(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁場を発生させるように動作可能である電磁場発生器と、
解剖学的領域内へと電磁センサブロックを通り挿入される少なくとも１つの介入ツールのシミュレートされた電磁追跡を表すように、位置付けられ、かつ、方向付けられる少なくとも１つの電磁センサを含む前記電磁センサブロックと、
前記少なくとも１つの電磁センサに動作可能に接続される電磁品質保証ワークステーションと、
を含む、電磁品質保証システムにおいて、当該電磁品質保証システムは、
前記電磁センサブロックに対して位置合わせされるように動作可能である基準電磁センサ
を更に含み、
前記電磁場発生器が、前記少なくとも１つの電磁センサ及び前記基準電磁センサを取り囲む電磁場を発生させることに反応して、前記電磁品質保証ワークステーションは、前記解剖学的領域内へと前記電磁センサブロックを通る前記少なくとも１つの介入ツールの挿入の電磁追跡精度をテストするように動作可能であり、
前記電磁品質保証ワークステーションは更に、前記少なくとも１つの電磁センサそれぞれの追跡位置の電磁追跡精度の品質を示す少なくとも１つのメトリックを計算するように動作可能であることを特徴とする、電磁品質保証システム。
【請求項２】
前記電磁センサブロックは、前記電磁センサブロックを通り延在する少なくとも１つのチャネルを含み、
各電磁センサは、前記少なくとも１つのチャネルのうちの１つのチャネル内に含まれる、請求項１に記載の電磁品質保証システム。
【請求項３】
前記電磁場発生器が、前記少なくとも１つの電磁センサを取り囲む電磁場を発生させることに反応して、前記電磁品質保証ワークステーションは更に、前記少なくとも１つの電磁センサそれぞれの追跡位置の電磁追跡精度の品質を示す少なくとも１つのメトリックを計算するように動作可能である、請求項１に記載の電磁品質保証システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのメトリックが、前記電磁場における歪みを示すことに反応して、前記電磁品質保証ワークステーションは更に、前記基準電磁センサの位置合わせされた位置に対する前記少なくとも１つの電磁センサそれぞれの前記追跡位置の電磁追跡の関数として、前記電磁場における前記歪みを補正するように動作可能である、請求項１に記載の電磁品質保証システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、介入手順（例えば前立腺がん小線源療法手順）に組み込まれる電磁（「ＥＭ」）追跡システムに関する。本発明は、特にＥＭ追跡システムの動作精度を検証し、向上させるための品質保証と、介入ツール（例えば超音波プローブ、カテーテル、ニードル等）のＥＭ追跡のための患者座標系の確立とに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示されるように、当技術分野において知られているＥＭ追跡機能を有する例示的な前立腺がん小線源療法手順１０において、患者１１の骨盤領域の近くに置かれるＥＭ場発生器２０によってＥＭ場２１が発生する。従来の平面ＥＭ場発生器２０（例えばブリック形状ＥＭ場発生器）では、追跡視野（「ＦＯＶ」）は、５０×５０×５０ｃｍである。前立腺がん小線源療法１０の間のＥＭ場発生器２０の典型的な位置は、患者１１の腹部の上である。これは、この位置は、通常、既存の臨床的セットアップと物理的な干渉が最小限だからである。ＥＭ場発生器は、通常、治療台（図示せず）に取り付けられる取付けアーム（図示せず）を使用して、適切な位置に保持される。ＥＭ場発生器２０は、患者固有の幾何学的配置及びセットアップに依存して、患者台と平行であるか、又は、前立腺に向けて傾斜されている。
【０００３】
より重要なことに、前立腺がん小線源療法１０の間、患者１１の追跡された骨盤領域に対するＥＭ場発生器２０の位置が、グリッドテンプレート１２によってガイドされるカテーテル／ニードル１３の患者１１の前立腺１５への介入の達成可能な追跡精度と、グリッドテンプレート１２によってガイドされる超音波プローブ１４による前立腺１５の撮像の達成可能な追跡精度とにおいて、極めて重要な役割を果たす。つまり、カテーテル／ニードル１３及び超音波プローブ１４に結合される各ＥＭセンサ（図示せず）からのＥＭ測定結果の精度は、ＥＭ場発生器２０に対する各ＥＭセンサの位置に依存する。これは、ＥＭ場発生器２０によって生成されるＥＭ場２１が、完全に一様ではないという事実による。より具体的には、ＥＭ場２１には、測定結果において絶対位置誤差及び／又はノイズが増加するとの観点から、追跡精度が劣化するセクションがある。したがって、ＥＭ追跡前立腺がん小線源療法手順１０の前に、臨床環境において、ＥＭシステムの精度を検証する必要がある。
【０００４】
更に、超音波プローブ１４からの経直腸超音波（「ＴＲＵＳ」）画像に基づいた治療計画が、前立腺１５に意図した放射線量を供給するために、各カテーテル／ニードル１３のグリッド１２の穴を通る距離を示す。ＥＭ場発生器２０及び超音波プローブ１４のこのような融合小線源療法システムでは、グリッド１２も、ＥＭデータ及びＴＲＵＳデータの共通データ座標系を決定する働きをする。前立腺がん小線源療法手順１０の前に、ＥＭ空間内に、この座標系を確立するために、ＥＭ追跡されるツール（図示せず）が、グリッド１２の様々な穴に配置され、記録されたＥＭデータが、既知のグリッド穴パターンに合わせられる。
【０００５】
より具体的には、座標系のより正確な定義を達成するためには、ＥＭ追跡されるツールは、各グリッド穴に完全に垂直にかつ同じ深さに配置されなければならない。ＥＭ追跡されるツールがグリッド穴に垂直でなく、及び／又は、様々な穴において、異なる深さで挿入される場合、結果として得られる推定グリッド平面は、実際のグリッド１２を正確に表さない。これは、グリッド１２に対するカテーテル／ニードル１３の実際の位置に比べ、グリッド１２に対するカテーテル／ニードル１３の推定される位置に誤差をもたらす。これは更に、グリッド座標系（即ち、患者座標系）における生体構造の歪んだ／不正確な３次元（「３Ｄ」）画像再構成をもたらす。したがって、ＥＭ追跡される前立腺がん小線源療法手順１０の前に、グリッド平面の正確かつ再現可能な定義を容易にして、これにより、手順１０中の高いＥＭ追跡精度を確実にする必要もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ＥＭ追跡システムの動作精度の検証及び向上における品質保証のシステムと、介入ツール（例えば超音波プローブ、カテーテル、ニードル等）のＥＭ追跡のための患者座標系を確立する使い勝手の良いシステムとを提供することを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの形態は、ＥＭ場発生器、ＥＭセンサブロック及びＥＭＱＡワークステーションを使用するＥＭ品質保証（「ＥＭＱＡ」）システムである。ＥＭセンサブロックは、解剖学的領域内へと電磁センサブロック４０を通り挿入される１つ以上の介入ツールのシミュレートされた電磁追跡を表すように、位置付けられ、かつ、方向付けられている１つ以上のＥＭセンサを含む。ＥＭ場発生器が、ＥＭセンサを取り囲むＥＭ場を発生させるときに、ＥＭＱＡステーションは、解剖学的領域内へと電磁センサブロックを通る介入ツールの挿入の電磁追跡精度をテストする。
【０００８】
本発明の第２の形態は、ＥＭ場発生器、１つ以上のＥＭ較正ツール及びＥＭＤＣワークステーションを使用するＥＭデータ連携（「ＤＣ」）システムである。各ＥＭ較正ツールは、１つ以上のＥＭセンサを有する。ＥＭ場発生器が、１つ以上の介入ツールを解剖学的領域内へとガイドするグリッドと機械的に相互作用するＥＭ較正ツールを取り囲むＥＭ場を発生させるときに、ＥＭＤＣワークステーションは、解剖学的領域内へとグリッドを通る介入ツールの挿入を電磁的に追跡する連携システムを確立する。
【０００９】
本発明の第３の形態は、上記ＥＭＱＡシステム及びＥＭＤＣシステムとの両方を同じ又は異なるプラットフォーム上で使用するＥＭ追跡構成システムである。
【００１０】
本発明の上記形態及び他の形態だけでなく、本発明の様々な特徴及び利点は、添付図面と共に読まれた場合に、本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明から更に明らかとなろう。詳細な説明及び図面は、本発明を限定するのではなく、例示するに過ぎない。本発明の範囲は、添付の請求項及びその等価物によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、当技術分野において知られている例示的な前立腺がん小線源療法手順を示す。
【図２】図２は、本発明によるＥＭ追跡構成システムの例示的な実施形態を示す。
【図３】図３は、本発明によるＥＭ品質保証システムの例示的な実施形態を示す。
【図４】図４は、本発明による例示的なＥＭ品質保証セットアップを示す。
【図５】図５は、本発明によるＥＭ品質保証方法の例示的な実施形態のフローチャート図を示す。
【図６】図６は、本発明による例示的な歪み補正を示す。
【図７】図７は、本発明によるＥＭデータ連携システムの例示的な実施形態を示す。
【図８】図８は、本発明によるＥＭデータ連携方法の例示的な実施形態のフローチャート図を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明によるＥＭ較正デバイスの例示的な実施形態を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明によるＥＭ較正デバイスの例示的な実施形態を示す。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明によるＥＭ較正デバイスの例示的な実施形態を示す。
【図１０】図１０は、当技術分野において知られているグリッドテンプレートを示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明によるグリッド較正フレームの例示的な実施形態を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明によるグリッド較正フレームの例示的な実施形態を示す。
【図１２】図１２は、本発明によるＥＭ較正フレームの例示的な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の理解を容易とするために、図１に示されるような本発明のＥＭ追跡構成システムの例示的な実施形態が、本明細書において提供される。ＥＭ追跡構成システムの例示的な実施形態の説明から、当業者は、本発明の動作原理を、（１）介入ツールのＥＭ追跡の品質保証及びデータ連携のためのスタンドアロンシステムとしてのＥＭ追跡構成システムの実施と、（２）ＥＭ追跡構成システムの当技術分野において知られている様々なタイプの標準的及び革新的計画／ガイダンス／ナビゲーションＥＭ追跡プラットフォームへの組み込みとに適用する態様を理解するであろう。
【００１３】
図１を参照するに、本発明のＥＭ追跡構成システムは、ＥＭ品質保証（「ＥＭＱＡ」）システム３０と、ＥＭデータ連携（「ＥＭＤＣ」）システム７０とを使用する。ＥＭＱＡシステム３０及びＥＭＤＣシステム７０は共に、当技術分野において知られている任意のタイプのＥＭ場発生器２０と、当技術分野において知られている任意のタイプの１つ以上のＥＭセンサ２２とを使用する。ＥＭ追跡構成システムは、特定の介入手順の患者−機器幾何学的配置に固有の追跡配置に、ＥＭ場発生器２０及びＥＭセンサ２２を定性的に構成するように使用される。
【００１４】
このために、ＥＭセンサ２２を追跡する際のＥＭ場発生器２０の動作精度の検証及び向上における品質保証のために、ＥＭＱＡシステム３０は、（１）ＥＭセンサ２２の互いに対する既知の位置及び向きの配置を含むＥＭセンサブロック４０と、（２）介入手順の間、介入ツール（例えば超音波プローブ、カテーテル、ニードル等）に結合されるＥＭセンサ２２に対するＥＭ場発生器２０の位置決めに類似するＥＭセンサブロック４０に対するＥＭ場発生器２０の位置決めに基づき、ＥＭセンサブロック４０に含まれるＥＭセンサ２２の１つ以上の検証テストを実行するＥＭ品質保証（「ＥＭＱＡ」）ワークステーション５０とを使用する。実際には、ＥＭセンサ２２は、ＥＭセンサブロック４０のチャネル内に取出し可能に又は永久的に含まれてよい。ＥＭＱＡワークステーション５０によって実行される検証テストは、追加のＥＭセンサ２２を、ＥＭ場発生器２０のＦＯＶ内のＥＭセンサブロック４０に取り付けられる又はＥＭセンサブロック４０から空間的に配置される基準ＥＭセンサとして組み込んでもよい。
【００１５】
患者毎に、ＥＭＤＣシステム７０は、（１）ＥＭセンサ２２と既知の動作関係にある１つ以上のＥＭ較正ツール８０と、（２）介入ツール（例えば超音波プローブ、カテーテル、ニードル等）のＥＭ追跡のための患者座標系を確立するＥＭデータ連携（「ＥＭＤＣ」）システム９０とを使用する。実際には、ＥＭ較正ツール８０は、介入手順中に使用される１つ以上の介入ツールを含む。介入ツールをガイドするために、介入手順中に使用される１つ以上の機器は、患者座標系を確立するための基礎となる。
【００１６】
更に、実際には、（１）ＥＭセンサブロック４０が、ＥＭ較正ツール８０として機能してもよいし、（２）ＥＭＱＡワークステーション５０及びＥＭＤＣワークステーション９０が、単一の物理的なプラットフォーム（例えばＥＭ計画／ガイダンス／ナビゲーションプラットフォーム）内に設置される個別の物理的なワークステーションであっても、論理ワークステーションであってもよい。
【００１７】
本発明の理解を容易にするために、前立腺がん小線源療法手順のコンテキストにおける、図３乃至図６に示されるＥＭＱＡシステム３０及び図７乃至図１２に示されるＥＭＤＣシステムに関する本発明の例示的な実施形態が、本明細書において提供される。例示的な実施形態の説明から、当業者は、本発明の動作原理を任意のタイプの介入手順に適用する方法を理解するであろう。
【００１８】
図３を参照するに、ＥＭＱＡシステム３０（図２）の例示的な実施形態について、透明で非磁性のＥＭセンサブロック４１が、ＥＭセンサグループ４２とＥＭセンサグループ４３とを含む。第１の実施形態では、グループ４２及び４３のＥＭセンサは、ＥＭセンサブロック４１を通り延在するチャネル内に永久的に埋め込まれるＥＭコイルである。第２の実施形態では、グループ４２及び４３のＥＭセンサは、チャネル内に（例えばガイドワイヤを介して）取り外し可能に挿入されるＥＭコイルである。
【００１９】
図３に示されるように、ＥＭセンサブロック４１上のＥＭセンサグループ４２及び４３のセンサ間距離及びセンサ向きは、典型的な前立腺がん小線源療法シナリオを表すように選択される。特に治療台４４からの前立腺及び直腸の平均高さが事前に分かっている。したがって、ＥＭセンサグループ４２は、治療台４４に対して距離が置かれ、これにより、ＥＭセンサグループ４２のサブセットが、ＥＭセンサグループ４２の当該サブセットを取り囲むグレーの円によってハイライトされている患者の前立腺領域内へとカテーテル又はニードルをガイドする、当該患者の前立腺領域をカバーするチャネルを表す。同様に、ＥＭセンサグループ４３は、治療台４４に対して距離が置かれ、これにより、ＥＭセンサグループ４３は、ＥＭセンサグループ４３を取り囲むグレーの円によってハイライトされている患者の直腸領域内へと経直腸超音波（「ＴＲＵＳ」）プローブをガイドする、当該患者の直腸領域をカバーするチャネルを表す。例えば図４におけるＥＭセンサブロック４１の側面図に示されるように、ＥＭセンサグループ４２のＥＭセンサ２２Ａ及び２２Ｂは、患者の前立腺領域１８内へとカテーテル１６をガイドする、患者の前立腺領域１８をカバーするチャネルを表す。また、ＥＭセンサグループ４３のＥＭセンサ２２Ｃは、患者の直腸領域１９内へと経直腸超音波（「ＴＲＵＳ」）プローブ１７をガイドする、患者の直腸領域１９をカバーするチャネルを表す。
【００２０】
図３を再び参照するに、ＥＭＱＡシステム３０の例示的な実施形態について、ＥＭＱＡワークステーション５１は、図５のフローチャート６０によって表されるＥＭ品質保証方法を実施するために、モジュール５３〜５５のネットワーク５２と、ＥＭ基準センサ２２Ｒとを使用する。実際には、モジュール５３〜５５は、ワークステーション５１のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア及び／又は回路として構造的に構成され、ＥＭ基準センサ２２Ｒは、治療台４４又はＥＭ場発生器２０のＦＯＶ内の任意の他の固定物体への結合に適した任意のタイプである。
【００２１】
フローチャート６０は、本明細書では、図４のコンテキストにおいて説明される。したがって、ＥＭ場発生器２０は、取り付け具２３に結合され、ＥＭセンサブロック４１に向けて傾斜され、ＥＭセンサブロック４１のＥＭセンサ２２Ａ〜２２Ｃは、追跡位置として使用される。しかし、実際には、ＥＭ場発生器２０は、ＥＭセンサブロック４１に向けて任意の向きを有してよく、より多い又は少ないＥＭセンサ２２が、追跡位置として使用されてよい。
【００２２】
図５を参照するに、フローチャート６０の段階Ｓ６２は、ＥＭユーザインターフェース５３（図３）が、ユーザによって指示されて、ＥＭセンサ２２Ａ〜２２Ｃ及び２２Ｒを取り囲むＥＭ場発生器２０のＥＭ場２１から導出されるＥＭデータを取得することを含む。実際には、精度が低いＥＭ場２１の特定の領域が分かる場合、ＥＭユーザインターフェース５３は、ＥＭ基準センサ２２Ｒが、ＥＭ場発生器２０の位置に対して「許容可能」な位置にあるかどうかを示すフィードバックをユーザに提供する。「許容可能」な位置にない場合、ＥＭ場発生器２０及び／又はＥＭ基準センサ２２Ｒは、当該ＥＭ基準センサ２２Ｒを、ＥＭ場発生器２０の位置に対して「許容可能」な位置に配置するために、再配置される。
【００２３】
フローチャート６０の段階Ｓ６４は、ＥＭテスタ５４（図３）が、ＥＭセンサ２２Ａ〜２２Ｃの追跡位置におけるＥＭ場発生器２０の品質を示す１つ以上のメトリックを計算することを含む。
【００２４】
第１のメトリック実施形態（ｉ）では、ＥＭテスタ５４は、ＥＭセンサ２２Ａ〜２２Ｃの位置推定値における時間的測定ノイズを計算する。
【００２５】
第２のメトリック実施形態（ｉｉ）では、ＥＭテスタ５４は、ＥＭセンサ２２Ａ〜２２ＣのＥＭ推定されるセンサ間距離を計算し、当該計算結果を、ＥＭセンサブロック４１の既知の幾何学的配置と比較する。
【００２６】
第３のメトリック実施形態（ｉｉｉ）では、ＥＭテスタ５４は、ＥＭ場発生器２０に対するＥＭ基準センサ２２Ｒの絶対位置を計算する。
【００２７】
第４のメトリック実施形態（ｉｖ）では、ＥＭテスタ５４は、メトリック実施形態（ｉ）〜（ｉｉｉ）のうちの２つ以上を計算し、累積的な「品質スコア」を、ＥＭセンサブロック４１及びＥＭ場発生器２０の全体構造に割り当てる。
【００２８】
段階Ｓ６４は更に、ＥＭテスタ５４（図３）が、ＥＭセンサ２２Ａ〜２２Ｃの追跡位置におけるＥＭ場発生器２０の計算された品質を表す任意の適切なタイプのユーザフィードバックを提供することを含む。
【００２９】
第１のフィードバック実施形態では、緑色光が、ＥＭセンサブロック４１及びＥＭ場発生器２０の許容できる構造を示し、赤色光が、ＥＭセンサブロック４１及びＥＭ場発生器２０の許容できない構造を示す。
【００３０】
第２のフィードバック実施形態では、図３に例示的に示されるように、ＥＭセンサ２２Ａ〜２２Ｃの追跡位置における精度を示すために、ＥＭ場発生器２０の２次元（「２Ｄ」）又は３次元（「３Ｄ」）精度マップ５６が生成及び表示される。
【００３１】
フローチャート６０の任意選択的な段階Ｓ６６は、ＥＭセンサ２２Ａ〜２２Ｃの追跡位置において許容できないほどの不正確さがある場合に適用され、ＥＭ歪み補正器５５（図３）が、ＥＭ場２１内の任意の歪みを補正する関数ｆを推定することを含む。一実施形態では、図６に例示的に示されるように、ＥＭセンサ２２Ａ〜２２Ｃ（ＣＥＭｉ、ｉ∈｛１，２，３｝）のそれぞれから、ＥＭ基準センサ２２Ｒに関連付けられる基準座標系（ＣＲｅｆ）への変換（ＴＥＭｉ、ｉ∈｛１，２，３｝）は、ＥＭ基準センサ２２ＲがＥＭセンサブロック４１内に含まれる又はＥＭセンサブロック４１に対して位置合わせされることを考慮してＥＭセンサブロック４１の正確なデザインから分かる。したがって、ＴＥＭｉ→Ｒｅｆは、既知の変換である。
【００３２】
更に、対応する変換行列Ｔ’ＥＭｉ→Ｒｅｆは、ＥＭ基準センサ２２Ｒの測定された姿勢に対するＥＭセンサ２２Ａ〜２２Ｃの測定された相対位置／姿勢に関して、ＥＭ歪み補正器５５によって測定される。測定された変換行列Ｔ’ＥＭｉ→Ｒｅｆは、ＥＭ場発生器２０の不正確さ及びＥＭセンサブロック４１内のＥＭ場２１の歪みによって、既知の変換行列ＴＥＭｉ→Ｒｅｆとは異なる。したがって、次式［１］に従って、ＥＭ歪み補正器５５によって、補正関数ｆが推定される。
ＴＥＭｉ→Ｒｅｆ＝ｆ（Ｔ’ＥＭｉ→Ｒｅｆ）                  ［１］
【００３３】
実際には、補正関数ｆの上記推定は、通常、前立腺がん小線源療法手順の前に行われ、これにより、当該手順中に、様々なＥＭ−ＥＭ変換が使用される（例えばＥＭニードル→基準、ＥＭ  ＴＲＵＳ→基準等）。例えばＴＲＵＳプローブの位置のＥＭ測定は、次式［２］に従って補正される。
ＴＰ→Ｒｅｆ＝ｆ（Ｔ’Ｐ→Ｒｅｆ）                      ［２］
ただし、Ｔ’Ｐ→Ｒｅｆは、ＥＭ追跡システムによる測定されたプローブから基準への変換行列であり、ＴＰ→Ｒｅｆは、補正されたプローブから基準への変換行列である。この新しいプローブ位置は、より正確であり、ＥＭ場２１内の任意の歪みを考慮する。
【００３４】
実際に、ＥＭ歪み補正器５５は、センサ２２Ａ〜２２Ｃ及び２２Ｒの複数の位置も含む。したがって、このようにセットされる「ｘ」個の位置のそれぞれについて、補正関数「ｆｘ」が計算される。手順中、どのＥＭ変換が補正される必要があるかに依存して、補正関数「ｆｘ」のうちの１つが使用される。適切な補正関数「ｆｘ」は、補正される変換のセンサ位置に基づいて選択される。
【００３５】
図３及び図４を再び参照するに、ＱＡ手順は、前立腺がん小線源療法手順の直前に、臨床環境において、ＥＭセンサブロック４１に対し行われることを目的とする。更に、治療台４４へのＥＭ基準センサ２２Ｒの位置決めが、治療台４４の上に既にいる患者に対して、手順の前に再確認される。これは、前立腺がん小線源療法手順の前のＥＭシステム精度の最終ＱＡチェックを表す。
【００３６】
図７を参照するに、ＥＭＣＤシステム７０（図２）の例示的な実施形態について、ＥＭ較正ツール８１のセットが、（１）手又はロボットによって制御可能となるように構造的に構成されるＥＭ較正デバイス８２と、（２）当技術分野において知られている前立腺がん小線源療法グリッド（即ち、テンプレート）（例えば図１０に示されるようなグリッド１２０）に取り付けられ、ＥＭ較正デバイス８２の使用を容易にするように構造的に構成されるグリッド較正フレーム８３と、（３）前立腺がん小線源療法グリッドと嵌合するように構造的に構成されるＥＭ較正デバイス８４とを使用する。ＥＭ較正ツール８１は、図８のフローチャート１００によって表される患者座標系確立方法を実施するために、モジュール８３及び９４のネットワーク９２を使用するＥＭＤＣワークステーション９１を容易とするために提供される。実際には、モジュール９３及び９４は、ワークステーション９１のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア及び／又は回路として構造的に構成される。
【００３７】
一般に、図７及び図８を参照するに、フローチャート１００の段階Ｓ１０２は、ＥＭデータ取得器９３が、ＥＭ較正ツール８１のうちの１つ以上のＥＭ較正ツールの手動又はロボット制御を介して、ＥＭデータを取得することを含み、フローチャート１００の段階Ｓ１０４は、ＥＭデータ連携器（coordinator）９４が、ＥＭデータから患者座標系を確立することを含む。実際には、ＥＭデータ連携器９４は、ＥＭデータから座標系を確立する際に、標準的なやり方又はその適応バージョンを実施する。例えば本発明の標準的なバージョンは、取得されたＥＭデータ点を、グリッドの既知の穴間距離から得られる「グラウンドトルースグリッド」にフィットさせることによって、ＥＭ空間におけるグリッド平面の定義を伴う。更に、適応バージョンでは、フィッティング処理中、より大きい重みが、ニードル／カテーテル／プローブの挿入に使用される特定のグリッド穴に割当てられ、当該グリッド穴に、最も高い精度が確実にされる。以下、段階Ｓ１０４の例示的な適応バージョンのコンテキストにおいて、各ＥＭ較正ツール８１の例示的な実施形態を説明する。
【００３８】
図９を参照するに、ＥＭ較正ツール８２は、例えばＥＭガイドワイヤ１１０といったＥＭ追跡されるツールを保持する一次円筒体８２Ｂから延在する円筒押出部８２Ａを含む。図９Ｂに最も良く示されるように、ＥＭガイドワイヤ１１０の遠位端１１０ｄは、一次円筒体８２Ｂを通り、円筒押出部８２Ａまで挿入され、キャップ８２Ｃが、一次円筒体８２Ｂに回して取り付けられ、ＥＭガイドワイヤ１１０の遠位端１１０ｄを押出部８２Ａ内にしっかりと固定する。図９Ｃに最も良く示されるように、押出部８２Ａは、グリッド１２０の穴にぴったりとフィットするような寸法にされている。段階Ｓ１０４（図８）の適応モードとして、ＥＭ較正ツール８２は、ニードル／カテーテルの挿入に使用されるグリッド１２０の特定の穴に挿入され、当該グリッド穴に、最も高い精度が確実にされる。
【００３９】
図１１を参照するに、グリッド較正フレーム８３は、ＥＭ較正ツール８２の押出部８２Ａにぴったりとフィットするようなサイズにされた途切れのないチャネル８３Ｂのアレイを有するフレーム８３Ａを含む。図１１Ｂに最も良く示されるように、フレーム８３Ａは、グリッド１２０に取り付けられる。ＥＭ較正ツール８２が、手動又はロボットによって、チャネル８３Ｂを横断させられる際に、ＥＭ較正ツール８２は、ＥＭデータを取得するためにグリッド１２０の１つ以上の穴に挿入される。特に段階Ｓ１０４（図８）の適応モードとして、ＥＭ較正ツール８２は、ニードル／カテーテル／プローブの挿入に使用されるグリッド１２０の特定の穴に挿入され、当該グリッド穴に、最も高い精度が確実にされる。
【００４０】
或いは、チャネルアレイ８３Ａは、図１１Ａに示される穴が省略されていてもよい。これにより、フレーム８３がグリッド１２０に取り付けられると、チャネルアレイ８３Ａの交差点が、グリッド１２０の穴の上となる。したがって、ＥＭ較正ツール８２は、任意のグリッド穴に挿入されることなく、チャネル内を移動し、ＥＭ較正ツール８２のＥＭ位置が連続的に記録され、ＥＭ座標系におけるチャネル位置が再構成される。グリッド穴を表す記録された交差点は、ＥＭ座標系において位置が特定され、上記データを使用してグリッドが較正される。
【００４１】
図１２を参照するに、ＥＭ較正フレーム８４は、フレーム８４Ａに取り付けられる１つ又は幾つかのＥＭ位置センサ８４Ｂ（例えば５又は６自由度ＤＯＦ）を有し、フレーム８４Ａの座標系とＥＭ位置センサ８４Ｂとの間に既知の較正がある。フレーム８４Ａは、グリッド１２０内に一時的に配置され、ＥＭ位置センサ８４ＢからＥＭ記録が得られる。これは、別個の追跡されるツールを手動で位置決めすることなく、ＥＭグリッド較正を直接計算することを可能にする。一実施形態では、ＥＭ位置センサ８４Ｂは、フレーム８４Ａに対し、既知の位置にあり、フレーム面に垂直に方向付けられるセンサコイルである。したがって、これらのセンサコイルの向きは、臨床手順中に、グリッド１２０の穴に通されるニードルの向きと同一である。センサコイルのこの同一の位置合わせは、最適なＥＭ追跡精度を確実にする。
【００４２】
図７を再び参照するに、実際には、ＥＭデータ取得器９３は、ＥＭ較正ツール８２を使用するときに、各グリッド穴において、ＥＭデータを自動的に記録してよい。特にＥＭ較正ツール８２の手動制御では、ＥＭデータ取得器９３は、入来ＥＭデータストリームを評価し、ＥＭ較正ツール８２が所定の時間の間、動かないことを、ＥＭ較正ツール８２が適切なグリッド穴に位置付けられたことを示す指示として検出する。ユーザが、現在のＥＭデータを、グリッド穴に対応する所望の座標として保存する意図があるかどうかを検出する時間閾値が、ユーザの好みに応じて設定されてよい。或いは、ＥＭ較正ツール８２のロボット制御では、ＥＭデータ取得器９３は、データの記録を、ロボットの動作と同期させてよい。
【００４３】
更に、実際には、ＥＭデータ取得器９３は、追加のグリッド穴に達する間に、ユーザに、所望の較正精度を達成したことを通知する。追加のグリッド穴の座標が記録される間に、較正フィット誤差は、オン・ザ・フライで計算され、所望の予め選択されている誤差が達成されると、ユーザは、追加のグリッド穴に達することを止めるように通知される。通知は、誤差値の報告という形式であっても、色表現（例えば所望よりも劣る精度は、赤、所望の精度に達したら、緑）を示す形式であってもよい。これは、グリッドの物理的な幾何学的配置が分かり、特定の順序でグリッド穴を選択することによって達成される。
【００４４】
図７及び図８を参照するに、ＥＭＤＣワークステーション９１によるグリッド平面の正確な定義は、使用されるデータ座標系が、グリッド及び前立腺の物理的な位置と同期していることを確実にするために、重要である。これは、今度は、ニードル／カテーテル／プローブの位置推定及び３Ｄ画像再構成における精度を確実にし、また更に、ＥＭシステムの更なるＱＡを可能にする。
【００４５】
図１０を参照するに、本発明のＥＭＤＣシステムの理解を容易にするために、グリッド１２０が示されている。実際には、グリッド／テンプレートは、本発明のＥＭＤＣシステムを使用する特定の介入手順に依存して、穴／チャネルの任意の配置を有してよい。
【００４６】
図１乃至図９を参照するに、当業者は、ＥＭ追跡システムの動作精度の検証及び向上の品質保証と、介入ツール（例えば超音波プローブ、カテーテル、ニードル等）のＥＭ追跡用の患者座標系の確立を含むがこれらに限定されない本発明の多数のメリットを理解するであろう。
【００４７】
本発明の様々な実施形態が例示かつ説明されたが、当業者であれば、本明細書に説明される本発明の実施形態は、例示であり、また、本発明の真の範囲から離れることなく、様々な変更及び修正を加えてもよく、また、等価物によって、その要素を置換してもよいことは理解されるであろう。更に、多くの修正を加えて、本発明の教示内容を、その中心の範囲から離れることなく、適応されてもよい。したがって、本発明は、本発明を実行するために考えられるベストモードとして開示される特定の実施形態に限定されることを意図しておらず、むしろ、本発明は、添付の請求項の範囲に該当するすべての実施形態を含む。
【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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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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