(57)【要約】  超音波撮像プローブ１３によって規定される画像平面１２に対する介入装置１１の位置を決定するためのシステム１０が提供される。位置は、超音波撮像プローブ１３と介入装置１１に取り付けられた超音波トランスデューサ１５との間で送信される超音波信号に基づいて決定される。画像再構成ユニットＩＲＵは、再構成された超音波画像ＲＵＩを提供する。位置決定ユニットＰＤＵは、最大検出強度ＩSmax超音波信号の飛行時間ＴＯＦSmaxに基づいて、画像平面１２に対する超音波トランスデューサ１５の横方向位置ＬＡＰTOFSmax,θIPAを計算する。位置決定ユニットＰＤＵは、また、超音波トランスデューサ１５と画像平面１２との間の面外距離Ｄopを計算する。面外距離Ｄopを計算することは、最大検出強度ＩSmaxを、飛行時間に対する面内最大検出強度ＩSmaxInplaneの予想される変動を記述するモデルＭＯと比較することを含む。
2021533854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム形成超音波撮像システム超音波撮像プローブによって規定される画像平面に対する介入装置の位置を決定するためのシステムにおいて、前記介入装置の位置が、前記超音波撮像プローブと、前記介入装置に取り付けられた超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて決定され、前記システムは、
前記超音波撮像プローブによって規定される画像平面に対応する再構成された超音波画像を提供するように構成された画像再構成ユニットと、
位置決定ユニットと、
を有し、前記位置決定ユニットは、
前記超音波撮像プローブと前記超音波トランスデューサとの間で送信される最大検出強度超音波信号の飛行時間に基づいて、前記画像平面に対する前記超音波トランスデューサの横方向位置を計算し、
前記最大検出強度超音波信号の強度及び飛行時間に基づいて、前記超音波トランスデューサと前記画像平面との間の面外距離を計算し、前記面外距離を計算することは、前記最大検出強度超音波信号の飛行時間における、前記飛行時間に対する面内最大検出強度の予想される変動を記述するモデルと、前記最大検出強度を比較することを有し、
前記再構成された超音波画像において前記面外距離を示す、
ように構成される、
システム。
【請求項２】
前記面外距離を示すステップは、前記計算された横方向位置において第１のアイコンを提供することを含み、前記第１のアイコンは、前記面外距離に対応する半径を有する円形ゾーンを示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記半径は、前記最大検出強度超音波信号の飛行時間における、前記予測される平面内最大検出強度に対して前記最大検出強度をスケーリングすることに基づいて決定される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のアイコンは、外周を含み、前記第１のアイコンの前記外観は、前記最大検出強度と前記最大検出強度超音波信号の前記飛行時間における前記予想される面内最大検出強度との比較に基づいて変化するように構成され、前記第１のアイコンの前記外観は、
ｉ）前記最大検出強度超音波信号の飛行時間における前記予測される面内最大検出強度に対する前記最大検出強度の比が、又はｉｉ）前記最大検出強度が、所定の範囲内にある場合に、
前記第１のアイコンの前記外周の色を変更すること、
前記第１のアイコンの前記外周のコントラストを変更すること、
前記第１のアイコンの前記外周をドット又は破線で示すこと、
前記第１のアイコンの前記外周を経時的に律動させること、
のうちの少なくとも１つによって変化するように構成される、請求項２又は３に記載のシステム。
【請求項５】
前記半径は、最小値を有し、前記位置決定ユニットは、ｉ）前記最大検出強度超音波信号の飛行時における、前記予測される面内最大検出強度に対する前記最大検出強度の比、又はｉｉ）前記最大検出強度が、所定の値を超える場合、前記半径を前記最小値に制限するように更に構成される、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記位置決定ユニットは、ｉ）前記最大検出強度超音波信号の飛行時における、前記予測される面内最大検出強度に対する前記最大検出強度の比、又はｉｉ）前記最大検出強度が、所定の値を下回る場合に、前記再構成された超音波画像における前記第１のアイコンの提供を抑制するように更に構成される、請求項２乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記介入装置が、特徴を含み、前記超音波トランスデューサが、前記介入装置特徴から所定の距離において前記介入装置に取り付けられ、
前記位置決定ユニットが、前記再構成された超音波画像内に第２のアイコンを提供するように更に構成され、前記第２のアイコンが、前記超音波トランスデューサと前記介入装置特徴との間の前記所定の距離に対応する半径を有する円形ゾーンを示し、
前記第１のアイコン及び前記第２のアイコンが、共通の中心を共有する、
請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２のアイコンは、前記介入装置特徴の可能な位置の範囲に対応する前記画像平面の一部を規定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記介入装置特徴が、
前記介入装置の遠位端、
前記介入装置のチャネルの開口部、
前記介入装置の生検試料採取点、
前記介入装置の刃先、
前記介入装置のセンサ、
前記介入装置に組み込まれた手術ツール、
前記介入装置の薬物送達点、
前記介入装置のエネルギ送達点、
のうちの１つである、請求項７乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記位置決定ユニットは、前記面外距離が前記所定の距離以下である場合に、前記第１のアイコン及び前記第２のアイコンのうちの少なくとも１つの外観を変化させるように更に構成される、請求項７乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１のアイコン及び前記第２のアイコンは、それぞれ外周を有し、前記第１のアイコン及び前記第２のアイコンのうちの少なくとも１つの外観は、
前記第１のアイコン又は第２のアイコンの外周の色を変更すること、
前記第１のアイコン又は前記第２のアイコンの外周のコントラストを変更すること、
前記第１のアイコン又は前記第２のアイコンの外周をドット又はダッシュで示すこと、
前記第１のアイコン又は前記第２のアイコンの外周を経時的に律動させること、
前記第１のアイコン及び前記第２のアイコンを共通のアイコンにマージさせること、
前記再構成された超音波画像において前記第１のアイコン又は前記第２のアイコンの提供を抑制すること、
のうちの少なくとも１つによって変化するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１のアイコンの半径は、前記第２のアイコンの半径に等しい最小値を有し、前記第１のアイコンの半径は、前記面外距離が前記所定の距離以下である場合、前記最小値に制限される、請求項６乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
超音波トランスデューサが取り付けられた介入装置を更に有する、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
ビーム形成超音波撮像システムの超音波撮像プローブによって規定される画像平面に対する介入装置の位置を決定する方法において、前記介入装置の位置が、前記超音波撮像プローブと、前記介入装置に取り付けられた超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて決定され、前記方法は、
前記超音波撮像プローブによって規定される画像平面に対応する再構成された超音波画像を生成するステップと、
前記超音波撮像プローブと前記超音波トランスデューサとの間で送信される最大検出強度超音波信号の飛行時間に基づいて、前記画像平面に対する前記超音波トランスデューサの横方向位置を計算するステップと、
前記最大検出強度超音波信号の強度及び飛行時間に基づいて、前記超音波トランスデューサと前記画像平面との間の面外距離を計算するステップであって、前記面外距離を計算することが、前記最大検出強度超音波信号の前記飛行時間における、飛行時間に対する面内最大検出強度の予想される変動を記述するモデルと前記最大検出強度を比較することを含む、ステップと、
前記再構成された超音波画像において前記面外距離を示すステップと、
を有する、方法。
【請求項１５】
ビーム形成超音波撮像システムの超音波撮像プローブによって規定される画像平面に対する介入装置の位置を決定するためのシステムであって、前記介入装置の位置が前記超音波撮像プローブと前記介入装置に取り付けられた超音波トランスデューサとの間で送信される超音波信号に基づいて決定される、当該システムのプロセッサ上で実行される場合に、前記プロセッサに、請求項１４に記載の方法のステップを実行させる命令を有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム形成超音波撮像プローブの画像平面に対する介入装置の位置を決定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用針、カテーテル、及び外科用器具などの介入装置は、特に好ましくない入射角では、反射率の鏡面反射性質のために、超音波画像において視覚化することがしばしば困難である。
【０００３】
これに関して、文献ＷＯ２０１１１３８６９８Ａ１、ＷＯ２０１５１０１９４９Ａ１、及びＷＯ２０１６００９３５０Ａ１は、器具に取り付けられた超音波受信器を用いて超音波場内で器具を追跡するシステムを記載している。続いて、超音波受信器の位置が、超音波場に対応する超音波画像に表示される。
【０００４】
文献ＵＳ ２０１６／０３８１１９ Ａ１は、人体の解剖学的画像を取得し、前記画像に対して医療器具を位置特定するための超音波プローブであって、前記超音波プローブは、第１の組の撮像トランスデューサ素子及び第２の組の位置特定トランスデューサ素子を含み、第１の組の撮像トランスデューサ素子が、第２の組の位置特定トランスデューサ素子とは別個であり、共通の部分がなく、第１の組の撮像トランスデューサ素子は、人体への超音波撮像送信を生成し、超音波撮像送信は画像走査平面に集束され、画像走査平面に対応する２次元解剖学的画像を生成するために超音波撮像送信の反射を受信するように構成され、第２の組の位置特定トランスデューサ素子は、解剖学的画像に対して医療器具を位置特定するために人体への超音波位置特定送信を生成するように構成され、超音波位置特定送信は、画像走査平面の外側に延在し、前記第２の組からの少なくとも２つのトランスデューサ素子は、画像走査平面に垂直な方向において互いから離間されている、超音波プローブと、トランスデューサから、位置特定送信に対応する信号を受信するセンサコンソールとを有する超音波システムに関し、前記超音波システムは、前記受信信号を処理して、前記受信信号に基づいて、前記超音波プローブに対する前記人体内の前記医療器具の位置を決定するように構成される。
【０００５】
別の文献ＵＳ ２０１７／２０２６２５ Ａ１は、器具を追跡するためのシステムに関する。システムは、器具の長さに沿って配置され、隣接するセンサから離間された２つ以上のセンサを含む。解釈モジュールは、２つ以上のセンサの位置に従って、３次元画像体積から画像スライスを選択し、更新するように構成される。三次元画像体積は、体積内のターゲットに対する２つ以上のセンサの位置を含む。画像処理モジュールは、画像スライス内の基準位置を示すオーバーレイを生成するように構成される。基準位置は、２つ以上のセンサの位置と、器具の配置及び配向のためのフィードバックを提供するために、ディスプレイ内の画像スライスからの相対的オフセットとを含む。
【０００６】
しかしながら、そのようなシステムにおける超音波受信器が、画像平面の外側にある、すなわち「平面外」にある場合、超音波受信器の位置、及び最終的には介入装置の位置の決定は、困難である可能性がある。
【０００７】
この点に関し、文献ＷＯ２０１８０６０４９９Ａ１は、ビーム形成超音波撮像システムの超音波撮像プローブによって規定される画像平面に対する介入装置の介入装置特徴の位置を示すためのシステムを記載し、介入装置特徴の位置が、超音波撮像プローブと、介入装置特徴から所定の距離において介入装置に取り付けられた超音波トランスデューサとの間で伝送される超音波信号に基づいて決定される。アイコン提供ユニットは、所定の距離に対応する半径を有する円形ゾーンを示す第１のアイコンを提供する。第１のアイコンは、ビーム形成超音波撮像システムからの再構成された超音波画像を含む融合画像において表示される。この文献では、面外距離が、決定された範囲に対する面外距離Ｄopによる信号強度の変化のモデルに基づいて計算される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの解決策にもかかわらず、超音波撮画像平面に対する介入装置の位置を決定するための改善された技術の余地が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
介入装置の改良された追跡を提供することを求める際に、ビーム形成超音波撮像システム超音波撮像プローブによって規定された画像平面に対する介入装置の位置を決定するためのシステムが、提供され、介入装置の位置は、超音波撮像プローブと、介入装置に取り付けられた超音波トランスデューサとの間で伝達される超音波信号に基づいて決定される。このシステムは、画像再構成ユニットと位置決定ユニットとを含む。画像再構成ユニットは、超音波撮像プローブによって規定された画像平面に対応する再構成された超音波画像を提供する。位置決定ユニットは、超音波撮像プローブと超音波トランスデューサとの間で送信される最大検出強度超音波信号の飛行時間に基づいて、画像平面に対する超音波トランスデューサの横方向位置を計算する。また、位置決定ユニットは、最大検出強度超音波信号の強度及び飛行時間に基づいて、超音波トランスデューサと画像平面との間の面外距離を計算する。面外距離を計算することは、最大検出強度超音波信号の飛行時間において、飛行時間に対する面内最大検出強度の予測される変動を記述するモデルと、最大検出強度を比較することを含む。この後に、位置決定ユニットは、再構成された超音波画像における面外距離を示す。
【００１０】
このように、面外距離を計算するのに使用されたモデルは、飛行時間に伴う面内最大検出強度の予想される変動を記述する。面内検出強度は、異なる超音波撮像プローブ間で低い変動性を示してもよく、したがって、同じモデルが、同じタイプの超音波撮像プローブにた位して使用されてもよい。更に、このモデルは、１次元の較正データ、すなわち飛行時間に伴う強度の変動のみを必要とし、これは、限られた量の較正データしか必要としない。更に、使用中、面外距離は、１つのみ、すなわち飛行時間次元で探索する必要性のため、短い待ち時間で決定されうる。
【００１１】
一態様によれば、面外距離を示すことは、計算された横方向位置に第１のアイコンを提供することを含み、第１のアイコンは、面外距離に対応する半径を有する円形ゾーンを示す。面外距離を示す円形ゾーンを有する計算された位置におけるアイコンの使用は、介入装置が画像平面に向かって進められるか、又は画像平面から離れるように進められるかを、円が増大するか又は縮小するかに基づいて、ユーザに直感的に示す。これは、介入装置の改善されたガイダンスを可能にする。
【００１２】
別の態様によれば、面外距離に対応する半径は、最大検出強度を、最大検出強度の超音波信号の飛行時における、予想された面内最大検出強度に対してスケーリングすることに基づいて決定される。最大検出強度は、典型的には、面外距離Ｄopが増加されるにつれて減少する。しかしながら、面外距離に対するこの変動の性質は、飛行時間、言い換えれば、超音波撮像プローブと超音波検出器との間の範囲に依存し得る。予想される面内最大検出強度に対して最大検出強度をスケーリングすることに基づいて半径を決定することは、面外距離の定性的な標示となる。そのような標示は、ユーザが介入装置を画像平面に対して正確にナビゲートするための適切なフィードバックを提供し、さもなければ正確な平面外距離を決定するために必要とされうる完全な３次元較正データ、並びに面外距離を決定するためにそのような３次元データを探索することに関連する待ち時間の必要性を排除する。
【００１３】
別の態様によれば、第１のアイコンは、外周を含む。第１のアイコンの外観は、ｉ）最大検出強度超音波信号の飛行時間における、予測される面内最大検出強度に対する最大検出強度の比が、又はｉｉ）最大検出強度が、所定の範囲内にある場合、最大検出強度と、最大検出強度超音波信号の飛行時間における、予測される面内最大検出強度との比較に基づいて変化するように構成される。外周の外観を変更することは、撮画像平面に対する所定の位置における介入装置の位置をユーザに示す効果を有する。この特徴は、撮像面に対する介入装置の一般的な位置をユーザに迅速に示すことを可能にする。例えば、アイコンの色は、最大検出強度又はその比が、予想される面内最大検出強度に近い値を示す場合に、緑色であり、隣接する範囲内の値の場合には赤色であり、この範囲外の位置に対しては白色であってもよい。これは、介入装置が現在面内にあるかどうかをユーザに迅速に示す。
【００１４】
別の態様によれば、面外距離に対応する半径は、最小値を有する。位置決定ユニットは、ｉ）最大検出強度超音波信号の飛行時間における、予測される面内最大検出強度に対する最大検出強度の比が、又はｉｉ）最大検出強度が、所定の値を超える場合、半径を最小値に制限する。ユーザは、典型的には、撮像面内に介入装置を配置することに関心があり、したがって、この実施形態では、アイコンは、例えば、アイコンが、正確に撮像面内の所定の範囲内にある場合に、変化してもよい。そうする際に、ユーザは、介入装置が十分に良好に位置特定されている場合に、ある程度、集中を緩和しうる。これは、ユーザが介入装置の位置の微細な調整を継続的に行うことを防止し、他のタスクに集中することを可能にする。
【００１５】
別の態様によれば、位置決定ユニットは、ｉ）最大検出強度超音波信号の飛行時における、予想される平面内最大検出強度に対する最大検出強度の比が、又はｉｉ）最大検出強度が、所定の値未満に低下する場合、再構成された超音波画像における第１のアイコンの提供を抑制する。これらのパラメータのいずれかが所定値を下回る場合、システムは、撮画像平面に対する介入装置の位置を信頼できる形で示すには、感度が不十分であり得る。弱く検出された超音波信号は、電磁干渉又はノイズによって混乱されうる。このような状況下では、潜在的に不正確な位置を示すことを回避するために、再構成された超音波画像における第１のアイコンの提供を抑制することが、好ましい。
【００１６】
別の態様によれば、介入装置は、その遠位端などの特徴を含む。超音波トランスデューサは、介入装置特徴から所定の距離において介入装置に取り付けられる。位置決定ユニットは、また、再構成された超音波画像内に第２のアイコンを提供し、第２のアイコンは、超音波トランスデューサと介入装置特徴との間の所定の距離に対応する半径を有する円形ゾーンを示す。第１のアイコン及び第２のアイコンは、共通の中心、すなわち、計算された横方向位置を共有する。第２のアイコンは、介入装置の特徴、例えば遠位端の可能な位置の範囲を示す。再構成された超音波画像内に両方のアイコンを提供することは、有利には、画像平面に対する介入装置の特徴の位置を示す。ここで、両方のアイコンを提供する利点を示すために、２つの極端なシナリオが、説明される。
【００１７】
第１のシナリオでは、介入装置特徴及び超音波トランスデューサは、両方とも画像平面内にある。再構成された超音波画像は、面外位置を示し、超音波トランスデューサの位置を中心とする第１のアイコンを含む。第１のアイコンは、上述したように、トランスデューサが画像平面内にあることを示す。介入装置特徴は、重なり合う第２のアイコンによって示される円形ゾーンの外周の周りのどこかに位置し、これは、円形ゾーンの半径が、超音波トランスデューサと介入装置特徴との間の所定の距離に対応するためである。したがって、面内プロシージャの間、円が重なり合う場合に、アイコンの外周は、介入装置特徴の位置を示す。ユーザの針の進行及びそのおおよその軌道に基づいて、ユーザは、また、円形ゾーンの外周のどの部分に医療用針の遠位端が実際に配置されるかをおおよそ知るであろう。更に、ユーザは、医療用針１１のシャフトの断続的な再構成された超音波画像からこの軌道を知ることになる。したがって、ユーザは、介入装置特徴が円形ゾーンの外周のどこにあるかをより正確に識別するために、第１のアイコンによって提供される情報を思考的に増強することができる。
【００１８】
第２のシナリオでは、介入装置特徴は、画像平面内に存在し、超音波トランスデューサは、特徴を通過する線に沿って、かつ通常は画像平面に対して、画像平面の上又は下に存在する。ここで、再構成された超音波画像は、画像平面上に投影された超音波トランスデューサの位置を中心とする第１のアイコンを含む。このような投影は、ｉ）超音波トランスデューサの位置を画像平面に垂直な方向に投影すること、又はｉｉ）超音波撮像プローブと超音波トランスデューサとの間の範囲を画像平面上に投影すること、又はｉｉｉ）超音波撮像プローブと超音波トランスデューサとの間の範囲に垂直な方向に超音波トランスデューサの位置を投影することを含むことができる。第１のアイコンは、面外距離を示す。超音波画像平面に対する超音波トランスデューサの通常の配置により、第２のアイコンの中心は、介入装置の特徴、すなわち遠位端の位置を示す。第１及び第２のアイコンが重なり合う、すなわち、それらが同じ距離を示す場合、介入装置特徴は、画像平面にちょうど到達している。
【００１９】
中間のシナリオでは、介入装置の特徴は、第２のアイコンによって示される円形ゾーンの中心とその円形ゾーンの外周との間のどこかに位置する。
【００２０】
介入装置特徴は、第２のアイコンによって規定される円形ゾーンの外周上又は外周内にあることが知られているので、画像平面に対する介入装置特徴の改善された配置が、提供される。言い換えると、システムのユーザは、介入装置特徴がこの円形ゾーンの外側にある画像特徴に影響を与えないと確信している。有利には、位置特定は、単一の超音波トランスデューサのみを使用して提供されることができ、それによって、介入装置の製造を単純化する。
【００２１】
別の態様によれば、位置決定は、面外距離が所定の距離以下である場合に、第１のアイコン及び第２のアイコンのうちの少なくとも１つの外観を変化させる。その際に、前述の面外プロシージャ中に、ユーザは、介入装置特徴が画像平面の中心にあるという事実に対して警告される。
【００２２】
別の態様によれば、第１のアイコンの半径は、第２のアイコンの半径に等しい最小値を有し、第１のアイコンの半径は、面外距離が所定の距離以下である場合に最小値に制限される。上述したように、介入装置が画像平面に近づくにつれて第１のアイコンのサイズをそのように制限することによって、面外プロシージャでは、ユーザは、最小サイズが到達される場合に、十分な配置精度が到達されたことを知って、集中をある程度緩和してもよい。
【００２３】
他の態様によれば、システムと共に使用され得る方法及び対応するコンピュータプログラムが、提供される。
【００２４】
システムに関連して説明された様々な態様は、更なる有利な効果を提供するように組み合わされてもよいことに留意されたい。更に、システムの態様は、方法と交換可能に使用されてもよく、その逆もまた同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ビーム形成超音波撮像システム１４を、面内介入装置１１及びシステム１０の形態の本発明の実施形態と組み合わせて示す。
【図２】面外距離Ｄopに配置された介入装置１１及びシステム１０の形態の本発明の実施形態と組み合わされたビーム形成超音波撮像システム１４を示す。
【図３】飛行時間ＴＯＦによる面内最大検出強度ＩSmaxInplane（ｄＢ）の予想される変化を記述するモデルＭＯを示す。
【図４Ａ】関心領域ＲＯＩと、面外距離Ｄopに対応する半径を有する円形ゾーンを示す第１のアイコンＣopとを含む再構成された超音波画像ＲＵＩを示す。
【図４Ｂ】関心領域ＲＯＩと、面外距離Ｄopに対応する半径を有する円形ゾーンを示す第１のアイコンＣopとを含む再構成された超音波画像ＲＵＩを示す。
【図４Ｃ】関心領域ＲＯＩと、面外距離Ｄopに対応する半径を有する円形ゾーンを示す第１のアイコンＣopとを含む再構成された超音波画像ＲＵＩを示す。
【図５Ａ】関心領域ＲＯＩ、第１のアイコンＣop、及び超音波トランスデューサ１５と介入装置特徴１１ａとの間の距離Ｌpに対応する半径を有する円形ゾーンを示す同心の第２のアイコンＣdeを含む再構成された超音波画像ＲＵＩを示す。
【図５Ｂ】関心領域ＲＯＩ、第１のアイコンＣop、及び超音波トランスデューサ１５と介入装置特徴１１ａとの間の距離Ｌpに対応する半径を有する円形ゾーンを示す同心の第２のアイコンＣdeを含む再構成された超音波画像ＲＵＩを示す。
【図５Ｃ】関心領域ＲＯＩ、第１のアイコンＣop、及び超音波トランスデューサ１５と介入装置特徴１１ａとの間の距離Ｌpに対応する半径を有する円形ゾーンを示す同心の第２のアイコンＣdeを含む再構成された超音波画像ＲＵＩを示す。
【図６】システム１０と共に使用するのに適した介入装置１１を示す。
【図７】システム１０と共に使用されうる方法の様々な方法ステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の原理を説明するために、医療用針によって例示される介入装置の位置が、２Ｄ超音波撮像プローブの線形アレイによって規定される画像平面に対して示される、様々なシステムが、説明される。更に、いくつかの例では、医療装置の遠位端などの特徴の位置も、追跡される。
【００２７】
しかしながら、本発明は、限定なしで、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、電極、ロボット、フィルタ装置、バルーン装置、ステント、僧帽弁クリップ、左心耳閉鎖装置、大動脈弁、ペースメーカ、静脈ライン、ドレナージライン、手術ツール、組織封止装置、組織切断装置、又は埋め込み可能装置などの他の介入装置にも適用されることを理解されたい。そのような介入装置の追跡される特徴は、例示的に、介入装置の遠位端、介入装置の生検サンプリング点、介入装置の切刃、介入装置内のチャネルの開口、介入装置のセンサ（例えば、流れ、血圧、温度などを感知する）、介入装置内に一体化された外科ツール（例えば、スクレーパ）、介入装置の薬物送達点、又は介入装置のエネルギ送達点を含んでもよい。
【００２８】
更に、２Ｄ超音波撮像プローブの例示的な線形アレイは、本発明が使用され得るビーム形成超音波撮像システムの超音波送受信器アレイの１つの例に過ぎないことが理解されるべきである。また、本発明は、関連する超音波送受信器アレイが、例示的に、３Ｄ撮像プローブの２Ｄアレイ（又は２平面ビュー）、「ＴＲＵＳ」経直腸超音波検査プローブ、「ＩＶＵＳ」血管内超音波プローブ、「ＴＥＥ」経食道プローブ、「ＴＴＥ」経胸腔プローブ、「ＴＮＥ」経鼻プローブ、「ＩＣＥ」心臓内プローブを含む、他のタイプのビーム形成超音波撮像システムにも適用される。
【００２９】
図１は、ビーム形成超音波撮像システム１４を、面内介入装置１１及びシステム１０の形態の本発明の実施形態と組み合わせて示す。図１において、ビーム形成超音波撮像システム１４は、画像再構成ユニットＩＲＵ、撮像システムプロセッサＩＳＰ、撮像システムインタフェースＩＳＩ及びディスプレイＤＩＳＰと通信する２Ｄ超音波撮像プローブ１３を含む。ユニットＩＲＵ、ＩＳＰ、ＩＳＩ及びＤＩＳＰは、従来、２Ｄ超音波撮像プローブ１３と有線通信するコンソールに配置されている。また、例えば光、赤外線、又はＲＦ通信リンクを使用する、無線通信が、有線リンクに取って代わってもよいことも、考えられる。また、ユニットＩＲＵ、ＩＳＰ、ＩＳＩ及びＤＩＳＰのいくつかは、代わりに、例えばフィリップスのルミファイ超音波撮像システムのように、２Ｄ超音波撮像プローブ１３内に組み込まれてもよいことも考えられる。図１において、２Ｄ超音波撮像プローブ１３は、関心体積ＶＯＩをインターセプトする超音波場内で超音波エネルギを送受信する線形超音波送受信器アレイ１６を含む。超音波場は、図１では扇形であり、画像平面１２を規定する多数の超音波ビームＢ1..kを含む。扇形ビームは、例示のみを目的として、図１に示されており、本発明は、特定の形状の超音波場に限定されるものではないことに留意されたい。ビーム形成超音波撮像システム１４は、ビームＢ1..k内で超音波信号を生成及び検出するために、２Ｄ超音波撮像プローブ１３によって送信又は受信される信号の位相を増幅及び／又は調整するように構成された、図示されていない、電子ドライバ及び受信器回路を含んでもよい。したがって、電子ドライバ及び受信器回路は、放射及び／又は受信された超音波ビーム方向を操縦するために使用されてもよい。
【００３０】
使用中、ビーム形成超音波撮像システム１４は、以下の方法で動作される。オペレータは、撮像システムインタフェースＩＳＩを介して超音波プロシージャを計画してもよい。一度動作プロシージャが選択されると、撮像システムインタフェースＩＳＩは、撮像システムプロセッサＩＳＰをトリガして、２Ｄ超音波撮像プローブ１３によって送信される信号を生成し、検出された信号を解釈する特定用途向けプログラムを実行する。ビーム形成超音波撮像システム１４は、また、そのようなプログラムを記憶するためのメモリ（図示せず）を含んでもよい。メモリは、例えば、超音波撮像プローブ１３によって送信及び／又は受信される超音波信号のシーケンスを制御するように構成された超音波ビーム制御ソフトウェアを記憶してもよい。代替的に、撮像システムプロセッサＩＳＰの一部を形成してもよい、画像再構成ユニットＩＲＵは、超音波撮像プローブ１３から受信されたデータを、画像平面１２に対応する画像に再構成し、したがって、関心体積ＶＯＩをインターセプトし、その後、この画像をディスプレイＤＩＳＰ上に表示する。関心体積ＶＯＩを通る平面断面は、本明細書では関心領域ＲＯＩと呼ばれる。したがって、再構成された超音波画像ＲＵＩは、関心領域ＲＯＩを含んでもよい。再構成された画像は、例えば、「２Ｄモード」画像として他の方法で知られている超音波輝度モード「Ｂモード」画像、「Ｃモード」画像又はドップラモード画像、又は実際に任意の超音波平面画像であってもよい。
【００３１】
また、図１に示されるのは、介入装置の一例としての医療用針１１であり、超音波撮像プローブ１３の画像平面１２に対する介入装置１１、すなわち医療用針の位置を示すのに使用されてもよい、本発明の一実施形態であるシステム１０である。この実施形態では、システム１０は、画像再構成ユニットＩＲＵ及び位置決定ユニットＰＤＵを含む。これらのユニットは、相互接続矢印によって示されるように、互いに通信している。また、ユニットＰＤＵ、ＩＲＵのうちの１つ又は複数が、ビーム形成超音波画像システム１４のメモリ又はプロセッサ内に、例えば、ユニットＩＳＰの機能性をも提供するメモリ又はプロセッサ内に組み込まれてもよいとも考えられる。追跡される医療用針１１は、介入装置１１の遠位端１１ａから所定の距離Ｌpに配置され得る超音波トランスデューサ１５を含む。
【００３２】
使用中、介入装置１１の位置、又はより具体的には、それに取り付けられた超音波トランスデューサ１５の位置は、超音波送受信器アレイ１６と超音波トランスデューサ１５との間で送信される超音波信号に基づいて位置決定ユニットＰＤＵによって画像平面１２に対して計算される。
【００３３】
一構成では、超音波トランスデューサ１５は、ビームＢ1..kに対応する超音波信号を受信する検出器である。位置決定ユニットＰＤＵは、超音波送受信器アレイ１６によって放射された超音波信号を、超音波トランスデューサ１５によって検出された超音波信号と相関させる、すなわち比較することによって、画像平面１２に対する超音波トランスデューサ１５の横方向位置ＬＡＰを識別する。より具体的には、この相関は、ｉ）超音波トランスデューサ１５によって検出される各ビームＢ1..kに対応する超音波信号の強度と、ｉｉ）各ビームＢ1..kの放射と超音波トランスデューサ１５による検出との間の時間遅延、すなわち飛行時間とに基づいて、画像平面１２に対する超音波トランスデューサ１５の最良適合位置を決定する。これは、以下のように示されてもよい。超音波トランスデューサ１５が、画像平面１２の近傍にある場合、ビームＢ1..kの最も近いものからトランスデューサへの超音波信号は、比較的大きな強度で検出され、一方、より遠いビームは、比較的小さな強度で検出される。典型的には、最大検出強度で検出されるビームは、超音波検出器１５に最も近いものとして識別される。換言すれば、超音波信号の最大検出強度ＩSmaxは、超音波送受信器アレイ１６と超音波トランスデューサ１５との間の面内角ΘIPAを識別する。（ビームＢ1..kからの）このビームの放射とその後の検出との間の飛行時間は、超音波送受信器ーアレイ１６と超音波トランスデューサ１５との間の範囲を示す。従って、最大検出強度ＩSmaxで検出されたビーム内の超音波信号の時間遅延、即ち、ＴＯＦSmaxは、全てのビームの超音波信号から選択された超音波信号である。飛行時間は、範囲を示すので、極座標では、画像平面１２に対する超音波トランスデューサ１５の横方向位置は、ＬＡＰTOFSmax, θIPAで表されてもよい。所望であれば、範囲は、時間遅延に超音波伝播速度を乗算することによって決定されてもよい。
【００３４】
別の構成では、超音波トランスデューサ１５が、１つ又は複数の超音波パルスを放射する放射器である。このようなパルスは、例えば、超音波撮像システム１４の通常の撮像フレーム間でインタリーブされる追跡フレームの間に放射されてもよい。このような追跡フレームでは、超音波送受信器アレイ１６が、画像平面１２の近傍から発生する超音波信号を聞く受信専用モードで動作されてもよい。したがって、超音波送受信器アレイ１６は、一方向受信専用ビームフォーマとして構成される。位置決定ユニットＰＤＵは、超音波トランスデューサ１５によって放射された超音波信号と超音波送受信器アレイ１６によって検出された超音波信号とに基づいて、パルスがどのビームＢ1..kから発せられたかを識別する。上記の構成のように、位置決定ユニットＰＤＵは、最大強度で検出された超音波信号及びその飛行時間に基づいて、最も近いビーム、したがって超音波信号が放射された点、すなわちその横方向位置ＬＡＰTOFSmax, θIPAを同様に識別する相関プロシージャを使用してもよい。したがって、超音波トランスデューサ１５が放射器である場合、相関、すなわち比較プロシージャは、各追跡フレームに対する画像平面１２に対する最良適合位置を決定するのに再び使用されてもよい。
【００３５】
別の構成では、超音波トランスデューサ１５は、受信器及び放射器の両方として機能するように構成されてもよく、又は受信器及び放射器の両方を含んでもよい。この構成では、超音波トランスデューサ１５は、超音波送受信器アレイ１６から超音波信号を受信すると、オプションとして超音波撮像システム１４の１つ又は複数のフレーム期間に等しい遅延の後に、１つ又は複数の超音波パルスを放射するようにトリガされてもよい。このようにして、撮像モード中に超音波トランスデューサ１５によって放射されたパルスは、トリガビームＢ1..kに対応する面内角度位置において、すなわち画像線において、再構成される超音波内のエコーの形で超音波送受信器アレイ１６によって受信される。したがって、超音波トランスデューサ１５は、再構成された画像において明るいスポットとして現れる。位置決定ユニットＰＤＵは、その後、再構成された画像内のこの明るいスポットを識別し、したがって、画像平面１２に対する超音波トランスデューサ１５の横方向位置ＬＡＰTOFSmax, θIPAを再び計算してもよい。
【００３６】
図示されない更に別の構成では、超音波撮像プローブ１３は、超音波撮像プローブ１３に取り付けられた少なくとも３つの超音波放射器を更に含んでもよい。少なくとも３つの超音波放射器は、位置決定ユニットＰＤＵと通信する。更に、位置決定ユニットＰＤＵは、超音波撮像プローブ１３に取り付けられた少なくとも３つの超音波放射器と超音波トランスデューサ１５との間で送信される超音波信号に基づいて、画像平面１２に対する超音波トランスデューサ１５の位置を計算するように構成される。この構成において、位置決定ユニットＰＤＵは、各放射器によって放射される超音波信号の飛行時間に基づいて、各放射器と超音波トランスデューサ１５との間の範囲を決定する。この後に、超音波トランスデューサ１５の三次元位置が、三角測量を用いて決定される。これは、少なくとも３つの放射器が超音波撮像プローブ１３に取り付けられているので、超音波撮像プローブ１３、より具体的には画像平面１２に対する３次元の超音波トランスデューサ１５の位置を提供する。この３次元位置は、その後、画像平面１２にマッピングされ、したがって再びＬＡＰTOFSmax, θIPAによって表されてもよい。大きな範囲にわたって正確に位置特定するために必要な、放射器に対する高出力超音波信号の供給は、放射器が、電源が容易に利用可能であるところの超音波撮像プローブ１３に近接している場合に、より単純であるので、超音波放射器は、この構成において好ましい。従って、この構成は、介入装置１１上に高出力放射器を配置するのとは対照的に好ましい。使用中、介入装置１１、又はより具体的には、それに取り付けられた超音波トランスデューサ１５の横方向位置は、したがって、少なくとも３つの放射器と超音波トランスデューサ１５との間で送信される超音波信号に基づいて、位置決定ユニットＰＤＵによって、画像平面１２に対して再び計算される。
【００３７】
要約すると、超音波トランスデューサ１５が画像平面内にある、この面内配置では、図１に示される位置決定ユニットＰＤＵは、超音波撮像プローブ１３と超音波トランスデューサ１５との間で伝達される超音波信号に基づいて、画像平面１２に対する超音波トランスデューサ１５の横方向位置を計算するために、上記構成のいずれかで使用されてもよい。
【００３８】
超音波トランスデューサ１５が、画像平面から離れて、すなわち面外に配置される場合、同じプロシージャが、超音波トランスデューサ１５の横方向位置、すなわち画像平面１２上に投影される位置を決定するのに使用されてもよい。最大検出強度ＩSmax超音波信号の強度、ＩSmax、及び飛行時間ＴＯＦSmaxを使用する追加のプロシージャは、画像平面１２からの超音波トランスデューサ１５の距離を推定するためにも使用される。この点に関して、図２は、面外距離Ｄopに配置された介入装置１１及びシステム１０の形態の実施形態と組み合わされたビーム形成超音波撮像システム１４を示す。超音波撮像プローブ１３のビームＢ1.kは、平面１２内にあるように示されているが、この平面は、有限の厚さを有し、減少した超音波信号は、典型的には、小さな面外変位に対して検出可能である。これらの信号は、超音波トランスデューサ１５の面外距離Ｄopを推定するために本発明において使用される。
【００３９】
これに対して、図３は、飛行時間ＴＯＦに対する面内最大検出強度ＩSmaxInplane（ｄＢ）の予想される変化を記述するモデルＭＯを示す。実線で示されるモデルＭＯは、飛行時間ＴＯＦ、すなわち組織内への深さが増加するにつれて、検出された超音波信号の面内最大検出強度ＩSmaxInplaneが最初はゆっくりと、次いで急速に、次いで再度ゆっくりと減少することを示している。モデルの形状は、超音波信号の減衰によって影響され、組織又は対応する物質において得られる面内最大強度の理論的計算又は経験的測定から決定されてもよい。モデルＭＯは、飛行時間のみに依存し、面内角度θIPAに対して不変である。モデルＭＯは、面外距離に応じて、最大検出輝度ＩSmaxInplaneをモデル化しないことに留意されたい。その結果、モデルＭＯは、限られた量、すなわち一次元の較正データのみを必要とする。例えば、３次元モデルとは対照的に、使用中に、面外距離は、ただ１つの、すなわち飛行時間の次元で探索する必要性のため、短い待ち時間でモデルＭＯを用いて決定されてもよい。モデル化された面内最大検出強度ＩSmaxInplaneは、同じタイプの異なるビーム形成超音波撮像プローブを信頼できる形で表すことが分かっており、これは、同じモデルが、同じタイプのビーム形成超音波撮像プローブに対して使用され得ることを意味する。
【００４０】
図２及び図３を参照すると、使用中に、面外距離Ｄopを計算することは、最大検出強度ＩSmaxをモデルＭＯと比較することを有する。面外距離Ｄopは、その後、再構成された超音波画像ＲＵＩにおいて示されてもよい。面外距離は、例えば、数値的に、又はＤopに応じて変化するアイコンの大きさ又は色として示されてもよい。
【００４１】
例えば、最大検出強度ＩSmaxをモデルＭＯと比較することは、検出された強度ＩSmaxと、計算された横方向位置ＬＡＰTOFSmaxに対応する飛行時間TOFSmaxにおける面内最大検出強度ＩSmaxInplaneとの差又は比を決定することを含んでもよい。一実施例では、超音波トランスデューサの計算された横方向位置ＬＡＰTOFSmax, θIPAにおける最大検出強度ＩSmaxは、したがって、計算された横方向位置ＬＡＰTOFSmax, θIPAに対応する飛行時間TOFSmaxにおける、面内最大検出強度ＩSmaxInplaneに対してスケーリングされてもよい。その後、面外距離の定性的な標示は、再構成された超音波画像ＲＵＩにおいて示されてもよい。例えば、式１に従って変化するサイズを有するアイコンが、表示されてもよい。
サイズ＝ｋ1＋ｋ2・(１−(ＩSmax／ＩSmaxInplane))             式１
ここで、ｋ1及びｋ2は定数であり、ｋ1は０を含んでもよい。
【００４２】
別の実施例では、図３を参照すると、アイコンの色は、飛行時間TOFSmaxにおける、ＩSmaxInplaneに関連した最大検出強度ＩSmaxの値に基づいて変化するように構成されてもよい。例えば、図３を参照すると、ＩSmaxの所定の範囲又はＩSmaxInplaneに対する比の所定の範囲を表すゾーンＩ、ＩＩ、及びＩＩＩは、再構成された超音波画像内に表示されるアイコンの異なる色を規定してもよく、それぞれの色は、最大検出強度ＩSmaxがそれぞれの範囲内にある場合に、アイコンに適用される。
【００４３】
したがって、要約すると、及び図１乃至図３を参照すると、介入装置１１の位置が、超音波撮像プローブ１３と介入装置１１に取り付けられた超音波トランスデューサ１５との間で送信される超音波信号に基づいて決定される、ビーム形成超音波撮像システム１４の超音波撮像プローブ１３によって規定される画像平面１２に対する介入装置１１の位置を示すためのシステム１０は、
超音波撮像プローブ１３によって規定される画像平面１２に対応する再構成された超音波画像ＲＵＩを提供する画像再構成ユニットＩＲＵと、
位置決定ユニットＰＤＵと、
を有し、位置決定ユニットＰＤＵは、
超音波撮像プローブ１３と超音波トランスデューサ１５との間で送信される最大検出強度（ＩSmax）超音波信号の飛行時間ＴＯＦSmaxに基づいて、画像平面１２に対する超音波トランスデューサ１５の横方向位置ＬＡＰTOFSmax, θIPA計算し、
最大検出強度ＩSmax超音波信号の強度ＩSmax及び飛行時間TOFSmaxに基づいて、超音波トランスデューサ１５と画像平面１２との間の面外距離Ｄopを計算し、ここで、面外距離Ｄopを計算することは、最大検出強度ＩSmaxを、最大検出強度ＩSmax超音波信号の飛行時間ＴＯＦSmaxの飛行時間における、飛行時間に対する面内最大検出強度ＩSmaxInplaneの予想される変動を記述するモデルＭＯと比較することを含み、
再構成された超音波画像ＲＵＩ内に面外距離Ｄopを示す。
【００４４】
いくつかの例示的な実施形態では、面外距離Ｄopは、面外距離Ｄopに対応する半径を有する円形ゾーンを用いて示されてもよい。それに対して、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、それぞれ、関心領域ＲＯＩと、面外距離Ｄopに対応する半径を有する円形ゾーンを示す第１のアイコンＣopとを含む再構成された超音波画像ＲＵＩを示す。図４を参照すると、面外距離Ｄopを示すことは、計算された横方向位置ＬＡＰTOFSmax, θIPAにおいて第１のアイコンＣopを提供することを含んでもよく、第１のアイコンＣopは、面外距離Ｄopに対応する半径を有する円形ゾーンを示す。図４は、また、関心領域ＲＯＩを示し、その中で超音波トランスデューサ１５の横方向位置ＬＡＰが、決定されている。図４Ａでは、超音波トランスデューサ１５は、円Ｃopの半径によって示されるように、画像平面１２からいくらか離れている。超音波トランスデューサ１５は、図４Ｂ及び図４Ｃを通して画像平面１２に近づくように移動され、その結果、円Ｃopの半径における対応する減少を生じる。円が図４に示されているが、完全な円以外の、同様に円形ゾーンを示す他のアイコンが、同様に使用されてもよく、これは、例えば、点又は破線の円形配列、半径方向に向いた線の円形配列又は先端が円形ゾーンを示す矢印などを含む。面外距離を示す円形ゾーンを有する計算された位置におけるアイコンの使用は、介入装置が画像平面に向かって進められるか、又は画像平面から離れるように進められるかを、円が増大するか又は縮小するかに基づいて、ユーザに直感的に示す。これは、介入装置の改善されたガイダンスを可能にする。
【００４５】
いくつかの例示的実施形態では、面外距離Ｄopに対応する半径は、最大検出強度ＩSmaxを、最大検出強度ＩSmax超音波信号の飛行時間TOFSmaxにおける、予想される面内最大検出強度ＩSmaxInplaneに対してスケーリングすることに基づいて決定される。したがって、図３を参照して上述したように、図４の円Ｃopの半径は、超音波トランスデューサ１５が画像平面１２に向かって及び離れるように移動されるにつれて変化する。
【００４６】
図３から分かるように、飛行時間ＴＯＦが増加するにつれて、最大検出面内輝度ＩSmaxInplaneは、典型的には、減少する。しかしながら、面外距離によるこの変動の性質は、飛行時間にも依存し得る。最大検出強度ＩSmaxを予想される面内最大検出強度ＩSmaxInplaneに対してスケールすることに基づいて半径を決定することは、面外距離の定性的標示をもたらし、強度ＩSmaxにおける面外変動を取り巻く問題を回避する。そのような標示は、ユーザが介入装置を画像平面に正確にナビゲートするのに十分であり、さもなければ正確な平面外距離を決定するために必要とされうる完全な３次元較正データ、並びに面外距離を決定するためにそのような３次元データを探索することに関連する待ち時間の必要性を除去する。
【００４７】
いくつかの例示的な実施形態では、第１のアイコンＣopは、境界を有し、第１のアイコンＣopの外観は、最大検出強度ＩSmax超音波信号の飛行時間TOFSmaxにおける、期待される面内最大検出強度ＩSmaxInplaneと、最大検出強度ＩSmaxとの比較に基づいて変化するように構成される。第１のアイコンＣopの外観は、
ｉ）最大強度検出ＩSmax超音波信号の飛行時間における、予想される面内最大検出強度ＩSmaxInplaneに対する最大検出強度ＩSmaxの比、又はｉｉ）最大検出強度ISmaxが、所定の範囲内にある場合に、
第１のアイコンＣopの外周の色を変更すること、
第１のアイコンＣopの外周のコントラストを変更すること、
第１のアイコンＣopの外周を点又は破線で示すこと、
第１のアイコンＣopの外周を経時的に律動させること、
のうち少なくとも次の１つによって変化してもよい。アイコンの他の特徴も、同様に変更されてもよく、例えば、第１のアイコンＣopは、これらの条件下で、部分的に透明な円形ゾーンの形をとってもよい。
【００４８】
外周の外観を変更することは、撮画像平面に対する所定の位置における介入装置の位置をユーザに示す効果を有する。この特徴は、撮画像平面に対する介入装置の一般的な位置をユーザに迅速に示すことを可能にする。例えば、図３のゾーンＩ乃至ＩＩＩを参照すると、アイコンの色は、最大検出強度又はその比が、予想される平面内最大検出強度に近い値、すなわちゾーンＩを示すときに緑色であり、隣接する範囲内の値に対して、すなわちゾーンＩＩにおいて赤色であり、この範囲外の位置に対して、すなわちゾーンＩＩＩにおいて白色であってもよい。
【００４９】
いくつかの例示的な実施形態では、面外距離Ｄopに対応する半径は、最小値を有する。また、位置決定ユニットは、ｉ）最大強度検出ＩSmax超音波信号の飛行時間ＴＯＦSmaxにおける、期待される面内最大強度検出ＩSmaxInplaneに対する最大強度検出ＩSmaxの比が、又はｉｉ）最大強度検出ＩSmaxが、所定の値を超える場合に、半径を最小値に制限してもよい。所定の値は、例えば、予想される面内最大検出強度ＩSmaxInplaneの９０パーセント若しくは９５パーセント、又は所定のミリボルト若しくはミリワット範囲内であってもよい。    
【００５０】
ユーザは、典型的には、介入装置を撮画像平面内に配置することに関心があり、したがって、この実施形態では、第１のアイコンＣopは、例えば、アイコンが正確に撮画像平面内の所定の範囲内にある場合に、最小半径に制限されてもよい。その際、ユーザは、介入装置が十分に良好に位置特定される場合に、ある程度、集中を緩和してもよい。これは、ユーザが介入装置の位置の微細な調整を継続的に行うことを防止し、他のタスクに集中することを可能にする。
【００５１】
いくつかの例示的な実施形態では、位置決定ユニットＰＤＵは、ｉ）最大検出強度ＩSmax超音波信号の飛行時間TOFSmaxにおける、期待される面内最大強度ＩSmaxInplaneに対する最大検出強度ＩSmaxの比が、又はｉｉ）最大検出強度ＩSmaxが、所定の値を下回る場合に、再構成された超音波画像ＲＵＩにおける第１のアイコンＣopの提供を抑制してもよい。これらのパラメータのいずれかが所定の値を下回る場合、システムは、撮画像平面に対する介入装置の位置を信頼できる形で示すには、感度が不十分であるかもしれない。弱く検出された超音波信号は、電磁干渉又はノイズによって混乱されうる。このような状況下では、潜在的に不正確な位置を示すことを回避するために、再構成された超音波画像における第１のアイコンの提供を抑制することが、好ましい。
【００５２】
図５を参照すると、いくつかの例示的な実装では、介入装置１１は、特徴１１ａを含む。それに対して、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、各々、関心領域ＲＯＩ、第１のアイコンＣop、及び超音波トランスデューサ１５と介入装置特徴１１ａとの間の距離Ｌpに対応する半径を有する円形ゾーンを示す同心の第２のアイコンＣdeを含む再構成された超音波画像ＲＵＩを示す。図１に例示されるように、特徴は、遠位端１１ａであってもよい。更に、超音波トランスデューサ１５は、介入装置特徴１１ａから所定の距離Ｌpにおいて介入装置１１に取り付けられている。このような実施形態では、位置決定ユニットＰＤＵは、再構成された超音波画像ＲＵＩ内に第２のアイコンＣdeを提供し、第２のアイコンＣdeは、超音波トランスデューサ１５と介入装置特徴１１ａとの間の所定の距離Ｌpに対応する半径を有する円形ゾーンを示す。また、第１のアイコンＣop及び第２のアイコンＣdeは、共通の中心を共有している。
【００５３】
図５Ａから図５Ｃまで超音波トランスデューサ１５が画像平面１２に向かって漸進的に進められる、図５を参照すると、アイコンＣopは、サイズが漸進的に減少するのに対し、第２のアイコンＣdeは、固定サイズを有する。図５Ｃでは、２つのアイコンが、重なり合っている。
【００５４】
第２のアイコンＣdeは、介入装置特徴１１ａの取り得る位置の範囲に対応する画像平面１２の一部を規定する。上述したように、介入装置特徴１１ａは、第２のアイコンＣdeによって規定される円形ゾーンの外周上又は内にあることが知られているので、画像平面に対する介入装置特徴の改善された配置が、提供される。言い換えると、システムのユーザは、介入装置特徴がこの円形ゾーンの外側にある画像特徴に影響を与えないという確信を有する。更に、位置特定は、単一の超音波トランスデューサのみを使用して提供されることができ、それによって、介入装置の製造を単純化する。
【００５５】
限定的ではないが、介入装置の生検サンプリング点、介入装置の切刃、介入装置内のチャネルの開口、介入装置のセンサ（例えば、流れ、血圧、温度などを感知するため）、介入装置内に一体化された外科用ツール（例えば、スクレーパ）、介入装置の薬物送達点、又は介入装置のエネルギ送達点など、介入装置１１の代替的な特徴の位置は、同様の様式で示されてもよい。
【００５６】
この点に関して、図６は、システム１０内での使用に適した介入装置１１を示す。超音波トランスデューサ１５は、介入装置１１の特徴、すなわち遠位端１１ａから所定の距離Ｌpに取り付けられている。超音波トランスデューサ１５は、接着剤を使用することを含む様々な手段によって介入装置１１に取り付けてもよい。超音波トランスデューサ１１から位置決定ユニットＰＤＵに電気信号を伝える導電体も、示されているが、上述のように、代替的には、トランスデューサ信号を位置決定ユニットＰＤＵと通信するために無線リンクを使用することが、考えられる。
【００５７】
図１、図２及び図６を参照して上述した超音波トランスデューサ１５は、種々の圧電材料によって提供されてもよい。硬質及び軟質の両方の圧電材料が、適切である。静電容量マイクロマシン加工された超音波トランスデューサ、すなわちＣＭＵＴ装置のような、マイクロマシン加工された電気機械構造、すなわちＭＥＭＳ装置も、適切である。超音波トランスデューサが検出器である場合、好ましくは、ＰＶＤＦとしても知られるポリフッ化ビニリデンから形成され、その機械的特性及び製造プロセスは、医療用針のような湾曲した表面への付着に導く。代替材料は、ポリフッ化ビニリデントリフルオロエチレンなどのＰＶＤＦコポリマ、Ｐ（ＶＤＦ‐ＴｒＦＥ‐ＣＴＦＥ）などのＰＶＤＦターポリマを含む。好ましくは、超音波トランスデューサは、介入装置の軸の周りの３６０度の回転にわたる感知を提供するために、介入装置の軸の周りに巻かれるが、これは、常に当てはまる必要はない。
【００５８】
いくつかの例示的実施形態では、位置決定ユニットＰＤＵは、面外距離Ｄopが、所定の距離Ｌp以下である場合に、第１のアイコンＣop及び／又は第２のアイコンＣdeの外観を変化させてもよい。意図されたプロシージャの間、ユーザは、主に、画像平面内に介入装置の特徴１１ａを配置することに関心がある。したがって、最大検出強度ＩSmaxが、推定される面外距離Ｄop = Lpに対応する場合、第１のアイコンＣop及び／又は第２のアイコンＣdeの外観の変化は、ユーザにこの状況を警告する。その際、例えば面外プロシージャ中に、ユーザは、介入装置特徴が外観変化によって画像平面の中心にあることを警告される。第１のアイコンＣop及び第２のアイコンＣdeは、例示的に、それぞれ、外周を有してもよい。更に、第１のアイコンＣop及び第２のアイコンＣdeのうちの少なくとも１つの外観が、
第１のアイコンＣop又は第２のアイコンＣdeの外周の色を変更すること、
第１のアイコンＣop又は第２のアイコンＣdeの外周のコントラストを変更すること、
第１のアイコンＣop又は第２のアイコンＣdeの外周を点又は破線で示すこと、
第１のアイコンＣop又は第２のアイコンＣdeの外周を経時的に律動させること、
第１のアイコンＣopと第２のアイコンＣdeを共通のアイコンに統合させること、
再構成された超音波画像ＲＵＩにおける第１のアイコンＣop又は第２のアイコンＣdeの提供を抑制すること、
のうち少なくとも１つによって変化してもよい。
【００５９】
いくつかの例示的実施形態では、第１のアイコンＣopの半径は、第２のアイコンＣdeの半径に等しい最小値を有し、第１のアイコンＣopの半径は、面外距離Ｄopが所定の距離Ｌp以下である場合に、最小値に制限されてもよい。上述したように、介入装置が画像平面に近づくにつれて第１のアイコンのサイズをそのように制限することによって、面外プロシージャでは、ユーザは、最小サイズが到達された場合に、十分な配置精度が到達されたことを知って、集中をある程度緩和してもよい。
【００６０】
図７は、システム１０と共に使用されうる方法の様々な方法ステップを示す。図７を参照すると、介入装置１１の位置が、超音波撮像プローブ１３と、介入装置１１に取り付けられた超音波トランスデューサ１５との間で送信される超音波信号に基づいて決定される、ビーム形成超音波撮像システム１４の超音波撮像プローブ１３によって規定される、画像平面１２に対する介入装置１１の位置を決定する方法は、
超音波撮像プローブ１３によって規定される画像平面１２に対応する再構成された超音波画像ＲＵＩを生成するステップＧＥＮＲＵＩと、
超音波撮像プローブ１３と超音波トランスデューサ１５との間で送信される超音波信号の最大検出強度ＩSmax超音波信号の飛行時間ＴＯＦSmaxに基づいて、画像平面１２に対する超音波トランスデューサ１５の横方向位置ＬＡＰTOFSmax, θIPAを計算するステップＣＬＰと、
最大検出強度ＩSmax超音波信号の飛行時間ＴＯＦSmax及び強度ＩSmaxに基づいて、超音波変換器１５と画像平面１２との間の面外距離Ｄopを計算するステップＣＤＯＰであって、前記面外距離を計算することは、最大検出強度ＩSmaxを、前記最大強度ＩSmax超音波信号の飛行時間ＴＯＦSmaxにおける、飛行時間による面内最大検出強度ＩSmaxInplaneの予想される変動を記述するモデルと比較することを有する、ステップと、
前記再構成された超音波画像ＲＵＩ内に面外距離Ｄopを示すステップＩＮＤＯＰと、
を含む。
【００６１】
本方法の他の実装形態は、システムの実装形態に関して説明された１つ又は複数の態様を追加的に組み込んでもよいことに留意されたい。
【００６２】
本明細書に記載される他の方法ステップをオプションとして含む、図７に示される方法ステップは、プロセッサによって実行可能である命令としてコンピュータプログラム製品上に記憶されてもよい。コンピュータプログラム製品は、専用のハードウェア、又は適切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によって提供されてもよい。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共用プロセッサによって、又はいくつかが共有されることができる複数の個々のプロセッサによって提供されることができる。更に、用語「プロセッサ」又は「コントローラ」の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアのみを指すものと解釈されるべきではなく、限定的ではないが、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読取専用メモリ「ＲＯＭ」、ランダムアクセスメモリ「ＲＡＭ」、不揮発性記憶装置などを暗黙的に含むことができる。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、又はそれに関連して使用するためのプログラムコードを提供する、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶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態をとることができる。この説明の目的のために、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって、又はそれに関連して使用するために、プログラムを含む、記憶する、通信する、伝播する、又は移送しうる任意の装置であることができる。媒体は、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、又は半導体システム、又は装置若しくはデバイス、又は伝搬媒体であることができる。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」、読取専用メモリ「ＲＯＭ」、剛体磁気ディスク及び光ディスクを含む。光ディスクの現在の例は、コンパクトディスク−読取専用メモリ「ＣＤ−ＲＯＭ」、コンパクトディスク−読取／書込「ＣＤ−Ｒ／Ｗ」、Ｂｌｕ−Ｒａｙ（登録商標）及びＤＶＤを含む。
【００６３】
これに関して、コンピュータプログラム製品は、システム１０と共に使用するためにも提供される。コンピュータプログラム製品は、システム１０のプロセッサ上で実行される場合、介入装置１１の位置が、超音波撮像プローブ１３と介入装置１１に取り付けられた超音波トランスデューサ１５との間で送信される超音波信号に基づいて決定される、ビーム形成超音波撮像システム１４の超音波撮像プローブ１３によって規定される画像平面１２に対する介入装置１１の位置を決定する命令を含み、プロセッサに前述の方法ステップを実行させる。
【００６４】
要約すると、介入装置の位置が、超音波撮像プローブと、介入装置に取り付けられた超音波トランスデューサとの間で伝達される超音波信号に基づいて決定される、ビーム形成超音波撮像システム超音波撮像プローブによって規定される画像平面に対する介入装置の位置を決定するためのシステムが、記載されてきた。このシステムは、画像再構成ユニット及び位置決定ユニットを含む。画像再構成ユニットは、超音波撮像プローブによって規定された画像平面に対応する再構成された超音波画像を提供する。位置決定ユニットは、超音波撮像プローブと超音波トランスデューサとの間で送信される最大検出強度超音波信号の飛行時間に基づいて、画像平面に対する超音波トランスデューサの横方向位置を計算する。また、位置決定ユニットは、最大検出強度超音波信号の強度及び飛行時間に基づいて、超音波トランスデューサと画像平面との間の面外距離を計算する。面外距離を計算することは、最大検出強度超音波信号の飛行時間における、飛行時間による面内最大検出強度の予想される変動を記述するモデルと最大検出強度を比較することを含む。位置決定ユニットは、再構成された超音波画像において面外距離をも示す。
本発明は、医療用針に関して図面及び前述の説明において詳細に図示及び説明されてきたが、そのような図示及び説明は、例示又は典型であって、限定的ではないと見なされるべきである。請求項におけるいかなる参照符号も、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。更に、本明細書に例示される様々な例、実現、及び実施形態は、ビーム形成超音波撮像システムの画像平面に対する介入装置の位置を決定するための様々なシステム及び方法を提供するために組み合わせられてもよいことを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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