(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内の導入要素を撮像するための撮像装置であって、前記導入要素は、先端及び細長ボディを有する細長要素であり、生検を実施するために、あるいは、小線源療法を実施するために線源を前記生体に導入するために、前記導入要素を保持するための保持要素内の複数の開口のうちの１つの開口を介して前記生体に挿入されるよう構成され、当該撮像装置は、
前記１つの開口に対する前記導入要素の前記先端の線形位置を判定するための、前記保持要素に取り付けられ、前記複数の開口のうちの前記１つの開口に対して移動可能である線形エンコーダを備える追跡ユニットであって、前記の判定された線形位置と前記１つの開口の既知位置とに基づいて、前記生体内の前記導入要素の前記先端及び／又は前記細長ボディの位置を判定することにより、前記生体内の前記導入要素の位置を追跡するよう構成される追跡ユニットと、
前記導入要素の前記の追跡された位置に基づいて、前記導入要素の前記の追跡された位置を含む、前記生体の内部部分を示す画像を生成するための撮像ユニットと、
前記画像を表示するためのディスプレイと、
を備える、撮像装置。
【請求項２】
前記追跡ユニットは、電磁的追跡及び／又は光学的形状検知追跡により、前記導入要素の前記位置を追跡するよう構成される、請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記追跡ユニットは、前記導入要素の前記先端の位置を電磁的に追跡し、前記生体内の前記導入要素の前記細長ボディの位置を判定するために、挿入中に追跡される、前記導入要素の前記先端の前記の追跡された位置を記憶するよう構成される、請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記追跡ユニットは、前記導入要素の前記先端の位置を追跡するよう構成され、前記撮像ユニットは、前記導入要素の前記先端の前記の追跡された位置を含む、前記生体内の先端スライスを決定し、前記先端スライスを表す先端画像を生成するよう構成され、前記ディスプレイは、前記の生成された先端画像を表示するよう構成される、請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像ユニットは、画像処理により、前記の決定された先端スライスを表す前記先端画像内で前記導入要素の前記先端を検出し、前記導入要素の前記の検出された先端を含むさらなる先端スライスを決定し、ここで、前記先端スライスは、前記さらなる先端スライスよりも厚く、前記さらなる先端スライスを表すさらなる先端画像を生成するよう構成され、前記ディスプレイは、前記の生成されたさらなる先端画像を表示するよう構成される、請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】
前記追跡ユニットは、前記生体内の前記細長ボディの位置を判定するよう構成され、前記撮像ユニットは、前記細長ボディの長さを含む、前記生体内のボディ・スライスを決定し、前記ボディ・スライスを表すボディ画像を生成するよう構成され、前記ディスプレイは、前記の生成されたボディ画像を表示するよう構成される、請求項１記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像ユニットは、前記の決定されたボディ・スライスが前記細長ボディの前記長さの最大部分を含むように前記ボディ・スライスを決定するよう構成される、請求項６記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像ユニットは、前記細長ボディの前記長さのさらなる部分を含むさらなるボディ・スライスを決定し、前記生体内の前記の決定されたさらなるボディ・スライスを表すさらなるボディ画像を生成するよう構成され、前記ディスプレイは、前記さらなるボディ画像を表示するよう構成される、請求項７記載の撮像装置。
【請求項９】
前記追跡ユニットは、前記生体内の前記導入要素の少なくとも２つの異なる部分の位置を追跡するよう構成され、前記撮像ユニットは、前記導入要素の前記の追跡された少なくとも２つの異なる部分の位置に基づいて、前記導入要素の前記少なくとも２つの異なる部分の前記位置を含む、前記生体の少なくとも２つの内部部分を示す少なくとも２つの画像を生成するよう構成され、前記ディスプレイは、前記少なくとも２つの画像を表示するよう構成される、請求項１記載の撮像装置。
【請求項１０】
当該撮像装置は、前記生体内で前記導入要素が配置されるべきターゲット位置を提供するためのターゲット位置提供ユニットをさらに備え、前記撮像ユニットは、前記ターゲット位置を含む、前記生体内のターゲット・スライスを決定し、前記ターゲット・スライスを表すターゲット画像を生成するよう構成され、前記ディスプレイは、前記ターゲット画像を表示するよう構成される、請求項１記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像ユニットは、超音波撮像ユニットである、請求項１記載の撮像装置。
【請求項１２】
小線源療法又は生検を実施するためのシステムであって、
先端及び細長ボディを有する細長要素である、生体に挿入される導入要素であって、前記導入要素は、生検を実施するために、あるいは、小線源療法を実施するために線源を前記生体に導入するために、前記生体に挿入される、導入要素と、
前記導入要素を保持するための、複数の開口を有する保持要素であって、前記導入要素は、前記複数の開口のうちの１つの開口を介して前記生体に挿入されるよう構成される、保持要素と、
前記生体内の前記導入要素を撮像するための、請求項１記載の撮像装置と、
を備える、システム。
【請求項１３】
生体内の導入要素を撮像するための撮像装置の作動方法であって、前記撮像装置は、追跡ユニットと撮像ユニットとディスプレイとを備え、前記導入要素は、先端及び細長ボディを有する細長要素であり、生検を実施するために、あるいは、小線源療法を実施するために線源を前記生体に導入するために、前記導入要素を保持するための保持要素内の複数の開口のうちの１つの開口を介して前記生体に挿入されるよう構成され、当該作動方法は、
前記生体内の前記導入要素の位置を追跡するために、前記追跡ユニットの、前記保持要素に取り付けられ、前記複数の開口のうちの前記１つの開口に対して移動可能である線形エンコーダが、前記１つの開口に対する前記導入要素の前記先端の線形位置を判定し、前記追跡ユニットが、前記の判定された線形位置と前記１つの開口の既知位置とに基づいて、前記生体内の前記導入要素の前記先端及び／又は前記細長ボディの位置を判定するステップと、
前記撮像ユニットが、前記導入要素の前記の追跡された位置に基づいて、前記導入要素の前記の追跡された位置を含む、前記生体の内部部分を示す画像を生成するステップと、
前記ディスプレイが、前記画像を表示するステップと、
を含む、作動方法。
【請求項１４】
生体内の導入要素を撮像するための撮像コンピュータ・プログラムであって、前記導入要素は、生検を実施するために、あるいは、小線源療法を実施するために線源を前記生体に導入するために、前記生体に挿入されるよう構成され、当該撮像コンピュータ・プログラムは、当該撮像コンピュータ・プログラムが請求項１記載の撮像装置を制御するコンピュータ上で実行されたときに、請求項１記載の撮像装置に、請求項１３記載の作動方法のステップを実行させるプログラム・コード手段を含む、撮像コンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小線源療法又は生検中に生体内のカテーテル又は針のような導入要素を撮像するための撮像装置、撮像方法、及び撮像コンピュータ・プログラムに関する。本発明は、さらに、小線源療法又は生検を実施するための、前記撮像装置を備えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
低線量率（ＬＤＲ）小線源療法及び高線量率（ＨＤＲ）小線源療法において、線源により放射される放射線を用いて人の内部領域を処置するために、線源を導入するためのカテーテル又は針のような導入要素が、超音波画像誘導の下医師により人に挿入される。その挿入プロセス中、医師は、超音波トランスデューサの位置及び像面を手動で制御しなければならない。これは、撮像における不正確さをもたらすため、導入要素の先端が、人内のターゲット領域に対して必ずしも正確に可視化されるわけではない。この場合、導入要素の先端は、最終的に位置決めされる必要がある。したがって、医師は、導入要素の先端をターゲット領域に誘導する複数回の試行を含む反復プロセスをしばしば行う。これは、時間的に長く且つあまり正確でない挿入プロセスをもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、より迅速且つより正確に導入要素を挿入することを可能にする、小線源療法又は生検中に生体内の導入要素を撮像するための撮像装置、撮像方法、及び撮像コンピュータ・プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様において、生体内の導入要素を撮像するための撮像装置が提供される。導入要素は、先端及び細長ボディを有する細長要素であり、生検を実施するために、あるいは、小線源療法を実施するために線源を生体に導入するために、導入要素を保持するための保持要素内の開口を介して生体に挿入されるよう構成される。当該撮像装置は、
−開口に対する前記導入要素の先端の線形位置を判定するための線形エンコーダを備える追跡ユニットであって、判定された線形位置と開口の既知位置とに基づいて、生体内の導入要素の先端及び／又は細長ボディの位置を判定することにより、生体内の導入要素の位置を追跡するよう構成される追跡ユニットと、
−導入要素の追跡された位置に基づいて、導入要素の追跡された位置を含む、生体の内部部分を示す画像を生成するための撮像ユニットと、
−画像を表示するためのディスプレイと、
を備える。
【０００５】
人又は動物である生体内の導入要素の位置が、追跡ユニットにより追跡され、撮像ユニットが、導入要素の追跡された位置に基づいて、導入要素の追跡された位置を含む、生体の内部部分を示す画像を生成し、生成された画像が、最終的にディスプレイ上に表示されるので、挿入プロセス中、ディスプレイは、ユーザが撮像ユニットを手動で制御することを要することなく、生体内の導入要素の現在の位置を示す画像を常に表示することができる。例えば、挿入プロシージャ中に導入要素の先端を撮像するために、医師は撮像ユニットの位置及び像面を手動で制御する必要がない。これにより、導入要素を正確且つ迅速に生体に挿入することが可能になり、導入要素がターゲット領域に信頼性高く到達するようになる。
【０００６】
導入要素は、好ましくは、画像誘導の下挿入される針又はカテーテルであり、導入要素は、好ましくは、生検を実施するよう、且つ／あるいは、放射性線源を生体に導入するよう構成される。詳細には、当該撮像装置は、生検、ＬＤＲ小線源療法、又はＨＤＲ小線源療法を実施するための挿入プロセス中に導入要素を撮像するよう構成される。当該撮像装置は、前立腺生検、ＬＤＲ前立腺小線源療法、又はＨＤＲ前立腺小線源療法中に導入要素を撮像するよう構成されるのがさらに好ましい。
【０００７】
撮像ユニットは、好ましくは、導入要素の追跡された位置に基づいて、生成された画像をリアルタイムに更新するよう構成され、ディスプレイは、更新された画像をリアルタイムに表示するよう構成される。撮像ユニットは、好ましくは、超音波撮像ユニットである、詳細には経直腸超音波撮像ユニットである。例えば、撮像ユニットは、生体内の３次元領域をカバーするための３次元超音波プローブ、すなわち、超音波トランスデューサの２次元アレイを備えることができる。しかしながら、撮像ユニットはまた、生体内の２次元領域をカバーする２次元超音波プローブ、すなわち、超音波トランスデューサの１次元アレイを備えてもよい。生体の内部部分を撮像するために超音波を用いることにより、生体の組織を損傷させることなく、高品質画像を生成することが可能となる。
【０００８】
導入要素は、導入要素を保持するための保持要素内の開口を介して生体に挿入される、先端及び細長ボディを有する細長要素であり、追跡ユニットは、導入要素が保持要素の開口を介して生体に挿入されている間の、開口に対する導入要素の先端の線形位置を判定するための線形エンコーダを備え、追跡ユニットは、判定された線形位置と開口の既知位置とに基づいて、生体内の導入要素の先端及び／又は細長ボディの位置を判定するよう構成される。例えば、先端の位置は、判定された線形位置を開口の既知位置にベクトル的に加えることにより判定され得る。生体内の細長ボディの位置は、先端の判定された線形位置と開口の既知位置との間の長さとして判定され得る。絶対エンコーダであっても増分エンコーダ（incremental  encoder）であってもよい線形エンコーダを用いることにより、技術的に比較的単純な方法で、生体内の導入要素の位置を判定することが可能となり、導入要素が生体内を実質的に直線的に移動すると想定され得る場合、これは特に正確な結果をもたらす。
【０００９】
導入要素は、その外表面にスケールを備えてもよく、線形エンコーダは、導入要素の外表面にあるスケールを読み取り、読み取ったスケールに基づいて導入要素の線形位置を判定するよう構成されてもよい。線形エンコーダは、導入要素の光学的に検出可能なスケール、磁気的に検出可能なスケール、容量的に検出可能なスケール（capacitively  detectable  scale）、誘導的に検出可能なスケール（inductively  detectable  scale）等を読み取るよう構成され得る。しかしながら、線形エンコーダはまた、例えば、ギアベースのエンコード（gear-based  encoding）を用いることにより、別の方法で導入要素の線形位置を判定するよう構成されてもよい。
【００１０】
当該撮像装置は、導入要素が生体に挿入される、保持要素の開口に、線形エンコーダを取り付けるための取り付け要素をさらに備えてもよい。保持要素は、複数の開口を有してよく、取り付け要素は、保持要素の複数の開口間を移動可能であるよう構成され得る。これにより、導入要素が実際に挿入される、保持要素の任意の開口に対する導入要素の線形位置を判定することが可能となる。当該撮像装置は、開口において取り付け要素を固定して保持するための固定機構をさらに備えてもよい。保持要素は、好ましくは、グリッドの開口を有するグリッド・テンプレートである。
【００１１】
一実施形態において、追跡ユニットは、電磁的追跡及び／又は光学的形状検知追跡（optical  shape  sensing  tracking）により、導入要素の位置を追跡するよう構成される。電磁的追跡技術及び／又は光学的形状検知追跡技術を用いることにより、導入要素が真っすぐではなく曲がっている場合であっても、生体内の導入要素の位置を非常に正確に追跡することが可能となる。したがって、これらの技術は、生体内の導入要素の位置の判定の向上した正確性をもたらし得る。光学的形状検知の場合、挿入プロシージャ中の任意の時間に導入要素の先端を含む全長（entire  length）の位置を判定できるように、導入要素の全長が、形状検知ファイバを備えることができる。電磁的追跡の場合、追跡ユニットは、導入要素の先端の位置を電磁的に追跡するよう構成され得る。さらに、追跡ユニットは、生体内の導入要素の細長ボディの位置を判定するために、挿入中に追跡される、導入要素の先端の追跡された位置を記憶するよう構成され得る。
【００１２】
好ましい実施形態において、追跡ユニットは、導入要素の先端の位置を追跡するよう構成され、撮像ユニットは、導入要素の先端の追跡された位置を含む、生体内の先端スライス（tip  slice）を決定し、先端スライスを表す先端画像（tip  image）を生成するよう構成され、ディスプレイは、生成された先端画像を表示するよう構成される。さらに、撮像ユニットは、画像処理により、決定された先端スライスを表す先端画像内で導入要素の先端を検出し、導入要素の検出された先端を含むさらなる先端スライスを決定し、ここで、このさらなる先端スライスは、最初の初期先端スライスよりも薄く、さらなる先端スライスを表すさらなる先端画像を生成するよう構成され得、ディスプレイは、生成されたさらなる先端画像を表示するよう構成される。撮像ユニットは、軸先端スライス（axial  tip  slice）及び／又は矢状先端スライス（sagittal  tip  slice）を決定し、軸先端スライス及び／又は矢状先端スライスをそれぞれ表す軸先端画像（axial  tip  image）及び／又は矢状先端画像（sagittal  tip  image）を生成するよう構成され得、ディスプレイは、生成された軸先端画像及び／又は矢状先端画像を表示するよう構成され得る。さらに、撮像ユニットは、先端スライスが導入要素の細長ボディに対して垂直であるように先端スライスを決定するよう構成され得る。
【００１３】
さらに、追跡ユニットは、生体内の細長ボディの位置を判定するよう構成され得、撮像ユニットは、細長ボディの長さ（length）を含む、生体内のボディ・スライス（body  slice）を決定し、ボディ・スライスを表すボディ画像を生成するよう構成され得、ディスプレイは、生成されたボディ画像を表示するよう構成される。詳細には、撮像ユニットは、決定されたボディ・スライスが細長ボディの長さの最大部分（maximal  portion）を含むようにボディ・スライスを決定するよう構成され得る。一実施形態において、撮像ユニットは、細長ボディの長さのさらなる部分を含むさらなるボディ・スライスを決定し、生体内の決定されたさらなるボディ・スライスを表すさらなるボディ画像を生成するよう構成され、ディスプレイは、さらなるボディ画像を表示するよう構成される。撮像ユニットは、軸ボディ・スライス及び／又は矢状ボディ・スライスを決定し、軸ボディ・スライス及び／又は矢状ボディ・スライスをそれぞれ表す軸ボディ画像及び／又は矢状ボディ画像を生成するよう構成され得、ディスプレイは、生成された軸ボディ画像及び／又は矢状ボディ画像を表示するよう構成され得る。
【００１４】
一実施形態において、追跡ユニットは、生体内の導入要素の少なくとも２つの異なる部分の位置を追跡するよう構成され、撮像ユニットは、導入要素の追跡された少なくとも２つの異なる部分の位置に基づいて、導入要素の少なくとも２つの異なる部分の位置を含む、生体の少なくとも２つの内部部分を示す少なくとも２つの画像を生成するよう構成され、ディスプレイは、少なくとも２つの画像を表示するよう構成される。導入要素の異なる部分は、ディスプレイが、例えば、軸先端画像及び矢状ボディ画像を表示できるように、例えば、導入要素の先端及び細長ボディである。しかしながら、ディスプレイはまた、異なる矢状ボディ画像のような、導入要素の異なる部分を示す３以上の画像及び／又は他の画像を表示してもよい。
【００１５】
一実施形態において、当該撮像装置は、生体内で導入要素が配置されるべきターゲット位置を提供するためのターゲット位置提供ユニットをさらに備え、撮像ユニットは、ターゲット位置を含む、生体内のターゲット・スライスを決定し、ターゲット・スライスを表すターゲット画像を生成するよう構成され、ディスプレイは、ターゲット画像を表示するよう構成される。
【００１６】
撮像ユニットは、上述した画像のうちの複数がディスプレイ上に並んで同時に表示され得るように、上述した画像のうちの複数を実質的に同時に生成するよう構成され得る。例えば、２つの垂直する面を表す画像が生成され表示され得る。ここで、１つの画像は、導入要素の細長ボディの長さに対して垂直である先端画像であり、他の画像は、導入要素の長さの少なくとも一部分を示すボディ画像であってよい。あるいは、１つの画像は、軸先端画像であり、他の画像は、軸ターゲット画像であってよい。
【００１７】
本発明のさらなる態様において、小線源療法又は生検を実施するためのシステムが提供される。当該システムは、
−先端及び細長ボディを有する細長要素である、生体に挿入される導入要素であって、導入要素は、生検を実施するために、あるいは、小線源療法を実施するために線源を生体に導入するために、生体に挿入される、導入要素と、
−生体内の導入要素を撮像するための、請求項１記載の撮像装置と、
を備える。
【００１８】
当該システムが、小線源療法を実施するよう構成される場合、当該システムは、生体を処置するための線源をさらに備えることができる。
【００１９】
本発明のさらなる態様において、生体内の導入要素を撮像するための撮像方法が提供される。導入要素は、先端及び細長ボディを有する細長要素であり、生検を実施するために、あるいは、小線源療法を実施するために線源を生体に導入するために、導入要素を保持するための保持要素内の開口を介して生体に挿入されるよう構成される。当該撮像方法は、
−生体内の導入要素の位置を追跡するために、追跡ユニットの線形エンコーダを用いることにより、開口に対する導入要素の先端の線形位置を判定し、判定された線形位置と開口の既知位置とに基づいて、生体内の導入要素の先端及び／又は細長ボディの位置を判定するステップと、
−撮像ユニットを用いることにより、導入要素の追跡された位置に基づいて、導入要素の追跡された位置を含む、生体の内部部分を示す画像を生成するステップと、
−ディスプレイを用いることにより、画像を表示するステップと、
を含む。
【００２０】
本発明のさらなる態様において、生体内の導入要素を撮像するための撮像コンピュータ・プログラムが提供される。導入要素は、生検を実施するために、あるいは、小線源療法を実施するために線源を生体に導入するために、生体に挿入されるよう構成される。当該撮像コンピュータ・プログラムは、当該撮像コンピュータ・プログラムが請求項１記載の撮像装置を制御するコンピュータ上で実行されたときに、請求項１記載の撮像装置に、請求項１３記載の撮像方法のステップを実行させるプログラム・コード手段を含む。
【００２１】
請求項１の撮像装置、請求項１２の小線源療法システム、請求項１３の撮像方法、及び請求項１４の撮像コンピュータ・プログラムは、特に従属請求項に記載される、類似する及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解すべきである。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態はまた、従属請求項とそれぞれの独立請求項との任意の組合せであってよいことを理解すべきである。
【００２３】
本発明のこれらの態様及び他の態様が、以下で説明する実施形態から明らかになり、そのような実施形態を参照すると明瞭になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】小線源療法システムの一実施形態を概略的且つ例示的に示す図。
【図２】小線源療法システムのグリッド・テンプレート及び導入要素の概略的且つ例示的な断面図。
【図３】導入要素の曲がりを概略的且つ例示的に示す図。
【図４】線形エンコーダをグリッド・テンプレートの表面に取り付けるための取り付け要素を概略的且つ例示的に示す図。
【図５】小線源療法システムとともに使用される撮像方法の一実施形態を例示的に示すフローチャート。
【図６】小線源療法システムのさらなる実施形態を示す図。
【図７】小線源療法システムのさらなる実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、小線源療法を実施するための小線源療法システムの一実施形態を概略的且つ例示的に示している。小線源療法システム１は、線源を人２に導入するための導入要素１７を含む。この実施形態において、導入要素１７は針であり、人２の前立腺１９に挿入される。挿入プロセス中、人２内の導入要素１７を撮像するために、撮像装置２４が使用される。
【００２６】
撮像装置２４は、人２内の導入要素１７の位置を追跡するための追跡ユニット３、４と、導入要素１７の追跡された位置に基づいて、導入要素１７の追跡された位置を含む、人２の内部部分を示す画像を生成するための撮像ユニット６、１５と、画像を表示するためのディスプレイ７と、を備える。
【００２７】
導入要素１７は、画像誘導の下、人２に、詳細には前立腺１９に、手で挿入される。詳細には、撮像装置２４は、ＬＤＲ小線源療法又はＨＤＲ小線源療法を実施するための挿入プロセス中に導入要素１７を撮像するよう構成され、撮像ユニット６、１５は、好ましくは、人２内の導入要素１７の実際の追跡された位置に基づいて、生成された画像をリアルタイムに更新するよう構成され、ディスプレイ７は、更新された画像をリアルタイムに表示するよう構成される。
【００２８】
導入要素１７は、導入要素１７を保持するための保持要素１３内の開口８を介して人２に挿入される、先端２４及び細長ボディ２５を有する細長要素である。保持要素１３は、２次元グリッドの開口を有するテンプレート・グリッドである。これが、図２において、概略的且つ例示的により詳細に示されている。
【００２９】
図２は、複数の開口８を有するテンプレート・グリッドを示す断面図であり、導入要素１７は、これらの開口のうちの１つを介して挿入される。導入要素１７内には、放射線をターゲット領域に放射するための線源２２が設けられる。好ましくは放射性線源である線源２２は、ワイヤ又は別の機械的連結部材であり得る連結部材２３を用いることにより、導入要素１７内で移動させることができる。導入要素１７が人２に挿入される開口８に、追跡ユニットの線形エンコーダ３が取り付けられる。線形エンコーダ３は、導入要素１７がグリッド・テンプレート１３の開口８を介して人２に挿入されている間の、開口８に対する導入要素１７の先端２４の線形位置を判定するよう構成される。追跡ユニットは、判定された線形位置と挿入プロシージャの前に測定され得る開口８の既知位置とに基づいて、人２内の導入要素１７の先端２４及び／又は細長ボディ２５の位置を判定するための位置判定ユニット４をさらに備える。詳細には、位置判定ユニット４は、導入要素１７の先端２４の判定された線形位置を、開口８の既知位置にベクトル的に加えるよう構成され得る。人２内の細長ボディ２５の位置は、先端２４の判定された線形位置と開口８の既知位置との間の長さとして判定され得る。線形エンコーダ３は、絶対エンコーダであっても増分エンコーダであってもよく、導入要素１７が開口８を介して人２に挿入されている間に先端２４が線形エンコーダ３を通過したときに、導入要素１７の先端２４の線形位置を測定するのを開始する。追跡ユニットの線形エンコーダ３及び位置判定ユニット４は、無線データ接続５を用いることにより、互いと通信することができる。無線データ接続５は、低帯域幅データ接続、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）データ接続、又は別の無線データ接続であってよい。
【００３０】
導入要素１７は、その外表面にスケールを備えてもよく、線形エンコーダ３は、導入要素１７の外表面にあるスケールを読み取り、読み取ったスケールに基づいて導入要素１７の線形位置を判定するよう構成されてもよい。線形エンコーダ３は、カスタム成形ストライプ（customly  shaped  stripes）により形成され得る、導入要素１７の光学的に検出可能なスケール、磁気的に検出可能なスケール、容量的に検出可能なスケール、誘導的に検出可能なスケール等を読み取るよう構成され得る。しかしながら、線形エンコーダ３はまた、例えば、導入要素上のスケールを必要としない別の方法で、導入要素１７の先端２４の線形位置を判定するよう構成されてもよい。例えば、線形エンコーダ３は、スケールを形成する、例えば、コード化されたストライプ又はバンド（coded  stripes  or  bands）を含む必要がないギアベースのエンコードを用いるよう構成されてもよい。
【００３１】
撮像ユニットは、支持要素１６に取り付けられる３次元経直腸超音波プローブ１５を備える。支持要素１６には、テンプレート・グリッド１３も取り付けられる。支持要素１６は、テンプレート・グリッド１３及び超音波プローブ１５が、小線源療法中固定されていることを確実にする。画像基準フレーム（image  reference  frame）内の位置を追跡基準フレーム（tracking  reference  frame）内の位置に変換できるように、且つ、追跡基準フレーム内の位置を画像基準フレーム内の位置に変換できるように、小線源療法の前に、詳細には挿入プロシージャの前に、撮像ユニット６、１５及び追跡ユニット３、４は、互いに対して位置合わせされている。テンプレート・グリッド１３及び超音波プローブ１５は、小線源療法中ずっと固定されているので、画像基準フレームと追跡基準フレームとの間で位置を変換するためのこの変換は、小線源療法全体を通じて有効である。したがって、例えば、テンプレート・グリッド１３の各開口８の位置は、画像基準フレーム内で既知である、すなわち、特に、導入要素１７が人２に挿入されている、グリッド・テンプレート１３の開口８の位置は、画像基準フレーム内で既知である。したがって、導入要素１７の先端２４の位置が、導入要素１７が挿入されている、グリッド・テンプレート１３の開口８の既知位置と、線形エンコーダ３により判定された、開口８を介して人２にすでに挿入されている、導入要素１７の一部分の長さと、に基づいて判定された後、人２内の先端２４の位置もまた、画像基準フレーム内で既知である。
【００３２】
撮像ユニットは、超音波プローブ１５及び画像生成ユニット６を備える。追跡ユニット３、４は、人２内の導入要素１７の先端２４の位置を追跡するよう構成され、画像生成ユニット６は、導入要素１７の先端２４の追跡された位置を含む、人２内の先端スライスを決定し、先端スライスを表す先端画像を生成するよう構成される。ディスプレイ７は、生成された先端画像を表示するよう構成される。画像生成ユニット６は、好ましくは、画像処理により、決定された先端スライスを表す先端画像内で導入要素１７の先端２４を検出し、導入要素１７の検出された先端２４を含むさらなる先端スライスを決定し、ここで、先端スライスは、さらなる先端スライスよりも厚く、さらなる先端スライスを表すさらなる先端画像を生成するようさらに構成され、ディスプレイ７は、生成されたさらなる先端画像を表示するよう構成される。したがって、まず、相対的に厚い初期先端スライスが決定され得る。これは、導入要素１７が人２内で曲がっているかもしれず、そのため、線形エンコーダ３により判定された線形位置が、人２内の先端２４の真の位置を正確にもたらしてはいないかもしれないということを考慮している。この初期先端スライスの厚さは、好ましくは、導入要素１７の可撓性、したがって、人２内での曲がりの可能な程度を考慮して、導入要素１７の先端２４の真の位置が確実に初期先端スライス内にあるように選択される。次いで、閾値処理（thresholding）に基づき得るセグメンテーション技術のような画像ベースの技術を用いて、より厚い初期先端画像内で導入要素１７の先端２４の真の位置を検出することにより、導入要素１７の先端２４の真の位置を含むより薄い先端スライスが決定され得る。導入要素１７の先端２４を確実に含むより厚い初期先端画像２１が、図３において、概略的且つ例示的に示されている。図３において、破線２０は、初期先端画像２１の厚さを定める、導入要素１７の可能な最大の曲がりを示している。
【００３３】
撮像ユニット６、１５は、軸先端スライス及び／又は矢状先端スライスを決定し、軸先端スライス及び／又は矢状先端スライスをそれぞれ表す軸先端画像及び／又は矢状先端画像を生成するよう構成され得、ディスプレイ７は、生成された軸先端画像及び／又は矢状先端画像を表示するよう構成され得る。一実施形態において、撮像ユニット６、１５は、先端スライスが導入要素１７の細長ボディ２５に対して垂直であるように先端スライスを決定するよう構成される。
【００３４】
追跡ユニット３、４はまた、人２内の細長ボディ２５の位置を判定するよう構成され、撮像ユニット６、１５は、細長ボディ２５の長さを含む、人２内のボディ・スライスを決定し、ボディ・スライスを表すボディ画像を生成するよう構成され得、ディスプレイ７は、生成されたボディ画像を表示するよう構成される。詳細には、撮像ユニット６、１５は、決定されたボディ・スライスが細長ボディ２５の長さの最大部分を含むようにボディ・スライスを決定するよう構成され得る。撮像ユニット６、１５は、さらに、細長ボディ２５の長さのさらなる部分を含むさらなるボディ・スライスを決定し、人２内の決定されたさらなるボディ・スライスを表すさらなるボディ画像を生成するよう構成され得、ディスプレイ７は、さらなるボディ画像を表示するよう構成され得る。撮像ユニット６、１５は、軸先端スライス及び／又は矢状ボディ・スライスを決定し、軸先端スライス及び／又は矢状ボディ・スライスをそれぞれ表す軸先端画像及び／又は矢状ボディ画像を生成するよう構成され得、ディスプレイ７は、生成された軸先端画像及び／又は矢状ボディ画像を表示するよう構成され得る。
【００３５】
したがって、ディスプレイ７は、挿入プロセス中、例えば、人２内の導入要素１７の先端２４及び／又は細長ボディ２５を示す１以上の画像を表示することができる。例えば、軸像面（axial  image  plane）は、導入要素１７の先端２４の追跡された位置を含むよう選択され得る、且つ／あるいは、導入要素１７の最大長を示す像面は、超音波画像ボリュームから再構成され、ディスプレイ７上に表示され得る。代替的又は追加的に、導入要素１７の最大部分又は最大範囲を含むスライスを示すように、矢状画像が調整され、導入要素１７の残りの部分（reminder）に対応する１以上のさらなる矢状画像が、例えば、サムネイル画像として提示されてもよく、撮像ユニットは、ユーザがより大きく表示されるようこれらサムネイル画像のうちの１つを選択することを可能にする、キーボード、コンピュータ・マウス、タッチパッド等といった入力ユニット３０を備えてもよい。
【００３６】
撮像装置２４は、人２内で導入要素が配置されるべきターゲット位置を提供するためのターゲット位置提供ユニット２６をさらに備え、撮像ユニット６、１５は、ターゲット位置を含む、人２内のターゲット・スライスを決定し、ターゲット・スライスを表すターゲット画像を生成するよう構成される。ディスプレイ７は、ターゲット画像を表示するよう構成される。また、ターゲット画像は、軸ターゲット画像であっても矢状ターゲット画像であってもよい。ターゲット画像は、先端画像及びボディ画像のうちの１以上とともに表示され得る。例えば、軸ターゲット画像、すなわち、導入要素１７の先端２４の所望の位置を含む軸ターゲット・スライスを表す画像が、導入要素１７の先端２４のリアルタイム位置を含む軸先端スライスを表す軸先端画像と並んで表示され得る。あるいは、例えば、軸ターゲット画像が、導入要素１７の長さの最長部分を含む矢状スライスを表す矢状ボディ画像又は導入要素１７の先端２４を含む矢状スライスを表す矢状先端画像と並んで表示され得る。
【００３７】
ターゲット位置提供ユニット２６は、ターゲット位置がすでに記憶されており、記憶されているターゲット位置を提供するよう構成される記憶ユニットとすることができる。しかしながら、ターゲット位置提供ユニット２６はまた、無線データ接続又は有線データ接続を介して別のデバイスからターゲット位置を受信するための受信ユニットであってもよい。ターゲット位置提供ユニット２６はまた、ユーザが撮像ユニット６、１５により生成された画像上にターゲット位置を示すことを可能にするユーザ・インタフェース、詳細にはグラフィカル・ユーザ・インタフェースであってもよい。
【００３８】
撮像ユニットは、好ましくは、人２のボリュームをカバーして、超音波プローブ１５を物理的に動かす必要なく、撮像ユニットが所望の画像スライスを生成できるように構成される。一実施形態において、撮像ユニットが、全ての所望の画像スライスを生成するのに十分大きい撮像ボリュームをカバーしない場合、超音波プローブ１５が、撮像すべき、人２内の所望のスライスの位置に応じて画像生成ユニット、位置判定ユニット、又は別の制御ユニットにより制御される移動ユニット上に取り付けられ得る。移動ユニットは、例えば、適切に超音波プローブを配置させる電動ステップとすることができる。３次元超音波プローブ１５の代わりに、超音波トランスデューサの１次元アレイを有する２次元超音波プローブが使用される場合にも、すなわち、人２の所望のスライスを撮像できるように超音波プローブを配置できるこの場合にも、この制御される移動ユニットが使用されてよい。移動ユニットを適切に制御するために、人２内の導入要素１７の追跡された位置が使用される。
【００３９】
撮像ユニットが、撮像ボリュームをカバーするよう構成される場合、すなわち、超音波プローブが、超音波トランスデューサの２次元アレイを備える場合、撮像ユニットは、導入要素、詳細には導入要素の先端を示す超音波画像スライスを生成するために使用することができる、そのトランスデューサ・アレイからの超音波トランスデューサのサブセットを使用するよう構成され得る。この選択のために、撮像ユニットは、人内の導入要素の追跡された位置を使用することができる。
【００４０】
撮像装置２４は、図４に概略的且つ例示的に示されている、線形エンコーダ３をグリッド・テンプレート１３に移動可能に取り付けるための取り付け要素１１、１２をさらに備えることができる。グリッド・テンプレート１３の小さな側（small  sides）は、導入要素１７が人２に挿入されるべき、グリッド・テンプレート１３の所望の開口８に線形エンコーダ３を移動させるために、取り付け要素１１、１２を垂直方向及び水平方向に滑動させることを可能にする滑動要素９、１０を備えることができる。線形エンコーダ３が、所望の開口８に移動された後、線形エンコーダは、この位置において直接的に固定され得る、あるいは、取り付け要素１１、１２を固定することにより間接的に固定され得る。例えば、固定機構は、線形エンコーダ３を直接固定するために、ねじ又は他の固定手段を使用してもよいし、取り付け要素１１、１２を固定することにより間接的に固定するものであってもよい。図４において、線形エンコーダの実際の位置が、実線により示され、線形エンコーダが移動される可能性のある位置が、破線１４により示されている。
【００４１】
したがって、線形エンコーダ３は、導入要素を挿入すべき特定のグリッド開口８に線形エンコーダ３を合わせるために、グリッド・テンプレート１３と平行する面において滑らかな動きを可能にする移動可能な取り付け要素１１、１２を用いることにより、テンプレート・グリッド１３の表面、詳細には、人２に向けられるテンプレート・グリッド１３の後面に外側から取り付けられ得る。
【００４２】
取り付け要素１１、１２及び滑動要素９、１０は、取り付け要素１１、１２の端部（end）が、滑動要素９、１０にスナップ固定され、滑動要素９、１０からスナップ固定が解除（snapped  on  and  off）され得るように構成され得る。したがって、導入要素１７が、線形エンコーダ３を介して人２に挿入された後、さらなる導入要素１７が人２に挿入され得る別の開口８に線形エンコーダ３を配置するために、取り付け要素１１、１２とともに線形エンコーダ３は、グリッド・テンプレート１３からスナップ固定が解除され、次いで、再度スナップ固定され得る。このように、線形エンコーダ３は、例えばＨＤＲ小線源療法を実施するために複数の導入要素１７を人２に導入するために使用され得る。小線源療法システムが、ＬＤＲ小線源療法を実施するために使用される場合、取り付け要素１１、１２及び滑動要素９、１０は、スナップ固定及び固定解除機能（snap  on  and  off  functionality）を提供するよう構成されなくてもよい。というのは、ＬＤＲ小線源療法中、１つの導入要素しか同時に挿入されないからである。さらに、さらなる実施形態において、各グリッド開口は、線形エンコーダに常にフィットするものであってもよい。線形エンコーダは、１回ずつアクティブ化されてもよいし、単純さのために常にアクティブ状態であってもよい。
【００４３】
以下において、生体内の導入要素を撮像するための撮像方法の一実施形態について、図５に示されるフローチャートを参照しながら説明する。ここで、導入要素は、小線源療法を実施するために、線源を生体に導入するよう構成される。
【００４４】
ステップ１０１において、小線源療法システム１が初期化される。詳細には、グリッド・テンプレート１３が、人２に隣接して配置され、超音波プローブ１５が、直腸を介するよう（transrectally）人２に導入される。さらに、線形エンコーダ３が、導入要素１７を人２に挿入すべき、グリッド・テンプレート１３の開口８に配置される。ステップ１０２において、導入要素１７が人２に挿入されている間、追跡ユニット３、４は、人２内の導入要素１７の位置を追跡し、ステップ１０３において、撮像ユニット６、１５は、導入要素１７の追跡された位置に基づいて、導入要素１７の追跡された位置を含む、人２の内部部分を示す画像を生成する。ステップ１０４において、生成された画像が、ディスプレイ７上に表示される。ステップ１０５において、中止基準（abort  criterion）が満たされたかどうかが判定される。中止基準が満たされた場合、ステップ１０６において、撮像方法は終了する。中止基準が満たされていない場合、撮像方法はステップ１０２を続ける。したがって、導入要素の位置の追跡、追跡された位置に基づく画像の生成、及び画像の表示が、ディスプレイ７上でのリアルタイム画像を提供するために、中止基準が満たされるまで、ループ内で実行される。中止基準は、例えば、撮像方法を中止すべきであると入力ユニット３０を介してユーザが入力したかどうか、導入要素の先端がターゲット領域に到達したかどうか等であり得る。
【００４５】
上述した撮像装置及び撮像方法を使用して、ＬＤＲ小線源療法又はＨＤＲ小線源療法を実施するために使用される導入要素を挿入するのを支援することができる。ＬＤＲ小線源療法の場合、導入要素は、針であり得、針が、事前計画を実行するよう挿入され、例えば、１日以上にわたって１以上の放射性線源をターゲット領域に埋め込むために、１以上の放射性線源が、針を介して人に導入され得る。ＨＤＲ小線源療法の場合、放射性線源は、好ましくは、ターゲット領域に配置されず、例えば数分間のみ、導入要素内の異なる位置に一時的に配置され、次いで、除去される。本撮像装置及び本撮像方法が、ＨＤＲ小線源療法を実施するために使用される場合、挿入プロシージャ中に取得される導入要素の完全な３次元形状及び姿勢に関する知識が、放射性線源が導入要素に導入されるとき、放射性線源の位置を判定するために使用され得る。したがって、本撮像装置及び本撮像方法を使用して、ＨＤＲ小線源療法中に放射性線源を配置する精度を向上させることもできる。
【００４６】
上述した実施形態において、追跡ユニットは、人内の導入要素の位置を判定するために線形エンコーダを使用するが、他の実施形態では、他の追跡技術が使用されてもよい。例えば、追跡ユニットは、電磁的追跡及び／又は光学的形状検知追跡により、導入要素の位置を追跡するよう構成されてもよい。
【００４７】
図６は、図１を参照して上述した撮像装置２４を含む小線源療法システム１に類似する、撮像装置２２４を含む小線源療法システム２０１を概略的且つ例示的に示している。しかしながら、この実施形態において、撮像装置２２４は、電磁的追跡により、人２内の導入要素２１７の位置を判定するよう構成される。このため、導入要素２１７の先端２４は、電磁的に追跡可能なコイル又は別の要素のような電磁的検出要素２０３と、人２内の導入要素２１７の先端２４における電磁的検出要素２０３の位置を電磁的に検出するための電磁的検出ユニット２０４と、を備える。この実施形態において、電磁的検出要素２０３及び電磁的検出ユニット２０４が追跡ユニットを形成する。電磁的検出ユニット２０４は、人２内の導入要素２１７の細長ボディ２５の位置を判定するために、挿入プロセス中に追跡される、導入要素２１７の先端２４の追跡された位置を電磁的に記憶するよう構成され得る。したがって、人２内の導入要素２１７全体の形状及び姿勢を利用可能にするために、導入要素が移動した経路が保存され得る。電磁的追跡を用いることにより、導入要素が湾曲している、あるいは曲がっている場合であっても、人２内の導入要素２１７の位置を正確に判定することができる。
【００４８】
図７は、人２内の導入要素３１７の位置を追跡するために光学的形状検知を用いる撮像装置３２４を含む小線源療法システム３０１のさらなる実施形態を概略的且つ例示的に示している。この実施形態においても、撮像装置３２４を含む小線源療法システム３０１は、図１を参照して上述した撮像装置２４を含む小線源療法システム１に類似している。しかしながら、この実施形態において、導入要素３１７は、光学的形状検知ファイバを備える、詳細には、導入要素３１７の全長が、光学的形状検知ファイバを含み、光学的形状検知ファイバが、人２内の導入要素３１７の先端２４の位置を含む、導入要素３１７の全長の位置をいつでも判定するための光学的形状検知検出ユニット３０４に接続される。これもまた、導入要素が湾曲している、あるいは曲がっている場合であっても、人２内の導入要素３１７の位置を正確に判定することを可能にする。
【００４９】
上述した実施形態において、導入要素は、小線源療法を実施するために、線源を人に導入するよう構成されるが、他の実施形態では、導入要素はまた、生検を実施するよう構成されてもよい。例えば、導入要素は、前立腺生検プロシージャを実施するための生検針であってよい。
【００５０】
図１〜図３及び図６、図７において、１つの導入要素しか示されていないが、複数の導入要素が人に挿入されてもよい。さらに、上述した実施形態において、生体は人であるが、他の実施形態では、生体は動物であってもよい。上述した実施形態において、導入要素は前立腺に導入されるが、導入要素は、生体の別の部分、特に別の臓器に挿入されてもよい。
【００５１】
図１、図２、及び図４を参照して上述した実施形態において、線形エンコーダ３は、グリッド・テンプレートの後面、すなわち、人に向けられる表面に配置されるが、他の実施形態では、線形エンコーダは、グリッド・テンプレートの前面、すなわち、人から離れて向けられる表面に取り付けられてもよい。
【００５２】
上述した実施形態において、線形エンコーダ技術、光学的形状検知追跡技術、又は電磁的追跡技術が、生体内の導入要素の位置を追跡するために使用されるが、他の実施形態では、他の追跡技術又はこれら追跡技術の組合せが使用されてもよい。例えば、生体内の導入要素の位置を少なくとも２回判定するために、これら追跡技術のうちの少なくとも２つが使用されてよく、追跡された位置を提供するために、これらの位置が平均化されてもよいし、第１の追跡技術が信頼性の高い導入要素の位置を提供しない、あるいは導入要素の位置を全く提供しない場合であっても、導入要素の位置を提供するために、第２の追跡技術が、第１の追跡技術の一種のバックアップとして使用されてもよい。例えば、第１の追跡技術が電磁的追跡技術であり、例えば磁場との干渉に起因して乱される場合、線形エンコーダ技術又は光学的形状検知技術とすることができる第２の追跡技術は、生体内の導入要素の信頼性の高い位置を提供することができる。
【００５３】
開示した実施形態に対する他の変形が、図面、本開示、及び請求項を検討することから、特許請求される発明を実施する際に、当業者により理解され、もたらされ得る。
【００５４】
請求項において、用語「備える（comprising）」は、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を排除しない。
【００５５】
単一のユニット又はデバイスが、請求項中に記載された複数のアイテムの機能を満たしてもよい。所定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示すものではない。
【００５６】
１以上のユニット又はデバイスにより実行される、生体内の導入要素の位置の判定、導入要素の位置を含む生体内のスライスの決定、スライスを表す画像の生成等のようなオペレーションは、任意の他の数のユニット又はデバイスにより実行されてもよい。例えば、画像生成ユニット６が、線形エンコーダ３から受信される位置エンコードされた信号に基づいて、生体内の導入要素の位置を判定できるように、位置判定ユニット４は、画像生成ユニット６に統合されてもよい。あるいは、介入ワークステーションのような別のデバイスが、位置エンコードされた信号を受信し、生体内の導入要素の位置を判定するために位置エンコードされた信号を用いてもよく、これが、判定された位置に基づく画像スライスを生成するための画像生成ユニット６により使用され得る。本撮像方法に従った、本撮像装置のオペレーション及び／又は制御は、コンピュータ・プログラムのプログラム・コードとして実装されてもよいし、且つ／あるいは、専用ハードウェアとして実装されてもよい。コンピュータ・プログラムは、他のハードウェアとともに提供される、あるいは他のハードウェアの一部として提供される光記憶媒体又はソリッドステート媒体等の適切な媒体上に記憶／配布され得るが、コンピュータ・プログラムはまた、インターネット又は他の有線通信システム若しくは無線通信システムを介して等、他の形態で配布されてもよい。
【００５７】
請求項中のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００５８】
本発明は、小線源療法又は生検を実施するために針又はカテーテルのような導入要素を撮像するための撮像装置に関する。追跡ユニットは、生体内の導入要素の位置を追跡し、超音波撮像ユニットのような撮像ユニットは、導入要素の追跡された位置に基づいて、導入要素の追跡された位置を含む、生体の内部部分を示す画像を生成し、ディスプレイは、画像を表示する。小線源療法又は生検中、ディスプレイは、手動制御を要することなく、導入要素を常に表示することができる。例えば、医師は撮像ユニットの位置及び像面を手動で制御する必要がない。これにより、導入要素を正確且つ迅速に生体に挿入することが可能になり、導入要素がターゲット領域に信頼性高く到達するようになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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