(57)【要約】【課題】医療処置中の画像誘導ナビゲーションのためのシステムおよび関連する方法を提供する。【解決手段】システムは、Ｘ線源、Ｘ線検出器およびＸ線源からのビームを受け取る検出器の領域からオフセットされた検出器に配置されたレーザを有する可動ガントリと、可動テーブルと、ガントリ、Ｘ線源、Ｘ線検出器、レーザおよびテーブルに動作可能に接続されたシステム制御器と、を含む。本方法では、制御器は、ターゲットと交差するように介入装置を体内に挿入するための最適な軌道を決定し、レーザビームがＸ線ビームの外側の最適な軌道に沿ってレーザから放射される点にレーザを配置するようにガントリを位置決めし、最適な軌道と比較して体内の介入装置の位置を示すために処置中にさらなる画像を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツール（６０）の画像誘導ナビゲーションのためのシステム（１０）であって、前記システム（１０）は、
Ｘ線ビーム（２０）を放射することができるＸ線源（１２）と、
Ｘ線検出器（２２）であって、前記検出器（２２）の第１の位置で前記Ｘ線ビーム（２０）を検出することができるＸ線検出器と、
第２の位置で前記検出器（２２）に配置された発光素子と、を含み、前記第２の位置は、前記第１の位置からオフセットされている、システム。
【請求項２】
前記発光素子は、前記検出器（２２）のハウジング内に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記発光素子は、前記検出器（２２）のハウジングの外部に固定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記発光素子は、前記検出器（２２）の前記外部に取り外し可能に取り付けられる、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記発光素子は、前記検出器（２２）に対して移動可能である、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記検出器（２２）の前記第１の位置からオフセットされた位置に配置された複数の発光素子をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
ツール（６０）の画像誘導ナビゲーションを提供する方法であって、前記方法は、
Ｘ線ビーム（２０）を放射することができるＸ線源（１２）が配置された可動ガントリ（３２）と、Ｘ線検出器（２２）であって、前記検出器（２２）の第１の位置で前記Ｘ線ビーム（２０）を検出することができるＸ線検出器と、第２の位置で前記検出器（２２）に配置された光源であって、前記第２の位置は前記第１の位置からオフセットされている、光源と、前記ガントリ（３２）の移動領域内に配置されたターゲット支持体（３４）と、前記ガントリ（３２）、前記Ｘ線源（１２）、前記Ｘ線検出器（２２）、前記光源およびテーブルに動作可能に接続されたユーザ入力を含むシステム制御器（２４）と、を含む画像誘導ナビゲーションシステム（１０）を提供するステップと、
体内のターゲットの少なくとも１つの画像を得るために、前記Ｘ線源（１２）および前記Ｘ線検出器（２２）を動作させるステップと、
前記ターゲットと交差するようにツールを前記体内に挿入するための最適な軌道（６４）を決定するステップと、
前記Ｘ線ビーム（２０）の外側の前記最適な軌道（６４）に沿って前記光源から光ビームが放射される点に前記光源を配置するように、前記ガントリ（３２）を位置決めするステップと、を含む方法。
【請求項８】
前記ガントリ（３２）を位置決めする前記ステップは、前記最適な軌道（６４）からオフセットされた位置に前記検出器（２２）を配置する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記最適な軌道（６４）を算出すると共に、前記最適な軌道（６４）について前記体のエントリ点（６３）を算出するステップと、
前記最適な軌道（６４）に沿って前記光ビームにより前記体の上に前記エントリ点（６３）をマーキングするステップと、をさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記エントリ点（６３）において前記ツール（６０）の先端部（６１）を位置決めするステップと、
前記最適な軌道（６４）をマーキングする前記光ビームに対して前記ツール（６０）を位置合わせするステップと、
前記最適な軌道（６４）に沿って前記エントリ点（６３）において前記体内に前記ツール（６０）を挿入するステップと、をさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記体内に前記ツール（６０）を挿入した後に、前記体内の前記ツール（６０）および前記ターゲットの位置の画像を取得するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記画像を取得する前記ステップは、前記最適な軌道（６４）に沿って前記体内に前記ツール（６０）を挿入するステップと同時である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
画像を取得する前記ステップは、前記Ｘ線源から放射される前記Ｘ線ビーム（２０）が前記最適な軌道（６４）からオフセットされている場合に、前記ターゲットまたは前記ツール（６０）の画像を取得するために、前記Ｘ線源（１２）および前記Ｘ線検出器（２２）を動作させるステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
画像を取得する前記ステップは、前記Ｘ線源から放射される前記Ｘ線ビームが前記最適な軌道に沿って放射されている場合に、前記ターゲットまたは前記ツール（６０）の別の画像を取得するために、前記Ｘ線源および前記Ｘ線検出器を動作させるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
画像を取得する前記ステップは、前記Ｘ線源（１２）から放射される前記Ｘ線ビーム（２０）が前記最適な軌道（６４）から９０°の角度でオフセットされている場合に、前記ターゲットまたは前記ツール（６０）の画像を取得するために、前記Ｘ線源（１２）および前記Ｘ線検出器（２２）を動作させるステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ターゲットおよび前記ツール（６０）の前記画像を表示するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ターゲットおよび前記ツール（６０）の前記画像を表示する前記ステップは、前記体内を通って前記ターゲットまでの前記最適な軌道（６４）の表現を重ね合わせる前記画像を表示するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記最適な軌道（６４）を決定する前記ステップは、前記検出器（２２）と前記体またはテーブル（３４）との間で干渉することなく、前記最適な軌道（６４）に沿って光ビームを放射することができる、前記検出器（２２）に固定された複数の光源のうちの１つを選択するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１９】
ツール（６０）の画像誘導ナビゲーションを提供する方法であって、前記方法は、
Ｘ線ビーム（２０）を放射することができるＸ線源（１２）が配置された可動ガントリ（３２）と、Ｘ線検出器（２２）であって、前記検出器（２２）の第１の位置で前記Ｘ線ビーム（２０）を検出することができるＸ線検出器（２２）と、第２の位置で前記検出器（２２）に配置されたレーザ（５０）であって、前記第２の位置は前記第１の位置からオフセットされている、レーザと、前記ガントリ（３２）の移動領域内に配置されたターゲット支持体（３４）と、前記ガントリ（３２）、前記Ｘ線源（１２）、前記Ｘ線検出器（２２）、前記レーザ（５０）および前記テーブル（３４）に動作可能に接続されたユーザ入力を含むシステム制御器（２４）と、を含む画像誘導ナビゲーションシステム（１０）を提供するステップと、
体内のターゲットの少なくとも１つの画像を得るために、前記Ｘ線源（１２）および前記Ｘ線検出器（２２）を動作させるステップと、
前記ターゲットと交差するようにツール（６０）を前記体内に挿入するための最適な軌道（６４）を決定するステップと、
レーザビーム（５８）が前記最適な軌道（６４）に沿って前記レーザから放射される点に前記レーザを配置するように、前記ガントリ（３２）を位置決めするステップと、
前記最適な軌道（６４）に沿って前記レーザビーム（５８）により前記体の上に算出されたエントリ点（６３）をマーキングするステップと、
前記エントリ点（６３）において前記ツール（６０）の先端部（６１）を位置決めするステップと、
前記最適な軌道（６４）をマーキングする前記レーザビーム（５８）に対して前記ツール（６０）を位置合わせするステップと、
前記最適な軌道（６４）に沿って前記エントリ点（６３）において前記体内に前記ツール（６０）を挿入するステップと、
前記最適な軌道（６４）と比較するために、前記体内の前記ツール（６０）および前記ターゲットの位置の画像を取得するステップと、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する主題は、画像誘導介入装置および方法の分野に関し、より具体的には、介入装置および方法で利用される誘導装置および技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
介入の装置、処置および方法は、様々な状況、たとえば、患者内の関心のある組織または領域との間で必要な治療または診断の相互作用を最小侵襲的方法で提供する際などに用いられ、それにより、処置または治療を受けている患者の外傷および回復時間を大きく低減させる。結果として、これらの最小侵襲的医療介入の装置、処置および方法は、冠状動脈性心臓病を含む様々な状況の治療においてますます重要になっており、また生検、脊柱治療および腫瘍切除の分野でも増加している。
【０００３】
最小侵襲的介入処置では、１つまたは複数の医用装置、たとえば針が治療または診断の目的で患者の体内に導入される。最初に患者の体内へ針を挿入した後は、少なくとも針の先端部は、介入処置を行っている医師には見えなくなる。患者の体内で針をナビゲートするために、臨床医が患者内の関心のある所望の領域に針を移動できるように、針の位置を示すための適切な方法で針を可視化しなければならない。
【０００４】
最小侵襲的医療介入の際に、患者の体内の器具の位置を決定するための種々のシステムおよび方法が現在利用可能であり、それは、患者の体内からの画像情報で、器具、特に器具の先端部を可視化する必要がある。これらのタイプのシステムおよび方法のいくつかの例は、「Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｔｈｅ  Ｐａｔｈ  Ｏｆ  Ａ  Ｔｈｒｕｓｔ  Ｎｅｅｄｌｅ」という名称の米国特許第６，４８７，４３１号  および「Ｎｅｅｄｌｅ  Ｇｕｉｄａｎｃｅ  Ｗｉｔｈ  Ｄｕａｌ−Ｈｅａｄｅｄ  Ｌａｓｅｒ」という名称の米国特許出願公開第２００８／０２００８７６号に示されており、上記内容は共に、すべての目的のために参照により全体として本明細書に明白に組み込まれる。これらのシステムおよび方法は、コンピュータ断層撮像スキャナ、磁気共鳴装置またはＣアーム型Ｘ線装置などの撮像システムによって、２Ｄ画像または３Ｄ画像として手術前または手術中に取得された体領域で得られた画像情報の使用を含んでいる。画像によって提供される情報は、患者に介入装置を挿入する適切な挿入経路を決定する際に臨床医を支援するために利用することができる。患者の皮膚上の挿入経路の始点は、臨床医が適切な開始点での装置を挿入できるように、レーザまたは他の適切な発光素子によって照射することができる。次に撮像システムは、装置を誘導するために、関心領域に対する装置の位置決めについてのさらなる画像情報を得ることができる。
【０００５】
しかし、患者の皮膚上に挿入点を照明するために利用されるレーザに関して、これらの従来技術のシステムおよび方法では特定の重要な問題が存在する。たとえば、レーザが撮像システムに対して同軸上に整列されたそれらのシステムでは、すなわち、撮像システムにより放射されて検出器に衝突するレーザおよびＸ線ビームが同軸である標的中心ビューでは、患者の身体位置、患者内の関心領域、挿入の所望の経路に応じて、レーザが患者上にエントリ点を照明できるように撮像システムを適切な位置に配置することができない場合がある。
【０００６】
レーザおよびＸ線ビームの同軸位置のさらなる欠点は、レーザによって特定される点が、撮像システムによって画定される撮像視野内に配置されているので、介入装置を患者に適切に配置するために、臨床医が視野内に手を置かなければならないことである。このようにすることは、必然的に臨床医にとって有害である撮像システムからの放射に臨床医を曝すことになり、臨床医が装置のために増量剤を利用していない限り、それは必然的に臨床医による装置の位置決めの効果を制限する。
【０００７】
この問題に対処するために、レーザがロボットアームなどの撮像システムから分離したアーマチュアに配置される他の従来技術のシステムが開発されている。アームは、撮像システムに結合される必要がなく、介入装置のための患者上のエントリ点を照明するために配置することができる。しかし、これらのシステムでは、臨床医は、エントリ経路を示すためにアーマチュアが患者に対してレーザを適切に配置していると仮定しなければならないが、システムの動作に関する誤差によって、そのようにならない場合が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０２９１９９号明細書
【発明の概要】
【０００９】
従来技術における上述した欠点または必要性を含まない、最小侵襲性外科処置に使用される介入装置の誘導のための画像を提供することができるシステムおよび方法が必要とされ、または要望されている。これらの問題は、本発明の以下の説明において本明細書に記載する実施形態によって対処され、それは、処置を行うことが可能であって、かつ処置を行う臨床医／医師が検出器に当たるビーム内に手を置く必要がなくなるように、検出器の角度位置を増加させるためのシステムおよび方法である。
【００１０】
システムおよび関連する方法の例示的な実施形態では、患者内の関心領域および介入装置の位置のＸ線／蛍光透視画像を得るために利用される撮像システムは、撮像システムのための検出器に配置された１つまたは複数の光源または発光素子、たとえばレーザを含む。レーザは、検出器に対して複数の異なるオフセット位置に配置され、レーザがＸ線ビームと同軸でないようになっている。この配置により、各レーザが撮像システムにより生成されたＸ線ビーム内の患者上の位置にレーザビームを導くことが可能になり、医師が位置決め用レーザの視界を妨げることなく、かつ、Ｘ線ビームの視野内に手を置くことを必要とせずに、ツールによりレーザビームが示す点にアクセスすることが可能になる。さらに、レーザのオフセット位置によって、患者に対して相対的な位置に検出器を配置することが可能になり、レーザが、従来の同軸システムでは以前不可能であった、患者上にツールのためのエントリ点を投影することができる。さらに、システムおよび方法は、介入装置を関心領域に向けて移動させる際に介入装置の位置／深さをチェックするために撮像システムを同時に用いながら、臨床医／医師がツールを位置決めすることを可能にする。
【００１１】
本発明の例示的な一実施形態によれば、ツールの画像誘導ナビゲーションのためのシステムが提供され、本システムは、Ｘ線ビームを放射することができるＸ線源と、ビーム範囲を制限することができるＸ線コリメータと、検出器の第１の位置でＸ線ビームを検出することができるＸ線検出器と、第２の位置で検出器に配置された発光素子と、を含み、第２の位置は第１の位置からオフセットされている。
【００１２】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、医療処置中に画像誘導ナビゲーションを提供する方法は、Ｘ線ビームを放射することができるＸ線源が配置された可動ガントリと、Ｘ線検出器であって、検出器の第１の位置でＸ線ビームを検出することができるＸ線検出器と、第２の位置で検出器に配置された光源であって、第２の位置は第１の位置からオフセットされている、光源と、ガントリの移動領域内に配置されたターゲット支持体と、ガントリ、Ｘ線源、Ｘ線検出器、レーザおよびターゲット支持体に動作可能に接続されたユーザ入力を含むシステム制御器と、を含む画像誘導ナビゲーションシステムを提供するステップと、体内のターゲットの少なくとも１つの画像を得るために、Ｘ線源およびＸ線検出器を動作させるステップと、ターゲットと交差するようにツールを体内に挿入するための最適な軌道を決定するステップと、Ｘ線ビームの外側の最適な軌道に沿って光源から光ビームが放射される点に光源を配置するように、ガントリを位置決めするステップと、を含む。
【００１３】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、ツールの画像誘導ナビゲーションを提供する方法は、Ｘ線ビームを放射することができるＸ線源が配置された可動ガントリと、Ｘ線検出器であって、検出器の第１の位置でＸ線ビームを検出することができるＸ線検出器と、第２の位置で検出器に配置されたレーザであって、第２の位置は第１の位置からオフセットされている、レーザと、ガントリの移動領域内に配置されたターゲット支持体と、ガントリ、Ｘ線源、Ｘ線検出器、レーザおよびテーブルに動作可能に接続されたユーザ入力を含むシステム制御器と、を含む画像誘導ナビゲーションシステムを提供するステップと、体内のターゲットの少なくとも１つの画像を得るために、Ｘ線源およびＸ線検出器を動作させるステップと、ターゲットと交差するようにツールを体内に挿入するための最適な軌道を決定するステップと、レーザビームが最適な軌道に沿ってレーザから放射される点にレーザを配置するように、ガントリを位置決めするステップと、最適な軌道に沿ってレーザビームにより体の上に算出されたエントリ点をマーキングするステップと、エントリ点においてツールの先端部を位置決めするステップと、最適な軌道をマーキングするレーザビームに対してツールを位置合わせするステップと、最適な軌道に沿ってエントリ点において体内にツールを挿入するステップと、最適な軌道と比較するために、体内のツールおよびターゲットの位置の画像を取得するステップと、を含む方法。
【００１４】
詳細な説明においてさらに説明される概念の選択を簡略な形式で導入するために、上記の簡単な説明が提供されることを理解すべきである。それは請求する発明の主題の鍵となるまたは本質的な特徴を特定するものではなく、発明の主題の範囲は詳細な説明に続く特許請求の範囲によって独自に定義される。さらにまた、請求する発明の主題は、上述した不利な点、またはこの開示の任意の部分で述べる任意の不利な点を解決する実施に限定されない。
【００１５】
図面は、本開示を実施するための現在考えられる最良の形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の例示的な実施形態によるＸ線／蛍光透視撮像およびナビゲーションシステムの模式図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態によるＸ線／蛍光透視撮像およびナビゲーションシステムの動作の方法のフローチャートである。
【図３】従来のＸ線／蛍光透視撮像およびナビゲーションシステムと比較した、本発明の別の例示的な実施形態によるＸ線／蛍光透視撮像およびナビゲーションシステムの動作能力の模式図である。
【図４】本発明の別の例示的な実施形態によるＸ線／蛍光透視撮像およびナビゲーションシステムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照し、例示のために実施可能な特定の実施形態を示す。これらの実施形態は、当業者が実施形態を実施できるように十分詳細に記載されており、他の実施形態も利用することができること、ならびに論理的、機械的、電気的およびその他の変更を、実施形態の範囲から逸脱せずに行うことができることを理解すべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈すべきではない。
【００１８】
本明細書に開示する本発明の例示的な実施形態は、患者の体内に介入装置を挿入するための最適な軌道を特定し、かつ、関心領域に向かって装置を患者の体内に挿入する際に装置の位置を表示するためのシステムおよび方法に関する。
【００１９】
本明細書に開示するシステムおよび方法は、撮像およびナビゲーションシステムの範囲で使用するのに適している。説明を容易にするために、本開示は、主としてＣアーム蛍光透視システムの状況で本発明を説明する。しかし、以下の説明は、他の撮像およびナビゲーションシステムにも適用できることを理解されたい。
【００２０】
これを考慮して、患者の周りの様々なビューでＸ線減弱データを取得するように設計され、断層像再構成に適したＣアーム蛍光透視撮像およびナビゲーションシステム１０の一例を図１に示す。図１に示す実施形態では、米国特許第９，０７６，２５５号に開示されているように、撮像システム１０は、コリメータ１４に隣接して配置されたＸ線放射線源１２を含んでおり、上記特許はあらゆる目的のために参照により全体として本明細書に組み込まれる。Ｘ線源１２は、Ｘ線管、分散型Ｘ線源（固体または熱イオンＸ線源など）、または医用もしくは他の画像の取得に適した他の任意のＸ線放射線源であってもよい。
【００２１】
コリメータ１４は、Ｘ線１６が患者１８が配置されている領域内に入ることを可能にする。図示する例では、Ｘ線１６は、関心領域またはターゲットＴを含む患者１８の撮像体積を通過する、円錐状や角錐状のビーム、すなわちコーンビームになるようにコリメートされる。Ｘ線放射ビーム２０の一部は、患者１８（または他の関心のある被検体）またはその周囲を通過して、符号２２で一般的に表される検出器アレイに当たる。アレイの検出器素子は、入射Ｘ線２０の強度を表す電気信号を生成する。これらの信号は、取得され処理されて、患者１８の体内の特徴の画像を再構成する。
【００２２】
Ｘ線源１２は、システム制御器２４によって制御され、システム制御器２４は、検査シーケンスのための電力および制御信号の両方を供給する。図示する実施形態では、システム制御器２４は、システム制御器２４の構成要素であり得るＸ線制御器２６を介してＸ線源１２を制御する。このような実施形態では、Ｘ線制御器２６は、Ｘ線源１２に電力およびタイミング信号を供給するように構成することができる。
【００２３】
さらに、検出器２２はシステム制御器２４に結合され、システム制御器２４は検出器２２で生成された信号の取得を制御する。図示する実施形態では、システム制御器２４は、データ取得システム２８を使用して、検出器により生成された信号を取得する。データ取得システム２８は、検出器２２の読み出し電子回路によって収集されたデータを受け取る。データ取得システム２８は、検出器２２からサンプリングされたアナログ信号を受け取って、後述するプロセッサ３０による後の処理のためにデータをデジタル信号に変換することができる。あるいは、他の実施形態では、デジタル−アナログ変換は、検出器２２自体に設けられている回路によって実行することができる。システム制御器２４はまた、ダイナミックレンジの初期調整、デジタル画像データのインターリーブなどのために、取得した画像信号に対して各種の信号処理およびフィルタ処理機能を実行することができる。
【００２４】
図１に示す実施形態では、システム制御器２４は、線形および回転サブシステム３２、ならびに線形および回転位置決めサブシステム３４に結合されている。回転サブシステム３２は、Ｘ線源１２、コリメータ１４、および検出器２２が、主にＸ、Ｙ平面内で回転し、あるいは患者に対して角度を付けるなどして、患者１８の周りで１回または複数回回転することを可能にする。検出器２２およびＸ線源１２との間の距離を調整することもできる。回転サブシステム３２は、それぞれのＸ線放射および検出コンポーネントが配置されているガントリを含んでもよいことに留意されたい。したがって、このような実施形態では、システム制御器２４は、ガントリを動作させるために利用することができる。
【００２５】
線形および回転位置決めサブシステム３４は、患者１８、またはより具体的には、ターゲット支持体とも呼ばれる患者を支持するテーブルが、システム１０の撮像視野内で位置を変えることを可能にする。このように、テーブルをガントリ内で直線的または回転的に移動させて（連続的または段階的な方法で）、患者１８内の関心のある特定の領域またはターゲットＴの画像を生成することができる。図示する実施形態では、システム制御器２４は、モータ制御器３６を介して、ガントリ３２の動きおよび／またはテーブル３４の位置決めを制御する。
【００２６】
一般的には、システム制御器２４は、撮像システム１０の動作を命令して（上述したＸ線源１２、検出器２２、および位置決めシステムの動作などを介して）、検査プロトコルを実行し、取得したデータを処理する。たとえば、システム制御器２４は、上述したシステムおよび制御器を介して、ターゲットＴに対して様々なビューでＸ線減弱データを取得できるように、ターゲットＴの関心領域の周りでＸ線源１２および検出器２２を支持するガントリを回転させることができる。この状況では、システム制御器２４はまた、信号処理回路、コンピュータによって実行されるプログラムおよびルーチン（本明細書に記載した画像処理技術を実行するためのルーチンなど）を格納するための関連するメモリ回路、ならびに構成パラメータ、および画像データなどを含むことができる。
【００２７】
図示する実施形態では、システム制御器２４により取得されて処理された画像信号は、画像の再構成のために処理コンポーネント３０に供給される。処理コンポーネント３０は、１つまたは複数の従来のマイクロプロセッサであってよい。データ取得システム２８によって収集されたデータは、直接またはメモリ３８に記憶された後に処理コンポーネント３０に伝送することができる。データを記憶するのに適した任意の形式のメモリを、このような例示的なシステム１０によって利用することができる。たとえば、メモリ３８は、１つまたは複数の光学的、磁気的、および／または固体のメモリ記憶構造を含むことができる。さらに、メモリ３８は、取得システムに配置されてもよいし、ならびに／または、後述するように、画像再構成のためのデータ、処理パラメータ、および／もしくはルーチンを記憶するための遠隔記憶装置を含んでもよい。
【００２８】
処理コンポーネント３０は、通常キーボードおよび／または他の入力装置を備える操作者ワークステーション４０を介して、操作者から命令および走査パラメータを受け取るように構成することができる。操作者は、操作者ワークステーション４０を介してシステム１０を制御することができる。このように、操作者は、操作者ワークステーション４０を用いて、再構成された画像を観察し、かつ／またはシステム１０を操作することができる。たとえば、操作者ワークステーション４０に結合されたディスプレイ４２は、再構成された画像を観察するために、および撮像を制御するために利用することができる。加えて、画像はまた、操作者ワークステーション４０に結合することができるプリンタ４４によって印刷することもできる。
【００２９】
さらに、処理コンポーネント３０および操作者ワークステーション４０は、他の出力装置に結合することができ、他の出力装置は、標準的なもしくは特殊目的のコンピュータモニタおよび関連する処理回路を含むことができる。１つまたは複数の操作者ワークステーション４０は、さらに、システムパラメータを出力すること、検査を要求すること、および画像を閲覧することなどのために、システムにさらにリンクすることができる。一般的には、ディスプレイ、プリンタ、ワークステーションおよびシステム内で供給される類似の装置は、データ取得コンポーネントの場所にあってもよいし、あるいは、施設もしくは病院内の他の場所、またはまったく異なる場所など、これらのコンポーネントから離れた、１つまたは複数の構成可能なネットワーク、たとえばインターネット、バーチャルプライベートネットワークなどを介して画像取得システムにリンクされた場所にあってもよい。
【００３０】
さらに、操作者ワークステーション４０はまた、医用画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）４６に結合することもできることに留意されたい。ＰＡＣＳ４６は次に、遠隔クライアント４８、放射線科情報システム（ＲＩＳ）、病院情報システム（ＨＩＳ）、または内部もしくは外部のネットワークに結合することができ、そのようにして様々な場所の第三者が生のまたは処理された画像データにアクセスすることができる。
【００３１】
以上の説明では撮像システム１０の様々な例示的なコンポーネントを別々に扱っているが、これら様々なコンポーネントは、共通のプラットフォーム内に、または相互接続された複数のプラットフォームに設けることができる。たとえば、処理コンポーネント３０、メモリ３８、および操作者ワークステーション４０は、本開示の態様にしたがって動作するように構成された汎用もしくは専用のコンピュータまたはワークステーションとしてまとめて設けられてもよい。このような実施形態では、汎用または専用のコンピュータは、システム１０のデータ取得コンポーネントに対して別個のコンポーネントとして設けられてもよいし、このようなコンポーネントと共通のプラットフォームに設けられてもよい。同様に、システム制御器２４は、このようなコンピュータまたはワークステーションの一部として、あるいは画像取得専用の別個のシステムの一部として設けてもよい。
【００３２】
ここで図１および図４を参照すると、システム１０は、さらに、検出器２２に装着され、システム制御器２４により動作可能な、レーザ５０などの光源または発光素子をさらに含む。検出器２２に衝突するＸ線ビーム２０の軸５２に対してオフセットされた位置にレーザ５０が配置されるように、レーザ５０は任意の適切な方法で検出器２２に固定することができる。レーザ５０は、検出器２２のハウジング内などの検出器２２に直接に、あるいは検出器２２とレーザ５０との間に延在する適切な支持アーム５６または類似の装置を使用して検出器２２の外側に装着することができ、それは検出器２２内に格納するために折りたたみ可能または折り曲げることができ、機械的、磁気的または他の適切な支持装置によって検出器２２から取り外し可能とすることができる。レーザ５０は、レーザ５０に電力を供給するためのバッテリ（図示せず）を含むことができる。別の例示的な実施形態では、レーザ５０の位置決めおよび動作に使用される電力、制御および検出信号は、レーザ５０の検出器２２への取り付けの特徴としてシステム制御器２４によって提供することができる。さらに、図１、図３および図４の例示的な実施形態では１つのレーザ５０が示されているが、複数のレーザ５０を検出器２２に対して異なる位置および角度方向で検出器２２に装着することができる。各追加のレーザ５０は、システム１０の角度範囲を拡張することができるので、図３に示すように、標的中心ビューが到達可能でない場合に、少なくとも１つのレーザ５０を所望の針経路に位置合わせすることを可能にする。所望の針経路が患者とガントリとの間で干渉することなく、複数のレーザ５０に位置合わせすることができる場合には、システム制御器２４は、どのレーザ５０をオンして、ユーザによって提供される計算および臨床タスク情報を用いて最適化された軌道６４に位置合わせするかを決定する。この位置で、レーザ５０は、医療処置などで利用される特定のツールまたは介入装置６０について算出されたエントリ点６３および軌道６４に対応する患者１８上にレーザビーム５８を投射することができる。処置を行う医師６２は、エントリ点６３に介入装置の先端部６１を置いて、装置６０を患者１８に挿入するためにレーザビーム５８により示される軌道６４に沿って介入装置６０を配置することができる。
【００３３】
各レーザ５０は、静止した既知の位置で検出器２２に装着されるので、システム１０は、検出器２２に衝突するＸ線ビーム２０の中心からのレーザ５０が配置されるオフセット角度および距離の値を含む。しかし、別の例示的な実施形態では、レーザ５０は、検出器２２に対して移動可能に位置決めすることができる。この例示的な実施形態では、レーザ５０が所望の位置に配置されると、システム１０は、システム１０を利用して実行される処置で使用するために検出器２２に対する各レーザ５０の位置（たとえば、オフセット角度および距離）を決定する。
【００３４】
図２を見ると、処置を実行し、装置６０を追跡するための撮像／ナビゲーションシステム１０の動作の方法の例示的な実施形態をフローチャートの形式で示している。ブロック１００で示すように、最初にシステム制御器２４は、エントリ点６３およびエントリ点６３に対する１つもしくは複数の平面内での装置６０の角度を含む、介入装置６０の挿入のための軌道６４を算出し、計画する。この決定は、システム１０を用いて患者１８内のターゲットＴを撮像し、適切なプログラムで得られた画像を用いて、ターゲットＴおよび患者１８の周囲の組織の適切な３Ｄ画像を作成し、患者１８の外部からターゲットＴに到達するための最適な軌道６４を決定／算出することによって実行することができ、適切なプログラムとしては、たとえば、ＧＥ  Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ社から入手可能であって、「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｒａｄｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｉｍａｇｅｓ  ｔｏ  ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ  ａ  ３Ｄ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｎｅｅｄｌｅ」という名称の米国特許第８，６００，１３８号に開示されているＩｎｎｏｖａ  ＴｒａｃｋＶｉｓｉｏｎソフトウェアパッケージなどがあり、上記特許はすべての目的のために参照により全体として本明細書に明白に組み込まれる。
【００３５】
最適な軌道６４が決定されると、ブロック１０２において、システム制御器２４は、標的中心ビューならびにシステム１０によって使用される「レーザビュー」およびプログレスビューのために、ガントリ３２および患者支持体３４の位置を決定する。レーザビューは、患者１８に対する検出器２２の位置によって画定され、そのビューでは、選択されたレーザ５０が図４に示すようにターゲットＴへの算出された最適な軌道６４に沿ってレーザビーム５８を導くことにより、エントリ点６３を照明するように位置決めされる。レーザビームは、ドットを投影する単純なラインまたは十字線の形状であってもよい。標的中心ビューでは、検出器２２およびＸ線源１２は、軌道６４に沿ってＸ線ビーム２０を投影するように整列される。プログレスビューでは、検出器２２およびＸ線源１２は、軌道６４に対して９０°の角度でＸ線ビーム２０を投影するように配向されている。針の軌道６４に垂直に配向されるＸ線ビーム２０のための任意のビューである複数のプログレスビューがあるので、システム制御器２４は、検出器２２とテーブル／患者支持体３４との間の衝突の可能性を最小にしながら、かつ、レーザビューの位置および選択されたプログレスビューの位置との間の距離を最小にしながら到達できる１つのプログレスビューを選択して、それによってシステム１０の過剰な移動を防止する。レーザビューは、標的中心ビューおよび／または選択されたプログレスビューと同一平面でなくてもよい。
【００３６】
レーザビューの位置は、レーザビーム５８を軌道６４に対して所望の角度に整列するようにガントリ３２および患者支持体／テーブル３４を直線的および／または回転的に調整することにより達成される。各々の角度／軸の位置は、検出器２２に対してレーザ５０の既知の角度／位置だけオフセットされた、ステップ１００で決定された軌道（α，β）を用いて、システム制御器２４によって決定される。１つの例示的な実施形態では、ガントリ３２およびテーブル３４は、レーザビューの位置に対する複数の解を決定することができる５つの追加の自由度（２つの回転、３つの並進）まで提供し、この場合には、システム制御器２４は、操作者によってシステム１０に示されるように行われる臨床作業／処置に与えられる最適な位置を選択する。レーザビューは、ＧＥ  Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ社のＤｉｓｃｏｖｅｒｙ  ＩＧＳ７４０などのように２つの回転および３つの並進自由度を有していれば、ガントリ３２だけの動きによって到達することができる。しかし、多くの実施では、ガントリ３２が２つの回転自由度を提供し、患者支持体／テーブル３４が３つの並進自由度を提供するであろう。
【００３７】
Ｘ線源１２および検出器２２のレーザビュー構成を決定する際に、システム制御器２４は、たとえば検出器２２および／または管１２と患者１８および／または患者が配置されるテーブル３４との間の潜在的な干渉／衝突により、その軌道６４における検出器２２の位置が到達可能か否かに基づいて、かつ、Ｘ線源１２’、Ｘ線源１２’から放射されたＸ線ビーム２０’および検出器２２’を含む従来技術のシステム１０’と比較して、図３に示すように、その軌道６４における医師６２のアクセスを最適化するために、どのレーザ５０を軌道６４に整列すべきかをさらに決定する。図示するように、レーザ５０を含むシステム１０は、先行技術のシステム１０’では可能ではなかった経路を使用してターゲットＴに到達するために、検出器２２を使用することを可能にする。さらに、検出器２２により多くのレーザ５０を配置することにより、到達可能な角度または軌道６４のスパンが大きくなる。さらに、ブロック１００のステップは、システム制御器２４により完全に自動的に、または医師６２からシステム制御器２４への入力により、またはこれらの組み合わせにより行うことができる。
【００３８】
処置で利用されるレーザビューが決定された後に、ブロック１０２では、システム制御器２４は、必要に応じて、回転サブシステム３２を動作させて、軌道６４に対して標的中心ビュー構成でＸ線源１２および検出器２２を位置決めすることができ、このビューが到達可能であれば、ターゲットＴは画像の中心に位置する。この位置では、ターゲットＴの位置および患者１８が移動していないことを検証し、それによって軌道６４を確認するために、１つまたは複数の画像がこの位置で取得される。標的中心ビューは到達可能でない場合には、２つの直交ビューなどの他の適切なビューを用いることができる。
【００３９】
ターゲットＴおよび患者１８の位置が確認されると、本方法はブロック１０４に進み、システム制御器２４は、Ｘ線源１２および検出器２２をレーザビュー構成に戻して、医師は、レーザ５０から放射されるビーム５８により示されるエントリ点６３に介入装置／針６０の先端部６１を置く。
【００４０】
ブロック１０６では、医師は、図４に模式的に示すように、先端部６１をエントリ点６３に保持しつつ、エントリ点６３に対してビーム５８の角度で示される軌道６４に装置６０を整列させるために装置６０を移動させる。ブロック１０８では、装置６０が計画された軌道６４に沿ってエントリ点６３に位置決めされると、医師６２は装置６０を患者１８の体内に挿入する。これらのステップは、図３に示すように、容易に達成することができ、医師６２の手をＸ線ビーム２０の外側に置いたままで、装置６０の先端部がエントリ点６３に配置される。さらに、レーザビーム５８は、レーザ５０のオフセット位置に基づいてレーザビーム５８により示される軌道６４の妨げられないビューにより容易に観察することができる。
【００４１】
医師が装置６０を患者１８に挿入する際に、医師の要求に応じて、ブロック１１０では、システム制御器２４は、レーザビューまたはプログレスビューでガントリ３２および／またはテーブル３４を位置決めすることができる。そうする際に、システム制御器２４は、軌道６４およびターゲットＴに対する装置６０の先端部の位置を表示するために、患者１８の１つまたは複数のさらなる画像を取得することができる。レーザビュー構成では、装置６０がエントリ点６３で挿入され、かつレーザビーム５８と整列されていることのみを仮定して、システム制御器２４は、装置６０をターゲットＴに誘導するのを助けるために、医師が装置６０を保持するのと同時に軌道６４に沿って装置６０の３次元位置および深さを医師に容易に示すことができる。これは、必要に応じて前の画像からコンパイルされた患者１８を通る計画された軌道の３次元画像上にオーバーレイとして使用されるレーザビュー位置で取得された画像により、ディスプレイ４２上で医師に示すことができる。この合成画像から、システム制御器２４は、患者１８内の装置６０の正確な位置を医師に示すことができ、軌道６４に沿った装置６０の挿入の正確さは、装置６０の配置に対して行う必要がある何らかの修正を特定することができ、かつ、処置に関する他の適切な情報の中で、装置６０とターゲットＴとの間の残りの距離を表示することができる。
【００４２】
あるいは、Ｘ線源１２および検出器２２についてのプログレスビュー構成で画像を取得する場合には、システム制御器２４は、ガントリ３２を適切な位置に移動させてプログレスビュー画像を取得し、次いで、必要に応じて、ガントリ３２をレーザビュー位置に戻す。プログレスビュー画像は、単独で、または３次元軌道計画画像と共に用いることができ、装置６０を操作する際に医師が装置６０および計画された軌道６４に対する患者１８内の装置６０の位置を見ることを可能にする。また、これらのビュー構成を切り替えることにより、精度を維持しながら、より低い線量でより多くの情報にアクセスすることを提供することができる。
【００４３】
ブロック１１０で装置６０を挿入した後に、または装置６０の挿入に先立つ別のチェックとして、患者１８が計画した軌道６４に対して適切な位置のままであることを判定するために、医師は、システム制御器２４が患者１８の位置についてのチェックを実行することを要求することができる。そうするために、ブロック１１２では、医師の要求に応じて、システム制御器２４は、Ｘ線源１２および検出器２２を潜在的には標的中心ビュー構成を含む１つまたは複数の適切なビューに配置するように、ガントリ３２および／またはテーブル３４を動作させる。次にシステム制御器２４は、Ｘ線源１２および検出器２２を動作させて、ターゲットＴの撮影された画像を取得し、ターゲットＴが計画された軌道６４に対して適切な位置にあることをチェックする。
【００４４】
本明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【００４５】
１０  撮像システム、ナビゲーションシステム
１０’  システム
１２  Ｘ線源、管
１２’  Ｘ線源
１４  コリメータ
１６  Ｘ線
１８  患者
２０  Ｘ線放射ビーム
２０’  Ｘ線ビーム
２２  検出器
２２’  検出器
２４  システム制御器
２６  Ｘ線制御器
２８  データ取得システム
３０  処理コンポーネント、プロセッサ
３２  線形および回転サブシステム、ガントリ
３４  線形および回転位置決めサブシステム、テーブル、患者支持体
３６  モータ制御器
３８  メモリ
４０  操作者ワークステーション
４２  ディスプレイ
４４  プリンタ
４６  医用画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）
４８  遠隔クライアント
５０  レーザ
５２  軸
５６  支持アーム
５８  レーザビーム
６０  介入装置／針
６１  先端部
６２  医師
６３  エントリ点
６４  軌道
１００  ブロック、ステップ
１０２  ブロック
１０４  ブロック
１０６  ブロック
１０８  ブロック
１１０  ブロック
１１２  ブロック
【図１】
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【図２】
2017217448.tif 000004
【図３】
2017217448.tif 000005
【図４】
2017217448.tif 000006
【外国語明細書】
2017217448000001.pdf