(57)【要約】  本発明は、所定の移動可能な対象物をトラッキングするために、医療イメージングシステムの対象物トラッキング装置に関する。 所定の移動可能な対象物は、医療器具及び／又は患者であってもよい。 対象物トラッキング装置は、主イメージングユニット及び副イメージングユニットを有する。 主イメージングユニットは、患者の体の第一の画像データをもたらすように構成される。 それは、患者の体の内側の画像データをもたらすようにさらに構成されてもよい。 主イメージングユニットは、イメージングモード及びパーキングモードの間で移動可能である。 副イメージングユニットは、患者の体の第二の画像データをもたらすように構成される。 それは、患者の体の外側の画像データをもたらすようにさらに構成されてもよい。 対象物トラッキング装置は、参照ポイントの位置に対する副イメージングユニットの位置をモニタリングするように構成される位置モニタリング構成を更に含む。 その結果、医療器具及び／又は患者は、主イメージングユニットの画像データに基づくイメージングモードで、及び副イメージングユニットの画像データに基づくパーキングモードでトレースされ得る。
2016533795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の移動可能な対象物をトラッキングするように構成される医療イメージングシステムであって、
-イメージングモード及びパーキングモードの間で移動可能であり、患者の体の第一の画像データをもたらすための主イメージングユニットと、
-患者の体の第二の画像データをもたらすための副イメージングユニットと
を有する医療イメージングシステムにおいて、
前記主イメージングユニットは、前記主イメージングユニットが前記イメージングモードにあるとき、前記第一の画像データに基づいて前記所定の移動可能な対象物をトラッキングするように構成され、
前記副イメージングユニットは、前記主イメージングユニットが前記パーキングモードにあるとき、前記第二の画像データに基づいて前記所定の移動可能な対象物をトラッキングするように構成され、
前記主イメージングユニットは、参照位置に対する前記副イメージングユニットの位置を決定するように更に構成される、
医療イメージングシステム。
【請求項２】
前記主イメージングユニットは、
- X線イメージングユニットと、
- 患者の体の第一の光学画像データをもたらすための少なくとも一つのカメラを有する更なるイメージングユニットと
有する、請求項１に記載の医療イメージングシステム。
【請求項３】
前記副イメージングユニットは、前記第二の画像データとして第二の光学画像データをもたらすために少なくとも一つのカメラを有する、請求項１又は２に記載の医療イメージングシステム。
【請求項４】
前記更なる及び副イメージングユニットは、対象物に関する基準又は決定される特徴の位置を検出するように構成され、前記副イメージングユニットの前記位置は、前記第一及び第二の光学画像データにおける前記決定される特徴又は基準の相対位置から導出される、請求項２又は３に記載の医療イメージングシステム。
【請求項５】
前記主イメージングユニットは、前記副イメージングユニットの前記位置をモニタリングするために位置センサを有する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の医療イメージングシステム。
【請求項６】
前記参照位置は前記主イメージングユニット自体の位置になる、請求項１乃至５の何れか一項に記載の医療イメージングシステム。
【請求項７】
前記主イメージングユニットが前記イメージングモードにあるとき、前記主イメージングユニットの現在の画像データ及び前記副イメージングユニットの現在の画像データは合成されるように構成される、請求項１乃至６の何れか一項に記載の医療イメージングシステム。
【請求項８】
前記主イメージングユニットが前記パーキングモードにあるとき、前記主イメージングユニットの先行してとらえられた画像データ及び前記副イメージングユニットの現在の画像データは合成されるように構成される、請求項１乃至７の何れか一項に記載の医療イメージングシステム。
【請求項９】
前記主イメージングユニットは少なくとも一つの第一の対象物をトラッキングするように構成され、前記副イメージングユニットは少なくとも一つの第二の対象物をトラッキングするように構成される、請求項１乃至８の何れか一項に記載の医療イメージングシステム。
【請求項１０】
前記副イメージングユニットはサージカルタスクライトを更に含む、請求項１乃至９の何れか一項に記載の医療イメージングシステム。
【請求項１１】
前記副イメージングユニットは対象物支持部に少なくとも一時的に固定して取り付け可能である、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の医療イメージングシステム。
【請求項１２】
前記主イメージングユニットは前記副イメージングユニットの動きを検出するために動きセンサを備える、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の医療イメージングシステム。
【請求項１３】
所定の移動可能な対象物をトラッキングする、医療イメージングシステムのための対象物トラッキング方法であって、
a) イメージングモード及びパーキングモードの間で移動可能である、主イメージングユニットによって患者の体の画像データをもたらすステップと、
b) 副イメージングユニットによって患者の体の画像データをもたらすステップと、
c) 前記主イメージングユニットによって、参照位置に対する前記副イメージングユニットの位置を決定するステップと、
-前記主イメージングユニットの前記イメージングに基づく前記イメージングモードにおいて、及び
-前記副イメージングユニットの前記イメージングに基づく前記パーキングモードにおいて、
d) 前記所定の移動可能な対象物をトラッキングするステップと
を有する、方法。
【請求項１４】
処理ユニットによって実行されるとき、請求項13に記載の前記方法ステップを実行するように構成される、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の装置を制御するためのコンピュータプログラム要素。
【請求項１５】
請求項14に記載の前記コンピュータプログラム要素を保存しているコンピュータ読取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は医療イメージングシステムのための対象物トラッキング装置、医療イメージングシステム、医療イメージングシステムのための対象物トラッキング方法、このような装置を制御するためのコンピュータプログラム要素、及び記憶されたこのようなコンピュータプログラム要素を有するコンピュータ読取り可能な媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像ガイド最小介入治療において、最小介入態様で患者の治療が実行される間、連続画像に基づくガイダンスが使われてもよい。連続画像に基づくガイダンスのための既知の概念は、連続的にビデオイメージングをX線イメージングに合成する、回転可能なC形アームに基づくシステムに関し得る。
【０００３】
WO 2013/102827は、患者内において介入器具の位置を決定するための位置決定装置を記載する。 患者の外側の介入器具の第二の部分と患者内の介入器具の第一の部分との位置の空間関係は、優先的にX線画像及び第二の部分のもたらされる位置になる、患者内における介入器具の実際の画像に基づいて決定される。空間関係が決定されると、患者内の介入器具の位置は決定されることができ、介入器具が所定の空間関係及び被験体の外側の第二の部分の決定される実際の位置に基づいて、更なる実際の画像を収集する必要なしに、患者内で動かされる。
【０００４】
このような概念により、連続的に患者及び器具の動きをトラッキングするため、埋め込みビデオカメラを備えるX線検出器を、関心解剖学的構造の上、まわり、及び下でそのC形アームにおいて連続的に位置させることが持続的に必要とされる。しかしながら、埋め込みビデオカメラを備えるC形アームは、治療実施の間、その大きなサイズ並びに患者の上、まわり、及び下のその位置のために邪魔になり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それゆえに、治療実施の間、あまり邪魔にならない、対象物トラッキングをもたらす必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、更なる実施例は従属請求項に含まれる。以下の記載の本発明の態様が、対象物トラッキング装置、医療イメージングシステム、対象物トラッキング方法、コンピュータプログラム要素、及びコンピュータ読取り可能な媒体にも適用されることは注意されるべきである。
【０００７】
本発明によると、所定の移動可能な対象物をトラッキングするように構成される医療イメージングシステムがもたらされる。 所定の移動可能な対象物は、医療器具及び／又は患者であってもよい。 対象物トラッキング装置は、主イメージングユニットと副イメージングユニットを有する。 主イメージングユニットは、患者の体の第一の画像データをもたらすように構成される。 それは、患者の体の内側の画像データをもたらすようにさらに構成されてもよい。 主イメージングユニットは、イメージングモードとパーキングモードとの間で移動可能である。 イメージングモードは患者の体の近くにあってもよく、パーキングモードは患者の体からより離れていてもよい。
【０００８】
副イメージングユニットは、患者の体の第二の画像データをもたらすように構成される。それは、患者の体の外側、例えば体形、バイタルサイン、動き、組織潅流、皮膚特性等の光学画像データをもたらすようにさらに構成されてもよい。しかしながら、副イメージングユニットが、患者の体の内側の画像データをもたらすように排他的又は追加的に構成されてもよい。
【０００９】
システム、特に主イメージングユニットは、参照ポイントの位置に対する、副イメージングユニットの位置を決定するように構成される。参照ポイントは、好ましくは、主イメージングユニットの位置になる。 しかしながら、参照ポイントは手術室におけるポイントであってもよく、主イメージングユニットの位置に対するその位置は知られており、それ故に主イメージングユニットの位置に対する副イメージングユニットの位置を計算するために用いられることができる。
【００１０】
それから、所定の移動可能な対象物、例えば医療器具又は患者は、主イメージングユニットの画像データに基づいてイメージングモードでトラッキング可能であり、副イメージングユニットの画像データに基づいてパーキングモードでトラッキング可能である。
【００１１】
主イメージングユニットはサージカルフィールドから離れたパーキングモードに移されることができるので、主イメージングユニットによる治療実施の障害は避けられ、医療器具又は患者は依然トラッキング可能である。
【００１２】
特に、副イメージングユニットの位置を決定するように構成される主イメージングユニットは、主イメージングユニットが外科モードから離れる必要があるとき、すなわちパーキングモードに移される必要があるとき、主イメージングユニットから副イメージングユニットへの対象物トラッキングのシームレスな移行を可能にする。このように、特定の効果的な対象物トラッキングが、いかなる更なるグローバルトラッキング手段も必要なしで、実現されてもよい。
【００１３】
用語「イメージングモード」は、主イメージングユニットが対象物の第一の画像データをもたらすために対象物の近くの、好適な位置に構成される位置に関する。
【００１４】
用語「パーキングモード」は、主イメージングユニットがイメージングモードにおける患者の体からより離れている位置に関する。パーキングモードにおいて、主イメージングユニットが対象物の第一の画像データをもたらすことは不可能である。例えば外科エリアに対する自由な視線はなく、又は距離若しくは角度は対象物の第一の画像データをもたらすのに適切になり得ない。
【００１５】
用語「参照ポイント」は手術室におけるポイントに関し、主イメージングユニットの位置に対するその位置は知られていて、それ故に、主イメージングユニットの位置に対する副イメージングユニットの位置を計算するために用いられることができる。 参照ポイントは、好ましくは、主イメージングユニットの位置になる。
【００１６】
用語「所定の移動可能な対象物」は、医療器具及び／又は患者に関する。
【００１７】
例において、主イメージングユニットは、2D及び／又は3D X線画像収集システムを有する。 副イメージングユニットは、外側から見える体又は器具の特性を検出することができる少なくとも一つのカメラ、例えば可視光又は赤外線カメラを有してもよい。主イメージングユニットは、X線イメージングユニットに加えて、患者テーブル上におけるサージカルフィールドをとらえるように同様に構成される、少なくとも一つの更なる光学カメラを含む、更なるイメージングユニットを有してもよい。両方のイメージングユニットのために、光学カメラは、互いに固定して位置されることができる。 両方のイメージングユニットは、連続/現在/ライフ画像データをもたらすことができる。 両方のイメージングユニットは、例えば体の3D再構成をもたらすことができる。
【００１８】
更なる例において、主イメージングユニットはC形アームを備える基礎に接続され、副イメージングユニットは固定具に接続される。 副イメージングユニット及び／又は固定具は、好ましくは、患者テーブルであってもよい対象物支持部、又は手術室における天井、床若しくは何れかの場所に少なくとも一時的に固定して取り付けられ得る。
【００１９】
好ましい実施例において、副イメージングユニットはサージカルタスクライトを有しており、すなわち、当業者にこれ自体知られているサージカルタスクライトは、好ましくは、第二の画像データをもたらすための少なくとも一つのカメラを備える。
【００２０】
副イメージングユニットは動かされてもよく、それ故に、動きセンサが、副イメージングユニットの動きを検出するためにもたらされてもよい。 副イメージングユニットの動きが検出される場合、ユーザは知らされることができる。
【００２１】
例において、主及び副イメージングユニットの現在の画像データは、イメージングモードで合成される。 結果物は、好ましくは、患者又は医療器具をトラッキングするために光学画像でおおわれるX線画像である。 それ故に、医療イメージングシステムのための好ましい対象物トラッキング装置は、ビデオガイダンスを介した患者外側のリアルタイムの患者及び／又は器具動き表示並びにX線を介した患者内側のリアルタイムの患者及び／又は器具動き表示だけでなく、両方の合成ももたらす。
【００２２】
更なる例において、パーキングモードにおいて、副イメージングユニットは、患者の体の外側の現在の第二の画像データをもたらす。 しかしながら、これらの第二の画像データは、好ましくは、主イメージングユニットの、先行してとらえられて保存された画像データと合成されることができる。 第一の画像データのイメージングガイダンス/更新/検査の必要性がもたらされる場合、主イメージングユニットはパーキングモードからイメージングモードに再び位置され、体の内側の新たな第一の画像データが収集される。第一及び第二のイメージングデータの合成はそれから、新たな情報で自動的に更新される。
【００２３】
例えばX線システムからの第一の画像データ及び例えばビデオカメラからの第二の画像データの好ましい合成のために、主イメージングユニットに対する副イメージングユニットの位置は知られている必要があり、それ故に決定されて、モニタリングされる必要がある。
【００２４】
従って、好ましくは、副イメージングユニットの位置は、主イメージングユニットの位置に対してモニタリングされる。 位置モニタリングは副イメージングユニットの位置をモニタリングする位置センサによってなされることができるか、又は主イメージングユニット及び副イメージングユニット自体によって生成される画像データから導出されることができる。後に説明されるように、このような位置モニタリングは両方の画像における基準若しくは特徴の検出に基づいてもよく、又はそれは光学形状検出システム、電磁トラッキングシステム、多関節アーム、無線周波数トラッキングシステム等のような別の光学若しくは非光学位置モニタリングシステムを有してもよい。
【００２５】
例において、主及び副イメージングユニットの位置が互いに知られている場合、一方のイメージングユニットによって収集される画像データは他方のイメージングユニットによって収集される画像データにレジストレーションされ、合成されることができる。対象物トラッキングは一方のイメージングユニットによって制御されることができ、他方のイメージングユニットは手動で位置較正される必要がない。 それゆえに、較正は必要とされない。
【００２６】
好ましくは、副イメージングユニットの位置は、主イメージングユニットの位置に対してモニタリングされる。副イメージングユニットによって収集される画像データはそれから、副イメージングユニットの複雑な較正及び時間浪費なしで、第一のイメージングユニットによって収集される画像データにレジストレーションされ、合成されることができる。
【００２７】
例によると、主及び副イメージングユニットは、対象物に関する、決定される特徴又は基準の位置を決定するように構成される。第一及び第二の画像データにおける特徴又は基準の位置はそれから、互いに関して決定されることができ、主イメージングユニットに対する副イメージングユニットの位置が導出されることができる。 好ましい実施例において、この目的のために、更なるイメージングユニットのカメラによりもたらされる第一の光学画像データは、副イメージングユニットのカメラによりもたらされる第二の光学画像データに結合される。
【００２８】
例えば、特徴は器具の決定される端部又は患者の決定される身体的な特徴になり得る。 基準は、光放射をイメージングユニットに能動的に送出しない受動マーカになり、又はそれは能動マーカ、すなわちイメージングユニットに放射線を送出する光源になり得る。 例えば、基準は赤外光源になり、副及び更なるイメージングユニットにおけるカメラは、赤外線基準を示す赤外線画像を収集するための赤外線高感度カメラになり得る。
【００２９】
基準は、好ましくは、患者の上に、又は器具の上に構成される。 好ましくは、いくつかの基準は、例えば主イメージングユニットに対する副イメージングユニットの位置を決定するために用いられる。 それに対して、好ましくは、両方のイメージングユニットにおけるカメラは基準に向けられる。 それによって収集される第一の光学画像データは主イメージングユニットに対する基準の位置を示し、収集される第二の光学画像データは副イメージングユニットに対する基準の位置を示す。 主及び副画像データにおける基準の相対位置をオーバラップさせることによって、主イメージングユニット及び副イメージングユニットの相対位置及び方向が計算される。 特に、主イメージングユニットの位置に対する副イメージングユニットの位置が計算される。 特徴又は基準及び特徴の組合せが基準の代わりに使われる場合、同じことが適用される。 この情報の場合、両方のイメージングユニットからの画像データ、特に主イメージングユニットからのX線画像データ及び副イメージングユニットからの光学画像データは合成されることができる。
【００３０】
主及び副イメージングデータの全ての更新の場合、主及び副イメージングユニットの相対位置が更新される。 一方（又は両方）のイメージングユニットが動かされるとき、両方のイメージングユニットが基準上で視線を維持する限り、主及び副イメージングユニットの相対位置は再計算される。
【００３１】
主イメージングユニットの視線が失われる場合、患者及び／又は器具のトラッキングは副イメージングユニットによって引き継がれる。
【００３２】
更なる例において、副イメージングユニット及び／又は更なるイメージングユニットは、異なるスペクトル波長帯で体の外側をモニタリングすることができるハイパースペクトルカメラを有する。
【００３３】
更なる例において、副イメージングユニット及び／又は更なるイメージングユニットは、腹腔鏡をトラッキングすることができて、イメージングユニットの一つから得られるX線ビューデータを用いて腹腔鏡ビューを広げることができる。
【００３４】
更なる例によると、主イメージングユニットは少なくとも一つの第一の対象物（例えば医療器具）をトラッキングし、副イメージングユニットは少なくとも一つの第二の対象物（例えば患者又は彼（女）の部分）をトラッキングする。
【００３５】
本発明によると、医療イメージングシステムは、画像収集装置、例えば患者テーブルの形態の対象物支持部、制御ユニット、及びディスプレイ装置を更に含んでもよい。
【００３６】
例えば副イメージングユニットにおいて構成されるディスプレイ装置は、第一の及び／又は副イメージングユニットによって収集されるデータをもたらすためにモニターを有してもよい。医療イメージングシステム及び特に副イメージングユニットは、サージカルエリアを照らすために、外科用ライトを更に含んでもよい。
【００３７】
本発明によると、また、所定の移動可能な対象物をトラッキングする医療イメージングシステムのための対象物トラッキング方法が、患者又は医療器具として、もたらされる。 それは、以下のステップ、
a) イメージングモード及びパーキングモードの間で移動可能である、主イメージングユニットによって患者の体の画像データをもたらすステップと、
b) 副イメージングユニットによって患者の体の画像データをもたらすステップと、
c) 主イメージングユニットによって、参照ポイントの位置に対する副イメージングユニットの位置をモニタリングするステップと、
-主イメージングユニットのイメージングに基づいて主イメージングユニットがイメージングモードであるとき、
-副イメージングユニットのイメージングに基づいて主イメージングユニットがパーキングモードにあるとき、
d) 所定の移動可能な対象物をトラッキングするステップと
を有する。
【００３８】
例において、イメージングモードにおいて、主イメージングユニットに対する副イメージングユニットの位置が知られているので、X線システムからの第一の画像データ及び光学カメラからの第二の画像データは合成されることができる。 これは、好ましくは、患者又は医療器具をトラッキングするために光学イメージングでおおわれるX線イメージングをもたらす。
【００３９】
更なる例において、パーキングモードにおいて、主イメージングユニットが患者の体からより離れているとき、副イメージングユニットだけが、患者の体の現在の第二の画像データ、好ましくは、光学画像データをもたらす。しかしながら、これらの第二の画像データは、主イメージングユニットの、先行してとらえられて保存された画像データと依然合成されることができる。 第一の画像データのイメージングガイダンス/更新/検査の必要性がもたらされる場合、主イメージングユニット及びC形アームを備える基礎はパーキングモードからイメージングモードに再び位置され、体の内側の新たな第一の画像データが作成される。第一及び第二のイメージングデータの合成はそれから、新たな情報で自動的に更新される。 
【００４０】
本発明の更なる例において、所定の移動可能な対象物をトラッキングするための対象物トラッキングコンピュータプログラムはもたらされ、コンピュータプログラムは、コンピュータプログラムが、対象物トラッキング装置を制御するコンピュータ上で実行されるとき、独立方法クレームに記載の対象物トラッキング方法のステップを独立装置クレームに記載の対象物トラッキング装置に実行させるためのプログラムコード手段を有する。
【００４１】
本発明の一態様において、主イメージングユニット - X線ユニット - は、副イメージングユニットによって補助される。 トラッキング目標は、副ユニットによってもたらされる。 副ユニットはいくらかより小さくもたらされることができるため、より利用可能で、それ故に自由なワークスペースはもたらされる。 有利なことに、副イメージングユニットは、介入又はサージカルプロシージャの間、通常用いられるように、サージカルタスクライトに一体化されるので、更なる装置がもたらされる必要はない。
【００４２】
さらに、好ましくは、主イメージングユニットは、少なくとも一つのカメラを有する更なるイメージングユニットを備え、 更なるイメージングユニットは、例えば、X線ユニットの検出器のハウジングに一体化されるので、更なるイメージングユニットによりもたらされる光学画像及びX線画像の自動レジストレーションが得られる。
【００４３】
言い換えると、スレーブトラッキングシステムは、マスター又は主イメージングユニットの更なるイメージングユニットに位置されるビデオカメラセットに結合され、手術台に取り付けられる、スレーブ又は副イメージングユニットに埋め込まれる。更なるイメージングユニットの四つのビデオカメラのマスターセットと副イメージングユニットの二つのカメラのスレーブセットとの間の連続リアルタイム通信は、スレーブイメージングユニットの空間位置が構築されて、空間的に決定されることを確認する。
【００４４】
マスターイメージングシステムのC-アームが治療実施を妨げるとみなされると、スレーブイメージングユニットはガイダンスを継ぎ目なく引き継ぎ、それ故に、C-アームはサージカルフィールドから一時的に離れてパーキングされ得る。 2D又は3D X線イメージングの何れかをもたらす必要が発生すると、C-アームはイメージング又はワーキング位置に再び動かされることが可能であり、対象物トラッキングはスレーブイメージングユニットからマスターイメージングユニットに再び移されてもよい。
【００４５】
本発明は、最小介入治療セッティングにおける患者及び器具トラッキングの両方に対して、近くに位置されるC-アームによる、イメージングガイダンス/更新/検査のための連続利用可能性をもたらす。
【００４６】
独立請求項による、医療イメージングシステム、医療イメージングシステムのための対象物トラッキング方法、このような装置を制御するためのコンピュータプログラム要素及びこのようなコンピュータプログラム要素を保存しているコンピュータ読取り可能な媒体は、特に従属請求項において規定されるように、類似及び／又は同一の好ましい実施例を有することが理解される。本発明の好ましい実施例はそれぞれの独立請求項との従属請求項のいかなる組合せにもなり得ることはさらによく理解されるであろう。
【００４７】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載された実施例から明らかであり、これらの実施例を参照して説明される。
【００４８】
本発明の実施例は、以下の添付図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】両方のイメージングユニットが患者の上、まわり、及び下にもたらされる、二つのイメージングユニットを備える医療イメージングシステムの例の概略図を示す。
【図２】副イメージングユニットの一方のみが患者の上にもたらされ、他方、すなわち主イメージングユニットはわきにパーキングされる、医療イメージングシステムの例の概略図を示す。
【図３】基準が主イメージングユニットに対する副イメージングユニットの位置を決定するために用いられる、図1と同じ状況における医療イメージングシステムの例の概略図を示す。
【図４】所定の移動可能な対象物をトラッキングする医療イメージングシステムのための方法例の基本的なステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図1は、本発明による、医療イメージングシステムの実施例を示す。 医療イメージングシステムは、対象物トラッキング装置1、例えば患者テーブル2の形態の対象物支持部、制御ユニット（図示略）、及びディスプレイ装置（図示略）を有する。本発明による対象物トラッキング装置1は、 患者3又は医療器具として、所定の移動可能な対象物をトラッキングするために役立つ。 それは、C形アーム12及び主イメージングユニット13を備える基礎11並びに副イメージングユニット15を備える固定具14を有する。
【００５１】
基礎11は患者テーブル2に対して移動可能であり、それに対してホイール19上に搭載される。基礎11が患者テーブル2に取り付けられる必要はない。 C形アーム12は、図1における示される位置において患者テーブル2を囲む。 言い換えると、それは患者テーブル2の上、まわり、及び下に構成される。 C形アーム12は、基礎11及び患者3に対して回転できる。矢印Xの方向における第一の軸AのまわりのC形アーム12の角回転及び／又は矢印Yの方向における第二の軸Bのまわりの軌道回転は可能である。
【００５２】
主イメージングユニット13は、対象物トラッキング装置1、特にC形アーム12において構成される。 それは、さらに下で説明されるように、例えば患者の体の内側の第一の画像データをもたらすように構成される。それ故に、主イメージングユニット13は、C形アーム12の上部分岐におけるX線検出器20及びC形アーム12の下部分岐におけるＸ線源21の形態の2D及び／又は3D X線システムを有する。2D及び／又は3D X線システムは、一つ又はそれより多くのX線カメラを有することができる。 Ｘ線源21及びX線検出器20は、制御ユニット（図示略）によって制御される。 Ｘ線源21で生成されるX線は、患者3及び患者テーブル2を横切り、横切られるX線はそれから、X線検出器20によって検出される。 X線検出器20及びＸ線源21は、C形アーム12の端部に位置される。 それらは通常、患者テーブル2上のサージカルフィールドをとらえるように構成される。 C形アーム12は、主イメージングユニット13が所望の方向で患者3内における所望の領域を示す実際の画像をもたらすことを可能にするように、基礎11及び患者3に対して回転され得る。
【００５３】
第一の画像データは、この実施例において、3次元コンピュータ断層撮影画像データセットになる3D画像データセットである。 他の実施例において、画像データセットは、二次元の画像データセットにもなり得る。 さらに、画像データセットは、磁気共鳴、超音波、単一光子放射コンピュータ断層撮影及び陽電子放射断層撮影のような他のイメージングモダリティの画像データセットになり得る。
【００５４】
更なるイメージングユニット23は、紫外線光（紫外線）、赤外線（IR光）及び／又は可視波長を備える光に感度の高いカメラとして、C形アーム12の上部分岐、この場合、X線検出器20のわきに更に取り付けられる。このカメラは、患者テーブル2上のサージカルフィールドをとらえるように構成される。 好ましくは、例えば四つのカメラのセットは、X線検出器の異なる側に沿って構成されて、そのハウジングに一体化される。
【００５５】
C-アームが例示されることは注意されなければならない。 当然のことながら、他の可動X線イメージングユニットが、例えば床、壁、若しくは天井におけるレールに取り付けられる、例えばX線システム、又はロボットアームに取り付けられるX線システムとしてもたらされることができる。
【００５６】
副イメージングユニット15を備える固定具14は、患者テーブル2に取り付けられて、患者テーブル2におけるサージカルフィールドをとらえることが可能になる。 副イメージングユニット15は、手術室の何れかの場所において構成されることもできる。 好ましくは、副イメージングユニット15は、サージカルタスクライトを更に含む。
固定具14及び／又は副イメージングユニット15は、患者テーブル2に対して移動可能になり得る。 副イメージングユニット15は、例えば患者の体の外側の第二の画像データ、好ましくは、光学画像データをもたらすように構成される。それ故に、それは、外側から見え得る体の特性を非連続的又は連続的に検出することができる少なくとも一つのカメラを有する。副イメージングユニット15は、器具をトラッキングすることもできる。 好ましくは、副イメージングユニット15は、例えば二つのカメラのセットを有する。
【００５７】
しかしながら、副イメージングユニット15は、患者の体の内側の画像データをもたらすように排他的又は追加的に構成されてもよい。
【００５８】
制御ユニット（図示略）は、第一及び第二の画像データを非連続的に又は連続的に合成して、それらをモニター上（図示略）に表示する。 それ故に、それは、患者3又は医療器具として、所定の移動可能な対象物をトラッキングするためビデオイメージングでおおわれるX線イメージングをもたらす。その結果、例えば医療イメージングシステムのための対象物トラッキング装置１は、ビデオガイダンスを介した患者外側のリアルタイムの患者及び／又は器具動き表示並びにX線を介した患者内側のリアルタイムの患者及び／又は器具動き表示だけでなく、両方の合成ももたらす。
【００５９】
用語「結合する」は第一及び第二の画像データの一つのビューへの一体化に関する。
【００６０】
X線システムからの第一の画像データ及びビデオカメラからの第二の画像データを合成するため、主イメージングユニット１３に対する副イメージングユニット１５の位置は知られる必要があり、それ故にモニタリングされる必要がある。示される実施例において、副イメージングユニット１５の位置は、主イメージングユニット１３の位置に対してモニタリングされる。他の例において、副イメージングユニット１５の位置は、参照ポイント、例えば手術室の所定の固定ポイントに対してモニタリングされることができ、主イメージングユニット１３の位置に対するその位置は知られており、主イメージングユニット１３の位置に対する副イメージングユニット１５の位置を計算するために用いられることができる。
【００６１】
言い換えると、主及び副イメージングユニットのローカル座標系の位置及び方向が互いに対して知られている場合、一方のイメージングユニットによって収集される画像データは他方のイメージングユニットによって収集される画像データに合成されることができる。本発明による対象物トラッキング方法は一方のイメージングユニットによって制御されることができ、他方のイメージングユニットは手動で位置較正される必要がない。 それゆえに、較正は必要とされない。
【００６２】
治療実施の間、邪魔にならない、対象物トラッキング装置1を医療イメージングシステム及び医療イメージングシステムにもたらすため、C形アーム12を備える基礎11は、患者テーブル2の近くの図1に示されるイメージングモードMI及び患者テーブル2からより離れる図2に示されるパーキングモードMPの間で移動可能である。
【００６３】
図2は、それ故に、副イメージングユニット１５のみが患者３の上にもたらされ、C形アーム12及び主イメージングユニット13を備える基礎11はわきにパーキングされる、状況における医療イメージングシステムの概略図を示す。このパーキングモードにおいて、C形アーム12を備える基礎11は、治療実施の間、医師及び／又は医療スタッフを妨げない。 パーキングモードにおいて、副イメージングユニット15のみが、患者の体の外側の現在の第二の画像データをもたらす。 しかしながら、これらの第二の画像データは、主イメージングユニット１３の、先行してとらえられて保存された画像データと依然合成されることができる。 第一の画像データのイメージングガイダンス/更新/検査の必要性がもたらされる場合、主イメージングユニット１３及びC形アーム１２を備える基礎１１はパーキングモードからイメージングモードに再び位置され、体の内側の新たな第一の画像データが作成される。第一及び第二のイメージングデータの合成はそれから、主イメージングユニット13の新たな画像情報で自動的に更新される。
【００６４】
患者3又は医療器具のような、所定の移動可能な対象物をトラッキングする医療イメージングシステムのための対象物トラッキング方法例はそれ故に、図1及び2によって示されるような以下のステップを有する。
a) 図1で示されるように患者の体に近いイメージングモードにある主イメージングユニット１３によって患者の体及び／又は医療器具の画像データをもたらすステップである。主イメージングユニット13は、患者の体の内側のX線画像データをもたらすように構成されるX線システムである。 主イメージングユニット13は、イメージングモードMI（図1）及び患者の体からより離れたパーキングモードMP（図2）の間で移動可能である。
b) 副イメージングユニット１５によって患者の体及び／又は医療器具の画像データをもたらすステップである。副イメージングユニット15は、外側から見え得る体の特性を検出することができる写真及び／又はビデオカメラである。
c) 主イメージングユニット13の位置になり得る、参照ポイントの位置に対する副イメージングユニット１５の位置をモニタリングするステップである。モニタリングは、図3に以下詳細に記載されるように、基準30によってセンサ又は主及び副イメージングユニット自体によってもたらされることができる、位置モニタリング装置によってなされる。
d) 主イメージングユニット13のイメージングに基づくイメージングモードMI（図1）で、及び副イメージングユニット15のイメージングに基づくパーキングモードMP（図2）で患者の体及び／又は医療器具をトラッキングするステップである。
【００６５】
イメージングモードMI（図1）において、主イメージングユニット13に対する副イメージングユニット15の位置が知られているので、X線システムからの第一の画像データ並びに写真及び／又はビデオカメラからの第二の画像データは合成されることができる。これにより、患者3又は医療器具をトラッキングするために写真及び／又はビデオイメージングでおおわれるX線イメージングがもたらされる。
【００６６】
パーキングモードMP（図2）において、主イメージングユニット１３が患者の体からより離れているとき、副イメージングユニット１５だけが、患者の体の現在の第二の画像データをもたらす。しかしながら、これらの第二の画像データは、主イメージングユニット１３の、先行してとらえられて保存された画像データと依然合成されることができる。 第一の画像データのイメージングガイダンス/更新/検査の必要性がもたらされる場合、主イメージングユニット１３及びC形アーム１２を備える基礎１１はパーキングモード（図2）からイメージングモード（図1）に再び位置され、体の内側の新たな第一の画像データが作成される。第一及び第二のイメージングデータの合成はそれから、新たな情報で自動的に更新される。
【００６７】
図3は、基準30が主イメージングユニット13に対する副イメージングユニット15の位置を決定するために用いられる、図1と同じ状況における医療イメージングシステムの概略図を示す。基準30は、光放射をイメージングユニットに能動的に送出しない受動マーカになり、又はそれらは能動マーカ、すなわちイメージングユニットに放射線を送出する光源になり得る。 例えば、基準３０は赤外光源になり、イメージングユニットは、赤外線基準３０を示す赤外線画像を収集するために赤外線感度が高くなり得る。
【００６８】
図3で示されるように、好ましくは、4つの基準30は、副イメージングユニット15の信頼され得る位置を決定するために基準モデルを形成するように用いられる。基準30は、患者の上に構成される。 両方のイメージングユニット13、15は、基準30に向けられる。 それによって、収集される主画像データは主イメージングユニット13に対する基準30の位置を示し、収集される副画像データは副イメージングユニット15に対する基準30の位置を示す。 互いに対して主及び副画像データにおける基準30の位置をレジストレーションすることによって、主イメージングユニット13の位置に対する副イメージングユニット15の位置は計算される。
【００６９】
この情報で、両方のイメージングユニット13、15からの画像データは合成されることができ、主イメージングユニット13はサージカルフィールドから離れて動かされる必要がある場合、主イメージングユニット13から副イメージングユニット15への対象物トラッキングのシームレスな移行がもたらされてもよい。
【００７０】
主及び副イメージングデータの全ての更新の場合、主及び副イメージングユニット13、15の相対位置が更新され得る。 一方（又は両方）のイメージングユニットが動かされるとき、両方のイメージングユニットが基準３０上で視線を維持する限り、主及び副イメージングユニット１３の相対位置は再計算される。
【００７１】
主イメージングユニット１３の視線が失われる場合、例えば主イメージングユニットはパーキングモードに移されるため、患者3及び／又は器具のトラッキングは副イメージングユニット15によって引き継がれる。逆に副イメージングユニット15の視線が失われた場合、患者3及び／又は器具のトラッキングは主イメージングユニット13によって引き継がれるであろう。対象物の特定の特徴が基準30の代わりに使われる場合、同じことは実現されることができる。
【００７２】
言い換えると、スレーブ又は副イメージングユニットのスレーブカメラシステムは、固定的に互いに接続される二つ又はそれより多くのカメラを有してもよい。 カメラ及びカメラの固有のパラメータの関係は、検出器に取り付けられるマスターカメラシステムと同じ方法で較正される。スレーブカメラシステムは天井、床、若しくは患者テーブルに取り付けられるか、又はサージカルタスクライトと一体化され、患者又は器具に関する基準30に向けられる。 較正されたスレーブカメラシステムにより、基準モデルに対するスレーブカメラシステムのポーズが計算されることができる。 基準モデルは、患者又は器具上の取り付けられた基準から検出器カメラシステムによって生成される。スレーブカメラシステムのポーズが基準モデルに対して知られている場合、X線システムに対するスレーブカメラシステムのポーズを計算することもできる。
【００７３】
スレーブカメラシステムが動かされる場合、スレーブカメラシステムのポーズは、両方のカメラシステムが基準モデル上に視線を有する限り、更新されることができる。 スレーブカメラシステムが正しく位置される場合、それが基準モデル上で視線を失うまで、検出器カメラシステムは動かされることができる。 検出器カメラシステムによる視線が失われる場合、患者及び／又は器具のトラッキングはスレーブカメラシステムによって引き継がれる。 一つの器具が検出器カメラシステムでトラッキングされ、例えば患者がスレーブカメラシステムでトラッキングされることは組合わされ得る。
【００７４】
スレーブカメラシステムがトラッキングする場合、検出器カメラシステムが視線を持たないとき、スレーブカメラが動かされるべきではない。 それ故に、動きを検出するために、動きセンサをスレーブカメラシステムに加えることが提案される。 スレーブカメラシステムの動きが検出される場合、ユーザは知らされることができる。
【００７５】
基準モデルは、スレーブカメラシステムの信頼され得るポーズを決定し得るように、少なくとも4つの基準から成らなければならない。
【００７６】
その結果、それによって、好ましくは主イメージングユニット13のX線検出器20における四つのビデオカメラ及び好ましくは副イメージングユニット15における二つのビデオカメラの間の連続リアルタイム通信が可能にされる。
【００７７】
両方の主及び副イメージングユニット15は直接動くことができ、二つのイメージングユニットのうちの一方のみから制御されることができる。 制御イメージングユニットは、好ましくは、主イメージングユニット13である。 しかしながら、副イメージングユニット15によってガイドされる患者の体に関する介入の実施も可能になる。
【００７８】
主イメージングユニット13が第一の対象物（例えば医療器具）をトラッキングし、副イメージングユニット15が第二の対象物（例えば患者3又は彼（女）の部分）をトラッキングすることも可能になる。
【００７９】
本発明の実施例は、針生検、無線周波数アブレーション等のようなX線による対象物トラッキングを必要とする最小介入プロシージャの間、使われることができる。本発明は、例えば以下の臨床セッティング、最小介入精神的外傷手術、最小介入整形外科手術、最小介入神経外科治療、最小介入腹腔鏡治療、最小介入内視鏡治療、最小介入婦人科、最小介入泌尿器科、最小介入気管支鏡検査プロシージャで使われることが予想される。
【００８０】
イメージングシステムは、イメージガイド治療のために外科/介入フィールド上に連続的にもたらされるであろう。主イメージングユニットをそのパーキング位置へ一時的に移す必要性が発生するとき、患者及び器具トラッキングは、継続され得る。さらに、主イメージングユニットから及びその逆に患者及び器具ナビゲーションをする、繰り返される可能性は、本臨床状況に従って、及び治療のいかなる中断なしで可能にされる。
【００８１】
図4は、所定の移動可能な対象物をトラッキングする、医療イメージングシステムのための対象物トラッキング方法100のステップの概略図を示す。本方法は、上で示されるように、必ずしもこの順序でなく、以下のステップを有する。
- 第一のステップ102において、患者の体の画像データは、イメージングモード及びパーキングモードの間で移動可能である、主イメージングユニットによってもたらされる。
- 第二のステップ104において、患者の体の画像データは、副イメージングユニットによってもたらされる。
- 第三のステップ106において、参照ポイントの位置に対する副イメージングユニットの位置は、主イメージングユニットによって決定される。
- 第四のステップ108において、所定の移動可能な対象物は、i)主イメージングユニット(13)のイメージングに基づくイメージングモードで、及びii)副イメージングユニット(15)のイメージングに基づくパーキングモードでトラッキングされる。
【００８２】
第一のステップ102はステップa)と称され、第二のステップ104はステップb) と称され、第三のステップ106はステップc) と称され、第四のステップ108はステップd)と称される。
【００８３】
言い換えると、医療イメージングシステムのための対象物トラッキング方法100は、医療システムの主又はマスターイメージングユニットが体の内側の3D画像をとり、マスターイメージングユニットが副又はスレーブイメージングユニットの位置を決定し、スレーブイメージングユニットのカメラが体の外側の画像を作り、医療システムがマスターイメージングユニットに対してスレーブイメージングユニットの位置を使用して互いに内側及び外側の画像をレジストレーションし、マスターイメージングユニットが体から離れて位置され、体の介入がスレーブイメージングユニットによってガイドされて実行される、方法である。
【００８４】
本発明の別の例示的な実施形態において、適切なシステム上で、上記実施形態のうちの一つによる方法の方法ステップを実行するように適応されていることを特徴とするコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素がもたらされる。
【００８５】
それ故に、コンピュータプログラム要素は、本発明の一実施形態の一部であってもよいコンピュータユニットに記憶されてよい。このコンピュータユニットは、上記方法のステップを行う又は実行を誘導する。更に、このコンピュータユニットは、上記装置の構成要素を動作させる。コンピュータユニットは、自動的に動作する、及び／又は、ユーザの命令を実行するように適応される。コンピュータプログラムは、データプロセッサのワーキングメモリにロードされる。それ故に、データプロセッサは、本発明の方法を実行するように装備されている。
【００８６】
本発明のこの例示的な実施形態は、最初から本発明を使用するコンピュータプログラムと、更新によって、既存のプログラムを、本発明を使用するプログラムに変えるコンピュータプログラムとの両方を対象とする。
【００８７】
更に、コンピュータプログラム要素は、上記方法の例示的な実施形態のプロシージャを満たすのに必要なすべてのステップを提供可能である。
【００８８】
本発明の更なる例示的な実施形態によれば、ＣＤ−ＲＯＭといったコンピュータ可読媒体が提示され、コンピュータ可読媒体には、コンピュータプログラム要素が記憶され、コンピュータプログラム要素は、先のセクションに説明されている。
【００８９】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体上に記憶される及び／又は分散構成されるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介した形態といった他の形態で分配されてもよい。
【００９０】
しかし、コンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブといったネットワーク上に提示され、当該ネットワークからデータプロセッサのワーキングメモリにダウンロードされてもよい。本発明の更なる例示的な実施形態によれば、ダウンロード用にコンピュータプログラム要素を利用可能にする媒体がもたらされ、当該コンピュータプログラム要素は、本発明の上記実施形態のうちの一つによる方法を行うように構成されている。
【００９１】
なお、本発明の実施形態は、様々な主題を参照して説明されている。具体的には、方法タイプのクレームを参照して説明される実施形態もあれば、システムタイプのクレームを参照して説明される実施形態もある。しかし、当業者であれば、上記及び以下の説明から、特に明記されない限り、一つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、様々な主題に関連する特徴の任意の組み合わせも、本願によって開示されていると見なされると理解できるであろう。しかし、すべての特徴は、特徴の単なる足し合わせ以上の相乗効果を提供する限り、組み合わされることが可能である。
【００９２】
本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示され、説明されたが、当該例示及び説明は、例示的に見なされるべきであり、限定的に見なされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び従属請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。
【００９３】
請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に引用される幾つかのアイテムの機能を果たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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