(57)【要約】  空間ローカライザ１６を用いて超音波振動子又はプローブ１２をトラッキングするシステム及び方法は、従来のシステムによって必要とされるものに最小限のハードウェアの追加を伴って自動較正を実現する。画像ベーストラッキングアルゴリズムは画像空間Ｉにおいて制御点の位置を特定する。無制限数の点が超音波較正のために使用されることができ、高い較正精度を可能にする。提案される較正システム１０は単純かつ低コストである。較正は高速であり自動的に実行されることができる。
2011511652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラックされた超音波の自動較正のための方法であって、
（ｉ）ローカライザ空間内の超音波振動子の位置及び方向をトラックし、（ｉｉ）前記ローカライザ空間内の較正機構の位置及び方向をトラックするようにローカライザを構成するステップと、
前記ローカライザ空間内に位置付けられる、超音波の透過に適した超音波ボリュームをもうけるステップと、
前記超音波ボリューム内に前記較正機構を配置するステップと、
前記超音波振動子及び較正機構の相対位置及び方向が変化するにつれて、前記超音波振動子を用いて前記超音波ボリュームの一連の超音波画像を収集するステップと、
前記一連の超音波画像の各フレーム内の前記較正機構の画像ベースの位置及び方向を決定するために画像処理を利用するステップと、
（ｉ）前記一連の超音波画像の各々における前記較正機構の前記画像ベースの位置及び方向、（ｉｉ）前記一連の超音波画像の各選択されたフレームに対する前記ローカライザがトラックした超音波振動子の対応する位置及び方向、並びに（ｉｉｉ）前記一連の超音波画像の各フレームに対する前記ローカライザがトラックした較正機構の対応する位置及び方向の関数として、前記トラックされた超音波較正の変換パラメータを計算するステップであって、前記変換パラメータはローカライザ座標空間を超音波画像空間に空間的に関連付けることを特徴とするステップとを有する、トラックされた超音波の自動較正のための方法。
【請求項２】
前記超音波振動子が前記振動子に結合されるトラッカを含み、前記ローカライザが前記ローカライザ空間内で前記トラッカをトラックする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記較正機構が、超音波画像内に少なくとも１つの安定な特徴を作り出すために適切な任意の器具を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに前記較正機構が針を有し、前記画像処理が、前記一連の超音波画像の各画像内の前記針の先端の位置及び方向を決定する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記超音波ボリュームが、ゲル及び水から成る群から選択される少なくとも１つを包含するタンクを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記超音波ボリューム内に前記較正機構を配置するステップが、前記超音波ボリュームを介して前記較正機構を動かすステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
さらに前記較正機構を動かすステップが、前記超音波ボリュームを介して前記較正機構を動かすために３つの直動関節を持つロボットアームを使用するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記一連の超音波画像がＮフレームを含み、Ｎは３以上である（Ｎ≧３）、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記超音波画像が三次元画像を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記超音波画像が二次元画像を有し、前記方法がさらに、前記超音波ボリュームを介する前記較正機構の運動を前記二次元画像の画像面に制限するステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
さらに前記運動を制限するステップが、前記運動を前記二次元画像面に制限するガイドを使用するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記超音波振動子及び較正機構の相対位置及び方向が、前記超音波ボリュームを介して前記較正機構を動かしながら、前記超音波振動子を固定されたまま維持することによって変化される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記較正機構の前記画像ベースの位置及び方向を決定するステップが、各フレームに対して、前記較正機構の画像位置及び画像方向を決定するために前記超音波画像を処理するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
さらに前記較正機構の画像位置及び画像方向を決定するステップが、前記較正機構のテンプレートを、前記一連の超音波画像の前記画像の各フレーム内の前記較正機構の現在画像と照合するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記計算するステップが、特異値分解を用いて前記変換パラメータを解くステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記計算するステップがさらに、各超音波画像フレームに対して点の対を自動的に計算するステップを含み、前記点の対が（ｉ）前記較正機構の特定可能部分の画像ベーストラッキング点及び（ｉｉ）前記超音波振動子のローカライザベーストラッキング点を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記較正機構が針を有し、前記針の前記特定可能部分が前記針の先端を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記較正機構の運動が連続的であり、前記方法がさらに、前記較正機構の前記運動をパラメータ化変換によってモデル化するステップを有し、１つの超音波画像フレームの運動パラメータが、その次の超音波画像フレーム内の前記較正機構の運動を推定するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記運動をモデル化するステップが、数値最適化を用いて各個別超音波画像フレームにおける局所画像レジストレーション問題を解くステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法に従ってトラックされた超音波の自動較正を実施するように構成される診断超音波画像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、本発明の譲受人に譲渡された２００７年１１月１４日出願のＳｈｅｎｇ  Ｘｕ他の"トラックされた超音波の自動較正のためのシステム及び方法"と題する先願の仮出願第６０／９８７８０９号の利益を主張する。
【０００２】
本発明の実施形態は概して医療システムに関し、より具体的には、トラックされた超音波の自動較正のための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
空間ローカライザを用いて超音波プローブをトラッキングすることは、例えばライブの超音波画像と他の画像モダリティとの融合のために、外科手術及びインターベンショナル処置のナビゲーションで応用される。こうした応用を可能にするためには、トラックされた超音波の較正、すなわちライブの超音波画像と付属された空間トラッカとの空間的関係を決定することが必要である。多くの従来の較正方法は、超音波画像内の制御点を特定するために人の相互作用を必要とするため、時間がかかる。こうした手動方法は、手動で得られた制御点を多く必要とし得るため、高精度を実現することが困難である。一部の最近の較正方法は自動的に較正を実行することができるが、それらは不都合なことに複雑なファントムに依存する。
【０００４】
手術ナビゲーションのために超音波を使用することは、グローバル座標系における振動子のトラッキングを必要とする。通常は光学又は電磁トラッキングセンサーが超音波振動子に付属され、振動子の位置及び方向がトラックされることを可能にする。超音波較正とは、超音波画像と、超音波振動子に付属されるトラッキングデバイス又はセンサとの間の固定変換を決定するための手順をあらわす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、当技術分野におけるこの問題を克服するための改良された方法とシステムが望まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本開示の一実施形態にかかるトラックされた超音波の自動較正のためのシステムの部分ブロック図である。
【図２】図２は、本開示の一実施形態にかかるトラックされた超音波の自動較正のための方法を図示する簡略化された略フロー図である。
【図３】図３は、本開示の別の実施形態にかかる画像ベーストラッキングを介して得られる超音波ボリュームの３つの多断面再構成画像ビューを図示する画面表示ビューである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図面では、類似する参照数字は類似する要素をあらわす。加えて、図面は縮尺通りに描かれていないかもしれないことに留意されたい。
【０００８】
本明細書で使用されるように、トラックされた超音波の較正とは、ライブの超音波画像と付属された空間トラッカとの空間的関係を決定することを意味する。言い換えれば、超音波較正とは、超音波画像と付属されたトラッキングデバイスとの間の固定変換を決定する手順をあらわす。当技術分野における問題に応えて、本開示の実施形態はトラックされた超音波の完全自動較正のための方法を有利に提供する。
【０００９】
図１は本開示の一実施形態にかかるトラックされた超音波の自動較正を実施するための超音波画像システム１０の部分ブロック図である。超音波画像システム１０は、超音波振動子１２、超音波振動子に結合されるトラッカ１４、ローカライザ（参照数字１６によって全体的に示される）、較正機構１８、容器２０、及びシステムコントローラ２２を有する。トラッカ１４は超音波振動子１２のエネルギー放出面２４に対して所与の位置と方向で超音波プローブ１２に結合される。超音波振動子又はプローブ１２は、本開示の実施形態を実施するため、及び所与の超音波画像応用の要件を実行するために構成されることができる、任意の適切な手持ち式超音波振動子又はプローブを含むことができる。超音波プローブ１２は、画像フィールド（参照数字２６によって全体的に示される）における所望の超音波エネルギーの放出のために、表面２４に隣接して、その筐体内に位置する超音波振動子（図示せず）を含む。参照数字２８で示される機構によってまとめてあらわされる様々な電力及び信号線が、例えば必要に応じて、本明細書に記載された様々な機能及びステップを実行するために、超音波プローブ１２、トラッカ１４、及びシステムコントローラ２２の間に結合される。
【００１０】
較正機構１８は、所与のトラックされた超音波較正の要件に従って、液体、ゲル、又は他の適切な水性媒体（参照数字３０によって全体的にあらわされる）の体積内、及び様々な位置と方向において、少なくとも部分的に浸漬され、かつ移動可能である。液体、ゲル、又は他の適切な水性媒体の体積３０は適切な容器又はタンク２０内に包含される。容器又はタンク２０は、超音波振動子がエネルギーを放出して、超音波プローブ１２の表面２４が表面３２に接触することに応じて、超音波エネルギーの透過に適した少なくとも１つの表面３２を含む。
【００１１】
ローカライザ１６はトラッキングジェネレータ３４を含み、このトラッキングジェネレータ３４は、トラッカ１４と較正対象１８と関連して使用するためにトラッキングエネルギーを放出するように構成される。一実施形態では、トラッキングジェネレータ３４は電磁場発生器を有し、この発生器は参照数字３６によって示されるように固定された方向と位置を基準とする。電磁場発生器３４は、参照数字３８によって全体的に示される、所与のローカライザ空間又は関心体積とも称される関心領域内に電磁場を作り出す。
【００１２】
システムコントローラ２２は任意の適切なコンピュータ及び／又は超音波振動子インターフェースを有することができ、このコントローラはさらに、本明細書で論じられるトラックされた超音波の自動較正を実行することに関する本明細書で論じられる様々な機能を実行するための適切な命令をプログラムされる。システムコントローラ２２は、例えば（ｉｉ）超音波画像システム１０の他の要素、又は（ｉｉ）超音波画像システム１０の外側の１つ以上の遠隔コンピュータシステムに電子的に結合するために、４０及び４２などの様々な入力／出力信号線を含んでもよい。適切な表示装置４４が、例えば所与のトラックされた超音波の自動較正中のシステムオペレータによる使用のために、システムコントローラ２２に結合される。さらに、例えば入力／出力装置、ポインティングデバイスなど（図示せず）の追加装置が、必要に応じて、所与のトラックされた超音波の自動較正の実施の１つ以上の部分を実行する上で使用するために、提供されてもよい。加えて、ストレージ（例えば所与のモダリティから事前に得られた画像を含むメモリ又はストレージデバイス）からの画像収集、又はリアルタイム画像収集（例えば所与のモダリティ収集デバイスからのリアルタイム画像）を得るための手段４６がシステムコントローラ４６に結合される。
【００１３】
本開示の一実施形態によれば、超音波較正の方法は点ベースレジストレーション問題を解くことを含み、ここでは共通点集合の超音波画像座標ＰＩがローカライザ空間におけるそれらの対応座標ＰＬにレジストレーションされる。図１は本明細書で示されるトラックされた超音波の自動較正を実施するために適用可能な様々な座標系の図を含み、ローカライザ空間として座標系Ｌ、トラッカ空間として座標系Ｔ、及び超音波画像空間として座標系Ｉを含む。さらに図１に図示されるように、全変換は次式によって与えられる同次変換行列の乗法として表現されることができる。
ＰＬ＝ＬＦＴ・ＴＦＩ・ＰＩ        （１）
ここでＰＬとＰＩはそれぞれローカライザ空間と超音波画像の座標系における制御点の座標である。項ＬＦＴは、超音波画像内で制御点が特定される時点における、超音波振動子に付属されたトラッカに対するローカライザのリアルタイムトラッキング結果である。項ＴＦＩはトラッカと画像間の固定変換である。十分な数の点（Ｎ≧３）を仮定すると、ＴＦＩは特異値分解（ＳＶＤ）を用いて解かれることができる。
【００１４】
しかしながら、多くの従来の超音波較正手法は、制御点の画像座標を特定するために人の相互作用を必要とする。この手動手順は時間がかかり、これは不都合なことに超音波誘導システムを商品化する際に問題を引き起こす可能性がある。加えて、正確な超音波較正は多数の制御点を必要とする可能性がある。従って、完全自動較正手法が強く望まれる。加えて、一部の最近の較正手法は完全自動化を実現しているが、そうした較正手法は不都合なことに複雑なファントムに依存する。本開示の実施形態によれば、超音波較正の方法は較正手順と統合された画像処理アルゴリズムを使用することを含む。結果として、超音波較正手順の完全自動化を実現するために、人の相互作用も追加の複雑なハードウェアも必要とされない。
【００１５】
本開示の一実施形態によれば、超音波較正のための方法は、超音波画像空間内の多数の制御点集合の位置を特定するために画像処理アルゴリズムを使用することを含む。結果として、無制限数の制御点が超音波較正のために使用されることができ、それによって高い較正精度を可能にする。加えて、超音波較正の方法を実施するためのシステムは単純かつ低コストである。さらに、超音波較正は高速であり自動的に実行される（すなわち、制御点の手動決定がない）。
【００１６】
実施形態は三次元超音波較正に関して本明細書に記載されるが、実施形態は二次元超音波較正にも使用されることができる。加えて、別の実施形態によれば、リアルタイム（二次元又は三次元）超音波画像は、超音波較正手順の１つ以上の部分を実施するために、超音波診断画像システムから離れたコンピュータに（例えば適切なビデオストリーミング技術を用いて）ストリームされることができる。さらに、超音波画像が二次元である場合は、超音波診断画像システム１０の超音波スキャナ又はシステムコントローラ２２のビデオ出力信号に含まれる画像のフレーム取込みを介して画像が収集されることができる。
【００１７】
一実施形態によれば、トラックされた針１８の少なくとも先端１９がゲル又は水３０のタンク２０の中に沈められる。６自由度（６ＤＯＦ）トラッカ１４が超音波振動子１２に取り付けられ、振動子の位置と方向が外部ローカライザ１６によってトラックされることを可能にする。同様に、１つのトラッカが針１８を備え、例えば、針先端１９に一体化される小型センサを使用する。針、特に少なくとも、小型センサを含む針先端１９は、振動子に対してタンク内で動かされ、超音波ボリュームにおいて針先端の位置変化をもたらす。針の新しい画像位置を決定するために、ボリューム内の前の位置から新しい位置への針の運動後に、超音波ボリュームの超音波フレームが処理される。加えて、ローカライザ１６はこの手順中に（ｉ）針及び（ｉｉ）超音波振動子のトラッカの両方をトラックする。
【００１８】
自動超音波較正の方法はさらに、超音波ボリューム内で針先端を特定するために画像レジストレーションを使用することを含む。図２は画像処理アルゴリズム５０の一実施例を図示し、その各々は針先端１９のテンプレートを、対応する超音波フレーム（５２、５４、５６、及び５８）における針先端の現在画像と照合する。フレームの数はＮ≧３を有する。初期フレーム５２に対して、関心体積（ＶＯＩ）を有するテンプレート６２が設定される。画像処理アルゴリズムは次のフレーム５４に進み、画像処理を用いて、（フレーム５２からの）針先端のテンプレートをフレーム５４の画像と照合する。これは参照数字６４によって示される照合１に対応する。このプロセスはフレーム５６を続け、画像処理を用いて、（初期フレーム５２及びフレーム５４からの）針先端のテンプレートをフレーム５６の画像と照合する。これは参照数字６６によって示される照合２に対応する。このプロセスはこのようにして同様に続き、フレーム５８を経て、画像処理を用いて、（初期フレーム５２、フレーム５４、フレーム５６、及び任意の追加の介在フレームからの）針先端のテンプレートをフレーム５８の画像と照合する。これは参照数字６８によって示される照合Ｎに対応する。
【００１９】
加えて、針の運動は、例えば純平行移動、剛体、又はアフィン変換などのパラメータ化変換によってモデル化されることができる。例えば針が手動で動かされる場合、超音波画像における針の平行移動、回転、及びアーチファクト変化を説明するために剛体又はアフィン変換が使用され得る。針を動かすために３つの直動関節を持つロボットが利用可能な場合は、運動トラッキングアルゴリズムのロバスト性と精度を増加するために、平行移動モデルが使用されるべきである。針の運動が連続的であると仮定すれば、１つの超音波フレームの運動パラメータは、次のフレームの運動を推定するために使用されることができる。局所画像レジストレーション問題は、数値最適化（例えばガウス・ニュートン法）を用いて各個別フレームにおいて解かれる。トラッキングアルゴリズムは高速であり、リアルタイムに実行されることができる。ある実施形態における平均処理時間は、２ギガバイト（２Ｇ）のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を持つ３．２ＧＨｚワークステーションを用いてフレームあたり約３５ｍｓ（すなわち２８．６Ｈｚ）である。適切な運動トラッキングアルゴリズムのある実施例の詳細は、Ｓ．Ｘu,Ｊ．Ｋｒｕｅｃｋｅｒ，Ｓ．Ｓｅｔｔｌｅｍｉｅｒ  ａｎｄ  Ｂ．Ｊ．Ｗｏｏｄ，"Ｒｅａｌ‐ｔｉｍｅ  ｍｏｔｉｏｎ  ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ３Ｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ"Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．６５０９，６５０９０Ｘ（Ｍａｒ．２１，２００７）に見られる。
【００２０】
図２はさらに、参照数字６０によって示される変換Ｔ（μ）、並びに、変換の推定を確立し（ステップ７２）、所与のフレームＮにおいて運動トラッキングし（ステップ７４）、ｋ≧１として値Ｎを次の値Ｎ＋ｋへ増加し（ステップ７６）、及びステップ７２においてこのフローを繰り返すための簡略化されたフロー図７０を図示する。フレームＮのトラッキング結果は、例えば適切な運動トラッキングアルゴリズムを用いて、フレームＮ＋ｋの運動を推定するために使用される。このサイクルは所望の数のフレームが互いにレジストレーションされるまで繰り返す。
【００２１】
図３は針の先端のソフトウェアトラッキングの一実施形態のスクリーンショット８０を示す。３つの画像ビュー（８２、８４、及び８６）は超音波ボリュームの多断面再構成である。ビュー８２は所与のフレームのＸＹ断面に対する超音波ボリュームの多断面再構成をあらわす。ビュー８４は所与のフレームのＺＹ断面に対する超音波ボリュームの多断面再構成をあらわす。ビュー８６は所与のフレームのＸＺ断面に対する超音波ボリュームの多断面再構成をあらわす。本明細書で論じられるテンプレートマッチング及び画像処理技術を用いて、針先端が自動的に特定され、３つのビュー全てに表示される。様々な画像ビューについて、患者に対する固定座標系に関連して様々な記号が画像ビューに与えられることができる。例えば記号Ｌは左をあらわすことができ、Ｒは右をあらわすことができ、Ｆは足をあらわすことができ、Ｈは頭部をあらわすことができるなど。三次元画像を見る際に一般的に使用されるように、異なる画像ビュー又はビュー断面間の対応を示すために、照準線も与えられることができる。右下のビュー（又はウィンドウ）８８は各超音波フレームにおける（一連のフレームにわたる）テンプレートマッチングの残差を示す。図３のビュー８８では、現在の運動トラッキングの残差はその値として１７．５を持つと決定された。この値は運動トラッキングの精度を示し、これは許容範囲の外側で起こるトラッキング結果を持つ（すなわち不正確なトラッキング結果に対応する）フレームを含むことを避けるために較正手順で使用されることができる。
【００２２】
加えて、式（１）の記号を用いると、針先端の位置は画像ベーストラッキングの場合ＰＩであり、ローカライザベーストラッキングの場合ＰＬである。そのような点の対の１つは、各超音波画像フレームに対して自動的に計算されることができ、何百又は何千もの点の対の収集を可能にし、これは手動方法と比較して著しく高い精度をもたらす。収集された各フレームにおけるＰＩの手動特定では、点の数が典型的には１０から５０の範囲に限定される。三次元における針先端の正確な手動特定は約３０から６０秒かかるため、点の対あたりの時間の節約は約１０００倍である。
【００２３】
別の実施形態によれば、超音波較正方法は三次元超音波較正について記載されているが、この方法は二次元超音波較正にも適用可能である。二次元超音波較正の場合、この方法はさらに、例えば針ガイド、又は針の運動を画像面に制限するための他の適切な手段を用いて、針の運動を二次元超音波振動子の画像面に制限することを含む。
【００２４】
別の実施形態によれば、画像ベースアルゴリズムは針と振動子の間の相対運動を検出する。この実施形態では、針は固定位置にあり、超音波振動子が針に対して動かされる。
【００２５】
さらなる実施形態によれば、超音波画像内に安定な特徴を作り出すために適切な任意の器具が、針の代わりに使用されることができる。加えて、さらに別の実施形態では、画像処理アルゴリズムが、各超音波画像における特徴を分割することによって、安定な特徴の位置を特定する。画像分割とは、デジタル画像を多重領域（又は画素の集合）に分割するプロセスをあらわす。一般的に、１つの領域は１つの対象物に対応する。適切な器具の例は、球体、立方体、又は超音波画像内に正確に位置付けられることができる他のものを含むことができる。
【００２６】
さらに、画像処理アルゴリズムは組織運動と器具運動の両方をトラックすることができる。本開示のこの実施形態は、画像誘導手術、特に、超音波画像のガイダンスと融合を必要とする外科的介入の分野に適用されることができる。
【００２７】
既におわかりのように、トラックされた超音波の自動較正のための方法は、（ｉ）ローカライザ空間内の超音波振動子の位置及び方向をトラックし、（ｉｉ）ローカライザ空間内の較正機構の位置及び方向をトラックするようにローカライザを構成するステップを有する。超音波の透過に適した超音波ボリュームが提供され、超音波ボリュームはローカライザ空間内に位置付けられる。較正機構は超音波ボリューム内に配置され、超音波振動子及び較正機構の相対位置及び方向が変化するにつれて、超音波プローブを用いて超音波ボリュームの一連の超音波画像が収集される。この方法は、一連の超音波画像の各フレーム内の較正機構の画像ベースの位置及び方向を決定するために、画像処理を利用する。この方法はさらに、（ｉ）一連の超音波画像内の較正機構の画像ベースの位置及び方向、（ｉｉ）一連の超音波画像の各選択されたフレームに対するローカライザがトラックした超音波振動子の対応する位置及び方向、並びに（ｉｉｉ）一連の超音波画像の各フレームに対するローカライザがトラックした較正機構の対応する位置及び方向の関数として、トラックされた超音波較正の変換パラメータを計算するステップを含み、変換パラメータはローカライザ座標空間を超音波画像空間に空間的に関連付ける。
【００２８】
一実施形態によれば、ローカライザは、（ｉ）ローカライザ空間内の超音波振動子の位置及び方向をトラックし、（ｉｉ）ローカライザ空間内の較正機構の位置及び方向をトラックするように構成される。一実施形態では、超音波振動子は振動子に結合されるトラッカを含み、ローカライザはローカライザ空間内でこのトラッカをトラックする。加えて、較正機構は超音波画像内に少なくとも１つの安定な特徴を作り出すために適切な任意の器具を有する。別の実施形態では、較正機構は針を有し、前記画像処理が、一連の超音波画像の各画像内の針の先端の位置及び方向を決定する。
【００２９】
別の実施形態によれば、この方法は超音波の透過に適した超音波ボリュームを利用し、超音波ボリュームはローカライザ空間内に位置付けられる。超音波ボリュームは、例えば、ゲル及び水から成る群から選択される少なくとも１つを包含するタンクを含むことができる。
【００３０】
超音波ボリューム内に較正機構を配置するステップは、超音波ボリュームを介して較正機構を動かすステップによって、超音波ボリューム内に較正機構を配置するステップを含むことができる。一実施形態では、較正機構を動かすステップは、超音波ボリュームを介して較正機構を動かすために３つの直動関節を持つロボットアームを使用するステップを含む。
【００３１】
一実施形態では、超音波振動子及び較正機構の相対位置及び方向が変化するにつれて、超音波プローブを用いて超音波ボリュームの一連の超音波画像を収集するステップは、一連の超音波画像がＮフレームを含み、Ｎは３以上である（Ｎ≧３）ことを有する。一実施形態では、超音波画像は三次元画像を有する。別の実施形態では、超音波画像は二次元画像を有し、この方法はさらに、超音波ボリュームを介する較正機構の運動を二次元画像の画像面に制限するステップを有する。例えば、運動を制限するステップは、その運動を二次元画像面に制限するガイドを使用するステップを含む。さらに別の実施形態では、超音波ボリュームを介して較正機構を動かしながら、超音波振動子を固定されたまま維持することによって、超音波振動子及び較正機構の相対位置及び方向が変化される。
【００３２】
別の実施形態では、一連の超音波画像の各フレーム内の較正機構の画像ベースの位置及び方向を決定するために画像処理を利用するステップは、各フレームに対して、較正機構の画像位置及び画像方向を決定するために超音波画像を処理することによって、較正機構の画像ベースの位置及び方向を決定するステップを有することができる。このステップはさらに、較正機構の画像位置及び画像方向を決定するステップが、較正機構のテンプレートを、一連の超音波画像の画像の各フレーム内の較正機構の現在画像と照合するステップを含むことを有することができる。
【００３３】
さらに別の実施形態では、トラックされた超音波較正の変換パラメータを計算するステップは、（ｉ）一連の超音波画像内の較正機構の画像ベースの位置及び方向、（ｉｉ）一連の超音波画像の各フレームに対するローカライザがトラックした超音波振動子の対応する位置及び方向、並びに（ｉｉｉ）一連の超音波画像の各フレームに対するローカライザがトラックした較正機構の対応する位置及び方向の関数として計算するステップを有し、変換パラメータはローカライザ座標空間を超音波画像空間に空間的に関連付ける。計算するステップは、特異値分解（ＳＶＤ）を用いて変換パラメータを解くステップを含むことができる。加えて、計算するステップはさらに、各超音波画像フレームに対して点の対を自動的に計算するステップを含むことができ、点の対は（ｉ）較正機構の特定可能部分の画像ベーストラッキング点ＰＩ及び（ｉｉ）超音波振動子のローカライザベーストラッキング点ＰＬを含む。別の実施形態では、較正機構は針を有し、針の特定可能部分は針の先端を有する。
【００３４】
なおもさらなる実施形態では、較正機構の運動は連続運動であるように構成され、この方法はさらに、較正機構の運動をパラメータ化変換によってモデル化するステップを有する。この実施形態では、１つの超音波画像フレームの運動パラメータが、その次の超音波画像フレーム内の較正機構の運動を推定するために使用される。加えて、運動をモデル化するステップは、数値最適化を用いて各個別超音波画像フレームにおける局所画像レジストレーション問題を解くステップを含む。
【００３５】
加えて、本開示の実施形態は、本明細書に開示される方法に従ってトラックされた超音波の自動較正を実施するように構成される診断超音波画像システムを含む。
【００３６】
いくつかの例示的な実施形態のみが上記に詳細に記載されているが、本開示の実施形態の新たな教示及び利点から著しく逸脱することなく、例示的な実施形態において多くの変更が可能であることを、当業者は容易に理解するだろう。例えば、本開示の実施形態は、ローカライザと一体化されたいかなる超音波スキャナにも適用されることができる。従って、そうした全ての変更は、以下の請求項において定義される本開示の実施形態の範囲内に含まれることが意図される。請求項においては、ｍｅａｎｓ‐ｐｌｕｓ‐ｆｕｎｃｔｉｏｎ節は、列挙された機能を実施するように本明細書に記載された構造、及び構造的均等物だけでなく、均等構造をも包含することが意図される。
【００３７】
加えて、１つ以上の請求項において括弧内に置かれたいかなる参照記号も、その請求項を限定するものと解釈されてはならない。"ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ"及び"ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ"などの語は、任意の請求項又は明細書全体において列挙されたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。ある要素の単数形はその要素の複数形を除外せず、逆もまた同様である。実施形態のうちの１つ以上は、複数の異なる要素を有するハードウェアを用いて、及び／又は適切にプログラムされたコンピュータを用いて実装されてもよい。複数の手段を列挙するデバイスの請求項では、これらの手段のいくつかがハードウェアの１つの同じ項目によって具体化されてもよい。特定の手段が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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