JP4648018B2 - 一連のスクロール２ｄフルオロスコピー画像に関する機器追跡のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明の少なくとも１つの実施形態は、機器追跡に関する。より具体的には、本発明の少なくとも１つの実施形態は、ディスプレイ装置を用いる一連のスクロール画像に対する機器追跡に関する。

機器ナビゲーションを含むコンピュータ支援の外科処置は公知である。かかるコンピュータ支援の外科処置の１つの一般的な構成要素は、機器位置及び／又は方向の知識を継続的にユーザ又はオペレータに送信する１つの方法としての機器ナビゲーションを含む。従来的には、かかる知識の送信は、患者の解剖学的構造（又はその部分）を表すイメージング診断装置を介して静止データを収集することにより達成することができる。機器の画像は、かかる静止データに表示することができる。この表示には例えば、マルチ２Ｄフルオロスコピー画像、３Ｄデータを通したマルチ２Ｄスライス、３Ｄ表面モデル、又は他のデータを含むことができる。

かかる従来の公知のコンピュータ支援外科処置は、機器位置情報がユーザに知覚又は理解される方法に関して限定されることを理解すべきである。例えば、２Ｄ又は３Ｄスライス平面画像を用いるコンピュータ支援外科処置において、ユーザは、処置中に得られる限定的な分散情報から患者の解剖学的構造の画像を頭の中でつなぎ合わせる。例えば、３Ｄモデルを用いるコンピュータ支援外科処置において、ユーザは通常、一度に特定のモデルの１つの投影を見る。一度に１つの投影を見ることにより、（機器の部分を含む）重要なデータが隠れる可能性があり、又は所望の解剖学的構造を観察するためにモデルの重要な部分の除去を必要とする場合があり、これら全ては、一般に、与えられた機器位置情報を理解するユーザの対話及び視覚化の技能をかなり必要とする。

本発明の少なくとも１つの実施形態は、機器追跡に関する。より具体的には、本発明の少なくとも１つの実施形態は、ディスプレイ装置を用いる一連のスクロール画像上での機器追跡に関する。

少なくとも１つの実施形態は、画像に対して機器追跡を実行する方法に関する。当該方法は、少なくとも１つの画像を収集する段階と、少なくとも１つの収集画像のための少なくとも１つ機器の位置及び方向の少なくとも１つを計算する段階とを含む。当該方法は更に、少なくとも１つの収集画像、少なくとも１つの機器の位置及び方向の少なくとも１つ、及び／又は前記位置及び方向の少なくとも１つにおいて配置された少なくとも１つの機器の少なくとも１つの画像を表示する段階を含む。

少なくとも１つの実施形態において、当該方法は更に、少なくとも１つの測定装置又は測定方法を用いて、少なくとも１つの収集画像及び／又は少なくとも１つの機器の位置及び方向の少なくとも１つを収集する段階を含む。当該方法は、少なくとも１つの収集画像のための少なくとも１つの機器の少なくとも１つの位置及び／又は方向を計算する際に用いることができる。更に、測定装置の各々は、限定ではないが、電磁、光学、レーザ、及びエンコーダ・フィードバックを介するなどの物理的測定などを含む１つ又はそれ以上の適正な技法を用いることができるものと企図される。更に、測定方法の各々は、限定ではないが、ファントム・データを用いることができるか或いはできない位置予測方法、及び完全に画像ベースとすることができるか或いはできない位置合わせ方法を含む、１つ又はそれ以上のアルゴリズム方法を用いることができるものと企図される。

少なくとも複数の２Ｄフルオロスコピー画像を収集する段階と、ディスプレイを用いて複数の収集画像を連続的にスクロールする段階とを含む方法が企図される。また、複数の収集画像内に少なくとも１つの機器の少なくとも１つの位置及び方向を連続して投影する段階を含む方法が企図される。

１つ又はそれ以上の実施形態において、当該方法は、少なくとも１つの画像の少なくとも１つの位置及び方向を正確に表示することができるように、少なくとも１つの収集画像を較正する段階を含む。少なくともこの実施形態において、当該方法は、少なくとも１つの較正画像を現在の画像として選択する段階を含む。当該方法は更に、現在の画像のための少なくとも１つの機器の少なくとも１つの位置及び方向を計算する段階を含む。

現在の画像を含む少なくとも１つの収集画像のいずれか、幾つか、又は全てに対して少なくとも１つの機器の少なくとも１つの位置及び／又は方向を計算又は再計算するために、現実のソース又は疑似ソースから収集及び／又は計算された現在又は過去の特性の少なくとも１つの測定データを用いる方法が企図される。

更に別の実施形態において、当該方法は、移動する又は移動可能な少なくとも１つの画像収集装置を用いて、少なくとも１つの画像を収集する段階を含む。更に、この装置は、少なくとも１つの測定装置又は測定方法に結合することができるか或いはできない少なくとも１つのＣ形アームとすることができるものと企図される。

本発明の更に別の実施形態は、ディスプレイ装置を用いて一連の画像に対して機器追跡を実行する方法に関する。この実施形態は、一連の２Ｄ画像を収集する段階を含む。一連の２Ｄ画像は、少なくとも１つの機器の位置及び方向の少なくとも１つを一連の２Ｄ画像の少なくとも１つの画像内に正確に表示することができるように較正することができる。この方法は更に、一連の２Ｄ画像の少なくとも１つの画像を現在の画像として選択する段階と、現在の画像のための少なくとも１つの機器の少なくとも１つの位置及び方向を計算する段階とを含むことができる。少なくとも１つの位置及び方向は、現在の画像中に投影して、後で表示することができる。

本発明の別の実施形態は、一連の２Ｄ画像（例えば一連のフルオロスコピー画像）を、移動する又は移動可能なイメージング装置を用いて収集する段階を含み、ここでこの装置はＣ形アームである。例えば、表示内の一連の画像を連続的にスクロールする段階を含み、少なくとも１つの機器の少なくとも１つの位置及び方向を一連の画像の少なくとも１つの画像内に投影する方法が企図される。少なくとも現在の画像はインクリメントすることができるものと更に企図され、現在の画像をインクリメントさせることは、異なる収集画像をアルゴリズムに基づいて現在の画像として選択する段階と、新たな現在の画像のための少なくとも１つの機器の位置及び方向の少なくとも１つを再計算する段階とを含む。

本発明の更に別の実施形態は、一連の画像に対して機器追跡を実行するシステム又は装置に関する。装置の少なくとも１つの実施形態は、移動する又は移動可能な少なくとも１つの収集装置と、少なくとも１つの処理装置と、出力とを含む。少なくとも１つの実施形態において、収集装置は画像のセットを収集するように適合される。処理装置は、移動する又は移動可能な少なくとも１つの収集装置と通信し、一連のスクロール画像、少なくとも１つの機器の位置及び方向の少なくとも１つを含む一連のスクロール画像の少なくとも１つを生成するように適合される。出力は少なくとも１つの処理装置と通信し、一連のスクロール画像の少なくとも１つの画像を表示するように適合される。

装置の少なくとも１つの実施形態において、移動可能な収集装置は少なくとも１つのＣ形アームを含む。更に、移動可能な収集装置は、少なくとも送信及び検出装置を含む。少なくとも１つの実施形態において、送信及び検出装置を用いて、１つ又は複数の画像内に見られる被検体に対する収集装置の１つ又はそれ以上の構成要素の相対位置及び／又は位置の変化を測定し、及び／又は移動可能な収集装置が被撮像被検体の周囲の領域に存在する時点の前、その間、その後に被撮像被検体の周囲の領域に存在することができるか或いは導入することができる任意の機器の相対位置及び／又は位置の変化を測定することができる。

前述の要約並びに本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面と共に読むとより理解されるであろう。本発明を説明する目的で、特定の実施形態が図面に示されている。しかしながら、本発明は添付図に示される構成及び手段に限定されるものではないことは理解されたい。

説明の目的において、以下の詳細な説明は、イメージング又は表示システム、機械、機器、又は装置の特定の実施形態を参照する。しかしながら、本発明は、他の装置又はイメージング・システムに用いることができることを理解されたい。

本発明の少なくとも１つの実施形態は、機器追跡に関する。より具体的には、本発明の少なくとも１つの実施形態は、ディスプレイを用いる一連のスクロール画像上での機器追跡に関する。

本発明の少なくとも１つの実施形態は、機器位置及び／又は方向情報をユーザに送信する方法を改善し、かかる情報を使いやすくし理解しやすくする。かかる情報を使いやすく且つ理解しやすくすることは、外科処置ワークフローの効率性及び／又は使いやすさを改善させることができ、製品品質の認識を向上させることができる。１つ又はそれ以上の実施形態は、動画２Ｄデータから３Ｄ情報を知覚する人間の生来の能力を用いて、外科機器の位置及び／又は方向をユーザに送信する。従来の設計では静止の非動画データを用いて、十分に精通した技能を必要とする方法でかかる送信を達成していた。

静止データ集合が動画に好適であると仮定すると、人間は、静止データ集合に動きが導入されると自然に３Ｄボリュームを頭の中で知覚する。本発明の１つ又はそれ以上の実施形態は、患者の関心のある解剖学的構造の周りを回転するように適合される移動可能な収集装置（例えばＣ形アームであるが、他の移動可能な収集装置も企図される）を用いて１つ又はそれ以上の（すなわち一連の）画像（例えば２Ｄフルオロスコピー画像）を収集する。少なくとも１つの実施形態において、この収集された一連の画像又はデータ集合は動画に好適であることを理解すべきである。

１つの実施形態は、かかるデータ集合を用いてユーザにフィードバックを供給し、この場合データ集合は、ウィンドウ又は表示内で連続的にスクロールされ、更に、機器位置及び／又は方向が１つ又はそれ以上の画像上又は画像内に投影される。１つの実施形態において、機器位置及び／又は方向は、各画像内又は画像上に連続して投影される。これらの機器位置及び／又は方向を含むデータ集合のこうしたスクロールにより、ユーザは機器位置及び／又は方向情報を３Ｄで理解することができる。これは、ユーザの生来の能力を利用して３Ｄボリュームを知覚し、従って、データを理解するために新たな技能を身につけることが排除される。更に、少なくとも１つの実施形態は、コンピュータ支援外科処置の１つ又はそれ以上の公知の方法によって要求されるような、表示を最適化するためのユーザの直接対話を必要としない。

少なくとも１つの実施形態において、機器は、３Ｄモデルの機器の表示に必要とされる奥行きのために部分的にデータを隠すことなく、データ集合の１つ又はそれ以上の画像上で完全に表示することができる。これは、奥行きの知覚が動画によってユーザに自然に伝達され、位置情報は単一の視覚ウィンドウ内に完全に含むことができるので可能である。これにより使いやすさ、外科処置ワークフロー、及び製品品質認識が向上する。少なくとも１つの実施形態は、少なくとも１つの測定装置又は測定方法を用いて、少なくとも１つの収集画像及び／又は少なくとも１つの機器の位置及び方向の少なくとも１つを収集することを含むことができる。測定方法は、少なくとも１つの収集画像のための少なくとも１つの機器の少なくとも１つの位置及び／又は方向を計算する際に用いることができる。更に、測定装置の各々は、限定ではないが、電磁、光学、レーザ、及びエンコーダ・フィードバックを介するなどの物理的測定値を含む、１つ又はそれ以上の適正な技法を用いることができるものと企図される。更に、測定方法の各々は、限定ではないが、ファントム・データを用いることができる或いはできない位置予測方法、及び完全に画像ベースとすることができる或いはできない位置合わせ方法を含む、１つ又はそれ以上のアルゴリズム手法を用いることができるものと企図される。

少なくとも１つの実施形態において、現在及び過去の特性の少なくとも１つの測定データを現実のソース又は疑似ソースから収集及び／又は計算して、現在の画像を含む少なくとも１つの収集画像のいずれか、幾つか、又は全てに対して少なくとも１つの機器の少なくとも１つの位置及び／又は方向を計算又は再計算することができるようにする。

図１は、全体が１００で示される、本発明の少なくとも１つの実施形態により用いられるイメージング・システム、装置、機械、又は機器を示す。システム１００は、Ｘ線システム、ＣＴシステム、ＥＢＴシステム、超音波システム、ＭＲシステム、電磁（ＥＭ）追跡システム、光学追跡システム、レーザ追跡システム、エンコーダ・フィードバック・システム、（ファントム・データを用いることができる或いはできない）アルゴリズム位置予測システム、（完全に画像ベースとすることができる或いはできない）アルゴリズム位置合わせシステム、又は他のイメージング又は位置測定システムを含む、種々のシステム又はその組合せを含むことができるものと企図される。

少なくとも１つの実施形態において、システム１００は、Ｃ形アーム１１０、１つ又はそれ以上のＸ線源１２０、１つ又はそれ以上のＸ線検出器１３０、１つ又はそれ以上の電磁（ＥＭ）センサ１４０、少なくとも１つのＥＭ送信器１５０、画像処理コンピュータ又は装置１６０、追跡モジュール１７０、位置決め装置１８０、及び出力１９０を含む。図示された実施形態において、追跡モジュール１７０は、少なくともＥＭセンサ１４０、ＥＭ送信器１５０、及び画像処理コンピュータ１６０と通信するように表されている。図１は更に、少なくともＸ線検出器１３０、追跡モジュール１７０、及び出力１９０と通信する画像処理コンピュータ１６０を示す。上述の相互接続が図示されているが、他の相互接続も企図される。

少なくとも１つの実施形態において、Ｘ線源１２０及びＸ線検出器１３０は、Ｃ形アーム１１０の反対側に装着され、ここでＸ線源１２０及びＸ線検出器１３０は、Ｃ形アーム１１０上に移動可能に装着することができる。１つの実施形態において、ＥＭセンサ１４０はＸ線検出器１３０上に装着される。ＥＭ送信器１５０は、撮像されることになる被検体１１２（すなわち患者）上、又は近接して位置決めされる。或いは、ＥＭ送信器１５０は、Ｘ線検出器１３０上に配置することができ、ＥＭセンサ１４０は撮像されることになる被検体すなわち患者１１２上に配置することができる。被検体すなわち患者１１２は、位置決め装置１８０上又はその中に位置決めされる。少なくとも１つの実施形態において、位置決め装置１８０は、テーブル、テーブル・ブッキー、垂直ブッキー、支持体又は本発明に用いられるように適合された他の位置決め装置を含む。

少なくとも１つの実施形態において、Ｃ形アーム１１０は、例えば軌道方向、長手方向、側面方向、横方向、旋回方向、及び「揺動」方向（かかる動きの少なくとも１つの実施例が図１の破線で示される）を含む複数の画像収集経路に沿った幾つかの方向に移動するように適合される。少なくとも１つの実施形態において、Ｘ線源１２０及び検出器１３０は、Ｃ形アーム１１０上に移動可能に位置決めされる（かかる移動は破線によって示される）。従って、Ｘ線源１２０及びＸ線検出器１３０に沿ったＣ形アーム１１０は、上又は内部に被検体１１２が位置している位置決め装置１８０の周りで移動及び位置決めすることができる。

Ｃ形アーム１１０は、被検体１１２の周りでＸ線源１２０及び検出器１３０を位置決めするのに用いられ、１つ又はそれ以上のＸ線１０５（又は他のエネルギー）が被検体１１２を照射して、１つ又はそれ以上の画像を生成するようになる。Ｃ形アーム１１０は被検体１１２の周りの様々なスキャン角度で移動又は再位置決めすることができ、複数の画像を取得する。Ｃ形アーム１１０が移動すると、Ｘ線検出器１３０と被検体１１２との間の距離は変化することができる。更に、Ｘ線源１２０と被検体１１２との間の距離も同様に変化することができる。

少なくとも１つの実施形態において、Ｃ形アーム１１０上のＸ線源１２０及び検出器１３０は、例えば交差アーム又は軌道運動で移動することができるものと企図される。軌道運動において、Ｘ線源１２０と検出器１３０は円形の経路では移動しない。軌道運動を用いる断層撮影画像再構成において、Ｘ線検出器１３０と被検体１１２との間の距離（及び線源１２０と被検体１１２との間の距離）は、投影画像の収集中に変化することができる。

少なくとも１つの実施形態において、Ｘ線検出器１３０の位置は、１つ又はそれ以上の投影画像に対して記録することができる。更に、検出器１３０とＸ線源１２０との間の距離を求めることができる。検出器１３０の位置と検出器−被検体間距離を用いて画像再構成中に拡大率の変化を定量化して補正することができる。ＥＭセンサ１４０又は他の追跡装置を検出器１３０上に配置することができる。ＥＭ送信器１５０又は他の追跡装置を被検体１１２上に配置することができる。センサ１４０及び送信器１５０からのデータを用いて、検出器１３０の軌跡中の検出器１３０の位置を求めることができる。光学的又は機械的追跡装置などの他の追跡装置を用いて、システム１００の１つ又はそれ以上の構成要素の位置を求めることができる。

少なくとも１つの実施形態において、送信器１５０は、センサ１４０により検出される磁場などの信号を送信する。追跡モジュール１７０は、送信器１５０からのデータを用いて、被検体１１２に対する検出器１３０の位置を求めることができる。位置における差、つまり検出器１３０と被検体１１２との間の距離は、取得されたＸ線投影画像における拡大率の差に対応する。

検出器１３０と被検体１１２との間の距離及び／又は線源１２０と被検体１１２との間の距離の変化は、Ｘ線などの非平行ビームを照射する点線源又は近似点線源の検出器上に投影される被検体の拡大率を変化させる。Ｘ線源１２０の撮影領域が一定である場合には、被検体１１２がＸ線源１２０に近づくほど被検体１１２はより大きな撮像領域を占有し、従って、検出器１３０上により大きな画像を投影する。１つの実施形態において、検出器―被検体間距離は、システム１００の仮想アイソセンタで被検体１１２を維持するために変更することができる。１つの実施形態において、Ｃ形アーム１１０及び／又はＣ形アーム１１０上の線源１２０及び／又は検出器１３０は、任意の平面で移動することができる、或いは検出器１３０の撮像領域における仮想アイソセンタで被検体１１２を位置決めするために移動することができない。変化する検出器―被検体間及び／又は線源―被検体間距離の測定により、画像プロセッサ１６０は距離の変化すなわち拡大率の変化を補正することができる。追跡モジュール１７０は、ＥＭセンサ１４０及びＥＭ送信器１５０又は他の追跡装置からのデータを用いて、検出器―被検体間距離を追跡することができる。

或いは、被検体上のＥＭ送信器１５０又はＥＭセンサ１４０と共に、線源１２０上にＥＭセンサ１４０又はＥＭ送信器１５０を装着して、線源１２０の位置を求めることができる。Ｘ線源１２０の位置は記録され、拡大率変化を求め且つ明らかにするために線源―検出器間距離に用いることができる。追跡モジュール１７０は、例えば診断又は外科処置中に用いられる機器又はツールの位置及び／又は方向を監視することができる。

追跡モジュール１７０は、例えば、少なくとも被検体１１２、Ｘ線検出器１３０、及び／又はＸ線源１２０の位置を監視する。追跡モジュール１７０は、少なくとも被検体１１２、線源１２０、及び／又は検出器１３０に関して参照座標系の位置データを提供することができる。画像プロセッサ１６０は、２Ｄ及び／又は３Ｄ画像を再構成するために画像データを処理する際に該位置データを用いることができる。位置データはまた、例えば外科ナビゲーションなどの他の目的のために用いることもできる。１つの実施形態において、追跡モジュール１７０は、座標系基準点又は中心軸に対して定められた座標系に関してＸ線検出器１３０及び被検体１１２の位置を算出する（例えば継続な方式で）。少なくとも１つの実施形態において、画像プロセッサ１６０は、位置データに基づき被検体をスキャンするために、Ｘ線源１２０又は線源制御装置に対する制御コマンド又はトリガ・コマンドを生成する。

少なくとも１つの実施形態において、画像プロセッサ１６０は、Ｃ形アーム１１０が移動するときに、検出器１３０から一連の画像照射を収集する。検出器１３０は、Ｘ線源１２０がトリガされる度に画像照射を受け取る。画像プロセッサ１６０は、画像照射を基準データと組み合わせて、例えば３Ｄボリューム・データ集合を再構成する。３Ｄボリューム・データ集合を用いて、被検体１１２からスライスなどの画像、すなわち関心領域を生成することができる。例えば、画像プロセッサ１６０は、ボリューム・データ集合から患者の背骨、ひざ、又は他の領域の矢状図、冠状図、及び／又は軸方向図を生成することができる。画像プロセッサ１６０はソフトウェア及び／又はハードウェア内に実装することができ、この画像プロセッサ１６０は、例えば汎用コンピュータ、マイクロプロセッサ、マイクロ制御装置、及び／又は特定用途向け集積回路を含むことができる。

１つ又はそれ以上の実施形態において、３Ｄ画像再構成は、例えば扇形ビームを用いて被検体１１２の連続するスライス又はスキャン平面を組み合わせることによって形成することができる。３Ｄ画像再構成はまた、線源１２０及び検出器１３０を被検体１１２の周りで回転させて、被検体のコーンビーム又は領域ビーム投影を取得することにより形成することができる。コーンビーム投影において、被検体は、検出器１３０によって平面上で測定される点線源及びＸ線束で照射することができる。被検体１１２から検出器１３０までの距離、及び被検体１１２から線源１２０までの距離を用いて、画像再構成の平行投影を求めることができる。

また、フィルタ補正逆投影を用いて、コーンビーム内の平面のフィルタ補正及び逆投影に基づき３Ｄ画像を再構成することができる。フィルタ補正逆投影において、個別の扇形ビーム又はコーンビーム投影を分析し且つ組み合わせて、３Ｄ再構成画像を形成する。扇形ビームは、フィルタ補正逆投影用の新たな座標系における分析のために線源―検出器回転面から傾いている。投影データは、距離に基づいて重み付けされ畳み込みされる。次に、重み付けされ畳み込みされた投影は、３Ｄ再構成グリッド全体に逆投影されて３Ｄ画像を再構成する。

１つ又はそれ以上の画像を再構成した後、画像プロセッサ１６０は１つ又はそれ以上の画像を出力１９０へ送信することができる。出力１９０は、例えばディスプレイ、プリンタ、ファクシミリ、電子メール、記憶装置、又は他の媒体を含むことができるものと企図される。更に、少なくとも１つの実施形態において、出力１９０は、ノート型パソコン、携帯情報端末、携帯電話、又は画像プロセッサ・コンピュータ１６０と無線通信する他の装置を含むことができるものと企図される。画像は、技術者、内科医、外科医、他の医療従事者又は警備員などのユーザが使用するために、出力１９０を介して表示及び／又は格納することができる。

例えば動作中、患者の正中領域をシステム１００においてスキャンすることができる。Ｃ形アーム１１０は、患者がテーブル（つまり位置決め装置１８０）上に配置されると、正中スキャンの全ての位置には届かない可能性がある。従って、Ｃ形アーム１１０は、側面から移動して位置決めすることができる。Ｃ形アーム１１０が非円形運動で移動すると、Ｃ形アーム１１０の経路は円形とすることができないので、背骨をスキャン画像の中心に保持することができない。Ｃ形アーム支持台上でＣ形アーム１１０を上下させることなどによって、Ｃ形アーム１１０を移動させて、背骨を中心（例えば仮想アイソセンタ）に保持することができる。Ｃ形アーム１１０は移動するが、背骨は移動しないので、該背骨はＸ線源１２０に近接して、或いはより遠くに配置される。従って、Ｃ形アーム１１０は非円弧で移動するので、取得された画像は終始異なる拡大率（例えば、より大きな拡大率により第１の画像では５脊椎レベルから最後の画像では３脊椎レベルまで）を有することができる。

スキャンされる被検体に対する検出器１３０の位置は、例えばＥＭ送信器１５０及びセンサ１４０を用いて追跡モジュール１７０によって測定されるので、拡大率の変化を求めることができる。拡大率の変化は、正中領域の３Ｄボリューム画像の再構成の際に考慮することができる。標準画像再構成アルゴリズムの固定距離を用いるのではなく、可変距離値が画像の再構成計算に使用される。

少なくとも１つの実施形態において、送信及び検出装置を用いて、１つ又は複数の画像内に見られる被検体に対する収集装置の１つ又はそれ以上の構成要素の相対位置及び／又は位置の変化を測定し、及び／又は移動可能な収集装置が被撮像被検体の周囲の領域に存在する時点の前、その間、又はその後に、被撮像被検体の周囲の領域に存在することができるか或いは導入することができる任意の機器の相対位置及び／又は位置の変化を測定することができる。

前述のように、本発明の少なくとも１つの実施形態は、機器位置及び／又は方向情報をユーザに送信する方法を改善し、かかる情報をより使いやすく理解しやすくする。かかる情報を使いやすくし理解しやすくすることは、外科処置ワークフローの効率性及び／又は使いやすさを改善することができ、製品品質の認識を向上させることができる点を理解すべきである。少なくとも１つ又はそれ以上の実施形態は、動画２Ｄデータから３Ｄ情報を知覚する人間の生来の能力を用いて、外科処置機器の位置及び／又は方向をユーザに送信する。

静止データ集合に動きが導入されると、３Ｄボリュームの知覚が人間に自然に発生する。本発明の１つ又はそれ以上の実施形態は、患者の関心のある解剖学的構造の周りを回転するように適合された移動可能な収集装置（例えばＣ形アーム）を用いて１つ又はそれ以上の（すなわち一連の）画像（例えば２Ｄフルオロスコピー画像）を収集する。少なくとも１つの実施形態において、この収集された一連の画像又はデータ集合は、動画に好適である点を理解すべきである。

１つの実施形態は、ユーザ・フィードバックを備え、データ集合が連続的にウィンドウ又は表示内でスクロールされる。更に、機器の位置及び／又は方向を、１つ又はそれ以上の画像上又は画像内に投影することができる。１つの実施形態において、機器位置及び／又は方向は各画像中に連続して投影される。これらの機器の位置及び／又は方向を含むデータ集合のこうしたスクロールにより、ユーザは機器位置及び／又は方向情報を３Ｄで理解することができ、従ってユーザの生来の能力を利用して３Ｄボリュームを知覚することにより、データを理解するために新たな技能を学ぶことが排除される。更に、少なくとも１つの実施形態は、コンピュータ支援の外科処置の１つ又はそれ以上の公知の方法に必要とされるような、表示を最適化するためのユーザの直接対話を必要としない。

少なくとも１つの実施形態において、奥行きの知覚が動画によってユーザに自然に伝達され、位置情報を単一の視覚ウィンドウ内に完全に含むことができるので、３Ｄモデル機器表示に必要とされる奥行きに起因してデータが部分的に隠れることなく、機器をデータ集合の１つ又はそれ以上の画像上に完全に表示することができる。これにより、使いやすさ、外科処置ワークフロー、及び製品品質認識が改善される。

図２は、全体が２００で示され、本発明の特定の実施形態により機器追跡を実行する方法を表す高レベルのフロー図を示す。少なくとも１つの実施形態において、方法２００は、イメージング・システムを用いてこうした機器追跡を実行することができる。少なくとも１つの実施形態において、方法２００は、図１に表されたものと同様のシステム又は装置を用いて、一連のスクロール画像上で機器追跡を実行するが、他のイメージング・システムも企図される。

図２は、少なくとも１つの画像を収集する段階２１０を含む方法２００を示す。少なくとも１つの実施形態において、収集画像は１つ又はそれ以上の２Ｄフルオロスコピー画像とすることができるが、他の画像も企図される。少なくとも１つの実施形態において、方法２００は、患者の関心のある解剖学的構造の周囲、又はこれに近接して収集装置を回転させて、Ｃ形アーム及び／又は検出器及び／又は送信装置を用いて１つ又はそれ以上の画像を収集する段階を含むことができる。方法２００は更に、少なくとも１つの機器の位置及び／又は方向を、こうした画像と共に正確に表示することができるように、少なくとも１つの画像を較正する段階２２０を含む。少なくとも１つ実施形態において、方法２００は、位置測定装置の空間内で画像位置を求めるために、多くのＣ形アームにインコヒーレントである画像ワーピングをマッピングする画像処理法、及び／又は少なくとも１つの画像に現れる被検体を用いるか又は用いることができない位置合わせ法を含むことができる。

本発明の実施形態は更に、現在の画像内での機器位置及び／又は方向を計算する段階２３０を含み、該機器位置及び／又は方向は、１つ又はそれ以上の画像上又はその内部に投影することができる。方法２００は更に、少なくとも１つの収集された（すなわち現在の）画像及び少なくとも１つの機器の位置及び／又は方向を表示する段階２４０を含む。

１つの実施形態において、機器位置及び／又は方向は、各画像中に連続して投影される。機器の位置及び／又は方向を含むデータ集合のかかるスクロールにより、ユーザは機器位置及び／又は方向情報を３Ｄで理解することが可能となり、従ってユーザの生来の能力を利用して３Ｄ情報を知覚することにより、該データを理解するために新たな技能を学ぶことが排除される。更に、少なくとも１つの実施形態は、コンピュータ支援の外科処置の１つ又はそれ以上の公知の方法に必要とされるような、表示を最適化するためにユーザの直接対話を必要としない。

少なくとも１つの実施形態において、奥行きの知覚が動画によってユーザに自然に伝達され、位置情報を単一の視覚ウィンドウ内に完全に含むことができるので、３Ｄモデル機器表示に必要とされる奥行きに起因してデータが部分的に隠れることなく、機器をデータ集合の１つ又はそれ以上の画像上に完全に表示することができる。これにより、使いやすさ、外科処置ワークフロー、及び製品品質認識が改善される。

図３は、全体が３００で示された、一連のスクロール画像（例えば２Ｄフルオロスコピー画像）上で機器追跡を実行する方法を表す詳細なフロー図を示す。少なくとも１つの実施形態において、機器追跡を実行するかかる方法は、図１に示されるものと同様のイメージング・システムを用いるが、他のイメージング・システムも企図される。少なくとも１つの実施形態において、方法３００は、患者の関心のある解剖学的構造の周りで収集装置（例えばＣ形アーム）を回転させる段階３１０を含む。方法３００は更に、かかるＣ形アーム及び／又は検出器及び／又は送信装置の作動中、１つ又はそれ以上の２Ｄフルオロスコピー画像を収集する段階３２０を含む。

少なくとも１つの実施形態において、方法３００は、１つ又はそれ以上の機器位置及び／又は方向を少なくとも１つ又はそれ以上の画像内で正確に表示することができるように、収集画像を較正する段階３３０を含む。１つ又はそれ以上の実施形態において、機器位置及び／又は方向は、かかる収集画像の各々内で正確に表示することができる。図３は更に、段階３４０及び３５０を含む方法３００を示す。段階３４０は現在の画像として特定の画像を選択することを含む。段階３５０は、現在の画像内で少なくとも１つの機器位置及び／又は方向を計算することを含む。

方法３００は更に、現在の画像中に機器位置及び／又は方向を投影する段階３５２を含む。１つ又はそれ以上の実施形態において、かかる機器位置及び／又は方向は一連の画像の１つより多い画像の中に投影することができるものと企図される。段階３５０は、少なくとも１つの実施形態において現在の画像を表示することを含む。少なくとも１つの実施形態において、方法３００は更に、現在の画像を遅延する段階及びインクリメントする段階をそれぞれ含む段階３５６及び段階３５８を含む。少なくとも１つの実施形態において、現在の画像をインクリメントする段階は、異なる収集画像を選択して現在の画像になるようにするアルゴリズムを用いる段階を含む。このアルゴリズムは、画像シーケンスの現在の進行方向、所望のスクロール速度及びスクロール分解能、及び現在の画像が次の現在の画像を求める画像シーケンスの最後の１つであるかどうか、などの様々なパラメータを用いることができる。現在の画像がインクリメントされた後、機器位置及び／又は方向は、段階３５０に示されるように新たな現在の画像内で再計算することができる。

本発明を特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更を行うことができ、均等物で代用することができることは当業者であれば理解するであろう。更に、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の教義に対して特定の状況又は材料を適合させるように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるものでなく、本発明は添付の請求項の範囲内にある全ての実施形態を含むものであることが意図される。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。

本発明の特定の実施形態により用いられるイメージング又は表示システム、装置、機械、又は機器。 本発明の特定の実施形態により、図１に表されるものと同様のイメージング又はディスプレイ装置を用いる機器追跡の実行方法の高レベルフロー図。 本発明の特定の実施形態により、図１に表されるものと同様のイメージング又はディスプレイ装置を用いて、一連のスクロール・フルオロスコピー画像上での機器追跡の実行方法を表す詳細なフロー図。

符号の説明

１００ 機器追跡装置
１１０ Ｃ形アーム
１２０ Ｘ線源
１３０ Ｘ線検出器
１４０ 電磁（ＥＭ）センサ
１５０ ＥＭ送信器
１６０ 画像プロセッサ
１７０ 追跡モジュー
１９０ 出力

Claims (7)

1. 画像上で機器追跡を実行する方法（２００、３００）であって、
   収集装置により複数の２Ｄ静止画像を収集する段階（２１０、３２０）と、
   前記複数の２Ｄ静止画像における、少なくとも１つの機器の位置及び方向の少なくとも１つを計算する段階（２３０、３５０）と、
   前記少なくとも１つの機器の前記位置及び方向の少なくとも１つの３Ｄ情報が動画により発生するように、前記少なくとも１つの機器を前記複数の２Ｄ静止画像の各画像に投影し（３５２）、前記複数の２Ｄ静止画像を出力装置（１９０）に自動的に連続して表示する段階（２４０、３５４）と、
   を含む方法。
2. 前記複数の２Ｄ静止画像が複数の２Ｄフルオロスコピー画像である請求項１に記載の方法（２００、３００）。
3. 前記位置及び方向の少なくとも１つを正確に表示することができるように、前記複数の２Ｄ静止画像を較正する段階（２２０、３３０）を含む請求項１又は２に記載の方法（２００、３００）。
4. 前記出力装置（１９０）がディスプレイであり、前記収集装置が、イメージング装置に結合された非円弧移動するＣ形アームを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法（２００、３００）。
5. 自動的に連続して表示する前記段階（２４０、３５４）が、所定の遅延時間（３５６）の後に前記複数の２Ｄ静止画像を連続して表示する段階を含む請求項１乃至４のいずれかに記載の方法（２００、３００）。
6. 一連の画像に対して機器追跡を実行する装置（１００）であって、
   一連の静止画像を収集するように適合される、移動する収集装置（１２０、１３０）と、
   前記移動可能な収集装置（１２０、１３０）と通信し、前記一連の画像における、少なくとも１つの機器の位置及び方向の少なくとも１つを計算し（２３０、３５０）、前記少なくとも１つの機器を前記一連の画像の各画像に投影して（３５２）、一連のスクロール画像を生成するように適合される処理装置（１６０）と、
   前記処理装置と通信し、前記少なくとも１つの機器の前記位置及び方向の少なくとも１つの３Ｄ情報が動画により発生するように、前記一連のスクロール画像を自動的に連続して表示するように適合される出力（１９０）と、
   を備える装置。
7. 前記収集装置が送信及び検出装置を含み、非円弧移動するＣ形アーム（１１０）を備える請求項６に記載の装置（１００）。
   
   

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