(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像システム（２０）の撮像の対象に対して移動する磁場歪曲物体の存在により発生する１つまたは複数の電磁場歪みを補正するために電磁気センサ（１２、１４）を選択を行うための方法であって、
電磁場が存在するときに複数の電磁気センサ（１２、１４）の各々の箇所を表す信号を収集する工程と、
１つまたは複数の品質計測値に基づいて、前記磁場歪曲物体を含む前記撮像システム（２０）に対して固定されている複数の電磁気センサ（１２、１４）からの信号間で選択を行う工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記１つまたは複数の品質計測値は、電磁場完全性を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１つまたは複数の品質計測値は、送信器−受信器間距離、電磁場強度のうちの１つまたは両方をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
複数の電磁気センサ（１２、１４）からの信号間での前記選択は重み付けアルゴリズムを利用することを含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
複数の電磁気センサ（１２、１４）からの信号間での前記選択は該電磁気センサ（１２、１４）の各々に関する送信器−受信器間距離を該複数の電磁気センサ（１２、１４）の残りのセンサに関する送信器−受信器間距離又は距離しきい値と比較することを含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記複数の電磁気センサ（１２、１４）間での選択にその一部で基づいてデバイス（３６）位置及び方向を決定する工程を含む請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
撮像システム（２０）の撮像の対象に対して移動する磁場歪曲物体の存在により発生する１つまたは複数の電磁場歪みを補正するのに最適な電磁気センサを選択するためのシステム（１０）であって、
前記磁場歪曲物体を含む前記撮像システム（２０）に対して固定されている複数の電磁気センサ（１２、１４）と、
電磁場を発生させるためあるいは前記複数の電磁気センサ（１２、１４）の各々の箇所を表す信号を受信するための前記対象に対して固定された追加的電磁気センサ（１６）と、
前記複数の電磁気センサ（１２、１４）の箇所を表す信号を収集すると共に、１つまたは複数の品質計測値に基づいて該複数の電磁気センサ（１２、１４）からの信号間で選択を行うように構成された制御器（２２）と、
を備えるシステム（１０）。
【請求項８】
前記１つまたは複数の品質計測値は、電磁場完全性を含む、請求項７に記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記１つまたは複数の品質計測値は、送信器−受信器間距離、電磁場強度のうちの１つまたは両方をさらに含む、請求項８に記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記制御器（２２）はさらに前記複数の電磁気センサ（１２、１４）間での選択にその一部で基づいてデバイス（３６）位置及び方向を決定するように構成されている、請求項７乃至９のいずれかに記載のシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には外科的介入その他の医学的手技向けなど磁場を用いたトラッキングシステムに関する。さらに詳細には、本発明は、複数の電磁気センサ位置を補正するための技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トラッキングシステムは、患者の身体内への医用（例えば、外科用）デバイスの精細かつ迅速な配置を支援するための情報をオペレータ（例えば、医師）に提供するために使用されてきた。一般に、患者の解剖構造の描出を含む画像をオペレータに対して表示しており、この描出はデバイス箇所をその上に投射して表すシンボルまたは像を伴っている。デバイスは患者の身体を基準として位置決めされるため、表示させる画像は正確なデバイス箇所を反映するように更新される。患者解剖構造の画像は、医学的処置や外科的処置に先だって作成されることも、その途中で作成されることもある。さらに、Ｘ線、コンピュータ断層（ＣＴ）、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）、陽電子放出断層（ＰＥＴ）、超音波、内視鏡、並びにＵＶ、可視光及び赤外光スペクトルでの光学撮像など適当な任意の医用撮像技法が利用されることがある。
【０００３】
既存の画像組に使用する場合、これら以前に記録しておいた診断画像組それ自体は、その精密なスキャン編成やその再構成アルゴリズムの空間演算のために３次元直線座標系を規定している。したがって、利用しているデバイスの外部座標を用いてデバイスの位置及び方向を正確に表すためには、画像の座標を利用中のデバイスの外部座標と相関させる必要がある。
【０００４】
それぞれの座標間で変換を実施できるようにするため、ロボット機械的リンクや符号器によって様々な座標組を規定することがある、またより通常では、固定の患者支持体、該支持体に対して固定とし得るカメラなどの２つ以上の受信器、並びにデバイス上のガイドまたはフレームに取り付け患者支持体及びカメラフレームを基準としたデバイスの位置及び方向を三角測量によって自動的に決定できるようにした複数の信号伝達素子（例えば、電磁気センサ）によって様々な座標組が規定されることがある。２つのビデオカメラ及び複数の放出体その他の位置信号伝達素子を利用した３次元トラッキングシステムは一般に利用可能となって久しく、またこうした手術室系に容易に適合する。トラッキングを受けるマーカが診断画像内に現れると、手術室座標と画像の座標の間での変換を規定することが可能となる。
【０００５】
典型的なトラッキングシステムの１つでは、１つの電磁気（「ＥＭ」）送信器を患者の身体に対して固定させ、１つのＥＭ受信器をデバイスに対して固定させ、かつ別のＥＭ受信器をＸ線蛍光透視システムのＣ字アームに対して固定させている。このＥＭ送信器はＥＭ受信器により検出される電磁場を発生させる。撮像システムに対して固定の受信器が受信した信号を適正に処理して受信器の位置及び方向を決定することができる。この受信器は撮像システムに対して固定であるため、受信器を用いてＣ字アームの位置及び方向を決定することができる。したがって、デバイスに対して固定の受信器が受信した信号が処理された後、デバイス受信器の位置及び方向を撮像システムと相関させ、デバイスの位置及び方向を診断画像上に投射させることができる。
【０００６】
患者解剖構造の診断画像に対する相関は多くの要因により複雑化することがあることが理解されよう。例えば、磁場歪曲物体（例えば、Ｃ字アーム、Ｘ線検出器あるいは外科用テーブル）が存在するとＥＭ送信器から放出された磁場に歪みが生じ、これによりこの磁場の大きさ及び方向が変化することがある。例えば、別の発生源からの信号が存在すると、伝導性物体内のうず電流の磁場、あるいは強磁性体の磁場歪曲効果によってこうした歪みが生じる可能性がある。これらの歪みは補償しないと、受信器が計測した位置及び方向に誤差を生じることになる。一般に歪みマップを使用するとある種の歪み物体は補償されるが、既存の技法を用いたのでは歪みのすべてを完全に補償できないことがある。換言すると、歪みマップにより補償されずにある程度の残留歪みが存在することがある。さらに、送信器と受信器の間の距離が増大すると、検知したデータの信号対雑音比が悪化する。例えば、送信器−受信器間距離が約１８インチ（概ね５００ｍｍ）を超える大きさであると、既存のテクノロジーによるある種の実現形態ではデータが信頼できなくなることがある。このため、送信器−受信器間距離が大きい（例えば、Ｃ字アームを動かすため）場合、Ｃ字アームに関して高信頼の位置及び方向が得られないことがある。Ｃ字アームに関する位置及び方向が信頼できないと、デバイス位置及び方向を診断画像上に正確に投射できないことがある。
【０００７】
したがって、撮像システムに対して固定の複数のＥＭ受信器を利用するトラッキングシステムを用いてこれらの複雑化要因に対処することがある。例えば、未補償歪みがＥＭ受信器のすべてに対して同じ影響を及ぼさず、受信器のうちの１つまたは幾つかでは受容可能なデータを返すが受信器のうちの１つではそうでないことがあり得る。また一方、そのＣ字アームの位置に応じてＥＭ受信器のうちの１つは受容可能な送信器−受信器間距離を有するが別の受信器はそうでないことがあり得る。しかし、従来の技法は全般的にはＣ字アームに対して固定の単一のＥＭ受信器を含むようなトラッキングシステム向けに設計されている。
【特許文献１】米国特許第５，６７６，６７３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、磁場歪みを補正するための改良技法に対する要求が存在する。具体的には、複数のＥＭ受信器を利用したトラッキングシステムにおいて磁場歪みを補正する技法に対する要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本技法は、複数のＥＭセンサを含むトラッキングシステムにおいて磁場歪みを補正するための改良技法を提供する。一実施形態では、本技法は１つまたは複数の電磁場歪みを補正するのに最適なＥＭセンサを選択する方法を提供する。本方法は、ＥＭ場の存在下で複数のＥＭセンサの箇所を表す信号を収集する工程を含む。本方法はさらに、１つまたは複数の品質計測値に基づいて複数のＥＭセンサからの信号間で選択を行う工程を含む。
【００１０】
別の実施形態では、本技法は１つまたは複数の電磁場歪みを補正するのに最適なＥＭセンサを選択するためのシステムを提供する。本システムは、複数のＥＭセンサと、該複数のＥＭセンサの各々の箇所を表す信号を送信または受信するための追加的ＥＭセンサと、を含む。本システムはさらに、複数のＥＭセンサの箇所を表す信号を収集すると共に、１つまたは複数の品質計測値に基づいて該複数のＥＭセンサからの信号間で選択を行うように構成させた制御器を含む。
【００１１】
別の実施形態では、本技法は、１つまたは複数の電磁場歪みを補正するのに最適なＥＭセンサを選択するためのコンピュータ読み取り可能媒体上に保存したコンピュータプログラムを提供する。本コンピュータプログラムは複数のＥＭセンサの各々を表す信号を収集するように製作し配列させている。さらに、本コンピュータプログラムはまた、１つまたは複数の品質計測値に基づいて該複数のＥＭセンサからの信号間で選択を行うように製作し配列させている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に関するこれらの特徴、態様及び利点、並びにその他の特徴、態様及び利点については、同じ参照符号が図面全体を通じて同じ部分を表している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによってより理解が深まるであろう。
【００１３】
ここで図１を参照すると、撮像／トラッキングシステム１０を表している。図示した実施形態では、撮像／トラッキングシステム１０は、複数のＥＭセンサアセンブリ１２、１４、１６及び１８を含むトラッキング構成要素を備える。さらに撮像／トラッキングシステム１０は、画像データを収集し処理するためのＸ線蛍光透視システム２０を含む。図示したように、撮像／トラッキングシステム１０はさらに制御器２２及びワークステーション２４を含む。
【００１４】
上で指摘したように、本検討においては特にＸ線撮像システム（具体的には、蛍光透視システム）に言及しているが、本発明をこれらの種類や任意の特定の種類の撮像システムや撮像様式に限定しようと意図していないことを理解されたい。したがって、本技法はリアルタイムで（またさらには、外科的介入その他の手技に先だって収集した画像と共に）用いられる別の撮像様式と連係させた器具の位置に関するトラッキング、解析及び表示のために使用されることがある。
【００１５】
Ｘ線蛍光透視システム２０は、Ｃ字アーム２６、Ｘ線放射源２８及びＸ線検出器３０を含むＣ字アームシステムとして図示している。Ｘ線放射源２８はＣ字アーム２６上に装着されており、またＸ線検出器３０はＸ線放射源２８と反対側でＣ字アーム２６上に装着されている。幾つかのシステムではＸ線放射源２８とＸ線検出器３０は固定状態であるが、典型的な蛍光透視システムではＣ字アーム２６によってＸ線放射源２８及びＸ線検出器３０を患者３２の周りで移動可能とさせている。動作時において、Ｘ線放射源２８はＸ線蛍光透視に適した放射ストリームを放出する。Ｘ線検出器３０はテーブル３４上に配置させた患者３２を通過したＸ線源２８からの放射ストリームの一部を受け取る。Ｘ線検出器３０はこの放射ストリームの強度を表す電気信号を発生させる。これらの信号を適正に収集し処理して対象内のフィーチャの画像を再構成できることは当業者であれば理解されよう。
【００１６】
複数のＥＭセンサアセンブリを蛍光透視システムに対して固定とさせることがある。図示した実施形態では、第１及び第２のセンサアセンブリ１２、１４を、Ｘ線蛍光透視システム２０のＸ線検出器３０上に固定した較正アセンブリ３８に固定とさせている。第３のＥＭセンサアセンブリ１６は患者３２に対して固定とさせることがある。図示したように、第３のＥＭセンサアセンブリ１６は患者３２上に固定させている。第４のＥＭセンサアセンブリ１８は医用（例えば、外科用）デバイス３６に対して固定させることがある。図示した実施形態では、第２のＥＭセンサアセンブリ１４が医用デバイス３６の操作端部に装着されている。デバイス３６は医学的手技での使用に適当した任意のデバイスとすることができる。例えばデバイス３６は、ドリル、ガイドワイヤ、カテーテル、内視鏡、腹腔鏡、バイオプシー針、アブレーションデバイス、あるいは同様の別のデバイスとすることができる。
【００１７】
一般に、ＥＭセンサアセンブリ１２〜１８の各々は少なくとも１つのＥＭセンサを備える。具体的な一実現形態では、ＥＭセンサアセンブリ１２〜１８の各々は、電磁場の完全性を監視するために２つのＥＭセンサを備えることがある。図２は、本技法の一実施形態による２つのＥＭセンサを備えるように第１のＥＭセンサアセンブリ１２を表している。
【００１８】
再度図１を参照すると、ＥＭセンサアセンブリ１２〜１８の各々に含まれている１つまたは複数のＥＭセンサは当業者であれば理解されようにＥＭ受信器またはＥＭ送信器として実現させることがある。一実施形態では、第３のＥＭセンサアセンブリ１６はＥＭ送信器を含むことがあり、一方残りのＥＭセンサアセンブリ１２、１４及び１８はそれぞれ１つのＥＭ受信器を含むことがある。この実施形態では、デバイス３６に対して固定とした第４のＥＭセンサアセンブリ１８により検知した信号は、デバイス３６の箇所（例えば、Ｘ、Ｙ及びＺ座標並びにピッチ角、偏揺れ角及び横転角を含む位置及び方向）の決定に使用されることがある。同様に、第１及び第２のＥＭセンサアセンブリ１２、１４により検知した信号はそれぞれのセンサアセンブリの箇所の決定に使用されることがある。２つのＥＭセンサは、受信器に対するものか送信器に対するものかに関わりなくその相互インダクタンスは同じであることが理解されよう。したがって、ＥＭ受信器と送信器に関する相対的配置及び機能は逆にすることができる。例えば、ＥＭ受信器を患者３２に対して固定とさせることがあり、一方ＥＭ送信器はデバイス３６及びＣ字アーム２６に対して固定とさせることがある。
【００１９】
本技法では、位置検出をその内部で実現できる磁場を発生させるようにＥＭセンサを使用するのに適した任意の技法を利用することができる。一例として、直角に配置させた３つの磁気双極子（例えば、電流ループまたは電磁石）を含め第３のＥＭセンサアセンブリ１６を磁場発生器として利用することがある。双極子の各々が発生させる電磁場は、位相、周波数、時分割多重、その他に関して互いに識別可能である。座標決定に対して電磁場の近磁場特性を使用できることは当業者であれば理解されよう。
【００２０】
図示した実施形態では制御器２２は、トラッキングデータ及び撮像データを受信するためのインタフェース回路４０と、処理回路４２と、メモリ回路４４と、ワークステーション２４と連絡させたワークステーションインタフェース回路４０と、を含む。制御器２２を実現するために１つまたは複数のコンピュータを用いることがあることが理解されよう。一般に処理回路４２（典型的には、ディジタル信号プロセッサ、ＣＰＵ、その他を含むことになる）は、デバイス３６の箇所を診断画像上に投射できるようにトラッキングデータを処理することができる。さらに処理回路４２はまた、データを意味のある診断画像に再構成するように撮像データを処理することができる。メモリ回路４４は撮像データ及びトラッキングデータ並びにその他のシステムパラメータを保存する役割をすることができる。
【００２１】
図示したように、ワークステーション２４はユーザインタフェース４８及びディスプレイ５０を含む。ユーザインタフェース４８は、キーボード及び／またはマウス、並びに再構成画像のハードコピーを再製させるためのプリンタその他の周辺装置などの別のデバイスを含むことがある。ディスプレイ５０は、以前に収集した画像を表示するための第１のスクリーンと、１つまたは複数の手術中画像を表示するための第２のスクリーンと、を含むことがある。
【００２２】
上で言及したように具体的な一実施形態では、ＥＭセンサアセンブリ１２〜１８の各々は、ＥＭ場の完全性を監視するために２つのＥＭセンサを備えることがある。図２は、本技法の一実施形態による２つのＥＭセンサを備えるように第１のＥＭセンサアセンブリ１２を表している。図示した実施形態では、第１のＥＭセンサアセンブリ１２は主ＥＭセンサ５２及び基準ＥＭセンサ５４を備える。ＥＭセンサ５２、５４の各々は身体５６上に装着されている。アセンブリ内での２つのセンサ間の距離は固定であるため、ＥＭ場の完全性並びにシステム１０自体の適正な動作の監視のために基準ＥＭセンサ５４を使用することができる。主ＥＭセンサ５２及び／または基準ＥＭセンサ５４を用いてＥＭ場の完全性を監視するためには適当な任意の技法を使用することができる。磁場完全性検出のために２つのセンサを備えたセンサアセンブリの使用については、参照によりその全体を本明細書に組み入れるものとする米国特許第５，６７６，６７３号に詳細に記載されている。
【００２３】
具体的な一実施形態では、電磁場の完全性は２つ以上の仮想点の箇所を監視することによって監視されることがある。図３で示したように、第１の仮想点５６は２つのセンサにより規定されるＸ−Ｚ面の間に規定されることがあり、かつ第２の仮想点５８は２つのセンサにより規定されるＸ−Ｚ面の外部に規定されることがある。一実施形態では、基準ＥＭセンサ５４から第１の仮想点５６へのベクトルの大きさは、基準ＥＭセンサ５４から第２の仮想点５８へのベクトルの大きさと同じとすることがある、ただし方向は反対である。この大きさは、主ＥＭセンサ５２と基準ＥＭセンサ５４の間の距離の概ね半分とすることがある。これらの２つの仮想点５６、５８の箇所は、連続して計算されると共に工場較正時など無歪み環境で決定した確定箇所と比較されることがある。いずれか一方の仮想点に関する計測箇所と確定箇所の間の距離がしきい値を超える場合、磁場完全性違反が通報されることがある。仮想点に関する計測箇所と確定箇所の間のこの距離のことを、本明細書において「磁場完全性値」と呼ぶことにする。
【００２４】
第１及び第２のＥＭセンサアセンブリ１２、１４の箇所を表す信号が収集されることがあることは当業者であれば理解されよう。例えば第１及び第２のＥＭセンサアセンブリ１２、１４がＥＭ受信器の役割をするケースでは、患者３２に対して固定とさせた送信器の役割をさせ得る第３のＥＭセンサアセンブリ１６から信号を受信することがある。別法として、第１及び第２のＥＭセンサアセンブリ１２、１４がＥＭ送信器の役割をするケースでは、患者３２に対して固定とさせた受信器の役割をさせ得る第３のＥＭセンサアセンブリ１６に信号を送信することがある。次いで、収集したＥＭ信号を適当に処理して例えばＸ、Ｙ及びＺ座標並びにピッチ角、偏揺れ角及び横転角を含む位置及び方向などＥＭセンサアセンブリの各々の箇所を決定することがある。第１及び第２のＥＭセンサアセンブリ１２、１４はＣ字アーム２６に対して固定であるため、これらのセンサアセンブリの箇所が決定されれば、Ｃ字アーム２６の位置及び方向を決定することができる。
【００２５】
しかし、臨床環境内に磁場歪曲物体が存在すると電磁場に歪みが生じるのが典型的であることが理解されよう。例えばその磁場歪曲物体は、テーブル、フィクスチャ、ツール、電子機器、撮像システムの１つまたは複数の構成要素（例えば、Ｃ字アーム）であることがある。歪みマップ（例えば、有歪みと無歪みのセンサ位置及び方向を相互対照するルックアップテーブル）などある種の技法を用いてこれらの歪みを補償することができるが、これらの技法によっても補償されない歪みが存在することがある。さらに、第１及び第２のＥＭセンサアセンブリ１２、１４の各々に関する磁場強度と送信器−受信器間距離とは変動することがある。したがって、本システム１０はＣ字アーム２６に対して固定の複数のＥＭセンサアセンブリ（第１及び第２のセンサアセンブリ１２、１４など）を含むため、とりわけ磁場歪みに由来してＣ字アーム２６に対する２つの異なる箇所を決定することができる。換言すると、第１のセンサアセンブリ１２に関する決定箇所に基づいて第１のＣ字アーム位置及び方向を決定することができ、かつ第２のセンサアセンブリ１４の箇所に基づいて第２のＣ字アーム位置及び方向を決定することができる。解剖学画像上へのデバイス箇所の投射は少なくともその一部でＣ字アーム２６の決定された位置及び方向に基づくため、画像上に表された精細なデバイス箇所はＣ字アーム位置及び方向の決定にどのセンサアセンブリを用いたかに基づいて異なることになる。
【００２６】
デバイス箇所を解剖学画像上に正確に投射させるべきであることに留意すべきである。したがって、本技法の一実施形態は、第１及び第２のＥＭセンサアセンブリ１２、１４などの複数のＥＭセンサから最適なＥＭセンサを選択するための技法を提供する。本明細書ではセンサ間での識別及び選択に言及しているが、実施にあたっては、本明細書に記載したシステムは典型的にはすべてのセンサから信号を収集し、次いでどの信号またはどのセンサがトラッキング機能やナビゲーション機能で使用するのに最も望ましいすなわち高信頼の信号を生成するかを選択することになることは当業者であれば理解されよう。少なくともその一部で選択したＥＭセンサに基づいて、解剖学画像上にデバイス箇所を投射させることができる。
【００２７】
ここで図４を参照すると、本発明の実施形態に従って複数のＥＭセンサから最適なＥＭセンサを選択するための例示的な一技法を表している。ブロック６０に示すように、磁場の存在下で複数のＥＭセンサの各々の箇所を表す信号を収集することがある。これらの複数のＥＭセンサはＣ字アーム２６に対して固定とさせることがある。一例として、第１及び第２のアセンブリ１２、１４の箇所を表す信号を収集することがある。第１及び第２のＥＭセンサアセンブリ１２、１４がＥＭ受信器の役割をするケースでは、患者３２に対して固定とさせた送信器の役割をさせ得る第３のＥＭセンサアセンブリ１６からの信号を第１及び第２のＥＭセンサアセンブリ１２、１４によって受信することがある。例えば第３のＥＭセンサアセンブリは３軸の送信コイル組を備えることがあり、また第１及び第２のセンサアセンブリ１２、１４の各々は３軸の受信器コイル組を備えることがある。各送信コイルは時間変動する磁場が生成されるように付勢されることがある。次いで、この時間変動磁場に応答して受信器コイル内に計測可能な電圧が誘導される。したがって、送信コイル内の電流の変化率と受信器コイル内に誘導される電圧との比によって相互インダクタンスが計測されることがある。別法として、第１及び第２のＥＭセンサアセンブリ１２、１４がＥＭ送信器の役割をするケースでは、患者に対して固定とさせた受信器の役割をさせ得る第３のＥＭセンサアセンブリ１６に信号が送信されることがある。
【００２８】
次いで収集したＥＭ信号を適当に処理し、ブロック６２に示すように複数のＥＭセンサの各々の箇所を決定する。例えば、収集した信号を処理して、Ｘ、Ｙ及びＺ座標並びにピッチ角、偏揺れ角及び横転角を含む第１及び第２のセンサアセンブリ１２、１４の各々の位置及び方向を決定することがある。
【００２９】
具体的な一実現形態では、複数のＥＭセンサの各々に関する決定箇所がブロック６４に示すように歪みに関して補正を受けることがある。この歪み補正には歪みマップを用いることがあることは当業者であれば理解されよう。一実施形態ではその歪みマップは、無歪みのセンサ位置及び方向を、例えば有歪みのセンサ位置及び方向または有歪みの相互インダクタンスと相互対照するルックアップテーブルを含むことがある。
【００３０】
上で言及したように、複数のＥＭセンサはＣ字アーム２６に対して固定とさせることがある。したがって、複数のＥＭセンサの各々を基準としてＣ字アーム２６の位置及び方向を決定することができる。解剖学画像上へのデバイス箇所の投射は少なくともその一部でＣ字アーム２６の決定した位置及び方向に基づくため、画像上に投射された精細なデバイス箇所はＣ字アーム位置及び方向の決定のために複数のＥＭセンサのどれを用いたかに基づいて異なることになる。
【００３１】
したがって、本技法はブロック６６に示したように、１つまたは複数の品質計測値に基づいて複数のＥＭセンサ間での選択を行っている。ＥＭセンサが選択された後、次いでこの選択センサに基づいてＣ字アーム位置及び方向が決定されることがある。一方、少なくともその一部で選択したＥＭセンサに基づいて次いで解剖学画像上にデバイス箇所を投射させる（ブロック６８）ことがある。例えば選択したセンサは、デバイス座標系から画像座標系への変換に使用されることがある。この変換は、第３のＥＭセンサアセンブリ１６など患者に対して固定のセンサ座標系に対するデバイス先端の較正で開始させることがある。次いでこのデバイス先端を、第１のセンサアセンブリ１４や第２のセンサアセンブリ１６などの撮像システムに対して固定の選択センサ座標系に変換することがある。次にこのデバイス先端位置は、選択したＣ字アームセンサ間での画像座標系への事前決定の変換に基づいて２Ｄまたは３Ｄ画像上に投射させることがある。
【００３２】
送信器−受信器間距離、磁場強度、ＥＭ場の完全性、及びこれらの組み合わせを含む最適なＥＭセンサの選択では、多種多様な品質計測値のうちのいずれを用いることもある。最適なＥＭセンサを選択する際に用い得る品質計測値の１つは送信器−受信器間距離である。送信器−受信器間距離が増大すると信号対雑音比が悪化することが理解されよう。一実施形態では、複数のＥＭセンサのうち送信器−受信器間距離が最短のＥＭセンサが選択されることがある。別の実施形態では、複数のＥＭセンサの各々に関する送信器−受信器間距離を距離しきい値と比較することがある。具体的な一実施形態では、約３インチ（概ね７５ｍｍ）〜約１８インチ（概ね５００ｍｍ）の範囲の距離しきい値を用いることがある。しかし当業者であれば、具体的な受信器／送信器配列に対する距離しきい値は多くの要因に基づいて異なることになると共に、具体的なある実現形態では１８インチを超えることもあることを理解されよう。
【００３３】
一例として、第１のセンサアセンブリ１２に関する送信器−受信器間距離が、距離しきい値と、また第２のセンサアセンブリ１４に関する送信器−受信器間距離と比較されることがある。この距離は、具体的なあるセンサアセンブリ上に包含されたＥＭセンサから対応するＥＭ送信器またはＥＭ受信器（場合に応じていずれか）までの距離であることが理解されよう。そのセンサアセンブリが例えば上で検討したような主ＥＭセンサと基準ＥＭセンサという２つのＥＭセンサを包含していれば、送信器−受信器間距離は主ＥＭセンサから決定されることがある。一実施形態では、当該ＥＭセンサに関する送信器−受信器間距離が距離しきい値を超えていれば、当該ＥＭセンサを選択しないことがある。複数のＥＭセンサの各々に関する送信器−受信器間距離が距離しきい値を超えている場合は、その送信器−受信器間距離が最短であるＥＭセンサが選択されることがある。幾つかの実施形態では、複数のＥＭセンサのうちの少なくとも２つのセンサに関する送信器−受信器間距離を距離しきい値以内とさせることがある。これらの実施形態では、最適なＥＭセンサを選択するために次いで追加的な品質計測値を用いることがある。具体的な一実施形態では、その送信器−受信器間距離が最短であるＥＭセンサが選択されることがある。
【００３４】
複数のＥＭセンサから最適なＥＭセンサを選択する際に、送信器−受信器間距離に加えて磁場強度も使用することがある。一実施形態では、磁場強度が複数のＥＭセンサの各々を用いて決定されることがある。例えば磁場強度は、第１のＥＭセンサアセンブリ１２を用いて決定されることがあり、また第２のＥＭセンサアセンブリ１４を用いて決定されることもある。こうした決定の後、複数のＥＭセンサの各々に関して計測される磁場強度が複数のＥＭセンサのうちの別のＥＭセンサの磁場強度と比較されることがある。一実施形態では、磁場強度が最も強いＥＭセンサを最適なセンサとして選択することがある。幾つかの実施形態では、複数のＥＭセンサから最適なＥＭセンサを選択する際に、送信器−受信器間距離やＥＭ場完全性などの別の品質計測値のうちの１つと連係してこの決定した磁場強度を用いることがある。
【００３５】
さらに、複数のＥＭセンサから最適なＥＭセンサを選択する際にＥＭ場の完全性も使用されることがある。上で言及したように、幾つかの実施形態ではそのＥＭ場の完全性は、ＥＭセンサアセンブリの各々内にそれぞれのセンサアセンブリ内の主ＥＭセンサに対して固定の基準ＥＭセンサを含めることによって監視されることがある。一実施形態ではそのＥＭ場の完全性は、当該ＥＭアセンブリ内のＥＭセンサの各々に関する２つ以上の仮想点の箇所を監視することによって監視されることがある。これらの仮想点を用いて、アセンブリ内の具体的なあるＥＭセンサに関する各仮想点ごとに磁場完全性値を決定することがある。具体的な一実現形態では、具体的なあるＥＭセンサに関する磁場完全性値を事前設定のしきい値と比較することがある。一例として、第１のセンサアセンブリ１２に関して監視した仮想点の各々に対する磁場完全性値を、事前設定のしきい値と、また第２のセンサアセンブリに関する磁場完全性値と比較することがある。一実施形態では、当該ＥＭセンサに関する磁場完全性値が事前設定のしきい値を超える場合、当該ＥＭセンサは選択されることがない。幾つかの実施形態では、複数のＥＭセンサのうちの少なくとも２つのセンサに関する磁場完全性値を事前設定のしきい値未満とさせることがある。これらの実施形態では、最適なＥＭセンサを選択するために次いで追加的な品質計測値を使用することがある。幾つかの実施形態では、複数のＥＭセンサから最適なＥＭセンサを選択する際に、磁場強度、送信器−受信器間距離及びＥＭ場完全性などの別の品質計測値のうちの１つと連係して磁場完全性値を用いることがある。
【００３６】
ここで図５を参照すると、全体を参照番号６６で表した１つまたは複数の品質計測値に基づいて複数のＥＭセンサ間での選択を行うための流れ図を表している。図示した実施形態では、第１のセンサアセンブリ１２と第２のセンサアセンブリ１４の間での選択のために送信器−受信器間距離及び磁場完全性を使用している。これらの２つのセンサアセンブリ間での選択のためには、センサアセンブリの両方が一連の品質計測値と比較される。ブロック７０に示したように、第１のＥＭセンサアセンブリ１２内の主センサに関する送信器−受信器間距離が先ず距離しきい値と比較される。第１のセンサアセンブリ１２に関する送信器−受信器間距離が距離しきい値未満であれば、次いで第１のセンサアセンブリ１２に関する磁場完全性値が事前設定のしきい値と比較される（ブロック７２）。
【００３７】
図示した実施形態では、第１のセンサアセンブリ１２に関する送信器−受信器間距離が距離しきい値を超えているか第１のセンサアセンブリ１２に関する磁場完全性値が事前設定のしきい値を超えていれば、第１のセンサアセンブリ１４は選択されず本技法はブロック７４に移行する。したがって次いで第２のセンサアセンブリ１４を一連の品質計測値と比較する必要がある。ブロック７４に示したように、第２のセンサアセンブリ１４に関する送信器−受信器間距離が先ず距離しきい値と比較される。第２のセンサアセンブリ１４に関する送信器−受信器間距離が距離しきい値未満であれば、次いで第２のセンサアセンブリ１４に関する磁場完全性値が事前設定のしきい値と比較される（ブロック７６）。第２のセンサアセンブリ１４について、ブロック７４で決定した送信器−受信器間距離とブロック７６で決定した磁場完全性値のいずれかがそれぞれのしきい値を超える場合、第２のセンサアセンブリを選択しないことがある。これに代えて、ブロック７８に示すように警告が通報されることがある。しかし、第２のセンサアセンブリ１４に関するこれらの品質計測値の両方がそれぞれのしきい値未満であれば、ブロック８０に示すように第２のセンサアセンブリが選択されることがある。
【００３８】
さらに、ブロック７０及び７２での決定に従って第１のセンサアセンブリ１２に関する品質計測値の両方がそのそれぞれのしきい値未満であれば、次いで第２のセンサアセンブリ１４が一連の品質計測値と比較される。ブロック８２に示したように、第２のセンサアセンブリ１４内の主センサに関する送信器−受信器間距離が先ず距離しきい値と比較される。第２のセンサアセンブリ１４に関する送信器−受信器間距離が距離しきい値未満であれば、第２のセンサアセンブリ１４に関する磁場完全性値が事前設定のしきい値と比較される（ブロック８４）。第２のセンサアセンブリ１４について、送信器−受信器間距離（ブロック８２における決定による）と磁場完全性値（ブロック８４における決定による）のいずれかがそのそれぞれのしきい値を超える場合、第２のセンサアセンブリを選択しないことがある。これに代えて、ブロック７０及び７２における決定に従って当該センサアセンブリに関する品質計測値が品質計測値のしきい値域内に見出されていた第１のセンサアセンブリ１２が選択される（ブロック８６）ことになる。しかし、第２のセンサアセンブリに関するこれらの品質計測値の両方がそのそれぞれのしきい値未満であれば、これらの２つのセンサアセンブリ間での選択のために追加的計測値が用いられることがある。例えば、第１のセンサアセンブリ１２に関する送信器−受信器間距離が第２のセンサアセンブリに関する送信器−受信器間距離と比較されることがある（ブロック８８）。図示したように、送信器−受信器間距離が最短であるセンサアセンブリが選択されることがある。信号対雑音比をより良好にするために、送信器−受信器間距離が最短のセンサアセンブリが選択されることがあることが理解されよう。例えば、第１のセンサアセンブリ１２に関するこの距離が第２のセンサアセンブリ１４に関するこの距離より短ければ、ブロック８６に示すように第１のセンサアセンブリが選択されることがある。第１のセンサアセンブリ１２に関するこの距離が第２のセンサアセンブリ１４に関するこの距離より短くなければ、ブロック８０に示すように第２のセンサアセンブリが選択されることがある。
【００３９】
上述の実施形態では複数個のうちからの具体的な１つのＥＭセンサの選択について記載しているが、複数のＥＭセンサ間での選択にはセンサの各々からの計測値に対して重み付けアルゴリズムを適用することも包含されるものと理解されることに留意すべきである。例えば、複数のＥＭセンサの各々に関して画像座標系で決定したデバイス位置に対して重み付けアルゴリズムが適用されることがある。具体的な一実現形態では、送信器−受信器間距離が重み付けアルゴリズムの重みとして使用されることがある。例えば、第１及び第２のセンサアセンブリ１２及び１４のそれぞれに対する重みｗ１及びｗ２は次式のように規定されることがある。
【００４０】
ｗ１＝ｄ２２／（ｄ１２＋ｄ２２）
ｗ２＝ｄ１２／（ｄ１２＋ｄ２２）
上式においてｄ１及びｄ２は、患者に対して固定のセンサアセンブリ１６からの撮像システムに対して固定のセンサアセンブリ１２及び１４のそれぞれまでの送信器−受信器間距離である。
【００４１】
したがって画像座標系におけるデバイス位置
【００４２】
【数１】
0005468731.tif 000002
は、２つのセンサアセンブリにより収集したデバイス投射情報
【００４３】
【数２】
0005468731.tif 000003
と
【００４４】
【数３】
0005468731.tif 000004
を結合させることによって決定することができる。
【００４５】
【数４】
0005468731.tif 000005
各センサアセンブリからの計測値を重み付けして結合させることによってナビゲーションシステムの頑強性を大幅に改善させ得ることが理解されよう。
【００４６】
本発明のある種の特徴についてのみ本明細書において図示し説明してきたが、当業者によって多くの修正や変更がなされるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲に属するこうした修正や変更のすべてを包含させるように意図したものであることを理解されたい。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。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本技法の一実現形態による例示的な撮像／トラッキングシステムの図である。
【図２】本技法の一実現形態による例示的なセンサアセンブリの図である。
【図３】本技法の一実現形態による誤差検出のための例示的なセンサアセンブリと連係した仮想点の利用について表した図である。
【図４】本技法の一実現形態による最適なＥＭセンサを選択するための例示的な技法のブロック図である。
【図５】本技法の一実現形態による最適なＥＭセンサを選択するために２つ以上の品質計測値を用いた例示的な技法のブロック図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  撮像／トラッキングシステム
１２  第１のＥＭセンサアセンブリ
１４  第２のＥＭセンサアセンブリ
１６  第３のＥＭセンサアセンブリ
１８  第４のＥＭセンサアセンブリ
２０  Ｘ線蛍光透視システム
２２  制御器
２４  ワークステーション
２６  Ｃ字アーム
２８  Ｘ線放射源
３０  Ｘ線放射検出器
３２  患者
３４  テーブル
３６  医用デバイス
３８  較正アセンブリ
４０  インタフェース回路
４２  中央処理回路
４４  メモリ回路
４６  ワークステーションインタフェース回路
４８  ユーザインタフェース
５０  ディスプレイ
５２  主ＥＭセンサ
５４  基準ＥＭセンサ
５６  第１の仮想点
５８  第２の仮想点
６０  信号の収集
６２  センサ箇所の決定
６４  センサ箇所の補正
６６  センサ間での選択
６８  デバイス箇所の投射
７０  第１のセンサアセンブリに関する送信器−受信器間距離のしきい値との比較
７２  第１のセンサアセンブリに関する磁場完全性値のしきい値との比較
７４  第２のセンサアセンブリに関する送信器−受信器間距離のしきい値との比較
７６  第２のセンサアセンブリに関する磁場完全性値のしきい値との比較
７８  警告の通報
８０  第２のセンサアセンブリの選択
８２  第２のセンサアセンブリに関する送信器−受信器間距離のしきい値との比較
８４  第２のセンサアセンブリに関する磁場完全性値のしきい値との比較
８６  第１のセンサアセンブリの選択
８８  第１と第２のセンサアセンブリに関する送信器−受信器間距離の比較
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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