JP2004178587A - ボリュームデータセット内のマークの画像の座標を求める方法および医療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体に配置されたマークについてボリュームデータセットに蓄積されたマーク画像の座標を、計算の手間を低減させ信頼性を高めて、求めるられるようにする。
【解決手段】マーク（１３）が被検体（３）の表面に配置され、ボリュームデータセットがマーク（１３）の画像（２０）とマーク（１３）を配置されている表面を有する被検体（３）の少なくとも一部の画像とを含む、ボリュームデータセット内のマーク（１３）の画像（２０）の座標を求める方法において、表面の画像が分割され、表面の分割された画像が一平面に変換されるように、ボリュームデータセットの変換が行なれ、表面の平面に変換された画像の画素とマーク（１３）の画像（６２，８１）の画素とを少なくともほぼ含む画像データセット（６０）が作成され、画像データセット（６０）内のマーク（１３）の画像（６２，８１）の座標が求められ、ボリュームデータセット内のマーク（１３）の画像（２０）の座標が求められる。
【選択図】図８

Description

本発明は、物理的な対象物または生体の実際の姿勢座標および方位座標に関連して、ボリュームデータセット内のマーク画像の座標を自動的に求める方法に関する。更に、本発明はボリュームデータセットの蓄積のために設けられたデータ処理装置とナビゲーションシステムとを備えた医療装置に関する。

この種の方法もしくはこの種の医療装置は、例えば医療器具のナビゲーションまたは画像融合（画像重ね合わせ表示）の場合に必要となる。医療器具のナビゲーションの例は知られている（例えば特許文献１参照）。例えばコンピュータ断層撮影装置により、患者の身体の関心領域のボリュームデータセットが作成される。特に最小侵襲手術中、例えば外科医は医療器具を患者の身体内に挿入する。医療器具にはナビゲーションシステムの位置センサが配設されているので、ナビゲーションシステムは患者の身体に対して相対的な医療器具の位置、すなわち姿勢および向きを決定する。引続いて位置決定に基づいて、つまり医療器具の位置座標の決定に基づいて、医療器具の画像がボリュームデータセットに割り付けられた画像（この画像は例えばモニタに表示されている）内に挿入される。

ボリュームデータセットは術前に、例えばコンピュータ断層撮影装置により作成することができる。医療器具の画像内の挿入のために、医療器具に配設されたナビゲーションシステムの位置センサの第１座標系に基づいて指定された座標を、コンピュータ断層撮影装置により得られナビゲーションに使用される患者画像の空間座標へ空間変換することが必要である。この変換は登録と呼ばれる。

登録のために、患者に、一般には患者の身体表面にマークが取り付けられる。その際に、通常はできるだけ僅かしか位置ずれしない手術領域周辺の部位が選択される。マークは、全部の画像支援手続中、ボリュームデータセットの取得時もインターベンション中も患者に固定されたままである。マークは場所的な理由からしばしば比較的小さいために、マークのコントラストは比較的僅かである。さらに、時折、残りの画像ボリュームができるだけ僅かしかアーチファクトによって阻害されないようにするために、比較的弱いコントラストのマークが使用される。現代のコンピュータ断層撮影装置または磁気共鳴装置の品質の場合には、一般に例えば２つの直交する投影においてこれらのマークに軽く手で触れてこれらのマークの空間的な位置を定めることは全く問題がない。しかしながらこの方法は時間的に比較的手間がかかる。というのは、マーク画像をボリュームデータセット内で見つけ出すのに、一般にほぼ全ボリュームデータセットが調べられなければならないからである。さらに、少なくとも３つのマーク画像が求められなければならない。

ＭＲ頭部撮影およびＣＴ頭部撮影の例で捜索を自動的に行なうことが知られている（特許文献２、特許文献３および特許文献４参照）。捜索中、全ボリュームデータセットが検査される。その際に、主として、マーク寸法に相当する形態学的な演算子が使用され、閾値分離が行なわれる。しかしながら、これは計算が比較的多い。さらに、全ボリュームデータセットへのフィルタ演算の適用によってマーク画像の誤認識の可能性が高まる。この方法は演算子の特殊性において制限される。というのは、マークが空間内に任意の向きに置かれるからである。

ボリュームデータセット内で識別される、マークの各画像は、本来の登録のために、患者上のナビゲーションシステムの位置センサによっても触れられなければならない。それによって、ナビゲーションシステムの座標系とボリュームデータセットの座標とが関連付けられる。

マークの座標とボリュームデータセット内のマークの画像の座標とから、相応の変換マトリックスが計算され、登録が終了する。

ボリュームデータセット内の像座標が必要とされる他の用途は、とりわけ現在の内視鏡、腹腔鏡または超音波の画像に対してそれぞれ例えば対応するＣＴ像が、特に両方の像を重畳するために必要とされる場合である。
独国特許出願公開第１９９５１５０２号明細書 米国特許第５７６９７８９号明細書 米国特許第５７９９０９９号明細書 米国特許第６０５２４７７号明細書

そこで、本発明の課題は、被検体、例えば生体に配置されたマークについてボリュームデータセット内に蓄積されたマーク画像の座標を、計算の手間を低減させかつ信頼性を高めて、求めることを可能にする方法を提供することにある。本発明の他の課題は、ボリュームデータセットの蓄積のために設けられたデータ処理装置とナビゲーションシステムとを備え、ボリュームデータセットが、第１の画像形成医療技術装置で取得され、かつ複数のマークを配置されている表面を有する被検体の身体の画像とマークの画像とを含み、ナビゲーションシステムにより登録中にボリュームデータセットの座標と被検体の座標との関係が座標変換の形で作成される医療装置を、ボリュームデータセット内のマークの画像の座標を求める計算の手間を低減させ得るように構成することにある。

方法に関する本発明の課題は、マークが被検体の表面に配置され、ボリュームデータセットがマークの画像とマークを配置されている表面を有する被検体の少なくとも一部の画像とを含む、ボリュームデータセット内のマークの画像の座標を求める方法において、
表面の画像を分割し、
表面の分割された画像が平面に変換されるように、ボリュームデータセットの変換を行ない、
表面の、平面に変換された画像の画素とマークの画像の画素とを少なくともほぼ含む画像データセットを作成し、
画像データセット内のマークの画像の座標を求め、
ボリュームデータセット内のマークの画像の座標を求める
ことによって解決される。

既に述べたように、ボリュームデータセットの中でボリュームデータセットに収容されたマーク画像を捜索することは、現代のコンピュータによっても、とりわけマークが被検体の表面に任意の向きに配置することができるので、時間的に比較的手間がかかる。被検体は例えば技術的な対象物または生体である。従って、本来の３次元の捜索プロセスの規模を引き下げることができる方法が開発されてきた。本発明の方法によれば、まず、ボリュームデータセット内に描かれた被検体表面が特に自動的に求められる（分割して取り出される）。被検体が生体である場合には特に、表面の画像、すなわち生体の体表面は湾曲表面である。

引続いて、本発明によれば、被検体の表面の分割された画像があたかも被検体画像を展開する如く平面に変換されるように、ボリュームデータセットが変換される。ここでは比較のために地図への地表面の投影を考える。表面の画像の展開された平らな表示に、引続いて、表面に付けられたマークの画像を含む画像データを得るために、表面の画像の上下の例えば数ミリメートルが算入される。その結果、表面の画像の平面に展開された（変換された）画像とマークの画像とを含む別の画像データセットが得られる。次に、この画像データセット内でマーク画像の座標が求められる。生成した画像データセットは元のボリュームデータセットよりも著しく小さく、とりわけマークが全て一平面内に同じ（平行な）向きにあることが保証されていることから、画像データセット内のマークの画像の座標を求めることは、ボリュームデータセット内の画像の座標を直接求めることに比べて、計算量が極めて少なくなる。ボリュームデータセットにおける３Ｄ見本識別および捜索の問題は平らな画像データセットへの上述の変換つまり２Ｄ課題への変換によって低減される。

方法に関する本発明の課題は、ボリュームデータセットがコンピュータ断層撮影法による複数の相連続する断層像の形で存在し、ボリュームデータセット内で各断層像の画像データが直交座標により記述され、マークが被検体の表面に配置され、ボリュームデータセットがマークの画像とマークを配置されている表面を有する被検体の少なくとも一部の画像とを含む、ボリュームデータセット内のマークの画像の座標を求める方法において、
各断層像について、被検体の画像を通って延びかつ個々の断層像に対して少なくともほぼ直角方向に向いている直線を基準とする極座標への座標変換を行ない、
変換された各断層像内に描かれかつ表面の画像に対応した輪郭を求め、
表面の、平面に変換された画像の画素とマークの画像の画素とを少なくともほぼ含む画像データセットを作成し、
求められて描かれた表面に対して平行な範囲内で、マークの画像を含む画像データを再抽出することによって２次元の画像データセットを作成し、
２次元の画像データセット内のマークの画像の座標を求め、
マークの画像の座標をボリュームデータセットに割り付けられた座標へ逆変換する
ことによっても解決される。

本発明の変形に基づいて、画像データセット内のマークの画像の座標が画像データセットのフィルタ処理によって求められる。フィルタ処理のために、特に、本発明の優れた変形に基づいて、マークに整合したフィルタ（整合フィルタ）が使用される。整合フィルタについては、分割された体表面の展開された画像の寸法でのマークの既知の大きさから、マークの各画像がこの面画像に現われるような見本画像（テンプレート）が算出される。ここでは、面内に存在するマーク画像の位置を求めるために、基本的には、例えば西独特許第４４３５７９６号明細書または「Ｒｏｓｅｎ ＆ Ｋａｋ，“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”，ＡＰ １９８２，ｐａｇｅ ３７−４９」に記載されている公知のテンプレートマッチング方法を用いることができる。

フィルタ処理は、本発明の他の変形に基づいて、数学的な相関関係の意味でのフィルタ処理であってもよい。このフィルタ処理は、各マークの画像の位置が局部的な最大値として現われる特性を有する。この局部的な最大値は２Ｄ画像データ内で捜索される。本発明の他の実施態様によれば、この相関関係に基づく最大値捜索は局部的な最小二乗誤差合計を求めることと同じことである。

被検体の自動的な登録は、例えば光学的な場であれ、電磁場であれ、音場であれ、インターベンションの開始時に直ぐにマークの自動的な識別により、被検体上におけるマーク識別が同様に自動的に行なわれることによって、完成させることもできる。その場合、例えばＥＣＣ２００としてＩＳＯ／ＩＥＣ１６０２２に記載されているように２Ｄデータマトリックスコードのような工業画像処理技術をマーク事例として用いることができる。例えば２Ｄデータマトリックスコードのような特殊なマーキングによってマークが互いに区別される。他の事例は、定められた種々の波長もしくはカラーの光を持った発光ダイオード、または定められた時点または種々の周波数でパルス化されかつ光学的に認識され位置を求められる発光ダイオードを備えたものである。

装置に関する本発明の課題は、ボリュームデータセットの蓄積のために設けられたデータ処理装置とナビゲーションシステムとを備え、ボリュームデータセットが、第１の画像形成医療技術装置で取得され、かつ複数のマークを配置されている表面を有する被検体の少なくとも一部の画像とマークの画像と含み、ナビゲーションシステムにより登録中にボリュームデータセットの座標と被検体の座標との関係が座標変換の形で作成される医療装置において、登録のために、ボリュームデータセット内のマークの画像の座標が本発明による方法により求められることによって解決される。従って、本発明による医療装置によれば、登録を比較的高速に行なうことができる。

本発明の変形によれば、登録のために、マークがナビゲーションシステムの位置センサにより識別される。位置センサは、本発明の実施態様によれば磁気センサであり、本発明の他の実施態様によればカメラによって位置を探知される光学的なマークである。

さらに、医療装置は、本発明の他の変形に従って、生体の画像を撮影するための第２の画像形成医療技術装置を含み、第２の画像形成医療技術装置により撮影された画像をボリュームデータセットに割り付けられた画像の中に挿入することができる。

実施例が添付図面に例示されている。
図１はコンピュータ断層撮影装置、
図２は多数の断層像からなるボリュームデータセットの形の患者の腹部範囲の３次元画像、
図３は医療作業場、
図４は図２に示されたボリュームデータセットの１つの断層像、
図５は図４に示された断層像の極座標へ変換された画像情報、
図６は体表面の、平面に変換された画像と体表面に続く僅かの層の画像とを含む画像データセット、
図７は図６に示された画像データセットに割り付けられた画像と撮像された体表面に隣接する撮像された層との組み合わせ、
図８は整合フィルタにてフィルタ処理された図６の画像データセットに割り付けられた画像を示す。なお、図８においては４つの白い点が明確なおおよその最大値を示し、これらは背後を黒くされ、それによって印刷において個別点として知覚可能である。

図１は、Ｘ線源１を備えたコンピュータ断層撮影装置を概略的に示す。Ｘ線源１からは図１に鎖線で示された縁部ビームを有するピラピッド状のＸ線ビーム束２が出る。Ｘ線ビーム束２は例えば患者３である被検体を透過しＸ線検出器４に当たる。患者３の身体には、本実施例の場合、４つのマーク１３（図３参照）が配置され、これらのマークはコンピュータ断層撮影装置により取得された画像データセットの中に一緒に描かれる。マーク１３は本実施例の場合孔付の小さい平たいアルミニウム円板である。Ｘ線源１およびＸ線検出器４は、本実施例の場合リング状のガントリー５に互いに対向配置されている。リング状のガントリー５は、このガントリーの中心点を通るシステム軸線６に対して、図１に示されていない保持装置に回転可能（矢印a参照）に支持されている。

患者３は本実施例の場合Ｘ線が透過するテーブル７上に寝ている。このテーブルは、図１には同様に図示されていない支持装置によりシステム軸線６に沿って移動可能（矢印ｂ参照）に支持されている。

従って、Ｘ線源１およびＸ線検出器４は、システム軸線６に対して回転可能でありかつシステム軸線６に沿って患者3に対して相対的に移動可能である測定システムを構成するので、患者３はシステム軸線６に関して種々の投影角および種々の位置のもとで投射されることができる。その際に発生するＸ線検出器４の出力信号から、データ検出システム９が測定値を形成し、この測定値はコンピュータ１１に導かれる。コンピュータ１１は当業者に知られた方法により患者３の画像を算出し、さらにこの画像はコンピュータ１１に接続されたモニタ１２で再生することができる。本実施例の場合、データ検出システム９は、図示されていない手段で例えばスリップリングシステムまたは無線伝送区間を含む電気導線８によりＸ線検出器４に接続されていると共に、電気導線１０によりコンピュータ１１に接続されている。

図１に示されたコンピュータ断層撮影装置はシーケンス走査にもスパイラル走査にも使用することができる。

シーケンス走査の場合には患者３の層毎の走査が行なわれる。その際、Ｘ線源１およびＸ線検出器４はシステム軸線６を中心に患者３の周りを回転し、Ｘ線源１およびＸ線検出器４を含む測定システムは患者３の２次元断層を走査するために多数の投影を撮影する。その際に取得された測定値から、走査された断層を表示する断層像が再構成される。相連続する断層の走査の間に、患者３はその都度システム軸線６に沿って移動される。この過程は関心断層の全てが捕捉されるまで繰り返される。

スパイラル走査中、Ｘ線源１およびＸ線検出器４を含む測定システムはシステム軸線６を中心に回転し、テーブル７は連続的に矢印ｂの方向に移動する。すなわち、Ｘ線源１およびＸ線検出器４を含む測定システムは、患者３に対して相対的に連続的にスパイラル軌道ｃの上を、患者３の関心領域が全部捕捉されるまで移動する。その際、本実施例の場合、医療技術において通常に用いられるＤＩＣＯＭ標準に基づいてコード化されているボリュームデータセットが発生する。

本実施例の場合、図１に示されたコンピュータ断層撮影装置により、患者３の腹部範囲における多数の相連続する断層像からなるボリュームデータセットが作成される。図２に概略的に示されているボリュームデータセットは、本実施例の場合、５１２×５１２のマトリックスの約２５０個のＣＴスライス（断層像）を含む。図２には例示的に符号２１〜２７を備えた７つの断層像が示されている。さらに、ボリュームデータセットは、患者３の身体に配置されたマーク１３の画像２０を含み、コンピュータ１１に蓄積されている。

図２に示された患者３のボリュームデータセットが作成された後、患者３は図３に示された医療作業場に運ばれ、そこで患者３は、特に医療器具３１（例えば、腹腔鏡、内視鏡またはカテーテル）により、最小侵襲にて図３には示されていない医師によって治療される。治療中、マーク１３は患者３の身体に配置されたままである。医療器具３１を用いた手術の間、本実施例の場合、とくに医療器具３１の画像がコンピュータ断層撮影装置により作成されたボリュームデータセットの中に挿入される。さらに、本実施例の場合、医師は超音波装置３２を使用することができ、必要ならば医師は超音波装置３２により手術を監視することができる。さらに、本実施例の場合、超音波装置３２により取得された画像データをコンピュータ断層撮影装置により取得したボリュームデータセットと重ね合わせることが行なわれる。

このために、医療作業場は、手術のために、コンピュータ断層撮影装置により取得されたボリュームデータセットが入力されるコンピュータ３８を含む。超音波装置３２は電気導線３４によりコンピュータ３８に接続されている。ボリュームデータセットの入力のために、本実施例の場合、コンピュータ３８が図示されていない手段で同様に図示されていない病院情報システムに接続されている。病院情報システムにはコンピュータ断層撮影装置のコンピュータ１１も図示されていない手段で接続されているので、ボリュームデータセットをコンピュータ１１から病院情報システムを介してコンピュータ３８に伝送することができる。コンピュータ３８に接続されているモニタ３９により、医師はボリュームデータセットに割り付けられた画像を観察し処理することができる。

ボリュームデータセットに割り付けられた画像の中へ医療器具３１の画像を挿入するために、もしくは超音波装置３２により取得された画像データをボリュームデータセットと重ね合わせるために、図３に示された医療作業場は例えば特許文献１により公知のナビゲーションシステムを含み、このナビゲーションシステムは制御・測定電子回路を備えた磁場発生器３７と位置センサ３５を含む。制御・測定電子回路を備えた磁場発生器３７はナビゲーションシステムのナビゲーションコンピュータを含み、このナビゲーションコンピュータは位置センサ３５に電気導線３６により接続されている。ナビゲーションコンピュータはセンサ３５によって検出された信号を評価し、引続いて、空間内の位置センサ３５の位置および向きを求める。

医療器具３１による医療手術中、位置センサ３５が医療器具３１に配置されるので、制御・測定電子回路を備えた磁場発生器３７のナビゲーションコンピュータは、得られた信号を基に、その都度医療器具３１の現在位置および向きを求めることができる。超音波装置３２による検査中、位置センサ３５または第２のこの種のセンサが超音波装置３２に配置されるので、制御・測定電子回路を備えた磁場発生器３７のナビゲーションコンピュータは、得られたカメラ画像を基に、その都度超音波装置３２の現在位置および向きを求めることができる。

制御・測定電子回路を備えた磁場発生器３７のナビゲーションコンピュータはコンピュータ３８に電気導線４０により接続され、コンピュータ３８は医療器具３１もしくは超音波装置３２の現在位置および向きに関するデータを使用できるので、コンピュータ３８は、その都度、医療器具３１もしくは超音波装置３２の手術位置に対する相対的な正確な位置および向きを求めることができる。従って、ボリュームデータセットに割り付けられモニタ３９に表示される画像の中に医療機器３１の画像を挿入するか、もしくは、超音波装置３２により取得された画像をボリュームデータセットに割り付けられた画像と重ね合わせることができる。

しかしながら、重ね合わせもしくは挿入のためには、前置きにおいて既に詳しく述べたいわゆる登録がなおも必要であり、この登録の際にはボリュームデータセットに割り付けられた座標系の座標基準がナビゲーションシステムの座標系により作成される。

当業者に原理的に知られている登録のために、ナビゲーションシステムの位置センサ３５により患者３におけるマーク１３が触れられ、それによって個々のマーク１３の位置およびそれにともないナビゲーションシステムの座標系におけるマーク１３の座標が求められる。マーク１３のうちの１つのマークの接触により、ボリュームデータセット内のマークの相応の画像が選択される。全てのマーク位置が求められると、ナビゲーションシステムの座標系におけるマーク１３の各座標をボリュームデータセット内のマーク１３の画像の相応の座標に割り付けることが自動的に行なわれる。

さらに、マーク位置の手作業による運びは、マーク１３が例えば反射体を備えかつ貼られたデータマトリックスコード付き正方形パネルを備えているならば自動化される。

登録のために、既述のように、ボリュームデータセット内のマーク１３の画像の座標が必要である。これは、本実施例の場合、コンピュータ３８上でランするコンピュータプログラムにより求められる。このコンピュータプログラムは次に説明するステップを実行する。

まず、コンピュータ３８上でランするコンピュータプログラムが、体表面を求めるために、ボリュームデータセット内で患者３の３次元画像を分割する。本実施例の場合、分割のためにまず、第一段階でボリュームデータセットの各断層像２１〜２７が患者３の腹部範囲の３次元画像を通って延びる直線Ｇを基準とする極座標（ｒ，φ）へ変換される。この直線Ｇは個々の断層像２１〜２７に対して少なくともほぼ直角に向けられている。直線Ｇは、本実施例の場合、ボリュームデータセットのほぼ中心を通り、ボリュームデータセットを規定する座標系のｚ軸に一致する。

各断層像２１〜２７（図４では断層像２１〜２７のうち断層像２１が例示的に示されている。）は、本実施例の場合、直交座標系における座標（ｘ，ｙ）で記述されている。引続いて、各断層像２１〜２７の画像情報は、それらが直線Ｇを基準としてもしくは直線Ｇと対応の断層像とのその都度の交点を基準として極座標（ｒ，φ）へ変換されることによって、半径方向に新たに配置される。例として、直線Ｇと断層像２２との間の交点Ｓが図４に示されている。このような座標変換の結果が図５に例示されている。極座標（ｒ，φ）への変換にともない、患者３の体表面の画像も変換され、各変換されたアキシャル像（断層像）において閉じた輪郭として表示される。患者３の体表面の画像に対応した輪郭５１が図５に例示的に極座標（ｒ，φ）へ変換された断層像２２について表示されている。

極座標（ｒ，φ）への変換の結果はφに亘って直線的に描かれた半径方向の輝度プロフィールｒ（φ）である。ここで、この矩形マトリックス（導出された画像マトリックス）において、本実施例の場合、図５に示された輪郭５１のごとき体表面に対応した輪郭を強調するフィルタ処理が行なわれる。フィルタ応答は導出されたマトリックスにおける輝度値を置き換える。ここで、同一の始点／目標点でのこの画像マトリックスにおける上（φ＝０°に対するｒ座標）から下（φ＝３６０°に対するｒ座標）へ向かう最適経路の捜索が行なわれる（同一の始点／目標点に関しては、φ＝０°に対するｒ座標がφ＝３６０°に対するｒ座標に等しくあるべきであるという縁条件が当てはまる）。これは、本実施例の場合、例えば「Ｒ．Ｂｅｌｌｍａｎ，“Ｄｙｎａｍｉｃ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ，１（３），ｐａｇｅ ２２８−２３９，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９５８」に記載されているような動的最適化により行なわれる。最適経路は、体表面に割り付けられた画素に対する半径方向ベクトルである。他のステップにおいて、断層像２１〜２７の個々の輪郭から決められた輪郭全体像が個々の輪郭と関連して全ての断層像２１〜２７に亘って検査される。これは、特に誤差（異常値）抑制に寄与し、かつ患者３の体表面の全画像の分割の信頼性に寄与する。推定される誤差個所では、本実施例の場合、個々の断層像２１〜２７におけるそのように離れて見つけ出された輪郭に基づいて再分割が３Ｄ環境の次の新たな検査とともに行なわれる。それにより、ボリュームデータセットにおける患者３の画像が体表面全体の（ｘ，ｙ，ｚ）座標の結果とともに分割される。

その後、本実施例の場合、ボリュームデータセット内で分割された体表面の画像に対して直角方向に再抽出が行なわれる。極座標（ｒ，φ）への変換時には、円（初期値として理想化された表面：層状に考察される円、かたまりで見て円筒）の全ての点に対する直角方向の輝度プロフィールが求められ、矩形マトリックスとして形成された。これに対して、再抽出の場合、体表面の各画素において、分割された体表面画像（体表面輪郭）に対して直角方向のプロフィールが得られる。この再抽出は新たに矩形マトリックスとして形成される。左から右に向けて延びる線、例えば中心線は、１つの断層、例えば中央の断層の体表面の画素に対応する。さらに、例えば、図６には体表面近傍において外側に向かうＣＴ値、つまり貼り付けられたマーク２０に割り当てられたボクセル値がある。全再抽出によってボリュームデータセットは、患者３の体表面の分割された画像が平行な隣接する薄い層と組み合わされて一平面に亘って表示されるように変換される。

その結果、図６に示され薄いボクセル直方体の構造物を持つ画像データセット６０が生ずる。さらに、図６において、患者３の体表面の、平面に変換された画像は符号６１を付されている。その上にある例示的に示された３つのボクセル層は体表面の外側に接し、符号６２で示されたマーク１３の画像を含んでいる。図６に例示された４つの層は、数学上の演算子によりにより、４番目毎の柱体を介して結び付けられ、例えば平均値形成（ノイズ抑制）または最大値投影法（ＭＩＰ）に似た４つのＣＴ値のうちの最大値選択によって結び付けられる。それによって、（４つの平らな層の重なりが図６に示されているように）存在のみならず、正確な２次元のデータセットが生じる。

図７は、図６に示された画像データセットに割り付けられた画像７０を示し、撮像された体表面と隣接の撮像された層とが組み合わされている。

体表面の比較的低いハウンズフィールド値により、本実施例の場合はマーク１３であるアルミニウムからなるマークは、画像データセット６０に割り付けられた画像７０において比較的に良好にコントラストをなし、ボリュームデータセット（図２）におけるこのようなマークよりもはるかによく目立っている。画像７０は図７におい平面図として示されている。

次に、コンピュータ３８上でランするコンピュータプログラムが画像データセット６０内のマーク１３の画像６２の座標を求める。このために、本実施例の場合、マーク１３の既知の寸法から、画像データセット６０における画像６２の写像尺度での基準見本（テンプレート）が作成される。

画像６２の座標を求めるために、画像データセット６０がこのテンプレートと共に畳み込み処理される、詳しく言えば、画像データセット６０の画像データとフィルタ係数としての基準見本のピクセル値との相関計算が行なわれる。基準見本は連続的に画像データセット６０の全体に亘ってずらされ、その都度カバーされた画像範囲と相殺される。その都度最小の誤差二乗合計の基準に基づく最適なフィルタ応答が生じる。この最小二乗誤差合計法は、例えば「Ｒｏｓｅｎ ＆ Ｋａｋ，“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ” ，ｐａｇｅ ３７−４９，ＡＰ，１９８２」に記載されている。基準見本は捜索すべきマーク３８の寸法から求められたので、この計算は、いわゆる（「整合化」とういう問題提起について）整合フィルタの一実施形態である。このようにしてフィルタ処理された画像８０は図８（フィルタ応答）に示されている。フィルタ処理後のマーク１３の位置の画像は参照符号８１で示されている。

フィルタ処理の特に顕著な利点は、本実施例の場合、フィルタ処理された画像８０内のマーク１３の位置の中心に明確な最大値が生じることである。マーク１３の画像６２もしくは８１の座標は、本実施例の場合、フィルタ最大値の位置として直接に生じる。

最後に、画像データセット６０の座標系におけるマーク１３の画像６２もしくは８１の座標がボリュームデータセットの座標へ逆変換される。この変換は、元のボリュームデータセットを図６の画像データセットへ、正確に言うと、体表面の画像６１へ写像する変換の逆に相当する。

本実施例の場合、ボリュームデータセットはコンピュータ断層撮影装置により作成される。本発明による方法もしくは本発明による医療装置のために、ボリュームデータセットを他の画像形成装置で作成することも可能である。

ボリュームデータセットは必ずしもコンピュータ断層撮影による多数の相連続する断層像の形で存在する必要はない。

ナビゲーションシステム（３５〜３７）は必ずしも磁気式ナビゲーションシステムである必要はない。特に、光学的または電気的または音波式のナビゲーションシステムを使用することもできる。

本実施例はさらに同様に例を示したのに過ぎない。

コンピュータ断層撮影装置の概略構成図 多数の断層像からなるボリュームデータセット形式の患者の腹部範囲の３次元画像を示す図 医療作業場を示す図 図２に示されたボリュームデータセットの１つの断層像を示す図 図４に示された断層像の極座標へ変換された画像情報を示す図 体表面の、平面に変換された画像と体表面に続く僅かの層の画像とを含む画像データセットを示す図 図６に示された画像データセットに割り付けられた画像を撮像された体表面と隣接する撮像された層とを組み合わせて示す図 整合フィルタにてフィルタ処理された図６の画像データセットに割り付けられた画像を示す図

符号の説明

１ Ｘ線源
２ Ｘ線ビーム
３ 患者
４ Ｘ線検出器
５ ガントリー
６ システム軸線
７ テーブル
８ 電気導線
９ データ検出システム
１０ 電気導線
１１ コンピュータ
１２ モニタ
１３ マーク
２０ 画像
２１−２７ 断層像
３１ 医療器具
３２ 超音波装置
３４ 電気導線
３５ 位置センサ
３６ 電気導線
３７ 制御・測定電子回路を備えた磁場発生器
３８ コンピュータ
３９ モニタ
４０ 電気導線
５１ 輪郭
６０ 画像データセット
６１ 体表面の画像
６２ マークの画像
７０ 画像
８０ フィルタ処理された画像
８１ マークの画像
ａ，ｄ 矢印
ｃ スパイラル軌道
Ｇ 直線
Ｓ 交点
ｒ，φ 極座標
Ｇ 直線
Ｓ 交点

Claims (10)

1. マーク（１３）が被検体（３）の表面に配置され、ボリュームデータセットがマーク（１３）の画像（２０）とマーク（１３）を配置されている表面を有する被検体（３）の少なくとも一部の画像とを含む、ボリュームデータセット内のマーク（１３）の画像（２０）の座標を求める方法において、
   表面の画像を分割し、
   表面の分割された画像が平面に変換されるように、ボリュームデータセットの変換を行ない、
   表面の、平面に変換された画像の画素とマーク（１３）の画像（６２，８１）の画素とを少なくともほぼ含む画像データセット（６０）を作成し、
   画像データセット（６０）内のマーク（１３）の画像（６２，８１）の座標を求め、
   ボリュームデータセット内のマーク（１３）の画像（２０）の座標を求める
   ことを特徴とするボリュームデータセット内のマークの画像の座標を求める方法。
2. ボリュームデータセットがコンピュータ断層撮影法による複数の相連続する断層像（２１〜２７）の形で存在し、ボリュームデータセット内で各断層像（２１〜２７）の画像データが直交座標（ｘ，ｙ）により記述され、マーク（１３）が被検体（３）の表面に配置され、ボリュームデータセットがマーク（１３）の画像（２０）とマーク（１３）を配置されている表面を有する被検体（３）の少なくとも一部の画像とを含む、ボリュームデータセット内のマーク（１３）の画像（２０）の座標を求める方法において、
   各断層像（２１〜２７）について、被検体（３）の画像を通って延び個々の断層像（２１〜２７）に対して少なくともほぼ直角方向に向いている直線（Ｇ）を基準とする極座標（ｒ，φ）への座標変換を行ない、
   変換された各断層像に描かれかつ表面の画像に対応した輪郭（５１）を求め、
   表面の、平面に変換された画像の画素とマーク（１３）の画像（６２，８１）の画素とを少なくともほぼ含む画像データセット（６０）を作成し、
   求められて描かれた表面に対して平行な範囲内で、マーク（１３）の画像（２０）を含む画像データを再抽出することによって２次元の画像データセット（８０）を作成し、
   ２次元の画像データセット（８０）内のマーク（１３）の画像（８１）の座標を求め、
   マーク（１３）の画像（８１）の座標をボリュームデータセットに割り付けられた座標へ逆変換する
   ことを特徴とするボリュームデータセット内のマークの画像の座標を求める方法。
3. 画像データセット（６０）もしくは２次元の画像データセット（８０）内のマーク（１３）の画像（６２，８１）の座標を画像データセット（６０）のフィルタ処理によって求めることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. フィルタ処理のためにマークに整合した整合フィルタを使用することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. フィルタ処理は最小二乗誤差合計に基づくフィルタ処理であることを特徴とする請求項３記載の方法。
6. フィルタ処理は、各マーク（１３）の画像（８１）の少なくと一個所が局部的な最大値として現われる特性を有することを特徴とする請求項２乃至４の１つに記載の方法。
7. ボリュームデータセットの蓄積のために設けられたデータ処理装置（３８）と、ナビゲーションシステム（３５〜３７）とを備え、ボリュームデータセットが、第１の画像形成医療技術装置で取得され、かつ複数のマーク（１３）を配置されている表面を有する被検体（３）の少なくとも一部の画像とマーク（１３）の画像（２０）と含み、ナビゲーションシステム（３５〜３７）により登録中にボリュームデータセットの座標と被検体（３）の座標との関係が座標変換の形で作成される医療装置において、登録のために、ボリュームデータセット内のマーク（１３）の画像（２０）の座標が請求項１乃至５の１つに記載の方法に基づいて求められることを特徴とする医療装置。
8. 登録のために、マーク（１３）がナビゲーションシステム（３５〜３７）の位置センサ（３５）により識別されることを特徴とする請求項７記載の医療装置。
9. 位置センサ（３５）は光学的に自動認識可能なマークであることを特徴とする請求項８記載の医療装置。
10. 被検体（３）の画像の撮影のための第２の画像形成医療技術装置（３２）を含み、第２の画像形成医療技術装置（３２）により撮影された画像をボリュームデータセットに割り付けられた画像の中に挿入することを特徴とする請求項７乃至９の１つに記載の医療装置。