(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）座標の光学的追跡システムの座標とのクロスキャリブレーションを行う方法であって、
（ａ）前記光学的追跡システムの第１のカメラを基準位置に配置しつつ、較正ツールのＭＲＩ座標及び光学的座標を測定することによって初期較正を行うステップを含み、
前記較正ツールは、前記光学的追跡システムによって認識可能な光学的特徴を含む光学的マーカを含み、
前記較正ツールは、ＭＲＩシステムによって認識可能な無線アクティブＭＲＩマーカを含み、前記光学的特徴と前記無線アクティブＭＲＩマーカとは、前記較正ツール上において一定の相対位置を有し、
前記初期較正は、前記較正ツールの１以上の別々のポーズに対するＭＲＩデータ及び光学的データを取得すること、及びＭＲＩ座標を光学的座標に関連付ける初期クロスキャリブレーション座標変換を決定することを含み、前記ポーズは、位置と向きの組であり、
各無線アクティブＭＲＩマーカは、共振回路にカップリングされたＭＲ可視性サンプルを含み、前記無線アクティブＭＲＩマーカの各位置は、前記無線アクティブＭＲＩマーカの共振回路の磁気共鳴システムの１以上の受信コイルへの誘導カップリングを介して決定可能であり、
前記方法は更に、
（ｂ）ＭＲＩの対象のイメージングの実施前または実施中に、（ｉ）前記基準位置に対する前記第１のカメラの位置を決定し、（ｉｉ）前記カメラ位置及び前記初期クロスキャリブレーション座標変換を用いて補正された較正を決定し、（ｉｉｉ）前記補正された較正を用いて、イメージングの前記対象についてのＭＲＩ座標を光学的座標に関連付けるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記光学的特徴は、個々に区別可能であり、既知の相対位置を有する所定のパターンに配置され、そのことによって、前記光学的マーカの位置の完全な決定のためにパターンの部分的観察で十分となることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
ｚ軸方向は、前記ＭＲＩシステムの穴状部に沿った方向であり、前記基準位置に対する前記第１のカメラの位置の決定は、前記第１のカメラのｚ軸方向のオフセットを決定することを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記ｚ軸方向のオフセットは、前記ＭＲＩシステムの患者テーブルの位置エンコーダによる位置決定によって決定されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
ＭＲＩ可視性カメラマーカが、第１のカメラに固定され、前記基準位置に対する前記第１のカメラの位置の決定は、前記ＭＲＩシステムを用いた前記ＭＲＩ可視性カメラマーカの位置を決定することを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
穴状部光学的マーカが、前記基準位置に対する既知の位置においてＭＲＩ穴状部に取り付けられ、前記基準位置に対する前記第１のカメラの位置の決定は、前記ＭＲＩシステムを用いて前記穴状部光学的マーカの位置を観測することを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
第２のカメラが、前記基準位置に対する既知の位置においてＭＲＩ穴状部に取り付けられ、前記基準位置に対する前記第１のカメラの位置の決定は、前記第２のカメラを用いて前記光学的マーカの位置を観測することを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
前記初期較正は、前記較正ツールの１以上の個々の異なるポーズについてのＭＲＩ及び光学的データを取得し、それによって較正に用いられる２以上の動きを提供することを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
前記較正ツール上における前記光学的特徴及び前記無線アクティブＭＲＩマーカの一定の相対位置は、前記初期較正のための既知の入力データであることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、
前記初期較正は、前記較正ツール上における前記光学的特徴及び前記無線アクティブマーカの一定の相対位置が未知の状態で計算されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用イメージング技術に関する。本発明では、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）の実施中にヒトまたは動物の患者の動き追跡のために用いられる光学的追跡装置の較正を行う。特に、本発明により、光学的追跡装置の座標系とＭＲＩスキャナの座標系の間の座標変換の較正が可能になる。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）は、ヒト及び動物のための重要な医療用イメージング技術である。多くの場合、ＭＲＩは、人体のイメージングのために用いられ、また多くの病気の診断等の臨床及び研究の両目的のため、及び外科処置のプランニングのために用いられる。
【０００３】
磁気共鳴イメージングは、一般的には、患者を細長い穴状部（ボア）のなかに寝かせ、イメージ再構成用の信号を受信するために用いられる密閉されたコイルのなかに配置された身体の部分を調査対象として行われる。一回のスキャンは数分間かかる。検査全体は、一般的には複数回のスキャンからなり、数１０分間かかる。ＭＲＩスキャン中に、患者は、殆ど動かない状態でいることが必要である。２、３ミリメートルの平行移動または２、３度の角度の回転が、再構成イメージに対して重大な動きによる影響（動きアーチファクト）をもたらすからである。多くの患者、特に高齢者、子供または閉所恐怖症の患者はこの要求を満たすことが困難である。
【０００４】
米国特許第５５４５９９３号明細書（特許文献１）には、動き追跡システムを、測定された動きを補償するべくイメージング磁界を更新することにより磁気共鳴イメージング中に動きアーチファクトを防止するためにいかに使用するかが記載されている。この手順は、「予測動き補正」または「適応的動き補正」という呼び名で現在広く知られている。光学的追跡は、対象からの必要な動き情報を得るためによく使われる方法である。カメラ等の光学的システムは通常のＭＲＩイメージの取得とは独立しており、従ってその手順では、ＭＲＩパルスシーケンスに対する改変は最小限しか必要としない。カメラをベースにしたシステムは、高い時間分解能（例えば３０Ｈｚ以上）で動作可能であり、この時間分解能はＭＲＩ処置中での人間の対象の動きをサンプリングし、補正するために十分なものである。
【０００５】
カメラをベースにしたシステムでの課題の１つは、基準のカメラのフレームが、ＭＲＩスキャナのそれと自動的に位置合わせされないことである。即ち、光学システムから得られた動きパラメータは、ＭＲＩスキャナの座標系ではなく、光学的追跡システムの座標系のなかで特定される。従って、追跡データは、回転と平行移動からなる変換を用いて、基準のカメラのフレームから基準のＭＲＩスキャナのフレームに変換されなければならない。この変換は、多くの場合１つの行列に納められ、この場合には、同次変換行列と呼ばれる。この変換行列における要素を決定するプロセスは、広く「クロスキャリブレーション」と呼ばれている。そのようなクロスキャリブレーションは、米国特許第６４９０４７３号明細書（特許文献２）において考えられている。
【０００６】
従来の技術文献には、どのように正確なクロスキャリブレーションを得るかについては記載されているが、その使用方法は、多くの場合、ＭＲＩの光学的動き補正システムの臨床的な配置のためには実用的ではない。特に、従来の方式は、（ａ）較正の初期推定値を用いることなく正確な動き補正を行うのに十分良好なクロスキャリブレーションを迅速に（２分未満）で得るための手段、及び（ｂ）光学的追跡システムが動かされるか再配置されるとき（例えば、同システムが可動ヘッドコイルに取り付けられ、患者テーブル上の配置が患者毎に変化するとき、またはＭＲＩ検査中に患者テーブルが、動かされるとき）であってもクロスキャリブレーションの精度を維持するための手段を提供していなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５５４５９９３号明細書
【特許文献２】米国特許第６４９０４７３号明細書
【特許文献３】米国特許第８８４８９７７号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１４／０１７１７８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の較正におけるニーズ、即ち（ａ）高速の初期較正、及び（ｂ）患者テーブル、ヘッドコイル、及び／またはカメラシステムが動かされ／再配置された場合での再較正の問題に対処するものである。以下の記載において、用語「クロスキャリブレーション」は、２つの基準のフレームの間の近似的な座標変換を決定するプロセスをさす。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ワンタイムの高速高精度なクロスキャリブレーションを行うための手段を提供する。ＭＲＩシステムから見ることができる無線アクティブマーカと、較正されている光学システムから見ることができる光学的マーカとを含む較正ツールが用いられる。無線アクティブマーカの位置と向きは、ＭＲＩスキャナを用いて追跡され、これらの無線マーカからの追跡データは、然るべくＭＲＩシステムの座標系に登録される。無線アクティブマーカは、光学的マーカにしっかりと結合され、それによって両マーカシステムは常に同じ動きを行い、かつ互いに一定の（しかし必ずしも知られている必要のない）幾何学的位置関係を有することになる。
【００１０】
前記較正ツールを用いるクロスキャリブレーションの例示的な方法は、以下の通りである。即ち、１回の高速追跡スキャンを行い、その間に前記較正ツールに対して一連の小さい回転を行う。この時間中に、動きデータを、（ＭＲＩスキャナ追跡パルスシーケンスを用いて）無線アクティブマーカと、（光学的追跡システムを用いて）光学的マーカの両方から収集する。次に、較正ツールの同じ物理的位置において光学的システム及びアクティブマーカ追跡システムの両方について、追跡データから一連の「ポーズ（位置と向きの組のデータ）」を抽出する。これから、連続するポーズの間の一連の「動き」を、２つの追跡システムの各々のために計算する。次に、１つのポーズから次のポーズへの動きが可能な限り一定となるように、光学的座標系からアクティブマーカ座標系への変換を計算する。
【００１１】
一般的には、光学的追跡システムは、少なくとも第１のカメラを有し、この第１のカメラの位置は、一回のスキャンから次のスキャンまでに変えることが可能である。従って、上述の初期較正は、基準位置に配置された第１のカメラで行われ、この初期較正は、カメラの実際の位置と基準位置とのあらゆる差異に対応するべく必要に応じて補正される。いくつかの場合では、基準位置に対する第１のカメラの位置を決定するために第２のカメラが用いられる。新しいカメラ位置に対応するべく初期較正を補正することは、初期較正をやり直すより非常に短時間で済み、従ってこの２段階プロセスにより、実際上、著しく短いクロスキャリブレーション時間が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、患者テーブル上に横たわる患者の頭部の動きを追跡するために、ＭＲ適合性カメラがどのように、ＭＲＩスキャナの内部のヘッドコイル上に置かれるかを示す図である。
【図２】図２は、ＭＲＩスキャナヘッドコイルにしっかりと取り付けられたカメラの一例であって、両構成部品間で動きが生じ得ないようにされていることを示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、３つの「無線マーカ」と光学的追跡マーカを含む較正ツールを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、較正ツールのための例示的な光学的追跡マーカを示す図である。
【図４】図４は、２つの独立したカメラを備えるカメラユニットを示す図であり、カメラの一方は内向きに患者に向けられ、他方は外向きにＭＲＩスキャナ穴状部（ボア）の内壁に向けられている。
【図５】図５は、患者とＭＲＩスキャナ穴状部の内壁を同時に見ることを可能にする、１つのカメラと小型のミラーを備えるカメラユニットを示す図である。
【図６】図６は、図４及び図５に示されたカメラユニットが、どのように患者上に載せされたマーカを追跡し、同時にスキャナ上に載せされたマーカを追跡することによってスキャナ内のそれ自身の位置を決定するかを示す図である。
【図７】図７は、穴状部に取り付けられたカメラが、追跡カメラ上の光学的マーカを視界に捉えて、追跡カメラのカメラ位置情報を提供する状況の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、ＭＲＩスキャナ１０１と、ＭＲＩ検査中に患者１０５が横たわる患者テーブル／カウチとを備えるＭＲＩシステム１００を示す。この実施例では、患者の頭部がヘッドコイル１０３の内側に置かれ、頭部の動きがカメラ１０４を用いてモニタリングされる。本発明の主な目的は、カメラ１０４の座標系とＭＲＩスキャナ１０１の座標系との変換を計算する実用的な手段を提供することである。
【００１４】
図２は、カメラ２０１の一実施例を示し、このカメラ２０１は、ヘッドコイルにぴったりとフィットするように設計された器具２０２を用いてヘッドコイル２０３に取り付けられている。この器具により、カメラとヘッドコイルが頑健な本体を形成すること、即ちそれらが一個の物体として一緒に動くことが確実となる。ヘッドコイルは、可動ベース２０４上に配置され、可動ベースは患者テーブルに取り付けられる。ヘッドコイル２０５の穴（ホール）は、カメラ２０１からの患者の頭部に向けての見通し線を提供する。代替的に、カメラを、ＭＲＩヘッドコイルアセンブリと一体化させることもできる。
【００１５】
図３Ａは、３つの無線アクティブマーカ３０１及び光学的マーカ３０２を含む、例示的な較正ツール３００を示す。無線マーカはポリカーボネート製の箱内に収容することができ、これにより、無線マーカの物理的な損傷や劣化からの保護が助けられる。較正ツールは、プラスチック製ハンドル３０４を用いて手で回転させることができる。較正ツールは、そのツールを様々な方向に移動可能としつつ機械的な支持を与えるレセプタクル３０３内に配置された球形部材３０５として構成される。
【００１６】
好ましい実施形態では、較正ツールは、回転の中心をＭＲＩスキャナのアイソセンター（治療中心）の近傍に維持するように、全３軸を中心として容易に回転させることができる。較正装置をアイソセンター（治療中心）の近傍に維持しておくことで、両システムを用いた追跡の正確さを確保する助けとなる。
【００１７】
好ましい実施形態では、較正ツールはプラスチック製ハンドル３０４を有し、このプラスチック製ハンドルは、操作者または機械的アクチュエータが、較正ツールから少なくとも１０ｃｍの距離を維持しつつ較正ツールを都合よく回転させるために使用することができる。これにより、操作者と無線アクティブマーカとの間の（磁界外乱を介した）あらゆる相互作用が防止される。
【００１８】
図３Ｂは、光学的マーカ３０２の好ましい形態の一例を示す。ここで、マーカ３０２の複数の光学的特徴は個々に区別可能であり、既知の相対位置を有する所定のパターンに配置される。この結果、光学的マーカの位置の完全な決定のためにはパターンの部分的な観察で十分となる。例えば、５つの白いドットからなる格子縞パターンが観察された場合、当該特徴は、パターンの（上から）５行目で、（左から）１１列目にあることがわかる。特徴は、９０度の回転がある場合でも区別できるように選択されるのが好ましい。図３Ｂの例はこの特性を有する。更に、この種の光学的マーカパターンの関する詳細は、米国特許第８８４８９７７号明細書（特許文献３）に記載されており、当該特許文献は、引用によりその全内容を本明細書の一部とする。
【００１９】
例示的な実施形態では、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）座標の光学的追跡システムの座標とのクロスキャリブレーションを行う方法は、以下のステップ、即ち（１）前記光学的追跡システムの第１のカメラを基準位置に配置しつつ、ＭＲＩ及び較正ツールの光学的座標の測定による初期較正を行うステップと、（２）前記第１のカメラの現在位置と前記第１のカメラの前記基準位置との間の差に対応するべく、患者のＭＲＩイメージング中またはその前に前記初期較正を補正するステップとを含む。
【００２０】
前記初期較正のための前記較正ツールは、前記光学的追跡システムによって認識可能な光学的特徴を含む。前記較正ツールはまた、前記ＭＲＩシステムによって認識可能な無線アクティブマーカも含む。前記光学的特徴及び前記無線アクティブＭＲＩマーカは、前記較正ツール上で一定の相対位置を有する。しかし、これらの相対位置は、前もって知られている必要はない。
【００２１】
前記初期較正は、前記較正ツールの１以上の個々の異なるポーズ（「ポーズ」は、位置と向きの組み合わせである）についてのＭＲＩ及び光学的データを取得すること、及びＭＲＩ座標を光学的座標に関連付けるクロスキャリブレーション座標変換を決定することを含む。前記較正ツール上の前記光学的特徴と前記無線アクティブマーカの一定の相対位置が、前記初期較正のための入力として分かっている場合には、前記較正ツールの１つのポーズからのデータで十分であり得る。これらの相対位置が分かっていない場合には、前記初期較正を決定するために、前記較正ツールの３つ以上のポーズからのデータが必要となる。
【００２２】
前記初期較正の補正は、（１）前記基準位置に対する前記第１のカメラの位置を決定すること、（２）前記カメラ位置と前記初期クロスキャリブレーション座標変換を用いて補正された較正を決定すること、及び（３）前記補正された較正を用いて、イメージングされる患者についてＭＲＩ座標を光学座標に関連付けることを含む。
【００２３】
好ましくは、各無線アクティブＭＲＩマーカは、共振回路に接続されたＭＲＩ可視サンプルを含む。この構成の場合には、無線アクティブＭＲＩマーカの位置が、無線アクティブマーカの共振回路と磁気共鳴システムの１以上の受信コイルとの誘導カップリングを介してＭＲＩシステムによって決定され得る。更に、そのような無線アクティブマーカに関する詳細は、米国特許出願公開第２０１４／０１７１７８４号明細書（特許文献４）に記載されており、同特許文献は、引用によりその全内容を本明細書の一部とする。
【００２４】
好ましい実施形態によれば、前記較正ツールを用いる初期クロスキャリブレーションの方法は、短い静止時間を含む段階的動きを含む。これらの期間中に、追跡データは、較正アルゴリズムによって平均をとられて、追跡ノイズの効果が減らされる。このようにして、多数の異なるポーズ（例えば２０種）にある較正ツールで高品質の追跡データを得ることが可能である。このポーズの数は、正確なクロスキャリブレーションを達成するために十分なものである。またこのことにより、較正のために高精度の動き操作を行うためにコンピュータ制御された回転ステージ上に較正ツールが取り付けられた形での自動化された較正手順の利用が可能となる。
【００２５】
別の実施形態では、前記光学的マーカと前記無線アクティブマーカとの間の幾何学的位置関係が前もって分かっている。即ち、前記光学的マーカ及び前記無線マーカは、前記較正ツール上の既知の位置に配置される。この場合、１つのポーズからのデータで、前記光学的追跡座標系と前記ＭＲＩ座標系との変換行列を決定するのに十分となり、較正時間が５００ｍｓ未満に短縮される。
【００２６】
前記較正ツールのポーズから収集された光学的データ及びＭＲＩデータからクロスキャリブレーションを決定する適切な方法は、当分野で既知である。一般的に、これらの方法は、ハンドアイ・キャリブレーション法と呼ばれる。例えば、そのような方法のＭＲＩへの応用は、Zahneisenらの「Fast noniterative calibration of an external motion tracking device」というタイトルの論文（Magnetic Resonance in Medicine, v71n4, pp. 1489-1500, 2014）に記載されており、引用により同論文の全内容は、本明細書の一部とする。
【００２７】
無線マーカを用いる本発明の方式により、較正ツールのポーズの非常に高速の追跡（例えば２０Ｈｚ以上）が可能となる。このことで、ポーズの各々が約２分かかる疑似スキャニングによって得られる上記のZahneisenにおけるハンドアイ・キャリブレーションと比較して実用上非常に大きい有利さがもたらされる。最小限、２つの別個の非平行なポーズ間の動きをもたらす、３つの異なるポーズが必要である。
【００２８】
概略を述べると、上述の方法により、カメラと（カメラ基準位置における）その向きによって確定される基準の光学的フレームを、ＭＲＩスキャナの勾配系によって定義される基準のＭＲフレームに対して関連付ける正確な変換行列が得られる高速初期較正を行う能力が得られる。以下、基準位置から外れたカメラの位置に対応する座標変換を補正するいくつかの例、及び必要なカメラ位置情報を決定する種々の方法のいくつかの例を説明する。
【００２９】
重要な特殊ケースの１つは、カメラのｚ軸方向位置の決定である。ここでは、通常通り、ｚ軸方向とは、ＭＲＩシステムの穴状部（ボア）に沿った方向である。ｚ軸方向のオフセットは、ＭＲＩシステムの患者テーブルの位置エンコーダによる位置決定によって決定できる。
【００３０】
光学的システムが、ＭＲＩスキャナまたは患者カウチから除去／再配置される必要がある場合には、上述のような初期較正手順を反復する必要なく後で再設置することが望ましい。本発明者の実験により、カメラを取り外して、ｘ軸方向及びｙ軸方向には±０．５ｍｍ以内、かつｘ、ｙ、及びｚ軸周りの回転は±０．５度以内で反復的に再現可能であることが分かった。このことは、しっかりとした取り付け手段を用いてヘッドコイル上にカメラを固定する形で取り付けることによって達成可能である。再現可能でないただ一つの自由度はｚ軸方向であり、これは患者の頭−足方向に対応する。この方向の再配置は、患者テーブルの移動方向であるため、再現可能とならない。つまり、カメラがスキャナから取り外される場合、頭−足方向（ｚ軸方向）のずれを除き、後でカメラを容易に元に戻すことが可能である。
【００３１】
上記のような理由のために、ｚ軸方向の道の再配置誤差に対応がなされるならば、カメラを取り外して再設置した後も正確なカメラ補正を維持することが可能である。これは、以下の方法を用いて達成することができる。
【００３２】
初期クロスキャリブレーションの結果は、４×４の同次変換行列Ｈである。この同次変換行列は、３×３回転行列Ｒ、及び３×１平行移動ベクトルｖを含む。
0006490691.tif 000002
式中平行移動ベクトルｖは、３つの成分
0006490691.tif 000003
を含み、ｘ、ｙ、及びｚは、それぞれ、ＭＲＩスキャナ座標系の原点から光学的追跡座標系の原点へのスキャナのｘ、ｙ、及びｚ方向のシフトを表している。同様に、回転行列Ｒは、スキャナの座標系に対する光学的追跡座標系の回転を表す。一例として、典型的な行列Ｈは、
0006490691.tif 000004
であり得、式中第４列の第１〜３行の３つの数は、それぞれスキャナのアイソセンター（治療中心）から４７．８４ｍｍ、１８９．０５ｍｍ、及び５．２５ｍｍ離れた基準のカメラフレームに対応する。
【００３３】
好ましい実施形態では、患者テーブルの機構の一部である「位置エンコーダ」が、ｚ軸方向のテーブル位置を示す値を戻す。初期較正が行われたとき、計算される変換行列とともに、この値ｔｚ０が記録される。カメラが再設置されたとき、またはテーブルが動かされたときは必ず、位置エンコーダから新しい値ｔｚ１が得られる。次いで変換行列の平行移動ベクトルの成分を更新し、ｚ軸方向のシフトを表す平行移動ベクトルの成分であるｚは、ｚ'に置き換えられる。即ち、
0006490691.tif 000005
となり、式中ｚ'＝ｚ＋（ｔｚ１−ｔｚ０）である。
【００３４】
別の実施形態では、位置情報（即ちｔｚ０及びｔｚ１）が、患者テーブルを追跡するレーザ距離測定システムまたは干渉計を介して得られる。レーザ距離測定または干渉計をベースにした方式を用いてＲＦコイルまたはカメラでも追跡することができる。前の場合と同様に、ｚ軸方向以外の自由度は、３つの他の自由度におけるカメラの正確な再配置を確実にする器具を用いることによって取り扱うことができる。
【００３５】
別の実施形態では、位置情報が、カメラシステム自体を介して得られる。この実施形態では、カメラボードは、１つの内向きカメラと１つの外向きカメラとを備え、両カメラ相互の幾何学的位置関係は既知である。このようにして、カメラは、ＭＲＩ穴状部（ボア）に取り付けられ、限定しないが外向きカメラから見ることが可能な一定位置のマーカの位置と、患者の動きとの両方を追跡することができる。図４は、この方式の一例を示す。追跡システム４００は、固定位置であることが既知であるスキャナ穴状部の内部壁上のマーカの位置をモニタリングすることによって、患者の動きとカメラの位置の両方を同時に追跡するように設計された２方向カメラボード４１０を備える。このカメラは、１つの内向きカメラ４１１（その視野には符合４１６が付されている）と、１つの外向きカメラ４１２（その視野には符合４１５が付されている）と、それぞれ患者およびスキャナ穴状部に照明を提供する対応するＬＥＤ（４１３および４１４）とを備える。カメラ４１１及び４１２の相対位置は既知である。
【００３６】
別の実施形態では、カメラユニットは、１つのカメラを備えるが、カメラの視野に存在する（選択に応じて引き込み可能な）ミラーも備える。このミラーにより、カメラがスキャナ穴状部上でカメラの後ろ側に存在するマーカを追跡し、同時にカメラが患者の動きを追跡することが可能となる。図５は、この方式の一例を示す。ここで追跡システム５００は、１つのカメラ５１１しか必要としない２方向ボード５１０を備える。内向き及び外向きの両方向に２つのＬＥＤ（それぞれ５１２及び５１３）を用いて照明が提供される。カメラの視野に存在する小型ミラー５２０は、カメラの後ろ側の見通し線を提供し、これはスキャナ穴状部の内側壁上のマーカを追跡するために用いられる。ミラー５２０及びカメラ５１１は、両者が互いに独立して動くことが不可能となるように、しっかりした結合部５２１を用いて互いに結合される。
【００３７】
図６は、図４及び図５に示す２方向カメラユニットが、患者の動きの追跡とカメラ−スキャナ変換行列の調節を同時に行うためにどのように用いられるかを示す。患者６０１は、固定ＭＲＩスキャナ６００の穴状部６０３内のＲＦコイル６０２内部に横臥している。カメラユニット６１０は、内向きカメラを用いて患者６０１上に載せられたマーカを追跡する。内向きカメラによる追跡は、３０Ｈｚ以上のレートで、患者の動きを完全に捕捉するべく６自由度で行う。カメラユニット６１０は、外向きカメラを用いて、スキャナ穴状部の内壁上に置かれた穴状部光学的マーカ６１２を追跡する。これにより、スキャナ穴状部に対するカメラの位置を計算することが可能となる。外向きカメラは、ヘッドコイル及びカメラユニットが時折動かされるとき、例えば患者テーブルの再配置の間に、３０Ｈｚよりずっと遅いレートで動作することができる。外向きカメラ及び穴状部光学的マーカ６１２は、カメラユニットのｚ軸方向の位置の測定のみに用いられることが多いが、これは患者テーブル及びヘッドコイルが、この方向に動く自由度のみを有することが多いからである。
【００３８】
ここで、穴状部光学的マーカは、基準位置に対する予め分かっている位置においてＭＲＩシステムの穴状部（ボア）に取り付けられる。基準位置に対する第１のカメラの位置の決定には、光学的追跡システムで穴状部光学的マーカを観察することが含まれる。
【００３９】
更なる実施形態では、第２のカメラが、スキャナ穴状部に永久的にしっかりと固定され、上述の方法の１つを用いてスキャナに対して既に較正された状態とされる。第２のカメラは、ＲＦコイルの上に載せられた、第１のカメラのケースにしっかりと取り付けられたマーカの位置と向きをモニタリングする。このようにして、第１のカメラは、そのクロスキャリブレーション手続きが行われた後に動かすことができ、第２のカメラによって視られたマーカの位置に基づいて変換行列を調節することが可能となる。ここで、第２のカメラは、既知の基準位置に対する位置においてＭＲＩシステムの穴状部に固定され、基準位置に対する第１のカメラの位置の決定には、第１のカメラに固定された光学的マーカを第２のカメラを用いて観測することが含まれる。
【００４０】
図７は、この方式の一例を示す。患者７０１は、固定ＭＲＩスキャナ７００の穴状部７０３内のＲＦコイル７０２内部に横臥している。第１のカメラユニット７１０は、患者７０１の上に載せられた光学的マーカ７１１を追跡する。第２のカメラ７２０はスキャナ穴状部７０３の内部に設置され、第１のカメラに載せられた光学的マーカ７２１を追跡する。これにより、ＭＲＩスキャナに対する第１のカメラ７１０の位置の変化が測定可能となる。次いで、第１のカメラのクロスキャリブレーション変換行列を然るべく調節することができる。
【００４１】
更なる実施形態では、無線アクティブマーカ（または電気的に接続されたマーカ）が、カメラケースまたはＲＦコイルに取り付けられる。次いで無線マーカ追跡パルスシーケンスを用いて、ＭＲＩスキャナの座標系におけるカメラの位置と向きを決定する。３つ以上のマーカが用いられる場合には、６自由度全ての座標変換を計算することができる。しかし、カメラシステムのｚ軸方向の位置を決定するためにはただ１つのマーカしか必要でなく、変換行列は上述のように更新することができる。マーカは、ＭＲ可視性の低いサンプル（例えば、ガドリニウムをドープした水でなく、シリコーン）を含む。これにより、追跡のためには十分であるがＭＲイメージ上では見えない信号が生成されることが確実になる。ここで、ＭＲＩ可視性カメラマーカは第１のカメラに取り付けられ、基準位置に対する第１のカメラの位置の決定には、ＭＲＩシステムを用いたＭＲＩ可視性カメラマーカの位置を決定することが含まれる。
【図１】
0006490691.tif 000006
【図２】
0006490691.tif 000007
【図３Ａ】
0006490691.tif 000008
【図３Ｂ】
0006490691.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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