(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の骨の取り込み投影画像におけるモーションアーチファクトを修正するための方法であって、前記モーションアーチファクトが、画像化システムによる前記投影画像の取り込み間の、前記画像化システムの座標系に対する前記骨の動作により引き起こされる、方法において、
前記骨の第１の取り込み投影画像を表す第１の画像データセットを入手することであって、前記画像化システムが、前記座標系における第１の配置を有した、第１の画像データセットを入手することと、
同じ前記骨の第２の取り込み投影画像を表す第２の画像データセットを入手することであって、前記画像化システムが、前記座標系における第２の配置を有し、前記第２の取り込み投影画像が、前記第１の取り込み投影画像とは異なる方向からである、第２の画像データセットを入手することと、
第１の画像データセットから、前記第１の取り込み投影画像における、前記骨の少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を同定することと、
前記少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の投影位置を定めるように、前記骨の前記少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を、前記第２の取り込み投影画像へと投影することと、
前記第２の画像データセットからの前記骨の同じ前記解剖学的ランドマーク点の位置を、前記骨の前記少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の前記投影位置へマッピングするために必要とされる変換を決定することであって、そのように決定された前記変換が、前記第２の画像が取り込まれた場合の、前記画像化システムに対する前記骨の真の位置を、前記取り込み投影画像それ自体を変更することなく、決定することが可能である、変換を決定することと、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の前記投影位置と、前記第２の画像における同じ前記解剖学的ランドマークの位置との間の分離を決定すること、
をさらに含み、
前記変換を決定することが、前記分離を最小化することを含む、方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
複数の解剖学的ランドマーク点が用いられる、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
前記少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を投影することが、前記第１の画像における前記第１の解剖学的ランドマーク点の前記位置を前記画像化システムの三次元座標系へと変換し、その後、前記画像化システムの前記三次元座標系から、前記第２の画像における位置へと変換することを含む、方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法において、
前記変換を決定することが、パラメータ化された変換を適用することを含み、
前記パラメータが、最小化の間に変化する、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
３つの回転角、および３つの平行移動がパラメータ化される、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
前記第１および第２の画像における前記解剖学的ランドマークの位置を決定するために、前記画像化システムのＸ線ビームの画像平面上における直交する入射の前記取り込み画像における位置を用いること、
をさらに含む、方法。
【請求項８】
請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の方法において、
前記画像化システムが、Ｘ線画像化システムである、方法。
【請求項９】
請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の方法において、
前記第１の画像データセット、前記第２の画像データセット、および前記変換を用いて、前記骨の統計的形状モデルを例示化すること、
をさらに含む、方法。
【請求項１０】
コンピュータプログラムコードにおいて、
請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の方法を実行するために、データ処理装置により実行可能である、コンピュータプログラムコード。
【請求項１１】
コンピュータ読み取り可能な媒体において、
請求項１０に記載のコンピュータプログラムコードを有する、コンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項１２】
対象の骨の取り込み投影画像におけるモーションアーチファクトを修正するための画像処理システムであって、前記モーションアーチファクトが、画像化システムによる前記投影画像の取り込み間の、前記画像化システムの座標系に対する前記骨の動作により引き起こされる、画像処理システムにおいて、
前記画像処理システムが、
少なくとも第１の保存装置であって、
前記画像化システムが前記座標系における第１の配置を有した場合に、前記骨の第１の取り込み投影画像を表す、第１の画像データセット、および、
前記画像化システムが前記座標系における第２の配置を有した場合に、同じ前記骨の第２の取り込み投影画像を表す、第２の画像データセットであって、前記第２の取り込み画像が、前記第１の取り込み画像とは異なる方向からである、第２の画像データセット、
を保存する、少なくとも第１の保存装置と、
コントローラであって、
前記第１の画像データセットから、前記第１の取り込み投影画像における前記骨の少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を同定すること、
前記少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の投影位置を定めるように、前記骨の前記少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を、前記第２の取り込み投影画像へと投影すること、および、
前記第２の画像データセットからの前記骨の同じ前記解剖学的ランドマーク点の位置を、前記骨の前記少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の前記投影位置へマッピングするために必要とされる変換を決定することであって、そのように決定された前記変換が、前記第２の画像が取り込まれた場合の、前記画像化システムに対する前記骨の真の位置を、前記取り込み投影画像それ自体を変更することなく、決定することが可能である、変換を決定すること、
が可能である、コントローラと、
を含む、画像処理システム。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
本発明は画像処理に関し、具体的には、画像間の対象の任意の動作を補正するように画像を処理するための方法、および装置に関する。
【０００２】
体の内部構造、特に骨の画像を取り込むために、様々な画像化技術が、アナログであろうとデジタルであろうと、医学的応用では広く用いられている。ある応用では、体の部分の複数の画像を取り込むことが有用であることがある。ある応用では、画像取り込み間に、体の部分が動くかどうかは問題にはならない。しかしながら、他の応用では、画像取り込み間に、体の部分が静止したままであることが重要であることがある。たとえば、異なる方向からの体の同じ部分の画像が必要とされる応用では、画像取り込み間に体の部分にまったく動作がないことが重要であることがあるが、そうでないならば、画像における特徴が、体の部分の真性の特徴であるのか、画像取り込み間の体の部分の動作により生み出されたアーチファクト(artefact)であるのかを決定することは困難である可能性がある。
【０００３】
たとえば、体の部分の統計的形状モデルを例示化するために、同じ体の部分の複数のＸ線画像を用いることがある。もしＸ線画像取り込み間に体の部分の動作が存在するならば、例示化されたモデルはあまり正確でないかもしれない。というのは、純粋な画像データよりもむしろ、画像データセットにおけるアーチファクトに適合しようとするからである。
【０００４】
既知の配置を有する基準を用いることがあり、その結果、基準を含んでいる取り込み画像から、基準に対する体の部分の位置を決定することができる。しかしながら、２つの投影画像を取得する間に経過する時間に、１つの座標系に画像を登録するために用いられるべき基準に対して、対象が動くかもしれない。軟組織（たとえば、心臓）を画像化する場合に、または、もし基準が目的物にしっかりと取り付けられていないならば、脚や腕といった四肢を画像化する場合に、このことが起こるかもしれない。たとえば、術前の骨モデル計算では、キャリブレーションオブジェクトが、体の部分にしっかりと取り付けられていないことがある（特に、肥満患者において、または、骨盤、大腿骨、上腕骨などに対して）。
【０００５】
体の硬い部分（たとえば、骨）の動作の場合や画像が少ない場合、モーションアーチファクト(motion artefact)は容易には認識されないかもしれないし、画像化システム配置の誤った再構築が起こるかもしれない。
【０００６】
米国特許出願公開第２００５／０２２０２６４ Ａ１号は、任意の動きを無効にするように、投影画像を修正する技術を説明している。しかしながら、画像修正によって、改ざんアーチファクトに起因する誤差がしばしば起こっている。
【０００７】
したがって、画像取り込み間の体の部分の動作の結果生じた、画像データにおけるアーチファクトの存在を少なくできることには、利点があるだろう。
【０００８】
本発明の第１の態様によると、画像化システムによる画像の取り込み間の体の部分の動作により引き起こされた、対象の体の部分の取り込み画像におけるモーションアーチファクトを修正するための方法を提供する。体の部分の第１の取り込み画像を表す第１の画像データセットであって、画像化システムが第１の配置を有した、第１の画像データセットを提供する。体の同じ部分の第２の取り込み画像を表す第２の画像データセットであって、画像化システムが第２の配置を有した、第２の画像データセットを提供する。第２の取り込み画像は、第１の取り込み画像とは異なる方向からである。第１の画像データセットを用いて、第１の取り込み画像において、少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を同定する。第１の解剖学的ランドマーク点の位置を、第２の取り込み画像へ投影する。第１のランドマークからの逆投影情報を用いることができる。第２の画像データセットの同じ解剖学的ランドマーク点の位置を第１の解剖学的ランドマークの投影位置へマッピングするために必要とされる変換を決定する。このように決定された変換は、第２の画像が取り込まれた場合に、画像化システムに対する体の部分の真の位置を意味するか、または、その位置を入手するために用いることができる。
【０００９】
したがって、本発明は、取り込み画像で検出可能な体の部分の位置における変化に応じて、画像化配置を修正するアプローチに基づいている。このことは、画像を未変化のままにし、それゆえ、画像それ自体を修正することに基づくアプローチで起こることがあるアーチファクトをもたらさない。
【００１０】
ある位置を第１の画像から三次元（３Ｄ）空間へと逆投影することにより、逆投影射線に沿った三次元空間における一連の位置が生ずる。これらの位置を第２の画像に投影することにより、第２の画像における線を生ずる。投影位置は、第２の画像の線に対応しうる。線の長さは、最大値および最小値により規定することができる。
【００１１】
本方法は、第２の画像において、第１の解剖学的ランドマーク点についての投影位置（すなわち、線）と同じ解剖学的ランドマークの位置との分離を決定することをさらに含む。第２の画像における投影線と同じランドマークの位置との垂直分離により、分離を決定することができる。
【００１２】
変換を決定することには、分離を最小化することが含まれうる。正規化値として、分離を表現することができ、好ましくは単位元に対して、分離を正規化することができる。
【００１３】
シンプレックスアルゴリズム(Simplex algorithim)のような、様々な最小化アルゴリズムを用いることができる。
【００１４】
複数の異なる解剖学的ランドマーク点を用いることができる。たとえば、体の所与の部分について、少なくとも３つの異なる解剖学的ランドマーク点を用いることができる。
【００１５】
少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を投影することには、第１の画像における第１の解剖学的ランドマーク点の位置を、画像化システムの三次元座標系へと変換することが含まれうる。位置を投影することには、画像化システムの三次元座標系から第２の画像における位置へと変換することが、さらに含まれうる。好ましくは、変換マトリクスを用いる。
【００１６】
変換を決定することには、パラメータ化された変換を適用することが含まれうる。最小化の間、パラメータは変化することができる。変換マトリクスを用いて、変換を適用することができる。
【００１７】
角回転、および／または、平行移動をパラメータ化することができる。好ましくは、３つの回転角、および３つの平行移動をパラメータ化する。
【００１８】
本方法は、画像化システムの正規直交入射の取り込み画像における位置を用いて、第１および第２の画像における解剖学的ランドマークの位置を決定することをさらに含みうる。
【００１９】
様々なタイプの画像化システムにより取り込まれた画像に、本方法を適用しうる。画像化システムは、Ｘ線画像化システムでありうるし、好ましくは、デジタルＸ線画像化システムでありうる。このようなシステムは、特に骨を画像化するために適しており、その場合、画像化されるべき体の部分は、少なくとも１つの骨を含むことができる。
【００２０】
好ましくは、画像化された体の部分には、対象の体の少なくとも１つの関節の、少なくとも一部分、または全体が含まれる。体の部分は、膝関節、足関節、股関節、肩関節、脊椎関節、および同様のものでありうる。
【００２１】
本方法は、第１の画像データセット、第２の画像データセット、および変換を用いて、統計的形状モデルを例示化することをさらに含みうる。
【００２２】
本方法は、第１および第２の画像を取り込むことをさらに含みうる。
【００２３】
本発明のさらなる態様は、本発明の方法態様を実行するための、データ処理装置により実行可能なコンピュータプログラムコードを提供する。本発明のさらなる態様は、このようなコンピュータプログラムコードを有するコンピュータ読み取り可能な媒体である。
【００２４】
本発明のさらなる態様は、画像化システムによる画像の取り込み間の、画像化システムの座標系に対する体の部分の動作により引き起こされた、対象の体の部分の取り込み画像におけるモーションアーチファクトを修正するための画像処理システムを提供する。画像処理システムには、少なくとも第１の保存装置であって、体の部分の第１の取り込み画像を表す第１の画像データセットであって、画像化システムが第１の配置を有した、第１の画像データセットと、体の同じ部分の第２の取り込み画像を表す第２の画像データセットであって、画像化システムが第２の配置を有し、第２の取り込み画像が、第１の取り込み画像とは異なる方向からである、第２の画像データセットとを保存する、少なくとも第１の保存装置が含まれうる。また、コントローラであって、第１の画像データセットからの第１の取り込み画像における少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を同定し、少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を、第２の取り込み画像へと投影し、第２の画像データセットの同じ解剖学的ランドマーク点の位置を第１の解剖学的ランドマークの投影位置へマッピングするために必要とされる変換を決定するように構成された、コントローラ、または、そのようなことが可能である、コントローラをも提供することができる。このように決定された変換は、第２の画像が取り込まれた場合に、画像化システムに対する体の部分の真の位置を意味するか、または、その位置を入手するために用いることができる。
【００２５】
本発明の実施態様を例示の目的のみで、添付の図面を参照して説明する。異なる図面における同様の項目は、別に指示しない限り、共通の参照番号を共有する。
【００２６】
一般的に、本発明の方法は、異なる角度から撮られた骨の投影画像の特徴を用いる。投影画像における骨ランドマークを同定する。既知の画像化配置について、１つの投影画像中に同定されたランドマークの位置を、他の各々の投影画像の軌道へ平行移動させる。本明細書では、「画像化配置(imaging geometry)」とは、各々の投影画像についての画像平面に対する、投影画像の源の相対的な位置を意味する。
【００２７】
もし第２の画像、また任意のさらなる画像において、同じランドマークを同定するならば、本方法は、同じランドマークが、画像化配置により予測されるだろう軌道上にあるかどうかを決定する。もしそうでないならば、画像化配置は誤って推定されている。このことは、基準を含むキャリブレーションオブジェクトが、目的物（たとえば、骨）にしっかりと取り付けられていないならば起こりうる。あるいは、より一般的には、２つの取得の間に、キャリブレーションオブジェクトに対して、骨が動いたためであろう。
【００２８】
本発明は、異なる角度から撮られた同じ骨の２つ以上の画像間の、空間関係に興味がある。もし、キャリブレーションオブジェクトに対して骨が動くならば、この動作を説明する変換を画像化配置に導入するべきである。変換のパラメータは、正しい変換（すなわち、第１の画像のランドマークから計算された軌道と可能な限り近い、第２の画像のランドマークをもたらす変換）が見出されるまで、変化する。したがって、正しい変換は、２つの画像が異なる方向から取り込まれた同じ骨のものであるために、どのように骨が移動するにちがいないかということと関係する。それから、２つの画像が共通基準系で利用可能であるために必要とされるような他の応用（たとえば、統計的形状モデルを例示化すること）において、変換を用いることができる。
【００２９】
本発明の方法は、投影画像が表面上の点を示さないが、構造全体にわたる投影を示すという点で、写真測量アプローチとは異なる。それゆえ、本方法は、画像間の三次元空間において明らかな対応のある、より少ない構造のままである。
【００３０】
また、本方法は、フーリエ変換法を用いたアラインメント法とも異なっている。このような方法は、画像化配置が、画像間で似通っている（たとえば、直交投影配置）という仮定に基づいている。しかしながら、円錐ビーム投影の中心ビームが、画像の一部である必要はないだろう。
【００３１】
高次のレベルで本発明の方法を説明してきたが、ここで図面を参照して、より詳細な説明を提供する。
【００３２】
図１は、本発明の画像修正方法１００を説明するフローチャートを示す。術前に、手術の直前か手術の少し前かのいずれかに、患者の体の部分の少なくとも２つの画像を、画像化システムにより異なる方向から取り込む１０２。同じ体の部分の異なる方向から少なくとも２つの画像を取り込むことによって、その体の部分についての三次元構造情報を入手することができる。
【００３３】
図２は、画像取り込み工程１０２を実行するために用いられるシステム２００を説明する概略図を示す。デジタルＸ線画像化システム２０２の形態の画像化システム２０２には、Ｃ型アーム２０６の第１の末端に取り付けられたＸ線源２０４、およびＣ型アームの第２の末端におけるデジタルＸ線画像検出器２０８が含まれる。他の実施態様では、アナログＸ線システムを用いることもあり、Ｘ線フィルムからの画像は処理のためにデジタル化される。画像取り込みをコントロールし、両矢印２１２により示されているようにＣ型アームを円周上に動かすための様々な電子機器を含むハウジング２１０の上に、Ｃ型アームを取り付ける。
【００３４】
患者２１４は支持表面２１６上に横になり、画像化する患者の部分（示された例では、患者の膝関節）をＸ線ビームが通過するように位置付けられる。Ｘ線キャリブレーションファントム(calibration phantom)２１８も、患者の膝の近くの支持表面上に置かれるため、キャリブレーションファントムも取り込み画像中に存在する。Ｘ線キャリブレーションファントムは、本分野では一般的に知られており、相対的な位置および分離の点で既知の空間配列を有する、多くのＸ線不透過の基準マーカーを含む。ファントムの基準を含む画像を取り込んだＸ線源の位置を、本分野で一般的に理解されるやり方で、取り込み画像における基準の見た目に基づいた配置を用いて、決定することができる。
【００３５】
図２に示されるように、第１のＸ線画像は、第１の位置のＸ線源２０４およびＸ線検出器２０８により取り込まれ、それから、少なくとも第２のＸ線画像が、第２の位置のＸ線源２０４’およびＸ線検出器２０８’（図２において点線で示されている）により取り込まれる。骨の少なくとも２つの異なる方向からの画像を取り込むが、２つよりも多い異なる方向から画像を取り込むことにより、本方法の正確性および信頼性を改善することができる。画像化システムに対する任意座標フレーム２２０を図２に示す。ご覧のとおり、Ｃ型アームはｙ軸周りに旋回し、二次元Ｘ線画像が一般的にｘ−ｙ平面に取り込まれる。
【００３６】
図３は、ｘ−ｙ平面３０２に投影された、画像化システムにより取り込まれた患者の大腿骨頭の２つの放射線写真３００を示す。第１の放射線写真３０４は、第１の位置におけるＸ線源により取り込まれ、第２の放射線写真３０６は、第２の位置におけるＸ線源により取り込まれた。第１の放射線写真は、患者の大腿骨頭３０８およびキャリブレーションファントム２１８の基準３１０の第１の投影画像を含む。第２の放射線写真は、患者の大腿骨頭３１２およびキャリブレーションファントム２１８の基準３１４の第２の投影画像を含む。点３１８は、Ｘ線ビームが第１の画像に対する画像平面上に直交入射し、座標（ｘ０１，ｙ０１）である、ｘ−ｙ平面における点を記す。点３２０は、Ｘ線ビームが第２の画像に対する画像平面上に直交入射し、座標（ｘ０２，ｙ０２）である、ｘ−ｙ平面における点を記し、図３に示すとおり、実際には取り込み画像中には落ちないかもしれない。また、図３には、第１の画像３０４における第１および第２の解剖学的ランドマーク点の位置３２２、３２４（たとえば、大腿骨の中心、および大転子の先端）、ならびに第２の画像３０６における同じ２つの解剖学的ランドマーク点の位置３２６、３２８が示されている。
【００３７】
図３は、第１および第２の画像の取り込み間に、患者の体の部分の動作が全くないというシナリオを説明している。Ｘ線源がｙ軸周りに回転するので、画像平面は回転しない。むしろ、画像平面はｘ−ｙ平面に単純に平行移動する。画像における基準の位置３１０、３１４および入射の直交点の位置３１８、３２０から、各画像について三次元座標系へ逆投影して、Ｘ線源があるにちがいない位置を決定し、それにより、取り込み画像中に存在する基準の画像を生成することが可能である。画像間の参照フレーム２２０において、骨にまったく動作がないならば、骨の画像における任意の違いは、画像化配置および骨の実際の形状における違いのみによるものであるにちがいない。したがって、異なる画像化配置が基準から決定されうるので、両方の画像を同時に用いて、骨の三次元形状の正確な再構築のために、骨の三次元統計的形状モデルを例示化することが可能である。
【００３８】
図３に示すとおり、画像３０４における骨画像の位置３０８、および画像３０６における骨画像の位置３１２は、一般的に同じである。すなわち、画像取り込み間の骨画像の位置において、まったく変化がなかった。このことは、骨の特定の動作が起こらなかったことを意味する。しかしながら、もし骨が画像取り込み間にｘ軸方向にのみ平行移動するならば、画像内の骨のこの動作を、ｙ軸周りのＣ型アームの回転（一般的に、ｘ軸方向の画像平面の平行移動をもたらす）による画像それ自体の動作と区別することはできないだろう。
【００３９】
図４Ａは、ｚ−ｘ平面における画像化配置４００の図解を示す。図４Ｂは、図３と同様に、ｙ−ｘ平面における、対応する第１および第２の取り込み投影画像４０２を示すが、画像における基準点および直交入射の位置は省略されている。第１の画像４０４は、第１の位置４１０におけるＸ線源により取り込まれ、第２の画像４０６は、第２の位置４０８におけるＸ線源により取り込まれた。画像４０４は、患者の大腿骨４１２の画像を含み、２つの解剖学的ランドマーク、すなわち大腿骨頭の中心４１４および大転子の先端４１６を含む。工程１０４では、取り込み骨画像における複数の解剖学的ランドマークの位置（たとえば、位置４１４および４１６）を同定する。
【００４０】
以下の式において、ベクトルは先頭単位元(leading unit element)を含み、組み合わされた回転および平行移動についてのマトリクス変換の表記を容易にする（すなわち、同次座標アプローチを用いる）。
【００４１】
画像１における第ｉ番目のランドマークの位置は、
【数１】
0005547070.tif 000002
であり、画像２における第ｉ番目のランドマークの位置は、
【数２】
0005547070.tif 000003
である。
【００４２】
工程１０４で、画像におけるランドマーク点４１６を三次元空間に逆投影すると、線４１８により示されるように、Ｘ線源の位置４１０になる。Ｘ線源の位置４０８は、上記のとおり、画像４０６における基準点の画像から決定されうる。実際には、第１の画像における点４１６は、マトリクス
【数３】
0005547070.tif 000004
（ただし、
【数４】
0005547070.tif 000005
）を用いて、共通の三次元座標系に変換され、画像における点からＸ線源の位置までの射線４１８上の位置をコード化する。Ｘ線源４１０は、ｚ軸上のｚ＝０の点にあると考えられる。ｚ軸上の画像平面４０４の位置はｚ０と記され、ｚ１およびｚ２は、図４Ａに示すとおり、目的の画像量が含まれる高さであり、ｚ０＞ｚ１＞ｚ２である。工程１０６で、線４１８に沿った三次元空間における最大位置４２０および最小位置４２２は、λを０および１に設定することにより規定される。
【００４３】
それから、工程１１０で、三次元空間における最大位置４２０および最大位置４２２を、第２の画像４０６へと投影し、最大位置および最小位置に対応する第２の画像における点４２４、４２６により、第２の画像における線４２８が規定される。実際には、最大位置４２０および最小位置４２２は、マトリクス
【数５】
0005547070.tif 000006
を用いて、第２の画像に投影することができる。
【００４４】
第２の画像４０６において、点４３０、４３２は、同じ解剖学的ランドマーク４１４、４１６に対応する。工程１１２で、投影線４２８とランドマークとの間の直交距離４３４を決定する。以下の式に入力するために、直交線４３４の長さを、長さ１に対して正規化する。このように、ランドマークから投影線上の任意の点に向かうベクトルを有する正規化線のスカラー積は、直交距離を生む。正規化直交距離は以下の式において“ortholine”と呼ばれている。戻り線１１４により示されるように、上記の過程は一般的に、工程１０４で画像中に同定されたｎ個すべての解剖学的ランドマークに対して実行される。
【００４５】
それから、工程１１６で、第１の曝露および第２の曝露に対する骨のランドマークの三次元位置間の変換Ｔ３Ｄ１→３Ｄ２が見られる。その変換は、第２の画像におけるｎ個すべてのランドマーク点と、対応する投影線との間の直交線の長さ（たとえば、線４２８とランドマーク４３０との間の直交線４３４の長さ）を最小化する。すなわち、
【数６】
0005547070.tif 000007
（ただし、ｐは変化することができる変換パラメータ、ｐ＝（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ，α，β，γ）（たとえば、回転角および平行移動）を含む）。変換は、
【数７】
0005547070.tif 000008
（ただし、ｄは変位ベクトルであり、Ｒは、ｘ，ｙ，ｚ軸周りの回転角α，β，γである回転マトリクス
【数８】
0005547070.tif 000009
）としてパラメータ化することができる。
【００４６】
最小化のために用いられるアルゴリズムは、シンプレックスアルゴリズムのような最小化のための標準アルゴリズムでありうる。したがって、最小化のための最終的な変換パラメータは、工程１１８で決定することができ、画像化された体の部分の位置を第１の曝露から第２の曝露へマッピングするだろう変換を特定することができる。したがって、患者の体に関連するモーションアーチファクトは、取り込み画像データから取り除くことができ、それにより、画像データはより正確に体の部分の形状のみを提示する。変換パラメータにより、第２の画像が取り込まれた時に、骨に対するＸ線源の真の位置を決定することが可能である。
【００４７】
たとえば、図４Ｂにおいて、第２の画像４０６における骨画像の下方向の変化は、画像取り込み間の、ｙ軸方向の患者支持体上の患者の動作の結果かもしれない。変換パラメータを用いると、その患者モーションアーチファクトを、画像化配置の再構築に効果的に組み込むことができ、それにより、骨画像間の明らかな違いは、取得間の画像配置の違いを主に反映するだろう。本発明は、画像それ自体を実際には変更せず、むしろ画像化配置の再構築を変更する。
【００４８】
一般的に、患者の体の部分には、起こりうる３つの回転および３つの平行移動がある。第２の投影画像の前にＸ線システムがｙ軸周りに回転すると仮定すると、ｘ軸方向の平行移動は容易には同定できない。というのは、逆投影射線上のランドマークの未知の位置によりもたらされる同様の効果により隠されるためである。ｙ軸方向の平行移動は、第２の画像において、すべてのランドマークを上または下に移動させるだろう。ｚ軸方向の平行移動は、ランドマーク間の間隔を広げたり狭めたりするだろう。ｙ軸周りの回転は、すべてのランドマークが同じ線上に存在するので、検出するのが難しい。ｘ軸周りの回転は、ｚ軸に沿った平行移動と同様の効果があるが、実際には、ｚ軸に沿った平行移動は、患者が成すには非常に難しい動作であり、したがって起こる見込みがない。ｚ軸周りの回転は、ランドマークの位置に応じて、第２の画像において異なる大きさのランドマーク位置変化をもたらすだろう。もしランドマークのｘ座標が回転軸に近いならば、第２の画像において、あまり動作が見られないだろう。もしランドマークのｘ座標が、回転軸からかなり離れているならば、第２の画像において、より大きな量の動作が見られるだろう。
【００４９】
したがって、Ｘ線源の回転により影響されるものと同じ平面において起こる変位または回転は、検出されないだろう。たとえば、図１に示されるように、Ｘ線源がｙ軸周りに回転するならば、ｘ軸に沿った骨の変位は検出するのが難しいだろう。同様に、ｙ軸周りの骨の回転は検出するのが難しいだろう。というのは、これらのパラメータにより説明することができる変位は、第１の画像におけるランドマークの投影線に沿うが、その線に対して垂直な変位の成分をまったく含まない、第２の画像におけるランドマークの変位をもたらすからである。ｚ軸に沿った変位は、ｘ軸周りの回転と区別するのが難しいだろうが、画像化される所与の骨構造に対して起こりそうなのは１つだけである。ｙ軸における任意の変位、またはｘ軸もしくはｚ軸周りの任意の回転を、本方法により修正することができる。
【００５０】
上記に説明した本発明の例示的な応用では、近位大腿骨のモデルを作るための２つの異なる角度からの２つのＸ線の記録に対して、修正を適用する。Ｘ線源は、第２の曝露に対する体の主軸の周りを回転する。この場合、修正できないパラメータは、骨の側面動作、骨の垂直動作、および骨の内向き／外向きの回転である。はじめの２つは、骨盤が、Ｘ線取得の間、テーブル上にしっかり据え付けられるだろうから起こる見込みはない。骨の内向き／外向きの回転は、（標準法の後）Ｘ線を取得する前に、内側に回転し、その回転中、脚を（たとえば、足部分で）固定することによって、防止することができる。この状況では、脚の湾曲または外転が、最も起こりそうな動作アーチファクトであり、これらは両方とも説明した方法を用いて修正することができる。
【００５１】
うまくいく修正のために必要とされるランドマークの数は、応用に依存する。上記に述べた自由度３を修正するための最小数は、３つのランドマークである。近位大腿骨の例では、これらのランドマークは、（ｉ）大腿骨頭の中心、（ｉｉ）大転子の先端の内側部、および（ｉｉｉ）小転子の最近位部でありうる。
【００５２】
もし統計的形状モデルを例示化するために、Ｘ線画像を用いるならば、工程１１８で、変換パラメータを入手する。第１のＸ線画像を、統計的形状モデル由来のデジタル再構築された放射線写真と比較する。統計的形状モデルから第２のデジタル再構築された放射線写真を作るために、第２の画像の元のＸ線取り込みにおけるのと同じモーションアーチファクトを、投影間に適用して、実際の画像化配置を再構築する。
【００５３】
本発明は、統計的形状モデルによる使用に限定されず、ラジオステレオメトリック分析(radiostereometric analysis)（ＲＳＡ）タイプの方法で用いて、モーションアーチファクトを修正することもできる。
【００５４】
Ｘ線画像は、支持体上の患者を取り込む必要はない。たとえば、Ｘ線画像は、膝立ちした患者または立っている患者を取り込むことができる。さらに、Ｘ線画像は、Ｘ線または他の画像化モダリティによって画像化できる、骨格の任意の部分を取り込むことができるが、特に、骨および関節に適している。
【００５５】
より多くのランドマークを同定する場合に、本方法の正確性を高めることができる。自動化画像処理方法を用いてランドマークを同定することによっても、正確性を高めることができる。しかしながら、同じランドマークを２つの投影画像上に投影することが重要である。たとえば、このことは骨の輪郭に対しては、必ずしも必要とされない。どこから骨を画像化するかに応じて、投影画像において、骨表面の異なる部分が顕著になるかもしれない。
【００５６】
別の実施態様では、骨のランドマークとして投影画像中に示されるような、小型の埋め込み粒子を用いることができる。これらの粒子は、画像を評価するソフトウェアを用いて自動的に認識することができる。
【００５７】
Ｘ線システムにより取り込まれたデジタル画像を表すデータセットにアクセスできる画像処理システムに、本発明の方法を組み込むことができる。画像処理システムを、Ｘ線画像化システムの一部分として、独立のシステムとして、または別のシステムの一部分（たとえば、コンピュータ支援の手術システムの一部分）として提供することができる。たとえば、画像処理システムを、コンピュータ支援の手術システムのモデリングシステムの一部分として提供することができるし、本方法により生成された画像データおよび変換データを、統計的形状モデリングに提供して、画像が取り込まれた場合に、Ｘ線画像および画像化システムに対する骨の真の位置に基づいて、より正確な統計的形状モデルを生成することができる。画像化処理システムは、ハードウェアにその全体を実装することができ、または、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせとして実装することができる。
【００５８】
本発明の上記の説明において、画像の様々な特徴（たとえば、画像における線）について言及してきたことが理解されるだろう。しかしながら、画像のこのような特徴が生成され表示されることが必要でないことが理解されるだろう。むしろ、必要なのは、データにより（たとえば、数学的に）表されるこのような特徴が、本発明のために機能することのみであり、したがって、このような特徴に言及している説明および特許請求の範囲の用語は、これにしたがって解釈されるべきである。
【００５９】
〔実施の態様〕
なお、本願の実施態様は以下のとおりである。
（１）対象の体の部分の取り込み投影画像におけるモーションアーチファクトを修正するための方法であって、前記モーションアーチファクトが、画像化システムによる前記画像の取り込み間の、前記画像化システムの座標系に対する前記体の部分の動作により引き起こされる、方法において、
前記体の部分の第１の取り込み画像を表す第１の画像データセットを入手することであって、前記画像化システムが、前記座標系における第１の配置を有した、第１の画像データセットを入手することと、
同じ前記体の部分の第２の取り込み画像を表す第２の画像データセットを入手することであって、前記画像化システムが、前記座標系における第２の配置を有し、前記第２の取り込み画像が、前記第１の取り込み画像とは異なる方向からである、第２の画像データセットを入手することと、
第１の画像データセットから、前記第１の取り込み画像における、少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を同定することと、
前記少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を、前記第２の取り込み画像へと投影することと、
前記第２の画像データセットからの同じ前記解剖学的ランドマーク点の位置を、前記少なくとも第１の解剖学的ランドマークの前記投影位置へマッピングするために必要とされる変換を決定することであって、そのように決定された前記変換が、前記第２の画像が取り込まれた場合の、前記画像化システムに対する前記体の部分の真の位置を入手するために用いられる、変換を決定することと、
を含む、方法。
（２）実施態様（１）に記載の方法において、
前記少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の前記投影位置と、前記第２の画像における同じ前記解剖学的ランドマークの位置との間の分離を決定すること、
をさらに含み、
前記変換を決定することが、前記分離を最小化することを含む、方法。
（３）実施態様（１）または（２）に記載の方法において、
複数の解剖学的ランドマーク点が用いられる、方法。
（４）実施態様（１）に記載の方法において、
前記少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を投影することが、前記第１の画像における前記第１の解剖学的ランドマーク点の前記位置を前記画像化システムの三次元座標系へと変換し、その後、前記画像化システムの前記三次元座標系から、前記第２の画像における位置へと変換することを含む、方法。
（５）実施態様（２）に記載の方法において、
前記変換を決定することが、パラメータ化された変換を適用することを含み、
前記パラメータが、最小化の間に変化する、方法。
【００６０】
（６）実施態様（５）に記載の方法において、
３つの回転角、および３つの平行移動がパラメータ化される、方法。
（７）実施態様（１）に記載の方法において、
前記第１および第２の画像における前記解剖学的ランドマークの位置を決定するために、前記画像化システムの正規直交入射の前記取り込み画像における位置を用いること、
をさらに含む、方法。
（８）実施態様（１）〜（７）のうちのいずれか１項に記載の方法において、
前記画像化システムが、Ｘ線画像化システムである、方法。
（９）実施態様（１）〜（８）のうちのいずれか１項に記載の方法において、
前記第１の画像データセット、前記第２の画像データセット、および前記変換を用いて、前記体の部分の統計的形状モデルを例示化すること、
をさらに含む、方法。
（１０）コンピュータプログラムコードにおいて、
実施態様（１）〜（９）のうちのいずれか１項に記載の方法を実行するために、データ処理装置により実行可能である、コンピュータプログラムコード。
【００６１】
（１１）コンピュータ読み取り可能な媒体において、
実施態様（１０）に記載のコンピュータプログラムコードを有する、コンピュータ読み取り可能な媒体。
（１２）対象の体の部分の取り込み投影画像におけるモーションアーチファクトを修正するための画像処理システムであって、前記モーションアーチファクトが、画像化システムによる前記画像の取り込み間の、前記画像化システムの座標系に対する前記体の部分の動作により引き起こされる、画像処理システムにおいて、
前記画像処理システムが、
少なくとも第１の保存装置であって、
前記画像化システムが前記座標系における第１の配置を有した場合に、前記体の部分の第１の取り込み画像を表す、第１の画像データセット、および、
前記画像化システムが前記座標系における第２の配置を有した場合に、同じ前記体の部分の第２の取り込み画像を表す、第２の画像データセットであって、前記第２の取り込み画像が、前記第１の取り込み画像とは異なる方向からである、第２の画像データセット、
を保存する、少なくとも第１の保存装置と、
コントローラであって、
前記第１の画像データセットから、前記第１の取り込み画像における少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を同定すること、
前記少なくとも第１の解剖学的ランドマーク点の位置を、前記第２の取り込み画像へと投影すること、および、
前記第２の画像データセットからの同じ前記解剖学的ランドマーク点の位置を、前記少なくとも第１の解剖学的ランドマークの前記投影位置へマッピングするために必要とされる変換を決定することであって、そのように決定された前記変換が、前記第２の画像が取り込まれた場合の、前記画像化システムに対する前記体の部分の真の位置を入手するために用いられる、変換を決定すること、
が可能である、コントローラと、
を含む、画像処理システム。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の画像修正方法を例示するフローチャートを示す。
【図２】患者の体の部分の第１および第２の画像を取り込むＸ線画像化システムの概略的な斜視図を示す。
【図３】異なる方向から取り込まれた体の同じ部分のＸ線画像の図解を示す。
【図４Ａ】２つの画像の取り込み間の画像化配置の図解を示し、図１の方法の例示した一部分を示す。
【図４Ｂ】図４ＢのＸ線画像の図解を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ−４Ｂ】
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