JP5718904B2

JP5718904B2 - 撮像手順の際のグローバルな患者動きを検出するシステム

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Publication number: JP5718904B2
Application number: JP2012510413A
Authority: JP
Inventors: ヘンドリクス，ベルナルデュス　ハー　ウェー; ハーウェーヘンドリクス，ベルナルデュス; ベーク，ミシャエルセーファン; レーデルト，ペーテル−アンドレ; ブライン，フレデリクイェーデ; バビク，ドラゼンコ; イェーエフホマン，ロベルト; ブラスペニンフ，ラルフ; ピーリー，ウェイ; ブレー，カールセーファン; シャン，ツァイフェン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2030-05-10
Also published as: RU2011150491A; CN102421365B; WO2010131180A1; US9955927B2; RU2556518C2; JP2012526589A; CN102421365A; US20120170824A1; EP2429398A1

Description

本発明は、撮像手順の際の患者の動きを検出するシステムに関する。

US-A2008/0287807A1は乳癌検査のための方法を開示している。腫瘍検出の目的で、組織表面動きを決定するよう、作動された胸（actuated breast）のデジタル撮像が用いられる。その組織表面動きに基づいて、内部の硬さ分布が再構成され、それにより硬さの高い領域が癌を示唆するというわけである。US-A2008/0287807A1の方法は、組織表面上に複数の基準要素マーカーを位置させる段階と、組織表面を作動する（actuating）段階と、デジタル・カメラのアレイを用いて組織表面を撮像する段階と、基準要素マーカーの動き不変属性を選ぶ段階と、画像から画像へと基準要素マーカーを追跡する段階と、各カメラにおける追跡された動きおよびカメラ較正を使って組織表面動き（tissue surface motion）を測定する段階とを含む。

たとえば磁気共鳴撮像（MRI: Magnetic Resonance Imaging）またはX線装置によって実行される撮像手順の際には、医療専門家が、患者の外面のグローバルな動きに関して精確な情報を与えられることが本質的である。US-A2008/0287807A1に開示される方法は、典型的には、患者の外面の局所的な動きを検出するよう構成されているが、患者の外面のグローバルな動きを検出することはできない。

US-A2008/0287807A1

D.L. Bader and P. Bowker, "Mechanical characteristics of skin and underlying tissues in vivo", Biomaterials, 4:305-305, 1983

冒頭段落で定義した種類のシステムであって、撮像手順の際の患者の外面のグローバルな動きを正確に検出できるものを提供することが本発明の目的である。

この目的は、本発明のシステムによって達成される。本発明に基づくシステムは、患者の外面の一部のカメラ画像のストリームを提供するカメラと、患者の外面の前記一部に取り付け可能であり、前記カメラ画像のストリームにおいて検出可能な基準要素であって、前記基準要素は患者の外面の前記一部の面内硬さより実質的に大きな面内硬さを有しており、前記基準要素および患者の外部の前記一部は実質的に等しい外側面内寸法を与えられている、基準要素と、前記カメラ画像のストリームに含まれる相続くカメラ画像に基づいて前記基準要素の変位を検出し、該変位を示す出力信号を生成するための画像プロセッサとを有する。

患者の前記一部の面内硬さに比べて大きな面内硬さをもつ基準要素を設け、該基準要素および患者の外面の前記部分に実質的に等しい外側面内寸法を与えることにより、患者の外面、すなわち患者の皮膚の、患者の骨格に対する、基準要素の面に平行な方向に沿った局所的な動きが効果的に防止される。これについてはのちに説明する。結果として、患者が静的な位置を維持するとすると、患者の外面は、前記基準に垂直な方向に沿って動くよう制限される。これはグローバルな動きである。このグローバルな動きは、基準要素を介して観察可能にされる。基準要素を、カメラ画像のストリームにおいて検出可能にすることにより、本発明に基づくシステムは、効果的に、患者の外面のグローバルな動きの検出の精度を高める。

さらに、本発明に基づくシステムは、患者の外面のグローバルな動きを、無痛でかつ効率的な仕方で可能にする。すなわち、本発明に基づくシステムは、事実上、患者の外面のグローバルな動きを正確に検出する目的のために基準要素を患者の骨格に剛体的に取り付けることを回避する。そのような取り付けは、患者の追加的な準備を必要とする侵襲的手順であり、時間がかかり、高価なものとなる。さらに、本発明に基づくシステムは、事実上、患者の外面に取り付けられる著しく多数の比較的小さな基準要素の適用を回避する。そのような適用により、前記比較的小さな基準の相互変位を考慮から外すことによって、局所的な動きが補償されるが、これはどちらかというと難しい手順であり、不正確になりやすい。すなわち、あとで局所的な動きを相殺するのではなく、本発明に基づくシステムは、局所的な動きの発生を前もって防止する。

基準要素は典型的には、接着剤および該接着剤の上に取り付けられる追加的な層から製造される。追加的な層は好ましくは金属、より好ましくはアルミニウムである。

本稿において、カメラ画像のストリームは、少なくとも二枚のカメラ画像を含意するが、通例は多数のカメラ画像である。本稿において、カメラは必ずしも光学的なカメラを意味するのではなく、カメラは、可視スペクトル内、赤外スペクトル内または紫外スペクトル内であってもよい波長に応答することを強調しておく。

本稿において、外側の面内寸法（in-plane dimensions）は、前記面の輪郭を画定する寸法と考えられる。

本稿において、硬さ（stiffness）は、加えられる力または加えられるトルクを通じた変形に対する、変形可能な物体の抵抗として定義される。面内硬さ（in-plane stiffness）とは、前記面に含まれる任意の架空の軸に沿った硬さを意味する。よって、面内硬さは、前記面に垂直な成分をもつ他のいかなる架空の軸に沿った硬さをも含まない。本稿において、基準要素の面内硬さが、患者の外面の前記一部に関連付けられる面内硬さより実質的に大きいと考えられるのは、基準要素の面内硬さの、患者の外面の前記一部の面内硬さに対する比が10対1を超える場合である。好ましくは、上述した比は50対1を超え、より好ましくはこの比は100対1を超える。すなわち、この比を上げることにより、基準要素の面に平行な方向に沿った患者の外面の局所的な動きがさらに減らされる。結果として、患者の外面のグローバルな動きを決定する精度がさらに向上する。前記の比を無際限に大きくすることは実現可能な選択肢ではないことを強調しておく。すなわち、そんなことをすれば、基準要素は患者の外面に比べてあまりに大きな面内硬さを有することになり、その結果、基準要素は患者の外面にほとんど取り付け不能になってしまう。本稿では、基準要素を患者の外面に取り付けることは、該基準要素を患者の外面に位置させ、その後、該基準要素を患者の外面に固定することを含意する。さらに、検査対象の患者の外面の前記一部に関する面内硬さは、主として、ヤング弾性率によって決定されることを注意しておく。ヤング率は、対象となる患者、患者の外面の前記部分が位置している身体部分、患者の性別および温度や相対湿度といったパラメータに依存する。たとえば非特許文献１に人間の外面についての一連のヤング率が掲載されていることを注意しておく。たとえば、上腕における男性患者の外面のヤング率は、へこみの場合、1.51×10^-3MPaとなる。同じ方法で荷重をかけると、上腕における女性患者の外面は1.09×10^-3MPaと決定される。

本稿では、基準要素の面内寸法が、いずれの場合であれ患者の外面の前記一部の面内寸法に実質的に等しいと考えられるのは、基準要素の外側の面内寸法が少なくとも1cmかける1cmを超過する場合である。好ましくは、基準要素の外側の面内寸法は5cmかける5cmを超過し、より好ましくは基準要素の外側の面内寸法は10cmかける10cmを超過する。ただし、基準要素の外側の面内寸法は、患者の外面の前記一部のさらなる外側の面内寸法に実質的に等しいままであるとする。本稿で、基準要素の外側の面内寸法が患者の外面の前記一部のさらなる外側の面内寸法に実質的に等しいと考えられるのは、基準要素の外側の面内寸法が前記さらなる外側の面内寸法の75%以上125%以下である場合である。基準要素の面内寸法を大きくすることを通じて、基準要素の面に平行な方向に沿った患者の外面の局所的な動きがさらに減らされる。結果として、患者の外面のグローバルな動きを決定する精度がさらに高められる。さらに、基準要素の面内寸法を大きくすることは、カメラ画像における前記基準要素の視認性を改善する。

本発明に基づくシステムのある好ましい実施形態では、基準要素は、患者の外面の前記一部の座屈硬さより実質的に大きな座屈硬さをもつ。本稿では、座屈は、圧縮性の機械的応力のもとでの変形モードであって、圧縮性の機械的応力が加えられる方向とは異なる配向に沿った変位を示すことによって特徴付けられる変更モードと解釈される。座屈する基準要素は、基準要素の面に垂直な変形パターンを表出するが、この変形パターンは患者の外面の局所的な変形によって誘起されるものであり、よって基準要素によって抑制されるものであることを注意しておく。本稿において、基準要素の座屈硬さが患者の外面の前記一部に関連する座屈硬さより実質的に大きいと考えられるのは、基準要素の座屈硬さの、患者の外面の前記一部の座屈硬さに対する比が、10対1を超える場合である。好ましくは、上述した比は50対1を超え、より好ましくはこの比は100対1を超える。すなわち、この比を上げることにより、患者の外面の局所的な動きが基準要素によってさらに減らされる。結果として、患者の外面のグローバルな動きを決定する精度がさらに向上する。前記の比を無際限に大きくすることは実現可能な選択肢ではないことを強調しておく。すなわち、そんなことをすれば、基準要素は患者の外面に比べてあまりに大きな座屈硬さを有することになり、その結果、基準要素は患者の外面にほとんど取り付け不能になってしまう。実質的な座屈硬さを与える目的のため、上述した追加的な層は50μmないし500μmの範囲の厚さをもつ。これは中でも、追加的な層を製造するために用いられる材料に依存する。

本発明に基づくさらなる好ましい実施形態では、本システムは複数の基準要素を有し、前記基準要素は、相互に実質的に非平行な面内に据え付け可能である。この実施形態は、患者の外面のグローバルな動きが検出できる精度を高めるという点で有利である。すなわち、複数の基準要素を相互に実質的に非平行な面内に据え付けることによって、患者の外面のグローバルな動きが発展する複数の方向に関する情報が得られる。

本発明に基づくシステムのさらなる好ましい実施形態では、本システムは、患者の外面の前記一部のさらなるカメラ画像のストリームを提供するさらなるカメラを有し、前記カメラおよび前記さらなるカメラは、相互に所定の空間的関係を確立するよう相互に剛性的に支持されており、基準要素は前記さらなるカメラ画像において検出可能である。本システムはさらに、前記カメラ画像のストリームおよび前記さらなるカメラ画像のストリームを、前記カメラ画像のストリームと前記さらなるカメラ画像のストリームの間のさらなる空間的相関に基づいて合成カメラ画像のストリームにレンダリングするためのデータ・プロセッサを有する。前記さらなる空間的相関は各基準要素によって確立される。前記カメラおよび前記さらなるカメラに関連付けられる光軸の間の距離を与えられると、視差が導入される。結果として、患者の外面に関する三次元的な情報が得られる。結果として、この実施形態は、有利なことに、患者の外面のグローバルな動きを検出する精度を高める。

本発明に基づくシステムのさらなる好ましい実施形態では、本システムは、患者の内部の前記一部のX線画像を生成するX線装置を有しており、少なくとも前記カメラは、前記カメラ画像のストリームと前記X線画像との間の所定の空間的関係を確立するよう、前記X線装置によって支持されており、前記基準要素は前記X線画像において検出可能である。本システムはさらに、前記画像プロセッサによって生成される出力信号に基づいて、かつ少なくとも前記カメラ画像のストリームと前記X線画像との間の空間的相関に基づいて、前記X線画像を更新するさらなるデータ・プロセッサを有する。前記空間的相関は基準要素によって確立される。好ましくは、前記さらなるカメラが存在するとすれば、前記さらなるカメラも前記X線装置によって支持される。前記カメラ画像のストリームと前記X線画像との間の空間的相関、すなわち空間的に前記カメラ画像のストリームおよび前記X線画像を相関させることは、一度きりの空間的な相関付けである。すなわち、前記カメラと前記X線装置との間の所定の空間的関係が、前記X線装置によって前記カメラを支持することを通じて得られるので、前記カメラ画像のストリームおよび前記X線画像の両方において検出可能な前記基準を通じて確立される空間的相関は、その後、期限のない時間期間にわたって適用可能である。この実施形態は、潜在的に有害なX線への患者の被曝量を最小限にしつつ、前記X線画像が患者の外面の実際の位置および配向と整合することを保証するという利点がある。すなわち、前記X線画像は、実際に前記カメラ画像のストリームおよび前記X線画像を空間的に相関付け、その後、画像プロセッサによって生成された出力信号に基づいて患者の外面のグローバルな動きに整合してX線画像を更新することによって、一度だけのX線画像であることが許容される。それにもかかわらず、前記データ・プロセッサは、X線画像のストリームおよび前記カメラ画像のストリームを、合成画像のストリームにレンダリングするよう構成されてもよい。ここで、カメラ・リフレッシュ・レートは、X線画像のリフレッシュ・レートと必ずしも等しい必要はない。

本発明に基づくシステムのさらなる好ましい実施形態では、前記データ・プロセッサは、前記X線画像および少なくとも前記カメラ画像のストリームを、前記カメラ画像のストリームと前記X線画像との間の前記空間的相関に基づいて、合成画像のストリームにレンダリングするよう構成される。この実施形態は、医療専門家が画像ベースの医療介入を効率的かつ正確に実行できるようにするという利点がある。すなわち、この実施形態は、患者の内部および外部の両方の情報を含む画像を同時に前記医療専門家に提供する。好ましくは、前記データ・プロセッサは、前記X線画像および合成カメラ画像のストリームを、合成画像のストリームにレンダリングするよう構成される。

本発明に基づくシステムの好ましい実施形態では、前記X線装置は、可動幾何構造を有し、少なくとも前記カメラは前記可動幾何構造によって支持されている。この実施形態は、前記カメラ画像のストリームと前記X線画像との間の前記所定の空間的関係を打ち消すことなく前記カメラの位置または視角が調整を許すので、医療専門家が、前記カメラに対して患者の位置または配向を自由に選ぶことが許されるという利点がある。この特徴は、前記カメラ画像のストリームを生成するのに、多大な支援となる。好ましくは、可動幾何構造は、今日のX線装置に通例存在する可動Cアームによって具現される。このようにして、本発明に基づく装置は、有利なことに、医療専門家の便利な作業方法とのシームレスな統合を許容する。さらに、可動Cアームは、前記カメラについて、手術領域に対して完全な回転自由度を提供するという利点がある。さらに、可動Cアームは、前記X線画像についての三次元的再構成を可能にするという利点がある。

本発明に基づくシステムのさらなる好ましい実施形態では、本システムは、医療介入を実行するための器具を有しており、前記器具は、カメラ画像の前記ストリームおよび前記X線画像において検出可能である。この実施形態は、有利なことに、便利で効果的な仕方で、画像に案内される手術を可能にする。すなわち、前記医療器具の幾何形状は、前記患者および前記医療器具両方の前記X線画像を生成することによって、推定できる。結果として、前記器具の幾何形状の精巧なプログラミングは必要とされない。前記医療器具は、前記カメラ画像のストリームにおいて検出可能なので、器具の位置および配向に関する情報は、前記X線画像と前記カメラ画像のストリームとの間の空間的相関に基づいて、前記合成画像のストリームにおいて更新されることができる。よって、医療専門家は、前記合成画像のストリームによって、患者の内部および外部に関して、前記器具の位置および配向に関する情報を与えられる。好ましくは、前記器具は、前記カメラ画像のストリームにおける、よって前記合成画像のストリームにおける検出可能性を高めるためにパルス化した発光ダイオード（LED: Light Emitting Diode）を有する。

本発明に基づくシステムのさらなる好ましい実施形態では、前記カメラは、前記患者に供給される造影剤の励起のための電磁放射のビームを提供するよう構成される。結果として、前記カメラ画像のストリームは有利なことに、蛍光特性を与えられる。この蛍光特性は患者の循環系に関する情報を与える。この情報は、好ましくは、前記カメラ画像のストリームにおいてリアルタイムで利用可能であり、よって、医療専門家は、たとえば腫瘍を検出するために、たとえば患者の血液循環およびリンパ系に関するリアルタイムの情報を与えられる。造影剤はたとえば、限られた時間、たとえば数分間にわたって患者の血流中に留まる小さな分子の形の色素を有する。

本発明に基づくシステムのさらなる好ましい実施形態では、本システムは、前記X線画像中に含まれる情報を、前記カメラ画像のストリームと前記X線画像との間の前記空間的相関に基づいて、患者の外面の前記一部に投影するよう構成された照明装置を有する。この実施形態は、有利なことに、医療専門家が画像に案内された医療介入を、一層安全かつ効果的に実行することを可能にする。すなわち、この実施形態は、事実上、患者の外面において患者の内部に関する情報を与えることを通じて、前記合成画像のストリームを患者の外面の前記一部に変換する必要を回避する。好ましくは、前記X線画像に含まれる情報の投影は、前記カメラ画像のストリームに基づいて、患者の外面にありうる曲率について補償される。

本発明に基づくシステムのさらなる好ましい実施形態では、前記照明装置は、前記照明装置と前記X線装置との間のさらなる所定の空間的関係を確立するよう、前記X線装置によって支持される。この実施形態は、前記X線装置に含まれる情報の投影が簡単に、すなわち、さらなる空間的相関付けなしに実行されるという利点がある。前記カメラも前記X線装置によって支持されるので、前記カメラと前記照明装置の間の決まった空間的関係が得られる。前記カメラ画像は前記X線画像に空間的に相関付けられているので、前記X線画像に含まれる情報は、前記照明装置のさらなる較正なしに、患者の外面に投影される。

本発明に基づくシステムのさらなる好ましい実施形態では、前記照明装置は、放射滅菌のために構成される。この目的のために、前記照明装置は、細菌または他の病原細胞といった感染性病原体のDNAによって吸収可能な波長をもつ電磁放射のビームを発するよう構成される。たとえば、約250nmの波長のUV放射が用いられる。この実施形態は、本発明に基づくシステムの実施形態、たとえば手術台をより効果的に滅菌できるという利点がある。すなわち、溶剤に基づく滅菌に比べ、うまく滅菌できる可能性が著しく大きくなる。この実施形態の追加的な利点は、滅菌が迅速かつ簡単に、すなわち他のシステムの干渉なしに実行されるという事実にある。好ましくは、前記照明装置は、前記X線装置に含まれると思われる可動Cアームに取り付けられる。その場合、滅菌は、可動Cアーム幾何構造を用いて回転、好ましくは完全回転を行うことにより実行される。

カメラが取り付けられているX線装置を有する、本発明に基づくシステムの第一の実施形態を概略的に示す図である。図１に示される実施形態によって生成されるX線画像、カメラ画像のストリームおよび合成画像のストリームを概略的に示す図である。患者が複数の基準要素を与えられており、基準要素が相互に実質的に非平行な面内に設置されている、患者の頭部を概略的に示す図である。カメラおよびさらなるカメラが取り付けられているX線装置を有する、本発明に基づくシステムの第二の実施形態を概略的に示す図である。図４に示される実施形態によって生成されるX線画像、カメラ画像のストリーム、さらなるカメラ画像のストリームおよび合成画像のストリームを概略的に示す図である。

図１は、図２に示されるような患者の内部２０４のX線画像２０２を提供するためのX線装置１０４を有するシステム１０２を概略的に示している。X線装置１０４（図１参照）は、車輪１０８によって支持される基礎フレーム１０６、可動Cアーム１１０および患者１１４を支持する手術台１１２を有する。患者１１４はこの特定の例では人間である。動作条件では、図２に描かれるように、基準要素１１６が患者の外面２０６上に取り付けられる。可動Cアーム１１０は、手術台１１２の主たる配向に対応する方向をもつ軸１１８および軸１１８に垂直でありかつ手術台１１２に垂直な軸１２０に関して回転可能である。X線源１２２および好ましくは長方形の平坦な検出器であるX線検出器１２４がCアーム１１０上に取り付けられており、X線源およびX線検出器は、軸１１８に関して互いに反対側にあるようになっている。図２に示されるような患者の外面２０６のカメラ画像２０８のストリームを提供するカメラ１２６がCアーム１１０上で、X線源１２２のわきに取り付けられている。このようにして、X線画像２０２とカメラ画像２０８のストリームの間の所定の空間的関係が確立される。この特定の例では、カメラ１２６は、可視スペクトルにおける波長をもつ電磁放射に対して感度をもつ。画像プロセッサ１２８は、相続くカメラ画像に基づいて基準要素１１６の動きを示す出力信号を生成する。

図２を参照するに、患者の外面２０６のグローバルな動きを少なくともカメラ１２６によって感知可能にするために、基準要素１１６が患者の外面２０６上で、患者の外面２０６の部分２１０において設置される。基準要素１１６は、X線画像２０２およびカメラ画像２０８のストリームの両方において検出可能である。この例では、X線画像２０２はさらに、患者１１４の内部２０４に存在する腫瘍２１２を表示している。カメラ画像２０８のストリームはさらに、患者１１４の身体輪郭２１４を表示する。X線画像２０２内の基準要素１１６を、カメラ画像２０８のストリームにおける基準要素１１６と空間的に相関付けることを通じて、X線画像２０２およびカメラ画像２０８のストリームは、空間的な相関付けを許容する。

図１を参照するに、さらなるデータ・プロセッサ１３０が、動作中に、X線画像２０２およびカメラ画像２０８のストリームを、基準要素１１６によって与えられる空間的相関付けに基づいて、合成画像２１６のストリームにする。画像プロセッサ１２８によって生成される出力信号１２９に基づいて、X線画像２０２、よって合成画像２１６のストリームが、基準要素１１６のグローバルな動きに関して更新される。合成画像２１６のストリームは、患者の内部２０４および患者の外部２０６を、幾何学的に重なり合う形で表示し、さらに、基準要素１１６、患者の外部２０６の部分２１０、腫瘍２１２および患者の身体の輪郭２１４を表示する。

カメラ１２６は、カメラ画像２０４のストリームおよび結果として合成画像２１６のストリームに蛍光特性を与えるために患者１１４に供給される造影剤の励起のための電磁放射のビームを提供するよう構成される。図１に描かれるようなモニタ１３２は、合成画像２１６のストリームを医療専門家（図示せず）に対して表示する。システム１０２はさらに、Cアーム１１０上でX線源１２２のわきに、よってカメラ１２６のわきに取り付けられた照明装置１３４を有する。該取り付けは、X線装置１０４と照明装置１２６の間の空間的関係を確立するためである。照明装置１３４は、X線画像２０２に含まれる情報、たとえば腫瘍２１４を、患者の外面２０６上に投影するよう構成される。照明装置１３４はさらに、感染性病原体のDNAによって吸収可能な波長をもつ電磁放射のビームを発することによって、たとえば患者台１１２およびその環境の放射滅菌をするよう構成される。この特定の例では、約250nmの波長が用いられる。手術台１１２の滅菌は、システム１０２で実行される介入と介入の間に、好ましくは回転可能なCアーム１１０の完全回転を行うことによって、実行される。

図３は、患者の頭部３０２を概略的に描いている。複数の基準要素３０４および３０６が、患者の外面において相互に非平行な平面内に設置される。すなわち、基準要素３０４は患者の額に、より具体的には患者の外面の部分３０８に取り付けられ、一方、基準要素３０６は患者の頭部の側部に、より具体的には患者の外面のさらなる部分３１０に取り付けられる。他の場合には、一つの基準要素または三つ以上の基準要素が設置されてもよい。基準要素３０４および患者の外面の部分３０８は、実質的に等しい外側面内寸法（in-plane dimensions）を与えられる。すなわち、基準要素３０４の幅w₁は患者の外面の部分３０８の幅w₂にほぼ等しい。さらに、基準要素３０４の高さh₁は患者の外面の部分３０８の高さh₂にほぼ等しい。同様に、基準要素３０６および患者の外面の部分３１０は、実質的に等しい外側面内寸法を与えられる。この特定の例では、基準要素３０４および３０６は、厚さ100μmをもつ追加的な層を与えられる。

図４は、図５に示されるような患者の内部５０４のX線画像５０２を提供するためのX線装置４０４を有するシステム４０２を概略的に示している。X線装置４０４（図４参照）は、車輪４０８によって支持される基礎フレーム４０６、可動Cアーム４１０および患者４１４を支持する手術台４１２を有する。患者４１４はこの特定の例では人間である。動作条件では、図５に描かれるように、基準要素４１６が患者の外面５０６上に取り付けられる。図４を参照するに、可動Cアーム４１０は、手術台４１２の主たる配向に対応する方向をもつ軸４１８および軸４１８に垂直でありかつ手術台４１２に垂直な軸４２０に関して回転可能である。X線源４２２および好ましくは長方形の平坦な検出器であるX線検出器４２４がCアーム４１０上に取り付けられており、X線源およびX線検出器は、軸４１８に関して互いに反対側にあるようになっている。図５に示されるような患者の外面５０６のカメラ画像５０８のストリーム、すなわち第一のカメラ画像のストリームを提供するカメラ４２６、すなわち第一のカメラが、Cアーム４１０上で、X線源４２２のわきに取り付けられている。図５に示されるような患者の外面５０６のさらなるカメラ画像５１０のストリーム、すなわち第二のカメラ画像のストリームを提供するさらなるカメラ４２８、すなわち第二のカメラが、Cアーム４１０上で、X線源４２２のわきに取り付けられている。このようにして、X線画像５０２と第一のカメラ画像５０８のストリームおよび第二のカメラ画像５１０のストリーム両方の間の所定の空間的関係が確立される。それに加えて、第一のカメラ画像５０８のストリームと第二のカメラ画像５１０のストリームの間の相互の所定の空間的関係が確立される。第一のカメラ４２６は、第一の範囲の波長をもつ電磁放射に感応し、一方、第二のカメラ４２８は、第二の範囲の波長をもつ電磁放射に感応する。この特定の例では、第一および第二の範囲の波長は両方とも電磁スペクトルの可視部分にある。第一のカメラ４２６および第二のカメラ４２８は、Cアーム４１０の異なる位置に取り付けられる。それにより、第一および第二のカメラ４２６および４２８に関連する光軸の間に視差が導入される。

図５を参照するに、患者の外面５０６のグローバルな動きを第一のカメラ４２６および第二のカメラ４２８によって感知可能にするために、基準要素４１６が患者の外面５０６上で、患者の外面５０６の部分５１２において設置される。基準要素４１６は、X線画像５０２、第一のカメラ画像５０８のストリームおよび第二のカメラ画像５１０のストリームにおいて検出可能である。X線画像５０２内の基準要素４１６を、第一のカメラ画像５０８のストリームおよび第二のカメラ画像５１０のストリームにおける基準要素４１６と空間的に相関付けることを通じて、X線画像５０２、第一のカメラ画像５０８のストリームおよび第二のカメラ画像５１０のストリームは、空間的な相関付けを許容する。この特定の例では、X線画像５０２は患者の内部５０４、患者の外部５０６の部分５１２、患者の外部５０６の輪郭５１４、腫瘍５１６もしくは患者４１４の内部５０４に存在する他の医学上の欠陥および医療器具５１８を表示する。この医療器具５１８は、この特定の例では、部分的に患者内部５０４に存在する。輪郭５１４を表示する目的のために、X線源４２２によって患者４１４に与えられるX線放射の量が十分大きくなければならない。すなわち、X線放射の量は、患者の軟組織のX線画像５０２における検出可能性を可能にするものである。第一のカメラ画像５０８のストリームおよび第二のカメラ画像５１０のストリーム両方が患者の外面５０６、患者の外面５０６の部分５１２、患者の外面５０６の輪郭５１４および医療器具５１８の、患者の内部５０４に存在しない部分５２０を表示する。

図４を参照するに、データ・プロセッサ４３０が、第一のカメラ画像５０８のストリームおよび第二のカメラ画像５１０のストリームを合成カメラ画像のストリーム（図示せず）にする。第一および第二のカメラ４２６および４２８の光軸の間の視差に基づいて、合成カメラ画像のストリームは、三次元的な特性を表示することを許容する。画像プロセッサ４３２は、合成カメラ画像のストリームに含まれる相続く画像に基づいて基準要素４１６の動きを示す出力信号４３３を生成する。さらなるデータ・プロセッサ４３４が、X線画像５０２および合成カメラ画像のストリームを、基準要素４１６によって与えられる空間的相関付けに基づいて、合成画像５２２のストリームにする。モニタ４３６が、合成画像５２２のストリームを、医療専門家に対して表示する。

図５を参照するに、合成画像５２２のストリームは、患者の内部５０４および患者の外部５０６を幾何学的に重なり合う向きで表示し、さらに、患者の外面５０６の部分５１２、患者の外面５０６の輪郭５１４、腫瘍５１６および医療器具５１８を表示する。画像プロセッサ４３２によって生成された出力信号４３３に基づいて、X線画像５０２、よって合成画像５２２のストリームが、基準要素４１６のグローバルな動きに関して更新される。

本発明は、図面および以上の記述において詳細に図示し、説明してきたが、それらの図解および記述は例解または例示するものであって、制約するものではないと考えられるべきである。本発明に基づくシステムおよびそのあらゆる構成要素は、それ自身としては既知のプロセスおよび素材を応用にすることによって作成できる。特許請求の範囲および明細書において、単数形は複数を排除するものではない。請求項に参照符号があったとしてもその範囲を限定するものと解釈すべきではない。さらに、請求項において定義される特徴のあらゆる可能な組み合わせが本発明の一部であることを注意しておく。
いくつかの態様を記載しておく。
〔態様１〕
撮像手順の際の患者の動きを検出するシステムであって：
患者の外面の一部のカメラ画像のストリームを提供するカメラと；
患者の外面の前記一部に取り付け可能であり、前記カメラ画像のストリームにおいて検出可能な基準要素であって、前記基準要素は患者の外面の前記一部の面内硬さより実質的に大きな面内硬さを有しており、前記基準要素および患者の外部の前記一部は実質的に等しい外側面内寸法を与えられている、基準要素と；
前記カメラ画像のストリームに含まれる相続くカメラ画像に基づいて前記基準要素の変位を検出し、該変位を示す出力信号を生成するための画像プロセッサとを有する、
システム。
〔態様２〕
前記基準要素は、患者の外面の前記一部の座屈硬さより実質的に大きな座屈硬さをもつ、態様１記載のシステム。
〔態様３〕
複数の基準要素を有する態様１記載のシステムであって、前記基準要素は、相互に実質的に非平行な面内に据え付け可能である、システム。
〔態様４〕
患者の外面の前記一部のさらなるカメラ画像のストリームを提供するさらなるカメラであって、前記カメラおよび前記さらなるカメラは、相互に所定の空間的関係を確立するよう相互に剛性的に支持されている、さらなるカメラと；
前記カメラ画像のストリームおよび前記さらなるカメラ画像のストリームを、前記カメラ画像のストリームと前記さらなるカメラ画像のストリームの間のさらなる空間的相関に基づいて合成カメラ画像のストリームにレンダリングするデータ・プロセッサとを有しており、前記さらなる空間的相関は各面状基準要素によって確立される、
態様１記載のシステム。
〔態様５〕
患者の内部の前記一部のX線画像を生成するX線装置であって、前記カメラは、前記カメラ画像のストリームと前記X線画像との間の所定の空間的関係を確立するよう、前記X線装置によって支持されている、X線装置と；
前記画像プロセッサによって生成される出力信号に基づいて、かつ少なくとも前記カメラ画像のストリームと前記X線画像との間の、各基準要素によって確立される空間的相関に基づいて、前記X線画像を更新するさらなるデータ・プロセッサとを有する、
態様１記載のシステム。
〔態様６〕
前記データ・プロセッサが、前記カメラ画像のストリームと前記X線画像の間の前記空間的相関に基づいて、前記X線画像および前記カメラ画像のストリームを合成画像のストリームにレンダリングするよう構成されている、態様５記載のシステム。
〔態様７〕
前記X線装置が可動幾何構造を有し、前記カメラが前記可動幾何構造によって支持されている、態様５記載のシステム。
〔態様８〕
医療介入を実行するための器具をさらに有する態様５記載のシステムであって、前記器具は、カメラ画像の前記ストリームおよび前記X線画像において検出可能である、システム。
〔態様９〕
前記カメラは、前記患者に供給される造影剤の励起のための電磁放射のビームを提供するよう構成されている、態様１記載のシステム。
〔態様１０〕
前記X線画像中に含まれる情報を、前記カメラ画像のストリームと前記X線画像との間の前記空間的相関に基づいて、患者の外面の前記一部に投影するよう構成された照明装置を有する、態様５記載のシステム。
〔態様１１〕
前記照明装置が、前記照明装置と前記X線装置との間のさらなる所定の空間的関係を確立するよう、前記X線装置によって支持される、態様１０記載のシステム。
〔態様１２〕
前記照明装置が、放射滅菌のために構成される、態様１０記載のシステム。

Claims

撮像手順の際の患者のグローバルな動きを検出するシステムであって：
患者の外面の一部のカメラ画像のストリームを提供するカメラと；
患者の外面の前記一部の局所的な動きを防止するよう患者の外面の前記一部に取り付け可能であり、前記カメラ画像のストリームにおいて検出可能な面状基準要素であって、前記面状基準要素は患者の外面の前記一部の面内硬さより実質的に大きな面内硬さを有しており、前記面状基準要素の面内寸法は患者の外面の前記一部の面内寸法と実質的に等しく、前記面状基準要素の外側の面内寸法は少なくとも1cmかける1cmである、面状基準要素と；
前記カメラ画像のストリームに含まれる相続くカメラ画像に基づいて前記面状基準要素の変位を検出し、該変位を示す出力信号を生成するための画像プロセッサとを有する、
システム。
前記面状基準要素は、患者の外面の前記一部の座屈硬さより実質的に大きな座屈硬さをもつ、請求項１記載のシステム。
複数の面状基準要素を有する請求項１記載のシステムであって、前記面状基準要素は、相互に実質的に非平行な面内に据え付け可能である、システム。
患者の外面の前記一部のさらなるカメラ画像のストリームを提供するさらなるカメラであって、前記カメラおよび前記さらなるカメラは、相互に所定の空間的関係を確立するよう相互に剛性的に支持されている、さらなるカメラと；
前記カメラ画像のストリームおよび前記さらなるカメラ画像のストリームを、前記カメラ画像のストリームと前記さらなるカメラ画像のストリームの間のさらなる空間的相関に基づいて合成カメラ画像のストリームにレンダリングするデータ・プロセッサとを有しており、前記さらなる空間的相関は各面状基準要素によって確立される、
請求項１記載のシステム。
患者の内部のX線画像を生成するX線装置であって、前記カメラは、前記カメラ画像のストリームと前記X線画像との間の所定の空間的関係を確立するよう、前記X線装置によって支持されている、X線装置と；
前記画像プロセッサによって生成される出力信号に基づいて、かつ少なくとも前記カメラ画像のストリームと前記X線画像との間の、各面状基準要素によって確立される空間的相関に基づいて、前記X線画像を更新するさらなるデータ・プロセッサとを有する、
請求項１記載のシステム。
前記データ・プロセッサが、前記カメラ画像のストリームと前記X線画像の間の前記空間的相関に基づいて、前記X線画像および前記カメラ画像のストリームを合成画像のストリームにレンダリングするよう構成されている、請求項５記載のシステム。
前記X線装置が可動幾何構造を有し、前記カメラが前記可動幾何構造によって支持されている、請求項５記載のシステム。
医療介入を実行するための器具をさらに有する請求項５記載のシステムであって、前記器具は、カメラ画像の前記ストリームおよび前記X線画像において検出可能である、システム。
前記カメラは、前記患者に供給される造影剤の励起のための電磁放射のビームを提供するよう構成されている、請求項１記載のシステム。
前記X線画像中に含まれる情報を、前記カメラ画像のストリームと前記X線画像との間の前記空間的相関に基づいて、患者の外面の前記一部に投影するよう構成された照明装置を有する、請求項５記載のシステム。
前記照明装置が、前記照明装置と前記X線装置との間のさらなる所定の空間的関係を確立するよう、前記X線装置によって支持される、請求項１０記載のシステム。
前記照明装置が、放射滅菌のために構成される、請求項１０記載のシステム。