(57)【要約】【課題】患者のＸ線負担をできるだけ軽減しながら最新化されたボリュームデータセットを術中に発生させる。　【解決手段】ｎ個の患者（Ｐ）の生体組織の２ＤＸ線投影（Ｐ１〜Ｐ３）のセットから生体組織の画像情報（ＫＦ１，ＫＦ２）を有するボリュームデータセット（Ｖ１）が再構成される。術中撮影された生体組織のｍ個の２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）において、それぞれ生体組織の２Ｄ輪郭（ＫＦ１，ＫＦ２）が区分され、これらが再構成ボリュームデータセット（Ｖ１）に逆投影される。術中に求められた生体組織の３Ｄ輪郭だけ最新化されたボリュームデータセット（ＶＡ１，ＶＡ２）が生じさせられる。【選択図】図３
2004121844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　Ｘ線システム（８〜１０）により、寝台上に寝た後における患者（Ｐ）の生体組織のｎ個の２ＤＸ線投影（Ｐ１〜Ｐ３）のセットを、投影ジオメトリが既知であるまたは求めることのできるｎ個の異なる投影角で撮影し、
　既知のもしくは求めた投影ジオメトリに基づいて、ｎ個の２ＤＸ線投影（Ｐ１〜Ｐ３）から、生体組織の画像情報（ＫＦ１，ＫＦ２）を有するボリュームデータセット（Ｖ１）を再構成し、
　Ｘ線システム（８〜１０）により、患者（Ｐ）の生体組織の姿勢変化後に、生体組織のｍ（ｍ＜ｎ）個の２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）をｍ個の異なる投影角で術中撮影し、
　術中撮影されたｍ個の２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）の各２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）についての投影ジオメトリを求め、
　撮影されたｍ個の２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）内に含まれている生体組織の画像情報（ＫＦ１Ｖ，ＫＦ２Ｖ）を、ｍ個の２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）のそれぞれに生体組織の２Ｄ輪郭が存在するように区分し、
　求められた投影ジオメトリに基づいて、ｍ個の２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）内で区分された生体組織の２Ｄ輪郭を、再構成されたボリュームデータセット（Ｖ１）内へ、姿勢変化後の生体組織の３Ｄ輪郭を有する最新化されたボリュームデータセット（ＶＡ１）が存在するように逆投影する
ことを特徴とする最新化ボリュームデータセットの術中発生方法。
【請求項２】
　最新化されたボリュームデータセット（ＶＡ１）内で、初期姿勢にある生体組織の３Ｄ輪郭と姿勢変化後の生体組織の３Ｄ輪郭とが互いの区別のためにコード化されて表示されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
　グレー値コード化またはカラーコード化が行なわれることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
　生体組織は骨破片であることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
　Ｘ線システム（８〜１０）は、ｍ個の２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）における１つの２ＤＸ線投影の術中撮影時に、患者（Ｐ）に対して相対的に、ｎ個の２ＤＸ線投影（Ｐ１〜Ｐ３）のセットにおける１つの２ＤＸ線投影（Ｐ１，Ｐ３）の撮影時と少なくともほぼ同じ位置を取ることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
　Ｘ線システム（８〜１０）は自動的に電動にて前記位置にもたらされることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
　Ｘ線システム（８〜１０）は手動にて角度検出器または位置検出器（１８，１９）の監視下で前記位置にもたらされることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】
　Ｘ線システム（８〜１０）は機械的ロック装置（２０〜２５）により前記位置にもたらされることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項９】
　Ｘ線システム（８〜１０）は、ｍ個の２ＤＸ線投影における１つの２ＤＸ線投影の術中撮影時に、患者に対して相対的に、ｎ個の２ＤＸ線投影（Ｐ１〜Ｐ３）のセットにおける１つの２ＤＸ線投影（Ｐ１〜Ｐ３）の撮影時とは別の位置を取り、Ｘ線システム（８〜１０）のこの位置についての投影ジオメトリは、校正プロセスで求められるか、またはＸ線システム（８〜１０）の既知のまたは求められた投影ジオメトリから補間法により計算されることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
　Ｘ線システムはＸ線源（９）とＸ線検出器（１０）とを備えたＣアーム（８）を含むことを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
　Ｘ線システム（８〜１０）により、寝台上に寝た後における患者（Ｐ）の生体組織のｎ個の２ＤＸ線投影（Ｐ１〜Ｐ３）のセットを、投影ジオメトリが既知であるまたは求めることのできるｎ個の異なる投影角で撮影し、
　既知のもしくは求めた投影ジオメトリに基づいて、ｎ個の２ＤＸ線投影（Ｐ１〜Ｐ３）から、生体組織の画像情報（ＫＦ１，ＫＦ２）を有するボリュームデータセット（Ｖ１）を再構成し、
　ボリュームデータセット（Ｖ１）内に含まれている生体組織の画像情報（ＫＦ１，ＫＦ２）を、生体組織の３Ｄ輪郭がボリュームデータセット（Ｖ１）に存在するように区分し、
　Ｘ線システム（８〜１０）により、患者（Ｐ）の生体組織の姿勢変化後に、生体組織のｍ（ｍ＜ｎ）個の２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）をｍ個の異なる投影角で術中撮影し、
　術中撮影されたｍ個の２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）の各２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）についての投影ジオメトリを求め、
　ボリュームデータセット（Ｖ１）内で区分された生体組織の３Ｄ輪郭を、ｍ個の２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）のそれぞれに投影し、
　ボリュームデータセット（Ｖ１）内で区分された生体組織の３Ｄ輪郭を、ボリュームデータセット（Ｖ１）内で、ｍ個の２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）のそれぞれに投影された３Ｄ輪郭（２ＤＫＦ１，２ＤＫＦ２）がそれぞれの２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）内に含まれている生体組織の画像情報（ＫＦ１Ｖ，ＫＦ２Ｖ）と少なくともほぼ一致するまで整復し、
　生体組織の姿勢変化を示す３Ｄ輪郭だけボリュームデータセット（Ｖ１）を補足して最新化されたボリュームデータセット（ＶＡ１）を作成する
ことを特徴とする最新化ボリュームデータセットの術中発生方法。
【請求項１２】
　ボリュームデータセット（Ｖ１）内の３Ｄ輪郭は、それぞれの２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）に投影された３Ｄ輪郭（２ＤＫＦ１，２ＤＫＦ２）と２ＤＸ線投影内に含まれている生体組織の画像情報（ＫＦ１Ｖ，ＫＦ２Ｖ）との間の設定された一致が少なくともほぼ達成されるまで、回転および／または並進変位させられることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
　最新化されたボリュームデータセット（ＶＡ２）内で、初期姿勢にある生体組織の３Ｄ輪郭と姿勢変化後の生体組織の３Ｄ輪郭とが互いの区別のためにコード化されて表示されることを特徴とする請求項１１または１２記載の方法。
【請求項１４】
　グレー値コード化またはカラーコード化が行なわれることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
　生体組織は骨破片であることを特徴とする請求項１１乃至１４の１つに記載の方法。
【請求項１６】
　Ｘ線システム（８〜１０）は、ｍ個の２ＤＸ線投影（ＰＭ１，ＰＭ３）における１つの２ＤＸ線投影の術中撮影時に、患者（Ｐ）に対して相対的に、ｎ個の２ＤＸ線投影（Ｐ１〜Ｐ３）のセットにおける１つの２ＤＸ線投影（Ｐ１，Ｐ３）の撮影時と少なくともほぼ同じ位置を取ることを特徴とする請求項１１乃至１５の１つに記載の方法。
【請求項１７】
　Ｘ線システム（８〜１０）は自動的に電動により前記位置にもたらされることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
　Ｘ線システム（８〜１０）は手動にて角度検出器または位置検出器（１８，１９）の監視下で前記位置にもたらされることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
　Ｘ線システム（８〜１０）は機械的ロック装置（２０〜２５）により前記位置にもたらされることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
　Ｘ線システム（８〜１０）は、ｍ個の２ＤＸ線投影における１つの２ＤＸ線投影の術中撮影時に、患者（Ｐ）に対して相対的に、ｎ個の２ＤＸ線投影（Ｐ１〜Ｐ３）のセットにおける１つの２ＤＸ線投影（Ｐ１〜Ｐ３）の撮影時とは別の位置を取り、Ｘ線システム（８〜１０）のこの位置についての投影ジオメトリは、校正プロセスで求められるか、またはＸ線システム（８〜１０）の既知のまたは求められた投影ジオメトリから補間法により計算されることを特徴とする請求項１１乃至１９の１つに記載の方法。
【請求項２１】
　Ｘ線システムはＸ線源（９）とＸ線検出器（１０）とを備えたＣアーム（８）を有することを特徴とする請求項１３乃至２３の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、患者の最新化されたボリュームデータセットの術中発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　患者における医学手術、特に最小侵襲手術中に、患者の生体組織で行なわれる姿勢変化を診断用Ｘ線画像形成によりチェックすることがしばしば必要である。このような必要性は、例えば複雑骨折の場合に、特に骨接合の際に相互に整復固定されなければならない複雑な形態の多数の小骨破片をともなった粉砕骨折の場合に存在する。今日では、骨破片の整復およびこれに続く固定が２ＤＸ線投影（二次元のＸ線投影）の支援で行なわれる。外科医は、最小侵襲手術の間、種々の注視方向にて撮影された２ＤＸ線投影により実際には３次元である人体構造状態を頭の中で描いて再構成することが頼りである。術中撮影された多数の２ＤＸ線投影から実際の３次元の人体構造的状態を頭の中で描いて行なう３Ｄ再構成は、外科医によって、非常に多くの経験、表象能力および精神の集中を要求される。
【０００３】
　他方において、今日では、患者を寝かせた後における骨接合手術の定められた時点で術中に骨破片の画像情報を有するボリュームデータセットをＣアーム形Ｘ線装置により収集することが可能である。この場合、ボリュームデータセットの再構成のために種々の投影角で２ＤＸ線投影のセットが撮影される。外科医は、２Ｄ画像または３Ｄ画像を形成することができる術中発生ボリュームデータセットにより骨接合を行なう方を好んだ。この意図は３Ｄ画像データの最新化ではもちろん挫折した。なぜならば、骨破片の連続的整復中にあまりにもしばしば過ぎるかあるいは極めて連続的かつ完全な術中における３Ｄ画像最新化が、時間的理由からもＸ線被曝保護の観点からも可能でないからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　従って、本発明の課題は、患者のＸ線負担をできるだけ軽減しながら最新化されたボリュームデータセットの術中発生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
　この課題は請求項１に基づく方法ならびに請求項１１に基づく方法よって解決される。請求項１に基づく方法によれば、患者への手術の前に、しかし患者が寝台上に寝た後に、Ｘ線システムにより、患者の生体組織におけるｎ個の２ＤＸ線投影のセットがｎ個の異なる投影角で撮影され、既知の、例えばオフライン校正プロセスで求められた投影ジオメトリまたは患者測定中にオンラインで求められた投影ジオメトリに基づいて、ｎ個の２ＤＸ線投影から、生体組織の画像情報を有するボリュームデータセットが再構成される。このボリュームデータセット内に含まれている生体組織の画像情報は、特に、生体組織の３Ｄ輪郭がボリュームデータセット内に明確に示されるように区分される。手術中に、生体組織の姿勢変化後に、患者の生体組織のｍ（ｍ＜ｎ）個の２ＤＸ線投影がｍ個の異なる投影角でＸ線システムにより撮影され、それらの投影ジオメトリが求められる。これらの術中撮影されたｍ個の２ＤＸ線投影内で、生体組織の画像情報は、生体組織の２Ｄ輪郭がｍ個の２ＤＸ線投影のそれぞれに明確に示されるように区分される。続いて、求められた投影ジオメトリに基づいて、ｍ個の２ＤＸ線投影内で区分された生体組織の２Ｄ輪郭が再構成されたボリュームデータセット内へ逆投影されるので、その結果生じたもしくは最新化されたボリュームデータセット内には、生体組織の姿勢変化前および姿勢変化後の生体組織の３Ｄ輪郭が存在する。最新化されたボリュームデータセットにおける姿勢を変えられた生体組織の３Ｄ輪郭は、生体組織の「擬似３Ｄ輪郭」と呼ばれことがある。この「擬似３Ｄ輪郭」とは、術中に求められた少しばかりの２Ｄ輪郭から２Ｄ−３Ｄ逆投影によって生じた不完全に描画された３Ｄ構造と理解される。しかしながら、この擬似３Ｄ輪郭は姿勢を変えられた生体組織の位置および方向の可視化のためには十分である。それゆえ、本方法は患者への手術中に、少しばかりの２ＤＸ線投影の撮影後には、しかもそれにともないｎ個の２ＤＸ線投影の全セットを新たに撮影した場合よりも明らかに少ないＸ線線量の照射によって、ｎ個の２ＤＸ線投影の全セットの新たな撮影に比べて明らかに短縮された時間で、姿勢を変えられた生体組織の現在の画像情報を含む患者のボリュームデータセットを再構成することが可能となる。患者にとって軽減されたＸ線負担および比較的短い計算時間に基づいて、ボリュームデータセットのこの種の最新化を手術中に何回も行なうことができる。
【０００６】
　初期姿勢にある生体組織の３Ｄ輪郭と姿勢変化後の生体組織の３Ｄ輪郭とをよく互いに区別できるようにするために、本発明の変形例によれば、初期姿勢にある生体組織の３Ｄ輪郭と姿勢変化後の生体組織の３Ｄ輪郭とが互いの区別のためにコード化されて表示される。本発明によれば、コード化は好ましくはグレー値コード化またはカラーコード化であり、最新化されたボリュームデータセット内で、元の位置および方向での生体組織の３Ｄ輪郭が例えばグレーコード化されて表示され、手術中の現在の位置および方向での生体組織の３Ｄ輪郭がカラーコード化されて表示される。
【０００７】
　本発明の他の実施態様によれば、生体組織は骨破片であり、一般に骨接合の枠内においては相対的に整復固定されなければならない多数の骨破片である。
【０００８】
　本発明の変形例によれば、Ｘ線システムは、ｍ個の２ＤＸ線投影における１つの２ＤＸ線投影の術中撮影時に、患者に対して相対的に、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットにおける１つの２ＤＸ線投影の撮影時と少なくともほぼ同じ位置を取る。これは、この術中に撮影される２ＤＸ線投影についての投影ジオメトリが、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットにおける相応の２ＤＸ線投影の投影ジオメトリに対応し、それゆえ既知であるので、これを直接に、生体組織の２Ｄ輪郭を再構成されたボリュームデータセットへ逆投影するのに利用することができる利点を有する。本発明の変形例によれば、Ｘ線システムがこのような位置を取ることは、Ｘ線システムが自動的に電動によりまたは手動により角度検出器または位置検出器の監視のもとにこのような位置へもたらされるかまたは機械的ロック装置により行なわれる。
【０００９】
　これの代替として、Ｘ線システムは、ｍ個の２ＤＸ線投影における１つの２ＤＸ線投影の術中撮影時に、患者に対して相対的に、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットにおける１つの２ＤＸ線投影の撮影時とは別の位置を取ることができる。この場合、Ｘ線システムのこの位置についての投影ジオメトリは、患者測定前に別の校正プロセスで求められるか、またはＸ線システムの既知のまたは求められた投影ジオメトリから補間法により計算されなければならない。この場合にも最終的には投影ジオメトリは既知となり、それゆえ、術中撮影されたｍ個の２ＤＸ線投影内で区分された生体組織の２Ｄ輪郭をボリュームデータセット内へ逆投影することができる。
【００１０】
　本発明の優れた実施態様によれば、Ｘ線システムはＸ線源とＸ線検出器とを備えたＣアームを有する。とりわけ、Ｃアームは同心的に移動可能であり、可調整ＣアームＸ線装置の一部である。
【００１１】
　既に述べたように、本発明の課題は請求項１１による方法によっても解決される。この方法においては、寝台上に寝た後にＸ線システムによりｎ個の異なる投影角で撮影された患者の生体組織のｎ個の２ＤＸ線投影のセットから、例えばオフライン校正プロセスから既知の投影ジオメトリに基づいて、生体組織の画像情報を有するボリュームデータセットが再構成される。ボリュームデータセット内に含まれている生体組織の画像情報は、生体組織の３Ｄ輪郭がボリュームデータセット内に明確に示されるように区分される。手術中に患者の生体組織のｍ（ｍ＜ｎ）個の２ＤＸ線投影がｍ個の異なる投影角でＸ線システムにより撮影され、それらの投影ジオメトリが求められる。続いて、ボリュームデータセット内で区分された生体組織の３Ｄ輪郭が、ｍ個の２ＤＸ線投影のそれぞれに投影され、ボリュームデータセット内で、好ましくは２Ｄ輪郭としてｍ個の２ＤＸ線投影のそれぞれに投影された３Ｄ輪郭がそれぞれの２ＤＸ線投影内に含まれている生体組織の画像情報と少なくともほぼ一致するまで、仮想的に整復される。この手順は一般に反復して行なわれる。一致が達成されたならば、ボリュームデータセットは整復からの情報に基づいて生体組織の姿勢変化を示す３Ｄ輪郭だけ最新化される。この方法によっても、ｍ個の２ＤＸ線投影の術中撮影に基づいて、初期姿勢にある患者の生体組織の画像情報も、手術の実施中に撮影された生体組織の現在の画像情報をも有する最新化されたボリュームデータセットが生じさせられるので、例えば手術を行なっている外科医にとって、ボリュームデータセット内で現在の状況と初期状態との間の差が識別可能である。
【００１２】
　本発明の変形例によれば、ボリュームデータセット内の３Ｄ輪郭は、それぞれの２ＤＸ線投影内に投影された３Ｄ輪郭と２ＤＸ線投影に含まれている生体組織の画像情報との間の設定された一致が少なくともほぼ達成されるまで、すなわち、対応する２Ｄ輪郭同士のすべての対応点が少なくとも予め定められた相互間隔を有するようになるまで、回転および／または並進変位させられる。
【００１３】
　初期姿勢にある生体組織の３Ｄ輪郭と姿勢変化後の生体組織の３Ｄ輪郭とを互いによく区別できるようにするために、この方法の場合にも本発明の変形例に従って、初期姿勢にある生体組織の３Ｄ輪郭と姿勢変化後の生体組織の３Ｄ輪郭とが、互いの区別のために、最新化されたボリュームデータセット内でコード化されて表示される。好ましくは、本発明の実施態様によれば、コード化はグレー値コード化またはカラーコード化である。
【００１４】
　既に本発明による第１の方法について説明したように、生体組織は骨破片、特に多数の骨破片である。さらに、本発明の変形例によれば、Ｘ線システムは、ｍ個の２ＤＸ線投影における１つの２ＤＸ線投影の術中撮影時に、患者に対して相対的に、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットにおける１つの２ＤＸ線投影の撮影時と少なくともほぼ同じ位置を取り、これは既述のようにして行なわれる。しかし、Ｘ線システムはｍ個の２ＤＸ線投影の撮影時にも完全にその他の位置を取ることができるので、Ｘ線システムのこれらの位置についての投影ジオメトリは校正プロセスで求められるか、または既知の投影ジオメトリから補間法によって計算されなければならない。
【００１５】
　本発明の変形例によれば、Ｘ線システムは、既に述べたように、Ｘ線源とＸ線検出器を備えたＣアームからなり、このＣアームは好ましくは同心的に可動であり、可動ＣアークＸ線装置の一部である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
　本発明の実施例が添付の概略図に示されている。図１は本発明による方法を実施するためのＣアームＸ線装置を示し、図２はｎ個の２ＤＸ線投影のセットからなるボリュームデータセットの再構成の具体例を概略的に示し、図３および図４はｍ個の術中撮影された２ＤＸ線投影に基づいた最新化ボリュームデータセットの発生の具体例を概略的に示す。
【００１７】
　図１に示されたＣアームＸ線装置１は本発明による方法を実施するのに適し、車輪２を備えた装置台車３を有する。装置台車３には、支柱５を含む図１に概略的に示された昇降機構４が配置されている。支柱５には保持部６が配設され、保持部６にはＣアーム８を支承するための支承部７がある。Ｃアーム８には、互いに対向してＸ線源９とＸ線検出器１０が配設されている。Ｘ線源９は特に円錐状Ｘ線ビーム（コーンビーム）を平面状の検出器面を有するＸ線検出器１０の方向に送出する。Ｘ線検出器１０は例えばＸ線像増幅器または平面形像検出器であってよい。Ｃアーム８は、この実施例の場合、図１に概略的に示されている軌道軸線Ａの周りにも図１に概略的に示されている傾斜軸線Ｂの周りにも同心的に移動可能である。
【００１８】
　ＣアームＸ線装置１により、ボリュームデータセット、例えばボクセルボリュームを、患者寝台１１上に寝ている患者Ｐの身体部分から作成することができる。このためにこの実施例では装置台車３内に、図示されていないやり方でＸ線検出器１０に接続された画像コンピュータ１２が配置されている。画像コンピュータ１２は、公知のように、１つの画像に表示すべき患者Ｐの身体部分の周りにＣアーム８を移動させながらＸ線源９およびＸ線検出器１０により撮影したｎ個の２ＤＸ線投影のセットから、逆投影によって、表示すべき身体部分のボリュームデータセットつまりボクセルボリュームを再構成する。その際、Ｃアーム８は軌道軸線Ａの周囲に沿って動かされるか、またはＣアーム８の移動時には傾斜軸線Ｂの周りを約１９０°だけ動かされる。その場合、移動中に５０〜２００個の２ＤＸ線投影が得られる。ボクセルボリュームの再構成に必要な投影ジオメトリは、公知のように、ＣアームＸ線装置１のオフライン校正時における校正ファントムにより求められ、ＣアームＸ線装置１の明確には示されていないメモリ内に格納され、このメモリに画像コンピュータ１２がアクセスする。投影ジオメトリを求めるためのオフライン校正は、例えば独国特許出願公開第１００４７３８２号明細書に記載されているＸ線ポジティブマークを有する校正ファントムを用いて行うことができる。
【００１９】
　この実施例では、ＣアームＸ線装置１により、膝範囲Ｋに粉砕骨折の負傷をした患者Ｐの膝範囲Ｋから、患者寝台１１上に患者Ｐが寝た後に、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットがｎ個の異なる投影角で撮影される。その際にＣアーム８はＸ線源９およびＸ線検出器１０と共に軌道軸線Ａの周りを約１９０°だけ移動させられる。画像コンピュータ１２により、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットとＣアーム８の移動移動について求められ上述のメモリ内に格納された投影ジオメトリとから、患者Ｐの膝範囲Ｋにおける第１のボクセルボリュームが逆投影によって再構成される。図２には、概略図にて、円形軌道ＫＢ上におけるＣアーム８の移動のもとでのｎ個の２ＤＸ線投影の撮影並びにボクセルボリュームＶ１の再構成のための逆投影が示されている。図２に例示された２ＤＸ線投影Ｐ１〜Ｐ３並びに再構成されたボクセルボリュームＶ１は、それぞれ、骨破片の画像ＫＦ１，ＫＦ２を表わすべき２つの点を含んでいる。２ＤＸ線投影における骨破片の画像ＫＦ１，ＫＦ２の表示は２次元であるのに対して、ボクセルボリュームＶ１における骨破片の表示は図２からは認識できないが３次元である。
【００２０】
　画像コンピュータ１２内に存在するこのボクセルボリュームＶ１からは、公知の方法、例えばＭＰＲ法（多断面変換法）により、膝範囲Ｋの３Ｄ画像または２Ｄ画像を形成し、画像コンピュータ１２に図示されていないやり方で接続されている表示装置１３に表示することができる。図１には、第１のボクセルボリュームＶ１から作成された患者Ｐの膝範囲Ｋにおける粉砕骨折の現実に近い画像が例示されている。このようにして、患者Ｐの治療を行なう外科医（図１には示されていない）は、患者Ｐの膝範囲Ｋにおける粉砕骨折の印象を得て、骨接合、すなわち個々の骨折破片ＫＦの整復および固定を計画することができる。
【００２１】
　整復時に図２に示されている初期姿勢に対して相対的に位置および方向を変えられた骨破片を画像表示し、それにより骨接合の際に外科医を支援することができるようにするために、再構成されたボクセルボリュームＶ１における骨破片の３Ｄ画像、この実施例の場合には画像ＫＦ１およびＫＦ２が、整復すべき骨破片のそれぞれの３Ｄ輪郭が明確に示されて視覚的に識別できるように区分される。術中に骨破片において行なわれた姿勢変化後に、患者Ｐの膝範囲Ｋ、従って骨破片のｍ（ｍ＜ｎ、例えばｍ＝５）個の２ＤＸ線投影がｍ個の異なる投影角で術中撮影される。このために、Ｃアーム８は患者Ｐに対して相対的に、相応に選択された位置に移動される。好ましくは、Ｃアーム８は、患者Ｐの膝範囲Ｋにおけるｍ個の２ＤＸ線投影の術中撮影時に、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットにおける１つの２ＤＸ線投影を既に撮影した位置に少なくともほぼ相当している位置を取る。このようにして、術中撮影された２ＤＸ線投影についての投影ジオメトリは既知であり、別個に計算される必要はない。術中撮影されたｍ個の２ＤＸ線投影内で、姿勢を変えられ撮像された骨破片の２Ｄ輪郭が区分される。術中撮影されたｍ個の２ＤＸ線投影内で区分されたこれらの２Ｄ輪郭は、求められた投影ジオメトリに基づいて、画像コンピュータ１２により再構成ボクセルボリュームＶ１へ逆投影され、その結果、初期姿勢にある骨破片の３Ｄ輪郭と姿勢変化後の骨破片の３Ｄ輪郭とが含まれている最新化されたボクセルボリュームが得られる。
【００２２】
　図３にはこの進行の具体例が概略的に示されている。図３から分かるように、２ＤＸ線投影Ｐ１が得られたＣアーム８の位置で術中に２ＤＸ線投影ＰＭ１が得られ、２ＤＸ線投影Ｐ３が得られたＣアーム８の位置で術中に２ＤＸ線投影ＰＭ３が得られる。２ＤＸ線投影ＰＭ１，ＰＭ３内に存在する骨破片の現在の変化された姿勢を示す画像ＫＦ１Ｖ，ＫＦ２Ｖは、２ＤＸ線投影ＰＭ１，ＰＭ３内で、これらの画像ＫＦ１Ｖ，ＫＦ２Ｖの２Ｄ輪郭が明確に示され視覚的に識別可能であるように区分される。骨破片の画像ＫＦ１Ｖ，ＫＦ２Ｖの区分された２Ｄ輪郭は、２ＤＸ線投影ＰＭ１，ＰＭ３内に存在する骨破片の画像ＫＦ１Ｖ，ＫＦ２Ｖの３Ｄ輪郭だけ最新化されたボクセルボリュームＶＡ１が得られるように、図３に矢印ＰＦ１で示されているごとく再構成ボクセルボリュームＶ１に逆投影される。その結果、最新化されたボクセルボリュームＶＡ１は、図３に示されているように、初期位置および初期方向にある骨破片の３Ｄ輪郭を含むとともに、これらに重ね合わされて手術中における現在の位置および方向にある骨破片の３Ｄ輪郭も含んでいる。最新化されたボクセルボリュームＶＡ１内に含まれている姿勢変化された骨破片の３Ｄ輪郭は、僅かの、例えば個数ｍ＝５の術中撮影された２ＤＸ線投影から生じたものであることから、確かに、初期姿勢において表示されている骨破片と同じ鮮明度を有しておらず、そのためにこの３Ｄ輪郭は擬似３Ｄ輪郭と呼ばれる。しかしながら、この画像は骨破片の整復時に手術を行なう外科医を効果的に支援するに十分である。
【００２３】
　最新化されたボクセルボリュームＶＡ１内で、初期姿勢にある骨破片の３Ｄ輪郭と整復後の骨破片の３Ｄ輪郭とを良好に互いに区別できるようにするために、これらはグレーコード化またはカラーコード化される。このように一部変更されたボクセルボリューム内では、元の位置および方向における骨破片の３Ｄ輪郭が例えばグレーコード化されて表示され、手術中における現在の位置および方向における骨破片の３Ｄ輪郭が例えばカラーコード化されて表示される。
【００２４】
　本発明による第２の方法の場合、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットの撮影後に、かつ図２に示されたボクセルボリュームＶ１の再構成後に、同様に、ボクセルボリュームＶ１内に撮像された骨破片の３Ｄ輪郭が区分される。さらに、手術中における骨破片の姿勢変化後に、ｍ個の異なる投影角で患者Ｐの膝範囲Ｋの、つまり姿勢を変えられた骨破片のｍ個の２ＤＸ線投影が術中撮影され、撮影されたｍ個の２ＤＸ線投影内で、撮像された骨破片の２Ｄ輪郭が区分される。既に述べたように、ｍ個の２ＤＸ線投影の撮影時にＣアーム８は患者Ｐに対して相対的に、既にｎ個の２ＤＸ線投影のセットにおける２ＤＸ線投影が撮影された位置にもたらされ、従ってｍ個の２ＤＸ線投影についての投影ジオメトリは既知である。
【００２５】
　続いて、ｍ個の２ＤＸ線投影についての投影ジオメトリに基づいて、ボクセルボリュームＶ１内で区分された骨破片の３Ｄ輪郭が画像コンピュータ１２により２Ｄ輪郭としてｍ個の２ＤＸ線投影のそれぞれに投影される。再構成されたボクセルボリューム内で、骨破片の３Ｄ輪郭は、回転および／または並進変位によって、ｍ個の２ＤＸ線投影へ同時投影しながら、ｍ個の２ＤＸ線投影内に投影された骨破片の３Ｄ輪郭が相応の術中撮影されたｍ個の２ＤＸ線投影内の骨破片の２Ｄ輪郭と少なくともほぼ一致するまで、仮想的に整復される。その場合、この一致とは、対応する２Ｄ輪郭同士のすべての対応点が予め設定された十分に小さい相互間隔を有する状態であると解釈される。この仮想整復から得られた情報に基づいてボクセルボリュームＶ１が骨破片の姿勢変化を具体的に表わす骨破片の３Ｄ輪郭だけ最新化されるので、最新化されたボクセルボリュームには初期姿勢にある骨破片の３Ｄ輪郭と変化された姿勢にある骨破片の３Ｄ輪郭とが含まれる。
【００２６】
　ボリュームデータセットを術中に最新化する第２の方法の原理が図４に示されている。とりわけ２ＤＸ線投影Ｐ１〜Ｐ３から再構成されたボクセルボリュームＶ１内で（このボクセルボリュームＶ１内で骨破片の画像ＫＦ１，ＫＦ２の３Ｄ輪郭が区分された）、画像ＫＦ１，ＫＦ２の３Ｄ輪郭は、術中撮影された２ＤＸ線投影ＰＭ１，ＰＭ３内へ矢印ＰＦ２によって示された２Ｄ投影２ＤＫＦ１，２ＤＫＦ２が、術中撮影された２ＤＸ線投影ＰＭ１，ＰＭ３内に含まれ２Ｄ画像として区分された骨破片の画像ＫＦ１Ｖ，ＫＦ２Ｖと一致するまで、仮想的に整復される。図４には、矢印ＰＦ３で、骨破片の３Ｄ輪郭の２Ｄ投影２ＤＫＦ１，２ＤＫＦ２が、術中撮影された２ＤＸ線投影ＰＭ１，ＰＭ３内に写像され且つ２Ｄ輪郭として区分された骨破片へ移動される様子が示されている。２ＤＸ線投影ＰＭ１，ＰＭ３内への２Ｄ投影２ＤＫＦ１，２ＤＫＦ２の移動は、ボクセルボリュームＶ１内で行なわれる３Ｄ輪郭の配置替えをもたらす。この３Ｄ輪郭の配置替えは、とりわけ連続的に相応して、術中撮影された２ＤＸ線投影ＰＭ１，ＰＭ内に投影される。図４に示されているボクセルボリュームＶＡ２は、矢印ＰＦ４で示されているように、一致が達成されたときの最終状態である。ボクセルボリュームＶＡ２は、ボクセルボリュームＶＡ１と同様に、初期姿勢にある骨破片の３Ｄ輪郭および整復後の骨破片の３Ｄ輪郭を含んでいる。
【００２７】
　第２の方法に関して、実施例を次の構造表記で示す。
　ｍ個の２ＤＸ線投影のすべてについて：
　　　ｋ個の骨破片のすべてについて
　　　　　２ＤＸ線投影への骨破片の３Ｄ輪郭の投影
　　　　　投影された３Ｄ輪郭と２Ｄ輪郭との間隔は十分に小さいか？
　　　　　　　ＹＥＳ→ボクセルボリュームは既に現在のものである。
　　　　　　　　　　　骨破片の仮想整復は不要である。→次の骨破片へ
　　　　　骨破片のすべての回転／並進自由度について：
　　　　　　　自由度の変更
　　　　　　　　　投影された３Ｄ輪郭と２Ｄ輪郭との間隔は十分に小さいか？
　　　　　　　　　　　ＹＥＳ→ボクセルボリュームは既に現在のものである。
　　　　　　　　　　　　　　　骨破片の仮想整復は不要である。→次の骨破片へ
【００２８】
　第２の方法の場合にも、最新化されたボクセルボリュームＶＡ２内で、初期姿勢にある骨破片の３Ｄ輪郭と整復後の骨破片の３Ｄ輪郭とを互いによく区別できるようにするために、これらをコード化して表示することが好ましい。このようにして一部変更された最新化ボクセルボリュームが得られ、この最新化ボクセルボリューム内では、元の位置および方向にある骨破片の画像情報が例えばグレーコード化されて表示され、手術中の現在の位置および方向にある画像情報がカラーコード化されて表示される。
【００２９】
　両方法について既に述べたように、ｍ個の２ＤＸ線投影の術中撮影時に、Ｃアーム８が患者Ｐに対して相対的に、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットにおける１つの２ＤＸ線投影の撮影時と少なくともほぼ同じ位置を取ると好ましい。なぜならば、この場合には、ｍ個の２ＤＸ線投影については、逆投影のために必要な投影ジオメトリが既知であるからである。このような位置を取ることは、例えば、図１に示されている入力手段を備えた操作卓１５によって相応の入力によりＣアーム８をこのような位置に動かすことによって行なわれる。図１には、支承部７の円周に沿ったＣアーム８の軌道移動のために操作卓１５から制御可能な電動機１６が示されている。それゆえ、操作卓１５における相応の設定入力によって、患者Ｐの膝範囲Ｋにおけるｎ個の２ＤＸ線投影における１つの２ＤＸ線投影の撮影時に取ったそれぞれの位置へＣアームを自動的に動かすことができる。傾斜軸線Ｂの周りにおけるＣアーム８の移動のために、操作卓１５から制御可能な相応の電動機が設けられているが、図１には示されていない。
【００３０】
　しかしながら、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットにおける１つの２ＤＸ線投影の撮影時におけるＣアーム８の位置に相当する２ＤＸ線投影の術中撮影時の位置を取ることは、図１に示された取っ手１７により手動でＣアームを位置調整するようにして行なうこともでき、これは、図１において参照符号１８，１９を付された角度検出器または位置検出器の監視のもとに行なわれる。
【００３１】
　ｍ個の２ＤＸ線投影における１つの２ＤＸ線投影の術中撮影時にＣアーム８を、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットにおける１つの２ＤＸ線投影の撮影時に既にＣアーム８が取った位置にもたらす第３の可能性は、機械的ロック装置の使用にある。この実施例では、機械的ロック装置は、Ｃアーム８に設けられた５つの穴２０〜２４と支承部７に配設された鉤状の装置２５とからなり、Ｃアームのロックのために、その都度、穴２０〜２４の１つにこの装置２５を挿入することができる。この実施例の場合においては、鉤状の装置２５は、穴２２に挿入されており、従って、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットにおける１つの２ＤＸ線投影の撮影時にも既にＣアーム８が取った位置に相当する規定位置にＣアーム８をロックする。
【００３２】
　しかしながら、前に述べた方法と違って、Ｃアーム８は、２ＤＸ線投影の術中撮影時に患者Ｐつまり患者Ｐの膝範囲Ｋに対して相対的に、ｎ個の２ＤＸ線投影のセットにおける２ＤＸ線投影の撮影時とは別の位置も取ることができる。もちろん、この場合には、Ｃアーム８のこの位置について投影ジオメトリが、本来の患者測定の前における別の校正プロセスで、例えば独国特許出願公開第１００４７３８２号明細書に記載されているＸ線校正ファントムにより求められるか、あるいは投影ジオメトリが、画像コンピュータ１２によって、既知のまたは求められた投影ジオメトリから補間法によりこの位置におけるＣアーム８のために計算される。
【００３３】
　Ｃアーム８のこの位置のための投影ジオメトリが既知であるかぎり、本発明による第１の方法の場合において、公知のようにこの投影ジオメトリを用いて、ｍ個の２ＤＸ線投影内で区分された２Ｄ輪郭をボクセルボリューム内へ逆投影することができる。
【００３４】
　本発明による第２の方法の場合、画像コンピュータ１２により公知のように投影ジオメトリを求めた後、ボクセルボリュームからの３Ｄ輪郭を２Ｄ輪郭としてｍ個の２ＤＸ線投影へ投影し、術中撮影されたｍ個の２ＤＸ線投影内に写像された骨破片の２Ｄ輪郭と一致させることができる。
【００３５】
　本発明による方法は以上においては可動ＣアームＸ線装置の例で説明したが、しかしながら本発明は可動ＣアームＸ線装置のみならず、固定ＣアームＸ線装置または２ＤＸ線投影からボリュームデータセットの発生が可能であるその他のＸ線装置にても実施することができる。
【００３６】
　さらに、本発明による方法は骨破片の整復に基づいて説明したが、しかしながら本方法は骨破片の整復に限らず適用可能である。むしろ、本発明による方法は他の生体組織のボリュームデータセットまたは患者体内における他の対象のボリュームデータセットも、生体組織または対象の姿勢変化後に最新化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による方法を実施するためのＣアームＸ線装置を示す概略図
【図２】ｎ個の２ＤＸ線投影のセットからボリュームデータセットを再構成する具体例の説明図
【図３】ｍ個の術中撮影された２ＤＸ線投影に基づいて最新化ボリュームデータセットを発生する第１の方法についての具体例の説明図
【図４】ｍ個の術中撮影された２ＤＸ線投影に基づいて最新化ボリュームデータセットを発生する第２の方法についての具体的の説明図
【符号の説明】
【００３８】
　１　　　　　　ＣアームＸ線装置
　２　　　　　　車輪
　３　　　　　　装置台車
　４　　　　　　昇降装置
　５　　　　　　支柱
　６　　　　　　保持部
　７　　　　　　支承部
　８　　　　　　Ｃアーム
　９　　　　　　Ｘ線源
１０　　　　　　Ｘ線検出器
１１　　　　　　患者寝台
１２　　　　　　画像コンピュータ
１３　　　　　　表示装置
１５　　　　　　操作卓
１６　　　　　　電動機
１７　　　　　　取っ手
１８　　　　　　角度検出器または位置検出器
１９　　　　　　角度検出器または位置検出器
２０〜２４　　　穴
２５　　　　　　鉤状装置
Ａ　　　　　　　軌道軸線
Ｂ　　　　　　　傾斜軸線
Ｋ　　　　　　　膝範囲
ＫＢ　　　　　　円形軌道
ＫＦ　　　　　　骨破片の画像
ＫＦ１，ＫＦ２　骨破片の画像
ｋＦ１Ｖ　　　　位置変化後の骨破片の画像
ｋＦ２Ｖ　　　　位置変化後の骨破片の画像
２ＤＦ１　　　　３Ｄ輪郭の２Ｄ投影
２ＤＦ２　　　　３Ｄ輪郭の２Ｄ投影
Ｐ　　　　　　　患者
Ｐ１〜Ｐ３　　　２ＤＸ線投影
ＰＭ１〜ＰＭ３　整復後の２ＤＸ線投影
ＰＦ１〜ＰＦ４　矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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