JP2008513086A - 特に脳外科的介入のための画像収集部又は医療機器を保持するための可動コンソール、特に人体の部分の３ｄ走査、並びに走査される対象面に関する情報の電子記録及び再構成方法 - Google Patents

Abstract

主に脳外科的介入のための、画像収集部又は医療機器を保持するための可動コンソールであって、機器９を不動に固定するホルダ８を備えており、ホルダ８は手術台に回転式且つヒンジ式に連結された単一又は複数部材のアームとして設計された支持アームのアーチ形又は水平セクションに可動に取り付けられ、支持アームを台に対して移動させる少なくとも１つの移動手段に結合され、支持アーム及び／又は移動手段は位置又は運動センサに結合され、少なくとも１つの移動手段及び位置又は運動センサは制御ユニットに連結される。アーチ形セクション７は垂直に可動に案内される他の支持アーム・セクション２９に傾斜可能に連結され、支持アーム・セクション２９は、台２の長手方向に対して平行に移動できるように案内される支持アーム・セクション及び台２の長手方向に対して垂直に移動できるように案内される支持アーム・セクションからなる組立体に連結され、アーチ形セクション７の半径は対象物体の周囲のファントム円の半径よりも大きく、回転の中心は円の中心領域内に存在する。特に人体の組立対象部分の３Ｄ走査、並びに走査される対象面に関する情報の電子記録及び再構成の方法であって、その過程で、定義済み領域単位内で定義済み軌道に沿って対象面の画像記録が行われ、個々の画像記録がデータベースに検索可能に記憶されて、各画像に記録のシーケンスに関するシーケンス・データも割り当てられ、再構成中に、個々の画像記録がシーケンス・データに基づく検索後に表示され、対象面にアプローチ中に１つの連続した対象面層の画像収集が連続的に次々と実行される。個々の画像は、マッチング・シーケンス・データだけでなく所定の基準点に対して指定されたそれぞれ画像の位置及び／又は記録時間パラメータと共に記憶され、再構成済み画像はシーケンス・データ又は位置パラメータ或いは記録時間パラメータのいずれかに基づく検索に基づいて表示される。

Description

本発明の主題は、一方では、特に脳外科的介入のための画像収集部又は医療機器を保持するための可動コンソールである。このコンソールは、機器を不動に固定するホルダを備え、該ホルダは支持アームに含まれており、支持アームは単一又は複数部材の支持アームとして設計され、支持アームは手術台に回転式且つヒンジ式に連結され、支持アームは支持アームを手術台に対して移動させる少なくとも１つの移動手段に結合され、支持アーム及び／又は移動手段は位置又は運動センサに結合され、少なくとも１つの移動手段及び位置又は運動センサは制御ユニットに連結されている。本発明の主題は、一方では、特に人体の取組対象部分の３Ｄ走査、及び走査される対象面に関する記録及び情報の電子記録及び再構成方法であり、その過程で、定義済み領域単位内で定義済み軌道に沿って対象面の画像記録が行われ、個々の画像記録がデータベースに検索可能に記憶されて、各画像に記録の順序に関するシーケンス・データも割り当てられ、再構成中に、個々の画像記録がシーケンス・データに基づく検索後に表示され、対象面に接近中に１つの連続した対象面層の画像収集が連続的に次々と行われる。

より一般的には、本発明の主題は、手術台に取り付けることができ、定位装置の空間のターゲティング（目標設定）及び／又は画像収集装置の空間位置付けと制御に使用可能な、携帯用でロボット制御の画像処理及び画像再構成用の画像表示機器、並びに関連する方法である。前記機器及び方法は、解剖学的切開及び外科的アプローチのマルチメディアベースの対話型（立体）画像内容の４Ｄ記録、記憶、再構成、及び表示、画像収集に必要なパラメータの記憶、再設定及び再生、たとえばＤＩＣＯＭ形式のファイルなど容積測定データ・セットの読取／解釈、並びにそれに基づくコンソール構造のホルダのターゲティングに適している。再構成済み画像内容を、データバンクに伝送し、たとえばハード・ディスクに書き込み、練習又は目的を達成するために分配し、簡単にアクセス可能な汎用ＩＴプラットフォーム上で稼動する画像表示ソフトウェア・アプリケーションを使用して学習することができる。

定位外科的アプローチ又は解剖学的切開を観察する目的に適した単純且つコンパクトであまり高価格ではないビデオ・システムは、特に米国イリノイ州ウッドデールのＳｔｏｅｌｔｉｎｇ Ｃｏ．で製造され流通されている。このシステムは、コンピュータ、及び画像記録又はビデオ・シリーズ用ソフトウェアが組み込まれたコンピュータに差し込まれる拡張カードと協働するものである。さらにシステムは、画像処理ソフトウェア、並びに記録された画像及びファイルのデータベースを保持するためのプログラムも含んでおり、基本的には、手術台又はステージに結合されたコンソール、コンソールの端部に固定されたホルダ、さらにホルダに嵌めることができる携帯用表示装置及びＣＣＤカメラからなる。この解決法には通常、カウンタウエイトとして作用する重いベースに固定されたグースネック形コンソールが含まれ、システムの使用中に、ホルダに収容されたカメラが、この支持アームを使用して、記録或いは換言すれば走査すべき表面の上方に配置される。支持アームは可動であり、全方向に自由に設置することができる。この解決法の欠点は、比較的広い領域を記録するには、カメラの対物／レンズ系を変更し、又は支持アームを手動で繰り返し位置付けして、カメラを再配置しなければならないことであり、さらなる欠点と考えられることは、切開又は手術を行う人にとって、既に位置付けられたカメラが邪魔であっても、一時的にせよ取り外したカメラを再び正確に位置付けることができないことである。

本発明の主題の記載で示した領域で、場合により、それぞれ画像を記録し、又は介入を行うための、画像収集或いは医療機器のロボット型制御を目的として、幾つかの機器及び方法が開発されてきた。これらには、定位脳外科手術を容易にするために開発されたＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｉｎｃ．のＮｅｕｒｏＭａｔｅ（登録商標）及びＲｏｂｏｄｏｃ Ｓｙｓｔｅｍ（登録商標）と呼ばれるロボット・アームが含まれる。知る限りでは、最もうまくいく市販のロボット・デバイスは、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｏｔｉｏｎ Ｉｎｃ．によって設計及び製造されたロボット腹腔鏡ホルダ、Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ（登録商標）（ＡＥＳＯＰ）であり、今日まで多くの臨床領域で有効に使用されている。こうしたシステムに共通の特徴は、これら全てが、高い自由度の運動及び位置付けが可能なコンソールを備えており、前記構造の先端に光又は医療機器が配置され、機器の位置及び運動が、コンピュータ化された制御ユニット又はシステムを使用して、時間パラメータの設定も可能になるように、音声制御によることもあるが通常は遠隔制御されることである。前記システムが使用される領域では、位置付け／運動を全て非常に高度の正確さで実行する必要があるが、これまでのところ十分に満たされていない要件は、機器が使用される１つの位置から他の位置に大きな障害なく輸送可能でなければならないことである。

上述のＮｅｕｒｏＭａｔｅ（登録商標）と呼ばれる機器は、定位機能脳外科手術用の画像案内型コンピュータ制御ロボット・システムである。機器には、術前計画ワークステーションが含まれる。システムは、術前計画ワークステーション上で手術を行う外科医によって計画された通りに正確に術野内で手術道具を位置付けし、方向付けし、操作する。システムは、手術中に外科医と対話し、外科医が必要とする変更／新しい状況に簡単に対応する。この解決法の利点は、脳外科手術の手作業の技法で今日まで使用されている以前の絶対的に必要とされた伝統的ヘッド・フレームが不要になり、予め収集したデータを介入の対象の実際の位置に割り当てることができることである。

画像案内型外科的介入の他の機器及び方法は、特に、１９９６年にＩＪＰＲＡＩで発行されたＧｒｉｍｓｏｎ、Ｅｔｔｉｎｇｅｒ、Ｋａｐｕｒ、Ｌｅｖｅｎｔｏｎ、Ｗｅｌｌｓ、及びＫｉｋｉｎｉｓの「Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ＭＲＩ Ｄａｔａ ｉｎ Ｉｍａｇｅ−Ｇｕｉｄｅｄ Ｓｕｒｇｅｒｙ」、並びに１９９６年にＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇで発行されたＧｒｉｍｓｏｎ、Ｌｏｒｅｎｚｏ−Ｐｅｒｅｚ、Ｗｅｌｌｓ、Ｅｔｔｉｎｇｅｒ、Ｗｈｉｔｅ、及びＫｉｋｉｎｉｓの「Ａｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆｒａｍｅｌｅｓｓ Ｓｔｅｒｅｏｔａｘｙ、Ｉｍａｇｅ−ｇｕｉｄｅｄ Ｓｕｒｇｅｒｙ ａｎｄ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｖｉｓｕａｌｉｓａｔｉｏｎ」に記載されている。こうした解決法に共通の特徴は、特に外科的アプローチが最も安全で簡単な方法で最も正確な位置で確実に行われるように設計された画像誘導型ニューロナビゲーション・システムであることである。２０００年１月に発行されたＥ−Ｒｅｐｏｒｔｓ（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｔｒｅｎｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ）、Ｎｏ．１９３、「Ｉｍａｇｅ ｆｕｓｉｏｎ ａｉｄｓ ｂｒａｉｎ ｓｕｒｇｅｏｎｓ」の表題が付けられたＨａｒｄｉｎの論文には、手術を受ける患者の頭部と容積測定データ又は磁気共鳴データを位置合わせすることによって、痛みを伴うヘッド・フレームを脳外科手術で使用するのを回避する方法が詳細に記載されている。この解決法では、最初に手術領域がレーザ走査される。獲得された画像に基づいて、機器の操作者がマウスを使用して対象領域を選択し、その領域外のレーザ点を全て消去する。次いで、対象領域内のレーザ点についての３Ｄ座標が決定され、次に、２段階アルゴリズムによりＭＲＩで現像された３Ｄモデル・データがビデオ・フィードと位置合わせされる。機器は実世界座標でＭＲＩとビデオの位置合わせの差を１ｍｍ未満で光学的に示す。ＭＲＩモデルとビデオ・ストリームが実世界３Ｄ座標で位置合わせされた後、肌を含むＭＲＩモデルの部分全てを示された正確さでビデオ・オーバレイに表示することができる。

上記で概説した解決法の他に、Ｂａｌｏｇｈ他の「Ｉｎｔｒａｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ＱｕｉｃｋＴｉｍｅ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ」Ｊ．Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ、Ｖｏｌ．Ｉ００、５９１〜５９６頁、２００４年４月、には、介入を受ける手術領域の詳細な３Ｄ画像を獲得するための主に脳外科的介入及び解剖学的切開に使用可能なシステムが記載されている。この周知の解決法では、定位手術で使用されるＺｅｉｓｓ（登録商標）機器にある種の光画像収集装置、大抵はＣＭＯＳ又はＣＣＤカメラが備えられ、手術領域が特定のグリッド・システムに対して走査され、一般に検索のために、走査済み画像が使用された画像収集環境に関するパラメータを含むファイル名と共にデータベースに記憶される。各時間面、すなわち各層のエラーのない画像を得るには、シーケンス（順序）、及び写真画像とそれぞれ画像のファイル名との適合が損なわれないように細心の注意を払う必要がある。そのため、画像再構成／ナビゲーション中には、選択又は探索した場所と適合する画像が得られるだけであり、しばしば非常に多数で大容量のファイルの間を順次に移動することになる。その結果、選択された点に関連する画像を検索するのに要する時間が過度に延長される。この周知の解決法の他の欠点は、装置自体の特性により、このほぼ内蔵型Ｚｅｉｓｓ機器の位置付けに非常に時間がかかるため、この装置が外科的介入の実時間記録には適しておらず、むしろ解剖学的切開の文書化に向いていることである。

今日使用されている定位手術用ロボット型実体顕微鏡（ＭＫＭ、ＳＴＮシステム、以下で顕微鏡と呼ぶ）は、画像収集及び再構成の目的ではなく、定位外科的アプローチを行うために開発されたものであるため、それに関連するハードウェア及びソフトウェア設計は本発明の目的から見て不利な特徴が多い。これまで顕微鏡のロボット工学の利点を活用してきたのは、顕微鏡光学系を、焦点距離内で選択された点の周りで球面セングメント（区分）に沿って定義済みパターン（すなわち空間位置の定義済みシーケンス）に従って移動させることができるようにする画像再構成のためである。現在使用可能な解決法には、専用ソフトウェア、修正済み（Ｚｅｉｓｓベースの）ＭＫＭソフトウェア、ＭＫＭ−ＳＴＮシステム、及びその上に取り付けられた２つのディジタル・カメラが含まれる。顕微鏡自体を手動で少しずつ動かして位置付けるために、画像収集のプロセスに非常に時間がかかり、従って、画像再構成技術全体が外科手術手順の記録／文書化には不適切である。現在、単一画像グリッド、すなわち「層」の画像収集時間要件が、画像数により最低３０分、しばしば４５分であることを考慮すると、単一の外科手術処置中にこの手順を１０から１５回繰り返し、時にはそれより多く繰り返すことにより、手術時間が延長され、患者への負担が大きくなり、手術の危険性が許容範囲を超えるため、それは実行可能ではない。

さらなる問題は、死体頭部を固定した後にその頭部でシミュレート（模擬実施）した外科手術が１セッションで行われても、頭部が少しでも動かされると、ミリメートルの正確さでのグリッドの方向及び位置の再生が実際に不可能になり、その結果、画像が位置合わせされなくなる。こうした変移は大抵、ソフトウェアによって（たとえばピクチャの縁部を切り取ることによって、ただしいずれにせよモンタージュの情報内容が低減されるが）修正できないほど大きいものである。従って、死体でシミュレートされる外科手術手順全体は１つのセッションで行われなければならないが、それによって手術の対象の段階を全て記録できる可能性がさらに限定され、空間グリッドのサイズ、及びピクチャと層の数もそれぞれ制限される。この種のシミュレーション外科手術の場合、１５０ピクチャからなるグリッドの１０〜２０の層の記録に、約３０〜４０時間の中断されない操作者の作業が必要とされる。

本発明で提案するコンソール及び好ましくはコンピュータ化された制御ユニットは、（手で）携帯可能なサイズである。この機器は軽量であり、比較的低コストの技術で実現可能であり、手術台に取り付けることができ、重量がほぼ１トンであるために移動が非常に難しいアーム付きロボットである周知の定位手術ロボット顕微鏡とは対照的である。ロボット顕微鏡の移動には特別の輸送装置及び移動手段（電気モータ）が必要である。この顕微鏡の行動可能性は、その重量だけでなくそのサイズ（約２ｘ１．５ｘ１ｍ、すなわち７ｘ５ｘ３フィート）によっても制約を受ける。上記で詳述したように、他の応用分野でも使用されるように設計されたこの手術用顕微鏡を画像収集及び再構成の目的で広範に使用する際の最大の障害は、この顕微鏡のサイズ及び重量の他に、構造に組み込まれた技術の対価が非常に高いことである。それに関連して記載すべきことは、市販の既成の顕微鏡のソフトウェアは、画像収集のためにそのつど再プログラミングしなければならないことである。この修正ソフトウェアだけが、後続の画像再構成のための処理中に、ピクチャを作成しながら、単一点の周囲に空間グリッドを確立し、顕微鏡を手動で１つの点から他の点に移動することができるようにするものである。従って周知のロボット顕微鏡の場合、この実際には入手不可能な修正ソフトウェアが現在の技術の使用に不可欠である。

画像収集プロセス全体が手動で調整されるため、この方法の速度はかなり低減される。従って現状では、外科手術処置の文書化、様々な外科手術段階の画像収集、及び外科手術画像再構成には使用可能ではなく、実験的環境で死体のシミュレートされた外科手術での画像収集にしか使用できない。しかし、上記のハードウェアの制約を考慮すると、この技術の使用は、実験室環境下でも難しく厄介であり、しばしば骨が折れる冗長な手順である。現在使用可能な技術の他の欠点は、１つの層の１つのグリッドで記録される画像の数が時間及び人間の作業に依存することである。従って、最終再構成を走査検索する間に、１つのグリッドで十分な数のピクチャを記録して（２００×１０〜１５秒＝〜５０分）円滑な画像遷移を確実にするには冗長な作業が必要とされる。１つのグリッド内で撮られるピクチャの数が増えるに従って、画像間の変移が小さくなるため、最終画像再構成モンタージュでの動きによってより良好で円滑な経験が得られる。しかし、１つのグリッドで撮られるピクチャの数が多くなるに従って、ロボット顕微鏡の１つの点から次の点への移動がそのつど手動で制御されるために画像収集時間が長くなる。現在のシステムでは、画像収集、及びロボット顕微鏡の手動による再位置付けに約１０〜１５秒かかるため、空間グリッドのサイズ又は画像数の制限を余儀なくされ、最終再構成の「視野」が限定されるのは不可避であり、最終画像モンタージュの動きが不快にぎこちなく、「不連続」、「不良」になる。手動カメラ制御は、最終画像再構成モンタージュの品質を低下させるエラーの他の原因である。（所与の位置で２つのカメラのうちの１つしか撮影を行わず、その位置では立体写真の対の１つしか使用できないことが起こり得る。従って、その位置では１つの画像しか作成されず、対で作成することができない。従って、この位置では「欺いて」、隣接する画像対に取り込む、すなわち所与のグリッド位置で画像を繰り返すことを余儀なくされるため、画像モンタージュの全体的品質が低下する。この場合のさらなる欠点は、多層マッピングでは、適切な画像対が次の層の同じ点で正確に作成された場合に、同じ空間位置にある「欠陥」層と「正しい」層の不一致が生じることである。現在の顕微鏡のある程度基本的なソフトウェアでは、何か「欠陥」が生じた後に同じ点に戻りその位置で画像収集プロセスを繰り返すことは不可能である。従って、画像が損なわれたことを認め、上記で示したようにその画像を隣接する対と置き換え、又は再び画像収集を開始することになり、それは４０〜５０分の作業の繰り返しである。作業が長引くに従って、それは３０から４０時間になることが多いが、注意力が散漫になり疲労が生じるため、この種のエラーがより頻繁に起こるようになる。

本発明で提案するコンソール及び好ましくはコンピュータ化された制御ユニットは、（手で）携帯可能なサイズである。この機器は軽量であり、比較的低コストの技術で実現可能であり、手術台に取り付けることができ、重量がほぼ１トンであるために移動が非常に難しいアーム付きロボットである周知の定位手術ロボット顕微鏡とは対照的である。ロボット顕微鏡の移動には特別の輸送装置及び移動手段（電気モータ）が必要である。この顕微鏡の行動可能性は、その重量だけでなくそのサイズ（約２ｘ１、５ｘ１ｍ、すなわち７ｘ５ｘ３フィート）によっても制約を受ける。上記で詳述したように、他の応用分野でも使用されるように設計されたこの手術用顕微鏡を画像収集及び再構成の目的で広範に使用する際の最大の障害は、この顕微鏡のサイズ及び重量の他に、構造に組み込まれた技術の対価が非常に高いことである。それに関連して記載すべきことは、市販の既成の顕微鏡のソフトウェアは、画像収集のためにそのつど再プログラミングしなければならないことである。この修正ソフトウェアだけが、後続の画像再構成のための処理中にピクチャを作成しながら、単一点の周囲に空間グリッドを確立し、顕微鏡を手動で１つの点から他の点に移動することができるようにするものである。従って周知のロボット顕微鏡の場合、この実際には入手不可能な修正ソフトウェアが現在の技術の使用に不可欠である。

画像収集プロセス全体が手動で調整されるため、この方法の速度はかなり低減される。従って現状では、外科手術処置の文書化、様々な外科手術段階の画像収集、及び外科手術画像再構成には使用可能ではなく、実験的環境で死体のシミュレートされた外科手術での画像収集にしか使用できない。しかし、上記のハードウェアの制約を考慮すると、この技術の使用は、実験室環境下でも難しく厄介であり、しばしば骨が折れる冗長な手順である。現在使用可能な技術の他の欠点は、１つの層の１つのグリッドで記録される画像の数が時間及び人間の作業に依存することである。従って、最終再構成を走査検索する間に、１つのグリッドで十分な数のピクチャを記録して（２００×１０〜１５秒＝〜５０分）円滑な画像遷移を確実にするには冗長な作業が必要とされる。１つのグリッド内で撮られるピクチャの数が増えるに従って、画像間の変移が小さくなるため、最終画像再構成モンタージュでの動きによってより良好で円滑な経験が得られる。しかし、１つのグリッドで撮られるピクチャの数が多くなるに従って、ロボット顕微鏡の１つの点から次の点への移動がそのつど手動で制御されるために画像収集時間が長くなる。現在のシステムでは、画像収集、及びロボット顕微鏡の手動による再位置付けに約１０〜１５秒かかるため、空間グリッドのサイズ又は画像数の制限を余儀なくされ、最終再構成の「視野」が限定されるのは不可避であり、最終画像モンタージュの動きが不快にぎこちなく、「不連続」、「不良」になる。手動カメラ制御は、最終画像再構成モンタージュの品質を低下させるエラーの他の原因である（所与の位置で２つのカメラのうちの１つしか撮影を行わず、その位置では立体写真の対の１つしか使用できないことが起こり得る。）従って、その位置では１つの画像しか作成されず、対で作成することができない。従って、この位置では「欺いて」、隣接する画像対に取り込む、すなわち所与のグリッド位置で画像を繰り返すことを余儀なくされるため、画像モンタージュの全体的品質が低下する。この場合のさらなる欠点は、多層マッピングでは、適切な画像対が次の層の同じ点で正確に作成された場合に、同じ空間位置にある「欠陥」層と「正しい」層の不一致が生じることである。現在の顕微鏡のある程度基本的なソフトウェアでは、何か「欠陥」が生じた後に同じ点に戻りその位置で画像収集プロセスを繰り返すことは不可能である。従って、画像が損なわれたことを認め、上記で示したようにその画像を隣接する対と置き換え、又は再び画像収集を開始することになり、それは４０〜５０分の作業の繰り返しである。作業が長引くに従って、それは３０から４０時間になることが多いが、注意力が散漫になり疲労が生じるため、この種のエラーがより頻繁に起こるようになる。

現在使用可能な画像再構成方法は、２つの周知のプログラムに基づいて開発されたが、解決法自体は完全に独特なものである。いわゆる．ＭＯＶ拡張子を有するＱＴＶＲ画像ファイルを市販のプログラムを使用して生成し表示することができる。多層画像ストックの同様の対話型表示を可能にするアプリケーションが市場で入手できないため、仮想的にスタックされた画像グリッドの同一位置から生成される画像をリンクし表示する方法を開発した。革新的に、使用可能なソフトウェア製品でよくあるようにインタレーシング・ファイルを使用して立体画像ストックを示す代わりに、ビューアに示される画像が１つのファイルに並列に置かれた左右の接眼レンズ・ピクチャをダウンロードすることによって作成される。

本発明の目的は、好ましくは、輸送及び取付けが簡単であり、後で検索又は再生する場合に記録された画像材料の記録空間及び時間の自由なナビゲーションが可能な機器を使用して、生体内外科的アプローチの実時間４Ｄ画像収集を求める要求を満たすことである。

上記で詳述した欠点の特徴を有する頑丈でコスト高のロボット顕微鏡から技術を全て切り離し、自動式にして、他にも簡単にアクセスできるようにすることが大いに求められている。従って本発明の目的は、特に画像再構成技術のための専用装置であって、必要であれば、定位的特徴に基づき、これまで使用可能な手動制御の定位構造と置き換えるのに適した装置を開発することである。

正確に同じ位置の再現にはロボット技術が必要とされるが、カメラ（又は他の専用装置）の正確な空間位置付け及びターゲティングが可能であり、ＭＫＭロボット顕微鏡を使用するシステムよりも小さく軽量で、この目的により良好に適合されたシステムを開発しなければならない。

実際のところ、ＭＫＭ顕微鏡の対物レンズ系は画像収集だけに使用されるため、ＭＫＭ顕微鏡自体が不要であり、この機器を撮影（走査）中に外科手術目的に使用することもできない。画像収集中、対物レンズは有用な面積約５０×５０ｃｍ、すなわち２０×２０フィートだけを網羅する。カメラをしっかりと振動させずにこの空間中を移動させることができる場合、その結果はＭＫＭ−ＳＴＮシステムと同じである。

この場合も、走査時間には手術を中断し、その後に再開しなければならない。これは排他的に走査期間にわたり術野に運び込まれる専用構造を使用することによって完全に実行可能である。従って、好ましくはコンソールを常に術野から除去可能にしなければならない。

この設定目標は、一方で、特に脳外科的介入のための画像収集部又は医療機器を保持する可動コンソールによって達成される。この可動コンソールは機器を不動に固定するホルダ及びホルダを含む支持アームを備え、ホルダは単一又は複数の部材のホルダとして設計されており、さらにホルダは台に回転式且つヒンジ式に連結され、ホルダを台に対して移動させる少なくとも１つの移動手段に結合され、支持アーム及び／又は移動手段は位置又は運動センサに結合され、少なくとも１つの移動手段及び位置又は運動センサは制御ユニットに連結される。本発明によれば、支持アームはアーチ形セクションを備え、ホルダはアーチ形セクションに可動に取り付けられ、アーチ形セクションの半径は観察又は処理すべき対象を取り囲むファントム（仮想）円の半径よりも大きく、半径の回転の中心は円の中心の領域内に存在し、アーチ形セクションは垂直に可動に案内されるさらなる支持アーム・セクションに傾斜可能に連結され、前記支持アーム・セクションは、台の長手方向に対して平行に移動できるように案内される支持アーム・セクション、及び台の長手方向に対して垂直に移動できるように案内される支持アーム・セクションからなる組立体に連結される。

別法として、支持アームはＬ形セクションを備え、ホルダはＬ形セクションの水平セグメント（部分）上に可動に取り付けられる。

本発明の目的は、一方で、特に、人体の取組対象部分の３Ｄ走査、及び走査される対象面に関する情報の電子記録と再構成の方法によって達成され、その過程で、定義済み領域単位内で定義済み軌道に沿って対象面の画像の記録が行われ、個々の画像記録がデータベースに検索可能に記憶されて各画像に記録順序に関するシーケンス・データが割り当てられ、該シーケンス・データに基づく検索後の再構成中に個々の画像記録が表示され、対象面に接近中に１つの連続した対象面層の画像収集が連続的に次々と行われる。この解決法の新規性は、個々の画像が、マッチング・シーケンス・データだけでなく所定の基準点に対して指定されたそれぞれ画像の位置及び／又は記録時間パラメータと共に記憶され、再構成済み画像をシーケンス・データ又は位置パラメータ或いは記録時間パラメータのいずれかに基づく検索に基づいて表示することができる点にある。

本発明の好ましい実施例及び実施例を従属請求項に開示する。

周知の解決法と同様に、提案したコンソール及び方法は定位アプローチに適しているが、４Ｄ画像収集及び再構成もサポートするものである。この装置は簡単に（手で）持ち運びできるため、外科手術の場の４Ｄ記録により適している。要望通りに、幾つかの手術室の手術台にこの装置を取り付けることができ、又は幾つかの部品を１つの研究所で使用することができるからである。さらに、コスト高の光学系をディジタル画像処理に適した簡単に使用可能なカメラと取り替えることができる。

軌道パラメータがアプローチ（接近方法）に取りまとめられ、アプローチが次にプロジェクトに取りまとめられるため、画像収集のために１つの同じプロジェクト内で幾つかのアプローチに対して異なる軌道を同定することが可能である。この配置によって、１つのアプローチから他のアプローチに常に切替えることができるようになり、従って、最終再構成モンタージュでアプローチの同一段階だけでなく同一座標の深さを比較することもできるようになる。

先に開発された方法は、多レベル画像グリッドの隣接する画像の再構成及び表示に限定されており、前記画像を画像の空間的収集及び空間座標に基づいて再構成し示すことができなかったため、画像の移動のプロセスの過程でそこに存在しなければ、任意の空間位置で記録された画像を目視することができなかった。

新規な方法では、画像の座標に従って、すなわち画像収集の順に全ての画像が再構成される。これが重要なのは、この解決法によって、画像中を随意に自由にナビゲーションすることができるようになり、形状の投影も３Ｄ画像制御装置で実際に選択される画像のマスクを単にローディングすることによって簡単に解決されるからである。

提案したコンソールの幾つかの例示の実施例、及び提案した方法の可能な実施例を示す添付の図面を参照して、本発明をより詳細に以下に記載する。

本発明全体による可動コンソールは２つの主な部分を備える。すなわち、
・空間座標に基づいて画像収集システム及びカメラを位置付けることができる定位コンソール。装置が画像収集ユニットでなく専用定位装置の場合は、ホルダがカメラのターゲティング及び位置付けの働きもする（図１を参照）。
・コンソールと画像収集装置の調整された制御、並びに記録された画像の記憶、処理、及び表示、また走査パラメータの記憶及び再設定の方法。ジョイスティックを使用してコンソールのホルダを手動で制御することも可能である。

コンソールの設計の際に以下の基準も考慮される。
１．アーチ形セクションは外科手術又は切開の過程の任意の時点で術野から簡単に除去され、他の付属装置、たとえば手術用顕微鏡又はＸ線機器を常にその側に押し込むことができる。
２．アーチ形セクションの周辺の手術器具の伝統的配置の邪魔にならない。すなわち、「非拘束」領域で使用することができる。
３．洗浄が簡単であり、部品の動作の許す限り部品がほとんど網羅されている。
４．周知のシステムよりも大きい対象領域が網羅される。
５．軽量である。
６．サイズが小さく、ハンドバッグでも持ち運び可能である。
７．移動中の構造物の振動が最低限に抑えられた状態でカメラ又はホルダが確実に迅速且つ連続的に移動される。
８．この設計の本質は、アーチ形セクションによって画定される限度内の領域の任意の事前にマークした点にカメラ自体を位置付けし、カメラをその点の周囲で球面上を移動させて、対象のカメラ（ホルダ）での「全体像」が移動中でも変わらないようにすることができることである。この設計により、球形だけでなく円筒形の表面上の移動をプログラミングし、要望通りに画像グリッドを構成することができるようになる。
９．コンソールのホルダの空間座標を、コンソールの移動部分、そのユニットの変位の長さ及び角度に基づく計算からあらゆる位置で知ることができる。
１０．各位置で完全な全景ピクチャの撮影が可能なＰＡＬ（登録商標）光学系をカメラに装備することができ、それをアンパック、すなわち光学系のパラメータに基づき、ソフトウェア・プログラムによって後で解釈することができる。従って、完全な全景ピクチャを１度だけでなく全位置で空間走査プロセスの任意の時点で作成することができる。
１１．コンソールのホルダの位置付けにジョイスティックも使用可能である。
１２．同じハードウェア・プラットフォームで画像を見ることができ、コンソールだけでなく最終画像再構成モンタージュを移動させることもできる。

図１は、本発明によるコンソールの可能な一実施例の外科手術の際の応用例を示す。記載では、用語「手術台」が主に使用されるが、明らかにこれは介入の対象である器官をその上に置くことができ、又はそれを支持する任意の他の表面を指すことができる。この場合、コンソールは、スタンド１上に配置された台２の、患者の頭部が置かれる細くなった端部に固定されている。台２上に置かれた患者３の頭部４は、支持部６上に配置されたヘッド・フレーム５によって治療の通常の周知の方法で定位置に固定される。支持アームは、相対的に回転可能、傾斜可能、摺動可能に締結された幾つかの支持アーム・セクションを備える。本発明の観点から、支持アームの最も重要なセクションはアーチ形セクション７であり、このアーチ形セクション７にこの場合はカメラ９がホルダ８を介して連結されている。しかしカメラ９の代わりに、関係する介入で使用すべき他の装置、器具、又は道具をホルダ８に固定することもできる。支持アームは、無線又はこの場合はケーブル１０を介して、たとえばコンピュータ１１によって実現される中央ユニット、及び移動手段に連結される。移動手段はこの図で示した場合はジョイスティック１２であり、カメラ９及び支持アームの個々の支持アーム・セクションをそれぞれ所望の位置に移動させる。移動手段１３に埋め込まれたアーチ形セクション７は回転台１４上に担持される。

図２Ａは、より大きい縮尺で図１の構成の重要な詳細を示す。図で見ることができるように、カメラ９をアーチ形セクション７に沿って移動させ、アーチ形セクション７自体を図の破線で示した回転軸１５の周りで傾斜させることによって、球面セグメント１６をカメラ９で随意に選択した解像度で走査することができる。球面セグメント１６の半径はこの場合は（脳外科手術の）患者の頭部４内のファントム中心点によって画定され、個々の層が走査され体表面からファントム中心まで進行する間、画像収集中にカメラ９の焦点がその点に設定される。

図２Ｂは変形例を示す図であるが、アーチ形セクション７は、回転軸１５に対して前後に傾斜されず、元の垂直面内に存在するままである。アーチ形セクション７を他の支持アーム・セクション、この場合は台２に対して水平の支持アーム・セクションに沿って変位させることによって、円筒面セグメント１７を走査することができ、円筒面セグメント１７の対称軸は台２の長手方向軸に対して平行であり、台２の比較的短い側面に対して平行に変位させることによって、円筒面セグメント１７の画像を収集することができ、円筒面セグメント１７の対称軸は台２の長手方向軸に対して垂直である。

図３はアーチ形セクション７を示す側面図である。図で見ることができるように、ホルダ８は、アーチ形セクション７上に配置され、可動の台車として形状付けられた断面を有し、アーチ形セクション７内で案内され、矢印１８で示した移動方向に押されることができる。ケーブル保持スプール１９はアーチ形セクション７上に固定され、アーチ形セクション７自体は、ねじ２０を有するアーチ固定支持部２１として働く支持アーム・セクションに締結される。

画像収集で十分な解像度の画像を生成することは極めて重要であり、その前提条件の１つは、記録デバイスを正確に設置し、その設置が記録中に変わらないことである。従って、ホルダ８に締結されたカメラ９は、隙間なしでアーチ形セクション７に沿って移動しなければならない。これは、たとえば図４で示した方法で確実にすることができる。この断面から、アーチ形セクション７がＴ形案内部として設計され、その上にホルダ８が走行車輪２２によって担持されていることが分かる。走行車輪２２の隙間なしの移動は、ばね力による予荷重による当業者には周知の方法で確実にされる。ホルダ８が走行車輪２２上で移動せず、たとえばアーチ形セクション７と摺動式に接触する場合、ホルダ８の隙間なしの移動はアーチ形セクション７に埋め込まれる可撓性要素によって確実にされる。ホルダ８は、この場合はステップ・モータ２３として示されている特別の移動手段によってアーチ形セクション７に沿って移動される。移動手段の軸上にはめば歯車２４が固定され、カメラ９の移動が、アーチ形セクション７上に作成され、この図で象徴的に示した、はめば歯車２４と歯車付きアーチ部２５の協働によって確実にされるようになされている。

当然、図４で示した実施例とは対照的に、アーチ形セクション７をたとえばＴ形レールの形状として設計する代わりに、厚みを増し剛直性を向上させて、たとえばＴ形溝の形状をその中に作成し、その溝の中にホルダ８の適切な相補的形の部分が嵌合するようにすることも可能である。ホルダ８の隙間なしの移動を、たとえば上記の方法で確実にすることができる。ホルダ８及びアーチ形セクション７の材料に適用すべき唯一の制約は、健康面で使用が認められた材料であり、十分な機械的剛率が保証されていること、すなわち互いに回転又は摺動する部品が特別な潤滑油なしに永久的に確実に作動することが可能なことである。走行車輪２２又ははめば歯車２４の材料は、ポリテトラフルオロエチレンでもよく、はめば歯車２４及び歯車付きアーチ部２５の材料は、ベリリウム青銅又は他の同様の一般的な材料でもよい。

図５は、アーチ形セクション７を保持し移動させるさらなる支持アーム・セクション、及び関連する移動手段の方式の可能な一実施例を示す。図５で見ることができるように、カメラ９を間接的に保持するアーチ形セクション７の一端は、アーチ固定支持部２１及びねじ２０を使用してＬ形中間部片２６の１つの脚に締結されている。中間部片２６の他方の脚はコンソール２７に連結され、コンソール２７は軸受２８を通る支持アームの垂直セクション２９に取り付けられ、たとえばねじ３０で固定される。中間部片２６は、アーチ形セクション７を回転軸１５の周りで回転／傾斜させる回転手段に結合される。図２で示された回転軸１５は、アーチ／固定支持部２１の位置によって画定される。回転手段はステップ・モータ３１を備え、ステップ・モータ３１をアーチ形セクション７のアーチ／固定支持部２１に、この場合は伝送ユニット３２を介して、又は直接に連結することができる。

図６は、アーチ形セクション７の所望の６度の自由動作を確実にする支持アームの設計の実施例を示す。図で見ることができるように、個々の支持アーム・セクションは、たとえばこの場合はＳＫＦによって製造される線形駆動機構Ｔｙｐｅ ＬＺＢＢ ０８５で実現され、台２の長手方向軸に平行の矢印Ｔで示した移動、それに水平の平面内の矢印Ｋで示した移動、及び前の移動に対して垂直であり矢印Ｍで示した維持アームのセクション２９の垂直移動を提供する。個々の支持アーム・セクションは、十分な機械的安定性及び振動のない移動という要件を満たさなければならない。この要件は当然のことながら、たとえば任意の線形駆動機構によって満たされ、最後の支持アーム・セクション、すなわちホルダ８及びカメラ９がその上にあるアーチ形セクション７の非常に小さい質量によって容易になる。

図７はアーチ形セクション７を示す底面図である。アーチ形セクション７は、軸３４によって固定可能なＴ形断面を有する案内部３３として設計され、その中央部分にカメラ９が配置されている。図８は、カメラ９がホルダ８によってアーチ形セクション７の保持点に近い一端に移動されたところを示す。アーチ形セクション７により、カメラ９の光軸は図７で示した設定とは異なっている。

図９は付加機能を幾分大きい縮尺で示しており、アーチ形セクション７に沿って、又はその中で案内されるホルダ８に別個の移動手段３５が装備され、カメラ９を保持する支持面２２と移動式に連結され、カメラ９がそれ自体の光軸の周りで回転し、又は回転されることができるようになされている。これは、介入を行う人にとって最も有利な方向から、既に位置付けられたカメラ９で観察下の領域を目視するのが簡単になるために有利である。

図１０は変形例を示す。この図では、アーチ形セクション７が、その名称で示唆されるものとは反対に、たとえば角度９０°で交わる２つの部分からなり、カメラ９を有するホルダ８が、摺動式移動が可能な方法で台２に平行に、すなわち水平に、台２の上方に配置されたセクション内に埋め込まれている。簡単に理解されるように、この図で示した設計では、前記支持アーム・セクションが軸３４の周りで回転可能に依然として埋め込まれた状態で、球面セグメント１６ではなく円筒面セグメント１７を目視する／走査することができるようになされている。コンソールが、図１０で示したように、すなわち台２の比較的長い側面に沿って可動に取り付けられた場合、台２に対して横位の円筒面セグメント１７を走査することができ、コンソールが台２の比較的短い側面に沿って可動に取り付けられた場合は、台２に平行の円筒面セグメント２７を走査することができる。

図１１〜１３は、本発明によるコンソールの他の可能な実施例の幾つかの実施例及びその構成を示す。図１１は可能な変形例を示しており、提案するコンソールが台２に固定される代わりに、独立した別個のコンソールとして実現されている。この解決法には、コンソールを他の構内にかなり簡単に移動し、又はコンソールがもはや不要の場合に外科的アプローチを妨げない場所に移すことができるようになる明らかな利点がある。好ましい実施例では、台２の比較的短い側面に平行の、コンソールの線形移動機構の水平セクションがコンソールに直接固定され、やはり水平の、台２の長手方向の側面に平行のさらなるセクションがこのセクションに連結され、第３の線形移動機構の垂直セクションであり、アーチ形セクション７がたとえば既に示した方法で連結されたセクションが第２のセクションに連結されている。

比較すると、図１２で示した実施例では、線形移動機構が台２に固定され、この構成によって前に示した構成とは異なる順序で３Ｄ移動が可能になり、従ってコンソールが閉鎖状態でも台２の領域内に図１１又は図１３で示した実施例の場合とは異なるように位置付けされる。

図１３で示した実施例の場合、コンソールは台２の比較的短い側面の縁部にある固定クレードル内に取り付けられており、台２の比較的短い側面に平行の線形移動機構のセクションが示され、台２の比較的長い側面に平行／それに沿って移動する第２のセクションがそのセクションに連結され、次いで垂直に移動することができる第３のセクションが第２のセクションに連結されている。この実施例では、アーチ形セクション７の、場合によっては好ましい他の設計も示す。この設計では、アーチ形セクションが完全ではなく、すなわちこれまで示したように円の全長にわたるものではなく、その長さの半分しかないが、伸縮自在になされて、下方部分を引き出して完全なアーチ形セクションを得ることができるようになされている。当然、ホルダ８は下方セクション部分に締結され、そのセクションに沿って移動することができ、ホルダ８をアーチ形セクション７に沿って押すだけでなく、下方アーチ形セクション部分を引き出すことによっても、所望の位置を得ることができる。

上記で示し概説した実施例は、様々な支持アーム・セクションの移動を、構内で与えられる可能性に適合できるように選択し、アーチ形セクション７のサイズを縮小し、すなわち提案される構造が介入を行う人の動作、位置、及び作業を邪魔しない寸法にする方法を示す単なる実施例である。

図で見ることができるように、コンソール自体は幾つかの部分を備える。たとえば、各部分を電気モータで駆動することができ、コンソールのホルダ８の位置をセンサで検出することができる。センサのフィードバックにより、コンソールの絶対座標系の原点に対するカメラ９の位置を常に知ることができる。この図で示した実施例では、コンソールは術野上にアーチ形に曲がるアーチ形セクション７及びそれを固定し移動させるユニットからなる。アーチ形セクション７に沿って長手方向に走行するホルダ８はアーチ形セクション７の原点の周りを絶えず移動し、座標の原点に対して垂直に場面を「目視する」。ホルダ８に、カメラ９又は定位操作装置を同様に取り付けることができる。「全体像」の調整を容易にするには、ただしいわゆる「全体像」を移動中に調整可能にする必要があれば、カメラ９又は定位装置自体を、ホルダ８との間に回転面を挿入することによってホルダ８に取り付けることができる。この固定及び移動ユニットは、アーチ形セクション７を半円の主面の周りで径方向に傾斜させ、アーチ形セクション７全体を前後に、横方向きに、上下に移動／位置付けすることができるように設計される。アーチ形セクション７の交差の主面を設定するため、固定及び移動ユニットは電気と手動の両方で調整可能に選択できるように設計される。

アーチ形セクション７は、必ずしもこうした小型である必要はない。必要に応じて、同様の技術を使用して、たとえば記録又は文書化のために車の組立を記録することができる。この場合コンソールは、組立段階を記録するために車をその下に置くことができる十分な大きさの部屋のサイズでもよく、その記録を整備の作業場で後に使用することもできる。

コンソールは、カメラ９を走査面、いわゆる軌道全体にわたって搬送し、軌道の点に到達する度にカメラ９を起動して、軌道の各位置でピクチャ（立体写真）を作成する。記録シーケンス及びグリッド・ステップが決定された後に、ピクチャがその空間座標に基づいて画像再構成設備によって処理される。

次に、例示の実施例を参照して本発明の提案する方法をより詳細に記載する。図１４〜２３は、それぞれ方法の段階をボールド体で示すものである。アプローチ自体は、回転頭部又はＤＩＣＯＭファイルから再構成された頭部上で選択される。走査パターンを容積測定データ・セットから生成して、カメラ９を画像制御装置によって移動させ、それに応じて選択された位置を占めるようにすることもできる。

この方法は幾つかの主なユニット、すなわちモジュールを含む。
・空間位置計画モジュール
・画像再構成モジュール
・コンソール制御モジュール
・ニューロナビゲーション・モジュール
・立体画像表示モジュール

図１４は方法の最初の主要な段階、新規プロジェクトを追加する、を示す。

開始すべきサブプロセスがこのメニューで選択される。新しい患者に関するデータがここで追加される。それぞれ患者及び所望のアプローチに関する様々なパラメータを設定するためのウィンドウが表示される。従って、以下をここで追加することができる。すなわち、患者の個人データ、疾患に関するデータ、画像をデータベースに保管する場所及び方法、走査に必要なパラメータ、走査解像度である。走査パラメータは、手動、ジョイスティックベース、又は音声制御によるカメラ９の位置付け中に発行される場所又は時間座標に基づいて設定される。データは、設定後にデータベースに保管される。

図１５は、手順の後続の主要な段階、位置合わせ、を示す。

このコマンドの前提条件は以下の通りである。
・事前患者データ入力
・患者の容積測定データ・セット

患者のデータを追加した後、ユーザは、そのアプローチを実行するのにニューロナビゲーション機器のサポートを使用するかどうかを選択する。容積測定データ・セットが使用可能な場合、患者データ入力に続いて容積測定データがインポートされる。容積測定データは、ＤＩＣＯＭファイル形式を読み取り解釈する能力がある読取装置によってこのファイル形式で使用可能である。インポートに続いて容積測定データ・セットの３Ｄ画像再構成が行われ、その結果が表示される。ユーザは、この３Ｄデータ・セットを自由に走査検索しながら、要求通りに表示装置上の点を選択することができる。患者の頭部に事前に固定されたマーカーもこの容積測定データ・セットに現れるため、マーカーを手動で指定することもできる。指定後、各マーカーをホルダ位置に割り当てて、ホルダを患者の頭部の頂点上のマーカー上に設置し、マーカーとホルダの間の距離をたとえばカメラ９の自動焦点機能を使用して計算する。カメラ９の空間位置を計算するコマンド「Ｃａｌｃｕｌａｔｅ Ａｃｔｕａｌ Ｅｆｆｅｃｔｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ」によってカメラ９の空間位置を常に決定することができる。各マーカーをマッチするホルダ空間位置に割り当てた後、患者の実際の幾何学的位置が２つのデータ・セットの差と同様に計算される。この差は事前に固定されたエラー限界内であれば許容される。その後、位置合わせキー、すなわちマーカー及び空間位置座標が同じ患者の他の情報と共に保管される。従って、人ごとに、且つ、たとえばＤＩＣＯＭファイルをインポートし位置合わせキーを再設定してＤＩＣＯＭ容積測定データ・セットを保管する必要はなく、軌道点を常にマッチさせることができるため、位置合わせを再び行い、容積測定データを設定し、画像を同定することができる。

図１６は、手順の後続の主要な段階、定位ターゲティング、を示す。

このプロセスは、周知のニューロナビゲーション機器で提供される特徴と同様である。位置合わせ後、位置を容積測定データ・セットに随意にマークすることができる。その容積測定座標が位置合わせユニットで「解釈」されて、制御ユニットでも解釈することができる点が提供される。次いで、位置合わせユニットから生成される情報により「走査を開始する」コマンドが活動化され、その結果、システムがカメラ９の実際の位置を呼び出して、コマンド「Ｃａｌｃｕｌａｔｅ Ａｃｔｕａｌ Ｅｆｆｅｃｔｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ」を発行し、コマンド「Ｃａｌｃｕｌａｔｅ Ａｎｄ Ｓａｖｅ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ」を活動化させることによって、実際の空間位置から所望の点への移動に必要な軌道が計算される。その後、コマンド「Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ Ｍｏｔｏｒ Ｍｏｔｉｏｎ」、「Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ」、及び「Ｇｏ ｔｏ Ｐ１」を活動化することによって、カメラ９が所望の位置に移動される。

図１７は、手順の後続の主要な段階、軌道を計算する、を示す。

コマンドの前提条件は以下の通りである。
・事前患者情報入力（新規プロジェクトを追加する）
・事前走査パラメータ入力（走査パラメータ）
・患者の容積測定データ・セット、及び
・位置合わせ

プロジェクト入力及び位置合わせの後、必要に応じて、軌道の点が全て、既に使用可能なパラメータに基づいて計算され、記憶され、データベースの患者のデータと適合される。この機能は、コマンド「Ｃａｌｃｕｌａｔｅ」を発行することによってコマンド「Ｓｅｌｅｃｔ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｔｏ Ｓｃａｎ」により表示されるウィンドウのメニューで選択される。

別法として、図１８で示したように、軌道パラメータをニューロナビゲーション・ユニットによって指定することができる。

このコマンドの前提条件は以下の通りである。
・事前患者情報入力（新規プロジェクトを追加する）
・患者の容積測定データ・セット（ＤＩＣＯＭファイル）、及び
・位置合わせ

他の解決法は、容積測定データ・セットが不要の場合に、手動で軌道のパラメータを設定することである。図２０を参照。

位置合わせ後、患者の容積測定データ・セットから選択されニューロナビゲーション・ユニットの位置合わせ装置によりコンソール座標に変換された空間位置座標が使用される。

（この場合はコンソールの手動の位置付けによるものではない）位置合わせに続いて、システムが容積測定データ・セットに軌道を確立するために必要な位置の同定が行われる。しかし、コンソールの制御ユニットに容積測定データを「理解」させるには、この容積測定データを位置合わせ装置に送らなければならない。位置合わせ装置で、それらが実際の空間位置座標に変換され（データは全てコンソールの作動範囲内でなければならず、これは検査され、範囲外に出ると信号が与えられる）、次いで、コマンド「Ｓｐｅｃｉｆｙ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｏｆ Ｃｏｎｓｏｌｅ」が発行されることによって、このシステムが軌道を確立するのに必要とされる設定に適合され、次いで、患者データと共に位置合わせ「キー」としてデータベースに保管される。従って、ＤＩＣＯＭファイルを使用して、位置合わせがなされた後に画像再構成に容積測定データの画像再構成が必要な場合は、それを常に再生することができる。

図２１は、手順の後続の主要な段階、走査すべきプロジェクトの選択、を示す。

このコマンドの前提条件は以下の通りである。
・事前患者情報入力（新規プロジェクトを追加する）
・事前走査パラメータ入力（走査パラメータ）
・たとえばジョイスティックを使用して手動で、又は音声コマンドにより
・又はニューロナビゲーション・ユニットにより
・軌道を計算する
・画像をマークする（空間位置座標を画像に割り当てる）
・患者の容積測定データ・セット
・位置合わせ

患者及び走査パラメータの入力、位置合わせ、及び軌道の計算の後、コマンド「Ｓｅｌｅｃｔ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｔｏ Ｓｃａｎ」で患者を選択することができるウィンドウが表示され、「Ｓｔａｒｔ」コマンドでプロセスの初期化が開始される。初期化中、ホルダの実際の位置から走査軌道の点Ｐ１に到る軌道が計算され、次いでホルダが実際の位置から走査軌道の点Ｐ１に移動されて、先ずステップ・モータの動作が調整され、次いでコマンドがモータ制御装置に発行され、それによってホルダが点Ｐ１に移動され、走査プロセスがそこから開始される。走査中は、実際のホルダの位置同定ステップで計算されたホルダの位置を常に知ることができる。情報はここから、確立された軌道を監視する軌道モニタに走査中に伝送され、ホルダが所定位置に到達した後、写真用カメラ又はビデオ・グラバのどちらが使用されるかによって、画像を生成する、又はフレームをグラブ（取り組み）する命令（「Ｆｉｒｅ Ｃａｍｅｒａ／Ｇｒａｂ Ｉｍａｇｅ」）が与えられる。ピクチャは、撮影後に、画像データベースに直接、又はピクチャが撮られた軌道点の空間座標の提示後に保管される。

図２２は、手順の後続の主要な段階、収集済み画像の曖昧でない固有の作成、を示す。

コマンドの前提条件は以下の通りである。
・新規プロジェクトを追加する
・手動／ニューロナビゲーション・ユニットにより軌道を設定する
・軌道、患者の容積測定データ・セットを計算する
・位置合わせ

画像の空間位置を提示せずに画像が保管される場合、収集及び軌道点のシーケンスに基づいてコマンド・シリーズ「画像をマークする」を発行することによってこの情報を後で追加することができる。従って、この場合は第２ラウンドでも、各画像に適合する空間位置座標が割り当てられる。上記のコマンドは、患者／走査パラメータを追加し、関係する人のデータを繰り返し探索した後に、上記で詳述した方法で発行される。

図２３は、手順のさらなる主要な段階、目視すべきプロジェクトを選択又は探索する、を示す。

このコマンドの前提条件は以下の通りである。
・新規プロジェクトを追加する
・手動／ニューロナビゲーション・ユニットにより軌道を設定する
・軌道を計算する
・画像をマークする
・容積測定患者データ
・位置合わせ

この図では、名前だけでなくデータベースに含まれる任意のパラメータによって、要求通りに探索することができる。コマンド「目視すべきプロジェクトを選択／探索する」によりデータベースから所望のプロジェクト又はアプローチが選択される。「ビルド（構築）」コマンドにより選択されたアプローチの空間構成が開始され、システムが選択された軌道を再ビルドし、それをプリズムとして画像制御装置に表示し、点のＸ、Ｙ、Ｚ座標だけがプリズム様表示に使用されるようになされる。この画像制御装置のナビゲーションは、マウス、ジョイスティック、又は音声によって制御することができる。ナビゲーションで到達された空間点に適合する画像が、画像とそれぞれ空間位置を適合する設備を使用して、画像データベース／ニューロナビゲーション・ユニットから検索される。ニューロナビゲーション・ユニットが使用される場合、容積測定患者データがインポートされ再構成された後に、容積測定空間位置が各空間位置に位置合わせキーを使用して割り当てられ、容積画像が再構成され、写真画像と同時に示される。システムは両方の方法で働く。すなわち写真画像が、容積画像中の移動／走査検索時に現れる。

より正確には、画像と仮想空間座標を適合することによって空間位置が画像制御装置で同定された場合に、こうした座標が位置合わせユニットで変換される。その前に、ＤＩＣＯＭ読取器によってインポートされ「画像再構成ユニット」によってコンパイルされた容積測定データ・セットがモニタに表示される。従って、容積測定位置が位置合わせユニットによって変換された空間位置に割り当てられ、その画像が再構成され、次いで、実世界の画像と同時に表示するために表示ユニットに戻される。

目視すべきプロジェクトをたとえば画面など表示ユニットから選択し、又は探索することもできる。このプロセスを図２３を用いて追跡することもできる。

このプロセスは、メニューで選択されるアプローチの探索と同様であるが、相違点は、「新規プロジェクトを追加する」プロセスの「走査領域を描画する」コマンドに応答して提示される領域に基づいて、アプローチが表示ユニット上に現れる回転ヘッドで同定される点である。ヘッドが回転する間に問題の領域が現れ、画像と、あれば容積再構成画像の両方を上記で詳述したように、多数の領域の１つをポイントすることによって呼び出すことができる。

空間位置計画モジュール

このモジュールは、走査面、又は換言すれば軌道を確立し、その全ての点の空間座標を計算する。軌道は球形又は円筒形表面セグメントであることが最も多いが、単純で平坦な表面のこともある。設計の本質は、当然、コンソールの移動部分及び非移動部分の機械的連結によって画定されるコンソールの移動範囲内の任意の軌道、すなわち走査面などの設定に適していることである。目的は、コンソールが、アーチ形セクションの中央にある回転の中心の垂直軸に対して全方向で最低約４５度の自由度が可能な動作範囲を有するようにコンソールを設計することである。軌道の画定に必要なパラメータ（空間座標）は、２種類の入力データ（たとえば２種類のユニットから生成される空間座標）に基づく計算によって設定される。

一選択は、アーチ形セクションのホルダを手動で、又は（たとえばジョイスティックで）電気的に位置付けることである。ロボット部分の正しい位置が位置センサによって常に関連付けられるため、常に、コンソールの座標系内のカメラ９（そのホルダ）の原点に対する空間位置座標を計算することができる。

他の選択は（患者の頭部の固定位置の位置合わせ後にシステムがニューロナビゲーション機器に連結されていると仮定して）、たとえば前の患者の頭部について作成された容積測定データ・セットの（画像）再構成後に、その容積測定データ・セットの任意の点を指定し、それに従ってコンソールのホルダを位置付けることである。コンソールと患者の３Ｄ容積測定データ・セットの絶対座標系の適合、すなわち位置合わせ、従って患者の頭部の空間位置の認識は、コンソールのホルダ上に配置されたポインタを（仮想ポインタの長さは調節可能であり、ポインタはカメラ９の自動焦点又はホルダに嵌合されたレーザ・プリンタでもよい）患者の頭部に事前に固定されたマーカーに合わせることによって行われる。回転の１つ又は複数の中心／線／平面の座標、及び軌道を画定する空間位置を入力した後に様々な軌道を指定することができる。

空間位置計画モジュールで軌道の点が全て画定された後、１つ又は複数のカメラ９がコンソール及びカメラ制御モジュールによって軌道に沿って移動される。これがいわゆる走査である。カメラ９は、軌道の点に到達する度にコンソール及びカメラ制御モジュールに信号を送り、モジュールは全ての位置でピクチャを作成する。

コンソール及びカメラ制御モジュール

コンソール及びカメラ制御モジュールによって、調整されたコマンド・シリーズがコンソールの電子装置及びカメラ９に与えられて、コンソールのホルダが空間位置計算モジュールによって計算された軌道に沿って所定の位置に搬送され、カメラ９が起動されることが可能になる。

コンソール及びカメラ制御モジュールは、ニューロナビゲーション・ユニット（以下を参照）と永久的に接触状態でもよく、空間座標の形で患者の位置に関する永久的な入力データを受信することができる。それによって、コンソールを容積測定データ・セットに基づいて設置することが可能になる。これは、手術を開始する前に（且つ頭部を位置合わせし固定した後に）、手術中に走査し、次いで画像再構成すべき領域の計画を立てることができるようにするために必要である。コンソールが連続的にニューロナビゲーション・ユニットによって患者の空間座標と位置合わせされた位置座標データを送るため、ニューロナビゲーション・ユニットが患者の頭部に対するコンソールのホルダの位置を示し、容積測定データ・セットの任意のセクションを再構成することが可能である。この機能は、モニタ出力部を軽くたたくことによって表示ユニット上の所与の位置に実際に示される容積測定データ・セットのセクションの軌道の弁別的素性点ごとにプリント・スクリーン版を作成するのに必要である。

モジュール自体が容積測定データ・セットを読み取ることができる場合は、この機能をより簡潔に実行することができる。その場合、位置合わせ後に、双方向システムを実世界画像内容と容積測定データ・セットの間にニューロナビゲーションを介して確立することができ、それによって、容積測定データ・セットを走査検索中に、対応するグラフィック（画像）情報を表示することもできるようになる。しかし逆の場合も起こり得る。すなわち、グラフィック情報を走査検索中に、主要平面のこうした空間座標に再構成済み画像が同時に現れる。従って、ＭＲ、ＣＴ、又は他の容積測定データ・セットから再構成済み画像を空間画像再構成モジュールによって対話式に表示することもできる。すなわち、容積測定データ・セット（ＭＲ、ＣＴ）から再構成済み画像の適切なセクションを各画像に割り当てることができる。

コンソール及びカメラ制御モジュールには、カメラ９の位置すなわち空間座標が連続的に通知される。従って、ニューロナビゲーション・ユニットが不要の場合は、画像収集及び処理がニューロナビゲーション・ユニットを使用せずに行われる。ホルダが空間位置計画モジュールによって計画された軌道に沿って空間中の一定の位置に到達した後、コンソール及びカメラ制御モジュールはカメラ９も起動させて、立体写真が位置ごとに作成されるが、１つのカメラ９を使用し隣接する画像から立体効果を生成することによって立体効果がもたらされるようにすることもできる。画像がダウンロードされた後、空間位置座標が軌道に従って各画像に割り当てられる。

コンソール及びカメラ制御モジュールは、コンソールの速度、仮想回転軸の長さ及び焦点距離をアナログ式又はディジタル式に制御することができる。

個々の軌道が、ニューロナビゲーション・ユニットによって生成される位置合わせ並びに走査によって生成される層と共にアプローチに配置され、それがデータベースのプロジェクトに分類される。こうすると、それらを随意に検索し、設定し、時に修正し、消去又は再生することができる。

カメラ９はコンソール及びカメラ制御モジュールによって軌道に沿って移動される。そのためには、ホルダを安定した振動しない方法で移動させるハードウェア・システムを有することが必須であり、移動中に時々振動して画像に変移が生じてはならない。それによって最終再構成モンタージュの動きに影響が与えられ、混乱が生じるからである（しかし、それを後にソフトウェアで修正することができる）。

空間画像再構成モジュール

空間画像再構成手順は、３Ｄ又は４Ｄ画像ストックの各画像をそれぞれ画像の空間位置に基づいてコンピュータによって仮想的に再構成された空間に配置することができるようにする概念に基づく画像走査検索プログラムである。走査検索中に、画像を任意の順序で検索し表示することができる。この手順の本質は、この空間にある各画像に、コンソールの座標系と容積測定データ・セットを位置合わせした後に、コンソール自体の座標系又は容積測定データ・セットの座標系の原点に対して（上記の方法で）画定された位置座標が割り当てられなければならないことである。表示後、再構成済み画像ストック及びその部分を要求通りに操作することができる。

画像再構成方法の可能な一実施例は以下のステップ／特徴からなる。

画像収集中に生成された各画像に定義済み軌道の点に対する画像の位置を示す空間座標が与えられる。画像は順にダウンロードされ、軌道の点もたとえばログ・ファイルに順序付けられ、それに基づいて画像が後に名前変更されて、それぞれ画像のファイル名で画像同定／再構成及び画像の検索に必要とされる座標が指定されるようになされる。

再構成とは、画像がそれぞれ画像の座標に従って再構成され空間中に仮想的に配置されることを指す。これは、前述の空間位置計画モジュールによって行うこともできる。空間位置計画モジュールも点によって軌道を画定する。一方、個々の画像層を、容積測定データ・セットの場合は焦点距離設定の調整によって、又は画像制御ユニット自体でたとえばマウス制御ボタンを使用して（すなわちこの場合、Ｚ座標が所与の偏差で監視される）、或いは他の方法で指定することができる。

画像は、既に描画された（軌道のパラメータＸ、Ｙ、及びＺに基づいて生成された）画像グリッドの表面上の任意の場所をポイントすることによって示され、その場合、作成された画像がそこに現れる。それには、画像がＸ、Ｙ、及びＺ座標だけで構成される画像制御装置としてプリズム形ポイント・セットを有すれば十分であり、さらなる３Ｄ移動はコンピュータ・モニタで感知することができる。一方、ＰＡＬ光学系が画像収集に使用される場合、画像制御ユニットは、回転（又は全体の見渡し）にアクセス不可能な間、さらに２つの座標又は方向、すなわち傾斜及び垂線方向の傾斜によって常に画像をロードできるようにする瞬間を提供する。回転は、画像のディジタル式回転によってのみアクセス可能な単一動作である。新規の解決法では、（これまで使用されてきた手順と同様に）隣接画像にジャンプするだけでなく、画像グリッドの任意の点から画像をロードし、そこから目視又は画像走査検索を開始することができるようになる。マウスでいわば隣接点に沿って描画される場合、画像の表示は周知の手順と同様に行われるであろう。他方で、上記で詳述したように、画像層間のシフトは付属機能で、又はボタンを押すことによって行われるが、後者はやはり表示ユニット及びたとえば表示ユニットに取り付けられた画像目視眼鏡など画像目視ハードウェアによる。

現在の手順を、画像内の動作を保持し、画像グリッドに動作を追加するように変更することができる。画像グリッドの場合、再構成は空間座標に基づくことができるが、それぞれ幾つかの水平線及び垂直線に基づくこともできる。画像は、画像のシーケンス順に従って画像グリッドに配置され、次いで幾つかの位置に対応する画像グリッドが生成され、画像に各グリッド点が割り当てられる。マウスを画像グリッドの１点にポインティング又は描画することによって、実際の画像が示されることになる。

容積測定データ・セットの関連する平面セクションも使用可能であり、これらも画像と同様に既に概説した方法で空間位置座標を割り当てることができ、容積測定空間内の走査検索でも所与の画像に関連するＭＲ又はＣＴ画像がロードされる。従って、実際の外科手術又は切開の画像が容積測定データ（画像）の側に出現する。しかし、容積測定データ・セット、ＤＩＣＯＭファイル、が読み取られ解釈され、ニューロナビゲーション・システムの位置合わせの保存、画像制御装置の走査検索で実際の画像だけでなく同じ空間位置で再構成された容積測定画像もロードされると、さらに有利である。アプローチがニューロナビゲーション・システムを使用して行われる場合（コンソールのカメラ９の空間座標に基づいて、実際のアスペクト／平面をやはり容積測定データ・セットから再構成することができるのはニューロナビゲーション・システムであるため）、容積測定データ・セットをポインティングすることによって、カメラ９の軸方向に垂直のアスペクトにおいても常にその位置で再構成済み画像がロードされる。

それによって、今までの通常の選択である１つの走査パターンだけでなく、任意のパターンに基づいて生成された画像を示すことができる。

画像処理に続いて画像の自動空間位置付けが行われ、モンタージュを目視し、時に即時に消去又は操作することができる。

画像層はアプローチに配置され、アプローチはプロジェクト構成される。そのパラメータを随意に検索することができ、走査を常に繰り返すことができ、不要な画像層を消去又は置換することができる。

アプローチは以下のように構成される。画像再構成モンタージュの走査検索も、表示装置に示された仮想の頭部の一定領域を選択し、その領域内のアニメーション、生の手術又は解剖切開を選択することによって実行可能である。

（たとえば比較の目的で、幾つかの画像再構成モンタージュが同時に研究される場合）画像が画像の空間座標に基づいてロードされるため、画像ウィンドウの同期化は幾つかのアプローチでは非常に簡単である。画像再構成モンタージュの中で回転の中心から計算された同じ深さを同定することは常に可能である。

画像部分に命名するのに必要な形状描画は以下のように行うことができる。同じ画像／画像部分に割り当てた形状に、色だけでなく画像の位置座標も割り当てることができ、その場合その形状を単一ファイルからロードすることができ、各画像の形状を指定するマスク・ファイルを使用する必要がなく、解がＭＩＧＲＴに適用される。単一補足物、すなわち層の画像ストックを含むホルダ内の形状に関する情報を含むファイルを有すれば十分である。

上記から理解されるように、本発明の導入部分で詳細に説明した問題が解決された。アーチ形セクションは、携帯用、小型（約５０ｃｍ×５０ｃｍ×１ｃｍ、すなわち２０×２０×０．４インチ）、手術台に取付け可能、且つ軽量（４５４６〜６８０４ｋｇ（約１０〜１５キロポンド））である。可搬性により、１つの手術室から他の手術室への迅速な移動並びに素早い取付けが可能になるだけでなく、装置を他のコンソール、又はさらに天井に取り付けることもできる。その製造はコスト集約的ではない。この装置は主に画像収集の目的で設計されているが、定位アプローチも容易にするものである。本発明で紹介する画像収集及び画像再構成のためのコンソールは、従来技術のシステムの手順及び構造上の制約の多くを克服するものである。従って、コンソールのホルダの位置付けは完全に自動であるが従来と同じく正確である。この形態での連続的な走査により、手術室で技術全体を使用することができる程度まで、画像収集に要する時間が（約０．５から１分に）短縮され、継続期間の大幅な延長により手術の危険性が増す恐れがなくなる。コンソールのパラメータにより、この技術が、画像収集、画像再構成、定位計画、及びターゲティングの目的で広範に使用可能になり、こうした領域では、もはや製造されない全般的に旧式の堅固なロボット顕微鏡に取って代わるものになるであろう。画像収集はさらに高速になり、完全に自動化される。ニューロナビゲーション・ユニットにより、常に同じ空間グリッド位置に戻ることができるようになるため（唯一の基準は位置合わせ誤差の大きさである）、単一セッションに３５〜４０時間の作業をあてる必要なく、解剖用死体で正確に良好にシミュレーション手術を行うことができる。さらに、本発明によるコンソールを使用して、画像収集時間が大幅に短縮され、この場合は画像収集の目的でナビゲーションにより術前計画を促進することができるため、上記で詳述したように外科手術でもこの装置を使用することができる。

システムの完全自動化は、主な障壁を克服する助けになる。すなわち、軌道サイズ及び画像数がもはや問題にならない。すなわち、視野を拡張することができ、画像数を増加して最終画像再構成モンタージュの質及び量を向上し、円滑で振動のない動きが得られる。

上記で詳述したシステムの手動制御によるエラーも回避される。プロセス全体が自動化されるため、カメラの起動を「忘れる」ことはもはや不可能であり、何らかの理由でピクチャが省略された場合は、同じ位置を再生し、その単一露光を繰り返すこともできる。こうした要因にもより、画像再構成技術の質が向上される。パラメータを常に再生することができるため、短時間で走査プロセス全体を反復／消去することができる。保持構造に基づく技術により、層の数を制限する必要もなく、すなわち最終解析で、さらなる外科手術又は他のプロセス段階を記録することができる。迅速な画像収集により、繰り返しによる層間のずれの修正が簡単になり、又は位置合わせの正確さが向上する。

本発明による定位コンソールの外科手術、いわゆる生検、試料収集での使用には、現在使用可能な定位フレームと比較して多くの新規性が見られる。現在のフレームは、ニューロナビゲーション・ユニットを使用しない場合は、フレームを頭部に（観血的に）固定することが不可欠である。現在の生検サンプリングには幾つかの段階が含まれる。先ず、外科的アプローチの法則に従って、患者の頭皮が無菌状態で麻酔され、次いで短い手術ではフレームが固定される（頭骨内に穴を開けてねじが挿入される）。フレーム自体は、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標により頭部の対象物に照準できるように設計される。この小さい操作の後、患者がＣＴ又はＭＲ機器で走査され、次いで、フレームのミリメートル目盛りを使用してターゲティング装置を（ＣＴ又はＭＲ画像に基づく計算に従って）手動で設定した後に、手術を行うべき手術室に戻される。定位コンソールの使用で、こうした段階を全て回避することができる。この場合、ＣＴ及びＭＲ画像の３Ｄデータ・セットがコンピュータによって解釈され、（たとえば非観血マスクによる）頭部の固定及びニューロナビゲーションに必要とされる位置合わせの後、ナビゲーションを行い、コンピュータで対象を選択した後にコンソールのホルダを対象物に対して設置することができる。このプロセス自体は周知のシステムと同様であるが、ロボット顕微鏡の代わりに、コンソールのホルダが定位置に移動され、定位ターゲティング装置又はカメラも保持することができる。定位装置を、患者の頭部に固定する代わりに、たとえば手術台に固定することによって、手術による観血的ねじ用穿孔及びフレームの固定が不要になる。

空間画像再構成技術は新規な概念に基づくものである。従来技術の方法とは対照的に、個々の画像に名前が割り当てられず、ファイル名などで示される画像の空間位置、すなわち画像が収集されたときのカメラの位置を指定する座標が割り当てられる。従って、画像収集の方法がどうであろうと、得られる画像セットの各画像に、（たとえばファイル名の最初の３桁がＸ座標を示し、次の３桁がＹ座標を示すなど）選択された標識変換に基づいて空間座標が割り当てられる。従って、画像再構成は単に画像収集の順序で進行せず、走査パターン、すなわち画像収集の順序又はパターンを周知の機器／ソフトウェア・プログラムで解釈することができるが、軌道の計画に使用されるデータがこの仮想軌道の画像の再構成に使用され、従って、各軌道位置が適合する画像にリンクされる。画像は、たとえば軌道のＸ、Ｙ、Ｚ座標を含む３Ｄプリズムなど画像制御装置のマウスを動かすことによって、画像ビューア、表示ユニット、又はモニタによってロード又は提示される。この方法の利点は、隣接画像へのジャンプ／観察からユーザによってポイントされた空間グリッドの任意の点と適合する画像のローディング／表示までアクセスを拡張する、ナビゲーション又は操作の非常に大きい自由度である。マウスで隣接点を通って描画された場合は、周知の方法と同様に隣接画像が示される。座標による画像マーキングの他の可能な利点は、空間位置で収集された実世界像にマッチする再構成（ＣＴ、ＭＲなど）容積測定画像を割り当てることができ、従って両方の画像様相を一度に目視できることである。

周知の解決法に対する空間画像再構成技術の新規性

本発明に最も近い周知の解決法は、２つの既存の市販のソフトウェア製品のアップグレード版であるが、この製品は、他の周知のソフトウェア製品の場合と同様に、画像層、すなわち多層の画像が画像収集の順にリンクされ、画像ウィンドウでマウスが動かされると隣接画像が提示されることに手順が制限されている。

空間画像再構成方法では、記録済み画像をそれぞれ画像の空間位置座標に従って、又は画像収集のシーケンスに基づいて、グリッド・サイズの決定後に仮想空間又は仮想画像グリッド、或いは軌道に沿って配置することによって、操作の非常に大きい自由度が得られる。ナビゲーションは周知の方法で行うことができるが、プロセス全体は画像制御装置に位置指定される。プロセスは本質的に軌道又は画像グリッドのあらゆる点の再構成である。画像制御装置の表面上でマウスを移動させると、マウス・ポインタの位置に対応する画像がロードされる。

この方法は革新的であり、たとえば以下のさらなる機能が使用可能になる。
・画像ウィンドウの操作
・回転
・拡大／縮小
・画像ウィンドウの同期化
・画像材料移動制御装置
・画像作成及び描画ユニット
・新規プロジェクトの既存のモジュールへの追加
・ファイルに圧縮
・画像の名前変更
・ミラーリングなど

表示装置のツールバーから穿孔を選択し、次いで座標が与えられた画像の穿孔を開始することによって「穿孔」機能を組み込むこともできる。任意の深さ、すなわち任意の層での回転を選択することにより、他の透視法から穿孔に戻ることができる。

画像目視の最後のシーケンスを保存し、記憶されるシーケンスの数を要求通りに設定することができる。

画像がＰＡＬ光学系で記録される場合、ソフトウェアはマップ済みピクチャをアンパックしなければならない。この解決法の他の利点は、完全な、歪んでいない全景ピクチャが連続走査のどの時点でも撮影され、従って再構成後に、どの時点でも全景を「見渡す」ことができることである。この解決法では不可能な一種の動作があり、それはすなわち、目視方向の変更である。しかし、それはたとえばソフトウェア・アプリケーションで解決することができる。

医療で使用される状況では、ニューロナビゲーション・ユニットを患者の（ＣＴ、ＭＲなど）容積測定データ・ストックの処理及び表示に適するように機器に組み込み、又は別個のユニットとしてコンソールに協調させることができる。患者の実際の頭部の位置とニューロナビゲーション・ユニットに記憶された容積測定データ・セットとの位置合わせを２通りの方法で行うことができる。ニューロナビゲーション・ユニットの一部である赤外線カメラによって、又は患者の頭部に置かれたマーカーをポイントし、ニューロナビゲーション・ユニットに記憶された容積測定データ・セットの対応する点を同定し位置合わせすることによって、位置合わせの較差、すなわち患者の頭部の実際の位置と容積測定データ・セットの間の誤差がソフトウェアによって計算される。ニューロナビゲーション・ユニットの赤外線カメラがコンソールのホルダ上のマーカーを見、実際の患者の頭部の位置の位置合わせの後に、ニューロナビゲーション・ユニットがコンソールと永久的に接触状態であれば、カメラの空間位置を患者の頭部の空間位置に対して常に決定することができ、従って、ニューロナビゲーション・ユニットはカメラの移動中に容積測定データ・セットを再構成して、こうした画像にも永久的な座標が与えられ、それを実世界の像と共に再構成することができるが、これは、導入部で述べた周知の手順でもある。

又は、赤外線カメラが不要である周知のシステムの場合と同様に、コンソールの調整可能な焦点距離によってマーカーを指定することができる。コンソールの座標を知ることができ、従ってマーカーをコンソールの座標系に配置することができるため、これをニューロナビゲーション・ユニットに記憶された容積測定データ・セットに対して排他的に位置合わせしなければならない。ニューロナビゲーション・ユニットにより、他の位置合わせでもカメラを同じ位置に設置することができ、従って、不正確な設定から発生する画像間のずれを全て回避することができる。小さいシフトはソフトウェア・アプリケーションによって修正することができる。

幾つかの解決法が４Ｄ画像再構成モンタージュの表示に使用可能である。先ず、コンソールの画像受信システムを小型モニタを組み込んだ眼鏡に直接取り付けることができ、それによって、直接発生する事象を記録するための機器を使用して、現在広く使用されている光学系と置き換えることができる。しかし、モンタージュをこうした眼鏡を通してだけでなく定位画像を示す任意のモニタ又は機器で目視することができる。

画像再構成モンタージュの動きは、コンソールの自由度をシミュレートすることができ、この４Ｄ材料を同じＰＣ上で示すことができる、プログラム内でも（たとえばジョイスティックなど）外部ハードウェア要素によっても感知される。表示を画像制御装置又は頭部の位置の移動を全て検出する機器で実現することができる。（後者は、適切なハードウェア要素を有する、既に開発された使用可能な技術である。）従って、頭部が動いた時点で画像材料が自動的に適切な方向に移動する。他のよく知られた技術を使用して実施すべき他の解決法によれば、コンソール上に取り付けられたカメラの位置が頭部の移動／回転に比例して変更される。この回転の本質的な特徴は、画像ストックが回転可能であることの他に、頭部の位置を変更することによって、画像材料の変更により、実際に焦点の周りを回るよりも現実的な効果がもたらされることである。焦点は随意に調整することができ、目視者の頭部の動きによって生じる画像回転の感度も調整することができる。

画像再構成モンタージュ、走査検索と共に、空間画像再構成ソフトウェアを完成品としてＣＤに書き込むことができる。

手術の状態で使用中の本発明によるコンソールの可能な一実施例を示す図である。 提案したコンソールを使用して画像収集の可能な調整可能領域を説明する図である。 提案したコンソールを使用して画像収集の可能な調整可能領域を説明する図である。 支持アームのアーチ形セクションの可能な一実施例を示す側面図である。 図３のアーチ形支持アーム・セクションに沿って案内されるホルダの可能な一実施例を示す図である。 アーチ形支持アーム・セクションを保持し移動させるさらなる支持アーム・セクション及び移動手段を示す図である。 アーチ形支持アーム・セクションの位置付けに必要とされる３Ｄ移動を実現する支持アーム・セクション連結部の可能な解決法を示す図である。 アーチ形支持アーム・セクション上に固定されたホルダ及びその上に配置されたカメラを示す概略図である。 カメラがアーチ形セクションの端部に移動された状態の、図７のアーチ形支持アーム・セクション、ホルダ、及びカメラを示す図である。 ホルダに固定されたカメラを回転させる別個の移動手段の可能な一実施例を示す図である。 アーチ形支持アーム・セクションの代わりの角度を付けて交わる２つの線形セクションを備える支持アームを示す概略図である。 手術状態で使用中の本発明によるコンソールの他の可能な実施例を示す図である。 手術状態で使用中の本発明によるコンソールの他の可能な実施例を示す図である。 手術状態で使用中の本発明によるコンソールの他の可能な実施例を示す図である。 提案する方法の主要な段階の可能な実施例を示す流れ図である。 提案する方法の主要な段階の可能な実施例を示す流れ図である。 提案する方法の主要な段階の可能な実施例を示す流れ図である。 提案する方法の主要な段階の可能な実施例を示す流れ図である。 提案する方法の主要な段階の可能な実施例を示す流れ図である。 提案する方法の主要な段階の可能な実施例を示す流れ図である。 提案する方法の主要な段階の可能な実施例を示す流れ図である。 提案する方法の主要な段階の可能な実施例を示す流れ図である。 提案する方法の主要な段階の可能な実施例を示す流れ図である。 提案する方法の主要な段階の可能な実施例を示す流れ図である。

Claims (12)

1. 主に脳外科的アプローチのための医療機器の画像収集部を保持するための可動コンソールであって、
   前記機器を不動に固定するホルダ（８）を備え、
   前記ホルダ（８）を含む支持アームを備えており、
   前記支持アームが単一又は複数部材の支持アームとして設計され、
   前記支持アームが回転式且つヒンジ式に台（２）に連結され、
   前記支持アームが前記支持アームを前記台（２）に対して移動させる少なくとも１つの移動手段に結合され、
   前記支持アーム及び／又は移動手段が位置／軌道センサに結合され、
   前記移動手段及び前記位置／軌道センサが制御ユニットに連結された可動コンソールであって、
   前記支持アームがアーチ形セクション（７）を備え、
   前記ホルダ（８）が前記アーチ形セクション（７）に可動に取り付けられ、
   前記アーチ形セクション（７）の半径が対象物体の周囲のファントム円の半径よりも大きく、半径の回転の中心が円の中心領域内に存在し、
   前記アーチ形セクション（７）が垂直に可動に案内される他の支持アーム・セクション（２９）に傾斜可能に連結され、前記支持アーム・セクション（２９）が、台（２）の長手方向に対して平行に移動できるように案内される支持アーム・セクション及び台（２）の長手方向に対して垂直に移動できるように案内される支持アーム・セクションからなる組立体に連結されることを特徴とする可動コンソール。
2. 前記アーチ形セクション（７）がＴ形案内部（３３）を含み、前記ホルダが相補形の溝を有することを特徴とする、請求項１に記載の可動コンソール。
3. 前記アーチ形セクション（７）がＴ形の溝を含み、前記ホルダ（８）が相補形延長部を有することを特徴とする、請求項１に記載の可動コンソール。
4. 前記ホルダ（８）が隙間なし連結を確実にするローラ／ホイール（２２）を介してアーチ形セクション（７）に埋め込まれることを特徴とする、請求項１に記載の可動コンソール。
5. 前記移動手段がステップ・モータであることを特徴とする、請求項１に記載の可動コンソール。
6. 前記ホルダ（８）が独自の移動手段を有することを特徴とする、請求項１に記載の可動コンソール。
7. 可撓性であるが長手方向に剛性のリボンの端部が前記ホルダ（８）に取り付けられ、前記リボンの他方の端部がアーチ形セクション（７）の端部に配置された前記移動手段の軸上でらせん状に巻かれ、前記リボンが溝の中で案内されることを特徴とする、請求項１に記載の可動コンソール。
8. 前記ホルダ（８）の移動手段をアーチ形セクション（７）の中心点と交差する回転軸（５）の周りで回転させることができることを特徴とする、請求項１に記載の可動コンソール。
9. 前記アーチ形セクション（７）が剛性の形状付けられた断面を有することを特徴とする、請求項１に記載の可動コンソール。
10. 前記アーチ形セクション（７）が取り外し可能に固定されることを特徴とする、請求項１に記載の可動コンソール。
11. 主に脳外科的アプローチのための医療機器の画像収集部を保持するための可動コンソールであって、
    前記機器を不動に固定するホルダ（８）を備え、
    前記ホルダ（８）を含む支持アームを備えており、
    前記支持アームが単一又は複数部材の支持アームとして設計され、
    前記支持アームが回転式且つヒンジ式に台（２）に連結され、
    前記支持アームが前記支持アームを前記台（２）に対して移動させる少なくとも１つの移動手段に結合され、
    前記支持アーム及び／又は移動手段が位置／軌道センサに結合され、
    前記移動手段及び前記位置／軌道センサが制御ユニットに連結された可動コンソールであって、
    前記支持アームがＬ形セクションを備え、
    前記ホルダ（８）が前記Ｌ形セクションに可動に取り付けられ、
    前記Ｌ形セクションが垂直に可動に案内される他の支持アーム・セクションに傾斜可能に連結され、前記支持アーム・セクションが、台（２）の長手方向に対して平行に移動できるように案内される支持アーム・セクション及び台（２）の長手方向に対して垂直に移動できるように案内される支持アーム・セクションからなる組立体に連結されることを特徴とする可動コンソール。
12. 特に人体の取組対象部分の３Ｄ走査、及び走査される対象面に関する情報の電子記録と再構成の方法であって、
    定義済み領域単位内で定義済み軌道に沿って対象面の画像を記録する段階と、
    各画像に記録シーケンスに関するシーケンス・データを割り当てることによって、個々の画像記録をデータベースに検索可能に記憶する段階と、
    前記シーケンス・データに基づく検索後の再構成中に個々の画像記録を表示する段階と、
    対象面にアプローチ中に１つの連続した対象面層の画像を連続的に次々と収集する段階とを含む方法であって、
    個々の画像が、マッチング・シーケンス・データだけでなく所定の基準点に対して指定されたそれぞれ画像の位置及び／又は記録時間パラメータと共に記憶され、再構成済み画像がシーケンス・データ又は位置パラメータ或いは記録時間パラメータのいずれかに基づく検索に基づいて表示されることを特徴とする方法。

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