JP2000350733A - Positioning frame and operation navigating system - Google Patents

Positioning frame and operation navigating system

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JP2000350733A
JP2000350733A JP16396299A JP16396299A JP2000350733A JP 2000350733 A JP2000350733 A JP 2000350733A JP 16396299 A JP16396299 A JP 16396299A JP 16396299 A JP16396299 A JP 16396299A JP 2000350733 A JP2000350733 A JP 2000350733A
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JP
Japan
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marker
coordinate system
image
subject
positioning frame
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP16396299A
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Japanese (ja)
Inventor
Akio Kosaka
明生 小坂
Takao Shibazaki
隆男 柴▲崎▼
Akito Saito
明人 斉藤
Takeo Asano
武夫 浅野
Hiroshi Matsuzaki
弘 松崎
Yukito Furuhashi
幸人 古橋
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stable structure which can be used even during an operation, to facilitate the loading and unloading even after photographing an inspection image, to make an operation possible in which the installation is possible with good reproducibility before the operation, to facilitate the detection of a marker's position from an inspection image, and to facilitate the identification with the marker's position on a frame installed to a subject. SOLUTION: This positioning frame is installed to a subject, and markers as a mark for the measurement of a position or a posture of the subject are arranged. In this case, engaging parts that engage with the uneven shape of the subject in at least 3 positions (an upper end of a right ear, an upper end of a left ear, and a nose), and 3 or above markers 5 to 11 arranged in required positions, that do not exist on a straight line, in which imaging is possible at least by an image either an X-ray image or an MRI image are provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、脳外科をはじめと
する外科手術に利用する手術用の位置決めフレーム、及
び、手術ナビゲーション装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positioning frame for a surgical operation used for a surgical operation such as a brain surgery, and a surgical navigation apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】脳外科をはじめとする外科手術では、手
術を受けるべき被検体の部位と手術に用いる手術具間の
位置関係を計測することが重要である。その際、被検体
と手術具間の位置関係を規定することは、手術キャリブ
レーションと呼ばれる。その手術キャリブレーションの
方法としては、例えば、R.H.Tay1or(ed.), Computer-In
tegrated Surgery, MIT Press, 1996(以下、文献1と
称する)に開示されているような、定位フレームを利用
する方法が従来から考案されている。
2. Description of the Related Art In a surgical operation such as a brain surgery, it is important to measure a positional relationship between a part of a subject to be operated on and a surgical tool used for the operation. At this time, defining the positional relationship between the subject and the surgical tool is called surgical calibration. As a method of the surgical calibration, for example, RHTay1or (ed.), Computer-In
Conventionally, a method using a localized frame has been devised as disclosed in MIT Press, 1996 (hereinafter referred to as Document 1).

【0003】また、N.Hata, et a1, "Development of a
frame1ess and armless stereotactic neuronavigatio
n system with ultrasonographic registration," Neur
osurgery, Vol.41, No.3, September 1997, pp.609-614
(以下、文献2と称する)に開示されているように、特
別な位置決めフレームを装着し、そのフレームを利用し
て、被検体と検査画像間の座標符合化を行う試みがあ
る。
[0003] Also, N. Hata, et a1, "Development of a
frame1ess and armless stereotactic neuronavigatio
n system with ultrasonographic registration, "Neur
osurgery, Vol.41, No.3, September 1997, pp.609-614
As disclosed in (hereinafter, referred to as Document 2), there is an attempt to mount a special positioning frame and use the frame to perform coordinate encoding between a subject and an inspection image.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献1に開示されている方法は、金属製の固定フレームを
利用し、ねじのような金属マーカを被検体の体表面から
ねじ込むことにより、固定と位置決めを行うというもの
であるため、被検体に対して多大な侵襲を与えるもので
あった。
However, the method disclosed in the above-mentioned document 1 uses a metal fixing frame and screws a metal marker such as a screw from the body surface of the subject to fix the frame. Since the positioning is performed, a great deal of invasion is given to the subject.

【0005】また、上記文献2に開示されている方法
は、アクリル材で位置決めフレームを構成し、左耳穴部
と鼻突出部で位置決めフレームを固定し、位置決めフレ
ーム上に4個の金属製立方体を装着して、それをマーカ
として使用し、シリコンゴムにより左耳穴部と鼻突出部
を固定し、CT画像でマーカを抽出し、その被検体上で
の位置をプローブで探針し、実際の手術場面では、超音
波でマーカ位置を見ながら手術を行うという方法であ
る。
In the method disclosed in Document 2, a positioning frame is formed of an acrylic material, the positioning frame is fixed by a left ear hole and a nose projection, and four metal cubes are placed on the positioning frame. Attach it, use it as a marker, fix the left ear hole and nose protrusion with silicone rubber, extract the marker from the CT image, probe its position on the subject with a probe, and perform actual surgery In the scene, it is a method of performing an operation while observing the marker position with an ultrasonic wave.

【0006】しかしながら、この文献2に開示された方
法では、以下のような問題点があった。
[0006] However, the method disclosed in Reference 2 has the following problems.

【0007】1)基本的に二部位によって被検体に位置
決めフレームを固定する方法がなされているため、位置
決め精度が悪い。
[0007] 1) Basically, a method of fixing a positioning frame to a subject by two parts is performed, so that positioning accuracy is poor.

【0008】2)左耳穴部にシリコンゴムを押し込む形
で被検体に固定するため、位置決めフレームをいったん
取り外すと、再現性よく被検体に付け直すことが困難で
ある。
2) Since the silicone rubber is fixed to the subject by pushing it into the left ear hole, it is difficult to reattach the subject with good reproducibility once the positioning frame is removed.

【0009】3)金属材料をマーカとして利用している
ため、MRI画像では使用することができない。
3) Since metal materials are used as markers, they cannot be used in MRI images.

【0010】4)金属性マーカの形状が立方体であるた
め、その検査画像内での像は、視点により大幅に異な
り、探針する位置と検査画像内での位置の規定が困難で
ある。
[0010] 4) Since the shape of the metallic marker is a cube, the image in the inspection image greatly differs depending on the viewpoint, and it is difficult to define the probe position and the position in the inspection image.

【0011】5)構造上、フレームが大きいため、手術
中にフレームを装着したまま手術をすることが困難であ
り、かつ手術中に清潔環境下を維持するためのドレープ
をかけて使用することも困難である。
5) Due to the large size of the frame, it is difficult to perform the operation with the frame attached during the operation, and it is possible to use a drape for maintaining a clean environment during the operation. Have difficulty.

【0012】一方、特開平7−311834号公報に
は、被検体の歯形を利用したマウスピースを位置決めフ
レームとして、異種検査画像間の位置合わせを行う補助
具が提案されいる。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-31834 proposes an auxiliary tool for performing positioning between different kinds of inspection images using a mouthpiece utilizing the tooth shape of a subject as a positioning frame.

【0013】しかしながら、このフレームは、基本的
に、異種検査画像間の位置合わせに利用するものであ
り、実際の手術に利用するには不適切な部分がある。例
えば、マウスピースから顔上部へとアンテナのようなコ
ネクタを使用し、そのコネクタの先端にマーカを装着す
るため、このフレームの上からドレープをかけて、手術
を行うようなことは困難である。また、最近注目を集め
ている鼻腔からの内視鏡手術の場合には、中央にあるコ
ネクタが鼻腔内へ進入する内視鏡に対して邪魔となると
いう構造上の問題点がある。さらに、マーカはマウスピ
ース上部に位置するため、口腔部付近が中心となり、頭
部水平面上にマーカ3個が配置されるため、脳外科の手
術で検査画像を撮影する位置としては、頭部鉛直上での
位置決め精度の点で問題があるとともに、脳上部・中央
部を覆っていないため、検査画像内でマーカを検出でき
たとしても、頭部上部から中央部での位置決めに必要な
座標変換パラメータを算出する際、より大きな誤差を生
じさせる可能性が高くなる。
However, this frame is basically used for positioning between different kinds of inspection images, and there are portions that are not suitable for use in actual surgery. For example, a connector such as an antenna is used from the mouthpiece to the upper part of the face, and a marker is attached to the tip of the connector. Therefore, it is difficult to perform an operation by draping over the frame. Also, in the case of endoscopic surgery from the nasal cavity, which has recently attracted attention, there is a structural problem that the connector at the center obstructs the endoscope that enters the nasal cavity. Furthermore, since the marker is located at the upper part of the mouthpiece, the vicinity of the oral cavity is the center, and three markers are arranged on the horizontal plane of the head. Because there is a problem in the positioning accuracy in the head, and because it does not cover the upper and central parts of the brain, even if a marker can be detected in the inspection image, the coordinate conversion parameters required for positioning from the upper part of the head to the central part Is more likely to cause a larger error.

【0014】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、1)手術中にでも使用できる構造的に安定したもの
であり、2)検査画像を撮影した後でも容易に着脱可能
であり、手術前に再現性良く装着可能な手術することが
でき、3)検査画像内からマーカの位置を容易に検知で
き、かつ被検体に装着されたフレーム上でのマーカの位
置との同定が容易である位置決めフレームを提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and is 1) structurally stable that can be used even during surgery, and 2) can be easily attached and detached even after taking an examination image. 3) It is possible to perform surgery that can be mounted with high reproducibility before surgery, and 3) the marker position can be easily detected from the examination image, and the marker position on the frame mounted on the subject can be easily identified. An object of the present invention is to provide a positioning frame.

【0015】また、本発明は、そうした位置決めフレー
ムを有効に利用する手術ナビゲーション装置を提供する
ことも目的とする。
It is another object of the present invention to provide a surgical navigation apparatus that effectively utilizes such a positioning frame.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による位置決めフレームは、被検体に装着
され、被検体の位置または姿勢の計測のための目印とな
るマーカが配設された位置決めフレームであって、少な
くとも3ヶ所において、被検体の外形の起伏に係合する
係合部と、少なくともX線画像またはMRI画像の何れ
か一方の画像で撮像可能であり、直線上にない所定の位
置に配設された3個以上のマーカと、を備えることを特
徴とする。
In order to achieve the above object, a positioning frame according to the present invention is mounted on a subject and provided with a marker serving as a mark for measuring the position or posture of the subject. A positioning frame, at least at three places, which can be imaged with at least one of an X-ray image and an MRI image, and not on a straight line; And three or more markers arranged at predetermined positions.

【0017】即ち、本発明の位置決めフレームによれ
ば、被検体の少なくとも3箇所の身体的凹凸特徴部位で
固定されることにより、フレームを再現性よく固定する
ことができるものであり、しかも医療でよく用いられる
画像的検査方法で位置を検出し易い形状あるいは材質の
部材をマーカに利用することにより、検査画像内でのマ
ーカの位置を容易に検出することができるようにしてあ
る。また、安定的にマーカを固定することで、ドレープ
などをかけてもフレームの被検体に対する位置ずれを起
こしにくく、手術中でも使用できる。
That is, according to the positioning frame of the present invention, the frame can be fixed with good reproducibility by being fixed at at least three physical unevenness characteristic portions of the subject. The position of the marker in the inspection image can be easily detected by using, as the marker, a member having a shape or a material whose position is easily detected by a frequently used image inspection method. In addition, by stably fixing the marker, the frame is less likely to be displaced with respect to the subject even when drape is applied, and can be used during surgery.

【0018】なお、上記構成身体的凹凸部位としては、
後述する第1の実施の形態では右耳上端部、左耳上端
部、鼻突起部に該当するものであるが、上部歯部や耳内
部なども含む。
[0018] The above-mentioned constituent physical irregularities include:
In the first embodiment to be described later, this corresponds to the upper end of the right ear, the upper end of the left ear, and the nose projection, but also includes the upper teeth and the inside of the ear.

【0019】また、本発明による手術ナビゲーション装
置は、少なくともX線画像またはMRI画像の何れか一
方の画像で撮像可能であり直線上にない所定の位置に配
設された3個以上のマーカを具備する位置決めフレーム
を装着させた被検体を撮像した画像より、この画像に固
定された検査画像座標系におけるマーカの座標を求める
画像座標演算手段と、上記画像座標演算手段と、実際の
空間座標系における上記マーカの座標の計測結果より、
上記検査画像座標系と上記空間座標系の対応関係を求め
る対応関係演算手段と、を備えることを特徴とする。
Further, the surgical navigation apparatus according to the present invention has three or more markers which can be picked up by at least one of an X-ray image and an MRI image and are arranged at predetermined positions which are not linear. Image coordinate calculating means for obtaining the coordinates of a marker in an inspection image coordinate system fixed to this image from an image obtained by imaging the subject to which the positioning frame to be mounted is attached; the image coordinate calculating means; From the measurement results of the marker coordinates,
And a correspondence calculating means for obtaining a correspondence between the inspection image coordinate system and the space coordinate system.

【0020】即ち、本発明の手術ナビゲーション装置に
よれば、上記のような位置決めフレームを利用すること
により、被検体は該フレームを装着して検査画像を撮影
し、該検査画像空間内のマーカ位置を検出し、かつ実空
間内で被検体が装着しているフレーム上のマーカ位置を
測定し、両マーカ位置座標の符合化を行うことで、検査
画像間と被検体との座標を符合化するようにしているの
で、簡易にかつ正確に被検体と検査画像間の位置決めを
行うことができ、かつ被検体に負担かけたり侵襲を与え
ることが少ない手術ナビゲーション装置を提供すること
ができる。
That is, according to the surgical navigation apparatus of the present invention, by using the positioning frame as described above, the subject wears the frame to take an inspection image, and obtains the marker position in the inspection image space. Is detected, and the marker position on the frame mounted on the subject in the real space is measured, and the coordinates of both marker positions are encoded, thereby encoding the coordinates between the inspection image and the subject. With this configuration, it is possible to provide a surgical navigation apparatus that can easily and accurately position the subject and the examination image and that does not burden the subject or cause invasion.

【0021】なお、上記画像座標演算手段及び対応関係
演算手段は、後述する実施の形態におけるパーソナルコ
ンピュータや一般のコンピュータに相当し得るものであ
る。
The image coordinate calculation means and the correspondence relation calculation means can be equivalent to a personal computer or a general computer in an embodiment described later.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】[第1の実施の形態]図1の(A)は、本
発明の第1の実施形態に係る位置決めフレーム1を示す
図である。この位置決めフレーム1は、メガネあるいは
ゴーグルを変形したような形状を有しており、メガネ形
状本体部2、右耳当て部3、左耳当て部4から構成され
る。
[First Embodiment] FIG. 1A shows a positioning frame 1 according to a first embodiment of the present invention. The positioning frame 1 has a shape such that glasses or goggles are deformed, and includes a glasses-shaped main body 2, a right ear pad 3, and a left ear pad 4.

【0024】このメガネ形状の位置決めフレーム1に
は、検査画像でその形状が顕著に表出する形状を有した
マーカを複数装着したものである。本第1の実施の形態
の場合には、該メガネ形状のフレーム1に、図2の
(A)に示すような、7個のマーカ5,6,7,8,
9,10,11が固定装着してある。
The positioning frame 1 in the form of glasses is provided with a plurality of markers having a shape whose shape is remarkably expressed in an inspection image. In the case of the first embodiment, seven markers 5, 6, 7, 8, as shown in FIG.
9, 10, and 11 are fixedly mounted.

【0025】ここで、図2の(A)は、メガネ形状の位
置決めフレーム1に固定装着されたマーカの透視図1
2、立面図13、及び側面図14を表したものである。
これらマーカ5〜11は、図2の(A)に示したような
円柱構造をしており、外殻部15はX線画像検査法で顕
著に表出する人工骨のようなセラミック系の素材で形成
されている。また、マーカ上端には探針用窪み部17が
あり、この窪み部17を後述するセンサプローブなどで
探針することにより、マーカの位置を計測できるように
なっている。マーカの内部には、MRI画像検査法で顕
著に表出する内部溶液16を含む。この溶液としては、
硫酸銅系の溶液などが有効であることが知られている
が、硫酸銅系の溶液に限定されるものではない。
FIG. 2A is a perspective view of a marker fixedly mounted on a positioning frame 1 in the shape of glasses.
2, an elevation view 13 and a side view 14.
Each of the markers 5 to 11 has a columnar structure as shown in FIG. 2A, and the outer shell portion 15 is made of a ceramic material such as an artificial bone which is prominently expressed by an X-ray image inspection method. It is formed with. A probe recess 17 is provided at the upper end of the marker, and the position of the marker can be measured by probing the recess 17 with a sensor probe or the like described later. The inside of the marker contains an internal solution 16 that is prominently expressed by the MRI imaging method. As this solution,
Copper sulfate based solutions are known to be effective, but are not limited to copper sulfate based solutions.

【0026】なお、検査画像法として、CTのみしか使
用しないような場合には、円柱構造のマーカ全体が人工
骨のようなセラミック系の素材から構成されていても良
い。また、検査画像法として、MRIのみしか使用しな
いような場合には、マーカの外殻部15はセラミック系
の素材でなくても良く、硫酸銅系の溶液と反応しないよ
うなプラスティックやアクリル素材であっても構わな
い。
When only CT is used as the inspection image method, the entire columnar marker may be made of a ceramic material such as artificial bone. When only the MRI is used as the inspection image method, the outer shell 15 of the marker may not be made of a ceramic material, but may be made of a plastic or acrylic material which does not react with a copper sulfate solution. It does not matter.

【0027】図2の(B)は、マーカの概略形状を円錐
とした場合のマーカを表したものである。このようにマ
ーカ5〜11が円錐形の場合には、マーカの上下が容易
に識別できるという利点と、安定良く位置決めフレーム
本体に装着できるという利点がある。
FIG. 2B shows a marker in a case where the schematic shape of the marker is a cone. When the markers 5 to 11 are conical as described above, there is an advantage that the upper and lower portions of the marker can be easily identified and an advantage that the markers can be stably mounted on the positioning frame main body.

【0028】而して、被検体がこのような構成の位置決
めフレーム1をかけることにより、該位置決めフレーム
1は、被検体の左右の耳上端部と被検体の鼻突起部で固
定されるようになっている。また、検査画像撮影時以外
や手術時以外のように位置決めフレーム1を利用しない
場合には、被検体から取りはずすことができるようにな
っている。
When the subject wears the positioning frame 1 having such a configuration, the positioning frame 1 is fixed by the left and right upper end portions of the subject and the nasal projection of the subject. Has become. Further, when the positioning frame 1 is not used, such as at the time other than the time of taking an inspection image or at the time of an operation, the positioning frame 1 can be removed from the subject.

【0029】なお、被検体にこのメガネ形状の位置決め
フレーム1を装着して不安定な場合には、図3の(A)
に示されるような、経時固化する素材(例えば、シリコ
ンゴム)を、該メガネ形状位置決めフレーム1と被検体
の体表面の間に挿入し、更にそれを該メガネ形状位置決
めフレーム1上にも積層するようにして固定すること
で、被検体に確実に固定できるようにすることができ
る。即ち、同図では、被検体の額部に装着した経時固化
素材18と、被検体の鼻部20に装着した経時固化素材
19とが示されている。
When the eyeglass-shaped positioning frame 1 is mounted on the subject and is unstable, if the subject is unstable, FIG.
A material (for example, silicone rubber) which solidifies over time as shown in (1) is inserted between the glasses-shaped positioning frame 1 and the body surface of the subject, and is further laminated on the glasses-shaped positioning frame 1. By fixing in this way, it is possible to reliably fix to the subject. That is, FIG. 2 shows a temporally solidified material 18 attached to the forehead of the subject and a temporally solidified material 19 attached to the nose 20 of the subject.

【0030】また、上記7個のマーカ5〜11のうち、
中心近くにあるマーカ8は、該メガネ形状の位置決めフ
レーム1で左右対称の位置からずらして配置してある。
これは、検査画像上で該中央のマーカ8と被検体頭部の
スライス像とを見ることにより、スライス像の座標系が
上向きか下向きかを容易に判断することができるように
するためのものである。即ち、スライス画像を見ただけ
で、右手座標系あるいは左手座標系の何れを撮っている
かなどを容易に判断することができることとなる。
Further, among the above seven markers 5 to 11,
The marker 8 near the center is displaced from the left-right symmetric position on the glasses-shaped positioning frame 1.
This is to make it possible to easily determine whether the coordinate system of the slice image is upward or downward by looking at the center marker 8 and the slice image of the subject's head on the inspection image. It is. That is, it is possible to easily determine which of the right-handed coordinate system and the left-handed coordinate system is being taken just by looking at the slice image.

【0031】次に、上記構成の位置決めフレーム1を利
用した手術ナビゲーション装置について説明する。
Next, a surgical navigation apparatus using the positioning frame 1 having the above-described configuration will be described.

【0032】図1の(B)は、本発明の第1の実施の形
態に係る構成のブロック図を示すものである。X線(C
T)画像やMRI画像を撮影し、コンピュータで処理可
能なディジタルイメージデータに変換する検査画像撮影
装置22と本発明の手術ナビゲーション装置21から構
成される。
FIG. 1B is a block diagram showing a configuration according to the first embodiment of the present invention. X-ray (C
T) An inspection image capturing device 22 that captures an image or an MRI image and converts it into digital image data that can be processed by a computer, and a surgical navigation device 21 of the present invention.

【0033】該施術ナビゲーション装置21は、手術技
を実際に行うあるいは観察するための術具または観察具
23、該術具または観察具23の位置姿勢を計測するた
めの3次元位置センサ24、検査画像撮影装置22から
ディジタルイメージデータを受け取りデータを加工した
り、3次元位置センサ24のデータに基づいて各種ナビ
ゲーション情報を算出するパーソナルコンピュータ(P
C)25、該PCのナビゲーション情報や画像情報を表
示するためのモニタ26から構成される。
The surgical navigation apparatus 21 includes a surgical tool or an observation tool 23 for actually performing or observing a surgical technique, a three-dimensional position sensor 24 for measuring the position and orientation of the surgical tool or the observation tool 23, A personal computer (P) that receives digital image data from the image photographing device 22, processes the data, and calculates various types of navigation information based on the data of the three-dimensional position sensor 24
C) 25, a monitor 26 for displaying navigation information and image information of the PC.

【0034】このような構成の手術ナビゲーション装置
21の詳細を解説する前に、まず、本発明で使用する用
語に関して簡単に説明する。
Before explaining the details of the surgical navigation apparatus 21 having such a configuration, first, terms used in the present invention will be briefly described.

【0035】「座標系」:本発明では、ナビゲーション
に必要ないくつかの座標系を定義する。手術に用いる術
具(含む観察具)は、例えば、内視鏡,手術用顕微鏡,
鉗子,ピンセットなど、手術に使用する道具一般を意味
する。これら術具には、それぞれ固有の座標系を考える
ことができ、この座標系Eを利用して術具の3次元位置
姿勢を定義することができる。ここで、その座標系での
位置座標(xyz座標)をE(x,y,z)で表
現するものとする。
"Coordinate system": In the present invention, several coordinate systems required for navigation are defined. Surgical tools (including observation tools) used for surgery include, for example, endoscopes, surgical microscopes,
It means general tools used for surgery, such as forceps and tweezers. A unique coordinate system can be considered for each of these surgical tools, and the three-dimensional position and orientation of the surgical tool can be defined using the coordinate system E. Here, it is assumed to represent coordinates in the coordinate system (xyz coordinates) E (x E, y E , z E) with.

【0036】被検体を撮影した検査画像としては、MR
I,CT,SPECTなどの画像セットを考えることが
できる。これらの3次元構造は、2次元スライス像を複
数枚統合することにより構築することができる。そし
て、この3次元構造に関して、検査画像座標系Pを定義
することができる。この座標系での座標値は、P
(x,y,z)で表現することができる。
The examination image obtained by photographing the subject includes MR
Image sets such as I, CT, and SPECT can be considered. These three-dimensional structures can be constructed by integrating a plurality of two-dimensional slice images. Then, for this three-dimensional structure, the inspection image coordinate system P can be defined. The coordinate value in this coordinate system is P
(X P, y P, z P) can be expressed by.

【0037】例えば、MRI画像を例にとって説明す
る。MRI画像の場合、被検体の体軸に沿って検査画像
を撮影することが一般的であり、その軸を例えばZ軸と
定義すると、各スライス像は、xy平面を構成すると考
えることができる。そこで、z軸方向のスライスピッチ
をdz(mm/slice)とし、スライス像の横方向
をx軸としてx方向の画像ピクセル解像度をdx(mm
/pixel)、またスライス像の縦方向をy軸として
y軸方法の画像ピクセル解像度をdy(mm/pixe
l)とすると、検査画像撮影開始位置を例えば原点とし
て、x軸,y軸,z軸が定義され、かつ検査画像のx,
y,z軸方向のインデックス(i,j,k)に対して、
その検査画像での3次元位置は、(idx,jdy,k
dz)なる位置座標が定義できる。このように定義され
る検査画像の座標系を、検査画像座標系P(x
,z)と呼ぶものとする。
For example, an MRI image will be described as an example. In the case of an MRI image, an inspection image is generally taken along the body axis of the subject, and when the axis is defined as, for example, the Z axis, each slice image can be considered to constitute an xy plane. Therefore, the slice pitch in the z-axis direction is dz (mm / slice), and the image pixel resolution in the x-direction is dx (mm) with the horizontal direction of the slice image as the x-axis.
/ Pixel), and the image pixel resolution of the y-axis method is dy (mm / pixel) with the vertical direction of the slice image as the y-axis.
l), the x-axis, the y-axis, and the z-axis are defined with the inspection image shooting start position as the origin, for example, and the x, x, and
For the index (i, j, k) in the y and z axis directions,
The three-dimensional position in the inspection image is (idx, jdy, k
dz) can be defined. The coordinate system of the inspection image defined in this way is defined as an inspection image coordinate system P (x P ,
y P , z P ).

【0038】また、被検体が実在する実空間に対しても
座標系を定義することができる。実空間座標系Wは、手
術室内で定義される基準座標系として考えることもでき
る。この座標系での座標値をW(x,y,z)で
表現する。
Further, a coordinate system can be defined for a real space in which a subject actually exists. The real space coordinate system W can be considered as a reference coordinate system defined in the operating room. The coordinate values in this coordinate system W (x W, y W, z W) is expressed by.

【0039】「座標符合化」:こうした複数の座標系間
で座標符合化をすることは、座標系間の位置関係を規定
することを意味する。即ち、ある座標系Aと別の座標系
Bを符合化するということは、座標系Aから座標系Bへ
の座標変換(あるいは座標系Bから座標系Aへの座標変
換)を規定することである。もう少し具体化すると、座
標系Aから座標系Bへの座標変換パラメータを算出する
といっても良い。数学的には、座標変換パラメータとし
て斉次変換行列を考えると、座標系Aでの座標値
(x,y,z)が座標系Bで座標値(x
,z)に対応するならば、以下のような
表現される4×4行列で表現される。
"Coordinate encoding": Coding a coordinate between a plurality of coordinate systems means defining a positional relationship between the coordinate systems. That is, encoding a certain coordinate system A and another coordinate system B means that the coordinate conversion from the coordinate system A to the coordinate system B (or the coordinate conversion from the coordinate system B to the coordinate system A) is defined. is there. More specifically, it may be said that a coordinate conversion parameter from the coordinate system A to the coordinate system B is calculated. Mathematically, given the homogeneous transformation matrix as the coordinate transformation parameters, the coordinate values in the coordinate system A (x A, y A, z A) are coordinate values in the coordinate system B (x B,
y B, if corresponding to z B), is expressed by 4 × 4 matrix represented by the following B H A.

【0040】[0040]

【数1】 (Equation 1)

【0041】これらを表現する方法は、斉次変換行列を
利用する方法以外にもある。例えば、次式で表される回
転行列Rと並進ベクトルtを利用する方法や、回転行列
Rに対して四元数(quatemion)を利用する方法などが
ある。
There are other methods for expressing these than the method using the homogeneous transformation matrix. For example, there are a method using a rotation matrix R and a translation vector t represented by the following equation, a method using a quaternion for the rotation matrix R, and the like.

【0042】[0042]

【数2】 (Equation 2)

【0043】座標変換パラメータとしては、以上のよう
な方法の何れでも良い。
As the coordinate conversion parameter, any of the above methods may be used.

【0044】「手術ナビゲーション」:手術ナビゲーシ
ョンとは、手術キャリブレーションと術中ナビゲーショ
ンを含めた処理を意味する。即ち、図3の(B)に示す
ように、手術ナビゲーション処理を実行するPC25
は、まず、手術キャリブレーション処理を実行し(ステ
ップS1)、その後、術中ナビゲーション処理を実行す
ることになる(ステップS2)。
“Surgical navigation”: Surgical navigation means processing including surgical calibration and intraoperative navigation. That is, as shown in FIG. 3B, the PC 25 executing the surgical navigation process
First, a surgical calibration process is executed (step S1), and then an intraoperative navigation process is executed (step S2).

【0045】「手術キャリブレーション」:これは、検
査画像座標系と被検体が実在する実空間座標系との座標
符合化を行う処理を意味する。
"Surgical calibration": This means a process of performing coordinate encoding between the examination image coordinate system and the real space coordinate system where the subject actually exists.

【0046】「術中ナビゲーション」:術具(含む観察
具)Eが有する座標系と被検体の位置姿勢が規定される
実空間座標系Wとを、術具の動きに従って、時々刻々座
標符合化し、 1)手術のターゲットとする目標地点(あるいは目標
物)と術具との間の位置姿勢関係を呈示すること、ある
いは、 2)実空間座標系と座標符合化されている検査画像座標
系に対する術具の位置姿勢を呈示すること、を術中ナビ
ゲーションと呼ぶ。
"Intraoperative navigation": The coordinate system of the surgical tool (including the observation tool) E and the real space coordinate system W in which the position and orientation of the subject are defined are coordinated every moment according to the movement of the surgical tool. 1) presenting a position and orientation relationship between a target point (or a target) as a target of an operation and an operating tool; or 2) performing an operation on an examination image coordinate system coordinated with a real space coordinate system. Presenting the position and orientation of the tool is called intraoperative navigation.

【0047】図4は、術中ナビゲーションを想定するの
に必要な座標系間の関係を表したものである。同図にお
いて、手術を受けるべき被検体27、手術に使用すべき
術具28、被検体27と術具28の3次元位置姿勢を測
定するセンサである上記3次元位置センサ24があり、
上記検査画像撮影装置22によって被検体27の手術す
べき患部を含む検査画像が撮影されたことにより規定さ
れた検査画像座標系29、上記3次元位置センサ24及
び被検体27の対象物を含めて手術室内で定義される実
空間座標系30、術具28が規定する座標系である術具
座標系31を考えることができる。これらの座標系を符
合化するために、各座標系間の座標変換パラメータを規
定することが必要であり、検査画像座標系29から実空
間座標系30への座標変換32を規定する座標変換パラ
メータ、実空間座標系30から術具座標系31へ
の座標変換33を規定する座標変換パラメータ
検査画像座標系29から術具座標系31への座標変換3
4を規定する座標変換パラメータを考えることが
できる。
FIG. 4 shows the relationship between coordinate systems necessary for assuming intraoperative navigation. In the figure, there is a subject 27 to be subjected to surgery, a surgical tool 28 to be used for surgery, and the above-described three-dimensional position sensor 24 which is a sensor for measuring a three-dimensional position and orientation of the subject 27 and the surgical tool 28.
Including the inspection image coordinate system 29, the three-dimensional position sensor 24, and the object of the object 27 defined by the inspection image including the affected part of the object 27 to be operated on by the inspection image photographing device 22. A real space coordinate system 30 defined in the operating room and a surgical tool coordinate system 31 which is a coordinate system defined by the surgical tool 28 can be considered. In order to encode these coordinate systems, it is necessary to define coordinate conversion parameters between the coordinate systems, and coordinate conversion parameters defining the coordinate conversion 32 from the inspection image coordinate system 29 to the real space coordinate system 30. W H P, the coordinate transformation parameters E H W defining the coordinate transformation 33 from the real space coordinate system 30 to the surgical instrument coordinate system 31,
Coordinate transformation 3 from inspection image coordinate system 29 to surgical tool coordinate system 31
4 can be considered the coordinate transformation parameters E H P defining a.

【0048】図5は、PC25で実行される上記ステッ
プS2の術中ナビゲーション処理の基本フローチャート
を表したものである。
FIG. 5 shows a basic flowchart of the intraoperative navigation process of step S2 executed by the PC 25.

【0049】即ち、まず、該術中ナビゲーション処理を
終了するか否かをチェックし(ステップS21)、まだ
終了しない場合には、検査画像座標系29から実空間座
標系30への座標変換を算出する(ステップS2
2)。これは、前述したステップS1での手術ナビゲー
ション処理で得られた結果を利用する。
[0049] That is, first checks whether to end the navigation process in該術(step S21), and if not yet completed, the coordinate transformation W H P from the inspection image coordinate system 29 to the real space coordinate system 30 Is calculated (step S2).
2). This utilizes the result obtained in the surgical navigation processing in step S1 described above.

【0050】続いて、実空間座標系30から術具座標系
31への座標変換を算出する(ステップS2
3)。このためには、実空間上に配置された3次元位置
センサ24を利用して、術具28の3次元位置姿勢を計
測することにより、その座標変換を算出する。
[0050] Subsequently, to calculate the coordinate transformation E H W to the surgical instrument coordinate system 31 from the real space coordinate system 30 (step S2
3). For this purpose, the coordinate transformation is calculated by measuring the three-dimensional position and orientation of the surgical tool 28 using the three-dimensional position sensor 24 arranged in the real space.

【0051】次に、検査画像座標系29から術具座標系
31への座標変換を算出する(ステップS2
4)。これは、上記ステップS22,S23で算出され
た結果を利用することにより行う。具体的には、 の4×4の行列の乗算により実現する。
Next, to calculate the coordinate transformation E H P from the inspection image coordinate system 29 to the surgical instrument coordinate system 31 (step S2
4). This is performed by using the results calculated in steps S22 and S23. Specifically, to realize the multiplication of matrix E H P = E H W W H P of 4 × 4.

【0052】そして最後に、上記ステップS24で算出
した検査画像座標系29から術具座標系31への座標変
を利用して、(1)術具28が検査画像座標系
29でどの位置にあるのか、また、(2)検査画像座標
系29内で定義された患部が術具座標系31のどこに存
在するのか、を算出することにより、手術に必要なナビ
ゲーション情報を算出し、それをモニタ26に表示する
ことになる(ステップS25)。
[0052] Finally, by using the coordinate transformation E H P to the surgical instrument coordinate system 31 from the inspection image coordinate system 29 calculated at step S24, which (1) surgical instrument 28 is inspected image coordinate system 29 Position information, and (2) where the diseased part defined in the examination image coordinate system 29 is located in the surgical instrument coordinate system 31 to calculate navigation information necessary for the surgery. Is displayed on the monitor 26 (step S25).

【0053】なお、モニタ26へのナビゲーションの表
示方法に関しては、本発明の主要部分でないので詳細の
説明は行わないが、以下では座標符合化を含めた術中ナ
ビゲーション方法に関して説明する。例えば、内視鏡を
術具28とした場合について2通りの表示方法について
解説する。
The method of displaying the navigation on the monitor 26 is not the main part of the present invention and will not be described in detail. However, the intraoperative navigation method including coordinate coding will be described below. For example, two types of display methods when the endoscope is used as the surgical tool 28 will be described.

【0054】(1)第1の方法:三面図表示を用いた術
中ナビゲーション 内視鏡に関する内視鏡座標系E(x,y,z)を
定義し、ターゲットとなる目標物へ内視鏡をナビゲーシ
ョンすることを考える。この際、目標物は検査画像内で
定義されるため、検査画像座標系29内でターゲット点
P0(xP0,yP0,zP0)で定義されると仮定す
る。図6の(A)に示されているように、いま内視鏡を
規定する術具座標系を考え、内視鏡を線分モデルABで
記述し、内視鏡の先端35をA(xEA,yEA,z
EA)、他端をB(xEB,yEB,zEB)で表現す
るとする。このとき、術具座標系31から検査画像座標
系29への座標変換=(−1を利用する
と、内視鏡の先端AとBの検査画像座標系29での位置
(xPA,yPA,zPA),(xPB,yPB,z
PB)は、次式で計算することができる。
(1) First method: Surgery using three-view drawing
Middle navigation Endoscope coordinate system E (xE, YE, ZE)
Define and navigate the endoscope to the target
Think about what to do. At this time, the target is
Defined in the inspection image coordinate system 29
P0 (xP0, YP0, ZP0)
You. As shown in FIG. 6A, the endoscope is now
Considering the defined surgical tool coordinate system, the endoscope is
The endoscope 35 is described as A (xEA, YEA, Z
EA) And the other end to B (xEB, YEB, ZEB)
And At this time, the inspection image coordinates are
Coordinate transformation to system 29PHE= (EHP)-1Use
And the positions of the distal ends A and B of the endoscope in the inspection image coordinate system 29
(XPA, YPA, ZPA), (XPB, YPB, Z
PB) Can be calculated by the following equation.

【0055】[0055]

【数3】 (Equation 3)

【0056】従って、検査画像を、図7に示すように、
xy平面36、yz平面37、zx平面38の三面図で
構成すると、目標となるターゲット点P0(xP0,y
P0,zP0)と(xPA,yPA,zPA),(x
PB,yPB,zPB)を三面図上に表示することがで
きる。この図のように、三面図表示することにより、術
者は術具と目標となるターゲット点の相対的位置関係を
視覚的に見ることができる。
Accordingly, as shown in FIG.
When configured in a three-view drawing of an xy plane 36, a yz plane 37, and a zx plane 38, a target point P0 ( xP0 , y
P0, z P0) and (x PA, y PA, z PA), (x
PB , yPB , zPB ) can be displayed on the three views. As shown in this figure, by displaying the three views, the operator can visually see the relative positional relationship between the surgical tool and the target point as the target.

【0057】(2)第2の方法:視野座標変換を用いた
術中ナビゲーション 図6の(B)で示されるように、内視鏡に関する術具座
標系31を定義し、ターゲットとなる目標物へ内視鏡を
ナビゲーションすることを考える。この際、目標物は検
査画像座標系29内で定義されるため、検査画像座標系
29内で(x,y,z)で定義されると仮定す
る。一方、内視鏡座標系E(術具座標系31)と内視鏡
視野が規定する2次元画像座標系(視野座標系39)で
の対応する点を、画像内位置(u,v)で表すと、次の
ような非線形関数で表される。
(2) Second Method: Intraoperative Navigation Using Field-of-View Coordinate Transformation As shown in FIG. 6B, a surgical tool coordinate system 31 relating to an endoscope is defined, and a target object to be a target is defined. Consider navigating an endoscope. In this case, it is assumed that the target is to be defined in the test image coordinate system 29, in the test image coordinate system 29 (x P, y P, z P) are defined. On the other hand, the corresponding point in the two-dimensional image coordinate system (the visual field coordinate system 39) defined by the endoscope coordinate system E (the surgical tool coordinate system 31) and the endoscope visual field is defined by the position (u, v) in the image. When expressed, it is expressed by the following nonlinear function.

【0058】[0058]

【数4】 (Equation 4)

【0059】この非線形関数を規定することは、内視鏡
系のカメラキャリブレーション作業と呼ばれ、R.Tsai,
"A versatilecamera ca1ibration technique for high
-accuracy 3D machine vision metro1ogy using off-th
e-shel TV cameras and lenses," IEEE Journal of Rob
otics and Automation, Vol.3, No.4, p.323-344, Augu
st 1987.で解説されているので、ここでは詳しく述べな
い。
Defining this non-linear function is called camera calibration work of the endoscope system.
"A versatilecamera ca1ibration technique for high
-accuracy 3D machine vision metro1ogy using off-th
e-shel TV cameras and lenses, "IEEE Journal of Rob
otics and Automation, Vol.3, No.4, p.323-344, Augu
Since it is described in st 1987., it will not be described here in detail.

【0060】実空間内で内視鏡が時々刻々移動するとき
に、内視鏡の視野座標系39に対する被検体内のターゲ
ットである目標地点を算出するには、実空間座標系30
での内視鏡の位置を3次元位置センサ24で計測するこ
とにより実現できる。この3次元位置センサ24で計測
するのは、実空間座標系30から内視鏡座標系E(術具
座標系31)への座標変換パラメータを算出することと
等価である。即ち、次式で規定される座標変換パラメー
を算出することとなる。
In order to calculate a target point which is a target in the subject with respect to the visual field coordinate system 39 of the endoscope when the endoscope moves every moment in the real space, the real space coordinate system 30 is used.
By measuring the position of the endoscope in the three-dimensional position sensor 24. The measurement by the three-dimensional position sensor 24 is equivalent to calculating a coordinate conversion parameter from the real space coordinate system 30 to the endoscope coordinate system E (the surgical tool coordinate system 31). In other words, the calculating the coordinate transformation parameters E H W defined by the following equation.

【0061】[0061]

【数5】 (Equation 5)

【0062】この算出により、検査画像座標系29にお
いて定義されたターゲット目標地点の内視鏡座標系(術
具座標系31)での位置は、次式で算出される。
With this calculation, the position of the target target point defined in the inspection image coordinate system 29 in the endoscope coordinate system (the surgical tool coordinate system 31) is calculated by the following equation.

【0063】[0063]

【数6】 (Equation 6)

【0064】そして、この式と、次式とにより、検査画
像座標系29で定義されたターゲット目標地点の内視鏡
視野座標系39での位置を算出することができる。
Then, the position of the target target point defined in the inspection image coordinate system 29 in the endoscope visual field coordinate system 39 can be calculated by using this expression and the following expression.

【0065】[0065]

【数7】 (Equation 7)

【0066】従って、内視鏡の位置姿勢が実空間内で変
化しても、ターゲットとなる目標物の位置を内視鏡の視
野内に表示することができるので、ナビゲーションが可
能となる。
Accordingly, even if the position and orientation of the endoscope changes in the real space, the position of the target as a target can be displayed in the field of view of the endoscope, so that navigation becomes possible.

【0067】上記のような基本操作を応用することで、
より複雑なナビゲーション表示をするができる。例え
ば、目標物をワイヤフレームの線画として検査画像座標
系29で定義すると、各線画の2端点に対して、上記の
ような方法によりその内視鏡視野座標系39での位置座
標を算出し、それらを2次元視野内で直線で結ぶことに
より、ワイヤフレームモデルを内視鏡視野座標系39内
で表示することができる。
By applying the above basic operation,
A more complicated navigation display can be provided. For example, if the target is defined as a line drawing of the wire frame in the inspection image coordinate system 29, the position coordinates in the endoscope visual field coordinate system 39 are calculated for the two end points of each line drawing by the method described above, By connecting them with a straight line in the two-dimensional visual field, the wire frame model can be displayed in the endoscope visual field coordinate system 39.

【0068】図8の(A)は、この様子を表したもので
ある。即ち、同図において、視野座標内表示40内に、
目標物41にそのワイヤフレームモデル42を重畳する
ことにより、目標物41の位置や大きさ、凹凸感や形状
を表示することができる。このような表示により、術者
はより直感的に目標物41に対する感覚を得ることがで
きる。
FIG. 8A shows this state. That is, in FIG.
By superimposing the wireframe model 42 on the target 41, the position, size, unevenness and shape of the target 41 can be displayed. With such a display, the operator can more intuitively obtain a sense of the target 41.

【0069】このほか、内視鏡視野の中心から目標地点
と視野内位置へのベクトルを表示することにより、目標
地点が視野内から外れたときにも、その方向や距離を呈
示することが可能となる。
In addition, by displaying a vector from the center of the endoscope field of view to the target point and the position in the field of view, even when the target point deviates from the field of view, the direction and distance can be presented. Becomes

【0070】以上、術中ナビゲーション処理について、
簡単に説明してきたが、その前の処理である、上記ステ
ップS1の手術キャリブレーション処理に関して、以下
に説明する。
As described above, regarding the intraoperative navigation processing,
Although briefly described above, the operation calibration processing in step S1 described above, which is the preceding processing, will be described below.

【0071】図9は、この手術キャリブレーション処理
の基本的な流れを表したものである。
FIG. 9 shows the basic flow of this surgical calibration process.

【0072】即ち、まず、被検体27に位置決めフレー
ム1を装着して、検査画像撮影装置22により検査画像
を撮影する(ステップS11)。次に、その検査座標内
からマーカ位置を検出する(ステップS12)。ここで
マーカの位置は、検査画像座標系29における各マーカ
の3次元位置を意味する。これらの位置を(x
(i),y(i),z(i))(但し、i=1,
2,…,n)とする。なお、図1の(A)に示した位置
決めフレーム1では、n=7である。
First, the positioning frame 1 is mounted on the subject 27, and an inspection image is captured by the inspection image capturing device 22 (step S11). Next, a marker position is detected from the inspection coordinates (step S12). Here, the marker position means the three-dimensional position of each marker in the inspection image coordinate system 29. These positions are (x
P (i), y P ( i), z P (i)) ( where, i = 1,
2,..., N). In the positioning frame 1 shown in FIG. 1A, n = 7.

【0073】その後、被検体27が実在する実空間での
マーカ位置の計測を行う(ステップS13)。これは、
上記ステップS12で検出されたマーカに対して、被検
体27が実在する実空間座標系30におけるマーカ位置
を3次元位置センサ24により測定し、被検体27が実
在する実空間座標系30と検査画像座標系29との間の
座標符合化を行うことで、検査画像内に存在する目標物
(ターゲット)が、実空間上でどの位置に存在するかの
位置合わせを行う作業と捉えることができる。その測定
された3次元位置を(x(i),y(i),z
(i))(但し、i=1,2,…,n)とする。
Thereafter, the marker position is measured in the real space where the subject 27 actually exists (step S13). this is,
With respect to the marker detected in step S12, the marker position in the real space coordinate system 30 where the subject 27 actually exists is measured by the three-dimensional position sensor 24, and the inspection image and the real space coordinate system 30 where the subject 27 actually exists are measured. By performing the coordinate encoding with the coordinate system 29, it can be regarded as an operation of aligning the position of the target (target) existing in the inspection image in the real space. The measured three-dimensional position is expressed as (x W (i), y W (i), z
W (i)) (where i = 1, 2,..., N).

【0074】そして、上記ステップS12で検出された
検査画像座標系29でのマーカ位置(x(i),y
(i),z(i))(但し、i=1,2,…,n)と
上記ステップS13で測定されたマーカ位置(x
(i),y(i),z(i))(但し、i=1,
2,…,n)とを利用して、検査画像座標系29と被検
体27が実在する実空間座標系30との間の座標符合化
を行う(ステップS14)。具体的には、検査画像座標
系29から実空間座標系30への座標変換32が規定さ
れることになる。
Then, the marker position (x P (i), y P ) in the inspection image coordinate system 29 detected in step S12
(I), z P (i)) (where i = 1, 2,..., N) and the marker position (x
W (i), y W ( i), z W (i)) ( however, i = 1,
Using (2,..., N), the coordinate encoding is performed between the inspection image coordinate system 29 and the real space coordinate system 30 where the subject 27 actually exists (step S14). Specifically, a coordinate transformation 32 from the inspection image coordinate system 29 to the real space coordinate system 30 is defined.

【0075】以下、上記各ステップを詳細に説明する。
なお、ここでは、MRI画像を検査画像とした場合につ
いて説明を行うが、もちろん、CT画像などを検査画像
とした場合にも、ほとんど同様な処理が行える。
Hereinafter, each of the above steps will be described in detail.
Here, a case will be described in which an MRI image is used as an inspection image, but, of course, almost the same processing can be performed when a CT image or the like is used as an inspection image.

【0076】まず、上記ステップS11について説明す
る。即ち、上記ステップS11においては、被検体27
に位置決めフレーム1を装着する。位置決めフレーム1
の固定が確実でない場合には、図3の(A)で示される
ような経時固化素材18,19を利用して、位置決めフ
レーム1を鼻突出部や額部に確実に固定できるように調
節する。この後、被検体27に対して、検査画像の撮影
を行い、スライス画像群から構成される検査画像データ
を得る。
First, step S11 will be described. That is, in step S11, the subject 27
Attach the positioning frame 1 to. Positioning frame 1
If the fixing of the positioning frame 1 is not reliable, the positioning frame 1 is adjusted using the temporally solidified materials 18 and 19 as shown in FIG. . After that, an inspection image is taken of the subject 27 to obtain inspection image data composed of a slice image group.

【0077】次に、上記ステップS12について説明す
る。即ち、上記ステップS12においては、検査画像デ
ータからマーカ領域を抽出し、検査画像座標系29にお
けるマーカ位置を算出する。検査画像データは、スライ
ス画像群から構成され、各スライス画像からマーカ5〜
11に対応すべき領域の抽出を行う。
Next, step S12 will be described. That is, in step S12, a marker area is extracted from the inspection image data, and a marker position in the inspection image coordinate system 29 is calculated. Inspection image data is composed of a group of slice images.
An area corresponding to 11 is extracted.

【0078】例えば、図2の(A)で示されるような円
筒形状のマーカを利用する場合を例にとって説明する。
円形形状マーカ内には、MRI検査画像に顕著に反応す
る溶液16が封入されているので、図8の(B)に示さ
れるように、マーカ領域43は、MRIスライス画像4
4内で被検体の頭部領域45と明度差が顕著となる。さ
らにマーカは位置決めフレーム1上に装着されているた
め、被検体27の頭部領域45とは領域として分離され
ていることになる。このような知見のもとで、MRI画
像の濃淡度がある一定の範囲内にあるものをマーカ領域
として定義することができる。即ち、MRI画像の各ピ
クセル(i,j)に対して、その濃度g(i,j)が次
式を満たすならば、マーカ領域の候補として登録するこ
とになる。なお、次式中のgminとgmaxは定数で
ある。
For example, a case where a cylindrical marker as shown in FIG. 2A is used will be described.
Since the solution 16 that remarkably reacts with the MRI inspection image is enclosed in the circular marker, the marker region 43 is provided in the MRI slice image 4 as shown in FIG.
In 4, the brightness difference from the head region 45 of the subject becomes significant. Further, since the marker is mounted on the positioning frame 1, the marker is separated from the head region 45 of the subject 27 as a region. Based on such knowledge, an MRI image having a density within a certain range can be defined as a marker area. That is, if the density g (i, j) of each pixel (i, j) of the MRI image satisfies the following expression, the pixel is registered as a marker area candidate. Note that g min and g max in the following equation are constants.

【0079】[0079]

【数8】 (Equation 8)

【0080】以上のような処理を各スライス画像に対し
て施した後、マーカ領域候補のデータを、3次元ボリュ
ームデータとして結合することを行う。
After the above processing is performed on each slice image, the data of the marker area candidates is combined as three-dimensional volume data.

【0081】そして、ボリュームデータとして登録され
たマーカ領域を3次元的にラベリングすることを行う。
このラベリングされた各ボリューム領域に対して、幾何
学的な特徴量を算出し、そのボリューム領域が本当にマ
ーカ領域に対応するかの判定を次に行う。この判定に利
用される指標としては、 1)ボリューム領域の体積、 2)ボリューム領域を円筒近似したときの、半径と主軸
(回転軸)の長さ、 などを利用し、これらがある一定の範囲にある場合に
は、マーカ・ボリューム領域として採用する。
Then, the marker area registered as the volume data is three-dimensionally labeled.
A geometric feature value is calculated for each of the labeled volume areas, and it is next determined whether the volume area really corresponds to the marker area. Indices used for this determination include 1) the volume of the volume area, 2) the radius and the length of the main axis (rotation axis) when the volume area is approximated by a cylinder, and these are within a certain range. Is adopted as the marker volume area.

【0082】図10の(A)は、そのように登録された
マーカ・ボリューム領域をモデル化したものである。こ
のモデル化に際して、マーカは、マーカ外殻部46、マ
ーカ内部溶液領域47、及び探針用窪み部48に対し
て、マーカ内部溶液領域47の主軸49、その主軸49
がマーカ内部溶液領域47内の端点となる主軸端点A5
0と主軸端点B51とを定義する。この際、主軸端点A
50と主軸端点B51の検査画像座標系29での座標値
を、それぞれ(x,y,z)、(x,y ,z
)とする。一方、検査画像座標系29で定義されるマ
ーカ位置52は、図10の(A)において探針用窪み部
48内で、主軸49とマーカ外殻部46が外側で交わる
点であり、その座標値は検査画像座標系29において
(x,y,z)で定義し、主軸端点A50とマー
カ位置52との距離は、間隔d53とする。
FIG. 10A shows an example of such registered data.
This is a model of a marker volume area. This
When modeling the marker, the marker is attached to the marker shell 46 and the marker.
For the solution area 47 inside the laser and the depression 48 for the probe
The main axis 49 of the marker internal solution area 47,
Is the end point A5 of the spindle which is an end point in the marker internal solution area 47.
0 and a spindle end point B51 are defined. At this time, the spindle end point A
50 and the coordinate value of the spindle end point B51 in the inspection image coordinate system 29
With (xa, Ya, Za), (Xb, Y b, Z
b). On the other hand, the mask defined by the inspection image coordinate system 29
The marker position 52 corresponds to the probe recess in FIG.
Within 48, the main shaft 49 and the marker shell 46 intersect outside
Point, and its coordinate value is in the inspection image coordinate system 29.
(Xm, Ym, Zm), The spindle end point A50
The distance from the power position 52 is an interval d53.

【0083】このとき、前述した方法により、主軸端点
A50と主軸端点B51が算出されたとき、マーカ位置
52は、次式で算出することができる。
At this time, when the spindle end point A50 and the spindle end point B51 are calculated by the above-described method, the marker position 52 can be calculated by the following equation.

【0084】[0084]

【数9】 (Equation 9)

【0085】以上、上記ステップS12の方法として、
画像処理的な方法でマーカ位置を算出する方法を述べた
が、もちろん、使用する操作者が、検査画像をチェック
しながら、マニュアル的にマーカ位置を検出することを
行っても良い。
As described above, as the method of step S12,
Although the method of calculating the marker position by an image processing method has been described, the operator may, of course, manually detect the marker position while checking the inspection image.

【0086】このようにして、位置決めフレーム1に装
着されたマーカの検査画像座標系29における位置が検
出される。いま検出されたマーカの数をnとして、それ
らの位置を(x(i),y(i),z(i))
(但し、i=1,2,…,n)で表現するものとする。
Thus, the position of the marker mounted on the positioning frame 1 in the inspection image coordinate system 29 is detected. The number of currently detected marker as n, their position (x p (i), y p (i), z p (i))
(However, i = 1, 2,..., N).

【0087】一方、CT画像の場合には、以下のような
処理をとる。即ち、CT検査画像に表出するマーカ像
は、マーカの外殻部46であるので、各CT画像内で、
このマーカ外殻部46の領域を抽出する。続いて、MR
I画像の場合と同様に、これらを3次元再構成する。こ
の外殻部46の内部には、MRI画像では抽出された
が、CT画像では抽出されない空包部が存在するので、
これらを穴埋め処理により、円筒形として近似する。こ
うして近似された円筒形に対して、MRI画像の場合と
同様な処理を施すことにより、探針用窪み部48に対応
したマーカ位置が計測できるわけである。
On the other hand, in the case of a CT image, the following processing is performed. That is, since the marker image appearing in the CT examination image is the outer shell 46 of the marker, in each CT image,
The area of the marker outer shell 46 is extracted. Then MR
These are three-dimensionally reconstructed as in the case of the I image. Inside the outer shell 46, there is an empty packet that is extracted in the MRI image but not in the CT image.
These are approximated as cylindrical shapes by the filling process. By performing the same processing as in the case of the MRI image on the cylindrical shape approximated in this way, the marker position corresponding to the probe recess 48 can be measured.

【0088】また、マーカの概略形状が、図2の(B)
で示されるように、円錐またはその切断形または円錐状
の窪みを有する場合には、その上端部または窪みの底を
マーカ位置として定義することにより、円筒形の場合と
同様にマーカ位置を抽出することができるのは明白であ
る。
The schematic shape of the marker is shown in FIG.
In the case of having a cone or its cut shape or a conical depression as shown by, the marker position is extracted as in the case of the cylindrical shape by defining the upper end portion or the bottom of the depression as the marker position It is clear that we can do it.

【0089】次に、上記ステップS13について説明す
る。このステップS13は、被検体27に対して手術を
行う直前になされるキャリブレーション処理(座標符合
化処理)に対応するものである。このステップS13
は、図10の(B)に示すようにして行われる。
Next, step S13 will be described. This step S13 corresponds to a calibration process (coordinate encoding process) performed immediately before performing surgery on the subject 27. This step S13
Is performed as shown in FIG.

【0090】即ち、まず、被検体27は、検査画像を撮
影したときに使用した位置決めフレーム1を再度装着
し、撮影時と同一な場所に位置決めフレーム1が装着し
てあることを確認する(ステップS131)。この際、
位置決めが確定するように経時固化素材18,19が有
効に働く。
That is, first, the subject 27 mounts the positioning frame 1 used at the time of photographing the examination image again, and confirms that the positioning frame 1 is mounted at the same place as that at the time of photographing (step). S131). On this occasion,
The hardened materials 18 and 19 with time work effectively so as to determine the positioning.

【0091】次に、手術において清潔環境を生成する必
要がある場合には、この位置決めフレーム1の上からヨ
ウ素含有型ドレープなどをかけることが行われる(ステ
ップS132)。このドレープをかける際には、少なく
とも3個の『位置決めフレーム1状に配されたマーカ5
〜11の先端(探針用窪み部48)』が、ドレープ内に
隠れないようにする。このことにより、ドレープをかけ
る前に不潔環境下で扱われてきた被検体27の身体的表
面と位置決めフレーム1が、清潔環境下でコントロール
できるようになる。
Next, when it is necessary to create a clean environment in the operation, an iodine-containing drape or the like is applied from above the positioning frame 1 (step S132). When applying the drape, at least three “markers 5 arranged on the positioning frame 1”
-11 (tip 48)) so as not to be hidden in the drape. As a result, the body surface of the subject 27 and the positioning frame 1 that have been handled in a dirty environment before drape can be controlled in a clean environment.

【0092】そして、清潔環境下で使用可能な3次元位
置センサ24を利用して、実空間内での被検体27の位
置を符合化することが次に行われる(ステップS13
3)。ここで説明される3次元センサ24としては、探
針用のセンサプローブなどが挙げられる。このセンサプ
ローブでは、実空間で定義される基準座標系(実空間座
標系30)において、ドレープをかけた上から、ドレー
プによって隠れていない『位置決めフレーム1状に配さ
れたマーカの先端(探針用窪み部48)』を探針するこ
とにより、実空間座標系30におけるマーカの位置を測
定することになる。
Then, the position of the subject 27 in the real space is encoded using the three-dimensional position sensor 24 usable in a clean environment (step S13).
3). Examples of the three-dimensional sensor 24 described here include a sensor probe for a probe. In this sensor probe, in the reference coordinate system (real space coordinate system 30) defined in the real space, the top of the marker (probe) which is not hidden by the drape and which is not hidden by the drape (probe) By using the probe in the real recess 48), the position of the marker in the real space coordinate system 30 is measured.

【0093】このようなセンサプローブとしては、赤外
線検知可能な光学式センサシステムや、機械的アームを
利用した機械式センサシステムなどが利用可能である。
As such a sensor probe, an optical sensor system capable of detecting infrared rays, a mechanical sensor system using a mechanical arm, and the like can be used.

【0094】ここで、前者の赤外線検知可能な光学式セ
ンサシステムでは、センサプローブに複数の赤外線発光
ダイオード(LED)が装着されており、その赤外線発
光ダイオードの発光を感知する複眼CCDカメラ(ステ
レオカメラ(実空間座標系30に配置))で検知し、三
角測量の原理に基づいて、発光ダイオードの実空間座標
系30における位置を計測するものである。こうして個
々の発光ダイオードの位置が計測できると、プローブの
先端の位置が、実空間座標系30で測定できるものであ
る。
Here, in the former optical sensor system capable of detecting infrared rays, a plurality of infrared light emitting diodes (LEDs) are mounted on a sensor probe, and a compound eye CCD camera (stereo camera) for detecting the light emission of the infrared light emitting diodes. (Located in the real space coordinate system 30)) and measures the position of the light emitting diode in the real space coordinate system 30 based on the principle of triangulation. When the positions of the individual light emitting diodes can be measured in this way, the position of the tip of the probe can be measured in the real space coordinate system 30.

【0095】一方、後者の機械的アームを利用した機械
式センサシステムでは、アームの回転をエンコーダなど
を利用して検知し、その回転に応じて、機械的センサの
先端のプローブの位置を検知するものであり、上記赤外
線検知可能な光学式センサシステムの場合と同様に、実
空間座標系30における先端のプローブの位置が計測で
きるものである。
On the other hand, in the latter mechanical sensor system using a mechanical arm, the rotation of the arm is detected by using an encoder or the like, and the position of the probe at the tip of the mechanical sensor is detected according to the rotation. As in the case of the optical sensor system capable of detecting infrared rays, the position of the probe at the tip in the real space coordinate system 30 can be measured.

【0096】このようなセンサプローブを利用して、上
記ステップS12で検知されたマーカの位置が、実空間
座標系30内で(x(i),y(i),z
(i))(但し、i=1,2,…,m)として測定さ
れることになる。
Using such a sensor probe, the position of the marker detected in step S12 is determined by (x W (i), y W (i), z) in the real space coordinate system 30.
W (i)) (where i = 1, 2,..., M ).

【0097】次に、上記ステップS14について説明す
る。即ち、上記ステップS12の中で検知されたマーカ
のすべてが、上記ステップS13で測定できるわけでは
ない。そこで、このステップS14では、これらのマー
カの対応付けを行い、上記ステップS12とステップS
13の両方で検知されたマーカを対応するように並べ替
えて、それらの座標値を、 (x(k),y(k),z(k)) (x(k),y
(k),z(k)) 但し、k=1,2,…,nとする。
Next, step S14 will be described. That is, not all of the markers detected in step S12 can be measured in step S13. Therefore, in step S14, these markers are associated with each other, and step S12 and step S12 are performed.
13 markers both sensed by the rearranged so as to correspond, their coordinates, (x P (k), y P (k), z P (k)) (x W (k), y
W (k), z W ( k)) , however, k = 1,2, ..., and n.

【0098】本ステップS14では、次に、検査画像座
標系29と実空間座標系30とを座標符合化することを
行う。即ち、検査画像座標系29から実空間座標系30
への座標変換パラメータを算出することになる。これを
数学的に記述すると、以下のような式で示される
または(R,t)を推定する問題となる。
In the present step S14, the inspection image coordinate system 29 and the real space coordinate system 30 are subjected to coordinate encoding. That is, from the inspection image coordinate system 29 to the real space coordinate system 30
Will be calculated. This can be mathematically described as W W P expressed by the following equation.
Or it becomes a problem of estimating (R, t).

【0099】[0099]

【数10】 (Equation 10)

【0100】いま、両座標系でのマーカ群の重心ベクト
ルを(x mean,y mean,z mean),
(x mean,y mean,z mean)とする
と、次のような方程式が成立し、並進ベクトルと回転行
列を別々の式で算出することができる。
Now, let the barycenter vectors of the marker group in both coordinate systems be (x W mean , y W mean , z W mean ),
If (x P mean , y P mean , z P mean ), the following equation is established, and the translation vector and the rotation matrix can be calculated by different equations.

【0101】[0101]

【数11】 [Equation 11]

【0102】ここで、i=1,2,3に対して、上記方
程式を解く方法としては、quaternion法(四元数法)が
ある。この方法の詳細は、B.K.P.Horn, “Closed-fom s
o1ution of abso1ute orientation using unit quatern
ions," Journal of OpticalSociety of America A, Vo
l.4, No.4. 1987, pp.629-642.に述べられているので、
その詳細はここでは省略する。
Here, as a method of solving the above equation for i = 1, 2, 3, there is a quaternion method (quaternion method). See BKPHorn, “Closed-fom s
o1ution of abso1ute orientation using unit quatern
ions, "Journal of OpticalSociety of America A, Vo
l.4, No.4. 1987, pp.629-642.
The details are omitted here.

【0103】このようにR,tが算出されると、斉次変
換行列も容易に計算できるのは明白である。具体
的には、Rの要素をrij、tの要素を(t,t
)としたとき、以下のように記述することができ
る。
[0103] In this way R, t is calculated, it is clear that it is also easily calculated homogeneous transformation matrix W H P. Specifically, the elements of R are r ij , and the elements of t are (t x , ty ,
When t z ) can be described as follows.

【0104】[0104]

【数12】 (Equation 12)

【0105】次に、上記ステップS15について説明す
る。即ち、上記ステップS14で、検査画像座標系29
と実空間座標系間30の座標符合化が得られたとする
と、検査画像座標系29から実空間座標系30への座標
変換パラメータが算出できているので、術具28の実空
間座標系30内での位置姿勢を計測することにより、術
具28のナビゲーションを行うことができる。その方法
に関しては前述したので、ここでは省略する。
Next, step S15 will be described. That is, in the above step S14, the inspection image coordinate system 29
And the coordinate encoding between the real space coordinate system 30 are obtained, the coordinate conversion parameters from the inspection image coordinate system 29 to the real space coordinate system 30 have been calculated. By measuring the position and orientation of the surgical instrument, navigation of the surgical tool 28 can be performed. Since the method is described above, it is omitted here.

【0106】以上説明してきたように、本第1の実施の
形態で述べた位置決めフレーム1を利用することで、従
来では問題であった実際的な手術場面においても、手術
の位置決め(キャリブレーション)に必要な処理が容易
に達成可能となる。より具体的には、以下のような効果
を奏する。
As described above, by using the positioning frame 1 described in the first embodiment, the positioning (calibration) of the operation can be performed even in a practical operation scene which has been a problem in the past. The necessary processing can be easily achieved. More specifically, the following effects are obtained.

【0107】1)本位置決めフレーム1は、手術中にで
も使用できる構造的に安定した位置決めフレームであ
る。
1) The positioning frame 1 is a structurally stable positioning frame that can be used during surgery.

【0108】2)検査画像を撮影した後でも容易に着脱
可能であり、手術前に再現性よく装着して手術すること
が可能である。
2) It can be easily attached and detached even after taking an examination image, and it is possible to carry out surgery by attaching it with good reproducibility before surgery.

【0109】3)検査画像内からマーカの位置を容易に
検知でき、かつ被検体27に装着されたフレーム上での
マーカの位置との同定が容易である。
3) The marker position can be easily detected from the inspection image, and the marker position on the frame mounted on the subject 27 can be easily identified.

【0110】[第2の実施の形態](2次マーカプレー
トを利用する方法) 次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
[Second Embodiment] (Method of Using Secondary Marker Plate) Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0111】上記第1の実施の形態は、位置決めフレー
ム1を直接手術中に利用する方法を説明したが、本第2
の実施の形態は、位置決めフレーム1を手術中にも取り
外さずに、かつ3次元位置センサ24がマーカ計測を有
効に利用でき、かつ手術中に被検体27が体動を起こし
た場合にも、その体動に従いながら、検査画像座標系2
9と実空間座標系30とを座標符合化することができる
方法に関するものである。
In the first embodiment, the method of using the positioning frame 1 directly during the operation has been described.
In the embodiment of the present invention, even if the positioning frame 1 is not removed during the operation, the three-dimensional position sensor 24 can effectively use the marker measurement, and the subject 27 moves during the operation, While following the body movement, the inspection image coordinate system 2
9 and a method capable of performing coordinate coding on the real space coordinate system 30.

【0112】先に第1の実施の形態でも説明したよう
に、マーカの位置を計測する3次元位置センサ24とし
ては、赤外線検知可能な光学式センサシステムを利用す
ることができる。このシステムの特徴は、マーカ位置を
探針することばかりでなく他の用途にも使用することが
できる。具体的には、赤外線発光ダイオードLEDを複
数個装着したプレートを利用し、そのプレートが規定す
る座標系を仮のシステム基準座標系として利用するもの
である。即ち、そのプレートを被検体27に固定装着す
ることで、被検体27の体動をプレートの移動としてキ
ャンセルアウトするとともに、術具28の移動も、この
プレートからの相対的移動として定義することになる。
このような方法により、術具28が規定する術具座標系
31と被検体27が規定する検査画像座標系29との間
の相対的位置関係を時々刻々と測定することができるわ
けである。
As described in the first embodiment, as the three-dimensional position sensor 24 for measuring the position of a marker, an optical sensor system capable of detecting infrared rays can be used. The features of this system can be used for other applications as well as probing marker positions. Specifically, a plate on which a plurality of infrared light emitting diodes LED are mounted is used, and a coordinate system defined by the plate is used as a temporary system reference coordinate system. That is, by fixedly mounting the plate on the subject 27, the body movement of the subject 27 is canceled out as the movement of the plate, and the movement of the surgical tool 28 is defined as the relative movement from the plate. Become.
With such a method, the relative positional relationship between the surgical tool coordinate system 31 defined by the surgical tool 28 and the inspection image coordinate system 29 defined by the subject 27 can be measured every moment.

【0113】以下、本方法について解説する。図11の
(A)は、本第2の実施の形態の基本構成を表したもの
である。同図において、被検体27には、位置決めフレ
ーム1が装着してあり、この位置決めフレーム1とは別
に、2次マーカプレート54を装着する。この2次マー
カプレート54には、2次マーカ55が設置されてい
る。この場合、光学的に3次元位置センサ24が認識可
能な2次マーカ55が複数個設置してある。この2次マ
ーカ55としては、先に述べた赤外線発光ダイオードL
EDなどで良い。
The method will be described below. FIG. 11A shows a basic configuration of the second embodiment. In the figure, a positioning frame 1 is mounted on the subject 27, and a secondary marker plate 54 is mounted separately from the positioning frame 1. A secondary marker 55 is provided on the secondary marker plate 54. In this case, a plurality of secondary markers 55 that can be optically recognized by the three-dimensional position sensor 24 are provided. As the secondary marker 55, the infrared light emitting diode L described above is used.
ED etc. are good.

【0114】図12は、このような2次マーカプレート
54を利用した時の座標系の関係を示す図である。図4
の座標系と座標変換に加えて、本第2の実施の形態で
は、上記2次マーカプレート54に関する座標系である
2次マーカプレート座標系56が定義され、この2次マ
ーカプレート座標系56から実空間座標系30への座標
変換57も定義される。この座標変換57は、3次元位
置センサ24により、2次マーカプレート54上の2次
マーカ55位置を計測することにより、そのパラメータ
が規定されるものである。また、2次マーカプレート座
標系56から検査画像座標系29への座標変換58も定
義される。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship of the coordinate system when such a secondary marker plate 54 is used. FIG.
In the second embodiment, a secondary marker plate coordinate system 56, which is a coordinate system related to the secondary marker plate 54, is defined in addition to the coordinate system and the coordinate transformation described above. A coordinate transformation 57 to the real space coordinate system 30 is also defined. In the coordinate transformation 57, the parameters are defined by measuring the position of the secondary marker 55 on the secondary marker plate 54 by the three-dimensional position sensor 24. Also, a coordinate transformation 58 from the secondary marker plate coordinate system 56 to the inspection image coordinate system 29 is defined.

【0115】本第2の実施の形態における手術キャリブ
レーションでは、図9に示された第1の実施形態のステ
ップのうち、ステップS13とステップS14のところ
が異なる。
In the surgical calibration according to the second embodiment, steps S13 and S14 of the steps of the first embodiment shown in FIG. 9 are different.

【0116】即ち、本第2の実施形態におけるステップ
S13は、前述のステップS14を含んだ形で構成され
る。以下このステップS13について説明する。
That is, step S13 in the second embodiment is configured to include the above-described step S14. Hereinafter, step S13 will be described.

【0117】図13は、図9に示された手術キャリブレ
ーション処理におけるステップS13の処理の詳細を表
すフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing details of the processing in step S13 in the surgical calibration processing shown in FIG.

【0118】即ち、同図に示すように、まず、被検体2
7に位置決めフレーム1が装着される(ステップS13
A)。続いて、2次マーカプレート54を被検体27に
装着する(ステップS13B)。その後、手術のための
清潔環境を生成するために、必要に応じて位置決めフレ
ーム1と2次マーカプレート54の上からドレープが装
着される(ステップS13C)。この際、位置決めフレ
ーム1が移動しないように注意しながらドレープをかけ
ることとする。
That is, as shown in FIG.
7 is mounted with the positioning frame 1 (step S13).
A). Subsequently, the secondary marker plate 54 is mounted on the subject 27 (Step S13B). Thereafter, in order to generate a clean environment for the operation, a drape is mounted on the positioning frame 1 and the secondary marker plate 54 as necessary (step S13C). At this time, drape is applied while paying attention so that the positioning frame 1 does not move.

【0119】そして、位置決めフレーム1上のマーカ位
置を3次元位置センサ24で計測し、実空間座標系30
でのマーカ位置座標を得る(ステップS13D)。その
後、この実空間座標系30から検査画像座標系29への
座標変換パラメータが算出される(ステップS13
E)。次に、実空間座標系30での2次マーカ55の位
置を3次元位置センサ24で測定することで、2次マー
カプレート座標系56から実空間座標系30への座標変
換パラメータが算出される(ステップS13F)。そし
て最後に、2次マーカプレート座標系56から検査画像
座標系29への座標変換パラメータを算出する(ステッ
プS13G)。
Then, the marker position on the positioning frame 1 is measured by the three-dimensional position sensor 24, and the real space coordinate system 30
Is obtained (step S13D). Thereafter, a coordinate conversion parameter from the real space coordinate system 30 to the inspection image coordinate system 29 is calculated (step S13).
E). Next, the position of the secondary marker 55 in the real space coordinate system 30 is measured by the three-dimensional position sensor 24 to calculate a coordinate conversion parameter from the secondary marker plate coordinate system 56 to the real space coordinate system 30. (Step S13F). Finally, a coordinate conversion parameter from the secondary marker plate coordinate system 56 to the inspection image coordinate system 29 is calculated (step S13G).

【0120】ここで、上記ステップS13A乃至S13
Gを更に詳細に説明する。まず、上記ステップS13A
について説明する。このステップS13Aに於いては、
被検体27に位置決めフレーム1が装着される。その装
着は、前述の第1の実施の形態で説明したのと同様の方
法で行われることができる。
Here, the above steps S13A to S13
G will be described in more detail. First, the above step S13A
Will be described. In this step S13A,
The positioning frame 1 is mounted on the subject 27. The mounting can be performed in the same manner as described in the first embodiment.

【0121】次に、上記ステップS13Bについて説明
する。このステップS13Bに於いては、2次マーカプ
レート54を被検体27に装着する。2次マーカプレー
ト54の装着場所は、図11の(A)で示してあるよう
な、被検体27の額部分など、2次マーカプレート54
を固定して装着しやすい場所であり、かつ3次元位置セ
ンサ24により、その位置が計測しやすい場所である必
要がある。なお、2次マーカプレート54を装着する際
には、前述の第1の実施の形態で説明したような経時固
化素材18,19などを利用して、被検体27への固定
を補助するようなことを考えても良い。
Next, step S13B will be described. In this step S13B, the secondary marker plate 54 is mounted on the subject 27. The mounting position of the secondary marker plate 54 is, for example, the forehead portion of the subject 27 as shown in FIG.
It must be a place where is easily fixed and mounted, and a position whose position can be easily measured by the three-dimensional position sensor 24. When the secondary marker plate 54 is mounted, the fixing to the subject 27 is assisted by utilizing the temporally solidified materials 18 and 19 as described in the first embodiment. You may think about it.

【0122】次に、上記ステップS13Cについて説明
する。このステップS13Cに於いては、必要に応じ
て、位置決めフレーム1と2次マーカプレート54の上
から、ドレープをかけて、手術に必要な清潔環境を生成
する。この際、位置決めフレーム1の被検体に対する位
置が変わらないように注意しながらドレープをかける。
この処理は、前述の第1の実施の形態で説明したのと同
様である。
Next, step S13C will be described. In this step S13C, if necessary, a drape is applied from above the positioning frame 1 and the secondary marker plate 54 to generate a clean environment necessary for the operation. At this time, drape is applied while taking care not to change the position of the positioning frame 1 with respect to the subject.
This processing is the same as that described in the first embodiment.

【0123】次に、上記ステップS13Dについて説明
する。このステップS13Dに於いては、位置決めフレ
ーム1上のマーカ位置を3次元位置センサ24を利用し
て測定する。この測定方法は、前述の第1の実施の形態
で説明したのと同様である。もちろん、位置決めフレー
ム1上のマーカ5〜11の位置は、実空間座標系30で
定義されるものである。
Next, step S13D will be described. In this step S13D, the marker position on the positioning frame 1 is measured using the three-dimensional position sensor 24. This measuring method is the same as that described in the first embodiment. Of course, the positions of the markers 5 to 11 on the positioning frame 1 are defined in the real space coordinate system 30.

【0124】次に、上記ステップS13Eについて説明
する。このステップS13Eに於いては、実空間座標系
30から検査画像座標系29への座標変換パラメータを
算出する。この方法も、前述の第1の実施の形態で説明
したのと同様であるので、詳細は省略する。
Next, step S13E will be described. In this step S13E, a coordinate conversion parameter from the real space coordinate system 30 to the inspection image coordinate system 29 is calculated. This method is also the same as that described in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

【0125】次に、上記ステップS13Fについて説明
する。2次マーカプレート54は固定されたプレートで
構成されているので、2次マーカプレート座標系56に
おける2次マーカ55の位置は予め測定して定義可能で
ある。いま、2次マーカ55の個数をmとして、それら
の2次マーカプレート座標系56において定義された位
置を(x(i),y(i),z(i))(但し、
i=1,2,…,m)とする。
Next, step S13F will be described. Since the secondary marker plate 54 is formed of a fixed plate, the position of the secondary marker 55 in the secondary marker plate coordinate system 56 can be measured and defined in advance. Now, assuming that the number of the secondary markers 55 is m, the positions defined in the secondary marker plate coordinate system 56 are (x L (i), y L (i), z L (i)) (where
i = 1, 2,..., m).

【0126】そして、このステップS13Fでは、実空
間座標系30に配置された3次元位置センサ24によっ
て2次マーカ55の位置を計測する。その方法は、先に
述べたのと同様である。このように3次元位置センサ2
4により計測される2次マーカ55の位置は、実空間上
で定義されるものであり、その座標値は(x(i),
(i),z(i))(但し、i=1,2,…,
m)とする。このとき、2次マーカプレート座標系56
から実空間座標系30への座標変換パラメータを
とすれば、次の方程式が成立する。
In this step S13F, the actual sky
The three-dimensional position sensor 24 arranged in the
To measure the position of the secondary marker 55. The method first
Same as described. Thus, the three-dimensional position sensor 2
4 is the position of the secondary marker 55 in the real space.
And its coordinate value is (xW(I),
yW(I), zW(I)) (where i = 1, 2,...,
m). At this time, the secondary marker plate coordinate system 56
From the coordinate conversion parameter to the real space coordinate system 30 WHL
Then, the following equation is established.

【0127】[0127]

【数13】 (Equation 13)

【0128】この方程式を満たすを算出すれば、
2次マーカプレート座標系56から実空間座標系30へ
の座標変換パラメータを決定することができる。この方
法は、前述の第1の実施の形態におけるステップS14
で説明したのと同様の方法(quaternion法)で算出する
ことができるので、ここではその詳細を述べない。この
座標変換パラメータを求めることで、該ステップS13
Fは終了する。
By calculating W H L that satisfies this equation,
A coordinate conversion parameter from the secondary marker plate coordinate system 56 to the real space coordinate system 30 can be determined. This method corresponds to step S14 in the first embodiment.
Since it can be calculated by a method (quaternion method) similar to that described above, the details will not be described here. By obtaining the coordinate conversion parameters, step S13
F ends.

【0129】次に、上記ステップS13Gについて説明
する。このステップS13Gに於いては、2次マーカプ
レート座標系56から検査画像座標系29への座標変換
パラメータを算出することになる。これには、上記ステ
ップS13E及びステップS13Fで得られた2個の座
標変換を利用することになる。具体的には、上記ステッ
プS13Eで得られた実空間座標系30から検査画像座
標系29への座標変換パラメータを、また、上記
ステップS13Fで得られた2次マーカプレート座標系
56から実空間座標系30への座標変換パラメータを
とすると、この2次マーカプレート座標系56から
検査画像座標系29への座標変換パラメータは、 なる4×4の行列の乗算として算出することができる。
Next, step S13G will be described. In this step S13G, a coordinate conversion parameter from the secondary marker plate coordinate system 56 to the inspection image coordinate system 29 is calculated. For this, the two coordinate transformations obtained in steps S13E and S13F are used. Specifically, the coordinate conversion parameter from the real space coordinate system 30 obtained in step S13E to the inspection image coordinate system 29 is P H W , and the secondary marker plate coordinate system 56 obtained in step S13F is The coordinate conversion parameter to the real space coordinate system 30 is W
Assuming that H L , the coordinate conversion parameter P H L from the secondary marker plate coordinate system 56 to the inspection image coordinate system 29 is calculated as a multiplication of a 4 × 4 matrix of P H L = P H W W H L be able to.

【0130】また、本第2の実施の形態における術中ナ
ビゲーション処理は、図14のフローチャートに示すよ
うにして行われる。
The intraoperative navigation processing according to the second embodiment is performed as shown in the flowchart of FIG.

【0131】即ち、まず、この術中ナビゲーション処理
を終了するか否かをチェックし(ステップS2A)、終
了しない場合には、上記で求められた2次マーカプレー
ト座標系56から実空間座標系30への座標変換パラメ
ータを得る(ステップS2B)。
That is, first, it is checked whether or not this intraoperative navigation processing is to be terminated (step S2A). If not, the secondary marker plate coordinate system 56 obtained above is transferred to the real space coordinate system 30. obtaining a coordinate transformation parameters W H L in (step S2B).

【0132】続いて、実空間座標系30で規定された3
次元位置センサ24を利用して、2次マーカプレート座
標系56から検査画像座標系29への座標変換パラメー
を算出する(ステップS2C)。実際には、2
次マーカ55が赤外線LEDから構成されているときに
は、その赤外線LEDの位置を3次元位置センサ24で
計測し、そのLEDの配置定義に関する情報を利用する
ことにより、2次マーカプレート座標系56から検査画
像座標系29への座標変換パラメータが算出され
る。
Subsequently, the 3 defined by the real space coordinate system 30
Using the dimension position sensor 24, it calculates a coordinate transformation parameter P H L from the secondary marker plate coordinate system 56 to the inspection image coordinate system 29 (step S2C). Actually, 2
When the next marker 55 is composed of an infrared LED, the position of the infrared LED is measured by the three-dimensional position sensor 24, and the information from the secondary marker plate coordinate system 56 is used for inspection by using information on the arrangement definition of the LED. A coordinate conversion parameter P H L to the image coordinate system 29 is calculated.

【0133】続いて、実空間座標系30から術具座標系
31への座標変換を算出する(ステップS2
D)。このためには、実空間上に配置された3次元位置
センサ24を利用して、術具28の3次元位置姿勢を計
測することにより、その座標変換を算出する。
[0133] Subsequently, to calculate the coordinate transformation E H W to the surgical instrument coordinate system 31 from the real space coordinate system 30 (step S2
D). For this purpose, the coordinate transformation is calculated by measuring the three-dimensional position and orientation of the surgical tool 28 using the three-dimensional position sensor 24 arranged in the real space.

【0134】次に、検査画像座標系29から術具座標系
31への座標変換を算出する(ステップS2
E)。これは、上記ステップS2B〜ステップS2Dで
算出された結果を利用することにより行う。具体的に
は、
−1 の4×4の行列の乗算により実現する。
[0134] Next, to calculate the coordinate transformation E H P from the inspection image coordinate system 29 to the surgical instrument coordinate system 31 (step S2
E). This is performed by using the results calculated in steps S2B to S2D. Specifically, E H P = E H W W H L L H P = E H W W H L (P H
L ) -1 is realized by multiplication of a 4 × 4 matrix.

【0135】そして最後に、上記検査画像座標系29か
ら術具座標系31への座標変換34を利用して、(1)
術具28が検査画像座標系29でどの位置にあるのか、
また、(2)検査画像座標系29内で定義された患部が
術具座標系31のどこに存在するのか、を算出すること
により、手術に必要なナビゲーション情報を算出し、そ
れをモニタ26で表示することになる。その方法は、前
述の第1の実施形態で説明した方法と同様である。
Finally, using the coordinate transformation 34 from the examination image coordinate system 29 to the surgical tool coordinate system 31, (1)
Where the surgical tool 28 is in the inspection image coordinate system 29,
(2) By calculating where the affected part defined in the examination image coordinate system 29 exists in the surgical instrument coordinate system 31, navigation information necessary for the operation is calculated and displayed on the monitor 26. Will do. The method is the same as the method described in the first embodiment.

【0136】以上説明してきたような第2の実施の形態
を採用することにより、検査画像座標系29と2次マー
カプレート座標系56の位置関係が固定であることか
ら、被検体27の体動によって検査画像座標系29が実
空間座標系30に対して移動したとしても、その移動を
2次マーカプレート座標系56にて計測することによ
り、移動成分をキャンセルアウトすることができる。従
って、被検体27の体動によっても検査画像座標系29
から術具座標系31への座標変換34は計測可能とな
り、手術ナビゲーションが可能となる。
By adopting the second embodiment as described above, since the positional relationship between the inspection image coordinate system 29 and the secondary marker plate coordinate system 56 is fixed, the movement of the subject 27 Even if the inspection image coordinate system 29 moves with respect to the real space coordinate system 30, the movement component can be canceled out by measuring the movement in the secondary marker plate coordinate system 56. Therefore, the inspection image coordinate system 29 is also affected by the body movement of the subject 27.
The coordinate transformation 34 from to the surgical tool coordinate system 31 can be measured, and surgical navigation can be performed.

【0137】[第3の実施の形態](取り外し可能なマ
ーカ) 次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。
[Third Embodiment] (Removable Marker) Next, a third embodiment of the present invention will be described.

【0138】前述の第1の実施の形態では、MRIとC
T画像の両方でその位置が検知可能なマーカに関して説
明した。また、上記第2の実施の形態では、赤外線LE
Dを2次マーカ55としたマーカプレート54を利用し
た手術ナビゲーション方法について説明した。もし、第
2の実施の形態のような方法によると、位置決めフレー
ム1とは別のマーカプレート54を準備する必要があ
る。なぜなら、赤外線LEDのような金属部品を装着し
て、MRIなどの検査画像を撮影することは困難だから
である。
In the first embodiment, MRI and C
The marker whose position can be detected in both of the T images has been described. In the second embodiment, the infrared light LE
The surgical navigation method using the marker plate 54 in which D is the secondary marker 55 has been described. According to the method as in the second embodiment, it is necessary to prepare a marker plate 54 different from the positioning frame 1. This is because it is difficult to mount a metal component such as an infrared LED and take an inspection image such as an MRI.

【0139】そこで、本第3の実施の形態では、位置決
めフレーム1に必要に応じて、赤外線LEDマーカのよ
うな金属マーカあるいはマーカプレートを装着・着脱可
能な構造とした位置決めフレームとしている。
Therefore, in the third embodiment, the positioning frame 1 has a structure in which a metal marker such as an infrared LED marker or a marker plate can be attached and detached as necessary.

【0140】図11の(B)は、そのような取り外し可
能な2次マーカプレート59を適用した本第3の実施の
形態に係る位置決めフレーム1の構成を示す図である。
同図では、位置決めフレーム1上に、2次マーカ60を
装着した2次マーカプレート59を装着した場合につい
て示している。この場合、2次マーカプレート59は、
着脱可能な構造となっており、同図のように装着した場
合には、位置決めフレーム1に高精度で再現性よく装着
できる構造となっている。
FIG. 11B is a diagram showing the configuration of the positioning frame 1 according to the third embodiment to which such a removable secondary marker plate 59 is applied.
FIG. 2 shows a case where a secondary marker plate 59 on which a secondary marker 60 is mounted is mounted on the positioning frame 1. In this case, the secondary marker plate 59
It has a detachable structure, and when it is mounted as shown in the figure, it has a structure that can be mounted on the positioning frame 1 with high accuracy and high reproducibility.

【0141】いま、図11の(B)のように2次マーカ
プレート59を装着した状態において、2次マーカプレ
ート59が規定する2次マーカプレート座標系での位置
を(x(i),y(i),z(i))、同様の座
標系で位置決めフレーム1上のマーカの位置を(x
(j),y(j),z(j))とすると、2次マ
ーカプレート59上の2次マーカ60の位置を、実空間
座標系で規定される3次元位置センサ24で計測するこ
とにより、2次マーカプレート座標系から実空間座標系
への座標変換パラメータを算出することができ
る。この座標変換を利用することにより、位置決めフレ
ーム1上のマーカの実空間座標系での位置(x
(j),y(j),z(j))は、以下の式によ
り算出することができる。
Now, as shown in FIG. 11B, the secondary marker
With the plate 59 attached, the secondary marker
Position in the secondary marker plate coordinate system specified by the label 59
To (xL(I), yL(I), zL(I)) similar seat
In the coordinate system, the position of the marker on the positioning frame 1 is represented by (x
M(J), yM(J), zM(J)),
The position of the secondary marker 60 on the
Measurement by the three-dimensional position sensor 24 specified by the coordinate system
From the secondary marker plate coordinate system to the real space coordinate system
Transformation parameters toWHLCan be calculated
You. By utilizing this coordinate transformation, positioning
Position of the marker on the room 1 in the real space coordinate system (x
W(J), yW(J), zW(J)) is calculated by the following equation.
Can be calculated.

【0142】[0142]

【数14】 [Equation 14]

【0143】即ち、位置決めフレーム1上のマーカの位
置を、探針することなく、実空間座標系内で算出するこ
とができることとなる。
That is, the position of the marker on the positioning frame 1 can be calculated in the real space coordinate system without performing a probe.

【0144】つまり、取り外し可能な2次マーカプレー
ト59を採用することにより、2次マーカプレート59
上のマーカ60の位置を直接的に3次元位置センサ24
で計測し、位置決めフレーム1上のマーカの実空間座標
系での位置を算出することができることになる。
That is, by adopting the removable secondary marker plate 59, the secondary marker plate 59 can be used.
The position of the upper marker 60 is directly determined by the three-dimensional position sensor 24.
And the position of the marker on the positioning frame 1 in the real space coordinate system can be calculated.

【0145】あとの手術キャリブレーションの処理は、
前述の第2の実施の形態で説明したものと同様となるの
で、ここでは省略する。
The subsequent operation calibration processing is as follows.
Since this is the same as that described in the second embodiment, it is omitted here.

【0146】また、本第3の実施の形態では、2次マー
カプレート59を利用したが、この2次マーカ60は必
ずしも2次マーカプレート59上に設置される必要はな
い。例えば、2次マーカ自体が、直接的に位置決めフレ
ーム1上にねじ込める形態のものであっても良い。この
ような場合でも同様に、2次マーカの位置が再現性良く
位置決めフレーム1上で定義できるので、上記の方法と
同様に位置決めフレーム上のマーカを探針することな
く、実空間座標系での位置決めフレーム内のマーカの位
置を算出できることになる点で、手術キャリブレーショ
ンを簡略化することができる。
In the third embodiment, the secondary marker plate 59 is used. However, the secondary marker 60 does not need to be set on the secondary marker plate 59. For example, the secondary marker itself may be of a form that can be screwed directly onto the positioning frame 1. Even in such a case, similarly, the position of the secondary marker can be defined on the positioning frame 1 with high reproducibility, so that the marker on the positioning frame is not probed in the real space coordinate system as in the above method. Surgery calibration can be simplified in that the position of the marker in the positioning frame can be calculated.

【0147】以上説明してきたように、取り外し可能な
2次マーカ60あるいは2次マーカプレート59を利用
することで、位置決めフレーム1上のマーカを探針する
ことなく、検査画像座標系と実空間座標系との座標符合
化が可能となり、 1)手術キャリブレーションの簡略化、 2)探針しないことによる清潔環境化の維持の簡略化、 などの点での効果がある。
As described above, by using the removable secondary marker 60 or the secondary marker plate 59, the inspection image coordinate system and the real space coordinate system can be used without probing the marker on the positioning frame 1. This makes it possible to encode coordinates with the system, and has the following effects: 1) simplification of surgical calibration, and 2) simplification of maintaining a clean environment by not using a probe.

【0148】以上実施の形態に基づいて本発明を説明し
たが、本発明は上述した実施の形態に限定されるもので
はなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可
能である。ここで、本発明の要旨をまとめると以下のよ
うになる。
Although the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are possible within the scope of the present invention. . Here, the summary of the present invention is as follows.

【0149】(1) 被検体と所定の位置関係におか
れ、被検体の位置または姿勢を計測する目印となるマー
カであり、セラミック素材を用いて形成された中空の外
殻部と、上記中空部分に入れられた硫酸銅系の溶液と、
を具備することを特徴とするマーカ。
(1) A marker which is placed in a predetermined positional relationship with the subject and serves as a mark for measuring the position or orientation of the subject. The marker includes a hollow outer shell formed using a ceramic material and the hollow shell. A copper sulfate-based solution put in the part,
A marker comprising:

【0150】即ち、このような構成のマーカとすること
により、医療でよく用いられるX線(CT)画像および
MRI画像で撮像可能である。
That is, by using a marker having such a configuration, it is possible to capture an X-ray (CT) image and an MRI image, which are often used in medical treatment.

【0151】(2) 上記マーカの外形が、円錐形であ
ることを特徴とする(1)に記載のマーカ。
(2) The marker according to (1), wherein the outer shape of the marker is conical.

【0152】即ち、このような構成のマーカとすること
により、マーカの上下の識別が容易となり、また、安定
よく位置決めフレームに装着できる。
That is, by using a marker having such a configuration, the marker can be easily distinguished from the upper and lower portions, and can be stably mounted on the positioning frame.

【0153】(3) 上記マーカは、非対称に配設され
ていることを特徴とする請求項1または2に記載の位置
決めフレーム。
(3) The positioning frame according to claim 1 or 2, wherein the markers are arranged asymmetrically.

【0154】即ち、マーカを位置決めフレーム上に非対
称に配設することで、スライス画像の向きを容易に判断
できる。
That is, by arranging the markers asymmetrically on the positioning frame, the direction of the slice image can be easily determined.

【0155】(4) 少なくともX線画像またはMRI
画像の何れか一方の画像で撮像可能であり直線上にない
所定の位置に配設された3個以上のマーカを具備する位
置決めフレームを装着させた被検体を撮像した画像よ
り、この画像に固定された検査画像座標系におけるマー
カの座標を求める画像座標演算手段と、上記画像座標演
算手段の出力と、実際の空間座標系における上記マーカ
の座標の計測結果より、上記検査画像座標系と上記空間
座標系の対応関係を求める第1の対応関係演算手段と、
術具の上記空間座標系における座標の計測結果より、上
記空間座標系と上記術具に固定された術具座標系の対応
関係を求める第2の対応関係演算手段と、上記第1と第
2の対応関係演算手段の出力より、上記検査画像座標系
と上記術具座標系の対応関係を求める第3の対応関係演
算手段と、を具備することを特徴とする手術ナビゲーシ
ョン装置。
(4) At least X-ray images or MRI
From an image of a subject mounted with a positioning frame having three or more markers arranged at predetermined positions that are not linear and can be imaged with any one of the images, the image is fixed to this image. The image coordinate calculating means for obtaining the coordinates of the marker in the inspected image coordinate system, the output of the image coordinate calculating means, and the measurement result of the coordinates of the marker in the actual space coordinate system, the inspection image coordinate system and the space First correspondence calculating means for finding a correspondence between coordinate systems;
Second correspondence calculating means for determining a correspondence between the spatial coordinate system and a surgical tool coordinate system fixed to the surgical tool from a measurement result of coordinates of the surgical tool in the spatial coordinate system; And a third correspondence calculating means for obtaining a correspondence between the examination image coordinate system and the surgical tool coordinate system from an output of the correspondence calculating means.

【0156】上記画像座標演算手段、第1の対応関係演
算手段、第2の対応関係演算手段、及び第3の対応関係
演算手段は、実施の形態におけるPCに相当する。ここ
で、画像座標演算手段と第1及び第2の対応関係演算手
段は、手術キャリブレーション処理に対応する機能手段
であり、第3の対応関係演算手段は術中ナビゲーション
処理に対応する機能手段である。なお、実際の空間座標
系における上記マーカの座標の計測は、実施の形態で
は、3次元位置センサにより行われる。
The image coordinate calculating means, the first correspondence calculating means, the second correspondence calculating means, and the third correspondence calculating means correspond to the PC in the embodiment. Here, the image coordinate calculating means and the first and second correspondence calculating means are functional means corresponding to the surgical calibration processing, and the third correspondence calculating means is a functional means corresponding to the intraoperative navigation processing. . Note that the measurement of the coordinates of the marker in the actual spatial coordinate system is performed by a three-dimensional position sensor in the embodiment.

【0157】このような構成の手術ナビゲーション装置
によれば、目標位置は撮像した画像上での位置で把握さ
れるので、目標と術具と被検体の位置関係を数値データ
として定量的に把握でき、手術ナビゲーションに必要な
データを得られる。
According to the surgical navigation apparatus having such a configuration, the target position can be grasped by the position on the captured image, so that the positional relationship between the target, the surgical tool, and the subject can be quantitatively grasped as numerical data. , You can get the data needed for surgical navigation.

【0158】(5) 上記第1乃至第3の対応関係演算
手段の出力を用いて、被検体と目標と術具の位置関係
を、それぞれ観察方向の異なる複数の画像で表示可能な
表示手段をさらに具備することを特徴とする(4)に記
載の手術ナビゲーション装置。
(5) A display means capable of displaying the positional relationship between the subject, the target, and the surgical tool in a plurality of images having different observation directions using the outputs of the first to third correspondence relation calculation means. The surgical navigation device according to (4), further comprising:

【0159】(6) 上記第1乃至第3の対応関係演算
手段の出力を用いて、術具の向く方向を視線とする画像
を表示可能な表示手段をさらに具備することを特徴とす
る(4)に記載のナビゲーション装置。
(6) The apparatus further comprises a display means capable of displaying an image having a line of sight in the direction in which the surgical tool is facing, using the output of the first to third correspondence relation calculation means. The navigation device according to (1).

【0160】(7) 少なくともX線画像またはMRI
画像の何れか一方の画像で撮像可能であり直線上にない
所定の位置に配設された3個以上のマーカを具備する第
1の位置決め部材を装着させた被検体を撮像した画像よ
り、この画像に固定された検査画像座標系におけるマー
カの座標を求める画像座標演算手段と、上記画像座標演
算手段と、実際の空間座標系における上記マーカの座標
の計測結果より、上記検査画像座標系と上記空間座標系
の対応関係を求める対応関係演算手段と、被検体に装着
された、第2の位置決め部材の上記空間座標系における
座標を手術中に計測した結果より、上記対応関係演算手
段の結果を補正する補正手段と、を具備することを特徴
とする手術ナビゲーション装置。
(7) At least X-ray images or MRI
From an image obtained by imaging a subject mounted with a first positioning member having three or more markers arranged at predetermined positions that can be imaged in any one of the images and are not on a straight line, The image coordinate calculation means for obtaining the coordinates of the marker in the inspection image coordinate system fixed to the image, the image coordinate calculation means, and the measurement result of the coordinates of the marker in the actual space coordinate system, the inspection image coordinate system and the From the result of measuring the coordinates of the second positioning member attached to the subject in the spatial coordinate system during the operation, the results of the correspondence calculating means are obtained from the correspondence calculating means for obtaining the correspondence of the spatial coordinate system. A surgical navigation device comprising: a correction unit that corrects the operation.

【0161】上記画像座標演算手段、対応関係演算手
段、及び補正手段は、実施の形態におけるPCに相当す
る。なお、実際の空間座標系における上記マーカの座標
の計測は、実施の形態では、3次元位置センサにより行
われる。また、第1の位置決め部材は、実施の形態にお
ける位置決めフレームに相当し、第2の位置決め部材は
実施の形態における2次マーカプレートに相当する。
The image coordinate calculating means, correspondence calculating means, and correcting means correspond to the PC in the embodiment. Note that the measurement of the coordinates of the marker in the actual spatial coordinate system is performed by a three-dimensional position sensor in the embodiment. Further, the first positioning member corresponds to the positioning frame in the embodiment, and the second positioning member corresponds to the secondary marker plate in the embodiment.

【0162】このような構成の手術ナビゲーション装置
によれば、被検体の体動によって検査画像座標系が空間
座標系に対して移動したとしても、その移動成分を補正
手段により補正できるので、手術ナビゲーションが可能
となる。
According to the surgical navigation apparatus having such a configuration, even if the inspection image coordinate system moves with respect to the spatial coordinate system due to the body movement of the subject, the moving component can be corrected by the correction means. Becomes possible.

【0163】(8) 上記第2の位置決め部材には、赤
外線発光ダイオードよりなるマーカが複数個取付けられ
ていることを特徴とする(7)に記載の手術ナビゲーシ
ョン装置。
(8) The surgical navigation device according to (7), wherein a plurality of markers made of infrared light emitting diodes are attached to the second positioning member.

【0164】(9) 上記第2の位置決め部材は、上記
第1の位置決め部材に着脱自在に取付けられていること
を特徴とする(7)または(8)に記載の手術ナビゲー
ション装置。
(9) The surgical navigation device according to (7) or (8), wherein the second positioning member is detachably attached to the first positioning member.

【0165】即ち、着脱自在な第2の位置決め部材を採
用することにより、第2の位置決め部材を計測し、第1
の位置決め部材の空間座標系での位置を算出することが
できる。
That is, by adopting the detachable second positioning member, the second positioning member is measured and the first positioning member is measured.
Of the positioning member in the spatial coordinate system can be calculated.

【0166】(10) 被検体の少なくとも3箇所の身
体的凹凸部位を利用して固定する位置決めフレームにお
いて、該フレームには1直線上にない少なくとも3個の
マーカが装着され、該マーカは少なくともX線または/
及びMRI検査画像において位置を検出することが可能
な材質を含む部材から構成されることを特徴とする位置
決めフレーム。
(10) In a positioning frame that is fixed by using at least three physical irregularities of the subject, at least three markers that are not on a straight line are mounted on the frame, and the markers are at least X Line or /
And a member including a material capable of detecting a position in an MRI examination image.

【0167】ここで、上記身体的凹凸部位は、実施の形
態では、右耳上端部、左耳上端部、鼻突起部が該当する
が、上部歯部や耳内部なども含む。
Here, in the embodiment, the above-mentioned physical irregularities correspond to the upper end of the right ear, the upper end of the left ear, and the nose projection, but also include the upper teeth and the inside of the ear.

【0168】このような構成の位置決めフレームによれ
ば、被検体の少なくとも3箇所の身体的凹凸特徴部位で
フレームを固定することにより、フレームを再現性よく
固定することができるものであり、しかも医療でよく用
いられる画像的検査方法で位置を検出しやすい形状ある
いは材質の部材をマーカに利用することにより、検査画
像内でのマーカの位置を容易に検出することができるよ
うにしてある。また、安定的にマーカを固定すること
で、ドレープなどをかけてもフレームの被検体に対する
位置ずれを起こしにくく、手術中でも使用できる。
According to the positioning frame having such a configuration, the frame can be fixed with good reproducibility by fixing the frame at at least three physical irregularities of the subject. The position of the marker in the inspection image can be easily detected by using, as the marker, a member having a shape or a material whose position can be easily detected by an image inspection method often used in (1). In addition, by stably fixing the marker, the frame is less likely to be displaced with respect to the subject even when drape is applied, and can be used during surgery.

【0169】(11) 被検体の少なくとも3箇所の身
体的凹凸部位を利用して固定する位置決めフレームを用
いる手術キャリブレーション装置において、該フレーム
には1直線上にない少なくとも3個のマーカを装着し、
該マーカは少なくともX線または/及びMRI検査画像
において位置を検出することが可能な材質を含む部材か
ら構成され、被検体は該フレームを装着して検査画像を
撮影し、該検査画像空間内のマーカ位置を検出し、かつ
実空間内で被検体が装着しているフレーム上のマーカ位
置を測定し、両マーカ位置座標の符合化を行うことで、
検査画像と被検体の座標を符合化することを特徴とする
手術ナビゲーション装置。
(11) In a surgical calibration apparatus using a positioning frame fixed by using at least three physical irregularities of a subject, at least three markers that are not on a straight line are mounted on the frame. ,
The marker is composed of a member including a material capable of detecting a position in at least an X-ray or / and an MRI examination image. By detecting the marker position, and measuring the marker position on the frame that the subject wears in the real space, and encoding both marker position coordinates,
A surgical navigation apparatus for encoding an examination image and coordinates of a subject.

【0170】このような構成の手術ナビゲーション装置
によれば、上記(10)で説明されている位置決めフレ
ームを利用することにより、簡易にかつ正確に被検体と
検査画像間の位置決めを行うことができ、かつ被検体に
負担かけたり侵襲を与えることを少なく手術ナビゲーシ
ョンを行うことができる。
According to the surgical navigation device having such a configuration, the positioning between the subject and the examination image can be easily and accurately performed by using the positioning frame described in the above (10). In addition, surgical navigation can be performed with less burden and invasion of the subject.

【0171】(12) 被検体の身体的凹凸部位とし
て、少なくとも右耳上端部、左耳上端部、鼻突起部を利
用することを特徴とする(10)に記載の位置決めフレ
ーム。
(12) The positioning frame according to (10), wherein at least the upper end of the right ear, the upper end of the left ear, and the nose projection are used as the physical irregularities of the subject.

【0172】(13) 被検体の身体的凹凸部位とし
て、少なくとも右耳上端部、左耳上端部、鼻突起部を利
用することを特徴とする(11)に記載の手術ナビゲー
ション装置。
(13) The surgical navigation apparatus according to (11), wherein at least the upper end of the right ear, the upper end of the left ear, and the nose projection are used as the physical unevenness of the subject.

【0173】(14) 被検体の身体的凹凸部位にフレ
ームを固定する際、経時固化する素材を用いて位置決め
調整することを特徴とする(11)に記載の手術ナビゲ
ーション装置。
(14) The surgical navigation apparatus according to (11), wherein the positioning is adjusted using a material that solidifies over time when the frame is fixed to the body unevenness of the subject.

【0174】このような構成の手術ナビゲーション装置
によれば、経時固化する素材を利用することで、被検体
の頭部の形状の多様性に対応するともに、接地場所での
安定化を図ることができ、手術ナビゲーションのため
の、より正確な位置決めが可能となる。
According to the surgical navigation apparatus having such a configuration, by using a material which solidifies with time, it is possible to cope with a variety of shapes of the head of the subject and to stabilize the grounding place. This allows for more accurate positioning for surgical navigation.

【0175】(15) 実空間内のフレームのマーカ位
置を測定する際、3次元位置センサを用いて対応するマ
ーカ位置を探針することにより検査画像と被検体間の座
標の符合化することを特徴とする(11)に記載の手術
ナビゲーション装置。
(15) When measuring the marker position of the frame in the real space, the coordinate between the inspection image and the subject is encoded by probing the corresponding marker position using the three-dimensional position sensor. The surgical navigation device according to (11), which is characterized in that:

【0176】(16) 上記3次元位置センサが赤外線
検知可能な光学式センサシステムであることを特徴とす
る(15)に記載の手術ナビゲーション装置。
(16) The surgical navigation device according to (15), wherein the three-dimensional position sensor is an optical sensor system capable of detecting infrared rays.

【0177】(17) 被検体に該フレームを装着し、
ヨウ素含有型ドレープまたは透明ドレープまたは半透明
ドレープをかけた後、該ドレープの上から該フレーム上
のマーカ群を探針することを特徴とする(15)に記載
の手術ナビゲーション装置。
(17) Attach the frame to the subject,
The surgical navigation device according to (15), wherein after applying an iodine-containing drape, a transparent drape, or a translucent drape, a marker group on the frame is probed from above the drape.

【0178】このような構成の手術ナビゲーション装置
によれば、ドレープの上からでもマーカを探針できるこ
とで、手術中の清潔環境を実現することが可能となり、
手術の効率化・安全性を向上することができる。
According to the surgical navigation apparatus having such a configuration, a marker can be probed from above the drape, thereby realizing a clean environment during the operation.
Operation efficiency and safety can be improved.

【0179】(18) 被検体が位置決めフレームと2
次マーカプレートを装着し、位置決めフレームと2次マ
ーカプレートの座標符合化を行った後、検査画像におけ
る2次マーカの位置を規定し、該2次マーカフレームと
手術具の相対的位置を3次元位置センサが計測すること
により、被検体と手術具との相対的位置を計測すること
を特徴とする(15)に項記載の手術ナビゲーション装
置。
(18) The subject is located on the positioning frame
After attaching the next marker plate and performing coordinate coding of the positioning frame and the secondary marker plate, the position of the secondary marker in the inspection image is defined, and the relative position between the secondary marker frame and the surgical tool is three-dimensionally determined. The surgical navigation device according to (15), wherein the relative position between the subject and the surgical tool is measured by measuring with the position sensor.

【0180】即ち、このような構成の手術ナビゲーショ
ン装置によれば、2次マーカフレームを利用することに
より、3次元位置センサが直接マーカ位置を計測するこ
とができる。このため、手術中に位置決めフレームがず
れても、この2次マーカがずれない限り、ナビゲーショ
ンの位置ずれを起こすことがないという利点がある。
That is, according to the surgical navigation apparatus having such a configuration, the three-dimensional position sensor can directly measure the marker position by using the secondary marker frame. Therefore, even if the positioning frame is shifted during the operation, there is an advantage that the navigation does not shift unless the secondary marker is shifted.

【0181】(19) 上記マーカまたは2次マーカプ
レートは取り外しが可能であることを特徴とする(1
0)に記載の位置決めフレーム。
(19) The marker or the secondary marker plate is detachable.
The positioning frame according to 0).

【0182】即ち、マーカまたは2次マーカが着脱でき
ることにより、検査画像撮影中にマーカ部材の特性で傷
害が起こることがなく、かつ検査画像間のキャリブレー
ションや手術キャリブレーションが容易となるという利
点がある。
That is, since the marker or the secondary marker can be attached and detached, there is an advantage that injuries do not occur due to the characteristics of the marker member during photographing of the examination image, and that the calibration between the examination images and the surgical calibration become easy. is there.

【0183】(20) マーカの概略形状が円筒形であ
り、その上端部をマーカ位置として定義することを特徴
とする(10)に記載の位置決めフレーム。
(20) The positioning frame according to (10), wherein the marker has a substantially cylindrical shape, and the upper end thereof is defined as a marker position.

【0184】即ち、円筒形のマーカを利用することで、
円筒形マーカが画像内から抽出された後、マーカ位置と
して定義された位置座標を容易に検知することができ
る。
That is, by using a cylindrical marker,
After the cylindrical marker is extracted from the image, the position coordinates defined as the marker position can be easily detected.

【0185】(21) マーカの概略形状が円錐または
その切断形または円錐状の窪みを有し、その上端部また
は窪みの底をマーカ位置として定義することを特徴とす
る(10)に記載の位置決めフレーム及び(11)に記
載の手術ナビゲーション装置。
(21) The positioning according to (10), wherein the marker has a conical or truncated or conical depression, and the upper end or the bottom of the depression is defined as the marker position. The surgical navigation device according to (11), further comprising a frame.

【0186】即ち、円錐のマーカを利用することで、円
錐マーカが画像内でとる稜線を抽出すると、その先端位
置が容易に計測でき、マーカとして定義された位置を容
易に算出することができる。
That is, by using the cone marker, when the ridge line of the cone marker in the image is extracted, the tip position can be easily measured, and the position defined as the marker can be easily calculated.

【0187】(22) 検査画像空間内のマーカ像の形
状を認識し、マーカ形状像からマーカ位置を測定するこ
とを特徴とする(11)に記載の手術ナビゲーション装
置。
(22) The surgical navigation apparatus according to (11), wherein the shape of the marker image in the examination image space is recognized, and the marker position is measured from the marker shape image.

【0188】このような構成の手術ナビゲーション装置
によれば、操作者がマニュアルで位置判定をすることな
く、マーカ位置を自動で抽出することができるので、効
率的な手術位置決めができる。
According to the surgical navigation apparatus having such a configuration, the marker position can be automatically extracted without the operator manually determining the position, so that efficient surgical positioning can be performed.

【0189】(23) 第1の画像検査法で検出しやす
い部材と第2の画像検査法で検出しやすい部材を組み合
わせてマーカを構成することを特徴とする位置決めフレ
ーム。
(23) A positioning frame characterized in that a marker is formed by combining a member which is easily detected by the first image inspection method and a member which is easily detected by the second image inspection method.

【0190】例えばCTで表出するセラミックの容器の
中にMRIで表出する溶液を注入したマーカを作製する
などにより、異種検査画像で検出しやすい部材を利用
し、それを組み合わせてマーカを作製すると、各検査画
像でマーカの位置を容易に検出でき、かつ異種検査画像
間での位置決めが容易に行うことができる。
For example, a marker is prepared by injecting a solution expressed by MRI into a ceramic container expressed by CT, and by using a member which is easy to detect in a heterogeneous inspection image, a marker is manufactured by combining the members. Then, the position of the marker can be easily detected in each inspection image, and positioning between different types of inspection images can be easily performed.

【0191】(24) 上記第1及び第2の画像検査法
が、X線及びMRIであることを特徴とする(23)に
記載の位置決めフレーム。
(24) The positioning frame according to (23), wherein the first and second image inspection methods are X-ray and MRI.

【0192】(25) 位置決めフレームに装着された
マーカのうち、少なくとも1個は、左右非対称の位置に
あることを特徴とする(10)に記載の位置決めフレー
ム。
(25) The positioning frame according to (10), wherein at least one of the markers mounted on the positioning frame is located at an asymmetrical position in the left-right direction.

【0193】即ち、少なくとも1個のマーカ位置が非対
称に撮影されていることにより、検査画像座標系で上下
・左右などの位置関係を容易に認識することが可能とな
るとともに、マーカを同定することも容易となる。
That is, since at least one marker position is photographed asymmetrically, it is possible to easily recognize the positional relationship such as up, down, left, and right in the inspection image coordinate system, and to identify the marker. Also becomes easier.

【0194】[0194]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
1)手術中にでも使用できる構造的に安定したものであ
り、2)検査画像を撮影した後でも容易に着脱可能であ
り、手術前に再現性良く装着可能な手術することがで
き、3)検査画像内からマーカの位置を容易に検知で
き、かつ被検体に装着されたフレーム上でのマーカの位
置との同定が容易である位置決めフレームを提供するこ
とができる。
As described in detail above, according to the present invention,
1) It is structurally stable that can be used even during surgery, 2) It can be easily attached and detached even after taking an examination image, and it is possible to perform surgery that can be mounted with good reproducibility before surgery. 3) It is possible to provide a positioning frame that can easily detect the position of the marker from within the inspection image and that can easily identify the position of the marker on the frame attached to the subject.

【0195】また、本発明は、そうした位置決めフレー
ムを有効に利用する手術ナビゲーション装置を提供する
ことができる。
Further, the present invention can provide a surgical navigation apparatus that effectively utilizes such a positioning frame.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(A)は本発明の第1の実施形態に係る位置決
めフレームを示す図であり、(B)は本発明の第1の実
施の形態に係る手術ナビゲーション装置のブロック構成
図である。
FIG. 1A is a diagram showing a positioning frame according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a block configuration diagram of a surgical navigation device according to the first embodiment of the present invention. .

【図2】(A)は図1の(A)の位置決めフレームに固
定装着された円柱形のマーカの透視図,立面図及び側面
図を表したものであり、(B)はマーカの別の例として
の円錐形のマーカの透視図,立面図及び側面図を表した
ものである。
2A is a perspective view, an elevation view, and a side view of a columnar marker fixedly mounted on the positioning frame of FIG. 1A, and FIG. 1 shows a perspective view, an elevation view, and a side view of a conical marker as an example of FIG.

【図3】(A)は経時固化素材による位置決めフレーム
の固定を説明するための図であり、(B)は手術ナビゲ
ーション処理のフローチャートである。
FIG. 3A is a diagram for explaining fixation of a positioning frame by a temporally solidified material, and FIG. 3B is a flowchart of a surgical navigation process.

【図4】術中ナビゲーションを想定するのに必要な座標
系間の関係を表した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between coordinate systems necessary for assuming intraoperative navigation.

【図5】図3の(B)中の術中ナビゲーション処理の基
本フローチャートである。
FIG. 5 is a basic flowchart of an intraoperative navigation process in FIG. 3 (B).

【図6】(A)は内視鏡を規定する術具座標系を示す図
であり、(B)は内視鏡に関する術具座標系を説明する
ための図である。
6A is a diagram illustrating a surgical tool coordinate system that defines an endoscope, and FIG. 6B is a diagram illustrating a surgical tool coordinate system related to the endoscope.

【図7】検査画像を三面図で表示する場合の表示例を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a display example when an inspection image is displayed in a three-view drawing.

【図8】(A)はワイヤフレームモデルを内視鏡視野座
標系内で表示した例を示す図であり、(B)は図2の
(A)の円筒形状のマーカを利用した場合のMRIスラ
イス画像を示す図である。
8A is a diagram illustrating an example in which a wire frame model is displayed in an endoscope visual field coordinate system, and FIG. 8B is an MRI when the cylindrical marker of FIG. 2A is used; It is a figure showing a slice image.

【図9】図3の(B)中の手術キャリブレーション処理
の基本的な流れを表したフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing a basic flow of a surgical calibration process in FIG. 3 (B).

【図10】(A)はマーカ・ボリューム領域をモデル化
した図であり、(B)は図9中の被検体が実在する実空
間でのマーカ位置の計測処理の詳細を説明するためのフ
ローチャートである。
10A is a diagram modeling a marker volume area, and FIG. 10B is a flowchart for explaining details of a marker position measurement process in a real space where a subject actually exists in FIG. 9; It is.

【図11】(A)は本発明の第2の実施の形態の基本構
成を示す図であり、(B)は取り外し可能な2次マーカ
プレートを適用した本発明の第3の実施の形態に係る位
置決めフレームの構成を示す図である。
11A is a diagram showing a basic configuration of a second embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a diagram showing a third embodiment of the present invention to which a removable secondary marker plate is applied. It is a figure showing composition of such a positioning frame.

【図12】2次マーカプレートを利用した時の座標系の
関係を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship of a coordinate system when a secondary marker plate is used.

【図13】図9中の被検体が実在する実空間でのマーカ
位置の計測処理の第2の実施の形態における詳細を説明
するためのフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart illustrating details of a marker position measurement process in a real space where a subject actually exists in FIG. 9 according to a second embodiment.

【図14】図3の(B)中の術中ナビゲーション処理の
第2の実施の形態における詳細を説明するためのフロー
チャートである。
FIG. 14 is a flowchart for explaining details of a second embodiment of the intraoperative navigation processing in FIG. 3 (B).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 位置決めフレーム 2 メガネ形状本体部 5,6,7,8,9,10,11 マーカ 15 外殻部 16 内部溶液 17 探針用窪み部 18,19 経時固化素材 21 手術ナビゲーション装置 22 検査画像撮影装置 23 術具または観察具 24 3次元位置センサ 25 PC 26 モニタ 27 被検体 28 術具 54 2次マーカプレート 55 2次マーカ 56 2次マーカプレート座標系 59 2次マーカプレート 60 2次マーカ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positioning frame 2 Glasses-shaped main body part 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 Marker 15 Outer shell part 16 Internal solution 17 Probe dent part 18, 19 Solidified material over time 21 Surgical navigation device 22 Inspection image photographing device Reference Signs List 23 surgical tool or observation tool 24 three-dimensional position sensor 25 PC 26 monitor 27 subject 28 surgical tool 54 secondary marker plate 55 secondary marker 56 secondary marker plate coordinate system 59 secondary marker plate 60 secondary marker

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 明人 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 浅野 武夫 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 松崎 弘 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 古橋 幸人 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Fターム(参考) 4C093 AA30 CA15 CA17 CA50 EE30 FD01 FD20 FF22 FF44 FG13 4C096 AB36 AC01 DD13 FC20  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Akito Saito 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Takeo Asano 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo No. Inside Olympus Optical Co., Ltd. (72) Hiroshi Matsuzaki, Inventor 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd. (72) Yukito Furuhashi 2-43-2, Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo No. Olympus Optical Co., Ltd. F term (reference) 4C093 AA30 CA15 CA17 CA50 EE30 FD01 FD20 FF22 FF44 FG13 4C096 AB36 AC01 DD13 FC20

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検体に装着され、被検体の位置または
姿勢の計測のための目印となるマーカが配設された位置
決めフレームにおいて、 少なくとも3ヶ所において、被検体の外形の起伏に係合
する係合部と、 少なくともX線画像またはMRI画像の何れか一方の画
像で撮像可能であり、直線上にない所定の位置に配設さ
れた3個以上のマーカと、 を具備することを特徴とする位置決めフレーム。
1. A positioning frame mounted on a subject and provided with markers serving as markers for measuring the position or posture of the subject, engaging at least three places with the undulations of the outer shape of the subject. An engaging portion, and at least three markers that can be captured with at least one of an X-ray image and an MRI image and are arranged at predetermined positions that are not on a straight line. Positioning frame.
【請求項2】 上記位置決めフレームは、メガネ型の形
状をしており、被検体に着脱自在に構成されていること
を特徴とする請求項1記載の位置決めフレーム。
2. The positioning frame according to claim 1, wherein the positioning frame is shaped like a pair of glasses and is configured to be detachable from a subject.
【請求項3】 少なくともX線画像またはMRI画像の
何れか一方の画像で撮像可能であり直線上にない所定の
位置に配設された3個以上のマーカを具備する位置決め
フレームを装着させた被検体を撮像した画像より、この
画像に固定された検査画像座標系におけるマーカの座標
を求める画像座標演算手段と、 上記画像座標演算手段で求められた検査画像座標系にお
けるマーカの座標と、実際の空間座標系における上記マ
ーカの座標の計測結果とより、上記検査画像座標系と上
記空間座標系の対応関係を求める対応関係演算手段と、 を具備することを特徴とする手術ナビゲーション装置。
3. An object mounted with a positioning frame having at least three markers which can be picked up at least in one of an X-ray image and an MRI image and which is arranged at a predetermined position which is not on a straight line. Image coordinate calculating means for obtaining the coordinates of the marker in the test image coordinate system fixed to the image from the image obtained by capturing the specimen; and the coordinates of the marker in the test image coordinate system obtained by the image coordinate calculating means; A surgical operation navigation apparatus comprising: a correspondence calculating means for obtaining a correspondence between the examination image coordinate system and the space coordinate system based on a measurement result of the coordinates of the marker in the space coordinate system.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007209531A (en) * 2006-02-09 2007-08-23 Hamamatsu Univ School Of Medicine Surgery supporting system, method and program
JP2008237244A (en) * 2007-03-23 2008-10-09 National Maritime Research Institute Heat source supporting device for tension measurement
JP2008544795A (en) * 2005-07-06 2008-12-11 プロサージックス リミテッド Robot and how to register a robot
KR100884354B1 (en) 2007-06-22 2009-02-17 전남대학교산학협력단 Ear plug for forming reference axis in ct taking
JP2009172411A (en) * 2001-05-31 2009-08-06 Image Navigation Ltd Image guided implantology method
JP2011212367A (en) * 2010-04-01 2011-10-27 Toshimichi Mori Diagnostic system, method for positioning 3d image information and substance, and program for operating dental diagnostic system
JP2017102962A (en) * 2017-02-03 2017-06-08 タイト ケア リミテッド System and method for performing automatic and remote trained personnel guided medical examination

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009172411A (en) * 2001-05-31 2009-08-06 Image Navigation Ltd Image guided implantology method
JP2008544795A (en) * 2005-07-06 2008-12-11 プロサージックス リミテッド Robot and how to register a robot
JP2007209531A (en) * 2006-02-09 2007-08-23 Hamamatsu Univ School Of Medicine Surgery supporting system, method and program
JP2008237244A (en) * 2007-03-23 2008-10-09 National Maritime Research Institute Heat source supporting device for tension measurement
KR100884354B1 (en) 2007-06-22 2009-02-17 전남대학교산학협력단 Ear plug for forming reference axis in ct taking
JP2011212367A (en) * 2010-04-01 2011-10-27 Toshimichi Mori Diagnostic system, method for positioning 3d image information and substance, and program for operating dental diagnostic system
JP2017102962A (en) * 2017-02-03 2017-06-08 タイト ケア リミテッド System and method for performing automatic and remote trained personnel guided medical examination

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