JP2002543410A - 重力ベクトル方向算定補助手段を有する位置検出装置 - Google Patents
重力ベクトル方向算定補助手段を有する位置検出装置Info
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Abstract
Description
それぞれが少なくとも三つの非同一線上マーカーを備えた本体の位置と方向を検
出する装置、および請求項24の前提部に係るX線写真の修正方法に関する。
、測定器械の位置または方向の変化をたびたび必要とする。これはまたX線器械
、特に外科手術室で一般的に用いられる可動および/または旋回可能なX線装置
(画像増幅器、C−アーム器械)について特に当てはまる。
当する前記対象物の前もって発生させた画像を同時に表示するためのシステムは
、ブーフホルツ(BUCHHOLZ)の米国特許第5,383,454号明細書
から公知である。このシステムはまた、対象物内の定められた位置へ探針の先端
を動かすことも可能にし、探針の位置はまた、対象物のこの部分の前もって発生
した画像も同時に表示する一つの表示スクリーン上で観察することができる。こ
の公知の発明において、探針の位置は、商慣習上の三次元音響デジタイザーによ
り算定される。
た器械の方向付けは、材料変形により、測定に影響を及ぼし、または画像検出に
影響を及ぼすことがある。磁気光学画像検出を備えたX線器械では、地球の磁場
に関する器械の方向づけはまた、X線写真を損なうこともある。更なるこれらの
X線写真の起こり得る変形は、受像機で発生する光学的変形の影響によるもので
あり得るし、これは主として放射源と受像機の特質に依存し、これは、例えば、
電子から光子への変換の間およびその後の光子から電気信号への変換の間に生じ
得る。
更に、局所的重力ベクトルのその場での測定と、後に続く重力が引き起こしたX
線器械の変形の影響に関してなされる修正にあり、これらはX線器械が水平にま
たは垂直に方向付けられているかどうか、並びに算定しかつ相応して修正すべき
測定値またはX線写真への重力と地球の磁場の影響によって異なる。
元座標システム内のそれぞれ少なくとも三つの非同一線上マーカーを備えた本体
の位置と方向を検出する装置並びに請求項24の特徴を示すX線写真修正の方法
により達成される。 本発明の更なる有利な実施態様は従属請求項において特徴付けられる。
出装置は、本質的に座標系内に、マーカー好ましくは赤外線発光ダイオード(I
RED)の位置を検出する光電子工学センサーを含み、これは、センサーが受け
取った信号を分析するコンピュータと、三次元座標系に関する重力ベクトルの方
向を検出する補助手段へ接続され、センサーに基づく座標系と空間に基づく座標
系または重力に基づく座標系との間の、コンピュータで処理した座標変換を可能
にする。 光電子工学位置検出装置の代わりに、本発明に係る装置はまた、音響学位置検
出ユニットまたは磁気位置検出ユニットを含むことができる。
射器であってもよい。例えば、発信器としては: ‐光源; ‐発光ダイオード(LED’s); ‐赤外線発光ダイオード(IRED’s); ‐音響発信器; ‐磁場を発生するコイル;または ‐対応した発信器と結合した反射器であり、この発信器は前記反射器から離
れて位置した別のユニットに配置されている; または受像機としては: ‐CCDカメラ; ‐光ダイオード; ‐マイクロホン;または ‐ホール効果部品; が考えられる。
の光電子工学カメラ好ましくはCCDチップ(電荷結合素子チップ)を備えた光
電子工学カメラを有する位置検出センサー、水平軸が重力に基づく三次元座標系
のx‐軸を定める第一の傾斜計、水平軸が重力に基づく三次元座標系のy‐軸を
定める第二の傾斜計、および表示画面上にデータの数字または図式形態での三次
元リアルタイム観察を可能にするソフトウェアを備えたコンピュータを含む。
クトルと共に、重力に基づく三次元座標系を形成する。傾斜計からコンピュータ
へ発する信号の電子的伝送により、センサーに基づく座標系の一つの軸と重力に
基づく座標系の相当する軸との間の並行性の偏差を決定し、従って、重力に基づ
く座標系に対するセンサーに基づく座標系の回転を算定できる。 好ましい条件下において、重力ベクトルに対し垂直に延びる平面はまた、一つ
の傾斜計のみの助けによっても算定できる。
アルコール水準器)、ジャイロスコープ原理(ジャイロスコープコンパスに類似
)、または慣性の原理(慣性位置検出に類似)のいずれか一つの原理に基づく器
械であってもよい。ジャイロスコープ原理または慣性の原理に基づく器械は、重
力ベクトルに対するこれらの方向に関して前以て較正する必要がある。磁気器械
(電子コンパスに類似)の使用は同様に可能である。
ー、オンタリオのノーザンデジタル(Northen Digital, Waterloo, Ont.)により
市販されているオプトトラク(OPTOTRAK)3020、を用いることがで
きる。
自身とを整列した本体によって実現することに関してのみ上述の実施態様と異な
る。前記本体は細い糸またはワイヤロープに吊り下げられ、お互いに距離Aで配
置された少なくとも二つのマーカーを備えている。
た空間でのマーカー位置が算定され、その結果、重力ベクトル方向の算定を可能
にする。センサーに基づく座標系内での重力ベクトルの方向は、位置検出装置に
より検出され、そして重力に基づく座標系に対するセンサーに基づく座標系の回
転は、コンピュータによるデジタルデータ処理によって算定される。
の吊り下げ、カルダン式吊り下げ装置での吊り下げ、ボールジョイントでの吊り
下げ、またはシリコーンゴム若しくは発泡シリコーンゴムのようなエラストマー
への本体の埋め込みを考えることも可能である。
中への浸漬によって、スプリングによって、または空気圧若しくはガス圧に基づ
く緩衝器によって、機械的または電磁的に実現可能である。
する受像機とを有するX線器械の、磁場中の精確な方向付けを検出するための本
発明の方法は、以下の段階: a)本発明に係る装置の実施態様による、三次元座標系内での、重力ベクトルの
方向の検出と保存をする段階であって、ここで前記座標系は、センサーに基づく
もの、空間に基づくもの、または重力に基づくものであってもよい段階; b)本発明に係る装置の実施態様による、前記座標系内でのX線源と受像機の位
置を算定する段階; c)コンピュータを用いて、重力で引き起こされたX線器械の機械的変形による
X線写真のゆがみを算定する段階;および d)コンピュータを用いて、段階c)で算定したゆがみに関してX線写真を修正
する段階を含む。
e)コンピュータを用いて、段階b)で算定された受像機またはX線源の位置と
方向から、前記座標系内のX線写真に対し垂直に延びる垂線の方向を算定する段
階; f)コンピュータを用いて、地球の局所的磁場の方向からの前記写真の垂線の偏
差により引き起こされた、磁気光学に基づいて受像機により生じたX線写真の欠
陥を算定する段階;および g)コンピュータを用いて、段階f)で算定した欠陥に関してX線写真を修正す
る段階を含む。
を算定する段階; i)コンピュータを用いて、段階h)で算定した欠陥に関してX線写真を修正す
る段階を含む。
局所的重力ベクトルの検出を可能にし、しかも本発明に係る方法は、重力により
誘発されたX線器械の機械的変形によるX線写真のゆがみを考慮に入れた修正を
可能にするという事実にある。これは旋回式X線器械に関し特に当てはまり、こ
の器械では機械的変形は、X線器械が水平に方向付けられているかまたは垂直に
方向付けられているかによって異なる。
も相応して修正できる。本発明の更なる有利さは、校正本体を光線の通り道へ配
置する必要がなく、その結果操作はこのような本体の影響を受けないことである
。
関してより詳細に説明する。 図1は本発明に係る装置の好ましい実施態様を示す。この装置は、三つの光電
子工学カメラ2好ましくは線状CCDチップを装備した光電子工学カメラを有す
る位置検出センサー1;水平軸4が重力に基づく三次元座標系5のx‐軸を定め
る、位置検出センサーに固定した第一の傾斜計3;水平軸7が前記水平軸4に対
し垂直に延びて、重力に基づく三次元座標系5のy‐軸を定める、位置検出セン
サー1に固定した第二の傾斜計6;およびコンピュータ8を含む。
えばワーテルロー、オンタリオのノーザンデジタルのオプトトラク3020)は
、コンピュータ8に接続した、システム制御ユニット9、ケーブル13およびイ
ンターフェイスカード11、並びに表示画面10上において数字または図式形態
でデータをリアルタイム三次元的観察するためのソフトウェアを装備している。
を形成し、この平面は、センサーに基づく三次元座標系26の座標軸XKが第一
の傾斜計3の水平軸4に対し平行に整列しており、センサーに基づく三次元座標
系26の座標軸YKが第二の傾斜計6の水平軸7に対し平行に整列しているので
、重力ベクトル19に対して垂直に延びる。センサーに基づく座標軸XK;YKの
一つと傾斜計3;6の対応する水平軸4;7との間の並行性における偏差の場合
、前記偏差は傾斜計3;6により検出され、重力に基づく座標系5に対するセン
サーに基づく座標系26の回転は、傾斜計3;6により検出された偏差に相当す
る信号のデジタル処理によって、コンピュータ8で算定される。
実施態様と、重力ベクトル19の算定が重力場と整列した本体20により実現さ
れることに関してのみ異なる。前記本体20は、細い糸またはワイヤロープ22
に吊り下げられ、お互いに距離Aで配列した少なくとも二つのマーカー21好ま
しくは赤外線発光ダイオード(IRED)を備えている。マーカー21により発
せられた赤外線は位置検出装置12の前記カメラ2により検出され、従って、コ
ンピュータ8を用いて空間でのマーカー21の位置が算定され、その結果、重力
ベクトル19の方向を算定することを可能にする。
るセンサーに基づく垂線23と、重力ベクトル19との間の並行性の偏差の場合
には、前記偏差は位置検出センサー1により検出され、重力に基づく座標系5に
対するセンサーに基づく座標系26の回転は、位置検出センサー1によって検出
されたこの偏差に相当する信号のデジタル処理によってコンピュータ8を用いて
算定される。
明の方法を説明している。X線器械は、本質的にX線源30と受像機29を含み
、これらは磁気光学に基づき写真の垂線31;32に対し垂直に延びるX線写真
35を生成する。患者33のX線写真35は、本質的に腹側−背側と側面−中心
面方向で、または逆に撮影され、その結果写真の垂線31;32は、X線器械2
8の位置に応じて、おおよそ垂直または水平方向へ延びる。
内の重力ベクトル19の方向を検出および記憶する段階であって、空間に基づく
座標系24は、位置検出装置12を用いて、空間に固定した位置を有する少なく
とも三つの非同一線上マーカー21位置の測定により算定でき、一方、重力に基
づき同様に空間にも基づく三次元座標系5を算定することは、傾斜計3;6の水
平軸4;7とこれらの交点の測定により、または本体20上に非同一線上配列で
提供される少なくとも三つのマーカー21の位置の測定により実現できる段階; b)前記座標系5;24;26内のX線源30および/または受像機29の位置
と方向を、X線源30および/または受像機29上に固定したマーカー21の位
置を測定することにより、位置検出装置12とコンピュータ8を用いて算定する
段階; c)コンピュータ8を用いて、重力に引き起こされたX線器械28の機械的な変
形によるX線写真の変形を算定する段階; d)コンピュータ8を用いて、段階c)で算定された変形に関してX線写真を修
正する段階; e)前記座標系5;24;26内でX線写真へ垂直に延びる垂線31;32の方
向を、コンピュータ8を用いて、段階b)で算定された受像機29の位置と方向
から算定する段階; f)地球の局所的磁場方向からの前記写真の垂線31;32の偏差から生ずる、
磁気光学に基づいた受像機29によって生じたX線写真の欠陥を、コンピュータ
8を用いて、算定する段階; g)コンピュータ8を用いて、段階f)で算定された欠陥に関してX線写真を修
正する段階; h)受像機29で生ずる光学的変形により引き起こされ、特に、X線器械28の
垂直方向付けまたは水平方向付けにより影響される磁気光学X線写真35の欠陥
を算定する段階、; i)コンピュータ8を用いて、段階h)で定められた欠陥に関してX線写真35
を修正する段階を含む。
6:傾斜計、5,24および26:三次元座標系、4および7:水平軸、8:コ
ンピュータ、9:システム制御ユニット、10:表示画面、11:インターフェ
イスカード、12:位置検出装置、13:ケーブル、14,15および16:光
軸、17:地点、18:平面、19:重力ベクトル、20:本体、21:マーカ
ー、22:細い糸またはワイヤロープ、23:垂線、25:補助手段、27:吊
り下げ、28:X線器械、29:受像機、30:X線源、31および32:垂線
、33:患者、35:磁気光学X線写真、36:本体。
Claims (30)
- 【請求項1】 少なくとも一つの三次元座標系(5;24;26)内の、少
なくとも三つの非同一線上マーカー(21)を備えた本体(36)の位置と方向
を検出する装置が、 A)前記座標系(5;24;26)内または他の三次元座標系(5;24;26
)内のマーカー(21)の位置を測定する位置検出センサー(1);および B)前記位置検出センサー(1)により検出されるマーカー(21)の位置から
、少なくとも一つの座標系(5;24;26)内の少なくとも三つの非同一線上
マーカー(21)を備えた本体(36)の位置と方向を算定するコンピュータ(
8) を含む装置であって、 C)前記検出装置が、座標系(5;24;26)内の重力ベクトル(19)の方
向を算定する補助手段(25)を含むことを特徴とする前記検出装置。 - 【請求項2】 前記補助手段(25)が少なくとも一つの傾斜計(4)を含
むことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 前記補助手段(25)が二つの傾斜計(3;6)を含み、補
助手段の水平軸(4;7)がお互いに垂直に延びるように、これら傾斜計が位置
検出センサー(1)に固定されていることを特徴とする請求項2に記載の装置。 - 【請求項4】 前記傾斜計(3;6)が、アルコール水準器に類似の気泡/
液体原理に基づき、重力ベクトル(19)に対する水平軸(4;7)の偏差を電
子的に検出することを特徴とする請求項2または3に記載の装置。 - 【請求項5】 前記傾斜計(3;6)が、ジャイロスコープコンパスに類似
の空間に基づいた角運動量ベクトルを有するジャイロスコープ原理に基づき、重
力ベクトル(19)に対する校正した水平軸(4;7)の偏差を電子的に検出す
ることを特徴とする請求項2または3に記載の装置。 - 【請求項6】 前記傾斜計(3;6)が、慣性位置検出に類似の慣性の原理
に基づき、重力ベクトル(19)に対する校正した水平軸(4;7)の偏差を電
子的に検出することを特徴とする請求項2または3に記載の装置。 - 【請求項7】 前記補助手段(25)が空間に吊り下がり、局所的重力場と
整列した本体(20)を含み、前記本体は互いに距離Aで配列した少なくとも二
つのマーカー(21)を備えていることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項8】 前記本体(20)の吊り下げ(27)が細い糸またはワイヤ
ロープ(22)によって実現されることを特徴とする請求項7に記載の装置。 - 【請求項9】 前記本体(20)の吊り下げ(27)が鎖によって実現され
ることを特徴とする請求項7に記載の装置。 - 【請求項10】 前記本体(20)の吊り下げ(27)がカルダン式吊り下
げ装置であることを特徴とする請求項7に記載の装置。 - 【請求項11】 前記本体(20)の吊り下げ(27)がボールジョイント
により実現されることを特徴とする請求項7に記載の装置。 - 【請求項12】 空間での前記本体(20)の吊り下げ(27)が、本体(
20)をエラストマー中に埋め込むことにより実現されることを特徴とする請求
項7に記載の装置。 - 【請求項13】 前記エラストマーがシリコーンゴムであることを特徴とす
る請求項12に記載の装置。 - 【請求項14】 前記本体(20)が発泡シリコーンゴム中に埋め込まれて
いることを特徴とする請求項13に記載の装置。 - 【請求項15】 前記重力場と前記本体(20)の整列が、衝撃吸収される
ことを特徴とする請求項7から14のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項16】 前記重力場と前記本体(20)の整列が、前記本体(20
)の液体中への浸漬により衝撃吸収されることを特徴とする請求項15に記載の
装置。 - 【請求項17】 前記重力場と前記本体(20)の整列が、スプリングによ
り衝撃吸収されることを特徴とする請求項15に記載の装置。 - 【請求項18】 前記重力場と前記本体(20)の整列が、電磁気的に衝撃
吸収されることを特徴とする請求項15に記載の装置。 - 【請求項19】 前記重力場と前記本体(20)の整列が、摩擦により機械
的に衝撃吸収されることを特徴とする請求項15に記載の装置。 - 【請求項20】 前記重力場と前記本体(20)の整列が、空気圧またはガ
ス圧に基づく緩衝器により衝撃吸収されることを特徴とする請求項15に記載の
装置。 - 【請求項21】 前記マーカー(21)が赤外線発光ダイオード(IRED
)であることを特徴とする請求項1から20のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項22】 前記位置検出センサー(1)が光電子センサーであり、少
なくとも二台のカメラ(2)を含み、これらの光軸(14;15;16)が地点
(17)でお互いに交わることを特徴とする請求項1から21のいずれか一項に
記載の装置。 - 【請求項23】 位置検出装置(12)を操作するために、コンピュータ(
8)がインターフェイスカード若しくはインターフェイス(11)を備えており
、前記装置がシステム制御ユニット(9)を含むことを特徴とする請求項1から
22のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項24】 請求項1から23のいずれか一項に記載の装置を用いて、
重力で引き起こされる、X線源(30)と受像機(29)を含むX線器械(28
)の機械的変形から生ずる欠陥に関してX線写真(35)を修正する方法であっ
て、前記方法が以下の段階: a)前記位置検出装置(12)と前記コンピュータ(8)を用いて三次元座標系
(5;24;26)内の重力ベクトル(19)の方向を検出する段階; b)非直線上配列でX線器械(28)上に固定した少なくとも三つのマーカー(
21)の位置を測定することにより、位置検出装置(12)とコンピュータ(8
)を用いて前記座標系(5;24;26)内のX線器械(28)の位置と方向を
算定する段階; c)前記コンピュータ(8)を用いて、段階b)で算定したX線器械(28)の
位置と方向からX線写真の欠陥を算定する段階;および d)コンピュータ(8)を用いて、段階c)で算定した欠陥に関してデジタルX
線写真を修正する段階を含むことを特徴とする前記方法。 - 【請求項25】 前記方法が更に、コンピュータ(8)中でのX線写真(3
5)のデジタル化と、デジタル化したX線写真(35)の保存を含むことを特徴
とする請求項24に記載の方法。 - 【請求項26】 磁気光学X線写真(35)が受像機(29)から生ずるこ
とを特徴とする請求項24または25に記載の方法。 - 【請求項27】 更に以下の段階: e)段階b)で算定したX線器械(28)の位置と方向から、前記座標系(5;
24;26)内のX線写真(35)に対して垂直に延びる垂線(31;32)の
方向を算定する段階; f)コンピュータ(8)を用いて、重力ベクトル(19)に対するX線器械(2
8)の位置と方向から、地球の磁場により引き起こされる磁気光学X線写真(3
5)の欠陥を算定する段階;および g)コンピュータ(8)によって、前記欠陥に関してデジタル化したX線写真(
35)を修正する段階 を含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。 - 【請求項28】 前記座標系(5;24;26)内のX線源(30)の位置
と方向が、位置検出装置(12)とコンピュータ(8)を用いて、X線源(30
)に固定された少なくとも三つのマーカー(21)の位置を測定することにより
算定されることを特徴とする請求項24から27のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項29】 前記座標系(5;24;26)内の受像機(29)の位置
と方向が、位置検出装置(12)とコンピュータ(8)を用いて、受像機(29
)に固定した少なくとも三つのマーカー(21)の位置を測定することにより算
定されることを特徴とする請求項24から28のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項30】 更に加えて、受像機(29)で発生する磁気光学X線写真
(35)の光学的変形により引き起こされたX線写真(35)の欠陥が、受像機
(29)の位置と方向から算定され、しかもデジタル化したX線写真(35)が
それに応じて修正されることを特徴とする請求項29に記載の方法。
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