(57)【要約】  インターベンショナル医療機器２５２を３次元でトラッキングするためのコントローラ２１０は、命令を記憶するメモリ２１２および命令を実行するプロセッサ２１１を含む。プロセッサ２１１によって命令が実行されると、コントローラ２１０はプロセスを実行する。プロセスは、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの仰角平面に基づいて、仰角平面におけるインターベンショナル医療機器２５２の第１の２次元位置を決定するステップＳ３２０／Ｓ４２０を含む。プロセスはさらに、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの方位角平面に基づいて、方位角平面におけるインターベンショナル医療機器２５２の第２の２次元位置を決定するステップＳ３２０／Ｓ４２２を含む。プロセスはさらに、第１の２次元位置および第２の２次元位置に基づいて、インターベンショナル医療機器２５２の３次元位置を決定するステップＳ３３０／Ｓ４３０を含む。最後に、プロセスは、インターベンショナル医療機器２５２の３次元位置に基づいて、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードで出射される超音波ビームパターンを変更するステップＳ３４０／Ｓ４４０を含む。
2021534857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インターベンショナル医療機器を３次元でトラッキングするためのコントローラであって、前記コントローラは、
命令を記憶するメモリと、
前記命令を実行する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、
超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの仰角平面に基づいて、前記仰角平面における前記インターベンショナル医療機器の第１の２次元位置を決定するステップと、
前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの方位角平面に基づいて、前記方位角平面における前記インターベンショナル医療機器の第２の２次元位置を決定するステップと、
前記第１の２次元位置および前記第２の２次元位置に基づいて、前記インターベンショナル医療機器の３次元位置を決定するステップと、
前記インターベンショナル医療機器の前記３次元位置に基づいて、前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードで出射される超音波ビームパターンを変更するステップとを含むプロセスを実行する、コントローラ。
【請求項２】
前記３次元位置は、前記第１の２次元位置および前記第２の２次元位置に加えて、前記仰角平面と前記方位角平面との間の角度に基づいて計算される、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードで出射される超音波ビームパターンを変更するステップは、前記インターベンショナル医療機器が動くのに伴い、前記インターベンショナル医療機器の前記３次元位置に基づいて、前記仰角平面および前記方位角平面のうちの少なくとも１つを再配置するステップを含む、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項４】
前記３次元位置は、医療インターベンション中にライブかつリアルタイムで計算される、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記コントローラによって実行される前記プロセスはさらに、
前記インターベンショナル医療機器の前記３次元位置を繰り返し決定することに基づいて、前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードで出射される前記超音波ビームパターンを変更することにより、前記インターベンショナル医療機器を３次元で追跡することを含む、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項６】
前記仰角平面における前記インターベンショナル医療機器の前記第１の２次元位置、および前記方位角平面における前記インターベンショナル医療機器の前記第２の２次元位置は、前記インターベンショナル医療機器上のパッシブ超音波センサからの超音波測定結果に基づいて決定される、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項７】
前記コントローラによって実行される前記プロセスはさらに、
前記仰角平面および前記方位角平面の複数の異なる組み合わせによって前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードで３次元ボリュームをスイープすることと、
前記インターベンショナル医療機器上のパッシブ超音波センサからの最大センサ応答を特定することで、前記第１の２次元位置および前記第２の２次元位置を決定するのに使用される前記仰角平面および前記方位角平面の組み合わせを特定することとを含む、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項８】
前記コントローラによって実行される前記プロセスはさらに、
前記インターベンショナル医療機器の前記３次元位置を繰り返し決定することに基づいて、前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードで出射される前記超音波ビームパターンを変更することにより、前記インターベンショナル医療機器を３次元で追跡することを含む、請求項７に記載のコントローラ。
【請求項９】
前記コントローラによって実行される前記プロセスはさらに、
前記インターベンショナル医療機器を追跡しているときに前記インターベンショナル医療機器の位置を決定できないことを特定することと、前記インターベンショナル医療機器の前記位置を決定できないことの特定に基づいて、再び前記第１の２次元位置および前記第２の２次元位置を決定し、前記３次元位置を決定することとを含む、請求項８に記載のコントローラ。
【請求項１０】
前記第１の２次元位置および前記第２の２次元位置は、前記インターベンショナル医療機器上のパッシブ超音波センサによって受信される最大信号の自動サーチにおいて決定される、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項１１】
前記コントローラによって実行される前記プロセスはさらに、
前記インターベンショナル医療機器の前記３次元位置を繰り返し決定することに基づいて、前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの前記仰角平面および前記方位角平面のうちの一方を変更することにより、前記インターベンショナル医療機器を３次元で追跡することと、
前記インターベンショナル医療機器の前記３次元位置を繰り返し決定することに基づいて、前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの前記仰角平面および前記方位角平面のうちの他方を変更することにより、解剖学的関心領域を３次元で追跡することとを含む、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項１２】
前記コントローラによって実行される前記プロセスはさらに、
前記インターベンショナル医療機器の前記３次元位置を繰り返し決定することに基づいて、前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの前記仰角平面および前記方位角平面のうちの一方を変更することにより、解剖学的関心領域を３次元で追跡することと、
前記インターベンショナル医療機器の前記３次元位置を繰り返し決定することに基づいて、前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの前記仰角平面および前記方位角平面のうちの他方を変更することにより、前記解剖学的関心領域および前記インターベンショナル医療機器を３次元で追跡することとを含む、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項１３】
前記コントローラによって実行される前記プロセスはさらに、
解剖学的関心領域のビューと、前記インターベンショナル医療機器の前記第１の２次元位置および前記インターベンショナル医療機器の前記第２の２次元位置のうちの１つのビューとを含むＸ−ｐｌａｎｅビューを交互に切り替えるようにディスプレイを制御することを含む、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項１４】
インターベンショナル医療機器を３次元でトラッキングするための方法であって、前記方法は、
超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの仰角平面に基づいて、前記仰角平面における前記インターベンショナル医療機器の第１の２次元位置を決定するステップと、
前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの方位角平面に基づいて、前記方位角平面における前記インターベンショナル医療機器の第２の２次元位置を決定するステップと、
前記第１の２次元位置および前記第２の２次元位置に基づいて、前記インターベンショナル医療機器の３次元位置を決定するステップと、
命令を保存するメモリおよび前記命令を実行するプロセッサを含むコントローラによって、前記インターベンショナル医療機器の前記３次元位置に基づいて、前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードで出射される超音波ビームパターンを変更するステップとを含む、方法。
【請求項１５】
インターベンショナル医療機器を３次元でトラッキングするためのシステムであって、前記システムは、
インターベンショナル医療機器と、
前記インターベンショナル医療機器を含む空間において画像を取得する超音波プローブと、
命令を保存するメモリおよび前記命令を実行するプロセッサを有するコントローラとを備え、
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、
超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの仰角平面に基づいて、前記仰角平面における前記インターベンショナル医療機器の第１の２次元位置を決定することと、
前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの方位角平面に基づいて、前記方位角平面における前記インターベンショナル医療機器の第２の２次元位置を決定することと、
前記第１の２次元位置および前記第２の２次元位置に基づいて、前記インターベンショナル医療機器の３次元位置を決定することと、
前記インターベンショナル医療機器の前記３次元位置に基づいて、前記超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードで出射される超音波ビームパターンを変更することとを含むプロセスを実行する、システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
［０００１］超音波ビームをインターベンショナル医療機器（例えば、針）に送る超音波プローブを使用して、インターベンショナル医療機器を追跡することができる。インターベンショナル医療機器がエコー源性を欠いており、そのために超音波画像内であまり視認できない場合、超音波画像内のインターベンショナル医療機器の位置特定が妨げられる可能性がある。この問題を解決するために、インターベンショナル医療機器上または内に圧電センサが（ユーザは通常、機器の先端位置に関心を有するため、好ましくは可能な限りデバイス先端の近くに）設置され得る。圧電センサはパッシブ超音波センサ（例えば、ＰＺＴ、ＰＶＤＦ、コポリマー、またはその他の圧電材料）であり、インターベンショナル医療機器の上または内部に配置される。診断用Ｂモード超音波撮像フィールドの視野を超音波ビームがスイープするとき、パッシブ超音波センサは超音波ビームの入射超音波を受動的に受けて、応答することなく測定する。得られた測定値を分析することにより、診断用Ｂモード超音波画像の視野の基準枠内のインターベンショナル医療機器上のパッシブ超音波センサの位置推定が得られる。具体的には、ＴｏＦ（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）の測定結果によって、撮像アレイからパッシブ超音波センサまでの軸方向／径方向距離が提供され、振幅の測定結果および既知のビーム発射シーケンスから、パッシブ超音波センサの横方向／角度位置が提供される。その後、インターベンショナル医療機器の視覚化を向上させるためにデバイスの先端の位置が超音波画像上に重ねられ、また、トラッキングや他の用途のために位置および履歴が記録され得る。インターベンショナル医療機器は通常、単一の超音波プローブを使用して追跡される。
【０００２】
［０００２］図１は、パッシブ超音波センサを使用してインターベンショナル医療機器を追跡するための既知のシステムを示す。図１において、超音波プローブ１０２は、インターベンショナル医療機器１０５のツールチップ上のパッシブ超音波センサ１０４を横断するようにスイープする撮像ビーム１０３を出射する。インターベンショナル医療機器１０５は針であり得る。組織の画像１０７が超音波プローブ１０２によってフィードバックされる。インターベンショナル医療機器１０５のツールチップ上のパッシブ超音波センサ１０４の位置は、信号処理アルゴリズムによって決定された際に先端位置１０８として提供される。先端位置１０８は、オーバーレイ画像１０９として組織の画像１０７上にオーバーレイされる。組織の画像１０７、先端位置１０８、およびオーバーレイ画像１０９はすべてディスプレイ１００上に表示される。
【０００３】
［０００３］上記とは別に、３次元超音波画像はインターベンショナル医療処置に適したコンテキストを提供するが、３次元超音波画像の解釈は複雑である場合がある。そのため、インターベンション医師は、解剖学的構造をよりよく理解するために２次元のＸ−ｐｌａｎｅに頼ることがある。ライブＸ−ｐｌａｎｅイメージングは、２つのフル解像度平面を同時に作成することで、単一平面を使用した２次元イメージングの２倍の臨床情報を同じ時間で取得することを可能にする。一部のインターベンショナル処置の大部分はＸ−ｐｌａｎｅを使用して実行することができる。ワークフローには、解剖学的構造とインターベンショナル医療機器が視野内に入るまでＸ−ｐｌａｎｅを３次元ボリューム内で手動でスイープすることにより、Ｘ−ｐｌａｎｅを関心領域へと操作することが含まれる。このワークフローは複雑で時間がかかる可能性がある。
【発明の概要】
【０００４】
［０００４］本開示の一側面によれば、インターベンショナル医療機器を３次元でトラッキングするためのコントローラは、命令を記憶するメモリと、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、コントローラはプロセスを実行する。プロセスは、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの仰角平面に基づいて、仰角平面におけるインターベンショナル医療機器の第１の２次元位置を決定するステップを含む。プロセスはさらに、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの方位角平面に基づいて、方位角平面におけるインターベンショナル医療機器の第２の２次元位置を決定するステップを含む。プロセスはさらに、第１の２次元位置および第２の２次元位置に基づいて、インターベンショナル医療機器の３次元位置を決定するステップを含む。最後に、プロセスは、インターベンショナル医療機器の３次元位置に基づいて、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードで出射される超音波ビームパターンを変更するステップを含む。
【０００５】
［０００５］本開示の他の側面によれば、インターベンショナル医療機器を３次元でトラッキングするための方法は、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの仰角平面に基づいて、仰角平面におけるインターベンショナル医療機器の第１の２次元位置を決定するステップを含む。方法はさらに、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの方位角平面に基づいて、方位角平面におけるインターベンショナル医療機器の第２の２次元位置を決定するステップを含む。方法はさらに、第１の２次元位置および第２の２次元位置に基づいて、インターベンショナル医療機器の３次元位置を決定するステップを含む。最後に、方法は、命令を保存するメモリおよび命令を実行するプロセッサを含むコントローラによって、インターベンショナル医療機器の３次元位置に基づいて、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードで出射される超音波ビームパターンを変更するステップを含む。
【０００６】
［０００６］本開示の他の側面によれば、インターベンショナル医療機器を３次元でトラッキングするためのシステムは、インターベンショナル医療機器と、超音波プローブと、コントローラとを含む。超音波プローブは、インターベンショナル医療機器を含む空間において画像を取得する。コントローラは、命令を保存するメモリと、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、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの仰角平面に基づいて、仰角平面におけるインターベンショナル医療機器の第１の２次元位置を決定するステップを含むプロセスを実行する。プロセスはさらに、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの方位角平面に基づいて、方位角平面におけるインターベンショナル医療機器の第２の２次元位置を決定するステップを含む。プロセスはさらに、第１の２次元位置および第２の２次元位置に基づいて、インターベンショナル医療機器の３次元位置を決定するステップを含む。最後に、プロセスは、インターベンショナル医療機器の３次元位置に基づいて、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードで出射される超音波ビームパターンを変更するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
［０００７］添付図面と併せて以下の詳細な説明を読むことにより、例示的実施形態が最も良く理解されるであろう。様々な特徴は必ずしも縮尺通りに描かれているわけではないことに留意されたい。実際には、寸法は、議論の明瞭化のために任意に増減されている可能性がある。適用可能で好都合な場合、同様な参照番号は同様な要素を指す。
【図１】［０００８］図１は、パッシブ超音波センサを使用してインターベンショナル医療機器を追跡するための既知のシステムを示す。
【図２Ａ】［０００９］図２Ａは、ある代表的実施形態に係るインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングのためのコントローラを示す。
【図２Ｂ】［００１０］図２Ｂは、ある代表的実施形態に係るインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングのためのシステムを示す。
【図３】［００１１］図３は、ある代表的実施形態に係るインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングのための方法を示す。
【図４】［００１２］図４は、ある代表的実施形態に係るインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングのための別の方法を示す。
【図５】［００１３］図５は、ある代表的実施形態に係るインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングのプログレッシブ視覚化を示す。
【図６】［００１４］図６は、ある代表的な実施形態に係るインターベンショナル医療機器の３ＤトラッキングにおけるＸ−ｐｌａｎｅモードでの各平面からの信号応答の例を示す。
【図７】［００１５］図７は、代表的な実施形態に係る、インターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングの方法が実装され得る汎用コンピュータシステムの例示的な実施形態である。
【図８Ａ】［００１６］図８Ａは、ある代表的な実施形態に係る、インターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングにおいて方位角平面および仰角平面からの２Ｄ位置を使用して３Ｄ位置を計算するためのジオメトリを示す。
【図８Ｂ】［００１７］図８Ｂは、ある代表的な実施形態に係る、インターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングにおいて方位角平面および仰角平面からの２Ｄ位置を使用して３Ｄ位置を計算するための追加のジオメトリを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［００１８］以下の詳細な説明では、限定ではなく説明を目的として、本教示に係る実施形態の完全な理解を提供するために具体的詳細を開示する代表的な実施形態について記載する。代表的な実施形態の説明を曖昧にしないために、既に知られているシステム、デバイス、材料、動作方法、および製造方法の説明が省略される可能性がある。しかし、当業者によって理解されるシステム、デバイス、材料、および方法は本教示の範囲に含まれ、代表的な実施形態に従って使用され得る。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。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。
【０００９】
［００１９］本明細書では第１、第２、第３などの用語を使用して様々な要素または構成要素が説明される可能性があるが、これらの要素または構成要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、ある要素または構成要素を別の要素または構成要素から区別するために使用されるに過ぎない。したがって、後述される第１の要素または構成要素は、発明的概念の教示から逸脱することなく、第２の要素または構成要素と呼ぶことができる。
【００１０】
［００２０］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。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、用語の単数形は、文脈上特に明記されない限り、単数形および複数形の両方を含むことが意図される。また、「含む」という用語、および／または本明細書で使用される同様の用語は、記載された特徴、要素、および／または構成要素の存在を示すが、１つまたは複数の他の特徴、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。本明細書で使用される「および／または」という用語は、この用語が関与する列挙されたアイテムのうちの１つまたは複数のあらゆる組み合わせを含む。
【００１１】
［００２１］特に明記しない限り、ある要素または構成要素が別の要素または構成要素に「接続されている」、「結合されている」、または「隣接している」と記される場合、当該要素または構成要素は別の要素または構成要素に直接接続または結合されていてもよいし、あるいは介在する要素または構成要素が存在してもよい。すなわち、これらの用語および類似の用語は、２つの要素または構成要素を接続するために１つまたは複数の中間要素または構成要素が使用され得る場合を包含する。しかし、要素または構成要素が別の要素または構成要素に「直接接続されている」と記される場合、２つの要素または構成要素が中間または介在要素または構成要素を伴うことなく互いに接続されている場合のみが含まれる。
【００１２】
［００２２］上記に鑑み、本開示は、本開示の様々な側面、実施形態、および／または特定の特徴もしくはサブコンポーネントのうちの１つまたは複数を通じて、以下に具体的に記載されるような１つまたは複数の利点を提供することを意図するものである。限定ではなく説明を目的として、本教示に係る実施形態の完全な理解を提供するために具体的詳細を開示する例示的な実施形態について記載する。ただし、本明細書に開示される具体的な詳細事項からは逸脱するが、本開示に従う他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内に含まれる。さらに、例示的実施形態の説明を曖昧にしないために、周知の装置および方法の説明が省略され得る。このような方法および装置は、本発明の教示の範囲内にあることは明らかである。
【００１３】
［００２３］本明細書に記載されるように、３次元超音波プローブ（すなわち、３次元での撮像が可能な超音波トランスデューサ）が使用される場合、パッシブ超音波センサの推定位置を３次元で特定することができる。推定位置は本質的に、３次元超音波プローブの座標系内にある。しかし、インターベンション医師が２次元のＸ−ｐｌａｎｅに頼る場合（例えば、解剖学的構造をよりよく理解するために）、インターベンショナル医療機器および／または解剖学的構造を見つけるためにＸ−ｐｌａｎｅが動かされ、その後、インターベンショナル医療機器および／または解剖学的構造を追跡するようにＸ−ｐｌａｎｅが動かされ得る。以下に記載される教示は、パッシブ超音波センサを追跡することにより、インターベンショナル医療機器を追跡し、超音波座標空間内でのライブ３次元位置をリアルタイムで取得する機能を提供する。その結果、所望のビューのためにＸ−ｐｌａｎｅを動かすプロセスを自動化し、ワークフローを簡素化することができ、これにより、Ｘ−ｐｌａｎｅモードでの複数回の超音波ビーム放射にわたってインターベンショナル医療機器および／または解剖学的構造のビューを維持することができ、同時に、インターベンショナル医療機器を３次元で正確に追跡することができる。
【００１４】
［００２４］図２Ａは、ある代表的実施形態に係るインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングのためのコントローラを示す。
【００１５】
［００２５］図２Ａでは、コントローラ２１０はプロセッサ２１１およびメモリ２１２を含む。メモリ２１２は命令を保存し、プロセッサ２１１はそれらの命令を実行する。プロセッサ２１１によって実行されると、命令は、コントローラ２１０またはコントローラ２１０を含むデバイスまたはシステムに、本明細書で説明されるプロセスを実行させる。
【００１６】
［００２６］図２Ｂは、ある代表的実施形態に係るインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングのためのシステムを示す。
【００１７】
［００２７］図２Ｂでは、超音波システム２００は、コントローラ２１０を有する中央ステーション２２０、タッチパネル２２３、モニタ２２９、およびデータ接続２５４（例えば、有線または無線データ接続）によって中央ステーション２２０に接続されたインターベンショナル医療機器２５２を含む。超音波プローブ２３０は、命令を格納するメモリ２３２と、命令を実行するプロセッサ２３１とを含む。図２Ｂの文脈において、コントローラ２１０は代わりに、超音波プローブ２３０のメモリ２３２およびプロセッサ２３１を使用して、または、独立して設けられた、もしくは超音波システム２００の環境内の他の装置またはシステム内に設けられたメモリおよびプロセッサの他の組み合わせを使用して実装され得る。すなわち、本明細書に記載される「コントローラ」は、既存のシステムまたは既存のシステムのタイプを変更することによって、または新しいシステムまたはシステムのタイプ（例えば、スタンドアロンモジュール）を提供することによって、様々な形態で実装され得る。
【００１８】
［００２８］インターベンショナル医療機器２５２はワイヤまたは同様の器具の端部に設けられ得る。インターベンショナル医療機器２５２は、医療介入中、人間のインターベンション医師の管理下で患者に挿入される。インターベンショナル医療機器２５２は、例えば、超音波画像を生成する血管内超音波プローブであり得る。ただし、インターベンショナル医療機器２５２上のパッシブ超音波センサＳ１からのセンサ信号が、本明細書の目的のためのインターベンショナル医療機器２５２に関連する関心の対象となる信号である。
【００１９】
［００２９］より具体的には、図２の実施形態では、パッシブ超音波センサＳ１はインターベンショナル医療機器２５２上に設けられる。パッシブ超音波センサＳ１からのパッシブ超音波センサ信号は、超音波プローブ２３０からの超音波画像と同期される。ＴｏＦ測定により、超音波プローブ２３０からパッシブ超音波センサＳ１までの軸方向／径方向距離が提供される。振幅測定結果、および既知のビーム発射シーケンスに基づき、パッシブ超音波センサＳ１の横方向位置が提供され得る。位相はＴｏＦに対応し得るため、位相がより高い測定精度を提供できる場合、ＴｏＦの代わりに位相が使用されてもよい。
【００２０】
［００３０］モニタ２２９は、Ｘ−ｐｌａｎｅモードで取得されたパッシブ超音波センサＳ１の両方の２次元位置を表示し、例えば、Ｘ−ｐｌａｎｅモードの２つの平面のそれぞれからの画像を並べて表示し得る。モニタ２２９はまた、両方の２次元位置、およびＸ−ｐｌａｎｅモードの２つの平面間の角度に基づいて得られたパッシブ超音波センサＳ１の３次元位置を表示することができる。
【００２１】
［００３１］Ｘ−ｐｌａｎｅモードで平面のペアから３次元位置を取得する方法の説明は、図８Ａおよび図８Ｂ、ならびに本明細書のその他の箇所において詳細に説明されている。しかしながら、簡単に言えば、両平面は既知の関係（すなわち、平面間角度および共通の原点）を有するので、両方の２次元平面において２次元位置を特定することができる場合、パッシブ超音波センサＳ１の２次元位置を３次元位置に変換することができる。
【００２２】
［００３２］モニタ２２９はまた、超音波プローブ２３０などの超音波プローブを使用して得られた従来の画像を表示し、画像は、人間の解剖学的構造および／またはインターベンショナル医療機器２５２の関心領域の超音波画像を含む。
【００２３】
［００３３］パッシブ超音波センサＳ１に複数の圧電素子（例えば、ＰＺＴ）が設けられる場合、測定値を平均して、インターベンショナル医療機器２５２の全体的な位置が提供され得る。さらに、この場合、複数の圧電素子の相対的な位置的配置が知られている可能性があるため、インターベンショナル医療機器２５２の全体的な相対的姿勢、３次元方向性、さらに場合によっては予測軌道さえも、相対的な測定結果から決定できる可能性がある。
【００２４】
［００３４］説明のために、インターベンショナル医療機器２５２は、医療処置中に患者の体内に配置される。超音波プローブ２３０によって生成された画像上でインターベンショナル医療機器２５２の位置を見ることができる。
【００２５】
［００３５］図３は、ある代表的実施形態に係るインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングのための方法を示す。
【００２６】
［００３６］図３の実施形態では、プロセスは初期化が行われるＳ３１０で開始する。初期化では、仰角平面および方位角平面におけるパッシブ超音波センサＳ１の応答を見つけるために、Ｘ−ｐｌａｎｅモードの超音波プローブ２３０によって放射された超音波ビームを使用してＸ−ｐｌａｎｅがスキャンされる。仰角平面は、（超音波プローブ２３０の視点からの）水平線からパッシブ超音波センサＳ１に対してある角度で形成された平面である。方位角平面は、（超音波プローブ２３０の視点からの）固定垂直基準からパッシブ超音波センサＳ１に対してある角度で形成された平面である。
【００２７】
［００３７］Ｓ３１０における初期化はいくつかの方法で実行することができる。例えば、Ｘ−ｐｌａｎｅスキャンをリアルタイムで初期化するためにライブ３次元画像が使用されてもよい。あるいは、初期化のために、インターベンショナル医療機器２５２が見つかるまでＸ−ｐｌａｎｅが手動で調整されて、その後、インターベンショナル医療機器を自動的に追うようにＸ−ｐｌａｎｅが設定されてもよい。他の実施形態では、Ｘ−ｐｌａｎｅが自動的に操作されてよく、例えば、インターベンショナル医療機器２５２が見つかるまで、Ｘ−ｐｌａｎｅが反復的なプロセスで複数の異なる角度に操作されてもよい。
【００２８】
［００３８］Ｓ３２０では、仰角平面および方位角平面におけるパッシブ超音波センサＳ１の応答から、電圧測定値Ｖとともに２次元座標ＸおよびＺが取得される。
【００２９】
［００３９］Ｓ３３０では、仰角平面と方位角平面の間の平面間角度が取得される。仰角平面および方位角平面のそれぞれからの２次元座標ＸおよびＺとともに平面間角度を使用することで、３次元位置の３次元座標Ｘ、Ｙ、Ｚが計算される。
【００３０】
［００４０］Ｓ３４０では、３次元位置に基づいて仰角平面および／または方位角平面が調整される。すなわち、３次元位置に基づいてＸ−ｐｌａｎｅの２つの平面が調整される。Ｘ−ｐｌａｎｅの２つの平面の調整は、３次元位置を決定するために２次元位置を決定し、次に３次元位置を使用して２つのＸ−ｐｌａｎｅ平面を調整するという再帰的パターンの一部である。
【００３１】
［００４１］Ｓ３５０では、パッシブ超音波センサＳ１からの信号が失われたか否かが決定される。信号が失われた場合（Ｓ３５０＝Ｙｅｓ）、プロセスはＳ３１０に戻り、仰角平面および方位角平面においてセンサ応答を発見することが再開される。
【００３２】
［００４２］信号が失われていない場合（Ｓ３５０＝Ｎｏ）、仰角平面および方位角平面においてパッシブ超音波センサＳ１から２次元座標ＸおよびＺを取得することによってプロセスはＳ３６０にて続行する。センサからの信号が失われていないため、Ｓ３６０では電圧の測定値Ｖは不要である。すなわち、Ｓ３６０では、プロセスは、Ｓ３１０およびＳ３２０の場合のように、使用する最適な初期仰角平面および方位角平面を特定するために、スキャンからの最適な電圧測定値Ｖを探していない。したがって、Ｓ３６０において２次元座標ＸおよびＺが超音波センサから取得され、その後プロセスは、平面間角度を取得するためにＳ３３０に戻り、３次元位置の３次元座標Ｘ、Ｙ、およびＺを計算する。
【００３３】
［００４３］図４は、ある代表的実施形態に係るインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングのための別の方法を示す。
【００３４】
［００４４］図４において、プロセスは、仰角平面および方位角平面におけるセンサ応答を見つけるために、超音波ビームが放射されて３次元ボリュームにかけてＸ−ｐｌａｎｅがスキャンされるＳ４１０にて開始する。すなわち、超音波ビームは一連の異なる方向に発射され得る。したがって、パッシブ超音波センサＳ１において最大センサ応答として最大電圧Ｖが計測される仰角平面と方位角平面の組み合わせを特定するために、Ｘ−ｐｌａｎｅが複数の異なる組み合わせで放射される。
【００３５】
［００４５］Ｓ４１２では、パッシブ超音波センサＳ１による測定値が分析され、最大電圧測定値Ｖが特定される。最大電圧測定値Ｖは、その後に続く反復プロセスの開始点として使用される仰角平面および方位角平面に対応する。最大電圧測定値Ｖは最大センサ信号であり、パッシブ超音波センサＳ１による数十、数百、数千、またはそれ以上の連続した電圧測定値から決定され得る。後述するように、インターベンショナル医療機器上のパッシブ超音波センサＳ１からの超音波測定結果に基づき、仰角平面におけるインターベンショナル医療機器２５２の第１の２次元位置、および方位角平面におけるインターベンショナル医療機器２５２の第２の２次元位置が決定され得る。超音波測定値を分析することで最大電圧測定値Ｖが特定され、２つの２次元位置は特定された超音波測定値に基づく。
【００３６】
［００４６］Ｓ４１４では、Ｘ−ｐｌａｎｅをスキャンするために超音波ビームが放射されることで反復プロセスが開始される。Ｓ４１４で放射される超音波ビームは、Ｓ４１２からの最大電圧測定値Ｖに対応する仰角平面および方位角平面において放射される。
【００３７】
［００４７］Ｓ４２０では、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの仰角平面において、インターベンショナル医療機器２５２の第１の２次元位置が決定される。仰角平面において特定された２次元座標Ｘ、Ｚは第１の２次元座標セットと見なすことができる。
【００３８】
［００４８］Ｓ４２２では、超音波Ｘ−ｐｌａｎｅモードの方位角平面において、インターベンショナル医療機器２５２の第２の２次元位置が決定される。方位角平面において特定された２次元座標Ｘ、Ｚは第２の２次元座標セットと見なすことができる。
【００３９】
［００４９］Ｓ４２４では、仰角平面と方位角平面の間の平面間角度が計算される。
【００４０】
［００５０］Ｓ４３０では、平面間角度、第１の２次元位置、および第２の２次元位置を使用して３次元位置Ｘ、Ｙ、Ｚが決定される。
【００４１】
［００５１］Ｓ４４０では、インターベンショナル医療機器を追うために、Ｓ４３０で決定された３次元位置Ｘ、Ｙ、Ｚに基づいて超音波ビームパターンが変更される。例えば、最後の３次元位置と現在の３次元位置との間の差を使用して、現在の３次元位置により良く適合するように超音波ビームパターンが調整され得る。さらに、変更されたビームパターンがインターベンショナル医療機器に先行しようとする、またはインターベンショナル医療機器と出会おうとすることができるよう、最後の３次元位置と現在の３次元位置との変化を使用して、インターベンショナル医療機器の軌道が計算されてもよい。ここで、インターベンショナル医療機器２５２を追う、医療機器に先行する、または医療機器と出会うという概念は、超音波ビームの焦点または中心点が、インターベンショナル医療機器２５２が存在していた、存在している、またはパッシブ超音波センサＳ１からの最新の情報に従って存在するだろうと予測される特定の地点に位置するよう設定されることを意味し得る。
【００４２】
［００５２］Ｓ４４０で超音波ビームパターンを変更した後、プロセスはＳ４１４に戻り、Ｘ−ｐｌａｎｅをスキャンするために超音波ビームが放射される。
【００４３】
［００５３］図４の実施形態では完全には示されていない、または反映されていないが、Ｓ４４０における変更された超音波ビームパターンをもたらす臨床的ワークフローは、インターベンショナル医療機器２５２を患者の体内に挿入することから開始し得る。その後、超音波プローブ２３０を作動させて、インターベンショナル医療機器上のパッシブ超音波センサＳ１からの最大センサ信号の自動サーチが開始され得る。自動サーチはＸ−ｐｌａｎｅモードで実行され、２つの平面のそれぞれでのパッシブ超音波センサＳ１の位置を特定するために、Ｘ−ｐｌａｎｅモードの２つの独立した平面のそれぞれについて最大信号が探される。これらの２つの平面が使用されるのは、方位角平面と仰角平面との間には重なり合う領域があり、これにより、独立した両平面内のインターベンショナル医療機器２５２の２次元位置を組み合わせて、インターベンショナル医療機器２５２の３次元位置を提供することが可能になるからである。初期地点が特定された後は、Ｘ−ｐｌａｎｅが自動的に医療機器を追跡するように、インターベンショナル医療機器２５２の移動に伴い２次元座標を繰り返し取得することができる。インターベンショナル医療機器２５２上のパッシブ超音波センサＳ１での信号が失われた場合、信号を再取得するために超音波プローブ２３０が再配置される。
【００４４】
［００５４］図５は、ある代表的実施形態に係るインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングのプログレッシブ視覚化を示す。
【００４５】
［００５５］図５において、パッシブ超音波センサは点によって示されており、最初は、Ｓ５１０における一番上の（最初の）スキャンで示される２つの平面の外側に位置する。図５に示されるように、２つの平面はＳ５１０、Ｓ５２０、Ｓ５３０、およびＳ５６０のそれぞれで互いに重なる。Ｓ５１０、Ｓ５２０、Ｓ５３０、Ｓ５６０のそれぞれに示されている２つの平面は、Ｘ−ｐｌａｎｅモードの仰角平面および方位角平面であり、よって、どの時点においても互いに垂直であり得る。
【００４６】
［００５６］Ｓ５２０では、第２のスキャンにおいて、点によって示されるパッシブ超音波センサが２つの平面のうちの１つの平面内に位置している。
【００４７】
［００５７］Ｓ５３０では、第３のスキャンにおいて、点によって示されるパッシブ超音波センサが２つの平面の交点に位置しており、したがって２つの平面の両方に含まれている。Ｓ５３０においてパッシブ超音波センサが２つの平面の交点に位置する結果として、両方の２次元座標セットでの超音波センサの位置がロックされる。
【００４８】
［００５８］Ｓ５４０では、超音波ビームがＸ−ｐｌａｎｅモードで放射され、各２次元ビューにおいてインターベンショナル医療機器２５２の位置が取得される。ここで、それぞれの２次元座標Ｘ、Ｚがそれぞれの２次元ビュー内に含まれる。
【００４９】
［００５９］Ｓ５５０では、仰角平面と方位角平面との間の平面間角度が決定され、各２次元ビューにおける２次元座標Ｘ、Ｚとともに使用されることで３次元座標Ｘ、Ｙ、Ｚが決定される。２次元座標Ｘ、Ｚは、仰角面および方位角面のそれぞれにおいて独立して決定され、パッシブ超音波センサＳ１のライブ３次元位置を取得することを可能にする。
【００５０】
［００６０］Ｓ５６０では、さらなるスキャンにおいて、点によって示されるパッシブ超音波センサが２つの平面のうちの１つの平面内に位置しているが、他方の平面には含まれていない。言い換えれば、Ｓ５６０では、パッシブ超音波センサが最後の位置または予測位置に対して移動したことがスキャンから判明する。
【００５１】
［００６１］Ｓ５７０では、次のスキャンから得られる電圧測定値を最大にするようにＸ−ｐｌａｎｅが調整され、プロセスは、例えばＳ５３０に戻り、パッシブ超音波センサが２つのＸ−ｐｌａｎｅの交点にあることを確認する。すなわち、Ｓ５７０では、Ｓ５５０で取得されたパッシブ超音波センサＳ１のライブ３Ｄ位置に基づいてＸ−ｐｌａｎｅが再配置される。
【００５２】
［００６２］本明細書で説明されるように、Ｓ５７０での調整は、パッシブ超音波センサＳ１を追うように自動的に実行され得る。超音波プローブ２３０によってＸ−ｐｌａｎｅモードで放射される超音波ビームは、最初はインターベンション医師（例えば、臨床医）の手動制御で放射され得るが、その後、本明細書に記載のプロセスに基づいてパッシブ超音波センサＳ１を自動的に追跡し得る。
【００５３】
［００６３］他の実施形態では、２つのＸ−ｐｌａｎｅのうちの一方は、例えば、インターベンション医師によって特定された解剖学的関心領域を別に追うように設定され得る。他の実施形態では、２つのＸ−ｐｌａｎｅのうちの一方は、パッシブ超音波センサＳ１および解剖学的関心領域の両方と交差するように設定され得る。
【００５４】
［００６４］図６は、ある代表的な実施形態に係るインターベンショナル医療機器の３ＤトラッキングにおけるＸ−ｐｌａｎｅモードでの各平面からの信号応答の例を示す。
【００５５】
［００６５］図６において、左側の図および右側の図は、インターベンショナル医療機器の連続する位置におけるＸ−ｐｌａｎｅモードの両平面でのパッシブ超音波センサからの異なる信号応答を示す。すなわち、左側はインターベンショナル医療機器の第１の位置に対応し、針位置１と称されている。右側はインターベンショナル医療機器の第２の位置に対応し、針位置２と称されている。Ｘ−ｐｌａｎｅモードの各平面からのデバイスからの信号応答。上側の２つの枠にはそれぞれ３つの異なる信号セットが示されている。第１の（上側の）信号は、パッシブ超音波センサＳ１からのセンサデータである電圧測定値Ｖです。第２の（中央の）信号はフレームトリガー信号であり、第３の（下側の）信号は超音波ビームの各放射に対応するライントリガーである。
【００５６】
［００６６］図６において、一番下の２つの大きな枠は、第１の位置および第２の位置のそれぞれにおける方位角平面および仰角平面の信号応答を示すグラフィカルユーザーインターフェースである。
【００５７】
［００６７］図７は、代表的な実施形態に係る、インターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングの方法が実装され得る汎用コンピュータシステムの例示的な実施形態である。
【００５８】
［００６８］コンピュータシステム７００は、本明細書に開示される方法、またはコンピュータに依拠する機能のうちの任意の１つまたは複数をコンピュータシステム７００に実行させるために実行され得る命令のセットを含むことができる。コンピュータシステム７００はスタンドアロンデバイスとして動作してもよく、または、例えばネットワーク７０１を使用して、他のコンピュータシステムもしくは周辺機器に接続されてもよい。図７のコンピュータシステム７００の要素および特性のいずれかまたは全てが、中央ステーション２２０、インターベンショナル医療機器２５２、超音波プローブ２３０、または、本明細書に記載のプロセスを実行可能な、コントローラを含み得る他の同様のデバイスおよびシステムの要素および特性を表し得る。
【００５９】
［００６９］ネットワーク化された構成では、コンピュータシステム７００は、サーバクライアントユーザネットワーク環境内のクライアントとして動作してもよい。コンピュータシステム７００はまた、様々なデバイス、例えば超音波プローブ２３０、コントローラ、中央ステーション、制御ステーション、パッシブ超音波センサ、固定コンピュータ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、または、当該マシンによって実行されるべきアクションを指定する命令のセット（シーケンスであってもよいし、そうでなくてもよい）を実行可能な任意の他のマシンなどとして完全にまたは部分的に実装されてもよいし、または組み込まれ得る。コンピュータシステム７００は、他のデバイスを含む統合システム内のデバイスとして組み込まれてもよく、またはそのようなデバイス内に組み込まれてもよい。一実施形態では、コンピュータシステム７００は、ビデオまたはデータ通信を提供する電子デバイスを使用して実装されてもよい。また、コンピュータシステム７００が図示されているが、「システム」という用語は、１つまたは複数のコンピュータ機能を実行するための命令のセットまたは複数のセットを個別にまたは共同で実行する複数のシステムまたはサブシステムから構成される任意の集合を含むと理解されたい。
【００６０】
［００７０］図７に示されるように、コンピュータシステム７００はプロセッサ７１０を含む。コンピュータシステム７００のプロセッサ７１０は有形であり、また、非一時的である。本明細書で使用される場合、「非一時的」という用語は、状態の恒久的な特性ではなく、ある期間続く状態の特性として解釈されるべきである。「非一時的」という用語は、搬送波、信号、またはいつどこでも一時的にしか存在しない他の形式の特性など、束の間の特性を明確に否定する。本明細書に記載のプロセッサは製造品および／または機械部品である。コンピュータシステム７００のプロセッサは、本明細書の様々な実施形態に記載されている機能を実行するためのソフトウェア命令を実行するように構成される。コンピュータシステム７００のプロセッサは汎用プロセッサであってもよいし、または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部であってもよい。コンピュータシステム７００のプロセッサはまた、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサチップ、コントローラ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ステートマシン、またはプログラマブルロジックデバイスであり得る。コンピュータシステム７００のプロセッサはまた、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）を含む論理回路、または、ディスクリートゲートおよび／またはトランジスタロジックを含む別のタイプの回路であってもよい。コンピュータシステム７００のプロセッサは中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）、またはその両方であり得る。さらに、本明細書に記載の任意のプロセッサは、複数のプロセッサ、並列プロセッサ、または両方を含み得る。複数のプロセッサは単一のデバイスまたは複数のデバイスに含まれる、または結合されてもよい。
【００６１】
［００７１］また、コンピュータシステム７００は、バス７０８を介して互いに通信可能なメインメモリ７２０およびスタティックメモリ７３０を含む。本明細書に記載されるメモリは、データおよび実行可能命令を記憶することができる有形の記憶媒体であり、メモリに命令が記憶されている間は一時的ではない。本明細書で使用される場合、「非一時的」という用語は、状態の恒久的な特性ではなく、ある期間続く状態の特性として解釈されるべきである。「非一時的」という用語は、搬送波、信号、またはいつどこでも一時的にしか存在しない他の形式の特性など、束の間の特性を明確に否定する。本明細書に記載のメモリは製造品および／または機械部品である。本明細書に記載のメモリは、コンピュータがそこからデータおよび実行可能命令を読み取ることができるコンピュータ可読媒体である。本明細書に記載のメモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｅｒａｓａｂｌｅ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、テープ、ＣＤ−ＲＯＭ（ｃｏｍｐａｃｔ  ｄｉｓｋ  ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  ｄｉｓｋ）、フロッピーディスク、ブルーレイディスク、または当技術分野で知られている他の形式の記憶媒体であり得る。メモリは揮発性または不揮発性であってもよいし、安全なもの、かつ／または暗号化されたものであってもよいし、安全でなく、かつ／または暗号化されていなくてもよい。
【００６２】
［００７２］図示されるように、コンピュータシステム７００はさらに、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、フラットパネルディスプレイ、ソリッドステートディスプレイ、またはブラウン管（ＣＲＴ）などのビデオディスプレイユニット７５０を含み得る。さらに、コンピュータシステム７００は、キーボード／仮想キーボードもしくはタッチ感応入力スクリーン、または音声認識を備えた音声入力装置などの入力デバイス７６０や、マウスまたはタッチ感応入力スクリーンもしくはパッドなどのカーソル制御デバイス７７０を含み得る。コンピュータシステム７００はまた、ディスクドライブユニット７８０、スピーカーまたはリモコンなどの信号生成デバイス７９０、およびネットワークインターフェースデバイス７４０を含むことができる。
【００６３】
［００７３］一実施形態では、図７に示されるように、ディスクドライブユニット７８０は、１つまたは複数の命令セット７８４（例えば、ソフトウェア）が保存されている可能性があるコンピュータ可読媒体７８２を含み得る。命令セット７８４は、コンピュータ可読媒体７８２から読み取り可能である。さらに、命令７８４は、プロセッサによって実行されたとき、本明細書に記載の方法およびプロセスのうちの１つまたは複数を実行するために使用され得る。一実施形態では、命令７８４は、コンピュータシステム７００による実行中は、完全にまたは少なくとも部分的に、メインメモリ７２０、スタティックメモリ７３０、および／またはプロセッサ７１０内に存在し得る。
【００６４】
［００７４］他の実施形態では、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックアレイ、および他のハードウェアコンポーネントなどの専用ハードウェア実装を構築することで、本明細書に記載の１つまたは複数の方法が実装されてもよい。本明細書に記載の１つまたは複数の実施形態は、２つ以上の特定の相互接続されたハードウェアモジュールまたはデバイスを、これらのモジュール間で通信可能な関連する制御およびデータ信号とともに使用することで機能を実装してもよい。したがって、本開示はソフトウェア、ファームウェア、およびハードウェアによる実装を包含する。本願のいかなる記載も、ハードウェア（例えば、有形の非一時的プロセッサおよび／またはメモリ）を用いずにソフトウェアでのみ実装されている、または実装可能であると解釈されるべきではない。
【００６５】
［００７５］本開示の様々な実施形態によれば、本明細書に記載の方法は、ソフトウェアプログラムを実行するハードウェアコンピュータシステムを使用して実施されてもよい。また、例示的かつ非限定的な実施形態では、実装は分散処理、コンポーネント／オブジェクト分散処理、および並列処理を含むことができる。本明細書に記載の方法または機能のうちの１つまたは複数を実装するために仮想コンピュータシステム処理が構築されてもよく、また、仮想処理環境をサポートするために本明細書に記載のプロセッサが使用されてもよい。
【００６６】
［００７６］本開示は、ネットワーク７０１に接続されたデバイスがネットワーク７０１を介してビデオまたはデータを伝送できるよう、命令７８４を含む、または送られた信号に応答して命令７８４を受信して実行するコンピュータ可読媒体７８２を考慮する。また、命令７８４は、ネットワークインターフェースデバイス７４０を介してネットワーク７０１上で送信または受信され得る。
【００６７】
［００７７］図８Ａは、ある代表的な実施形態に係る、インターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングにおいて方位角平面および仰角平面からの２Ｄ位置を使用して３Ｄ位置を計算するためのジオメトリを示す。
【００６８】
［００７８］図８Ａにおいて、原点から伸びる外側の太線は超音波ビームの輪郭を形成している。破線は、原点からパッシブ超音波センサＳ１の２次元位置を通り、さらに先へ伸びている。パッシブ超音波センサは円で示されている。超音波ビームの中央の細い線は方位角中心軸である。
【００６９】
［００７９］図８Ａにおいて、原点に対するパッシブ超音波センサの位置を検出するために２つの極座標が使用されている。極座標系の２つの極座標は動径Ｒおよび角度シータ（θ）である。角度シータは、（垂直）基準線Ｒｅｆと、原点からパッシブ超音波センサＳ１の２次元位置を通過する破線との間の角度である。言い換えれば、図８Ａにおいて、撮像アレイからパッシブ超音波センサまでの軸方向／径方向距離を提供するＴｏＦ（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）の測定結果、ならびにパッシブ超音波センサＳ１の横方向／角度位置を提供する振幅の測定結果および既知のビーム発射シーケンスを使用することで、パッシブ超音波センサの２次元位置を計算することができる。
【００７０】
［００８０］図８Ｂは、ある代表的な実施形態に係る、インターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングにおいて方位角平面および仰角平面からの２Ｄ位置を使用して３Ｄ位置を計算するための追加のジオメトリを示す。
【００７１】
［００８１］図８Ｂでは、パッシブ超音波センサの座標は、Ｘ、Ｚとして示されており、ここで、Ｘは紙面上の水平方向であり、Ｚは紙面上の垂直方向である。この点を除けば、図８Ｂの外側の太線は図８Ａと同じであり、超音波ビームの輪郭を形成する。
【００７２】
［００８２］図８Ａおよび図８Ｂについて、パッシブ超音波センサの３次元座標Ｘ、Ｙ、Ｚは以下に説明するように計算することができる。変数は以下の通りである。
−  φｍｉｎは（垂直）基準線に対する最小仰角扇形角度である。
−  θｍｉｎは（垂直）基準線に対する最小方位角扇形角度である。
−  φｄｅｌｔａは連続する仰角ビーム間の角度である。
−  θｄｅｌｔａは連続する方位角ビーム間の角度である。
−  Ｒはプローブ原点からの距離（単位は例えばミリメートル（ｍｍ））である。
【００７３】
［００８３］既知の出射仰角、出射方位角、および出射時間を有する超音波ビームを使用することで、出射される超音波ビームを、パッシブ超音波センサＳ１による電圧測定値と相関させることができる。そして、３次元座標は次のようにして計算することができる。
【００７４】
［００８４］Ｚ＝Ｒ＊ｃｏｓ（φｍｉｎ＋ｂｅａｍＩｎｄｅｘｅｌｅｖａｔｉｏｎ＊φｄｅｌｔａ）＊ｃｏｓ（θｍｉｎ＋ｂｅａｍＩｎｄｅｘａｚｉｍｕｔｈ＊θｄｅｌｔａ）
【００７５】
［００８５］Ｙ＝Ｒ＊ｓｉｎ（φｍｉｎ＋ｂｅａｍＩｎｄｅｘｅｌｅｖａｔｉｏｎ＊φｄｅｌｔａ）＊ｃｏｓ（θｍｉｎ＋ｂｅａｍＩｎｄｅｘａｚｉｍｕｔｈ＊θｄｅｌｔａ）
【００７６】
［００８６］Ｒ＝ｃｏｓ（θｍｉｎ＋ｂｅａｍＩｎｄｅｘ＊θｄｅｌｔａ）
【００７７】
［００８７］すなわち、上記のように、方程式を使用して、Ｘ−ｐｌａｎｅモードの２つの平面のそれぞれの２次元極座標から、デカルト空間内のパッシブ超音波センサの３次元座標Ｘ、Ｙ、Ｚを計算することができる。これは、事前に知られている超音波プローブ２３０から出射される特定の超音波ビームの方位角および仰角、およびパッシブ超音波センサＳ１による電圧測定値を活用して行われる。ピーク電圧の測定値は、出射されたビームがパッシブ超音波センサＳ１と最も良く交差するケースを指し示し、Ｘ−ｐｌａｎｅモードで両平面から取得された角度座標を使用して、デカルト空間における３次元座標Ｘ、Ｙ、Ｚが正確に計算される。
【００７８】
［００８８］したがって、インターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングは、インターベンション医師が、Ｘ−ｐｌａｎｅモードの両平面を使用してＸ−ｐｌａｎｅモードのインターベンショナル医療機器２５２を追跡することを可能にする。同じまたは同様の方法で、Ｘ−ｐｌａｎｅモードの選択的使用も提供することができる。例えば、Ｘ−ｐｌａｎｅモードの平面の一方は、インターベンション医師によって示された解剖学的関心領域（ＲＯＩ）を常に撮像するように設定される一方、他方の平面はパッシブ超音波センサＳ１を追ってもよい。他の実施形態では、一方の平面は常に解剖学的関心領域を撮像するように設定され、他方の平面は、パッシブ超音波センサおよび解剖学的関心領域の両方と交差するように設定され得る。平面が関心領域と交差するように設定される上記の例のいずれにおいても、３次元の「ターゲットまでの距離」がさらに計算され、表示されてもよい。なぜなら、関心領域の位置およびパッシブ超音波センサの位置がそれぞれ３次元で知られているからである。
【００７９】
［００８９］他の実施形態では、超音波プローブ２３０は２つのＸ−ｐｌａｎｅビューを交替させるように設定されてもよい。一方のＸ−ｐｌａｎｅビューは、超音波プローブ２３０の中心軸上にあって、所望の解剖学的構造を視覚化するためにインターベンション医師によって使用され得る。他方のＸ−ｐｌａｎｅビューはパッシブ超音波センサＳ１の位置を追うように設定され得る。２つのビューはディスプレイ上に互いの上に重ねて表示されてもよいし、またはモニタ２２９などのディスプレイ上に横に並べて表示されてもよい。ディスプレイは、解剖学的構造のＸ−ｐｌａｎｅを示す上段、およびデバイスのＸ−ｐｌａｎｅを示す下段を表示してもよい。また、インターベンショナル医療機器２５２を解剖学的構造内の関心領域に向けて誘導するのを助けるために、Ｘ−ｐｌａｎｅセットの向きの小さな図が提供されてもよい。
【００８０】
［００９０］いくつかの例示的な実施形態を参照しながらインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングについて説明してきたが、使用された単語は限定の単語ではなく、説明および例示の単語であることが理解されよう。その態様におけるインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングの範囲および趣旨から逸脱することなく、現状の、および補正後の添付のクレームの範囲内で変更がなされ得る。具体的な手段、材料、および実施形態を参照しながらインターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングはについて説明してきたが、インターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングは、開示された具体的な事項に限定されない。そうではなく、インターベンショナル医療機器の３Ｄトラッキングは、添付のクレームの範囲内に含まれるような機能的に等価な全ての構造、方法、および使用に及ぶ。
【００８１】
［００９１］上記したように、Ｘ−ｐｌａｎｅの向きおよび平面間角度は超音波プローブ２３０からのフィードバックを介して取得され得る。本明細書の教示は、インターベンショナル医療機器２５２が移動するとき、Ｘ−ｐｌａｎｅモードの両平面によって十分に超音波処理されたインターベンショナル医療機器２５２が追跡可能であることを実証するためのラボ実験によって証明することができる。図６は、ある地点から別の地点までのそのようなトラッキングの実験結果を示す。さらに、Ｘ−ｐｌａｎｅモードの両平面が使用されるため、両平面において２次元位置が、２次元位置の２つの別個の測定結果として取得される。図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、２つの２次元位置を組み合わせることで、超音波座標空間におけるインターベンショナル医療機器２５２の３次元位置を取得することができる。したがって、本明細書の教示は、インターベンショナル医療機器が３次元空間内を移動する際にインターベンショナル医療機器２５２を追跡するようにＸ−ｐｌａｎｅビームの発射を変更するためにインターベンショナル医療機器２５２の３次元位置を使用することによって、高解像度Ｘ−ｐｌａｎｅモードで動作する機能をインターベンション医師に提供する。
【００８２】
［００９２］本明細書に記載の実施形態の図面は、様々な実施形態の構造の一般的な理解を提供することを意図したものである。これらの図面は、本開示の全ての要素および特徴の完全な説明となることを意図したものではない。本開示に接した当業者には他の多くの実施形態が明らかになる可能性がある。本開示に基づき他の実施形態が利用されたり、導き出され、本開示の範囲から逸脱することなく、構造的、論理的な置換や変更がなされ得る。また、図面は表現的なものに過ぎず、縮尺どおりに描かれていない場合がある。図中の一部の比率は誇張されている場合があり、他の比率は最小化されている場合がある。したがって、本開示および図面は、限定的ではなく例示的であると見なされるべきである。
【００８３】
［００９３］本願の範囲を特定の発明または発明的概念に自発的に限定することを意図せず、単に便宜上、本開示の１つまたは複数の実施形態が本明細書において「発明」という用語によって個別におよび／または集合的に言及される可能性がある。さらに、具体的な実施形態が本明細書に例示および説明されているが、同じまたは同様の目的を達成するために設計された任意の後続の構成が、例示および説明された具体的な実施形態と置き換えられ得ることを理解されたい。本開示は様々な実施形態のあらゆる後続の適合またはバリエーションを包含するものである。本明細書に接した当業者には、上記の実施形態、および本明細書に具体的に記載されていない他の実施形態の組み合わせが明らかになるであろう。
【００８４】
［００９４］本開示の要約は３７ＣＦＲ§１．７２（ｂ）に準拠して提供されており、クレームの範囲または意味を解釈または制限するために使用されないことを理解した上で提出された。また、上記の発明の詳細な説明では、本開示を合理化することを目的として、様々な特徴がグループにまとめられたり、または単一の実施形態で説明される可能性がある。本開示は、クレームされる実施形態が各請求項に明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映したものであると解釈されるべきではない。そうではなく、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の主題は、開示された実施形態の全ての特徴よりも少ないものを対象とし得る。したがって、以下の特許請求の範囲は発明の詳細な説明に組み込まれ、各請求項が、個別にクレームされる主題を定めるものとして独立している。
【００８５】
［００９５］本開示の実施形態の上記説明は、当業者が本開示に記載された概念を実施することを可能にするように提供されている。したがって、上記された主題は例示的であって限定的ではないと見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨および範囲に含まれるあらゆる改変、改良、および他の実施形態を網羅することを意図する。したがって、法律で認められる最大限の範囲で、本開示の範囲は、以下の請求項および請求項の均等物の最も広義の許容可能な解釈によって決定されるべきであり、上記の発明の詳細な説明によって制限または限定されない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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