(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
介入プロシージャの器具ガイダンスを可能にするイメージングシステムであって、
介入プロシージャ用の計画された介入経路を取得する入力部であって、前記取得される介入経路は、患者内部の３Ｄ画像データに基づいて計画されたものであり、前記介入経路が、患者外部上のエントリポイントを示す、入力部と、
前記介入プロシージャの間、患者外部のカメラ画像を取得するカメラと、
ｉ）前記カメラ画像と前記３Ｄ画像データとの間の空間的対応付けを確立し、ｉｉ）前記確立された空間的対応付けに基づいて、前記カメラ画像に対応する前記取得された介入経路の２Ｄパースペクティブ投影を計算し、ｉｉｉ）前記介入経路の前記計算された２Ｄパースペクティブ投影を前記カメラ画像と組み合わせて複合画像を得る、プロセッサと、
ディスプレイに前記複合画像を表示する表示出力部と、
を有するイメージングシステム。
【請求項２】
前記イメージングシステムは、Ｃアームを含むＸ線システムであり、前記カメラは、Ｃアームに固定される、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項３】
前記ＣアームはＸ線検出器を含み、前記カメラが、Ｘ線検出器と並んで又はＸ線検出器内に配される、請求項２に記載のイメージングシステム。
【請求項４】
前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線検出器の周囲に沿って配される衝突センサを含み、前記カメラが、前記周囲に沿った衝突センサのうち２つの衝突センサの間の間隙に配される、請求項３に記載のイメージングシステム。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記Ｃアームの再位置付けの際、ｉ）カメラ画像と３Ｄ画像データとの間の空間的対応付けを再確立し、ｉｉ）カメラ画像に対応する介入経路の２Ｄパースペクティブ投影を再計算する、請求項３に記載のイメージングシステム。
【請求項６】
他のカメラ画像を取得するための他のカメラを更に有し、他のカメラ画像は、前記カメラが取得するカメラ画像と異なる患者外部のパースペクティブを提供し、
前記プロセッサは、ｉ）他のカメラ画像と３Ｄ画像データとの間の他の空間的対応付けを確立し、ｉｉ）他の空間的対応付けに基づいて、他のカメラ画像に対応する前記取得された介入経路の他の２Ｄパースペクティブ投影を計算し、ｉｉｉ）介入経路の他の２Ｄパースペクティブ投影を他のカメラ画像と組み合わせて他の複合画像を得る、ように構成され、
前記表示出力部は、前記複合画像と同時に他の複合画像を表示する、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項７】
２より多くの複数のカメラと、
臨床医が２より多くの複数のカメラから前記カメラ及び前記他のカメラを選択することを可能にするためのユーザ入力部と、
を有する、請求項６に記載のイメージングシステム。
【請求項８】
前記プロセッサが、ｉ）前記空間的対応付けに基づいて、前記カメラ画像に対応する前記取得された介入経路の２Ｄパースペクティブ投影を計算し、ｉｉｉ）前記３Ｄ画像データのビュー、前記介入経路の前記２Ｄパースペクティブ投影、及び前記カメラ画像と組み合わせて複合画像を得るように構成される、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項９】
患者の事前介入イメージングプロシージャにおいて前記３Ｄ画像データを確立するように構成される、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項１０】
前記３Ｄ画像データは、前記イメージングシステムによって提供されるモダリティと異なるモダリティである、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項１１】
前記空間的対応付けは、前記カメラ画像における患者位置と前記３Ｄ画像データにおける患者位置との間のものであり、前記プロセッサは、前記カメラ画像を解析することによって前記カメラ画像における患者位置を確立する、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項１２】
前記カメラが、前記イメージングシステムにリジッドに固定される、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項１３】
前記プロセッサは、前記イメージングシステムの較正フェーズの間に取得された空間的対応データに基づいて、前記空間的対応付けを確立し、
前記較正フェーズは、前記カメラと前記イメージングシステムとの間の相対位置を確立することを含む、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項１４】
介入プロシージャにおける器具ガイダンスを可能にする方法を実行するコンピュータプログラムであって、
介入プロシージャ用の計画された介入経路を取得するステップであって、前記取得される介入経路が、患者内部の３Ｄ画像データに基づいて計画されたものであり、前記介入経路が、患者外部上のエントリポイントを示す、ステップと、
前記介入プロシージャの最中、患者外部のカメラ画像を取得するステップと、
ｉ）前記カメラ画像と前記３Ｄ画像データとの間の空間的対応付けを確立し、ｉｉ）前記確立された空間的対応付けに基づいて、前記カメラ画像に対応する前記取得された介入経路の２Ｄパースペクティブ投影を計算し、ｉｉｉ）前記介入経路の前記計算された２Ｄパースペクティブ投影を前記カメラ画像と組み合わせて複合画像を得る、ステップと、
ディスプレイに前記複合画像を表示するステップと、
をプロセッサシステムに実行させるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、介入プロシージャにおける器具誘導を可能にするイメージングシステムに関する。本発明は、更に、介入プロシージャにおける器具ガイダンスを可能にする方法、及びかかる方法をプロセッサシステムに実施させるための命令を含むコンピュータプログラム製品に関する。
【０００２】
外科手術、生検等の介入プロシージャにおいて、臨床医は、患者内部のビューを得るために、しばしばイメージングシステムを使用する。このため、標準Ｘ線イメージング、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）等のイメージングモダリティが使用されることができる。患者内部のビューは、患者内部のビューにおいて可視である介入器具を考慮して、器具ガイダンスを、すなわち患者内部の目標領域に対する介入器具の位置及び方向についてのガイダンスを、臨床医が得ることを可能にすることができる。その結果、臨床医は、介入プロシージャの途中に、介入器具が目標領域へ向かう経路から逸脱しているかどうかを決定し、その場合には、それに応じて介入器具を位置付けし直すことができる。
【背景技術】
【０００３】
臨床医が、目標領域に向けて患者内部に挿入するために介入器具を適切に位置付け、方向付けることを可能にするために、介入プロシージャの挿入フェーズの間に器具ガイダンスを得ることが望ましいことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
"Camera Augmented Mobile C-Arm (CAMC): Calibration, Accuracy Study, and Clinical Applications", IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 29, No. 7, July 2010という刊行物が、光学画像及びＸ線画像のリアルタイム融合を可能にする、標準ビデオカメラ及び二重ミラーシステムで強化されたモバイルＣアームを記述している。ビデオカメラは、その光学中心がＣアームのＸ線源と事実上一致するように取り付けられる。ワンタイム較正ルーチンの後、取得されたＸ線画像及び光学画像が、相互に位置合わせされる。ユーザインタフェースは、ビデオ画像上へのＸ線のオーバレイを可能にする。リアルタイム画像オーバレイは、外科医が、正しいロケーションでの器具使用のために皮膚を容易に切断することを可能にし、その後、外科的器具の設置の最中に直接的フィードバックを外科医に提供する。
【０００５】
上述のシステムの問題は、それが機械的に複雑なことである。上述のシステムの他の問題は、それが増大された放射線被曝を生じさせうることである。
【０００６】
機械的により複雑でなく及び／又は放射線被曝を最小限にする、器具ガイダンスを可能にするシステム又は方法を有することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この問題によりよく対処するために、本発明の第１の見地は、介入プロシージャにおける器具ガイダンスを可能にするイメージングシステムであって、
−  介入プロシージャ用の介入経路を取得する入力部であって、介入経路が、患者内部の３Ｄ画像データに基づいて計画されたものであり、介入経路が、患者外部上のエントリポイントを示す、入力部と、
−  介入プロシージャの最中、患者外部のカメラ画像を得るカメラと、
−  ｉ）カメラ画像と３Ｄ画像データとの間の空間的対応を確立し、ｉｉ）空間的対応に基づいて、カメラ画像に対応する介入経路のビューを計算し、ｉｉｉ）複合画像を得るために、介入経路のビューをカメラ画像と組み合わせる、プロセッサと、
−  ディスプレイに複合画像を表示する表示出力部と、
を有するイメージングシステムを提供する。
【０００８】
本発明の他の見地において、介入プロシージャの器具ガイダンスを可能にする方法であって、
−  介入プロシージャ用の介入経路を取得するステップであって、介入経路が、患者内部の３Ｄ画像データに基づいて計画されたものであり、介入経路が、患者外部上のエントリポイントを示す、ステップと、
−  介入プロシージャの最中、患者外部のカメラ画像を得るステップと、
−  ｉ）カメラ画像と３Ｄ画像データとの間の空間的対応を確立し、ｉｉ）空間的対応に基づいて、カメラ画像に対応する介入経路のビューを計算し、ｉｉｉ）複合画像を得るために、介入経路のビューをカメラ画像と組み合わせる、ステップと、
−  ディスプレイに複合画像を表示するステップと、
を含む方法が提供される。
【０００９】
本発明の他の見地において、上述の方法をプロセッサシステムに実施させる命令を含むコンピュータプログラム製品が提供される。
【００１０】
上述の方策は、介入のプロシージャにおける器具ガイダンスを可能にする。このため、イメージングシステムは、介入プロシージャ用の介入経路を取得する入力を含む。ここで、介入プロシージャという語は、目標領域に到達するように患者内部に介入器具を挿入することを含むプロシージャをさす。介入経路は、患者外部から患者内部の目標領域に如何にして到達するかを示す。介入器具は、例えばニードルのような小さい介入器具でありえ、臨床医は、ニードルで介入経路をたどることによって目標領域に達することができる。
【００１１】
介入経路は、患者内部の３Ｄ画像データに基づいて計画されたものである。３Ｄ画像データ自体は、介入プロシージャを計画したときに利用可能であった患者内部のデータである。３Ｄ画像データは、介入プロシージャを受ける患者と同じ患者である。介入経路は、例えば座標リストのようなデータの形で取得される。介入経路は、例えば同じ座標系の座標をもつ３Ｄ画像データに対して、規定されることもできる。
【００１２】
介入経路は、患者外部上のエントリポイントを、すなわち介入器具が介入経路をたどるために挿入されるべき患者外部上のロケーションを示す。エントリポイントは、一般に、介入経路の一端に対応し、介入経路は前にすすんで目標領域に至る。
【００１３】
イメージングシステムは、介入プロシージャの最中、患者外部のカメラ画像を取得するカメラを更に有する。カメラは、一般に、光に、すなわち視覚的に知覚できる電磁放射線に感受性のあるセンサを有する装置である。カメラ画像は、介入プロシージャの最中、患者外部の少なくとも一部を示す。従って、前記器具が患者外部の一部の近傍に位置付けられるとき、カメラ画像は、臨床医の手及び介入器具をも表示する。カメラ画像は、カメラ画像のストリームからの画像、例えば介入プロシージャの最中にカメラによって取得されたビデオシーケンスからの画像、でありうる。従って、カメラは、リアルタイム又はほぼリアルタイムのカメラ画像のストリームを提供するように構成されることができる。代替として、カメラは、固定間隔又は動的な間隔で単一カメラ画像又は複数のカメラ画像を取得するように構成される配置されることができる。
【００１４】
システムは更に、カメラ画像と３Ｄ画像データとの間の空間的対応を確立するプロセッサを有する。ここで、空間的対応という語は、カメラ画像が如何にして３Ｄ画像データに幾何学的に合致されることができるか及び／又はその逆を決めることを可能にするデータをいう。これは、以下のように説明されることができる。カメラ画像は、外側のパースペクティブからの患者の一部を表示する。３Ｄ画像データは、内部のパースペクティブからの患者の一部を表示する。幾何学的な合致は、外側のパースペクティブから表示される患者の一部が、内側のパースペクティブから表示される患者の一部に空間的に対応するように、どのようにオーバレイされ、接合され、又は別のやり方で対応付けられるかを決定する、及び／又はその逆を決定することを含む。空間的対応に基づいて、プロセッサは、カメラ画像に対応する介入経路のビューを計算する。その結果、介入経路が、それがカメラ画像と幾何学的に合致するように表示される。ビューを計算することは、例えば、適切な投影パラメータを使用して介入経路を投影する、介入経路を横切る等を含む。その結果、ビューは、カメラ画像と幾何学的に合致する介入経路を示す。
【００１５】
プロセッサは、複合画像を得るために、介入経路のビューをカメラ画像と組み合わせる。組み合わせは、介入経路のビューとカメラ画像とのオーバレイ、融合、その他を含みうる。その結果、カメラ画像の少なくとも一部と、介入経路のビューの少なくとも一部とを概して表示する複合画像が得られる。システムは、複合画像を臨床医に提供するようにディスプレイ上に複合画像を表示する表示出力部を更に有する。
【００１６】
本願発明者は、臨床医が、患者外部上のエントリポイントに対して介入器具を適切に位置付け、方向付けることを可能にするために、患者外部のカメラ画像を、空間的に対応する患者内部の情報と組み合わせることが有利であると認識した。同時に、カメラ画像において表示されるものの柔軟性を維持することが望ましい。すなわち、臨床医は、カメラ画像のエントリポイントのより良好なビューを取得するようにカメラを位置付けし直すことを望むことがある。介入プロシージャ用の介入経路を取得することによって、患者内部に対するエントリポイントを示す関連情報が取得される。カメラ画像と、介入経路を計画するために用いられた３Ｄ画像データとの間の空間的対応を確立することによって、特定のカメラ画像に対応する介入経路のビューが計算されることができる。カメラ画像と組み合わせられた介入経路のビューを表示することによって、臨床医は、患者外部上のエントリポイントに対する介入器具の位置及び方向並びに患者内部のその後の介入経路を好都合に決定することができる。
【００１７】
有利には、例えばカメラを位置付けし直すことによる各々の異なるカメラ画像のような新しい２Ｄ Ｘ線画像を取得することにより、患者内部の異なるビューを取得する必要がない。有利には、新しい２Ｄ Ｘ線画像を取得する際に生じるであろう付加の放射線被曝が回避される。より正確に言えば、既に取得された３Ｄ画像データが使用される。有利には、カメラ画像と介入経路との間の空間的対応が３Ｄ画像データに基づいて計算されるので、イメージング取得ポイントとカメラを物理的に位置合わせする必要がない。有利には、例えばカメラとイメージング取得ポイントとの間の光学対応を得るためのミラーの使用のような複雑な機械的構造が回避される。
【００１８】
任意に、イメージングシステムは、Ｃアームを有するＸ線システムであり、カメラが、Ｃアームに固定される。Ｃアームは、例えば患者内部の別のビューを取得するために、患者に対してＸ線取得ポイントを再位置付けすることを可能にする。Ｃアームにカメラを固定することによって、再位置付けのための同じ機構が、例えば患者外部の別のビューを取得する目的で、カメラを再位置付けするために使用されることができる。有利には、患者に対するカメラの位置が、Ｃアームの位置から容易に導き出されることができ、カメラ画像と３Ｄ画像データとの間の空間的対応がより正確に確立されることを可能にする。
【００１９】
任意に、Ｃアームは、Ｘ線検出器を有し、カメラは、Ｘ線検出器と並んで又はその中に配置される。カメラを、Ｘ線コリメータに固定することに代わって、Ｃアーム上にＸ線検出器と並んで又はその中に固定することによって、臨床医は、カメラ画像の患者外部の典型的ビューを取得するために、Ｃアームを再位置付けするときにより多くの作業空間が利用可能である。有利には、Ｘ線検出器と並んで固定されるカメラは、それがＸ線ビームのレンジの外側にあるので、Ｘ線イメージングに影響を及ぼさない。
【００２０】
任意に、Ｘ線検出器は、Ｘ線検出器の周囲に沿って配置される衝突センサを有し、カメラは、周囲に沿った衝突センサのうち２つの衝突センサの間の間隙に配置される。これはＸ線検出器の外側寸法を増大させないので、衝突センサ間の間隙は、カメラを配置するのにかなり適している。
【００２１】
任意に、プロセッサは、Ｃアームの再位置付けの際、ｉ）カメラ画像と３Ｄ画像データとの間の空間的対応を再確立し、ｉｉ）カメラ画像に対応する介入経路のビューを再計算する、ように構成される。従って、患者に対してＣアームを再位置付けすることによりカメラが再位置付される結果として、カメラが、新しいカメラ画像を取得する場合、前記ビューは、新しいカメラ画像と合致するように自動的に再計算される。
【００２２】
任意に、イメージングシステムは、他のカメラ画像を取得する他のカメラを有し、他のカメラ画像は、上述のカメラ画像とは異なる患者外部の別のパースペクティブを提供する：
−  プロセッサは、ｉ）他のカメラ画像と３Ｄ画像データとの間の他の空間的対応を確立し、ｉｉ）他の空間的対応に基づいて、他のカメラ画像に対応する介入経路のビューを計算し、ｉｉｉ）他の複合画像を得るために、介入経路の他のビューを他のカメラ画像と組み合わせる、ように構成され、
−  表示出力部は、複合画像と同時に他の複合画像を表示するように構成される。
【００２３】
従って、２つの複合画像が表示され、各々の複合画像は、患者外部の異なるパースペクティブを提供し、介入経路の対応するビューを提供する。有利には、２つの異なる複合画像上でエントリポイントを観察する場合にエントリポイントの空間位置を解釈することがより容易になるので、臨床医は、エントリポイントのより良好な可視化を提供される。有利には、臨床医は、エントリポイントに対し器具又は電磁放射線をよりよく位置付けることができる。
【００２４】
任意に、イメージングシステムは、
−  ２より多くの複数のカメラと、
−  臨床医が２より多くの複数のカメラの中からカメラ及び他のカメラを選択することを可能にするユーザ入力部と、
を有する。
【００２５】
２より多くのカメラの中からカメラ及び他のカメラを選択することによって、臨床医は、患者外部の最良のパースペクティブを選択することができる。有利には、エントリポイントが、例えば器具の存在により、複数のカメラのうち１つ又は複数のカメラのカメラ画像において遮られている場合、臨床医は、エントリポイントが遮られていない又はより小さい程度に遮られているカメラを、好都合には選択することができる。
【００２６】
任意に、プロセッサは、ｉ）空間的対応に基づいて、カメラ画像と対応する３Ｄ画像データのビューを計算し、ｉｉ）３Ｄ画像データのビュー、介入経路のビュー及びカメラ画像を組み合わせて複合画像を生成する、ように構成される。
【００２７】
３Ｄ画像データのビューを付加的に表示することによって、臨床医は、介入経路のビューに空間的に対応する患者内部及びカメラ画像に表示される患者外部に関する付加情報を提供される。
【００２８】
任意に、イメージングシステムは、患者の事前介入イメージングプロシージャにおいて３Ｄ画像データを確立するように構成される。既存の３Ｄ画像データが使用されるので、患者内部の画像データを付加的に取得する必要はない。従って、患者及び臨床医の放射線被曝が最小限に保たれる。
【００２９】
任意には、３Ｄ画像データは、イメージングシステムによって提供されるモダリティと異なるモダリティである。例えば、３Ｄ画像データは、ＭＲＩによって取得されることができ、他方で、イメージングシステムはＸ線イメージングシステムである。
【００３０】
任意に、空間的対応は、カメラ画像における患者位置と３Ｄ画像データにおける患者位置との間のものであり、プロセッサは、カメラ画像を解析することによってカメラ画像における患者位置を確立するように構成される。こうして、患者位置の変化が考慮される。
【００３１】
任意に、カメラは、イメージングシステムにリジッドに固定される。リジッドな固定は、カメラ画像と３Ｄ画像データとの間の空間的対応が容易に及び／又は正確に確立されることを可能にする。
【００３２】
任意に、プロセッサは、イメージングシステムの較正フェーズの最中に取得される空間的対応データに基づいて、空間的対応を確立するように構成され、較正フェーズは、カメラとイメージングシステムとの間の相対位置を確立することを含む。カメラは、イメージングシステムの一部であるので、カメラとイメージングシステムとの間の相対位置は、知られており、又はある程度決められることができる。較正フェーズの間にそれらの相対位置を確立することによって、カメラ画像と３Ｄ画像データとの間の空間的対応がより容易に及び／又は正確に確立されることを可能にするように、前記相対位置が考慮されることができる。有利には、カメラが、イメージングシステムにリジッドに固定される場合、カメラとイメージングシステムとの間の相対位置は、さまざまな介入プロシージャを通じて固定されており、従って、単一の較正フェーズが十分であり、すなわち、カメラとイメージングシステムとの間の相対位置の変化に関して、介入中に連続的に及び／又は介入と介入の間に空間的対応を更新する必要がない。より正確に言うと、カメラと患者との間の相対位置の変化について空間的対応を更新する必要があるだけであり、かかる相対位置の変化は、例えばカメラがＸ線イメージングシステムのＣアームに固定される場合はＣアームの位置情報から取得されることができる。
【００３３】
本発明の上述の実施形態、実現例及び／又は見地の２又はそれ以上は、有用であると考えられる任意のやり方で組み合わせられることができることが当業者に分かるであろう。
【００３４】
システムの記述された変形及び変更に対応する方法及び／又はコンピュータプログラムの変形及び変更が、本説明に基づいて当業者によって実行されることができる。
【００３５】
当業者であれば、方法が、多次元画像データ、例えば２次元（２Ｄ）、３次元（３Ｄ）又は４次元（４Ｄ）画像データに適応されることができることが分かるであろう。多次元画像データの１つの次元は、時間に関連しうる。例えば、３次元画像は、時間ドメインにおいて連続する２次元画像を含むことができる。画像データは、非限定的な例として標準Ｘ線イメージング、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、超音波（ＵＳ）、ポジトロンエミッショントモグラフィ（ＰＥＴ）、シングルフォトンエミッションコンピューテッドトモグラフィ（ＳＰＥＣＴ）、及び核医学（ＮＭ）のようなさまざまな取得モダリティによって取得される医用画像に対応することができる。
【００３６】
本発明は、独立請求項に規定される。有利な実施形態は、従属請求項に規定される。
【００３７】
本発明のこれらの及び他の見地は、以下に記述される実施例から明らかになり、それらを参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるイメージングシステムを示す図。
【図２ａ】患者内部の３Ｄ画像データ及び３Ｄ画像データに基づいて計画された介入経路を示す図。
【図２ｂ】患者外部のカメラ画像及び患者内部へのエントリのために位置付けられる介入器具を示す図。
【図２ｃ】カメラ画像に対応する介入経路のビューを示す図。
【図２ｄ】介入経路のビューとカメラ画像が組み合わせられて生成された複合画像を示す図。
【図３ａ】第１のカメラに基づく複合画像を示す図。
【図３ｂ】患者外部の異なるパースペクティブを提供する他のカメラに基づく他の複合画像を示す図。
【図４】複数の衝突センサ及び衝突センサの間の間隙に配置される複数のカメラを含むＸ線検出器を示す図。
【図５】本発明による方法を示す図。
【図６】本発明によるコンピュータプログラムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、イメージングシステムは、例えばＸ線イメージングシステムであるように選ばれる。しかしながら、本発明は、例えばＭＲＩ、ＣＴ、ＰＥＴ等の他のタイプのイメージングシステムに同等に適用できる。
【００４０】
図１は、患者内部のＸ線画像を提供するＸ線装置１０４を有するＸ線イメージングシステム１００を示す。Ｘ線装置１０４は、ホイール１０８によって支持される基部フレーム１０６、Ｃアーム１１０、及び患者１１４を支持する外科テーブル１１２を含む。この特定の例において、患者１１４は、人間の患者として示されている。Ｃアーム１１０は、外科テーブル１１２の主方向に沿って方向付けられる第１の軸１１６を中心に回転可能である。Ｃアーム１１０は更に、第２の軸１１８を中心に回転可能であり、第２の軸１１８は、第１の軸１１６に対して垂直であって、外科テーブル１１２と平行である。Ｘ線源１２０と、矩形のフラット検出器であるように示されるＸ線検出器１２２とは、Ｘ線源及びＸ線検出器が第２の軸１１８に関して互いに反対側にあるように、Ｃアーム１１０に取り付けられる。
【００４１】
Ｘ線イメージングシステム１００は、患者外部のカメラ画像を提供するカメラ１２４を更に含む。カメラ１２４は、Ｘ線検出器１２２と一緒にＣアーム１１０に取り付けられる。この特定の例において、カメラ１２４は、可視スペクトルの波長に感受性がある。更に、この例において、Ｘ線イメージングシステム１００は、Ｘ線検出器１２２と反対の側でＸ線検出器１２２と一緒にＣアーム１１０に取り付けられる他のカメラ１２６を含む。この点において、特に明記されない限り、明細書全体にわたって記述されるカメラ１２４のさまざまなコンフィギュレーション及び用途が、他のカメラ１２６にも適用できることに留意されたい。
【００４２】
Ｘ線イメージングシステム１００は更に、介入経路を取得する入力部１３０、画像を生成するプロセッサ１４０、及びディスプレイ１６２上に画像を表示する表示出力部１５０を含む。この特定の例において、入力部１３０、プロセッサ１４０及び表示出力部１５０は、処理ユニット１６０の一部であるように概略的に示されており、処理ユニットは、Ｘ線イメージングシステム１００の一部である。処理ユニット１６０は、表示出力部１５０を通じてディスプレイ１６２に接続される。しかしながら、さまざまな代替例が、処理ユニット１６０の一部ある入力部１３０、プロセッサ１４０及び表示出力部１５０について企図される。例えば、入力部１３０、プロセッサ１４０及び表示出力部１５０は、Ｘ線装置１０４に直接組み込まれてもよい。
【００４３】
Ｘ線イメージングシステム１００の動作は、以下のように簡単に説明されることができる。入力部１３０は、患者１１４の介入プロシージャ用の介入経路を取得する。カメラ１４０は、介入プロシージャの間、患者外部のカメラ画像２７０を取得する。プロセッサ１４０は、カメラ画像と３Ｄ画像データとの間で空間的対応を確立し、空間的対応に基づいて、カメラ画像に対応する介入経路のビュー２８０を計算する。プロセッサ１４０は、介入経路のビューをカメラ画像と組み合わせて、複合画像を取得し、表示出力部１５０は、組み合わされた画像をディスプレイ１６２に表示する。
【００４４】
Ｘ線イメージングシステム１００の動作は、以下に一層詳しく説明されることができる。図２ａは、患者内部の３Ｄ画像データ２００を概略的に示す。ここで、患者の内部と外部との間の境界１１５が示される。境界１１５は、患者の皮膚表面に効果的に対応し、患者内部は、境界１１５の下に位置し、患者外部は、境界１１５より上に位置する。図２ａは更に、介入プロシージャの目標領域２１０と、境界１１５上のエントリポイント２３０から目標領域２３０へ通じる介入経路２２０と、を示す。一般に、介入経路２２０は、介入の程度を最小限にするように、目標領域２１０に直接いたるものである。それゆえ、介入経路２２０の形状は、一般には直線に対応する。しかしながら、他の形状が同等に可能である。目標領域２１０は、例えば３Ｄ画像データ２００を観察するとき臨床医によって、経路計画中に手動で識別されることができる。目標領域２１０は、例えば関心領域検出器を使用して、自動的に識別されることができる。介入経路２２０は、介入プロシージャの開始前に、手動で、自動的に、又は半自動的に計画されることができる。
【００４５】
入力部１３０が３Ｄ画像データを取得しなくてもよいことに留意されたい。例えば、介入経路は、Ｘ線イメージングシステム１００を使用するのではなく、例えばワークステーションのような異なるシステムを使用して計画されることができる。更に、介入経路２２０を計画する際に使用された３Ｄ画像データ２００は、イメージングシステム１００、すなわち３Ｄ  Ｘ線画像データ、と同じモダリティであってもよい。この場合、３Ｄ画像データ２００は、患者１１４の事前介入イメージングプロシージャにおいて、Ｘ線イメージングシステム１００によって取得されることができる。代替例として、３Ｄ画像データは、例えばＭＲＩ、ＣＴ、ＰＥＴ等の異なるモダリティでありうる。
【００４６】
図２ｂは、患者外部のカメラ画像２７０を概略的に示す。カメラ画像２７０は、患者１１４の一部と、バックグラウンドを有する境界１１５とを示す。カメラ画像２７０は、複数のカメラ画像のうちの１つでありうる。例えば、カメラ１２４は、ディスプレイ１６２上に患者外部のライブビューを提供するように患者外部のビデオストリームを取得するよう構成されることができる。カメラ画像２７０は更に介入器具２５０を示す。介入器具２５０は、ニードル、外科用メス、又は目標領域２１０に到達するために使用される同様の器具でありうる。患者１１４に対する介入器具の位置は、臨床医によって、例えば適切に介入器具２５０を保持する臨床医によって、決定されることができる。
【００４７】
図２ｃは、プロセッサ１４０が、カメラ画像２７０と３Ｄ画像データ２００との間の空間的対応を確立し、空間的対応に基づいて、カメラ画像２７０に対応する介入経路２８０のビュー２８０を計算する結果を概略的に示す。ビュー２８０は、更に図２ａに概略的に示されており、例えば介入経路２２０の２Ｄパースペクティブ投影を構成するものとして選ばれる。介入経路２２０が、カメラ画像２７０の患者外部と合致する位置及びパースペクティブでビュー２８０に示されるような、２Ｄ投影が行われる。介入経路２２０のビュー２８０は、２Ｄ画像の形で生成されることができる。しかしながら、介入経路２２０は、例えば介入経路２２０の強度を３Ｄ画像データ２００のビュー２８０に適応させることによって、２Ｄ画像に介入経路２２０の深さ情報が含まれるように、示されることができる。例えばカメラ１２４が、３Ｄカメラ画像を取得するための３Ｄカメラである場合、プロセッサ１４０は、介入経路２２０の３Ｄ画像を生成することができることが分かるであろう。
【００４８】
２Ｄパースペクティブ投影の代わりに、任意の他の適切な技法が、カメラ画像２７０に対応する介入経路のビュー２８０を生成するために有利に使用されることができることに留意されたい。このような技法は、それ自体が画像処理及び画像可視化の技術分野から知られていることに留意されたい。
【００４９】
更に、カメラ画像２７０と３Ｄ画像データ２００との間の空間的対応を確立するために、画像位置合わせの技術分野からの技法が使用されることができる。例えば、国際公開第２０１０／０６７２８１Ａ１号公報に記述されるような技法が使用されることができ、かかる技法は、カメラ画像２７０を３Ｄ画像データ２００に位置合わせするために、カメラ画像２７０において及び３Ｄ画像データ２００において検出可能である空間基準を使用することを含む。更に、カメラ１２４は、イメージングシステム１００にリジッドに固定されることができ、これが、空間的対応を確立する際に使用されることができることに留意されたい。例えば、較正プロシージャの間、カメラ画像２７０の視野及び３Ｄ画像データ２００の視野は、空間的対応を確立するように合致されることができる。
【００５０】
それにもかかわらず、カメラ画像２７０の視野及び３Ｄ画像データ２００の視野の間の対応が知られている場合であっても、患者１１４は、各々の視野に関して異なって位置付けられることができる。従って、例えばプロセッサ１４０が、カメラ画像を解析することによってカメラ画像２７０における患者１１４の位置を確立するように構成されることによって、及び／又はプロセッサ１４０は、３Ｄ画像データを解析することによって３Ｄ画像データ２００における患者１１４の位置を確立するように構成されることによって、空間的対応が、カメラ画像２７０における患者１１４の位置及び３Ｄ画像データ２００における患者の位置の差を考慮することができる。
【００５１】
図２ｄは、介入経路２２０のビュー２８０及びカメラ画像２７０が組み合わされて生成される複合画像２９０を示す。前記組み合わせは、カメラ画像２７０に介入経路２２０のビュー２８０をオーバレイすること、前記ビュー２８０をカメラ画像２７０に混合すること等を含みうる。プロセッサ１４０は、複合画像２９０において介入経路２２０を強調するように、介入経路２２０の可視性を高めるように構成されることができる。複合画像２９０を生成したのち、表示出力部１５０は、臨床医に表示するために、ディスプレイ１６２に複合画像２９０を出力する。臨床医は、複合画像を観察することによって、エントリポイントに到達するように介入器具２５０を適切に位置付けることができる。この目的で、例えば、複合画像２９０は、例えばエントリポイント２３０に対する介入器具２５０の位置について臨床医にリアルタイムのライブビューを提供するように、新しいカメラ画像２７０ごとにプロセッサ１４０によって生成される一連の複合画像の中の１つでありうる。
【００５２】
図３ａ及び図３ｂは、上述のカメラ画像と異なる患者外部のパースペクティブを提供する他のカメラ画像を取得する他のカメラ１２６を含むイメージングシステム１００の結果を示す。例えば、カメラ１２４（これからは更に第１のカメラ１２４と呼ばれる）は、患者の上部ビューを提供する患者外部のパースペクティブを提供することができる。このビューは、患者外部から内部へではなく、患者の横断方向のビューに本質的に対応することができる。他のカメラ１２６は、患者の側面ビューを提供する患者外部のパースペクティブを提供することができる。このビューは、患者外部からの患者の矢状ビューに本質的に対応しうる。しかしながら、さまざまな他のパースペクティブが同様に可能である。例えば、図１に示される第１のカメラ１２４及び他のカメラ１２６の構成において、患者外部からの異なる冠状ビューに本質的に対応する患者外部の異なる正面パースペクティブが取得される。
【００５３】
他のカメラ１２６を与えられる場合、プロセッサ１４０は、ｉ）他のカメラ画像と３Ｄ画像データ２００との間の他の空間的対応を確立し、ｉｉ）他の空間的対応に基づいて、他のカメラ画像と対応する介入経路２２０の他のビューを計算し、ｉｉｉ）介入経路の他のビューを他のカメラ画像と組み合わせて他の複合画像２９２を取得する、ように構成されうる。図３ａは、以下で第１の複合画像２９０とも呼ばれる複合画像２９０を示し、図３ｂは、他の複合画像２９２を示す。第１の複合画像２９０及び他の複合画像２９２の組み合わせは、臨床医が、２つの異なるパースペクティブからエントリポイント２３０及び介入経路２２０に対する介入器具２５０の位置を決定することを可能にする。このため、表示出力部１５０は、ディスプレイ１６２に、第１の複合画像２９０及び他の複合画像２９２を並べて表示するように構成されることができる。
【００５４】
図３ａは更に、ｉ）空間的対応に基づいて、カメラ画像２７０に対応する３Ｄ画像データ２００のビューを計算し、ｉｉ）３Ｄ画像データのビュー、介入経路のビュー２８０及びカメラ画像を組み合わせる、ように構成されるプロセッサ１４０の結果を示す。図３ｂは、同じ結果を示すが、他のカメラ１２６から取得された他のカメラ画像に基づくものである。介入経路２２０に加えて、患者の脊椎の骨セグメントのような患者内部の詳細も同様に可視であることが分かる。これは、臨床医が、例えばエントリ中に重要な構造が影響を受けないことを検証するために、患者内部におけるランドマークに対する介入器具２５０の位置を検証することを可能にする。
【００５５】
複合画像２９０は、エントリポイント２３を通って患者内部に入った後の患者内部の介入器具２５０の位置に関する視覚的フィードバックを、臨床医に直接的に提供しないが、このようなフィードバックは、臨床医が、カメラ画像２７０において今もなお可視である、すなわち患者内部に完全に入らなかった介入器具２５０の一部の位置から上述の位置を相対的に容易に視覚的に推測することができる点で、間接的に提供されることに留意されたい。任意に、イメージングシステム１００は、介入プロシージャの間、患者内部の画像を取得するように構成されることができ、プロセッサ１４０は、患者内部に入った後の介入器具２５０の位置付けについてガイダンスを臨床医に提供するために、複合画像に前記患者内部の画像を含めるように構成されることができる。
【００５６】
図４は、カメラ１２４がＸ線検出器１２２の放射線検知表面１２３と並んで配置される本発明の任意の見地を示す。ここで、Ｘ線検出器１２２は、図１に既に示したように、矩形のフラット検出器であり、図４は、検出器の主方向に沿ったＸ線検出器の断面を示す。放射線検知表面１２３は、Ｘ線検出器１２２の断面において中央に示されている。Ｘ線検出器１２２は、Ｘ線検出器１２２の周囲に沿って配置され及び本質的に放射線検知表面１２３を囲む複数の衝突センサ１２８を更に有する。衝突センサ１２８は、Ｘ線検出器１２２が例えば患者１１４のような対象に近付くとき、イメージングシステム１００の臨床医又はオペレータに警告するように構成されることができ、それによってＸ線検出器１２２と対象との間の衝突が回避されることを可能にする。衝突は、例えばＸ線検出器１２２がＣアームの一部として再位置付けされるために移動されることによるものであり、及び／又は対象が移動されることによるものでありうる。図４は更に、複数のカメラ１２４−１２７のうち１つのカメラ１２４を示す。カメラの各々は、周囲に沿った衝突センサ１２８のうちの２つの衝突センサの間の間隙に配置される。こうして、複数のカメラ１２４−１２７の各々がＸ線検出器２００に組み込まれ、カメラのレンズのみがＸ線検出器２００から突出し、すなわちＸ線検出器２００が、複数のカメラの各々のレンズのための開口を含む。
【００５７】
代替として、衝突センサ１２８のうち２つの衝突センサの間の間隙にカメラ１２４を配置することに代わって、カメラ１２４は、他のやり方でＸ線検出器１２２に組み込まれることができることに留意されたい。例えば、Ｘ線検出器１２２のサイズを増大する必要なく複数の集積オプションを可能にするように、カメラ１２４は小型カメラでありうる。
【００５８】
これまでの図に示されていないが、プロセッサ１４０は、カメラ画像２７０における患者位置と３Ｄ画像データ２００における患者位置との間の特定的な空間的対応を確立するように構成されることができる。このために、プロセッサ１４０は、カメラ画像を解析することによって、カメラ画像２７０における患者位置を確立するように構成されることができる。例えば、プロセッサ１４０は、例えば患者に取り付けられるマーカを使用して、患者追跡を実施することができる。３Ｄ画像データ２００における患者の位置は、知られていることができ、例えば以前に検出されたものでありうる。代替として、プロセッサ１４０は、３Ｄ画像データを解析することによって３Ｄ画像データ２００における患者位置を確立するように構成されることができる。それゆえ、カメラ画像２７０に対応する介入経路のビュー２８０が、介入プロシージャの間にカメラ画像の範囲内で患者が移動するにもかかわらず、計算されることができる。
【００５９】
一般に、イメージングシステム１００が、２より多くのカメラを、例えば図４に示されるような４つカメラを含む場合、イメージングシステム１００は、２より多くの複数のカメラのうちカメラ１２４及び他のカメラ１２６を臨床医が選択することを可能にするためのユーザ入力部１３４を含むことができる。このために、図１に示されるようなユーザ入力部１３４は、キーボード、コンピュータマウス、タッチセンシティブ表面等のユーザインタフェース手段から選択コマンドを入力することができる。
【００６０】
更に、プロセッサ１４０は、概してＣアーム１１０の再位置付けに応じて、ｉ）カメラ画像２７０と３Ｄ画像データ２００との間の空間的対応を再確立し、ｉｉ）カメラ画像２７０に対応する介入経路２２０のビュー２８０を再計算する、ように構成されることができる。概して、本発明は、従来技術のイメージングシステムの使用の結果でありうる増大される放射線被曝を回避するために使用されることができる。例えばＸ線モダリティ又は任意の他の３Ｄモダリティを使用した３Ｄスキャンに基づいて、原則的に患者の皮膚から患者内部の関心領域への経路が計画される。完全な３Ｄスキャンが利用可能でないことによるトランケーション（切頭）のため、経路は、患者の皮膚のできるだけ近くに計画される。臨床ユーザは、Ｘ線イメージングシステムのＣアームを適切に位置付けることによって、的を得た位置（すなわちニードルの上部ビューが取得される位置）にＸ線イメージングシステムのＸ線検出器を位置付ける。計画された経路は、ライブＸ線画像に投影される。これは、臨床ユーザが、ニードルが適当な方向を有し、すなわち経路の方向を向いた状態で、介入経路の入口ポイントにニードルを位置付けることを可能にする。エントリの後、臨床ユーザは、再びＣアームを適切に位置付けることによって、上述した的を得た位置に対しほぼ垂直である垂直ビューにおいてＸ線検出器を位置付ける。臨床ユーザは、ライブＸ線画像に投影される計画経路に基づいて、関心領域に対して患者内部でニードルを位置付けることができる。
【００６１】
本発明は、臨床ユーザが、ニードルが適当な方向を有した状態で、ライブＸ線画像の必要なく、介入経路の入口ポイントにニードル又は任意の他の介入器具を位置付けることを可能にする。ここで、計画された介入経路は、カメラ画像に投影される。このように、臨床ユーザは、カメラ画像においてニードルと共に自分自身の手を見ることができる。こうして、臨床ユーザは、ニードルが適当な方向を有した状態で、すなわち、患者の皮膚上の「正しい」入口ポイントに、「正しい」方向を有して、介入経路の入口ポイントにニードルを配置することが可能にされる。従って、ライブＸ線画像は、介入プロシージャのこの部分の最中は必要でない。臨床ユーザは、関心領域の方向に向けて患者にニードルを挿入することによって、介入プロシージャを続けることができる。
【００６２】
更に、機械的により複雑でなく、放射線被曝を最小限にすることに加えて、本発明は、的を得た位置にＸ線検出器を移動させる必要がないので、臨床医のためのより少ないハンドリングを含むより短いワークフローを可能にすることができる。有利には、より多くのワーキング空間が利用可能である。
【００６３】
本発明は、患者の皮膚を別途切断することなく小さい介入器具が患者内部に挿入されるいわゆる最小侵襲性の経皮プロシージャ（例えば生検、アブレーション及びドレナージ）において使用されることができる。
【００６４】
図５は、臨床医が介入プロシージャのエントリポイントを決定することを可能にする複合画像を生成する方法３００を示す。方法３００は、介入プロシージャ用の介入経路を取得する（３１０）ことを含む「介入経路の取得」というタイトルの第１ステップを含み、介入経路は、患者内部の３Ｄ画像データに基づいて計画されたものであり、介入経路は、エントリポイントを示す。方法３００は、介入プロシージャの間に患者外部のカメラ画像を取得する（３２０）ことを含む「カメラ画像の取得」というタイトルの第２のステップを更に含む。方法３００は、カメラ画像と３Ｄ画像データとの間の空間的対応を確立する（３３０）ことを含む「空間的対応の確立」というタイトルの第３のステップを更に含む。方法３００は、カメラ画像に対応する介入経路のビューを計算する（３４０）ことを含む、空間的対応に基づく「介入経路のビューの計算」というタイトルの第４のステップを更に含む。方法３００は、介入経路のビューをカメラ画像と組み合わせて複合画像を取得する（３５０）ことを含む「複合画像の生成」というタイトルの第５のステップを含む。方法３００は、ディスプレイに複合画像を表示する（３６０）ことを含む「複合画像の生成」というタイトルの第６のステップを更に含む。
【００６５】
方法３００は、イメージングシステム１００の動作に対応することができる。しかしながら、方法は、前記システムと分離して実施されることもできることに留意されたい。
【００６６】
図６は、本発明による方法をプロセッサシステムに実施させる命令を含むコンピュータプログラム製品３８０を示す。コンピュータプログラム製品３８０は、例えば一連の機械可読の物理的マークの形で、及び／又は別の電気、磁気、又は光学特性又は値を有する一連の要素として、コンピュータ可読媒体３７０に含まれることができる。
【００６７】
本発明は更に、本発明を実行するように適応されるコンピュータプログラム、特に担体上又は担体内のコンピュータプログラムに適用される。プログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、コード中間ソース、及び例えば部分的にコンパイルされた形のオブジェクトコードの形でありえ、又は本発明による方法の実現において使用されるのに適した任意の他の形でありうる。更に、このようなプログラムは、多くの異なる構造設計を有することができる。例えば、本発明による方法又はシステムの機能を実現するプログラムコードは、１又は複数のサブルーチンに細分されることができる。これらのサブルーチンに機能を分散させる多くの異なる方法は、当業者には明らかである。サブルーチンは、自己内蔵型プログラムを形成するように１つの実行可能ファイルで一緒に記憶されることができる。このような実行可能ファイルは、コンピュータ実行可能な命令、例えばプロセッサ命令及び／又はインタプリタ命令（例えばＪａｖａインタプリタ命令）を含むことができる。代替として、サブルーチンの１つ、複数、又は全ては、少なくとも１つの外部ライブラリファイルに記憶され、例えば実行時に、静的に又は動的にメインプログラムによってリンクされることができる。メインプログラムは、サブルーチンの少なくとも１つに対する少なくとも１つのコールを含む。サブルーチンは、互いに対する関数コールを更に含むことができる。コンピュータプログラム製品に関する実施形態は、ここに示される方法のうちの少なくとも１つにおける各々の処理ステップに対応するコンピュータ実行可能な命令を含む。これらの命令は、サブルーチンに細分されることができ及び／又は静的に又は動的にリンクされることができる１又は複数のファイルに記憶されることができる。コンピュータプログラム製品に関する別の実施形態は、ここに示されるシステム及び／又は製品のうち少なくとも１つの各手段に対応するコンピュータ実行可能な命令を含む。これらの命令は、サブルーチンに細分されることができ、及び／又は静的に又は動的にリンクされることができる１又は複数のファイルに記憶されることができる。
【００６８】
コンピュータプログラムの担体は、プログラムを担持することができる任意のエンティティ又は装置でありうる。例えば、担体は、ＲＯＭ（例えばＣＤ−ＲＯＭ又は半導体ＲＯＭ）又は磁気記録媒体（例えばハードディスク）のような記憶媒体を含むことができる。更に、担体は、電気ケーブル又は光学ケーブルを通じて又は無線又は他の手段によって伝達されることができる電気信号又は光学信号のような送信可能な担体でありうる。プログラムがこのような信号に組み入れられるとき、担体は、このようなケーブル又は他の装置又は手段によって構成されることができる。代替として、担体は、プログラムが具体化される集積回路でありえ、集積回路は、適切な方法を実施するように適応され、又は方法の実施において使用される。
【００６９】
上述の実施形態は、本発明を制限するものではなく説明するものであり、当業者であれば、添付の請求項の範囲を逸脱することなく、多くの代替の実施形態を設計することが可能であることに留意されたい。請求項において、括弧内に示される参照符号は、請求項を制限するものとして解釈されるべきでない。「含む、有する（comprise）」という動詞及びその活用形の使用は、請求項に示されるもの以外の構成要素又はステップの存在を除外しない。構成要素に先行する「a」又は「an」の語は、このような構成要素の複数の存在を除外しない。本発明は、数個の別個の要素を含んで成るハードウェアによって実現されることが可能であり、適切にプログラムされたコンピュータによって実現されることも可能である。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段の幾つかは、同じ１つのハードウェアアイテムによって具体化されることができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【図１】
0006360052.tif 000002
【図２ａ】
0006360052.tif 000003
【図２ｂ】
0006360052.tif 000004
【図２ｃ】
0006360052.tif 000005
【図２ｄ】
0006360052.tif 000006
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
0006360052.tif 000010
【図６】
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