JP5250251B2 - 医用撮影用マーカーおよびその活用プログラム - Google Patents
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Description
より具体的には、CT、MRI等の撮影機器で撮影された医用三次元画像情報を用いて画像診断をしたり、シミュレーションをし、その結果に基づき手術を行う際に、画像上で特定した処置の位置や向きを実体上に反映して特定することが必要となる。
医用撮影用マーカーは、得られた三次元画像において基準点を特定するものであり、三次元画像をどの角度から見ても円に見える球が写し込まれていることが中心点を特定するのが有利であるため、医用撮影用マーカーとしては球体を含むマーカーが提案されている。(たとえば特許文献1参照)
より具体的に説明すると、CT画像データに基づく三次元画像は、その最小単位が、立方体または直方体のボクセルで構成されている。そしてマルチスライスラインのCT画像データにおいては、このボクセルサイズが、最小の場合であっても400ミクロン程度である。三次元画像は、ボクセルにより構成されているため、ボクセルサイズ内の微細な形状は、ボクセル単位で均質化される。そのため、球体であるマーカーは、その輪郭がボクセルにより表示されて、歪んだ形状となり、マーカーの中心点を特定した場合、ボクセルの大きさ分の誤差を生じる可能性がある。表示される三次元画像やその断面像における閾値の違いにより自動で球体(マーカー)を特定しようとしても、球体であるマーカーの画像は、ボクセルという立方体または直方体の最小形状の組み合わせにより表示されているため、その輪郭が正確に表されず、歪んだ輪郭に基づいた位置が特定される。よって、球体の中心を正確に特定することができないという課題があった。
この発明は、また、特定精度が向上された医用撮影用マーカーを提供することを他の目的とする。
請求項3記載の発明は、前記補助目印体は、対向する平行な2つの平面を含む板状をし、前記3つの球体の中心点を通る平面に、前記補助目印体の2つの平面が平行になるように配置されていることを特徴とする、請求項1記載の医用撮影用マーカーである。
請求項5記載の発明は、前記ベースは、加工されてサージカルガイドとなるガイド用ブロックを兼ねていることを特徴とする、請求項4記載の医用撮影用マーカーである。
3つの球体の中心をつないだ直線が、補助目印体の中心を通るように、補助目印体と球体との位置関係が設定されていてもよいし、3つの球体の中心をつないだ直線が、補助目印体の直線部に重なるように、補助目印体と球体との位置関係が設定されていてもよい。
この場合、平面板状の補助目印体の平面視の形状を、三角形、四角形、多角形、円形等の形としておくことにより、医用撮影用マーカーが映った画像をどの方向で表示しているのかを確認し易く、特定の向きに画像を表示させ易いという利点がある。
図1〜4を参照して、マーカー1は、非造影性の材料(非造影材)、たとえばアクリル樹脂で形成された板状のベース2を有している。
より具体的に説明すると、補助目印体20は、右球体11および左球体12の中心間を結ぶ直線15が、補助目印体20の長さ方向に中心を通るように配置されている。補助目印体20は、直線15に平行な、後述する位置合わせの際に目印となり得る所定の長さの直線部20Lを有している。
補助目印体22は、前球体11および左球体12の中心間を結ぶ直線14が、補助目印体22の長さ方向に中心を通るように配置されている。補助目印体22にも、直線14に平行な目印となり得る所定長さの直線部22Lが備えられている。
一方、マーカー1は、ベース2に配置されている3つの球体10、11、12により、マーカー1の内部座標軸を特定することができる。たとえば、3つの球体10、11、12の各中心を通る面を基準面とした場合、基準面内にあり、右球体11および左球体12の中心間を通る直線15を、たとえばX軸と設定することができ、直線15の中点を通り、直線15に直交し、前記基準平面内にある直線(この直線は前球体10の中心を通る直線16となる。)をY軸と設定することができる。そしてX軸である直線15とY軸である直線16との交点17を通り、両直線15、16に直交する直線(図示せず)をZ軸と設定することができる。
この実施形態では、内部座標軸であるX、Y、Z軸と、外部座標軸である30とが、予め把握された位置関係になっている。よって、内部座標軸に基づく座標を、外部座標軸30に基づく座標に変換することは、予め設定された座標変換式に基づいて容易に行うことができる。
同様に、右球体11および左球体12は、上下両側がベース2の突部によって挟持されており、各球体11、12の一部は露出された構造となっている。右球体11および左球体12も、ベース22を加工するのに先立って、取り外し易くしたためである。このような構造に代えて、前球体10と同様に、右球体11および左球体12は、ベース2内に全体が埋設された配置構造であってもよい。
なお、一対のベース片を重ねて接着する構成に代え、一対のベース片に嵌合用の凹凸を形成し、一対のベース片を嵌め合わせによって一体化する構成としてもよい。
実際には、歯列模型40ではなく、患者の口の中にマーカー1が装着されて、患者の顔面口腔がCT撮影装置により撮影される。
この表示は、次のような操作により実現される。まず、三次元画像を見易い角度に回転させ、前球体10、右球体11および左球体12の中心点と思われる位置を、たとえばカーソルで特定する。特定した点は、図示のように×印で表示される。
このとき、各断面像には、予めコンピュータ内に記憶されている3つの球体(前球体10、右球体11、左球体12)の輪郭線および3つの球体10、11、12の中心点同士を結んだ直線ならびに補助目印体20、21、22の直線部を含む輪郭線を表わす幾何学的表示形態(○および直線で示される形態)が読み出されて表示される。この表示は、三次元画像において特定された前球体10の中心点、右球体11の中心点および左球体12の中心点に、幾何学的表示形態における3つの球体の中心点がほぼ合致するように表示される。
そこで、この実施形態では、幾何学的な輪郭線の表示を重ね、かつ、その表示を補助目印体20、21、22の直線部分を参照して、補助目印体20、21、22の直線部分を幾何学的表示形態の直線に平行になるように調整し、かつ、幾何学的表示形態の球体輪郭線に球体10、11、12の断面が一致するように調整する。そして位置が調整された球体10、11、12の中心点を特定して記憶する。
以上のようにして、三次元画像において、特に断面画像において、マーカーの3つの球体10、11、12の中心点を正確に特定できる。そして、3つの球体10、11、12の中心点が特定されることにより、この3点に基づいてマーカー1の内部座標軸、換言すれば表示されている三次元画像の基準座標軸を正確に定めることができる。
図10に示すように、コンピュータは、汎用のマイクロコンピュータを用いることができ、CPU、ハードディスク等が含まれるマイクロコンピュータの本体50、ディスプレイ51、キーボード52、マウス53等が備えられていればよい。本体50は、たとえばCD−ROM54に記憶されたCT画像データを読み取ることができる。
動作がスタートすると、まず、マーカー1の規格寸法が記憶されているか否かの判別がされ(ステップS1)、マーカー1の規格寸法が記憶されていなければ、マーカー1の規格寸法が入力されて記憶される(ステップS2)。
マーカー1の規格寸法を予め記憶させておくことにより、この規格寸法に基づいてマーカー1の幾何学的表示形態を、ディスプレイ51上に表示させることができる。
そして、その後に断面の表示処理が行われる(ステップS6)。断面の表示処理の詳しい処理内容は、図12のフローチャートに示されている。
再び図11を参照して、ステップS6で、図12を参照して説明した上述の断面の表示処理が行われると、表示すべき断面図と、それに重ね合わされた幾何学的表示形態図とが作成されるので、断面画像の表示に幾何学的表示形態が重ね合わされた断面図が表示される(ステップS7)。この表示内容は、図8の右上の横断面図、左下の縦断面図および右下の縦断面図である。
そして、画像調整後に、たとえばキーボードの所定のキーが押されて、決定信号が入力されると(ステップS10)、たとえば図9に表示されている各断面図における球体10、11、12の中心点(×印で表わされている点)の座標が中心点座標として特定され、記憶される(ステップS11)。
次いで、記憶された内部座標軸が外部座標軸に座標変換されて記憶される(ステップS13)。ステップS12で作成された内部座標軸は、撮影された球体10、11、12の中心点に基づく座標軸であり、表示画面における基準座標軸である。この表示画面における基準座標軸は、マーカー1のベース2を加工する際の、ベース2の実体に対して加工する際の基準座標軸として使用することができないから、座標変換をする必要がある。この実施形態では、自動的に、内部座標軸を外部座標軸30へ変換しているので、実体であるマーカー1のベース2を加工する際に、変換された外部座標軸をそのまま加工装置(たとえばCAM装置)に与えることにより、ベース2を所望の形態に加工することが可能となる。
図13は、この発明に係る医用撮影用マーカーの他の実施形態を表わす図解図である。
より具体的には、図13Aに示すように、非造影材で形成されたベース62内に、予め定める位置関係で、造影材で形成された3つの球体10、11、12を埋設するとともに、3つの球体10、11、12に対して予め定める位置関係で、平面視がたとえば四角形の補助目印体63を配置した構成としてもよい。補助目印体63は、造影材、たとえばアルミニウムで形成されており、平面視が正方形状で、薄い板状をしており、その表面および裏面ならびに側面が所定の長さの直線部を形成している。そして、この直線部が、3つの球体10、11、12の中心点を定める際の補助目印となる。
図13B に示すマーカー71は、3つの球体10、11、12が配置されるベースを有しておらず、3つの球体10、11、12および3つの補助目印体20、21、22が所定の位置関係で配置されていて、それらは接続部材72で相互に接続された形態をしている。この実施形態では、補助目印体20、21、22は、長手の円柱体で構成されているが、角柱体であっても構わない。
この発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
2 ベース
10 前球体
11 右球体
12 左球体
20、21、22、63、82 補助目印体
30 外部座標軸
Claims (6)
- 非造影材で形成されたベースと、
前記ベースの先端に配置された前球体、前記ベースの右奥側に配置された右球体、および前記ベースの左奥側に配置された左球体を含み、3つの球体の各中心点を結んだ直線が三角形を描く位置関係で配置されていて、造影材で形成された3つの球体と、
前記ベースに配置され、造影材で形成されていて、前記3つの球体のうちの2つの球体の中心点を通る直線に平行な目印となり得る所定の長さの直線部を有する補助目印体と、
を含むことを特徴とする医用撮影用マーカー。 - 前記補助目印体は、前記3つの球体のうちの各2つの球体の中心点間を結ぶ3本の直線にそれぞれ対応した3つの補助目印体を有し、各補助目印体は所定の長さの角柱状または円柱状をし、前記球体の中心点間を結ぶ直線が前記補助目印体の長さ方向の中心軸を通るように配置されていることを特徴とする、請求項1記載の医用撮影用マーカー。
- 前記補助目印体は、対向する平行な2つの平面を含む板状をし、前記3つの球体の中心点を通る平面に、前記補助目印体の2つの平面が平行になるように配置されていることを特徴とする、請求項1記載の医用撮影用マーカー。
- 前記ベースの表面には、前記3つの球体の中心点により特定される内部座標軸に対して予め定める座標関係を有する外部座標軸が表示されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の医用撮影用マーカー。
- 前記ベースは、加工されてサージカルガイドとなるガイド用ブロックを兼ねていることを特徴とする、請求項4記載の医用撮影用マーカー。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の医用撮影用マーカーを活用するために、コンピュータにインストールされて当該コンピュータにより実行されるプログラムであって、
前記3つの球体の各輪郭線および3つの球体のうちの各2つの球体の中心点同士を結んだ3本の直線ならびに前記補助目印体の直線部を含む輪郭線を表わす幾何学的表示形態を予め記憶しておく処理と、
前記医用撮影用マーカーを装着して撮影した患者のCT画像データに基づいて、三次元画像を構築し、三次元画像および三次元画像に含まれる医用撮影用マーカーの3つの球体像および補助目印体像を基準にした三次元画像の任意の断面像を表示するための画像表示処理と、
前記記憶された幾何学的表示形態を読み出し、それを前記画像表示処理により表示される断面像に重なるように表示するための幾何学的表示形態の表示処理と、
調整信号の入力に応答して、前記幾何学的表示形態に医用撮影用マーカーの3つの球体像の球体輪郭および補助目印体像の直線部分が一致するように、表示されている断面像の調整をする画像調整処理と、
調整された断面像に現れている3つの球体の中心点座標を三次元画像上の座標として取得し、3つの球体の中心点座標に基づいて三次元画像の基準座標軸を作成する座標軸作成処理と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする医用撮影用マーカーの活用プログラム。
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