JP2016513529A - マーカーまたはストラットの投影を用いて物体の位置を決定する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、概してX線撮像法の分野に関し、より詳細には、空間における物体の3次元(3D)モデルを2次元(2D)レントゲン画像に基づいて作成することに関する。
3D空間における物体のモデル化には、いくつかの有用な用途がある。物体の3Dモデルにより、各物体の相互の向きをより容易に可視化し分析することができる。モデル化のこの側面は、整形外科学において(または、とくに骨変形(bone deformities)を分析する際に)、とくに有用である。コンピュータ断層撮影法(CT)は、人体組織の3D表現を生成するために、整形外科分野において用いられてきた従来技法の一つである。別の従来技術は、2Dのレントゲン画像の支援による骨変形の可視化および分析を含む。まず、変形した骨セグメントの放射線像が直交視点(orthogonal views)において取得される。続いて、撮像された骨セグメントの2D線形表現を作成し、そのような線形表現を変形平面に投影することにより、変形を分析することができる。代替として、2Dのレントゲン画像における変形した骨セグメントのアウトラインを手作業で決定し、これを外挿して、変形した骨セグメントの3Dモデルを構築してもよい。
本開示は、身体部分の3Dモデルを作成する方法であって、前記身体部分は物体に結合され、前記物体は、前記物体に沿って、事前に決定された距離において、複数のマーカーを備える、方法を提供する。一実施形態では、前記方法は、
1)X線源とX線撮像装置との間に配置された前記身体部分および前記物体の、第1のレントゲン画像を受信することであって、前記第1のレントゲン画像は、
‐前記身体部分と、
‐前記物体と、
‐前記複数のマーカーと
の画像を含む、第1のレントゲン画像を受信することと、
2)前記X線源と前記X線撮像装置との間に配置された前記身体部分および前記物体の、第2のレントゲン画像を受信することであって、前記第2のレントゲン画像は、
‐前記身体部分と、
‐前記物体と、
‐前記複数のマーカーと
の画像を含む、第2のレントゲン画像を受信することと、
3)前記第1のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の間の距離の第1の組を決定することと、
4)前記複数のマーカー間の前記事前に決定された距離と、前記第1のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の間の距離の前記第1の組とを用いて、前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第1の3D位置と、前記物体の第1の3D位置とを決定することと、
4)前記第2のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の間の距離の第2の組を決定することと、
5)前記複数のマーカー間の前記事前に決定された距離と、前記第2のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の間の距離の前記第2の組とを用いて、前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第2の3D位置と、前記物体の第2の3D位置とを決定することと、
6)前記第1および第2の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記複数のマーカーの前記各3D位置を用いて、3D参照フレームにおける前記第1および第2の3D物体投影を位置合わせすることと、
7)前記第1および第2の3D物体投影に基づいて、前記3D参照フレームにおける撮像された物体の3Dモデルを作成することと
を備える。一実施形態では、前記複数のマーカーは、複数のストラットが少なくとも1つのリングに接続される複数のジョイントを含む。一実施形態では、前記物体は整形外科固定器である。一実施形態では、前記複数のマーカーは5つのマーカーを含み、前記X線源の3D位置と物体の3D位置とは数学的関係によって決定される。他の実施形態では、前記複数のマーカーは4つのマーカーを含み、前記X線源の3D位置と物体の3D位置とは数学的関係によって決定される。別の実施形態は、物体の3Dモデルを作成する方法であって、
前記物体は物体に結合され、
前記物体は、事前に決定された長さの複数のストラットを備え、
前記複数のストラットは、それぞれ、事前に決定された諸寸法の少なくとも2つの固定部材に接続され、
前記方法は、
1)前記X線源とX線撮像装置との間に配置された前記物体の、第1のレントゲン画像を受信することであって、前記第1のレントゲン画像は、
‐前記物体と、
‐事前に決定された長さの前記複数のストラットであって、前記複数のストラットは、それぞれ少なくとも2つの固定部材に、2つの接続点で接続され、前記2つの接続点の間の距離は事前に決められている、前記複数のストラットと
の画像を含む、第1のレントゲン画像を受信することと、
2)前記X線源と前記X線撮像装置との間に配置された前記物体の、第2のレントゲン画像を受信することであって、前記第2のレントゲン画像は、
‐前記物体と、
‐事前に決定された長さの前記複数のストラットであって、前記複数のストラットは、それぞれ少なくとも2つの固定部材に、2つの接続点で接続され、前記2つの接続点の間の距離は事前に決められている、前記複数のストラットと
の画像を含む、第2のレントゲン画像を受信することと、
3)前記第1のレントゲン画像上の、前記複数のストラットの長手軸の投影の第1の組を決定することと、
4)前記複数のストラットの前記接続点間の前記事前に決定された距離と、前記第1のレントゲン画像上の前記複数のストラットの長手軸の投影の前記第1の組とを用いて、前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第1の3D位置と、前記物体の第1の3D位置とを決定することと、
5)記第2のレントゲン画像上の、前記複数のストラットの長手軸の投影の第2の組を決定することと、
6)前記複数のストラットの前記接続点間の前記事前に決定された距離と、前記第2のレントゲン画像上の前記複数のストラットの長手軸の投影の前記第2の組とを用いて、前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第2の3D位置と、前記物体の第2の3D位置とを決定することと
7)前記第1および第2の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記複数のストラットの前記各3D位置を用いて、3D参照フレームにおける前記第1および第2の3D物体投影を位置合わせすることと、
8)前記第1および第2の3D物体投影に基づいて、前記3D参照フレームにおける撮像された物体の3Dモデルを作成することと
を備える、方法を提供する。一実施形態では、前記物体は整形外科固定器である。一実施形態では、前記複数のストラットは5つのストラットを含み、前記X線源の3D位置と物体の3D位置とは数学的関係によって決定される。他の実施形態では、前記複数のストラットは4つのストラットを含み、前記X線源の3D位置と物体の3D位置とは数学的関係によって決定される。
前記第1のレントゲン画像において、撮像された身体部分の、第1身体部分アウトラインを特定することと、
前記第2のレントゲン画像において、撮像された身体部分の、第2身体部分アウトラインを特定することと、
前記第1身体部分アウトラインから、前記X線源の前記第1の3D位置への、第1の3D身体部分投影を準備することと、
前記第2身体部分アウトラインから、前記X線源の前記第2の3D位置への、第2の3D身体部分投影を準備することと、
前記第1の身体部分投影および前記第2の身体部分投影に基づき、前記3D参照フレームにおいて前記撮像された身体部分の3Dモデルを作成することと
を備える。別の実施形態では、方法は、
前記3D参照フレームにおいて傾斜軸を特定することであって、前記傾斜軸は、
‐前記第1の向きにおける前記X線源の前記第1の位置に対応する、前記3D参照フレームにおける第1の3D位置と、
‐前記第2の向きにおける前記X線源の前記第2の位置に対応する、前記3D参照フレームにおける第2の3D位置と、
の間を通過する、傾斜軸を特定することと、
前記傾斜軸を通過し、前記3D参照フレームにおける前記撮像された身体部分の前記第1および第2の3D投影を通過する、1つ以上の交差平面を特定することと、
前記1つ以上の交差平面のそれぞれについて、次のステップa)〜c)を実行すること:
a)前記3D参照フレームにおいて、前記第1の3D身体部分投影および前記第2の3D身体部分投影の間の交点を1つ以上と、前記交差平面とを特定すること、
b)前記交差平面内で各前記交点を接続する1つ以上の多角形を準備すること、
c)前記1つ以上の多角形のそれぞれの内部に1つ以上の閉曲線を準備することであって、前記1つ以上の閉曲線は、前記交差平面における前記撮像された身体部分の断面図に対応する、1つ以上の閉曲線を準備すること、
と、
前記撮像された身体部分の3Dモデルを形成するために、前記3D参照フレームにおいて、前記閉曲線のそれぞれを接続する表面を準備することと
をさらに備える。
3Dモデルを生成するための従来技術は、多数の欠点を有する。CTスキャンは、人体組織の3D表現を作成するために組み合わせることができる断面図の組を生成する。しかしながら、CTスキャンを整形外科用途に用いることは、いくつかの制限により現実的ではない可能性がある。CTスキャンの間、患者は比較的大量の放射線を受け、CTスキャンを繰り返し用いることは患者を過度の放射線に曝露して健康リスクを与える可能性がある。さらに、CTスキャンは比較的高価であり、望ましくない変形を起こし得る金属を撮像するには適切ではない。また、患者はCTスキャンの間静止することを要求され、患者が幼い子供である場合には麻酔が必要となる可能性がある。しかしながら、麻酔の使用は処置のコストを増加させ、追加の健康リスクを与える可能性がある。
本明細書において開示される技術の一実施形態は、X線源と撮像装置との間に配置された身体部分と物体との、第1および第2のレントゲン画像を受信することを含む。身体部分は物体に結合している(coupled)。図2Aは、第1および第2の向き220,230において第1および第2のレントゲン画像をそれぞれ取得するために動作可能な概略図である。第1および第2のレントゲン画像を取得するために、X線源202と撮像装置204との間に、物体210に取り囲まれた身体部分201が配置される。物体210は整形外科固定器であってもよく、より具体的には図2Aに示すようなヘキサポッド(hexapod)であってもよい。物体210は、物体210に沿って事前に決定された距離に複数のマーカー203を備える。第1のレントゲン画像を生成するために、物体210に取り囲まれた身体部分201と、X線源202と、撮像装置204とは、互いに対して第1の向き220にある。第2のレントゲン画像は、物体210に取り囲まれた身体部分201を、X線源202および撮像装置204に対して新たな第2の向き230まで回転させることによって、または、図2Aに示すように、X線源202および撮像装置204を、身体部分201の周りに新たな第2の向き230まで回転させることによって、生成されてもよい。したがって、第1のレントゲン画像は、第1の向き220における、身体部分201と、物体210と、複数のマーカー203との画像を含む。同様に、第2のレントゲン画像は、第2の向き230における、身体部分201と、物体210と、複数のマーカー203との画像を含む。本実施形態では、マーカー203はストラット205が固定部材206に接続する位置にあるが、他の実施形態では、マーカー203は物体の他の部分に配置されてもよい。固定部材206はリングまたは他の適切な形状として構成することができる。
本明細書に開示される技術の一実施形態では、複数のマーカーは物体に関連付けられた5つのマーカーを含んでもよい。図3は、ある向きの、2つの固定部材302と、少なくとも5つのマーカー303とを備える物体310(この場合には整形外科固定器)を示す。これら少なくとも5つのマーカー303は、ストラット306が固定部材302に接する位置にある。他の実施形態では、これら少なくとも5つのマーカー303は、物体310の異なる部分に配置されてもよい。本実施形態では、X線源301の第1の3D位置と、物体310の第1の3D位置とは、以下に論じる数学的モデルを用いて決定されてもよい。この数学的モデルでは、(x,y,z)はX線源301の座標であり、(x0,y0,z0)〜(x4,y4,z4)は5つのマーカー303の座標であり、(X0,Y0,Z0)〜(X4,Y4,Z4)は第1のレントゲン画像上の5つのマーカー303の投影の第1の組の座標であり、l01,l02,l03,l04,l12,l13,l14,l23,l24,l34は5つのマーカー303間の事前に決定された距離であると想定される。このように18個の未知のパラメータがあり、X線源301および物体310の位置を決定するためには18個の方程式の系が必要である。
本技術の本実施形態では、複数のマーカーは4つのマーカーを含んでもよい。本実施形態では、X線源301の第1の3D位置と、物体310の第1の3D位置とは、以下に論じる数学的モデルを用いて決定されてもよい。この数学的モデルでは、(x,y,z)はX線源301の座標であり、(x0,y0,z0)〜(x3,y3,z3)は4つのマーカー303の座標であり、(X0,Y0,Z0)〜(X3,Y3,Z3)は第1のレントゲン画像上の4つのマーカー303の投影の第1の組の座標であり、l01,l02,l03,l12,l13,l23は4つのマーカー303間の事前に決定された距離であると想定される。これらの変数の間の関係は、さらに図4に示される。
本技術の別の実施形態でもまた、複数のマーカーは4つのマーカーであってもよい。この実施形態では、X線源301の第1の3D位置と、物体310の第1の3D位置とは、以下に論じる数学的モデルを用いて決定されてもよい。この数学的モデルでは、(x,y,z)はX線源301の座標であり、(x0,y0,z0)〜(x3,y3,z3)は4つのマーカー303の座標であり、(X0,Y0,Z0)〜(X3,Y3,Z3)は第1のレントゲン画像上の4つのマーカー303の投影の第1の組の座標であり、l01,l02,l03,l12,l13,l23は4つのマーカー303間の事前に決定された距離であると想定される。これらの変数の間の関係は、さらに図4に示される。
x=x0+α*t; y=y0+β*t; z=z0+γ*t
xi=x+αi*ti; yi=y+βi*ti; zi=z+γi*ti
ただしαi=Xi−x; βi=Yi−y; γi=Zi−z
ここでiは0から3までの数である。
xi=´x+αi*ti; yi=´y+βi*ti; zi=´z+γi*ti
ただしαi=´Xi−x; βi=´Yi−y; γi=´Zi−z
ここでiは0から3までの数である。
本技術の別の実施形態では、複数のマーカーは4つのマーカーを含んでもよい。この実施形態では、X線源301の第1の3D位置と、物体310の第1の3D位置とは、以下に論じる数学的モデルを用いて決定されてもよい。この数学的モデルでは、(x,y,z)はX線源301の座標であり、(x0,y0,z0)〜(x3,y3,z3)は4つのマーカー303の座標であり、(X0,Y0,Z0)〜(X3,Y3,Z3)は第1のレントゲン画像上の4つのマーカー303の投影の第1の組の座標であり、l01,l02,l03,l12,l13,l23は4つのマーカー303間の事前に決定された距離であると想定される。これらの変数の間の関係は、図4に示される。さらに、各マーカーは、X線源301と、そのマーカーの投影点と、隣接する(neighboring)マーカーの投影点とを通る平面上に配置される。このように、物体のマーカーそれぞれについて
2平面付属方程式(two planes appurtenant equations)が決定され、以下に提供するように、4つのマーカーを伴う物体310について8つの方程式の系を作成してもよい。
本明細書に開示される技術の、別の実施形態は、X線源と撮像装置との間に配置された物体の、第1および第2のレントゲン画像を受信することを含む。図2Aは、第1の向き220および第2の向き230において、それぞれ第1のレントゲン画像および第2のレントゲン画像を取得するために動作可能な概略図である。第1および第2のレントゲン画像を取得するために、物体210に取り囲まれた身体部分201が、X線源202と撮像装置204との間に配置される。物体210は整形外科固定器であってもよく、より詳細には図2Aに示すヘキサポッドであってもよい。物体210は、事前に決められた寸法の少なくとも2つの固定部材206にそれぞれ接続された、事前に決められた長さの複数のストラット205を備える。この実施形態では固定部材206はリングであるが、他の実施形態は他の形状に成形された固定部材を採用してもよい。第1のレントゲン画像を生成するために、物体210によって取り囲まれた身体部分201と、X線源202と、撮像装置204とが、互いに対して第1の向き220にある。第2のレントゲン画像は、物体210に取り囲まれた身体部分201を、X線源202および撮像装置204に対して新たな第2の向き230まで回転させることによって、または、図2Aに示すように、X線源202および撮像装置204を、身体部分201の周りに新たな第2の向き230まで回転させることによって、生成されてもよい。したがって、第1のレントゲン画像は、身体部分201と、物体210と、事前に決められた寸法の少なくとも2つの固定部材206にそれぞれ接続された事前に決められた長さの複数のストラット205との第1の画像を含む。同様に、第2のレントゲン画像は、身体部分201と、物体210と、事前に決められた寸法の少なくとも2つの固定部材206にそれぞれ接続された事前に決められた長さの複数のストラット205との第2の画像を含む。
本明細書に開示される技術の一例示的実施形態では、複数のストラットは5つのストラットを含んでもよい。図5は、ある向きにおける、2つの固定部材502と5つのストラット506とを備える物体510を示す。本実施形態では、X線源501の第1の3D位置と、物体510の第1の3D位置とは、以下に論じる数学的モデルを用いて決定されてもよい。この数学的モデルでは、(x,y,z)はX線源501の座標であり、(x0,y0,z0)〜(x9,y9,z9)は、固定部材502への10個のストラット接続点503の座標であり、(X0,Y0,Z0)から(X1,Y1,Z1)まで、…、(X8,Y8,Z8)から(X9,Y9,Z9)までは、第1のレントゲン画像上のストラット506の長手軸の投影の第1の組であり、l01,l02,l03,l04,l06,l07,l08,l09,l12,l13,l14,l15,l16,l17,l18,l19,l23,l24,l25,l26,l27,l28,l29は、10個のストラット接続点503間の事前に決定された距離であり、siは未知の比率であり、v(i−1)ix,v(i−1)iy,v(i−1)izはストラット506の長手軸の投影のベクトルであり、ただしv(i−1)ix=Xi−X(i−1),v(i−1)iy=Yi−Y(i−1),v(i−1)iz=Zi−Z(i−1)であると想定される。ここでiは0から9までの数である。したがって、たとえばv01x=X1−X0,v01y=Y1−Y0,v01z=Z1−Z0である。このように33個の未知のパラメータがあり、X線源501および物体510の位置を決定するためには33個の方程式の系が必要である。
X座標: X0+v01x*s0
Y座標: Y0+v01y*s0
Z座標: Z0+v01z*s0
本技術の本実施形態では、複数のストラット506は4つのストラット506を含んでもよい。本実施形態では、X線源501の第1の3D位置と、物体510の第1の3D位置とは、以下に論じる数学的モデルを用いて決定されてもよい。この数学的モデルでは、(x,y,z)はX線源501の座標であり、(x0,y0,z0)〜(x7,y7,z7)は、8つのストラット接続点503の座標であり、(X0,Y0,Z0)から(X1,Y1,Z1)まで、…、(X6,Y6,Z6)から(X7,Y7,Z7)までは、第1のレントゲン画像上のストラットの長手軸の投影の第1の組であり、l01,l02,l03,l04,l06,l07,l12,l13,l14,l15,l16,l17,l23,l24,l25,l26,l27は、8個のストラット接続点503間の事前に決定された距離であり、siは未知の比率であり、v(i−1)ix,v(i−1)iy,v(i−1)izはストラットの長手軸の投影のベクトルであり、ただしv(i−1)ix=Xi−X(i−1),v(i−1)iy=Yi−Y(i−1),v(i−1)iz=Zi−Z(i−1)であると想定される。ここでiは0から7までの数である。したがって、たとえばv01x=X1−X0,v01y=Y1−Y0,v01z=Z1−Z0である。変数のこのような関係は、さらに図6に示される。
X’0=X0+v01x*s0
Y’0=Y0+v01y*s0
Z’0=Z0+v01z*s0
本技術の別の実施形態では、複数のマーカーは4つのストラットを含んでもよい。この実施形態では、X線源501の第1の3D位置と、物体510の第1の3D位置とは、以下に論じる数学的モデルを用いて決定されてもよい。この数学的モデルでは、(x,y,z)はX線源501の座標であり、(x0,y0,z0)〜(x7,y7,z7)は、固定部材502に対する8つのストラット接続点503の座標であり、(X0,Y0,Z0)から(X1,Y1,Z1)まで、…、(X6,Y6,Z6)から(X7,Y7,Z7)までは、第1のレントゲン画像上のストラット506の長手軸の投影の第1の組であり、l01,l02,l03,l04,l06,l07,l12,l13,l14,l15,l16,l17,l23,l24,l25,l26,l27は、8個のストラット接続点503間の事前に決定された距離であり、siは未知の比率であり、v(i−1)ix,v(i−1)iy,v(i−1)izはストラットの長手軸の投影のベクトルであり、ただしv(i−1)ix=Xi−X(i−1),v(i−1)iy=Yi−Y(i−1),v(i−1)iz=Zi−Z(i−1)であると想定される。ここでiは0から7までの数である。したがって、たとえばv01x=X1−X0,v01y=Y1−Y0,v01z=Z1−Z0である。変数のこのような関係は図6に示される。
X’0=X0+v01x*s0
Y’0=Y0+v01y*s0
Z’0=Z0+v01z*s0
x=x0+α*t; y=y0+β*t; z=z0+γ*t
ここで、α,β,γは方向ベクトルを示し、tはある直線上の点(x,y,z)を別の点(たとえば(x0,y0,z0))に対して特徴づけるパラメータである。3点(x,y,z),(xi,yi,zi),(X’i,Y’i,Z’i)は、X線源601からマーカー603へ、そして撮像装置604へと通過する同一の直線上に位置している。ここでiは0から7までの数である。したがって、この直線のパラメータ方程式は、次のように表せる:
xi=x+αi*ti; yi=y+βi*ti; zi=z+γi*ti
ただしαi=X´i−x; βi=Y´i−y; γi=Z´i−z
‘X’0=‘X0+‘v01x*‘s0
‘Y’0=‘Y0+‘v01y*‘s0
‘Z’0=‘Z0+‘v01z*‘s0
´x=x0+α*t; ´y=y0+β*t; ´z=z0+γ*t
xi=´x+αi*ti; yi=´y+βi*ti; zi=´z+γi*ti
ただしαi=´X´i−´x; βi=´Y´i−´y; γi=´Z´i−´z
[モデル8]
本技術の別の実施形態では、複数のストラット506は4つのストラットを含んでもよい。この実施形態では、X線源501の第1の3D位置と、物体510の第1の3D位置とは、以下に論じる数学的モデルを用いて決定されてもよい。この数学的モデルでは、(x,y,z)はX線源501の座標であり、(x0,y0,z0)〜(x7,y7,z7)は、固定部材502に対する8つのストラット接続点503の座標であり、(X0,Y0,Z0)から(X1,Y1,Z1)まで、…、(X6,Y6,Z6)から(X7,Y7,Z7)までは、第1のレントゲン画像上のストラット506の長手軸の投影の第1の組であり、l01,l02,l03,l04,l06,l07,l12,l13,l14,l15,l16,l17,l23,l24,l25,l26,l27は、8個のストラット接続点503間の事前に決定された距離であると想定される。変数のこのような関係は図6に示される。
場合によっては、第1および第2のレントゲン画像の解像度は、マーカーによって第1および第2のレントゲン画像上に作成された影の位置を正確に特定できるようにするには充分でないということが理解される。図2Bを参照すると、小さな誤差が存在してベクトル/軌跡(たとえば242および244)の位置合わせを誤らせ交差しないようにする可能性がある。そのような場合には、X線源202の位置は近似モデルを用いて決定してもよい。例示的な近似モデルでは、ベクトル/軌跡242および244の間の線分(segment、セグメント)の向きおよび位置を決定してもよく、X線源202の位置を表すために線分上の1点を選択してもよい。一実施形態では、選択される線分は、ベクトル/軌跡242および244の共通垂線であってもよく、この共通垂線の中点がX線源202の位置を表すものとして選択されてもよい。ベクトル/軌跡242および244の双方の共通垂線は、ベクトル/軌跡242および244の間の最短線分であってもよく、X線源202の正確な近似を可能にしてもよいし、近似モデルの望ましい精度に応じて他の線分を選択してもよいということが理解される。
2)各基準1344の平均3D位置を決定する。
3)ステップ2で決定された平均3D位置それぞれからの、各基準1344の潜在的3D位置すべての偏差を決定する。
4)ステップ2で決定された平均3D位置それぞれから最も大きくずれている3D位置に対応する、最も尤度の低い3D位置を特定する。
5)最も尤度の低い3D位置を導いた解を排除する。
6)各基準1344の、残る潜在的3D位置のそれぞれの、対応する平均3D位置からの偏差が、閾値(たとえば2mm、5mm、10mm、等)より小さくなるまで、ステップ1 5を繰り返す。
7)各基準1344の3D位置を、各基準1344の、残る潜在的3D位置のそれぞれの平均として近似する。
整形外科装置が物体とともにレントゲン画像に撮像された後、手作業で、または適切なグラフィックソフトウェアを用いて、整形外科装置のアウトラインを決定してもよい。たとえば、内科医が手作業で整形外科装置のアウトラインを取り、そのような情報をコンピュータに入力してもよい。別の実施形態では、整形外科装置のアウトラインはパターン認識ソフトウェアによって自動的に生成されてもよい。その場合、整形外科装置のアウトラインは、本開示に従って、物体の3Dモデルを決定するために用いられてもよい。
Claims (32)
- 身体部分の3Dモデルを作成する方法であって、
前記身体部分は物体に結合され、
前記物体は、前記物体に沿って、事前に決定された距離において、複数のマーカーを備え、
前記方法は、
第1の向きにおいて、X線源とX線撮像装置との間に配置された前記身体部分および前記物体の、第1のレントゲン画像を受信することであって、前記第1のレントゲン画像は、
‐前記身体部分と、
‐前記物体と、
‐前記複数のマーカーと
の画像を含む、第1のレントゲン画像を受信することと、
第2の向きにおいて、前記X線源と前記X線撮像装置との間に配置された前記身体部分および前記物体の、第2のレントゲン画像を受信することであって、前記第2のレントゲン画像は、
‐前記身体部分と、
‐前記物体と、
‐前記複数のマーカーと
の画像を含む、第2のレントゲン画像を受信することと、
前記第1のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の第1の組を決定することと、
前記複数のマーカー間の前記事前に決定された距離と、前記第1のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の前記第1の組とを用いて、前記第1の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第1の3D位置と、前記物体の第1の3D位置とを決定することと、
前記第2のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の第2の組を決定することと、
前記複数のマーカー間の前記事前に決定された距離と、前記第2のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の前記第2の組とを用いて、前記第2の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第2の3D位置と、前記物体の第2の3D位置とを決定することと、
前記第1および第2の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記複数のマーカーの前記各3D位置を用いて、3D参照フレームにおける前記第1および第2の3D物体投影を位置合わせすることと、
前記第1および第2の3D物体投影に基づいて、前記3D参照フレームにおける撮像された身体部分の3Dモデルを作成することと
を備える、方法。 - 前記複数のマーカーは、複数のストラットが少なくとも1つの固定部材に接続される複数のジョイントを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記物体は整形外科固定器である、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のマーカーは5つのマーカーを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項1に記載の方法。 - 前記複数のマーカーは4つのマーカーを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項1に記載の方法。 - 前記複数のマーカーは4つのマーカーを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項1に記載の方法。 - 前記複数のマーカーは4つのマーカーを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項1に記載の方法。 - 前記第1のレントゲン画像において、撮像された身体部分の、第1身体部分アウトラインを特定することと、
前記第2のレントゲン画像において、撮像された身体部分の、第2身体部分アウトラインを特定することと、
前記第1身体部分アウトラインから、前記X線源の前記第1の3D位置への、第1の3D身体部分投影を準備することと、
前記第2身体部分アウトラインから、前記X線源の前記第2の3D位置への、第2の3D身体部分投影を準備することと、
前記第1の身体部分投影および第2の身体部分投影に基づき、前記3D参照フレームにおいて前記撮像された身体部分の3Dモデルを作成することと
を備える、請求項1に記載の方法。 - 前記方法は、
前記3D参照フレームにおいて傾斜軸を特定することであって、前記傾斜軸は、
‐前記第1の向きにおける前記X線源の前記第1の位置に対応する、前記3D参照フレームにおける第1の3D位置と、
‐前記第2の向きにおける前記X線源の前記第2の位置に対応する、前記3D参照フレームにおける第2の3D位置と、
の間を通過する、傾斜軸を特定することと、
前記傾斜軸を通過し、前記3D参照フレームにおける前記撮像された身体部分の前記第1および第2の3D投影を通過する、1つ以上の交差平面を特定することと、
前記1つ以上の交差平面のそれぞれについて、次のステップa)〜c)を実行すること:
a)前記3D参照フレームにおいて、前記第1の3D身体部分投影および前記第2の3D身体部分投影の間の交点を1つ以上と、前記交差平面とを特定すること、
b)前記交差平面内で各前記交点を接続する1つ以上の多角形を準備すること、
c)前記1つ以上の多角形のそれぞれの内部に1つ以上の閉曲線を準備することであって、前記1つ以上の閉曲線は、前記交差平面における前記撮像された身体部分の断面図に対応する、1つ以上の閉曲線を準備すること、
と、
前記撮像された身体部分の3Dモデルを形成するために、前記3D参照フレームにおいて、前記閉曲線のそれぞれを接続する表面を準備することと
をさらに備える、請求項8に記載の方法。 - 身体部分の3Dモデルを作成する方法であって、
前記身体部分は物体に結合され、
前記物体は、事前に決定された長さの複数のストラットを備え、
前記複数のストラットは、それぞれ、事前に決定された諸寸法の少なくとも2つの固定部材に接続され、
前記方法は、
第1の向きにおいて、X線源とX線撮像装置との間に配置された前記身体部分および前記物体の、第1のレントゲン画像を受信することであって、前記第1のレントゲン画像は、
‐前記身体部分と、
‐前記物体と、
‐事前に決定された長さの前記複数のストラットであって、前記複数のストラットは、それぞれ少なくとも2つの固定部材に、2つの接続点で接続され、前記2つの接続点の間の距離は事前に決められている、前記複数のストラットと
の画像を含む、第1のレントゲン画像を受信することと、
第2の向きにおいて、前記X線源と前記X線撮像装置との間に配置された前記身体部分および前記物体の、第2のレントゲン画像を受信することであって、前記第2のレントゲン画像は、
‐前記身体部分と、
‐前記物体と、
‐事前に決定された長さの前記複数のストラットであって、前記複数のストラットは、それぞれ少なくとも2つの固定部材に、2つの接続点で接続され、前記2つの接続点の間の距離は事前に決められている、前記複数のストラットと
の画像を含む、第2のレントゲン画像を受信することと、
前記第1のレントゲン画像上の、前記複数のストラットの長手軸の投影の第1の組を決定することと、
前記複数のストラットの前記ストラット接続点間の前記事前に決定された距離と、前記第1のレントゲン画像上の前記複数のストラットの長手軸の投影の前記第1の組とを用いて、前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第1の3D位置と、前記物体の第1の3D位置とを決定することと、
前記第2のレントゲン画像上の、前記複数のストラットの長手軸の投影の第2の組を決定することと、
前記複数のストラットの前記ストラット接続点間の前記事前に決定された距離と、前記第2のレントゲン画像上の前記複数のストラットの長手軸の投影の前記第2の組とを用いて、前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第2の3D位置と、前記物体の第2の3D位置とを決定することと
前記第1および第2の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記複数のストラットの前記各3D位置を用いて、3D参照フレームにおける前記第1および第2の3D物体投影を位置合わせすることと、
前記第1および第2の3D物体投影に基づいて、前記3D参照フレームにおける撮像された身体部分の3Dモデルを作成することと
を備える、方法。 - 前記物体は整形外科固定器である、請求項10に記載の方法。
- 前記複数のストラットは5つのストラットを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項10に記載の方法。 - 前記複数のストラットは4つのストラットを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項10に記載の方法。 - 前記複数のストラットは4つのストラットを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項10に記載の方法。 - 前記複数のストラットは4つのストラットを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項10に記載の方法。 - 前記第1のレントゲン画像において、撮像された身体部分の、第1身体部分アウトラインを特定することと、
前記第2のレントゲン画像において、撮像された身体部分の、第2身体部分アウトラインを特定することと、
前記第1身体部分アウトラインから、前記X線源の前記第1の3D位置への、第1の3D身体部分投影を準備することと、
前記第2身体部分アウトラインから、前記X線源の前記第2の3D位置への、第2の3D身体部分投影を準備することと、
前記第1の身体部分投影および第2の身体部分投影に基づき、前記3D参照フレームにおいて前記撮像された身体部分の3Dモデルを作成することと
をさらに備える、請求項10に記載の方法。 - 前記方法は、
前記3D参照フレームにおいて傾斜軸を特定することであって、前記傾斜軸は、
‐前記第1の向きにおける前記X線源の前記第1の位置に対応する、前記3D参照フレームにおける第1の3D位置と、
‐前記第2の向きにおける前記X線源の前記第2の位置に対応する、前記3D参照フレームにおける第2の3D位置と、
の間を通過する、傾斜軸を特定することと、
前記傾斜軸を通過し、前記3D参照フレームにおける前記撮像された身体部分の前記第1および第2の3D投影を通過する、1つ以上の交差平面を特定することと、
前記1つ以上の交差平面のそれぞれについて、次のステップa)〜c)を実行すること:
a)前記3D参照フレームにおいて、前記第1の3D身体部分投影および前記第2の3D身体部分投影の間の交点を1つ以上と、前記交差平面とを特定すること、
b)前記交差平面内で各前記交点を接続する1つ以上の多角形を準備すること、
c)前記1つ以上の多角形のそれぞれの内部に1つ以上の閉曲線を準備することであって、前記1つ以上の閉曲線は、前記交差平面における前記撮像された身体部分の断面図に対応する、1つ以上の閉曲線を準備すること、
と、
前記撮像された身体部分の3Dモデルを形成するために、前記3D参照フレームにおいて、前記閉曲線のそれぞれを接続する表面を準備することと
をさらに備える、請求項16に記載の方法。 - 物体の3Dモデルを作成する方法であって、
前記物体は、前記物体に沿って、事前に決定された距離において、複数のマーカーを備え、
前記方法は、
第1の向きにおいて、X線源とX線撮像装置との間に配置された前記物体の、第1のレントゲン画像を受信することであって、前記第1のレントゲン画像は、
‐前記物体と、
‐前記複数のマーカーと
の画像を含む、第1のレントゲン画像を受信することと、
第2の向きにおいて、前記X線源と前記X線撮像装置との間に配置された前記物体の、第2のレントゲン画像を受信することであって、前記第2のレントゲン画像は、
‐前記物体と、
‐前記複数のマーカーと
の画像を含む、第2のレントゲン画像を受信することと、
前記第1のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の第1の組を決定することと、
前記複数のマーカー間の前記事前に決定された距離と、前記第1のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の前記第1の組とを用いて、前記第1の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第1の3D位置と、前記物体の第1の3D位置とを決定することと、
前記第2のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の第2の組を決定することと、
前記複数のマーカー間の前記事前に決定された距離と、前記第2のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の前記第2の組とを用いて、前記第2の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第2の3D位置と、前記物体の第2の3D位置とを決定することと、
前記第1および第2の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記複数のマーカーの前記各3D位置を用いて、3D参照フレームにおける前記第1および第2の3D物体投影を位置合わせすることと、
前記第1および第2の3D物体投影に基づいて、前記3D参照フレームにおける撮像された物体の3Dモデルを作成することと
を備える、方法。 - 前記複数のマーカーは、複数のストラットが少なくとも1つの固定部材に接続される複数のジョイントを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記物体は整形外科固定器である、請求項18に記載の方法。
- 前記複数のマーカーは5つのマーカーを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項18に記載の方法。 - 前記複数のマーカーは4つのマーカーを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項18に記載の方法。 - 前記複数のマーカーは4つのマーカーを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項18に記載の方法。 - 前記複数のマーカーは4つのマーカーを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項18に記載の方法。 - 物体の3Dモデルを作成する方法であって、
前記物体は、事前に決定された長さの複数のストラットを備え、
前記複数のストラットは、それぞれ、事前に決定された諸寸法の少なくとも2つの固定部材に接続され、
前記方法は、
第1の向きにおいて、X線源とX線撮像装置との間に配置された前記物体の、第1のレントゲン画像を受信することであって、前記第1のレントゲン画像は、
‐前記物体と、
‐事前に決定された長さの前記複数のストラットであって、前記複数のストラットは、それぞれ少なくとも2つの固定部材に、2つの接続点で接続され、前記2つの接続点の間の距離は事前に決められている、前記複数のストラットと
の画像を含む、第1のレントゲン画像を受信することと、
第2の向きにおいて、前記X線源と前記X線撮像装置との間に配置された前記物体の、第2のレントゲン画像を受信することであって、前記第2のレントゲン画像は、
‐前記物体と、
‐事前に決定された長さの前記複数のストラットであって、前記複数のストラットは、それぞれ少なくとも2つの固定部材に、2つの接続点で接続され、前記2つの接続点の間の距離は事前に決められている、前記複数のストラットと
の画像を含む、第2のレントゲン画像を受信することと、
前記第1のレントゲン画像上の、前記複数のストラットの長手軸の投影の第1の組を決定することと、
前記複数のストラットの前記ストラット接続点間の前記事前に決定された距離と、前記第1のレントゲン画像上の前記複数のストラットの長手軸の投影の前記第1の組とを用いて、前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第1の3D位置と、前記物体の第1の3D位置とを決定することと、
前記第2のレントゲン画像上の、前記複数のストラットの長手軸の投影の第2の組を決定することと、
前記複数のストラットの前記ストラット接続点間の前記事前に決定された距離と、前記第2のレントゲン画像上の前記複数のストラットの長手軸の投影の前記第2の組とを用いて、前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第2の3D位置と、前記物体の第2の3D位置とを決定することと
前記第1および第2の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記複数のストラットの前記各3D位置を用いて、3D参照フレームにおける前記第1および第2の3D物体投影を位置合わせすることと、
前記第1および第2の3D物体投影に基づいて、前記3D参照フレームにおける撮像された物体の3Dモデルを作成することと
を備える、方法。 - 前記物体は整形外科固定器である、請求項25に記載の方法。
- 前記複数のストラットは5つのストラットを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項25に記載の方法。 - 前記複数のストラットは4つのストラットを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項25に記載の方法。 - 前記複数のストラットは4つのストラットを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項25に記載の方法。 - 前記複数のストラットは4つのストラットを含み、
さらに、前記X線源の前記第1の3D位置および前記物体の前記第1の3D位置は、次の関係により決定され、
さらに、前記X線源の前記第2の3D位置および前記物体の前記第2の3D位置は、次の関係により決定され、
請求項25に記載の方法。 - 命令が符号化されたコンピュータメモリ装置であって、
前記命令は、コンピュータに、以下のステップ:
第1の向きにおいて、X線源とX線撮像装置との間に配置された前記身体部分および前記物体の、第1のレントゲン画像を受信することであって、前記第1のレントゲン画像は、
‐前記身体部分と、
‐前記物体と、
‐前記複数のマーカーと
の画像を含む、第1のレントゲン画像を受信することと、
第2の向きにおいて、前記X線源と前記X線撮像装置との間に配置された前記身体部分および前記物体の、第2のレントゲン画像を受信することであって、前記第2のレントゲン画像は、
‐前記身体部分と、
‐前記物体と、
‐前記複数のマーカーと
の画像を含む、第2のレントゲン画像を受信することと、
前記第1のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の第1の組を決定することと、
前記複数のマーカー間の前記事前に決定された距離と、前記第1のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の前記第1の組とを用いて、前記第1の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第1の3D位置と、前記物体の第1の3D位置とを決定することと、
前記第2のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の第2の組を決定することと、
前記複数のマーカー間の前記事前に決定された距離と、前記第2のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の前記第2の組とを用いて、前記第2の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第2の3D位置と、前記物体の第2の3D位置とを決定することと、
前記第1および第2の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記複数のマーカーの前記各3D位置を用いて、3D参照フレームにおける前記第1および第2の3D物体投影を位置合わせすることと、
前記第1および第2の3D物体投影に基づいて、前記3D参照フレームにおける撮像された身体部分の3Dモデルを作成することと
を実行させる、命令が符号化されたコンピュータメモリ装置。 - コンピュータコードセグメントであって、
前記コンピュータコードセグメントは、コンピュータに、以下のステップ:
第1の向きにおいて、X線源とX線撮像装置との間に配置された前記身体部分および前記物体の、第1のレントゲン画像を受信することであって、前記第1のレントゲン画像は、
‐前記身体部分と、
‐前記物体と、
‐前記複数のマーカーと
の画像を含む、第1のレントゲン画像を受信することと、
第2の向きにおいて、前記X線源と前記X線撮像装置との間に配置された前記身体部分および前記物体の、第2のレントゲン画像を受信することであって、前記第2のレントゲン画像は、
‐前記身体部分と、
‐前記物体と、
‐前記複数のマーカーと
の画像を含む、第2のレントゲン画像を受信することと、
前記第1のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の第1の組を決定することと、
前記複数のマーカー間の前記事前に決定された距離と、前記第1のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の前記第1の組とを用いて、前記第1の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第1の3D位置と、前記物体の第1の3D位置とを決定することと、
前記第2のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の第2の組を決定することと、
前記複数のマーカー間の前記事前に決定された距離と、前記第2のレントゲン画像上の前記複数のマーカーの投影の前記第2の組とを用いて、前記第2の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記X線源の第2の3D位置と、前記物体の第2の3D位置とを決定することと、
前記第1および第2の向きにおける前記X線撮像装置に対する、前記複数のマーカーの前記各3D位置を用いて、3D参照フレームにおける前記第1および第2の3D物体投影を位置合わせすることと、
前記第1および第2の3D物体投影に基づいて、前記3D参照フレームにおける撮像された身体部分の3Dモデルを作成することと
を実行させるよう動作可能である、コンピュータコードセグメント。
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