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公開番号2025072849
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-12
出願番号2023183247
出願日2023-10-25
発明の名称リアルタイムの処置中の内視鏡シャフト動き追跡のためのシステムおよび方法
出願人マクマスター・ユニバーシティ,MCMASTER UNIVERSITY
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類A61B 1/00 20060101AFI20250501BHJP(医学または獣医学;衛生学)
要約【課題】一対のトラックボールおよび2つのビデオカメラを使用して内視鏡の動きを測定する内視鏡トラッカーを提供する。
【解決手段】トラックボールは、内視鏡処置中のスコープの位置および回転の変化をリアルタイムで測定する。カメラはスコープ表面の目盛線を検出して、蓄積されたトラックボールの測定誤差を補正する。デュアルモダリティ追跡方法は、挿入長、回転角度、速度を含む、内視鏡の挿入管の動きをリアルタイムで測定する。光学式トラックボールが内視鏡挿入管の動きを測定し、カメラが累積誤差を補正する。ビデオカメラと、ビデオカメラから取得された画像を処理して内視鏡が時間の経過とともにどのように動くかを判断するソフトウェアとを使用して内視鏡の動きを測定する純光学式内視鏡トラッカーも提供されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ハウジングを有するセンサーカフと、
前記ハウジングの第１の側面内に配置された第１のトラックボール、ならびに前記ハウジングの第２の側面内に配置され、内視鏡が前記第１のトラックボールと第２のトラックボールとに接触するように、前記第１のトラックボールと前記第２のトラックボールとの間に前記内視鏡を受容するためのギャップを形成する、前記第１のトラックボールから間隔をあけて配置された前記第２のトラックボールと、
前記ハウジングの第３の側面に隣接して配置され、第１の方向から前記内視鏡の前記ギャップに向けられたリーダーカメラと、
前記ハウジングの第４の側面に隣接して配置され、前記第１の方向とは異なる第２の方向から前記内視鏡の前記ギャップに向けられたフォロワカメラと、
前記コンピューティングデバイスによって実行されると、前記コンピューティングデバイスに、前記センサーカフにおける前記内視鏡の位置および向きをリアルタイムで追跡させるプログラム命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体を含む少なくとも１つのコンピューティングデバイスと
を備えるリアルタイム内視鏡トラッカーシステム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記少なくとも１つのコンピューティングデバイスが、リーダーコンピュータおよびフォロワコンピュータを備え、前記第１のトラックボールおよび前記第２のトラックボールが、前記リーダーコンピュータに接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記リーダーカメラ用の第１の光源と、
前記フォロワカメラ用の第２の光源と
をさらに備える請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のトラックボールおよび前記第２のトラックボールが、前記内視鏡の長手方向の挿入位置の経時変化および前記内視鏡の回転の経時変化を測定する、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記内視鏡の前記挿入位置が、前記第１のトラックボールおよび前記第２のトラックボールの第１の軸を使用して測定され、前記内視鏡の回転が、前記第１の軸に垂直な第２の軸を使用して測定される、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のトラックボールおよび前記第２のトラックボールによる測定値における累積する不確実性が、前記リーダーカメラおよび前記フォロワカメラを使用して、前記内視鏡の挿入管部分に一定間隔で現れる白い目盛線を検出することによって軽減される、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記リーダーカメラおよび前記フォロワカメラが、前記内視鏡の反対側からのマーキングの検出に基づいて、所定の度数で回転を補正するために使用される画像データを提供する、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記リーダーコンピュータが前記リーダーカメラに接続され、前記フォロワコンピュータが前記フォロワカメラに接続されている、請求項５から７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記リーダーコンピュータが、すべてのセンサーデータを組み合わせて、前記内視鏡の位置、前記内視鏡の回転、および前記内視鏡の動きを計算するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのコンピューティングデバイスが、前記プログラム命令を実行するとき、白い目盛線を使用して前記内視鏡の挿入長の累積誤差を補正し、黒線ギャップを使用して前記内視鏡の回転角度を補正するように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書では、一般に医用画像診断のためのシステムおよび方法に関する様々な実施形態について説明する。より詳細には、本発明は、挿入長および向きの追跡など、リアルタイムの処置中の内視鏡シャフト動き追跡に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
以下のパラグラフは、本開示の背景として提供される。しかしながら、それらは、本明細書で論じられるいかなるものも、先行技術または当業者の知識の一部であることを認めるものではない。
【０００３】
消化器内視鏡検査は、消化管の異常を検出し、その特徴を明らかにするためのゴールドスタンダードである。例えば、上部内視鏡検査（食道胃十二指腸内視鏡検査：ＥＧＤ）は、バレット食道や食道癌などの前癌病変の評価に、大腸内視鏡検査は、大腸の前癌性ポリープおよび癌の検出に用いられる。米国では、バレット食道は成人人口の１～２％に存在し、大腸癌は男女ともに３番目に多く診断される癌であり、２０２１年には新規症例数が１５０，０００人、死亡者数が５３，０００人と推定されている［１］、［２］。現在の内視鏡診療は、癌や前癌病変の検出には優れているが、病変の位置特定に関しては信頼性が低い［３］～［７］。これは、バレット食道や大腸ポリープのサーベイランス、および食道癌や大腸癌の切除に問題となる。バレット食道病変や大腸ポリープは、内視鏡による切除中にその位置を特定し、次回の内視鏡手術中に同じ部位に再発病変がないかチェックできるようにしなければならない。食道腫瘍や大腸腫瘍は、手術による除去の計画を立てやすくするために、術前内視鏡検査によって位置を正確に特定する必要がある。
【０００４】
内視鏡検査における課題の１つは、内視鏡モーショントラッカーを使用した術前内視鏡検査における病変部位の位置特定の精度を向上させることである。遡及研究（２０１３～２０１６年）では、術前大腸内視鏡検査が１６．７％の患者で不正確であったことが判明している［３］。質の高い１５件の研究において、大腸内視鏡検査では１３．７±３．６％（９５％ＣＩ）の患者で腫瘍の位置特定が不正確であり、大腸内視鏡によるタトゥーは６．５±３．４％不正確であった［４］。さらに、他の研究では、誤った位置特定により５．３～１１％の腫瘍で手術計画の変更が必要となった［５］～［７］。
【０００５】
現在、大腸内視鏡検査中に内視鏡挿入管またはシャフトに沿って形成されるループを検出できる磁気内視鏡イメージング（ＭＥＩ）が存在する。ＭＥＩは位置特定精度の向上に役立つ可能性があるが、これは、動き追跡および姿勢推定をサポートする磁気コイルを備えた新しい内視鏡またはアクセサリーが必要である［４］、［８］、［９］。さらに、ＭＥＩは、上部内視鏡検査中に病変の位置を特定することはできず、バレット食道の範囲または病変の位置を特徴付けるのに十分正確であるとはいえない。
【０００６】
リアルタイムの処置中の内視鏡シャフト動き追跡によって、上記の課題および／または欠点に対処するシステムおよび方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書の教示に従って、リアルタイムの処置中の内視鏡シャフト動き追跡のためのシステムおよび方法、ならびにそれに使用するためのコンピュータ製品の様々な実施形態が提供される。
【０００８】
本発明の一態様によれば、ハウジングを有するセンサーカフと、ハウジングの第１の側面内に配置された第１のトラックボール、ならびにハウジングの第２の側面内に配置され、内視鏡が第１のトラックボールと第２のトラックボールとに接触するように、第１のトラックボールと第２のトラックボールとの間に内視鏡を受容するためのギャップを形成する、第１のトラックボールから間隔をあけて配置された第２のトラックボールと、ハウジングの第３の側面に隣接して配置され、第１の方向から内視鏡のギャップに向けられたリーダーカメラと、ハウジングの第４の側面に隣接して配置され、第１の方向とは異なる第２の方向から内視鏡のギャップに向けられたフォロワカメラと、コンピューティングデバイスによって実行されると、コンピューティングデバイスに、センサーカフにおける内視鏡の位置および向きをリアルタイムで追跡させるプログラム命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体を含む少なくとも１つのコンピューティングデバイスとを備えるリアルタイム内視鏡トラッカーシステムが開示される。
【０００９】
少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つのコンピューティングデバイスが、リーダーコンピュータおよびフォロワコンピュータを備え、第１のトラックボールおよび第２のトラックボールが、リーダーコンピュータに接続されている。
【００１０】
少なくとも１つの実施形態では、システムは、リーダーカメラ用の第１の光源と、フォロワカメラ用の第２の光源とをさらに備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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