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公開番号2025092594
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-19
出願番号2025054046,2024045081
出願日2025-03-27,2022-10-11
発明の名称レーザ処置中に標的特性を決定するためのシステムおよび方法
出願人ジャイラスエーシーエムアイインクディー/ビー/エーオリンパスサージカルテクノロジーズアメリカ
代理人個人,個人,個人
主分類A61B 1/00 20060101AFI20250612BHJP(医学または獣医学;衛生学)
要約【課題】レーザ処置中に標的特性を決定するためのシステムおよび方法を提供すること。
【解決手段】方法は、(i)(i)内視鏡に結合されたビデオセンサから取得された内視鏡画像上の標的または前記標的に近接して位置する物体から反射された光ビームに関連するピクセル数と、(ii)前記内視鏡の先端から前記標的までの距離との間の関係を取得するステップを含む。方法は、(ii)処置中に前記標的または前記標的に近接して位置する前記物体から反射された前記光ビームに関連する前記ピクセル数を測定するステップと、(iii)ステップ(i)において取得された前記関係と、ステップ(ii)において測定された前記ピクセル数とに少なくとも部分的に基づいて、前記標的のサイズ、または前記内視鏡の前記先端から前記標的までの距離のうちの少なくとも1つを決定するステップとをさらに含む。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
レーザ医療処置中に標的特性を決定するシステムであって、
少なくとも1つのプロセッサと、
前記少なくとも１つのプロセッサに結合されたメモリと、
を備え、前記メモリは、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに、
前記レーザ医療処置の標的が位置する媒体のタイプを決定する、
前記レーザ医療処置中に前記媒体のタイプに変化があったかどうかを決定する、
変化が発生した後に新しいタイプの媒体に対応する較正曲線を選択する、および
前記新しいタイプの媒体に対応する選択された前記較正曲線に少なくとも部分的に基づいて、前記標的の少なくとも１つの特性を決定する、
動作を行わせる命令を格納するように構成されている、システム。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記媒体の種類の決定は、ｉ）医療処置のタイプ、ｉｉ）前記標的の観察されたサイズと前記標的の実際のサイズとの比較、またはｉｉｉ）ユーザ入力のうちの１つ以上に少なくとも部分的に基づく、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記媒体のタイプは、水、空気、または生理食塩水のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記媒体のタイプの前記変化を検出することは、
前記媒体内に低エネルギーレーザパルスを放射する、および
前記低エネルギーレーザパルスへの応答に基づいて蒸気泡が存在するかどうかを判定することを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに、
(i)内視鏡画像上の前記標的、または前記標的の近傍に位置する物体から反射された光ビームに関連するピクセル数と、(ii)内視鏡の先端から前記標的までの距離との関係を決定するステップであって、前記関係は、前記新しいタイプの媒体に対応する、ステップ、および
前記関係に少なくとも部分的に基づいて、前記標的の少なくとも１つの特性を決定するステップ
を実行させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記関係を決定するステップは、
(i)標的から反射された前記光ビームの寸法、または前記標的の近傍に位置する前記物体から反射された前記光ビームの寸法、(ii)ビデオセンサに対応するピクセル数、および (iii)前記新しいタイプの媒体の反射率を取得するステップと、
前記標的および前記内視鏡の前記先端の間の複数の距離における前記光ビームの寸法または物体の寸法に関連するピクセル数を計算により決定するステップと、
前記内視鏡の前記先端から前記標的までの距離、および前記複数の距離のそれぞれにおける前記光ビームの寸法に関連付けられた対応するピクセル数に少なくとも部分的に基づいて前記関係を確立するステップと、
を備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記標的の少なくとも１つの特性は、前記標的のサイズまたは前記標的から内視鏡の先端までの距離のうちの少なくとも１つを含み、前記標的の前記サイズは、レーザ照準ビームの直径を、内視鏡画像上の前記レーザ照準ビームの対応する総ピクセル数で割ってピクセルサイズを計算することによって決定される、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに、
前記新しいタイプの媒体に少なくとも部分的に基づいて、治療手順を推奨するステップと、
レーザの少なくとも１つのパラメータを調整するステップであって、前記少なくとも１つのパラメータは前記治療手順に対応し、前記少なくとも１つのパラメータには、レーザの強度、パルス幅、デューティサイクル、または周波数のうちの１つ以上が含まれる、ステップと、
を実行させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに、
照準ビームフットプリント直径の初期ピクセル数と、内視鏡が前記標的に対して移動された場合の前記照準ビームフットプリント直径の変化との比に基づいて、前記新しいタイプの媒体の屈折率を決定するステップを実行させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記媒体のタイプの変化が発生したかどうかの決定は、トレーニングされた機械学習モデルを使用して実行され、
前記新しいタイプの媒体に対応する前記較正曲線の選択は、前記トレーニングされた機械学習モデルを使用して実行され、
前記トレーニングされた機械学習モデルは、外科用ファイバの寸法、内視鏡の先端から伸びる外科用ファイバの量、撮像センサのタイプ、撮像センサのアレイサイズ、ビデオセンサからの画像、または前記ビデオセンサの視野のピクセル数のうちの１つ以上を含む１つ以上の入力機能を使用してトレーニングされる、請求項１に記載のシステム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年１０月８日に出願した米国仮特許出願第６３／２６２，２９０号および２０２２年６月６日に出願した米国仮特許出願第６３／３６５，８８６号の優先権の利益を主張するものであり、これらの内容は、それらの全体において本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 3,600 文字）【０００２】
本開示は、レーザ処置中に標的の特性を決定することに関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザ砕石術などの外科的レーザ処置中、医師は、患者の体内の腫瘍、結石、組織片などの、様々なサイズの標的と相互作用する必要がある場合がある。標的は、媒体（例えば、水または生理食塩水などの液体媒体）内に配置され得、医師は、標的に対する外科的処置のために内視鏡などのスコープを使用し得る。スコープは、スコープの端部に取り付けられたまたは接続された、レーザファイバ先端、内視鏡イメージセンサなどを含むことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許公開第２０２１／００３８０６４号
米国特許公開第２０２１／００３８３１１号
米国特許公開第２０２１／００３８０６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内視鏡および他の同様の外科用スコープまたはカテーテルは、様々な外科的処置において使用され得る。例えば、扁桃摘出術、副鼻腔手術、もしくは他の同様の処置などの耳鼻咽喉科（ＥＮＴ）処置、消化器系における処置、または腹部内の処置における。砕石術または他の同様の処置（例えば、腫瘍除去、組織アブレーション処置、または腎臓結石アブレーション／除去）などの多くの内視鏡処置は、スコープの端部に取り付けられたカメラなどの撮像センサと組み合わせてレーザ光を利用し得る。
【０００６】
医師が、診断または治療処置のいずれかを実行する際に、腫瘍または結石などの標的の寸法を知ることは、重要である。たとえば、癌性腫瘍を視覚化しようとする医師は、腫瘍が外科的に除去され得るかどうかを判断するために腫瘍の寸法（例えば、高さおよび幅）を決定すること、癌治療が開始した後の腫瘍のサイズにおける変化を監視するために腫瘍についてのベースライン測定値を決定することなどを必要とする。同様に、結石または組織のアブレーションまたは除去などの内視鏡処置を実行する医師は、特定の内径を有する尿管またはアクセスシースを介した除去など、スコープを使用して除去するのに十分なほど標的が小さいかどうか、または標的が除去前にさらに削減されなければならないかどうかを決定するために、除去されるべき結石または組織片のサイズを決定する必要がある場合がある。さらに、レーザ砕石術などのレーザ処置中、医師は、スコープの先端と標的との間の距離を知る必要がある場合がある。スコープの先端と標的との間の距離は、例えば、標的に送達するレーザ光／放射線の量／強度を決定するため、および／または媒体の状態を監視するために重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（ｉ）ビーム寸法（例えば、レーザビーム直径フットプリント、レーザビームの断面積、レーザビームの半径、またはレーザビームのフットプリントの弧長）および／または（ｉｉ）内視鏡画像上の物体寸法（例えば、直径、断面積、周囲長、レーザファイバ先端の半径または弧長）のピクセル測定値（例えば、総ピクセル数）と、内視鏡の先端から標的までの距離との間の関係を取得するために、医療処置の前、または処置の最初期において実行される較正プロセスが使用され得る。一例において、関係は、１）標的からの光反射のビデオ画像、または２）標的にごく近接する（例えば、１μｍ、１０μｍ、１００μｍ、または１ｍｍ以内）もしくは標的に直接接触しているレーザファイバなどの物体のビデオ画像内のピクセル数における測定値と、１）その光画像のサイズ、もしくは標的の表面にごく近接する（例えば、１μｍ、１０μｍ、１００μｍ、または１ｍｍ以内）もしくは標的に直接接触しているファイバのサイズ、および／または２）内視鏡の先端から標的までの距離との間であり得る。次いで、決定された関係に基づいて、内視鏡の先端から任意の標的までの距離または標的のサイズが決定されることを可能にすることができる較正曲線が取得され得る。本明細書で使用されるとき、「ごく近接する」または「近接する」という用語は、物体（例えば、レーザファイバ）が標的にほとんど接触するか、または標的から多くてもＸｍｍの距離しかない状況を指し、ここで、Ｘは、所望の測定精度に基づく。例えば、所望の測定精度が±１％である場合、物体（例えば、レーザファイバ）は、内視鏡の先端から標的までの距離の１％以内であり得る。一例において、内視鏡の先端と標的との間の距離が１０ｍｍであり、所望の測定精度が少なくとも１％であると仮定すると、較正プロセスを実行するとき、物体（例えば、ファイバ先端）は、標的から０．１ｍｍ以下であり得る。一般に、より近い距離は、より高い測定精度を提供し得る。
【０００８】
一実装形態において、較正プロセスは、レーザファイバ先端が媒体内の標的表面に近いとき、レーザ照準ビームフットプリントの直径が、既知の直径であるレーザファイバのガラスの直径に等しいという事実と、内視鏡および／またはファイバの先端が標的に対して移動されたとき、標的または解剖学的特徴に近接する媒体の屈折率が、ビデオ画像上の照準ビームフットプリント直径のピクセル数における変化に対応するという事実とを利用する。結果として、内視鏡画像上のレーザビーム直径（またはレーザビームの断面積、レーザビーム半径、レーザビームのフットプリントの弧長などの他のパラメータ）のピクセル測定値と、内視鏡の先端から標的までの距離との間の関係が決定され得る。この関係に基づいて、ファイバの先端を任意の標的に接触させることは、ビデオシステムがそのサイズとビデオセンサ（または内視鏡の先端）からの距離とを測定するためのスケールを提供することができる。一例において、ファイバの先端を標的に接触させることは、較正には必要ない場合がある。そのような例において、ファイバの先端が内視鏡に取り付けられたビデオセンサの視野内に見える限り、システムは、較正プロセスを完了することができる。
【０００９】
較正プロセスは、標的に近接する第１の位置／距離においてレーザ照準ビーム円／フットプリントまたはファイバ先端を検出すること、第１の位置／距離においてビデオ画像上のピクセルにおいてレーザ照準ビームフットプリントまたはファイバ先端の直径、断面積、または他の関連パラメータ（例えば、周囲長、半径、または弧長）を測定すること、スコープ／ビデオセンサから延在するレーザファイバの第１の距離または第１の量を測定すること、内視鏡の少なくとも一部を標的に関する第１の位置／距離に対して第２の位置／距離に移動させること、第２の位置においてビデオ画像上のピクセルにおいてレーザ照準ビームフットプリントまたはファイバ先端の第２の直径、断面積、または他の関連パラメータ（例えば、周囲長、半径、または弧長）を測定すること、および第２の位置／距離においてスコープ／ビデオセンサから延在するレーザファイバの第２の距離または第２の量を測定することなどの動作またはステップを伴うことができる。その後、ピクセル測定値と内視鏡の先端から標的までの距離との間の関係が確立され得る。レーザ治療の前および／または最中に、標的と内視鏡の先端との間の距離が、確立された関係と、レーザファイバの先端を標的に接触させる（またはレーザファイバの先端を標的に接触させずに標的に近づける）ことによって治療中に取得されたレーザビーム直径（またはレーザビームの断面積、レーザビーム半径、もしくはレーザビームのフットプリントの弧長などの他のパラメータ）のピクセル測定値とに少なくとも部分的に基づいて決定され得る。
【００１０】
オプションで、方法は、標的または解剖学的特徴に近接する媒体（例えば、水または生理食塩水）の屈折率を決定するステップを含み得る。屈折率は、照準ビームのフットプリント直径（またはレーザビームの断面積、レーザビーム半径、もしくはレーザビームのフットプリントの弧長）の初期ピクセル数と、第１の位置と第２の位置との間のレーザ照準ビームフットプリントの直径（またはレーザビームの断面積、レーザビーム半径、もしくはレーザビームのフットプリントの弧長）における変化との比に基づいて決定され得る。または別の言い方をすれば、内視鏡が標的および／またはファイバ先端に対して移動されたときの、照準ビームフットプリントの直径（またはレーザビームの断面積、レーザビーム半径、もしくはレーザビームのフットプリントの弧長）における変化である。
（【００１１】以降は省略されています）

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