被験者の体内の放射線源の位置標定
装置を位置標定するためのコンピュータ化システム４０。システム４０は、センサモジュール２０とＣＰＵ４２とを備える。医療装置に関連付けられた放射線源３８は、放射性崩壊の形態で信号を生成する。モジュール２０は装置に取り付けられた線源３８からの信号を受けとることができる放射線検出器２２を備える。モジュール２０は出力信号３４を生成する。ＣＰＵ４２は出力信号３４を受けとり、出力３４を線源３８の位置に関する方向情報に変換する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、「Ｍｅｄｉｃａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅ ｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｅｎｓｏｒ」と称する２００４年８月１２日出願の米国特許仮出願第６０／６００７２５号、「Ｕｓｉｎｇ ａ Ｃａｔｈｅｔｅｒ ｏｒ Ｇｕｉｄｅｗｉｒｅ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」と称する２００４年１０月１９日出願の第６０／６１９７９２号、および「Ｕｓｉｎｇ ａ Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｓｏｕｒｃｅ ａｓ ｔｈｅ Ｔｒａｃｋｅｄ．．．．．．」と称する２００４年１０月１９日出願の第６０／６１９８９７号の特典を主張し、それらの開示内容を参照によって本書に援用する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、例えば被験者の体内の電離放射線源の位置標定および追跡に関する。
【背景技術】
【０００３】
体内追跡のための既存の技術は、腹腔鏡を使用する直接ビデオ撮像、蛍光Ｘ線透視法（連続または周期的Ｘ線撮像法による処置の実行）、電磁追跡、光学追跡、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）追跡および超音波画像支援追跡を含む。これらの技術の一部は、電離放射線を明示的に回避する。蛍光Ｘ線透視法およびＣＴのような電離放射線を使用する技術は、充分な量の電離放射線を必要とするため、被験者および医療スタッフの放射線被曝が懸念される。
【０００４】
心臓カテーテル法のような体内追跡を必要とする一部の用途は、追跡される医療装置がその中をナビゲートされる組織が頻繁に動くため、同時取得画像を必要とする。頭蓋内処置のような体内追跡を必要とする他の用途は、関連組織が比較的静止しているため、事前に取得した画像を使用するのにより適している。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の一部の実施形態の態様は、画像を生成することなく、任意選択的に被験者の身体の内部または付近のその位置を検出するために、線源からの電離放射線を使用することに関する。任意選択的に、線源は医療装置と一体的に形成されるか、あるいはそれに取り付けられる。医療装置は、器具、インプラント、ナビゲーション装置、および導管を含むが、それらに限定されない。
【０００６】
本発明の例示的実施形態では、線源の位置は非撮像データ取得によって決定される。この明細書および付属の特許請求の範囲を目的として、語句「非撮像」とは、線源および解剖学的または他の非線源特徴を同一画像内に含む画像取得プロセスとは独立して取得されるデータを指す。
【０００７】
任意選択的に、位置は、線源からの実効入射角に応じて放射線検出から結果的に得られる出力の検出可能な変化を生じる角感度を有するセンサを使用して決定される。実効入射角の感度が高ければ高いほど、速度および精度に関して位置決定の高い効率が達成される。±１００ミリラジアン未満、任意選択的に±５０ミリラジアン未満の角度範囲の実施形態を開示する。本発明の例示的実施形態では、放射線検出器および／またはシールドを移動させることによって、実効入射角に対するより高い感度を達成することができる。
【０００８】
任意選択的に、電離放射線源は、０．０１ｍＣｉないし０．５ｍＣｉの範囲の放射能を有する。任意選択的に、電離放射線源は０．１ｍＣｉ未満の放射能を有する。任意選択的に、電離放射線源は約０．０５ｍＣｉの放射能を有する。本発明の例示的実施形態では、患者（つまり短期被曝）および／または医療担当者（つまり長期被曝）に著しい健康リスクをもたらさない放射線源を使用することができる。
【０００９】
任意選択的に、位置データのリフレッシュ速度は、位置情報が一時的に追跡される物体（例えば医療装置）の実際の位置によく相関することを確実にする。推薦リフレッシュ速度は、追跡される物体が移動する速度に応じて、かつ追跡される物体が移動する環境に応じて変動する。本発明の例示的実施形態では、脳または消化管のようなより静的な身体部分における医療装置の追跡の場合、より低いリフレッシュ速度、例えば１０回／秒が適しているかもしれない。心臓のような頻繁に動く身体部分における医療装置を追跡する場合の実施形態では、より高いリフレッシュ速度、例えば２０回／秒が望ましいかもしれない。任意選択的に、選択された心周期位相から位置がプロットされるように、ＥＣＧ出力のゲーティングを実現することができる。
【００１０】
任意選択的に、電離放射線源の算出された位置のＲＭＳ誤差は１０ｍｍ未満であり、任意選択的に５ｍｍ未満であり、任意選択的に２ｍｍ未満であり、任意選択的に１ｍｍ未満であり、任意選択的に０．５ないし０．８ｍｍまたはそれ以下である。
【００１１】
決定される位置の精度に影響を及ぼす変数として、ＤＰＭ単位の線源の放射能、検出に使用される放射線センサの精度および／または応答時間、ならびに植え込まれた医療装置の速度が挙げられる。これらの変数の１つまたはそれ以上の改善は、１つまたはそれ以上の他の変数を補償することがある。任意選択的に、追跡される医療装置の速度の低下は、他の変数を補償するために使用することができる。任意選択的に、解剖学的撮像データを背景にして位置情報が表示される。任意選択的に、関連する解剖学的特徴をハイライトして、医療担当者による医療装置のナビゲーションを容易にする。任意選択的に、決定された位置は、別個に取得された画像を背景にして表示することができる。
【００１２】
任意選択的に、２つまたはそれ以上の線源を同時に追跡することができる。任意選択的に、非対称医療装置の向きを決定するのに、多重線源追跡が使用される。任意選択的に、多重線源追跡は、２つまたはそれ以上の医療装置の放射能を医療処置のために調整するのに使用される。
【００１３】
本発明の一部の実施形態の態様は、電離放射線源の方向を検出する角感度を持つセンサの使用に関係する。任意選択的に、方向の交点を算出することによって位置を決定することができるように、２つまたは３つの方向が同時にまたは逐次的に決定される。３つまたはそれ以上の方向を使用する場合、位置は３次元位置として表現することができる。任意選択的に、方向は、線源が存在する平面を決定するために使用される。
【００１４】
任意選択的に、線源からの放射線を検出するためのセンサは、軸を中心とする回転角のセンサの少なくとも一部分の回転によって所望の角感度を達成する。例えば、検出器または放射線シールドを回転させることができる。代替的にまたは追加的に、センサは並進運動によって所望の角感度を達成することができる。
【００１５】
本発明の一部の実施形態の態様は、検出器と線源との間の実効入射角に応答して少なくとも１つの放射線検出器からの出力信号の変化を引き起こす角感度を持つセンサに関する。出力信号の目標値は、線源の方向を示す角度で達成される。該方向は任意選択的に、線源が存在する面を決定するために使用される。
【００１６】
任意選択的に、センサは、各々が別個の出力信号を有する放射線検出器を２つ以上含むことができる。任意選択的に、放射線検出器の少なくとも１つの少なくとも一部分を入射放射線から遮蔽または遮断するために、１つまたはそれ以上の放射線シールドを使用することができる。線源の方向を示す角度からの偏差が生じるにつれて、遮蔽度は変化し、出力信号は遮蔽度に応じて変化する。
【００１７】
任意選択的に、コリメータを形成するように複数の放射線シールドが連携して使用される。放射線シールドは相互に平行であるか、または内向きに傾斜することができる。任意選択的に、平行であるか傾斜しているかにかかわらず、複数の放射線シールドを回転させることができる。
【００１８】
任意選択的に、目標出力からの偏差は、線源の方向を示す角度からの角変位１ミリラジアン当たり出力範囲の１％である。任意選択的に、出力の偏差は偏差の方向のみならず偏差の大きさをも示す。本発明の様々な実施形態では、放射線検出器および／または放射線シールドは、角感度を与えるように変位させることができる。この変位は回転および／または並進とすることができる。
【００１９】
本発明の一部の実施形態の態様は、センサモジュールの角感度を使用して方向を決定することによって、任意選択的に被験者の体内にある、医療装置を位置標定するためのコンピュータ化システムに関する。センサモジュールは、１つまたはそれ以上の放射線検出器に入射する放射線を測定する。入射放射線は出力信号を生成し、それはシステムによって方向情報に変換される。
【００２０】
本発明の一部の実施形態の態様は、任意選択的に医療装置が医療処置中に被験者の身体の内部または付近をナビゲートされるときに、電離放射線源と医療装置とを関連付けて、装置の位置の決定を促進することに関する。任意選択的に、電離放射線源は０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉの範囲の放射能を有する。任意選択的に、電離放射線源は０．１ｍＣｉ未満の放射能を有する。任意選択的に、電離放射線源は約０．０５ｍＣｉの放射能を有する。関連付けは、線源および装置を単一のユニットとして一体的に形成することを含む。関連付けはまた、線源を装置に取り付けることを含む。任意選択的に、線源は１０ｍｍ未満、任意選択的に５ｍｍ未満、任意選択的に２．５ｍｍ未満、任意選択的に１ｍｍ未満の最大寸法を有する領域に集中する。
【００２１】
本発明の一部の実施形態の態様は、任意選択的に医療の文脈で、非撮像位置標定または追跡のための標的として、０．１ｍＣｉ以下の放射能を持つ電離放射線源を使用することに関する。電離放射線源は、患者および／または医療担当者への生物学的影響を低減するように選択される。この選択は、放射線の強度、放射線の種類、および／または被曝時間の量（例えば処置を受ける患者の体内にある時間）についての考慮を含む。代替的にまたは追加的に、生体適合性材料から構成され、かつ／または生体適合性コーティングを被覆された放射線源を使用することができる。
【００２２】
本発明の例示的実施形態では、電離放射線源を追跡および位置標定するためのコンピュータ化システムを提供する。該システムは、
（ａ）放射線源から電離放射線を受け取って出力信号を生成することのできる少なくとも１つの放射線検出器を備えた、少なくとも１つの非撮像センサモジュールと、
（ｂ）出力信号を受け取って出力信号を方向情報に変換するように設計および構成されたＣＰＵと、
を備える。
【００２３】
任意選択的に、放射線源は医療装置と一体的に形成されるか、あるいは医療装置に取り付けられる。
【００２４】
任意選択的に、少なくとも１つのセンサモジュールは少なくとも２つのセンサモジュールを含む。
【００２５】
任意選択的に、少なくとも２つのセンサモジュールは少なくとも３つのセンサモジュールを含む。
【００２６】
任意選択的に、少なくとも１つのセンサモジュールのうちの少なくとも１つは、センサモジュールを新しい位置に移動させるようにセンサモジュールに並進運動をもたらすことのできる推進装置をさらに備える。
【００２７】
任意選択的に、推進装置はＣＰＵからの並進運動信号によって動作可能である。
【００２８】
任意選択的に、システムは追加的に、画像信号をＣＰＵに提供することのできる撮像モジュールを備え、ＣＰＵは画像信号を被験者の身体の一部分の画像に変換することができる。
【００２９】
任意選択的に、システムはさらに表示装置を備える。
【００３０】
任意選択的に、表示装置は、被験者の身体の一部分の画像を、その上に医療装置の決定された位置を重ね合わせた状態で、表示することができる。
【００３１】
任意選択的に、ＣＰＵは出力信号の少なくとも２つを受け取り、出力信号に基づいて放射線源の位置を算出する。
【００３２】
任意選択的に、ＣＰＵは出力信号の少なくとも３つを受け取り、少なくとも３つの出力信号に基づいて放射線源の位置を算出する。
【００３３】
任意選択的に、ＣＰＵは、放射線源位置が時間の関数としてプロットされるように、間隔をおいて位置を繰返し算出する。
【００３４】
任意選択的に、放射線源は６ヶ月から１８ヶ月の範囲の半減期を持つ同位元素を使用する。
【００３５】
任意選択的に、システムは放射線を提供することのできる放射線源をさらに備える。
【００３６】
任意選択的に、線源が０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉの範囲の放射能を有するときに、方向情報が生成される。
【００３７】
本発明の例示的実施形態では、電離放射線源を方向的に位置標定するためのセンサを提供する。該センサは、
（ａ）少なくとも１つの機能構成部品と、
（ｂ）少なくとも１つの機能構成部品を移動させることによって、センサに角感度を与える変位機構と、
を備える。
【００３８】
任意選択的に、少なくとも１つの機能構成部品は、放射線源からの放射線を受け取りかつ出力信号を生成することのできる少なくとも１つの放射線検出器を備え、
変位機構は、出力信号が回転角により変化するように、少なくとも１つの放射線検出器を回転角だけ回転させることができる。
【００３９】
任意選択的に、少なくとも１つの放射線検出器は少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器を備え、出力信号は、少なくとも１つの第１放射線検出器からの少なくとも１つの第１出力信号、および少なくとも１つの第２放射線検出器からの少なくとも１つの第２出力信号を含む。
【００４０】
任意選択的に、センサは、少なくとも１つの第１放射線検出器からの第１出力信号の大きさおよび第２放射線検出器からの第２出力信号の大きさが回転角により変化するように、少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器に対して一定の角度に設置された少なくとも１つの放射線シールドを備える。
【００４１】
任意選択的に、センサは、
（ａ）各々が放射線源から放射線を受け取り、少なくとも１つの第１放射線検出器から少なくとも１つの第１出力信号を生成し、かつ少なくとも１つの第２放射線検出器から少なくとも１つの第２出力信号を生成することのできる、少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器と、
（ｂ）少なくとも１つの第１放射線検出器からの第１出力信号の大きさおよび第２放射線検出器からの第２出力信号の大きさが各々シールドの回転角により変化するように、シールドの回転軸を中心にシールド回転角だけ回転可能である少なくとも１つの放射線シールドと、
を備える。
【００４２】
任意選択的に、少なくとも１つの放射線シールドは、
（ｉ）少なくとも１つの第１放射線検出器と少なくとも１つの第２放射線検出器との間に配置された一次放射線シールドと、
（ｉｉ）少なくとも１つの第１放射線検出器の方向に向けられた入射放射線を妨げるように展開された少なくとも１つの第１の追加放射線シールドと、
（ｉｉｉ）少なくとも１つの第２放射線検出器の方向に向けられた入射放射線を妨げるように展開された少なくとも１つの第２の追加放射線シールドと、
を備える。
【００４３】
任意選択的に、少なくとも１つの第１の追加放射線シールドおよび少なくとも１つの第２の追加放射線シールドは各々、一次放射線シールドの方向に傾斜する。
【００４４】
任意選択的に、少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器は対として編成され、各対は第１部材および第２部材を有し、一次および追加放射線シールドの各放射線シールドは、出力信号が回転角により変化するように、対の１つの第１部材の１つと第２部材の１つとの間に配置される。
【００４５】
任意選択的に、センサは追加的に、回転軸を中心に回転角だけ少なくとも１つの機能構成部品を回転させることができる。
【００４６】
本発明の例示的実施形態では、装置の位置を決定する方法を提供する。該方法は、
（ａ）関連付けられた放射線源を有する装置を提供するステップと、
（ｂ）放射線源に対する方向を決定するステップと、；
（ｃ）放射線源に対する少なくとも第２方向をさらに決定するステップと、
（ｄ）第１の方向と少なくとも第２の方向の交点を算出することによって装置を位置標定するステップと、
を含む。
【００４７】
任意選択的に、放射線源に対する少なくとも第２方向をさらに決定するステップが、放射線源に対する第３方向を決定するステップを含み、かつさらに、
（ｅ）第１方向、第２方向、および少なくとも第３方向の交点を算出するステップ、
を含む。
【００４８】
本発明の例示的実施形態では、追跡可能な医療装置を製造する方法を提供する。該方法は、検出可能な量の放射性同位元素を医療装置に組み込むか、あるいは固定して取り付けるステップを含む。
【００４９】
任意選択的に、検出可能な量は０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉの範囲内である。
【００５０】
任意選択的に、検出可能な量は０．１ｍＣｉ以下である。
【００５１】
任意選択的に、検出可能な量は０．０５ｍＣｉ以下である。
【００５２】
任意選択的に、同位元素はイリジウム１９２である。
【００５３】
本発明の一部の実施形態の態様は、非撮像位置標定または追跡の標的として０．１ｍＣｉ以下の放射能を持つ電離放射線源を使用することに関する。
【００５４】
図面の簡単な説明
図では、２つ以上の図に現われる同一の構造、要素、または部品は一般的に、それらが現われる全ての図で、同じ符号で標識される。図に示す構成部品および特徴の寸法は、提示し易く、かつ分かり易いように選択され、必ずしも縮尺通りではない。図を以下に列挙する。
図１は、本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールの１つの実施形態の側面図である。
図２は、本発明の例示的実施形態に係るコンピュータ化追跡システムの略図である。
図３は、モジュールによる信号の受信を示す、本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールの追加の実施形態の側面図である。
図４は、患者に対するセンサモジュールの１つの可能な配置を示す、本発明の例示的実施形態に係るコンピュータ化追跡システムの斜視図である。
図５は、本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールの追加の実施形態の側面図である。
図６Ａおよび６Ｂは、本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールのさらなる追加の実施形態の側面図である。
図７Ａおよび７Ｂは、本発明の例示的実施形態に係るシステムを使用して、光子の１回の衝突当たりのセンサの回転の関数としてそれぞれプロットされたシミュレーション応答時間およびシミュレーションｒｍｓ位置のグラフである。
図８Ａおよび８Ｂは、本発明の例示的実施形態に係るシステムを使用して、サンプリング時間の関数としてそれぞれプロットされたシミュレーション応答時間およびシミュレーションｒｍｓ位置のグラフである。
図９Ａおよび９Ｂは、本発明の例示的実施形態に係るシステムを使用して、放射性信号源の比放射能の関数としてそれぞれプロットされたシミュレーション応答時間およびシミュレーションｒｍｓ位置のグラフである。
図１０Ａは、時間の関数としての位置のグラフである。本発明の例示的実施形態に係るシステムから出力されるシミュレーション位置が、シミュレーションの実際の入力位置の上に重ねられる。
図１０Ｂは、図１０Ａの２つのプロットに基づいて時間の関数としてプロットされたｒｍｓ位置誤差のグラフである。
図１１は、本発明の例示的実施形態に係る方法の簡易流れ図である。
図１２は、回転角の関数としてのセンサ出力のグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
本発明の１つの実施形態では（図２および４）、コンピュータ化システム４０は装置を位置標定および／または追跡する。図４に示す実施形態では、装置は医療装置である。該医療装置は、器具、インプラント、ナビゲーション装置、および導管を含むが、それらに限定されない。器具はカテーテル、カニューレ、トロカール、切断具、把持具、および位置決め具を含むがそれらに限定されない。インプラントは密封小線源シード、ステント、および徐放性薬物治療パケットを含むが、それらに限定されない。ナビゲーション装置はガイドワイヤを含むが、それに限定されない。導管はチューブ類（例えば食道管および気管チューブ）を含むが、それらに限定されない。本発明の例示的実施形態では、１つまたはそれ以上の移動する器具を追跡する。
【００５６】
本発明の例示的実施形態では、線源の位置は、非撮像データ取得によって決定される。この明細書および付属の特許請求の範囲を目的として、語句「非撮像」とは、線源および解剖学的または他の非線源特徴を同一画像内に含む画像取得プロセスの一部として取得されないデータを指す。任意選択的に、撮像回路に適さず、それに接続されないセンサを使用する。撮像は、少なくとも１つの関心点を含む多数の点に関する情報に依存し、情報の画像解析により、関心点の特徴、例えば物体に関連する位置を決定する。本発明の例示的実施形態では、位置感知により線源のみに関する情報を提供する。これは検出能および／または精度を改善することができる。
【００５７】
任意選択的に、医療装置は、その位置が決定される経路の少なくとも一部分にあるときに、少なくとも部分的に被験者５４の体内にある。図４には、システム４０が頭蓋内医療処置中に被験者５４の頭内の装置を追跡するように構成された、例示的実施形態が示されている。この図面は純粋に例示であって、本発明の範囲の限定と解釈すべきではない。
【００５８】
図２は、連携して作動する角度検出に依存して放射線源３８の位置を決定する３つのセンサモジュール２０を含む、システム４０の実施形態を示す。図示した実施形態では、センサ２０の各々は、線源３８の方向を示す回転角３２を決定する。この回転角３２（図１）は、線源３８が存在する平面であって放射線検出器２２と交わる平面を画定する。回転角３２は出力信号３４として提供され、それはコンピュータ化処理装置（ＣＰＵ）４２に中継される。ＣＰＵ４２は、点で表わされる３つの方向（平面）の交差部を決定する。
【００５９】
本発明の一部の実施形態では、センサモジュール２０の放射線検出器２２が一連の回転角３２だけ回転するときに、センサ２０の検出の境界２４（図１）内に位置する線源３８をシステム４０によって正確に位置標定することができる。境界２４の外に位置する線源３８は正確に位置標定されない。この理由から、一部の実施形態では、線源３８の予想経路が境界２４内に位置するように、センサ２０の各々を展開することが望ましい。本発明の一部の実施形態では、線源３８を境界２４内に維持するように、センサ２０を動かすことができる。境界２４のサイズおよび形状は、センサ２０の構成によって変化する。
【００６０】
目標回転角３２の決定の精度は、システム４０によって決定される線源３８の位置標定の精度に貢献する。感度を回転角３２の小さい差に高めることのできるセンサモジュール２０の様々な変形を、図３、５、６Ａ、および６Ｂに例示的実施形態として図示し、以下でさらに詳しく説明する。
【００６１】
図４は、角度検出を使用し、円５８の外周上に分散された３つのセンサモジュール２０を含む、例示的システム４０の斜視図を提示する。図示した実施形態では、モジュール２０は放射線シールド３６を特徴とする。図示した実施形態で、各モジュール２０は円５８に接する軸を中心に回転する。この回転により、以下でさらに詳述するように医療装置の追跡が可能になる。本発明の様々な実施形態では、所望の角度検出を促進するために、回転運動または並進運動を使用することができる。図４に示した実施形態では、センサモジュール２０の平面と頭内の関心領域との間の垂直距離が円５８の半径にほぼ等しくなるように、センサモジュール２０は被験者５４の頭の下に配置される。この配置は、線源３８の予測経路が境界２４内に位置するように、センサ２０の各々が展開されることを確実にする。この配置は、円５８の中心に高くなったヘッドレストを装備したボード上に設けられた３つのセンサ２０を提供することによって、反復可能にかつ容易に達成することができる。これは任意選択的に、広範囲に及ぶ測定手順無しに、被験者５４がセンサ２０に対して正しく配置されるように、リクライニングチェアまたは調整可能な診察台を容易に配置することを可能にする。
【００６２】
システム４０の位置標定ボリュームは、線源３８の位置を決定することのできる空間座標の組である。システム４０の位置標定ボリュームは、センサ２０の位置、それらの設計、および／またはそれらの性能特性に依存するサイズおよび／または形状を有する。任意選択的に、システム４０の位置標定ボリュームは、センサ２０の検出の境界２４の交差として表わすことができる。任意選択的に、複数の組のセンサ２０を使用することによって、２つまたはそれ以上の位置標定ボリュームを形成することができる。任意選択的に、これらの位置標定ボリュームを重ね合わせることができる。
【００６３】
放射線源３８の質量の中心の３次元位置は、各々のモジュール２０の既知の位置および回転角を前提として、各々のセンサモジュール２０によって測定された角度３２から、ＣＰＵ４２によって算出される。本発明の一部の実施形態では、線源３８は１ないし１０ｍｍの長さの１本のワイヤである。この長さ範囲は、有用な直径を持つワイヤとして供給され、システム４０の効率的な動作を可能にする充分なＤＰＭ数を提供することのできる、現在利用可能な固体同位元素源３８を反映している。システム４０は、このワイヤ片３８の真ん中の位置を決定し、決定された位置を任意選択的に誤差限界を示す単一点まで分解する。
【００６４】
センサモジュール２０は少なくとも１つの放射線検出器２２を含む。放射線検出器２２は、医療装置に取り付けられた放射線源３８から放射線を受け取り、出力信号３４を生成することができる。放射線検出器２２は、入射放射線をＣＰＵ４２に中継することのできる信号に変換する任意の技術を使用することができる。線源３８がガンマ放射線源である場合、放射線検出器２２は例えば、電離箱、ガイガー・ミューラー計数管、シンチレーション検出器、半導体ダイオード検出器、比例計数管、またはマイクロチャネルプレートに基づく検出器とすることができる。様々な種類の放射線検出器２２が、例えばＥＶｐｒｏｄｕｃｔｓ（米国ペンシルベニア州サクソンバーグ）、浜松ホトニクス（日本国静岡県浜松市）、Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（米国フロリダ州ラーゴ）、Ｓｏｌｔｅｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国カリフォルニア州サンフェルナンド）、Ｔｈｅｒｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国マサチューセッツ州ウォルサム）、Ｂｒｕｋｅｒ‐ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（米国マサチューセッツ州ビルリカ）、Ｓａｉｎｔ Ｇｏｂａｉｎ ｃｒｙｓｔａｌｓ（米国オハイオ州ニューベリ）、およびＳｉｌｉｃｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ ＧＭＢＨ（ドイツ国）から市販されている。適切な市販の放射線検出器２２を、センサ２０の一部としてシステム４０の文脈に組み込むことができる。少数のＤＰＭを生成する線源３８および優れた感度（つまりＣＰＭとＤＰＭとの間の高い比率）をもたらすＳ型の検出器２２に依存する本発明の実施形態は、センサモジュール２０の性能を改善する。センサ２０と線源３８との間の距離が増大すると、この考慮事項はいっそう意味を持つようになる。より高いＤＰＭ出力を持つ線源３８に依存する本発明の実施形態は、あまり高感度でない放射線検出器２２の使用を可能にする。
【００６５】
様々な種類のセンサモジュール２０について以下でさらに詳細に記述する。
【００６６】
システム４０は、医療装置によって実行される処置に悪影響を及ぼさない率で位置標定および／または追跡を行うために、充分な量の放射線を提供することのできる放射線源３８をさらに含む。ほとんどの医療処置で、毎秒１０回の位置標定は、システム４０のオペレータが医療装置を所望の位置まで快適にナビゲートすることを可能にするのに充分である。以下でさらに詳述するコンピュータによるシミュレーションからの結果に基づいて、体内で線源３８による数時間の処置を受ける患者に有意のリスクをもたらさないように、これらの基準を満たす放射線の量を充分に低くすることができる。代替的にまたは追加的に、該量は、システム４０のオペレータが下述するように長時間の放射線曝露から有意のリスクに曝されないように、充分に低くすることができる。
【００６７】
例えば、イリジウム１９２を使用して放射線源３８の放射能を０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉに増大した場合、精度は２倍に改善されるだけである（図９Ｂ）。しかし、０．１ｍＣｉ未満の放射能レベルは、応答時間に悪影響を及ぼす（図９Ａ）。０．１ｍＣｉより大きい放射能は、応答時間を有意に改善しない。０．０５ｍＣｉの放射能は、以下でさらに詳述するようにレイテンシと精度との間の受け入れられるトレードオフを提供し、性能と放射線量との間の優れた妥協をもたらす。
【００６８】
０．０５ｍＣｉの線源３８は、発生する放射線量がグローブ無しに安全に取り扱うことができるほど低い状態で、システム４０が適切な速度および精度を達成することを可能にする。０．０５ｍＣｉの線源３８からの患者の放射線被曝は、米国における平均吸収背景放射より８倍高いだけである。従前より利用可能な代替物と比較する目的で、０．０５ｍＣｉの線源３８は、患者に０．００２２ｍＳｖ／時の実効線量当量（ＥＤＥ）を被曝させる。典型的な蛍光Ｘ線透視法誘導処置は１回の処置当たり１〜３５ｍＳＶのＥＤＥを有し、典型的な核医学処置は５ｍＳｖのＥＤＥを有する。したがって、本発明の一部の実施形態は、患者の放射線被曝を著しく低減するために使用することができる。
【００６９】
医療担当者は任意選択的にさらにいっそう低い放射線を被曝し、被爆レベルは介在距離の２乗に比例して低下する。例えば、０．０５ｍＣｉの線源３８から１メートルの位置で、１日６時間、週５日、年５２週、処置を実行する医師は、０．２２ｍＳｖの年間総ＥＤＥを蓄積する。これは、被曝監視が一般的に実行される放射線被曝レベルの約５％である。この被曝レベルは１．４ｅ−４ｍＳｖ／時に対応し、それは蛍光Ｘ線透視術による一般的線量に関連する１〜１２ｍＳｖ／時より数桁低い。
【００７０】
イリジウム１９２は、医療用途における使用がすでに容認されており、かつ一般的に被験者の体内に導入しても安全であるとみなされているため、実施例として使用した。しかし、この同位元素は適切な線源３８の単なる例証としての実施例であって、システム４０の制限と解釈すべきではない。システム４０の文脈で使用するための同位元素を選択する場合、放射能（ＤＰＭ）、放射線の種類、および／または半減期を考慮することができる。放射能については上述した。加えて、例えば２０〜５０ｃｍの関連距離で適正な効率で壊変事象を検出できることが一般的に望ましい。長い半減期は、在庫管理を容易にし、かつ無駄を減らすことによって長期的な総コストを低減するため、好ましいかもしれない。しかし、短い半減期は放射性物質に対する懸念を軽減することができ、かつ／またはより小さい線源を使用することを可能にする。
【００７１】
本発明の一部の実施形態では、線源３８は陽電子放出源である。これらの実施形態では、センサ２０は、陽電子／電子衝突の結果放出される光子がやって来る方向を決定する。陽電子が電子と出会う前に線源３８から移動する距離は一般的に非常に小さいため、この相違は任意選択的に、決定される位置の精度になんら有意の影響を及ぼさない。線源３８に陽電子を使用すると、検出に利用可能な全電離放射線放出を効果的に増幅することができる。任意選択的に、多重検出器を使用すると、陽電子対消滅事象の検出が可能になる。他の線源の種類の例として、ガンマ線源、アルファ線源、電子線源、および中性子線源が挙げられる。
【００７２】
同位元素に関係なく、線源３８は、追跡される医療装置（例えばガイドワイヤまたはカテーテル）内に組み込むことができる。組込みは例えばガイドワイヤ先端付近、および／またはカテーテル内またはインプラント内の異なる位置に行うことができる。電離放射線源は、ガイドワイヤの一部分、または医療装置の一部分と一体的に形成するか、あるいはそれに取り付けることができる。取付けは、例えば装置の専用受容器内に線源を接着、溶接、または挿着することによって達成することができる。取付けはまた、医療装置に貼付される粘着タグ（例えばクラックアンドピールステッカ（ｃｒａｃｋ ａｎｄ ｐｅｅｌ ｓｔｉｃｋｅｒ））、塗布可能な塗料または接着剤のような線源を供給することによっても達成することができる。任意選択的に、電離放射線源は固体として、例えば放射性同位元素を含む１本のワイヤとして供給される。所望の同位元素を含有する短いワイヤは、ガイドワイヤまたは医療装置に固着することができる。この結果、医療装置および放射線源が共局在する。固着は例えば、ガイドワイヤの製造中に、固体線源のガイドワイヤとの同時押出しによって達成することができる。代替的にまたは追加的に、電離放射線源は、医療装置および／またはガイドワイヤに塗布することのできる放射性塗料として供給することができる。電離放射線源がガイドワイヤまたは医療装置に供給または固着される厳密な形態に関係なく、医療処置の最後に体内から取り出された後に、被験者の体内に有意の放射性残渣が残ってはならない。
【００７３】
分かり易くするために、線源３８は単一の品目として図示されているが、２つまたはそれ以上の線源３８をシステム４０によって同時に追跡することができる。システム４０は、離散位置または経路、放射線の周波数、放射線のエネルギ、または放射線の種類を含め、それらに限らず、多種多様の手段によって複数の線源３８を識別することができる。本発明の一部の実施形態では、２つまたはそれ以上の分解可能な線源３８を使用して、追跡される品目に関する方位情報がもたらされる。換言すると、これらの実施形態は、座標Ｘ、Ｙ、およびＺによって画定される３次元位置だけでなく、画定された位置における追跡対象物体の方位に関する情報をも決定することができる。この特徴は、非対称な器具を使用する場合の医療文脈に関連する。
【００７４】
システム４０は、１つまたはそれ以上のセンサモジュール２０とコンピュータ処理装置（ＣＰＵ）４２との間でデータ信号を伝達することのできる通信チャネル４８を含むことができる。通信チャネルは有線または無線またはそれらの組合せとすることができる。有線通信チャネルは直接ケーブル接続、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）を介する電話接続、光ファイバ接続、および外部に明白なワイヤを持たない統合物理ユニットとしてのシステム４０の構造を含むが、それらに限定されない。無線通信チャネルは赤外線伝送、高周波伝送、セルラ電話伝送、および衛星媒介通信を含むが、それらに限定されない。信号伝送が所望のリフレッシュ速度を達成可能である限り、通信チャネル４８の厳密な性質はシステム４０の動作の中心ではない。通信チャネル４８は任意選択的に、システム４０を遠隔医療の文脈で動作させることを可能にする。代替的にまたは追加的に、通信チャネル４８は、医療担当者の放射線被曝を所望の程度まで低減する手段として、線源３８と医療担当者との間の距離を増大させるのに役立つかもしれない。
【００７５】
ＣＰＵ４２は、通信チャネル４８を介して出力信号３４を受け取り、かつ出力信号３４を放射線源３８に関する方向情報に変換するように設計および構成される。この方向情報は、例えば放射線源３８が存在する平面として表わすことができる。出力信号３４は少なくとも回転角３２を含む。任意選択的に、出力信号３４は、線源３８からの信号の受取りを示す成分を示す信号強度を含むことができる。線源３８からの信号の受取りは、２進信号（はい／いいえ）または信号の大きさ（例えば毎分カウント数）のいずれかとして示すことができる。本発明の様々な実施形態では、出力信号３４はデジタルまたはアナログのいずれかとすることができる。アナログ信号からデジタル信号への変換は、センサモジュール２０またはＣＰＵ４２のいずれかによって実行することができる。場合によっては、単一の平面内における放射線源３８の位置標定で充分である。しかし、本発明の多くの実施形態では、ＣＰＵ４２が出力信号３４の２つを受け取り、交差を算出することが望ましい。出力信号３４が平面として表現される場合、これは２つの平面の線形交差４４を生成する。これは、線形交差４４上の放射線源３８を位置標定する。任意選択的に、この計算の結果４４は、さらに詳しく上述するように、表示装置４３に表示される。本発明の追加の実施形態では、ＣＰＵ４２は出力信号３４の少なくとも３つを受け取り、それらの交差を算出する。出力信号３４が平面として表わされ、センサ２０が円５８の外周上に配置される場合、これは少なくとも３つの平面の交点４４を生成し、それらによって算出された交点４４に放射線源３８が位置標定される。
【００７６】
システム４０は医療処置中に医療機器を追跡するために最も頻繁に使用されるため、ＣＰＵ４２はしばしば、放射線源３８の位置を時間の関数としてプロットすることができるように、交点を所定の間隔で繰返し算出するために使用される（図１０Ａ参照）。各プロット位置およびプロット全体の精度は、線源３８の放射能、センサ２０の応答時間の精度、および植え込まれる医療装置が被験者５４の体内を移動する速度によって影響されることがある。医療処置は一般的に速度より精度を重視するため、システム４０のオペレータは、処置に使用される医療装置の移動の速度を低減することによって、線源３８の不足、またはセンサ２０の精度もしくは応答時間を補うことができる。図１０Ｂは、±２ｍｍの範囲の追跡精度でシミュレートしたシステム４０の出力を示す。ＣＰＵ４２はまた任意選択的に通信チャネル４８を使用して、後で詳述するように様々な信号をセンサモジュール２０に送信することもできる。代替的にまたは追加的に、ＣＰＵ４２は任意選択的に通信チャネル４８を使用して、医療装置に様々な信号を送信することもできる。本発明の様々な実施形態では、システム４０は、血管形成術（例えばバルーン血管形成術）、展開処置（例えばステント配置または密封小線源治療用の放射性シードの植込み）、生検処置、切除処置、および焼灼処置をはじめとする処置の文脈で使用することができるが、それらに限定されない。
【００７７】
ＣＰＵ４２は単一の物理的ユニットとして図示されているが、本発明の一部の実施形態では、実際には多数の物理的に離散したＣＰＵを使用することができる。例えばＣＰＵ４２に属するとみなされる一部の機能または機能の一部分は、センサモジュール２０に設置されたプロセッサによって実行することができる。この明細書および付属の特許請求の範囲を目的として、本書で記述するように線源３８を位置標定するように連携して働く複数のプロセッサは、まとめてＣＰＵ４２とみなされる。
【００７８】
本発明の一部の実施形態では、システム４０は、３つまたはそれ以上の出力信号３４を同時に受け取って信号源３８を示す３つまたはそれ以上の方向を算出するために、３つまたはそれ以上のセンサモジュール２０を同時に使用する。方向が平面として表わされる場合、３つまたはそれ以上の平面は単一の点で交差する。しかし、システム４０は、２つまたは１つのセンサモジュール２０を使用して線源３８を単一点に位置標定する代替実施形態を含む。これは、後述するように幾つかの異なる方法で達成することができる。
【００７９】
システム４０の一部の実施形態では、センサモジュール２０の少なくとも１つが一連の位置を通過するように少なくとも１つの放射線検出器２２を回転させることができる。検出器２２における線源３８からの放射線の受取りが回転角３２により変化するように、各位置は回転角３２によって画定される。この回転は多種多様な方法で達成することができる。例えば回転機構２６は、受け取る放射線の量を変数とする規則に従って、放射線検出器２２からのフィードバックによって動作することができる。代替的に、回転機構２６は、受け取る放射線の量および／または時間を変数として含む規則に従って、ＣＰＵ４２からの信号によって動作することができる。代替的に、回転機構２６は、特定の回転角３２で放射線がどれだけ放射線検出器２２に衝突するかに関係なく、固定したスケジュールに従って放射線検出器２２を回転させることができる。回転機構２６は、回転角３２を達成するために多種多様な異なる機構を使用することができる。これらの機構は機械的機構、油圧機構、電気的機構、電子的機構、および圧電機構を含むが、それらに限定されない。任意選択的に、独立角度測定要素３０を使用して、実際の回転角３２をより正確に確認することができる。角度測定要素３０は図１、２、および３に物理的に離散した部品として図示されるが、システム４０の性能に有意の影響を及ぼすことなく、回転機構２６に物理的に一体化することもできる。厳密な動作の詳細に関係なく、目的は、センサモジュール２０が線源３８の方向を直接指し示す回転角を検出することである。この角度を目標回転角３２と呼ぶ。
【００８０】
システム４０の一部の実施形態では、放射線検出器２２（図３、５、６Ａ、および６Ｂ）は、少なくとも１つの第１放射線検出器２２Ａおよび少なくとも１つの第２放射線検出器２２Ｂを含む。システム４０のこれらの実施形態は、各回転角３２に対する放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂからの出力信号３４の比較に依存する。既知の関係を持つ放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂから出力信号３４を生成する目標回転角３２は、放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂが両方とも同じ程度に線源３８を向くことを示す。放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂが同一受領領域を持つ場合、既知の関係は同等である。この目標回転角３２を使用して、線源３８が存在する平面を決定する。
【００８１】
放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂからの出力信号３４間の小さい差にシステム４０の感度を高めるために、放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂに対して一定角度に１つまたはそれ以上の放射線シールド３６を導入することが可能である。放射線シールド３６は、第１放射線検出器２２Ａからの出力信号３４の成分の大きさおよび第２放射線検出器２２Ｂからの出力信号３４の成分の大きさを各々、回転角３２により変化させる（図３参照）。放射線シールド３６は、入射角３９および４１の間の関係に応じて、放射線検出器２２Ａまたは２２Ｂのいずれかを差別的に遮蔽する。ある回転角３２では、放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂのどちらも放射線シールド３６によって遮蔽されない。この回転角３２を使用して、線源３８が存在する平面を決定する。この構成は、シャドー効果のため、この目標回転角３２からの小さい変分が放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂからの出力信号３４に比較的大きい差を生じることを確実にする。したがって、センサモジュール２０における放射線シールド３６の使用は、システム４０の感度を増大させる。この増大した感度は、検出可能な放射線計数が低くても、センサモジュール２０が効果的に機能することを可能にする。
【００８２】
図６Ａは、放射線シールドが第１放射線検出器２２Ａおよび第２放射線検出器２２Ｂの間に配置された一次放射線シールド３６を含む、センサモジュール２０の追加の実施形態を示す。この図の実施形態はまた、第１放射線検出器２２Ａを一連の第１放射線検出器に分割して第１放射線検出器２２Ａの方向に向けられた入射放射線を妨げる、一連の第１の追加放射線シールド（３６Ａ１、３６Ａ２、および３６Ａ３）をも含む。図示された実施形態はまた、第２放射線検出器２２Ｂを一連の第２放射線検出器に分割して第２放射線検出器２２Ｂの方向に向けられた入射放射線を妨げる、一連の第２の追加放射線シールド（３６Ｂ１、３６Ｂ２、および３６Ｂ３）をも含む。この構成は、目標回転角３２からのずっと小さい変分でも、追加放射線シールド（図示した実施形態では３６Ａ１、３６Ａ２、３６Ａ３、３６Ｂ１、３６Ｂ２、および３６Ｂ３）の個数に比例してシャドー効果を高めることによって、放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂからの出力信号３４の比較的大きい差を生じることを確実にすることができる。したがって、センサモジュール２０における追加放射線シールド（例えば３６Ａ１、３６Ａ２、３６Ａ３、３６Ｂ１、３６Ｂ２、および３６Ｂ３）の使用は、システム４０の感度の追加的増大を達成するのに役立つことができる。任意選択的に、二次放射線シールド（図示した実施形態では３６Ａ１、３６Ａ２、３６Ａ３、３６Ｂ１、３６Ｂ２、および３６Ｂ３）は一次放射線シールド３６の方向に傾斜する。二次放射線シールド３６Ａ１、３６Ａ２、３６Ａ、３６Ｂ１、３６Ｂ２、および３６Ｂ３の一次シールド３６の方向への角度は、焦点を改善するため、かつ／または撮像ボリュームを画定するために、例えばモータを用いて変化させることができる。
【００８３】
同様の効果は、放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂを一定角度に保持し、放射線シールド３６（図６Ｂ）を角変位にさらすことによって達成することができる。したがって、システム４０はまた、放射線検出器２２が少なくとも１つの第１放射線検出器２２Ａおよび少なくとも１つの第２放射線検出器２２Ｂを含み、かつ検出器２２Ａおよび２２Ｂからの出力信号３４の離散成分の大きさが各々シールド回転角３２の関数として変化するように、少なくとも１つの放射線シールド３６がシールド回転軸を中心にシールド回転角３２だけ回転可能な状態で、出力信号３４が検出器２２Ａおよび２２Ｂからの離散成分を含む、実施形態をも含む。
【００８４】
今、図５を参照すると、システム４０のセンサモジュール２０の代替的実施形態は、放射線検出器２２が複数の放射線検出器２２、および複数の放射線検出器２２の間に分散された複数の突出放射線シールド３６を含むように構成されている。これらの実施形態では、複数の放射線検出器２２は対として編成され、各対は第１部材２１および第２部材２３を有し、複数の突出放射線シールドの各突出放射線シールド３６は、対の放射線検出器２２の第１部材２１と第２部材２３との間に配置される。この実施形態では、センサモジュール２０は、放射線検出器２２における放射線源３８からの放射線の受取りが回転角３２により変化するように、一連の回転角３２だけ放射線検出器２２を回転させることができる。各放射線検出器は出力信号３４を生成する。ＣＰＵ４２は全ての第１部材２１からの出力信号３４を合計して第１和を生成し、かつ全ての第２部材２３からの出力信号３４を合計して第２和を生成する。全ての放射線検出器２２が同一であることを前提として、センサが線源３８の質量の中心に直接向けられたときに（目標回転角３２）、第１和および第２和は等しい。この実施形態は、回転角３２がいずれかの方向に非常にわずかに変化するだけでも、モジュール２０全体の総出力が急激に増加することを確実にする。代替的にまたは追加的に、モジュール２０全体の総出力の符号は、モジュール２０全体のその総出力で所望の回転角３２に達するために必要な回転の方向を示す。したがって、この構成は、システム４０の動作速度および全体的精度の両方を高めるように働く。この型のセンサモジュール２０は、（例えば）ある期間の線源３８からのガンマ線の衝撃を合計する第１アルゴリズムを実現し、かつモジュール２０全体の総出力の符号に基づいて、所望の回転角３２を達成するためにどの方向にどの程度放射線検出器２２を回転させるかをＣＰＵ４２に決定させることによって、動作することができる。代替的に、ＣＰＵ４２は（例えば）第２アルゴリズムを実装し、各検出計数に応答して非常に少量だけ放射線検出器２２を回転させる。本書に提示する性能データは第２アルゴリズムのシミュレーションに基づいているが、第１アルゴリズムも同様に有用であると信じられる。
【００８５】
システム４０の追加の実施形態では、単一センサモジュール２０を使用して、線源３８が存在する２つの交差する平面を決定することができる。これは、例えばセンサモジュール２０の回転によって、またはセンサモジュール２０を新しい位置に移動させることによって達成することができる。
【００８６】
本発明の一部の実施形態では、センサモジュール２０は追加的に、回転軸２５を中心に回転角２９だけ放射線検出器２２を回転させることができる。回転は、回転機構２６について上述したように多種多様な方法で機能することのできる、回転機構２７によって生成される。本発明のこれらの実施形態では、回転角２９はセンサモジュール２０の方位の成分として含まれ、出力信号３４に含まれる。回転は、上述しかつ下述するセンサモジュール２０の構成のいずれかまたは全ての文脈で使用することができる。回転は、例えばＣＰＵ４２から通信チャネル４８を介してセンサモジュール２０に伝送される回転信号４６に応答して発生することができる。
【００８７】
本発明の追加の実施形態では、センサモジュール２０は、モジュール２０の位置が変更されるように、モジュール２０に並進運動３３をもたらすことのできる推進装置３１を含む。推進は、ＣＰＵ４２から通信チャネル４８を介してセンサモジュール２０に伝送される、例えば並進運動信号４６に応答して開始することができる。本発明の様々な実施形態では、推進は、単一のセンサモジュール２０が複数の位置から動作することを可能にするか、あるいはセンサモジュール２０に角感度を提供するために使用することができる。換言すると、並進運動は、特に少なくとも１つの放射線シールド３６を使用する実施形態で、角変位の代替物として使用することができる。並進運動を使用する実施形態では、第１次元における単一センサ２０の並進は、第１組の方向情報の取得を可能にする。例えば図４に示すシステム４０の実施形態では、センサ２０Ａの逐次垂直変位を使用して、線源３８が存在する第１平面を決定することができる。センサ２０Ｂの逐次水平変位は、線源３８が存在する第２平面を決定するために使用することができる。代替的にまたは追加的に、単一センサ２０は垂直および水平変位の両方を受ける。逐次垂直および水平変位は、単一センサ２０が線源３８の存在する２つの非平行平面を決定することを可能にする。単一の線に沿った同時垂直および水平変位は、センサ２０が線源３８の存在する単一の平面を決定することを可能にする。２つまたは３つまたはそれ以上の平面の交差の決定は、上述の通りである。任意選択的に、本発明の同一実施形態に推進および回転を使用することができる。
【００８８】
任意選択的に、システム４０は、画像信号５２をＣＰＵ４２に提供することのできる画像取得装置５６を含む、撮像モジュール５０をさらに含む。撮像モジュール５０は任意選択的に、ＣＰＵ４２との通信を促進するためにインターフェースを含む。ＣＰＵ４２は、画像信号５２を被験者５４の身体の一部分の画像に変換することができる。本発明の様々な実施形態では、撮像モジュール５０は蛍光Ｘ線透視法、ＭＲＩ、ＣＴ、または２Ｄもしくは多平面もしくは３Ｄ血管造影法に依存することができる。頭蓋内処置の場合、撮像は一般的に処置と同時に実行する必要はない。これは、脳が頭蓋内であまり移動しないからである。処置の１日またはそれ以上前、または処置の数時間前、または処置の直前に取得された画像を使用することができる。本発明の代替的実施形態では、画像データは別個に（つまりシステム４０の外部で）取得して、アラインメントのためにＣＰＵ４２に提供される。
【００８９】
解剖学的画像表示および追跡情報のオーバレイのためのアラインメント方法およびアルゴリズムは、Ｊｏｌｅｓｚ（１９９７）Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ ２０４（３）：６０１‐１２に考察されている。Ｊｏｌｅｓｚの論文は、そこに引用されている参考文献と共に、当業熟練者が画像データおよび追跡データの同時表示およびアラインメントを達成する実施可能性を提示している。Ｊｏｌｅｓｚ文献はそこに引用された参考文献と共に、個々の各参考文献が個々に引用されかつ参照によって援用されているかのように、参照によって完全に本書に援用する。
【００９０】
本発明の例示的実施形態では、システム４０によって決定された位置は、画像に対して登録される。これは、例えばシステム４０および／またはセンサ２０を画像取得装置５６に登録することによって達成することができる。
【００９１】
どの種類のセンサモジュール２０を使用するかに関係なく、システム４０は、ＣＰＵ４２と通信する表示装置４３を含むことができる。表示装置４３は被験者の身体の部分の画像を表示し、医療装置の決定位置（線源３８の位置に対応する）を被験者の身体の部分の画像に重ね合わせることができる。重ね合わされた決定位置は任意選択的に、表示画面４３上に点として表現される。任意選択的に、点は、ＣＰＵ４２によって決定された所望の信頼区間の標識によって取り囲まれる。信頼区間は、例えば円として、２つまたはそれ以上の交線として、あるいは１つまたはそれ以上の角括弧の対として表示することができる。代替的にまたは追加的に、表示装置４３は、医療装置の決定位置（例えばガイドワイヤの先端における線源３８の位置に対応する）の位置座標を表示することができる。
【００９２】
表示装置４３に、処置中または処置前のいずれかに撮像されたＣＴ、ＭＲＩ、または３Ｄ血管造影からの３次元血管造影データセットを提供することができる。適切なソフトウェアを使用して、血管造影データセットから脈管構造の３Ｄモデルを抽出し、３Ｄモデル視覚化の標準モードを使用してこのモデルを表示することができる。ガイドワイヤまたはカテーテルの３次元グラフ表現を脈管構造の３Ｄモデルに組み込み、システム４０によって提供される位置情報に基づいて最小限の時間遅延で更新して、脈管構造内のガイドワイヤまたはカテーテルの位置を示すことができる。脈管構造およびカテーテルを含む３Ｄモデル全体を、最良可能な視覚化を達成するために処置の実行中に、ユーザがズームさせ、回転させ、かつその他対話により操作することができる。
【００９３】
任意選択的に、システム４０はさらに、１つまたはそれ以上のユーザ入力装置４５（例えばキーボード、マウス、タッチスクリーン、トラックパッド、トラックボール、マイクロフォン、ジョイスティック、またはスタイラス）を含むことができる。入力装置４５は、表示装置４３上の画像を上述したように調整し、かつ／または回転機構２６、回転機構２７、推進装置３１、または画像取得装置５６のようなシステム４０の様々な構成部品にコマンド信号を発行するために使用することができる。
【００９４】
本発明は任意選択的に、図３に示しかつ上述したように、放射線源が存在する平面を決定するためのセンサ２０を含む。簡単に言うと、センサ２０は少なくとも１つの放射線検出器２２を含み、少なくとも１つの放射線検出器は放射線源３８からの放射線を受け取り、出力信号３４を生成することができる。放射線検出器２２における放射線源３８からの放射線の受取りが回転角３２により変化するように、センサ２０は、各位置が回転角３２によって画定される一連の位置を通過するように放射線検出器２２を回転させることができる。回転は任意選択的に上述したように達成される。最大出力信号を生成する回転角３２は、放射線源３８が存在する平面を示す。
【００９５】
センサ２０の一部の実施形態では、放射線検出器２２は少なくとも１つの第１放射線検出器２２Ａおよび少なくとも１つの第２放射線検出器２２Ｂを含み、出力信号３４は、第１放射線検出器２２Ａからの第１出力信号および放射線検出器２２Ｂからの第２出力信号を含む。
【００９６】
センサ２０の一部の実施形態では、少なくとも１つの放射線シールド３６はさらに、検出器２２Ａおよび２２Ｂに対して一定の角度に設置される。その結果、少なくとも１つの第１放射線検出器からの第１出力信号３４の大きさおよび放射線検出器２２Ｂからの第２出力信号３４の大きさは各々、上述したように回転角３２により変化する。
【００９７】
上に詳述したようにシールド回転軸を中心にシールド回転角３２だけ回転可能な少なくとも１つの放射線シールド３６を特徴とする、放射線源が存在する平面を決定するためのセンサ２０（図６Ｂ）は、本発明の追加の実施形態である。
【００９８】
図５に示し且つ上述したように、放射線源が存在する平面を決定するためのセンサ２０は、本発明の追加の実施形態である。
【００９９】
本発明の代替的実施形態では、被験者の体内の医療装置の位置を決定する方法４００（図１１）を提供する。方法４００は、放射性信号源３８と医療装置を共局在化させるステップ４０１を含む。共局在化は、例えば装置に関連付けられる放射線源を有する装置を提供することにより、または放射線源を装置と関連付けることにより達成することができる。
【０１００】
方法４００はさらに、全方向信号発生器が存在する第１平面を決定するステップ４０２と、全方向信号発生器が存在する第２平面をさらに決定するステップ４０３と、医療装置がその上に存在する線を決定する手段として、第１平面および第２平面の線形交差を算出するステップ４０４とを含む。
【０１０１】
方法４００は任意選択的に、線源３８が存在する少なくとも１つの追加平面をさらに決定するステップ４０５を含む。
【０１０２】
方法４００は任意選択的に、医療装置の位置を決定する手段として、第１平面、第２平面、および少なくとも１つの追加の平面の交点を算出するステップ４０６を含む。
【０１０３】
任意選択的に、方法４００は、移動する植込み医療装置を追跡するために一連の位置が生成されるように、逐次反復される４０８。算出された位置は、希望するならば解剖学的撮像データと共に表示することができる４１０。
【０１０４】
上に詳述したシステム４０および／またはセンサ２０の様々な態様および特徴は、方法４００の実行を可能にするため、または改善するために使用することができる。
【０１０５】
システム４０および方法４００は様々な数学的アルゴリズムを使用して、線源３８の位置を算出することができる。本発明の一部の実施形態の文脈で使用するのに適したアルゴリズムの１例は、次のように３つのセンサのセンサ出力信号３４、センサ位置、およびセンサ方位（つまり回転角３２）から線源３８の位置を算出する。
１）各センサモジュール２０によって画定される平面は、次の形の方程式を使用して算出される。
２）係数Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤは次の通り計算される。
ａ．３つの非共線点がセンサ２０の内部基準フレーム内に画定される。
ｂ．これらの３つの点は次いでセンサ２０の位置によって変移され、センサの方位によって回転される。これにより、出力信号３４が零であった場合、線源３８が存在する平面が画定される。
ｃ．これらの３つの点は次いで、センサ２０の回転角３２の軸を中心に、出力信号３４によって示される回転角３２だけ回転される。これにより、特定のセンサ２０によって測定される通り線源３８が存在する平面が画定される。
ｄ．次の方程式で３つの点のｘ，ｙ，ｚ座標ｘ１，ｙ１，ｚ１，ｘ２，ｙ２，ｚ２，ｘ３，ｙ３，ｚ３を使用して、Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤは次のように計算される。
３）３つのセンサ２０の各々についてＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤを計算することにより、３つの３元方程式系が生成される。
この方程式系を解いて、（ｘ，ｙ，ｚ）（またはベクトルの部分）、線源３８の位置である３つの平面の交点の正確な解を得ることができる。
【０１０６】
追加センサ２０の使用により、個々のセンサの誤差を平均することによって精度が改善され、また、センサが相互に合致する程度を示すことによって位置測定の精度を推定する手段ももたらされる。
【０１０７】
４個以上のセンサを使用する場合、アルゴリズムは次の通りである。
上記ステップ１および２は変わらない。各センサによって示される平面の方程式が計算される。ステップ３は次のように変更される。
３）各々のセンサに対してＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤが計算されると、次のような４つ以上の３元方程式の優決定系が得られる。
この優決定系は、追跡される要素の最尤位置である（ｘ，ｙ，ｚ）の最適解を得るために当業者が精通している方法を用いて、最小２乗の意味で解くことができる。センサ出力の誤差のため、一般的に正確な解は無く、全ての平面が通過する単一の点は無いかもしれない。
最小２乗解が、各平面と（ｘ，ｙ，ｚ）の解との間のユークリッド距離によって画定される誤差に基づくために、各平面を画定する全ての係数をそれらのそれぞれの法線ベクトル（法線ベクトルは（Ａ，Ｂ，Ｃ）によって定義される）の長さによってスケーリングする必要がある。これは、少なくとも最小２乗解を計算する前に、Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤを平方根（Ａ＾２＋Ｂ＾２＋Ｃ＾２）で除算することによって行われる。
４）各々の平面と算出された位置との間のユークリッド距離は、位置測定の精度の尺度として使用することができる。ひとたび係数が法線ベクトルの長さによってスケーリングされると、各センサについてこの距離をＡｘ＋Ｂｙ＋Ｃｚ−Ｄとして算出することができる。各平面から算出された位置までの距離の平均値は、全てのセンサが算出された位置で合致する程度の尺度をもたらす。
【０１０８】
方程式の優決定系は、最小２乗解アルゴリズムを用いて解くことができる。適切な最小２乗アルゴリズムは、市販の数学ソフトウェアパッケージの構成要素として入手可能である。
【０１０９】
任意選択的に、当業界で公知の方程式の組を解く他の方法を使用する。任意選択的に、１組の方程式の代わりに、他の計算方法、例えばニューラルネットワーク、ルールベース方法、およびセンサからの信号を使用して結果的に得られる位置を探索または推定するテーブルルックアップ方法を使用する。センサが線形的に移動するシステムでは、他の解決方法、例えばセンサの線形位置を線源の空間座標に変換する方法を使用することができる。
【０１１０】
システム４０および方法４００の精度および性能を高めるために、任意選択的に事前較正を実行することができる。システムの機械的製造に基づく値に依存するのではなく、各々のセンサモジュール２０の位置および方位を較正することができる。較正手順は、システム４０を使用して、高精度に画定された多数の既知の位置で線源３８の３次元位置を測定することを含む。線源３８の位置は既知であるため、これらの値を解くためにセンサの位置および方位を未知数として位置を計算するために、通常使用される方程式（上述）を使用することができる。様々な最小化手順が当業界で公知である。そのような較正を実行するために必要な測定の回数は、未知数より多数の方程式を提供するのに充分な測定を行うのに有用であるため、システム４０におけるセンサモジュール２０の個数に依存するかもしれない。この較正手順はまた、システム４０が線源の位置を測定するときの基準の原点およびフレームをも画定し、したがって追跡システムと、蛍光Ｘ線透視システムまたは他の撮像システムのようなそれが永久に取り付けられる別のシステムとの間のアラインメントを達成することができる。
【０１１１】
本発明の例示的実施形態では、ひとたび線源の位置が分かると、センサは線源に向けたままに維持し、それらの方位を変えないでおくことができる。任意選択的に、例えば検出される放射線の有意の変化（例えば３０％、５０％、７０％、９０％、もしくはそれ以上の降下、または中間的降下）によって決定されるように、線源が移動する場合、線源が存在すると予想される角度範囲を走査するようにセンサを動かす。任意選択的に、センサは、例えば下述するように、線源がセンサのどちら側に位置するかを示す信号を生成する。任意選択的に、走査の範囲は、例えば履歴に基づく手順、および／またはユーザ閾値に基づく手順に基づいて、線源の予想される角速度によって異なる。範囲内の走査が失敗した場合、任意選択的に範囲を増大する。
【０１１２】
任意選択的に、複数の目標線源（例えば異なる計数レートおよび／または異なる放出エネルギを持つもの）が設けられた場合、センサは目標角度間をジャンプする。任意選択的に、２つ（またはそれ以上）の線源を包含する角度間の定常掃引を行う。任意選択的に、掃引は、例えば１秒の１倍、５倍、１０倍、２０倍、５０倍またはそれ以上の倍数の角度範囲を含む、超音波またはセンサまたはその一部分の音波振動によって行われる。任意選択的に、振動の振幅が角度範囲を決定する。任意選択的に、センサまたはセンサ部分が１つまたはそれ以上の振動周波数と共振する。
【０１１３】
任意選択的に、１０度未満または５度未満または１度未満のような少なくとも小さい角度範囲のセンサの走査は、センサが目標線源上に固定されている場合でも行われる。
【０１１４】
上述したようにイリジウム１９２を線源３８として使用するシステム４０の追跡精度を、コンピュータシミュレーションのみによって評価した。シミュレーションは、モデルの頭部内の線源３８によって放出され、かつ図５に示した型の複合差分センサユニット２０内の光子感受性要素２２によって吸収される、ガンマ光子のランダム分布のモデルである。シミュレーションによると、光子が検出器２２によって吸収されるたびに新しい回転角３２が画定されるように、センサモジュール２０の放射線検出器２２は回転する。光子が正の放射線検出器２１によって吸収される場合には、センサモジュール２０の放射線検出器２２は正の方向に回転し、それが負のセンサ２３によって吸収される場合には、センサモジュール２０の放射線検出器２２は負の方向に回転する。センサモジュール２０の総出力信号３４は、サンプル時間中のその平均方位である。
【０１１５】
シミュレーションでは、性能は２つのパラメータによって定義されるが、実際のシステムでは他のパラメータを使用することができる。
１）目標が静止している場合、２乗平均平方根（ＲＭＳ）誤差
２）線源３８の実際の位置が１０ｍｍ変化した後、計算位置の９ｍｍの変化を示すまでの時間
【０１１６】
以下のパラメータ値はシミュレーションでは一定であった。
１）線源からセンサまでの距離＝２５ｃｍ（最悪の場合の距離）
２）センサが幾何学的に最適化される場合の線源の距離＝２５ｃｍ
３）各サブセンサの光子感受性表面の幅＝２ｍｍ（図５の１８）
４）センサの長さ＝１０ｃｍ（図５の１４）
５）センサ間の分割壁の高さ＝５ｃｍ（図５の３５）
６）分割壁の基部の幅＝４ｍｍ（図５の３７）
７）複合センサの壁によって画定されるサブセンサの個数＝７（図５の３６）
８）センサ感度（入射するガンマ線のうち検出される分）＝０．３
【０１１７】
シミュレーションは、以下のパラメータを性能に対する影響に関して評価し、最適化した。
１）吸収される光子１個当たりの回転の大きさ（図７Ａおよび７Ｂ）
２）サンプル時間（図８Ａおよび８Ｂ）
３）１秒当たりの光子数（線源の放射能レベル）（図９Ａおよび９Ｂ）
４）総合追跡精度（図１０Ａおよび１０Ｂ）
【０１１８】
シミュレーションから、光子の１回の衝突当たりの回転が大きくなると、応答時間が改善されることが決定された（図７Ａ）。しかし、光子の１回の衝突当たりの回転が増大すると、ＲＭＳ位置誤差も増大する（図７Ｂ）。明らかに、レイテンシと精度との間にトレードオフがある。このパラメータは、下述する移動検出アルゴリズムを用いてトレードオフを最適化するために、実時間で変更することができる。
【０１１９】
シミュレーションは、サンプル時間がレイテンシにも精度にも有意の影響を及ぼさないことを決定した（図８Ａおよび８Ｂ）。これは、１回の衝突当たりの回転が小さい値である場合、サンプル当たりの衝突の回数も精度に最小限の影響を持ち、レイテンシ（１サンプル当たりの回転の総量）を決定するだけであることによる。しかし、サンプル時間の低減の結果、サンプル当たりの衝撃の回数が減少すると、サンプル時間の低減はレイテンシを変化させずに、サンプル当たりの低減される応答を正確に補償する。
【０１２０】
放射能（毎秒放出される光子の数）は精度に非常にわずかな効果を持ち、放射能が０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉに増大したときに、精度は２倍に改善するだけである（図９Ｂ）。急激な回転を誘発するだけの充分な光子が単に無いだけの低い放射能レベルでは、それは応答時間に劇的な効果を有する（図９Ａ）が、０．１ｍＣｉより高い放射能レベルでは、放射能レベルの増加により最小限の改善がある。レイテンシと精度との間のこのトレードオフの最適化は（以下参照）は、０．０５ｍＣｉで達成される。この特定の放射能は性能と放射線量との間の適正な妥協をもたらし、患者または医師に安全上のリスクを課すことなく、一般的な医療用途に適した性能を達成する。
【０１２１】
精度とレイテンシとの間のトレードオフを最適化するために、移動検出アルゴリズムを使用して、追跡される線源３８の移動中は光子当たりの回転を増大させた。これはレイテンシ時間を低減させ、かつ精度を増大させた。シミュレーションでは、正２１と分類される受容要素２２に衝突する光子の負２３と分類されるものに対する百分率を、追跡される線源３８の移動の標識として使用した。百分率が５０％から遠くに離れるにつれて、光子当たりの回転は増大し、移動中は精度を犠牲にしてレイテンシを低減した。換言すると、システム４０は最初、推定される目標回転角３２に向かって大きい間隔で移動する。推定される目標回転角３２に近づくにつれて、間隔の大きさは低減される。目標回転角３２を通過すると、反対方向の小さい補償間隔が使用される。結果を図１０Ａおよび１０Ｂにグラフで要約する。簡単に言うと、移動する線源３８を追跡するシステム４０のＲＭＳ誤差は平均０．７１ｍｍである。静止線源３８のシステム４０による位置標定は０．６２ｍｍのｒｍｓ誤差を生じる。
【０１２２】
要約すると、シミュレーション結果は、１９２イリジウムの０．０５ｍＣｉの放射能、図５に示した型の複合差分センサ、およびレイテンシと精度との間のトレードオフを行う移動検出アルゴリズムにより、システム４０が約１ｍｍＲＭＳの総合精度を達成することができることを示している。
【０１２３】
回転角３２の変化に対するセンサモジュール２０のシミュレーション感度を、図１２に示す。それは、図５に示した型のセンサの目標回転角３２に対する回転の関数として出力信号３４のプロットである。このグラフは次式を用いて生成された。
総出力３４＝Ａ／（Ａ＋Ｂ）
ここでＡは全ての右側センサ２１の和であり、Ｂは全ての左側のセンサ２３およびＢの和である。
【０１２４】
センサ２０からの出力３４の全範囲（Ｙ軸）は随意に０から１の範囲であると定義した。Ｘ軸上で、０は線源３８の方向を指す回転角３２を示す。センサ２０の全回転範囲は、目標回転角３２から±３２ミリラジアンであった。目標回転角３２から３２ミリラジアン以上逸脱すると、目標回転角３２に到達するための回転の量ではなく、目標回転角３２に戻るための回転の方向を示す、０または１のいずれかの出力３４を生じる。出力３４が０または１である場合、目標回転角３２からの逸脱に関して引き出すことのできる唯一の結論は、それが示された方向に３２ミリラジアンより大きいことである。
【０１２５】
図１２のグラフは、目標回転角３２の出力３４を動的範囲の中間として（０．５）として表わす。したがって、出力３４が０．６である場合、目標回転角３２を達成するためにプラス方向に１０ミリラジアンの補正回転を示している。０．６の出力３４は、同じ大きさ（１０ミリラジアン）であるが、マイナス方向の補正回転を示す。同じ情報を表わす別の方法は、＋０．５から−０．５の全動的範囲をＹ軸上に示すことである。この範囲の中間は零とすることができ、１つの方向は正、もう１つは負であり、あるいは１つの方向がより高く、他の方向がより低い、随意の数字とすることができる。
【０１２６】
図１２に示すように、目標角３２で回転に対するセンサ２０のシミュレーション感度は、１ミリラジアンの回転当たり動的範囲の約１％である。
【０１２７】
１ミリラジアン当たりのこの１％の感度は、放射線検出器２２の間に分散され０．０５ｍＣｉの放射能を持つ線源３８から２５ｃｍ離して配置された５ｃｍの高さ３５を有するシールド３６付きの５ｃｍ×１０ｃｍのセンサモジュール２０を用いて、所望の精度（１ｍｍ ｒｍｓ）を達成するのに充分である。精度パラメータを調整し、検出器２２のサイズを増大し、センサ２０と線源３８との間の距離を低減し、線源３８の放射能を増大することは各々、センサ２０に望ましい方向感度のレベルを低減するように働くことができる。
【０１２８】
図６Ａに示した種類のセンサ２０を使用したシミュレーション結果（図示せず）は、本書で上述したものと同様であった。
【０１２９】
システム４０および／またはセンサ２０は、様々なコマンドの実行、ならびに様々なデータ入力の解析および変換に依存する。これらのコマンド、解析、または変換は、様々な代替的実施形態に従って、ソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェアによって達成することができる。本発明の例示的実施形態では、機械可読媒体は、任意選択的に方法４００に従って、１つまたはそれ以上のセンサモジュール２０からの出力信号３４を線源３８の位置座標に変換するための命令を含む。本発明の例示的実施形態では、ＣＰＵ４２は、任意選択的に方法４００に従って、１つまたはそれ以上のセンサモジュール２０からの出力信号３４を線源３８の位置座標に変換するための命令を実行する。
【０１３０】
本発明の例示的実施形態では、追跡可能な医療装置は、検出可能な量の放射性同位元素を医療装置に組み込むかあるいは固着することによって製造される。放射性同位元素は、様々な実施形態に従って医療機能を持っても持たなくてもよい。任意選択的に、同位元素の放射能は医療機能を持たない。任意選択的に、放射性同位元素は、保護コーティング無しで、組織との有害な反応を生じることなく、体内で使用することができるように選択することができる。本発明の例示的実施形態では、同位元素の検出可能な量は、０．５ｍＣｉから０．００１ｍＣｉの範囲内である。この範囲の下部の放射能を持つ同位元素線源３８の使用は、装置の低い速度、検出器２２の感度、センサ２０からの距離に依存するかもしれない。任意選択的に、少なくとも１、任意選択的に少なくとも５、任意選択的に少なくとも１０、任意選択的に少なくとも１００の検出可能な１秒当たりの計数が、組み込まれた放射性同位元素によって生成される。
【０１３１】
本願の説明および請求の範囲において、動詞「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、および「有する（ｈａｖｅ）」の各々は、それらの活用形も含めて、動詞の目的語が必ずしも動詞の主語の構成員、構成要素、要素、または部分の完全なリストではないことを示すために使用される。
【０１３２】
本発明をその実施形態の詳細な説明を用いて説明したが、それは単なる実施例として提示したものであって、必ずしも本発明の範囲を限定するように意図されていない。説明された実施形態は様々な特徴を備えるが、それらの全てが本発明の全ての実施形態に必要なわけではない。本発明の一部の実施形態は、特徴の一部または特徴の可能な組合せだけを利用する。説明した本発明の実施形態の変形、および記述した実施形態に示した特徴の異なる組合せを含む本発明の実施形態は、１つの実施形態で述べた特徴をいずれかの他の実施形態の文脈で使用することを含め、それに限らず、全ての可能な組合せに結合することができる。本発明の範囲は、付属する特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールの１つの実施形態の側面図である。
【図２】本発明の例示的実施形態に係るコンピュータ化追跡システムの略図である。
【図３】モジュールによる信号の受信を示す、本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールの追加の実施形態の側面図である。
【図４】患者に対するセンサモジュールの１つの可能な配置を示す、本発明の例示的実施形態に係るコンピュータ化追跡システムの斜視図である。
【図５】本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールの追加の実施形態の側面図である。
【図６】本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールのさらなる追加の実施形態の側面図である。
【図７】本発明の例示的実施形態に係るシステムを使用して、光子の１回の衝突当たりのセンサの回転の関数としてそれぞれプロットされたシミュレーション応答時間およびシミュレーションｒｍｓ位置のグラフである。
【図８】本発明の例示的実施形態に係るシステムを使用して、サンプリング時間の関数としてそれぞれプロットされたシミュレーション応答時間およびシミュレーションｒｍｓ位置のグラフである。
【図９】本発明の例示的実施形態に係るシステムを使用して、放射性信号源の比放射能の関数としてそれぞれプロットされたシミュレーション応答時間およびシミュレーションｒｍｓ位置のグラフである。
【図１０】図１０Ａは、時間の関数としての位置のグラフである。図１０Ｂは、図１０Ａの２つのプロットに基づいて時間の関数としてプロットされたｒｍｓ位置誤差のグラフである。
【図１１】本発明の例示的実施形態に係る方法の簡易流れ図である。
【図１２】回転角の関数としてのセンサ出力のグラフである。
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、「Ｍｅｄｉｃａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅ ｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｅｎｓｏｒ」と称する２００４年８月１２日出願の米国特許仮出願第６０／６００７２５号、「Ｕｓｉｎｇ ａ Ｃａｔｈｅｔｅｒ ｏｒ Ｇｕｉｄｅｗｉｒｅ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」と称する２００４年１０月１９日出願の第６０／６１９７９２号、および「Ｕｓｉｎｇ ａ Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｓｏｕｒｃｅ ａｓ ｔｈｅ Ｔｒａｃｋｅｄ．．．．．．」と称する２００４年１０月１９日出願の第６０／６１９８９７号の特典を主張し、それらの開示内容を参照によって本書に援用する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、例えば被験者の体内の電離放射線源の位置標定および追跡に関する。
【背景技術】
【０００３】
体内追跡のための既存の技術は、腹腔鏡を使用する直接ビデオ撮像、蛍光Ｘ線透視法（連続または周期的Ｘ線撮像法による処置の実行）、電磁追跡、光学追跡、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）追跡および超音波画像支援追跡を含む。これらの技術の一部は、電離放射線を明示的に回避する。蛍光Ｘ線透視法およびＣＴのような電離放射線を使用する技術は、充分な量の電離放射線を必要とするため、被験者および医療スタッフの放射線被曝が懸念される。
【０００４】
心臓カテーテル法のような体内追跡を必要とする一部の用途は、追跡される医療装置がその中をナビゲートされる組織が頻繁に動くため、同時取得画像を必要とする。頭蓋内処置のような体内追跡を必要とする他の用途は、関連組織が比較的静止しているため、事前に取得した画像を使用するのにより適している。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の一部の実施形態の態様は、画像を生成することなく、任意選択的に被験者の身体の内部または付近のその位置を検出するために、線源からの電離放射線を使用することに関する。任意選択的に、線源は医療装置と一体的に形成されるか、あるいはそれに取り付けられる。医療装置は、器具、インプラント、ナビゲーション装置、および導管を含むが、それらに限定されない。
【０００６】
本発明の例示的実施形態では、線源の位置は非撮像データ取得によって決定される。この明細書および付属の特許請求の範囲を目的として、語句「非撮像」とは、線源および解剖学的または他の非線源特徴を同一画像内に含む画像取得プロセスとは独立して取得されるデータを指す。
【０００７】
任意選択的に、位置は、線源からの実効入射角に応じて放射線検出から結果的に得られる出力の検出可能な変化を生じる角感度を有するセンサを使用して決定される。実効入射角の感度が高ければ高いほど、速度および精度に関して位置決定の高い効率が達成される。±１００ミリラジアン未満、任意選択的に±５０ミリラジアン未満の角度範囲の実施形態を開示する。本発明の例示的実施形態では、放射線検出器および／またはシールドを移動させることによって、実効入射角に対するより高い感度を達成することができる。
【０００８】
任意選択的に、電離放射線源は、０．０１ｍＣｉないし０．５ｍＣｉの範囲の放射能を有する。任意選択的に、電離放射線源は０．１ｍＣｉ未満の放射能を有する。任意選択的に、電離放射線源は約０．０５ｍＣｉの放射能を有する。本発明の例示的実施形態では、患者（つまり短期被曝）および／または医療担当者（つまり長期被曝）に著しい健康リスクをもたらさない放射線源を使用することができる。
【０００９】
任意選択的に、位置データのリフレッシュ速度は、位置情報が一時的に追跡される物体（例えば医療装置）の実際の位置によく相関することを確実にする。推薦リフレッシュ速度は、追跡される物体が移動する速度に応じて、かつ追跡される物体が移動する環境に応じて変動する。本発明の例示的実施形態では、脳または消化管のようなより静的な身体部分における医療装置の追跡の場合、より低いリフレッシュ速度、例えば１０回／秒が適しているかもしれない。心臓のような頻繁に動く身体部分における医療装置を追跡する場合の実施形態では、より高いリフレッシュ速度、例えば２０回／秒が望ましいかもしれない。任意選択的に、選択された心周期位相から位置がプロットされるように、ＥＣＧ出力のゲーティングを実現することができる。
【００１０】
任意選択的に、電離放射線源の算出された位置のＲＭＳ誤差は１０ｍｍ未満であり、任意選択的に５ｍｍ未満であり、任意選択的に２ｍｍ未満であり、任意選択的に１ｍｍ未満であり、任意選択的に０．５ないし０．８ｍｍまたはそれ以下である。
【００１１】
決定される位置の精度に影響を及ぼす変数として、ＤＰＭ単位の線源の放射能、検出に使用される放射線センサの精度および／または応答時間、ならびに植え込まれた医療装置の速度が挙げられる。これらの変数の１つまたはそれ以上の改善は、１つまたはそれ以上の他の変数を補償することがある。任意選択的に、追跡される医療装置の速度の低下は、他の変数を補償するために使用することができる。任意選択的に、解剖学的撮像データを背景にして位置情報が表示される。任意選択的に、関連する解剖学的特徴をハイライトして、医療担当者による医療装置のナビゲーションを容易にする。任意選択的に、決定された位置は、別個に取得された画像を背景にして表示することができる。
【００１２】
任意選択的に、２つまたはそれ以上の線源を同時に追跡することができる。任意選択的に、非対称医療装置の向きを決定するのに、多重線源追跡が使用される。任意選択的に、多重線源追跡は、２つまたはそれ以上の医療装置の放射能を医療処置のために調整するのに使用される。
【００１３】
本発明の一部の実施形態の態様は、電離放射線源の方向を検出する角感度を持つセンサの使用に関係する。任意選択的に、方向の交点を算出することによって位置を決定することができるように、２つまたは３つの方向が同時にまたは逐次的に決定される。３つまたはそれ以上の方向を使用する場合、位置は３次元位置として表現することができる。任意選択的に、方向は、線源が存在する平面を決定するために使用される。
【００１４】
任意選択的に、線源からの放射線を検出するためのセンサは、軸を中心とする回転角のセンサの少なくとも一部分の回転によって所望の角感度を達成する。例えば、検出器または放射線シールドを回転させることができる。代替的にまたは追加的に、センサは並進運動によって所望の角感度を達成することができる。
【００１５】
本発明の一部の実施形態の態様は、検出器と線源との間の実効入射角に応答して少なくとも１つの放射線検出器からの出力信号の変化を引き起こす角感度を持つセンサに関する。出力信号の目標値は、線源の方向を示す角度で達成される。該方向は任意選択的に、線源が存在する面を決定するために使用される。
【００１６】
任意選択的に、センサは、各々が別個の出力信号を有する放射線検出器を２つ以上含むことができる。任意選択的に、放射線検出器の少なくとも１つの少なくとも一部分を入射放射線から遮蔽または遮断するために、１つまたはそれ以上の放射線シールドを使用することができる。線源の方向を示す角度からの偏差が生じるにつれて、遮蔽度は変化し、出力信号は遮蔽度に応じて変化する。
【００１７】
任意選択的に、コリメータを形成するように複数の放射線シールドが連携して使用される。放射線シールドは相互に平行であるか、または内向きに傾斜することができる。任意選択的に、平行であるか傾斜しているかにかかわらず、複数の放射線シールドを回転させることができる。
【００１８】
任意選択的に、目標出力からの偏差は、線源の方向を示す角度からの角変位１ミリラジアン当たり出力範囲の１％である。任意選択的に、出力の偏差は偏差の方向のみならず偏差の大きさをも示す。本発明の様々な実施形態では、放射線検出器および／または放射線シールドは、角感度を与えるように変位させることができる。この変位は回転および／または並進とすることができる。
【００１９】
本発明の一部の実施形態の態様は、センサモジュールの角感度を使用して方向を決定することによって、任意選択的に被験者の体内にある、医療装置を位置標定するためのコンピュータ化システムに関する。センサモジュールは、１つまたはそれ以上の放射線検出器に入射する放射線を測定する。入射放射線は出力信号を生成し、それはシステムによって方向情報に変換される。
【００２０】
本発明の一部の実施形態の態様は、任意選択的に医療装置が医療処置中に被験者の身体の内部または付近をナビゲートされるときに、電離放射線源と医療装置とを関連付けて、装置の位置の決定を促進することに関する。任意選択的に、電離放射線源は０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉの範囲の放射能を有する。任意選択的に、電離放射線源は０．１ｍＣｉ未満の放射能を有する。任意選択的に、電離放射線源は約０．０５ｍＣｉの放射能を有する。関連付けは、線源および装置を単一のユニットとして一体的に形成することを含む。関連付けはまた、線源を装置に取り付けることを含む。任意選択的に、線源は１０ｍｍ未満、任意選択的に５ｍｍ未満、任意選択的に２．５ｍｍ未満、任意選択的に１ｍｍ未満の最大寸法を有する領域に集中する。
【００２１】
本発明の一部の実施形態の態様は、任意選択的に医療の文脈で、非撮像位置標定または追跡のための標的として、０．１ｍＣｉ以下の放射能を持つ電離放射線源を使用することに関する。電離放射線源は、患者および／または医療担当者への生物学的影響を低減するように選択される。この選択は、放射線の強度、放射線の種類、および／または被曝時間の量（例えば処置を受ける患者の体内にある時間）についての考慮を含む。代替的にまたは追加的に、生体適合性材料から構成され、かつ／または生体適合性コーティングを被覆された放射線源を使用することができる。
【００２２】
本発明の例示的実施形態では、電離放射線源を追跡および位置標定するためのコンピュータ化システムを提供する。該システムは、
（ａ）放射線源から電離放射線を受け取って出力信号を生成することのできる少なくとも１つの放射線検出器を備えた、少なくとも１つの非撮像センサモジュールと、
（ｂ）出力信号を受け取って出力信号を方向情報に変換するように設計および構成されたＣＰＵと、
を備える。
【００２３】
任意選択的に、放射線源は医療装置と一体的に形成されるか、あるいは医療装置に取り付けられる。
【００２４】
任意選択的に、少なくとも１つのセンサモジュールは少なくとも２つのセンサモジュールを含む。
【００２５】
任意選択的に、少なくとも２つのセンサモジュールは少なくとも３つのセンサモジュールを含む。
【００２６】
任意選択的に、少なくとも１つのセンサモジュールのうちの少なくとも１つは、センサモジュールを新しい位置に移動させるようにセンサモジュールに並進運動をもたらすことのできる推進装置をさらに備える。
【００２７】
任意選択的に、推進装置はＣＰＵからの並進運動信号によって動作可能である。
【００２８】
任意選択的に、システムは追加的に、画像信号をＣＰＵに提供することのできる撮像モジュールを備え、ＣＰＵは画像信号を被験者の身体の一部分の画像に変換することができる。
【００２９】
任意選択的に、システムはさらに表示装置を備える。
【００３０】
任意選択的に、表示装置は、被験者の身体の一部分の画像を、その上に医療装置の決定された位置を重ね合わせた状態で、表示することができる。
【００３１】
任意選択的に、ＣＰＵは出力信号の少なくとも２つを受け取り、出力信号に基づいて放射線源の位置を算出する。
【００３２】
任意選択的に、ＣＰＵは出力信号の少なくとも３つを受け取り、少なくとも３つの出力信号に基づいて放射線源の位置を算出する。
【００３３】
任意選択的に、ＣＰＵは、放射線源位置が時間の関数としてプロットされるように、間隔をおいて位置を繰返し算出する。
【００３４】
任意選択的に、放射線源は６ヶ月から１８ヶ月の範囲の半減期を持つ同位元素を使用する。
【００３５】
任意選択的に、システムは放射線を提供することのできる放射線源をさらに備える。
【００３６】
任意選択的に、線源が０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉの範囲の放射能を有するときに、方向情報が生成される。
【００３７】
本発明の例示的実施形態では、電離放射線源を方向的に位置標定するためのセンサを提供する。該センサは、
（ａ）少なくとも１つの機能構成部品と、
（ｂ）少なくとも１つの機能構成部品を移動させることによって、センサに角感度を与える変位機構と、
を備える。
【００３８】
任意選択的に、少なくとも１つの機能構成部品は、放射線源からの放射線を受け取りかつ出力信号を生成することのできる少なくとも１つの放射線検出器を備え、
変位機構は、出力信号が回転角により変化するように、少なくとも１つの放射線検出器を回転角だけ回転させることができる。
【００３９】
任意選択的に、少なくとも１つの放射線検出器は少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器を備え、出力信号は、少なくとも１つの第１放射線検出器からの少なくとも１つの第１出力信号、および少なくとも１つの第２放射線検出器からの少なくとも１つの第２出力信号を含む。
【００４０】
任意選択的に、センサは、少なくとも１つの第１放射線検出器からの第１出力信号の大きさおよび第２放射線検出器からの第２出力信号の大きさが回転角により変化するように、少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器に対して一定の角度に設置された少なくとも１つの放射線シールドを備える。
【００４１】
任意選択的に、センサは、
（ａ）各々が放射線源から放射線を受け取り、少なくとも１つの第１放射線検出器から少なくとも１つの第１出力信号を生成し、かつ少なくとも１つの第２放射線検出器から少なくとも１つの第２出力信号を生成することのできる、少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器と、
（ｂ）少なくとも１つの第１放射線検出器からの第１出力信号の大きさおよび第２放射線検出器からの第２出力信号の大きさが各々シールドの回転角により変化するように、シールドの回転軸を中心にシールド回転角だけ回転可能である少なくとも１つの放射線シールドと、
を備える。
【００４２】
任意選択的に、少なくとも１つの放射線シールドは、
（ｉ）少なくとも１つの第１放射線検出器と少なくとも１つの第２放射線検出器との間に配置された一次放射線シールドと、
（ｉｉ）少なくとも１つの第１放射線検出器の方向に向けられた入射放射線を妨げるように展開された少なくとも１つの第１の追加放射線シールドと、
（ｉｉｉ）少なくとも１つの第２放射線検出器の方向に向けられた入射放射線を妨げるように展開された少なくとも１つの第２の追加放射線シールドと、
を備える。
【００４３】
任意選択的に、少なくとも１つの第１の追加放射線シールドおよび少なくとも１つの第２の追加放射線シールドは各々、一次放射線シールドの方向に傾斜する。
【００４４】
任意選択的に、少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器は対として編成され、各対は第１部材および第２部材を有し、一次および追加放射線シールドの各放射線シールドは、出力信号が回転角により変化するように、対の１つの第１部材の１つと第２部材の１つとの間に配置される。
【００４５】
任意選択的に、センサは追加的に、回転軸を中心に回転角だけ少なくとも１つの機能構成部品を回転させることができる。
【００４６】
本発明の例示的実施形態では、装置の位置を決定する方法を提供する。該方法は、
（ａ）関連付けられた放射線源を有する装置を提供するステップと、
（ｂ）放射線源に対する方向を決定するステップと、；
（ｃ）放射線源に対する少なくとも第２方向をさらに決定するステップと、
（ｄ）第１の方向と少なくとも第２の方向の交点を算出することによって装置を位置標定するステップと、
を含む。
【００４７】
任意選択的に、放射線源に対する少なくとも第２方向をさらに決定するステップが、放射線源に対する第３方向を決定するステップを含み、かつさらに、
（ｅ）第１方向、第２方向、および少なくとも第３方向の交点を算出するステップ、
を含む。
【００４８】
本発明の例示的実施形態では、追跡可能な医療装置を製造する方法を提供する。該方法は、検出可能な量の放射性同位元素を医療装置に組み込むか、あるいは固定して取り付けるステップを含む。
【００４９】
任意選択的に、検出可能な量は０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉの範囲内である。
【００５０】
任意選択的に、検出可能な量は０．１ｍＣｉ以下である。
【００５１】
任意選択的に、検出可能な量は０．０５ｍＣｉ以下である。
【００５２】
任意選択的に、同位元素はイリジウム１９２である。
【００５３】
本発明の一部の実施形態の態様は、非撮像位置標定または追跡の標的として０．１ｍＣｉ以下の放射能を持つ電離放射線源を使用することに関する。
【００５４】
図面の簡単な説明
図では、２つ以上の図に現われる同一の構造、要素、または部品は一般的に、それらが現われる全ての図で、同じ符号で標識される。図に示す構成部品および特徴の寸法は、提示し易く、かつ分かり易いように選択され、必ずしも縮尺通りではない。図を以下に列挙する。
図１は、本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールの１つの実施形態の側面図である。
図２は、本発明の例示的実施形態に係るコンピュータ化追跡システムの略図である。
図３は、モジュールによる信号の受信を示す、本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールの追加の実施形態の側面図である。
図４は、患者に対するセンサモジュールの１つの可能な配置を示す、本発明の例示的実施形態に係るコンピュータ化追跡システムの斜視図である。
図５は、本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールの追加の実施形態の側面図である。
図６Ａおよび６Ｂは、本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールのさらなる追加の実施形態の側面図である。
図７Ａおよび７Ｂは、本発明の例示的実施形態に係るシステムを使用して、光子の１回の衝突当たりのセンサの回転の関数としてそれぞれプロットされたシミュレーション応答時間およびシミュレーションｒｍｓ位置のグラフである。
図８Ａおよび８Ｂは、本発明の例示的実施形態に係るシステムを使用して、サンプリング時間の関数としてそれぞれプロットされたシミュレーション応答時間およびシミュレーションｒｍｓ位置のグラフである。
図９Ａおよび９Ｂは、本発明の例示的実施形態に係るシステムを使用して、放射性信号源の比放射能の関数としてそれぞれプロットされたシミュレーション応答時間およびシミュレーションｒｍｓ位置のグラフである。
図１０Ａは、時間の関数としての位置のグラフである。本発明の例示的実施形態に係るシステムから出力されるシミュレーション位置が、シミュレーションの実際の入力位置の上に重ねられる。
図１０Ｂは、図１０Ａの２つのプロットに基づいて時間の関数としてプロットされたｒｍｓ位置誤差のグラフである。
図１１は、本発明の例示的実施形態に係る方法の簡易流れ図である。
図１２は、回転角の関数としてのセンサ出力のグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
本発明の１つの実施形態では（図２および４）、コンピュータ化システム４０は装置を位置標定および／または追跡する。図４に示す実施形態では、装置は医療装置である。該医療装置は、器具、インプラント、ナビゲーション装置、および導管を含むが、それらに限定されない。器具はカテーテル、カニューレ、トロカール、切断具、把持具、および位置決め具を含むがそれらに限定されない。インプラントは密封小線源シード、ステント、および徐放性薬物治療パケットを含むが、それらに限定されない。ナビゲーション装置はガイドワイヤを含むが、それに限定されない。導管はチューブ類（例えば食道管および気管チューブ）を含むが、それらに限定されない。本発明の例示的実施形態では、１つまたはそれ以上の移動する器具を追跡する。
【００５６】
本発明の例示的実施形態では、線源の位置は、非撮像データ取得によって決定される。この明細書および付属の特許請求の範囲を目的として、語句「非撮像」とは、線源および解剖学的または他の非線源特徴を同一画像内に含む画像取得プロセスの一部として取得されないデータを指す。任意選択的に、撮像回路に適さず、それに接続されないセンサを使用する。撮像は、少なくとも１つの関心点を含む多数の点に関する情報に依存し、情報の画像解析により、関心点の特徴、例えば物体に関連する位置を決定する。本発明の例示的実施形態では、位置感知により線源のみに関する情報を提供する。これは検出能および／または精度を改善することができる。
【００５７】
任意選択的に、医療装置は、その位置が決定される経路の少なくとも一部分にあるときに、少なくとも部分的に被験者５４の体内にある。図４には、システム４０が頭蓋内医療処置中に被験者５４の頭内の装置を追跡するように構成された、例示的実施形態が示されている。この図面は純粋に例示であって、本発明の範囲の限定と解釈すべきではない。
【００５８】
図２は、連携して作動する角度検出に依存して放射線源３８の位置を決定する３つのセンサモジュール２０を含む、システム４０の実施形態を示す。図示した実施形態では、センサ２０の各々は、線源３８の方向を示す回転角３２を決定する。この回転角３２（図１）は、線源３８が存在する平面であって放射線検出器２２と交わる平面を画定する。回転角３２は出力信号３４として提供され、それはコンピュータ化処理装置（ＣＰＵ）４２に中継される。ＣＰＵ４２は、点で表わされる３つの方向（平面）の交差部を決定する。
【００５９】
本発明の一部の実施形態では、センサモジュール２０の放射線検出器２２が一連の回転角３２だけ回転するときに、センサ２０の検出の境界２４（図１）内に位置する線源３８をシステム４０によって正確に位置標定することができる。境界２４の外に位置する線源３８は正確に位置標定されない。この理由から、一部の実施形態では、線源３８の予想経路が境界２４内に位置するように、センサ２０の各々を展開することが望ましい。本発明の一部の実施形態では、線源３８を境界２４内に維持するように、センサ２０を動かすことができる。境界２４のサイズおよび形状は、センサ２０の構成によって変化する。
【００６０】
目標回転角３２の決定の精度は、システム４０によって決定される線源３８の位置標定の精度に貢献する。感度を回転角３２の小さい差に高めることのできるセンサモジュール２０の様々な変形を、図３、５、６Ａ、および６Ｂに例示的実施形態として図示し、以下でさらに詳しく説明する。
【００６１】
図４は、角度検出を使用し、円５８の外周上に分散された３つのセンサモジュール２０を含む、例示的システム４０の斜視図を提示する。図示した実施形態では、モジュール２０は放射線シールド３６を特徴とする。図示した実施形態で、各モジュール２０は円５８に接する軸を中心に回転する。この回転により、以下でさらに詳述するように医療装置の追跡が可能になる。本発明の様々な実施形態では、所望の角度検出を促進するために、回転運動または並進運動を使用することができる。図４に示した実施形態では、センサモジュール２０の平面と頭内の関心領域との間の垂直距離が円５８の半径にほぼ等しくなるように、センサモジュール２０は被験者５４の頭の下に配置される。この配置は、線源３８の予測経路が境界２４内に位置するように、センサ２０の各々が展開されることを確実にする。この配置は、円５８の中心に高くなったヘッドレストを装備したボード上に設けられた３つのセンサ２０を提供することによって、反復可能にかつ容易に達成することができる。これは任意選択的に、広範囲に及ぶ測定手順無しに、被験者５４がセンサ２０に対して正しく配置されるように、リクライニングチェアまたは調整可能な診察台を容易に配置することを可能にする。
【００６２】
システム４０の位置標定ボリュームは、線源３８の位置を決定することのできる空間座標の組である。システム４０の位置標定ボリュームは、センサ２０の位置、それらの設計、および／またはそれらの性能特性に依存するサイズおよび／または形状を有する。任意選択的に、システム４０の位置標定ボリュームは、センサ２０の検出の境界２４の交差として表わすことができる。任意選択的に、複数の組のセンサ２０を使用することによって、２つまたはそれ以上の位置標定ボリュームを形成することができる。任意選択的に、これらの位置標定ボリュームを重ね合わせることができる。
【００６３】
放射線源３８の質量の中心の３次元位置は、各々のモジュール２０の既知の位置および回転角を前提として、各々のセンサモジュール２０によって測定された角度３２から、ＣＰＵ４２によって算出される。本発明の一部の実施形態では、線源３８は１ないし１０ｍｍの長さの１本のワイヤである。この長さ範囲は、有用な直径を持つワイヤとして供給され、システム４０の効率的な動作を可能にする充分なＤＰＭ数を提供することのできる、現在利用可能な固体同位元素源３８を反映している。システム４０は、このワイヤ片３８の真ん中の位置を決定し、決定された位置を任意選択的に誤差限界を示す単一点まで分解する。
【００６４】
センサモジュール２０は少なくとも１つの放射線検出器２２を含む。放射線検出器２２は、医療装置に取り付けられた放射線源３８から放射線を受け取り、出力信号３４を生成することができる。放射線検出器２２は、入射放射線をＣＰＵ４２に中継することのできる信号に変換する任意の技術を使用することができる。線源３８がガンマ放射線源である場合、放射線検出器２２は例えば、電離箱、ガイガー・ミューラー計数管、シンチレーション検出器、半導体ダイオード検出器、比例計数管、またはマイクロチャネルプレートに基づく検出器とすることができる。様々な種類の放射線検出器２２が、例えばＥＶｐｒｏｄｕｃｔｓ（米国ペンシルベニア州サクソンバーグ）、浜松ホトニクス（日本国静岡県浜松市）、Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（米国フロリダ州ラーゴ）、Ｓｏｌｔｅｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国カリフォルニア州サンフェルナンド）、Ｔｈｅｒｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国マサチューセッツ州ウォルサム）、Ｂｒｕｋｅｒ‐ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（米国マサチューセッツ州ビルリカ）、Ｓａｉｎｔ Ｇｏｂａｉｎ ｃｒｙｓｔａｌｓ（米国オハイオ州ニューベリ）、およびＳｉｌｉｃｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ ＧＭＢＨ（ドイツ国）から市販されている。適切な市販の放射線検出器２２を、センサ２０の一部としてシステム４０の文脈に組み込むことができる。少数のＤＰＭを生成する線源３８および優れた感度（つまりＣＰＭとＤＰＭとの間の高い比率）をもたらすＳ型の検出器２２に依存する本発明の実施形態は、センサモジュール２０の性能を改善する。センサ２０と線源３８との間の距離が増大すると、この考慮事項はいっそう意味を持つようになる。より高いＤＰＭ出力を持つ線源３８に依存する本発明の実施形態は、あまり高感度でない放射線検出器２２の使用を可能にする。
【００６５】
様々な種類のセンサモジュール２０について以下でさらに詳細に記述する。
【００６６】
システム４０は、医療装置によって実行される処置に悪影響を及ぼさない率で位置標定および／または追跡を行うために、充分な量の放射線を提供することのできる放射線源３８をさらに含む。ほとんどの医療処置で、毎秒１０回の位置標定は、システム４０のオペレータが医療装置を所望の位置まで快適にナビゲートすることを可能にするのに充分である。以下でさらに詳述するコンピュータによるシミュレーションからの結果に基づいて、体内で線源３８による数時間の処置を受ける患者に有意のリスクをもたらさないように、これらの基準を満たす放射線の量を充分に低くすることができる。代替的にまたは追加的に、該量は、システム４０のオペレータが下述するように長時間の放射線曝露から有意のリスクに曝されないように、充分に低くすることができる。
【００６７】
例えば、イリジウム１９２を使用して放射線源３８の放射能を０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉに増大した場合、精度は２倍に改善されるだけである（図９Ｂ）。しかし、０．１ｍＣｉ未満の放射能レベルは、応答時間に悪影響を及ぼす（図９Ａ）。０．１ｍＣｉより大きい放射能は、応答時間を有意に改善しない。０．０５ｍＣｉの放射能は、以下でさらに詳述するようにレイテンシと精度との間の受け入れられるトレードオフを提供し、性能と放射線量との間の優れた妥協をもたらす。
【００６８】
０．０５ｍＣｉの線源３８は、発生する放射線量がグローブ無しに安全に取り扱うことができるほど低い状態で、システム４０が適切な速度および精度を達成することを可能にする。０．０５ｍＣｉの線源３８からの患者の放射線被曝は、米国における平均吸収背景放射より８倍高いだけである。従前より利用可能な代替物と比較する目的で、０．０５ｍＣｉの線源３８は、患者に０．００２２ｍＳｖ／時の実効線量当量（ＥＤＥ）を被曝させる。典型的な蛍光Ｘ線透視法誘導処置は１回の処置当たり１〜３５ｍＳＶのＥＤＥを有し、典型的な核医学処置は５ｍＳｖのＥＤＥを有する。したがって、本発明の一部の実施形態は、患者の放射線被曝を著しく低減するために使用することができる。
【００６９】
医療担当者は任意選択的にさらにいっそう低い放射線を被曝し、被爆レベルは介在距離の２乗に比例して低下する。例えば、０．０５ｍＣｉの線源３８から１メートルの位置で、１日６時間、週５日、年５２週、処置を実行する医師は、０．２２ｍＳｖの年間総ＥＤＥを蓄積する。これは、被曝監視が一般的に実行される放射線被曝レベルの約５％である。この被曝レベルは１．４ｅ−４ｍＳｖ／時に対応し、それは蛍光Ｘ線透視術による一般的線量に関連する１〜１２ｍＳｖ／時より数桁低い。
【００７０】
イリジウム１９２は、医療用途における使用がすでに容認されており、かつ一般的に被験者の体内に導入しても安全であるとみなされているため、実施例として使用した。しかし、この同位元素は適切な線源３８の単なる例証としての実施例であって、システム４０の制限と解釈すべきではない。システム４０の文脈で使用するための同位元素を選択する場合、放射能（ＤＰＭ）、放射線の種類、および／または半減期を考慮することができる。放射能については上述した。加えて、例えば２０〜５０ｃｍの関連距離で適正な効率で壊変事象を検出できることが一般的に望ましい。長い半減期は、在庫管理を容易にし、かつ無駄を減らすことによって長期的な総コストを低減するため、好ましいかもしれない。しかし、短い半減期は放射性物質に対する懸念を軽減することができ、かつ／またはより小さい線源を使用することを可能にする。
【００７１】
本発明の一部の実施形態では、線源３８は陽電子放出源である。これらの実施形態では、センサ２０は、陽電子／電子衝突の結果放出される光子がやって来る方向を決定する。陽電子が電子と出会う前に線源３８から移動する距離は一般的に非常に小さいため、この相違は任意選択的に、決定される位置の精度になんら有意の影響を及ぼさない。線源３８に陽電子を使用すると、検出に利用可能な全電離放射線放出を効果的に増幅することができる。任意選択的に、多重検出器を使用すると、陽電子対消滅事象の検出が可能になる。他の線源の種類の例として、ガンマ線源、アルファ線源、電子線源、および中性子線源が挙げられる。
【００７２】
同位元素に関係なく、線源３８は、追跡される医療装置（例えばガイドワイヤまたはカテーテル）内に組み込むことができる。組込みは例えばガイドワイヤ先端付近、および／またはカテーテル内またはインプラント内の異なる位置に行うことができる。電離放射線源は、ガイドワイヤの一部分、または医療装置の一部分と一体的に形成するか、あるいはそれに取り付けることができる。取付けは、例えば装置の専用受容器内に線源を接着、溶接、または挿着することによって達成することができる。取付けはまた、医療装置に貼付される粘着タグ（例えばクラックアンドピールステッカ（ｃｒａｃｋ ａｎｄ ｐｅｅｌ ｓｔｉｃｋｅｒ））、塗布可能な塗料または接着剤のような線源を供給することによっても達成することができる。任意選択的に、電離放射線源は固体として、例えば放射性同位元素を含む１本のワイヤとして供給される。所望の同位元素を含有する短いワイヤは、ガイドワイヤまたは医療装置に固着することができる。この結果、医療装置および放射線源が共局在する。固着は例えば、ガイドワイヤの製造中に、固体線源のガイドワイヤとの同時押出しによって達成することができる。代替的にまたは追加的に、電離放射線源は、医療装置および／またはガイドワイヤに塗布することのできる放射性塗料として供給することができる。電離放射線源がガイドワイヤまたは医療装置に供給または固着される厳密な形態に関係なく、医療処置の最後に体内から取り出された後に、被験者の体内に有意の放射性残渣が残ってはならない。
【００７３】
分かり易くするために、線源３８は単一の品目として図示されているが、２つまたはそれ以上の線源３８をシステム４０によって同時に追跡することができる。システム４０は、離散位置または経路、放射線の周波数、放射線のエネルギ、または放射線の種類を含め、それらに限らず、多種多様の手段によって複数の線源３８を識別することができる。本発明の一部の実施形態では、２つまたはそれ以上の分解可能な線源３８を使用して、追跡される品目に関する方位情報がもたらされる。換言すると、これらの実施形態は、座標Ｘ、Ｙ、およびＺによって画定される３次元位置だけでなく、画定された位置における追跡対象物体の方位に関する情報をも決定することができる。この特徴は、非対称な器具を使用する場合の医療文脈に関連する。
【００７４】
システム４０は、１つまたはそれ以上のセンサモジュール２０とコンピュータ処理装置（ＣＰＵ）４２との間でデータ信号を伝達することのできる通信チャネル４８を含むことができる。通信チャネルは有線または無線またはそれらの組合せとすることができる。有線通信チャネルは直接ケーブル接続、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）を介する電話接続、光ファイバ接続、および外部に明白なワイヤを持たない統合物理ユニットとしてのシステム４０の構造を含むが、それらに限定されない。無線通信チャネルは赤外線伝送、高周波伝送、セルラ電話伝送、および衛星媒介通信を含むが、それらに限定されない。信号伝送が所望のリフレッシュ速度を達成可能である限り、通信チャネル４８の厳密な性質はシステム４０の動作の中心ではない。通信チャネル４８は任意選択的に、システム４０を遠隔医療の文脈で動作させることを可能にする。代替的にまたは追加的に、通信チャネル４８は、医療担当者の放射線被曝を所望の程度まで低減する手段として、線源３８と医療担当者との間の距離を増大させるのに役立つかもしれない。
【００７５】
ＣＰＵ４２は、通信チャネル４８を介して出力信号３４を受け取り、かつ出力信号３４を放射線源３８に関する方向情報に変換するように設計および構成される。この方向情報は、例えば放射線源３８が存在する平面として表わすことができる。出力信号３４は少なくとも回転角３２を含む。任意選択的に、出力信号３４は、線源３８からの信号の受取りを示す成分を示す信号強度を含むことができる。線源３８からの信号の受取りは、２進信号（はい／いいえ）または信号の大きさ（例えば毎分カウント数）のいずれかとして示すことができる。本発明の様々な実施形態では、出力信号３４はデジタルまたはアナログのいずれかとすることができる。アナログ信号からデジタル信号への変換は、センサモジュール２０またはＣＰＵ４２のいずれかによって実行することができる。場合によっては、単一の平面内における放射線源３８の位置標定で充分である。しかし、本発明の多くの実施形態では、ＣＰＵ４２が出力信号３４の２つを受け取り、交差を算出することが望ましい。出力信号３４が平面として表現される場合、これは２つの平面の線形交差４４を生成する。これは、線形交差４４上の放射線源３８を位置標定する。任意選択的に、この計算の結果４４は、さらに詳しく上述するように、表示装置４３に表示される。本発明の追加の実施形態では、ＣＰＵ４２は出力信号３４の少なくとも３つを受け取り、それらの交差を算出する。出力信号３４が平面として表わされ、センサ２０が円５８の外周上に配置される場合、これは少なくとも３つの平面の交点４４を生成し、それらによって算出された交点４４に放射線源３８が位置標定される。
【００７６】
システム４０は医療処置中に医療機器を追跡するために最も頻繁に使用されるため、ＣＰＵ４２はしばしば、放射線源３８の位置を時間の関数としてプロットすることができるように、交点を所定の間隔で繰返し算出するために使用される（図１０Ａ参照）。各プロット位置およびプロット全体の精度は、線源３８の放射能、センサ２０の応答時間の精度、および植え込まれる医療装置が被験者５４の体内を移動する速度によって影響されることがある。医療処置は一般的に速度より精度を重視するため、システム４０のオペレータは、処置に使用される医療装置の移動の速度を低減することによって、線源３８の不足、またはセンサ２０の精度もしくは応答時間を補うことができる。図１０Ｂは、±２ｍｍの範囲の追跡精度でシミュレートしたシステム４０の出力を示す。ＣＰＵ４２はまた任意選択的に通信チャネル４８を使用して、後で詳述するように様々な信号をセンサモジュール２０に送信することもできる。代替的にまたは追加的に、ＣＰＵ４２は任意選択的に通信チャネル４８を使用して、医療装置に様々な信号を送信することもできる。本発明の様々な実施形態では、システム４０は、血管形成術（例えばバルーン血管形成術）、展開処置（例えばステント配置または密封小線源治療用の放射性シードの植込み）、生検処置、切除処置、および焼灼処置をはじめとする処置の文脈で使用することができるが、それらに限定されない。
【００７７】
ＣＰＵ４２は単一の物理的ユニットとして図示されているが、本発明の一部の実施形態では、実際には多数の物理的に離散したＣＰＵを使用することができる。例えばＣＰＵ４２に属するとみなされる一部の機能または機能の一部分は、センサモジュール２０に設置されたプロセッサによって実行することができる。この明細書および付属の特許請求の範囲を目的として、本書で記述するように線源３８を位置標定するように連携して働く複数のプロセッサは、まとめてＣＰＵ４２とみなされる。
【００７８】
本発明の一部の実施形態では、システム４０は、３つまたはそれ以上の出力信号３４を同時に受け取って信号源３８を示す３つまたはそれ以上の方向を算出するために、３つまたはそれ以上のセンサモジュール２０を同時に使用する。方向が平面として表わされる場合、３つまたはそれ以上の平面は単一の点で交差する。しかし、システム４０は、２つまたは１つのセンサモジュール２０を使用して線源３８を単一点に位置標定する代替実施形態を含む。これは、後述するように幾つかの異なる方法で達成することができる。
【００７９】
システム４０の一部の実施形態では、センサモジュール２０の少なくとも１つが一連の位置を通過するように少なくとも１つの放射線検出器２２を回転させることができる。検出器２２における線源３８からの放射線の受取りが回転角３２により変化するように、各位置は回転角３２によって画定される。この回転は多種多様な方法で達成することができる。例えば回転機構２６は、受け取る放射線の量を変数とする規則に従って、放射線検出器２２からのフィードバックによって動作することができる。代替的に、回転機構２６は、受け取る放射線の量および／または時間を変数として含む規則に従って、ＣＰＵ４２からの信号によって動作することができる。代替的に、回転機構２６は、特定の回転角３２で放射線がどれだけ放射線検出器２２に衝突するかに関係なく、固定したスケジュールに従って放射線検出器２２を回転させることができる。回転機構２６は、回転角３２を達成するために多種多様な異なる機構を使用することができる。これらの機構は機械的機構、油圧機構、電気的機構、電子的機構、および圧電機構を含むが、それらに限定されない。任意選択的に、独立角度測定要素３０を使用して、実際の回転角３２をより正確に確認することができる。角度測定要素３０は図１、２、および３に物理的に離散した部品として図示されるが、システム４０の性能に有意の影響を及ぼすことなく、回転機構２６に物理的に一体化することもできる。厳密な動作の詳細に関係なく、目的は、センサモジュール２０が線源３８の方向を直接指し示す回転角を検出することである。この角度を目標回転角３２と呼ぶ。
【００８０】
システム４０の一部の実施形態では、放射線検出器２２（図３、５、６Ａ、および６Ｂ）は、少なくとも１つの第１放射線検出器２２Ａおよび少なくとも１つの第２放射線検出器２２Ｂを含む。システム４０のこれらの実施形態は、各回転角３２に対する放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂからの出力信号３４の比較に依存する。既知の関係を持つ放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂから出力信号３４を生成する目標回転角３２は、放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂが両方とも同じ程度に線源３８を向くことを示す。放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂが同一受領領域を持つ場合、既知の関係は同等である。この目標回転角３２を使用して、線源３８が存在する平面を決定する。
【００８１】
放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂからの出力信号３４間の小さい差にシステム４０の感度を高めるために、放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂに対して一定角度に１つまたはそれ以上の放射線シールド３６を導入することが可能である。放射線シールド３６は、第１放射線検出器２２Ａからの出力信号３４の成分の大きさおよび第２放射線検出器２２Ｂからの出力信号３４の成分の大きさを各々、回転角３２により変化させる（図３参照）。放射線シールド３６は、入射角３９および４１の間の関係に応じて、放射線検出器２２Ａまたは２２Ｂのいずれかを差別的に遮蔽する。ある回転角３２では、放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂのどちらも放射線シールド３６によって遮蔽されない。この回転角３２を使用して、線源３８が存在する平面を決定する。この構成は、シャドー効果のため、この目標回転角３２からの小さい変分が放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂからの出力信号３４に比較的大きい差を生じることを確実にする。したがって、センサモジュール２０における放射線シールド３６の使用は、システム４０の感度を増大させる。この増大した感度は、検出可能な放射線計数が低くても、センサモジュール２０が効果的に機能することを可能にする。
【００８２】
図６Ａは、放射線シールドが第１放射線検出器２２Ａおよび第２放射線検出器２２Ｂの間に配置された一次放射線シールド３６を含む、センサモジュール２０の追加の実施形態を示す。この図の実施形態はまた、第１放射線検出器２２Ａを一連の第１放射線検出器に分割して第１放射線検出器２２Ａの方向に向けられた入射放射線を妨げる、一連の第１の追加放射線シールド（３６Ａ１、３６Ａ２、および３６Ａ３）をも含む。図示された実施形態はまた、第２放射線検出器２２Ｂを一連の第２放射線検出器に分割して第２放射線検出器２２Ｂの方向に向けられた入射放射線を妨げる、一連の第２の追加放射線シールド（３６Ｂ１、３６Ｂ２、および３６Ｂ３）をも含む。この構成は、目標回転角３２からのずっと小さい変分でも、追加放射線シールド（図示した実施形態では３６Ａ１、３６Ａ２、３６Ａ３、３６Ｂ１、３６Ｂ２、および３６Ｂ３）の個数に比例してシャドー効果を高めることによって、放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂからの出力信号３４の比較的大きい差を生じることを確実にすることができる。したがって、センサモジュール２０における追加放射線シールド（例えば３６Ａ１、３６Ａ２、３６Ａ３、３６Ｂ１、３６Ｂ２、および３６Ｂ３）の使用は、システム４０の感度の追加的増大を達成するのに役立つことができる。任意選択的に、二次放射線シールド（図示した実施形態では３６Ａ１、３６Ａ２、３６Ａ３、３６Ｂ１、３６Ｂ２、および３６Ｂ３）は一次放射線シールド３６の方向に傾斜する。二次放射線シールド３６Ａ１、３６Ａ２、３６Ａ、３６Ｂ１、３６Ｂ２、および３６Ｂ３の一次シールド３６の方向への角度は、焦点を改善するため、かつ／または撮像ボリュームを画定するために、例えばモータを用いて変化させることができる。
【００８３】
同様の効果は、放射線検出器２２Ａおよび２２Ｂを一定角度に保持し、放射線シールド３６（図６Ｂ）を角変位にさらすことによって達成することができる。したがって、システム４０はまた、放射線検出器２２が少なくとも１つの第１放射線検出器２２Ａおよび少なくとも１つの第２放射線検出器２２Ｂを含み、かつ検出器２２Ａおよび２２Ｂからの出力信号３４の離散成分の大きさが各々シールド回転角３２の関数として変化するように、少なくとも１つの放射線シールド３６がシールド回転軸を中心にシールド回転角３２だけ回転可能な状態で、出力信号３４が検出器２２Ａおよび２２Ｂからの離散成分を含む、実施形態をも含む。
【００８４】
今、図５を参照すると、システム４０のセンサモジュール２０の代替的実施形態は、放射線検出器２２が複数の放射線検出器２２、および複数の放射線検出器２２の間に分散された複数の突出放射線シールド３６を含むように構成されている。これらの実施形態では、複数の放射線検出器２２は対として編成され、各対は第１部材２１および第２部材２３を有し、複数の突出放射線シールドの各突出放射線シールド３６は、対の放射線検出器２２の第１部材２１と第２部材２３との間に配置される。この実施形態では、センサモジュール２０は、放射線検出器２２における放射線源３８からの放射線の受取りが回転角３２により変化するように、一連の回転角３２だけ放射線検出器２２を回転させることができる。各放射線検出器は出力信号３４を生成する。ＣＰＵ４２は全ての第１部材２１からの出力信号３４を合計して第１和を生成し、かつ全ての第２部材２３からの出力信号３４を合計して第２和を生成する。全ての放射線検出器２２が同一であることを前提として、センサが線源３８の質量の中心に直接向けられたときに（目標回転角３２）、第１和および第２和は等しい。この実施形態は、回転角３２がいずれかの方向に非常にわずかに変化するだけでも、モジュール２０全体の総出力が急激に増加することを確実にする。代替的にまたは追加的に、モジュール２０全体の総出力の符号は、モジュール２０全体のその総出力で所望の回転角３２に達するために必要な回転の方向を示す。したがって、この構成は、システム４０の動作速度および全体的精度の両方を高めるように働く。この型のセンサモジュール２０は、（例えば）ある期間の線源３８からのガンマ線の衝撃を合計する第１アルゴリズムを実現し、かつモジュール２０全体の総出力の符号に基づいて、所望の回転角３２を達成するためにどの方向にどの程度放射線検出器２２を回転させるかをＣＰＵ４２に決定させることによって、動作することができる。代替的に、ＣＰＵ４２は（例えば）第２アルゴリズムを実装し、各検出計数に応答して非常に少量だけ放射線検出器２２を回転させる。本書に提示する性能データは第２アルゴリズムのシミュレーションに基づいているが、第１アルゴリズムも同様に有用であると信じられる。
【００８５】
システム４０の追加の実施形態では、単一センサモジュール２０を使用して、線源３８が存在する２つの交差する平面を決定することができる。これは、例えばセンサモジュール２０の回転によって、またはセンサモジュール２０を新しい位置に移動させることによって達成することができる。
【００８６】
本発明の一部の実施形態では、センサモジュール２０は追加的に、回転軸２５を中心に回転角２９だけ放射線検出器２２を回転させることができる。回転は、回転機構２６について上述したように多種多様な方法で機能することのできる、回転機構２７によって生成される。本発明のこれらの実施形態では、回転角２９はセンサモジュール２０の方位の成分として含まれ、出力信号３４に含まれる。回転は、上述しかつ下述するセンサモジュール２０の構成のいずれかまたは全ての文脈で使用することができる。回転は、例えばＣＰＵ４２から通信チャネル４８を介してセンサモジュール２０に伝送される回転信号４６に応答して発生することができる。
【００８７】
本発明の追加の実施形態では、センサモジュール２０は、モジュール２０の位置が変更されるように、モジュール２０に並進運動３３をもたらすことのできる推進装置３１を含む。推進は、ＣＰＵ４２から通信チャネル４８を介してセンサモジュール２０に伝送される、例えば並進運動信号４６に応答して開始することができる。本発明の様々な実施形態では、推進は、単一のセンサモジュール２０が複数の位置から動作することを可能にするか、あるいはセンサモジュール２０に角感度を提供するために使用することができる。換言すると、並進運動は、特に少なくとも１つの放射線シールド３６を使用する実施形態で、角変位の代替物として使用することができる。並進運動を使用する実施形態では、第１次元における単一センサ２０の並進は、第１組の方向情報の取得を可能にする。例えば図４に示すシステム４０の実施形態では、センサ２０Ａの逐次垂直変位を使用して、線源３８が存在する第１平面を決定することができる。センサ２０Ｂの逐次水平変位は、線源３８が存在する第２平面を決定するために使用することができる。代替的にまたは追加的に、単一センサ２０は垂直および水平変位の両方を受ける。逐次垂直および水平変位は、単一センサ２０が線源３８の存在する２つの非平行平面を決定することを可能にする。単一の線に沿った同時垂直および水平変位は、センサ２０が線源３８の存在する単一の平面を決定することを可能にする。２つまたは３つまたはそれ以上の平面の交差の決定は、上述の通りである。任意選択的に、本発明の同一実施形態に推進および回転を使用することができる。
【００８８】
任意選択的に、システム４０は、画像信号５２をＣＰＵ４２に提供することのできる画像取得装置５６を含む、撮像モジュール５０をさらに含む。撮像モジュール５０は任意選択的に、ＣＰＵ４２との通信を促進するためにインターフェースを含む。ＣＰＵ４２は、画像信号５２を被験者５４の身体の一部分の画像に変換することができる。本発明の様々な実施形態では、撮像モジュール５０は蛍光Ｘ線透視法、ＭＲＩ、ＣＴ、または２Ｄもしくは多平面もしくは３Ｄ血管造影法に依存することができる。頭蓋内処置の場合、撮像は一般的に処置と同時に実行する必要はない。これは、脳が頭蓋内であまり移動しないからである。処置の１日またはそれ以上前、または処置の数時間前、または処置の直前に取得された画像を使用することができる。本発明の代替的実施形態では、画像データは別個に（つまりシステム４０の外部で）取得して、アラインメントのためにＣＰＵ４２に提供される。
【００８９】
解剖学的画像表示および追跡情報のオーバレイのためのアラインメント方法およびアルゴリズムは、Ｊｏｌｅｓｚ（１９９７）Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ ２０４（３）：６０１‐１２に考察されている。Ｊｏｌｅｓｚの論文は、そこに引用されている参考文献と共に、当業熟練者が画像データおよび追跡データの同時表示およびアラインメントを達成する実施可能性を提示している。Ｊｏｌｅｓｚ文献はそこに引用された参考文献と共に、個々の各参考文献が個々に引用されかつ参照によって援用されているかのように、参照によって完全に本書に援用する。
【００９０】
本発明の例示的実施形態では、システム４０によって決定された位置は、画像に対して登録される。これは、例えばシステム４０および／またはセンサ２０を画像取得装置５６に登録することによって達成することができる。
【００９１】
どの種類のセンサモジュール２０を使用するかに関係なく、システム４０は、ＣＰＵ４２と通信する表示装置４３を含むことができる。表示装置４３は被験者の身体の部分の画像を表示し、医療装置の決定位置（線源３８の位置に対応する）を被験者の身体の部分の画像に重ね合わせることができる。重ね合わされた決定位置は任意選択的に、表示画面４３上に点として表現される。任意選択的に、点は、ＣＰＵ４２によって決定された所望の信頼区間の標識によって取り囲まれる。信頼区間は、例えば円として、２つまたはそれ以上の交線として、あるいは１つまたはそれ以上の角括弧の対として表示することができる。代替的にまたは追加的に、表示装置４３は、医療装置の決定位置（例えばガイドワイヤの先端における線源３８の位置に対応する）の位置座標を表示することができる。
【００９２】
表示装置４３に、処置中または処置前のいずれかに撮像されたＣＴ、ＭＲＩ、または３Ｄ血管造影からの３次元血管造影データセットを提供することができる。適切なソフトウェアを使用して、血管造影データセットから脈管構造の３Ｄモデルを抽出し、３Ｄモデル視覚化の標準モードを使用してこのモデルを表示することができる。ガイドワイヤまたはカテーテルの３次元グラフ表現を脈管構造の３Ｄモデルに組み込み、システム４０によって提供される位置情報に基づいて最小限の時間遅延で更新して、脈管構造内のガイドワイヤまたはカテーテルの位置を示すことができる。脈管構造およびカテーテルを含む３Ｄモデル全体を、最良可能な視覚化を達成するために処置の実行中に、ユーザがズームさせ、回転させ、かつその他対話により操作することができる。
【００９３】
任意選択的に、システム４０はさらに、１つまたはそれ以上のユーザ入力装置４５（例えばキーボード、マウス、タッチスクリーン、トラックパッド、トラックボール、マイクロフォン、ジョイスティック、またはスタイラス）を含むことができる。入力装置４５は、表示装置４３上の画像を上述したように調整し、かつ／または回転機構２６、回転機構２７、推進装置３１、または画像取得装置５６のようなシステム４０の様々な構成部品にコマンド信号を発行するために使用することができる。
【００９４】
本発明は任意選択的に、図３に示しかつ上述したように、放射線源が存在する平面を決定するためのセンサ２０を含む。簡単に言うと、センサ２０は少なくとも１つの放射線検出器２２を含み、少なくとも１つの放射線検出器は放射線源３８からの放射線を受け取り、出力信号３４を生成することができる。放射線検出器２２における放射線源３８からの放射線の受取りが回転角３２により変化するように、センサ２０は、各位置が回転角３２によって画定される一連の位置を通過するように放射線検出器２２を回転させることができる。回転は任意選択的に上述したように達成される。最大出力信号を生成する回転角３２は、放射線源３８が存在する平面を示す。
【００９５】
センサ２０の一部の実施形態では、放射線検出器２２は少なくとも１つの第１放射線検出器２２Ａおよび少なくとも１つの第２放射線検出器２２Ｂを含み、出力信号３４は、第１放射線検出器２２Ａからの第１出力信号および放射線検出器２２Ｂからの第２出力信号を含む。
【００９６】
センサ２０の一部の実施形態では、少なくとも１つの放射線シールド３６はさらに、検出器２２Ａおよび２２Ｂに対して一定の角度に設置される。その結果、少なくとも１つの第１放射線検出器からの第１出力信号３４の大きさおよび放射線検出器２２Ｂからの第２出力信号３４の大きさは各々、上述したように回転角３２により変化する。
【００９７】
上に詳述したようにシールド回転軸を中心にシールド回転角３２だけ回転可能な少なくとも１つの放射線シールド３６を特徴とする、放射線源が存在する平面を決定するためのセンサ２０（図６Ｂ）は、本発明の追加の実施形態である。
【００９８】
図５に示し且つ上述したように、放射線源が存在する平面を決定するためのセンサ２０は、本発明の追加の実施形態である。
【００９９】
本発明の代替的実施形態では、被験者の体内の医療装置の位置を決定する方法４００（図１１）を提供する。方法４００は、放射性信号源３８と医療装置を共局在化させるステップ４０１を含む。共局在化は、例えば装置に関連付けられる放射線源を有する装置を提供することにより、または放射線源を装置と関連付けることにより達成することができる。
【０１００】
方法４００はさらに、全方向信号発生器が存在する第１平面を決定するステップ４０２と、全方向信号発生器が存在する第２平面をさらに決定するステップ４０３と、医療装置がその上に存在する線を決定する手段として、第１平面および第２平面の線形交差を算出するステップ４０４とを含む。
【０１０１】
方法４００は任意選択的に、線源３８が存在する少なくとも１つの追加平面をさらに決定するステップ４０５を含む。
【０１０２】
方法４００は任意選択的に、医療装置の位置を決定する手段として、第１平面、第２平面、および少なくとも１つの追加の平面の交点を算出するステップ４０６を含む。
【０１０３】
任意選択的に、方法４００は、移動する植込み医療装置を追跡するために一連の位置が生成されるように、逐次反復される４０８。算出された位置は、希望するならば解剖学的撮像データと共に表示することができる４１０。
【０１０４】
上に詳述したシステム４０および／またはセンサ２０の様々な態様および特徴は、方法４００の実行を可能にするため、または改善するために使用することができる。
【０１０５】
システム４０および方法４００は様々な数学的アルゴリズムを使用して、線源３８の位置を算出することができる。本発明の一部の実施形態の文脈で使用するのに適したアルゴリズムの１例は、次のように３つのセンサのセンサ出力信号３４、センサ位置、およびセンサ方位（つまり回転角３２）から線源３８の位置を算出する。
１）各センサモジュール２０によって画定される平面は、次の形の方程式を使用して算出される。
２）係数Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤは次の通り計算される。
ａ．３つの非共線点がセンサ２０の内部基準フレーム内に画定される。
ｂ．これらの３つの点は次いでセンサ２０の位置によって変移され、センサの方位によって回転される。これにより、出力信号３４が零であった場合、線源３８が存在する平面が画定される。
ｃ．これらの３つの点は次いで、センサ２０の回転角３２の軸を中心に、出力信号３４によって示される回転角３２だけ回転される。これにより、特定のセンサ２０によって測定される通り線源３８が存在する平面が画定される。
ｄ．次の方程式で３つの点のｘ，ｙ，ｚ座標ｘ１，ｙ１，ｚ１，ｘ２，ｙ２，ｚ２，ｘ３，ｙ３，ｚ３を使用して、Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤは次のように計算される。
３）３つのセンサ２０の各々についてＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤを計算することにより、３つの３元方程式系が生成される。
この方程式系を解いて、（ｘ，ｙ，ｚ）（またはベクトルの部分）、線源３８の位置である３つの平面の交点の正確な解を得ることができる。
【０１０６】
追加センサ２０の使用により、個々のセンサの誤差を平均することによって精度が改善され、また、センサが相互に合致する程度を示すことによって位置測定の精度を推定する手段ももたらされる。
【０１０７】
４個以上のセンサを使用する場合、アルゴリズムは次の通りである。
上記ステップ１および２は変わらない。各センサによって示される平面の方程式が計算される。ステップ３は次のように変更される。
３）各々のセンサに対してＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤが計算されると、次のような４つ以上の３元方程式の優決定系が得られる。
この優決定系は、追跡される要素の最尤位置である（ｘ，ｙ，ｚ）の最適解を得るために当業者が精通している方法を用いて、最小２乗の意味で解くことができる。センサ出力の誤差のため、一般的に正確な解は無く、全ての平面が通過する単一の点は無いかもしれない。
最小２乗解が、各平面と（ｘ，ｙ，ｚ）の解との間のユークリッド距離によって画定される誤差に基づくために、各平面を画定する全ての係数をそれらのそれぞれの法線ベクトル（法線ベクトルは（Ａ，Ｂ，Ｃ）によって定義される）の長さによってスケーリングする必要がある。これは、少なくとも最小２乗解を計算する前に、Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤを平方根（Ａ＾２＋Ｂ＾２＋Ｃ＾２）で除算することによって行われる。
４）各々の平面と算出された位置との間のユークリッド距離は、位置測定の精度の尺度として使用することができる。ひとたび係数が法線ベクトルの長さによってスケーリングされると、各センサについてこの距離をＡｘ＋Ｂｙ＋Ｃｚ−Ｄとして算出することができる。各平面から算出された位置までの距離の平均値は、全てのセンサが算出された位置で合致する程度の尺度をもたらす。
【０１０８】
方程式の優決定系は、最小２乗解アルゴリズムを用いて解くことができる。適切な最小２乗アルゴリズムは、市販の数学ソフトウェアパッケージの構成要素として入手可能である。
【０１０９】
任意選択的に、当業界で公知の方程式の組を解く他の方法を使用する。任意選択的に、１組の方程式の代わりに、他の計算方法、例えばニューラルネットワーク、ルールベース方法、およびセンサからの信号を使用して結果的に得られる位置を探索または推定するテーブルルックアップ方法を使用する。センサが線形的に移動するシステムでは、他の解決方法、例えばセンサの線形位置を線源の空間座標に変換する方法を使用することができる。
【０１１０】
システム４０および方法４００の精度および性能を高めるために、任意選択的に事前較正を実行することができる。システムの機械的製造に基づく値に依存するのではなく、各々のセンサモジュール２０の位置および方位を較正することができる。較正手順は、システム４０を使用して、高精度に画定された多数の既知の位置で線源３８の３次元位置を測定することを含む。線源３８の位置は既知であるため、これらの値を解くためにセンサの位置および方位を未知数として位置を計算するために、通常使用される方程式（上述）を使用することができる。様々な最小化手順が当業界で公知である。そのような較正を実行するために必要な測定の回数は、未知数より多数の方程式を提供するのに充分な測定を行うのに有用であるため、システム４０におけるセンサモジュール２０の個数に依存するかもしれない。この較正手順はまた、システム４０が線源の位置を測定するときの基準の原点およびフレームをも画定し、したがって追跡システムと、蛍光Ｘ線透視システムまたは他の撮像システムのようなそれが永久に取り付けられる別のシステムとの間のアラインメントを達成することができる。
【０１１１】
本発明の例示的実施形態では、ひとたび線源の位置が分かると、センサは線源に向けたままに維持し、それらの方位を変えないでおくことができる。任意選択的に、例えば検出される放射線の有意の変化（例えば３０％、５０％、７０％、９０％、もしくはそれ以上の降下、または中間的降下）によって決定されるように、線源が移動する場合、線源が存在すると予想される角度範囲を走査するようにセンサを動かす。任意選択的に、センサは、例えば下述するように、線源がセンサのどちら側に位置するかを示す信号を生成する。任意選択的に、走査の範囲は、例えば履歴に基づく手順、および／またはユーザ閾値に基づく手順に基づいて、線源の予想される角速度によって異なる。範囲内の走査が失敗した場合、任意選択的に範囲を増大する。
【０１１２】
任意選択的に、複数の目標線源（例えば異なる計数レートおよび／または異なる放出エネルギを持つもの）が設けられた場合、センサは目標角度間をジャンプする。任意選択的に、２つ（またはそれ以上）の線源を包含する角度間の定常掃引を行う。任意選択的に、掃引は、例えば１秒の１倍、５倍、１０倍、２０倍、５０倍またはそれ以上の倍数の角度範囲を含む、超音波またはセンサまたはその一部分の音波振動によって行われる。任意選択的に、振動の振幅が角度範囲を決定する。任意選択的に、センサまたはセンサ部分が１つまたはそれ以上の振動周波数と共振する。
【０１１３】
任意選択的に、１０度未満または５度未満または１度未満のような少なくとも小さい角度範囲のセンサの走査は、センサが目標線源上に固定されている場合でも行われる。
【０１１４】
上述したようにイリジウム１９２を線源３８として使用するシステム４０の追跡精度を、コンピュータシミュレーションのみによって評価した。シミュレーションは、モデルの頭部内の線源３８によって放出され、かつ図５に示した型の複合差分センサユニット２０内の光子感受性要素２２によって吸収される、ガンマ光子のランダム分布のモデルである。シミュレーションによると、光子が検出器２２によって吸収されるたびに新しい回転角３２が画定されるように、センサモジュール２０の放射線検出器２２は回転する。光子が正の放射線検出器２１によって吸収される場合には、センサモジュール２０の放射線検出器２２は正の方向に回転し、それが負のセンサ２３によって吸収される場合には、センサモジュール２０の放射線検出器２２は負の方向に回転する。センサモジュール２０の総出力信号３４は、サンプル時間中のその平均方位である。
【０１１５】
シミュレーションでは、性能は２つのパラメータによって定義されるが、実際のシステムでは他のパラメータを使用することができる。
１）目標が静止している場合、２乗平均平方根（ＲＭＳ）誤差
２）線源３８の実際の位置が１０ｍｍ変化した後、計算位置の９ｍｍの変化を示すまでの時間
【０１１６】
以下のパラメータ値はシミュレーションでは一定であった。
１）線源からセンサまでの距離＝２５ｃｍ（最悪の場合の距離）
２）センサが幾何学的に最適化される場合の線源の距離＝２５ｃｍ
３）各サブセンサの光子感受性表面の幅＝２ｍｍ（図５の１８）
４）センサの長さ＝１０ｃｍ（図５の１４）
５）センサ間の分割壁の高さ＝５ｃｍ（図５の３５）
６）分割壁の基部の幅＝４ｍｍ（図５の３７）
７）複合センサの壁によって画定されるサブセンサの個数＝７（図５の３６）
８）センサ感度（入射するガンマ線のうち検出される分）＝０．３
【０１１７】
シミュレーションは、以下のパラメータを性能に対する影響に関して評価し、最適化した。
１）吸収される光子１個当たりの回転の大きさ（図７Ａおよび７Ｂ）
２）サンプル時間（図８Ａおよび８Ｂ）
３）１秒当たりの光子数（線源の放射能レベル）（図９Ａおよび９Ｂ）
４）総合追跡精度（図１０Ａおよび１０Ｂ）
【０１１８】
シミュレーションから、光子の１回の衝突当たりの回転が大きくなると、応答時間が改善されることが決定された（図７Ａ）。しかし、光子の１回の衝突当たりの回転が増大すると、ＲＭＳ位置誤差も増大する（図７Ｂ）。明らかに、レイテンシと精度との間にトレードオフがある。このパラメータは、下述する移動検出アルゴリズムを用いてトレードオフを最適化するために、実時間で変更することができる。
【０１１９】
シミュレーションは、サンプル時間がレイテンシにも精度にも有意の影響を及ぼさないことを決定した（図８Ａおよび８Ｂ）。これは、１回の衝突当たりの回転が小さい値である場合、サンプル当たりの衝突の回数も精度に最小限の影響を持ち、レイテンシ（１サンプル当たりの回転の総量）を決定するだけであることによる。しかし、サンプル時間の低減の結果、サンプル当たりの衝撃の回数が減少すると、サンプル時間の低減はレイテンシを変化させずに、サンプル当たりの低減される応答を正確に補償する。
【０１２０】
放射能（毎秒放出される光子の数）は精度に非常にわずかな効果を持ち、放射能が０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉに増大したときに、精度は２倍に改善するだけである（図９Ｂ）。急激な回転を誘発するだけの充分な光子が単に無いだけの低い放射能レベルでは、それは応答時間に劇的な効果を有する（図９Ａ）が、０．１ｍＣｉより高い放射能レベルでは、放射能レベルの増加により最小限の改善がある。レイテンシと精度との間のこのトレードオフの最適化は（以下参照）は、０．０５ｍＣｉで達成される。この特定の放射能は性能と放射線量との間の適正な妥協をもたらし、患者または医師に安全上のリスクを課すことなく、一般的な医療用途に適した性能を達成する。
【０１２１】
精度とレイテンシとの間のトレードオフを最適化するために、移動検出アルゴリズムを使用して、追跡される線源３８の移動中は光子当たりの回転を増大させた。これはレイテンシ時間を低減させ、かつ精度を増大させた。シミュレーションでは、正２１と分類される受容要素２２に衝突する光子の負２３と分類されるものに対する百分率を、追跡される線源３８の移動の標識として使用した。百分率が５０％から遠くに離れるにつれて、光子当たりの回転は増大し、移動中は精度を犠牲にしてレイテンシを低減した。換言すると、システム４０は最初、推定される目標回転角３２に向かって大きい間隔で移動する。推定される目標回転角３２に近づくにつれて、間隔の大きさは低減される。目標回転角３２を通過すると、反対方向の小さい補償間隔が使用される。結果を図１０Ａおよび１０Ｂにグラフで要約する。簡単に言うと、移動する線源３８を追跡するシステム４０のＲＭＳ誤差は平均０．７１ｍｍである。静止線源３８のシステム４０による位置標定は０．６２ｍｍのｒｍｓ誤差を生じる。
【０１２２】
要約すると、シミュレーション結果は、１９２イリジウムの０．０５ｍＣｉの放射能、図５に示した型の複合差分センサ、およびレイテンシと精度との間のトレードオフを行う移動検出アルゴリズムにより、システム４０が約１ｍｍＲＭＳの総合精度を達成することができることを示している。
【０１２３】
回転角３２の変化に対するセンサモジュール２０のシミュレーション感度を、図１２に示す。それは、図５に示した型のセンサの目標回転角３２に対する回転の関数として出力信号３４のプロットである。このグラフは次式を用いて生成された。
総出力３４＝Ａ／（Ａ＋Ｂ）
ここでＡは全ての右側センサ２１の和であり、Ｂは全ての左側のセンサ２３およびＢの和である。
【０１２４】
センサ２０からの出力３４の全範囲（Ｙ軸）は随意に０から１の範囲であると定義した。Ｘ軸上で、０は線源３８の方向を指す回転角３２を示す。センサ２０の全回転範囲は、目標回転角３２から±３２ミリラジアンであった。目標回転角３２から３２ミリラジアン以上逸脱すると、目標回転角３２に到達するための回転の量ではなく、目標回転角３２に戻るための回転の方向を示す、０または１のいずれかの出力３４を生じる。出力３４が０または１である場合、目標回転角３２からの逸脱に関して引き出すことのできる唯一の結論は、それが示された方向に３２ミリラジアンより大きいことである。
【０１２５】
図１２のグラフは、目標回転角３２の出力３４を動的範囲の中間として（０．５）として表わす。したがって、出力３４が０．６である場合、目標回転角３２を達成するためにプラス方向に１０ミリラジアンの補正回転を示している。０．６の出力３４は、同じ大きさ（１０ミリラジアン）であるが、マイナス方向の補正回転を示す。同じ情報を表わす別の方法は、＋０．５から−０．５の全動的範囲をＹ軸上に示すことである。この範囲の中間は零とすることができ、１つの方向は正、もう１つは負であり、あるいは１つの方向がより高く、他の方向がより低い、随意の数字とすることができる。
【０１２６】
図１２に示すように、目標角３２で回転に対するセンサ２０のシミュレーション感度は、１ミリラジアンの回転当たり動的範囲の約１％である。
【０１２７】
１ミリラジアン当たりのこの１％の感度は、放射線検出器２２の間に分散され０．０５ｍＣｉの放射能を持つ線源３８から２５ｃｍ離して配置された５ｃｍの高さ３５を有するシールド３６付きの５ｃｍ×１０ｃｍのセンサモジュール２０を用いて、所望の精度（１ｍｍ ｒｍｓ）を達成するのに充分である。精度パラメータを調整し、検出器２２のサイズを増大し、センサ２０と線源３８との間の距離を低減し、線源３８の放射能を増大することは各々、センサ２０に望ましい方向感度のレベルを低減するように働くことができる。
【０１２８】
図６Ａに示した種類のセンサ２０を使用したシミュレーション結果（図示せず）は、本書で上述したものと同様であった。
【０１２９】
システム４０および／またはセンサ２０は、様々なコマンドの実行、ならびに様々なデータ入力の解析および変換に依存する。これらのコマンド、解析、または変換は、様々な代替的実施形態に従って、ソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェアによって達成することができる。本発明の例示的実施形態では、機械可読媒体は、任意選択的に方法４００に従って、１つまたはそれ以上のセンサモジュール２０からの出力信号３４を線源３８の位置座標に変換するための命令を含む。本発明の例示的実施形態では、ＣＰＵ４２は、任意選択的に方法４００に従って、１つまたはそれ以上のセンサモジュール２０からの出力信号３４を線源３８の位置座標に変換するための命令を実行する。
【０１３０】
本発明の例示的実施形態では、追跡可能な医療装置は、検出可能な量の放射性同位元素を医療装置に組み込むかあるいは固着することによって製造される。放射性同位元素は、様々な実施形態に従って医療機能を持っても持たなくてもよい。任意選択的に、同位元素の放射能は医療機能を持たない。任意選択的に、放射性同位元素は、保護コーティング無しで、組織との有害な反応を生じることなく、体内で使用することができるように選択することができる。本発明の例示的実施形態では、同位元素の検出可能な量は、０．５ｍＣｉから０．００１ｍＣｉの範囲内である。この範囲の下部の放射能を持つ同位元素線源３８の使用は、装置の低い速度、検出器２２の感度、センサ２０からの距離に依存するかもしれない。任意選択的に、少なくとも１、任意選択的に少なくとも５、任意選択的に少なくとも１０、任意選択的に少なくとも１００の検出可能な１秒当たりの計数が、組み込まれた放射性同位元素によって生成される。
【０１３１】
本願の説明および請求の範囲において、動詞「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、および「有する（ｈａｖｅ）」の各々は、それらの活用形も含めて、動詞の目的語が必ずしも動詞の主語の構成員、構成要素、要素、または部分の完全なリストではないことを示すために使用される。
【０１３２】
本発明をその実施形態の詳細な説明を用いて説明したが、それは単なる実施例として提示したものであって、必ずしも本発明の範囲を限定するように意図されていない。説明された実施形態は様々な特徴を備えるが、それらの全てが本発明の全ての実施形態に必要なわけではない。本発明の一部の実施形態は、特徴の一部または特徴の可能な組合せだけを利用する。説明した本発明の実施形態の変形、および記述した実施形態に示した特徴の異なる組合せを含む本発明の実施形態は、１つの実施形態で述べた特徴をいずれかの他の実施形態の文脈で使用することを含め、それに限らず、全ての可能な組合せに結合することができる。本発明の範囲は、付属する特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールの１つの実施形態の側面図である。
【図２】本発明の例示的実施形態に係るコンピュータ化追跡システムの略図である。
【図３】モジュールによる信号の受信を示す、本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールの追加の実施形態の側面図である。
【図４】患者に対するセンサモジュールの１つの可能な配置を示す、本発明の例示的実施形態に係るコンピュータ化追跡システムの斜視図である。
【図５】本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールの追加の実施形態の側面図である。
【図６】本発明の例示的実施形態に係るセンサモジュールのさらなる追加の実施形態の側面図である。
【図７】本発明の例示的実施形態に係るシステムを使用して、光子の１回の衝突当たりのセンサの回転の関数としてそれぞれプロットされたシミュレーション応答時間およびシミュレーションｒｍｓ位置のグラフである。
【図８】本発明の例示的実施形態に係るシステムを使用して、サンプリング時間の関数としてそれぞれプロットされたシミュレーション応答時間およびシミュレーションｒｍｓ位置のグラフである。
【図９】本発明の例示的実施形態に係るシステムを使用して、放射性信号源の比放射能の関数としてそれぞれプロットされたシミュレーション応答時間およびシミュレーションｒｍｓ位置のグラフである。
【図１０】図１０Ａは、時間の関数としての位置のグラフである。図１０Ｂは、図１０Ａの２つのプロットに基づいて時間の関数としてプロットされたｒｍｓ位置誤差のグラフである。
【図１１】本発明の例示的実施形態に係る方法の簡易流れ図である。
【図１２】回転角の関数としてのセンサ出力のグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電離放射線源を追跡および位置標定するためのコンピュータ化システムであって、
（ａ）放射線源から電離放射線を受け取って出力信号を生成することのできる少なくとも１つの放射線検出器を備えた、少なくとも１つの非撮像センサモジュールと、
（ｂ）前記出力信号を受け取って前記出力信号を方向情報に変換するように設計および構成されたＣＰＵと、
を備える、システム。
【請求項２】
放射線源は医療装置と一体的に形成されるか、または医療装置に取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのセンサモジュールは少なくとも２つのセンサモジュールを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも２つのセンサモジュールは少なくとも３つのセンサモジュールを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのセンサモジュールのうちの少なくとも１つは、前記センサモジュールを新しい位置に移動させるように前記センサモジュールに並進運動をもたらすことのできる推進装置をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記推進装置は前記ＣＰＵからの並進運動信号によって動作可能である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムは、（ｃ）画像信号を前記ＣＰＵに提供することのできる撮像モジュールをさらに備え、前記ＣＰＵは前記画像信号を被験者の身体の一部分の画像に変換することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
表示装置をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
表示装置をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記表示装置は、被験者の身体の前記一部分の前記画像を、被験者の身体の前記一部分の前記画像の上に医療装置の決定された位置を重ね合わせた状態で表示することができる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ＣＰＵは前記出力信号の少なくとも２つを受け取り、前記出力信号に基づいて前記放射線源の位置を算出する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ＣＰＵは前記出力信号の少なくとも３つを受け取り、前記少なくとも３つの出力信号に基づいて前記放射線源の位置を算出する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ＣＰＵは、前記放射線源の位置が時間の関数としてプロットされるように、間隔をおいて位置を繰返し算出する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記放射線源は６ヶ月から１８ヶ月の範囲の半減期を持つ同位元素を使用する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記放射線を提供することができる前記放射線源をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記方向情報は、前記放射線源が０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉの範囲の放射能を有するときに生成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
電離放射線源を方向的に位置標定するためのセンサであって、
（ａ）少なくとも１つの機能構成部品と、
（ｂ）前記少なくとも１つの機能構成部品を移動させることによって、センサに角感度を与える変位機構と、
を備える、センサ。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの機能構成部品は、放射線源からの放射線を受け取りかつ出力信号を生成することのできる少なくとも１つの放射線検出器を備え、
前記変位機構は、前記出力信号が回転角により変化するように、前記少なくとも１つの放射線検出器を回転角だけ回転させることができる、請求項１７に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの放射線検出器は、少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器を備え、前記出力信号は、前記少なくとも１つの第１放射線検出器からの少なくとも１つの第１出力信号、および前記少なくとも１つの第２放射線検出器からの少なくとも１つの第２出力信号を含む、請求項１８に記載のセンサ。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの第１放射線検出器からの前記第１出力信号の大きさおよび前記第２放射線検出器からの前記第２出力信号の大きさが前記回転角により変化するように、前記少なくとも１つの第１放射線検出器および前記少なくとも１つの第２放射線検出器に対して一定の角度に設置された少なくとも１つの放射線シールドをさらに備える、請求項１９に記載のセンサ。
【請求項２１】
（ａ）少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器であって、その各々が放射線源から放射線を受け取り、前記少なくとも１つの第１放射線検出器から少なくとも１つの第１出力信号を生成し、かつ前記少なくとも１つの第２放射線検出器から少なくとも１つの第２出力信号を生成することのできる、少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器と、
（ｂ）前記少なくとも１つの第１放射線検出器からの前記第１出力信号の大きさおよび前記第２放射線検出器からの前記第２出力信号の大きさが各々シールドの回転角により変化するように、シールドの回転軸を中心にシールド回転角だけ回転可能である少なくとも１つの放射線シールドと、
を備える、請求項１７に記載のセンサ。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの放射線シールドは、
（ｉ）前記少なくとも１つの第１放射線検出器と前記少なくとも１つの第２放射線検出器との間に配置された一次放射線シールドと、
（ｉｉ）前記少なくとも１つの第１放射線検出器の方向に向けられた入射放射線を妨げるように展開された少なくとも１つの第１の追加放射線シールドと、
（ｉｉｉ）前記少なくとも１つの第２放射線検出器の方向に向けられた入射放射線を妨げるように展開された少なくとも１つの第２の追加放射線シールドと、
を備える、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの第１の追加放射線シールドおよび前記少なくとも１つの第２の追加放射線シールドは各々、前記一次放射線シールドの方向に傾斜される、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの第１放射線検出器および前記少なくとも１つの第２放射線検出器は対として編成され、各対は第１部材および第２部材を有し、前記一次および追加放射線シールドの各放射線シールドは、前記出力信号が前記回転角により変化するように、前記対の１つの前記第１部材の１つと前記第２部材の１つとの間に配置される、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２５】
さらに、回転軸を中心に回転角だけ前記少なくとも１つの機能構成部品を回転させることができる、請求項１７に記載のセンサ。
【請求項２６】
装置の位置を決定する方法であって、
（ａ）関連付けられた放射線源を有する装置を提供するステップと、
（ｂ）前記放射線源に対する方向を決定するステップと、
（ｃ）前記放射線源に対する少なくとも第２方向をさらに決定するステップと、
（ｄ）前記第１の方向と前記少なくとも第２の方向の交点を算出することによって前記装置を位置標定するステップと、
を含む、方法。
【請求項２７】
前記放射線源に対する少なくとも第２方向をさらに決定するステップが、前記放射線源に対する少なくとも第３方向を決定するステップを含み、
（ｅ）前記第１方向、前記第２方向、および前記少なくとも第３方向の交点を算出するステップ、
をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
追跡可能な医療装置を製造する方法であって、検出可能な量の放射性同位元素を医療装置に組み込むか、あるいは固定して取り付けるステップを含む、方法。
【請求項２９】
前記検出可能な量は０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉの範囲内である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記検出可能な量は０．１ｍＣｉ以下である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記検出可能な量は０．０５ｍＣｉ以下である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記同位元素はイリジウム１９２である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
非撮像位置標定または追跡のための標的としての０．１ｍＣｉ以下の放射能を持つ電離放射線源の使用。
【請求項１】
電離放射線源を追跡および位置標定するためのコンピュータ化システムであって、
（ａ）放射線源から電離放射線を受け取って出力信号を生成することのできる少なくとも１つの放射線検出器を備えた、少なくとも１つの非撮像センサモジュールと、
（ｂ）前記出力信号を受け取って前記出力信号を方向情報に変換するように設計および構成されたＣＰＵと、
を備える、システム。
【請求項２】
放射線源は医療装置と一体的に形成されるか、または医療装置に取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのセンサモジュールは少なくとも２つのセンサモジュールを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも２つのセンサモジュールは少なくとも３つのセンサモジュールを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのセンサモジュールのうちの少なくとも１つは、前記センサモジュールを新しい位置に移動させるように前記センサモジュールに並進運動をもたらすことのできる推進装置をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記推進装置は前記ＣＰＵからの並進運動信号によって動作可能である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムは、（ｃ）画像信号を前記ＣＰＵに提供することのできる撮像モジュールをさらに備え、前記ＣＰＵは前記画像信号を被験者の身体の一部分の画像に変換することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
表示装置をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
表示装置をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記表示装置は、被験者の身体の前記一部分の前記画像を、被験者の身体の前記一部分の前記画像の上に医療装置の決定された位置を重ね合わせた状態で表示することができる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ＣＰＵは前記出力信号の少なくとも２つを受け取り、前記出力信号に基づいて前記放射線源の位置を算出する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ＣＰＵは前記出力信号の少なくとも３つを受け取り、前記少なくとも３つの出力信号に基づいて前記放射線源の位置を算出する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ＣＰＵは、前記放射線源の位置が時間の関数としてプロットされるように、間隔をおいて位置を繰返し算出する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記放射線源は６ヶ月から１８ヶ月の範囲の半減期を持つ同位元素を使用する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記放射線を提供することができる前記放射線源をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記方向情報は、前記放射線源が０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉの範囲の放射能を有するときに生成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
電離放射線源を方向的に位置標定するためのセンサであって、
（ａ）少なくとも１つの機能構成部品と、
（ｂ）前記少なくとも１つの機能構成部品を移動させることによって、センサに角感度を与える変位機構と、
を備える、センサ。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの機能構成部品は、放射線源からの放射線を受け取りかつ出力信号を生成することのできる少なくとも１つの放射線検出器を備え、
前記変位機構は、前記出力信号が回転角により変化するように、前記少なくとも１つの放射線検出器を回転角だけ回転させることができる、請求項１７に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの放射線検出器は、少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器を備え、前記出力信号は、前記少なくとも１つの第１放射線検出器からの少なくとも１つの第１出力信号、および前記少なくとも１つの第２放射線検出器からの少なくとも１つの第２出力信号を含む、請求項１８に記載のセンサ。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの第１放射線検出器からの前記第１出力信号の大きさおよび前記第２放射線検出器からの前記第２出力信号の大きさが前記回転角により変化するように、前記少なくとも１つの第１放射線検出器および前記少なくとも１つの第２放射線検出器に対して一定の角度に設置された少なくとも１つの放射線シールドをさらに備える、請求項１９に記載のセンサ。
【請求項２１】
（ａ）少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器であって、その各々が放射線源から放射線を受け取り、前記少なくとも１つの第１放射線検出器から少なくとも１つの第１出力信号を生成し、かつ前記少なくとも１つの第２放射線検出器から少なくとも１つの第２出力信号を生成することのできる、少なくとも１つの第１放射線検出器および少なくとも１つの第２放射線検出器と、
（ｂ）前記少なくとも１つの第１放射線検出器からの前記第１出力信号の大きさおよび前記第２放射線検出器からの前記第２出力信号の大きさが各々シールドの回転角により変化するように、シールドの回転軸を中心にシールド回転角だけ回転可能である少なくとも１つの放射線シールドと、
を備える、請求項１７に記載のセンサ。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの放射線シールドは、
（ｉ）前記少なくとも１つの第１放射線検出器と前記少なくとも１つの第２放射線検出器との間に配置された一次放射線シールドと、
（ｉｉ）前記少なくとも１つの第１放射線検出器の方向に向けられた入射放射線を妨げるように展開された少なくとも１つの第１の追加放射線シールドと、
（ｉｉｉ）前記少なくとも１つの第２放射線検出器の方向に向けられた入射放射線を妨げるように展開された少なくとも１つの第２の追加放射線シールドと、
を備える、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの第１の追加放射線シールドおよび前記少なくとも１つの第２の追加放射線シールドは各々、前記一次放射線シールドの方向に傾斜される、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの第１放射線検出器および前記少なくとも１つの第２放射線検出器は対として編成され、各対は第１部材および第２部材を有し、前記一次および追加放射線シールドの各放射線シールドは、前記出力信号が前記回転角により変化するように、前記対の１つの前記第１部材の１つと前記第２部材の１つとの間に配置される、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２５】
さらに、回転軸を中心に回転角だけ前記少なくとも１つの機能構成部品を回転させることができる、請求項１７に記載のセンサ。
【請求項２６】
装置の位置を決定する方法であって、
（ａ）関連付けられた放射線源を有する装置を提供するステップと、
（ｂ）前記放射線源に対する方向を決定するステップと、
（ｃ）前記放射線源に対する少なくとも第２方向をさらに決定するステップと、
（ｄ）前記第１の方向と前記少なくとも第２の方向の交点を算出することによって前記装置を位置標定するステップと、
を含む、方法。
【請求項２７】
前記放射線源に対する少なくとも第２方向をさらに決定するステップが、前記放射線源に対する少なくとも第３方向を決定するステップを含み、
（ｅ）前記第１方向、前記第２方向、および前記少なくとも第３方向の交点を算出するステップ、
をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
追跡可能な医療装置を製造する方法であって、検出可能な量の放射性同位元素を医療装置に組み込むか、あるいは固定して取り付けるステップを含む、方法。
【請求項２９】
前記検出可能な量は０．０１ｍＣｉから０．５ｍＣｉの範囲内である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記検出可能な量は０．１ｍＣｉ以下である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記検出可能な量は０．０５ｍＣｉ以下である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記同位元素はイリジウム１９２である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
非撮像位置標定または追跡のための標的としての０．１ｍＣｉ以下の放射能を持つ電離放射線源の使用。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２００８−５１０１３６（Ｐ２００８−５１０１３６Ａ）
【公表日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２５４５１（Ｐ２００７−５２５４５１）
【出願日】平成１７年８月１１日（２００５．８．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００８７１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０１６３６８
【国際公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【出願人】（５０７０４６９３４）ナヴォテック メディカル リミテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月１１日（２００５．８．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００５／０００８７１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０１６３６８
【国際公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【出願人】（５０７０４６９３４）ナヴォテック メディカル リミテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
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