JP2006510406A - 移植片のポーズを決定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ヒト又は動物の体の内部に位置させられる移植の対象のポーズを決定するための方法は、移植の対象に対するＸ線の配置の平行移動の再構築の実行を包含する再構築Ｘ線の手順を通じて、その移植片のＣＡＤモデルを使用する。特に、その方法は、対称のｎ次元構造に従ってある程度の対称性を有する移植の対象用のもの、次の、Ｘ線源及び予め指定された移植片の位置に関して、第一の測定の構成及び第二の測定の構成を発生させること、並びに、それぞれ第一及び第二の移植の陰影を発生させること、各々の第一及び第二の測定の構成について、対称のｎ次元構造の具体例を仮定すること、第一及び第二の測定の構成の各々について、ｎ次元構造に関して対称であるような移植の対象の一組みの代替のポーズを算定すること、並びに、代替のポーズの組みの中から、対称のｎ次元構造に関して角度の情報を生じさせる二つの調和するポーズを見つけ出すこと、を含む。

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載してあるような、ヒト又は動物の体の内部に位置させられる移植の対象のポーズを、その移植の対象のＣＡＤモデルを基礎として、各々の測定の構成についてｎ次元構造に関して対称である一組みの代替のポーズを見つけ出すと共に各々の組みにおいて調和するポーズを見つけ出す再構築のＸ線の手順を通じて、決定するための方法に関する。

このような移植の対象の位置プラス配向（position plus orientation）の略語であるポーズ（pose）の決定は、とりわけ、移植の現実の質を確かめる目的に関連性のあるものである。例えば、摩耗、ルースニング、さらに悪いものを通じて、この現実の質は、付加的な測定が強制的であるような結果へと、悪化してきたこともある。今、移植の対象のこのようなＣＡＤモデルが、知られているとき、Ｘ線の撮像平面に関する移植のポーズを、評価することができる。この撮像平面は、例えば、Ｘ線フィルム又は映像増強管デバイスの検出面であり得る。

多くの事例において、ポーズについてそのように決定された解は、唯一である。しかしながら、移植片が、特定の程度の対称性を有する事例には、解は、必ずしも唯一ではない。このような対称性の関連性のある事例は、ある一定の人工の関節についての事例であるような、鏡映対象性、並びに、血管などの内部に使用される様々な移植の対象、また、人工の股関節の“先端”のような多かれ少なかれ“丸い”要素についての事例であるような、回転対称性である。三回（１２０°）の又は四回（互いに関して９０°の二つの鏡面）のような、他の程度の対称性は、あまり関連性がないが、同様にある一定の情況では適用可能であり得るであろう。発明者は、鏡映対称性の事例において、対象の“陰影”が、移植の対象の鏡映変換の下で不変であろうということを認識してきた。その問題の真の原因は、狭いビームで発生させられたＸ線画像が、対象のより近い部分を、より遠くに離れた部分から、識別することができないことである。

先行技術は、移植のポーズを決定する問題をすでに認識してきており、その問題に対して特許文献１は、移植片の内部に放射線不透過性の標識要素を導入する解決手段を引用し、その標識要素には、もちろん、任意の適切な形状が与えることがきるであろう。このような標識要素は、それ自体、様々な有機樹脂のような、Ｘ線のわずかな吸収のみを引き起こす移植片について、良好な解決手段であることもあるが、ステンレス鋼のような物質については、標識要素は、通常、実際には不可視であろう。対称性のない形状での移植片の内部における、さらに、より重い金属の使用法は、過度に複雑な技術を表すであろう。

さらに、本発明者は、以前のＸ線の方法が、二つのＸ線を平行な検出器と共に使用してきたことを、認識してきた。しかしながら、必要とされた努力と結果として生じる質の間における関係は、一般に、不満足なままである。結果として、発明者は、相対的に簡潔な測定のみを要求する改善された方法があるべきであり、且つ、十分なレベルの確度及び信頼性をなおも達成するためのデータ処理手順に頼るであろうということを認識してきた。
米国特許第５，６７６，１４６号明細書

結果として、数ある中で、本発明の目的は、移植片それ自体の特有の整形も製造も必要とすることなく、問題になっている移植片の特有の技術的な形状に調整しておいたデータ処理手順に頼ることによって、特定の程度の対称性を有するこのような移植のポーズを決定するための方法を提供することである。

従って、今、その態様の一つに従って、本発明は、請求項１の特徴部に従って特徴付けられる。対称のｎ次元構造は、回転対称性の軸、鏡映対象性についての鏡面、又は、多重の対称性の事例では、上記のものの組み合わせであってもよい。

また、本発明は、請求項１に記載の方法を実施するために配置される装置に関する。本発明のさらに好都合な態様は、従属請求項に記載される。

本発明のこれらの及び他の特徴、態様、及び利点を、本発明の好適な実施形態の開示を参照して、特に実例を出して説明する添付した図を参照して、以後に、より詳細に議論することにする。

一般に、フィルム又は映像増強管のようなＸ線の撮像平面に関する移植の位置及び配向又はポーズを、現実に発生させた射影の画像を備えたその移植片のＣＡＤモデルを組み合わせることによって、見積もることができる。しかしながら、移植片がある一定の程度の対称性を有する様々な情況において、そのように見つけ出された配向は、元来の配向又はポーズに関係する射影に密接に似る代替の配向又はポーズを備えたさらなる射影が存在するので、未決定のものになることもある。平行射影の事例において、二つの移植片のポーズは、同一の画像でさえも与えることがある。実際には、移植片の大きさが、Ｘ線源の画像の距離に対して小さいとすれば、射影を、平行射影によって、近似することができる。

今、対称的な移植片の配向が、Ｘ線画像から見積もられるとき、次の代替物の仮説が、算定されることになる。回転対称性のモデル又は移植片について、対称軸は、第二の調和する配向を得るために、眺める方向に垂直である平面に鏡映される。鏡映対称性のモデル又は移植片について、対称平面の法線が、第二の調和する配向を得るために、眺める方向に関して鏡映される。

平行移動の再構築の実行の間に、継続的な重なり合う画像が、記録され、従って、移植片は、複数の継続的な画像に出てくることになる。これらの画像において、元来の移植片の配向及びそれの代替物の両方を、コンピューターで算定することができる。画像の間における相互の偏移のために、眺める方向は、ちょうど代替物の配向と同様に、わずかに変化することになる。しかしながら、“現実の”配向は、実行の間に継続的な画像の間に平行移動のみがあると共に回転がないので、継続的な画像の間で同じままである。

図１及び２は、鏡映対称的な移植の対象２６に関する単一の源の位置についてのそれぞれの全体的な測定の配置を説明する。図１において、源２０は、移植片２６に向かって、軸２４のまわりにおおよそ回転対称的であるＸ線２２の広がるビームを放出する。このビームは、移植の対象２６の陰影３２が、検出器の撮像平面２８に現れることを引き起こすことになる。事実上、二次元の陰影が、灰色の値の配列のように検出されることになるように、適切な検出器が、二次元の組織化を有することに留意すること。今、移植の対象２６それ自体は、灰色で示されてしまっており、且つ、実質的に平坦な且つ鏡映対称性の形状を有する。この平坦な形状の厚さを、黒色の陰影を付けた辺を加えることによって、示唆してきた。相当な厚さを備えた対象について、以後に述べる手順は、同じままであろう。平坦な形状３０の鏡映面に対する法線は、Ｘ線ビームの軸２４に関して角度＋αを形成する。鏡映面それ自体を、示しておかなかったが、軸２４が、この鏡映面に垂直ではないことは、明らかであろう。軸２４が、本当に垂直であるとすれば、ここで考慮した問題は、存在しないであろう。

図２において、移植の対象２６の相対的な配向を、ビームの軸２４に関して鏡映しておいたが、今、鏡映面の法線は、３１と標識付けられる。また、法線の新しい配向は、移植の対象の黒色の陰影の変化した外観に、且つ、法線３１と軸２４との間における−αの新しい射影された角度に、至る。相対的に小さい移植片に近いＸ線の実質的に平行な配向により、二つの陰影３２、３３は、実質的に同一であることになる。発明者は、これが、移植の対象２６のポーズの決定が、それのＣＡＤモデルに基づくようにさえ、且つ、これらの二つの配向のただ一つを、不可能か少なくとも不正確かいずれかに、することになることは、認識してきた。実際に、その結果は、結果としてこれらの二つの配向のいずれか一つを容易に生じさせるであろう。

図３は、真の法線３０と一緒に、図１の位置に再度示しておいた鏡映対称的な移植の対象２６に関する二元的な源の位置３６、３８についての全体的な測定の配置を説明する。第一の源の位置３６は、検出器の平面２８ｂに陰影４４を生じさせることを、及び、移植の対象の真の法線３０の結論又はむしろ鏡映された法線４２の結論のいずれかを、再度図の平面における角度成分のみへの制限を、もたらすことになる。二つの配向は、源の原点３６をおおまかに陰影４４の重心と接続する線４８に関して角度±βに存在する。同様に、第二の源位置３８は、検出器の平面に２８ｂに陰影４６を生じさせることを、及び、移植の対象における真の法線３０の結論又はむしろ鏡映された法線４０の結論のいずれかを、再度上述したような制限を、もたらすことになる。二つの配向は、源の原点３８をおおまかに陰影４６の重心と接続する線５０に関して角度±γにある。上記のものは、移植の対象２６の二つの予測されたポーズの間の調和をもたらす。当業者は、源の位置３６及び３８の間における適切な変位をどのように選択するかを知ることになる。その変位に対する小さい値は、二つの“代替物”が、互いの近くに存在することを引き起こし、それによって“真の法線”と“代替物”との間の選択をより困難にすることになる。他の考慮は、互いから遠すぎない二つの位置を選ぶことをもたらすであろう。

図４及び５は、回転対称的な移植の対象６６に関して単一の源の位置についての全体的な測定の配置を説明する。移植片が、回転対称性以外には対称性を有さないことは、理解される。図４において、源６０は、移植片６６に向かって軸６４に沿って、おおよそ点状の源によって放出されるようなＸ線６２の発散性のビームを放出する。このビームは、移植の対象６６の陰影７２が、検出器の撮像平面６８に現れることを引き起こすことになる。再度、検出は、二次元の組織化を有する。今、移植の対象６６それ自体を、灰色の末端の板を備えた黒色の円柱として示しておいた。回転対称の軸７０は、眺める方向に垂直である平面５８に関して角度αを形成し、その平面は、示した情況においては、軸６４に垂直且つ検出器の平面６８に平行である。対称の軸は、図面の平面に存在することを必要としないが、それ自体によって、これは、問題を表現しないことになる。特に、この図における様々な角度の軸及び符合が、図１及び２に関して以前に指定したものに関係付けられないことに留意すること。

図５において、移植の対象６６の相対的な配向を、眺める方向に垂直である平面５８に関して鏡映しておいたが、今、対称の軸は、７２と標識付けられる。新しい配向は、平面５８と対称軸７２との間の新しい角度−αをもたらす。相対的に小さい移植の対象の近くにＸ線の実質的に平行な配向により、二つの陰影７２、７３は、実質的に同一であることになる。また、発明者は、この事例においては、これが、移植の対象６６のポーズの決定を、それに対するＣＡＤモデルに基づいたようなものにさえ、及び、これらの二つの配向のただ一つに、不可能又は良くても不正確のいずれかに、することになることを認識してきた。実際には、いずれかの結果が、同等にあり得るであろう。

図６は、真の軸７０と一緒に、図４の位置に再度示しておいた、回転対称的な移植の対象６６に関して、二元的な源の位置７６、７８について全体的な測定の配置を説明する。第一の源の位置７６は、検出器の平面６８ｂに陰影９２を生じさせることになり、且つ、移植の対象の真の軸７０又は鏡映された軸６８の結論のいずれかをもたらすことになる。二つの配向は、Ｘ線源の原点７６をおおまかに陰影９２の重心と接続する線７８に垂直である平面８２に関して角度±βに存在する。同様に、第二の源の位置７８は、検出器の平面６８ｂに陰影９０を生じさせることになり、且つ、移植の対象の真の軸７０又は鏡映された軸８８の結論のいずれかを、再度、上述したように図面の平面に対する制限を、もたらすことになる。ここで、二つの配向は、Ｘ線源７８の原点をおおまかに陰影９０の重心と接続する線８０に垂直である平面８４に関して角度±γで存在する。再度、上記のものは、移植の対象６６の二つの予測されたポーズの間における調和をもたらすことになる。当業者は、一般に図３に関して上で与えられたものと類似の考慮に基づくように、源の位置７６及び７８の間における適切な変位を選択する方法を知ると思われる。

上で考慮した対称の事例に次いで、また、図４から６までが、丸棒、二重円錐、などに本当に関係するときのように、移植片は、回転対称及び鏡映対象の両方を有し得るであろう。その事例において、単一の陰影のみを取得するとき、同じ陰影に帰着するであろう様々な鏡映されたポーズが存在するであろう。その問題は、対称性のより単純な事例について上で議論したステップを一緒に取得すること、そして、原則として可能であった様々なポーズの間で決めることによって、解決される。そして、例えば、三個の、又は四個のＸ線源の位置でさえ、最後の決定に到達するために、取得され得るであろう。

図７は、本発明による手順のフローチャートの実施形態を説明する。一般に、考慮中のヒト又は動物の体に対してＸ線源を操作するための装置は、従来のものであり得ると共に、結果として、さらに議論しないことにする。また、その体に対する源のそれぞれの位置に陰影を導くことが必要であるような要素を、広範囲の特許及び他の文献から取得することができるであろう。従って、データ処理手順のみを、以後に考慮することになる。今、ブロック１００において、必要なハードウェア及びソフトウェアの機能が、設計される。ブロック１０２において、源からの撮像平面までの距離、互いに関して、及びもしかするとまた移植片の予期されたポーズに関して、二つの源の位置を見積もることにする、必要なパラメータの値が、指定される。後者については、通常、近似の値を知ることになる。

また、測定場所についての最良の値を、実験的に見出す必要があるとすれば、これは、源の平行移動の方向に沿った陰影の性質を相関させること、移植の対象が静止のままであることを想定することによって、なされることになる。しかしながら、この付加的な特徴を、ここではさらに詳細に、考慮してきてない。

次に、ブロック１０４において、測定番号ｉが、以前に生じさせておいたデータベースからのオンライン又はオフラインのいずれかで、取得される。このような測定から、ブロック１０６において、移植片の可能な配向が、問題になっている移植片のＣＡＤモデルを考慮に入れて、算定される。ブロック１０８において、システムは、さらなる測定結果が、必要であるかどうかを見出す。そう（Ｙ）であれば、ブロック１０４へ逆戻りすること。このようなさらなる測定が、必要ではない（Ｎ）とすれば、ブロック１１０において、二つのこのような測定が、関係付けられ、配向の角度を与える。必要であれば、このような相関を、測定された値と共に繰り返すことができる。なお、さらなる配向の情報が、必要であるとすれば、システムは、ブロック１０４に逆戻りする。配向が、まだ十分に知られてない（ブロック１１２においてＮ）とすれば、システムは、もう一度ブロック１０４へ逆戻りする。しかしながら、結果が、十分にある（ブロック１１２においてＹ）とすれば、システムは、関連性のある限り、割り当てられた機能を棄てる一方で、ブロック１１４へ進む。

上述したような算定は、一つの相関のみをなす一方で、ちょうど二つの測定に、又は、統計的な広がりを限定することなどを通じて、より小さい誤差を達成するために、統計的な手順を使用する一方で、多数の測定に、制限してもよい。

今、本発明は、それの好適な実施形態を参照して、以上に開示されてきた。当業者は、多数の変更及び変化を、添付した請求項の範囲を超えることなく、それらになしてもよいことを、認識すると思われる。結果として、実施形態は、実例であるとして、考慮されるべきであり、且つ制限は、請求項に記載しておいたようなもの以外のそれらの実施形態から解釈されるべきではない。

鏡映対称性の移植の対象２６に関する単一の源の位置についての全体的な測定の配置である。 鏡映対称性の移植の対象２６に関する単一の源の位置についての全体的な測定の配置である。 鏡映対称性の移植の対象２６に関する二元的な源の位置についての全体的な測定の配置である。 回転対称性の移植の対象６６に関する単一の源の位置についての全体的な測定の配置である。 回転対称性の移植の対象６６に関する単一の源の位置についての全体的な測定の配置である。 図４、５の鏡映対称性の移植片に関する二元的な源の位置についての全体的な測定の配置である。 本発明による手順のフローチャートの実施形態である。

Claims (5)

1. ヒト又は動物の体の内部に位置させられる移植の対象のポーズを、前記移植の対象に対する再構築のＸ線の手順を通じて、その移植の対象のＣＡＤモデルを基礎として、決定する方法であって、
   当該方法は、対称のｎ次元構造に従って、ある程度の対称性を有する移植の対象について、
   Ｘ線源及び予め指定された移植の対象の位置に関して第一の測定の構成及び第二の測定の構成を発生させるステップ、並びに
   それぞれ第一及び第二の移植の陰影を発生させるステップ、
   各々の前記第一及び第二の測定の構成について、前記対称のｎ次元構造の例を仮定するステップ、
   前記第一及び第二の測定の構成の各々について、前記ｎ次元構造に関して対称的であるような前記移植の対象の一組みの代替のポーズを、前記陰影から算定するステップ、並びに
   前記代替のポーズの組みにおいて、前記移植の対象の前記対称のｎ次元構造に関して角度の情報を生じさせる二つの調和するポーズを見つけ出すステップ
   を含むことによって特徴付けられる方法。
2. 前記鏡映対称のｎ次元構造は、平面である、請求項１に記載の方法。
3. 前記対称のｎ次元構造は、直線である、請求項１に記載の方法。
4. 前記直線は、前記移植の対象の回転対称性の軸である、請求項３に記載の方法。
5. ヒト又は動物の体の内部に位置させられる移植の対象のポーズを、前記移植の対象に対する再構築のＸ線の手順を通じて、その移植の対象のＣＡＤモデルを基礎として、決定する請求項１に記載の方法を実施するために配置される装置であって、
   当該装置は、対称のｎ次元構造に従って、ある程度の対称性を有する移植の対象について、以下の設備、
   Ｘ線源及び予め指定された移植の対象の位置に関して第一の測定の構成及び第二の測定の構成を発生させる且つそれぞれ第一及び第二の移植の陰影を発生させる測定の設備、
   各々の前記第一及び第二の測定の構成について、前記対称のｎ次元構造の例を仮定するための並びに前記第一及び第二の測定の構成の各々について、前記ｎ次元構造に関して対称的であるような前記移植の対象の一組みの代替のポーズを、前記陰影から算定するデータ処理手段、並びに
   前記代替のポーズの組みの中で、前記移植の対象の前記対称のｎ次元構造に関して角度の情報を生じさせる二つの調和するポーズを見つけ出す、調和させる手段を含む、装置。

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