(57)【要約】  追跡箇所を有する介入ツール（２０）と、身体の解剖学的領域に対する介入ツール（２０）の少なくとも一部の少なくとも１つの画像を生成するよう動作する撮像システム（３０）とを使用する介入システムが提供される。当該介入システムは更に、身体の解剖学的領域に対する、空間参照フレーム内の介入ツール（２０）及び撮像システム（３０）の動きを追跡するよう動作する追跡システム（４０）であり、介入ツール（２０）及び撮像システム（３０）に対して校正される追跡システム（４０）と、各画像に関する、前記空間参照フレーム内の前記追跡箇所の校正追跡位置と該画像内の前記追跡箇所の画像座標位置との間の校正位置誤差の関数として、追跡システム（４０）の追跡品質を監視するよう動作する追跡品質モニタ（５２）とを使用する。
2015503390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
追跡箇所を有する介入ツールと、
身体の解剖学的領域に対する前記介入ツールの少なくとも一部の少なくとも１つの画像を生成するよう動作する撮像システムと、
前記身体の前記解剖学的領域に対する、空間参照フレーム内の前記介入ツール及び前記撮像システムの動きを追跡するよう動作する追跡システムであり、前記介入ツール及び前記撮像システムに対して校正される追跡システムと、
各画像に関する、前記空間参照フレーム内の前記追跡箇所の校正追跡位置と該画像内の前記追跡箇所の画像座標位置との間の校正位置誤差の関数として、前記追跡システムの追跡品質を監視するよう動作する追跡品質モニタと、
を有する介入システム。
【請求項２】
各校正位置誤差は、前記空間参照フレーム内の前記追跡箇所の前記校正追跡位置と前記画像内の前記追跡箇所の前記画像座標位置との間の、前記空間参照フレームの１つ以上の次元における空間的な差である、請求項１に記載の介入システム。
【請求項３】
前記追跡品質モニタは更に、前記身体の前記解剖学的領域に対する前記空間参照フレーム内の校正位置誤差の分布マップを生成するよう動作する、請求項１に記載の介入システム。
【請求項４】
前記追跡品質モニタは更に、少なくとも１つの校正位置誤差が校正誤差閾値を上回っていることに応答して警告を提供するよう動作する、請求項１に記載の介入システム。
【請求項５】
前記追跡品質モニタは更に、少なくとも１つの校正位置誤差が校正誤差閾値を上回っていることに応答して、前記介入ツール及び前記撮像システムに対する前記追跡システムの前記校正を補正するよう動作する、請求項１に記載の介入システム。
【請求項６】
前記介入ツールは超音波プローブであり、前記追跡箇所は前記超音波プローブのヘッドである、請求項１に記載の介入システム。
【請求項７】
前記介入ツールはカテーテルであり、前記追跡箇所は前記カテーテルの先端である、請求項１に記載の介入システム。
【請求項８】
前記撮像システムは超音波撮像システムである、請求項１に記載の介入システム。
【請求項９】
前記撮像システムはＸ線撮像システムである、請求項１に記載の介入システム。
【請求項１０】
前記追跡システムは電磁式追跡システムである、請求項１に記載の介入システム。
【請求項１１】
前記追跡システムは光学式追跡システムである、請求項１に記載の介入システム。
【請求項１２】
介入手順中に、身体の解剖学的領域の少なくともレジストレーション画像に対して、空間参照フレーム内の介入ツールの位置を視覚化するよう動作する介入ナビゲータと、
各レジストレーション画像に関する、前記空間参照フレーム内の追跡箇所の校正追跡位置と該レジストレーション画像内の前記追跡箇所の画像座標位置との間の校正位置誤差の関数として、前記少なくとも１つのレジストレーション画像の追跡品質を監視するよう動作する追跡品質モニタと、
を有する介入ワークステーション。
【請求項１３】
各校正位置誤差は、前記空間参照フレーム内の前記追跡箇所の前記校正追跡位置と前記画像内の前記追跡箇所の前記画像座標位置との間の、前記空間参照フレームの１つ以上の次元における空間的な差である、請求項１２に記載の介入ワークステーション。
【請求項１４】
前記追跡品質モニタは更に、前記身体の前記解剖学的領域に対する前記空間参照フレーム内の校正位置誤差の分布マップを生成するよう動作する、請求項１２に記載の介入ワークステーション。
【請求項１５】
前記追跡品質モニタは更に、少なくとも１つの校正位置誤差が校正誤差閾値を上回っていることに応答して警告を提供すること、及び少なくとも１つの校正位置誤差が校正誤差閾値を上回っていることに応答して、前記介入ツール及び撮像システムに対する追跡システムの校正を補正すること、のうちの少なくとも一方を行うよう動作する、請求項１２に記載の介入ワークステーション。
【請求項１６】
身体の解剖学的領域に対して介入ツールをナビゲートし、前記介入ツールは追跡箇所を有し、
前記身体の前記解剖学的領域に対する前記介入ツールの少なくとも一部の少なくとも１つの画像を生成するよう撮像システムを操作し、
前記身体の前記解剖学的領域に対する、空間参照フレーム内の前記介入ツール及び前記撮像システムの動きを追跡するよう追跡システムを操作し、前記追跡システムは、前記介入ツール及び前記撮像システムに対して校正され、
各画像に関する、前記空間参照フレーム内の前記追跡箇所の校正追跡位置と該画像内の前記追跡箇所の画像座標位置との間の校正位置誤差の関数として、前記追跡システムの追跡品質を監視する、
ことを有する介入方法。
【請求項１７】
各校正位置誤差は、前記空間参照フレーム内の前記追跡箇所の前記校正追跡位置と前記画像内の前記追跡箇所の前記画像座標位置との間の、前記空間参照フレームの１つ以上の次元における空間的な差である、請求項１６に記載の介入方法。
【請求項１８】
前記身体の前記解剖学的領域に対する前記空間参照フレーム内の校正位置誤差の分布マップを生成する、ことを更に有する請求項１６に記載の介入方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの校正位置誤差が校正誤差閾値を上回っていることに応答して警告を提供する、ことを更に有する請求項１６に記載の介入方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの校正位置誤差が校正誤差閾値を上回っていることに応答して、前記介入ツール及び前記撮像システムに対する前記追跡システムの前記校正を補正する、ことを更に有する請求項１６に記載の介入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、身体の内部へのアクセスを得るために切り込み若しくは穴を作成すること、又は身体に切り込みを入れることなく体腔へのアクセスを得ること、又は身体に電磁放射線（例えば、Ｘ線、レーザ、ガンマ線、及び紫外光）を投与すること、を伴い得る身体、人間又は動物の診断及び／又は治療のための介入（インターベンション）手順に関する。本発明は、具体的には、介入手順における介入ツールの追跡システムの校正の術中品質モニタリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、１つ以上の介入ツール２０、１つ以上の撮像システム３０、追跡システム４０、及びワークステーションを使用する既知の介入システムを示している。
【０００３】
各介入ツール２０は、介入手順中に特定のアクションを行うように構造的に構成された如何なる種類のツール、器具、装置、道具などであってもよい。介入ツール２０の例は、以下に限られないが、内視鏡、カテーテル、及び超音波（“ＵＳ”）プローブを含む。
【０００４】
各撮像システム３０は、介入手順中に身体の解剖学的領域の画像を生成するように構造的に構成された如何なる種類のシステムであってもよい。撮像システム３０の例は、以下に限られないが、Ｘ線システム、及びＵＳシステムを含む。
【０００５】
追跡システム４０は、介入手順中に空間参照フレーム内で介入ツール２０の動きを追跡するように構造的に構成された如何なる種類のシステムであってもよい。追跡システム４０の例は、以下に限られないが、電磁式（“ＥＭ”）追跡システム、及び光学式追跡システムを含む。
【０００６】
ワークステーション５０は、介入手順中に、身体の解剖学的領域のレジストレーション画像に対する空間参照フレーム内の介入ツール２０の位置を視覚化するよう、撮像システム３０からの画像データ３１及び追跡システム４０からの追跡データ４１を処理するように構造的に構成された如何なる種類の組み立て機器で構成されてもよい。ワークステーション５０の例は、以下に限られないが、（１）身体の解剖学的領域のレジストレーション画像に対する空間参照フレーム内の介入ツール２０の位置を視覚化するよう画像データ３１及び追跡データ４１を処理する介入ナビゲータアプリケーション５１と、（２）介入ナビゲータアプリケーション５１と相互作用するグラフィカルユーザインタフェース（“ＧＵＩ”）（図示せず）と、を有するコンピュータを含む。
【０００７】
何れの介入手順にとっても特に重要であるのは、追跡システム４０の校正である。例えば、ＥＭ追跡システムは典型的に、空間参照フレームを定める１つ以上の磁界源（ソース）と、磁界源によって作り出された磁界を測定する１つ以上の磁気センサとを使用し、それにより、その測定結果を用いて、空間参照フレーム内の介入ツール２０の位置が決定される。この技術は、ソースとその磁界の空間的な形態との相対的な位置について、並びに磁気センサの相対的な位置及び感度についての、正確な予備知識を当てにしている。理想特性を有する磁気ソース及び磁気センサを製造することは可能でないので、これらの特性の純粋に理想的な計算は誤ったものになる可能性があり、故に、それらは介入手順の前又は最中に校正測定から決定されなければならない。ＥＭ追跡システムの校正は、撮像システム３０（例えば、Ｘ線撮像システム及び／又はＵＳ撮像システム）によって生成される画像の正確なレジストレーションを確実にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、撮像システム３０によって生成される画像のレジストレーションは、そうはいうものの、多様な理由（以下に限られないが、校正誤差、動作不能あるいは誤作動の磁気ソース／センサ、電磁的な歪み又は干渉、患者台の動き及び／又は患者台の湾曲を含む）により、介入手順中に誤ったものになり得る。この可能性ある校正問題を解決するため、本発明は、校正される追跡システム４０の追跡品質を監視するために、図２に示すように、ワークステーション５０に追跡品質モニタ５２を設ける。具体的には、追跡品質モニタ５２は、追跡システム４０によって定められる空間参照フレーム内での介入ツール２０の位置誤差を決定し、該位置誤差の警告及び／又は補正を提供する方法を実行する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態は、追跡箇所を有する介入ツールと、撮像システムと、追跡システムと、追跡品質モニタとを使用する介入システムである。動作時、撮像システムは、身体の解剖学的領域に対する前記介入ツールの一部又は全体の１つ以上の画像を生成するよう動作する。追跡システムは、身体の解剖学的領域に対する、空間参照フレーム内の介入ツール及び撮像システムの動きを追跡し、追跡システムは、介入ツール及び撮像システムに対して校正される。追跡品質モニタは、各画像に関する、空間参照フレーム内の前記追跡箇所の校正追跡位置と該画像内の前記追跡箇所の画像座標位置との間の校正位置誤差の関数として、追跡システムの追跡品質を監視する。
【００１０】
本発明の第２の形態は、介入ナビゲータと追跡品質モニタとを使用する介入ワークステーションである。動作時、介入ナビゲータは、介入手順中に、身体の解剖学的領域の１つ以上のレジストレーション画像に対して、空間参照フレーム内の介入ツールの位置を視覚化する。追跡品質モニタは、各レジストレーション画像に関する、空間参照フレーム内の追跡箇所の校正追跡位置とレジストレーション画像内の前記追跡箇所の画像座標位置との間の校正位置誤差の関数として、レジストレーション画像の追跡品質を監視する。
【００１１】
本発明の第３の形態は、追跡箇所を有する介入ツールの身体の解剖学的領域に対するナビゲーションと、身体の解剖学的領域に対する介入ツールの少なくとも一部の少なくとも１つの画像を生成する撮像システムの操作と、身体の解剖学的領域に対する、空間参照フレーム内の介入ツール及び撮像システムの動きを追跡する追跡システムの操作であり、該追跡システムは介入ツール及び撮像システムに対して校正される、追跡システムの操作と、各画像に関する、空間参照フレーム内の前記追跡箇所の校正追跡位置と該画像内の前記追跡箇所の画像座標位置との間の校正位置誤差の関数としての、追跡システムの追跡品質の監視とを含む介入方法である。
【００１２】
本発明の以上の形態及びその他の形態、並びの本発明の様々な特徴及び利点が、本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明を添付図面とともに読むことで更に明らかになる。以下の詳細な説明及び図面は、単に本発明を例示するものであり、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲によって定められる本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】技術的に知られた介入システムの例示的な一形態を示す図である。
【図２】本発明に従った介入システムの例示的な一実施形態を示す図である。
【図３】本発明に従った追跡品質モニタリング方法の例示的な一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】図３に示したフローチャートに係る第１の例示的な介入実行を示す図である。
【図５Ａ】図４に示した介入実行の例示的な追跡品質モニタリングを示す図である。
【図５Ｂ】図４に示した介入実行の例示的な追跡品質モニタリングを示す図である。
【図６】図３に示したフローチャートに係る第２の例示的な介入実行を示す図である。
【図７】図６に示した介入実行の例示的な追跡品質モニタリングを示す図である。
【図８】図６に示した介入実行の例示的な追跡品質モニタリングを示す図である。
【図９】図３に示したフローチャートに係る第３の例示的な介入実行を示す図である。
【図１０】図９に示した介入実行の例示的な追跡品質モニタリングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで先述したように、図２に示す追跡品質モニタ５２は、追跡システム４０によって定められる空間参照フレーム内での介入ツール２０の位置誤差を決定し、該位置誤差の警告及び／又は補正を提供する方法を実装する。この目的のため、追跡品質モニタ５２は、本発明に係る追跡品質モニタリングを表現する図３に示すフローチャート６０を実行する。
【００１５】
概して、フローチャート６０の段階Ｓ６１は、身体の対象解剖学的領域に対する介入ツール２０の一部又は全体の画像（例えば、身体の解剖学的領域をスキャンするＵＳプローブのＸ線画像、及び身体の解剖学的領域のＵＳ画像）を追跡品質モニタ５２が取得することを含む。
【００１６】
フローチャート６０の段階Ｓ６２は、追跡システム４０によって追跡される空間参照フレーム内の介入ツール２０の追跡箇所の校正追跡位置（例えば、空間参照フレーム内のカテーテルの先端又はＵＳプローブのヘッドの校正追跡位置）を追跡品質モニタ５２が特定することを含む。
【００１７】
フローチャート６０の段階Ｓ６３は、取得された画像内の介入ツール２０の追跡箇所の画像座標位置（例えば、取得された画像内のカテーテルの先端又はＵＳプローブのヘッドの画像座標位置）を追跡品質モニタ５２が特定することを含む。一実施形態において、特定される介入ツール２０の画像座標位置は、既知の画像セグメント化技術から得られる。
【００１８】
フローチャート６０の段階Ｓ６４は、空間参照フレーム内の介入ツール２０の校正追跡位置と、取得された画像内の介入ツール２０の追跡箇所の画像座標位置との間の、介入ツール２０の追跡箇所の校正位置誤差を、追跡品質モニタ５２が計算することを含む。一実施形態において、介入ツール２０の校正位置誤差は、空間参照フレーム内の介入ツール２０の追跡箇所の校正追跡位置と、取得された画像内の介入ツール２０の追跡箇所の画像座標位置との間の、空間参照フレームの１つ以上の次元における空間的な差である。
【００１９】
フローチャート６０の段階Ｓ６５は、介入ツール２０の校正位置誤差が介入ツール２０の校正追跡エラーを表すかを追跡品質モニタ５２が決定することを含む。一実施形態において、追跡品質モニタ５２は、校正位置誤差が校正誤差閾値に等しいか上回っているかに応答して、介入ツール２０の校正位置誤差が介入ツール２０の校正追跡エラーを表すことを決定する。
【００２０】
介入ツール２０の校正位置誤差が介入ツール２０の校正追跡エラーを表さないことを追跡品質モニタ５２が決定した場合、追跡品質モニタ５２は、段階Ｓ６１に戻って、身体の対象解剖学的領域に対する介入ツール２０の後続画像を取得する。
【００２１】
介入ツール２０の校正位置誤差が介入ツール２０の校正追跡エラーを表すことを追跡品質モニタ５２が決定した場合、追跡品質モニタ５２は、フローチャート６０の段階Ｓ６６に進んで、校正追跡エラーの警告を提供し、且つ／或いは校正追跡エラーを補正する。実際には、校正追跡エラーの警告は、視覚的及び／又は聴覚的な警告とすることができ、複数回の校正追跡エラーの検出後に行われてもよい。また、実際には、校正追跡エラーの補正は、自動的あるいは半自動的とすることができ、複数回の校正追跡エラーの検出後に行われてもよい。
【００２２】
段階Ｓ６６の完了を受けて、追跡品質モニタ５２は、段階Ｓ６１に戻って身体の対象解剖学的領域に対する介入ツール２０の後続画像を取得し、あるいはフローチャート６０を終了する。
【００２３】
実際には、追跡品質モニタ５２は、追跡システム４０の校正の品質測定として、如何なる種類の介入手順に利用されてもよい。そうはいうものの、本発明に係る追跡品質モニタリング方法の理解を容易にするため、ここでは、追跡品質モニタ５２によるフローチャート６０の実行を、（１）心臓介入手順におけるＸ線／超音波融合、（２）超音波ガイド下での心臓介入手順、及び（３）心臓介入手順に関するＸ線／電磁校正、との関連で説明することとする。
【００２４】
心臓介入手順におけるＸ線／超音波融合
Ｘ線ガイド下での先進的な心臓介入のための改善された心臓視覚化技術が絶えず研究されている。改善された軟組織視覚化の一例は、ＥＭ追跡を用いた、ストリーミングＸ線撮像上へのライブ２次元（“２Ｄ”）／３次元（“３Ｄ”）ＵＳ撮像の融合である。例えば、図４は、ＵＳプローブ２１（例えば、経食堂プローブ）とＸ線イメージャ３２とのレジストレーションを必要とする介入手順を例示している。ＥＭセンサ４２がＵＳプローブ２１に取り付けられて２Ｄ／３Ｄ  ＵＳ画像に対して事前校正されるとともに、ＥＭセンサ４３が患者台に取り付けられてＸ線イメージャ３２に対して事前校正され、それにより、Ｘ線画像のリアルタイムストリームがＵＳ画像に対して恒久的にレジストレーションされる。ＥＭソース４４が、当該ＥＭソース４４によって定められる空間参照フレーム内でＥＭセンサ４２及び４３を追跡する目的で動作される。課題は、多様な理由に起因してＵＳ／Ｘ線レジストレーションが誤ったものになり、それにより、介入手順の正確性及び信頼性の低下がもたらされ得ることである。
【００２５】
可能性ある誤ったＵＳ／Ｘ線レジストレーションに対処するため、手順が通常に進められるときに、追跡品質モニタ５２（図２）がバックグラウンドで継続動作してレジストレーションの健全性を監視する。概して、通常の臨床プロトコルの一部として臨床医によってＸ線画像が撮影される都度、追跡品質モニタ５２が、該Ｘ線画像上でＵＳプローブ２１のヘッドの画像座標位置を特定し、ＵＳプローブ２１のヘッドの該画像座標位置を、ＵＳ／Ｘ線レジストレーションにより該Ｘ線画像上で期待されるＵＳプローブ２１の先端の校正追跡位置と比較する。追跡品質モニタ５２は続けて、ＵＳプローブ２１のヘッドの校正位置誤差を計算し、校正位置誤差の記録（ログ）を作成し、校正位置誤差において有意な誤差変動が検出された場合（すなわち、校正位置誤差が校正誤差閾値に等しいか上回るかしている場合）に臨床医に警告する。
【００２６】
フローチャート６０（図３）との関連では、フローチャート６０の段階Ｓ６１は、追跡品質モニタ５２が患者の心臓領域の各Ｘ線画像を取得して格納することを含む。他の例では、追跡品質モニタ５２は、ｎ≧２として、ｎ回に１回の割合で、患者の心臓領域について撮影されるＸ線画像を取得して格納する。
【００２７】
Ｘ線画像の取得及び格納の後、フローチャート６０の段階Ｓ６２は、追跡品質モニタ５２が、既知のＵＳ／Ｘ線レジストレーション行列を用いて、Ｘ線画像内のＵＳプローブ２１のヘッドの校正追跡位置を計算することを含み、フローチャート６０の段階Ｓ６３は、追跡品質モニタ５２が、ＵＳプローブ２１のヘッドのセグメント化又はＵＳプローブ２１の近似的な６自由度（“ＤＯＦ”）姿勢の抽出を行う既知のセグメンテーションアルゴリズムを用いて、Ｘ線画像内のＵＳプローブ２１のヘッドの画像座標位置を計算することを含む。例えば、図５Ａは、Ｘ線画像３３ａ内のＵＳプローブ２１のヘッドの校正追跡位置３４ａ及び画像座標位置３５を示しており、図５Ｂは、Ｘ線画像３３ｂ内のＵＳプローブ２１のヘッドの校正追跡位置３４ｂ及び画像座標位置３５を示している。なお、Ｘ線画像３３の残りの部分は、位置３４及び３５の明瞭化のために省略している。
【００２８】
フローチャート６０の段階Ｓ６４は、追跡品質モニタ５２が、Ｘ線画像内のＵＳプローブ２１のヘッドの校正追跡位置を、Ｘ線画像内のＵＳプローブ２１のヘッドの画像座標位置と比較して、これら２つの位置間の校正追跡を決定して記録をとることを含む。この比較は、フローチャート６０の段階Ｓ６５において、校正追跡が、画像座標位置を取り囲む最大許容校正誤差閾値以下である場合に、容認可能なＵＳ／Ｘ線画像レジストレーションを指し示す。例えば、図５Ａは、校正追跡位置３４ａが校正追跡閾値３６内で画像座標位置３５と合致していることを示しており、故に、容認可能なＵＳ／Ｘ線画像レジストレーションが追跡品質モニタ５２によって決定されている。上記比較が容認可能なＵＳ／Ｘ線画像レジストレーションを指し示す場合、追跡品質モニタ５２は、段階Ｓ６１に戻り、別のＸ線画像の取得及び格納を行う。
【００２９】
逆に、フローチャート６０の段階Ｓ６５において、校正追跡が、画像座標位置を取り囲む最大許容校正追跡閾値を上回っている場合には、上記比較は容認不可能なＵＳ／Ｘ線画像レジストレーションを指し示す。例えば、図５Ｂは、校正追跡位置３４ｂが校正追跡閾値３６の外側にあることを示しており、故に、容認できないＵＳ／Ｘ線画像レジストレーションが追跡品質モニタ５２によって決定されている。上記比較が容認不可能なＵＳ／Ｘ線画像レジストレーションを指し示す場合、追跡品質モニタ５２は、フローチャート６０の段階Ｓ６６に進んで、追跡警告を提供し、且つ／或いは必要に応じてＵＳ／Ｘ線画像レジストレーションに対する補正を実行する。
【００３０】
追跡警告に関し、追跡品質モニタ５２は臨床医に、校正追跡誤差の記録をレビューして、介入手順を進めるべきか否か、且つ／或いは容認できないレジストレーションに対する補正を要求すべきか否かを確かめるように警告してもよい。
【００３１】
自動的あるいは半自動的なレジストレーション補正に関し、追跡品質モニタ５２は、正しく一致させるように適切なレジストレーション行列を最適化し得る。そのような最適化は、安定した結果のために複数のＸ線画像にわたって実行されなければならず、２つの異なる角度からのＸ線画像を必要とすることになる。より具体的には、複数のＸ線画像が取得される場合、それらがキャプチャされる限り、統計的に強い推定を作成するために、それらのＸ線画像の全てが共に使用され得る。また、それらのＸ線画像は、通常の臨床ワークフローの一部としてキャプチャされてもよいし、あるいは補正の目的で意図的にキャプチャされてもよい。
【００３２】
投影ジオメトリの性質に起因して、或る特定のＸ線画像の深さ方向における校正追跡誤差の不確実性が、Ｘ線画像に平行な方向においてよりも遥かに高くなることが観測され得る。しかしながら、第２の斜めのＸ線画像の処理がこの問題を解消し得る。
【００３３】
また、累積誤差情報を用いて、誤差を、レジストレーションにおける変化に起因する第１の誤差と、ランダム事象（例えば、ＥＭ歪み及びＣアーム追跡誤差）に起因する第２の誤差との双方に分解してもよい。
【００３４】
心臓介入手順における超音波誘導
改善された軟組織視覚化の他の一例は、ＥＭ追跡を用いた、追跡されるカテーテルとともにの、ストリーミングＸ線上へのライブ２Ｄ／３Ｄ  ＵＳの融合である。例えば、図６は、被追跡カテーテル２２を追加した図４の介入手順を例示している。やはり、課題は、多様な理由に起因してＵＳ／Ｘ線レジストレーションが誤ったものになり、それにより、介入手順の正確性及び信頼性の低下がもたらされ得ることである。
【００３５】
可能性ある誤ったＵＳ／Ｘ線レジストレーションに対処するため、追跡品質モニタ５２（図２）がバックグラウンドで継続実行されて、鼓動する心臓の内部のＥＭ追跡誤差を更新する。概して、追跡品質モニタ５２は、技術的に知られているようなカテーテル２２の先端のライブセグメンテーションと、対応するカテーテル２２の先端のＥＭ追跡位置とを利用する。十分な数のそのようなデータ点が収集されると、追跡品質モニタ５２は、このデータにフィットする最も可能性ある誤差分布を決定するアルゴリズムを実行する。心臓内部のこのライブ誤差マップが臨床医に表示され得る。さらに、このマップは、誤差が境界を超えるときに臨床医に自動通知するために使用され得る。これは、システムの確実性及び正確性を有意に高めることになる。
【００３６】
フローチャート６０（図３）との関連では、フローチャート６０の段階Ｓ６１は、追跡品質モニタ５２が患者の心臓領域の各ＵＳ画像を取得して格納することを含む。他の例では、追跡品質モニタ５２は、ｎ≧２として、ｎ回に１回の割合で、患者の心臓領域について撮影されるＵＳ画像を取得して格納する。
【００３７】
ＵＳ画像の取得及び格納の後、フローチャート６０の段階Ｓ６２は、追跡品質モニタ５２が、既知のＵＳ／Ｘ線レジストレーション行列を用いて、ＵＳ画像内のカテーテル２２の先端の校正追跡位置を計算することを含み、フローチャート６０の段階Ｓ６３は、追跡品質モニタ５２が、カテーテル２２の先端をセグメント化する既知のセグメンテーションアルゴリズムを用いて、ＵＳ画像内のカテーテル２２の先端の画像座標位置を計算することを含む。例えば、図７は、ＵＳ画像３７内の白い破線によって表されるカテーテル２２の校正追跡位置と、ＵＳ画像３７内の白い実線によって表されるカテーテル２２の画像座標位置とを示している。
【００３８】
実際には、全てのＵＳ画像がセグメンテーションを可能にするのに十分な品質を有することにはならない。典型的に、ＵＳ画像ストリームは３０ボリューム／秒である。従って、１０−１０００ボリュームごとのＵＳ画像で良好なセグメンテーションが達成され得る。
【００３９】
フローチャート６０の段階Ｓ６４は、追跡品質モニタ５２が、ＵＳ画像内のカテーテル２２の先端の校正追跡位置を、ＵＳ画像内のカテーテル２２の先端の画像座標位置と比較して、これら２つの位置間の校正追跡を決定して記録をとることを含む。
【００４０】
段階Ｓ６４の基礎となる実施形態（ベース実施形態）において、この比較は、フローチャート６０の段階Ｓ６５において、校正位置誤差が、画像座標位置を取り囲む最大許容校正追跡閾値以下である場合に、容認可能なレジストレーションを指し示す。上記比較が容認可能なレジストレーションを指し示す場合、追跡品質モニタ５２は、フローチャート６０の段階Ｓ６１に戻り、別のＵＳ画像の取得及び格納を行う。
【００４１】
逆に、フローチャート６０の段階Ｓ６５において、校正位置誤差が、画像座標位置を取り囲む最大許容校正追跡閾値を上回っている場合には、上記比較は容認不可能なレジストレーションを指し示す。上記比較が容認できないレジストレーションを指し示す場合、追跡品質モニタ５２は、フローチャート６０の段階Ｓ６６に進んで、追跡警告を提供し、且つ／或いは必要に応じてレジストレーションに対する補正を実行する。
【００４２】
ＵＳセグメンテーションにおける不確実性に起因して、段階Ｓ６４のベース実施形態は、その位置でのＥＭ追跡誤差の良好な推定を提供しないことがある。また、カテーテル２２のＥＭ追跡における誤差は、ＵＳ−ＥＭ校正における誤差と混ぜ合わされることになる。従って、段階Ｓ６４のマッピング実施形態は、統計的に意味のあるマップを作成するように追跡品質モニタ５２が複数の誤差データセットを収集することを含む。具体的には、キャプチャされた関連するボリュームの全てに関して、ＥＭ位置、セグメント化された位置、及びセグメンテーション信頼値が、既知のアルゴリズムに供給される。該アルゴリズムは、統計的な最適化手法を実行して、例えば複数の異なる誤差ゾーン３９ａ−３９ｄを有する図８に示す３Ｄマップ３８のような、３Ｄボリューム内部のＥＭ誤差分布の３Ｄマップを計算する。該アルゴリズムは、この誤差分布を３Ｄマップ内で滑らかにするように補間を行い、それがＵＳ−ＥＭ校正において見い出した何らかの系統的誤差を出力する。該アルゴリズムがこのようなオフセットを計算するとき、該アルゴリズムはまた、そのようなオフセットの確実性を測ることになる。
【００４３】
また、該アルゴリズムは、‘初期設定’のために、以前の実験から事前計算されたＥＭ誤差マップを使用し得る。特に、誤差マップ計算は正確に条件付けられたものではないので、確率的推定は、システムが予期する誤差マップを用いることで有意に進歩することになる。これらの事前計算マップはまた、様々な次元における誤差の等方的（均衡／不均衡）分布のような定性的な情報を与え得る。
【００４４】
段階Ｓ６４のマッピング実施形態はまた、Ｘ線イメージャ３２からの撮像データを組み入れてもよい。しかしながら、課題は、それを正しく統合することであろう。例えば、Ｘ線画像におけるセグメンテーションの不確実性は恐らくは画像の面内で低い。しかしながら、深さにおける不確実性は未知であるか、より高いかである。確率的手法はこの推定を有意に改善する助けとなる。なお、複数のＸ線画像が取得される場合、それらがキャプチャされる限り、統計的に強い推定を作成するために、それらの全てが共に使用され得る。また、それらのＸ線画像は、通常の臨床ワークフローの一部としてキャプチャされてもよいし、あるいは補正の目的で意図的にキャプチャされてもよい。
【００４５】
段階Ｓ６５においてこの誤差マップを用いて、追跡品質モニタ５２は、カテーテル２２のＥＭ追跡の正確性を自動判定して、その値を記録に格納し得る。校正位置誤差が校正誤差閾値以下である場合、追跡品質モニタ５２は、段階Ｓ６１に戻り、別のＵＳ画像及び／又はＸ線画像の取得及び格納を行う。校正位置誤差が校正誤差閾値を上回っている場合には、追跡品質モニタ５２は、フローチャート６０の段階Ｓ６６に進んで、追跡警告を提供し、且つ／或いは必要に応じてレジストレーションに対する補正を実行する。
【００４６】
フローチャート６０に関し、１つの具体的な誤差マップが計算された後、新たなＵＳ画像が取得されて格納される都度、追跡品質モニタ５２が誤差マップを更新する。新たなデータ点（ＥＭ位置、画像セグメンテーション、及び信頼値）が利用可能になるとき、誤差マップは追跡品質モニタ５２によってオンザフライで更新される。マップへの新たな更新が急激で一貫しない場合、臨床医に対して警告が発せられてもよい。
【００４７】
段階Ｓ６６の追跡警告に関し、追跡品質モニタ５２は臨床医に、校正誤差追跡の記録をレビューして、介入手順を進めるべきか否か、且つ／或いは容認できないレジストレーションに対する補正を要求すべきか否かを確かめるように警告してもよい。
【００４８】
段階Ｓ６６の自動的あるいは半自動的なレジストレーション補正に関し、追跡品質モニタ５２は、正しく一致させるように適切なレジストレーション行列を最適化し得る。そのような最適化は、安定した結果のために複数のＵＳ画像（及び／又はＸ線画像）にわたって実行されなければならず、２つの異なる角度からのＵＳ画像（及び／又はＸ線画像）を必要とすることになる。より具体的には、複数のＵＳ画像（及び／又はＸ線画像）が取得される場合、それらがキャプチャされる限り、統計的に強い推定を作成するために、それらのＵＳ画像（及び／又はＸ線画像）の全てが共に使用され得る。また、それらのＵＳ画像（及び／又はＸ線画像）は、通常の臨床ワークフローの一部としてキャプチャされてもよいし、あるいは補正の目的で意図的にキャプチャされてもよい。
【００４９】
心臓介入手順に関するＸ線誘導
現在評判のよい一手法は、ＥＭ追跡を用いて、カテーテルの仮想的な位置をＸ線上に重ね合わせるものである。例えば、図９は、基準センサ４３を患者台（テーブル）に取り付けることによってＥＭ追跡システムに事前校正されたＸ線イメージャ３２を示している。このＸ線／ＥＭ校正は、経時的に変動し、重ね合わせの精度を低下させる。その主な理由は、様々な患者の体重によるテーブル湾曲（〜５−１０ｍｍ）である。例えば、図９は、水平軸４５に対する回転及び上下方向の変位４６を伴う患者台の湾曲を誇張して示している。
【００５０】
この変動に対処するため、追跡品質モニタ５２が、カテーテル２２の実際のＸ線画像を固有の事前校正から推定されるそれと比較することによって、このレジストレーションを術中に監視して補正する。概して、介入手順が通常に進められるときに、追跡品質モニタ５２がバックグラウンドで最適化として継続実行されてレジストレーションの健全性を監視する。通常の臨床プロトコルの一部として臨床医によってＸ線画像が撮影される都度、追跡品質モニタ５２が、テーブル湾曲を計算し、（必要な場合に）校正を補正する。追跡品質モニタ５２は、術中補正を計算するとともに、その他のランダムな発生源からの誤差を視覚化し得る。
【００５１】
フローチャート６０（図３）との関連では、フローチャート６０の段階Ｓ６１は、追跡品質モニタ５２が患者の心臓領域の各Ｘ線画像を取得して格納することを含む。他の例では、追跡品質モニタ５２は、ｎ≧２として、ｎ回に１回の割合で、患者の心臓領域について撮影されるＸ線画像を取得して格納する。
【００５２】
Ｘ線画像の取得及び格納の後、フローチャート６０の段階Ｓ６２は、追跡品質モニタ５２が、既知のＥＭ／Ｘ線レジストレーション行列を用いて、Ｘ線画像内のカテーテル２２の先端の校正追跡位置を計算することを含み、フローチャート６０の段階Ｓ６３は、追跡品質モニタ５２が、カテーテル２２の先端をセグメント化する既知のセグメンテーションアルゴリズムを用いて、Ｘ線画像内のカテーテル２２の先端の画像座標位置を計算することを含む。例えば、図１０は、Ｘ線画像３３ｃ内の白い破線によって表されるカテーテル２２の校正追跡位置と、Ｘ線画像３３ｃ内の白い実線によって表されるカテーテル２２の画像座標位置とを示している。
【００５３】
フローチャート６０の段階Ｓ６４は、追跡品質モニタ５２が、Ｘ線画像内のカテーテル２２の先端の校正追跡位置を、Ｘ線画像内のカテーテル２２の先端の画像座標位置と比較して、これら２つの位置間の誤差を決定して記録をとることを含む。例えば、図１０は、校正追跡位置から画像座標位置までを指し示す白色のベクトルの形態で誤差を示している。
【００５４】
この誤差に関し、Ｘ誤差はＣアームの回転に依存し、Ｙ誤差は患者台の湾曲に依存し、残りの誤差はランダムである。テーブルの動きは、誤差ベクトルから推定されることができ、心臓介入手順中に継続的に精緻化され得る。
【００５５】
より具体的には、この誤差を用いて、追跡品質モニタ５２が、段階Ｓ６６においてテーブルパラメータを最適化する。また、テーブルに特有の湾曲に起因して観測されることには、ＡＰ方向の典型的なＸ線画像は、傾斜方向における画像ほど大きな視覚化誤差を被らない。この累積的な誤差情報を用いて、誤差を、校正の変化に起因する誤差と、（ＥＭ歪み及びＣアーム追跡誤差のような）ランダム事象からの誤差との双方に分解してもよい。従って、追跡品質モニタ５２は、校正からの系統的な誤差を補正するとともに、異質の誤差（主に追跡誤差）の量を推定する。この追跡誤差は、更新後の校正からの誤差が減算された後にシステム内に残る残留誤差として提示され得る。
【００５６】
ここでの図１−１０の記述から、これに限られないが追跡システムを使用する任意の種類の介入手順への本発明に係る追跡品質モニタの適用を含む本発明の数多くの利益が、当業者によって認識されることになる。
【００５７】
実際には、介入ナビゲータ５１（図１及び２）及び追跡品質モニタ５２（図２）は、本発明の技術分野の当業者によって認識されるように、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアで構成されるモジュールとし得る。また、追跡品質モニタ５２は介入ナビゲータ５１の構成要素であってもよい。
【００５８】
例示的な態様、特徴及び実装例を参照して本発明を説明してきたが、開示のシステム及び方法は、これらの例示的な態様、特徴及び／又は実装例に限定されるものではない。むしろ、ここに提供された記載から当業者に直ちに認識されるように、開示のシステム及び方法は、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく、変更、改変及び強化を受け得るものである。従って、本発明は、本発明の範囲内のそのような変更、改変及び強化を明確に包含するものである。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月27日(2014.8.27)
【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】
追跡箇所を有する介入ツールと、
身体の解剖学的領域に対する前記介入ツールの少なくとも一部の少なくとも１つの画像を生成するよう動作する撮像システムと、
前記身体の前記解剖学的領域に対する、空間参照フレーム内の前記介入ツール及び前記撮像システムの動きを追跡するよう動作する追跡システムであり、前記介入ツール及び前記撮像システムに対して校正される追跡システムと、
各画像に関する、前記空間参照フレーム内の前記追跡箇所の校正追跡位置と該画像内の前記追跡箇所の画像座標位置との間の校正位置誤差の関数として、前記追跡システムの追跡品質を監視するよう動作する追跡品質モニタと、
を有する介入システム。
【請求項２】
各校正位置誤差は、前記空間参照フレーム内の前記追跡箇所の前記校正追跡位置と前記画像内の前記追跡箇所の前記画像座標位置との間の、前記空間参照フレームの１つ以上の次元における空間的な差である、請求項１に記載の介入システム。
【請求項３】
前記追跡品質モニタは更に、前記身体の前記解剖学的領域に対する前記空間参照フレーム内の校正位置誤差の分布マップを生成するよう動作する、請求項１に記載の介入システム。
【請求項４】
前記追跡品質モニタは更に、少なくとも１つの校正位置誤差が校正誤差閾値を上回っていることに応答して警告を提供するよう動作する、請求項１に記載の介入システム。
【請求項５】
前記追跡品質モニタは更に、少なくとも１つの校正位置誤差が校正誤差閾値を上回っていることに応答して、前記介入ツール及び前記撮像システムに対する前記追跡システムの前記校正を補正するよう動作する、請求項１に記載の介入システム。
【請求項６】
前記介入ツールは超音波プローブであり、前記追跡箇所は前記超音波プローブのヘッドである、請求項１に記載の介入システム。
【請求項７】
前記介入ツールはカテーテルであり、前記追跡箇所は前記カテーテルの先端である、請求項１に記載の介入システム。
【請求項８】
前記撮像システムは超音波撮像システムである、請求項１に記載の介入システム。
【請求項９】
前記撮像システムはＸ線撮像システムである、請求項１に記載の介入システム。
【請求項１０】
前記追跡システムは電磁式追跡システムである、請求項１に記載の介入システム。
【請求項１１】
前記追跡システムは光学式追跡システムである、請求項１に記載の介入システム。
【請求項１２】
介入手順中に、身体の解剖学的領域の少なくとも１つのレジストレーション画像に対して、空間参照フレーム内の介入ツールの位置を視覚化するよう動作する介入ナビゲータと、
各レジストレーション画像に関する、前記空間参照フレーム内の追跡箇所の校正追跡位置と該レジストレーション画像内の前記追跡箇所の画像座標位置との間の校正位置誤差の関数として、前記少なくとも１つのレジストレーション画像の追跡品質を監視するよう動作する追跡品質モニタと、
を有する介入ワークステーション。
【請求項１３】
各校正位置誤差は、前記空間参照フレーム内の前記追跡箇所の前記校正追跡位置と前記画像内の前記追跡箇所の前記画像座標位置との間の、前記空間参照フレームの１つ以上の次元における空間的な差である、請求項１２に記載の介入ワークステーション。
【請求項１４】
前記追跡品質モニタは更に、前記身体の前記解剖学的領域に対する前記空間参照フレーム内の校正位置誤差の分布マップを生成するよう動作する、請求項１２に記載の介入ワークステーション。
【請求項１５】
前記追跡品質モニタは更に、少なくとも１つの校正位置誤差が校正誤差閾値を上回っていることに応答して警告を提供すること、及び少なくとも１つの校正位置誤差が校正誤差閾値を上回っていることに応答して、前記介入ツール及び撮像システムに対する追跡システムの校正を補正すること、のうちの少なくとも一方を行うよう動作する、請求項１２に記載の介入ワークステーション。
【国際調査報告】
2015503390.tif 000014
2015503390.tif 000015
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2015503390.tif 000017