JP2022520933A - Ｘ線較正のためのｘ線リップルマーカ - Google Patents

Ｘ線較正のためのｘ線リップルマーカ Download PDF

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Abstract

Figure 2022520933000001
本開示の様々な実施形態は、Ｘ線リップルマーカ２０の固定点４０から半径方向に延びるリップルパターン５０を含むＸ線リップルマーカ２０にＣアーム６０を位置合わせするコントローラ７０を採用するＣアーム位置合わせシステムを含む。動作中、コントローラ７０は、Ｃアーム６０によるＸ線投影から生成され、リップルパターン５０の一部又は全体を示すＸ線画像内のリップルパターン５０を識別し、Ｘ線画像内のリップルパターン５０の識別は、Ｘ線リップルマーカ２０に対するＣアーム６０によるＸ線投影の姿勢の特徴である。コントローラ７０は、更に、Ｘ線画像内のリップルパターン５０を分析して、Ｘ線リップルマーカ２０に対するＣアーム６０によるＸ線投影の姿勢を規定する１つ又は複数の変換パラメータを導出し、変換パラメータに基づいてＣアーム６０をＸ線リップルマーカ２０に位置合わせする。

Description

本開示は、一般に、Ｘ線較正に関する。本開示は、特に、Ｘ線較正用のＸ線リップルマーカの撮像に関する。
Ｘ線Ｃアームシステムは、任意の方向からＸ線画像を撮ることにより、外科医が患者の体内を見ることを可能にするための低侵襲外科的処置（例えば、整形外科的処置、血管介入など）において頻繁に使用される。より詳細には、モバイルＣアームは、通常、部屋の周囲で可動性を提供するために車輪を有し、一度位置決めされると、モバイルＣアームは、ユーザがＣアームの位置を５方向に調整することを可能にする。これは、低侵襲外科的処置の実行において柔軟性を提供するが、Ｘ線投影の正確な位置及び角度は、既知ではない。これは、ユーザが真の３次元（「３Ｄ」）測定、大視野撮像、術前又は術中情報の動的オーバレイ、及び画像ガイド介入のための目標位置特定を行うことを含む高度なツールを使用することを妨げる。したがって、患者の身体に対してモバイルＣアームの位置決め後、従来Ｃアーム位置合わせと称される固定座標系に対するＸ線投影の姿勢を計算する必要があった。具体的には、モバイルＣアーム位置は、固定座標系に対して計算され、平行移動ベクトル（ｔ∈Ｒ３）と回転行列（Ｒ∈ＳＯ（３））で構成される同次変換で記述される。したがって、タスクは、固定座標系に対するモバイルＣアームの位置を正確に記述する対（ｔ、Ｒ）を計算することであった。
Ｃアーム位置合わせを解決するための１つの歴史的なアプローチは、Ｃアーム上にハードウェア（例えば、光学追跡マーカ、慣性マーカなど）の設置を必要とした。このアプローチは、部屋への複数の構成要素の追加を必要とし、しばしば、処置に対するワークフローに悪影響を及ぼす。
Ｃアーム位置合わせのための現在の慣行は、手術空間内に固定位置を有するマーカ（例えば、ロボット又は手術台に取り付けられたマーカ）を提供し、Ｃアーム位置合わせを実行するためにマーカの特徴（例えば、鋼球又は既知の幾何学的形状の特徴）のＸ線画像を生成することである。このようなマーカについては、必要とされる位置合わせ精度、マーカ上の不透明な特徴の数、マーカのサイズ、ワークフローへの影響、及びX線画像への影響に関して費用効果のトレードオフがある。
既知のＣアーム位置合わせ方法が有益であると証明されているが、特にモバイルＣアームについて、正確で信頼性のあるＣアーム位置合わせを提供するための改善された技法が依然として必要とされている。
本開示は、Ｘ線リップルマーカに対するＣアームによるＸ線投影の姿勢の関数である特性を有する１つ又は複数のＸ線撮像波を生成するＸ線リップルマーカを教示する。いくつかの実装形態では、Ｘ線リップルマーカは、位置合わせアルゴリズムのロバスト性を改善する追加の特徴（例えば、銅又は鋼球）を使用する。
本開示の一実施形態は、Ｘ線リップルマーカの固定点から半径方向に延びるリップルパターンを含むＸ線リップルマーカにＣアームを位置合わせするためのＣアーム位置合わせコントローラを使用するＣアーム位置合わせシステムである。Ｃアーム位置合わせコントローラは、ＣアームによるＸ線投影から生成され、マーカの一部又は全体を示すＸ線画像内のリップルパターンを識別し、Ｘ線画像内のリップルパターンを分析して１つ又は複数の変換パラメータを導出し、変換パラメータに基づいてＣアームをＸ線リップルマーカに位置合わせするように構成される。
Ｘ線画像内のリップルパターンの識別は、Ｘ線リップルマーカに対するＣアームによるＸ線投影の姿勢の特徴であり、変換パラメータは、Ｘ線リップルマーカに対するＣアームによるＸ線投影の姿勢を決定する。
Ｘ線リップルマーカに対するＣアームによるＸ線投影の姿勢は、Ｘ線リップルマーカに関連する座標系（例えば、Ｘ線リップルマーカの固定点を原点とする座標系、又はＸ線リップルマーカを取り付けられた介入ロボットシステムなどの介入装置の座標系）内のＣアームによるＸ線投影の位置及び／又は向きを包含する。
Ｃアーム位置合わせシステムの一実施形態では、Ｃアーム位置合わせコントローラは、ＣアームによるＸ線投影から生成され、Ｘ線リップルマーカの一部又は全体を示すＸ線画像内のリップルパターンを識別し、Ｘ線画像内のリップルパターンを分析して変換パラメータを導出し、変換パラメータに基づいてＣアームをＸ線リップルマーカに位置合わせするように、１つ又は複数のプロセッサによる実行のための命令で符号化された非一時的機械可読記憶媒体を使用する。
本開示の別の実施形態は、Ｃアーム位置合わせコントローラによって実行可能なＣアーム位置合わせ方法である。動作中、Ｃアーム位置合わせコントローラは、ＣアームによるＸ線投影から生成され、マーカの一部又は全体を示すＸ線画像内のリップルパターンを識別し、Ｘ線画像内のリップルパターンを分析して変換パラメータを導出し、変換パラメータに基づいてＣアームをＸ線リップルマーカに位置合わせする。
本開示の様々な実施形態に対して、リップルパターンは、複数の同心円状リップル、第１の系列の同心円弧リップル、及び／又は周波数、位相及び／又は振幅において第１の系列の同心円弧リップルとは異なった第２の系列の同心円弧リップルを含む。
本開示の様々な実施形態では、Ｘ線リップルマーカが、リップルパターンと軸方向にアラインされたチャープパターン及び／又はランドマークパターンを更に含む。
本開示の説明及び特許請求の範囲の目的のために、
（１）「マーカ」、「Ｘ線」、「Ｃアーム」、「位置合わせ」、「較正」、「ロボット」、及び「変換パラメータ」を含むがこれらに限定されない当技術分野の用語は、本開示の技術分野で知られており、本開示で例示的に説明されているように解釈されるべきである。
（２）用語「Ｘ線リップルマーカ」は、広義には、本明細書に例示的に記載されるような本開示の様々な態様による、Ｘ線リップルマーカに対するＣアームによるＸ線投影の位置の関数である特性を有するＸ線撮像波を生成するためのマーカの固定点から半径方向に延在するリップルパターンを組み込むマーカを包含する。
（３）用語「波」は、固定周波数信号及び掃引高周波信号（例えば、チャープ）を含むが、これらに限定されない、任意のタイプの周波数信号を広く包含する。
（４）用語「リップルパターン」は、広義には、Ｘ線リップルマーカの固定点から半径方向に延在する１つ又は複数の円形リップル及び／又は１つ又は複数の円弧リップルの構成を包含し、それによって、円形／円弧リップルの周波数、位相、及び／又は振幅は、本明細書で例示的に説明されるような本開示の様々な態様に従って、Ｘ線撮像波（複数可）を生成する役割を果たす。
（５）用語「チャープパターン」は、広義には、Ｘ線リップルマーカに対するＣアームによるＸ線投影の変換の自由度の追加の次元を表わすチャープ信号を生成するための１つ又は複数のチャープの構成を包含する。
（６）用語「ランドマークパターン」は、Ｘ線リップルマーカ上の１つ以上の点（例えば、Ｘ線リップルマーカの中心点）を見つけるために、Ｘ線リップルマーカ上に配置される１つ以上のランドマークの構成を広く包含する。
（７）用語「コントローラ」は、本開示の技術分野において理解され、本開示で例示的に説明されるように、本開示の様々な態様の適用を制御するための主回路基板又は集積回路の、本開示において例示的に説明されるような、全ての構造的構成を広く包含する。コントローラの構造的構成は、プロセッサ、コンピュータ利用可能／コンピュータ可読記憶媒体、オペレーティングシステム、アプリケーションモジュール、周辺装置コントローラ、スロット及びポートを含んでもよいが、これらに限定されない。コントローラは、ワークステーション内に収容されていても、ワークステーションにリンクされていてもよい。「ワークステーション」の例は、スタンドアロンコンピューティングシステム、サーバシステムのクライアントコンピュータ、デスクトップ又はタブレットの形態の１つ以上のコンピューティング装置、ディスプレイ／モニタ、及び１つ以上の入力装置（例えば、キーボード、ジョイスティック及びマウス）のアセンブリを含むが、これらに限定されない。
（８）用語「アプリケーションモジュール」は、特定のアプリケーションを実行するための電子回路（例えば、電子コンポーネント及び／又はハードウェア）及び／又は実行可能プログラム（例えば、非一時的コンピュータ可読媒体及び／又はファームウェア上に記憶された実行可能ソフトウェア）からなるコントローラ内に組み込まれるか、又はコントローラによってアクセス可能なアプリケーションを広く包含する。
（９）用語「データ」及び「信号」は、本開示の技術分野で理解され、本開示で後述されるような本開示の様々な態様を適用することをサポートする情報及び／又は命令を送信するために本開示で例示的に説明されるような、検出可能な物理量又はインパルス（例えば、電圧、電流、又は磁場強度）の全ての形態を広く包含する。本開示のデータ／信号通信コンポーネントは、任意のタイプの有線又は無線データリンク／信号リンクを介したデータ／信号送信／受信、及びコンピュータ使用可能／コンピュータ可読記憶媒体にアップロードされたデータ／信号の読み取りを含むが、これらに限定されない、本開示の技術分野で知られている任意の通信方法を含んでもよい。
本開示の発明の前述の実施形態及び他の実施形態、並びに本開示の発明の様々な構造及び利点は、添付の図面と併せて読まれる本開示の発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明から更に明らかになるであろう。詳細な説明及び図面は、本開示の発明を単に例示するものであり、限定するものではなく、本開示の発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される。
本開示の様々な態様によるＸ線リップルマーカの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による半径方向リップルの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による半径方向リップルの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による半径方向リップルの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による半径方向リップルの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様によるプラットフォームの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様によるプラットフォームの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による図１のＸ線リップルマーカの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による図１のＸ線リップルマーカの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による図１のＸ線リップルマーカの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による図１のＸ線リップルマーカの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による図１のＸ線リップルマーカの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による図１のＸ線リップルマーカの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による図１のＸ線リップルマーカの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様によるＣアーム位置合わせの例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様によるＣアームによるＸ線投影の第１の例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による、図５のＣアーム位置合わせの第１の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本開示の様々な態様による、例示的な正弦波信号変換を示す図である。 本開示の様々な態様による、例示的な正弦波信号変換を示す図である。 本開示の様々な態様による変換パラメータ生成方法の第１の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本開示の様々な態様による、図９の例示的な変換パラメータ生成を示す。 本開示の様々な態様による、図９の例示的な変換パラメータ生成を示す。 本開示の様々な態様による、図９の例示的な変換パラメータ生成を示す。 本開示の様々な態様による、図９の例示的な変換パラメータ生成を示す。 本開示の様々な態様による、図９の例示的な変換パラメータ生成を示す。 本開示の様々な態様による、図９の例示的なマーカ位置近似／微調整を示す。 本開示の様々な態様による、図９の例示的なマーカ位置近似／微調整を示す。 本開示の様々な態様による、図７の例示的なＸ線リップルマーカ画像減算を示す。 本開示の様々な態様による、図７の例示的なＸ線リップルマーカ画像減算を示す。 本開示の様々な態様による、図７の例示的なＸ線リップルマーカ画像減算を示す。 本開示の様々な態様による、図７の例示的なＸ線リップルマーカ画像減算を示す。 本開示の様々な態様による、図７の例示的なＸ線リップルマーカ画像減算を示す。 本開示の様々な態様による、図７の例示的なＸ線リップルマーカ画像減算を示す。 本開示の様々な態様による、図６のＣアームによるＸ線投影の例示的な実施形態を示す。 本開示の様々な態様による、図５のＣアーム位置合わせの第２の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。 本開示の様々な態様による例示的なＣアーム位置合わせを示す。 本開示の様々な態様による例示的なＣアーム位置合わせを示す。 本開示の様々な態様による、第１の位置における図１５ＡのＸ線リップルマーカの例示的な変換パラメータ生成を示す。 本開示の様々な態様による、第１の位置における図１５ＡのＸ線リップルマーカの例示的な変換パラメータ生成を示す。 本開示の様々な態様による、第２の位置における図１５ＡのＸ線リップルマーカの例示的な変換パラメータ生成を示す。 本開示の様々な態様による、第２の位置における図１５ＡのＸ線リップルマーカの例示的な変換パラメータ生成を示す。 本開示の様々な態様による、第３の位置における図１５ＡのＸ線リップルマーカの例示的なＣアーム位置合わせを示す。 本開示の様々な態様による、第３の位置における図１５ＡのＸ線リップルマーカの例示的なＣアーム位置合わせを示す。 本開示の様々な態様によるＣアーム位置合わせコントローラの例示的な実施形態を示す。
本開示の様々な態様の理解を容易にするために、図１乃至４Ｃの以下の説明は、本開示のＸ線リップルマーカの実施形態を教示する。この説明から、当業者は、本開示のＸ線リップルマーカの追加の実施形態を作成及び使用するために、本開示の様々な態様をどのように適用するかを理解するであろう。
図１を参照すると、本開示のＸ線リップルマーカ２０は、プラットフォーム４０内に一体化され、プラットフォーム４０の固定点４１（例えば、プラットフォーム４０の中心点）から半径方向に延びる１つ又は複数の半径方向リップル３０を使用する。
実際には、プラットフォーム４０は、プラットフォーム４０の固定点４１から半径方向に延在する半径方向リップル３０のＸ線撮像を容易にする任意のサイズ及び形状を有してもよい。例えば、プラットフォーム４０は、ディスク又は直方体の同じ側面上に一体化され、ディスク又は直方体のその側面上の任意の固定点（例えば、ディスク又は直方体の中心）から半径方向に延在する（複数の）半径方向リップル３０を有する、ディスク形状又は直方体形状を有してもよい。ディスク及び直方体のサイズは、１つ又は特定のタイプのＸ線撮像システムのＸ線撮像スペースによって制限されず、又は全てのＸ線撮像システムに対して包括的である。
また、実際には、ラジアルリップル３０が、固定点を部分的に又は完全に囲む任意の形状及び寸法を有してもよい。例えば、図２Ａは、プラットフォーム４０の固定点４１を完全に取り囲む円としてのラジアルリップル３０ａを示し、図２Ｂは、プラットフォーム４０の固定点４１を部分的に取り囲む２７０°円弧としてのラジアルリップル３０ｂを示し、図２Ｃは、プラットフォーム４０の固定点４１を部分的に取り囲む１８０°円弧としてのラジアルリップル３０ｃを示し、図２Ｄは、プラットフォーム４０の固定点４１を部分的に取り囲む９０°円弧としてのラジアルリップル３０ｄを示す。
更に、実際には、ラジアルリップル３０が、Ｘ線画像内でラジアルリップル３０をプラットフォーム４０から区別するＸ線リップルマーカ２０のＸ線撮像を容易にする任意の方法でプラットフォーム４０に一体化されてもよい。例えば、図３Ａは、固定点４１ａに対してプラットフォーム４０ａの上面から上方に延びる突出部３１として複数のラジアルリップル３０を有するプラットフォーム４０ａの断面を示し、図３Ｂは、固定点４１ｂに対してプラットフォーム４０ｂの上面に下方に延びる溝３２として複数のラジアルリップルを有するプラットフォーム４０ｂの断面を示す。また、例により、Ｘ線リップルマーカ２０は、１つ以上のラジアルリップル３０を突出部として、１つ以上の追加のラジアルリップル３０を溝として使用してもよい。
図１に戻って参照すると、Ｃアーム位置合わせの目的のために、ラジアルリップル３０は、図５乃至図１８のＣアーム位置合わせの説明と共に本開示で更に説明されるように、Ｘ線リップルマーカ２０に対するＣアームのＸ線投影の位置の関数である特性を有するＸ線撮像波を生成するリップルパターンを形成するように、プラットフォーム４０上に一体化される。
例えば、図４Ａは、波２１ａ及び２１ｂによってシンボル的に示されるように、Ｘ線像形成波（複数可）を生成するためのプラットフォーム４０ｂ又はディスク４０ｃの表面上に積分可能であるラジアル方向リップル（複数可）３０のラジアルパターン５０を示す。
実際には、Ｘ線撮像波の周波数、位相及び／又は振幅は、Ｘ線リップルマーカ２０に対するＣアームのＸ線投影の位置の関数である特性であってもよい。
更に、実際には、２つ以上のＸ線撮像波の相対周波数、相対位相及び／又は相対振幅は、Ｘ線リップルマーカ２０に対するＣアームのＸ線投影の位置の関数である特性であってもよい。
図４Ｂに示されるようなリップルパターン５０の一実施形態では、ディスク４０ｃ又は直方体４０ｄ上に一体化された２０個の同心円状のラジアルリップルのリップルパターン５０ａが、単一のＸ線画像を用いてマーカに関連する座標系へのＣアームのＸ線投影の５自由度変換を提供する。
図４Ｃに示されるようなリップルパターン５０の第２の実施形態では、リップルパターン５０ｂは、９の同心９０°円弧ラジアルリップルの系列５１ａと、１７の同心９０°円弧ラジアルリップルの系列５１ｂと、９の同心９０°円弧ラジアルリップルの系列５１ｃと、１７の同心９０°円弧ラジアルリップルの系列５１ｄとを含む。リップルパターン５０ｂは、また、単一のＸ線画像を用いて、マーカに関連付けられた座標系に対するＣアームのＸ線投影の５自由度変換を提供する。
更に図４Ｃを参照すると、複数の円弧系列を有するリップルパターン５０の実施において、円弧系列は、周波数、位相、及び振幅に関して１つ又は複数の他の円弧系列と同一であってもよく、又は円弧系列は、周波数、位相、及び／又は振幅に関して１つ又は複数の他の円弧系列と異なってもよい。
円弧系列５１ａ及び円弧系列５１ｃは、周波数、位相及び振幅に関して互いに同一である。円弧系列５１ａ及び円弧系列５１ｃは、位相に関しては円弧系列５１ｂ及び５１ｄと同一であるが、周波数及び振幅に関しては円弧系列５１ｂ及び円弧系列５１ｄとは異なっている。
リップルパターン５０の任意の実施形態（例えば、図４Ａのリップルパターン５０ａ及び図４Ｂのリップルパターン５０ｂ）について、チャープ（例えば、突出部及び／又は溝）のチャープパターンは、単一のＸ線画像を使用してマーカに関連付けられた座標系に対するＣアームのＸ線投影の第６自由度変換を提供するように、リップルパターン５０と軸方向にアラインされてもよい。例えば、図４Ｄは、リップルパターン５０の周囲を取り囲む４０個のチャープの円形チャープパターン５２を示す。
実際には、チャープは、リップルパターン５０と同じプラットフォームの側面に配置されてもよく、及び／又はチャープは、リップルパターン５０と対向するプラットフォームの側面に配置されてもよい。
リップルパターン５０の任意の実施形態（例えば、図４Ａのリップルパターン５０ａ及び図４Ｂのリップルパターン５０ｂ）について、ランドマークパターン（例えば、銅球のパターン）は、プラットフォームの固定点の発見を容易にするために、及び／又は最終的な最適化及び位置合わせ誤差推定を含むが、これらに限定されないＣアーム位置合わせ計算のために、リップルパターン５０と軸方向にアラインされてもよい。例えば、図４Ｄは、リップルパターン５０の周囲を取り囲む１６対の銅球５３の系列のランドマークパターンを示す。
実際には、ランドマークパターンは、リップルパターン５０と同じプラットフォームの側面に配置されてもよく、及び／又はランドマークパターンは、リップルパターン５０と対向するプラットフォームの側面に配置されてもよい。
図４Ａ乃至４Ｃの説明から、当業者は、本開示のＸ線リップルマーカの実施形態の広い範囲を理解するであろう。
例えば、図４Ｅは、ディスク４０ｃ上に一体化されたリップルパターン５０ａ（図４Ｂ）の突出部実施形態３１と、リップルパターン５０ａと同じディスク４０ｃの側面又はリップルパターン５０ａと反対側のディスク４０ｃの側面に配置された円形チャープパターン５２（図４Ｄ）の突出部実施形態５２ａと、リップルパターン５０の周囲を取り囲む図４Ｄの銅球５３のランドマークパターンとを組み込む例示的なＸ線リップルマーカ２０ａを示す。
付加的な例により、図４Ｆは、ディスク４０ｃ上に一体化されたリップルパターン５０ａ（図４Ｂ）の突出部実施形態３１と、リップルパターン５０ａと同じディスク４０ｃの側面又はリップルパターン５０ａと反対側のディスク４０ｃの側面に配置された円形チャープパターン５２（図４Ｄ）の漸進的間隔の突出部実施形態５２ｂとを組み込む例示的なＸ線リップルマーカ２０ｂを示す。
更なる例により、図４Ｇは、直方体４０ｄ上に一体化されたリップルパターン５０ｂ（図４Ｃ）の突出部実施形態５０ｄを組み込む例示的なＸ線リップルマーカ２０ｃを示す。
本開示の様々な態様の理解を更に容易にするために、図５乃至１８Ｂの以下の説明は、本開示のＣアーム位置合わせの実施形態を教示する。この説明から、当業者は、本開示のＣアーム位置合わせの追加の実施形態を作成及び使用するために、本開示の様々な態様をどのように適用するかを理解するであろう。
図４ＤのＸ線リップルマーカ２０ａ及び図４ＥのＸ線リップルマーカ２０ｂは、本開示のＣアーム位置合わせの実施形態を説明する目的で利用されるが、当業者は、本開示のＸ線リップルマーカの任意の実施形態を使用して本開示のＣアーム位置合わせを実行するために、本開示の様々な態様をどのように適用するかを理解するであろう。
図５を参照すると、本開示のＣアーム位置合わせは、患者レスモード及び患者モードで実施される。
一般に、患者レスモードでは、Ｘ線リップルマーカ２０（例えば、図４ＥのＸ線リップルマーカ２０ａ又は図４ＦのＸ線リップルマーカ２０ｂ）は、介入空間内の固定位置（例えば、手術台、レール、ドレープ、又は介入ロボットへの取り付け）を有する。Ｃアーム６０のＸ線源６１及びＸ線検出器６２は、Ｘ線リップルマーカ２０のリップルパターン５０のＸ線画像６３を生成する位置まで平行移動及び／又は回転される。Ｃアーム位置合わせコントローラ７０は、Ｘ線画像６３を取得し、本開示で更に説明されるように、Ｘ線リップルマーカ２０に対するＣアーム６０によるＸ線投影の位置を描写する本開示のＣアームからマーカへの位置合わせ７１を実行する。その後、Ｘ線リップルマーカ２０は、Ｃアーム６０の撮像空間から除去され、それによって患者は、Ｃアーム６０の撮像空間内で位置決めされ、それによってＸ線画像６４の生成を伴うＣアーム位置合わせに基づいて介入を実行してもよい。
一般に、患者モードでは、Ｘ線リップルマーカ２０（例えば、図４ＥのＸ線リップルマーカ２０ａ又は図４ＦのＸ線リップルマーカ２０ｂ）は、介入空間内の固定位置（例えば、手術台又は介入ロボットへの取り付け）を有し、患者の関心のある身体部分は、Ｘ線リップルマーカ２０の上に隣接して配置される（マーカの明確性のために図示されない身体部分）。Ｃアーム６０のＸ線源６１及びＸ線検出器６２は、Ｘ線リップルマーカ２０のリップルパターン５０のＸ線画像６３を生成する位置まで平行移動及び／又は回転される。Ｃアーム位置合わせコントローラ７０は、Ｘ線画像６５ａを取得し、本開示で更に説明されるように、Ｘ線リップルマーカ２０に対するＣアーム６０によるＸ線投影の位置を描写する本開示のＣアームからマーカへの位置合わせ７１を実行する。Ｃアーム位置合わせコントローラ７０は、本開示のＣアーム位置合わせに基づいて、介入中に表示のためにＸ線画像６５ｂをレンダリングするように、Ｘ線画像６５ａからＸ線リップルマーカ２０（又は少なくともリップルパターン５０）を除去する本開示のリップルマーカ除去７２を更に実行してもよい。
より具体的には、図６に示されるように、患者レスモード及び患者モードの両方に対して、Ｃアームからマーカへの位置合わせ７１は、３Ｄ座標系２１又は３Ｄ座標系２２（Ｙ軸及びＸ軸のみが示され、Ｚ軸は示されない）内で、本開示のＸ線リップルマーカ２０に対するＸ線投影の位置を位置合わせすることを含む。
実際には、Ｘ線投影は、例えば、図６に示されるような焦点スポット６５のようなＸ線源６１の任意の点で発生してもよい。
実際には、Ｘ線リップルマーカ２０は、Ｘ線リップルマーカ２０の固定点を座標系２１の原点として有する座標系２１を確立してもよく、又は代わりに、Ｘ線リップルマーカ２０は、介入装置（例えば、Ｘ線リップルマーカ２０を取り付けられた介入ロボットシステム）の座標系２２を用いて較正されてもよい。
図７は、図７を参照すると、実行可能なＣアームからマーカへの位置合わせ７１を表すフローチャート８０を示し、フローチャート８０の段階Ｓ８２は、図５Ａの患者レスモードにおけるＸ線画像６３、又は図５Ｂの患者モードのＸ線画像６５ａにおけるＸ線リップルマーカ２０のシグネチャ及びリップルパターン５０を識別するコントローラ７０を含む。Ｘ線画像内のリップルパターン５０の識別は、Ｘ線リップルマーカ２０に対するＣアーム６０によるＸ線投影の位置（例えば、焦点６５）の特徴であり、座標系２１又は座標系２２内のＸ線投影の位置及び／又は向きがＸ線画像内に示されるようなリップルパターン５０によって特徴付けられることを意味する。
実際には、Ｘ線リップルマーカ２０の幾何学的形状を知ることは、Ｘ線リップルマーカ２０の全体がＸ線画像内に図示される場合に、Ｘ線画像内のＸ線マーカ２０を識別するための基礎として役立ち得、又はランドマークパターン（例えば、銅球５３のランドマークパターン）の利用は、Ｘ線リップルマーカ２０の一部がＸ線画像内に図示される場合に、Ｘ線画像内のＸ線マーカ２０を識別するための基礎として役立ち得る。
例えば、患者レスモードでは、Ｘ線リップルマーカ２０は、焦点６５とＸ線検出器６２との間にアラインされてもよく、それによってＸ線リップルマーカ２０の全体が、Ｘ線画像６３（図５Ａ）内に示されてもよい。
更なる例として、患者モードでは、銅球５３（図４Ｄ）のランドマークパターンは、特にＸ線リップルマーカ２０の一部がＸ線画像６５ａ（図５Ｂ）内に示される場合に、Ｘ線リップルマーカ２０の固定点（例えば、中心点）を見つけるように利用されてもよい。
フローチャート８０の段階Ｓ８４は、段階Ｓ８２で識別されたリップルパターン５０からの変換パラメータの導出を含み、それによって、フローチャート８０の段階Ｓ８６の間にＸ線リップルマーカ２０及びＸ線Ｃアーム６０を位置合わせする。
実際には、段階Ｓ８４は、段階８２で識別されたリップルパターン５０のラジアルリップルの周波数、位相及び／又は振幅からの変換信号の生成を含む。変換信号は、Ｘ線リップルマーカ２０に対するＣアーム６０によるＸ線投影の位置（例えば、焦点６５）を規定する変換パラメータを導出するように段階Ｓ８４の間に分析されてされてもよく、ここで座標系２１又は座標系２２内のＸ線投影の位置及び／又は向きが段階Ｓ８６の間に変換パラメータから決定されてもよいことを意味する。
段階８４及び８６の一実施形態において、特に同じ周波数、位相及び振幅のラジアルリップルの配列を有するリップルパターン５０の実施形態に対して、Ｃアーム空間内のＸ線リップルマーカ２０の姿勢は、回転Ｒ及び平行移動ｔで構成される剛体変換によって記述される。回転は、次の式［１］に従ってZXZオイラー角を使用してパラメータ化される。
Figure 2022520933000002
ここで、Ｒｚ(θ)は、角度θを持つｚ軸の周りの回転である。
平行移動ベクトルｔは、次の式［２］に示されるように、軸に沿った基本変位で構成される。
Figure 2022520933000003
マーカ空間２１又は２２内の任意の点pMarker∈Ｒ３は、次の式［３］に従って、Ｃアーム空間（例えば、原点として焦点スポット６５を有する）内で変換されてもよい。
Figure 2022520933000004
同様に、Ｃアーム空間内の任意の点の位置ｐC-armは、以下の式［４］に従ってマーカ空間２１又は２２内で平行移動されることができる。
Figure 2022520933000005
段階８４及び８６の第２の実施形態では、特に、第１の系列のラジアルリップルと、第１の系列のラジアルリップルと異なる周波数、位相及び／又は振幅を有する第２の系列のラジアルリップルとの構成を有するリップルパターン５０の実施形態では、焦点スポット６５からＸ線リップルマーカ２０の固定点までの距離は、図１３乃至１８Ｂの説明と共に本開示で例示的に説明されるように、異なる周波数、異なる位相及び／又は異なる振幅から決定されてもよい。
更に図７を参照すると、患者モードのみについて、フローチャート８０の段階Ｓ８８は、Ｘ線画像６５ｂ（図５Ｂ）をレンダリングするために、Ｘ線画像６５ａ（図５Ｂ）からのＸ線リップルマーカ２０の除去を含む。実際には、誘導アーチファクトを、妨げないまでも、最小化する及び／又はＸ線リップルマーカ２０と同じ空間周波数範囲での患者の身体部分の図示に影響を与えるような形で、Ｘ線リップルマーカ２０を除去するために、任意の技法が、使用されてもよい。
一実施形態では、周波数ベースのフィルタリング技術が、段階Ｓ８８の間に利用されてもよい。
第２の実施形態では、Ｘ線リップルマーカ２０のモデルをＸ線画像６５ａ内のＸ線リップルマーカの実際の位置及び向きに変換して、それによって、図１２Ａ乃至１２Ｆの説明とともに本開示で例示的に説明されるように、画質に対する最小の影響でＸ線画像６５ａ内のＸ線リップルマーカを減算することを含む画像減算技術が、利用されてもよい。
以下は、図８Ａに示されるように、アーム２３（例えば、ロボット延長部又はＣアーム延長部）によって保持されているＸ線リップルマーカ２０ａのＸ線画像６３ａとの関連でＣアーム位置合わせコントローラ７０（図５Ｂ）の患者モードの一実施形態の説明である。実際には、Ｘ線リップルマーカ２０ａのリップルパターン５０が、透視変換を通過する場合、パターン５０は、チャープ信号に変化し、それによって以下の式［５］は以下の式［６］になり、それによって波投影パラメータｃ1及びｃ2は、透視変換パラメータの関数である。
Figure 2022520933000006
Figure 2022520933000007
ここで、ｓ(ｒ)は、モデル正弦波パターンであり、Ａは、振幅であり、ｆmは、周波数であり、ｓp(ｓ)は、ｓ(ｒ)の投影幾何学変換パターンである。
図８Ｂは、透視投影によるＸ線リップルマーカ２０の正弦波信号の変換を示す。マーカ２０が、Ｘ線検出器６２と平行であり、図示のようにＸ線投影１２０ａの中間点にある場合、マーカ２０の元の正弦波信号１２１は、正弦波信号１２２ａにストレッチされ、これによりｃ1＝０．５及びｃ2＝０．０である。マーカ２０が、Ｘ線検出器６２に対して傾斜され、かつ図示のようにＸ線投影１２０ｂの中間点にある場合、ｃ2＞０であり、チャープ信号１２２ｂ（例えば、ｃ1＝１．０及びｃ2＝０．００２）を生じる。したがって、マーカの各対角線に沿った信号は、透視変換を介して波投影パラメータｃ１及びｃ２に変換される。
図９は、図８Ａに示されるＸ線リップルマーカ２０ａのための変換生成方法を表すフローチャート９０を示す。
図９を参照すると、フローチャート９０の段階Ｓ９２は、コントローラ７０が、Ｘ線リップルマーカ２０ａの各ボールベアリングランドマークに対する（ｘbb i(ｋ),ｙbb i(ｋ)）座標１１１を計算し、それによって、フローチャート９０の段階Ｓ９４の間にＸ線リップルマーカ２０ａの中心点に対する（ｘc i,ｙc i）座標１１２を見つけるために、取得されたＸ線画像６３ａ及び記憶されたマーカ幾何形状１１０を処理することを含む。
フローチャート９０の段階Ｓ９６は、コントローラ７０が、波投影パラメータｃ1 及びｃ2を計算するために、取得されたＸ線画像６３ａ及び計算された中心点（ｘc i,ｙc i）座標１１２を処理することを含む。
フローチャート９０の段階Ｓ９８は、コントローラ７０が、変換パラメータ（ｔx 0,ｔy 0,ｔz 0,θx 0,θy 0,θz 0）１１５の最初の近似を得るために、取得されたＸ線画像６３ａ、波投影パラメータｃ1 及びｃ2、並びに記憶されたマーカ幾何学形状１１０及びＣアーム幾何学形状を処理することを含む。
フローチャート９０の段階Ｓ１００は、コントローラ７０が、変換パラメータ（ｔx,ｔy,ｔz,θx,θy,θz）１１６、ベアリング投影１１７及び誤差／ｒｍｓ １１８の微調整／最小二乗最適化を得るように、各ボールベアリングランドマーク及び記憶されたマーカ幾何形状１１０及びＣアーム幾何形状に対する変換パラメータ（ｔx 0,ｔy 0,ｔz 0,θx 0,θy 0,θz 0）１１５、（ｘbb i(ｋ),ｙbb i(ｋ)）座標１１１を処理することを含む。
より具体的には、段階Ｓ９２及びＳ９４の一実施形態において、マーカ幾何形状１１０は、最も近い２つのボールベアリングの接続が図１０Ａに示されるようにマーカ中心において交差する線を規定するようなものである。したがって、Ｘ線リップルマーカ２０ａの中心の投影は、図１０Ａに示されるように、画像６３ａ内のＢＢをセグメント化し、それらをグループ化して光線を規定することによって識別される。これらの光線の交点は、画像空間におけるＸ線リップルマーカ２０ａの中心を規定する。
ボールベアリングの中心は、例えば、適応閾値処理又は大津の閾値処理のような、単純な閾値処理又はより高度なアルゴリズムを使用して計算される。ボールベアリング対は、関心のあるラジアル方向の近隣のものが横方向の近隣のものよりも大幅に近いので、単純なクラスタリングによって形成される。セグメント化の後、小さすぎる又は大きすぎるブロブが、フィルタ除去される。次に、光線の交点は、線形最小二乗法を用いて計算される。
段階Ｓ９６の一実施形態では、図１０Ａは、波投影パラメータｃ1のプロット１２３ａを示し、図１０Ｂは、図８Ｂに示されるように、Ｘ線検出器６２と並行であり、Ｘ線投影１２０ａの中間点にあるＸ線リップルマーカ２０ａに対する２つのマーカ位置についての波投影パラメータｃ2のプロット１２３ｂを示す。図１０Ｃは、波投影パラメータｃ1のプロット１２３ｃを示し、図１０Ｄは、図８Ｂに示されるように、Ｘ線リップルマーカ２０ａがＸ線検出器６２に対して傾斜され、Ｘ線投影１２０ｂの中間点にある場合の波投影パラメータｃ2のプロット１２３ｄを示す。対角線に対する波投影パラメータｃ1及びｃ2の計算は、ガウス関数で窓関数処理されたチャープ信号を用いて、その対角線に沿った画像信号の畳み込みを最大化することによって実行される。
次いで、段階Ｓ９８の一実施形態において、ｃ1、ｃ2、及びある範囲のγ値は、マーカ２０ａの軸の周りのねじれまで下がったＸ線リップルマーカ２０ａの位置を計算するために使用される。画像空間におけるマーカ位置の最初の近似は、波投影パラメータｃ1及びｃ2から計算された５自由度と、角度θz2のｚ軸の周りでねじられた１自由度とを有する。角度θz2 は、以下の式［７］に従って、５自由度の初期位置近似及びγねじれ角度を使用して、リムチャープの投影に対応する座標で取り出された画像信号とモデルチャープパターンとの間の正規化された相互相関を最大化するものである。
Figure 2022520933000008
図１１Ａは、マーカ２０ａの計算された位置１２４ａが、ねじれの誤差のために、マーカ２０ａの真の位置１２５ｂに非常に近い、初期近似後の位置合わせ検証を示す。
段階Ｓ１００の一実施形態では、計算された位置が、最小二乗アプローチを使用して最適化される。画像内で識別される各ボールベアリングbi ; i=1...nについて、位置bm i ; i=1...nに対応するモデルは、計算され、続いて、近似パラメータｔx、ｔy、ｔz、θz1、θx、θz2及びＣアーム幾何形状１１５を使用して、仮想投影が、次の式［８］及び［９］に従って計算される。
Figure 2022520933000009
Figure 2022520933000010
ここで、（ｘs,ｙs,ｚs)Tは、検出器６２の座標系に対する光源６１の位置であり、ｐｓｚx及びｐｓｚyは、ｘ及びｙ方向の画素サイズである。検出器座標系は、画素サイズの差のみで画像座標系と一致すると仮定される。
コスト関数は、以下の式［１０］に従って表される。
Figure 2022520933000011
コスト関数は、「ネルダーーミード（Nelder-Mead）」アルゴリズムを使用して最小化される。
図１１Ｂは、マーカ２０ａの計算された位置１２４ｃがマーカ２０ａの真の位置１２５ｂに対応する、最終最適化後の位置合わせ検証を示す。
図７を参照すると、図１２Ａに示されるようなＸ線リップルマーカ２０ａの患者画像６５ａに対する段階Ｓ８８の減算実施形態は、図１２Ｂに示されるような視野においてＸ線画像マーカ２０ａの事前取得画像１２６ａのみを利用し、これはマーカモデルと称される。次いで、様々な向きでマーカの全部又は一部を含む追加の介入画像が、取得されることができる。マーカモデル２０ａは、（例えば、OpenCV: cv2.findHomography((Pt smodel),(Pt simage))において）ボールベアリングの位置に基づくポイントツーポイントホモグラフィック変換を使用して、介入画像（例えば、介入画像６５ａ）にマッチングされる。ボールベアリングは、ボールベアリングの代わりにマーカ上の他の任意の点が、使用されることができるが、ボールベアリングが、各画像における明確な基準点であるので、この場合、ポイントツーポイント変換に対して使用された。マーカモデル１２６ａ内のボールベアリングの正しい対応する対を、介入画像６５ａ内のものとマッチさせるために、ボールベアリングは、図１２Ｃに示されるように、マーカモデル１２６ｂのｘ軸から開始して半径方向に順番に検出される。
一度ポイントツーポイントホモグラフィック変換が、マーカモデル１２６ｂに適用されて、画像空間内の介入マーカに図１２Ｄの粗い位置合わせ６５ｃを提供すると、モデルアライメントは、強化相関係数（ＥＣＣ）最適化ルーチン（例えば、iOpenCV:cv2.findTransformECC()）を使用して微調整される。一度マーカモデル１２６ｂと画像との間の最適なアライメントが達成されると、図１２Ｅに示されるようにアラインされたマーカモデル１２６ｃは、画像から減算されて図１２Ｆの画像６５ｄをレンダリングし、ここで、減算されたモデルのグレーレベルは、画像内のマーカの主な周波数のパワーを最小化することに基づいて最適化される。減算されたマーカの平均グレーレベルを表す均一なオフセットが、マーカ領域内の画像に加算されて戻される。
以下の表１は、減算技術の概要を示す。
表１：減算技術
１: 画像空間におけるモデル位置を計算（Model）
２: 画像空間内のマーカ位置を計算（Image）
３: モデル及び画像内の同等の基準点を位置特定（Ptsimage）（Ptsmodel）
４: ポイントツーポイントホモグラフィック変換を計算（Ptsimage = Thomography * Ptsmodel）
５: モデルをマーカ空間に変換（Modeltransformed = Thomography * Model）
６: 画像相関の最適化によって微調整変換（Tcorrelation）を計算
７: 最終的なモデル変換を作成（ModelfineTuned = Tcorrelation * Modeltransformed）
８: 画像から最終モデルを減算（Imagesubtracted = Image - Modelfinetuned）
９: 減算されたマーカ領域に平均値オフセットを加算（Imagefinal = Imagesubtracted - Modelmean）
図１４は、図１５Ａに示されるＸ線リップルマーカ２０ｂのための変換生成方法を表すフローチャート１４０を示す。
より具体的には、図１３に示されるように、患者レスモード及び患者モードの両方に対して、Ｃアームからマーカへの位置合わせ７１は、以下の式［１１ａ］に従って、Ｘ線検出器１３４に対するＸ線源１３０の距離１３２から、Ｘ線リップルマーカ１３３に対するＸ線源１３０の距離１３１への透視変換により投影する１つの周期を投影することを含む。
ＳＭ＝ＳＤ・（ＴM／ＴI） ［１１ａ］
ここで、ＳＭは、Ｘ線源１３０からＸ線リップルマーカ１３３までの距離１３２であり、ＳＤは、Ｘ線源１３０からＸ線検出器１３４までの距離（較正又はＤＩＣＯＭデータから知られている）であり、ＴMは、リップルパターンの時間期間であり、ＴIは、（画像から計算された）画像期間である。式［１１Ａ］を周波数に変換することは、以下の式［１１ｂ］を生じる。
ＳＭ＝ＳＤ・（ｆI／ｆM） ［１１ｂ］
ｆMは、既知のリップルパターンの周波数であり、ｆIは、画像周波数（画像から計算される） である。
式［１１ｂ］は、画像の一方向を見るためのものである。以下の式［１１ｃ］は、Ｘ線リップルマーカ２０ｂ（図１５Ａ）に適した２方向についてのものである。
ＳＭ＝ＳＤ・（(ｆI H／ｆM H)＋(ｆI L／ｆM H) ［１１Ｃ］
ここで、ｆM Hは、既知のリップルパターンの最も高い周波数であり、ｆM Lは、既知のリップルパターンの最も高い周波数であり、ｆI Hは、最も高い画像周波数（画像から計算される）であり、ｆI Lは、最も低い画像周波数（画像から計算される）である。
実際には、２より多い方向が、利用されてもよい。また、実際には、最も単純なアプローチは、図１５ＡのＸ線リップルマーカ２０ｂの中心を通る線に沿った高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用することによるものである。
図４を参照すると、フローチャート１４０の段階Ｓ１４２は、コントローラ７０が、Ｘ線リップルマーカ２０ｂのリップルパターンを通る各方向の強度をプロットすることを包含し、フローチャート１４０の段階Ｓ１４４は、コントローラ７０が、強度プロット（複数可）のＦＦＴ分析から変換パラメータ（複数可）を導出することを包含する。
例えば、図１６Ａは、Ｘ線リップルマーカ２０ｂのリップルパターンが、第１の平行位置１５１においてＸ線検出器と平行であるシナリオを示し、ライン１５２Ｌは、低周波ラジアルリップル系列５１ａ及び低周波ラジアルリップル系列５１ｃを横切り、ライン１５２Ｈは、高周波ラジアルリップル系列５１ｂ及び高周波ラジアルリップル系列５１ｄを横切る。
更なる例により、図１７Ａは、Ｘ線リップルマーカ２０ｂのリップルパターンが、第２の平行位置１５３においてＸ線検出器と平行であるシナリオを示し、ライン１５４Ｌは、低周波ラジアルリップル系列５１ａ及び低周波ラジアルリップル系列５１ｃを横切り、ライン１５４Ｈは、高周波ラジアルリップル系列５１ｂ及び高周波ラジアルリップル系列５１ｄを横切る。
段階Ｓ１４２中の第１の平行位置１５１（図１６Ａ）について、図１６Ｂは、第１の位置１５１における低周波ラジアルリップル系列５１ａ及び低周波ラジアルリップル系列５１ｃについての強度プロット１５５Ｌと、高周波ラジアルリップル系列５１ｂ及び高周波ラジアルリップル系列５１ｄについての強度プロット１５５Ｈとを示す。
段階Ｓ１４２中の第２の平行位置１５２（図１７Ａ）について、図１７Ｂは、第１の位置１５１における低周波ラジアルリップル系列５１ａ及び低周波ラジアルリップル系列５１ｃについての強度プロット１５６Ｌ、及び高周波ラジアルリップル系列５１ｂ及び高周波ラジアルリップル系列５１ｄについての強度プロット１５６Ｈを示す。
図１５Ｂは、強度プロット１５５ＬのＦＦＴ分析１５７ａと、強度プロット１５５ＨのＦＦＴ分析１５７ｂと、強度プロット１５６ＬのＦＦＴ分析１５７ｃと、強度プロット１５６ＨのＦＦＴ分析１５７ｃとを示す。
図１６Ａの第１の位置１５１について、ＦＦＴ分析１５７ａのピークは、式［１１ｃ］の最低の画像周波数ｆI Lであり、ＦＦＴ分析１５７ｂのピークは、式［１１ｃ］の最高の画像周波数ｆI Hである。
図１７Ａの第２の位置１５３について、ＦＦＴ分析１５７ｃのピークは、式［１１ｃ］の最低画像周波数ｆI Lであり、ＦＦＴ分析１５７ｄのピークは、式［１１ｃ］の最高画像周波数ｆI Hである。
図１４に戻って参照すると、フローチャートＳ１４６の段階Ｓ１４０は、コントローラ７０が、Ｘ線リップルマーカ２０ｂ及びＸ線Ｃアームを位置合わせすることを包含する。
段階Ｓ１４０の一実施形態では、ｘｃｄ及びｙｃｄは、検出器座標系におけるＸ線リップルマーカ２０ｂの中心を表し、それによって、Ｘ線リップルマーカ２０ｂの平行移動を計算することは、以下の式［１２ａ］乃至［１２ｃ］に従って計算される。
ｔｚ＝ＳＤ－ＳＭ ［１２］
ｔｘ＝ｘｃｄ・ＳＤ／ＳＭ ［１２］
ｔｙ＝ｙｃｄ・ＳＤ／ＳＭ ［１２］
更なる例により、Ｘ線リップルマーカ２０ｂのリップルパターンが、位置１５８においてＸ線検出器に対して傾斜されるシナリオを示し、ライン１５８Ｌは、低周波ラジアルリップル系列５１ａ及び低周波ラジアルリップル系列５１ｃを横切り、及びライン１５８Ｈは、高周波ラジアルリップル系列５１ｂ及び高周波ラジアルリップル系列５１ｄを横切る。
図１８Ｂは、線１５８Ｌに対する強度プロットのＦＦＴ分析１５９ａと、線１５８Ｈに対する強度プロットのＦＦＴ分析１５９ｂとを示す。傾斜によるリップルパターンの回転が、低周波ラジアルリップル系列５１ａ及び低周波ラジアルリップル系列５１ｃの周波数を変化させないので、ＦＦＴ分析１５９ａの回転軸は、鋭く、一方、傾斜によるリップルパターンの回転が、高周波ラジアルリップル系列５１ｂ及び高周波ラジアルリップル系列５１ｄの周波数を変化させるので、ＦＦＴ分析１５９ｂの回転軸は、広がっている。
本開示の様々な発明の更なる理解を容易にするために、図１９の以下の説明は、本開示のＣアーム位置合わせコントローラの例示的な実施形態を教示する。この説明から、当業者は、本開示のＣアーム位置合わせコントローラの追加の実施形態を作成及び使用するために、本開示の様々な態様をどのように適用するかを理解するであろう。
図１９を参照すると、Ｃアーム位置合わせコントローラ１７０は、１つ又は複数のシステムバス１７６を介して相互接続された１つ又は複数のプロセッサ１７１、メモリ１７２、ユーザインタフェース１７３、ネットワークインタフェース１７４、及び記憶装置１７５を含む。
各プロセッサ１７１は、メモリ１７２又は記憶装置に記憶された命令又は他の形電処理データを実行することができる、本開示の技術分野で知られているか、又は以下で考えられるような任意のハードウェア装置であってもよい。非限定的な実施例では、プロセッサ１７１は、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は他の同様の装置を含んでもよい。
メモリ１７２は、Ｌ１、Ｌ２、若しくはＬ３キャッシュ又はシステムメモリを含むが、これらに限定されない、本開示の技術分野で知られている、又は以下で考えられるような、様々なメモリを含んでもよい。非限定的な実施例では、メモリ１７２は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＭＡ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、又は他の同様のメモリ装置を含んでもよい。
ユーザインタフェース１７３は、管理者などのユーザとの通信を可能にするために、本開示の技術分野で知られている、又は以下で考えられるような、１つ又は複数の装置を含んでもよい。非限定的な実施例では、ユーザインタフェースは、ネットワークインタフェース１７４を介して遠隔端末に提示されてもよいコマンドラインインタフェース又はグラフィカルユーザインタフェースを含んでもよい。
ネットワークインタフェース１７４は、本開示の技術分野で知られているように、又は以下で考えられるように、他のハードウェア装置との通信を可能にするための１つ又は複数の装置を含んでもよい。非限定的な例では、ネットワークインタフェース１７４は、イーサネット（登録商標）プロトコルに従って通信するように構成されたネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）を含んでもよい。更に、ネットワークインタフェース１７４は、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルに従って通信するためのＴＣＰ／ＩＰスタックを実装してもよい。ネットワークインタフェース１７４のための様々な代替又は追加のハードウェア又は構成が、明らかであろう。
記憶装置１７５は、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリ装置、又は同様のストレージ媒体を含むが、これらに限定されない、本開示の技術分野で知られている又は以下で考えられるような、１つ又は複数の機械可読記憶媒体を含んでもよい。様々な非限定的な実施形態では、記憶装置１７５は、プロセッサ１７１による実行のための命令又はプロセッサ１７１が動作しうるデータを記憶してもよい。例えば、記憶装置１７５は、ハードウェアの様々な基本動作を制御するための基本オペレーティングシステムを記憶してもよい。記憶装置１７５は、また、本開示で前述されたように、Ｃアームからマーカへの位置合わせモジュール１７８及びリップルマーカ除去モジュール１７９を含むが、これらに限定されない、本開示で前述されたようなコントローラ１７０ａの様々な機能を実施するための実行可能なソフトウェア／ファームウェアの形態のアプリケーションモジュールを記憶する。
実際には、コントローラ１７０は、Ｘ線撮像システム１６０、介入システム１６１（例えば、介入ロボットシステム）、又はＸ線撮像システム１６０及び／又は介入システム１６１と通信するスタンドアロンワークステーション１６２（例えば、クライアントワークステーション又はタブレットのようなモバイル装置）内にインストールされてもよい。代わりに、コントローラ１７０の構成要素は、Ｘ線撮像システム１６０、介入システム１６１、及び／又はスタンドアロンワークステーション１６２の間で分散されてもよい。
図１乃至１９を参照すると、本開示の当業者は、特にモバイルＣアームのための、正確かつ信頼性のあるＣアーム位置合わせを容易にするＸ線リップルマーカを含むが、これに限定されない、本開示の発明の多くの利点を理解するであろう。
加えて、更に、当業者は、本明細書で提供される教示を考慮して理解するので、本開示／明細書で説明され、及び／又は図面に示される構造、要素、コンポーネント等は、ハードウェア及びソフトウェアの様々な組み合わせで実装され、単一の要素又は複数の要素に組み合わせられてもよい機能を提供してもよい。例えば、図に示され／図示され／描かれる様々な構造、要素、構成要素等の機能は、専用のハードウェア及び追加された機能性のための適切なソフトウェアと関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用により提供されることができる。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共用プロセッサ、又はいくつかが共用及び／又は多重化されることができる複数の個々のプロセッサによって提供されることができる。更に、用語「プロセッサ」又は「コントローラ」の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアを排他的に指すと解釈されるべきではなく、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するためのメモリ（例えば、ソフトウェア、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、不揮発性ストレージなど）、並びにプロセスを実行及び／又は制御することができる（及び／又は構成可能である）実質的に任意の手段及び／又はマシン（ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、それらの組み合わせなどを含む）を暗黙的に含むことができるが、それらに限定されない。
更に、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにその特定の例を列挙する本明細書の全ての記述は、その構造的及び機能的同等物の両方を包含することを意図される。更に、そのような同等物は、現在知られている同等物と将来開発される同等物（例えば、構造にかかわらず、同じ又は実質的に同様の機能を実行することができる開発された任意の要素）の両方を含むことが意図される。したがって、例えば、本明細書で提供される教示に鑑みて、当業者には、本明細書で提示される任意のブロック図が、本発明の原理を実施する例示的なシステム構成要素及び／又は回路の概念図を表すことができることが理解されるであろう。同様に、当業者は、本明細書に提示された教示を鑑みれば、任意のフローチャート及びフロー図などが、コンピュータ可読記憶媒体で実質的に表されることができ、したがって、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているかどうかにかかわらず、処理能力を有するコンピュータ、プロセッサ、又は他の装置によって実行される様々なプロセスを表すことができることを理解すべきである。
本開示の様々な及び多数の発明の好ましい及び例示的な実施形態（これらの実施形態は例示であり、限定ではないことが意図される）を説明したが、図面を含めて、本明細書で提供される教示に照らして、修正及び変形が、当業者によって行われることができることに留意されたい。したがって、本明細書に開示された実施形態の範囲内にある本開示の好ましい実施形態及び例示的な実施形態において／に対して変更がなされることができることを理解されたい。
更に、装置／システムを組み込む及び／若しくは実装する、又は本開示による装置において／とともに使用／実装され得るような、対応する及び／又は関連するシステムも、企図され、本開示の範囲内であると見なされることが、企図される。更に、本開示による装置及び／又はシステムを製造及び／又は使用するための、対応する及び／又は関連する方法も、企図され、本開示の範囲内であると見なされる。

Claims (20)

  1. Ｘ線リップルマーカの固定点から半径方向に延びるリップルパターンを含む前記Ｘ線リップルマーカと、
    Ｃアーム位置合わせコントローラであって、
    ＣアームによるＸ線投影から生成され、前記リップルパターンの少なくとも一部を示すＸ線画像内のリップルパターンを識別し、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの識別は、前記Ｘ線リップルマーカに対する前記Ｃアームによる前記Ｘ線投影の姿勢の特徴であり、

    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンを分析して、前記Ｘ線リップルマーカに対する前記Ｃアームによる前記Ｘ線投影の姿勢を規定する少なくとも１つの変換パラメータを導出し、
    前記少なくとも１つの変換パラメータに基づいて前記Ｃアームを前記Ｘ線リップルマーカに位置合わせする、
    ように構成される前記Ｃアーム位置合わせコントローラと、
    を有するＣアーム位置合わせシステム。
  2. 前記リップルパターンは、
    複数の同心円状リップル
    を含む、請求項１に記載のＣアーム位置合わせシステム。
  3. 前記リップルパターンは、
    第１の系列の同心円弧リップル
    を含む、請求項１に記載のＣアーム位置合わせシステム。
  4. 前記リップルパターンは、更に、
    周波数、位相及び振幅の少なくとも１つにおいて前記第１の系列の同心円弧リップルとは異なっている第２の系列の同心円弧リップル
    を含む、請求項３に記載のＣアーム位置合わせシステム。
  5. 前記Ｘ線リップルマーカは、更に、
    前記リップルパターンと軸方向にアラインされたチャープパターン
    を含む、請求項１に記載のＣアーム位置合わせシステム。
  6. 前記Ｘ線リップルマーカは、更に、
    前記リップルパターンと軸方向にアラインされたランドマークパターン
    を含む、請求項１に記載のＣアーム位置合わせシステム。
  7. 前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンを分析するように構成された前記Ｃアーム位置合わせコントローラが、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別から少なくとも１つの波投影パラメータを計算し、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別から計算された前記少なくとも１つの波投影パラメータの計算から前記少なくとも１つの変換パラメータを導出する
    ように更に構成された前記Ｃアーム位置合わせコントローラを含む、請求項１に記載のＣアーム位置合わせシステム。
  8. 前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンを分析するように構成された前記Ｃアーム位置合わせコントローラは、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別からの前記少なくとも１つの波投影パラメータの前記計算から導出された前記少なくとも１つの変換パラメータに最小二乗アプローチを適用する
    ように更に構成された前記Ｃアーム位置合わせコントローラを含む、請求項７に記載のＣアーム位置合わせシステム。
  9. 前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンを分析するように構成された前記Ｃアーム位置合わせコントローラが、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別から少なくとも１つの周波数パラメータを計算し、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別からの前記少なくとも１つの周波数パラメータの前記計算に高速フーリエ変換を適用し、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別からの前記少なくとも１つの周波数パラメータの前記計算に対する前記高速フーリエ変換の適用から前記少なくとも１つの変換パラメータを導出する
    ように更に構成された前記Ｃアーム位置合わせコントローラを含む、請求項１に記載のＣアーム位置合わせシステム。
  10. 前記Ｃアーム位置合わせコントローラは、前記Ｘ線画像から前記リップルパターンを除去するように更に構成される、請求項１に記載のＣアーム位置合わせシステム。
  11. Ｘ線リップルマーカの固定点から半径方向に延在するリップルパターンを含む前記Ｘ線リップルマーカへのＣアームの位置合わせの少なくとも１つのプロセッサによる実行のための命令で符号化された非一時的機械可読記憶媒体であって、
    前記ＣアームによるＸ線投影から生成され、前記リップルパターンの少なくとも一部を示すＸ線画像内の前記リップルパターンを識別する命令であって、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの識別は、前記Ｘ線リップルマーカに対する前記Ｃアームによる前記Ｘ線投影の姿勢の特徴である、命令と、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンを分析して、前記Ｘ線リップルマーカに対する前記Ｃアームによる前記Ｘ線投影の前記姿勢を規定する少なくとも１つの変換パラメータを導出する命令と、
    前記少なくとも１つの変換パラメータに基づいて前記Ｃアームを前記Ｘ線リップルマーカに位置合わせする命令と、
    を有する前記非一時的機械可読記憶媒体、
    を有するＣアーム位置合わせコントローラ。
  12. 前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンを分析するための前記命令は、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別から少なくとも１つの波投影パラメータを計算する命令と、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別からの前記少なくとも１つの波投影パラメータの計算から前記少なくとも１つの変換パラメータを導出する命令と、
    を含む、請求項１１に記載のＣアーム位置合わせコントローラ。
  13. 前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンを分析する前記命令は、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別からの前記少なくとも１つの波動射影パラメータの前記計算から導出された前記少なくとも１つの変換パラメータに、最小二乗アプローチを適用する命令
    を更に含む、請求項１２に記載のＣアーム位置合わせコントローラ。
  14. 前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンを分析する前記命令は、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別から少なくとも１つの周波数パラメータを計算する命令と、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別からの前記少なくとも１つの周波数パラメータの前記計算に高速フーリエ変換を適用する命令と、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別からの前記少なくとも１つの周波数パラメータの前記計算に対する前記高速フーリエ変換の適用から前記少なくとも１つの変換パラメータを導出する命令と
    を含む、請求項１１に記載のＣアーム位置合わせコントローラ。
  15. 前記非一時的機械可読記憶媒体は、
    前記Ｘ線画像から前記リップルパターンを除去する命令
    を更に有する、請求項１１に記載のＣアーム位置合わせコントローラ。
  16. Ｘ線リップルマーカの固定点から半径方向に延在するリップルパターンを含む前記Ｘ線リップルマーカにＣアームを位置合わせするためのＣアーム位置合わせコントローラによって実行可能なＣアーム位置合わせ方法において、
    前記Ｃアーム位置合わせコントローラを介して、前記ＣアームによるＸ線投影から生成され、前記リップルパターンの少なくとも一部を示すＸ線画像内の前記リップルパターンを識別するステップであって、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別が、前記Ｘ線リップルマーカに対する前記Ｃアームによる前記Ｘ線投影の姿勢の特徴である、ステップと、
    前記Ｃアーム位置合わせコントローラを介して、前記Ｘ線リップルマーカに対する前記Ｃアームによる前記Ｘ線投影の前記姿勢を規定する少なくとも１つの変換パラメータを導出するように、前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンを分析するステップと、
    前記Ｃアーム位置合わせコントローラを介して、前記少なくとも１つの変換パラメータに基づいて前記Ｃアームを前記Ｘ線リップルマーカに位置合わせするステップと、
    を有するＣアーム位置合わせ方法。
  17. 前記Ｃアーム位置合わせコントローラを介して、前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンを分析するステップが、
    前記Ｃアーム位置合わせコントローラを介して、前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別から前記少なくとも１つの波投影パラメータを計算するステップと、
    前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別から計算された前記少なくとも１つの波投影パラメータから前記少なくとも１つの変換パラメータを導出するステップと、
    を含む、請求項１６に記載のＣアーム位置合わせ方法。
  18. 前記Ｃアーム位置合わせコントローラを介して、前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンを分析するステップが、
    前記Ｃアーム位置合わせコントローラを介して、前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別から計算された前記少なくとも１つの波投影パラメータから導出された前記少なくとも１つの変換パラメータに最小二乗アプローチを適用するステップ
    を更に含む、請求項１７に記載のＣアーム位置合わせ方法。
  19. 前記Ｃアーム位置合わせコントローラを介して、前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンを分析するステップが、
    前記Ｃアーム位置合わせコントローラを介して、前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別から少なくとも１つの周波数パラメータを計算するステップと、
    前記Ｃアーム位置合わせコントローラを介して、前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別からの前記少なくとも１つの周波数パラメータの前記計算に高速フーリエ変換を適用するステップと、
    前記Ｃアーム位置合わせコントローラを介して、前記Ｘ線画像内の前記リップルパターンの前記識別からの前記少なくとも１つの周波数パラメータの前記計算に対する前記高速フーリエ変換の適用から前記少なくとも１つの変換パラメータを導出するステップと、
    を含む、請求項１６に記載のＣアーム位置合わせ方法。
  20. 前記Ｃアーム位置合わせコントローラを介して、前記Ｘ線画像から前記リップルパターンを除去するステップ
    を更に有する、請求項１６に記載のＣアーム位置合わせ方法。
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