JP2013540042A - 患者のモデル構築を最適化するための、選択される画像を取得する技術 - Google Patents

Abstract

取得した画像データに基づき、被験体のモデルの生成、もしくはモデルの再構築を可能とするシステムおよび方法が開示される。複数の方向から被験体の画像が取得可能なように、被験体に対して移動可能な十分に可動性のあるシステムにおいて、画像データは取得できる。複数の方向は、最初および最後の方向、ならびに、モデル構築を可能とする適切な画像データセットを取得するために画像データの収集器もしくは検出器が移動できる所定の経路を含み得る。

Description

本開示は被験体の撮像法に関し、特に、当該被験体に対する撮像装置の最適な移動の決定および実行、ならびに、当該被験体モデルの構築に関する。

本項では、必ずしも従来の技術ではない本開示に関する背景知識を提供する。

人間の患者などの被験体は、当該患者の解剖学的構造を修復または増強させる外科手術を受けることを選択したり、または要求されたりする。解剖学的構造の増強は、骨の移動または増加、埋込装置の挿入、その他の適切な手術などの様々な手術を含み得る。ＭＲＩ（磁気共鳴映像法）システム、ＣＴ（コンピュータ断層撮影法）システム、Ｘ線透視撮影システム（Ｃアーム撮像システムなど）、または、他の適切な撮像システムを用いて取得できる患者の画像を用いて、外科医は上記被験体に手術を施すことができる。

手術（手術の計画および手術の実施を含む）を実施する際に、患者の画像は外科医の助けとなり得る。外科医は、患者の２次元画像表現あるいは３次元画像表現を選択できる。これらの画像は、手術が実施されるとき、覆っている組織（皮膚組織および筋肉組織を含む）を除去することなく、患者の解剖学的構造を外科医が確認可能なようにすることにより、侵害性の低い技術を用いて、外科医が手術を実施する際の役に立つ。

本項では、本開示における概要を提供するが、本開示の全範囲または本開示の全構成を包括的に開示している訳ではない。

各実施形態によれば、撮像システムを用いて被験体の画像データを取得する方法が開示される。上記方法は、関心のある部位に対して撮像システムを配置するステップを含む。上記部位は、少なくとも人間被験体の一部によって覆われている。上記撮像システムは、ソースから放出されるＸ線などのエネルギーを検出する検出器を含み得る。上記ソースおよび上記検出器は、通常、ガントリにおいて互いに反対に設けられている。上記ソースおよび上記検出器を上記ガントリの内部で移動させるローターが、上記ガントリに配置されていてもよい。反対の位置を維持するために、通常、上記検出器の移動は、上記検出器に相対的な定まった位置における上記ソースの移動を含む。

上記方法は、上記人間被験体の選択される画像データセットを取得するために、上記ガントリと上記ガントリの内部の検出器との既知の可能な移動に基づき、上記人間被験体に対して所定の最初の方向に上記ガントリを配置するステップと、上記人間被験体の上記選択される画像データセットを取得するために上記人間被験体の画像データを取得する一方で、上記人間被験体に対して所定の最後の方向へと上記ガントリおよび上記検出器の少なくとも１つを移動させるステップとをさらに含み得る。取得された上記画像データに関する上記人間被験体の一部の３次元モデルは、上記画像データに基づいて構築できる。そして、上記３次元モデルが表示できる。上記撮像システムを用いて取得された上記人間被験体の上記画像データは、上記被験体の２次元投影を含んでもよい。これらの投影は、上記ソースからのＸ線を検出することによって取得される。上記３次元モデルは、取得された上記画像データから導出された、かつ／または、取得された上記画像データから生成された、３次元容積測定モデルであってもよい。２次元投影は、３次元オブジェクトまたは３次元モデルの線積分のモデルから生成することもできる。

ここで与えられた記述から、さらなる適用範囲が明らかとなる。本概要における説明および具体例は、説明目的のみを意図しているに過ぎず、本開示の範囲を限定することを意図している訳ではない。

手術室における撮像システムの環境を示す図である。 被験体のモデルを描画するために被験体の画像データを取得する手順のフローチャートである。 図２のフローチャートの一部を拡大したフローチャートである。 撮像システムの可能な移動を示している。 撮像システムの可能な移動を示している。 撮像システムの可能な移動を示している。 撮像システムの可能な移動を示している。 撮像システムの可能な移動を示している。 図２のフローチャートの一部を拡大したフローチャートである。

ここで説明される図面は、選択された実施形態の説明のみを目的としたものであり、可能な全ての実行ではなく、本開示の範囲を限定することを意図している訳ではない。

複数図面に渡って一致している参照番号は、対応する部材を示している。

以下、添付図面を参照して、実施形態の一例をより詳細に説明する。

図１に関して、手術室１０における外科医１２等のユーザは、患者１４に対して手術を実施できる。手術の実施に際して、ユーザ１２は撮像システム１６を使用して、手術を実施するために患者１４の画像データを取得できる。取得される患者１４の画像データは、Ｘ線撮像システムにより取得される２次元（２Ｄ）投影（以下で開示されるものも含む）を含む。ただし、ここで開示される容積測定モデルの２Ｄ前方投影もまた生成できるということが理解できる。

取得される画像データを用いて、モデルが生成できる。このモデルは、代数反復技術を含む様々な技術を用いて取得された画像データに基づいて生成される３次元（３Ｄ）容積測定モデル（これもまた、以下で議論される）であってもよい。表示画像データ１８は、表示装置２０に表示されてもよい。表示画像データ１８は、２Ｄ画像、３Ｄ画像、あるいは、時間変化する４次元画像であってもよい。また、表示画像データ１８は、取得された画像データ、生成された画像データ、取得された画像データと生成された画像データとの両方、あるいは、当該両方の種類の画像データを合併したものを含み得る。

取得される患者１４の画像データは、例えばＸ線撮像システムを用いた２Ｄ投影として取得できるということが理解できる。その後、患者１４の３Ｄ容積測定画像データを再構築するために、２Ｄ投影は使用される。また、３Ｄ容積測定画像データから、理論的なあるいは前方への２Ｄ投影が生成できる。従って、画像データは、２Ｄ投影と３Ｄ容積測定モデルとのいずれか、あるいは両方であってもよいということが理解できる。

表示装置２０は、キーボードなどの入力装置２４と、プロセッサシステム２２に内蔵された１つ以上のプロセッサ２６（この１つ以上のプロセッサは、並列処理コアのプロセッサ、マイクロプロセッサなどを含んでもよい）とを含むプロセッサシステム２２の一部であってもよい。表示装置２０を駆動させて画像データ１８を描画させるデータ通信のための接続部２８が、プロセッサ２６と表示装置２０との間に設けられていてもよい。

撮像システム１６は、アメリカ合衆国のルイビル、コロラド州に事業所を有するメドトロニックナビゲーション株式会社によって市販されているＯアーム（登録商標）撮像システムを備えていてもよい。なお、選択される手術中に使用されるＯアーム撮像システム、またはその他の適切な撮像システムを備えた撮像システム１６は、２００９年５月１３日に出願された米国特許出願番号１２／４６５，２０６（参照によりここに盛り込まれる）に記載されている。

Ｏアーム撮像システム１６は、制御パネルまたはシステム３２を含む可動カート３０と、ソースユニット３６および検出器３８が配置された撮像ガントリ３４とを含む。可動カート３０は、ある手術室から他の手術室へと移動させることができる。また、ここでさらに議論するように、ガントリ３４は、カート３０に対して相対的に移動可能である。これにより、撮像システム１６は、固定された撮像システム専用の資本支出またはスペースを必要とせず、複数の場所において複数の手術に使用できるような可動性を得ることになる。

ソースユニット３６は、患者１４を通過して検出器３８によって検出されるＸ線を出射できる。当業者ならば理解できるように、ソース３６から出射されるＸ線は、コーンから出射されて検出器３８によって検出される。通常、ソースユニット３６／検出器ユニット３８は、ガントリ３４の直径の反対側に位置する。通常、検出器３８は、ガントリ３４内の矢印３９の方向に、患者１４の周囲３６０°の運動により回転移動できる。通常、ソース３６は、検出器３８の反対側かつ検出器３８から１８０°の位置に維持される。また、通常、ガントリ３４は、患者支持台または卓１５に配置される被験体１４に対して、矢印４０の方向に等角に傾ける、または揺らす（以下、「等傾する」とも称する）ことができる。ガントリ３４は、矢印４２に示すように、患者１４に対して相対的に傾けることもできる。また、ガントリ３４は、直線４４に沿って、患者１４およびカート３０に対して縦方向に移動させることもできる。また、通常、ガントリ３４は、直線４６に沿って、カート３０に対して、および患者１４の横において、上下に移動させることもできる。また、通常、ガントリ３４は、矢印４８の方向に、患者１４に対して垂直に動かすこともできる。これらにより、患者１４に対して相対的にソース３６および検出器３８を配置できる。患者１４の画像データを精密に生成するために、Ｏアーム撮像装置１６は、患者１４に対するソース３６／検出器３８の移動を精密に制御できる。撮像装置１６は、有線接続や無線接続、撮像システム１６からプロセッサ２６への物理メディアの移動を含む接続５０を介して、プロセッサ２６に接続できる。このようにして、撮像システム１６を用いて収集された撮像データは、プロセッサシステム２２へと渡り、ナビゲーション、表示、再構築などに用いられる。

簡潔には、各実施形態によれば、撮像システム１６は、非ナビゲーションまたはナビゲーション手術において使用できる。ナビゲーション手術では、患者１４に対するナビゲーション領域の内部で場を生成するために、あるいは信号を送受信するために、光学ローカライザ６０および電磁ローカライザ６２のいずれかまたは両方を含むローカライザが使用できる。患者１４に対するナビゲーション空間またはナビゲーション領域は、画像データ１８に登録できる。ナビゲーション領域の内部で定義されるナビゲーション空間と、画像データ１８により定義される画像空間とを登録できる。患者追跡器または動的参照フレーム６４は、患者１４に接続でき、画像データ１８に対して患者１４を動的に登録し、登録を維持することができる。

その後、患者１４に対して器具６６が追跡され、ナビゲーション手術が可能となる。器具６６は光学追跡装置６８および／または電磁追跡装置７０含む。光学ローカライザ６０および電磁ローカライザ６２のいずれかまたは両方を用いて、器具６６を追跡することが可能となる。器具６６は、電磁ローカライザ６２および／または光学ローカライザ６０のナビゲーションインターフェース装置７４と共に、通信線７２を含む。そして、各通信線７４、７８を用いて、通信線８０を介して、プローブインターフェース７４はプロセッサ２６と通信できる。通信線２８、５０、７６、７８、８０のいずれも、有線接続、無線接続、物理メディアの送信もしくは移動、または、その他のあらゆる適切な通信であってもよいことが理解できる。それにも関わらず、手術を実施するために画像データ１８に器具６６の追跡位置を描画できるようにするために、患者１４に対して器具６６を追跡できる個々のローカライザを備えた適切な通信システムが提供されてもよい。

器具６６は侵入性の器具、および／またはインプラントであってもよいということが理解できる。インプラントは、心室または血管のステント、背骨のインプラント、神経のステントなどを含む。器具６６は、脳または神経の深部の刺激薬、切除器具、その他の適切な器具などの侵入性の器具であってもよい。器具６６を追跡することにより、患者１４内部で器具６６を直接視認せずとも、登録された画像データ１８を利用して、患者１４に対する器具６６の位置を確認できる。

さらに、撮像システム１６は、光学ローカライザ６０または電磁ローカライザ６２のそれぞれによって追跡がなされる光学追跡装置８２または電磁追跡装置８４などの追跡装置を含む。追跡装置は、ソース３６、検出器３８、およびガントリ３４、または、撮像システム１６のその他の適切な部材と直接的に関連しており、選択される参照フレームに対する相対的な検出器の位置または配置を決定してもよい。図示の通り、追跡装置は、ガントリ３６のハウジングの外部に配置されていてもよい。従って、撮像装置１６は、患者１４に対して器具６６を追跡可能である。これにより、画像データ１８に関連付けた患者１４の初期登録、自動登録、または、継続的な登録が可能となる。登録およびナビゲーション手術は、上記の通り、盛り込まれた米国特許出願番号１２／４６５，２０６において議論されている。

図２を参照すれば、フローチャート１００は、撮像システム１６を用いて画像データを取得し、取得した画像データおよび選択される再構築を用いて手術を実施し、選択される手術の成功の検査／確認／決定を行う例示的な手順を示している。フローチャート１００は、開始ブロック１０２から開始し、撮像される被験体の解剖学的構造の部位を選択するブロック１０４へと進む。被験体の適切な部位の選択は、撮像用の患者１４の部位の選択を含む。例えば、背骨の移植が腰部になされる場合、患者の腰部が選択され、撮像される。同様に、脳または神経の手術が実施される場合、患者１４の脳または頭部が撮像される。同様に、骨盤、脚、または、被験体１４の解剖学的構造における他の適切な部位が撮像される。

一旦、部位が選択されれば、ブロック１０６において当該部位が入力される。部位が入力された後、ブロック１０８において撮像システム１６の最適な移動が自動的に決定かつ／または再び呼び出される。通常、撮像システム１６の移動は、患者１４の縦軸１４Ｌの周囲３６０°をソース３６および検出器３８が移動することと、患者１４に対してガントリ３４が移動することとを含む。ガントリ３４の移動は、等角に傾ける角度移動４０と、傾ける移動４２と、縦移動４４と、患者１４に対するガントリ３４のその他の移動とを含む。単独またはガントリ３４の移動を伴う検出器３８の移動により、患者１４に対して検出器３８およびソース３６が移動する。患者１４に対する、選択される複数の位置および方向において、画像データは取得される。

ブロック１１２において、最適な移動は、最初の３次元モデルを生成するために十分な画像データの取得に基づいてなされる。最適経路に沿って撮像システムが移動している間に取得された画像データを用いて、以下で議論するようにしてモデルは生成される。当該最適経路は、放射線の最小の使用または露出で、適切な画像データが収集できる経路である。データ収集における最小かつ適切な重複を有する画像データを取得するために、上記画像データの収集が最適化される。最適化により、画像データの収集中における順序的／段階的な画像の収集または継続的な画像の収集が可能となる。いずれにせよ、撮像システムにおいて最適経路が自動的に適用され、該経路において、適切な量の画像データが収集される。

また、患者１４に対する所定の検出器の位置においてのみ画像データを取得する手動の経路は、上記最適経路とは異なっていてもよい。これにより、患者の画像データは最小かつ適切な量だけ収集されるので、画像データを取得するための最小限の放射線量のみの使用が可能となる。この経路は、画像データの収集を達成するために患者１４に対して非円運動であって、かつ、当該経路における始点すなわち最初の位置から最後の位置までの間における、選択される時間において移動させるように設計されていてもよい。

ブロック１０８において最適な移動が自動的に決定された後、撮像システム１６は、ブロック１１０において最適な移動に従って移動する。使用されるソース３６／検出器３８の移動中、患者１４の画像データが取得される。併せて、画像データは、分析かつ再構築するために、例えば、プロセッサ２６へ送信されたり、あるいは、あらゆる適切な記録媒体へ格納される。続いて、被験体の最初の３次元モデルが自動的に再構築される（ブロック１１２）。３次元モデルの再構築は、最適化のための代数的技術などを用いたあらゆる適切な方法で実行される。

適切な代数的技術は、当業者によって通常理解されるような、期待値最大化法（ＥＭ）、オーダーサブセット期待値最大化法（ＯＳ−ＥＭ）、同時代数的再構成法（ＳＡＲＴ）、および、全変動最小化を含む。２Ｄ投影に基づく３Ｄ容積測定の再構築の実行を適用することにより、効率的かつ完全な容積測定の再構築が可能となる。通常、代数的技術は、画像データ１８の表示のために、患者１４の再構築を実行するための反復処理を含む。例えば、”理論的”な患者の地図または定型化されたモデルに基づく、あるいは、該地図または該モデルから生成されるような純粋なあるいは理論的な画像データの投影は、当該理論的な投影画像が、取得された患者１４の画像データの２Ｄ投影と調和するまで、繰り返し変化する。その後、定型化されたモデルは、選択される患者１４の、取得された２Ｄ投影画像データの３Ｄ容積測定再構築モデルとして、適切に変化し、ナビゲーション、診断、または、計画などの外科的な世話に使用される。理論的なモデルは、理論的なモデルを構築するための理論的な画像データに関連している。このようにして、撮像装置１６を用いて取得された患者１４の画像データに基づき、モデルまたは画像データ１８が構築できる。

最適な移動により患者１４の周囲を移動するソース３６／検出器３８の配置により、ソース３６／検出器３８が患者１４の周囲を十分に環状、すなわち３６０°の角度の移動により、２Ｄ投影画像データが取得できる。また、ガントリ３４が移動するので、検出器は、必ずしも純粋な円運動を行う必要はない。むしろ、患者１４についてまたは患者１４に対して、らせん運動などの回転移動を行ってもよい。また、ガントリ３４と検出器３８との両方を含む撮像システム１６の移動に基づいて、上記経路は十分に非対照的かつ／または非線形であってもよい。言い換えば、最適経路に従って、検出器３８およびガントリ３４が停止して今来た方向へと後退（例えば、振動）するように、上記経路は連続的である必要はない。このように、ガントリ３４は傾くかあるいは移動する可能性があるので、検出器３８は、患者１４の周囲３６０°を必ずしも完全に移動する必要はない。検出器３８は、停止して既に通過した方向へと後退してもよい。

その後、ブロック１１４において、再構築されたモデルが表示装置２０に表示される。上記において議論した通り、画像データを生成するために、あるいは、手術室１０における実質的にブロック１０４において選択された部位に関する患者１４もしくは患者１４の一部のモデルを再構築できるようにするために、撮像システム１６が使用できる。従って、撮像装置１６は、実施される手術の直前または手術の最中に使用できる。また、撮像装置１６は、車輪または他の可動部を有するカート３０を用いて、ある手術室から他の手術室へと移動させることができる。このことは、撮像専用の手術室、あるいは、固定された撮像システムを備えた手術室の必要性を減少させる。

撮像システム１６は手術中または手術前に使用されるため、手術が実施されるか否かを判定するために、ブロック１１６の判定ブロックが利用される。手術が実施されない場合、ＮＯ経路に従い、終了ブロック１２０へと至る。患者１４を分析するために、ユーザ１２またはあらゆる適切な人もしくは技術者が、再構築された表示中のモデルを確認できるということが理解できる。適宜選択される分析、診断、または、計画のために、再構築されたモデルが利用できる。手術が実施される場合、ＹＥＳ経路１２２に従い、手術がナビゲートされるか否かが判定される第２の判定ブロック１４０へと至る。

手術がナビゲーションされない場合、ＹＥＳ経路１４２に従い、ブロック１４４において、被験体に関連する適切な参照フレーム（動的参照フレーム６４など）に対して、再構築されたモデルを登録する。患者１４上において境界標識または基準点を特定すること、画像データ１８において関係しているマークを特定することなど、あらゆる適切な方法により、登録が実行されてもよい。登録は、実質的に自動的になされてもよいし、撮像装置１６に対して患者１４を既知の位置に配置することにより内在的になされてもよいし、あるいは、手動的になされてもよい。一旦、登録が達成されれば、選択されたローカライザ６０、６２を用いる適切な追跡システムにより追跡され、かつ、患者１４に接続される動的参照フレーム６４とともに、登録が維持されてもよい。一旦、登録されれば、ブロック１４６において、手術はナビゲーション可能に実施される。

ナビゲーション手術を実施しないことが選択される場合、ＮＯ経路１４８に従い、ブロック１５０において、選択される手術をナビゲーションなしに実施する。ナビゲーションを必要としない場合、器具を追跡するためにローカライザ６０、６２が使用される必要はなく、特殊な手術を決定するために、または、適切な移植もしくは同種のものを選択する際の分析のために、再構築された画像モデルが使用できる。

一旦、手術が実施されれば、ブロック１６０において、確認画像を取得することが選択される。確認画像は、予定されていた計画などに従い、満足に手術が完了したかを確認するために使用できる。確認画像の量は、ブロック１１０において取得された画像データと等しくてもよいし、少なくてもよいし、あるいは、多くてもよい。ブロック１６０において確認画像を取得することが選択された後は、ブロック１６２において識別画像が取得される。識別画像は、患者１４に対して不連続な位置において、患者１４の画像のうち制限された枚数だけ選択できる。

ブロック１６２において識別画像が取得または入手された後は、ブロック１６４において、比較画像を取得する撮像素子の最適経路が自動的に決定される。ブロック１６２において識別画像を取得する手順、および、ブロック１６４において比較画像のための最適な比較のための撮像素子の経路を自動的に決定する手順について、以下ではさらに詳細に説明する。最適な比較経路を決定することは、衝突部位を回避することを含む。このことは、ユーザ入力またはシステムが、配置されている器具の配置を再び呼び出し、最適経路の中でこれらが衝突することを回避することを含む。衝突を引き起こす可能性がある品目は、必ずしも手術器具である必要はなく、手術室にあるその他の品目であってもよい。それでも、一旦、比較画像を取得するための最適な比較経路が決定されれば、ブロック１６６において撮像素子が最適な比較経路に沿って移動でき、ブロック１６８において最適な比較経路における移動の間、比較画像データが取得できる。

ブロック１７０において、最初の再構築モデルと比較するための比較画像データを用いて、後処理３Ｄ再構築モデル（ここでは比較モデルとも称する）の自動的な再構築が実行される。後処理または比較モデルは、一部または全ての手術が実施された後に取得される患者１４の２Ｄ投影などの画像データに基づく。ここでさらに議論されるように、比較画像データを最初の３次元モデルと比較することのみに基づき、新たなあるいは最初の前処理３Ｄ容量測定再構築モデルを生成するために使用できる同様の代数反復技術を用いて、比較モデルが再構築できる。その後、ブロック１７２において、表示装置２０を含む適切な表示装置に比較モデルが表示され、ブロック１２０にて手順は終了する。

このように、ブロック１２０において終了する、最初の患者画像の取得およびモデル再構築のために、最適経路を自動的に決定することを含む、異なるまたは多重の手順のためにフローチャート１００が使用できることが理解される。しかしながら、手術を実施することと、ブロック１１２からの最初の再構築モデルを用いて、手術のナビゲーションを許可することとが、また判定される。手術はナビゲーションされるか、または、ナビゲーションされず、そして、手術後に、実施された手術の結果を確認するために、患者１４を撮像するための撮像装置１６を用いて取得される比較画像データを用いて、確認または検証が実施される。手術を実施し、画像データを用いた比較モデルの比較もしくは生成を実施した後、本方法は、ブロック１２０において終了できる。

フローチャート１００は、患者の画像を取得することにより開始し、患者のモデルを再構築し、手術を実施し、追加的な撮像により、手術を確認または検証する手順または方法を示している。上記で議論したとおり、ブロック１０８において撮像素子の最適な移動を自動的に決定することは、様々なステップまたは手順を含んでもよい。図３に示す本方法のフローチャート２００のように、ブロック１０８において撮像素子の最適な移動を決定する手順がフローチャート２００に示されている。フローチャート２００は、フローチャート１００のブロック１０８および１１０の拡大であるものと理解できる。従って、選択される部位を入力することを含むブロック１０６が、方法２００を開始する。その後、方法２００は、被験体１４の最初の３次元モデルを再構築するブロック１１２に流れて終了する。従って、フローチャート２００は、拡大されて詳細に示されたフローチャート１００の一部であるものと理解できる。

一旦、ブロック１０６において部位が選択されれば、入力された部位に基づいて記憶装置から最適経路を呼び出すことにより、フローチャート２００は、ブロック２０２から開始する。最適経路を呼び出すことは、カート３０に含まれているか、プロセッサ２６に付随しているか、あるいは、その他の適切な位置にある記憶システムへとアクセスすることを含む。ブロック１０６において入力された部位に基づいて、選択されたかもしくは最適な、被験体１４の画像データを取得するために、人間の患者、撮像システム１６のジオメトリ、撮像システム１６の可能な移動、および、その他の基準などの、一般的なあるいは標準的な被験体の解剖学的構造の、予め取得もしくは決定されている知識に、最適経路２０２は基づいている。例えば、最適経路は、患者３８に対する検出器３８の最適な開始位置もしくは初期位置、患者１４に対する検出器３８およびガントリ３４の移動、および、患者１４に対する検出器３８の最終位置を含む。上記経路は、患者１４の選択された部位のブロック１１２における最初の３次元再構築を可能とする、画像データの最適な収集を達成できる。

最適経路は、患者１４または現在の患者１４の前の患者の画像データ取得についてのテストおよび分析に基づいてもよい。分析は、多様な患者および複数の患者についての取得されたテスト画像データに基づく。その後、画像データに対して統計的な分析およびその他の分析が適用され、選択された部位を撮像するために、患者に対して検出器３８を配置するための最適な位置を決定する。その後、撮像装置の移動範囲内で、検出器３８の移動経路が決定され、決定された位置において最適な画像データを取得する。通常、最適経路は、最適な量の画像データの取得を可能とし、ソース３６からの放射線に対する最小の露出とともに、本物の、もしくは適切な患者１４の３次元再構築を可能とする。最適経路を決定する方法に関わらず、最適経路はブロック２０２において呼び出され、患者１４に対する撮像システム１６の移動を決定もしくは入力する。

ブロック１１２において、患者１４の最初の３次元画像モデルを形成または再構築するために十分な画像データを取得するために、最適経路は使用されるが、患者の放射線に対する制限された露出、または、制限された画像取得時間を伴う。最適経路は、移動経路と、取得される画像データの位置におけるタイミングおよび枚数との両方を含む。このように、検出器３８は、患者１４に対して選択された経路の中を移動することと、画像データの取得を停止すること、もしくは、選択された速さにおいて画像データを収集することのいずれかとを、指示される。

それゆえ、最適経路は、モデルの再構築を可能とする撮像位置における、実質的に、必須な重複のみと共に、適切な量の画像データを取得する。このことは、放射線に対する露出を制限でき、また、画像データを取得するための、コントローラもしくは物理的な力のいずれかを用いる手動的な撮像システムの移動を排除できる。異なる視野における最低限のアンダー・サンプリングまたは不必要なオーバー・サンプリングを用いた再構築のために、十分な患者１４の画像データの視野が取得されることを保証するために、再構築のための画像データの取得における最適経路が使用できる。また、最適経路を組み合わせた撮像システムの移動は、全ての最適な撮像位置に検出器３８が到達できることを保証できる。

ブロック２０４において、患者１４は、撮像システムに対して選択された位置に配置される。この配置は、ブロック２０２から呼び出された最適経路に基づく。撮像システム１６に対して患者１４を配置することは、手術ベッドまたは支持台１５の上に患者を配置することを含む。また、固定紐またはメンバー２０８を用いて、患者を患者支持台１５に固定することをさらに含む。さらに、選択された撮像システム１６に対して患者１４を配置することは、ガントリ３４に対して選択された位置に、患者１４を配置することを含む。カート３０に対して選択された位置に、あるいは、撮像システムを基準としたその他の位置に、ブロック１０６から入力された選択された部位が配置されるようになされる。ガントリ３４のカート３０へのカート３０に対する機械的結合により、ガントリ３４は移動させることができる。また、最適経路は、カート３０の基準点に対して言及される。このように、患者１４または他の被験体は、カート３０の基準位置に対して配置される。従って、基準位置に対して最適経路が得られる。例えば、腰部が撮像される場合、カート３０の基準点、および、基準点から約１５ｃｍの位置に、Ｌ１腰椎が一直線となるように、患者が配置される。変わりゆく患者の解剖学的構造および患者１４の配置の僅かな違いに基づき、選択される補完量を用いて、再構築が生じ得ることが理解される。

さらに、検出器３８は、ガントリ３４内のレールまたはトラックシステムに配置され、環状のガントリ３４に対して定義される中心の周囲を回転できる。それゆえ、検出器３８は、カート３０に対しても移動する。したがって、患者１４は、カート３０を含む撮像システム１６に対して相対的な位置に移動する。撮像システム１６は、ブロック２０２において呼び出された最適経路に従って画像データの取得を可能とするために、患者１４に対して選択された位置に、検出器３８を配置することを可能とする。再び、基準点に対して患者１４は移動できる。この基準点に対して最適経路が選択され、一旦、ブロック２０４において選択された位置に患者１４が配置されれば、最適経路に従うように検出器３８が導かれる。

一旦、ブロック２０４において、撮像システムに対して選択された位置に患者１４が配置されれば、ガントリ３４はブロック２０６における開始位置へと移動し、検出器３８はブロック２０８における開始位置へと移動する。撮像システム１６は、標準的なまたは設定された開始位置を含む、一時停止または静止する方向を有していてもよいことが理解できる。この開始位置は、各々の最適経路において特定の開始位置へと移動するガントリ３４または検出器３８を要求しないものの、代わりに、標準的な撮像システムの開始位置である。それでも、最適経路は、選択された最適な開始位置を含んでいてもよい。選択された開始位置は、ブロック２０６においてガントリ３４を開始位置へと移動させ、ブロック２０８において検出器３８を開始位置へと移動させることにより達成できる。

さらに、検出器３８を移動させることは、患者１４およびガントリ３４をわたって、検出器３８に対して、実質的に直径の反対側にソース３６を移動させることも含むことが理解される。上記で議論されたように、また、当業者によって理解されるように、ソース３６はＸ線放射線源であってもよい。通常、検出器３８は、撮像される患者１４などの被験体の反対側において、ソース３６に対して直接反対側に配置される。それゆえ、検出器３８の移動についてのここでの議論は、概して、ソース３６の固有の移動を含み、検出器３８によって検出される適切な方法において、Ｘ線ビームが患者１４を通過することを保証する。

ブロック２０６、２０８それぞれにおいて、ガントリ３４および検出器３８が開始位置に移動した後は、ブロック２１０はソース３６から出射されたＸ線の検出を含む。当業者によって理解されるように、一旦、検出が開始されれば、画像データの取得もまた開始する。従って、ソース３６の反対側に検出器３８が配置されている場合、Ｘ線ビームの中にいる患者１４と共に、患者１４の検出器により画像データが検出される。ブロック２１０においてＸ線の出射および検出が開始した後は、判定ブロック２１２は、次回の移動が何であるかを判定することを可能とする。ブロック２０２における最適経路により、１つの撮像位置のみが要求あるいは決定されている場合、非決定経路２１４に従う。非決定経路２１４に従う場合、プロセッサはフローチャート２００を終了し、フローチャート１００から再構築ブロック１１２へと遷移する。

しかしながら、より完全な、もしくはより優れた患者１４のモデルの再構築を可能とするように、患者１４に対して検出器３８の多重の方向を達成するために、通常、ガントリ３４および／または検出器３８の移動が選択されてもよい。特に、３次元モデルを再構築するときは、３次元の再構築を可能とするために、患者１４に対する検出器３８の複数の方向または位置を取得するように、上記移動が選択されていもよい。特に、患者１４の周囲の完全な３６０°、すなわち、ブロック１０６において入力された部位の周囲３６０°の円において、Ｘ線およびそれによる画像データの検出を可能とするために、患者１４の周囲を少なくとも３６０°だけ検出器３８を移動するように、上記移動が選択されてもよい。しかしながら、検出器３８の移動は円である必要はなく、上記で議論したように、らせん状などであってもよい。

しかしながら、通常、検出器３８の移動は、段階的、順序的、または連続的であってもよい。また、画像データの取得もこの処理に従ってもよい。言い換えれば、検出器が最適経路を移動するにつれて、検出器３８が連続的に、あるいは実質的に連続的に（例えば、検出器のリフレッシュレートが約１０ミリ秒）、患者１４の画像データを収集できるようになっていてもよい。連続的な収集の代わりとして、あるいは、それに加えて、１つの最適位置から他の位置へと検出器３８が移動し、より多くの段階的な画像データ取得を生ずるために、選択された位置において、制限された画像データのみを収集してもよい。

従って、通常、次回の移動は何であるかを決定するブロック２１２は、５つの移動の選択の少なくとも１つへと導かれる。撮像システム１６は、あらゆる適切な方法により移動できることが理解される。また、ここで議論された方法は、Ｏアーム（登録商標）撮像システムの例示的な移動である。それでも、ブロック２１６における最初の型の移動は、患者の周囲における検出器３８の回転移動を含む。図４Ａに例示されるように、通常、検出器３８の回転は、撮像システム１６が有するガントリ３４の周囲における環状または円状の経路において、矢印３９の方向における検出器３８の移動を含む。検出器が環状の経路３９を移動するような、患者１４に対する検出器３８の移動により、撮像システム１６内に配置された患者１４は、Ｘ線を用いて撮像される。ブロック２０２において最適経路により選択されるように、精密なステップまたは十分に連続的な移動において、モーター部は、ガントリ３４内のトラックに沿って検出器３８を移動させることができる。

図４Ａに示すように、ブロック２１８において選択される移動は、患者１４およびカート３０に対する、矢印４８の方向におけるガントリ３４の垂直移動を含む。ガントリ３４の垂直移動は、手術器具または他の器具を十分に排除することと共に、患者支持台１５の上でカート３０に対して患者１４を配置することを可能とする。その後、ここで議論したように、選択された経路において検出器３８を移動させるために、選択された位置へとガントリ３４が移動できる。

図４Ｂに示すように、ブロック２２０において、患者１４またはカート３０に対して通常は矢印４２の方向に、ガントリ３４は傾けることもできる。ガントリ３４を傾けることは、ベクトルＸＶ１が示すように、ベクトルＸＶ１が示す第１の位置から、ベクトルＸＶ１´が示す第２の位置または方向、かつ、傾いたガントリ３４ａの中の検出器３８ａの第２の方向へと、Ｘ線ビームを傾けることを可能とする。従って、患者１４に対する、検出器３８の選択された方向を提供するために、ガントリ３４は患者１４に対して傾けることができる。患者１４に対する、検出器の経路すなわち検出器３８の移動経路において、選択された期間もしくは時間において、ガントリ３４が傾けられることが理解される。従って、図４Ａに示す開始位置から患者１４に対して約９０°回転した位置へと検出器は移動することができ、ガントリ３４は患者１４に対して傾けることができ、検出器３８は、同じく９０°に戻って過去に移動したのと同じ方向に追加の弧を移動するか、あるいは、過去に通過した弧の一部へと戻ることができる。検出器３８はガントリ３４内で３６０°全体を回転してもよく、ガントリ３４は傾くことができ、ガントリの内部の自身の最初の開始位置の方向であるものの、患者１４に対して傾いたガントリ３４によりここで定義される異なる経路に沿って、検出器３８がガントリの内部の逆方向に戻る、すなわち移動してもよいことがさらに理解できる。

図４Ｃに示すように、ブロック２３０において、ガントリ３４は垂直方向にも移動できる。通常、移動は図１にも示す矢印４４の方向に行われる。通常、この方向は患者１４Ｌの垂直軸に沿っている。さらに、第１の位置もしくは選択された位置から影３８ｂに示す第２の選択された位置へと検出器３８を移動させるために、ガントリ３４の移動が利用される。このように、第１の選択された位置３４から第２の選択された位置３４ｂへとガントリ３４が移動し、続いて、ベクトルＸＶ２が示す第１の位置からベクトルＸＶ２´が示す第２の位置へとＸ線ビームの方角もしくは方向が移動できる。

ブロック２４０において、図４Ｄに示すように、ガントリ３４は等傾もできる。図１にも示すように、通常、ガントリ３４の等傾は、矢印４０の方向に実行される。ガントリ３４の等傾は、ガントリ３４に接する直線の周りの弧の一部の中において、ガントリ３４を移動させる。ガントリ３４の等傾は、図４Ｄの３８に示す第１の位置から図４Ｄの影３８ｃに示す第２の位置へと検出器３８を移動させることができる。図４Ｂに示すブロック２２０におけるガントリ３４を傾けることのみによっては不可能な、患者１４に対する検出器３８の異なる方向を、ガントリ３４の等傾は可能としている。また、適宜、図４Ｄに示すように、患者１４に対する検出器３８および個々のＸ線のベクトルを移動させるために、患者１４に対してガントリ３４は等傾できる。

最後に、図４Ｅに示すように、ブロック２５０において、ガントリは上下に移動できる。カート３０もしくは患者１４に対するガントリ３４の上下移動は、図４Ｅの３８に示す第１の位置から図４Ｅの影３８´に示す第２の位置へと検出器３８を移動させることができる。従って、ガントリが第２の位置３４ｄ´へと移動するにつれて、Ｘ線のベクトルは、第１の位置ＸＶ４から第２の位置ＸＶ４へと移動する。患者１４の垂直軸に対してＸ線のベクトルＸＶが概して実質的に垂直のままであることを、図４Ｅに示す移動は示している。しかし、撮像システム１６の移動は組み合わせることができることが理解される。

従って、矢印４６の方向への移動により示される、もしくは定義される、ガントリ３４の上下移動は、単にガントリ３４を傾けることもしくは等傾させることによっては不可能な、Ｘ線のベクトルすなわちＸ線ビームのベクトルを患者１４に対して移動させるために、ブロック２４０における等傾、および、ブロック２２０における傾けることと、組み合わせてもよい。ガントリ３４と検出器３８との協調移動は、患者１４に対する垂直の旋回運動とその他の協調移動を生じさせてもよい。患者１４に対して移動中、複合的な軸の移動を成し遂げるために、ガントリ３４および検出器３４が、実質的に同時もしくは事実上同時に移動することを、協調移動は可能とする。

一旦、次回の移動が決定されれば、ブロック２１６、２１８、２２０、２３０、２４０もしくは２５０のうちの１ブロックにおいて、移動が達成される。それぞれの移動ブロックのうちの１ブロックにおいて、適切な移動が決定もしくは実行された後は、ブロック２６０においてさらなる判定ブロックが利用され、その他の移動が必要であるか否かを決定する。追加的な移動が不必要である場合、ＮＯ経路２６２に従い、再構築ブロック１１２へと至り、既に議論したフローチャート１００に従う。

選択されたデータセットの取得を達成するために、元の位置もしくは開始位置からの１つの移動のみを、ある最適経路が要求してもよいことが理解される。さらに、検出器２１６の移動は、連続的な移動を含む得る、あるいは、ある量の移動を含む得ることが理解される。従って、ブロック２１２において選択された移動が、検出器３８の移動である場合、３６０度の１つの通過もしくは走査は、患者１４から生成されてもよいし、画像データの取得、もしくは、ブロック１１２の再構築に必要となる移動のみであってもよい。

それでも、異なる移動の組み合わせなどの追加的な移動が要求されてもよい。それゆえ、ＹＥＳ経路２６４に従って最初の判定ブロック２１２へと戻り、次回の移動は何であるかが決定される。次回の移動は、ブロック２０２において呼び出された最適経路に含まれていてもよい。また、選択された傾ける移動もしくは並進などの追加的な移動を、次回の移動が含んでもよい。あるいは、次回の移動は、選択された量だけ検出器３８を移動させた後のガントリ３４の移動を含んでもよい。例えば、上記で議論したように、検出器３８は、約９０°などの一定の弧長を移動でき、その後、ブロック２２０において、検出器３８の最後の位置から約５°などの選択された量だけ、ガントリ３４は傾けることができ、これにより、検出器３８は、患者１４に対して異なる方向に移動することが可能となる。従って、ブロック２０２における最適経路による最適な画像データセットを取得するように、患者１４に対する実質的に複合した方向および運動により検出器３８を移動させるために、ブロック２６０における他の移動が必要であるか否かの決定が利用されてもよい。

ブロック２０２において呼び出される最適経路を特定もしくは決定するために使用される選択された量だけ、撮像システムは患者１４に対して移動できる。撮像システム１６の移動は、患者１４に対する、検出器３８の実質的に３６０°の回転、もしくは並進を含み得る。さらに、ガントリ３４を傾ける移動は、患者の縦軸１４Ｌに対して垂直な直線におけるいずれかの方向において、約３０度（°）〜約６０°であってもよいし、約４０°〜約５０°を含み、さらに、約４５°を含む。また、ガントリ３４は、約１０センチメートル（ｃｍ）〜約３０ｃｍの合計の縦並進を有し、約１５ｃｍ〜約２０ｃｍを含み、また、約１７．８ｃｍを含む。ガントリ３４は、患者１４の縦軸１４Ｌに対して実質的に垂直な直線におけるいずれかの方向において、約５°〜約２０°の等傾を有し、約１０°〜約１５°ならびに約１２°をさらに含み得る。最後に、ガントリ３４は、約２０ｃｍ〜約７０ｃｍ、約４０ｃｍ〜約５０ｃｍ、さらに、約４５．７ｃｍの合計の上下移動を有し得る。

最適経路により要求される、患者１４に対するあらゆる選択された位置において検出器３８を移動させるために、あらゆる可能な移動を組み合わせてもよい。しかしながら、ブロック２０２において呼び出される最適経路は、ブロック１０６において入力された部位に基づいていてもよく、人間被験体などの選択された種類の被験体に対して、実質的に標準化されてもよい。このように、分析、検出器の様々な位置において取得された画像データなどに基づいて、人間の患者に対して、最適経路は標準化されてもよい。例えば、椎骨の再構築を可能とするために、第１平面における２つの直交画像を取得すること、異なる位置において２つの追加の直交画像を収集するようにガントリ３４を傾け、ガントリ３４を等傾させること、および、反復することを最適経路は含み得る。患者１４に対する適切な視点を確保するために、撮像システム１６の移動が利用できる。また、各々の患者に対して最適な数の画像データの位置が取得されることを保証するために、最適経路が利用できる。

放射線使用および電力使用を、画像データを収集するための最小限もしくは最適な量のみに制限するために、画像データを取得するためにアクセスされる最適経路が利用できる。さらに、撮像システム１６の技術者もしくはユーザは、それぞれの新しい患者に対して、画像データを取得する位置を推測あるいは決定する必要はない。このことは、手術時間および訓練を削減する。言い換えれば、各画像のための検出器３８に対する患者１４の配置が適切であること、画像データを過剰に取得することにより撮像システム１６の知識の限界を過度に補うこと、それゆえ、必要よりも多くの電力および放射線を使用できることをユーザが保証することを、完全に手動のシステムは要求するかもしれない。また、モデルの再構築のために、最小限の画像データ取得位置の数もしくは放射線の使用を用いて、十分な画像データが取得されることを最適経路は保証できる。このようにして、オーバーサンプリングまたはアンダーサンプリングは回避できる。

人間の患者１４などの特定種類の被験体に対する手術の実施のほぼ直前における、画像データセットの取得を可能とする手術中に、最適経路は十分高速に記憶およびアクセスできる。手術の実施のほぼ直前とは、手術のために手術室１２が用意された後の時間、手術する患者１４もまた用意された後の時間、執刀医が手術室１２に入室した後の時間、あるいは、手術室１２に入室する支度をした後の時間を含むことが理解される。このようにして、患者１４の画像データは、通常は同じ部屋すなわち手術室における手術の実施のほぼ直前に取得される。

上記で簡潔に議論した図２に示すフローチャート１００は、画像データを自動的に取得し、患者の最初の再構築もしくはモデルを形成し、手術を実施し、確認もしくは検証手順を実施する方法を示している。フローチャート１００において上記で議論された確認もしくは検証手順のさらなる詳細は、図５のフローチャート３００に示される。フローチャート３００が示す手順は、上記で議論されたフローチャート１００に含まれることが理解される。多様な実施形態に係る、確認もしくは検証手順の理解のため、ここでさらに詳細に説明する。

選択された手術を実施した後、ブロック１６０において、比較再構築のための、確認もしくは検証画像を取得することが選択される。一旦、検証画像を取得するために、あるいは検証もしくは比較モデルを再構築するためにこの選択がなされたら、ブロック３０２において、手術の種類もしくは位置が入力される。ブロック３０２における位置もしくは手術の種類の入力は、手術の実施後にユーザ１２によって手動的に入力されるか、あるいは、初めにブロック１０４において選択された部位から呼び出すか、もしくは再び呼出すことができる。あるいは、ブロック１４６においてナビゲーション手術を実施することにより決定される。ブロック３０２における入力において、ナビゲーション手術は、移植の種類、患者１４の解剖学的構造の部位、または、手術の種類もしくは位置を決定するために使用されるその他の情報に関する入力を含み得ることが理解される。従って、ブロック３０２における手術の種類または位置の入力は、ユーザ１２もしくはその他のあらゆる適切な個人によって、選択される時間において、手動により入力されるか、自動的に決定されるか、または、過去の入力に基づいて再び呼び出される。

ブロック３０２における、手術もしくは位置の入力を用いてまたは用いずに、被験体１４の可能性のある変化もしくは増強の位置の判定が、ブロック３０４においてなされる。ブロック３０４において可能性のある位置の判定は、変化もしくは増強次第であり、ブロック１４６もしくは１５０において実施される手術に基づく患者１４の既知の移動に基づく。あるいは、ユーザ１２もしくはその他の適切な個人が手動により入力できる。例えば、手術が背骨を移植するものであった場合、どの椎骨が影響を受けたか、および、どの椎骨が比較再構築のために撮像されるべきかについて、知らされてもよい。入力手順に基づいて、または、ユーザ１２もしくはその他の適切な個人による手動的な入力に基づいて命令を実行する、プロセッサ２６もしくはその他の適切なプロセッサにより、自動的にこの判定はなされる。

また、手術がナビゲーション手術である場合、手術が実施される、および／または、登録された画像データに対して追跡される器具によって最初のモデルの面積もしくは体積が変化し得る患者１４の一部に関する入力をプロセッサは含み得る。患者１４は、表示装置２０に表示される画像データ１８に登録できる。画像データ１８は、最初の３Ｄ再構築モデルを含む。このようにして、最初の３Ｄモデルが患者１４に登録でき、器具６６の位置が患者１４および画像データ１８に対して追跡される。これにより、器具６６の位置、可能性のある患者１４の変化などを、プロセスもしくはシステム２６が順に判定することが可能となる。これは、ブロック３０４における入力として利用され、ブロック３１２において最適な比較経路を決定することを補助する。さらに、患者１４の可能性のある変化部位を決定することを補助するために、インプラントもしくは器具のジオメトリ、解剖学的な影響などが入力されてもよいし、あるいは、既知であってもよい。

さらに、可能性のある被験体の変化あるいは増強の位置を判定することは、インプラントが取り付けあるいは配置される椎骨など、手術によって直接的に影響を受ける解剖学的構造の一部と、手術の結果影響を受けるその他の解剖学的構造との両方を含み得る。例えば、背骨の移植が、１つの椎骨をその他の椎骨に対して再配置するものであった場合、直接移植されたか、あるいはインプラントと結合されたものを越えるその他の柔らかい組織もしくは椎骨が、患者１４の解剖学的構造の移動に起因して影響を受けてもよい。従って、被験体の変化位置もしくは増強位置の決定は、直接的な手術領域と、周辺の領域もしくはユーザ１２の決定、システムへの以前の入力、および、その他の記憶されたデータに基づく、被験体の解剖学的構造のその他の領域との両方を含み得る。

一旦、被験体の変化もしくは増強の判定がなされたら、ブロック３０６において、可能性のある変化もしくは増強の位置付近の識別位置において、識別画像データの取得が実行される。識別画像すなわち画像データは、患者１４に対して空間的に離れた位置において取得される、不連続の画像であってもよい。上記で議論されたように、検出器３８は、撮像システム１６の可能な移動に従って患者に対して相対的に移動できる。しかしながら、比較再構築モデルを形成するために、手術の結果変化した、患者１４のそれらの一部を撮像することのみが選択される。従って、比較モデルの再構築を実現するために撮像されるべきである、それらの領域を決定するために、患者１４に対して不連続な位置において、識別画像が生成できる。不連続な画像は、最初のもしくは比較再構築モデルを形成するために必要となる全ての画像の数、もしくは、検出器３８の全ての不連続な位置の数よりも少ない、１、２、３、もしくは、１０、または、あらゆる適切な数の画像などの少数の画像を含む。

一旦、ブロック３０６の不連続な位置において識別画像データが取得されれば、ブロック３０８において、最初の３次元モデル再構築と比較される。例えば、識別画像データは、選択された位置において取得される、患者の２Ｄ投影であってもよい。これらは、同一もしくは実質的に同一の位置における、患者１４の最初の３Ｄ再構築モデルからの前方投影もしくは理論的投影と比較される。このようにして、例え、患者１４に対する同じ位置において、１枚以上の識別画像投影として１枚以上の最初の投影が取得されなかった場合であっても、患者１４に対する一部において取得された識別画像データは、同一の前方投影位置と実質的に比較される。また、識別画像がブロック１１０からの第１の画像と直接比較できるように、ブロック１１０における画像データ収集位置の少なくともいくつかと実質的に同一の位置として識別画像が選択されてもよい。

上記比較から、最初の再構築モデルからの閾値の量よりも多くの識別画像データにおいて、変化が生じているか否かの判定がなされる。閾値は、あらゆる適切な水準において設定でき、撮像速度、再構築速度、画像取得もしくは放射線の照射量などにおいて選択される。しかしながら、閾値は、通常、最初のモデルと識別画像とが異なるか否かを判定するために使用される。差分は、ピクセルもしくはボクセルデータ（例えば、輝度、コントラストなど）における、統計的な差分、百分率の差分、または分散であってもよい。このように、閾値は、特定の画像に対して設定される値である必要はないことが理解される。

ブロック３０８においてなされる比較は、ブロック３０６において識別画像データが取得されるあらゆる不連続な位置が、最初の再構築モデルからの差分を含むか否かを判定することを補助できる。その後、ブロック３１０において、識別画像データに基づき、最初のモデル再構築から変化した被験体の領域が決定される。ブロック３１０における変化した被験体の領域の決定は、ブロック３０８の比較に基づく。例えば、第１の識別画像データが取得される第１の不連続な位置が、全く、もしくはほとんど変化を示さない（すなわち、閾値の水準を下回る）場合、変化した被験体の領域の決定は、第１の不連続な位置において生じなかったと判定される。最初のモデルに基づく投影と比較した識別画像データの約２％の変化を含み、さらに約１％の変化を含む、約０．１％〜約１０％の変化などの特定の閾値において、変化の量（例えば、閾値）が設定できることが理解される。解剖学的構造の一部の移動もしくは移植の包含、該領域の解剖学的構造の体積、または、他の適切な閾値に、変化量は基づき得る。比較において求められた変化量が、閾値を上回る変化量を示すものである、識別画像において追加的な画像を必要とする変化が発見された場合、ブロック３１０において決定はなされ得る。

ブロック３１０において、変化した被験体の領域が決定された後、変化した被験体の領域を撮像するための最適な比較経路の決定が、ブロック３１２においてなされる。最適経路の決定は、ブロック３１０において決定された変化した被験体の領域に基づく。例えば、ブロック３０６において１０枚の識別画像が取得され、３、４、５、および、６の領域が閾値を上回る変化を示すことが決定された場合、得られた全１０枚の識別画像のうち、不連続な３〜６の領域を網羅する領域を撮像するために、最適な比較経路の決定がなされる。従って、ブロック１０８において自動的に決定された最適経路よりも短くなるように最適経路が決定される。比較経路がより短い場合、あるいは、より少ない取得された投影を含む場合、通常、比較画像を取得するために必要な放射線量、時間、移動量などは、最初の画像データを取得したときよりも小さくなる。しかしながら、変化量が十分に大きい場合（例えば、患者１４の解剖学的構造の重大な再構築が生じている場合）、ブロック３１２において決定された最適な比較経路は、ブロック１０８において決定された最適経路と実質的に等しいか、あるいは、等しいということが理解される。

しかしながら、決定された最適な比較経路は、具体的な手術の位置と、手術中に患者１４に対して施された可能性がある変化量とに基づいてもよい。また、決定された最適な比較経路は、手術、もしくは患者１４に配置されたインプラントに関する知識もしくは情報から成るか、あるいは含んでいてもよい。例えば、腰椎椎間板インプラントが患者に配置される場合、または、脊椎固定を生ずる場合、インプラントのジオメトリが知られる。比較画像データを取得するために適切な比較経路を決定する際に、インプラントのジオメトリが使用される。インプラントの次元および影響、変化量、影響を受ける患者１４の体積などに基づく、解剖学的構造の距離変化を決定することをインプラントのジオメトリは支援できる。

ブロック３０６において取得された識別画像は、変化が、比較再構築モデルを形成するための追加的な画像を取得するために必要となる十分な大きさであるか否か、あるいは、十分な大きさとなるのはどこであるかを決定することを支援できる。最適な比較経路は、また、複数の経路を含み得る。言い換えれば、画像データを取得するために、患者１４に対する検出器３８の適切なサンプリングおよび適切な方向を確保するために、患者１４の類似もしくは同一の部分を渡った数本の経路が使用できる。従って、ここでさらに議論されたように、手術に起因し、かつ、比較画像データを用いて決定される患者１４の変化を示すようにのみ増強されるように、比較再構築モデルは、ブロック１１２の最初の再構築モデルに基づき得る。

一旦、ブロック３１２において決定された最適な比較経路が決定されれば、ブロック１６６において、検出器は最適な比較経路上を移動できる。その後、上記で議論したように、ブロック１６８において比較画像データが取得できる。比較画像データは、ブロック３１２において決定された最適な比較経路上を検出器が移動する間に取得された画像データである。さらに、不連続な画像データに基づいて、実質的に内部動作として、あるいは、実質的に動作直後に、決定された最適な比較経路が決定される。また、ブロック１６８における画像データの取得は、変化量、使用されるインプラントの種類、最初の再構築モデル、および、手術が実施されている特定の患者１４に基づくその他のパラメータに基づいて、手術が実施されるありとあらゆる患者にとって、実質的に異なる。

一旦、ブロック１６８において比較画像データが取得されれば、ブロック３２０において、最初のモデル再構築の呼び出し、または、再呼び出しが実施される。ブロック１１２からの最初のモデル再構築は、プロセッサ２６に結合した、あるいはプロセッサ２６から分離された適切な記憶システムに格納されるが、ブロック１６８からの比較画像データと比較するために、再び呼び出される。ブロック１６８における比較画像データと、呼び出された最初のモデル再構築との比較は、ブロック３２２において実施される。比較モデルを形成できるようにするために、ブロック３２２において、比較画像データは最初のモデル再構築と繰り返し比較される。

ブロック３２２において、形成される比較モデルは、比較画像データおよび最初のモデルに基づいて生成でき、最初のモデルを形成したときよりも軽い処理を含み得る。少なくとも部分的には、軽い処理が実施されるはずである。なぜなら、手術により影響を受けない患者１４の領域に対して、最初のモデルは不変を維持すべきであるためである。また、器具６６の既知の移動（すなわち、器具の追跡からの知識）、および／または、インプラントのジオメトリは、比較モデルの形成を支援するために使用される。このように、手術が大規模なものでない場合、あるいは、過度に侵害性のある手術でない場合、患者１４の変化した領域についての処理のみを、比較再構築は必要とすることができる。しかしながら、ブロック１１２からの最初のモデルに対し、比較モデルが十分に異なり得るように、変化した領域は十分な大きさであってもよいことが理解される。言い換えれば、比較モデルは、ブロック１６８において比較画像データを収集する間に収集された新しい画像データセットに、実質的に完全に基づいてもよい。

また、ブロック３０６における不連続な画像の取得、および、ブロック１６８における比較画像データの取得は、患者１４およびユーザ１２もしくは手術室１０に居る他の個人に対する、抑制されたＸ線の露出を可能とし得る。これは、ブロック１１２において最初の再構築モデルを生成するために使用される、患者１４全体の面積もしくは体積を再び撮像する場合よりもはるかに、変化した小さな領域を可能ならば決定できるようにすることによる。従って、実施される手術と、ブロック３１２において決定された最適な比較経路とに基づき、患者１４の放射線への露出は最小化できる。それにも関わらず、ブロック３２２において決定された比較モデルは、患者１４に対して実施された手術を検証もしくは確認するために使用でき、達成された選択結果、もしくは、患者１４の病気に対する手術を用いた解決策を含む。

比較モデルは１７２において表示される。しかしながら、比較モデルを形成する前もしくは形成した後のいずれかにおいて、判定ブロック３２６において、ブロック３０６において取得された識別画像データ、または、ブロック３２０において呼び出された最初のモデルからの閾値の変化差分を、比較モデルが超えているか否かの決定がなされてもよい。上記で議論したように、閾値は、ブロック３２２における、または、以前のモデルもしくは画像データと比較された、比較モデルと最初に決定されたモデルとの間の百分率の変化、絶対量、もしくはその他の変化量であってもよい。閾値の変化が決定されない場合、ＮＯ経路３２８に従い、ブロック１７２へと至り得る。しかしながら、閾値の量よりも大きな変化量が決定される場合、ＹＥＳ経路３３０に従い、ブロック３１２へと至り、比較画像データを取得するための最適経路がさらに決定される。また、比較画像データの取得、および、ブロック３２２において生成もしくは形成される比較モデルの取得の間において、変化量もしくは閾値の変化は、取得された画像データにおける分散を参照する。

このように、比較モデルの生成は、反復処理であってもよく、複数のステップによって画像データが取得されることが可能となる。従って、ブロック３１２において最初の最適経路が決定でき、また、ブロック３２２において、１つの経路およびデータ取得に基づき、比較画像データモデルが生成できる。しかしながら、比較モデルと、最初のモデルもしくは識別画像データとの間で、分散量もしくは変化量が決定された場合、第２の最適比較経路が決定でき、必要な領域において追加の画像データを取得でき、比較画像モデルから分散を除去できる。追加の画像データを取得する理由、あるいは、追加の画像データを取得することを選択する理由は、選択された領域のサンプリングレート、患者の移動、患者の変化、あるいは、ブロック３２２における適切な比較画像データモデルを生成するための十分な画像データを取得する際のその他の要因を含む。

上述した実施形態の説明は、実例および説明を目的として提供されてきた。網羅的であること、あるいは、本発明を限定することを意図している訳ではない。特定の実施形態における個々の要素もしくは機能は、通常、その特定の実施形態に限定されないが、適用可能な場合は互いに置き換えることができ、たとえ、具体的に示されたり、もしくは説明されていない場合であっても、選択された実施形態において使用してもよい。また、同じものは、多くの点で変更させてもよい。このような変形は、本発明からの逸脱とはみなされず、このような全ての変形が、本発明の範囲に含まれるよう意図している。

Claims (30)

1. 撮像システムを用いて被験体の画像データを取得する方法であって、
   画像データを取得するために上記被験体の部位を決定するステップと、
   画像検出器の開始位置を記憶システムから呼び出すステップと、
   上記画像検出器の終了位置を上記記憶システムから呼び出すステップと、
   上記開始位置から上記終了位置への経路を上記記憶システムから呼び出すステップと、
   呼び出された上記経路に沿って、上記開始位置から上記終了位置へと、上記被験体の決定された上記部位に対して、上記画像検出器を移動させるステップと、
   上記経路に沿って上記画像検出器が移動するにつれて、上記画像検出器を用いて選択された速度において放射線を検出するステップと、
   検出された上記放射線に少なくとも部分的に基づき、上記被験体の決定された上記部位の再構築を形成するステップと、を含む方法。
2. 上記記憶システムは、決定された上記部位に基づく、上記開始位置から上記終了位置への上記画像検出器の移動に関する命令が記憶された物理的な記憶システムを含み、
   記憶された上記命令は、上記画像検出器の物理的な移動と、画像データ収集のタイミングとの両方を含む、請求項１に記載の方法。
3. 上記記憶システムから呼び出すステップは、決定された上記部位をプロセッサシステムへと入力するステップと、上記画像検出器の移動を駆動させるために、上記プロセッサシステムを用いて上記記憶システムへとアクセスし、上記命令を取得して上記命令を実行するステップとを含み、
   上記画像検出器を移動させるステップは、上記プロセッサシステムを用いて実行される上記命令に基づき、上記画像検出器を移動させるステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. 少なくとも上記被験体の決定された部位を取り囲むように、実質的に環状なガントリのハウジングの内部に上記被験体を配置するステップをさらに含み、
   上記画像検出器を移動させるステップは、実質的に環状な上記ガントリのハウジング内において、上記画像検出器を移動させるステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. 上記画像検出器を移動させるステップは、上記ガントリのハウジングを等傾させるステップと、上記被験体の縦軸に対して上記ガントリのハウジングを傾けるステップと、上記ガントリのハウジングを上記被験体の上記縦軸に沿って軸方向に移動させるステップと、上記被験体の上記縦軸に対して垂直に上記ガントリを移動させるステップと、上記被験体の上記縦軸に対して横に上記ガントリのハウジングを移動させるステップとをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 上記画像検出器を移動させるステップは、実質的に非環状の経路において上記画像検出器を上記被験体の周囲を実質的に３６０°だけ移動させるステップを含む、請求項５に記載の方法。
7. 上記画像検出器を移動させるステップは、実質的に非環状の経路において上記画像検出器を上記被験体の周囲を３６０°未満だけ移動させるステップを含む、請求項５に記載の方法。
8. 上記画像検出器を移動させるステップは、呼び出された上記経路に基づいて、上記画像検出器を自動的に移動させるステップと、実質的に非環状の経路において上記画像検出器を移動させることによって、上記被験体の決定された上記部位の画像データを取得し、上記被験体の決定された上記部位の３次元再構築を形成するステップとを含み、
   上記被験体の決定された上記部位の再構築を形成するステップは、上記被験体の決定された上記部位の３次元再構築を実質的に形成するステップを含む、請求項５に記載の方法。
9. 上記被験体の決定された上記部位の再構築を形成するステップは、定型化されたモデルから計算される理論的な投影画像データと、上記経路に沿って上記画像検出器が移動するにつれて上記画像検出器の放射線を検出することによる画像データとの間の誤差を減少させる代数反復処理に基づいて、上記被験体の再構築を形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
10. 上記画像検出器を移動させるステップは、一旦、上記経路が呼び出されたら、ユーザの介入なしに実質的に自動的に上記画像検出器を移動させるステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. 撮像システムを用いて被験体の画像データを取得する方法であって、
    Ｘ線放射線検出器を備えるＸ線撮像システムを用いて撮像される人間被験体の部位を選択するステップと、
    上記Ｘ線放射線検出器と共に移動するＸ線ソースからのＸ線放射線を検出する間、上記人間被験体に対して、所定の非環状の経路に沿って、上記Ｘ線放射線検出器を移動させるステップと、
    上記人間被験体の周囲の実質的に３６０度から、上記Ｘ線放射線検出器を用いてＸ線放射線を検出するステップとを含み、
    上記Ｘ線放射線検出器を移動させるステップは、実質的に非環状に上記Ｘ線放射線検出器を移動させるステップを含む、方法。
12. 上記Ｘ線放射線検出器および上記Ｘ線ソースは、上記人間被験体を実質的に環状に取り囲むように動作可能なガントリの内部に収容される、請求項１１に記載の方法。
13. 上記ガントリは、上記ガントリが備え付けられる車輪構造を用いて、第１の手術室から第２の手術室へと移動するように動作可能である、請求項１２に記載の方法。
14. 上記ガントリは、上記車輪構造に対して移動可能なように備え付けられており、上記Ｘ線放射線検出器を移動させてＸ線放射線を検出する間、上記車輪構造は、上記人間被験体に対して固定されるように動作可能である、請求項１３に記載の方法。
15. 上記Ｘ線放射線検出器を移動させるステップは、上記ガントリを上記人間被験体の縦軸に沿って軸方向に移動させるステップと、上記車輪構造に対して上記ガントリを等傾させるステップと、上記車輪構造に対して上記ガントリを傾けるステップと、上記人間被験体の上記縦軸に対して上記ガントリを横に移動させるステップと、上記人間被験体の上記縦軸に対して上記ガントリを垂直に移動させるステップと、実質的に非環状かつ非対称の上記経路において上記Ｘ線放射線検出器を移動させるための、これらステップの組み合わせとを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 所定の経路に沿って上記Ｘ線放射線検出器を移動させるステップは、上記車輪構造および／または上記人間被験体に対する、上記ガントリの内部の上記Ｘ線放射線検出器および上記ガントリの両方の移動によって、３次元空間において定義される経路に沿って、上記Ｘ線放射線検出器を移動させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 上記経路は連続的であってもよく、上記Ｘ線放射線検出器は、上記被験体に対して実質的に停止しないように移動する、請求項１６に記載の方法。
18. 上記経路は、上記Ｘ線放射線検出器の振動を含み、上記Ｘ線放射線検出器は、上記Ｘ線放射線検出器が既に通過した移動の一部を後退する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記所定の経路は、複数の人間被験体の分析と、現在の上記人間被験体の選択された上記部位の３次元再構築を生成するための、現在の上記人間被験体の適切な画像データを取得するための、上記Ｘ線放射線検出器を用いてＸ線放射線を検出するステップにおいて、選択された方向と、に基づいて、上記Ｘ線放射線検出器、上記ガントリ、および、上記人間被験体の選択された上記部位の、既知の移動の制限に基づいて決定される、請求項１５に記載の方法。
20. 撮像システムを用いて被験体の画像データを取得する方法であって、
    関心のある部位を完全に取り囲むようにガントリを配置するステップと、
    関心のある上記部位の一部の選択された画像データセットを取得するために、上記ガントリと上記ガントリの内部にある検出器との、既知の可能な移動に基づいて、関心のある上記部位に対する所定の最初の方向に上記ガントリを配置するステップと、
    関心のある上記部位の上記一部の選択された上記画像データセットを取得するために、関心のある上記部位の上記一部の画像データを取得する間、関心のある上記部位の上記一部に対して、ユーザの介入なしに自動的に、所定の最後の方向に上記ガントリおよび上記検出器の少なくとも１台を移動させるステップと、
    取得された上記画像データとともに、代数的アルゴリズムを用いて、関心のある上記部位の上記一部の３次元モデルを構築するステップと、
    上記３次元モデルを表示するステップとを含む、方法。
21. 上記ガントリおよび上記検出器の少なくとも１台を移動させるステップは、関心のある上記部位の選択された上記画像データセットを取得するために、関心のある上記部位に対して上記検出器を実質的にらせん状のパターンで移動させるように、上記ガントリと上記検出器との両方を順番に移動させるステップと同時に移動させるステップとの少なくとも１つを含む、請求項２０に記載の方法。
22. 上記検出器における上記ガントリの既知の可能な移動は、移動をテストするステップと、関心のある上記部位の選択された上記画像データセットを取得するために、上記検出器を用いて検出されたＸ線放射線の適切なサンプリングを取得するために、上記ガントリの内部に配置された関心のある上記部位の量をサンプリングするステップと、を含む、請求項２０に記載の方法。
23. 関心のある上記部位の上記一部の上記３次元モデルを構築するステップは、関心のある上記部位の選択された上記画像データセットを用いて、関心のある上記部位の上記一部の３次元仮想モデルを反復して形成するために、１つ以上のプロセッサを用いて命令を実行するステップを含み、
    上記反復処理は、上記方法に関する理論的なモデルからの理論的な投影と、関心のある上記部位の上記一部の構築された上記３次元モデルとの誤差を減少させるステップを含む、請求項２２に記載の方法。
24. 上記ガントリは、車輪付きのカートに、移動可能なように備え付けられており、第１の手術室から第２の手術室へと移動するように動作可能であり、関心のある上記部位に対して、上記ガントリの内部において関心のある上記部位を取り囲むようになっており、
    上記ガントリは、上記所定の最初の方向から上記所定の最後の方向へと、上記車輪付きのカートに対して移動するように動作可能である、請求項２３に記載の方法。
25. 上記所定の最初の方向および上記所定の最後の方向は、上記所定の最初の方向から上記所定の最後の方向へと上記ガントリおよび上記検出器を移動させるための経路と共に、記憶装置に記憶され、
    関心のある上記部位の選択された上記画像データセットを取得するために、上記ガントリおよび上記検出器の移動を指示するために、プロセッサが、記憶された所定の上記最初の方向、記憶された所定の上記最後の方向、および、記憶された所定の上記経路の情報にアクセスする、請求項２４に記載の方法。
26. 上記ガントリおよび上記検出器の少なくとも１台を、介入なしに自動的に、所定の最後の方向へと移動させるステップは、上記代数的アルゴリズムを用いて、関心のある上記部位の上記一部の上記３次元モデルを構築するために必要な画像データを取得するために、上記ガントリおよび上記検出器の上記少なくとも１台を移動させるステップにおける所定の移動に基づいて、上記ガントリおよび上記検出器の上記少なくとも１台を所定の最後の方向へと移動させるステップを含む、請求項２５に記載の方法。
27. 被験体の画像データを取得するときの使用のための撮像システムであって、
    上記被験体の部位を取り囲むように構成された環状のガントリのハウジングと、
    環状のガントリの上記ハウジングの内部において移動可能な画像検出器と、
    開始位置と、終了位置と、上記画像検出器の物理的な移動と画像データ収集のタイミングとの両方を含む、上記画像検出器の上記開始位置から上記終了位置への非環状の経路と、を記憶するように構成された記憶システムと、
    非環状の上記経路に沿った上記開始位置から上記終了位置への上記画像検出器の移動を駆動し、上記非環状の経路に沿って上記画像検出器が移動するにつれて、選択された速さにおいて上記画像検出器を用いて放射線を検出し、検出された上記放射線に少なくとも部分的に基づいて、上記患者の上記部位の３次元再構築を形成するために、上記記憶システムからの命令を実行するように構成されたプロセッサと、を備える、撮像システム。
28. 上記プロセッサは、定型化されたモデルから計算された理論的な投影画像データと、上記画像検出器が上記非環状の経路に沿って移動するにつれて、上記画像検出器の上記放射線を検出することによる画像データと、の間の誤差を減少させる代数反復処理に基づいて、上記被験体の上記３次元再構築を形成するように命令を実行するようにさらに構成されている、請求項２７に記載の撮像システム。
29. 上記撮像システムは、Ｘ線ソースを備えたＸ線撮像システムであり、上記画像検出器は、Ｘ線放射線検出器である、請求項２７に記載の撮像システム。
30. 上記プロセッサは、上記患者の上記部位の上記３次元再構築を形成するために、上記ガントリおよび上記画像検出器の両方の移動を命令し、かつ制御するために、上記記憶システムから、上記開始位置、上記終了位置、および、上記非環状の経路にさらにアクセスする、請求項２７に記載の撮像システム。

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