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特開2022-179430断層画像と追跡システムとの間の位置合わせ精度を改善するためのプローブ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022179430
(43)【公開日】2022-12-02
(54)【発明の名称】断層画像と追跡システムとの間の位置合わせ精度を改善するためのプローブ
(51)【国際特許分類】
A61B 5/00 20060101AFI20221125BHJP
A61B 34/20 20160101ALI20221125BHJP
【ＦＩ】
A61B5/00 F
A61B34/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022082149
(22)【出願日】2022-05-19
(31)【優先権主張番号】17/325,353
(32)【優先日】2021-05-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】511099630
【氏名又は名称】バイオセンス・ウエブスター・（イスラエル）・リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ （Ｉｓｒａｅｌ）， Ｌｔｄ．
(74)【代理人】
【識別番号】100088605
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 公延
(74)【代理人】
【識別番号】100130384
【弁理士】
【氏名又は名称】大島 孝文
(72)【発明者】
【氏名】アイリス・シーガル
(72)【発明者】
【氏名】ヘレン・ウォルフソン
(72)【発明者】
【氏名】ジョージ・グセイン
(72)【発明者】
【氏名】ウリエル・ホッド
(72)【発明者】
【氏名】ラン・ペレド
【テーマコード（参考）】
4C117
【Ｆターム（参考）】
4C117XB20
4C117XC26
4C117XD05
4C117XD07
4C117XD09
4C117XD22
4C117XD27
4C117XE44
4C117XE45
4C117XR07
4C117XR08
(57)【要約】
【課題】医療装置を提供すること。
【解決手段】医療装置は、長手方向軸を有するハンドルと、長手方向軸上に配設された遠位先端部と、位置センサと、を備え、その位置センサは、遠位先端部から所定の距離で長手方向軸上においてハンドル内に配設され、プローブの場所を示す信号を出力するように構成されている。アライメントジグは、プローブの遠位先端部に取り外し可能に固定されるように構成されたコネクタと、３つの突出部と、を備え、その３つの突出部は、コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面と接触するように構成され、コネクタがプローブの遠位先端部に固定されると長手方向軸に垂直な平面内に配設される。
【選択図】図１
【解決手段】医療装置は、長手方向軸を有するハンドルと、長手方向軸上に配設された遠位先端部と、位置センサと、を備え、その位置センサは、遠位先端部から所定の距離で長手方向軸上においてハンドル内に配設され、プローブの場所を示す信号を出力するように構成されている。アライメントジグは、プローブの遠位先端部に取り外し可能に固定されるように構成されたコネクタと、３つの突出部と、を備え、その３つの突出部は、コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面と接触するように構成され、コネクタがプローブの遠位先端部に固定されると長手方向軸に垂直な平面内に配設される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
医療装置であって、
プローブであって、
長手方向軸を有するハンドルと、
前記長手方向軸上に配設された遠位先端部と、
位置センサであって、前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上において前記ハンドル内に配設され、また前記プローブの場所を示す信号を出力するように構成されている、位置センサと、を備えるプローブと、
アライメントジグであって、
前記プローブの前記遠位先端部に取り外し可能に固定されるように構成されたコネクタと、
３つの突出部であって、前記コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点は、前記コネクタが前記プローブの前記遠位先端部に固定されると前記長手方向軸に垂直な平面内に配設される、３つの突出部と、を備える、アライメントジグと、
を備える、医療装置。
プローブであって、
長手方向軸を有するハンドルと、
前記長手方向軸上に配設された遠位先端部と、
位置センサであって、前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上において前記ハンドル内に配設され、また前記プローブの場所を示す信号を出力するように構成されている、位置センサと、を備えるプローブと、
アライメントジグであって、
前記プローブの前記遠位先端部に取り外し可能に固定されるように構成されたコネクタと、
３つの突出部であって、前記コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点は、前記コネクタが前記プローブの前記遠位先端部に固定されると前記長手方向軸に垂直な平面内に配設される、３つの突出部と、を備える、アライメントジグと、
を備える、医療装置。
【請求項2】
前記コネクタが、ソケットを備え、前記ソケットが前記遠位先端部に嵌合している、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記突出部が、ローラを備え、前記ローラは前記身体の前記表面に接触してその上を転動するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項4】
医療装置であって、
位置合わせプローブであって、長手方向軸及び前記長手方向軸上に配設された遠位先端部を有し、前記位置合わせプローブが、
３つの突出部を備えるアライメントジグであって、前記３つの突出部が、前記遠位先端部から延び、またそれぞれの点で患者の身体の一部分の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点が、前記長手方向軸に垂直な平面内に配設されている、アライメントジグと、
前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上に配設された位置センサと、を備える、位置合わせプローブと、
位置追跡システムであって、前記患者の前記身体の前記一部分の近傍において、前記位置追跡システムによって画定された第１の基準フレーム内の前記位置センサの位置座標を取得するように構成されている、位置追跡システムと、
処理ユニットであって、
第２の基準フレーム内の前記患者の前記身体の少なくとも前記一部分に関する三次元（３Ｄ）画像データを受信することと、
前記位置合わせプローブの前記遠位先端部が前記患者の前記身体の前記一部分の前記表面上の前記場所に接触している間に、前記位置追跡システムによって取得された前記位置座標を受信することと、
前記位置座標を前記三次元画像データ内の対応する場所と比較することによって、前記第１の基準フレーム及び前記第２の基準フレームを位置合わせすることと、
を行うように構成された処理ユニットと、
を備える、医療装置。
位置合わせプローブであって、長手方向軸及び前記長手方向軸上に配設された遠位先端部を有し、前記位置合わせプローブが、
３つの突出部を備えるアライメントジグであって、前記３つの突出部が、前記遠位先端部から延び、またそれぞれの点で患者の身体の一部分の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点が、前記長手方向軸に垂直な平面内に配設されている、アライメントジグと、
前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上に配設された位置センサと、を備える、位置合わせプローブと、
位置追跡システムであって、前記患者の前記身体の前記一部分の近傍において、前記位置追跡システムによって画定された第１の基準フレーム内の前記位置センサの位置座標を取得するように構成されている、位置追跡システムと、
処理ユニットであって、
第２の基準フレーム内の前記患者の前記身体の少なくとも前記一部分に関する三次元（３Ｄ）画像データを受信することと、
前記位置合わせプローブの前記遠位先端部が前記患者の前記身体の前記一部分の前記表面上の前記場所に接触している間に、前記位置追跡システムによって取得された前記位置座標を受信することと、
前記位置座標を前記三次元画像データ内の対応する場所と比較することによって、前記第１の基準フレーム及び前記第２の基準フレームを位置合わせすることと、
を行うように構成された処理ユニットと、
を備える、医療装置。
【請求項5】
前記位置追跡システムが、磁気位置追跡システムを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項6】
前記三次元画像データが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムからのデータを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項7】
前記三次元画像データが、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムからのデータを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項8】
前記患者の前記身体の前記一部分が、前記患者の頭部を含み、２Ｄ画像が、前記患者の顔部を示す、請求項４に記載の装置。
【請求項9】
前記第１の基準フレーム及び前記第２の基準フレームを位置合わせすることが、前記位置座標と前記三次元画像データ内の前記対応する場所との間の相関を最大化するように、前記第１の基準フレームと前記第２の基準フレームとの間の相対的な拡大縮小、回転、及び並進を適用することを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項10】
前記処理ユニットが、前記位置合わせプローブを動作させる医師からランドマークの場所を受信して前記２Ｄ画像上の前記場所をマーキングする、請求項４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して、医療撮像及び対応付けに関し、詳細には、医療画像と位置追跡システムとの位置合わせに関する。
【背景技術】
【0002】
画像誘導手術において、医師は、外科的処置中に器具の位置及び／又は方向が患者の解剖学的構造の画像上に提示され得るように、リアルタイムで追跡される器具を使用する。場合によっては、患者の解剖学的構造の追跡と撮像の両方が、透視診断法などの１つの様式によって実現され得る。しかしながら、透視診断法は電離放射線を用いるものであるため、その利用は最小限にされる必要がある。結果として、多くのシナリオにおいて、患者の画像は、磁気共鳴撮像法（magnetic resonance imaging、ＭＲＩ）又はコンピュータ断層撮影（computerized tomography、ＣＴ）透視診断法などのある様式で提供され、器具追跡では、磁気追跡などの異なる様式を使用する。
【0003】
器具追跡と共に撮像を正確に利用するために、２つの方式は互いに高精度に位置合わせされる必要がある。この目的のために、例えば、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１９／００４６２７２号は、被検者の頭部のボクセルのＣＴ画像を受信することと、画像内の被検者の眼のそれぞれの場所を識別するために画像を分析して、それによりそれぞれの場所を結合する第１の線分を画定することを含む、方法を記載している。この方法は、ボクセルサブセットを識別することであって、ボクセルサブセットは、頭部の骨性区分を覆い、また、第１の線分に対して平行な第２の線分上に、また第１の線分に直交する第３の線分上に存在する、識別することを含む。被検者の頭部上の位置を測定するように構成された磁気追跡システムが起動され、そのシステムにおいて動作可能なプローブが、骨性区分を覆う頭部の表面の位置を測定するために、骨性区分に近接して位置決めされる。これらの位置とボクセルサブセットとの間の対応が形成され、ＣＴ画像と磁気追跡システムとの間の位置合わせが、その対応に応じて生成される。
【0004】
別の例として、米国特許第１０，２６５，１３７号は、テンプレートを記載しており、そのテンプレートは、患者、及び誘導部品を通して様々な標的内に通された器具に対してアライメントされ得る。テンプレートは、患者をテンプレートに位置合わせするために、例えば、位置検知システム又はライブ撮像様式のうちの１つ以上を使用してアライメントされ得る。
【0005】
米国特許出願公開第２０１９／０２８２３０１号は、仮想デバイスモデルを画像空間に自動的に位置合わせし、実際のデバイスが患者に配置される前に皮膚表面上のデバイスの最も可能性の高い構成を近似するためのアルゴリズムを含む、画像誘導ソフトウェアを記載している。デバイスの仮想モデル及びその到達可能な領域は、標的への到達可能性を視覚化及び定量化するために、計画画像データに被せられる。
【0006】
米国特許出願公開第２００６／０１１６５７６号は、（心臓などの）解剖学的身体に対して、（カテーテルなどの）医療用プローブをナビゲーションするためのシステム及び方法を記載している。目的の解剖学的領域（処置の標的となる組織、又は処置の標的ではない組織など）を表す印（点又は線など）は、解剖学的身体の表示図上に示される。医療用プローブ及び印の位置は、三次元座標システム内で決定され、医療用プローブと印との間の近接度は、これらの位置に基づいて判定される。次いで、この近接度を、例えば、グラフィック、テキスト、又は可聴音を使用してユーザに示すことができる。
【0007】
米国特許第８，６５７，８０９号は、患者に固定的に取り付けられるカメラを備える外科用ナビゲーションシステムを記載している。カメラ空間は、患者空間と融合し、それによって別個の患者トラッカの必要性を排除する。外科手術ナビゲーションシステムは、カメラの視野内で追跡デバイスを用いて外科手術ツールの位置を計算し、ディスプレイデバイス上に、患者に対する外科手術ツールの位置を患者のスキャン画像と重ね合わせて相関させて示す。
【0008】
米国特許出願公開第２０１４／０３４３４０８号は、被検者の身体内のマルチルーメン構造の外部画像を取得する撮像デバイスで使用するための装置及び方法を記載している。場所のセンサが結合されたツールは、構造の枝に沿って移動する。マルチルーメン構造は、外部画像と位置合わせされ、それにより、マルチルーメン構造及びマルチルーメン構造の外部画像は共通の座標フレームを有し、ツールがマルチルーメン構造内の複数の枝管に沿って移動する間にツールの場所の座標を検知することによって、枝管がマルチルーメン構造内の複数の経路を画定する。枝管は、画像内で識別され、ツールの検知された場所の座標と画像内の複数の枝管との間の対応付けが判定される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0009】
以下に記載される本発明の実施形態は、画像を追跡システムと位置合わせするための改良された装置及び方法を提供する。
【0010】
したがって、本発明の実施形態によれば、プローブを備える医療装置が提供され、プローブは、長手方向軸を有するハンドルと、長手方向軸上に配設された遠位先端部と、位置センサと、を備え、位置センサは遠位先端部から所定の距離で長手方向軸上においてハンドル内に配設され、またプローブの場所を示す信号を出力するように構成されている。アライメントジグは、プローブの遠位先端部に取り外し可能に固定されるように構成されたコネクタと、３つの突出部と、を備え、３つの突出部は、コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面と接触するように構成され、それぞれの点は、コネクタがプローブの遠位先端部に固定されると長手方向軸に垂直な平面内に配設される。
【0011】
開示される実施形態では、コネクタは、ソケットを備え、ソケットは、遠位先端部に嵌合している。追加的又は代替的に、突出部は、ローラを備え、ローラは、身体の表面に接触してその上を転動するように構成されている。
【0012】
また、本発明の実施形態によれば、医療装置が提供され、医療装置は、位置合わせプローブを備え、位置合わせプローブは、長手方向軸及び長手方向軸上に配設された遠位先端部を有し、また、位置合わせプローブは、３つの突出部を備えるアライメントジグを備え、３つの突出部は、遠位先端部から延び、またそれぞれの点で患者の身体の一部の表面に接触するように構成され、それぞれの点が、長手方向軸に垂直な平面内に配設されている。位置センサが、遠位先端部から所定の距離で長手方向軸上に配設されている。位置追跡システムは、患者の身体の一部分の近傍において、位置追跡システムによって画定された第１の基準フレーム内の位置センサの位置座標を取得するように構成されている。処理ユニットは、第２の基準フレーム内の患者の身体の少なくとも一部分に関する三次元（３Ｄ）画像データを受信することと、位置合わせプローブの遠位先端部が患者の身体の一部分の表面上の場所に接触している間に、位置追跡システムによって取得された位置座標を受信することと、位置座標を三次元画像データ内の対応する場所と比較することによって、第１の基準フレーム及び第２の基準フレームを位置合わせすることと、を行うように構成されている。
【0013】
開示される実施形態では、位置追跡システムは、磁気位置追跡システムを備える。追加的に又は代替的に、三次元画像データは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムからのデータ又は磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムからのデータを含む。一実施形態では、患者の身体の一部分は、患者の頭部を含み、２Ｄ画像は、患者の顔部を示す。
【0014】
いくつかの実施形態では、第１の基準フレーム及び第２の基準フレームを位置合わせすることは、位置座標と三次元画像データ内の対応する場所との間の相関を最大化するように、第１の基準フレームと第２の基準フレームとの間の相対的な拡大縮小、回転、及び並進を適用することを含む。
【0015】
追加的に又は代替的に、処理ユニットは、位置合わせプローブを動作させる医師からランドマークの場所を受信して２Ｄ画像上の場所をマーキングする。
【0016】
本発明の実施形態によれば、医療画像を位置合わせする方法が、追加的に提供される。本方法は、長手方向軸を有するハンドルと、長手方向軸上に配設された遠位先端部と、位置センサとを備えるプローブと、を提供することを含み、位置センサは、遠位先端部から所定の距離で長手方向軸上においてハンドル内に配設され、プローブの場所を示す信号を出力するように構成されている。アライメントジグが、プローブの遠位先端部に嵌合しており、アライメントジグは、３つの突出部を備え、３つの突出部は、コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、それぞれの点は、コネクタがプローブの遠位先端部に固定されると長手方向軸に垂直な平面内に配設される。プローブが、位置追跡システムを患者の身体の少なくとも一部分に対する三次元（３Ｄ）画像データの基準フレームと位置合わせする際に適用され、位置追跡システムは、位置センサの位置座標を取得するように構成されている。
【0017】
開示される実施形態では、アライメントジグが、遠位先端部に取り外し可能に嵌合されている。
【0018】
追加的に又は代替的に、患者の身体の一部分は、患者の頭部を含み、プローブを適用することは、アライメントジグを患者の顔部と接触させることを含む。
【0019】
本発明は、以下の「発明を実施するための形態」を図面と併せて考慮することで、より完全に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
磁気追跡システムは、画像誘導手術などの侵襲的診断及び治療処置において、処置を受けている患者の身体の一部分のＣＴ画像などの事前取得された画像を使用して、器具を追跡するために使用される。その追跡が有効であるためには、画像の基準フレーム及び追跡システムが、互いに位置合わせされる必要がある。例えば、ＣＴ画像と磁気追跡システムとの間の典型的な位置合わせ手順では、多数の異なる解剖学的点（ランドマークと称される）の座標がＣＴ画像内にマーキングされ、同じランドマークの座標が追跡システムによって取得される。かかる座標点の対が取得されると、拡大縮小、回転、及び並進を含む変換を推定するために、適合プロセスが適用され、これにより、二組の点を最もよくアライメントさせる、すなわち、位置合わせする。適合は、例えば、累積距離メトリック又は反復最近接点（ＩＣＰ）アルゴリズムなどの当技術分野で知られているアルゴリズムを使用して計算され得る。
【0022】
例として、耳鼻咽喉（ＥＮＴ）処置などの患者の頭部で使用される器具の追跡を必要とする処置を考える。かかる処置では、患者の頭部は、追跡システムの基準フレームと位置合わせされる。かかる位置合わせ処置の例は、２０１９年１２月５日に出願された米国特許出願第１６／７０４，０４２号に記載されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。記載の処置では、磁気追跡システムの処理ユニットは、患者の頭部の３Ｄ画像データを受信し、３Ｄ画像データに基づいて、頭部の一部分の表面についての２Ｄ画像を生成する。処理ユニットは更に、２Ｄ画像をディスプレイ画面にレンダリングし、内科医などの医師からの誘導下で、表示された２Ｄ画像アイコン上に重ね合わせ、頭部の表面上のそれぞれのランドマークの場所を示す。内科医は、磁気位置センサを備える位置合わせプローブの遠位端部を２Ｄ画像上のこれらのアイコンによって誘導して、患者の頭部上の対応する点にタッチし、どの点にその医師がタッチしたかをこの処理ユニットに示す。処理ユニットは、これらの点から位置追跡システムによって取得された位置センサの対応する３Ｄ位置座標を受信する。最後に、処理ユニットは、位置追跡システムによって取得された３Ｄ座標とアイコンに対応する３Ｄ画像データの座標との相関が最大化されるまで、２つの基準フレームの相対的な並進及び回転によって、位置追跡システムの基準フレームを３Ｄ画像データの基準フレームと位置合わせする。
【0023】
ただし、誤差が、記録された患者の頭部の３Ｄ座標に取り込まれ得、画像の基準のフレームと追跡システムとの間の位置合わせの際の誤差の発生を引き起こす。１つのタイプの誤差は、位置合わせプローブが、その長手方向軸（遠位端部及び位置センサを接続する軸）が患者の皮膚に対して垂直ではないように保持されることによって引き起こされる。位置センサが、センサの３Ｄの場所の座標に加えて、プローブの角度方向を測定する場合であっても、患者の頭部の表面（すなわち、皮膚）に対するプローブの所望の垂直方向を維持する際に、依然として有意な誤差が生じ得る。この誤差は、今度は、位置合わせプローブの遠位端部の推定された場所の不正確さにつながる。
【0024】
別の誤差は、医師によって加えられる圧力に起因して、位置合わせプローブの遠位端部が皮膚を押し込むことによって引き起こされ得る。この押し込みは、頭部の軟質領域（例えば、頬）において、及び例えば、投薬によって皮膚が膨潤している患者について、特に顕著であり得る。更に別の誤差は、位置合わせプローブが皮膚を横方向に引っ張ることによって引き起こされ得、これは、たるんだ皮膚を有する高齢患者において発生し得る。
【0025】
本明細書に記載される本発明の実施形態は、位置合わせプローブの遠位端部にアライメントジグを提供することによってこの問題に対処し、プローブが皮膚表面に対して垂直に保持され、皮膚を最小限しか押し込まないことを確実にする。滅菌性を高めるために、ジグは、有利には、使い捨てプラスチック部品として製造することができ、これは位置合わせプローブの遠位先端部に嵌合するものである。代替的であるが、ジグは、プローブの固定された一体部分であり得る。ジグは、３つの突出部を備え、３つの突出部は、プローブから遠位に延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触し、プローブの長手方向軸に垂直な平面内にある。突出部は、医師によって加えられる圧力を分配し、こうして、医師が、皮膚を過度に深く押し込むことなく、プローブを身体表面に垂直に保持するのを支援する。追跡システムを患者の顔部の画像と位置合わせする際にプローブが使用される場合、ジグは、鼻などの顔部の全ての領域に確実に接触するように十分に狭く作製されている。追加的に又は代替的に、突出部はローラを備え、ローラは、患者の皮膚にわたってプローブを滑らかに動かすのを助ける。
【0026】
開示される実施形態では、医療装置は、長手方向軸を有するハンドルを備える、位置合わせプローブを備え、遠位先端部が長手方向軸上にある。位置センサが、遠位先端部からのある特定の所定の距離で、長手方向軸上において位置合わせプローブのハンドル内に取り付けられている。位置センサは、位置合わせプローブの場所を示す信号を出力する。アライメントジグは、コネクタを備え、コネクタは、位置合わせプローブの先端部に取り外し可能に固定されている。３つの突出部が、コネクタから延び、それぞれの点で患者の身体の表面に接触する。前述のように、これらの点は、コネクタが位置合わせプローブの先端部に固定されると、ハンドルの長手方向軸に垂直な平面内に配設される。
【0027】
ジグの３点接触は、単一点位置合わせプローブを用いて達成できるよりも高い精度及び容易さで、皮膚に対する位置合わせプローブの角度方向を確立する。こうして、ジグは、発生し得るプローブの遠位端部による皮膚の押し込みを低減しながら、皮膚に対するプローブの垂直方向を確実に高精度かつ再現可能にする。アライメントジグのこれらの特徴は、患者の皮膚上の位置合わせプローブの遠位先端部の記録された位置の精度及び再現性を改善し、こうして、画像の基準フレームと追跡システムとの間の位置合わせを改善する。
【0028】
システムの説明
図１は、本発明の実施形態による、医療装置１０の概略描画図である。上記で参照された米国特許出願第１６／７０４，０４２号に記載されているように、装置１０は、磁気位置追跡システム１２を画像と位置合わせするために使用され、本実施例では、患者１４のＣＴ画像４８を含むと仮定されている。本実施例における位置追跡システム１２は、磁気追跡システムを備える。Ａｃｃｌａｒｅｎｔ，Ｉｎｃ．（Ｉｒｖｉｎｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）によって製造されたＴｒｕＤｉ（登録商標）システムは、本明細書に記載されるものと類似の追跡システムを使用して、患者内に挿入された、又は患者の近傍に持ってこられたプローブの遠位先端部の場所及び方向を追跡する。
図１は、本発明の実施形態による、医療装置１０の概略描画図である。上記で参照された米国特許出願第１６／７０４，０４２号に記載されているように、装置１０は、磁気位置追跡システム１２を画像と位置合わせするために使用され、本実施例では、患者１４のＣＴ画像４８を含むと仮定されている。本実施例における位置追跡システム１２は、磁気追跡システムを備える。Ａｃｃｌａｒｅｎｔ，Ｉｎｃ．（Ｉｒｖｉｎｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）によって製造されたＴｒｕＤｉ（登録商標）システムは、本明細書に記載されるものと類似の追跡システムを使用して、患者内に挿入された、又は患者の近傍に持ってこられたプローブの遠位先端部の場所及び方向を追跡する。
【0029】
位置追跡システム１２は、カテーテル又はガイドワイヤなどの１つ又は２つ以上の器具の位置及び方向を追跡するために使用され、これらの器具は、患者に対する医療処置中に、患者１４に挿入される。以下に記載されるように、位置追跡システム１２はまた、患者の外部にある位置合わせプローブ１６の位置、及び場合によって方向も追跡することができる。プローブ１６は、プローブを所望の場所及び方向に位置決めするために、システム１０の使用中に医師２０によって、典型的には内科医によって保持され得るハンドル１８を備える。プローブ１６は、アライメントジグ１００及び位置センサ２２と共に遠位先端部を備え、その位置及び方向は、位置追跡システム１２によって追跡される。
【0030】
以下の記載を明瞭かつ簡潔にするために、上記で言及された医療処置は、患者１４の副鼻腔に対する侵襲的処置を含むものと仮定し、それにより、医療装置１０及び位置追跡システム１２は、副鼻腔の領域内及びその周囲で動作するように構成されるものと仮定する。ただし、システム１０及び１２は、代替的に、胸部、腎臓、又は腹部などの患者の他の領域内及びその周囲で動作するように構成され得るが、当業者であれば、本明細書に記載されるシステムの部品をかかる他の領域において動作に適応させることができるであろう。更に、本発明の原理は、他のタイプの追跡システム（必ずしも磁気的ではない）、並びにＭＲＩなどの他の種類の３Ｄ撮像様式と併せて適用され得る。
【0031】
追跡システム１２は、システムプロセッサ２４によって動作され、プローブ追跡モジュール２８と通信する処理ユニット２６を備える。モジュール２８の機能が以下に記載される。プロセッサ２４は、コンソール３０内に実装され得、典型的にはマウス又はトラックボールなどのポインティングデバイスを備える動作制御部３２を備える。内科医２０は、動作制御部３２を使用して、システムプロセッサ２４にコマンドを送信し、システムプロセッサ２４は、以下に記載されるように、ディスプレイ画面３４上でデータ及び誘導画像を内科医に提示するために更に使用される。
【0032】
システムプロセッサ２４は、典型的には、プログラマブルプロセッサを備え、プログラマブルプロセッサは、処理ユニット２６のメモリに保存されたソフトウェアを使用して装置１０を動作させる。ソフトウェアは、例えば、ネットワークを通して電子形式でシステムプロセッサ２４にダウンロードされてもよく、又は、ソフトウェアは、代替的に若しくは追加的に、磁気的、光学的、又は電子的メモリなどの非一時的有形媒体上に提供及び／又は保存されてもよい。システムプロセッサ２４は、患者１４の頭部３８のデジタル化された３Ｄ ＣＴ画像４８を更に保存するが、ＣＴ画像は、場合によっては異なる時点で、別個のＣＴシステム（図示せず）によって取得されたものである。ＣＴ画像４８は、画像内の各点の３Ｄ座標、並びに各点における画像のＸ線撮影密度を含み、密度は、例えば、ハウンスフィールドユニットで与えられる。
【0033】
患者１４内の上述の器具を追跡するために、並びにプローブ１６を追跡するために、処理ユニット２６は、プローブ追跡モジュール２８を使用して、ケーブル３５を介して、コイルなどの複数の磁場生成器３６を動作させる。一実施形態では、典型的には、患者１４が麻酔され、ベッド４０上に横たわって頭部３８が不動である場合に適用可能であり、生成器３６は、図１に示されるように、患者の頭部のそばでベッドに配置されたフレーム４２に固定される。代替的な実施形態（図示せず）では、患者１４が麻酔されていない場合に適用可能であり、生成器３６は、互いに対して、また頭部３８に取り付けられたフレームに対して固定される。３軸基準コイル４１が、頭部３８に固定され、ケーブル４３によって処理ユニット２６に接続されている。
【0034】
生成器３６は、患者１４の頭部３８内及びその周囲に交流磁場を広げ、これらの磁場は、器具内の磁気検出器内及びプローブ１６の位置センサ２２内において信号を生成する。信号は、プローブ１６をコンソール３０に接続するケーブル４４を介して、処理ユニット２６及びプローブ追跡モジュール２８に送り返される。処理ユニット及びモジュールは共に、信号を分析して、生成器３６に対する器具及びプローブ１６の場所及び方向座標を導出する。磁場生成器３６は、こうして、磁気追跡システム１２の基準座標フレーム４６を画定する。
【0035】
位置合わせのプロセス中、上記で参照された米国特許出願第１６／７０４，０４２号に詳述されるように、処理ユニット２６は、３Ｄ ＣＴ画像４８にアクセスし、それをディスプレイ画面３４上で２Ｄ画像５０にレンダリングする。処理ユニット２６は更に、２Ｄ画像５０上の選択された点、典型的には患者の顔部上の解剖学的ランドマークに対応する点にアイコン５４を重ね合わせる。内科医２０は、位置合わせプローブ１６のアライメントジグ１００を、アイコン５４に対応する各点で患者１４の表面５２と（すなわち、患者の皮膚と）順に接触させ、処理ユニット２６は、これらの点の各々におけるプローブの３Ｄ座標を記録する。
【0036】
これらの記録された座標及びＣＴ画像４８の基準フレーム内の対応する点の座標を使用して、処理ユニット２６は、２つの基準フレームの相対的な拡大縮小、回転、及び並進を含む変換を計算することによって、位置追跡システム１２の基準フレームを３Ｄ ＣＴ画像４８の基準フレームと位置合わせする。典型的には、変換は、適合プロセスによって見出され、適合プロセスは、プローブの位置合わせされた３Ｄ座標とアイコン５４に対応するＣＴ画像４８の３Ｄ座標との間の相関を最大化する。相関を最大化するために、処理ユニット２６は、累積距離メトリック又は反復最近接点（iterative closest point、ＩＣＰ）アルゴリズムなどのアルゴリズムを使用し得る。アイコン５４を使用した初期位置合わせの後、位置合わせの精度は、位置合わせプローブ１６を使用して内科医２０によって接触され、また処理ユニット２６によって記録される画像５０上に追加のアイコンを重ね合わせることによって高め得る。
【0037】
内科医２０と処理ユニット２６との間の通信は、表面５２上のどの点がタッチされるかを示すために確立される。例えば、処理ユニット２６は、ディスプレイ画面３４上でアイコン５４を点滅させ、こうして、内科医２０に、その内科医がタッチすると予想される点を示し得る。内科医２０がこの点にタッチすると、その内科医は、制御部３２を通して（例えば、キーパッドのキーを押すか、マウスをクリックすることによって）その点がタッチされたことを示す。代替的に、各アイコン５４は、数値列を使用して番号付けされ得、内科医２０は、その内科医がアイコンのうちのどれをタッチしたかを、制御部３２を通して示す。
【0038】
位置合わせプローブ及びジグ
図２は、本発明の実施形態による、アライメントジグ１００が患者１４に接触している状態の位置合わせプローブ１６の概略描画図である。
図２は、本発明の実施形態による、アライメントジグ１００が患者１４に接触している状態の位置合わせプローブ１６の概略描画図である。
【0039】
ジグ１００は、場所１０２で患者１４の表面５２（すなわち、患者の皮膚）にタッチしている。線１０４は、場所１０２で表面５２に接する平面Ｐを概略的に示している。ハンドル１８の長手方向軸１０６は、線１０４（平面Ｐ）に対して角度αを形成している。ハンドル１８内の位置センサ２２は、距離Ｄ、例えば４ｃｍだけ遠位先端部２３からオフセットされている。このオフセットに起因する位置合わせの誤差を低減するために、プローブ１６を表面５２に垂直に保持すること、すなわち、角度αを９０°に維持することが望ましい。描画されている実施形態では、（図３ａ及び図３ｂに詳細に示され、以下に記載される）アライメントジグ１００は、表面５２に対する、すなわち、患者１４の皮膚に対する位置合わせプローブ１６の（及び特に長手方向軸１０６の）垂直性を確実にする。
【0040】
アライメントジグ１００はまた、皮膚に垂直な（平面Ｐに垂直な）方向に患者１４の皮膚を圧迫又は変位させることに起因する、並びに皮膚に沿ったプローブ１６の側方移動に起因する位置合わせ誤差を低減する際に有用である。
【0041】
ここで、図３ａ、図３ｂ、図４ａ、及び図４ｂを参照すると、これらは、本発明の実施形態による、位置合わせプローブ１６及びアライメントジグ１００の詳細を概略的に示している。図３ａ及び図３ｂは、それぞれ、互いに分離された及び固定された、位置合わせプローブ１６アライメントジグ１００の概略側面図である。図４ａ及び図４ｂは、それぞれ、プローブ１６の概略側面図及びアライメントジグ１００の正面図である。
【0042】
図３ａに示されるように、アライメントジグ１００は、ソケット１１０を備え、ソケットは、プローブ１６の丸みを帯びた円錐形前端部１１２にしっかりと嵌合し、こうしてアライメントジグ及びプローブを相互にアライメントさせ、これにより、プローブの長手方向軸１０６及びアライメントジグの軸１１６が一致する。ソケット１１０の中央開口部により、遠位先端部２３が、短い所定の距離だけアライメントジグ１００を通って突出することが可能になる。
【0043】
３つの突出部１１４は、アライメントジグ１００の本体１１１から遠位に延び、アライメントジグの軸１１６に垂直な平面を画定する。突出部１１４の三角形配列が、図４ｂに示されている。描画された実施形態では、突出部１１４は、ローラを備え、ローラは、球形又は円筒形であり得るが、代替的に、他のタイプの突出部が、ローラの有無にかかわらず、本体１１１上に形成され得る。
【0044】
図３ｂに示されるように、アライメントジグ１００が位置合わせプローブ１６に固定されると、軸１０６及び１１６は一致する。こうして、プローブ１６の長手方向軸１０６はまた、突出部１１４によって画定される平面に対して垂直である。結果として、突出部１１４が患者１４の表面５２（すなわち、患者の皮膚）に接触するとき、プローブ１６の軸１０６は、患者の皮膚に対して垂直（α＝９０°）である。（図４ａの切取部１２０に見える）ハンドル１８内の位置センサ２２は、遠位先端部２３から距離Ｄに位置する。突出部１１４は、遠位先端部２３単独よりもはるかに広い領域にわたって皮膚に接触するため、遠位先端部は、皮膚に垂直な方向において最小限の圧迫及び最小限の変位のみで患者の皮膚にタッチする。更に、突出部１１４のローラは、最小限の摩擦でプローブ１６を横方向に移動することを可能にし、こうして、たるんだ皮膚の横方向の移動及び位置合わせ誤差の発生を低減する。
【0045】
描画された実施形態では、アライメントジグ１００は、プローブ１６とは別個の実体である。それは、例えば、成形プラスチックから安価に製造され、次いで使用後に廃棄され得、こうして、洗浄及び滅菌の必要性を回避する。
【0046】
上に記載される実施形態は例として挙げたものであり、本発明は本明細書の上記で具体的に図示及び説明されるものに限定されない点が理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、前述の本明細書に記載される様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに前述の記載を読むと当業者に着想されるであろう、先行技術に開示されていないその変形及び修正を含む。
【0047】
〔実施の態様〕
（１） 医療装置であって、
プローブであって、
長手方向軸を有するハンドルと、
前記長手方向軸上に配設された遠位先端部と、
位置センサであって、前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上において前記ハンドル内に配設され、また前記プローブの場所を示す信号を出力するように構成されている、位置センサと、を備えるプローブと、
アライメントジグであって、
前記プローブの前記遠位先端部に取り外し可能に固定されるように構成されたコネクタと、
３つの突出部であって、前記コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点は、前記コネクタが前記プローブの前記遠位先端部に固定されると前記長手方向軸に垂直な平面内に配設される、３つの突出部と、を備える、アライメントジグと、
を備える、医療装置。
（２） 前記コネクタが、ソケットを備え、前記ソケットが前記遠位先端部に嵌合している、実施態様１に記載の装置。
（３） 前記突出部が、ローラを備え、前記ローラは前記身体の前記表面に接触してその上を転動するように構成されている、実施態様１に記載の装置。
（４） 医療装置であって、
位置合わせプローブであって、長手方向軸及び前記長手方向軸上に配設された遠位先端部を有し、前記位置合わせプローブが、
３つの突出部を備えるアライメントジグであって、前記３つの突出部が、前記遠位先端部から延び、またそれぞれの点で患者の身体の一部分の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点が、前記長手方向軸に垂直な平面内に配設されている、アライメントジグと、
前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上に配設された位置センサと、を備える、位置合わせプローブと、
位置追跡システムであって、前記患者の前記身体の前記一部分の近傍において、前記位置追跡システムによって画定された第１の基準フレーム内の前記位置センサの位置座標を取得するように構成されている、位置追跡システムと、
処理ユニットであって、
第２の基準フレーム内の前記患者の前記身体の少なくとも前記一部分に関する三次元（３Ｄ）画像データを受信することと、
前記位置合わせプローブの前記遠位先端部が前記患者の前記身体の前記一部分の前記表面上の前記場所に接触している間に、前記位置追跡システムによって取得された前記位置座標を受信することと、
前記位置座標を前記三次元画像データ内の対応する場所と比較することによって、前記第１の基準フレーム及び前記第２の基準フレームを位置合わせすることと、
を行うように構成された処理ユニットと、
を備える、医療装置。
（５） 前記位置追跡システムが、磁気位置追跡システムを備える、実施態様４に記載の装置。
（１） 医療装置であって、
プローブであって、
長手方向軸を有するハンドルと、
前記長手方向軸上に配設された遠位先端部と、
位置センサであって、前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上において前記ハンドル内に配設され、また前記プローブの場所を示す信号を出力するように構成されている、位置センサと、を備えるプローブと、
アライメントジグであって、
前記プローブの前記遠位先端部に取り外し可能に固定されるように構成されたコネクタと、
３つの突出部であって、前記コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点は、前記コネクタが前記プローブの前記遠位先端部に固定されると前記長手方向軸に垂直な平面内に配設される、３つの突出部と、を備える、アライメントジグと、
を備える、医療装置。
（２） 前記コネクタが、ソケットを備え、前記ソケットが前記遠位先端部に嵌合している、実施態様１に記載の装置。
（３） 前記突出部が、ローラを備え、前記ローラは前記身体の前記表面に接触してその上を転動するように構成されている、実施態様１に記載の装置。
（４） 医療装置であって、
位置合わせプローブであって、長手方向軸及び前記長手方向軸上に配設された遠位先端部を有し、前記位置合わせプローブが、
３つの突出部を備えるアライメントジグであって、前記３つの突出部が、前記遠位先端部から延び、またそれぞれの点で患者の身体の一部分の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点が、前記長手方向軸に垂直な平面内に配設されている、アライメントジグと、
前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上に配設された位置センサと、を備える、位置合わせプローブと、
位置追跡システムであって、前記患者の前記身体の前記一部分の近傍において、前記位置追跡システムによって画定された第１の基準フレーム内の前記位置センサの位置座標を取得するように構成されている、位置追跡システムと、
処理ユニットであって、
第２の基準フレーム内の前記患者の前記身体の少なくとも前記一部分に関する三次元（３Ｄ）画像データを受信することと、
前記位置合わせプローブの前記遠位先端部が前記患者の前記身体の前記一部分の前記表面上の前記場所に接触している間に、前記位置追跡システムによって取得された前記位置座標を受信することと、
前記位置座標を前記三次元画像データ内の対応する場所と比較することによって、前記第１の基準フレーム及び前記第２の基準フレームを位置合わせすることと、
を行うように構成された処理ユニットと、
を備える、医療装置。
（５） 前記位置追跡システムが、磁気位置追跡システムを備える、実施態様４に記載の装置。
【0048】
（６） 前記三次元画像データが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムからのデータを含む、実施態様４に記載の装置。
（７） 前記三次元画像データが、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムからのデータを含む、実施態様４に記載の装置。
（８） 前記患者の前記身体の前記一部分が、前記患者の頭部を含み、２Ｄ画像が、前記患者の顔部を示す、実施態様４に記載の装置。
（９） 前記第１の基準フレーム及び前記第２の基準フレームを位置合わせすることが、前記位置座標と前記三次元画像データ内の前記対応する場所との間の相関を最大化するように、前記第１の基準フレームと前記第２の基準フレームとの間の相対的な拡大縮小、回転、及び並進を適用することを含む、実施態様４に記載の装置。
（１０） 前記処理ユニットが、前記位置合わせプローブを動作させる医師からランドマークの場所を受信して前記２Ｄ画像上の前記場所をマーキングする、実施態様４に記載の装置。
（７） 前記三次元画像データが、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムからのデータを含む、実施態様４に記載の装置。
（８） 前記患者の前記身体の前記一部分が、前記患者の頭部を含み、２Ｄ画像が、前記患者の顔部を示す、実施態様４に記載の装置。
（９） 前記第１の基準フレーム及び前記第２の基準フレームを位置合わせすることが、前記位置座標と前記三次元画像データ内の前記対応する場所との間の相関を最大化するように、前記第１の基準フレームと前記第２の基準フレームとの間の相対的な拡大縮小、回転、及び並進を適用することを含む、実施態様４に記載の装置。
（１０） 前記処理ユニットが、前記位置合わせプローブを動作させる医師からランドマークの場所を受信して前記２Ｄ画像上の前記場所をマーキングする、実施態様４に記載の装置。
【0049】
（１１） 医療画像を位置合わせする方法であって、前記方法が、
長手方向軸を有するハンドルと、前記長手方向軸上に配設された遠位先端部と、位置センサとを備えるプローブと、を提供することであって、前記位置センサが前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上において前記ハンドル内に配設され、また前記プローブの場所を示す信号を出力するように構成される、提供することと、
３つの突出部を備えるアライメントジグを前記プローブの前記遠位先端部に嵌合させることであって、前記３つの突出部が、前記コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点は、前記コネクタが前記プローブの前記遠位先端部に固定されると前記長手方向軸に垂直な平面内に配設される、嵌合させることと、
位置追跡システムを前記患者の前記身体の少なくとも一部分に関する三次元（３Ｄ）画像データの基準フレームと位置合わせする際に前記プローブを適用することであって、前記位置追跡システムが、前記位置センサの位置座標を取得するように構成されている、適用することと、を含む、方法。
（１２） 前記アライメントジグが、前記遠位先端部に取り外し可能に嵌合されている、実施態様１１に記載の方法。
（１３） 前記突出部が、ローラを備え、前記ローラが前記身体の前記表面に接触してその上を転動するように構成されている、実施態様１１に記載の方法。
（１４） 前記位置追跡システムが、磁気位置追跡システムを備える、実施態様１１に記載の方法。
（１５） 前記３Ｄ画像データが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データを含む、実施態様１１に記載の方法。
長手方向軸を有するハンドルと、前記長手方向軸上に配設された遠位先端部と、位置センサとを備えるプローブと、を提供することであって、前記位置センサが前記遠位先端部から所定の距離で前記長手方向軸上において前記ハンドル内に配設され、また前記プローブの場所を示す信号を出力するように構成される、提供することと、
３つの突出部を備えるアライメントジグを前記プローブの前記遠位先端部に嵌合させることであって、前記３つの突出部が、前記コネクタから延び、またそれぞれの点で患者の身体の表面に接触するように構成され、前記それぞれの点は、前記コネクタが前記プローブの前記遠位先端部に固定されると前記長手方向軸に垂直な平面内に配設される、嵌合させることと、
位置追跡システムを前記患者の前記身体の少なくとも一部分に関する三次元（３Ｄ）画像データの基準フレームと位置合わせする際に前記プローブを適用することであって、前記位置追跡システムが、前記位置センサの位置座標を取得するように構成されている、適用することと、を含む、方法。
（１２） 前記アライメントジグが、前記遠位先端部に取り外し可能に嵌合されている、実施態様１１に記載の方法。
（１３） 前記突出部が、ローラを備え、前記ローラが前記身体の前記表面に接触してその上を転動するように構成されている、実施態様１１に記載の方法。
（１４） 前記位置追跡システムが、磁気位置追跡システムを備える、実施態様１１に記載の方法。
（１５） 前記３Ｄ画像データが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データを含む、実施態様１１に記載の方法。
【0050】
（１６） 前記３Ｄ画像データが、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）データを含む、実施態様１１に記載の方法。
（１７） 前記患者の前記身体の前記一部分が、前記患者の頭部を含み、前記プローブを適用することが、前記アライメントジグを前記患者の顔部と接触させることを含む、実施態様１１に記載の方法。
（１８） 前記位置追跡システムを位置合わせすることが、前記位置座標と前記３Ｄ画像データ内の対応する場所との間の相関を最大化するように、前記位置座標と前記基準フレームとの間の相対的な拡大縮小、回転、及び並進を適用することを含む、実施態様１１に記載の方法。
（１７） 前記患者の前記身体の前記一部分が、前記患者の頭部を含み、前記プローブを適用することが、前記アライメントジグを前記患者の顔部と接触させることを含む、実施態様１１に記載の方法。
（１８） 前記位置追跡システムを位置合わせすることが、前記位置座標と前記３Ｄ画像データ内の対応する場所との間の相関を最大化するように、前記位置座標と前記基準フレームとの間の相対的な拡大縮小、回転、及び並進を適用することを含む、実施態様１１に記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図4a】
【図4b】
【外国語明細書】