JP2009022754A - 放射線画像の位置揃えを補正する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線検査画像において、従来技術の投影行列を補正するために、３Ｄモデルに適用されるべき残留変換を確立する。
【解決手段】放射線画像の位置揃えの補正の方法が、術前３Ｄ画像をフルオロスコピィ画像と比較することにより残留剛体変換を決定する手段を含んでいる。この残留変換は、画像の内容に基づく位置揃えに従って決定される。一旦、残留変換が算出されたら、残留変換を幾何学的位置揃えと組み合わせる。この組み合わせにおける幾何学的位置揃えの利用は、Ｃアームの運動を含む実時間位置揃えの実行を可能にし、付加的な位置揃えは一切行なわなくてよい。また、画像の内容に基づく位置揃えの利用は、上述の幾何学的位置揃えの精度を高めることを可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明の目的は、放射線画像の位置揃えを補正する方法である。本発明は、排他的な意味ではなく医用撮像に格別に有利に適用され、さらに具体的には、放射線透視法に特に有利に適用され得る。本発明はまた、この種の放射線画像位置揃え方法を具現化するソフトウェア・プログラムを含む医用画像を精査するためのワークステーションに関する。

特にＸ線管、Ｘ線検出器、テーブル、及び一般的には血管撮影用ＣアームであるＣ字形アームを含むＸ線システムが公知である。これらのシステムは、空間の全三次元において移動することが可能である。この可動性によって、医師がテーブルに横臥している患者の身体のあらゆる任意の部分についての画像を取得することが可能となる。一般的には、テーブルは、所与の空間に関連する全三方向の可能な並進運動において移動することが可能であり、Ｃアームは、同じ空間に関連する三方向の可能な回転において移動することが可能である。

医師は、介入型放射線検査システムを用いて、カテーテル又はコイルのような用具を患者の体内、特に頭部の内部に置く。取得される画像の幾何学的構成は、医師が自分の用具の位置を知ることを助けるように、正確に既知となっていなければならない。

これらのシステムでは、二形式の画像取得が可能である。医師は、検出器でのＸ線の投影によって得られる２Ｄ画像を取得することができる。各々の画像が、管及び検出器の所与の位置毎に得られる。そして、患者の身体の一部を円錐形投影として検出器に投影する。処置時に自分の用具を案内するために、医師は、造影剤を用いて又は用いずに得られたこれら二次元での画像を利用することができる。低線量のＸ線によって取得されるこれらの画像をフルオロスコピィ画像と呼ぶ。

また、医師は三次元において画像を取得することができる。これらの画像の取得時には、管及び検出器が患者の周りを移動する。何枚かの投影画像がこのようにしてＣアームによって取得されて、これらの画像から、観察したい身体の部分を三次元において再構築することができる。三次元でのこれらの画像のコントラストを、造影剤の注射によって高めることもできる。

フルオロスコピィ画像は実時間で取得されるが、一般に術前画像である３Ｄ画像は静止画像である。用具案内システムを改善するために、３Ｄ画像をフルオロスコピィ画像に投影する方法が公知である。この方法を３Ｄ強化型フルオロスコピィと呼ぶ。また、３Ｄ画像を術前２Ｄ画像、例えばＤＳＡ画像に投影することも可能である。反対に、２Ｄ画像を３Ｄ画像に逆投影する方法も公知である。この方法を３Ｄロード・マッピングと呼ぶ。

これらの方法を具現化するときの難点は、システムの正しい取得幾何学的構成を考慮に入れて２枚の画像を合成することに関わる。実際に、３Ｄ画像を２Ｄ画像に投影する又は反対を行なうために、医用システムの取得幾何学的構成は、このシステムが如何なる空間内位置にあっても決定されることが可能でなければならない。システムの取得幾何学的構成は、所与の参照系において管及び検出器の配置に対して相対的である。この取得幾何学的構成は、所与の参照に対するＣアームの空間内位置及びテーブルの空間内位置の両方によって画定される。テーブルの自由度は、公知のモデルを用いて大した困難を伴わずにモデル化することができる。しかしながら、Ｃアームは、モデル化がより困難である。

Ｃアームをモデル化するために、２Ｄ画像に位置する点を再構築された３Ｄ画像に位置する点に対応付けする投影行列の計算に着目する。２Ｄ画像のピクセルは、この画像が身体の位置に配置されている限りにおいて、再構築される３Ｄ画像の２ＤボクセルのＸ線検出器に対する投影に対応するものと考えられる。投影行列は、Ｃアームの各々の空間内位置について生成されることが可能でなければならない。この投影行列が、システムの取得幾何学的構成に関連付けされる。

このＣアームのモデル化の一例は、仏国特許第２８７９４３３号明細書に記載されている。仏国特許第２８７９４３３号明細書は、Ｃアームの位置の較正及び一定数の幾何学的構成パラメータの計算に基づいて投影行列を算出する方法を提案している。

この文献では、投影行列を二組の幾何学的パラメータすなわち内部パラメータ及び外部パラメータに分割することができる。内部パラメータは投影画像でのＸ線管の投影パラメータに対応しており、すなわちさらに明確に述べると、Ｘ線検出器に対応している。外部パラメータは医用システムの全体的な位置に対応しており、所与の参照系におけるこの医用システムの回転及び並進によって画定される。

この文献は、Ｃアームの任意の配向について内部パラメータ及び外部パラメータを決定することを可能にしている。これらのパラメータは、投影行列を予測することを可能にする。

仏国特許第２８７９４３３号明細書は、剛体モジュールの簡潔性を保存しつつ、同時にＣアームの実際の挙動に近付くように剛体モデルのパラメータの幾つかを局所的に調節する。所載の方法は、較正位置と呼ばれるＣアームの特定の位置に対応する較正行列を決定することを可能にする。

また、この方法を用いて、システムのあらゆる任意の空間内位置について投影行列を得るために、較正行列に剛体変換を適用する。剛体変換は、Ｃアームの回転及び並進に対応する。この変換は、３本の軸に対してＣアームが成す角度値に基づいて構築され、また一般的には、管と検出器との間の距離に基づいて構築される。これらの角度値及び距離は一般的には、医用システムのセンサによって取得される。
仏国特許第２８７９４３３号明細書

この投影行列の計算の態様は、患者が移動していないと仮定される場合にはフルオロスコピィ画像と術前３Ｄ画像との間の最適な理論的位置揃えを可能にする。この位置揃えを以下では幾何学的位置揃えと呼ぶ。しかしながら、実際には、この位置揃えは、特に以下の場合には十分に正確でないことが判明している。

事例１：医学的介入時にテーブルが移動する場合。

事例２：医学的介入時に患者の移動があり、この移動が例えば呼吸運動、身体運動又は頭部運動である可能性がある場合。

事例３：介入期の最中に器官の変形又は運動を解析したい場合。

事例４：強化型３Ｄフルオロスコピィ法を実行するために用いられる３Ｄ画像が、典型的には６ヶ月前の事前処理から形成されている場合、またこの画像が他の取得モダリティに従って得られている場合。

本発明は、以上に説明した手法の欠点を克服することを正確に目的としている。この目的のために、本発明は、幾何学的位置揃えの補正の方法を提案する。

このことを行なうために、本発明は、特に上述の事例１、２、３及び／又は４が医学的介入時に生じた場合に残留変換を決定することが可能な補正アルゴリズムを含んでいる。

本発明の補正アルゴリズムは、術前３Ｄ画像をフルオロスコピィ画像と比較することにより残留変換を決定する手段を含んでいる。この残留変換は、画像の内容に基づく位置揃えに従って決定される。フルオロスコピィ画像は、Ｃアームの一定の位置及び患者の一定の位置において取得され、これらの位置が、３Ｄ強化型フルオロスコピィ法を実行するために本発明によって用いられる位置となる。

一旦、残留変換が算出されたら、残留変換を幾何学的位置揃えと組み合わせる。この幾何学的位置揃えは好ましくは、仏国特許第２８７９４３３号明細書の教示によって提案されたものである。他の既存の形式の幾何学的位置揃えを用いてもよい。

本発明によれば、患者の周りのＣアームの位置が如何なるものであっても、従来技術におけるように画像の内容に基づいて位置揃えを再計算する必要がなくなる。実際に、画像の内容に基づく位置揃えによれば、上で述べた事例の一つが生じたときに幾何学的位置揃えのパラメータを初期化するだけでよい。このように、患者の周りのＣアームの位置が如何なるものであっても、幾何学的位置揃えを再計算するだけでよく、時間の短縮、並びに計算資源及びメモリ資源の節減を可能にする。

従来技術では、画像の内容に基づく位置揃えと幾何学的位置揃えとの組み合わせは本来は行なわれない。実際に、公知の通常手順は、これら二形式の画像位置揃えのいずれか一方を用い、両形式を同時に用いることはない。

この組み合わせにおける幾何学的位置揃えの利用は、Ｃアームの運動を含む実時間位置揃えの実行を可能にし、付加的な位置揃えは一切行なわなくてよい。画像の内容に基づくＣアームの利用は、幾何学的位置揃えの精度を高めることを可能にする。強化型フルオロスコピィ法に従って得られるフルオロスコピィ画像への３Ｄ画像の投影は、結果的にさらに厳格なものとなる。このように、本発明では、画像の内容に基づく位置揃えを、幾何学的位置揃えを改善するために用いている。

このように、本発明では、画像の内容に基づく位置揃えは、幾何学的位置揃えの初期化のステップのみとなる。次いで、Ｃアームの運動によって引き起こされる医用システムの幾何学的構成のあらゆる任意の変化が、投影行列によって実時間で再計算される。

本発明はまた、解析したい器官が剛体であるとき及び／又は非剛体であるときの実時間補正を得ることを可能にする。この補正は、器官の変形及び／又は運動を排除する。

本発明はまた、事前取得された又は他のモダリティによって取得された３Ｄ画像の場合でも、強化型３Ｄフルオロスコピィ法の利用を可能にする。

従って、本発明の目的は、従来技術の投影行列を補正するために、３Ｄモデルに適用されるべき残留変換を確立することにある。

従って、本発明は、放射線検査画像の位置揃えの補正の方法に関わるものであり、この方法は、
テーブルに載置された実体に対してＸ線を放出して、医用システムの検出器に対し所与の入射角についてＸ線を投影し、投影ピクセルを有する２Ｄ投影画像によってＸ線を表わし、
画像をフルオロスコピィ投影として読み取り、
実体の３Ｄ画像を形成し、
投影行列を算出することによりＸ線医用システムの取得幾何学的構成を決定する
放射線検査画像の位置揃えの補正の方法であって、
決定された初期投影行列から、３Ｄ画像の投影を実行し、
各画像に含まれる情報に基づいて、３Ｄ画像の投影の投影画像との位置揃えを行ない、
投影行列を位置揃えと組み合わせて新たな投影行列を算出し、
３Ｄ画像を新たな投影行列の関数として投影画像に投影し、
投影画像において３Ｄ画像の投影の結果を視覚化する。

本発明はまた、放射線画像の位置揃えの上述の補正の方法の具現化のためのＸ線システムに関する。

本発明は、以下の記載及び添付図面からさらに明らかに理解されよう。これらの図面は表示のために掲げられたものであって、本発明の範囲を制限するものではない。

図１は、本発明による方法と共に用いられる医用システム１０を示す。この医用システム１０は、特に放射線検査システム又は放射線透視法システムであってよい。このシステム１０は、Ｘ線管１１及びＸ線検出器１２をＣ字形アーム又はＣアーム１３に掛け留めて有する。患者１４がテーブル１５に横臥している。このテーブル１５は、管１１と検出器１２との間に配置されている。検出器１２は、放射線１６の放出の主方向が検出器１２の一面に全体的に垂直となるように配置される。テーブル１５はコンピュータ・システム１８を搭載した台１７に連結されている。このコンピュータ・システム１８は、特に２Ｄ画像又は３Ｄ画像の取得及び表示を可能にする。

さらに明確に述べると、Ｃアーム１３は、軸１９を中心として回転することが可能である。この軸１９は、Ｃアーム１３によって画定される表面に垂直であり、放出器１１及び検出器１２によって画定される弓形の中央を通る。この目的のために、Ｃアーム１３は、摺動リンク２１によって中間アーム２０に連結されている。中間アーム２０は、Ｌ字形支持体２３の一面に全体的に垂直な軸２２を中心として回転することが可能である。この目的のために、中間アーム２０は、回転リンク２４によって支持体２３に連結されている。支持体２３は、床面１１に全体的に垂直な軸２５を中心として回転することが可能である。この目的のために、支持体２３は、回転式リンク２７によって床面２５に連結されている。

従って、Ｃアーム１３は、参照系を形成する３本の軸１９、２２及び２５を中心として回転することが可能である。従って、Ｃアーム１３の一つの位置は参照系において、このＣアーム１３が参照位置に対して軸１９、２２及び２５とそれぞれ成し得る三つの角度Ｌ、Ｐ及びＣによって位置決定され得る。また、Ｃアーム１３の位置は、管１１と検出器１２との間の距離ＳＩＤによっても画定される。

Ｘ線システム１０を用いた画像取得の一例では、管１１及び検出器１２は患者１４の両側に配置される。管１１は、検出器１２に投影される円錐形のＸ線源１５である。この検出器１２は、検出器１２が受光した放射線の強度を測定するセンサを有する。一般的には、管１１は、あらゆる任意の方向に沿って患者１４の周囲を回転することが可能である。

コンピュータ・システム１８は制御ユニット１８′を含んでいる。制御ユニット１８′はマイクロプロセッサ２８を有する。マイクロプロセッサ２８は、通信バス３４によってプログラム・メモリ２９、データ・メモリ３０及び３１、入出力インタフェイス３２及びスクリーン３３に接続されている。入出力インタフェイス３２は通信バス３５を介して、医用システム１０向けの出力信号を放出し、また医用システム１０によって送出された入力信号を受け取る。

マイクロプロセッサ２８が取得プログラム３６を実行すると、管１１を特定の位置に配置するように出力信号を送ることができる。また、Ｘ線の放出を制御するその他の出力信号を管１１に送ることもできる。次いで、１又は複数の２Ｄ投影画像３７〜３９を異なるＸ線入射角について取得することができる。例えば、２Ｄ画像取得を、（Ｌ１，Ｐ１，Ｃ１）〜（ＬＮ，ＰＮ，ＣＮ）として参照されるＣアームの各位置について行なうことができる。これらの２Ｄ画像３７〜３９に関連する情報内容は、メモリ２８の内部に記憶される。受光されたＸ線の強度に関連するこれらの情報内容は、画像３７〜３９の投影のためのピクセル４０に関連付けられる。

マイクロプロセッサ２８は、初期投影行列の計算のためのプログラム４０を実行する。この投影行列は、Ｃアーム１３のモデル化から算出される。

Ｃアーム１３の空間内運動をモデル化するために、Ｃアームのモデルを用いる。このＣアームのモデルによれば、医用システム１０のＣアーム１３を理想的な方法で考察することが可能である。そして、このＣアーム１３は剛体であり、管１１及び投影１２はＣアーム１３に堅固に取り付けられており、Ｃアーム１３の運動は、３本の軸１９、２２及び２５の周りの完全回転によって記述され得る。また、管１１及び検出器１２の配置に特に関連するシステムの内部パラメータは定数であるものと仮定される。

Ｃアーム１３の定義されたモデルから、マイクロプロセッサ２８は、パラメータＬ、Ｐ及びＣによって画定される当該システムの任意の位置についてシステムの取得幾何学的構成を算出する。これらのパラメータは、可動リンク２１、２４、２７の位置に配置されている位置センサ（図示されていない）によって測定され得る。センサから得られた電気信号は、コンピュータ・システム１８へ送られ得る。

このようにして、プログラム４０は、患者１４の周囲のシステムの任意の不特定取得位置に関連する投影行列の計算を、医用システム１０のセンサから得られるパラメータＬ、Ｐ及びＣの関数として可能にする。

マイクロプロセッサ２８は、画像の内容に基づく３Ｄ−２Ｄ位置揃えプログラム４１を実行する。この画像の内容に基づく３Ｄ−２Ｄ位置揃えは、画像に含まれる情報に基づく２Ｄ画像の３Ｄ画像の投影との整列を可能にする。

また、マイクロプロセッサ２８は、スクリーン３３における３Ｄ画像と２Ｄ画像との組み合わせの結果の表示を可能にする表示プログラム４２を実行する。

図２は、本発明の方法の各ステップの図である。本発明の方法は好適実施形態では、図２に示すように、強化型３Ｄフルオロスコピィ法に適用される。

ステップ５０では、３Ｄ画像４３が取得される。この画像４３は術前画像である。この画像は、手術の開始時に得ることができる。この場合には、画像４３は、マイクロプロセッサ２８による再構築プログラム４４の実行によって得られる。この目的のために、２Ｄ画像から、プログラム４４は最終的な容積画像４３を再構築する。この画像４３の情報内容は、メモリ３１の各メモリ・アドレスに記憶される。これらの情報内容は、画像４３のボクセル４５に対応する。

メモリ３１の内部に記憶されるこの画像４３は、手術の前に得ることができる。この場合には、画像４３は、事前取得、典型的には６ヶ月前に実行された取得によって得られたものであってよい。また、画像４３は、その他任意の取得システム、例えば特に計算機式断層写真法システム、回転によって３Ｄ画像を撮影する放射線撮影システム、磁気共鳴（ＭＲ）システム、計算機式陽電子放出断層写真法システム、超音波システム、核医学システム及び３Ｄ放射線撮影システムによって得られたものであってもよい。

ステップ５１では、放射線画像を取得する。図２の例では、これら画像は、２Ｄフルオロスコピィ画像である。これらの画像はメモリ３０に記憶される。これらのフルオロスコピィ画像は、解剖学的情報及び／又は案内用具を示す。

ステップ５２では、患者１４の周りのシステムの任意の不特定取得位置に関連付けられるべき初期投影行列を決定する。好適実施形態では、この初期投影行列４１は好ましくは、仏国特許第２８７９４３３号明細書の教示に従って決定される。

投影４１の初期行列Ｂは、Ｃアーム１３の各々の取得位置（Ｌ１，Ｐ１，Ｃ１）〜（ＬＮ，ＰＮ，ＣＮ）に関連付けられる。この初期投影行列４１は、患者１４の点４２と、Ｃアーム１３の所与の位置について取得される２Ｄ画像における投影ピクセル４０に割り当てられた情報内容との間の対応を得る。

さらに明確に述べると、初期投影行列４１は、二組の幾何学的パラメータすなわち内部パラメータ及び外部パラメータに分割され得る。

内部パラメータは、投影画像すなわちさらに明確に述べるとＸ線検出器１２におけるＸ線管１１の投影パラメータに対応している。外部パラメータは、所与の参照系におけるシステムの回転及び並進によって画定される医用システムの全体的な位置に対応している。

好適実施形態では、初期投影行列はＣアーム１３の所与の位置について、較正行列と呼ばれる予め算出された限定された数の投影行列によって生成される。これらの較正行列は、較正位置と呼ばれるシステムの特定の位置について算出される。一般的には、少なくとも１個の較正行列が算出される。一例では、取得位置（Ｌ１，Ｐ１，Ｃ１）〜（ＬＮ，ＰＮ，ＣＮ）の幾つかが較正位置となる。一例では、１０箇所〜３０箇所の較正位置が決定される。各々の較正位置が、自身に対応する幾つかの較正行列を有し得る。他の例では、１０個〜３０個の較正行列が予め算出される。

テーブル１５の上でファントムと呼ばれる既知形状の要素を利用可能とすることにより較正行列を決定する公知の方法が存在している。一つの具現化形態では、ファントムは、空間内立体配置が正確に既知であるビーズによって形成される。ファントムが配置された後に、Ｘ線が検出器１２に対して所与の入射角で投影されて、投影ピクセル４０を有する２Ｄ投影画像３７〜３９の１枚によって表わされる。次いで、ファントムの１個の点を、投影ピクセルに割り当てられた情報内容に対応付けする較正行列が算出される。

すると、医用システム１０のあらゆる任意の取得位置について、対応する初期投影行列Ｂを予測することが可能である。あらゆる任意の初期投影行列Ｂを予測するために、較正行列のパラメータ及び／又は対応する幾何学的パラメータを較正位置の間で補間する。

ステップ５３では、容積画像４３の投影を行なう。画像４３のこの投影は、ステップ５２において得られる初期投影行列によって行なわれる。初期投影行列は、フルオロスコピィ画像取得システム１０の位置について算出される。

ステップ５４では、画像の内容に基づく位置揃えの適用の前に初期化ステップを実行する。この初期化ステップは、フルオロスコピィ画像と３Ｄ投影画像との間の調節である。この初期化ステップは、フルオロスコピィ画像の取得と３Ｄ画像の取得との間に患者及び／又はテーブルの大きな移動が存在している場合には必要である。この調節は、医師によって手動で視覚的に実行されてもよい。この場合には、医師は、テーブル及び／又は３Ｄ画像を移動させる。この移動は、２Ｄ画像と画像４３の投影との間の最善の調節を視覚的に得ることを可能にする。

実際には、この初期化ステップは、患者の僅かな移動の場合には必要とされない。

この初期化ステップの後に、ステップ５６の画像の内容に基づく３Ｄ／２Ｄ位置揃えを、３Ｄ画像の投影とフルオロスコピィ２Ｄ画像との間で実行する。ステップ５６の画像の内容に基づく位置揃えは、画像に含まれる情報に基づいて行なわれる。この位置揃えは、パラメータＭの剛体変換によって得られる。これらのパラメータＭはステップ５５において決定される。

パラメータＭの剛体変換は、パラメータを形成する回転及び／又は並進に対応している。これらのパラメータは、生じた前述の事例１、２、３又は４に依存して異なる。

手術時のテーブルの単純な並進の場合すなわち事例１では、パラメータＭの数は３個である。これらのパラメータは３Ｄ並進から成る。

患者１４の運動の場合すなわち事例２、又は３Ｄ画像が事前取得若しくは他のモダリティから得られている場合すなわち事例４では、パラメータＭの数は６個である。これらのパラメータは、３Ｄ回転及び３Ｄ並進によって形成される。

解析したい器官の唯一の運動が存在する場合すなわち事例３では、器官の移動は、並進及び回転の運動によって行なわれる。器官の変形の場合すなわち事例３では、変形は、広範な既存の関数、特に類似性関数及びパラメータ表現関数によってモデル化され得る。

実際には、画像の内容に基づく位置揃えを実行するために、３Ｄ画像は、３Ｄ画像と２Ｄ画像との間の類似性スコアの測定が最適となるまで、繰り返し式で配置され配向される。類似性スコアは、二つの公知の類似性規準に従って決定され得る。これらの規準は、原線に基づく規準及び／又は類像（アイコン）による規準のいずれであってもよい。

類像によるアプローチでは、フルオロスコピィ画像を、３Ｄ画像及び変換のパラメータの現在の推定から形成された合成画像と比較する。

原線に基づく規準では、３Ｄ画像及びフルオロスコピィ画像の両方から原線を抽出する。これら抽出された原線を用いて、類似性スコアを算出する。血管撮影では、原線は典型的には、用いられている血管の中心線となる。

一変形としては、事例１及び事例２が生じたときに、画像の内容に基づく位置揃えを患者の頭部及び／又はテーブルに配置された付加的な外部センサを用いて実行することができる。これらのセンサは、光学技術又は電磁技術に基づく磁石プローブであってよい。

画像の内容に基づく位置揃えは、永続的に再実行されるべきではない。Ｃアームの角度配置毎に１回ずつ実行されれば十分である。

一旦、パラメータＭの剛体変換が既知となったら、ステップ５２の初期投影行列を実時間で用いて、Ｃアームの運動によって引き起こされる取得幾何学的構成の変化を予測する。かかるアプローチは、Ｃアーム１３が移動した場合でも強化型フルオロスコピィ法の実行を可能にする。本発明によれば、強化型フルオロスコピィ法は、付加的な位置揃えを一切行なわずに実行される。

このように、一旦、パラメータＭの剛体変換が既知となったら、ステップ５７において、ステップ５２の初期投影行列に上述の変換を適用する。ステップ５７において新たな投影行列Ｂ_ｉ′が決定される。ここでｉは患者の周りでのＣアームの位置である。この新たな投影行列Ｂ_ｉ′は、パラメータＭの剛体変換とステップ５２の初期投影行列Ｂ_ｉとの組み合わせである。この組み合わせは、特に事例１及び／又は２及び／又は３及び／又は４が生じたときに投影行列の残留位置揃えの画像内容に基づく位置揃えからの補正を可能にする。

新たな投影行列Ｂ_ｉ′は、フルオロスコピィ画像の点（ｕ，ｖ）における３Ｄ画像のボクセル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の正確な対応を確立することが可能な位置揃えを可能にする。

この対応は、次式によって与えられ得る。

投影行列をＢ_ｉ＝Ｉ_ｉ＊Ｅ_ｉとした場合に、
（ｕ，ｖ）^Ｔ＝Ｂ_ｉ＊Ｍ＊（Ｘ，Ｙ，Ｚ）^Ｔ
ここで、Ｉは内部パラメータを表わし、Ｅは外部パラメータを表わし、指数ｉはＣアーム１３の所与の位置に対応する。新たな投影行列Ｂ_ｉ′は、
Ｂ_ｉ′＝Ｂ_ｉ＊Ｍ
に等しい。
この新たな投影行列Ｂ′は、３Ｄ点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）^Ｔの有効２Ｄ投影を得ることを可能にする。

ステップ５８では、３Ｄ強化型フルオロスコピィ法に従って、精密位置揃えと共に３Ｄ画像のフルオロスコピィ画像への投影を実行する。このステップ５８は、出力に位置揃え画像を供給して、医師が介入型用具及び解剖学的構造の両方を同時に観察することを可能にする。ステップ５９では、位置揃え画像をスクリーン３３に表示する。

事例１及び事例２が医学的介入時に生じた場合には、新たなフルオロスコピィ画像を取得して、パラメータＭの剛体変換を再計算する。

剛体器官に対する医学的応用すなわち脊柱において行なわれる手術又は頭蓋内手術の場合には、調節ステップ５４は好ましくは、患者及び／又はテーブルが３Ｄ画像の取得とフルオロスコピィ画像の取得との間に移動している場合にのみ実行される。

非剛体器官に対する医学的応用、例えば肝臓の塞栓又は心臓手術の場合には、パラメータＭの剛体変換を用いて、器官の変形及び／又は運動を補償するために強化型フルオロスコピィ法の実時間補正を実行する。

強化型３Ｄフルオロスコピィ法によって用いられる３Ｄ画像が事前取得又は他のモダリティから導かれている場合すなわち事例４では、初期化の剛体変換が手術の前に算出される。この初期化の剛体変換を図２の方法の適用の前に用いて、この３Ｄ画像をフルオロスコピィ画像に位置揃えする。このように、３Ｄ画像が他のモダリティ及び／又は事前取得から得られたものである場合には、初期位置揃えは、事前３Ｄ画像を取得された３Ｄ画像と比較し、且つ／又は画像に基づく３Ｄ−２Ｄ位置揃えを実行することにより行なわれる。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の方法と共に用いられるＸ線システムの模式図である。 本発明の方法の具現化形態の模式図である。

符号の説明

１０ 医用システム
１１ Ｘ線管
１２ Ｘ線検出器
１３ Ｃ字形アーム
１４ 患者
１５ テーブル
１６ 放射線
１７ 台
１８ コンピュータ・システム
１８′ 制御ユニット
１９ 軸
２０ 中間アーム
２１ 摺動リンク
２２ 軸
２３ Ｌ字形支持体
２４ 回転リンク
２５ 軸
２７ 回転式リンク
２８ マイクロプロセッサ
２９ プログラム・メモリ
３０、３１ データ・メモリ
３２ 入出力インタフェイス
３３ スクリーン
３４、３５ 通信バス
３６ 取得プログラム
３７、３８、３９ 投影画像
４０ ピクセル
４０ 計算プログラム
４１ ３Ｄ−２Ｄ位置揃えプログラム
４２ 表示プログラム
４３ ３Ｄ画像
４４ 再構成プログラム
４５ ボクセル
５０〜５９ ステップ
Ｌ、Ｐ、Ｃ 三つの角度
ＳＩＤ 距離
Ｂ 投影行列
Ｍ パラメータ
Ｂ_ｉ′ 新たな投影行列

Claims (15)

1. テーブル（１５）に載置された実体（１４）に対してＸ線を放出して、医用システム（１０）の検出器（１２）に対し所与の入射角についてＸ線を投影し、投影ピクセル（４０）を有する２Ｄ（二次元）投影画像（３７）によりＸ線を表わし、
   前記医用システム又は他の取得システムを介して前記実体の３Ｄ（三次元）画像（４３）を取得し、
   初期投影行列（Ｂ）を算出することにより前記Ｘ線医用システムの取得幾何学的構成を決定する
   放射線検査画像の位置揃えの補正の方法であって、
   前記決定された初期投影行列から、前記３Ｄ画像の投影を実行し、
   前記各画像に含まれる情報から、前記３Ｄ画像の前記投影の前記放射線画像との画像の内容に基づく位置揃えを行ない、
   前記初期投影行列を前記画像の内容に基づく位置揃えと組み合わせることにより新たな投影行列を算出し、
   前記３Ｄ画像を前記新たな投影行列の関数として前記放射線画像に投影し、
   前記放射線画像に対する前記３Ｄ画像の前記投影の結果を視覚化する
   放射線検査画像の位置揃えの補正の方法。
2. 前記医用システムから得られる前記３Ｄ画像を、医学的介入の開始時又は事前処理時に取得することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記３Ｄ画像を、特に計算機式断層写真法システム、回転により３Ｄ画像を撮影する放射線撮影システム、磁気共鳴（ＭＲ）システム、計算機式陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）システム、超音波システム、核医学システム又は３Ｄ放射線撮影システムである他の取得モダリティにより取得することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記初期投影行列の前記決定は、
   較正行列と呼ばれる幾つかの投影行列から前記医用システムのＣアーム（１３）のモデルを決定するステップと、
   前記較正行列、及び前記センサにより与えられるデータから、前記初期投影行列を算出するステップとを含んでいる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 較正行列を事前算出するために、
   空間内立体配置が正確に既知であるファントムを前記テーブルに載置し、
   Ｘ線を放出して、前記システムの検出器に対し所与の入射角についてＸ線を投影し、投影ピクセル（４０）を有する２Ｄ投影として画像（３７）によりＸ線を表わし、
   前記画像を放射線撮影画像として読み取り、
   投影ピクセル（４０）に割り当てられた情報内容を前記ファントムの点に対応付けする前記較正行列を算出する
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記Ｃアームの任意の位置について前記初期投影行列を算出するために、
   前記較正行列及び／又は対応する幾何学的行列のパラメータを算出することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の方法。
7. 前記３Ｄ画像の前記投影の前記放射線画像との前記画像の内容に基づく位置揃えは、画像に基づく３Ｄ−２Ｄ位置揃えであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. 画像に基づく３Ｄ−２Ｄ位置揃えは、
   前記３Ｄ画像を繰り返し式で配置し、
   前記３Ｄ画像と前記投影画像との間の類似性スコアの測定が最適となるまで前記画像を配向させる
   ことを行なうパラメータＭの剛体変換であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記類似性スコアの前記測定は、
   前記３Ｄ画像から合成画像を形成するステップと、
   前記変換の前記パラメータの推定の関数として前記合成画像を前記放射線画像と比較するステップとを含んでいる
   ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記類似性スコアの前記測定は、
    前記３Ｄ画像及び前記放射線画像の両方において原線、具体的には血管の中心線を抽出するステップを含んでいる
    ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 前記テーブル及び／又は前記患者が前記医学的介入時に運動しているときには、前記患者の頭部及び／又は前記テーブルに載置された付加的な外部センサにより前記位置揃えを行なうことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記テーブル及び／又は前記患者が前記医学的介入時に運動しているときには、新たな放射線画像を取得してパラメータＭの前記剛体変換を再計算することを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 肝臓又は心臓のような非剛体器官に対する医学的介入の場合に、前記器官の変形及び／又は運動を補償するために、パラメータＭの前記剛体変換を用いて、前記放射線画像に対する前記３Ｄ画像の前記投影の実時間補正を行なうことを特徴とする請求項８〜請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記３Ｄ画像が事前取得又は他のモダリティから得られているときに、前記医学的介入の前に初期化の剛体変換を算出することを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 請求項１〜請求項１４のいずれか一項による放射線画像の位置揃えの補正の方法の具現化のためのＸ線医用システム。

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