JP3446317B2 - 断層像の空間座標設定装置 - Google Patents
断層像の空間座標設定装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、被検体の関心部位の
体表面に複数個のマーカーを取り付けた状態で複数枚の
断層像を撮影し、これらの複数枚の断層像によって構成
される空間の座標を設定する断層像の空間座標設定装置
に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種の断層像の空間座標設定装
置を利用した装置として、手術器具の位置表示装置があ
る。この装置としては、例えば、以下に示すようなもの
がある。 （１）NEURO-NAVIGATOR(「Three Dimensional Digitize
r(Neuronavigator):New Equipment Computed Tomograph
y-Guided Stereotaxic Surgery」:E.Watanabeet al.:Su
rg Neurol 1987;27:p543-p547) （２）「医療用三次元定位装置」（特開平０３−１０６
３５９号公報） （３）「定位脳手術支援装置」（特開平０３−２６７０
５４号公報） （４）「体内三次元位置表示装置」（特開平０３−２８
４２５３号公報） 【０００３】これらの装置では、まず被検体の関心部位
の体表面に複数個のマーカーを取り付け、Ｘ線ＣＴ装置
やＭＲＩ装置などの断層像撮影装置によって、前記マー
カーとともに関心部位の位置ごとの断層像を撮影する。
こうして得られた複数枚の断層像は、断層像の空間座標
設定装置の画像記憶手段に断層像撮影装置の固有の空間
座標で記憶される。そして、複数枚の断層像のうちマー
カーが描出されている断層像を表示手段に表示させつつ
各マーカーの位置を指示手段で指示する。この指示され
た各マーカーの位置は、空間座標算出手段によって画像
空間座標が求められて座標記憶手段に記憶される。 【０００４】そして複数個のマーカーの各空間座標は、
それぞれに対応する、体表面に取り付けられた複数個の
マーカーの実空間座標と関連付けられる（いわゆるキャ
リブレーション）。この対応付けによって実空間座標を
画像空間座標に変換する変換値が算出され、手術器具の
位置を検出する位置検出手段からの実空間座標を画像空
間座標に変換する。そして変換された手術器具の画像空
間座標に応じた断層像が画像選択手段によって前記画像
記憶手段から選択され、選択された断層像上の、画像空
間座標の示す位置に画像合成手段が手術器具の位置を示
す所定パターンを重ね合わせ、これが表示手段に表示さ
れる。そして、術者はこの断層像と手術器具を示す所定
パターンの合成画像を見ながら手術を行う。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、断層像撮影装置の空間分解能には限界
があり、それにより撮影される断層像は一定の深み（例
えば、２ｍｍ〜１０ｍｍ程度）を有する。この深みは空
間分解能とほぼ一致した深さ（スライス厚）であり、こ
のスライス厚分の情報が重畳した断層像となる。このた
め断層像の平面上の座標は正確であるがスライス厚方向
の座標はスライス厚のために誤差を含むので、断層像上
に描出されたマーカーを指示してこれをマーカーの画像
空間座標とすると、これに基づいて設定される断層像の
画像空間座標には誤差を含むという問題点がある。した
がって、手術器具の位置表示装置では、スライス厚方向
について正確に手術器具の位置が表示されにくいという
問題点がある。 【０００６】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、マーカーの画像空間座標を正確に求
めることによって、断層像の空間座標軸を正確に設定す
ることができる断層像の空間座標設定装置を提供するこ
とを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明に係る断層像の空間座標設定装置は、被検
体の関心部位の体表面に複数個のマーカーを取り付けた
状態で複数枚の断層像を撮影し、これらの複数枚の断層
像によって構成される空間の座標を設定する装置であっ
て、（ａ）Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置などの固有の画像
空間を有する断層像撮影装置によって所定のスライス厚
で撮影して得られた、複数個のマーカーを含む被検体の
関心部位の位置ごとの断層像の画像データを予め記憶す
る第１画像記憶手段と、（ｂ）前記断層像撮影装置によ
って所定のスライス厚で撮影して得られた前記第１画像
記憶手段に記憶されている断層像のスライス面と交差す
る断層像であって、前記マーカーを含む被検体の関心部
位の位置ごとの断層像の画像データを予め記憶する第２
画像記憶手段と、（ｃ）前記第１画像記憶手段および第
２画像記憶手段に記憶されている断層像を表示する表示
手段と、（ｄ）前記表示手段に表示された断層像上のマ
ーカーの位置を指示する指示手段と、（ｅ）前記指示さ
れたマーカーの位置の画像空間座標を算出する空間座標
算出手段と、（ｆ）前記表示手段に前記第１画像記憶手
段の断層像が表示されている際に、指示手段によって指
示された位置であって、前記空間座標算出手段によって
算出された各マーカーの画像空間座標を記憶する第１座
標記憶手段と、（ｇ）前記表示手段に前記第２画像記憶
手段の断層像が表示されている際に、指示手段によって
指示された位置であって、前記空間座標算出手段によっ
て算出された各マーカーの画像空間座標を記憶する第２
座標記憶手段と、（ｈ）前記第１／第２座標記憶手段の
各マーカーの画像空間座標に基づき、スライス厚方向の
法線に平行であって、かつ、各マーカーの画像空間座標
を通って前記スライス厚の長さをもつ各線分をそれぞれ
について算出するとともに、対応するマーカー同士の線
分が交差する点、または線分同士の最短距離の中点の画
像空間座標を各マーカーの画像空間座標として算出する
マーカー空間座標算出手段と、を備えたことを特徴とす
るものである。 【０００８】 【作用】この発明の作用は次のとおりである。第１／第
２画像記憶手段に記憶されている断層像を表示手段に表
示し、そのとき断層像に描出されているマーカーの位置
を指示手段で指示する。空間座標算出手段は、この指示
されたマーカーの位置に基づきスライス厚を考慮せずに
画像空間座標を算出する。算出された各マーカーの画像
空間座標は、それぞれ第１座標記憶手段および第２座標
記憶手段に記憶される。 【０００９】前記第１座標記憶手段に記憶された第１画
像記憶手段の断層像に描出されている各マーカーの画像
空間座標のうち、その断層像の平面上の座標は正確であ
る。この正確な平面上の座標に基づいてマーカー空間座
標算出手段は、まず、スライス厚方向の法線に平行であ
って、かつ、各マーカーの画像空間座標を通って前記ス
ライス厚の長さをもつ線分を各マーカーについて算出す
る。 【００１０】次にマーカー空間座標算出手段は、同様に
第２座標記憶手段に記憶された第２画像記憶手段の断層
像に描出されている各マーカーの画像空間座標のうち、
平面上の座標に基づいてスライス厚方向の法線に平行で
あって、かつ、各マーカーの画像空間座標を通って前記
スライス厚の長さをもつ線分を各マーカーについて算出
する。 【００１１】次にマーカー空間座標算出手段は、前記各
マーカーのスライス厚の長さをもつ線分のうち、対応す
るマーカー同士の線分が交差する点を求めてこれを各マ
ーカーの画像空間座標とする。各マーカーの線分は、そ
れぞれスライス面が交差するように撮影された第１画像
記憶手段と第２画像記憶手段の断層像に描出されたマー
カーの画像空間座標に基づいて算出されているので、そ
の交点の画像空間座標は、第１座標記憶手段と第２座標
記憶手段のそれぞれの正確な平面上の座標だけから算出
されることになる。したがって、スライス厚による誤差
の影響を受けることなくマーカーの画像空間座標を正確
に算出することができる。 【００１２】また、マーカーの位置を指示手段で指示す
る際に、その指示の仕方によっては平面上の座標がずれ
ることがある。このような場合には、第１／第２座標記
憶手段に記憶された画像空間座標に基づいて算出された
各マーカーの線分のうち、対応するマーカー同士の線分
が交差しないときがあるので、マーカー空間座標算出手
段は、両線分の最短距離の中点の画像空間座標を求めて
これをマーカーの画像空間座標として算出する。これに
よって両線分が交差するはずであった点、すなわち、マ
ーカーの画像空間座標を誤差少なく算出することができ
る。 【００１３】 【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は、本発明の一実施例である断層像の空
間座標設定装置の概略構成を示すブロック図である。図
中、断層像の空間座標設定装置１は、Ｘ線ＣＴ装置やＭ
ＲＩ装置などの固有の画像空間を有する断層像撮影装置
によって撮影された断層像を記憶するための第１画像メ
モリ２と、第２画像メモリ３を備えている。これらはこ
の発明における第１画像記憶手段と第２画像記憶手段に
相当し、ハードディスク装置などの外部記憶装置によっ
て構成されている。 【００１４】空間座標算出部４は、まず、第１画像メモ
リ２および第２画像メモリ３に記憶されている断層像
を、表示手段に相当するモニタ５に表示する。そして、
そのとき断層像に描出されているマーカーの位置が操作
者によって指示部６を介して指示される。この指示され
たマーカーの位置に基づいて、空間座標算出部４はマー
カーの画像空間座標を算出する。この算出されたマーカ
ーの画像空間座標は、画像メモリ２，３に応じてそれぞ
れ第１座標メモリ７，第２座標メモリ８に記憶される。
なお、指示部６と第１／第２座標メモリ７，８は、それ
ぞれこの発明における指示手段と第１／第２座標記憶手
段に相当する。 【００１５】マーカー空間座標算出部９は、第１／第２
座標メモリ７，８に記憶されている各マーカーの画像空
間座標に基づいて、断層像撮影時のスライス厚方向の法
線に平行であって、かつ、各マーカーの画像空間座標を
通ってスライス厚の長さをもつ各線分をそれぞれについ
て算出するとともに、第１／第２座標メモリ７，８の対
応するマーカー同士の線分が交差する点、または線分同
士の最短距離の中点の画像空間座標を各マーカーの画像
空間座標として算出する機能を有する。 【００１６】次に、図２ないし図８を参照して、この断
層像の空間座標設定装置１の動作について説明する。図
２は、断層像撮影装置の一例であるＭＲＩ装置１０の外
観を示す斜視図である。 【００１７】図中、符号１１は、静磁場、傾斜磁場、Ｒ
Ｆ磁場を適宜発生し、それによって被検体Ｍから発生し
た信号を検出するガントリである。このガントリ１１の
中央部付近の開口部には、移動寝台１２に横臥した被検
体Ｍの関心部位が位置するようになっている。このＭＲ
Ｉ装置１０は、この装置の固有の画像空間をもってお
り、ガントリ１１の所定位置（例えば、開口部中心）を
基準に（ＸMRI ，ＹMRI ，ＺMRI ）と定められている。 【００１８】次に、断層像の空間座標設定装置１の動作
を示した図３のフローチャートを参照する。 【００１９】まず、被検体Ｍの関心部位（この例では、
被検体Ｍの頭部を関心部位としている）の適宜の位置
に、４個のマーカーＰ1 〜Ｐ4 を取り付ける（図４を参
照）。ここでは頭頂部にマーカーＰ1 を、鼻根部にマー
カーＰ2 を、そして両耳の下部にマーカーＰ3,Ｐ4 を取
り付けている。これらのマーカーＰ1 〜Ｐ4 は、Ｘ線非
透過材料によって構成されている。なお、関心部位に取
り付けるマーカーの個数は、３個であってもよい。 【００２０】ステップＳ１では、ＭＲＩ装置１０のスラ
イス厚ｄを例えば５ｍｍという所定値に設定し、マーカ
ーＰ1 〜Ｐ4 を含む関心部位を対象にして複数のスライ
ス面Ｓ11〜Ｓ1nの断層像を撮影する（図４を参照）。こ
こでスライス面は、図２に示したＭＲＩ装置１０の固有
の画像空間のＸMRI −ＹMRI 面であり、撮影によって得
られた断層像Ｉ11〜Ｉ1nは、図５の模式図に示すように
なる。この断層像Ｉ11〜Ｉ1nは、固有の画像空間座標
（ＸMRI ，ＹMRI ，ＺMRI ）で第１画像メモリ２に記憶
される。 【００２１】ステップＳ２では、ステップＳ１で撮影し
た断層像のスライス面と交差するスライス面で、断層像
を所定のスライス厚ｄで撮影する。撮影は、マーカーＰ
1 〜Ｐ4 を含む関心部位を対象とし、複数のスライス面
Ｓ21〜Ｓ2nの断層像を撮影する（図４を参照）。ここで
は、スライス面を図２に示したＭＲＩ装置１０の固有の
画像空間のでＸMRI −ＺMRI 面とし、撮影によって得ら
れた断層像Ｉ21〜Ｉ2nは、図６の模式図に示すようにな
る。この断層像Ｉ21〜Ｉ2nは、固有の画像空間座標（Ｘ
MRI ，ＹMRI ，ＺMRI ）で第２画像メモリ３に記憶され
る。 【００２２】ステップＳ３では、第１画像メモリ２およ
び第２画像メモリ３に記憶されている断層像Ｉ11〜Ｉ1n
および断層像Ｉ21〜Ｉ2nをモニタ５に表示し、これらの
断層像に描出されている各マーカーＰ1 〜Ｐ4 の位置を
指示部６を介して操作者が指示する。具体的には、空間
座標算出部４が第１画像メモリ２中の断層像Ｉ11〜Ｉ1n
をモニタ５に順次に表示する。一例として、断層像Ｉ11
がモニタ５に表示されている状態を図７の模式図に示
す。そして、操作者はモニタ５に表示された断層像中の
マーカーＰ1 の位置に、指示部６を介してポインタＣを
移動させることによって、マーカーＰ1 の位置を指示す
る。空間座標算出部４は、この指示された位置に基づい
て画像空間座標を算出し、第１座標メモリ７に記憶する
（ステップＳ４）。このように第１画像メモリ２に記憶
されている断層像Ｉ11〜Ｉ1nをモニタ５に順次表示し、
指示部６を介してマーカーの位置を指示することによっ
て、各マーカーＰ1 〜Ｐ4 の画像空間座標が第１座標メ
モリ７に記憶される。 【００２３】なお、第１座標メモリ７に記憶された各マ
ーカーＰ1 〜Ｐ4 の画像空間座標は、ＭＲＩ装置１０の
スライス厚ｄのためにＺMRI 方向に誤差を含んでいる。
これはＭＲＩ装置１０によって収集された断層像、例え
ば断層像Ｉ11には、スライス面Ｓ11を中心にＺMRI 軸に
沿う方向（スライス厚方向）のスライス厚ｄの範囲内の
画像情報が含まれているためである（図４参照）。した
がって、断層像Ｉ11に描出されたマーカーＰ1 の位置を
マーカーＰ1 の画像空間座標とすると、〔ＸMR I とＹ
MRI とは正確であるが〕ＺMRI は、最大でスライス厚ｄ
となるΔＺ分の誤差を含むことになる。 【００２４】同様に第２画像メモリ３の断層像Ｉ21〜Ｉ
2nをモニタ５に表示し、その位置を指示部６を介して指
示することにより、第２座標メモリ８に各マーカーＰ1
〜Ｐ4 の画像空間座標が記憶される（ステップＳ４）。
一例として、断層像Ｉ21がモニタ５に表示された状態を
図８の模式図に示す。 【００２５】なお、第２座標メモリ８に記憶された各マ
ーカーＰ1 〜Ｐ4 の画像空間座標は、上記の理由によっ
てＹMRI 方向に誤差を含んでいる。したがって、断層像
Ｉ21に描出されたマーカーＰ1 の位置をマーカーＰ1 の
画像空間座標とすると、〔ＸMRI とＺMRI とは正確であ
るが〕ＹMRI は、最大でスライス厚ｄとなるΔＹ分の誤
差を含むことになる。 【００２６】ステップＳ５では、第１座標メモリ７（第
２座標メモリ８）中の各マーカーＰ1 〜Ｐ4 の画像空間
座標に基づいて、スライス厚方向の法線に平行であっ
て、かつ、各マーカーの画像空間座標を通ってスライス
厚ｄの長さをもつ線分を各マーカー毎に算出する。 【００２７】具体的には、スライス面Ｓ11からなる断層
像Ｉ11に描出されたマーカーＰ1 の正確なＸMRI ，Ｙ
MRI 座標に基づき、スライス厚方向の法線に平行であっ
て、かつ、マーカーＰ1 の画像空間座標を通ってスライ
ス厚ｄの長さをもつ線分Ｌ11を算出する（図９を参
照）。同様に各マーカーについて線分を算出する。さら
に、スライス面Ｓ21からなる断層像Ｉ21に描出されたマ
ーカーＰ1 の正確なＸMRI ，ＺMRI 座標に基づき、スラ
イス厚方向の法線に平行であって、かつ、マーカーＰ1
の画像空間座標を通ってスライス厚ｄの長さをもつ線分
Ｌ21を算出する。同様に各マーカーについて線分を算出
する。 【００２８】ステップＳ６では、ステップＳ５で算出し
た各マーカーＰ1 〜Ｐ4 の線分のうち、対応するマーカ
ー同士の線分が交差する点、または線分同士の最短距離
の中点の画像空間座標を算出する。 【００２９】具体的には、ステップＳ５で算出したマー
カーＰ1 の線分Ｌ11，Ｌ21が交差する点ＣＰ1 の画像空
間座標を算出（図９および図１０参照）し、これをマー
カーＰ1 の画像空間座標とする。同様に各マーカーにつ
いて交差する点の画像空間座標を算出し、これを各マー
カーの画像空間座標とする。 【００３０】また、ステップＳ３でのマーカー位置の指
示の仕方によっては、対応するマーカー同士の線分が交
差しない場合がある。この場合には、図１１に示すよう
に、線分Ｌ11と線分（紙面に垂直な線分）Ｌ21との最短
距離を算出し、この距離の中点を算出してマーカーＰ1
の画像空間座標とする。これによって、マーカー位置の
指示時の誤差によってマーカーの画像空間座標を算出で
きないとういう事態を回避することができる。 【００３１】このように、各マーカーの画像空間座標
は、第１座標メモリ７と第２座標メモリ８に記憶されて
いる正確な平面上の座標に基づいて算出されるので、ス
ライス厚による誤差の影響を受けることなくマーカーの
画像空間座標を正確に算出することができる。結果、断
層像の画像空間座標を正確に設定することができる。 【００３２】また、マーカーの位置を指示部で指示する
際に、その指示の仕方によっては平面上の座標がずれる
ことがある。このような場合に起こる、対応するマーカ
ー同士の線分が交差しない場合も含めてマーカー空間座
標算出手段は、両線分の最短距離の中点の空間座標を求
めてこれをマーカーの画像空間座標として算出するの
で、マーカーの画像空間座標を誤差少なく算出すること
ができる。結果、断層像の画像空間座標を正確に設定す
ることができる。 【００３３】なお、上記の実施例では、第２画像メモリ
８に、第１画像メモリ７のスライス面（ＸMRI ，
ＹMRI ）とは直交するスライス面（ＸMRI ，ＺMRI ）を
有する断層像を記憶するようにしたが、この発明はこれ
に限定されるものではなく、第１画像メモリ７に記憶し
た断層像のスライス面と交差するスライス面であればよ
い。 【００３４】次に、図１２を参照する。この装置は、上
述した断層像の空間座標設定装置１を利用して被検体に
差し入れられる手術器具の位置を断層像に重ね合わせ表
示する手術器具の位置表示装置である。 【００３５】図中、符号２１は、被検体Ｍが載せられた
手術台である。符号２２は、手術中に術者によって被検
体Ｍに差し入れられる手術器具である。なお、この手術
器具２２は、手術において関心部位に直接作用しない単
なる器具も含んでいる。例えば、切開した関心部位内に
現れた腫瘍などが関心部位内のどの位置にあるのかを確
認するための棒状の指示器具も含むものとする。手術台
２１上には３次元方向にそれぞれ磁界を発生させる磁気
ソース２３ａが、被検体Ｍとの相対位置が変化しないよ
うに配備されている。なお、この磁気ソース２３ａは被
検体Ｍ自身に取り付け固定されてもよい。手術器具２２
には磁気ソース３３ａから発生された３次元の磁界を検
出する磁気センサ２３ｂが取り付けられている。 【００３６】図１３に示すように、磁気ソース２３ａ
は、３次元方向Ｘ，Ｙ，Ｚにそれぞれ磁界を発生させる
３つのコイル２３aX，２３aY，２３aZから構成されてい
る。磁気ソース２３ａは駆動回路２４に接続され、この
駆動回路２４から交流電流を与えられることにより３次
元の磁界Ｈを発生する。磁気センサ２３ｂも同様に、互
いに直交した３つのコイル２３bX，２３bY，２３bZから
構成されている。磁気センサ２３ｂは、検出回路２５に
接続されている。この検出回路２５は、各コイル２
３bX，２３bY，２３bZからの検出信号を増幅して、適宜
のデジタル信号に変換した位置データを出力する。磁気
ソース２３ａ、磁気センサ２３ｂ、駆動回路２４、検出
回路２５、および後述する位置算出部２９は、位置検出
手段を構成する。 【００３７】画像処理コンピュータ２６は、主として手
術器具２２の先端部の位置算出、位置情報に応じた画像
の選択、選択された画像上への手術器具２２のパターン
の合成を行うものである。その内部構成を機能的に大別
すると、位置算出部２７、変換値算出部２８、位置変換
部２９、画像選択部３０、画像合成部３１となる。 【００３８】位置算出部２７は、検出回路２５からの位
置データに基づいて、磁気センサ２３ｂの３次元位置
（実空間座標）および方向を算出する。なお、上述した
磁気ソース２３ａおよび磁気センサ２３ｂを使って磁気
センサ２３ｂの実空間座標および方向を算出する手法
は、例えば、特開平３−２６７０５４号によって知られ
ているので、ここでの説明は省略する。変換値算出部２
８は、手術器具の位置表示装置の実空間座標を断層像撮
影装置の固有の空間座標に変換するための変換値を算出
する。この変換値を算出する際の動作は、いわゆるキャ
リブレーションと呼ばれ、これについては後述する。 【００３９】位置変換部２９は、位置算出部２７からの
位置情報（実空間座標，方向）を変換値算出部２８の変
換値を用いて画像空間座標に変換し、変換位置情報とし
て出力する。画像選択部３０は、位置変換部２９からの
変換位置情報に基づき、第１画像メモリ２から所要の断
層像の画像データを選択するもので、画像選択手段を構
成する。 【００４０】画像合成部３１は、画像選択部３０によっ
て選択された画像上の、位置変換部２９によって求めら
れた変換位置情報の示す位置に手術器具２２の位置を示
す所定パターンを重ね合わせる。この画像合成部１５
は、画像合成手段を構成する。画像合成部３１で合成さ
れた画像は、断層像の空間座標設定装置１のモニタ５に
与えられる。 【００４１】次にキャリブレーションについて説明す
る。手術台２１上には、被検体Ｍが横臥しており、その
関心部位である頭部には、上述した断層像の収集時に取
り付けたマーカーＰ1 〜Ｐ4 がある。そして各マーカー
Ｐ1 〜Ｐ4 を手術器具２２の先端部で指示するごとに、
図示しないキーボードなどの入力手段で手術器具２２の
先端部位置の格納を指示し、その位置情報（実空間座
標，方向）は、変換値算出部２８に格納される。変換値
算出部２８は、この各マーカーの位置情報（実空間座
標，方向）と、マーカー空間座標算出部９の各マーカー
の画像空間座標とから、実空間座標を画像空間座標に変
換する変換値を算出する。 【００４２】キャリブレーションが終了すると、手術に
移行する。術者は、手術器具２２を被検体Ｍの体内に差
し入れる。すると手術器具２２に取り付けられた磁気セ
ンサ２３ｂの位置情報（実空間座標，方向）が位置算出
部２７によって算出されるとともに、磁気センサ２３ｂ
からは定点に位置する手術器具２２の先端部の位置も算
出される。そして算出された手術器具２２の位置情報
（実空間座標，方向）は、位置変換部２９に与えられ
る。位置変換部２９は、変換値によって実空間座標を画
像空間座標に変換し、位置情報を変換位置情報として画
像選択部３０と画像合成部３１に与える。画像選択部３
０は、変換位置情報に応じた画像データを第１画像メモ
リ２から選択する。画像合成部３１は、選択された画像
上の、前記変換位置情報の示す位置に、手術器具２２の
位置を示す所定パターンＰＴを重ね合わせてモニタ５に
出力する。このときモニタ５に表示される合成画像を図
１４の模式図に示す。モニタ５には、マーカーＰ1 とと
もに断層像Ｉ11が表示され、断層像Ｉ11上には手術器具
２２を示す所定パターンＰＴが表示される。 【００４３】なお、キャリブレーション時には断層像上
の各マーカーの画像空間座標と、手術器具２２の先端部
で被検体Ｍ上の各マーカーを指示した際の実空間座標と
から、実空間座標を画像空間座標に変換する変換値を算
出するが、断層像上の各マーカーの画像空間座標は、上
述したように互いに交差する複数のスライス面からなる
断層像に基づいて算出しているので、スライス厚による
誤差はなく正確にキャリブレーションを行うことができ
る。したがって、正確に手術器具の位置が断層像上に表
示され、結果、医療ミスなどの発生を抑えることができ
る。 【００４４】なお、本実施例では、スライス面が交差す
る二方向の断層像からマーカーの画像空間座標を算出し
ているが、この発明ではこれに限らず、スライス面が交
差する三方向以上の断層像を用いてもよい。この場合、
各方向の断層像に描出されているマーカーの画像空間座
標から３本の線分を求め、それらの交点をマーカーの画
像空間座標とする。また、３本の線分が必ずしも交差し
ない場合には、最も離れている２本の線分の中点をマー
カーの画像空間座標としてもよいし、また、画像空間上
の任意の点からすべての線分への距離の２乗和を求め、
その値が最小となる点をマーカーの画像空間座標として
もよい。 【００４５】また、この実施例では磁気ソース２３ａお
よび磁気センサ２３ｂ等を用いて手術器具２２の位置を
検出したが、この発明はこれに限定されることなく、例
えば、手術器具２２を多関節のアームの先端に取付け、
各関節部分でアームの角度を検出することにより、手術
器具２２の位置を検出するように構成してもよい。この
ように構成することにより、磁気ソース２３ａによって
形成されている磁界を乱すような磁性体や導電体などか
ら構成される器具を使用することができる。 【００４６】なお、この実施例では手術器具の位置表示
装置を例に採って説明したが、マーカーを被検体の体表
面に取り付けた状態で断層像を収集し、その断層像に重
ね合わせ表示を行う装置であれば、種々の装置に適用す
ることができる。例えば、ＳＱＵＩＤ（Superconductin
g Quantum Interference Device ：超電導量子干渉計）
装置において、生体活動電流源によって形成される微小
な磁界を計測し、その磁界が検出された位置に応じた断
層像と磁界を示す所定パターンとを重ね合わせ表示する
ようにしてもよい。この場合は、マーカーを被検体の関
心部位に取り付けて断層像を収集し、その後、マーカー
の位置に磁界の位置検出コイルを取り付けるようにす
る。 【００４７】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、各マーカーの画像空間座標は、第１座標記
憶手段と第２座標記憶手段に記憶されている正確な平面
上の座標に基づいて算出されるので、スライス厚による
誤差の影響を受けることなくマーカーの画像空間座標を
正確に算出することができる。結果、断層像の空間座標
軸を正確に設定することができる。 【００４８】また、マーカーの位置を指示手段で指示す
る際に、その指示の仕方によっては平面上の座標がずれ
ることがある。このような場合に起こる、対応するマー
カー同士の線分が交差しない場合も含めてマーカー空間
座標算出手段は、両線分の最短距離の中点の画像空間座
標を求めてこれをマーカーの画像空間座標として算出す
るので、マーカーの画像空間座標を誤差少なく算出する
ことができる。結果、断層像の空間座標軸を正確に設定
することができる。
体表面に複数個のマーカーを取り付けた状態で複数枚の
断層像を撮影し、これらの複数枚の断層像によって構成
される空間の座標を設定する断層像の空間座標設定装置
に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種の断層像の空間座標設定装
置を利用した装置として、手術器具の位置表示装置があ
る。この装置としては、例えば、以下に示すようなもの
がある。 （１）NEURO-NAVIGATOR(「Three Dimensional Digitize
r(Neuronavigator):New Equipment Computed Tomograph
y-Guided Stereotaxic Surgery」:E.Watanabeet al.:Su
rg Neurol 1987;27:p543-p547) （２）「医療用三次元定位装置」（特開平０３−１０６
３５９号公報） （３）「定位脳手術支援装置」（特開平０３−２６７０
５４号公報） （４）「体内三次元位置表示装置」（特開平０３−２８
４２５３号公報） 【０００３】これらの装置では、まず被検体の関心部位
の体表面に複数個のマーカーを取り付け、Ｘ線ＣＴ装置
やＭＲＩ装置などの断層像撮影装置によって、前記マー
カーとともに関心部位の位置ごとの断層像を撮影する。
こうして得られた複数枚の断層像は、断層像の空間座標
設定装置の画像記憶手段に断層像撮影装置の固有の空間
座標で記憶される。そして、複数枚の断層像のうちマー
カーが描出されている断層像を表示手段に表示させつつ
各マーカーの位置を指示手段で指示する。この指示され
た各マーカーの位置は、空間座標算出手段によって画像
空間座標が求められて座標記憶手段に記憶される。 【０００４】そして複数個のマーカーの各空間座標は、
それぞれに対応する、体表面に取り付けられた複数個の
マーカーの実空間座標と関連付けられる（いわゆるキャ
リブレーション）。この対応付けによって実空間座標を
画像空間座標に変換する変換値が算出され、手術器具の
位置を検出する位置検出手段からの実空間座標を画像空
間座標に変換する。そして変換された手術器具の画像空
間座標に応じた断層像が画像選択手段によって前記画像
記憶手段から選択され、選択された断層像上の、画像空
間座標の示す位置に画像合成手段が手術器具の位置を示
す所定パターンを重ね合わせ、これが表示手段に表示さ
れる。そして、術者はこの断層像と手術器具を示す所定
パターンの合成画像を見ながら手術を行う。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、断層像撮影装置の空間分解能には限界
があり、それにより撮影される断層像は一定の深み（例
えば、２ｍｍ〜１０ｍｍ程度）を有する。この深みは空
間分解能とほぼ一致した深さ（スライス厚）であり、こ
のスライス厚分の情報が重畳した断層像となる。このた
め断層像の平面上の座標は正確であるがスライス厚方向
の座標はスライス厚のために誤差を含むので、断層像上
に描出されたマーカーを指示してこれをマーカーの画像
空間座標とすると、これに基づいて設定される断層像の
画像空間座標には誤差を含むという問題点がある。した
がって、手術器具の位置表示装置では、スライス厚方向
について正確に手術器具の位置が表示されにくいという
問題点がある。 【０００６】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、マーカーの画像空間座標を正確に求
めることによって、断層像の空間座標軸を正確に設定す
ることができる断層像の空間座標設定装置を提供するこ
とを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明に係る断層像の空間座標設定装置は、被検
体の関心部位の体表面に複数個のマーカーを取り付けた
状態で複数枚の断層像を撮影し、これらの複数枚の断層
像によって構成される空間の座標を設定する装置であっ
て、（ａ）Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置などの固有の画像
空間を有する断層像撮影装置によって所定のスライス厚
で撮影して得られた、複数個のマーカーを含む被検体の
関心部位の位置ごとの断層像の画像データを予め記憶す
る第１画像記憶手段と、（ｂ）前記断層像撮影装置によ
って所定のスライス厚で撮影して得られた前記第１画像
記憶手段に記憶されている断層像のスライス面と交差す
る断層像であって、前記マーカーを含む被検体の関心部
位の位置ごとの断層像の画像データを予め記憶する第２
画像記憶手段と、（ｃ）前記第１画像記憶手段および第
２画像記憶手段に記憶されている断層像を表示する表示
手段と、（ｄ）前記表示手段に表示された断層像上のマ
ーカーの位置を指示する指示手段と、（ｅ）前記指示さ
れたマーカーの位置の画像空間座標を算出する空間座標
算出手段と、（ｆ）前記表示手段に前記第１画像記憶手
段の断層像が表示されている際に、指示手段によって指
示された位置であって、前記空間座標算出手段によって
算出された各マーカーの画像空間座標を記憶する第１座
標記憶手段と、（ｇ）前記表示手段に前記第２画像記憶
手段の断層像が表示されている際に、指示手段によって
指示された位置であって、前記空間座標算出手段によっ
て算出された各マーカーの画像空間座標を記憶する第２
座標記憶手段と、（ｈ）前記第１／第２座標記憶手段の
各マーカーの画像空間座標に基づき、スライス厚方向の
法線に平行であって、かつ、各マーカーの画像空間座標
を通って前記スライス厚の長さをもつ各線分をそれぞれ
について算出するとともに、対応するマーカー同士の線
分が交差する点、または線分同士の最短距離の中点の画
像空間座標を各マーカーの画像空間座標として算出する
マーカー空間座標算出手段と、を備えたことを特徴とす
るものである。 【０００８】 【作用】この発明の作用は次のとおりである。第１／第
２画像記憶手段に記憶されている断層像を表示手段に表
示し、そのとき断層像に描出されているマーカーの位置
を指示手段で指示する。空間座標算出手段は、この指示
されたマーカーの位置に基づきスライス厚を考慮せずに
画像空間座標を算出する。算出された各マーカーの画像
空間座標は、それぞれ第１座標記憶手段および第２座標
記憶手段に記憶される。 【０００９】前記第１座標記憶手段に記憶された第１画
像記憶手段の断層像に描出されている各マーカーの画像
空間座標のうち、その断層像の平面上の座標は正確であ
る。この正確な平面上の座標に基づいてマーカー空間座
標算出手段は、まず、スライス厚方向の法線に平行であ
って、かつ、各マーカーの画像空間座標を通って前記ス
ライス厚の長さをもつ線分を各マーカーについて算出す
る。 【００１０】次にマーカー空間座標算出手段は、同様に
第２座標記憶手段に記憶された第２画像記憶手段の断層
像に描出されている各マーカーの画像空間座標のうち、
平面上の座標に基づいてスライス厚方向の法線に平行で
あって、かつ、各マーカーの画像空間座標を通って前記
スライス厚の長さをもつ線分を各マーカーについて算出
する。 【００１１】次にマーカー空間座標算出手段は、前記各
マーカーのスライス厚の長さをもつ線分のうち、対応す
るマーカー同士の線分が交差する点を求めてこれを各マ
ーカーの画像空間座標とする。各マーカーの線分は、そ
れぞれスライス面が交差するように撮影された第１画像
記憶手段と第２画像記憶手段の断層像に描出されたマー
カーの画像空間座標に基づいて算出されているので、そ
の交点の画像空間座標は、第１座標記憶手段と第２座標
記憶手段のそれぞれの正確な平面上の座標だけから算出
されることになる。したがって、スライス厚による誤差
の影響を受けることなくマーカーの画像空間座標を正確
に算出することができる。 【００１２】また、マーカーの位置を指示手段で指示す
る際に、その指示の仕方によっては平面上の座標がずれ
ることがある。このような場合には、第１／第２座標記
憶手段に記憶された画像空間座標に基づいて算出された
各マーカーの線分のうち、対応するマーカー同士の線分
が交差しないときがあるので、マーカー空間座標算出手
段は、両線分の最短距離の中点の画像空間座標を求めて
これをマーカーの画像空間座標として算出する。これに
よって両線分が交差するはずであった点、すなわち、マ
ーカーの画像空間座標を誤差少なく算出することができ
る。 【００１３】 【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は、本発明の一実施例である断層像の空
間座標設定装置の概略構成を示すブロック図である。図
中、断層像の空間座標設定装置１は、Ｘ線ＣＴ装置やＭ
ＲＩ装置などの固有の画像空間を有する断層像撮影装置
によって撮影された断層像を記憶するための第１画像メ
モリ２と、第２画像メモリ３を備えている。これらはこ
の発明における第１画像記憶手段と第２画像記憶手段に
相当し、ハードディスク装置などの外部記憶装置によっ
て構成されている。 【００１４】空間座標算出部４は、まず、第１画像メモ
リ２および第２画像メモリ３に記憶されている断層像
を、表示手段に相当するモニタ５に表示する。そして、
そのとき断層像に描出されているマーカーの位置が操作
者によって指示部６を介して指示される。この指示され
たマーカーの位置に基づいて、空間座標算出部４はマー
カーの画像空間座標を算出する。この算出されたマーカ
ーの画像空間座標は、画像メモリ２，３に応じてそれぞ
れ第１座標メモリ７，第２座標メモリ８に記憶される。
なお、指示部６と第１／第２座標メモリ７，８は、それ
ぞれこの発明における指示手段と第１／第２座標記憶手
段に相当する。 【００１５】マーカー空間座標算出部９は、第１／第２
座標メモリ７，８に記憶されている各マーカーの画像空
間座標に基づいて、断層像撮影時のスライス厚方向の法
線に平行であって、かつ、各マーカーの画像空間座標を
通ってスライス厚の長さをもつ各線分をそれぞれについ
て算出するとともに、第１／第２座標メモリ７，８の対
応するマーカー同士の線分が交差する点、または線分同
士の最短距離の中点の画像空間座標を各マーカーの画像
空間座標として算出する機能を有する。 【００１６】次に、図２ないし図８を参照して、この断
層像の空間座標設定装置１の動作について説明する。図
２は、断層像撮影装置の一例であるＭＲＩ装置１０の外
観を示す斜視図である。 【００１７】図中、符号１１は、静磁場、傾斜磁場、Ｒ
Ｆ磁場を適宜発生し、それによって被検体Ｍから発生し
た信号を検出するガントリである。このガントリ１１の
中央部付近の開口部には、移動寝台１２に横臥した被検
体Ｍの関心部位が位置するようになっている。このＭＲ
Ｉ装置１０は、この装置の固有の画像空間をもってお
り、ガントリ１１の所定位置（例えば、開口部中心）を
基準に（ＸMRI ，ＹMRI ，ＺMRI ）と定められている。 【００１８】次に、断層像の空間座標設定装置１の動作
を示した図３のフローチャートを参照する。 【００１９】まず、被検体Ｍの関心部位（この例では、
被検体Ｍの頭部を関心部位としている）の適宜の位置
に、４個のマーカーＰ1 〜Ｐ4 を取り付ける（図４を参
照）。ここでは頭頂部にマーカーＰ1 を、鼻根部にマー
カーＰ2 を、そして両耳の下部にマーカーＰ3,Ｐ4 を取
り付けている。これらのマーカーＰ1 〜Ｐ4 は、Ｘ線非
透過材料によって構成されている。なお、関心部位に取
り付けるマーカーの個数は、３個であってもよい。 【００２０】ステップＳ１では、ＭＲＩ装置１０のスラ
イス厚ｄを例えば５ｍｍという所定値に設定し、マーカ
ーＰ1 〜Ｐ4 を含む関心部位を対象にして複数のスライ
ス面Ｓ11〜Ｓ1nの断層像を撮影する（図４を参照）。こ
こでスライス面は、図２に示したＭＲＩ装置１０の固有
の画像空間のＸMRI −ＹMRI 面であり、撮影によって得
られた断層像Ｉ11〜Ｉ1nは、図５の模式図に示すように
なる。この断層像Ｉ11〜Ｉ1nは、固有の画像空間座標
（ＸMRI ，ＹMRI ，ＺMRI ）で第１画像メモリ２に記憶
される。 【００２１】ステップＳ２では、ステップＳ１で撮影し
た断層像のスライス面と交差するスライス面で、断層像
を所定のスライス厚ｄで撮影する。撮影は、マーカーＰ
1 〜Ｐ4 を含む関心部位を対象とし、複数のスライス面
Ｓ21〜Ｓ2nの断層像を撮影する（図４を参照）。ここで
は、スライス面を図２に示したＭＲＩ装置１０の固有の
画像空間のでＸMRI −ＺMRI 面とし、撮影によって得ら
れた断層像Ｉ21〜Ｉ2nは、図６の模式図に示すようにな
る。この断層像Ｉ21〜Ｉ2nは、固有の画像空間座標（Ｘ
MRI ，ＹMRI ，ＺMRI ）で第２画像メモリ３に記憶され
る。 【００２２】ステップＳ３では、第１画像メモリ２およ
び第２画像メモリ３に記憶されている断層像Ｉ11〜Ｉ1n
および断層像Ｉ21〜Ｉ2nをモニタ５に表示し、これらの
断層像に描出されている各マーカーＰ1 〜Ｐ4 の位置を
指示部６を介して操作者が指示する。具体的には、空間
座標算出部４が第１画像メモリ２中の断層像Ｉ11〜Ｉ1n
をモニタ５に順次に表示する。一例として、断層像Ｉ11
がモニタ５に表示されている状態を図７の模式図に示
す。そして、操作者はモニタ５に表示された断層像中の
マーカーＰ1 の位置に、指示部６を介してポインタＣを
移動させることによって、マーカーＰ1 の位置を指示す
る。空間座標算出部４は、この指示された位置に基づい
て画像空間座標を算出し、第１座標メモリ７に記憶する
（ステップＳ４）。このように第１画像メモリ２に記憶
されている断層像Ｉ11〜Ｉ1nをモニタ５に順次表示し、
指示部６を介してマーカーの位置を指示することによっ
て、各マーカーＰ1 〜Ｐ4 の画像空間座標が第１座標メ
モリ７に記憶される。 【００２３】なお、第１座標メモリ７に記憶された各マ
ーカーＰ1 〜Ｐ4 の画像空間座標は、ＭＲＩ装置１０の
スライス厚ｄのためにＺMRI 方向に誤差を含んでいる。
これはＭＲＩ装置１０によって収集された断層像、例え
ば断層像Ｉ11には、スライス面Ｓ11を中心にＺMRI 軸に
沿う方向（スライス厚方向）のスライス厚ｄの範囲内の
画像情報が含まれているためである（図４参照）。した
がって、断層像Ｉ11に描出されたマーカーＰ1 の位置を
マーカーＰ1 の画像空間座標とすると、〔ＸMR I とＹ
MRI とは正確であるが〕ＺMRI は、最大でスライス厚ｄ
となるΔＺ分の誤差を含むことになる。 【００２４】同様に第２画像メモリ３の断層像Ｉ21〜Ｉ
2nをモニタ５に表示し、その位置を指示部６を介して指
示することにより、第２座標メモリ８に各マーカーＰ1
〜Ｐ4 の画像空間座標が記憶される（ステップＳ４）。
一例として、断層像Ｉ21がモニタ５に表示された状態を
図８の模式図に示す。 【００２５】なお、第２座標メモリ８に記憶された各マ
ーカーＰ1 〜Ｐ4 の画像空間座標は、上記の理由によっ
てＹMRI 方向に誤差を含んでいる。したがって、断層像
Ｉ21に描出されたマーカーＰ1 の位置をマーカーＰ1 の
画像空間座標とすると、〔ＸMRI とＺMRI とは正確であ
るが〕ＹMRI は、最大でスライス厚ｄとなるΔＹ分の誤
差を含むことになる。 【００２６】ステップＳ５では、第１座標メモリ７（第
２座標メモリ８）中の各マーカーＰ1 〜Ｐ4 の画像空間
座標に基づいて、スライス厚方向の法線に平行であっ
て、かつ、各マーカーの画像空間座標を通ってスライス
厚ｄの長さをもつ線分を各マーカー毎に算出する。 【００２７】具体的には、スライス面Ｓ11からなる断層
像Ｉ11に描出されたマーカーＰ1 の正確なＸMRI ，Ｙ
MRI 座標に基づき、スライス厚方向の法線に平行であっ
て、かつ、マーカーＰ1 の画像空間座標を通ってスライ
ス厚ｄの長さをもつ線分Ｌ11を算出する（図９を参
照）。同様に各マーカーについて線分を算出する。さら
に、スライス面Ｓ21からなる断層像Ｉ21に描出されたマ
ーカーＰ1 の正確なＸMRI ，ＺMRI 座標に基づき、スラ
イス厚方向の法線に平行であって、かつ、マーカーＰ1
の画像空間座標を通ってスライス厚ｄの長さをもつ線分
Ｌ21を算出する。同様に各マーカーについて線分を算出
する。 【００２８】ステップＳ６では、ステップＳ５で算出し
た各マーカーＰ1 〜Ｐ4 の線分のうち、対応するマーカ
ー同士の線分が交差する点、または線分同士の最短距離
の中点の画像空間座標を算出する。 【００２９】具体的には、ステップＳ５で算出したマー
カーＰ1 の線分Ｌ11，Ｌ21が交差する点ＣＰ1 の画像空
間座標を算出（図９および図１０参照）し、これをマー
カーＰ1 の画像空間座標とする。同様に各マーカーにつ
いて交差する点の画像空間座標を算出し、これを各マー
カーの画像空間座標とする。 【００３０】また、ステップＳ３でのマーカー位置の指
示の仕方によっては、対応するマーカー同士の線分が交
差しない場合がある。この場合には、図１１に示すよう
に、線分Ｌ11と線分（紙面に垂直な線分）Ｌ21との最短
距離を算出し、この距離の中点を算出してマーカーＰ1
の画像空間座標とする。これによって、マーカー位置の
指示時の誤差によってマーカーの画像空間座標を算出で
きないとういう事態を回避することができる。 【００３１】このように、各マーカーの画像空間座標
は、第１座標メモリ７と第２座標メモリ８に記憶されて
いる正確な平面上の座標に基づいて算出されるので、ス
ライス厚による誤差の影響を受けることなくマーカーの
画像空間座標を正確に算出することができる。結果、断
層像の画像空間座標を正確に設定することができる。 【００３２】また、マーカーの位置を指示部で指示する
際に、その指示の仕方によっては平面上の座標がずれる
ことがある。このような場合に起こる、対応するマーカ
ー同士の線分が交差しない場合も含めてマーカー空間座
標算出手段は、両線分の最短距離の中点の空間座標を求
めてこれをマーカーの画像空間座標として算出するの
で、マーカーの画像空間座標を誤差少なく算出すること
ができる。結果、断層像の画像空間座標を正確に設定す
ることができる。 【００３３】なお、上記の実施例では、第２画像メモリ
８に、第１画像メモリ７のスライス面（ＸMRI ，
ＹMRI ）とは直交するスライス面（ＸMRI ，ＺMRI ）を
有する断層像を記憶するようにしたが、この発明はこれ
に限定されるものではなく、第１画像メモリ７に記憶し
た断層像のスライス面と交差するスライス面であればよ
い。 【００３４】次に、図１２を参照する。この装置は、上
述した断層像の空間座標設定装置１を利用して被検体に
差し入れられる手術器具の位置を断層像に重ね合わせ表
示する手術器具の位置表示装置である。 【００３５】図中、符号２１は、被検体Ｍが載せられた
手術台である。符号２２は、手術中に術者によって被検
体Ｍに差し入れられる手術器具である。なお、この手術
器具２２は、手術において関心部位に直接作用しない単
なる器具も含んでいる。例えば、切開した関心部位内に
現れた腫瘍などが関心部位内のどの位置にあるのかを確
認するための棒状の指示器具も含むものとする。手術台
２１上には３次元方向にそれぞれ磁界を発生させる磁気
ソース２３ａが、被検体Ｍとの相対位置が変化しないよ
うに配備されている。なお、この磁気ソース２３ａは被
検体Ｍ自身に取り付け固定されてもよい。手術器具２２
には磁気ソース３３ａから発生された３次元の磁界を検
出する磁気センサ２３ｂが取り付けられている。 【００３６】図１３に示すように、磁気ソース２３ａ
は、３次元方向Ｘ，Ｙ，Ｚにそれぞれ磁界を発生させる
３つのコイル２３aX，２３aY，２３aZから構成されてい
る。磁気ソース２３ａは駆動回路２４に接続され、この
駆動回路２４から交流電流を与えられることにより３次
元の磁界Ｈを発生する。磁気センサ２３ｂも同様に、互
いに直交した３つのコイル２３bX，２３bY，２３bZから
構成されている。磁気センサ２３ｂは、検出回路２５に
接続されている。この検出回路２５は、各コイル２
３bX，２３bY，２３bZからの検出信号を増幅して、適宜
のデジタル信号に変換した位置データを出力する。磁気
ソース２３ａ、磁気センサ２３ｂ、駆動回路２４、検出
回路２５、および後述する位置算出部２９は、位置検出
手段を構成する。 【００３７】画像処理コンピュータ２６は、主として手
術器具２２の先端部の位置算出、位置情報に応じた画像
の選択、選択された画像上への手術器具２２のパターン
の合成を行うものである。その内部構成を機能的に大別
すると、位置算出部２７、変換値算出部２８、位置変換
部２９、画像選択部３０、画像合成部３１となる。 【００３８】位置算出部２７は、検出回路２５からの位
置データに基づいて、磁気センサ２３ｂの３次元位置
（実空間座標）および方向を算出する。なお、上述した
磁気ソース２３ａおよび磁気センサ２３ｂを使って磁気
センサ２３ｂの実空間座標および方向を算出する手法
は、例えば、特開平３−２６７０５４号によって知られ
ているので、ここでの説明は省略する。変換値算出部２
８は、手術器具の位置表示装置の実空間座標を断層像撮
影装置の固有の空間座標に変換するための変換値を算出
する。この変換値を算出する際の動作は、いわゆるキャ
リブレーションと呼ばれ、これについては後述する。 【００３９】位置変換部２９は、位置算出部２７からの
位置情報（実空間座標，方向）を変換値算出部２８の変
換値を用いて画像空間座標に変換し、変換位置情報とし
て出力する。画像選択部３０は、位置変換部２９からの
変換位置情報に基づき、第１画像メモリ２から所要の断
層像の画像データを選択するもので、画像選択手段を構
成する。 【００４０】画像合成部３１は、画像選択部３０によっ
て選択された画像上の、位置変換部２９によって求めら
れた変換位置情報の示す位置に手術器具２２の位置を示
す所定パターンを重ね合わせる。この画像合成部１５
は、画像合成手段を構成する。画像合成部３１で合成さ
れた画像は、断層像の空間座標設定装置１のモニタ５に
与えられる。 【００４１】次にキャリブレーションについて説明す
る。手術台２１上には、被検体Ｍが横臥しており、その
関心部位である頭部には、上述した断層像の収集時に取
り付けたマーカーＰ1 〜Ｐ4 がある。そして各マーカー
Ｐ1 〜Ｐ4 を手術器具２２の先端部で指示するごとに、
図示しないキーボードなどの入力手段で手術器具２２の
先端部位置の格納を指示し、その位置情報（実空間座
標，方向）は、変換値算出部２８に格納される。変換値
算出部２８は、この各マーカーの位置情報（実空間座
標，方向）と、マーカー空間座標算出部９の各マーカー
の画像空間座標とから、実空間座標を画像空間座標に変
換する変換値を算出する。 【００４２】キャリブレーションが終了すると、手術に
移行する。術者は、手術器具２２を被検体Ｍの体内に差
し入れる。すると手術器具２２に取り付けられた磁気セ
ンサ２３ｂの位置情報（実空間座標，方向）が位置算出
部２７によって算出されるとともに、磁気センサ２３ｂ
からは定点に位置する手術器具２２の先端部の位置も算
出される。そして算出された手術器具２２の位置情報
（実空間座標，方向）は、位置変換部２９に与えられ
る。位置変換部２９は、変換値によって実空間座標を画
像空間座標に変換し、位置情報を変換位置情報として画
像選択部３０と画像合成部３１に与える。画像選択部３
０は、変換位置情報に応じた画像データを第１画像メモ
リ２から選択する。画像合成部３１は、選択された画像
上の、前記変換位置情報の示す位置に、手術器具２２の
位置を示す所定パターンＰＴを重ね合わせてモニタ５に
出力する。このときモニタ５に表示される合成画像を図
１４の模式図に示す。モニタ５には、マーカーＰ1 とと
もに断層像Ｉ11が表示され、断層像Ｉ11上には手術器具
２２を示す所定パターンＰＴが表示される。 【００４３】なお、キャリブレーション時には断層像上
の各マーカーの画像空間座標と、手術器具２２の先端部
で被検体Ｍ上の各マーカーを指示した際の実空間座標と
から、実空間座標を画像空間座標に変換する変換値を算
出するが、断層像上の各マーカーの画像空間座標は、上
述したように互いに交差する複数のスライス面からなる
断層像に基づいて算出しているので、スライス厚による
誤差はなく正確にキャリブレーションを行うことができ
る。したがって、正確に手術器具の位置が断層像上に表
示され、結果、医療ミスなどの発生を抑えることができ
る。 【００４４】なお、本実施例では、スライス面が交差す
る二方向の断層像からマーカーの画像空間座標を算出し
ているが、この発明ではこれに限らず、スライス面が交
差する三方向以上の断層像を用いてもよい。この場合、
各方向の断層像に描出されているマーカーの画像空間座
標から３本の線分を求め、それらの交点をマーカーの画
像空間座標とする。また、３本の線分が必ずしも交差し
ない場合には、最も離れている２本の線分の中点をマー
カーの画像空間座標としてもよいし、また、画像空間上
の任意の点からすべての線分への距離の２乗和を求め、
その値が最小となる点をマーカーの画像空間座標として
もよい。 【００４５】また、この実施例では磁気ソース２３ａお
よび磁気センサ２３ｂ等を用いて手術器具２２の位置を
検出したが、この発明はこれに限定されることなく、例
えば、手術器具２２を多関節のアームの先端に取付け、
各関節部分でアームの角度を検出することにより、手術
器具２２の位置を検出するように構成してもよい。この
ように構成することにより、磁気ソース２３ａによって
形成されている磁界を乱すような磁性体や導電体などか
ら構成される器具を使用することができる。 【００４６】なお、この実施例では手術器具の位置表示
装置を例に採って説明したが、マーカーを被検体の体表
面に取り付けた状態で断層像を収集し、その断層像に重
ね合わせ表示を行う装置であれば、種々の装置に適用す
ることができる。例えば、ＳＱＵＩＤ（Superconductin
g Quantum Interference Device ：超電導量子干渉計）
装置において、生体活動電流源によって形成される微小
な磁界を計測し、その磁界が検出された位置に応じた断
層像と磁界を示す所定パターンとを重ね合わせ表示する
ようにしてもよい。この場合は、マーカーを被検体の関
心部位に取り付けて断層像を収集し、その後、マーカー
の位置に磁界の位置検出コイルを取り付けるようにす
る。 【００４７】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、各マーカーの画像空間座標は、第１座標記
憶手段と第２座標記憶手段に記憶されている正確な平面
上の座標に基づいて算出されるので、スライス厚による
誤差の影響を受けることなくマーカーの画像空間座標を
正確に算出することができる。結果、断層像の空間座標
軸を正確に設定することができる。 【００４８】また、マーカーの位置を指示手段で指示す
る際に、その指示の仕方によっては平面上の座標がずれ
ることがある。このような場合に起こる、対応するマー
カー同士の線分が交差しない場合も含めてマーカー空間
座標算出手段は、両線分の最短距離の中点の画像空間座
標を求めてこれをマーカーの画像空間座標として算出す
るので、マーカーの画像空間座標を誤差少なく算出する
ことができる。結果、断層像の空間座標軸を正確に設定
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る断層像の空間座標設定装置の概略
構成を示すブロック図である。 【図２】Ｘ線ＣＴ装置を示す斜視図である。 【図３】動作を示すフローチャートである。 【図４】断層像の収集の説明に供する図である。 【図５】断層像の収集の説明に供する図である。 【図６】断層像の収集の説明に供する図である。 【図７】断層像に描出されたマーカーの位置を指示する
際の動作説明に供する図である。 【図８】断層像に描出されたマーカーの位置を指示する
際の動作説明に供する図である。 【図９】二つの線分から交点を求める際の説明に供する
図である。 【図１０】二つの線分から交点を求める際の説明に供す
る図である。 【図１１】二つの線分の交点がない場合の説明に供する
図である。 【図１２】実施例に係る手術器具の位置表示装置の概略
構成を示すブロック図である。 【図１３】磁気ソースおよび磁気センサの説明図であ
る。 【図１４】術中における手術器具の位置表示を示す模式
図である。 【符号の説明】 １ … 断層像の空間座標設定装置 ２ … 第１画像メモリ ３ … 第２画像メモリ ４ … 空間座標算出部 ５ … モニタ ６ … 指示部 ７ … 第１座標メモリ ８ … 第２座標メモリ ９ … マーカー空間座標算出部 １０ … ＭＲＩ装置 Ｍ … 被検体 Ｐ1 〜Ｐ4 … マーカー
構成を示すブロック図である。 【図２】Ｘ線ＣＴ装置を示す斜視図である。 【図３】動作を示すフローチャートである。 【図４】断層像の収集の説明に供する図である。 【図５】断層像の収集の説明に供する図である。 【図６】断層像の収集の説明に供する図である。 【図７】断層像に描出されたマーカーの位置を指示する
際の動作説明に供する図である。 【図８】断層像に描出されたマーカーの位置を指示する
際の動作説明に供する図である。 【図９】二つの線分から交点を求める際の説明に供する
図である。 【図１０】二つの線分から交点を求める際の説明に供す
る図である。 【図１１】二つの線分の交点がない場合の説明に供する
図である。 【図１２】実施例に係る手術器具の位置表示装置の概略
構成を示すブロック図である。 【図１３】磁気ソースおよび磁気センサの説明図であ
る。 【図１４】術中における手術器具の位置表示を示す模式
図である。 【符号の説明】 １ … 断層像の空間座標設定装置 ２ … 第１画像メモリ ３ … 第２画像メモリ ４ … 空間座標算出部 ５ … モニタ ６ … 指示部 ７ … 第１座標メモリ ８ … 第２座標メモリ ９ … マーカー空間座標算出部 １０ … ＭＲＩ装置 Ｍ … 被検体 Ｐ1 〜Ｐ4 … マーカー
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(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61B 5/055
A61B 6/03
A61B 19/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 被検体の関心部位の体表面に複数個のマ
ーカーを取り付けた状態で複数枚の断層像を撮影し、こ
れらの複数枚の断層像によって構成される空間の座標を
設定する装置であって、（ａ）Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装
置などの固有の画像空間を有する断層像撮影装置によっ
て所定のスライス厚で撮影して得られた、複数個のマー
カーを含む被検体の関心部位の位置ごとの断層像の画像
データを予め記憶する第１画像記憶手段と、（ｂ）前記
断層像撮影装置によって所定のスライス厚で撮影して得
られた前記第１画像記憶手段に記憶されている断層像の
スライス面と交差する断層像であって、前記マーカーを
含む被検体の関心部位の位置ごとの断層像の画像データ
を予め記憶する第２画像記憶手段と、（ｃ）前記第１画
像記憶手段および第２画像記憶手段に記憶されている断
層像を表示する表示手段と、（ｄ）前記表示手段に表示
された断層像上のマーカーの位置を指示する指示手段
と、（ｅ）前記指示されたマーカーの位置の画像空間座
標を算出する空間座標算出手段と、（ｆ）前記表示手段
に前記第１画像記憶手段の断層像が表示されている際
に、指示手段によって指示された位置であって、前記空
間座標算出手段によって算出された各マーカーの画像空
間座標を記憶する第１座標記憶手段と、（ｇ）前記表示
手段に前記第２画像記憶手段の断層像が表示されている
際に、指示手段によって指示された位置であって、前記
空間座標算出手段によって算出された各マーカーの画像
空間座標を記憶する第２座標記憶手段と、（ｈ）前記第
１／第２座標記憶手段の各マーカーの画像空間座標に基
づき、スライス厚方向の法線に平行であって、かつ、各
マーカーの画像空間座標を通って前記スライス厚の長さ
をもつ各線分をそれぞれについて算出するとともに、対
応するマーカー同士の線分が交差する点、または線分同
士の最短距離の中点の画像空間座標を各マーカーの画像
空間座標として算出するマーカー空間座標算出手段と、
を備えたことを特徴とする断層像の空間座標設定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17329794A JP3446317B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 断層像の空間座標設定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17329794A JP3446317B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 断層像の空間座標設定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0810265A JPH0810265A (ja) | 1996-01-16 |
| JP3446317B2 true JP3446317B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=15957837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17329794A Expired - Fee Related JP3446317B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 断層像の空間座標設定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3446317B2 (ja) |
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| JP4571294B2 (ja) * | 2000-10-24 | 2010-10-27 | ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー | 磁気共鳴映像システム |
| US7277564B2 (en) * | 2002-11-26 | 2007-10-02 | Ge Medical Systems Information Technologies, Inc. | Method and system for labeling of orthogonal images |
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| US9826942B2 (en) | 2009-11-25 | 2017-11-28 | Dental Imaging Technologies Corporation | Correcting and reconstructing x-ray images using patient motion vectors extracted from marker positions in x-ray images |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0721355A (ja) * | 1993-07-05 | 1995-01-24 | Shimadzu Corp | 画像内位置変換方法 |
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| JPH07313527A (ja) * | 1994-05-27 | 1995-12-05 | Shimadzu Corp | 手術器具の位置表示装置 |
| JP3482690B2 (ja) * | 1994-05-31 | 2003-12-22 | 株式会社島津製作所 | 手術器具の位置表示装置 |
| JP3217593B2 (ja) * | 1994-06-28 | 2001-10-09 | 徹 早川 | 手術器具の位置表示装置 |
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1994
- 1994-06-30 JP JP17329794A patent/JP3446317B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0810265A (ja) | 1996-01-16 |
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