JP6876065B2 - 放射線照射を低減された手術中の3次元視覚化 - Google Patents
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Description
パルス画像(pulsed image)は取り込まれ、外科的処置の前に取り込まれたより高い解像度の非パルス画像を含む予め取得されていたベースライン画像セットと比較される。現在の画像とベースライン解集合の中の1つとの間のレジストレーションは、生体構造の現在のポジション及びビューを反映するベースライン画像を提供する。新しい画像は、レジストレーションされたベースライン画像と交互に表示されるか又はオーバーレイされ、現在の情報がオーバーレイされ、それほど不鮮明でない、すなわち、より明りょうな画像と交互に表示される。
パルス画像は取り込まれ、CTスキャンから取得されたより高い解像度のDRRを含むベースライン画像の予め取得されていた解集合と比較される。DRR画像は、骨の明りょうさを弱めるオブジェクトだけでなく、ORで撮影されたフィルムを頻繁に“ぼやけさせる”他の不明りょうな情報(例えば、ボビーコード、EKGリード、等)とは対照的に、骨の解剖学的構造をまさに示すよう制限され得る。上記の例と同様に、前のDRR画像のうちの1つとレジストレーションされる新しい画像、及びそれらの画像は、表示123、124の交互にされるか又はオーバーレイされる。
上記の全ての技術を適用することができ、新しい画像とレジストレーションされたベースライン画像とを交互にする代わりに、前の画像及び現在の画像はマージされる。加重平均又は同様のマージ技術を実行することによって、生体構造のより高い解像度の像とマージされた生体構造に関する現在の情報(例えば、器具、インプラント、カテーテル、等の配置)の両方を示す単一の画像が取得され得る。1つの例では、2つの画像の融合の複数のビューが、100%パルス画像から100%DRR画像までの範囲で提供され得る。ユーザインターフェイス125上のスライドボタンは、執刀医がこの融合範囲を望むように調整することを可能にする。
いずれかの所与の時点で取り込まれたイメージングは、全身の一部分の、限られた情報を含む。コリメーションは、例えば、組織の放射線被ばく量を下げるとともに、医師に向けられる放射線散乱を下げるが、取得される画像の視野を制限することを犠牲にする。補正位置でマージ又は交互にされたより大きい画像(例えば、術前若しくは術中に予め得られた、又はCTから得られたもの)のコンテキスト内で実際に最後に投影された画像を示すことは、より大きい身体構造への参照に組み込むことを可能にするよう、より小さい画像領域に関する情報を補うことができる。同じ画像レジストレーション技術は、新しい画像のビューの範囲に対応するベースライン画像内のより小さい領域にレジストレーションが適用されることを除いて、上述されたように適用される。
往々にして、特に、全体の密度が異なっている領域(胸部と隣接する腹部、頭部/頸部/頸椎と上胸郭)では、明りょうに視覚化され得るCアーム画像の領域は、取得された実際の画像のほんの一部に過ぎない。これは、身体のより大きいコンテキスト内に狭いビューを置く能力が制限される場合に、又は評価される必要がある領域が画像の不明りょうな部分にある場合に、医師にとっていらだたしいことがある。局所化された理想的な環境で夫々取り込まれた複数の画像をスティッチすることによって、より大きい画像が取得され得る。更には、現在の画像は、その相対位置によってぼやけた画像の部分を埋めるために、より大きいコンテキスト内に付加され得る。
上述されたように、画像処理デバイスは、現在の新しい画像とベースライン画像セットとの間で画像レジストレーションステップを実行する。このステップは、放射線散乱又は小さい障害物(例えば、コード、等)若しくはより一層大きいオブジェクト(例えば、ツール、器具、等)の形をしたノイズによって与えられる虚報を制限する。多くの場合に、それは、実施される手術にとって最も重要であるツール又は器具によって遮られている解剖学的画像の部分である。画像から障害物を取り除くことによって、手術はより安全且つより有効になり、医師は、知識の改善を継続するための力を与えられるようになる。ノイズが付加(例えば、古いフィルム、ベースライン単一FD画像、術前に取り込まれたスティッチされた蛍光透視ショット、等)又は理想化(例えば、CTデータから生成されるDRR)される前に取り込まれる画像を使用して、現在の画像とマージ又は交互にされた、そのような前の“明りょうな”画像を表示することは、それらのオブジェクトを、画像から見えなくなするか、又は濃いオブジェクトではなく影にする。それらが追跡されたオブジェクトである場合には、遮られている領域は更に強調を抑えられ得るか、あるいは、それからの情報は、数学的比較が実行されている間に除去され得、比較の速度及び正確さを更に改善する。
他の広範な態様に従って、本発明は、他の3Dイメージング手段よりも低減された放射線により準リアルタイムで患者の生体構造内の手術器具又はインプラントの3D多断面投影を提供するよう、それほどコスト又は大変な複雑さを付加せずに、従来の2D Cアームを用いて外科的処置及び他のインターベンションを容易にするシステム及び方法を含む。術前3D画像と組み合わせた2D Cアームの使用は、手術器具及びインプラントのポジションを2D又は3D画像の上に投影するために光学又は電磁トラッキング技術及び数学的モデルを使用する必要性を除く。代わりに、本発明における手術器具及びインプラントのポジションは、器具又はインプラントの直接的なCアーム撮像と、より正確な設置をもたらすこととによって、取得される。1つ以上の好適な実施形態に従って、手術器具又はインプラントの実際の2D Cアーム画像と、既知の寸法及びジオメトリの参照マーカー500(望ましくは、Cアーム及び手術器具からの角度ポジション情報を伴う。)とは、2D蛍光透視画像とレジストレーションされた3D画像内に手術器具及びインプラントを投影するために使用され得る。
本願は、2015年12月14日付けで出願された米国特許仮出願第62/266888号、及び2016年3月14日付けで出願された米国特許仮出願第62/307942号の非仮出願であり、それらに基づく優先権を主張するものである。なお、それらの先願は、その全文を参照により本願に援用される。
Claims (14)
- 手術野内の患者の内部構造の3次元表示を生成する方法であって、
手術野のベースライン3次元画像をプロセッシングデバイスのデジタルメモリ記憶ユニットへインポートすることと、
前記ベースライン3次元画像をDRRライブラリに変換することと、
放射線源及び受信器を有するイメージングデバイスを第1ポジションに位置付け、前記放射線源によって放射線ビームを生成し、前記受信器によって前記患者を透過した放射線ビームを捕捉することによって、前記手術野内に位置している放射線不透過性マーカーの第1レジストレーション画像を取得することと、
前記イメージングデバイスを第2ポジションに位置付け、前記放射線源によって放射線ビームを生成し、前記受信器によって前記患者を透過した放射線ビームを捕捉することによって、前記放射線不透過性マーカーの第2レジストレーション画像を取得することと、
前記第1レジストレーション画像及び前記第2レジストレーション画像を前記DRRライブラリにマッピングすることと、
前記第1ポジションに関する情報、前記第2ポジションに関する情報、前記第1レジストレーション画像及び前記第2レジストレーション画像を前記DRRライブラリと比較して前記第1レジストレーション画像及び前記第2レジストレーション画像と前記DRRライブラリとのアライメントを計算し、前記イメージングデバイス及び前記放射線不透過性マーカーに対する前記患者の標的位置を三角測量によって求めることと、
前記放射線不透過性マーカーの3D表現を前記ベースライン3次元画像上で表示することと
を有する方法。 - 前記イメージングデバイスを前記第1ポジションに位置付け、前記放射線源によって放射線ビームを生成し、前記受信器によって前記患者を透過した放射線ビームを捕捉することによって、前記放射線不透過性マーカーの第1術中画像を取得することと、
前記イメージングデバイスを前記第2ポジションに位置付け、前記放射線源によって放射線ビームを生成し、前記受信器によって前記患者を透過した放射線ビームを捕捉することによって、前記放射線不透過性マーカーの第2術中画像を取得することと、
前記第1術中画像及び前記第2術中画像をスケーリングすることと、
三角測量によって前記スケーリングされた第1術中画像及び前記スケーリングされた第2術中画像を前記ベースライン3次元画像にマッピングすることと、
前記放射線不透過性マーカーの術中3D表現を前記ベースライン3次元画像上で表示することと
を更に有する請求項1に記載の方法。 - 前記第1術中画像及び前記第2術中画像は、低線量放射線照射で取り込まれる、
請求項2に記載の方法。 - 前記ベースライン3次元画像は、CTスキャンである、
請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記イメージングデバイスは、Cアームである、
請求項1乃至4のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記放射線不透過性マーカーは、既知のジオメトリを有する、
請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記放射線不透過性マーカーは、マーカーを伴ったK−ワイヤ、椎弓根プローブ、突きぎり、タップ、又は椎弓根スクリューのうちの1つである、
請求項1乃至6のうちいずれか1つの方法。 - 前記イメージングデバイスの前記第1ポジションの位置及び前記イメージングデバイスの前記第2ポジションの位置を測定し、該ポジションの測定を前記プロセッシングデバイスの前記デジタルメモリ記憶ユニットに記録すること
を更に有する請求項1乃至7のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記イメージングデバイスは、前記デジタルメモリ記憶ユニットに記憶されている前記ポジションの測定に基づき前記第1ポジション又は前記第2ポジションのうちの一方へ自動的に回転される、
請求項8に記載の方法。 - 前記第1ポジションでの前記イメージングデバイスの第1回転角度及び前記第2ポジションでの前記イメージングデバイスの第2回転角度を測定し、該回転角度の測定を前記プロセッシングデバイスの前記デジタルメモリ記憶ユニットに記録すること
を更に有する請求項1乃至9のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記イメージングデバイスは、前記デジタルメモリ記憶ユニットに記憶されている前記回転角度の測定に基づき前記第1回転角度又は前記第2回転角度のうちの一方へ自動的に回転される、
請求項10に記載の方法。 - 前記放射線不透過性マーカーの測定の所定の組を前記プロセッシングデバイスの前記デジタルメモリ記憶ユニットにアップロードすること
を更に有する請求項1乃至11のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記放射線不透過性マーカーの幾何学的測定の組を決定し、該測定を前記プロセッシングデバイスの前記デジタルメモリ記憶ユニットに記憶すること
を更に有する請求項1乃至12のうちいずれか一項に記載の方法。 - 手術野内の患者の内部構造の3次元表示を生成する方法であって、
手術野の、CTスキャンであるベースライン3次元画像を、プロセッシングデバイスのメモリ記憶ユニットへインポートすることと、
前記ベースライン3次元画像をDRRライブラリに変換することと、
放射線源及び受信器を有するCアームであるイメージングデバイスを第1ポジションに位置付け、前記放射線源によって放射線ビームを生成し、前記受信器によって前記患者を透過した放射線ビームを捕捉することによって、前記手術野内に位置している放射線不透過性マーカーの第1レジストレーション画像を取得することであり、前記放射線不透過性マーカーが既知のジオメトリを有する、前記取得することと、
前記イメージングデバイスを第2ポジションに位置付け、前記放射線源によって放射線ビームを生成し、前記受信器によって前記患者を透過した放射線ビームを捕捉することによって、前記放射線不透過性マーカーの第2レジストレーション画像を取得することと、
前記第1レジストレーション画像及び前記第2レジストレーション画像を前記DRRライブラリにマッピングすることと、
前記第1ポジションに関する情報、前記第2ポジションに関する情報、前記第1レジストレーション画像及び前記第2レジストレーション画像を前記DRRライブラリと比較して前記第1レジストレーション画像及び前記第2レジストレーション画像と前記DRRライブラリとのアライメントを計算し、前記Cアーム及び前記放射線不透過性マーカーに対する前記患者の標的位置を三角測量によって求めることと、
前記放射線不透過性マーカーの3D表現を前記ベースライン3次元画像上で表示することと、
前記イメージングデバイスを前記第1ポジションに位置付け、前記放射線源によって放射線ビームを生成し、前記受信器によって前記患者を透過した放射線ビームを捕捉することによって、前記放射線不透過性マーカーの第1術中画像を取得することと、
前記イメージングデバイスを、前記第2ポジションに位置付け、前記放射線源によって放射線ビームを生成し、前記受信器によって前記患者を透過した放射線ビームを捕捉することによって、前記放射線不透過性マーカーの第2術中画像を取得することと、
前記放射線不透過性マーカーの前記既知のジオメトリに基づき前記第1術中画像及び前記第2術中画像をスケーリングすることと、
三角測量によって前記スケーリングされた第1術中画像及び前記スケーリングされた第2術中画像を前記ベースライン3次元画像にマッピングすることと、
前記放射線不透過性マーカーの術中3D表現を前記ベースライン3次元画像上で表示することと
を有する方法。
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