JP2005270652A - インターベンションまたは外科手術時の画像形成方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者に検査範囲内での良好な空間的方位決定を可能にする。
【解決手段】検査範囲の２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）がＸ線透視システムにより撮影され、検査範囲の前もって記録された３Ｄ画像データ（１３）と一緒に登録されるインターベンションまたは外科手術時の画像形成方法において、その都度２つの２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）が立体透視のもとに２Ｄ画像対として撮影され、３Ｄ画像データ（１３）から２Ｄ画像対の立体透視に対応する２つの２Ｄレンダリング画像が算出され、２Ｄ画像対および２Ｄレンダリング画像が重ね合わされて立体的に表示される。
【選択図】図２

Description

本発明は、検査範囲の２Ｄ透視画像がＸ線透視システムにより撮影され、検査範囲の前もって記録された３Ｄ画像データと一緒に登録されるインターベンションまたは外科手術時の画像形成方法に関する。本発明はこの方法を実施するためのインターベンションまたは外科手術時の画像形成装置にも関する。

数多くの医学的な検査または治療を実施するために、Ｘ線システムにより実施されるインターベンションもしくは外科手術が必要である。血管の病気の診断または治療のために、放射線インターベンションがしばしば実施される。放射線インターベンションにおいては、器具、特にカテーテルが抹消血管を介してＸ線透視のもとに体内の関心部位まで案内される。この種の器具の制御は、特に血管が激しくねじれ多数の分岐を有する場合には一部において非常に要求が多い。検査する医師のためのナビゲーションを改善するために、この種の手術は一般にモノプレーン型またはバイプレーン型の画像形成用Ｘ線システムにより監視される。インターベンション中に表示されたＸ線画像において、例えばカテーテル、ガイドワイヤまたはステントの如き器具の位置が非常に正確に検出される。もちろん、この種の２次元の透視画像では患者の３次元の解剖学的構造が不十分にしか認識できない。例えば神経放射線医学における如き幾つかの手術時に、並びに電気生理学的な検査時に、２次元の透視画像に基づいて患者の３次元の解剖学的構造において方位を決定することは医師にとって非常に困難である。

方位決定の改善、従ってナビゲーションの改善のために、インターベンション前に３Ｄ画像形成モダリティにより検査対象の３次元画像を記録し、インターベンション中に２Ｄ透視画像と重ねて表示することは公知である。３次元画像は、検査前に、例えば磁気共鳴装置（ＭＲ）、コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ）、陽電子放射断層撮影装置（ＰＥＴ）または３Ｄ超音波装置により記録することができる。Ｘ線透視画像も形成する同じ血管撮影システムによっても、前もって３Ｄ血管撮影画像を撮影することができる。画像の２Ｄ／３Ｄ重ね合わせを後で行なうためには、いずれにしても、画像データセット間の幾何学的関係が既知でなければならない。これは、画像データの２Ｄ／３Ｄ登録または較正によって行なわれる。患者の検査範囲に挿入された医療器具の画像表示方法において、この種の２Ｄ／３Ｄ登録および重ね合わせを介してモニタの３次元環境にて器具のその都度の瞬時位置を認識可能にすることは公知である（例えば、特許文献１参照）。

もちろん、観察者には重ね合わされた表示において３ＤデータセットがＸ線管の瞬時位置の透視からしか表示されない。３次元の画像情報はボリュームレンダリングの特殊な手法（照明モデル、影効果）によって伝えられるだけである。
独国特許出願公開第１０２１０６４６号明細書

本発明の課題は、この従来技術から出発して、使用者に検査範囲内での良好な空間的方位決定を可能にするインターベンションまたは外科手術時の画像形成方法および装置を提供することにある。

この課題は、請求項１もしくは９による方法および装置により解決される。方法および装置の好ましい実施態様は従属請求項の対象であり、以下の記載および実施例から引き出すことができる。

本発明によるインターベンションまたは外科手術時の画像形成方法では、検査範囲の２Ｄ透視画像がＸ線透視システムにより撮影され、検査範囲の前もって記録された３Ｄ画像データと一緒に登録される。前もって記録された３Ｄ画像データは、例えばコンピュータ断層撮影、磁気共鳴断層撮影、陽電子放射断層撮影または３Ｄ超音波技術の如き公知の３Ｄ画像形成技術により撮影される。インターベンションの実施のためにモノプレーン型またはバイプレーン型のＸ線システムが使用される場合、３Ｄ画像データセットをこの装置自体でも、例えば３Ｄ血管撮影画像の形で記録することができる。本発明による方法は、その都度２つの２Ｄ透視画像が立体透視のもとに２Ｄ画像対として撮影され、３Ｄ画像データから２Ｄ画像対の立体透視に対応する２つの２Ｄレンダリング画像が算出され、２Ｄ画像対および２Ｄレンダリング画像が重ね合わされて立体的に表示されることを特徴とする。

従って、本発明による方法の本質は検査範囲の３Ｄ画像データと２ＤＸ線透視画像との重ね合わせの立体表示にある。立体表示とは、観察者の両目に異なるビュー方向から２つの画像が互いに分離されて現われる技術であり、このようにして立体的印象を生じさせようとするものである。３Ｄ画像データセットからの２つの異なるビューの発生は特別に困難ではないのに対して、立体透視でのそれぞれ２つの２Ｄ透視画像のＸ線撮影のためには、立体基礎に応じて互いに隔てられた２つのＸ線源の使用または撮影透視の相応の切換えが必要である。

各２Ｄ画像対の２Ｄ透視画像の記録は、２つの互いに隔てられたＸ線管および１つの共通な検出器の使用によって行なわれると好ましい。各２Ｄ画像対の両２Ｄ透視画像は、モーションアーチファクトを避けるために、時間的に直接に相前後して撮影される。他の実施態様において、各２Ｄ画像対の２Ｄ透視画像の記録は、２つの互いに隔てられた切換可能なＸ線焦点を有する１つのＸ線管を使用してもよく、各２Ｄ画像対の２Ｄ透視画像の記録のために、２つのＸ線焦点の間で切換えが行なわれる。

もちろん、立体透視における２Ｄ透視画像の作成のために他の技術、例えば２つの投影方向の間で切換可能なＸ線偏向装置の使用も可能である。
立体表示はステレオモニタを介して行なうことができる。従って、立体表示ユニットはステレオモニタであってよい。
３Ｄ画像データと一緒の登録は、２Ｄ透視画像の既知の撮影ジオメトリを考慮して行なうことができる。
３Ｄ画像データが同じＸ線透視システムにより記録された場合、３Ｄ画像データと一緒の登録は、３Ｄ画像データの既知の撮影ジオメトリを考慮して行なうことができる。
３Ｄ画像データと一緒の登録は、２Ｄ透視画像および３Ｄ画像データの画像情報に基づいて行なうことができる。

本発明による方法を実施するためのインターベンションまたは外科手術時の画像形成装置は、立体透視を用いて検査範囲の２Ｄ透視画像を記録するためのＸ線透視システム、特にモノプレーン型またはバイプレーン型のＸ線装置と、検査範囲の３Ｄ画像データを記憶するためのメモリユニットと、記録された２Ｄ透視画像および記憶された３Ｄ画像データの登録を行ない２Ｄ透視画像の撮像ジオメトリを算出するための登録ユニットと、３Ｄ画像データから２Ｄ透視画像の撮像ジオメトリに対応する２つの２Ｄレンダリング画像を算出するためのレンダリングユニットと、２Ｄレンダリング画像とそれぞれに属する２Ｄ透視画像との重み付け重ね合わせを行なうための重ね合わせユニットと、重ね合わされた画像を立体表示するための立体表示ユニットとを含む。

本発明による方法およびこれに属する装置によれば、観察者には２つの異なる立体的なビュー方向からの３Ｄ画像データセットが表示される。立体表示と一緒にこのようにして３次元データセットの立体的印象が観察者に惹き起こされる。２Ｄ透視画像もこれらの両ビュー方向から撮影されるので、これらの画像において認識可能な器具を立体的に表示することができ、このようにして検出器面に対して垂直な方向にも観察者のために位置決めできる。重ね合わされた立体表示はインターベンション中の検査範囲における医師の最適な方位決定を可能にする。

重ね合わされた画像の立体表示は種々に行なうことができる。立体表示の技術はコンピュータビジョンの分野から公知である。例えばシャッターグラスを使用することができる。シャッターグラスにより、相応の時間的リズムをとった画像表示との関連で観察者はモニタで立体的効果を感じることができる。更に、例えば、付加的なグラスなしにも立体効果を伝えるのに適したレンズアレイを有するステレオモニタも知られている。これらのレンズアレイは観察者の各目にモニタ上で他の画像を感じさせる。

以下において本発明による方法およびこれに属する装置を図面に関連した実施例に基づいてもう一度さらに詳しく説明する。
図１は本発明による方法を実施するためのＣアーム装置の例を示し、
図２は本発明による方法を実施する場合の個々のステップの例を示す。

図１は、モノプレーン型Ｃアーム装置として構成されている本発明によるＸ線撮影システムを例示する。このＸ線撮影システムのＣアーム１には、Ｘ線３を１つの共通な検出器４に向けられている２つの別個のＸ線管２ａ，２ｂが固定され、検出器４はＣアーム１の対向面に固定されている。両Ｘ線管２ａ，２ｂの間隔によって、後での立体的な画像観察を可能にする立体的基礎が決定される。ここに存在する撮影ジオメトリによって、移動可能なテーブル６上にいる患者５の検査範囲が２つの異なる透視でほぼ同時に検出もしくは記録される。撮影ジオメトリが、特に両Ｘ線管２ａ，２ｂの位置と検出器４すなわち複数行検出器アレイの位置とが画像評価装置７のメモリ８に記憶されている。このメモリ８には、インターベンション前に、例えばＭＲ、ＣＴまたは３Ｄ血管撮影装置の如き３Ｄ画像形成モダリティにより撮影された３Ｄ画像データセット１３が記憶されている。

本発明による方法の実施時に、図２にも概括的に示されているように、Ｘ線管２ａ，２ｂの交互切換えによって、両Ｘ線管２ａ，２ｂの位置によって決定された異なるビュー方向に対応する両２Ｄ透視画像１４ａ，１４ｂが形成される。これらの決定された両ビュー方向は本件明細書では立体透視と呼ぶ。

両２Ｄ透視画像１４ａ，１４ｂは、２Ｄ／３Ｄ登録ユニット９によって、メモリ８に記憶されている撮影ジオメトリ１５により、同様にメモリ８内にある３Ｄ画像データセット１３と一緒に登録される。この２Ｄ／３Ｄ登録１６によって、２Ｄ透視画像１４ａ，１４ｂの撮像ジオメトリ１７が得られる。

２Ｄ／３Ｄ登録１６の役目は、３Ｄデータセットと２Ｄ透視画像の投影ジオメトリとの間の幾何学的関係の決定にある。透視画像の既知の撮影ジオメトリ１５の使用のほかに、２Ｄ／３Ｄ登録１６は、２Ｄ画像１４ａ，１４ｂの画像データおよび３Ｄ画像データ１３からの情報に基づいて行なうことができ、あるいは、場合によっては、例えば３Ｄ血管撮影の場合のように同じＸ線撮影システムにより撮影された場合には、３Ｄ画像データ１３の既知の撮影ジオメトリからの情報に基づいて行なうことができる。２Ｄ／３Ｄ登録のための上述の情報の結合も可能である。

撮像ジオメトリ１７を用いて、レンダリングユニット１０において、３Ｄ画像データセット１３から、それぞれのＸ線管２ａ，２ｂのビュー方向つまり両２Ｄ透視画像１４ａ，１４ｂの撮像ジオメトリ１７に対応する２つの２次元撮像が算出される。レンダリング１８により算出された両２Ｄレンダリング画像は、最終的には重ね合わせユニット１１において両２Ｄ透視画像１４ａ，１４ｂと重ね合わされる。もちろん、重ね合わせ１９は各ビュー方向つまり透視について別個に行なわれる。この重ね合わせ１９では、それぞれの両２次元画像の混合、すなわち、それぞれ１つの２Ｄ透視画像とそれぞれ１つのレンダリング画像との相互の混合が行なわれる。それから得られた出力画像もしくは出力画像対は入力画像の重み付け加算であり、重み付けは所望の表示様式に応じて任意に選択することができる。

両出力画像は立体表示装置１２を介して表示される。この立体表示装置１２は異なる視角に対応する両出力画像が観察者の各目に個々に示されることを保証する。従って、観察者は表示された画像を立体画像として感じ、この立体画像は観察者に検査範囲内での方位決定を容易にする。

本発明による方法を実施するためのＣアーム装置の例を示すブロック図 本発明による方法を実施する場合の個々のステップの例を示す流れ図

符号の説明

１ Ｃアーム
２ａ Ｘ線管
２ｂ Ｘ線管
３ Ｘ線
４ 検出器
５ 患者
６ テーブル
７ 画像評価装置
８ メモリ
９ ２Ｄ／３Ｄ登録ユニット
１０ レンダリングユニット
１１ 重ね合わせユニット
１２ 立体表示装置
１３ ３Ｄ画像データ
１４ａ ２Ｄ透視画像
１４ｂ ２Ｄ透視画像
１５ 撮影ジオメトリ
１６ ２Ｄ／３Ｄ登録
１７ 撮像ジオメトリ
１８ レンダリング
１９ 重ね合わせ

Claims (10)

1. 検査範囲の２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）がＸ線透視システムにより撮影され、検査範囲の前もって記録された３Ｄ画像データ（１３）と一緒に登録されるインターベンションまたは外科手術時の画像形成方法において、
   その都度２つの２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）が立体透視のもとに２Ｄ画像対として撮影され、３Ｄ画像データ（１３）から２Ｄ画像対の立体透視に対応する２つの２Ｄレンダリング画像が算出され、２Ｄ画像対および２Ｄレンダリング画像が重ね合わされて立体的に表示される
   ことを特徴とするインターベンションまたは外科手術時の画像形成方法。
2. 各２Ｄ画像対の２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）の記録は、２つの互いに隔てられたＸ線管（２ａ，２ｂ）および１つの共通な検出器（４）の使用によって行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 各２Ｄ画像対の２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）の記録は、２つの互いに隔てられた切換可能なＸ線焦点を有する１つのＸ線管（２ａ，２ｂ）の使用によって行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 各２Ｄ画像対の２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）の記録は、２つの投影方向の間で切換可能なＸ線偏向装置を介して行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 立体表示はステレオモニタ（１２）を介して行なわれることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
6. ３Ｄ画像データ（１３）と一緒の登録（１６）は、２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）の既知の撮影ジオメトリ（１５）を考慮して行なわれることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
7. ３Ｄ画像データ（１３）が同じＸ線透視システムにより記録された場合、３Ｄ画像データ（１３）と一緒の登録（１６）は、３Ｄ画像データ（１３）の既知の撮影ジオメトリ（１５）を考慮して行なわれることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
8. ３Ｄ画像データ（１３）と一緒の登録（１６）は、２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）および３Ｄ画像データ（１３）の画像情報に基づいて行なわれることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
9. 立体透視を用いて検査範囲の２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）を記録するためのＸ線透視システムと、
   検査範囲の３Ｄ画像データ（１３）を記憶するためのメモリユニット（８）と、
   記録された２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）および記憶された３Ｄ画像データ（１３）の登録（１６）を行ない２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）の撮像ジオメトリを算出するように構成されている登録ユニット（９）と、
   ３Ｄ画像データ（１３）から２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）の撮像ジオメトリに対応する２つの２Ｄレンダリング画像を算出するように構成されているレンダリングユニット（１０）と、
   ２Ｄレンダリング画像とそれぞれに属する２Ｄ透視画像（１４ａ，１４ｂ）との重み付け重ね合わせ（１９）を行なうための重ね合わせユニット（１１）と、
   重ね合わされた画像を立体表示するための立体表示ユニット（１２）と、
   を備えていることを特徴とするインターベンションまたは外科手術時の画像形成装置。
10. 立体表示ユニット（１２）はステレオモニタであることを特徴とする請求項９記載の装置。

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