(57)【要約】【課題】イメージャ内での被検体の動きを決定するための方法及び装置を提供する。【解決手段】本装置は、画像受信器（２）の反対側に位置決めしてＸ線源（３）有しており、これらＸ線源（３）と画像受信器（２）は軸（５）の周りで回転駆動を受ける。本方法及び装置は、少なくとも３つの放射線的に不透明なマーカ（１４）を患者の身体上に配置させる動作；イメージング装置（１）の第１の所定の固定位置に関して患者の少なくとも１つの第１の放射線像が撮影される動作；イメージング装置（１）の第２の所定の固定位置に関して患者の少なくとも１つの第２の放射線像が撮影される動作；並びに、１つの固定基準フレームをなしているイメージング装置のＸ線源（３）を基準とした患者の３次元的動きの行列が、放射線像内のマーカ（１４）の２次元的動きに基づいて決定される動作、を有する。【選択図】図１
2006231051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージング装置内の放射線源の提供手段（３）と画像の受信手段（２）の間で支持手段（１２）上に位置決めした被検体の３次元的動きを決定するための方法であって、
１つの固定基準フレームをなしている複数の放射線的に不透明なマーカ（１４）を被検体の体部上に配置する工程と、
前記マーカ（１４）の基準フレーム内でイメージング装置（１）の第１の所定の固定位置に関して前記被検体の少なくとも１つの第１の放射線像を取得する工程と、
前記マーカ（１４）の基準フレーム内でイメージング装置（１）の第２の所定の固定位置に関して前記被検体の少なくとも１つの第２の放射線像を取得する工程と、
前記放射線像内における前記マーカ（１４）の２次元的動きに基づいて１つの固定基準フレームをなしているイメージング装置の放射線源の提供手段（３）に対する前記被検体の３次元的動きの行列を決定する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
イメージング装置（１）の内在性パラメータの行列を決定する工程と、
前記第２の位置におけるイメージング装置（１）の外在性パラメータの行列を、イメージング装置（１）の内在性パラメータの前記行列の関数として決定する工程と、
その第１の位置で前記イメージング装置（１）の外在性パラメータの逆行列を決定する工程と、
前記マーカ（１４）の固定基準フレーム内のその第１の位置におけるイメージング装置（１）の外在性パラメータの前記逆行列、並びに前記マーカ（１４）の固定基準フレーム内のその第２の位置におけるイメージング装置（１）の外在性パラメータの前記行列の関数として、前記被検体の３次元的動きに対応する行列を決定する工程と、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の放射線像を取得したときのイメージング装置（１）の外在性パラメータの行列を、前記マーカ（１４）の固定基準フレーム内で前記第１の放射線像を取得したときのイメージング装置（１）の内在性パラメータの前記行列の関数として決定する工程を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の放射線像を取得したときのイメージング装置の外在性パラメータの行列を、１つの固定基準フレームを形成するマーカ（１４）に対する第１の放射線像と該マーカの第２の放射線像の間で平面性ホモグラフィＨを計算することによって決定する工程を含む請求項２に記載の方法。
【請求項５】
その第１の位置におけるイメージング装置（１）の外在性パラメータの行列及び逆行列をイメージング装置（１）の内在性パラメータの前記行列に基づいて決定する工程を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記マーカ（１４）を前記被検体の体部上に直接配置させる工程を含む請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記マーカ（１４）を前記被検体の体部上に配置させた支持体（１３）に対して確保する工程を含む請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記放射線源の提供手段（３）と前記画像の受信手段（２）の間に３Ｄファントームを配置すること、
前記３Ｄファントームを連続する２つの画像間で回転及び／または平行移動で動かして、イメージング装置（１）の所定の固定位置において該３Ｄファントームの複数の画像を収集すること、並びに
３Ｄファントームの前記画像に基づいて較正を実施することによりその固定の位置におけるイメージング装置（１）の内在性パラメータを計算すること、
によってイメージング装置（１）の内在性パラメータを決定する工程を含む請求項２乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
被検体の体部の３次元再構成画像の２次元放射線像上への投影を調整する工程と、
前記画像を表示する工程と、
を含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
２次元放射線像情報を３次元再構成画像内に位置決めし直す工程と、
前記画像を表示する工程と、
を含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数のマーカは少なくとも３つである、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
被検体の３次元的動きを決定するためのイメージング装置であって、
放射線源の提供手段（３）と、
画像の受信手段（２）と、
前記放射線源の提供手段（３）と前記画像の受信手段（２）の間で被検体を支持する手段（１２）と、
１つの固定基準フレームをなしている複数の放射線的に不透明なマーカ（１４）を被検体の体部上に配置するための手段と、
操作手段（８）であって、
前記マーカ（１４）の基準フレーム内でイメージング装置（１）の第１の所定の固定位置に関する前記被検体の少なくとも１つの第１の放射線像を取得させており、
前記マーカ（１４）の基準フレーム内でイメージング装置（１）の第２の所定の固定位置に関する前記被検体の少なくとも１つの第２の放射線像を取得させており、
１つの固定基準フレームをなしている放射線源の提供手段（３）に対する前記被検体の３次元的動きの行列を、前記放射線像内のマーカ（１４）の２次元的動きに基づいて決定させている、操作手段（８）と、
前記画像を描出するための手段（１０、１１）と、
を備える装置。
【請求項１３】
前記操作手段は、イメージング装置（１）の内在性パラメータの行列を決定すること、
前記操作手段は、前記第２の位置におけるイメージング装置（１）の外在性パラメータの行列をイメージング装置（１）の内在性パラメータの前記行列の関数として決定すること、
前記操作手段は、その第１の位置におけるイメージング装置（１）の外在性パラメータの逆行列を決定すること、
前記操作手段は、前記マーカ（１４）の固定基準フレーム内のその第１の位置におけるイメージング装置（１）の外在性パラメータの前記逆行列、並びに前記マーカ（１４）の固定基準フレーム内のその第２の位置におけるイメージング装置（１）の外在性パラメータの前記行列の関数として前記被検体の３次元的動きに対応する行列を決定すること、
を特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記操作手段は、前記第２の放射線像を取得したときのイメージング装置の前記外在性パラメータの行列を前記マーカ（１４）の固定基準フレーム内で前記第１の放射線像を取得したときのイメージング装置（１）の内在性パラメータの前記行列の関数として決定すること、
を特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記操作手段は、前記第２の放射線像を取得したときのイメージング装置の外在性パラメータの行列を、１つの固定基準フレームを形成するマーカ（１４）に対する第１の放射線像と該マーカの第２の放射線像の間で平面性ホモグラフィＨを計算することによって決定すること、
を特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記操作手段は、その第１の位置におけるイメージング装置（１）の外在性パラメータの行列及び逆行列をイメージング装置（１）の内在性パラメータの前記行列に基づいて決定すること、
を特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記マーカ（１４）は前記被検体の体部上に直接配置されている、請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記マーカ（１４）を前記被検体の体部上に配置させて確保する手段（１３）備える請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
イメージング装置（１）の前記内在性パラメータが、
前記放射線源の提供手段（３）と前記画像の受信手段（２）の間に配置させた３Ｄファントームと、
前記３Ｄファントームを連続する２つの画像間で回転及び／または平行移動で動かして、イメージング装置（１）の所定の固定位置において該３Ｄファントームの複数の画像を収集するための手段と、
その固定の位置におけるイメージング装置（１）の内在性パラメータを前記３Ｄファントームの画像に基づいた較正を実行することにより計算する操作手段と、
によって決定されている、請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
被検体の体部の３次元再構成画像の２次元放射線像上への投影を調整する操作手段と、
前記画像の表示する描出手段と、
を備える請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
２次元放射線像情報を３次元再構成画像内に位置決めし直す操作手段と、
前記画像の表示する描出手段と、
を備える請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記複数のマーカは少なくとも３つである、請求項１２乃至２１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
コンピュータ上で実行したときに請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法を実現させるためのプログラムコード手段を備えた、コンピュータ読み取り可能媒体内に配置させたコンピュータ・プログラム。
【請求項２４】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法を実現させるためのコンピュータ読み取り可能なプログラムコード手段をその内部に具現化して有するコンピュータ利用可能な媒体を備えたコンピュータ・プログラム成果物。
【請求項２５】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法を実現させるためのコンピュータ読み取り可能なプログラムコード手段をその内部に具現化して有するコンピュータ読み取り可能な媒体を備えている、コンピュータ・システムで使用するための製品。
【請求項２６】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法を実行するように機械によって実行可能な命令からなるプログラムを実体的に具現化している機械による読み取りが可能なプログラム記憶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は、イメージャ内での被検体の動きを決定するための方法及び装置に関する。詳細には本発明の一実施形態は、イメージング装置の放射線源と画像受信器の間にある寝台上に位置決めされた患者の３次元的動きに関する。
【背景技術】
【０００２】
医用イメージングの分野では、手術中における外科用器具のガイドを支援するため及び／または画像の合成（例えば、イメージング装置が収集した画像の重ね合わせ）を可能にするために、患者などの被検体上に位置決めした放射線的に不透明なマーカを基準点として使用することがよく知られている。このイメージング装置は従来では、画像の受信手段と対向して位置させたＸ線などの放射線源の提供手段であって該放射線源の提供手段及び該画像の受信手段は少なくとも１つの軸（通常は、３つの軸）の周りで互いに回転駆動を受ける放射線源の提供手段、操作手段、収集手段、画像の描出手段、並びに制御手段を備えている。患者は、患者の身体のうち検査及び／または処置を受ける部分が放射線源の提供手段と画像の受信手段の間に延びるようにして、所与の空間と関連付けされた３つの可能な並進方向（すなわち、長軸方向、横断方向及び垂直方向）に移動させることが可能な寝台上に位置決めされる。寝台と放射線源及び画像受信器とのこの移動性によって、医師は寝台上に横たえた患者の身体の任意の部分の画像を収集することが可能となる。例えば、処置を施す患者の臓器中に器具をガイドするためには、介入時に患者を低Ｘ線量で照射することによって得られる２次元透視像を利用するのが一般的である。外科用器具のガイドを向上させるには、これらの透視像に関連付けされた情報を３次元再構成画像内に導入することが好ましい。別法として、収集した３次元画像を、介入時に収集した２次元透視像上に投影することもある。
【０００３】
２Ｄ透視像上への３Ｄ画像のこうした投影（あるいは、この反対の投影）によって３Ｄ画像内に２Ｄ透視像情報を位置決めし直すことを可能とするためには、患者の身体のうちの検査を受ける領域上に配置される２Ｄ透視像の収集パラメータを決定することが必要である。例えば、ユーザの関与なしにマーカの３次元座標を自動的に決定するための方法を記載している米国特許第６，３５９，９６０号がこれに該当する。この方法は、３次元的に特定されたマーカの座標を決定する際にその投影の幾何学構造が既知である逆投影によって、２次元投影内のマーカの位置を検出することを含む。
【特許文献１】米国特許第６，３５９，９６０号
【特許文献２】米国特許第５，４４２，６７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
患者の上に位置させたマーカの３次元座標を決定するためのこれらの方法によって、手術中に外科用器具をガイドすること及び／または画像の合成（例えば、３Ｄ画像の２Ｄ放射線像内への投影またはこの逆の投影）が可能となる。しかしながら、これらの方法は、マーカの３次元座標を決定しているときにその患者が完全に静止状態にあることを前提としている。処置中に患者が動くことは極めて普通のことであり、これにより３Ｄ画像の放射線像内への投影、あるいはこの逆の投影が不正確となり、描出した画像の解釈の誤りにつながることもあり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態は、患者の身体の３次元画像の放射線像上への投影を調整するため、及び／またはイメージング装置の描出手段上に表示された３次元再構成画像内に２次元透視像情報を位置決めし直すために、Ｘ線イメージング・デバイスのＸ線源と画像受信器の間で寝台上に位置決めされた患者の３次元的動きを決定するための方法及び装置を提供することによってこの欠点を克服している。
【０００６】
本発明の一実施形態は、放射線源の提供手段と画像の受信手段の間で支持手段上に位置決めした被検体の３次元的動きを決定するための方法及び装置であって、該放射線源の提供手段は該画像の受信手段と対向して位置決めされており、該放射線源の提供手段及び画像の受信手段は少なくとも１つの軸の周りで互いに回転駆動を受けており、操作手段、収集手段、画像の描出手段及び制御手段を備えている方法及び装置に関するものである。
【０００７】
本方法及び装置の一実施形態は、イメージング装置内の放射線源の提供手段と画像の受信手段の間で支持手段上に位置決めされた被検体の３次元的動きの決定に関するものである。本方法及び装置は具体的には、１つの固定基準フレームをなしている複数のマーカ（少なくとも３つの放射線的に不透明なマーカ）を被検体の体部上に配置すること；マーカの基準フレーム内でイメージング装置の第１の所定の固定位置に関する被検体の少なくとも１つの第１の放射線像を取得すなわち収集すること；マーカの基準フレーム内でイメージング装置の第２の所定の固定位置に関する被検体の少なくとも１つの第２の放射線像を取得すなわち収集すること；放射線像内のマーカの２次元的動きに基づいて１つの固定基準フレームをなしているイメージング装置の放射線源の提供手段に対する被検体の３次元的動きの行列を決定すること、に関するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
その他の利点及び特徴については、添付の図面に基づいて単に非限定の例として提供した本方法の幾つかの代替的な実施形態に関する以下の説明からより明瞭に理解できよう。
【０００９】
図１を参照すると、イメージング装置１は従来のように、画像の受信手段２（ディジタル画像受信器など）と、該画像の受信手段２上に放射線を放出しているＸ線などの放射線を提供するための手段３と、を備えており、これら画像の受信手段２及び放射線源の提供手段３はＣ字形またはＵ字形のアーム４の端部にそれぞれ位置決めされている。アーム４は一点鎖線で図示した３つの軸５、５’及び５”の周りでピボット動作する。Ｃ字形アーム４は、中間アーム６ｂに沿って摺動する搬送機構６ａに対して確保された軸５の周りでピボット動作する。中間アーム６ｂはＬ字形ベース６ｃの面と直交する第２の軸５’の周りでピボット動作することができ、またこのＬ字形ベース６ｃは回転性連結によって垂直軸５”の周りでピボット動作することができる。Ｃ字形アーム４はしたがって、Ｃ字形アーム４の指定の位置に対する基準系を形成する３つの軸５、５’及び５”の周りでピボット動作することができる。したがって、Ｃ字形アーム４の位置は、Ｃ字形アーム４が軸５、５’及び５”のそれぞれとで形成する３つの角度Ｌ、Ｐ及びＣによって決定される位置において、これら３つの軸５、５’及び５”によって定義される基準系で表現することができる。放射線源の提供手段３を画像の受信手段２から離した距離を示すためにＳＩＤを使用することにすると、この距離ＳＩＤはＣ字形アーム４に関するその機械的変形を考慮に入れた位置に応じて異なる。
【００１０】
イメージャ装置１はさらに、放射線源の提供手段３の出口位置に位置決めされた調整可能なコリメータ７を備える。イメージング装置１はさらに、放射線源の提供手段３に対して、コリメータ７に対して、画像の受信手段２に対して、収集手段９に対して、並びに描出手段１０に対して接続された操作手段８を備えている。制御手段１１は、操作手段８に接続されたキーボード、マウス、制御ボタン、その他とすることができる。
【００１１】
患者Ｐなどの被検体は、放射線源の提供手段３と画像の受信手段２の間に延びる寝台などの支持手段１２上に配置される。被検体の３次元的動きを決定するために、被検体には図２に示すような放射線的に不透明なマーカ１４を有するヘッドピース１３が固定される。これらのマーカは、患者Ｐの前額部を覆うように広がった矩形の支持体１５上で同一平面内に分散されている。医師に対して寝台１２上に横たえた患者の身体の任意の部分の画像の収集を可能とさせるために、寝台１２は所与の空間と関連付けされた３つの可能な並進方向（すなわち、長軸方向、横断方向及び垂直方向）で移動させることが可能であることに留意されたい。患者を移動させることなくイメージング・デバイスのうちマーカ１４がその上に出現する第１の所定の固定位置に関して患者に対する少なくとも１つの第１の放射線像が取得され、また第１の放射線像を取得した際の位置に対して患者を移動させてイメージング・デバイスのうちマーカ１４がその上に出現する第２の所定の固定位置に関して患者に対する少なくとも１つの第２の放射線像が取得される。次いで、これらの放射線像内でのマーカ１４の２次元的動きに基づいて、１つの固定基準フレームをなしている放射線源に対する患者の３次元的動きの行列が決定される。マーカ１４の（すなわち、患者の）３次元的動きＭ＝（Ｒ／Ｔ）は、マーカが空間的に固定であると仮定した場合の図３に示すような放射線源３に関する、すなわち放射線像を包含する面に関する逆の動きＭ−１と等価である。マーカ１４の動きという用語は、剛体性の３次元的動きを示すこと、すなわちマーカ同士を隔てている距離がその動きの間に不変であることを意図している。図３を参照すると、第１の位置（十字印で示す）から第２の位置（マーカ１４は四角印で示す）までのマーカ１４の動きは、矢印ａで示すような放射線源３の動きに対応している。
【００１２】
一方では、放射線像をイメージング装置の第１の位置において取得したときのイメージング装置位置に対応した投影行列であるＰ１＝Ｉ１＊Ｅ１（Ｉ１はその第１の位置におけるイメージング装置の内在性パラメータの行列であり、かつＥ１はその第１の位置におけるイメージング装置の外在性パラメータの行列であって、ここでは患者は動かない）を考え、またもう一方では、放射線像をイメージング装置の第２の位置において取得したときのイメージング装置位置に対応した投影行列であるＰ２＝Ｉ２＊Ｅ２（ここでは、患者を第１の放射線像を収集したときの位置から移動させており、またＩ２はその第２の位置におけるイメージング装置の内在性パラメータの行列であり、かつＥ２はその第２の位置におけるイメージング装置の外在性パラメータの行列である）を考えると、動きＭは
【００１３】
【数１】
2006231051.tif 000003
の形で記述することができる。したがってマーカの動きＭは、マーカ１４の固定基準フレーム内のイメージング装置１の位置１と位置２の間での外在性パラメータの動きと等価である。患者の動きＭを決定するためにはしたがって、第１の放射線像を取得したときのイメージング装置の内在性パラメータＩ１の行列、並びに第２の放射線像を取得したときのイメージング装置の内在性パラメータＩ２の行列が決定される（内在性パラメータＩ１とＩ２は適当な任意の方法（例えば、マルチ画像較正法）によってあらかじめ決定されており、互いに等しい）。次いで、第２の放射線像を取得したときのイメージング装置の外在性パラメータＥ２の行列が、第１の放射線像を取得したときのイメージング装置の内在性パラメータＩ１の行列の関数として決定される。引き続いて、イメージング装置の外在性パラメータの逆行列Ｅ１−１が内在性パラメータＩ１に基づいて決定され、さらに患者の３次元的動きに対応する行列Ｍが、第１の放射線像を取得したときのイメージング装置の外在性パラメータＥ１の逆行列Ｅ１−１、並びに第２の放射線像を取得したときのイメージング装置の外在性パラメータＥ２の行列の関数として決定される。
【００１４】
本方法の第１の代替的実施形態では、その外在性パラメータＥ２はその第１の位置におけるイメージング装置の内在性パラメータＩ１を用い、以下の基準を最小限にすることによって評価される。
【００１５】
【数２】
2006231051.tif 000004
上式において、
【００１６】
【数３】
2006231051.tif 000005
は投影行列Ｉ＊Ｅ２によって画像内に投影された３次元的位置であり、また
【００１７】
【数４】
2006231051.tif 000006
は第２の放射線像内で観測されるマーカの２次元位置である。外在性パラメータＥ２の評価が終わると、第１の式からマーカ１４の動きＭ（すなわち、患者の動きＭ）を抽出することができる。
【００１８】
第１の放射線像を取得したときのイメージング装置１の内在性パラメータＩ１の行列は、放射線源３と画像受信器２の間に既知の幾何学形状をもつ３Ｄファントームを配置させ、さらにイメージング装置１の所定の固定位置においてこの３Ｄファントームを連続する２つの画像間で回転及び／または平行移動で動かしながら３Ｄファントームのｎ枚の画像（ここでｎは、概ね３０であるような正の整数）を取得することによる、いわゆるマルチ画像較正法に従って決定される。この３Ｄファントームは、放射線的に不透明な素子を含んでおり、また例えば、米国特許第５，４４２，６７４号に記載されているようならせん形状を有することがある。
【００１９】
したがって、所定の固定位置においてイメージング装置の内在性パラメータを決定するには、ｎ枚の画像が収集され、さらにこのｎ枚の画像に対応するｎ個の投影行列が計算される。このｎ枚の放射線像の収集中においてイメージング装置１は固定したままであり、これらすべての画像に関する内在性パラメータは同一となる。一方、３Ｄファントームはｎ枚の画像の収集中に移動させているため、これらｎ枚の画像のそれぞれに関する内在性パラメータは異なる。したがって、イメージング装置１の所定の固定位置に対応したｎ枚の画像によって、ｕ０、ｖ０及びαがイメージング装置１の３つの内在性パラメータであり、かつＲｉ及びＴｉが所定の固定位置におけるイメージング装置の内在性パラメータを決定するための画像番号ｉに関する外在性パラメータであるとした式Ｅ＝ａｒｇｍｉｎ（ｆ（ｕ０，ｖ０，α，Ｒ１，Ｔ１，Ｒ２，Ｔ２，．．．．，Ｒｎ，Ｔｎ））に従って計算される誤差の投影に基づいて誤差関数を最小にすると好都合である。
【００２０】
誤差関数は次式の形で記述することができる。
【００２１】
【数５】
2006231051.tif 000007
上式において、
【００２２】
【数６】
2006231051.tif 000008
は画像番号ｉで観察されるマーカの２次元位置であり、また関係
【００２３】
【数７】
2006231051.tif 000009
が成り立つ（ここで、
【００２４】
【数８】
2006231051.tif 000010
は投影行列Ｍｉによって当該画像内に投影される３次元的位置であり、また
【００２５】
【数９】
2006231051.tif 000011
は画像番号ｉにおける投影行列である）
本方法の第２の代替的実施形態では、第２の放射線像を取得したときのイメージング装置の外在性パラメータＥ２の行列は、図４に模式的に示すように、マーカ１４の面Ｐ１を形成する第１の放射線像とマーカ１４の面Ｐ２を形成する第２の放射線像との間で平面性ホモグラフィＨ、すなわち面πを基準としたホモグラフィを計算することによって決定される。このホモグラフィＨに従って、放射線源２はマーカ１４の固定基準フレームを考慮しながら移動する。マーカ１４は同一平面π内に広がっているため、第１の放射線像の面Ｐ１と第２の放射線像の面Ｐ２の間で平面性ホモグラフィＨを割り当てることができ、このことは、∝が乗法因子を考慮して等しいことを意味するとして、面πのすべてのマーカ１４についてＸ２∝ＨＸ１の形で記述することができる。
【００２６】
３次元的座標系と面πの方程式がｙ＝０である座標系との間での３次元的動きＬを考慮に入れて、発明者らは、面πのすべてのマーカ１４について次式Ｘ１＝＜ＰｉＬ＞＊（ｘｚ１）ｔ（ここで、＜Ａ＞はその第２列がない行列Ａを表す）を得た。面πが放射線源３の原点を通過しなければ、＜ＰｉＬ＞は可逆性である。前掲の２つの式から、＜Ｐ２Ｌ＞∝Ｈ＜Ｐ１Ｌ＞となる。行列Ｐ２の第２列は削除されているため、マーカ１４の完全な３次元的動きＭを見いだすことが阻害されることがない。前式から、発明者らは＜Ｐ２Ｌ＞が分かり、またＩは上から分かるようにＩ１及びＩ２に等しいため、発明者らは次式を得た。
【００２７】
Γ−１Ｈ＜Ｐ１Ｌ＞∝［ｒ１ｒ３ｔ］
ここで、ｒ１及びｒ２は直交するベクトルである。マーカの動きの第２列は、ｒ２＝ｒ３×ｒ１によって簡単に得られる。この直交条件は実際には完全に満足させることができず、再正規化を適用することが好ましい。さらにＥ２とＭは次の２つの式から計算することができる
Ｅ２＝［ｒ１ｒ２ｒ３ｔ］＊Ｌ−１並びに
【００２８】
【数１０】
2006231051.tif 000012
上述した方法のうち画像内でのマーカ１４の分布に応じて選択した方法を使用することによってマーカ１４の３次元的動きを評価することができることに留意されたい。
【００２９】
イメージング装置１の放射線源３と画像受信器２の間で寝台１２上に位置決めされた患者の３次元的動きを決定するための方法は、患者身体の３次元再構成画像の放射線像上への投影を調整することを目的として、あるいは２次元放射線像情報を３次元再構成画像内に位置決めし直し、患者の臓器内の対象のガイドを支援するように描出手段１０上に表示することを目的として利用される。図５を参照すると、放射線的に不透明なマーカの２Ｄ検出１０１によって、患者の動きＭ１０２を推定することが可能となる。イメージング装置１の操作手段８内に記録しておいたコンピュータ・プログラムは、患者の動きＭ１０２に基づいた投影行列１０４による描出画像１０３、放射線像１０５、及び患者臓器の３次元画像１０６を作成（この描出画像１０３は患者身体の３次元画像の放射線像上への投影、またはこの逆の投影である）している。
【００３０】
希望する面を形成する少なくとも３つのマーカ１４を患者の身体上に直接配置させることがあることは明らかである。
【００３１】
本方法の一実施形態は：１つの固定基準フレームをなしている少なくとも３つの放射線的に不透明なマーカを被検体の体部上に配置すること；マーカの基準フレーム内でイメージング装置の第１の所定の固定位置に関して被検体の少なくとも１つの第１の放射線像を取得すること；マーカの基準フレーム内のイメージング装置の第２の所定の固定位置に関して被検体の少なくとも１つの第２の放射線像を取得すること；１つの固定基準フレームをなしているイメージング装置の放射線源の提供手段に対する被検体の３次元的動きの行列を放射線像内でのマーカの２次元的動きに基づいて決定すること；を含む。
【００３２】
放射線像内のマーカの２次元的動きに基づいてイメージング装置の放射線源に対する患者の３次元的動き行列を決定するためには：イメージング・デバイスの内在性パラメータの行列が決定され；第２の位置におけるイメージング装置の外在性パラメータの行列がイメージング装置の内在性パラメータの行列の関数として決定され；その第１の位置におけるイメージング装置の外在性パラメータの逆行列が決定され；マーカの固定基準フレーム内のその第１の位置におけるイメージング装置の外在性パラメータの逆行列及びマーカの固定基準フレーム内のその第２の位置におけるイメージング装置の外在性パラメータの行列の関数として被検体の３次元的動きに対応した行列が決定される。
【００３３】
本方法の第１の代替的実施形態では、第２の放射線像を取得したときのイメージング装置の外在性パラメータの行列が、マーカの固定基準フレーム内の第１の放射線像を取得したときのイメージング装置の内在性パラメータの行列の関数として決定される。
【００３４】
本方法の第２の代替的実施形態では、第２の放射線像を取得したときのイメージング装置の外在性パラメータの行列が、１つの固定基準フレームを形成するマーカの第１の放射線像と該マーカの第２の放射線像の間で平面性ホモグラフィＨを計算することによって決定される。
【００３５】
これらのマーカは、患者の身体上に直接配置させること、または患者身体上に配置させた支持体に対して確保することのいずれとすることも可能である。
【００３６】
その第１の位置におけるイメージング装置の外在性パラメータの行列及び逆行列は、イメージング装置の内在性パラメータの行列に基づいて決定される。
【００３７】
イメージング・デバイスの内在性パラメータを決定するためには：放射線源と画像受信器の間に３Ｄファントームが配置される工程；この３Ｄファントームを連続する２つの画像間で回転及び／または平行移動で動かしながらイメージング装置の所定の固定位置においてこの３Ｄファントームの複数の画像が収集される工程；並びにその固定の位置におけるイメージング装置の内在性パラメータが３Ｄファントームの画像に基づく較正を実行することによって計算される工程、を使用することができる。
【００３８】
イメージング装置の放射線源と画像受信器の間で支持手段上に位置決めされた被検体の３次元的動きを決定するための方法によれば、患者の臓器内または患者の臓器中への対象物のガイドを支援するために、被検体の体部の３次元再構成画像の放射線像上への投影を調整することや、描出手段上に表示させた３次元再構成画像内で２次元放射線像情報を位置決めし直すことができる。
【００３９】
さらに、本発明の一実施形態に関して例示的な実施形態を参照しながら記載してきたが、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく機能及び／または方法及び／または結果について様々な変更が可能であると共に、その要素の等価物による置換が可能であることは当業者であれば理解するであろう。さらに、多くの修正形態により、本発明の本質的範囲を逸脱することなく具体的な状況や材料を本発明の教示に適応させることができる。したがって、本発明を実施するように企図したベストモードとして開示した特定の実施形態に本発明を限定しようという意図ではなく、本発明は添付の特許請求の範囲の域内に入るすべての実施形態を包含するように意図している。さらに、「第１」、「第２」などの用語の使用や各工程は、何らかの順序や重要度を意味しておらず、「第１」、「第２」などの用語や各工程はむしろ、ある要素や特徴を別の要素や特徴と区別するために使用したものである。さらに、「ａ」、「ａｎ」などの用語の使用は、数量の限定を意味したものではなく、むしろ言及された要素や特徴が少なくとも１つ存在することを意味している。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。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】
【００４０】
【図１】イメージング装置の一実施形態の斜視概要図である。
【図２】放射線的に不透明なマーカを備えた支持体ヘッドピースを装着している患者の頭部の斜視図である。
【図３】画像受信器上におけるマーカの投影の第１の位置から第２の位置までの動きの斜視概要図である。
【図４】１つの固定基準フレームをなしているマーカの面により誘導されるホモグラフィに従った、画像受信器上におけるマーカの投影の動き及び放射線源の動きの斜視概要図である。
【図５】放射線像を作成するための方法を表した概要図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  イメージング装置
２  画像受信器
３  放射線源
４  アーム
５  軸
５’  軸
５”  軸
６ａ  搬送機構
６ｂ  中間アーム
６ｃ  Ｌ字形ベース
７  コリメータ
８  操作手段
９  収集手段
１０  描出手段
１１  制御手段
１２  寝台
１３  ヘッドピース
１４  マーカ
１５  支持体
【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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