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JP2024534556A - リアルタイム画像に基づくデバイス位置特定のためのシステム及び方法 - Google Patents

リアルタイム画像に基づくデバイス位置特定のためのシステム及び方法 Download PDF

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JP2024534556A
JP2024534556A JP2024518189A JP2024518189A JP2024534556A JP 2024534556 A JP2024534556 A JP 2024534556A JP 2024518189 A JP2024518189 A JP 2024518189A JP 2024518189 A JP2024518189 A JP 2024518189A JP 2024534556 A JP2024534556 A JP 2024534556A
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Abstract

本発明は、二次元X線画像に基づいてリアルタイムで三次元で位置を特定する(すなわち、位置及び向きを決定する)ことができる可撓性シースアセンブリ、並びに関連するシステム及び方法に関する。

Description

本発明は、可撓性シースアセンブリに関し、より詳細には、医療用カテーテル、及び対象内において医療用カテーテルの位置を特定する方法に関する。
シース又はカテーテル(例えば、内視鏡シース)は、蛇行した経路を含み得る末梢位置を通ってナビゲートするために、可撓性である必要がある。従来のカテーテル及び管腔内デバイスは、X線撮像が二次元の視界のみを提供するため、X線撮像を使用して三次元空間内で位置を特定することは困難である。
本発明は、二次元X線画像に基づいてリアルタイムで三次元で位置を特定する(すなわち、位置及び向きを決定する)ことができる可撓性シースアセンブリ、並びに関連するシステム及び方法に関する。
一態様では、本開示は、医療処置で使用するための可撓性シースを提供する。可撓性シースは、細長い管状本体近位端及び細長い管状本体遠位端を有する細長い管状本体を備える。可撓性シースは、細長い管状本体近位端に配置された第1の基準と、第1の基準から離間された第2の基準と、を更に備える。第1の基準及び第2の基準は、三次元空間における可撓性シースの位置の視覚的X線表示を提供する。
いくつかの実施形態では、第1の基準及び第2の基準は、放射線不透過性材料を含む。
いくつかの実施形態では、可撓性シースは、第3の基準を更に備え、第2の基準は、第1の基準と第3の基準との間に配置されている。
いくつかの実施形態では、第1の基準、第2の基準、及び第3の基準は、互いに等しい距離だけ離間している。
いくつかの実施形態では、可撓性シースは、可撓性シースの関節軸に位置合わせされた非対称先端マーカーを更に備える。
いくつかの実施形態では、非対称先端マーカーは、放射線不透過性材料を含む。
いくつかの実施形態では、第1の基準は、円形である。
いくつかの実施形態では、第1の基準の外径は、細長い管状本体の外径に等しい。
いくつかの実施形態では、第1の基準の厚さは、細長い管状本体の壁厚に等しい。
別の態様では、本開示は、医療処置で使用するための可撓性シースを提供する。可撓性シースは、細長い管状本体近位端及び細長い管状本体遠位端を有する細長い管状本体と、細長い管状本体遠位端に配置された非対称先端マーカーと、を備える。非対称先端は、三次元空間における細長い管状本体遠位端の向きの視覚的X線表示を提供する。
いくつかの実施形態では、非対称先端は、第1の長手方向マークと、第1の長手方向マークから円周方向に離間された第2の長手方向マークと、第2の長手方向マークから円周方向に離間された第3の長手方向マークと、を備える。第2の長手方向マークは、第1の長手方向マークと第3の長手方向マークとの間に円周方向に配置される。
いくつかの実施形態では、第2の長手方向マークは、第1の長手方向マーク及び第3の長手方向マークよりも長い。
いくつかの実施形態では、第1の長手方向マークは、第3の長手方向マークよりも細長い管状本体遠位端の近くに配置される。
いくつかの実施形態では、可撓性シースは、細長い管状本体近位端に配置された第1の基準と、第1の基準から離間された第2の基準と、を更に備える。第1の基準及び第2の基準は、三次元空間における可撓性シースの位置の視覚的X線表示を提供する。
別の態様では、本開示は、三次元空間において可撓性シースの位置を特定する方法を提供する。本方法は、少なくとも1つの基準を備えた可撓性シースを、X線撮像システム内に配置することと、可撓性シースの二次元X線画像を取り込むことと、二次元X線画像内の少なくとも1つの基準を特定することと、X線撮像システムの幾何学的変換に基づいて、可撓性シースの推定位置を決定することと、を含む。
いくつかの実施形態では、可撓性シースの推定位置を決定することは、患者の三次元解剖学的制約に更に基づく。
いくつかの実施形態では、可撓性シースの推定位置を決定することは、可撓性シースの機械的特性に更に基づく。
いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも1つの基準の推定位置を二次元検証画像に再投影することによって、可撓性シースの推定位置を検証することと、二次元X線画像内の少なくとも1つの基準の位置と二次元検証画像との間の誤差を計算することと、を更に含む。
いくつかの実施形態では、推定位置を決定することは、誤差が閾値未満になるまで繰り返される。
いくつかの実施形態では、本方法は、可撓性シースの推定位置をリアルタイムで表示することを含む。
いくつかの実施形態では、本方法は、少なくとも1つの基準に基づいて可撓性シースの推定向きを決定することを更に含む。
追加の実施形態を本明細書に記載する。
添付の図面及び例は、説明を目的として提供され、限定を目的とするものではない。本開示の前述の態様及び他の特徴は、1つ以上の実施形態に関連する添付の例示的な図面(「図」とも)に関連して解釈される以下の説明において説明される。本特許又は出願書類は、カラーで作成した少なくとも1つの図面を含む。カラー図面を備える、本特許又は特許出願公開のコピーは、申請すれば、必要な手数料を支払うことにより、特許庁によって提供される。
第1の位置及び向きにある可撓性シースの斜視図である。 第2の位置及び向きにある図1Aの可撓性シースの斜視図である。 図1A及び図1Bを一緒に重ね合わせた斜視図である。 X線撮像システム内に配置された可撓性シースの図である。 複数の基準を備えた可撓性シースの斜視図である。 図3の拡大部分図であり、可撓性シース断面の一部を破断した図である。 2つの異なる側面斜視図で示される、図3の可撓性シース内の基準の概略図である。 可撓性シースの位置を特定する方法である。 第1の位置及び向きにある可撓性シースの斜視図である。 第2の位置及び向きにある図7Aの可撓性シースの斜視図である。 図7A及び図7Bを一緒に重ね合わせた斜視図である。 非対称先端マーカーを含む可撓性シースの斜視図である。 第1の向きにおける図8の可撓性シースの側面図であり、関節運動は、図平面内で生じ、矢印で示される。 図9の拡大部分図である。 第2の向きにある図8の可撓性シースの側面図であり、関節運動は、図平面に対して斜めに生じる。 図11の拡大部分図である。
任意の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その用途において、以下の説明に記載した又は以下の図面に示した構成要素の構造又は配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、かつ様々な手法で実践又は実行することができる。
治療内視鏡検査又はインターベンション内視鏡検査は、治療(例えば、組織アブレーション)(例えば、組織採取)が内視鏡を介して実施される内視鏡処置に関する。これは、処置の目的が純粋に、診断を補助するために身体の内部(例えば、胃腸領域、呼吸領域、尿路領域など)を可視化することである診断内視鏡検査と対照をなす。実際には、診断内視鏡検査として開始する処置は、所見に応じて治療内視鏡検査になり得る。
一般に、治療内視鏡検査は、自然に停止する位置付けに達するまで(例えば、本体領域の外周が内視鏡の更なる前進を阻止するまで)内視鏡(「一次カテーテル」)を身体領域に適用することを伴う。次に、内視鏡の外周よりも小さい外周を有する可撓性シースを、内視鏡を通して所望の身体領域位置まで前進させる。次に、可撓性シースの直径よりも小さい外周を有する治療ツール又は診断ツール(例えば、アブレーションエネルギー送達ツール)(例えば、組織採取ツール)(例えば、生検針)を、可撓性シースに通して所望の身体領域位置まで前進させる。次に、アブレーションエネルギーが所望の身体領域位置に送達される。治療内視鏡検査が完了すると、アブレーションエネルギー送達ツールが可撓性シースを通して抜去され、可撓性シースが内視鏡を通して抜去され、内視鏡が対象から抜去される。
ツール位置決めのためのガイドとして使用されるそのような内視鏡シースは、特に気管支鏡の場合に蛇行経路を含み得る周辺位置をナビゲートするために、非常に高い可撓性をもつことが必要である。しかしながら、可撓性シースの位置及び向きを決定することは、決定又は確認することが困難である。本明細書に記載される可撓性シースは、内視鏡処置、管腔内処置、血管内処置、心臓処置などを含むが、それらに限定されない、種々の医療処置における使用のためのものである。
図1A~図1Cを参照すると、2つの異なる位置及び向きにある可撓性シース10(図1A及び図1B)は、可撓性シース10の二次元画像(図1C)と同様又は同一に見える。換言すれば、異なる位置及び向きにおける可撓性シース10の二次元画像は、可撓性シースの三次元位置及び向きに関して曖昧な場合がある。更に、第1の向き(例えば、外向き)(図1A)及び第2の向き(例えば、内向き)(図1B)における可撓性シース10の第1の断面14は、二次元画像(図1C)において、同じに見える場合がある。したがって、三次元空間における可撓性シースの従来の二次元撮像は、曖昧さ及び誤差をもたらし得る。
したがって、撮像(例えば、X線画像)に基づいてリアルタイムで新しい方法によって位置特定される(すなわち、位置及び向きを決定する)ことが可能な新しい可撓性シースが必要とされる。
本発明は、二次元X線画像において位置を特定することができる基準を提供することによって、この必要性に対処する。そのような可撓性シースアセンブリは、任意の種類の内視鏡処置又は血管内処置(例えば、組織アブレーション、切除、焼灼、血管血栓症、心不整脈及び不整脈の治療、電気外科、組織採取など)で使用するように構成されている。本明細書に記載される可撓性シースは、内視鏡処置、管腔内処置、血管内処置、心臓処置などを含むが、それらに限定されない、種々の医療処置における使用のためのものである。
本発明の可撓性シースは、特定のサイズ寸法に限定されない。実際に、いくつかの実施形態では、可撓性シースのサイズ寸法は、一次カテーテル(例えば、内視鏡)の内腔内に適合し、内腔を通過することができるようなものである。いくつかの実施形態では、可撓性シースは、その内部に、かつその内部を通して、1つ以上の好適なツール(例えば、エネルギー送達デバイス、操縦可能なナビゲーションカテーテル)を収容するのに十分な直径(例えば、1mm...2mm...3mm...4mm...5mm)を有する。いくつかの実施形態では、可撓性シースは、挿入部位(例えば、口、切開部から対象の体内へと)生体内の所望の標的領域まで延在するのに十分な長さ(例えば、50cm...75cm...1m...1.5m...2m...10m...25mなど)を有する。いくつかの実施形態では、可撓性シースは、治療部位(例えば、末梢肺組織、心臓組織、胃腸組織など)(例えば、生体内の任意の所望の位置)に到達するため、一次カテーテル(例えば、内視鏡)のリーチにわたって、それを越えて延在するのに十分な長さを有する。
本発明の可撓性シースは、一次カテーテル及び/又は身体領域を通る特定のナビゲーション方法に限定されない。いくつかの実施形態では、可撓性シースは、ナビゲーション及び/又は操縦機構を備える。いくつかの実施形態では、可撓性シースは、ナビゲーション、位置認識、又は操作の独立した手段がない。いくつかの実施形態では、可撓性シースは、位置決めのために一次カテーテル(例えば、内視鏡)又は操縦可能なナビゲーションカテーテルに依存する。
図3を参照すると、一実施形態による可撓性シース20が示されている。可撓性シース20は、特定の設計又は構成に限定されない。いくつかの実施形態では、可撓性シース20の設計又は構成は、可撓性シース20を介した医療ツールの使用挿入及び抜去を伴う医療処置中に、所望の組織領域に配置され、所望の配置を維持することができるようになっている。いくつかの実施形態では、可撓性シース20は、対象を通って(例えば、枝分かれ構造を通って、気管支樹を通って、身体の任意の領域を通って所望の位置に到達するように)回り道の経路にアクセスするのに十分な可撓性を有する。
引き続き図3を参照すると、可撓性シース20は、近位端開口32を有する細長い管状本体近位端28と、遠位端開口40を有する細長い管状本体遠位端36と、細長い管状本体近位端28から細長い管状本体遠位端36まで延在する細長い管状本体内部部分44と、細長い管状本体近位端28から細長い管状本体遠位端36まで延在する細長い管状本体外部部分48と、を有する、細長い管状本体24を有する。いくつかの実施形態では、細長い管状本体24内の細長い管状本体近位端28、近位端開口32、細長い管状本体遠位端36、遠位端開口40、細長い管状本体内部部分44、及び細長い管状本体外部部分48の配置及び配置は限定されない。いくつかの実施形態では、細長い管状本体24内の細長い管状本体近位端28、近位端開口32、細長い管状本体遠位端36、遠位端開口40、細長い管状本体内部部分44、及び細長い管状本体外部部分48の配置及び配置は、可撓性シース20が、可撓性シース20を介した医療ツールの使用挿入及び抜去を伴う医療処置中に所望の組織領域に配置され、所望の配置を維持することができるようなものである。
引き続き図1を参照すると、細長い管状本体24は、特定の組成に限定されない。いくつかの実施形態では、細長い管状本体24の組成は、可撓性シース20が、可撓性シース20を介した医療ツールの使用挿入及び抜去を伴う医療処置中に所望の組織領域に配置され、所望の配置を維持することができるようにする任意の組成である。いくつかの実施形態では、細長い管状本体24の組成は、ポリマー材料である。いくつかの実施形態では、細長い管状本体24の組成は、より高い温度定格のポリマー材料である。そのような実施形態は、特定のより高い温度定格のポリマー材料に限定されない。いくつかの実施形態では、より高い温度定格のポリマー材料は、フッ素化エチレンプロピレン(fluorinated ethylene propylene、FEP)である。いくつかの実施形態では、より高い温度定格のポリマー材料は、熱可塑性コポリエステルである。いくつかの実施形態では、熱可塑性コポリエステルは、Arnitelである。いくつかの実施形態では、より高い温度定格のポリマー材料は、フルオロポリマーである。そのような実施形態は、特定のフルオロポリマーに限定されない。いくつかの実施形態では、フルオロポリマーは、ペルフルオロメチルアルコキシアルカン(perfluoromethylalkoxy alkane、MFA)である。いくつかの実施形態では、フルオロポリマーは、ペルフルオロアルコキシアルカン(perfluoroalkoxy alkane、PFA)である。いくつかの実施形態では、細長い管状本体24の一部分(5%、10%、25%、50%、75%、77%、79%、85%、88%、90%、94%、98%、99%、99.999%)のみが、より高い温度定格のポリマー材料の組成を有する。いくつかの実施形態では、細長い管状本体遠位端36から始まる一部分(5%、10%、25%、50%、75%、77%、79%、85%、88%、90%、94%、98%、99%、99.999%)のみが、より高い温度定格のポリマー材料の組成を有する。いくつかの実施形態では、細長い管状本体24全体が、より高い温度定格のポリマー材料の組成を有する。
引き続き図3を参照すると、可撓性シース20は、デバイス(例えば、医療用デバイス)が細長い管状本体内部部分44を通して挿入及び抜去され得るように構成されている。細長い管状本体内部部分44を通して挿入及び抜去され得るこのようなデバイスの例としては、栓子、アブレーションプローブ、エネルギー送達デバイス、生検ツールなどが挙げられるが、これらに限定されない。
引き続き図3を参照すると、細長い管状本体内部部分44は、デバイスの挿入及び抜去を可能にする特定の構成に限定されない。いくつかの実施形態では、細長い管状本体内部部分44は、その中に、近位端開口32から細長い管状本体近位端28を通り、細長い管状本体遠位端36を通って、遠位端開口40を出るように延在する中空ポート52を有する。中空ポート52は、特定のサイズに限定されない。いくつかの実施形態では、中空ポート52のサイズは、その全体を通して、適切なサイズのデバイス(例えば、中空ポート52の外周よりも小さい外周を有するデバイス)の挿入及び抜去に適合し得るようになっている。いくつかの実施形態では、中空ポート52のサイズは、可撓性シース20が医療処置中に所望の組織領域に配置され、その所望の配置を維持する能力を損なわずに、その全体を通して、適切なサイズのデバイス(例えば、中空ポート52の外周よりも小さい外周を有するデバイス)の挿入及び抜去に適合し得るようになっている。
引き続き図3を参照すると、可撓性シース20は、複数の基準56(本明細書ではマーカーとも呼ばれる)を含む。本明細書で更に説明されるように、複数の基準56は、三次元空間における可撓性シース20の位置及び向きの視覚的X線表示を提供する。換言すれば、複数の基準56は、可撓性シース20の位置及び向きのリアルタイム画像に基づく位置特定を可能にする。複数の基準56は、放射線不透過性材料を含む。いくつかの実施形態では、放射線不透過性材料は、硫酸バリウム、ビスマス、金、タンタル、白金、白金イリジウム、ステンレス鋼、又はタングステンである。放射線不透過性材料は、X線又は同様の放射線に対して不透明である。
図示される実施形態では、可撓性シース20は、細長い管状本体遠位端36に配置された第1の基準60Aと、第1の基準60Aから離間された第2の基準60Bと、第2の基準60Bから離間された第3の基準60Cと、を備える。図示される実施形態では、第2の基準60Bは、第1の基準60Aと第3の基準60Cとの間に配置されている。図示された実施形態では、第1の基準60A、第2の基準60B、及び第3の基準60Cは、互いに等しい距離64だけ離間している。図示された可撓性シース20は、第4の基準60D、第5の基準60E、第6の基準60F、及び第7の基準60Gを更に含み、これらは全て、可撓性シースの長さに沿って離間され、隣接する基準(例えば、60B及び60C)の間に距離64を有する。可撓性シースは、特定の数の基準に限定されない。いくつかの実施形態では、可撓性シースは、任意の数の基準を含む。いくつかの実施形態では、シース20の長さの少なくとも半分が、基準を含む。
図4を参照すると、第1の基準60Aは、第2の基準60Bよりも大きい。図示された実施形態では、第1の基準60Aは、第2の基準60Bの幅72よりも大きい幅68を有する放射線不透過性材料のバンドである。より大きな第1の基準60Aは、細長い管状本体遠位端36の視覚化を改善する。細長い管状本体遠位端36がどこに位置するかを特定することは、潜在的に鋭利な器具が、例えば、遠位端開口40を出て細長い管状本体遠位端36から延在するため、安全性を向上させるので有利である。換言すれば、第1の基準60Aは、骨又は他の密な身体器官によって重ね合わされている場合であっても、細長い管状本体遠位端36の迅速かつ正確な視覚的特定のために、他の残りの基準(例えば、60B~60G)よりも大きい。細長い管状本体遠位端36がどこに位置するかを特定することはまた、有利なことに、例えば、可撓性シース20をアブレーションゾーンから除去するために、器具(例えば、プローブ)に沿って可撓性シース20を後退させる操作者の能力を改善する。従来の可撓性シースの遠位端は、視覚化することが困難であり、したがって、それらを器具から所望の距離だけ確実に後退させることは困難である。更に、より大きい第1の基準60Aは、有利なことに、関節運動機構(例えば、プルワイヤのためのアンカー)のための頑丈な機械的接続点を提供する。
図4及び図5を参照すると、第2の基準60Bは、円形マーカー(すなわち、形状が円形、リング形状)である。いくつかの実施形態では、第2の基準60Bは、細長い管状本体外部部分48の一部分(例えば、1%、5%、10%、25%、45%、49.9%、50%、55%、62%、70%、79.5%、85%、90%、92%、93.5%、98%、99%、99.99%)に巻き付いている。いくつかの実施形態では、第2の基準60Bは、三次元の円又はリングである。いくつかの実施形態では、第2の基準60Bの外径76は、細長い管状本体24の外径80に等しい。いくつかの実施形態では、第2の基準60Bの厚さ84は、細長い管状本体24の壁厚88に等しい。いくつかの実施形態では、基準60A~60Gの全ては、同一のサイズ及び形状である。他の実施形態では、基準60A、60B、60Cなどの各々は、固有のサイズ及び/又は形状である。
引き続き図4を参照すると、可撓性シース20は、細長い管状本体遠位端36に配置された非対称先端マーカー92を更に含む。図示される実施形態では、非対称先端マーカー92は、複数の基準56のうちの1つである。図示される実施形態では、非対称先端92は、三次元空間における細長い管状本体遠位端36の向きの視覚的X線表示を提供する。いくつかの実施形態では、非対称先端92は、可撓性シース20の指向方向(すなわち、遠位開口40に面する方向)の視覚的X線表示を提供する。
引き続き図4を参照すると、非対称先端マーカー92は、第1の長手方向マーク96Aと、第1の長手方向マーク96Aから円周方向に離間された第2の長手方向マーク96Bと、第2の長手方向マーク96Bから円周方向に離間された第3の長手方向マーク96Cと、を備える。図示される実施形態では、第2の長手方向マーク96Bは、第1の長手方向マーク96Aと第3の長手方向マーク96Cとの間に円周方向に配置される。図示される実施形態では、第2の長手方向マーク96Bは、第1の長手方向マーク96Aよりも長く、第3の長手方向マーク96Cよりも長い。図示される実施形態では、第1の長手方向マーク96Aは、第3の長手方向マーク96Cよりも細長い管状本体遠位端36の近くに配置される。長手方向マーク96A~96Cの配置は、可撓性シース20の向きをユーザーに視覚的に示す。いくつかの実施形態では、第2の長手方向マーク96Bは、中心線であり、第1の長手方向マーク96Aは、中心線の一方の側を示し、第3の長手方向マーク96Cは、中心線の他方の側を示す。
いくつかの実施形態では、可撓性シースは、操縦可能なプルリングを更に含む。このような実施形態は、操縦可能なプルリングの特定の構成に限定されない。いくつかの実施形態では、操縦可能なプルリングは、操縦可能なプルリングの操作を介して、ユーザーが可撓性シースを手動で操縦することを可能にする任意の構成を有する(例えば、ワイヤの一方又は両方の操作によって、シースの湾曲又は操縦がもたらされる)。いくつかの実施形態では、非対称先端マーカー92は、可撓性シースの関節運動軸の視覚的X線表示を提供する。換言すれば、非対称先端マーカー92は、操縦可能なプルリングが利用されるときに可撓性シースがどの方向に関節運動するかを二次元画像でユーザーに示す。
いくつかの実施形態では、操縦可能なプルリングは、可撓性シースを任意の所望の方法又は向きで操縦することを可能にする。例えば、いくつかの実施形態では、操縦可能なプルリングは、可撓性シースを任意の所望の曲線角度(例えば、1~180度)で操縦することを可能にする。いくつかの実施形態では、操縦可能なプルリングは、可撓性シースを任意の所望の曲げ角度(例えば、1~360度)で操縦することを可能にする。いくつかの実施形態では、操縦可能なプルリングは、可撓性シースを任意の所望の曲げ半径(例えば、1~360度)で操縦することを可能にする。いくつかの実施形態では、操縦可能なプルリングは、可撓性シースを任意の所望の曲線直径で操縦することを可能にする。いくつかの実施形態では、操縦可能なプルリングは、可撓性シースを任意の所望のリーチ(例えば、.1~100mm)で操縦することを可能にする。いくつかの実施形態では、操縦可能なプルリングは、可撓性シースを任意の所望のカールで操縦することを可能にする。いくつかの実施形態では、操縦可能なプルリングは、可撓性シースを任意の所望のスイープで操縦することを可能にする。いくつかの実施形態では、操縦可能なプルリングは、可撓性シースを任意の所望の曲線(例えば、対称又は非対称)(例えば、多曲線又は複合曲線)で操縦することを可能にする。いくつかの実施形態では、操縦可能なプルリングは、可撓性シースを任意の所望のループで操縦することを可能にする。いくつかの実施形態では、操縦可能なプルリングは、可撓性シースを任意の所望の偏向(例えば、面内偏向、面外偏向)で操縦することを可能にする。
図7A~図7Cを参照すると、別の実施形態による非対称先端マーカー100が、可撓性シース108の細長い管状本体遠位端104に配置されて示されている。図示される実施形態、非対称先端マーカー100は、「R」の形状である。いくつかの実施形態では、「R」は、可撓性シース108)の指定された「右側」を示し、可撓性シース108の向きの視覚的指示を提供する。いくつかの実施形態では、非対称先端マーカー100は、細長い管状本体遠位端104の関節運動軸の視覚的表示を提供する。
引き続き図7A~図7Cを参照すると、2つの異なる位置及び向き(図7A及び図7B)における可撓性シース108は、可撓性シース108の二次元画像(図7C)において識別可能である。換言すれば、異なる位置及び向きにおける可撓性シース108の二次元画像は、一意であり、曖昧ではなく、可撓性シース108の三次元位置及び向きの明白な視覚的表示をもたらす。したがって、非対称先端マーカー100は、有利なことに、二次元撮像に基づいて三次元空間において可撓性シース108の位置を特定する(すなわち、位置及び向きを決定する)際の曖昧さ及び誤差を低減する。
図8~図12を参照すると、別の実施形態による非対称先端マーカー120が、可撓性シース128の細長い管状本体遠位端124に配置されて示されている。非対称先端マーカー120は、細長い管状本体遠位端124上に配置されたリングである。リング120は、第1のノッチ132A及び第2のノッチ132Bを備える。図9及び図10を参照すると、可撓性シース128は、細長い管状本体遠位端124の関節運動が図の平面内で生じるように向いている。対照的に、図11及び図12を参照すると、可撓性シース128は、細長い管状本体遠位端124の関節運動が図の平面に対して斜めに生じるように向いている。図9及び図10の向きは、有利なことに、細長い管状本体遠位端124がどのように向いているかを示し、操作者が可撓性シース128の関節運動を二次元で視覚化することを可能にする。
図示される実施形態では、第1のノッチ132A及び第2のノッチ132Bは、関節運動が図の平面内にあるように細長い管状本体遠位端124が向くと、互いに整列する。第1のノッチ132A及び第2のノッチ132B(図10)の整列は、放射線不透過性リング120の二次元画像に視覚的に示されるギャップをもたらす。したがって、操作者は、非対称先端マーカー120が、可撓性シース128の関節運動が二次元画像の表示面内で生じているという表示を提供するまで、可撓性シース128を操作してもよい。
いくつかの実施形態では、本発明は、本明細書に記載される可撓性シース、一次カテーテル、及び1つ以上の好適なツール(例えば、エネルギー送達デバイス、操縦可能なナビゲーションカテーテル)が提供される、治療内視鏡処置のためのシステムを提供する。
そのような実施形態は、一次カテーテルの特定のタイプ又は種類に限定されない。いくつかの実施形態では、本発明の一次カテーテルは内視鏡である。いくつかの実施形態では、当業者に既知の任意の好適な内視鏡は、本発明において一次カテーテルとして用途が見出される。いくつかの実施形態では、一次カテーテルは、当該技術分野において既知の1つ以上の内視鏡及び/又は気管支鏡の特性、並びに本明細書に記載される特性を帯びている。従来の可撓性気管支鏡の1つのタイプは、全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第4,880,015号に記載されている。気管支鏡は、長さが790mmあり、作業ヘッド及び挿入チューブという2つの主要部分を有する。作業ヘッドは、アイピースと、視度調節リングを有する接眼レンズと、吸引管、吸引弁、及び光源用の取付け具と、様々なデバイス及び流体を作業チャネルの中に通し、気管支鏡の遠位端の外から出すことができるアクセスポート又は生検入口と、を含む。作業ヘッドは、通常長さが580mmあり、直径が6.3mmある挿入チューブに取り付けられる。挿入チューブは、遠位先端において対物レンズで終わる光ファイバーの束、導光板、及び作業チャネルを含む。本発明の実施形態で用途を見出し得る他の内視鏡及び気管支鏡、又は本発明との用途を見出し得る部分は、米国特許第7,473,219号、米国特許第6,086,529号、米国特許第4,586,491号、米国特許第7,263,997号、米国特許第7,233,820号、及び米国特許第6,174,307号に記載される。
そのような実施形態は、操縦可能なナビゲーションカテーテルの特定のタイプ又は種類に限定されない。いくつかの実施形態では、操縦可能なナビゲーションカテーテルは、一次カテーテル(例えば、内視鏡)及び可撓性シースの内腔内部に適合するように構成されている。いくつかの実施形態では、操縦可能なナビゲーションカテーテルは、挿入部位(例えば、口、対象の身体の切開部など)から治療部位まで延在するのに十分な長さを有する(例えば、50cm...75cm...1m...1.5m...2m...5m...15m)。いくつかの実施形態では、チャネルカテーテルは、一次カテーテル(例えば、内視鏡)のリーチを越えて治療部位(例えば、末梢肺組織)に達するのに十分な長さを有する。いくつかの実施形態では、操縦可能なナビゲーションカテーテルの動きが可撓性シースの同期的な動きをもたらすように、操縦可能なナビゲーションカテーテルは、可撓性シースに係合する。いくつかの実施形態では、操縦可能なナビゲーションカテーテルが対象内の経路に沿って挿入されるとき、操縦可能なナビゲーションカテーテルを取り囲む可撓性シースは、操縦可能なナビゲーションカテーテルと共に動く。いくつかの実施形態では、可撓性シースは、操縦可能なナビゲーションカテーテルによって対象内部に配置される。いくつかの実施形態では、操縦可能なナビゲーションカテーテルを可撓性シースから係合解除することができる。いくつかの実施形態では、操縦可能なナビゲーションカテーテルと可撓性シースとの係合解除は、可撓性シースが移動することなく、更に経路に沿った操縦可能なナビゲーションカテーテルの移動を可能にする。いくつかの実施形態では、操縦可能なナビゲーションカテーテルと可撓性シースとの係合解除は、可撓性シースが移動することなく、可撓性シースを介した操縦可能なナビゲーションカテーテルの後退を可能にする。
そのような実施形態は、エネルギー送達デバイスの特定のタイプ又は種類(例えば、アブレーションデバイス、外科用デバイスなど)に限定されない(例えば、米国特許第7,101,369号、同第7,033,352号、同第6,893,436号、同第6,878,147号、同第6,823,218号、同第6,817,999号、同第6,635,055号、同第6,471,696号、同第6,383,182号、同第6,312,427号、同第6,287,302号、同第6,277,113号、同第6,251,128号、同第6,245,062号、同第6,026,331号、同第6,016,811号、同第5,810,803号、同第5,800,494号、同第5,788,692号、同第5,405,346号、同第4,494,539号、米国特許出願第11/728,460号、同第11/728,457号、同第11/728,428号、同第11/237,136号、同第11/236,985号、同第10/980,699号、同第10/961,994号、同第10/961,761号、同第10/834,802号、同第10/370,179号、同第09/847,181号、英国特許出願第2,406,521号、同第2,388,039号、欧州特許第1395190号、及び国際公開第06/008481号、同第06/002943号、同第05/034783号、同第04/112628号、同第04/033039号、同第04/026122号、同第03/088858号、同第03/039385号、同第95/04385号を参照されたく、各々は、その全体にわたって参照により本明細書に組み込まれる)。このようなエネルギー送達デバイスは、特定の種類のエネルギーを放出することに限定されない。いくつかの実施形態では、エネルギー送達デバイスは、高周波エネルギーを放出することができる。いくつかの実施形態では、エネルギー送達デバイスは、マイクロ波エネルギーを放出することができる。そのようなデバイスは、エネルギー放出のために構成されたありとあらゆる医学的、獣医学、及び研究用のアプリケーションデバイス、並びに農業設定、製造設定、機械的設定、又はエネルギーが送達される任意の他の用途において使用されるデバイスを含む。
本発明の治療内視鏡処置用のシステムは、特定の用途に限定されない。実際に、本発明のそのようなシステムは、エネルギーの放出が適用できる任意の設定において使用するために設計される。そのような使用としては、ありとあらゆる医学的、獣医学的、及び研究用途が挙げられる。加えて、本発明のシステム及びデバイスは、農業設定、製造設定、機械的設定、又はエネルギーが送達される任意の他の用途において使用され得る。
いくつかの実施形態では、システムは、本明細書に記載の可撓性シースが役立ち得る任意のタイプの処置のために構成されている。例えば、システムは、直視下手術、経皮、血管内、心臓内、腔内、内視鏡、腹腔鏡、又は外科的エネルギー送達に役立つ。
本発明は、標的組織又は領域の性質によって限定されない。用途としては、心不整脈の治療、腫瘍切除(良性及び悪性)、手術中、外傷後、出血の任意の他の制御のための出血の制御、軟組織の除去、組織摘出及び採取、静脈瘤の治療、腔内組織切除(例えば、バレット食道及び食道腺癌などの食道病理を治療する)、骨性腫瘍、正常な骨、及び良性骨性病態の治療、眼内用途、整形手術における用途、脳腫瘍及び電気的じょう乱を含む中枢神経系の病理の治療、避妊手術(例えば、卵管の切除)、並びに任意の目的のための血管又は組織の焼灼が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、外科的用途は、切除療法(例えば、凝固壊死を達成する)を含む。いくつかの実施形態では、外科的用途は、例えば、転移性腫瘍を標的とする腫瘍切除を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の可撓性シースを含むシステムは、肺、脳、首、胸、腹、及び骨盤が挙げられるがこれらに限定されない任意の所望の位置における、組織又は有機体に対する最小の損傷を伴う動き及び位置付けのために構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、例えば、コンピュータ断層撮影、超音波、磁気共鳴撮像、蛍光透視などによる誘導送達のために構成されている。実際に、いくつかの実施形態では、そのようなシステムの挿入された構成要素は全て、対象を通って(例えば、分岐構造を通って、気管支樹を通ってなど)狭くかつ回り道の経路に沿って移動するために構成されている。
特定の実施形態では、本発明は、組織領域及び本明細書に記載のシステム(例えば、一次カテーテル(例えば、内視鏡)、本明細書に記載の可撓性シース、及びエネルギー送達デバイス(例えば、マイクロ波アブレーションカテーテル)と、プロセッサ、電源、温度モニタ、撮像装置、調整システム、温度低減システム、及び/又はデバイス配置システムのうちの少なくとも1つの構成要素と、を提供することと、組織領域付近にエネルギー送達デバイスの一部を配置することと、デバイスで一定量のエネルギーを組織領域に送達することと、を含む、組織領域を治療する方法を提供する。いくつかの実施形態では、組織領域は、腫瘍である。いくつかの実施形態では、エネルギー送達により、例えば、組織領域及び/若しくは血管の血栓症の切除、並びに/又は組織領域の電気穿孔法が行われる。いくつかの実施形態では、組織領域は、腫瘍である。いくつかの実施形態では、組織領域は、肺、心臓、肝臓、生殖器、胃、肺、大腸、小腸、脳、首、骨、腎臓、筋肉、腱、血管、前立腺、膀胱、及び脊髄のうちの1つ以上を含む。
図6を参照すると、本発明は、三次元空間において可撓性シースの位置を特定する方法200を提供する。方法200は、少なくとも1つの放射線不透過性基準を備えた可撓性シース(可撓性シース20として図示される)をX線撮像システム204(図2)内に配置することと、可撓性シースの二次元x線画像208を取り込むことと、を含む。図示される実施形態では、X線撮像システム204は、X線源及びX線検出器を備える。方法200は、X線撮像システム204の幾何学的形状及び対応する画像座標変換を利用して、自動基準セグメント化及び幾何学的情報の計算を実行するステップ212を更に含む。換言すれば、ステップ212は、二次元X線画像208内の少なくとも1つの基準を特定することを含む。
引き続き図6を参照すると、方法200は、三次元デバイス位置特定アルゴリズムを利用して、可撓性シースの一部分(例えば、遠位端部分)の位置を特定する(すなわち、位置及び向きを決定する)ステップ216を更に含む。換言すれば、ステップ216は、X線撮像システム204の幾何学的変換に基づいて可撓性シースの推定位置を決定することを含む。いくつかの実施形態では、三次元デバイス位置特定アルゴリズムは、肺解剖学的構造及び/又は操縦可能カテーテルに適合される。いくつかの実施形態では、位置特定アルゴリズムは、以下のアプローチのうちの1つ以上を含む。(1)複数のX線視野角からのエピポーラに基づく再構成(see Kalmykova, M 2018,‘An approach to point-to-point reconstruction of 3D structure of coronary arteries from 2D X-ray angiography,based on epipolar constraints’,7th International Young Scientist Conference on Computational Science、及びBrost,A 2009,‘Accuracy of x-ray image-based 3D localization from two C-arm views: A comparison between an ideal system and a real device’,Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineeringを参照されたい)、(2)既知のデバイス特性と組み合わせたエピポーラレコン(Vernikouskaya, I 2021, ‘Cyro-balloon catheter localization in X-Ray fluoroscopy using U-net’, International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, 16:1255-1262を参照されたい)、(3)単一のX線からの機械学習に基づくデバイス固有の姿勢検出(Ralovhich,K 2014,‘6DoF Catheter Detection, Application of Intracardiac Echocardiography’,Springer International Publishing Switzerland、及びHatt,C 2016,‘Real-time pose estimation of device from x-ray images:Application to x-ray/echo registration for cardiac interventions’,Med Image Anal.34:101-108を参照されたい)、及び/又は(4)デバイスの位置特定アルゴリズムを特定のセグメント化された解剖学的領域に制約するための解剖学的制約付き再構成(Mandal,K 2016,‘Vessel-based registration of an optical shape sensing catheter for MR navigation’,Int J CARS,11:1025-1034を参照されたい)。
いくつかの実施形態では、ステップ216は、可撓性シースの推定位置をディスプレイ上にリアルタイムで表示することを更に含む。いくつかの実施形態では、可撓性シースの推定位置を決定することは、患者の三次元解剖学的制約(すなわち、先験的な三次元解剖学的情報)に更に基づく。例えば、三次元空間内の肺樹の中心線は、セグメント化され、これを使用して、解剖学的構造の中心線上又は中心線から離れたある限定された距離に拘束されるように、X線からのデバイス位置特定を制約する。解剖学的制約は、既知の動き又は変形内で静的であるオブジェクトに特に有用である。他の実施形態では、可撓性シースの推定位置を決定することは、可撓性シースの機械的特性(例えば、連続内腔、幾何学的制約、剛性及び圧縮性)に更に基づく。
引き続き図6を参照すると、方法200は、基準(複数可)の推定位置を二次元検証画像に再投影することによって可撓性シースの推定位置を検証することと、二次元X線画像208内の基準(複数可)の位置と二次元検証画像との間の誤差を計算することとを含むステップ220を更に含む。換言すれば、ステップ220は、推定された三次元基準位置を二次元X線画像ドメインに再投影することと、実際のX線測定値208と比較して誤差を計算することと、を含む。いくつかの実施形態では、ステップ216及び220は、結果として生じる誤差が閾値(例えば、許容可能なレベル)を下回るまで繰り返される。
本発明の実施形態で用途を見出し得る他の位置特定方法、又は本発明との用途を見出し得る部分は、米国特許第9,232,924号、国際公開第2017/070205号、及び米国特許出願公開第2017/0319165号、同第2006/0233423号;同第2011/0282151号、及び同第2017/0358091号が記載され、これらの各々は参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
上記明細書に記した全ての刊行物及び特許は、それらの全体が完全に本明細書において参照により組み込まれる。記載された本技術の範囲及び主旨から逸脱することなく、本技術の記載された組成、方法及び使用の様々な修正及び変更が、当業者には明らかとなるであろう。本技術は、特定の例示的な実施形態に関連して説明されてきたが、特許請求される発明はそのような特定の実施形態に過度に制限されるべきではないことを理解されたい。実際には、当業者に明らかである、本発明を実行するための記載された方法の様々な修正は、以下の「特許請求の範囲」の範囲内であることが意図される。
〔実施の態様〕
(1) 医療処置で使用するための可撓性シースであって、前記可撓性シースが、
細長い管状本体近位端及び細長い管状本体遠位端を含む細長い管状本体と、
前記細長い管状本体近位端に配置された第1の基準と、
前記第1の基準から離間された第2の基準と、を備え、
前記第1の基準及び前記第2の基準が、三次元空間における前記可撓性シースの位置の視覚的X線表示を提供する、可撓性シース。
(2) 前記第1の基準及び前記第2の基準が、放射線不透過性材料を含む、実施態様1に記載の可撓性シース。
(3) 第3の基準を更に備え、前記第2の基準が、前記第1の基準と前記第3の基準との間に配置されている、実施態様1に記載の可撓性シース。
(4) 前記第1の基準、前記第2の基準、及び前記第3の基準が、互いに等しい距離だけ離間している、実施態様3に記載の可撓性シース。
(5) 前記可撓性シースの関節軸に位置合わせされた非対称先端マーカーを更に備える、実施態様1に記載の可撓性シース。
(6) 前記非対称先端マーカーが、放射線不透過性材料を含む、実施態様5に記載の可撓性シース。
(7) 前記第1の基準が、円形である、実施態様1に記載の可撓性シース。
(8) 前記第1の基準の外径が、前記細長い管状本体の外径に等しい、実施態様1に記載の可撓性シース。
(9) 前記第1の基準の厚さが、前記細長い管状本体の壁厚に等しい、実施態様1に記載の可撓性シース。
(10) 内視鏡処置で使用するための可撓性シースであって、前記可撓性シースが、
細長い管状本体近位端及び細長い管状本体遠位端を含む細長い管状本体と、
前記細長い管状本体遠位端に配置された非対称先端マーカーと、を備え、
前記非対称先端が、三次元空間における前記細長い管状本体遠位端の向きの視覚的X線表示を提供する、可撓性シース。
(11) 前記非対称先端が、第1の長手方向マークと、前記第1の長手方向マークから円周方向に離間された第2の長手方向マークと、前記第2の長手方向マークから円周方向に離間された第3の長手方向マークとを備え、前記第2の長手方向マークが、前記第1の長手方向マークと前記第3の長手方向マークとの間に円周方向に配置されている、実施態様10に記載の可撓性シース。
(12) 前記第2の長手方向マークが、前記第1の長手方向マーク及び前記第3の長手方向マークよりも長い、実施態様11に記載の可撓性シース。
(13) 前記第1の長手方向マークが、前記第3の長手方向マークよりも前記細長い管状本体遠位端の近くに配置されている、実施態様12に記載の可撓性シース。
(14) 前記細長い管状本体近位端に配置された第1の基準と、前記第1の基準から離間された第2の基準と、を更に備え、前記第1の基準及び前記第2の基準が、三次元空間における前記可撓性シースの位置の視覚的X線表示を提供する、実施態様10に記載の可撓性シース。
(15) 三次元空間において可撓性シースの位置を特定する方法であって、前記方法が、
少なくとも1つの基準を備えた前記可撓性シースを、X線撮像システム内に配置することと、
前記可撓性シースの二次元X線画像を取り込むことと、
前記二次元X線画像内の前記少なくとも1つの基準を特定することと、
前記X線撮像システムの幾何学的変換に基づいて、前記可撓性シースの推定位置を決定することと、
を含む、方法。
(16) 前記可撓性シースの前記推定位置を決定することが、患者の三次元解剖学的制約に更に基づく、実施態様15に記載の方法。
(17) 前記可撓性シースの前記推定位置を決定することが、前記可撓性シースの機械的特性に更に基づく、実施態様15に記載の方法。
(18) 前記少なくとも1つの基準の前記推定位置を二次元検証画像に再投影することによって、前記可撓性シースの前記推定位置を検証することと、前記二次元X線画像内の前記少なくとも1つの基準の前記位置と前記二次元検証画像との間の誤差を計算することと、を更に含む、実施態様15に記載の方法。
(19) 前記推定位置を決定することが、前記誤差が閾値未満になるまで繰り返される、実施態様18に記載の方法。
(20) 前記可撓性シースの前記推定位置をリアルタイムで表示することを更に含む、実施態様15に記載の方法。
(21) 前記少なくとも1つの基準に基づいて前記可撓性シースの推定向きを決定することを更に含む、実施態様15に記載の方法。

Claims (21)

  1. 医療処置で使用するための可撓性シースであって、前記可撓性シースが、
    細長い管状本体近位端及び細長い管状本体遠位端を含む細長い管状本体と、
    前記細長い管状本体近位端に配置された第1の基準と、
    前記第1の基準から離間された第2の基準と、を備え、
    前記第1の基準及び前記第2の基準が、三次元空間における前記可撓性シースの位置の視覚的X線表示を提供する、可撓性シース。
  2. 前記第1の基準及び前記第2の基準が、放射線不透過性材料を含む、請求項1に記載の可撓性シース。
  3. 第3の基準を更に備え、前記第2の基準が、前記第1の基準と前記第3の基準との間に配置されている、請求項1に記載の可撓性シース。
  4. 前記第1の基準、前記第2の基準、及び前記第3の基準が、互いに等しい距離だけ離間している、請求項3に記載の可撓性シース。
  5. 前記可撓性シースの関節軸に位置合わせされた非対称先端マーカーを更に備える、請求項1に記載の可撓性シース。
  6. 前記非対称先端マーカーが、放射線不透過性材料を含む、請求項5に記載の可撓性シース。
  7. 前記第1の基準が、円形である、請求項1に記載の可撓性シース。
  8. 前記第1の基準の外径が、前記細長い管状本体の外径に等しい、請求項1に記載の可撓性シース。
  9. 前記第1の基準の厚さが、前記細長い管状本体の壁厚に等しい、請求項1に記載の可撓性シース。
  10. 内視鏡処置で使用するための可撓性シースであって、前記可撓性シースが、
    細長い管状本体近位端及び細長い管状本体遠位端を含む細長い管状本体と、
    前記細長い管状本体遠位端に配置された非対称先端マーカーと、を備え、
    前記非対称先端が、三次元空間における前記細長い管状本体遠位端の向きの視覚的X線表示を提供する、可撓性シース。
  11. 前記非対称先端が、第1の長手方向マークと、前記第1の長手方向マークから円周方向に離間された第2の長手方向マークと、前記第2の長手方向マークから円周方向に離間された第3の長手方向マークとを備え、前記第2の長手方向マークが、前記第1の長手方向マークと前記第3の長手方向マークとの間に円周方向に配置されている、請求項10に記載の可撓性シース。
  12. 前記第2の長手方向マークが、前記第1の長手方向マーク及び前記第3の長手方向マークよりも長い、請求項11に記載の可撓性シース。
  13. 前記第1の長手方向マークが、前記第3の長手方向マークよりも前記細長い管状本体遠位端の近くに配置されている、請求項12に記載の可撓性シース。
  14. 前記細長い管状本体近位端に配置された第1の基準と、前記第1の基準から離間された第2の基準と、を更に備え、前記第1の基準及び前記第2の基準が、三次元空間における前記可撓性シースの位置の視覚的X線表示を提供する、請求項10に記載の可撓性シース。
  15. 三次元空間において可撓性シースの位置を特定する方法であって、前記方法が、
    少なくとも1つの基準を備えた前記可撓性シースを、X線撮像システム内に配置することと、
    前記可撓性シースの二次元X線画像を取り込むことと、
    前記二次元X線画像内の前記少なくとも1つの基準を特定することと、
    前記X線撮像システムの幾何学的変換に基づいて、前記可撓性シースの推定位置を決定することと、
    を含む、方法。
  16. 前記可撓性シースの前記推定位置を決定することが、患者の三次元解剖学的制約に更に基づく、請求項15に記載の方法。
  17. 前記可撓性シースの前記推定位置を決定することが、前記可撓性シースの機械的特性に更に基づく、請求項15に記載の方法。
  18. 前記少なくとも1つの基準の前記推定位置を二次元検証画像に再投影することによって、前記可撓性シースの前記推定位置を検証することと、前記二次元X線画像内の前記少なくとも1つの基準の前記位置と前記二次元検証画像との間の誤差を計算することと、を更に含む、請求項15に記載の方法。
  19. 前記推定位置を決定することが、前記誤差が閾値未満になるまで繰り返される、請求項18に記載の方法。
  20. 前記可撓性シースの前記推定位置をリアルタイムで表示することを更に含む、請求項15に記載の方法。
  21. 前記少なくとも1つの基準に基づいて前記可撓性シースの推定向きを決定することを更に含む、請求項15に記載の方法。
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