JP2022027695A - 外科用デバイスを追跡するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３Ｄカメラ画像とＣＴ画像を位置合わせするための合理化されたシステム及び方法を提供すること。
【解決手段】磁気座標と患者の３Ｄ画像を位置合わせするためのシステム、方法、及びデバイスが開示される。三軸センサ（ＴＡＳ）を３Ｄカメラに追加してもよい。ＴＡＳセンサの位置及び配向は、磁場送信機によって印加される既知の磁場に基づいて決定されてもよい。次いで、カメラ座標系を磁気座標系に転送することができる。ＣＴ画像を用いる３Ｄ画像と磁気座標を用いる３Ｄ画像の位置合わせを完了した後、次いで、磁気座標とＣＴ画像を位置合わせすることができる。
【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国仮出願第６３／０５９，８０５号の利益を主張するものであり、この仮出願は、完全に記載されているかのように参照により組み込まれる。

（発明の分野）
本発明は、概して、異なる座標系の位置合わせに関し、具体的には、外科処置のための異なる座標系の位置合わせに関する。

低侵襲的処置を含む侵襲的外科処置では、典型的には、処置を行う医師には直接見えない患者の体内で、カテーテルなどの外科用デバイスを追跡することが必要である。典型的には、患者の透視法又は磁気共鳴撮像法（ＭＲＩ）などからのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像が医師に利用可能である。

患者の体内で外科用デバイスを追跡するために使用される１つの方法は、Ａｃｃｌａｒｅｎｔ，Ｉｎｃ．（３３ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｒｉｖｅ，Ｉｒｖｉｎｅ，ＣＡ ９２６１８ ＵＳＡ）製のＴｒｕＤｉ（商標）電磁画像誘導ナビゲーションシステムである。このシステムでは、患者の外部にある固定型送信機から交流磁場が送信されて、患者の体内を通過する。処置が、耳、鼻、及び咽喉（ＥＮＴ）処置などの患者の頭部に対して実行される場合、固定磁場送信機が、特許の頭部の周囲に配置されてもよい。処置の一部として、外科用デバイスは較正チャンバの中央に配置され、３つの直交磁場が適用されてもよい。センサ、典型的には単一又は複数の軸コイルが外科用デバイスに取り付けられ、患者に挿入され、電圧測定を行う。プロセッサは、センサを横断する磁場によって生成された電流を記録する。プロセッサは電流を解析して、固定型送信機によって画定された電磁基準フレーム内でのセンサの位置及び配向の両方を決定するようにする。

電流磁気ベースの位置検出システムはまた、センサによって取られた電圧測定値に基づいて、外科用デバイスの位置、形状、及びサイズを推定するために、アルゴリズム又はプロセッサと組み合わせて、外科用デバイス上に位置する可撓性センサを利用してもよい。可撓性センサは、典型的には、単一点で取られた合計９つの測定のために、９個の送信機及び１つのセンサを有する単軸センサ（ＳＡＳ）からなる。９個の送信機及び２個のコイルを有する３つのセンサを備える三軸センサ（ＴＡＳ）は、単一点で合計２７個の電圧測定値を収集する。外科用デバイスがナビゲート又は前進するとき、追加の点が短時間内に収集されてもよい。

３次元（３Ｄ）カメラ画像を用いるＣＴ画像の位置合わせは、ＴｒｕＤｉ（商標）ナビゲーション手順における予備工程である。位置合わせは、位置合わせされたＣＴ画像に対する外科用デバイスの位置決定を伴う。換言すれば、３Ｄ画像及び磁気座標とＣＴ画像を位置合わせすること又は整合させることによって、電磁追跡システムによって追跡されている外科用デバイスの位置を正確に決定し、当該３Ｄカメラ画像、ＣＴ画像、又はこれらの組み合わせ上に表示することができる。一部の症例では、患者の頭部内の解剖学的構造の表面の３Ｄビューを操作者に提供することが有益である場合がある。ＣＴ画像を用いる３Ｄ画像及び磁気座標を用いる３Ｄ画像の位置合わせを完了した後、次いで、磁気座標とＣＴ画像を位置合わせすることができる。３Ｄカメラ画像とＣＴ画像を位置合わせするための現行のシステムは、患者の頭部に取り付けられる患者追跡装置などの装置を必要とし、位置合わせ中に患者追跡装置を考慮するために特定の手段を講じる必要がある。

３Ｄカメラ画像とＣＴ画像を位置合わせするための合理化されたシステム及び方法を有することが望ましいであろう。

磁気座標と患者の３Ｄ画像を位置合わせするためのシステム、方法、及びデバイスが開示される。三軸センサ（ＴＡＳ）を３Ｄカメラに追加してもよい。ＴＡＳセンサの位置及び配向は、磁場送信機によって印加される既知の磁場に基づいて決定されてもよい。次いで、カメラ座標系を磁気座標系に転送することができる。ＣＴ画像を用いる３Ｄ画像と磁気座標を用いる３Ｄ画像の位置合わせを完了した後、次いで、磁気座標とＣＴ画像を位置合わせすることができる。磁気座標とＣＴ画像を位置合わせすることによって、電磁追跡システムによって追跡されるカテーテルの位置は、ＣＴ画像、光学画像、又はこれらの組み合わせのディスプレイ上に正確に示すことができる。

一実施形態による、位置合わせシステムの概略図である。 一実施形態による、図１のシステムで使用される患者追跡装置を示す概略図である。 一実施形態による、図１のシステムで使用される患者追跡装置を示す概略図である。 一実施形態による、位置合わせアルゴリズムを実行するための方法のフローチャート図である。 別の実施形態による、位置合わせアルゴリズムを実行するための方法のフローチャート図である。 一実施形態による、位置合わせシステム内に位置付けられた患者の光学画像に対応する３Ｄ散布図の概略図である。 ＣＴ画像に対する光学画像に対応する３Ｄ散布図のマッピングを示す概略図である。 ＣＴ画像に対する光学画像に対応する３Ｄ散布図のマッピングを示す概略図である。 ＣＴ画像に対する光学画像に対応する３Ｄ散布図のマッピングを示す概略図である。

図１は、本開示の一実施形態による、位置合わせシステム２０の概略図である。

患者が受ける医療処置は、医療専門家２５によって患者に挿入されるカテーテルなどの外科用デバイスの追跡を含むと想定される。追跡は、以下により詳細に記載する電磁追跡システム２４によって提供される。

電磁追跡システムは、患者の頭部の周囲に位置付けられた磁気放射体アセンブリ２６を備える。アセンブリ２６は磁場送信機２８を備え、この磁場送信機は、定位置に固定され、また患者２２の頭部が位置する領域３０に正弦波交流磁場を送信する。一例として、アセンブリ２４の磁場送信機２８は、患者２２の頭部の周りに、ほぼ蹄鉄形に配置される。しかしながら、アセンブリ２６の放射体の別の構成が当業者に明らかとなり、かかる全ての構成は本発明の範囲内に含まれると想定される。

本明細書ではコイルであると想定される磁気センサは、患者２２の体内で追跡されている外科用デバイスに取り付けられる。取り付けられたコイルは、コイルを横断する交流磁場に応答して電気信号を生成し、これらの信号は、システムプロセッサ４０に転送される。プロセッサ４０は、信号を処理してセンサの位置及び配向値を導出するように構成されている。磁気送信機２８を含むシステム２０の他の要素は、システムプロセッサ４０により制御される。

上記のＴｒｕＤｉ（商標）システムは、磁場によって照射された領域内にあるコイルの位置及び配向を見出すために、本明細書に記載の追跡システムに類似の追跡システムを使用する。

プロセッサ４０は、メモリ４２に記憶されたソフトウェアを使用してシステム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形式でプロセッサ４０にダウンロードされてもよく、又は、ソフトウェアは、付加的に若しくは代替的に、磁気的、光学的、又は電子的メモリなどの非一時的な有形媒体上に提供及び／又は記憶されてもよい。プロセッサ４０はソフトウェアを使用して、磁気センサから受信した信号を解析する。プロセッサ４０によって実行される位置合わせシステム２０を実装する際の位置合わせアルゴリズム６０のためのソフトウェアもまた、メモリ４２に記憶される。位置合わせアルゴリズム６０については、以下でより詳細に記載する。

プロセッサ４０は、典型的には、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９２を介して、及び／又は無線で放射体に接続する。医療専門家２５は、上記の医療処置を実行しつつ、動作制御装置５８を使用してプロセッサと相互作用してよい。処置を実行している間、プロセッサは画面５６に処置の結果を提示してよい。画面５６上での処置の結果の提示は、システムを使用して医療専門家２５が、患者のＣＴ画像に対して、カテーテルなどの外科用デバイスの正確な位置を可視化することを可能にする。

上記のように、電磁追跡システム２４は、磁気送信機２８から領域内へと送信された磁場によって、領域３０内での磁気センサの位置及び配向を追跡することができる。システム２４のために導出された位置及び配向は、磁気送信機２８の位置によって定義されるように、磁気システムの基準フレーム（ＦＯＲ）を基準にしていることが理解されるであろう。センサの追跡が有用であるためには、磁気システムのＦＯＲが、メモリ４２内に記憶される患者２２の画像のＦＯＲと位置合わせされる必要がある。以下に更に記載する画像６４のサブセット６６及び６８はまた、メモリ４２に記憶される。

ＣＴ画像は、典型的には、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）画像又は透視画像を含むことができるが、本明細書の説明では、画像は、一例として、透視ＣＴ画像を含むことが想定されている。

医療専門家２５は、３次元（３Ｄ）カメラ７０を使用して、患者２２の顔面の３Ｄ光学画像をキャプチャする。いくつかの実施形態では、カメラ７０は、Ｉｎｔｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）製のＲｅａｌＳｅｎｓｅ ３Ｄカメラである。３Ｄカメラ７０は、少なくとも１つの光学センサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、３Ｄカメラ７０は、２つの別個の光学センサを備えてもよい。３Ｄ光学画像は、光ボクセルのセットを含み、各ボクセルは３つのデカルト座標並びに色、典型的には赤、緑、青（ＲＧＢ）値を有する。光ボクセルのセットは、本明細書では、３Ｄ散布図７４とも呼ばれ、散布図７４の光ボクセルは、メモリ４２に記憶される。

システム２０によって実施される位置合わせのために、患者追跡装置７８は患者２２上に位置付けられる。患者追跡装置７８は、図２Ａ及び図２Ｂを参照して以下で説明する。

図２Ａ及び図２Ｂは、一実施形態による、患者追跡装置７８を示す概略図である。患者追跡装置７８は、実質的に平面シートとして形成され、図２Ａは、カメラ７０から見た、すなわち追跡装置が患者２２上に位置付けられた後の追跡装置の図を示す。図２Ｂは、追跡装置の分解組立て図である。

いくつかの実施形態では、患者追跡装置７８は、５枚の層状シート８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ、及び８０Ｅから構成され、全てのシートは実質的に同じ形状を有し、互いに接合されている。シート８０Ａは、図２Ａにも示した上部シートであり、複数の光学的に識別可能な目印８２がシートに組み込まれている。例として、シート８０Ａは、３つの光学目印８２を含む。しかしながら、他の実施形態は、他の数の目印を含んでもよい。

シート８０Ｃは、典型的には、可撓性絶縁材料から形成された層状中間シートであり、このシートが（典型的には印刷によって）形成されると、導電性螺旋状の平面導電コイル８４が形成される。コイル８４は電磁センサとして作用する。これらは目印８２と同じ数のコイル８４であり、各コイルは、それぞれの目印８２との既知の空間的関係にあるようにシート８０Ｃ上に位置する。一例として、各コイル８４は、追跡装置のシートが互いに接合されたときに、それぞれの目印８２と直接位置合わせされるように位置する。しかしながら、他の実施形態は、コイルと目印との異なる既知の空間的関係を用いて形成されてよい。例えば、コイル及び目印は、既知の空間量でずれていてよい。

ケーブル９０（図１に図示）は、コイル８４をプロセッサ４０に接続する。コイル８４のケーブルへの接続は、簡略化のために図２Ａ及び図２Ｂには示されていない。

シート８０Ｅは、生体適合性接着剤から形成された下部層状シートであり、システム２０の動作中に患者２２と接触するのは、このシートである。

シート８０Ｂ及び８０Ｄは、コイル８４の電気的シールドとして機能するように導電性材料で形成された、中間層状シートである。シート８０Ｂ内には、コイル８４と整列した非導電性領域８６がある。非導電性領域８６の存在は、コイルが正しく動作することを可能にする。いくつかの実施形態では、非導電性領域８６は開口部である。

図３は、一実施形態による、位置合わせアルゴリズム６０を実行するための方法３００のフローチャート図である。方法３００は、図１に示す位置合わせシステム２０上で実行されてもよい。

３０１では、電磁追跡システム２４を起動し、患者２２の頭部をシステムの領域３０内に配置する。生体適合性接着剤シート８０Ｅを使用して、患者追跡装置７８を患者の額に取り付ける。その結果、光学的目印８２は最上部にあり、目に見える。ケーブル９０は、患者追跡装置とプロセッサ４０との間に接続され、プロセッサ４０は起動されて、ケーブルによってコイル８４から伝達された信号を取得してよい。プロセッサは信号を解析して、磁気送信機２８によって画定されたＦＯＲ内でのコイルの位置を計算する。計算した位置が領域３０の予想部分内にあることが見出された場合、プロセッサ４０は、電磁追跡システム２４が正しく動作しているという指示を医療専門家２５に提供してよい。電磁追跡システム２４が正しく動作している例示的な指示は、プロセッサが画面５６上に表示される通知を送信することである。

３０２において、プロセッサ４０は、メモリ４２に記憶された患者の頭部のＣＴ画像を解析してもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ４０は、画像を解析して、患者の頭部の表面特徴に対応する記憶した画像のＣＴボクセルのサブセットを識別し、このサブセットを表面サブセット６６として記憶してもよい。

３０３において、医療専門家２５は、３Ｄカメラ７０を起動して、患者２２の顔面の３Ｄ光学画像を取得し、取得した画像を散布図７４としてメモリ４２に記憶する。３Ｄカメラ７０によって取得された画像は、患者の顔面に位置する患者追跡装置７８の画像を含むことが理解されるであろう。

任意の好適なアルゴリズムを使用して、ＣＴボクセル６６の表面サブセットを３Ｄ散布図７４の光学ボクセルに最適にマッピングする変換を見出すことができる。例えば、ロバストポイントマッチング及びカーネル相関などの、任意のクラウドポイントマッチングアルゴリズムを使用することができる。いくつかの実施形態では、反復最近接点（ＩＣＰ）アルゴリズムを使用することができる。しかしながら、３０３までは、２つのボクセルセットに既知の差異が存在する。これは、患者追跡装置の画像が、散布図７４内には存在するが、ＣＴボクセルサブセット６６には存在しないためである。

３０４において、ＣＴボクセルサブセット６６に患者追跡装置の画像が存在しないことは、患者追跡装置の画像をＣＴボクセルサブセットに追加することによって補償される。この追加は、医療専門家２５に対して画面５６にＣＴボクセルサブセットの画像を提示して、専門家が、提示された画像に患者追跡装置の画像を重ね合わせることを可能にし、合成画像を調節済みＣＴボクセルサブセット６８として記憶することによって実施され得る。

あるいは、３０４では、調節済みサブセット６８は、専門家２５が患者追跡装置の画像を含まないサブセット６６の部分を選択することによって、ＣＴボクセルサブセット６６から抽出される。医療専門家２５は、画面５６に提示されたサブセット６６の画像上で選択を実行してよく、選択した部分は、調節済みＣＴボクセルサブセット６８として記憶される。

３０５では、プロセッサ４０は、調節済みＣＴボクセルサブセット６８を散布図７４のボクセルにマッピングする。３０４において、調節済みＣＴサブセットが患者追跡装置の画像を含む場合、マッピングは、２つのセットの全ボクセルに対して実行されてもよい。あるいは、３０４が、患者追跡装置の画像を含まないサブセット６６の部分を選択することによって実施される場合、プロセッサ４０は、散布図７４のボクセルで対応する選択を行い、マッピングは、選択したボクセルセット間で行われる。

マッピングは、患者２２のＣＴ画像のＦＯＲと患者の光学画像のＦＯＲとの間の位置合わせをもたらす。プロセッサ４０は、第１の変換行列Ｍ［ＣＴ－ＯＰＴ］として位置合わせを定量化してよく、これは、基準フレームのうちの１つに含まれるエンティティを他のＦＯＲに変換するために使用され得る。

３０６において、プロセッサ４０は、光学的目印８２とコイル８４との間の既知の空間的関係を使用して、光学的３Ｄ散布図７４内の目印の位置と、３０１において見つけたような、電磁追跡システム２４のＦＯＲのコイルの位置との間のマッピングを実行する。マッピングは、電磁追跡システムのＦＯＲと光学画像のＦＯＲの間の位置合わせをもたらし、これは、第２の変換行列Ｍ［ＭＡＧＮ－ＯＰＴ］として定量化され得る。

３０７において、プロセッサ４０は、３０５及び３０６で生成された２つの位置合わせを組み合わせて、電磁追跡システム２４のＦＯＲとＣＴ画像のＦＯＲとの間の第３の位置合わせを生成する。得られた位置合わせは、第３の変換行列Ｍ［ＣＴ－ＭＡＧＮ］として定量化されてもよく、マトリックスＭ］ＣＴ－ＭＡＧＮ］は、マトリックスＭ［ＭＡＧＮ－ＯＰＴ］及びＭ［ＣＴ－ＯＰＴ］から生成され得ることが理解されるであろう。

上述したように、図３の方法は、患者追跡装置７８を含む図１の位置合わせシステム２０上で実行されてもよい。いくつかの実施形態では、位置合わせシステム２０は患者追跡装置７８を含まない。代わりに、追加のセンサを３Ｄカメラ７０に追加して、患者２２の頭部の３Ｄ画像を電磁追跡システム２４の磁気座標と位置合わせしてもよい。追加のセンサは、３Ｄカメラ７０の位置及び配向を決定してもよい。３Ｄカメラ７０の位置及び配向は、以下により詳細に記載されるように、電磁システムとＣＴ画像との間の位置合わせを見出すために使用してもよい。

いくつかの実施形態では、追加のセンサは、三軸センサ（ＴＡＳ）である。ＴＡＳは、９個の送信機及び２個のコイルを有する３つのセンサを含み、単一点で合計２７（３×９＝２７）の電圧測定値を収集する。ＴＡＳの３つのセンサは、３つの直交する方向に同時測定を提供することができる。３Ｄカメラは、ＴＡＳの実位置（磁気位置及び配向）に一致するように追跡及びナビゲートされてもよい。ＴＡＳセンサの位置及び配向は、磁場送信機によって印加される既知の磁場に基づいて決定されてもよい。３Ｄカメラ７０は、３Ｄカメラ７０の位置及び配向を検索するために磁場の構成を読み取るＴＡＳセンサを使用して追跡及びナビゲートされてもよい。３Ｄカメラ７０へのＴＡＳセンサの追加は、磁気座標と３Ｄカメラ画像を位置合わせする能力を提供し、これにより、磁気座標を用いるＣＴ画像の位置合わせの精度が向上する。

他の実施形態では、追加のセンサは、単軸センサ（ＳＡＳ）又は二軸センサ（ＤＡＳ）である。ＳＡＳは、合計９個の電圧測定値（１×９＝９）を収集する。ＤＡＳは、１８個の電圧測定値（２×９＝１８）を収集する。

図４は、一実施形態による位置合わせアルゴリズムを実行するための方法４００のフローチャート図である。方法４００は、図１に示す位置合わせシステム２０で実行されてもよいが、方法４００は、患者追跡装置７８の使用を必要としない。患者追跡装置７８を使用する代わりに、３Ｄカメラ７０は、少なくとも１つの光学センサに加えて、少なくとも１つの磁気センサを更に備える。これにより、３Ｄカメラの位置及び配向を決定し、ＣＴ画像と３Ｄ画像を位置合わせするために使用することができる。いくつかの実施形態では、磁気センサは、上述のようにＴＡＳである。ＴＡＳは、３つの直交方向に同時測定を提供することができる。他の実施形態では、ＳＡＳ又はＤＡＳをＴＡＳの代わりに使用してもよい。

上述のように、３Ｄカメラ７０はまた、少なくとも１つの光学センサを備える。いくつかの実施形態では、３Ｄカメラ７０は、２つの別個の光学センサを備えてもよい。３Ｄ光学画像は、光ボクセルのセットを含み、各ボクセルは３つのデカルト座標並びに色、典型的には赤、緑、青（ＲＧＢ）値を有する。光ボクセルのセットは、本明細書では、３Ｄ散布図７４とも呼ばれ、散布図７４の光ボクセルは、メモリ４２に記憶される。

４０１では、電磁追跡システム２４を起動し、患者２２の頭部をシステムの領域３０内に配置する。電磁追跡システム２４が起動されると、磁場送信機２８は、定位置に固定され、また領域３０内に正弦波交流磁場を送信し、患者２２の頭部が位置する場所に配置される。

４０２において、医療専門家２５は、カメラ７０を作動させて、患者２２の顔面の３Ｄ光学画像を取得する。プロセッサ４０は、取得した３Ｄ画像を、メモリ４２内の３Ｄ散布図７４として記憶する。

４０３において、プロセッサ４０は、ＴＡＳの電圧測定値を解析するために起動されてもよい。プロセッサ４０は、信号を処理してセンサの位置及び配向値を導出するように構成されている。プロセッサ４０は、信号を処理してセンサの位置及び配向値を導出するように構成されている。磁気送信機２８を含むシステム２０の他の要素は、システムプロセッサ４０により制御される。磁気送信機２８を含むシステム２０の他の要素は、システムプロセッサ４０により制御される。プロセッサ４０は、信号を処理して、センサ、それによってカメラの位置及び配向値を導出するように構成されている。磁気送信機２８を含むシステム２０の他の要素は、システムプロセッサ４０により制御される。

いくつかの実施形態では、４０２及び４０３を同時に実行する。更なる実施形態では、タイムスタンプは、４０２及び４０３の両方で取られてもよく、それらが一致することを確保するために（すなわち、４０２で取得された患者の３Ｄ画像が、カメラ位置及び配向が４０３で決定された時間と同時であることを確認するために）相互参照されてもよい。

４０４において、プロセッサ４０は、光学的３Ｄ散布図７４を電磁追跡システムの磁気座標系に転送する。４０３で決定された３Ｄカメラ７０の位置及び配向を使用して、３Ｄ散布図７４を磁気座標にマッピングしてもよい。任意の好適な位置アルゴリズムを使用して、３Ｄ散布図７４を磁気座標にマッピングしてもよい。例えば、ＩＣＰ又はロバストポイントマッチングなどのクラウドポイントマッチングアルゴリズムを使用してもよい。マッピングは、光学画像と磁気座標との間の位置合わせを提供することができる。

４０５において、プロセッサは、患者２２のＣＴ画像と３Ｄ画像を位置合わせすることができる。患者２２の頭部のＣＴ画像は、メモリ４２から取得され得る。プロセッサ４０は、画像を解析して、患者２２の頭部の表面特徴に対応する記憶された画像のＣＴボクセルを識別することができる。ＣＴボクセルは、３Ｄ散布図７４の光学ボクセルにマッピングすることができる。任意の好適なアルゴリズムを使用して、３Ｄ散布図７４の光学ボクセルをＣＴボクセルの表面に最適にマッピングする変換を見出してもよい。いくつかの実施形態では、ＩＣＰアルゴリズムを使用してもよい。このマッピングは、光学画像とＣＴ画像との間の位置合わせを提供することができる。

いくつかの実施形態では、ＣＴ画像を用いる３Ｄ画像と磁気座標を用いる３Ｄ画像の位置合わせを完了した後、次いで、磁気座標とＣＴ画像を位置合わせしてもよい。例えば、プロセッサ４０は、光学画像と磁気座標との間の位置合わせと、光学画像とＣＴ画像との間の位置合わせを組み合わせて、磁気座標とＣＴ画像との間の別の位置合わせを生成してもよい。磁気座標と３Ｄ画像を最初に位置合わせすることにより、磁気座標を用いるＣＴ画像の位置合わせの精度を高めることができる。

図５は、一実施形態による、位置合わせシステムの領域３０で位置付けられた患者２２の３Ｄ光学画像に対応する３Ｄ散布図５１０の概略図である。位置合わせシステムは、図１に示す位置合わせシステム２０を含んでもよく、患者追跡装置７８は任意選択的である。図５では、取得された３Ｄ画像の３Ｄ散布図５１０は、例示目的のために患者２２の顔面上に重ね合わされる。

図６Ａ～図６Ｃは、一実施形態による、取得された３Ｄ画像の３Ｄ散布図５１０を電磁追跡システムのＣＴ座標系５２０にマッピングする概略図である。このマッピングは、図４に関して記載されている方法の４０５において行われ得る。図６Ａは、３Ｄ散布図５１０及びＣＴボクセル５２０が別個であるときを示す。図６Ｂ及び図６Ｃは、ＣＴボクセル５２０にマッピングされる３Ｄ散布図５１０の概略図である。いくつかの実施形態では、３Ｄ画像が取得されたときの３Ｄカメラ７０の位置及び配向は、上述のように、３Ｄ散布図を磁気座標にマッピングするためのアルゴリズムにおいて使用される。

上に記載される実施形態は例として挙げたものであり、本開示は本明細書の上記で具体的に図示及び記載されるものに限定されない点が理解されよう。むしろ、本開示の範囲は、本明細書の上記した様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに前述の記載を読むと当業者に着想されるであろう、先行技術に開示されていないその変形及び修正を含む。

〔実施の態様〕
（１） 方法であって、
患者の頭部上で電磁追跡システムを起動することと、
前記患者の前記頭部の３次元（３Ｄ）画像を受信して、前記３Ｄ画像の散布図をメモリに記憶することであって、前記３Ｄ画像が、少なくとも１つの光学センサ及び少なくとも１つの磁気センサを含む３Ｄカメラを使用して取得される、記憶することと、
前記３Ｄ画像が前記電磁追跡システムの１つ又は２つ以上の送信機によって印加された既知の磁場に基づいて磁気センサを介して取得されたときの前記３Ｄカメラの位置及び配向を決定することと、
前記３Ｄカメラの決定された前記位置及び前記配向を使用して前記電磁追跡システムの磁気座標に前記散布図を位置合わせすることであって、位置合わせされた前記散布図が前記メモリに記憶される、位置合わせすることと、を含む、方法。
（２） 前記少なくとも１つの磁気センサが、三軸センサ（ＴＡＳ）である、実施態様１に記載の方法。
（３） 前記少なくとも１つの磁気センサが、単軸センサ（ＳＡＳ）又は二軸センサ（ＤＡＳ）である、実施態様１に記載の方法。
（４） 前記散布図が、前記３Ｄカメラ上の２つの別個の光学センサに固定された基準である、実施態様１に記載の方法。
（５） 前記被験者の受信した前記３Ｄ画像を、前記被験者のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像と位置合わせすることを更に含む、実施態様１に記載の方法。

（６） 前記ＣＴ画像が、反復最近接点（ＩＣＰ）アルゴリズムを使用して前記磁気座標と位置合わせされる、実施態様５に記載の方法。
（７） 前記磁気座標と前記患者のＣＴ画像を位置合わせすることを更に含む、実施態様５に記載の方法。
（８） システムであって、
磁場を印加するように構成された１つ又は２つ以上の送信機を備える電磁追跡システムと、
少なくとも１つの光学センサ及び少なくとも１つの磁気センサを含む３Ｄカメラと、
前記３Ｄカメラによって取得された被験者の３Ｄ画像を散布図として記憶するように構成されたメモリと、
プロセッサであって、
前記電磁追跡システムを起動し、
前記メモリから前記散布図を取得し、
前記３Ｄカメラが前記電磁追跡システムの送信機によって印加された既知の磁場に基づいて前記磁気センサを介して前記３Ｄ画像を取得したときの前記３Ｄカメラの位置及び配向を判定し、
前記散布図を前記電磁追跡システムの磁気座標に位置合わせするように構成された、プロセッサと、を備え、
前記メモリが、位置合わせされた前記散布図を記憶するように更に構成されている、システム。
（９） 前記少なくとも１つの磁気センサが、三軸センサ（ＴＡＳ）である、実施態様８に記載のシステム。
（１０） 前記少なくとも１つの磁気センサが、単軸センサ（ＳＡＳ）又は二軸センサ（ＤＡＳ）である、実施態様８に記載のシステム。

（１１） 前記散布図が、前記３Ｄカメラの前記少なくとも１つの光学センサに固定された基準である、実施態様８に記載のシステム。
（１２） 前記プロセッサが、前記３Ｄ画像とコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を位置合わせするように更に構成されている、実施態様８に記載のシステム。
（１３） 前記ＣＴ画像が、ＩＣＰアルゴリズムを使用して前記磁気座標と位置合わせされている、実施態様１２に記載のシステム。
（１４） 前記プロセッサが、前記磁気座標と前記被験者の前記ＣＴ画像を位置合わせするように更に構成されている、実施態様１２に記載のシステム。
（１５） プログラム命令が記憶されている非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記命令がプロセッサによって読み取られると、前記プロセッサに、
電磁追跡システムを起動することと、
被験者の３Ｄ画像の散布図を取得することであって、前記３Ｄ画像は、少なくとも１つの光学センサ及び少なくとも１つの磁気センサを含む３Ｄカメラによって取得される、取得することと、
前記電磁追跡システムの送信機によって印加された既知の磁場に基づいて、前記磁気センサを介して前記３Ｄ画像が取得されたときの前記３Ｄカメラの位置及び配向を判定することと、
前記散布図を前記電磁追跡システムの磁気座標に位置合わせすることと、
を行わせる、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

（１６） 前記少なくとも１つの磁気センサが、三軸センサ（ＴＡＳ）である、実施態様１５に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（１７） 前記少なくとも１つの磁気センサが、単軸センサ（ＳＡＳ）又は二軸センサ（ＤＡＳ）である、実施態様１５に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（１８） 前記散布図が、前記少なくとも１つの光学センサに固定された基準である、実施態様１５に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（１９） 記憶された前記プログラム命令が、プロセッサによって読み取られると、前記プロセッサに更に、前記３Ｄ画像とコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を位置合わせさせる、実施態様１５に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（２０） 前記記憶されたプログラム命令が、プロセッサによって読み取られると、前記プロセッサに更に、前記磁気座標と前記ＣＴ画像を位置合わせさせる、実施態様１９に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

Claims (20)

1. システムであって、
   磁場を印加するように構成された１つ又は２つ以上の送信機を備える電磁追跡システムと、
   少なくとも１つの光学センサ及び少なくとも１つの磁気センサを含む３Ｄカメラと、
   前記３Ｄカメラによって取得された被験者の３Ｄ画像を散布図として記憶するように構成されたメモリと、
   プロセッサであって、
   前記電磁追跡システムを起動し、
   前記メモリから前記散布図を取得し、
   前記３Ｄカメラが前記電磁追跡システムの送信機によって印加された既知の磁場に基づいて前記磁気センサを介して前記３Ｄ画像を取得したときの前記３Ｄカメラの位置及び配向を判定し、
   前記散布図を前記電磁追跡システムの磁気座標に位置合わせするように構成された、プロセッサと、を備え、
   前記メモリが、位置合わせされた前記散布図を記憶するように更に構成されている、システム。
2. 前記少なくとも１つの磁気センサが、三軸センサ（ＴＡＳ）である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つの磁気センサが、単軸センサ（ＳＡＳ）又は二軸センサ（ＤＡＳ）である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記散布図が、前記３Ｄカメラの前記少なくとも１つの光学センサに固定された基準である、請求項１に記載のシステム。
5. 前記プロセッサが、前記３Ｄ画像とコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を位置合わせするように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ＣＴ画像が、ＩＣＰアルゴリズムを使用して前記磁気座標と位置合わせされている、請求項５に記載のシステム。
7. 前記プロセッサが、前記磁気座標と前記被験者の前記ＣＴ画像を位置合わせするように更に構成されている、請求項５に記載のシステム。
8. プログラム命令が記憶されている非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記命令がプロセッサによって読み取られると、前記プロセッサに、
   電磁追跡システムを起動することと、
   被験者の３Ｄ画像の散布図を取得することであって、前記３Ｄ画像は、少なくとも１つの光学センサ及び少なくとも１つの磁気センサを含む３Ｄカメラによって取得される、取得することと、
   前記電磁追跡システムの送信機によって印加された既知の磁場に基づいて、前記磁気センサを介して前記３Ｄ画像が取得されたときの前記３Ｄカメラの位置及び配向を判定することと、
   前記散布図を前記電磁追跡システムの磁気座標に位置合わせすることと、
   を行わせる、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
9. 前記少なくとも１つの磁気センサが、三軸センサ（ＴＡＳ）である、請求項８に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
10. 前記少なくとも１つの磁気センサが、単軸センサ（ＳＡＳ）又は二軸センサ（ＤＡＳ）である、請求項８に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
11. 前記散布図が、前記少なくとも１つの光学センサに固定された基準である、請求項８に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
12. 記憶された前記プログラム命令が、プロセッサによって読み取られると、前記プロセッサに更に、前記３Ｄ画像とコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を位置合わせさせる、請求項８に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
13. 前記記憶されたプログラム命令が、プロセッサによって読み取られると、前記プロセッサに更に、前記磁気座標と前記ＣＴ画像を位置合わせさせる、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
14. 方法であって、
    患者の頭部上で電磁追跡システムを起動することと、
    前記患者の前記頭部の３次元（３Ｄ）画像を受信して、前記３Ｄ画像の散布図をメモリに記憶することであって、前記３Ｄ画像が、少なくとも１つの光学センサ及び少なくとも１つの磁気センサを含む３Ｄカメラを使用して取得される、記憶することと、
    前記３Ｄ画像が前記電磁追跡システムの１つ又は２つ以上の送信機によって印加された既知の磁場に基づいて磁気センサを介して取得されたときの前記３Ｄカメラの位置及び配向を決定することと、
    前記３Ｄカメラの決定された前記位置及び前記配向を使用して前記電磁追跡システムの磁気座標に前記散布図を位置合わせすることであって、位置合わせされた前記散布図が前記メモリに記憶される、位置合わせすることと、を含む、方法。
15. 前記少なくとも１つの磁気センサが、三軸センサ（ＴＡＳ）である、請求項１４に記載の方法。
16. 前記少なくとも１つの磁気センサが、単軸センサ（ＳＡＳ）又は二軸センサ（ＤＡＳ）である、請求項１４に記載の方法。
17. 前記散布図が、前記３Ｄカメラ上の２つの別個の光学センサに固定された基準である、請求項１４に記載の方法。
18. 前記被験者の受信した前記３Ｄ画像を、前記被験者のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像と位置合わせすることを更に含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記ＣＴ画像が、反復最近接点（ＩＣＰ）アルゴリズムを使用して前記磁気座標と位置合わせされる、請求項１８に記載の方法。
20. 前記磁気座標と前記患者のＣＴ画像を位置合わせすることを更に含む、請求項１８に記載の方法。

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