JP6960921B2 - 投影データセットの提供 - Google Patents

Description

本発明は、投影データセットを提供するためのデバイス、対象者の上に案内画像を投影するためのシステム、投影データセットを提供するための方法、コンピュータプログラム要素、及び、コンピュータ可読媒体に関する。

Ｘ線撮像システムは、放射線医学、心臓学又は腫瘍学でのカテーテルベースの又はニードルベースの治療介入から、外科手技にまで及ぶような、種々の臨床手技のために使用される。例えば、経カテーテル大動脈弁留置術（ＴＡＶＩ：ｔｒａｎｓ−ｃａｔｈｅｔｅｒ ａｏｒｔｉｃ ｖａｌｖｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）は非常に重要な手技であり、ここでは、最小侵襲的な外科的介入が実行される。したがって、外科的エントランスポイント、及び、以下の説明では対象者とも称される患者の、下にある解剖学的構造に対するその空間的関係が、安全で正確な治療介入のためには重要である。体表面上に対象者の解剖学的構造を投影することは、挿入されることになる治療介入デバイス（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｄｅｖｉｃｅ）を案内するための技術である。

米国特許第６，３１４，３１１（Ｂ１）号は、画像案内外科システムに関連して使用されるための位置合わせシステムに関連する。これは、対象者から画像データを収集するための医学的画像診断装置を有する。画像データプロセッサが画像データから対象者の画像表現を再構成する。画像プロジェクタが対象者の上に画像表現を描写する。しかしながら、介入的な及び／又は外科的な計画される手技の前に、対象者の画像が医学的画像診断装置を介して得られる。画像は、対象者の多様な位置で、及び、対象者の呼吸サイクルの多様なタイミングで、撮られる。次いで、適宜に、画像を対象者の解剖学的構造に一致させることを目的として、対象者の上に投影される描写画像が診断的画像のセットから選択される。

ＷＯ２０１３／０５５７０７Ａ１は、手技を実施することにより手術部位のところで利用可能となるより多くの情報を外科医が有するようになるのを可能にする画像案内型外科システムに関連する。この目的のために、カメラ／投影の組み合わせユニットが、ＭＲＩ又はＣＴなどの医学的撮像デバイスに関連して提供される。場合によっては融合される術前画像データ及び術中画像データのインタラクティブオーバーレイをサポートする多様式の画像位置合わせシステムが開示され、これが、ニードルベースの治療介入をサポートすることができる。

米国特許第６，３１４，３１１（Ｂ１）号は、位置合わせシステムを備える画像案内外科システムに関連し、これは、対象者の解剖学的構造の画像を、実空間内に画定される対象者支持システム内に存在する、対象者の対応する実際の解剖学的構造に相互に関連付けるのに採用される。この目的のために、検出ユニットが、患者支持体に取り付けられるエミッタの空間的ロケーションを決定し、その結果、その上で対象者のロケーションが追跡される。さらに、システムの回転−並進−スケーリングプロセッサ（ｒｏｔａｔｉｏｎ， ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｃａｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が、対象者のそれぞれのロケーションにおいて画像に付与される適切な補正を決定し、プロジェクタプロセッサによって採用される調整を引き起こし、その結果、投影されている画像が対象者の対象の領域上で適切なサイズ及び回転で描写されるようになる。

米国特許出願公開第２０１４／０３５０３８９（Ａ１）号は、外科的なプランニング及びナビゲーションのためのシステム及び方法に関連する。この目的のために、患者の身体の一部分の画像を表すデータが受信される。患者の身体のその一部分の第１の３次元モデルが、画像を表すデータに基づいて生成される。医療デバイスの第２の３次元モデルが、第１の３次元モデル内で、対象領域の近傍のロケーションのところにはめ込まれ、それにより、組み合わせの３次元モデルを作る。さらに、組み合わせの３次元モデルの２次元投影図が作られる。さらに、２次元投影図が、実時間の２次元術中画像に適合される。比較を容易にするために、２次元投影図及び実時間の２次元術中画像の両方が変位させられ得る。

患者のその時点の運動に対して、また具体的には患者のその時点の呼吸運動状態に対して、より良好に相互に関連付けるための補正される案内画像のベース（ｂａｓｉｓ）を少なくとも提供することができるようにするために、患者の体表面上に投影されることになる患者の解剖学的構造の案内画像を生成するための向上した案内画像技術を提供することの要求が存在する。

本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、ここでは、さらなる実施形態が従属請求項に組み込まれる。

本発明の以下で説明される態様は、また、案内画像を対象者の上に提供するためのシステム、投影データセットを提供するための方法、コンピュータプログラム要素、及び、コンピュータ可読媒体に対しても適用される、ということに留意されたい。

本発明の第１の態様によると、投影データセットを提供するためのデバイスが提供され、これは、記憶手段と、入力インターフェースと、処理ユニットと、出力インターフェースとを備える。記憶手段が、対象者の３Ｄトモグラフィック画像を表す所定のベースデータセット（ｂａｓｉｓ ｄａｔａ ｓｅｔ）を記憶するように構成される。入力インターフェースが、対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的描写を表す参照データを受信するように構成される。処理ユニットが、参照データを所定のベースデータセットに位置合わせするように構成される。処理ユニットが、参照データ及び位置合わせの結果に基づき、所定のベースデータセットを変換するように構成され、それにより、対象者の少なくとも対象領域の空間的な解剖学的関係（ｓｐａｔｉａｌ ａｎａｔｏｍｙ ｒｅｌａｔｉｏｎ）を示す変換された３Ｄトモグラフィック画像を表す作業用データセットが得られる。処理ユニットが作業用データセットをセグメント化するように構成され、それにより、対象者の対象領域を表す投影データセットが得られる。出力インターフェースが更なる目的のための投影データセットを提供するように構成される。

例では、介入的な及び／又は外科的な計画される手技の前に、対象者の３Ｄトモグラフィック画像は、例えば、コンピュータトモグラフィックスキャナ（ＣＴ）、磁気共鳴映像スキャナ（ＭＲＩ）、ガンマカメラ、及び／又は、他の医療用のトモグラフィック画像診断設備によるような、トモグラフィック撮像手段を用いて取り込まれる、対象者の複数の異なるトモグラフィックサブ画像に基づいて決定される。具体的には、トモグラフィックサブ画像に基づいて、対象者の３Ｄトモグラフィック画像が、デバイスから離れたところにあるサーバによって決定される。

例では、対象者の対象領域は予め定められる。

例では、所定のベースデータセットは、対象者の対象領域の３Ｄトモグラフィック画像を表す。

例では、対象者の３Ｄトモグラフィック画像は、対象者の特定の運動状態を示し、好適には対象者の特定の呼吸運動状態を示す。

例では、対象者の３Ｄトモグラフィック画像は、対象者の内臓器官の、また具体的には心臓の、特定の運動状態を示す。

別の例では、対象者の３Ｄトモグラフィック画像は、対象者の表面及び／又はその内臓器官のうちの１つの内臓器官に特に関連する、対象者の、外科手技中に起こる特定の変形、また具体的には身体変形を示す。

別の実施形態では、対象者の３Ｄトモグラフィック画像が、対象者の特定の向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）、また具体的には表面の向きを示す。

例では、空間的描写は、２Ｄの空間的描写又は３Ｄの空間的描写に関連する。

例では、参照データが対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的描写を表すことを理由として、参照データは、対象者の少なくとも対象領域の、その時点の空間的な解剖学的関係すなわち描写を、少なくとも間接的に表す。したがって、参照データは、対象者のその時点の、つまり実際の呼吸運動状態に関する情報を含む。

例では、対象者の少なくとも対象領域の空間的描写は、対象者の少なくとも対象領域の表面構造を示し、並びに／或は、対象者の少なくとも対象領域の解剖学的構造部分（ａｎａｔｏｍｙ ｐａｒｔ）の位置及び／又は向きを示す。

例では、対象者の少なくとも対象領域の表面は、対象者の、少なくともその対象領域における、解剖学的構造部分の位置及び／又は向きに関する情報を示すか又は表す。

例では、参照データは、対象者の少なくとも対象領域の空間的描写を表すのに適する、光学画像データ、Ｘ線画像データ、及び／又は、他のデータによって形成される。

別の例では、対象者の少なくとも対象領域の空間的描写は、対象者の呼吸運動状態又は対象者の別の運動状態を示す。

一効果として、参照データは、対象者のその時点の呼吸運動状態及び／又は対象者の別の運動状態に関する情報を提供する。

所定のベースデータセットは、参照データセットに基づき、処理ユニットによって変換される。その結果、対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的な解剖学的関係を示す変換された３Ｄトモグラフィック画像を表す作業用データセットが提供される。

一効果として、３Ｄトモグラフィック画像は、対象者のその時点の空間的な解剖学的関係をマッピングするように適合され得る。

例では、対象者の対象領域の３Ｄトモグラフィック画像のサブセットに対して変換が実行される。

例では、変換は変形に関連する。さらに、変換が位置合わせを含む。

例では、参照データは、対象者の３Ｄトモグラフィック画像より少量のデータに対応し、具体的には、対象者の対象領域に関連するそのサブセットのデータに対応する。

一効果として、参照データは、好適には、単純な撮像手段を用いて取り込まれる少量のデータに対応する。したがって、それぞれの少量のデータが、好適には大量のデータに対応する３Ｄトモグラフィック画像を変換するのに使用されるのに十分となり得る。

別の効果として、参照データはデバイスの使用中に更新され得、したがって、３Ｄトモグラフィック画像の変形を更新するためのベースを提供し、それにより、更新された作業用データセット、さらには更新された投影データセットが得られる。

例では、入力インターフェースは、参照データを継続的に受信するように構成されるか、又は、予め定められた次の時間間隔後に参照データを受信するように構成される。したがって、新しい参照データ又は更新された参照データを受信するごとに、その後で、所定のベースデータセットが変換される。

一効果として、予め定められたベースデータセットの変形が継続的に更新されるか又は次の時間間隔後に更新され、したがって、それに応じて投影データセットを更新することができる。

一効果として、投影データを表すのを向上させることが実現される。

例では、投影データセットは、案内画像を対象者の表面の上に投影するのに使用される。

一効果として、精度の向上した案内画像が対象者の表面の上に投影され得る。

本発明によるデバイスの例示の実施形態によると、処理ユニットは、作業用データセットをセグメント化するように構成され、その結果として、得られる投影データセットが、対象者の対象領域の解剖学的構造及び／又は対象者の対象領域の表面のところのエントランスポイントを表す。

例では、対象領域の解剖学的構造は、対象者の対象領域の解剖学的構造の一部分に関連する。

一効果として、対象のポイント又は対象の領域まで案内するために、投影データセットは、投影データに基づいて決定される案内画像を、対象者の表面の上に投影するのに使用され得る。

別の効果として、投影データセットは、安全で正確な治療介入のために使用される。

本発明によるデバイスの例示の実施形態によると、処理ユニットは参照データを所定のベースデータセットに位置合わせするように構成され、ここでは、処理ユニットは、位置合わせの結果に基づいて変形として変換を実行するように構成される。

例では、位置合わせは、参照データと所定のベースデータセットとの間に関係を確立することを有する。これが、関係を決定することを目的として、参照データ内の及び所定のベースデータセット内での複数のポイントの識別により達成され、また具体的には、参照データと所定のベースデータセットとの間での又はその逆での、変換ルールを画定することにより、さらに具体的には、変換マトリックスを画定することにより、達成される。その結果、作業用データセットによって表される変換された３Ｄトモグラフィック画像は、対象者の少なくとも対象領域でのその時点の空間的な解剖学的関係を含むことになる。参照データによって表される空間的描写が対象者の対象領域のところの表面に関連する場合、得られる位置合わせルール又は変換マトリックスは、対象者の全体の３Ｄトモグラフィック画像を、又は、少なくとも、対象者の対象領域を表すそのサブセットを、変換するのに使用される。

一効果として、１つの所定のベースデータセットのみを必要とする。

例では、変換は２つのサブステップに関連し、つまり、位置合わせと、位置合わせ結果に基づく変形とに関連する。さらに、処理ユニットは、両方のサブステップを実行するように構成される。

別の例では、位置合わせは所定のベースデータセットのサブセットに関連し、ここでは、対応する位置合わせルール又は変換マトリックスは、完全な所定のベースデータセットの、又は、対象者の対象領域を表すそのサブセットの、変形のためのベースを形成する。

一効果として、更新された参照データを受信した後、更新された作業用データセットを提供し、それに基づき、更新された投影データセットを提供するために、処理ユニットは、それに関する変換を実行するように構成される。

別の効果として、投影データセットを更新するために、同じ所定のベースデータセットが使用され、ここでは、各更新において、更新された参照データが採用される。

本発明によるデバイスの別の例示の実施形態によると、入力インターフェースは、所定の時間間隔で又は継続的に、更新された参照データを受信するように構成される。

一効果として、更新された参照データを受信した後、更新された投影データセットに投影データの精度の向上がもたらされ、これは、対象者の上に投影されることになる案内画像を決定するのに使用される。

本発明によるデバイスの別の例示の実施形態によると、参照データは、参照画像データによって形成される。

例では、参照画像データは２Ｄの参照画像データに関連する。

別の例では、光学撮像装置が、参照画像データを、また具体的には２Ｄの参照画像データを提供するのに使用される。

別の例では、光学撮像装置が、カメラにより、また具体的にはビデオカメラにより、形成される。

一効果として、更新された参照画像データは、継続的に提供されるか、又は、予め定められた、特には短い、時間間隔で提供される。

別の効果として、投影データセットは、対応する時間間隔で、又は、予め定められた時間間隔で、更新される。

別の効果として、精度の向上した投影データが提供され得る。

例では、参照画像データは、所定のベースデータセットに位置合わせされるのに使用される。得られる変換ルール又は変換マトリックスは、完全な所定のベースデータセットを、又は、対象者の対象領域に関連するそのサブセットを、変換するのに、また具体的には変形させるのに使用される。

別の例では、光学撮像装置がＸ線撮像システムに一体化又は連結される。したがって、位置合わせが単純化される。

本発明によるデバイスの別の例示の実施形態によると、参照データはトモグラフィック参照画像データによって形成される。

例では、トモグラフィック参照画像データは２Ｄのトモグラフィック参照画像データに関連する。

一効果として、トモグラフィック参照画像データに対応する少量のデータが、所定のベースデータセットを変換するのに使用される。これにより処理労力が低減され、それにより短い時間間隔で投影データセットを更新することが可能となる。

例では、Ｘ線撮像装置は、トモグラフィック参照データを提供するのに使用される。

一効果として、向上した変換が、また具体的には向上した位置合わせが実現される。

本発明によるデバイスの別の例示の実施形態によると、記憶手段は、対象者の少なくとも対象領域の対応する空間的描写を各々が表す複数の画像データセットを記憶するように構成され、ここでは、処理ユニットは、参照データに基づき、参照画像データセットとして複数の画像データセットのうちの１つの画像データセットを選択するように構成され、またここでは、処理ユニットは、参照画像データセットに基づき、所定のベースデータセットを変換するように構成され、それにより、対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的な解剖学的関係を示す変換された３Ｄトモグラフィック画像を表す作業用データセットが得られる。例では、複数の画像データセットは、複数の所定の画像データセットに関連する。したがって、所定の画像データセットは、デバイスの記憶手段によって記憶される。

例では、所定の画像データセットは、介入的な及び／又は外科的な計画される手技の前に取り込まれる。

例では、画像データセットの各々は、光学画像データ及び／又はトモグラフィック画像データによって形成される。

例では、画像データセットは、対象者の多様な呼吸運動状態に、及び／又は、対象者の多様な運動状態に、また具体的には、対象者の多様な位置及び／又は向きに、関連する。

例では、処理ユニットは、複数の画像データセットのうちの１つの画像データセットを選択するように構成され、その１つの画像データセットが参照データに合致する最良のものを提供する。

一効果として、参照データに基づき、対象者のその時点の運動状態、また具体的には呼吸運動状態に、並びに／或は、対象者のその時点の向き又は位置に、対応するような、複数の画像データセットのうちの１つの画像データセットが選択される。

対象者の３Ｄトモグラフィック画像により示すような上記の別の例に特に関連する場合、対象者の内臓器官の、また具体的には心臓の、特定の運動状態に、又は、好適にはその表面及び／若しくはその内臓器官のうちの１つの内臓器官に関連する対象者の外科手技中に起こる特定の変形、また具体的には特定の身体変形に、或は、対象者の特定の向き、また具体的には表面の向きに、対応するような、複数の画像データセットのうちの１つの画像データセットが選択される。

別の効果として、複数の画像データセットのうちの１つの画像データセットを選択するのに、より少ないデータを必要とすることを理由として、参照データの量が低減される。

一効果として、処理ユニットがステップのカスケードを実施するように構成され、ここでは、変換ステップの前に選択ステップが実行される。このカスケードにより、投影データセットを更新するために必要な参照データのデータ量を低減する。

本発明の第２の態様によると、案内画像を対象者の上に投影するためのシステムが提供され、これは、検出手段と、光学投影手段と、上記の説明によるデバイスとを備える。検出手段は、対象者を検出するように構成され、それにより、対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的描写を表す参照データが得られる。検出手段は、参照データを転送するためにデバイスの入力インターフェースに接続される。デバイスの出力インターフェースは、投影データセットを転送するために光学投影手段に接続される。光学投影手段は、投影データセットに基づき、対象者の上に案内画像を投影するように構成される。

このデバイスを参照して提供される例、効果及び説明のすべてを本明細書において繰り返さなくても、本発明のシステムが、このデバイスを参照して説明される類似の例示の特徴及び効果を好適には含むことを意図されることを理解されたい。したがって、上で説明したすべての例、効果及び／又は説明は、先にデバイスを参照して提供されるが、好適にはシステムによっても実施されることを意図される。

一効果として、対象者の解剖学的情報、及び、具体的には、介入的な及び／又は外科的な手技のためのエントリーポイントが、対象者の表面の上に投影され、ここでは、検出手段によって提供される参照データが、投影データセットを更新するのに、及びひいては、対象者の上に投影される案内画像を更新するのに、使用される。

本発明によるシステムの例示の実施形態によると、検出手段は、少なくとも１つの光学カメラ装置を備える。

例では、検出手段は、少なくとも１つの光学カメラ装置として、カメラ、また具体的にはビデオカメラを備える。

別の例では、検出手段は、少なくとも１つの光学カメラ装置として、複数のカメラ、また具体的にはビデオカメラを備える。検出手段は、複数のカメラによって提供される画像データから構成される画像データを提供するように構成される。したがって、検出手段は、それぞれの複数のカメラのサブ画像又はサブビデオストリームから構成される３Ｄ画像又は３Ｄビデオストリームを提供するように好適には構成される。

一効果として、参照データは、費用対効果の高いカメラ又はカメラ装置によって提供される。

別の効果として、参照データは、限定のデータ量を有する。

別の効果として、参照データは、継続的に、及び／又は、予め定められる時間間隔で、更新され得る。

本発明によるシステムの別の例示の実施形態によると、検出手段は、少なくとも１つのＸ線検出装置を備える。

一効果として、参照データは、対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的な解剖学的描写を表す。

一効果として、所定のベースデータセットへの参照データの位置合わせが単純化される。

別の効果として、精度の向上した位置合わせ及び／又は変換が実現される。

本発明によるシステムの別の例示の実施形態によると、検出手段は、少なくとも１つの超音波検出装置を備える。

一効果として、少なくとも１つの超音波検出装置は、検出手段の費用対効果の高い実施形態である。

例では、少なくとも１つの超音波検出装置は、対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的な解剖学的描写を表す参照データを提供するように構成される。

一効果として、所定のベースデータセットへの参照データの位置合わせ精度を向上させる。

別の効果として、変換を向上させる。

本発明の第３の態様によると、投影データセットを提供するための方法が提供され、この方法は、
ａ）対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的描写を表す参照データを受信するステップと；
ｂ）参照データに基づき、対象者の３Ｄトモグラフィック画像を表す所定のベースデータセットを変換するステップであって、それにより、対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的な解剖学的関係を示す変換された３Ｄトモグラフィック画像を表す作業用画像データセットが得られる、ステップと；
ｃ）作業用データセットをセグメント化するステップであって、それにより、対象者の対象領域を表す投影データセットが得られるステップと；
ｄ）更なる目的のために投影データセットを提供するステップと
を有する。

本発明のデバイス又はシステムを参照して提供される例、効果及び説明のすべてを本明細書において繰り返さなくても、本発明の方法が、好適には、類似の方法ステップを実行するように構成されることを意図されることを理解されたい。したがって、上で説明したすべての例、効果及び説明は、先にデバイス又はシステムを参照して提供されるが、好適には、本発明による方法に関連して類似の効果を提供することも意図される。

本発明の第４の態様によると、上述のデバイス又はシステムを制御するためのコンピュータプログラム要素が提供され、このコンピュータプログラム要素は、処理ユニットによって実行されるときに上述の方法ステップを実施するように適合される。

本発明の第５の態様によると、上述のプログラム要素を記憶したコンピュータ可読媒体が提供される。

本発明の別の態様によると、投影データセットを提供するためのデバイス及び方法、並びに、案内画像を提供するためのシステムが提供される。介入的な及び／又は外科的な計画される手技の前に、患者の、また具体的には患者の対象領域の、トモグラフィック画像が取り込まれる。トモグラフィック画像は、具体的には位置合わせにより、患者の、また具体的には患者の対象領域の３Ｄトモグラフィック画像を決定するのに使用される。この３Ｄトモグラフィック画像に基づき、所定のベースデータセットが決定され得る。所定のベースデータセットは、特定の呼吸運動状態における、患者を、また具体的には患者の対象領域を表す。実際には、介入的な及び／又は外科的な手技中、患者は呼吸する。患者の表面の上に投影される解剖学的な構造を決定するのに所定のベースデータセットを使用することを目的として、患者のその時点の呼吸運動状態の光学画像又はＸ線画像を提供するように構成される撮像手段、また具体的には光学撮像手段又はＸ線撮像手段を使用することが提案される。検出手段は、患者の、その時点の呼吸運動状態における、光学画像又はＸ線画像を表す参照データを提供するように構成される。参照データが、継続的に、又は、所定の時間間隔で、更新され得る。さらに、参照データが所定のベースデータセットに位置合わせされ、その結果、位置合わせのための、対応する位置合わせルール、また具体的には変換マトリックスが、完全な所定のベースデータセットに、又は、具体的には、患者の対象領域を参照するサブセットに、適用され得る。その結果、作業用データセットが提供され得、この作業用データセットが、所定のベースデータセット又はそのサブセットに対して位置合わせルール又は変換マトリックスを適用することにより変形される。したがって、作業用データセットが患者のその時点の空間的な解剖学的構造に対応し、ひいては、患者のその時点の呼吸運動状態に対応する。したがって、作業用データセットは、具体的には選択することにより、投影データセットを決定するための、精度の向上したベースを提供し、これは、案内画像を決定するためのベースを形成し、案内画像が、対象のポイントまで、また具体的には外科手技のためのエントランスポイントまで、案内することを目的として、又は、解剖学的ロードマップ（ａｎａｔｏｍｙ ｒｏａｄ ｍａｐ）を投影することを目的として、患者の表面の上に投影され得る。本発明の別の態様の実施形態によると、介入的な及び／又は外科的な計画される手技の前に、複数の画像データセットが生成され、ここでは、各画像データセットは、患者の対象領域の画像に、また具体的には２次元光学画像又は２次元Ｘ線画像に対応する。画像データセットは、患者の多様な呼吸運動状態、多様な向き及び／又は多様な位置に関連する。したがって、画像データセットは、多様な呼吸運動状態における患者に関する、その向きに関する、及び／又は、その位置に関する情報を含む。したがって、介入的な及び／又は外科的な手技を実行するとき、具体的にはビデオカメラを介して提供される光学画像は、その時点のカメラ画像に対して最も高い類似性を有するか又はそれに合致する、画像データセットのうちの１つの画像データセットを選択するのに使用される。カメラ画像は、少量のデータを有する。したがって、カメラ画像は、患者の、具体的にはその対象領域のところの解剖学的構造に対しての高い正確さを有するような最良の画像データセットを選択するのに使用される。その後、選択された画像データセットが、上で説明した変換又は変形を実行することを目的として、所定のベースデータセットに位置合わせされるのに使用される。一効果として、向上した投影データセット及び／又は向上した案内画像を提供することを目的として、精度の向上した所定のベースデータセットの変換を開始するのに、単純なビデオカメラが使用される。投影データセット及び／又は案内画像を更新するために、１つの新しいカメラ画像のみが必要とされ、所定のベースデータセットを変換するために処理される。別の結果として、介入的な及び／又は外科的な手技中、向上した投影データセット及び／又は向上した案内画像を提供するために、限定された処理能力が必要とされる。

以下で、以下の図面を参照して本発明の例示の実施形態を説明する。

本発明によるデバイスの例を概略的に示す図である。 Ｘ線撮像システムの例を概略的に示す図である。 本発明の例示の実施形態によるシステムの例を概略的に示す図である。 本発明の別の例示の実施形態によるシステムの例を概略的に示す図である。 本発明による方法の例を概略的に示す図である。

図１は、投影データセットを提供するための本発明によるデバイス１０の例を概略的に示す。デバイス１０は、記憶手段１２と、入力インターフェース１４と、処理ユニット１６と、出力インターフェース１８とを備える。記憶手段１２は、対象者２０（図２に概略的に示される）の３Ｄトモグラフィック画像を表す所定のベースデータセットを記憶するように構成される。入力インターフェース１４は、対象者２０の少なくとも対象領域２２のその時点の空間的描写を表す参照データを受信するように構成される。処理ユニット１６は、参照データに基づき、所定のベースデータセットを変換するように構成され、それにより、対象者２０の少なくとも対象領域２２のその時点の空間的な解剖学的関係を示す変換された３Ｄトモグラフィック画像を表す作業用データセットが得られる。処理ユニット１６は、作業用データセットをセグメント化するように構成され、それにより、対象者２０の対象領域２２を表す投影データセットが得られる。出力インターフェース１８は、更なる目的のための投影データセットを提供するように構成される。

例では、デバイス１０は、独立型のデバイスとして構成される。別法として、デバイス１０は、別のデバイス、装置又はシステムに一体化されてもよい。

デバイス１０が独立型のデバイスとして構成される場合、デバイス１０は、参照データを転送するために、その入力インターフェース１４のところで、Ｘ線撮像システムに、また具体的には、ＣアームのＸ線撮像システムに接続される。

図２は、具体的にはＣアームのＸ線撮像システム２４として構成される、Ｘ線撮像システムの例を概略的に示す。

デバイス１０の記憶手段１２は、対象者２０の３Ｄトモグラフィック画像を表す所定のベースデータセットを記憶するように構成される。Ｘ線撮像システム２４は、対象者２０の、また具体的にはその対象領域２２のトモグラフィック画像を取り込むように構成される。これらのトモグラフィック画像は、具体的には位置合わせアルゴリズムを使用することにより、対象者２０の３Ｄトモグラフィック画像を決定するのに使用される。

例では、対象者２０の、また具体的にはその対象領域２２のトモグラフィック画像を取り込むのに別のＸ線撮像システムが使用される。

例では、対象者２０の、また具体的にはその対象領域２２の３Ｄトモグラフィック画像は、対象者２０の特定の呼吸運動状態に関連する。しかし、３Ｄトモグラフィック画像は高解像度を有する。

例では、対象者２０のところで実行されることになる介入的な及び／又は外科的な計画される手技の前に、３Ｄトモグラフィック画像は生成及び／又は記憶される。

介入的な及び／又は外科的な手技中、ヒト患者である対象者２０は呼吸サイクル及び／又は他のバイオリズムを有し、これは、その解剖学的構造を基準とした、対象者２０の解剖学的構造の変化を生じさせる。

対象者２０の運動を補償するために、及び／又は、具体的には対象者２０の呼吸サイクルによって生じる、対象者２０の解剖学的構造の向きの変化を補償するために、本発明は所定のベースデータセットを変換することを提案する。この変換は参照データに基づくものである。

デバイス１０の入力インターフェース１４は、対象者２０の少なくとも対象領域２２のその時点の空間的描写を表す参照データを受信するように構成される。

例では、参照データは、光学画像データ、Ｘ線撮像デバイス、又は、対象者２０の少なくとも対象領域２２の空間的描写を表すのに適する他のデータに関連する。

一効果として、参照データは、対象者の少なくとも対象領域２２のその時点の解剖学的な構造に関する、対象者の少なくとも対象領域２２の向きに関する、及び／又は、対象者２０の少なくとも対象領域２２の器官の空間的な解剖学的関係に関する、情報を含み、ここでは、言及した構造及び／又は向きに基づいて解剖学的関係が決定される。

例では、参照データは、所定のベースデータセットより少量のデータに対応する。

一効果として、参照データは、介入的な及び／又は外科的な手技中、例えば継続的に又は予め定められる時間間隔で、更新され得る。

例では、入力インターフェース１４は、参照データを受信するように、及び、処理ユニット１６に参照データを提供するように、構成される。さらに、処理ユニット１６は、記憶手段１２から所定のベースデータセットを受信するように構成される。

処理ユニット１６は、参照データに基づき、所定のベースデータセットを変換するように構成され、それにより、変換された３Ｄトモグラフィック画像を表す作業用データセットが得られる。具体的には、所定のベースデータセットが参照データに基づいて変形される。参照データは、好適には、対象者２０の少なくとも対象領域２２の、その時点の空間的描写に関する、及び、具体的には、空間的な解剖学的関係に関する情報を含むことを理由として、変換が、作業用データセットにより、対象者２０の少なくとも対象領域２２のその時点の空間的な解剖学的関係を示す変換された３Ｄトモグラフィック画像を表すことになるように、実行され得る。

その結果、変換された３Ｄトモグラフィック画像は、対象者２０の少なくとも対象領域２２の実際の解剖学的関係に関して向上した精度を有する。

参照データが予め定められる時間間隔で更新される場合、対象者２０の、また具体的にはその対象領域２２の運動は、変換された３Ｄトモグラフィック画像を表す作業用データセットを更新することにより、補償される。

処理ユニット１６は、作業用データセットをセグメント化するようにさらに構成され、それにより、対象者２０の対象領域２２を表す投影データセットが得られる。

例では、作業用データセットのセグメント化は、作業用データセットの選択又はフィルタリングを指しており、それにより、投影データセットが得られる。

一効果として、投影データセットは、作業用データセットのサブセットによって表される。

例では、作業用データセットのセグメント化が実行され、その結果、投影データセットは、対象者２０の対象領域２２のところの、選択される解剖学的な構造、表面エントランスポイント及び／又は解剖学的ロードマップを表すことになる。選択される解剖学的構造は、対象者２０の対象領域２２のところの表面のエントランスポイントに、及び／又は、対象者２０の解剖学的構造のところのエントランスポイントから対象ポイントまでの解剖学的ロードマップに対応する場合、介入的な手技のための向上した案内が実現され得る。

出力インターフェース１８は、更なる目的のための投影データセットを提供するように構成される。

参照データが更新される場合、所定のベースデータセットのその後の変換が処理ユニット１６によって実行される。さらに、対応する更新された作業用データセットのセグメント化が処理ユニット１６によって実行され、それにより、更新された投影データセットが得られ、これが更なる目的のために出力インターフェース１８によって提供され得る。

一効果として、更新された参照データセットを受信した後、デバイス１０は、更新された投影データセットを提供するように構成される。その結果、更新した参照データを受信することにより、精度の向上した投影データセットが提供される。

上で説明したように、参照データは少量のデータに対応し、その結果、具体的には光学画像データにより、この参照データを生成することが妥当な労力により実現される。対象者２０の少なくとも対象領域２２の３Ｄトモグラフィック画像を表す所定のベースデータセットは更新される必要がないが、具体的には介入的な及び／又は外科的な計画される手技の前に予め一度決定され得る。

例では、デバイス１０の処理ユニット１６は、作業用データセットをセグメント化するように構成され、その結果、得られる投影データは、対象者の対象領域２２の解剖学的構造及び／又は対象者２０の対象領域２２のところのエントランスポイントを表すようになる。

一効果として、対象の領域又は対象のポイントまで案内するために、投影データセットは、対象者２０の、具体的にはその対象領域２２のところの表面２８の上に投影される案内画像２６を決定するのに使用される。

例では、デバイス１０の処理ユニット１６は、参照データを所定のベースデータセットに位置合わせするように構成され、ここでは、処理ユニット１６は、位置合わせの結果に基づき、具体的には変形として、変換を実行するように構成される。

例では、処理ユニット１６は、所定のベースデータセットへの参照データの位置合わせのための位置合わせステップを実行するように構成される。

別の例では、変換は、２つのサブステップ、すなわち、位置合わせ、及び、位置合わせ結果に基づく変形に関連し、ここでは、処理ユニット１６は、好適にはこれらのサブステップを実行するように構成される。

例では、位置合わせの結果は、位置合わせルール又は位置合わせ変換マトリックスに関連する。変換ルール及び／又は変換マトリックスは、完全な所定のベースデータセットを、又は、対象者２０の対象領域２２に関連するそのサブセットを、変形させるのに使用される。

一効果として、変換を実行するのに１つの所定のベースデータセットのみを必要とし、ここでは、更新された参照データが使用され、具体的には予め定められる時間間隔で受信される。

別の効果として、変換のために、記憶手段１２に記憶される同じ所定のベースデータセットが使用されることを理由として、処理能力が低減され得る。したがって、各変換において３Ｄトモグラフィック画像を決定する必要がなく、３Ｄトモグラフィック画像は、介入的な及び／又は外科的な計画される手技の前に決定され得る。

例では、デバイス１０の入力インターフェース１４は、所定の時間間隔で又は継続的に、更新された参照データを受信するように構成される。

一効果として、出力インターフェース１８を介して、更新された投影データセットを提供するために、上で説明した更新は、処理ユニット１６によって実行される。

以下の節では、図３を参照して、本発明の例によるシステム３０の例示の実施形態を説明する。繰り返さなくても、システムを参照する以下のすべての例、効果及び利点がやはり、デバイスを参照する類似の例、効果及び／又は利点を提供することに留意されたい。したがって、システムに関連する以下の節は、好適には、適する場合には、デバイス１０のためにも与えられることをやはり意図される。

図３では、対象者２０の上に案内画像２６を投影するためのシステム３０の例が概略的に示される。システム３０は、検出手段３２と、光学投影手段３４と、本発明によるデバイス１０とを備える。検出手段３２は、対象者２０を検出するように構成され、それにより、対象者２０の少なくとも対象領域２２のその時点の空間的描写を表す参照データが得られる。検出手段３２は、参照データを転送するためにデバイス１０の入力インターフェース１４に接続される。デバイス１０の出力インターフェースは、投影データセットを転送するために光学投影手段３４に接続される。光学投影手段は、投影データセットに基づき、対象者２０の上に案内画像２６を投影するように構成される。

その結果、投影手段３２は、具体的には継続的に又は予め定められた時間間隔で、デバイス１０に参照データを提供する。デバイス１０が、具体的には各々の更新された参照データセットを用いて更新される、投影データセットを提供するように構成される。デバイス１０によって提供される投影データセットが投影手段３４に転送される。投影データセットが更新されることを理由として、対象者２０の運動補償が実施される。したがって、対象者２０上の、具体的にはその対象領域２２のところで、投影される案内画像２６は、好適には、対象者のその時点の解剖学的構造に対応し、したがって、運動補償される案内画像を表すことができる。

例では、案内画像は、外科的エントランスポイント及び／又は解剖学的な構造を、また具体的には解剖学的ロードマップを、表すか又は示し、その結果、安全で正確な治療介入が実行される。

別の例では、案内画像は、上行大動脈、左心房及び／又は左心耳を示す。したがって、処理ユニット１６は、投影データを上で言及した対象のポイント又は領域に関連させるようにするために、作業用データセットをセグメント化するように構成される。

例では、参照データは、参照画像データによって形成される。

例では、システム３０の検出手段３２は、少なくとも１つの光学カメラ装置を備える。具体的には、光学カメラ装置は、光学カメラ又はビデオカメラによって形成される。したがって、検出手段は、光学カメラ装置によって取り込まれる画像を表す参照画像データを提供するように構成される。

別の例では、参照画像データは２Ｄの参照画像データに関連する。この２Ｄの参照画像データは、光学カメラ装置によって取り込まれ得る光学画像を表す。

一効果として、費用対効果の高い検出手段は、デバイス１０に参照データを提供するのに使用される。デバイス１０の記憶手段１２は所定のベースデータセットを記憶するように構成されることを理由として、所定のベースデータセットのそれぞれの変換が、参照画像データを、また具体的には２Ｄの参照画像データを、受信した後で、実行され得、その結果、更新された投影データセットがデバイス１０によって提供され得る。対応して、対象者２０は、具体的にはその対象領域２２のところで、運動を実行した場合、更新されてしたがって運動補償された案内画像が、光学投影手段３４により、対象者２０の表面２８のところに、また具体的にはその対象領域２２のところに、投影され得る。

図４では、システム３０の別の例示の実施形態が概略的に示される。システム３０は、図３を参照して説明したシステム３０に基本的に一致する。しかし、検出手段３２は、図３を参照して説明した検出手段３２とは異なる。図４に示される検出手段３２は、少なくとも１つのＸ線検出装置３６を備えるように構成される。Ｘ線検出装置３６は、ＣアームのＸ線検出手段によって形成される。

例では、Ｘ線検出装置３６は、対象者２０の少なくとも対象領域２２のトモグラフィック画像のセットを取得するのに使用される。トモグラフィック画像のセットは、デバイス１０の記憶手段１２に記憶される所定のベースデータセットによって表される３Ｄトモグラフィック画像を決定するのに使用される。別法として、対象者２０の少なくとも対象領域２２のトモグラフィック画像は、別のＸ線検出手段によって取り込まれる。

図４に示されるＸ線検出装置３６は、対象者２０の少なくとも対象領域２２を表すトモグラフィック参照画像データを提供するように構成される。

例では、参照データは、トモグラフィック参照画像データによって形成される。したがって、参照データは、対象者２０の少なくとも対象領域２２のその時点の空間的な解剖学的描写を表す。この参照データを具体的には更新としてデバイス１０に提供することにより、更新される投影データセットを計算することが可能となり、これにより、対象者２０上の、具体的にはその対象領域２２のところに、更新された案内画像２６を投影するためのベースが提供される。

検出手段３２としてＸ線検出装置３６を使用することにより、所定のベースデータセットへの参照データの単純化した及び／又は向上した位置合わせが、デバイス１０の処理ユニット１６によって実施され得る、という利点が得られる。したがって、対象者２０上の、具体的にはその対象領域２２のところに案内画像を投影するために、向上した運動補償が実現される。

デバイス１０の別の例では、記憶手段１２は、対象者２０の少なくとも対象領域２２の対応する空間的描写を各々が表す複数の画像データセットを記憶するように構成され、ここでは、処理ユニット１６は、参照データに基づき、参照画像データセットとして複数の画像データセットのうちの１つの画像データセットを選択するように構成され、またここでは、処理ユニット１６は、参照画像データセットに基づき、所定のベースデータセットを変換するように構成され、それにより、対象者２０の少なくとも対象領域２２のところのその時点の空間的な解剖学的関係に対応する変換された３Ｄトモグラフィック画像を表す作業用データセットが得られる。

例では、光学カメラ又は光学撮像手段は、対象者２０の、また具体的にはその対象領域２２の、複数の画像を取り込むのに使用され、ここでは、複数の画像は、対象者２０の多様な向き、位置及び／又は呼吸運動状態に対応する。これらの画像は、介入的な及び／又は外科的な計画される手技の前に取り込まれる。したがって、複数の画像データセットは、対象者２０の少なくとも対象領域２２の空間的描写として、上で言及した画像を表す。例では、参照データが提供される場合、複数の画像データセットのうちの１つの画像データセットは、処理ユニット１６によって選択され得る。具体的には、図４に示されるＸ線検出装置３６又は図３に示される光学カメラ装置３２によって提供される参照データは、画像データセットのうちの１つの画像データセットを選択するのに使用される。その後、既に選択された参照画像データセットに基づき、処理ユニット１６により変換が実行される。したがって、画像データセットが予め決定され、対象者２０の、また具体的にはその対象領域２２の、多様な向き、位置及び／又は呼吸運動状態に関する情報を既に有することを理由として、処理労力は、また具体的には、必要となる対応する処理能力は、低減される。

システム３０の別の例によると、検出手段３２は、少なくとも１つの超音波検出装置を備える。

一効果として、超音波検出装置は、参照データを提供するように構成される。

別の効果として、超音波検出装置は小さいサイズを有し、したがって、好適には、対象者２０の近くに、また具体的にはその対象領域２２の近くに、配置されるように構成される。

図５では、投影データセットを提供するための本発明による方法３８の例が提供され、この方法は、以下のステップを有する。

第１のステップａ）で、対象者２０の少なくとも対象領域２２のその時点の空間的描写を表す参照データが受信される。

ステップｂ）で、参照データに基づき、対象者２０の３Ｄトモグラフィック画像を表す所定のベースデータセットが変換され、それにより、対象者２０の少なくとも対象領域２２のその時点の空間的な解剖学的関係を示す変換された３Ｄトモグラフィック画像を表す作業用データセットが得られる。

ステップｃ）で、作業用データセットはセグメント化され、それにより、対象者２０の対象領域２２を表す投影データセットが得られる。

ステップｄ）で、更なる目的のために投影データセットが提供される。

デバイス１０及び／又はシステム３０を参照して提供される特徴、例及び効果のすべてを本明細書において繰り返さなくても、類似の例、特徴及び効果が、上述の方法３８にも適合される、ことが理解されよう。したがって、すべての特徴、例及び説明は、先にデバイス１０及び／又はシステム３０を参照して提供されるが、類似の手法で方法３８によっても与えられることを意図される。

本発明の別の例によると、コンピュータプラグラム要素が提供され、このコンピュータプログラム要素が、処理ユニットによって実行されるときに上述の方法を実行するように適合される。

本発明の別の例によると、コンピュータプログラム要素をそこに記憶したコンピュータ可読媒体が提供され、このコンピュータプログラム要素が、処理ユニットによって実行されるときに上述の方法を実行するように適合される。

コンピュータプログラム要素が、本発明の実施形態のやはり一部であってよいコンピュータユニットに記憶され得る。このコンピューティングユニットが、上述の方法のステップを実施するように、又は、上述の方法のステップを実施することを誘発するように、適合される。さらに、このコンピューティングユニットが、上述の装置の構成要素を動作させるように適合され得る。コンピューティングユニットが、自動で動作するように、及び／又は、使用者の命令を実行するように、適合される。コンピュータプログラムが処理ユニットの作業メモリにロードされる。したがって、データプロセッサが本発明の方法を実行する機能を備えている。

本発明の実施形態が多用な主題を参照して説明されることに留意されたい。具体的には、いくつかの実施形態がデバイスを参照して説明され、対して、他のいくつかの実施形態が方法を参照して説明される。しかし、特に明記しない限り、１つの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、多様な主題に関連する特徴の間での任意の組み合わせも本出願で開示されるとみなされる、ということを当業者であれば上記から結論付けるであろう。しかし、すべての特徴が、特徴の単純な足し合わせを上回るような相乗効果を提供するように組み合わされ得る。

図面及び上の記述で本発明を詳細に例示及び説明してきたが、このような例示及び説明は、説明的又は例示的であるとみなされ、限定的であるとみなされない。本発明は開示される実施形態のみに限定されない。特許請求される発明を実施する際に、図面、本開示、及び、従属請求項を研究することにより、開示される実施形態に対しての他の変形形態も当業者によって理解され得、実施され得る。

特許請求の範囲では、「備える」という単語は他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を排除しない。検出手段又は他のユニットは、特許請求の範囲で列挙される複数のアイテムの機能を満たす。特定の処置が互いに異なる従属請求項で列挙されるという形式だけの事実は、これらの処置の組み合わせが利益をもたらすのに使用され得ない、ということを示しているわけではない。特許請求の範囲のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (13)

1. 記憶手段と、入力インターフェースと、処理ユニットと、出力インターフェースとを備える、投影データセットを提供するためのデバイスであって、
   前記記憶手段が、対象者の３Ｄトモグラフィック画像を表す所定のベースデータセットを記憶し、前記入力インターフェースが、前記対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的描写を表す参照データを受信し、前記処理ユニットが、前記参照データを前記所定のベースデータセットに位置合わせし、前記処理ユニットが、前記参照データ及び前記位置合わせの結果に基づき、前記所定のベースデータセットを変換し、それにより、前記対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的な解剖学的関係を示す変換された３Ｄトモグラフィック画像を表す作業用データセットが得られ、前記処理ユニットは、前記作業用データセットをセグメント化し、それにより、前記対象者の対象領域を表す投影データセットが得られ、前記出力インターフェースが更なる目的のために前記投影データセットを提供する、デバイス。
2. 前記処理ユニットが、前記作業用データセットをセグメント化し、その結果として、得られる投影データセットが、前記対象者の対象領域の解剖学的構造及び／又は前記対象者の対象領域の表面のところのエントランスポイントを表す、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記入力インターフェースが、予め定められた時間間隔で又は継続的に更新された参照データを受信する、請求項１又は２に記載のデバイス。
4. 前記参照データが参照画像データによって形成される、請求項１乃至３の何れか一項に記載のデバイス。
5. 前記参照データがトモグラフィック参照画像データによって形成される、請求項１乃至３の何れか一項に記載のデバイス。
6. 前記記憶手段が、前記対象者の少なくとも対象領域の対応する空間的描写を各々が表す複数の画像データセットを記憶し、前記処理ユニットが、前記参照データに基づき、参照画像データセットとして前記複数の画像データセットのうちの１つの画像データセットを選択し、前記処理ユニットが、前記参照画像データセットに基づき、所定のベースデータセットを変換し、それにより、前記対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的な解剖学的関係を示す変換された３Ｄトモグラフィック画像を表す作業用データセットが得られる、請求項１乃至５の何れか一項に記載のデバイス。
7. 検出手段と、光学投影手段と、請求項１乃至６の何れか一項に記載のデバイスとを備える、案内画像を対象者の上に投影するためのシステムであって、
   前記検出手段が、前記対象者を検出し、それにより、前記対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的描写を表す参照データが得られ、前記検出手段が前記参照データを転送するために前記デバイスの前記入力インターフェースに接続され、前記デバイスの前記出力インターフェースが前記投影データセットを転送するために前記光学投影手段に接続され、前記光学投影手段が、前記投影データセットに基づき、前記対象者の上に案内画像を投影する、システム。
8. 前記検出手段が、少なくとも１つの光学カメラ装置を備える、請求項７に記載のシステム。
9. 前記検出手段が、少なくとも１つのＸ線検出装置を備える、請求項７又は８に記載のシステム。
10. 前記検出手段が、少なくとも１つの超音波検出装置を備える、請求項７乃至９の何れか一項に記載のシステム。
11. 投影データセットを提供するための方法であって、前記方法は、
    ａ）対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的描写を表す参照データを受信するステップと、
    ｂ）前記参照データに基づき、前記対象者の３Ｄトモグラフィック画像を表す所定のベースデータセットを変換するステップであって、それにより、前記対象者の少なくとも対象領域のその時点の空間的な解剖学的関係を示す変換された３Ｄトモグラフィック画像を表す作業用画像データセットが得られる、ステップと、
    ｃ）前記作業用画像データセットをセグメント化するステップであって、それにより、前記対象者の対象領域を表す投影データセットが得られるステップと、
    ｄ）更なる目的のために投影データセットを提供するステップとを有する、
    方法。
12. 処理ユニットによって実行されるとき、請求項１１に記載の方法のステップを実施する、請求項１乃至６の何れか一項に記載のデバイス又は請求項７乃至１０の何れか一項に記載のシステムを制御するための、コンピュータプログラム。
13. 請求項１２に記載のコンピュータプログラムを記憶した、コンピュータ可読媒体。

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