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(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】2024-05-13
(45)【発行日】2024-05-21
(54)【発明の名称】センサベースの形状特定
(51)【国際特許分類】
A61B 8/14 20060101AFI20240514BHJP
【ＦＩ】
A61B8/14
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2020544494
(86)(22)【出願日】2019-02-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-06-17
(86)【国際出願番号】 EP2019053929
(87)【国際公開番号】W WO2019162217
(87)【国際公開日】2019-08-29
【審査請求日】2022-02-15
(31)【優先権主張番号】62/633,826
(32)【優先日】2018-02-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(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】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】チェン，アルヴィン
(72)【発明者】
【氏名】エルカンプ，ラモン キド
(72)【発明者】
【氏名】バーラト，シャム
(72)【発明者】
【氏名】ヴァイジャ，クナール
(72)【発明者】
【氏名】トリエセン，アリッサ
(72)【発明者】
【氏名】フレックスマン，モリー ララ
(72)【発明者】
【氏名】ジャイン，アメート クマール
【審査官】永田 浩司
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／０２１１７２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１６－５３１７０７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ８／００ ー ８／１５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
介入医療装置の形状を決定するためのコントローラであって：命令を記憶するメモリと；
前記命令を記憶する前記メモリに通信可能に結合されるプロセッサと；
を有し、
前記プロセッサによって実行されるとき、前記命令は、前記コントローラに：
複数の異なる時点を含む期間にわたって前記介入医療装置に少なくとも１つのトラッキングビームを放射するようにイメージングプローブを制御することと；
前記介入医療装置の形状を決定することであって：
前記期間の間の前記介入医療装置上の固定位置に対して前記期間中に前記介入医療装置に沿って移動する前記介入医療装置上の位置に固定される第１のセンサ、および
前記介入医療装置上の前記固定位置に固定される第２のセンサ、
からの前記期間にわたって受信される前記トラッキングビームに対する応答に基づいて、前記介入医療装置の形状を決定することと；
前記イメージングプローブを制御する前に前記介入医療装置の予測される形状を投影することと；
前記介入医療装置の前記形状を決定した後に前記介入医療装置の前記形状を前記予測される形状と比較することと；
を含む、プロセスを実行させ、
前記第１のセンサは、前記期間中に前記第２のセンサに対して移動し、
前記期間中の前記第２のセンサに対する前記第１のセンサの前記移動の経路が前記コントローラによって決定され、前記経路は、前記介入医療装置の前記形状を決定するために使用される、
コントローラ。
【請求項2】
前記第１のセンサは、前記位置が前記固定位置に対して移動するとき、前記第２のセンサに対して移動する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項3】
前記介入医療装置は、前記第１のセンサが固定される第１の部分と、前記固定位置を含むとともに前記第１の部分に対して移動する第２の部分とを含む、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項4】
前記第１の部分および前記第１のセンサは、前記第２の部分内を移動する、請求項３に記載のコントローラ。
【請求項5】
前記第２の部分および前記固定位置に固定される前記第２のセンサは、前記第１の部分内を移動する、請求項３に記載のコントローラ。
【請求項6】
前記第１の部分はワイヤを有し、前記第２の部分は導管またはシースを有する、請求項３に記載のコントローラ。
【請求項7】
介入医療装置の形状を決定するためのコントローラの作動方法であって、前記コントローラは、命令を記憶するメモリと、前記命令を記憶する前記メモリに通信可能に結合されるプロセッサとを有し、前記作動方法は：前記プロセッサが、複数の異なる時点を含む期間にわたって、前記介入医療装置に少なくとも１つのトラッキングビームを放射するようにイメージングプローブを制御することと；
前記コントローラが、前記介入医療装置の形状を決定することであって：
前記期間の間の前記介入医療装置上の固定位置に対して前記期間中に前記介入医療装置に沿って移動する前記介入医療装置上の位置に固定される第１のセンサ、および
前記介入医療装置上の前記固定位置に固定される第２のセンサ、
からの前記期間にわたって受信される前記トラッキングビームに対する応答に基づいて、前記介入医療装置の形状を決定することと；
前記イメージングプローブを制御する前に前記介入医療装置の予測される形状を投影することと；
前記介入医療装置の前記形状を決定した後に前記介入医療装置の前記形状を前記予測される形状と比較することと；
を含み、
前記第１のセンサは、前記期間中に前記第２のセンサに対して移動し、
前記期間中の前記第２のセンサに対する前記第１のセンサの前記移動の経路が前記コントローラによって決定され、前記経路は、前記介入医療装置の前記形状を決定するために使用される、
作動方法。
【請求項8】
前記第１のセンサは、前記位置が前記固定位置に対して移動するとき、前記第２のセンサに対して移動する、請求項７に記載の作動方法。
【請求項9】
前記介入医療装置は、前記第１のセンサが固定される第１の部分と、前記固定位置を含むとともに前記第１の部分に対して移動する第２の部分とを含む、請求項７に記載の作動方法。
【請求項10】
前記第１の部分および前記第１のセンサは、前記第２の部分内を移動する、請求項９に記載の作動方法。
【請求項11】
前記第２の部分および前記固定位置に固定される前記第２のセンサは、前記第１の部分内を移動する、請求項９に記載の作動方法。
【請求項12】
前記コントローラが、前記第１のセンサおよび前記固定位置に固定される前記第２のセンサからの前記トラッキングビームに対する前記応答を受信することをさらに含む、請求項７に記載の作動方法。
【請求項13】
プロセッサによって実行されるとき、前記プロセッサに請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の作動方法を実行させる命令を含む、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
インサイチュ（InSitu）技術は、超音波イメージングプローブのビームが超音波照射される（insonified）フィールドを掃引するときに、パッシブ超音波センサによって受信される信号を分析することによって、既知の診断用Ｂモード超音波画像の視野におけるパッシブ超音波センサの位置を推定する。飛行時間（Time-of-flight）測定は、イメージングアレイからのパッシブ超音波センサの軸方向／半径方向の距離を提供し、一方、振幅測定およびビーム発射シーケンス（beam firing sequence）の知識は、パッシブ超音波センサの横方向／角度位置を提供する。
【0002】
図１は、パッシブ超音波センサを使用して介入医療装置（interventional medical device）を追跡するための既知のシステムを示す。図１において、超音波プローブ１０２は、介入医療装置１０５のツール先端（tool tip）上のパッシブ超音波センサ１０４を横切って掃引するイメージング（imaging）ビーム１０３を放射する。組織の画像１０７が超音波プローブ１０２によってフィードバックされる。介入医療装置１０５のツール先端上のパッシブ超音波センサ１０４の位置が、信号処理アルゴリズムによる決定時に先端位置１０８として提供される。先端位置１０８は、オーバーレイ画像１０９として組織の画像１０７上にオーバーレイされる。組織の画像１０７、先端位置１０８、およびオーバーレイ画像１０９は全てディスプレイ１００に表示される。
【発明の概要】
【0003】
本開示の一態様によれば、介入装置の形状および／または経路を決定するためのコントローラは、命令を記憶するメモリと、命令を実行するプロセッサとを含む。プロセッサによって実行されるとき、命令は、コントローラに、複数の異なる時点を含む期間にわたって、介入医療装置に少なくとも１つのトラッキング（tracking）ビームを放射するようにイメージングプローブを制御することを含むプロセスを実行させる。このプロセスはまた、期間の間の介入医療装置上の固定位置に対して期間中に介入医療装置に沿って移動する第１のセンサからの、期間にわたって受信されるトラッキングビームに対する応答に基づいて、介入医療装置の形状および／または経路を決定することを含む。
【0004】
本開示の別の態様によれば、介入装置の形状および／または経路を決定する方法が、メモリに記憶された命令を実行するプロセッサによって、複数の異なる時点を含む期間にわたって、介入医療装置に少なくとも１つのトラッキングビームを放射するようにイメージングプローブを制御することを含む。この方法はまた、期間の間の介入医療装置上の固定位置に対して期間中に介入医療装置に沿って移動する第１のセンサからの、期間にわたって受信されるトラッキングビームに対する応答に基づいて、介入医療装置の形状および／または経路を決定することを含む。
【0005】
本開示のさらに別の態様によれば、介入装置の形状および／または経路を決定するためのコントローラは、命令を記憶するメモリと、命令を実行するプロセッサとを含む。プロセッサによって実行されるとき、命令は、コントローラに、複数の異なる時点を含む期間にわたって、介入医療装置に少なくとも１つのトラッキングビームを放射するようにイメージングプローブを制御することを含むプロセスを実行させる。コントローラによって実行されるプロセスはまた、期間中の介入医療装置上の固定位置に対して期間中に介入医療装置上に固定された第１のセンサからの、期間にわたって受信されるトラッキングビームに対する応答に基づいて、介入医療装置の形状および／または経路を決定することを含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
例示的な実施形態は、添付の図面とともに読むとき、以下の詳細な説明から最もよく理解される。様々な特徴は必ずしも縮尺通りに描かれていないことが強調される。実際、議論を明確にするために、寸法は任意に増減され得る。適用可能かつ実用的な場合には、同様の参照番号は、同様の要素を指す。
【0007】
【図1】代表的な実施形態による、パッシブ超音波センサを用いる介入医療装置追跡のための既知のシステムを示す。
【図2A】代表的な実施形態による、センサベースの形状特定（shape identification）のための超音波システムを示す。
【図2B】代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のための別の超音波システムを示す。
【図2C】代表的な実施形態による、その上にセンサベースの形状特定の方法を実装することができる、一般的なコンピュータシステムの例示的な実施形態を示す。
【図3】代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のために使用される介入医療装置を示す。
【図4A】代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のために使用される別の介入医療装置を示す。
【図5】代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のためのプロセスを示す。
【図6】代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のための別のプロセスを示す。
【図7】代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のために固定センサがプローブの動きを分離するために使用されることができるシーケンスを示す。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下の詳細な説明では、説明の目的であって、限定するものではなく、本教示による実施形態の完全な理解を提供するために、特定の詳細を開示する代表的な実施形態が記載される。既知のシステム、装置、材料、動作方法および製造方法の説明は、代表的な実施形態の説明を不明瞭にしないように省略されることがある。それにもかかわらず、当業者の範囲内にあるシステム、装置、材料および方法は、本教示の範囲内にあり、代表的な実施形態に従って使用することができる。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のためのものであり、限定することを意図するものではないことが理解されるべきである。定義された用語は、本教示の技術分野において一般的に理解され、受け入れられている定義された用語の技術的および科学的意味に加えている。
【0009】
本明細書では、第１、第２、第３等という用語は、種々の要素または構成要素を説明するために使用することができるが、これらの要素または構成要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素または構成要素を別の要素または構成要素から区別するためにのみ使用される。従って、以下に説明する第１の要素または構成要素は、本発明の概念の教示から逸脱することなく、第２の要素または構成要素と呼ぶことができる。
【0010】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定することを意図したものではない。明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、用語「１つの（“ａ”、“ａｎ”）」および「その（“the”）」の単数形は、文脈が別のことを明確に指示しない限り、単数形および複数形の両方を含むことが意図される。さらに、用語「有する」、および／または「有している」、および／または類似の用語は、本明細書で使用される場合、記述された特徴、要素、および／または構成要素の存在を明記するが、１つまたは複数の他の特徴、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除しない。
【0011】
特に断らない限り、要素または構成要素が、他の要素または構成要素に「接続されている」、「結合されている」、「隣接している」と言われる場合、その要素または構成要素は、他の要素または構成要素に直接接続または結合されていてもよく、または介在する要素または構成要素が存在していてもよいと理解される。すなわち、これらの用語および類似の用語は、２つの要素または構成要素を接続するために１つまたは複数の中間要素または構成要素を使用することができる場合を包含する。しかし、要素または構成要素が他の要素または構成要素に「直接接続されている」と言われる場合、これは、２つの要素または構成要素が、中間のまたは介在する要素または構成要素なしに互いに接続されている場合のみを包含する。
【0012】
以上を考慮すると、本開示は、その種々の態様、実施形態および／または特定の特徴またはサブコンポーネントのうちの１つまたは複数を通して、以下に具体的に記載する利点の１つまたは複数を引き出すことを意図している。説明の目的のためであって、限定するものではなく、本教示による実施形態の完全な理解を提供するために、特定の詳細を開示する例示的な実施形態が記載される。しかし、本明細書に開示された特定の詳細から逸脱する、本開示と一致する他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内にとどまる。さらに、例示的な実施形態の説明を不明瞭にしないように、よく知られた装置および方法の説明を省略されることがある。このような方法および装置は、本開示の範囲内である。
【0013】
本明細書に記載されているように、ワイヤまたは装置の形状は、インサイチュセンサなどの１つまたは複数のパッシブ超音波センサを使用して特定される（identified）ことができる。実施形態において、第１のパッシブ超音波センサは、固定位置に対して第１の装置に沿って移動可能であり、移動可能なセンサおよび固定位置は、ワイヤまたは装置の形状を特定するために使用される。実施形態では、固定位置における第２のパッシブ超音波センサは、例えば、組織および／またはプローブの動きを補償するために、固定基準マーカとして機能する。
【0014】
図２Ａは、代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のための超音波システムを示す。
【0015】
図２Ａにおいて、超音波システム２００は、プロセッサ２５１およびメモリ２５２を有する中央ステーション２５０と、タッチパネル２６０と、モニタ２８０と、ワイヤ２３２Ａによって中央ステーション２５０に接続されたイメージングプローブ２３０と、ワイヤ２１２Ａによって中央ステーションに接続された介入医療装置２０５とを含む。図２Ａの介入医療装置２０５は、シースＳとワイヤＷとを含む。移動可能なセンサＭＳは、介入医療装置２０５のワイヤＷの端部においてツールＴとともに移動可能である。センサＭＳは、介入医療装置２０５のワイヤＷの端部においてツールＴとともに移動可能であるが、必ずしも、介入医療装置２０５から区別可能なツールＴを備えているか、または介入医療装置２０５の任意の部分のいずれかの先端に備えている必要はない。固定位置Ｆは、介入医療装置２０５のシースＳ上に、またはその一部として配置され、センサＭＳの相対的な移動を決定するのに役立つように使用されることができる視覚マーカ、固定センサ、または他の形態の取り付け具（fixture）であり得る。
【0016】
説明のために、介入医療装置２０５は、医療処置中に患者の内部に配置される。介入医療装置２０５の位置は、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆを用いて追跡することができる。さらに、移動可能なセンサＭＳと固定位置Ｆとの関係は、介入医療装置２０５の形状を決定するために使用されることができる。介入医療装置２０５、ツールＴ、移動可能なセンサＭＳ、および固定位置Ｆの関係は、図２Ａおよび図２Ｂに示されるものとは大きく変わり得る。同様に、介入医療装置２０５、ツールＴ、移動可能なセンサＭＳ、および固定位置Ｆの各々の形状は、図２Ａおよび図２Ｂに示されるものとは大きく変わり得る。
【0017】
例えば、移動可能なセンサＭＳは、移動可能なセンサＭＳの位置を決定するのを助けるために超音波トラッキングビームを受信し得る。本明細書に記載される超音波トラッキングビームは、それ以外の場合は超音波画像を得るために使用される超音波イメージングビームであり得る、または超音波イメージングビームから分離される（例えば、周波数を分離する、送信タイミングを分離する）超音波トラッキングビームであり得る。移動可能なセンサＭＳは、受信される超音波トラッキングビームに応答するようにパッシブまたはアクティブに使用され得る。本明細書に記載されているように、超音波イメージングビームおよび／または超音波イメージングビームから分離した超音波トラッキングビームは、移動可能なセンサＭＳの位置を選択的に、通常、または常に得るために使用することができる。しかし、これもまた本明細書に記載されているように、トラッキングは、超音波イメージングビームまたは完全に分離した超音波トラッキングビームのいずれかまたは両方を使用して実行することができる。
【0018】
図２Ａでは、ワイヤ２１２Ａおよびワイヤ２３２Ａは、介入医療装置２０５およびイメージングプローブ２３０を中央ステーション２５０に接続するために使用される。イメージングプローブ２３０については、ワイヤ２３２Ａは、依然として注意をそらすことがあるが、あまり懸念を示さないかもしれない。介入医療装置２０５については、ワイヤ２１２Ａは、例えば、介入医療装置２０５が画像を取り込むために使用されるときに画像を送り返すために使用され得る。しかし、ワイヤ２１２Ａは、介入医療装置２０５が少なくとも部分的に患者に挿入されるという点で、より心配かもしれない。従って、ワイヤ２３２Ａおよびワイヤ２１２Ａを無線接続に置き換えることは、何らかの利点を提供し得る。
【0019】
図２Ｂは、代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のための別の超音波システムを示す。
【0020】
図２Ｂでは、ワイヤ２３２Ａは無線データ接続２３２Ｂで置き換えられ、ワイヤ２１２Ａは無線データ接続２１２Ｂで置き換えられる。その他は、図２Ｂの超音波システム２００は、図２Ａと同じ、すなわち、プロセッサ２５１およびメモリ２５２を備える、中央ステーション２５０、タッチパネル２６０、モニタ２８０、イメージングプローブ２３０、および介入医療装置２０５を含む。図２Ｂの介入医療装置２０５は、シースＳおよびワイヤＷも含む。移動可能なセンサＭＳは、介入医療装置２０５のワイヤＷの端部においてツールＴとともに移動可能である。
【0021】
図２Ｂにおいて、超音波システム２００は、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆを搭載した介入医療装置２０５を備えた構成であり得る。介入医療装置２０５は、例えば、その先端にまたはその先端の近傍に移動可能なセンサＭＳを有する針を含み得る。移動可能なセンサＭＳはまた、イメージングプローブ２３０からのトラッキングビームの「送信」と、移動可能なセンサＭＳによりトラッキングビームを「聞くこと（listening）」が同期されるように、トラッキングビームからのデータを聞き（listen）、分析するように構成され得る。イメージングビームから分離されたトラッキングビームの使用が、一実施形態において提供され得るが、センサベースの形状特定が主としてイメージングビームのみを有する実施形態を使用する限り、本開示の主要実施形態ではない。
【0022】
図２Ａまたは図２Ｂでは、イメージングプローブ２３０は、イメージングビームのパルスシーケンスを送信し得る。中央ステーション２５０、イメージングプローブ２３０、および移動可能なセンサＭＳ並びに固定位置Ｆの間の関係の説明は、以下に続く。これに関して、図２Ａおよび２Ｂの中央ステーション２５０は、適切に遅延される信号を送信モードでイメージングプローブ２３０内のイメージングアレイの素子に送るようにクロック（図示せず）によって同期されるビーム形成器（図示せず）を含み得る。受信モードでは、ビーム形成器は、イメージングプローブ２３０内のイメージングアレイの個々の素子からの信号を適切に遅延させ、加算し得る。超音波イメージングそれ自体は、イメージングプローブ２３０を使用して実行され、中央ステーション２５０のビーム形成器によって実行されるビーム形成に従い得る。
【0023】
イメージングプローブ２３０は、移動可能なセンサＭＳに衝突する（すなわち、移動可能なセンサＭＳがトラッキングビームの視野内にあるとき）トラッキングビームとしてイメージングビームを放射し得る。移動可能なセンサＭＳは、トラッキングビームのエネルギを受信し、信号に変換することができ、その結果、移動可能なセンサＭＳ、または介入医療装置２０５でさえ、イメージングプローブ２３０のイメージングアレイに対する移動可能なセンサＭＳの位置を決定することができる。移動可能なセンサＭＳの相対位置は、移動可能なセンサＭＳによって受信される受信トラッキングビームに基づいて幾何学的に計算することができ、ある期間にわたる相対位置は、介入医療装置２０５が患者内に展開されている（deployed）ときに、その形状を特定するために使用することができる。
【0024】
固定位置Ｆは、例えば、固定位置でシース上に固定された視覚マーカであり得る。視覚マーカは、例えば、視覚マーカが、組織がイメージングビームからのエネルギを反射および／または吸収する方法とは区別可能な方法でイメージングビームからのエネルギを反射および／または吸収する材料から作られる場合に、組織と区別可能であり得る。このようにして、超音波画像から画像処理によって視覚マーカを自動的に特定することができる。しかし、固定位置Ｆはまた、パッシブ超音波センサなどの固定センサであり得る。イメージングプローブ２３０からのイメージングビームは、固定センサがトラッキングビームとしてイメージングビームの視野内にあるときに、固定位置Ｆで固定センサに衝突し得る。固定位置Ｆの固定センサは、固定位置Ｆの固定センサ、または介入医療装置２０５でさえも、イメージングプローブ２３０のイメージングアレイに対する固定位置Ｆの固定センサの位置を繰り返し決定できるように、トラッキングビームとしてのイメージングビームのエネルギを受信し、信号に変換し得る。従って、イメージングプローブ２３０は、複数の異なる時点を含むある期間の間にトラッキングビームを介入医療装置２０５に放射する。例えば、トラッキングビームは、３０秒間、６０秒間、１２０秒間、１８０秒間、または複数の異なる時点を含む任意の他の期間にわたって放射され得る。トラッキングビームに対する応答は、毎秒または１／１０秒ごとのように、定期的に収集され得る。トラッキングビームに対する応答は、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサによって反射される反射エネルギであり得る。あるいは、トラッキングビームに対する応答は、トラッキングビームの受信エネルギの読み取り値（readings）などの、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサによって生成されるアクティブ信号であり得る。
【0025】
固定位置Ｆはまた、超音波イメージングにおいて組織と区別され得る視覚マーカであり得る。固定位置Ｆはまた、イメージングの代替モダリティ、例えば、Ｘ線イメージング、コンピュータ断層撮影イメージング、ＭＲＩイメージング、光学イメージング、または直接可視化によって、解剖学的構造に対して空間内の位置が検出可能であるマーカであり得る。固定位置Ｆは、ドップラー超音波、電磁トラッキング、または画像が明示的に生成されないレーザートラッキングなどの別のセンシング方法によって、解剖学的構造に対して空間内の位置が検出可能であるマーカであり得る。最後に、固定位置Ｆは、外部手段では直接検出されないが、解剖学的構造に対して常に空間内の位置が分かっている位置であり得る。
【0026】
他の実施形態では、固定位置Ｆが上述のメカニズム（すなわち、パッシブ超音波センサ以外）によって追跡されるのではなく、移動センサＭＳがそのような手段によって追跡されてもよい。これらの実施形態では、固定位置Ｆは、例えば、インサイチュによって追跡されるパッシブ超音波センサであり得るまたはそれを含み得る。
【0027】
トラッキングビームに対する応答に基づいて、プロセッサ２５１は、例えば、ある期間の間の複数の異なる時点の各々における移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの絶対位置を決定し得る。その結果、固定位置Ｆの固定センサに対する移動可能なセンサＭＳの移動を決定することができる。移動は、固定位置Ｆに対する移動可能なセンサＭＳの経路を示す。そして、経路は、固定位置Ｆの固定センサに対する移動可能なセンサＭＳの移動が、患者の体内に挿入されるかまたはその他の方法で移動する介入医療装置２０５の形状に対応し得る限り、介入医療装置２０５の形状を示す。従って、または、例えば、移動可能なセンサＭＳがツールＴとしての針またはワイヤ上にあるとき、移動可能なセンサＭＳはシースＳから針またはワイヤと共に移動し、その結果、移動可能なセンサＭＳは介入医療装置上の固定位置Ｆに対して移動する。
【0028】
中央ステーション２５０は、イメージングプローブ２３０を制御する制御ユニットまたはコントローラとみなされ得る。図２Ａおよび２Ｂに記載されているように、中央ステーション２５０は、メモリ２５２に接続されたプロセッサ２５１を含む。中央ステーション２５０はまた、イメージングプローブ２３０を移動可能なセンサＭＳと同期させるためにクロック信号を提供するクロック（図示せず）を含み得る。さらに、中央ステーション２５０の１つまたは複数の要素は、個々に制御ユニットまたはコントローラとみなされ得る。例えば、プロセッサ２５１とメモリ２５２との組み合わせは、本明細書に記載されるプロセスを実行するための、すなわち、介入医療装置２０５が患者内に展開されるときに、介入医療装置２０５の形状を決定するために移動可能なセンサＭＳの位置を使用するための、ソフトウェアを実行するコントローラとみなされ得る。
【0029】
イメージングプローブ２３０は、介入医療装置２０５、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆを含む関心領域をスキャンするように構成されている。もちろん、超音波イメージングプローブで知られているように、イメージングプローブ２３０は、超音波イメージングビームを使用して、フレームごとに画像を提供する。また、イメージングプローブ２３０は、別個のトラッキングビームを使用して、移動可能なセンサＭＳの位置および固定位置Ｆを得ることができる。
【0030】
一方向関係（one-way relationship）では、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサは、イメージングプローブ２３０によって提供されるトラッキングビームを電気信号に変換するように適合され得る。移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサは、生データまたは部分的に若しくは完全に処理されたデータ（例えば、計算されたセンサ位置）を、直接的にまたは間接的に（例えば、介入医療装置２０５の近位端に配置された送信器または中継器を介して）、中央ステーション２５０に提供するように構成され得る。これらのデータは、その処理の程度に応じて、中央ステーション２５０によって使用されて、移動可能なセンサＭＳ（および移動可能なセンサＭＳが取り付けられた介入医療装置２０５の遠位端の位置）および固定位置Ｆの固定センサの位置を決定する、または中央ステーション２５０に移動可能なセンサＭＳ（および移動可能なセンサＭＳが取り付けられる介入医療装置２０５の遠位端の位置）および固定位置Ｆの固定センサの位置を提供する。期間内の異なる時間における複数の異なる読み取り値からの位置は、介入医療装置２０５の形状を決定するために使用され、イメージングプローブ２３０または組織の移動は、固定位置Ｆの固定センサの位置を差し引くかさもなければ取り除く（factoring out）ことによって説明される限り、正確である。
【0031】
本明細書に記載されているように、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置は、中央ステーション２５０によって決定されるかまたは中央ステーション２５０に提供される。移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置は、プロセッサ２５１によって使用されて、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置を、モニタ２８０に表示するための画像フレーム上に重ねる（overlay）ことができる。その結果、固定位置Ｆの固定センサに対する時間にわたる、移動可能なセンサの、従って、介入医療装置２０５の遠位端の移動は、ツールＴがワイヤＷの端部と共に移動する際の介入医療装置２０５の形状を示す。固定位置Ｆの固定センサの位置は、絶対座標系において移動可能なセンサＭＳの位置に影響を与える組織の移動を取り除く（factor out）ためになど、移動可能なセンサＭＳの位置を調整するために使用することができる。言い換えると、移動可能なセンサＭＳは、ワイヤＷの端部におけるツールＴと一緒の移動可能なセンサＭＳの操作上の移動（operational movement）に加えて、移動可能なセンサＭＳと接触する組織の移動に基づいて固定位置Ｆに対して移動し得る。別の代表的な実施形態では、メモリ２５２に記憶された命令は、プロセッサ２５１によって実行されて、画像フレームに対する移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置を決定し、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置を重ね合わせる。従って、介入医療装置２０５の形状は、ツールＴがワイヤＷの端部と共に移動するときに、固定位置Ｆの固定センサに対する移動可能なセンサＭＳの変化する位置から導出される。この場合も、固定位置Ｆの固定センサの位置は、絶対座標系における移動可能なセンサＭＳの認識位置に影響を与える組織の移動またはイメージングプローブ２３０の移動を説明するために、取り除かれることができる。
【0032】
概して、動作中、プロセッサ２５１は、イメージングプローブ２３０によるスキャンを開始する。スキャンは、関心領域にわたるトラッキングビームとしてイメージングビームを放射することを含むことができる。イメージングビームは、フレームの画像を形成するために；および、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置を決定するためのトラッキングビームとして使用される。次に、位置は、移動可能なセンサＭＳがある期間にわたって固定位置Ｆに対して移動するときに形状を決定するために使用される。理解できるように、イメージングビームからの画像は、双方向透過シーケンス（two-way transmission sequence）から形成され、関心領域の画像は、サブビーム（sub-beams）の透過および反射によって形成される。さらに、一方向関係では、トラッキングビームとしてのイメージングビームは、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサに入射し、電気信号に変換され得る（すなわち、トラッキングビームを反射するのではなく、または、それに加えて）。双方向関係では、トラッキングビームとしてのイメージングビームは、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサによって反射され、その結果、イメージングプローブ２３０は、反射されるトラッキングビームを用いて移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置を決定する。
【0033】
上述のように、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置を決定するために使用されるデータは、どこで位置が決定されることになるかに応じて、生データ、部分的に処理されたデータ、または完全に処理されたデータを含み得る。処理の程度に応じて、これらのデータは、メモリ２５２（すなわち、中央ステーション２５０の）に記憶された命令を実行するためにプロセッサ２５１に提供されて、ビーム形成器からの超音波画像の座標系における移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置を決定する。あるいは、これらのデータは、モニタ２８０内の超音波画像上に移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置を重ね合わせるために、メモリ２５２に記憶された命令を実行するときに、プロセッサ２５１によって使用される座標系における、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの決定された位置を含み得る。この目的のために、中央ステーション２５０のビーム形成器は、フレームの画像として表示のためにビーム形成された信号を処理し得る。ビーム形成器からの出力は、プロセッサ２５１に供給されることができる。移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサからのデータは、生データであり得、その場合、プロセッサ２５１は、メモリ２５２の命令を実行して、画像の座標系における移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置を決定する；あるいは、移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサからのデータは、介入医療装置２０５によって処理されて、画像の座標系における移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置を決定し得る。いずれの方法においても、プロセッサ２５１は、モニタ２８０の画像上に移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの位置を重ね合わせるように構成される。例えば、トラッキングビームとしてのイメージングビームからの合成画像は、組織の画像、および移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの実際のまたは重ねられた（superposed）位置の画像を含み得、それによって、各々が関心領域に対するおよび互いに対する、移動可能なセンサＭＳ（および介入医療装置２０５の遠位端）および固定位置Ｆの固定センサの位置および履歴のリアルタイムのフィードバックを臨床医に提供する。理解されるように、履歴の位置との関連でおよび固定位置Ｆの固定センサとの関連で、移動可能なセンサＭＳの位置の重ね合わせは、移動可能なセンサＭＳが例えばワイヤＷまたはツールＴとともに介入医療装置から突出するとき、介入医療装置２０５の形状の完全なリアルタイムのインサイチュ可視化を可能にする。
【0034】
図２Ｃは、その上に、代表的な実施形態に従って、センサベースの形状特定の方法が実装されることができる、一般的なコンピュータシステムの例示的な実施形態である。
【0035】
コンピュータシステム２１００は、コンピュータシステム２１００に、本明細書に開示された方法またはコンピュータベースの機能のいずれか１つまたは複数を実行させるように実行されることができる命令のセットを含むことができる。コンピュータシステム２１００は、スタンドアロン装置として動作し得る、または、例えば、ネットワーク２１０１を使用して、他のコンピュータシステムまたは周辺装置に接続され得る。図２Ｃにおけるコンピュータシステム２１００の要素および特性のいずれかまたは全ては、中央ステーション２５０、イメージングプローブ２３０、または図２Ａおよび２Ｂの移動可能なセンサＭＳおよび固定位置Ｆの固定センサの要素および特性を表し得る。
【0036】
ネットワーク化された配備において、コンピュータシステム２１００は、サーバ－クライアントユーザネットワーク環境内のクライアントの能力で動作し得る。コンピュータシステム２１００はまた、制御ステーション、イメージングプローブ、パッシブ超音波センサ、固定コンピュータ、モバイルコンピュータ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、または、その機械が取るべき動作を指定する一連の命令（逐次的または他の方法）を実行することが可能な任意の他の任意の機械などの、種々の装置として、全体的または部分的に実装されることができるまたはその装置に組み込まれることができる。コンピュータシステム２１００は、追加の装置を含む統合システム内にある装置として、または装置内に組み込むことができる。一実施形態では、コンピュータシステム２１００は、ビデオまたはデータ通信を提供する電子デバイスを使用して実装することができる。さらに、コンピュータシステム２１００が示されているが、「システム」という用語はまた、１つまたは複数のコンピュータ機能を実行するための命令のセットまたは複数のセットを個別にまたは共同で実行するシステムまたはサブシステムの集合を含むと解釈される。
【0037】
図２Ｃに示すように、コンピュータシステム２１００は、プロセッサ２１１０を含む。コンピュータシステム２１００のためのプロセッサ２１１０は、有形であり、一時的ではない。本明細書で使用されるとき、「非一時的」という用語は、状態の永久的な特性としてではなく、ある期間持続する状態の特性として解釈されるべきである。「非一時的」という用語は、搬送波または信号またはいつでもどこでも一時的にしか存在しない他の形態の特性などの一時的な特性を具体的に否定する。本明細書に記載される任意のプロセッサは、製造品および／または機械構成要素である。コンピュータシステム２１００のためのプロセッサは、本明細書の様々な実施形態に記載される機能を実行するために、ソフトウェア命令を実行するように構成される。コンピュータシステム２１００のプロセッサは、汎用プロセッサであり得る、または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部であり得る。コンピュータシステム２１００のプロセッサはまた、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサチップ、コントローラ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、状態マシン、またはプログラマブルロジックデバイスであり得る。コンピュータシステム２１００のプロセッサはまた、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、またはディスクリートゲートおよび／またはトランジスタロジックを含む別のタイプの回路を含む論理回路であり得る。コンピュータシステム２１００のプロセッサは、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）、またはその両方であり得る。さらに、本明細書に記載される任意のプロセッサは、複数のプロセッサ、並列プロセッサ、またはその両方を含み得る。複数のプロセッサは、単一のデバイスまたは複数のデバイスに含まれ得る、またはそれらに結合され得る。
【0038】
さらに、コンピュータシステム２１００は、バス２１０８を介して互いに通信することができるメインメモリ２１２０およびスタティックメモリ２１３０を含む。本明細書に記載されるメモリは、データおよび実行可能な命令を記憶することができる有形の記憶媒体であり、命令がその中に記憶される間非一時的である。本明細書で使用されるとき、「非一時的」という用語は、状態の永久的な特性としてではなく、ある期間持続する状態の特性として解釈されるべきである。「非一時的」という用語は、搬送波または信号またはいつでもどこでも一時的にしか存在しない他の形態の特性などの一時的な特性を具体的に否定する。本明細書に記載されるメモリは、製造品および／または機械構成要素である。本明細書に記載されるメモリは、コンピュータによってデータおよび実行可能な命令を読み取ることができるコンピュータ可読媒体である。本明細書に記載されるメモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、電気的プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、テープ、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスク、ブルーレイディスク、または当該技術分野で知られた他の形態の記憶媒体であり得る。メモリは、揮発性または不揮発性、安全および／または暗号化された、安全でない、および／または暗号化されていない可能性がある。
【0039】
図示のように、コンピュータシステム２１００は、さらに、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、フラットパネルディスプレイ、ソリッドステートディスプレイ、または陰極線管（ＣＲＴ）などのビデオディスプレイユニット２１５０を含み得る。さらに、コンピュータシステム２１００は、キーボード／仮想キーボードまたはタッチセンシティブ入力スクリーンまたは音声認識付き音声入力などの入力装置２１６０と、マウスまたはタッチセンシティブ入力スクリーンまたはパッドなどのカーソル制御装置２１７０とを含み得る。コンピュータシステム２１００はまた、ディスクドライブユニット２１８０、スピーカまたはリモートコントロールなどの信号発生装置２１９０、およびネットワークインタフェース装置２１４０を含むことができる。
【0040】
一実施形態では、図２Ｃに示されるように、ディスクドライブユニット２１８０は、命令２１８４の１つまたは複数のセット、例えば、ソフトウェアが埋め込まれ得る、コンピュータ可読媒体２１８２を含み得る。命令２１８４のセットは、コンピュータ可読媒体２１８２から読むことができる。さらに、命令２１８４は、プロセッサによって実行される場合、本明細書に記載される方法およびプロセスのうちの１つまたは複数を実行するために使用されることができる。一実施形態では、命令２１８４は、コンピュータシステム２１００による実行中に、メインメモリ２１２０、スタティックメモリ２１３０、および／またはプロセッサ２１１０内に完全に、または少なくとも部分的に存在し得る。
【0041】
代替的な実施形態では、専用ハードウェア実装、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理アレイおよび他のハードウェアコンポーネントを構築して、本明細書に記載の方法の１つまたは複数を実装することができる。本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態は、モジュール間およびモジュールを介して通信され得る関連する制御およびデータ信号により２つ以上の特定の相互接続されたハードウェアモジュールまたはデバイスを使用して、機能を実装し得る。従って、本開示は、ソフトウェア、ファームウェア、およびハードウェア実装を包含する。本出願の如何なるものも、ソフトウェアのみで実装されるまたは実装可能であり、有形の非一時的プロセッサおよび／またはメモリのようなハードウェアではないと解釈されるべきではない。
【0042】
本開示の様々な実施形態によれば、本明細書に記載の方法は、ソフトウェアプログラムを実行するハードウェアコンピュータシステムを用いて実装され得る。さらに、例示的な非限定の実施形態では、実装は、分散処理、コンポーネント／オブジェクト分散処理、および並列処理を含むことができる。仮想コンピュータシステム処理は、本明細書に記載の方法または機能の１つまたは複数を実装するように構成することができ、本明細書に記載のプロセッサは、仮想処理環境をサポートするように使用され得る。
【0043】
本開示は、ネットワーク２１０１に接続されたデバイスがネットワーク２１０１を介してビデオまたはデータを通信することができるように、命令２１８４を含むか、または伝搬された信号に応答して命令２１８４を受信し実行するコンピュータ可読媒体２１８２を意図する。さらに、命令２１８４は、ネットワークインタフェース装置２１４０を介してネットワーク２１０１経由で送信または受信され得る。
【0044】
図３は、代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のために使用される介入医療装置を示す。
【0045】
図３に示すように、パッシブ超音波センサを用いて形状を定量化するために、センサベースの形状特定を使用することができる。移動可能なセンサＭＳは、第１の装置の形状を得るように第１の装置に沿って移動可能な第１のセンサである。移動可能なセンサＭＳは、ワイヤＷがシースＳから引き出されるときに移動する。固定位置Ｆの固定センサは、第２の装置に配置された第２のセンサであり、解剖学的構造に対して静止したままである。固定位置Ｆの固定センサは、ワイヤＷがシースＳから引き出されるとき、水平（Ｘ）面および垂直（Ｙ）面の両方において静止したままである。三次元超音波では、固定センサは、水平（Ｘ）面、垂直（Ｙ）面、深さ（Ｚ）面において静止したままであり、移動可能なセンサは、三次元形状を得るために、これらの３つの面すべてにおいて追跡される。固定位置Ｆの固定センサは、例えば、組織またはプローブの動きを補償するために、固定された基準マーカとして機能する。換言すれば、移動可能なセンサＭＳは、ある期間の間、固定位置Ｆに固定された第２のセンサに対して移動する第１のセンサである。図３において、移動可能なセンサＭＳは、異なる時間、すなわち、期間におけるｔ＝１、ｔ＝２、ｔ＝３、ｔ＝４、およびｔ＝５において５つの異なる位置に移動することが示されている。固定位置Ｆに固定された固定センサに対する第１のセンサとしての移動可能なセンサＭＳのプルバック（pullback）または他の関連する動きが追跡され、追跡位置履歴が統合されて形状が得られる。位置は、イメージングビームのみで、またはイメージングビームと、インターリーブされた別個のイメージングビームおよびトラッキングビームのような完全に別個のトラッキングビームとでパッシブ超音波センサを追跡するインサイチュ法のような方法を用いて追跡することができる。
【0046】
固定位置Ｆはまた、Ｘ線イメージング、コンピュータ断層撮影イメージング、ＭＲＩイメージング、光学イメージング、ドップラー超音波、電磁トラッキング、レーザートラッキングまたは直接可視化を含むがこれらに限定されない、イメージングまたはセンシングの代替モダリティによって検出可能な視覚マーカまたはマーカ、または明示的センシングなしで解剖学的構造に対して常に空間内の位置が知られているマーカであり得る。
【0047】
図３において、第１のセンサとして移動可能なセンサＭＳを収容する装置はワイヤであり、第２のセンサとして固定位置Ｆで固定された固定センサを収容する装置は導管またはシースである。しかし、逆のメカニズムも可能である。第２のセンサとしての固定センサは、基準センサとも呼ばれる。
【0048】
具体的には、図３では、移動可能なセンサＭＳを収容する第１の装置はワイヤであり、固定センサ（すなわち、基準センサ）を収容する第２の装置は導管またはシースである。第１のセンサとしての移動可能なセンサは、ワイヤがシースの内側チャネルに沿って移動するときに追跡され、第２のセンサとしての固定センサは、解剖学的構造に対して固定されたままでいる。
【0049】
図３のメカニズムの逆もまた可能である。ここでは、第２のセンサ（すなわち、基準センサ）としての固定センサを収容する固定ワイヤが、第１のセンサとしての移動可能なセンサを収容する可動外側シース内に配置される。
【0050】
図４Ａ～４Ｄは、一緒に、展開中の移植可能な僧帽弁の三次元形状の定量化を説明する。
【0051】
図４Ａは、代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のために使用される介入医療装置を示す。図３のメカニズムは、任意の装置の物理的な展開と緊密に一体化され、ユーザが手動でプルバックを行う必要なく、単一のステップで装置を容易に展開し、展開の形状／経路を得ることができ、装置の適用例が図４Ａに示されており、そこでは、このメカニズムが移植可能な僧帽弁と一体化されている。僧帽弁の作動チャネルは、シースおよび／または導管であるシースＳとして機能する。ワイヤＷは、第１のセンサとしての移動可能なセンサＭＳを収容するインプラントガイドワイヤであり、ワイヤＷがバルブ内に展開されるとき、三次元超音波を用いて形状が追跡される。
【0052】
同様に、図４Ａのメカニズムの展開は、組織の移動とプローブの移動との間の区別を可能にする方法で自動化することができる。プルバック速度が制御されるとき、プローブおよび組織の動きは、展開からより明確に区別されることができる。すなわち、組織の動きは、固定位置Ｆの固定センサに対する移動するセンサＭＳの制御された、従って予測される速度からの偏差、または測定された距離の予測される変化からの偏差を生じさせる一方で、プローブの動きは、そのような速度または距離の予測される測定値からの偏差を生じさせない。コントローラは、第１のセンサおよび第２のセンサの一緒の移動に基づいて、ならびに第２のセンサに対する第１のセンサの移動に基づいて、イメージングプローブの移動を測定することができる。すなわち、コントローラは、いずれかのセンサが他方のセンサと共にまたは他方のセンサに対して移動するとき、あるいはセンサおよび固定位置が他方のセンサと共にまたは他方のセンサに対して移動するときに測定することができる。
【0053】
図４Ａにおいて、僧帽弁装置は、シースＳとしての作動チャネル、およびワイヤＷとしてのガイドワイヤを含む。移動するセンサＭＳは、ワイヤＷとしてのガイドワイヤ上またはその中に埋め込まれ、固定位置Ｆの固定センサは、シースＳとしての作動チャネル上またはその中に埋め込まれる。
【0054】
【0055】
図４Ｂは、僧帽弁装置が展開されると、ワイヤＷとしてのガイドワイヤが、シースＳとしての装置の内側作業チャネルに沿って移動することを示している。シースＳとしての作業チャネルの遠位端は、固定位置Ｆの固定センサとしての固定基準センサを収容し、ワイヤＷの前進またはプルバック動作のいずれかに基づいて形状が決定される。
【0056】
図４Ｃは、代表的な実施形態による、図４Ａのセンサベースの形状特定のために使用される介入医療装置の動作を示す。図４Ｃでは、ターゲットの解剖学的構造Ａ、例えば僧帽弁は、三次元（３Ｄ）超音波画像において直接可視化することが困難である。これは、組織の超音波画像に対して解剖学的構造Ａの形状をオフセットするために、解剖学的構造Ａの形状が色または照明によって強調される場合のように、形状の特徴的な可視化がなぜ有用であるかを示す。
【0057】
図４Ｄは、代表的な実施形態による、図４Ａのセンサベースの形状特定のために使用される介入医療装置の別の動作を示す。図４Ｄでは、インサイチュからの形状に基づくセグメンテーションオーバーレイを有する三次元（３Ｄ）超音波画像は、介入医療装置および僧帽弁などのターゲット解剖学的構造Ａを、図４Ｃよりもはるかに明確に示す。
【0058】
図５は、代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のためのプロセスを示す。図５では、プロセスは、１つまたは複数のトラッキングビームを送信することによってＳ５１０において開始する。Ｓ５２０において、トラッキングビームに対する応答が受信される。Ｓ５３０において、第２のセンサの位置および／または座標が、トラッキングビームに対する応答に基づいて、ある期間にわたって特定され、複数の時点の各々に対する第２のセンサのセンサ位置を提供する。Ｓ５４０において、第１のセンサの位置および／または座標が、トラッキングビームに対する応答に基づいて、ある期間にわたって特定され、複数の時点の各々に対する第１のセンサのセンサ位置が提供される。Ｓ５５０において、介入装置の形状が、期間にわたる第１のセンサに対する第２のセンサの移動に基づいて決定される。
【0059】
図６は、代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のための別のプロセスを示す。
【0060】
図６のプロセスは、Ｓ６１０においてトラッキングビームを送信することによって始まる。Ｓ６２０において、トラッキングビームに対する応答が受信される。Ｓ６３０において、第２のセンサの位置および／または座標が、トラッキングビームに対する応答に基づいてある期間にわたって特定される。Ｓ６４０において、第１のセンサの位置および／または座標が、トラッキングビームに対する応答に基づいてある期間にわたって特定される。Ｓ６５０において、第２のセンサおよび第１のセンサの位置および／または座標が記憶される。Ｓ６６０において、第２のセンサおよび第１のセンサの位置および／または座標が表示される。Ｓ６７０において、トラッキングビームに対する応答が最後の応答であるかどうかが判定される。Ｓ６２０におけるトラッキングビームに対する応答が最後の応答でない場合（Ｓ６７０＝Ｎｏ）、プロセスはＳ６３０に戻り、トラッキングビームに対する応答に基づいて、ある期間にわたる第２のセンサの位置および／または座標を再度特定する。Ｓ６２０におけるトラッキングビームに対する応答が最後の応答（Ｓ６７０＝Ｙｅｓ）である場合、Ｓ６８０において、介入装置の形状は、第２のセンサおよび第１のセンサの記憶された／表示された位置に基づいて決定される。
【0061】
図６には示されていないが、介入装置の決定された形状は、介入装置が適切に進行していることを確実にするために、介入装置の予測される形状と自動的または視覚的に比較することができる。例えば、このプロセスは、イメージングプローブを制御する前に、介入医療装置の予測される形状を生成するとともに投影し、次いで、介入医療装置の形状を決定した後に、介入医療装置の形状を予測される形状と比較することを含み得る。同様に、このプロセスは、介入医療装置の予測される経路または移動するセンサの予測される経路を生成するとともに投影し、次いで、介入医療装置の経路または移動するセンサの経路を予測される経路と比較することを含み得る。
【0062】
図７は、代表的な実施形態による、センサベースの形状特定のために固定センサがプローブの動きを分離するために使用されることができるシーケンスを示す。
【0063】
両方のセンサが静止している状況では、プローブおよび組織の動きは、プローブの動きが両方のセンサを一緒に動かすが組織の動きはそうしない可能性が高いため、この場合も区別されることができる（図７参照）。具体的には、両方のセンサが静止している場合、組織の動きは、測定された移動から固定センサへの距離の変化をもたらすが、プローブの動きは、センサ距離に影響を及ぼさない。コントローラは、第１のセンサおよび第２のセンサの一緒の移動に基づいて、ならびに第２のセンサに対する第１のセンサの移動に基づいて、イメージングプローブの移動を測定することができる。
【0064】
構造的心臓応用（structural heart applications）のために、記載されたメカニズムはまた、心臓サイクル／心臓の動きを直接決定するために使用することができる。ここで、センサの一方または両方の位置プロファイルが時間にわたって追跡されるので、時間プロファイルにおける周期的パターンが観察されることができる。動きプロファイルの位相は、心周期を示し、位置変化の大きさは、心臓の動きを推定するために使用することができる。特に、心臓の動きは心電図のみでは得られないが、位置変化の大きさから推定することができる。
【0065】
上述したように、両方のセンサが静止している場合、組織の動きは、測定された移動から固定センサへの距離の変動をもたらすが、プローブの動きは、センサ距離に影響を及ぼさない。同様に、速度が既知である自動化されたプルバックの間、組織の動きは、既知の速度（または測定距離の変化）からの測定された移動から固定への速度の偏差（または測定距離の変化）をもたらすが、プローブの動きは、そのような偏差をもたらさない。同じ原理は、プルバック動作が装置の展開と組み合わされた場合に当てはまる。
【0066】
一例として、センサベースの形状特定は、画像誘導治療（ＩＧＴ）システムおよび装置に対しておよびそれらと共に使用することができる。センサベースの形状特定は、介入装置が、展開中に正しい形状および経路を有することを確認するため、侵襲処置（例えば、中隔穿刺または慢性完全閉塞交差（chronic total occlusion crossing））中の不規則な経路を検出するため、組織／臓器修復（例えば、構造的心臓修復）中のインプラント（例えば、僧帽弁インプラント）の三次元形状を定量化するため、および静止基準センサを用いて心周期／心臓の動きを直接推定するためにさえも使用することができる。
【0067】
センサベースの形状特定は、いくつかの例示的な実施形態を参照して説明されてきたが、使用される語は、限定の語ではなく、記述および説明の語であることが理解される。変更は、その態様においてセンサベースの形状特定の範囲および精神から逸脱することなく、現在述べられているように、また、補正されたように、添付の特許請求の範囲の範囲内で行うことができる。センサベースの形状特定は、特定の手段、材料、および実施形態を参照して説明されてきたが、センサベースの形状特定は、開示された詳細に限定されることを意図するものではなく、むしろ、センサベースの形状特定は、添付の特許請求の範囲の範囲内にあるような、すべての機能的に均等な構造、方法、および使用にまで及ぶ。
【0068】
例えば、センサベースの形状特定は、装置の展開中に正確な形状／経路を確認するために、装置が中隔穿刺などの侵襲処置中に所望の経路を離れたかどうかを検出するために、構造的心臓修復中に僧帽弁および他のインプラントの三次元形状を定量化するために、静止基準センサを用いて心臓サイクル／心臓の動きを直接推定するために、および／またはセンサ間の相対的位置および速度に基づいて心臓の動き対プローブの動きを区別するためになど、構造的心臓修復において使用することができる。侵襲処置の間に装置が所望の経路を離れたかどうかを検出する例は、例えば、標的の解剖学的構造の位置に配置される基準マーカを含み得る。
【0069】
別の例では、センサベースの形状特定は、末梢血管介入のために、例えば、ワイヤの座屈を検出するために狭窄または閉塞交差中のワイヤの形状をモニタするために、および／または、ワイヤが血管壁を出たかどうかをチェックするために血管に対するワイヤの進行を検出するために、使用することができる。
【0070】
介入処置を含む他の例において、センサベースの形状特定は、深部組織生検中に針の曲げを検出するため、および／または、Ｘ線イメージング、光学イメージング、またはコンピュータ断層撮影イメージングを含むが、これらに限定されない、超音波を外部イメージングモダリティにレジストレーションする信頼性のある体内二次元（２Ｄ）投影または三次元（３Ｄ）投影基準を提供するために使用することができる。
【0071】
本明細書に記載した実施形態の説明は、様々な実施形態の構造の一般的理解を提供することを意図している。これらの図は、本明細書に記載される開示の要素および特徴の全ての完全な説明として役立つことを意図するものではない。多くの他の実施形態は、本開示を検討することにより当業者に明らかとなり得る。本開示の範囲から逸脱することなく、構造的および論理的な置換および変更を行うことができるように、他の実施形態が、利用され、本開示から導き出され得る。さらに、図は単なる表現であり、縮尺通りに描かれていない場合がある。図中の特定の比率は誇張されることがあり、他の比率は最小限にされることがある。従って、本開示および図面は、限定的ではなく例示的であるとみなされる。
【0072】
本開示の１つまたは複数の実施形態は、単に便宜のために、そして本出願の範囲を特定の発明または発明概念に自発的に限定することを意図することなく、単に「発明」という用語によって、個別におよび／または集合的に、本明細書中で言及され得る。さらに、特定の実施形態が本明細書に図示されるとともに記載されているが、同一または類似の目的を達成するように設計された任意の後の構成が、示された特定の実施形態の代わりに用いられ得ることが理解されるべきである。本開示は、種々の実施形態の任意のかつ全ての後の適応または変形をカバーすることを意図している。上記の実施形態と本明細書に具体的に記載されていない他の実施形態との組み合わせは、説明を検討することにより当業者には明らかであろう。
【0073】
開示の要約は、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．セクション１．７２（ｂ）を遵守するために提供され、請求項の範囲または意味を解釈または限定するためには使用されないとの理解を得て提出される。さらに、前述の詳細な説明では、開示を合理化する目的で、様々な特徴を一緒にグループ化するかまたは単一の実施形態で説明することができる。この開示は、請求項に記載された実施形態が、各請求項に明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求項が反映するように、本発明の主題は、開示された実施形態のいずれかの特徴の全てよりも少ないものに向けられ得る。したがって、以下の請求項は、各請求項を別個に請求項に記載された主題を定義するものとして独立して、詳細な説明に組み込まれる。
【0074】
開示された実施形態の前述の説明は、当業者が本開示に記載された概念を実施することを可能にするために提供される。従って、上述の開示された主題は、例示的なものであり、限定的なものではないと考えられるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神および範囲内にあるすべてのそのような修正、強化、および他の実施形態をカバーするように意図されている。従って、法律により認められる最大限の範囲において、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物の最も広い許容可能な解釈により決定されるべきであり、前述の詳細な説明により制限または限定されないものとする。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7】