JP2015526184A - コンピュータ断層撮影システム - Google Patents

Abstract

本発明は、ＣＴ撮像領域（６）内、特に、ＣＴシステムのボア（１３）内の対象（５）のＣＴ画像と、対象がＣＴ撮像領域外に動かされた後に、特に、対象がボアの正面に位置付けられる場合に生成される対象の光学画像との統合である統合画像を生成する画像統合ユニット（１２）を有するＣＴシステム（１）に係る。統合画像は、ＣＴ画像に基づき提供された経路を更に示し、その経路に沿って、インターベンション器具（２６）は対象（５）内で動かされるべきである。統合画像を見ることで、ユーザは、ポジション確認のための多くの付加的なＣＴ画像を取得する必要なしに、その経路に沿って器具を正確に動かすことができる。これは、インターベンションプロシージャに必要とされる放射線量及び時間を低減することができる。

Description

本発明は、コンピュータ断層撮影システムと、該コンピュータ断層撮影システムを有するインターベンションシステムとに係る。本発明は更に、統合画像を生成するための統合画像生成方法及びコンピュータプログラムに係る。

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）により誘導されるバイオプシーにおいて、患者はコンピュータ断層撮影画像生成ユニットのＣＴ撮像領域内に動かされ、コンピュータ断層撮影画像生成ユニットは、ＣＴ撮像領域内の患者のＣＴ画像を生成する。ＣＴ画像が生成された後、患者は、コンピュータ断層撮影画像生成ユニットの外に動かされる。次いで、医師は、グラフィカルユーザインターフェースを用いることによって、生成されたＣＴ画像に基づき、針がバイオプシーの間に患者に挿入されるべき針経路を計画する。特に、患者の皮膚上の入口点から患者内の標的領域までの針経路が計画される。医師は、次いで、計画された針経路に基づき、患者の皮膚上の適切な入口点を推定する必要があり、その後に、医師は、針を適切な入口点で短い距離にわたって患者に挿入することができる。患者は、次いで、更なるＣＴ画像を生成して、その更なるＣＴ画像において示されている針の実際の位置及び向きを計画された針経路と比較するために、再びコンピュータ断層撮影画像生成ユニット内に動かされる。その後に、患者は再びコンピュータ断層撮影画像生成ユニットの外に動かされ、針の位置及び向きが計画された針経路に対応する場合は、針は進められ、針の位置及び／又は向きが計画された針経路に対応しない場合は、針の位置及び／又は向きは夫々修正される。患者をコンピュータ断層撮影画像生成ユニット内に動かすステップ、針の実際の位置及び向きを決定するために更なるＣＴ画像を生成するステップ、針の実際の位置及び向きを計画された針経路と比較するステップ、及び針を進めるか、あるいは針の位置及び／又は向きを修正するステップは、針が標的領域に到達するまで実行される。

このＣＴ誘導型バイオプシーは、ＣＴ撮像領域内外への患者の複数回の移動及び複数回のＣＴスキャン、すなわち、相対的高い放射線量を必要とする。

Behrooz Sharifi等，4^th International Conference on Signal Processing and Communication Systems (ICSPCS)，２０１０年，IEEE，p1-5（非特許文献１）においては、デジタル式赤外線検知カメラ及び高輝度赤外線照明器のシステムが、針を患者に挿入し、夫々の挿入ステップ後にＣＴ撮像が続く段階的なプロシージャの間に、同軸バイオプシー針上の赤外線反射テープを追跡するために使用され、これにより、ＣＴ画像及び実際の針位置は、所望の針挿入角度を示すよう結合される。

Behrooz Sharifi等，4th International Conference on Signal Processing and Communication Systems (ICSPCS)，２０１０年，IEEE，p1-5

本発明の目的は、ＣＴシステムによって誘導されるインターベンションプロシージャの間の対象の移動の所要回数及び放射線量の低減を可能にするＣＴシステムを提供することである。本発明の更なる目的は、ＣＴシステムを有するインターベンションシステムを提供することと、統合画像を生成するための統合画像生成方法及びコンピュータプログラムを提供することとであり、これらは、ＣＴシステムによって誘導されるインターベンションプロシージャの間の対象の移動の所要回数及び放射線量の低減を可能にする。

本発明の第１の態様において、ＣＴシステムが提供され、当該ＣＴシステムは、
ＣＴ撮像領域内の対象のＣＴ画像を生成するコンピュータ断層撮影画像生成ユニットと、
前記ＣＴ撮像領域外の外側領域内の前記対象の光学画像を取得する可視光光学画像取得ユニットと、
前記対象を支持し、該支持された対象を前記外側領域から前記ＣＴ撮像領域内へ及び前記ＣＴ撮像領域から前記外側領域内へ移動距離にわたって動かす可動式支持要素と、
前記生成されたＣＴ画像に基づき、前記対象の外側表面上の位置から前記対象内の標的領域までの経路を提供する経路提供ユニットと、
前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットの視野と前記光学画像取得ユニットの視野との間の空間関係を提供する空間関係提供ユニットと、
前記ＣＴ画像及び前記光学画像が統合され且つ前記提供される経路を更に示す統合画像を、前記ＣＴ画像、前記光学画像、前記提供された経路、前記提供された空間関係及び前記移動距離に基づき生成する画像統合ユニットと
を有する。

統合画像は、ＣＴ撮像領域内で取得されたＣＴ画像と、ＣＴ撮像領域外の外側領域において取得された光学画像との結合であり、この統合画像は、提供された経路を更に示すものであるから、ユーザは、対象がＣＴ撮像領域外にある間、対象の外側表面上の入口位置でインターベンション器具を極めて正確に位置付けて、提供された経路に沿ってインターベンション器具を挿入することができる。入口位置でのインターベンション器具のこのような正確な設置と、提供された経路に沿った対象内へのインターベンション器具のこのような正確な挿入とは、インターベンション器具が提供された経路に沿って実際に挿入されることを確かにするための必要とされるＣＴ画像の数の減少をもたらす。よって、ＣＴ撮像領域と外側領域との間の対象の移動の回数と、対象に適用される放射線量とは、低減され得る。外側領域からＣＴ撮像領域内へ及びその逆の対象の必要とされる移動の回数の低減はまた、インターベンションプロシージャに必要とされる時間を削減する。

対象は人又は動物、特に、人の胸部又は人の他の部分のような、人又は動物の部分である。前記光学画像取得ユニットは、可視光を検出することによって光学画像を取得するよう構成され、前記光学画像取得ユニットは、１又は複数の光学画像を取得するよう構成され得る。前記可動式支持要素は、優先的に、対象を担持する、特に、人又は動物を担持する可動テーブルである。

前記経路提供ユニットは、ユーザが再構成されたＣＴ画像に対して経路を入力することを可能にするユーザインターフェースを提供し、その入力された経路を提供するよう構成されてよい。例えば、ＣＴ画像は、ＣＴシステムのディスプレイに示され得、ユーザインターフェースは、ユーザが、対象の外側表面上の入口位置から対象内の標的領域までの経路をＣＴ画像において描くことを可能にしてよい。前記経路提供ユニットはこの経路を提供することができる。加えて、前記経路提供ユニットはまた、対象の外側表面上の入口位置から対象内の標的領域までの経路を、再構成されたＣＴ画像に基づき自動的に決定するよう構成され得る。例えば、前記経路提供ユニットは、対象内の構造を自動的に検出し、その検出された構造と、内部構造に基づき対象内の経路を定義する所定の規則とに基づき、入口位置から標的領域までの経路を決定するよう構成され得る。

前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットは、ＣＴ撮像領域を囲むボアを優先的に有し、外側領域はボアの外にある。加えて、前記光学画像取得ユニットは更に、ＣＴ撮像領域内の対象の光学画像を取得するよう構成されてよい。前記光学画像取得ユニットはカメラを有してよく、幾つかのカメラはＣＴ撮像領域をカバーするよう配置され、幾つかのカメラは外側領域をカバーするよう配置される。

前記空間関係提供ユニットは、前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットの視野と前記光学画像取得ユニットの視野との間の空間関係が予め記憶されている記憶ユニットであることができ、該記憶ユニットから、この空間関係は、当該空間関係を提供するために取り出され得る。なお、前記空間関係提供ユニットはまた、較正ステップの間に前記空間関係を決定するよう構成され得る。例えば、較正ステップにおいて、光学画像において検出可能な光マーカと、ＣＴ画像において検出可能なＣＴマーカとを有する較正要素が使用され得る。使用において、前記較正要素は、ＣＴ撮像領域から外側領域へ延在する。前記較正要素がＣＴ撮像領域及び外側領域において配置される場合は、ＣＴマーカはＣＴ撮像領域にあり、光マーカは外側領域にあり、前記光マーカ及び前記ＣＴマーカとの間のマーカ空間関係は知られている。この場合に、前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットは、ＣＴ撮像領域における前記較正要素の較正ＣＴ画像を生成するよう構成されてよく、前記光学画像取得ユニットは、外側領域内の前記較正要素の較正光学画像を取得するよう構成されてよい。加えて、前記空間関係提供ユニットは、前記較正光学画像における前記光マーカの位置と、前記較正ＣＴ画像における前記ＣＴマーカの位置とを検出し、該検出された位置に基づき前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットの視野と前記光学画像取得ユニットの視野との間の空間関係を決定するよう構成されてよい。前記光学画像取得ユニットがＣＴ撮像領域内でも対象の光学画像を取得するよう構成される場合は、較正ステップにおいて較正要素が使用されてよく、該較正要素は、当該較正要素がＣＴ撮像領域及び外側領域に配置される場合に、ＣＴ撮像領域においても光マーカを有する。この場合に、前記光学画像取得ユニットは、ＣＴ撮像領域内の前記較正要素の較正光学画像を更に取得するよう構成され、前記空間関係提供ユニットは、前記較正光学画像における前記光マーカの位置と、前記較正ＣＴ画像における前記ＣＴマーカの位置とを検出し、該検出された位置に基づき前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットの視野と前記光学画像取得ユニットの視野との間の空間関係を決定するよう構成される。前記較正要素は、例えば、前記光マーカ及び前記ＣＴマーカを有する較正プレートである。そのような較正ステップは、前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニット及び前記光学画像取得ユニットの互いに対する正確なレジストレーションを可能にし、それによって、前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットの視野と前記光学画像取得ユニットの視野との間の正確な空間関係を決定する。

前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットは、ＣＴ撮像領域内の対象の３次元ＣＴ画像、すなわち、ボリューム画像を生成するよう優先的に構成され、対象の外側表面上の位置から対象内の標的領域までの経路は、ボリューム画像に基づき提供される。前記画像統合ユニットは、次いで、３次元ＣＴ画像から、光学画像と統合される２次元ＣＴ画像を取り出すよう優先的に構成される。すなわち、前記画像統合ユニットは、全体的な生成された３次元ＣＴ画像を光学画像と統合せず、３次元ＣＴ画像の一部分、すなわち、取り出された２次元ＣＴ画像を光学画像と統合するよう優先的に構成される。取り出された２次元ＣＴ画像は、優先的に、提供された経路を完全に又は部分的に含む対象内の面に対応する。例えば、取り出された２次元ＣＴ画像は、対象内の標的領域での提供された経路の少なくとも一部分を含む面に対応する。

実施形態において、前記可動式支持要素に対して固定位置に光マーカが配置され、前記光学画像取得ユニットは、対象がＣＴ撮像領域にあるときに前記光マーカの第１の距離測定光学画像を、及び対象が外側領域にあるときに前記光マーカの第２の距離測定光学画像を取得するよう構成され、当該コンピュータ断層撮影システムは、前記移動距離を決定する移動距離決定ユニットを更に有し、該移動距離決定ユニットは、前記第１の距離測定光学画像及び前記第２の距離測定光学画像において前記光マーカの位置を検出し、該検出された位置に基づき前記移動距離を決定するよう構成される。よって、この実施形態では、移動距離が前もって知られていること、又は移動距離が前記支持要素によって提供されることは、不要である。対象を伴った前記支持要素は、移動距離が前記支持要素に対して固定位置で配置される光マーカを用いることによって決定され得るので、前記支持要素が正確に移動距離を知る必要なしに、望むように動かされ得る。なお、他の実施形態では、移動距離は予め定義されてもよく、あるいは、前記支持要素によって提供されてよい。光マーカは、前記支持要素に、特に、対象が前記支持要素の上に配置されるときに該対象によって覆われる可能性が低い前記支持要素の端に、直接取り付けられ得る。

実施形態において、対象に光マーカが取り付けられ、前記光学画像取得ユニットは、異なる時点で、前記光マーカを示す動作測定光学画像を取得するよう構成され、当該コンピュータ断層撮影システムは、前記可動式支持要素に対する対象の動作を決定する対象動作決定ユニットを更に有し、該対象動作決定ユニットは、前記動作測定光学画像において前記光マーカの位置を検出し、該検出された位置に基づき前記対象の動作を決定するよう構成される。この実施形態では、前記画像統合ユニットは、ＣＴ画像、提供された経路、提供された空間関係、移動距離及び決定された対象の動作に基づき、統合画像を生成するよう構成されてよい。これは、光学画像に対して提供された経路を示す正確さを改善することができ、ひいては、外側領域からＣＴ撮像領域内への及びその逆の前記支持要素の移動の更なる低減をもたらし、そして、適用される放射線量を更に低減することができる。

前記光学画像取得ユニットは、外側領域内の対象の実際の時間に依存したライブ光学画像を取得するよう優先的に構成され、前記画像統合ユニットは、ＣＴ画像及び実際の時間に依存したライブ光学画像が統合され、統合画像が提供された経路を示すように、ＣＴ画像、実際の時間に依存したライブ光学画像、提供された経路、提供された空間関係及び移動距離に基づき、統合画像を生成するよう構成される。実際の時間に依存したライブ光学画像は、例えば、提供された経路に従って入口位置に位置付けられるべきインターベンション器具を示すことができ、ユーザは、インターベンション器具の実際の位置及び向きが提供された経路に対応するかどうかを実時間で見ることができる。これは、ユーザが提供された経路に従ってインターベンション器具を正確に位置付けることをより一層容易にすることができ、ひいては、外側領域からＣＴ撮像領域内への及びその逆の対象を伴った前記支持要素の必要とされる移動の回数を減らすことができ、そして、適用される放射線量を更に低減することができる。

本発明の更なる態様において、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影システムと、前記経路提供ユニットによって提供される経路に沿って動かされるインターベンション器具とを有するインターベンションシステムであって、
前記可視光光学画像取得ユニットは、前記インターベンション器具が前記対象の上に置かれている間、前記外側領域における前記対象の前記光学画像を取得して、前記光学画像が前記インターベンション器具を示すように構成され、
前記画像統合ユニットは、前記ＣＴ画像及び前記光学画像が統合され且つ前記提供された経路及び前記インターベンション器具を更に示す統合画像を、前記ＣＴ画像、前記光学画像、前記提供された経路、前記提供された空間関係及び前記移動距離に基づき生成するよう構成される、
インターベンションシステムが与えられる。

当該インターベンションシステムは優先的に、提供された経路に沿って人又は動物に導入される針又はカテーテルである。

本発明の更なる態様において、統合画像を生成する統合画像生成方法であって、
コンピュータ断層撮影画像生成ユニットによって、ＣＴ撮像領域内の対象のＣＴ画像を生成するステップと、
経路提供ユニットによって、前記生成されたＣＴ画像に基づき、前記対象の外側表面上の位置から前記対象内の標的領域までの経路を提供するステップと、
前記対象が前記ＣＴ撮像領域から該ＣＴ撮像領域外の外側領域へ移動距離にわたって動かされた後、光学画像取得ユニットによって、前記外側領域内の前記対象の可視光光学画像を取得するステップと、
空間関係提供ユニットによって、前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットの視野と前記光学画像取得ユニットの視野との間の空間関係を提供するステップと、
画像統合ユニットによって、前記ＣＴ画像及び前記光学画像が統合され且つ前記提供された経路を更に示す統合画像を、前記ＣＴ画像、前記光学画像、前記提供された経路、前記提供された空間関係及び前記移動距離に基づき生成するステップと
を有する統合画像生成方法が与えられる。

本発明の更なる態様において、請求項１に記載されるＣＴシステムを制御するコンピュータで実行される場合に、前記ＣＴシステムに、請求項１３記載される統合画像生成方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有する統合画像生成コンピュータプログラムが与えられる。

請求項１のＣＴシステム、請求項１２のインターベンションシステム、請求項１３の統合画像生成方法、及び請求項１４の統合画像生成コンピュータプログラムは、特に、従属請求項で定義されるように、同様の及び／又は同じ好適な実施形態を有することが理解されるべきである。

本発明の好適な実施形態はまた、夫々の独立請求項と従属請求項とのあらゆる組み合わせであることができる。

本発明のこれら及び他の態様は、以降で記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明されるであろう。

対象がＣＴ撮像領域内に配置される第１の状況において、ＣＴシステム及びインターベンション器具を有するインターベンションシステムの実施形態の側面図を概略的に且つ見本となるように示す。 図１に示されるＣＴシステムの正面図を概略的に且つ見本となるように示す。 対象がＣＴ撮像領域の外の外側領域に配置される状況において、図１に示されるインターベンションシステムの側面図を概略的に且つ見本となるように示す。 ＣＴシステムによって生成される統合画像を示す。 ＣＴシステムによって生成される統合画像を示す。 ＣＴシステムを較正する較正要素の実施形態を概略的に且つ見本となるように示す。 統合画像を生成するための統合画像生成方法の実施形態を見本となるように表すフローチャートを示す。

図１及び２は、ＣＴシステム１を有するインターベンションシステム３０の実施形態を概略的に且つ見本となるように示す。図１は、インターベンションシステム３０全体の側面図を示し、図２は、ＣＴシステムのみの正面図を示す。

ＣＴシステム１は、可動式支持要素９の上に横たわる対象５のＣＴ画像を生成するコンピュータ断層撮影画像生成ユニット４を有する。この実施形態では、対象５は、患者３１の胸部であり、可動式支持要素９は、両矢印３２によって示される長手方向において動くことができる患者テーブルである。コンピュータ断層撮影画像生成ユニット４は、ボア１３によって囲まれているＣＴ撮像領域６内の胸部５のＣＴ画像を生成するよう構成される。この実施形態では、コンピュータ断層撮影画像生成ユニット４は、対象の３次元ＣＴ画像を生成するよう構成される。

ＣＴシステムは、ＣＴ撮像領域６の外、すなわち、ボア１３の外の外側領域８内の胸部５の光学画像を取得する光学画像取得ユニット７を更に有する。支持要素９は、外側領域８からＣＴ撮像領域６内へ及びＣＴ撮像領域６から外側領域８内へ移動距離にわたって対象５を動かすよう構成される。図１では、対象５は、それが外側領域８から内部領域６へ動かされた後が示されており、一方、図１では、対象５は、それがＣＴ撮像領域６から外側領域８へ動かされた後が示されている。なお、図３は、やはり、インターベンションシステム３０の側面図である。

図１及び３は、インターベンション器具制御ユニット３３へ接続されているカテーテル又は針のようなインターベンション器具２６を更に示す。インターベンション器具制御ユニット３３は、例えば、対象５内に適用されるエネルギを供給するよう、温度信号、撮像信号、等のようなインターベンション器具２６からの検知信号を受信するよう、そして、それらの信号を処理して対象の内部の特性を決定するよう、等のように構成され得る。ＣＴシステム１、インターベンション器具２６及びインターベンション器具制御ユニット３３を有する全体的なシステム３０は、従って、インターベンションシステムであると見なされ得る。

ＣＴシステム１は、生成されたＣＴ画像に基づき対象５の外側表面上の入口位置から対象５内の標的領域までの経路を提供する経路提供ユニット１０を有するプロセッシングユニット２を更に有する。プロセッシングユニット２は、コンピュータ断層撮影画像生成ユニット４の視野と光学画像取得ユニット７の視野との間の空間関係を提供する空間関係提供ユニット１１と、ＣＴ画像及び光学画像が統合され且つ提供された経路を更に示す統合画像を、ＣＴ画像、光学画像、提供された経路、提供された空間関係及び移動距離に基づき生成する画像統合ユニット１２とを更に有する。

光学画像取得ユニット７は、インターベンション器具２６が対象５の上に設置され、任意に、既に対象５に挿入されている、図３に表された状況において、外側領域８内の対象５の実際の時間に依存したライブ光学画像を取得するよう優先的に構成される。実際の時間に依存したライブ光学画像は、従って、対象５のみならず、インターベンション器具２６も示す。この状況において画像統合ユニット１２が統合画像を生成する場合は、統合画像は、図１に表された状況において、すなわち、対象５がＣＴ撮像領域６内に配置されたときに生成されたＣＴ画像と、図３において表された状況において取得された実際の時間に依存したライブ光学画像との統合である。

特に、画像統合ユニット１２は、コンピュータ断層撮影画像生成ユニット４によって生成された３次元ＣＴ画像から２次元ＣＴ画像を取り出すよう構成され、取り出された２次元ＣＴ画像は、提供された経路を完全に又は部分的に含む面に対応する。取り出された２次元ＣＴ画像は、患者の横断面、矢状面又は前頭面に対応することができ、夫々の面は、提供された経路の少なくとも一部分、例えば、標的領域での経路の一部分を含む。なお、取り出された２次元ＣＴ画像はまた、他の方法において方向を合わせられている、例えば、横断面、矢状面及び前頭面に対して斜めである、面に対応することができる。

統合画像では、また、対象５の外側表面上の所望の入口位置から対象５内の標的領域までの提供された経路は、例えば、グラフィカル表現によって示され、対象５の外のインターベンション器具２６の実際の位置及び向きは、統合画像において示される。そのような統合画像は、図４において概略的に且つ見本となるように示されている。

図４から分かるように、統合画像４０は、外側領域８における対象５の外側を示す光学画像と、対象５がＣＴ撮像領域６に位置付けられたときに生成された３次元ＣＴ画像から取り出される取り出された２次元ＣＴ画像との統合である。統合画像４０は、提供された経路４３、すなわち、対応するグラフィカル表現４３と、医師の手４４によって保持されているインターベンション器具２６の実際の位置及び向きとを更に示す。図５は、他の取得方向において光学画像取得ユニット７によって取得された光学画像及び対応する取り出された２次元ＣＴ画像が統合されている更なる統合画像４１を概略的に且つ見本となるように示す。同じく、この統合画像は、提供された経路４３、すなわち、対応するグラフィカル表現４３と、インターベンション器具２６の実際の位置及び向きとを更に示す。

光学画像取得ユニット７は、外側領域８の光学画像を取得する複数台のカメラを有する。加えて、光学画像取得ユニット７は、ＣＴ撮像領域６内の対象５の光学画像を取得するカメラを有する。特に、光学画像取得ユニット７は、コンピュータ断層撮影画像生成ユニット４の前部に配置されており、コンピュータ断層撮影画像生成ユニット４の前で外側領域８の光学画像を取得することができる３台のカメラ１８，１９，２０と、コンピュータ断層撮影画像生成ユニット４のボア１３の２つの対向する端部に配置されており、ＣＴ撮像領域６内の対象５の光学画像を取得することができる２対のカメラとを有する。第１の対のカメラは、ボア１２の第１の端部に配置され、第２の対のカメラは、ボア１３の対向する第２の端部に配置されている。図１及び３は、第１の対のカメラのうちの１台であるカメラ１６と、第２の対のカメラの１台であるカメラ１７とを示し、図２は、第２の対のカメラを構成するカメラ１７，２１を示す。図１においてＣＴ撮像領域６内の対象５の光学画像を取得するカメラの視線と、図３において外側領域８における対象５の光学画像を取得するのに使用されるカメラの視線とは、破線によって示されている。

光マーカ１４は、可動式支持要素８に対して固定位置に配置されており、光学画像取得ユニット７は、図１に示される例のように対象５がＣＴ撮像領域６にあるときに、光マーカ１４の第１の距離測定光学画像を、そして、図３に示される例のように対象５が外側領域８にあるときに、光マーカ１４の第２の距離測定光学画像を取得するよう構成され、プロセッシングユニット２は、対象５がＣＴ撮像領域６から外側領域８へ動かされた移動距離を決定する移動距離決定ユニット１５を更に有する。移動距離決定ユニット１５は、第１及び第２の距離測定光学画像において光マーカ１４の位置を検出し、その検出された位置に基づき移動距離を決定するよう構成される。距離測定光学画像において光マーカの位置を検出するために、既知のセグメンテーションアルゴリズムが使用され得る。加えて、光学画像取得ユニット７のカメラは、光学画像内のどの位置及び／又は距離がどの実際の位置及び／又は実際の距離に対応するかが知られるように較正される。

カメラ及び更にコンピュータ断層撮影画像生成ユニット４は、較正要素を用いることによって較正ステップで較正されてよい。較正要素は、例えば、図６において概略的に且つ見本となるように示されている較正プレート２２である。較正プレート２２は、光学画像において検出可能な光マーカ２３と、ＣＴ画像において検出可能なＣＴマーカ２４とを有する。加えて、較正プレート２２は、較正プレート２２がＣＴ撮像領域６から外側領域８までの領域に配置される場合にそれらの領域にわたって延在するような大きさにされる。加えて、光マーカ２３及びＣＴマーカ２４は、較正プレート２２がＣＴ撮像領域６において且つ外側領域８において配置される場合に、ＣＴマーカ２４がＣＴ撮像領域６にあり且つ光マーカ２３がＣＴ撮像領域６及び外側領域８の両方にあるように、分布される。図６において、較正プレート２２の上部分は、ＣＴ撮像領域６に配置されるべきであり、較正プレート２２の下部分は、外側領域８に配置されるべきである。較正プレート２２の異なるマーカ２３，２４の間の空間関係は知られている。

較正ステップにおいて、較正プレート２２は、ＣＴ撮像領域６において且つ外側領域８において配置され、コンピュータ断層撮影画像生成ユニット４は、ＣＴ撮像領域６における較正プレート２２の較正ＣＴ画像を生成する。加えて、光学画像取得ユニット７は、ＣＴ撮像領域６内及び外側領域８内の較正プレート２２の較正光学画像を取得する。空間関係提供ユニット１１は、次いで、較正光学画像における光マーカ２３の位置と、較正ＣＴ画像におけるＣＴマーカ２４の位置とを検出し、それらの検出された位置に基づきコンピュータ断層撮影画像生成ユニット４の視野と光学画像取得ユニット７の視野との間の空間関係を決定する。

対象５には光マーカ６０が取り付けられ、光学画像取得ユニット７は、異なる時点で、光マーカ６０を示す動作測定光学画像を取得するよう構成され、プロセッシングユニット２は、取得された動作測定光学画像に基づき可動式支持要素９に対する対象の動作を決定する対象動作決定ユニット２５を更に有する。特に、対象動作決定ユニット２５は、動作測定光学画像において光マーカ６０の位置を検出し、その検出された位置に基づき対象の動作を決定するよう構成される。画像統合ユニット１２は、決定された対象の動作に更に基づき、すなわち、図１に例示されるように対象５がＣＴ撮像領域６において配置されたときに生成され、対象５内の経路を提供するために使用されたＣＴ画像と、インターベンション器具２６を更に示す実際の画像であり得る、外側領域８における対象５の光学画像と、提供された経路と、提供された空間関係と、動作距離と、決定された対象の動作とに基づき、統合画像を生成するよう優先的に構成される。

経路提供ユニット１０は、ユーザが生成されたＣＴ画像に対して経路を入力することを可能にするグラフィカルユーザインターフェースを提供し、その入力された経路を提供するよう構成される。グラフィカルユーザインターフェースは、キーボード、コンピュータマウス、等のような入力ユニット６１と、ディスプレイ６２を使用することができる。入力ユニット６１及びディスプレイ６２はまた、単一のユニットにおいて一体化され得る。例えば、グラフィカルユーザインターフェースは、ユーザがタッチスクリーンを用いることによって経路を入力することを可能にすることができる。更なる実施形態では、経路提供ユニット１０はまた、ＣＴ画像において示される対象５の内部構造及び対象５の検出された内部構造に依存して経路を定義する経路定義規則を自動的に決定するよう構成され得る。

以下で、統合画像を生成するための統合画像生成方法の実施形態が、図７に示されるフローチャートを参照して見本となるように記載される。

図１において概略的に且つ見本となるように表されているように対象５がＣＴ撮像領域６内に動かされた後、ステップ１０１で、コンピュータ断層撮影画像生成ユニット４は、ＣＴ撮像領域６内の対象５のＣＴ画像を生成する。ステップ１０２で、経路提供ユニット１０は、対象５の外側表面上の入口位置から対象５内の標的領域までの経路を、生成されたＣＴ画像に基づき提供する。特に、経路提供ユニット１０は、ユーザがＣＴ画像において経路を描くことを可能にするグラフィカルユーザインターフェースを提供し、描かれた経路が経路提供ユニット１０によって提供される。なお、経路提供ユニット１０はまた、生成されたＣＴ画像に基づき経路を自動的に又は半自動的に決定するよう構成されてよく、決定された経路が提供される。ステップ１０３で、コンピュータ断層撮影画像生成ユニット４の視野と光学画像取得ユニット７の視野との間の空間関係が空間関係提供ユニット１１によって提供され、そして、図３において概略的に且つ見本となるように表されているように対象５が外側領域８内に動かされた後、ステップ１０４で、光学画像取得ユニット７は、ＣＴ撮像領域６の外の外側領域８内の対象５の光学画像を取得する。この光学画像は、インターベンション器具２６をその実際の位置及び向きにおいて更に示す実画像であってよい。ステップ１０５で、画像統合ユニット１２は、ステップ１０１で生成されたＣＴ画像及びステップ１０４で生成された光学画像が統合されており且つ提供された経路を更に示す統合画像を、ＣＴ画像、光学画像、提供された経路、提供された空間関係及び移動距離に基づき生成する。ステップ１０６で、統合画像はディスプレイ６２に示される。

ステップ１０４乃至１０６は、連続的に実際の光学画像が取得されて、更新された統合画像が生成され、ディスプレイ６２で示されるように、優先的にループにおいて実行される。これは、医師が、位置及び向きが提供された経路に対応するようにインターベンション器具２６を対象５の上に配置することを可能にし、一方、実時間において、医師は、統合画像を見ることによって、インターベンション器具２６の実際の位置及び向きと提供された経路との間の一致を確認することができる。

ステップ１０１乃至１０６はまた、他の順序で実行され得る。例えば、ステップ１０３は、ステップ１０５より前であるあらゆる時間的位置で実行され得る。

この統合画像を用いることによって、侵襲の少ない針インターベンションのようなインターベンションプロシージャ、例えば、バイオプシー、ドレナージ、アブレーション、等は、インターベンション器具が、ＣＴ撮像領域内の対象からのｘ線投射を取得し、その取得されたｘ線投射に基づきＣＴ画像を再構成するコンピュータ断層撮影画像生成ユニットを用いることに代えて、光学画像取得ユニットによりインターベンションプロシージャの比較的大部分について追跡され得るので、適用される放射線量が低減され且つ外側領域からＣＴ撮像領域内への及びその逆の対象５の移動がより少なく実行され得る。

光学画像取得ユニットは、コンピュータ断層撮影画像生成ユニットに堅固に取り付けられた、すなわち、ＣＴスキャナに堅固に取り付けられた複数の光学式カメラを有する。それらの光学式カメラの位置及び向きは、ボア及びボアの前の空間の両方がそれらの光学式カメラの視野によってカバーされるようなものであってよい。図１乃至３を参照して上述された実施形態では、４台の光学式カメラがボア内の空間をカバーし、３台のカメラがボアの前の空間をカバーする。すなわち、４台のカメラがＣＴ撮像領域をカバーし、３台のカメラが外側領域をカバーする。

光学画像取得ユニットの全ての光学式カメラの光学ビューの、すなわち、視野の、位置及び向きは、ＣＴ画像の、すなわち、ＣＴ視野の、位置及び向きにより優先的に較正される。この較正は、ボア内の表面及びボアの前の表面の両方をカバーすることができるほど十分に大きく且つ光学基準、すなわち、光学画像において可視的な光マーカと、ｘ線基準、すなわち、ＣＴ画像において可視的なＣＴマーカとを含む較正プレートを用いることによって、優先的に実行される。光学基準に対するｘ線基準の既知の相対位置に基づき、ＣＴ画像に対する光学ビューの位置及び向きが計算され得る。

支持要素の位置は変更されるので、対象を、特に、針の挿入のために、ボアの外に、そして、ＣＴ撮像のために反対に動かすときに、支持要素の位置は、支持要素の全ての位置について光学画像において正確な提供された経路、特に、正確な提供された針経路を示すために、正確に知られる必要がある。支持要素の夫々の位置は、支持要素がその夫々の位置を正確に配信するよう相応に構成される場合は、支持要素によって提供され得る。なお、支持要素の夫々の位置はまた、他の方法で提供され得る。例えば、再現可能な患者支持体移動システムは、更なる光学式較正により開発され得る。この光学式較正では、支持要素が動かされている間、カメラシステムに対する実際の支持要素の位置は、支持体上に位置しているマーカプレートを用いて光学式カメラとレジストレーションされる。

図１乃至３を参照して上述された、特に、較正された光学式カメラ及び較正された支持要素を有するＣＴシステムを用いることによって、ＣＴ誘導型バイオプシーのようなインターベンションプロシージャは相当に簡単化され得る。例えば、ＣＴシステムは、ＣＴ誘導型バイオプシーのために次のワークフローを可能にしてよい。

最初に、対象５は、縦型の支持要素を用いることによって、ＣＴ内、すなわち、コンピュータ断層撮影画像生成ユニット内に動かされる。次いで、ＣＴ撮像領域における対象のＣＴ画像が生成され、その後に、対象は、ＣＴガントリからＣＴガントリの前の外側領域内に動かされる。対象の外側、例えば、患者の皮膚の上にある入口点から、対象内の標的領域、特に、標的点までの経路が提供される。例えば、医師は、経路提供ユニットのグラフィカルユーザインターフェースを用いることによって、対応する針経路を、生成されたＣＴ画像に基づき計画する。計画された針経路は、次いで、ボアの前の空間を撮像する、すなわち、外側領域を撮像する光学式カメラによって取得された光学画像において、視覚化される。対象はＣＴガントリの外に動かされているので、対象上の入口点はそれらの光学式カメラの視野にある。計画された針経路はそれらの光学画像において視覚化されるので、医師は、正しい方向において針を位置付け、重要な生体構造に当たらないように針を数センチだけ挿入することができる。重要な生体構造に当たらず且つ針が標的領域に近くないことを医師が確信する限り、医師は針を挿入し続けてよい。挿入された針が標的領域の、又は重要な生体構造に近い場所の近くにあると予期する場合は、対象は、低線量ＣＴ画像を生成し且つ計画された針経路に対して実際の現実の針の位置及び向きを確認するために、再びＣＴガントリ内に動かされてよく、その後に、対象は、再び、ＣＴガントリからＣＴガントリの前の外側領域内に動かされ得る。計画された針経路に対する針の位置及び向きの確認により、針の実際の位置及び向きが正しいことが分かると、医師は針を患者内に進め続けることができる。そうでない場合は、医師は、針の位置及び／又は向きを修正してから針を進めることができる。少数の中間にあるＣＴ確認ステップを伴う統合画像誘導下での針の前進は、針が標的領域に達するまで実行され得る。多数の前進並びに更に入口位置での針の位置決め及びこの入口位置での針の方向付けは、統合画像誘導下で実行されるので、ＣＴ画像の総数、ひいては、全体のプロセスに必要とされる総時間及び適用される放射線量は低減され得る。

ＣＴシステムは、対象の動きを追跡するよう、特に、患者の動きを追跡するよう優先的に構成される。このために、多数の光マーカが対象の外側表面に、特に、患者の皮膚に取り付けられ得る。光学画像取得ユニット及び光マーカ、すなわち、図１及び３を参照して上述された光マーカ６０は、４つの光マーカが、対象の動きを追跡するために、同時に２台のカメラによって検出され得るように、優先的に構成される。４つの個別的なマーカ位置は、三角測量によって決定され得、対象の動き、位置及び向きは、４つの実際のマーカ位置を用いることによって決定され得る。

図１及び３を参照して上述された実施形態では、インターベンションシステムは、インターベンション器具及びインターベンション器具制御ユニットを有するが、他の実施形態では、インターベンションシステムは、手に持つことができる針のような手持ち式のインターベンション器具のみを有してよく、すなわち、インターベンション器具制御ユニットを有さない。

図１乃至３を参照して上述された光学画像取得ユニットは、ＣＴ撮像領域内の対象の光学画像と、ＣＴ撮像領域の外の外側領域内の対象の光学画像とを取得するよう構成されるが、光学画像取得ユニットはまた、外側領域内の対象の光学画像のみを取得するよう構成され得る。すなわち、ＣＴ撮像領域内の対象の光学画像を取得する能力は任意である。例えば、光学画像取得ユニットは、ＣＴシステムのボアの外の対象を撮像するためのカメラのみを有せばよく、ボア内の領域を撮像するためのカメラを有さなくてよい。

上記の実施形態では、インターベンションシステムは、ＣＴ誘導型バイオプシーを実行するよう構成される、他の実施形態では、インターベンションシステムは、他のインターベンションプロシージャを実行するよう構成され得る。例えば、それは、ＣＴ画像を用いて針又は他のインターベンション器具を正確に誘導する必要性がある、ＣＴシステムを用いた他の低侵襲経皮プロシージャを実行するよう構成され得る。

上記の実施形態では、対象は胸部であるが、他の実施形態では、生物の他の部分であることもできる。

開示されている実施形態に対する他の変形は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求される発明を実施することにおいて当業者によって理解され成し遂げられ得る。

特許請求の範囲において、語「有する（comprising）」は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞（a又はan）は複数個を除外しない。

単一のユニット及びデバイスは、特許請求の範囲で挙げられている複数の項目の機能を満たしてよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項で挙げられているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示さない。

１又は複数のユニット又はデバイスによって実行される経路の、特に、計画された針経路の提供、統合画像の生成、支持要素に対する対象の動きの決定、等のようなプロシージャは、あらゆる他の数のユニット又はデバイスによって実行され得る。それらのプロシージャ及び／又は統合画像生成方法に従うＣＴシステムの制御は、コンピュータプログラムのプログラムコードとして及び／又は専用のハードウェアとして実施され得る。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその部分として供給される、光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な場合において記憶／分配されてよいが、他の形態においても、例えば、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介して、分配されてよい。

特許請求の範囲における如何なる参照符号も、適用範囲を制限するよう解釈されるべきではない。

本発明は、ＣＴ撮像領域内、特に、ＣＴシステムのボア内の対象のＣＴ画像と、対象がＣＴ撮像領域から動かされた後、特に、対象がボアの前に位置付けられるときに、生成された対象の光学画像との統合である統合画像を生成する画像統合ユニットを有するＣＴシステムに係る。統合画像は、インターベンション器具が対象内で動かされるべきである、ＣＴ画像に基づき提供された経路を更に示す。統合画像を見ることによって、ユーザは、位置確認のために多くの付加的なＣＴ画像を取得する必要なしに、経路に沿って正確に器具を動かすことができる。これは、インターベンションプロシージャのために必要とされる放射線量及び時間を低減することができる。

Claims (14)

1. コンピュータ断層撮影撮像領域内の対象のコンピュータ断層撮影画像を生成するコンピュータ断層撮影画像生成ユニットと、
   前記コンピュータ断層撮影撮像領域外の外側領域内の前記対象の光学画像を取得する可視光光学画像取得ユニットと、
   前記対象を支持し、該支持された対象を前記外側領域から前記コンピュータ断層撮影撮像領域内へ及び前記コンピュータ断層撮影撮像領域から前記外側領域内へ移動距離にわたって動かす可動式支持要素と、
   前記生成されたコンピュータ断層撮影画像に基づき、前記対象の外側表面上の位置から前記対象内の標的領域までの経路を提供する経路提供ユニットと、
   前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットの視野と前記光学画像取得ユニットの視野との間の空間関係を提供する空間関係提供ユニットと、
   前記コンピュータ断層撮影画像及び前記光学画像が統合され且つ前記提供される経路を更に示す統合画像を、前記コンピュータ断層撮影画像、前記光学画像、前記提供された経路、前記提供された空間関係及び前記移動距離に基づき生成する画像統合ユニットと
   を有するコンピュータ断層撮影システム。
2. 前記光学画像取得ユニットは更に、前記コンピュータ断層撮影撮像領域内の前記対象の光学画像を取得するよう構成される、
   請求項１に記載のコンピュータ断層撮影システム。
3. 前記可動式支持要素に対して固定位置に光マーカが配置され、
   前記光学画像取得ユニットは、前記対象が前記コンピュータ断層撮影撮像領域にあるときに前記光マーカの第１の距離測定光学画像を、及び前記対象が前記外側領域にあるときに前記光マーカの第２の距離測定光学画像を取得するよう構成され、
   当該コンピュータ断層撮影システムは、前記移動距離を決定する移動距離決定ユニットを更に有し、
   前記移動距離決定ユニットは、前記第１の距離測定光学画像及び前記第２の距離測定光学画像において前記光マーカの位置を検出し、該検出された位置に基づき前記移動距離を決定するよう構成される、
   請求項２に記載のコンピュータ断層撮影システム。
4. 較正ステップにおいて、光学画像において検出可能な光マーカと、コンピュータ断層撮影画像において検出可能なコンピュータ断層撮影マーカとを有する較正要素が使用され、
   使用において、前記較正要素は、前記コンピュータ断層撮影撮像領域から前記外側領域へ延在し、
   前記較正要素が前記コンピュータ断層撮影撮像領域及び前記外側領域において配置される場合は、コンピュータ断層撮影マーカは前記コンピュータ断層撮影撮像領域にあり、光マーカは前記外側領域にあり、
   前記光マーカ及び前記コンピュータ断層撮影マーカとの間のマーカ空間関係は知られており、
   前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットは、前記コンピュータ断層撮影撮像領域における前記較正要素の較正コンピュータ断層撮影画像を生成するよう構成され、
   前記光学画像取得ユニットは、前記外側領域内の前記較正要素の較正光学画像を取得するよう構成され、
   前記空間関係提供ユニットは、前記較正光学画像における前記光マーカの位置と、前記較正コンピュータ断層撮影画像における前記コンピュータ断層撮影マーカの位置とを検出し、該検出された位置に基づき前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットの視野と前記光学画像取得ユニットの視野との間の空間関係を決定するよう構成される、
   請求項１に記載のコンピュータ断層撮影システム。
5. 前記光学画像取得ユニットは更に、前記コンピュータ断層撮影撮像領域内の前記対象の光学画像を取得するよう構成され、
   前記較正要素が前記コンピュータ断層撮影撮像領域及び前記外側領域において配置される場合は、コンピュータ断層撮影撮像領域には更に光マーカがあり、
   前記光学画像取得ユニットは、前記コンピュータ断層撮影撮像領域内の前記較正要素の較正光学画像を更に取得するよう構成され、
   前記空間関係提供ユニットは、前記較正光学画像における前記光マーカの位置と、前記較正コンピュータ断層撮影画像における前記コンピュータ断層撮影マーカの位置とを検出し、該検出された位置に基づき前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットの視野と前記光学画像取得ユニットの視野との間の空間関係を決定するよう構成される、
   請求項４に記載のコンピュータ断層撮影システム。
6. 前記対象に光マーカが取り付けられ、
   前記光学画像取得ユニットは、異なる時点で、前記光マーカを示す動作測定光学画像を取得するよう構成され、
   当該コンピュータ断層撮影システムは、前記可動式支持要素に対する対象の動作を決定する対象動作決定ユニットを更に有し、
   前記対象動作決定ユニットは、前記動作測定光学画像において前記光マーカの位置を検出し、該検出された位置に基づき前記対象の動作を決定するよう構成される、
   請求項１に記載のコンピュータ断層撮影システム。
7. 前記画像統合ユニットは、前記コンピュータ断層撮影画像、前記光学画像、前記提供された経路、前記提供された空間関係、前記移動距離及び前記決定された対象の動作に基づき前記統合画像を生成するよう構成される、
   請求項６に記載のコンピュータ断層撮影システム。
8. 前記光学画像取得ユニットは、前記外側領域内の前記対象の実際の時間に依存したライブ光学画像を取得するよう構成され、
   前記画像統合ユニットは、前記コンピュータ断層撮影画像及び前記実際の時間に依存したライブ光学画像が統合され、前記統合画像が前記提供された経路を示すように、前記コンピュータ断層撮影画像、前記実際の時間に依存したライブ光学画像、前記提供された経路、前記提供された空間関係及び前記移動距離に基づき前記統合画像を生成するよう構成される、
   請求項１に記載のコンピュータ断層撮影システム。
9. 前記光学画像取得ユニットは、前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットに取り付けられたカメラを有する、
   請求項１に記載のコンピュータ断層撮影システム。
10. 前記経路提供ユニットは、ユーザが前記コンピュータ断層撮影画像に対して前記経路を入力することを可能にするユーザインターフェースを提供し、前記入力された経路を提供するよう構成される、
    請求項１に記載のコンピュータ断層撮影システム。
11. 前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットは、前記コンピュータ断層撮影撮像領域を囲むボアを有し、
    前記外側領域は、前記ボアの外にある、
    請求項１に記載のコンピュータ断層撮影システム。
12. 請求項１に記載のコンピュータ断層撮影システムと、前記経路提供ユニットによって提供される経路に沿って動かされるインターベンション器具とを有するインターベンションシステムであって、
    前記可視光光学画像取得ユニットは、前記インターベンション器具が前記対象の上に置かれている間、前記外側領域における前記対象の前記光学画像を取得して、前記光学画像が前記インターベンション器具を示すように構成され、
    前記画像統合ユニットは、前記コンピュータ断層撮影画像及び前記光学画像が統合され且つ前記提供された経路及び前記インターベンション器具を更に示す統合画像を、前記コンピュータ断層撮影画像、前記光学画像、前記提供された経路、前記提供された空間関係及び前記移動距離に基づき生成するよう構成される、
    インターベンションシステム。
13. 統合画像を生成する統合画像生成方法であって、
    コンピュータ断層撮影画像生成ユニットによって、コンピュータ断層撮影撮像領域内の対象のコンピュータ断層撮影画像を生成するステップと、
    経路提供ユニットによって、前記生成されたコンピュータ断層撮影画像に基づき、前記対象の外側表面上の位置から前記対象内の標的領域までの経路を提供するステップと、
    前記対象が前記コンピュータ断層撮影撮像領域から該コンピュータ断層撮影撮像領域外の外側領域へ移動距離にわたって動かされた後、光学画像取得ユニットによって、前記外側領域内の前記対象の可視光光学画像を取得するステップと、
    空間関係提供ユニットによって、前記コンピュータ断層撮影画像生成ユニットの視野と前記光学画像取得ユニットの視野との間の空間関係を提供するステップと、
    画像統合ユニットによって、前記コンピュータ断層撮影画像及び前記光学画像が統合され且つ前記提供された経路を更に示す統合画像を、前記コンピュータ断層撮影画像、前記光学画像、前記提供された経路、前記提供された空間関係及び前記移動距離に基づき生成するステップと
    を有する統合画像生成方法。
14. 請求項１に記載されるコンピュータ断層撮影システムを制御するコンピュータで実行される場合に、前記コンピュータ断層撮影システムに、請求項１３記載される統合画像生成方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有する統合画像生成コンピュータプログラム。

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