(57)【要約】  経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波取得システムのＴＥＥプローブを使用して対象物内の部位の関心領域を撮像するためのコントローラおよび方法が提供される。コントローラは、命令を格納するメモリと、命令を実行するプロセッサとを含む。プロセッサによって命令が実行されると、コントローラは、経胸壁心エコー（ＴＴＥ）超音波取得システムのＴＴＥプローブに、対象物内の部位の選択された関心領域に向けて超音波ビームを放射させることと、ＴＥＥプローブがＴＴＥプローブによって放射された超音波ビームを検出および受信できるよう、ＴＥＥプローブをリスニングモードに切り替えることと、ロボットに、検出されたＴＴＥ超音波ビームを使用して、ＴＥＥプローブを対象物内の撮像地点まで操縦させることとを含むプロセスを実行する。ＴＥＥプローブは、撮像地点から取得された超音波画像を使用して関心領域を示す。
2021502186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波取得システムのＴＥＥプローブを使用して対象物内の部位の関心領域を撮像するためのコントローラであって、前記ＴＥＥプローブは前記対象物内に挿入可能であり、前記コントローラは、
命令を記憶するためのメモリと、
前記命令を実行するためのプロセッサとを備え、
前記プロセッサによって前記命令が実行されると、前記コントローラは、
経胸壁心エコー（ＴＴＥ）超音波取得システムのＴＴＥプローブに、前記対象物内の部位の選択された関心領域に向けて超音波ビームを放射させることと、
前記ＴＥＥプローブが前記ＴＴＥプローブによって放射された前記超音波ビームを検出および受信できるよう、前記ＴＥＥプローブをリスニングモードに切り替えることと、
ロボットに、検出された前記ＴＴＥ超音波ビームを使用して、前記ＴＥＥプローブを前記対象物内の撮像地点まで操縦させることと
を含むプロセスを実行し、前記ＴＥＥプローブは、前記撮像地点から取得された超音波画像を使用して前記関心領域を示す、コントローラ。
【請求項２】
前記ロボットに前記ＴＥＥプローブを操縦させることは、前記メモリ内のロボット誘導／制御モジュールの命令を使用することを含む、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
前記関心領域を示すために前記ＴＥＥプローブを前記撮像地点まで操縦するよう前記ロボットを制御することは、前記コントローラが、
前記ＴＴＥプローブによって放射される前記超音波ビームを検出した後、前記ＴＥＥプローブが前記超音波ビームを受信し続けている間に、前記ロボットに、ポジショニング経路に沿って移動するよう前記ＴＥＥプローブを制御させることと、
受信された前記超音波ビームを解釈して、受信された前記超音波ビームの信号強度を表す電流の信号ピークを見つけることと、
一連の時間ステップにわたり、前記ポジショニング経路上の前記ＴＥＥプローブの複数の異なる地点で前記信号ピークの大きさを測定することと、
受信された前記超音波ビームの最高信号強度を示す前記信号ピークを有する、前記複数の異なる地点のうちのある地点を前記撮像地点として特定することと、
前記ロボットに、前記関心領域を示すために前記ＴＥＥプローブを前記撮像地点に配置させることと
を含むプロセスを実行することを含む、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項４】
前記撮像地点を特定することは、前記命令が前記コントローラに、
現在の地点で測定された前記ＴＥＥプローブの前記信号ピークの大きさと、前の連続的時間ステップ中に前の地点で測定された前記ＴＥＥプローブの前記信号ピークの大きさとの間の差を決定することと、
前記差が、信号強度の向上を示す正である場合、前記ロボットに、前記現在の地点から更新された地点に、前の移動と同じ方向で移動するよう前記ＴＥＥプローブを制御させることと、
前記差が負である場合、前記ロボットに、前記現在の地点から前記前の地点に移動し、前記前の地点から異なる方向で前記更新された地点まで移動するよう前記ＴＥＥプローブを制御させることと、
前記更新された地点における次の連続的時間ステップでの前記ＴＥＥプローブの前記信号ピークの大きさを測定することと、
前記差を決定し、前記更新された地点から所定の数の異なる方向の全てに前記ＴＥＥプローブを移動させた後に前記差が負になるまで、前記ロボットに、別の更新された地点に移動するよう前記ＴＥＥプローブを制御させることを繰り返すことと、
前記更新された地点を前記撮像地点として特定することと
を含むプロセスを実行させることを含む、請求項３に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記超音波ビームは、前記関心領域の平面に沿って前記ＴＴＥプローブによって放射される、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項６】
前記ＴＥＥプローブは、
前記ＴＴＥ超音波取得システムから放射される前記超音波ビームが検出されるまで、前記ロボットに、所定の検出経路に沿って前記ＴＥＥプローブを移動させることと、
前記ロボットに、前記超音波ビームが検出された前記所定の検出経路上の位置で前記ＴＥＥプローブを停止させることと
を含むプロセスを前記コントローラに実行させる前記命令によって、前記ＴＴＥプローブから放射される前記超音波ビームを検出可能となる、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項７】
前記所定の検出経路は、前記ＴＥＥプローブのプローブヘッドの周りの同心球のセットを含む、請求項６に記載のコントローラ。
【請求項８】
前記ロボットは１自由度ロボットを含み、前記コントローラは、前記１自由度ロボットに、運動方向に沿った信号強度勾配に比例する当該運動方向で前記ＴＥＥプローブを移動させる、請求項４に記載のコントローラ。
【請求項９】
前記ロボットは多自由度ロボットを含み、前記コントローラは、前記多自由度ロボットに、信号勾配に比例する方向ベクトルによって前記ＴＥＥプローブを移動させる、請求項４に記載のコントローラ。
【請求項１０】
インターベンション処置中に、経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波取得システムのＴＥＥプローブを、対象物内の関心領域に近接する撮像地点に自動的に誘導するための方法であって、前記方法は、
前記ＴＥＥプローブをリスニングモードに切り替えるステップと、
経胸壁心エコー（ＴＴＥ）超音波取得システムのＴＴＥプローブによって超音波ビームを前記関心領域に向けて放射させるステップであって、前記ＴＥＥプローブは、前記リスニングモードで前記ＴＴＥプローブによって放射された前記超音波ビームを検出する、ステップと、
ロボットに、検出された前記ＴＴＥ超音波ビームを使用して、前記ＴＥＥプローブを前記撮像地点まで操縦させるステップと、
前記撮像地点に配置された前記ＴＥＥプローブから前記関心領域を示す超音波画像を受信するステップとを含む、方法。
【請求項１１】
前記ロボットに前記ＴＥＥプローブを前記撮像地点まで操縦させるステップは、
前記ＴＥＥプローブが前記超音波ビームを検出した後、前記ＴＥＥプローブが前記ＴＴＥプローブによって放射される前記超音波ビームを受信し続けている間に、前記ロボットに、ポジショニング経路に沿って移動するよう前記ＴＥＥプローブを制御させることと、
前記ＴＥＥプローブから前記超音波ビームを受信し、受信された前記超音波ビームを解釈して、受信された前記超音波ビームの信号強度を表す電流の信号ピークを見つけることと、
一連の時間ステップにわたり、前記ポジショニング経路上の前記ＴＥＥプローブの複数の異なる地点に対応する前記信号ピークの大きさを求めることと、
受信された前記超音波ビームの最高信号強度を示す前記信号ピークを有する、前記複数の異なる地点のうちのある地点を前記撮像地点として特定することと、
前記ロボットに、前記関心領域を示すために前記ＴＥＥプローブを前記撮像地点に配置させることとを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記撮像地点を特定するステップは、
現在の地点で測定された前記ＴＥＥプローブの前記信号ピークの大きさと、前の連続的時間ステップ中に前の地点で測定された前記ＴＥＥプローブの前記信号ピークの大きさとの間の差を決定することと、
前記差が、信号強度の向上を示す正である場合、前記現在の地点から更新された地点に、前の移動と同じ方向で前記ＴＥＥプローブを移動させるよう前記ロボットを制御することと、
前記差が負である場合、前記現在の地点から前記前の地点に前記ＴＥＥプローブを移動させ、さらに、前記前の地点から異なる方向で前記更新された地点まで前記ＴＥＥプローブを移動させるよう前記ロボットを制御することと、
前記更新された地点における次の連続的時間ステップでの前記ＴＥＥプローブの前記信号ピークの大きさを測定することと、
前記差を決定し、前記更新された地点から所定の数の異なる方向の全てに前記ＴＥＥプローブを移動させた後に前記差が負になるまで、別の更新された地点に前記ＴＥＥプローブを移動させるよう前記ロボットを制御することを繰り返すことと、
前記更新された地点を前記撮像地点として特定することとを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記超音波ビームは、前記関心領域の平面に沿って前記ＴＴＥプローブによって放射される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＴＥＥプローブが最初に前記超音波ビームを検出するまで、前記ロボットに、所定の検出経路に沿って前記ＴＥＥプローブを移動させ、前記ロボットに、前記所定の検出経路上の対応する位置で前記ＴＥＥプローブを停止させることによって、前記ＴＴＥプローブから放射される前記超音波ビームが前記ＴＥＥプローブによって検出される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記所定の検出経路は、前記ＴＥＥプローブのプローブヘッドの周りの同心球のセットを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記関心領域は、最初に、前記ＴＴＥ超音波取得システムによって提供される前記対象物の３次元および／または２次元画像を使用して選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記関心領域は、最初に、前記ＴＴＥプローブによって提供される前記対象物の３次元および／または２次元画像を使用して選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記ロボットは１自由度ロボットを含み、前記ＴＥＥプローブの運動方向は、当該運動方向に沿った信号強度勾配に比例する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記ロボットは多自由度ロボットを含み、前記ＴＥＥプローブの移動の方向ベクトルは信号勾配に比例する、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
インターベンション処置中に対象物の関心領域を撮像するためのシステムであって、前記システムは、
集束超音波ビームを対象物の関心領域に向けて放射するための少なくとも１つのトランスデューサ素子を有する経胸壁心エコー（ＴＴＥ）プローブを含むＴＴＥ超音波取得システムと、
前記ＴＴＥプローブから放射される前記超音波ビームを検出する、前記対象物内に挿入可能な経食道心エコー（ＴＥＥ）プローブを含むＴＥＥ超音波取得システムであって、前記ＴＥＥプローブは、前記関心領域に近接する撮像地点を決定するために、検出された前記ＴＴＥ超音波ビームを使用することで前記撮像地点に操縦可能であり、また、前記ＴＥＥプローブは、前記撮像地点から前記関心領域の超音波撮像を提供する、ＴＥＥ超音波取得システムと、
プロセッサ、ロボット誘導／制御モジュール、およびディスプレイを含むコントローラとを備え、前記コントローラは、
前記ＴＴＥプローブに、前記関心領域の平面に沿って超音波ビームを放射させ、
放射された前記超音波ビームを検出するために、リスニングモードで所定の検出経路に沿って前記ＴＥＥプローブを動かすよう、前記ロボット誘導／制御モジュールにロボットを制御させ、
放射された前記超音波ビームの検出後、前記ＴＥＥプローブを複数の異なる地点に漸増的に動かすよう、前記ロボット誘導／制御モジュールに前記ロボットを制御させ、
前記複数の異なる地点でそれぞれ前記ＴＥＥプローブによって受信された放射された前記超音波ビームの信号強度の比較に基づき前記撮像地点を決定し、ここで、前記撮像地点は、放射された前記超音波ビームの前記信号強度が最も高いと認められる、前記複数の異なる地点のうちのある地点であり、
前記ＴＥＥプローブによって前記関心領域の超音波画像を取得するために、前記ＴＥＥプローブを前記撮像地点に動かすよう、前記ロボット誘導／制御モジュールに前記ロボットを制御させ、
前記撮影地点に位置する前記ＴＥＥプローブから取得された前記関心領域の前記超音波画像を表示する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本開示は、画像誘導器具を使用して実行される低侵襲医療処置に関し、より具体的には、広視野外部超音波撮像を用いた内視鏡狭視野超音波撮像の自動操縦および維持のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］低侵襲医療処置またはインターベンション処置において、手術部位における対象物（例えば、患者または患者の身体）内部での外科医の器用さを向上させるために、外科用ロボットおよび／またはステアリング可能デバイスが使用され得る。外科用ロボットの例には、ｄａ  Ｖｉｎｃｉ（登録商標）ロボット等のマルチアームシステムや、Ｍｅｄｒｏｂｏｔｉｃｓ  Ｆｌｅｘ（登録商標）ロボットシステム等のフレキシブルロボットが含まれる。これらのロボットシステムは様々なインターフェース機構、例えば外科用ロボットシステムのためのハンドコントローラまたは入力ハンドル等を使用してユーザ（例えば、外科医）によって制御される。また、対象物内の関心領域や、関心領域内に存在するロボットシステム、およびロボットシステムによって制御されるツールを視覚化するために、撮像システムも組み込まれる。撮像システムは、例えば、超音波、Ｘ線、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン、および磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）を含み得る。
【０００３】
［０００３］インターベンション処置に使用される超音波システムの種類には、３次元（３Ｄ）経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波取得システムおよび経胸壁心エコー（ＴＴＥ）超音波取得システムが含まれる。（簡潔さのために、以下、３Ｄ  ＴＥＥを単に「ＴＥＥ」と呼ぶ。）構造的心臓修復等の患者の心臓に関する処置では、例えば、関心領域（例えば、弁）の高解像度画像を提供するためにＴＥＥ超音波取得システムが使用され得る。すなわち、ＴＥＥ超音波取得システムのＴＥＥプローブが患者の食道を通して挿入され、体内からの超音波撮像を提供する。ＴＥＥプローブのサイズ制限（例えば、食道によって制限される）や、挿入時の心臓への近さのため、ＴＥＥプローブの視野は狭く、かつ他の態様で心臓全体を撮像するのに不十分である。しかし、ＴＥＥプローブの近さに部分的に起因して、ＴＥＥプローブは、狭い視野内の心臓の部分の高解像度画像を提供することができる。ＴＴＥ超音波取得システムは、広い視野を備えた外部超音波撮像デバイスであり、例えば診断やインターベンションにおいて、患者のより広い領域、例えば心臓全体および周辺領域等を撮像するためによく使用される。しかし、心臓（または他の領域）までの距離がより長いことに部分的に起因して、ＴＴＥ超音波取得システムによって提供される画像は低解像度画像であり、特に患者の体内からＴＥＥプローブによって提供される画像と比較して、部位内の関心領域の詳細および／または鮮明さが特定の処置を実行するのに不十分である。
【０００４】
［０００４］一般的に、構造的心疾患のインターベンションに必要な、ＴＥＥプローブからの関心領域（ターゲット）の像は複数存在し、例えば、僧帽弁の「正面（ｅｎ  ｆａｃｅ）」像、中部食道四腔像、長軸像、経胃像、三葉大動脈弁像、ｘ−ｐｌａｎｅ像等が含まれる。様々な箇所でＴＥＥプローブによって提供されるこれらの様々な像は、循環器専門医（または他のインターベンション医）が患者の体内における特定のタスクを実行するのに非常に役立つが、例えば心エコー検査担当者による取得は困難である。また、ＴＥＥプローブが特定の像を取得するために配置された後、像を維持するために、心エコー検査担当者が患者の体内でＴＥＥプローブヘッドを継続的に手動操作および調整する必要がある。循環器専門医はしばしばインターベンション処置の間に心エコー検査担当者にフィードバックを提供するので、特定のタスクのための特定の像を決定する際、およびその像を見つけて維持する際、循環器専門医と心エコー検査担当者との間には多くの議論が通常存在する。
【０００５】
［０００５］超音波撮像を全体的に改善するために、ＴＥＥ画像およびＴＴＥ画像を組み合わせて、視野の狭い高解像度情報および視野の広い低解像度情報が提供され得る。このような複合超音波撮像の例は、２０１４年１２月１日に出願されたＫｏｒｕｋｏｎｄａらの国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１４／０６６４６２、および２０１７年４月６日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１７／０５８１７３によって提供され、これらの出願の内容全体が参照により本明細書に援用される。しかし、最高品質の画像を取得するためには、ＴＥＥプローブは特に、処置全体を通じて関心領域に隣接する撮像位置に最適に配置および／または再配置される必要があり、これは狭い視野のために操作者にとって困難であり得る。
【０００６】
［０００６］したがって、狭い視野にもかかわらず、高解像度撮像のためのＴＥＥプローブの正確な自動配置を提供するＴＥＥ超音波取得システムおよびＴＴＥ超音波取得システムの協調制御のためのシステム、方法、およびコンピュータ可読記憶媒体を提供することが望まれる。
【発明の概要】
【０００７】
［０００７］別の例示的な実施形態によれば、経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波取得システムのＴＥＥプローブを使用して対象物内の部位の関心領域を撮像するためのコントローラが提供され、ＴＥＥプローブは対象物内に挿入される。コントローラは、命令を格納するメモリと、命令を実行するプロセッサとを含む。プロセッサによって命令が実行されると、コントローラは、経胸壁心エコー（ＴＴＥ）超音波取得システムのＴＴＥプローブに、対象物内の部位の選択された関心領域に向けて超音波ビームを放射させることと、ＴＥＥプローブがＴＴＥプローブによって放射された超音波ビームを検出および受信できるよう、ＴＥＥプローブをリスニングモードに切り替えることと、ロボットに、検出されたＴＴＥ超音波ビームを使用して、ＴＥＥプローブを対象物内の撮像地点まで操縦させることとを含むプロセスを実行する。ＴＥＥプローブは、撮像地点から取得された超音波画像を使用して関心領域を示す。
【０００８】
［０００８］別の例示的な実施形態によれば、インターベンション処置中に、経食道心エコー（ＴＥＥ）超音波取得システムのＴＥＥプローブを、対象物内の関心領域に近接する撮像地点に自動的に誘導するための方法が提供される。方法は、ＴＥＥプローブをリスニングモードに切り替えるステップと、ＴＴＥ超音波取得システムのＴＴＥプローブによって超音波ビームを関心領域に向けて放射させるステップであって、ＴＥＥプローブは、リスニングモードでＴＴＥプローブによって放射された超音波ビームを検出する、ステップと、ロボットに、検出されたＴＴＥ超音波ビームを使用して、ＴＥＥプローブを撮像地点まで操縦させるステップと、撮像地点に配置されたＴＥＥプローブから関心領域を示す超音波画像を受信するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
［０００９］以下に提示される例示的実施形態の詳細な説明を下記の添付図面と併せて考察することにより、本発明はより容易に理解されるであろう。
【００１０】
【図１】［００１０］図１は、代表的実施形態に係る、インターベンション処置中に患者の関心領域を撮像するためのシステムを示す簡略化されたブロック図である。
【図２】［００１１］図２は、代表的実施形態に係る、図１のシステムの一部を示す簡略化されたブロック図であり、ＴＴＥ信号と位置合わせされた終了位置へのＴＥＥプローブの移動が描かれている。
【図３】［００１２］図３は、代表的実施形態に係る、図１のシステムのコントローラのフィードバックループを示す簡略化された機能ブロック図である。
【図４】［００１３］図４は、代表的実施形態に係る、インターベンション処置中に患者の関心領域を撮像する方法を示すフローチャートである。
【図５】［００１４］図５は、代表的実施形態に係る、インターベンション処置中に患者の関心領域を示すための撮像地点までＴＥＥプローブを操縦する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［００１５］以下、本発明の実施形態を示す添付図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、異なる形態で具現化され、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。これらの実施形態は本発明の教示例として提供される。
【００１２】
［００１６］一般的に、様々な実施形態によれば、ＴＥＥ超音波取得システムのＴＥＥプローブの正確な操作が、ＴＴＥ超音波取得システムのＴＴＥプローブによって放射される集束超音波ビームを使用するロボットによって少なくとも部分的に実行される。すなわち、ユーザは、例えば、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）上のＴＴＥ画像の表示を使用して、患者の身体のある部位（例えば、心臓または他の器官）における関心領域を選択し得る。関心領域が選択されると、ＴＴＥプローブは、選択された関心領域を標的とする集束超音波ビームを生成する。コントローラは集束超音波ビームプローブ画像を使用して、ロボットにＴＥＥプローブを（集束超音波ビームによって示される）撮像地点まで操作させ、取得されるＴＥＥ画像内に選択された関心領域を表示する。処置は、例えば、ＴＥＥプローブと、ＴＴＥ超音波取得システムまたはＴＴＥプローブとの間の明示的なレジストレーションを必要としない適応型制御ループを用いた音響サーボ（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｓｅｒｖｏｉｎｇ）に基づき得るので、ワークフローが簡略化される。
【００１３】
［００１７］特に、ＴＥＥおよび／またはＴＴＥ超音波取得システムによって提供されるようなライブ超音波ガイダンスは、インターベンショナル心臓学、腫瘍学、および外科手術を含む様々な処置で使用される。便宜上、本明細書の実施形態は、構造的心疾患（ＳＨＤ）のインターベンショナル心臓学の文脈において説明される。このような処置の例には、僧帽弁クリップ術、経カテーテル大動脈弁置換術（ＴＡＶＲ）、冠動脈バイパス術、および僧帽弁置換術が含まれる。しかし、実施形態は、本教示の範囲から逸脱することなく、ＴＥＥプローブまたは他の内視鏡イメージングデバイスの使用を含む任意のインターベンション処置または外科処置に適用され、例えば、低侵襲一般外科（例えば、腹腔鏡超音波およびＧＩ超音波）、前立腺手術（例えば、経直腸超音波およびＧＩ超音波）、胆嚢摘出術、および自然開口部越経管腔的内視鏡手術（ＮＯＴＥＳ）等に適用され得ることを理解されたい。
【００１４】
［００１８］本開示は医療機器に関連して提供されるが、本教示の範囲ははるかに広く、任意の撮像機器および撮像モダリティに適用可能である。いくつかの実施形態では、本原理は、複雑な生物学的または機械的システムのトラッキングまたは分析に用いられる。特に、本原理は、生物学的システムの内部トラッキング処置、および、肺、胃腸管、排泄器官、血管などの身体のあらゆる領域における処置に適用可能である。各図に示される要素は、ハードウェアとソフトウェアとの様々な組み合わせで実施することができ、単一の要素または複数の要素内に組み合わせられ得る機能を提供する。
【００１５】
［００１９］本明細書で使用する用語は、具体的実施形態を説明するためのものに過ぎず、限定を意図するものではないことを理解されたい。あらゆる定義された用語は、本教示の技術分野において一般的に理解され受け入れられている定義された用語の技術的および科学的意味に追加されたものである。
【００１６】
［００２０］本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、各要素は、コンテキスト上特に明記されない限り、指示対象の単数および複数の両方を含む。したがって、例えば、「装置」とは、１つの装置および複数の装置を含む。２つ以上の部分または構成要素が「結合されている」という記述は、部分が直接的または（リンクが生じる限り）間接的に、すなわち１つまたは複数の中間部分または要素を介して、互いに結合され、またはともに動作することを意味する。
【００１７】
［００２１］添付図面において、方向に関する用語／語句および相対的用語／語句を使用して、様々な要素の互いの関係が記述され得る。これらの用語／語句は、図面に描かれている向きに加えて、装置および／または要素の異なる向きを包含するように意図されている。
【００１８】
［００２２］「コンピュータ可読記憶媒体」とは、計算装置のプロセッサによって実行可能な命令を格納することができる任意の有形記憶媒体を包含し得る。一時的な伝搬信号等の一時的媒体と区別するために、コンピュータ可読記憶媒体は非一時的コンピュータ可読記憶媒体と呼ばれ得る。また、コンピュータ可読記憶媒体は、有形コンピュータ可読媒体とも呼ばれ得る。
【００１９】
［００２３］一部の実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、計算装置のプロセッサによってアクセス可能なデータを格納可能であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体の例は、限定はされないが、フロッピーディスク、磁気ハードディスクドライブ、ソリッドステートハードディスク、フラッシュメモリ、ＵＳＢサムドライブ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、光ディスク、光磁気ディスク、およびプロセッサのレジスタファイルを含む。光ディスクの例は、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋｓ）およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋｓ）、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、またはＤＶＤ−Ｒディスクなどを含む。コンピュータ可読記憶媒体という用語は、計算装置がネットワークまたは通信リンクを介してアクセスすることができる様々なタイプの記録媒体も指す。例えば、モデム、インターネット、またはローカルエリアネットワークを介してデータが取り出されてもよい。コンピュータ可読記憶媒体への言及は、複数のコンピュータ可読記憶媒体である可能性があると解釈されたい。１つまたは複数のプログラムの様々な実行可能コンポーネントは別々の場所に格納され得る。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、同じコンピュータシステム内の複数のコンピュータ可読記憶媒体であり得る。また、コンピュータ可読記憶媒体は、複数のコンピュータシステムまたは計算装置の間で分散されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
【００２０】
［００２４］「メモリ」はコンピュータ可読記憶媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサが直接アクセス可能な任意のメモリである。コンピュータメモリの例には、限定はされないが、ＲＡＭメモリ、レジスタ、およびレジスタファイルが含まれる。「コンピュータメモリ」または「メモリ」への言及は、複数のメモリである可能性があると解釈されたい。メモリは、例えば、同じコンピュータシステム内の複数のメモリであってよい。また、メモリは、複数のコンピュータシステムまたは計算装置の間に分散された複数のメモリであってもよい。
【００２１】
［００２５］コンピュータストレージは、任意の不揮発性のコンピュータ可読記憶媒体である。コンピュータストレージの例には、限定はされないが、ハードディスクドライブ、ＵＳＢサムドライブ、フロッピードライブ、スマートカード、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、およびソリッドステートハードドライブが含まれる。一部の実施形態では、コンピュータストレージはコンピュータメモリでもあり、その逆で可能である。「コンピュータストレージ」または「ストレージ」への言及は、複数のストレージデバイスまたはコンポーネントを含む可能性があると解釈されたい。例えば、ストレージは、同じコンピュータシステムまたは計算装置内の複数のストレージデバイスを含み得る。また、ストレージは、複数のコンピュータシステムまたは計算装置の間に分散された複数のストレージであってもよい。
【００２２】
［００２６］本明細書で使用される「プロセッサ」とは、プログラムまたは機械実行可能命令を実行することができる電子コンポーネントを包含する。「プロセッサ」を含む計算装置への言及は、複数のプロセッサまたは処理コアを含む可能性があると解釈されるべきである。プロセッサは、例えば、マルチコアプロセッサであってもよい。プロセッサは、単一のコンピュータシステムに集約された、または複数のコンピュータシステム間で分散された複数のプロセッサの集合を指す可能性もある。計算装置という用語は、それぞれが１つまたは複数のプロセッサを含む複数の計算装置の集合またはネットワークを意味するとも解釈されるべきである。多くのプログラムの命令が、同じ計算装置に集約された、または複数の計算装置にわたって分散された複数のプロセッサによって実行される。
【００２３】
［００２７］本明細書で使用される「ユーザインターフェース」または「ユーザ入力デバイス」とは、ユーザまたはオペレータがコンピュータまたはコンピュータシステムとインタラクトすることを可能にするインターフェースである。ユーザインターフェースは、情報またはデータをオペレータに提供し、かつ／または、オペレータから情報またはデータを受け取り得る。ユーザインターフェースは、オペレータからの入力をコンピュータが受け取ることを可能にし、また、コンピュータからユーザに出力を提供し得る。言い換えれば、ユーザインターフェースは、ユーザがコンピュータを制御または操作することを可能にし、また、インターフェースは、オペレータの制御または操作の効果をコンピュータが表示することを可能にし得る。ディスプレイまたはグラフィカルユーザインターフェース上のデータまたは情報の表示は、情報をオペレータに提供することの一例である。タッチスクリーン、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、ポインティングスティック、グラフィックタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブカム、ヘッドセット、ギアスティック、ステアリングホイール、ワイヤードグローブ、無線リモコン、および加速度計を介するデータの受け取りはいずれも、ユーザからの情報またはデータの受け取りを可能にするユーザインターフェースの構成要素の例である。
【００２４】
［００２８］「ハードウェアインターフェース」とは、コンピュータシステムのプロセッサが外部の計算デバイスおよび／または装置とインタラクトしおよび／または該デバイス／装置を制御することを可能にするインターフェースを包含する。ハードウェアインターフェースは、プロセッサが制御信号または命令を外部計算デバイスおよび／または装置に送信することを可能にし得る。ハードウェアインターフェースはまた、プロセッサが外部計算デバイスおよび／または装置とデータを交換することを可能にし得る。ハードウェアインターフェースの例としては、限定はされないが、ユニバーサルシリアルバス、ＩＥＥＥ１３９４ポート、パラレルポート、ＩＥＥＥ１２８４ポート、シリアルポート、ＲＳ−２３２ポート、ＩＥＥＥ−４８８ポート、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ接続、無線ローカルエリアネットワーク接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、イーサネット接続、制御電圧インターフェース、ＭＩＤＩインターフェース、アナログ入力インターフェース、およびデジタル入力インターフェースなどがある。
【００２５】
［００２９］本明細書で使用される「ディスプレイ」、「表示デバイス」、または「表示ユニット」とは、画像またはデータを表示するように適合された出力デバイスまたはユーザインターフェースを包含する。ディスプレイは、視覚的、聴覚的、または触覚的なデータを出力し得る。ディスプレイの例は、限定はされないが、コンピュータモニタ、テレビス画面、タッチスクリーン、触覚電子ディスプレイ、点字スクリーン、陰極線管（ＣＲＴ）、蓄積管、双安定ディスプレイ、電子ペーパー、ベクトルディスプレイ、フラットパネルディスプレイ、蛍光表示管（ＶＦ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ（ＥＬＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）、プロジェクタ、およびヘッドマウントディスプレイを含む。
【００２６】
［００３０］図面における同様の番号を有する要素は、等価な要素であるか、または同じ機能を果たす。前に説明された要素は、機能が同等であれば、後の図面では必ずしも説明されない。
【００２７】
［００３１］始めに、医用画像は、例えば、プローブまたは内視鏡の遠位端に設けられた超音波トランスデューサまたは内視鏡カメラを介して、あるいはロボットの遠位端に（例えば、エンドエフェクタとして）設けられた前方撮影カメラを介して取得される画像のような２Ｄまたは３Ｄ画像を含み得る。また、ライブ画像は、低侵襲処置中に医用撮像によって取得された静止画像または動画を含み得る。他の医用撮像が外科プロセス中に組み込まれてもよく、例えば、手術部位および周辺領域のより広い視野のために、外部から適用される超音波、Ｘ線、および／または磁気共鳴によって得られる画像等が組み込まれ得る。
【００２８】
［００３２］図１は、代表的な実施形態に係る、超音波撮像プローブのガイダンスを含むインターベンション処置中に患者の関心領域を撮像するためのシステムを示す簡略化された概略図である。
【００２９】
［００３３］図１を参照して、例えば手術室（ＯＲ）またはカテーテル室内のシステム１００が、例えばテーブル１０６上に横たわる対象物（例えば、患者）１０５に対して構造的心臓修復処置等のインターベンション処置を実行するために使用される。当然ながら、システム１００は、本教示の範囲から逸脱することなく、他のタイプのインターベンション処置に適用されてもよい。インターベンション処置は、典型的には、対象物の内部に位置する手術部位においてロボットによって操作可能な手術器具および他のツールの操作を含む。
【００３０】
［００３４］システム１００は、ＴＥＥ超音波取得システム１１０、ＴＴＥ超音波取得システム１２０、およびコントローラ（ワークステーション）１３０を含む。コントローラ１３０は、以下で説明されるように、ＴＥＥ超音波取得システム１１０のＴＥＥプローブ１１２のポジショニングを決定および制御する。コントローラ１３０はまた、ＴＥＥ超音波取得システム１１０およびＴＴＥ超音波取得システム１２０からの画像を超音波ディスプレイ１２７および／またはシステムディスプレイ１３７上に表示させ、メモリ１３３の画像モジュール１３４内に格納させ得る。あるいは、超音波ディスプレイ１２７を含むＴＥＥ超音波取得システム１１０およびＴＴＥ超音波取得システム１２０が、ＴＥＥ画像およびＴＴＥ画像を超音波ディスプレイ１２７上に直接表示させ得る。
【００３１】
［００３５］ＴＥＥ超音波取得システム１１０は、ＴＥＥプローブ１１２の遠位端のプローブヘッド上に少なくとも１つの超音波トランスデューサ１１４を有するＴＥＥプローブ１１２を含む。ＴＥＥプローブ１１２は、患者（対象物１０５）の口を通って食道に入り、対象物１０５の内部から関心領域１０１（例えば、心臓の一部）のＴＥＥ超音波画像を提供する。ＴＥＥ超音波取得システム１１０は、上述のように、表示および／または格納され得るＴＥＥプローブ１１２からの信号および画像を取り込むように動作可能である。ＴＴＥ超音波取得システム１２０は、ＴＴＥプローブ１２２の遠位端のプローブヘッド上に少なくとも１つの超音波トランスデューサ１２４を有するＴＴＥプローブ１２２を含む。ＴＴＥプローブヘッドは、対象物１０５の外側と物理的に（例えば、手動で）接触させられ、対象物１０５の内部の関心領域１０１を含む部位１０２（例えば、心臓全体および周辺領域）のＴＴＥ超音波画像を提供する。ＴＴＥ超音波取得システム１２０は、上述のように、表示および／または格納され得るＴＥＥプローブ１１２からの信号および画像を取り込むように動作可能である。一実施形態では、ＴＥＥおよびＴＴＥ超音波取得システム１１０および１２０は、１つの統合された超音波システムであってもよい。
【００３２】
［００３６］システム１００のコントローラ１３０は、プロセッサ１３１、メモリ１３３、ユーザインターフェース１３６、およびシステムディスプレイ１３７を含む。コントローラ１３０は、例えば、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）として実装されてもよい。プロセッサ１３１は、選択された関心領域１０１およびＴＥＥ画像によって示されるべき像（例えば、僧帽弁の「正面」像、中部食道四腔像、長軸像、経胃像、三葉大動脈弁像、ｘ−ｐｌａｎｅ像等）に基づいて、ＴＥＥプローブ１１２のターゲット位置または撮像地点を決定するようにプログラムされ得る。例えば、プロセッサ１３１は、ユーザが、ユーザインターフェース１３６を使用してＴＴＥプローブ１２２からのＴＴＥ画像における関心領域１０１を特定することに応じて、撮像地点を決定するようにプログラムされ得る。次にプロセッサ１３１は、図２および図３を参照して以下で説明するように、例えば、ＴＥＥプローブ１１２によって検出された集束超音波ビームの信号強度を使用して、ロボット１５０の制御を介して、ＴＴＥプローブ１２２によって放射される集束超音波ビームまでＴＥＥプローブ１１２を導くようにプログラムされる。一実施形態では、撮像地点の決定、ＴＥＥおよびＴＴＥプローブ１１２および１２２からの情報の受信および処理、並びに撮像地点へのＴＥＥプローブ１１２の誘導は、例えば、メモリ１３３の１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体上にソフトウェアとして記憶された１つまたは複数のコンピュータプログラムを実行することによって行われる。
【００３３】
［００３７］ユーザインターフェース１３６は、キーボード、マウス、ジョイスティック、触覚デバイス、スピーカー、マイクロフォン、または、コントローラ１３０からのユーザフィードバックおよびコントローラ１３０とのインタラクションを可能にする他の任意の周辺機器または制御デバイス等の入力デバイスを含む。これは、例えば、プロセッサ１３１をプログラミングすること、プロセッサにデータを提供すること、または他の態様でプロセッサにアクセスすること、並びに超音波ディスプレイおよびシステムディスプレイ１２７および１３７を管理することを含む。様々な実施形態において、超音波ディスプレイ１２７は、ＴＥＥ超音波取得システム１１０およびＴＴＥ超音波取得システム１２０によってそれぞれ提供される超音波画像のために別々のディスプレイを含むことができる。あるいは、超音波ディスプレイ１２７（および／またはシステムディスプレイ１３７）は単一のディスプレイであってもよく、その場合、コントローラ１３０は、ＴＥＥ超音波取得システム１１０からの入力とＴＴＥ超音波取得システム１２０からの入力とを切り替えるように構成され、これにより、関心領域１０１の高解像度の狭い視野の画像および低解像度の広い視野の画像を必要に応じて選択することができる。特に、ＴＴＥ超音波画像の表示はさらに、ＴＥＥプローブ１１２が関心領域１０１内に導かれ、撮像地点に配置されるのにつれてＴＥＥプローブを示し得る。したがって、ＴＴＥ超音波画像の表示は、処置の全体にわたって様々な高解像度超音波画像を取得するための、１つまたは複数の撮像地点へのＴＥＥプローブ１１２の誘導を監視するために使用され得る。
【００３４】
［００３８］したがって、要約すると、コントローラ１３０は、ＴＴＥプローブ１２２から部位１０２の画像を受信（および格納）するように、および、ユーザがユーザインターフェース１３６を介して受信（または格納）された画像内の関心領域１０１を選択できるように構成される。次に、コントローラ１３０は、ＴＴＥ超音波取得システム１２０にコマンドを送信して、ＴＴＥプローブ１２２に、選択された関心領域１０１のみに向けられた集束超音波ビームを照射させ得る。コントローラ１３０はさらに、ＴＥＥプローブ１１２のリスニングモードをオンにして、ＴＴＥプローブ１２２によって照射される集束超音波ビームを検出するように構成される。コントローラ１３０は、例えば図２および図３を参照して説明されるフィードバックループを通して、ＴＥＥプローブ１１２からリスニング信号を受信し、対応する信号強度を特定し、ＴＥＥプローブ１１２が集束超音波ビームを最大信号強度で受信する位置に（ロボット１５０の制御を介して）ＴＥＥプローブ１１２を順次移動させることを繰り返し行う。
【００３５】
［００３９］当業者には明らかであるように、システム１００によるインターベンション処置の実行を可能にするために、追加の医療機器が提供されてもよい。例えば、図１に示されるように、関心領域１０１の追加撮像のためにＸ線スキャナ１４０が設けられる。Ｘ線スキャナ１４０は、Ｃアーム１４２の動作を制御するＸ線撮像コントローラ１４１を含む。Ｃアーム１４２は、それぞれ対象物１０５の反対側に位置するＸ線源１４３と、対応するＸ線検出器１４４とを含む。当業者には知られているように、Ｃアーム１４２は放射線撮影機能を有し、例えば外科処置または診断処置中のＸ線透視撮影のために使用することができる。Ｘ線システムによって実装されるＣアームの例は、参照により援用されるＰｏｐｏｖｉｃの米国特許第９０９５２５２号（２０１５年８月４日発行）によって説明されている。Ｘ線透視撮影のために、造影剤が対象物１０５に注入されてもよい。システムディスプレイ１３７は、造影Ｘ線画像をリアルタイムで表示してもよい。また、麻酔システム（図示せず）や呼吸ベンチレータ（図示せず）等のサポートシステムが提供されてもよく、独立して、またはコントローラ１３０の制御下で動作し得る。
【００３６】
［００４０］対象物１０５に対する構造的心臓修復処置中の典型的なＯＲスタッフは、ＴＥＥプローブおよびＴＴＥプローブを管理する心エコー検査担当者と、様々な診断処置または治療処置を実行するためにＸ線画像および／または超音波画像のガイダンス下で対象物１０５の動脈切開部から心臓にカテーテルやガイドワイヤ（図示せず）等のインターベンションデバイスを導く循環器専門医とを含む。従来のシステムでは、心エコー検査担当者は、典型的には循環器専門医の指示の下、関心領域１０１を撮像するのに適した位置までＴＥＥプローブを手動で操作する。しかし、本明細書に記載されるようなＴＴＥ超音波取得システムからのガイダンスを伴わずにＴＥＥ超音波取得システムを使用することには多くの課題が存在する。例えば、ＴＥＥプローブのプローブヘッドの位置および向きは、ターゲット構造の適切な視覚化を維持するために、インターベンション処置の間、心エコー検査担当者による継続的な微調整を必要とする。これは、長時間の処置にかけて、疲労や視覚化の低下をもたらす可能性がある。また、ＴＥＥプローブの長さのために、心エコー検査担当者はＣアーム１４２のＸ線源１４３の近くに位置することになり、したがって、インターベンション処置にわたってＸ線への曝露が増加する。さらに、インターベンション処置の特定のフェーズの間、循環器専門医は、部位１０２のどの部分をＴＥＥプローブで視覚化するかについて心エコー検査担当者に指示するので、循環器専門医と心エコー検査担当者は継続的に会話をする必要がある。３Ｄ超音波ボリュームの解釈の難しさ、およびＸ線システムおよび超音波システムによって表示される異なる座標系を考えると、心エコー検査担当者が循環器専門医の指示を理解および／または実行することは困難であり得る。また、ＴＥＥプローブの視野が狭いために関心領域がＴＥＥ画像内に表示されない場合、心エコー検査担当者はＴＥＥプローブをスイープして、所望の画像を取得するのに適した地点を見つけなければならない。超音波取得システム上のＴＥＥダイヤルとＴＥＥプローブヘッドの位置との間の難しいマッピングによる影響をさらに受けて、これは時間のかかる作業である可能性がある。
【００３７】
［００４１］これに対して、図１に示される代表的実施形態によれば、コントローラ１３０はガイダンス情報を決定し、ＴＥＥプローブ１１２を移動させるようにロボット１５０を制御する。特に、ロボット１５０は、メモリ１３３内のロボット誘導／制御モジュール１３５によって制御され得る。制御情報は、ＴＴＥプローブ１２２によって生成されてＴＥＥプローブ１１２によって検出される集束超音波ビームの信号強度の変化に基づく。ロボット１５０は、１つまたは全ての自由度（例えば、２つのダイヤル回転、プローブヘッド回転、および挿入）でＴＥＥプローブ１１２を操作することができる。したがって、コントローラ１３０は、ＴＥＥプローブ１１２から信号を受信し、ＴＥＥプローブ１１２からの信号に基づいてロボット１５０を動作させるためのロボット運動パラメータを生成するように動作可能である。
【００３８】
［００４２］ユーザ（例えば、心エコー検査担当者および／または循環器専門医）はＴＴＥ画像内の関心領域１０１を選択することができ、ＴＥＥプローブ１１２は、ＴＥＥプローブ１１２によって提供されるＴＥＥ画像内の選択された関心領域１０１を示すのに適した撮像地点まで操縦される。ＴＥＥプローブ１１２の操縦は、例えば、図３に示されるように、適応型制御ループを用いた音響サーボに基づき、これは、ＴＥＥプローブ１１２と、ＴＴＥ超音波取得システム１２０および／またはＴＴＥプローブ１２２との間の明示的なレジストレーションを必要とせず、ワークフローを簡略化する。より具体的には、ロボット誘導／制御モジュール１３５は、関心領域１０１を標的とするＴＴＥプローブ１２２からの集束超音波ビームに関して、ＴＥＥプローブ１１２から信号強度情報を受信する。ロボット誘導／制御モジュール１３５は、ロボット１５０を制御して、ＴＥＥプローブ１１２を食道を介して撮像地点まで操縦し、また、セッションまたは処置全体を通して、または、ＴＥＥプローブ１１２および／またはＴＴＥプローブ１２２から関心領域１０１の異なる像または異なる関心領域１０１が選択されるまで、ＴＥＥプローブ１１２を撮像地点に維持する。
【００３９】
［００４３］図２は、代表的実施形態に係るシステム１００の一部の簡略化されたブロック図であり、ＴＴＥプローブ１２２からの集束超音波ビームと位置合わせされた終了位置（すなわち、撮像地点）へのＴＥＥプローブ１１２の移動が示されている。図３は、代表的実施形態に係る、超音波コントローラ（例えば、コントローラ１３０）のフィードバックループを示す簡略化された機能ブロック図である。
【００４０】
［００４４］図２を参照すると、ＴＥＥプローブ１１２は開始位置１１２ａおよび終了位置１１２ｂにおいて示されており、矢印２０５によっておおまかに描かれる運動で、ロボット誘導／制御モジュール１３５の指示に従うロボット１５０によって移動させられる。ＴＥＥプローブ１１２の終了位置２１２ｂは、ＴＴＥプローブ１２２の少なくとも１つのトランスデューサ１２４によって生成される集束超音波ビーム２２４によって特定されるか、または他の態様で示される。例えば、ユーザ（例えば、心エコー検査担当者および／または循環器専門医）は、選択された関心領域１０１が位置する部位１０２（例えば、心臓）を示すＴＴＥ超音波画像において所望の関心領域１０１を選択する。次に、ユーザは、ＴＴＥプローブ１２２の少なくとも１つのトランスデューサ１２４から放射される集束超音波ビーム２０７が選択された関心領域１０１を指し示すように、例えば手動でおよび／またはロボットを用いて、対象物１０５の外部でＴＴＥプローブ１２２を操作し得る。あるいは、ＴＴＥプローブ１２２は、ポジショニングの制御を強化するために、完全にまたは部分的に自動化されたシステム（例えば、別のロボットを含む）によって、選択された関心領域１０１を指し示すように操作され得る。次に、ロボット１５０は、リスニングモードに切り替えられたＴＥＥプローブ１１２を、終了位置２１２ｂで超音波ビーム２０７と交差するまで、矢印２０５の方向に移動させる。ＴＥＥプローブ１１２の移動およびＴＥＥプローブ１１２が超音波ビーム２２４を遮断したことの決定は、コントローラ１３０のプロセッサ１３１によって実行される、後述の図３に示されるフィードバックループ３００からもたらされる。終了位置２１２ｂに到達すると、ＴＥＥプローブ１１２はアクティブモードに切り替えられ得る。このモードでは、ＴＥＥプローブはＴＥＥ超音波ビームを生成し、また、対応する反射超音波信号を受信することで、例えば超音波ディスプレイ１２７および／またはシステムディスプレイ１３７上に表示される関心領域１０１の高解像度撮像を提供する。
【００４１】
［００４５］図３を参照して、フィードバックループ３００は、図２に示される開始位置２１２ａから終了位置２１２ｂへのＴＥＥプローブ１１２の移動を制御するために、コントローラ１３０によって実行される。終了位置２１２ｂは集束超音波ビーム２０７によって示される。上述のように、ＴＥＥプローブ１１２は、開始位置２１２ａにおいてリスニングモードに切り替えられ、したがって、終了位置２１２ｂを標的としてＴＴＥプローブ１２２によって放射された集束超音波ビーム２０７（超音波信号）を受信する。一実施形態では、ＴＥＥプローブ１１２はまず、開始位置２１２ａの印となる、集束超音波ビーム２０７を最初に取得するまで、所定の経路（図示せず）に沿って、例えばロボット１５０によってまたは手動で心エコー検査担当者によって動かされる。コントローラ１３０は、ＴＥＥプローブ１１２から受信された集束超音波ビーム２０７を解釈し、集束超音波ビーム２０７の信号強度を表す信号ピークを見つける。次に、集束超音波ビームの信号強度が最大となる終了位置２１２ｂにＴＥＥプローブ１１２が到達するまで、フィードバックループ３００を用いた時間刻みの測定結果に基づき信号強度が増加する方向に、コントローラ１３０の制御下にあるロボット１５０の動作によってＴＥＥプローブ１１２が動かされる。
【００４２】
［００４６］より具体的には、時間ｔでＴＥＥプローブ１１２によって受信される集束超音波ビーム２０７の信号強度がコントローラ１３０によってブロック３０１で（信号ピークで）測定される。時間ｔ＋１での集束超音波ビーム２０７の信号強度がコントローラ１３０によってブロック３０２で測定され、ここで、ＴＥＥプローブ１１２はロボット１５０の動作によって（例えば、運動矢印２０５に沿って）漸進的に、時間ｔと時間ｔ＋１との間に新しい位置に移動させられている。ブロック３０３において、時間ｔ＋１で測定された信号強度が時間ｔで測定された信号強度と合算され、ブロック３０４において、結果として得られる差がコントローラ１３０によって取得される。ブロック３０５において、コントローラ１３０は、ブロック３０３で求められた前の測定信号強度よりも大きい次の測定信号強度を生じるであろう次の位置にＴＥＥプローブ１１２を移動させることを目標として、得られた信号強度の差に応じて、（ロボット誘導／制御モジュール１３５およびロボット１５０を介して）ＴＥＥプローブ１１２の移動を制御する。
【００４３】
［００４７］例えば、時間ｔおよび時間ｔ＋１において測定された信号強度間の差が正であり、信号強度の増加を示している場合、コントローラ１３０は、信号強度が増加し続けるという仮定に基づいて、ロボット１５０にＴＥＥプローブ１１２を同じ方向に動かすこと（または、所定の経路沿いに動かすこと）を続けさせる。時間ｔおよび時間ｔ＋１で測定された信号強度間の差が負であり、信号強度の減少を示している場合、コントローラ１３０は、反対方向でなければ信号強度が減少し続けるという仮定に基づいて、ロボット１５０にＴＥＥプローブ１１２を反対方向に（または、所定の経路沿いに前の点に戻すように）動かさせる。このプロセスは、最大信号強度が達成されたと判断されるまで継続する。その場合、コントローラ１３０は、ロボット１５０にＴＥＥプローブ１１２を最大信号強度に対応する位置に移動させるか、あるいは、既に最大信号強度に対応する位置にある場合はその位置に留まらせる。
【００４４】
［００４８］様々な実施形態において、コントローラ１３０は、連続的な信号強度測定結果間の負の差に応じて、ブロック３０５においてロボット１５０に、同じ方向または反対方向以外の方向でＴＥＥプローブ１１２を移動させ得る。これにより、信号強度測定結果が再び増加し始めるまで、または、現在の位置がＴＥＥプローブ１１２が集束超音波ビーム２０７を最大信号強度で受信する位置であると決定されるまで、ＴＥＥプローブ１１２の現在位置から様々な方向を探索することができる。あるいは、連続する信号強度測定結果間の負の差に応じて、コントローラ１３０は、ロボット１５０に、ＴＥＥプローブ１１２を前の位置（すなわち、時間ｔでの位置）に戻させ、次いで、次の時間増分においてその位置から別の方向でＴＥＥプローブ１１２を移動させ得る。前記と同様に、信号強度測定結果が再び増加し始めるまで、または、現在の位置がＴＥＥプローブ１１２が集束超音波ビーム２０７を最大信号強度で受信する位置であると決定されるまで、様々な方向が探索される。
【００４５】
［００４９］図４は、代表的実施形態に係る、インターベンション処置中に患者の関心領域を撮像する方法を示すフローチャートである。より具体的には、図４は、代表的実施形態に係る、ＴＴＥ超音波システムからの集束超音波ビームによって誘導されるＴＥＥプローブのポジショニングを示す。
【００４６】
［００５０］図４を参照して、ブロックＳ４１０において、ＴＥＥ超音波取得システムのＴＥＥプローブはリスニングモードに切り替えられる。これはコントローラによって、または、ユーザによって直接もしくはコントローラとのユーザインターフェースを介して行われ得る。ブロックＳ４１１において、ユーザは、ＴＴＥ超音波取得システムのＴＴＥプローブによって提供されるＴＴＥ超音波画像内の関心領域を選択する。ＴＴＥプローブは、内部関心領域の付近で対象物（例えば、患者）に押し付けられる。ＴＴＥプローブは、選択された関心領域を含む複数の潜在的関心領域を含む部位を包含する広い視野を有する。関心領域は、ＴＴＥ超音波取得システムによって提供される３Ｄまたは２Ｄ  ＴＴＥ超音波画像において選択され得る。ブロックＳ４１２において、ＴＴＥプローブは、選択された関心領域に向けて集束超音波ビームを能動的に放射する。ＴＴＥプローブは、選択された関心領域の平面に沿って１つまたは複数の超音波トランスデューサを使用して集束超音波ビームを生成する。
【００４７】
［００５１］ブロックＳ４１３において、ＴＴＥ超音波プローブによって放射された集束超音波ビームが、リスニングモードで動作するように切り替えられたＴＥＥプローブを使用して検出される。リスニングモードでは、ＴＥＥプローブのＴＥＥトランスデューサは超音波信号を放射しておらず、超音波信号、特にＴＴＥプローブからの集束超音波ビームを受信するように構成される。上記のように、ＴＥＥプローブは患者の食道に挿入され、コントローラの制御下でロボットによって食道内で操作される。一実施形態では、ＴＴＥ超音波プローブから放射される集束超音波ビームを検出することは、ＴＴＥ超音波プローブから放射される集束超音波ビームが最初に検出されるまで、患者の体内の所定の検出経路に沿って（例えば、手動でまたはロボット制御下で）ＴＥＥプローブを移動させ、その後、ＴＥＥプローブを停止することを含み得る。所定の検出経路は、例えば、ＴＥＥプローブのプローブヘッドの周りの同心球のセットを含み得る。
【００４８】
［００５２］集束超音波ビームが検出されると、ブロックＳ４１４において、ＴＥＥプローブは、検出された集束超音波ビームの特性（例えば、信号強度）を使用して、集束超音波ビームが最初に検出された位置から撮像地点へと操縦される。これは、図５を参照して後に例示される。上述のように、コントローラは、ロボットに、ＴＥＥプローブによって提供された信号から導出されるフィードバックを使用して、ＴＥＥプローブを撮像地点まで操縦させ得る。撮影地点から、ＴＥＥプローブはアクティブモードに切り替えられ、これにより、ＴＥＥプローブは超音波信号を生成して、狭い視野および高解像度で関心領域を示す反射超音波信号を受信することができる。
【００４９】
［００５３］図５は、代表的実施形態に係る、患者の体内の関心領域を示すために撮像地点にＴＥＥプローブを導く図４のブロックＳ４１４に対応する方法を示すフローチャートである。
【００５０】
［００５４］図５を参照して、ブロックＳ５１１において、ＴＥＥプローブは、ＴＴＥ超音波取得システムのＴＴＥプローブによって放射された集束超音波ビームを検出した後、ポジショニング経路に沿って移動するように、（ロボット誘導／制御モジュールおよびロボットを介して）コントローラによって制御される。この間、ＴＥＥプローブは集束超音波ビームを受信し続ける。受信された集束超音波ビームは、信号ピークを見つけるためにブロックＳ５１２において解釈される。信号ピークは受信された集束超音波ビームの信号強度を表す。
【００５１】
［００５５］ブロックＳ５１３において、ＴＥＥプローブが一連の漸増時間ステップにわたってポジショニング経路沿いに移動するのに伴い、ＴＥＥプローブの異なる位置での信号ピークの大きさが測定され、受信される集束超音波ビームの最大信号強度を決定するために互いに比較される。一般的に、図３を参照して上述したように、制御ループ内の現在の時間ステップの信号ピークと前の時間ステップの信号ピークとの間の差は、制御ループの誤差信号を定める。つまり、ＴＥＥプローブの運動の方向が信号強度の向上に向かっている場合、同じ方向で運動が続く。例えば、１自由度（ＤＯＦ）ロボットの場合、運動の方向はその方向に沿った信号強度勾配に比例する。多自由度ロボットの場合、（サイズが自由度の数に等しい）方向ベクトルは信号勾配に比例する。全ての移動方向で信号勾配が負になると、最大信号強度に対応する位置に到達したこととなり、ＴＥＥプローブの動きが停止される。ブロックＳ５１４において、撮像地点が、受信される集束超音波ビームの最高信号強度を示す信号ピークを有するＴＥＥプローブの位置として特定される。ブロックＳ５１５において、ＴＥＥプローブが、アクティブモード超音波撮像を介して関心領域を示すために特定された撮像地点に配置される。
【００５２】
［００５６］代替的実施形態では、部位１０２のモデル（例えば、心臓モデル）が、ＴＴＥプローブ１２２によって提供されるＴＴＥ画像上に重ねられる。ユーザ（例えば、心エコー検査担当者）は、部位１０２のモデルから解剖学的ランドマークを選択し、選択された解剖学的ランドマークは、プロセッサ１３１によってＴＴＥ画像の座標フレームに転送される。解剖学的ランドマークを含む部位１０２のモデルは、メモリ１３３内に事前に格納され、ＴＴＥ画像は、ＴＴＥプローブ１２２による取得時にメモリ１３３内に格納され得る。ＴＴＥ画像の座標フレームがプロセッサ１３１によって適用され、組み合わされた座標フレームおよびＴＴＥ画像は同様にメモリ１３３内に格納され、プロセッサ１３１が選択された解剖学的ランドマークを転送することを可能にする。この場合、ＴＴＥプローブ１２２によって生成される集束超音波ビームは、ＴＴＥ画像に転送された解剖学的ランドマークに向けられる。次に、例えば図２および図５を参照して上述したようにリスニングモードで信号強度フィードバックを使用して、ＴＥＥプローブ１１２が撮像地点に配置される（例えば、図２に示されるように、開始位置２１２ａから終了位置２１２ｂに動かされる）。
【００５３】
［００５７］実際には、上記制御プロセスは、任意のプラットフォーム（例えば、汎用コンピュータ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等）上に設けられたハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの任意の組み合わせによって具現化されるモジュールによって実装され得る。さらに、図２〜図５に示されるようなプロセスは、コントローラ１３０、特にプロセッサ１３１とメモリ１３３および様々なインターフェースとの組み合わせによって実行され得る。本開示の実施形態はまた、ロボット１５０を制御するためにプロセッサ１３１によって実行されるように構成された機械可読命令が格納された非一時的コンピュータ可読記憶媒体を対象とし、ＴＴＥプローブ１２２によって放射される集束超音波ビームが示す撮像地点へのＴＥＥプローブ１１２の移動に関するＴＥＥ超音波取得システム１１０のフィードバック動作が含まれる。これらの機械可読命令は、例えば、図２〜図５に示される方法を実行するように構成される。
【００５４】
［００５８］様々な実施形態が図面および上記において詳細に図示および記載されているが、かかる図示および記載は説明的または例示的であり、非限定的であると考えられるべきである。本発明は、開示の実施形態に限定されない。
【００５５】
［００５９］開示の実施形態の他の変形例が、図面、開示、および添付の特許請求の範囲から、クレームされる発明に係る当業者によって理解および実施され得る。特許請求の範囲において、「含む」という用語は他の要素またはステップを排除するものではなく、単数形は複数を除外しない。単一のプロセッサまたは他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を果たし得る。複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせが好適に使用することができないとは限らない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共にまたは他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体またはソリッドステート媒体等の適切な媒体上で記憶および／または分配されてもよいし、インターネットまたは他の有線若しくは無線テレコミュニケーションシステムを介して等の他の形態で分配されてもよい。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【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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【国際調査報告】
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