(57)【要約】【課題】  画像形成中にセンサ位置及び向きを正確に知ることができる医療画像処理に関する方法を提供することを目的とする。【解決手段】  医療画像処理適用に関連する画像を位置合わせするのに撮像プローブを用いる方法は、（ａ）撮像プローブがその中で用いられるローカルな領域中にフィールドを発生するローカル追跡システムを設ける段階と、（ｂ）略同じ対象を表わす第１及び第２の画像を捕捉する段階と、（ｃ）画像捕捉中の撮像プローブの位置座標を決定するのにローカル追跡システムからのフィールド放射を感知する段階と、（ｄ）第１及び第２の画像を位置合わせするのに位置座標を用いる段階と、（ｅ）対象の特徴を決定するのに位置合わせされた画像を用いる段階とを有する。【選択図】  図３ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療画像処理適用に関連する画像を位置合わせするのに撮像プローブを用いる方法であって、
（ａ）前記撮像プローブがその中で用いられるローカルな領域中にフィールドを発生するローカル追跡システムを設ける段階と、
（ｂ）略同じ対象を表わす第１及び第２の画像を捕捉する段階と、
（ｃ）画像捕捉中の撮像プローブの位置座標を決定するのに前記ローカル追跡システムからのフィールド放射を感知する段階と、
（ｄ）前記第１及び第２の画像を位置合わせするのに前記位置座標を用いる段階と、
（ｅ）前記対象の特徴を決定するのに前記位置合わせされた画像を用いる段階とを有する方法。
【請求項２】
前記位置座標を用いる段階（ｄ）は、
前記第１及び第２の画像についての基準点を定めるよう前記撮像プローブの位置座標を使用する段階と、
前記画像の基準点を用いることによって前記第１及び第２の画像を位置合わせする段階とを有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記位置座標を用いる段階（ｄ）は、
前記撮像プローブについての分析的幾何学モデルを決定するのに前記位置座標を用いる段階と、
前記第２の画像中の各画素の対応する位置を前記第１の画像中のその位置から予測するよう前記分析的モデルを用いる段階と、
前記第２の画像中の対応する画素の位置が与えられているとき、前記段階（ｅ）において前記対象の特徴を決定するのに用いられる差分画像を生じさせるよう減算的処理を用いる段階とを有する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記段階（ｂ）において前記画像を捕捉する装置に１つ以上のセンサが取り付けられ、
前記段階（ｃ）において感知された前記フィールド放射は、各画像について、前記追跡システムに対する前記装置の位置を決定する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
１つ以上のセンサは医療処置を受けている患者にも取り付けられ、
前記段階（ｃ）において感知されたフィールド放射は、各画像について、前記患者及び前記追跡システムに対する前記装置の位置を更に決定する、請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して医用撮像技術の分野に係り、特に歯科撮像に関連する画像位置合わせの分野に関連する。
【背景技術】
【０００２】
画像位置合わせは、一般的には、異なる時間に撮像された又は画像内容に対して異なる位置から撮像された同じ対象又は領域の２つ以上の画像間の正確な幾何学的な一致を決定することに関連する。本発明では、異なる日付又は時間に撮像された（例えば口内ディジタル撮像法又は歯科放射線撮像法により得られた）歯科画像に特に注目する。このような画像を、位置合わせの後に比較することにより、例えば新しい虫歯又はより大きい虫歯、骨の損失、詰め物がゆるんだこと等により生じうる全ての変化の詳細な分析が可能となる。
【０００３】
位置合わせ処理は、異なる画像中の同じ対象の点（画像点）である結合点（tie point）に依存する場合が多い。結合点は、正確に位置決めされねばならず、はっきりと同定されねばならない。結合点は、１つの画像を他の画像へ歪ませるのに用いられる多項関数を作るのに用いられる。結合点の選択は、ユーザが、共通の場所を同定し、正確に示そうとするときに、画像の全体と近接ビューとの間を繰り返し行き来することを必要とする困難な処理でありうる。「拡大（ズームイン）」と「縮小（ズームアウト）」の処理は、時間がかかるだけでなく、当惑させるようなものであり、しばしば、ユーザが状況（コンテキスト）を見失い、即ち画像のうちのどの部分を見ているのかわからなくなることがある。
【０００４】
上述の共通に譲渡された同時継続中の「放射線撮像用途において画像を位置合わせする方法（Method for Registering Images in a Radiography Application）」なる名称の特許文献３では、Ｘ線撮像用の画像位置合わせ法が記載されており、結合点の選択の制度及び効率性を最適化するためにＸ線の特定のビューが与えられる。第１のビューは、最初の点の選択中にコンテキストを維持する。第２のビューは、微調整を可能とするよう各点対の詳細なビューを与え、同時に自動的に各点対を順次にユーザに示す。結合点が微調整され、画像が位置合わせされた後、位置合わせされた画像を直接比較することを可能とする第３のビューが与えられる。
【０００５】
このように、画像位置合わせは、フィルム又はディジタル撮像法において、それまでの変化を見つけるうえでの重要な要素である。変化の検出とは、この文脈では、画像に基づく概念であり、２つの異なる時間に得られた関心領域に亘って画像を比較する処理を指すものとする。画像は、シーン内容中でいくらかの変化が生じた場所を決定するために手動又は自動のいずれかで比較される。画像に基づく変化の検出は、パンクロ（panchromatic）、カラー（color）、ＩＲ及びマルチスペクトルの画像タイプを含む、様々な画像タイプに対して行われうる。幾つかの適用では、変化の大きさ、位置、及び種類が決定されうる。
【０００６】
画像位置合わせは、例えば歯に準備された穴を撮像した後に穴のための歯科インレーの自動製造を制御するモデルの自動生成が行われるといった、口内対象の３次元モデリングにおいても重要な要素である。例えば、特許文献４は、歯科医師が治療のために準備した歯の本来の場所での形状を記録するための方法を記載する。方法は、準備された歯及びそれらのすぐ近傍の３次元形状を定義するデータの取得を含む。まず、ビデオディスプレイは走査ヘッドからの生画像を表示し、歯の画像をビデオディスプレイ上で観察している間、走査ヘッドは準備された歯に対して手動で方向が合わせられる。その後、選択された向きで走査ヘッドによって発生されたデータは、対応する奥行き及びコントラスト画像を発生し、奥行き画像はコントラスト画像に基づいて処理される。この方法はまた、以前のデータ取得からのデータを参照して生画像上に表示された歯のオンライン整列を容易とするようビデオディスプレイ上に表示された画像上にグラフィックマーカを重ね合わせる段階を含む。
【０００７】
この従来技術の方法の欠点は、この方法が含んでいる位置合わせスキームは、後に結果の質の妨げとなりうること、また、手順における特定の点において歯科医師が走査ヘッドを殆ど完全に静止させて保持しうることを必要とすることである。より特定的には、当該特許文献では、位相角度の差が奥行きの測定に用いられるため、一般的には３次元位置合わせスキームによるアーティファクト（例えば、フリンジ、スペックル、及び／又はベネチアン・ブラインド効果）は、「耐え難いものであって除去されねばならない」とされている。更に、当該特許文献は、「トリガが与えられた後にほとんど瞬間的な３次元取得」が必要であるとしており、本質的な条件は、サーチモードと取得モードの間で走査ヘッドの向きが変化してはならないことである。
【０００８】
上述の共通に譲渡された同時継続中の特許文献２では、画像位置に関する知識の確実性のなさによる誤りが制御点に対する分析的調整方法を用いて取り扱われる、画像から歯のモデルを作る方法が記載されている。ここでは、画像位置は、画像形成中の位置及び向きの両方を示すために用いられる。この方法によれば、口内対象の一連の画像から歯のモデルを作成する方法は、（ａ）共通の表面特徴と制御特徴を与えるよう対象に対して配置された制御目標とを含む、複数の取得位置から口内対象の一連の画像を取得する段階と、（ｂ）一連の対象の画像及び対象の画像と共に撮像される制御目標からの制御特徴から共通の特徴を測定する段階と、（ｃ）制御特徴の測定値を写真測量的に整列させることにより対象の３次元モデルを分析的に発生し、それにより取得位置の可変性による画像誤りを減少させる段階と、（ｄ）モデルの共通特徴を対象の画像上の同様の特徴と整列させることにより対象の写真測量的に整列された３次元モデルを調整し、それにより一連の画像から整列された歯のモデルを生成する段階とを含む。
【０００９】
写真測量法的な投影を用いる測量法を用いて、特許文献２に記載された方法の原理的な利点は、制御のために写真測量的な投影方法及び調整を用いることは、例えば特許文献４に記載の、光の縞を目標上へ投影し、受け入れがたいアーティファクトを生じさせうる、従来の位置合わせスキームに対する必要性をなくすことである。
【特許文献１】米国特許出願第０９／７９６，２３９号明細書
【特許文献２】米国特許出願第０９／８９４，６２７号明細書
【特許文献３】米国特許出願第０９／９７０，２４３号明細書
【特許文献４】米国特許出願第４，８３７，７３２号明細書
【特許文献５】米国特許出願第５，６８６，９２４号明細書
【特許文献６】米国特許出願第５，７５５，５７１号明細書
【特許文献７】米国特許出願第６，１６７，１４８号明細書
【特許文献８】米国特許出願第６，１９８，９６３号明細書
【特許文献９】米国特許出願第６，２０３，４９３号明細書
【特許文献１０】米国特許出願第６，２５３，７７０号明細書
【特許文献１１】国際公開第００／５８７８７号パンフレット
【特許文献１２】国際公開第０１／８９４０５号パンフレット
【特許文献１３】国際公開第９７／２９７０９号パンフレット
【非特許文献１】ジョン・シー・ラス（John C.Russ.）著、「画像処理ハンドブック（The Image Processing Handbook）」第２版、ＣＲＣ出版社（CRC Press, Inc.）、１９９５年、ｐ．２０１−２０８
【非特許文献２】エドワード・エイ・ルマスター（EdwardA. LeMaster）及びスティーヴン・エム・ロック（StephenM. Rock）、「ローカルエリアＧＰＳ疑似衛星に基づく火星探索システム（A Local Area GPS Pseudolite-Based Mars Navigation System）」、ＩＥＥＥ第１０回先進ロボティックスに関する国際会議、ハンガリー国ブダペスト、２００１年８月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらの利点にもかかわらず、ロバストな位置合わせ手順はなお、既存のものに代わる有用なものである。画像形成中にセンサ位置及び向きについての正確な知識を与えるシステムが必要とされている。この知識は、上述の処理についてのより信頼性の高い最初の位置の推定を与えるよう、結合点を手動で与えること、又は、上述のような制御のための調整についての必要性をなくすために使用されうる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述の課題のうちの１つ又はそれ以上を解決することを目的とする。概略するに、本発明の１つの面によれば、医療画像処理適用に関連する画像を位置合わせするのに撮像プローブを用いる方法は、（ａ）前記撮像プローブがその中で用いられるローカルな領域中にフィールドを発生するローカル追跡システムを設ける段階と、（ｂ）略同じ対象を表わす第１及び第２の画像を捕捉する段階と、（ｃ）画像捕捉中の撮像プローブの位置座標を決定するのに前記ローカル追跡システムからのフィールド放射を感知する段階と、（ｄ）前記第１及び第２の画像を位置合わせするのに前記位置座標を用いる段階と、（ｅ）前記対象の特徴を決定するのに前記位置合わせされた画像を用いる段階とを有する。
【００１２】
本発明はまた、医療画像処理適用に関連する画像を位置合わせするのに撮像プローブを用いる画像処理システムであって、ローカルな領域中にフィールドを発生するローカル追跡システムと、略同じ対象を表わす第１及び第２の画像のためにローカルな領域内で用いられる撮像プローブと、画像捕捉中の撮像プローブの位置座標を決定するようローカル追跡システムからのフィールド放射を感知する撮像プローブに関連付けられる１つ又はそれ以上のセンサと、第１及び第２の画像を位置合わせするのに位置座標を用いる１つ又はそれ以上の処理段とを有し、当該１つ又はそれ以上の処理段は、対象の特徴を決定するのに前記位置合わせされた画像を用いるものを提供することを目的とする。
【発明の効果】
【００１３】
画像形成中にセンサの位置及び向きを正確に知っているとき、本発明は、結合点を手動で与える必要がないという利点がある。更に、従来技術に関して説明した制御のための調整は、位置推定値を改善するために使用され得、従って、減算的な処理のためのより信頼性の高い初期位置推定値を与える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の上述の及び他の面、対象、特徴及び利点は、望ましい実施例及び特許請求の範囲の以下の詳細な説明を読むこと、及び添付の図面を参照することにより、より明らかに理解され、認識されるであろう。
【００１５】
結合点を用いる画像位置合わせシステムは周知であるため、本願明細書では、本発明による方法及びシステムの一部をなす、又はより直接的に協働する属性について特に説明する。本願で特に示さない又は説明しない方法の性質は、従来技術で知られているものから選択されうる。以下の説明では、本発明の望ましい実施例は、本発明の望ましい実施例は通常はソフトウエアプログラムとして実施されるが、当業者はかかるソフトウエアと同等のものがハードウエア中にも構築されうることを容易に認識するであろう。以下に説明するような本発明による方法が与えられているとき、本願に特に図示、提案、又は説明しないが本発明の実施に有用なソフトウエアは従来通りであり、かかる技術分野の通常の技術範囲内である。本発明がコンピュータプログラムとして実施される場合、プログラムは、例えば、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク又はハードドライブ等）又は磁気テープ等の磁気記憶媒体；光ディスク、光テープ、又は機械読み取り可能なバーコード等の光記憶媒体；ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）等の固体電子記憶装置；又はコンピュータプログラムを格納するために使用される任意の他の物理的な装置又は媒体を含みうる、従来のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納されうる。コンピュータプログラムはまた、ネットワークを介して操作者のコンピュータ上で利用可能とされてもよく、プログラムの仕様は操作者が料金を支払うことを条件とするサービスとして与えられてもよい。
【００１６】
本発明について詳細に説明する前に、本発明は望ましくは例えばパーソナルコンピュータといった任意の周知のコンピュータシステム上で使用されうることを理解することが役立つであろう。従って、コンピュータシステムについては本願では説明しない。また、画像はコンピュータシステムへ（例えばディジタル口内撮像プローブ又はディジタル放射線源から）直接入力されるか、コンピュータシステムへ入力される前に（例えば、ハロゲン化銀Ｘ線フィルム又は他の形の放射線画像といったオリジナルを走査することにより）ディジタル化されることに留意することが有益であろう。
【００１７】
まず、図１に、本発明の基本概念を、例えば、患者が歯の処置のために配置される従来の頭部抑制部を有する歯科用の椅子といった所定の制約された患者位置２が組み込まれている歯科医院１に関して示す。このような処置に関連して、また、本発明の１つの面に従って、歯の画像は、共通に譲渡される特許文献１に記載されているように、手持ち式（ハンドヘルド）ディスプレイユニット４に接続された口内撮像プローブ３によって捕捉される。ディスプレイユニット４は、画像データをコンピュータシステム１０との間で通信する送受信器を含む。或いは、ディスプレイ４（又は撮像プローブ３）は、捕捉された及び／又は処理された画像データをディスプレイ（又は撮像プローブ３）からコンピュータシステム１０へ転送するために、破線５で示すように、コンピュータ１０に物理的につながれうる。
【００１８】
本発明によれば、ローカルリアルタイム追跡システム６は、略撮像プローブ３及び患者場所２の方向にフィールド７を放出するよう室内のベースユニットとして固定して配置される。１以上の小型フィールドセンサ８は、ローカル追跡システム６のベースユニットによって発せられたフィールドを感知するよう、手持ち式撮像プローブ３に組み込まれる。これにより、ベースユニットに対する各画像についてのプローブ３の位置を与える。更に、患者の口の中に、口及びローカル追跡システム６のベースユニットに対するプローブ３の位置を与えるよう、更なるセンサ８が配置されうる。処理のためにコンピュータ１０へ転送されたこの感知された情報から、口の穴の画像が撮像プローブ３によって捕捉され記録されている間に、撮像プローブの位置及び向きを記録することが可能である。従って、システムは、高い正確さ及び精度で、撮像プローブ位置の形跡を記録する手段を与える。撮像プローブの位置は、捕捉された画像と共に位置及び向きメタデータとして記録され得、それにより捕捉された画像の減算及び他の処理を容易とするよう画像位置合わせ処理を行うのに使用される。例えば、異なる時に（おそらくは連続して歯科医院へ行くことにより）撮像された口の同じ部分の画像は、例えば骨の欠損といった画像中の変化を見つけるうえで重要な差分画像のレンダリング処理を改善するよう、より容易に位置合わせ及び減算されうる。
【００１９】
ローカル追跡システム６は、ローカルな適用のために市販されている全地球測位システム（ＧＰＳ）用の受信器でありうる。このようなシステムは周知であり、建物内での受信を改善するよう疑似衛星を用いたハイブリッド設備に組み込まれうる（例えば特許文献５参照）。疑似衛星は、完全に独立なナビゲーションシステムの基礎であり得る（例えば非特許文献２参照）。また、特許文献１２に記載のような局所化されたリアルタイム追跡システムを用いることが知られている。１つの市販のリアルタイム追跡システムは、米国バーモント州バーリントンのアセンション・テクノロジー社（Ascension Technology Corporation）により提供されるｍｉｎｉＢＩＲＤ（登録商標）リアルタイム追跡システムである。ローカル追跡システム６によって発生されるフィールドは、その場合に適切な任意の形式のフィールド放射線でありうる。例えば、歯科医院１は閉じた空間であるので、放出される放射線は、例えばｍｉｎｉＢＩＲＤ（登録商標）追跡システムによって与えられるような磁界放射であってもよく、この場合、フィールドセンサは磁界センサとなる。或いは、放出されるフィールドは、例えばＧＰＳ又は疑似衛星送信器によって与えられる無線周波数電磁放射であってもよく、この場合、フィールドセンサはＲＦフィールドセンサとなる。
【００２０】
図２は、本発明の幾つかの面を実施するコンピュータシステム１０の典型的な構成を示す図である。望ましい実施例を例示するためにコンピュータシステム１０が示されているが、本発明は図示のコンピュータシステム１０に限られるものではなく、任意の電子処理システム上で使用されうる。コンピュータシステム１０は、ソフトウエアプログラムを受信及び処理し、他の処理機能を実行する、マイクロプロセッサに基づくユニット（以下、マイクロプロセッサユニットと称する）１２を含む。ディスプレイユニット１４は、例えばグラフィック・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）１５によって、ソフトウエアに関連付けられるユーザ関連の情報を表示するようマイクロプロセッサユニット１２に電気的に接続される。キーボード１６もまた、ユーザがソフトウエアへ情報を入力するのを可能とするよう、マイクロプロセッサユニット１２に接続される。入力のためにキーボード１６を用いる代わりに、従来技術で周知であるように、マウス１８を使用して、ディスプレイ１４上のセレクタ（カーソル）２０を動かし、セレクタ２０がのっているアイテムを選択してもよい。
【００２１】
コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）２２は、ソフトウエアプログラムを受信し、一般的にはソフトウエアプログラムを含むコンパクトディスク２４を介してマイクロプロセッサユニット１２へソフトウエアプログラム及び他の情報を入力する手段を与えるよう、マイクロプロセッサユニット１２に接続される。更に、フロッピー（登録商標）ディスク２６もまた、ソフトウエアプログラムを含むものでありえ、ソフトウエアプログラムを入力するようマイクロプロセッサユニット１２に挿入される。更に、マイクロプロセッサユニット１２は、従来技術で周知であるように、ソフトウエアプログラムを内部的に格納するためにプログラムされうる。マイクロプロセッサユニット１２はまた、ローカル・エリア・ネットワーク又はインターネット等の外部ネットワークへの電話回線といったネットワーク接続２７を有しうる。従って、ソフトウエアプログラムは、おそらくはネットワークサイトへの支払いが認められた後、ネットワークを通じて受信されうる。プリンタ２８は、コンピュータシステム１０の出力のハードコピーを印刷するよう、マイクロプロセッサユニット１２に接続される。
【００２２】
画像はまた、以前から知られるように、カード３０内に電子的に具現化されたディジタル画像を含むＰＣＭＣＩＡカード（Personal Computer Memory Card International Associationの仕様に基づく）といったパーソナルコンピュータカード（ＰＣカード）３０を介してディスプレイ１４上に表示されるグラフィック・ユーザ・インタフェース１５の一部として表示されてもよい。ＰＣカード３０は、最終的には、ディスプレイ１４上で画像の視覚表示を可能とするようマイクロプロセッサユニット１２に挿入される。画像はまた、コンパクトディスク２４、フロッピー（登録商標）ディスク２６、又はネットワーク接続２７を介して入力されてもよい。ＰＣカード３０、フロッピー（登録商標）ディスク２６、又はコンパクトディスク２４に格納され、又はネットワーク接続２７を通じて入力されるいずれの画像も、ディジタル口内撮像プローブ３又はＸ線画像スキャナ（図示せず）といった様々な源から得られたものでありうる。
【００２３】
本発明は、異なる時点に集められた同じ領域の画像間の差の領域を同定するために変化の検出が用いられる減算的放射線撮像処理において有用である。画像の位置合わせは、変化の検出処理についての前提条件である。本発明によれば、画像位置合わせ及び３次元データの抽出の両方を容易とする画像捕捉位置及び向きシステムが記載される。可視の医用撮像（写真画像の記録及び解析）において用いられるとき、このシステムは、捕捉される位置データと共に可視光が感知されるときに、歯といった対象の３次元トポロジーの撮像及び再構成の両方を容易とする。更に、本願に記載した本発明を用いることにより、捕捉位置及び向きシステムは、上述の共通に譲渡された同時継続中の特許文献３に記載の発明と共に、光画像及びＸ線画像の両方の中の時間的な差を記録することを可能とするであろう。画像捕捉位置及び向き測定システムは、画像の位置合わせを容易とし、上述の共通に譲渡された同時継続中の特許文献３に記載のソフトウエア支援処理のより自動化された形を可能とするであろう。例えば、この能力は、患者が噛むときに歯がきしむ場合は歯の表面摩耗をはっきりと描くために、又は患者の歯周病による骨の損失を監視するために使用されうる。
【００２４】
本発明は、従来の口内撮像プローブ、又は、Ｘ線或いは超音波の源といった任意の従来の画像捕捉システムを組み込み、変更する。望ましい実施例は、上述の特許文献１に記載の種類の撮像プローブである。図３を参照するに、上述の特許文献に記載の種類の口内歯科撮像プローブシステムは、携帯型歯科撮像プローブ４０と、撮像プローブ４０につながれた携帯型筐体（以下、一体型ベース４２と称する）内に一体に配置された電源、照明源、及び表示ユニットとを含む。撮像プローブ４０及び一体型ベース４２は、このように、一体型ディスプレイを有する口内撮像プローブを構成する。歯科撮像プローブ４２は、ハンドピース４４と、歯科撮像プローブ４０を一体型ベース４２に接続するケーブル４６とを含む。図３中、例として示すように、一体型ベース４２は、手の中に容易に収めることができ、歯科医師及び／又は患者の視線に対して相対的に容易に手で位置決めされうる表示モニタ４８を含む。一組のユーザ制御部５０は、照明及びモニタ上に表示される画像を制御するよう、並びに、周辺機器と通信するよう容易に手でナビゲートされうる一体型ベース４２上に設けられる。ハンドピース４４は、レンズ５４及び光を放出する孔５６を含む着脱可能なレンズユニット５２を支持する。ハンドピース４４は、概して細長で中心軸を有する円筒状である。レンズ５４は、ハンドピースの中心軸に対して略垂直の垂線の方向上でハンドピースに当たる光を受けるよう配置される。本発明によれば、ローカル追跡システム６からのフィールド放射を感知するよう、１つ以上のフィールドセンサ５８がハンドピース４４上に配置される。この望ましい実施例にもかかわらず、本発明は、様々な形状及び能力の撮像プローブを含み、携帯型又は取り付けられたディスプレイ機能を有さない多くの他の種類の撮像プローブ上で実施されうる。
【００２５】
図４を参照するに、望ましい実施例の一体型ベース４２は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）６０、ＣＰＵメモリ６２、電源６４、ワイヤレス送受信器６６、及びフラッシュメモリ（ＲＡＭ）６８を含む。ユーザ制御部５０は、ビデオ制御ユニット７０及び照明器制御ユニット７２とインタフェース接続する。照明器制御ユニット７２は、ケーブル４６の一部である光ファイバ４６ａを通ってハンドピース４４へ照明を与える照明源７４に接続する。照明源は、例えばハロゲンアーク灯照明システム又はタングステン／ハロゲン灯といった当業者によって周知の様々な形をとりうる。電源６４は、電源ケーブル（図示せず）によって例えば壁面のソケット等の電源に接続される。ハンドピース４４とＣＰＵ６０との間の画像信号通信は、やはりケーブル４６の中にある電気接続４６ｂを通じて維持される。詳細には示さないが、ハンドピース４４はまた、光を放出する孔５６との光ファイバ４６ａの接続と、従来の電荷結合素子（ＣＣＤ）といったイメージセンサ及びフィールドセンサ５８への電気導体４６ｂの接続を支持する。イメージセンサ７６は、レンズ５４がイメージセンサ７６上に口内対象の画像を形成しうるよう、鏡、及び、必要であれば他の構成要素と共に、従来の光学路上に配置される。フィールドセンサ５８からのフィールド信号は、電気接続４６ｂを介して一体型ベース４２内のフィールド受信器８４へ転送される。
【００２６】
歯科撮像プローブシステムの中に、高画質画像ディスプレイ４８と、画像印刷機能に関連付けられる物理的に離れた別個のデータ記憶部へ画像データを転送する手段とをいずれも組み込むことにより、携帯性が高められることに留意すべきである。画像データの転送を調整する手段は、（ａ）ワイヤレスＲＦ又はマイクロ波送受信器技術、（ｂ）ワイヤレス赤外線伝送技術、及び／又は（ｃ）システムの撮像プローブ部中のインタフェース８２から容易に取り出され、次にシステムの画像データ記憶部又はプリンタ部のいずれかに挿入されるフラッシュＲＡＭカード又は小さいハードドライブといった物理的に小さい要素８０の中に実施される着脱可能メモリ技術、を含みうる。
【００２７】
従って、歯科撮像プローブシステムは、その一体型ベース４２内の送受信器６６を通じて、様々な周辺ユニットを用いてワイヤレスリンク７８を介して通信を開始しうる。これらの各ユニットは、送信された画像を受信するためのそれ自体のデータ記憶部を有する。アクセスされうる周辺ユニットの種類に対して網羅的であることを意図することなく、このような周辺ユニットは、より大きいモニタ又はテレビジョン受像器、プリンタ、及び、画像が処理され格納されうる任意の従来のデスクトップＰＣといったコンピュータシステムを含む。この配置により、歯科医師は、一体型ベース４２上で画像を見て、それを直ぐにユーザ制御部５０を用いて周辺ユニットのうちの１つへ転送しうる。歯科撮像プローブシステムに送受信器６６及び表示モニタ４８を組み込むことにより、更に、医師が画像記録の結果を見て、捕捉された画像を医師又は患者のために都合良く表示することが可能となる。このために、送受信器６６は、コンピュータシステムといった記憶周辺機器から画像を受信し、記憶された画像を表示モニタ上に表示する。重要なのは、このように見ることは、画像の物理的な印画を作る必要なく行われることである。
【００２８】
動作中、ハンドピース４４は、ローカル追跡システム６からのフィールド放射７に曝される患者位置２の領域へ操作される。ハンドピース４４上のフィールドセンサ５８は、フィールド７の存在を感知し、電気導体４６ｂを通じて一体型ベース４２内のフィールド受信器８４へ送信された信号を登録する。フィールド受信器８４は、フィールドセンサによって受信されたフィールド放射を検出しフィールド測定値へ変換し、フィールド測定値は処理のためのコンピュータ等の適当な周辺ユニットへ送られる（或いは、処理は、一体型ベース４２内又は追跡システム６内で生じうる）。基本的には、ローカル追跡システム６
は、指定されたフィールド７内の１つ以上のフィールドセンサ５８の位置を追跡する。追跡は、６の自由度、即ち３つの位置座標及び３つの向きの角度でリアルタイムで行われる。（この追跡技術は、例えば上述のアセンション・テクノロジー社（Ascension Technology Corporation）により提供されるｍｉｎｉＢＩＲＤリアルタイム追跡システムといったシステムによって例示される周知の技術に基づく）。センサ５８の既知の位置を用いて、指定されるフィールド空間内の撮像プローブ３の座標が決定されえ、この座標データは捕捉された画像と共にメタデータとして含まれ記憶される。メタデータを用いて、撮像プローブ３によって捕捉される画像の位置は、これらの座標から推論されうる。
【００２９】
本発明は、医用撮像法全体に通して適用されるが、例えば、歯科における適用について考える。図５は、典型的な患者の下顎１００及び歯１０２と、画像記録及び位置／向き検出の両方のための手段を有する撮像プローブ３とを示す。撮像プローブ３は、第１の位置＃１から歯１０４の画像を撮像するところが示されている。画像は保存され、次に、撮像プローブ３を第２の位置＃２へ移動させることにより第２の画像が撮像される。露光時に捕捉される（そして画像と共にメタデータとして格納される）位置データを用いて、２つ（又はそれ以上）の画像を、２つの画像の正しい重なり合いが得られるよう、位置合わせするために従来のソフトウエアが使用されうる。２つの画像の正しい位置合わせが与えられれば、較正処理は、口内対象（例えば歯１０４）の測定に関する距離を正確に導出することを可能とする。図５はまた、２つのフィールドセンサ、第１のフィールドセンサ５８ａ及び第２のフィールドセンサ５８ｂの使用を示す。２つのセンサについて追跡システム６によって得られる位置情報は、投影される画像の２つの異なるアスペクトが取得されることを可能とする。即ち、第１の位置＃１における画像は、その視軸１００ａ及び対象に対するその角度的な関係によって決定される投影アスペクトを有し、第２の位置＃２はその視軸１１０ｂ及び対象に対するその角度的な関係によって決定される投影アスペクトを有する。２つのセンサ５８ａ及び５８ｂの位置座標を知ることにより、２つの画像間の角度的な関係１１２が決定されることが可能であり、そのアスペクト情報から２つの画像は、それらが正確に重なり合うよう、例えば従来にモーフィング技術によって調製されうる。
【００３０】
図６を参照するに、Ｘ線検査の場合、Ｘ線画像記録用のＸ線源１１４は、２つの異なる位置＃１及び＃２に示されている。Ｘ線源１１４は、フィールド情報を記録するための取り付けられたフィールドセンサ５８ａ及び５８ｂを有し、フィールド情報からは源１１４の位置／向きが決定される。このシステムは、画像情報を捕捉するための、本例ではＸ線フィルムの一コマ又はディジタルＸ線撮影センサのいずれかである、感光受像体１１６と共に使用されうる。図５に関連して説明したように、ソフトウエアは、Ｘ線源１１４の２つの位置からＸ線放射の位置の差を正規化し、従って画像の正確な位置合わせを可能とする。フィルム又はセンサは歯に対して一定の向きに保持されるため、システムを較正するのには歯に他する源の位置情報のみが必要とされる。
【００３１】
本発明の他の実施例では、歯（又は顎）の位置の正確な位置座標の瞬間的なモニタリングのために患者の歯（又は顎）に他のフィールドセンサ５８ｃ（図５参照）が配置されうる。これは、磁界に対するｘ、ｙ、ｚ座標の差の計算を通じて、プローブと歯（又は顎）の間の距離の正確な導出を可能とすることにより、較正処理を更に可能とする。位置合わせ処理は、プローブに対する歯の回転／平行移動の識別及び除去により簡単化される。本発明において実現される概念の他の拡張によれば、撮像プローブ３又はＸ線源１１４上に、記録されるべき対象に特定の点で接触する精密な機械の先端部が形成されうる。次に、本発明の上述の方法を用いることにより、その特定の点のｘ、ｙ、ｚ座標は、磁場に対して決定され、記録されうる。
【００３２】
本発明の有利な使用は、上述の共通に譲渡された同時継続中の特許文献３に記載の方法と関係があり、特許文献３に記載のカスタムソフトウエアは、光画像及びＸ線画像の両方の時間的な差の記録を可能とする。特許文献３に記載の方法は、手動で選択した結合点（シート点）を使用し、続いて更なる結合点を見つけるために自己相関を行い、１つの画像を他の画像へ歪ませ、これは必ず画像の再サンプリング段階を含む。本発明による画像捕捉値及び向き測定システムは、特許文献３に記載の減算的Ｘ線撮影方法を簡単化し改善し、従って画像の位置合わせを容易とし、特許文献３に記載のソフトウエア支援処理のより自動的なバージョンを適用する。
【００３３】
図７は、本発明に従って変更された特許文献３に示す方法の変形例に基づく、Ｘ線撮影適用において基準点を配置する自動化された方法を示す。方法は、図７中にその幾つかの段階が、歯といった口内対象についての前と後の歯科画像又は放射線画像を表わす２つの画像１４０及び１４２について示されている（「前」及び「後」は、例えば虫歯や病気によって生じた歯又は骨の構造の変化を明らかとする時間的なシーケンスを表わすものとする）。追跡システム６によって生じた座標を用いて、画像は、追跡段階１５０において潜在的な結合点を見つけるよう処理される。画像は、グラフィック・ユーザ・インタフェース１５を介してユーザへ示されてもよく、そのとき、ユーザは、マウス１８又はキーボード１６の操作を通じて許容決定１５４を通知してもよい（もし、何らかの理由で結果が許容可能でない場合、処理は結果が許容可能となるまで、手動改善段階（図示せず）へ戻される）。結果は、位置合わせ処理に適した、一組の改善された自動的に決定された結合点である。
【００３４】
いったん許容されると、改善された結合点は、相関段階１５６において任意の自動的に相関された点に関連して使用されうる。これらの任意の点は、ユーザによって見直されてもよい。自動位置合わせ段階１５８では、結合点を関連付けるために多項関数が発生される。最も単純な形では、多項式（整列式）は、
Ｘ＝ａ1＋ａ2Ｘ’＋ａ3Ｙ’
であり、３つの定数（及びＹについての同様の式）のみである。従って、２つの順次の画像に共通な３つの基準（結合）点を見つけることにより、一方を回転させ、伸長させ（歪ませ）ることで他方と整列させることを可能とする（例えば、非特許文献１を参照）一般的には、位置合わせ処理には、より多くの結合点が関係している。例えば、ここに参照として組み入れられる、共通に譲渡される米国特許出願第６，１６３，６２０号明細書（名称は「Automatic Process for Detecting Changes Between Two Images」）では、５乃至１００個の結合点が用いられる。次に、自動位置合わせ段階１５８において、右画像１４２を左画像１４０へ（又はその逆に）歪ませるよう、多項関数が用いられる。いったん位置合わせが完了すると、位置合わせレビュー段階１６０におけるレビューのために、結果は横に並べて配置される。公知の整列技術は、同じ拡大縮小率及び画像のセンタリングでこのビューについての左画像及び右画像を描画するために用いられ得る（非特許文献１）。ユーザが位置合わせを適切であると考えれば、マウス１８又はキーボード１６の操作を通じた許容決定１６２によって許容であることが通知される。
【００３５】
フィールドセンサ５８の使用により、各画像についてのセンサの正確な位置及び姿勢が与えられる。この知識は、１つの画像から他の画像へ各画素の対応する位置を予測するために、特定のセンサのための適当な分析的な幾何学モデルが使用されることを可能とする。これは、（画像１について）画像空間１７０から対象空間１７２へ投影し（段階１７６）、次に（画像２について）対象空間１７２から画像空間１７４へ投影する（段階１７８）ためにセンサ幾何学モデル（画像形成中のセンサの位置及び向きのデータ１６８を与える）を用いる標準分析写真測量法（図８及び図９参照）である。この投影的な処理は、手動で選択された結合点（シード点）を除外し、自動相関の必要性を最小限とし、或る場合には必要性をなくし、関連する再サンプリングとともに画像歪み段階の必要性をなくす。いったん、投影処理が、第２の画像中の対応する画素を決定すると、減算的処理（段階１８０）が行われ、差分画像１８２（図９参照）が直接与えられる。
【００３６】
本発明の位置決めシステムの他の適用は、上述の共通に譲渡された同時継続中の特許文献２に記載されており、この文献では、画像位置に関する知識の確実性がないことによる誤りが制御点に対する分析的な調整方法によって取り扱われる、画像から歯のモデルを作成する方法が記載されている。ここで、画像位置は、画像形成中のセンサの位置及び向きの両方を示すために用いられる。その方法は、既知の３次元モデルを既存の画像又は多数の画像へ分析的に投影し、画像位置に対する初期推定値を仮定し、モデルと画像の間の制御点のずれを決定し、写真測量的調整により画像点の推定値を改善することにより誤りを補正する。投影は分析的な処理であり、即ち、数学的に達成されることを意味し、ずれの決定は、適当な画像処理アルゴリズムを用いて相互作用的又は自動的に達成されうる。
【００３７】
本発明は、画像形成中のセンサの位置及び向きの知識を与える位置決定システムを用いる。この知識は、上述の制御のための調整についての必要性をなくすために、又はその処理に対するより信頼性の高い初期推定値を与えるために使用されうる。前者の場合、処理全体は、相互作用的又は自動的制御点測定とそれに続く写真測量的な調整の必要性をなくすことにより、より効率的にされる。後者の場合、調整処理は、改善された初期推定値の使用により向上され、処理がより正確な状態、即ち真の状態に近くなることを可能とする。
【００３８】
調整は、（位置センサから得られるような）優れた開始推定値があるときに非常によく動作する制御についての調整、並びに、共役測定値についての調整を含むものと理解されるべきである。そのような場合、位置推定値は、（ａ）第１の画像中の定義可能な点を見つけるソフトウエアを用いること、（ｂ）その点の位置を第２の画像へ投影すること、（ｃ）第２の画像中で正確な共役点を探索し、それにより一組の結合点を生成すること、並びに、（ｄ）所望の数の結合点が得られるまでこれらの段階を繰り返すこと、によって、ソフトウエアを介して結合点を自動的に探すために使用されうる。次に、結合点に対して調整がなされうる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】口内対象の像と共に局所位置情報を捕捉し記録するよう本発明に従って設備が設けられた歯科医院を示す図である。
【図２】本発明を実施するのに有用なコンピュータシステムを示す斜視図である。
【図３】本発明を実施するのに有用な口内撮像プローブ及び表示システムを示す図である。
【図４】図３に示す撮像プローブと関連付けられる一体型ベース内の電子機器のブロック図である。
【図５】ディジタル口内撮像プローブを用いて典型的な患者の下顎及び歯に対して本発明によって実行される撮像法について示す図である。
【図６】Ｘ線源を用いることによって典型的な患者の下顎及び歯に対して本発明により実行される撮像法について示す図である。
【図７】本発明による位置合わせ方法の様々な段階を示すブロック図である。
【図８】１つの画像について画像空間から対象空間へ投影し、次に、他の画像について対象空間から画像空間へ投影するようセンサ幾何学モデルを用いる標準解析写真技術を示す図である。
【図９】図８に示す投影処理が完了した後に、画像に対して行われる減算方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  歯科医院
２  患者場所
３  口内撮像プローブ
４  手持ち式表示ユニット
５  物理的につながれた接続
６  ローカル追跡システム
７  フィールド
８  小型フィールドセンサ
１０  コンピュータシステム
１２  マイクロプロセッサベースのユニット
１４  ディスプレイ
１５  グラフィックユーザインタフェース
１６  キーボード
１８  マウス
２０  カーソル
２２  ＣＤ−ＲＯＭメモリ
２４  コンパクトディスク
２６  フロッピー（登録商標）ディスク
２７  ネットワーク接続
２８  プリンタ
３０  ＰＣカード
４０  歯科撮像プローブ
４２  一体型ベース
４４  ハンドピース
４６  ケーブル
４６ａ  光ファイバ
４６ｂ  電気接続
４８  表示モニタ
５２  レンズユニット
５４  レンズ
５６  光を放出する孔
５８  フィールドセンサ
５８ａ  第１のフィールドセンサ
５８ｂ  第２のフィールドセンサ
５８ｃ  患者の口内の第３のフィールドセンサ
６０  ＣＰＵ
６２  ＣＰＵメモリ
６４  電源
６６  ワイヤレス送受信器
６８  ＲＡＭ
７０  ビデオ制御ユニット
７２  照明器制御ユニット
７４  照明源
７６  画像センサ
７８  無線リンク
８０  着脱可能なメモリ素子
８２  メモリインタフェース
８４  フィールド受信器
１００  下顎
１０２  歯
１０４  歯
１１０ａ  第１の視軸
１１０ｂ  第２の視軸
１１２  アスペクト角
１１４  Ｘ線源
１１６  感光受像体
１４０  第１の画像
１４２  第２の画像
１５０  追跡段階
１５４  許容判定段階
１５６  相関段階
１５８  位置合わせ段階
１６０  位置合わせレビュー段階
１６２  許容判定段階
１６８  位置及び向きデータ
１７０  画像空間
１７２  対象空間
１７４  画像空間
１７６  投影段階
１７８  投影段階
１８０  減算段階
１８２  差分画像
【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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