JP2008126075A - Ｃｔレジストレーション及びフィードバックの視覚的検証のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンピュータ断層レジストレーション及びフィードバックの視覚的検証のためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】本発明のある種の実施形態は、データ組に関する初期レジストレーションを決定する工程と、高確度領域（４３０）を決定する工程と、該データ組を基準にしてトラッキング対象器具（４４０）の位置を検出する工程と、トラッキング対象器具（４４０）が高確度領域（４３０）の外部に検出されたときにユーザに指示を提供する工程を含む医用ナビゲーションのための方法を提供する。このデータ組は、１つまたは複数の医用画像に少なくともその一部で基づいている。この初期レジストレーションは関心領域（４２０）に少なくともその一部で基づいている。高確度領域（４３０）は、トラッキング対象器具（４４０）の検出位置確度が許容値に合致するようなデータ組の領域を規定している。
【選択図】図４

Description

本発明は全般的には画像ガイド下外科処置（すなわち、外科ナビゲーション）に関する。本発明は具体的には、コンピュータ断層（ＣＴ）レジストレーション及びフィードバックの視覚的検証のためのシステム及び方法を用いた医用ナビゲーションシステムに関する。

医師、外科医その他の医学専門家などの医学施術者は、画像ガイド下外科処置や検査などの医学的手技を実施する際にテクノロジーに依存することが多い。トラッキングシステムは、例えば患者や基準座標系を基準とした医用器具の位置決め情報を提供することがある。医学施術者は、医用器具が施術者の視線内にないときに該器具の位置を確認するためにトラッキングシステムを参照することがある。トラッキングシステムはさらに前外科処置計画における支援を行うことがある。

トラッキングシステムまたはナビゲーションシステムによって医学施術者は、患者の解剖構造を視覚化し器具の位置及び方向をトラッキングすることができる。医学施術者は器具が所望の箇所に位置決めされたことを判定するためにトラッキングシステムを使用することがある。医学施術者は、所望の部位または受傷部位に対する位置特定及び施術をその他の構造を避けながら実施することがある。患者内での医用器具の位置特定の精度を高めると、患者に対する影響がより小さいより小型の器具に対する制御の改良が容易になることによってより侵襲の小さい医学的手技を提供することができる。より小型でより精細な器具によって制御及び精度が改良されるとさらに、開放外科処置などのより侵襲性が高い手技に関連するリスクを低下させることができる。

したがって医用ナビゲーションシステムは、患者の解剖構造の多次元画像を基準とした外科用器具の精細な箇所をトラッキングする。さらに医用ナビゲーションシステムは、外科用器具の像を患者の解剖構造と相互レジストレーションさせて外科医に提供するための視覚化ツールを使用する。この機能は典型的には、手術室内を隈無く移動できるように車輪付きカート（複数のこともある）で支持された医用ナビゲーションシステムの構成要素を含めることによって提供される。

トラッキングシステムは例えば、超音波式、慣性位置決め式（ｉｎｅｒｔｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）または電磁式のトラッキングシステムとすることができる。電磁式トラッキングシステムは受信器及び送信器としてコイルを利用することがある。電磁式トラッキングシステムは、工業標準コイルアーキテクチャ（ＩＳＣＡ）構成など３つの送信コイル及び３つの受信器コイルからなる組で構成されることがある。電磁式トラッキングシステムはさらに、例えば単一の送信コイルを受信器コイルのアレイと共に使用するように、あるいは送信コイルのアレイを単一の受信器コイルと共に使用するように構成されることがある。送信コイル（複数のこともある）が発生させる磁場は、受信器コイル（複数のこともある）によって検出されることがある。得られるパラメータ計測値では、位置及び方向情報が送信器及び／または受信器コイル（複数のこともある）に関して決定されることがある。

手術中や手術前後期撮像などの医用及び外科用撮像では、患者の身体のある領域に関する画像が形成される。この画像は、患者に装着されると共に該画像が形成する基準座標系を基準としたトラッキングを受ける外科用ツールや器具を用いた継続的な手技を支援するために使用される。画像ガイド下外科処置は、脳外科処置や膝、手首、肩または椎体に対する関節鏡手技などの外科的処置、並びに当該手技に関連するツールや器具について表示、位置補正、あるいはナビゲーションを行うためにＸ線画像を撮像することがあるようなある種のアンギオグラフィ、心臓手技、インターベンショナルラジオロジー（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒａｄｉｏｌｏｇｙ）及びバイオプシーにおいて特殊な効用を有する。

外科処置の幾つかの領域では、内部にあったり直接観察が困難であるような組織や骨の中に細長い探触子その他の物体を配置させるための極めて精細な計画及び管理が不可欠である。具体的に脳外科処置では、進入点、探触子角度及び探触子深度を規定する定位的フレームを使用し、一般に磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）画像、陽電子放出断層（ＰＥＴ）画像、コンピュータ断層（ＣＴ）スキャン画像など正確な組織画像を提供するような以前に編集済みの３次元診断画像と連係して脳内のある箇所にアクセスする。その視野及び透視撮像方向が骨内の挿入経路のプロフィールが中心となるように軸方向像を取り込めていない場合に椎弓根スクリューを椎体内に配置するためにもこうしたシステムは有用である。

既存のＣＴ、ＰＥＴまたはＭＲＩ画像組と共に使用する場合、その高精度スキャン編成、あるいはその再構成アルゴリズムの空間数学のいずれかの効力によって、以前に記録しておいた診断画像組により３次元直線座標系が規定される。しかし、表面からあるいは透視画像内で観察可能な入手可能な透視像や解剖学的フィーチャを、３次元（３Ｄ）診断画像内のフィーチャと、また利用中のツールの外部座標と相関できることが望ましい。この相関は多くの場合、インプラントしたフィデューシャルを提供すること、及び／または外部から視認可能なあるいは撮像可能なトラッキング可能マーカーを追加することによって実施される。キーボード、マウスその他のポインタを使用して様々な画像内でフィデューシャルが特定されることがある。したがって、異なる画像内で座標レジストレーション点からなる共通組が特定されることがある。この座標レジストレーション点の共通組はまた、適当にプログラムされた市販の光学トラッキングアセンブリなどの外部座標計測デバイスによって自動方式でトラッキング可能とさせることがある。例えば透視像とＭＲＩかＣＴ画像の両者において撮像できる撮像可能フィデューシャルに代えて、こうしたシステムはまた外科用ツールに対する単純な光学トラッキングによってかなりの範囲まで動作させることができ、また患者解剖構造を基準として外部座標を規定するため並びに解剖学的フィーチャのソフトウェアトラッキングを開始するために多数の骨の突起その他の認識可能な解剖フィーチャに外科医が触れるまたはポイントするような初期化プロトコルを利用することができる。

一般に画像ガイド下外科処置システムは、外科医の視野域内に位置決めされると共に、選択したＭＲＩ画像や異なる角度から撮像した幾つかのＸ線像や透視像などの幾つかのパネルを表示する画像ディスプレイを用いて操作される。３次元診断画像は典型的には、その空間分解能が１ミリメートル以下の範囲までなど極めて小さい許容値範囲内で直線性でありかつ正確である。これに対して透視像は歪むことがある。透視像は、円錐形Ｘ線ビームがその内部を通過したすべての組織の密度を表すという点において陰影像（ｓｈａｄｏｗｇｒａｐｈｉｃ）である。ツールナビゲーションシステムでは、外科医が視認可能なディスプレイによって外科用ツール、バイオプシー器具、椎弓根スクリュー、探触子または透視画像上に投影されたその他のデバイスに関する画像を表し、これによって外科医が撮像患者の解剖構造を基準とした外科用器具の向きを視覚化できるようにすることがある。探触子先端のトラッキング対象座標に対応することがあるＣＴやＭＲＩの適当な再構成画像も表示させることがある。

こうした表示を実現させるために提唱されているシステムのうちの多くは、外科用器具の位置及び方向を外部座標で厳密にトラッキングすることに依拠している。こうした様々な座標組はロボット機械学的なリンク及び符号器によって規定されることがあり、またより通常では、固定の患者支持体、該支持体に対して固定させ得るビデオカメラなどの２つ以上の受信器、及び患者支持体及びカメラフレームを基準としたツールの位置及び方向を三角測量により自動決定することを可能にする外科用器具上のガイドまたはフレームに取り付けられた複数の信号送出素子によって様々な座標組が規定され、これによって対応する座標間の様々な変換を計算することができる。２つのビデオカメラと複数の放出体その他の位置信号送出素子を利用する３次元トラッキングシステムはこれまで長い間一般に入手可能となっていると共に、こうした手術室システムに容易に適応させてきた。同様のシステムでも、３つ以上の音響放出体を作動させ複数の受信器位置でその音を検出している一般に入手可能な音響測距システムを用いて外部位置座標を決定しこれにより検出アセンブリからのその相対距離を決定し、したがって放出体がその上に装着されるフレームまたは支持体の位置及び方向を単純な三角測量により規定することができる。トラッキング対象フィデューシャルが診断画像内に現れている場合、手術室座標と画像の座標の間の変換を規定することが可能である。

さらに最近では、３Ｄ診断データ画像組の正確性を活用し、これらの３Ｄ画像を手術中の透視画像内に現れるパターンとマッチングさせることによって手術室画像の正確性を改善させている多くのシステムが提唱されている。これらのシステムは、骨の辺縁プロフィールに対するトラッキング及びマッチング、座標変換を決定するためのある画像から別の画像上への形態学的変形、あるいは別の相関過程を使用することがある。より低品質で非平面的な透視画像を３Ｄ画像データ組における面と相関させる手順は時間がかかることがある。フィデューシャルや追加のマーカーを用いる技法では、外科医が長時間の初期化プロトコルや低速で計算集約的な手順に従い、様々な画像組間でマーカーを特定し相関させることがある。これらの要因のすべては、手術中画像ガイドまたはナビゲーションシステムの速度及び有用性に影響を及ぼしてきた。

患者解剖構造や手術中透視画像と事前編集の３Ｄ診断画像データ組との相関はさらに、当初の撮像と手術中手技の間の時間における撮像構造（特に、軟部組織構造）の動きの介入によって複雑化することがある。したがって、２つの画像組に関する３つ以上の座標系と手術室内の物理的座標との間の変換では、有効な相関を提供するために非常に多くの数のレジストレーション点を必要とすることがある。椎弓根スクリューを位置決めするための椎体トラッキングでは、適当な正確性を達成するためにトラッキングアセンブリが単一の脊椎上の１０カ所以上の点で初期化されることがある。腫瘍の成長や発達条件によって撮像セッション間において組織寸法または位置が実際上変化するようなケースでは、さらに別の混乱要因を生ずることがある。

その画像ガイド下トラッキングの目的が、椎体内での椎弓根スクリューの配置のように表面近くにある剛性構造または骨構造に対する操作を規定することである場合、そのレジストレーションは別法として、トラッキング画像を継続的に参照することなくコンピュータモデル化手順を用いて実施されることがあり、このコンピュータモデル化手順では、幾つかの骨の突起の各々にツール先端を触れさせるあるいはこれに合わせてツール先端が初期化されてその座標及び配置が確定され、その後で椎体の全体としての動きが光学的な初期レジストレーション及びこれら突起の位置を基準としたツールに対するトラッキングによってモデル化される一方、トラッキング素子またはフレームを取り付けた状態とした椎体の仮想的描出が機械的にモデル化される。こうした手順は、様々な供給源からの様々な画像組に関して時間がかかりかつ計算集約的な相関を不要にさせると共に、点の光学トラッキングに置き換えることによって、患者解剖構造を基準としたツール位置を妥当な精度で有効に決定するために使用するＸ線照射の数を低減または排除することができる。

しかし、高品質画像データ組を歪みがより大きい陰影投影画像と相関させかつツール位置を示すトラッキングデータを使用する方式、あるいは外在的に検出されたツール座標をその上に重ね合わせるための動的解剖モデル上の点の有限組を固定する方式という上述した方式のそれぞれは、目下のツール位置を基準として外科医をガイドするために機械計算によって合成画像を作成するか既存のデータベース診断面を選択するかのいずれかとするような処理法となっている。個々の座標検知や画像管理システムのそれぞれをより使いやすくあるいは妥当に高い信頼性をもたせるように様々な治具や所有権のある半組立品が考案されているが、この分野は余分に複雑となったままである。システムが多様な画像組に対する相関、並びに操作、トラッキング及び画像空間の座標やフィーチャに関する各点ごとの広範な初期化を用いることが多いのみならず、そのスケール、向き、及びその他画像や該システムの座標との関係を決定することに加えて、多様なハードウェア製造者に関する所有権の制約、トラッキングシステムによって課せられる物理的限界、並びに多くの異なる画像供給源とインタフェースをとる複雑なプログラミングタスクがあるためにシステムが制約を受けることになる。

透視画像を補正してその正確性を向上させるような幾つかの提案がなされている。このことは、透視３Ｄ／２Ｄ投影撮像の性質のため各ショットで多くの情報が失なわれることになるため複雑な作業であり、したがってこの逆変換は極めて劣決定性（ｕｎｄｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ）となる。各ショットに伴って生じるカメラ及び線源の位置及び方向に由来する撮像パラメータの変化は、問題はさらに複雑化させる。この分野は、より剛性なアイソセンターＣ字アーム構造を提供するある製造者によってある程度まで対処されている。こうした撮像システムに対して位置精度を追加すると、決定条件下で構成された動かない患者に対する多数組の透視ショットを撮像することによってある形態の平面画像再構成を企てることが可能となる見込みが与えられる。しかしこれによると、計算上極めてコスト高になると見られると共に、目下の技術水準では補正した透視画像データ組を従来のＣＴ撮像に使用されたものと比べて若干低コストの装置を用いて生成することは可能であるが、手術中の透視画像ガイドはＭＲＩ、ＰＥＴまたはＣＴデータ組へのアクセスに関わること、並びに位置または画像相関を実施できるようにする広範な外科入力及びトラッキングシステムのセットアップに依存し続けることになることが示唆される。

したがって、外科的ガイド向けの簡単で低線量かつ低コストの透視画像を利用すること、さらにまた臨界的なツール位置決めに関する正確性の増大を実現することが極めて望ましい状態のままである。

レジストレーションとは、患者画像座標系と電磁式トラッキング座標系など２つの座標系を相関させる過程のことである。撮像用途における座標のレジストレーションには、幾つかの方法を利用することができる。画像内において、「既知の」または事前定義の物体が位置特定される。既知の物体は、トラッキングシステムが使用するセンサを含む。画像内でセンサが位置特定され終わると、このセンサによって２つの座標系に対するレジストレーションが可能になる。

典型的には、ナビゲーションシステムが使用する基準フレームは、外科ナビゲーションの前に解剖構造に対してレジストレーションされる。この基準フレームのレジストレーションは、表示された透視画像を基準としたナビゲーション対象ツールの正確性に影響を及ぼす。

Ｆｅｒｒｅらによる米国特許第５，８２９，４４４号（１９９８年１１月３日出願）は、例えばヘッドセットを用いたトラッキング及びレジストレーションの方法に言及している。スキャン画像が記録される際に患者に放射線不透明性のマーカーを含むヘッドセットを装着する。次いで基準ユニットは事前定義の基準ユニット構造に基づいて、スキャン画像上において基準ユニットの各部分を自動的に位置特定し、これによってスキャン画像を基準とした基準ユニットの向きが特定されることがある。あるエリア内に位置特徴的磁場を発生させるために磁場発生器を基準ユニットに関連付けさせることがある。この基準ユニットに対する磁場発生器の相対的位置が決定されると、レジストレーションユニットは次いで適当なマッピング機能を生成させることがある。次いでトラッキング対象の表面がその保存した画像を基準として位置特定されることがある。

しかし、透視カメラから離れた位置にある患者上で位置特定された基準ユニットを用いたレジストレーションでは、基準ユニットと透視装置の間の距離のために座標レジストレーションに対して不正確性が導入される。さらに、患者上で位置特定された基準ユニットは典型的には小型であったり、さもなければこのユニットが画像スキャンの妨害となることがある。基準ユニットを小さくすると、位置計測値の正確性が低下しこれがレジストレーションに影響を及ぼすことがあり得る。

ＣＴスキャンに対する透視画像の画像ベースのレジストレーションは、選択した関心領域（ＲＯＩ）に対して実施されるのが典型的である。レジストレーション確度は一般にこの領域で改善される。しかしＲＯＩは、外科スペース全体と比べて通常は小さい。

ユーザは典型的には、上述した手順と同様の手順を用いてＲＯＩ内部でＣＴトラッキングの確度を検証することになる。しかしユーザは、手順の途中でＣＴレジストレーション確度を検証した位置からどのくらい離れた位置にあるかに関するトラッキングを喪失することがある。例えば複数の脊椎レベルで作業している場合、そのＲＯＩはＬ１の位置にあるが、ユーザはＲＯＩの外部のＬ２上に移動してしまっていることがあり得る。このためユーザは期待される確度と比べてその確度がより小さい領域内でトラッキング対象器具を利用することがある。
米国特許第５，８２９，４４４号

したがって、ユーザに対してレジストレーション高確度領域を指摘することが極めて望ましい。さらに、ユーザが高確度領域の外部に移動したことを検出することが極めて望ましい。さらに、ユーザが高確度領域から離れたときにレジストレーションし直すように、かつ／またはレジストレーション確度を再検証するようにユーザにプロンプト指示することが極めて望ましい。したがって、ＣＴレジストレーション及びフィードバックの視覚的検証のためのシステム及び方法に対する要求が存在する。

本発明のある種の実施形態は、データ組に対する初期レジストレーションを決定する工程と、高確度領域を決定する工程と、データ組を基準にしたトラッキング対象器具の位置を検出する工程と、トラッキング対象器具が高確度領域の外部に検出されたときにユーザに指示を提供する工程と、を含む医用ナビゲーションのための方法を提供する。このデータ組は、１つまたは複数の医用画像に少なくともその一部で基づいている。この初期レジストレーションは関心領域に少なくともその一部で基づいている。この高確度領域は、トラッキング対象器具の検出位置の確度が許容値に合致するようなデータ組の領域を規定している。

本発明のある種の実施形態は、ユーザに対してデータ組の描出を提示するように適応させたディスプレイと、データ組及び関心領域に少なくともその一部で基づいて高確度領域を決定するように適応させたプロセッサと、を含む一体型医用ナビゲーションシステムのためのユーザインタフェースを提供する。このデータ組は、１つまたは複数の医用画像に少なくともその一部で基づいている。このディスプレイは、ユーザに対して高確度領域の描出を提示するように適応させている。この高確度領域は、トラッキング対象器具の検出位置の確度が許容値に合致するようなデータ組の領域を規定している。このプロセッサは、トラッキング対象器具が高確度領域の外部に検出されたときにユーザにプロンプト指示するように適応させる。

本発明のある種の実施形態は、コンピュータ上で実行させるための１組の命令を含んだコンピュータ読み取り可能な媒体であって、該命令組はユーザに対してデータ組の描出を提示するように構成された表示モジュールと、データ組及び関心領域に少なくともその一部で基づいて高確度領域を決定するように構成された処理モジュールと、を含むコンピュータ読み取り可能な媒体を提供する。このデータ組は、１つまたは複数の医用画像に少なくともその一部で基づいている。この表示モジュールはユーザに対して高確度領域の描出を提示するように構成される。この高確度領域は、トラッキング対象器具の検出位置の確度が許容値に合致するようなデータ組の領域を規定している。この処理モジュールは、トラッキング対象器具が高確度領域の外部に検出されたときにユーザにプロンプト指示するように構成される。

上述した要約、並びに本発明のある種の実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むことによってさらに十分な理解が得られよう。本発明の例証を目的として、図面ではある特定の実施形態を示している。しかし本発明は、添付の図面に示した配置や手段に限定するものではないことを理解すべきである。

ここで図１を参照すると、全体を参照番号１０で示す医用ナビゲーションシステム（例えば、外科ナビゲーションシステム）について、可搬式コンピュータ１２、ディスプレイ１４及びナビゲーションインタフェース１６を含むように表している。医用ナビゲーションシステム１０は、デバイス２４の箇所を決定するように電磁場発生器２０及び電磁気センサ２２によって動作するように構成されている。システム１０及び／またはその他のナビゲーションやトラッキングシステムは例えば電磁気式、光学式、超音波式、慣性位置決め式及び／または別のトラッキング式のシステムを含め多種多様なトラッキングテクノロジーと連係して使用されることがあるが、システム１０では単に例示を目的として電磁式式トラッキングに関連して以下で記載することにする。

外科的処置中に患者４０を支持するためにテーブル３０が電磁気センサ２２の近くに位置決めされる。電磁気センサ２２と医用ナビゲーションシステム１０の間でデータを伝送するためにケーブル５０が設けられている。図１に図示した実施形態では、医用ナビゲーションシステム１０は、第２のディスプレイ１８を備えた可搬式カート６０上に装着されている。

電磁気センサ２２は例えばプリント回路基板とすることがある。ある種の実施形態は、複数のコイル及びコイル対を含むプリント回路基板受信器アレイ２６と該プリント回路基板受信器アレイ２６内で検出した磁場計測値をディジタル化するための電子回路とを備える電磁気センサ２２を含むことがある。磁場計測値は、適当な任意の方法またはシステムに従って電磁場発生器２０の位置及び方向を計算するために使用することができる。電磁気センサ２２上の電子回路を用いて磁場計測値をディジタル化した後、このディジタル化信号はケーブル５０を介してナビゲーションインタフェース１６に送られる。詳細には以下で説明することにするが、医用ナビゲーションシステム１０は、この受け取ったディジタル化信号に基づいてデバイス２４の箇所を計算するように構成されている。

本明細書に記載した医用ナビゲーションシステム１０は、異なる手技の間に異なる多くのタイプのデバイスをトラッキングすることが可能である。デバイス２４はその手技に応じて、外科用器具（例えば、撮像カテーテル、診断カテーテル、治療カテーテル、ガイドワイヤ、創面切除器（ｄｅｂｒｉｄｅｒ）、吸気器、ハンドル、ガイド、その他）とすること、外科用インプラント（例えば、人工椎間板、骨スクリュー、シャント、椎弓根スクリュー、プレート、イントラメデュラリー・ロッド、その他）とすること、あるいはある種の別のデバイスとすること、があり得る。医用ナビゲーションシステム１０の利用状況に応じて、任意の数の適当なデバイスを用いることができる。

図２を参照すると、医用ナビゲーションシステム１００の例示的なブロック図を示している。医用ナビゲーションシステム１００を概念的にモジュールの集合体として表しているが、医用ナビゲーションシステム１００は専用のハードウェア基板、ディジタル信号プロセッサ、現場プログラム可能なゲートアレイ及びプロセッサからなる任意の組み合わせを用いて実現させることがあり得る。別法としてこれらのモジュールは、単一のプロセッサ、あるいはその機能演算をプロセッサ間で分散させた複数のプロセッサを備えた市販のコンピュータとして実現させることがあり得る。一例として、位置及び方向計算に関する専用プロセッサ、並びに視覚化演算に関する専用プロセッサを有することが望ましいことがあり得る。さらに任意選択としてそのモジュールを、ある種のモジュール式機能は専用ハードウェアを用いて実行し、かつ残りのモジュール式機能は市販のコンピュータを用いて実行するような混成構成を用いて実現させることがあり得る。これらのモジュールの動作は、システム制御器２１０によって制御されることがある。

ナビゲーションインタフェース１６０は、電磁気センサ２２２からディジタル化した信号を受け取る。図１に示した実施形態では、ナビゲーションインタフェース１６はイーサネットポート（商標）を含む。このポートには、例えばイーサネット（商標）ネットワーク・インタフェースカードまたはアダプタが設けられることがある。しかし様々な代替的な実施形態では、そのディジタル化信号は、別の有線式やワイヤレスの通信プロトコル及びインタフェースを用いて電磁気センサ２２２からナビゲーションインタフェース１６０に送られることがある。

ナビゲーションインタフェース１６０が受け取ったディジタル化信号は電磁気センサ２２２が検出した磁場情報を表している。図２に示した実施形態では、ナビゲーションインタフェース１６０はローカルインタフェース２１５を介してディジタル化信号をトラッカーモジュール２５０に送っている。トラッカーモジュール２５０は受け取ったディジタル化信号に基づいて位置及び方向情報を計算する。この位置及び方向情報によってデバイスの箇所が提供される。

トラッカーモジュール２５０は、この位置及び方向情報をローカルインタフェース２１５を介してナビゲーションモジュール２６０に伝達する。一例として、このローカルインタフェース２１５はＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）バスである。しかし様々な代替的な実施形態では、本発明の範囲を逸脱することなく同等のバステクノロジーによって代用されることがある。

位置及び方向情報を受け取ると、ナビゲーションモジュール２６０を用いてデバイスの箇所が収集した患者データに対してレジストレーションされる。図２に示した実施形態では、この収集した患者データはディスク２４５上に保存されている。この収集患者データは、コンピュータ断層データ、磁気共鳴データ、陽電子放出断層データ、超音波データ、Ｘ線データ、あるいは適当な別の任意のデータ、並びにこれらを任意に組み合わせたデータを含むことがある。単に一例としてディスク２４５をハードディスクドライブとしているが、適当な別の記憶デバイス及び／またはメモリを使用することもできる。

収集した患者データはディスク２４５からメモリ２２０内にロードされる。ナビゲーションモジュール２６０はメモリ２２０から収集した患者データを読み取る。ナビゲーションモジュール２６０は、収集した患者データに合わせてデバイスの箇所をレジストレーションすると共に、患者画像データ及びデバイスの描出を視覚化するのに適した画像データを作成する。図２に示した実施形態では、画像データはローカルインタフェース２１５を介して表示制御器２３０に送られる。表示制御器２３０は、画像データを２つのディスプレイ２１４及び２１８に出力するために使用される。

図２の実施形態では２つのディスプレイ２１４及び２１８を図示しているが、代替的な実施形態は様々なディスプレイ構成を含むことがある。手術室の使い勝手の改良、様々なビューの表示、または様々な箇所にいるスタッフに対する情報表示のために様々なディスプレイ構成が使用されることがある。例えば図１に示すように、第１のディスプレイ１４は医用ナビゲーションシステム１０上に含まれることがあり、また第１のディスプレイ１４より大きな第２のディスプレイ１８が可搬式カート６０上に装着されることがある。別法として、ディスプレイ２１４及び２１８のうちの１つまたは幾つかを外科ブーム（ｂｏｏｍ）上に装着させることがある。外科ブームは、天井装着式とすること、外科用テーブルに取り付け可能とすること、あるいは可搬式カート上に装着されることがある。

ここで図３を参照すると、医用ナビゲーションシステム３００の代替的実施形態を表している。医用ナビゲーションシステム３００は、専有面積が比較的小さい（例えば、概ね１０００ｃｍ２）可搬式コンピュータと一体型ディスプレイ３８２とを備える。様々な代替的な実施形態では、これより小さいまたはより大きな適当な任意の専有面積を用いることができる。

ナビゲーションインタフェース３７０は電磁気センサ３７２からディジタル化信号を受け取る。図３に示した実施形態では、ナビゲーションインタフェース３７０はローカルインタフェース３１５を介してディジタル化信号をトラッカーインタフェース３５０に送っている。トラッカーインタフェース３５０以外にも、トラッカーモジュール３５６は、受け取ったディジタル化信号に基づいて位置及び方向情報を計算するためにプロセッサ３５２及びメモリ３５４を含む。

トラッカーインタフェース３５０は、この計算された位置及び方向情報をローカルインタフェース３１５を介して視覚化インタフェース３６０に伝達する。ナビゲーションモジュール３６６は視覚化インタフェース３６０以外に、ディスク３９２上に保存された収集患者データに合わせてデバイスの箇所をレジストレーションするためのプロセッサ３６２及びメモリ３６４を含むと共に、患者画像データ及びデバイスの描出を視覚化するのに適した画像データを作成する。

視覚化インタフェース３６０はローカルインタフェース３１５を介して画像データを表示制御器３８０に送っている。表示制御器３８０は画像データをディスプレイ３８２に出力するために使用される。

医用ナビゲーションシステム３００はさらに、スケジュール機能、患者データの更新、あるいは適当な別のアプリケーションなどの追加的計算アプリケーションのために使用されるプロセッサ３４２、システム制御器３４４及びメモリ３４６を含む。医用ナビゲーションシステム３００の動作性能は一般的な計算アプリケーションのためのプロセッサ３４２、位置及び方向計算のためのプロセッサ３５２、及び視覚化操作専用のプロセッサ３６２を用いることによって改善される。図３の実施形態の記載によることなく、本発明の範囲を逸脱することなく別のシステムアーキテクチャによって代用させることができる。

以下でさらに説明することにするが、本発明のある種の実施形態は、２Ｄ透視画像に加えて、臨界軸方向像などの３Ｄコンピュータ断層（ＣＴ）データ組上における手術中ナビゲーションを提供する。ある種の実施形態では、標準的な前後方向及び側面方向の透視画像に対する相関を介してＣＴデータ組を手術中に患者に合わせてレジストレーションさせる。ＣＴデータ組の再レジストレーションを要することなく手技を進行させながら追加的な２Ｄ画像を収集してナビゲーションさせることができる。

ある種の実施形態は、マルチレベル手技の配置を可能にさせるツールを提供する。インプラント長さ及びサイズを選択するためにオンスクリーンのテンプレート作成を使用することがある。このシステムは、複数のレベルに配置させたインプラントの箇所を記憶することができる。ユーザは、追加的インプラントを配置させる間に基準とするために保存しておいたオーバーレイを呼び出すことがある。さらにある種の実施形態は、ナビゲーションした計測値を作成することによって、構成要素に対する試行錯誤の当てはめの排除に役立つ。ある種の実施形態では、アノテーションが関連する解剖構造及びインプラントの隣りにオンスクリーンで表示される。

ある種の実施形態は相関ベースのレジストレーションアルゴリズムを利用して信頼性の高いレジストレーションを提供する。標準的な前後方向及び側面方向の透視画像が収集されることがある。脊椎レベルが選択されてその画像がレジストレーションされる。脊椎レベル選択は例えば、ナビゲーション対象器具を実際の解剖構造の位置にポイントすることによって実施される。

本システムのある種の実施形態は、椎体視覚化器具キット、椎体外科用器具キット、頚部器具キット、ナビゲーションアクセス針、その他などの椎体用器具及びキットからなる製品系列と連係して動作する。これらの器具は例えば、標準椎弓根スクリューの全幅の配置を容易にする。これらのスクリューを表現し全体影付けモデルに対するワイヤ枠のオーバーレイを容易にするために１組のスクリュー幾何学構造が使用される。このオーバーレイは各脊椎レベルごとに保存したり呼び出したりすることが可能である。

ある種の実施形態では、呼び出されたオーバーレイは、例えばマルチレベル椎弓根スクリューの間の距離、マルチレベル椎弓根スクリュー間の曲率、及びレベルのアノテーション（例えば、左側Ｌ４）を含む幾つかの自動式計測値と一緒に表示することができる。これらの計測値は、インプラント長さ及びサイズのより精細な選択を容易にする。これらの計測値はさらに、構成要素に対する試行錯誤の当てはめの排除に役立つ。

したがってある種の実施形態は、開放式手技と経皮的手技のいずれかの間に人体上のどこかにある解剖構造を外科医が位置特定する際に外科医を支援する。ある種の実施形態は、例えば腰椎レベル及び／または仙椎レベルで使用されることがある。ある種の実施形態は、ＤＩＣＯＭ準拠、並びにガントリ傾斜及び／または可変のスライス間隔を得るための支持を提供する。ある種の実施形態は、オートウィンドウ並びに保存したプロフィールを用いた中心合わせを提供する。ある種の実施形態は例えば、相関ベースの２Ｄ／３Ｄレジストレーション・アルゴリズムを提供すると共に、リアルタイムのマルチ平面切除を可能にする。

ある種の実施形態はユーザに対して、ナビゲーションされた配置の保存及び呼び出しを可能にする。ある種の実施形態はユーザに対して、マルチレベル椎弓根スクリュー及び／または別のインプラント／器具の間の距離を決定することを可能にする。ある種の実施形態はユーザに対して、例えば相互接続ロッドの長さ及び曲率の計算を可能にする。

図４は、本発明の一実施形態による例示的なユーザインタフェース４００を表している。インタフェース４００は１つまたは複数の画像ビュー４１０を含むことがある。画像ビュー４１０は、医用画像及び／または１つまたは複数の医用画像に基づいたデータ組の描出を含む。画像ビュー４１０は、関心領域４２０に関する描出またはアノテーションを含むことがある。ある種の実施形態では、画像ビュー４１０は、図４に示すように高確度領域４３０の描出またはアノテーションを含むことがある。ある種の実施形態では、画像ビュー４１０は、図４に示すようにトラッキング対象器具４４０の描出を含むことがある。

関心領域４２０、高確度領域４３０、及び／またはトラッキング対象器具４４０の描出は例えば、画像ビュー４１０上で重ね合わされることがある。

動作時において外科医などのユーザは、例えば上述した医用ナビゲーションシステム１０、医用ナビゲーションシステム１００、及び／または医用ナビゲーションシステム３００と同様の医用ナビゲーションシステムを利用することがある。医用ナビゲーションシステムは、外科用ツールなどトラッキング対象器具の箇所をトラッキングする。医用ナビゲーションシステムは、例えばユーザインタフェースを用いて患者の解剖構造と相互レジストレーションさせたトラッキング対象器具の描出を提示することがある。ユーザインタフェースは、以下で記載するユーザインタフェース４００と同様とすることがある。トラッキング対象器具は、以下で記載するトラッキング対象器具４４０と同様とすることがある。ユーザインタフェース４００は例えば、医用ナビゲーションシステムのディスプレイ上でユーザに対して表示されることがある。ユーザインタフェース４００は例えば医用ナビゲーションシステムのプロセッサによって駆動されることがある。

医用ナビゲーションシステムは例えば、インタフェース４００と同様のユーザインタフェースを含むことがある。ユーザインタフェース４００は、１つまたは複数の画像ビュー４１０を含むことがある。画像ビュー４１０はデータ組の描出を含むことがある。データ組は、１つまたは複数の医用画像に少なくともその一部で基づくことがある。データ組は例えばＣＴデータ組とすることがある。例えばデータ組は、患者の身体のある領域に関する一連のＣＴ画像スライスに基づくことがある。画像ビュー４１０におけるデータ組の描出は、収集した画像及び／または作成した画像とすることがある。例えば画像ビュー４１０は、前後方向ビューを表した単一のＸ線スライスを含むことがある。別の例としてその画像ビュー４１０は、データ組から作成した軸方向像を含むことがある。このデータ組は例えば、ＣＴ、ＰＥＴ、ＭＲＩ、及び／または３Ｄ超音波画像組などの複数の画像組を含むことがある。この画像組は、フィデューシャル及び／またはトラッキングマーカーに基づいてレジストレーションされることがある。

画像ビュー４１０は、トラッキング対象器具４４０の描出を含むことがある。トラッキング対象器具４４０の描出は例えば、トラッキング対象器具４４０に関する位置及び／または向きを指示することがある。トラッキング対象器具４４０の描出は、マーキング、アノテーション、及び／またはトラッキング対象器具４４０からの距離のインジケータを含むことがある。例えばトラッキング対象器具４４０の描出は、トラッキング対象器具４４０の先端からのミリメートル数を指示する一連のティックマークを含むことがある。このティックマークは次いで、ユーザが例えばトラッキング対象器具４４０の先端からフィデューシャル点などの解剖学的フィーチャまでの距離を決定するために使用されることがある。

画像ビュー４１０は、関心領域４２０の描出を含むことがある。関心領域４２０は、例えば外科医などユーザによって規定されることがある。例えば手技の開始時点でユーザは、手術対象の脊椎レベル上で関心領域４２０を規定することがある。医用ナビゲーションシステムは、関心領域４２０に少なくともその一部で基づいてそのデータ組に合わせた初期レジストレーションを実施する。ある種の実施形態では、その初期レジストレーションはあるレジストレーション箇所に少なくともその一部で基づく。ある種の実施形態では、その初期レジストレーションは検証箇所に少なくともその一部で基づく。例えばユーザは、トラッキング対象器具４４０で１つまたは複数の解剖学的フィーチャに触れて初期レジストレーションを検証するようにプロンプト指示を受けることがある。

トラッキング対象器具４４０のトラッキング確度は、その関心領域４２０内においてより高いことがある。例えば、関心領域４２０内でより多くのレジストレーション点が用いられることがある。別の例としてユーザは、関心領域４２０内部の１つまたは複数のレジストレーション箇所を検証するように要求されることがある。別の例としてユーザは、関心領域４２０内部の１つまたは複数の検証箇所を検証するように要求されることがある。レジストレーションを受けている領域の解剖構造は柔軟であることがあり、また例えばレジストレーション箇所から遠くにあるほど誤差がより大きくなることが予測されることがある。

関心領域４２０の描出は例えば、画像ビュー４１０内でデータ組上に重ね合わされることがある。関心領域４２０は、マーキング、アノテーションまたはインジケータによって表されることがある。例えば関心領域４２０の境界は、色付けした線によって表されることがある。別の例としてその関心領域４２０は、シェーディングによって表されることがある。

ある種の実施形態では、医用ナビゲーションシステムは、初期レジストレーションの確度を検証するようにユーザにプロンプト指示する。医用ナビゲーションシステムは例えば、データ組の１つまたは複数の画像ビュー４１０を提示すると共に、トラッキング対象器具４４０によって解剖学的ランドマークに触れるようにユーザをガイドすることがある。例えばユーザは、トラッキング対象器具４４０によって棘突起に触れ、複数のビュー４１０内の図示した幾つかの向きで軌道表示及び整列が確実に正しく出現させるようにプロンプト指示を受けることがある。

医用ナビゲーションシステムは、初期レジストレーション及び関心領域４２０に少なくともその一部で基づいて高確度領域４３０を決定する。高確度領域４３０は、トラッキング対象器具４４０の検出位置及び／または向きの確度が許容値に合致するようなデータ組の領域を規定する。すなわち高確度領域４３０は、トラッキング対象器具４４０のトラッキング位置及び／または向きの確度がある誤差マージン内にあるような領域を表している。例えば高確度領域４３０は、トラッキング対象器具４４０の位置が画像ビュー４１０上に表示された描出から０．１ｍｍの域内にあるようなデータ組の領域を記述していることがある。別の例として高確度領域４３０は、トラッキング対象器具４４０の位置が画像ビュー４１０上に表示された描出から２ｍｍ以内にある確率が９５％であるようなデータ組の領域を記述していることがある。

ある種の実施形態では、許容値は検証点または箇所からの距離とすることがある。この距離は例えば、ユーザによって指定されることがある。別法としてその距離は、データ組の内容、関心領域、初期レジストレーション、及び／または当該手技に関連する解剖領域などのパラメータに基づいて決定されることがある。ある種の実施形態では、許容値はユーザ規定の値とすることがある。例えば許容値は、０．５ｍｍとなるように構成されることがある。ある種の実施形態では許容値は、少なくともその一部で解剖領域に基づいて決定されることがある。その解剖領域は当該手技に関連する領域とすることがある。例えばその解剖領域は当該関心領域に基づくことがある。ある種の状況では、ヘルスケア提供者が希望する確度の許容値または程度が特定の手順によって決定される。例えば小柄な女性の胸椎椎弓根スクリューでは、大柄の男性に対する同様の手技と異なる確度が必要となることがある。

高確度領域４３０の描出は例えば、画像ビュー４１０内でデータ組上に重ね合わされることがある。高確度領域４３０は、マーキング、アノテーションまたはインジケータによって表されることがある。例えば高確度領域の境界４３０は、色付けした線によって表されることがある。別の例として、高確度領域４３０は、シェーディングによって表されることがある。

医用ナビゲーションシステムは、トラッキング対象器具４４０が高確度領域４３０の外部に検出されたときにユーザに指示を提供するように適応させている。例えば医用ナビゲーションシステムは、ユーザインタフェース４００を介してユーザに指示を提供することがある。別の例として、トラッキング対象器具４４０が高確度領域４３０の外部に検出されたときに、ユーザに対して音響式警報が指示されることがある。

ある種の実施形態では、トラッキング対象器具４４０が高確度領域４３０の外部に検出されたときに、トラッキング確度を再検証するようにユーザがプロンプト指示を受けることがある。例えば、ユーザインタフェース４００は、ユーザがトラッキング対象器具４４０によって１つまたは複数の検証箇所に接触しトラッキング確度を再検証するようにプロンプト指示するダイアログボックスをユーザに提示することがある。

ある種の実施形態では、トラッキング対象器具４４０が高確度領域４３０の外部に検出されたときに、データ組に合わせてレジストレーションし直すようにユーザがプロンプト指示を受けることがある。例えば、トラッキング対象器具４４０が高確度領域４３０の外部に検出されたときのトラッキング確度の検証の場合に、ユーザはレジストレーションし直すようにプロンプト指示を受けることがある。別の例として、検証が所望の確度を満足しないときに、再レジストレーションが要求されることがある。この所望の確度は例えば、ユーザの判断コールに基づくことがある。

図５は、本発明の一実施形態による医用ナビゲーションのための方法５００の流れ図を表している。方法５００は下記の工程を含む（この各工程については以下でより詳細に記載することにする）。工程５１０では、データ組に対する初期レジストレーションが関心領域に基づいて決定される。工程５２０では、データ組の初期レジストレーションの確度を検証するようにユーザがプロンプト指示を受ける。工程５３０では、検証箇所及び関心領域が保存される。工程５４０では、高確度領域が決定される。工程５５０では、高確度領域の描出がユーザに提示される。工程５６０では、トラッキング対象器具の位置が検出される。工程５７０では、トラッキング対象器具が高確度領域の外部に検出されたときに、ユーザに対して指示が提供される。方法５００について上述したシステムの構成要素に関連して記載しているが、別の実現形態も可能であることを理解すべきである。

工程５１０では、データ組に対する初期レジストレーションが関心領域に基づいて決定される。この初期レジストレーションは例えば、ユーザによって実施されることがある。この初期レジストレーションは例えば上述したユーザインタフェース４００と同様のユーザインタフェースを利用して実施されることがある。関心領域は、例えば上述した関心領域４２０と同様とすることがある。関心領域は、例えば外科医などユーザによって規定されることがある。例えば手技の開始時点でユーザは、手術対象の脊椎レベル上で関心領域を規定することがある。医用ナビゲーションシステムは、関心領域内でそのデータ組に合わせた初期レジストレーションを実施する。

上述したトラッキング対象器具４４０などのトラッキング対象器具のトラッキング確度は、その関心領域内においてより高いことがある。例えば、関心領域内でより多くのレジストレーション点が用いられることがある。別の例としてユーザは、関心領域内部の１つまたは複数のレジストレーション箇所を検証するように要求されることがある。

工程５２０では、データ組の初期レジストレーションの確度を検証するようにユーザがプロンプト指示を受ける。ユーザは、例えば上述したユーザインタフェース４００などのユーザインタフェースによってプロンプト指示を受けることがある。ユーザは、上述したトラッキング対象器具４４０と同様のトラッキング対象器具を用いて１つまたは複数の検証箇所に触れ、そのデータ組の初期レジストレーションの確度を検証するように要求されることがある。

工程５３０では、検証箇所及び関心領域が保存される。検証箇所及び／または関心領域は例えば、初期レジストレーションを決定するために使用されることがある。初期レジストレーションは、例えば上述した工程５１０で決定した初期レジストレーションとすることがある。検証箇所は、例えば上述した工程５２０で初期レジストレーションの確度を検証するために使用される検証とすることがある。

検証箇所及び関心領域は後続の画像に対するレジストレーションで使用するために保存されることがある。例えば、手技中に画像が収集されることがある。次いで新たに収集された画像が、例えば検証箇所及び／または初期レジストレーションで使用した関心領域に少なくともその一部で基づいてデータ組に対してレジストレーションされることがある。

工程５４０では、高確度領域が決定される。高確度領域は、例えば上述した高確度領域４３０と同様とすることがある。高確度領域は、例えば工程５１０で上述した初期レジストレーション及び関心領域に少なくともその一部で基づいて決定されることがある。高確度領域は、トラッキング対象器具に関する検出位置及び／または向きの確度が許容値に合致するようなデータ組の領域を規定する。すなわち高確度領域は、トラッキング対象器具のトラッキング位置及び／または向きの確度がある誤差マージン内にあるような領域を表している。例えば高確度領域は、トラッキング対象器具４４０の位置が画像ビュー４１０上に表示された描出から０．１ｍｍの域内にあるようなデータ組の領域を記述していることがある。別の例として高確度領域４３０は、トラッキング対象器具４４０の位置が画像ビュー４１０上に表示された描出から２ｍｍ以内にある確率が９５％であるようなデータ組の領域を記述していることがある。

ある種の実施形態では、許容値は検証点または箇所からの距離とすることがある。この距離は例えば、ユーザによって指定されることがある。別法としてその距離は、データ組の内容、関心領域、初期レジストレーション、及び／または当該手技に関連する解剖領域などのパラメータに基づいて決定されることがある。ある種の実施形態では、許容値はユーザ規定の値とすることがある。例えば許容値は、０．５ｍｍとなるように構成されることがある。ある種の実施形態では許容値は、少なくともその一部で解剖領域に基づいて決定されることがある。その解剖領域は当該手技に関連する領域とすることがある。例えばその解剖領域は当該関心領域に基づくことがある。

工程５５０では、高確度領域の描出がユーザに提示される。高確度領域は、例えば上述した工程５４０で決定した高確度領域とすることがある。高確度領域は、例えば上述した高確度領域４３０と同様とすることがある。高確度領域の描出は例えば、画像ビュー４１０内でデータ組上に重ね合わされることがある。高確度領域は、マーキング、アノテーションまたはインジケータによって表されることがある。例えば高確度領域の境界は、色付けした線によって表されることがある。別の例として、高確度領域は、シェーディングによって表されることがある。

工程５６０では、トラッキング対象器具の位置が検出される。トラッキング対象器具は、例えば上述したトラッキング対象器具４４０と同様とすることがある。トラッキング対象器具の位置は、例えば上述した医用ナビゲーションシステム１０、医用ナビゲーションシステム１００、及び／または医用ナビゲーションシステム３００と同様の医用ナビゲーションシステムによって検出されることがある。

工程５７０では、トラッキング対象器具が高確度領域の外部に検出されたときに、ユーザに対して指示が提供される。トラッキング対象器具は、例えば上述した工程５６０でその位置が検出されるトラッキング対象器具とすることがある。例えば上述したユーザインタフェース４００と同様のユーザインタフェースを介してユーザに対して指示が提供されることがある。別の例として、トラッキング対象器具４４０が高確度領域４３０の外部に検出されたときに、ユーザに対して音響式警報が指示されることがある。

ある種の実施形態では、トラッキング対象器具４４０が高確度領域４３０の外部に検出されたときに、トラッキング確度を再検証するようにユーザがプロンプト指示を受けることがある。例えば、ユーザインタフェース４００は、ユーザがトラッキング対象器具４４０によって１つまたは複数の検証箇所に接触しトラッキング確度を再検証するようにプロンプト指示するダイアログボックスをユーザに提示することがある。

ある種の実施形態では、トラッキング対象器具４４０が高確度領域４３０の外部に検出されたときに、データ組に合わせてレジストレーションし直すようにユーザがプロンプト指示を受けることがある。例えば、トラッキング対象器具４４０が高確度領域４３０の外部に検出されたときのトラッキング確度の検証の場合に、ユーザはレジストレーションし直すようにプロンプト指示を受けることがある。別の例として、検証が所望の確度を満足しないときに、再レジストレーションが要求されることがある。この所望の確度は例えば、ユーザの判断コールに基づくことがある。

本発明のある種の実施形態では、これらの工程のうちの１つまたは幾つかが省略されること、及び／またはその工程が記載した順序と別の順序で実施されることがある。例えば本発明のある種の実施形態では、幾つかの工程が実施されないことがある。さらに別の例では、ある工程が上で記載したのと異なる時間的順序（同時を含む）で実施されることがある。

したがって、本発明のある種の実施形態はユーザに対してレジストレーション高確度領域を指摘する。ある種の実施形態はユーザが高確度領域の外部に移動したことを検出する。ある種の実施形態は、ユーザが高確度領域から離れたときにレジストレーションし直すように、かつ／またはレジストレーション確度を再検証するようにユーザにプロンプト指示する。ある種の実施形態は、ＣＴレジストレーション及びフィードバックの視覚的検証のためのシステム及び方法を提供する。さらに本発明のある種の実施形態は、ユーザに対してレジストレーション高確度領域が指摘されるという技術的効果を提供する。ある種の実施形態は、ユーザが高確度領域の外部に移動したことを検出するという技術的効果を提供する。ある種の実施形態は、ユーザが高確度領域から離れたときにユーザに対してレジストレーションし直すように、かつ／またはレジストレーション確度を再検証するようにプロンプト指示するという技術的効果を提供する。ある種の実施形態は、ＣＴレジストレーション及びフィードバックを視覚的に検証するという技術的効果を提供する。

別法として及び／または追加として、ある種の実施形態は、図６に図示した例示的な撮像／トラッキングシステム６００などの撮像／トラッキングシステムと連係して使用されることがある。システム６００は、撮像デバイス６１０、テーブル６２０、患者６３０、トラッキングセンサ６４０、医用デバイスまたはインプラント６５０、トラッカー電子回路６６０、画像プロセッサ６７０及び表示デバイス６８０を含む。撮像デバイス６１０は、患者６３０の解剖構造のＸ線画像を取得するのに有用なＣ字アームとして図示しているが、撮像デバイス６１０はトラッキングシステムにおいて有用な任意の撮像デバイスとすることができる。撮像デバイスまたはモダリティ６１０は画像プロセッサ６７０と連絡させている。画像プロセッサ６７０はトラッカー電子回路６６０及び表示デバイス６８０と連絡させている。トラッカー電子回路６６０は、撮像モダリティ６１０に取り付けられたトラッキングセンサ、医用器具６５０に取り付けられたトラッキングセンサ、並びにセンサ６４０のうちの１つまたは幾つかと連絡（図示せず）している。

センサ６４０は外科的処置における基準フレームとして使用するために患者上に配置させている。例えばセンサ６４０は、挿入されるインプラント６５０及び医学的手技で利用される器具６５０を患者６３０が有するように解剖構造の近傍のエリアで患者６３０に対してしっかりと固定させることがある。器具またはインプラント６５０はさらにセンサを含むことがあり、これによりインプラントや器具６５０の位置及び／または向きをセンサ６４０を基準としてトラッキングすることが可能となる。センサ６４０は、送信センサと受信センサのいずれかを含むことがあり、あるいはトランスポンダを含むことがある。

動作時には例えば、撮像モダリティ６１０は、センサ６４０の近傍にある患者解剖構造の１つまたは複数の画像を取得する。トラッカー電子回路６６０は、撮像モダリティ６１０、センサ６４０及び器具６５０のうちの任意の１つまたは幾つかに関する位置及び／または向きを互いを基準としてトラッキングし、かつこうしたデータを画像プロセッサ６７０に伝達することがある。

撮像モダリティ６１０は、患者の解剖構造の画像信号を画像プロセッサ６７０に伝達することができる。画像プロセッサ６７０は次いで、解剖構造の１つまたは複数の画像をトラッカー電子回路６６０が決定したトラッキングデータと組み合わせ、画像内に表示されたセンサ６４０及び器具６５０のうちの１つまたは幾つかを伴う患者解剖構造の画像を生成することがある。例えばその画像は、解剖構造または該解剖構造内の関心領域を基準としたセンサ６４０の箇所を示すことがある。

幾つかの実施形態について図面を参照しながら上で説明している。これらの図面は、本発明のシステム及び方法並びにプログラムを実現した特定の実施形態に関するある種の詳細を図示したものである。しかし図面による本発明の説明は、これらの図面に示した機能に伴う制約を本発明に課したものと解釈すべきではない。本発明は、その動作を実現するための方法、システム、及び任意の機械読み取り可能媒体上のプログラム成果物を企図している。上で指摘したように、本発明の実施形態は、既存のコンピュータプロセッサを用いて実現されること、あるいはこの目的や別の目的のために実配線式のシステムによって組み込まれた特殊目的のコンピュータプロセッサによって実現されることがある。

上で指摘したように、本発明の趣旨域内にある実施形態は、マシン実行可能命令またはデータ構造をその上に保存して保持または有する機械読み取り可能媒体を備えたプログラム成果物を含む。こうした機械読み取り可能媒体は、汎用または特殊目的のコンピュータ、あるいはプロセッサを備えた別の装置によってアクセスを受けることが可能な利用可能な任意の媒体とすることができる。一例として、こうした機械読み取り可能媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ、ＣＤ−ＲＯＭその他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置その他の磁気記憶デバイス、あるいはマシン実行可能命令またはデータ構造の形態をした所望のプログラムコードを保持または保存するために使用可能でありかつ汎用または特殊目的のコンピュータ、あるいはプロセッサを備えた別の装置によってアクセスを受けることが可能な別の任意の媒体を含むことがある。ネットワークや別の通信接続（実配線、ワイヤレス、あるいは実配線やワイヤレスを組み合わせたもの）を介して装置に対して情報が転送または提供されると、該装置はその接続が機械読み取り可能媒体であると正しく確認する。したがって、こうした接続はいずれも機械読み取り可能媒体と呼ぶことが適当である。上記のものの組み合わせもこの機械読み取り可能媒体の範疇に包含される。マシン実行可能命令には、例えば汎用のコンピュータ、特殊目的のコンピュータ、あるいは特殊目的の処理装置に対してある種の機能または機能群を実行させる命令及びデータが含まれる。

本発明の実施形態について、一実施形態では例えばネットワーク環境内の装置により実行されるプログラムモジュールの形態をしたプログラムコードなどのマシン実行可能命令を含んだプログラム成果物によって実現し得る方法工程の一般的コンテキストで記載している。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行する、あるいは特定の抽象的データ種別を実現しているルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、その他を含む。マシン実行可能命令、関連データ構造、及びプログラムモジュールは、本明細書に開示した方法の工程を実行するプログラムコードの一例を示している。こうした実行可能命令または関連データ構造の特定のシーケンスはこうした工程に記載した機能を実現するための対応する動作の一例を示している。

本発明の実施形態は、プロセッサを有する１つまたは複数の遠隔コンピュータに対する論理接続を用いてネットワーク環境内で実施されることがある。論理接続は、本明細書に一例として提示した限定を意味しないローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）及びワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含むことがある。こうしたネットワーク環境は、全オフィス域または全企業域コンピュータネットワーク、イントラネット及びインターネットにおいて一般的であり、多種多様な異なる通信プロトコルを用いることができる。こうしたネットワークコンピューティング環境は典型的には、パーソナルコンピュータ、ハンドへルド型デバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースまたはプログラム可能式の民生用電子機器、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、その他を含め多くのタイプのコンピュータシステム構成を包含することになることは当業者であれば理解されよう。本発明の実施形態はさらに、分散式コンピューティング環境内で実施させ、通信ネットワークを介して（実配線リンク、ワイヤレスリンク、あるいは実配線やワイヤレスリンクを組み合わせたものによって）リンクさせたローカル及びリモートの処理デバイスによってタスクが実行されることもある。分散式コンピューティング環境では、プログラムモジュールはローカルとリモートの両方のメモリ記憶デバイス内に配置されることがある。

本発明のシステムの全体または一部を実現するための例示的な一システムは、処理ユニット、システムメモリ、並びにシステムメモリを含む様々なシステム構成要素を処理ユニットに結合させるシステムバスを含んだコンピュータの形態をした汎用のコンピューティングデバイスを含むことがあり得る。このシステムメモリは、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）やランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことがある。このコンピュータはさらに、磁気ハードディスクに対する読み出しや書き込みのための磁気ハードディスクドライブ、取外し可能磁気ディスクに対する読み出しや書き込みのための磁気ディスクドライブ、並びにＣＤ−ＲＯＭや別の光学媒体などの取外し可能光ディスクに対する読み出しや書き込みのための光ディスクドライブを含むことがある。これらのドライブ並びにその関連する機械読み取り可能媒体は、マシン実行可能命令、データ構造、プログラムモジュール及びコンピュータ向けの別のデータに対する不揮発型の記憶装置を提供する。

本発明の実施形態に関する上に掲げた記述は、例示及び説明を目的として提示したものである。これは網羅的とすることや本発明を開示した厳密な形態に限定するように意図しておらず、修正形態及び変形形態が上述の教示に照らして可能であり、また本発明の実施によりこれらの形態を得ることができる。これらの実施形態は、様々な実施形態により並びに企図される具体的な使用法に適合するような様々な修正を伴って当業者が本発明を利用できるように本発明の原理並びにその実際の応用を説明するために選出し記載したものである。

本明細書に開示した実施形態を任意の医用ナビゲーションシステムの形成に適用し得ることは当業者であれば理解されよう。特許請求した主題の実施形態のある種の特徴について本明細書に記載して例証してきたが、これにより当業者には多くの修正形態、代替形態、変形形態及び等価形態が得られよう。さらに、幾つかの機能ブロック並びにこれらの間の関係について詳細に記載してきたが、その動作のうちの幾つかが別の機能を使用せずに実施されることがあること、あるいは追加的機能や機能間に関係を特許請求した主題に従って確立し得ることは当業者であれば理解されよう。したがって添付の特許請求の範囲は、特許請求した主題の実施形態の真の精神の域内にあるこうした修正形態や変化形態のすべてを包含するように意図していることを理解すべきである。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の一実施形態により使用される医用ナビゲーションシステムの図である。 本発明の一実施形態により使用される医用ナビゲーションシステムの図である。 本発明の一実施形態により使用される医用ナビゲーションシステムの図である。 本発明の一実施形態による例示的なユーザインタフェースの図である。 本発明の一実施形態による医用ナビゲーションのための方法の流れ図である。 本発明の一実施形態による例示的な医用ナビゲーションシステムの図である。

符号の説明

１０ 医用ナビゲーションシステム
１２ 可搬式コンピュータ
１４ ディスプレイ
１６ ナビゲーションインタフェース
１８ ディスプレイ
２０ 電磁場発生器
２２ 電磁気センサ
２４ デバイス
２６ 受信器アレイ
３０ テーブル
４０ 患者
５０ ケーブル
１００ 医用ナビゲーションシステム
１６０ ナビゲーションインタフェース
２００ プロセッサ
２１０ システム制御器
２１４ ディスプレイ
２１５ ローカルインタフェース
２１８ ディスプレイ
２２０ メモリ
２２２ 電磁気センサ
２３０ 表示制御器
２４０ ディスク制御器
２４５ ディスク
２５０ トラッカーモジュール
２６０ ナビゲーションモジュール
３００ 医用ナビゲーションシステム
３１５ ローカルインタフェース
３４２ プロセッサ
３４４ システム制御器
３４６ メモリ
３５０ トラッカーインタフェース
３５２ プロセッサ
３５４ メモリ
３５６ トラッカーモジュール
３６０ 視覚化インタフェース
３６２ プロセッサ
３６４ メモリ
３６６ ナビゲーションモジュール
３７０ ナビゲーションインタフェース
３７２ 電磁気センサ
３８０ 表示制御器
３８２ ディスプレイ
３９０ ディスク制御器
３９２ ディスク
４００ ユーザインタフェース
４１０ 画像ビュー
４２０ 関心領域
４３０ 高確度領域
４４０ トラッキング対象器具
６００ 撮像／トラッキングシステム
６１０ 撮像デバイス
６２０ テーブル
６３０ 患者
６４０ トラッキングセンサ
６５０ 医用デバイス
６６０ トラッカー電子回路
６７０ 画像プロセッサ
６８０ 表示デバイス

Claims (10)

1. １つまたは複数の医用画像に少なくともその一部で基づいたデータ組に関する初期レジストレーションを決定する工程であって、該初期レジストレーションは少なくともその一部で関心領域（４２０）に基づいているレジストレーション決定工程と、
   トラッキング対象器具（４４０）の検出位置の確度が許容値に合致するような前記データ組の領域を規定する高確度領域（４３０）を決定する工程と、
   前記データ組を基準にしてトラッキング対象器具（４４０）の位置を検出する工程と、
   前記トラッキング対象器具が前記高確度領域（４３０）の外部に検出されたときにユーザに指示を提供する工程と、
   を含む医用ナビゲーションのための方法。
2. 前記初期レジストレーションの確度を検証するようにユーザにプロンプト指示する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. ユーザは前記初期レジストレーションの確度を、少なくともその一部でユーザが前記トラッキング対象器具（４４０）により解剖学的標識に接触することに基づいて検証する、請求項２に記載の方法。
4. ユーザは前記初期レジストレーションの確度を複数の向きで検証する、請求項２に記載の方法。
5. 検証箇所及び関心領域（４２０）を保存する工程をさらに含んでおり、該保存した検証箇所及び関心領域（４２０）はデータ組に関する後続の画像レジストレーションのために使用するように適応させている、請求項１に記載の方法。
6. 前記高確度領域（４３０）の描出をユーザに対して提示する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
7. トラッキング対象器具（４４０）が前記高確度領域（４３０）の外部に検出されたときに初期レジストレーションを検証するようにユーザにプロンプト指示する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
8. トラッキング対象器具（４４０）が前記高確度領域（４３０）の外部に検出されたときに前記データ組をレジストレーションし直すようにユーザにプロンプト指示する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
9. 前記許容値は少なくともその一部で解剖領域に基づいている、請求項１に記載の方法。
10. 一体型医用ナビゲーションシステム（１００、３００、６００）のためのユーザインタフェース（４００）であって、
    １つまたは複数の医用画像に少なくともその一部で基づいたデータ組の描出をユーザに対して提示するように適応させたディスプレイ（１４、１８、２１８、３８２、６８０）であって、該ディスプレイ（１４、１８、２１８、３８２、６８０）は高確度領域（４３０）の描出をユーザに対して提示するようにように適応させており、該高確度領域（４３０）はトラッキング対象器具（４４０）の検出位置の確度が許容値に合致するようなデータ組の領域を規定しているディスプレイと、
    データ組及び関心領域（４２０）に少なくともその一部で基づいて前記高確度領域（４３０）を決定するように適応させたプロセッサであって、トラッキング対象器具（４４０）が該高確度領域（４３０）の外部に検出されたときにユーザにプロンプト指示するように適応させたプロセッサと、
    を含むユーザインタフェース（４００）。