(57)【要約】【課題】本発明の主題は、像形成グリッド位置合わせ装置（アナログまたはデジタル）と共に使用するためのひずみ適応のためのシステムおよび方法、ならびに、関節置換術、脊椎、外傷性骨折の整復および変形矯正、ならびにインプラントの配置／位置合わせのための術中使用の方法である。【解決手段】システムは、リアルタイムで動的に位置追跡されたひずみ適応グリッドを提供する。【選択図】図１
2018000949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータにより実装される方法であって、前記方法を実施するように可読プログラムコードにより構成されるプロセッサにより実行され、
少なくとも１つの解剖学的標識を選択して寸法付きグリッドに少なくとも１つのグリッドインジケータを提供することにより、寸法付きグリッドに患者の解剖学的構造の像をレジストレーションするステップと、
患者の解剖学的構造の前記像に対して前記寸法付きグリッドを較正して較正後の寸法付きグリッドを提供するステップと、
患者の解剖学的構造の前記像のひずみに合わせて修正するように前記較正後の寸法付きグリッドを変形し、変形された較正後の寸法付きグリッド像を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
変形場が、シンプレートスプラインを使用して、前記少なくとも１つの解剖学的標識から算出される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
像をレジストレーションするステップが、アフィン変換と前記変形場とを使用して、前記寸法付きグリッドの前記少なくとも１つの解剖学的標識を、ひずみ較正アレイ像内の少なくとも１つの解剖学的標識と位置合わせするステップをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記変形された較正後の寸法付きグリッド像を基準として、患者の解剖学的構造の前記像内における対象点を術中に算出するステップをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記変形された較正後の寸法付きグリッド像を基準として前記患者の解剖学的構造の像を表示するステップをさらに含む、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記寸法付きグリッド像に解剖学的像をレジストレーションする前に、少なくとも１つの解剖学的標識の選択を自動的に受信するステップをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ユーザに対して術中に少なくとも１つの視覚的または聴覚的教示を提供するステップをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの解剖学的標識を選択して第２の解剖学的像のための少なくとも１つのグリッドインジケータを提供するステップをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記患者の前記解剖学的構造に適合するように、変形場の適用によりリアルタイムで前記少なくとも１つのグリッドインジケータを適応させることを含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの解剖学的標識を選択するステップは、複合現実と拡張現実とホログラフィック装置とからなる群から選択される装置から、ユーザからの入力を受信するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
アプリケーションソフトウェアを形成するコンピュータ可読命令を使用して符号化された非一時的なコンピュータ可読記憶媒体と、前記命令を処理するプロセッサと、を備えるグリッドひずみ較正アレイを使用した術中システムであって、前記アプリケーションソフトウェアが、像形成装置により捕捉されたデジタル像を取り込みおよび記憶するように構成されたデータ取り込みモジュールと、グリッドの解剖学的像をレジストレーションするように構成されたグリッドレジストレーションモジュールと、前記解剖学的像内のひずみに合わせて修正するように前記グリッドを適応させるように構成されたひずみ適応モジュールと、ユーザに少なくとも１つの教示を術中に提供するように構成された結果モジュールと、を含む、グリッドひずみ較正アレイを使用した術中システム。
【請求項１２】
少なくとも１つの解剖学的標識のために、連続した解剖学的像のために、自動的に選択するように構成された自動区分モジュールをさらに含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
較正グリッドをさらに備える、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記較正グリッドは、点と線とからなる群から選択される、
請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記結果モジュールは、複合現実のグリッドと拡張現実のグリッドとホログラフィックのグリッドとからなる群から選択されるグリッドを備える、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記データ取り込みモジュールは、検出器からデータを取得するように構成される、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記検出器は、複合現実グリッドと拡張現実グリッドとホログラフィックグリッドとからなる群から選択されるグリッドと電子的に通信する、
請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記結果モジュールは、複合現実表示装置と拡張現実表示装置とホログラフィック表示装置とからなる群から選択される表示装置を備える、
請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、放射線像形成グリッド位置合わせ装置（アナログまたはデジタル）と共に使用するためのひずみ適応システムと、関節置換、脊椎、外傷性骨折の整復および変形矯正、ならびにインプラントの配置／位置合わせのための術中使用の方法とである。
【背景技術】
【０００２】
摩耗性および安定性など、完全股関節形成術（ＴＨＡ：ｔｏｔａｌ  ｈｉｐ  ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ）における部品の動作実現に必須である放射線像形成パラメータの多くは、術中に蛍光透視法を使用して評価され得る。しかし、術中の蛍光透視による補助を使用しても、インプラントの配置、または骨片の整復は、依然として、外科医の要望に沿わないものであり得る。例えば、股関節形成術中における寛骨臼部品の位置異常が問題を引き起こし得る。寛骨臼インプラントの場合、股関節形成術中に骨盤に対する適切な位置に挿入されるためには、手術中に外科医が患者の骨盤の位置を知ることが必要である。残念ながら、患者の骨盤の位置は、手術中に大きく変化し、患者ごとに大きく異なる。外傷手術中、適切に骨折を処置することは、特に関節内骨折の場合、適切に回復する最善の機会を解剖学的関節に提供するために、および、さらなる長期の損傷を最小化して、可能であればその正常な機能を取り戻すために、元の解剖学的構造に対して骨片を最適に整復することを外科医に要求する。残念ながら、骨折の場合には、これらの骨片の元の解剖学的位置が保たれておらず、正しい解剖学的構造に対する骨片の自然な関係は不確かであり、適切な回復を促進して、後に良好な結果をもたらすために、外科医が最善の判断を下すことを要求する。
【０００３】
これらの手術関連要素の位置異常を減らすために、様々な装置が知られている。例えば、寛骨臼横靭帯が、寛骨臼の向きの定性的な目印として提案されている。（Archbold HA, et al. The Transverse Acetabular Ligament; an Aid to Orientation of the Acetabular Component During Primary Total Hip Replacement: A Preliminary Study of 200 Cases Investigating Postoperative Stability, J Bone Joint Surg BR. 2006 Jul; 88(7):883-7）。しかし、関節炎により寛骨臼が劣化し得ることが示唆される。人工寛骨臼部品を配置するためのガイドとして、同側の片側骨盤の解剖学的構造を使用する三脚装置を使用することを提案する人もいる。米国特許出願公開第２００９０３０６６７９号。この機器は、３点を含む。第１の脚は、後下寛骨臼の領域内に配置され、第２の脚は、前上腸骨棘の領域内に配置され、第３の脚は、被術者の回腸上に位置する。米国特許出願公開第２００９０３０６６７９号。さらに、骨折の固定、または、変形または変形癒合の矯正に関し、骨片の適切な再建整復を補助する様々な装置が提案されている。例えば、橈骨遠位端手掌固定板は、折れた骨の解剖学的構造を再度位置合わせする際に役立つように、外科医に対する基準を固定および提供する、侵襲性の術中における定量的補助支持体として機能することが提案されている。
【０００４】
放射線像、特に蛍光透視像におけるひずみは、よく知られた現象である（Jares V. The effect of electron optics on the properties of the x-ray image intensifier. Adv Electron Elect Phys. 10-9-85; 64(B): 549-59）。これまで、例えば、Kedgely AE, et al, in J Appl Clin Med Phys. 2012 Jan 5;13(1):3441, doi: 10.1120/jacmp.v13i1.3441. Image intensifier distortion correction for fluoroscopic RSA: the need for independent accuracy assessment.といった、ひずみ修正技術がいくつか公開されている。これらの方法は、像におけるひずみ量を較正するための一連のビーズを使用してひずみを修正するように試み、さらに、そのひずみを、ひずみのない像画像に修正するように試みる。測定、インプラントの位置決め、および解剖学的構造の位置合わせにおいて使用される（アナログの、仮想的な、拡張された、ホログラムの、または３Ｄ形状モデルの）グリッドの術中におけるリアルタイムの適応を可能にすることと、放射線像形成グリッド位置合わせ装置を使用してひずみ適応を提供することとの必要性が、この産業界に存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９０３０６６７９号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Archbold HA, et al. The Transverse Acetabular Ligament; an Aid to Orientation of the Acetabular Component During Primary Total Hip Replacement: A Preliminary Study of 200 Cases Investigating Postoperative Stability, J Bone Joint Surg BR. 2006 Jul; 88(7):883-7
【非特許文献２】Jares V. The effect of electron optics on the properties of the x-ray image intensifier. Adv Electron Elect Phys. 10-9-85; 64(B): 549-59
【非特許文献３】Kedgely AE, et al, in J Appl Clin Med Phys. 2012 Jan 5;13(1):3441, doi: 10.1120/jacmp.v13i1.3441. Image intensifier distortion correction for fluoroscopic RSA: the need for independent accuracy assessment.
【発明の概要】
【０００７】
本主題は、ひずみ較正アレイにより形成された、ひずんだ寸法付きグリッドの位置合わせ装置を含み、寸法付きグリッドを可視化したものが、解剖学的医用像内の定量的ゆがみ量に正確に合致するように変形される。本主題は、少なくとも１つの解剖学的標識を選択することにより寸法付きグリッドに解剖学的像をレジストレーションして、少なくとも１つのグリッドインジケータを寸法付きグリッドに提供することにより、患者の解剖学的構造の像に対して寸法付きグリッドを較正して、較正後の寸法付きグリッドを提供することにより、および、解剖学的像のひずみに合わせて修正するように較正後の寸法付きグリッドを変形して、変形された較正後の寸法付きグリッド像を生成することにより、像形成系から取り込まれた解剖学的像のひずみに合わせて修正する方法を含む。本方法は、変形された較正後の寸法付きグリッドを基準として患者の解剖学的構造の像内における対象点を術中に算出するステップをさらに含む。
【０００８】
本主題の他の一態様は、アプリケーションソフトウェアを形成するコンピュータ可読命令を使用して符号化された非一時的なコンピュータ可読記憶媒体と、命令を処理するプロセッサとにより作られた、グリッドを使用した術中システムであって、アプリケーションソフトウェアが、像形成装置により捕捉されたデジタル像を取り込みおよび記憶するように構成されたデータ取り込みモジュールと、グリッドに解剖学的像をレジストレーションするように構成されたグリッドレジストレーションモジュールと、解剖学的像内のひずみに合わせて修正するようにグリッドを適応させるように構成されたひずみ適応モジュールと、術中にユーザに対して少なくとも１つの視覚および／または聴覚的教示を提供するように構成された結果モジュールと、を含むグリッドを使用した術中システムである。データ取り込みモジュールは、検出器からデータを取得するように構成され得る。検出器は、拡張現実または複合現実のグリッドと電子的に通信し得るか、または追跡可能であり得る。本発明の一実施形態における結果モジュールは、拡張現実表示装置であり得、結果モジュールは、３Ｄ形状モデルまたはホログラフィック表示装置であり得る。
図面は、本発明の例示的な形態に従った、蛍光透視位置合わせ板装置および使用方法を概略的に示す。本発明の説明は、添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】術中変形グリッドシステムの概略図である。
【図２】システムのソフトウェアフロー図の概略図である。
【図３】例示的な実施形態のグリッドの図である。
【図４】本発明に従った、ひずみ修正方法の概略フロー図である。
【図５Ａ】較正グリッドのスクリーンショット画像の図である。
【図５Ｂ】較正グリッドのスクリーンショット画像の図である。
【図６】ひずみ修正工程の概略図である。
【図７Ａ】ひずみ修正ステップのユーザ目線のスクリーンショット画像の図である。
【図７Ｂ】ひずみ修正ステップのユーザ目線のスクリーンショット画像の図である。
【図８】自動区分工程のソフトウェアフロー図の概要図である。
【図９】自動区分工程のスクリーンショットの例示的な図である。
【図１０】システムのヘッドアップ表示装置の画像の例示的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、本発明の以下の詳細な説明を参照することで、より容易に理解され得る。本発明が本明細書で説明する特定の装置、方法、条件、またはパラメータに限定されないことと、本明細書で用いられる用語が、単に例示的に特定の実施形態を説明することを目的としており、請求項に記載された発明を限定することは意図していないこととが理解される。さらに、付属の請求項を含め、本明細書で使用される場合、文脈上、他の意味に明白に規定される場合を除き、単数形の「１つ（ａ）」「１つ（ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は、複数形を含み、特定の数値の参照は、少なくともその特定の値を含む。本明細書において、「約（ａｂｏｕｔ）」または「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」ある特定の値から、および／または、「約（ａｂｏｕｔ）」または「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」他の特定の値までとして、範囲が表記され得る。このような範囲が記載された場合、他の一実施形態は、そのようなある特定の値から、および／または、そのような他の特定の値までを含む。同様に、前置される「約（ａｂｏｕｔ）」の使用により、値が近似として記載された場合、その特定の値が、他の一実施形態を形成することが理解されると考えられる。本発明のこれらの、および、他の態様、特徴および利点は、本明細書の詳細な説明を参照して理解されると考えられ、付属の請求項において特に示された様々な構成要素および組み合わせにより実現されると考えられる。前述の全体的な説明と以下の本発明の詳細な説明との両方が、本発明の好ましい実施形態の例示的な説明であり、請求項に記載された発明の限定ではないことが理解される。別段の定めがない限り、本明細書で用いられる技術用語および科学用語は、すべて、本発明が属する技術分野の当業者により通例理解されるのと同じ意味をもつ。
【００１１】
本開示は、外科手術中に患者のＸ線像などの放射線像を捕捉することから始まる。関節置換、ならびに外傷性骨折の整復および変形矯正、ならびにインプラントの配置／位置合わせなどの外科手術中に、デジタルＸ線像が、術中に捕捉される。捕捉された像は、表示装置において見られるか、または、さらに処理され得る。グリッド位置合わせ装置（アナログまたはデジタル）は、術中に捕捉されるデジタル放射線像形成、超音波、ＣＴ、または他の像形成系の像と共に使用され得、外科手術中、インプラントの位置合わせまたは配置をしやすくし得る。
【００１２】
現在の技術の１つの目的は、デジタル像の術間使用を可能にするひずみ適応工程を提供することである。外科医が手術を実施しているとき、グリッドを使用した術中システムは、術中モードにおいて動作し得、これにより、外科医は、患者内でインプラントの配置を調節するための、または変形の矯正のためのガイドとして、システムを利用し得る。寸法付きグリッドは、患者内の解剖学的構造とインプラントの配置との位置合わせパラメータを規定するために使用される。グリッドは、その最も単純な形態において、解剖学的構造上にデジタルで表示され得、外科医は、位置合わせおよび位置決め測定値を視覚的に決定し得る。しかし、解剖学的像内のひずみに合わせて修正するために、解剖学的像内での特定の対象領域における特定の解剖学的特徴に類似または合致する幾何学的形状または線の位置合わせグリッドが使用されて、グリッド位置合わせ装置のひずみ適応を実現する。この方法により、解剖学的構造は、あらゆる筋骨格用途において、ひずんだ解剖学的幾何学的グリッドを使用して術中に位置合わせされ、これにより、ひずんだグリッド位置合わせ装置によりガイドされながら、解剖学的構造に対するインプラントのリアルタイムでの術中配置が可能となる。
【００１３】
例示的な実施形態において、寸法付きグリッドは、放射線像形成ビームの伝達経路中に固定される（像増強装置に装着されるなど）。解剖学的像は、ひずみを含む場合または含まない場合があり得るが、像内に現れるひずみ量に関わらず、寸法付きグリッドは像内に現れるひずみ量に関連してひずみ、それにより、解剖学的像の様々な対象点上にひずみに適応された寸法付きグリッドが適切に重ね合わせられた状態で、ひずんだ解剖学的像における視覚による定量分析が可能になる。
【００１４】
本工程は、術前または術中における初期像の捕捉を可能にし、その初期像は、例えば、アフィン変換などの変換工程を施され、それにより、回転、並進、および拡大縮小をするように解剖学的位置を調節する。次に、Ｂスプラインフィッティング処理などの他のプロセシック変換を使用して、寸法付きグリッドのグリッド線は、解剖学的構造に適合するように術中にリアルタイムで適応され、従って、筋骨格の解剖学的構造、または、インプラントまたは外傷の形状に合致または適合するように湾曲した、ひずんだ線を生成する。
【００１５】
図１を参照すると、ひずんだ術中像に示すように、筋骨格の解剖学的構造またはインプラントの形状に合致または適合するように湾曲した線などのひずんだ寸法付きグリッドを提供するための、グリッドまたはひずみ較正アレイを使用した術中システム１００が提供される。グリッドまたはひずみ較正アレイを使用した術中システム１００は、コンピュータワークステーション１０４を含む。コンピュータワークステーション１０４は、像データ取り込み装置１０６と、像データ生成装置１０８と、非一時的なコンピュータ可読像データ記憶媒体１１０と、プロセッサ１１２と、コンピュータ可読命令１２０とで作られる。非一時的なコンピュータ可読記憶媒体１１０は、コンピュータ可読命令を使用して符号化されて、アプリケーションソフトウェア１２０を形成する。コンピュータワークステーション１０４は、キーボードなどの入力装置１１８と、モニタなどの表示装置１１４とをさらに含む。グリッドひずみ較正アレイを使用した術中システム１００は、任意選択的に、動き追跡装置１１６を含み得る。例示的な実施形態において、像取り込み装置１０６と像データ生成装置１０８とは測定値を含み、データが捕捉されて、ＡＲ／Ｈｏｌｏレンズ、眼鏡、またはヘッドアップ表示装置に表示され得る。
【００１６】
コンピュータワークステーション１０４は、例えば、Ｃアームおよび平板などの像形成系２２０に電子的に接続される。患者２０４などの被写体が、像形成系２２０内のテーブル２０６上に配置される。アナログな実施形態のようなひずみ較正アレイ２００は、像形成系２２０の像増強装置２０８に装着される。他の一実施形態において、寸法付きグリッド２００は、アプリケーションソフトウェア１２０により寸法付きグリッドのデジタル表現を生成することを可能にする。
図１と図２とを参照すると、アプリケーションソフトウェア１２０は、像形成装置２２０により捕捉されたデジタル像を取り込みおよび記憶する像取り込みモジュール３００を含む。一実施形態において、像は、ＤＩＣＯＭ画像形式である。捕捉された像は、レジストレーションのために、ひずみ較正アレイレジストレーションモジュール４００に送信される。レジストレーションされたひずみ較正アレイは、寸法付きグリッドの適応のために、ひずみ適応モジュール５００に送信される。次に、少なくとも１つの視覚的および／または聴覚的教示は、結果モジュール６００に送信される。このモジュールは、外科医が満足するまで、インプラントの配置および／または位置合わせを調節するように、外科医に対して少なくとも１つの教示をもたらす。以下、これらのソフトウェアモジュールの機能について詳細に説明する。
【００１７】
一実施形態において、アプリケーションソフトウェア１２０は、モジュールに組み込まれ、この図に示すように、各モジュールは、少なくとも１つの機能ブロックを含む。各ブロックの詳細な動作を示すために、例示的な外科手術として股関節位置合わせの実施形態が使用される。本明細書で開示されるひずみ較正アレイを使用した術中システム１００が、この外科手術だけを実施することには限定されないと理解されると考えられる。例えば、本発明は、股関節、膝、脊椎、足関節、および肩の関節形成手術、ならびに、筋骨格再建のための外傷手術などの他の筋骨格用途に適用可能であり得る。本発明が、以下に説明される特定の詳細事項の変形例を使用して実施され得ることが当業者には明らかと考えられる。
【００１８】
アプリケーションソフトウェア１２０は、術中にリアルタイムで、被術者の解剖学的構造に適合させるようにデジタルの寸法付きグリッドパターンを適応させ、従って、ひずんだパターンを生成して、筋骨格の解剖学的構造またはインプラントまたは外傷の形状に合致または適合させ、少なくとも１つの視覚的および／または聴覚的教示を生成するか、または、術中に外科医２０２などのユーザに対するフィードバックを生成する。ユーザ２０２は、レジストレーションされた解剖学的像を、ひずみ調節された寸法付きグリッドを使用して確認する。患者または診断装置の調節が必要な場合、外科医は、患者の解剖学的構造における位置を選択し、例えば、入力装置１１２を使用して、選択された解剖学的位置をワークステーションに入力し、または代替例において、外科医により自動区分が選択され得る。位置が入力されると、それらの位置が、寸法付きグリッドの配置のためのパターンインジケータとなる。
【００１９】
ここで図３を参照すると、例示的な実施形態において、寸法付きグリッド２００が示される。寸法付きグリッド２００は、アナログであるか、またはデジタルで生成され得る。一実施形態のアナログの寸法付きグリッド２００に関して、このアナログの寸法付きグリッド２００は、手術変数に関する複数の寸法付き放射線不透過線、例えば、２３０を含む。寸法付きグリッド２００の不透過ではない部分は、放射線透過性である。寸法付きグリッド２００は、角度、長さの位置決めまたは目標決めの基準となる、あらゆる形状またはパターンの幾何学的特徴または文字列を含み得る。寸法付きグリッド２００は、手術変数に対応した、単一の線、幾何学的パターン、数字、文字、または複数の線および形状の複雑なパターンであり得る。グリッドパターンは、事前設計されるか、または、形態計測文献と、解剖学的標識間の主要な関係および寸法を特定する研究との解釈、および、特定の処置に関係する場合に良好な手術技術を支援することにおけるその応用を含んだ、解剖学的構造と臨床経験とに関する外科医の知識に基づいて、術中にリアルタイムで構築され得る。アナログの寸法付きグリッド２００は、例えば、Ｃアームおよび平板など、像形成系２２０を使用して術中に像形成される物体と共に使用される。デジタルの寸法付きグリッドに関し、この形態の寸法付きグリッド２００は、アプリケーションソフトウェア１２０により生成される。
【００２０】
図１と図４とは、本発明の方法の詳細なフロー図を示す。データ取り込みモジュール３００において、デジタル像は、デジタル像を投影する表示装置を含むコンピュータワークステーション１０４に伝達される。デジタル像は、放射線像形成、ＭＲＩ、または超音波像であり得る。デジタル像は、外科医の指示により撮影され、または、一実施形態において、デジタル像は、手術の全期間中における既定の期間において、連続的に撮影される。
【００２１】
グリッドを使用した術中システム１００は、外科医に、デジタル像、他の関連文字列、および画像情報を表示するように構成されたモニタスクリーンなどの表示装置１１４を含む。グリッドを使用した術中システム１００は、さらに、例えば、キーボード、マウス、トラックボール、または赤外線ポインタなどの同様のポインティング装置といった入力装置１１２に接続され、さらに、他の外部サーバおよびコンピュータと通信し得るようにネットワーク通信周辺機器（図示せず）に接続され得る。例示的な実施形態において、グリッドまたはひずみ較正アレイを使用した術中システム１００は、Ｃアームなどの像形成系２２０から撮影側からのＤＩＣＯＭ画像を受信し、さらに患者の反対側のＤＩＣＯＭ画像を受信する。しかし、骨盤における手術などのいくつかの用途では、片側のＸ線像のみが必要とされる。工程のこのステップにおいて、患者の解剖学的部位の像は、像を処理して解剖学的像モデルの生成を行い、像を保存して可視化スクリーンに像を表示するシステムにより、術中にリアルタイムで、または術前に、放射線像形成／ＣＴ／ＭＲＩ／超音波（ステップ４１０）により取り込まれる（ステップ４２０）。
【００２２】
グリッドレジストレーションモジュール４００において、外科医などのユーザ２０２は、可視化スクリーン上の解剖学的像において少なくとも１つの解剖学的標識３１０を選択する。表示装置は、コンピュータ／タブレットモニタ、像形成系モニタ、ＴＶモニタ、ＨＵＤ、複合現実眼鏡、眼鏡またはコンタクトレンズなどの拡張現実またはホログラフィック装置などの表示媒体を見ることにより外科医が視覚的に利用可能である。デジタル像は、２Ｄまたは３Ｄで生成された形状モデルであり得る。解剖学的標識３１０選択は、限定はされないが、ソフトウェアが特徴／パターン認識処理を使用して、既知の目標とされた解剖学的標識を自動検出する自動区分、ジャイロマウスなどの遠隔赤外線装置の使用、音声命令、空中のジェスチャ、凝視（外科医は、凝視と、目または頭の動きの方向とを使用して、選択された解剖学的標識３１０の位置での、可視化スクリーンへの目標決めまたは接触を制御する、を含む様々な方法により実現され得る。
【００２３】
例示的な埋め込みにおいて、外科医は、手動で、または、赤外線ポインタなどの様々な入力装置１１２または拡張現実装置を使用してワークステーション１０４に解剖学的標識３１０の選択を入力する。アプリケーションソフトウェアは、寸法付きグリッド２００を選択された解剖学的標識３１０にレジストレーションする。本方法は、少なくとも１つの解剖学的標識３１０を選択して、寸法付きグリッドに少なくとも１つのグリッドインジケータを提供することにより、寸法付きグリッドに解剖学的像をレジストレーションするステップを含む（ステップ４３０）。
【００２４】
ひずみ修正モジュール５００において、デジタルグリッドインジケータの変形を算出するためにレジストレーション手順が使用される。レジストレーション工程における最初のステップは、較正である（ステップ４４０）。ソフトウェアは、像内で放射線不透過な較正点５２０を特定および認識する。これらは、寸法が既知の形状である。これらの点をグループ化したものが、ひずみ較正アレイ５２２である。像が撮影されて取り込まれたときに、既知のひずみ較正アレイ線／点が特定されるように、ひずみ較正アレイ５２２は、像増強装置２０８上、またはあらゆる像形成系２２０の視界内に位置する。これらの既知のパターンは、ひずみ適応／矯正工程において使用するため保存される（ステップ４５０）。ひずみ較正アレイ５２２は、不明瞭にしないように、および、不必要な線／点により像を乱さないように表示媒体における可視化から除外される（ステップ４５０）。
ここで図５Ａと図５Ｂとを参照すると、ひずみ較正アレイ５２２が示される。この例示的な実施形態におけるひずみ較正アレイ５２２は、寸法付きグリッド２００のひずみ適応を補助するために配置された一連の線または点により形成される。ひずみ工程が解剖学的構造に対するこれらの点／線５２２の位置を算出し得るように、および、各像が撮影される間のひずみ量を定量化し得るように、ひずみ較正アレイ点または線５２０は、放射線不透過性である。これらの点／線が特定されてひずみ工程で使用された後、寸法付きグリッド２００と解剖学的像とを見るときに、それらの点／線が外科医の視界を妨げないように、解剖学的像におけるこれらの点／線の可視化を防ぐ他の工程が行われる。
【００２５】
一実施形態において、レジストレーション工程は、解剖学的像に重ね合わせられた寸法付きグリッド２００上でグリッド標識（グリッド線の交点、点、および線分など）を手動または自動で検出することと、次に、アフィンレジストレーションと変形場とを使用してそれらの標識を、デジタルで表された既知の形状のひずみ較正アレイ５２２における対応する標識と位置合わせすることとを伴う。本方法は、解剖学的像のひずみに合わせて修正するように較正後の寸法付きグリッドを変形し、変形された較正後の寸法付きグリッド像を生成するステップを含む。（ひずみ較正アレイ５２０における）既知の放射線不透過線／点は、各解剖学的像内におけるＥＭひずみの測定基準を提供するために使用される。ひずみが定量化され、次に、ソフトウェアにより生成された仮想グリッドが、各解剖学的像２４０内のひずんだ解剖学的構造に合致するように適応される（ステップ４６０）。
【００２６】
ここで図６と図７Ａと図７Ｂとを参照すると、ひずみ較正アレイ２００は、一様でない設計であるので、外科医の対象とする領域において変形修正がより高い精度で推定され得るように、外科医の対象とする領域内で選択された解剖学的標識３１０がより密に集められる。変形推定は、次のように進行する。すなわち、選択された解剖学的標識３１０がアレイ像において（手動または自動で）特定されると、対応する選択された解剖学的標識３１０の間における寸法付きグリッド２００からアレイ像への最適な写像を生成するアフィン変換が算出される。アレイ像に対して並進、回転、および拡大縮小のための標識を調節するアフィン変換によるグリッド点の変換の後、（変換されたグリッド点とアレイ像点との間の残差である）変形場における標識は、シンプレートスプラインまたは何らかの他の適切な放射基底関数を使用してモデル化される。シンプレートスプラインまたは放射基底関数のパラメータは、連立一次方程式を解くことにより推定される。
【００２７】
変形場が算出されると、寸法付きグリッドは、患者の解剖学的構造に適合するように術中にリアルタイムで適応されることにより、筋骨格の解剖学的構造またはインプラントの形状に合致または適合するように使用され得る湾曲した線などの、ひずんだグリッドインジケータを生成する。次に、グリッドインジケータの変形は、まず、アフィン変換を適用した後、変形場に沿ってグリッドインジケータをゆがませることによりリアルタイムで適用される。標識特定において規定されて目標とされた解剖学的位置に基づいたグリッドパターンが生成される。ソフトウェアプログラムは、各像内のひずみ量を算出するように構成され、それが、解剖学的構造／解剖学的構造の像に対してこの量を定量化し、次に、算出されたグリッド／像関係を表示し、定量的にひずんだ寸法付きグリッド像と共に患者の解剖学的構造の像を表示する。これらの変形されたグリッドは、新しい各像が撮影されるのに伴ってリアルタイムで追跡される。変形されたグリッドは、外科医などのユーザにより自動または手動で、解剖学的構造、インプラント、および骨折箇所に対して配置され得る（ステップ４７０）。
【００２８】
測定値、差分、角度、グリッドおよびインプラント位置、骨折によるずれを算出して、インプラントまたは外傷に関係する手術変数の少なくとも１つの測定値を決定するために、アルゴリズム内で多くの方程式および式が使用される（ステップ４８０）。出力モジュール５００において、インプラントまたは外傷に関係する手術変数の少なくとも１つの測定値が、ユーザに示される。これが、患者内におけるインプラントの配置、または、外傷の処置をしやすくする（ステップ４９０）。術前計画が用意および確認されると、外科医が被術者を配置し、例えば、Ｘ線装置などの放射線像形成システムに対して患者を配置する。外科医が、対象領域のＸ線などの放射線像を取得する。方法の第１のステップにおいて、放射線像が生成され、表示装置を含むワークステーションに伝達される。解剖学的像が表示され、外科医が放射線像を確認する。外科医により解剖学的位置が選択され、次に、選択された解剖学的標識点に基づいて、像レジストレーションを使用して、像にグリッドがレジストレーションされる。像レジストレーションは、グリッドのアフィン変換として規定され、グリッドにおける既定の標識点と、それらの対応する解剖学的標識点との間の最適な適合をもたらす。最適な適合をもたらすアフィン変換パラメータは、既定の標識点と解剖学的標識点との間における最小の最小二乗差を生成するパラメータとして規定され得るが、他の最適化基準をさらに含み得る。像レジストレーションの後、解剖学的標識間の差分と患者の解剖学的構造の対称性の仮定とを使用して、患者の解剖学的構造の３Ｄにおけるピッチとヨーとの推定が行われ得る。
【００２９】
測定値およびデータは、さらに、ロボットシステム、触覚制御装置またはタッチ／力検出器に送信され、またはこれらと通信され得、寸法付きグリッド、手術器具、およびインプラントのリアルタイムによる複合現実／拡張現実での追跡のために、複合現実／拡張現実のグリッドデータおよび像測定値を投影することにより、術中にリアルタイムで手術環境において、寸法付きグリッドと共に、機器、骨またはインプラントの可視化、位置合わせ、および配置を２Ｄ／３Ｄの複合現実／拡張現実／ホログラフィック現実の像／形状モデルにより表示する複合現実／拡張現実／ホログラフィック現実表示装置に送信され、またはこれらと通信され得る（ステップ４９５）。
【００３０】
ここで図８と図９とを参照すると、自動区分モジュールが示される。自動区分において、連続する解剖学的像の各々について、外科医により選択された少なくとも１つの解剖学的標識３１０が自動的に選択される。自動区分は、外科医がより迅速に作業することを可能にする。自動区分は、以下の技術、すなわち、強度閾値処理、ハフ変換または他の方法を使用した形状検出を含む像内の強度縁部における特徴検出、特徴検出後における既定の標識位置との２Ｄまたは３Ｄの解剖学的地図のレジストレーションの１つまたは複数の組み合わせにより実現される。一実施形態において、システムに関連して、アプリケーションソフトウェア１２０がモジュールに組み込まれ、各モジュールが、この図に示す少なくとも１つの機能ブロックを含む。機能８１０は、自動区分を含み、機能８２０は、自動グリッド点選択を含む、機能８３０は、選択された点からのグリッド生成を伴い、機能８４０は、解剖学的像上におけるグリッドの重ね合わせを伴う。
【００３１】
ここで図１と図１０とを参照すると、代替的な実施形態のシステム１００が示される。システムの構成要素は、選択された手術部位の一連のＸ線または蛍光透視像の入力と、手術像を処理するシステム１００と、外科医などのユーザ２０２による寸法付きグリッド２００の操作を提供する入力装置１１２を使用した、仮想的な、拡張された、またはホログラフィックの寸法付きグリッド２００の重ね合わせとを含む。一実施形態において、電子表示装置１１４は、例えば、コンピュータモニタ、または眼鏡（Ｇｏｏｇｌｅ）などのヘッドアップ表示装置といった電子表示装置である。他の一実施形態において、電子表示装置スクリーン１１４は、動画ＦＰＶゴーグルである。電子表示装置１１４への出力は、ユーザ２０２が一連の像および寸法付きグリッド２００の重ね合わせを見るために提供される。拡張現実またはホログラフィックの寸法付きグリッド２００は、手術装置の正確な位置合わせ／配置を固定しやすくする電子表示装置１１４上に表示される解剖学的標識を見つめることにより、ユーザ２０２により操作され得る。システム１００は、ユーザ２０２が透過型視覚表示装置を使用して視界内で直接、重要な作業情報を見ることを可能にし、さらに、慣れ親しんだジェスチャ、音声命令、および動き追跡を使用してそれと相互作用することを可能にする。データは、データ記憶装置１１０内に記憶され得る。用途は、股関節、膝、肩、肘、および足関節の関節形成術、外傷性骨折および四肢変形矯正、脊椎、および大腿骨寛骨臼インピンジメント／ＰＡＯなどのスポーツ医学的処置を含む。
【００３２】
好ましい例示的実施形態を参照して本発明について説明してきたが、後述の請求項により定義されるように、様々な変形、追加、および除外をしたものが本発明の範囲内であることが当業者により理解されると考えられる。
【符号の説明】
【００３３】
１００  術中システム
１０４  コンピュータワークステーション
１０６  像データ取り込み装置、像取り込み装置
１０８  像データ生成装置
１１０  非一時的なコンピュータ可読像データ記憶媒体、データ記憶装置、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体
１１２  プロセッサ
１１４  電子表示装置スクリーン、表示装置
１１６  動き追跡装置
１１８  入力装置
１２０  コンピュータ可読命令、アプリケーションソフトウェア
２００  ひずみ較正アレイ、寸法付きグリッド
２０２  ユーザ、外科医
２０４  患者
２０６  テーブル
２０８  像増強装置
２２０  像形成系、像形成装置
３００  像取り込みモジュール、データ取り込みモジュール
３１０  解剖学的標識
４００  ひずみ較正アレイレジストレーションモジュール、グリッドレジストレーションモジュール
５００  ひずみ適応モジュール、ひずみ修正モジュール、出力モジュール
５２０  較正点、ひずみ較正アレイ点または線、ひずみ較正アレイ
５２２  ひずみ較正アレイ、点／線
６００  結果モジュール
８１０  機能
８２０  機能
８３０  機能
８４０  機能
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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