(57)【要約】【課題】診断的及び介入的手技のための医用イメージング・システムを提供する。【解決手段】Ｘ線源（３６）と受信体（３４）を有するＣアーム（１２）を画像収集経路（Ａ、Ｂ）にわたって移動させ、経路上で少なくとも第１及び第２の画像を取得する。収集モジュールにより画像収集経路に沿った所望の位置で複数の２Ｄ透視像を取得し、また画像処理装置（１６）によりこの２Ｄ透視像に基づいて対象データの３Ｄボリュームを構成させている。受信体（３４）、患者（２２）及び外科器具（２４）（含まれる場合）の位置をトラッキングするために、位置トラッキング・システム（１８、２０）を含んでいる。この位置情報を使用して照射（３２）を取得する時点を制御し、また器具グラフィック情報（含まれる場合）をディスプレイ（４８）上で患者情報と重ね合わせている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生させるためのＸ線源（３６）及び受け取ったＸ線から画像照射を取得するための受信体（３４）を有するＣアーム・ユニット（１０）であって、そのＣアーム（１２）は該Ｘ線源（３６）及び受信体（３４）を画像収集経路に沿って少なくとも第１及び第２の照射位置の間で移動させているようなＣアーム・ユニット（１０）と、
前記受信体が前記第１及び第２の照射位置のそれぞれに配置されている間に取得した少なくとも第１及び第２の画像照射を含む一連の画像照射を、前記受信体から集めるための収集モジュール（１６）と、
前記受信体の位置及び患者の位置を監視して位置データを生成するための位置検出器（１８、２０）と、
前記一連の画像照射及び複数の前記位置検出器からの位置データに基づいて、３次元（３Ｄ）ボリュメトリック・データ組を構成させるための画像処理装置（１６）と、
前記３次元ボリュメトリック・データ組に基づいて画像を表示するためのディスプレイ（４８）と、
を備える医用イメージング・システム。
【請求項２】
前記画像処理装置がコンピュータ断層ボリュームを構成している、請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項３】
前記Ｃアーム（１１２）を回転自在に取り付ける相手となっているベース（１１１）であって、Ｘ線源（１２３）及び受信体（１２４）をＣアームを含む面に沿って患者に対して前記第１及び第２の照射位置間で回転させる経路である軌道状回転経路を形成した前記画像収集経路に沿って前記Ｃアーム（１１２）を移動させているベース（１１１）、をさらに備える請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項４】
前記Ｃアーム（１１２）に接続させた側面回転ユニット（１１９）であって、前記画像収集経路の少なくとも一部を形成する側面回転経路に沿って前記Ｃアームを移動させて前記受信体が前記第１及び第２の照射位置の間を移動するようにした側面回転ユニット（１１９）、をさらに備える請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項５】
前記Ｃアームに接続させたピボット部材（１２８）であって、前記Ｃアームを含む面に沿って延びるピボット軸の周りで前記Ｃアームをピボットさせ、かつ少なくとも前記第１及び第２の照射位置間で前記受信体をピボット状画像収集経路の周りでピボットさせているピボット部材（１２８）、をさらに備える請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項６】
前記画像処理装置（１６）は複数の２Ｄ透視像を３Ｄボリュメトリック・データ組に変換している、請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項７】
前記画像処理装置は３Ｄボリュメトリック・データ組を構成させるために逐次再構成技法を実行している、請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項８】
前記画像処理装置（１６）は前記３Ｄボリュメトリック・データ組を構成させるために逆投影技法と順投影技法のうちの一方を実行している、請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項９】
前記収集モジュール（１６）は前記画像収集経路に沿った等間隔の各位置で一揃いの２Ｄ透視像を収集している、請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項１０】
前記収集モジュール（１６）は座標基準系に対するＣアーム位置を継続的に計算し、かつ前記Ｃアームが前記画像収集経路に沿った所定の位置に到達した時点で前記Ｘ線源がＸ線を発生させるようにトリガしている、請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項１１】
前記第１及び第２の照射位置により、前記Ｃアーム（１１２）の弓形の移動範囲に沿った開始位置と終了位置のそれぞれが構成されており、前記開始位置と終了位置の隔たりは１９０゜未満である、請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項１２】
前記収集モジュール（１６）は、前記画像収集経路に沿って等間隔に２Ｄ透視像を取得しており、前記等間隔は前記Ｃアーム回転の５゜未満である、請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項１３】
前記収集モジュール（１６）は、前記画像処理装置による前記３Ｄボリュメトリック・データ組の構成で使用するために４０回未満の画像照射を取得している、請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項１４】
前記画像処理装置（１６）は、前記３Ｄボリュメトリック・データ組を２０回未満の画像照射から構成している、請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項１５】
患者上の一つの固定点を原点とする基準座標系に対する前記受信体の位置座標を取得するためのトラッキング・モジュール（１８）と、患者を基準とした前記受信体の位置を特定している前記位置座標に基づいて前記照射画像を取得するためのトラッキング・データ処理装置（２０）と、をさらに備える請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項１６】
前記Ｃアーム（１２）は前記画像収集経路に沿って手動で移動させている、請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項１７】
前記受信体のトラッキング成分座標、患者のトラッキング成分座標、及び外科器具のトラッキング成分座標を継続的に取得しているトラッカー・モジュール（１８）をさらに備える請求項１に記載の医用イメージング・システム。
【請求項１８】
Ｃアーム式Ｘ線透視装置により取得した患者の画像照射から３次元（３Ｄ）ボリュメトリック・データ組を構成させるための方法であって、
患者を基準としてＣアーム・ユニット（１２）を画像収集経路に沿って移動させるステップ（３０５）と、
Ｃアーム・ユニット（１２）の位置及び患者の位置を継続的に電子監視するステップ（３０５）と、
Ｃアーム・ユニットを前記画像収集経路に沿って移動させながら、Ｃアーム・ユニットが患者位置に対して所定の照射位置に位置決めされた時点で患者の一連の画像照射を取得するステップ（３１０、３１５、３２０）と、
前記一連の画像照射から３Ｄボリュメトリック・データ組を構成するステップ（３３５）と、
を含む方法。
【請求項１９】
Ｃアーム・ユニット上の受信体が患者に対する事前定義の軌道位置に到達した時点でＸ線源をトリガし（３１０）、かつ画像照射を取得するように受信体に指令するステップをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、患者上の一つの固定点を原点とする座標基準系における患者の位置及びＣアーム・ユニットの位置を特定しているトラッキング成分座標を継続的に生成するステップを含むと共に、前記取得のステップは前記トラッキング成分座標に基づいて各画像照射を起動させている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
Ｃアーム・ユニット（１２）を前記画像収集経路に沿って手動で移動させるステップをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
Ｃアーム・ユニット（１２）を前記画像収集経路に沿って自動で移動させるステップをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記移動のステップは、Ｃアーム・ユニット（１２）上のＸ線源（３６）及び受信体（３４）を、軌道状回転方向、長軸方向、横軸方向、ピボット状方向、及びｗｉｇ−ｗａｇ方向のうちの一つに沿って導いている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記監視のステップは、Ｃアーム・ユニット（１２）の位置及び患者の位置を光学的に検出することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記監視のステップは、患者及びＣアーム・ユニットの一方から送信され患者及びＣアーム・ユニットのもう一方の上のセンサで検出されるような電磁的信号に基づいてＣアーム・ユニット（１２）の位置及び患者の位置を検出することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
外科器具（２４）の位置を検出するステップと、３Ｄボリュメトリック・データ組から作成した画像に前記器具のグラフィック表現を表示させるステップと、をさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記取得のステップは、前記画像収集経路を規定している軌道状回転に沿って画像照射を５゜間隔で取得している、請求項１８に記載の方法。
【請求項２８】
ディジタル式透視システムを用いて患者データ組を形成し、該患者データ組から患者ビュー・スライスを作成するための方法であって、
患者に対する開始位置と終了位置の間の移動範囲にわたってＸ線検出器（３４）を移動させるステップと、
患者を基準とした検出器の位置をトラッキングするステップ（３０５）と、
患者に対する検出器の位置に基づいて検出器により一連の照射をトリガするステップ（３１０）と、
基準座標系内での検出器の位置を特定している位置トラッキング・データと共に各画像照射を保存するステップ（３２０）と、
前記患者データ組から複数の患者ビュー・スライスを作成するステップ（３４０）と、
を含む方法。
【請求項２９】
Ｘ線検出器を手動で移動させるステップをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記患者データ組から患者のサジタルビュー・スライス、コロナルビュー・スライス及びアキシャルビュー・スライスを作成しかつ表示するステップをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記一連の画像照射からボリュメトリック・データ組を構成させるために逐次式逆投影を実行するステップをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
Ｘ線検出器を第１の方向に移動させながら、前記一連の画像照射のうちの第１の部分を取得するステップと、Ｘ線検出器を第２の方向に移動させながら、前記一連の画像照射の第２の部分を取得するステップと、をさらに含むと共に、前記第１及び第２の方向は異なっている、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１及び第２の方向は互いに反対である、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１の部分は前記一連の画像照射の第１の半分を構成しており、かつ前記第２の部分は前記一連の画像照射の第２の半分を構成している、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の好ましい実施形態は、全般的には、３次元（３Ｄ）ボリュメトリック・データ組を構成させてこのデータ組を診断的及び介入的医療手技において使用するための可動式Ｃアーム・ベースのＸ線システムに関する。より具体的には、本発明の好ましい実施形態の少なくとも一つは、患者及びＸ線受信体に関する座標情報に部分的に基づいてディジタルＸ線画像の３次元ボリュメトリック・データ組を構成させ、このデータ組を使用して診断的及び介入的手技を実行している可動式Ｃアーム・ベースのＸ線医用イメージング・システムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
コンピュータ断層（ＣＴ）や磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）など、従来の医用イメージング様式では、患者並びに患者のイメージング・データ組を構成させるのに用いる装置を支持するために高度な機械的ガントリ構造を使用している。ＣＴやＭＲＩのデータ組は、その正確な患者位置が機械的ガントリと、このガントリと一体で形成させた患者寝台と間の関係から既知であるような複数のスキャンにより形成されている。例えば、ＣＴシステムでは、継続的に回転するファンビーム状Ｘ線源と、これに相対している弓形の検出器アレイとを支持している円形のガントリを用いている。ファンビーム状Ｘ線源と検出器アレイはガントリ内で継続的に回転する。ＣＴシステムはさらに、ガントリと一体となった患者寝台を含む。ファンビーム状Ｘ線源が継続的に回転する間に、この寝台により、患者は事前定義の増分ステップでガントリを通過するように移動させている。ＣＴシステム内でのガントリと寝台の機械的相互接続は、患者の位置とＸ線源及び検出器アレイの位置との既知の関係を常時維持させており、これにより画像の３Ｄボリュメトリック・データ組を構成させるために既知の関係で互いに整列している２Ｄ画像の組を構成させることができる。３Ｄボリュームを構成させた後、サジタル・ビュー、コロナル・ビュー、アキシャル・ビュー、あるいはセグメント化またはレンダリングした画像ビューなどの所望のビューを医師に提示するために、患者の個々のスライスを取得することができる。ＭＲＩシステムは、マグネット・コイルを保持しているガントリと患者寝台との間で同様の機械的相互接続を維持している。
【０００３】
しかし、ＣＴやＭＲシステムは極めて複雑であり、大型であり、かつ高価である。より最近の出来事としては、術中ＭＲや可動式ＣＴシステムが提案されている。しかし、こうした術中ＭＲや可動式ＣＴシステムでは、未だに、ガントリと一体で形成させた患者寝台を備えているような構成が必要である。多くの術中及び診断手技は、可動式の場合でもそうでない場合でも、ＭＲやＣＴシステムの費用に釣り合う（すなわち、見合う）ものではない。さらに、術中ＭＲや可動式ＣＴシステムは、未だにかなり大型であると共に手術室のかなりの部分を占有する。
【０００４】
今日、多くの診断的及び外科的手技が、可動式Ｃアーム・タイプのＸ線システムを透視モードまたはディジタル式撮影モードで使用して実施されている。可動式Ｃアーム型Ｘ線システムは、ＣＴやＭＲシステムと比べてより小型で、より複雑でなく、かつより低価格となるに連れて、ＯＲや病院並びにクリニックの手術間施設においてより普通に見られるようになっている。従来の可動式Ｃアーム・システムは、標準的な透視Ｘ線イメージングを実行しその手技を受けている患者の一つまたは複数のＸ線画像を収集することにより、外科的手技の間で使用されてきた。可動式Ｃアームを用いて取得される最も一般的なＸ線画像としては、ＡＰビュー（正面像）や側面ビュー（側面像）が含まれる。一例として、外科的処置の計画段階において、医師は、ＡＰビュー１枚と側面ビュー１枚の２回の照射／撮影を取得し、関心領域の初期的観察及び検査を行うことがある。ある脊椎手技では、医師は次に関心領域（ＲＯＩ）から組織を切除し関心対象の骨部分を露出させることになる。次に、医師は、外科器具または外科ツールをこの関心対象骨部分の近傍に配置し、この器具またはツールが外科的手技を行おうと医師の希望する所望の位置及び方向に配置されるようにする。医師は次に、このＲＯＩ及び器具に関して新たに２回の照射／撮影（ＡＰ及び側面）を取得し、関心対象骨部分を基準とした器具／ツールの位置及び方向を観察するのが普通である。次いで、医師は骨に穴を開けるなどの外科的手技を開始する。外科的手技の途中の様々な段階において、医師は新たに照射／撮影（ＡＰ及び側面）からなる対を取得し、その手技の進捗を判定している。この手順はツールが所望の最終位置に到達するまで反復される。上述した手順では患者から何回かにわたって照射を採取することが必要となり、これにより、ある手技を完了させるのに要する放射線量は最小限にすることが望ましいものではあるが、患者に大きなＸ線量を受けさせることになる。
【０００５】
Ｃアーム・ベースのシステムは、軌道（ｏｒｂｉｔａｌ）トラッキング方向、長軸（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）トラッキング方向、側面（ｌａｔｅｒａｌ）トラッキング方向、横軸（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）トラッキング方向、ピボット状（ｐｉｖｏｔａｌ）トラッキング方向、「ｗｉｇ−ｗａｇ」トラッキング方向など幾つかの移動方向への医師によるＣアームの移動及び回転を可能するようなジョイント及び相互接続の構成を有している。適当なジョイント及び相互接続において機械的ロックを解除することにより、Ｃアームを上述したトラッキング方向の各々に移動させることができる。
【０００６】
Ｃアーム（したがって、Ｘ線源及びイメージ・インテンシファイア）を軌道トラッキング方向（すなわち、Ｃアームのフレームにより規定される面内にある弓形経路）で駆動させるために機械式モータを含んでいるような少なくとも一つのＣアーム・タイプのシステムが提唱されている。このモータがＣアームを軌道トラッキング方向に移動させるのに伴って、一連の照射が採取される。この一連の照射は３次元ボリュームとして表示させるために一つのデータ組に合成させている。しかし、モータ駆動式Ｃアーム・システムは、その画像フレームが患者位置やアラインメントと相関されていないため、診断的手技に対してのみ有用であり、介入的手術では有用でない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
患者の３Ｄボリュメトリック・データ組及び器具情報を構成させることが可能であり、かつ診断的及び介入的手技の間で使用するために所望の任意のビュー角度でデータのスライス、セグメントまたはレンダリングしたボリュームを表示することが可能であるような改良型のＣアーム・ベースのシステムが必要とされている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
好ましい実施形態の一態様では、Ｘ線を発生させるためのＸ線源と、Ｘ線を受け取りこの受け取ったＸ線から透視像を導出するための受信体デバイスと、を備えたＣアームを有するような医用イメージング・システムを提供する。このＣアームはＸ線源及び受信体デバイスを画像収集経路に沿って少なくとも第１及び第２の画像収集位置間で移動させている。収集モジュールにより、Ｘ線源及び受信体を第１及び第２の画像収集位置のそれぞれに位置させた時点でその第１及び第２の透視像が取得されるようにした一連の２Ｄ透視像を取得している。画像処理装置は、この一連の透視像に基づいて対象ボクセルの３Ｄボリュームを構成させている。モニタは、３Ｄレンダリング、患者スライスその他の３Ｄボリュームに基づいて画像を表示させている。位置トラッカーは、この一連の照射を通じた位置のそれぞれにおいてＣアーム及び患者の位置を監視し、患者及び受信体に関する位置情報を透視像に提供している。Ｃアームは、画像収集経路に沿って、手動式、機械式、または自動式で移動させることができる。
【０００９】
少なくとも一つの別の実施形態では、画像処理装置により一連の２Ｄ透視像からコンピュータ断層ボリュームを構成させている。この画像処理装置は、複数の２Ｄ透視像を３Ｄボリュメトリック・データ組に変換する。この画像処理装置は３Ｄボリュームを構成させるために逐次再構成技法を実行することができる。別法として、その画像処理装置は３Ｄボリュームを構成させるために逆投影技法を実行することがある。
【００１０】
少なくとも一つの別の実施形態では、そのＣアームは軌道状回転経路に沿ってＣアームを移動させているベースに回転自在に取り付けられており、Ｘ線源及び受信体デバイスをＣアームが規定する面と垂直に整列した軌道軸の周りの一つの弧に追従させている。少なくとも一つの別の実施形態では、ホイールを有する可動式ベースを設けている。このベースにＣアームを取り付けることができると共に、Ｘ線源及び受信体デバイスを側面画像収集経路に沿って第１及び第２の位置の間で移動させるためにＣアーム面を横断する軌道軸と接線をなすように形成させた側面回転弧に沿ってこのベースはホイール上を移動可能とすることができる。ピボット部材を設けることもある。このピボット部材により、Ｃアームを含む面内に含まれると共に該面に沿って延びるピボット軸の周りでＣアームをピボットさせることができる。このピボット部材は、Ｘ線源及び受信体デバイスをピボット状画像収集経路の周りに第１及び第２の位置の間でピボットさせている。
【００１１】
さらに別の実施形態では、収集モジュールによりイメージング経路に沿って間隔をおいた所定の位置で一揃いの２Ｄ透視像を収集している。任意選択では、その収集モジュールは２Ｄ透視像を画像収集経路に沿って等間隔で取得することがある。この等間隔は、Ｃアームの概ね５度の回転ごととすることがある。収集モジュールは座標基準系に対するＣアームの位置を継続的に計算し、Ｃアームがイメージング経路に沿った所定の位置に到達した時点で照射を発生させるようにＸ線源をトリガしている。
【００１２】
実施の一形態では、その第１及び第２の位置は、Ｃアームの弓形の移動範囲に沿ったそれぞれ開始位置と終了位置とすることができる。この開始位置と終了位置は１４５度から１９０度の間の間隔をもたせることができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態は、整形外科的手技、脊椎への検査及び応用、関節置換手技その他におけるなど様々な診断的手技、介入的外科処置への応用その他で使用することができる。脊椎への応用では、頸椎、胸椎または腰椎などの椎骨にペン（ｐｅｎ）やネジ（ｓｃｒｅｗ）を取り付けることが必要となることがある。椎骨は、ＡＰ透視ビュー及び側面透視ビューを通じたのでは満足に図示できないような複雑な解剖構造を示している。ＡＰビューと側面ビューでは、必ずしも、椎骨の複雑な詳細を適当に表示することができないことがある。脊椎への応用では、脊椎の柱体の断面を各スライス別の形式で提示するためにサジタル・ビュー、コロナル・ビュー及びアキシャル・ビューの表示を含ませることが好ましい。少なくとも一つの好ましい実施形態では、Ｃアームにより得た３Ｄボリューム・データ組から、サジタル・ビュー、コロナル・ビュー及びアキシャル・ビューを取得することができる。
【００１４】
医師が脊椎の外科処置を実施する際に、その器具やツールは医師に提示される２Ｄまたは３Ｄ画像の一つまたは複数と重なり合うことがある。器具またはツールの患者の脊椎柱体を基準とした動きに追従するために、器具またはツールの位置は継続的かつ反復的にリアルタイムで更新させている。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態の少なくとも一つを使用できる一般的な整形外科手技の一例は、折れた骨を固定する場合など骨折の整復に関連する。骨折整復手術の間では、一つまたは複数のトラッキング・デバイスを骨折した骨の上の一つまたは複数の点に取り付けることがある。骨折した骨を表示するように取得した２Ｄまたは３Ｄ画像は、外科処置計画及び／またはアラインメントに使用することができる。この２Ｄまたは３Ｄ画像はさらに、骨折した骨を所望の任意の向きにしたビューを取得するために骨折整復手技（すなわち、骨の固定）の実施中に使用することもできる。骨折を寄せるのに伴って、所望の任意の向きからの２Ｄまたは３Ｄ画像を観察し各骨が適正に整列しているか否かを判定することができる。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態の少なくとも一つを使用できる一般的な整形外科手技の別の例は、膝部を人工装具で置換する場合などの関節置換に関連する。膝用の人工装具は球窩関節（ｂａｌｌ  ａｎｄ  ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｊｏｉｎｔ）を含んでいる。膝部の一方の側ではその骨内にノッチを切り、この中に球部を挿入している。膝部のもう一方の側ではその骨内にノッチを切り、この中に窩関節部を挿入している。球部と窩関節部はこれらの骨ノッチ内で適正に整列させることが重要である。というのは、いずれかにおいて数度の整列ズレがあると、その足が適正に整列しなくなるからである。さらに、こうした関節は均等な荷重がかかるように設計されているため、球部と窩関節内に整列ズレがあるとその人工装具の損耗を早めることになる。荷重にわずか数度のアンバランスがあると、関節の損耗が早まることになる。
【００１７】
一般的な整形外科手技や脊椎手技ではコンピュータ断層システムを必要とする程ではなく、また、手術に対するＣＴシステム分の費用の付加に見合うものでもない。一方、ほとんどの手術室では透視システムがあるか、または利用可能であるため、一般的な整形外科手技や脊椎手技の間で使用することがより容易であることが普通である。透視装置によるボリュメトリック再構成により、医師は寝台上で患者を麻酔している間に外科処置計画を迅速に実施する能力が得られる。医師は、外科処置計画段階（例えば、術前計画）の数分以内で、適正なアラインメント（例えば、手術間ナビゲーション）を得て質的保証を確認するという計画を実行することができる。したがって、本発明の好ましい実施形態の少なくとも一つにより、医師は計画が適正に実行されたことを確認することができる。本発明の好ましい実施形態の少なくとも一つでは、術中手技（例えば、手術間データ収集）の間でイメージング・データを収集しており、事前のイメージングは全く不要である。手術間データ収集を可能にすることにより、患者を画像収集のために別の部屋に移す必要がなくなり、これに代わって患者に麻酔をかけて手術準備をしている間にＣアームによりこれらの画像を取得することができる。
【００１８】
上述した要約、並びに本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むことによってさらに十分な理解が得られよう。本発明の好ましい実施形態を図示するために、図面では目下のところ好ましい実施形態を示している。しかし、本発明は添付の図面に示した配置や手段に限定するものではないことを理解すべきである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１はＸ線発生装置１４、画像処理コンピュータ１６及びトラッカー・モジュール１８と電気的に接続されたＣアーム１２を含むような透視Ｘ線システム１０を表している。このトラッカー・モジュール１８はトラッキング・データ処理装置２０と連絡しており、このトラッキング・データ処理装置２０は一方、画像処理コンピュータ１６及びＸ線発生装置１４と連絡している。画像処理コンピュータ１６はモニタ４８と連絡している。
【００２０】
Ｃアーム１２は、その一方の側に取り付けたＸ線源３６と、その反対側に取り付けたＸ線受信体デバイス３４と、を含んでいる。Ｃアーム１２は、とりわけ、軌道トラッキング方向、長軸トラッキング方向、側面トラッキング方向、横軸トラッキング方向、ピボット状トラッキング方向、「ｗｉｇ−ｗａｇ」トラッキング方向を含めた複数の画像収集経路に沿った幾つかの方向に移動可能である。軌道状回転方向を矢印Ａで示している。図１では、Ｃアーム１２と受信体３４が第１の位置（Ｐ１）に位置しているときは実線で描き、第２の位置（Ｐ２）に位置しているときには影線で描いている。別法として、Ｃアーム１２、受信体３４及びＸ線源３６は、長軸、側面、横軸及びｗｉｇ−ｗａｇのトラッキング方向やその他の方向で画像収集経路に沿って移動させることがある。
【００２１】
トラッカー・モジュール１８は、患者２２、受信体３４、並びに医師が診断的手技または介入的外科処置の間に使用する器具またはツール２４（存在する場合）の位置を監視している。トラッカー・モジュール１８は患者２２、受信体３４及び器具２４のそれぞれに関するトラッキング成分座標２６をトラッキング・データ処理装置２０に提供する。トラッキング・データ処理装置２０はこのトラッキング成分座標２６を用いて座標系の基準点を基準として規定される受信体３４、患者２２及び器具２４の座標系に対する位置を継続的に計算している。この座標系の基準点は、使用するトラッカー・モジュール１８の種類に部分的に依存している。トラッキング・データ処理装置２０は制御コマンドまたはトリガ・コマンド２８をＸ線発生装置１４に送り、このＸ線発生装置１４は一方、Ｘ線源３６及び受信体３４により一つまたは複数の照射を採取させるようにしている。トラッキング・データ処理装置２０は、照射基準データ３０を画像処理コンピュータ１６に提供している。以下でより詳細に説明するが、制御またはトリガ・コマンド２８、並びに照射基準データ３０は、Ｃアームを画像収集経路に沿って移動させるのに従ってトラッキング・データ処理装置２０によりトラッキング成分座標２６に基づいて生成させている。
【００２２】
一例として、Ｃアーム１２は、一連の照射を取得しながら第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２の間で手動式に移動させることがある。この画像収集経路は（図２に示すように）軌道状回転方向に沿わせることがあり、また受信体３４は０〜１４５゜または０〜１９０゜の移動範囲にわたって回転させることがある。別法として、その画像収集経路は、位置Ｐ３と位置Ｐ４の間で図３の矢印Ｂで示すような側面回転方向に沿わせることがある。
【００２３】
画像処理コンピュータ１６は、Ｃアーム１２を回転させるのに伴って、受信体３４から一連の画像照射３２を集める。受信体３４は、Ｘ線発生装置１４によりＸ線源３６をトリガするごとに画像照射３２を集めている。画像処理コンピュータ１６は各画像照射３２を対応する照射基準データ３０と組み合わせると共に、照射基準データ３０を用いて、以下でより詳細に説明するようにして３次元ボリュメトリック・データ組を構成させている。この３次元ボリュメトリック・データ組を用いて患者の関心領域に関するスライスなどの画像を作成している。例えば、画像処理コンピュータ１６はこのボリュメトリック・データ組から、患者の脊椎、膝、その他に関するサジタル・ビュー、コロナル・ビュー及び／またはアキシャル・ビューを作成することができる。
【００２４】
図６は例示的な可動式ＣアームＸ線ユニット１１０を表している。この可動式ＣアームＸ線ユニット１１０の主たる機能の一つは、診断的及び介入的イメージングのためのＸ線を発生させることである。このユニット１１０は、メインフレーム１１１、Ｃアーム１１２、Ｌアーム１１３、及び制御パネル１１４から構成されている。メインフレーム１１１の下側部分により、ユニット１１０に可動性を提供するためにキャスタを使用しているような一つのＴ字形構造が形成されている。このメインフレーム１１１は、ユニット１１０に対するパワー並びにその他のデバイスの結合を制御するためのパワー・パネル１１７を含んでいる。メインフレーム１１１はさらに、Ｃアーム１１２及びＬアーム１１３がメインフレーム１１１に対して垂直に移動できるようにしている垂直リフト支柱１１８を含んでいる。垂直リフト支柱１１８は、上側ハウジング１１９で終端となっており、この上側ハウジング１１９には水平延長アーム１２０を貫通させ、水平延長アーム１２０を上側ハウジング１１９に対して移動させることによりアーム１２０が垂直リフト支柱１１８に対して直角に移動できるようにしている。Ｃアーム１１２は、水平延長アーム１２０の軸に沿って移動させ、横軸トラッキングの動きを実現させることができる。Ｌアーム１１３は、水平延長アーム１２０の周りでピボット（ピボット状トラッキング運動）させることができ、これによりＬアーム１１３は３６０゜の弧にわたってピボットさせることができる。水平延長アーム１２０はＬアーム１１３の一方の端に結合させ、一方、Ｌアーム１１３の外側端はＣアーム１１２と結合させている。
【００２５】
Ｃアーム１１２は、Ｃアーム１１２の一方の端にＸ線放出体１２３を、またＣアーム１１２のもう一方の端にカメラ１２５を備えたイメージ・インテンシファイア１２４などの受信体を有している一つのＣ字形構造である。Ｃアーム１１２は、Ｃアーム１１２の１８０゜回転を可能にしているフリップフロップ式ロック１２８とフリップフロップ式ブレーキ１２７とを含んでいる。Ｘ線放出体１２３からのＸ線ビームをコリメートするためには、コリメータ・アセンブリ１２９を設けることができる。スペーサ１３０により患者をＸ線放出体１２３範囲内に導く際の安全距離が提供される。
【００２６】
ユニット１１０は、典型的には、監視ユニットと結合させており、こうした監視ユニットはカメラ１２５により提供されるビデオ画像を観測するのに必要な装置を含んでいる。この結合は、ＣアームＸ線ユニット１１０と協同して使用するのが典型的であるようなビデオ表示監視カートなどの監視装置にユニット１１０のパワー・パネル１１７を経由して結合させたケーブルを介して実現されている。別法として、この監視装置やビデオ表示監視カードはＣアームＸ線ユニット１１０と一体に形成させることができる。
【００２７】
図１に戻ると、トラッカー・モジュール１８は、受信体位置センサ４０、患者位置センサ４２及び器具位置センサ４４のそれぞれから位置情報を受け取っている。センサ４０〜４４は、ハード結線、赤外線、ラジオ波その他を介してトラッカー・モジュール１８と連絡させることがある。センサ４０〜４４及びトラッカー・モジュール１８は、電磁気、光、赤外線その他など周知の幾つかの媒体のうちの一つに基づいて動作させるように構成することができる。別法として、センサ４０〜４４及びトラッカー・モジュール１８はこうした媒体の組み合わせに基づいて動作させることもできる。
【００２８】
単に一例として、電磁的（ＥＭ）な実現形態では、磁場送信器／発生器に、直角に配置した最大３個の磁気双極子（例えば、電流ループや電磁気回路）を設けている。３個の双極子の各々が発生させる磁場は、位相、周波数または時分割多重のいずれかを通じて互いに識別可能である。この磁場は、位置検出のための拠り所とすることができる。磁場送信器／発生器により、患者位置センサ４２、受信体位置センサ４０または器具位置センサ４４のうちの任意の一つを形成させることがある。磁場送信器／発生器は、位置センサ４０〜４４の残り二つにより検出されるＥＭ磁場を発生させる。一例として、患者位置センサ４２が磁場送信器／発生器を備えており、一方受信体センサ４０と器具位置センサ４４がそれぞれ一つまたは複数の磁場センサを備えることがある。
【００２９】
別の実施形態では、センサ４０〜４４及びトラッカー・モジュール１８は、光学信号または赤外線信号に基づいた構成とすることがある。光または赤外線に基づく実施の一形態では、別に位置監視カメラ４６を追加してセンサ４０〜４４の位置を監視し、かつトラッカー・モジュール１８と連絡させている。この別の実施形態では、各センサ４０〜４４により能動的な赤外光を周期的に放出させ、これを位置監視カメラ４６に検出させることがある。別法として、そのセンサ４０〜４４は、カメラ４６の位置及び／または部屋の周りに別の赤外線放出体を配置させているような受動的光学構成で動作することがある。こうした放出体は赤外光を放出するように周期的にトリガを受ける。放出させた赤外光は、一つまたは複数のカメラ４６上に来るようにセンサ４０〜４４で反射される。センサ４０〜４４及び位置監視カメラ４６の連携によって収集した能動的または受動的な光学情報は、患者２２、受信体３４及び器具２４の各々に関するトラッキング成分座標を規定するため、トラッカー・モジュール１８により使用される。この位置情報により、六つの自由度（例えば、ｘ、ｙ、ｚの各座標、並びにピッチ（ｐｉｔｃｈ）、ロール（ｒｏｌｌ）及びヨー（ｙａｗ）の各角度方向）を規定することができる。この位置情報は、極座標やデカルト座標系で規定することができる。
【００３０】
さらにまた別の実施形態では、トラッカー・モジュール１８及びセンサ４０〜４４は、センサ４２を信号送信器として動作させ、またセンサ４０及び４４を信号受信器として動作させるようにして、信号の三角測量に基づいて動作させることができる。三角測量システムでは、その位置検出は送信された第１及び第２の信号の特性を比較し、伝搬した相対距離を決定することにより達成される。送信する信号は超音波としたり、電磁波（ラジオ波、レーザ光、発光ダイオード、その他）とすることができる。
【００３１】
さらに別の実施形態として、複数のＲＦ受信コイルを、米国特許第５，２５１，６３５号に示されているように受信体３４に取り付けるなど、被検体の周りに配置させることができる。外科器具２４は、各ツールまたは器具２４上に器具の位置を決定するための少なくとも一つのコイルと、向きを決定するために器具一つあたり少なくとも二つのコイルとを備えるように小型のＲＦ送信コイルを組み込むように修正することができる。トラッカー・モジュール１８とトラッキング・データ処理装置２０は協同して、この送信コイル（したがって、器具２４）の位置及び方向を計算する。計算した器具２４の位置は、ビデオ・モニタ４８上に表示されたＸ線画像上で、記号の重ね合わせにより表示している。患者２２上のセンサ４２は、基準座標系内の位置を特定するために上述した方式で使用される。この例示的な実施形態での基準座標系は、器具２４上の送信器を座標系の原点とするようにして規定される。動作時には、トラッキング・モジュール１８は、患者位置センサ４２の送信器位置を原点とする座標系を基準とした器具２４の位置及び受信体３４の位置を監視している。
【００３２】
トラッカー・モジュール１８は、器具（Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｐｉｔｃｈ，ｒｏｌｌ，ｙａｗ））、検出器３４（Ｄ（ｘ，ｙ，ｚ，ｐｉｔｃｈ，ｒｏｌｌ，ｙａｗ））、及び／または患者２２（Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ，ｐｉｔｃｈ，ｒｏｌｌ，ｙａｗ））に関する各デカルト座標、ピッチ、ロール及びヨーなど、連続した一連のトラッキング成分座標を発生させている。患者位置センサ４２がその内部に（少なくとも一つの好ましい実施形態に従った）ＥＭ送信器を備えている場合、その座標基準系は患者位置センサ４２の位置を原点とするように規定することができる。赤外線トラッキング・システムを用いる場合、その座標系は患者監視カメラ４６を原点とするように規定することができる。
【００３３】
トラッキング・データ処理装置２０は、一連のトラッキング成分座標２６を継続的に集めると共に、基準点に対する患者２２、受信体３４及び器具２４の位置を継続的に計算している。トラッキング・データ処理装置２０は、Ｃアームの回転位置を計算し、この各位置を一時的に記憶することがある。新たな各回転位置は、固定の角度位置（座標系内でｘ、ｙ、ｚの各座標で規定される）を表しているか、または固定の弓形の動き（例えば、５゜その他）に基づいた目標位置と比較することができる。３Ｄ収集手続きを起動させると、トラッキング・データ処理装置２０はＣアーム１２に対する基準の向きを確立する。例えば、その開始点と終了点がそれぞれ０゜の角度と１９０゜の角度に対応するような画像収集経路の一方の端まで受信体３４を移動し終えた後に、トラッキング・データ処理装置２０は収集手順を起動させることができる。別法として、そのトラッキング・データ処理装置２０は、Ｃアーム１２を移動範囲に沿った途中の点に位置させた状態で座標基準系を初期化することがある。この別の実施形態では、トラッキング・データ処理装置２０は、受信体３４の現在の位置を（その場所がどこであるかによらず）収集手続きに関する開始点として規定している。トラッキング・データ処理装置２０が画像収集手続きに関する開始点（すなわち、初期点）を確立した後、制御／トリガ・コマンド２８がＸ線発生装置１４に送られると共に、最初の照射基準データ３０が画像処理コンピュータ１６に送られ、最初の画像照射３４が得られかつ処理される。
【００３４】
受信体３４の初期位置を確立した後、トラッキング・データ処理装置２０は、受信体３４に関するトラッキング成分座標２６を継続的に監視し、かつ受信体３４が事前定義の距離だけ移動した時点を決定する。トラッキング成分座標２６により受信体３４が初期位置から事前定義の距離だけ移動したことが指示された時点で、トラッキング・データ処理装置２０は新たな制御またはトリガ・コマンド２８をＸ線発生装置１４に送り、これによりＸ線源３６に対してＸ線照射を行わせる。トラッキング・データ処理装置２０はさらに、新たな照射基準データ３０を画像処理コンピュータ１６に送っている。この手順は画像収集経路全体にわたって事前定義の間隔で反復させ、一連の画像を取得している。画像処理コンピュータ１６は、一連の照射基準データ３０に対応したこの一連の画像照射３２を取得し、これを組み合わせてボリュメトリック・データ組にしてメモリ内に記憶させる。
【００３５】
一例として、トラッキング・データ処理装置２０は、Ｘ線発生装置１４及び画像処理コンピュータ１６に対して、受信体３４を軌道状移動経路の周りに移動させる間に事前定義の弧状間隔で画像照射を取得させることがある。その全体にわたって画像を取得している受信体３４の軌道状移動範囲は、Ｃアーム１２に関して１４５゜以上の移動範囲とすることや、最大１９０゜までの移動範囲とすることがある。したがって、受信体３４は、事前定義の弧状間隔で画像照射３２を採取して３Ｄボリュームの構成で使用する一組の画像照射を取得しながら、ゼロの角度基準点から１４５゜の回転にわたって移動させることがある。任意選択では、その弧状間隔は、１゜、５゜、１０゜その他だけ等間隔離れており、これにより検出器３４の回転による移動の間に、それぞれ概ね１００、４０または１５回の画像照射（すなわち、フレーム）が取得される。この弧状間隔では、互いの離間を一定に揃えている場合も、揃えていない場合もある。
【００３６】
受信体３４は、所望の任意の速度でオペレータが手動で移動させることがある。受信体３４がトラッカー・モジュール１８により直接監視された所望の各位置に配置された時点でのみ照射がトリガされるため、オペレータは受信体３４を漸増する速度や、漸減する速度、あるいは不均一の速度で移動させることもできる。
【００３７】
図２〜３は、Ｃアーム１２の二つの例示的な移動範囲を表している。図２の例では、Ｃアーム１２は軌道状移動範囲にわたって手動または自動で移動させ、３Ｄ患者データ組を構成させるように所望の間隔（例えば、照射間隔５０）で照射を離散的に取得している。図３の例では、Ｃアーム１２を軌道状回転とは別の方向、すなわち、側面回転範囲にわたって移動させることができる。破線５５で示す側面移動範囲に沿った離散的な各角度において、３Ｄ患者データ組を構成させるために上で説明した方式により照射を取得することができる。
【００３８】
図４〜５はそれぞれ、軌道状回転範囲と側面回転範囲を表しており、これらの範囲では、図２〜３の移動範囲と同様にして受信体３４を移動させている。図４〜５の例では、受信体３４上のＬＥＤ４７及び４８と、患者２２上のＬＥＤ５１及び５２との位置を検出するためのカメラ４６を有する光学トラッキング・システムを用いている。任意選択では、ＬＥＤ４７、４８、５１及び５２は受動的な反射体である。
【００３９】
図７は、本発明に従って形成される別の実施形態を表している。透視イメージング・システム２００は、患者を透過したＸ線を検出するようにＣアームに取り付けた検出器２１０を含んでいる。トラッキング・サブシステム２２０は、患者座標情報２２５、検出器座標情報２３０及び器具座標情報２３５を受け取っている。トラッキング・サブシステム２２０はこの座標情報２２５〜２３５を処理して、これを画像処理装置２４０に渡しており、この画像処理装置２４０は、検出器２１０から照射フレームを受け取り画像フレームをディスプレイ２５０に出力している。画像処理装置２４０は、トラッキング・サブシステム２２０から提供される位置データ２４５により指示された時点で検出器２１０から照射フレームを集めているフレーム・グラバー２６０を含んでいる。
【００４０】
照射フレームはフレーム・グラバー２６０から、ボリュメトリック画像メモリ２８０内での照射フレームの保存を管理している画像ボリューム処理装置２７０に送られる。画像ボリューム処理装置２７０はボリュメトリック画像メモリ２８０内に３次元患者データ・ボリュームを構成させている。３Ｄ患者データ・ボリュームは、極めて少数の照射フレーム（例えば、１０個その他）に基づいて構成させることができる。フレーム・グラバー２６０により追加の照射フレームが取得されるのに伴って、その３Ｄ患者データ・ボリュームの正確さや完全性が改善される。３Ｄ患者データ・ボリュームを構成させる以外に、画像ボリューム処理装置２７０はさらにこのボリュームから画像スライスも構成させている。このスライスはスライス・データ組メモリ２９０内に保存される。
【００４１】
表示グラフィックス処理装置２９５はこのスライス・データ組メモリ２９０にアクセスし、ディスプレイ２５０上に画像スライスを表示している。表示グラフィックス処理装置２９５はさらに、器具またはツール２４のグラフィック表現も構成させ、この器具のグラフィック表現をディスプレイ２５０上で画像スライスと重ね合わせている。表示グラフィックス処理装置２９５は、器具グラフィックスを各画像スライス上に重ね合わせた状態で、ディスプレイ２５０上に複数の２次元画像スライスを同時に提示することがある。別法または画像スライスとの組み合わせでは、表示グラフィックス処理装置２９５は３Ｄ患者データ・ボリュームの３次元レンダリングを構成させ、この３次元レンダリングをディスプレイ２５０上に、別々にまたは器具２４の３次元グラフィック表現と組み合わせて表示させることがある。この３次元患者画像及び３次元器具グラフィック表現は、複数の角度からの患者データ・ボリュームの観察が可能となり、かつ複数の角度からの器具グラフィック表現の観察が可能となるように（ビデオタイプの形式において）回転させるように制御を受けることがある。３次元で表示された患者データ・ボリュームの回転は、疑似ビデオ形式（ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ｖｉｄｅｏ  ｆｏｒｍａｔ）などのように自動的とすることや、システムのオペレータが手動で段階的に制御することもできる。例えば、オペレータは関心領域をマウスでクリックすることにより画像を回転させたり、画像のドラッグにより回転及び／または平行移動を行わせることができる。
【００４２】
図８は、本発明の好ましい実施形態の少なくとも一つが従っている、透視情報並びに器具またはツール情報の取得及び表示に関連した一般的処理シーケンスを表している。ステップ３００で開始されると、受信体３４は最初の照射を取得し、またトラッカー・モジュール１８及びトラッキング・データ処理装置２０は画像受信体３４の位置を初期化する。画像受信体３４の初期位置は、受信体３４のＣアーム１２の周りでの回転軌道の一方の極端点に相当することがある。別法として、画像受信体３４の初期位置は、単に、オペレータが３Ｄ収集操作を起動させた時点で存在していた位置に相当することもある。ステップ３００において最初の照射及び受信体３４の位置を取得した後、フローは、トラッキング・モジュール１８及びトラッキング・データ処理装置２０により受信体３４の位置を継続的に監視するステップであるステップ３０５に進む。
【００４３】
受信体３４が照射を取得した最近の直前位置から所望の距離だけ移動した後、フローはステップ３１０に進む。ステップ３１０において、新たな照射を取得するためにトラッキング・データ処理装置２０はＸ線発生装置１４によりＸ線源３６をトリガさせる。トラッキング・データ処理装置２０は、ステップ３１５において、受信体３４から新たな照射を取り込むように画像処理装置１６に指令する。画像処理コンピュータ１６は新たな照射を取り込み、ステップ３２０においてこの新たな照射を受信体３４の位置と共に記憶している。この位置情報はトラッキング・データ処理装置２０から提供される。ステップ３１５で取得した新たな照射は、ステップ３２５において３Ｄ患者データ組を更新するように画像処理コンピュータ１６により使用される。ステップ３３５において、画像処理コンピュータ１６は患者スライス及び／または３Ｄ患者データ組の３次元画像を構成させる。
【００４４】
この３Ｄ患者データ組は、１０回以上の照射からの情報により更新した後に患者スライスを再構成させることが好ましい。ステップ３０５〜３２５を反復して１０回を超えるような追加の照射を取得し、これにより３Ｄ患者データ組内の情報を改善させることができる。ステップ３３５において患者スライス及び／または３Ｄ画像を構成させた後、ステップ３４０において、この患者スライス及び／または３Ｄ画像を、単独で、あるいは患者２２に対する器具２４の位置を表すように器具グラフィックスと組み合わせて表示させている。破線３３０、３４５及び３５０は、ステップ３２５、３３５及び３４０を実行している間に、画像処理コンピュータ１６がステップ３０５〜３４０を反復するように並列演算を実行し３Ｄ患者データ組に関する改善、並びに表示させる患者スライス及び３Ｄ画像に関する改善を行っていることを示している。
【００４５】
図１に戻ると、単に一例として、３Ｄ患者データ組の構成に使用するために照射を取得する離散的位置を表す一連の破線５０を図示している。任意選択では、画像取り込み位置５０は、受信体３４の軌道状回転の少なくとも一部分に沿って、５゜間隔など均等に分割させることがある。例えば、受信体３４は、５゜ごとに照射を取得しながら、軌道状回転の１４５゜の弧に沿って移動させることがある。
【００４６】
さらに代替として、受信体３４は、Ｃアーム１２の移動範囲の一部分またはその全体にわたって（軌道、長軸、横軸、ピボット状、またはこれ以外で）３Ｄ患者データ組の収集の間に複数回移動させることがある。例えば、医師は、受信体３４を１４５゜の軌道状回転にわたって第１の方向に移動させ、さらに１４５゜の軌道状回転にわたって反対方向に移動させ、この２回の移動の間に受信体３４により照射を取得することがある。受信体３４の両方向への移動の間に取得した照射は、同じ角度位置とすることや、互いに交互配置とした異なる位置（例えば、第１の方向の移動の際には０、１０、２０゜などの各角度で、反対方向への移動の際には２５゜、１５゜、５゜などの各角度）とすることができる。
【００４７】
さらに代替として、患者スライス及び／または画像のステップ３３５における再構成及び／またはステップ３４０における表示の際に、データ組内にある穴（例えば、データが極めて少ないか全くないことが分かっている領域）を特定することができる。これらの穴はディスプレイ上において黒いエリアとして表示される。データ組内の穴は、ステップ３４０においてスライスを表示させている間に、担当医が手作業で特定することができる。別法として、システムが、ステップ３３５においてデータ組内の穴を自動的に特定することができる。データ組内の穴を位置特定した後、全体の画像収集経路のうちのより狭い部分にわたって受信体３４を自動または手動で移動させ、３Ｄ患者データ組内の穴を満たすような追加のデータを取得することができる。任意選択では、ステップ３３５において患者データ組内に穴が特定された場合、画像処理コンピュータ１６は、どの領域がもっと多くのデータを必要としているのかをトラッキング・データ処理装置２０に知らせることができ、これに応答して、トラッキング・データ処理装置２０は受信体３４に対するある離散的な軌道角度において（Ｘ線発生装置１４の制御を介して）追加の照射のみを取得することができる。例えば、ステップ３３５において画像処理コンピュータ１６が受信体３４の４０〜６０゜の角度位置に関連する関心領域に対して追加の照射が必要であると判定した場合、画像処理コンピュータ１６は、トラッキング・モジュール１８からの受信体３４の位置情報を監視して、受信体３４が４０〜６０゜の軌道範囲（仮にあったとした場合）にわたって移動している時点でのみ追加の照射をトリガするように、トラッキング・データ処理装置２０に対して指示することができる。オペレータはもっと広い角度範囲（例えば、１０゜〜９０゜）にわたって受信体３４を移動させることもあるが、受信体３４は所望の角度位置（例えば、４０゜〜６０゜）においてのみ新たな照射を採取することになる。
【００４８】
別法では、オペレータは、ステップ３４０においてスライス及び／または３Ｄ画像を表示している間にデータ組内の穴を特定することができる。この場合には、オペレータは、新たな照射を取得すべき位置にあたる軌道位置範囲を手作業で入力することができる。例えば、ユーザは新たな照射を軌道角度１２０゜〜１７０゜の間で取得すべきであることをトラッキング・データ処理装置２０に知らせることができる。その後、トラッキング・データ処理装置２０は、トラッカー・モジュール１８からの位置情報を監視し、受信体３４が手入力された関心対象軌道範囲にわたって移動している時点においてのみＸ線源３６をトリガさせることになる。
【００４９】
３Ｄ患者データ組は、３次元データ・ボリュームの構成に関して周知の幾つかのアルゴリズムのうちの一つを用いて、円錐ビーム源から取得される照射に基づいてステップ３２５において構成させることができる。一例として、その３Ｄ患者データ組はステップ３２５において、順投影及び／または逆投影技法などよく知られている幾つかの技法のうちの任意の一つを用いて構成させることができる。ステップ３３５で構成させる患者スライス及び３Ｄ画像は、既存のＣＴシステムに関連して使用されるアルゴリズムなど幾つかの周知のアルゴリズムのうちの任意のアルゴリズムに従って作成することができる。ステップ３３５で構成させてステップ３４０で表示させる３Ｄ画像は、レイキャスティングなど周知の幾つかのボリューム・レンダリング技法のうちの任意の一つに基づいて３Ｄ患者データ組から作成することができる。患者スライス（サジタル、コロナル及びアキシャルの患者ビュー向けなど）のデータ組、セグメント、並びに３Ｄレンダリング画像を構成させるためには、幾つかの周知の技法が存在する。
【００５０】
ステップ３０５〜３２５において収集する照射の数により、ステップ３３５における患者スライスの再構成に必要な時間の長さが決まることになる。例えば、３Ｄ患者データ組の構成のために４０個のフレームを取得する場合は、これから一組の患者スライスを再構成するのに最大１４分かかることがある。この患者スライスは、取得するフレームの数がもっと少なければこれより高速で構成させることができ、また４０個を超えるフレームを取得する場合はこれより遅くなる。
【００５１】
任意選択では、その画像処理コンピュータ１６は、受信体３４が各角度位置で複数の照射を取得し、これらのフレームを平均した後で平均化したフレームを用いて３Ｄ患者データ組を更新しているようなフレーム平均化を実行することがある。しかし、画像処理コンピュータ１６は各軌道状回転の位置で受信体３４によりただ一個のみ取得した照射を用いることが好ましい。各軌道状回転位置で単一の照射を取得する場合、Ｘ線発生装置１４はより多くのエネルギーＸ線量を発生させるように制御できる。例えば、フレーム平均化を使用する場合は低線量（例えば、４０ｍＡ）を使用することがあるが、各軌道状回転位置で単一の照射を取得する場合は、高線量（例えば、１５０ｍＡその他）を使用することができる。ある種の場合、高品質画像を得るためには、心臓分野で使用されるような大きなエネルギー線量を用い、平均化を用いないことが好ましいことがある。
【００５２】
大きなエネルギー線量を発生させるときには、少ないエネルギー線量を実施する場合と比べてより短いパルス幅を用いることができる。例えば、受信体３４の各軌道状回転位置で単一の照射を取得する場合、Ｘ線発生装置１４は３〜６ｍｓの範囲のエネルギーが大きい短いパルスを提供するように制御を受けることがある。フレーム平均化の場合、Ｘ線発生装置１４は低いエネルギーでより長いパルス（最大２０ｍｓ以上など）を提供することがある。ある種の用途では、近接しているが正確に同じではない位置で受信体３４が取得した２個以上のフレームを平均化することにより生ずることがあるようなぼけ（ｂｌｕｒｒｉｎｇ）を防ぐため、各軌道状回転位置で受信体３４から単一の照射を取得することが好ましいことがある。
【００５３】
任意選択では、受信体３４はビジコン（ｖｉｔｉｃｏｎ）タイプの走査式カメラと組み合わせて使用するイメージ・インテンシファイアを含むことがある。別法として、受信体３４は、ＣＣＤ検出器タイプのカメラと組み合わせて使用するイメージ・インテンシファイアを含むことがある。典型的には、イメージ・インテンシファイアとカメラの間に、受信体３４をより小型にするような光学系を設けている。さらに代替として、受信体３４をフラットパネル検出器により製作し、これによりイメージ・インテンシファイアやカメラの使用を完全に排除することがある。
【００５４】
ある好ましい実施形態では、受信体３４はオペレータにより手動で動かされるように記載している。トラッキング・サブシステムが器具２４と患者２２の両方を含む座標系に対する受信体３４の絶対位置を決定しているために、手動による移動が支援されている。受信体３４を手動で移動させることにより、受信体３４の自動制御に関連する追加の構造の必要性を回避できる。受信体３４、器具２４及び患者２２の絶対位置を共通座標系内でこうした照射をトリガする情報から検出しているようなトラッキング・システムを用いることにより、受信体３４の速度及び加速度が無関係となる。したがって、受信体３４を移動させる速度により画像の正確性や品質が変わることはない。
【００５５】
別の実施形態として、トラッカー・モジュール１８及びトラッキング・データ処理装置２０を含むトラッキング・システムでは、受信体３４の位置を監視する必要がない。その代わりに、一連のセンサをＣアーム１２の周りに配置させ、軌道状回転、長軸回転、側面回転、Ｌアームの動き、横方向の動き、「ｗｉｇ−ｗａｇ」の動きなどを検出している。室内の点、患者上の点、器具上の点などの基準点に対するＣアーム内のすべての移動点を監視することにより、一連のセンサを用いて照射を取得する時点を制御し、かつ図１〜５に図示した経路以外に複数の画像収集経路に沿って一揃いの照射を取得することが可能となる。
【００５６】
さらに代替として、Ｃアーム１２は、患者の脊椎に沿うなど患者に沿って延びる受信体３４と比べてより大きな面積にわたり合成ボリューム・データ組を構築することがある。照射の複数の組を採取すると、脊椎全体、脚全体など、ある関心領域を包含するような矩形のボリュームを構築することができる。一例として、Ｃアームを脊椎の基部の近傍に配置して、さらに軌道状回転移動範囲にわたって移動させ、第１のデータ組を取得することができる。典型的には、受信体３４は、患者がＸ線源３６に接近することにより生ずる拡大の影響に応じて直径が最大９〜１２インチまでのエリアに対するデータを集めることができる。第１の一連の照射を取得した後、Ｃアーム１２を脊椎に沿って９〜１２インチ未満の長さだけ移動させ、Ｃアーム１２の新たな位置がＣアーム１２の最初の位置と若干重なり合うようにすることができる。位置変更した後、Ｃアームを新たな軌道状回転の周りに移動させ第２の一連の画像照射を取得することができる。画像照射の第３の組が必要であれば、脊椎全体に関する情報が取得されるまで、この手順を再度反復することができる。脊椎に関する第１の組、第２の組（及び、必要であれば第３の組）の照射は合成し、一つの矩形のボリュームを構成させることができ、この矩形ボリュームからスライドが取得される。
【００５７】
本発明に関する具体的な要素、実施形態及び応用について図示し説明してきたが、当業者によれば、特に上記の教示に照らして、修正が可能であることから、もちろん本発明はこれらに限定されるものではないものと理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の精神及び趣旨の域内に属するこれらの特徴を組み入れた修正を包括するように企図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の好ましい実施の一形態に従って形成した透視イメージング・システムのブロック図である。
【図２】
電磁式トラッキング・サブシステムを使用しており、かつ本発明の好ましい実施の一形態に従って形成した軌道状回転範囲にわたって移動可能な透視イメージング・システムの図である。
【図３】
電磁式トラッキング・サブシステムを使用しており、かつ本発明の好ましい実施形態に従って形成した側面回転範囲にわたって移動可能な透視イメージング・システムの図である。
【図４】
光学トラッキング・サブシステムを使用しており、かつ本発明の好ましい実施の一形態に従って形成した軌道状回転範囲にわたって移動可能な透視イメージング・システムの図である。
【図５】
光学トラッキング・サブシステムを使用しており、かつ本発明の好ましい実施の一形態に従って形成した側面回転範囲にわたって移動可能な透視イメージング・システムの図である。
【図６】
本発明の一つまたは複数の好ましい実施形態に従って使用することができるＣアームの図である。
【図７】
本発明の別の実施形態のブロック図である。
【図８】
本発明の好ましい実施形態の少なくとも一つに従って実行させる各ステップの流れ図である。
【符号の説明】
１０  透視Ｘ線システム
１２  Ｃアーム
１４  Ｘ線発生装置
１６  画像処理コンピュータ
１８  トラッカー・モジュール
２０  トラッキング・データ処理装置
２２  患者
２４  器具、ツール
２６  トラッキング成分座標
２８  制御コマンド、トリガ・コマンド
３０  照射基準データ
３２  画像照射
３４  Ｘ線受信体デバイス、受信体
３６  Ｘ線源
４０  受信体位置センサ
４２  患者位置センサ
４４  器具位置センサ
４６  位置監視カメラ
４７  ＬＥＤ
４８  モニタ
４８  ＬＥＤ
５０  照射間隔、画像取り込み位置
５１  ＬＥＤ
５２  ＬＥＤ
５５  離散的角度位置
１１０  可動式ＣアームＸ線ユニット
１１１  メインフレーム
１１２  Ｃアーム
１１３  Ｌアーム
１１４  制御パネル
１１７  パワー・パネル
１１８  垂直リフト支柱
１１９  上側ハウジング
１２０  水平延長アーム
１２３  Ｘ線放出体
１２４  イメージ・インテンシファイア
１２５  カメラ
１２７  フリップフロップ式ブレーキ
１２８  フリップフロップ式ロック
１２９  コリメータ・アセンブリ
１３０  スペーサ
２００  透視イメージング・システム
２１０  検出器
２２０  トラッキング・サブシステム
２２５  患者座標情報
２３０  検出器座標情報
２３５  器具座標情報
２４０  画像処理装置
２４５  位置データ
２５０  ディスプレイ
２６０  フレーム・グラバー
２７０  画像ボリューム処理装置
２８０  ボリュメトリック画像メモリ
２９０  スライス・データ組メモリ
２９５  表示グラフィックス処理装置
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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