JP2003159247A - 解剖学的物体の内部領域を視覚化するシステムおよび方法 - Google Patents

解剖学的物体の内部領域を視覚化するシステムおよび方法

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グリーンバーグ，マイケル・エム
Doron Dekel
デケル，ドロン
Simion J Zinreich
ジンレイチ，シミオン・ジェイ
Robert N Bryan
ブライアン，ロバート・エヌ
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    • A61B5/6835—Supports or holders, e.g., articulated arms

Abstract

(57)【要約】 【課題】 データベースとして記憶された、解剖学的物
体について前もって取得したイメージ・データを使用し
て、プローブに関する解剖学的物体の内部領域を視覚化
するシステムおよび方法を提供する。 【解決手段】 解剖学的物体の内部領域を視覚化するシ
ステムは、器具（１０）と、解剖学的物体（９）の描写
を表示するディスプレイ（１３）と、器具（１０）に関
連して、基準（２０）に対する前記器具の位置を決定す
る第１の位置センサ（２０ｂ）と、前記解剖学的物体に
関連して、前記基準に対する前記解剖学的物体の位置を
決定する第２の位置センサと、前記解剖学的物体に対す
る前記器具の位置を決定し、且つ前記解剖学的物体の前
記描写の上に前記器具の位置を表示するコンピュータ
（１１）と、からなる

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、解剖学的物体の内
部領域を視覚化するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の数年において、外科医が患者の体
内の臓器のスライス・イメージを利用することが一般的
になってきた。このイメージは、診断、治療あるいは外
科手術であれ、医療措置の過程を計画し、施療中の指針
決定のために使用される。スライス・イメージは、典型
的には、コンピュータ化断層写真法(ＣＴ)または磁気共
鳴映像法(ＭＲＩ）により生成される。イメージはま
た、血管造影法、単一光子放射コンピュータ化断層写真
法、および陽電子放射断層写真法を用いて捕捉される。
【０００３】ユーザに典型的に提供されるイメージは、
フィルム上の一連の静止イメージからなる。これらのイ
メージは、非常に精細であり、大きさが１ｍｍより小さ
な解剖学的構造を分解し得る。しかし、それらの形態
は、外科的措置の間に視認される実際の解剖学的特徴と
は非常に異なっている。イメージは、解剖学的特徴の３
次元的形態ではなく２次元的形態で表示される。更に、
スライス・イメージの眺めは、措置中の外科医の視野角
とはほとんど対応しない。その結果、スライス・イメー
ジは、措置の間に、患者の解剖学的構造に対する稚拙な
視覚化手段を提供するのに過ぎない。
【０００４】患者の体内の適正な指針を得るために、外
科医は、計画した措置に必要な最小限の切開より大きな
切開を行う可能性がある。これは患者の解剖学的特徴に
対する大きな窓を提供するが、そのような大きな切開
は、患者にとって長い入院と危険を増大させる結果とな
る。一方、もし小さな切開が行われるに過ぎないなら
ば、外科医が得られる視野は非常に制限される。その結
果、外科医は、指針を失って措置を改めて再開せざるを
得ず、あるいは患者を続けて非常に危険な状態に曝さざ
るを得ない。
【０００５】患者の視覚化を即座に行うために映像化装
置を使用することができるが、この装置を措置の間に手
術室内で使用することはできない。何故なら、第１に、
映像化装置を購入し、使用し、維持するコストが非常に
大きい。第２に、外科医は、走査装置に置かれる患者に
対する接近が制限される。更に、磁気共鳴映像法および
コンピュータ化断層写真法は、患者に危害を及ぼし、ま
た据置を行えなくするおそれがあるという問題がある。
磁気共鳴映像法は、多くの計器の使用を妨げる非常に高
い固定磁界を生じる。他方、コンピュータ化断層写真法
は、人間の組織を損傷して癌を生じさせることが知られ
ているＸ線照射を使用する。従って、患者を長期間にわ
たりコンピュータ化断層写真法の走査に曝すことは望ま
しいことではない。
【０００６】外科手術中に解剖学的特徴の位置を特定す
る公知の試みは、現在では頭脳の病変に対して行われて
いる。この方法は、定位的(ｓｔｅｒｅｏｔａｃｔｉｃ)
外科手術として知られている。これは、走査中の患者の
頭部に基準フレームを固定的に取付けることを含んでい
る。フレームにより、走査されたイメージに残るマーク
を用いて、病変の位置が計算される。外科的措置の間
に、基準フレームが再び患者の頭部の同じ場所に取付け
られる。このフレームは、人の手によりあるいは自動的
に行われる穿孔および切除手術を指令するため用いられ
る。このようなシステムの例は、Ｓｅｌｄｅｎ他の米国
特許第４，６３８，７９８号に開示されている。
【０００７】定位的外科手術は、多くの欠点を有する。
第１に、直接接近する経路がある局部的な脳の病変にの
み適している。第２に、定位的外科手術は、嵩のある不
快な基準フレームの使用を必要とする。更に、定位的外
科手術を実施する決定は通常最初の走査措置後に行われ
るため、患者はフレームを取付けて２回目の走査を受け
ねばならない。その結果、措置が長引きコストがかか
る。更にまた、その走査がコンピュータ化断層写真映像
法を使用するならば、患者はもう一度放射線の被曝を受
ける。
【０００８】当該技術分野において、コンピュータ化断
層写真法または磁気共鳴映像法で前もって取得された走
査を、従来の直視下神経外科における補助手段として使
用できるように設計されたシステムおよび方法が公知で
ある。一般に、これらの方法は、下記の構成のシステム
を使用する。即ち、(ａ)多重関節付きプローブまたはセ
ンサ・アーム、(ｂ)患者のある基準点に対するプローブ
・アームの位置を計算するコンピュータ処理装置、(ｃ)
前もって取得された走査イメージ上に、計算されたプロ
ーブ・アームの場所の重ね合わせを表示する手段、から
なる。
【０００９】このようなシステムの表示能力は、コンピ
ュータ化断層写真法または磁気共鳴映像法の走査により
生成された如きスライス・イメージしか表示し得ない点
で限界がある。このようなシステムの一例は、Ｇｅｏｒ
ｇ Ｓｃｈｌｏｅｎｄｏｖｆｆが出願した国際特許出願
第ＷＯ８８/０９１５１号に開示されている。この出願
は、主としてプローブの位置を見出すためのアーム構造
に関連する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、データベー
スとして記憶された、解剖学的物体について前もって取
得したイメージ・データ（データベースの物体）を使用
して、プローブに関する解剖学的物体の内部領域を視覚
化するシステムおよび方法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、解剖学
的物体の内部領域を視覚化するシステムは、（ａ）器具
と、（ｂ）前記解剖学的物体の描写を表示するディスプ
レイと、（ｃ）前記器具に関連して、基準に対する前記
器具の位置を決定する第１の位置センサと、（ｄ）前記
解剖学的物体に関連して、前記基準に対する前記解剖学
的物体の位置を決定する第２の位置センサと、（ｅ）前
記解剖学的物体に対する前記器具の位置を決定し、且つ
前記解剖学的物体の前記描写の上に前記器具の位置を表
示するコンピュータと、からなる。
【００１２】また、本発明によれば、解剖学的物体につ
いて前もって取得したイメージからなるデータベースの
物体を使用することにより、プローブに関連して、解剖
学的物体の内部領域を視覚化する方法は、（ａ）前記解
剖学的物体に対する前記プローブの空間的位置を取得す
るステップと、（ｂ）前記解剖学的物体に対する前記プ
ローブの相対的な空間位置に対応して、前記データベー
スの物体に対して相対的なデータベースの座標を決定す
るステップと、（ｃ）前記データベースの物体の座標に
対して前記プローブの相対的なデータベースの座標を対
応させるために、前記解剖学的物体に対して前記プロー
ブの相対的な空間的位置をマッピングし且つ整合させる
ステップと、（ｄ）前記プローブのデータベースの座標
に隣接して、前記データベースの物体の領域を表示する
ステップであって、前記領域が前記データベースの物体
の複数の隣接するイメージから生成される、前記表示す
るステップと、（ｅ）前記プローブ及び前記解剖学的物
体を別々に変位可能となり、且つ前記データベースの物
体と前記解剖学的物体との間の整合が維持されるよう
に、前記解剖学的物体に対する前記プローブの空間的位
置を取得するステップを実行するために、前記プローブ
及び前記解剖学的物体のそれぞれの移動を検出するステ
ップと、からなる。
【００１３】
【実施例】図１において、プローブ関連システム１は、
プローブ１０と、コンピュータ１１と、データ記憶装置
１２と、ディスプレイ１３とを有する。これらの構成要
素は、個々には公知であり一般的である。プローブ関連
システム１は、プローブ１０の位置に隣接した患者９の
解剖学的構造を視認するために使用される。
【００１４】コンピュータ１１は、患者９の解剖学的構
造を表すデータベースの物体（ｄａｔａｂａｓｅ ｂｏ
ｄｙ）１７を含むデータ記憶装置１２に対して容易にア
クセスできる。このデータベースの物体１７は、前もっ
て取得した患者９のディジタル・イメージ１５を含む。
これらのディジタル・イメージ１５は、コンピュータ化
断層写真法、単一光子放射コンピュータ化断層写真法、
陽電子放射断層写真法、磁気共鳴映像法、超音波または
血管造影法の如き、種々の医療映像手法により取得する
ことができる。
【００１５】医療映像手法により捕捉されたディジタル
・イメージ１５に加えて、データベースの物体１７は、
予め処理されたディジタル・イメージ１６を含むことが
できる。例えば、ディジタル・イメージ１５は、それに
関連する空間的関係と共に、患者９の種々の臓器面を表
わすように予め処理することができる。ディジタル・イ
メージ１５を読出して、患者９の解剖学的構造内部の、
その相対的な空間的位置関係に従って予め処理されたデ
ィジタル・イメージ１６を生成する公知のシステム（図
示しない）がある。そのような公知のシステムによっ
て、予め処理されたディジタル・イメージ１６をデータ
ベースの物体１７に蓄積する。プローブ１０、あるいは
プローブとして機能する他の器具は、図示しないオペレ
ータにより使用されて、患者９の解剖学的物体上の特定
位置を指示する。オペレータは、プローブ１０を患者９
の解剖学的物体の周囲または内部に移動することができ
る。
【００１６】概略的に示された固定の基準点２０に対す
るプローブの（空間的方位であり得る）空間的位置を表
わす空間的座標が、コンピュータ１１に送られる。基準
点２０は、図示の如く、患者９上でも、あるいは図示さ
れていない適当な付近のプラットフォーム上でもよい。
基準点２０に対するプローブ１０の空間的座標を取得す
るために使用できる別の多くの方法が存在する。このよ
うな方法と関連して記述される装置は、総合的に空間位
置決定装置と呼ぶ。
【００１７】図１において、電磁波エミッタ２０ａが基
準点２０に配置され、センサ２０ｂがプローブ１０上に
配置される。電磁波エミッタ２０ａから送られた信号の
タイミングおよび位相を、センサ２０ｂにより検出した
受信信号と比較することにより、基準点２０に対するプ
ローブ１０の位置および方位を決定することができる。
この公知の位置決め法を用いるプローブ１０は市販され
ている。基準点２０と患者９との間の空間的位置関係が
与えられると、コンピュータ１１は、患者９に対するプ
ローブ１０の位置を決定することができる。
【００１８】代替の方法として、図２において、プロー
ブ１０は、第１の部分２６と第２の部分２７が関節２２
に接続された軽量の多関節アーム２５に対して取付けら
れる。多関節アーム２５の第１の部分２６は、関節２１
でベース２８に接続されている。ベース２８は、接着す
る粘着テープ２３を用いて患者９に対して取付けられ
る。プローブ１０は、関節２４で第２の部分２７に対し
て取付けられる。
【００１９】関節２１、２２、２４は、その組合わせに
よって、施療のために必要な運動に等しいか、或いはこ
れより大きい運動の範囲を提供する。角度センサ（図示
しない）が関節２１、２２、２４に配置される。
【００２０】複数の角度センサは、ワイヤ２８ａによ
り、相互にかつ電子装置２９に接続される。これらの角
度センサは、多関節アーム２５の位置または方位におけ
る変化を検出して、検出された情報を電子装置２９に伝
達する。
【００２１】電子装置２９は、幾何学的計算を行い基準
点として使用されるベース２８に対するプローブ１０の
空間的位置および空間的方位を決定する。プローブ１０
の空間的位置および空間的方位は、電子的な通信リンク
２７を介して、図１のコンピュータ１１に送られる。適
当な通信リンク２７は、ＲＳ-２３２シリアル通信イン
ターフェースである。ベース２８は患者９の体部に固定
されるため、コンピュータ１１は、患者９に対するプロ
ーブ１０の位置を決定するために、空間的情報を用いる
ことができる。
【００２２】代替的な方法として、図３を参照すると、
２連アーム装置３１を使用することができる。２連アー
ム装置３１は、図２の多関節アーム２５が患者に対して
固定できない場合に特に有効である。
【００２３】スタンド３５を用いて、図２の多関節アー
ム２５に類似する２本の多関節アーム３６、３７を係止
する。プローブ１０は、多関節アーム３７の端部に取付
けられる。多関節アーム３６は、その端部で患者１９の
基準点４０に対して取付けられる。センサ（図示しな
い）が、多関節アーム３７の関節４１、４２、４３、お
よび多関節アーム３６の関節４４、４５、４６に取付け
られている。これらのセンサは更に、電子装置３９に接
続されている。電子装置３９は、プローブ１０の位置お
よび方位を復号化する。関節４１に対するプローブ１
０、関節４４に対する関節４１、および基準点４０に対
する関節４４の相対的な空間的位置および空間的方位に
より、患者１９に対するプローブ１０の空間的位置およ
び空間的方位が得られる。プローブ１０の空間的位置お
よび空間的方位は、通信リンク４７を介して、図１のコ
ンピュータ１１へ送られる。
【００２４】図３に示される多関節（基準）アーム３６
は、患者１９が手術台４８に対して固定されるならば省
略できる。患者１９は、ストラップ４９を用いて台４８
に対して固定することができる。患者１９が固定される
ならば、基準点４０は空間内で任意に固定することがで
きる。関節４１に対する基準点４０の相対的位置が一度
で決定され、これから基準点４０に対するプローブ１０
の相対的位置が決定される。しかし、患者１９が措置中
に移動されるならば、新しい基準点４０または新しい空
間的位置関係を確立しなければならない。
【００２５】プローブ１０に隣接する患者９の解剖学的
物体の領域に正しく対応する、ディジタル・イメージ１
５または予め処理されたディジタル・イメージ１６を表
示するために、プローブ関連システム１は、措置中に、
データベースの物体１７のディジタル・イメージの位置
に対して、患者９の解剖学的物体の位置をマップするこ
とができなければならない。この意味で、マッピング
は、プローブ１０のその時の空間的位置と、対応するデ
ータベースの物体１７のイメージ位置とを決定するため
の１つの手順である。この対応関係は、患者９をデータ
ベースの物体１７のディジタル・イメージに対してマッ
ピングする手順により最初に決定することができる。こ
の手順は、その目的が患者９の解剖学的物体とデータベ
ースの物体１７のディジタル・イメージとの間の対応関
係をコンピュータ１１により一致させることであり、
「整合」として知られる。
【００２６】多数の整合法が公知である。例えば、１つ
の方法は、患者９における基準点のマーキングを含む。
しかし、これは不便であり、患者９にマークされた位置
が、走査ディジタル・イメージ１５が生成された時と外
科的措置が行われる時との間に、消えるおそれがあり危
険である。別の方法は、通常Ｃａｄまたはセラミック材
料から作られた小さなマーカを患者の容易に識別可能な
特徴点、例えば耳または目の隅部に置くことを含む。
【００２７】望ましい整合法は、コンピュータ１１によ
り、歯の間の空間、鼻または目の隅部の如き患者の容易
に識別可能な特徴点の空間的位置を整合するために、プ
ローブ１０を使用することを含む。この方法では、前も
って取得した走査ディジタル・イメージ１５、または予
め処理されたディジタル・イメージ１６が、プローブ関
連システム１のユーザによって患者９の選択された特徴
の特定点を識別することを可能にするような方法で、デ
ィスプレイ１３上に表示される。図６に示される３次元
の顔面のイメージは、未熟練な観察者でも理解できる最
も簡単な形態である。このような３次元の顔面のイメー
ジは、周知の方法で予め処理されたディジタル・イメー
ジ１６から得ることができ、目の隅部７０、歯の間の空
間７２の如き適当な点が図６に示されている。
【００２８】本発明によれば、プローブ１０は、患者９
の特徴点に接して定置される。次いで、プローブ１０の
空間的位置が決定される。移動可能なマーカ、例えばデ
ィスプレイ１３上のカーソルが、選択された特徴、例え
ば図示の如き目の隅部７０と一致するように調整され
る。従って、コンピュータ１１にとっては、プローブ１
０の空間的位置および対応するデータベースの物体のデ
ィジタル・イメージの位置がコンピュータ１１により整
合されるように、必要な３次元変換を実施することは比
較的簡単である。患者における１組の少なくとも３つ
の、望ましくは略々６つの特徴点を用いて、対応するデ
ータベースの物体のディジタル・イメージの位置および
方位に対するプローブ１０の空間的位置をマップする適
正かつ独自の変換関数を計算することができる。この変
換関数の精度は、より多くの点と、最小平均二乗誤差法
の如き統計的な誤差の最小化法とを使用することにより
改善される。
【００２９】患者９の解剖学的物体がコンピュータ１１
により一旦整合されると、オペレータは、プローブ１０
を患者９の内部および周囲に移動することができ、また
同時に、患者９の隠れた解剖学的特徴を、そのような隠
れた解剖学的特徴がデータベースの物体１７におけるデ
ィジタル・イメージ内に現れるようにして視認すること
ができる。データベースの物体１７におけるディジタル
・イメージ内の患者９の解剖学的特徴は、プローブ１０
の（空間的方位であり得る）空間的位置に対する関係で
ディスプレイ１３上に表示される。
【００３０】本発明の多くの特徴を実施するために、プ
ローブ１０の空間的方位を使用することは特に必要なこ
とではない。プローブ１０は、プローブ全体ではなくデ
ィスプレイ１３上で点で示されればよい。次いで、点で
示されたプローブ１０に隣接する領域が示される。表示
された領域の方位は、コンピュータ１１から知られ、プ
ローブ１０の方位によって決定されるものではない。
【００３１】患者９のデータベースの物体のディジタル
・イメージ１５に対する可能な表示形態が図４に示され
ている。２次元の表示、即ちスライス・イメージは、コ
ンピュータ１１によって、ディジタル・イメージ１５か
ら生成される。患者９の解剖学的物体に対するプローブ
１０の位置は、コンピュータ１１によりスライス・イメ
ージ５０上に示される。スライス・イメージ５０は、プ
ローブ５２と共にディスプレイ１３上に表示される。
【００３２】ディスプレイ１３のスクリーンは、４つの
個々のウインドウに分割される。４つのウインドウの内
の３つが、３つの主要な解剖学的面、即ち矢状縫合５
０、軸心５４、冠状縫合５６に対応するスライス・イメ
ージを含む。この３つのスライス・イメージ５０、５
４、５６は、プローブ５２の位置で交差する。このた
め、オペレータは、プローブ１０の位置に対する患者９
の６つの主な方向、即ち、前方、後方、上方、下方、右
方および左方における解剖学的特徴を観察できる。ディ
スプレイ１３に示される４番目のウインドウは、プロー
ブ１０の軸方向に沿って中心矢状縫合方向の解剖学的特
徴のスライス・イメージ５７を示すことができる。プロ
ーブ１０の位置および方位はスライス・イメージ５７上
にマークでき、これにより、オペレータがプローブ１０
の前方に位置するものを直接視認することを可能にす
る。
【００３３】ディジタル・イメージ１５および予め処理
されたディジタル・イメージ１６に対する別の表示形態
が図５に示されている。患者９の３次元モデル５８が、
ディジタル・イメージ１５、１６からコンピュータ１１
により生成される。コンピュータ１１はまた、プローブ
１０の３次元モデル６０をも生成する。３次元モデル６
０、５８の相対的位置は、患者９に対するプローブ１０
の空間的位置および空間的方位に対応する。格納された
ディジタル・イメージ１５、１６から生成される患者９
の３次元モデル５８は、ディスプレイ１３上にモデル６
０と共に表示される。
【００３４】スライスの表示以外の、あるいは事前処理
を用いる表示方法は、本文に述べた原理に関連して使用
することができる。例えば、コンピュータ１１は、ビー
ム放射(ｒａｙ−ｃａｓｔ)法を用いて、ディジタル・イ
メージ１５から直接表示を生成することができる。１つ
のビーム放射法において、コンピュータ１１は、ディジ
タル・イメージ１５を透過するシミュレートされたＸ線
の結果を用いて、表示を生成する。シミュレートされた
Ｘ線は、Ｘ線の相互吸収に従ってディジタル・イメージ
１５における異なる要素により異なる影響を受ける。そ
の結果は、スライス・イメージまたは３次元イメージに
対して先に述べたものと同じように、プローブ１０と共
に表示される。これは、シミュレートされたＸ線の表示
を生成する。別のビーム放射法において、表示は、ディ
ジタル・イメージ１５を透過するシミュレートされた光
ビームの結果を用いて生成される。シミュレートされた
光ビームを透過させないディジタル・イメージ１５にお
ける要素は、顔面の特徴に対応し、３次元モデル５８に
類似の表示を生成するために使用される。
【００３５】当該技術分野において周知である他のビー
ム放射法が存在する。コンピュータ１１は、スライス・
イメージ５０およびデータベースの物体１７のディジタ
ル・イメージから生成された３次元イメージ５８を更に
処理するため使用することができる。例えば、楔状の切
り取り部分６２は、３次元イメージ５８から切取られた
ものである。切り取り部分６２は、他の方法では視認で
きないプローブ１０に隣接する種々の構造部を露出す
る。更に、切り取り部分６２は、例えこれが患者９の内
部にあっても、オペレータに、プローブ１０の位置を妨
げることのない視野を提供する。スライス・イメージ５
０および３次元イメージ５８、６０もまた、他の公知の
イメージ処理手法を用いてコンピュータ１１により処理
することができる。例えば、プローブ１０のモデル６０
は半透過にすることができ、あるいはスライス・イメー
ジ５０を他のスライス像と組合わせることができる。
【００３６】本発明について、望ましい実施態様に関し
て記述したが、種々の変更が当業者には明らかであり、
かかる変更は請求の範囲に記載される如き本発明の範囲
内にあるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】プローブに関連する、本発明の解剖学的物体の
内部領域を視覚化するシステムの第１の実施例を示す図
である。
【図２】プローブに関連する、本発明の解剖学的物体の
内部領域を視覚化するシステムの第２の実施例を示す図
である。
【図３】プローブに関連する、本発明の解剖学的物体の
内部領域を視覚化するシステムの第３の実施例を示す図
である。
【図４】図１のシステムにおいて使用される第１の表示
形態を示す図である。
【図５】図１のシステムにおいて使用される第２の表示
形態を示す図である。
【図６】図１のシステムにおいて使用される第３の表示
形態を示す図である。
【符号の説明】
１ ：プローブ関連システム ９ ：患者 １０ ：プローブ １１ ：コンピュータ １２ ：データ記憶装置 １３ ：ディスプレイ １５ ：ディジタル・イメージ １６ ：ディジタル・イメージ １７ ：データベースの物体 ２０ ：基準点 ２０ａ：電磁波エミッタ ２０ｂ：センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ａ６１Ｂ 8/00 Ａ６１Ｂ 10/00 Ｅ 10/00 19/00 ５０２ 19/00 ５０２ Ｇ０１Ｔ 1/00 Ｂ Ｇ０１Ｒ 33/28 1/161 Ｃ 33/32 Ｇ０６Ｔ 1/00 ２９０Ｂ Ｇ０１Ｔ 1/00 Ａ６１Ｂ 5/05 ３９０ 1/161 ３８０ Ｇ０６Ｔ 1/00 ２９０ Ｇ０１Ｎ 24/02 Ｙ ５２０Ｙ (72)発明者 デケル，ドロン カナダ国オンタリオ エム５アール・２ア ール３，ウィローデイル，ロバート・ヒッ クス・ドライブ 50 (72)発明者 ジンレイチ，シミオン・ジェイ アメリカ合衆国メリーランド州21217，オ ーウィングス・ミルズ，ストリーム・コー ト 10 (72)発明者 ブライアン，ロバート・エヌ アメリカ合衆国メリーランド州21200，バ ルチモア，ストネイ・ラン・レーン 212 ビー Ｆターム(参考） 2G088 EE01 EE02 FF02 FF04 FF07 JJ24 KK24 KK32 KK33 KK35 MM01 MM04 MM06 MM10 4C093 AA22 CA21 EE30 FD03 FF22 FF35 FG13 FH04 FH07 4C096 AA18 AA20 AB41 AC01 AD14 DC35 4C301 EE20 JC13 KK27 LL13 LL20 5B057 AA07 BA05 BA07 BA24 CA08 CA12 CA16 CB08 CB13 CB16 CC01 CE08

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 解剖学的物体の内部領域を視覚化するシ
    ステムであって、 （ａ）器具と、 （ｂ）前記解剖学的物体の描写を表示するディスプレイ
    と、 （ｃ）前記器具に関連して、基準に対する前記器具の位
    置を決定する第１の位置センサと、 （ｄ）前記解剖学的物体に関連して、前記基準に対する
    前記解剖学的物体の位置を決定する第２の位置センサ
    と、 （ｅ）前記解剖学的物体に対する前記器具の位置を決定
    し、且つ前記解剖学的物体の前記描写の上に前記器具の
    位置を表示するコンピュータと、からなる解剖学的物体
    の内部領域を視覚化するシステム。
  2. 【請求項２】 解剖学的物体について前もって取得した
    イメージからなるデータベースの物体を使用することに
    より、プローブに関連して、解剖学的物体の内部領域を
    視覚化する方法であって、 （ａ）前記解剖学的物体に対する前記プローブの空間的
    位置を取得するステップと、 （ｂ）前記解剖学的物体に対する前記プローブの相対的
    な空間位置に対応して、前記データベースの物体に対し
    て相対的なデータベースの座標を決定するステップと、 （ｃ）前記データベースの物体の座標に対して前記プロ
    ーブの相対的なデータベースの座標を対応させるため
    に、前記解剖学的物体に対して前記プローブの相対的な
    空間的位置をマッピングし且つ整合させるステップと、 （ｄ）前記プローブのデータベースの座標に隣接して、
    前記データベースの物体の領域を表示するステップであ
    って、前記領域が前記データベースの物体の複数の隣接
    するイメージから生成される、前記表示するステップ
    と、 （ｅ）前記プローブ及び前記解剖学的物体を別々に変位
    可能となり、且つ前記データベースの物体と前記解剖学
    的物体との間の整合が維持されるように、前記解剖学的
    物体に対する前記プローブの空間的位置を取得するステ
    ップを実行するために、前記プローブ及び前記解剖学的
    物体のそれぞれの移動を検出するステップと、からなる
    ことを特徴とする解剖学的物体の内部領域を視覚化する
    方法。
  3. 【請求項３】 前記プローブのデータベースの座標に隣
    接して、前記データベースの物体の領域を表示するステ
    ップが、 （ａ）前記前もって取得したイメージからスライス・イ
    メージを生成し、且つ前記プローブのデータベースの座
    標に隣接する前記データベースの物体の領域を示す複数
    の隣接イメージを交差させるステップと、 （ｂ）前記スライス・イメージを表示するステップと、
    からなる請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記プローブのデータベースの座標に隣
    接して、前記データベースの物体の領域を表示するステ
    ップが、 （ａ）前記プローブのデータベースの座標に隣接する前
    記データベースの物体の領域を示す前記前もって取得し
    たイメージから、３次元の物体のモデルを生成するステ
    ップと、 （ｂ）前記３次元の物体のモデルを表示するステップ
    と、からなる請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記プローブのデータベースの座標に隣
    接して、前記データベースの物体の領域を表示するステ
    ップが、 （ａ）解剖学的特徴を描写するために予め処理され且つ
    前記プローブのデータベースの座標に隣接する前記デー
    タベースの物体の領域を示す前もって取得したイメージ
    から、３次元の物体のモデルを生成するステップと、 （ｂ）前記３次元の物体のモデルを表示するステップ
    と、からなる請求項２に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ステップ（ａ）において、前記３次
    元の物体のモデルの一部が、前記プローブの位置に対応
    する位置を現わすために除去される請求項５に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記プローブのデータベースの座標に隣
    接して、前記データベースの物体の領域を表示するステ
    ップが、 （ａ）前記プローブのデータベースの座標に隣接する前
    記データベースの物体の領域を示す前もって取得したイ
    メージに、ビーム放射法を使用して表示イメージを生成
    するステップと、 （ｂ）前記表示イメージを表示するステップと、からな
    る請求項２に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ビーム放射法が、Ｘ線及び光線から
    なるグループから選択される請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記表示イメージが３次元のイメージで
    ある請求項７または８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記プローブの空間的方位が、その空
    間的位置と共に得られる請求項２、３または８に記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】 前記プローブの描写が、前記プローブ
    のデータベースの座標に隣接する前記データベースの物
    体の領域と共に表示され、且つ、前記プローブの描写と
    前記データベースの物体の相対的な位置が、前記解剖学
    的物体に対する前記プローブの空間的位置に対応する請
    求項２、３または８に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記プローブの描写が３次元の物体の
    モデルと共に表示され、前記３次元の物体のモデルに対
    する前記プローブの描写の相対的な位置が、前記解剖学
    的物体に対する前記プローブの空間的位置に対応する請
    求項６に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記プローブの描写が実際のプローブ
    に精密に対応し、前記プローブの描写が更に、前記解剖
    学的物体に関して前記プローブの方位に対応するように
    方位づけられ、前記プローブの描写及び前記３次元の物
    体のモデルの観点が相互に対応している請求項１２に記
    載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記空間的位置を取得するステップに
    先だって整合するためのステップを更に含み、前記整合
    するためのステップが、 （ａ）前記プローブを、前記解剖学的物体の選択された
    基準点に隣接して配置するステップと、 （ｂ）前記ブローブの空間的位置を決定するステップ
    と、 （ｃ）選択された基準点を示すイメージの点を含む、前
    記前もって取得したイメージの一部分を表示するステッ
    プと、 （ｄ）表示された前記一部分で前記選択された基準点を
    識別するステップと、 （ｅ）前記プローブの空間的位置を、前記解剖学的物体
    の選択された基準点の位置を示すイメージの点に対応さ
    せて整合するステップと、を含み、データベースの物体
    の座標が前記プローブの空間的位置に対応するように決
    定される請求項２に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記空間的位置を取得するステップに
    先だって整合するためのステップを更に含み、前記整合
    するためのステップが、 （ａ）前記解剖学的物体の選択された基準点に対応する
    前記データベースの物体における座標をマーキングする
    ステップと、 （ｂ）前記プローブを、前記解剖学的物体の選択された
    基準点に隣接して配置するステップと、 （ｃ）前記ブローブの空間的位置を決定するステップ
    と、 （ｄ）前記プローブの空間的位置と、それに対応する前
    記データベースの物体の座標とを整合するステップと、
    を含み、データベースの物体の座標が前記プローブの空
    間的位置に対応するように決定される請求項２に記載の
    方法。
  16. 【請求項１６】 前記空間的位置を取得するステップに
    先だって整合するためのステップを更に含み、前記整合
    するためのステップが、 （ａ）前記データベースの物体における対応の座標を含
    む選択された走査イメージの解剖学的物体上の位置をマ
    ーキングするステップと、 （ｂ）前記プローブを、前記解剖学的物体上のマーキン
    グされた位置に隣接して配置するステップと、 （ｃ）前記ブローブの空間的位置を決定するステップ
    と、 （ｄ）前記プローブの空間的位置と、それに対応する前
    記データベースの物体の座標とを整合するステップと、
    を含み、データベースの物体の座標が前記プローブの空
    間的位置に対応するように決定される請求項２に記載の
    方法。
  17. 【請求項１７】 前記ステップ（ｃ）における表示が３
    次元の表示である請求項１４に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記整合するステップの精度を改善す
    るために、３つより多いデータベースの座標が識別さ
    れ、対応するデータベースの座標と空間的位置との間の
    誤差が最小化される請求項１４または１７に記載の方
    法。
  19. 【請求項１９】 前記誤差が、最小平均二乗法を使用し
    て最小化される請求項１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記整合するためのステップに続い
    て、前記解剖学的物体が変位されると、前記データベー
    スの物体と前記解剖学的物体との間の整合が維持される
    ような方法で、前記プローブが前記解剖学的物体に関連
    づけられる請求項１４、１５、１６及び１９のいずれか
    に記載の方法。
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