特許 6588905 ｘ線画像生成のための方法及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6588905

(24)【登録日】2019年9月20日

(45)【発行日】2019年10月9日

(54)【発明の名称】ｘ線画像生成のための方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/03 20060101AFI20191001BHJP

【ＦＩ】

   A61B6/03 360G

   A61B6/03 377

   A61B6/03 360Q

   A61B6/03 370E

   A61B6/03 371

【請求項の数】28

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2016-529830(P2016-529830)

(86)(22)【出願日】2014年7月22日

(65)【公表番号】特表2016-525413(P2016-525413A)

(43)【公表日】2016年8月25日

(86)【国際出願番号】US2014047649

(87)【国際公開番号】WO2015013298

(87)【国際公開日】20150129

【審査請求日】2017年7月18日

(31)【優先権主張番号】13/948,592

(32)【優先日】2013年7月23日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507280594

【氏名又は名称】マコ サージカル コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100102978

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 初志

(74)【代理人】

【識別番号】100102118

【弁理士】

【氏名又は名称】春名 雅夫

(74)【代理人】

【識別番号】100160923

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 裕孝

(74)【代理人】

【識別番号】100119507

【弁理士】

【氏名又は名称】刑部 俊

(74)【代理人】

【識別番号】100142929

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 隆一

(74)【代理人】

【識別番号】100148699

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 利光

(74)【代理人】

【識別番号】100128048

【弁理士】

【氏名又は名称】新見 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100129506

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 智彦

(74)【代理人】

【識別番号】100114340

【弁理士】

【氏名又は名称】大関 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100114889

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 義弘

(74)【代理人】

【識別番号】100121072

【弁理士】

【氏名又は名称】川本 和弥

(72)【発明者】

【氏名】アイキッツ ミラン

【審査官】 伊藤 昭治

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５１８５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５２４５７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ６／００ − ６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像の作成方法であって、
解剖学的組織の三次元画像データを提供すること、
前記解剖学的組織のある部位のモデルであって、前記モデルが、前記三次元画像データ内で前記解剖学的組織の前記部位の境界を提供する、モデルを提供すること、及び
前記画像データからの情報及び前記モデルからの情報を用いて前記解剖学的組織の対象部位の仮想ｘ線写真を作成すること
を含み、前記仮想ｘ線写真を作成するステップが、
前記三次元画像データに対して第１のボリュームレイキャスティング処理を実行すること、
前記第１のボリュームレイキャスティング処理中に第１のセットの累積減弱値を計算すること、
前記モデルによって境界付けされた前記三次元画像データに対して第２のボリュームレイキャスティング処理を実行すること、
前記第２のボリュームレイキャスティング処理中に第２のセットの累積減弱値を計算すること、及び
前記第２のセットの累積減弱値を前記第１のセットの累積減弱値からサブトラクションして仮想ｘ線写真を作成すること
を含む、方法。

【請求項2】

前記仮想ｘ線写真を作成するステップが、前記解剖学的組織の前記部位を修正状態で表示することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記修正状態が、前記解剖学的組織の前記部位の平行移動または回転の少なくとも一方である、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記修正状態が、前記解剖学的組織の前記部位の切除である、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記解剖学的組織の前記部位が術前計画に従って修正される、請求項２に記載の方法。

【請求項6】

前記解剖学的組織の前記部位に対応する画像データを前記仮想ｘ線写真からサブトラクションすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記解剖学的組織の前記部位に対応する画像データを修正すること、及び修正された画像データを前記仮想ｘ線写真に加算することをさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記モデルが部分的骨モデルである、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

補綴具の画像を前記仮想ｘ線写真に付加することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記補綴具の画像が術前計画に従って前記仮想ｘ線写真に付加される、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記補綴具が、股関節インプラントの少なくとも１つの構成要素である、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記解剖学的組織の前記部位が、大腿部の少なくとも一部位である、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

術前計画に従って前記第２のセットの累積減弱値を修正すること、及び修正された該第２のセットの累積減弱値を前記仮想ｘ線写真に加算することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

補綴具の画像を前記仮想ｘ線写真に付加することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記補綴具の画像が術前計画に従って前記仮想ｘ線写真に付加される、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記仮想ｘ線写真を作成するステップが、
インプラントモデルに対して第３のボリュームレイキャスティング処理を実行すること、
前記第３のボリュームレイキャスティング処理から第３のセットの累積減弱値を計算すること、及び
前記第３のセットの累積減弱値を、前記第１のセットの累積減弱値と前記第２のセットの累積減弱値の差に加算すること
を含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

前記インプラントモデルが、術前計画に従って前記三次元画像データ、前記モデルまたは前記解剖学的組織の前記部位に相対して位置決め及び方向付けされる、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

画像生成システムであって、
プロセッサ及びメモリを有する処理回路、
入力／出力インターフェイス、及び
前記入力／出力インターフェイスに結合されたディスプレイ
を備え、
前記処理回路が、
解剖学的組織の三次元画像データを取得し、
前記解剖学的組織のある部位に対応する解剖学的組織のモデルであって、前記モデルが、前記三次元画像データ内で前記解剖学的組織の前記部位の境界を提供する、モデルを取得し、
前記三次元画像データ及び前記モデルからの情報を用いて仮想ｘ線写真を作成し、
仮想ｘ線写真を作成する前記ステップが、
前記三次元画像データに対して第１のボリュームレイキャスティング処理を実行すること、
前記第１のボリュームレイキャスティング処理中に第１のセットの累積減弱値を計算すること、
前記モデルによって境界付けされた前記三次元画像データに対して第２のボリュームレイキャスティング処理を実行すること、
前記第２のボリュームレイキャスティング処理中に第２のセットの累積減弱値を計算すること、及び
前記第２のセットの累積減弱値を前記第１のセットの累積減弱値からサブトラクションして仮想ｘ線写真を作成すること
を含み、かつ
得られた前記仮想ｘ線写真を前記ディスプレイに表示する
ように構成された、システム。

【請求項19】

前記処理回路が更に、前記仮想ｘ線写真において、前記解剖学的組織の前記部位を修正状態で表示するように構成された、請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

前記処理回路が更に、術前計画に従って前記解剖学的組織の前記部位を修正するように構成された、請求項１９に記載のシステム。

【請求項21】

前記処理回路が更に、前記解剖学的組織の前記部位に対応する画像データを前記仮想ｘ線写真からサブトラクションするように構成された、請求項１８に記載のシステム。

【請求項22】

前記処理回路が更に、前記解剖学的組織の前記部位に対応する前記画像データを修正するように構成された、請求項２１に記載のシステム。

【請求項23】

前記処理回路が更に、前記解剖学的組織の前記部位に対応する修正された画像データを前記仮想ｘ線写真に加算するように構成された、請求項２２に記載のシステム。

【請求項24】

前記処理回路が更に、前記解剖学的組織の前記部位に対応する画像データを術前計画に従って修正するように構成された、請求項２３に記載のシステム。

【請求項25】

前記モデルが部分的骨モデルである、請求項２３に記載のシステム。

【請求項26】

前記解剖学的組織の前記部位が大腿部の少なくとも一部位である、請求項２３に記載のシステム。

【請求項27】

前記処理回路が更に、前記仮想ｘ線写真に対して補綴具の仮想画像を付加するように構成された、請求項１８に記載のシステム。

【請求項28】

前記ディスプレイに表示される前記画像の明るさ及びコントラストの少なくとも一方の操作を可能とするように構成された、前記ディスプレイ上のユーザインターフェイスを更に備える、請求項１８に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は、２０１３年７月２３日出願の米国出願番号第１３／９４８，５９２号の恩典及び優先権を主張し、その全体において参照としてここに取り込まれる。

【0002】

本開示は、概略としてｘ線描画の分野に関する。本開示は、より具体的には、手術の準備において補助的な表示を与えるための二次元ｘ線画像の作成に関する。

【背景技術】

【0003】

医療専門家は、手術計画法において旧来のｘ線画像を使用することに慣れている。したがって、医療専門家が使い易い同種の画像を利用する手術計画及び解剖学的組織描画に対して改善を図ることが望ましい。同時に、旧来のｘ線モデルの使用には、人体画像において患者の解剖学的組織の位置を修正することができないなどの制約がある。手術計画において、対象となる解剖学的組織が特定の位置にあることが望ましいが、ｘ線画像は画像作成時にｘ線テーブル上の患者の位置に限定される。またさらに、旧来のｘ線画像は、回転／再位置決めされた解剖学的組織または整形外科的な関節補綴具などのインプラントをｘ線画像中に示して、手術計画に関して、及び術後記録との比較に関してのガイドを与えるようには操作できない。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

概要
本開示の一実装は、画像の作成方法に関する。その方法は、解剖学的組織の三次元画像データを提供すること、その解剖学的組織のある部位のモデルを提供すること、並びに画像データからの情報及びモデルからの情報を用いて解剖学的組織の対象部位の仮想ｘ線写真を作成することを含む。

【0005】

ある実施形態では、方法は仮想ｘ線写真上で修正状態における解剖学的組織のある部位を表示することを含み、修正状態は解剖学的組織の部位の平行移動若しくは回転または切除である。解剖学的組織の部位は、術前計画に従って修正され得る。

【0006】

ある実施形態では、方法は、解剖学的組織の部位に対応する画像データを仮想ｘ線写真からサブトラクションすることを含む。仮想ｘ線写真はまた、解剖学的組織の部位に対応する画像データを修正し、修正画像データを仮想ｘ線写真に付加することによって作成できる。ある実施形態では、方法は、補綴具の画像を仮想ｘ線写真に付加することを含む。補綴具の画像は、術前計画に従って仮想ｘ線写真に付加され得る。

【0007】

ある実施形態では、解剖学的組織の部位のモデルは部分的骨モデルである。他の実施形態では、モデルは、三次元画像データ内で解剖学的組織の部位の境界を与える。

【0008】

ある実施形態では、仮想ｘ線写真を作成することは、三次元画像データに対して第１のボリュームレイキャスティング処理を実行することを含み、モデルによって境界付けされた三次元画像データに対して第２のボリュームレイキャスティング処理を実行することを含む。仮想ｘ線写真を作成することは、第１のボリュームレイキャスティング処理中に第１のセットの累積減弱値を計算すること、第１のセットの累積減弱値を仮想ｘ線写真に加算すること、第２のボリュームレイキャスティング処理中に第２のセットの累積減弱値を計算すること、及び第２のセットの累積減弱値を仮想ｘ線写真からサブトラクションすることを含んでいてもよい。仮想ｘ線写真を作成することは、術前計画に従って第２のセットの累積減弱値を修正すること、及び修正された第２のセットの累積減弱値を仮想ｘ線写真に加算することを更に含んでいてもよく、仮想ｘ線写真を作成するステップは、補綴具の画像を仮想ｘ線写真に付加することを含んでいてもよい。

【0009】

ある実施形態では、仮想ｘ線写真を作成することは、インプラントモデルに対して第３のボリュームレイキャスティング処理を実行すること、第３のボリュームレイキャスティング処理から第３のセットの累積減弱値を計算すること、及び第３のセットの累積減弱値を、第１のセットの累積減弱値と第２のセットの累積減弱値の差に加算することを含んでいてもよい。方法は、インプラントモデルが術前計画に従って三次元画像データ、モデルまたは解剖学的組織の部位に相対して位置決め及び方向付けされることを更に含んでいてもよい。

【0010】

本開示の別の実装は、プロセッサ及びメモリを有する処理回路、入力／出力インターフェイス、並びに入力／出力インターフェイスに結合されたディスプレイを備えた画像生成システムである。処理回路は、解剖学的組織の三次元画像データを取得し、解剖学的組織のある部位に対応する解剖学的組織のモデルを取得し、三次元画像データ及びモデルからの情報を用いて仮想ｘ線写真を作成し、得られた仮想ｘ線写真をディスプレイに表示するように構成される。

【0011】

他の実施形態では、処理回路は更に、術前計画に従って解剖学的組織の部位を修正するように構成される。処理回路は更に、仮想ｘ線写真において、解剖学的組織の部位を修正状態で表示するように構成される。

【0012】

他の実施形態では、処理回路は更に、解剖学的組織の部位に対応する画像データを仮想ｘ線写真からサブトラクションするように構成され、解剖学的組織の部位に対応する画像データを修正するように構成されてもよく、解剖学的組織の部位に対応する画像データを仮想ｘ線写真に付加するように構成されてもよい。処理回路は、解剖学的組織の部位に対応する画像データを術前計画に従って修正するように構成されてもよい。

【0013】

他の実施形態では、処理回路は更に、仮想ｘ線写真に対して補綴具の仮想画像を付加するように構成される。

【0014】

本開示の別の実装は、表示装置上の表示のための仮想ｘ線写真の生成方法である。方法は、プロセッサ及びメモリ装置を含む処理回路を有して表示装置に結合された画像生成システムを提供すること、メモリに記憶された解剖学的組織の三次元画像データを取得すること、メモリに記憶された解剖学的組織の部位に対応する三次元骨モデルを取得すること、解剖学的組織の部位に対応する三次元画像データ内の第１の境界付けされた容積を含む第１の境界を三次元骨モデルが画定するように、三次元骨モデルを三次元画像データに関連付けること、及び三次元画像データに対してボリュームレイキャスティング処理を実行することを含む。ボリュームレイキャスティング処理は、原点から、スクリーン空間矩形部における第１の画素を通り、第１の境界付けされた容積を通るレイをキャスティングすること、及びレイに沿って複数のサンプリングステップで第１の境界付けされた容積をサンプリングすることを含み、サンプリングステップはサンプリング距離で分けられ、サンプリングはレイと第１の境界との前面側交点の近接位置と、レイと第１の境界との背面側交点の近接位置との間のレイの部分に制限される。ボリュームレイキャスティング処理は更に、サンプリングステップの各々においてサンプリングに基づいてサンプリングステップの各々においてレイの減弱係数を演算すること、レイに沿って第１の境界付けされた容積の第１の累積減弱値を計算すること、スクリーン空間矩形部の第２の画素に沿って第２のレイをキャスティングすること、スクリーン空間矩形部の第２の画素についてサンプリング、演算及び計算ステップを反復して、第１の境界付けされた容積の第２の累積減弱値を計算すること、並びに第１の境界付けされた容積の累積減弱値を記憶することを含む。

【0015】

他の実施形態では、方法は、三次元画像データの第２の境界付けされた容積を画定する第２の境界を設けること、三次元画像データの第２の境界付けされた容積に対してボリュームレイキャスティング処理を実行すること、第２の境界付けされた容積の累積減弱値を仮想ｘ線写真に加算すること、及び第１の境界付けされた容積の累積減弱値を仮想ｘ線写真からサブトラクションすることを更に含む。

【0016】

他の実施形態では、方法は、第１の境界付けされた容積に関連付けられたデータを修正することを更に含む。第１の境界付けされた容積に関連付けられたデータは、第１の境界付けされた容積内の三次元画像データ、第１の境界付けされた容積の減弱係数、第１の境界付けされた容積の累積減弱値、及び第１の境界付けされた容積に関連付けられた色情報、の少なくとも１つを含み得る。

【0017】

他の実施形態では、第１の境界付けされた容積に関連付けられたデータの修正は、平行移動、回転及び切除の少なくとも１つを含む。データの修正は術前計画に対応するように実行されてもよい。第１の境界付けされた容積に関連付けられたデータは第１の境界付けされた容積の累積減弱値であり、方法は、第１の境界付けされた容積の修正された累積減弱値を仮想ｘ線写真に加算することを更に含んでいてもよい。

【0018】

他の実施形態では、方法は、インプラントモデルの減弱値を計算すること、及びインプラントモデルの減弱値を仮想ｘ線写真に加算することを含んでいてもよい。インプラントモデルは、術前計画に従って三次元画像データに相対して位置決めされてもよい。

【0019】

他の実施形態では、方法は、第１の境界付けされた容積の累積減弱値を色情報に変換すること、および色情報をディスプレイに提供することを更に含んでいてもよい。

【0020】

他の特徴及び特徴の組合せに関する代替的な例示の実施形態は、特許請求の範囲に全般に記載されるものとなる。
[本発明1001]
画像の作成方法であって、
解剖学的組織の三次元画像データを提供すること、
前記解剖学的組織のある部位のモデルを提供すること、及び
前記画像データからの情報及び前記モデルからの情報を用いて前記解剖学的組織の対象部位の仮想ｘ線写真を作成すること
を備える方法。
[本発明1002]
前記仮想ｘ線写真を作成するステップが、前記解剖学的組織の前記部位を修正状態で表示することを含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
前記修正状態が、前記解剖学的組織の前記部位の平行移動または回転の少なくとも一方である、本発明1002の方法。
[本発明1004]
前記修正状態が、前記解剖学的組織の前記部位の切除である、本発明1002の方法。
[本発明1005]
前記解剖学的組織の前記部位が術前計画に従って修正される、本発明1002の方法。
[本発明1006]
前記仮想ｘ線写真を作成するステップが、前記解剖学的組織の前記部位に対応する画像データを前記仮想ｘ線写真からサブトラクションすることを含む、本発明1001の方法。
[本発明1007]
前記仮想ｘ線写真を作成するステップが、前記解剖学的組織の前記部位に対応する画像データを修正すること、及び修正された画像データを前記仮想ｘ線写真に加算することを含む、本発明1006の方法。
[本発明1008]
前記モデルが部分的骨モデルである、本発明1001の方法。
[本発明1009]
補綴具の画像を前記仮想ｘ線写真に付加することを更に含む、本発明1001の方法。
[本発明1010]
前記補綴具の画像が術前計画に従って前記仮想ｘ線写真に付加される、本発明1009の方法。
[本発明1011]
前記補綴具が、股関節インプラントの少なくとも1つの構成要素である、本発明1009の方法。
[本発明1012]
前記解剖学的組織の前記部位が、大腿部の少なくとも一部位である、本発明1001の方法。
[本発明1013]
前記モデルが、前記三次元画像データ内で前記解剖学的組織の前記部位の境界を提供する、本発明1001の方法。
[本発明1014]
前記仮想ｘ線写真を作成するステップが、前記三次元画像データに対して第1のボリュームレイキャスティング処理を実行することを含む、本発明1013の方法。
[本発明1015]
前記仮想ｘ線写真を作成するステップが、前記モデルによって境界付けされた前記三次元画像データに対して第2のボリュームレイキャスティング処理を実行することを含む、本発明1014の方法。
[本発明1016]
前記仮想ｘ線写真を作成するステップが、
前記第1のボリュームレイキャスティング処理中に第1のセットの累積減弱値を計算すること、
前記第1のセットの累積減弱値を前記仮想ｘ線写真に加算すること、
前記第2のボリュームレイキャスティング処理中に第2のセットの累積減弱値を計算すること、及び
前記第2のセットの累積減弱値を前記仮想ｘ線写真からサブトラクションすること
を含む、本発明1015の方法。
[本発明1017]
前記仮想ｘ線写真を作成するステップが、術前計画に従って前記第2のセットの累積減弱値を修正すること、及び修正された該第2のセットの累積減弱値を前記仮想ｘ線写真に加算することを含む、本発明1016の方法。
[本発明1018]
前記仮想ｘ線写真を作成するステップが、補綴具の画像を前記仮想ｘ線写真に付加することを含む、本発明1017の方法。
[本発明1019]
前記補綴具の画像が術前計画に従って前記仮想ｘ線写真に付加される、本発明1018の方法。
[本発明1020]
前記仮想ｘ線写真を作成するステップが、
インプラントモデルに対して第3のボリュームレイキャスティング処理を実行すること、
前記第3のボリュームレイキャスティング処理から第3のセットの累積減弱値を計算すること、及び
前記第3のセットの累積減弱値を、前記第1のセットの累積減弱値と前記第2のセットの累積減弱値の差に加算すること
を含む、本発明1017の方法。
[本発明1021]
前記インプラントモデルが、術前計画に従って前記三次元画像データ、前記モデルまたは前記解剖学的組織の前記部位に相対して位置決め及び方向付けされる、本発明1020の方法。
[本発明1022]
画像生成システムであって、
プロセッサ及びメモリを有する処理回路、
入力／出力インターフェイス、及び
前記入力／出力インターフェイスに結合されたディスプレイ
を備え、
前記処理回路が、
解剖学的組織の三次元画像データを取得し、
前記解剖学的組織のある部位に対応する解剖学的組織のモデルを取得し、
前記三次元画像データ及び前記モデルからの情報を用いて仮想ｘ線写真を作成し、かつ
得られた前記仮想ｘ線写真を前記ディスプレイに表示する
ように構成された、システム。
[本発明1023]
前記処理回路が更に、前記仮想ｘ線写真において、前記解剖学的組織の前記部位を修正状態で表示するように構成された、本発明1022のシステム。
[本発明1024]
前記処理回路が更に、術前計画に従って前記解剖学的組織の前記部位を修正するように構成された、本発明1023のシステム。
[本発明1025]
前記処理回路が更に、前記解剖学的組織の前記部位に対応する画像データを前記仮想ｘ線写真からサブトラクションするように構成された、本発明1022のシステム。
[本発明1026]
前記処理回路が更に、前記解剖学的組織の前記部位に対応する前記画像データを修正するように構成された、本発明1025のシステム。
[本発明1027]
前記処理回路が更に、前記解剖学的組織の前記部位に対応する修正された画像データを前記仮想ｘ線写真に加算するように構成された、本発明1026のシステム。
[本発明1028]
前記処理回路が更に、前記解剖学的組織の前記部位に対応する画像データを術前計画に従って修正するように構成された、本発明1027のシステム。
[本発明1029]
前記モデルが部分的骨モデルである、本発明1027のシステム。
[本発明1030]
前記解剖学的組織の前記部位が大腿部の少なくとも一部位である、本発明1027のシステム。
[本発明1031]
前記処理回路が更に、前記仮想ｘ線写真に対して補綴具の仮想画像を付加するように構成された、本発明1022のシステム。
[本発明1032]
前記ディスプレイに表示される前記画像の明るさ及びコントラストの少なくとも一方の操作を可能とするように構成された、前記ディスプレイ上のユーザインターフェイスを更に備える、本発明1022のシステム。
[本発明1033]
表示装置上の表示のための仮想ｘ線写真の生成方法であって、
プロセッサ及びメモリ装置を含む処理回路を有し、前記表示装置に結合された画像生成システムを提供すること、
前記メモリに記憶された、解剖学的組織の三次元画像データを取得すること、
前記メモリに記憶された、前記解剖学的組織の部位に対応する三次元骨モデルを取得すること、
前記解剖学的組織の前記部位に対応する前記三次元画像データ内の第1の境界付けされた容積を含む第1の境界を前記三次元骨モデルが画定するように、前記三次元骨モデルを前記三次元画像データに関連付けること、及び
前記三次元画像データに対してボリュームレイキャスティング処理を実行すること
を含み、該処理が、
原点から、スクリーン空間矩形部における第1の画素を通り、前記第1の境界付けされた容積を通るレイをキャスティングすること、
前記レイに沿って複数のサンプリングステップで前記第1の境界付けされた容積をサンプリングすることであって、前記サンプリングステップがサンプリング距離で分けられ、前記サンプリングが前記レイと前記第1の境界との前面側交点の近接位置と、前記レイと前記第1の境界との背面側交点の近接位置との間の前記レイの部分に制限される、前記サンプリングすること、
前記サンプリングステップの各々におけるサンプルに基づいて前記サンプリングステップの各々において前記レイの減弱係数を演算すること、
前記レイに沿って前記第1の境界付けされた容積の第1の累積減弱値を計算すること、
前記スクリーン空間矩形部の第2の画素に沿って第2のレイをキャスティングすること、
前記スクリーン空間矩形部の前記第2の画素について前記サンプリング、演算及び計算ステップを反復して、前記第1の境界付けされた容積の第2の累積減弱値を計算すること、及び
前記第1の境界付けされた容積の累積減弱値を記憶すること
を含む、方法。
[本発明1034]
前記三次元画像データの第2の境界付けされた容積を画定する第2の境界を設けること、
前記三次元画像データの前記第2の境界付けされた容積に対して前記ボリュームレイキャスティング処理を実行すること、
前記第2の境界付けされた容積の累積減弱値を前記仮想ｘ線写真に加算すること、及び
前記第1の境界付けされた容積の累積減弱値を前記仮想ｘ線写真からサブトラクションすること
を更に含む、本発明1033の方法。
[本発明1035]
前記第1の境界付けされた容積に関連付けられたデータを修正することを更に含む、本発明1034の方法。
[本発明1036]
前記第1の境界付けされた容積に関連付けられたデータが、前記第1の境界付けされた容積内の三次元画像データ、前記第1の境界付けされた容積の前記減弱係数、前記第1の境界付けされた容積の累積減弱値、及び前記第1の境界付けされた容積に関連付けられた色情報の少なくとも1つを含む、本発明1035の方法。
[本発明1037]
前記第1の境界付けされた容積に関連付けられたデータの前記修正が、平行移動、回転及び切除の少なくとも1つを含む、本発明1035の方法。
[本発明1038]
前記第1の境界付けされた容積に関連付けられたデータの前記修正が術前計画に対応するように実行される、本発明1035の方法。
[本発明1039]
前記第1の境界付けされた容積に関連付けられたデータが前記第1の境界付けされた容積の累積減弱値であり、かつ方法が前記第1の境界付けされた容積の修正された累積減弱値を前記仮想ｘ線写真に加算することを更に含む、本発明1035の方法。
[本発明1040]
インプラントモデルの減弱値を計算すること、及び
前記インプラントモデルの減弱値を前記仮想ｘ線写真に加算すること
を更に含む、本発明1033の方法。
[本発明1041]
前記インプラントモデルが、術前計画に従って三次元画像データに相対して位置決めされる、本発明1040の方法。
[本発明1042]
前記第1の境界付けされた容積の累積減弱値を色情報に変換すること、および該色情報を前記ディスプレイに提供することを更に含む、本発明1033の方法。

【図面の簡単な説明】

【0021】

本開示は、添付図面との関連で捉えられて、以降の詳細な説明からより完全に理解される。図面において同様の符号は同様の要素を示す。

【0022】

【図1】図１は、例示の実施形態による画像生成システムのブロック図である。

【図2】図２は、例示の実施形態によるｘ線描画処理のフローチャートである。

【図3】図３Ａ−Ｄは、例示の実施形態による、図２のｘ線描画処理を示す。

【図4】図４は、例示の実施形態による、図２のｘ線描画処理のレイキャスティング処理のフローチャートである。

【図5】図５は、例示の実施形態による、図２のレイキャスティング処理のために累積減弱を演算する処理のフローチャートである。

【図6】図６Ａ−Ｂは、例示の実施形態による、図５のレイキャスティングアルゴリズムを示す。

【図7】図７は、例示の実施形態による、図４のｘ線描画処理のための定減弱モデルを引き出す処理のフローチャートである。

【図8】図８Ａ−Ｄは、例示の実施形態による、ｘ線画像用に設定され得る種々の明るさ値及びコントラスト値による効果を示す。

【図9】図９は、例示の実施形態による画像生成システムが実装されるユーザインターフェイスの例である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

詳細な説明
例示の実施形態を詳細に示す図面を参照する前に、本願は、明細書において説明され、若しくは図面に示される詳細または方法に限定されないことが理解されるべきである。用語は説明の便宜上のものに過ぎず、限定的なものとしてみなされるべきではないことも理解されるべきである。

【0024】

全般に図面を参照して、二次元（２−Ｄ）ｘ線画像の作成のためのシステム及び方法を示し、説明する。ここに説明するシステム及び方法は、概略として、患者のコンピュータ断層撮像（ＣＴ）スキャン、部分的骨モデル、及び手術のための術前計画を用いて、本明細書ではｘ線画像とも呼ばれるインタラクティブで高品質な仮想ｘ線写真を作成することができる。生成されたｘ線画像は、インプラント計画（または他の何らかの手術計画）のための完全な前後方向の表示を提供することができる。生成されたｘ線画像は、術後記録との比較としても使用され得る。画像は、手術前の手術計画工程中にユーザを補助するデジタルツールが装備されたユーザインターフェイス上に表示される。

【0025】

一実施形態において、ここにおけるシステム及び方法が、患者の骨盤及び大腿部のカスタマイズ可能な表示を提供するように使用される。例えば、骨盤及び大腿部のｘ線画像が作成され、その後、解剖学的組織の純粋な前後方向または側方の透視図を与えるように操作されることができる。これにより、旧来のｘ線撮像技術の制約がｘ線テーブル上の患者の位置による影響に関係するという点において、旧来のｘ線撮像技術を改善することができる。また、インプラントモデルが、手術計画の準備において利用され、術後記録との比較に使用されるようにｘ線画像に付加されることができる。

【0026】

ｘ線画像は、手術における準備のための種々の表示を提供するように操作される。全般に図１〜２を参照して、画像生成システム１００、及び画像生成システム１００によって実行可能な処理２００を図示及び説明する。画像生成システム１００は、概略として、医療専門家が見るためのｘ線画像を生成するように構成されることができる。画像生成システム１００は、一実施形態による他の医療関連ソフトウェアと統合された構成要素であってもよい。

【0027】

システム１００は、撮像システム１３２からの患者のＣＴスキャンまたは統計的な変形可能モデル、部分的骨モデル、及び手術のための術前計画など、患者の解剖学的組織を表すデータを用いてｘ線画像を生成する。術前計画の一例では、医師及び／または医師の助手は、予期される組織切除、インプラント配置及び／または手術中に行われるべき他の意図する行動若しくは手術から実現されるべき結果を詳細に計画することができる。システム１００は、そのような情報を入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス１０８を介してユーザから受信し、及び／または情報をデータベース１１０から取得することができる。部分的骨モデルは、ライブワイヤ分割技術、Ｍｉｍｃｓソフトウェアまたは当技術分野で公知の方法などの各方法によって作成されることができる。

【0028】

システム１００は、概略として、プロセッサ１０４及びメモリ１０６を有する処理回路１０２を含む。プロセッサ１０４は、１以上のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１以上の処理構成要素を含む回路、分散処理構成要素のグループ、マイクロプロセッサをサポートするための回路構成、または処理のために構成された他のハードウェアであってもよく、またはそれを含んでいてもよい。例示の実施形態によると、プロセッサ１０４は、メモリ１０６に記憶されたコンピュータコードを実行して、ここに記載される動作を遂行及び容易化するように構成される。メモリ１０６は、ここに記載される動作に関するデータまたはコンピュータコードを記憶することができる揮発性または不揮発性メモリ装置であればよい。例えば、メモリ１０６は、プロセッサ１０４による実行のために構成されたコンピュータコードモジュール（例えば、実行可能なコード、オブジェクトコード、ソースコード、スクリプトコード、機械コードなど）である種々のモジュールを含むものとして示される。プロセッサ１０４によって実行されると、処理回路１０２は、ここに記載される動作を遂行するように構成される。

【0029】

メモリ１０６は、処理２００を実行するための種々のモジュールを含むものとして示される。ｘ線画像を生成するための処理２００は、概略として、加算的及びサブトラクション的モデルが引き出されるボリュームレイキャスティング構成要素、定減弱モデルを引き出すための構成要素、並びに最初の２つの構成要素によって演算された減弱値及び厚さ値から出力色を演算するための構成要素を含むことができる。メモリ１０６は、処理２００の構成要素を実行するためのボリュームレイキャスティングモジュール１１２、減弱モデルモジュール１１４及び色モジュール１１６を含むものとして示される。レイキャスティングモジュール１１２は、概略として、所与のＣＴスキャン画像における１以上の特徴を回転または切除するように構成されることができる。減弱モデルモジュール１１４は、概略として、システム１００によって出力されるｘ線画像においてそのような特徴を表示するように構成され、色モジュール１１６は、表示用の画像のためのグレースケール色設定を提供するように構成されることができる。モジュール１１２〜１１６の動作については、より詳細を後続の図面に関して後述する。

【0030】

メモリ１０６は、ｘ線画像生成処理中にデータを一時的に記憶するための１以上のバッファ１１８〜１２４を含むことができる。メモリ１０６は、レイキャスティング処理中に演算される加算的及びサブトラクション的な減弱値を記憶するための減弱バッファ１１８を含む。メモリ１０６はまた、入力モデルの厚さを記憶するための厚さバッファ１２０並びに入力モデルの前方断片及び後方断片のＸＹＺ座標を記憶する前方バッファ１２２及び後方バッファ１２４を含む。バッファ１１８〜１２４の使用については、より詳細を後続の図面に関して後述する。

【0031】

メモリ１０６は、表示モジュール１２６を更に含む。表示モジュール１２６は、生成されるｘ線画像を含むユーザへの表示を生成するように構成されることができる。表示モジュール１２６は、図８〜９に関して説明するように、ユーザがｘ線画像と相互作用することを可能とするディスプレイ１３０上の表示に対するユーザインターフェイスを生成するように構成されることができる。

【0032】

システム１００は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス１０８を更に含む。Ｉ／Ｏインターフェイス１０８は、画像システム１３２から情報を受信し、外部ディスプレイ１３０から情報を受信するとともに外部ディスプレイ１３０に情報を送信するように構成されることができる。Ｉ／Ｏインターフェイス１０８は、無線で、または有線接続を介して、ディスプレイ１３０上の表示のための１以上のｘ線画像を送信するように構成されることができる。ディスプレイ１３０は、コンピュータまたは他の装置に対するディスプレイのような任意のタイプのディスプレイであればよい。図９に、ディスプレイ１３０を介して表示されるｘ線画像の一実施例をより詳細に示す。Ｉ／Ｏインターフェイス１０８は、ディスプレイ１３０、ディスプレイ１３０に関連する入力装置（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーンへの接触など）、他の周辺装置、及び／またはより広範な手術システムプラットフォーム内に含まれる他のシステムを介して入力を更に受信することができる。システム１００及びより具体的にはシステム１００のモジュールは、入力を解釈してその入力に基づいてｘ線画像を生成するように構成されることができる。

【0033】

図２を再度参照すると、ｘ線画像を生成するための詳細なｘ線描画処理２００のフローチャートが示される。処理２００は、概略として、患者のＣＴスキャン、当技術分野で周知の任意の手段によって作成された部分的骨モデル、及び術前計画に基づいてｘ線画像を作成するように構成されることができる。

【0034】

処理２００は、概略として、減弱バッファ１１８及び厚さバッファ１２０をクリアすること（ステップ２０２及び２０４）の後に、ボリュームレイキャスティング処理２０６を含む。レイキャスティング処理２０６は、例えば、ボリュームレイキャスティングモジュール１１２によって実行される。レイキャスティング処理２０６は、概略として、ＣＴスキャンからの画像における各画素について原点６０８からＣＴ容積の境界付けボックスを通るレイをキャスティングすることによって、ＣＴスキャンからｘ線画像を作成することを含むことができる。レイに沿ってＣＴ値から演算された減弱が累積される。ボリュームレイキャスティング処理２０６によって作成されたｘ線画像を、図３Ａの画像３００に示す。画像３００は、画像への何らかの操作が行われる前のＣＴスキャンのｘ線表示である。

【0035】

レイキャスティング処理２０６はまた、概略として、同じ表示パラメータを用いて、操作のために選択された特定の部分的骨モデル、例えば、例示の実施形態におけるように両大腿骨の内部のＣＴ容積の画像を作成する。そして、累積減弱値は、手術計画及びｘ線画像に示される解剖学的組織の何らかの必要な操作を補助するように、以前に演算された減弱からサブトラクションされてもよい。図３Ｂの画像３１０を参照すると、図示されるｘ線画像は、累積減弱値をサブトラクションした結果を示す。例えば、部分的な大腿骨モデルについて、大腿骨がｘ線画像から「サブトラクション」されて示されている。

【0036】

所望の位置において患者の解剖学的組織のｘ線画像を得るために、レイキャスティング処理２０６はまた、概略として、平行移動、回転、切除及び／または修正された骨モデル内部のＣＴ容積の画像を作成することを含むことができる。一実施形態では、これらの修正は術前計画に従って行われる。そして、累積減弱値は、所望の位置において以前に演算された減弱に加算されてもよい。図３Ｃの画像３２０をまた参照すると、図示されるｘ線画像は、累積減弱値を加算した結果を示す。図示される大腿骨の例については、仮想的に修正された大腿骨がｘ線画像に再び加えられている。図示する実施形態では、部分的骨モデルに相対して規定され得る機械的な軸が骨盤中心線軸に対して整列され、手術側大腿骨モデルは術前計画に基づいて切除及び縮小されている。

【0037】

レイキャスティング処理２０６の後に、処理２００は、減弱モデルが引き出される減弱モデル処理２０８を含む。処理２０８は、概略として、インプラントモデルの画像を作成することを含むことができ、減弱はモデルの統合表示による厚さに比例し、インプラントモデルは術前計画に従って配置される。生成された減弱値は、処理２０６において演算された減弱に加算される。図３Ｄの画像３３０を参照すると、図示されるｘ線画像は処理２０８の結果を示している。処理２０６及び２０８については、より詳細をそれぞれ図４及び７を参照して後述する。

【0038】

処理２００は、演算された減弱値をグレースケール色にマッピングすること（ステップ２１０）及び色情報を有するｘ線画像をスクリーンまたは他のディスプレイ１３０に供給することを更に含む。ステップ２１０は、レイキャスティング処理２０６中に生成された減弱バッファ１１８におけるデータ及び減弱モデル処理２０８中に生成された厚さバッファ１２０におけるデータを利用する。

【0039】

処理２００を実行することによって、回転または操作された特徴（例えば、画像３２０における大腿骨）及び／またはインプラントモデルの計画された位置（画像３３０におけるインプラントモデル）を示す、図３Ｂ〜３Ｄの画像３１０、３２０及び３３０に示すようなｘ線画像が生成される。その特徴は、手術の準備のために若しくは他の医療上の理由のために外科医または他の医療専門家に対して追加の補助的表示を提供するために示される。レイキャスティング処理は、一般に、ｘ線画像における特徴を操作するように構成され、減弱モデル処理は、一般に、その手順に関するそのような変化及び特徴を示すように構成される。

【0040】

ここで、図４を参照して、レイキャスティング処理２０６をより詳しく説明する。レイキャスティング処理２０６は、ＣＴ容積全体に対して、及び最初のｘ線画像を修正するのに使用される多数の部分的骨モデルに対して実行されることができる。例えば、立方体または部分的骨モデルによって境界付けされたＣＴ容積全体となり得る次のモデルを選択すること（ステップ４０２）の後、処理２０６は３個のレンダリングパスを実行することを含む。第１に、モデルの前面が前方バッファ１２２に引き入れられる（ステップ４０４）。これは、後述するように、モデル表面の前面側交点６１０及びステップ４０８で使用される各レイ６０６のワールド空間座標を記憶する。また、モデルの背面が後方バッファ１２４に引き入れられる（ステップ４０６）。これは、モデル表面の背面側交点６１２及びステップ４０８で使用される各レイ６０６のワールド空間座標を記憶する。また、（図６に示すような）スクリーン空間矩形部６０２が、レイキャスティングアルゴリズム用のＧＬＳＬシェーダを実行するように引き出される。

【0041】

レイキャスティング処理２０６は、レイキャスティングすること、並びにレイキャスティングから得られた累積減弱を演算及び保存することを更に含む（処理４０８）。処理４０８を、より詳細に図５に示す。結果として得られた累積減弱は減弱バッファ１１８に記憶され、処理２０６は処理すべき他のモデルがあるかを確認することに進む（ステップ４１０）。

【0042】

図５を参照すると、累積減弱を演算及び保存する処理４０８は、まず、レイ位置、方向及び作業容積距離などの種々のパラメータを初期化することを含む（ステップ５０２）。ステップ５０２は、バッファ１２２及び１２４からモデルの前面側及び背面側交点６１０及び６１２のワールド空間座標を参照することを含む。レイ位置（例えば、レイ６０６の開始点）、レイの方向、及びレイの作業容積距離が演算され、個別の長さ変数がゼロに初期化される。各レイ６０６についての作業容積距離は、前面側交点６１０と背面側交点６１２の間のレイ６０６に沿う距離として演算される。処理４０８は、作業容積距離が有効数でないか（例えば、無限大、非数（ＮａＮ）または他の何らかの有効でない値）を確認することを更に含む（ステップ５０４）。

【0043】

処理４０８は、データ値を参照すること並びに減弱を演算及び累算することを更に含む（ステップ５０６）。ステップ５０６の動作を図６Ａ〜Ｂに示す。図６Ａはあるモデルについての例のスクリーン空間矩形部６０２及び容積６０４の例示６００であり、図６Ｂは容積６０４を通過するレイ６０６の上面図の例示６２０である。ステップ５０６は、まず、モデルが記憶されるバッファ４１４から３Ｄモデルを取得することを含む。データ値を得るために、特定のレイ位置及び方向を有するレイ６０６が原点６０８から送出される。各レイ６０６は、原点６０８から送出され、スクリーン空間矩形部６０２の対応画素の中心を通り、そして容積６０４の境界付けボックスを通る。一実施形態では、レイ６０６は、スクリーン空間矩形部６０２の各画素について演算される。他の実施形態では、複数のレイ６０６がスクリーン空間矩形部６０２の各画素について演算され、その画素の減弱または色が、各対応画素に関連付けられた複数のレイからの減弱または色の平均として演算される。レイキャスタは、容積の前面側から容積の背面側に所与のサンプリング距離６２２においてレイ６０６に沿って移動する。サンプリング距離６２２は、許容可能な描画を提供するように選択されるべきであり、例えば、粗すぎるサンプリング距離を選ぶと、１つのサンプルと次のサンプルの間をブレンドする難しさに起因してアーティファクト及びスペースが現れてしまう。最初のサンプルは、前面側交点６１０において採られればよい。各ステップ（例えば、各サンプリング距離６２２）において、レイキャスタは、容積をサンプリングして、補完されたＣＴ値を得る。ＣＴ値は、（伝達関数、より具体的には、式（１８）及び（１９）に関して以下に記載される）減弱係数に変換される。ＣＴ値は、各サンプリング距離について累算される。累積ＣＴ値は、累積減弱（Ａ）として以下のように表される。

ここで、μ（ｐ_ｋ）は、レイ６０６に沿うサンプリング位置（ｐ_ｋ）におけるＣＴ値ｖ（ｐ_ｋ）から演算された減弱係数であり、ｄはステップ長（例えば、サンプリング距離６２２）である。

【0044】

各ステップの後に、レイ６０６の位置は（容積６０４の容積を通って進むレイ６０６について）更新される。長さ変数は、サンプリング距離６２２によって同様に増加される。長さ変数が、演算された作業容積距離以下である場合には（ステップ５０８）、処理４０８は、容積６０４におけるレイに沿うサンプリング位置を進めるためにステップ５０６に戻ることを含む。演算された作業容量距離よりも長さ変数が大きくなると、累積減弱が減弱バッファ１１８に保存される（ステップ５１０）。スクリーン空間矩形部６０２の各画素について、減弱が計算された場合、またはＮａＮ若しくは無限大の判定がなされた場合には処理４０８は終了し、それ以外の場合には処理はスクリーン空間矩形部６０２の各画素について継続する。一実施形態では、処理４０８は、プロセッサ１０４によって各画素について並列に実行される。処理４０８の結果は、表示用のｘ線画像を生成するのに使用されることになるスクリーン空間矩形部６０２の各画素について減弱バッファ１１８に記憶された累積減弱である。減弱バッファ１１８は、概略として、後述する加算的及びサブトラクション的な累積減弱値を記憶するように構成される。

【0045】

ステップ５０６のボリュームレイキャスティング処理は、閉じられて方向付けられた多方向の表面のような任意の境界付けモデルに対応する。例えば、大腿部のみのｘ線表示を生成するために、部分的大腿モデルが、レイキャスティング構成要素のための境界付けボックスとして使用され得る。任意数の境界付けモデルが描画に付加され得る。各境界付けモデルからの累積減弱は、モデルのタイプに応じて、総減弱に加算されるか、総減弱からサブトラクションされる。累積減弱のサブトラクションは、（図３Ｂに示すように）ｘ線画像における所与の骨の寄与をマスクするのに使用される。加算的モデル及びサブトラクション的モデルは、以下のように個別に累算することができる。

【0046】

累積減弱は、以下のようにグレースケール色に変換される（ステップ２１０）。

【0047】

色計算は、以下のようにサブトラクション的モデルを扱うために修正することができる。

【0048】

式５は、ここで使用されるように正のＡ⁻に加算される負のＡ^＋を含むが、この演算は負の指数関数内で実行されるので、この演算及び同様の演算は、Ａ^＋の値からのＡ⁻の値のサブトラクションとして考えられる。同様に、この演算及び同様の演算は、ここで使用されるように、Ａ⁻の値に対するＡ^＋の値の加算としても考えられる。Ａ^＋の値はそれらの対応画素の明るさを増加させる傾向があり、Ａ⁻の値はそれらの対応画素の明るさを減少させる傾向があるという結果となる。ｘ線不透過性の高い容積がより暗く見え、ｘ線不透過性の低い容積がより明るく見えることが望ましい代替の実施形態では、ここで使用される加算演算及びサブトラクション演算の性質を変えることなく、Ａ^＋及びＡ⁻の前の符号が交換されてもよい。計算された色（ｃ）がグレースケール画像を表示するのにその後使用されてもよい。例えば、８ビットＲＧＢディスプレイにおいて、計算された色（ｃ）が、以下に従って赤、緑及び青の値を計算するのに利用されてもよい。

【0049】

上述したように、ＣＴ値ｖ（ｐ_ｋ）は、伝達関数を介して減弱係数値μ（ｐ_ｋ）に変換することができる。同種材料を介したｘ線強度の減弱は、Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔ法則によって以下のように特徴付けられる。

【0050】

Ｉ_０は入力強度であり、Ｉは出力強度であり、μは材料のｘ線不透過性を表す線形減弱係数であり、Δｘはｘ線ビームが材料を伝搬する距離である。異種の媒体については、式は、以下の式に従って個別の総和によって近似できる。

【0051】

各線分は、一定の減弱係数μ_ｋで同種の材料を横切るのと同じ長さと仮定している。

【0052】

放射線医学において、ハウンスフィールドスケールが、材料のｘ線透過性を特徴付ける標準化された態様で使用される。ハウンスフィールド単位（ＨＵ）と線形減弱係数の関係は、以下の式で表わされる。

ここで、μ_０は水の線形減弱係数である。減弱はｘ線光子エネルギーの関数となる。例えば、１００ｋｅＶのｘ線ビームについて、μ_０＝０．１７ｃｍ^−１であるということは、１ｃｍの水は、ビームにおける光子の１−ｅ^{−０．１７}＝１５．６％だけ減弱することを意味する。同じ条件下で、骨の減弱係数がμ＝０．３ｃｍ^−１として与えられる場合、ＨＵ値は７６５となる。一般に、骨についてのＨＵ値は、海綿状のものについての７００から皮質骨についての３０００の範囲となる。

【0053】

ＣＴ値は、ＤＩＣＯＭ（ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍｅｄｉｃｉｎｅ）ファイルに記憶される。ＣＴ値（ｖ）は、以下のようにＨＵ値に関係する。

ここで、ｓｌｏｐｅ及びｉｎｔｅｒｃｅｐｔはスキャナのパラメータであり、データファイルに記憶されている。ｓｌｏｐｅ及びｉｎｔｅｒｃｅｐｔの値は、異なる製造者による様々な標準に基づいて異なることとなる。

【0054】

式（１１）及び（１２）の合成によって、相対減弱係数は、以下に示すようにＣＴ値の線形関数であることとなる。

ここで、α＝ｓｌｏｐｅ／１０００及びβ＝ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ／１０００＋１である。ＣＴデータ値の範囲の下端はゼロまたは負であり、演算された減弱係数が負でない数となることを確実にするのに追加のクランプが必要となる。

【0055】

ｘ線画像の特性プロパティとして、高いｘ線減弱の組織構造体は、画像において明るく見える。生成されたｘ線描画における組織構造体を強調するまたは隠すために、ＨＵ値が、以下のウィンドウ化といわれる処理において拡縮される。

ここで、ＨＵ_０及びＨＵ_１はウィンドウ範囲を指定し、ＨＵ_ｍｉｎ及びＨＵ_ｍａｘはデータからの最小ＨＵ値及び最大ＨＵ値である。以下のように式（９）を式（１１）に代入することによって、ウィンドウ化をＣＴ値に直接実行できる。

ここで、ｖ_ｍｉｎ及びｖ_ｍａｘは、データにおける最小ＣＴ値及び最大ＣＴ値である。

【0056】

ウィンドウ化はＣＴ値の範囲を拡縮するので、ｖ_０とｖ_１の間のＣＴ値を有する組織については滑らかに遷移し、ｖ_０以下のＣＴ値を有する組織は隠され、ｖ_１以上のＣＴ値を有する組織は強調される。ウィンドウ化によって、ユーザは選択されたＣＴ値の範囲のみを描画に含めることができる。

【0057】

ユーザインターフェイス（図８Ａ〜Ｄ及び９参照）は、生成されたｘ線画像においてどの組織構造体が強調されるかを制御する明るさスライダ及びコントラストスライダをアイコンツールバーに含むことができる。そのような構造体に対するウィンドウ化は、以下に従って演算される。

ここで、各値は以下の通りである。

そして、０≦Ｂ及びＣ≦１は、明るさスライダ及びコントラストスライダの値である。

【0058】

演算を簡素化するために、式（１０）及び（１２）は以下のように合成される。

ここで、各値は以下の通りである。

式（２０）、（２１）及び（２２）は、処理４０８で得られたＣＴ値を減弱値に変換するのに使用できる式である。そして、減弱値は、式（２）及び（３）を参照して説明したように累算される。

【0059】

使用されるＩＧＳ（ｉｍａｇｅ ｇｕｉｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）ファイルは、スキャナからの元のＣＴ値とは同一ではないデータ値を含み得る。ＤＩＣＯＭからＩＧＳへの変換処理中に、元のＣＴ値は、ＤＩＣＯＭヘッダにおいて尺度及びオフセットパラメータを用いて拡縮され、標準ＨＵ値となる。次に、ＨＵ値は、平均ＨＵ値がウィンドウに入る場合には、ＤＩＣＯＭヘッダにおけるウィンドウ化パラメータを用いて修正される。それ以外の場合には、データがシフトされて、最小ＨＵ値が出力においてゼロにマッピングされる。ＩＧＳヘッダからはどの変換が適用されたかが不明であるため、この処理はＨＵ値のリカバリを阻害し得る。両変換を適応させるために、ｓｌｏｐｅが１に設定されるとともにｉｎｔｅｒｃｅｐｔが−１０００に設定された状態で、式（２１）及び（２２）の双方が使用され、α＝１／１０００及びβ＝０となる。そのような実装では、式（２０）における最大関数は必要ではない。

【0060】

図７を参照して、定減弱モデルを引き出すための処理２０８をより詳細に説明する。処理２０８は、減弱値が減弱バッファ１１８に記憶されるレイキャスティング処理の後に実行される。処理２０８は、ｘ線画像生成処理において使用される多数のモデルについて実行されることができる。次のモデルを選択した後（ステップ７０２）、モデルの全ての三角面が引き出される（ステップ７０４）。背面深さ値が厚さバッファ１２０における値からサブトラクションされ、前面深さ値が厚さバッファ１２０における値に加算される。処理２０８で定減弱モデルを引き出した後、厚さバッファ１２０は定減弱モデルの厚さに応じた統合表示を含む。処理２０８は、引き出されるべき全てのモデルについて反復し、最後のモデルがレンダリングされた後に終了する（ステップ７０６）。

【0061】

（術前計画の一部である）インプラント構成要素はＣＴ容積の一部ではないので、データは、個別のレンダリングパスにおいて加算されることになる。一実施形態では、速度の目的のために、インプラントの各構成要素が同じ材料からなるものとすると、表示に応じた厚さｔは各インプラント構成要素について演算することができる。そして、累積減弱（Ａ^ｉｍｐ）は、以下のように厚さから演算される。

ここで、μは、以下の対応するＨＵ値から演算されたインプラント材料の線形減弱係数である。

式（５）の色計算は、以下のように全てのインプラント構成要素からの寄与を含むように修正することができる。

インプラント構成要素からの寄与は、例示の実施形態によると、明るさスライダ及びコントラストスライダに影響されない。

【0062】

図８Ａ〜Ｄをまた参照すると、ｘ線画像に対する種々の明るさ値及びコントラスト値による効果が示される。ユーザは、ユーザインターフェイス（図９）上で明るさスライダ及びコントラストスライダを調整して、ｘ線画像の見た目を微調整し、種々のスキャナ間のデータにおける差を考慮することができる。この機能は、患者の皮膚、骨のみ、骨及び柔らかい組織などの表示を見るなど、医療専門家が解剖学的組織の種々の特徴を見るのに非常に有用であり、手術計画に役立ち処置の役に立つ他の情報を提供する。図８Ａの画像８００では、明るさ値及びコントラスト値は０に設定されている。図８Ｂの画像８１０では、明るさ値及びコントラスト値は０．５に設定されている。図８Ｃの画像８２０では、明るさ値及びコントラスト値はそれぞれ０．１５及び０．２５に設定されている。図８Ｄの画像８３０では、明るさ値及びコントラスト値はそれぞれ０．６及び０．７５に設定されている。一実施形態では、明るさ値は全般的に０．０から０．９９の範囲となり、コントラスト値は０．０から１．０の範囲となる。

【0063】

図９を参照すると、例示の実施形態による、ｘ線画像が表示され得るユーザインターフェイス９００が示される。ユーザインターフェイス９００は、術前計画ページまたはモードの一部としてユーザに対して表示されるユーザインターフェイスであればよい。ユーザインターフェイス９００は、３Ｄ表示、ＣＴスライサ表示及び３Ｄスライサ表示に加えて個別の表示モードにおいて提供されてもよい。

【0064】

ユーザは、アイコンツールバーまたはユーザインターフェイス９００のいずれかの箇所におけるトグルボタンをｘ線表示上でトグルしたときにｘ線表示をアクティブにすることができる。ユーザインターフェイス９００は、図８Ａ〜Ｄに示すように、画像の見た目を調整するための明るさスライダ及びコントラストスライダを含む。図９に示すように、明るさ制御とコントラスト制御の間をトグルする機能を１つのスライダに与えることができる。ユーザインターフェイス９００は、ｘ線画像の表示を回転、パンまたはズームすることを含むインタラクティブな表示操作に対応するための種々の制御を更に含むことができる。ユーザインターフェイス９００は、種々の特徴を示す種々の線を表示することができる。例えば、図９では、デフォルトの向きで示される上前腸骨棘（ＡＳＩＳ）及び骨盤の中心線を示す線が図示される。より小さい転子のランドマーク及び腰長インジケータ線が図示されてもよい。インプラントの位置決めボタンをクリックすることによって、またはカップ計画モデル及びステム計画モデルにおけるインプラントモデルをクリック及びドラッグすることによって、インプラントの位置決めがサポートされる。

【0065】

一代替手法は、分割マスクと同様に、骨及びインプラントモデルについてのラスター化された表示を用いることである。視覚品質は影響されないものの、ラスターデータを用いるのに必要となる追加のテクスチャ参照によってレンダリング性能は低下し得る。

【0066】

ｘ線画像操作に対する他の代替手法は、分割中にＣＴ容積におけるデータ値を操作することによってインプラント描画及び回転修正を実施することである。そのような手法は、大量のデータを移動及び計算することを必要とし、ＣＴスキャンの解像度によって制限され得る。

【0067】

第３の代替手法は、まず、以下のように表示レイに沿って累積データ値を演算することを含む。

【0068】

次に、累積値は、以下のように入力データ値の範囲に正規化される。

ここで、ｖ_最大和はｘ線画像に対して演算された全てのｖ_和値であり、ｖ_ｍｉｎはゼロであるものとする。正規化は、演算の感度を選択されたステップサイズに低減させるのに有用である。

【0069】

最後に、正規化された累積値は、以下に従ってグレースケール色にマッピングされる。

ここで、ｖ_０及びｖ_１は、式（１３）及び（１４）を用いて演算される。正規化された累積値がどのように色にマッピングされるのかを制御するのに式（２５）において明るさ値及びコントラスト値のみが使用されるので、ユーザがアプリケーションにおける明るさ値及びコントラスト値を変化させるときに、実装では式（２３）の累算ステップを実行する必要はない。

【0070】

ＣＴスキャン中に取得されたデータなどのデータから２次元ｘ線画像を作成し、本開示によるｘ線描画の方法を実行することによって、医療専門家は、画像を操作して手術計画及び施術を補助するための付加された機能とともに、使い慣れているｘ線描画を使用し続けることができる。

【0071】

種々の例示の実施形態において示されたシステム及び方法の構造及び構成は、説明の便宜上のものに過ぎない。本開示においていくつかの実施形態が詳述されたが、多数の変形例（例えば、種々の要素のサイズ、寸法、構造、形状及び比率、パラメータの値、実装構成、材料の使用、色、向きなどの変更）が可能である。例えば、要素の位置は反転または変更されてもよいし、個々の要素の性質若しくは数または位置が修正または変更されてもよい。したがって、全てのそのような変形は、本開示の範囲内に含まれるものである。処理または方法のステップの順序または順番は、代替の実施形態に従って変更または再順序付けされてもよい。他の代替、変形、変化及び削除が、本開示の範囲から逸脱することなく、例示の実施形態の設計、動作条件及び構成においてなされ得る。

【0072】

本開示は、種々の動作を達成するための方法、システム及び機械可読媒体上のプログラム製品を考慮する。本開示の実施形態は、既存のコンピュータプロセッサを用いて、またはこの目的若しくは他の目的のために組み込まれた、適切なシステムのための特定用途のコンピュータプロセッサによって、またはハードワイヤードシステムによって、実施され得る。本開示の範囲内の実施形態は、機械実行可能インストラクションまたはそれに記憶されたデータ構造体を搬送または保持するための機械可読媒体を備えたプログラム製品を含む。そのような機械可読媒体は、汎用若しくは特定用途のコンピュータまたは他のプロセッサ付き機械によってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体であればよい。例示として、そのような機械可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、他の光学ディスクストレージ、磁気ディスクストレージ若しくは他の磁気ストレージ装置、または機械実行可能インストラクション若しくはデータ構造体の形式で所望のプログラムコードを搬送若しくは記憶するのに使用でき、かつ汎用若しくは特定用途のコンピュータまたは他のプロセッサ付き機械によってアクセスできる他の媒体であればよい。情報がネットワークまたは他の通信接続（ハードワイヤード、無線、またはハードワイヤードと無線の組合せ）を介して機械に転送または供給される場合に、機械は、接続を機械可読媒体として適切に認識する。したがって、あらゆるそのような接続は、適宜、機械可読媒体といわれる。上記の組合せはまた、機械可読媒体の範囲内に含まれる。機械実行可能インストラクションは、例えば、汎用コンピュータ、特定用途のコンピュータまたは特定用途の処理機械に特定の機能若しくは機能のグループを実行させるインストラクション及びデータを含む。

【0073】

図面は特定の順序の方法ステップを示すが、ステップの順序は図示されたものと異なっていてもよい。また、２以上のステップが同時に、または部分的に実行されてもよい。そのような変形は、選択されるソフトウェア及びハードウェアシステムに応じるものであり、及び設計者の選択に応じるものである。全てのそのような変形は開示の範囲内にある。同様に、ソフトウェア実装は、規則に基づくロジック並びに種々の接続ステップ、処理ステップ、比較ステップ及び決定ステップを達成する他のロジックによって標準的なプログラミング技術で達成され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】