介入x線システム

著者らは特許

A61B6/00 - 放射線診断用機器,例.放射線治療と結合している装置(核医学の分野に適用される放射線強度を判定する機器,例.生体内計数G01T1/161;X線写真撮影装置G03B42/02)
A61B6/06 - 隔板
A61B6/12 - 異物を検出または探知するための用具(A61B6/02が優先)
A61B34/30 - 手術ロボット

の所有者の特許 JP2016517725:

コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V.

 

本発明は、例えば人物である対象物(9)に導入される例えばカテーテルなどの導入素子(4)を有する介入システムに関する。例えばロボットなどの移動ユニット(2)が、対象物内で導入素子を移動させ、追跡画像生成ユニット(3)が、放射線ビーム(7)を用いて、対象物内の導入素子の追跡画像を生成し、コントローラ(8)が、上記移動を指し示すものである移動ユニットの移動パラメータに応じて、追跡画像生成ユニットを制御する。コントローラ(8)のこの制御動作は、対象物に投与される放射線量を低減することを可能にする。

 

 

本発明は、介入(インターベンショナル)システム、介入方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能媒体に関する。
国際公開第2005/009243号(特許文献1)は、身体の画像を生成するx線ユニットを開示しており、そのx線ユニットは、x線源と、x線ビームを制限し、局所的に減衰させ、且つ/或いはフィルタリングする自動調節可能なコリメータと、x線検出器と、コリメータ及びx線検出器に結合されたデータ処理ユニットとを有している。そのデータ処理ユニットは、x線検出器によって送信される少なくとも最初の身体x線画像上で、身体内の関心領域を位置特定し、その後のx線画像がその関心領域に集中されるようにコリメータを調節するよう適応されている。
しかしながら、観察されていることには、この又は同様のx線ユニットの動作は時々なおも、x線ビーム制限のためにコリメータを使うにもかかわらず、比較的大きい放射線量を招いてしまう。
国際公開第2005/009243号パンフレット
従って、放射線量のバランスを改善する装置が望まれ得る。本発明の目的は、独立請求項に係る事項によって解決され、更なる実施形態が従属請求項に含められる。なお、以下に記載される発明態様は、介入方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能媒体にも等しく適用される。
本発明の第1の態様によれば、
− 対象物に導入される導入素子と、
− 対象物内で導入素子を移動させる移動ユニットと、
− 放射線ビームを用いて、対象物内の導入素子の追跡画像を生成する追跡画像生成ユニット(ここでは、“イメージャ”としても参照する)と、
− 追跡画像生成ユニットを制御するコントローラと
を有し、移動ユニットは、移動パラメータを追跡画像生成ユニットに提供するよう適応され、移動パラメータは、移動ユニットによって引き起こされる対象物内の導入素子の移動についての情報を保持し、コントローラは、提供された移動パラメータが移動条件を満足することに応じて、追跡画像生成ユニットの動作を制御するよう構成されている、介入システムが提供される。
一実施形態において、制御動作は放射線ビームに関係する。より具体的には、制御動作は、イメージャの放射線ビームの生成又は変更に関係する。よりいっそう具体的には、一実施形態によれば、コントローラによる制御することは、i)対象物の横断後に追跡画像生成ユニットの検出器によって検出可能な放射線ビームを生成することが可能な、追跡画像生成ユニットの放射線源を、オン若しくはオフに切り換えること、又はii)追跡画像生成ユニットのフレームレートを上昇若しくは低下させること、又はiii)ビームの強度を上昇若しくは低下させること、又はiv)追跡画像生成ユニットのコリメータの開口を拡大若しくは縮小すること、のうちの何れか1つ又は組み合わせを含む。
要するに、コントローラは、(自動的に)i)x線ビームをそれが必要なときに生成することを可能にするとともに、必要な場合に、使用されることができるようにビームを変更することを可能にする。移動ユニットによって生成される移動パラメータが制御動作に利用され、移動パラメータが(ユーザ定義可能な)移動条件を満足すると制御動作が発効される。制御動作は、一部の実施形態において、ユーザ−イメージャ間のインタラクションが必要とされないという意味で自動的であるが、一部の実施形態において、ユーザがなおもイメージャを制御することができるよう、“無効(オーバーライド)”機能が想定される。
より具体的には、そして、一実施形態によれば、コントローラは、提供された移動パラメータが、i)導入素子が少なくとも所定の距離だけ移動したこと、及び/又はii)導入素子の速さが所定の速さ閾値を超えていることを指し示す場合に、放射線源をスイッチオンするよう動作する。この実施形態において、移動条件は、所定の距離及び/又は所定の速さ閾値に関して表現される。一部の実施形態において、移動パラメータは、移動の向き(左、右、前方、後方)を記録する。換言すれば、移動パラメータは、導入素子が対象物内で移動するときに導入素子が経験する“運動学的イベント”を記録する。一実施形態において、導入素子はカテーテルであり、対象物は人間又は動物の患者である。提案するシステムが使用され得る介入は、PCI又は同様の介入である。つまり、このシステムは、例えば、詳細な画像が必要とされる状況においてのみビームが使用されるので、非常に低い線量コストで、患者内でのカテーテルの安全なナビゲーションをユーザに提供する。
一実施形態によれば、ユーザ入力装置が、ユーザインタラクションを受けて、追跡画像生成ユニットの動作を変更する要求を発行するように構成され、コントローラは、移動パラメータが移動条件を満足することを、提供された移動パラメータが指し示すまで、該要求を阻止する。
一実施形態によれば、コントローラは、無効要求に応答して、移動パラメータが移動条件を満足していなくても上記阻止の動作を中止するよう構成される。
例示的な一実施形態において、コントローラは、移動パラメータが移動条件を満足することを、提供された移動パラメータが指し示すまで、x線源をスイッチオンする要求を阻止する。これは、例えば経験の浅いユーザがシステムを操作するときに、過剰な放射線量から患者を保護することを可能にする。
一実施形態によれば、当該介入システムは更に、移動パラメータに基づいて対象物内の導入素子の位置を決定する位置決定ユニットを有し、追跡画像生成ユニットの動作を制御することは、導入素子の決定された位置に依存する。
より具体的には、そして、例示的な一実施形態によれば、追跡画像生成ユニットの動作を制御することは、放射線源をオンに切り換えること又はコリメータの開口を拡大することを含み、放射線源をオンに切り換えること又はコリメータの開口を拡大することは、導入素子の決定された位置が距離閾値を超える場合にのみ行われる。この動作は“コールド追跡”を可能にする。この実施形態において想定されることには、ユーザは、スクリーン上に示されるロードマップ画像(より詳細に後述する)によって支援され、該スクリーン上で、受け取られた移動パラメータに従って好適なインジケータが更新される。コールド追跡中は、ライブでのエクスポージャは収集されない。換言すれば、ロードマップ画像上に描かれる経路は、受け取られた移動パラメータのみに基づく見積もりである。しかしながら、移動パラメータが移動条件を満足すると、例えば、カテーテルが所定の距離閾値を超えて又は高速で進められたことを移動パラメータが指し示すと、新たな最新ライブ画像を収集するために照射がトリガーされる。換言すれば、見積もられたロードマップ経路を“現実(リアリティ)チェック”することができる。
一実施形態によれば、コントローラは、放射線源のフレームレートを制御する。一実施形態によれば、導入素子の決定された位置に応じてフレームレートが上昇又は低下される。具体的には、そして、例示的な一実施形態によれば、移動パラメータは、速さ及び/又は進められた距離を記録し、速さが低いほど、又は進められた距離が短いほど、フレームレートが高くされる。
一実施形態によれば、導入素子は、入口地点を介して対象物に導入されて対象物内の経路を辿り、追跡画像生成ユニットの動作を制御することは、導入素子が入口地点に関して経路に沿って前進する動きで移動されていることを位置決定ユニットが記録することに応じて行われ、及び/又は、追跡画像生成ユニットの動作を制御することは、導入素子が入口地点に関して経路に沿って後進する動きで移動されていることを位置決定ユニットが記録することに応じて行われる。
例示的な一実施形態によれば、導入素子が入口地点に関して経路に沿って前進する動きで移動されていることを位置決定ユニットが記録することに応じて、フレームレートが上昇され、及び/又は、導入素子が入口地点に関して経路に沿って後進する動きで移動されていることを位置決定ユニットが記録することに応じて、フレームレートが低下される。
一実施形態によれば、追跡画像生成ユニットの動作を制御することは、対象物内の標的まで所定の距離の範囲内又は範囲外に導入素子があることを位置決定ユニットが記録することに応じて行われる。
一実施形態によれば、対象物内の標的まで所定の距離の範囲内又は範囲外に導入素子があることを位置決定ユニットが記録することを受けて、フレームレートが上昇又は低下される。
上述の実施形態において、フレームレートを変化させることに代えて、あるいは加えて、コントローラは、一部の実施形態において、放射線ビームの強度を変化させるよう動作し、あるいは、放射線源が、1つ又は一組の移動条件によって規定されるように適宜にオン又はオフに切り換えられる。これは、放射線ビームを変更あるいは生成することを、介入の異なるフェイズに合わせて、あるいは異なる種類の装置(例えば、カテーテル及びガイドワイヤ)に合わせて、あるいは対象物の内部の異なる(解剖学的若しくはその他の)環境に合わせて調整することを可能にする。
放射線強度を低減あるいは増大させることは、放射線源の電圧及び/又はアンペア数を上昇又は低下させることの何れかによって実現され得る。好ましくは、変化されるのは、電圧ではなくアンペア数である。一実施形態において、放射線源をオン又はオフに切り換えることに代えて、コリメータが開口を開く又は開口を閉じるように制御される。換言すれば、この実施形態においては、放射線ビームがイメージャの検出器に衝突することを可能にしたり防止したりするのは、コリメータの遮蔽機能である。
一実施形態によれば、追跡画像生成ユニットは、放射線ビームをコリメートするコリメータを有し、追跡画像生成ユニットの動作を制御することは、導入素子を含んでいる対象物の領域をビームが横切ることをもたらす。
移動ユニットが、対象物内の導入素子の移動を定めるものである移動パラメータ又は複数の移動パラメータのストリームを、追跡画像生成ユニットに提供するように適応されているので、追跡画像生成ユニットは、導入素子の実際の物理的移動を知ることになり、それをコントローラが用いることで、導入素子を含んでいる対象物の領域を放射線ビームが横切るように追跡画像生成ユニットが制御される。この放射線ビームの制御は、導入素子の既知の実際の物理的移動に基づいて非常に正確に実行されることができ、それ故に、導入素子が追跡画像によって実際に捕捉されることを確保するために対象物の比較的大きい領域を照射することが必要ないようにし、それにより、対象物に投与される放射線量が低減されることを可能にする。
好ましくは、移動パラメータは、対象物内の導入素子の先端の移動を定め、コントローラは、導入素子の先端を含んでいる対象物の領域を放射線ビームが横切るように、提供された移動パラメータに応じて追跡画像生成ユニットを制御するよう適応される。
導入素子は好ましくは、好ましくは人間若しくは動物のような生物である対象物に導入されるカテーテル、針、又はその他の介入器具である。移動ユニットは好ましくは、対象物内で導入素子をロボット制御で移動させるロボットであり、このロボット制御の移動は、自動(すなわち、ユーザインタラクションなしで)制御されることができ、あるいは、キーボード、ジョイスティック、タッチスクリーン、マウスなどのような入力ユニットを介して移動ユニットを(遠隔)制御し得る医師のようなユーザによって制御されることができる。追跡画像生成ユニットは好ましくは、導入素子が対象物内を移動する間に、導入素子を示す一連の追跡画像を生成するよう適応される。好ましくは、追跡画像生成ユニットは、対象物内の導入素子を示すx線画像を生成するよう適応される。追跡画像生成ユニットは、例えば、x線Cアームユニットである。
一実施形態によれば、追跡画像生成ユニットは、放射線ビームをコリメートするコリメータを有し、コントローラは、導入素子を含んでいる対象物の領域を放射線ビームが横切るように、提供された移動パラメータに応じて放射線ビームがコリメートされるよう、コリメータを制御するように適応される。コントローラは、移動パラメータによって定められる移動の速さ及び/又は当該介入システムの応答時間に応じてコリメータを制御するよう適応されてもよい。特に、コントローラは、移動パラメータによって定められる移動方向に関して導入素子の前方にある放射線ビームの部分が、速さの増大とともに且つ/或いは応答時間の増大とともに増大するように、移動パラメータによって定められる移動の速さ及び/又は当該介入システムの応答時間に応じてコリメータを制御するよう適応されることができる。
故に、コントローラは、追跡画像生成ユニットのコリメータを制御することによって放射線ビームを制御するよう適応され得る。しかしながら、コントローラはまた、放射線ビームを制御するために、追跡画像生成ユニットの放射線源及び放射線検出器のような、追跡画像生成ユニットのその他のコンポーネントを制御するように適応されることもできる。例えば、コントローラは、所望の向きの放射線ビームを提供するよう、これらのコンポーネントの位置を制御するように適応されてもよい。
好適な一実施形態において、介入システムは更に、生成された追跡画像内で導入素子を識別する識別ユニットを有し、コントローラは、生成された追跡画像内での導入素子の識別に応じて追跡画像生成ユニットを制御するよう適応される。故に、移動パラメータだけでなく、生成された追跡画像内での導入素子の識別も、追跡画像生成ユニットを制御するのに使用され得る。生成された追跡画像内での導入素子の識別は、対象物内の導入素子の実際の物理的位置を指し示す。追跡画像生成ユニット(特に、放射線ビーム)を制御することに、追跡画像から得られる対象物内の導入素子の実際の物理的位置に関するこの情報を、移動ユニットによって提供された移動パラメータとともに使用することは、追跡画像を用いることによって導入素子を追跡することの品質を更に向上させる。例えば、追跡画像内での導入素子の識別を用いて放射線ビームの方向を制御することができ、例えば、導入素子(特に、導入素子の先端)が追跡画像内の中心に位置付けられるように放射線ビームを制御することができ、放射線ビームの幅又は形状若しくは断面が移動パラメータに応じて制御され得る。
識別ユニットは好ましくは、導入素子を識別するために、既知のセグメンテーションアルゴリズムを用いて、生成された追跡画像内で導入素子をセグメント化するよう適応される。換言すれば、1つ以上の追跡画像によって捕捉された実際の物理的位置を用いることは、以上にて先述したコールド追跡モードとは区別される“ホット”追跡モードでのシステムの動作を可能にする。
介入システムは更に、移動パラメータに基づいて対象物内の導入素子の位置を決定する位置決定ユニットを有することができ、コントローラは、導入素子の決定された位置に応じて追跡画像生成ユニットを制御するよう適応され得る。また、追跡画像生成ユニットは、放射線ビームをコリメートするコリメータを有することができ、位置決定ユニットは、位置の決定の精度を指し示す精度値を更に決定するように適応されることができ、コントローラは、精度値に応じてコリメータを制御するように適応されることができる。これは、追跡画像生成ユニットが一時的に追跡画像を生成しないスイッチオフ期間中に追跡画像生成ユニットを制御することを可能にする。スイッチオフ期間の終了時に追跡画像生成ユニットが再びスイッチオンされると、生成される追跡画像は、導入素子がスイッチオフ期間中に移動されていたとしても、導入素子を直ちに示す。
好ましくは、コントローラは、精度値が高めの精度を指し示す場合にコリメータが狭めの開口又は絞りを有するように、また、精度値が低めの精度を指し示す場合にコリメータが広めの開口を有するように、コリメータを制御するよう適応される。精度値は、例えば、移動パラメータによって定められる移動の速さに応じて、且つ/或いはスイッチオフ期間中の移動パラメータによって定められる移動の総量に応じて決定され得る。この移動の総量は、スイッチオフ期間中に導入素子が進んだ総距離として定義され得る。
介入システムは更に、a)移動パラメータに基づいて対象物内の導入素子の位置を決定する位置決定ユニット、b)対象物を示す対象物画像を提供する対象物画像提供ユニット、及びc)対象物画像と、対象物画像内の導入素子の決定された位置に導入素子を表現するものとを表示するディスプレイを有し得る。対象物画像は、対象物のより大きい部分を示す概観画像とし得る。例えば、対象物画像は、人物の血管ツリーを示すロードマップ画像とすることができ、この血管ツリーの或る血管内で導入素子が移動され得る。対象物内の導入素子の位置が移動パラメータに基づいて決定され、ディスプレイ上で、対象物画像内(例えば、ロードマップ画像内)の導入素子の決定された位置に導入素子を表現するものが示されるので、現時において追跡画像が生成されていなくても、対象物内の導入素子の位置をディスプレイ上に示すことができる。例えば、現時において追跡画像が生成されていなくても、ロードマップ画像内に導入素子の先端の位置を示すことができる。
介入システムはまた、a)対象物を示す対象物画像を提供する対象物画像提供ユニット、b)対象物画像及び標的画像の重ね合わせであるオーバーレイ画像を決定するオーバーレイ画像決定ユニット、及びc)対象物画像及び追跡画像を互いに重ね合わせて表示するディスプレイを有し得る。対象物画像は、例えば、人物の血管ツリーを示すロードマップ画像とし得る。追跡画像は導入素子を示すので、対象物画像及び追跡画像を互いに重ね合わせて表示することにより、対象物内の導入素子の位置をユーザに示すことができる。この実施形態においても、対象物画像は好ましくは、対象物のより大きい部分を示す概観画像である。
本発明の他の一態様において、介入方法が提示され、当該介入方法は、
− 移動ユニットにより、対象物内で導入素子を移動させることと、
− 追跡画像生成ユニットにより、対象物内の導入素子の追跡画像を生成することであり、追跡画像生成ユニットの放射線源により、対象物を横切る放射線ビームが放射され、追跡画像生成ユニットの放射線検出器により、対象物を横切った後に放射線ビームが検出される、生成することと
を有し、
移動ユニットが、対象物内の導入素子の移動を定めるものである移動パラメータを追跡画像生成ユニットに提供し、コントローラが、導入素子を含んでいる対象物の領域を放射線ビームが横切るように、提供された移動パラメータに応じて追跡画像生成ユニットを制御する。
一実施形態によれば、移動パラメータは、移動中に経験される導入素子の速さ、及び/又は移動中に導入素子によって進まれた距離を記録する。一部の実施形態において、移動パラメータは、進行方向及び速さ(速度)を記録する。速さ/速度は、或る時間インターバル内での最大速さとして、あるいは或る時間インターバルにわたる平均として、あるいは瞬時速さ/速度として記録され得る。
一実施形態によれば、移動条件は、i)所定の距離以上の導入素子の移動、及び/又はii)速さ閾値を超える速さ若しくは速さ閾値より低い速さでの導入素子の移動、のうちの何れか1つ又は組み合わせを含む。
つまり、以上の実施形態から理解されるように、ユーザのロボット制御操作(例えば、ジョイスティック作動イベント)それ自体はビーム制御に影響を及ぼすものではなく、ビーム制御は、カテーテルの実際の動き(移動パラメータ内で捕捉される)が移動条件を満足するかどうかのみに応答する。
理解されるべきことには、それぞれの独立請求項との従属請求項又は上述の実施形態の組み合わせも本発明の一好適実施形態とすることができる。
本発明のこれら及びその他の態様が、以下に記載される実施形態を参照して明らかになる。
定義
“放射線源がオンに切り換えられる/トリガーされる”:放射線が線源を出て対象物を照射し、画像が収集される。
“放射線源がオフに切り換えられる”:画像が収集されない。
“放射線源が有効化される”:イメージャ(特に、放射線源又は検出器)が画像収集する準備が整っている。
“放射線源が無効化される”:放射線源(特に、放射線源又は検出器)が画像収集する準備が整っていない。
“スクリーン/ディスプレイ/モニタ”は、ここでは相互に言い換え可能に使用される。
“追跡画像生成ユニット”及び“イメージャ”は、ここでは相互に言い換え可能に使用される。
以下の図を参照して、本発明の例示的な実施形態を説明する。
介入システムのブロック図を模式的に示している。 介入方法に関するフローチャートを示している。
図1は、介入(インターベンショナル)システムの一実施形態を模式的且つ例示的に示している。この実施形態において、介入システムは、患者テーブル10のような支持手段上に横になっている人物9にカテーテル4を導入するカテーテルシステム1である。カテーテルシステム1は、人物9内でカテーテル4を移動させるための移動ユニット2を有している。この実施形態において、移動ユニット2は、人物9内でカテーテル4をロボット制御で移動させるロボットユニットである。ロボットユニット2は、入力ユニット26を介して医師のようなユーザによって制御される。入力ユニット26は、ジョイスティック、キーボード、マウス、タッチパッド、又は、ロボットユニット2の動作をユーザが制御することを可能にするその他の手段を有し得る。
ロボットユニット2によって実行される移動は、移動パラメータによって記述されることができ、移動パラメータは、人物9内でのカテーテル4(特に、カテーテル4の先端)の一連の位置を定め、そして、対応するタイムスタンプによって、各位置それぞれの時間が分かる。移動パラメータはロボットユニット2から追跡画像生成ユニット3(“イメージャ”)に伝えられる。
追跡画像生成ユニット3は、幾つかの追跡画像を生成するように適応される。これらの追跡画像は、異なる時間に対応するとともに、移動中の異なる位置でのカテーテル4(特に、カテーテル4の先端)を示すものである。この実施形態において、追跡画像生成ユニット3は、カテーテル4を伴う人物9を横断するx線放射線ビーム7を発するx線源5を有したx線Cアームシステムである。x線Cアームシステム3は更に、カテーテル4を伴う人物9を横断した後の放射線ビーム7を検出するx線検出器6と、イメージャ3の動作を制御するコントローラ8とを有している。特に、制御されるのは放射線ビーム7であり、生成されるx線投影画像、すなわち、生成される追跡画像が、移動中の異なる位置での人物9内のカテーテル4(特に、カテーテル4の先端)を示すように、すなわち、人物9内でのカテーテル4の先端の移動中の異なる時間に対応する幾つかの追跡画像が生成されるように、x線検出器6によって検出された放射線に基づいてx線投影画像を生成するよう制御される。画像は、例えばモニタなどの表示ユニット27上に表示され得る。ビーム7の制御は、イメージャ3のコリメータ及び/又はx線源5を制御することによって実現される。要するに、コントローラ8は、放射線ビーム7を変更あるいは生成するように動作する。制御動作は、より詳細に後述する特定の移動パラメータに基づく。
イメージャのコリメータ20は、放射線ビーム7をコリメートすることを可能にし、コントローラ8は、提供された移動パラメータに応じて放射線ビーム7がコリメートされて、カテーテル4(特に、カテーテル4の先端)を含んでいる人物9の領域を放射線ビーム7が横断するよう、コリメータ20を制御するように適応される。例えば、コントローラ8は、移動パラメータによって定められる移動速度及び/又は介入システムの応答時間に応じて、コリメータ20を制御するように適応され得る。特に、コントローラ8は、移動パラメータによって定められる移動方向に関してカテーテル4の先端の前方にある放射線ビーム7の部分が、高まる速度及び高まる応答時間とともに増大するように、移動パラメータによって定められる移動速度及び介入システム1の応答時間に応じて、コリメータ20を制御するように適応され得る。移動パラメータによって定められる移動方向に関してカテーテル4の先端の前方の放射線ビーム7の部分は、安全マージンを定めるものとして考えることができる。移動パラメータを用いて安全マージンが制御されるので、この安全マージンは、上述の国際公開第2005/009243号(特許文献1)に記載されるような標準的なタイトなコリメーション技術の場合に追跡画像生成ユニットが使用しなければならない安全マージンよりも、小さくすることができる。安全マージン、すなわち、この例において、移動パラメータによって定められる移動方向に関してカテーテル4の先端の前方の放射線ビームの部分は、以下の式:
S>vt (1)
によって定義され得る。ここで、Sは、カテーテル4の先端の前方における安全マージンを表し、vは、移動方向における速度、すなわち、ロボットユニット2の対応する速度設定点を表し、tは、介入システムの応答時間を表す。
安全マージンS及び速度vは、追跡画像における量に関係し、すなわち、Sは、移動方向におけるカテーテルの先端の前方の長さであり、vは、移動パラメータすなわちそれによって定められる速度vを基準画像フレームに対応するように変換した上での、追跡画像によって定められる画像基準フレームに対する移動パラメータによって定められるロボットユニットの速度である。移動パラメータを画像基準フレームに変換するのに使用され得る変換については更に後述する。
介入システムの応答時間は好ましくは、人物9内の導入素子を動作させるアクションと、この動作アクションを受けての放射線ビームの制御との間の時間であるとして定義される。この応答時間は、例えば、移動ユニットとコントローラとの間のレイテンシや、コントローラからの入力に反応するのにコリメータが要する時間や、追跡画像内でカテーテルを識別するのに識別ユニット23が要する時間などに依存する。
識別ユニット23は、生成された追跡画像内でカテーテル4を識別することができ、コントローラ8は、識別されたカテーテル4が追跡画像内の中心に位置付けられるか、あるいは別の位置にあるように、放射線ビーム7を制御することができる。識別ユニット23は、追跡画像内でカテーテル4を識別するのに、既知のセグメンテーションアルゴリズムを使用することができる。コリメーション、すなわち、放射線ビーム7の幅、形状又は断面が、移動パラメータに基づいて(例えば、上述のように移動パラメータによって定められる移動速度に基づいて)決定され得る。換言すれば、1つ以上の追跡画像によって捕捉される実際の物理位置を用いることは、以下にて説明するように、コールド追跡モードと区別される“ホット”追跡モードでのシステムの動作を可能にする。
この介入システムは更に、移動パラメータに基づいて人物9内のカテーテル4(特に、カテーテル4の先端)の位置を決定する位置決定ユニット22を有することができ、位置決定ユニット22は、位置決定の精度を指し示す精度値を更に決定するように適応され得る。この決定される位置及び精度値は好ましくは、追跡画像生成ユニット3が一時的に追跡画像を生成しない場合、すなわち、追跡画像生成ユニット3がスイッチオフ期間にあってシステムが“コールド”追跡モードで動作する場合に、追跡画像生成ユニット3を制御するために使用される。この制御は好ましくは、追跡画像の生成が再び開始される場合に追跡画像が直ちにカテーテル4の先端を示すように実行される。また、この制御は好ましくは、1つ以上の可動コリメータシャッタによって画成される開口について、精度値が高めの精度を指し示す場合にコリメータ20が狭めの開口を有し、精度値が低めの精度を指し示す場合にコリメータ20が広めの開口を有するように実行される。位置決定ユニット22は好ましくは、スイッチオフ期間中の移動パラメータによって定められる移動の速度と、スイッチオフ期間中の移動パラメータによって定められる移動の総量とに応じて精度値を決定するように適応され、移動の速度が増すと、且つ/或いは移動の総量が増すと、それぞれ精度値が低下する。精度値はまた、スイッチオフ時間の関数とすることができ、スイッチオフ時間が増すと精度値が低下し得る。精度値はまた、介入システムを校正するために実行される校正ステップからの結果に依存してもよい。例えば、校正手順において、移動パラメータに基づいて対象物内の導入素子の位置を決定することの精度を、同じ移動パラメータに基づいて何回かこの位置を決定することによって決定することができ、結果として得られた決定された位置の分布に応じて精度を推定することができる。例えば、この分布の標準偏差に応じて精度値を決定することができる。
故に、コールド追跡モードで動作するとき、この介入システムは、x線源5がオフに切り換えられていても、カテーテル4の位置を推定することを可能にする。カテーテル4の位置は、移動パラメータによって定められる移動に基づいて、また、そこからカテーテル4が立ち去ったカテーテルの既知の位置に基づいて決定され得る。この既知の位置は、追跡画像を用いることによって、また、追跡画像内でカテーテル4を識別することによって決定されている位置とし得る。x線源5が一時的にオフに切り換えられる場合、移動パラメータを用いることによって決定されるこのカテーテル4の位置を用いて、コリメータ20のような、放射線ビームの方向及び形状を定める追跡画像生成ユニット3のコンポーネントを、それらがカテーテル4の推定位置について行くように制御することができる。その後、x線源5が再びオンに切り換えられると、追跡画像が既に非常によくカテーテル4を捕捉することになり、そして、生成された追跡画像に基づいて、カテーテル4の捕捉をリファイン(精緻化)することができる。
この実施形態において、コントローラ8は、位置決定ユニット22と識別ユニット23とを有している。しかしながら、他の一実施形態において、これらのユニットはまた、介入システム1の別の部分内、例えば、処理ユニット11(この実施形態においては人物9を示す対象物画像を提供する対象物画像提供ユニット24を有している)のような別の処理ユニット内に設けられることもできる。対象物画像提供ユニット24は、人物9内でそれに沿ってカテーテル4が移動され得る血管を示すロードマップ情報を好ましくは含んだ、概観画像を提供するように適応される。故に、対象物画像提供ユニット24は好ましくは、ロードマップ画像を提供するように適応される。ロードマップ画像は、ディスプレイ27上で、位置決定ユニット22によって決定された位置にカテーテル4の先端を表現するものとともに示されることができる。こうするのは、例えば放射線源5がオフに切り換えられているが故に、追跡画像生成ユニット23が実際の追跡画像を提供しない場合であっても、医師のようなユーザが人物9内のカテーテル4の先端の位置を知ることを可能にするためである。カテーテル4の先端の決定された位置でディスプレイ27上に示される表現は、カテーテル4の先端の投影形状を有することができ、あるいは、それはその他の形状を有していてもよい。例えば、それは、円形、二次的、等々などとし得る。故に、カテーテルは、提供される対象物画像内に混合されたり人工的に描き込まれたりされ得る。
提供される対象物画像は好ましくは、ユーザが周囲領域を維持することを確保する概観画像である。それは、追跡画像生成ユニット3によって、あるいはコンピュータ断層撮影装置や磁気共鳴撮像装置などのような別の画像生成装置によって生成された事前収集画像とし得る。対象物画像が、追跡画像生成ユニット3によって生成された事前収集画像である場合、それは、エクスポージャ若しくはシネ(cine)画像、又はフルオ(fluo)画像とし得る。エクスポージャ若しくはシネ画像は一般に、例えば血管ツリーを示す低雑音画像を生成するために、人物に造影剤が注入された後に、より高いx線量を用いることによって生成される。フルオ画像は、より多くの雑音を含んだ、より低線量での画像である。エクスポージャ若しくはシネ画像は、抑制された雑音のため、フルオ画像と比較して好ましいものである。
この介入システムは更に、対象物画像及び標的画像の重ね合わせであるオーバーレイ画像を決定するオーバーレイ画像決定ユニット25を有している。カテーテル4は標的画像内に示されるので、好ましくは周囲領域を示す概観画像である対象物画像とカテーテルを示す標的画像とで構成されるオーバーレイ画像を示すことにより、人物9内の周囲領域に対するカテーテル4の位置をユーザに示すことができる。
一実施形態によれば、コントローラ8は更に、あるいは代わりに、x線源5をオン又はオフに切り換えるように構成される。このスイッチオン/オフ動作は、移動パラメータがユーザ定義可能な移動条件を満足するかどうかに依存する。換言すれば、コントローラ8は、追跡画像を収集するために、対象物をx線放射に曝すことをトリガー(スイッチオン)するように動作し、あるいは、追跡画像が収集されないように、x線源をスイッチオフするように動作する。ここで、理解されるように、この切り換え動作は必ずしも、x線源の電源がオン又はオフにされることを意味するものではない。例えば、一実施形態において、オン/オフ動作は、(x線源5の陰極から放出された)電子がx線源5の陽極に到達することを阻止するグリッドをオン/オフに切り換えることによって実現される。一実施形態において、放射線源をオン/オフ切り換えすることに代えて、それぞれ、コリメータ20の開口が開/閉される。
一実施形態によれば、ここで想定されることには、所定の移動条件が満足されていることを位置決定ユニットが記録したとき、システムがコールド追跡モードで動作している間に、コントローラ8がx線源5をスイッチオンするように動作する。例えば、移動条件が特定の距離を規定しているとし得る。そして、位置決定ユニットが、受け取った移動パラメータから、カテーテル4が進んだ距離が所定の距離閾値を超えることを決定すると、コントローラ8は、新たな追跡画像を収集するために、トリガー信号を発行してx線源5をスイッチオンする。次いで、識別ユニットが、新たな、更新された、実際の位置を決定し得る。これは、位置決定ユニット22の運動学的な推定又は予測を“現実チェック”することと、必要な場合に、ロードマップ画像内のインジケータの位置の補正を適用することとを可能にする。これは、x線源5がスイッチオフされるにもかかわらずに、ユーザがロードマップ画像のみに基づいてナビゲーションを続けることを可能にする。一実施形態において、コールド追跡モードで動作しているときに、提供された移動パラメータが移動条件を満足することを位置決定ユニット22が記録したとき、コントローラは、単一の追跡画像を収集するために、トリガーコマンドを発行してx線源2をスイッチオンする。好ましくは、移動パラメータが条件を満足する都度、x線源5が単一照射(シングルエクスポージャ)のためにトリガーされる。この自動x線照射制御を用いるイメージャのコールド追跡動作は、あたかも、ユーザがロボットユニットを遠隔制御して患者9の中でカテーテルをナビゲートするにつれて時々x線源が単一照射で動作するように、見る者には見えるであろう。
一実施形態によれば、照射画像又は追跡画像の撮影を発効するためにx線源5をスイッチオンするためのユーザ操作可能なトリガー機構が存在する。一実施形態によれば、そのトリガー機構はペダルである。ユーザが画像を収集することを望む場合、ユーザは所望の時に足操作によってペダルを押下げることで画像収集要求を発行する。好適なイベントハンドラが、ペダル動作イベントを傍受し、好適なトリガーコマンドをx線源5に転送する。そして、x線源5が、x線ビームを放つことによって、このトリガーコマンドに応答する。
一実施形態において、コントローラは、受け取った移動パラメータが所定の移動条件を満足しないことを位置決定ユニット22が記録する場合、トリガーコマンドを阻止することによって、必要のない過剰投与から患者を“ガード(保護)”するように動作する。例えば、一実施形態において、位置決定ユニット22は、受け取った移動パラメータが、移動が行われたこと、若しくは特定の最小距離が進まれたこと、及び/又は移動が所定の速さで行われたこと、及び/又は最後の収集からの間に特定の最小時間が経過したこと、を記録するものであるかを調べる。一方、画像収集のユーザ要求が受け取られ、且つ移動条件が満足されると決定された場合、その要求及び/又はトリガーコマンドがx線源5に転送され(そうして、コントローラの要求阻止が中止し)、照射が発効される。これが実効的に意味することは、この場合、ユーザは単にペダルから足を離せば照射を中止できるので、画像収集を中止することに関する制御を行うのは、なおも常にユーザであるということである。換言すれば、イメージャ3は有効化される(無効化されない)が、放射線源をトリガーすることは、移動パラメータが移動条件を満足する場合にのみ発効される。しかしながら、一実施形態において、システムが更なる入力手段を提供することで、ユーザが、コントローラによる阻止動作を無効にして、移動条件が満足されなくても照射を発効することができるようにされる。例えば、コントローラ8の阻止モードを無効にするため、ユーザは、フットペダルを作動させるのと同時に、“無効ボタン”又は同様の作動装置を押すことになる。
一実施形態によれば、コントローラ8は更に、移動パラメータが所定の移動条件を満足することに応じて、x線源5のフレームレートを変化させるように動作する。
例えば、一実施形態において、位置決定ユニット22が、カテーテル4が前進させられた速さ及び/又は速度に関して、受け取った移動パラメータを調査する。ロボットユニットが“高速度モード”(すなわち、条件内で規定される閾速度よりも高い速度)で動作していると決定される場合、詳細な画像はこの段階では必要ないと仮定することは合理的であり、それに対応して、x線動作はスイッチオフされるか、あるいは、約15fps未満の比較的低いフレームレートで動作するか、あるいは、より低い強度のビーム7を放射するように動作するか、の何れかにされる。この場合も、先の実施形態においてのように、好適な移動条件(又は“プロトコル”)を定めることができ、移動パラメータ内にエンコードされた速度又は速さの情報が条件を満足するかどうか、移動パラメータを調べることができる。しかし、ロボットユニットが“低速度モード”(すなわち、条件内で規定される閾速度よりも低い速度)で動作していることが見出される場合には、ユーザが標的への道を注意深くナビゲートしており、故に、周囲の詳細な画像が求められていると仮定することが合理的である。換言すれば、この低速度モードでは、x線源がスイッチオンされて、例えば15fps又はそれより高いといった比較的高いフレームレートで動作する。
他の一実施形態によれば、フレームレートは、受け取られる移動パラメータに記録される移動の向きに依存して設定される。例えば、位置決定ユニット22が、移動が順方向又は逆方向のどちらで行われているかについて、すなわち、ロボットユニットがカテーテルを患者の体9の更に内部に動かすように動作されているのか、あるいは、カテーテル4が、進められた経路に沿って、辿られた場合にカテーテルを侵入地点へと戻すことになる方向に、すなわち、患者の体の外へ(“後方に”)と動かされているのかについて、移動パラメータを調査する。この場合も、記録された動きが患者の体9の“中へ”又は“外へ”であるかが、より詳細に後述するような向きをエンコードする移動パラメータ内の情報を調べることによって決定され得る。
一実施形態によれば、その向きが患者の体の更に中への移動を指し示すと決定された場合、ユーザが依然として標的領域又は関心領域に向けてナビゲートしていると仮定することができるので、コントローラはフレームレートを高くする。しかし、逆向きが検出された場合、ユーザがカテーテルを患者の体から取り出すことを望んでいると仮定することができ、故に、コントローラによって低フレームレートが設定される。逆向きで低フレームレートを用いるこの実施形態は、特に、出て行くときのナビゲーションに必要な情報をユーザに提供するようにロードマップの使用及び表示が行われる実施形態とともに使用され得る。
他の一実施形態によれば、フレームレートは、介入の手順ワークフロー又は段階/フェイズに従って調節される。手順段階/フェイズは、ユーザ入力によって、あるいは、進められた距離及び/又は移動が行われている速さに関して移動パラメータを調べることによって、の何れかで定義あるいは設定され得る。距離及び速さはどちらも、手順のうちの或る異なる段階を指し示し得るものであり、フレームレートが適宜に上昇あるいは低下され得る。
一部の介入において、異なる時点又はフェイズで異なる種類の装置/カテーテル4が使用される。例えば、予備フェイズにおいて、通常、ガイドワイヤが患者に導入されて標的構造までナビゲートされる。続く配備フェイズにおいて、カテーテル4が、今や常駐しているガイドワイヤによって定められる経路に沿って滑り込むように、体に導入される。異なる装置タイプが使用されるか、同じ装置が介入中にその外観を変化させるかする実施形態において、識別ユニット23を用いて、それぞれの追跡画像のセグメンテーションにより、及びデータベースに保持された既定のシルエットプロファイルを用いることにより、装置タイプが自動的に識別され得る。それぞれのプロファイルに関して追跡画像をセグメント分けすることを用いて、追跡画像に記録された異なる装置4のフットプリントが識別され得る。ガイドワイヤ−カテーテルの例を再び参照するに、識別ユニット23が、現在使用されているのがガイドワイヤであることを識別すると、経路が既に分かっている配備フェイズと比較して高いフレームレートが設定される。換言すれば、識別ユニット23がカテーテルのプロファイルを識別する配備フェイズにおいて、x線源は低めのレートで動作する。
当業者に理解されるように、これら異なる設定のフレームレートは、安全なナビゲーションのためにユーザに利用可能な情報を最大化しながらも患者への線量を可能な限り低く維持するように選択される。一実施形態によれば、システムは、コントローラによって設定されるフレームレートをユーザが無効にするための入力手段を提供する。換言すれば、コントローラが低めのフレームレートを決定したとしても、ユーザはなおも、それを高くすることができる。ここで、これまた理解されるように、上述のフレームレート調節を行う実施形態は、単独で使用されてもよいし、他の実施形態を組み合わせて使用されてもよい。
これまた理解されるように、x線源をオン又はオフに切り換える、あるいはx線源のフレームレートを変化させる、あるいはビームの強度を変化させるコントローラの動作は、コントローラのコリメータ調節動作とは独立に動作し得る。例えば、一実施形態によれば、コントローラ8は、x線源をスイッチオン/オフし、あるいはx線源のフレームレートを調節し、あるいはビーム強度を調節するように動作するが、コリメータを調節しない。しかしながら、好適な一実施形態において、コントローラは、コリメーションとx線源の動作との双方を制御する。コリメーション制御及びx線源制御(オン/オフ、フレームレート、強度)の制御動作は、単一のコントローラによって実行されることができ、あるいは、各動作に専用の異なるコントローラが存在する。一実施形態において、それら複数の専用コントローラが1つのコントローラに集積される。換言すれば、ここで使用されるイメージャ3の“コントローラ8”は、各制御動作(x線源調節(オン/オフ、フレームレート、強度)及びコリメータ調節)に1つずつの、複数の異なるコントローラを含んでいてもよい。
全ての実施形態において、移動パラメータは、カテーテル4がロボットユニット2によって動かされるときにカテーテル4が経験する実際の動きを記録する。どれだけ正確に移動パラメータが取得されるかは、ロボットユニット2のアクチュエータ回路の機能に依存する。
例えば、移動パラメータを決定することは、ロボットユニット2で使用されるアクチュエータ、それらアクチュエータの可動部分(ピストン、ロータ、ねじ上のナット、等々)の運動、及び使用される歯車装置の種類に依存し得る。歯車比及びロボットユニット2のアクチュエータの可動部分の運動を規定するデータは、(ロボットユニット2とコントローラ8tの間に設けられる)インタフェースモジュール又は“ミドルウェア”内にプログラムされる。
このインタフェースモジュール又はミドルウェアは、位置決定ユニット22によって実行される。このミドルウェアは、センサ又はイベントハンドラを用いて、カテーテル4が移動しているときに、可動部分の動作中にロボットユニット2内で生成される制御コマンド又は信号を傍受する。そして、位置決定ユニット22のミドルウェアは、傍受したコマンド又は信号を、カテーテル4の移動の実際の進行距離及び/又は速さ及び/又は向きへと変換するよう動作する。
より具体的には、一実施形態によれば、位置決定ユニット22は、患者9への侵入/入口地点に対する、あるいは患者9内の標的構造に対する、順方向又は逆方向のカテーテル移動を確立するよう動作する。一実施形態によれば、位置決定ユニット22のミドルウェアは、好適なセンサを介して、あるいはロボットユニット2によってその動作中に生成されるコマンドを調べることによって、ロボットユニット2とインタフェースをとり、ロボットユニットによって引き起こされるカテーテル4の移動の向きを確立する。例えば、ロボットユニットは、カテーテル4の移動を生じさせるため、可動部分を有するリニアアクチュエータを使用し得る。アクチュエータの可動部分の非限定的な例は、ステッピングモータ構成におけるロータ、水圧構成におけるピストン、又はボールねじ構成におけるねじ軸である。可動部分の動きの向きを用いて、貨物(この場合にはカテーテル4)が経験する移動の性状を決定することができる。アクチュエータとカテーテル4との間に設けられる歯車列は既知であり、上記可動部分の動きの向きを、貨物4の順方向又は逆方向の動きに変換することができる。例えば、ボールねじ構成において、ボールねじのねじ軸(シャフト)の回転方向(左、右)は、(このシャフトに沿って移動する)ナットが進んだ距離及びナットの速さだけでなく、ナットがシャフトに沿って順方向又は逆方向のどちらに動いたかに変換され得る。
一部の実施形態において、例えば進行距離、移動の速さ及び向き(順方向、逆方向)などの移動パラメータは、例えば、ロボットユニット内で生成される制御コマンドの意味論(セマンティクス)を調べることによって、より“高水準”な手法によって取得され得る。制御コマンドは、1つの形態又はその他にて、この情報をエンコードする。例えば、カテーテル4の移動又は位置に影響を及ぼす運動学的なイベントを生じさせる任意の1つのコマンドに関して距離、速さ、向きをエンコードする特定の記号論(シンボロジー)が存在することになる。イベントは、ロボットユニット2の回路のレジストリに典型的なビットパターンなどとして記憶され得る。
一実施形態において、移動が首尾良く終了したことを確認するコンファメーション信号も、ロボット2の回路にて生成される。換言すれば、移動パラメータは、制御コマンドのセマンティクスを“理解”して変換するように位置決定ユニット22のミドルウェアをプログラミングすることによって取得されることができ、該コマンド及び関連するコンファメーション信号をリッスンするようにプログラムされ得る。
そして、各種類のインターベンションに関し、介入中にオンザフライで、あるいは介入に先立つ準備フェイズにて、の何れかで多数の異なる移動条件を定めることができる。例えば、システムは、一実施形態において、コントローラ8が特にはx線源5(又は、もっと前に上述したようにコリメータ20)であるイメージャ3の動作を制御するときに観察すべき移動条件を入力するようユーザを誘う。
移動条件は、特定の進行距離若しくは距離に関する間隔、又は速さの閾値若しくは間隔を含む。一実施形態において、以上条件のユーザ入力は、キーボードを介し、あるいは、モニタ27若しくは異なるモニタ上に提示されるグラフィカルユーザインタフェース(GUI)を介する。ユーザは、GUIのフィールド若しくはボックスに書き込むことによって、あるいはGUIウィジェット上でマウスをクリックすることによって、あるいはドロップダウンメニューを選択することによってなどで、入力を提供することができる。
追跡画像内で識別ユニット23によって確認されるカテーテル4の実際の位置と、移動パラメータに記録される進行距離とを使用することは、カテーテルが存在する対象物9内の具体的な位置若しくは箇所又は位置の範囲を定めることを可能にする。換言すれば、識別ユニット23によって提供される確認された位置が(運動学的な意味での)初期状態として用いられ、それに、位置決定ユニット22によって取得される進行距離が(ベクトル的に)足し合わされることで、対象物内のカテーテル位置に到達する。概して、イメージャの動作中に生成されるのは移動パラメータのシーケンス又はストリームであり、そして、位置決定ユニット22が、移動パラメータのストリームを1つ以上の移動条件と比較し、
条件を満足する移動パラメータがストリーム内で受け取られたときにイベントにフラグを立てる。
以下、図2に示すフローチャートを参照して、介入方法の一実施形態を例示的に説明する。
ステップ101にて、対象物9に導入される導入素子4が、移動ユニット2を用いることによって移動される。特に、入力ユニット26を介してユーザによって提供されるロボットユニット2への入力に従って、ロボットユニット2を用いることによって、カテーテル4が人物9内で移動される。
ステップ102にて、対象物9内での導入素子4の移動中に、対象物9内の導入素子4の1つ以上の追跡画像が、追跡画像生成ユニット3によって生成される。このとき、追跡画像の生成のため、対象物9を横切る放射線ビーム7が、追跡画像生成ユニット3の放射線源5によって放射され、放射線ビーム7が、対象物9を横切った後に、追跡画像生成ユニット3の放射線検出器6によって検出される。
ステップ103にて、放射線ビーム7がコントローラ8によって制御される。このとき、移動ユニット2が、対象物9内の導入素子4の移動を定める移動パラメータを追跡画像生成ユニット3に提供し、コントローラ8が、導入素子4を含んでいる対象物9の領域を放射線ビーム7が横切るように、提供された移動パラメータに応じてイメージャを制御する(特に、放射線ビーム7を制御する)。一実施形態において、コントローラは、ロボット2によって引き起こされるカテーテル移動の最中に、コリメートされたビームがカテーテル4に“ついて行く”ように見えるよう、コリメータを制御するよう動作する。移動パラメータの提供は、追跡画像生成ユニット3に直接的にであるか、コンピューティングユニットを介して追跡画像生成ユニット3に間接的にルーティングされるか、の何れであってもよい。
一実施形態によれば、コリメータを制御することに加えて、あるいは代えて、ステップ103でコントローラ8又は更なるコントローラによって制御されるのはx線源5である。
より具体的には、一実施形態において、ステップ101でロボットユニットによって引き起こされる導入素子の移動を記録する移動パラメータに応答して、x線源5がスイッチオンされ(すなわち、照射がトリガーされ)、あるいはスイッチオフされる。より具体的には、移動パラメータが所定の移動条件を満足すると決定された場合に、照射(すなわち、追跡画像収集)がトリガーされる。
移動条件は、一実施形態によれば、(導入素子)進行距離、又は導入素子がロボットユニットによって移動される速さ(若しくは速度)を定めることができ、あるいは、その他の好適な運動学的イベント(例えば、回転、向きを持つか持たないかの進行方向など)を定めてもよい。
一実施形態によれば、ステップ103で、x線源のフレームレートが制御され、すなわち、個々のx線追跡画像がx線源によって収集される頻度が制御される。フレームレートは同様に、特定の運動学的イベントに応じて、そしてそれらのイベントが所定の移動条件を満足するかどうかに応じて制御され得る。しかしながら、他の実施形態において、フレームレートは、導入素子の種類及び/又は介入手順のフェイズに応じて制御される。
ここで理解されるように、ステップ102、103の順序は一部の実施形態において逆にされてもよく、換言すれば、ステップ102は必ずしもステップ103の前に行われなくてもよい。例えば、コールド追跡において、画像は収集されないがステップ103でイメージャ3が制御され、すなわち、ステップ102での画像収集が、移動条件が満足されるかがステップ103で決定された後に行われる。コリメータ及びx線源の制御は必ずしも、共に行われなくてもよく、また、同時に行われなくてもよい。一部の例において、ステップ103で制御されるのはコリメータのみであり、あるいは制御されるのはx線源のみである。一部の例において、x線源及びコリメータの双方が、同時又は順次の何れかで制御される。
一実施形態において、ステップ103で、コントローラは、放射線ビーム7を、ステップ102で生成された追跡画像内での導入素子4の位置にも応じて制御する。
ステップ101から103は好ましくはループで実行され、導入素子4(特に、導入素子4の先端)が追跡画像内で中心に位置付けられるように、また、移動ユニット2から受け取られる移動パラメータに応じて放射線ビーム7のコリメーションすなわち幅が決定されるように、コントローラ8が放射線ビーム7を制御する。
ステップ103に従う手順は、介入システムの追跡画像生成ユニット(具体的には、追跡画像生成ユニットによって使用される放射線ビーム)を制御する制御方法を規定するものと見なすことができる。この制御方法は、介入システムの移動ユニットによって提供される移動パラメータに基づいて放射線ビームを制御することを有する。この制御動作の効果は、移動パラメータに記録されるイベントに基づいた、イメージャ3の放射線ビームの生成又は変更である。例えば、ビームは、導入素子を含んでいる対象物の領域を横切るように制御/変更され得る。他の実施形態において、放射線ビームは、スイッチオン/オフされ、あるいはその強度を変更され、あるいはそのフレームレートを変更される。ビームをオン又はオフに切り換えることに代えて、コントローラはコリメータの開口を開/閉してもよい。
所与に臨床手順に関してスタッフ及び患者双方の放射線量を最小化することは、介入x線手順において、競合の激しい関心事である。これらの放射線量を低減するため、上述の国際公開第2005/009243号(特許文献1)は、テクニカル画像内で関連する関心領域(ROI)を自動検出するとともにx線放射ビームの広がりを可能な限りROIのみに制限しようとするタイトなコリメーション技術を開示している。そのタイトコリメーション技術を用いることにより、照射面積を縮小することによって線量面積積が低減され得る。そのタイトコリメーション技術は、介入手順の任意のステップで臨床的に関連するROIを画成するために画像解析アルゴリズムを使用する。その画像解析アルゴリズムは更に、例えば医師によって行われる突然の動きなどに起因した、カテーテルのような介入器具の突然の動きを考慮に入れるために、臨床関連ROIの周りに安全マージンを定めるように適応され得る。
上述の特許文献1に記載されるように、移動ユニット2によって提供される移動パラメータを考慮することなく、そのタイトコリメーション技術が使用されるとした場合、連続するフレーム間、すなわち、追跡画像生成ユニット3によって生成される連続する追跡画像間に導入素子が進み得る最大距離よりも安全マージンが大きい必要があることになる。対応する領域は、かなり大きくなり、例えば、臨床的に関連するROIの領域よりも5倍も大きい領域に及び得る。これは、そのタイトコリメーション技術が使用されたとしても、かなり大きい放射線量に繋がることになる。また、移動ユニット2によって提供される移動パラメータを考慮することなく、そのタイトコリメーション技術が使用され、且つx線源がちょっとの間スイッチオフされるとした場合、その介入システムは、どの位置までカテーテルが移動されているかを知らないことになり、故に、その介入システムは、フルオロスコピープロセスを再開するに当たり、すなわち、人物内の導入素子を追跡するための幾つかの追跡画像の生成を再開するに当たり、導入素子を再び収集するために、コリメータのシャッタを全開にするようにコリメータを制御する必要があることになる。それ故に、図1を参照して上述した介入システムは、タイトコリメーションを用いた導入素子の追跡を支援するために、ロボットユニット2からの移動情報を使用するように適応される。
並進運動の情報を規定する移動パラメータが、有線又は無線のデータ接続を介してロボットユニット2から追跡画像生成ユニット3に転送され得る。移動パラメータの他にも、移動ユニット2によって移動されるカテーテルの種類のような更なる情報が、ロボットユニット2から追跡画像生成ユニット3又は処理ユニット11に転送され得る。カテーテルの種類は、介入システムによって実行されている介入手順の実際のフェイズを指し示し得る。転送される移動パラメータは、カテーテルの形状及びそれに関連する向きについての情報を含むことができ、すなわち、移動パラメータは、カテーテルが向いている方向についての情報を含むことができる。この方向は、カテーテルが実際に動かされている移動方向である。
リンクチェイン全体には幾らかのレイテンシが存在し得るので、カテーテルシステムは好ましくは、追跡画像によって提供される画像情報を、ロボットユニット2によって提供される移動パラメータすなわち移動情報と同期させるように適応される。この同期化は、どの画像が、移動パラメータによって定められる実際の物理的な移動に、あるいは、移動パラメータによって定められるカテーテルの実際の物理的な位置(特に、カテーテルの先端の実際の物理的な位置)に対応するかを、コントローラ8が“知る”ことを可能にする。好ましくは、コントローラ8は、ロボットユニット2によって提供される移動パラメータにより定められるカテーテル4の先端の実際の物理的位置を、生成された追跡画像の収集時間と同期させるために、ロボットユニット2から受け取る移動パラメータによって定められるカテーテル4の先端の実際の物理的位置のシーケンスに割り当てられたタイムスタンプと、移動中のカテーテル4の先端を示す生成追跡画像が収集された時点のタイムスタンプとを使用する。斯くして、どの組のデータが互いに属するかを知ることができる。一実施形態によれば、上記レイテンシはまた、コリメーション制御(開口の開/閉)及びx線源制御(オン/オフ制御、タイムフレーム制御、強度制御)の制御動作にて対処される。
ロボットユニット2は、例えば、Corindus社からのCorPath200、Hansen Medical社からのMagalanシステム、又は、対象物内のカテーテルのような導入素子を移動させるのに使用され得るその他のロボットユニットとすることができ、それぞれのロボットユニットが、追跡画像生成ユニット3に移動パラメータを提供するように適応される。ロボットユニットは、例えば医師といったユーザが、ユーザが受ける放射線量を低減するために、例えば鉛スクリーンの背後からジョイスティックを用いて、導入素子を制御することを可能にするように適応され得る。
コントローラ8又は異なるコントローラは、ロボットユニット2によって定められたロボット基準フレームからロボットユニット2によって取得された移動パラメータを、追跡画像生成ユニット3によって定められる画像基準フレームに変換するように適応され得る。この変換を実行するためには、ロボット基準フレームを画像基準フレームに関係付ける対応する変換ルールが決定されなければならない。これらの変換ルールは、例えば、校正手順によって定められることができ、追跡画像内すなわち画像基準フレーム内での位置及び距離が決定され、ロボット基準フレーム内での対応する位置及び/又は距離が分かる。この校正は、術前すなわち介入手順が実行される前、又は介入手順中に行われることができ、後者の場合、ユーザによるロボットユニット2への入力としての連続的なカテーテル移動、すなわち、ロボット基準フレームでの対応する位置及び/又は距離が、追跡画像内で視認可能な対応する変化とマッチングされる。移動パラメータがロボット基準フレームから画像基準フレームに移された後、(移動パラメータに応じて及び追跡画像内で識別された識別導入素子に応じて放射線ビームを制御するために行われるものである)コントローラ8によって実行される上述の決定又は計算が、基準画像フレームで実行され得る。
追跡画像生成ユニット3に提供されるロボットユニット2からの入力、すなわち、移動パラメータは、放射線源5がスイッチオフされている場合に、放射線ビームの方向及びコリメーションを定めるコンポーネントを制御するためにコントローラ8によって使用され得る。これは、例えば、追跡画像を収集するために放射線源5が再びスイッチオンされる前に、コリメータ(特に、コリメータの1つ又は幾つかのシャッタ)が、移動パラメータによって定められる移動に従って正しい方向に動き始めることを可能にし、それにより、介入システムの応答時間を短縮し、ひいては、それを用いて、例えば式(1)に従って安全マージンを縮小することができる。
コリメータ20は、現行のx線Cアームシステムで使用されている標準的なコリメータ、特に、標準的な対称コリメータとし得る。しかしながら、コリメータはまた、いっそう柔軟な制御を可能にするいっそう複雑なコリメータとすることもできる。例えば、コリメータは、いっそう複雑なビーム形状を実現する複数の独立に位置決め可能なリーフ又はシャッタを有し得るマルチリーフコリメータであってもよい。
上述の実施形態の一部において、コントローラは、導入素子の先端が追跡画像内の中心に置かれるように追跡画像生成ユニットを適応されているが、他の実施形態において、追跡画像生成ユニットは、導入素子の先端が追跡画像内の別の位置に示されるように制御されてもよい。例えば、追跡画像生成ユニットは、導入素子の先端の前方において、すなわち、加増基準フレームへと変換された変換済み移動パラメータによって定められる画像基準フレーム内での導入素子の移動の向きにおいて、追跡画像内の空間が、導入素子の先端の後方においてよりも大きい、すなわち、反対方向における空間よりも大きいように制御され得る。何故なら、導入素子の先端がそこから立ち去る空間を可視化したものを有するよりも、導入素子の先端がそこへ移動する空間を可視化したものを有することの方が、ユーザにとって重要であるからである。
上述の実施形態において、追跡画像生成ユニットはx線Cアームシステムであるが、他の実施形態において、追跡画像生成ユニットはまた、対象物を横切る放射線を生成する放射線源と、対象物を横切った後の放射線を検出する放射線検出器と、対象物内で導入素子を移動させる移動ユニットから受け取る移動パラメータに応じて追跡画像生成ユニットを制御するコントローラとを有した、追跡画像を生成する別の装置とすることもできる。
上述の実施形態において、介入システムはカテーテルシステムであるが、他の実施形態において、介入システムはまた、介入器具が導入素子として対象物に導入される介入手順を実行するように適応された別のシステムとすることもできる。例えば、カテーテルに代えて、針が介入器具として使用され得る。特に、介入システムは、如何なる介入x線システムともし得る。
開示した実施形態へのその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。
請求項において、用語“有する”はその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”は複数であることを排除するものではない。
単一のユニット又は装置が、請求項に記載される複数のアイテムの機能を果たしてもよい。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。
提供された移動パラメータに応じた放射線ビームの制御や、移動パラメータに基づく対象物内の導入素子の位置の決定や、導入素子の位置の決定の精度を表す精度値の決定や、生成された追跡画像内での導入素子の識別などのような、1つ又は幾つかのユニット若しくは装置によって実行される動作は、その他の数のユニット若しくは装置によって実行されてもよい。これらの、介入方法に従った介入システムの動作及び/又は制御、及び/又は制御方法に従ったコントローラによる放射線ビームの制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び/又は専用ハードウェアとして実装され得る。
コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに供給されるか、他のハードウェアの一部として供給されるかする例えば光記憶媒体又は半導体媒体などの好適な媒体にて格納及び/又は配布され得るが、例えばインターネット又はその他の有線若しくは無線の遠隔通信システムを介してなど、その他の形態で配布されてもよい。
請求項中の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解されるべきでない。
本発明は、例えば人物である対象物に導入されるカテーテルのような導入素子を有する介入システムに関する。ロボットのような移動ユニットが、対象物内で導入素子を移動させ、追跡画像生成ユニットが、対象物内の導入素子の追跡画像を生成し、コントローラが、上記移動を指し示すものである移動ユニットの移動パラメータに応じて、追跡画像が導入素子を示すように追跡画像生成ユニットを制御する。この制御は、導入素子の既知の実際の物理的移動に基づいて非常に正確に実行されることができ、それ故に、例えば、導入素子が追跡画像によって実際に捕捉されることを確保するために対象物の比較的大きい領域を照射することが必要ないようにされ、それにより、対象物に投与される放射線量が低減されることを可能にする。



  1. 対象物に導入される導入素子と、
    前記対象物内で前記導入素子を移動させる移動ユニットと、
    放射線ビームを用いて、前記対象物内の前記導入素子の追跡画像を生成する追跡画像生成ユニットと、
    前記追跡画像生成ユニットを制御するコントローラと
    を有し、
    前記移動ユニットは、移動パラメータを前記追跡画像生成ユニットに提供するよう適応され、前記移動パラメータは、前記移動ユニットによって引き起こされる前記対象物内の前記導入素子の移動についての情報を保持し、前記コントローラは、提供された前記移動パラメータが移動条件を満足することに応じて、前記追跡画像生成ユニットの動作を制御するよう構成されている、
    介入システム。

  2. 前記コントローラによる前記制御することは、i)前記対象物の横断後に前記追跡画像生成ユニットの検出器によって検出可能な放射線ビームを生成することが可能な、前記追跡画像生成ユニットの放射線源を、オン若しくはオフに切り換えること、又はii)前記追跡画像生成ユニットのフレームレートを上昇若しくは低下させること、又はiii)前記ビームの強度を上昇若しくは低下させること、又はiv)前記追跡画像生成ユニットのコリメータの開口を拡大若しくは縮小すること、のうちの何れか1つ又は組み合わせを含む、請求項1に記載の介入システム。

  3. ユーザインタラクションを受けて、前記追跡画像生成ユニットの動作を変更する要求を発行するように構成されたユーザ入力装置、を当該介入システムは更に含み、前記コントローラは、前記移動パラメータが前記移動条件を満足することを、提供された前記移動パラメータが指し示すまで、前記要求を阻止する、請求項1又は2に記載の介入システム。

  4. 前記コントローラは、無効要求に応答して、前記移動パラメータが前記移動条件を満足していなくても前記阻止の動作を中止するよう構成されている、請求項1乃至3の何れかに記載の介入システム。

  5. 当該介入システムは更に、前記移動パラメータに基づいて前記対象物内の前記導入素子の位置を決定する位置決定ユニットを有し、前記追跡画像生成ユニットの動作を制御することは、前記導入素子の決定された位置に依存する、請求項1乃至4の何れかに記載の介入システム。

  6. 前記追跡画像生成ユニットの動作を制御することは、前記放射線源をオンに切り換えること又は前記コリメータの開口を拡大することを含み、前記放射線源をオンに切り換えること又は前記コリメータの開口を拡大することは、前記導入素子の前記決定された位置が距離閾値を超える場合にのみ行われる、請求項5に記載の介入システム。

  7. 前記導入素子の前記決定された位置に応じて前記フレームレートが上昇又は低下される、請求項5又は6に記載の介入システム。

  8. 前記導入素子は、入口地点を介して前記対象物に導入されて前記対象物内の経路を辿り、前記追跡画像生成ユニットの動作を制御することは、前記導入素子が前記入口地点に関して前記経路に沿って前進する動きで移動されていることを位置決定ユニットが記録することに応じて行われ、及び/又は、前記追跡画像生成ユニットの動作を制御することは、前記導入素子が前記入口地点に関して前記経路に沿って後進する動きで移動されていることを位置決定ユニットが記録することに応じて行われる、請求項1乃至7の何れかに記載の介入システム。

  9. 前記導入素子が前記入口地点に関して前記経路に沿って前進する動きで移動されていることを前記位置決定ユニットが記録することに応じて、前記フレームレートが上昇され、及び/又は、前記導入素子が前記入口地点に関して前記経路に沿って後進する動きで移動されていることを前記位置決定ユニットが記録することに応じて、前記フレームレートが低下される、請求項8に記載の介入システム。

  10. 前記追跡画像生成ユニットの動作を制御することは、前記対象物内の標的まで所定の距離の範囲内又は範囲外に前記導入素子があることを位置決定ユニットが記録することに応じて行われる、請求項1乃至9の何れかに記載の介入システム。

  11. 前記対象物内の前記標的まで所定の距離の範囲内又は範囲外に前記導入素子があることを前記位置決定ユニットが記録することを受けて、前記フレームレートが上昇又は低下される、請求項10に記載の介入システム。

  12. 前記追跡画像生成ユニットは、前記放射線ビームをコリメートするコリメータを有し、前記追跡画像生成ユニットの動作を制御することは、前記導入素子を含んでいる前記対象物の領域を前記ビームが横切ることをもたらす、請求項1乃至11の何れかに記載の介入システム。

  13. 前記コントローラ又は更なるコントローラが、前記移動パラメータによって定められる移動の速さ及び/又は当該介入システムの応答時間に応じて前記コリメータを制御するよう適応される、請求項12に記載の介入システム。

  14. 前記移動パラメータは、移動中に経験される前記導入素子の速さ、及び/又は移動中に前記導入素子によって進まれた距離を記録する、請求項1乃至13の何れかに記載の介入システム。

  15. 前記移動条件は、i)所定の距離以上の前記導入素子の移動、及び/又はii)速さ閾値を超える速さ若しくは速さ閾値より低い速さでの前記導入素子の移動、のうちの何れか1つ又は組み合わせを含む、請求項1乃至14の何れかに記載の介入システム。

  16. 移動ユニットにより、対象物内で導入素子を移動させることと、
    移動パラメータを提供することであり、前記移動パラメータは、前記移動ユニットによって引き起こされる前記対象物内の前記導入素子の移動についての情報を保持する、提供することと、
    提供された前記移動パラメータが移動条件を満足することに応じて追跡画像生成ユニットを制御することであり、当該追跡画像生成ユニットは、前記対象物を横切るように且つ前記対象物を横切った後に当該追跡画像生成ユニットの放射線検出器によって検出可能であるように当該追跡画像生成ユニットの放射線源から放射可能な放射線ビームを用いることによって、前記対象物内の前記導入素子の追跡画像を生成することが可能である、制御することと、
    を有する介入方法。

  17. 前記制御することは、i)前記放射線源をオン若しくはオフに切り換えること、又はii)前記追跡画像生成ユニットのフレームレートを上昇若しくは低下させること、又はiii)前記ビームの強度を上昇若しくは低下させること、又はiv)コリメータの開口を拡大若しくは縮小すること、のうちの何れか1つ又は組み合わせを含む、請求項16に記載の方法。

  18. 請求項1乃至15の何れか一項に記載の介入システムを制御するコンピュータプログラムであって、処理ユニットによって実行されるときに請求項16又は17に記載の方法を実行するように適応されたコンピュータプログラム。

  19. 請求項18に記載のコンピュータプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能媒体。

 

 

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