JP2001149362A - Ｘ線画像およびビデオ画像をスーパーインポーズするためのアライメント方法およびアライメント装置 - Google Patents

Ｘ線画像およびビデオ画像をスーパーインポーズするためのアライメント方法およびアライメント装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線画像と光学画像とを関連させる方法およ
び装置を提供することである。 【解決手段】 一方の画像を他方の画像にスーパーイン
ポーズすることにより解決される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線とビデオ画像
とを関連させるためのアライメント方法およびアライメ
ント装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】対象物のＸ線画像に加えて、相応のビデ
オ画像を得ることがしばしば有利である。２つの画像を
組み合わせて合成画像が得られれば、Ｘ線画像により明
らかにされたフューチャがビデオ画像に表示された表面
フューチャにどのように関連するかを一目で知ることが
できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、Ｘ線
画像と光学画像とを関連させる方法および装置を提供す
ることである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記課題は本発明によ
り、一方の画像を他方の画像にスーパーインポーズする
ことにより解決される。
【０００５】
【発明の実施の形態】ビデオ画像を同じ対象物のＸ線画
像と関連させるための１つの方法では、それぞれの画像
を空間的に同じポイントから獲得する。ビデオカメラま
たは光学カメラをＸ線源と空間的に同じ点に配置し、光
学画像の部分をＸ線透過性ミラーにより偏向することが
できる。カメラはレーザを使用したアライメント手続き
により配向され、Ｘ線源の位置と光学的に等価の点に配
置されることを保証する。スーパーインポーズは１つの
画像を他方の画像にワープすることによって達成され
る。
【０００６】
【実施例】図１では、患者１０が台の上に横たわってお
り、その台の下にはＸ線検知板２０がある。Ｘ線源３０
は患者の上方に配置されており、Ｘ線エネルギーを投影
中心点３２と空間的に同じ点から放射する。エネルギー
は患者を通過してＸ線検知板２０に達し、Ｘ線画像を形
成する。光学カメラ４０，例えばビデオカメラもまた画
像を得るために配置されており、この画像はＸ画像と結
合され、合成画像を形成する。
【０００７】Ｘ線画像と結合することのできるビデオ画
像を得るために、ビデオカメラ４０の光学的中心点はＸ
線源３０の投影中心点３２と実際上、空間的に同じ点に
配置されている。付加的にカメラの光軸もまた仮想線と
一直線に並べられており、この仮想線はＸ線源投影中心
点３２とＸ線検知板２０との間に延在する。Ｘ線源３０
とビデオカメラ４０とは物理的に同じ空間を占有するこ
とができないから、ミラーを使用して、ビデオカメラ４
０をＸ線源２０と同じ視点または投影点に置く。
【０００８】ミラーＭ１はＸ線を透過するが、可視波長
は反射する。このミラーＭ１はＸ線源３０への経路に所
定の角度を以て配置され、光学画像をＸ線経路から偏向
する。第２のミラーＭ２は反射された画像の経路に、光
学画像をビデオカメラ４０に偏向するような角度で配置
することができる。図１には、２つのミラーＭ１とＭ２
がＸ線源３０の経路に対して４５゜で配置されている
が、他の角度を使用することもできる。このようにして
可視画像はミラーＭ１の表面から反射され、ミラーＭ２
により再び反射される。
【０００９】ミラーの位置は、ミラーＭ１とＭ２の間の
部分ｒ１の長さにミラーＭ２とビデオカメラ４０の光学
的中心点４２との間の部分の長さを加えたものが、ミラ
ーＭ１からＸ線源３０のＸ線投影中心点３２までの長さ
と等しくなるよう選択することができる。
【００１０】択一的に、ビデオカメラ４０がＸ線経路の
片側に配置されるなら、第２のミラーＭ２を省略するこ
とができる。またミラーを使用する代わりにプリズム構
造、または他のＸ線透過性の光偏向機構を使用して、所
望の光学経路長と偏向角度を得ることができる。
【００１１】ミラーＭ１とＭ２を注意深くアライメント
しても、Ｘ線源投影中心点３２とカメラの光学的中心点
４２とを空間的に等価の点に数度の精度で配置すること
は困難である。したがってカメラ４０をＸ線源３０を基
準にして精確に位置決めするための手段が必要である。
【００１２】２つの画像を相関させるための２つの方法
は、第１の面にある１つの２次元画像を第２の面上にワ
ープさせる手続きを使用する。Ｘ線検知板２０には少な
くとも４つの基準デバイスが設けられており、これは正
方形または他の適切な構成に配置されたマーカパターン
１２の形状を有する。マーカの代わりに、Ｘ線画像の境
界を使用することもできる。マーカ１２はスチールのよ
うな材料から作製されており、連続する黒点像としてＸ
線画像およびビデオ画像に現れる。ワープされる画像に
おけるマーカ１２のパターンを基準にして、画像を第２
の面にワープするために実行すべき変換が繰り返し検出
される。
【００１３】Ｘ線画像をＸ線検知板２０からマーカ１２
のビデオ画像にワープすることは、平面変換Ｈをマーカ
１２のＸ線画像に適用することによって達成される。こ
こではマーカのＸ線画像がマーカパターンのビデオ画像
でのアスペクトおよび寸法と一致するように行われる。
Ｘ線検知板２０上のＸ線画像における各ピクセル毎に、
Ｘ線検知板２０の所定の個所に対して計算されたマトリ
クスＨをそのピクセルの位置と乗算し、ビデオ画像にお
ける相応するピクセルの位置を形成する。
【００１４】ワープ演算は次の式により表すことができ
る： ｍiＮ＝Ｈｍi ここで：ｍiＮは、ビデオ画像におけるピクセル；Ｈ
は、Ｘ線画像にあるピクセルをビデオ画像にマッピング
する平面変換マトリクス；そしてｍiは、Ｘ線画像にお
けるピクセルである。
【００１５】マトリクスＨは当業者には周知の技術によ
り計算することができる。このような方法は例えば、Ｕ
ＳＰ５８２１９３４およびＵＳＰ５８４５６３９、並び
にWolberg, "Digital Image Warping", IEEE Computer
Society Press, Los Alamitos, California 1990 に記
載されている。
【００１６】ワープを使用する２つの方法では、少なく
とも２つの付加的マーカ８０が、検知板２０から離さ
れ、Ｘ線源３０とＸ線検知板２０（図１参照）との間に
配置される。このことを実現する１つの手段は、“オフ
プレーン”マーカ８０をＸ検知板２０の上のプレキシガ
ラス片に配置することである。
【００１７】第１の方法では、図２のフローチャートに
示されているように、オフプレーンマーカ８０のＸ線画
像と、Ｘ線検知板２０上にあるマーカ１２のＸ線画像と
が撮影される。次にオフプレーンマーカ８０のビデオ画
像と、Ｘ線検知板２０上にあるマーカ１２のビデオ画像
とが撮影される。Ｘ線検知板２０にあるマーカ１２のビ
デオ画像を用いて、Ｈに対する値が計算される。次に、
Ｘ線画像がビデオ画像上にワープされ、オフプレーンマ
ーカ８０の投影された位置と可視的に検知された位置と
が比較される。これらの位置が一致すれば、ビデオカメ
ラ４０の光学的中心点４２はＸ線源３０の投影中心点３
２と空間的に等価の位置にある。しかしこれらの位置が
一致しなければ、ビデオカメラ４０の配向が、ビデオカ
メラの光学的中心点４２がＸ線源３０の投影中心点３２
に近づくように調整される。このプロセスは画像が一致
するまで繰り返され、ビデオカメラ４０の配向は固定さ
れる。
【００１８】第２の方法では、図３のフローチャートに
示されているように、オフプレーンマーカ８０のＸ線画
像が撮影される。次にマーカ９０の第２のセット（以
下、“投影マーカ”と称する）がＸ線検知板２０の上に
配置される。この配置点はオフプレーンマーカ８０がＸ
線源３０からのエネルギーにより投影される点である。
したがってＸ線画像にはオフプレーンマーカ８０と相応
するオンプレーン投影マーカ９０とがＸ線画像上に１つ
として現れることとなる。
【００１９】次にＸ線検知板２０のビデオ画像を撮影す
る。オフプレーンマーカ８０は検知板２０の上に懸架さ
れているから、これらはビデオ画像にも現れる。ビデオ
画像は、オンプレーン投影マーカ９０のビデオ画像が相
応するオフプレーンマーカ８０と一致するか否かについ
て検査される。一致すれば、光学的中心点４２と投影中
心点３２とは空間的に同じ点を実質上、共有している。
しかし画像が一致しなければ、ビデオカメラ４０の配向
を調整して、オフプレーンマーカ８０とオンプレーン投
影マーカ９０の画像が一致するようにし、画像が一致す
るまで別のビデオ画像を撮影し、評価し、一致したとこ
ろでカメラの配向を固定する。最後にオンプレーンマー
カ１２を使用して、Ｈの値を計算し、Ｘ線画像をビデオ
画像にワープしてスーパーインポーズを達成する。
【００２０】ビデオカメラ４０を位置決めするための第
３の方法はレーザを使用する。レーザ源７０はＸ線検知
板２０の中心に配置され、Ｘ線源３０の投影中心点３２
に向けられる。これは図４に示されている。
【００２１】ミラーＭ１とミラーＭ２はレーザ光を反射
し、ビデオカメラ４０に向け、ビデオカメラ４０のレン
ズ４４の表面に当てる。ビデオカメラ４０の位置は、光
源７０に戻るレーザ光が光源７０から発する光と一致す
る（またはほぼ一致する）まで調整される。このことは
可視的に、反射されたビームがＸ線検知板２０に到達す
る個所を観察することにより確認できる。次に画像をア
ライメントし、スーパーインポーズを達成するために、
Ｘ線画像をビデオ画像にワープすることができる。
【００２２】前述の変形実施例を本発明に適切に使用す
ることができる。例えば２つのＸ線源とビデオカメラと
の組合せを使用して、対象物の立体表示を達成すること
ができる。オフプレーンマーカ８０の代わりにいずれか
の対象物を使用し、Ｘ線的および光学的な少なくとも２
つの基準可視点を呈示することもできる。またＸ線画像
をビデオ画像にワープする代わりに、ビデオ画像をＸ線
画像にワープし、スーパーインポーズを達成することが
できる。上に述べたように光学画像はビデオカメラによ
って撮影される。実際には、いずれの光学カメラ、静止
カメラ、デジタルカメラ、ＣＣＤ等を本発明の装置およ
び方法と組み合わせて使用することができる。さらにＸ
線画像は、単Ｘ線露光だけでなく、リアルタイムのＸ線
蛍光透視露光も含むものである。最後に、ここの記載し
た本発明の方法はリアルタイムで実行すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の概念図である。
【図２】本発明のビデオカメラアライメント手続きのフ
ローチャートである。
【図３】本発明のビデオカメラアライメント手続きの別
のフローチャートである。
【図４】レーザアライメント装置の概略図である。
【符号の説明】
１０ 患者 ２０ Ｘ線検知板 ３０ Ｘ線源 ３２ 投影中心点 ４０ 光学カメラ Ｍ１，Ｍ２ ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｌ (72)発明者 ナシール ナヴァブ アメリカ合衆国 ニユージャージー イー スト ウィンザー ウィンドムーア ドラ イヴ ７ (72)発明者 マッティアス ミチュケ ドイツ連邦共和国 ニュルンベルク ロー レデラーシュトラーセ 17

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学画像をＸ線画像と相関させるための
    方法において、 一方の画像を他方の画像にスーパーインポーズするステ
    ップを含む、ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記スーパーインポーズのステップはリ
    アルタイムで実行する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 Ｘ線エネルギー源を、空間的に対象物を
    通る点から検知板に向け指向し、Ｘ線画像を該検知板に
    形成するための手段と、 対象物の光学画像を光学的に等価の空間点から獲得する
    ための手段とを有することを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 Ｘ線画像を光学画像にスーパーインポー
    ズするための手段を有する請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記スーパーインポーズするための手段
    は、一方の画像を他方の画像にワープするための手段を
    有する請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 光学画像を獲得するための手段は、光学
    カメラと、該光学カメラの光学的中心点をＸ線源の投影
    中心点に対し空間的に等価の点に位置決めするための手
    段とを有する請求項３記載の装置。
  7. 【請求項７】 光学カメラをＸ線源の投影中心点に対し
    空間的に等価の点に位置決めするための手段は、少なく
    とも１つのミラーを有し、 該ミラーは、Ｘ線エネルギーに対して透過性であり、Ｘ
    線源と対象物との間に配置されている請求項６記載の装
    置。
  8. 【請求項８】 光学カメラを、Ｘ線源を基準にしてＸ線
    検知板に対して相対的に位置決めするための方法におい
    て、 少なくとも２つのオフプレーンマーカをＸ線検知板の上
    方で位置決めし、少なくとも４つのオンプレーンマーカ
    をＸ線検知板上に位置決めするステップと、 オフプレーンマーカとオンプレーンマーカのＸ線画像を
    獲得するステップと、 オフプレーンマーカとオンプレーンマーカの光学画像を
    獲得するステップと、一方の画像を他方の画像に、４つ
    のオンプレーンマーカを基準にしてワープするステップ
    と、 オフプレーンマーカのＸ線画像と光学画像とがそれぞれ
    一致するか否かを検出し、一致しない場合には、光学カ
    メラの配向を調整し、画像を再獲得し、オフプレーンマ
    ーカのＸ線画像と光学画像とが一致するまで一方の画像
    を他方の画像にワープするステップとを有することを特
    徴とする方法。
  9. 【請求項９】 カメラはビデオカメラであり、前記方法
    はリアルタイムで実行する、請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 光学カメラを、Ｘ線源を基準にしてＸ
    線検知板に対して相対的に位置決めするための装置にお
    いて、 Ｘ線検知板の上方に配置された少なくとも２つのオフプ
    レーンマーカと、 Ｘ線検知板上に配置された少なくとも４つのオンプレー
    ンマーカと、 前記オフプレーンマーカとオフプレーンマーカのＸ線画
    像を獲得するための手段と、 前記オフプレーンマーカとオンプレーンマーカとの光学
    画像を獲得するための手段と、 一方の画像を他方の画像に前記４つのオンプレーンマー
    カを基準にしてワープするための手段と、 オフプレーンマーカのＸ線画像と光学画像とがそれぞれ
    一致するか否かを検出し、一致しない場合には、光学カ
    メラの配向を調整し、画像を再獲得し、オフプレーンマ
    ーカのＸ線画像と光学画像とが一致するまで一方の画像
    を他方の画像にワープする手段とを有することを特徴と
    する装置。
  11. 【請求項１１】 光学カメラを、Ｘ線源を基準にしてＸ
    線検知板に対して相対的に位置決めする方法において、 少なくとも２つのオフプレーンマーカを、Ｘ線検知板の
    上方で線源と検知板との間に位置決めするステップと、 オフプレーンマーカのＸ線画像を獲得するステップと、 オンプレーンマーカのセットをＸ線検知板上で、オフプ
    レーンマーカがＸ線源により投影される点に位置決めす
    るステップと、 オフプレーンマーカとオンプレーン投影マーカの光学画
    像を獲得するステップと、 オフプレーンマーカの位置とオンプレーン投影マーカの
    位置とが一致するか否かを検出し、一致しない場合、光
    学カメラの配向を調整し、オフプレーンマーカの光学画
    像とオンプレーン投影マーカの光学画像とが一致するま
    で光学画像を再獲得するステップととを有することを特
    徴とする方法。
  12. 【請求項１２】 少なくとも４つのオンプレーンマーカ
    をＸ線検知板上に位置決めするステップと、 オンプレーンマーカのＸ線画像と光学画像を獲得するス
    テップと、 一方の画像を他方の画像に、４つのオンプレーンマーカ
    を基準にしてワープするステップとをさらに有する請求
    項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 光学カメラを、投影中心点を備えるＸ
    線源を基準にしてＸ線検知板に対して相対的に位置決め
    する方法であって、 光学カメラは検知板を少なくとも１つのミラーによって
    指向し、 該ミラーはＸ線エネルギー透過性であり、Ｘ線源と検知
    板との間に配置されている形式の方法において、 レーザビームを、Ｘ線検知板の画像中心点に配置された
    光源からＸ線投影中心点に照射するステップと、 光学カメラを、光源に戻るレーザ光が該光源から発する
    レーザビームと一致するか、またはほぼ一致するまでア
    ライメントするステップとを有することを特徴とする方
    法。
  14. 【請求項１４】 少なくとも４つのオンプレーンマーカ
    をＸ線検知板上に位置決めするステップと、 オンプレーンマーカのＸ線画像および光学画像を獲得す
    るステップと、 一方の画像を他方の画像に、４つのオンプレーンマーカ
    を基準にしてワープするステップとをさらに有する請求
    項１３記載の方法。
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