(57)【要約】  介入ツール50（例えば、針又はカテーテルの遠位端に付けられるか、又は遠位端に埋め込まれる音響センサ）に対する、二つ又はそれより多くの音響センサ20、21の空間アライメントに基づいて介入ツール50をトラッキングするシステム及び方法。 本方法は、音響画像平面11を生成するために音響イメージングデバイス10（例えば、線形又は曲線形の、1Dアレイを有する、2D超音波プローブ）を動作させるステップと、音響ビームアレイの音響検出から導出される合成音響検出波形40、41を出力するために各々の音響センサ20、21を動作させるステップを含み得る。各々の合成音響検出波形40、41は、音響ビーム検出波形のアレイ30、31、32を含み得る。本方法は、合成音響検出波形40、41の波形プロファイル分析から導出される音響画像平面11に対する、介入ツール50の位置をトラッキングするためにトラッキングワークステーション70を動作させるステップを更に含み得る。
2016530978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
介入ツールに対して空間的にアラインされる少なくとも二つの音響センサ
を有する、システムであって、
各々の音響センサは、音響画像平面の音響検出から導出される合成音響検出波形を出力するように構造的に構成され、
各々の合成音響検出波形は、音響ビーム検出波形のアレイを含む、
システム。
【請求項２】
前記合成音響検出波形の波形プロファイル分析から導出される前記音響画像平面に対する、前記介入ツールの位置をトラッキングするように構造的に構成されるトラッキングワークステーション
を更に有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記音響画像平面を生成するように構造的に構成されるプローブ
を更に有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記プローブは超音波プローブである、
請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記介入ツールは針又はカテーテルである、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも二つの音響センサは、前記介入ツールに埋め込まれるか、又は前記介入ツールに付けられるものの少なくとも一つである、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記トラッキングワークステーションによる前記合成音響検出波形の前記波形プロファイル分析は、
各々の合成音響検出波形の主要音響ビーム検出波形のプロファイル特定の機能としての、各々の音響センサの面内位置の推定
を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
各々の主要音響ビーム検出波形の振幅は、対応する音響センサの前記面内位置を示す、
請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
各々の主要音響ビーム検出波形の位相は、対応する音響センサの前記面内位置を示す、
請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記トラッキングワークステーションによる前記合成音響検出波形の前記波形プロファイル分析は、
各々の音響センサの前記面内位置の前記推定の機能としての、前記音響画像平面に対する、前記介入ツールの角度方向の推定
を更に含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記主要音響ビーム波形の位相オフセットは、前記音響画像平面に対する、前記介入ツールの角度方向を示す、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも二つの音響センサの間の少なくとも一つの空間距離は、前記音響画像平面に対する、前記介入ツールの前記角度方向を示す、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記トラッキングワークステーションによる前記合成音響検出波形の前記波形プロファイル分析は、
各々の主要音響ビーム波形の振幅の機能としての、各々の音響センサの面外位置の推定
を更に含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１４】
プロファイル最大振幅に対する、各々の主要音響ビーム波形の前記振幅の比較は、各々の音響センサの前記面外位置を示す、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
介入ツール、及び 
前記介入ツールに対して空間的にアラインされる、少なくとも二つの音響センサ
を有し、
各々の音響センサは、音響画像平面の音響検出から導出される合成音響検出波形を出力するように構造的に構成され、
各々の合成音響検出波形は、音響ビーム検出波形のアレイを含む、
システム。
【請求項１６】
介入ツールに対する、少なくとも二つの音響センサの空間アライメントに基づいて、前記介入ツールをトラッキングするための方法であって、
音響画像平面を生成するために音響イメージングデバイスを動作させるステップと、
前記音響ビームアレイの音響検出から導出される合成音響検出波形を出力するように各々の音響センサを動作させ、各々の合成音響検出波形は音響ビーム検出波形のアレイを含むステップと、
前記合成音響検出波形の波形プロファイル分析から導出される前記音響画像平面に対して前記介入ツールの位置をトラッキングするためにトラッキングワークステーションを動作させるステップと
を有する、方法。
【請求項１７】
前記トラッキングワークステーションによる前記合成音響検出波形の前記波形プロファイル分析は、
各々の合成音響検出波形の主要音響ビーム検出波形のプロファイル特定の機能としての、各々の音響センサの面内位置の推定
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記トラッキングワークステーションによる前記合成音響検出波形の前記波形プロファイル分析は、
前記音響画像平面に対する、各々の音響センサの前記面内位置の前記推定の機能としての、前記音響画像平面に対する、前記介入ツールの角度方向の推定
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記トラッキングワークステーションによる前記合成音響検出波形の前記波形プロファイル分析は、
各々の主要音響ビーム波形の振幅の機能としての、前記音響画像平面に対する、各々の音響センサの面外位置の推定
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記音響画像平面から導出される音響画像に対する、前記介入ツールの前記トラッキングされた位置を表示するために前記トラッキングワークステーションを動作させるステップ
を有する、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、音響イメージングデバイス（例えば、一次元の（「1D」）トランスデューサアレイを有する二次元の（「2D」）超音波プローブ）によって生成される音響画像平面に対する、介入ツール（例えば、針、カテーテルなど）の相対位置の3次元（「3D」）トラッキングに関する。本発明は特に、音響画像平面に対する、介入ツールの相対位置トラッキングを容易化するために、音響画像平面の音響検出から導出される合成音響検出波形を出力するように、（例えば、針又はカテーテルの遠位端に付けられるか、又は遠位端に埋め込まれる）介入ツールに対して空間的にアラインされる、音響センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
1Dトランスデューサアレイを有する2D超音波プローブは、広範囲の臨床的介入における目標解剖学的平面の視覚化のために通常用いられる。 しかしながら、2D超音波プローブによって生成される目標解剖学的平面の音響イメージングの外側で介入ツール（例えば、針、カテーテルなど）の位置を評価することが課題となる。従って、臨床医は、介入ツールを、目標解剖学的平面、特に介入ツールの遠位端の音響画像の内側において正確に位置させようとする際、多くの労力及び時間を費やし得る。より特定されることに、介入ツールの、目標解剖学的平面への斜角/直角注入を含む介入のために、目標解剖学的平面の音響画像の内側のエントリの正確な時間及び位置を設定することは困難であることが分かっている。
【０００３】
例えば、超音波ガイド下の針挿入は通常、様々な介入（例えば、生検、排液、神経ブロック、脈管アクセスなど）のために実行される。針シャフトに対してほぼ垂直なイメージングビームをステアリングすることに基づいて針視覚化技術が実施される間、かなり多くの場合、針は、組織不均質性及び／又は斜角の非対称性のために、音響画像平面からはずれる。基本的に、面外針は、スマート針視覚化強調ソフトウェアの洗練度にかかわりなく、音響画像平面から見えなくなる。臨床医はそれから、針の画像を再取得するために音響画像平面を動かさなければならないが、結果的に目標解剖学的平面の音響画像を見失う。さらに臨床医は、音響画像平面に関して針がどこにあるかを知らず、それ故に臨床医は、針を見つけるために2D超音波プローブをどのように動作するかについてのインジケーションを持たない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
要約すると、音響イメージングのために、目標解剖学的平面をイメージングし続け、同時に目標解剖学的平面に関して針の相対位置を知ることが命令動作原理になる。本発明は、音響画像平面に対する、介入ツールの相対位置トラッキングを容易化するために、音響画像平面の音響検出から導出される合成音響検出波形を出力するように、（例えば、針又はカテーテルの遠位端に付けられるか、又は遠位端に埋め込まれる）介入ツールに対して空間的にアラインされる、音響センサをもたらすことによって、この動作原理に執着する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施例によると、（例えば、針又はカテーテルの遠位端に付けられるか、又は遠位端に埋め込まれる）介入ツールに対して空間的にアラインされる、二つ又はそれより多くの音響センサがもたらされる。動作において、各々の音響センサは、（例えば、線形又は曲線形の、1Dトランスデューサアレイを有する2D超音波プローブによって生成される）音響画像平面の音響検出から導出される合成音響検出波形を出力するように構造的に構成される。各々の合成音響検出波形は、音響ビーム検出波形のアレイを含む。合成音響検出波形の波形プロファイル分析から導出される音響画像平面に対して、介入ツールの位置をトラッキングするように構造的に構成されるトラッキングワークステーションがもたらされ得る。
【０００６】
また、本発明の実施例によると、介入ツール（例えば、針又はカテーテル）を含むシステム、及び（例えば、針又はカテーテルの遠位端に付けられるか、又は遠位端に埋め込まれる）介入ツールに対して空間的にアラインされる、二つ又はそれより多くの音響センサがもたらされる。合成音響検出波形の波形プロファイル分析から導出される音響画像平面に対して介入ツールの位置をトラッキングするように構造的に構成されるトラッキングワークステーションがもたらされ得る。
【０００７】
本発明の更なる他の実施例によると、介入ツール（例えば、針又はカテーテルの遠位端に付けられるか、又は遠位端に埋め込まれる音響センサ）に対して、二つ又はそれより多くの音響センサの空間アライメントに基づいて介入ツールをトラッキングするための方法がもたらされる。 本方法は、音響画像平面を生成するために音響イメージングデバイス（例えば、線形又は曲線状の、1Dアレイを有する2D超音波プローブ）を動作させるステップ、及び音響ビームアレイの音響検出から導出される合成音響検出波形を出力するように各々の音響センサを動作させるステップを含む。各々の合成音響検出波形は、音響ビーム検出波形のアレイを含む。本方法は、合成音響検出波形の波形プロファイル分析から導出される音響画像平面に対する、介入ツールの位置をトラッキングするためにトラッキングワークステーションを動作させるステップを更に含む。
【０００８】
本発明のいろいろな特徴及び利点だけでなく、本発明の前述の形態及び他の形態は、添付の図面とともに読まれる本発明のいろいろな実施例の以下の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。 詳細な説明及び図面は、限定的というより単に例示的に本発明を説明し、本発明の範囲は、添付のクレーム及びその同等の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明により、音響画像平面を検出する音響センサの例示的な上面図を図示する。
【図１Ｂ】本発明により、音響画像平面を検出する音響センサの例示的な側面図を図示する。
【図２Ａ】本発明により、図1A及び1Bに示される音響センサによって出力される、例示的な音響ビーム検出波形を図示する。
【図２Ｂ】本発明により、図1A及び1Bに示される音響センサによって出力される、他の例示的な音響ビーム検出波形を図示する。
【図２Ｃ】本発明により、図1A及び1Bに示される音響センサによって出力される、他の例示的な音響ビーム検出波形を図示する。
【図３Ａ】本発明により、合成音響検出波形の、例示的な主要音響ビーム検出波形を図示する。
【図３Ｂ】本発明により、合成音響検出波形の、他の例示的な主要音響ビーム検出波形を図示する。
【図４Ａ】本発明により、音響画像平面を検出する介入針上に空間的にアラインされる音響センサの、例示的な上面図の第一のセットを図示する。
【図４Ｂ】本発明により、音響画像平面を検出する介入針上に空間的にアラインされる音響センサの、例示的な側面図の第一のセットを図示する。
【図５Ａ】本発明により、図4A及び4Bに示される音響センサによって出力される、例示的な音響ビーム検出波形を図示する。
【図４Ｃ】本発明により、音響画像平面を検出する介入針上に空間的にアラインされる音響センサの例示的な上面図の第二のセットを図示する。
【図４Ｄ】本発明により、音響画像平面を検出する介入針上に空間的にアラインされる音響センサの例示的な側面図の第二のセットを図示する。
【図５Ｂ】本発明により、図4C及び4Dに示される音響センサによって出力される例示的な音響ビーム検出波形を図示する。
【図４Ｆ】本発明により、音響画像平面を検出する介入針上に空間的にアラインされる音響センサの例示的な上面図の第三のセットを図示する。
【図４Ｇ】本発明により、音響画像平面を検出する介入針上に空間的にアラインされる音響センサの例示的な側面図の第三のセットを図示する。
【図５Ｃ】本発明により、図4E及び4Fに示される音響センサによって出力される例示的な音響ビーム検出波形を図示する。
【図６】介入プロシージャを実施する本発明のトラッキングシステムの実施例を図示する。
【図７】本発明により、介入イメージング方法の実施例を表示するフローチャートを図示する。
【図８】本発明により、介入ツールトラッキング方法の実施例を表示するフローチャートを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
概して、本発明は、 (1) 介入ツールに付けられるか、又は介入ツール内に埋め込まれる、二つ又はそれより多くの音響センサを有する前記介入ツール、(2)音響画像平面を生成するための音響イメージングデバイス、(3) 音響画像平面に対する、介入ツールの音響センサを介した3D位置トラッキング、(4) 2D音響画像上に重ね合わされる介入ツールの３Ｄレンダリングのディスプレイの動作可能なインテグレーションをもたらす。
【００１１】
本発明のために、用語「介入ツール」は、従来技術で知られる何れかの介入プロシージャを実行するために使用される、何れのツール、デバイス、装置等もここに広く規定される。 介入ツールの例は、限定されないが、針及びカテーテルを含み、介入プロシージャの例は、限定されないが、生検、排液、神経ブロック、脈管アクセス等を含む。
【００１２】
本発明のために、用語「音響センサ」は、音響エネルギの検出を表す波形を出力するように構造的に構成される何れかのデバイスとして広く規定される。
【００１３】
本発明のために、用語「音響イメージングデバイス」は、皮下本体構造（例えば、腱、筋肉、関節、脈管、及び内臓など）を視覚化するために音響エネルギを伝導するように構造的に構成される何れかのデバイスとしてここに広く規定される。音響イメージングデバイスの例は、限定されないが、線形又は曲線状の、1Dアレイを有する2D超音波プローブを含む。
【００１４】
具体的には、介入ツールが音響画像平面の近くでナビゲートされるので、本発明は、音響イメージングデバイスによって生成される音響ビームから、音響エネルギの様々な振動強度レベルを検出する各々の音響センサを前提とする。 音響エネルギによってもたらされる音響センサの振動は、各々の音響ビームに対して音響ビーム検出波形を出力するように各々の音響センサを励振し、それによって各々の音響ビーム波形は、対応する音響ビームの特定の振動強度レベルに対して、音響センサの近接性に依存するプロファイルを有する。より特定されることに、音響ビームが、解剖学的領域を通じて伝播するとき、音響ビームの振動強度レベルは減衰する。介入ツールが、音響画像平面の近くでナビゲートされるとき、音響センサは、何れかの所与の時点において音響センサから最も遠い、一つ又は複数の音響ビームに関連する最低振動強度レベル、及び何れかの所与の時点において音響センサに最も近い、一つ又は複数の音響ビームに関連する最高振動強度レベルで、音響ビームの、変化する振動強度レベルを検出するであろう。従って、音響ビーム検出波形のアレイからなる波形プロファイル分析合成音響検出波形は、音響画像平面に対して各々の音響センサのトラッキング情報の推定を容易化する。
【００１５】
トラッキング情報は、音響センサの空間アライメントの角度方向並びに各々の音響センサの面内位置及び面外位置を含む。
【００１６】
本発明のために、用語「面外位置」は、音響画像平面の外側の音響センサの何れかの直角位置として広く規定される。
【００１７】
本発明のために、用語「面内位置」は、音響画像平面への、音響センサの面外位置の直角投影から導出される、音響画像平面内における音響センサの投影位置、又は音響画像平面内における音響センサの物理位置としてここに広く規定される。
【００１８】
本発明のために、用語「角度方向」は、音響センサの空間アライメントに関連する中心/回転軸及び音響画像平面の間の角度としてここに広く規定される。実際、音響センサの空間アライメントは、何れの形態（例えば、直線形、曲線形、螺旋形等）も有し得る。
【００１９】
本発明は、介入ツールに対する、音響センサの何れの特定の空間アライメントも、合成音響検出波形のプロファイルにおける類似点及び差異をディクテートし、これらの類似点及び差異を、音響画像平面に対する、介入ツールの3D位置をトラッキングすることに利用することを認識する。更に特定されることに、音響イメージングデバイスの各々のライントリガのために、合成音響検出波形のプロファイル形状は、特に介入ツールに対する、音響センサの軸空間アライメントに対してかなりの程度類似し、合成音響検出波形のプロファイルレンジは、各々の音響センサの面外位置及び面内位置に依存して、特定可能な程度に類似し、又は異なり得る。
【００２０】
具体的には、各々の音響センサに対して、合成音響検出波形のピーク振幅は、音響センサに最も近い「主要」音響ビーム検出波形を特定し、それによって、主要音響ビーム検出波形のプロファイルは、音響センサの面内位置の推定を容易化するであろう。音響センサの推定された面内位置の間で計算された距離、及び音響センサの間の空間距離の情報は、音響画像平面に対する、音響センサの空間アライメントの角度方向の推定を容易化する。
【００２１】
音響センサの面外位置は、主要音響ビーム検出波形の相対的なピーク振幅の比較によって推定されてもよい。 これらの推定は、音響画像平面に対する、音響センサの空間アライメントの角度方向及び／又は音響センサの面内位置によって補われてもよい。
【００２２】
前記位置/方向推定の全ては、様々な既知の視覚化オプションを使用して音響画像の2Dディスプレイとともに表示されてもよい、介入ツールの3D位置トラッキングを容易化する。 本発明による、介入ツールの3D位置トラッキングをさらに理解することを容易化するため、この場合、図1-8が、曲線アレイを有する2D音響イメージングデバイス10を含む、羊水穿刺プロシージャを実行するための、介入針20の使用のコンテキストにおいて、及び介入針20の遠位端において空間的にアラインされる、二つの音響センサ21を有する介入針50のコンテキストにおいてここに記載されるであろう。図1-8の記載から当業者は、様々な介入プロシージャのための、音響イメージングデバイス、音響センサ、及び様々な種類の介入ツールを用いる本発明を構成し、使用する方法を評価するであろう。
【００２３】
図1は、XYZ座標系のXY平面内において音響画像平面11を生成するための、曲線形トランスデューサアレイを有する2D超音波プローブ10（例えば、1Dトランスデューサアレイを有する2D超音波プローブ）を図示する。 音響センサ20及び21は、音響画像平面11に対する、各々の音響センサ20及び21の面内位置及び面外位置（すなわち、まとめてXYZ位置）の近接度に依存する検出度で音響画像平面11を検出する。
【００２４】
具体的には、各々の音響センサ20及び21は、音響画像平面11の各々のビームに対して、各々の音響センサ20及び21のXYZ位置の近くを示す、音響ビーム検出波形を出力するであろう。各々の音響センサ20及び21のXYZ位置から最も遠い、一つ又は複数の音響ビームに対して、対応する音響ビーム検出波形は、リプル波プロファイル又はゼロ波プロファイルを有するであろう。 例えば、図2Aにおいて示されるように、音響ビーム検出波形30は、存在する場合、関連する音響ビームの音響センサによる、ごくわずかな検出を示すリプル波を有する。
【００２５】
逆に、各々の音響センサ20及び21のXYZ位置に最も近い、一つ又は複数の音響ビームに対して、対応する音響ビーム検出波形は、フラッタリング波プロファイルを有するであろう。 例えば、図2Aにおいて示されるように、音響ビーム検出波形31は、関連する音響ビームの音響センサ20によってかなりの検出を示すフラッタリング波を有する。 また、例によって、図2Bにおいて示されるように、音響ビーム検出波形31は、関連ビームの音響センサ21によってかなりの検出を示すフラッタリング波を有する。
【００２６】
音響画像平面11の場合、各々の音響センサ20及び21は、音響画像平面11に対する、各々の音響センサ20及び21のXYZ位置の近接度に依存して、リプル/ゼロ波プロファイル及びフラッタリング波プロファイルからなる音響ビーム検出波形のアレイを含む合成音響検出波形を出力するであろう。例えば、図3Aにおいて示されるように、合成音響検出波形40は、音響画像平面11に対する、音響センサ20のXYZ位置の近接度に依存して、リプル/ゼロ波プロファイル及びフラッタリング波プロファイルからなる音響ビーム検出波形のアレイを含む。また、例によって、図3Bにおいて示されるように、合成音響検出波形40は、音響画像平面11に対する、音響センサ21のXYZ位置の近接度に依存して、リプル/ゼロ波プロファイル及びフラッタリング波プロファイルからなる音響ビーム検出波形のアレイを含む。ここに前述されるように、合成音響検出波形における類似点及び差異は、音響センサ20及び21の空間アライメントだけでなく、音響センサ20及び21のXYZ位置の推定を容易化する。
【００２７】
具体的には、各々の音響センサ20及び21のXYZ位置を決定して、対応する合成音響検出波形のピーク振幅が、音響センサに最も近い「主要」音響ビーム検出波形を特定し、それによって、主要音響ビーム検出波形のプロファイルは、音響センサの面内位置及び面外位置の推定を容易化するであろう。
【００２８】
例えば、図3Aにおいて示されるように、合成音響検出波形40のピーク振幅は、音響ビーム検出波形31を、主要音響ビーム検出波形として特定する。音響センサ20の面内位置のX座標は、図3Aにおいて示されるように、合成音響検出波形40内における音響ビーム検出波形31のビーム位置bp20に基づいて推定されてもよい。 音響センサ20の面内位置のY座標は、図2Bにおいて示されるように、音響ビーム検出波形31のピーク振幅の時間tp20に基づいて推定されてもよい。音響センサ20の面外位置のZ座標は、音響画像平面11内にある音響センサ20によって実現され得る音響ビーム検出波形31の最大ピーク振幅と比較される、図2Bにおいて示されるように、音響ビーム検出波形31のピーク振幅の大きさVP20に基づいて推定されてもよい。
【００２９】
また、例によって、図3Bにおいて示されるように、合成音響検出波形41のピーク振幅は、音響ビーム検出波形32を主要音響ビーム検出波形として特定する。 音響センサ21の面内位置のX座標は、図3Bにおいて示されるように、合成音響検出波形41内において音響ビーム検出波形32のビーム位置bp20に基づいて推定されてもよい。 音響センサ21の面内位置のY座標は、図2Cにおいて示されるように、音響ビーム検出波形32のピーク振幅の時間tp21に基づいて推定されてもよい。音響センサ21の面外位置のZ座標は、音響画像平面11内にある音響センサ21によって実現され得る音響ビーム検出波形32の最大ピーク振幅と比較される、図2Cにおいて示されるように、音響ビーム検出波形31のピーク振幅の大きさVP21に基づいて推定されてもよい。
【００３０】
図1A及び1Bにおいて示されるように、音響センサ21よりプローブ10及び音響画像平面11に近い音響センサ20が示される。 従って、主要音響ビーム波形31及び32から推定される音響センサ20及び21のXYZ位置は、音響センサ21よりプローブ10及び音響画像平面11に近い音響センサ20を反映するであろう。 更に、音響センサ20及び21の両方の面内XY位置に対する、音響センサ20及び21の既知の空間アライメント22への比較、並びに音響ビーム検出波形31及び32の位相オフセットは、音響画像平面11に対する、音響センサ20及び21の空間アライメント22の角度方向θを推定するための基礎としての役割を果たす。本発明は、付けられるか、又は埋め込まれる音響センサ20及び21を有する介入ツールの位置をトラッキングするための基礎としての、音響画像平面11に対する、音響センサ20及び21の既知の空間アライメントの角度方向θの推定、並びに音響センサ20及び21のXYZ位置の推定を使用する。
【００３１】
例えば、図4及び5は、介入針50の遠位端における、音響センサ20及び21の既知の空間アライメントを図示する。 このように、音響画像平面11に対する、音響センサ20及び21の既知の空間アライメントの角度方向θの推定、並びに音響センサ20及び21のXYZ位置の何れの推定も、介入針50の遠位端の位置をもたらす。
【００３２】
具体的には、図4A及び4Bは、音響画像平面11のＸ軸と平行な介入針50、及び音響画像平面11のY軸及びZ軸と直角をなす介入針50を図示する。 音響センサ20は、図5Aに示される主要音響ビーム波形33を出力し、音響センサ21は、前述のとおり、音響センサ20及び21のXYZ位置を推定するために、図5Aにおいて示される主要音響ビーム波形34を出力する。介入針50のこの3D位置トラッキングのために、ゼロ位相オフセットPO並びに音響センサ20及び21の既知の空間距離に等しい、音響センサ20及び21の面内位置の距離は、介入針50の遠位端が、プローブ10及び音響画像平面11と平行になることを示す。
【００３３】
図4C及び4Dは、音響画像平面11のＸ軸及びZ軸と直角をなす介入針50並びに音響画像平面11のY軸と平行な介入針50を図示する。音響センサ20は、図5Bに示される主要音響ビーム波形37を出力し、音響センサ21は、前述のとおり、音響センサ20及び21のXYZ位置を推定するために、図5Bにおいて示される主要音響ビーム波形38を出力する。介入針50のこの3D位置トラッキングのために、非ゼロ位相オフセットPO並びに音響センサ20及び21の既知の空間距離に等しい、音響センサ20及び21の面内位置の距離は、介入針50の遠位端が、プローブ10と直角をなし、音響画像平面11と平行になることを示す。
【００３４】
図4E及び4Fは、音響画像平面11のＸ軸及びY軸に対して傾けられる介入針50を図示する。 音響センサ20は、図5Cに示される主要音響ビーム波形35を出力し、音響センサ21は、前述のとおり、音響センサ20及び21のXYZ位置を推定するために、図5Cにおいて示される主要音響ビーム波形36を出力する。介入針50のこの3D位置トラッキングのために、ゼロ位相オフセット並びに音響センサ20及び21の既知の空間距離より短い、音響センサ20及び21の面内位置の距離は、介入針50の遠位端が、プローブ10と平行であり、音響画像平面11に対して傾けられることを示す。
【００３５】
図4及び5から当業者は、介入ツールが音響イメージング平面に対してナビゲートされると、音響センサによって出力される合成音響検出波形のプロファイルは変化し、それでも、合成音響検出波形のプロファイルにおける類似点と差異は、介入ツールの3D相対位置トラッキングを容易化することを評価するであろう。
【００３６】
さらに当業者は、音響センサのXYZ位置を推定するため、及び音響センサの空間アライメントの角度方向を推定するために実行される等式が、所望のトラッキング分解能に依存して変化することを評価するであろう。
【００３７】
図6は、女性患者FPの羊水穿刺プロシージャの間、フローチャート80（図7）を実行するためのトラッキングワークステーション60をさらに図示する。トラッキングワークステーション60は、トラッキングワークステーション60内おいてハードウェア/ソフトウェア/ファームウェアとしてインストールされ、プログラムされる、モジュール71-73のネットワーク70を実行するための、ハードウェア/回路（例えば、一つ又は複数のプロセッサ、メモリなど）を備えるように構造的に構成される。実際、トラッキングワークステーション60は、独立したワークステーションであってもよく、複数のワークステーションの間に配置されてもよい。
【００３８】
超音波スキャナ71は、女性患者FP内における胎児をイメージングするための、超音波プローブ12による、音響画像平面13の生成を制御するために、フローチャート80（図7）のステージS81の間、一つ又は複数の従来技術を使用する。超音波プローブ12は、女性患者FPの胎児の2D超音波画像15を表示するイメージングデータ14を用いて、イメージングデータ14をトラッキングワークステーション60に供給する。
【００３９】
ツールトラッカ72は、音響画像平面13に対する、介入針50の遠位端の3D位置を決定するため、フローチャート80（図7）のステージS82の間、本発明の一つ又は複数の技術を使用する。実際、一つ又は複数の技術は、図1-5に関連してここに前述のとおり、本発明の動作原理に従って実施される。 一つの実施態様において、ツールトラッカ72は、超音波スキャナ71からツールトラッカ72にライントリガ74によってトリガされる、図8において示される、フローチャート90を実行する。
【００４０】
図6及び8を参照すると、フローチャート90のステージS91は、例えば、示される合成音響検出波形42及び43のような合成音響検出波形の波形データ24を処理するツールトラッカ72を含む。
【００４１】
フローチャート90のステージS92は、ここに前述のとおり、各々の音響センサ20及び21の面内XY位置を推定するツールトラッカ72を含む。
【００４２】
フローチャート90のステージS93は、ここに前述のとおり、音響センサ20及び21の角度方向を推定するツールトラッカ72を含む。
【００４３】
フローチャート90のステージS94は、ここに前述のとおり、各々の音響センサ20及び21の面外位置Zを推定するツールトラッカ72を含む。
【００４４】
実際、ツールトラッカ72は、推定ステージS92-S94のための、ほぼ現在の合成音響検出波形のみの処理を含む瞬間的な態様で、又はステージS92-74の推定のための、一続きの合成音響検出波形の処理を含む漸進的な態様で、フローチャート90を実行してもよい。
【００４５】
図6に戻ると、画像トラッカ73は、2D超音波画像15の標準ビューで重ね合わされる、介入針50のアイコン62のディスプレイ61を生成するために、フローチャート80（図7）のステージS83の間、一つ又は複数の従来技術を使用する。代わりに、又は並行して、画像トラッカ71は、2D超音波画像15の側面図で重ね合わされる、介入ツール50のアイコン62のディスプレイ63を生成してもよい。
【００４６】
図1-8を参照すると、当業者は、限定されないが、2D音響イメージングデバイスから生成される音響エネルギを用いた介入ツールの3Dトラッキングを含む、本発明の多数の利点を評価するであろう。
【００４７】
実際、本発明の波形プロファイル分析を介した介入ツールの3D位置トラッキングを改良するために、様々かつ多数の方法が、使用されてもよい。例えば、合成音響検出波形及び／又は主要音響ビーム波形のピーク振幅が「横ばい」になり始めるとき、介入ツールが音響画像平面にかなり近いことは兆候になる。従って、トラッキング分解能は、介入ツールの位置のトラッキングの正確さを改良するために増やされてもよい。 また、例によって、合成音響検出波形及び／又は主要音響ビーム波形のピーク振幅に適合するグラフが、より速い位置及び角度方向推定のために、波形を滑らかにするように用いられてもよい。更なる例によって、音響画像平面の術前較正は、より速い位置及び角度方向推定のために使用されてもよい。
【００４８】
本発明の様々な実施例が図示されると共に記載されているが、本明細書に記載の本発明の実施例が図示を目的とするものであり、様々な変形及び修正がなされてもよく、同等のものが、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の構成要素の代わりに使用されてもよいことは当業者によって理解されるであろう。更に、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の教示を適用するために多くの変形がなされてもよい。それ故に本発明が、本発明を実施するように意図されるベストモードとして開示される特定の実施例に限定されるものではないが、本発明が特許請求の範囲内の全ての実施例を含むことは意図される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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