JP2001087283A - キャリブレーション方法及びそれを用いる手術キャリブレーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、複雑な手術経路に対応できるような
柔軟な手術キャリブレーション方法及び手術中に術者の
邪魔にならないような手術キャリブレーション方法とし
て適用可能なキャリブレーション方法及びそれを用いる
手術キャリブレーション装置を提供する。 【解決手段】本発明の一態様によると、被検体に位置決
め部材を装着して、被検体を撮像した画像上での位置決
め部材の座標と、実空間での位置部材の座標との対応関
係を用いて、被検体と該被検体を撮像した画像の位置姿
勢を対応させるキャリブレーション方法において、前記
被検体に上記位置決め部材とは別に目印を装着して、こ
の目印の実空間での座標と、上記対応関係を用いて、上
記目印の上記画像上で座標を求めておき、上記目印を用
いて、前記被検体と該被検体を撮像した画像の位置姿勢
を対応させることを特徴とするキャリブレーション方法
が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はキャリブレーション
方法及びそれを用いる手術キャリブレーション装置に係
り、特に、脳外科をはじめとする外科手術に利用するキ
ャリブレーション方法及びそれを用いる手術キャリブレ
ーション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、手術ナビゲーションシス
テムを利用した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該被検体の検査画像間の
位置合わせを行うことが重要である。

【０００３】こうした被検体の部位と該被検体の検査画
像間の位置関係を規定する手法は、手術キャリブレーシ
ョンと呼ばれている。

【０００４】その手術キャリブレーションの方法として
は、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［文献１：Ｒ．Ｈ．Ｔａｙｌｏｒ（ｅｄ．），Ｃｏ
ｍｐｕｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｕｒｇｅｒ
ｙ，ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓ，１９９６］。

【０００５】この［文献１］の方法では、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
ようにしている。

【０００６】また［文献２：Ｎ．Ｈａｔａ，ｅｔ ａ
ｌ，″Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆａ ｆｒａｍｌｅ
ｓｓ ａｎｄ ａｒｍｌｅｓｓ ｓｔｅｒｅｏｔａｃｔ
ｉｃｎｅｕｒｏｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａｓｏｎｏｇｒａｐｈｉｃ ｒｅｇ
ｉｓｔｒａｔｉｏｎ，″Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇｅｒｙ，Ｖ
ｏｌ．４１，Ｎｏ．３，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９
７，ｐｐ．６０９−６１４］の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。

【０００７】この［文献２］の方法では、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
リコー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方法が考案されている。

【０００８】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よう
にした補助具が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記［文献
１］の方法では、上述したように、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ため、
被検体に対して多大な侵襲を与えてしまうという問題点
があった。

【００１０】また、上記［文献２］の方法では、上述し
たように、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、シリコー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ようにし
ているため、以下に示すような種々の問題点があった。

【００１１】（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。

【００１２】（２）左耳穴部にシリコーンゴムを押し込
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。

【００１３】（３）金属材料をマーカとして利用してい
るため、ＭＲＩ検査画像では使用することができない。

【００１４】（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との規定が困難
である。

【００１５】（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。

【００１６】また、上記特開平７−３１１８３４号公報
に開示されている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の補助具は、上述したよう
に、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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】さらに、マーカはマウスピース上部に位置
するため、脳外科の手術で検査画像を撮影する位置とし
ては、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、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。

【００２０】さらに、実際的な手術の場面では、必ずし
も位置決めフレーム上のマーカの位置を実空間上で計測
することが不可能な場合がある。

【００２１】例えば、手術に用いる手術経路が位置決め
フレーム付近にない場合や、手術方法により位置決めフ
レームの１次マーカが、３次元位置センサによって位置
計測できない場所にならざるを得ない場合などがある。

【００２２】また、手術中に位置決めフレームが邪魔に
なる場合もある。

【００２３】本発明が解決しようとする課題は、１）複
雑な手術経路に対応できるような柔軟な手術キャリブレ
ーション方法であり、かつ２）手術中に術者の邪魔にな
らないようなキャリブレーション方法を提供することに
ある。

【００２４】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、複雑な手術経路に対応できるような柔軟な手術キ
ャリブレーション方法及び手術中に術者の邪魔にならな
いような手術キャリブレーション方法として適用可能な
キャリブレーション方法及びそれを用いる手術キャリブ
レーション装置を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、 （１） 被検体に位置決め部材を装着して、被検体を撮
像した画像上での位置決め部材の座標と、実空間での位
置部材の座標との対応関係を用いて、被検体と該被検体
を撮像した画像の位置姿勢を対応させるキャリブレーシ
ョン方法において、前記被検体に上記位置決め部材とは
別に目印を装着して、この目印の実空間での座標と、上
記対応関係を用いて、上記目印の上記画像上で座標を求
めておき、上記目印を用いて、前記被検体と該被検体を
撮像した画像の位置姿勢を対応させることを特徴とする
キャリブレーション方法が提供される。

【００２６】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（２） 上記目印は複数個存在し、上記目印
の実空間での座標の測定誤差が所定の範囲以内の目印の
みを用いて、前記被検体と該被検体を撮像した画像の位
置姿勢を対応させることを特徴とする、（１）記載のキ
ャリブレーション方法が提供される。

【００２７】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（３） 手術される患者を被検体とし、
（１）または（２）記載のキャリブレーション方法を用
いて、患者と該患者の検査画像の位置姿勢を対応させる
ことを特徴とする手術キャリブレーション装置が提供さ
れる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。

【００２９】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態で利用する位置決めフレーム１を表したもの
である。

【００３０】図２は、本発明の第１の実施形態で利用す
る２次マーカの一つを代表させて表したものである。

【００３１】本実施形態では、マーカを含む位置決めフ
レーム（以下、位置決めフレーム上のマーカを１次マー
カと呼ぶ）１と、その位置決めフレーム１上にないマー
カ群（以下２次マーカという）を被検体に装着すること
により、手術キャリブレーションを行う方法について説
明する。

【００３２】位置決めフレーム１は、図１の（ａ）に示
すように、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、メガネ本体部２、右耳当て部３、左耳
当て部４から構成される。

【００３３】そして、メガネ形状の位置決めフレーム１
に、検査画像でその形状が顕著に表出する形状を有した
複数の１次マーカを装着したものである。

【００３４】この実施形態の場合には、図１の（ａ）に
示すように、メガネ形状の位置決めフレーム１に７個の
１次マーカ５，６，７，８，９，１０，１１が固定装着
してある。

【００３５】図１の（ｂ）は、メガネ形状の位置決めフ
レーム１に固定装着された１次マーカ５〜１１の一つを
代表させて斜視形態１２，平面形態１３，側断面形態１
４を表したものである。

【００３６】これらの１次マーカ５〜１１は、図１の
（ｂ）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
ミック系の素材からできている。

【００３７】また、各１次マーカ５〜１１の上端には探
針用窪み部１７があり、この探針用窪み部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、各１次マ
ーカ５〜１１の位置を計測することができるようになっ
ている。

【００３８】また、各１次マーカ５〜１１の内部には、
ＭＲＩ画像検査法で顕著に表出する内部溶液１６が充填
されている。

【００３９】この内部溶液１６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
溶液に限つたものでなく、ＭＲＩ画像検査法で顕著に表
出するものであれば何でもよい。

【００４０】画像検査法として、ＣＴのみしか使用しな
いような場合には、円柱構造の１次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よ
い。

【００４１】また画像検査法として、ＭＲＩのみしか使
用しないような場合には、１次マーカの外殻部１５はセ
ラミック系の素材でなくてもよく、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。

【００４２】被検体が、位置決めフレーム１をそのメガ
ネ本体部２、右耳当て部３、左耳当て部４により顔の目
の部分にかけることにより、位置決めフレーム１が被検
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。

【００４３】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。

【００４４】図２は、被検体に装着する２次マーカ２２
を表したものである。

【００４５】この２次マーカ２２は、２次マーカ本体部
２３と、後述するセンサプローブで探針しやすいような
探針用窪み部２４と、被検体の表面に容易に装着できる
ような接着部２５を含んだものとなっており、図３に示
されるように複数の２次マーカ２２が被検体の表面に容
易に装着できるようになっている。

【００４６】なお、被検体に、前記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に示さ
れるような経時固化素材（例えば、シリコーンゴム）１
８、１９をメガネ形状フレーム１と被検体の体表面の間
に挿入し、メガネ形状フレーム１上にも装着するように
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。

【００４７】図３では、被検体の額部に装着した経時固
化素材１８と被検体の鼻部に装着した経時固化素材１９
がある。

【００４８】また、図３で示されるように、２次マーカ
２２は複数利用され、位置決めフレーム１以外の被検体
の表面に装着されて使用される。

【００４９】図４は、本発明の第１の実施形態に係る手
術キャリブレーション装置２６を含むシステム構成を示
すブロック図である。

【００５０】すなわち、このシステムは、被検体の表面
に装着される位置決めフレーム１及び２次マーカ２２
と、被検体のＸ線（ＣＴ）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
変換する検査画像装置２７と、本発明の手術キャリブレ
ーション装置２６と、実際に手術で使用される術具また
は観察具３０とから構成される。

【００５１】前記手術キャリブレーシヨン装置２６は、
位置決めフレーム１や２次マーカ群２２の探針を行うこ
とで、それらの位置を計測する３次元位置センサ２８、
３次元位置センサ２８が計測した位置信号を解祈して、
検査画像と被検体間の座標符合化を行うＰＣ２９から構
成される。

【００５２】このＰＣ２９は、汎用のコンピュータやデ
ータ処理装置などが対応する。

【００５３】次に、上記の位置決めフレーム１を利用し
た手術キャリブレーション方法について解説する。

【００５４】まず、その詳細を解説する前に、本発明で
使用する用語に関して簡単に説明する。

【００５５】座標系：本発明では、手術キャリブレーシ
ョンに必要ないくつかの座標系を定義している。

【００５６】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。

【００５７】これら術具または観察具には、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
て術異の３次元位置姿勢を定義することができる。

【００５８】いま、その座標系での位置座標（ｘｙｚ座
標）をＥ（Ｘ_E ，Ｙ_E ，Ｚ_E ）て表現する。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】そして、このような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。

【００６２】この座標系での座標値は（Ｘ_P ，Ｙ_P ，Ｚ
_P ）で表現することができる。

【００６３】例えば、ＭＲＩ画像を例にとって説明す
る。

【００６４】ＭＲＩ画像の場合、被検体の体軸に沿つて
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。

【００６５】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、ｘ方向の画像ピクセル解像度をｄｘ（ｍｍ／ｐｉ
ｘｅｌ）とし、スライス像の縦方向をｙ軸とし、ｙ軸方
向の画像ピクセル解像度をｄｙ（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）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，ｋｄｚ）な
る位置座標が定義できる。

【００６６】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_P ，Ｙ_P ，Ｚ _P ）と呼ぶわけであ
る。

【００６７】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。

【００６８】そして、被検体座標系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。

【００６９】この座標系での座標値をＷ（Ｘ_W ，Ｙ_W ，
Ｚ_W ）で表現する。

【００７０】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。

【００７１】すなわち、ある座標系Ａと別の座標系Ｂを
符合することは、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。

【００７２】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よ
い。

【００７３】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_A ，Ｙ
_A ，Ｚ_A ）が座標系Ｂで座標値（Ｘ_B ，Ｙ_B ，Ｚ_B ）に
対応するならば、

【００７４】

【数１】

【００７５】の _BＨ_A で表現される４×４行列で表現さ
れる。

【００７６】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。

【００７７】例えば、

【００７８】

【数２】

【００７９】で表される回転行列Ｒと並進べクトルｔを
利用する方法や、回転行列Ｒに対して四元数（ｑｕａｔ
ｅｒｎｉｏｎ）を利用する方法などがある。

【００８０】座標変換パラメータとしては、以上のよう
な方法のいずれでもよい。

【００８１】手術キャリブレーション：手術キャリブレ
ーションとは、検査画像座標系と被検体が実在する被検
体座標系との座標符合化を行う処理を意味する。

【００８２】図５は、本手術キャリブレーションで使用
する座標系を表したものである。

【００８３】被検体３１の検査画像によって規定される
検査画像座標系３２、実際の手術を行う時に被検体によ
り規定される実空間上での座標系である被検体座標系３
３、位置決めフレーム１上の１次マーカあるいは２次マ
ーカ２２の被検体座標系３３における３次元位置を計測
する３次元位置センサ２８、そして検査画像座標系３２
から被検体座標系３３への座標変換３４から構成され
る。

【００８４】図６は、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。

【００８５】まず、ステップＳ１では、被検体に位置決
めフレーム１を装着して検査画像を撮影する。

【００８６】次に、ステップＳ２では、その検査座標内
から位置決めフレーム１に装着されている１次マーカの
位置を検出する。

【００８７】ここで、１次マーカの位置は、検査画像座
標系におけるマーカの３次元位置を意味する。

【００８８】これら位置を（Ｘ_P (i) ，Ｙ_P (i) ，Ｚ_P
(i))（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）とする。

【００８９】次に、ステップＳ３では、実際の手術場面
においてなされる操作である。

【００９０】ステップＳ２で検出された１次マーカに対
して、被検体が実在する被検体座標系における１次マー
カ位置を測定し、被検体が実在する被検体座標系と検査
画像座標系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。

【００９１】その測定された３次元位置を（Ｘ_W (i) ，
Ｙ_W (i) ，Ｚ_W (i) ）（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）とす
る。

【００９２】次に、ステップＳ４では、ステップＳ２で
検出された検査画像座標系での１次マーカ位置（Ｘ
_P (i) ，Ｙ_P (i) ，Ｚ_P (i))（ｉ＝１，２，．．．，
ｎ）とステップＳ３で測定された１次マーカ位置（Ｘ_W
(i) ，Ｙ_W (i) ，Ｚ_W (i) ）（ｉ＝１，２，．．．，
ｎ）を利用して、検査画像座標系と被検体が実在する被
検体座標系間の座標符合化を行う。

【００９３】具体的には、検査画像座標系から被検体座
標系への座標変換が規定されることになる。

【００９４】以下各ステップを詳細に解説する。

【００９５】以下の解説では、ＭＲＩ画像を検査画像と
した場合について解説する。

【００９６】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できることは言うまでも
ない。

【００９７】ステップＳ１：被検体に位置決めフレーム
１を装着する。

【００９８】このとき、位置決めフレーム１の固定が確
実でない場合には、図３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を被検体の
鼻突出部や額部に確実に固定できるように調節する。

【００９９】この後、被検体に対して、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。

【０１００】ステップＳ２：検査画像データからマーカ
領域を抽出し、検査画像座標系における１次マーカ位置
を算出する。

【０１０１】いま、検出された１次マーカの数をｎとし
て、それらの位置を（Ｘ_P (i) ，Ｙ _P (i) ，Ｚ_P (i))
（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）で表現するものとする。

【０１０２】この方法に関しては、画像処理の方法を用
いて自動的に抽出してもよい。

【０１０３】また、ユーザが検査像を見ながら、マウス
などのポインティングデバイスを利用し、マニュアルで
位置計測を行うようにしてもよい。

【０１０４】ステップＳ３：このステップＳ３は、被検
体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。

【０１０５】次に、図７に示す、各サブステップについ
て説明する。

【０１０６】３−１）被検体に位置決めフレーム１を装
着する。

【０１０７】本ステップＳ３１では、被検体は検査画像
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の位置決めフレーム１が装着
してあることを確認する。

【０１０８】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。

【０１０９】３−２）探針可能な２次マーカ２２を被検
体に装着する。

【０１１０】本ステップＳ３２で２次マーカ２２を装着
する場所は、図３に示されるように被験者の体表面であ
り、かつ手術に際して後述するセンサプローブにより探
針可能な位置とする。

【０１１１】この際、装着する２次マーカ２２の個数は
少なくとも３以上であることが要求される。

【０１１２】３−３）位置決めフレーム１上の１次マー
カ５〜１１等の位置を３次元位置センサ２８で測定し、
その１次マーカ位置の被検体座標系での位置座標を求め
る（これは不潔環境下でも構わない）。

【０１１３】本ステップＳ３３では、３次元位置センサ
２８を利用して、位置決めフレーム１上の１次マーカの
実空間上での位置を計測する。

【０１１４】この位置を（Ｘ_W (i) ，Ｙ_W (i) ，Ｚ
_W (i) ）とする。

【０１１５】ここで説明される３次元位置センサ２８と
しては、探針用のセンサプローブなどが挙げられる。

【０１１６】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（被検体座標系）において、『位置決め
フレーム状の１次マーカの先端（探針用窪み部）』を探
針することにより、被検体座標系におけるマーカの位置
を測定する。

【０１１７】このようなセンサプローブとしては、 （１）赤外線検知可能な光学式センサシステムや （２）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。

【０１１８】この赤外線検知可能な光学式センサシステ
ム（１）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
カメラを被検体座標系に配置）で検知し、三角測量の原
理に基づいて、発光ダイオードの被検体座標系における
位置を計測するものである。

【０１１９】こうして個々の赤外線発光ダイオードの位
置が計測できると、センサプローブの先端の位置が、被
検体座標系で測定できるものである。

【０１２０】一方、機械的アームを利用した機械式セン
サシステム（２）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、（１）の
場合と同様に、被検体座標系における先端のセンサプロ
ーブの位置を計測することができるものである。

【０１２１】このようなセンサプローブを利用して、ス
テップＳ２で検知された位置決めフレーム１上での１次
マーカの位置が、被検体座標系内で（Ｘ_W (i) ，Ｙ
_W (i) ，Ｚ_W (i))（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）として測
定されることになる。

【０１２２】図７において、各サブステップは、以下の
ようになる。

【０１２３】３−４）２次マーカの位置を３次元位置セ
ンサ２８で測定し、その２次マーカ位置の被検体座標系
での位置座標を求める（これは不潔環境下で構わな
い）。

【０１２４】本ステップＳ３４での位置計測は、３次元
位置センサ２８を利用することによる。

【０１２５】その位置を（Ｘ_W2(J) ，Ｙ_W2(J) ，Ｚ
_W2(J))とする。

【０１２６】３−５）本ステップＳ３５では、被検体座
標系から検査画像座標系への座標変換パラメータを算出
する。

【０１２７】具体的には、被検体座標系及び検査画像座
標系の両方の座標系で検出された位置決めフレーム１上
の１次マーカの位置座標対（Ｘ_p (k) ，Ｙ_p (k) ，Ｚ_p
(k))，（Ｘ_W (k) ，Ｙ_W (k) ，Ｚ_W (k))により、被検体
座標系から検査画像座標系への座標変換パラメータｐＨ
ｗを算出する。

【０１２８】これを数学的に記述すると以下のようにな
る。

【０１２９】

【数３】

【０１３０】で示されるｐＨｗまたは（Ｒ，ｔ）を推定
する問題となる。

【０１３１】いま、両座標系での１次マーカ群の重心べ
クトルを（Ｘ_ｗ ^ｍｅａｎ，Ｙ_ｗ ^{ｍｅ ａｎ}，
Ｚ_ｗ ^ｍｅａｎ），（Ｘ_ｐ ^ｍｅａｎ，Ｙ_ｐ ^ｍｅａｎ，Ｚ_ｐ
^ｍｅａｎ）とすると、

【０１３２】

【数４】

【０１３３】が成立し、並進べクトルと回転行列を別々
の式で算出することができる。

【０１３４】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。

【０１３５】この方法の詳細は文献（Ｂ．Ｋ．Ｐ．゜Ｈ
ｏｒｎ，“Ｃｌｏｓｅｄ−ｆｏｒｍｓｏｌｕｔｉｏｎ
ｏｆ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｕ
ｓｉｎｇ ｕｎｉｔ ｑｕａｔｅｒｎｉｏｎｓ，”Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ
ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ａ，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．４，１
９８７，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。

【０１３６】このようにＲ，ｔが算出されると、斉次変
換行列ｐＨｗも容易に計算できるのは明白である。

【０１３７】具体的には、Ｒの要素をｒ_ij，ｔの要素を
（ｔ_x ，ｔ_y ，ｔ_z ，）としたとき、

【０１３８】

【数５】

【０１３９】と記述することができる。

【０１４０】３−６）本ステップＳ３６では、２次マー
カの検査画像座標系での位置座標を算出する。

【０１４１】これらを２次マーカ座標として登録する。

【０１４２】上記サブステップ３−５）で算出された被
検体座標系から検査画像座標系への座標変換パラメータ
ｐＨｗを利用する。

【０１４３】具体的には、

【０１４４】

【数６】

【０１４５】により、２次マーカの検査画像座標系での
位置座標（Ｘ_P2(J) ，Ｙ_P2(J) ，Ｚ_P2(J))が算出できる
ことになる。

【０１４６】３−７）本ステップＳ３７では、必要に応
じて、被検体から位置決めフレーム１を取り外す。

【０１４７】ただし、２次マーカは取り外さないことと
する（もちろん、必ずしも、位置決めフレーム１を取り
外す必要はない。）以上の処理により、位置決めフレー
ム１の使用は終了し、２次マーカ群の位置計測により、
すべての位置情報が獲得されたことになる。

【０１４８】３−８）本ステップＳ３８では、手術室内
で被検体に２次マーカ２２を装着したまま、必要ならば
２次マーカの上からドレープなどをかけ、手術に必要な
清潔環境を作り出す。

【０１４９】３−９）本ステップＳ３９では、３次元位
置センサ２８を利用し、被検体座標系における２次マー
カ２２の位置を計測する。

【０１５０】これには、３次元位置センサ２８を利用し
て、２次マーカ２２の実空間上での位置を計測する。

【０１５１】この位置を（Ｘ_W2(J) ，Ｙ_W2(J) ，Ｚ
_W2(J))とする。

【０１５２】次に、再び、図６のフローチャートに戻っ
て説明する。

【０１５３】ステップＳ４：本ステップでは、２次マー
カの検査画像内での位置と実空間内での位置を利用する
ことにより、検査画像座標系と被検体座標系間の座標符
合化を行うことになる。

【０１５４】具体的には、検査画像座標系と被検体座標
系間の両方で検出された２次マーカの位置座標対（Ｘ_p2
(J) ，Ｙ_p2(J) ，Ｚ_p2(J))，（Ｘ_W2(J) ，Ｙ_W2(J) ，Ｚ
_W2(J))を利用することで、被検体座標系から検査画像座
標系への座標変換パラメータｐＨ´ｗを算出することに
なる。

【０１５５】ステップＳ３の検査画像座標系で登録され
たすべての２次マーカ群が、３次元位置センサ２８で実
際の手術室で計測できるとは限らない。

【０１５６】これは、ドレープ処理等を行うために起こ
るものである。

【０１５７】このため、本ステップＳ４では、対応付け
ができた２次マーカ群のみを利用して、被検体座標系か
ら検査画像座標系への座標変換パラメータを算出するこ
とになる。

【０１５８】これら対応付けが行えた座標値を（Ｘ
_p2(k) ，Ｙ_p2(k) ，Ｚ_p2(k))，（Ｘ_W2(k) ，Ｙ_W2(k) ，
Ｚ_W2(k))（ｋ＝１，２，．．．，ｎ）とする。

【０１５９】すると、先に述べたのと同様な方法によ
り、数学的に記述すると、以下のようになる。

【０１６０】

【数７】

【０１６１】で表される座標変換パラメータｐＨ´ｗを
算出することができることになり、この結果、検査画像
座標系と被検体座標系間の座標符合化をおこなうことが
できることになる。

【０１６２】以上説明してきたように、第１の実施形態
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。

【０１６３】より具体的には、位置決めフレーム１と２
次マーカ２２を同時に利用して手術キャリブレーション
を行うことにより、位置決めフレーム１を術中に使用す
る必要がなくなり、実際の手術中でも２次マーカ２２は
邪魔にならないため、かつ被検体に対して負担をかけな
いようにするため、より有効な手術ナビゲーション等を
実践することができる。

【０１６４】このような第１の実施形態では、被検体に
固定した位置決めフレームを用いて検査画像と被検体の
位置姿勢キャリブレーションを行うキャリブレーション
方法において、被検体に上記フレーム上にないマーカ群
を装着し、上記位置決めフレームを用いて検査画像が規
定する検査画像座標系におけるマーカ群の位置を規定
し、被検体が実空間上で規定する被検体座標系における
マーカ群の位置を測定することにより、検査画像座標系
と被検体座標系との座標符合化を行うことを特徴とする
キャリブレーシヨン方法により、特に、位置決めフレー
ム上の１次マーカ以外の２次マーカも装着し、位置決め
フレーム上の１次マーカと２次マーカの両方を有効に活
用することにより、柔軟な手術方法に対応することがで
きるという効果がある。

【０１６５】（第２の実施形態）前述した第１の実施形
態では、２次マーカとして登録され、かつ計測可能であ
ったものをすべて利用して、被検体座標系から検査画像
座標系への座標変換パラメータを算出するようにしてい
る。

【０１６６】しかしながら、２次マーカの装着位置によ
っては、ドレープ処理などにより、局部的に変形が発生
する場合があり得る。

【０１６７】そこで、この第２の実施形態では、こうし
た２次マーカ位置の局部的な変形に対して、変形が起こ
ったと判定できた２次マーカに関して、その２次マーカ
の登録を排除し、被検体座標系から検査画像座標系への
座標変換パラメータを算出することを行うものである。

【０１６８】具体的には、前述した第１の実施形態のス
テップＳ４において、以下のような処理を追加すること
により、２次マーカの登録排除を行うことになる。

【０１６９】ステップ４−１：前述した第１の実施形態
のステップＳ３で登録され、かつ、３次元位置センサ２
８で計測することができた２次マーカ群に対して、検査
画像座標系における位置座標を（Ｘ_p2(k) ，Ｙ_p2(k) ，
Ｚ_p2(k))、３次元位置センサ２８により計測された２次
マーカの被検体座標系における位置座標を（Ｘ_W2(k) ，
Ｙ_W2(k) ，Ｚ_W2(k))とする。

【０１７０】このとき、まず、これらすべての対応点を
利用して、被検体座標系から検査画像座標系への座標変
換パラメータｐＨ´ｗを算出する。

【０１７１】ここでｐＨ´ｗは

【０１７２】

【数８】

【０１７３】で表されるとする。

【０１７４】この方法は、第１の実施形態で説明したの
と同様であるので、ここでは詳細は述べない。

【０１７５】ステップ４−２：この座標変換パラメータ
ｐＨｗ，Ｒ´，ｔ´を利用して、各２次マーカの対応度
ｅ（ｋ）（ｋ＝１，２，．．．，Ｎ）を以下の式により
算出する。

【０１７６】

【数９】

【０１７７】ステップ４−３：ｅ（ｋ）に対して、ｅ
（ｋ）＜ｔｈｒｅｓｈｏｌｄなる２次マーカｋに対して
は、その２次マーカの装着部位に問題がないとして再登
録し、そうでないものに関しては、２次マーカから除外
する。

【０１７８】ここで、ｔｈｒｅｓｈｏｌｄはある定めら
れた定数である（ただし、再登録された２次マーカの数
は、３以上とする）。

【０１７９】このようにして、再登録された２次マーカ
群の位置座標を再度（Ｘ_p2(k) ，Ｙ _p2(k) ，Ｚ_p2(k))，
（Ｘ_W2(k) ，Ｙ_W2(k) ，Ｚ_W2(k))として、ステップ４−
１と同様に、ｐＨ´ｗを算出する。

【０１８０】以上のようなステップをとることにより、
より信頼度のある座標変換パラメータを算出することが
可能となり、手術キャリブレーションの信頼性を向上さ
せることができる。

【０１８１】このような第２の実施形態では、マーカの
位置計測に誤差があらかじめ設定された値以上であると
判定できた場合には、該マーカの計測を排除して、被検
体座標系と検査画像座標系間の座標符合化を行うことを
特徴としたキャリブレーション方法により、より正確な
座標符合化を行うことができるという効果がある。

【０１８２】（第３の実施形態）（位置センサ付きの２
次マーカ）前述した第１の実施形態や第２の実施形態で
は、２次マーカ２２を被検体に装着したのち、２次マー
カ２２の位置をセンサプローブなどの３次元位置センサ
２８で探針することにより、被検体座標系における３次
元位置を計測するようにしている。

【０１８３】これらの方法では、２次マーカ自体が、ワ
イヤレスで装着できるという利点はあるが、３次元位置
センサ２８による探針が必要であった。

【０１８４】そこで、この第３の実施形態では、位置決
めフレーム１に装着可能なアクティブマーカプレート
と、２次マーカ自体にＬＥＤ等のアクティブ型位置セン
サを埋め込むようにしたアクティブ２次マーカとを採用
することにより、センサプローブなどにより探針しない
でも手術キャリブレーションを行うことが可能となる方
法を提供するものである。

【０１８５】図８は、この第３の実施形態で採用する取
り外し可能なアクティブマーカプレート３５を示したも
のである。

【０１８６】すなわち、図８は、位置決めフレーム１上
に、アクティブマーカ３６を装着したアクティブマーカ
プレート３５を装着した場合について示したものであ
る。

【０１８７】この場合、アクティブマーカプレート３５
は着脱可能な構造となっており、図８に示したように装
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。

【０１８８】いま、図８に示したように装着した状態で
のアクティブマーカプレート３５上のアクティブマーカ
３６の位置を、アクティブマーカプレート３５が規定す
るアクティブマーカプレート座標系で（Ｘ_L (i) ，Ｙ_L
(i) ，Ｚ_L (i))とし、同様の座標系で位置決めフレーム
１上の１次マーカ５〜１１の位置を（Ｘ_M (J) ，Ｙ_M(J)
，Ｚ_M (J))とする。

【０１８９】アクティブマーカプレート３５上のアクテ
ィブマーカ３６の位置を、被検体座標系で規定される３
次元位置センサ２８で計測することにより、アクティブ
マーカプレート座標系から被検体座標系への座標変換パ
ラメータ _WＨ_L を算出することができる。

【０１９０】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１次マーカ５〜１１の被検体座標系
での位置（Ｘ_W (J) ，Ｙ_W (J) ，Ｚ_W (J))は、以下の式

【０１９１】

【数１０】

【０１９２】により算出することができる。

【０１９３】すなわち、位置決めフレーム１上の１次マ
ーカ５〜１１の位置を探針することなく、被検体座標系
内で算出することができることとなる。

【０１９４】すなわち、取り外し可能なアクティブマー
カプレート３５を採用することにより、アクティブマー
カプレート３５上のアクティブマーカ３６の位置を直接
的に３次元位置センサ２８で計測し、位置決めフレーム
１上の１次マーカ５〜１１の被検体座標系での位置を算
出することができることになる。

【０１９５】なお、上記説明では、アクティブマーカプ
レート３５を利用するようにしたが、アクティブマーカ
３６は必ずしもアクティブマーカプレート３５上に設置
される必要はない。

【０１９６】例えば、アクティブマーカ３６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
もよい。

【０１９７】このような場合でも、同様に、アクティブ
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１上
の１次マーカ５〜１１を探針することなく、被検体座標
系での位置決めフレーム１内の１次マーカ５ー１１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。

【０１９８】図９は、この第３の実施形態で採用するア
クティブ２次マーカ３７の構造を示したものである。

【０１９９】該アクティブ２次マーカ３７の本体部３８
には、赤外線ＬＥＤセンサであるＬＥＤ部３９が装着さ
れており、その赤外線ＬＥＤ部３９が発光すると、図４
で示された３次元センサ２８により、実空間上で規定さ
れた被検体座標系における赤外線ＬＥＤ部３９の３次元
位置、すなわちアクティブ２次マーカ３７の３次元位置
座標を得ることができるようになっている。

【０２００】この第３の実施形態の方法で、第１の実施
形態と異なる点は、図７のステップＳ３に対応する部分
である。

【０２０１】図１０は、ステップＳ３に対応する部分の
詳細を表したものである。

【０２０２】３３−１）まず、ステップＳ３３１では、
位置決めフレーム１にアクティブマーカプレート３５を
装着する。

【０２０３】その後、被検体に位置決めフレーム１（ア
クティブマーカプレートごと）を装着する。

【０２０４】本ステップＳ３３１では、被検体に対し、
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の位置決めフレーム
１が装着してあることを確認する。

【０２０５】この際、第１の実施形態と同様に、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。

【０２０６】３３−２）次に、ステップＳ３３２では、
アクティブ２次マーカ３７を被検体に装着する。

【０２０７】このアクティブ２次マーカ３７を被検体に
装着する場所は、図３に示されるように被験者の体表面
であり、かつ手術に際して３次元位置センサ２８が計測
可能な位置とする。

【０２０８】この際、被検体に装着するアクティブ２次
マーカ３７の個数は、少なくとも３以上であることが要
求される。

【０２０９】３３−３）次に、ステップＳ３３３では、
アクティブマーカプレート３５上のアクティブマーカ３
６の位置を３次元位置センサ２８で測定し、その後、位
置決めフレーム１上の１次マーカ位置の被検体座標系で
の位置座標を求める。

【０２１０】この方法は、先に述ベた通りである。

【０２１１】この位置を（Ｘ_W (i) ，Ｙ_W (i) ，Ｚ
_W (i))とする。

【０２１２】３３−４）次に、ステップＳ３３４では、
アクティブ２次マーカ３７の位置を３次元位置センサ２
８で測定し、そのアクティブ２次マーカ位置の被検体座
標系での位置座標を求める。

【０２１３】この位置計測は、３次元位置センサ２８を
利用することによる。

【０２１４】その位置を（Ｘ_W2(J) ，Ｙ_W2(J) ，Ｚ
_W2(J))とする。

【０２１５】３３−５）次に、ステップＳ３３５では、
被検体座標系から検査画像座標系への座標変換パラメー
タを算出する。

【０２１６】具体的には、両方の座標系で検出された位
置決めフレーム１上の１次マーカの位置座標対（Ｘ
_p (k) ，Ｙ_p (k) ，Ｚ_p (k))，（Ｘ_W (k) ，Ｙ_W (k) ，
Ｚ_W (k))により、被検体座標系から検査画像座標系への
座標変換パラメータｐＨｗを算出する。

【０２１７】３３−６）次に、ステップＳ３３６では、
アクテイブ２次マーカ３７の検査画像座標系での位置座
標を算出する。

【０２１８】これらをアクティブ２次マーカ座標として
登録する。

【０２１９】この際、上記サブステップ３３−５）で算
出された被検体座標系から検査画像座標系への座標変換
パラメータｐＨｗを利用する。

【０２２０】具体的には、

【０２２１】

【数１１】

【０２２２】により、アクティブ２次マーカ３７の検査
画像座標系での位置座標（Ｘ_P2(J) ，Ｙ_P2(J) ，Ｚ
_P2(J))が算出できることになる。

【０２２３】３３−７）次に、ステップＳ３３７では、
被検体から位置決めフレーム（アクティブマーカプレー
トを含む）１を取り外す。

【０２２４】ただし、アクティブ２次マーカ３７は取り
外さないものとする。

【０２２５】３３−８）次に、ステップＳ３３８では、
手術室内で被検体にアクティブ２次マーカ３７を装着し
たまま、必要ならばアクティブ２次マーカ３７の上から
ドレープなどをかけ、手術に必要な清潔環境を作り出
す。

【０２２６】３３−９）次に、ステップＳ３３９では、
３次元位置センサ２８を利用し、被検体座標系における
２次マーカの位置を計測する。

【０２２７】これには、３次元位置センサ２８を利用し
て、アクティブ２次マーカ３７の実空間上での位置を計
測する。

【０２２８】この位置を（Ｘ_W2(J) ，Ｙ_W2(J) ，Ｚ
_W2(J))とする。

【０２２９】このように、ステップ３に対応する新たな
部分で得られたアクティブ２次マーカ３７の被検体座標
系での３次元位置を計測することが可能となる。

【０２３０】この後、第１の実施形態あるいは第２の実
施形態のステップ４と同様な方法により、検査画像座標
系と被検体座標系間の座標符合化を行うことができる。

【０２３１】以上説明してきたように、第３の実施形態
の方法を適用することにより、２次マーカを利用しなが
らもセンサプローブ等で探針することなく、手術キャリ
ブレーションを効率的に行うことができる。

【０２３２】また、センサプローブによる探針の誤差を
なくすことも可能となるので、より正確な手術キャリブ
レーションを実現することができる。

【０２３３】このような第３の実施形態では、マーカ自
体にセンサ機能を付加することにより、手術に煩わしい
キャリブレーション操作を行うことを省略することがで
きるという効果がある。

【０２３４】そして、上述したような実施の形態で示し
た本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項１乃至
３以外にも、以下に付記１乃至付記９として示すような
発明が含まれている。

【０２３５】（付記１）被検体に位置決め部材を装着し
て、被検体を撮像した画像上での位置決め部材の座標
と、実空間での位置部材の座標との対応関係を用いて、
被検体と該被検体を撮像した画像の位置姿勢を対応させ
るキャリブレーション方法において、前記被検体に上記
位置決め部材とは別に目印を装着して、この目印の実空
間での座標と、上記対応関係を用いて、上記目印の上記
画像上で座標を求めておき、上記目印を用いて、前記被
検体と該被検体を撮像した画像の位置姿勢を対応させる
ことを特徴とするキャリブレーション方法。

【０２３６】（付記２）上記目印は複数個存在し、上記
目印の実空間での座標の測定誤差が所定の範囲以内の目
印のみを用いて、前記被検体と該被検体を撮像した画像
の位置姿勢を対応させることを特徴とする付記１記載の
キャリブレーション方法。

【０２３７】（付記３）上記目印は位置計測用のセンサ
を有していることを特徴とする付記１乃至３のいずれか
に記載のキャリブレーション方法。

【０２３８】（付記４）被検体と該被検体を撮像した画
像の位置姿勢を対応させる方法であり、被検体に着脱可
能に構成され、複数の第１の目印が配置された位置決め
部材を、被検体に装着し、上記位置決め部材を装着した
被検体を撮像し、上記被検体を撮像した画像に現れた上
記第１の目印の座標を、上記画像に固定された座標系に
おいて計測し、上記位置決め部材を装着した被検体に、
複数の第２の目印を装着し、上記第１の目印の座標と上
記第２の目印の座標を、実空間に固定された座標系で計
測し、実空間に固定された座標系における上記第１の目
印の座標と、上記画像に固定された座標系における上記
第１の目印の座標より、実空間に固定された座標系と上
記画像に固定された座標系との関係を求め、上記実空間
に固定された座標系における上記第２の目印の座標と、
上記関係を利用して、上記画像に固定された座標系にお
ける上記第２の目印の座標を求めておき、上記第２の目
印を用いて、被検体と該被検体を撮像した画像の位置姿
勢を対応させることを特徴とするキャリブレーション方
法。

【０２３９】（付記５）手術される患者を被検体とし、
付記４記載の方法を用いて、患者と該患者の検査画像の
位置姿勢を対応させることを特徴とする手術キャリブレ
ーション装置。

【０２４０】（付記６）被検体に固定した位置決めフレ
ームを用いて検査画像と被検体の位置姿勢キヤリブレー
ションを行うキャリブレーション方法において、上記被
検体に上記位置決めフレーム上にないマーカ群を装着
し、上記位置決めフレームを用いて検査画像が規定する
検査画像座標系における上記マーカ群の位置を規定し、
上記被検体が実空間上で規定する被検体座標系における
上記マーカ群の位置を測定することにより、上記検査画
像座標系と上記被検体座標系との座標符合化を行うこと
を特徴とする手術キャリブレーション方法。

【０２４１】（付記７）上記マーカの位置計測に誤差が
あらかじめ設定した値以上であると判定できた場合に
は、該マーカの計測値を排除して、上記被検体座標系と
上記検査画像座標系間の座標符合化を行うことを特徴と
した付記５記載のキャリブレーション方法。

【０２４２】（付記８）上記マーカは位置計測用のセン
サを有していることを特徴とする付記６または７記載の
キャリブレーション方法。

【０２４３】（付記９）手術される患者を被検体とし、
付記６乃至８いずれかに記載の方法を用いて、患者と該
患者の検査画像の位置姿勢を対応させることを特徴とす
る手術キャリブレーション装置。

【０２４４】

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、複雑な手術経路に対応できるような柔軟な手術
キャリブレーション方法及び手術中に術者の邪魔になら
ないような手術キャリブレーション方法として適用可能
なキャリブレーション方法及びそれを用いる手術キャリ
ブレーション装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施形態で利用する位
置決めフレーム１を表した図である。

【図２】図２は、本発明の第１の実施形態で利用する２
次マーカを表した図である。

【図３】図３は、本発明の第１の実施形態で利用する前
記メガネ形状フレーム１を被検体に装着した図である。

【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る手術キ
ャリブレーション装置を含むシステム構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る手術キ
ャリブレーションで使用する座標系を表した図である。

【図６】図６は、本発明の第１の実施形態に係る手術キ
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。

【図７】図７は、図６におけるステップＳ３のサブステ
ップのな流れを表したフローチャートである。

【図８】図８は、第３の実施形態で採用する取り外し可
能なアクティブマーカプレート３５を示した図である。

【図９】図９は、第３の実施形態で採用するアクティブ
２次マーカ３７の構造を示した図である。

【図１０】図１０は、第３の実施形態で採用するステッ
プＳ３のサブステップの詳細な流れを表したフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１…位置決めフレーム、 ２…メガネ本体部、 ３…右耳当て部、 ４…左耳当て部、 ５〜１１…１次マーカ、 １５…外殻部、 １６…内部溶液、 １７…探針用窪み部、 １８，１９…経時固化素材、 ２２…２次マーカ、 ２３…２次マーカ本体部、 ２４…探針用窪み部、 ２５…接着部、 ２６…手術キャリブレーション装置、 ２７…検査画像装置、 ２８…３次元位置センサ、 ２９…ＰＣ、 ３０…実際に手術で使用される術具または観察具、 ３１…被検体、 ３２…検査画像座標系、 ３３…被検体座標系、 ３４…座標変換、 ３５…アクティブマーカプレート、 ３６…アクティブマーカ、 ３７…アクティブ２次マーカ、 ３８…本体部、 ３９…赤外線ＬＥＤセンサであるＬＥＤ部。

───────────────────────────────────────────────────── 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） 2F065 AA04 BB05 BB27 BB28 BB29 CC16 EE00 FF05 FF09 GG07 GG13 HH14 JJ03 JJ05 JJ26 QQ00 QQ28 QQ38 TT02 4C093 AA22 CA17 DA04 FD04 FF22 GA01 4C096 AA20 AB36 DC23 FA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体に位置決め部材を装着して、被検
   体を撮像した画像上での位置決め部材の座標と、実空間
   での位置部材の座標との対応関係を用いて、被検体と該
   被検体を撮像した画像の位置姿勢を対応させるキャリブ
   レーション方法において、 前記被検体に上記位置決め部材とは別に目印を装着し
   て、この目印の実空間での座標と、上記対応関係を用い
   て、上記目印の上記画像上で座標を求めておき、上記目
   印を用いて、前記被検体と該被検体を撮像した画像の位
   置姿勢を対応させることを特徴とするキャリブレーショ
   ン方法。
2. 【請求項２】 上記目印は複数個存在し、上記目印の実
   空間での座標の測定誤差が所定の範囲以内の目印のみを
   用いて、前記被検体と該被検体を撮像した画像の位置姿
   勢を対応させることを特徴とする、請求項１記載のキャ
   リブレーション方法。
3. 【請求項３】 手術される患者を被検体とし、請求項１
   または請求項２記載のキャリブレーション方法を用い
   て、患者と該患者の検査画像の位置姿勢を対応させるこ
   とを特徴とする手術キャリブレーション装置。