(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともプロセッサ及び通信モジュールを備えるシステムによって行われる、対象の関心領域における画像誘導による針挿入手順を術前に計画する方法であって、
（ａ）前記通信モジュールによって、前記関心領域の複数の時間分割画像を取得するステップであって、前記複数の時間分割画像は前記対象の呼吸動作の間の異なる時間に得られるステップと、
（ｂ）前記プロセッサによって、前記複数の画像の中の第１の画像に対する、侵入点、目標点及び前記針挿入手順による侵入が禁止される１つ以上の領域の位置に関する情報を取得するステップと、
（ｃ）前記プロセッサによって、前記第１の画像に対して、前記侵入点と前記目標点との間における前記針挿入手順のための第１の軌道を計算するステップであって、前記第１の軌道は前記１つ以上の禁止領域の全てへの侵入を回避するステップと、
（ｄ）前記プロセッサによって、前記複数の画像の中の第２の画像を選択するステップと、
（ｅ）前記プロセッサによって、前記複数の画像の中の前記第２の画像における前記侵入点、目標点及び前記針挿入手順による侵入が禁止される前記１つ以上の領域の位置を決定するステップと、
（ｆ）前記プロセッサによって、前記第２の画像に対して、前記侵入点と前記目標点との間における新しい軌道を計算するステップであって、前記新しい軌道は前記１つ以上の禁止領域の全てへの侵入を回避するステップと、
（ｇ）前記プロセッサによって、（ｉ）前記針挿入手順による進入が禁止される前記１つ以上の領域の何れかへの計算された第１の軌道及び新しい軌道の近接性と（ｉｉ）前記計算された第１の軌道及び新しい軌道の曲率との少なくとも１つを確認し、前記プロセッサによって、前記針挿入手順による進入が禁止される前記１つ以上の領域の何れかへの前記計算された第１の軌道及び新しい軌道の前記近接性と前記計算された第１の軌道及び新しい軌道の前記曲率との少なくとも１つが１つ以上の既定レベルの各々を超えないかどうかを決定するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記複数の時間分割画像の中の前記第１の画像及び前記第２の画像の少なくとも１つに対して、前記プロセッサによって、前記侵入点における前記針挿入手順のための侵入角度を選択するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記計算された第１の軌道及び新しい軌道の前記曲率が１つ以上の既定レベルを超えるかどうかを決定することは、計算された軌道の長さに沿って行われる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記プロセッサによって、前記１つ以上の既定レベルの各々の少なくとも１つを超えると決定される場合、前記プロセッサによって、代替侵入点を使用してステップ（ｂ）から（ｇ）を反復するステップを更に含む、請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記プロセッサによって、前記１つ以上の既定レベルの各々の少なくとも１つを超えると決定される場合、前記プロセッサによって、代替侵入角度を使用してステップ（ｂ）から（ｇ）を反復するステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
メモリコンポーネントを使用して、少なくとも前記複数の時間分割画像、前記侵入点、前記目標点及び前記針挿入手順による侵入が禁止される前記１つ以上の領域を記憶するステップを更に含む、請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記プロセッサによって、計算される軌道が（ａ）前記複数の時間分割画像の各々における前記目標点で終了し、且つ（ｂ）前記複数の時間分割画像の各々における前記１つ以上の禁止領域の全てへの侵入を回避する場合、前記複数の時間分割画像の各々に前記計算される軌道が適用可能であることを決定するステップと、
前記複数の時間分割画像の各々に複数の軌道が適用可能であると決定される場合、前記プロセッサによって、適用可能な軌道の中のどの軌道が前記複数の時間分割画像の全てに対して最適であるかを決定するステップと
を更に含む、請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記プロセッサによって、前記１つ以上の適用可能な軌道の中のどの軌道が前記複数の時間分割画像の全てに対して最適であるかを決定するステップは、
前記プロセッサによって、前記１つ以上の適用可能な軌道の中のどれが前記侵入点と前記目標点との間の最小曲率及び最短距離の少なくとも１つを含むかを決定すること
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
１つ以上の選択される画像に関連付けられる時間に前記針挿入手順の挿入ステップを行うために、前記プロセッサによって、前記対象の呼吸動作の間の異なる時間に得られる前記複数の時間分割画像の１つ以上を選択するステップを更に含む、請求項１〜８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の時間分割画像は、既定の期間にわたって生成される、請求項１〜９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記針挿入手順による侵入が禁止される１つ以上の領域は、骨、血管、神経、内臓器官及び埋め込み医療要素の少なくとも１つを含む、請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記針は、針、ポート、導入器、アブレーションカテーテル、手術道具、又は流体運搬器具の何れか１つである、請求項１〜１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の時間分割画像の中の前記第２の画像における前記侵入点、前記目標点及び前記針挿入手順による侵入が禁止される前記１つ以上の領域の位置を決定するステップは、オブジェクト追跡画像処理法を使用する、請求項１〜１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
対象の関心領域における画像誘導による針挿入手順を術前に計画するシステムであって、
前記関心領域の複数の時間分割画像の中の第１の画像に対して定義される、少なくとも侵入点、目標点及び前記針挿入手順による侵入が禁止される１つ以上の領域の位置に関する入力を受信するように適合されるユーザインターフェースであって、前記複数の時間分割画像は前記対象の呼吸動作の間の異なる時間に得られるユーザインターフェースと、
少なくとも１つのプロセッサと
を備え、前記少なくとも１つのプロセッサは、
前記複数の時間分割画像の中の第２の画像における前記侵入点、目標点及び前記針挿入手順による侵入が禁止される任意の領域の位置を決定すること、
前記複数の画像の中の少なくとも前記第１の画像において、前記侵入点と前記目標点との間における前記針挿入手順のための少なくとも１つの軌道を計算することであって、前記少なくとも１つの軌道は前記１つ以上の禁止領域の全てへの侵入を回避すること、
（ｉ）前記針挿入手順による進入が禁止される前記１つ以上の領域の何れかへの計算された少なくとも１つの軌道の近接性と（ｉｉ）前記計算された少なくとも１つの軌道の曲率との少なくとも１つを確認し、前記針挿入手順による進入が禁止される前記１つ以上の領域の何れかへの前記計算された少なくとも１つの軌道の前記近接性と前記計算された少なくとも１つの軌道の前記曲率との少なくとも１つが１つ以上の既定レベルの各々を超えるかどうかを決定すること、及び
確認された前記針挿入手順による進入が禁止される前記１つ以上の領域の何れかへの前記計算された少なくとも１つの軌道の前記近接性と前記計算された少なくとも１つの軌道の前記曲率との少なくとも１つが前記１つ以上の既定レベルの各々を超えない場合、前記計算された少なくとも１つの軌道が前記針挿入手順に対して適切な軌道であることを決定すること
を行うように適合される、システム。
【請求項１５】
前記複数の時間分割画像を表示するように適合されるディスプレイを更に備える、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
少なくとも前記複数の時間分割画像、前記侵入点、前記目標点及び前記針挿入手順による侵入が禁止される前記１つ以上の領域を記憶するように適合されるメモリコンポーネントを更に備える、請求項１４又は１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記適切な軌道が（ａ）前記複数の時間分割画像の各々における前記目標点で終了し、且つ（ｂ）前記複数の時間分割画像の各々における前記１つ以上の禁止領域の全てへの侵入を回避する場合、前記複数の時間分割画像の各々に適切な軌道が適用可能であることを決定するように更に適合される、請求項１４〜１６の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数の時間分割画像の各々に複数の軌道が適用可能であると決定される場合、前記少なくとも１つのプロセッサは、前記適用可能な軌道の中のどの軌道が前記複数の時間分割画像の全てに対して最適であるかを決定するように更に適合される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記適用可能な軌道の中のどれが前記複数の時間分割画像の全てに対して最適であるかを決定することは、
前記適用可能な軌道の中のどれが前記侵入点と前記目標点との間の最小曲率及び最短距離の少なくとも１つを含むかを決定すること
を含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
撮像システムから前記複数の時間分割画像を取得するように適合される通信モジュールを更に備える、請求項１４〜１９の何れか１項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記針は、針、ポート、導入器、アブレーションカテーテル、手術道具、又は流体運搬器具の何れか１つである、請求項１４〜２０の何れか１項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのプロセッサは、オブジェクト追跡画像処理法を使用して、前記複数の時間分割画像の中の前記第２の画像における前記侵入点、目標点及び前記針挿入手順による侵入が禁止される任意の領域の位置を決定するように適合される、請求項１４〜２１の何れか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、呼吸周期等の周期的な身体動作の結果として回避されるべき、挿入点、目標点、及びこれらの間の任意の領域の動作を考慮した、自動（例えば、ロボット制御）針挿入手順のシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の静的針挿入計画は、侵入点、目標及び回避されなければならない途中の任意の障害物を含む関心領域の術前画像を使用している。障害物は、肋骨等の実際の物理的障害物を意味するものと理解され得る。又は、それは、大血管又は重要神経等の針の侵入により損傷が引き起こされ得る傷付き易い部位を意味し得る。問題は、この手順が、侵入点、目標点及び任意の途中の障害物の位置が互いに対して初期位置からある種の再現性周期で動くことを引き起こし得る呼吸等による患者の周期的動作を考慮しないことである。
【０００３】
既存の方法では、針の（又は処置の）進行が手術中に再検討され、画像が動作周期に同期されてから、動作周期中に適切な修正が行われる。これは、手順中に心臓の鼓動が続いている場合の、血管形成術中の又は弁修正術中の心臓の運動及び動脈の脈動に従って使用される方法である。このような方法は、手順の全期間中に、患者及び医療従事者に対して大量の放射線被爆を伴う持続的な一般的に蛍光透視の撮像を必要とするという点で重大な欠点を有している。他の既知の方法では、“Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｔｉｓｓｕｅ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｔｉｓｓｕｅ  ａｓ  ａ  Ｆｉｄｕｃｉａｌ”に関するＪ．Ｗ．Ｖｏｅｇｅｌｅ等の米国特許第７，８３３，２２１号に示されたものがあり、滞留位置に生成された腫瘍の画像に従って腫瘍が位置している場合に、外科医が外科器具を腫瘍に挿入することができるように、目標組織が滞留位置に接近しているとき、各呼吸周期における吸気及び呼気の間の短い中断、を示すように呼吸周期が監視される超音波方法が記載されている。しかしながら、このような方法は、呼吸周期において繰り返される固定点で非反復的に撮像された単一の目標点への器具を挿入を制限する。更に、一部の既存の方法では、例えば、“Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｒｏｂｏｔ  ｔａｒｇｅｔｉｎｇ  ｕｎｄｅｒ  ｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｙ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｉｍａｇｅ  ｓｅｒｖｏｉｎｇ”に関するＳｔｏｉａｎｏｖｉｃｉ等の米国特許第７，００８，３７３号に開示された方法では、目標選択前の画像取得中及び針の挿入中に患者の呼吸が短時間だけ停止されることが好ましく、よって、医者は、必要な時間に及び必要な期間の間、息を止める患者の能力に完全に依存することが要求される。
【発明の概要】
【０００４】
本願は、術前の画像に対して計画段階で患者の期待動作が決定され、それに従って、侵入、障害物及び目標点の初期位置だけでなく、こうした３つの要素が患者の動作周期の経過中に互いに対してどのように動くことが期待されるかも考慮して、軌道が計画される方法を提供する。
【０００５】
一部の実装によれば、関心領域の映像フレームのシーケンスが取られ、これは呼吸周期等の動作の全周期に従う。代替的に、一連の周期が記録されてもよく、次にこれは平均化され得る。映像フレームは、一般に、患者の関心領域のＣＴスキャンから取られる。一部の実装では、ユーザ／医者／外科医（用語「ユーザ」、「医者」及び「外科医」は本開示の中で区別しないで使用される）は、関心領域の映像シーケンスから取られた初期静止画像において、目標点、途中の障害物及び初期侵入点に印を付ける。従うべき最良の軌道の医者の経験は、好ましくは、侵入点を選択することに関与する。一部の実装では、システムソフトウェアが侵入点を目標と接続し且つ途中の障害物を回避する経路であって、患者の組織に対して最小の側圧を加える経路を自動的に探索するように適合されるので、ユーザは初期軌道を定義しない。その際、システムは、選択された入力点において適切な侵入角度も選択し得る。他の実装では、システムは、医者が針の侵入角度を選択することを要求又は許可してもよい。映像シーケンスから、侵入点、障害物及び目標点の位置が患者の動作周期の過程でフレームごとにどのように変化するかが決定され得る。
【０００６】
一部の実装では、初期静止画像における侵入点、目標点及び（複数の）途中の障害物の位置を考慮して計算される初期事前計画軌道は、全身体動作周期を含む一連のフレームを通じて追従される。全周期の間、動作の全て及び障害物の周囲の安全マージンを考慮した安全な軌道が示される場合、医者は、全呼吸周期に対して自身が初期事前計画した静的軌道を使用し得る。１つ以上の後続のフレームにおいて事前計画した軌道に問題がある場合、可能であれば、医者は、問題を解決するためにこうしたフレーム（例えば、障害物の周囲の安全マージンを減らす）及び／又は初期静止画像における要素の場所の選択を修正して（例えば、異なる侵入点を選択し及び／又は侵入角度を変更する）、全映像シーケンスにおいて経路検証を繰り返し得る。代替的に、医者／ユーザは、軌道の計算のための初期静止画像として使用するために、身体動作周期の異なる時点を示す異なる画像（本開示において「画像フレーム」とも呼ばれる場合がある）を選択してもよい。この方法の実装において、１つの初期画像フレームにおける目標及び障害物の場所に基づいて計算された単一の軌道が、全ての残りの画像フレームに対して確認される。目標及び障害物の場所は異なる画像フレームでは異なる場合があるので、異なる軌道が計算される可能性がある。以前のものとは違って、この新しい軌道は全ての画像フレームに対して許容可能であってもよい。全周期を通じて安全な軌道が示されるまで、この処理は反復され得る。
【０００７】
一部の実装では、計画された段階の間、医者が侵入点を選択して第１のＣＴ画像において目標及び途中の障害物に印を付けた後で、システムアルゴリズムは、全身体動作周期を含む一連のフレームを通じて実行され、侵入点、目標及び障害物が互いにどのように移動するかを考慮して、目標に到達するが全周期において全てのフレームにおける全ての障害物を回避する単一の軌道を初期侵入点を使用して計算する。
【０００８】
他の実装では、システムアルゴリズムは、一連のフレームを通じて実行され、フレームごとに、別個に、目標に到達するがその特定のフレームにおいて全ての障害物を回避する最適軌道を計算してもよい。このような実装では、計算された軌道の全て又は少なくとも１つは、シーケンスにおける他のフレームの全てを通じて追従され、一連のフレーム全体に適用可能であることが分かった軌道の１つが針挿入手順に選択されてもよい。このような軌道は、例えば、侵入点から目標点までの最小曲率及び／又は最短距離を有する軌道であってもよい。一部の実装では、全ての又は少なくとも２つの軌道の平均が計算され且つ選択されてもよい。
【０００９】
一部の実装によれば、システムは計算された軌道／複数の軌道を確認して、周期におけるフレームの検査から、特定の軌道に関して、周期の任意の部分において針が最適軌道から既定量よりも多く逸れるように見える場合、即ち、過剰な側圧が患者の組織に加えられる場合、その侵入点は破棄されて、医者／ユーザは、より良い軌道、即ち、より小さな曲率を有しており、そのため患者の組織に対してより小さな側圧を生成する軌道を提供する目的で、異なる侵入点で手順の計画を繰り返すことができる。代替的に、同じ侵入点が維持されてもよいが、全手順に対して良好な全体の軌道を生じ得る代替の初期計画軌道を選択するために、侵入点における針の初期方向は変更され得る。一部の実装では、新しい侵入点及び新しい侵入角度の両方が選択されてもよい。動的に選択された軌道は、外科的に及び安全面で許容可能であることを確認するために、選択的にユーザ（例えば、担当医）に示され得る。
【００１０】
上記の計画方法は、その後、患者の動作の周期の間に１つ以上の時間フレームを選択することにより、医者が針挿入手順を行っているときに利用されてもよい。ここで、軌道は、例えば、最小曲率を示し、全動作周期のその時間フレーム又はそれらの時間フレームの間にのみ行われるように針挿入ステップを制限する。例えば、呼吸周期の場合に関して、挿入は、患者が息を完全に吐き出したときのその又はそれらの時間フレームに制限され得る。従って、この手順は針の侵入の角度を修正する必要無しに挿入を行うことができるようにし、それにより、先行技術の手順と比較して、患者の身体動作に従う目的で又は安全上の理由による手順内撮像の介入無しで、最小の選択された撮像により、挿入手順全体を行うことができる。従って、本願に記載の計画方法の使用により生じる先行技術の方法に対する１つの実質的な利点は、患者及び医療従事者への少ない放射線被爆で手順が行われることを可能にすることである。明らかに、身体動作に従うのとは対照的に、針誘導手順自体の実装に要求される任意の蛍光透視撮像を回避することはできない。
【００１１】
シーケンスのフレームの全ての検査に関して又はそれらを考慮して一部の方法の実装が記載されているが、介在する見逃されたフレームにおいて極端な状況が生成されないほど選択された数が十分に接近している限り、方法はシーケンスのフレームの一部のみを使用して実行され得ることも理解されるべきである。
【００１２】
更に、本開示においてこの方法は２次元の画像を使用して記載されているが、３次元画像を使用して同様に適用可能であることが理解されるべきであり、これは動的経路が計算される術前の画像としてＣＴスキャンが使用されている場合に好ましい状況であり得る。更に、記載された方法の実装はＣＴスキャンの使用に限定されず、Ｘ線透視システム、超音波システム又はＭＲＩシステム等の他の撮像システムにより生成された画像を使用して実装され得る。
【００１３】
１つの例示の方法は、対象の関心領域における画像誘導介入手順を計画する方法であって、（ａ）関心領域の複数の時間分割画像を取得するステップと、（ｂ）複数の画像の中の第１の画像に対して、侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される１つ以上の領域を定義するステップと、（ｃ）侵入点と目標点との間における介入手順のための軌道であって、１つ以上の禁止領域の何れかへの侵入を回避する軌道を計算するステップと、（ｄ）複数の画像の中の第１の画像が生成された時間とは異なる時間に生成された複数の画像の中の第２の画像を選択するステップと、（ｅ）複数の画像の中の第２の画像における侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される任意の領域の位置の変化を決定するステップと、（ｆ）ステップ（ｅ）で決定された位置の変化に基づいて複数の画像の中の第２の画像に対してステップ（ｃ）を反復するステップとを含む方法に関する。
【００１４】
このような方法は、複数の画像の中の第１の画像に対して、侵入点における介入手順のための侵入角度を選択するステップを更に含んでもよい。更に、こうした方法は、少なくとも１つの計算された軌道の１つ以上の特徴が少なくとも１つの計算された軌道の長さの任意の部分に沿って既定のレベルを超えるかどうかを決定するステップを更に含んでもよい。１つ以上の特徴は、選択的に、軌道の曲率、又は介入手順による侵入が禁止される１つ以上の領域の何れかからの距離であってもよい。少なくとも１つの計算された軌道の１つ以上の特徴が少なくとも１つの計算された軌道の長さの任意の一部に沿って既定のレベルを超えるように展開する場合、方法は、代替侵入点を使用して前記計画を反復するステップを含んでもよい。
【００１５】
侵入角度の選択に関する上記の任意の方法において、少なくとも１つの計算された軌道の１つ以上の特徴が少なくとも１つの計算された軌道の長さの一部に沿って既定のレベルを超える場合、計画は、代替侵入点及び代替侵入角度の少なくとも１つを使用して反復されてもよい。曲率の特徴の場合、方法は、異なる計画によって提供された任意の軌道よりもその長さの任意の部分に沿ってより小さな曲率を有する軌道を生成する計画を選択するステップを更に含んでもよい。
【００１６】
更に、上記のシステムの任意の代替的な実装は、１つ以上の計算された軌道を記憶するステップを更に含んでもよい。
【００１７】
更に他の例示の実装は、上記の方法であって、（ａ）１つ以上の計算された軌道が複数の画像の各々に適用されるかどうかを決定するステップと、（ｂ）１つ以上の計算された軌道が複数の画像の各々に適用されると決定される場合、１つ以上の適用可能な軌道の中のどの軌道が複数の画像の全てに対して最適であるかを決定するステップとを更に含む方法に関する。
【００１８】
最後に記載された方法において、１つ以上の計算された軌道が複数の画像の各々に適用されるかどうかを決定するステップは、１つ以上の計算された軌道が複数の画像の各々における目標点で終了し且つ複数の画像の各々における１つ以上の禁止領域の何れかへの侵入を回避するかどうかを決定することを含んでもよい。更に、１つ以上の適用可能な軌道の中のどの軌道が複数の画像の全てに対して最適であるかを決定するステップは、（ａ）１つ以上の適用可能な軌道のどれがより小さな曲率を含むかを決定すること、及び（ｂ）１つ以上の適用可能な軌道のどれが侵入点と目標点との間でより小さな距離を含むかを決定することの１つ以上を含んでもよい。
【００１９】
こうした方法は、異なる計画によって提供された任意の軌道よりもその長さの任意の部分に沿ってより小さな曲率を有する軌道を生成する計画を選択するステップを更に含んでもよい。
【００２０】
更に他の実装は、対象の関心領域における画像誘導介入手順を計画する方法であって、（ａ）関心領域の複数の時間分割画像を取得するステップと、（ｂ）複数の画像の中の第１の画像に対して、侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される１つ以上の領域を定義するステップと、（ｃ）侵入点と目標点との間における介入手順のための軌道であって、禁止領域の何れかへの侵入を回避する軌道を計算するステップと、（ｄ）複数の画像の中の第１の画像が生成された時間とは異なる時間に生成された複数の画像の中の第２の画像を選択するステップと、（ｅ）複数の画像の中の第２の画像における侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される任意の領域の位置の変化を決定するステップと、（ｆ）複数の画像の中の第２の画像において、計算された軌道が侵入点と目標点との間を接続し且つ禁止領域の何れかへの侵入を回避するかどうかを決定するステップとを含む方法を実行する。
【００２１】
この方法は、計算された軌道の１つ以上の特徴が計算された軌道の長さの任意の部分に沿って既定のレベルを超えるかどうかを決定するステップを更に含んでもよい。１つ以上の特徴は、曲率であってもよい。
【００２２】
代替的な実装は、対象の関心領域における画像誘導介入手順を計画する方法であって、（ａ）関心領域の複数の時間分割画像を取得するステップと、（ｂ）複数の画像の中の第１の画像に対して、侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される１つ以上の領域を定義するステップと、（ｃ）複数の画像の中の第１の画像が生成された時間とは異なる時間に生成された複数の画像の中の第２の画像を選択するステップと、（ｄ）複数の画像の中の第２の画像における侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される任意の領域の位置の変化を決定するステップと、（ｅ）複数の画像の中の第１の画像及び複数の画像の中の第２の画像において、侵入点と目標点との間における介入手順のための軌道であって、１つ以上の禁止領域への侵入を回避する軌道を計算するステップとを含む方法を実行する。
【００２３】
この方法は、少なくとも１つの計算された軌道の１つ以上の特徴が少なくとも１つの計算された軌道の長さの任意の部分に沿って既定のレベルを超えるかどうかを決定するステップを更に含んでもよい。その１つ以上の特徴は、曲率であってもよい。
【００２４】
更に、代替的な実装は、対象の関心領域における画像誘導介入手順を計画する方法であって、（ａ）侵入点と目標点との間における介入手順のための軌道であって、１つ以上の禁止領域の何れかへの侵入を回避する軌道を計算するステップであって、侵入点、目標点及び１つ以上の禁止領域が関心領域の複数の時間分割画像の中の第１の画像に対して定義されているステップと、（ｂ）複数の画像の中の第１の画像が生成された時間とは異なる時間に生成された複数の画像の中の第２の画像において侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される任意の領域の位置の変化を決定するステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）で決定された位置の変化に基づいて複数の画像の中の第２の画像に対してステップ（ａ）を反復するステップとを含む方法に更に関してもよい。
【００２５】
このような方法は、複数の時間分割画像を取得するステップを更に含み得る。更に、方法は、侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される１つ以上の領域を記憶するステップを更に含んでもよい。
【００２６】
本願に記載された方法の更なる実装によれば、対象の関心領域における画像誘導介入手順を計画する方法であって、（ａ）関心領域を撮像するステップであって、複数の時間分割画像を生成することを含むステップと、（ｂ）複数の画像の中の第１の画像に対して、侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される１つ以上の領域を定義するステップと、（ｃ）侵入点と目標点との間における介入手順のための軌道であって、１つ以上の禁止領域の何れかへの侵入を回避する軌道を計算するステップと、（ｄ）複数の画像の中の第１の画像が生成された時間とは異なる時間に生成された複数の画像の中の第２の画像を選択するステップと、（ｅ）複数の画像の中の第２の画像における侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される任意の領域の位置の変化を決定するステップと、（ｆ）ステップ（ｅ）で決定された位置の変化に基づいて複数の画像の中の第２の画像に対してステップ（ｃ）を反復するステップとを含む方法が提供される。
【００２７】
上記の方法の何れかは、画像における周期的動作のシーケンスを決定するステップ、及び１つ以上の画像に関連付けられる時間において手順の介入ステップを行うために周期的シーケンスにおける画像の１つ以上を選択するステップを含んでもよい。
【００２８】
更に、上記の方法の何れかにおいて、複数の時間分割画像は、既定の期間にわたって生成されてもよい。更に、上記の方法の何れかにおいて、侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される任意の領域の位置の変化は、患者の呼吸動作等、患者の関心領域の周期的動作から生じてもよい。また、介入手順による侵入が禁止される１つ以上の領域は、骨、血管、神経、内臓器官又は埋め込み医療要素の少なくとも１つを含んでもよい。
【００２９】
更に他の例示の実装は、対象の関心領域における画像誘導介入手順を計画するシステムであって、（ｉ）関心領域の複数の時間分割画像の中の第１の画像に対して定義される、少なくとも侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される１つ以上の領域の位置に関するユーザ入力を受信するように適合されるユーザインターフェースと、（ｉｉ）少なくとも１つのプロセッサであって、（ａ）複数の画像の中の第１の画像が生成された時間とは異なる時間に生成された複数の画像の中の第２の画像において侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される任意の領域の位置の変化を決定し、且つ（ｂ）複数の画像の中の少なくとも１つの第１の画像において、侵入点と目標点との間における介入手順のための少なくとも１つの軌道であって、１つ以上の禁止領域への侵入を回避する軌道を計算するように適合されるプロセッサとを備えるシステムに関する。
【００３０】
このようなシステムは、少なくとも複数の時間分割画像を表示するように適合されるディスプレイを更に含んでもよい。更に、それは、少なくとも複数の画像、侵入点、目標点及び介入手順による侵入が禁止される１つ以上の領域を記憶するように適合されるメモリコンポーネントを更に含んでもよい。少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも１つの軌道の１つ以上の特徴がその長さの任意の部分に沿って既定のレベルを超えるかどうかを決定するように更に適合されてもよい。更に、少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも１つの軌道の１つ以上が複数の画像に適用可能であるかどうかを決定するように更に適合されてもよい。この場合、少なくとも１つのプロセッサは、１つ以上の適用可能な軌道の中のどの軌道が複数の画像の全てに対して最適であるかを決定するように更に適合されてもよい。最後に、上記のシステムの何れかは、撮像システムから画像を取得するように適合される通信モジュールを更に備えてもよい。
【００３１】
上記の方法及びシステムの実装は、他の方法／システムの実装に関する上記の任意の特徴を含む本開示に記載された任意の特徴を含んでもよい。
【００３２】
本開示の中で使用された例は針の挿入のための経路を計画する方法及びシステムに関するが、方法及びシステムは針の挿入に限定することを意図していないことが理解されるべきであり、ポート、導入器、手術道具、アブレーションカテーテル又は流体運搬器具等の診断及び／又は治療目的で対象の身体に挿入されることが意図される任意の器具の挿入を含むと理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
添付の図面を参照して、本開示の方法及びシステムの一部の例示的な実装が記載されている。図面では、同様の参照番号が同じ又は実質的に類似の要素を示している。
【図１Ａ】本開示の方法の一部の例示的な実装による、針の侵入点、目標点及び途中の障害物の移動を示す、患者の呼吸周期の連続点で取られたサンプルＣＴスキャンの概略図である。
【図１Ｂ】本開示の方法の一部の例示的な実装による、針の侵入点、目標点及び途中の障害物の移動を示す、患者の呼吸周期の連続点で取られたサンプルＣＴスキャンの概略図である。
【図１Ｃ】本開示の方法の一部の例示的な実装による、針の侵入点、目標点及び途中の障害物の移動を示す、患者の呼吸周期の連続点で取られたサンプルＣＴスキャンの概略図である。
【図１Ｄ】本開示の方法の一部の例示的な実装による、針の侵入点、目標点及び途中の障害物の移動を示す、患者の呼吸周期の連続点で取られたサンプルＣＴスキャンの概略図である。
【図２Ａ】本開示の方法の一部の例示的な実装による、針の侵入点、目標点及び障害物（図２Ａ）及び計算された軌道（図２Ｂ）を示すＴ＝Ｔ０で取られたＣＴ画像のコンピュータシミュレーションである。
【図２Ｂ】本開示の方法の一部の例示的な実装による、針の侵入点、目標点及び障害物（図２Ａ）及び計算された軌道（図２Ｂ）を示すＴ＝Ｔ０で取られたＣＴ画像のコンピュータシミュレーションである。
【図３Ａ】は、本開示の方法の一部の例示的な実装による、侵入点、目標及び障害物の各位置状況に対する最適な軌道の再計算を示すＴ＝Ｔ１からＴ８で取られたＣＴ画像ののコンピュータシミュレーションである。
【図３Ｂ】は、本開示の方法の一部の例示的な実装による、侵入点、目標及び障害物の各位置状況に対する最適な軌道の再計算を示すＴ＝Ｔ１からＴ８で取られたＣＴ画像ののコンピュータシミュレーションである。
【図３Ｃ】は、本開示の方法の一部の例示的な実装による、侵入点、目標及び障害物の各位置状況に対する最適な軌道の再計算を示すＴ＝Ｔ１からＴ８で取られたＣＴ画像ののコンピュータシミュレーションである。
【図３Ｄ】は、本開示の方法の一部の例示的な実装による、侵入点、目標及び障害物の各位置状況に対する最適な軌道の再計算を示すＴ＝Ｔ１からＴ８で取られたＣＴ画像ののコンピュータシミュレーションである。
【図３Ｅ】は、本開示の方法の一部の例示的な実装による、侵入点、目標及び障害物の各位置状況に対する最適な軌道の再計算を示すＴ＝Ｔ１からＴ８で取られたＣＴ画像ののコンピュータシミュレーションである。
【図３Ｆ】は、本開示の方法の一部の例示的な実装による、侵入点、目標及び障害物の各位置状況に対する最適な軌道の再計算を示すＴ＝Ｔ１からＴ８で取られたＣＴ画像ののコンピュータシミュレーションである。
【図３Ｇ】は、本開示の方法の一部の例示的な実装による、侵入点、目標及び障害物の各位置状況に対する最適な軌道の再計算を示すＴ＝Ｔ１からＴ８で取られたＣＴ画像ののコンピュータシミュレーションである。
【図３Ｈ】は、本開示の方法の一部の例示的な実装による、侵入点、目標及び障害物の各位置状況に対する最適な軌道の再計算を示すＴ＝Ｔ１からＴ８で取られたＣＴ画像ののコンピュータシミュレーションである。
【図３Ｉ】は、本開示の方法の一部の例示的な実装による、侵入点、目標及び障害物の各位置状況に対する最適な軌道の再計算を示すＴ＝Ｔ１からＴ８で取られたＣＴ画像ののコンピュータシミュレーションである。
【図４】針挿入手順を計画する１つの例示的な実装を示すフローチャートである。
【図５】針挿入手順を計画する別の例示的な実装を示すフローチャートである。
【図６】針挿入手順を計画する例示的なシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
次に図１から３を参照すると、本開示に記載された方法の必要性及び開示された方法の例示的な実装が患者の肺内の損傷に対して行われる生検針手順の計画についてどのように実装されるかが示されている。しかしながら、当業者には、本明細書に記載の例示的なシステム及び方法が器官及び組織等を含む様々な身体の部分、人間又はこれら以外に対して行われる手順に関して利用されてもよいことが理解され得る。
【００３５】
図１Ａから１Ｄは、針の侵入点１１、針の軌道により回避されなければならない障害物（この例では患者の肋骨）１２及び手順中に針により到達される目標点１３を示す患者の肺のサンプルＣＴスキャンの概略図を示す。また、障害物は、本開示の中で「禁止区域／領域」とも呼ばれる場合がある。更に、図１Ａから１Ｄには単一の障害物が示されているが、手順中に回避されなければならない１つより多くの障害物又は傷付き易い器官／領域が有り得ることが理解され得る。図１Ａから１Ｄの各々は、３つ全ての参照点、即ち、侵入点１１、障害物１２及び目標点１３が次から次のフレームへと移動するように、患者の呼吸周期の連続点で取られたＣＴ画像の例示である。こうしたＣＴ画像は、呼吸周期による患者の胸の周期的動作にも関わらず安全且つ正確である挿入軌道を計画する課題を示している。この例では、医者は、障害物１２及び目標１３に印を付けて侵入点１１を選択するために図１Ａに示されたＣＴ画像を使用してもよい。これは障害物１２を回避しながら侵入点１１から目標１３への実質的に直線の軌道１００を可能にする。一般に、最小曲率を有する軌道が好ましい。図１Ｂでは、参照点の相対運動は、障害物１２に非常に接近して通過する計画軌道をもたらす。図１Ｃでは軌道と障害物１２との間で接触が生じており、図１Ｄでは計画軌道は障害物１２を真っ直ぐ通過している。従って、医者が図１Ｄに示された画像に対応する呼吸周期の時点で針挿入手順を開始して、例えば、図１Ａに示された画像における要素の場所に基づく事前に計画された軌道に従えば、針は途中で障害物１２（この例では患者の肋骨）にぶつかるであろう。これは、患者に不必要な痛みを引き起こすばかりでなく、針を引き抜いて挿入手順を又は軌道計画工程さえもやり直す必要を生じる場合がある。
【００３６】
図２Ａ及び２Ｂは、図１Ａから１Ｄに示されたＣＴ画像の概略図のそれと類似の状況のコンピュータシミュレーションである。図２Ａは、Ｔ＝Ｔ０における第１のフレームとして定義された計画方法の初期時間におけるＣＴフレームのコンピュータシミュレーションで医者により印を付けられた、針侵入点２１、針の軌道により回避されなければならない障害物２２、及び針により到達される目標点２３を示す。図２Ｂは、障害物２２を回避しながら、侵入点２１と目標点２３との間の最適経路を提供するためにソフトウェアで計算された針の軌道を示す。一部の実装では、これは組織に最小の側圧を与えるので、最適経路は最小の針曲率を生ずる経路である。例えば、“Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ａ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｎｅｅｄｌｅ”に関するＧｌｏｚｍａｎ等の米国特許第８，３４８，８６１号が参照され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。侵入点は三角で印が付けられているが、三角の方向は侵入角度を反映しないことに留意されたい。更に、印が付けられた障害物は障害物自体の正確な形状及びサイズを反映してもよく、又はそれは障害物の周囲の安全領域を含んでもよいことが理解され得る。
【００３７】
図３Ａから３Ｈは、こうしたフレームの各々の実際のＣＴ画像の画像処理により、侵入点２１に対する及び互いに対する、障害物２２及び目標点２３の移動を検出した場合、ソフトウェアが各位置状況に対して最適軌道２００をどのように再計算するかを示す、Ｔ＝Ｔ０で取られたフレームに続いて、Ｔ＝Ｔ１からＴ８で取られたフレームの図２Ｂのそれと類似の例示的なコンピュータシミュレーションである。一部の実装では、各画像に対する軌道の再計算は、Ｔ＝Ｔ０で計算された初期軌道に基づいてもよい。例えば、ソフトウェアは、第１に、現在の画像について、最初に計算された軌道が新しい位置状況を考慮して最適のままであるか又は少なくとも安全且つ許容できるどうかどうかを確認し、そうでない場合、最初に計算された軌道にできるだけ最小の調節を挿入してもよい。他の実装では、最適軌道の再計算は、（時間的に）前の画像に対して計算された軌道に基づいてもよい。更なる実装では、最適軌道は、前の又は他の画像に依存せずに、即ち、スタンドアロン画像として、各画像に対して別個に再計算されてもよい。この例の一連のフレームに記載されたように、図３Ｃ及び３Ｄに示された時間Ｔ３及びＴ４におけるフレーム間で、ソフトウェアは、軌道再計算が最初の計画軌道に基づく一部の実装によれば、障害物２２の右側（本開示の図面で判断される右側）に計画された元の軌道に障害物２２が深く入り過ぎたことにより、最小達成可能曲率が既定の最大閾値を超えることを決定して、障害物の左側に生成されるより最適に選択された軌道の提供を試行するために、Ｔ０における初期侵入角度を訂正していてもよい。過剰な曲率は、患者の組織に過剰な側圧を生成し得るので、患者に不快感又は危害さえも引き起こす可能性がある。更に、過剰な曲率は、手順中に針を変形させ又は損壊さえさせる可能性がある。達成可能な曲率の程度は針の厚み及び直径（ゲージ）と相関するので、既定の最大曲率は、手順で使用されることが意図される針のタイプに依存してもよい。最適軌道がスタンドアロン画像として各画像に対して再計算される他の実装では、障害物の右側で達成可能な曲率が既定の閾値を超えなくても、障害物の右側で生成された任意の軌道におけるよりも小さな曲率を可能にするので、システムソフトウェアは、図３Ｃ及び３Ｄに示された時間Ｔ３及びＴ４におけるフレーム間で、障害物の左側に生成された軌道が図３ＤのＴ＝Ｔ４において取られた画像には好ましいことを決定していてもよい。図３Ｄから３ＨのＴ４からＴ８までの後続のフレームから明らかなように、この代替侵入角度は、障害物の右側への元の計画軌道が継続されていたら得られていたであろうものよりも、残りのシーケンスを通じてより小さな曲率を有する軌道の生成を可能にしている。
【００３８】
図３Ｉは、図３Ａから３Ｈに示された例示的な全シーケンスを通じて、即ち、Ｔ＝Ｔ０からＴ＝Ｔ８から取られた全ての画像における障害物２２及び目標点２３の移動を示すコンピュータシミュレーションである。また、初期軌道が障害物の左側に生成されていたらＴ＝Ｔ０において到達されていたであろう障害物の左側に最大曲率を有する軌道２００’、及び障害物の右側への元の計画軌道が継続されていたらＴ＝Ｔ８において到達されていたであろう障害物の右側に最大曲率を有する軌道２００’’が示されている。この例示では、障害物の右側において到達される最大曲率が障害物の左側において到達される最大曲率よりも大きいことが明らかである。これは侵入点２１、障害物２２及び目標点２３の初期位置、並びにこの例示の一連のフレームにおける動作周期中の障害物２２及び目標２３の移動方向がこうした図面の基準フレームにおける上方及び右側であるという事実によるものである。従って、この場合、術前の計画段階の間に一連の画像の各々に対して最適軌道を計算することは、図３Ａに示されたＴ＝Ｔ０において、障害物の右側への最良軌道の曲率が、図３Ｉに示された障害物の左側への最良軌道の曲率よりも小さくても、障害物の左側への挿入手順を実行することをユーザに示唆したであろう。
【００３９】
本開示の方法の一部の実装では、針の軌道が障害物と出会わないこと及び計画軌道が全周期にわたり最適であることを確実にするために、動作周期中にいつ手順が行われるかに関係なく、ユーザは全周期にわたる障害物の時間変動位置を共に取り囲み、一連の全ての画像において単一のより大きな障害物としてそれらに印を付けてもよい。
【００４０】
図４は、上記の方法の１つの例示的な実装を行うために実行されるステップを示す。
【００４１】
ステップ４０１では、関心領域の一連の時間分離された画像／画像フレームが、既定期間にわたり生成される。既定期間は、呼吸周期等の患者の動作の１つ以上の完全な周期に対応してもよい。
【００４２】
ステップ４０２では、こうした画像フレームは、映像シーケンスとして記憶される。
【００４３】
ステップ４０３では、ユーザは画像フレームの１つを選択する。これは、シーケンスの任意の場所であり得るが、患者が完全に息を吐いた時点等、患者の動作周期において容易に認識される時点において好都合に選択されてもよい。次に、ユーザは選択された画像フレームにおいて、使用を意図する侵入点、目標点、及び患者の生体構造におけるアクセス禁止領域に印を付ける。明らかに、ユーザは、専門的判断の限りで、最も少ない曲率を有しつつ更に禁止領域を回避する目標への最短経路を提供するように見える侵入点を選択する。一部の実装では、ステップ４０３は、システムソフトウェアにより行われる。即ち、プログラムは、初期画像フレームを選択し、及び／又は選択された画像フレーム上で、目標点、途中の障害物及び初期侵入点の少なくとも１つに印を付けるように適合されてもよい。
【００４４】
次に、ステップ４０４では、プログラムは、侵入点における針の侵入角度の決定を含む、全ての禁止領域を回避する侵入点から目標への最適軌道を計算する。侵入角度を計算しないプログラムオプションの場合、ユーザが侵入点に対する最も適切な侵入角度であると判断する侵入角度及び選択された推定軌道を入力しなければならない。このステップは、図４のフローチャートに示されていないが、適切に理解されるべきである。
【００４５】
ステップ４０５では、選択されたフレームに対してステップ４０４で計算された最適軌道が記憶される。
【００４６】
ステップ４０６では、記憶されたシーケンスから別の画像フレームが選択され、これは最も好都合にはシーケンスにおける次のフレームであってもよいが、シーケンスにおける後のフレームであってもよく、又はフレームシーケンスは循環しているので、最初に選択されたフレームの前であってもよい。一部の実装では、ユーザは、次に処理される画像を手動で選択する。他の実装では、システムソフトウェアは、処理する新しい画像を自動的に選択する。
【００４７】
ステップ４０７では、プログラムは、侵入点、目標点及び禁止アクセス領域の新しい画像フレームにおける新しく取得された位置を検出するためにオブジェクト追跡画像処理方法を使用する。こうした新しい位置は、患者の周期的運動から生じたものである。
【００４８】
ステップ４０８では、プログラムは、３つの既定の基準位置、侵入点、目標点及び禁止アクセス領域の新しい場所に従って、そのフレームに関する最適軌道を計算する。
【００４９】
ステップ４０９では、新しいフレームに対して計算された最適軌道が記憶される。
【００５０】
次に、ステップ４１０では、プログラムは、選択されたシーケンスの画像フレームの全てが最適軌道を計算されたかどうかを確かめる。計算されていなければ、プログラムは手順をステップ４０６に戻し、記憶されたフレームのシーケンスから別の画像フレームが選択され、この次に選択されたフレームに対してステップ４０７から４１０が繰り返される。
【００５１】
他方では、ステップ４１０において、完全なフレームのシーケンスの画像フレームの全てが処理されていなければ、プログラムはステップ４１１に進み、計算された軌道の全てが調べられて、これらの何れかがその長さの任意の部分に沿って既定の最大の定義された曲率を超える曲率を有するかどうかを決定する。曲率はステップ４１１で確認された軌道の特徴の単なる一例であることが理解され得る。例えば、別の特徴は障害物からの距離であってもよい。この場合、プログラムは、軌道が最小許容可能距離から逸脱するかどうかを確認するであろう。更なる特徴は、システムソフトウェアによって自動的に選択される場合、挿入角度であってもよいが、一部の挿入角度は自動化挿入システム（例えば、ロボット）の設計のために達成不可能であり得る。また、ステップ４１１において、複数の特徴の組み合わせが逸脱に関して確認されてもよい。過剰な軌道曲率がどのフレームにも見つからなかった場合、針挿入のためのその計画は、ステップ４１２に示されたように、患者の動作周期の全体にわたって針挿入手順を実装するための有効な計画と見なされる。「有効な計画」という用語は、患者の動作周期中の異なる時間で取られたシーケンスにおける画像フレームの各々に対して、許容可能／安全な軌道が有ることを示してもよい。従って、ユーザは動作周期中の任意の時点で針挿入手順を開始してもよく、挿入手順は周期中のその特定点に対して計算された最適軌道に従って行われるであろう。他方では、計算された軌道の何れかにおいてこのような過剰な曲率が見つかる場合、針の挿入計画は、ステップ４１３に示されたように無効と見なされ、医者は代替の侵入点及び／又は関連が有れば代替の侵入角度を選択しなくてはならない。全手順は、過剰な曲率を有する一連の画像フレームに対して計算される任意の軌道無しで挿入計画を取得することを試行するために繰り返されるべきである。
【００５２】
こうした方法の一部の実装では、最適軌道がシーケンスにおけるフレームの全てに対して別個に計算された後で、計算された軌道の全て又は少なくとも１つが、シーケンスにおける他のフレームの全て又は少なくとも幾つかにわたって実行されてもよく、確認された軌道から一連のフレーム全体に対して単一の最適軌道が針挿入手順のために選択されてもよい。このような軌道は、例えば、侵入点から目標点までの最小曲率及び／又は最短距離を有する軌道であってもよい。
【００５３】
図５は、本開示の方法の実装の別の例示を行うために実行されるステップを示すフローチャート５００である。
【００５４】
ステップ５０１では、関心領域の一連の時間分離された画像／画像フレームが、既定期間にわたり生成される。既定期間は、呼吸周期等の患者の動作の１つ以上の完全な周期に対応してもよい。
【００５５】
ステップ５０２では、こうした画像フレームが記憶される。
【００５６】
ステップ５０３では、ユーザ／医者が画像フレームの１つを選択し、選択された画像フレームにおいて、使用を意図する侵入点、目標点、及び患者の生体構造におけるアクセス禁止領域に印を付ける。他の実装では、プログラムは、初期画像フレームを選択し、及び／又は選択された画像フレーム上で、目標点、途中の障害物及び初期侵入点の少なくとも１つに印を付けるように適合されてもよい。
【００５７】
次に、ステップ５０４では、プログラムは、全ての禁止領域を回避する侵入点から目標への最適軌道を計算する。一部の実装では、最適軌道の計算は、侵入点における針の侵入角度の決定を含んでもよい。他の実装では、ユーザ／医者は、軌道計算の前に侵入角度も入力しなくてはならない。
【００５８】
ステップ５０５では、プログラムは、計算された軌道の特徴、例えば、曲率が既定の閾値を超えるかどうかを決定する。超えるのであれば、ステップ５０６において、医者は初期選択フレームに対して代替の侵入点及び／又は代替の侵入角度を選択し、又は軌道が計算される異なる画像フレームを選択しなければならず、ステップ５０４及び５０５が繰り返される。関連する特徴が既定の閾値を越えなければ、ステップ５０７において、計算された最適軌道が記憶される。別の特徴は、例えば、障害物からの距離であってもよい。このような場合、軌道の特徴が既定の閾値を超えるかどうかを決定することは、計算された軌道と印が付けられた障害物との間の距離が最小許容距離よりも小さいかどうかをプログラムが決定することを意味してもよい。
【００５９】
ステップ５０８では、記憶されたシーケンスから別の画像フレームが選択され、これは最も好都合にはシーケンスにおける次のフレームであってもよいが、シーケンスにおける後のフレームであってもよく、又はフレームシーケンスは循環しているので、最初に選択されたフレームの前であってもよい。一部の実装では、ユーザ／医者は、次に処理される画像を手動で選択する。他の実装では、システムソフトウェアは、処理する新しい画像を自動的に選択する。
【００６０】
ステップ５０９では、プログラムは、患者の周期的運動から生じた、侵入点、目標点及び禁止アクセス領域の新しい画像フレームにおける新しく取得された位置を検出するためにオブジェクト追跡画像処理方法を使用する。
【００６１】
ステップ５１０では、プログラムは、侵入点、目標点及び禁止領域の新しい位置を考慮して、ステップ５０８で選択された画像フレームにおいて記憶された軌道を実行する。
【００６２】
次に、ステップ５１１では、プログラムは、軌道が選択された画像フレームに対して許容可能／安全であるかどうかを確認する。許容可能／安全（又は、適用可能）とは、こうした要素の新しく獲得された位置を考慮して、障害物を回避しつつ、軌道が侵入点から目標点へと通じることを意味してもよい。場合によっては、計算された軌道を実行するために使用される自動化挿入システムは、挿入処理中に軌道を調節するように適合されてもよい。例えば、“Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ａ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｎｅｅｄｌｅ”に関するＧｌｏｚｍａｎ等への米国特許第８，３４８，８６１号、及び“Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｒｏｂｏｔ  ｆｏｒ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｎｅｅｄｌｅ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ”に関するＮｅｕｂａｃｈ等への米国特許第８，６６３，１３０号に開示されたシステム等の閉ループシステムである。どちらも参照により全体が本明細書に組み込まれる。このような場合、確認された軌道は、それが目標に到達し及び／又は障害物を回避するために、許容レベルの調節が要求される場合に、許容可能／安全であると見なされてもよい。
【００６３】
その画像フレームに対して、記憶された軌道が安全／許容可能ではないとプログラムが決定する場合、即ち、それが目標点に到達しない及び／又は途中の障害物に出くわす及び／又はそれが目標に到達し及び／又は障害物を回避するために許容できないレベルの調節が要求される場合、処理はステップ５０６に戻って、医者は初期選択フレームに対する代替の侵入点及び／又は代替の侵入角度を選択し、又は軌道が計算される異なる画像フレームを選択しなければならない。他方で、現在処理されている画像フレームに対して、記憶された軌道が許容可能／安全であるとプログラムが決定する場合、ステップ５１２に進み、完全なフレームのシーケンスの画像フレームの全てが処理されたかどうか、即ち、記憶された最適軌道が一連の画像フレームの全てにわたって実行されたかどうかを確かめる。そうでなければ、プログラムは手順をステップ５０８に戻し、記憶されたフレームのシーケンスから別の画像フレームが選択され、この次に選択されたフレームに対してステップ５０９から５１２が繰り返される。他方で、ステップ５１２において、完全なフレームのシーケンスの画像フレームの全てが処理されており、即ち、記憶された最適軌道が一連の画像フレームの全てにわたって実行されており、各画像に対して記憶された軌道が許容可能／安全であると決定された場合、ステップ５１３において、記憶された軌道が挿入手順のための軌道として設定される。
【００６４】
図６は上記の方法の何れかを実行するための例示的なシステム６０のブロック図である。しかしながら、他のシステム構成も考えられることが理解されたい。システムは、画像処理のオブジェクト追跡方法を使用して、侵入点、目標点及びこれらの間の任意の障害物の位置の変化を決定するための少なくとも１つのプロセッサ６１を含んでもよい。少なくとも１つのプロセッサ６１は、針の軌道を計算し、一部の実装では、計算された軌道を分析してそれらを互いに比較するように更に適合されてもよい。プロセッサ６１は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ラップトップ、タブレット、スマートフォン又は任意の他のプロセッサベースの装置に組み込まれてもよい。一部の実装では、システムは、撮像システム（例えば、ＣＴシステム、ＭＲＩシステム、超音波システム又はＸ線透視システム）と通信し及び／又はそれから画像を取得するための通信モジュール６２を含んでもよい。通信モジュール６２は、プロセッサと統合されてもよく、又は別のコンポーネントであってもよい。一部の実装では、患者の関心領域の画像は、アップロードされ又はＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢ携帯型ドライブ等の外部メモリ装置から直接読み込まれてもよい。システムは、とりわけ、取得された画像及び計算された軌道を表示するためのディスプレイ／スクリーン６３を更に含んでもよい。また、システムは、撮像システムから得られた画像上でユーザ／医者が侵入点、目標及び禁止領域の印を付けることを可能にするためのユーザインターフェース６４を含んでもよい。一部の実装では、ユーザインターフェース６４は、ユーザによる計算された軌道の確認及び承諾のために使用されてもよい。ユーザインターフェース６４は、ボタン、スイッチ、キー、キーボード、コンピュータマウス、ジョイスティック、タッチセンサ式スクリーン等の形態であってもよい。ディスプレイ６３及びユーザインターフェース６４は、２つの別個のコンポーネントであってもよく、又は、例えば、タッチセンサ式スクリーン（「タッチスクリーン」）が利用される場合、単一のコンポーネントを一体に形成してもよい。システムは、取得された画像、印が付けられた侵入点、目標点及び（複数の）障害物、計算された軌道等を記憶するためのメモリコンポーネント６５を更に含んでもよく、少なくとも１つのプロセッサ６１は、メモリコンポーネント６５に上記データを記憶するだけでなくそこからそれを取得するように更に適合されてもよい。
【００６５】
幾つかの変形が先に詳細に記載されたが、他の修正も可能である。例えば、添付の図面に描かれ且つ本明細書に記載された論理フローは、所望の結果を達成するために、図示の特定の順番、又は順序を要求しない。
【００６６】
本明細書では特定の実装が詳細に開示されているが、これは単に例示を目的として行われており、添付の特許請求の範囲に関して限定することを意図していない。特に、請求項により定義された開示の範囲及び精神から逸脱することなく、様々な代替、変更及び修正が行われ得ることが考えられる。他の態様、利点及び修正も以下の特許請求の範囲内であると見なされる。提示された請求項は、本明細書に開示された実装及び特徴の代表的なものである。また、他の請求項に記載されていない実装及び特徴も考えられる。従って、他の実装も以下の特許請求の範囲内である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
0006615110.tif 000004
【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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