JP7841179B2 - 医療システムのための画像再構成方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、医療システムのための画像再構成方法、対応するコンピュータプログラム製品およびコンピュータ可読媒体、ならびに（医療）システムに関する。

背景技術
医療撮像の文脈では、モーションアーチファクトは一般的な問題を提示する。したがって、動きを検出するために追跡がしばしば用いられる。検出された動きは、モーションアーチファクトを低減するために使用することができる。既知の手法は、動きのパターンに高度の周期性を必要とする。被写体の動きは、静止追跡装置を使用して追跡することができる。

しかしながら、より自由度の高い医療撮像システムが現在使用されている。一例は、車輪上で自由に移動可能であり、傾斜可能なガントリを有するループXシステムである。自由度を追加するには、各それぞれの画像をキャプチャするときの撮像システムの位置およびスキャン中の被写体の動きを考慮する必要があるため、画像再構成、特に動き補償に関して非常に困難である。

既知のシステムおよび方法は、そのような困難なシナリオでは様々なモーションアーチファクトを生じやすい。

したがって、本発明は、モーションアーチファクトを低減して画質を改善することを目的とする。

本発明は、医療撮像、特に撮像された被写体および／または撮像装置の周期的または非周期的な動きを可能にするために、例えば医療処置におけるループX撮像システムまたはナビゲーションに関連して、および／または画像誘導放射線療法のためのシステム、例えば、ともにBrainlab社の製品であるVERO（登録商標）およびExacTrac（登録商標）と共に使用することができる。

本発明の態様、実施例および例示的な工程ならびにそれらの実施形態を以下に開示する。本発明の様々な例示的な特徴は、技術的に適切かつ実行可能であれば、本発明に従って組み合わせることができる。

発明の例示的な簡潔な説明
以下では、本発明の特定の特徴について簡潔に説明するが、これは、本発明をこのセクションに記載された特徴または特徴の組み合わせのみに限定すると理解されるべきではない。

本発明は、医療撮像システムと、例えば医療撮像システムに取り付けられた追跡装置とを備える医療システムのための画像再構成方法を提供し、方法は、マーカーベースの追跡のための追跡装置の座標系C２を医療撮像システムの座標系C１に較正する工程と、医療撮像システムによってスキャンを実行する工程であって、スキャンを実行する工程は、複数の医療画像I＿i（i＝１．．．n）を取得する工程を含む、工程と、追跡装置によって、複数の医療画像I＿iの各々について、１つまたは複数のマーカーを使用してC２における対応する追跡座標を取得する工程と、追跡座標およびC１とC２との間の較正に基づいて医療画像を変換する工程と、基準位置に対して変換された画像に基づいて３D画像を再構成する工程と、を含む。

発明の一般的な説明
このセクションでは、本発明の一般的な特徴の説明が、例えば、本発明の可能な実施形態を参照することによって与えられる。

本発明は、独立請求項による画像再構成方法、医療システム、コンピュータプログラム製品、およびコンピュータ可読媒体を提供する。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明は、医療撮像システムと、医療撮像システムに堅固に取り付けられた追跡装置とを備える医療システムのための画像再構成方法を提供し、方法は、マーカーベースの追跡のための追跡装置の座標系C２を医療撮像システムの座標系C１に較正することと、医療撮像システムによってスキャンを実行すること（S１２）であって、複数の医療画像I＿i（i＝１．．．n）を取得することを含む、スキャンを実行することと、追跡装置によって、複数の医療画像I＿iの各々について、１つまたは複数のマーカーを使用してC２における対応する追跡座標を取得することと、追跡座標およびC１とC２との間の較正に基づいて医療画像を変換することと、例えば、基準医療画像に関連付けられ得る基準位置に対して変換された画像に基づいて３D画像を再構成することと、を含む。

したがって、追跡座標に基づいてC２において検出されるような動きは、C１とC２と、動きが補償される基準位置（および対応する医療画像）との間の較正を利用する３D画像再構成中に考慮される。

特許請求される方法は、モーションアーチファクトを低減する際に信頼性が高く効率的である。

この方法は、周期的および非周期的な動きに適している。
例えば、他の手法は、検出された動きを使用して、画像スキャンをゲーティングすることによって（すなわち、動きが発生したときにスキャンを中断し、動きが停止してスキャンが中断された位置に戻ったときにスキャンを再開する）、または取得された生画像を異なる動きのフェーズ（例えば、呼吸サイクルの呼気および吸気フェーズ）にビニングすることによってモーションアーチファクトを低減し、複数の再構築されたフェーズ固有のデータセットにする。後者の手法は、すべての再構築されたデータセットを１つのフェーズ（例えば、非剛体画像位置合わせを使用することによって）に歪めることによって動き補償を実現することを可能にする。しかしながら、そのような手法は、動きのパターンに高度の周期性を必要とする。

本開示の方法は、医療画像を特定の呼吸サイクルフェーズに割り当て、複数の３D画像を再構成することによって医療撮像装置によって取得された医療画像の一時的ビニングを含むことができ、各々がそれぞれの呼吸サイクルフェーズに対応し、特に内因性または外因性ビニング技術を使用し、それぞれの呼吸サイクルフェーズは、特定の時間窓サイズ内で任意選択的に指定することができ、その結果、再構成された３D画像の空間領域において効果的な画素ベースのビニングがもたらされる。一例では、追跡装置は、マーカーを追跡することができ、現在の呼吸フェーズおよび現在の呼吸フェーズに対応する３D画像は、特にツール追跡に使用するために、マーカーの動きと呼吸フェーズとの相関に基づいて選択することができ、方法は、ツールモデルと現在の呼吸フェーズに対応する３D画像とのオーバーレイを表示することを含む。本開示によれば、ゲーテッドナビゲーションは、呼吸サイクルフェーズのサブセットについてのみ、特に呼吸サイクルフェーズのうちの１つにおいてのみナビゲーション機能を実行または提供することによって提供されてもよい。

ビニングおよびゲーティング関連の例を以下に示す。
針（例えば、切除装置または生検針など）などのツールを空間的および時間的領域で追跡するための方法の一例では、以下に提供される。この例では、投影の内因性（例えば、Amsterdamシュラウドフィルタを使用する）および／または外因性（例えば、医療撮像装置、例えばガントリ取り付け追跡装置に取り付けられた追跡システムを使用する光学追跡マーカーに基づく）ビニング、すなわち特定の呼吸サイクルフェーズ（例えば、吸入フェーズおよび呼気フェーズ）への投影の割り当てを使用して４D CBCTが取得されて複数のCBCTデータセットが再構成され、各々は特定の（および感知された）呼吸サイクルフェーズ（例えば、吸入フェーズ、呼気フェーズ）に対応する。内因性または外因性のどちらの投影ビニング方法が使用されるかにかかわらず、マーカーの動き（例えば、患者の胸部に取り付けられた１つまたは複数のマーカー－患者基準マーカー）と呼吸フェーズとの相関が、取得データ、すなわちX線投影および対応する追跡されたマーカー位置から確立／導出される。これにより、後のフェーズで、患者が現在どの呼吸フェーズにあるかを、例えば追跡装置を用いて患者基準を観察するだけで導出することが可能になる。上記の情報（すなわち、患者基準マーカーの動きと対応する呼吸サイクルとの間の関係を記述する相関関係、および４D CBCT、すなわち複数の３D CBCT）に基づいて、ツール（例えば、針）追跡（ナビゲーション）が実行されてもよい。ツール追跡は、ツール（例えば、針）と患者基準の両方が、（例えば）ガントリ取り付け追跡システムを使用して撮像システムの座標系で追跡されることを含むことができ、これに基づいて、ツールのモデル（例えば、CADモデル）を取得されたCBCTデータセット（例えば、断面画像図において）の上部の画面に表示することができる。

既知の方法とは対照的に、感知された現在の患者およびツール位置に基づく空間情報が表示に使用されるだけでなく、さらに、患者の現在の呼吸サイクルフェーズが取得されてもよい。それに基づいて、表示上の現在オーバーレイされているCBCT画像は、呼吸サイクルフェーズに基づいて４D CBCTセットの最も適切なCBCT画像に置き換えることができる。すなわち、例えば、患者が現在吸入フェーズにあることを感知する場合、吸入フェーズのCBCT（ビニングされた投影からなる）を使用することができる。別の例として、患者が吸入後には現在３０％であるが、呼気フェーズの前には７０％であることが感知されると、それに応じて補間されたCBCT（したがって、フェーズ間の対応する変形ベクトル補間によって混合される）がオーバーレイ画像として表示され得る（これを再生中のライブ「映画」と比較することができ、その速度および現在の再生位置は、感知された呼吸サイクルの代理によって決定される）。さらに、例えばそのような補間シナリオでは、画像ノイズ低減のために、暗黙の画素ベースのビニングを表示されたCBCTに適用することができる。一例として、３０％吸入フェーズが示される場合、窓サイズを有する窓内のすべてのフェーズ、例えば２０％～４０％のすべてのフェーズが、表示されたCBCTにビニング（すなわち、平均化）され得る。窓サイズは、ユーザが選択可能であってもよい。窓サイズの選択は、可視モーションアーチファクトと可視画素強度ノイズとの間のトレードオフを制御するための有効な手段である。

上記と同様に、ゲーテッドナビゲーションに関して空間的および時間的ナビゲーションが実現され得る。例えば、ゲーテッドナビゲーションは、ナビゲーションが患者の特定の呼吸サイクル（例えば、吸入フェーズのみであり、これは、深吸気呼吸保持技術とも呼ばれ得る）でのみ利用可能または実行されることを伴い得る。

本開示による医療画像I＿iは、医療２D投影画像であってもよい。したがって、「医療画像」という用語は、特に医療２D投影画像を指すと理解されるべきである。

ここで、基準位置とは、C２における基準位置、すなわち追跡位置を指す。本開示では、前記基準位置の医療画像は、対応する医療画像または基準医療画像と称することができる。

本開示では、位置C２は、追跡位置または追跡座標における位置とも称され得る。
以下では、「追跡装置」および「追跡システム」という用語は互換的に使用される。

一例として、医療撮像システムは、例えば、CT（コンピュータ断層撮影）撮像システムなどのX線ベースの撮像システムであってもよい。特に、医療撮像システムは、CBCT（コーンビームCT）を備えることができる。

一例として、追跡装置は、マーカーを追跡するように構成された、例えば赤外線（IR）または可視スペクトルのカメラであってもよい。

追跡装置は、医療撮像システムに着脱可能に取り付けられてもよい。追跡装置は、医療撮像システムの一部に対して固定された相対位置（向きを含む）で医療撮像システムに取り付けられてもよい。

追跡装置は、追跡装置の座標系C２内のマーカーの座標を生成するように構成されてもよい。医療撮像システムの座標系C１は、例えば、較正の過程で決定され得るC２に対して固定された関係を有することができる。

したがって、C１の座標とC２の座標との間の変換は、較正に基づいて定義することができる。

医療撮像システムは、スキャンを実行することができる。スキャン中に、医療撮像システム、患者の寝台、または被写体は、意図しない方法で（不注意に）位置を変更する可能性があり、これはモーションアーチファクトにつながる可能性がある。

一例として、患者の（残留）呼吸運動、特に経時的に徐々に起こり得る患者の寝台のたるみ、患者の咳、鼓腸はモーションアーチファクトにつながる可能性がある。

また、サドル軌道および螺旋スキャンは、動き補正が実行されない限り、モーションアーチファクトをもたらす可能性がある。

追跡装置を使用して、そのような不注意による動きを考慮することができる。
具体的には、各画像について、追跡装置は追跡座標を記録することができる。追跡装置の観点から、マーカーは、座標系C２において位置を変更した、すなわち、追跡座標を変更した。

追跡座標は、追跡装置（および医療撮像システム）とマーカーとの間の相対運動を表す。

較正および追跡座標、具体的には検出された動きに基づいて、医療画像の変換を実行することができ、変換は、例えば、撮影された医療画像を組み合わせて、任意の（意図的および／または非意図的な）動きを考慮した変換画像から基準位置に対して３D画像を再構成することができるようなものである。

既知のマーカーベースの追跡技術が使用され得ることが理解されよう。同様に、既知の変換方法や再構成方法を用いてもよい。

方法は、基準位置を決定することを含むことができ、基準位置を決定することは、複数の医療画像の中から１つまたは複数の画像を選択することと、選択された画像の対応する追跡位置に基づいて基準位置を決定することとを含むことができる。

特に、基準位置を決定することは、初期医療画像I＿１を基準画像として選択し、対応する追跡位置を基準位置として使用すること、または最後の医療画像I＿nを基準画像として選択し、対応する追跡位置を基準位置として使用することを含むことができる。

すなわち、一連の医療画像において、第１の画像は、基準画像として使用され、対応する追跡位置が基準位置として使用されるものであってもよい。これは、リアルタイム再構成が望まれる場合に特に有利であってもよく、その場合、さらなる医療画像がキャプチャされるまで遅延することは有害であり得る。あるいは、一連の医療画像において、最後の画像は、基準画像として使用され、対応する追跡位置が基準位置として使用される画像であってもよい。

別の例として、基準位置を決定することは、特に平均追跡位置を決定し、それを基準位置として使用するなどの統計的方法を使用して、医療画像I＿１、．．．I＿xのセットに対応する追跡位置のセットに基づいて基準位置を計算することを含むことができる。

さらなる例として、基準位置を決定することは、特定の時間または特定の時間枠内の１つまたは複数の追跡位置に基づいて基準位置を計算することを含むことができる。

例えば、基準位置を決定することは、例えば医療撮像の前に、特に平均（追跡）位置を決定し、それを基準位置として使用するなどの統計的方法を使用して、特定の時間枠に対応する追跡位置のセットに基づいて基準位置を計算することを含むことができる。

すなわち、一連の医療画像では、例えば選択された医療画像の各々の位置を考慮して、一連全体またはそのサブセットを選択して基準位置を取得するために使用することができ、あるいは任意の医療画像とは無関係に、特定の時間枠からの一連の追跡位置を選択して使用して基準位置を取得することができる。例えば、スキャン中に呼吸のような振動運動が発生する場合、振動が発生する位置を基準位置として使用することが可能であり得る。平均の計算は、例えば特定の並進方向に関してのみ、可能な自由度のサブセットに限定されてもよい。

もちろん、異なる基準位置を用いて（例えば後の時点で）画像再構成を行うこともできる。代替的または追加的に、基準位置を使用して再構成された３D画像は、異なる基準位置から３D画像を取得するように、すなわち異なる基準位置での再構成を必要とせずに、（例えば、剛体的に）変換され得る。

３D画像の再構成はリアルタイムで実行されてもよく、初期撮像システム座標が基準位置として使用される。

簡単に上述したように、リアルタイムアプリケーションでは、後で取得された座標を使用する場合、許容できない遅延が生じる可能性がある。

本開示の方法は、医療画像と共に、それぞれの撮像システム座標および１つまたは複数のマーカーの対応する追跡座標を記憶することを含むことができる。

これにより、後で異なる基準位置に対して３D画像を再構成することができる。
本開示の方法は、再構成された３D画像と共に、それぞれの基準位置を記憶することを含むことができる。したがって、３D画像のその後の分析を改善することができる。

本開示の方法は、基準位置とは異なる第２の基準位置を使用して、変換画像から第２の３D画像を再構成することをさらに含むことができる。

これは同時に行われてもよく、または、特にそれぞれの座標が医療画像と共に記憶されている場合は、第２の３D画像は後で構築されてもよい。

本開示の方法は、追跡されるマーカーが、医療画像（すなわち、撮像中）を取得する間に関心領域（ROI：region of interest）において生じる任意の動きに対する有効な代替信号（surrogate signal）であるように、撮像されたROIの近傍にある患者に取り付けられたマーカーから決定された基準位置に関して３D画像を再構成することを含むことができる。

本開示の方法は、撮像座標系において医療処置で使用されるツールを追跡するために追跡装置を利用することを含むことができる。

すなわち、例えばツールに取り付けられたマーカーを介して、追跡装置を使用してツールを追跡することもできる。ツール位置は、追跡装置の座標系で取得することができ、任意選択的に、較正に基づいて、医療撮像装置の座標系に反映することもできる。これにより、例えば、例えばナビゲーション目的のために、正確な空間的関係でのツールの視覚化を可能にすることができる。

本開示によれば、ツールはポインタツールであってもよく、ツールの追跡は、特にポインタ計画ワークフローで使用するために、医療処置の前および／または医療処置中に取得された医療画像に関してポインタツールを視覚化するために使用されてもよい。

ポインタツールを追跡することができ、医療撮像装置は、C１とC２との間の較正に基づいて、ポインタツールによって示される方向に対して現在の投影ジオメトリを調整するように配置することができる。

本開示の方法は、追跡座標を取得するため、および手術ナビゲーションシステムの追跡カメラによって追跡するために共有基準マーカーを使用することを含むことができ、手術ナビゲーションシステムは、医療処置中のナビゲーションを可能にするために、医療処置中に手術ナビゲーションシステムによって取得された画像データを、医療処置の前に取得された医療用画像データと位置合わせすることを実行する。

手術ナビゲーションシステムは、多種多様な用途に使用することができるため、医療撮像システムとは別個に提供されることが多い。これらのナビゲーションシステムの能力を追跡装置の能力と共に利用することを可能にすることが有利である。本明細書で提案される方法は、信頼性が高く効率的な方法でそうすることを可能にする。

本開示によれば、共有基準マーカーは、再構成画像のアーチファクトを回避し、医療処置の前に取得された医療画像データおよび／または処置中に取得された画像データの正確な位置合わせを提供するように選択することができる。

本開示の方法は、手術ナビゲーションシステムが、例えば信号として、医療撮像システムに位置合わせの時間を提供することと、医療撮像システムが、３D画像を再構成する際の動き補償のための基準位置として、または位置合わせの時間枠内の複数の追跡位置から基準位置を導出するための基準位置として、位置合わせの時間に関連する位置を使用することを含むことができる。

位置合わせ後に変化が発生する可能性があり、精度に大きく影響する可能性があるため、これにより信頼性を高めることができる。

本開示によれば、医療撮像システムは、自律的に移動可能な車輪付きシステムであってもよく、方法は、医療撮像システムの位置認識を提供するために追跡装置を使用することを含んでもよい。

特に、医療撮像システムは、サドル軌道の医療画像を取得することを可能にするように構成することができる。

一例として、医療撮像システムは、Cアーム傾斜、ガントリ傾斜、Cアームヨー、ガントリヨー、ガントリまたはCアームの長手方向並進運動のうちの１つまたは複数を含む、いくつかの自由度が可能であるように構成されてもよい。ガントリまたはCアームのこれらの運動のうちの２つ以上を組み合わせたガントリまたはCアームの軌道は、サドル軌道と呼ぶことができる。

そのような軌道がない場合でも、例えば、公称軌道からの偏差をもたらし得る重力およびたるみによって、較正は困難である。サドル軌道のような複合運動は、（例えば、公称軌道と比較して）実際の軌道に関して（例えば、システムが移動する床からの影響により）複雑さおよび不確実性を追加する。したがって、投影ジオメトリは本質的にあまり正確には分からない可能性がある。

本開示による方法は、特に、例えば床または患者のベッドに取り付けられた静的マーカー、および／または患者に取り付けられたマーカーと共に追跡装置を使用することにより、そのような課題に対処することを可能にし、例えば、サドル軌道のような軌道を使用してスキャンするときに効率的な動き補償を可能にする。

具体的には、これにより、線源および検出器の回転を除いて動きを伴わない動き補償と同じ方法で、相対運動を正確に決定することが可能になる。

例えば床または患者のベッドに取り付けられた静的マーカーが、特に被写体が動かないときに非常に焦点の合った画像を可能にし、マーカーが患者に取り付けられている場合、動き補償および投影ジオメトリの非常に正確な決定を同時に達成することができる。

一般に、自律的に移動可能なシステムを追跡することは、正確な画像再構成のために重要である。本明細書で提案される方法は、マーカーに対する位置を決定するための高精度の方法であるため、適切に配置されたマーカーを使用することにより、追跡装置を介して、医療撮像システムは、困難な配置であっても、それぞれのマーカー配置によって簡単に選択できる位置に対して正確な位置認識を得ることができる。

本開示によれば、医療撮像システムは、傾斜可能なガントリまたは傾斜可能なCアーム、特にその回転平面が傾斜可能であるように構成されたガントリまたはその回転平面が傾斜可能であるように構成されたCアームを備えることができる。

そのような撮像システムの一例は、ループXである。一般に、医療撮像システムは、平面内での線源および検出器の回転を可能にする。さらに、いくつかの撮像システムは、例えば平面に垂直な方向の並進運動を可能にする。本開示によれば、ガントリまたはCアームは、平面自体が傾斜することができるように構成および取り付けられてもよい。例えば、ガントリは、患者ベッドの長手方向軸に平行な軸の周りを回転することができる。さらに、ガントリは、長手方向軸に平行な方向の並進運動を表すことができる。ガントリはまた、長手方向軸に垂直な水平軸の周りを、例えば並進運動方向に向かっておよびそれに抗して傾斜してもよい。

例えば、Cアームまたはガントリの傾斜回転は、Cアームまたはガントリを取り付けるために使用される、例えば、１つまたは複数の足のような固定または可動支持構造、特に車輪上で移動可能な支持構造に取り付けられるヒンジの周りでの回転であり得る。

本開示によれば、医療撮像システムは、ガントリまたはCアーム、特に上述のような傾斜可能なガントリまたは傾斜可能なCアームを備えてもよく、医療撮像システムは、ガントリまたはCアームがヨー回転を表すように移動可能であるように構成されてもよい。例えば、ヨー回転は、Cアームまたはガントリが取り付けられる車輪付き支持構造によって達成されてもよく、特に車輪付き支持構造は、例えば後輪を使用して牽引によって駆動されてもよい。一例として、すべての車輪は、円ヨー回転を形成するように４５°に設定されてもよい。

本開示によれば、追跡装置は、撮像座標系内に固定された医療撮像システムの構成要素、または撮像座標系内で移動可能な撮像システムの構成要素に堅固に取り付けられてもよい。

すなわち、医療撮像システムは、互いに対して移動可能な構成要素を備えてもよく、追跡装置は、前記構成要素の１つに堅固に取り付けられてもよい。一例として、追跡装置座標系C２が固定された関係のままであるように、撮像座標系C１が選択されてもよい。あるいは、座標系C１とC２との間の関係は、一定の固定関係を有さなくてもよく、その場合、３D画像を再構成することができるように、座標系C１とC２との間のそれぞれの関係は、例えば、動きの制御に基づいて追跡される。

本開示によれば、医療撮像システムは、互いに対して移動可能な放射線源および放射線検出器を備えることができ、追跡装置は、放射線源および放射線検出器の一方に対して固定された空間的関係を有するように医療撮像システムに堅固に取り付けられる。座標系C１とC２との間の関係は、現在の線源または検出器の位置（角度）の関数であり、事前に較正されている場合がある。

これは、追跡装置を使用した正確な３D画像再構成も可能にしながら、撮像ジオメトリに関して高い柔軟性を可能にし得る。

本開示によれば、医療撮像システムは、固定された相対的な空間的位置を有する放射線源および放射線検出器を備えることができ、追跡装置は、放射線源および放射線検出器に対して固定された空間的関係を有するように医療撮像システムに堅固に取り付けられる。座標系C１とC２との間の関係は、現在の線源または検出器の位置（角度）の関数であり、事前に較正されてもよい。

この（すなわち、放射線源と検出器との固定された相対関係）は、撮像ジオメトリに関してやや柔軟性が低いが、較正の複雑さを低減することができる。

本開示によれば、追跡装置は、ポーズ追跡のために構成されてもよく、および／または、特に１つまたは複数のカメラを備える（例えば、近）赤外線追跡システム、１つまたは複数のカメラを備えるビデオカメラ追跡システム、電磁追跡システムのうちの少なくとも１つを備えてもよい。前記追跡システムは、例えば、単眼または立体追跡システムであってもよい。

本開示によれば、１つまたは複数のマーカーは、患者の寝台に取り付けられたマーカーおよび／または床に取り付けられたマーカーおよび／または患者の１つまたは複数の部分、特に関心領域の内側の患者の部分および／または医療撮像装置の関心領域の外側の患者の部分に取り付けられたマーカーを含むことができる。

どのマーカーを使用するかは、再構成および／または位置認識のための所望の基準に依存し得る。さらに、上記のように、マーカーベースの手術ナビゲーションシステムとの協働が想定されるかどうかに依存し得る。

本開示によれば、１つまたは複数のマーカーは、患者の胸部および／または患者の脊椎および／または患者の頭蓋に取り付けられたマーカーおよび／または患者の手足に取り付けられたマーカーを備えることができる。

患者は処置中に動くことがあるため、撮像に関連する患者の部分、例えば関心領域の近くまたは領域内にマーカーを取り付けることにより、再構成精度を向上させることができる。すなわち、空間的に固定されたマーカーに対する撮像システムの知覚された位置は、関心領域内のマーカーに対する撮像システムの知覚された位置とは異なり得る。両方を考慮に入れることにより、再構成のための適切な視点が可能になり、患者の動きも考慮に入れることができる。これは、患者に取り付けられたマーカーと共に機能するように構成され得る手術ナビゲーションシステムとの協働の文脈において特に関連し得る。

本開示によれば、１つまたは複数のマーカーは、治療装置、例えば放射線治療装置に取り付けられたマーカー、および／または医療処置で使用するためのツールに取り付けられたマーカーをさらに備えることができる。

これにより、追跡装置および医療撮像システムの座標系内で前記治療装置およびツールの位置を正確に追跡することが可能になり得る。

本開示によれば、１つまたは複数のマーカーは、ガントリまたはCアームの傾斜を考慮すること、ガントリまたはCアームのたるみを考慮すること、デバイスのヨーを考慮すること、長手方向スキャン中の動き補償、床での医療撮像システムの車輪のスリップを考慮すること、特に医療撮像システムが車輪付きシステムである場合に、医療撮像システムの下の不均一な床を考慮することのうちの少なくとも１つを可能にするような位置に取り付けられてもよい。

したがって、追跡カメラは、例えば、自律的に移動可能な装置のような医療撮像装置の位置制御に使用することができる（例えば、装置の非常に正確な位置認識が重要である場合）。医療撮像システムは、例えば、追跡カメラに基づいて、追従機能を可能にする静的またはさらには可動マーカーであるマーカーを使用して誘導運動を実行することができる。

上述したように、本開示によれば、医療撮像システムは、自律的に移動可能な車輪付きシステムであってもよく、本開示による方法は、医療撮像システムの位置認識を提供するために追跡装置を使用することを含んでもよい。そのような場合、例えば、本開示による方法は、医療撮像システムが、目標位置から移動された後に、前記目標位置、例えば医療撮像位置に自動的に再位置決めすることを含むことができ、再位置決めは、再位置決め中に、追跡装置によって１つまたは複数のマーカーの画像を取得し、前記画像から現在のマーカー位置を決定することと、目標位置から移動する前または移動中に追跡装置によって取得されたマーカーの画像から決定された以前のマーカー位置を使用することであって、マーカーの画像および／またはマーカーのマーカー位置および／またはマーカーのマーカーIDは、対応する医療画像と共に任意選択的に記憶される、使用することと、現在のマーカー位置および以前のマーカー位置に基づいて、医療撮像システムを再位置決めするための軌道を決定することと、を含む。

本開示の方法は、医療撮像システムに取り付けられた追跡装置が部屋内の固定位置に配置されたマーカーの画像を取得することを備えることができ、医療撮像システムの位置を決定するために、前記画像から決定されたマーカー位置を使用する。あるいは、方法は、例えば部屋の壁または天井または床、あるいは部屋内の既知の位置を有する部屋内の機器に取り付けられた固定位置追跡装置が、医療撮像システムに取り付けられた１つまたは複数のマーカーの画像を固定位置追跡装置によって取得することによって、部屋内の医療撮像システムの位置を追跡するために使用され、取得された画像内のマーカー位置に基づいて医療撮像システムの位置を決定することを含んでもよい。さらに代替的に、医療撮像システムに取り付けられた追跡装置、および例えば、部屋の壁または天井または床あるいは部屋内の既知の位置を有する部屋内の機器に取り付けられた固定位置追跡装置は、各々、部屋内の固定位置に配置された同じ１つまたは複数のマーカーの画像を取得することができ、または動的マーカーおよび前記画像から決定されたマーカー位置は、医療撮像システムを使用して決定されたマーカー位置と固定位置追跡装置を使用して決定されたマーカー位置とを組み合わせて、固定位置追跡装置に対する医療撮像システムの位置を得ることによって、（例えば、部屋の中での）医療撮像システムの位置を決定するために使用することができる。任意選択的に、医療撮像システムの位置は、部屋座標系に対して、および／または部屋座標系に対して較正された位置を有するツールに対して決定することができる。

場合によっては、医療撮像装置、特に自律的に移動可能な装置（例えば、ループX）は、（例えば、撮像後に）撮像位置から移動させ、例えば再撮像のために何度も戻さなければならない（例えば、臨床医または外科医のために手術空間を空ける場合）。これらの場合、以前と同じ撮像装置の位置に近づくと、（特に再撮像のために）有利である。これは、医療撮像装置がそれ自体を部屋内で正確に再配置することができる場合に達成することができる。内部および固有の車輪ベースの座標系に基づく医療撮像装置の基本的な再位置決めの精度は床の状態に影響されるため、状態が良好でない場合には医療撮像装置の再位置決め精度が満たされない可能性がある。この問題は、とりわけ、以下のように対処することができる。

医療撮像装置に取り付けられた（例えばガントリマウント）追跡システムは、特にガントリに取り付けられた追跡カメラを使用して、その視野（FOV：field of view）に配置された光学マーカーを連続的に検出してマーカーデータを取得し、マーカーデータを対応するX線投影に記憶することができる。以前（すなわち、撮像位置から離れる前に）に取得された画像の記憶された光学マーカーデータは、再位置決め時に追跡システムに見える同じ光学追跡マーカーと比較することができる。次いで、医療撮像装置の再位置決めのための補正軌道をこのデータから計算することができ、例えば、以前に取得された画像の記憶された光学追跡マーカー位置から現在感知されている光学追跡マーカー位置を減算して計算することができる。これにより、画像を再取得するための医療撮像装置の高精度な再位置決めが可能になり、異なる時点で撮影された画像間の比較性を向上させることができる。完全を期すために、この目的のために使用される光学追跡マーカーは、画像取得と再位置決め移動との間で移動されないと仮定され、これは通常、ナビゲーションされたワークフローの場合に当てはまる。上記はまた、基本的な再配置が遠すぎる場合に別の画像の取得が必要とされるため、追加の患者線量を防止し、時間を節約することができる。

例えば、詳細に上述したように、本開示のガントリ取り付け追跡システムは、撮像装置の座標系におけるツール位置および／または患者の相対運動（動き補償）を決定することを可能にする。

医療撮像装置（例えば、ループX）は可動撮像装置であってもよいため、これは必ずしも外室座標系（すなわち、医療撮像装置が移動される場合）におけるツールまたは患者の動きの情報を与えるとは限らない。基準マーカーは、部屋に静的に（すなわち、部屋内の既知の固定位置に）設けられてもよい。これらのマーカーを基準として使用することにより、この問題を解決することができる。

代替的または追加的に、部屋内の撮像装置の位置は、部屋の天井または壁または床に静的に取り付けられた（例えば、IRカメラアレイを使用する）追跡システム、または既知の位置で部屋内に配置された（非）可動機器（部屋追跡システムと呼ばれる）によってのみ、例えば医療撮像装置、例えば医療撮像装置のガントリに取り付けられたマーカーと組み合わせて決定されてもよく、マーカーは部屋追跡システムによってキャプチャされる。

あるいは、部屋内の撮像装置の位置は、医療撮像装置（例えば、ガントリ取り付け追跡システム）に取り付けられた追跡システムによって取得された情報を、１つまたは複数の静的に部屋に取り付けられた追跡システムと組み合わせることによって決定することができる。この例では、静的マーカーの代わりに、またはそれに加えて、動的マーカーを部屋に配置することができ、動的マーカーは、医療撮像装置（例えば、ガントリ取り付け追跡システム）に取り付けられた追跡システムと、撮像中の部屋追跡システムの両方によって捕捉される。これらの２つの情報は、部屋内の医療撮像装置の正確な位置特定を可能にし、それにより、部屋内の既知の位置を有する他の構成要素および装置、例えば固定粒子治療ビームとの正確な関係も可能にする。動的マーカーの利点は、このマーカーの位置を必要に応じて状況的に調整することができ、それによって様々な課題を克服できることである。

部屋追跡システムを使用することにより（単独で、または医療撮像装置に取り付けられた追跡システムと組み合わせて）、一般に非常に大きいデバイスの移動範囲全体（例えば、ヨー、並進）にわたって部屋内の医療撮像装置の位置を確実に捕捉するなどの課題に対処することができる。

本発明は、医療撮像システムと、特に、例えば、堅固にまたは移動可能に医療撮像システムに取り付けられた追跡装置とを備える医療システムのための画像再構成方法を提供し、方法は、マーカーベースの追跡のための追跡装置の座標系C２を医療撮像システムの座標系C１に較正することと、医療撮像システムによってスキャンを実行すること（S１２）であって、複数の医療画像I＿i（i＝１．．．n）を取得することを含む、スキャンを実行することと、追跡装置によって、複数の医療画像I＿iの各々について、１つまたは複数のマーカーを使用してC２における対応する追跡座標を取得することと、追跡座標およびC１とC２との間の較正に基づいて医療画像を変換することと、例えば、基準医療画像に関連付けられ得る基準位置に対して変換された画像に基づいて３D画像を再構成することと、を含む。

したがって、上記の特徴は、この方法に適用される。
上述したように、本開示はまた、独立請求項に記載の医療システム、コンピュータプログラム製品、およびコンピュータ可読媒体を提供する。

特に、本開示はまた、医療撮像システムと、医療撮像システムに取り付けられた、特に堅固に取り付けられた追跡装置とを備える医療システムを提供し、システムは、先行する請求項のいずれかに記載の方法を実行するように構成される。

特に、本開示はまた、医療撮像システムと、特に医療撮像システムに例えば堅固にまたは移動可能に取り付けられた追跡装置とを備える医療システムを提供し、システムは、先行する請求項のいずれかに記載の方法を実行するように構成される。

本開示によれば、医療システムは、スキャンを実行するように構成された医療撮像システムと、対応する追跡座標を取得するように構成された追跡装置とをさらに備えることができる。

例えば、医療撮像システムは、X線ベースのシステム、例えばCTスキャナを備えることができる。特に、医療撮像システムは、コーンビームCT、CBCTであってもよい。さらにより詳細には、医療撮像システムは、自律的に移動可能なシステムであってもよい。医療撮像システムは、傾斜可能なガントリまたはCアームを有することができる。

追跡装置は、カメラ、例えば、単眼または立体カメラを備えてもよい。これは、可視スペクトルまたは他のEMスペクトルを使用する赤外線カメラおよび／またはカメラを備えることができる。

任意選択的に、医療システムは、追跡装置によって使用するための追跡マーカーをさらに備えてもよく、追跡マーカーは、患者のベッド、患者の１つまたは複数の身体部分、床、医療処置で使用するための１つまたは複数のツール、治療装置の１つまたは複数の構成要素、例えば放射線治療装置または組織破砕装置の１つまたは複数に取り付けられる。マーカーの潜在的な構成については、用語のセクションで後述する。

本開示によれば、医療システムは、医療処置のためのナビゲーションシステムをさらに備えることができ、ナビゲーションシステムは、１つまたは複数のナビゲーションマーカーを使用し、ナビゲーションマーカーの少なくともサブセットは、追跡マーカーの少なくともサブセット、特に患者に取り付けられた追跡マーカーのサブセットに対応する。

したがって、上記で説明したように、ナビゲーションシステムおよび医療撮像システムの能力の信頼性が高く正確な相乗効果を達成することができる。

本開示によれば、追跡装置は、ハウジングによって囲まれた、特にハウジングによって完全に囲まれた１つまたは複数のカメラを備えることができ、ハウジングは、１つまたは複数のカメラの画像センサからの非マーカー関連反射、特に一体型照明源からの反射を遮断するように構成される。

本開示はまた、プログラムがコンピュータによって実行されると、コンピュータに、本開示による方法の工程、特に方法の請求項のいずれかを制御および／または実行させる命令を備えるコンピュータプログラム製品を提供する。

本開示はまた、コンピュータによって実行されると、コンピュータに、本開示による方法の工程、特に方法の請求項のいずれかを制御および／または実行させる命令を備えるコンピュータ可読媒体を提供する。

本開示はまた、医療撮像のための本開示の方法および／またはシステムの使用、ならびに／あるいは被写体および様々な対象、例えば機器またはツールのピースのナビゲーション、位置決めおよび／または位置合わせの実行に関する。

例えば、本発明は、実施するには専門的な医療専門知識を必要とする身体との実質的な物理的干渉を表し、必要とされる専門的なケアおよび専門知識を用いて実施される場合であっても実質的な健康リスクを伴う侵襲的工程を含まないか、または特に備えず、または包含しない。例えば、本発明は、医療用インプラントを解剖学的構造に固定するために医療用インプラントを位置決めする工程、または医療用インプラントを解剖学的構造に固定する工程、または医療用インプラントをそれに固定するための解剖学的構造を準備する工程を含まない。より具体的には、本発明は、いかなる外科的または治療的活動も含まないか、または特に備えないか、または包含しない。本発明は、代わりに、医療撮像、ナビゲーション、位置決め、および／または位置合わせに適用可能であるように導かれる。この理由だけでは、本発明を実施することによって、外科的または治療的活動は必要とされず、特に外科的または治療的工程は必要とされず、または暗示されない。

方法の文脈において上記で概説した特徴および利点は、本開示の医療システム、コンピュータプログラム製品およびコンピュータ可読媒体にも同様に適用される。

定義
このセクションでは、本開示で使用される特定の用語の定義が提供され、これも本開示の一部を形成する。

コンピュータ実装方法
本発明による方法は、例えば、コンピュータ実装方法である。例えば、本発明による方法のすべての工程または単に工程の一部（すなわち、工程の総数未満）は、コンピュータ（例えば、少なくとも１つのコンピュータ）によって実行することができる。コンピュータ実装方法の一実施形態は、データ処理方法を実行するためのコンピュータの使用である。コンピュータ実装方法の一実施形態は、コンピュータが方法の１つ、複数、またはすべての工程を実行するように動作するような、コンピュータの動作に関する方法である。

コンピュータは、例えば電子的および／または光学的にデータを（技術的に）処理するために、例えば少なくとも１つのプロセッサと、例えば少なくとも１つのメモリとを備える。プロセッサは、例えば、半導体、例えば、少なくとも部分的にn型および／またはp型ドープ半導体、例えば、II型、III型、IV型、V型、VI型半導体材料、例えば（ドープされた）シリコンおよび／またはガリウムヒ素のうちの少なくとも１つである物質または組成物で作られる。記載された計算または決定工程は、例えば、コンピュータによって実行される。決定する工程または計算する工程は、例えば、技術的方法の枠組み内、例えばプログラムの枠組み内でデータを決定する工程である。コンピュータは、例えば、任意の種類のデータ処理装置、例えば電子データ処理装置である。コンピュータは、一般にそのように考えられているデバイス、例えば、デスクトップPC、ノートブック、ネットブックなどとすることができるが、例えば、携帯電話または組み込みプロセッサなどの任意のプログラム可能な装置とすることもできる。コンピュータは、例えば、「サブコンピュータ」のシステム（ネットワーク）を含むことができ、各サブコンピュータはそれ自体コンピュータを表す。「コンピュータ」という用語は、クラウドコンピュータ、例えばクラウドサーバを含む。「クラウドコンピュータ」という用語は、例えば少なくとも１つのクラウドコンピュータのシステムと、例えばサーバファームなどの複数の動作可能に相互接続されたクラウドコンピュータとを含むクラウドコンピュータシステムを含む。そのようなクラウドコンピュータは、好ましくは、ワールドワイドウェブ（WWW：world wide web）などの広域ネットワークに接続され、すべてがワールドワイドウェブに接続されたいわゆるコンピュータのクラウド内に配置される。そのようなインフラストラクチャは、特定のサービスを提供するコンピュータの物理的な位置および／または構成をエンドユーザが知る必要のない計算、ソフトウェア、データアクセスおよびストレージサービスを表「クラウドコンピューティング」に使用される。例えば、「クラウド」という用語は、この点において、インターネット（ワールドワイドウェブ）のメタファとして使用される。例えば、クラウドは、サービスとしてのコンピューティングインフラストラクチャ（IaaS：infrastructure as a service）を提供する。クラウドコンピュータは、本発明の方法を実行するために使用されるオペレーティングシステムおよび／またはデータ処理アプリケーションの仮想ホストとして機能することができる。クラウドコンピュータは、例えば、Amazon Web Services（商標）によって提供される弾性計算クラウド（EC２：Elastic Compute Cloud）である。コンピュータは、例えば、データを受信または出力し、および／またはアナログーデジタル変換を実行するためのインターフェースを備える。データは、例えば、物理的特性を表すデータおよび／または技術的信号から生成されるデータである。技術信号は、例えば、（技術的）検出装置（例えば、マーカー装置を検出するための装置など）および／または（技術的）分析装置（例えば、（医療）撮像方法を実行するための装置など）によって生成され、技術信号は、例えば、電気信号または光学信号である。技術信号は、例えば、コンピュータによって受信または出力されたデータを表す。コンピュータは、好ましくは、コンピュータによって出力された情報を、例えばユーザに表示することを可能にする表示装置に動作可能に結合される。表示装置の一例は、ナビゲートのための「ゴーグル」として使用することができる仮想現実デバイスまたは拡張現実デバイス（仮想現実眼鏡または拡張現実眼鏡とも呼ばれる）である。そのような拡張現実眼鏡の具体例は、Google Glass（Google社の商標）である。拡張現実デバイスまたは仮想現実デバイスは、ユーザ対話によってコンピュータに情報を入力するため、およびコンピュータによって出力された情報を表示するための両方に使用することができる。表示装置の別の例は、例えば、表示装置に画像情報コンテンツを表示するために使用される信号を生成するためにコンピュータから表示制御データを受信するためにコンピュータに動作可能に結合された液晶ディスプレイを備える標準的なコンピュータモニタである。そのようなコンピュータモニタの特定の実施形態は、デジタルライトボックスである。そのようなデジタルライトボックスの例は、Brainlab社の製品であるBuzz（登録商標）である。モニタはまた、スマートフォンまたは携帯情報端末またはデジタルメディアプレーヤなどの携帯型、例えば手持ち型のデバイスのモニタであってもよい。

本発明はまた、コンピュータ上で実行されると、コンピュータに、本明細書に記載の方法工程の１つまたは複数またはすべてを実行させるプログラム、および／またはプログラムが記憶されているプログラム記憶媒体（特に非一時的形態）、および／または前記プログラム記憶媒体を備えるコンピュータ、および／またはプログラム、例えば前述のプログラム、例えば本明細書に記載の方法工程のいずれかまたはすべてを実行するように適合されたコード手段を備えるプログラムを表す情報を搬送する（物理的、例えば電気的、例えば技術的に生成される）信号波、例えばデジタル信号波に関する。

本発明の枠組み内で、コンピュータプログラム要素は、ハードウェアおよび／またはソフトウェア（これには、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどが含まれる）によって具現化することができる。本発明の枠組み内では、コンピュータプログラム要素は、命令実行システム上でまたは命令実行システムに関連して使用するために、データ記憶媒体に具現化されたコンピュータ使用可能な、例えばコンピュータ可読プログラム命令、「コード」または「コンピュータプログラム」を備えるコンピュータ使用可能な、例えばコンピュータ可読データ記憶媒体によって具現化され得るコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。そのようなシステムは、コンピュータであってもよく、コンピュータは、本発明によるコンピュータプログラム要素および／またはプログラムを実行するための手段を備えるデータ処理装置、例えば、コンピュータプログラム要素を実行するデジタルプロセッサ（中央処理装置またはCPU：central processing unit）と、任意選択的に、コンピュータプログラム要素の実行に使用されるおよび／またはコンピュータプログラム要素の実行によって生成されるデータを記憶するための揮発性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリまたはRAM：random access memory）とを備えるデータ処理装置とすることができる。本発明の枠組み内で、コンピュータ使用可能な、例えばコンピュータ可読データ記憶媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイス上で、またはそれに関連して使用するためのプログラムを含む、記憶する、通信する、伝播する、または輸送することができる任意のデータ記憶媒体とすることができる。コンピュータ使用可能な、例えばコンピュータ可読データ記憶媒体は、例えば、これらに限定されないが、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線または半導体システム、装置またはデバイス、または例えばインターネットなどの伝搬媒体であってもよい。コンピュータ使用可能なまたはコンピュータ可読データ記憶媒体は、例えば、紙または他の適切な媒体を光学的にスキャンすることによってプログラムを電子的に取り込むことができ、次いで適切な方法でコンパイル、解釈、または他の方法で処理することができるため、例えば、プログラムが印刷される紙または他の適切な媒体であってもよい。データ記憶媒体は、好ましくは不揮発性データ記憶媒体である。本明細書で説明されるコンピュータプログラム製品ならびに任意のソフトウェアおよび／またはハードウェアは、例示的な実施形態における本発明の機能を実行するための様々な手段を形成する。コンピュータおよび／またはデータ処理装置は、例えば、案内情報を出力する手段を含む案内情報装置を含むことができる。案内情報は、例えば、視覚的指示手段（例えば、モニタおよび／またはランプ）によって視覚的に、および／または音響的指示手段（例えば、スピーカおよび／またはデジタル音声出力装置）によって音響的に、および／または触覚的指示手段（例えば、振動要素または機器に組み込まれた振動要素）によって触覚的に、ユーザに出力することができる。この文書の目的のために、コンピュータは、例えば、技術的、例えば有形の構成要素、例えば機械的および／または電子的構成要素を備える技術的コンピュータである。本明細書でそのように言及される任意の装置は、技術的な、例えば有形の装置である。

データ取得
「データ取得」という表現は、例えば、データがコンピュータ実装方法またはプログラムによって決定されるシナリオを（コンピュータ実装方法の枠組み内で）包含する。データを決定することは、例えば、物理量を測定し、測定値をデータ、例えばデジタルデータに変換すること、および／またはコンピュータによって、例えば本発明による方法の枠組み内でデータを計算する（および、例えば、出力する）ことを包含する。「データ取得」の意味はまた、例えば、データが、例えば別のプログラム、前の方法工程、または例えばコンピュータ実装方法もしくはプログラムによるさらなる処理のためのデータ記憶媒体から、コンピュータ実装方法もしくはプログラムによって受信または取得（例えば、入力）されるシナリオを包含する。取得されるデータの生成は、本発明による方法の一部であってもよいが、そうである必要はない。したがって、「データ取得」という表現は、例えば、データの受信を待つこと、および／またはデータの受信を意味することもできる。受信データは、例えば、インターフェースを介して入力することができる。「データ取得」という表現はまた、コンピュータ実装方法またはプログラムが、データソース、例えばデータ記憶媒体（例えば、ROM、RAM、データベース、ハードドライブなど）から、またはインターフェース（例えば、別のコンピュータまたはネットワークから）を介してデータを（能動的に）受信または取得するために工程を実行することを意味することができる。開示された方法または装置によってそれぞれ取得されたデータは、データベースとコンピュータとの間のデータ転送のためにコンピュータに動作可能なデータ記憶装置に配置されたデータベースから、例えばデータベースからコンピュータに取得することができる。コンピュータは、データを取得して、データを決定する工程の入力として使用する。決定されたデータは、後で使用するために記憶される同じまたは別のデータベースに再び出力することができる。データベースまたは開示された方法を実施するために使用されるデータベースは、ネットワークデータ記憶装置またはネットワークサーバ（例えば、クラウドデータ記憶装置またはクラウドサーバ）またはローカルデータ記憶装置（開示された方法を実行する少なくとも１つのコンピュータに動作可能に接続された大容量記憶装置など）上に配置することができる。データは、取得工程の前に追加の工程を実行することによって「使用準備ができている」ようにすることができる。この追加の工程に従って、取得されるためにデータが生成される。データは、例えば、（例えば、分析装置によって）検出またはキャプチャされる。代替的または追加的に、データは、追加の工程に従って、例えばインターフェースを介して入力される。生成されたデータは、例えば、（例えば、コンピュータに）入力することができる。（取得工程に先行する）追加の工程によれば、データをデータ記憶媒体（例えばROM、RAM、CDおよび／またはハードドライブなど）に記憶する追加の工程を実行することによってデータを提供することもでき、それによって、本発明による方法またはプログラムの枠組み内で使用する準備が整う。したがって、「データ取得」工程はまた、取得されるべきデータを取得および／または提供するようにデバイスに命令することを含むことができる。特に、取得工程は、実施するには専門的な医療専門知識を必要とする身体との実質的な物理的干渉を表し、必要とされる専門的なケアおよび専門知識を用いて実施される場合であっても実質的な健康リスクを伴う侵襲的工程を含まない。特に、データを取得する工程、例えばデータを決定する工程は、外科的工程を含まず、特に、外科手術または治療を使用して人体または動物の体を治療する工程を含まない。本方法によって使用される異なるデータを区別するために、データは「XYデータ」などとして示され（すなわち、参照される）、それらが説明する情報に関して定義され、それはその後、好ましくは「XY情報」などと呼ばれる。

登録
身体のn次元画像は、空間内の実際のオブジェクト、例えば手術室の身体部分の各点の空間的位置に、ナビゲーションシステムに記憶された画像（CT、MRなど）の画像データ点が割り当てられたときに登録される。

画像位置合わせ
画像位置合わせは、異なるデータセットを１つの座標系に変換するプロセスである。データは、複数の写真および／または異なるセンサ、異なる時間または異なる視点からのデータであり得る。これは、コンピュータビジョン、医療撮像、ならびに衛星からの画像およびデータのコンパイルおよび分析に使用される。これらの異なる測定から得られたデータを比較または統合できるようにするために、位置合わせが必要である。

マーカー
これは、マーカーの空間的位置（すなわち、その空間的位置および／または位置合わせ）を確認することができるように、マーカー検出装置（例えば、カメラもしくは超音波受信機、またはCTもしくはMRI装置などの分析装置）によって検出されるマーカーの機能である。検出装置は、例えばナビゲーションシステムの一部である。マーカーは、アクティブマーカーであり得る。アクティブマーカーは、例えば、赤外線、可視および／または紫外線スペクトル範囲であり得る電磁放射線および／または波を放射することができる。しかしながら、マーカーはパッシブであってもよく、すなわち、例えば、赤外、可視および／または紫外線スペクトル範囲の電磁放射を反射することができ、またはX線放射を遮断することができる。この目的のために、マーカーは、対応する反射特性を有する表面を備えることができ、またはX線放射を遮断するために金属で作ることができる。マーカーが、無線周波数範囲または超音波波長の電磁放射線および／または波を反射および／または放射することも可能である。マーカーは、好ましくは球形および／または回転楕円形を有し、したがってマーカー球と呼ぶことができるが、マーカーは、角のある、例えば立方体の形状を示すこともできる。

マーカー装置
マーカー装置は、例えば、好ましくは所定の空間的関係にある基準星またはポインタまたは単一のマーカーまたは複数の（個々の）マーカーであり得る。マーカー装置は、１つ、２つ、３つまたはそれ以上のマーカーを備え、２つまたはそれ以上のそのようなマーカーは、所定の空間的関係にある。この所定の空間的関係は、例えばナビゲーションシステムに知られており、例えばナビゲーションシステムのコンピュータに記憶されている。

別の実施形態では、マーカー装置は、例えば２次元表面上に光学パターンを含む。光学パターンは、円、長方形および／または三角形のような複数の幾何学的形状を含むことができる。光学パターンは、カメラによって取り込まれた画像内で識別することができ、カメラに対するマーカー装置の位置は、画像内のパターンのサイズ、画像内のパターンの向き、および画像内のパターンの歪みから決定することができる。これにより、単一の２次元画像から最大３つの回転次元および最大３つの並進次元の相対位置を決定することが可能になる。

マーカー装置の位置は、例えば医療ナビゲーションシステムによって確認することができる。マーカー装置が骨または医療器具などのオブジェクトに取り付けられている場合、オブジェクトの位置は、マーカー装置の位置およびマーカー装置とオブジェクトとの間の相対位置から決定することができる。この相対位置を決定することは、マーカー装置とオブジェクトとの位置合わせとも呼ばれる。マーカー装置またはオブジェクトを追跡することができ、これは、マーカー装置またはオブジェクトの位置が経時的に２回以上確認されることを意味する。

マーカーホルダ
マーカーホルダは、マーカーを器具、身体の一部および／または基準星の保持要素に取り付けるのに役立つ個々のマーカー用の取り付け装置を意味すると理解され、固定されるように取り付けることができ、有利には取り外すことができるように取り付けることができる。マーカーホルダは、例えば、ロッド状および／または円筒状であってもよい。マーカー装置用の締結装置（例えば、ラッチ機構など）は、マーカーに面するマーカーホルダの端部に設けることができ、マーカー装置をマーカーホルダ上に力嵌めおよび／または形状嵌合で配置するのを助ける。

ポインタ
ポインタは、それに固定された１つまたは複数の、有利には２つのマーカーを備え、身体の一部の個々の座標、例えば空間座標（すなわち、３次元座標）を測定するために使用することができるロッドであり、ユーザは、ポインタの位置を、手術ナビゲーションシステムを使用してポインタ上のマーカーを検出することによって決定することができるように、座標に対応する位置にポインタ（例えば、ポインタに取り付けられた少なくとも１つのマーカーに対して画定され、有利には固定された位置を有するポインタの一部）を案内する。ポインタのマーカーと、座標（例えば、ポインタの先端）を測定するために使用されるポインタの部分との間の相対位置は、例えば既知である。次いで、手術ナビゲーションシステムは、（３次元座標の）位置を所定の身体構造に割り当てることを可能にし、割り当ては、自動的にまたはユーザの介入によって行うことができる。

基準星
「基準星」は、それに取り付けられた多数のマーカー、有利には３つのマーカーを有する装置を指し、マーカーは、それらが静止するように基準星に（例えば取り外し可能に）取り付けられ、したがって互いに対するマーカーの既知の（有利には固定された）位置を提供する。互いに対するマーカーの位置は、手術ナビゲーションシステムが互いに対するマーカーの位置に基づいて対応する基準星を識別することを可能にするために、外科用ナビゲーション方法の枠組み内で使用される各基準星に対して個別に異なり得る。したがって、基準星が取り付けられているオブジェクト（例えば、器具および／または身体の一部）を、それに応じて識別および／または区別することも可能である。手術ナビゲーション方法では、基準星は、オブジェクト（例えば、骨または医療器具）の位置（すなわち、その空間的位置および／または位置合わせ）を検出できるようにするために、オブジェクトに複数のマーカーを取り付ける役割を果たす。そのような基準星は、例えば、オブジェクト（例えば、クランプおよび／またはねじ山）に取り付けられる方法、および／または（例えば、マーカー検出装置に対するマーカーの視認性を助けるために）マーカーとオブジェクトとの間の距離を保証する保持要素、および／または保持要素に機械的に接続され、マーカーを取り付けることができるマーカーホルダを特徴とする。

ナビゲーションシステム
本開示は、コンピュータ支援手術のためのナビゲーションシステムの文脈で適用することができる。このナビゲーションシステムは、好ましくは、本明細書に記載の実施形態のいずれか１つに記載のコンピュータ実装方法に従って提供されたデータを処理するための前述のコンピュータを備える。ナビゲーションシステムは、好ましくは、コンピュータが受信された検出信号に基づいて絶対主点データおよび絶対補助点データを決定することができるように、検出信号を生成し、生成された検出信号をコンピュータに供給するために、主点および補助点を表す検出点の位置を検出するための検出装置を備える。検出点は、例えばポインタによって検出される解剖学的構造の表面上の点である。このようにして、絶対点データをコンピュータに提供することができる。ナビゲーションシステムはまた、好ましくは、コンピュータから計算結果（例えば、主平面の位置、補助平面の位置、および／または標準平面の位置）を受信するためのユーザインターフェースを備える。ユーザインターフェースは、受信したデータを情報としてユーザに提供する。ユーザインターフェースとしては、例えば、モニタなどの表示装置やスピーカなどが挙げられる。ユーザインターフェースは、任意の種類の指示信号（例えば、視覚信号、音声信号および／または振動信号）を使用することができる。表示装置の一例は、ナビゲートのためのいわゆる「ゴーグル」として使用することができる拡張現実デバイス（拡張現実眼鏡とも呼ばれる）である。そのような拡張現実眼鏡の具体例は、Google Glass（Google社の商標）である。拡張現実デバイスは、ユーザ対話によってナビゲーションシステムのコンピュータに情報を入力するため、およびコンピュータによって出力された情報を表示するための両方に使用することができる。

本発明はまた、コンピュータ支援手術用のナビゲーションシステムであって、システムは、
絶対点データおよび相対点データを処理するためのコンピュータと、
絶対点データを生成してコンピュータに供給するために、主点および補助点の位置を検出する検出装置と、
相対点データを受信し、相対点データをコンピュータに供給するためのデータインターフェースと、
ユーザに情報を提供するために、コンピュータからデータを受信するためのユーザインターフェースであって、受信データは、コンピュータによって実行された処理の結果に基づいてコンピュータによって生成される、ユーザインターフェースと、を備える。

手術ナビゲーションシステム
手術ナビゲーションシステムなどのナビゲーションシステムは、少なくとも１つのマーカー装置と、電磁波および／または放射線および／または超音波を放射する送信機と、電磁波および／または放射線および／または超音波を受信する受信機と、受信機および／または送信機に接続された電子データ処理装置であって、データ処理装置（例えば、コンピュータ）は、例えば、プロセッサ（CPU）と、ワーキングメモリと、有利には、指示信号を発行するための指示装置（例えば、モニタなどの視覚的表示装置、および／またはスピーカなどの音声的表示装置、および／またはバイブレータなどの触覚的表示装置）と、永久データメモリと、を備え、データ処理装置は、受信機によって転送されたナビゲーションデータを処理し、有利には、指示装置を介してユーザに案内情報を出力することができる、データ処理装置と、を備えることができるシステムを意味すると理解される。ナビゲーションデータは、永久データメモリに記憶することができ、例えば、前記メモリに予め記憶されたデータと比較することができる。

ランドマーク
ランドマークは、複数の患者の同じ解剖学的身体部分において常に同一であるか、または高い類似度で繰り返される解剖学的身体部分の定義された要素である。典型的なランドマークは、例えば、大腿骨の上顆または椎骨の横突起および／または背突起の先端である。点（主点または補助点）は、そのようなランドマークを表すことができる。身体部分の特徴的な解剖学的構造上（例えば、その表面上）にあるランドマークも、前記構造を表すことができる。ランドマークは、解剖学的構造を全体として、またはその点もしくは一部のみとして表すことができる。ランドマークは、例えば、顕著な構造である解剖学的構造上に存在することもできる。そのような解剖学的構造の例は、腸骨稜の後面である。ランドマークの別の例は、寛骨臼の縁によって、例えば前記縁の中心によって画定されるランドマークである。別の例では、ランドマークは、多数の検出点に由来する寛骨臼の底または最深点を表す。したがって、１つのランドマークは、例えば、多数の検出点を表すことができる。上述したように、ランドマークは、身体部分の特徴的な構造に基づいて定義される解剖学的特性を表すことができる。さらに、ランドマークは、寛骨臼に対して移動したときの大腿骨の回転中心などの２つの身体部分の相対運動によって定義される解剖学的特性を表すこともできる。

撮像ジオメトリ
撮像ジオメトリに関する情報は、分析される分析オブジェクトが既知である場合、撮像ジオメトリ分析装置とX線放射線によって分析される分析オブジェクト（解剖学的身体部分）との間の既知の相対位置を考慮して、分析画像（X線画像）が計算されることを可能にする情報を含むことが好ましく、「既知」は、分析オブジェクトの空間ジオメトリ（サイズおよび形状）が既知であることを意味する。これは、例えば、分析オブジェクト（解剖学的身体部分）と分析放射線（X線放射線）との間の相互作用に関する３次元の「空間分解された」情報が知られていることを意味し、「相互作用」は、例えば、分析放射線が遮られるか、または分析オブジェクトを部分的もしくは完全に通過することを意味する。撮像ジオメトリの位置および特に向きは、例えば、X線装置の位置によって、例えばX線源およびX線検出器の位置によって、および／または例えば分析オブジェクトを通過し、X線検出器によって検出される多数（マニホールド）のX線ビームの位置によって定義される。撮像ジオメトリは、例えば、多重度（マニホールド）の位置（すなわち、位置、特に向き）および形状（例えば、特定の傾斜角を示す円錐形状）を表す。位置は、例えば、前記多重度の中心を通過するX線ビームの位置によって、またはX線ビームの多重度（マニホールド）を表す幾何学的オブジェクト（円錐台など）の位置によって表すことができる。上述の相互作用に関する情報は、好ましくは３次元で、例えば３次元CTから既知であり、分析オブジェクトの点および／または領域、例えば分析オブジェクトのすべての点および／または領域について空間分解された方法で相互作用を記述する。撮像ジオメトリの知識は、例えば、放射線源（例えば、X線源）の位置を画像平面（例えば、X線検出器の平面）に対して計算することを可能にする。撮像ジオメトリによって定義される３次元分析オブジェクトと２次元分析画像との間の接続に関しては、例えば以下の刊行物が参照される。

１．「An Efficient Accurate Camera Calibration Technique for ３D Machine Vision」、Roger Y．Tsai、Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition。フロリダ州マイアミビーチ、１９８６年、３６４ー３７４ページ
２．「A Vesatile Camera Calibraion Technique For High－Accuracy ３D Machine Vision Metrology Using Off－the－Shelf TV Cameras and Lenses」、Roger Y．Tsai，IEEE Journal of Robotics and Automation，Volume RAー３，No．４，１９８７年８月、３２３～３４４ページ。

３．「Fluoroscopic X－ray Image Processing and Registration for Computer－Aided Orthopedic Surgery」、Ziv Yaniv
４．欧州特許第０８１５６２９３．６号明細書
５．米国特許第６１／０５４，１８７号明細書
形状代表
形状代表は、解剖学的構造の形状の特徴的な態様を表す。形状の代表例としては、直線、平面、幾何学図形などが挙げられる。幾何学的図形は、例えば軸または円弧などの１次元、例えば多角形および円などの２次元、または例えば直方体、円柱および球などの３次元であり得る。形状の代表間の相対位置は、基準系において、例えば座標またはベクトルによって記述することができ、あるいは例えば長さ、角度、面積、体積および割合などの幾何学的変数によって記述することができる。形状の代表によって表される特徴的な態様は、例えば対称面によって表される対称特性である。特徴的な態様の別の例は、例えば長手方向軸によって表される解剖学的構造の伸長方向である。特徴的な態様の別の例は、例えば楕円によって表される解剖学的構造の断面形状である。特徴的な態様の別の例は、例えば平面または半球によって表される解剖学的構造の一部の表面形状である。例えば、特徴的な態様は、実際の形状の抽象化、または実際の形状の特性（例えば、その対称性または長手方向の伸長など）の抽象化を構成する。例えば、代表形状は、この抽象化を表す。

参照
位置を決定することは、ナビゲーションシステムの基準システム内の前記位置をナビゲーションシステムに通知することを意味する場合、参照することと呼ばれる。

アトラス／アトラスセグメント化
好ましくは、解剖学的身体部分の一般的な３次元形状を記述する（例えば、定義し、より具体的には、表し、および／またはそうである）アトラスデータが取得される。したがって、アトラスデータは、解剖学的身体部分のアトラスを表す。アトラスは、通常、オブジェクトの複数の一般モデルからなり、オブジェクトの一般モデルは共に複雑な構造を形成する。例えば、アトラスは、複数の人体から収集された解剖学的情報、例えばそのような人体の画像を含む医療画像データから生成された患者の身体（例えば、身体の一部）の統計モデルを構成する。したがって、原則として、アトラスデータは、複数の人体についてのそのような医療画像データの統計解析の結果を表す。この結果は画像として出力することができ、したがってアトラスデータは医療画像データを含むか、または医療画像データに匹敵する。そのような比較は、例えば、アトラスデータと医療画像データとの間で画像融合を実行する画像融合アルゴリズムを適用することによって実行することができる。比較の結果は、アトラスデータと医療画像データとの間の類似性の尺度とすることができる。アトラスデータは、例えばアトラスデータを医療画像データと比較して、アトラスデータによって定義された解剖学的構造に対応する医療画像データ内の解剖学的構造の位置を決定するために、例えば医療画像データに含まれる画像情報（例えば、位置画像情報）に（例えば、弾性または剛性画像融合アルゴリズムを適用することによって）一致させることができる画像情報（例えば、位置画像情報）を含む。

その解剖学的構造がアトラスデータを生成するための入力として機能する人体は、有利には、性別、年齢、民族性、身体測定値（例えば、サイズおよび／または質量）、および病的状態のうちの少なくとも１つなどの共通の特徴を共有する。解剖学的情報は、例えば人体の解剖学的構造を記述し、例えば人体に関する医療画像情報から抽出される。例えば、大腿骨のアトラスは、一緒になって完全な構造を構成するオブジェクトとして、頭部、頸部、身体、大転子、小転子および下肢を備えることができる。例えば、脳のアトラスは、複雑な構造を共に構成するオブジェクトとして、終脳、小脳、間脳、橋、中脳および延髄を含むことができる。そのようなアトラスの１つの用途は、医療画像のセグメント化であり、アトラスは医療画像データと照合され、画像データは、照合されたアトラスのオブジェクトに画像データの点（画素またはボクセル）を割り当てるために、照合されたアトラスと比較され、それによって画像データをオブジェクトにセグメント化する。

分析装置
治療身体部分の動きは、例えば、以下で「生体運動」と呼ばれる動きに起因する。これに関して、これらの生体運動を詳細に論じている米国特許出願公開第２０１０／０１２５１９５号明細書および米国特許出願公開第２０１０／０１６０８３６号明細書としてそれぞれ公開されている欧州特許出願公開第２１８９９４３号明細書および欧州特許出願公開第２１８９９４０号明細書も参照されたい。治療身体部分の位置を決定するために、X線装置、CT装置またはMRT装置などの分析装置を使用して、身体の分析画像（X線画像またはMRT画像など）を生成する。例えば、分析装置は、医療撮像方法を実行するように構成される。分析装置は、例えば医療撮像方法を使用し、例えば、波および／または放射線および／またはエネルギービーム、例えば電磁波および／または放射線、超音波および／または粒子ビームを使用することによって患者の身体を分析するための装置である。分析装置は、例えば、身体を分析することによって患者の身体（および例えば、患者の身体の内部構造および／または解剖学的部分）の画像（例えば、２次元または３次元画像）を生成する装置である。分析装置は、例えば、医学的診断、例えば放射線学において使用される。しかしながら、解析画像内で治療身体部分を識別することは困難であり得る。例えば、治療身体部分の位置および例えば治療身体部分の動きの変化と相関するインジケータ本体部分を識別することがより容易になり得る。したがって、インジケータ本体部分を追跡することにより、インジケータ本体部分の位置の変化（例えば、動き）と治療身体部分の位置の変化（例えば、動き）との間の既知の相関に基づいて、治療身体部分の動きを追跡することができる。インジケータ本体部分を追跡する代わりに、またはそれに加えて、マーカー装置（インジケータとして使用することができ、したがって「マーカーインジケータ」と呼ばれる）は、マーカー検出装置を使用して追跡することができる。マーカーインジケータの位置は、例えば、生体運動に起因してそれらの位置を変化させるインジケータ構造（例えば、胸壁、例えば、真肋もしくは偽肋、または横隔膜もしくは腸壁など）の位置と（例えば）既知の（所定の）相関関係を有する。

治療ビーム
また、本発明は、治療ビームを制御する分野においても利用することができる。治療ビームは、以下では「処理身体部分」と呼ばれる治療されるべき身体部分を治療する。これらの身体部分は、例えば患者の身体の部分、すなわち解剖学的身体部分である。

本発明は、医学の分野に関し、例えば、治療ビームとも呼ばれる患者の身体の一部を治療するための放射線ビームなどのビームの使用に関する。治療ビームは、以下では「治療身体部分」と呼ばれる治療されるべき身体部分を治療する。これらの身体部分は、例えば患者の身体の部分、すなわち解剖学的身体部分である。電離放射線は、例えば治療目的で使用される。例えば、治療ビームは電離放射線を含むか、または電離放射線からなる。電離放射線は、原子または分子から電子を分離してそれらをイオン化するのに十分なエネルギーを有する粒子（例えば、亜原子粒子またはイオン）または電磁波を含むかまたはそれらからなる。そのような電離放射線の例には、放射性元素から放出されるX線、高エネルギー粒子（高エネルギー粒子ビーム）および／または電離放射線が含まれる。治療放射線、例えば治療ビームは、例えば腫瘍学の分野などの放射線療法または放射線治療に使用される。特に癌を治療するために、腫瘍などの病理学的構造または組織を含む身体の部分は、電離放射線を使用して治療される。腫瘍は治療身体部分の一例である。

治療ビームは、治療本体部分を通過するように制御されることが好ましい。しかしながら、治療ビームは、治療身体部分の外側の身体部分に悪影響を及ぼす可能性がある。これらの身体部分は、本明細書では「外側身体部分」と呼ばれる。一般に、治療ビームは、治療身体部分に到達し、そのように治療身体部分を通過するために、外側身体部分を通過しなければならない。

これに関しては、以下のウェブページ、http：／／www．elekta．com／healthcare＿us＿elekta＿vmat．phpおよびhttp：／／www．varian．com／us／oncology／treatments／treatment＿techniques／rapidarcも参照されたい。

治療ビームの配置
治療身体部分は、１つ以上の方向から１回以上発せられる１つ以上の治療ビームによって治療され得る。したがって、少なくとも１つの治療ビームによる治療は、特定の空間的および時間的パターンに従う。そこで「ビーム配置」という用語は、少なくとも１つの治療ビームによる治療の空間的および時間的特徴をカバーするために使用される。ビーム配置は、少なくとも１つの治療ビームの配置である。

「ビーム位置」は、ビーム配置の治療ビームの位置を記述する。ビーム位置の配置を位置配置と呼ぶ。ビーム位置は、好ましくは、ビーム方向と、例えば３次元空間内の特定の位置を治療ビームに割り当てることを可能にする追加の情報、例えば定義された座標系におけるその座標に関する情報とによって定義される。特定の位置は、点、好ましくは直線上の点である。この線は、「ビームライン」と呼ばれ、ビーム方向に、例えば治療ビームの中心軸に沿って延びる。定義された座標系は、好ましくは、治療装置に対して、または患者の身体の少なくとも一部に対して定義される。位置配置は、少なくとも１つのビーム位置、例えばビーム位置の離散セット（例えば、２つ以上の異なるビーム位置）、またはビーム位置の連続多重度（マニホールド）を含み、例えばそれらからなる。

例えば、１つまたは複数の治療ビームは、治療中に同時にまたは順次（例えば、治療ビームを放射するビーム源が１つしかない場合は順次）、位置配置によって定義された治療ビーム位置を採用する。いくつかのビーム源がある場合、ビーム位置の少なくともサブセットが治療中に治療ビームによって同時に採用されることも可能である。例えば、治療ビームの１つまたは複数のサブセットは、所定のシーケンスに従って位置配置のビーム位置を採用することができる。治療ビームのサブセットは、１つまたは複数の治療ビームを備える。位置配置によって定義されたすべてのビーム位置を採用する１つまたは複数の治療ビームを備える治療ビームの完全なセットは、ビーム配置である。

撮像方法
医学の分野では、撮像方法（撮像モダリティおよび／または医療撮像モダリティとも呼ばれる）を使用して、人体の解剖学的構造（例えば、軟組織、骨、器官など）の画像データ（例えば、２次元または３次元の画像データ）を生成する。「医療撮像方法」という用語は、例えばコンピュータ断層撮影法（CT：computed tomograhy）およびコーンビームコンピュータ断層撮影法（CBCT：cone beam computed tomograhy、例えば体積CBCT）、X線断層撮影法、磁気共鳴断層撮影法（MRT：magnetic resonance tomograhyまたはMRI）、従来のX線検査、音波検査および／または超音波検査、ならびに陽電子放射断層撮影法などの（有利には装置ベースの）撮像方法（例えば、いわゆる医療撮像モダリティおよび／または放射線撮像方法）を意味すると理解される。例えば、医療撮像方法は、分析装置によって実行される。医療撮像方法によって適用される医療撮像モダリティの例は、Wikipediaによって言及されているように、X線、磁気共鳴撮像、医療超音波検査または超音波、内視鏡検査、エラストグラフィ、触覚撮像、サーモグラフィ、医療写真法、および陽電子放射断層撮影法（PET：positron emission tomograhy）および単一光子放射型コンピュータ断層撮影法としての核医学機能的撮像技術である。

このようにして生成された画像データも「医療撮像データ」と呼ばれる。分析装置は、例えば、装置ベースの撮像方法において画像データを生成するために使用される。撮像方法は、例えば、画像データによって記述される画像を生成するために解剖学的身体を分析するために医療診断に使用される。撮像方法は、例えば、人体の病理学的変化を検出するためにも使用される。しかしながら、構造（組織）の病理学的変化などの解剖学的構造の変化のいくつかは、検出できない可能性があり、例えば、撮像方法によって生成された画像では見えない可能性がある。腫瘍は、解剖学的構造の変化の一例を表す。腫瘍が成長する場合、それは拡張された解剖学的構造を表すと言える。この拡張された解剖学的構造は検出できない可能性があり、例えば、拡張された解剖学的構造の一部のみが検出可能である可能性がある。原発性／高悪性度脳腫瘍は、例えば、造影剤が腫瘍に浸潤するために使用される場合、MRIスキャンで通常視認可能である。MRIスキャンは、撮像方法の一例を表す。そのような脳腫瘍のMRIスキャンの場合、MRI画像における信号増強（腫瘍に浸潤する造影剤による）は、固形腫瘍塊を表すと考えられる。したがって、腫瘍は検出可能であり、例えば、撮像方法によって生成された画像において識別可能である。「拡張」腫瘍と呼ばれるこれらの腫瘍に加えて、脳腫瘍の約１０％は、スキャンでは識別できず、例えば、撮像方法によって生成された画像を見ているユーザには見えないと考えられる。

マッピング
マッピングは、第１の座標系における第１のデータセットの要素（例えば、画素またはボクセル）、例えば要素の位置の、第２の座標系（第１の座標系の基礎とは異なる基礎を有し得る）における第２のデータセットの要素（例えば、画素またはボクセル）、例えば要素の位置への変換（例えば、線形変換）を記述する。一実施形態では、マッピングは、弾性または剛性融合アルゴリズムによってそれぞれの要素の色値（例えば、グレー値）を比較する（例えば、照合する）ことによって決定される。マッピングは、例えば、変換行列（アフィン変換を定義する行列など）によって具現化される。

弾性融合、画像融合／モーフィング、剛性
画像融合は、弾性画像融合または剛性画像融合であり得る。剛体画像融合の場合、２D画像の画素および／または３D画像のボクセル間の相対位置は固定され、弾性画像融合の場合、相対位置は変化することが可能である。

本出願では、「画像モーフィング」という用語は、「弾性画像融合」という用語の代替としても使用されるが、同じ意味である。

弾性融合変換（例えば、弾性画像融合変換）は、例えば、１つのデータセット（例えば、第１の画像などの第１のデータセット）から別のデータセット（例えば、第２の画像などの第２のデータセット）へのシームレスな移行を可能にするように設計される。変換は、例えば、第１および第２のデータセット（画像）の一方が、例えば対応する構造（例えば、対応する画像要素）が第１および第２の画像の他方と同じ位置に配置されるように変形されるように設計される。第１および第２の画像の一方から変換される変形（変換）画像は、例えば、第１および第２の画像の他方と可能な限り同様である。好ましくは、最適な類似度をもたらす変換を見つけるために、（数値）最適化アルゴリズムが適用される。類似度は、好ましくは、類似度の尺度（同じく以下「類似度尺度」と呼ばれる）によって測定される。最適化アルゴリズムのパラメータは、例えば、変形場のベクトルである。これらのベクトルは、最適な類似度をもたらすように最適化アルゴリズムによって決定される。したがって、最適な類似度は、最適化アルゴリズムのための条件、例えば制約を表す。ベクトルの基底は、例えば、変換される第１および第２の画像のうちの一方のボクセル位置にあり、ベクトルの先端は、変換された画像内の対応するボクセル位置にある。複数のこれらのベクトルは、好ましくは、例えば２０または百または千または１万などを超えて提供される。好ましくは、例えば病理学的変形（例えば、すべてのボクセルが変換によって同じ位置にシフトされる）を回避するために、変換（変形）に（他の）制約がある。これらの制約は、例えば、変形場（例えば、ベクトル場）の行列から計算されたヤコビ行列式が０より大きいことを意味する、変換が規則的であるという制約、ならびに変換された（変形された）画像が自己交差しないという制約、ならびに例えば、変換された（変形された）画像が不良および／または破断を含まないという制約を含む。制約には、例えば、規則的なグリッドが画像と同時に対応する方法で変換される場合、グリッドはその位置のいずれにも折り畳めないという制約が含まれる。最適化問題は、例えば、例えば勾配降下アルゴリズムなどの一次最適化アルゴリズムである最適化アルゴリズムによって、例えば反復的に解かれる。最適化アルゴリズムの他の例には、滑降シンプレックスアルゴリズムなどの導関数を使用しない最適化アルゴリズム、またはニュートン様アルゴリズムなどの高次導関数を使用するアルゴリズムが含まれる。最適化アルゴリズムは、好ましくは局所最適化を実行する。複数の局所最適値が存在する場合、シミュレーテッドアニーリングまたは汎用アルゴリズムなどのグローバルアルゴリズムを使用することができる。線形最適化問題の場合、例えば、シンプレックス法を使用することができる。

最適化アルゴリズムの工程では、ボクセルは、例えば、類似度が増加するような方向に大きさだけシフトされる。この大きさは、好ましくは、所定の限界未満、例えば、画像の直径の１／１０未満または１００分の１または１０００分の１未満、例えば、隣接するボクセル間の距離以下である。例えば、多数の（反復）工程に起因して、大きな変形を実施することができる。

決定された弾性融合変換は、例えば、第１および第２のデータセット（第１および第２の画像）間の類似度（または類似性尺度、上記参照）を決定するために使用することができる。この目的のために、弾性融合変換と恒等変換との間の偏差が決定される。偏差度は、例えば、弾性融合変換の行列式と恒等変換との間の差を決定することによって計算することができる。偏差が大きいほど、類似性が低くなり、したがって、偏差の程度を使用して類似性の尺度を決定することができる。

類似性の尺度は、例えば、第１のデータセットと第２のデータセットとの間の決定された相関に基づいて決定することができる。

固定（相対）位置
本明細書において固定相対位置とも呼ばれる固定位置は、固定位置にある２つのオブジェクトが、変化が明示的かつ意図的に開始されない限り、変化しない相対位置を有することを意味する。固定位置は、位置を変更するために所定の閾値を超える力またはトルクを加えなければならない場合に特に与えられる。この閾値は、１０Nまたは１０Nmであり得る。特に、センサ装置の位置は、ターゲットが位置合わせされている間、または２つのターゲットが互いに対して移動している間、ターゲットに対して固定されたままである。固定位置は、例えば、１つのオブジェクトを別のオブジェクトに堅固に取り付けることによって達成することができる。位置の一部である空間的位置は、特に、（２つのオブジェクト間の）距離によってのみ、または（２つのオブジェクトをリンクする）ベクトルの方向によってのみ記述することができる。位置の別の部分である位置合わせは、特に、（２つのオブジェクト間の）相対的な向きの角度によってのみ記述することができる。

医療ワークフロー
医療ワークフローは、医療処置および／または医療診断中に実行される複数のワークフロー工程を含む。ワークフロー工程は、典型的には、必ずしも所定の順序で実行されるとは限らない。各ワークフロー工程は、例えば、特定のタスクを意味し、単一のアクションまたはアクションのセットであってもよい。ワークフロー工程の例は、医療画像のキャプチャ、患者の位置決め、マーカーの取り付け、切除の実行、関節の移動、インプラントの配置などである。

図面の簡単な説明
以下では、背景を説明し、本発明の特定の実施形態を表す添付の図面を参照して、本発明を説明する。しかしながら、本発明の範囲は、図の文脈で開示された特定の特徴に限定されない。

本開示による方法を示す。 本開示による方法の一部を示す。 本開示によるシステムの概略図である。

実施形態の説明
図１は、本開示による、医療撮像システムと、医療撮像システムに取り付けられた、特に堅固に取り付けられた追跡装置とを備える医療システムのための画像再構成方法の基本工程を示す。あるいは、追跡装置は、医療撮像システムに取り付けられなくてもよい。

工程S１１は、マーカーベース追跡のための追跡装置の座標系C２を医療撮像システムの座標系C１に較正することを含む。

後続の工程S１２は、医療撮像システムによってスキャンを実行することを含み、スキャンを実行することは、複数の医療画像I＿i（i＝１．．．n）を取得することを含む。

工程S１３は、追跡装置によって、複数の医療画像I＿iの各々について、１つまたは複数のマーカーを使用してC２内の対応する追跡座標を取得することを含む。

本方法は、任意選択的に、医療画像と共に、それぞれの撮像システム座標および１つまたは複数のマーカーの対応する追跡座標を記憶すること（S１３a）を含むことができる。

本方法は、任意選択の工程S１０において、基準位置を決定することを含むことができる。基準位置は、例えば、医療画像、例えば第１の医療画像I＿１を選択し、対応する追跡位置を基準位置として使用することによって決定することができる。あるいは、基準位置は、医療画像の一部またはすべてを選択し、対応する平均追跡位置を決定し、平均追跡位置を基準位置として使用することによって決定されてもよい。

あるいは、基準位置は、所与の時間における追跡位置、または医療画像取得とは無関係に位置を追跡する時間枠に基づいてもよい。

工程S１４は、追跡座標およびC１とC２との間の較正に基づいて医療画像を変換することを含む。

工程S１５は、基準位置に対する変換画像に基づいて３D画像を再構成することを含む。再構成は、例えばリアルタイムで、例えば第１の画像I＿１を基準画像として使用して、工程S１５aにおいて最初に実行されてもよい。代替的または追加的に、再構成は、任意選択的に異なる基準位置に対して、工程S１５bにおける後の時間に実行されてもよい。

方法は、任意選択の工程S１６において、再構成された３D画像と共に、それぞれの基準位置を記憶することを含むことができる。

方法はまた、例えば視覚化および／または基準位置の選択のために、追跡装置によってツール、例えばポインタツールを追跡する任意選択の工程S１７を含むことができる。

任意選択の工程S１８は、手術ナビゲーションシステムが、追跡を実行する医療撮像装置に取り付けられた追跡システムと同時にマーカーベースの追跡を実行することを伴い得る。

この例では、方法は、外科手術ナビゲーションシステムが医療撮像システムに取り付けられた追跡装置によっても使用される共有基準マーカーを使用する工程S１８aと、医療処置中に取得された画像データおよび処置前の画像データの位置合わせを実行する工程S１８bとを含むことができる。

任意選択の工程S１９において、ポインタ計画が実行されてもよい。すなわち、医療撮像装置は、追跡装置によって追跡されるポインタに基づいて位置決め／位置合わせされてもよく、次いで、任意選択的に、平面X線画像が取得され（工程S１９a）、またはCBCT撮像が前記方向から／前記位置で実行される（工程S１９b）。工程１９bは、工程S１１に戻ることを伴い得る。図２は、変換および３D再構成の一例を詳細に示す。これは、図１の文脈で説明した方法で使用することができる。

工程S２１において、撮像システムの座標系C１が定義される。例えば、それは撮像ジオメトリに関して定義されてもよい。

工程S２２において、堅固に取り付けられた追跡装置／システムの座標系C２が定義される。例えば、座標系は、追跡装置の追跡カメラの視線方向に対して定義されてもよい。

これらの工程の順序およびタイミングは自由に選択することができる。
工程S２３において、座標系C１およびC２が校正されてもよい。これは、一方の座標系における位置を他方の座標系における位置に変換する変換を決定することを伴い得る。具体的には、C２で追跡座標が得られるので、C１で（追跡座標によって記述される）位置または動きを表すための変換が決定され得る。

工程S２４において、座標系C１に空間情報を有する医療撮像データが取得される。
同時に、工程S２５において、追跡装置は、座標系C２におけるマーカーの位置を追跡し、相対運動を決定する。追跡装置と撮像装置との間の同期機構は、マーカーの追跡位置が正しい医療（投影）撮像データフレームに明確に関連付けられることを保証する。１つの医療（投影）画像データフレームについて、マーカーの追跡位置との関連付けが不可能である場合、前のフレームのマーカーの追跡位置が使用されるものとする。

工程S２６において、（S２１で確立された較正によってC１に変換された）マーカーの関連する位置と共に医療（投影）撮像データが３D画像再構成に使用される。

各医療（投影）画像について、その空間情報（S２４）は、３D再構成の前にその投影ジオメトリを変換することによって修正される。変換は、医療（投影）画像のマーカーの感知された追跡位置からマーカーの基準位置を減算することによって決定される。

あるいは、各医療（投影）画像について、その元の空間情報（S２４）が３D再構成に使用される。しかしながら、この場合、３D再構成の位置（向きを含む）は、各再構成工程の前に上述の変換の逆変換によって修正される。

最後に、S２６は、動き補償３D再構成をもたらし、基礎となる医療（投影）画像の追跡されたマーカー位置が組み込まれた。

図３は、本開示による医療システム１を開示する。医療システムは、特に図１および図２の文脈で概説されるように、本開示の方法を実行するように構成され得る。

医療システムは、医療撮像システム２、例えばCT撮像システムを備える。一例として、ループX撮像システムを使用することができる。ガントリ２c上に配置された例示的な線源２aおよび例示的な検出器２bが示されている。ガントリは、ループ形状を有してもよい。医療システムは、追跡装置３、この例では赤外線追跡カメラをさらに備える。追跡装置は、任意選択的に取り外し可能な方法で、医療撮像システム３に取り付けられ、特に堅固に取り付けられる。あるいは、追跡装置は、医療撮像システムに取り付けられなくてもよい。

図はまた、医療システムが任意選択的に手術ナビゲーションシステム４を備えてもよいことを示している。マーカー５a～５eはまた、それぞれ床に配置され、患者ベッド６に取り付けられ、関心領域８内の患者７の一部に取り付けられ、または関心領域外の患者の一部に取り付けられ、または医療ツール９に取り付けられて示されている。マーカー５a～５eのうちの任意の１つ、および少なくともいくつかの任意の組み合わせを使用できることを理解されたい。

手術ナビゲーションシステムの追跡装置には符号４aを付している。
医療撮像システムは、車輪付きシステムとして、および傾斜可能なガントリ２c、特に破線１０で示す傾斜可能な回転平面（この図では側面から見た）を有するガントリを有するシステムとして示されている。

追跡装置３および医療撮像システム２は、データ接続１１aを介して通信することができる。手術ナビゲーションシステムおよび医療撮像システムは、データ接続１１bを介して通信することができる。それぞれのデータ接続は、有線または無線であってもよい。

床は、いくらかの凹凸を有するものとして示されている。これは、医療撮像装置の位置追跡に関する課題を説明するためのものにすぎない。他の問題は、潜在的に濡れた床での車輪のスリップから生じ得る。これらの課題は、本開示の方法およびシステムによって克服することができる。

以下では、本開示の方法およびシステムを説明するために、より多くの例および利点を説明する。

本開示によれば、座標系（C１）を有するCTシステムなどの撮像システム、および撮像システム（C２）に堅固に取り付けられた追跡カメラなどの追跡装置、特にC１に対する固定構成要素またはC１に対する可動構成要素であるその構成要素が提供される。例えば、追跡装置は、光学立体カメラ、単眼カメラ、EM追跡装置、または赤外線カメラなどのカメラを備えてもよい。追跡装置は、例えば、撮像システムの線源および／または検出器が取り付けられているガントリまたはCアームに取り付けることができる。

特に、追跡装置は、C１とC２との間の関係が明確に定義されるように撮像システムに取り付けられてもよい。さらにより具体的には、追跡装置は、ガントリまたはCアームが傾斜した場合、C１とC２との間の関係が一定のままであるように、追跡カメラがガントリまたはCアームと共に傾斜するように取り付けられてもよい。

一例として、C２は、任意選択的にC３などの別の座標系、例えばC１に対する検出器または光源の固有の較正を介してC１に較正される。

したがって、光学座標系C２および放射線座標系C１は、特に、例えば静的相互較正を使用して相互較正される。

追跡装置によって使用されるマーカーは、静的に（例えば、患者の寝台または床の上に）または患者上に、特に動く身体部分の近くに、または動く身体部分から除去されて配置されてもよい。マーカーは、撮像装置のROIの内側または外側の患者に配置することができる。

いくつかの軌道タイプまたは装置軸について、撮像装置の正確な内部較正が困難または不可能であるという課題に対処するために、マーカーの静的取り付けを使用することができる。例えば、ガントリの傾斜（例えば、残留変動重力が引き起こすたるみによる）、装置のヨー、または長手方向／横方向のスキャンおよび動き（車輪のスリップおよび予測不可能な床面による）を考慮すると課題が生じる。したがって、撮像装置は、それぞれの装置軸のより正確な「符号化」によって画質を改善するためにスキャン中に追跡され得る。

任意選択で、マーカーは、放射線療法治療装置などのツールまたは治療装置上に配置される。

本開示によれば、（医療）画像（I＿i）を取得し、撮像システム座標と共に記憶することができる。

（患者または静的）マーカーの追跡座標が取得され、I＿１で記憶される。
（患者または静止）マーカーの追跡座標が取得され、I＿２で記憶され、これが続く。

基準位置の画像I＿refとして、画像I＿１または別のI＿n（仮想であってもよく、画像I＿xのセットの平均などの統計的手段によって導出されてもよい）が選択される。

すべての画像I＿iは、例えばtrackingCoordinates（I＿i）－trackingCoordinates（I＿ref）の変換を使用して変換され、I＿i＿transfが得られる。

上述したように、あるいは、各医療（投影）画像について、その元の空間情報が３D再構成に使用され得る。しかしながら、この場合、３D再構成の位置（向きを含む）は、各再構成工程の前に上述の変換の逆変換によって修正される。

変換画像I＿i＿transfに基づいて３D画像を再構成することができる。
再構成された３D画像は、選択／計算された基準位置に関して記憶されてもよい。

一例として、I＿refとしてのI＿１に基づいてライブ再構成を実行することができる。
任意選択的に、患者マーカーの追跡および現在位置と撮像位置との類似性に基づいて、基準位置、例えば平均位置、最初、最後を後で変更することができる。

上述したように、手術ナビゲーションシステムとの組み合わせが考えられる。手術ナビゲーションシステムは、それ自体の追跡カメラを有することができ、処置前画像データセットの独立した位置合わせを実行することができる。

患者に対する撮像システムの追跡がないと、処置内画像データがぼやけ、および／または処置前データと位置ずれする可能性がある。したがって、同じ（共有された）基準マーカー（または基準に堅固に取り付けられたマーカー）を有する患者に対する撮像システムの追跡は、処置前データに正しく位置合わせされたおよび／またはぼやけていない処置内画像データを提供する。この文脈における「ぼやけた」は、一般に、画像アーチファクトを示す再構成画像を示すことができる。したがって、これはナビゲーション目的には理想的ではなく、潜在的にはナビゲーション処理に不確実性およびその結果として不正確さをもたらす。

位置合わせ時点は、手術ナビゲーションシステムから撮像システムへの信号として提供されてもよく、その結果、撮像システムは、これを記憶して使用して、対応する追跡位置を動き補正のための、すなわち医療画像の変換および３D画像再構成の実行のための基準位置として決定することができる。

任意選択的に、例えばガントリ上の医療撮像システムに取り付けられた追跡装置は、外部ナビゲーションシステムを代替または補完することができる。

追跡装置は、撮像座標系C１内のツールを追跡するために使用することができる。ツールに取り付けられたマーカーは、その目的のために使用することができる。

これは、術中または術前に取得された画像上のポインタツールのライブ視覚化に使用することができる。同様に、「ポインタ計画」ワークフローも可能である。一例として、医療撮像システムは、追跡されたポインタツールに基づいて投影ジオメトリを調整することができる。

別の例として、LINACなどの治療装置は、それに取り付けられたマーカーを有することができ、患者動き補正マーカーは、代替ナビゲーションシステムの基準として機能することができる。

追跡装置はまた、例えば、撮像システムの非常に正確な位置認識が重要である場合、撮像とは無関係に撮像システムの位置制御に使用されてもよい。

本発明を図面および前述の説明において詳細に例示および説明してきたが、そのような例示および説明は例示的であり、限定的ではないと考えられるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。前述の説明および図面を考慮すると、特許請求の範囲によって定義されるように、本発明の範囲内で様々な修正を行うことができることが当業者には明らかであろう。

Claims (37)

1. 医療撮像システムと、前記医療撮像システムに対して取り付けられた追跡装置とを備える医療システムのための画像再構成方法であって、
   マーカーベース追跡のための追跡装置の座標系Ｃ２を前記医療撮像システムの座標系Ｃ１に較正すること（Ｓ１１）と、
   前記医療撮像システムによってスキャンを実行すること（Ｓ１２）であって、前記スキャンを実行することは、複数の医療画像Ｉ＿ｉ（ｉ＝１．．．ｎ）を取得することを含む、実行すること（Ｓ１２）と、
   前記追跡装置によって、前記複数の医療画像Ｉ＿ｉの各々について、１つまたは複数のマーカーを使用してＣ２における対応する追跡座標を取得すること（Ｓ１３）と、
   追跡座標およびＣ１とＣ２との間の前記較正に基づいて前記医療画像を変換すること（Ｓ１４）と、
   基準位置に対して前記変換された画像に基づいて３Ｄ画像を再構成すること（Ｓ１５）と、
   を含む、方法。
2. 前記基準位置を決定することを含み、前記基準位置を決定することは、前記複数の医療画像の中から１つまたは複数の画像を選択することと、前記選択された画像の前記対応する追跡位置に基づいて前記基準位置を決定することとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記基準位置を決定することは、
   初期医療画像Ｉ＿１を基準画像として選択し、前記対応する追跡位置を前記基準位置として使用すること、および／または
   最後の医療画像Ｉ＿ｎを基準画像として選択し、前記対応する追跡位置を前記基準位置として使用すること、および／または
   平均追跡位置を決定し、それを基準位置として使用するような統計的方法を使用して、医療画像Ｉ＿１、．．．Ｉ＿ｘのセットに対応する追跡位置のセットに基づいて基準位置を計算すること、および／または
   特定の時間または特定の時間枠内の１つまたは複数の追跡位置に基づいて基準位置を計算すること、
   を含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記３Ｄ画像の再構成はリアルタイムで実行され、初期撮像システム座標が基準位置として使用される、請求項３に記載の方法。
5. 前記医療画像を用いて、前記１つまたは複数のマーカーのそれぞれの撮像システム座標および対応する追跡座標を記憶すること、および／または
   前記再構成された３Ｄ画像と共に、それぞれの前記基準位置を記憶すること、
   を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記基準位置とは異なる第２の基準位置を使用して、前記変換された画像から第２の３Ｄ画像を再構成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. マーカーから決定された基準位置を基準として前記３Ｄ画像を再構成することを含み、
   前記マーカーは患者に取り付けられ、前記医療撮像システムによって撮像されたＲＯＩ（関心領域）の近傍に位置し、前記医療画像の取得中に発生する前記ＲＯＩ内の任意の患者の動きのための有効な代替信号を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記方法は、前記医療撮像システムの座標系Ｃ１において医療処置で使用されるツールを追跡するために前記追跡装置を利用することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記ツールはポインタツールであり、前記ツールの前記追跡は、ポインタ計画ワークフローで使用するために、前記医療処置の前および／または前記医療処置中に取得された医療画像に関して前記ポインタツールを視覚化するために使用される、請求項８に記載の方法。
10. 前記方法は、前記追跡座標を取得するため、および手術ナビゲーションシステムの追跡カメラによって追跡するために共有基準マーカーを使用することを含み、前記手術ナビゲーションシステムは、医療処置中のナビゲーションを可能にするために、前記医療処置中に前記手術ナビゲーションシステムによって取得された画像データを、前記医療処置の前に取得された医療用画像データと位置合わせすることを実行する、請求項１に記載の方法。
11. 前記共有基準マーカーは、再構成画像におけるアーチファクトを回避し、前記医療処置の前に取得された前記医療画像のデータおよび／または前記医療処置中に取得された画像のデータの正確な位置合わせを提供するように選択される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記方法は、手術ナビゲーションシステムが、信号として、前記医療撮像システムに位置合わせ時間を提供することと、
    前記医療撮像システムが、前記位置合わせ時間に関連付けられた追跡位置を、
    前記３Ｄ画像を再構成する際の動き補償のための基準位置として、または
    位置合わせ時間枠内の複数の追跡位置から基準位置を導出するための基準位置として、使用することとを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記医療撮像システムは、自律的に移動可能な車輪付きシステムであり、前記方法は、前記医療撮像システムの位置認識を提供するために前記追跡装置を使用することを含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記方法は、前記医療撮像システムが、目標位置から移動された後に、前記目標位置、医療撮像位置に自動的に再位置決めすることを含み、
    前記再位置決めすることは、
    再位置決め中に、前記追跡装置によって１つまたは複数のマーカーの画像を取得し、前記画像から現在のマーカー位置を決定することと、
    前記目標位置から移動する前または移動中に前記追跡装置によって取得されたマーカーの画像から決定された以前のマーカー位置を使用することであって、前記マーカーの前記画像および／または前記マーカーのマーカー位置および／または前記マーカーのマーカーＩＤは、対応する医療画像と共に任意選択的に記憶される、使用することと、
    前記現在のマーカー位置および前記以前のマーカー位置に基づいて、前記医療撮像システムを再位置決めするための軌道を決定することと、
    を含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記医療撮像システムに取り付けられた前記追跡装置が、部屋内の固定位置に配置されたマーカーの画像を取得し、前記画像から決定されたマーカー位置を前記医療撮像システムの位置を決定するために使用し、または
    部屋の壁もしくは天井もしくは床、または前記部屋内の既知の位置を有する前記部屋内の機器に取り付けられた固定位置追跡装置が、前記固定位置追跡装置を用いて前記医療撮像システムに取り付けられた１つまたは複数のマーカーの画像を取得し、前記取得された画像内のマーカー位置に基づいて前記医療撮像システムの位置を決定することによって、前記部屋内の前記医療撮像システムの前記位置を追跡するために使用され、または、
    前記医療撮像システムに取り付けられた前記追跡装置と、前記部屋の壁もしくは天井もしくは床、または前記部屋内の既知の位置を有する前記部屋内の機器に取り付けられた固定位置追跡装置との各々が、前記部屋内の固定位置に配置された同じ１つまたは複数のマーカーの画像または動的マーカーを取得し、前記画像から決定されたマーカー位置が、前記医療撮像システムを使用して決定されたマーカー位置と、前記固定位置追跡装置を使用して決定されたマーカー位置とを組み合わせて、前記固定位置追跡装置に対する前記医療撮像システムの前記位置を得ることによって、前記医療撮像システムの位置を決定するために使用される、
    請求項１に記載の方法。
16. 前記医療撮像システムの位置は、部屋座標系に対して、および／または前記部屋座標系に対して較正された位置を有するツールに対して決定される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記医療画像を特定の呼吸サイクルフェーズに割り当て、複数の３Ｄ画像を再構成することによって前記医療撮像システムの撮像装置によって取得された前記医療画像の一時的ビニングであって、各々がそれぞれの呼吸サイクルフェーズに対応し、内因性または外因性のビニング技術を使用し、前記それぞれの呼吸サイクルフェーズは、特定の時間窓サイズ内で任意選択的に指定することができ、その結果、前記再構成された３Ｄ画像の空間領域において効果的な画素ベースのビニングがもたらされる、医療画像の一時的ビニングを含む、請求項１に記載の方法。
18. 前記追跡装置がマーカーを追跡し、現在の呼吸フェーズおよび前記現在の呼吸フェーズに対応する３Ｄ画像は、ツール追跡に使用するために、マーカーの動きと呼吸フェーズとの相関に基づいて選択され、前記方法は、ツールモデルと前記現在の呼吸フェーズに対応する前記３Ｄ画像とのオーバーレイを表示することを含む、請求項１７に記載の方法。
19. ゲーテッドナビゲーションは、前記呼吸サイクルフェーズのサブセットについてのみ、前記呼吸サイクルフェーズのうちの１つにおいてのみナビゲーション機能を実行または提供することによって提供される、請求項１７または１８に記載の方法。
20. 前記医療撮像システムは、傾斜可能なガントリまたは傾斜可能なＣアーム、その回転平面が傾斜可能であるように構成されたガントリ、またはその回転平面が傾斜可能であるように構成されたＣアームを備え、および／または
    前記医療撮像システムは、ガントリまたはＣアーム、傾斜可能なガントリまたは傾斜可能なＣアームを備え、前記医療撮像システムは、前記ガントリまたは前記Ｃアームはヨー回転を記述するように移動可能であるように構成される、
    請求項１に記載の方法。
21. 前記追跡装置は、前記医療撮像システムの座標系Ｃ１内に固定された前記医療撮像システムの構成要素、または前記医療撮像システムの座標系Ｃ１内で移動可能な前記医療撮像システムの構成要素に取り付けられている、請求項１に記載の方法。
22. 前記医療撮像システムは、互いに対して移動可能な放射線源および放射線検出器を備え、前記追跡装置は、前記追跡装置は、少なくとも部分的に、１つまたは複数の自由度に関して、前記放射線源および前記放射線検出器の一方に対して固定された空間的関係を有するように医療撮像システムに取り付けられている、または
    前記医療撮像システムは、固定された相対的な空間的位置を有する放射線源および放射線検出器を備え、前記追跡装置は、前記追跡装置は、少なくとも部分的に、１つまたは複数の自由度に関して、前記放射線源および前記放射線検出器に対して固定された空間関係を有するように医療撮像システムに取り付けられている、
    請求項１に記載の方法。
23. 前記追跡装置は、ポーズ追跡のために構成され、１つまたは複数のカメラを備える赤外線追跡システム、１つまたは複数のカメラを備えるビデオカメラ追跡システム、電磁追跡システムのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の方法。
24. 前記１つまたは複数のマーカーは、患者の寝台に取り付けられたマーカーおよび／または床に取り付けられたマーカーおよび／または前記患者の１つまたは複数の部分、関心領域の内側の前記患者の部分および／または前記医療撮像システムの撮像装置の前記関心領域の外側の患者の部分に取り付けられたマーカーを含む、請求項１に記載の方法。
25. 前記１つまたは複数のマーカーは、患者の胸部および／または患者の脊椎および／または患者の頭蓋に取り付けられたマーカーおよび／または患者の手足に取り付けられたマーカーを備える、請求項１に記載の方法。
26. 前記１つまたは複数のマーカーは、治療装置、放射線治療装置に取り付けられたマーカー、および／または医療処置で使用するためのツールに取り付けられたマーカーをさらに備える、請求項１に記載の方法。
27. 前記１つまたは複数のマーカーは、ガントリまたはＣアームの傾斜を考慮すること、ガントリまたはＣアームのたるみを考慮すること、デバイスのヨーを考慮すること、長手方向スキャン中の動き補償、床での前記医療撮像システムの車輪のスリップを考慮すること、前記医療撮像システムが車輪付きシステムである場合に、前記医療撮像システムの下の不均一な床を考慮することのうちの少なくとも１つを可能にするような位置に取り付けられる、請求項１に記載の方法。
28. 医療撮像システム（２）と、前記医療撮像システムに堅固に取り付けられた追跡装置（３）とを備える医療システム（１）であって、請求項１に記載の方法を実行するように構成されている、医療システム（１）。
29. 前記スキャンを実行するように構成された前記医療撮像システム（２）と、
    前記対応する追跡座標を取得するように構成された前記追跡装置（３）と、
    任意選択的に、追跡装置によって使用するための追跡マーカー（５ａ～５ｅ）であって、患者のベッド、前記患者の１つまたは複数の身体部分、床、医療処置で使用するための１つまたは複数のツール、治療装置の１つまたは複数の構成要素、放射線治療装置または組織破砕装置の１つまたは複数に取り付けられた追跡マーカー（５ａ～５ｅ）と、
    をさらに備える、請求項２８に記載のシステム。
30. 医療処置のためのナビゲーションシステム（４）をさらに備え、前記ナビゲーションシステムは、１つまたは複数のナビゲーションマーカーを使用し、前記ナビゲーションマーカーの少なくともサブセットは、前記追跡マーカーの少なくともサブセット、前記患者に取り付けられた前記追跡マーカーのサブセットに対応する、請求項２９に記載のシステム。
31. 前記追跡装置は、ハウジングによって囲まれた、ハウジングによって完全に囲まれた１つまたは複数のカメラを備え、前記ハウジングは、前記１つまたは複数のカメラの画像センサからの非マーカー関連反射、一体型照明源からの反射を遮断するように構成されている、請求項２９または３０に記載のシステム。
32. 医療撮像システム（２）と、前記医療撮像システムに堅固にまたは移動可能に取り付けられた追跡装置とを備え、請求項１に記載の方法を実行するように構成されている、医療システム（１）。
33. 前記スキャンを実行するように構成された前記医療撮像システム（２）と、
    前記対応する追跡座標を取得するように構成された前記追跡装置（３）と、
    任意選択的に、追跡装置によって使用するための追跡マーカー（５ａ～５ｅ）であって、患者のベッド、前記患者の１つまたは複数の身体部分、床、医療処置で使用するための１つまたは複数のツール、治療装置の１つまたは複数の構成要素、放射線治療装置または組織破砕装置の１つまたは複数に取り付けられた追跡マーカー（５ａ～５ｅ）と、
    をさらに備える、請求項３２に記載のシステム。
34. 医療処置のためのナビゲーションシステム（４）をさらに備え、前記ナビゲーションシステムは、１つまたは複数のナビゲーションマーカーを使用し、前記ナビゲーションマーカーの少なくともサブセットは、前記追跡マーカーの少なくともサブセット、前記患者に取り付けられた前記追跡マーカーのサブセットに対応する、請求項３３に記載のシステム。
35. 前記追跡装置は、ハウジングによって囲まれた、ハウジングによって完全に囲まれた１つまたは複数のカメラを備え、前記ハウジングは、前記１つまたは複数のカメラの画像センサからの非マーカー関連反射、一体型照明源からの反射を遮断するように構成されている、請求項３３または３４に記載のシステム。
36. プログラムがコンピュータによって実行されると、前記コンピュータに請求項１に記載の前記方法を実行および／または制御させる命令を備えるコンピュータプログラム製品。
37. コンピュータによって実行されると、前記コンピュータに請求項１に記載の方法を実行および／または制御させる命令を備えるコンピュータ可読媒体。