(57)【要約】本発明は脊椎ナビゲーション方法に関する。この方法は、被験者の脊椎のＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像を用意する工程と、超音波イメージング装置を前記被験者の脊椎の上に用いて超音波２次元画像を生成する工程とを備える。さらに、この方法は、前記超音波２次元画像を前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像に一致させる工程と、前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像中の脊椎プロフィルの予め指定されたセグメントを前記超音波２次元画像中の対応するセグメントに関係付ける工程とを備える。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
脊椎ナビゲーション方法であって、
−被験者の脊椎のＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像を用意する工程と、
−超音波イメージング装置を前記被験者の脊椎の上に用いて超音波２次元画像を生成する工程と、
−前記超音波２次元画像を前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像に一致させる工程と、
−前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像中の脊椎プロフィルの予め指定されたセグメントを前記超音波２次元画像中の対応するセグメントに関係付ける工程と
を備える脊椎ナビゲーション方法。
【請求項２】
請求項１に記載の脊椎ナビゲーション方法において、
前記超音波画像を前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像に一致させる工程は、
−前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像上の複数の脊椎突起の外側輪郭をたどってＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴ脊椎プロフィルを生成するサブ工程と、
−前記超音波画像上の複数の脊椎突起の外側輪郭をたどって超音波脊椎プロフィルを生成するサブ工程と、
−前記超音波脊椎プロフィルを前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴ脊椎プロフィルに適合させるサブ工程と
を備える脊椎ナビゲーション方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の脊椎ナビゲーション方法において、
前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた画像は単一または複数のラベルされた突起を含む脊椎ナビゲーション方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の脊椎ナビゲーション方法において、
さらに、前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた画像中の対応する予め指定されたセグメントに関係付けられている前記超音波画像中のセグメントを可視化することを含む脊椎ナビゲーション方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の脊椎ナビゲーション方法において、
前記生成する工程、前記一致させる工程および前記関係付ける工程は反復して実行される脊椎ナビゲーション方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の脊椎ナビゲーション方法において、
さらに、前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像中の脊椎プロフィルの予め指定されたセグメントを、前記被験者の脊椎に対する前記超音波イメージング装置の位置に関係付ける工程を備える脊椎ナビゲーション方法。
【請求項７】
請求項６に記載の脊椎ナビゲーション方法において、
前記関係付ける工程は、前記予め指定されたセグメントと、前記被験者の脊椎に対する超音波イメージング装置の実際の位置との間の距離を決定することを含む脊椎ナビゲーション方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の脊椎ナビゲーション方法において、
前記超音波イメージング装置を前記脊椎上で移動させる工程と、
前記超音波イメージング装置の位置を前記予め指定されたセグメントに繰り返し関係付ける工程と
を含む脊椎ナビゲーション方法。
【請求項９】
請求項８に記載の脊椎ナビゲーション方法において、
前記移動させる工程は、前記予め指定されたセグメントと前記超音波イメージング装置の実際の位置との間の距離が予め定義されたオフセット値より小さくなるまで実行される脊椎ナビゲーション方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の脊椎ナビゲーション方法において、
前記予め指定されたセグメントと前記超音波イメージング装置の実際の位置との間の距離が予め定義されたオフセット値よりも小さいときに報知信号を生成する工程を含む脊椎ナビゲーション方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の脊椎ナビゲーション方法において、
前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像中の脊椎プロフィルの前記予め指定されたセグメントは脊椎突起または連続する脊椎突起同士の間のスポットの外側輪郭である脊椎ナビゲーション方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の脊椎ナビゲーション方法において、
さらに、前記被験者の脊椎の上の皮膚上に前記超音波イメージング装置の位置を印付けする工程を含む脊椎ナビゲーション方法。
【請求項１３】
被験者の脊椎の超音波２次元画像を生成するための超音波イメージング装置と、
コンピューティングシステムとを備え、
前記コンピューティングシステムは、
−前記被験者の脊椎のＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像を用意する工程と、
−前記超音波２次元画像を、前記被験者の脊椎の前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像に一致させる工程と、
−前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴ画像中の脊椎プロフィルの予め指定されたセグメントを前記超音波２次元画像中の対応するセグメントに関係付ける工程と
を実行する
脊椎ナビゲーションシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の脊椎ナビゲーションシステムにおいて、
前記超音波イメージング装置は手持ち式ユニットである脊椎ナビゲーションシステム。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の脊椎ナビゲーションシステムにおいて、
前記超音波イメージング装置は、超音波イメージング装置の位置を前記被験者の腰椎の上の皮膚に印付けするための印付けユニットを含む脊椎ナビゲーションシステム。
【請求項１６】
請求項１３、１４または１５に記載の脊椎ナビゲーションシステムにおいて、
さらに、前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴ画像上の前記セグメントを予め指定するためのユーザーインタフェースを含む脊椎ナビゲーションシステム。
【請求項１７】
請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の脊椎ナビゲーションシステムにおいて、
さらに、前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴ２次元画像および／または前記超音波画像を表示するためのディスプレイを含む脊椎ナビゲーションシステム。
【請求項１８】
脊椎ナビゲーションのためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータ製品は、
−被験者の脊椎のＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像を用意する工程と、
−超音波イメージング装置を前記被験者の脊椎上に用いて超音波２次元画像を生成する工程と、
−前記超音波２次元画像を前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像に一致させる工程と、
−前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像中の脊椎プロフィルの予め指定されたセグメントを前記超音波２次元画像中の対応するセグメントに関係付ける工程と
を含むプロセスをプロセッサに実行させるコンピュータ読み取り可能なコードを含む
コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は脊椎ナビゲーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
臨床実務で判明しているように、腰椎の手術の１〜３％の事例において、手術用進入口が意図している位置から逸脱してしまい、合併症を引き起こしている。腰椎手術用の進入口の位置は、一般に、解剖学的ランドマーク構造の触診により特定されるか、またはＸ線により特定される。しかしながら、解剖学的ランドマーク構造の触診は、例えば脂肪組織および／または逸脱した腰椎のせいで、常に正確に実行可能であるとは言えない。一方、移動式Ｘ線装置は高価である。加えて、移動式Ｘ線装置は手術室内で操作するのが容易ではなく、患者およびスタッフが有害なＸ線ビームに曝される。
【０００３】
また、ＭＲＩ装置またはＣＴ装置のような比較的に高解像度の画像を生成する他の画像生成装置は高価であり、かつ大型である。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、正確であり、かつ手術室内において容易に利用可能である脊椎ナビゲーション方法を提供することである。この目的のために、本発明の一態様に従う脊椎ナビゲーション方法は、ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた被験者の脊椎の２次元画像を用意する工程と、前記被験者の脊椎に対して超音波イメージング装置を用いて超音波２次元画像を生成する工程と、前記超音波２次元画像を前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像と一致させる工程と、前記ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像上の予め指定されたセグメントを前記超音波２次元画像における対応するセグメントに関係付ける工程とを包含する。
【０００５】
超音波イメージング技術を適用し、得られた超音波２次元画像を予め生成された手術前のＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像と一致させることにより、前記ＭＲＩ，Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた脊椎プロフィルの予め指定されたセグメントを超音波２次元画像における対応するセグメントに関係付けることが可能である。それによりＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴ技術の相対的に高い正確さを、コンパクトで使用しやすい超音波イメージング装置とともに利用することができる。その結果、大型で潜在的には有害な、移動式ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴイメージング装置あるいは固定式ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴイメージング装置が手術室内でもはや必要とされなくなる。一方で、腰椎手術等の脊椎手術において、要求される正確さで、予め指定された進入位置を決定することができる。ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた画像中の脊椎プロフィルの予め指定されたセグメントを超音波２次元画像中の対応するセグメントに関係付けると、超音波画像中の脊椎の輪郭が認識可能となる。一例として、ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた画像との関係付けが確立されるならば、超音波画像中の脊椎突起の特定の高さ、名称またはラベルが認識可能である。
【０００６】
本発明は、また、脊椎ナビゲーションシステムに関する。
【０００７】
さらに、本発明はコンピュータプログラム製品に関する。コンピュータプログラム製品は、フラッシュメモリ、ＣＤまたはＤＶＤのようなデータキャリアに記憶された一組のコンピュータ実行可能な指示を含んでいてもよい。このコンピュータ実行可能な指示の組は、プログラム可能なコンピュータが上述の方法を実行できるようにしてもよいが、遠隔サーバー、例えばインターネットから、例えばアプリ（ａｐｐ）としてダウンロードして入手してもよい。
【０００８】
本発明の他の有利な実施の形態が特許請求の範囲に記載されている。
【０００９】
単なる例示として、本発明の実施の形態が添付図面を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１はヒト腰椎の概略側断面図である。
【図２】図２は腰椎のＸ線画像を示す図である。
【図３】図３は本発明の脊椎ナビゲーションシステムを示す図である。
【図４】図４は被験者の脊椎の超音波画像を示す図である。
【図５】図５はＸ線画像と超音波画像が一致していることを示す図である。
【図６】図６は本発明の方法の一実施の形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
これらの添付図面は、単に本発明の好適な一実施の形態を図示するものである。図中、同じ参照符号は同等または相当する部分を示す。
【００１２】
図１はヒト腰椎１の概略側断面図であり、ヒト腰椎１は中枢神経２、より正確には馬尾（ｃａｕｄａ  ｅｑｕｉｎｅ）を有する腰椎嚢（ｌｕｍｂａｒ  ｓａｃ）と、複数の脊椎突起３ａ〜ｄとを含み、脊椎突起３ａ〜ｄは中枢神経２から後方に被験者の背中の皮膚４の方へ延在する。さらに、腰椎１は複数の椎間板５ａ〜ｃを含み、これらは中枢神経２から脊椎突起３ａ〜ｄとは反対側に延在している。滑脱ヘルニア症の椎間板５ｂのせいで、中枢神経２が変形を受けて静的圧力下にあり、生理的症状を引き起こしている。
【００１３】
滑脱ヘルニア症椎間板の治療は、例えば神経外科医または整形外科医による腰椎手術により行うことができる。この手術は、手術装置１０を用いて、２つの脊椎突起３の間、側断面図においてＬ３脊椎突起３ｂとＬ４脊椎突起３ｃの間の腰椎１に接近することにより行われる。しかしながら、腰椎１への進入は、滑脱ヘルニア症椎間板５ｂの位置によっては、他の脊椎突起３の間、例えばＬ４とＬ５の間、またはＬ５とＳ１の間で行うこともあり得る。診断目的では、ＭＲＩ画像を生成して椎間板の位置を分析し、髄核ヘルニア（Ｈｅｒｎｉａ  Ｎｕｃｌｅｉ  Ｐｕｌｐｏｓｉ、ＨＮＰ）が存在するか否かを特定する。
【００１４】
図２は腰椎１のＸ線画像２０を示す図である。このＸ線画像は脊椎ナビゲーションのために生成され、手術において進入点を決定するのに用いられる。なお、Ｘ線画像の代わりに、他の２次元画像を、例えばＣＴイメージングまたは２Ｄ、３Ｄまたは４ＤＭＲＩのようなＭＲＩイメージングに基づいて生成することも可能である。図２において、椎体の中央を貫き椎体の位置を維持するバーが設けられている模型の腰椎１のＸ線画像が示されている。
【００１５】
図３は本発明の脊椎ナビゲーションシステム３４を示す図である。このシステム３４は超音波イメージング装置３５と、処理工程を実行するためのコンピューティングシステム３７とを備える。超音波イメージング装置３５は、被験者の背中の皮膚４に対して配置される手持ち式ユニットとして実装される。この手持ち式ユニットは、皮膚４に沿って、腰椎１に実質的に平行な、一次元移動方向Ｍに移動させることができる。図示の実施の形態では、超音波イメージング装置３５は印付けユニット３６を備え、被験者の腰椎１の上の皮膚４上に超音波イメージング装置の位置を印付けすることができるようにしている。コンピューティングシステム３７は、処理工程を実行するためのプロセッサ３８を備えるとともに、二次元画像データ、例えばＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像データ等の高解像度画像データおよび／または超音波２次元画像データを記憶するためのメモリ３９を備える。
【００１６】
脊椎ナビゲーションシステム３４を使用している間、ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像、例えば被験者の腰椎１のＸ線画像２０が、上述のようにして、好ましくはＤＩＣＯＭ方式で提供される。本実施の形態において、Ｘ線２次元画像２０の生成は、実際の手術プロセスに先立って、例えば２週間程度前に行って手術前の画像を用意し、脊椎ナビゲーション方法を支援している。Ｘ線画像２０を生成するために、被験者にＸ線ビームが照射される。この照射は、通常、別のＸ線画像記録室において専用装置を用いて行われる。このＸ線画像記録室は有害なＸ線ビームから人々を保護するための保護手段が設けられている。
【００１７】
ついで、手持ち式超音波イメージング装置３５を用いて被験者の腰椎１の超音波２次元画像３０が生成される。超音波イメージングの間、被験者は手術室内にいてもよく、随意に手術台の上にさえいてもよいが、これは超音波装置３５が手持ち式であるおかげである。手持ち式ユニット３５は１個または複数個の超音波振動子を備え、超音波を送信し、被験者の腰椎１と相互作用した超音波を受信できる。図示の実施の形態では、超音波イメージング装置３５は反射型である。しかしながら、原則的には、透過型超音波イメージング装置も利用可能である。超音波２次元画像３０は送受信された超音波に基づいて生成される。この生成プロセスは手持ち式ユニット３５内で実行されるか、あるいは別途、例えばコンピューティングシステム３７内で実行される。いずれにしても、超音波画像３０は、さらなる処理工程のために、例えば送信線３３を介してコンピューティングシステム３７で取得可能とされる。
【００１８】
図４は被験者の腰椎１の超音波画像３０を示す図である。一般に、超音波画像３０中の腰椎構造体は対応するＸ線画像２０中の腰椎構造体よりも不鮮明である。図示の実施の形態では、印付けユニット３６は超音波画像３０中で見ることができる。
【００１９】
次の工程として、プロセッサ３８は超音波画像３０を被験者の腰椎のＸ線画像２０に一致させる。
【００２０】
図５はＸ線画像２０と超音波画像３０とが一致していることを示す図である。この場合、画像２０と画像３０は、図２および図４に示す図を写したものである。図５の左側はＸ線画像２０を示す。本発明の一態様では、Ｘ線脊椎プロフィル４１の生成はＸ線画像２０上の複数の脊椎突起３ａ〜ｃの外側輪郭をたどって行われる。同様に、超音波脊椎プロフィル４２の生成は、超音波画像３０上の複数の脊椎突起の外側輪郭をたどって行われる。図５の右側には、脊椎プロフィル４１、４２の両方が示されている。ついで、超音波脊椎プロフィル４２がＸ線脊椎プロフィル４１に適合させられる。この適合は、最小二乗法のような何らかの最適化を用いて、両プロフィルが最大の相関を有するまで、超音波脊椎プロフィル４２をＸ方向および／またはＹ方向にシフトすることにより行われる。
【００２１】
Ｘ線脊椎プロフィル４１、より一般的には、ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた脊椎プロフィル、並びに対応する超音波脊椎プロフィル４２は、完全な脊椎プロフィルを含んでいてもよく、あるいはその骨構造、すなわち突起または多数の連続する突起の少なくとも一部分に相当する最少部分を含んでいてもよい。好ましくは、脊椎突起間の非骨構造は両脊椎プロフィル４１、４２を相関させるためには使用されない。その理由は、これらのスペースは患者の姿勢の変化により変動することがあるからである。複数の突起の場合、脊椎プロフィル４１、４２は、一連の分離した連続する突起の輪郭から構成されていてもよい。さらに、脊椎プロフィル４１、４２は単一の脊椎突起の外側輪郭をたどるようにし、あるいは複数の脊椎突起、例えば特定の脊椎突起および／またはそれに続く脊椎突起、の外側輪郭をたどるようにし、それにより一致させるプロセスの信頼性を向上させるようにしてもよい。
【００２２】
ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像２０を超音波２次元画像３０に一致させる工程は、数理的スキームを用いて、例えば、ビング・ジアン他著「ガウス混合モデルを用いた頑健な点群レジストレーション手法」ＩＥＥＥトランザクションズ  オン  パターン  アナリシス  アンド  マシーン  インテリジェンス、第３３巻第８号、２０１１年８月、第１６３３〜１６４５頁（“Ｒｏｂｕｓｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｓｅｔ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｇａｕｓｓｉａｎ  Ｍｉｘｔｕｒｅ  Ｍｏｄｅｌｓ”  ｂｙ  Ｂｉｎｇ  Ｊｉａｎ  ｅｔ  ａｌ．  ｉｎ  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｐａｔｔｅｒｎ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  ｍａｃｈｉｎｅ  ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，  Ｖｏｌ．  ３３，  Ｎｏ．  ８，  Ａｕｇｕｓｔ  ２０１１，  ｐａｇｅｓ  １６３３−１６４５）の論文に記載されているガウス混合モデルを用いて実行することができる。
【００２３】
さらに、ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴ脊椎プロフィル４１を生成する工程と超音波脊椎プロフィル４２を生成する工程の実行は標準的なパターン認識モデルを用いて行うことができる。これらのパターン認識モデルには、セグメンテーション、例えば、自然画像におけるエッジ検出のために導入されたいわゆる構造化フォレストフレームワーク（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｏｒｅｓｔ  ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）が含まれる。この構造化フォレストフレームワークは、ピョートル・ドラーとＣ．ローレンス・ジトニック著、「迅速なエッジ検出のための構造化フォレスト」、２０１３ＩＥＥＥインターナショナル  コンフェレンス  オン  コンピュータ  ビジョン  第１８４１〜１８４８頁、ＩＥＥＥ、２０１３年１２月号（“Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｆｏｒｅｓｔ  ｆｏｒ  Ｆａｓｔ  Ｅｄｇｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”  ｂｙ  Ｐｉｏｔｒ  Ｄｏｌｌａｒ  ａｎｄ  Ｃ．  Ｌａｗｒｅｎｃｅ  Ｚｉｔｎｉｃｋ  ｉｎ  ２０１３  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ，  ｐａｇｅｓ  １８４１−１８４８，  ＩＥＥＥ，  Ｄｅｃ  ２０１３）の論文に記載されている。あるいはまた、例えばそれぞれの画像と相互作用するユーザーインタフェースを用いることによって、ユーザーが両プロフィルの少なくとも１つを形成してもよい。
【００２４】
次の工程として、Ｘ線画像２０中の脊椎プロフィルの予め指定されたセグメント２１が、超音波２次元画像中の対応するセグメントに関係付けられる。一般に、それぞれの突起のラベルまたは名称、例えばＬ３またはＬ４、は知られているので、超音波画像中にどの突起が存在しているか否かも知られる。すなわち、同じ高さ、ラベルまたは名称をその超音波画像中の関係付けられた突起に割り当てることができる。ついで、どの椎体が超音波イメージング装置によりイメージングされているかが知られる。予め指定されたセグメント２１は特定の脊椎突起、複数の特定の脊椎突起または下記のユーザーにより指定された位置を含んでいてもよい。
【００２５】
好ましくは、ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた画像はＬ５またはＳ１のようにラベルされた単一もしくは複数の突起を含む。ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた画像中に含まれる突起のラベル付けは、例えば事前に入力された脊椎データもしくはライブラリ中の脊椎データに基づいて、例えばシステムのユーザーが突起を特定することにより、または自動的に突起を特定することにより、行うことができる。
【００２６】
好ましくは、超音波２次元画像中の関係付けられたセグメントの視覚化は、例えばこのセグメントを強調（ハイライト）することにより、このセグメントにポインタを表示することにより、または超音波画像にラベル情報を含めることによって行われる。追加的にまたは代替的に、可聴信号、可視信号または可触信号を生成してユーザーにＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた画像中の脊椎プロフィルの予め指定されたセグメントが超音波画像中の対応するセグメントに関係付けられたことを知らせるようにしてもよい。
【００２７】
さらに、本方法は、ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた画像中の脊椎プロフィルの予め指定されたセグメントを、被験者の腰椎１に対する超音波イメージング装置の位置に関係付ける工程を備えていてもよい。この関係付けは、例えば超音波イメージング装置３５上の印付けユニット３６の位置を超音波画像３０上に可視化してマッピングすることにより（図４参照）実行することができる。あるいはＸ線画像２０上の対応する位置３６′に対する超音波画像上の他の参照点をマッピングすることにより実行することができる。ついで、この対応する印付け位置３６′と予め指定されたセグメント２１との間のオフセット（離隔距離）Ｄを決定し、それによりＸ線画像２０上の予め指定されたセグメント２１と被験者の脊椎１に対する超音波イメージング装置３５の実際の位置との間の距離を決定することができる。
【００２８】
あるいはまた、外科医が触診し、ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた画像中の既知の高さに関係付けられた、ある高さからカウントすることにより他の脊椎の高さを見出してもよい。この予め指定されたセグメント２１は、好ましくは、ユーザーにより指定され、例えば、外科医により手術用の所望の進入位置が指定される。好適な一実施の形態では、脊椎ナビゲーションシステム３４は、例えばコンピュータのマウスを使用して、Ｘ線画像２０上にセグメント２１を予め指定するためのユーザーインタフェースを備えている。さらに、脊椎ナビゲーションシステム３４は、Ｘ線画像２０および／または超音波画像３０を表示するためのディスプレイを備えていると有利である。このプロセスの間、Ｘ線画像２０をディスプレイ上に描画することが可能であり、外科医は、腰椎に接近することが望まれる２つの脊椎突起の間の進入場所を指摘することができる。
【００２９】
実地では、超音波画像生成工程、両画像を一致させる工程、および予め指定されたセグメント２１を超音波イメージング装置の位置に関係付ける工程の実行は、例えば超音波イメージング装置３５を腰椎１に沿って、主に腰椎１の向きに平行な移動方向Ｍに移動させることによって、繰り返し行うことができる。ついで、脊椎ナビゲーションシステム３４のユーザーは、イメージング装置３５が予め指定されたセグメント２１に向かって移動しているか、またはこれから遠ざかって移動しているかを測定してこの予め指定されたセグメント２１を見出すことができる。
【００３０】
原則として、超音波イメージング装置は、予め指定されたセグメント２１と実際の超音波イメージング装置の位置との間の距離Ｄが予め定義されたオフセット値よりも小さくなるまで、脊椎１に実質的に平行な１次元方向Ｍに沿って移動またはスワイプさせることができる。
【００３１】
超音波画像は１次元方向に移動されるので、ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた画像と超音波画像が一致しさえすれば、オフセット値Ｄを決定するプロセスは１次元の計算問題となる。したがって、オフセット値Ｄは比較的容易に計算することができる。
【００３２】
さらに、この距離が予め定義されたオフセット値よりも小さくなると報知信号、例えば可聴信号、可視信号または可触信号を生成して、ユーザーに予め指定されたセグメント２１が到達したことを報知できるようにしてもよい。このように、超音波イメージング装置の位置が予め指定されたスポットに近いかまたは同じスポットであることの観測は、ディスプレイ上の一致した表示（ｖｉｅｗ）を検分することによって、または自動的に実行することができる。ナビゲーションシステム３４を使用することによって、予め指定されたセグメント２１がＸ線画像２０と超音波イメージング装置３５を用いて被験者の皮膚４上に投影される。
【００３３】
ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像中の脊椎プロフィルの予め指定されたセグメントは、特定の脊椎突起の外側輪郭であってもよい。ついで、本システムのユーザーは、特定の脊椎突起、さらに詳しくはＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像中の脊椎突起の高さを超音波画像中の対応するセグメントに関係付けることができ、そして随意に、被験者のイメージングされた脊椎に対する超音波イメージング装置の位置に関係付けることができる。また、続く脊椎突起の間の手術用進入点を決定することができる。
【００３４】
ついで、ユーザーは印付けユニット３６を用いて被験者の皮膚４上に位置を印付けすることができる。
【００３５】
上述の脊椎ナビゲーション方法は手術用進入点を示すのに使用できるだけでなく、手術中の通過点または同定点を示すのにも使用できる。一例として、脊椎ナビゲーション方法は、いわゆる筋膜、すなわち筋肉と脊椎突起とを覆う層、に到達するときに適用して、特に比較的厚い皮下脂肪層を持つ被験者の場合、不正確な方向で組織深くまでたどってしまうことを防止することができる。後者の場合、触診は不可能であると考えられる。筋膜に接近するときに脊椎ナビゲーションを適用する過程で、超音波イメージング装置が無菌的に掛けられる。ついで、患者の皮膚が切開された後に再度脊椎ナビゲーション方法を用い、例えばより高品質の画像を得たり、および／または肥満した患者の場合に位置を確かめたりして、皮膚を切開した後に誤った方向をたどることを防止することができる。上述の脊椎ナビゲーション方法は既知のいくつかの煩雑な方法の代替方法として用いることができる。これら既知の方法は、無菌的に掛けられたＣアークを所定の位置に置き、筋膜の層に到達したときにさらなるＸ線画像を作成し、滅菌インクを注入し、インクの道をたどって筋膜までさらに切開し、または滅菌腰椎穿刺針を正しい脊椎突起の間の位置に置くことを含む。
【００３６】
さらに、一致させる工程は種々の択一的な態様で実行することができる。一例として、２次元Ｘ線画像２０および超音波画像３０は部分的にまたは完全に相互にマッピングして最適の相関を得ることができる。
【００３７】
図６は本発明の方法の一実施の形態のフローチャートである。本方法は脊椎ナビゲーションに用いられる。本方法は、被験者の脊椎のＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像を用意する工程１１０と、この被験者の脊椎に超音波イメージング装置を用いて超音波２次元画像を生成する工程１２０と、超音波２次元画像をＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像に一致させる工程１３０と、ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像中の脊椎プロフィルの予め指定されたセグメントを超音波２次元画像中の対応するセグメントに関係付ける工程１４０とを備える。
【００３８】
実地では、本方法の実行は、Ｘ線と超音波の両方を用いて脊椎突起をイメージングし、例えば骨のセグメンテーション（ｂｏｎｅ  ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）により超音波画像から脊椎突起の形状を検索し、検索された形状をＸ線画像中のそれらの構造の対応する形状と比較することにより行うことができる。Ｘ線画像では、形状とラベル、すなわち名称は既知である。このように、一致させるプロセスにおいてＸ線画像中の最も類似する形状を探すことにより、超音波画像中の高さをＸ線画像中の関係付けられた対応する高さに基づいて特定することができるので、椎体のどの高さまたはラベル名称が超音波装置により現在イメージングされているかを決定することができる。
【００３９】
脊椎ナビゲーションを実行する方法はコンピュータサーバーのような専用のハードウェア構造を用いて行うことができる。別のやり方では、本方法は、また、コンピュータプログラム製品を用いて少なくとも部分的に実行することができる。このコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステムまたは制御ユニットのプロセッサに上述の方法の工程の少なくとも１つを含むプロセスを実行させる指令を含む。すべての（サブ）工程が原則として単一のプロセッサ上で実行することができる。しかしながら、少なくとも１つの工程、例えば超音波画像をＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた画像に一致させる工程を別のプロセッサで実行してもよい。プロセッサに特定のソフトウェアモジュールをロードすることができる。専用のソフトウェアモジュールを、例えばインターネットから供給することができる。
【００４０】
本発明は上述の実施の形態に限定されない。多くの変形例が可能である。
【００４１】
この文脈では、本発明は滑脱椎間板ヘルニアまたはＨＮＰの場合に適用可能であるだけでなく、他の腰椎手術、例えば腰部脊椎管狭窄症および脊椎内腫瘍、またはより一般的には胸椎または頸椎手術のような脊椎手術にも適用可能である。
【００４２】
さらに、本出願の文脈において、ＭＲＩ、Ｘ線またはＣＴに基づいて得られた２次元画像または超音波２次元画像は脊椎全体の画像またはその一部分の画像、例えば脊椎の腰部部分の２次元画像であってもよい。
【００４３】
これらおよび他の実施の形態は当業者には明らかであり、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲内である。明瞭かつ簡略な記載のために特徴は同じ実施の形態または別の実施の形態の一部分として記載されている。しかしながら、本発明の範囲には上述の特徴のすべてまたはいくつかの組合せを有する実施の形態が含まれていてもよい。
【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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【国際調査報告】
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