JP2023506602A - Ｘ線画像に対する３ｄ測定値グリッドツール - Google Patents

Abstract

Ｘ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算する方法は、患者の所望の解剖学的構造の少なくとも第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像Ｉj、ｊ＝１，２，...を提供するステップＳ１と、３Ｄ空間における所望の解剖学的構造の２つの点Ｐ1及びＰ2を規定し、２つの点Ｐ1及びＰ2の３Ｄ座標を決定し、これによって、Ｘ線投影画像を使用するステップＳ２と、２つの点Ｐ1及びＰ2の決定された３Ｄ座標に基づいてスケーリングされた仮想グリッドを計算するステップＳ３と、計算されたグリッドを、第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像のうちの少なくとも１つ上に投影し、ユーザに表示するステップＳ４とを有する。

Description

本発明は、Ｘ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算する方法、Ｘ線投影画像のためのそのようなスケーリングされた仮想グリッドを計算する装置、Ｘ線投影画像のためのそのようなスケーリングされた仮想グリッドを計算するシステム、及びそのような方法のためのプログラム要素に関する。

対象を撮像するためのモバイルＸ線蛍光透視法は、当技術分野で知られており、例えば整形外科、外傷、血管及び脊椎などの様々な分野で広く使用されている。それらの設計のために、モバイルＸ線蛍光透視法は、固定Ｘ線システムと比較して、小さい設置面積、高い操作性、及び低減されたコストによって特徴付けられる。対象の必要な情報に応じて、時々、いくつかの写真が、撮影され、分析されなければならない。医師は、適切なインプラント、例えば、ねじに関するサイズ情報を得るために、外科的処置の準備のための基礎としてこれらの写真を使用する。したがって、通常、既知のサイズの対象は、Ｘ線撮像中に患者の所望の解剖学的構造上に重ねられる。対象が検出器に平行な平面でない場合、又は解剖学的構造の領域が対象の平面内にない場合、推定される距離は、信頼性が低く、測定は、精度を欠く。

本発明の発明者らにとって、このようなモバイルＸ線透視法のＸ線画像の分析を改善する必要性があることが明らかになった。特に、そのようなモバイルＸ線透視法のＸ線画像の分析によって得られる幾何学的情報の効率を高める必要がある。

したがって、本発明の課題は、例えばそのようなモバイルＸ線透視法のＸ線画像の効率的な分析を可能にする方法及びシステムを提供することである。

以下の説明を読むときに更に言及されるか、又は当業者によって認識されることができる、この及び他の課題は、独立請求項の主題によって解決される。本発明の更なる実施形態及び利点は、従属請求項に組み込まれる。

説明される実施形態は、同様に、方法、計算装置、システム、及びコンピュータプログラム要素、並びにコンピュータ可読媒体に関する。詳細には説明されないかもしれないが、相乗効果が、これらの実施形態の異なる組み合わせから生じるかもしれない。

更に、方法に関する本発明の全ての実施形態が、記載されるステップの順序で実行されてもよいが、これは、この方法のステップの唯一かつ必須の順序である必要はないことに注意されたい。本明細書に示される方法は、以下に逆に明示的に述べられない限り、それぞれの方法の実施形態から逸脱することなく、開示されるステップの別の順序で実行されることができる。

専門用語は、その常識によって使用される。特定の意味が特定の用語に伝達される場合、用語の規定は、その用語が使用される文脈において以下に与えられる。

本発明の第１の態様によれば、Ｘ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算する方法が、提供される。この方法は、患者の所望の解剖学的構造の少なくとも第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像Ｉ_j；ｊ＝１，２、…を提供するステップ（ステップＳ１）、３Ｄ空間における所望の解剖学的構造の２つの点Ｐ₁及びＰ₂を規定し、２つの点Ｐ₁及びＰ₂の３Ｄ座標を決定し、これによって、Ｘ線投影画像を使用するステップ（ステップＳ２）、２つの点Ｐ₁及びＰ₂の決定された３Ｄ座標に基づいてスケーリングされた仮想グリッドを計算するステップ（ステップＳ３）、及び計算されたグリッドをＸ線投影画像、好ましくは第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像のうちの少なくとも１つの上でユーザに投影及び表示するステップ（ステップＳ４）を有する。

「スケーリングされた仮想グリッド」という用語は、本発明の文脈において広く理解されるべきであり、スケールを有する矩形及び歪んだグリッドを有する。「スケール」という用語は、また、仮想グリッドのメトリックとして理解されるべきであり、ユーザ／観察者が少なくとも２つの投影画像によって撮像された所望の解剖学的構造のＸ線画像から、距離などの測定値を直接的に導出することを可能にする。したがって、観察者がＸ線画像内の距離を推定する必要がなく、これは、分析精度の向上を意味する。代わりに、スケールの分析が、アルゴリズムによって実行されることもできる。また、ユーザによって測定値を決定することと、アルゴリズムによって測定値を決定することとの組み合わせも、もちろん可能である。測定値を決定又は導出することは、特に、長さ又は距離測定値を決定又は導出することを含むことに留意されたい。本発明において使用されるスケーリングされた仮想グリッドの更なる詳細及び実施形態は、実施形態の文脈において、及び、例えば、図５及び６に示される実施形態の詳細な説明において、以下に説明される。

画像、特にＸ線投影画像のコレジストレーション（co-registration）は、最新技術であり、画像取得及び評価において広く使用されている。このようなコレジストレーションされた画像の提供は、例えば、医用データベース、他の撮像装置などの外部ソースのコレジストレーションされたＸ線投射画像の使用、並びに、アルゴリズムを用いる、及び／又は本明細書に記載の方法を実行するシステムによる自己実行コレジストレーションを有することができる。コレジストレーションされたＸ線投影画像の提供の更なる説明は、特定の実施形態の文脈、及び、例えば、図３に示される態様の詳細な説明において、以下に説明される。

当業者には明らかであるように、画像レジストレーション（registration）は、異なる画像／データセットを１つの座標系に変換するプロセスである。画像／データは、異なるセンサ、異なる時間、又は異なる視点からの複数の写真及び／又はデータとすることができる。これは、コンピュータビジョン、医用撮像、並びに衛星からの画像及びデータの編集及び分析に使用される。レジストレーションは、これらの異なる測定から得られた画像／データを比較又は統合することができるようにするために必要である。したがって、本明細書で使用される、コレジストレーションされたＸ線投影画像は、１つの座標系に変換された画像である。

撮像されるべき所望の解剖学的対象は、任意の幾何学的形状を有することができる。点Ｐ₁及びＰ₂の規定及びそれらの３Ｄ座標の決定は、所望の対象の解剖学的構造の分析に関心を有するユーザ自身によって、又は代替的に又はアルゴリズムとの組み合わせによって実行されることができる。そのようなアルゴリズムは、２つの点Ｐ₁及びＰ₂並びにそれらの３Ｄ座標の決定を規定するのに、患者データ及び／又は解剖学的構造データベースを使用し得る。ユーザは、例えば、第１の画像における大腿骨頭を自動的に識別するように、すなわち、第２の画像に対するＰ₁及びその３Ｄ座標並びにＰ₂を自動的に決定するように、ユーザ入力提供してもよい。

一般的に言えば、３Ｄ座標の知見は、Ｘ線投影画像における長さ／距離の正確な決定を可能にし、２つの点Ｐ₁及びＰ₂の間の距離だけではない。２つの点Ｐ₁及びＰ₂を規定する可能な方法の更なる説明は、特定の非限定的な実施形態及び、例えば、図４の実施形態の詳細な説明の文脈において、以下に提供される。

以下の詳細な記述から明らかになるように、一実施形態では、３つの点Ｐ₁、Ｐ₂及びＰ₃が、規定され、それらの３Ｄ座標が、グリッドを計算するために決定される。

更に、スケーリングされた仮想グリッドの計算は、特定の実施形態の記載における以下の説明から明らかになるように、様々な数学的方法によって実行されることができる。例では、制御点ｃ_i及び交差線ｄ_ijが、スケーリングされた仮想グリッドを決定するために様々な異なる方法で計算されることができる。

計算されたグリッドを、第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像のうちの少なくとも１つ上でユーザに投影及び表示することは、例えばＣＴのＨＭＩを使用する、１つ又は複数／様々なディスプレイ、及び／又は拡張現実技術を使用する静的スクリーン及びポータブルスマートグラス上で実行されることができる。

本発明のこの態様は、ＣＴ撮像中に所望の解剖学的構造上に配置される対象の使用が、既知のサイズの対象の平面内に平行に位置する領域についてのみ正確な測定データを提供し、既知のサイズの対象が、Ｘ線検出器に平行な平面内に位置しなければならないという、本発明者らの洞察に基づく。したがって、既知のサイズの対象の平面の外側の距離のすべての測定値は、既知のサイズの対象がＸ線検出器に平行な平面内に置かれる場合、不可避の不正確さにつながる。これらの欠点は、本発明によって克服される。例えば、本発明の特に好ましい実施形態では、解剖学的構造の任意の視点に対して既知のサイズの追加的な対象を使用することなく、Ｘ線投影画像内の距離を測定することが、可能である。測定される関心領域内の距離は、測定精度を失うことなく、検出器に平行な平面の外側に位置することができる。したがって、本発明に従って計算されたグリッドの使用により、医師は、明示的な較正ステップなしに、Ｘ線投影画像から信頼できる測定値を常に導出することができる。

本発明の文脈では、以下の指標規約が使用されることに留意されたい。ｊは画像指標を表し、ｉは基準点指標を表し、ｍは交差線ｄ_ij上の制御点指標を表す。これは、以下の説明から明らかになるであろう。

例示的な実施形態によれば、スケーリングされた仮想グリッドを計算するステップ（ステップＳ３）は、規定された点Ｐ₁及びＰ₂を結ぶ線上の少なくとも２つの制御点ｃ_i; i=１，２，...を計算するステップ（ステップＳ３ａ）と、各コレジストレーションされた画像に対して交差線ｄ_ij; i=１，２，...; j=１，２，...を計算するステップ（ステップＳ３ｂ）とを有し、各交差線ｄ_ijは、制御点ｃｉにおける規定された点Ｐ₁及びＰ₂を結ぶ線と交差し、各交差線ｄ_ijは、画像Ｉ_jが撮られた検出器と平行であり、好ましくは、各交差線ｄ_ijは、規定された２つの点Ｐ₁及びＰ₂を結ぶ線と垂直である。

好ましい実施形態では、各交差線ｄ_ij上で制御点ｋ_ijmを計算するステップ（Ｓ３ｃ）であって、制御点ｋ_ijmは、各画像Ｉ_jに対してスケーリングされた仮想グリッドを規定する。

各交差線ｄ_ijが、対応する画像Ｉ_jを生成していた検出器と平行である場合、グリッドのスケールは、等距離であり、拡大率を変化させない。グリッドを計算するこの方法に基づいて構築される更なる詳細な実施形態は、例えば、図５及び６の文脈で説明される特定の実施形態から推測されることができる。

代わりに、グリッドは、交差線ｄ_ijが位置する平面を規定する３つの選択された点Ｐ₁、Ｐ₂及びＰ₃で規定されることもできる。交差線ｄ_ijは、規定された点Ｐ₁及びＰ₂を接続する線に対して垂直であるが、検出器に対して平行ではない。これは、関心領域が対象の特殊な平面に配置される場合に有利であることができる。

換言すると、グリッドを規定する別の方法は、２つのＸ線画像内の第３の解剖学的点Ｐ₃を規定／選択することである。Ｐ₃は、Ｐ₁及びＰ₂と共に、平面を規定する。次いで、ｃ_iを規定するのに、上記で詳しく説明され、以下で更に説明される、ステップＳ１乃至Ｓ３ａを使用する。次いで、３つの点Ｐ₁、Ｐ₂及びＰ₃によって規定される平面内に交差線ｄ_ijを一意的に構築することができる。このようなｄ_ij交差線は、Ｐ₁ Ｐ₂ 線上で垂直であるが、前述の実施形態の場合のように、もはや検出器と平行ではない。このアプローチでは、グリッドは、本開示から当業者に明らかであるように、較正され、Ｐ₁ Ｐ₂ Ｐ₃によって規定される平面に取り付けられる。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、方法は、第１のコレジストレーションされたＸ線投影画像Ｉ₁上の制御点ｋ_i1mによって規定されるスケーリングされた仮想グリッドを投影し、ユーザに対して表示するステップと、第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像Ｉ₂上の制御点ｋ_i2mによって規定されるスケーリングされた仮想グリッドを投影し、ユーザに対して表示するステップとを有する。

換言すると、この実施形態では、計算されたグリッドは、ディスプレイ上でユーザによって使用されるように第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像Ｉ₁及びＩ₂の上に置かれる。したがって、ユーザ／観察者は、コレジストレーションされたＸ線投影画像Ｉ₁及びＩ₂の両方における関心領域の分析のためのスケール情報を有する。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、本方法は、２つの点Ｐ₁及びＰ₂間の３Ｄ空間内の距離を計算するステップと、計算された距離を使用して、少なくとも２つの制御点ｋ_ijm間の距離を決定するステップとを有する。

グリッドのスケールは、全ての制御点ｋ_ijm間の距離の決定により、横方向及び縦方向に計算される。２つの隣接する制御点ｋ_ijm間の距離は、任意の値を有することができるが、好ましくは等距離の値を有する。人間が、等距離のグリッドサイズを有する、より容易なグリッドを認識又は分析することができる場合がありうる。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、方法は、少なくとも２つの制御点ｋ_ijmの間の決定された距離を、制御点ｋ_ijmとともに画像Ｉj上でユーザに表示するステップを有する。

制御点ｋ_ijm間の距離は、グリッドを表し、スケール及び／又はメトリックとして観察者に役立つと理解され得る。制御点ｋ_ijm間の決定された距離を、制御点ｋ_ijmと一緒に画像Ｉ_j上でユーザに対して表示することの更なる記述は、以下の図５に記載され図示される実施形態から容易に推測されることができる。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像は、異なる視点からの患者の所望の解剖学的構造を示す。

異なる視点は、関心領域の様々な情報を可能にし、例えば、ある視点で隠されている情報は、別の視点で可視である。異なる視点は、コレジストレーションされたＸ線投影画像における点Ｐ₁又はＰ₂の必要なアライメントのための基礎であり、これは、空間における点Ｐ₁及びＰ₂の３Ｄ座標の決定に更に役立つ。異なる視点の更なる説明は、以下の実施形態及び図４の詳細な説明に見出されることができる。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、方法は、Ｘ線撮像装置を６自由度で位置特定するステップを有し、提供された第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像は、前記Ｘ線撮像装置を用いて生成された。

Ｘ線撮像装置の位置特定又は位置特定することは、仮想グリッドを生成するために更に処理されるＸ線投影画像のコレジストレーションに対する必要条件である。Ｘ線撮像装置は、当技術分野において周知であり、例が、以下に簡潔に述べられる。この実施形態では、Ｘ線撮像装置は、６自由度で互いに依存して移動することができる線源及び対応する検出器を有する。これは、光源と検出器との間に固定された幾何学的制約があることを意味する。解剖学的対象は、Ｘ線源とＸ線検出器との間に配置される。したがって、Ｘ線撮像装置の画像を、６自由度を有するＸ線撮像装置の位置の情報とアラインすることが可能である。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、位置特定は、リップルマーカを使用して、Ｘ線撮像装置の光学追跡を使用して、Ｘ線撮像装置の内部エンコーダを使用して、及び／又は他の画像ベースのマーカを使用して実行される。

したがって、同一の目的、すなわち、空間におけるＸ線撮像装置の位置特定のための異なる機会が存在し、これは、冗長性を通じた保護のために単独で又は組み合わせて使用されることができる。

この方法の別の例示的な実施形態では、３Ｄ空間において所望の解剖学的構造の２つの点Ｐ１及びＰ２を規定するステップ（ステップＳ２）は、第１のＸ線投影画像において所望の解剖学的構造の第１のランドマークを識別するステップ（ステップＳ２ａ）と、第１のランドマークが第１のＸ線投影画像を生成するために使用されたＸ線源とＸ線検出器との間にある第１の線を決定するステップ（ステップＳ２ｂ）と、第２のＸ線投影画像において所望の解剖学的構造の第２のランドマークを識別するステップ（ステップＳ２ｃ）と、第２のランドマークが第２のＸ線投影画像を生成するために使用されたＸ線源とＸ線検出器との間にある第２の線を決定するステップ（ステップＳ２ｄ）と、決定された第１の線及び第２の線の交点の３Ｄ座標を計算するステップ（ステップＳ２ｅ）であって、計算された３Ｄ座標は、３Ｄ空間において点Ｐ₁を規定する、ステップと、第１のＸ線投影画像における所望の解剖学的構造の第３のランドマークを識別するステップ（ステップＳ２ｆ）と、第３のランドマークが第１のＸ線投影画像を生成するのに使用されたＸ線源とＸ線検出器との間に位置する第３の線を決定するステップ（ステップＳ２ｇ）と、第２のＸ線投影画像における所望の生体構造の第４のランドマークを識別するステップ（ステップＳ２ｈ）と、第４のランドマークが第２のＸ線投影画像を生成するために使用されたＸ線源とＸ線検出器との間に位置する第４の線を決定するステップ（ステップＳ２ｉ）と、決定された第３の線及び第４の線の交点の３Ｄ座標を計算するステップ（ステップＳ２ｊ）であって、計算された３Ｄ座標が、３Ｄ空間における点Ｐ₂を規定する、ステップとを有する。

この実施形態の前記ステップ、特に、前記ランドマークを識別するステップ及び前記線を決定するステップは、例えばＨＭＩを介したユーザ入力に基づいて、手動で実行されることができるが、例えば画像処理アルゴリズムを使用して純粋に自動的に実行されることもできることに留意されたい。もちろん、両方の代替的な方法の組み合わせも、本発明から逸脱することなく使用されることができる。更に、どのようにして３Ｄ空間における所望の解剖学的構造の２つの点のＰ₁及びＰ₂が前記ランドマークの識別及び前記線の決定を使用して規定されることができるかの特に詳細な実施形態は、例えば図４及び対応する記述から推測されることができる。

別の例示的な実施形態では、方法は、決定された第１の線を第２のＸ線投影画像上に投影するステップ、及び／又は決定された第３の線を第２のＸ線投影画像上に投影するステップを有する。

２つの点Ｐ₁及びＰ₂を規定するステップは、当業者には明らかであるように、幾何学的ツールとしての線に限定されないことに留意されたい。また、他の幾何学的形態、例えば、円、三角形なども、本方法を実行することが可能である。点を規定することの更なる説明は、図４の詳細な説明に見つけられることができ、ここでは、決定された第１の線の第２のＸ線投影画像に対する投影が、示されている。

別の例示的な実施形態では、決定された第１及び／又は第３の線の投影が、例えば、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）上の制約として使用され、この制約は、、例えば前記ＨＭＩ上で、第２のＸ線投影画像においてランドマークを識別するためのユーザ入力の可能性を制約する。

制約制限は、Ｐ₂を規定又は識別しながら、例えば、第１及び第２のＸ線投影画像におけるＰ₁のアライメントのための解空間を制限しうる。したがって、制約は、ＨＭＩのユーザを支援し、可能なエラーレートを低減するか、又はグリッドのスケールの精度を高める。上記のように、ＨＭＩを介するユーザ入力を必要としない患者データ又は解剖学的データベースに基づくアルゴリズムによって、点Ｐ₁及びＰ₂の規定を自動化することも可能である。

別の例示的な実施形態によれば、本方法は、Ｘ線撮像装置を用いて、好ましくは、Ｘ線源及びＸ線検出器を有する、モバイルＣアームＣＴを用いて、第１及び第２のＸ線投影画像を生成するステップを有する。

モバイルＣアームＣＴは、最新技術から周知であり、ユーザが所望の対象の異なる視点の画像を容易に生成することを可能にする。第１及び第２のＸ線投影画像の生成に関する更なる説明は、図３に示される態様の詳細な説明に見つけられることができる。

本発明の更なる態様によれば、Ｘ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算するための装置が、提示される。装置は、患者の所望の解剖学的構造の少なくとも第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像Ｉ_jを受信し、Ｘ線投影画像及び所望の解剖学的構造における２つの点Ｐ₁及びＰ₂を計算し、それによって２つの点Ｐ₁及びＰ₂の３Ｄ座標を決定し、２つの点Ｐ₁及びＰ₂の決定された３Ｄ座標に基づいてスケーリングされた仮想グリッドを計算し、計算されたグリッドを第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像のうちの少なくとも１つ上に投影及びユーザに対して表示させるように構成された計算ユニットを有する。

そのような装置は、例えば、Ｘ線源及びＸ線検出器をも有する、モバイルＣアームＣＴなどのＸ線撮像装置の一部であることができるプロセッサであり得る。しかしながら、Ｘ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算するための前記装置は、画像を入力として受信し、計算されたグリッドを出力として送る別個の構成要素であってもよい。更に、計算装置は、これ自体、計算されたグリッドを、少なくとも１つの、好ましくは両方のコレジストレーションされたＸ線投影画像上に投影し、ユーザに表示し得る。代わりに、計算装置は、例えば、プロジェクタ又はディスプレイなどの別の装置に、１つ又は両方又は複数のコレジストレーションされたＸ線投影画像上でユーザへの計算されたグリッドの投影及び表示を実行させる、例えば１つ又は複数の制御信号を生成し得る。

本発明の更なる態様は、Ｘ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算するためのシステムに関し、このシステムは、上述のＸ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドのための装置を有する。これは、また、受信された第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像を表示するように構成され、例えば、所望の解剖学的構造の表示された画像内のランドマークを識別するユーザからの入力信号を受信するように構成されたヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）を有する。

別の例示的な実施形態によれば、システムは、Ｘ線投影画像を生成するためのＸ線源及びＸ線検出器を有するＸ線撮像装置、好ましくはモバイルＣアームＣＴを有する。

システムの前述の部分は、中央に配置される又は互いに分散されることができることに留意されたい。中央は、システムの全ての部分が少なくとも有線接続されることを意味し、分散は、部分が他の場所にあり、無線ネットワークを介して互いに通信することができることを意味する。

本発明の更なる態様は、プロセッサ又はコンピュータ上で実行されるとき、本明細書に記載されるようなＸ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算するための方法を実行するように構成されるプログラム要素に関する。
プログラム要素は、コンピュータプログラムの一部であってもよいが、それ自体でプログラム全体であることができる。例えば、プログラム要素は、本発明に到達するために既存のコンピュータプログラムを更新するために使用されてもよい。
本発明の更なる態様は、前述のように、そのようなプログラム要素が記憶されるコンピュータ可読媒体に関する。
コンピュータ可読媒体は、例えば、ＵＳＢスティック、ＣＤ、ＤＶＤ、データ記憶装置、ハードディスク、又は上記のようなプログラム要素が記憶されることができる任意の他の媒体などの記憶媒体と見なされ得る。

以下において、本開示は、添付の図面を参照して例示的に説明される。

一実施形態による、Ｘ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算するための方法のフロー図を示す。 フロー図を用いてスケーリングされた仮想グリッドを計算するための方法の別の実施形態を示す。 一実施形態によるＸ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算するためのシステムの概略図を示す。 例示的な実施形態において、３Ｄ空間における所望の解剖学的構造の１つの点Ｐ₁の規定及び点Ｐ₁の３Ｄ座標の決定がどのように実行されるかを概略的に示す。 一実施形態による、それぞれオーバーレイされたスケーリングされた仮想グリッドを有する例示的なＸ線投影画像を示す。 一実施形態による、スケールの倍率の変化を有するそれぞれオーバーレイされたスケーリングされた仮想グリッドを有する例示的なＸ線投影画像を示す。

とりわけ、図面は、単に概略的な表現であり、本開示の実施形態を例示することにのみ役立つ。同一又は同等の構成要素は、原則として、同一の参照符号を提供される。

図１は、本発明の実施形態による、Ｘ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算するための方法のフロー図を示す。ステップは、患者の所望の解剖学的構造の少なくとも第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像を提供するステップ（ステップＳ１）と、３Ｄ空間における所望の解剖学的構造の２つの点Ｐ₁及びＰ₂を規定し、２つの点Ｐ₁及びＰ₂の３Ｄ座標を決定するステップであって、それによってＸ線投影画像を使用するステップ（ステップＳ２）と、２つの点Ｐ₁及びＰ₂の決定された３Ｄ座標に基づいてスケーリングされた仮想グリッドを計算するステップ（ステップＳ３）と、計算されたグリッドを、第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像のうちの少なくとも１つ上に投影し、ユーザに表示するステップ（ステップＳ４）とを有する。

換言すると、ステップＳ１において、異なる視点からの所望の解剖学的構造の少なくとも２つのコレジストレーションされたＸ線投影が、提供され、スケーリングされたグリッドを計算するために更に使用される。コレジストレーションされたＸ線投影は、以下のステップのためのデータ基礎として役立つ。コレジストレーションされたＸ線投影の異なる視点が、第２のステップＳ２のために、必要であり、２つの点が、コレジストレーションされたＸ線投影画像内の関心領域においてそれぞれ規定され、選択される。これらの２つの点の３Ｄ座標を決定するために、選択された各点と、他のコレジストレーションされたＸ線投影画像における対応する位置とのアライメントが、実行される。両方のコレジストレーションされたＸ線投影画像における各点のこの位置情報を用いて、所望の解剖学的構造の３Ｄ空間における各点の３Ｄ座標を決定することが、可能である。２つの点のこれらの３Ｄ座標は、ステップＳ３において設計される、解剖学的構造のスケールグリッドのためのベースとしての役割を果たす。最後のステップＳ３において、設計されたスケールグリッドは、コレジストレーションされたＸ線投影上に投影され、これは、コレジストレーションされたＸ線投影上に重ねられることを意味する。したがって、両方のコレジストレーションされたＸ線投影に重ね合わされた較正されたスケールグリッドがあり、これは、ユーザに表示される。

スケーリングされた仮想グリッドの計算は、図２の文脈で説明される２つの実施形態で説明されるように、様々な数学的方法によって実行されることができることに留意されたい。更に、第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像のうちの少なくとも１つの上で、計算されたグリッドを投影し、ユーザに表示することは、１つ又は複数の／様々なディスプレイ上で、例えばＣＴのＨＭＩ、及び／又は拡張現実技術を使用する静的スクリーン及びポータブルスマートグラスを使用して実行されることができる。

この方法は、ＣＴ撮像中に所望の解剖学的構造上に配置される対象の使用が、既知のサイズの対象の平面内に平行に位置する領域についての正確な測定データのみを提供し、既知のサイズの対象がＸ線検出器に平行な平面内に位置しなければならないという、本発明者らの洞察に基づく。したがって、既知のサイズの対象の平面の外側の距離のすべての測定は、既知のサイズの対象がＸ線検出器に平行な平面内に位置する場合、避けられない不正確さにつながる。これらの欠点は、図２の方法によって克服される。例えば、本発明の特に好ましい実施形態では、解剖学的構造の任意の視点に対して既知のサイズの追加の対象を使用することなく、Ｘ線投影画像内の距離を測定することが可能である。測定される関心領域内の距離は、測定精度を失うことなく、検出器に平行な平面の外側に位置することができる。したがって、図２の方法に従って計算されたグリッドの使用に伴って、医師は、明示的な較正ステップなしに、Ｘ線投影画像から信頼できる測定値を常に導出することができる。

図２は、フロー図を用いてスケーリングされた仮想グリッドを計算するための方法の別の実施形態を示す。この実施形態では、ステップＳ３は、更に、以下のサブステップ、すなわち、規定された点Ｐ₁及びＰ₂を結ぶ線上の少なくとも２つの制御点ｃ_i; i=１，２，...を計算するステップ（ステップＳ３ａ）と、各コレジストレーションされた画像に対して交差線ｄ_ij; i=１，２，...; j=１，２，...を計算するステップ（ステップＳ３ｂ）であって、各交差線ｄ_ijは、制御点ｃ_iにおいて規定された点Ｐ₁及びＰ₂を結ぶ線に交差し、各交差線ｄ_ijは、画像Ｉ_jが撮られた検出器と平行であり、好ましくは、各交差線ｄ_ijは、規定された２つの点Ｐ₁及びＰ₂を結ぶ線に垂直である、ステップと、各交差線ｄ_ij上で制御点ｋ_ijmを計算するステップ（Ｓ３ｃ）であって、制御点ｋ_ijmは、各画像Ｉ_jについてスケーリングされた仮想グリッドを規定する、ステップと、に分割される。

換言すると、線が、２つの点Ｐ₁とＰ₂との間に引かれ、この線は、グリッド内の中心線として働く。この線は、点ｃ_i によって規定される、部分セクションに更に分割される（ステップＳ３ａ）。これらの部分セクションは、一方向にグリッドサイズを規定する。算出された交差線ｄ_ij は、点ｃ_iを通り、中心線に対して垂直であり、互いに並行である（Ｓ３ｂ）。各交差線ｄ_ijは、算出された点ｋ_ijm を示す（Ｓ３ｃ）。これらの点は、第２の方向におけるメッシュサイズを規定する。その結果、所望の生体構造のＸ線投影画像のための較正されたスケールグリッドを得る。

代わりに、グリッドは、交差線ｄ_ijが位置する平面を規定する３つの選択された点Ｐ₁、Ｐ₂及びＰ₃で規定されることもできる。交差線ｄ_ijは、規定された点Ｐ₁及びＰ₂を接続する線に対して垂直であるが、検出器に対しては平行ではない。これは、関心領域が対象の特殊な平面に配置される場合に有利であることができる。換言すると、グリッドを規定する別の方法は、２つのＸ線画像内の第３の解剖学的点Ｐ₃を規定／選択することである。Ｐ₃は、Ｐ₁及びＰ₂と共に、平面を規定する。次いで、ｃ_iを規定するために、上記で詳しく説明され、以下で更に説明されるステップＳ１乃至Ｓ３ａを使用する。次いで、３つの点Ｐ₁、Ｐ₂及びＰ₃によって規定される平面内に交差線ｄ_ijを一意的に構築することができる。このようなｄ_ij交差線は、Ｐ₁ Ｐ₂上で垂直であるが、前述の実施形態の場合のように、もはや検出器と平行ではない。このアプローチでは、グリッドは、本発明から当業者に明らかであるように、較正され、Ｐ₁ Ｐ₂ Ｐ₃によって規定される平面に取り付けられる。

図３は、好ましい実施形態によるＸ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算するためのシステム１０の概略図を示す。システム１０は、Ｃアーム１３上に取り付けられたＸ線源１１及びＸ線検出器１２を有するモバイルＣアームＣＴを有する。Ｃアーム１３は、６つの方向、すなわち３つの並進方向及び３つの回転方向に移動することができる。所望の解剖学的構造は、Ｘ線源１１が所望の解剖学的構造上に放射線を放出することができ、対応するＸ線検出器１２が所望の解剖学的構造によって影響される放出された放射線を検出することができるように、Ｃアームの中心に配置される。このようにして、所望の解剖学的構造のＸ線投影画像が、取得される。Ｃアーム１３の位置の情報を用いて、Ｘ線投影画像は、様々な計算方法（図示せず）によってコレジストレーションされることができる。Ｃアームの６つの空間座標それぞれの位置の情報は、いわゆるリップルマーカ（図示せず）によって取得される。システムは、受信された第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像を表示するように構成され、所望の解剖学的構造の表示された画像内のランドマークを識別するためにユーザから入力信号を受信するように構成されたヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）１４を更に有する。ランドマークの性質及び使用は、図４に示される実施形態の説明から明らかになるであろう。

このシステムは、更に、患者の所望の解剖学的構造の少なくとも第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像Ｉ_jを受信し、Ｘ線投影画像及び所望の解剖学的構造における２つの点Ｐ₁及びＰ₂を計算し、それによって２つの点Ｐ₁及びＰ₂の３Ｄ座標を決定するように構成された計算ユニット１５を有する。計算ユニットは、２つの点Ｐ₁及びＰ₂の決定された３Ｄ座標に基づいて、スケーリングされた仮想グリッドを計算することができ、第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像の少なくとも１つにおける、ユーザに対する計算されたグリッドの投影及び表示をもたらす。換言すれば、計算ユニット１５は、グリッドの計算及び投影の制御、並びにユーザに対するグリッドの表示の全てのステップに関与している。

図４は、３Ｄ空間における所望の解剖学的構造２３の１つの点２９を規定し、点２９の３Ｄ座標を決定する概略図２０を示す。第１のＸ線投影画像２６における所望の解剖学的構造２３の第１のランドマーク２９を識別するステップ（ステップＳ２ａ）と、第１のＸ線投影画像２６を生成するために使用されたＸ線源２２とＸ線検出器２４との間に第１のランドマーク２９が位置する第１の線３５を決定するステップ（ステップＳ２ｂ）と、第２のＸ線投影画像２７における所望の解剖学的構造２３の第２のランドマーク２８を識別するステップ（ステップＳ２ｃ）と、第２のＸ線投影画像２７を生成するために使用されたＸ線源２１とＸ線検出器２５との間に第２のランドマーク２８が位置する第２の線３１を決定するステップ（ステップＳ２Ｄ）と、決定された第１の線３１及び第２の線３５の交点の３Ｄ座標を計算するステップ（ステップＳ２ｅ）であって、計算された３Ｄ座標が３Ｄ空間３２における点Ｐ₁を規定する、ステップとがある。

換言すると、所望の解剖学的構造２３は、Ｘ線源２１、２２と、対応するＸ線検出器２４、２５との間に位置する。線３３、３４、３６及び３７は、Ｘ線源２１、２２と対応するＸ線検出器２４、２５との間の光路に関する情報を与えるであろう。２つのＸ線源２１、２２及び対応するＸ線検出器２４、２５は、実際には、同じＣアームＣＴの１つのＸ線源及び１つのＸ線検出器であり、これらは、単に、所望の解剖学的構造の視点において異なるだけである。Ｘ線検出器２４の位置には、第１の視点からのＸ線投影画像２６が、示されており、これは、Ｘ線投影画像がリップルマーカ３２を介して得られる対応するＸ線源／Ｘ線検出器位置と常に関連することを明らかにする。実際には、ユーザは、Ｘ線投影画像２６が表示されるＨＭＩ（図示せず）を介して点／ランドマーク２９を選択する。次のステップにおいて、計算ユニット（図示せず）は、点／ランドマーク２９とＸ線源２２との間の第１の線３５を計算する。次のステップでは、線３３と線３４との間に位置する第１の線３５の一部が、第２のＸ線投影画像２７上に投影される。第２のＸ線投影画像は、所望の解剖学的構造２３の第２の視点におけるＸ線源２１及びＸ線検出器２５に対応する。第２のＸ線投影画像２７上の投影された線３０は、ユーザによるランドマーク／点２８の選択のために、ランドマーク／点２８が位置することができる制約として機能する。２つのランドマーク／点２８、２９は、異なる視点からのみ所望の解剖学的構造の同じ特徴を表す。第２のＸ線投影画像２７におけるランドマーク／点２８の選択後、線３１が、Ｘ線源２１とランドマーク／点２８との間で計算される。３Ｄ空間におけるランドマーク／点の３Ｄ座標は、線３１及び３５の交点から導出される。

図５は、オーバレイされたスケーリングされた仮想を有するＸ線投影画像４０の例示的なセクションを示す。Ｘ線投影画像４０のセクションは、２つの異なる視点から同じ所望の対象を示す第１のＸ線投影画像４１及び第２のＸ線投影画像４２を有する。所望の対象は、グリッド５１、６１の下にそれぞれ位置する。更に、オーバレイされた配向線４８、６２を有するインプラント４６、５８が、表示される。点４３、５５及び点４４、５６は、関心領域を規定し、スケールグリッドの構築に使用される、ユーザ入力からの選択された点を表す。線４９、６３は、点４３、５５及び４４、５６によって規定される。スケールグリッド５０は、交差線及び長手方向線を有し、横方向５０、５９及び縦方向５１、６０においてミリメートルスケールを有する。点４３、４４、及び４７は、第２のＸ線投影画像４２におけるユーザの配向支援としても機能し、配向線５４、５３及び５２の上面図を表す。その結果、ユーザがＸ線投影画像に対応する視点の変化を想像するのが、より容易である。

図６は、Ｘ線投影画像７１、７２の例示的なセクション７０を、スケールの倍率の変化を有するオーバレイされたスケーリングされた仮想グリッドと共に示す。更に、インプラントも、また、両方のＸ線投影画像７１、７２に表示される。グリッドは、上述のように、線７５を規定し、更にスケーリングされたグリッド構成のために使用される２つの点７３、７４を有する。図５とは逆に、グリッド７６は、その拡大率を下側７８から上側７９に変化し、これは、グリッドが等距離のグリッドサイズを有しないことを意味する。これは、検出器（図示せず）に平行ではない点７３、７４の選択によって引き起こされる。

開示された実施形態に対する他の変形は、図面、開示、及び添付の請求項の検討から、請求項に記載された発明を実施する際に当業者によって理解され、及び実施されることができる。請求項において、「有する」という語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲に列挙されるいくつかの項目又はステップの機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又はその一部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などの適切な媒体上に記憶／配布されてもよいが、インターネット又は他の有線又は無線電気通信システム等を介して他の形態で配布されてもよい。請求項におけるいかなる参照符号も、請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

１０ システム
１１、２１、２２ Ｘ線源
１２、２４、２５ Ｘ線検出器
１３ Ｃアーム
１４ ＨＭＩ
１５ 計算ユニット
２０ 一つの点を規定する概略図
２３ 対象
２６、２７、４１、４２、７１、７２ Ｘ線投影画像
２８、２９、３８、４３、４４、４７、５５、５６、５７、７３、７４ 点、ランドマーク、交差点
３０ 投影線
３１、３５ 線
３２ リップルマーカ
３３、３４、３６、３７ 光路
４０、７０ Ｘ線投影画像のセクション
４５、５０、５９、６０、７８、７９ スケール
４６、５８、７７ インプラント
４８、６２ 配向線インプラント
４９、７５ 中心線
５１、６１、７６ グリッド
５２、５３、５４ 配向線

Claims (16)

1. Ｘ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算する方法において、
   患者の所望の解剖学的構造の少なくとも第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像Ｉ_j;ｊ＝１，２，...を提供するステップ（ステップＳ１）と、
   ３Ｄ空間における前記所望の解剖学的構造の少なくとも２つの点Ｐ₁及びＰ₂を規定し、前記２つの点Ｐ₁及びＰ₂の３Ｄ座標を決定し、これにより前記Ｘ線投影画像を使用するステップ（ステップＳ２）と、
   前記２つの点Ｐ₁及びＰ₂の前記決定された３Ｄ座標に基づいて前記スケーリングされた仮想グリッドを計算するステップ（ステップＳ３）と、
   前記計算されたグリッドを、好ましくは前記第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像のうちの少なくとも１つの上で、Ｘ線投影画像上に投影及びユーザに表示するステップ（ステップＳ４）と、
   を有する方法。
2. 前記スケーリングされた仮想グリッドを計算するステップ（ステップＳ３）は、
   前記規定された点Ｐ₁及びＰ₂ を結ぶ線上の少なくとも２つの制御点ｃ_i; i=１，２，...を計算するステップ（ステップＳ３ａ）と、
   各コレジストレーションされた画像に対して交差線ｄ_ij; i=１，２，...; j=１，２，...を計算する（ステップＳ３ｂ）と、
   を有し、
   各交差線ｄ_ijは、制御点ｃ_iにおいて前記規定された点Ｐ₁及びＰ₂ を結ぶ前記線と交差し、
   各交差線ｄ_ijは、画像Ｉ_j が撮られた検出器と平行であり、好ましくは、各交差線ｄ_ijが、前記規定された２つの点Ｐ₁及びＰ₂を結ぶ前記線と垂直である、
   請求項１に記載の方法。
3. 各交差線ｄ_ij上で制御点ｋ_ijmを計算するステップ（Ｓ３ｃ）、
   を有し、
   前記制御点ｋ_ijmが、各画像Ｉ_jに対して前記スケーリングされた仮想グリッドを規定する、
   請求項２に記載の方法。
4. 制御点ｋ_i1mによって規定される前記スケーリングされた仮想グリッドを前記第１のコレジストレーションされたＸ線投影画像Ｉ₁上に投影し、前記ユーザに表示するステップと、
   制御点ｋ_i2mによって規定される前記スケーリングされた仮想グリッドを前記第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像Ｉ₂上に投影し、前記ユーザに表示するステップと、
   を有する、請求項３に記載の方法。
5. 前記２つの点Ｐ₁とＰ₂との間の３Ｄ空間における距離を計算するステップと、
   前記計算された距離を使用して、少なくとも２つの制御点ｋ_ijmの間の距離を決定するステップと、
   を有する、請求項３又は４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記少なくとも２つの制御点ｋ_ijm間の前記決定された距離を、前記制御点ｋ_ijmと共に、前記画像Ｉ_j上で前記ユーザに表示するステップ、
   を有する、請求項５に記載のシステム。
7. 前記第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像は、異なる視点から前記患者の前記所望の解剖学的構造を示す、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. ６自由度でＸ線撮像装置を位置特定するステップ、
   を有し、
   前記提供された第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像が、前記Ｘ線撮像装置を用いて生成されたものである、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記位置特定は、リップルマーカを使用して、前記Ｘ線撮像装置の光学追跡を使用して、前記Ｘ線撮像装置の内部エンコーダを使用して、及び／又は他の画像ベースのマーカを使用して実行される、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記３Ｄ空間における前記所望の解剖学的構造の２つの点Ｐ₁及びＰ₂ を規定するステップ（ステップＳ２）は、
    前記第１のＸ線投影画像における前記所望の解剖学的構造の第１のランドマークを識別するステップ（ステップＳ２ａ）と、
    前記第１のＸ線投影画像を生成するために使用されたＸ線源とＸ線検出器との間に前記第１のランドマークが位置する第１の線を決定するステップ（ステップＳ２ｂ）と、
    前記第２のＸ線投影画像における前記所望の解剖学的構造の第２のランドマークを識別するステップ（ステップＳ２ｃ）と、
    前記第２のＸ線投影画像を生成するために使用された前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に前記第２のランドマークが位置する第２の線を決定するステップ（ステップＳ２Ｄ）と、
    前記決定された第１の線及び第２の線の交差点の３Ｄ座標を計算するステップ（ステップＳ２ｅ）であって、前記計算された３Ｄ座標が、３Ｄ空間における点Ｐ₁を規定する、ステップと、
    前記第１のＸ線投影画像における前記所望の解剖学的構造の第３のランドマークを識別するステップ（ステップＳ２ｆ）と、
    前記第１のＸ線投影画像を生成するために使用された前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に前記第３のランドマークが位置する第３の線を決定するステップ（ステップＳ２ｇ）と、
    前記第２のＸ線投影画像における前記所望の解剖学的構造の第４のランドマークを識別するステップ（ステップＳ２ｈ）と、
    前記第２のＸ線投影画像を生成するために使用された前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に前記第４のランドマークが位置する第４の線を決定するステップ（ステップＳ２ｉ）と、
    前記決定された第３及び第４の線の交差点の３Ｄ座標を計算するステップ（ステップＳ２ｊ）であって、前記計算された３Ｄ座標が３Ｄ空間における点Ｐ₂を規定する、ステップと、
    を有する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記決定された第１の線を前記第２のＸ線投影画像上に投影するステップ、及び／又は
    前記決定された第３の線を前記第２のＸ線投影画像上に投影するステップ、
    を有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記決定された第１及び／又は第３の線の前記投影は、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）上の制約として使用され、前記ＨＭＩ上の前記第２のＸ線投影画像におけるランドマークを識別するためのユーザ入力の可能性を制約する、
    請求項１１に記載の方法。
13. Ｘ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算するための装置において、
    患者の所望の解剖学的構造の少なくとも第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像Ｉ_jを受信し、
    前記Ｘ線投影画像及び前記所望の解剖学的構造における２つの点Ｐ₁及びＰ₂を計算し、それによって前記２つの点Ｐ₁及びＰ₂の３Ｄ座標を決定し、
    前記２つの点Ｐ₁及びＰ₂の前記決定された３Ｄ座標に基づいて前記スケーリングされた仮想グリッドを計算し、
    前記計算されたグリッドを前記第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像のうちの少なくとも１つの上の投影及びユーザに対する表示をもたらす、
    ように構成された計算ユニット、
    を有する、装置。
14. Ｘ線投影画像のためのスケーリングされた仮想グリッドを計算するためのシステムにおいて、
    請求項１３に記載の装置と、
    前記受信された第１及び第２のコレジストレーションされたＸ線投影画像を表示するように構成され、前記所望の解剖学的構造の前記表示された画像内のランドマークを識別するために、前記ユーザからの入力信号を受信するように構成されたヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）と、
    を有する、システム。
15. 前記Ｘ線投影画像を生成するためのＸ線源及びＸ線検出器を有するＸ線撮像装置、好ましくはモバイルＣアームＣＴを有する、
    請求項１４に記載のシステム。
16. プロセッサ又はコンピュータ上で実行されるとき、請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法を実行するように構成されるプログラム要素。

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