(57)【要約】【課題】  磁気的に追跡される外科器具とＣＴ画像との改良された位置合わせをするための方法を提供すること。【解決手段】  方法は、被験者の身体の部分のボクセルを含むコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受け取ることと、画像をセグメント化して画像内の皮膚の表面及び骨の表面を識別することと、皮膚の表面上の複数の点から骨までのそれぞれの最小距離を測定することと、皮膚の表面の画像をレンダリングしながらレンダリング済み画像を視覚的に符号化することでそれぞれの最小距離を示すことと、を含む。【選択図】  図１
2019107451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ装置と、
プロセッサであって、被験者の身体の部分のボクセルを含んだコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受信し、前記画像をセグメント化して前記画像内の皮膚の表面及び骨の表面を識別し、前記皮膚の前記表面上の複数の点から前記骨までのそれぞれの最小距離を測定し、前記ディスプレイ装置上の前記皮膚の前記表面の画像をレンダリングしながら前記レンダリング済み画像を視覚的に符号化することで前記それぞれの最小距離を示すように構成されている、プロセッサと、を備える、装置。
【請求項２】
前記画像を視覚的に符号化することは、前記最小距離が所定の閾値を上回らない前記皮膚の第１の領域に第１の画像特性を適用することと、前記最小距離が前記所定の閾値を上回る前記皮膚の第２の領域に第２の画像特性を適用することと、を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の画像特性が、２つの区別可能な色である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の画像特性が、２つの区別可能なパターンである、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の画像特性が、２つの区別可能なグレーレベルである、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記画像を視覚的に符号化することは、前記最小距離が所定の第１の閾値を上回る前記皮膚の前記表面の前記画像の第１の領域に第１の画像特性を適用することと、前記最小距離が所定の第２の閾値を上回らない前記皮膚の前記表面の前記画像の第２の領域に第２の画像特性を適用することと、前記最小距離が前記第１の閾値を上回らないが前記第２の閾値を上回る前記皮膚の前記表面の前記画像の第３の領域に第３の画像特性を適用することと、を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１、第２、及び第３の画像特性が、３つの区別可能な色である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第３の画像特性の前記色が、前記第１及び第２の画像特性の前記色の組み合わせであり、前記組み合わせ中の前記第１及び第２の色の相対的重みが、第２の差に対する第１の差の比から求められ、前記第１の差が前記第１の閾値と前記最小距離との差であり、前記第２の差が前記最小距離と前記第２の閾値との差である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１及び第２の画像特性が２つの区別可能なグレーレベルであり、前記第３の画像特性が第３のグレーレベルであり、前記第３のグレーレベルが、前記第１及び第２の画像特性の前記グレーレベルの間の補間されたグレーレベルであり、前記補間されたグレーレベルが、それぞれ、前記最小距離と前記第１及び第２の閾値との差によって決定される、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の点のそれぞれの前記最小距離が、前記複数の点のそれぞれにおける前記骨の前記表面に対する法線に沿って確立される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記身体の部分が頭部を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
プログラム命令が格納された非一時的なコンピュータ可読媒体を含むコンピュータソフトウェア製品であって、前記命令が、コンピュータにより読み取られる際に前記コンピュータに、被験者の身体の部分のボクセルを含んだコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受信させ、前記画像をセグメント化して前記画像内の皮膚の表面及び骨の表面を識別させ、前記皮膚の前記表面上の複数の点から前記骨までのそれぞれの最小距離を測定させ、前記皮膚の前記表面の画像をレンダリングしながら前記レンダリング済み画像を視覚的に符号化することで前記それぞれの最小距離を表示させる、コンピュータソフトウェア製品。
【請求項１３】
被験者の身体の部分のボクセルを含んだコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受信することと、
前記画像をセグメント化して前記画像内の皮膚の表面及び骨の表面を識別することと、
前記皮膚の前記表面上の複数の点から前記骨までのそれぞれの最小距離を測定することと、
前記皮膚の前記表面の画像をレンダリングしながら前記レンダリング済み画像を視覚的に符号化することで前記それぞれの最小距離を表示することと、を含む、方法。
【請求項１４】
前記レンダリング済み画像を視覚的に符号化することは、前記最小距離が所定の閾値を上回らない前記皮膚の第１の領域に第１の画像特性を適用することと、前記最小距離が前記所定の閾値を上回る前記皮膚の第２の領域に第２の画像特性を適用することと、を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２の画像特性が、２つの区別可能な色である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２の画像特性が、２つの区別可能なパターンである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２の画像特性が、２つの区別可能なグレーレベルである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記レンダリング済み画像を視覚的に符号化することは、前記最小距離が所定の第１の閾値を上回る前記皮膚の前記表面の前記画像の第１の領域に第１の画像特性を適用することと、前記最小距離が所定の第２の閾値を上回らない前記皮膚の前記表面の前記画像の第２の領域に第２の画像特性を適用することと、前記最小距離が前記第１の閾値を上回らないが前記第２の閾値を上回る前記皮膚の前記表面の前記画像の第３の領域に第３の画像特性を適用することと、を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１、第２、及び第３の画像特性が、３つの区別可能な色である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第３の画像特性の前記色が、前記第１及び第２の画像特性の前記色の組み合わせであり、前記組み合わせ中の前記第１及び第２の色の相対的重みが、第２の差に対する第１の差の比から求められ、前記第１の差が前記第１の閾値と前記最小距離との差であり、前記第２の差が前記最小距離と前記第２の閾値との差である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２の画像特性が２つの区別可能なグレーレベルであり、前記第３の画像特性が第３のグレーレベルであり、前記第３のグレーレベルが、前記第１及び第２の画像特性の前記グレーレベルの間の補間されたグレーレベルであり、前記補間されたグレーレベルが、それぞれ、前記最小距離と前記第１及び第２の閾値との差によって決定される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記身体の部分が頭部を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数の点のそれぞれの前記最小距離が、前記複数の点のそれぞれにおける前記骨の前記表面に対する法線に沿って確立される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、画像誘導手術、特に磁気的に追跡された器具とコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像との位置合わせに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像誘導手術（ＩＧＳ）では、医師は、リアルタイムで追跡される器具を使用することで外科手術中に器具の位置及び／又は向きを患者の解剖学的構造の画像上に示すことができる。場合によっては、患者の解剖学的構造の追跡とイメージングの両方を、透視診断法などの１つの様式で実行することができる。しかしながら、透視診断法は電離放射線を用いるものであるため、その利用は最小限に留められるべきである。その結果、多くのシナリオにおいて、患者の画像は、磁気共鳴イメージング法（ＭＲＩ）又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）透視診断法などの１つの様式で準備され、器具追跡では電磁気追跡などの異なる様式が用いられている。
【０００３】
米国特許第５，３３５，１７３号は、検査及び診断される被験者の頭蓋骨及び頭蓋骨の外側表面を覆う皮膚上のそれぞれの３次元画像情報を変換するステップを含む医療診断用画像表示方法について記載している。
【０００４】
米国特許第６，０８１，７３９号は、音響又は光学３次元スキャニング検出器及びカラービデオ検出器を有し、パノラマＸ線データが得られる際に、被験者の皮膚の表面の３次元の輪郭及び被験者の皮膚の外側の視覚的外観も関連するデータ群として得られる、従来のデジタルパノラマＸ線撮影装置について記載している。
【０００５】
米国特許第５，８１３，９８４号は、先進的診断放射線学様式の利用により、被害者のオンライン顔再構成及び行方不明の子供の経年似顔レンダリングに使用される法医学頭蓋骨及び軟組織データベースを作成するための方法及び装置について記載している。
【０００６】
欧州特許ＥＰ０５８１７０４Ｂ１号は、少なくとも２個の画像生成装置に対して被験者の臓器の位置を決定するための方法について記載している。
【０００７】
米国特許第６，５２４，２５０号は、外科医が容易に使用して脂肪吸引処置の前、その間、又はその後の変化を測定及び監視し、対称的な身体の輪郭の生成を補助することができる装置について記載している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に述べられる本発明の実施形態は、磁気的に追跡される外科器具とＣＴ画像との改良された位置合わせをするための方法を提供するものである。
【０００９】
したがって、本発明の一実施形態によれば、被験者の身体の部分のボクセルを含んだコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受信することと、画像をセグメント化して画像内の皮膚の表面及び骨の表面を識別することと、皮膚の表面上の複数の点から骨までのそれぞれの最小距離を測定することと、皮膚の表面の画像をレンダリングしながらレンダリング済み画像を視覚的に符号化することでそれぞれの最小距離を表示することと、を含む、方法が提供される。
【００１０】
一実施形態では、レンダリング済み画像を視覚的に符号化することは、最小距離が所定の閾値を上回らない皮膚の第１の領域に第１の画像特性を適用することと、最小距離が所定の閾値を上回る皮膚の第２の領域に第２の画像特性を適用することと、を含む。
【００１１】
別の実施形態では、第１及び第２の画像特性は、２つの区別可能な色である。代替的には、第１及び第２の画像特性は、２つの区別可能なパターンである。更に代替的には、第１及び第２の画像特性は、２つの区別可能なグレーレベルである。
【００１２】
更なる一実施形態では、レンダリング済み画像を視覚的に符号化することは、最小距離が所定の第１の閾値を上回る皮膚の表面の画像の第１の領域に第１の画像特性を適用することと、最小距離が所定の第２の閾値を上回らない皮膚の表面の画像の第２の領域に第２の画像特性を適用することと、最小距離が第１の閾値を上回らないが第２の閾値を上回る皮膚の表面の画像の第３の領域に第３の画像特性を適用することと、を含む。
【００１３】
更に別の実施形態では、第１、第２、及び第３の画像特性は、３つの区別可能な色である。
【００１４】
更なる別の実施形態では、第３の画像特性の色は、第１及び第２の画像特性の色の組み合わせである。組み合わせ中の第１及び第２の色の相対的重みは、第２の差に対する第１の差の比から求められ、第１の差は第１の閾値と最小距離との差であり、第２の差は最小距離と第２の閾値との差である。代替的に、第１及び第２の画像特性は２つの区別可能なグレーレベルであり、第３の画像特性は第３のグレーレベルである。第３のグレーレベルは、第１及び第２の画像特性のグレーレベルの間の補間されたグレーレベルであり、補間されたグレーレベルは、それぞれ、最小距離と第１及び第２の閾値との差によって決定される。
【００１５】
別の実施形態では、身体の部分は頭部である。
【００１６】
更なる一実施形態では、複数の点のそれぞれの最小距離は、複数の点のそれぞれにおける骨の表面に対する法線に沿って確立される。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、ディスプレイ装置と、プロセッサと、を有する装置であって、プロセッサは、被験者の身体の部分のボクセルを含んだコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受信し、画像をセグメント化して画像内の皮膚の表面及び骨の表面を識別し、皮膚の表面上の複数の点から骨までのそれぞれの最小距離を測定し、ディスプレイ装置上の皮膚の表面の画像をレンダリングしながらレンダリング済み画像を視覚的に符号化することでそれぞれの最小距離を示すように構成されている、装置も提供される。
【００１８】
一実施形態では、画像を視覚的に符号化することは、最小距離が所定の閾値を上回らない皮膚の第１の領域に第１の画像特性を適用することと、最小距離が所定の閾値を上回る皮膚の第２の領域に第２の画像特性を適用することと、を含む。
【００１９】
更なる一実施形態では、第１及び第２の画像特性は、２つの区別可能な色である。代替的には、第１及び第２の画像特性は、２つの区別可能なパターンである。更に代替的には、第１及び第２の画像特性は、２つの区別可能なグレーレベルである。
【００２０】
別の実施形態では、画像を視覚的に符号化することは、最小距離が所定の第１の閾値を上回る皮膚の表面の画像の第１の領域に第１の画像特性を適用することと、最小距離が所定の第２の閾値を上回らない皮膚の表面の画像の第２の領域に第２の画像特性を適用することと、最小距離が第１の閾値を上回らないが第２の閾値を上回る皮膚の表面の画像の第３の領域に第３の画像特性を適用することと、を含む。
【００２１】
更に別の実施形態では、第１、第２、及び第３の画像特性は、３つの区別可能な色である。
【００２２】
更なる別の実施形態では、第３の画像特性の色は、第１及び第２の画像特性の色の組み合わせである。組み合わせ中の第１及び第２の色の相対的重みは、第２の差に対する第１の差の比から求められ、第１の差は第１の閾値と最小距離との差であり、第２の差は最小距離と第２の閾値との差である。代替的に、第１及び第２の画像特性は２つの区別可能なグレーレベルであり、第３の画像特性は第３のグレーレベルである。第３のグレーレベルは、第１及び第２の画像特性のグレーレベルの間の補間されたグレーレベルであり、補間されたグレーレベルは、それぞれ、最小距離と第１及び第２の閾値との差によって決定される。
【００２３】
別の実施形態では、複数の点のそれぞれの最小距離は、複数の点のそれぞれにおける骨の表面に対する法線に沿って確立される。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、プログラム命令が格納された非一時的なコンピュータ可読媒体を含むコンピュータソフトウェア製品も提供される。命令は、コンピュータにより読み取られる際にコンピュータに、被験者の身体の部分のボクセルを含んだコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受信させ、画像をセグメント化して画像内の皮膚の表面及び骨の表面を識別させ、皮膚の表面上の複数の点から骨までのそれぞれの最小距離を測定させ、皮膚の表面の画像をレンダリングしながらレンダリング済み画像を視覚的に符号化することでそれぞれの最小距離を表示させる。
【００２５】
本発明は、以下の発明を実施するための形態を図面と併せて考慮すると、より完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る、表面整合システムの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る、位置合わせプロセスのフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係る、画像レンダリングステップにおいて画像をレンダリングするプロセスのフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る、被験者の顔の軟組織の厚さを示すマップを示す。
【図５】本発明の一実施形態に係る、予備位置合わせの間のスクリーン上の画像を示す。
【図６】本発明の一実施形態に係る、最終的な位置合わせの開始時のスクリーン上の画像を示す。
【図７】本発明の一実施形態に係る、最終的な反復位置合わせの間のスクリーン上の画像を示す。
【図８】本発明の代替的な一実施形態に係る、画像レンダリングステップにおいて画像をレンダリングするプロセスのフローチャートである。
【図９】本発明の代替的な実施形態に係る、被験者の顔の軟組織の厚さを示す画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
概説
被験者の体内の手術器具の位置及び向きの決定は、磁気追跡を利用して行うことができる。耳鼻咽喉（ＥＮＴ）手術では、最初に、被験者の頭部に対して磁気追跡システムが位置合わせされる。この位置合わせ手順は、通常、被験者の頭部の予め記録されたＣＴ画像を使用する。位置合わせ手順の予備段階では、外科医は、位置合わせプローブを有するワンド状のプローブを用いて被験者の顔の数カ所、通常は４つの点に触れる。位置合わせプローブの位置及び向きが、磁気追跡システムによって認識される。これら４つの点に基づき、プロセッサが、位置合わせアルゴリズムを用いて磁気追跡システム内の各点の位置をＣＴ画像内のそれらの位置に当てはめることによって、初期位置合わせを行う。
【００２８】
得られた位置合わせは、外科器具の位置及び向きの正確な決定を行うには通常はまだ充分ではない。位置合わせ手順の第２の段階では、外科医は被験者の顔の複数の点にワンドで触れる。このプロセスの間、プロセッサは、位置合わせアルゴリズムを用いて顔のこれらの追加の点に基づいて位置合わせを反復して、改善する。
【００２９】
位置合わせアルゴリズムはＣＴ画像の外側（皮膚）輪郭に追加の点を当てはめることに基づいているため、外科医がワンドを軟組織内に押し込むことによって生じるあらゆる誤差が位置合わせの誤差を生じる。位置合わせの誤差は、更に、外科医が被験者の鼻腔内にガイドワイヤを挿入し、位置合わせアルゴリズムによって与えられるガイドワイヤの位置と、例えば外科医のその位置の触れた感覚との間のずれをみつけた後にようやく外科医が検出することができる。
【００３０】
この場合、外科医は通常、ガイドワイヤを引き抜き、位置合わせの第２の段階を再び行うため、手術に遅延を生じる。
【００３１】
本明細書に述べられる本発明の実施形態は、被験者の顔の画像をレンダリングすることによりこの問題を解決するものであり、顔の骨を覆う軟組織の厚さが例えば異なる色のような視覚的な符号化により表される。
【００３２】
本発明の実施形態では、プロセッサは、被験者の身体の部分のボクセルで構成されたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受信する。プロセッサはこの画像をセグメント化して、画像内の皮膚の表面及び骨の表面を識別し、皮膚の表面上の複数の点から骨までのそれぞれの最小距離を測定する。この最小距離は、骨の表面に対する法線に沿った距離に相当する。次いで、プロセッサは、皮膚の表面の画像をレンダリングしながらこの画像を視覚的に符号化することでそれぞれの最小距離を表示する。この画像を、被験者に手術を行っている外科医に対してスクリーン上に提示することができる。
【００３３】
画像の視覚的符号化は一般的に、最小距離が所定の閾値を上回らない皮膚の第１の領域に色又は陰影などの第１の画像特性を適用することと、最小距離が所定の閾値を上回る皮膚の第２の領域に別の色又は陰影などの第２の画像特性を適用することとを含む。
【００３４】
あるいは、画像の視覚的符号化は、最小距離が所定の第１の閾値を上回る皮膚の第１の領域に第１の色又は陰影などの第１の画像特性を適用することと、最小距離が所定の第２の閾値を上回らない皮膚の第２の領域に第２の色又は陰影などの第２の画像特性を適用することと、皮膚の第３の領域に第３の画像特性を適用することとを含む。一実施形態では、第３の画像特性は、第１の画像特性と第２の画像特性との組み合わせを一般的に含み、第１の画像特性と第２の画像特性との相対重みは補間により決定される。
【００３５】
上記の実施形態は、被験者の頭部に対するＥＮＴ手術について述べたものであるが、他の実施形態は被験者の身体の他の部分に適用される医学的手技を含む。
【００３６】
システムの説明
図１は、本発明の一実施形態に従った、表面整合システム１０の概略図である。システム１０は、本明細書において、例として、被験者１４のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を備えると想定される、磁気追跡システム１２を画像と位置合わせさせるために用いられる。追跡システム１２は、被験者に実施される医学的手技の間に被験者１４に挿入される、カテーテル又はガイドワイヤなどの１つ又は２つ以上の器具の位置及び配向を追跡するために用いられる。以下に記載されるように、追跡システム１２は、被験者の外側にある位置合わせプローブ１６の位置及び向きを追跡することもできる。プローブ１６は、システム１０の使用中に、専門家２０（通常は外科医）が保持することができるハンドル１８に固定的に接続されている。プローブ１６とハンドル１８との組み合わせは、専門家２０による所望の位置へのプローブの配置を容易にする剛性プローブアセンブリ２２を形成する。
【００３７】
以下の説明では、明確さ及び簡潔さのために、上記に言及された医学的手技は、表面整合システム１０及び磁気追跡システム１２が、鼻洞の領域内及びその周囲で動作するように構成されていると想定されるように、被験者１４の鼻洞への侵襲的手技を含むものと想定される。しかしながら、システム１０及び１２は、腎臓又は腹部などの被験者の他の領域内及び周囲で動作するように構成されてもよいことが理解され、当業者であれば、本明細書における記載をかかる他の領域に適応させることができるであろう。
【００３８】
追跡システム１２は、プローブ追跡モジュール２８と通信する処理ユニット２６を備えるシステムプロセッサ２４によって操作される。モジュール２８の機能を以下に記載する。プロセッサ２４は、マウス又はトラックボールなどのポインティングデバイスを典型的に含む動作制御部３２を備えるコンソール３０内に実装され得る。専門家２０は動作制御部を用いてプロセッサ２４と対話し、このプロセッサは、以下に記載されるように、システム１０及び１２によって生成される結果を、本明細書ではスクリーン３４とも呼ばれるディスプレイ装置３４上で専門家に対して提示するために用いられ得る。
【００３９】
プロセッサ２４は、プロセッサのメモリに格納されたソフトウェアを用いてシステム１０を操作する。ソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して、電子的形態でプロセッサ２４にダウンロードされてもよく、又はこれに代えて又はこれに加えて、磁気メモリ、光メモリ、若しくは電子メモリなどの、非一時的な有形媒体上に提供され、及び／又は記憶されてもよい。
【００４０】
上記に言及された被験者１４内の器具を追跡するため、またプローブ１６を追跡するために、処理ユニット２６は、プローブ追跡モジュール２８を用い、ケーブル３５を介して複数の磁界発生器３６（通常はコイル）を操作する。被験者１４が麻酔され、ベッド４０上で臥位に固定された頭部３８を有する場合に一般的に適用可能な一実施形態では、図１に示されるような発生器３６が、ベッド上で被験者の頭部の脇に通常配置されるフレーム４２に固定される。被験者１４が麻酔されない場合に適用可能な代替的な一実施形態（図示せず）では、発生器３６は互いに対して、また、頭部３８に取り付けられたフレームに対して固定される。３軸基準コイル４１が頭部３８に固定され、ケーブル４３により処理ユニット２６に接続されている。
【００４１】
発生器３６は、被験者１４の頭部３８の内側及び外側に交番磁界を放射し、これらの磁界が、器具内及びプローブ１６内の磁気検出器内で信号を発生させる。信号は、典型的にプローブ１６の場合では、プローブをコンソール３０に接続するケーブル４４を介して処理ユニット２６及びプローブ追跡モジュール２８に戻され、プロセッサとモジュールとは共に信号を分析して、発生器３６に対する器具及びプローブ１６の位置及び向きを提供する。磁界発生器３６が磁気追跡システム１２の基準座標フレーム４６を定義することは理解されるであろう。
【００４２】
カリフォルニア州アーバイン所在のＢｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒ社により製造されるＣａｒｔｏ（登録商標）システムは、本明細書に記載されるものと同様の追跡システムを用いて、被験者内に挿入されたプローブの遠位先端部の位置及び向きを追跡する。
【００４３】
システムプロセッサ２４は、被験者１４の頭部３８のデジタル化ＣＴ画像４８を格納する。デジタル化ＣＴ画像４８は、システム１０の位置合わせに使用するため、また、特に被験者の頭部３８の画像５０をスクリーン３４上に生成するために、処理ユニット２６によってアクセスされ得る。位置合わせのプロセスの間、プローブ１６は、被験者１４の表面５２と（すなわち被験者の皮膚と）接触させられるため、表面５２は本明細書では皮膚５２とも呼ばれる。
【００４４】
図２は、本発明の一実施形態に係る位置合わせプロセスのフローチャートである。データ取得ステップ６０及び画像レンダリングステップ６２において、画像９４（図４に示される）が準備される。データ取得ステップ６０において、ＣＴ画像４８がシステムプロセッサ２４によって読み取られる。画像レンダリングステップ６２については、図３のフローチャート及び図４の説明で更に詳しく説明する。予備位置合わせステップ６４において、ＣＴ画像４８と追跡システム１２とが、図５を参照して説明するように、専門家２０によって本明細書でワンド２２とも呼ばれる剛性プローブアセンブリ２２を使用して取得された少数、通常は４個の点に基づいて、互いに対して位置合わせされる。最終位置合わせは、高密度サンプリングステップ６６、更新ステップ６８、及び決定ステップ７０において多数の点を取得することを含む。ステップ６６、６８、及び７０については、図６〜７を参照して説明する。
【００４５】
図３は、本発明の一実施形態に係る、図２の画像レンダリングステップ６２において画像９４を生成するためのプロセスのフローチャートである。画像９４は、本明細書ではレンダリング済み画像９４とも呼ばれる。システムプロセッサ２４は、割当ステップ７６において、デジタル化ＣＴ画像４８と同じ寸法を有する３Ｄデータアレイ７７を割当て、移行ステップ７８においてこのＣＴ画像をデータアレイ内に移行する。データアレイ７７の各点はボクセル７９と呼ばれる。識別ステップ８０において、システムプロセッサ２４は、データアレイ７７内で各ボクセル及びその周囲のボクセルに関連付けられた放射線密度に基づいて、皮膚５２に関連付けられたボクセル７９を識別し、これらのボクセルは「皮膚ボクセル」８１と呼ばれる。
【００４６】
ステップ８２〜９２において、システムプロセッサ２４は、すべての皮膚ボクセル８１についてループし、距離ステップ８６において、皮膚ボクセルから下層の骨の最も近い点までの距離を決定する。比較ステップ８８において、システムプロセッサ２４は、皮膚ボクセル８１から骨までの決定された距離を、専門家２０により０．５〜３ｍｍの範囲内で選択される所定の閾値と比較する。この閾値は、最小許容可能皮膚−骨距離と仮定される。距離がこの閾値以下である場合、すなわち、最小皮膚−骨距離以下である場合、緑関連付けステップ９０において、皮膚ボクセル８１に緑色が関連付けられる。距離が閾値よりも大きい場合、赤色関連付けステップ９２において、皮膚ボクセル８１に赤色が関連付けられる。システムプロセッサ２４がすべての皮膚ボクセル８１を通じてループした後、プロセスは、画像生成ステップ９３においてシステムプロセッサが皮膚ボクセル８１の画像をそれらに関連付けられた色とともに生成することで終了する。
【００４７】
図４は、本発明の一実施形態に係る、被験者１４の顔の軟組織の厚さを示す画像９４を示している。磁気追跡システム１２とデジタル化ＣＴ画像４８との位置合わせに備え、システムプロセッサ２４は、以下に述べるように、軟組織の厚さを表示する画像９４をレンダリングする。以下に述べる実施形態では、視覚符号化は、異なる色に基づく。
【００４８】
図３のフローチャートについて上記に述べたように、システムプロセッサ２４は、デジタル化ＣＴ画像４８内で皮膚ボクセル８１を識別する。各皮膚ボクセル８１について、システムプロセッサ２４は、ＣＴ画像４８をセグメント化して被験者の骨物資を識別し、皮膚５２から下層の骨までの距離を測定する。この距離が所定の閾値を上回らない場合、画像９４上の皮膚ボクセル８１の画像は緑に色付けされる。しかしながら、この距離が所定の閾値を上回った場合、皮膚ボクセル８１の画像は赤く色付けされる。（「緑」及び「赤」色は、図４において、また、これに続く図において、２つの異なる陰影により、それぞれ領域９６及び領域９８として示されている。）得られた画像９４において、領域９６は軟組織の厚さが所定の閾値を上回らない骨質領域であり、領域９８は軟組織の厚さが閾値を上回る肉質領域である。
【００４９】
図４に示される実施形態では、領域９４を符号化するために緑と赤を用いているが、他の色を用いることもできる。他の実施形態では、複数の所定の閾値を用いてもよく、２つの連続した閾値の間のそれぞれの厚さの間隔に異なる色が指定される。更なる他の実施形態では、グレーレベルを用いて厚さを表示することができる。更に他の実施形態では、パターン、又はパターンの組み合わせ、色、及びグレーレベルを用いて厚さを表示することができる。
【００５０】
図５〜７は、本発明の一実施形態に係る、図２のフローチャートによって説明される位置合わせプロセスの間のスクリーン３４上の画像を示す。
【００５１】
図５は、本発明の一実施形態に係る、予備位置合わせステップ６４（図２）の間のスクリーン３４上の画像１００を示す。予備位置合わせの目的では、システムプロセッサ２４は、スクリーン３４上に、皮膚ボクセル８１を識別することによりデジタル化ＣＴ画像４８から抽出された被験者の皮膚５２に対応する被験者１４の顔画像１０２を表示する。更に、システムプロセッサ２４は、４個の点１０６ａ〜ｄを表示する概略的な顔の描図１０４を提示する。点１０６ａ〜ｄは、顔面上でそれらの明確な位置のために、また、これらの位置に一般にみられる骨質領域のために選択された、予備位置合わせを行ううえで推奨される位置である。
【００５２】
専門家２０は、プローブアセンブリ２２を使用して、専門家の判断によって推奨点１０６ａ〜ｄに最も近く一致する被験者１４の顔の皮膚５２の４個の点に位置合わせプローブ１６で触れる。４個の点のそれぞれに触れた時点で、専門家２０は、プローブアセンブリ２２の制御部（制御部は示されていない）又は操作制御部３２を使用してシステムプロセッサ２４に信号を送ることでプローブ１６の位置及び向きを記録する。
【００５３】
４個の点におけるプローブ１６の位置及び向きを記録した後、システムプロセッサ２４は、磁気追跡システム１２の基準座標フレーム４６内の４個の点と、デジタル化ＣＴ画像４８との間の座標変換を計算して４個の点と皮膚ボクセル８１との間の最良の空間的フィットを得る。この座標変換によって、磁気追跡システム１２とデジタル化ＣＴ画像４８との間の予備位置合わせが与えられる。
【００５４】
図６は、本発明の一実施形態に係る、最終位置合わせ（図２のフローチャートに関して上記に述べたもの）の開始時のスクリーン３４上の画像１１０を示す。最終位置合わせの目的では、システムプロセッサ２４はスクリーン３４上にレンダリング済み画像９４及び顔画像１０２の２つの画像を表示する。３軸基準コイル４１の位置を表すアイコン１０３が、磁気追跡システム１２とデジタル化ＣＴ画像４８との間の予備位置合わせに基づいて顔画像１０２上に示されている。
【００５５】
最終位置合わせを行うには、専門家２０は被験者１４の顔上の複数の点に位置合わせプローブ１６で触れ、これらの点をその後に続く位置合わせ計算のために受け容れるようにシステムプロセッサ２４に信号を送る。更に、これらの座標が、皮膚５２の歪みが最小となる表面を表すように、一実施形態において、専門家２０は画像９４の案内にしたがって骨質領域９６における皮膚に位置合わせプローブ１６で触れる。
【００５６】
図７は、本発明の一実施形態に係る、最終的な反復位置合わせの間のスクリーン３４上の画像１２０を示す。この最終的な反復位置合わせは、図２のフローチャートのステップ６６、６８、及び７０に相当する。
【００５７】
被験者１４の顔の皮膚５２上の点１２２は、専門家２０が、通常は領域９６（緑に色付けされた部分）内において、位置合わせプローブ１６で顔に触れた点を表示している。点１２２の座標を表す信号がシステムプロセッサ２４に送られる。説明を分かりやすくするため、図７には、少ない数の点１２２のみが示されている。システムプロセッサ２４は、数多くの点、通常は２０個についての信号を受信した後、デジタル化ＣＴ画像４８と、磁気追跡システム１２によって収集された点との間の座標変換を再計算する。更なる２０個の点の後、システムプロセッサ２４は座標変換を再び再計算する。画像９４の案内にしたがって更なる点１２２をサンプリングすることにより、また、骨質領域９６内の点を収集することにより、専門家２０は磁気追跡システム１２の基準座標フレーム４６とデジタル化ＣＴ画像４８との間の位置合わせの精度を制御する。
【００５８】
図２のフローチャートの説明を再び参照し、決定ステップ７０において、専門家２０は位置合わせが充分に正確であるか否かを決定する。この目的では、専門家２０は、被験者の鼻の先端のような被験者１４の明確に規定された位置にプローブ１６で触れる。被験者１４の画像上のプローブの位置の表示の視覚的観察に基づき、専門家２０は、得られた位置合わせの精度について主観的な決定を行う。
【００５９】
図８は、図２の画像レンダリングステップ６２において画像１５０を生成するためのプロセスのフローチャートであり、図９は、本発明の代替的な一実施形態に係る、本明細書ではレンダリング済み画像１５０とも呼ばれるこの画像を概略的に示す。フローチャートの最初の３つのステップは図３に示されるものとほぼ同じである。すなわち、システムプロセッサ２４が、割当ステップ７６において、デジタル化ＣＴ画像４８と同じ寸法を有する３Ｄデータアレイ７７を割当て、移行ステップ７８においてこのＣＴ画像をデータアレイ内に移行する。図３と同様、データアレイ７７の各点はボクセル７９と呼ばれる。識別ステップ８０において、システムプロセッサ２４は、データアレイ７７内で各ボクセル及びその周囲のボクセルに関連付けられた放射線密度に基づいて、皮膚５２に関連付けられたこれらのボクセル７９を識別し、これらのボクセルは図３と同様、「皮膚ボクセル」８１と呼ばれる。
【００６０】
ステップ１３０〜１４２において、システムプロセッサ２４は、すべての皮膚ボクセル８１についてループし、距離ステップ１３２において、皮膚ボクセルから下層の骨の最も近い点までの距離を決定する。第１の比較ステップ１３４において、システムプロセッサ２４は、皮膚ボクセル８１から骨までの決定された距離を、専門家２０により通常、１０ｍｍとして選択される所定の第１の閾値と比較する。距離が閾値よりも大きい場合、赤色関連付けステップ１３６において、皮膚ボクセル８１に赤色が関連付けられる。第２の比較ステップ１３８において、この距離は、専門家２０により通常、０〜０．５ｍｍとして選択される所定の第２の閾値と比較される。距離が第２の閾値を上回った場合（しかし、第１の比較ステップ１３４に基づき、第１の閾値を上回らない場合）、システムプロセッサ２４は、補間ステップ１４０において、それぞれ、第１及び第２の閾値からの皮膚ボクセル８１の距離の比に基づいて補間された赤と緑との混合を基に色を決定する。更に、補間ステップ１４０において、得られた混合色は皮膚ボクセル８１と関連付けられる。第２の比較ステップ１３８においてシステムプロセッサ２４は、距離が第２の閾値以下であると判定した場合、システムプロセッサにより、緑色関連付けステップ１４２において皮膚ボクセル８１に対して緑色が関連付けられる。システムプロセッサ２４がすべての皮膚ボクセル８１を通じてループした後、プロセスは、画像生成ステップ１４４においてシステムプロセッサが皮膚ボクセル８１の画像をそれらに関連付けられた色とともに生成することで終了する。
【００６１】
図９は、本発明の代替的な実施形態に係る、被験者１４の顔の軟組織の厚さを表示する画像１５０を示している。
【００６２】
図４と同様、磁気追跡システム１２とデジタル化ＣＴ画像４８との位置合わせに備え、システムプロセッサ２４は、以下に述べるように、軟組織の厚さを表示する画像１５０をレンダリングする。以下に述べる実施形態では、視覚符号化は、異なる色に基づく。
【００６３】
図８のフローチャートについて上記に述べたように、システムプロセッサ２４は、デジタル化ＣＴ画像４８内で皮膚ボクセル８１を識別する。各皮膚ボクセル８１について、システムプロセッサ２４は、ＣＴ画像４８をセグメント化して被験者の骨物資を識別し、皮膚５２から下層の骨までの距離を測定する。システムプロセッサ２４は、各皮膚ボクセル８１の色を以下のように決定する。すなわち、距離が所定の第１の閾値（通常は１０ｍｍ）を上回る場合、皮膚ボクセルは赤く色付けされる。距離が所定の第２の閾値（通常は０〜０．５ｍｍ）を上回らない場合、皮膚ボクセル８１は緑に色付けされる。距離が第２の閾値を上回るが、第１の閾値を上回らない場合、皮膚ボクセル８１は緑と赤の混合で色付けされ、緑と赤の相対量はそれぞれ第１及び第２の閾値からの皮膚ボクセルの相対距離に基づいている。緑、赤、及び混合色は、図９に、それぞれ領域１５４、１５２、及び１５６におけるような異なる陰影によって表されている。したがって、画像１５０において、領域１５４は軟組織の厚さが第２の閾値以下である骨質領域であり、領域１５２は軟組織の厚さが第１の閾値を上回る肉質領域であり、領域１５６は軟組織の厚さが２つの閾値の間である領域である。領域１５６において、相対的な「緑っぽさ」及び「赤っぽさ」は、各ボクセルの２つの閾値までの相対的「距離」を表示する。
【００６４】
図８〜９に述べられる代替的な実施形態では、画像１５０を用いて図６〜７の画像９４を置き換える。この場合、専門家２０は、画像１５０の案内によって皮膚の骨質領域１５４に、及び場合により、軟組織が薄いことが色によって示される領域１５６のそれらの部分の中に位置合わせプローブ１６で触れる。
【００６５】
上に述べた実施形態は例として挙げたものであり、本発明は上記に具体的に示し、説明したものに限定されない点は理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書の上文に記載された様々な特徴の組み合わせ及び部分組み合わせの両方、並びに前述の説明を一読すると当業者が想起すると思われる、先行技術に開示されていないそれらの変形及び改変を含む。
【００６６】
〔実施の態様〕
（１）  被験者の身体の部分のボクセルを含んだコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受信することと、
前記画像をセグメント化して前記画像内の皮膚の表面及び骨の表面を識別することと、
前記皮膚の前記表面上の複数の点から前記骨までのそれぞれの最小距離を測定することと、
前記皮膚の前記表面の画像をレンダリングしながら前記レンダリング済み画像を視覚的に符号化することで前記それぞれの最小距離を表示することと、を含む、方法。
（２）  前記レンダリング済み画像を視覚的に符号化することは、前記最小距離が所定の閾値を上回らない前記皮膚の第１の領域に第１の画像特性を適用することと、前記最小距離が前記所定の閾値を上回る前記皮膚の第２の領域に第２の画像特性を適用することと、を含む、実施態様１に記載の方法。
（３）  前記第１及び第２の画像特性が、２つの区別可能な色である、実施態様２に記載の方法。
（４）  前記第１及び第２の画像特性が、２つの区別可能なパターンである、実施態様２に記載の方法。
（５）  前記第１及び第２の画像特性が、２つの区別可能なグレーレベルである、実施態様２に記載の方法。
【００６７】
（６）  前記レンダリング済み画像を視覚的に符号化することは、前記最小距離が所定の第１の閾値を上回る前記皮膚の前記表面の前記画像の第１の領域に第１の画像特性を適用することと、前記最小距離が所定の第２の閾値を上回らない前記皮膚の前記表面の前記画像の第２の領域に第２の画像特性を適用することと、前記最小距離が前記第１の閾値を上回らないが前記第２の閾値を上回る前記皮膚の前記表面の前記画像の第３の領域に第３の画像特性を適用することと、を含む、実施態様１に記載の方法。
（７）  前記第１、第２、及び第３の画像特性が、３つの区別可能な色である、実施態様６に記載の方法。
（８）  前記第３の画像特性の前記色が、前記第１及び第２の画像特性の前記色の組み合わせであり、前記組み合わせ中の前記第１及び第２の色の相対的重みが、第２の差に対する第１の差の比から求められ、前記第１の差が前記第１の閾値と前記最小距離との差であり、前記第２の差が前記最小距離と前記第２の閾値との差である、実施態様７に記載の方法。
（９）  前記第１及び第２の画像特性が２つの区別可能なグレーレベルであり、前記第３の画像特性が第３のグレーレベルであり、前記第３のグレーレベルが、前記第１及び第２の画像特性の前記グレーレベルの間の補間されたグレーレベルであり、前記補間されたグレーレベルが、それぞれ、前記最小距離と前記第１及び第２の閾値との差によって決定される、実施態様６に記載の方法。
（１０）  前記身体の部分が頭部を含む、実施態様１に記載の方法。
【００６８】
（１１）  前記複数の点のそれぞれの前記最小距離が、前記複数の点のそれぞれにおける前記骨の前記表面に対する法線に沿って確立される、実施態様１に記載の方法。
（１２）  ディスプレイ装置と、
プロセッサであって、被験者の身体の部分のボクセルを含んだコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受信し、前記画像をセグメント化して前記画像内の皮膚の表面及び骨の表面を識別し、前記皮膚の前記表面上の複数の点から前記骨までのそれぞれの最小距離を測定し、前記ディスプレイ装置上の前記皮膚の前記表面の画像をレンダリングしながら前記レンダリング済み画像を視覚的に符号化することで前記それぞれの最小距離を示すように構成されている、プロセッサと、を備える、装置。
（１３）  前記画像を視覚的に符号化することは、前記最小距離が所定の閾値を上回らない前記皮膚の第１の領域に第１の画像特性を適用することと、前記最小距離が前記所定の閾値を上回る前記皮膚の第２の領域に第２の画像特性を適用することと、を含む、実施態様１２に記載の装置。
（１４）  前記第１及び第２の画像特性が、２つの区別可能な色である、実施態様１３に記載の装置。
（１５）  前記第１及び第２の画像特性が、２つの区別可能なパターンである、実施態様１３に記載の装置。
【００６９】
（１６）  前記第１及び第２の画像特性が、２つの区別可能なグレーレベルである、実施態様１３に記載の装置。
（１７）  前記画像を視覚的に符号化することは、前記最小距離が所定の第１の閾値を上回る前記皮膚の前記表面の前記画像の第１の領域に第１の画像特性を適用することと、前記最小距離が所定の第２の閾値を上回らない前記皮膚の前記表面の前記画像の第２の領域に第２の画像特性を適用することと、前記最小距離が前記第１の閾値を上回らないが前記第２の閾値を上回る前記皮膚の前記表面の前記画像の第３の領域に第３の画像特性を適用することと、を含む、実施態様１２に記載の装置。
（１８）  前記第１、第２、及び第３の画像特性が、３つの区別可能な色である、実施態様１７に記載の装置。
（１９）  前記第３の画像特性の前記色が、前記第１及び第２の画像特性の前記色の組み合わせであり、前記組み合わせ中の前記第１及び第２の色の相対的重みが、第２の差に対する第１の差の比から求められ、前記第１の差が前記第１の閾値と前記最小距離との差であり、前記第２の差が前記最小距離と前記第２の閾値との差である、実施態様１８に記載の装置。
（２０）  前記第１及び第２の画像特性が２つの区別可能なグレーレベルであり、前記第３の画像特性が第３のグレーレベルであり、前記第３のグレーレベルが、前記第１及び第２の画像特性の前記グレーレベルの間の補間されたグレーレベルであり、前記補間されたグレーレベルが、それぞれ、前記最小距離と前記第１及び第２の閾値との差によって決定される、実施態様１７に記載の装置。
【００７０】
（２１）  前記複数の点のそれぞれの前記最小距離が、前記複数の点のそれぞれにおける前記骨の前記表面に対する法線に沿って確立される、実施態様１２に記載の装置。
（２２）  前記身体の部分が頭部を含む、実施態様１２に記載の装置。
（２３）  プログラム命令が格納された非一時的なコンピュータ可読媒体を含むコンピュータソフトウェア製品であって、前記命令が、コンピュータにより読み取られる際に前記コンピュータに、被験者の身体の部分のボクセルを含んだコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を受信させ、前記画像をセグメント化して前記画像内の皮膚の表面及び骨の表面を識別させ、前記皮膚の前記表面上の複数の点から前記骨までのそれぞれの最小距離を測定させ、前記皮膚の前記表面の画像をレンダリングしながら前記レンダリング済み画像を視覚的に符号化することで前記それぞれの最小距離を表示させる、コンピュータソフトウェア製品。
【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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【外国語明細書】
2019107451000001.pdf