(57)【要約】  歪みまたは選択された減衰特徴に基づき得る、選択されたアーチファクトは、再構成された画像から低減または除去することができる。視野内の金属物体の存在に起因して、様々なアーチファクトが発生する場合がある。金属物体を識別し、再構成を生成するのに用いられるデータから除去することができる。
2021519646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体に起因した画像内のアーチファクトを低減する方法であって、
前記物体のパラメータにアクセスするステップと、
前記アクセスされたパラメータに基づいて前記物体の少なくとも１つの順投影(forward projection)を作成するステップと、
前記順投影における前記物体を、内部に前記物体を有する少なくとも１つの取得された投影に対し位置合わせする(registering)ステップと、
前記少なくとも１つの取得された投影を、前記位置合わせされた物体の表現に変更するステップと、
前記変更された少なくとも１つの取得された投影に基づいて再構成(reconstruction)を生成するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの取得された投影を変更するステップは、前記少なくとも１つの取得された投影における前記物体の前記表現を修復する(inpainting)ステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数の前記投影を取得するステップと、
前記取得された複数の投影のうちの少なくとも第１のそれ以下の複数の取得された投影を、前記位置合わせされた物体の前記表現に変更するステップと、
を更に含み、
前記再構成を生成するステップは、前記取得された複数の投影のうちの少なくとも前記第１のそれ以下の複数の取得された投影の全てに基づいて、前記再構成を生成するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記取得された複数の投影のうちの少なくとも前記変更された第１のそれ以下の複数の取得された投影の全てに基づいて、前記再構成を生成するステップは、３次元画像を生成するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ディスプレイデバイスを用いた表示のために前記再構成の視覚化を生成するステップ
を更に含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記視覚化を生成するステップは、
前記変更された第１のそれ以下の複数の取得された投影の変更された投影値の直接再構成を生成するステップ、
前記変更された第１のそれ以下の複数の取得された投影における前記位置合わせされた物体と合致するボクセルまたはピクセルを置き換えるステップ、
２Ｄスライスが前記物体の少なくとも１つの特徴と合致するように前記視覚化を方向付ける(orienting)ステップ、
前記物体のグラフィック表現を、前記取得された複数の投影のうちの少なくとも１つの前記投影の表示の上に重ねるステップ、または
これらの組み合わせ、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記生成された再構成は、フィルタリングされた逆投影(back projection)、モデルベースの反復再構成(iterative reconstruction)プロセス、または、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つに基づく、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
幾何学的形状、部分数(number of portions)、寸法(dimensions)、材料、Ｘ線と材料との相互作用、物体の運動の自由度、または、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含むように、前記物体の前記パラメータを決定するステップ
を更に含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記アクセスされたパラメータに基づいて前記物体の前記順投影を作成するステップは、前記物体のデジタル再構成されたＸ線写真を作成するステップを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記決定されたパラメータは、前記物体の仕様に基づいた厳密な(exact)値、パラメータ的に定義された厳密な値、または、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つから構成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記物体の前記パラメータ的に定義されたパラメータは、前記順投影における前記物体を、内部に前記物体を有する少なくとも１つの取得された投影に対し位置合わせする間に決定される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記物体を被検体内に配置する(placing)ステップと、
前記被検体および前記配置された物体の前記少なくとも１つの投影を取得するステップ
を更に含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記表現に従って前記取得された投影を変更するステップは、
前記取得された投影の補間に基づく修復、
事前トレーニングを用いた機械学習ベースの修復、または
Ｘ線ビームにおけるＸ線の多エネルギーモデル化を用いた推定ピクセル値または推定ボクセル値の決定、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記生成された再構成に基づいて視覚化を生成するステップであって、前記変更された少なくとも１つの取得された投影に基づいて、前記少なくとも１つの取得された投影における前記物体に起因するアーチファクトが、前記生成された視覚化において低減している、ステップ
を更に含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
物体に起因した画像内のアーチファクトを低減するためのシステムであって、
前記物体のパラメータにアクセスするための命令と、
前記アクセスされたパラメータに基づいて前記物体の少なくとも１つの順投影を作成するための命令と、
前記順投影における前記物体を、内部に前記物体を有する少なくとも１つの取得された投影に対し位置合わせするための命令と、
前記少なくとも１つの取得された投影を、前記位置合わせされた物体の表現に変更するための命令と、
前記変更された少なくとも１つの取得された投影に基づいて再構成を生成するための命令と、
を実行するように構成されたプロセッサシステムと、
前記生成された再構成に基づいて視覚化を表示するディスプレイデバイスと、
を備える、システム。
【請求項１６】
前記プロセッサシステムは、
複数の前記投影にアクセスし、
前記取得された複数の投影のうちの少なくとも第１のそれ以下の複数の取得された投影を、前記位置合わせされた物体の前記表現に変更する、
ように更に構成され、
前記再構成を生成することは、前記取得された複数の投影のうちの少なくとも前記第１のそれ以下の複数の取得された投影の全てに基づいて、前記再構成を生成することを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記取得された複数の投影のうちの少なくとも前記変更された第１のそれ以下の複数の取得された投影の全てに基づいて、前記再構成を生成することは、３次元画像を生成することを含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサシステムは、
前記ディスプレイデバイスを用いた表示のために前記視覚化を生成する
ように更に構成され、前記視覚化を生成することは、
前記変更された第１のそれ以下の複数の取得された投影の変更された投影値の直接再構成を生成すること、
前記変更された第１のそれ以下の複数の取得された投影における前記位置合わせされた物体と合致するボクセルを置き換えること、
２Ｄスライスが前記物体の少なくとも１つの特徴と合致するように前記視覚化を方向付ける(oeienting)こと、
前記物体のグラフィック表現を、前記取得された複数の投影のうちの少なくとも１つの前記投影の表示の上に重ねること、または
これらの組み合わせ、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６または１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサシステムは、
幾何学的形状、部分数、寸法、材料、Ｘ線と材料との相互作用、物体の運動の自由度、または、これらの組み合わせのうちに少なくとも１つを含むように、前記物体の前記パラメータを決定する
ように更に構成される、請求項１５から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
被検体内に配置されるように構成された前記物体
を更に含み、
前記少なくとも１つの投影は、前記被検体および前記配置された物体のものである、請求項１５から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
物体に起因した画像内のアーチファクトを低減する方法であって、
プロセッサシステムを、
前記物体のパラメータにアクセスし、
前記アクセスされたパラメータに基づいて前記物体の少なくとも１つの順投影を作成し、
前記順投影における前記物体を、内部に前記物体を有する少なくとも１つの取得された投影に対し位置合わせし、
前記少なくとも１つの取得された投影を、前記位置合わせされた物体の表現に変更し、
前記変更された少なくとも１つの取得された投影に基づいて再構成を生成する、
ように動作させるステップと、
前記生成された再構成の視覚化を表示するステップと、
を含む、方法。
【請求項２２】
前記プロセッサシステムを、前記視覚化を生成するように動作させるステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記物体を被検体内に配置し、前記被検体および前記配置された物体の前記取得された少なくとも１つの投影にアクセスするように、前記プロセッサシステムを動作させるステップを更に含む、請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記プロセッサシステムを、
前記被検体および前記配置された物体の複数の投影にアクセスし、
前記アクセスされた複数の投影の各投影を変更する、
ように動作させるステップを更に含み、
前記再構成を生成するステップは、前記変更された少なくとも１つの取得された投影と、前記アクセスされた複数の投影の前記変更された各投影とに基づく、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１９年４月４日に出願された米国特許出願第１６／３７５，２９２号の優先権を主張し、また、２０１８年４月６日に出願された米国仮出願第６２／６５４，０３８号の利益を主張する。上記の出願の開示全体が、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
政府ライセンス権
[0002]本発明は、アメリカ国立衛生研究所により与えられたＲ０１−ＥＢ−０１７２２６の下、政府の支援によりなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【０００３】
[0003]本開示は、画像の表示、特に、アーチファクトまたは歪みの補正または低減に関する。
【背景技術】
【０００４】
[0004]本項では、必ずしも従来技術とは限らない、本開示に関連する背景情報を提供する。
[0005]人間の患者等の選択された物体の画像データまたは画像を取得するとき、様々なアーチファクトまたは歪みが発生する場合がある。例えば、被検体のＸ線ベースの画像を取得するとき、特定の材料が、不均衡な方式で、または被検体の組織等の他の材料と異なる方式でＸ線と干渉する場合がある。例えば、金属またはポリマー物体は、被検体の周囲組織と異なる方式でＸ線を減衰および／または散乱させる場合がある。非組織材料のこれらの効果により、取得された画像データを用いて生成される画像において歪みまたはアーチファクトが生じる場合がある。歪みは、被検体の２次元投影に基づいた３次元再構成等の再構成後に増幅されるかまたは容易に見られる場合がある。したがって、歪みが最小限の、または歪みがない閲覧画像を生成しようとして、歪みの補正が選択される場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明の一実施例は、例えば、画像におけるアーチファクト低減のためのシステムおよび方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]本項は、本開示の概要を提供し、本開示の全範囲またはその特徴全ての包括的な開示ではない。
[0007]被検体は、選択された撮像システムを用いて撮像することができる。様々な実施形態において、Ｘ線撮像システムを用いて、被検体の画像データを取得することができる。Ｘ線画像データは、１つまたは複数の２次元投影を作成または取得するＸ線システム等を用いて、様々な技法に従って取得することができる。２次元投影を用いて３次元再構成を生成することができる。したがって、３次元再構成を生成するために、１つまたは複数の２次元投影を、例えば順番に取得することができる。
【０００７】
[0008]被検体の画像データを取得する際、Ｘ線は、Ｘ線がＸ線源から検出器へ通過するときに通る材料によって減衰される。Ｘ線源から放射されるＸ線は、平均付近または選択された境界内のスペクトルにある場合がある。したがって、１２０キロ電子ボルト（ｋｅＶ）等の選択されたエネルギーにおいてＸ線を放射するＸ線源は、実際には、この量の付近の範囲またはスペクトルで放射されるＸ線である場合がある。したがって、減衰は、特定のＸ線エネルギーの各々について異なる場合がある。
【０００８】
[0009]更に、被検体の軟組織または硬組織等の同様の材料は、Ｘ線を同様の方式で減衰させる場合がある。金属物体（例えば、移植片、器具等）等の様々な非組織材料が、実質的に異なる方式でＸ線を減衰させる場合がある。例えば、非組織材料は、Ｘ線源または検出器の視野（ＦＯＶ）内のアイテムから離れるようにＸ線を減衰および／または反射または散乱させる場合がある。非組織材料は、ポリマー、複合材料等のような金属以外のアイテムまたは材料を含んでもよいことが理解される。
【０００９】
[0010]２Ｄ投影等の画像は、ＦＯＶ内の様々な非組織アイテムに起因した複数の影響（例えば、歪み）を含む場合がある。歪みは、複数の投影に基づいて再構成を生成するときに蓄積または拡大されるアーチファクトを生成する場合がある。したがって、歪みおよび投影の除去、ならびに視野内の選択された部品またはアイテムの既知の効果の含有を修復して排除することができ、これが次に再構成に用いられる。再構成は、歪みおよびアーチファクトおよび再構成を低減または除去するために、Ｘ線システム内の既知部品の事実に基づく情報を含むことができる。
【００１０】
[0011]更なる適用可能分野は、本明細書において提供される説明から明らかとなるであろう。本概要における説明および特定の例は、例示のみを目的としたものであり、本開示の範囲を限定することを意図したものではない。
【００１１】
[0012]本明細書において説明される図面は、選択された実施形態の例示の目的のためのものにすぎず、全ての可能な実施態様ではなく、本開示の範囲を限定することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】[0013]任意選択の撮像システムおよびナビゲーションシステムを含む、手術室の環境図である。
【図２】[0014]患者に移植片を挿入するための器具の概略図である。
【図３】[0015]被検体における移植片の概略図である。
【図４】[0016]画像におけるアーチファクトまたは歪みを低減するためのプロセスのフローチャートである。
【図５】[0017]修復なしおよび修復ありの投影の図である。
【図６】[0018]修復なしおよび修復ありの再構成の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[0019]図面のいくつかの図を通して、対応する参照番号は対応する部分を示す。
[0020]ここで、例示の実施形態について、添付の図面を参照して更に十分に記載する。
[0021]図１および図２を参照すると、処置エリアを示す図が示されている。処置エリアは、手術スイートを含むことができる。手術スイート内で使用するために、様々な処置のために用いることができるナビゲーションシステム１０を配置することができる。ナビゲーションシステム１０を用いて、患者１４等の被検体に対する、（本明細書において論考される）移植片または器具等のアイテムのロケーションを追跡することができる。ナビゲーションシステム１０を用いて、任意のタイプの器具、移植片または送達システムをナビゲートすることができることに更に留意されたい。送達システムは、ガイドワイヤ、関節鏡システム、整形外科移植片、脊椎移植片、脳深部刺激（ＤＢＳ）リード、心臓ペースメーカリード、アブレーション器具等を含む。更に、身体の任意の領域をナビゲートまたはマッピングする器具を用いることができる。ナビゲーションシステム１０および様々な追跡されるアイテムを、通常最小限に侵襲性の処置または開放処置等の任意の適切な処置において用いることができる。
【００１４】
[0022]処置室は、撮像システム１２を更に含むことができる。撮像システム１２は、様々な実施形態において、ナビゲーションシステム１０とインターフェースする。撮像システム１２を用いて、患者１４の術前、術中もしくは術後の、またはリアルタイムの画像データを取得することができる。様々な実施形態において、処置の選択された部分の確認および／または進行の判断を行うために、選択された時点において撮像システム１２を用いて画像を取得することができる。任意の適切な被検体を撮像することができ、被検体に対し任意の適切な処置を行うことができることが当業者によって理解されるであろう。被検体１４は人間の患者である場合があり、処置は、デバイス（例えば、スクリュー、リード等）の埋込み等の外科的処置である場合がある。
【００１５】
[0023]図１に例示的に示すように、撮像システム１２は、米国コロラド州ルイビルに営業所を有するＭｅｄｔｒｏｎｉｃ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．によって販売されているＯ−アーム（登録商標）撮像デバイスを含む。撮像デバイス１２は、画像捕捉部分２２を包囲する概ね環形のガントリハウジング２０を有することができる。画像捕捉部分２２は、Ｘ線源または放射部分２６と、ガントリハウジング２０内で互いから概ねまたは実質的に可能な１８０度に配置されたＸ線受信または画像受信部分２８（被検体１４を通過したＸ線を検出する検出器とも呼ばれる）とを含むことができる。Ｘ線放射部分２６は、Ｘ線の円錐ビーム２６ｘを放射または生成することができる。円錐ビーム２６ｘにおけるＸ線は通常、椎骨１２４等の被検体１４の少なくとも一部分を含むことができる視野を包含する。検出器２８は、被検体１４を通過したＸ線を検出することができる。しかしながら、Ｘ線は、円錐ビーム２６ｘにおける被検体またはアイテムに起因して減衰および／または散乱される場合がある。更に、検出器は、２次元（２Ｄ）画像データまたは投影を検出および／または生成することができる。
【００１６】
[0024]様々な実施形態において、Ｘ線源または放射部分２６およびＸ線受信または画像受信部分２８は、概ね環形のガントリハウジング２０内でトラック（図示せず）に対しロータ（図示せず）上に装着することができる。画像捕捉部分２２は、画像取得中に３６０度回転するように動作可能とすることができる。画像捕捉部分２２は、中心点または中心軸の周りを回転することができ、患者１４の画像データが複数の方向からまたは複数の平面において取得されることが可能になる。撮像システム１２は、全て参照により本明細書に援用される、米国特許第７，１８８，９９８号、同第７，１０８，４２１号、同第７，１０６，８２５号、同第７，００１，０４５号および同第６，９４０，９４１号に開示されている撮像システムを含むことができる。しかしながら、撮像システム１２は、同様に患者１４の３次元ビューを生成することができる、Ｃ−アーム蛍光透視法撮像システム、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システム等を含む他の撮像システムを含むかまたはこれらと交換することもできる。
【００１７】
[0025]画像捕捉部分２２の位置は、撮像デバイス１２の任意の他の部分に対し厳密に知ることができる。加えて、本明細書において論考されるように、画像捕捉部分２２の位置の厳密な知識を追跡システム２９と併せて用いて、画像捕捉部分２２の位置、および追跡される患者１４等の被検体に関する画像データを決定することができる。例えば、患者追跡デバイス４８は、患者１４を追跡するために患者１４上に配置することができる。
【００１８】
[0026]追跡システム２９は、ナビゲーションシステム１０と関連付けられる、またはナビゲーションシステム１０と共に含められる様々な部分を含むことができる。追跡システム２９は、光学ローカライザ４０を含む光学追跡システム、および／または電磁（ＥＭ）ローカライザ４２を含むことができるＥＭ追跡システムを含む、複数のタイプの追跡システムも含むことができる。光学ローカライザ４０は、カメラを用いて、追跡可能な部分（追跡デバイス）を「見る」かまたは光学的に追跡することができる。ＥＭローカライザ４２は、界を生成することができ、追跡可能部分（例えば、ＥＭ追跡デバイス）は、界内の別の追跡デバイスに対するロケーションを特定するために、界を検知することができる。本明細書において更に論考されるものを含む様々な追跡デバイスを、追跡システム２９を用いて追跡することができ、ナビゲーションシステム１０によってこの情報を用いてアイテムの位置の表示を可能にすることができる。まとめると、患者追跡デバイス４８、撮像デバイス追跡デバイス５０および器具追跡デバイス２５２等の追跡デバイスは、手術室の選択された部分が、光学ローカライザ４０および／またはＥＭローカライザ４２を含む適切な追跡システム２９を用いて互いに追跡されることを可能にする。
【００１９】
[0027]追跡デバイス４８、５０、５２のうちの任意のものは、それぞれの追跡デバイスを追跡するのに用いられる追跡ローカライザに依拠して、光学追跡デバイス、もしくはＥＭ追跡デバイス、またはその両方とすることができることが理解されよう。任意の適切な追跡システムをナビゲーションシステム１０と共に用いることができることが更に理解されよう。代替的な追跡システムは、レーダ追跡システム、音響追跡システム、超音波追跡システム等を含むことができる。
【００２０】
[0028]例示的なＥＭ追跡システムは、コロラド州ルイビルに営業所を有するＭｅｄｔｒｏｎｉｃ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．によって販売されている、ＳＴＥＡＬＴＨＳＴＡＴＩＯＮ（登録商標）ＡＸＩＥＭ（商標）ナビゲーションシステムを含むことができる。例示的な追跡システムは、全て参照により本明細書に援用される、２３０１２年２月４日に発行された、「Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ」と題する米国特許第８，６４４，９０７号、２０１０年７月６日に発行された、「Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ」と題する米国特許第７，７５１，８６５号、１９９９年６月２２に発行された、「Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国特許第５，９１３，８２０号、および１９９７年１月１４日に発行された、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｎａｖｉｇａｔｉｎｇ  ａ  Ｃａｔｈｅｔｅｒ  Ｐｒｏｂｅ」と題する米国特許第５，５９２，９３９号にも開示されている。
【００２１】
[0029]更に、ＥＭ追跡システムの場合、ＥＭローカライザ４２によって生成されたＥＭ界における歪みを遮断または補償するための、遮断または歪み補償システムを提供することが必要である場合がある。例示的な遮断システムは、全て参照により本明細書に援用される、２０１０年９月１４日に発行された、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｎａｖｉｇａｔｉｎｇ  ａ  ｃａｔｈｅｔｅｒ  ｐｒｏｂｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｐｒｅｓｅｎｃｅ  ｏｆ  ｆｉｅｌｄ−ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ  ｏｂｊｅｃｔｓ」と題する米国特許第７，７９７，０３２号、２００４年６月８日に発行された「Ｐａｔｉｅｎｔ−ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｏｉｌ  ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国特許第６，７４７，５３９号における遮断システムを含む。歪み補償システムは、全て参照により本明細書に援用される、２００３年１０月２１日に発行された、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｕｒｇｉｃａｌ  ｐｒｏｂｅ  ｎｅａｒ  ａ  ｍｅｔａｌ  ｏｂｊｅｃｔ」と題する米国特許第６，６３６，７５７号に開示されている歪み補償システムを含むことができる。
【００２２】
[0030]ＥＭ追跡システムを用いて、ＥＭローカライザ４２および様々な追跡デバイスは、ＥＭコントローラ４４を通じて通信することができる。ＥＭコントローラは、様々な増幅器、フィルタ、電気的絶縁および他のシステムを含むことができる。ＥＭコントローラ４４は、追跡のためにＥＭ界を放出または受信するためにローカライザ４２のコイルを制御することもできる。しかしながら、ＥＭコントローラ４４に直接結合されるのではなく、参照により本明細書に援用される、２００２年１１月５日に発行された、「Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国特許第６，４７４，３４１号に開示されている無線通信チャネル等の無線通信チャネルを用いてもよい。
【００２３】
[0031]追跡システムは、コロラド州ルイビルに営業所を有するＭｅｄｔｒｏｎｉｃ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．によって販売されている、光学ローカライザ４０に類似の光学ローカライザを有する、ＳＴＥＡＬＴＨＳＴＡＴＩＯＮ（登録商標）ＴＲＩＡ（登録商標）、ＴＲＥＯＮ（登録商標）、および／またはＳ７（商標）ナビゲーションシステムを含む任意の適切な追跡システムとすることができるか、またはこれを含むことができることが理解されよう。光学追跡システムは、全て参照により本明細書に援用される、米国特許第８，０１０，１７７号、２０１１年８月３０日、Ｉｎｔｒａｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ」、「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題する、２００１年５月２２に発行された米国特許第６，２３５，０３８号に開示されている光学追跡システムも含むことができる。更なる代替的な追跡システムは、参照により本明細書に援用される、１９９９年１１月９日に発行された、「Ｃａｔｈｅｔｅｒ  Ｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題する、Ｗｉｔｔｋａｍｐｆ他に対する米国特許第５，９８３，１２６号に開示されている。他の追跡システムは、音響、放射、レーダ等の追跡またはナビゲーションシステムを含む。
【００２４】
[0032]撮像システム１２は、サポートハウジングまたはカート５６を含むことができる。撮像システム１２は、カート５６内に収容することができる別個の画像処理ユニット５８を更に含むことができる。ナビゲーションシステム１０は、ナビゲーションメモリ６２と通信することができるかまたはこれを含むことができるナビゲーション処理ユニット６０を含むことができる。ナビゲーションメンバ６２は、ランダムアクセスメモリ、磁気メディアドライブ等を含む任意の適切な非一時的メモリを含むことができる。更に、ナビゲーションメモリ６２は、ナビゲーション処理ユニット６０と統合することができるか、またはナビゲーション処理ユニット６０から遠隔にあることができる。ナビゲーション処理ユニット６０は、撮像システム１２から、画像データを含む情報を受信し、それぞれの追跡デバイス４８〜５２およびローカライザ４０〜４２を含む追跡システム２９から追跡情報を受信することができる。画像データは、ワークステーションまたは他のコンピュータシステム６８のディスプレイデバイス６６上の画像６４として表示することができる。
【００２５】
[0033]ワークステーション６８は、キーボード７０等の適切な入力デバイスを含むことができる。マウス、フットペダル等の他の適切な入力デバイスを含むことができることが理解されよう。更に、上記で論考したように、様々な処理ユニットをワークステーションまたはコンピュータシステム６８に組み込むことができる。このため、システムへのコマンドを含む、様々な入力をユーザ５４によって用いることができる。更に、ナビゲーションメンバ６２または他の適切なおよび／または類似のメモリを用いて、画像データ、および／または選択された処理ユニットによって実行するための命令等の情報を転送またはリコールすることができる。様々な処理ユニット、コンピュータおよび／またはワークステーションは、内部のまたはローカルのメモリおよび処理ユニットを含むことができる。処理ユニットは、チップ上のタスクを行うための命令を実行する汎用コンピュータである中央処理ユニットを含むことができる。処理ユニットは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の特殊回路とすることもできる。したがって、処理ユニットは、情報を受信し、この情報に基づいて記憶または受信される命令を実行するデバイスとすることができる。更に、メモリは、ランダムアクセスメモリ、揮発性メモリまたは不揮発性メモリ等の一時的および非一時的メモリシステムを含むことができる。
【００２６】
[0034]画像処理ユニット５８は、撮像システム１２からの画像データを処理し、この画像データを、選択された処理の前または後にナビゲーション処理ユニット６０に送信する。しかしながら、撮像システム１２は、いかなる画像処理も行う必要がなく、画像データをナビゲーション処理ユニット６０に直接送信することができることが更に理解されよう。したがって、ナビゲーションシステム１０は、システム設計に基づいて単一のまたは複数のメモリシステムにアクセスすることができる単一のまたは複数の処理センターまたはユニットを含むかまたはこれらと協働することができる。更に、本明細書において論考されるように、処理された画像データは、ディスプレイデバイス６６または任意の適切なディスプレイデバイス上に表示することができる。このため、表示される画像は、ナビゲーションシステム１０により表示される必要がない。
【００２７】
[0035]患者１４は、手術台等の支持体７２上に固定することができるが、台７２２に固定されることを必要とされない。台７２は、複数のストラップ７４を含むことができる。ストラップ７４は、患者１４を台７２に対して固定するために、患者１４の周りに締め付けることができる。患者１４を手術台７２上で安定した位置に位置決めするために様々な装置を用いることができる。そのような患者位置決めデバイスの例は、参照により本明細書に援用される、２００３年４月１日に出願された、「Ａｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｐａｔｉｅｎｔ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ」と題する、米国特許出願公開第２００４／０１９９０７２号として公開された、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／４０５，０６８号に示されている。他の既知の装置は、Ｍａｙｆｉｅｌｄ（登録商標）クランプを含むことができる。
【００２８】
[0036]また、撮像システム１２に対する患者１４の位置（３次元ロケーションおよび向きを含む）は、ナビゲーションシステム１０によって、患者追跡デバイス４８および撮像システム追跡デバイス５０を用いて決定することができる。本明細書において論考されるように、患者１４に対する位置（３次元ロケーションおよび向きを含む）は、少なくとも部分的に、患者１４から取得された画像を用いて決定することができる。したがって、撮像システム１２に対する患者１４の位置（３次元ロケーションおよび向きを含む）を決定することができる。Ｏ−アーム（登録商標）等の撮像システム１２は、自身の位置を知ることができ、約１０マイクロメートル（１０ミクロン）以内で同じ位置に再位置決めすることができる。これにより、撮像システム１２の実質的に厳密な配置、および撮像デバイス１２の位置の厳密な決定が可能になる。撮像部分２２の厳密な位置決めについては、全て参照により本明細書に援用される、米国特許第７，１８８，９９８号、同第７，１０８，４２１号、同第７，１０６，８２５号、同第７，００１，０４５号、および同第６，９４０，９４１号に更に記載されている。通常、患者１４に対する画像データの位置を決定することを選択することができる。例えば、患者に対する向きを含む、画像データの位置を用いて、患者１４の一部分のロケーションを決定することができる。
【００２９】
[0037]被検体または患者の空間と、画像空間とは、患者空間における一致点または基準点、および画像空間における関連する点または同一の点を識別することによって位置合わせすることができる。Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｉｎｃ．によって販売されているＯ−アーム（登録商標）撮像デバイス等の撮像デバイス１２を用いて、厳密な既知の位置に画像データを生成することができる。これにより、画像データの取得時に、患者１４に自動的にまたは「本質的に位置合わせされた」画像データが可能になる。基本的に、患者１４に対する撮像システム１２の正確な位置決めに起因して、撮像システム１２に対する患者１４の位置が厳密に知られる。これにより、撮像システム１２の厳密なロケーションが知られていることにより、患者１４の点に対する画像データ内の点が知られることが可能になる。
【００３０】
[0038]代替的に、画像データ内の基準点を患者１４における基準点とマッチングすることによって、手動または自動の位置合わせを行うことができる。患者空間に対する画像空間の位置合わせにより、患者空間と画像空間との間の変換マップの生成が可能になる。様々な実施形態によれば、位置合わせは、画像空間および患者空間内で実質的に同一の点を決定することによって行うことができる。同一の点は、解剖学的基準点または埋め込まれた基準点を含むことができる。例示的な位置合わせ技法は、参照により本明細書に援用される、２０１７年８月２２日に発行された米国特許出願第９，７３７，２３５号に開示されている。
【００３１】
[0039]様々な実施形態において、ナビゲーションシステム１０を用いて処置の実行を支援することができる。しかしながら、ナビゲーションシステム１０は必要とされていないことを理解されたい。様々な実施形態において、処置は、ナビゲーションシステムなしで進行することができる。しかしながら、処置は、単独で、またはナビゲーションシステム１０と組み合わせて撮像システム１２を用いることもでき、撮像システム１２を用いて選択された処置を実行することができる。選択された処置は、撮像システム１２を用いて生成または取得された画像データを用いることができる。更に、撮像システム１２を用いて、処置中等、処置に対して異なる時点において画像データを取得することができる。本明細書において論考されるように、画像データは、処置の一部分の確認を含む、様々な目的で、処置の選択された部分に後続して患者１４から取得することができる。
【００３２】
[0040]図１を引き続き参照すると、撮像システム１２は、被検体１４の投影等の画像データを取得することができる。投影は、２Ｄ画像として表示されることが可能な２Ｄ投影を含むことができる。撮像システム１２を用いて、患者１４の３次元（３Ｄ）画像を生成または再構成することもできる。患者１４は、撮像システム１２が患者１４の画像データを得ることを可能にするように撮像システム１２に対し配置することができる。３Ｄ画像データを生成するために、画像データは、患者１４に対し複数の視点または位置から取得することができる。位置は、例えば、被検体１４に対する検出器２８の動きによって角度で分離された、患者１４の周りの位置とすることができる。各位置は、患者１４に対する角度またはシータ（θ）位置として定義または参照することができる。患者１４の３Ｄ画像または画像データは、単独で用いることもできるし、または患者１４もしくは適切な被検体に対する処置を行うことを支援する他の情報と共に用いることもできる。しかしながら、患者１４の画像データ（３Ｄ画像データを含む）を取得するために、磁気共鳴撮像、コンピュータ断層撮影、蛍光透視法等を含む、任意の適切な撮像システムを用いることができることが理解されよう。
【００３３】
[0041]上記で論考したように、撮像システム１２は、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．によって販売されているＯ−アーム（登録商標）撮像システム等の任意の適切な撮像システムを含むことができる。Ｏ−アーム（登録商標）撮像システムは、２次元投影を含むことができる被検体１４の画像データを取得することによって、被検体１４の画像を取得することができる。投影は、Ｘ線源２６からＸ線を放射することによって取得され、検出器２８において検出される。投影は、ディスプレイデバイス６６上に２次元画像として表示することができ、および／またはディスプレイデバイス６６上に表示するための画像６４等の３次元画像に再構成することができる。画像、例えば再構成画像６４は、Ｘ線源２６から放射され、検出器２８において検出されるＸ線円錐２６ｘ内等の、撮像システムの視野内に様々なアイテムが位置決めされる場合、アーチファクトまたは歪みを含む場合がある。この歪みは、再構成された画像における空間歪みを指すのみでなく、検出器によって記録される信号の歪み、例えば、エネルギー依存性の検出器応答に関連付けられた多エネルギー効果（ビームハードニング）、および「ゼロ」データまたは電子ノイズ寄与（光子不足効果）も含む。歪みは、手術モータ等の器具を用いて駆動するかまたは動かすことができる椎弓根スクリュー１２０等の様々な非組織要素または材料が、被検体１４が撮像されるときにＸ線円錐２６ｘ内にある場合に生成され得る。例えば、様々な実施形態によれば、椎弓根スクリュー１２０は、患者１４の椎骨１２４内に埋め込むことができる。本明細書における単一のまたは複数の椎骨に対する論考は単なる例示にすぎず、一般的に、処置は任意の選択された数の適切な椎骨に対し行うことができることが理解される。椎弓根スクリュー１２０は、当該技術分野において一般的に理解されるように、外科的処置中、椎骨１２４内に位置決めすることができる。次に、撮像システム１２を用いて、椎弓根スクリュー１２０を被検体１４内に配置した後であるが、接続ロッドの配置等の処置または処置の他の選択された部分を完了する前に、画像を取得することができる。椎弓根スクリュー１２０が適所にある間に被検体１４を撮像することにより、画像投影に歪みが発生する場合があり、これにより、ディスプレイデバイス６６上に表示するための画像再構成６４において更なる歪みおよび／またはアーチファクトが生じる。したがって、様々な実施形態によれば、ナビゲーション処理ユニット６０および／または撮像処理ユニット５８または他の適切なプロセッサによって実行される命令等によって、歪みのない画像を表示するためにアーチファクトを除去しおよび／またはアーチファクトを計上するのを支援するプロセスを実行することができる。
【００３４】
[0042]画像における歪みを除去または計上するプロセスは、移植片または器具を含む物体等の選択されたアイテムに起因した投影におけるアーチファクトまたは歪みを計上または特定することによって開始することができる。次に、選択されたアイテムを、再構成の前の投影において置き換えることができる。ここで、置き換えは、多岐にわたる修復方法に従って行うことができる。プロセスは、アルゴリズムおよびアルゴリズムに基づく命令に展開することができ、これらは、ナビゲーションメモリ６２または他の適切なメモリ等のメモリに記憶され、上記で論考したものを含む１つまたは複数のプロセッサまたは処理ユニットによって実行される。次に、補正またはアーチファクト低減を用いた再構成を、画像６４としてディスプレイデバイス６６上に表示することができる。
【００３５】
[0043]上記で論考したように、画像は、ディスプレイデバイス６６上で生成および閲覧することができる。取得画像は、Ｏ−アーム（登録商標）撮像システムを含むことができる撮像システム１２を用いて選択された時点に取得される。例えば、画像は、被検体１４に対する手術的処置等の選択された処置中に取得することができる。様々な実施形態において、手術的処置は、移植片を患者１４内に位置決めすることを含むことができる。移植片は、１つまたは複数の椎骨１２４に位置決めされた、１つまたは複数の椎弓根スクリュー１２０を含むことができる。示されるように、例示的に、図３において、第１の椎弓根スクリュー１２０ａおよび第２の椎弓根スクリュー１２０ｂは、正中線１４０に対し椎骨１２４内に位置決めされて概略的に示される。正中線１４０は、画像６４等の画像に対しディスプレイデバイス６６上に表示されてもよく、または患者１４の後部から前部に延びる正中線の例であってもよい。椎弓根スクリュー１２０を、椎骨１２４内等の患者１４内に位置決めした後、撮像システム１２を用いて、椎弓根スクリュー１２０ａおよび１２０ｂが内部に位置決めされた椎骨１２４を含む患者１４の画像データを取得することができる。図３に示されるように、椎弓根スクリュー１２０は、ユーザ５４によって任意の適切な方式で、例えばドリルモータまたは工具１２６を用いて、椎骨１２４内に位置決めすることができる。
【００３６】
[0044]患者内に椎弓根スクリュー１２０を位置決めした後に被検体１４の画像データを取得することは、選択されたまたは所定の位置における椎弓根スクリュー１２０の位置決めの確認等の任意の適切な目的で実行することができる。画像データの取得中、特に椎弓根スクリュー１２０ａ、１２０ｂが配置された後に、画像６４内の歪みまたはアーチファクトは、椎骨１２４内の椎弓根スクリュー１２０の正しいまたは正確な位置の確認を妨げるかまたは遅らせる場合がある。したがって、本明細書において更に論考されるように、選択されたプロセスを用いて、撮像システム１２を用いて被検体１４から取得された１つまたは複数の投影に基づいて、３次元再構成等の再構成を含むことができる画像６４を生成する前にまたはそれに先行して、取得された画像データにおける歪みまたは誤差を低減および／または補正することができる。
【００３７】
[0045]図４を参照すると、プロセスまたはフローチャート２００は、ユーザ５４が閲覧するための被検体１４の画像６４等の投影および後の再構成におけるアーチファクトを除去または計上する効率的なプロセスを示す。プロセス２００は、アーチファクトのない、および／または選択されたアイテムの明確なもしくは高コントラストのエッジを示す、ユーザ５４が閲覧するための画像６４を生成するために、効率的な（より少ないことを含む）計算時間および／または必要なリソースを可能にする。様々な実施形態において、選択されたアイテムは、椎骨１２４内に位置決めされた椎弓根スクリュー１２０を含むことができる。様々な実施形態において、プロセス２００を用いると、本明細書において論考されるように、修復された物体を用いた再構成を生成するために、計算時間は、約３分未満（約２分未満を含む）まで減らすことができる。アーチファクトの除去により、椎弓根スクリュー１２０等の選択されたアイテムと、椎骨１２４等の周囲エリアとの間のより正確で明確な画像および／または区別を可能にすることができる。椎骨１２４内の椎弓根スクリュー１２０の位置決めは例示的なものであり、コントラストおよび／または歪みは、任意の異なる材料間で発生し得ることが理解されよう。したがって、本明細書における、椎骨１２４に対する椎弓根スクリュー１２０の論考は、特に別段の指定がない限り、例示的なものである。
【００３８】
[0046]また、椎弓根スクリュー１２０は、椎骨１２４の画像データを生成するＸ線に対し歪みまたはアーチファクトを引き起こす方式でＸ線画像データを生成するときにＸ線に影響を及ぼす１つまたは複数の選択された材料（例えば、金属または金属合金）から形成することができることが理解される。したがって、ディスプレイデバイス６６を用いた表示のために画像６４を生成するとき、プロセス２００を用いて、画像データ内のアーチファクトを除去または計上することができる。椎弓根スクリュー１２０または他の選択されたアイテムは、複数の材料から形成されるかまたは複数の材料を含むことができることが更に理解される。
【００３９】
[0047]図４を引き続き参照すると、プロセス２００は、単独で、および／または椎骨１２４内に椎弓根スクリュー１２０を位置決めすることを含む外科的処置等の選択された処置の一部において実行することができる、画像分析および／または再構成プロセス２００として理解される。したがって、プロセス２００は、上記で論考した撮像処理ユニット５８等の選択されたプロセッサまたはプロセッサシステムによって実行することができる、アルゴリズムとすることもできるし、アルゴリズム的部分を含むこともできる。しかしながら、任意の適切な処理システムを用いて、ディスプレイデバイス６６上に表示するための画像を生成するプロセス２００を実行することができることが理解されよう。
【００４０】
[0048]プロセス２００は、椎弓根スクリュー１２０等の選択されたアイテムを配置することを含む外科的処置等の他の処置に組み込むことができる。したがって、選択された処置は、ブロック２０４において処置を開始し、次にブロック２０６において処置のために被検体の準備をすることを含むことができる。ブロック１２６において処置のために被検体の準備をすることは、被検体１４内で椎弓根スクリュー１２０または他の適切な移植片のためのロケーションを事前決定または選択することを含むことができる。そのような事前計画または事前決定は、被検体１４の術前画像データを取得し、椎骨１２４内の椎弓根スクリュー１２０のための位置を計画することを含むことができる。更に、被検体を準備することは、被検体１４を手術室内の支持体７２の上に動かすこと、被検体１４の切開部を形成すること、被検体１４に対し器具を位置決めすること、または他の適切な処置ステップを含むことができる。
【００４１】
[0049]ブロック２０６において処置のために被検体を準備した後、ブロック２０８において、選択されたアイテムを被検体内に配置することを実行することができる。上記で論考したように、例示的な実施形態は、図２に示されるように、椎弓根スクリュー１２０を椎骨１２４内に位置決めすることを含むことができる。椎弓根スクリュー１２０は、米国ミネソタ州に営業所を有するＭｅｄｔｒｏｎｉｃ，Ｉｎｃ．によって販売されている、ＣＤ  Ｈｏｒｉｚｏｎ（登録商標）、Ｓｏｌａｒａ（登録商標）、またはＬｅｇａｃｙ（登録商標）脊柱または椎弓根スクリュー等の任意の適切な椎弓根スクリューとすることができる。
【００４２】
[0050]図５を更に参照すると、椎弓根スクリュー１２０は、椎骨内に位置決めされる第１のシャンク部１２０’、および／またはシャンクに対し移動可能なヘッドまたはジンバルヘッド部等の第２の部分１２０’’等の選択された部分を含むことができる。しかしながら、椎弓根スクリュー１２０は、患者内に位置決めされた任意の適切なタイプの椎弓根スクリューとすることができることが理解されよう。ブロック２０８において位置決めされる選択されたアイテムは椎弓根スクリューである必要はなく、被検体１４に対し位置決めされる任意の適切なタイプのアイテム、または任意の他の適切な部分とすることができることが更に理解される。通常、椎弓根スクリュー１２０等の選択されたアイテムは、椎骨１２４（例えば、骨組織）等の、そのアイテムが配置される部分と異なる材料（例えば、金属）から形成される。
【００４３】
[0051]ブロック２０８において選択されたアイテムを位置決めした後、プロセス２００を用いて、ユーザ５４が閲覧するための選択されたまたは適切な再構成の生成を支援することができる。プロセス２００は、ブロック２２０において、選択されたアイテムを含む投影の取得を含むか、またはこの取得から開始することができる。ブロック２２０における投影の取得は、被検体１４の２次元投影の取得を含むことができる。取得は、リアルタイム画像データ取得、画像データのリコール、または双方の組み合わせとすることができる。図５を引き続き参照すると、取得される投影は、部分（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示されるものを含むことができる。投影は、椎骨１４２および椎弓根スクリュー１２０を含むことができる。
【００４４】
[0052]図５に示されるように、椎弓根スクリュー１２０は、概略的にまたは例示的に示される。椎弓根スクリュー１２０は、シャンク１２０’、ヘッド１２０’’および他の部分等の様々な特徴を含むことができる。シャンク１２０’は、椎骨１２４を掴むかまたは椎骨１２４と接続することを可能にするねじまたは他の特徴を含むことができる。ヘッド１２０’’は、Ｕ字型等の追加の特徴を含むことができ、シャンク１２０’に対し移動可能とすることができる。次に、ヘッド１２０’’は、選択された方式で、例えば止めねじまたはナットを用いてシャンク１２０’に固定することができる。シャンク１２０’およびヘッド１２０’’は、２つの異なる金属合金または１つの金属および１つのポリマー等、同じ材料または異なる材料から形成することができることが理解される。
【００４５】
[0053]それにもかかわらず、椎弓根スクリュー１２０は、椎骨１２４内に位置決めすることができ、画像を椎骨１２４から取得し、スクリュー１２０を内部に位置決めすることができる。例えば、図５の部分（ｂ）に示されるように、椎弓根スクリュー１２０の１つまたは複数を、患者内の椎骨１２４等に位置決めすることができる。図５に示されるように、椎骨１２４ｐの画像が示され、椎弓根スクリュー１２０ｐの画像が示される。投影は、視野内の撮像システム１２を用いて生成された２次元投影を含むことができる。しかしながら、例えば約３６０の投影を含む複数の投影を、椎骨１２４および椎弓根スクリュー１２０を含む視野内の被検体１４から生成することができる。しかしながら、任意の適切な選択された数の投影を取得し、プロセス２００に含めることができる。例えば、（ｂ）における投影は、シータ（θ）＝１８０度（°）として表され、したがって、起点または開始点から１８０°において取得される投影とすることができる。
【００４６】
[0054]本明細書に更に論考されるように、投影は、図５に示されるように、任意の適切な方式で取得される複数の投影を含むことができる。例えば、上記で論考したように、プロセス２００は、画像処理ユニット５８を用いて実行することができる。したがって、撮像システム１２は、投影を含む画像データを生成または収集することができ、これらは撮像処理ユニット５８を用いて迅速に処理することができる。その代わりに、またはそれに加えて、画像データは、撮像システム１２により取得することができ、次に、選択された処理ユニットまたはプロセッサに送るかまたは転送することができる。例えば、画像データは、有線または無線プロトコル等のカップリングを用いて転送することができ、選択されたメモリ媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、揮発性または不揮発性メモリ等）に保存される。したがって、ブロック２２０における投影の取得は、画像データを取得するように撮像システム１２を動作させること、選択されたメモリから画像データを受信すること、または選択されたメモリもしくはソースからソーシングユニットに画像データを転送することを含むことができることが当業者によって理解される。
【００４７】
[0055]本明細書において論考されるように、ブロック２２０において投影を取得し、これらを更に処理することができる特定の方法に関わらず、ブロック２２０からの投影の各々は、検出器２８によって記録される信号レベルが不正確であるという意味で、歪んでいる場合がある。Ｘ線の円錐２６ｘを含む視野内の椎弓根スクリュー１２０の材料に起因して、歪みは、これらの投影から再構成される３Ｄ画像における、ストリーキングまたは影等のアーチファクトにつながる。図５において、部分（ｃ）は、関心領域（ＡＯＩ）または関心フィールドの拡大図または詳細図を示す。
【００４８】
[0056]ブロック２２０における投影の取得は、プロセス２００のための第１の入力を含むことができる。追加の入力は、ブロック２２６における既知部品パラメータまたは既知部品（ＫＣ）を含むことができる。既知部品パラメータは、椎弓根スクリュー１２０等の選択されたアイテムの事前決定されたパラメータとすることができる。様々な実施形態において、例えば、ＫＣは、シャンク１２０’とヘッド１２０’’とを有する椎弓根スクリュー１２０を含むことができる。既知部品パラメータは、ステンレススチール合金から形成されたシャンク１２０’、および同じステンレススチール合金から形成されたヘッド１２０’’等の、椎弓根スクリュー１２０の選択された部分の材料のタイプを更に含むことができる。しかしながら、シャンク１２０’等の椎弓根スクリューは、チタンまたはチタン合金、ポリマー等のような他の材料から形成されてもよいことが理解される。それにもかかわらず、ブロック２２６における既知のパラメータは、椎弓根スクリュー１２０等の選択されたアイテムの詳細を含むことができる。
【００４９】
[0057]ブロック２２６における既知のパラメータは、長さ、幅、高さ等のような選択された次元も含むことができる。ブロック２２６における既知のパラメータは、椎弓根スクリュー１２０の部品または部分の数、および椎弓根スクリューの様々な部品または部分の相対的な幾何学的形状を更に含むことができる。例えば、ブロック２２６における既知のパラメータは、椎弓根スクリュー１２０の固定の幾何学的形状および／または椎弓根スクリュー１２０の様々な可能な幾何学的形状を含むことができる。図５に示されるように、椎弓根スクリュー１２０は、互いに対し移動可能なシャンク１２０’およびヘッド１２０’’を含む。したがって、ブロック２２６における既知のパラメータは、ヘッド１２０’’に対するシャンク１２０’の動きの範囲および／または動きの自由度（例えば、可能な幾何学的形状）を含むことができる。
【００５０】
[0058]ブロック２２６における既知のパラメータは、椎弓根スクリュー１２０を含む選択されたアイテムに対するＸ線の既知の相互作用を更に含むことができる。ブロック２２６における既知のパラメータは、シャンク１２０’を形成するステンレススチールと、ヘッド１２０’’を形成するステンレススチールとのＸ線の既知の相互作用を含むことができる。ブロック２２６における既知のパラメータは、チタンまたはチタン合金、ポリマー、または椎弓根スクリュー１２０を形成することができる他の材料とのＸ線の相互作用を更に含むことができる。ＫＣの既知の相互作用は、減衰量、散乱量、吸収量、または椎弓根スクリュー１２０の材料に対するＸ線の他の選択されたパラメータを含むことができる。既知部品パラメータは、プロセス２００の前に試験により決定することができ、更なるアクセスのために保存することができる。更に、ＫＣは、椎弓根スクリュー１２０等の特定のアイテムに関係することができ、これはブロック２２６における特定の（単一を含む）ＫＣを選択するために入力されるかまたは用いられる。
【００５１】
[0059]部品または物体（例えば、椎弓根スクリュー１２０）のパラメータとも呼ばれる既知部品パラメータは、正確な値を含めて、上記で論考したような様々な方式で定義し、および／または選択されたプロセス中に定義もしくは決定することができる。正確な値またはパラメータは、物体の仕様（例えば、物体の所定のおよび／または既知の技術的仕様）に基づくことができる。物体の仕様は、長さ、直径、多エネルギーＸ線ビームとの相互作用または他の特徴を含む、上記で指定したような特徴を含むことができる。これらの値は、例えば選択された許容範囲内の、正確な幅または範囲長、直径等を知ること等により、正確またはほぼ正確とすることができる。しかしながら、様々な実施形態において、パラメータは、選択されたプロセス中に決定または定義することもできる。本明細書において論考したように、物体は、本明細書において更に論考されるように、選択されたプロセスに基づいて投影において決定または位置合わせすることができる。位置合わせプロセス中、物体は、取得された投影においてパラメータ的に定義および／または決定することができる。位置合わせプロセス中にパラメータを定義することによって、選択された処置中に、長さ、直径等を含むパラメータの決定を行うことができる。これらは、画像の分析に基づく場合があるか、またはＸ線ビームもしくは他の特徴との選択された既知のもしくは推定される相互作用に基づいた投影を必要とする場合がある。したがって、ここでは述べないが上記で論考したように、パラメータは事前決定することができ、および／または投影において取得された画像データを分析することによって位置合わせプロセス中に決定することができる。
【００５２】
[0060]したがって、様々な実施形態において、ブロック２２６における既知部品パラメータは、椎弓根スクリュー１２０を含む選択されたアイテムのルックアップテーブル等の表現とすることができる。更に、ブロック２２６における既知のパラメータは、椎弓根スクリュー１２０の既知の材料および椎弓根スクリュー１２０に対するＸ線の既知の相互作用を含む、椎弓根スクリュー１２０のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデル等の選択された特定のモデルを含むことができる。様々な実施形態において、椎弓根スクリュー１２０は、ＣＤ  Ｈｏｒｉｚｏｎ（登録商標）、Ｓｏｌａｒａ（登録商標）の埋め込み可能な椎弓根スクリューであり、ブロック２２６における既知部品パラメータは、特定の椎弓根スクリューのＣＡＤモデル（椎弓根スクリューの特定のモデル数および／または幾何学的形状および寸法を含む）または変形可能なスプラインモデル（円筒形ワイヤ、ニードルまたはロッドのスプラインモデル等）を、既知の材料、材料の既知の相互作用等と共に含むことができる。次に、プロセス２００の更なる部分のために、ブロック２２６における既知のパラメータにアクセスする、例えば処理ユニット５８によりリコールすることができる。
【００５３】
[0061]引き続き図４を参照すると、ブロック２２０において投影が取得され、ブロック２２６において既知のパラメータが取得されるかまたはアクセスされると、サブブロックまたはサブプロセス２４０において、既知部品（ＫＣ）位置合わせとも呼ばれる位置合わせを行うことができる。ブロック２４０におけるＫＣ位置合わせは、ブロック２５０における順投影を含む様々なステップまたはプロセスを含むことができる。本明細書において更に論考されるように、次に、ブロック２５０における順投影は、ブロック２６０における投影と比較することができる。ブロック２６０における比較に基づいて、ブロック２７０において類似度メトリック（ＧＣ）を決定することができる。ブロック２７０における類似度メトリックをもたらすブロック２６０における比較は、次にブロック２８０において最適化することができる。特に、最適化器ブロック２８０は、変換を生成し、ブロック２５０においてこの変換が再び順投影に適用され、ブロック２６０における比較に基づいてブロック２７０における類似度メトリックが決定される。したがって、ブロック２４０におけるＫＣ位置合わせは、ブロック２８０における最適化器が最適化された変換を決定するまでの反復的プロセスである。
【００５４】
[0062]最適化された変換は、ブロック２５０における順投影とブロック２６０における投影との差が、実質的に小さいか、またはブロック２７０において選択された類似度メトリックを有する場合に、収束となり得る。類似度メトリックの選択された変換において、変換は、収束した、または最適化された変換
【００５５】
【数１】
2021519646.tif 000003
【００５６】
として最適化されたと判断され、これを再構成プロセス２９０のために用いることができる。再構成プロセス２９０は、アーチファクトまたはノイズ低減プロセス２００のサブプロセスであると理解される。再構成プロセス２９０は、本明細書において更に論考され、簡単に言うと、一般的に、ブロック２２０からの取得された投影を、ブロック２８０からの最適化されたまたは収束した変換と組み合わせる。
【００５７】
[0063]ＫＣ位置合わせプロセス２４０に戻ると、ＫＣ位置合わせプロセス２４０は、ブロック２２０からの取得された投影よりも少ないかまたはその全てを含む選択された数の投影との、ブロック２２６からの既知部品の位置合わせを含み、これは再構成サブプロセス２９０において後の再構成のために用いることができる。特に、ＫＣ位置合わせは、ブロック２２６における既知部品に一致するブロック２２０からの取得された投影における部分を特定することを試みる。例えば、投影のうちの１つまたは複数における１つまたは複数のピクセルは、ブロック２０８において被検体内に位置決めされた選択されたアイテム（例えば、椎弓根スクリュー１２０）によって生成され、したがって、ブロック２２６からの既知部品の順投影に一致するはずである。例えば、上記で論考したように、椎弓根スクリュー１２０は、ブロック２２６における既知部品パラメータを定義する既知の厳密なパラメータを有することができる。したがって、既知のパラメータは、κによって表されるように入力することができる。デジタルＸ線写真再構成またはデジタル再構成されたＸ線写真（ＤＲＲ）は、ブロック２５０における順投影を形成し、方程式１（式１）によって定義することができる。
【００５８】
【数２】
2021519646.tif 000004
【００５９】
[0064]式１において、順投影
【００６０】
【数３】
2021519646.tif 000005
【００６１】
は、既知部品の投影である。特に、式１は、ブロック２２６から入力された既知のパラメータκから形成されたＤＲＲを含む。これは、変換されたＫＣκに入射する光線
【００６２】
【数４】
2021519646.tif 000006
【００６３】
に沿った線積分である、選択されたアイテムのメッシュモデルを含むことができる。したがって、順投影
【００６４】
【数５】
2021519646.tif 000007
【００６５】
は、取得された投影（本明細書においてｐとも呼ばれる）と比較することができるブロック２２６からの既知部品パラメータκに基づいてデジタルで再構成されたＸ線写真（本明細書においてマスクとも呼ばれる）である。剛体同種変換または変形可能ｂスプライン関数等の１つまたは複数の選択された変換モデル（Ｔ）を用いることができる。一般的に、任意の特定の用途において１つの変換モデルのみを選択することができるが、様々な適切なモデルまたは変換（Ｔ）が選択されてもよい。更に、κの選択パラメータは、例えば、円筒形プロファイルを有する工具の未知の直径をモデル化するために、最適化プロセスに含めることができる。
【００６６】
[0065]ブロック２５０において定義される順投影は、ブロック２６０において、ブロック２２０から取得された投影ｐと比較することができる。ブロック２６０における比較は、様々な実施形態において勾配相関（ＧＣ）として定義される類似度メトリックの出力を可能にすることができる。方程式２（式２）によれば、ＧＣは適切な類似度メトリックであるが、他の類似度メトリックも用いられてもよいことが理解される。しかしながら、ＧＣに関して、式２は以下を含み、
【００６７】
【数６】
2021519646.tif 000008
【００６８】
式３は以下を含む。
【００６９】
【数７】
2021519646.tif 000009
【００７０】
[0066]ＧＣは、一般的に、ブロック２５０における順投影
【００７１】
【数８】
2021519646.tif 000010
【００７２】
と、ブロック２２０における取得された投影との間の勾配（高コントラスト領域またはエッジとも呼ばれる）を探索する。式２および式３によれば、ＧＣは、直交画像勾配の正規化された相互相関（ＮＣＣ）の和として定義される。例えば、ＮＣＣは、それぞれ画像ｐおよび
【００７３】
【数９】
2021519646.tif 000011
【００７４】
のための画像勾配ａおよびｂの正規化された強度の相関を定義する。したがって、図２に示されるように、ＧＣは、ブロック２５０からの順投影と、ブロック２２０からの取得された投影との間の勾配の和である。
【００７５】
[0067]次に、ブロック２８０における最適化器を用いて、収束した変換
【００７６】
【数１０】
2021519646.tif 000012
【００７７】
が見つかったかまたは達成されたか否かを判断する。特に、収束は方程式４（式４）によって定義される。
【００７８】
【数１１】
2021519646.tif 000013
【００７９】
これは、ブロック２５０における順投影と、ブロック２２０からの取得された投影との間で反復的に解くことができる。式４を用いて、ブロック２５０における順投影と、ブロック２２０における取得された投影との間の最も大きな類似度を決定する。反復は、ブロック２６０における比較に基づいてブロック２７０においてＧＣを決定し、次に、ブロック２８０における最適化器からの順投影を、ブロック２５０における異なる順投影に変換することによって行われる。したがって、最適化器ブロックは、ブロック２７０における類似度メトリックが、同じであるか、または最適化されているか、および／または選択された変化閾値内にあるか否か、例えば、Ｔにおける平均変化が約０．０１ミリメートル（ｍｍ）未満から約０．２ｍｍ（約０．１ｍｍを含む）、約０．０１度から約０．２度（約０．１度を含む）であるときを判断することができる。更にまたは代替的に、閾値は、類似度メトリックＧＣの変化が浮動小数点数を表すためのマシン精度（画像処理ユニット５８等）に近づくときを含むことができる。
【００８０】
[0068]ブロック２８０における最適化器が、閾値に達していないと判断する場合、ＮＯ経路２８２を辿って順投影ブロック２５０に進むことができる。次に、例えば、ブロック２２６における既知部品に対し異なる観点で順投影を決定し、ブロック２２０からの取得された投影との比較のために新たな順投影を形成することで、順投影を変更することができる。最適化器ブロック２８０が、収束が達成された（例えば、現在のＧＣからの差が先行するＧＣに対する閾値内にある）と判断する場合、ＹＥＳ経路２８４により、収束したまたは最適化された変換
【００８１】
【数１２】
2021519646.tif 000014
【００８２】
を出力することができる。
[0069]最適化器ブロック２８０において、処理ユニット５８または他の適切な処理ユニットによって実行することができるような適切な最適化技法を用いることができる。様々な実施形態において、収束行列適合評価戦略を用いて最適化を達成することができる。選択された戦略は、確率論的導関数なし最適化方法を含むことができる。しかしながら、最適化器ブロック２８０において他の適切な最適化方法または技法を用いることができることが理解される。
【００８３】
[0070]Ｙｅｓ経路２８４を辿って最適化された変換を出力すると、最適化された変換
【００８４】
【数１３】
2021519646.tif 000015
【００８５】
を用いて、ブロック２２０において取得された投影を変更することができる。ブロック２２０において取得された投影に対する変更は、本明細書において更に論考されるものを含む任意の適切なプロセスに従って行うことができる。様々な実施形態において、本明細書において更に論考されるように、選択された方式での修復を、変更ブロック３１０において行うことができる。修復は、取得された投影の補間に基づく修復等の、一般的に既知のデジタル修復を含むことができる。補間に基づく修復中、部品または物体（例えば、椎弓根スクリュー１２０）の一部として識別されたピクセルまたはボクセルを、選択されたタイプまたは方式のピクセルまたはボクセルと置き換えることができる。例えば、識別されたピクセルは、上記で説明されたプロセス２００に基づいて、物体（例えば、椎弓根スクリュー１２０）の選択されたモデルまたはグラフィック表現と置き換えることができる。更にまたは代替的に、識別されたピクセルまたはボクセルは、物体として識別された取得された投影内の選択された色または特徴と置き換えることができる。選択されたモデルからの直接修復に加えて、エッジにあるか、または識別された物体ピクセルもしくはボクセルまたは識別されていないピクセルもしくはボクセル間にあるピクセルを決定するかまたは識別するかまたは置き換えることにより補間を行うことができる。更に、任意選択のランダムノイズ成分等の選択された量のノイズを、修復されたボクセルまたはピクセルに加えて、投影における物体の表現を選択的に特徴付けることができる。
【００８６】
[0071]直接修復および／または補間に基づく修復に加えて、様々な他のプロセスを用いて、修復を支援するかまたは修復を行うことができる。例えば、機械学習プロセスまたはシステムを用いて、投影への修復を行うことができる。例えば、プロセス２００において識別されたピクセルまたはボクセルは、機械学習システムの事前トレーニングに基づいて修復することができる。例えば、ニューラルネットワーク（例えば、深層学習システム）を用いて、以前に決定された物体投影のトレーニング、および投影における物体の識別、および投影における修復に基づいて、修復されることになるピクセルまたはボクセルを決定することができる。したがって、様々な実施形態において、修復は、補間または機械学習に基づくシステム等の適切なシステムに従って投影におけるボクセルまたはピクセルを置き換えることができる。
【００８７】
[0072]ブロック３１０における投影の変更は、例えばＸ線ビームの、撮像システムの選択されたモデリングを用いてピクセルまたはボクセル値を計算または算出すること等の、ピクセル値を決定または推定することも含むことができる。上記で論考したように、Ｘ線ビームは、エミッタ２６によって放射されたＸ線を含むことができる。放射ビームにおけるＸ線は、多エネルギーである場合があり、例えばスペクトルを含む。したがって、放射されたＸ線は、単一のみの周波数または電力でない場合がある。多エネルギーＸ線ビームは、Ｘ線ビームの多エネルギーの固有性に基づいて、既知の方式で材料と相互作用することができる。投影における物体との相互作用は、上記で論考したように、様々なＸ線成分（Ｘ線スペクトルによって定義される）の既知の成分に基づいて知ることができる。したがって、Ｘ線ビームの既知の多エネルギーモデルに基づいて決定されたピクセル値を用いて、投影におけるピクセルまたはボクセル値を生成することができ、したがって、これを用いて、投影における決定されたピクセルを置き換えることができる。
【００８８】
[0073]上記で論考したように、投影は、様々な方式で、適切なプロセスにおいて変更することができる。修復に対する本明細書における論考は例示にすぎず、以下の特許請求の範囲の本開示の範囲を限定することを意図したものではない。したがって、変更は、変更（例えば修復）ブロック３１０における、ブロック２２０において取得された投影の修復を含むことができる。修復ブロック３１０は、再構成プロセス２９０の最初のプロセスまたはステップである。再構成プロセス２９０は、金属アーチファクト低減または除去（ＭＡＲ）プロセスと呼ぶこともできる。したがって、ＭＡＲ再構成を用いて、椎弓根スクリュー１２０等の選択されたアイテムに起因したアーチファクトを低減または除去することができる。金属アーチファクトまたは他の選択されたアーチファクトを低減することによって、修復ブロック３１０において、アーチファクトは後の再構成のために除去される。再構成は、フィルタリングされた逆投影（ＦＢＰ）を含む逆投影再構成を含むか、またはこれに基づくことができる。様々な実施形態において、逆投影は、ブロック３２０における３次元（３Ｄ）投影とすることができる。ブロック３３０において、ディスプレイデバイス６６上での閲覧のために画像６４の再構成を形成することができる再構成が行われる。
【００８９】
[0074]引き続き図４および図５を参照すると、修復ブロック３１０は、ブロック２２０から取得された投影を修復するための最適化された変換を用いる。プロセス２００に示されるように、投影（ｐ）は、最適化された変換または収束した変換
【００９０】
【数１４】
2021519646.tif 000016
【００９１】
により、修復ブロック３１０に入力される。修復ブロック３１０において、投影（ｐ）の周囲ピクセルを用いて、ＫＣの順投影によって識別された領域を補間することができる。代替的に、Ｘ線および金属の相互作用の様々な影響を計上する順投影
【００９２】
【数１５】
2021519646.tif 000017
【００９３】
のＤＲＲは、最適化器ブロック２８０からの最適化された変換
【００９４】
【数１６】
2021519646.tif 000018
【００９５】
に基づいて修復し、取得された投影２２０内の位置合わせされた位置に入れることができる。換言すれば、順投影に含まれるＸ線との既知の材料相互作用に基づいて、部品形状および材料内容物のＫＣモデルによって通知される選択された多エネルギー信号モデルを用いて修復を行い、取得された投影２２０内の位置合わせされた位置に入れることができる。したがって、ブロック２５０からの順投影に一致するか、またはこの順投影に対し最も高い類似度メトリックを有する取得された投影２２０内のピクセルが、修復ブロック３１０においてブロック２５０からの順投影と置き換えられる。
【００９６】
[0075]上述したように、図５を参照すると、ブロック２２０からの投影、または投影のうちの１つは、椎骨１２４ｐおよび撮像されたスクリュー１２０ｐを含む。ブロック２８０において変換が最適化されると、最適化されたかまたは図５の部分（ｂ）におけるスクリュー１２０ｐに最も一致する順投影を、ブロック２５０からの順投影と置き換えるかまたはこの順投影で修復することができる。図５の部分（ｅ）に示されるように、修復されたスクリュー１２０ｉｐ（部分（ｆ）において破線で概略的に示される）を修復または使用して、投影におけるスクリュー１２０ｐを置き換え、椎骨１２４ｐを含む画像においてこれを置き換えることができる。上記で論考したように、ブロック２２０における取得された投影は、被検体１４から取得された投影のうちの１つまたは複数を含むことができる。様々な実施形態において、投影数は、３つの投影、６つの投影、全ての投影、または任意の適切な数を含むことができる。様々な実施形態において、ブロック２２０における取得された投影は、互いに３０度（または被検体１４の周りに任意の適切な選択された角度シータ（θ））だけオフセットまたは変位された６つの投影を含むことができる。ブロック２７０における類似度メトリックおよびブロック２８０における最適化された変換は、被検体１４の投影の一部分または選択された数のみに対するものとすることができる。しかしながら、ブロック２２６における既知部品パラメータの使用により、ブロック２２６における既知部品パラメータに起因してブロック２２０における実際の投影に同様にまたは最も密に一致する、ブロック２５０における順投影に基づく高速かつ効率的な位置合わせを最小限にするかまたは可能にすることができる。ここでもまた、ＫＣパラメータは、サイズ、形状、材料およびＸ線との相互作用を含むことができる。それにもかかわらず、ブロック３１０における修復は、識別されたスクリュー１２０ｐを、上記で論考したようにそこに位置合わせされた修復された順投影と置き換えることができる。次に、投影は、図５の部分（ｅ）における修復された投影が、ブロック３１０において、修復された選択部分またはアイテムを含むような、修復された投影となることができる。
【００９７】
[0076]ブロック３１０における修復は、様々な最適化またはロバスト性特徴も含むことができる。例えば、マスクとも呼ばれる場合があるブロック２５０からの順投影は、ブロック２２０からの投影に対するブロック２２６からの厳密な既知部品パラメータに対し拡張または膨張させることができる。様々な実施形態において、ブロック２５０からの順投影マスクは、ブロック３１０における投影に対する修復時に、拡張を有するか、または拡張された１つまたは複数のピクセルを有することができる。拡張は、製造変動、撮像システムの幾何学的構成、浮動精度誤差、または他のあり得る誤差等の誤差を克服するのを支援することができる。マスクの選択された量の拡張または膨張は、上述したように、誤差を適切に位置決めまたは計上することを確実にするのを支援する。本明細書において論考されるように、画像６４とすることができる最終的な再構成は、椎骨１２４内の椎弓根スクリュー１２０の広がりまたは配置された（埋め込まれた）最終位置を示すように、ブロック２２０からのＫＣパラメータの寸法を含む。
【００９８】
[0077]更に、ブロック２８０からの最適化された変換は、ブロック３１０において修復されることになる投影における選択されたアイテムを識別する。修復プロセスまたは方法は、適切な方法から選択することができる。例えば、修復は、選択された投影における線形補間を含むことができる。様々な実施形態において、線形補間は、ブロック２８０からの識別された変換によってマスキングされ（順投影２６０のＤＲＲを用いる等）、続いて各生成された三角形に重心補間を行うことにより、領域の凸包にわたってドロネー三角形分割を生成することによって達成される（例えば、Ｂａｒｂｅｒ，Ｃ．Ｂ．、Ｄｏｂｋｉｎ，Ｄ．Ｐ．およびＨｕｈｄａｎｐａａ，Ｈ．Ｔ．、「Ｔｈｅ  Ｑｕｉｃｋｈｕｌｌ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｃｏｎｖｅｘ  ｈｕｌｌｓ」、ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓ．ｏｎ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ，２２（４）：４６９−４８３，１９９６において開示されているＱｕｉｃｋｈｕｌｌアルゴリズム）。次に、修復プロセス（様々な実施形態において、ＫＣモデルを訓練する補間ベースまたはモデルベースのうちの少なくとも一方を含む）が、全ての投影（ブロック２２０において取得された全ての投影等）およびブロック２２０における投影入力の各々における測定について繰り返される。
【００９９】
[0078]例えばブロック２２０からの投影における修復を含む、ブロック３１０における変更が完了すると、ブロック３２０において、変更された投影を用いて再構成を行うことができる。本明細書において論考されるように、再構成は任意の適切な再構成とすることができる。再構成は、本明細書において論考されるように様々な目的で用いることができる。
【０１００】
[0079]様々な実施形態において、ブロック３２０における再構成は、３次元フィルタリングされた逆投影（３Ｄ  ＦＢＰ）を含むことができる。例示的な実施形態において、３Ｄ  ＦＢＰは、当該技術分野において一般的に既知のＦｅｌｄｋａｍｐ−Ｄａｖｉｓ−Ｋｒｅｓｓアルゴリズム再構成方法を含むことができる。しかしながら、他の適切な再構成（例えば、代替的な逆投影）方法が用いられてもよいことが理解される。
【０１０１】
[0080]フィルタリングされた逆投影に加えて、および／またはこれに代えて、反復再構成も行うことができる。反復再構成は、モデルベースの反復再構成（ＭＢＩＲ）アルゴリズムを含むことができる。反復再構成は、モデルのパラメータを反復的に変更して、モデルと、ブロック３１０からの変更された投影との間の差を達成または最小化することを含むことができる。例えば、椎弓根スクリュー１２０等の物体のモデルを識別することができ、ブロック３１０からの変更された投影に一致するように、モデルを通じた投影を反復的に変更することができる。一致が達成されると、モデルを用いて、モデル投影の再構成を支援することができる。
【０１０２】
[0081]ブロック３２０からの逆投影に基づいて、再構成プロセス２９０は、ブロック３３０において再構成画像を出力することができる。再構成画像は、再構成の視覚化とすることができる。視覚化は、閲覧のための画像として表示することができ、例えば、ディスプレイデバイス６６を用いた画像として表示することができる。
【０１０３】
[0082]ブロック３３０における出力された再構成は、ＫＣ−ＭＡＲ再構成および／または視覚化（例えば、ＫＣ−ＭＡＲ再構成視覚化）と呼ぶことができる。視覚化を含む出力は、ユーザ５４による閲覧のためにディスプレイデバイス６６上に表示するための画像６４を含むか、またはこの画像６４として表すことができる。再構成は３次元再構成を含むことができ、および／またはユーザが閲覧するための画像として逆投影を示すことができる。図６を参照すると、ブロック２２０における補正されていない取得された投影の逆投影が、列Ａに示されている。ＫＣ位置合わせ２４０および再構成プロセス２９０を含む、プロセス２００を用いた再構成が列Ｂに示されている。図６に明確に示されているように、修復された位置合わせされた既知部品を有する列Ｂは、金属アーチファクトまたは選択された歪みを低減する。歪み低減は、再構成におけるストリーキングおよび他のアーチファクトが低減されているかまたは最小限の状態で、より鮮明なまたはより高コントラストのエッジを含む閲覧または再構成視覚化を可能にする。
【０１０４】
[0083]図６の列Ｂに示されているように、再構成視覚化は、ブロック２２６からの既知部品に基づいて選択された情報も含むことができる。上記で論考したように、ブロック３１０における修復は、ブロック２５０における順投影からのマスクを用いて修復することができる。ブロック２５０における順投影は、ブロック２２６からの既知部品パラメータを含む。したがって、修復は、サイズ、形状および構成等の様々な幾何学的構成を含むことができ、ブロック２５０からの順投影のマスクは、既知部品の異なる材料に起因した異なる減衰に起因した材料の差別化も含むことができる。例えば、上記で論考したように、椎弓根スクリュー１２０のヘッド１２０’’は、シャンク１２０’と異なる材料とすることができるか、または異なる材料から形成することができる。したがって、図６の列Ｂにおける再構成は、グレイスケール等に起因して、異なる材料の再構成された部分を差別化することができる。したがって、様々な実施形態において、ヘッド１２０’’ｒの再構成された投影は、シャンク１２０’ｒと異なるかまたは変更されたグレイスケールまたは視覚効果を有することができる。これは、少なくとも部分的に、ブロック２５０からの順投影が既知部品パラメータに基づくことに起因する。ブロック２２６におけるＫＣパラメータは、椎弓根スクリュー１２０等の既知部品に関して包括的とすることができる。
【０１０５】
[0084]既知部品パラメータは、サイズおよび幾何学的形状を含むことができ、材料も含むことができるため、各々の影響を知り、ブロック３１０における順投影の形成および修復に適用することができる。ここでもまた、上記で論考したように、既知部品およびＸ線投影に対するそれらの影響を事前決定し、知り、保存することができ、ブロック２５０における順投影およびブロック３１０における修復のためにリコールすることができる。したがって、ブロック３２０における逆投影再構成およびブロック３３０における再構成視覚化または出力はそれぞれ、ブロック２２６からの既知部品パラメータに基づくこともできる。
【０１０６】
[0085]再構成視覚化またはブロック３３０における視覚化は、ユーザによって１つまたは複数のオプションから様々なフォーマットで生成しおよび／または選択することができる。視覚化は、ブロック３１０からの変更された投影の直接再構成を含むことができる。例えば、ブロック３２０からの再構成は、ユーザ５４による閲覧のために表示することができる。上記で論考されるような再構成は、変更された投影を再構成投影に直接組み込むことを含むことができる。複数の投影または選択された複数の投影を用いて、ユーザ５４によって閲覧するための３次元（３Ｄ）モデルまたは視覚化を生成することができる。したがって、ブロック３３０における視覚化は、直接視覚化、またはブロック３２０からの直接再構成の視覚化とすることができる。
【０１０７】
[0086]様々な実施形態において、視覚化は、ブロック３１０からの変更された投影における位置合わせされた物体と合致する写真または画像要素（例えば、ボクセルまたはピクセル）も含み、および／またはこれを代替的に含むこともできる。例えば、上記で論考されるように、物体が位置合わせされると、投影は、物体が選択された他のピクセルまたはボクセルと置き換えられる際に合致するまたは位置合わせされるピクセルまたはボクセルを有することができる。例えば、ピクセルまたはボクセルの選択された色、勾配またはタイプを用いて、ブロック３３０における視覚化における位置合わせされたボクセルを置き換えることができる。したがって、追加のまたは代替的な視覚化は、必要とされず、生成もされない場合があり、位置合わせされた物体に関係するピクセルまたはボクセルが置き換えられるのみでよい。
【０１０８】
[0087]更なる代替的なおよび／または付加的な視覚化として、選択されたスライスまたは２Ｄ部分を、物体の選択された特徴またはパラメータに対し表示することができる。例えば、投影において物体（例えば、椎弓根スクリュー１２０）が識別または位置合わせされると、物体を含みおよび／または物体と合致するスライスを方向付けまたは再方向付けし、例えば物体の長軸に沿って、選択された方式で示すことができる。例えば、図６に示されるように、表示のための図示または視覚化は、スクリュー１２０の長軸１０２Ｌを用いて視覚化を方向付けるように方向付けることができる。したがって、長軸１０２Ｌを用いて画像を垂直方向に方向付けることができ、複数のスライスまたは２Ｄ画像が表示される場合、これらは全て実質的に平行に表示することができる。
【０１０９】
[0088]更なる代替として、および／または加えて、選択された画像の上にグラフィック表現を重ねるかまたはオーバーレイすることができる。例えば、上記で論考したように、物体は、椎弓根スクリュー１２０を含むことができる。更に、物体は、物体のモデルを含むことができる既知部品に基づいて決定および／または識別することができる。したがって、物体の選択された部分またはバージョン（物体の表現または輪郭等）を画像に対し表示することができる。様々な実施形態において、例えば、グラフィック表現は、物体の位置合わせされたロケーションにおいて画像の上にオーバーレイするかまたは重ねることができる。
【０１１０】
[0089]したがって、ブロック３３０における視覚化は、任意の適切な視覚化を含むことができる。視覚化は、取得された投影における椎弓根スクリュー１２０等の物体の位置合わせされたまたは既知の位置に基づくことができる。次に、様々な目的でユーザ５４が閲覧するために、画像５４等の視覚化をディスプレイデバイス６６上に表示することができる。したがって、様々な実施形態において、ユーザ５４が、画像内の金属部品または他の部品に起因した歪みまたはアーチファクトが実質的に低減および／または除去された状態で、ディスプレイデバイス６６上で視覚化６４を閲覧することができるように、視覚化ブロック３３０において小さなアーチファクトを低減することができる。
【０１１１】
[0090]上記を鑑みて、ディスプレイデバイス上に画像６４として表示することができる、ブロック３３０における最終的な再構成および／または再構成視覚化は、被検体１４の撮像のために、撮像システム１２からのＸ線の変更された減衰または歪んだ減衰に起因したアーチファクトを実質的に低減または除去することができる。更に、既知部品パラメータ２２６は、ブロック２８０における位置合わせの向上を支援することができ、例えば、２５０における順投影を形成するために部品を効率的にかつより明確に定義することにより、位置合わせを高速にすることができる。更に、ブロック２２６からの既知部品パラメータは、ブロック３１０における修復のために、部品の事前決定されたおよび既知の影響に起因したアーチファクトおよび歪みを低減するのを更に支援することができる。このため、ブロック３３０において最終的に再構成される画像は、上記で論考したような画像処理ユニット５８等の処理システムを用いて実行することができるプロセス２００に基づいて効率的かつ迅速に生成される。
【０１１２】
[0091]この開示が完全になるように、および、この開示が範囲を当業者に十分に伝えるように、例示的な実施形態が提供されている。特定のコンポーネント、デバイス、および方法の例等の、多数の特定の詳細が、本開示の実施形態の完全な理解を提供するように述べられている。特定の詳細は用いられる必要がないということ、例示的な実施形態は多くの異なる形態で具現化され得るということ、および、いずれも、本開示の範囲を限定するように理解されるべきではないということが、当業者には明らかであろう。いくつかの例示的な実施形態では、周知のプロセス、周知のデバイス構造、および周知の技術は、詳細に説明されてはいない。
【０１１３】
[0092]実施形態の上記の説明は、図示および説明の目的のために提供されてきた。それは、包括的であること、または、本開示を限定することを意図していない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般的に、その特定の実施形態に限定されないが、適用できる場合には取り替え可能であり、また、具体的には示されていなくても、または説明されていなくても、選択された実施形態の中で使用され得る。また、それは、多くの方式で変化させることが可能である。そのような変形は、本開示からの逸脱とみなされるべきではなく、全てのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。
【０１１４】
[0093]１つまたは複数の例において、説明された技術は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または、これらの任意の組み合わせにおいて実施することができる。ソフトウェアで実施される場合、機能は、１つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶することができ、ハードウェアベースの処理ユニットによって実行することができる。コンピュータ可読媒体は、データストレージ媒体（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、または、所望のプログラムコードを命令またはデータ構造の形態で記憶するのに用いることができ、コンピュータによってアクセスすることができる任意の他の媒体）等の有形媒体に対応する非一時的コンピュータ可読媒体を含むことができる。
【０１１５】
[0094]命令は、１つまたは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、汎用マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＧＡ）、または他の等価な集積もしくはディスクリート論理回路等の、１つまたは複数のプロセッサによって実行される場合がある。したがって、本明細書で用いられるとき、「プロセッサ」という用語は、上述の構造のいずれか、または説明した技法の実施に適したその他の任意の構造のうちの任意のものを指すことができる。また、技法は、１つまたは複数の回路または論理要素において完全に実施され得る。
【図１】
2021519646.tif 000019
【図２】
2021519646.tif 000020
【図３】
2021519646.tif 000021
【図４】
2021519646.tif 000022
【図５】
2021519646.tif 000023
【図６】
2021519646.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月9日(2020.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体に起因した画像内のアーチファクトを低減する方法であって、
前記物体のパラメータにアクセスするステップと、
前記アクセスされたパラメータに基づいて前記物体の少なくとも１つの順投影(forward projection)を作成するステップと、
前記順投影における前記物体を、内部に前記物体を有する少なくとも１つの取得された投影に対し位置合わせする(registering)ステップと、
前記少なくとも１つの取得された投影を、前記位置合わせされた物体の表現に変更するステップと、
前記変更された少なくとも１つの取得された投影に基づいて再構成(reconstruction)を生成するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの取得された投影を変更するステップは、前記少なくとも１つの取得された投影における前記物体の前記表現を修復する(inpainting)ステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数の前記投影を取得するステップと、
前記取得された複数の投影のうちの少なくとも第１のそれ以下の複数の取得された投影を、前記位置合わせされた物体の前記表現に変更するステップと、
を更に含み、
前記再構成を生成するステップは、前記取得された複数の投影のうちの少なくとも前記第１のそれ以下の複数の取得された投影の全てに基づいて、前記再構成を生成するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記取得された複数の投影のうちの少なくとも前記変更された第１のそれ以下の複数の取得された投影の全てに基づいて、前記再構成を生成するステップは、３次元画像を生成するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ディスプレイデバイスを用いた表示のために前記再構成の視覚化を生成するステップ
を更に含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記視覚化を生成するステップは、
前記変更された第１のそれ以下の複数の取得された投影の変更された投影値の直接再構成を生成するステップ、
前記変更された第１のそれ以下の複数の取得された投影における前記位置合わせされた物体と合致するボクセルまたはピクセルを置き換えるステップ、
２Ｄスライスが前記物体の少なくとも１つの特徴と合致するように前記視覚化を方向付ける(orienting)ステップ、
前記物体のグラフィック表現を、前記取得された複数の投影のうちの少なくとも１つの前記投影の表示の上に重ねるステップ、または
これらの組み合わせ、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記生成された再構成は、フィルタリングされた逆投影(back projection)、モデルベースの反復再構成(iterative reconstruction)プロセス、または、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つに基づく、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
幾何学的形状、部分数(number of portions)、寸法(dimensions)、材料、Ｘ線と材料との相互作用、物体の運動の自由度、または、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含むように、前記物体の前記パラメータを決定するステップ
を更に含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記アクセスされたパラメータに基づいて前記物体の少なくとも１つの順投影を作成するステップは、前記物体のデジタル再構成されたＸ線写真を作成するステップを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記決定されたパラメータは、前記物体の仕様に基づいた厳密な(exact)値、パラメータ的に定義された厳密な値、または、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つから構成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記物体の前記パラメータ的に定義されたパラメータは、前記順投影における前記物体を、内部に前記物体を有する少なくとも１つの取得された投影に対し位置合わせする間に決定される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記物体を被検体内に配置する(placing)ステップと、
前記被検体および前記配置された物体の前記少なくとも１つの投影を取得するステップ
を更に含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記表現に従って前記取得された投影を変更するステップは、
前記取得された投影の補間に基づく修復、
事前トレーニングを用いた機械学習ベースの修復、または
Ｘ線ビームにおけるＸ線の多エネルギーモデル化を用いた推定ピクセル値または推定ボクセル値の決定、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記生成された再構成に基づいて視覚化を生成するステップであって、前記変更された少なくとも１つの取得された投影に基づいて、前記少なくとも１つの取得された投影における前記物体に起因するアーチファクトが、前記生成された視覚化において低減している、ステップ
を更に含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
物体に起因した画像内のアーチファクトを低減するためのシステムであって、
前記物体のパラメータにアクセスするための命令と、
前記アクセスされたパラメータに基づいて前記物体の少なくとも１つの順投影を作成するための命令と、
前記順投影における前記物体を、内部に前記物体を有する少なくとも１つの取得された投影に対し位置合わせするための命令と、
前記少なくとも１つの取得された投影を、前記位置合わせされた物体の表現に変更するための命令と、
前記変更された少なくとも１つの取得された投影に基づいて再構成を生成するための命令と、
を実行するように構成されたプロセッサシステムと、
前記生成された再構成に基づいて視覚化を表示するディスプレイデバイスと、
を備える、システム。
【請求項１６】
前記プロセッサシステムは、
複数の前記投影にアクセスし、
前記取得された複数の投影のうちの少なくとも第１のそれ以下の複数の取得された投影を、前記位置合わせされた物体の前記表現に変更する、
ように更に構成され、
前記再構成を生成することは、前記取得された複数の投影のうちの少なくとも前記第１のそれ以下の複数の取得された投影の全てに基づいて、前記再構成を生成することを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記取得された複数の投影のうちの少なくとも前記変更された第１のそれ以下の複数の取得された投影の全てに基づいて、前記再構成を生成することは、３次元画像を生成することを含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサシステムは、
前記ディスプレイデバイスを用いた表示のために前記視覚化を生成する
ように更に構成され、前記視覚化を生成することは、
前記変更された第１のそれ以下の複数の取得された投影の変更された投影値の直接再構成を生成すること、
前記変更された第１のそれ以下の複数の取得された投影における前記位置合わせされた物体と合致するボクセルを置き換えること、
２Ｄスライスが前記物体の少なくとも１つの特徴と合致するように前記視覚化を方向付ける(orienting)こと、
前記物体のグラフィック表現を、前記取得された複数の投影のうちの少なくとも１つの前記投影の表示の上に重ねること、または
これらの組み合わせ、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６または１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサシステムは、
幾何学的形状、寸法、材料、及び、Ｘ線と材料との相互作用、の全てを含むように、前記物体の前記パラメータを決定する
ように更に構成される、請求項１５から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
被検体内に配置されるように構成された前記物体
を更に含み、
前記少なくとも１つの投影は、前記被検体および前記配置された物体のものである、請求項１５から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
物体に起因した画像内のアーチファクトを低減する方法であって、
プロセッサシステムを、
前記物体のパラメータにアクセスし、
前記アクセスされたパラメータに基づいて前記物体の少なくとも１つの順投影を作成し、
前記順投影における前記物体を、内部に前記物体を有する少なくとも１つの取得された投影に対し位置合わせし、
前記少なくとも１つの取得された投影を、前記位置合わせされた物体の表現に変更し、
前記変更された少なくとも１つの取得された投影に基づいて再構成を生成する、
ように動作させるステップと、
前記生成された再構成の視覚化を表示するステップと、
を含む、方法。
【請求項２２】
前記プロセッサシステムを、前記視覚化を生成するように動作させるステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記物体を被検体内に配置し、前記被検体および前記配置された物体の前記取得された少なくとも１つの投影にアクセスするように、前記プロセッサシステムを動作させるステップを更に含む、請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記プロセッサシステムを、
前記被検体および前記配置された物体の複数の投影にアクセスし、
前記アクセスされた複数の投影の各投影を変更する、
ように動作させるステップを更に含み、
前記再構成を生成するステップは、前記変更された少なくとも１つの取得された投影と、前記アクセスされた複数の投影の前記変更された各投影とに基づく、請求項２３に記載の方法。
【国際調査報告】
2021519646.tif 000025
2021519646.tif 000026