(57)【要約】  医療介入中にイメージングデータを生成する方法及びシステムが提供される。外部光センサが患者の体に付着され、参照ポイントに対する外部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを有する。外部光センサは、医療介入中に外部センサ向き情報を生成するため監視される。当該情報は、医療介入中に表示される外部光センサの向きを推定するのに用いられる。
2015526145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者に対して行われる医療介入中にイメージングデータを生成する方法であって、
前記患者の体に外部光センサを付着するステップであって、前記外部光センサは参照ポイントに対する前記外部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを有する、付着するステップと、
前記医療介入中に前記外部光センサに関する外部センサ向き情報を生成するため、前記外部光センサを光学的に監視し、前記外部センサ向き情報を用いて、前記医療介入中に前記外部光センサの向きを推定するステップと、
前記外部センサの向きの推定結果を少なくとも部分的に用いて、前記患者の体の向きを表示するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記光学的に監視するステップは、光フーリエ周波数領域反射計を用いて実行される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記外部光センサは、前記少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを支持する基板を含むパッチを有する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記基板は下側を有し、
接着剤物質が、前記患者の皮膚と切り離し可能な接着結合を生成するため前記下側に塗布される、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記基板は、前記患者の皮膚に接着する使い捨てマトリクスを有し、
前記外部オリエンテーションファイバコアは、前記マトリクスに付着する再利用可能なコンポーネント内に含まれる、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記基板は、ファイバコアを含まない少なくとも１つのゾーンを有する、請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記患者の体内に内部光センサを挿入するステップであって、前記内部光センサは、参照ポイントに対する前記内部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの内部オリエンテーションファイバコアを有する、挿入するステップと、
前記医療介入中に前記内部光センサに関する内部センサ向き情報を生成するため、前記内部光センサを光学的に監視し、前記内部センサ向き情報を用いて、前記医療介入中に前記内部光センサの向きを推定するステップと、
前記内部センサ向き推定結果を少なくとも部分的に用いて、医療介入器具の向きを表示するステップと、
を更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアは、ブラッググレーティングのアレイとＲａｙｌｅｉｇｈ散乱構造との少なくとも１つを有する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
術前イメージングスキャンを実行する前に前記患者の体に前記外部光センサを付着するステップと、
前記患者の第１呼吸状態を測定するため、前記術前イメージングスキャン中に前記外部光センサを光学的に監視するステップと、
前記患者の第２呼吸状態を測定するため、前記医療介入中に前記外部光センサを光学的に監視するステップと、
前記第１呼吸状態と前記第２呼吸状態とを比較するステップと、
を更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
患者に対して行われる医療介入処置中にイメージングデータを生成するのに利用されるイメージングシステムであって、
前記医療介入中に前記患者の体に付着されるための外部光センサであって、参照ポイントに対する前記外部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを有する外部光センサと、
前記医療介入中に前記外部光センサに関する外部センサ向き情報を生成するため、前記外部光センサを光学的に監視する光学監視コンソールと、
前記医療介入中に前記外部センサ向き情報に基づき前記外部光センサの向きを推定する向き再構成手段と、
前記外部センサの向き推定結果を少なくとも部分的に用いて、前記患者の体の向きを表示するディスプレイと、
を有するイメージングシステム。
【請求項１１】
当該システムは更に、前記外部光センサを光学的に監視する光フリー得周波数領域反射計を有する、請求項１０記載のイメージングシステム。
【請求項１２】
前記外部光センサは、前記少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを支持する基板を含むパッチを有する、請求項１０記載のイメージングシステム。
【請求項１３】
前記基板は下側を有し、
前記外部光センサは更に、前記患者の皮膚と切り離し可能な接着結合を生成するため、前記下側に塗布された接着結合物質を有する、請求項１２記載のイメージングシステム。
【請求項１４】
前記基板は、前記患者の皮膚に付着する使い捨て可能なマトリクスを有し、
前記外部オリエンテーションファイバコアは、前記マトリクスに付着する使い捨て可能なコンポーネント内に含まれる、請求項１２記載のイメージングシステム。
【請求項１５】
前記基板は、ファイバコアを含まない少なくとも１つのゾーンを有する、請求項１２記載のイメージングシステム。
【請求項１６】
当該システムは更に、前記医療介入中に前記患者の体に挿入されるための内部光センサであって、参照ポイントに対する前記内部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの内部オリエンテーションファイバコアを有する内部光センサを更に有し、
前記光学監視コンソールは、前記医療介入中に前記内部光センサに関する内部センサ向き情報を生成するため、前記内部光センサを光学的に監視し、
前記向き再構成手段は、前記医療介入中に前記内部光センサの向きを推定し、
当該システムは更に、前記内部センサ向き情報を少なくとも部分的に用いて、医療介入器具の向きを表示するディスプレイを有する、請求項１０記載のイメージングシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアは、ブラッググレーティングのアレイとＲａｙｌｅｉｇｈ散乱構造との少なくとも１つを有する、請求項１０記載のイメージングシステム。
【請求項１８】
前記向き再構成手段は、前記向き情報を用いて、前記少なくとも１つのオリエンテーションファイバコアに沿った複数の位置についてローカル歪みデータを生成し、前記オリエンテーションファイバコアに沿った各ローカルな歪みの関数としてローカルな湾曲及びねじれ角度データを生成し、各ローカルな湾曲及びねじれ角度の関数として前記オリエンテーションファイバコアの３次元形状を再構成する、請求項１０記載のイメージングシステム。
【請求項１９】
患者に対して行われる医療介入中にイメージングデータを生成する装置であって、
前記患者の体に配置される外部光センサであって、参照ポイントに対する前記外部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを有する外部光センサと、
ディスプレイと、
前記医療介入中に前記外部光センサに関する外部センサ向き情報を生成するため、前記外部光センサを光学的に監視し、前記外部センサ向き情報を用いて前記医療介入中に前記外部光センサの向きを推定し、前記外部センサの向き推定結果を少なくとも用いて、前記ディスプレイ上に前記患者の体の向きを表示するロジックを有するコンピュータ可読媒体と、
を有する装置。
【請求項２０】
前記外部光センサは、前記少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを支持する基板を含むパッチを有する、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記基板は下側を有し、
接着結合物質が、前記患者の皮膚と切り離し可能な接着結合を生成するため、前記下側に塗布される、請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記基板は、前記患者の皮膚に付着する使い捨て可能なマトリクスを有し、
前記外部オリエンテーションファイバコアは、前記マトリクスに付着する再利用可能なコンポーネント内に含まれる、請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
前記基板は、ファイバコアを含まない少なくとも１つのゾーンを有する、請求項２０記載の装置。
【請求項２４】
前記患者の体に挿入するための内部光センサであって、参照ポイントに対する前記内部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの内部オリエンテーションファイバコアを有する内部光センサを更に有し、
前記コンピュータ可読媒体は更に、前記医療介入中に前記内部光センサに関する内部センサ向き情報を生成するため、前記内部光センサを光学的に監視し、前記内部センサ向き情報を用いて前記医療介入中に前記内部光センサの向きを推定し、前記内部センサの向き推定結果を少なくとも部分的に用いて医療介入器具の向きを表示するロジックを有する、請求項１９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に医療イメージング技術のための方法及びシステムに関し、特に適応的な画像によりガイドされた医療介入に関する。
【背景技術】
【０００２】
このコンテクストにおける“介入（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ）”とは、医療処置を実行するため１以上の医療器具を患者に挿入することである。医療器具は、例えば、針、機械のメス（ランセット）、レーザメス、内視鏡、顕微鏡イメージングプローブ、サージカルステイプラ、開創器具、焼灼｛しょうしゃく｝器（電気的又は光学的）、カテーテル、チゼル、クランプ、プローブ、トロカール、はさみなどであってもよい。多くの介入処置では、医師は複数の医療器具を利用するであろう。
【０００３】
このような医療介入は、しばしば処置中の器具の操作をガイドするため、患者の術前及び／又は術中のイメージングスキャンと共に実行される。ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）、超音波、蛍光透視法などのモダリティにより実行される術前又は検査ボリュームイメージングが、介入前に組織対象の位置を特定するのに利用可能である。術前イメージングスキャンは更に、付随する組織の損傷から生じる複雑さを最小限にするため、対象の周囲の感受性組織を特定するのに利用可能である。対照的に、術中イメージングボリュームは、処置が実行されている間、介入をモニタするためリアルタイムにより取得される。術中イメージングスキャンは、術前イメージングスキャンと同じ又は異なるイメージングモダリティを利用してもよい。一例では、ＣＴイメージングが術前イメージングに利用され、超音波イメージングがリアルタイムイメージガイダンスに利用されてもよい。
【０００４】
他の例では、ＣＴイメージングが術前イメージングに利用され、さらなるＣＴイメージングが術中イメージガイダンスに利用されてもよい。このようなイメージングは、例えば、肝腫瘍のラジオ波焼灼、腹部ドレナージ、生検などの多数の異なる種類の介入処置について実行される。術前ＣＴイメージングデータは、介入処置をプランするのに利用されてもよい。術中ＣＴイメージングデータは、患者の体の表面から患者の体内の対象領域までの経路において医療器具の位置を確認するのに利用されてもよい。術中ＣＴイメージングはまた、処置中の器具の挿入及び操作による組織の変形及び患者の動きを評価するのに利用されてもよい。しかしながら、介入処置中の繰り返しのイメージングスキャンは、介入を実行する医療専門家及び／又は患者に提供される放射線量を望ましくなく増加させ、また介入の進捗を遅くする。従って、ナビゲーションの精度を維持しながら、イメージングスキャンの回数を減少させる術中イメージング処置が必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、術中イメージング処置を実行するための光学的形状検知ベース方法を提案する。イメージング処理中、パッチが、挿入位置において及び／又は関心のある対象生体構造の近傍において患者の体に付着される。パッチは、パッチに織り合わされたか、又は埋め込まれた光形状検知ファイバを有する。ＦＯＳＳＬ（Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｓｈａｐｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）トラッキング技術は、光ワイヤの空間的な向きを追跡する。ここで特に定義されるような光ワイヤの“向き”は、指定された参照ポイントに対する光ワイヤの形状及び位置を特定することに対応する。これは、例えば、光ファイバの偏向及び湾曲を測定するため、光ファイバの長さに沿って配置された複数のセンサを介し実現される。このようなＦＯＳＳＬトラッキング技術は、一般に以下の３つの特許出願などにおいて説明されている。
【０００６】
ＷＯ２０１１／０９８９２６：２０１０年２月９日に出願された米国仮特許出願第６１／３０２，５７１に対する優先権を主張する米国を指定した２０１１年１月１４日に出願された発明者Ｒ．Ｃｈａｎ，Ｇ  Ｓｈｅｃｈｔｅｒ，Ａ．Ｅ．Ｄｅｓｊａｒｄｉｎｓ，Ｇ．Ｔ  Ｈｏｏｆｔ，ａｎｄ  Ｃ．Ｓ．Ｈａｌｌによる“Ａｐｐａｒａｔｕｓ，Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  Ｕｓｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｎｇ”
ＷＯ２０１１／１３８６９１：２０１０年５月７日に出願された米国仮特許出願第６１／３３２，２１２に対する優先権を主張する米国を指定した２０１１年３月２９日に出願された発明者Ｊ．Ｗａｎｇ，Ｒ．Ｃｈａｎ．Ｇ．Ｔ  Ｈｏｏｆｔ，Ａ．Ｅ．Ｄｅｓｊａｒｄｉｎｓ，ａｎｄ  Ｃ．Ｓ．Ｈａｌｌによる“Ｍｏｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐａｔｉｅｎｔ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”
米国仮特許出願第６１／５１４，５８５：２０１１年８月３日に出願された発明者Ｒ．Ｍａｎｚｋｅ，Ｇ．Ｔ  Ｈｏｏｆｔ，Ｒ．Ｃｈａｎ，ａｎｄ  Ａ．Ｅ．Ｄｅｓｊａｒｄｉｎｓによる“Ｄｙｍａｎｉｃ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｈａｐｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ”
本出願は、ＦＯＳＳＬトラッキング技術及び方法の各開示について参照することによって上記の３つの先願を援用する。従って、光形状検知は、おそらく挿入された医療器具と共にパッチに一体化され、患者の体の外部の解析ユニットに接続される１以上の光ファイバを利用する。光ファイバコアの位置及び形状は、外部の解析ユニットに関して各ファイバコアから返された光信号のモデリング及び解析を利用して、リアルタイムに測定される。
【０００７】
本方法は、患者に対して行われる医療介入中にイメージングデータを生成することを含む。外部光センサは患者の体に付着され、参照ポイントに対する外部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを有する。外部光センサは、医療介入中に外部センサ向き情報を生成するため監視される。当該情報は、医療介入中に表示される外部光センサの向きを推定するのに用いられる。対応するイメージングシステムがまた提供される。
【０００８】
多くの効果及び利点が、複数の実施例の以下の詳細な説明を読むと当業者に明らかになるであろう。本発明は、各種コンポーネント及びコンポーネントの構成と、各種プロセス処理及びプロセス処理の構成との形態をとりうる。図面は、多くの実施例を説明するためだけのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、光センサ装置の向きをモニタする光検知システム１００を概略的に示す。
【図２】図２は、光検知システム１００と共に利用可能な光フーリエ領域反射計システム２００を概略的に示す。
【図３】図３は、パッチ３００の形態による光センサ装置を概略的に示す。
【図４】図４Ａ及び４Ｂは、光検知システム１００を搭載したＣＴイメージングシステム４００を概略的に示す。
【図５】図５は、医療介入処置中に光検知システムを利用する方法のステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、介入挿入位置及び／又は関心のある対象生体構造の近傍において患者の体に付着されたパッチの光学的形状検知を利用した適応的な画像ガイド医療介入のための方法及びシステムを説明する。本方法及びシステムは、例えば、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）、超音波、蛍光透視法などの１以上のイメージングモダリティと共に利用されてもよい。
【００１１】
図１は、光検知システム１００を概略的に示す。光検知システム１００は、少なくとも１つの光センサ装置１０２に光学的に接続され、３次元向き再構成手段１０３に電子的に接続された光学監視コンソール１０１を有する。光学監視コンソール１０１は、光センサ装置１０２を構成するため、基板物質１０５内又は上に埋め込まれた光ワイヤ１０４に光学監視信号を送信する。当該光信号は、光センサ装置１０２から発信され、その後、以下で詳細に説明される方法によりワイヤ１０４を介しコンソール１０１に反射する。反射した光信号は、光センサ装置１０２のある性質を示す情報を搬送する。当該情報は、例えば、光センサ装置１０２の向きなどを含むものであってもよい。光学監視コンソール１０１は、反射した光を測定し、解析のため３次元向き再構成手段１０３に測定結果を電子的にわたす。
【００１２】
３次元向き再構成手段１０３は、適切な計算を実行するためのプロセッサ及びメモリを有する。従って、ここに説明される機能は、ソフトウェアロジックとして実行可能である。ここで用いられる“ロジック”とは、限定することなく、ファンクションやアクションを実行するため、及び／又は他のコンポーネントからのファンクション又はアクションを生じさせるためのハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア及び／又はそれぞれの組み合わせを含む。例えば、所望の用途又は要求に基づき、ロジックは、ソフトウェア制御されたマイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの離散的ロジック又は他のプログラムされたロジック装置を含むものであってもよい。ロジックはまた、ソフトウェアとして完全に実現されてもよい。
【００１３】
ここで用いられる“ソフトウェア”とは、限定することなく、コンピュータや他の電子装置に所望の方法によりファンクション、アクション及び／又は動作を実行させる１以上のコンピュータ可読及び／又は実行可能命令を含む。当該命令は、動的にリンクされたライブラリからの別々のアプリケーション又はコードを含むルーチン、アルゴリズム、モジュール又はプログラムなどの各種形態により実現されてもよい。ソフトウェアはまた、スタンドアローンプログラム、ファンクションコール、サーブレット、アプレット、メモリに格納されている命令、オペレーティングシステムの一部又は他のタイプの実行可能な命令などの各種形態により実現されてもよい。ソフトウェアの形態は、例えば、所望のアプリケーションの要件、それが実行される環境及び／又は設計者／プログラマなどの要求などに依存することは、当業者に理解されるであろう。向き再構成手段１０３のロジックは、医療介入プランニング及び実行ソフトウェアパッケージの一部として最も容易に実現されてもよい。
【００１４】
ここに説明される方法及びシステムは、例えば、ネットワーク化された制御システム及びスタンドアローンシステムなどを含む各種プラットフォーム上で実現可能である。さらに、ここに図示及び説明されるロジックは、好ましくは、コンピュータ可読媒体内又は上にある。異なるコンピュータ可読媒体の具体例は、フラッシュメモリ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ−Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ＰＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ＰＲＯＭ）、磁気ディスク若しくはテープ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭを含む光学的に可読な媒体などを含む。さらに、ここに説明される処理及びロジックは、１つの大きな処理フローにマージ可能であるか、又は多数のサブ処理フローに分割可能である。ここでの処理フローが説明される順序は重要でなく、同じ結果を依然として達成しながら再構成可能である。実際、ここに説明される処理フローは、保証又は所望されるようにその実現形態において再構成、集約及び／又は再組織化されてもよい。
【００１５】
光学監視コンソール１０１は、光ワイヤ１０４に光を送り、光ワイヤ１０４から反射光を受け取り、測定するよう構造上構成される任意の装置又はシステムであってもよい。一実施例では、光学監視コンソール１０１は、当該分野において知られるような少なくとも１つの光フーリエ周波数領域反射計及び他の適切な電子機器又は装置を利用する。このような反射計２００の原理は図２に示される。他の適切な光学監視コンソール１０１のセットアップが知られ、光検知システム１００において利用可能である。
【００１６】
反射計システム２００は、所望の波長を有するよう調整可能なコヒーラント光出力２０２を備えた調整可能な光源２０１を有する。光源２０１の光出力２０２は、光信号２０２をリファレンスチャネル２０４及びサンプルチャネル２０５に分割するスプリッタ２０３に伝搬する。リファレンスチャネル２０４に入射した光はミラー２０６に伝搬し、既知で一定の光路長を有するリファレンスチャネル２０４に沿ってスプリッタ２０３に反射される。サンプルチャネル２０５に入射した光は、外部の光ワイヤ１０４に伝搬し、そこで光センサ装置１０２と相互作用し、同じパス１０４及び２０５に沿ってスプリッタ２０３に反射される。サンプルチャネル２０５及び外部の光ワイヤ１０４の合成された光路長は既知の定数である。
【００１７】
スプリッタ２０３に反射して戻ってきた２つの光信号は、その後にスプリッタ２０３によって測定光信号２０７に合成され、光検出器２０８に向かう。光検出器２０８は、測定光信号２０７を記録する。既知の制御された方法により光り出力２０２の性質を変化させ、光出力２０２が変化したときの結果としての測定光信号２０７を記録することによって、反射計システム２００は干渉パターンを生成する。この干渉パターンは、光センサ装置１０２の向きを少なくとも示す。光学監視コンソール１０１は、干渉パターンを測定し、解析のために記録された情報を３次元向き再構成手段１０３に電子的に送信する。
【００１８】
図１を再び参照して、光ワイヤ１０４は、光センサ装置１０２との間で光信号を搬送するのに適した何れかのタイプのフレキシブル物質であってもよい。適した物質は、例えば、フレキシブルであって光学的に透過なガラス又はプラスチック物質などを含む。他の適した物質が利用されてもよい。光ワイヤ１０４は、１つの光ファイバコア又は複数の光ファイバコアを含むものであってもよい。
【００１９】
基板１０５は、光ワイヤ１０４を埋め込み、搬送又は支持するのに適した何れかのタイプの物質であってもよい。適切な基板１０５の適した具体例は、限定することなく、パッチ、直腸バルーンなどの配置可能なバルーン、ガイドワイヤ、針、カテーテル、フィルタ、バスケット、へリックス、内視鏡などを含む。基板１０５及び／又は基板１０５により支持される光ワイヤ１０４は、細長い直線状、曲線状、渦巻き状、リング状、ループ状、螺旋状又は他の何れかの形状の１以上からなる形状を構成してもよい。基板１０５の物質及び形状は、例えば、体内の特定の部位又は組織により良好に適合させることによって、医療用途に依存した異なる結果を提供するよう変更されてもよい。具体的な基板１０５はまた、光センサ装置１０２が患者内又は上に挿入される組織のタイプに基づき選択されてもよい。このようにして、光ワイヤ１０４及び基板１０５は、光センサ装置１０２から向き情報を取得するため、フレキシブルで構成可能なボリュームを一緒に形成する。しかしながら、一部の実施例では、光センサ装置１０２は、基板１０５のない光ワイヤ１０４のみを有してもよい。
【００２０】
光ワイヤ１０４は、上述されるように、光ファイバトラッキング技術を利用して、光センサ装置１０２に関する向き情報を取得するのに利用可能である。これは、光ワイヤ１０４内の１以上のオリエンテーションファイバコアを光学的に監視することによって実行される。第１実施例では、例えば、オリエンテーションファイバコアはそれぞれ、当該分野において知られるような光ワイヤ１０４の長さに沿って統合されたブラッググレーティングのアレイを搭載する。第２実施例では、他の例として、オリエンテーションファイバコアはそれぞれ、Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱に基づく光ファイバコアなど、当該分野において知られるようなワイヤの長さに沿って出現する光学屈折率の自然な変化を有する。他の光ファイバ向きトラッキング装置又は構成が、代わりに又はさらに利用されてもよい。
【００２１】
光ワイヤ１０４のオリエンテーションファイバコアにおいて当該構造から反射した光により生成される干渉パターンは、光学監視コンソール１０１により記録され、３次元向き再構成手段１０３にわたされる。３次元向き再構成手段１０３は、ここでは光ワイヤ１０４のオリエンテーションファイバコアから受信した測定された反射スペクトルデータを光センサ装置１０２の３次元の向きに変換するよう構造上構成される何れかの装置又はシステムとして広く定義される。例えば、光センサ装置１０２の軸反射率プロファイル（Ａ−ｌｉｎｅ）は、サンプリングされた信号の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）によって取得されてもよい。また、一部の実施例では、サンプリングされた信号は、推定向き情報を導出するため、１以上の生物物理学的モデルと組み合わせ可能である。
【００２２】
ＣＴによりガイドされる介入では、光検知システム１００は、ＣＴイメージングシステムのガントリ内に一体化可能である。このようにして、ＣＴイメージングスキャン面に対する光ファイバコア１０４の形状及び位置は、リファレンスのＣＴイメージングシステムの座標フレームに対して既知となる。生検針やラジオ波焼灼針などの医療器具に接続される光ファイバ１０４について、ＣＴデータセットに対する位置が知られることになる。従って、ＣＴデータに基づく医療器具のナビゲーションが実現可能である。
【００２３】
図３は、パッチ３００の形態による典型的な光センサ装置１０２を示す。パッチ３００は、光検知システム１００の光ワイヤ１０４を担持するフレキシブルな基板３０２を有する。基板３０２は、患者の体の外部輪郭に従うのに十分フレキシブルであって、患者に物質の健康の危険を与えない何れかの物質から形成されてもよい。基板３０２は、円形、正方形、矩形などを含む特定の用途に便利な何れかの形状により生成されてもよい。基板物質３０２は、例えば、ｘ線や超音波透過的な綿又は繊維物質などであってもよい。パッチ３００の下側３０４は、医療器具が介入処置中に挿入される患者の皮膚及び／又は関心のある対象生体構造の近傍に付着されてもよい。
【００２４】
患者の体へのパッチ３００の付着は、多数の方法により実現されてもよい。一実施例では、患者の皮膚と切り離し可能な接着結合を生成するため、接着物質がパッチ３００の下側３０４に塗布される。ＥＣＧプローブを付着させるのに通常用いられる接着剤が、当該目的のために利用されてもよい。第２の可能な付着では、基板物質３０２は、例えば、面ファスナ構造、磁気ロックコンポーネント又はメカニカルな留め具などによって、患者の体の回りにしっかりと巻き付けられ、適切な位置に支えられてもよい。さらなる他の可能な実施例では、パッチ３００は、吸引部材によって患者の体に付着されてもよい。当業者は、患者の体にパッチ３００を付着するための他の多数の方法を知っているであろう。
【００２５】
パッチ３００はまた、複数の個別のコンポーネント（図示せず）から構成されてもよい。例えば、パッチ３００の基板物質は、患者の表面に直接付着するマトリクスから構成可能である。このようなマトリクス基板は、１回の利用後に破棄できるような使い捨て可能なものであってもよい。この場合、光ファイバ１０４を含む再利用可能なコンポーネントは、パッチ３００を形成するように使い捨て可能なマトリクスに可逆的に付着可能である。これは、単一の光ファイバセット１０４が、必要な場合には消毒後に複数の処置に利用されることを可能にし、システムの利用コストを低下させる。
【００２６】
パッチ３００内の光ファイバ３０４の構成は、パッチ３００（図示せず）において指定されたファイバフリーゾーン又はポートを提供することができる。これらのゾーンは、針又は他の医療器具が光ファイバ３０４を損傷させるリスクなく貫通可能な基板３０２のエリアを特定する。
【００２７】
単一のパッチ３００が他のパッチ３００及び／又は他の光形状センサ装置１０２と組み合わせ可能である。例えば、１以上の外部のパッチ３００は、介入処置中に医療器具と共に患者に挿入される内部のセンサ装置１０２と組み合わされてもよい。
【００２８】
パッチ３００は、医療器具の挿入中に患者の体の外部の表面の変形を正確に測定できる。この結果、パッチ３００は、医療器具が患者内の対象に向かって進行しながら、変形したＣＴロードマップ画像を生成するのに利用可能である。例えば、組織及び以降の変形を表す有限要素モデル又は他の数値モデルが、パッチ表面３０４、医療器具及びそれらの測定された相互作用からの変形の観察と共に駆動可能である。このようにして、より正確な術中ナビゲーションが、より低いイメージング放射線量レベルを用いて実現可能である。
【００２９】
パッチ３００は、最初の術前ＣＴスキャン中に患者の体に付着されてもよい。この場合、パッチ３００はまた、介入処置中に対象領域における呼吸状態を測定するのに利用可能である。例えば、術前ＣＴスキャンが息止め中に取得される場合、パッチ３００の決定された形状及び位置が、患者が医療器具の挿入中に比較可能な呼吸状態にあることを確認するため、介入処置中に利用可能である。呼吸開閉された術前ＣＴスキャンが取得される場合、パッチ３００は、以降の介入処置を向上させるため、適応的な４次元ロードマッピングを可能にしてもよい。
【００３０】
図４Ａ及び４Ｂは、光検知システム１００を含むＣＴイメージングシステム４００を概略的に示す。従って、ＣＴイメージングシステム４００は、ガントリ４０２、患者支持テーブル４０４及び付属のディスプレイ４０６を有する。ＣＴイメージングシステム４００は更に、２つの光センサ装置を搭載した上述されるシステム１００などの光検知システムを有する。従って、第１光ワイヤ１０４ａの一方のエンドは、ガントリ４０２内に収容された光学監視コンソール１０１に４０８において接続される。第１光ワイヤ１０４ａの他方の先端のエンドは、針４１０の挿入点において患者の体に配置されるパッチ３００に接続される。これは、ガントリ４０２から患者の画像に通じるワイヤ１０４ｂをディスプレイ４０６上に表示する図４Ａ及び４Ｂに概略的に反映される。
【００３１】
第２光ワイヤ１０４ｂはまた、４０８においてガントリ４０２内に収容される光学監視コンソール１０１に接続される。第２光ワイヤ１０４ｂは、介入処置中に患者の体内に挿入されるとき、針４１０に続く。これは、ガントリ４０２から患者の画像に通じるワイヤ１０４ｂをディスプレイ４０６上に表示する図４Ａ及び４Ｂに概略的に反映される。第２光ワイヤ１０４ｂは、患者の体内に挿入されると、針４１０の向きをモニタする。ディスプレイ４０６は、介入処置中にファイバ１０４ａ及び１０４ｂの一方又は双方の向きを表示してもよい。従って、図４Ａにおけるディスプレイ４０６は、針４１０が患者の体内に挿入された時点におけるパッチ３００及び針４１０の向きを示す。図４Ｂにおけるディスプレイは、挿入中の中間ポイントにおけるパッチ３００及び針４１０の向きを示す。
【００３２】
このようにして、医療介入処理中に光検知システム１００を利用するための方法が提供される。図５において、一例となる方法５００が示される。第１ステップ５０２では、少なくとも１つの外部の光センサパッチ３００が、医療器具の挿入位置において、及び／又は関心のある対象組織の近傍において患者の体に付着される。他の光センサ装置１０２がまた、介入中に患者の体の内部又は上に埋め込まれてもよい。このとき、患者は、上述された一例となるＣＴイメージングシステム４００などのイメージングシステム内に配置される。このとき、イメージングシステム４００は、患者の体の画像を生成することを開始し（５０４）、医療介入が開始される（５０４）。
【００３３】
介入処置中、光検知システム１００は、患者の体の上のパッチ３００の向きをモニタ（５０６）するのに利用される。より具体的には、光ワイヤ１０４のオリエンテーションファイバは、介入処置中にパッチ向き情報５０８を取得するため、光学監視コンソール１０１により監視される（５０６）。パッチ向き情報５０８は、監視光の性質の関数としてパッチ３００から返された光信号を測定することを含む。光ワイヤ１０４が複数のオリエンテーションファイバコアを有する場合、当該情報５０８は、各コアについて別々に記録されてもよい。パッチ３００の光ワイヤ１０４内の光の反射は、例えば、光ワイヤ１０４内に埋め込まれた周期構造（ファイバブラッググレーティングなど）によって、又は光ワイヤ１０４の屈折率の非周期的なランダムな変動（Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱など）によって引き起こされるかもしれない。
【００３４】
向き情報は、３次元向き再構成手段１０３に提供され、当該向き情報を用いて患者の体の外側の表面上のパッチ３００の向き５１２を推定（５１０）する。３次元形状再構成手段１０３は、例えば、反射スペクトル５０８を処理し、光ワイヤ１０４のオリエンテーションファイバコアに沿って複数の位置において歪み値を生成してもよい。歪みセンサは、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）とＲａｙｌｅｉｇｈ散乱監視の少なくとも１つを有してもよい。
【００３５】
任意的には、光検知システム１００はまた、介入中に医療器具と共に患者に挿入される内部の光センサ装置の向きをモニタ（５１４）するのに利用されてもよい。より詳細には、内部の光センサ装置に通じる光ワイヤのオリエンテーションファイバは、介入処置中に医療器具の向き情報５１６を取得するため、光学監視コンソール１０１により監視される。医療器具向き情報５１６は、監視光の性質の関数として内部の光センサから戻る光信号を測定することを含む。医療器具向き情報５１６は、３次元向き再構成手段１０３に提供され、向き情報を用いて患者内の医療器具の向き５２０を推定（５１８）する。
【００３６】
光ワイヤは、一部の実施例では、光歪みセンサを有するより多くの光ファイバを有するエリアを含めることによって、より高い感度のエリアを効果的に含む。例えば、光ワイヤは、光歪みセンサを有する第１の個数の光ファイバが存在する第１エリアと、光歪みセンサを有する第２の個数の光ファイバが存在する第２エリアとを有してもよい。このようにして、第２エリアは、第１エリアより高い感度を有することになる。より高い感度は、光ワイヤの向きに関するより良好な分解能を達成するのに役立つ。一例として、第１エリアは１つの光ファイバと第１感度とを有し、第２エリアは４つの光ファイバと、第１感度より高い第２感度とを有してもよい。３次元形状再構成手段１０３は、光ワイヤの形状及び位置の３次元再構成を生成するため、歪み値を合成する。例えば、歪み測定結果は回転角度に変換され、関連する回転マトリクスは、接線ベクトル、法線ベクトル及び従法線ベクトル（すなわち、ヤコビ行列のカラム）を更新するのに利用されてもよい。
【００３７】
外部のセンサにより推定された向きと内部のセンサにより推定された向き５２０（測定される場合）とは、介入処置中にＣＴイメージングシステム４００のプロセッサに送信される。ＣＴイメージングシステム４００は、ＣＴイメージングシステム４００の座標系と推定結果５１２，５２０の座標系とを位置合わせする。このとき、それは、推定された情報５１２，５２０を用いて、介入処置中にＣＴイメージングシステム４００のディスプレイ４０６上に患者の体の内部又は上の外部センサ及び内部センサの向きを表示（５２２）する。いくつかの実施例では、センサ自体はディスプレイ４０６上に表示されなくてもよい。代わりに、ディスプレイ４０６は、患者の体内の医療器具（内部センサ情報に基づく）と患者の皮膚表面（外部センサ情報に基づき）との向きを単に表示してもよい。
【００３８】
更なる実施例では、ＣＴイメージングシステム４００は、パッチ向き情報５１０を用いてシステムのユーザに通知を提供してもよい。ユーザ通知は、多くの形態をとりうる。一実施例では、システムは、介入中に何か失敗したことを示す、パッチ変形が所定の閾値を超過したことをユーザに単に通知してもよい。他の実施例では、システム４００は更に、状況の変化を説明するため、介入処置の提案された変更をユーザに提示してもよい。
【００３９】
上述されたように、ＣＴイメージングシステム４００は、システムのディスプレイ４０６上に表示するための３次元画像ボリュームを形成するため、収集したイメージングデータを再構成してもよい。ＣＴイメージングシステム４００は更に、ユーザがシステム４００とやりとりし、その処理を制御することを可能にする１以上のユーザ入力装置（図示せず）を有してもよい。例えば、ユーザは、医療器具の挿入経路を含む２次元イメージングスライス（図４Ａ及び４Ｂなど）又は医療器具の挿入経路のブルズアイビュー（ｂｕｌｌ‘ｓ−ｅｙｅ  ｖｉｅｗ）など、ディスプレイ４０６に表示するための画像データの適切なビューを設定してもよい。
【００４０】
本発明が複数の実施例を参照して説明された。明らかに、上記の詳細な説明を参照及び理解した他者には改良及び変更が想到するであろう。例えば、介入中の医療器具を操作するための視覚的フィードバックが提供されてもよい。本発明は、添付した請求項又はその均等の範囲内に属する限り、全ての改良及び変更を含むものとして解釈されることが意図される。本発明は、各種組成、コンポーネント及び構成において、開示された実施例の要素の組み合わせ及びサブの組み合わせの形態をとるものであってもよい。
【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５】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年1月13日(2015.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者に対して行われる医療介入中にイメージングデータを生成する方法であって、
前記患者の体に外部光センサを付着するステップであって、前記外部光センサは前記医療介入中に医療介入器具の挿入により変形するよう構成され、参照ポイントに対する前記外部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを有する、付着するステップと、
前記医療介入中に前記外部光センサに関する外部センサ向き情報を生成するため、前記外部光センサを光学的に監視し、前記外部センサ向き情報を用いて、前記医療介入中に前記外部光センサの向きを推定するステップと、
前記外部センサの向きの推定結果を少なくとも部分的に用いて、前記医療介入器具の挿入による前記患者の体の変形を表示するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記外部光センサは、前記少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを支持する基板を含むパッチを有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記基板は、前記医療介入器具が少なくとも１つのゾーンを介し挿入されるようなファイバコアを含まない少なくとも１つのゾーンを有する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記患者の体内に前記医療介入器具に付属する内部光センサを挿入するステップであって、前記内部光センサは、参照ポイントに対する前記内部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの内部オリエンテーションファイバコアを有する、挿入するステップと、
前記医療介入中に前記内部光センサに関する内部センサ向き情報を生成するため、前記内部光センサを光学的に監視し、前記内部センサ向き情報を用いて、前記医療介入中に前記内部光センサの向きを推定するステップと、
前記内部センサ向き推定結果を少なくとも部分的に用いて、前記医療介入器具の向きを表示するステップと、
を更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
術前イメージングスキャンを実行する前に前記患者の体に前記外部光センサを付着するステップと、
前記患者の第１呼吸状態を測定するため、前記術前イメージングスキャン中に前記外部光センサを光学的に監視するステップと、
前記患者の第２呼吸状態を測定するため、前記医療介入中に前記外部光センサを光学的に監視するステップと、
前記第１呼吸状態と前記第２呼吸状態とを比較するステップと、
を更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
患者に対して行われる医療介入処置中にイメージングデータを生成するのに利用されるイメージングシステムであって、
前記医療介入中に前記患者の体に付着されるための外部光センサであって、前記医療介入中に医療介入器具の挿入により変形するよう構成され、参照ポイントに対する前記外部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを有する外部光センサと、
前記医療介入中に前記外部光センサに関する外部センサ向き情報を生成するため、前記外部光センサを光学的に監視する光学監視コンソールと、
前記医療介入中に前記外部センサ向き情報に基づき前記外部光センサの向きを推定する向き再構成手段と、
前記外部センサの向き推定結果を少なくとも部分的に用いて、前記医療介入器具の挿入による前記患者の体の変形を表示するディスプレイと、
を有するイメージングシステム。
【請求項７】
前記外部光センサは、前記少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを支持する基板を含むパッチを有する、請求項６記載のイメージングシステム。
【請求項８】
前記基板は、前記医療介入器具が少なくとも１つのゾーンを介し挿入されるようなファイバコアを含まない少なくとも１つのゾーンを有する、請求項７記載のイメージングシステム。
【請求項９】
当該システムは更に、前記医療介入中に前記患者の体に挿入されるための前記医療介入器具に付属される内部光センサであって、参照ポイントに対する前記内部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの内部オリエンテーションファイバコアを有する内部光センサを更に有し、
前記光学監視コンソールは、前記医療介入中に前記内部光センサに関する内部センサ向き情報を生成するため、前記内部光センサを光学的に監視し、
前記向き再構成手段は、前記医療介入中に前記内部光センサの向きを推定し、
当該システムは更に、前記内部センサ向き情報を少なくとも部分的に用いて、前記医療介入器具の向きを表示するディスプレイを有する、請求項６記載のイメージングシステム。
【請求項１０】
前記向き再構成手段は、前記向き情報を用いて、前記少なくとも１つのオリエンテーションファイバコアに沿った複数の位置についてローカル歪みデータを生成し、前記オリエンテーションファイバコアに沿った各ローカルな歪みの関数としてローカルな湾曲及びねじれ角度データを生成し、各ローカルな湾曲及びねじれ角度の関数として前記オリエンテーションファイバコアの３次元形状を再構成する、請求項６記載のイメージングシステム。
【請求項１１】
患者に対して行われる医療介入中にイメージングデータを生成する装置であって、
前記患者の体に配置される外部光センサであって、前記医療介入中に医療介入器具の挿入により変形するよう構成され、参照ポイントに対する前記外部光センサの向きを測定するよう構成される少なくとも１つの外部オリエンテーションファイバコアを有する外部光センサと、
ディスプレイと、
前記医療介入中に前記外部光センサに関する外部センサ向き情報を生成するため、前記外部光センサを光学的に監視し、前記外部センサ向き情報を用いて前記医療介入中に前記外部光センサの向きを推定し、前記外部センサの向き推定結果を少なくとも用いて、前記ディスプレイ上に前記医療介入器具の挿入による前記患者の体の変形を表示するロジックを有するコンピュータ可読媒体と、
を有する装置。
【請求項１２】
前記外部光センサの向きに基づき前記患者の体の変形を表すモデルを生成するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記患者の体の変形が変形閾値を超過したことをユーザに通知するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
当該システムは、前記外部光センサの向きに基づき前記患者の体の変形を表すモデルを生成するよう構成される、請求項６記載のイメージングシステム。
【請求項１５】
当該システムは、前記患者の体の変形が変形閾値を超過したことをユーザに通知するよう構成される、請求項６記載のイメージングシステム。
【国際調査報告】
2015526145.tif 000009
2015526145.tif 000010
2015526145.tif 000011
2015526145.tif 000012