JP2002510230A

JP2002510230A - 立体的画像ナビゲーション方法及び装置

Info

Publication number: JP2002510230A
Application number: JP50581699A
Authority: JP
Inventors: シャヒディ、ラミン
Original assignee: Leland Stanford Junior University
Current assignee: Leland Stanford Junior University
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2002-04-02
Also published as: WO1999000052A1; EP0999785A4; EP0999785A1

Abstract

(57)【要約】記憶装置（２０２）を有し、外科用器具又は指針（１０９）、位置追跡システム（１０５、１１０、１１１）、及び表示装置（１０２）に接続された外科用ナビゲーションシステム。指針（１０９）の位置及び方向は、実時間で追跡され、コンピュータ（１０１）へ送られる。コンピュータの記憶装置（２０２）では、MRI、CT、その他の患者の立体スキャンからのデータがロードされ、このデータは、指針（１０９）の視点からの患者の人体組織構造の３次元的透視画像を実時間で動的に表示するために使用される。

Description

【発明の詳細な説明】立体的画像ナビゲーション方法及び装置技術分野本発明は、ナビゲーション（navigation）を目的として３次元対象物の画像を生成するための方法及び装置に関し、特に、内科及び外科用に上記画像を生成するための方法及び装置に関する。背景技術内科及び外科分野では、人体組織の各部分の精密な画像化が益々重要な技術となっている。侵入式の外科的処置による患者の外傷を小さくするために、小さい切開部を通じて最小の侵入で体内に外科的処置を施すための技術が開発されてきた。このような処置では、外科医により、直接に見ることができなかったり、見ずらい人体組織の部分に手術を施す必要がある。さらに、体内の幾つかの部分は、非常に複雑な構造や非常に小さい構造を含んでおり、より繊細な処置を外科医が施せるように、このような構造の可視性を高くする必要がある。また、このような処置の計画を立てるとき、最適な外科手術的な軌道（トラジェクトリー（trajectory））を決定するために、体内のこのような構造の位置及び方向を評価する必要がある。近年、内部の人体組織構造の画像を得ることのできる新しい医療技術が開発された。この技術は、伝統的なＸ線法と比較して大きな利点を有する。比較的新しい技術には、ミクロインパルス・レーダー（Microimpulse Radar）（MIR）、コンピュータ・トモグラフィー（CT）、磁気共鳴画像化（Magnetic Resonance Ima ging）（MRI）、ポジション・エミッション・トモグラフィー（Position Emissi on Tomography）（PET）、超音波（Ultrasound）（US）スキャン、及び様々なその他の技術がある。これらの方法は、それぞれ、他の技術と比較して、利点と欠点を有する。例えば、MRI技術は、３次元画像を生成するのに有用であるが、特定タイプの組織に実用できるだけであり、一方、CTスキャンは、他の人体組織構造の画像を生成するのに有用である。対照的に、USスキャンは、比較的速く処置を行えるが、その精度と信号対雑音（SN）比に限定される。画像化の問題は、特に、患者の頭蓋骨の内側に繊細な外科的処置を施すような神経外科分野において深刻である。上記技術は、頭蓋骨内の構造の画像から様々な人体組織の特徴を精度良く突き止める外科医の能力を向上させた。しかし、これは、２次元画像で外科医が見ているものを手術台上の実際には３次元の患者と合致させる必要があることから、手術室のセッチング（sett ing）の際の助けとなるだけであった。神経外科医は、依然、神経外科医の人体解剖学の知識の範囲に頼らざるおえない。何年も前に、この問題に取り組んだ定位的（ステレオタクチック（stereotact ic））技術が開発された。この定位的脳外科診療では、診療用画像に用いる基準点を与える基準フレームが患者の頭部に取り付けられる。このデバイスは、外科用器具を、目標とする脳内腫瘍へと所望の軌道に沿わせて切り開くためのガイドをさらに含む。このように、従前の神経外科技術では、外科医は、さながら、濃霧の中に、浅瀬、珊瑚礁、岩礁、氷山、等のような幾多の障害物を有する海原で船を航海させる船長のようなものである。たとえ、船長がこれら障害物の非常に良い地図を有していたとしても、船の正確な位置を地図上で追跡し続けなければならない、という不変的な問題がある。これと同様に、脳内構造を示す精密な画像スキャンを有する神経外科医は、依然、目標の位置へと不都合なくナビゲーションを行うために、実際の外科手術的な軌道の位置決めを正確にできなければならない。手術室のセッチングの際に、外科医によって施される他の処置が神経に影響を与えずに、この相互的な関係が行われることがさらに必要である。このナビゲーションの問題は、米国特許第５３８３４５４号（Bucholz）（１９９５年１月２４日発行）で取り組まれている。この特許には、頭部画像上に頭部内の外科用プローブの位置を指示するためのシステムが開示される。このシステムは、定位的フレームを使用して、基準点を与え、これら基準点に関するプローブの先端の位置を計測するための手段を与える。この情報は、コンピュータ手段によって画像に変換される。米国特許第５２３０６２３号（Guthrie）（１９９３年７月２７日発行）には、手術中の指針の位置を検出し、これをコンピュータ上に読み出し、グラフィック表示装置に接続させることが開示される。この指針は、外科医が指針を手放さずにコンピュータの制御を行えるように“３次元マウス”としても使用できる。米国特許第５６１７８５７号（Chaderら）（１９９７年４月８日発行）には、位置検出システムの手段により医用器具の位置を相互作用的に追跡するための画像化システム及び方法が記載されている。指針は、小形発光ダイオード（LED）を含んでおり、放射線センサの固定アレイが設けられ、これにより、LEDの放射するパルスが検出され、この情報を使用して、指針の位置が動的に探知される。参考文献として、米国特許第５６２２１７０号（Schulz）（１９９７年４月２２日発行）も挙げられる。これには、同様のシステムが、プローブで探られる対象物（例えば、脳）の模型画像に関する侵入式外科用プローブの指針を表示するためのコンピュータ表示装置に接続されることが開示される。米国特許第５５３１２２７号（Schneider）（１９９６年７月２日発行）は、脳をわたるナビゲーションを行えるように外科用プローブの表示を実時間で与えることが望ましい、という多数の他の参考文献にみられる問題を明示的に取り扱っている。この特許には、動的に実時間で外科医の視線に沿った画像を与えるためのシステムが開示される。このシステムでは、表示される画像は、３次元データを再構成したものから再度薄切りしたスライス画像（ユーザーの特定する視線に沿った様々な位置でこの視線に直交する断面又は薄片）である。よって、視線の視点が常に対象物の外側からのものであるが、仮想画像を定義するために使用される断面は外科医により選定される対象物を通じる様々な薄片（又はスライス）を構成し得る。これら画像は、外科医の頭部に取り付けたビデオカメラのような視線に沿って向けられる画像記録デバイスにより得られる実際の画像上に重ね合わされ、合成画像が表示され得る。上記システムは、様々な方法でナビゲーション問題に取り組もうとするものであり、これらは仝て、手術室での処置中に外科医による抜粋的な映像化の特定レベルを要する共通の欠点を有する。外科医が目標とする腫瘍又は組織障害に向けて脳を通じて処置を行うとき、外科手術的な軌道の周囲の全ての構造について全て知ることが望まれる。従前のシステムでは、備えられている表示装置は、この情報の全てを単一の利便的な実時間表示に与えず、観察者は、頭の中で行う概念的な周囲構造の描画を得るために、断片を寄せ集めたり、表示情報を再度方向付けたりしなくてはならない。これらのことは、手術室のセッチングにおいて、実用上、重大な不利点である。従前のシステムに欠落しているものは、他の特徴により隠されている構造を含む３次元及び２次元で脳内の視線に沿った外科用プローブの先に見える様々な構造を実時間で示す３次元表示である。発明の開示本発明は、外科手術中に、実時間で人体組織構造の３次元画像を表示するための改良システム及び方法を提供する。外科医は、外科的処置を施している間、この構造にわたってナビゲーションを行える。また、このシステムは、外科的処置の計画を立てるのに有用である。このシステムは、表示装置及び入力デバイス（例えば、キーボード及びマウス）を接続したコンピュータを含む。また、このシステムは、コンピュータに接続される位置追跡システムも含む。コンピュータには、外科医が使用する外科用プローブ又は器具も接続される。位置追跡システムは、使用の際、外科用器具の位置及び方向を指示するために、データを実時間で連続的にコンピュータに与える。コンピュータには、CTやMRIのような画像化スキャンにより生成された患者データを収納する記憶装置がさらに含まれ、患者データから人体組織構造の２次元及び３次元画像が生成される。患者に関するこれら画像の登録又はレジストレーション（registration）手段が与えられる。コンピュータの記憶装置は、人体組織の画像の生成を制御するプログラムをさらに与える。これらプログラムは、スキャン画像の分割を行うためのソフトウェアを含み、様々なタイプの構造や組織を識別することができ、また、スキャンデータからの２次元及び３次元画像を再構成できる。このソフトウェアは、様々な大きさや方向で表示でき、また、様々な位置や方向で薄切りにしたスライス平面により生成される様々な断面映像を表示でき、これら全ては外科医によって制御できる。この画像生成ソフトウェアは、映像の位置及び方向を変えたり、対象の映像領域にある様々なタイプの組織、構造及び表面の表示透明度又は不透明度を変えるためのユーザー制御（ユーザーにより制御される）手段を有し、人体組織構造の透視画像である３次元画像を生成する、という重要な特徴を有する。これにより、ユーザーは、画像の視軸にある表面や構造を効果的に“見通す（又はシースルー（see through）する）”ことができ、特定の映像に潜んでいる他の構造を見えるようにすることができる。さらに、画像は、外科用プローブ又は器具を使用しているときに、その長手方向の軸に沿って、その先端から見ている外科用プローブ又は器具の視点から生成される。よって、侵入式の外科用器具（例えば、外科用メス、ピンセット）が人体の切開部に挿入されると、人体の内側の視点から人体組織構造の３次元的透視映像が表示装置に表示される。これら画像は、全て、“大急ぎ（又は、オン・ザ・フライ（on the fly））で“実時間で生成される。よって、器具を移動したり回転させると、位置追跡システムが、器具の位置及び方向を指示するデータをコンピュータへ連続的に与え、表示される画像は、器具が指し示す構造を示すように、連続的に更新される。また、それ自身で画像を生成できるプローブ又は器具（例えば、超音波プローブ、内視鏡、外科用顕微鏡、等）のために、システムは、その画像とスキャンデータから生成されたものとを統合するための手段を与える。ソフトウェアにより、ユーザーは、これら器具から生成された“実際の画像”と、スキャンデータから生成された“仮想画像”とを重ね合わせることができる。本発明の目的は、外科的処置を施している間に外科医が遭遇する人体組織構造の３次元的透視画像を生成するためのシステム及び方法を提供することである。本発明の第二の目的は、画像に対応する視点の位置及び方向を変えるためのユーザー制御手段を有する、上記画像を生成するためのシステム及び方法を提供することである。本発明の他の目的は、表示される画像が、通常の映像に潜んでいる構造及び特徴を示すことができるように、対象の映像領域にある構造及び表面の不透明度を変えるためのユーザー制御手段を有する、上記画像を生成するためのシステム及び方法を提供することである。本発明の他の目的は、外科医の使用する器具の長手方向の軸に沿った方向にある器具の先端に位置する視点を有する、上記画像を生成するためのシステム及び方法を提供することである。本発明の他の目的は、表示される画像が、外科医の使用する器具の位置に連続的に対応するように、実時間で上記画像を生成するためのシステム及び方法を提供することである。本発明の他の目的は、外科医の使用する画像生成器具により生成された画像と、上記画像とを比較し、組み合わせるためのシステム及び方法を提供することである。本発明のこれら及びその他の目的、利点、特性及び特徴は、好適な実施例の詳細な説明と添付の図面を考察することによって、よりよく理解され得る。図面の簡単な説明図１は、神経外科的処置を施している間、手術室で使用される本発明の装置の概念的な透視図である。図２は、本発明のコンピュータシステム及び光学追跡システムの概念的なブロック図である。図３は、本発明の方法を実施する際に守られる手術前データを使用するナビゲーションプロトコルの概念的なブロック図である。図４は、本発明の方法を実施する際に守られる超音波手術中データを使用するナビゲーションプロトコルの概念的なブロック図である。図５は、本発明の方法を実施する際に守られる内視鏡プロトコルの概念的なブロック図である。図６は、本発明の手術前プロトコルを備えた手術前コンピュータプログラムの概念的なフローチャートである。図７は、本発明の超音波プロトコルを備えた手術前超音波コンピュータプログラムの概念的なフローチャートである。図８は、本発明の内視鏡プロトコルを備えた手術中内視鏡コンピュータプログラムの概念的なフローチャートである。図９は、本発明に従って生成した表示を示し、外側の視点からの頭部の３次元的透視映像と、頭部の軸方向、前額方向、及び前後方向の断面映像を示す。図１０は、本発明に従って生成した表示を示し、内側の観視点からの頭部の３次元的透視映像と、頭部の軸方向、前額方向、及び前後方向の断面映像を示す。図１１ａは、本発明を実施するために使用した外科用プローブと人の頭蓋骨のプラスチック模型を示す。図１１ｂは、実施目的の模型の内部構造を示すために、頭蓋骨の上部を取り外した図１１ａの頭蓋骨模型の他の形態を示す。図１２は、図１１ａ及び図１１ｂに示す頭蓋骨模型の、本発明により生成された二つの表示の簡単な複写である。図１３は、図１１ａ及び図１１ｂの頭蓋骨の、本発明の他の二つの表示の簡単な複写である。図１４は、実際の人の頭蓋骨の、本発明によって生成された合成表示の複写である。発明を実施する最良の形態図１は、神経外科的手術を施すか又はその計画を立てる際に使用されるような本発明の装置を示す。この図では、患者の頭部（１１２）には腫瘍又は組織障害（１１７）があり、これが、手術の目標となる対象物である。当業者に既知の関連技術と同様の技術に従って予め得られたスキャンデータによって生成される画像の登録又はレジストレーション（registration）ができるように、基準点マーカー（１１３）、（１１４）が頭部に取り付けられる。外科医に保持された外科用プローブ又は器具（１０９）が、対象の組織に向けられる。コンピュータ（１０１）が、キーボード（１０３）及びマウス（１０４）を含むユーザー入力デバイス、及びビデオ表示デバイス（好適に、カラーモニター）に接続される。表示デバイス（１０２）は、手術中に外科医が容易に見ることのできる場所に配置され、また、ユーザー入力デバイス（１０３）、（１０４）は、外科的処置を施している間、容易に手の届く範囲内に配置される。この装置は、さらに、位置追跡システムをさらに含む。この位置追跡システムは、好適に、手術台を見渡せるところに取り付けた検出ユニット（１０５）、及び外科用器具（１０９）に取り付けた少なくとも二つの発光ダイオード（LED）（１１０）、（１１１）を有する光学追跡システム（以下、OTS）である。これらLEDは、好適に、赤外線パルス信号を連続的に放射し、この赤外線パルス信号は、外科用器具（１０９）から見えるところにある検出ユニット（１０５）に取り付けた複数の赤外線検出器（１０６）、（１０７）、（１０８）に検出される。器具（１０９）及び検出ユニット（１０５）は、両方とも、コンピュータ（１０１）に接続され、コンピュータ（１０１）は、LE Dからのパルス放射のタイミング及び同期と、検出器（１０６）〜（１０８）で受信した赤外線信号の記録及び処理とを制御する。OTSは、これら信号を処理して、器具（１０９）の位置及び方向を指示するデータを生成するためのソフトウェアをさらに含む。OTSは、位置検出データを実時間で連続的に生成し、外科用器具（１０９）が動くと、その位置及び方向が、検出ユニット（１０５）によって連続的に追跡され、コンピュータ（１０１）に記録される。OTSは、米国特許第５６１７８５７号（Schulz）、同第５６２２１７０号（Schulz）に記載のシステムと同様の商業的に入手可能の“Flashpoint 3-D Optical Localizer（商品名）”（Image Guided Technologies社、Boulder、Colorado）のような既知のタイプのものが好適である。しかし、本発明は、このような特定のOTSに限定されず、音波位置検出システムのような他の位置追跡システムも使用できる。図１に示すように、外科用器具（１０９）は、先細形であり、長手方向の軸と、対象の組織に指向される先端部（１１５）とを有する。この器具は、図１に破線で示す円錐形の視野（１１６）を有する内視鏡であり得る。図示の器具は、患者の頭部の外側の位置で保持される。頭蓋骨に切開部（１１８）が形成された場合、器具は、この切開部を通じて挿入され得る。この位置を図１に破線で示す。これら両方の位置では、器具は、LED（１１０）、（１１１）と検出ユニット（１０５）との間の視線が遮られないように、保持される。内視鏡や他の光学式映像化法の応用では、器具は、考察対象の領域に強い光を当てて際だたせるために、レーザー式目標設定システム（図示せず）を含み得る。図２は、位置追跡システムに接続したコンピュータシステムの概念的なブロック図を示す。コンピュータ（１０１）は、中央演算処理ユニット（CPU）（２０１）を含み、このCPU（２０１）には、記憶装置（２０２）、ビデオ表示装置（１０２）、キーボード及びマウス（１０３）、（１０４）、光学検出器（１０６）〜（１０８）、及び外科用器具（１０９）に取り付けたLEDが接続されている。コンピュータの記憶装置は、位置追跡システムを作動し、制御するためのソフトウェア手段を収納している。変形的な好適な実施例では、OTSの構成成分（１０５）〜（１０９）は、コンピュータ（１０１）に接続され且つ外科用器具（１０９）の位置及び方向を指示するデータを連続的に与える他のコンピュータ又はコントローラに接続、制御され得る。上記の本発明の装置は、図３〜５に示す外科的プロトコルを実施するために操作される。図３は、本発明に従って外科的処置を行う間の画像を生成するために、手術前データを処理するためのプロトコル（“pre-opプロトコル”）の概念的なブロック図である。患者の頭部の３次元（３Ｄ）画像データは、当業者には既知の従来の医用画像化技術の一つ又はそれ以上の技術から予め得られているものと仮定する。好適に、このデータは、例えば、超音波スキャンデータと比較して高精度、高精細度の画像が得られるCT、MIR及び／又はMRIスキャン技術から得られる。スキャンデータは、ディスクドライブ又はテープドライブのような付加的な入力手段（図示せず）を通じてコンピュータ記憶装置（２０２）にロード（load）、貯蔵される（符号３０１）。患者データは、一般的に既知の技術に従ってレジストレーションされる（符号３０２）。この手順は、全データ集合の３次元的なレジストレーション、又は順次薄切りした二次元的なレジストレーションであり得る。３次元的なレジストレーションに従うと、その後、画像は、３次元ボクセル（voxel）データのアレイを生成するために立体的（又はボリューメトリック（volumetric））又は平面的描出化（レンダリング（rendering））を使用して記憶装置で再構成される（符号３０３）。次に、一つ又はそれ以上の既知の分割技術を使用して、これらデータを分割し（符号３０４）、異なったタイプの頭部の物質（骨、脳組織、血管構造及び脳室構造、等）やその表面の位置のような様々な人体組織の特徴を識別する。好適に、分割処理は、異なったタイプの構造に異なった表示色を指定することを含み、これにより、カラービデオ表示装置でこれらの識別を容易に行うことができる。例えば、血管系統を青色で示し、骨を茶色で示す、等であり得る。好適な実施例では、これらの色指定は、キーボード（１０３）及びマウス（１０４）の手段によって、ユーザーが変えることができる。また、好適な実施例では、表示の不透明度は、キーボード（１０３）、マウス（１０４）又は他の入力デバイス（例えば、音声入力デバイス）の手段によってユーザーが変えることができ、これにより、ビデオ表示に潜んでいる特徴の識別をより容易に行うことができる。２次元的なレジストレーションが行われる変形的なプロトコルでは、各２次元画像サンプルの分割が行われ（符号３０９）、次に、３次元データが、分割データの薄切り（又はスライス）から再構成される（符号３１０）。この変形的なプロトコルは、図に破線で示される。図３を参照して、pre-opプロトコルの次のフェーズは、表示されるべき画像を定義するために、映像ベクトルの位置及び方向を決定することである（符号３０５）。この映像ベクトルは、外科用器具（１０９）の現在の位置及び方向を突き止めるために、OTSを問いただすことによって得られる。次に、この情報とともに、３次元スキャンデータが、結果的に得られる３次元的透視映像の位置決め及び方向付けを行い、この映像を指示し、明晰にする表示画像の切断面及び基準マーカーを定義するために、処理される（符号３０６）。次に、この処理を行った３次元的透視画像は、ビデオ表示装置（１０２）上に表示される（符号３０７）。また、任意の切断面の２次元（２Ｄ）断面映像のような他の２次元画像も、好適に、解明を目的として、３次元的透視表示と一緒に表示される。最後に、pre-opプロトコルは、連続的なループ処理であり、外科用器具（１０９）の位置及び方向に対応する映像ベクトルの位置の変化について、OTSが、繰り返し問いただされる（符号３０８）。よって、表示される画像は、外科的処置の間、連続的に更新され、結果的に得られる表示は、実時間で絶えず新たに供給される。また、画像データも貯蔵又は一時的に記憶され、引き続くプロトコルに従った他の使用に利用できるようになっている（符号３１１）。外科用器具（１０９）は、その先端（１０５）に位置した超音波変換器を含み、患者の頭部に接触し、それ自身で、超音波画像化データをスキャンし、検出する。図４は、手術中（“intra-op”）超音波（“US”）プロトコルの概念的なブロック図であり、外科手術中のUS画像データを処理する。典型的に、超音波変換器は、人体組織の対象の領域の平面扇形区域からデータを生成するフェーズド集束アレイであり、変換器の中心軸（本明細書では、外科用器具（１０９）の長手方向の軸上にある）が、スキャン区域の平面にある。この軸に関して外科用器具及び変換器を回転させることにより、対象の領域の円錐形ボリューム（volume）のUSスキャンデータが収集され、貯蔵される（符号４０１）。この円錐は、変換器スキャンの“視野”を定義する。変換器の位置及び方向は、OTSによって追跡され、決定され（符号４０２）、U Sデータを使用して、対象の領域の３次元intra-op画像データを再構成する（符号４０３）。このデータは、pre-opデータの処理（３０６）と同様のやり方で処理され（符号４０４）、次に、任意の所望の対応する超音波データの２次元画像と一緒に３次元画像を生成するために使用される（符号４０５）。これらintra- op画像は、pre-opプロトコル（符号３１１）により生成されたpre-op画像と融合され（符号４０６）、合成画像がさらに表示される。最後に、OTSは、連続的にストローブ（strobe）され（符号４０７）、超音波画像は、連続的に新たに供給される。図５は、内視鏡が外科用器具（１０９）の先端（１１５）に配置される、intr a-opプロトコルの概念的なブロック図でありる。このプロトコルも、内視鏡の位置で外科用顕微鏡を使用する処置に提供できる。画像データが、内視鏡又は顕微鏡の視線（本明細書では、外科用器具（１０９）の長手方向の軸）に直交する平面の２次元画像を表すＣＣＤカメラ又は他の既知の技術を使用して、得られる（符号５０１）。外科用器具の位置及び方向は、OTSによって追跡され、決定され（符号５０２）、アナログ・ツー・デジタル（“A/D”）変換がこのデータで行われる（符号５０３）。視点の位置は、OTSデータから決定され（符号５０４）、内視鏡又は顕微鏡画像データが処理され（符号５０５）、表示用の所望の画像が生成される（符号５０６）。これらintra-op画像は、pre-op プロトコル（符号３１１）によって生成されたpre-op画像と融合され（符号５０８）、合成画像がさらに表示される。最後に、OTSは、連続的にストローブされ（符号５０７）、超音波画像が絶えず新たに供給される。上述したプロトコルは、コンピュータ（１０１）の記憶装置（２０２）に収納されるプログラムモジュールにより供給される。図６は、pre-opプロトコルを供給するプログラムのフローチャートの概念的なブロック図である。プログラムが開始され（符号６０１）、予め得た患者のスキャンデータ（例えば、MRI又はCT データ）をコンピュータが受信し、ロードする。コンピュータは、OTSからのデータをさらに読み取り（符号６０３）、スキャンを行った患者データをレジストレーションする（符号６０４）。３次元立体的描出化に、スキャンデータを使用して、３次元画像データに再構成され（符号６０５）、分割がこの再構成で行われる（符号６０６）。図に破線で示す変形的な実施例では、分割が２次元スライスで行われ（符号６１５）、次に、これら分割スライスが、全３次元画像データに再構成される。プログラムは、次に、ユーザーが画像表示用の視野を選択できるように、キーボード（１０３）又はマウス（１０４）からの入力データを読み取る（符号６０７）。次に、画像データは、任意に選択した基準マーカー、物質不透明度、カラー、又はプログラムによってユーザーに与えられる他の選択肢と一緒に、所望の映像を生成するために、処理され、変換される（符号６０８）。また、ユーザーは、内視鏡、顕微鏡、超音波変換器、又は外科的手術中に使用される他の映像化デバイスの視野を示す重ね合わせた円錐と一緒に頭部全体の３次元表示を要求できる。次に、結果的に得られる処理済み画像は、好適に、ビデオ表示装置（１０２）上にカラーで表示される（符号６０９）。コンピュータは、次に、OTSデータを読み取り（符号６１０）、外科用器具が移動したか否かを決定する（符号６１１）。外科用器具が移動した場合、プログラム制御が、図６に示す、新しい視野の選択（符号６０７）及び引き続く作業（６０８）〜（６１０）に戻る。器具の位置が変わらなかった場合、いずれの予め貯蔵した表示画像を新しく供給して、表示される画像は貯蔵される（符号６１２）。プログラムは、作業を中断するべきか否かについてのユーザーからの要求をさらに捜し（符号６１３）、このような要求がなかった場合、作業（６１１）及び（６１２）が繰り返される。よって、コンピュータは、ユーザーが終了を要求するまで、作業のループが続けられる（符号６１４）。図７は、超音波intra-opプロトコルを供給するプログラムのフローチャートの概念的なブロック図である。プログラムが開始すると（符号７０１）、コンピュータが、外科用器具（１０９）の先端９１１５）のUS変換器からデータを受信し、ロードする。このようなデータは、通常、対象の領域の位置を特定するために、極座標や球面座標を使用して生成され、プログラムは、好適に、このデータを直交座標系に変換する（符号７０３）。次に、OTSデータが、外科用器具（１０９）の位置及び方向を決定するために読み取られ（符号７０４）、整列したデータスライスの集合体からのUSデータを使用して、USスキャンデータを表す３次元画像データを再構成する（符号７０５）。この画像データは、pre-opデータの処理（符号６０８）と同様のやり方で、プログラムによって処理され、変換され（符号７０６）、結果的に得られる画像が表示される（符号７０７）。図６に示すpre-opプログラムと同様に、OTSが問いただされ（符号７０９）、外科用器具が移動したか否かを決定し（符号７１３）、器具が移動した場合、新しいUS表示画像が再構成される。好適な実施例では、プログラムは、対象の領域の他のUSスキャンを行うか否かについてユーザーに問いかける（符号７１６）。他のUSスキャンを行う場合、プログラム制御は、図７の作業（符号７０２）へ戻り、新たなUSデータがUS変換器で得られる。他のUSスキャンが要求されなかった場合（符号７１６）、プログラムは、作業（符号７０５）へ戻り、新しい３次元画像が現在のUSスキャンデータから再構成される。前回の問いかけから外科用器具が移動しなかったことをOTSの問いかけが決定した場合（符号７０９）、US画像は、図６に示すプログラムによって得られたpr e-op画像と融合され（符号７１０）、組合わせた画像が表示される（符号７１１）。OTSは、外科用器具が移動したか否かについての決定をするために、再度、問いかける（符号７１２）。外科用器具が移動した場合、プログラムは、新しいスキャンのユーザーの問いかけ（符号７１６）に戻る。そうでなければ、プログラムは、作業を中断するべきか否かについてのユーザーからの要求を捜し（符号７１４）、このような要求がなかった場合、作業が繰り返される（符号７１３）。よって、コンピュータは、図６のpre-opプログラムと同様、ユーザーが終了を要求する（符号７１５）まで作業のループが続けられる。内視鏡／顕微鏡intra-opプログラムは、図８に概念的なブロック図で示すフローチャートを有する内視鏡intra-opプログラムにより好適に供給される。プログラムが開始すると（符号８０１）、コンピュータが、内視鏡から画像データを受信し、ロードする（符号８０２）。このデータは、デジタル化され（符号８０３）、好適に、ビデオ表示装置（１０２）に表示される（符号８０４）。OTSが問いただされ（符号８０５）、内視鏡の位置及び方向を決定する情報を受信する（符号８０６）。この情報を使用して、図６に示すpre-opプログラムによって得られたpre-opデータが検索され（符号８０７）、内視鏡の視点からの３次元仮想画像を再構成するために使用される（符号８０８）。この画像は、図６に示すpre-opプログラムによる３次元画像表示と同様のやり方で、表示される（符号８０９）。この画像は、作業（符号８０４）で表示された内視鏡画像と融合される（符号８１０）。次に、OTSがストローブされ（符号８１２）、前回の問いかけから内視鏡が移動したか否かについて決定する（符号８１３）。内視鏡が移動した場合、プログラム制御は作業（符号８０２）へ戻り、内視鏡で受信した画像データを新たに供給する。そうでなければ、プログラムは、作業を中断するべきか否かについてのユーザーからの要求を捜し（符号８１４）、このような要求がなかった場合、作業（符号８１３）が繰り返される。よって、コンピュータは、図６、７のpre-op及びintra-opプログラムと同様に、ユーザーが終了を要求するまで作業のループが続けられる（符号８１５）。上記のプログラムモジュールは、個別に設計され、これらは、個別に実行できるようにも設計できる。よって、pre-opプログラムが終了した後、intra-opプログラムの一方又は両方を実行できる。しかし、好適に、これらプログラムは、外科的手術中、並列に操作され、手術が継続すると、pre-opデータ画像及びintra-opデータ画像が、全て、連続的に新たに供給される。既知のプログラム並列処理方法が、このために使用できる。上記のプログラムは、好適に、コンピュータグラフィック応用に適応されるコンピュータ（１０１）上で行われる。これらプログラムに適応するコンピュータは、シリコン・グラフィックス社（Silicon Graphics,Inc.、Mountain View，Ca lifornia）から商業的に入手可能である。上記のプログラムでの大半の個々の画像処理作業を行うためのグラフィックソフトウェアモジュールも、他のソースと同様、シリコン・グラフィック社から商業的に入手可能である。図９は、患者の頭部（１１２）の内部にある目標とする組織障害又は腫瘍（１１７）に向けて指向した図１の外科用プローブ（１０９）を有する上記システムによって得られた３次元画像表示（９０１）の略図である。表示（９０１）の縁部は、境界線（９００）で示される。表示（９０１）は、プローブ（１０９）の先端（１１５）からの透視映像である。この表示は、連続的に新たに供給され、プローブ（１０９）が移動すると、表示される画像（９０１）が直ちに変わる。ここで、プローブ（１０９）の全部が患者の頭部の外側に示されるが、表示（９０１）は、脳及び目標とする腫瘍（１１７）のような内部の人体組織構造を示す。本発明のシステムでは、表示特性は、内部構造を強調したり、あまり強調させないように、実時間で調整できる。これらの構造は、異なった物質に対して異なった色づけをして表示することにより識別できる。また、皮膚、頭蓋骨及び脳細胞の表示不透明度は、目標とする腫瘍（１１７）に注目して他の構造の詳細を与えたり強調するために減衰できる。表示（９０１）は、隠れた構造を表面及び対象物を通じて見ることのできる“Ｘ線の目”を外科医に効果的に与える。この表示では、頭部の内部構造の全体が考察、研究でき、切開前に、外科手術的な軌道を計画立てることができる。さらに、外科用器具（１０９）がメスである場合、外科医は、最初の切開前に、表示（９０１）により、表面に画されたいずれの構造も直ちに見ることができる。図９は、考察下の領域をより明示、解明するための、在来の軸方向（９０２）、前額方向（９０３）及び前後方向（９０４）の２次元表示も示す。外科用器具（１０９）が内視鏡又はUS変換器である場合、視野（１１６）は、内視鏡（１０９）から見える皮膚の表面と円錐形の視野（１１６）との交差部を指示する準円形画像（９０５）によって表示（９０１）に指示される。この円錐形の視野も、２次元表示（９０２）〜（９０４）に完全に重ね合わされる。好適な実施例では、表示は、視野（９０５）で内視鏡により見られる実際の画像、及び視野（９０５）にある同一領域の３次元的透視画像を示すこともでき、これら補助的な画像は、好適に、器具（１０９）がUS変換器であるときに含まれる。患者の頭部に切開部（１１８）が形成された後、内視鏡が挿入され、目標とする人体組織構造の内部映像が与えられる。図１０は、目標とする組織障害又は腫瘍（１１７）に向けて指向した図１の内視鏡（１０９）（図１に破線で示す変形的な位置）を有する上記システムによって得られた３次元的画像表示（１００１）の略図である。表示（１００１）の縁部は、境界線（１００１）により示される。表示（１００１）は、内視鏡（１０９）の先端（１１５）を通過しその軸に直交した切断平面を有する３次元的断面映像を与えるように処理されたものである。上記と同様に、内視鏡の視野（９０５）が、この表示に指示され、好適な実施例では、補助的な表示が、視野（９０５）の内視鏡により見られる実際の画像、及び視野（９０５）の同一の領域の３次元的透視画像も示し、これら補助的な表示は、図１０には示されていない。この図は、さらに好適に、さらに明示、解明を目的とする在来の軸方向（１００２）、前額方向（１００３）及び前後方向（１００４）の２次元表示も含む。図１１ａ、１１ｂ、１２及び１３は、本発明の好適な実施例によって生成される３次元表示をさらに示す。図１１ａ、１１ｂは、ベース部（１１０２）と、着脱可能の上部（１１０１）とを有する頭蓋骨のプラスチック模型を示す。頭蓋骨（１１０１）、（１１０２）は、スタンド（１１０６）上に固定される。また、図１１ａは、本発明に従って表示を生成するためにOTS（図示せず）に接続したL ED（１１０５）を有する指針（１１０４）を示す。上部（１１０１）には複数のホール（１１０３）が設けられ、指針（１１０４）が頭蓋骨の内部に進入できるようになっている。図１１ｂには、上部（１１０３）を取り外した頭蓋骨が示される。内部構造（１１０７）のプラスチック模型が頭蓋骨の内部に作られ、これら内部構造は、図示のように、簡単に確認できる配置構成の固体である。図１１ａ、１１ｂの頭蓋骨は、図１２、１３に示す表示を生成するために使用される“pre-op”画像データを生成するためにスキャンされる。図１２、１３の表示の縁部は、それぞれ、境界線（１２００）、（１３００）で示される。図１２は、図１に示す指針の一及び方向と同様に、指針（１１０４）を上部中央の外部から頭蓋骨に向けた頭蓋骨の二つの表示（１２０１）、（１２０２）の合成画である。表示（１２０１）は、この指針の一からの３次元的透視映像である。表示（１２０２）は、これと同一の映像であるが、頭蓋骨物質の表示不透明度が減衰されている。この不透明度の減衰により、図示のように、内部構造（１１０７）が鮮明に可視化される。実際に使用している間、システムは、外科医がこの不透明度を変えて実時間で画像を調整できるようにし、頭蓋骨構造及び内部構造の両方を様々な態様で表示装置に可視化できる。ここで、表示（１２０１）に示す表面等高線は、有限サイズの描出化レイヤー（layer）又はボクセル（voxel）によって生成される。これら等高線は、データをスムーシング（smoothing）したり、ボクセル又はレイヤーのサイズを小さくすることによって小さくできる。図１３は、開口部（１１０３）のうちの一つを通じて進入させた指針（１１０４）おる二つの表示の合成画である。表示（１３０２）は、頭蓋骨内部の指針の先端からの映像である。表示（１３０１）は、指針の軸に沿った頭蓋骨の外側からの構造全体の映像である。すなわち、表示（１３０２）は表示（１３０１）の一部を実質的に拡大したものである。表示（１３０１）は、指針の軸に垂直な指針の先端を通じる切断面で一部を切断した頭蓋骨を示す。これら表示の両方は、本発明によって生成される３次元表示の透視画法的特徴を鮮明に示す。最後に、図１４は、実際の人の頭部の、システムによって生成された表示の簡単な合成画である。表示（１４０１）は、図示のように直交する切断面によって定義された部分を切断した頭部全体の透視映像である。図１４の表示の縁部は、境界線（１４００）で示される。この表示は、二つの切断面の交差線に沿って頭部に向けて指向した内視鏡の視野も示し、内視鏡の先端は、円錐の頂点にある。表示（１４０２）は、垂直方向の切断面によって生成された２次元断面映像であり、表示（１４０３）は、水平方向の切断面によって生成された、これに対応する断面映像である。さらに、表示（１４０２）、（１４０３）の画像はまた、表示（１４０１）の３次元画像上で変換（回転及び拡大）され、重ね合わされる。これら表示の両方は、円錐形の視野と切断面との交差部も指示する。表示（１４０４）は、内視鏡で見られる実際の画像である。表示（１４０５）は、本発明に従って立体的描出化によりスキャンデータから再構成された内視鏡画像の仮想透視映像である。表示（１４０６）は、本発明に従って平面的描出化によりスキャンデータから再構成された、狭い視野を有する内視鏡の視点からの画像の仮想透視映像である。この表示（１４０６）は、外科手術的な軌道を計画立てる際に、外科用プローブと一緒に使用できる。表示（１４０７）は、表示（１４０６）（狭い視野）を拡大したものであり、顕微鏡を通じて見られ得る仮想画像を示す。最後に、表示（１４０８）は、平面的描出化を使用するスキャンデータからの頭部全体の分割３次元透視映像であり、表示（１４０９）は、現有のシステムで可能な表示の潤沢な多様性及び可転性を示す。これら全ての表示は、実時間で同時に外科医に提供され、オンラインで変えることができる。以上の説明から明らかなように、本発明は、実際の外科的処置の間、人体組織構造をわたってナビゲーションを行うための改良した手段を提供する。システムにより、外科医は、余分な手作業を要することなく、処置を行うのに使用する同一の器具と一緒に表示を選択し、調節することができる。表示が実時間で直ちに与えられることから、画像が、処置の中断を一切必要としない。また、このシステムによって与えられる仮想画像は、在来の手段を通じて得られる画像と連続的に相互的に関連される。さらに、本発明が神経外科応用や他の外科的又は医学的診療応用に限定されないことは、当業者には明らかであろう。例えば、本発明を具体化するシステムは、“pre-op”スキャンデータが得られるように、人工衛星からの情報を利用する実際の航海又は航空ナビゲーションにより得られ得る。指針デバイスは、船舶又は航空機自身に代えられ、ビデオ表示装置は、特殊な画像化ゴーグル又はヘルメットに置換できる。本発明の好適な実施例の以上の説明は、図説を目的として与えられただけのものであり、開示される精密な形態に限定されない。多数の変更物及び変形物が上記の教示からなされ得る。本発明の精神及び範囲は、以下の請求の範囲及び全ての等価物の範囲に定義されるべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年５月４日（１９９９．５．４）【補正内容】請求の範囲１．３次元対象物の画像を生成するための方法であって、対象物の立体的な第一のスキャンデータを得る工程、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用する工程、前記第一の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための視野及び視点を選択する工程、前記視野とともに前記視点からの前記対象物の第一の３次元的透視画像を生成するために、前記第一の仮想画像データを処理する工程、前記第一の３次元的透視画像を表示する工程、を含む方法。２．請求項１の方法であって、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用する工程は、前記対象物の選択した特徴を識別するために、前記第一の仮想画像データを分割する工程、を含む、方法。３．請求項１の方法であって、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用する工程は、前記第一の仮想画像データで表される前記対象物の特徴の位置を決定するために、前記対象物に関して前記第一の仮想画像データのレジストレーションを行う工程、を含む、方法。４．請求項１の方法であって、前記第一の３次元的透視画像を表示する前記工程に続けて、前記第一の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための他の視点及び視野を選択する工程、前記視野とともに前記他の視点からの前記対象物の第一の３次元的透視画像を生成するために、前記第一の仮想画像データを処理する工程、及び前記第一の３次元的透視画像を表示する工程、を任意の所望とする回数だけ繰り返すことをさらに含む、方法。５．請求項１の方法であって、対象物の立体的な第二のスキャンデータを得る工程、前記第二のスキャンデータで構造情報を表す第二の仮想画像データを再構成するために、前記第二のスキャンデータを使用する工程、前記仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するために選択した前記視点及び視野と一致するように前記第二の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための視点及び視野を決定する工程、前記視野とともに前記視点からの前記対象物の第二の３次元的透視画像を生成するために、前記第二の仮想画像データを処理する工程、及び前記第二の３次元的透視画像を表示する工程、をさらに含む、方法。６．請求項５の方法であって、前記第一の３次元的透視画像と、前記第二の３次元的透視画像とを融合し、組合せ画像を表示する工程、をさらに含む、方法。７．請求項１の方法であって、対象物の第三のスキャンデータを得る工程、前記第三のスキャンデータに基づいた前記対象物の第三の画像表示するための視点及び視野を選択する工程、前記第三の画像を表示する工程、対象物の立体的な第一のスキャンデータを得る工程、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用する工程、前記第三のスキャンデータに基づいた前記対象物の前記第三の画像を表示するために選択した前記視点及び視野と一致するように前記第一の仮想画像に基づいた前記対象物の画像を表示するための視点及び視野を決定する工程、前記視野とともに前記視点からの前記対象物の第一の画像を生成するために、前記第一の仮想画像データを処理する工程、及び前記第一の３次元的透視画像を表示する工程、をさらに含む、方法。８．請求項７の方法であって、前記第三の画像と前記第一の３次元的透視画像とを融合し、組合せ画像を表示する工程、をさらに含む、方法。９．３次元対象物の画像を生成するための装置であって、記憶装置を有するコンピュータ、前記コンピュータに接続した表示手段、前記コンピュータに接続した入力手段、前記コンピュータに接続され、ユーザーによって移動可能の指針手段、及び前記コンピュータ及び前記指針手段に接続した位置追跡手段であって、この位置追跡手段が、前記指針の位置及び方向を連続的に検出し、この位置及び方向を前記コンピュータへ送る、位置追跡手段、を含み、前記コンピュータの記憶装置が、立体的な第一のスキャンデータを収納し、さらに、プログラムを収納し、このプログラムによって、前記コンピュータが、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用すること、前記位置追跡手段によって検出された前記指針手段の位置及び方向であるべき前記第一の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための視点を決定すること、前記視点からの前記対象物の第一の３次元的透視画像を生成するために、前記第一の仮想画像データを処理すること、及び前記第一の３次元的透視画像を表示すること、を行う、ところの装置。１０．請求項９の装置であって、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用することは、前記対象物の選択した特徴を識別するために、前記第一の仮想画像データを分割すること、を含む、装置。１１．請求項９の装置であって、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用することは、前記第一の仮想画像データで表される前記対象物の特徴の位置を決定するために、前記対象物に関して前記第一の仮想画像データのレジストレーションを行うこと、を含む、装置。１２．請求項９の装置であって、前記プログラムが、前記第一の３次元的透視画像を表示することに続けて、前記第一の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための他の視点を選択すること、前記他の視点からの前記対象物の第一の３次元的透視画像を生成するために、前記第一の仮想画像データを処理すること、及び前記第一の３次元的透視画像を表示すること、を任意の所望とする回数だけ繰り返し、行う、ところの装置。１３．請求項９の装置であって、前記プログラムが、対象物の立体的な第二のスキャンデータを得ること、前記第二のスキャンデータで構造情報を表す第二の仮想画像データを再構成するために、前記第二のスキャンデータを使用すること、前記仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するために選択した前記視点と一致するように前記第二の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための視点を決定すること、前記視点からの前記対象物の第二の３次元的透視画像を生成するために、前記第二の仮想画像データを処理すること、及び前記第二の３次元的透視画像を表示すること、をさらに行う、ところの装置。１４．請求項１３の装置であって、前記プログラムが、前記第一の３次元的透視画像と、前記第二の３次元的透視画像とを融合し、組合せ画像を表示すること、をを行う、ところの装置。１５．請求項９の装置であって、前記プログラムが、対象物の第二のスキャンデータを得ること、前記第二のスキャンデータで構造情報を表す第二の仮想画像データを再構成するために、前記第二のスキャンデータを使用すること、前記仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するために選択した前記視点と一致するように前記第二の仮想画像に基づいた前記対象物の画像を表示するための視点を決定すること、前記視点からの前記対象物の第二の画像を生成するために、前記第二の仮想画像データを処理すること、及び前記第二の画像を表示すること、を行う、ところの装置。１６．請求項１５の装置であって、前記プログラムが、前記第二の画像と前記第一の３次元的透視画像とを融合し、組合せ画像を表示すること、を行う、ところの装置。１７．請求項７の方法であって、前記対象物の第三の画像を表示するための視点及び視野を選択するための工程に続けて、前記第三の画像が得られる対象物の領域に光をあて、明るくする工程、をさらに含む、方法。１８．請求項７の方法であって、前記第三のスキャンデータを得る前記工程が、内視鏡によって行われる、ところの方法。１９．請求項７の方法であって、前記第三のスキャンデータを得る前記工程が、顕微鏡によって行われる、ところの方法。２０．請求項７の方法であって、前記第三のスキャンデータを得る前記工程が、ＣＣＤカメラによって行われる、ところの方法。２１．請求項１、５又は７の方法であって、前記視野とともに前記視点からの前記対象物の第一又は第二の３次元的透視画像を生成するために、第一又は第二の画像データを処理する前記工程が、前記対象物の断面映像を定義するために、少なくとも一つの切断平面を選択する工程、及び前記の少なくとも一つの切断平面によって決定された前記対象物の３次元的透視切断画像を生成する工程、を含む、ところの方法。２２．請求項１、５又は７の方法であって、第一又は第二の仮想画像データを再構成するために、第一又は第二のスキャンデータを使用する前記工程が、これらの観察のために、前記３次元的透視画像に示される異なった構造の不透明度を調節する工程、を含む、ところの方法。２３．請求項１の方法であって、前記第一のスキャンデータがMIRデータである、ところの方法。２４．請求項１の方法であって、前記第一のスキャンデータがCTデータである、ところの方法。２５．請求項１の方法であって、前記第一のスキャンデータがMRIデータである、ところの方法。２６．請求項１の方法であって、前記第一のスキャンデータがPETデータである、ところの方法。２７．請求項１の方法であって、前記第一のスキャンデータが超音波データである、ところの方法。２８．対象物のスキャンデータを使用して前記スキャンデータで構造情報を表す画像データを再構成するためのプログラムを収納した記憶装置を有するコンピュータ、前記コンピュータに接続した表示手段、前記コンピュータに接続した入力手段、前記コンピュータに接続され、ユーザーによって移動可能の指針手段、及び前記コンピュータ及び前記指針手段に接続され、前記指針手段の位置及び方向を検出し、前記位置及び方向を前記コンピュータへ送るための位置追跡手段、を含む、３次元対象物の画像を生成するためのシステムにおいて、前記画像を生成するための方法であって、対象物の立体的な第一のスキャンデータを得る工程、前記コンピュータの記憶装置に前記立体的な第一のスキャンデータをローディングする工程、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記コンピュータの前記プログラムを使用する工程、前記第一の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための視点を選択するために、前記指針手段を使用する工程、前記指針手段の位置及び方向を前記位置追跡手段で検出する工程、前記視ｓｎ手段の前記位置及び方向を前記コンピュータへ送る工程、前記画像を表示するための視野を選択する工程、前記視野とともに前記視点からの前記対象物の第一の３次元的透視画像を生成するために、前記第一の仮想画像データを前記コンピュータの手段で処理する工程、前記第一の３次元的透視画像を前記表示手段で表示する工程、を含む方法。２９．請求項２８の方法であって、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記コンピュータで前記プログラムを使用する前記工程が、前記対象物の選択した特徴を識別できるように、前記第一の仮想画像データを分割するために、前記プログラムを使用する工程、を含む、ところの方法。３０．請求項２８の方法であって、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記コンピュータで前記プログラムを使用する前記工程が、前記第一の仮想画像データで表される前記対象物の特徴の位置を決定するために、前記対象物に関して、前記第一の仮想画像データをレジストレーションする工程、を含む、ところの方法。３１．請求項２８の方法であって、前記第一の３次元的透視画像を表示する前記工程に続けて、前記第一の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための他の視点及び視野を選択するために、前記指針手段を使用する工程、前記指針手段の位置及び方向を前記位置追跡手段で検出する工程、前記指針手段の前記位置及び方向を前記コンピュータへ送る工程、前記視野とともに前記他の視点からの前記対象物の第二の３次元的透視画像を生成するために、前記第一の仮想画像データを前記コンピュータの手段で処理する工程、及び前記第二の３次元的透視画像を前記表示手段で表示する工程、を任意の所望の回数だけ繰り返す、ところの方法。３２．請求項２８の方法であって、対象物の立体的な第二のスキャンデータを得る工程、前記コンピュータの記憶装置に前記立体的なスキャンデータをローディングする工程、前記立体的な第二のスキャンデータで構造情報を表す第二の仮想画像データを再構成するために、前記コンピュータで前記プログラムを使用する工程、前記第一の仮想画像データに基づいた前記対象物の前記画像を表示するために選択した前記視点及び視野と一致するように、前記第二の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための視点及び視野を決定する工程、前記視野とともに前記視点からの前記対象物の第二の３次元的透視画像を生成するために、前記第二の加増画像データを前記コンピュータの手段で処理する工程、及び前記第二の３次元的透視画像を前記表示手段で表示する工程、をさらに含む方法。３３．請求項３３の方法であって、前記第二の３次元的透視画像と前記第一の３次元的透視画像とを融合し、組合せ画像を表示する工程、をさらに含む方法。３４．対象物のスキャンデータを使用して前記スキャンデータで構造情報を表す画像データを再構成するためのプログラムを収納した記憶装置を有するコンピュータ、前記コンピュータに接続した表示手段、前記コンピュータに接続した入力手段、前記コンピュータに接続され、ユーザーによって移動可能の指針手段、及び前記コンピュータ及び前記指針手段に接続され、前記指針手段の位置及び方向を検出し、前記位置及び方向を前記コンピュータへ送るための位置追跡手段、を含む、３次元対象物の画像を生成するためのシステムにおいて、３次元退場物の画像を生成するための方法であって、対象物の第三のスキャンデータを得る工程、前記コンピュータの記憶装置に前記第二のスキャンデータをローディングする工程、前記第三のスキャンデータに基づいた前記対象物の第三の画像を表示するための視点及び視野を選択する工程、前記第三の画像を前記表示手段で表示する工程、対象物の立体的な第一のスキャンデータを得る工程、前記コンピュータの記憶装置に前記立体的な第一のスキャンデータをローディングする工程、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記コンピュータで前記プログラムを使用する工程、前記第一の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための視点を選択するために、前記指針手段を使用する工程、前記指針手段の位置及び方向を前記位置追跡手段で検出する工程、前記指針手段の前記位置及び方向を前記コンピュータへ送る工程、前記画像を表示するための視野を選択する工程、前記視野とともに前記視点からの前記対象物の第一の３次元的透視画像を生成するために、前記第一の仮想画像データを前記コンピュータの手段で処理する工程、及び前記第一の３次元的透視画像を前記表示手段で表示する工程、を含む方法。３５．請求項３４の豊富であって、前記第三の画像と前記第一の３次元的透視画像とを融合し、組合せ画像を表示する工程、をさらに含む方法。３６．請求項３４の方法であって、前記対象物の第三の画像を表示するための視点及び視野を選択する前記工程に続けて、前記第三の画像が得られる対象物の領域に光をあて、明るくする工程、をさらに含む方法。３７．請求項３４の方法であって、前記第三のスキャンデータを得るための前記工程が、内視鏡の手段によって行われる、ところの方法。３８．請求項３４の方法であって、前記第三のスキャンデータを得るための前記工程が、顕微鏡の手段によって行われる、ところの方法。３９．請求項３４の方法であって、前記第三のスキャンデータを得るための前記工程が、ＣＣＤカメラの手段によって行われる、ところの方法。４０．請求項２８、３２又は３４の方法であって、前記視野とともに前記視点からの前記対象物の第一又は第二の３次元的透視画像を生成するために、第一又は第二の仮想画像データを処理する前記工程が、前記対象物の断面映像を定義するために、少なくとも一つの切断平面を選択する工程、及び前記の少なくとも一つの切断平面によって決定された前記対象物の３次元的透視断面画像を生成する工程、を含む、ところの方法。４１．請求項２８、３２又は３４の方法であって、第一又は第二の仮想画像データを再構成するために、第一又は第二のスキャンデータを使用する前記工程が、これらの観察を容易に行えるように前記３次元的透視画像に示される異なった構造の不透明度を調節する工程、を含む、ところの方法。４２．請求項２８の方法であって、前記第一のスキャンデータが、MIRデータである、ところの方法。４３．請求項２８の方法であって、前記第一のスキャンデータが、CTデータである、ところの方法。４４．請求項２８の方法であって、前記第一のスキャンデータが、MRIデータである、ところの方法。４５．請求項２８の方法であって、前記第一のスキャンデータが、PETデータである、ところの方法。４６．請求項２８の方法であって、前記第一のスキャンデータが、超音波データである、ところの方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ａ６１Ｂ 8/00 Ａ６１Ｂ 19/00 ５０２ 19/00 ５０２ 5/05 ３８０

Claims

【特許請求の範囲】１．３次元対象物の画像を生成するための方法であって、対象物の立体的な第一のスキャンデータを得る工程、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用する工程、前記第一の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための視点を選択する工程、前記視点からの前記対象物の第一の３次元的透視画像を生成するために、前記第一の仮想画像データを処理する工程、前記第一の３次元的透視画像を表示する工程、を含む方法。２．請求項１の方法であって、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用する工程は、前記対象物の選択した特徴を識別するために、前記第一の仮想画像データを分割する工程、を含む、方法。３．請求項１の方法であって、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用する工程は、前記第一の仮想画像データで表される前記対象物の特徴の位置を決定するために、前記対象物に関して前記第一の仮想画像データのレジストレーションを行う工程、を含む、方法。４．請求項１の方法であって、前記第一の３次元的透視画像を表示する前記工程に続けて、前記第一の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための他の視点を選択する工程、前記他の視点からの前記対象物の第一の３次元的透視画像を生成するために、前記第一の仮想画像データを処理する工程、及び前記第一の３次元的透視画像を表示する工程、を任意の所望とする回数だけ繰り返すことをさらに含む、方法。５．請求項１の方法であって、対象物の立体的な第二のスキャンデータを得る工程、前記第二のスキャンデータで構造情報を表す第二の仮想画像データを再構成するために、前記第二のスキャンデータを使用する工程、前記仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するために選択した前記視点と一致するように前記第二の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための視点を決定する工程、前記視点からの前記対象物の第二の３次元的透視画像を生成するために、前記第二の仮想画像データを処理する工程、及び前記第二の３次元的透視画像を表示する工程、をさらに含む、方法。６．請求項５の方法であって、前記第一の３次元的透視画像と、前記第二の３次元的透視画像とを融合し、組合せ画像を表示する工程、をさらに含む、方法。７．請求項１の方法であって、対象物の第二のスキャンデータを得る工程、前記第二のスキャンデータで構造情報を表す第二の仮想画像データを再構成するために、前記第二のスキャンデータを使用する工程、前記仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するために選択した前記視点と一致するように前記第二の仮想画像に基づいた前記対象物の画像を表示するための視点を決定する工程、前記視点からの前記対象物の第二の画像を生成するために、前記第二の仮想画像データを処理する工程、及び前記第二の画像を表示する工程、をさらに含む、方法。８．請求項７の方法であって、前記第二の画像と前記第一の３次元的透視画像とを融合し、組合せ画像を表示する工程、をさらに含む、方法。９．３次元対象物の画像を生成するための装置であって、記憶装置を有するコンピュータ、前記コンピュータに接続した表示手段、前記コンピュータに接続した入力手段、前記コンピュータに接続され、ユーザーによって移動可能の指針手段、及び前記コンピュータ及び前記指針手段に接続した位置追跡手段であって、この位置追跡手段が、前記指針の位置及び方向を連続的に検出し、この位置及び方向を前記コンピュータへ送る、位置追跡手段、を含み、前記コンピュータの記憶装置が、立体的な第一のスキャンデータを収納し、さらに、プログラムを収納し、このプログラムによって、前記コンピュータが、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用すること、前記位置追跡手段によって検出された前記指針手段の位置及び方向であるべき前記第一の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための視点を決定すること、前記視点からの前記対象物の第一の３次元的透視画像を生成するために、前記第一の仮想画像データを処理すること、及び前記第一の３次元的透視画像を表示すること、を行う、ところの装置。１０．請求項９の装置であって、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用することは、前記対象物の選択した特徴を識別するために、前記第一の仮想画像データを分割すること、を含む、装置。１１．請求項９の装置であって、前記第一のスキャンデータで構造情報を表す第一の仮想画像データを再構成するために、前記第一のスキャンデータを使用することは、前記第一の仮想画像データで表される前記対象物の特徴の位置を決定するために、前記対象物に関して前記第一の仮想画像データのレジストレーションを行うこと、を含む、装置。１２．請求項９の装置であって、前記プログラムが、前記第一の３次元的透視画像を表示することに続けて、前記第一の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための他の視点を選択すること、前記他の視点からの前記対象物の第一の３次元的透視画像を生成するために、前記第一の仮想画像データを処理すること、及び前記第一の３次元的透視画像を表示すること、を任意の所望とする回数だけ繰り返し、行う、ところの装置。１３．請求項９の装置であって、前記プログラムが、対象物の立体的な第二のスキャンデータを得ること、前記第二のスキャンデータで構造情報を表す第二の仮想画像データを再構成するために、前記第二のスキャンデータを使用すること、前記仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するために選択した前記視点と一致するように前記第二の仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するための視点を決定すること、前記視点からの前記対象物の第二の３次元的透視画像を生成するために、前記第二の仮想画像データを処理すること、及び前記第二の３次元的透視画像を表示すること、をさらに行う、ところの装置。１４．請求項１３の装置であって、前記プログラムが、前記第一の３次元的透視画像と、前記第二の３次元的透視画像とを融合し、組合せ画像を表示すること、をを行う、ところの装置。１５．請求項９の装置であって、前記プログラムが、対象物の第二のスキャンデータを得ること、前記第二のスキャンデータで構造情報を表す第二の仮想画像データを再構成するために、前記第二のスキャンデータを使用すること、前記仮想画像データに基づいた前記対象物の画像を表示するために選択した前記視点と一致するように前記第二の仮想画像に基づいた前記対象物の画像を表示するための視点を決定すること、前記視点からの前記対象物の第二の画像を生成するために、前記第二の仮想画像データを処理すること、及び前記第二の画像を表示すること、を行う、ところの装置。１６．請求項１５の装置であって、前記プログラムが、前記第二の画像と前記第一の３次元的透視画像とを融合し、組合せ画像を表示すること、を行う、ところの装置。