JP6534193B2 - 実時間自動位置合わせフィードバック - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
この出願は、２０１４年７月２日に出願された米国仮特許出願第６２／０２０，２２０号の利益および優先権を主張し、その全体の内容が参照により本明細書に援用される。

（技術分野）
本開示は、気管支の位置合わせに関し、より詳細には、気管支樹モデルを患者の実際の気管支樹と共に自動的に位置合わせするための、デバイス、システムおよび方法に関する。

（関連技術の記載）
患者の気道を検査する一般的なデバイスは気管支鏡である。一般的には、気管支鏡は、患者の鼻または口を通って患者の気道に挿入され、そして患者の肺中に延在し得る。一般の気管支鏡は、気管支鏡の先端より遠位の領域を照明するための照明アセンブリ、気管支鏡の先端からビデオ画像を提供するための画像化アセンブリ、および、機器、例えば、生検用具、治療機器のような診断機器が、通って挿入され得るワーキングチャネルを有する細長い可撓性のチューブを含む。

気管支鏡は、しかしながら、いかに遠くまで気道を通って前進し得るかが、それらのサイズに起因して制限されている。気管支鏡が大きすぎて肺の深くにある目標場所に届かない場合、臨床医はＸ線透視法のような、ある実時間画像化モダリティを利用し得る。Ｘ線透視画像は、現在のナビゲーションに対するいくつかの不利な点には有益であるが、内腔の通路を固形組織から区別するのがしばしば困難である。さらに、Ｘ線透視装置によって発生された画像は、二次元であり、一方、患者の気道をナビゲートすることは、三次元中を操縦する能力を必要とする。

これらの問題に対処するため、典型的には、一連のコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）画像から、気道または他の内腔ネットワークの三次元モデルの開発を可能にするシステムが開発されてきた。一つのその様なシステムは、現在、Ｃｏｖｉｄｉｅｎ ＬＰによって販売されている、ＩＬＯＧＩＣ（登録商標） ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ ＢＲＯＮＣＨＯＳＣＯＰＹ（登録商標）（ＥＮＢ（商標））システムの一部として開発された。そのようなシステムの詳細は、２００４年３月２９日にＧｉｌｂｏａによって出願された、「ＥＮＤＯＳＣＯＰＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＮＡＶＩＧＡＴＩＮＧ ＴＯ Ａ ＴＡＲＧＥＴ ＩＮ ＢＲＡＮＣＨＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ」と題される、同一出願人に共に譲渡された米国特許第７，２３３，８２０号に記載されており、その内容は参照として本明細書に援用されている。

米国特許第７，２３３，８２０号に記載されたようなシステムは、かなり能力があるが、その様なシステムに対する改良および付加の開発に対する必要性は常にある。

米国特許第７，２３３，８２０号明細書

（要旨）
本開示に従って提供されるのは、実時間フィードバックで内腔ネットワークの３Ｄモデルに対して、内腔ネットワークを位置合わせする方法である。

本開示の一つの態様において、方法は、内腔ネットワークの画像に基づいて、内腔ネットワークの３Ｄモデルを生成することを含むことと、内腔ネットワークについての電磁場を生成することと、場所センサを電磁場中に挿入することと、内腔内ネットワークのセンサの場所を追跡することと、センサの追跡された場所を、内腔ネットワークの外側に位置するセンサおよび開放空間の３Ｄモデル表現の部分と比較することと、内腔ネットワークのどの部分が、センサによって十分に横切ったとの指標をユーザインターフェイス上に提示し、内腔ネットワークのその部分を３Ｄモデルに位置合わせすることとを含む。

本開示の別の態様において、方法は、センサを場所確認可能なガイドに挿入することをさらに含む。

本開示のさらなる態様において、方法は、センサおよび場所確認可能なガイドを気管支鏡に挿入することをさらに含む。

本開示のなおもさらなる態様において、方法は、気管支鏡を内腔ネットワークに挿入することをさらに含み、ここで、内腔ネットワークは患者の気道である。

本開示のさらなる態様において、ユーザインターフェイスは、気道のモデルを表示する。

本開示のさらなる態様において、方法は、実況の気管支鏡画像をユーザインターフェイス上に提示することとさらに含む。

本開示の別の態様において、センサが内腔ネットワークを横切るとき、実況の気管支鏡画像はセンサを図示する。

本開示のなおも別の態様において、ユーザインターフェイスは、ユーザが位置合わせを終了することを可能にする。

本開示の別の態様において、方法は、内腔ネットワークの３Ｄモデルに対する位置合わせを検証することをさらに含む。

本開示のなおも別の態様において、方法は、３Ｄモデルの２Ｄスライスをユーザインターフェイス上に提示することをさらに含む。

本開示の別の態様において、２Ｄスライスは、センサの場所を表示する。

本開示のさらなる態様において、方法は、センサを動かすことをさらに含み、ここで、センサの動きは、センサが動いた場所において、内腔ネットワークの２Ｄスライスの提示をもたらす。

本開示のなおもさらなる態様において、センサの動きに際して、内腔ネットワークの識別された境界内にセンサが実質的に留まるとき、位置合わせは確認される。

本開示の別の態様において、センサが内腔ネットワークを横切るとき、方法は、３Ｄモデルおよびセンサの場所をユーザインターフェイス上に提示することをさらに含む。

本開示のさらなる態様において、位置合わせの間、センサの場所が提示される。

本開示のなおもさらなる態様において、処置の間、センサの場所が提示される。

本開示の別の態様において、センサの十分に感知された場所が３Ｄモデルの外側であると決定された場合、ユーザインターフェイスはユーザが位置合わせに戻ることを可能にする。

本開示の上記の態様および実施形態のいずれかは、本開示の範囲から外れることなく結合され得る。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
内腔ネットワークを該内腔ネットワークの３Ｄモデルに位置合わせする方法であって、該方法は、
該内腔ネットワークの画像に基づいて、内腔ネットワークの３Ｄモデルを生成することと、
該内腔ネットワークの周りに電磁場を生成することと、
場所センサを該電磁場内に挿入することと、
該内腔ネットワーク内の該センサの場所を追跡することと、
該センサの追跡された場所を、該内腔ネットワークの外側に位置するセンサおよび開放空間の３Ｄモデル表現の部分と比較することと、
該内腔ネットワークのどの部分が、該センサによって十分に横切られたとの指標をユーザインターフェイス上に提示し、該内腔ネットワークのその部分を該３Ｄモデルに位置合わせすることと
を含む、方法。
（項目２）
前記センサを場所確認可能なガイドに挿入することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記センサおよび場所確認可能なガイドを気管支鏡に挿入することをさらに含む、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記気管支鏡を前記内腔ネットワークに挿入することをさらに含み、ここで、該内腔ネットワークは患者の気道である、項目３に記載の方法。
（項目５）
前記ユーザインターフェイスは、前記気道のモデルを表示する、項目４に記載の方法。
（項目６）
実況の気管支鏡画像を前記ユーザインターフェイス上に提示することをさらに含む、項目４に記載の方法。
（項目７）
前記センサが前記内腔ネットワークを横切るとき、前記実況の気管支鏡画像が該センサを図示する、項目６に記載の方法。
（項目８）
前記ユーザインターフェイスは、前記ユーザが位置合わせを終了することを可能にする、項目１に記載の方法。
（項目９）
前記３Ｄモデルに対する前記内腔ネットワークの位置合わせを検証することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１０）
前記３Ｄモデルの２Ｄスライスを前記ユーザインターフェイス上に提示することをさらに含む、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記２Ｄスライスは、前記センサの場所を表示する、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
前記センサを動かすことをさらに含み、ここで、該センサの動きは、該センサが動いた前記場所において、前記内腔ネットワークの２Ｄスライスの提示をもたらす、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
前記センサの動きに際して、前記内腔ネットワークの識別された境界内に該センサが実質的に留まるとき、位置合わせは確認される、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記センサが前記内腔ネットワークを横切るとき、前記３Ｄモデルおよび該センサの場所を前記ユーザインターフェイス上に提示することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１５）
位置合わせの間に、前記センサの場所が提示される、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
手順の間に、前記センサの場所が提示される、項目１４に記載の方法。
（項目１７）
前記センサの十分な感知された場所が前記３Ｄモデルの外側であると決定された場合、前記ユーザインターフェイスは、前記ユーザが位置合わせに戻ることを可能にする、項目１４に記載の方法。

本開示の様々な態様および特徴が、図面を参照して本明細書の以下に記述され、それらの図面は：

図１は、本開示に従った、電磁ナビゲーションシステムの透視図である； 図２は、図１のシステムに使用されるように構成されるワークステーションの模式図である； 図３Ａおよび図３Ｂは、本開示に従って提供される実時間フィードバックを有する内腔ネットワークの３Ｄモデルに、内腔ネットワークを位置合わせする方法を例示するフローチャートである； 図３Ａおよび図３Ｂは、本開示に従って提供される実時間フィードバックを有する内腔ネットワークの３Ｄモデルに、内腔ネットワークを位置合わせする方法を例示するフローチャートである； 図４は、位置合わせ開始の前の肺の検査を示す； 図５は、位置合わせが開始された後の図４の肺の検査を示す； 図６は、気管に対する指標が起動されている、図５の肺の検査を示す； 図７は、肺の第一の領域に対してさらなる指標が起動された、図６の肺の検査を示す； 図８は、肺の第二の領域に対してさらなる指標が起動された、図７の肺の検査を示す； 図９は、肺の第三の領域に対してさらなる指標が起動された、図８の肺の検査を示す； 図１０は、肺の第四の領域に対してさらなる指標が起動された、図９の肺の検査を示す； 図１１は、本開示の実施形態に従った、位置合わせを検証するための３Ｄ体積のスライスを提示する表示を示す； 図１２は、センサの動きに続いて位置合わせを検証するためのさらなるスライスを提示する、図１１の表示を示す、および 図１３は、本開示の実施形態に従った、３Ｄモデルにおける位置合わせを検討するための表示を示す。

（詳細な説明）
本開示は、患者の気道に伴う気管支樹モデルを自動的に位置合わせするための、デバイス、システム、および方法に向けられる。気管支樹モデルを自動的に生成する様々な方法が想像され、そのうちのいくつかは、同時係属中の米国特許出願第１３／８３８，８０５号、第１３／８３８，９９７号、および、第１３／８３９，２２４号により十分に説明され、それらば、すべて、ＰＡＴＨＷＡＹ ＰＬＡＮＮＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤと題され、２０１３年３月１５日にＢａｋｅｒによって出願されており、それらの全体の内容が参照として本明細書に援用されている。本開示の位置合わせシステムは、例えば、少なくとも一つのセンサを概して含み、そのセンサの位置は、電磁場内で追跡される。場所センサは、異なるタイプの用具に組み込まれ得、空間で感知された場所を患者の気道の３Ｄモデル内の場所と比較することによって、患者の気道内での用具の現在位置の決定を可能にする。位置合わせは、センサまたは用具の目的場所へのナビゲーション、および／または、目標場所に対するセンサまたは用具の操作を容易にする。センサまたは用具の目標場所へのナビゲーションは、ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＮＡＶＩＧＡＴＩＮＧ ＷＩＴＨＩＮ ＴＨＥ ＬＵＮＧと題される、２０１４年、７月２日にＢｒｏｗｎ他によって出願された、同時係属中の米国仮特許出願第６２／０２０，２４０号により詳細に記述されており、それらの全体の内容が参照として本明細書に援用されている。

本開示のＥＮＢシステムのさらなる特徴は、同時係属中の２０１４年７月２日にＢｒｏｗｎによって出願された、「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＡＲＫＩＮＧ ＢＩＯＰＳＹ ＬＯＣＡＴＩＯＮ」と題される、米国仮特許出願第６２／０２０，１７７号；２０１４年７月２日にＫＥＨＡＴ他によって出願された、「ＩＮＴＥＬＬＩＧＥＮＴ ＤＩＳＰＬＡＹ」と題される、米国仮特許出願第６２／０２０，２３８号；２０１４年７月２日にＧｒｅｅｎｂｕｒｇによって出願された、「ＵＮＩＦＩＥＤ ＣＯＯＲＤＩＮＡＴＥ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＣＴ ＳＣＡＮＳ ＯＦ ＰＡＴＩＥＮＴ ＬＵＮＧＳ」と題される、米国仮特許出願第６２／０２０，２４２号；２０１４年７月２日にＫｌｅｉｎ他によって出願された、「ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＣＴ」と題される、米国仮特許出願第６２／０２０，２４５号；２０１４年７月２日にＭｅｒｌｅｔによって出願された、「ＡＬＧＯＲＩＴＨＭ ＦＯＲ ＦＬＵＯＲＯＳＣＯＰＩＣ ＰＯＳＥ ＥＳＴＩＭＡＴＩＯＮ」と題される、米国仮特許出願第６２／０２０，２５０号；２０１４年７月２日にＬａｃｈｍａｎｏｖｉｃｈ他によって出願された、「ＴＲＡＣＨＥＡ ＭＡＲＫＩＮＧ」と題される、米国仮特許出願第６２／０２０，２５３号；２０１４年７月２日にＭａｒｋｏｖ他によって出願された、「ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＨＵＭＡＮ ＬＵＮＧ ＴＲＡＣＨＥＡ」と題される、米国仮特許出願第６２／０２０，２５７号；２０１４年７月２日にＭａｒｋｏｖ他によって出願された、「ＬＵＮＧ ＡＮＤ ＰＬＥＵＲＡ ＳＥＧＭＥＮＴＡＴＩＯＮ」と題される、米国仮特許出願第６２／０２０，２６１号；２０１４年７月２日にＬａｃｈｍａｎｏｖｉｃｈ他によって出願された、「ＣＯＮＥ ＶＩＥＷ−Ａ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＰＲＯＶＩＤＩＮＧ ＤＩＳＴＡＮＣＥ ＡＮＤ ＯＲＩＥＮＴＡＴＩＯＮ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＷＨＩＬＥ ＮＡＶＩＧＡＴＩＮＧ ＩＮ ３Ｄ」と題される、米国仮特許出願第６２／０２０，２５８号；および２０１４年７月２日にＷｅｉｎｇａｒｔｅｎ他によって出願された、「ＤＹＮＡＭＩＣ ３Ｄ ＬＵＮＧ ＭＡＰ ＶＩＥＷ ＦＯＲ ＴＯＯＬ ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ ＩＮＳＩＤＥ ＴＨＥ ＬＵＮＧ」と題される、米国仮特許出願第６２／０２０，２６２号；および、２０１０年５月１４日にＤｏｒｉａｎ Ａｖｅｒｂｕｃｈによって出願された、「ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＲＥＧＩＳＴＲＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ」と題される、米国特許出願第１２／７８０，６７８号に記載されており、これらのすべての全体の内容は参照により本明細書に援用されている。

そのようなデバイス、そのようなデバイスを組み込んだシステム、およびその様なデバイスを使用する方法の詳細な実施形態は、以下に記載されるようなものである。しかしながら、これらの詳細な実施形態は単に開示の例に過ぎず、これらは様々な形式で具体化され得る。従って、本明細書に記載された特定の構造および機能の詳細は限定であると解釈されるべきではなく、単に特許請求の範囲の基礎であり、当業者が仮想的な任意の適切に詳細な構造において、本開示を様々に採用することを可能にする代表的な基礎である。以下の実施形態は、患者の気道の気管支鏡として記載されているが、当業者は同じまたは同様なデバイス、システムおよび方法が、別の内腔ネットワークにおいて、例えば、血管の、リンパの、および／または、胃腸のネットワークにおいて同様に使用され得ることを同様に理解するであろう。

図１を参照して、電磁ナビゲーション（ＥＭＮ）システム１０が本開示に従って提供される。一つのそのような、ＥＮＭシステムは、ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ ＢＲＯＮＣＨＯＳＣＯＰＹ（登録商標）システムであり、Ｃｏｖｉｄｉｅｎ ＬＰによって現在販売されている。ＥＭＮシステム１０を用いて行われ得る他のタスクの中で、目標組織への経路を計画し、位置決めアセンブリを目標組織へナビゲートし、生検用具を目標組織へナビゲートして、生検用具を使用して目標組織から組織サンプルを得、組織サンプルが得られた場所をデジタル的にマーキングし、そして、一つ以上の音波発生マーカを、目標に、または、目標の周りに、配置する。

ＥＭＮシステム１０は、患者を支持するように構成された手術台４０；患者の口および／または鼻を通して患者の気道に挿入されるように構成された気管支鏡５０；気管支鏡５０から受信されたビデオ画像を表示する、気管支鏡５０に結合された監視装置６０；追跡モジュール７２、複数の基準センサ７４、および電磁場発生器７６を含む追跡システム７０；経路計画、目標組織の識別、目標組織へのナビゲーション、および生体検査場所へのデジタルマーキングを容易にするように使用される、ソフトウェアおよび／またはハードウェアを含むワークステーション８０、を概して含む。

図１は、また二つのタイプのカテーテルガイドアセンブリ９０、１００を図示する。両方のカテーテルガイドアセンブリ９０、１００は、ＥＭＮシステム１０と共に使用でき、多くの共通構成部品を共有する。それぞれのカテーテルガイドアセンブリ９０、１００は、延長されたワーキングチャネル（ＥＷＣ）９６に接続されるハンドル９１を含む。ＥＷＣ９６は、気管支鏡５０のワーキングチャネルに配置されるような大きさになされている。動作では、電磁（ＥＭ）センサ９４を含む位置確認可能なガイド（ＬＧ）９２は、ＥＷＣ９６に挿入されて、正位置に係止され、センサ９４がＥＷＣ９６の遠位先端９３を超えて所望の距離に延びる。ＥＭセンサ９４の場所、従ってＥＷＣ９６の遠位端は、電磁場発生器７６によって発生された電磁場内で、追跡モジュール７２およびワークステーション８０によって導き出される。カテーテルガイドアセンブリ９０、１００は、異なる動作機構を有しているが、それぞれは、回転および圧縮によって操作され得るハンドル９１を含み、ワーキングチャネル９６から延在するＬＧ９２の遠位先端９３を操縦できる。カテーテルガイドアセンブリ９０は、現在、Ｃｏｖｉｄｉｅｎ ＬＰによってＳＵＰＥＲＤＩＭＥＮＳＩＯＮ（登録商標）処理キットという名称のもとに、市場に出回り販売されている。同様に、カテーテルガイドアセンブリ１００は、現在、Ｃｏｖｉｄｉｅｎ ＬＰによって、ＥＤＧＥ（商標）処理キットという名称のもとに、販売されている。どちらのキットも、ハンドル９１、延長ワーキングチャネル９６、および位置確認可能なガイド９２を含む。カテーテルガイドアセンブリ９０、１００のより詳細な記述については、２０１３年３月１５日にＬａｄｔｋｏｗ他によって出願された、同一出願人がともに所有する米国特許出願第１３／８３６，２０３号に述べれられており、その全体の内容が参照として本明細書に援用されている。

図１に例示されるように、患者は手術台４０に横たわっており、気管支鏡５０が患者の口を通って患者の気道の中に挿入されて示されている。気管支鏡５０は、照明源およびビデオ画像化システム（明確には示されない）を含み、監視装置６０に、例えば、気管支鏡５０のビデオ画像化システムから受信されたビデオ画像を表示するビデオディスプレイに結合されている。

ＬＧ９２およびＥＷＣ９６を含むカテーテルガイドアセンブリ９０、１００は、気管支鏡５０のワーキングチャネルを通って患者の気道（カテーテルガイドアセンブリ９０、１００が、代替えとして、気管支鏡５０なしで使用され得るが）に挿入されるように構成されている。ＬＧ９２およびＥＷＣ９６は、ロッキング機構９９を介して、互いに対して選択的に係止可能である。自由度６の電磁追跡システム７０は、例えば、米国特許第６，１８８，３５５号、および公開されたＰＣＴ出願第ＷＯ ００／１０４５６、および、第ＷＯ ０１／６７０３５号で示されるもとの同様であり、それぞれの全体の内容が参照として、本明細書に援用され、あるいは他の構成もまた想起されるが、任意の他の適切な位置決め測定システムが、ナビゲーションを実施するために利用される。追跡システム７０は、カテーテルガイドアセンブリ９０、１００と共に使用するように構成されており、以下に詳細が記載されるように、患者の気道を通ってＥＷＣ９６と共に動くので、ＥＭセンサ９４の位置を追跡する。

図１に示されるように、電磁場発生器７６は、患者の下に位置決めされる。電磁場発生器７６および複数の基準センサ７４は、追跡モジュール７２と相互接続され、追跡モジュール７２は、各基準センサ７４の場所を引き出す。一つ以上の基準センサ７４が患者の胸に取り付けられる。基準センサ７４の座標は、センサ７４によって収集されたデータを使用するアプリケーション８１を含むワークステーション８０に送られ、患者の基準座標フレームを計算する。

また、図１に示されるのは、カテーテル生検用具１０２であり、これは、目標へのナビゲーションおよびＬＧ９２の除去に続いてカテーテルガイドアセンブリ９０、１００へ挿入可能である。生検用具１０２は、一つ以上の組織サンプルを目標組織から集めるために使用される。以下に詳細が記載されるように、生検用具１０２は、追跡システム７０と共に使用するようにさらに構成され、生検用具１０２の目標組織へのナビゲーションを容易にし、目標組織に対して操作されるとき生検用具１０２の場所を追跡し、組織サンプルを得、および／または、組織サンプルが得られた場所をマーキングする。

ナビゲーションは、ＬＧ９２に含まれているＥＭセンサ９４に関して上に詳細が述べられたが、ＬＧの必要なしで、またはＬＧの使用が要求する必要な用具交換なしで、生検用具１０２が代替えとしてナビゲーションに利用され得る生検用具１０２内にＥＭセンサ９４が埋め込まれ得るか、または取り込まれ得ることも想起される。使用できる様々な生検用具は、２０１３年１１月２０日に出願された、いずれも「ＤＥＶＩＣＥＳ，ＳＹＳＴＥＭＳ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＮＡＶＩＧＡＴＩＮＧ Ａ ＢＩＯＰＳＹ ＴＯＯＬ ＴＯ Ａ ＴＡＲＧＥＴ ＬＯＣＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＯＢＴＡＩＮＩＮＧ Ａ ＴＩＳＳＵＥ ＳＡＭＰＬＥ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」と題される、米国仮特許出願第６１／９０６，７３２号、および第６１／９０６，７６２号ならびに、同じ名称を有する、２０１４年３月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／９５５，４０７号に記載されており、それぞれの全体の内容が、本明細書に参照として援用され、本明細書に記載されるように、ＥＭＮシステム１０と共に使用可能である。

手順計画の間、ワークステーション８０は、患者の気道の３Ｄモデルを生成し、かつ、見るために、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像データを利用し、３Ｄモデル上の目標組織の（自動的に、半自動的に、または手動で）識別を可能にし、患者の気道を通る目標組織への経路の選択を可能にする。より具体的には、ＣＴスキャンは処理され、３Ｄ体積にアセンブルされ、その後、これは利用されて、患者の気道の３Ｄモデルを発生する。３Ｄモデルは、ワークステーション８０に関連したディスプレイモニタ８１上に、または、任意の他の適切な方法で提示され得る。ワークステーション８０を使用して、３Ｄ体積の様々なスライスおよび３Ｄモデルの表示は、臨床医によって提示され得、および／または、操作され得、目標の識別および患者の気道を通って目標にアクセスする適切な経路の選択を容易にする。３Ｄモデルは。また、日付、時刻、および得られた組織サンプルについての他の識別情報を含む、以前の生検が行われた場所の印をマーキングし得る。これらのマーキングは、また、それへの経路が計画され得る目標として選択され得る。ひとたび選択されると、この経路は、ナビゲーション手順の間、使用のためにセーブされる。適切な経路計画システムおよび方法の例は、２０１４年３月１５日に出願された、すべて「ＰＡＴＨＷＡＹ ＰＬＡＮＮＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」と題される、米国特許出願第１３／８３８，８０５；米国特許出願第１３／８３８，９９７；および米国特許出願第１３／８３９，２２４に記載されており、それぞれの全体の内容が参照として本明細書に援用されている。

ナビゲーションの間に、ＥＭセンサ９４または生検用具１０２が患者の気道を通って前進させられるとき、ＥＭセンサ９４は、追跡システム７０と共に、ＥＭセンサ９４、および／または生検用具１０２の追跡を可能にする。

ここで図２を参照すると、ワークステーション８０のシステム線図が示されている。ワークステーション８０は、メモリ２０２、プロセッサ２０４、ディスプレイ２０６、ネットワークインターフェイス２０８、入力デバイス２１０、および／または出力モジュール２１２を含み得る。

メモリ２０２は、プロセッサ２０４によって実行可能であり、かつ、ワークステーション８０の動作を制御するデータおよび／またはソフトウェアを格納するための、任意の非一過性のコンピュータ読み取り可能な格納媒体を含む。一つの実施形態において、メモリ２０２は、一つ以上の、フラッシュメモリチップのようなソリッドステート格納デバイスを含み得る。代替えとしてまたは、一つ以上のソリッドステート格納デバイスに加えて、メモリ２０２は、大容量格納コントローラ（示されない）および通信バス（示されない）を介してプロセッサ２０４に接続される一つ以上の大容量格納デバイスを含み得る。本明細書に含まれるコンピュータ読み取り可能な媒体の説明は、ソリッドステート格納を参照しているが、コンピュータ読み取り可能な格納媒体が、プロセッサ２０４によってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であることは、当業者によって認識されるはずである。つまり、コンピュータ読み取り可能な格納媒体は、コンピュータ読み取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータのような情報の格納のための任意の方法または技術で実装される、非一過性の、揮発性および不揮発性の、取外し可能なおよび取外し可能でない媒体を含む。例えば、コンピュータ読み取り可能な格納媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたは、他のソリッドステートメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、Ｂｌｕ−Ｒａｙまたは、他の光学ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージまたは、他の磁気ストレージデバイス、または、所望の情報を格納するように使用され得、かつ、ワークステーション８０によってアクセスされ得る任意の他の媒体を含む。

メモリ２０２は、アプリケーション８１、および／または、ＣＴデータ２１４を格納し得る。アプリケーション８１は、プロセッサ２０４によって実行されるとき、ディスプレイ２０６にユーザインターフェイス２１６を提示させる。ネットワークインターフェイス２０８は、有線ネットワークおよび／または、無線ネットワークからなるローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、無線携帯ネットワーク、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ネットワーク、および／またはインターネットのようなネットワークに接続するように構成され得る。入力デバイス２１０は、例えば、マウス、キーボード、フットペダル、タッチスクリーン、および／または、音声インターフェイスのような、ユーザがワークステーション８０と相互作用し得る任意のデバイスであり得る。出力モジュール２１２は、例えば、パラレルポート、シリアルポート、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）、または、当業者に公知の任意の他の同様な接続ポートのような、任意の接続ポートまたはバスを含み得る。

ここで、図３Ａおよび３Ｂを参照すると、３Ｄモデルを患者の気道と共に、自動的に位置合わせする例示的方法のフローチャートが示されている。臨床医が患者の肺の気道を通って場所データを取得するように、位置合わせプロセスは、ＥＭセンサ９４をナビゲートすることを概して含む。場所データは、その後、３Ｄモデルと比較され、３Ｄモデルを患者の気道に位置合わせする。より、具体的には、ＥＭセンサ９４の場所に属すデータは、ＬＧ９２が気道を通って動いている間に、電磁場発生器７６、基準センサ７４、および追跡モジュール７２を使用して記録される。この場所データから結果として生じた形状は、３Ｄモデルの経路の内部形態に比較され、比較に基づいて、例えば、アプリケーション８１を利用して、形状と３Ｄモデルとの間の場所的相関が決定される。加えて、アプリケーション８１は、３Ｄモデルにおける非組織空間（例えば、空気が充満した空洞）を識別する。アプリケーション８１は、記録された場所データおよびＬＧ９２が患者の気道の非組織空間に位置して留まるとの仮定に基づいて、ＬＧ９２のＥＭセンサ９４の場所を表現する画像を３Ｄモデルの画像と整列させるか位置合わせする。追跡システム７０は、ＬＧ９２が患者の気道を通ってナビゲートされるとき、ＬＧ９２の場所をＥＭセンサ９４を介して追跡する。患者の気道内でＬＧ９２の場所を追跡することは、アプリケーション８１が気管支樹モデルを患者の気道に位置合わせすることを可能にする。位置合わせに先立って、臨床医は、ナビゲーション計画をメモリ２０２、ＵＳＢデバイスまたはネットワークインターフェイス２０８からアプリケーション８１にロードする。ナビゲーション計画は、患者の肺の全てのまたは、いくつかの領域のみが位置合わせされることを要求し得る。

ステップ３０２において、ユーザインターフェイス２１６は、臨床医が気管支鏡５０を患者の口または鼻を介して患者に挿入し、かつ、気管支鏡５０を患者の気管中央部に配置する位置合わせを実施するための命令を表示する。次に、臨床医は、ＬＧ９２をＥＷＣ９６の中に挿入し、その組み合わせを気管支鏡５０に挿入して、ＥＭセンサ９４が、気管支鏡５０の遠位端から、例えば、１０ｍｍだけ突き出るようにする。ＬＧ９２およびＥＷＣ９６は、それらが互いに調和して動くように、正しい位置に係止される。代替えとして、ＥＭセンサ９４は、ＥＷＣ９６の遠位先端内に埋め込まれ、ＬＧ９２とは独立して動作し得る。

これらの命令は、図４に示されるように、肺の検査の進行指標６０４およびビデオ画像６０６を含む表示６００を介して臨床医に提示され得る。肺の検査の進行指標６０４は、どの様に位置合わせを実施するかについて、臨床医に命令を提供し得る。ビデオ画像６０６は、気管支鏡５０のビデオ画像化システムによって捕捉された実時間ビデオ画像を提示し得る。臨床医が位置合わせを開始する準備ができると、臨床医は、ユーザインターフェイ２１６の「開始」ボタン６０２を起動し得る。臨床医は、例えば、マウスまたはフットペダルを用いて、または、音声コマンドを与えることによって、「開始」ボタン６０２を起動し得る。「開始」ボタン６０２が起動されると、ユーザインターフェイス２１６は、表示７００を提示し得、ここで、図５に示されるように、肺の検査の進行指標６０４は、位置合わせされるべき患者の肺の領域を示す。患者の肺の領域は、患者の肺葉に対応し得、領域７０１、７０２、７０３、７０４および／または７０５を含み得る。代替えとして、領域は、肺の他のサブ領域または、肺の特定葉に対応し得る。図５に示される実施形態において、ナビゲーション計画は４つの領域と、位置合わせされるべき気管とをのみ要求し、従って、合計５つの領域となるが、５葉のすべてが必要とされるわけではない。当業者は、肺の５葉のすべての検査は、より多くのデータおよび可能性としてより良い位置合わせを提供し得ることを、認識するであろう。しかし、以下に詳細を述べるように、その様な特異性は、ＣＴ画像およびそこから形成された患者の生体構造に対する気管支樹モデルの適切な位置合わせを達成するためには必ずしも要求されるわけではない。表示７００はまた、臨床医が、位置合わせプロセスのデータ取得段階を終わらせるために任意の時刻に起動し得る「完了」ボタン７１０と、臨床医が、位置合わせを再開するために任意の時刻に起動し得る「再開」ボタン７１２とを含む。

ステップ３０４において、アプリケーション８１は、「完了」ボタン７１０が起動されたかどうかを判断する。もしも、「完了」ボタン７１０が起動されていたならば、処理はステップ３１６に進む。もしも、「完了」ボタン７１０が起動されていないならば、処理は、ステップ３０６に進み、ここでは、アプリケーション８１は、臨床医が、患者の肺の周りでＥＭセンサ９４をナビゲートしている間、場所データを取得する。臨床医は、ＥＭセンサ９４を患者の気道を通って患者の肺の第一領域の中にナビゲートし得る。ナビゲーションプロセスのデータ取得部分の間、臨床医は、任意の肺領域において任意の順序で場所データを取得するように選択し得る。ＥＮセンサ９４は、患者の肺の第一領域における気道の複数の枝を下ってナビゲートして、肺領域全体に広がる場所データを取得し得る。肺領域全体に広がる気道の様々な枝における場所データを取得することによって、アプリケーション８１は、より正確な形状を生成し、３Ｄモデルと相関し得る。さらに、十分な深さを有する場所データを取得することによって、つまり、ＥＭセンサ９４を十分に深く気道の中にナビゲートすることによって、形状の精度がさらに改善され得る。例えば、アプリケーション８１は、ＥＭセンサ９４が、肺領域の各気道経路の第二の分岐にナビゲートされ、領域が十分に検査されたかを判断する前に、十分な場所データおよび侵入深さを取得する。臨床医は、アプリケーション８１から、侵入の十分な深さにおいて十分なデータが取得されたことを示す検査進行指標６０４上で、その領域におけるチェックマークの形式でフィードバックを受け取る。

データ取得ステップ３０６を行いながら、アプリケーション８１は、ステップ３０８を周期的に実行し、ここでは、アプリケーション８１が、再び、「完了」ボタン７１０が起動されていたかどうかを判断する。もしも、「完了」ボタン７１０が起動されていたならば、処理はステップ３１６に進む。もしも、「完了」ボタン７１０が起動されていないならば、処理は、ステップ３１０に進み、ここでは、アプリケーション８１は、適切な場所データが収集されたかを判断する。この判断は、二つのステップからなる。第一に、アプリケーション８１は、位置合わせ処理を開始するときでさえ、十分なデータ点が得られたかを判断し得る。もしも、十分なデータ点が得られていたならば、アプリケーション８１は、検査が特定の領域において十分な深さに到達したかを判断する第二のステップを行う。もしも、適切なデータが集められ、検査の十分な深さが達成されたとアプリケーション８１が判断するならば、上で記述したように、ユーザインターフェイス２１６は、肺検査進行指標６０４においてチェックマークフィードバックを臨床医に提供し得る。例えば、アプリケーション８１は、各肺領域において、少なくとも２００のデータ点が深さの十分性に対して取得されるべきであると要求し得る。少なすぎるデータ点を有するか、または、肺領域において浅すぎる部分に集中しているデータ点を有することは、場所データが不十分であるのでフィードバックを臨床医に提供することができない、との結果をもたらし得る。

もしも、アプリケーション８１が、取得された場所データが不十分であると判断する場合、処理は、より多くの場所データが取得されるステップ３０６に戻る。もしも、取得された場所データが十分であるとアプリケーション８１が判断する場合、処理は、ステップ３１２に進み、そこでは、ユーザインターフェイス２１６が表示７００を更新し、図６に示されるように、特定の肺領域が十分に検査されたことを示す「チェックマーク」シンボルのような、フィードバック指標８０１を表示する。図６から１０は、フィードバック指標８０１、８０２、８０３、８０４、および／または８０５に伴って取得される適切なデータを有するとして、肺領域７０１、７０２、７０３、７０４、および／または７０５の各々と進行する場所データ取得段階とが示されている、表示７００への連続的な更新を示す。

その後、ステップ３１４において、アプリケーション８１は、「完了」ボタン７１０が起動されていたかどうかを再度判断する。もしも、「完了」ボタン７１０が起動されていないならば、処理は、ステップ３０６に戻る。もしも、「完了」ボタン７１０が起動されていたならば、処理はステップ３１６に進み、ここでは、アプリケーション８１が、取得されたデータ点が実質的に、対応する３Ｄモデルの気道内に位置しているかを判断する。もしも、取得されたデータ点が実質的に気道内に位置していないならば、位置合わせのデータ取得段階は、不成功とされ、全体の処理が再始動されなければならない。もしも、取得されたデータ点が実質的に気道内に位置している場合、処理は、ステップ３１８に進む。

ステップ３１８において、アプリケーション３１２は、全ての肺領域が「チェックマーク」を受け取っており、従って、適切に検査されたかを判断する。もし、そうならば、処理はステップ３２６に進む。もし、そうでなければ、処理はステップ３２０に進み、そこでは、アプリケーション８１が、取得されたデータ点が分布されている肺領域を通して、位置合わせに対して十分であるように、十分な広がりで分布しているかどうかを判断する。好ましい実施形態において、全ての領域が「チェックマーク」を受け取るまで、臨床医は、場所データを取得し続ける一方で、任意の時刻において、「完了」ボタンを起動することによって、位置合わせ処理の場所データ取得段階を終了することが可能であり、このことは、その後、アプリケーション８１に取得された場所データを分析させて、取得されたデータ点に基づいて位置合わせが可能であるかを判断させる。

もしも、取得されたデータ点が肺領域を通じて十分な広がりで分布していない場合、処理はステップ３２２に進み、そこでは、ユーザインターフェイス２１６がエラーメッセージを表示し、処理がステップ３０６に戻ったあとで、不十分なデータ、データの不十分な広がり、または、侵入の不十分な深さが、不十分な位置合わせのデータ収集をもたらしたことを臨床医に示す。もしも、取得されたデータ点が肺領域を通じて位置合わせに対して十分な広がりで分布していると、アプリケーション８１が判断する場合、処理は、ステップ３２４に進み、ここでは、ユーザインターフェイス２１６が、臨床医に取得された場所データに基づいて位置合わせを行うことは可能であるが、理想的ではなく、さらなる場所データを取得することによって位置合わせが改善され得ることを警告するメッセージを表示する。

その後、処理はステップ３２６に進み、そこでは、ユーザインターフェイス２１６が、図１１に示されるように、臨床医に位置合わせ検証のための表示１３００を提示する。表示１３００は、例えば、図１３に示されるように、臨床医に、現在ロードされているナビゲーション計画の３Ｄ体積の表示されたスライス１３０４に重なった、固定されたＥＭセンサ指標１３０２を提示する。表示されたスライス１３０４は、ＥＭセンサ指標１３０２の周りを動き得、また、図１１と１２の比較によって分かるように、患者の気道内のＥＭセンサ９４の位置が変化するとき、ＥＮセンサ指標１３０２が静止したままで、３Ｄ体積の異なるスライス１３０４が、表示され得る。図１１に表示されたスライス１３０４は、冠方向からであるが、臨床医は、代替えとして、表示バー１３１０を起動することによって、軸位方向または矢状方向の内の一つを選択し得る。臨床医がＥＭセンサ９４を患者の気道を通って前進させるとき、位置合わせされた３Ｄ体積に対するＥＭセンサ９４の位置に基づいて、表示されたスライス１３０４は変化する。

ステップ３２８において、位置合わせが許容可能であるかどうかが判断される。例えば、臨床医は、位置合わせが許容可能であると判断し得る。ひとたび、位置合わせが許容可能であると臨床医が満足すると、例えば、ＥＭセンサ指標１３０２が患者の気道内から外れないことを判定することによって、表示されたスライス１３０４に提示されるように、臨床医は、「位置合わせ受入」ボタン１３０６を起動することによって位置合わせを受け入れる。しかしながら、もし、臨床医が、位置合わせは受け入れられないと判断する場合、例えば、もし、ＥＭセンサ指標１３０２が患者の気道内から外れる場合、表示されたスライス１３０４に提示されるように、臨床医は、「位置合わせ拒否」ボタン１３０８を起動することによって、位置合わせを拒否し得、ステップ３０６から開始する位置合わせ処理を繰り返すように進む。位置合わせは臨床医によって今や完了したが、システム１０は、３Ｄ体積に対する患者の気道内のＥＭセンサ９４の場所の追跡を継続し得、後続のナビゲーション手順の間、位置合わせを更新および改善することを継続し得る。

加えて、ナビゲーションの前に、または、ナビゲーションの間のいずれかに患者の肺の位置合わせが検討され得る。図１３に示されるように、アプリケーション８１は、ＥＭセンサ９４の場所が追跡された各場所に対する、指標１５０４および１５０６を有する３Ｄモデル１５０２を示す「位置合わせ検討」表示１５００を提示し得る。異なる形状のまたは色の指標が、位置合わせの間に追跡された場所（つまり、指標１５０４）、および、ナビゲーションの間に追跡された場所（つまり、指標１５０６）に対して表示され得る。この表示を使用して、臨床医は、ＥＭセンサ９４の全ての追跡された場所が、３Ｄモデルの気道内に位置することを確認し得る。もし、ＥＭセンサ９４の追跡された場所が、３Ｄモデルの気道の外側であるならば、位置合わせは、完了していないか、または、不正確であるかのいずれかであり、繰り返され得る。臨床医は、表示１５００をナビゲーションの前、またはナビゲーションの間の任意の時刻に開き得、かつ、「完了」ボタン１５０８を起動することによって、表示を閉じ得る。

本開示のいくつかの実施形態が図面において示されてきたが、本開示は、技術が許す限り広い範囲であり、明細書は同様に読まれることが意図されているので、開示はそれらに限定されることを意図されていない。従って、上の記述は限定であると解釈されるべきではなく、単に特定の実施形態の例示であると解釈されるべきである。当業者は、本明細書に添付された特許請求の範囲の範囲と精神の中で、別の修正を想像するであろう。

Claims (17)

1. 内腔ネットワークを該内腔ネットワークの３Ｄモデルに位置合わせするためのシステムであって、該システムは、
   内腔ネットワークの画像に基づいて、該内腔ネットワークの３Ｄモデルを生成するための手段と、
   該内腔ネットワークの周りに電磁場を生成するための手段と、
   該電磁場内に挿入されるように構成されている場所センサと、
   該内腔ネットワーク内の該場所センサの場所を追跡するための手段と、
   該場所センサの追跡された場所と、該内腔ネットワークの外側に位置するセンサおよび開放空間の３Ｄモデル表現の部分とを比較するための手段と、
   該内腔ネットワークの部分が該場所センサによって十分に横切られたかどうかを決定するための手段と、
   ユーザインターフェイスであって、該ユーザインターフェイスは、該決定することに基づいて、該内腔ネットワークの該部分が該場所センサによって十分に横切られたことを示す指標を提示し、該内腔ネットワークの該部分を該３Ｄモデルに位置合わせするように構成されている、ユーザインターフェイスと
   を含む、システム。
2. 前記場所センサは、場所確認可能なガイドに挿入されるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記場所センサおよび前記場所確認可能なガイドは、気管支鏡に挿入されるように構成されている、請求項２に記載のシステム。
4. 前記気管支鏡は、前記内腔ネットワークに挿入されるように構成されており、該内腔ネットワークは、患者の気道である、請求項３に記載のシステム。
5. 前記ユーザインターフェイスは、前記気道のモデルを表示する、請求項４に記載のシステム。
6. 前記ユーザインターフェイスは、実況の気管支鏡画像を提示するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
7. 前記場所センサが前記内腔ネットワークを横切るとき、前記実況の気管支鏡画像は、該場所センサを図示する、請求項６に記載のシステム。
8. 前記ユーザインターフェイスは、ユーザが位置合わせを終了することを可能にする、請求項１に記載のシステム。
9. 前記内腔ネットワークの位置合わせは、前記３Ｄモデルを用いて検証されるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
10. 前記ユーザインターフェイスは、前記３Ｄモデルの２Ｄスライスを提示するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
11. 前記２Ｄスライスは、前記場所センサの場所を表示する、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記場所センサは、動かされるように構成されており、該場所センサの動きは、動かされた該場所センサの場所において、前記内腔ネットワークの２Ｄスライスの提示をもたらす、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記場所センサの動きに際して、前記内腔ネットワークの識別された境界内に該場所センサが実質的に留まるとき、位置合わせが確認される、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ユーザインターフェイスは、前記場所センサが前記内腔ネットワークを横切るとき、前記３Ｄモデルおよび該場所センサの場所を提示するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
15. 位置合わせの間に、前記場所センサの場所が提示される、請求項１４に記載のシステム。
16. 手順の間に、前記場所センサの場所が提示される、請求項１４に記載のシステム。
17. 前記場所センサの十分な感知された場所が前記３Ｄモデルの外側であると決定された場合、前記ユーザインターフェイスは、ユーザが位置合わせに戻ることを可能にする、請求項１４に記載のシステム。

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