物系又は機械系をトラッキング又は解析するのに利用される何れかの装置に適用可能であることが理解されるべきである。特に、本原理は、生物系の内部のトラッキング手順に適用可能であり、肺、胃腸管、排泄器官、血管などの体のすべてのエリアにおける手順に適用可能である。図面に示される要素は、ハードウェア及びソフトウェアの各種組み合わせにより実現され、単一の要素又は複数の要素に組み合わせ可能な機能を提供してもよい。
【００２９】
図面に示される各種要素の機能は、専用のハードウェアと共に適切なソフトウェアと関連してソフトウェアを実行可能なハードウェアを利用することにより提供可能である。プロセッサにより提供されると、これらの機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ又は一部が共有可能な複数の個別プロセッサにより提供可能である。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利用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアのみを表すよう解釈されるべきでなく、限定することなく、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ソフトウェアを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、不揮発性ストレージなどを暗黙的に含めることができる。
【００３０】
さらに、本発明の原理、態様及び実施例と共にこれらの具体的な具体例を記載したすべての記述は、それの構造的及び機能的な均等の双方を含むことが意図される。さらに、このような均等は、現在知られている均等と共に将来的に開発される均等（すなわち、構成に関係なく同一の機能を実行する開発される任意の要素）との双方を含むことが意図される。従って、例えば、ここに提供されるブロック図は本発明の原理を実現する例示的なシステムコンポーネント及び／又は回路の概念図を表すことが当業者により理解されるであろう。同様に、何れかのフローチャート、フロー図などが、コンピュータ可読記憶媒体により実質的に表現され、コンピュータ又はプロセッサが明示的に図示されるかに関係なく、コンピュータ又はプロセッサにより実行される各種処理を表すことが理解されるであろう。
【００３１】
さらに、本発明の実施例は、コンピュータ又は何れかの命令実行システムによる利用のため又は関連するプログラムコードを提供するコンピュータにより利用可能な又は可読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態をとりうる。本説明のため、コンピュータ利用可能又は可読な記憶媒体は、命令実行システム、装置による利用又は関連してプログラムを含む、格納する、通信する、伝搬する又は伝送する任意の装置とすることが可能である。この媒体は、電子、磁気、光、電磁気、赤外線又は半導体システム（又は装置）又は伝搬媒体とすることが可能である。コンピュータ可読媒体の具体例として、半導体若しくはソリッドステートメモリ、磁気テープ、着脱可能なコンピュータディスケット、ＲＡＭ、ＲＯＭ、リジッド磁気ディスク及び光ディスクなどがあげられる。光ディスクの現在の具体例として、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ／Ｗ（ＣＤ−Ｒｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ）、及びＤＶＤなどがあげられる。
【００３２】
同様の番号が同一又は類似する要素を表す図面を参照して、まず図１を参照して、統合された光検知構造を利用するインターベンショナル設定において医療手順を実行するシステム１００が例示される。システム１００は、手順が監視及び／又は管理されるワークステーション又はコンソール１１２を有してもよい。ワークステーション１１２は、好ましくは、１以上のプロセッサ１１４と、プログラム及びアプリケーションを格納するメモリ１１６とを有する。メモリ１１６は、形状検知装置１０４からの光フィードバック信号を解釈するよう構成される光検知モジュール１１５を格納してもよい。光検知モジュール１１５は、医療装置１０２及び／又はそれの周辺領域に関連する変形、たわみ及び他の変化を再構成するため、光信号フィードバック（及び電磁気（ＥＭ）などの他の何れかのフィードバック）を利用するよう構成される。医療装置１０２は、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、エンドスコープ、ロボット又は他のアクティブ装置などを含むものであってもよい。
【００３３】
ワークステーション１１２は、イメージング又はトラッキングシステム１１０が利用される場合、被検者の内部画像を閲覧するためのディスプレイ１１８を有する。イメージングシステム１１０は、例えば、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）システム、蛍光透視システム（Ｘ線）、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）システム、超音波（ＵＳ）システム、ＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、ＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）などを含むものであってもよい。トラッキングは、電磁トラッキング、ＵＳなどを含むものであってもよい。ディスプレイ１１８はまた、ユーザがワークステーション及びそのコンポーネントとファンクションとやりとりすることを可能にするものであってもよい。これはさらに、ワークステーション１１２とのユーザのやりとりを可能にするためのキーボード、マウス、ジョイスティック又は他の何れかの周辺装置又は制御装置を含むインタフェース１２０により実現される。
【００３４】
ワークステーション１１２は、光ファイバに光を提供するための光源１０６を有する。光インタロゲイションユニット又はモジュール１０８は、すべてのファイバとの間の光を制御するのに利用される。これは、インターベンショナル装置１０２の形状、向きなどを解釈するのに利用されるひずみ又は他のパラメータの決定を可能にする。光信号は、アクセスエラーを調整し、装置１０２又はシステム１００を測定するためのフィードバックとして利用される。
【００３５】
形状検知装置１０４は、形状トラッキングエラーの検出及び訂正／測定のために自らのジオメトリを利用するよう構成される１以上のファイバを含む。光インタロゲイションモジュール１０８は、装置１０２のトラッキングを可能にするため、光検知モジュール１１５（形状決定プログラムなど）と共に機能する。形状検知装置１０４の光ファイバは、トラッキングエラー及び測定のインタロゲイションを可能にするため、既知の又は所定のジオメトリにより装置１０２に付属されてもよい。
【００３６】
形状検知（ＯＳＳ）システム１０４は、所定のポジションからの散乱パターン及びファイバジオメトリ情報（らせんピッチなど）を正確に決定するため、レイリ散乱を提供する。適用要件及び利用の容易さに関する治療基準に基づき、ＯＳＳファイバ接続又はファイバポートのための１以上の配置構造１３２が提供される。一実施例では、ファイバポート１３２は、患者の横の位置に対応するポジションに配置される。ファイバポートポジション１３２は、テーブル又はプラットフォーム１３０内又は患者の近傍に固定されたキャリブレーションフレーム若しくは他の構造内で患者に平行していてもよい。ポート１３２は、固定され既知であるか、又は規定された境界条件に基づくファイバ形状の最適な推定のため制約された再設定可能であるが測定可能なファイバ開始リファレンス動作を保証する。このような構成は、Ｘ線、超音波などのイメージング装置による直接的なレジストレーションを可能にする。
【００３７】
ファイバポートポジション１３２は、テザーとＯＳＳ装置１０２との間のファイバ長と、テザーと光インタロゲイションユニット１０８との間のパッチコードとを最適化するよう配置される。さらに、コネクタ又はポート１３２のポジションはトラッキング可能又は既知である。この特徴は、イメージング又はトラッキングシステム１１０とのレジストレーションを可能にするため、正確なリファレンス又はファイバ開始ポジションを知ることを可能にする。トラッキングは、コネクタ又はポート１３２に付属されたポジションエンコーダ又はセンサ１５０を用いて実行可能である。ファイバポートポジション１３２は、アクチュエータ又はモータ１５２を用いて駆動され、当該構成又は個々のポート／コネクタの動きが常時知ることができるようにモニタリングされる。
【００３８】
光インタロゲイションユニット１０８は、リファレンスアーム長を含む１以上の干渉計を有する。一実施例では、インタロゲイションユニット１０８の干渉計のリファレンスアーム長は、所定の長さを有するか、又は患者のサイズ、手順タイプ及びシステムコンフィギュレーションポジションに基づくリファレンスアーム長の半又は全自動制御を含む。この情報に基づき、ハードウェア／ソフトウェアの最適化は、スウィープ周波数、波長範囲、波長ステップ幅、コヒーレンス長、形状検知駆動ファイバの最大長及び解像度のリファレンスアームなどの既知の影響のパラメータをトレードオフする制御モジュール１４２により実現されてもよい。
【００３９】
光検知モジュール１１５は、患者の長さ及び患者のテーブルの所定のポジション１３２に基づき、異なるリファレンスアーム長を格納可能であってもよい。各光ファイバコネクタ位置（１３２）は、ファイバの長さに沿ってサンプルポイントを最大化する（患者の足下近くでスライド又はハンギングする）ファイバの長さに基づき異なるリファレンスアーム長を有することが可能である。これはまた、ファイバオフセット値を増加することによってデータの欠落の制限を解消可能であり、おそらく必要とされる形状検知ファイバの長さを減少させる。
【００４０】
インタロゲイションユニット１０８はさらに、物理的に異なる位置にあるが、同一のインタロゲイションユニット１０８に接続されるカテーテル、装置、超音波トランスデューサをトラッキングするための複数のファイバアームのインタロゲイションを可能にする光電子工学マルチプレクサ１３６を有してもよい。
【００４１】
光ファイバ長制御ユニット１３８は、ワークステーション１１２（バックプレーン）に設けられるか、又はファイバ長の減少のため患者テーブル１３０に統合されてもよい。異なるファイバ長が、コンフィギュレーションを最適化するため選択可能であってもよい。一実施例では、光コンポーネント及び検出エレクトロニクスを有する光インタロゲイションモジュール１０８は、別のユニットであってもよく、インタロゲイションユニット１０８のテーブルに搭載されたドッキングステーション内又は台座マウント内など、患者テーブルに付属されるなどより近いポジションに又はワークステーションに搭載されてもよい。任意的には、テーブルに搭載された又はベッドサイドのディスプレイ１１８及びユーザインタフェース１２０は、コンフィギュレーションの利用性を向上させるため設けられてもよい。
【００４２】
図２Ａ及び２Ｂを参照して、図２Ａ及び図２Ｂはそれぞれ、本原理により構成されるインターベンショナルセッティング２００の上面図及び側面図を示す。患者２０２が、プラットフォーム又はテーブル２０４上に示される。テーブル２０４は、患者２０２に対するアクセスポイント又はポジションに近接したドッキングポート２０５を備えたマルチコア光形状検知ファイバコネクタ構成２０６を有する。ドッキングポート２０５は、例えば、共通のアクセスポジションである大腿部又は上腕部のアクセスポイントのレベル、肝臓腫瘍用途のための患者の胸部の側などにあってもよい。本実施例では、ドッキングポート２０５は、テーブル２０４又はテーブルに搭載されたサポート２１０内に固定される。
【００４３】
ドッキングポート２０５は、患者２０２の高さ又はサイズに基づく調整を可能にするため、複数の位置に配置される。ポート２０５は、専用の形状検知ファイバの仕様を考慮して、容易な接続／分離を可能にするよう標準的な又は先進的な光ファイバコネクタを備えて構成される。コネクタは、ＳＴ接続技術などを含むものであってもよい。
【００４４】
患者サイドでは、光ファイバケーブル２１２が、光ファイバ形状検知機能を備えたインターベンショナル装置２１４に接続する。ケーブル２１２は、ドッキングポート２０５に接続する。他の光ファイバケーブル２１６は、（ワークステーション１１２の一部であってもよい）インタロゲイションユニット２２８との接続を完了させるため、ドッキングポート２０５の反対側に接続する。
【００４５】
本例では、他のインターベンショナル装置２２１が、本例では超音波イメージングシステム（２２４）を有する例示的なイメージング装置２２４と共に利用するため利用される。イメージングシステム２２４は、光ファイバ形状検知機能を備えた装置２２１を利用してもよい。ケーブル２１８は、装置２２１に接続し、光ファイバケーブル２２０によりインタロゲイションユニット２２８にさらに接続される所定のポジションにおいてイメージングシステム２２４に接続される。ケーブル２１８，２２０は、システム２２４との所定のコンフィギュレーションにより接続されるが、また上述されるような構成２０６を介し経由されてもよい。
【００４６】
Ｘ線マシーン２２２は、装置２２１，２１４をトラッキング又はイメージングするのに利用されてもよい。イメージング及び他の情報は、モニタ／ディスプレイ２２６上で閲覧されてもよい。ディスプレイイメージは、リファレンスとしてポート２０５のポジションを利用して形状検知データにレジストリングされてもよい。
【００４７】
図３を参照して、他の構成３０５がポート３０６について示される。本実施例では、スライディング光ファイバコネクタ３０６は、位置調整を可能にするため（設定されたスクリュー又は他の機構により固定されたトラックなどにおいて）、構成３０５内にスライド可能に係合される。スライディング光ファイバコネクタ３０６は、患者２０２に対して適切なポジションにおいて利用可能になるように、テーブルのサイドに沿って配置されてもよい。構成３０５は、テーブル３０４内に又はテーブルに搭載されたサポート（３０５）上に構成されてもよい。
【００４８】
一実施例では、コネクタ３０６は構成３０５内でスライディングし、形状の再構成のため既知の開始ポイントを提供するため、固定機構３１０により所定のポジションにラッチ又はロック可能である。固定機構３１０は、コネクタ３０６のポジションを固定するためのスクリュー、レバー、スナップ、検出又は他の機械的構造を有してもよい。
【００４９】
スライディングコネクタ３０６は、ファイバリファレンスコンフィギュレーションの同時的なイメージベースの特徴化のためのラジオ不透明マーカ又は他のイメージング可視的マーカを有してもよい。このようにして、コンフィギュレーション及びコネクタポジションは、イメージングシステムにより直接決定可能である。
【００５０】
コネクタ３０６は、手順要求に基づき自己ポジショニングのため自動的に駆動されてもよいし、及び／又はリファレンスファイバコンフィギュレーションに関するフィードバックを提供するよう位置のトラッキングがされる。さらに、コネクタ３０６は、Ｘ線システムレジストレーション、患者の動き、テーブルの動きなどの他のシステムとのレジストレーションのためのポジションセンサ（図１の１５０）を用いて固定又は駆動されてもよい。所定のポジション駆動は、半自動的又は全自動的なモータ化されたセットアップを利用してもよい（例えば、図１の制御モジュール１４２及びアクチュエータ１５２などを利用して）。
【００５１】
コネクタ３０６は、好ましくは、形状の再構成のため制約付き境界条件を提供するため、開始ポイントにおいて滑らかな湾曲を確保するため、すべての実施例において構成される。例えば、コネクタ３０６からの光ファイバケーブルは、湾曲の半径が適切に維持されることを保障するため、ベンドリミッタを有するべきである。
【００５２】
図４を参照して、ファイバ開始パッド４０２が、テーブルの上部内に埋め込まれてもよいし、又は患者のポジショニング、手順タイプ、対象とする組織及び所望のアクセスに依存して、各種テーブルポジションに再構成可能であり移動される（手動により又は自動的に）。パッド４０２は、テーブル４０４に配置され、そこに固定されてもよい。パッド４０２は、ファイバポート２０６又はコネクタ３０６がそこに設定可能になることを可能にするため、構成２０５又は３０５を有する。パッド４０２は、必要に応じてアクチュエータ又は手動による再配置を利用して調整されてもよい。
【００５３】
図５を参照して、光ファイバコネクタ５０６は、他の構造又は構成５０８上に配置されてもよい。図５に示される具体例では、構成５０８は、シーリング又はウォールなどから吊されたオーバヘッドレール又は同様のマウント５１０を有する。マウント５１０は、他の装置の間隔を可能にするため、Ｘ線マシーンなどの他のシステムのジオメトリによりレジスタリングされた所定のポジションを有する。所定のポジションは、ファイバ接続のためのポート又はコネクタ５０６を配置する。
【００５４】
図６を参照して、マウント６０８は、患者６０２上の３次元構造６１０を搭載するため、テーブル６０４上の所定のポジション６１４を有する。配置構造６１０は、遮ることがないように開口６１２を介しＸ線マシーン６０１又は他の処理のＸ線イメージングを提供してもよい。配置構造６１０は、好ましくは、患者へのエントリポイントに近い複数の既知の開始ポイント６０６に構成される。ウィンドウ又は開口６１２は、所与の手順又は関心のある組織に最適なポジションに自動的又は手動により駆動されてもよい。所定のポジションの駆動は、半自動的又は全自動的なモータ化セットアップを利用してもよい。
【００５５】
図７を参照して、ブロックフロー図は、例示的な実施例によるインターベンショナル環境において形状検知装置を統合及び利用する方法を示す。ブロック７０２において、統合された光形状検知システムが提供される。当該システムは、１以上のファイバポート又はコネクタを受けるよう構成される構成システムと、当該構成システムとの１以上の距離関係を提供するよう構成されるプラットフォームとを有する。光形状検知対応のインターベンショナル装置は、１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第１光ファイバケーブルを有し、光インタロゲイションモジュールは、装置から光フィードバックを収集するよう構成される。光インタロゲイションモジュールは、１以上のファイバポート又はコネクタが正確な形状再構成のため既知のリファレンスポジションを提供するように、１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第２光ファイバケーブルを有する。当該構成は、スライド可能なコネクタを備えたコンフィギュレーション、１以上のファイバポート又はコネクタが患者の上方に配置されることを可能にするプラットフォームに調整可能に接続される３次元構造、ウォール又はシーリングに搭載された構成などを有してもよい。
【００５６】
ブロック７０４において、１以上のファイバポート又はコネクタが、患者サイズ及び手順タイプの少なくとも１つに従って構成のコンフィギュレーションにおいて調整されてもよい。ブロック７０６において、第１及び第２光ケーブルは、ファイバポート又はコネクタの少なくとも１つに接続される。ブロック７１０において、患者の少なくとも一部は、構成の近くに固定される。ブロック７０６，７１０は互換的であり、他方の前に実行されてもよい。ブロック７１２において、装置は、リファレンスとしてファイバポート又はコネクタの少なくとも１つのポジションを利用することによって形状検知される。このセットアップは、手順中の任意の時点で実行されてもよい。ブロック７１４において、干渉計のリファレンスアーム長は、患者サイズ、手順タイプ及びシステムコンフィギュレーションの少なくとも１つに従って調整されてもよい。ブロック７１６において、イメージングが実行される。これは、手順を通じて実行されてもよく、リファレンスポジションとしてファイバポート又は接続を利用してもよい。ブロック７１８において、当該手順が続けられる。
【００５７】
添付した請求項の解釈において、ａ）“有する”という単語は、所与の請求項にリストされた以外の要素又はステップの存在を排除するものでなく、ｂ）要素に先行する“ある”という単語は当該要素が複数存在することを排除するものでなく、ｃ）請求項の参照符号はその範囲を限定するものでなく、ｄ）複数の“手段”は同一のアイテム、ハードウェア又はソフトウェアにより実現される構造又は機能により表されてもよく、ｅ）ステップの具体的なシーケンスは、特段の断りがない場合には要求されることが意図されない。
【００５８】
インターベンショナル環境（限定することなく例示的であると意図される）内の光ファイバ形状検知の統合のためのシステム及び方法の好適な実施例が説明されたが、上記教示に基づき当業者に改良及び変形が可能であることが留意される。従って、添付した請求項により画定されるここに開示される実施例の範囲内の変更が開示された特定の実施例において行われうることが理解されるべきである。特許法により特に要求される詳細を説明したが、特許の文字によりプロテクトされる請求及び所望される者は、添付した請求項に提供される。
【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６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年7月30日(2013.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
統合された光形状検知システムであって、
１以上のファイバポート又はコネクタを受けるよう構成される配置構造と、
前記配置構造との１以上の距離関係を提供するよう構成され、１以上のファイバポート又はコネクタが位置リファレンスを提供するためトラッキング可能となるように、前記配置構造の近くに患者の少なくとも一部を固定するためのプラットフォームと、
前記１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第１光ファイバケーブルを有する光形状検知対応のインターベンショナル装置と、
前記インターベンショナル装置から光フィードバックを収集するよう構成され、前記１以上のファイバポート又はコネクタが正確な形状再構成のため既知のリファレンスポジションを提供するように、前記１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第２光ファイバケーブルを有する光インタロゲイションモジュールと、
を有するシステム。
【請求項２】
前記１以上のファイバポート又はコネクタは、配置構造において調整可能である、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記配置構造は、前記１以上のファイバポート又はコネクタが前記プラットフォーム上でポジションニングされることを可能にするため、前記プラットフォームに調整可能に接続される３次元構造を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記３次元構造は、前記プラットフォーム上で患者をイメージングするためのウィンドウを有する、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記プラットフォームは、前記配置構造を有する移動可能なパッドを有する、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
患者サイズ、手順タイプ及びシステムコンフィギュレーションの少なくとも１つに従って、干渉計のリファレンスアーム長を調整するよう構成されるリファレンスアーム長制御モジュールをさらに有する、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
統合された光形状検知システムであって、
１以上のファイバポート又はコネクタが位置リファレンスを提供するようトラッキング可能となるように、前記１以上のファイバポート又はコネクタを受けるよう構成される配置構造と、
前記配置構造を受けるよう構成されるテーブルと、
前記１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第１光ファイバケーブルを有する光形状検知対応のインターベンショナル装置と、
前記インターベンショナル装置から光フィードバックを収集するよう構成され、前記１以上のファイバポート又はコネクタが正確な形状再構成のため既知のリファレンスポジションを提供するように、前記１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第２光ファイバケーブルを有する光インタロゲイションモジュールと、
画像レジストレーションのため前記位置リファレンスを利用して前記インターベンショナル装置をイメージングするよう構成される１以上のイメージング装置と、
を有するシステム。
【請求項８】
前記１以上のファイバポート又はコネクタは、配置構造において調整可能である、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記配置構造は、前記１以上のファイバポート又はコネクタが前記テーブル上でポジショニングされることを可能にするため、前記テーブルに調整可能に接続される３次元構造を有する、請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
前記３次元構造は、前記テーブル上で患者をイメージングするためのウィンドウを有する、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
患者サイズ、手順タイプ及びシステムコンフィギュレーションの少なくとも１つに従って干渉計のリファレンスアーム長を調整するよう構成されるリファレンスアーム長制御モジュールをさらに有する、請求項７記載のシステム。
【請求項１２】
１以上のファイバポート又はコネクタが位置リファレンスを提供するようトラッキング可能となるように、前記１以上のファイバポート又はコネクタを受けるよう構成される配置構造と、前記配置構造と１以上の距離関係を提供するよう構成されるプラットフォームと、前記１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第１光ファイバケーブルを有する光形状検知対応のインターベンショナル装置と、前記インターベンショナル装置から光フィードバックを収集するよう構成され、前記１以上のファイバポート又はコネクタが正確な形状再構成のため既知のリファレンスポジションを提供するように、前記１以上のファイバポート又はコネクタに接続可能な第２光ファイバケーブルを有する光インタロゲーションモジュールとを有する統合された光形状検知システムを提供するステップと、
前記第１及び第２光ケーブルと前記ファイバポート又はコネクタの少なくとも１つとを接続するステップと、
前記配置構造の近くに患者の少なくとも一部を固定するステップと、
前記ファイバポート又はコネクタの少なくとも１つのポジションをリファレンスとして利用することによって、前記インターベンショナル装置を形状検知するステップと、
を有する方法。
【請求項１３】
前記１以上のファイバポート又はコネクタは、患者サイズと手順タイプとの少なくとも１つに従って前記配置構造において調整可能である、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記配置構造は、前記１以上のファイバポート又はコネクタが前記プラットフォーム上でポジショニングされることを可能にするため、前記プラットフォームに調整可能に接続される３次元構造を有し、
当該方法はさらに、前記３次元構造においてウィンドウを介し前記テーブル上の患者をイメージングするステップを有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
患者サイズ、手順タイプ及びシステムコンフィギュレーションの少なくとも１つに従って干渉計のリファレンスアーム長を調整するステップをさらに有する、請求項１２記載のシステム。
【国際調査報告】
2014518097.tif 000019
2014518097.tif 000020
2014518097.tif 000021
2014518097.tif 000022