(57)【要約】３次元体積内で放射線源の位置成分を決定するセンサは、一連の開口を有するマスク、該マスクから離された検出面、および計算装置を含む。前記一連の開口は、それら開口の間で所定の数学関係を有し、マスク基準線を定める。マスクを通過する放射線は、検出面の上にマスク像を作り出す。このマスク像は、一連のピークおよび位置決めされることのできる像基準線を有し、マスク像の少なくとも５０％が検出面の上に投影される。計算装置は、マスク像内の像基準線の位置を決定し、またマスク像内の像基準線の計算された位置から放射線源の位置成分を決定する。このセンサを使用する方法およびシステムも開示される。
2007500359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元体積内で放射線源の位置成分を決定する方法であって、
一連の開口を有するマスクを介して放射線源から検出面へ放射線を通過させ、前記一連の開口が開口の間で所定の数学関係を有し、前記一連の開口がマスク基準線を定めてマスク像を作り出し、前記マスク像が一連のピークおよび位置決めされることのできるマスク像内の像基準線を有し、マスク像の少なくとも５０％が検出面上に投影され、
検出面上のマスク像の位置を計算し、
マスク像内の像基準線の位置を計算し、
マスク像内の像基準線の計算された位置から放射線源の位置成分を計算する
ステップを含む方法。
【請求項２】
検出面上のマスク像の位置が、実質的に全てのマスク像を使用して計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
開口の間の所定の数学関係が、中央不透明セクションのいずれかの側で一連の等間隔のスリットであり、前記中央不透明セクションが、隣接するスリット間の間隔よりも広い、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
開口の間の所定の数学関係が、中央不透明セクションのいずれかの側で一連の等間隔のスリットであり、前記中央不透明セクションが、隣接するスリット間の間隔よりも狭い、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
開口の間の所定の数学関係が、中央スリットのいずれかの側で一連の等間隔のスリットであり、前記中央スリットが他のスリットよりも広い、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
開口の間の所定の数学関係が、中央スリットのいずれかの側で一連の等間隔のスリットであり、前記中央スリットが他のスリットよりも狭い、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
２つ以上の一連のスリットが存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
開口の間の所定の数学関係が、検出面の長手方向に平行な方向で可変の透明度パターンであり、また検出面の長手方向に垂直な方向で一定である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
透明度パターンが数学関数である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
数学関数が正弦関数である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
正弦関数が、マスク基準線のそれぞれの側で異なった周期を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
像基準線の位置の計算が、
像基準線の特性を識別し、
像基準線の特性に対応する像の部分を位置決めする
ステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
像基準線の位置の計算が、
最初にマスク像の第１の部分で、次にマスク像の第２の部分で、像の各々のピークを位置決めし、
像の中の各々の有効なピークの位置から像基準線の位置を計算する
ステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
欠落または無効なピークについて計算を補償するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
像基準線の位置の計算が、開口の間の所定の数学関係に基づいてカーネルで像を畳み込むステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
像基準線の位置の計算が、反復データ当て嵌めアルゴリズムを使用して、開口の間の所定の数学関係に基づいて像を関数へ当て嵌めるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
像基準線の位置の計算が、像をフィルタして背景雑音を最小にするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
像基準線の位置の計算が、マスク像内の像基準線の推定された位置を推定し、マスク像内の像基準線の推定された位置からマスク像内の像基準線の実際の位置を計算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
像が検出面のいずれかの極端部にあるかどうかを報告するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
マスク基準線がマスクの中央からオフセットされていない、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
マスク基準線がマスクの中央から所定値だけオフセットされている、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
像検出器が電荷結合素子であり、前記電荷結合素子の幅が１ピクセルであり、長さがマスク内の一連のスリットの幅よりも長い、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
放射線源が発光ダイオードである、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
発光ダイオードが赤外線放射線を放出する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
マスクが、像基準線に垂直な第２の像基準線を作り出し、像基準線および第２の像基準線が交差して像基準点を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
３次元体積内で放射線源の位置成分を決定するシステムであって、
一連の開口を有するマスクであって、前記一連の開口が開口の間で所定の数学関係を有し、前記一連の開口がマスク基準線を定めるマスクと、
マスクから離された検出面であって、マスクが検出面上にマスク像を作り出し、前記マスク像が一連のピークを有すると共に位置決めすることのできるマスク像内の像基準線を有し、マスク像の少なくとも５０％が検出面上に投影される検出面と、
マスク像内の像基準線の位置を計算する第１の回路と、
マスク像内の像基準線の計算された位置から放射線源の位置成分を計算する第２の回路と
を具備するシステム。
【請求項２７】
検出面上のマスク像の位置が、実質的に全てのマスク像を使用して計算される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
開口の間の所定の数学関係が、中央不透明セクションのいずれかの側で一連の等間隔スリットであり、前記中央不透明セクションが、隣接するスリット間の間隔よりも広い、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
開口の間の所定の数学関係が、中央不透明セクションのいずれかの側で一連の等間隔スリットであり、前記中央不透明セクションが、隣接するスリット間の間隔よりも狭い、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３０】
開口の間の所定の数学関係が、中央スリットのいずれかの側で一連の等間隔スリットであり、前記中央スリットが他のスリットよりも広い、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３１】
開口の間の所定の数学関係が、中央スリットのいずれかの側で一連の等間隔スリットであり、前記中央スリットが他のスリットよりも狭い、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３２】
２つ以上の一連のスリットが存在する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３３】
開口の間の所定の数学関係が、検出面の長手方向に平行な方向で可変の透明度パターンであり、また検出面の方向に垂直な方向で一定である、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３４】
透明度パターンが数学関数である、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
数学関係が正弦関数である、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
正弦関数が、マスク基準線のそれぞれの側で異なった周期を有する、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
第１の回路が第３の回路を含み、前記第３の回路が、マスクの像基準線の特性を識別し、像基準線の特性に対応する像の部分を位置決めすることによって、像基準線の位置を推定する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３８】
第１の回路が、最初にマスク像の第１の部分で、次にマスク像の第２の部分で、像の各々のピークを位置決めし、マスク像内の各々の有効なピークの位置から像基準線の位置を計算する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３９】
欠落または無効なピークについて計算を補償する第４の回路を含む、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
第１の回路が、更に、開口の間の所定の数学関係に基づいてカーネルでマスク像を畳み込む、請求項２６に記載のシステム。
【請求項４１】
第１の回路が、反復データ当て嵌めアルゴリズムを使用して、開口の間の所定の数学関係に基づいてマスク像を関数へ当て嵌める、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
第１の回路が、更に、マスク像をフィルタして背景雑音を最小化する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項４３】
第１の回路が、更に、マスク像内の像基準線の推定された位置を推定し、マスク像内の像基準線の推定された位置からマスク像内の像基準線の実際の位置を計算する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項４４】
像が検出面のいずれかの極端部にあるかどうかを報告する第５の回路を含む、請求項２６に記載のシステム。
【請求項４５】
マスク基準線が、マスクの中央からオフセットされていない、請求項２６に記載のシステム。
【請求項４６】
マスク基準線がマスクの中央から所定値だけオフセットされている、請求項２６に記載のシステム。
【請求項４７】
像検出器が電荷結合素子であり、前記電荷結合素子の幅が１ピクセルであり、長さがマスク内の一連のスリットの幅よりも長い、請求項２６に記載のシステム。
【請求項４８】
放射線源が発光ダイオードである、請求項２６に記載のシステム。
【請求項４９】
発光ダイオードが赤外線放射線を放出する、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
マスクが、像基準線に垂直な第２の像基準線を作り出し、像基準線および第２の像基準線が交差して像基準点を形成する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項５１】
３次元体積内で放射線源の位置成分を決定するセンサであって、
一連の開口を有するマスクであって、前記一連の開口が開口の間で所定の数学関係を有し、前記一連の開口がマスク基準線を定めるマスクと、
マスクから離された検出面であって、マスク内の一連の開口が検出面上にマスク像を作り出し、前記マスク像が一連のピークおよび位置決めされることのできるマスク像内の像基準線を有し、マスク像の少なくとも５０％が検出面上に投影される検出面と、
マスク像内の像基準線の位置を決定し、またマスク像内の像基準線の計算された位置から放射線源の位置成分を決定する計算装置と
を具備するセンサ。
【請求項５２】
計算装置が、実質的に全てのマスク像を使用して、検出面上のマスク基準線の位置を計算する、請求項５１に記載のセンサ。
【請求項５３】
開口の固定された関係が、中央不透明セクションのいずれかの側で一連の等間隔スリットであり、前記中央不透明セクションが、隣接するスリット間の間隔よりも広い、請求項５１に記載のセンサ。
【請求項５４】
開口の固定された関係が、中央不透明セクションのいずれかの側で一連の等間隔スリットであり、前記中央不透明セクションが、隣接するスリット間の間隔よりも狭い、請求項５１に記載のセンサ。
【請求項５５】
開口の固定された関係が、中央スリットのいずれかの側で一連の等間隔スリットであり、前記中央スリットが他のスリットよりも広い、請求項５１に記載のセンサ。
【請求項５６】
開口の固定された関係が、中央スリットのいずれかの側で一連の等間隔スリットであり、前記中央スリットが他のスリットよりも狭い、請求項５１に記載のセンサ。
【請求項５７】
２つ以上の一連のスリットが存在する、請求項５１に記載のセンサ。
【請求項５８】
開口の固定された関係が、検出面の長さ方向に平行な方向で可変の透明度パターンであり、また検出面の長手方向に垂直な方向で一定である、請求項５１に記載のセンサ。
【請求項５９】
透明度パターンが数学関数である、請求項５８に記載のセンサ。
【請求項６０】
数学関数が正弦関数である、請求項５９に記載のセンサ。
【請求項６１】
正弦関数が、マスク基準線のそれぞれの側で異なった周期を有する、請求項６０に記載のセンサ。
【請求項６２】
マスク基準線がマスクの中央からオフセットされていない、請求項５１に記載のセンサ。
【請求項６３】
マスク基準線が、マスクの中央から所定値だけオフセットされている、請求項５１に記載のセンサ。
【請求項６４】
像検出器が電荷結合素子であり、前記電荷結合素子の幅が１ピクセルであり、長さがマスク内の一連のスリットの幅よりも長い、請求項５１に記載のセンサ。
【請求項６５】
像検出器が赤外線放射線を検出する、請求項５１に記載のセンサ。
【請求項６６】
マスクが、像基準線に垂直な第２の像基準線を作り出し、像基準線および第２の像基準線が交差して像基準点を形成する、請求項５１に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角度感知センサ、位置判定システム、および放射線源の位置成分を判定する方法に関する。更に具体的には、本発明は、位置感知センサおよび所定の体積内における放射線源の成分の位置を判定する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、外科医が患者の組織に対する外科器具の位置を判定するため、外科医を助けるコンピュータ支援外科ナビゲーション装置の使用が増加している。これら外科ナビゲーション・システムおよび装置の多くは、小さな「点」光源およびこれら光源のセンサを利用して、患者の組織に対する外科器具の空間的位置を判定する。光源は、従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。典型的な外科器具は複数のＬＥＤを含み、これらのＬＥＤは単一の平面には存在しないように配置される。適切に較正された器具について、これらＬＥＤの位置を判定すると、その器具の位置を判定し、また３次元の外科空間または体積内で、その器具の方位を判定することができる。
【０００３】
典型的な外科ナビゲーション・システムは、個別に離間された複数の検出器および関連コンピュータ・ソフトウェアを利用して、外科装置または器具上の各々のＬＥＤの位置を判定する。これらのシステムにおいて、光源は距離および体積に対して小さく、したがって点光源であると考えられる。典型的なＬＥＤは赤外光を放出するが、可視スペクトル内の光を含む他の波長の光を使用してもよい。これらのシステムは、個々の検出器に入る各々の光源の相対角度を判定し、各々の検出器からの角度を組み合わせて、特定の光源の３次元ｘ、ｙ、ｚ座標を計算する。外科器具上のＬＥＤの位置から、システムは、適切に較正された器具の正確な位置を計算することができる。
【０００４】
これらの光源または放射線源の典型的な検出器は、位置感知検出器（ＰＳＤ）、リニア・フォトダイオード・アレイまたはリニア電荷結合素子（ＣＣＤ）であってよい。ＣＣＤの場合、これらの典型的システムは、１ピクセル幅および１０００ピクセル以上の長さを有するＣＣＤを含み、かなりの体積を検出することができる。典型的には、点光源からの光はレンズまたは狭いスリットを通過してＣＣＤの上に細い光線をフォーカスする。次に、ＣＣＤは少数の連続したピクセルを照明する。ＣＣＤ内のピクセルのサイズおよび光をフォーカスするシステムの能力に依存して、検出器上の光の位置は、典型的には、照明されたピクセルの中心点であるか、光の最高強度を有するピクセルであると仮定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
外科ナビゲーションおよび他の位置検出システムが正確になるにつれて、点光源から位置感知装置の上に光をフォーカスするレンズまたはスリットの正確度がシステムの正確度の制限要因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、３次元体積内の放射線源の位置成分を判定する方法である。この方法は、放射線源から、一連の開口を有するマスクを介して検出器の表面へ放射線を通過させるステップを含む。一連の開口は、それら開口の間で所定の数学関係を有し、一連の開口がマスク基準線を定める。一連のピークおよび像基準線を有するマスク像は、マスク像内で像基準線を位置決めできるように作り出される。マスク像の少なくとも５０％が、検出器の表面上に投影される。検出器上のマスク像の位置が計算される。次に、マスク像内の像基準線の位置が計算され、最後に、マスク像内の像基準線の計算された位置から、放射線源の位置成分が計算される。
【０００７】
本発明の他の態様は、３次元体積内で放射線源の位置成分を判定するシステムに関する。このシステムは、一連の開口を有するマスクを含み、該一連の開口は、それら開口の間で所定の数学関係を有し、またマスク基準線を定める。システムは、更に、マスクから離された検出面を含み、マスクは検出面の上にマスク像を作り出す。このマスク像は、一連のピークおよび位置決めすることのできるマスク像内の像基準線を有する。マスク像の少なくとも５０％が検出面に投影される。システムは、更に、マスク像内の像基準線の位置を計算する第１の回路、およびマスク像内の像基準線の計算された位置から放射線源の位置成分を計算する第２の回路を含む。
【０００８】
本発明のさらに他の態様は、３次元体積内の放射線源の位置成分を判定するセンサに関連する。このセンサは、一連の開口を有するマスク、および該マスクから離された検出面を含む。一連の開口は、それら開口の間で所定の数学関係を有し、またマスク基準線を定める。マスクは検出面上にマスク像を作り出す。このマスク像は、一連のピークおよび位置決めすることのできるマスク像内の像基準線を有する。マスク像の少なくとも５０％が検出面に投影される。更に、センサは計算装置を含む。この計算装置は、マスク像内の像基準線の位置を判定し、またマスク像内の像基準線の計算された位置から放射線源の位置成分を判定する。
【０００９】
本発明の他の態様および利点は、以下の詳細な説明を考察することによって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明のシステムおよび方法で使用されるセンサ１００の直角投影図である。センサ１００はマスク１０２、像検出器１０４、および計算装置１０６を含む。マスク１０２は、像検出器１０４から距離１０８だけ離れている。マスク１０２は、２つの一連のスリット１１０および１１２を有する。一連のスリット１１０および１１２の各々は、同じ一連のスリット１１０または１１２の隣接スリットから距離１１４だけ離れている。一連のスリット１１０と一連のスリット１１２の間には、中央不透明区域１１６が存在する。この区域は、間隔１１４よりも大きい間隔１１８を有する。
【００１１】
像検出器１０４は、一連の通常の像検出装置の任意のものであってよい。このような装置は、１０００以上のピクセルが行として配置されたＣＣＤ検出器を含み、このような行は、像検出器１０４の長さに沿った１つまたは複数のピクセル幅を有する。像検出器１０４の長さは、好ましくは、あるとすれば中央不透明区域１１６を含む一連のスリット１１０および１１２の幅よりも長くあるべきである。これらのピクセルは、像検出器１０４の能動検出面１２０を含む。前述したように、像検出器１０４は、ＣＣＤを含む適切な商用の光または放射線検出装置、たとえばＴｏｓｈｉｂａ  ＴＣＤ１３０４ＡＰ、またはＤａｌｓａ  ＩＬ−Ｃ６−２０４８、または他のリニアＣＣＤであってよい。他のタイプの検出装置、たとえばＰＳＤ装置を使用することができるが、像検出器１０４上で受け取られる像の複雑な性質のため、アレイ内に非常に多くの離散的ピクセルを有するＣＣＤまたはＣＭＯＳフォトダイオード・アレイを使用することが好ましい。像検出器１０４内に存在する十分な数のピクセルは、光源の位置判定の正確度を確実にする。前述したように、像検出器１０４は、１０８の距離だけマスク１０２から離される。距離１０８および一連のスリット１１０および１１２のスリット・サイズは、マスク１０２を通過して像検出器１０４上で受け取られる放射線の回折を最小にするように選択しなければならない。一連のスリット１１０および１１２のスリットのサイズと数、距離１０８、並びに間隔１１４および１１８は、当業者によく知られた手法によって判定することができる。これについては、後の具体的な実施形態に関して詳細に説明する。
【００１２】
放射線源１２２、たとえば、検出器１００によって検出されるべき所定の体積内に置かれた赤外線ＬＥＤは、平面１２３を含む無限の一連の平面内で放射線を放出し、この放射線は一連のスリット１１２の１つを通過する。異なった平面（図示せず）からの放射線は、一連のスリット１１２の他のスリットおよび一連のスリット１１０を通過する。放射線源１２２からの放射線が一連のスリット１１０および１１２を通過するとき、それは像検出器１０４上にマスク像を形成する。このマスク像は、一連のスリット１１０および１１２に対応する一連の像１２４および１２６を含む。像検出器１０４は、マスク１０２から距離１０８だけ離されているから、それぞれの一連の像１２４および１２６の間の間隔１２８は、一連のスリット１１０および１１２の間隔１１４とは少し異なっている。同様に、影１３０は、中央不透明区域１１６の幅１１８とは異なったサイズを有する。図１の点線で示されるように、像基準線１３２は、影１３０の端から等距離にある。放射線源１２２からの放射線が移動する平面１２３は、平面１３４に関して角度θである。平面１３４は、像検出器１０４に垂直である。マスク像の少なくとも５０％が、像検出器１０４上に投影されるべきである。
【００１３】
この後でさらに詳細に説明するように、一連の像１２４および１２６の中でマスク像を構成する各々の像の位置が判定され、一連の像１２４および１２６の中の各々の像の位置から、像基準線１３２の正確な位置を判定することができる。計算装置１０６は、一連の像１２４および１２６の中の各々の像の位置から像基準線１３２の位置を計算する。この位置データは、図１９に関して詳細に説明するようにコンピュータへ送られる。
【００１４】
更に図１で分かるように、マスク１０２内の一連のスリット１１０および１１２の各々は、能動検出面１２０の幅よりもかなり長い。放射線源１２２が所定の３次元体積の中で移動されるとき、一連のスリット１１０および１１２の各々の長さは、一連の像１２４および１２６の或る部分が、能動検出面１２０を照明することを確実にする。これは、視野のサイズが、単に十分長くないスリットによって不必要に制限されないことを確実にする。
【００１５】
ここで図２を参照すると、図２は、図１で概略的に示されたマスク・スリット・パターンの平面図である。マスク１５０は、中央不透明区域１５４の右に一連のスリット１５２を有する。一連のスリット１５２として１５のスリットが存在する。更に、中央不透明区域１５４の左側には、類似した一連のスリット１５６として１５のスリットが存在する。一連のスリット１５２および１５６の各々は、約０．２ミリメートル幅であり、像検出器１０４の長さよりも長い。１つの実施形態において、一連のスリット１５２および１５６は、約３５ミリメートルの長さである。一連のスリット１５２および１５６の各々は、同じ一連のスリットの隣接スリットから０．２ミリメートルの距離だけ離されている。図２で示される実施形態において、中央不透明区域１５４は約０．４ミリメートルの幅である。図３は、マスク１５０の中央部分の部分拡大平面図を示す。それは不透明区域１５８および１６０を示す。不透明区域１５８および１６０は、一連のスリット１５２および１５６の各々の間で約０．２ミリメートルである。１つの実施形態において、マスク１５０は、像検出器１０４の上方約２９ミリメートルの所に置かれる。マスク基準線１６８は、中央不透明区域１５４の中心を通過するように示される。
【００１６】
図２のマスク１５０を通過して像検出器１０４へ達する光は、像検出器１０４の上で図２２で示されるような強度を有する像を作り出す。像の強度のプロットは、像の右部分に一連の１５のピーク１６２および像の左部分に一連の１５のピーク１６４を示す。グラフのｘ軸は、像検出器１０４に沿った位置であってＣＣＤピクセル・インデックスとして知られ、ｙ軸は、像検出器１０４の各々のピクセル上の放射線強度である。データは中央の広い谷１６６を含む。谷１６６は、マスク１５０の中央不透明区域１５４に対応する。図２２のデータは、像検出器１０４によって検出された生のデータであり、像検出器１０４へ同じように達する背景光または周辺光からの相当な雑音を含む。もしデータ操作の容易性が望まれるならば、図２２で示されるデータへフィルタリングおよび平滑化を適用して、背景雑音を除去するか、少なくとも最小にして、信号対雑音比を改善することができる。図２３で示される像は、ボックスカーフィルタを使用し既知の手順で平滑化された図２２のデータである。ボックスカーフィルタの代わりに、ハニング、バターワースフィルタなどを含む多くの良く知られたデータフィルタリングまたは平滑化手法を使用することができる。図２３で示されるピークは、はるかに規則的であるが、放射線が一連のスリット１５２および１５６を通過するときの回折によって生じた約３００単位の強度バイアスが存在する。
【００１７】
一連のスリット１５２および１５６における隣接スリット間ピクセル距離のカーネルでデータを畳み込むことによって、図２３で示されるデータを更に平滑化することが望ましいかも知れない。この畳み込み処理は、図２４に類似したデータ・セットを生じる。図２４で示されたデータは、一連のスリット１５２および１５６を通る放射線の回折によって生じたバイアスを除去する。更に注意すべきは、図２３のピークが正のピークとなり、図２３の谷が負の極値となることである。図２４のデータは、好ましくは、ピーク・位置を推定するために使用される。
【００１８】
後で説明するように、図２２、図２３、および図２４で示されるデータは、中央不透明区域１５４の中央を下へ通るマスク基準線１６８に対応する像基準線１３２の位置を判定するために使用することができる。一度、マスク基準線１６８に対応する像基準線１３２の位置が判定されると、図２２で示される像を作り出した放射線源の成分の位置が、当業者に良く知られた方法によって容易に判定することができる。
【００１９】
図４および図５は、図３と類似した部分図であって、図２で示されるマスク１５０の代替設計を示す。図４で示されるように、中央不透明区域１８０は、一連のスリット１８４および１８６の不透明区域１８２と同じサイズである。図３のマスクと図４のマスクとの主な相違は、図４の中央不透明区域１８０の寸法が、一連のスリット１８４および１８６の不透明区域１８２と全く同じサイズであるが、図３では、中央不透明区域１５４は、不透明区域１５８および１６０のサイズの２倍であることである。同様に、図５では、中央不透明区域１９０は、一連のスリット１９４および１９６の不透明区域１９２のサイズの半分である。実際には、マスク上の一連のスリットとして十分な数のスリットが存在し、図３、図４、および図５の中央不透明区域１５４、１８０、および１９０の中心を下がって像検出器１０４の長さ方向に垂直なマスク基準線１９８に対応する像基準線１３２の位置を、図３、図４、および図５で示されるそれぞれのマスクによって像検出器１０４上に投影された各々の像のピークの位置から所望レベルの正確度および信頼度で数学的に判定できるかぎり、マスクの正確な設計は特に重要ではない。更に、不透明区域１５２、１８２、および１９２のサイズは、それぞれの一連のスリットのペアのスリットについて同じサイズであるように示されるが、これらの不透明区域は、一連のスリット間の関係が知られていて数学的に記述可能であるかぎり、特定の一連のスリット内で様々なサイズを有することができる。更に、マスク内で２つを超える一連のスリットが存在してよく、この後で説明するように、マスク基準線がマスクの中央にある必要はない。２つを超える一連のスリットを有するマスクについては、これらのマスクは、透明または不透明の複数キー区域を有する。各々の一連のスリットのサイズは変化することができ、マスク内の他の一連のスリットと同じである必要はない。マスクが数学的に定義され、マスクがマスク基準線を有するかぎり、マスク上の一連のスリットの相対的サイズおよび関係は重要ではない。
【００２０】
ここで図６、図７、および図８を参照すると、これらの図面に示されるマスクは、図３、図４、および図５で示されるマスクのミラー像である。この点に関して、図６、図７、および図８では中央不透明区域を有する代わりに、それぞれの一連のスリット２０４および２０６の間に、不透明区域２０２によって形成された追加の中央スリット２００が存在する。この点に関して、図２で示されるマスク１５０は３０スリット、即ち、中央不透明区域１５２の各々の側に１５スリットを有するが、図６、図７、および図８で示されるマスクは３１スリット、即ち、中央スリット２００の各々の側に１５スリット、および中央スリット２００を有する。図７および図８は図６のマスクと類似しているが、中央スリット２００の幅は、図７では一連のスリット２０４および２０６と同じサイズであり、図８では一連のスリット２０４および２０６のサイズよりも小さい。
【００２１】
光が図４、図５、図６、図７、および図８で示されたマスクを通過するとき、光は図２２と類似した像を作り出す。これらの像を操作して、像基準線１３２の位置を判定することができる。像基準線１３２は、図３、図４、および図５で示された不透明区域の中央を下がるマスク基準線１９８および図６、図７、図８で示された中央スリットの投影である。理解されるように、マスクは、２つを超える一連のスリットを有することができる。更に、図７の中央スリット２００は、他のスリット２０４および２０６と同じサイズであり、図４の中央不透明区域１８０は、不透明区域１８２と同じであるから、図４および図７で示されるマスクは、実際には双方とも単一の一連のスリットである。
【００２２】
図２〜図８で示されるマスクの各々は、更に、数学関数によって表される。その場合、各々の不透明区域は０の値を有し、各々のスリットは１の値を有する。更に、マスク内のそれぞれのスリットおよび開口が相互に対して既知の関係を有するかぎり、他の異なった数学関数を使用してマスクを作り出すことができる。この明細書および添付の請求の範囲で使用されるように、開口の間の所定の数学関係は、マスク内で隣接する全面的に不透明な区域と全面的に透明な区域との間の既知の距離であるか、マスクの隣接区域に対する既知の透明度であってよい。たとえば、図９および図１０で示されるように、マスク３０２は、マスク基準線３０８の両側で、異なった正弦関数３０４および３０６によって定義される可変透明度を有する。マスク３０２の任意のセクションの特定の透明度は、正弦関数に従って１００％の不透明と１００％の透明との間で変化する。２つの代表的正弦関数の透明度が図１０のグラフで示される。図１０を見ると分かるように、マスク基準線３０８の左側では、正弦関数３０４は３０ピクセルの周期を有する８つの波を有する。マスク基準線３０８の右側では、正弦関数３０６は６０ピクセルの周期を有する５つの波を有する。この周期は正弦関数３０４の周期の２倍である。マスク３０２は、マスクの長さに沿った任意の位置ｘで、垂直方向に同一の透明度を有し、マスクの長さに沿った位置ｘにおけるマスク３０２の透明度Ｋｎｌ（ｘ）は、次の関数によって数学的に記述することができる。
Ｋｎｌ（ｘ）＝０．５＊（１＋ｓｉｎ（Ａ１＊（ｘ−ｋｎｌ＿ｏｆｆｓｅｔ）−π／２））  ０≦ｘ≦ｋｎｌ＿ｏｆｆｓｅｔについて、および
Ｋｎｌ（ｘ）＝０．５＊（１＋ｓｉｎ（Ａ２＊（ｘ−ｋｎｌ＿ｏｆｆｓｅｔ）−π／２））  ｋｎｌ＿ｏｆｆｓｅｔ＜ｘ＜Ｎｋｎｌについて
ここで、基本周期（Ｔ）は３０であり、マスク基準線の左側の基本周期数（Ｌｈｆ）は８であり、マスク基準線の右側の基本周期数（Ｒｈｆ）は１０であり、像カーネルのサイズ（Ｎｋｎｌ）は（Ｌｈｆ＋Ｒｈｆ）＊Ｔに等しく、マスク３０２の中央からのマスク基準線３０８のオフセット（Ｋｎｌ＿ｏｆｆｓｅｔ）はＴ＊Ｌｈｆに等しく、正弦関数３０４の定数（Ａ１）は２＊π／Ｔに等しく、正弦関数３０６の定数（Ａ２）はπ／Ｔに等しい。
【００２３】
図１１、図１２、および図１３は、図１０と類似した代替マスクの透明度パターンを示す。図１１において、パターンは、図１０の正弦関数３０４と類似した周期を有する正弦波、および図１０の正弦関数３０６と類似した正弦波を有し、また２つの正弦関数を分離するマスク完全不透明セクション３１０を有する。図１２の透明度パターンは、マスク完全透明セクション３１２が２つの正弦関数を分離することを除いて、図１０と類似している。
【００２４】
図１３において、透明度パターンは、全体のマスクを横切る単一の正弦関数３１４を示す。図１１、図１２、および図１３で示される透明度パターンの各々について、図１０で示された透明度パターンおよび図９のマスクと同じようにしてマスク基準線に対応する投影像基準線１３２の位置を判定することができる。更に、透明度パターンは、他の数学関数、たとえば、リニア周波数チャープ関数、チェビシェフ多項式、ベッセル関数などによって表現することができる。
【００２５】
ここで、本発明の方法およびシステムの高レベル流れ図を示す図１４を参照する。システムを初期化した後、方法はブロック４００から始まる。ブロック４００は、像検出器上で検出された特定の光源について像基準線の位置を計算する。次に、ブロック４０２は、その光源の位置の特定の成分を計算する。理解すべきは、図１４ではループが示されていないが、図１４で示される処理は、外科的場面で器具に装着されたＬＥＤを継続的に追跡するためシステムによって繰り返して実行されることである。
【００２６】
図１９で示されるように、典型的なシステムは、３つの別々のセンサＣＣＤカメラ５５０、５５２、および５５４を有し、カメラの各々は、特定の光源の位置の１つの成分を計算する。各々のセンサ５５０、５５２、および５５４の各々について行われた光源の位置の１つの成分の計算は、ブロック４０２から、当技術分野で良く知られたローカライジング装置５５６へ渡される。ローカライジング装置５５６は、光源のデカルト座標を計算し、特定のＬＥＤの座標をパーソナル・コンピュータ５５８へ渡す。パーソナル・コンピュータ５５８は、内部中央処理装置５６０、メモリ５６２、および記憶装置５６４を含む。更に、パーソナル・コンピュータ５５８はビデオ・モニタ５６６へ取り付けられる。ビデオ・モニタ５６６は、センサ５５０、５５２、および５５４からのデータに基づきローカライザ５５６によって判定された外科器具上の各々の光源の位置に基づいて、外科器具の位置を表示する。ここで、光源は個別および順次に照明されるものと仮定され、また外科器具全体の位置を判定するため、全ての光源の位置が並行して追跡されるものと仮定する。
【００２７】
図１５には、像基準線の位置を計算する流れ図があり、この計算は、ブロック４００で概略的に示されている。ブロック４１０は、最初に、ＣＣＤ上のマスク像の位置を推定する。ＣＣＤ上のマスク像の位置の推定は、多様な方法によって行うことができる。このような方法には、この後で図１７に関して説明される方法、およびその特定の検出装置で使用されるマスクの既知の構成に基づく他の方法が含まれる。ＣＣＤ上のマスク像の位置の推定は、次にブロック４１０からブロック４１２へ渡される。ブロック４１２は、ブロック４１０によって行われた推定から像基準線の実際の位置を計算する。この計算された像基準線の位置は、次に、放射線源の位置成分を計算するため、図１４のブロック４０２へ渡される。
【００２８】
図１６は、図１４のブロック４００で示された像基準線の位置を計算する方法およびシステムを１つの実施形態として示す詳細な流れ図である。制御は、最初に、任意的なブロック４２０へ渡される。ブロック４２０は、データを前処理してデータを平滑化し、図１７で説明するようにして、または類似の方法によって、データからバイアスを除去する。結果のデータは、図２４で示されるようなものである。次に制御は、ブロック４２２へ渡される。ブロック４２２は、前処理されたデータまたは生のデータの最大値または最高ピークを発見する。ブロック４２２は、この最大値のＣＣＤインデックスをＭａｘiとして記憶し、またストップ閾値（ＳＶ）を、最大値の分数、たとえばＳＶ＝０．１＊Ｍａｘiとして計算および記憶する。Ｍａｘiの初期値およびストップ閾値は、計算装置１０６のメモリに記憶される。この時点で、制御はブロック４２４へ渡され、スリット・パラメータによってＭａｘiの初期値を増分する。スリット・パラメータは、隣接するスリット間のピクセルの平均距離である。スリット・パラメータは、本発明のシステムおよび方法で使用される各々の特定のマスクについて知られたパラメータである。この実施形態を説明するため、スリット・パラメータは３１へセットされる。これは隣接スリット間のピクセル数である。ブロック４２４が、スリット・パラメータによってＭａｘiを増分してＭａｘi estを与えた後、ブロック４２６は、増分されたＭａｘi estに対応するピクセルおよびＭａｘi estのいずれかの側の近隣ピクセルの最大強度を判定し、最大近隣ピクセルの位置でＭａｘi estを置換し、このピクセルの位置へＭａｘｉをリセットする。次にブロック４２８によって、その特定のピークについてＭａｘiの値がメモリ５６２に記憶される。ブロック４２８が、特定のピークについて、Ｍａｘiのデータを記憶した後、ブロック４３０は、初めのスタート点Ｍａｘiのその側にある全てのピークが発見されたかどうかを判定する。これは、発見されたピークの数と、マスクのその半分にあるスリットの数を比較することによって、または他の知られた手順によって行われる。もし像のその半分の上のピークの全てが発見されていなければ、ブロック４３２が次のピークをサーチする。もし次のピークが発見されるならば、それはＳＶよりも大きな値を有するピークであり、制御はイエス分岐によってブロック４２４へ戻る。ブロック４２４は、スリット・パラメータによって、最新の記憶されたＭａｘiの値を再び増分し、ブロック４２６、４２８、および４３０の処理が反復される。その反復は、ブロック４３２のサーチによって、追加のピークが存在しないこと、即ち、ＳＶよりも大きな強度を有するピークは最早存在しないことが示される時点まで行われる。制御はブロック４２２へ戻り、ブロック４２２は、計算装置１０６のメモリに記憶されたＭａｘiの初期値へＭａｘiをセットする。次に、ブロック４２４は、スリット・パラメータによってＭａｘiの初期値を減分し、マスク像の半分にある全てのピークが発見されたことをブロック４３０が判定するまで、ブロック４２６、４２８、４３０、および４３２の処理が反復される。全てのピークが発見された時点で、制御はブロック４３４へ渡さ���る。ブロック４３４は、マスク１０２の他の半分についてＭａｘiの値が判定されたかどうかを判定する。もしマスク１０２の他の半分についてＭａｘiの値が判定されていなければ、制御はブロック４３６へ渡される。ブロック４３６は、ピークを発見されたマスク像の半分の範囲でマスク像の全てのデータを０へセットし、処理はブロック４２２へ戻る。ブロック４２２は、残りのデータの最高ピークを発見し、そのピークのＣＣＤインデックスへＭａｘiをセットする。次に、処理は、マスク１０２のその側の各々のピークが識別されてしまうまで、ブロック４２４、４２６、４２８、４３０、４３２の処理を反復する。ピークが識別されてしまった時点で、制御は再びブロック４３４へ渡される。ブロック４３４は、全てのピークが判定されたことを判定する。この方法は、マスク像内の各々の特定のピークについて、実際の位置を判定する。
【００２９】
図１６のブロック４２２において、全てのピークを発見するため、開始点として最高ピークを使用した。それは開始点を選択するための最も信頼性のある方法の１つであるが、他の代替の方法も可能である。たとえば、２つの最も外側のピークから開始することができる。それを行うため、最初に、データの最大値を発見する。次に、最大値の３分の１を閾値としてセットする。次に、ＣＣＤインデックス０から開始して、閾値よりも大きい値を有するピクセルを発見するまでインデックスを増分する。このピクセルから、次の３１（スリット・パラメータ）ピクセルを使用し、これらの３１ピクセルの中で最大値を有するピクセルのインデックスを発見する。このピクセルは、左の最も外側のピークの位置である。概説した同じ処理を使用して、最も右側のピークの位置が判定される。これら２つの開始点の知識から、ブロック４２４、４２６、４２８、４３０、４３２、および４３４で概説した処理を使用して、全ての他のピークを発見することができる。
【００３０】
次に、制御はブロック４３８へ渡される。ブロック４３８は、前記のＭａｘiで識別された各々の実際のピークの位置を計算する。次に、各々のピークの実際の位置は、ブロック４４０によって、アレイの中へ記録され、その後で、ブロック４４２が、各々のピークが計算および記録されたかどうかを判定する。もし計算されなければならない更なるピークが存在すれば、ブロック４４４は、前に記憶されたデータから次のピークを選択し、制御をブロック４３８へ戻す。ブロック４３８は、新しいピークの位置を計算し、続いてブロック４４０がデータを記憶し、次にブロック４４２が、全てのピークが計算されたかどうかを判定する。全てのピークが計算された後、制御はブロック４４６へ渡される。ブロック４４６は像基準線の実際の位置を計算する。これは多様な数学的方法によって行うことができる。それらの方法の中には、全ての記録されたピークの位置の平均を取ることが含まれる。
【００３１】
ここで図１７を参照すると、Ｍａｘiの初期値を判定する前にＣＣＤデータを前処理する１つの方法の流れ図が示されている。図１７において、図２２に示されるようなデータは、背景の散乱および雑音を除去することによって信号対雑音比を改善するため、ブロック４６０によってフィルタされる。この背景の散乱および雑音を除去する方法は、一般的に使用される通常のフィルタリング・ルーチンであってよい。そのような方法の中には、様々なフィルタ、たとえばボックスカーフィルタなどの使用が含まれる。データ散乱および背景雑音を除去するためにの任意のものであってよい。データをフィルタするブロック４６０から生じたデータは、図２３のデータのようなものである。注意すべきは、図２３のデータは、はるかに良好な振る舞いを示し、図２２のデータよりも規則的であるが、図２３のデータは、依然としてピーク間に約３００単位のバイアスが認められることである。これは、マスク１０２のスリットを介して作り出された回折のためである。このバイアスを除去するため、図２３およびブロック４６０からのデータは、隣接するスリットの中心間の距離に等しいピクセルのカーネルを使用して畳み込まれる。前述したように、カーネルの値は、現在説明している実施形態のスリット・パラメータと同じである。ブロック４６２は、図２３からのデータをカーネル値、この実施形態では３１で畳み込む。他の方法、たとえば、図２３のデータの２次導関数、または図２３のデータの２次導関数と図２３のデータとの乗法を使用して、バイアスを除去することができる。代替的に、図２３のデータを使用して全てのピークを発見し、バイアス除去ステップを実行しないことができる。
【００３２】
図２０および図２１を参照すると、マスク像データを使用して光源の成分の位置を計算できるかどうかを判定する２つの代替方法が示される。図１６で示される処理を始める前に、システムは初期化処理を実行する。この処理の一部分として、システムはマスク像の中の最高ピークを発見し、その値の或るパーセンテージ、典型的には３０％へ閾値をセットする。図２５は、図２３のデータの１０番目のピークを破線として示し、閾値を適用して負の値を０へセットした後に打ち切ったデータを実線として示す。次に、システムは、この閾値を超えるピークの数を探し、その数を、予想されたピーク数と比較する。もしシステムによってカウントされたピーク数が、予想されたピーク数よりも少なければ、システムは制御をブロック６００へ渡す。ブロック６００は、識別されたピークのトータル数が、所定の最小ピーク数の閾値よりも大きいか、または等しいかどうかを判定する。このシステムは最小ピーク数の閾値を判定している。この閾値は、像基準線の位置を十分な正確度で計算して安全に使用できるように、存在しなければならないピークの最少数を示す。たとえば、図２のマスクに基づいて図２２で示されるデータでは、３０のピークが存在する。５つのピークの欠落可能性が判定されるかも知れないが、依然として十分なデータが存在するので、以下で説明するように、それらのデータを使用して十分な精度で像基準線の位置を計算することができる。図２０で示される方法に関して注意すべきことは、もし閾値が２５ピークであれば、像基準線を計算するために使用される実際のデータは、後で説明するように２０ピークだけであることである。この点に関して、もし閾値を超えていれば、制御はブロック６０４へ渡される。ブロック６０４は、中央線のどちら側からデータが欠落したかを判定する。マスクは、任意の所与の状況で、放射線源の位置判定に使用されない検出面１２０の大きな部分が存在するように構成されるので、像が検出面の左または右へ部分的に外れても、像の右側のデータがブランクであり、検出面から外れているのは像の左側であることをシステムが判定するのは簡単であろう。一度、欠落しているのがデータの左側であるか、データの右側であるかをシステムが知ると、ブロック６０６は、欠落していないデータ側から同じ数のピークを削除し、潜在的または推定された像基準線の周りでデータをバランスさせる。次にブロック６０８は、この新しい数をｘの値へセットする。使用されている例において、もし５つのピークがマスク像データの左端部から欠落しているならば、データの右端部の対応する５つのピークが削除され、全部で２０のピークが残される。この場合、ブロック６０８は、使用可能なピークの数である２０へｘをセットし、図１６で示される処理で、処理はブロック４２０から始まる。
【００３３】
図２１では、システムが全部のデータより少ないデータを使用できるかどうかを判定する代替方法、および欠落データを補償する方法である。最初に、ブロック６５０は、利用可能なピークの数が、ピーク閾値の所定の最少数よりも高いか、または等しいかを判定する。もし値が所定の閾値よりも低ければ、ブロック６５２は、モニタ５６６上でユーザへ警告を表示する警報を送る。可聴警告も使用されてよい。もし数が閾値よりも高ければ、制御はブロック６５４へ渡される。ブロック６５４は、ブロック６０４に関して説明したようにして、欠落したピークを識別する。異なる点は、ブロック６５４が、長さの単位を１へセットされたマスク上でパターンを表す数学モデルを使用することである。全ての撮像されたピークの位置はモデル内で計算されるから、最初のステップは、検出されたピーク・位置およびモデルを使用して、倍率およびオフセットを計算することである。次に、検出されたピーク・位置へモデルをマッチさせるため、倍率およびオフセットが使用される。最後に、欠落ピーク・位置がモデル・ピーク・位置で置換される。この後で、全てのピーク・位置の平均として像基準線位置を計算することができる。この精巧な方法の利点は、ピーク・位置が削除されないことである。したがって、計算された像基準線位置の統計的信頼性は大きくなる。欠落ピーク・位置を充填する他の代替方法は、検出されたピーク・位置を、モデル内の対応するデータへ数学的に当て嵌めることである。その場合、当て嵌めパラメータおよびモデルを使用して、欠落ピーク・位置を充填することができる。マスク基準線１５４は数学モデル上の既知の位置であるから、もし前述したデータ当て嵌め方法が使用されるならば、データ当て嵌めパラメータから像基準線１３２の位置を直接計算することができる。
【００３４】
像基準線の位置を判定する代替方法が、図１８で示される。この方法は、たとえば図９から図１３で示される数学関数に基づく可変透明度を有するマスクで、特に使用することができる。この方法は、更に、前述した他のマスクでも使用することができる。なぜなら、これらのマスクは数学関数によっても定義されるからである。この場合、ブロック５００は、マスク１０２から像検出器１０４で受け取られたデータ、たとえば図２６で示されるデータを、マスク１０２の数学記述を表す式で畳み込む。畳み込まれたデータは、図２７で示されるような形式を取る。ブロック５０２は、図２７の畳み込まれたデータからの初期Ｍａｘｉ値を、最大値を有するデータ点として推定する。次に、ブロック５０４は、像基準線オフセットの値ＯｆｆｓｅｔRLおよびＭａｘiピークの大きさＩMaxを推定する。マスク３０２については、ＯｆｆｓｅｔRLはＭａｘi−Ｔとして推定される。ここでＴは、マスク３０２の透明度を記述する数学式の基本周期である。幾つかのマスク、たとえば図１３で示されるマスクには、オフセットが存在せず、ＯｆｆｓｅｔRL＝Ｍａｘiである。次に、ＩMaxが使用され、像の最大の９５％またはＩMax＊０．９５の初期推定を使用して、関数の振幅Ａｍｐが推定される。ブロック５０６は、ブロック５０４によって判定されたＯｆｆｓｅｔRLおよびＩMaxの推定、および関数の周期値Ｔ１＝３０を使用して、図２６で示されるデータを次の関数へ当て嵌める。
Ｆ（ｘ）＝Ａｍｐ＊０．５＊（１＋ｓｉｎ（Ａ１＊（ｘ−ｏｆｆｓｅｔ）−π／２））  ｏｆｆｓｅｔ−Ｌｈｆ＊Ｔ１≦ｘ≦ｏｆｆｓｅｔの場合、
Ｆ（ｘ）＝Ａｍｐ＊０．５＊（１＋ｓｉｎ（Ａ２＊（ｘ−ｏｆｆｓｅｔ）−π／２））  ｏｆｆｓｅｔ＜ｘ＜ｏｆｆｓｅｔ＋Ｒｈｆ＊Ｔ１の場合、
Ｆ（ｘ）＝０  他の場合。
ここで、Ｌｈｆ、Ｒｈｆ、Ａ１、およびＡ２はマスク１０２の透明度を定義する関数と同じ値を有し、Ｔ１は基本周期値Ｔとして推定され、ＡｍｐおよびＯｆｆｓｅｔRLはブロック５０４によって推定された値である。
【００３５】
次に、上記の式は、非リニア反復データ当て嵌めアルゴリズム、たとえばレーベンバーグ・マルカート法または他の類似の数学的方法、たとえばダウンヒル・シンプレックス法、シミュレーテッド・アニーリング法などを使用して、図２６のデータへ当て嵌められる。それは所定の誤差レベル、たとえば、データ当て嵌めアルゴリズムの後続の反復で０．２％の変化よりも小さくなるように、マスク１０２の透明度を定義する数学関数を、畳み込まれた像データへ当て嵌めるためである。図１８で示されたデータ当て嵌め方法は、像基準線の位置について高度に正確な値を提供する。図１５のブロック４１２は、この値を使用して、放射線源の位置成分を判定することができる。
【００３６】
上記の説明は、主として、１次元（１Ｄ）像検出器、および像を処理して像内の像基準線の位置を発見する方法に関連した。２次元像検出器、たとえば、ディジタル写真カメラまたはディジタル・ビデオカメラで使用されるＣＣＤによって撮像される２次元（２Ｄ）マスクへ、同じ方法を容易に拡張することができる。２Ｄ  ＣＣＤの例は、Ｋｏｄａｋ  ＫＡＦ−４２０２、２０４８×２０４８ピクセルＣＣＤ、Ｓｏｎｙ  ＩＣＸ２８５  １３９２×１０４０ピクセルＣＣＤである。１Ｄシステムの図２と類似したマスクを使用するためには、１つの不透明マスク内に３６の透明な正方形を含む図２８の２Ｄマスクを使用することができる。このマスクは２つのマスク基準線を有し、これらの基準線は、相互に垂直であり、２Ｄマスク上の中心点または参照点７００で交差する。２Ｄ  ＣＣＤ像検出器上のこの２Ｄマスクのマスク像は、図２９で示される像のように見える。一度、２Ｄマスクのマスク像が得られると、図１５、図１６、図１７、図２０、および図２１で説明した方法と類似の方法を使用して、まず全ての検出されたピークの正確な位置を計算し、次に３６のピークの中心として像参照点の位置を計算することができる。
【００３７】
２Ｄマスク上で、可変透明度マスクを使用することもできる。この場合、２Ｄ数学関数、たとえば２Ｄ正弦関数に従う２Ｄマスクを設計することができる。図１８で説明した１Ｄ方法と類似した方法を使用して、２Ｄ像データを２Ｄ数学関数へ反復して当て嵌め、データ当て嵌めが完了した時点で像参照点の位置を発見することができる。
【００３８】
前述したように、１Ｄ検出器から作られたローカライザの場合、放射線源の位置座標を判定するため、少なくとも３つのセンサが存在しなければならない。これは、１Ｄセンサが角度または平面カメラであって、各々のカメラが角度θを判定するからである。即ち、それらのカメラは、放射線源が位置する平面を判定できるだけである。平面の交差点を判定するためには、少なくとも３つの平面が必要である。しかし、２Ｄ検出器から作られたローカライザの場合、放射線源の位置を判定するためには２つのローカライザが必要となるだけである。なぜなら、マスク上に参照点を有する２Ｄカメラは、３Ｄ空間で線を定義し、２つの線が一意の交差点を判定するからである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
これまでの説明から、本発明に対する多数の修正が当業者に明らかであろう。したがって、この説明は、例を示すだけであると解釈されるべきであり、当業者に本発明を利用させ、本発明の最良の実施形態を教示する目的で提示された。添付の請求の範囲に入る全ての修正に対して、排他的権利が留保されている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のセンサの直角投影図である。
【図２】マスクの平面図であって、１つのスリット・パターン・デザインを示す図である。
【図３】図２のマスクの中央スリットの間隔を示す部分平面図である。
【図４】図３と同様な図であって、代替のマスク・スリット・パターンのデザインを示す図である。
【図５】図３と同様な図であって、代替のマスク・スリット・パターンのデザインを示す図である。
【図６】図３と同様な図であって、代替のマスク・スリット・パターンのデザインを示す図である。
【図７】図３と同様な図であって、代替のマスク・スリット・パターンのデザインを示す図である。
【図８】図３と同様な図であって、代替のマスク・スリット・パターンのデザインを示す図である。
【図９】更なる代替のマスク透明度デザインの平面図である。
【図１０】図９のマスクを通過する光の透明度をプロットした図であって、マスクを通過する光の強度を示す図である。
【図１１】図１０と同様な図であって、代替マスクの透明度パターンをプロットした図である。
【図１２】図１０と同様な図であって、代替マスクの透明度パターンをプロットした図である。
【図１３】図１０と同様な図であって、代替マスクの透明度パターンをプロットした図である。
【図１４】本発明のシステムおよび方法の流れ図である。
【図１５】図１４の第１のブロックの詳細を示す流れ図である。
【図１６】図１４の第１のブロックの更なる実施形態の詳細を示す流れ図である。
【図１７】図１４の第１のブロックの更なる実施形態の詳細を示す流れ図である。
【図１８】本発明の代替方法の流れ図である。
【図１９】本発明の複数のセンサを組み合わせて、点光源の３次元位置を判定するシステムの略図である。
【図２０】全てのピークよりも少ないピークが検出器で発見される場合に位置を判定できるかどうかを判定する方法の流れ図である。
【図２１】全てのピークよりも少ないピークが検出器で発見される場合に位置を判定できるかどうかを判定する方法の更なる実施形態を示す流れ図である。
【図２２】図２のマスクを通過する光の検出器上の強度をプロットした図である。
【図２３】背景光を除去するようにフィルタされた図２２の強度データをプロットした図である。
【図２４】システム・カーネルで畳み込まれた図２３のデータをプロットした図である。
【図２５】図２３からの平滑化されたデータの１つのピーク、および閾値が減じられた後の同じピーク・データをプロットした図である。
【図２６】図９のマスクを通過する光の検出器上の強度データをプロットした図である。
【図２７】マスク上のパターンのカーネルで畳み込まれた図２６のデータをプロットした図である。
【図２８】更なる代替マスク・パターン・デザインの平面図である。
【図２９】図２８のマスクから検出器上に作り出された像の図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００    センサ
１０２    マスク
１０４    像検出器
１０６    計算装置
１１０    スリット
１１２    スリット
１１６    不透明区域
１２０    能動検出面
１２２    放射線源
１２４    像
１２６    像
１３２    像基準線
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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