JP2018043000A - Ｅｎｔ画像の位置合わせ - Google Patents

Abstract

【課題】 画像の位置合わせを行う。【解決手段】 被験者の頭部のボクセルのコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、被験者の眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分を規定するために、画像におけるそれぞれの存在位置を識別するように画像を解析することと、を含む方法が開示される。本方法は、ボクセルサブセットを識別することであって、該ボクセルサブセットは、頭部の骨性区分を覆い、また、第１の線分に対して平行な第２の線分上に、かつ第１の線分に直交する第３の線分上に存在する、ことを含む。被験者の頭部上の位置を測定するように構成された磁気追跡システムが起動され、また、そのシステムにおいて動作するプローブが、骨性区分を覆う頭部の表面の位置を測定するために、骨性区分に近接して配置される。これらの位置とボクセルサブセットとの間の対応が形成され、ＣＴ画像と磁気追跡システムとの間の位置合わせが、その対応に応じて生成される。【選択図】 図１

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる２０１６年９月８日出願の米国特許仮出願第６２／３８４，８２３号の利益を主張するものである。

（発明の分野）
本発明は、広義には画像の位置合わせに関するものであり、より具体的には、画像誘導手術のために用いられ得る種々の様式で生成された画像に関する。

画像誘導手術（ＩＧＳ）において、医療専門家は、外科手術手技の間に器具の位置及び／又は配向が患者の解剖学的構造の画像上に提示され得るように実時間で追跡される器具を使用する。場合によっては、患者の解剖学的構造の追跡と撮像の両方が、透視診断法などの１つの様式によって実現され得る。しかしながら、透視診断法は電離放射線を用いるものであるため、その利用は最小限にされるべきである。結果として、多くのシナリオにおいて、患者の画像は、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）透視診断法などのある様式で準備され、器具追跡では、電磁気追跡などの異なる様式が用いられる。

追跡が効果的となるためには、２つの様式の基準フレームが互いに対して位置合わせされなければならない。耳鼻咽喉科（ＥＮＴ）手術の場合、特に洞の領域においては、洞が脳及び視神経などの他の器官に近接しているために、正確な位置合わせが重要となる。

本発明の実施形態は方法を提供するものであり、方法は、
被験者の頭部のボクセルを含んだコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、
被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分を規定するために、画像におけるそれぞれの存在位置を識別するように画像を解析することと、
ボクセルサブセットを識別することであって、ボクセルサブセットは、頭部の骨性区分を覆うボクセルを含むものであり、また、第１の線分に対して平行な第２の線分上に、かつ第１の線分に直交する第３の線分上に存在する、ことと、
被験者の頭部上の位置を測定するように構成された磁気追跡システムを起動することと、
骨性区分を覆う頭部の表面の磁気システム位置を測定するために、磁気追跡システムにおいて動作するプローブを骨性区分に近接して配置することと、
磁気システム位置とボクセルサブセットとの間の対応を構成することと、
その対応に応じて、ＣＴ画像と磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成することと、を含む。

通常、第２の線分は、事前設定された距離だけ、第１の線分より上方にある。開示する実施形態では、事前設定された距離は５ｃｍである。

開示する実施形態では、頭部の骨性区分は、＋２００よりも大きいか又はそれに等しいハウンスフィールド単位値を有するボクセルとして識別される。

開示する更なる実施形態では、第３の線分は被験者の鼻の先端に重なる。

開示する更なる実施形態では、第２の線分と第３の線分は大文字のＴ字を形成し、方法は、表面の磁気システム位置を測定するためにプローブを配置するのに先立って、ＣＴ画像を表示し、表示されたＣＴ画像上にその大文字のＴ字を配置することを更に含む。

本発明の一実施形態により、次のことを含む方法が更に提供され、本方法は、
被験者の頭部のボクセルを含んだコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、
被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分と、第１の線分を直角に切断する第２の線分とを規定するために、画像におけるそれぞれの存在位置を識別するように、画像を解析することであって、２つの線分は画像を各領域に分割するものである、ことと、
被験者の頭部上の位置を測定するように構成された磁気追跡システムを起動することと、
表面の磁気システム位置を測定するために、領域に対応する頭部の表面に近接して、磁気追跡システムにおいて動作するプローブを配置することと、
所与の領域の磁気システム位置の計数が所与の領域に対する事前設定されたしきい値を超えたときに、その指示を提供するし、磁気システム位置と画像のボクセルとの間の対応を形成することと、
その対応に応じて、ＣＴ画像と磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成することと、を含む。

代替的な実施形態では、指示を提供することは、頭部のスケッチの視覚的特徴を変更することを含む。

更なる代替的な実施形態では、各領域は、それぞれの事前設定されたしきい値を有する４つの四半分を含む。

更なる代替的な実施形態では、方法は、計数を決定するのに先立って、ＣＴ画像内のランドマーク点に対応する表面の磁気システム位置を用いて、ＣＴ画像と磁気追跡システムとの間の予備的な位置合わせを実施することを含む。ランドマーク点は典型的には、被験者の鼻の先端の下方にある第１の点と、被験者の両眼の間にある第２の点と、第１の線分の左側にある第３の点と、第１の線分の右側にある第４の点とのうちの少なくとも２つを含み得る。

本発明の実施形態によると、装置が更に提供され、装置は、
磁気センサと、
磁気センサの存在位置を測定するように構成された磁気追跡システムと、
システムにおけるプローブの磁気システム位置を測定するように構成された磁気センサを含んだプローブと、
プロセッサと、を含み、プロセッサは、
被験者の頭部のボクセルを有するコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、
被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分を規定するために、画像におけるそれぞれの存在位置を識別するように画像を解析することと、
ボクセルのボクセルサブセットを識別することであって、ボクセルサブセットは、頭部の骨性区分を覆うものであり、第１の線分に対して平行な第２の線分上に、かつ第１の線分に直交する第３の線分上に存在する、ことと、
磁気追跡システムを起動することと、
プローブから骨性区分に重なる頭部の表面の磁気システム位置を受け取ることと、
プローブからの磁気システム位置とボクセルサブセットとの間の対応を構成することと、
対応に応じて、ＣＴ画像と磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成することと、を行うように構成される。

本発明の実施形態によると、装置が更に提供され、装置は、
磁気センサと、
磁気センサの存在位置を測定するように構成された磁気追跡システムと、
システムにおけるプローブの磁気システム位置を測定するように構成された磁気センサを含んだプローブと、
プロセッサと、を含み、プロセッサは、
被験者の頭部のボクセルを含んだコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、
被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分と、第１の線分を直角に切断する第２の線分とを規定するために、画像におけるそれぞれの存在位置を識別するように画像を解析することであって、２つの線分は画像を各領域に分割するものである、ことと、
磁気追跡システムを起動することと、
プローブから頭部の表面の磁気システム位置を受け取ることと、
所与の領域の磁気システム位置の計数が所与の領域に対する事前設定されたしきい値を超えたときに、その指示を提供し、磁気システム位置と画像のボクセルとの間の対応を形成することと、
対応に応じて、ＣＴ画像と磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成することと、を行うように構成される。

以下の本開示の実施形態の詳細な説明を図面と併せ読むことで本開示のより完全な理解が得られるであろう。

本発明の一実施形態による、ＥＮＴ（耳鼻咽喉）位置合わせシステムを示す概略図である。 本発明の一実施形態による、図１のシステムに対するプロセスの各工程のフローチャートである。 本発明の一実施形態による、図２のフローチャートの各工程を示す概略図である。 本発明の一実施形態による、図２のフローチャートの各工程を示す概略図である。 本発明の一実施形態による、図２のフローチャートの各工程を示す概略図である。 本発明の一実施形態による、代替的なＥＮＴ位置合わせシステムを示す概略図である。 本発明の一実施形態による、図６のシステムに対する代替的なプロセスの各工程のフローチャートである。 本発明の一実施形態による、図７のフローチャートの各工程を示す概略図である。 本発明の一実施形態による、患者のＣＴ画像における患者の眼の中心を発見するための各工程を示すフローチャートである。

概要
ＣＴ画像と磁気追跡システムとの間における典型的な位置合わせ手順では、両方のシステムにアクセス可能な多数の異なる点の存在位置が、両方のシステムにおいて獲得される。一例として、鼻の先端がＣＴ画像において識別されてもよく、その鼻の先端の存在位置はまた、磁気追跡システムにおいて獲得されてもよい。そのようなポイントのペアが獲得されると、反復最近点（ＩＣＰ）定理又はＩＣＰ定理の変型などの定理によって費用関数が使用されて、２組の点を最良に整合させる、すなわち位置合わせする回転及び／又は並進の変換が推定される。通常、この処理は、変換の精度を改善するために、例えば点のペア数を増加させることによって反復される。

ＣＴ画像の特質により、ＥＮＴ処置を受ける患者の外側形体の存在位置、すなわち鼻の先端又は耳垂などの種々の皮膚領域の存在位置は明確に定められる。しかしながら、磁気センサが領域上に配置される磁気追跡システムでは、存在位置が十分に定められないこともある。例えば、耳垂は、その上に磁気センサが配置されるときに移動することがある。２つのシステム間における正確な位置合わせのために、磁気システムにアクセス可能であり、かつそれらの存在位置がシステムで獲得されるときに移動する確率の低い領域が用いられる。本発明の実施形態は、オペレータがそのような領域を識別及び使用するのを支援する方法を提供する。

一実施形態では、被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分を規定するために、画像におけるそれぞれの存在位置を識別するように、被験者のＣＴ画像が分析される。画像のボクセルサブセットが識別され、そのサブセットは、被験者の頭部の骨性区分を覆うボクセルを含むものであり、また、第１の線分に対して平行な第２の線分上に、かつ第１の線分に直交する第３の線分上に存在するものである。

被験者の頭部上の位置を測定するように構成された磁気追跡システムが起動される。骨性区分を覆う頭部の表面の磁気システム位置を測定するために、磁気追跡システムにおいて動作するプローブが骨性区分に近接して配置される。

プロセッサは、磁気システム位置とボクセルサブセットとの間の対応を形成し、その対応に応じてＣＴ画像と磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成する。

代替的な実施形態では、被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分と、第１の線分を直角に切断する第２の線分とを規定するために、画像におけるそれぞれの存在位置を識別するように、被験者のＣＴ画像が分析され、２つの線分は画像を各領域に分割するものである。

被験者の頭部上の位置を測定するように構成された磁気追跡システムが起動される。表面の磁気システム位置を測定するために、磁気追跡システムにおいて動作するプローブが、領域に対応する頭部の表面に近接して配置される。

プロセッサは、測定された磁気システム位置の数を計数し、また、所与の領域の磁気システム位置の計数が前記所与の領域に対する事前設定されたしきい値を超えたときにその指示を提供し、磁気システム位置と画像のボクセルとの間の対応を形成する。プロセッサは、その対応に応じて、ＣＴ画像と磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成する。

ここで図１を参照するが、図１は、本発明の一実施形態による、ＥＮＴ（耳鼻咽喉）画像位置合わせシステム２０の概略図である。以下の説明では、位置合わせシステム２０は、患者２２に対する副鼻腔処置の実施に先立って使用されると想定されている。システム２０は、本明細書では一例として透視検査用ＣＴ（コンピュータ断層撮影）画像を含むと想定される、患者２２のＣＴ画像の基準フレームと、患者に近接する磁気センサを追跡するために使用される磁気追跡システム２３の基準フレームとを位置合わせする。

システム２０では、続く洞の処置の間、磁気追跡システムに含められた磁気放射器アセンブリ２４が、患者の頭部の下方に配置される。アセンブリ２４は磁場放射器２６を含み、磁場放射器２６は、定位置に固定されるものであり、また患者２２の頭部が位置する領域３０に交番正弦波磁場を伝送するものである。一例として、アセンブリ２４の放射器２６は、患者２２の頭部の周りに、ほぼ蹄鉄形に配列される。しかしながら、アセンブリ２４の放射器に関する代替的な構成は当業者には明らかとなり、そのようなすべての構成が本発明の範囲内に含まれると想定される。

処置に先立って、システム２０によって実施される位置合わせのために、遠位端部に磁気センサ３２を有するプローブ２８の遠位端部３４が、患者２２の皮膚の種々の領域において接触される。アセンブリ２４が校正されると、磁場との相互作用に応答してセンサ内に誘発される信号により、遠位端部３４の位置を追跡することが可能となる。システム２０を操作する医師５４によって把持されるプローブコントローラ５２は、プローブ２８の近位端部に接続され、コントローラは医師がセンサ３２からの信号の獲得を制御することを可能にする。Ｃａｒｔｏ（登録商標）システム（Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｂａｒ，ＣＡ））は、磁界によって照射された領域内にあるコイルの位置及び方向を検出するために、本明細書に記載のシステムに類似のシステムを使用する。

放射器２６を含むシステム２０の要素は、１つ以上のメモリと通信する処理ユニットを備えるシステムプロセッサ４０によって制御される。プロセッサ４０は、キーパッド及び／又はマウス若しくはトラックボールなどのポインティングデバイスを典型的に含む、動作制御装置５８を備えるコンソール５０内に搭載され得る。コンソール５０は、ケーブルを介してかつ／又はワイヤレスで放射器に接続され、また、プローブ２８のコントローラ５２など、システム２０の他の要素にも接続される。医師５４は、コントローラ５２及び動作制御装置５８を使用して、システム２０の位置合わせを実施する間にプロセッサと相互作用する。位置合わせプロセスの間、医師が視認するための表面画像７０及び顔スケッチ７２がスクリーン５６上に提示される。表面画像７０及び顔スケッチ７２の機能について以下で説明する。（位置合わせプロセスに続いて、医師５４は、動作制御装置を使用して、処置を実施する間にプロセッサと相互作用し、またプロセッサは処置の結果をスクリーン５６上に提示してもよい。）

プロセッサ４０は、メモリ４２内に記憶されたソフトウェアを用いてシステム２０を操作する。ソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して、電子的形態でプロセッサ４０にダウンロードされてもよいし、又は代替的若しくは追加的に、磁気メモリ、光メモリ、若しくは電子メモリなどの、非一時的な有形媒体上に提供かつ／若しくは記憶されてもよい。

プロセッサ４０は、とりわけアセンブリ２４の磁気放射器２６を操作するためにソフトウェアを使用する。上述したように、放射器は、種々の周波数の正弦波交番磁場を患者２２の頭部を含む領域３０に伝達し、放射器からの磁場はセンサ３２内に信号を誘発する。プロセッサは信号を解析して、センサに関して、したがってプローブ２８の遠位端部に関して、アセンブリによって規定された基準フレームに対して測定される存在位置及び配向値を導出する。

処置の実施に先立って、患者２２のＣＴ画像がシステム２０による利用のために獲得される。ＣＴ画像のデータは、プロセッサ４０による後の取り出しのためにメモリ４２内に記憶される。以下で説明するように、プロセッサは記憶されたデータを使用して、表面画像７０をスクリーン５６上に提示する。

本発明の一実施形態によれば、図２はシステム２０に実装されるプロセスの各工程のフローチャートであり、図３はそのフローチャートの第１の工程を示す概略図である。フローチャートは、工程１００〜１０８を含む第１の準備セクションと、工程１０９〜１１４を含む後続の実行セクションとの２つのセクションに分割される。フローチャートの実行セクションは、準備セクションの完了後に、数日あるいは更に数週にわたって実施されてもよい。

初期の工程１００では、患者２２の頭部のＣＴ画像が生成され、画像の獲得されたデータがメモリ４２内に記憶される。

第１の画像解析工程１０２では、プロセッサ４０は、記憶されたＣＴデータにアクセスし、患者の頭部の表面画像７０を生成する。プロセッサは次いで、患者の前額面を越える表面画像の最高点１５２を発見する。通常、この最高点は患者の鼻の先端に対応する。

第２の画像解析工程１０４では、プロセッサ４０は、患者の眼の中心１５４、１４６を発見する。１９９３年に発行された「人工知能及びエキスパートシステムの工業的及び工学的応用（Industrial and Engineering Applications of Artificial Intelligence and Expert Systems）」に関する第６回国際会議の会議録における論文「ＣＴ脳スキャンデータにおける眼の特定（Locating the eyes in CT brain scan data）」のページ５０７〜５１７には、眼の中心を発見するための１つの方法が記載されており、この文献は参照により本明細書に組み込まれる。中心を発見するための他の方法が当業者には明らかとなり、そのようなすべての方法が本発明の範囲内に含まれると想定される。患者の画像において患者の眼の中心を発見するための方法の説明は、以下の付録に示されている。

作成工程１０６では、プロセッサは、工程１０４において発見された２つの眼の中心を連結する線１６０を作成する。加えて、プロセッサは線１６４を作成するが、線１６４は、線１６０に直交し、前額面に対して平行であり、工程１０２において発見された最高点の突出部を通過するものである。図３に示すように、２つの線は、対応する表面画像を、本明細書において１／４区とも呼ばれる４つの四半分領域１７０、１７４、１７８、１８２へと分割する。

しきい値定義工程１０８では、プロセッサ４０は、四半分１７０、１７４、１７８、１８２の各々において獲得されるべき点の最小数を記憶する。一実施形態では、最小数はそれぞれ２０、１２、１２、及び２０である。しかしながら、最小数は、これらの値よりも少なくても多くてもよく、またすべての区分に関して同じであっても異なっていてもよい。本発明者らは、上述した点の数の値は十分な結果を与えるものであることを見出しており、また、当業者は、過度な実験なしに満足な結果を与える値の他のセットを決定することが可能となる。

工程１０８は、フローチャートの準備セクションを完了させる。

フローチャートの実行セクションの開始点である、初期の磁気システム点獲得工程１０９では、（プローブの遠位端部にある）磁気センサ３２からの信号がプロセッサ４０によって獲得され得るように、医師５４がプローブ２８を起動する。通常、医師がプローブの遠位端部３４を患者の皮膚の所望の部分に配置し、それと同時に、例えば、獲得された信号をメモリ４２に保存するためにプローブのコントローラ５２内の制御装置を使用してシステム２０を起動したときに、信号が獲得される。

工程１０９では、医師は、患者の皮膚上の事前設定された複数の「ランドマーク」点に遠位端部を配置する。ランドマーク点は、プロセッサ４０が識別することが可能である、ＣＴ画像内の所定のＣＴ位置に対応する。一実施形態では、患者の鼻の先端の下方にある点、眼を除く患者の顔の左側と右側、及び両眼の間の点を含む４つのランドマーク点、並びに磁気センサ３２からの信号がこれらの点で獲得される。

磁気センサ信号が獲得されると、プロセッサは、磁気アセンブリ基準フレームにおけるそれぞれの磁気位置を計算し、それによって位置の４つの順序対を生成するが、各順序対は対応し、ある形態（磁気位置、ＣＴ位置）を有するものである。

プロセッサ４０は、順序対のセットを使用して予備的な位置合わせ、すなわち、ＣＴシステムを磁気アセンブリと整列させる並進及び／又は回転を含む変換を生成する。

上記で説明した実施形態は４つのランドマーク点を使用するが、本発明者らは、４つ未満の点、おそらくは２つの点のみで予備的な位置合わせを生成するのに十分となり得ると考えている。

本発明の一実施形態によれば、図４はスクリーン５６上の表面画像７０及び顔スケッチ７２の初期表示を示し、図５は表面画像及びスケッチのそれに続く表示を示している。以下で説明するように、スケッチは、（工程１０９に見出される予備的な位置合わせと比較して）ＣＴ画像の基準フレームと磁気追跡システムの基準フレームとの正確な位置合わせのために十分なデータが収集されたことを指示するために、システム２０のユーザ向けの視覚的指示として使用される。

フローチャートに戻ると、続く獲得工程１１０において、プロセッサは、図４に示すように、表面画像及びヒトの顔スケッチをスクリーン５６上に表示する。医師５４は、引き続き磁気センサ３２から信号を獲得し、プロセッサ４０はその獲得された信号をメモリ４２に保存する。いくつかの実装形態では、ある通知がスクリーン５６上に表示されるが、その通知は、鼻橋及び眉毛又は前頭部など、患者の骨性特徴部に近接して遠位端部３４が配置されたときに医師が信号を獲得することを示唆するものである。

信号が獲得されるたびに、工程１０９の予備的な位置合わせによって決定された遠位端部３４の存在位置にほぼ対応する領域において、それぞれのマークが表面画像１５０上に置かれる。図４は、一例として、３つのマーク１９２、１９４、及び１９６を示している。

信号が獲得されるたびに、プロセッサは、点のソースクラウドへの追加として新たな存在位置を使用してＩＣＰ定理を更新するために、信号によって決定された存在位置を使用する。（表面画像７０は、ＩＣＰ定理によって使用される点の基準クラウドに対応する。）

加えて、信号が獲得されるたびに、プロセッサは、信号が獲得された四半分領域に対するカウンタを増分する。

続く工程１１２では、プロセッサは、各四半分領域のカウンタをチェックし、また獲得された存在位置のしきい値がその領域に到達したとき、プロセッサは、領域のしきい値が到達されているという指示を医師に提供する。

本発明の一実施形態では、提供される指示は視覚的指示であり、スケッチ７０のうちの初期にはグレーであった部分は、着色されるか又は陰影を付けられることなどによって視覚的に変更される。図４及び５は、指示エリアとして使用される四半分領域１７０、１７４、１７８、１８２にそれぞれ対応する４つのグレーエリア１９８、２００、２０２、及び２０４を示している。図５は、エリア２０４が陰影付きにされていることを示しており、四半分領域１８２のしきい値が到達されていることを示している。

条件工程１１４では、医師は、スケッチの視察によって、すべての四半分領域のしきい値が到達されているかどうかをチェックする。チェックが肯定を返す場合、医師は、プローブ２８を用いて存在位置を獲得するのを中止し得る。チェックが否定を返す場合、すなわち、しきい値に到達したことの１つ以上の視覚的指示が提供されない場合、フローチャートは工程１１０に戻り、医師は引き続きプローブ２８を用いて点を獲得する。

本発明者らは、上記で説明したシステム２０の実装が、磁気システム基準フレームとＣＴ撮像基準フレームとの高速で効率的でかつ正確な位置合わせをもたらすことを見出した。

ここで図６を参照するが、図６は、本発明の一実施形態による、代替的なＥＮＴ画像位置合わせシステム２２０の概略図である。以下に説明する差異を除き、システム２２０の動作はシステム２０（図１〜５）の動作と概ね同様であり、システム２０と２２０との双方において同じ参照番号によって示される要素は、構造においても動作においても概ね同様である。

システム２０とは対照的に、システム２２０では、スケッチ７２などの視覚的指示はスクリーン５６上に表示されず、そのため、スクリーン上の表示は表面画像７０のみとなり得る。また、２つの基準フレームを位置合わせするためにシステム２０によって用いられる、図２のフローチャートの各工程とは対照的に、システム２２０は、以下で説明するように、異なるフローチャートの各工程を用いる。

本発明の一実施形態によれば、図７はシステム２２０に実装されるプロセスの各工程のフローチャートであり、図８はそれらの工程のうちの１つを示している。図２のフローチャートに関して言えば、図７のフローチャートは、実行セクションが後に続く初期の準備セクションを有する。図７のフローチャートでは、工程２３０、２３２、及び２３４は、それぞれ図２のフローチャートの工程１００、１０２、及び１０４と実質的に同じである。

画像解析工程２３６では、プロセッサは、工程２３２及び２３４で獲得された値を用いて、工程２３２で生成された表面画像７０を解析して、大文字の「Ｔ」字形状の獲得された画像内にボクセルを描写する。Ｔ字形状は、患者の鼻橋をＴ字の垂直線２５０（図８）として含む。垂直線のボクセルを決定するために、プロセッサは、工程２３２で決定された鼻の先端から開始し、鼻の先端に近接しかつ垂直方向にその上にある表面画像７０の局所的最大値を探索することによって、鼻橋の他のボクセル、すなわち鼻の骨性区分を発見する。プロセッサはこのプロセスを反復的に継続して、Ｔ字形状の完全な垂直線２５０に対応するボクセルを発見する。

Ｔ字形状の水平線２５２に対応するボクセルを発見するために、工程２３４で発見された患者の眼の中心を連結する線から、事前設定された垂直距離にあるボクセルを選択する。一実施形態では、事前設定された距離は眼の中心線から上に５ｃｍであるが、他の実施形態では、その距離は５ｃｍより長くても短くてもよい。事前設定された距離は、水平線のボクセルが患者の前頭部の骨性区分に重なるように選定される。

必要な場合、上記で説明したように発見されたボクセルの垂直線２５０は、ボクセルの水平線２５２と会合するように延長される。

解析工程２３６では、プロセッサは、表面画像７０を構成するボクセルのセットのサブセットを生成することが理解されよう。サブセットは、大文字のＴ字の全体的形状をなし、サブセット３４のボクセルは患者の頭部の骨性区分に重なる。一実施形態では、骨性区分は、約＋２００よりも大きいか又はそれに等しいハウンスフィールド単位値を有する全ＣＴ画像のボクセルに対応する。通常、垂直線と水平線のボクセルの両方が１ボクセルの幅を超える。

工程２３６は、フローチャートの準備セクションを完了させる。

フローチャートの実行セクションでは、実行工程２３８において、医師５４は、患者２２の鼻橋に沿って、また患者の前頭部に沿って、プローブ２８の遠位端部３４を移動させる。換言すれば、医師はプローブの遠位端部を「Ｔ」字のパターンで移動させる。いくつかの実装形態では、プローブをＴ字のパターンで移動させるように医師に指示するために、図８などの図形がスクリーン５６上に表示される。その移動の間、医師はコントローラ５２を使用して、プローブ内のセンサ３２から信号を獲得する。

相関及び位置合わせ工程２４０では、プロセッサはＩＣＰ定理を用いて、工程２３８で獲得された点と工程２３６で生成されたボクセルのサブセットとを相関させる。相関を実施する間、プロセッサはまた、２つの基準フレーム、すなわち磁気システムの基準フレームとＣＴ撮像システムの基準フレームとを位置合わせする。この定理は、ボクセルのサブセットを点の基準セットとして、また工程２３８で獲得された点を点のソースセットとして用いるものである。

条件工程２４２では、プロセッサは、工程２４０で実施された位置合わせが十分に正確であるかどうか、すなわち、ＩＣＰ定理によって生成された費用関数に関連付けられる誤差が十分に小さく、典型的には事前設定されたしきい値未満であるかどうかをチェックする。条件が肯定を返す場合、医師が点の獲得を中止し得ることを医師に知らせる通知が通常、スクリーン５６上に提示される。その通知はまた、所定の位置をタッチし、ＣＴ画像上でこれらの位置をプロセッサにマークさせること、及び／又はそのような位置の間の距離を測定することによって、医師が位置合わせの検証を実施することを示唆してもよい。条件が否定を返す場合、又は検証が失敗する場合、フローチャートは工程２３８に戻り、ここで医師は引き続きプローブ２８を用いて点を獲得する。

点の基準セット及び点のソースセットは同じ「Ｔ」字形状を有することから、またいずれのセットもそれぞれのセットの小さなサブセットであるため、ＩＣＰ定理を用いることで、磁気システムの基準フレームとＣＴ撮像の基準フレームとの位置合わせが極めて迅速で正確となることを本発明者らは見出した。

付録
図９は、本発明の一実施形態による、患者のＣＴ画像における患者の目の中心を発見するための各工程を示すフローチャートである。フローチャートの各工程は、上記で参照した文献、「ＣＴ脳スキャンデータにおける眼の特定（Locating the eyes in CT brain scan data）」に基づくものであり、以下の説明では、フローチャートの各工程は、プロセッサ４０が患者２２の頭部のＣＴ画像を操作することによって実現されると想定されている。

初期工程３００は、上記で説明した工程１００と実質的に同等である。

関心領域特定工程３０２では、プロセッサ４０は、例えば、画像のスライスをラスタ走査して各スライスにおいて頭部の表面を発見することによって、ＣＴ画像における患者の頭部に対する境界ボックスを描写する。

エッジ検出工程３０４では、プロセッサは、典型的にはキャニー（Canny）アルゴリズムを用いることによって、境界ボックス内の実態のエッジを区分する。

円形特定工程３０６では、プロセッサは、典型的にはハフ変換を用いることにより、エッジによって画定される円形を発見する。当該技術分野では知られているように、ハフ変換は投票手順を用いて、所与の形状、この場合は円形の物体のインスタンスを発見するものである。通常、線投票が用いられ得るが、線は円形に対して定義されるものである。ハフ変換の結果は、収束２乗アルゴリズムを用いて拡張され得る。

パターン認識工程３０８において、工程３０６で発見された円形は、それらがパターンを形成するかどうか、すなわち、対応する円形がＣＴ画像の隣接スライスのクラスタに存在することを確認するためにチェックされる。円形のクラスタを形成するために、ＩＳＯＤＡＴＡ教師なしクラスタリングアルゴリズムが用いられてもよい。

濾過工程３１０において、誤った結果を除去するために、工程３０８のクラスタが濾過される。一実施形態では、眼球半径に対する既知の考えられる寸法を用いて、ハフ変換が２度目に用いられてもよい。

最終工程３１２において、工程３１０の後の残存するクラスタの中心が、ＣＴ画像における眼の中心とされる。

上に述べた実施形態は例として挙げたものであり、本発明は上記に具体的に示し、説明したものに限定されない点は理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、上記されている種々の特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせと、前述の説明を読むことに基づいて当業者が想起するであろう、先行技術に開示されていない変形例及び修飾との両方を含む。

〔実施の態様〕
（１） 方法であって、
被験者の頭部のボクセルを含んだコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、
前記被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分を規定するために、前記画像における前記それぞれの存在位置を識別するように前記画像を解析することと、
ボクセルサブセットを識別することであって、該ボクセルサブセットは、前記頭部の骨性区分を覆うボクセルを含むものであり、また、前記第１の線分に対して平行な第２の線分上に、かつ前記第１の線分に直交する第３の線分上に存在する、ことと、
前記被験者の前記頭部上の位置を測定するように構成された磁気追跡システムを起動することと、
前記骨性区分を覆う前記頭部の表面の磁気システム位置を測定するために、前記磁気追跡システムにおいて動作するプローブを前記骨性区分に近接して配置することと、
前記磁気システム位置と前記ボクセルサブセットとの間の対応を構成することと、
前記対応に応じて、前記ＣＴ画像と前記磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成することと、を含む方法。
（２） 前記第２の線分は、事前設定された距離だけ前記第１の線分より上にある、実施態様１に記載の方法。
（３） 前記事前設定された距離は５ｃｍである、実施態様２に記載の方法。
（４） ＋２００よりも大きいか又はそれに等しいハウンスフィールド単位値を有するボクセルとして、前記頭部の前記骨性区分を識別することを含む、実施態様１に記載の方法。
（５） 前記第３の線分は前記被験者の鼻の先端に重なる、実施態様１に記載の方法。

（６） 前記第２の線分と前記第３の線分は大文字のＴ字を形成し、前記方法は、前記表面の前記磁気システム位置を測定するために前記プローブを配置するのに先立って、前記ＣＴ画像を表示し、前記表示されたＣＴ画像上に前記大文字のＴ字を配置することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（７） 方法であって、
被験者の頭部のボクセルを含んだコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、
前記被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分と、前記第１の線分を直角に切断する第２の線分とを規定するために、前記画像における前記それぞれの存在位置を識別するように、前記画像を解析することであって、前記２つの線分は前記画像を各領域に分割するものである、ことと、
前記被験者の前記頭部上の位置を測定するように構成された磁気追跡システムを起動することと、
前記頭部の表面の磁気システム位置を測定するために、前記領域に対応する前記表面に近接して、前記磁気追跡システムにおいて動作するプローブを配置することと、
所与の領域の前記磁気システム位置の計数が前記所与の領域に対する事前設定されたしきい値を超えたときに、その指示を提供し、前記磁気システム位置と前記画像の前記ボクセルとの間の対応を形成することと、
前記対応に応じて、前記ＣＴ画像と前記磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成することと、を含む方法。
（８） 前記指示を提供することは、前記頭部のスケッチの視覚的特徴を変更することを含む、実施態様７に記載の方法。
（９） 前記領域は、それぞれの事前設定されたしきい値を有する４つの四半分を含む、実施態様７に記載の方法。
（１０） 前記計数を決定するのに先立って、前記ＣＴ画像内のランドマーク点に対応する前記表面の磁気システム位置を用いて、前記ＣＴ画像と前記磁気追跡システムとの間の予備的な位置合わせを実施することを含む、実施態様７に記載の方法。

（１１） 前記ランドマーク点は、前記被験者の鼻の先端の下方にある第１の点と、前記被験者の両眼の間にある第２の点と、前記第１の線分の左側にある第３の点と、前記第１の線分の右側にある第４の点とのうちの少なくとも２つを含む、実施態様１０に記載の方法。
（１２） 装置であって、
磁気センサと、
前記磁気センサの存在位置を測定するように構成された磁気追跡システムと、
前記システムにおけるプローブの磁気システム位置を測定するように構成された前記磁気センサを備えるプローブと、
プロセッサと、を含み、前記プロセッサが、
被験者の頭部のボクセルを含んだコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、
前記被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分を規定するために、前記画像における前記それぞれの存在位置を識別するように前記画像を解析することと、
ボクセルサブセットを識別することであって、該ボクセルサブセットは、前記頭部の骨性区分を覆うボクセルを含むものであり、前記第１の線分に対して平行な第２の線分上に、かつ前記第１の線分に直交する第３の線分上に存在するものである、ことと、
前記磁気追跡システムを起動することと、
前記プローブから前記骨性区分に重なる前記頭部の表面の磁気システム位置を受け取ることと、
前記プローブからの前記磁気システム位置と前記ボクセルサブセットとの間の対応を構成することと、
前記対応に応じて、前記ＣＴ画像と前記磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成することと、を行うように構成されている、装置。
（１３） 前記第２の線分は、事前設定された距離だけ、前記第１の線分より上方にある、実施態様１２に記載の装置。
（１４） 前記事前設定された距離は５ｃｍである、実施態様１３に記載の装置。
（１５） 前記プロセッサは、＋２００よりも大きいか又はそれに等しいハウンスフィールド単位値を有するボクセルとして、前記頭部の前記骨性区分を識別するように構成されている、実施態様１２に記載の装置。

（１６） 前記第３の線分は前記被験者の鼻の先端に重なる、実施態様１２に記載の装置。
（１７） 前記第２の線分と前記第３の線分は大文字のＴ字を形成し、前記方法は、前記プローブから前記表面の前記磁気システム位置を受け取るのに先立って、前記ＣＴ画像を表示し、前記表示されたＣＴ画像上に前記大文字のＴ字を配置することを更に含む、実施態様１２に記載の装置。
（１８） 装置であって、
磁気センサと、
前記磁気センサの存在位置を測定するように構成された磁気追跡システムと、
前記システムにおけるプローブの磁気システム位置を測定するように構成された前記磁気センサを備えるプローブと、
プロセッサと、を含み、前記プロセッサが、
被験者の頭部のボクセルを含んだコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、
前記被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分と、前記第１の線分を直角に切断する第２の線分とを規定するために、前記画像における前記それぞれの存在位置を識別するように、前記画像を解析することであって、前記２つの線分は前記画像を各領域に分割するものである、ことと、
前記磁気追跡システムを起動することと、
前記プローブから前記頭部の表面の磁気システム位置を受け取ることと、
所与の領域の前記磁気システム位置の計数が前記所与の領域に対する事前設定されたしきい値を超えたときに、その指示を提供し、前記磁気システム位置と前記画像の前記ボクセルとの間の対応を形成することと、
前記対応に応じて、前記ＣＴ画像と前記磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成することと、を行うように構成されている、装置。
（１９） 前記指示を提供することは、前記頭部のスケッチの視覚的特徴を変更することを含む、実施態様１８に記載の装置。
（２０） 前記領域は、それぞれの事前設定されたしきい値を有する４つの四半分を含む、実施態様１８に記載の装置。

（２１） 前記プロセッサは、前記計数を決定するのに先立って、前記ＣＴ画像内のランドマーク点に対応する前記表面の磁気システム位置を用いて、前記ＣＴ画像と前記磁気追跡システムとの間の予備的な位置合わせを実施するように構成されている、実施態様１８に記載の装置。
（２２） 前記ランドマーク点は、前記被験者の鼻の先端の下方にある第１の点と、前記被験者の両眼の間にある第２の点と、前記第１の線分の左側にある第３の点と、前記第１の線分の右側にある第４の点とのうちの少なくとも２つを含む、実施態様２１に記載の装置。

Claims (22)

1. 方法であって、
   被験者の頭部のボクセルを含んだコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、
   前記被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分を規定するために、前記画像における前記それぞれの存在位置を識別するように前記画像を解析することと、
   ボクセルサブセットを識別することであって、該ボクセルサブセットは、前記頭部の骨性区分を覆うボクセルを含むものであり、また、前記第１の線分に対して平行な第２の線分上に、かつ前記第１の線分に直交する第３の線分上に存在する、ことと、
   前記被験者の前記頭部上の位置を測定するように構成された磁気追跡システムを起動することと、
   前記骨性区分を覆う前記頭部の表面の磁気システム位置を測定するために、前記磁気追跡システムにおいて動作するプローブを前記骨性区分に近接して配置することと、
   前記磁気システム位置と前記ボクセルサブセットとの間の対応を構成することと、
   前記対応に応じて、前記ＣＴ画像と前記磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成することと、を含む方法。
2. 前記第２の線分は、事前設定された距離だけ前記第１の線分より上にある、請求項１に記載の方法。
3. 前記事前設定された距離は５ｃｍである、請求項２に記載の方法。
4. ＋２００よりも大きいか又はそれに等しいハウンスフィールド単位値を有するボクセルとして、前記頭部の前記骨性区分を識別することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第３の線分は前記被験者の鼻の先端に重なる、請求項１に記載の方法。
6. 前記第２の線分と前記第３の線分は大文字のＴ字を形成し、前記方法は、前記表面の前記磁気システム位置を測定するために前記プローブを配置するのに先立って、前記ＣＴ画像を表示し、前記表示されたＣＴ画像上に前記大文字のＴ字を配置することを更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 方法であって、
   被験者の頭部のボクセルを含んだコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、
   前記被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分と、前記第１の線分を直角に切断する第２の線分とを規定するために、前記画像における前記それぞれの存在位置を識別するように、前記画像を解析することであって、前記２つの線分は前記画像を各領域に分割するものである、ことと、
   前記被験者の前記頭部上の位置を測定するように構成された磁気追跡システムを起動することと、
   前記頭部の表面の磁気システム位置を測定するために、前記領域に対応する前記表面に近接して、前記磁気追跡システムにおいて動作するプローブを配置することと、
   所与の領域の前記磁気システム位置の計数が前記所与の領域に対する事前設定されたしきい値を超えたときに、その指示を提供し、前記磁気システム位置と前記画像の前記ボクセルとの間の対応を形成することと、
   前記対応に応じて、前記ＣＴ画像と前記磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成することと、を含む方法。
8. 前記指示を提供することは、前記頭部のスケッチの視覚的特徴を変更することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記領域は、それぞれの事前設定されたしきい値を有する４つの四半分を含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記計数を決定するのに先立って、前記ＣＴ画像内のランドマーク点に対応する前記表面の磁気システム位置を用いて、前記ＣＴ画像と前記磁気追跡システムとの間の予備的な位置合わせを実施することを含む、請求項７に記載の方法。
11. 前記ランドマーク点は、前記被験者の鼻の先端の下方にある第１の点と、前記被験者の両眼の間にある第２の点と、前記第１の線分の左側にある第３の点と、前記第１の線分の右側にある第４の点とのうちの少なくとも２つを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 装置であって、
    磁気センサと、
    前記磁気センサの存在位置を測定するように構成された磁気追跡システムと、
    前記システムにおけるプローブの磁気システム位置を測定するように構成された前記磁気センサを備えるプローブと、
    プロセッサと、を含み、前記プロセッサが、
    被験者の頭部のボクセルを含んだコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、
    前記被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分を規定するために、前記画像における前記それぞれの存在位置を識別するように前記画像を解析することと、
    ボクセルサブセットを識別することであって、該ボクセルサブセットは、前記頭部の骨性区分を覆うボクセルを含むものであり、前記第１の線分に対して平行な第２の線分上に、かつ前記第１の線分に直交する第３の線分上に存在するものである、ことと、
    前記磁気追跡システムを起動することと、
    前記プローブから前記骨性区分に重なる前記頭部の表面の磁気システム位置を受け取ることと、
    前記プローブからの前記磁気システム位置と前記ボクセルサブセットとの間の対応を構成することと、
    前記対応に応じて、前記ＣＴ画像と前記磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成することと、を行うように構成されている、装置。
13. 前記第２の線分は、事前設定された距離だけ、前記第１の線分より上方にある、請求項１２に記載の装置。
14. 前記事前設定された距離は５ｃｍである、請求項１３に記載の装置。
15. 前記プロセッサは、＋２００よりも大きいか又はそれに等しいハウンスフィールド単位値を有するボクセルとして、前記頭部の前記骨性区分を識別するように構成されている、請求項１２に記載の装置。
16. 前記第３の線分は前記被験者の鼻の先端に重なる、請求項１２に記載の装置。
17. 前記第２の線分と前記第３の線分は大文字のＴ字を形成し、前記方法は、前記プローブから前記表面の前記磁気システム位置を受け取るのに先立って、前記ＣＴ画像を表示し、前記表示されたＣＴ画像上に前記大文字のＴ字を配置することを更に含む、請求項１２に記載の装置。
18. 装置であって、
    磁気センサと、
    前記磁気センサの存在位置を測定するように構成された磁気追跡システムと、
    前記システムにおけるプローブの磁気システム位置を測定するように構成された前記磁気センサを備えるプローブと、
    プロセッサと、を含み、前記プロセッサが、
    被験者の頭部のボクセルを含んだコンピュータ断層（ＣＴ）画像を受け取ることと、
    前記被験者の左眼及び右眼のそれぞれの存在位置を連結する第１の線分と、前記第１の線分を直角に切断する第２の線分とを規定するために、前記画像における前記それぞれの存在位置を識別するように、前記画像を解析することであって、前記２つの線分は前記画像を各領域に分割するものである、ことと、
    前記磁気追跡システムを起動することと、
    前記プローブから前記頭部の表面の磁気システム位置を受け取ることと、
    所与の領域の前記磁気システム位置の計数が前記所与の領域に対する事前設定されたしきい値を超えたときに、その指示を提供し、前記磁気システム位置と前記画像の前記ボクセルとの間の対応を形成することと、
    前記対応に応じて、前記ＣＴ画像と前記磁気追跡システムとの間の位置合わせを生成することと、を行うように構成されている、装置。
19. 前記指示を提供することは、前記頭部のスケッチの視覚的特徴を変更することを含む、請求項１８に記載の装置。
20. 前記領域は、それぞれの事前設定されたしきい値を有する４つの四半分を含む、請求項１８に記載の装置。
21. 前記プロセッサは、前記計数を決定するのに先立って、前記ＣＴ画像内のランドマーク点に対応する前記表面の磁気システム位置を用いて、前記ＣＴ画像と前記磁気追跡システムとの間の予備的な位置合わせを実施するように構成されている、請求項１８に記載の装置。
22. 前記ランドマーク点は、前記被験者の鼻の先端の下方にある第１の点と、前記被験者の両眼の間にある第２の点と、前記第１の線分の左側にある第３の点と、前記第１の線分の右側にある第４の点とのうちの少なくとも２つを含む、請求項２１に記載の装置。

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