JP5191167B2 - 医用ガイドシステム - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。図1は医用ガイドシステムの構成を示すブロック図である。図2は姿勢検出用コイルの構成を示す図である。図3は、画像処理装置の構成を示すブロック図である。図4は、参照画像記憶部に記憶されている参照画像データを概念的に示す図である。図5は、特徴点リストを示す表である。図6は、ボクセル空間の構成を示す図である。図7は、補正条件テーブルを示す表である。図8は、送信アンテナ上に定義された原点および直交座標系等を示す図である。図9は、超音波断層像マーカの様子を示す図である。図10は、3次元人体画像データを示す図である。図11及び図12は、3次元ガイド画像データを示す図である。図13は、表示装置に表示される3次元ガイド画像を示す図である。
a)図中、点線で示した光学像に関わる情報の流れ
b)図中、破線で示した超音波断層像に関わる情報の流れ
c)図中、実線で示した、位置及び配向に関わる情報の流れ
d)図中、一点鎖線で示した、参照画像データに関わる情報の流れ
e)図中、太線で示した、最終的な画面表示に関わる情報の流れ
f)図中、流曲線で示した、上記以外の制御に関わる情報の流れ
なお、各矢印線で示した上記の情報の流れは、あくまでも動作の概略を説明するためのものであり、同じ線種が同一のデータを示すものではない。すなわち、図中において同一の線種の矢印線であっても、互いに異なる位置の矢印線であれば、手前の回路により変換や処理が施された後の互いに内容が異なる情報を示すものである。
硬性部21に配設された図示しない照明装置により、撮像装置27の視野に照明光が照射され、撮像装置27は、視野内の光学的画像を取得し、CCD信号として光学観察装置10へ出力する。光学観察装置10は、CCD信号に基づいて画像データを作成し、この画像データを光学像データとして画像処理装置5の表示回路68のスイッチ69の入力端子69βへ出力する。
OA1=OS(t1)+a1×W(t1)+ b1×W3(t1)+ c1×W12(t1)
と表される。この式により、a1、b1、c1は定数(スカラー量)として算出される。ここで、姿勢検出用コイル43に対する剣状突起位置A1の相対的な位置は略一定なものと仮定し、時刻tでの剣状突起の位置ベクトルOA1(t)を、
OA1(t)=OS(t)+a1×W(t)+ b1×W3(t)+ c1×W12(t)
と推定する。同様にOA2(t)、OA3(t)、OA4(t)も推定する。
OP=OO”(tp)+e×V(tp)+ f×V3(tp)+ g×V12(tp)
と表せる。ここで、e、f、gは光学観察窓24と画像位置配向検出用コイル44との位置関係(設計値)から決まる既知の定数である。同様にして、体腔内特徴点Qの位置ベクトルOQ、体腔内特徴点Rの位置ベクトルORも算出される。
画像位置配向検出用コイル44および姿勢検出用コイル43の位置及び配向の情報を有するものである。すなわち、ステップS64において取得される位置配向データは、超音波断層像の中心O”の位置ベクトルOO”と、超音波断層像の配向を示す単位ベクトルV、V3、V12と、姿勢検出用コイル43の位置ベクトルOSと、配向を表す単位ベクトルW、W3、W12の情報を有する。
Gx’=e1/e1’
Gy’=e2/e2’
Gz’=e3/e3’
一方、上述した平行移動補正時に定めた点D’から、画像位置配向検出用コイル44の位置O”の第1の写像である写像ラジアル走査面中心C’へのベクトルD’C’と定義する。
ベクトルD’C’=(d1・i’ d2・j’ d3・k’)
補正ベクトルD’C”は、以下のように表現される。
補正ベクトルD’C”=(Gx’・d1・i’ Gy’・d2・j’ Gz’・d3・k’)
そして、上述した平行移動補正特徴点Dの位置ベクトルO’Dと、補正ベクトルD’C”の和を求めることにより、位置ベクトルOC”が算出される。この位置ベクトルOC”により表されるボクセル空間(直交座標軸O’−x’y’z’)上の点C”を、縮尺補正後の画像位置配向検出用コイル44の位置とする。すなわち、点C”が、実空間(直交座標軸O−xyz)における画像位置配向検出用コイル44の位置の第2の写像である。
以下に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態は、第1の実施形態に対して、縮尺補正の方法のみが異なり、装置構成は同一である、よって以下ではこの相違点のみを説明するものとする。
(付記1)
被検体の体腔内へ挿入され、前記体腔内への挿入側先端に前記被検体内の画像を作成するための信号を取得する画像信号取得手段を設けた体腔内プローブと、
前記画像信号取得手段が取得した信号から前記被検体内のリアルタイム画像を作成する画像作成手段と、
前記画像信号取得手段に対して位置を固定された画像位置配向検出用素子と、
前記画像位置配向検出用素子の位置と配向と、前記体表検出用素子の位置もしくは配向を検出し、検出値として出力する検出手段と、
人体の3次元データから前記被検体内の前記リアルタイム画像の前記被検体に対する位置もしくは配向をガイドするガイド画像を作成するガイド画像作成手段と、
を設けたことを特徴とする医用ガイドシステムにおいて、
前記ガイド画像作成手段が、前記検出手段が出力した前記画像位置配向検出用素子の位置と配向と、前記体表検出用素子の位置もしくは配向の検出値を基に前記ガイド画像を作成する際、前記画像位置配向検出用素子で検出した複数の位置の検出値により前記ガイド画像に補正処理を施す補正手段と、
を設けたことを特徴とする医用ガイドシステム。
前記補正処理が、前記体腔内検出用素子で検出した複数の位置の間の距離と、前記人体の3次元データにおける同一位置の間の距離と、の関係を利用した補正であることを特徴とする付記1に記載の医用ガイドシステム。
前記体腔内プローブの前記先端部位の体腔内での位置に応じて、前記補正処理の有無を切り替えたこと、を特徴とする付記1又は2に記載の医用ガイドシステム。
前記体腔内プローブの前記先端部位の体腔内での位置に応じて、前記補正処理ので使用する前記検出値を切り替えたことを特徴とする付記1から3のいずれか一項に記載の医用ガイドシステム。
平行移動補正のみの(単数の位置の検出値により前記ガイド画像に補正処理を施す)場合に、付記4のように切り替えたことを特徴とする医用ガイド装置。
医用器具の位置及び配向と、被検体体表における複数の体表特徴点の位置と、被検体体腔内における少なくとも一つの体腔内特徴点の位置を検出する検出部と、
前記医用器具を前記被検体に対して使用する以前に取得された、人体の臓器及び器官の少なくとも一方の解剖学的な位置情報を有する参照画像データを記憶する記憶部と、
前記複数の体表特徴点のそれぞれに解剖学的に対応した、前記参照画像データにおける複数の参照画像体表特徴点と、前記体腔内特徴点に解剖学的に対応した、前記参照画像データにおける参照画像体腔内特徴点と、の位置を取得する参照画像特徴点取得部と、
前記複数の体表特徴点により定義される座標系で表された前記医用器具の位置及び配向を、前記複数の参照画像体表特徴点により定義される参照画像座標系に写像した第1の写像を作成することにより、前記参照画像データ中における前記医用機器の位置及び配向をリアルタイムに示すガイド画像を作成するガイド画像作成部と、
を具備する医用ガイドシステムであって、
前記ガイド画像作成部は、前記第1の写像を作成後に、前記参照画像データ中において、前記体腔内特徴点を前記参照画像体腔内特徴点に一致させるよう前記第1の写像を平行移動させる平行移動補正を実施した後に、ガイド画像を作成することを特徴とする医用ガイドシステム。
前記体腔内特徴点及び前記参照画像体腔内特徴点は互いに複数であって、
前記ガイド画像作成部は、前記第1の写像に対して前記平行移動補正を実施した後に、前記複数の体腔内特徴点間の距離と、前記複数の参照画像体腔内特徴点間の距離との比に応じて、前記第1の写像の縮尺を変更する縮尺補正を実施することを特徴とする付記6に記載の医用ガイドシステム。
Claims (2)
- 実空間において、医用器具の位置及び配向の少なくとも一方と、被検体における複数の特徴点の位置及び配向の少なくとも一方とを検出する検出部と、
人体の臓器及び器官の少なくとも一方の解剖学的な位置情報を有する参照画像データを記憶する記憶部と、
前記実空間における前記被検体の複数の特徴点の位置及び配向の少なくとも一方と、前記参照画像データにおける前記複数の特徴点に解剖学的に対応する複数の参照画像特徴点の位置及び配向の少なくとも一方と、の情報に基づいて、前記実空間における医用器具の位置及び配向の少なくとも一方を、前記参照画像データにおける位置及び配向に変換した写像を生成し、前記写像と前記参照画像データから、前記被検体に対する前記医用器具位置又は前記医用器具の観察位置を前記参照画像との対比によって示すガイド画像を作成するガイド画像作成部と、
を具備する医用ガイドシステムであって、
前記ガイド画像作成部は、前記実空間における前記被検体の体腔内の複数の体腔内特徴点の位置及び配向の少なくとも一方と、前記参照画像データにおける前記体腔内特徴点に解剖学的に対応する1つ又は複数の補正特徴点の位置及び配向の少なくとも一方と、の情報に基づいて前記ガイド画像が示す前記医用器具位置又は前記医用器具の観察位置を補正可能に構成されており、当該補正は、複数の前記体腔内特徴点間の距離と、複数の前記補正特徴点間の距離との比較に基づいて前記写像を伸縮する縮尺補正を含むものであって、かつ前記ガイド画像作成部は、前記補正の実施の有無を前記医用器具位置又は前記医用器具の観察位置の近傍である部位に応じて切替可能に構成されている
ことを特徴とする医用ガイドシステム。 - 前記医用器具位置又は前記医用器具の観察位置の近傍である部位に応じて、前記補正に使用する前記体腔内特徴点の解剖学的な位置を変更することを特徴とする請求項1に記載の医用ガイドシステム。
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