(57)【要約】  本発明は、超音波場の像平面１２に対する介入デバイス１１の位置を追跡する装置１０に関する。位置は面外距離Ｄｏｐを含む。幾何学的配置提供ユニットＧＰＵは、複数のトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅ１、…、ｎを含み、各長さは、複数の介入デバイスタイプＴ１、…、ｎのそれぞれについて、介入デバイス１１、４１の遠位端１７、４７と、介入デバイスに取り付けられる超音波検出器１６、４６との所定距離Ｌｔｄｅに対応する。画像融合ユニットＩＦＵが、追跡される介入デバイスのタイプＴを示すデータを受信し、タイプＴに基づいて、幾何学的配置提供ユニットＧＰＵから、対応するトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅを選択し、再構成された超音波画像ＲＵＩ内に、超音波場内の介入デバイスの面外距離Ｄｏｐ及びトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅの両方を示す。
2018537227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム形成超音波撮像システムの超音波トランスデューサアレイによって放射される複数のビームによって画定される超音波場の像平面に対する介入デバイスの位置を決定する装置であって、
前記位置は、前記介入デバイスに取り付けられる超音波検出器によって検出された前記超音波トランスデューサアレイによって放射された超音波信号に基づいて決定され、前記装置は、
前記超音波トランスデューサアレイによって検出された超音波信号に基づいて、前記像平面に対応する再構成された超音波画像を提供する画像再構成ユニットと、
前記超音波トランスデューサアレイによって放射された超音波信号と前記超音波検出器によって検出された超音波信号との相関関係に基づいて、前記像平面に対する前記介入デバイスの前記位置を特定する位置決定ユニットであって、前記位置は、前記超音波検出器と前記像平面との最短距離に対応する面外距離を含む、前記位置決定ユニットと、
複数のトランスデューサ−遠位端長さを有する幾何学的配置提供ユニットであって、各長さは、複数の介入デバイスタイプのそれぞれについて、介入デバイスの遠位端と前記介入デバイスに取り付けられる超音波検出器との所定距離に対応する、前記幾何学的配置提供ユニットと、
前記超音波場内の前記介入デバイスのタイプを示すデータを受信し、
前記タイプに基づいて、前記幾何学的配置提供ユニットから、対応するトランスデューサ−遠位端長さを選択し、
前記超音波場内の前記介入デバイスについて、前記面外距離及び前記トランスデューサ−遠位端長さの両方を、前記再構成された超音波画像内に示す画像融合ユニットと、
を含む、装置。
【請求項２】
前記画像融合ユニットは更に、
前記面外距離を、前記再構成された超音波画像内に、第１の円の半径として示し、
前記トランスデューサ−遠位端長さを、前記再構成された超音波画像内に、第２の円の半径として示し、
前記第１の円及び前記第２の円は、共通の中心を共有し、前記共通の中心は、前記超音波検出器の位置に相当する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記共通の中心は、前記超音波検出器の前記位置に最も近い点において、前記像平面内にある、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記画像融合ユニットは更に、
前記第１の円の外周と前記第２の円の外周とが一致する場合、前記第１の円及び前記第２の円は、共通の円として示され、
次の事項：
前記共通の円の外周が、前記第１の円の色及び前記第２の円の色とは異なる色で示される、
前記共通の円の外周が、前記第１の円のコントラスト及び前記第２の円のコントラストとは異なるコントラストで示される、
前記共通の円が、破線の外周で表示される、
前記共通の円の外周が、経時的に波打つ、
のうちの少なくとも１つが生じるように構成される、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
超音波トランスデューサアレイを更に含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
介入デバイスに取り付けられた超音波検出器を有する前記介入デバイスを更に含み、
前記超音波検出器は、前記介入デバイスの遠位端から所定距離において、前記介入デバイスに取り付けられる、請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記ビーム形成超音波撮像システムは、２Ｄ超音波撮像プローブ、３Ｄ超音波撮像プローブ、経直腸的超音波断層プローブ、血管内超音波プローブ、経食道プローブ、経胸腔プローブ、経鼻プローブ、心腔内プローブの群から選択される撮像プローブを含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
ビーム形成超音波撮像システムの超音波トランスデューサアレイによって放射される複数のビームによって画定される超音波場の像平面に対する介入デバイスの位置を決定する装置と共に使用する介入デバイスであって、
前記位置は、前記介入デバイスに取り付けられる超音波検出器によって検出された前記超音波トランスデューサアレイによって放射された超音波信号に基づいて決定され、前記装置は、
前記超音波トランスデューサアレイによって検出された前記超音波信号に基づいて、前記像平面に対応する再構成された超音波画像を提供する画像再構成ユニットと、
前記超音波トランスデューサアレイによって放射された超音波信号と前記超音波検出器によって検出された超音波信号との相関関係に基づいて、前記像平面に対する前記介入デバイスの前記位置を特定する位置決定ユニットであって、前記位置は、前記超音波検出器と前記像平面との最短距離に対応する面外距離を含む、前記位置決定ユニットと、
複数のトランスデューサ−遠位端長さを有する幾何学的配置提供ユニットであって、各長さは、複数の介入デバイスタイプのそれぞれについて、介入デバイスの遠位端と前記介入デバイスに取り付けられる超音波検出器との所定距離に対応する、前記幾何学的配置提供ユニットと、
前記超音波場内の前記介入デバイスのタイプを示すデータを受信し、
前記タイプに基づいて、前記幾何学的配置提供ユニットから、対応するトランスデューサ−遠位端長さを選択し、
前記超音波場内の前記介入デバイスについて、前記面外距離及び前記トランスデューサ−遠位端長さの両方を、前記再構成された超音波画像内に示す画像融合ユニットと、
を含み、
前記介入デバイスは、
ビーム形成超音波撮像システムの超音波トランスデューサアレイによって放射される超音波信号を検出する超音波検出器と、
データ担体と、
を含み、
前記超音波検出器は、前記介入デバイスの遠位端から所定距離において、前記介入デバイスに取り付けられ、
前記データ担体は、前記介入デバイスのタイプを示すデータを含み、前記データは、前記装置の前記画像融合ユニットによって受信されると、前記画像融合ユニットに、
前記装置の前記幾何学的配置提供ユニットから、前記介入デバイスのタイプについて、前記介入デバイスの前記遠位端と前記介入デバイスに取り付けられている前記超音波検出器との前記所定距離に対応するトランスデューサ−遠位端長さを選択させ、
前記装置の前記画像再構成ユニットによって再構成された超音波画像内に、前記超音波場内の前記介入デバイスの前記トランスデューサ−遠位端長さを示させる、介入デバイス。
【請求項９】
前記データは、前記装置の前記画像融合ユニットによって受信されると、前記装置の前記画像融合ユニットに更に、
前記トランスデューサ−遠位端長さを、前記再構成された超音波画像内に、第２の円の半径として示させ、
前記再構成された超音波画像内に、前記超音波検出器と前記像平面との最短距離に対応する面外距離を、前記装置の前記位置決定ユニットによって決定された通りに示させる、請求項８に記載の介入デバイス。
【請求項１０】
前記データは、前記装置の前記画像融合ユニットによって受信されると、前記装置の前記画像融合ユニットに更に、
前記面外距離を、前記再構成された超音波画像内に、第１の円の半径として示させ、
前記第１の円及び前記第２の円は、共通の中心を共有し、前記共通の中心は、前記超音波検出器の位置に相当する、請求項９に記載の介入デバイス。
【請求項１１】
前記超音波検出器は、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレンといったＰＶＤＦコポリマー、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）といったＰＶＤＦターポリマーのような圧電性物質から形成される、請求項８乃至１０の何れか一項に記載の介入デバイス。
【請求項１２】
ニードル、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、電極、ロボット、フィルタデバイス、バルーンデバイス、ステント、マイトラクリップ、左心耳閉鎖デバイス、大動脈弁、ペースメーカ、静脈ライン、ドレナージライン、組織封止デバイス若しくは組織切断デバイスといった手術道具の群から選択される、請求項８乃至１１の何れか一項に記載の介入デバイス。
【請求項１３】
ビーム形成超音波撮像システムの超音波トランスデューサアレイによって放射される複数のビームによって画定される超音波場の像平面に対する介入デバイスの位置を決定する装置であって、前記位置は、前記介入デバイスに取り付けられる超音波検出器によって検出された前記超音波トランスデューサアレイによって放射された超音波信号に基づいて決定される、前記装置のプロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
前記超音波トランスデューサアレイによって検出された超音波信号に基づいて、前記像平面に対応する超音波画像を再構成するステップと、
前記超音波トランスデューサアレイによって放射された超音波信号と前記超音波検出器によって検出された超音波信号との相関関係に基づいて、前記像平面に対する前記介入デバイスの前記位置を特定するステップであって、前記位置は、前記超音波検出器と前記像平面との最短距離に対応する面外距離を含む、前記ステップと、
前記超音波場内の前記介入デバイスのタイプを示すデータを受信するステップと、
前記タイプに基づいて、ルックアップテーブルから、前記介入デバイスの遠位端と前記介入デバイスに取り付けられる前記超音波検出器との所定距離に対応するトランスデューサ−遠位端長さを選択するステップと、
前記超音波場内の前記介入デバイスについて、前記面外距離及び前記トランスデューサ−遠位端長さの両方を、再構成された前記超音波画像内に示すステップと、
を行わせる命令を含む、コンピュータプログラム。
【請求項１４】
前記プロセッサは更に、
再構成された前記超音波画像内に、前記面外距離を、第１の半径として示すステップと、
再構成された前記超音波画像内に、前記トランスデューサ−遠位端長さを、第２の半径として示すステップと、
を行い、
前記第１の円及び前記第２の円は、共通の中心を共有し、前記共通の中心は、前記超音波検出器の位置に相当する、請求項１３に記載の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、超音波を使用した介入デバイスの位置特定に関する。より具体的には、本発明は、超音波ベースの位置特定システムに取り付けられた介入デバイスのタイプの認識に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニードル、カテーテル及び手術道具といった介入デバイスは、しばしば、それらの反射性の鏡面性、特に好ましくない入射角における反射性の鏡面性により、超音波画像内で視覚化することが難しい。
【０００３】
上記問題に対する１つの解決策では、米国特許第４２４９５３９号は、医療ニードルの先端が、超音波撮像システムが出す超音波信号に反応する超音波トランスデューサを含む装置について説明している。超音波撮像システムからの超音波パルスを検出すると、トランスデューサに接続されている回路が、ニードル先端からの戻り超音波パルスの生成又は飛行時間遅延を使用した当該戻りパルスのシミュレーションを介して、超音波画像内へのニードル位置の挿入をトリガする。
【０００４】
上記問題に対する別の解決策では、国際特許公開ＷＯ２０１１／１３８６９８は、器具に取り付けられた超音波受信器を用いて、超音波場内の当該器具を追跡するシステムについて説明している。超音波場の超音波ビームが超音波受信器の視野をスイープしているときに、超音波受信器によって受信された信号からビーム形成することにより、超音波受信器の３Ｄ位置が取得される。次に、超音波受信器の位置は、超音波画像内に表示される。
【０００５】
国際特許公開ＷＯ２０１５／１０１９４９Ａ１は、超音波プローブ、超音波スキャナ、介入ツール、複数の超音波トランスデューサ、ツールトラッカー及び画像ナビゲータを使用するツールナビゲーションシステムについて開示している。超音波スキャン中、介入ツールは、音波像平面に対して解剖学的領域内をナビゲートされ、超音波トランスデューサは、音波像平面に対する介入ツールの位置のツールトラッカーによる追跡を容易にする。グラフィカルアイコンの１つ以上の外観が、音波像平面に対する介入ツールの追跡された距離に対応して画像ナビゲータによって変調される。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１１／０２８２１８８Ａ１号は、超音波撮像を利用するニードルガイダンスシステムについて開示している。一実施形態において、ガイダンスシステムは、身体内部の標的の画像を生成するためのプローブを含む撮像デバイスを含む。プローブ上の１つ以上のセンサが、ニードル内に含まれている磁石の磁場を検知する。システムは、標的の画像と共にニードルの位置及び／又は向きを表示するディスプレイを含む。
【０００７】
国際特許公開ＷＯ２０１４／２０７６６６Ａ１は、超音波を用いて器具を追跡するシステムについて開示している。システムは、超音波エネルギーを送受信するプローブと、プローブと関連付けられ、使用時にプローブと共に移動するトランスデューサとを含む。医療器具は、プローブから受信される超音波エネルギーに反応するセンサを含む。制御モジュールが、メモリに格納され、プローブ及びセンサから受信される超音波エネルギーを解釈することで医療器具の３次元位置が決定され、トランスデューサからの信号をプローブに注入して画像内のセンサの位置がハイライトされる。
【０００８】
米国特許出願公開第２０１０／０２９８７０４Ａ１号は、位置マーカを備えた超音波トランスデューサと、位置マーカを備えたニードルとを有する超音波システムについて開示している。位置マーカによって、トランスデューサ及びニードルの位置並びに向きが決定される。ディスプレイが、トランスデューサを介して取得された超音波画像と、超音波画像の平面上へのニードルの長手軸の投射を表すグラフィカル要素とを表示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記システムの欠点は、決定され、その後超音波画像内に表示されるのは、超音波検出器の位置であるということから生じる。通常、ユーザは、超音波検出器自体の位置ではなく、ニードルの遠位端といった器具の特定の機能部分の位置に関心を持っている。しかし、このような器具の機械的制約によって、随意に、例えばニードルの先端に超音波検出器を配置することができない。ニードルの先端では、超音波検出器は挿入を妨げる可能性があるからである。既知の位置特定システムの別の欠点は、それらが平面超音波撮像システムと合わせて使用される場合に、より明確に生じる。追跡される超音波検出器と器具上の機能部分との分離により、超音波検出器は、機能部分が面内であるときに、面外である場合があるが、これは、超音波下では良く見えない。したがって、いつニードルの先端といった器具の機能部分が平面内にあるかを示すことが有益である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
既知の位置特定システムの欠点を軽減するために、ビーム形成超音波撮像システムの超音波トランスデューサアレイによって放射される複数のビームによって画定される超音波場の像平面に対する介入デバイスの位置を決定する装置が提供される。当該位置は、介入デバイスに取り付けられる超音波検出器によって検出された超音波トランスデューサアレイによって放射された超音波信号に基づいて決定される。装置は、画像再構成ユニットと、位置決定ユニットと、幾何学的配置提供ユニットと、画像融合ユニットとを含む。画像再構成ユニットは、超音波トランスデューサアレイによって検出された超音波信号に基づいて、像平面に対応する再構成された超音波画像を提供する。位置決定ユニットは、超音波トランスデューサアレイによって放射された超音波信号と超音波検出器によって検出された超音波信号との相関関係に基づいて、像平面に対する介入デバイスの位置を特定する。更に、介入デバイスの位置は、超音波検出器と像平面との最短距離に対応する面外距離を含む。幾何学的配置提供ユニットは、複数のトランスデューサ−遠位端長さを有する。各長さは、複数の介入デバイスタイプのそれぞれについて、介入デバイスの遠位端と介入デバイスに取り付けられる超音波検出器との所定距離に対応する。画像融合ユニットは、ｉ）超音波場内の介入デバイスのタイプを示すデータを受信し、ｉｉ）介入デバイスのタイプに基づいて、幾何学的配置提供ユニットから、対応するトランスデューサ−遠位端長さを選択し、ｉｉｉ）超音波場内の介入デバイスについて、面外距離及びトランスデューサ−遠位端長さの両方を、再構成された超音波画像内に示す。
【００１１】
したがって、超音波場内の介入デバイスの位置を追跡するために使用可能な装置が提供される。追跡される介入デバイスの具体的なタイプに応じて、幾何学的配置提供ユニットは、対応するトランスデューサ−遠位端長さを選択し、これを、再構成された画像内に、超音波トランスデューサの面外距離と一緒に示す。したがって、装置は、介入デバイスの遠位端の位置の決定を向上させる。更に、トランスデューサ−遠位端長さ及び面外距離の両方が再構成された画像内に示されるので、像平面との関連での介入デバイスの遠位端の位置がより正確に決定される。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、画像融合ユニットは更に、ｉ）面外距離を、再構成された超音波画像内に、第１の円の半径として示し、ｉｉ）トランスデューサ−先端長さを、再構成された超音波画像内に、第２の円の半径として示す。第１の円及び第２の円は、共通の中心を共有し、共通の中心は、超音波検出器の位置に相当する。したがって、介入デバイスの先端が面内にあると、第１の円及び第２の円が一致するので、ビーム形成超音波撮像システムの像平面に対する介入デバイスの遠位端の位置の決定が向上される。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、上記装置との使用に適応された介入デバイスが説明される。介入デバイスは、超音波検出器とデータ担体とを含む。超音波検出器は、ビーム形成超音波撮像システムの超音波トランスデューサアレイによって放射される超音波信号を検出する。更に超音波検出器は、介入デバイスの遠位端から所定距離において、介入デバイスに取り付けられる。データ担体は、介入デバイスのタイプを示すデータを含む。更にこのデータは、装置の画像融合ユニットによって受信されると、当該画像融合ユニットに、ｉ）装置の幾何学的配置提供ユニットから、介入デバイスタイプについて、介入デバイスの遠位端と介入デバイスに取り付けられている超音波検出器との所定距離に対応するトランスデューサ−遠位端長さを選択させ、ｉｉ）請求項１の装置の画像再構成ユニットによって再構成された超音波画像内に、超音波場内の介入デバイスのトランスデューサ−遠位端長さを示させる。
【００１４】
したがって、介入デバイスのデータ担体に保存されるデータは、装置によって受信されると、ビーム形成超音波撮像システムの像平面に対する介入デバイスの遠位端の位置の決定を向上させるというメリットをもたらす。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、コンピュータプログラムプロダクトが開示される。コンピュータプログラムプロダクトは、装置と組み合わせて使用される。
【００１６】
なお、装置に関連して説明される様々な態様又は実施形態は、介入デバイスの態様又は実施形態並びにコンピュータプログラムプロダクトの態様及び実施形態と組み合わせて又は独立して使用されてもよく、また、その反対も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、介入デバイス１１及び本発明の第１の実施形態１０と組み合わせてビーム形成超音波撮像システム１５を示す。
【図２】図２は、複数の対応する介入デバイスタイプＴのそれぞれに対する複数のトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅを含む例示的なルックアップテーブル２３を示す。
【図３】図３は、関心領域ＲＯＩを含み、面外距離Ｄｏｐ及びトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅの両方がそれぞれ円Ｃｏｐ及びＣｄｅで示される再構成された超音波画像ＲＵＩを示す。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態との使用に適した介入デバイス４１を示す。
【図５】図５は、図１の装置１０に従って行われる様々な方法ステップ又は命令を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の原理を説明するために、医療ニードルによって例示される介入デバイスの位置が、２Ｄ超音波撮像プローブの線形アレイが出すビームによって画定される超音波場の像平面内で決定される様々なシステムが説明される。
【００１９】
しかし、当然ながら、本発明は、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、電極、ロボット、フィルタデバイス、バルーンデバイス、ステント、マイトラクリップ、左心耳閉鎖デバイス、大動脈弁、ペースメーカ、静脈ライン、ドレナージライン、組織封止デバイス又は組織切断デバイスといった手術道具といった他の介入デバイスの位置の決定にも応用される。
【００２０】
更に、当然ながら、本発明は、３Ｄ撮像プローブの２Ｄアレイ、「ＴＲＵＳ」経直腸的超音波断層プローブ、「ＩＶＵＳ」血管内超音波プローブ、「ＴＥＥ」経食道プローブ、「ＴＴＥ」経胸腔プローブ、「ＴＮＥ」経鼻プローブ、「ＩＣＥ」心腔内プローブといった平面像を提供するように構成された他のタイプの撮像プローブ及び他のタイプの超音波アレイを有するビーム形成超音波撮像システムにも応用される。
【００２１】
図１は、介入デバイス１１及び本発明の第１の実施形態１０と組み合わせてビーム形成超音波撮像システム１５を示す。図１では、ビーム形成超音波撮像システム１５は、画像再構成ユニットＩＲＵ、撮像システムプロセッサＩＳＰ、撮像システムインターフェースＩＳＩ及びディスプレイＤＩＳＰと通信する２Ｄ超音波撮像プローブ１８を含む。ユニットＩＲＵ、ＩＳＰ、ＩＳＩ及びＤＩＳＰは、従来では、コンソール内に設置されている。２Ｄ超音波撮像プローブ１８は、当該コンソールと有線を介して通信する。例えば光学、赤外線又はＲＦ通信リンクを使用するワイヤレス通信が有線リンクに取って代わることも考えられる。ユニットＩＲＵ、ＩＳＰ、ＩＳＩ及びＤＩＳＰのうちの幾つかが、例えばＰｈｉｌｉｐｓ社のＶＩＳＩＱ超音波撮像システムの場合と同様に、２Ｄ超音波撮像プローブ１８内に設置されることも考えられる。図１では、２Ｄ撮像プローブ１８は、関心ボリュームＶＯＩをインターセプトする超音波場内で超音波エネルギーを送受信する線形超音波トランスデューサアレイ１４を含む。図１では、超音波場は扇形であり、像平面１２を画定する複数の超音波ビームＢ１…ｋを含む。ビーム形成超音波撮像システム１５は更に、ビームＢ１…ｋ内の超音波信号を生成及び検出するために、２Ｄ超音波撮像プローブ１８によって送受信される信号の位相を増幅及び／又は調整する電子ドライバ及び受信器回路（図示せず）を含む。したがって、電子ドライバ及び受信器回路は、放射及び／又は受信した超音波ビームの方向をステアリングするために使用される。
【００２２】
使用時、ビーム形成超音波撮像システム１５は、次のやり方で操作される。操作者が、撮像システムインターフェースＩＳＩを用いて超音波検査手順を計画する。操作手順が選択されると、撮像システムインターフェースＩＳＩは、撮像システムプロセッサＩＳＰをトリガして、２Ｄ超音波撮像プローブ１８に送信される信号を生成し、２Ｄ超音波撮像プローブ１８によって検出される信号を解釈する応用特有のプロブラムを実行させる。ビーム形成超音波撮像システム１５は更に、当該プログラムを記憶するメモリ（図示せず）を含む。メモリは、例えば撮像プローブ１８によって送信される及び／又は受信される一連の超音波信号を制御する超音波ビーム制御ソフトウェアを記憶する。撮像システムプロセッサＩＳＰの一部を形成してもよい画像再構成ユニットＩＲＵは、撮像プローブ１８から受信したデータを、像平面１２に対応し、したがって、関心ボリュームＶＯＩをインターセプトする画像に再構成し、次に、この画像を、ディスプレイＤＩＳＰを用いて表示する。再構成された画像は、例えば「２Ｄモード」画像とも知られる超音波輝度モード（「Ｂモード」）画像、「Ｃモード」画像若しくはドップラーモード画像、又は、実際には任意の超音波平面像であってよい。
【００２３】
図１には更に、介入デバイス１１と、ビーム形成超音波撮像システム１５の像平面１２に対する介入デバイス１１の位置を追跡するように使用される本発明の第１の実施形態１０とが示される。本発明の第１の実施形態１０は、画像再構成ユニットＩＲＵ、位置決定ユニットＰＤＵ、幾何学的配置提供ユニットＧＰＵ及び画像融合ユニットＩＦＵを含み、これらのユニットはそれぞれ、相互接続矢印によって示されるように互いに通信する。追跡される介入デバイス１１は、介入デバイス１１の遠位端１７から所定距離Ｌｔｄｅに配置される超音波検出器１６を含む。
【００２４】
使用時、介入デバイス１１の位置、より具体的には、それに取り付けられている超音波検出器１６の位置は、超音波トランスデューサ１６によって検出されるビームＢ１…ｋに対応する超音波信号に基づいて位置決定ユニットＰＤＵによって、像平面１２に対して追跡される。位置決定ユニットＰＤＵは、超音波トランスデューサアレイによって放射された超音波信号と超音波検出器によって検出された超音波信号との相関関係に基づいて、超音波検出器１６の位置を特定する。より具体的には、この相関関係は、ｉ）各ビームＢ１…ｋの放射と、超音波検出器１６によるその検出との間の時間遅延と、ｉｉ）超音波検出器によって検出された各ビームに対応する超音波信号の振幅とに基づいていてよい。より詳細には、相関関係は、基本的に、放射された超音波信号のシーケンスに基づいて、検出された超音波信号に最も厳密に一致した超音波検出器１６の位置を決定する。これは次の通りに説明される。超音波検出器１６が像平面１２の近くにある場合、ビームＢ１…ｋのうちの最も近いものから検出器への超音波信号が大きい振幅で検出される。一方で、より離れたビームは、比較的小さい振幅で検出される。この振幅は、エミッタと検出器との間のレンジと、検出器１６と像平面１２との面外距離Ｄｏｐとに依存して変化するようにモデル化される。更に、ビームの放射と検出との間の時間遅延は、各放射ビームについてのエミッタと検出器との間のレンジに依存する。レンジは、時間遅延に超音波伝搬速度をかけることによって求められる。超音波トランスデューサによって放射される超音波信号と超音波検出器によって検出される超音波信号との相関関係は、像平面１２に対する超音波検出器１６の最適位置を決定する。面外距離は、超音波像平面に対する検出器の位置を三角法で測ることによっても得られる。
【００２５】
第１の実施形態の幾何学的配置提供ユニットＧＰＵは、複数のトランスデューサ−遠位端長さを有する。更に、各長さは、複数の介入デバイスのタイプのそれぞれについて、介入デバイスの遠位端と介入デバイスに取り付けられた超音波検出器との所定距離に対応する。幾何学的配置提供ユニットＧＰＵは、例えばルックアップテーブルによって提供される。図２は、複数の対応する介入デバイスタイプＴのそれぞれについての複数のトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅを含む例示的なルックアップテーブル２３を示す。図２のルックアップテーブル２３は、図１の幾何学的配置提供ユニットＧＰＵに使用されてよい。図１では、タイプＴ１は、例えばその遠位端から５．０ｍｍのところに配置された超音波トランスデューサを有する血管アクセスニードルに対応し、タイプＴ２は、例えばカテーテルであり、例示的な介入デバイスタイプＴ３は、組織封止ツールである。他のタイプの介入デバイスも、同じようにルックアップテーブルに含まれてよい。
【００２６】
第１の実施形態の画像融合ユニットＩＦＵは、超音波場内の介入デバイスのタイプＴを示すデータを受信する。更に、画像融合ユニットＩＦＵは、介入デバイスのタイプＴに基づいて、上記幾何学的配置提供ユニットＧＰＵから、対応するトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅを選択し、画像再構成ユニットＩＲＵによって再構成された超音波画像内に、超音波場内の介入デバイスの面外距離Ｄｏｐ及びトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅの両方を示す。面外距離Ｄｏｐ及びトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅは共に、画像融合ユニットＩＦＵによって再構成された画像内に示されるので、いつ介入デバイスの遠位端が像平面１２内にあるのかがすぐに明らかである。更に、幾何学的配置提供ユニットＧＰＵから対応するトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅを自動的に選択する画像融合ユニットＩＦＵは、追跡システムが、様々なタイプの介入デバイスと共に動作し、再構成された超音波画像内にそれらの幾何学的配置を正しく示すことができる。
【００２７】
画像融合ユニットＩＦＵ、幾何学的配置提供ユニットＧＰＵ、位置決定ユニットＰＤＵ及び画像再構成ユニットＩＲＵの各ユニットは、各自の機能を行うための命令を含む１つ以上のプロセッサによって提供される。更に、これらのユニットのうちの１つ以上は、ビーム形成超音波撮像システム１５の撮像システムプロセッサＩＳＰによって提供されてもよい。
【００２８】
一実施態様では、介入デバイスのタイプＴは、介入デバイスに関連付けられたデータ担体からワイヤレスに画像融合ユニットＩＦＵによって受信される。この例では、データ担体は、例えばＲＦＩＤチップ、バーコード又はＱＲコード（登録商標）である。別の例では、データは、データ担体との有線通信を介して受信される。例えば介入デバイスに関連付けられたメモリから受信される。したがって、データ担体は、例えばＲＦＩＤチップ、リニア若しくはマトリクスバーコードといったバーコード若しくはＯＲコード、メモリ、又は、実際には任意のマシン可読データ担体である。したがって、画像融合ユニットは、バーコードリーダ、ＲＦＩＤリーダ、又は、メモリを読み出す、データ担体内のデータを読み出すデータリーダといったリーダを含む。或いは、ユーザが当該データを手動で画像融合ユニットに入力してもよい。
【００２９】
面外距離Ｄｏｐ及びトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅは、再構成された超音波画像内に、数値インジケータの形の手段、ダイアル、又は、距離若しくは長さに対応するサイズを有する形状を含む様々な手段によって示される。これは、例えば再構成された画像上にオーバーレイ画像として、即ち、インジケータからのデータを超音波画像と融合することによって提供されてもよい。所望の指示を提供するために、様々な色を使用してもよい。図３に示される好適な一例では、円がインジケータとして使用される。図３は、関心領域ＲＯＩを含み、面外距離Ｄｏｐ及びトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅの両方がそれぞれ円Ｃｏｐ及び円Ｃｄｅとして示される再構成された超音波画像ＲＵＩを示す。この例では、画像融合ユニットＩＦＵは、面外距離を、再構成された超音波画像内に、第１の円Ｃｏｐの半径として示し、トランスデューサ−先端長さを、再構成された超音波画像内に、第２の円Ｃｄｅの半径として示す。更に、第１の円及び第２の円は、共通の中心を共有し、共通の中心は、超音波検出器の位置に相当する。図３Ａでは、介入デバイスの先端は、幾分、面外であり、円Ｃｏｐの半径がＣｄｅの半径を超えることによって示されるように、Ｄｏｐ＞Ｌｔｄｅである。介入デバイスの先端が像平面に向かって前進させられるにつれて、図３Ｂに示されるように、円Ｃｏｐ及び円Ｃｄｅの半径差は減少する。介入デバイスの先端が面内であると、円Ｃｏｐ及び円Ｃｄｅの半径は同じで、円の外周が一致する。このように、ユーザは、超音波像平面に対する介入デバイスの先端の位置の決定において支援される。像平面上の介入デバイスの先端の実際の位置に関しては、２つの円の共通の中心が、超音波検出器の位置に最も近い点に置かれる。しかし、介入デバイスの先端の正確な位置は、介入デバイス先端と超音波検出器との間の線の像平面に対する角度に依存する。介入デバイスのビーム形成超音波撮像システムとの従来の使用では、この線は、通常、像平面に対してほぼ垂直であり、したがって、先端は、円の共通の中心に位置する。この垂直構成の確認は、関心領域ＲＯＩへの介入デバイスの挿入中にユーザに提供される。というのは、この構成において、共通の中心は、挿入中、像平面に対して固定位置に留まるからである。この線が、垂直位置から外れるにつれて、超音波画像内の先端の位置は、共通の中心から離れるが、常に円Ｃｄｅ内である。介入デバイスが関心領域に挿入されると、ビーム形成超音波撮像システムによって提供される介入デバイスの先端の中間画像と、関心領域の一部の変位とが更に、円によって提供される指示を確定する。
【００３０】
任意選択的に、画像融合ユニットは更に、第１の円の外周と第２の円の外周とが一致する場合、第１の円及び第２の円は共通円として示され、次の事項：ｉ）共通円の外周が第１の円の色及び第２の円の色とは異なる色で示される、ｉｉ）共通円の外周が第１の円のコントラスト及び第２の円のコントラストとは異なるコントラストで示される、ｉｉｉ）共通円が破線外周で表示される、ｉｖ）共通円の外周が経時的に波打つ、のうちの少なくとも１つが生じるように構成される。共通円におけるこれらの指示は、介入デバイスの先端が、超音波撮像システムの像平面に対して面内であることをユーザに知らせる。
【００３１】
図４は、本発明の第１の実施形態との使用に適した介入デバイス４１を示す。介入デバイスは、超音波検出器４６と、データ担体４９とを含む。超音波検出器は、ビーム形成超音波撮像システムの超音波トランスデューサアレイによって放射される超音波信号を検出する。超音波検出器４６は、介入デバイス４１の遠位端４７から所定距離Ｌｔｄｅにおいて、介入デバイス４１に取り付けられる。データ担体４９は、介入デバイス４１のタイプＴを示すデータを含む。更に、このデータは、本発明の第１の実施形態の画像融合ユニットＩＦＵによって受信されると、画像融合ユニットＩＦＵに、ｉ）本発明の第１の実施形態の幾何学的配置提供ユニットＧＰＵから、介入デバイスのタイプＴについて、介入デバイス４１の遠位端４７と、介入デバイス４１に取り付けられている超音波検出器４６との所定距離に対応するトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅを選択させ、ｉｉ）本発明の第１の実施形態の画像再構成ユニットＩＲＵによって再構成された超音波画像ＲＵＩ内に、超音波場内の介入デバイスのトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅを示させる。
【００３２】
図４では、データ担体４９は、例えば線形若しくはマトリクスバーコードといったバーコード若しくはＱＲコード（登録商標）、ＲＦＩＤチップ、メモリ、又は、実際には任意のマシン可読データ担体であってよい。データ担体は、接着剤を含む様々な既知の手段によって、介入デバイスに取り付けられても、プリンティング、エッチング等によって塗布されてもよい。更に、介入デバイス４１上に配置されているものとして図示されているが、データ担体４９は、例えば滅菌の理由から、介入デバイス４１のパッケージ上に配置されてもよい。
【００３３】
したがって、図４の介入デバイスが本発明の第１の実施形態、即ち、図１におけるアイテム１０と共に使用されると、画像融合ユニットＩＦＵによって受信されるデータによって、ビーム形成超音波撮像システムの像平面に対する介入デバイスの位置の決定が向上されるという技術的効果が可能となる。
【００３４】
任意選択的に、データ担体のデータは、図１の画像融合ユニットＩＦＵによって受信されると、当該画像融合ユニットに更に、トランスデューサ−先端長さを、再構成された超音波画像内に、第２の円、即ち、図３におけるＣｄｅの半径として示させる。
【００３５】
任意選択的に、データ担体のデータは、図１の画像融合ユニットＩＦＵによって受信されると、当該画像融合ユニットに更に、再構成された超音波画像内に、超音波検出器と像平面との最短距離に対応する面外距離Ｄｏｐを、本発明の第１の実施形態の位置決定ユニットＰＤＵによって決定された通りに示させる。
【００３６】
任意選択的に、データ担体のデータは、図１の画像融合ユニットＩＦＵによって受信されると、当該画像融合ユニットに更に、面外距離Ｄｏｐを、再構成された超音波画像ＲＵＩ内に、第１の円Ｃｏｐの半径として示させ、第１の円Ｃｏｐ及び第２の円Ｃｄｅは、共通の中心を共有し、共通の中心は、超音波検出器の位置に相当する。
【００３７】
有利なことに、画像融合ユニットＩＦＵ内でトリガされるこれらの追加の効果は、ビーム形成超音波撮像システムの像平面に対する介入デバイスの位置の決定の精度を向上させる。
【００３８】
図１及び図４に示される例示介入デバイスは、ニードルであるが、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、電極、ロボット、フィルタデバイス、バルーンデバイス、ステント、マイトラクリップ、左心耳閉鎖デバイス、大動脈弁、ペースメーカ、静脈ライン、ドレナージライン、組織封止デバイス若しくは組織切断デバイスといった手術道具などの他のタイプの介入デバイスが、上記超音波検出器を用いて同様に追跡されることも可能である。
【００３９】
図１及び図４に示される超音波検出器４６は、幾つかの圧電性物質によって提供されてよく、硬質及び軟質の圧電性物質が共に適している。好適には、超音波検出器４６は、ＰＶＤＦとも知られるポリフッ化ビニリデンから形成される。ＰＶＤＦの機械的性質及び製造工程によって、ＰＶＤＦが、ニードルといった曲面に取り付けられるようにする。別の物質は、ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレンといったＰＶＤＦコポリマー、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）といったＰＶＤＦターポリマーを含む。好適には、超音波検出器は、軸の周りの約３６０度の回転の検知を提供するように、介入デバイスの軸の周りに巻き付けられているが、必ずしもそうある必要はない。更に、超音波検出器は、検出した超音波信号を図１の位置決定ユニットＰＤＵに通信するための図４には図示されていない様々な有線又は無線通信モジュールを含んでよい。好適には、介入デバイスには、単一の上記超音波検出器、即ち、上記超音波検出器が１つだけ配置される。有利なことに、これは、介入デバイスのフォームファクタ、存在しうる任意の電気的相互接続部及び任意の検出された超音波信号の処理を単純化する。或いは、２つ以上の超音波検出器を使用して、位置冗長性及び／又は介入デバイスの軌道の指示が提供されてもよい。
【００４０】
図５は、図１の装置１０に従って行われる様々な方法ステップ又は命令を示す。命令は、コンピュータプログラムプロダクトに保存され、１つ以上のプロセッサによって実行される。方法ステップは、ｉ）超音波トランスデューサアレイによって検出された超音波信号に基づいて、像平面に対応する超音波画像を再構成するステップ（ＲＥＣＯＮ）と、ｉｉ）超音波トランスデューサアレイによって放射された超音波信号と超音波検出器によって検出された超音波信号との相関関係に基づいて、また、任意選択的に、各ビームの放射と超音波検出器によるその検出との間の時間遅延に基づいて、また、任意選択的に、超音波検出器によって検出された各ビームに対応する超音波信号の振幅に基づいて、像平面に対する介入デバイスの位置を特定するステップ（ＩＤＥＮ）であって、介入デバイスの位置は、超音波検出器と像平面との最短距離に対応する面外距離を含む、上記ステップ（ＩＤＥＮ）と、ｉｉｉ）超音波場内の介入デバイスのタイプを示すデータを受信するステップ（ＲＥＣＤ）と、ｉｖ）介入デバイスのタイプに基づいて、ルックアップテーブルから、介入デバイスの遠位端と、介入デバイスに取り付けられている超音波検出器との所定距離に対応するトランスデューサ−遠位端距離を選択するステップ（ＳＥＬ）と、ｖ）再構成された超音波画像内に、超音波場内の介入デバイスについて、外面距離及びトランスデューサ−遠位端長さの両方を示すステップ（ＩＮＤＩＣ）とを含む。命令は更に、図１に関連して、本明細書において説明した１つ以上の追加のステップを含んでもよい。
【００４１】
コンピュータプログラムプロダクトは、専用ハードウェア、又は、適切なソフトウェアと関連してソフトウェアを実行可能なハードウェアによって提供される。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又は、複数の個別のプロセッサによって提供可能であり、個別のプロセッサのうちの幾つかは共有されてよい。更に、「プロセッサ」又は「コントローラ」との用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に指すと解釈されるべきではなく、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ソフトウェアを保存する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置等を暗に含むが、これらに限定されない。更に、本発明の実施形態は、コンピュータ若しくは任意の命令実行システムによる又は当該コンピュータ若しくはシステムに関連して使用されるプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能であるコンピュータプログラムプロダクトの形を取ることができる。この説明のために、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置若しくはデバイスによる又は当該システム、装置若しくはデバイスに関連して使用されるプログラムを含む、保存する、通信する、伝搬する又は運搬する任意の装置であってよい。媒体は、電子、磁気、光学、電磁、赤外若しくは半導体システム（若しくは装置若しくはデバイス）又は伝搬媒体であってよい。コンピュータ可読媒体の例として、半導体若しくは固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能なフロッピー（登録商標）ディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク及び光学ディスクが挙げられる。光学ディスクの現在の例には、コンパクトディスク−読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−読み出し／書き込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、ブルーレイ（商標）及びＤＶＤが含まれる。
【００４２】
図１乃至図４に関連して上で説明された第１の好適な実施形態では、介入デバイスのデータ担体は、ニードルのタイプを示すデータを含む。第２の実施形態では、データ担体は、上記に加えて又は代えて、介入デバイスの遠位端と、介入デバイスに取り付けられている超音波検出器との所定距離に対応するトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅを示すデータを含む。したがって、この第２の実施形態では、幾何学的配置提供ユニットは、図１から省略されてもよい。更に、図１の画像融合ユニットＩＦＵが代わりに、介入デバイスのトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅを示すデータを受信し、再構成された超音波画像内に、面外距離Ｄｏｐ及びトランスデューサ−遠位端長さＬｔｄｅの両方を示してもよい。つまり、この実施形態では、ニードルのタイプは、もはやルックアップテーブル処理に使用されず、データ担体が、介入デバイスの遠位端と、介入デバイスに取り付けられている超音波検出器との距離を保存する。
【００４３】
第１又は第２の実施形態と組み合わせて又は代替として使用されてよい本発明の第３の実施形態では、データ担体は、次の事項：超音波トランスデューサと介入デバイスの遠位端との間に延在する軸に沿った超音波検出器の長さ、超音波トランスデューサと介入デバイスの遠位端との間に延在する軸に垂直な超音波検出器の幅、のうちの１つ以上を示すデータフィールドを含む。このようなデータは更に、画像融合ユニットＩＦＵによって、再構成された画像内に示されてよい。各パラメータが、例えば第１の円Ｃｏｐ又は第２の円Ｃｄｅの外周の厚さの形で、又は、超音波トランスデューサの規模に対応する半径を有し、第２の円Ｃｄｅと共通の中心を共有する第３の円によって示されてよい。このようにすると、第３の円の外周の厚さ又は規模は、超音波検出器の有限の長さ及び幅からから生じる介入デバイスの位置の不確実性を示す。これらのデータフィールドはいずれもデータ担体に保存され、したがって、そこから画像融合ユニットＩＦＵによって受信されるか、又は、介入デバイスのタイプと関連付けられ、図２のルックアップテーブルと同様のルックアップテーブルに保存され、したがって、画像融合ユニットＩＦＵによって、幾何学的配置提供ユニットＧＰＵから受信されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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