特許 7461892 超音波プローブ位置決めシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-27

(45)【発行日】2024-04-04

(54)【発明の名称】超音波プローブ位置決めシステム

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/00 20060101AFI20240328BHJP

【ＦＩ】

A61B8/00

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020565944

(86)(22)【出願日】2019-05-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-09-24

(86)【国際出願番号】 EP2019063892

(87)【国際公開番号】W WO2019229099

(87)【国際公開日】2019-12-05

【審査請求日】2022-04-08

(31)【優先権主張番号】18174487.1

(32)【優先日】2018-05-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】590000248

【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ

【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃａｍｐｕｓ ５２， ５６５６ ＡＧ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100122769

【弁理士】

【氏名又は名称】笛田 秀仙

(74)【代理人】

【識別番号】100163809

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 貴裕

(72)【発明者】

【氏名】エレヴェルト アールダート ヤン

(72)【発明者】

【氏名】ボックス ウィルヘルムス ヨセフス

(72)【発明者】

【氏名】カンプス サスキア マリア

(72)【発明者】

【氏名】ジェラーツ ヤコブス シグベルトゥス マリー

(72)【発明者】

【氏名】ファン ノールト アントニウス レオナルドゥス ヨハネス

(72)【発明者】

【氏名】ライケン アントニウス マリア

(72)【発明者】

【氏名】クストラ ヤチェック ルーカス

【審査官】佐々木 創太郎

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００９／００８８６３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１５９０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１６８０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１２１５２０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ８／００－８／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波プローブ位置決めシステムであって、
超音波プローブユニットを保持し、前記超音波プローブユニットを移動させ、標的位置に位置決めするための制御可能に駆動可能な位置決めユニットと、
外部物体との、前記超音波プローブユニットの機械的接触を確立する標的位置を示す標的位置決めデータを提供し、前記超音波プローブを前記標的位置に移動及び位置決めする際に前記位置決めユニットを制御するように構成される位置決め制御ユニットと、
前記超音波プローブユニットの接触面上にある力センサユニット
を有し、
前記位置決めユニットは、前記超音波プローブユニットに対して、機械的押圧力を付与する力作動ユニットを有し、
前記力作動ユニットは、前記超音波プローブユニットに動作可能に接続可能であるとともに、前記標的位置における前記外部物体と前記超音波プローブユニットとの前記機械的接触が確立される際に前記外部物体によって前記超音波プローブユニットに加えられる対抗力に対して前記超音波プローブユニットに前記機械的押圧力を付与するように構成され、
前記力センサユニットは、前記対抗力の抵抗力量を測定し、前記外部物体によって加えられる前記対抗力の現在量を示す対抗力信号を提供するように構成され、
前記力作動ユニットは更に、前記対抗力の対抗力量の変動に応答して、前記外部物体に対して所定の正味の押圧力量をもつ正味の押圧力が維持されるように前記超音波プローブユニットに付与する前記機械的押圧力の押圧力量を増減させることによって、前記機械的押圧力の前記押圧力量を適応させ、前記超音波プローブ位置決めシステムの動作中に前記超音波プローブユニットによって前記外部物体に対し前記機械的接触が確立され、維持される、超音波プローブ位置決めシステム。

【請求項2】

前記位置決め制御ユニットは、力制御ユニットであって、
前記対抗力信号を受信し、
前記受信される対抗力信号及び前記所定の正味の押圧力量を用いて、前記所定の正味の押圧力量を達成又は維持するために加えられるべき標的押圧力量を決定し、
前記標的押付力を示す力制御信号を生成及び提供する
ように構成される力制御ユニットを更に有し、
前記力作動ユニットは、前記力制御信号を受信するための制御入力部と、前記力制御信号を受信することに応答して前記標的押圧力量を生成及び加圧するように構成されるアクティブ力アクチュエータとを有する、
請求項１に記載の超音波プローブ位置決めシステム。

【請求項3】

前記対抗力信号を受信し、前記対抗力の現在量を示す状態出力信号を提供するように構成されるユーザインターフェースユニットをさらに有する、請求項１又は２に記載の超音波プローブ位置決めシステム。

【請求項4】

前記位置決め制御ユニットに接続され、一つ又は複数のランドマーク特徴のそれぞれのランドマーク位置を検出し、前記検出されるランドマーク位置に依存して前記標的位置を示す前記位置決めデータを決定するように構成される光学追跡ユニットをさらに有する、請求項１に記載の超音波プローブ位置決めシステム。

【請求項5】

前記力作動ユニットは、前記機械的押圧力を加えるための電磁アクチュエータを有し、前記対抗力の前記変動に応じて、前記所定の正味の押圧力量を維持するように構成される、請求項１に記載の超音波プローブ位置決めシステム。

【請求項6】

前記力作動ユニットは、前記機械的押圧力を加えるためのバネアクチュエータを有し、前記バネアクチュエータは、前記バネアクチュエータの全弾性範囲内でそのバネ長を受動的に適合させることによって、前記対抗力の前記変動に応じて前記所定の正味の押圧力量を維持する、請求項１に記載の超音波プローブ位置決めシステム。

【請求項7】

前記バネアクチュエータは、弾性変形可能なバネ又は流体作動バネを有する、請求項６に記載の超音波プローブ位置決めシステム。

【請求項8】

前記位置決め制御ユニットは、前記バネアクチュエータが前記標的位置における前記全弾性範囲内で部分的に圧縮される状態を想定するように、前記標的位置決めデータを提供するように構成される、請求項６に記載の超音波プローブ位置決めシステム。

【請求項9】

前記バネアクチュエータの前記全弾性範囲は、緩和されるバネ状態に関連する第1のバネ長と、完全に圧縮されるバネ状態に関連する第2のバネ長との間の動作範囲を有し、前記部分的に圧縮される状態は、前記緩和されるバネ状態に関して測定されるとき、前記動作範囲の中部３分の１内に収まる長さ量だけ前記バネアクチュエータの圧縮に対応する、請求項８に記載の超音波プローブ位置決めシステム。

【請求項10】

前記動作範囲は少なくとも4cmの拡張を有し、前記機械的押圧力の前記押圧力量は、前記動作範囲にわたって最大10パーセントの変動を有する、請求項９に記載の超音波プローブ位置決めシステム。

【請求項11】

超音波プローブ位置決めシステムの動作を制御するための方法であって、前記方法は、
外部物体との、超音波プローブユニットの機械的接触を確立する標的位置を示す標的位置決めデータを提供するステップと、
前記超音波プローブユニットを制御可能に移動させ、前記標的位置に位置決めするステップと、
前記標的位置における前記外部物体と前記超音波プローブユニットとの前記機械的接触が確立される際に前記外部物体によって前記超音波プローブユニットに加えられる対抗力に対して前記超音波プローブユニットに機械的押圧力を付与するステップと、
前記対抗力量を測定するステップと、
前記外部物体によって加えられる現在の対抗力量を示す対抗力信号を提供するステップと、
前記対抗力の対抗力量の変動に応答して、前記外部物体に対して所定の正味の押圧力量をもつ正味の押圧力が維持されるように前記超音波プローブユニットに付与する前記機械的押圧力の押圧力量を増減させることによって、前記機械的押圧力の前記押圧力量を適応させるステップであって、前記超音波プローブ位置決めシステムの動作中に前記超音波プローブユニットによって前記外部物体に対し前記機械的接触が確立され、維持される、ステップと
を有する、方法。

【請求項12】

ランドマーク位置の検出するステップと、
前記検出されるランドマーク位置に依存して前記標的位置を示す標的位置決めデータを決定するステップと
を更に有する、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記所定の正味の押圧力量を維持するように、前記対抗力の対抗力量の変動に応答して前記機械的押圧力の前記押圧力量を適応させる前記ステップは、
力制御ユニットで前記対抗力信号を受信するステップと、
前記受信される対抗力信号と前記所定の正味の押圧力量とを用いて、前記所定の正味の押圧力量を達成又は維持するために加えられるべき標的押圧力量を決定するステップと、
力制御信号を生成し、力作動ユニットに提供するステップと、
前記力制御信号を受信するステップに応じて前記標的押圧力量を加えるステップと
を有する、請求項１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波プローブ位置決めシステム、及び超音波プローブ位置決めシステムを制御するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

放射線治療(画像誘導RT、IGRT)の過程の間の頻繁な撮像は、標的へのより正確な放射線量送達を提供すること、及び正常組織への送達放射線のより少ない毒性を補助し得る。現在の臨床診療では、このような頻繁な撮像がコーンビームコンピュータ断層撮影(CT)スキャナを使用して適切に行われる。しかしながら、この撮像モダリティは基準マーカの侵襲的埋め込みを必要とし、患者に更なる放射線量を追加し、フラクション間運動監視を可能にしない。

【0003】

代替案は、超音波(US)イメージングの使用を含む。US撮像は患者にとって無害であり、比較的安価であり、リアルタイムのボリュメトリック器官追跡を可能にする。超音波イメージングは例えば、外部ビーム放射線療法(外部ビームRT)又はカテーテル処置のような医療処置技術と組み合わせて使用される。

【0004】

刊行物US 2012／0083692 A1には、医学的診断用超音波撮像における接触圧制御のためのシステムが記載されている。この公報によれば、患者内の組織の圧迫は、超音波スキャンを用いて測定され得る。診断のための関心領域における所望の量の圧迫を得ることができる。例えば、乳房画像では、乳房の一部を撮像するための所望の圧迫が超音波データから測定される圧迫と比較されることが記載されている。所望の組織圧迫が達成されると、診断スキャンが行われている間、トランスデューサによって加えられる血圧が維持される。例えば、ロボットアームは、スキャン中に押圧力をロック又は他の方法で維持する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明者らは異なる時間に複数の異なる治療フラクションを含む治療の過程にわたって様々な理由により、所与の関心領域の位置及び形状が変化し得ることを認識した。例えば、膀胱又は直腸が関心領域である場合、異なる治療フラクションで異なる充填を行うことができる。実際、このような変化は、異なる処理フラクション(イントラフラクション)の間だけでなく、単一の処理フラクション(イントラフラクション)の間にも起こり得る。

【0006】

撮像される関心領域の位置及び形状におけるイントラフラクション変化ならびにイントラフラクションを考慮して超音波撮像技術によって提供される画像情報を改善することは有益であろう。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第1の態様によれば、超音波位置決めシステムが提供される。超音波プローブ位置決めシステムは超音波プローブユニットを保持し、超音波プローブユニットを移動させ、標的位置に位置決めするための、制御可能に駆動可能な位置決めユニットを有する。また、超音波プローブ位置決めシステムは超音波プローブユニットの外部物体との機械的接触を確立し、超音波プローブを標的位置に移動及び位置決めする際に機械的位置決めユニットを制御する標的位置を示す標的位置決めデータを提供するように構成される位置決め制御ユニットを有する。位置決めユニットは超音波プローブユニットに動作可能に接続可能であり、超音波プローブユニットに、標的位置に機械的接触を確立するときに外部物体によって超音波プローブユニットに加えられる対抗力に対して機械的押圧力を加えるように構成される力作動ユニットを有する。また、前記力作動部は、前記対抗力の対抗力量の変動に応じて前記押圧力量を増減させることにより前記機械的押圧力の押圧力量を適応させ、前記対抗力に対する前記機械的押圧力の作用する所定の正味の押圧力量を維持するように構成されている。医療用途の場合、外部物体は典型的には患者であり、関心領域は身体の内部領域である。

【0008】

第1の態様によれば、位置決めユニットの力アクチュエータは、超音波プローブユニットに機械的押圧力を加えることによって、機械的押圧力が対抗力に対して及ぼす所定の正味の押圧力量を維持するように構成される。したがって、この機械的押圧力は変化し得る量を有し、所定の正味の押圧力量と、外部物体によって加えられる対抗力量とに依存する。超音波プローブと外部物体との間に機械的接触が確立されると、外部物体は超音波プローブに対抗力を及ぼし、この対抗力は外部物体の現在の姿勢、動き、又は内部状態に応じて、時間とともに変化し得る量を有し得る。

【0009】

したがって、第1の態様の超音波位置決めシステムは、同一の位置決めだけでなく、超音波プローブユニットと外部物体との間の同一の正味の押圧力条件を保証するように有利に構成される。標的位置に関する情報は、位置決め制御ユニットによって標的位置決めデータの形態で提供される。このようにして、物体上の同じ標的位置に再現可能な力で超音波プローブユニットを位置決めする際に、インタフラクション及びイントラフラクションにおける超音波のモニタリングの両方において、超音波プローブユニットの手を用いない正しい位置決めを可能にする。このようにして、現在のフラクションにおける、又はフラクション間における器官のプローブ力によって誘発される変位を防止することができる。さらに、治療フラクションの間、限定される身体運動の間でさえ、皮膚上の相対的に一定の押圧力を維持することは、画像品質を低下させるのであろうプローブと皮膚との間の空気の存在を防ぐ。

【0010】

このように、超音波位置決めシステムは、同一の正味の押圧力の外部物体と超音波プローブの機械的接触を維持することによって、特に信頼性の高い超音波画像情報を達成する。関心領域のインタフラクション変化に関して、外部物体に対する超音波プローブの位置及び押圧力の両方の再現性は、放射線治療の異なるフラクションで撮影される超音波画像から得られる画像情報の改善される比較可能性を達成する。関心領域のイントラフラクション変化に関しては、超音波プローブユニットと物体との間の音響結合を失うことなく、物体の動きが生じ得ることが達成される。ほとんどの場合、物体の動きは、外部物体によって加えられる対抗力の変化に伴って進行する。これらの場合においても、機械的押圧力によって外部物体が及ぼす対抗力に抗して加えられる押圧力量は、所定の正味の押圧力量を維持するように適合される。

【0011】

以下では、本発明の第1の態様の超音波位置決めシステムの異なる実施形態について説明する。

【0012】

一実施形態では、超音波プローブ位置決めシステムが超音波プローブユニットの接触面上に力センサユニットをさらに有する。力センサは対抗力量を測定し、外部物体によって加えられる対抗力の現在量を示す対抗力信号を提供するように構成される。対抗力信号は、特定の実施形態では対抗力の現在量を示す信号を表示するように構成されるユーザインターフェースユニットによって受け取られる。一実施形態では、ユーザインターフェースは、対抗力信号が対抗力の量は所定の閾値を超えていることを示すとき、アラーム信号を出力するように構成される。アラーム信号は例えば、超音波プローブ位置システムによって取り扱うことができない取り扱い誤差、又は物体又は患者の動きを示すことができる。

【0013】

力センサユニットを有する超音波プローブ位置決めシステムの実施形態では、位置決め制御ユニットがさらに、受信される対抗力信号及び所定の正味の押圧力量を使用して、所定の正味の押圧力量を達成又は維持するために加圧される標的押圧力量を決定し、力制御信号を生成及び提供するために、対抗力信号を受信するように構成される力制御ユニットを有する。この特定の実施形態では、力作動ユニットが力制御信号を受信するための制御入力部と、力制御信号を受信することに応答して標的押圧力量を生成及び加圧するように構成されるアクティブ力アクチュエータとを有する。したがって、この実施形態は有利にはユーザとの対話を必要とせずに、所与の範囲内でアクティブに維持される力又は安定化される力を及ぼすように構成される。特定の実施形態は、現在の対抗力の量に関するフィードバックがユーザ又は外部装置に提供されるユーザインターフェースユニットをさらに含む。

【0014】

力センサユニット又は力センサユニット及び力制御ユニットを含む超音波プローブ位置決めシステムの実施形態は、対抗力信号を受け取り、ユーザインターフェースユニットを介して現在対抗力量を示す状態出力信号を提供するように構成されるユーザインターフェースユニットをさらに含む。

【0015】

本発明の超音波プローブ位置決めシステムの別の実施形態は、光学追跡システムであって、位置決め制御ユニットに接続され、一つ又はそれより多くのランドマーク特徴のそれぞれのランドマーク位置を検出し、検出されるランドマーク位置に依存して標的位置を示す位置決めデータを決定するように構成される光学追跡ユニットをさらに有する。ランドマーク特徴の非限定的な例は、標的位置を突き止めるために使用されるマーカを有する。マーカは例えば、外部物体に、又は標的位置に対して所定の位置にある物体の周囲に取り付けることができる。特定の実施例は、マーカによって放出又は反射される放射線を受信するように構成される光学追跡ユニットを有する。マーカを使用することにより、光学追跡ユニットによって、標的位置を見つけ、追跡し、又はその両方を見つけ、追跡することができる。別の実施形態では、光学追跡ユニットが外部物体の解剖学的又は幾何学的特性を使用して標的位置決めデータを決定することによって、既知の画像処理技法を適用するように追加的又は代替的に構成される。

【0016】

光学トラッキングユニットは、本発明の第1の態様による実施形態と組み合わせて使用することができる。

【0017】

代替の実施形態では、標的位置決めデータが、空間座標内の予想される標的位置に基づいてユーザによって手動で入力される。別の実施形態では、物体固有の標的位置決めデータが追加的に又は代替的にデータベースに記憶される。

【0018】

超音波プローブ位置決めシステムのさらなる実施形態では、力作動ユニットが、機械的押圧力を加圧するための電磁アクチュエータを備え、対抗力の変動に応じて所定の正味の押圧力量を維持するように構成される。

【0019】

代わりに別の実施形態では力作動ユニットが機械的押圧力を加圧するためのバネアクチュエータを備え、バネアクチュエータはバネアクチュエータの全弾性範囲内でそのバネ長を受動的に適合させることによって、対抗力の変動に応じて所定の正味の押圧力量を維持する。バネアクチュエータは、一実施形態では弾性的に変形可能なバネを有する。代替の実施形態ではバネアクチュエータは、流体作動バネを含み、流体は気体又は液体のいずれかに関係する。

【0020】

有利には、バネアクチュエータを有するプローブ位置決めシステムの実施形態では、位置決め制御ユニットは、バネアクチュエータが標的位置における全弾性範囲内の部分的に圧縮される状態を想定するように、標的位置決めデータを提供するように構成される。これは、2つの対向する方向、すなわち、加えられる押圧力の方向と対抗力の方向とにおける外部物体の運動の補償を可能にする。好ましくはバネアクチュエータの全弾性範囲は、緩和されるバネ状態に関連する第1のバネ長と、完全に圧縮されるバネ状態に関連する第2のバネ長との間の動作範囲を含み、部分的に圧縮される状態は、緩和されるバネ状態に関して測定される場合、動作範囲の中間の３分の１の範囲内に入る長さ量だけ、バネアクチュエータの圧縮に対応する。好ましくは、バネアクチュエータが数センチメートルの長さにわたって、加えられる押圧力の量が比較的一定に保たれるように選択される。超音波プローブユニットが標的位置で物体と接触するように配置される場合、バネアクチュエータは、比較的一定で、したがって、再現可能な押圧力をそこに及ぼす。バネアクチュエータが最初に部分的に圧縮されるように超音波プローブユニットを位置決めすることによって、所与の範囲内で、加えられる押圧力の方向又は対抗力の方向のいずれかにおける患者のいかなる制限される動きも、弾性範囲内でさらに圧縮又は減圧することによってバネアクチュエータによって補償することができる。

【0021】

患者の呼吸誘導運動を補償するために特に有利である別の実施形態では、動作範囲が標的位置での呼吸誘導運動に起因して予想される変位と相関する拡張を有する。特定の実施形態では動作範囲が4センチメートルの延長を有し、機械的押圧力量は動作範囲にわたって最大で10パーセントの変動を有する。他の実施形態は、外部物体に応じて有利に選択される、より大きな又はより小さな伸長範囲を有するバネアクチュエータを有する。

【0022】

したがって、本発明の第1の態様の超音波位置決めシステム又はその実施形態のいずれかは、例えば、外部ビーム放射線療法(外部ビームRT)又はカテーテル処置などの医療処置技術と組み合わせて有利に使用することができる。外部ビームRTの例示的な場合において、超音波プローブは治療されるべき標的領域、及び可能な限り低い放射線を受けるべきリスクのある領域が撮像されるように、患者上に配置される。標的領域又は危険な領域の対応する位置又は体積の間のインタフラクションの差が評価され、外部ビームRTの放射線量送達を再較正するために使用される。

【0023】

本発明の第2の態様によれば、超音波プローブ位置決めシステムの動作を制御する方法が提供される。この方法は、

【0024】

外部物体との超音波プローブユニットの機械的接触を確立する標的位置を示す標的位置決めデータの提供するステップと、

【0025】

前記超音波プローブユニットを制御可能に移動させ、前記標的位置に位置決めするステップと、

【0026】

前記標的位置に前記機械的接触を確立する際に前記外部物体によって前記超音波プローブユニットに加えられる対抗力に対して前記超音波プローブユニットに機械的押圧力を加えるステップと、

【0027】

前記対抗力に対する前記機械的押圧力によって加えられる所定の正味の押圧力量を維持するようにするように、前記対抗力の前記対抗力量の変動に応じて前記押圧力量を増減させることによって前記機械的押圧力の押圧力量を適応させるステップと
を有する。

【0028】

第2の態様の方法は、超音波プローブ位置決めシステム及びその実施形態のいずれかの利点を共有する。

【0029】

第2の態様の方法の一実施形態では、方法が一つ又はそれより多くのランドマーク特徴のそれぞれのランドマーク位置を検出するステップと、検出されるランドマーク位置に応じて標的位置を示す位置決めデータを決定するステップとをさらに有する。

【0030】

代替的に、又は追加的に、第2の態様の方法の別の実施形態は、対抗力量を測定するステップと、外部物体によって加えられる対抗力の現在量を示す対抗力信号を提供するステップとを有する。

【0031】

さらに別の実施形態では、機械的押圧力の押圧力量を適応させるステップは、力制御ユニットで前記対抗力信号を受信するステップと、前記受信される対抗力信号と所定の正味の押圧力量とを用いて、前記所定の正味の押圧力量を達成又は維持するために加えられるべき標的押圧力量を決定するステップと、力制御信号を生成し、力作動ユニットに提供するステップと、前記力制御信号を受信するステップに応じて前記標的押圧力量を加えるステップと
を有する。

【0032】

請求項1の超音波プローブ位置決めシステム、及び請求項12の超音波プローブ位置決めシステムの動作を制御する方法は特に従属請求項に定義されるように、類似及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解される。

【0033】

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項又は上記の実施形態とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせであってもよいことを理解される。

【0034】

本発明のこれら及び他の態様は以下に記載される実施形態から明らかになり、それを参照して説明される。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】外部物体上で使用される超音波プローブ位置決めシステムの実施形態の概略図を示す。

【図2】外部物体上で使用される超音波プローブ位置決めシステムの別の実施形態の概略図を示す。

【図3a】外部物体上で使用される超音波プローブ位置決めシステムの別の実施形態の概略図を示す。

【図3b】外部物体上で使用される超音波プローブ位置決めシステムの別の実施形態の概略図を示す。

【図4】外部物体上で使用される超音波プローブ位置決めシステムの別の実施形態の概略図を示す。

【図5】超音波プローブ位置決めシステムの特定の実施形態で使用されるバネアクチュエータの一例を示す。

【図6】超音波プローブ位置決めシステムを操作する方法の一実施形態の流れ図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図1は、超音波プローブユニット104を外部物体110上に位置決めするための超音波プローブ位置決めシステム100の実施形態の概略ブロック図を示す。超音波プローブ位置決めシステム100は超音波プローブユニット104を保持し、外部物体110の標的位置に移動及び位置決めするための、制御可能に駆動可能な位置決めユニット102を有する。この特定の超音波プローブ位置決めシステムでは、位置決めユニットは機械的アームである。外部物体110は、この特定の場合、超音波監視の患者被検体である。超音波プローブ位置決めシステム100は患者110との超音波プローブユニット104の機械的接触を確立する標的位置を示す標的位置決めデータを提供し、超音波プローブを標的位置に移動させて位置決めする際に機械的位置決めユニット102を制御するように構成される位置決め制御ユニット106を有する。

【0037】

位置決めユニット102は、超音波プローブ104に動作可能に接続可能な力作動ユニット108を有する。力作動ユニットは標的位置で機械的接触を確立する際に、外部物体によって超音波プローブユニットに加えられる対抗力(F2)に対して、超音波プローブユニットに機械的押圧力(F1)を及ぼすように構成される。前記力作動ユニットはさらに、前記対抗力の対抗力量の変動に応じて、前記機械的押圧力の押圧力量を適応させ、前記対抗力に対する前記機械的押圧力によって加えられる所定の正味の押圧力量を維持するように構成される。

【0038】

したがって、患者110が超音波プローブユニットと接触しながら移動し、患者の移動が超音波プローブユニットに加えられる対抗力の量を変化させる場合、力作動ユニットは正味の押圧力量が比較的一定の値に保持されるように、超音波に加えられる押圧力を増加又は減少させるように構成される。力作動ユニットは、限定されないが、患者の呼吸誘導運動、患者の心拍誘導運動、膀胱又は直腸などの患者の内部器官の充填、小振幅の不随意運動、ヒックアップなど、標的位置の比較的低い変位を伴う予測可能な運動に応答するように有利に構成される。

【0039】

超音波プローブ位置決めシステム100は例えば、癌の治療的治療選択肢の一例である外部ビーム放射線療法(外部ビームRT)に関連して、分画間撮像においても改善される撮像結果を達成する。これは、望ましくない副作用をもたらす可能性のある過剰な毒性を防止するために、正常組織、いわゆるリスク器官(OAR)をできるだけ温存しつつ、腫瘍に関心領域(ROI)を照射することを目的としている。処方される放射線量は、典型的には数ヶ月にわたり広がり得る、いくつかの治療フラクションで患者に送達される。超音波プローブを患者の身体の同じ位置に配置し、異なる部分において身体上の超音波プローブの同じ力／圧力を設定することによって、異なる治療フラクションにおいてUSプローブによって得られる撮像情報をより良好に比較することができ、放射線治療の位置及び空間的拡張を適応させるために考慮に入れる必要がある関心領域における任意の変更に関するより正確な情報を送達することができる。

【0040】

図2は、超音波プローブ位置決めシステム200の別の実施形態の概略ブロック図を示す。以下の議論が図2の超音波プローブ位置決めシステム200を、図1の超音波プローブ位置決めシステム100から区別する特徴に焦点を当てる。超音波プローブ位置決めシステム100及び200によって共有されるこれらの技術的特徴は図1の超音波プローブ位置決めシステム100については「1」であり、図2の超音波プローブ位置決めシステム200については「2」である1桁目を除いて、同じ数字を使用して言及される。

【0041】

超音波プローブ位置決めシステム200は、力センサユニット212を有する。力センサユニット212は、超音波プローブユニット204の接触面上に配置される。力センサユニット212は機械的接触を確立する際に患者210によって超音波探触子ユニット204に加えられる対抗力量(例えば、図1のF2)を測定し、それを示す対抗力信号を提供するように構成される。超音波プローブ位置決めシステム200の場合、対抗力信号は、受信される対抗力信号及び所定の正味の押圧力量を使用して、所定の正味の押圧力量を達成又は維持するために加圧されるべき標的押圧力量を決定するように構成される力制御ユニット214に提供される。また、力制御信号を生成し、制御入力部を介して力作動ユニット208に提供するように構成される。力アクチュエータユニットは、力制御信号を受信することに応答して標的押圧力量を生成及び加圧するように構成されるアクティブ力アクチュエータを有する。

【0042】

図3a及び3bは、超音波プローブ位置決めシステム300．a及び300．bの2つのそれぞれの実施形態の2つの概略図を示す。以下の議論は、図2の超音波プローブ位置決めシステム200から図3a及び3bの超音波プローブ位置決めシステム300．a及び300．bを区別する特徴に焦点を当てる。超音波プローブ位置決めシステム300．a、300．b及び200によって共有されるこれらの技術的特徴は図2の超音波プローブ位置決めシステム200については「2」であり、図3a及び3bの超音波プローブ位置決めシステム300．a及び300．bについては「3」である1桁目を除いて同じ数字を使用して言及され、超音波プローブ位置決めシステム300．a及び300．bにおいて異なる特徴は、数字中の文字「a」又は「b」の存在によって示される。

【0043】

超音波プローブ位置決めシステム300．aは、外部物体によって加えられる対抗力の現在量を示す対抗力信号をユーザインターフェースユニット318．aに提供するように構成される力センサユニット312．aを有する。また、力センサユニット300．aは図2を参照して説明したように、対抗力信号を力制御ユニット314．aに供給する。力制御ユニットを備えない代替的な超音波プローブ位置決めシステムでは、力センサユニットが対抗力信号をユーザインターフェースユニットにのみ供給するように構成される。

【0044】

超音波プローブ位置決めシステム300．bは、力制御ユニット314．bを介してユーザインターフェース318．bに対抗力信号を提供するように構成される力センサユニット312．bを有する。したがって、力制御ユニット314．bは対抗力信号を受け取り、対抗力信号に基づいて力制御信号を決定し、さらに、力センサユニット312．bから受信される対抗力信号をユーザインターフェースユニット318．bに供給する。

【0045】

特に有利なユーザインターフェースは対抗力信号が対抗力の量が所定の閾値を超えていることを示すときに、警報信号を出力するように構成される。アラーム信号は例えば、超音波プローブ位置決めシステムによって取り扱うことができない取り扱いエラー又は物体又は患者の動きを示すことができる。

【0046】

図4は、超音波プローブ位置決めシステム400の別の実施形態の概略ブロック図を示す。以下の議論は、図4の超音波プローブ位置決めシステム400を図1の超音波プローブ位置決めシステム100と区別する特徴に焦点を当てるのであろう。超音波プローブ位置決めシステム100及び400によって共有されるこれらの技術的特徴は図1の超音波プローブ位置決めシステム100については「1」であり、図4の超音波プローブ位置決めシステム400については「4」である１桁目を除いて、同じ数字を使用して言及される。超音波プローブ位置決めシステム400は位置決め制御ユニットに接続され、一つ又はそれより多くのランドマーク特徴422のそれぞれのランドマーク位置を検出し、検出されるランドマーク位置に依存して標的位置を示す位置決めデータを決定するように構成される光学追跡ユニット420を有する。ランドマーク特徴422は、光学追跡ユニットによって検出可能な放射線を放射又は反射するように構成されるマーカーである。マーカは例えば、外部物体に、又は標的位置に対して所定の位置にある物体の周囲に取り付けることができる。マーカー422を使用することによって、光学追跡ユニット420によって標的位置を見つけ、追跡し、又はその両方を見つけ、追跡することができる。代替的な光学追跡ユニットは、追加的に又は代替的に、外部物体の解剖学的又は幾何学的特性を使用して標的位置決めデータを決定することによって、既知の画像処理技術を適用するように構成される。

【0047】

力作動ユニット108、208、308又は408は、機械的押圧力を作用させるための電磁アクチュエータを備え、対抗力の変動に応じて所定の正味の押圧力量を維持するように構成されてもよい。代わりに力アクチュエータユニット108、208、308又は408は機械的押圧力を加圧するためのバネアクチュエータを備えてもよく、バネアクチュエータはバネアクチュエータの全弾性範囲内でそのバネ長を受動的に適合させることによって、対抗力の変動に応じて所定の正味の押圧力量を維持する。バネアクチュエータは、弾性変形可能なバネを、ある力作動ユニット内に有する。代替の力作動ユニットでは、バネアクチュエータが流体作動バネを有する。

【0048】

図5は、3つの異なる状態における超音波プローブ位置決めシステムの特定の実施形態で使用されるバネアクチュエータ500の一例を示す。第1の状態500．aでは、バネ500は弛緩状態にあり、第1のバネ長さL1を有する。第2の状態500．bでは、バネは完全に圧縮される状態にあり、第2のバネ長さL2を有する。バネの最大動作範囲ORは、長さL1とL2の差によって定義される。

【0049】

好ましくはバネ500を有する超音波プローブ位置決めシステムのプローブ位置決めユニットがバネアクチュエータが標的位置における全弾性範囲内、より好ましくは動作範囲内で、部分的に圧縮される状態500．cを想定するように、標的位置決めデータを提供するように構成される。さらに好ましくは、部分的に圧縮される状態が動作範囲の中間の３分の１の502内に入る長さ量L3によるバネアクチュエータの圧縮に対応する。

【0050】

特定の超音波プローブ位置決めシステムではバネアクチュエータの動作範囲が少なくとも4cmの延長を有し、機械的押圧力量は動作範囲にわたって、高々10パーセントの変動を有する。他のバネアクチュエータは、動作範囲のより大きな延長部を有する。伸長の選択は、対抗力の変化を引き起こす患者の予想される動きのタイプ及び振幅に依存する。

【0051】

図6は、超音波プローブ位置決めシステムの動作を制御するための方法600の実施形態のブロック図を示す。この方法は標的位置決めデータが提供されるステップ606を含み、標的位置決めデータは、超音波プローブユニットの外部物体との機械的接触を確立する標的位置を示す。ステップ608において、本方法は、超音波プローブユニットを制御可能に移動させ、標的位置に位置決めするステップを有する。さらに、ステップ610では、超音波プローブユニットに、標的位置に機械的接触を確立するときに外部物体によって超音波プローブユニットに加えられる対抗力に抗して機械的押圧力が加えられる。最後に、ステップ612では、機械的押圧力の押圧力量が対抗力に対する機械的押圧力によって加えられる所定の正味の押圧力量を維持するように、対抗力の対抗力量の変動に応答して適応される。

【0052】

方法600はまた、ランドマーク位置が検出されるステップ602と、標的位置を示す位置決めデータが検出されるランドマーク位置に応じて決定される別のステップ604とを有することができる。

【0053】

方法600は、対抗力量が測定され、外部物体によって加えられる対抗力の現在量を示す対抗力信号が提供されるステップ614をさらに有することができる。

【0054】

機械的押圧力の押圧力量を適合させることを有する方法600のステップ612は、一実施形態では対抗力信号が力制御ユニットで受信されるステップ612．1と、受信される対抗力信号及び所定の正味の押圧力量を使用して、所定の正味の押圧力量を達成又は維持するために加えられるべき標的押圧力量が決定されるステップ612．2と、力制御信号が生成され、力作動ユニットに提供され、力制御信号の受信に応答して標的押圧力量が加えられるステップ612．3とを有する。

【0055】

要約すれば、超音波プローブ位置決めシステムは超音波プローブユニットを保持し、超音波プローブユニットを移動させ、標的位置に位置決めするための位置決めユニットと、超音波プローブユニットの外部物体との機械的接触を確立する標的位置を示す標的位置決めデータを提供し、超音波プローブを標的位置に移動させ、位置決めする際に機械的位置決めユニットを制御するように構成される位置決め制御ユニットとを有する。位置決めユニットは対抗力に対する機械的押圧力によって加えられる所定の正味の押圧力量を維持するように、対抗力量の変動に応答して、物体に加えられる機械的押圧力の押圧力量を適応させるように構成される力作動ユニットを有する。

【0056】

特許請求の範囲において、単語「有する」は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数を排除するものではない。単一のステップ又は他のユニットは、特許請求の範囲に列挙されるいくつかの項目の機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

【0057】

正味の力は、物体に作用する個々の力のベクトル和として定義される。正味の押圧力という用語は超音波プローブユニットに作用する個々の力の総和が外部物体に一定の押圧力を加える正味の力をもたらし、超音波プローブ位置決めシステムの動作中に超音波プローブユニットによって機械的接触が確立され、維持されることを伝えるために、本出願の文脈において使用される。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】