JP5987998B2 - Surgery support system, projector system, and medical image projection method - Google Patents

Surgery support system, projector system, and medical image projection method Download PDF

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Description

本発明は、プロジェクタシステムを活用した手術支援技術である。   The present invention is a surgery support technique using a projector system.

近年、プロジェクトマッピングに係る技術が注目されている。東京駅駅舎や大阪城などの壁面に、非現実的な映像を投影することにより、幻想的な空間を演出できる。また、ビル壁面に芸術的な映像を投影することにより、都市景観に変化を付けることができる。プロジェクトマッピングを利用したイベントは、観客の目を楽しませ、大きな集客力を見込める。これにより、大きな経済効果を期待できる。   In recent years, technology related to project mapping has attracted attention. By projecting unreal images on the walls of Tokyo Station Station and Osaka Castle, you can create a fantastic space. In addition, it is possible to change the cityscape by projecting artistic images on the wall of the building. Events that use project mapping can delight the eyes of the audience and can be expected to attract a large amount of customers. As a result, a great economic effect can be expected.

また、非現実的な映像を投影し、観客の目を楽しませることができる為、娯楽の分野にも適用されている(特許文献1)。   Moreover, since it can project an unreal image and entertain the eyes of the audience, it is also applied to the field of entertainment (Patent Document 1).

特開2014−010362号公報JP, 2014-010362, A

一方で、医療の分野でもプロジェクタを用いた手術支援技術の研究が行われている。CTやMRIで撮影した医療画像を体表や臓器に投影する。投影により直感的な内部構造の把握を容易にし,手術ミスの低減が見込める。   On the other hand, surgery support technology using a projector is also being researched in the medical field. Project medical images taken with CT and MRI onto the body surface and organs. Projection makes it easy to grasp the internal structure intuitively and can reduce surgical errors.

このとき、投影画像と被投影対象の位置合わせ(レジストレーション)が重要となる。レジストレーションのやり方は様々の方法が検討され、確立した技術がない。   At this time, alignment (registration) of the projection image and the projection target is important. Various registration methods have been studied, and there is no established technology.

例えば、予め医療画像と一緒に体表の画像も取得し、体表画像を体表に投影し、位置合わせを行い、位置の一致を確認した後、ターゲット画像(医療画像に基づく投影対象画像)を投影する。   For example, an image of a body surface is acquired together with a medical image in advance, the body surface image is projected onto the body surface, alignment is performed, and position matching is confirmed, and then a target image (projection target image based on the medical image) Project.

ところで、上述のプロジェクトマッピング技術の実務では、専門知識を持った映像技術者が特殊な機械を用いている。一方で、手術者は、映像技術に関する専門知識が乏しい場合も多い。レジストレーションに不具合があると、適切な手術支援ができないだけでなく、逆に、手術現場が混乱するおそれもある。   By the way, in the above-mentioned project mapping technology, a video engineer with specialized knowledge uses a special machine. On the other hand, surgeons often lack expertise in video technology. If there is a defect in the registration, not only will it not be possible to provide appropriate surgical support, but conversely, the surgical site may be confused.

手術に少しの失敗も許されない。手術者は想像以上の緊張を強いられる。したがって、少しの追加負担も手術者に課すことは好ましくない。   There is no tolerance for surgery. The surgeon is forced more than expected. Therefore, it is not preferable to impose any additional burden on the surgeon.

本発明は上記課題を解決するものであり、全自動でプロジェクタのレジストレーションを行う手術支援システムを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide a surgical operation support system that performs projector registration in a fully automatic manner.

上記課題を解決する本発明の手術支援システムは、カメラと、プロジェクタと、被投影対象の表面に設置されるレジストレーショントラッカーと、画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、前記カメラによるレジストレーショントラッカーの撮影画像と、予め医療画像を取得するときと同時に取得されたレジストレーショントラッカー情報と、基づいて、レジストレーションを行い、前記プロジェクタが被投影対象に投影するためのターゲット情報を取得する。   The surgical operation support system of the present invention that solves the above problems includes a camera, a projector, a registration tracker installed on the surface of the projection target, and an image processing device, and the image processing device is based on the camera. Registration is performed based on a captured image of the registration tracker and registration tracker information acquired at the same time as acquiring a medical image in advance, and target information for the projector to project onto a projection target is acquired. .

上記課題を解決する本発明の手術支援システムは、カメラと、プロジェクタと、被投影対象の表面に設置されるレジストレーショントラッカーと、画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、前記カメラから見た3次元座標系を設定するカメラ座標系設定機能部と、前記プロジェクタから見た3次元座標系を設定するプロジェクタ座標系設定機能部と、前記カメラとプロジェクタとの位置関係と、前記カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報と、に基づいて、前記プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報を取得するレジストレーショントラッカー情報変換機能部と、予め取得された医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報と医療画像座標系のターゲット情報とを入力する医療画像入力機能部と、前記医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報と医療画像座標系のターゲット情報との位置関係と、前記プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報と、に基づいて、プロジェクタ座標系のターゲット情報を取得するターゲット撮影画像取得機能部と、プロジェクタ座標系のターゲット情報を3次元座標から2次元座標に変換する次元変換機能部と、を有する。   The surgical operation support system of the present invention that solves the above problems includes a camera, a projector, a registration tracker installed on the surface of the projection target, and an image processing device, and the image processing device includes: A camera coordinate system setting function unit for setting a viewed three-dimensional coordinate system, a projector coordinate system setting function unit for setting a three-dimensional coordinate system viewed from the projector, a positional relationship between the camera and the projector, and the camera coordinates A registration tracker information conversion function unit that acquires registration tracker information of the projector coordinate system based on the registration tracker information of the system, and registration tracker information and medical image coordinates of the medical image coordinate system acquired in advance A medical image input function unit for inputting system target information; Target imaging for acquiring target information of the projector coordinate system based on the positional relationship between the registration tracker information of the medical image coordinate system and the target information of the medical image coordinate system and the registration tracker information of the projector coordinate system An image acquisition function unit; and a dimension conversion function unit that converts target information of the projector coordinate system from three-dimensional coordinates to two-dimensional coordinates.

上記構成により全自動でプロジェクタのレジストレーションを行うことができる。   With the above configuration, projector registration can be performed fully automatically.

上記発明において、好ましくは、前記カメラは、前記レジストレーショントラッカーを撮影し、前記画像処理装置は、前記カメラによるレジストレーショントラッカーの撮影画像に基づいて、前記カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報を取得するレジストレーショントラッカー撮影機能部を有する。   In the above invention, preferably, the camera captures the registration tracker, and the image processing apparatus acquires registration tracker information of the camera coordinate system based on a captured image of the registration tracker by the camera. It has a registration tracker shooting function section.

上記発明において、好ましくは、前記レジストレーショントラッカーにはレジストレーションマーカが設けられ、前記カメラは、前記レジストレーションマーカを撮影し、前記画像処理装置は、レジストレーションマーカの撮影画像に基づいて、前記カメラ座標系のレジストレーションマーカ情報を取得し、前記レジストレーショントラッカーとレジストレーションマーカとの位置関係と、前記カメラ座標系のレジストレーションマーカ情報と、に基づいて、前記カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報を取得するレジストレーションマーカ撮影機能部を有する。   In the above invention, preferably, the registration tracker is provided with a registration marker, the camera photographs the registration marker, and the image processing device is configured to capture the camera based on a captured image of the registration marker. The registration marker information of the coordinate system is acquired, and the registration tracker information of the camera coordinate system is obtained based on the positional relationship between the registration tracker and the registration marker and the registration marker information of the camera coordinate system. A registration marker photographing function unit to be acquired is included.

上記発明において、好ましくは、前記プロジェクタは、前記ターゲット情報に基づいて、被投影対象内部にあるターゲットに関する画像であるターゲット画像を被投影対象に投影する。   In the above invention, preferably, the projector projects a target image, which is an image relating to a target inside the projection target, onto the projection target based on the target information.

上記発明において、好ましくは、前記医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報は、該レジストレーショントラッカーが被投影対象の表面の所定位置に設置された状態で取得される。   In the above invention, preferably, the registration tracker information of the medical image coordinate system is acquired in a state where the registration tracker is installed at a predetermined position on the surface of the projection target.

上記本発明の手術支援システムは、前記カメラとプロジェクタとを含むユニットを移動するユニット移動機構を更に備える。   The surgical operation support system of the present invention further includes a unit moving mechanism for moving a unit including the camera and the projector.

上記発明において、前記レジストレーショントラッカーは多面体である。   In the above invention, the registration tracker is a polyhedron.

上記発明において、前記画像処理装置は、前記カメラの移動を検出すると、繰り返し制御指令を出力する移動検出機能部を有する。   In the above invention, the image processing apparatus includes a movement detection function unit that repeatedly outputs a control command when the movement of the camera is detected.

これにより、多方向からターゲット画像を投影できる。これにより、手術者が投影の障害となることを避けることができる。さらに、疑似3次元画像が得られる。   Thereby, a target image can be projected from multiple directions. Thereby, it can be avoided that the surgeon becomes an obstacle to projection. Furthermore, a pseudo three-dimensional image is obtained.

上記課題を解決する本発明のプロジェクタシステムは、カメラと、プロジェクタと、被投影対象の表面に設置されるレジストレーショントラッカーと、画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、前記カメラから見た3次元座標系を設定するカメラ座標系設定機能部と、前記プロジェクタから見た3次元座標系を設定するプロジェクタ座標系設定機能部と、前記カメラとプロジェクタとの位置関係と、前記カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報と、に基づいて、前記プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報を取得するレジストレーショントラッカー情報変換機能部と、予め取得された事前画像座標系のレジストレーショントラッカー情報と事前画像座標系のターゲット情報とを入力する事前画像入力機能部と、前記事前画像座標系のレジストレーショントラッカー情報と事前画像座標系のターゲット情報との位置関係と、前記プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報と、に基づいて、プロジェクタ座標系のターゲット情報を取得するターゲット撮影画像取得機能部と、プロジェクタ座標系のターゲット情報を3次元座標から2次元座標に変換する次元変換機能部と、を有する。   A projector system of the present invention that solves the above problems includes a camera, a projector, a registration tracker installed on a surface of a projection target, and an image processing device, and the image processing device is viewed from the camera. A camera coordinate system setting function unit for setting a three-dimensional coordinate system, a projector coordinate system setting function unit for setting a three-dimensional coordinate system viewed from the projector, a positional relationship between the camera and the projector, and the camera coordinate system A registration tracker information conversion function unit for acquiring registration tracker information of the projector coordinate system based on the registration tracker information of Pre-image input function unit for inputting target information The projector coordinate system target information is acquired based on the positional relationship between the registration tracker information of the prior image coordinate system and the target information of the prior image coordinate system and the registration tracker information of the projector coordinate system. A target captured image acquisition function unit; and a dimension conversion function unit that converts target information of the projector coordinate system from three-dimensional coordinates to two-dimensional coordinates.

本発明のプロジェクタシステムは、手術支援以外の用途にも適用可能である。   The projector system of the present invention can be applied to uses other than surgical support.

上記課題を解決する本発明の医療画像投影方法は、医療画像作成装置が、ターゲットに係る医療画像作成と同時にレジストレーショントラッカー情報を作成し、カメラと、プロジェクタと、被投影対象の表面に設置されたレジストレーショントラッカーと、画像処理装置と、を備える手術支援システムのうち、該カメラと該プロジェクタとを含むユニットが、被投影対象に対応するように設置され、前記カメラが、被投影対象の表面に設置されたレジストレーショントラッカーを撮影し、前記画像処理装置が、前記カメラによるレジストレーショントラッカーの撮影画像と、予め医療画像を取得するときと同時に取得されたレジストレーショントラッカー情報と、基づいて、レジストレーションを行い、被投影対象内部にあるターゲットに関する画像情報であるターゲット情報を取得し、前記プロジェクタが、前記ターゲット情報に基づいて、ターゲット画像を被投影対象に投影する。   In the medical image projection method of the present invention that solves the above-described problem, the medical image creation device creates registration tracker information simultaneously with the creation of the medical image related to the target, and is installed on the surface of the camera, the projector, and the projection target. A unit including the camera and the projector of the surgery support system including the registration tracker and the image processing apparatus is installed so as to correspond to the projection target, and the camera is a surface of the projection target. The registration tracker installed in the camera is photographed, and the registration is performed based on the registration tracker information acquired at the same time when the image processing apparatus acquires the medical track and the captured image of the registration tracker. Related to the target inside the projection target. That acquires target information is image information, the projector, based on said target information, to project the target image on a projection target.

上記課題を解決する本発明の医療画像投影方法は、医療画像作成装置が、医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報と医療画像座標系のターゲット情報とを予め作成し、カメラと、プロジェクタと、被投影対象の表面に設置されたレジストレーショントラッカーと、画像処理装置と、を備える手術支援システムのうち、該カメラと該プロジェクタとを含むユニットが、被投影対象に対応するように設置され、前記カメラが、被投影対象の表面に設置されたレジストレーショントラッカーを撮影し、前記画像処理装置が、前記カメラによるレジストレーショントラッカーの撮影画像に基づいて、前記カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報を取得し、前記カメラとプロジェクタとの位置関係と、前記カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報と、に基づいて、前記プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報を取得し、前記医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報と医療画像座標系のターゲット情報との位置関係と、前記プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報と、に基づいて、プロジェクタ座標系のターゲット情報を取得し、プロジェクタ座標系のターゲット情報を3次元座標から2次元座標に変換し、前記プロジェクタが、前記2次元ターゲット情報に基づいて、ターゲット画像を被投影対象に投影する。   In the medical image projection method of the present invention that solves the above problems, the medical image creation device creates registration tracker information in the medical image coordinate system and target information in the medical image coordinate system in advance, and includes a camera, a projector, Of the surgical operation support system including a registration tracker installed on the surface of the projection target and an image processing apparatus, a unit including the camera and the projector is installed to correspond to the projection target, and the camera Image a registration tracker installed on the surface of the projection target, and the image processing device acquires registration tracker information of the camera coordinate system based on a captured image of the registration tracker by the camera, The positional relationship between the camera and the projector, and the register of the camera coordinate system Registration tracker information of the projector coordinate system based on the registration tracker information, a positional relationship between the registration tracker information of the medical image coordinate system and target information of the medical image coordinate system, and the projector coordinate system Based on the registration tracker information of the projector, the target information of the projector coordinate system is acquired, the target information of the projector coordinate system is converted from the three-dimensional coordinates to the two-dimensional coordinates, and the projector is based on the two-dimensional target information. The target image is projected onto the projection target.

上記発明において、前記カメラと該プロジェクタとを含むユニットが移動され、前記ユニット移動の度に、前記カメラによる撮影と、前記画像処理装置による画像処理と、前記プロジェクタによる投影と、が繰り返される。   In the above invention, a unit including the camera and the projector is moved, and each time the unit is moved, photographing by the camera, image processing by the image processing device, and projection by the projector are repeated.

本発明の手術支援システムは、全自動でプロジェクタのレジストレーションを行うことができる。その結果、手術者の負担が大幅に軽減される。   The surgical operation support system of the present invention can perform projector registration fully automatically. As a result, the burden on the operator is greatly reduced.

システムの機能ブロック図(第1実施形態)Functional block diagram of system (first embodiment) レジストレーショントラッカーRegistration tracker レジストレーショントラッカー(変形例)Registration tracker (variation) 本システムの動作概念図Operation concept diagram of this system システムの処理フロー図System processing flow diagram 医療画像作成時の動作説明図Illustration of operations when creating medical images ターゲット画像投影時の動作説明図Operation explanatory diagram at the time of target image projection システムの機能ブロック図(第2実施形態)Functional block diagram of system (second embodiment) システムの処理フロー図System processing flow diagram 疑似3次元画像原理説明図Pseudo three-dimensional image principle explanatory diagram 疑似3次元画像動作説明図Pseudo three-dimensional image operation explanatory diagram システムの機能ブロック図(第2実施形態)(変形例)Functional Block Diagram of System (Second Embodiment) (Modification) レジストレーショントラッカー(変形例)Registration tracker (variation) ターゲット画像投影時の動作説明図(第3実施形態)Operation explanatory diagram at the time of target image projection (third embodiment)

<第1実施形態>
〜構成〜
図1は、システムの機能ブロック図である。本実施形態の手術支援システムに係る構成について説明する。手術支援システムは、カメラ1と、プロジェクタ2と、レジストレーショントラッカー3と、画像処理装置4とを備える。
<First Embodiment>
~Constitution~
FIG. 1 is a functional block diagram of the system. The structure which concerns on the surgery assistance system of this embodiment is demonstrated. The surgery support system includes a camera 1, a projector 2, a registration tracker 3, and an image processing device 4.

カメラ1とプロジェクタ2はユニット5になっている。したがって、カメラ1とプロジェクタ2の位置関係は既知であり、画像処理装置4に記憶されている。   The camera 1 and the projector 2 are a unit 5. Therefore, the positional relationship between the camera 1 and the projector 2 is known and stored in the image processing device 4.

カメラ1とプロジェクタ2の光学的特性(レンズ特性)は既知である。   The optical characteristics (lens characteristics) of the camera 1 and the projector 2 are known.

カメラ1は、レジストレーショントラッカー3を撮影する。プロジェクタ2はターゲット画像を被投影対象に投影する。ターゲット画像は、被投影対象内部にあるターゲットに関する画像であり、別途取得される医療画像に基づき取得される。   The camera 1 photographs the registration tracker 3. The projector 2 projects the target image onto the projection target. The target image is an image related to a target inside the projection target, and is acquired based on a medical image acquired separately.

図2は、レジストレーショントラッカーの一例である。レジストレーショントラッカー3は多面体であることが好ましい(第2実施形態参照)。図示では六面体である。   FIG. 2 is an example of a registration tracker. The registration tracker 3 is preferably a polyhedron (see the second embodiment). In the figure, it is a hexahedron.

医療画像作成時、レジストレーショントラッカー3は、体表の任意位置に設置される(図6参照)。ただし、ターゲット画像投影時も、同じ位置に設置される(図7参照)。   At the time of creating a medical image, the registration tracker 3 is installed at an arbitrary position on the body surface (see FIG. 6). However, it is installed at the same position when the target image is projected (see FIG. 7).

なお、CT画像としてレジストレーショントラッカー3を撮影する場合には、レジストレーショントラッカー3は生体皮膚組織より固めの素材(例えば木材)であることが好ましい。   In addition, when imaging the registration tracker 3 as a CT image, it is preferable that the registration tracker 3 is a material (for example, wood) harder than the living skin tissue.

レジストレーショントラッカー3の3次元形状情報は既知であり、画像処理装置4に記憶されている。   The three-dimensional shape information of the registration tracker 3 is known and stored in the image processing device 4.

レジストレーショントラッカー3の表面には反射型のレジストレーションマーカ6が設けられている。レジストレーションマーカ6は、カメラ1に対向するように少なくとも一面に設けられるが、図示のように複数面に設けられと尚よい(第2実施形態参照)。   A reflection type registration marker 6 is provided on the surface of the registration tracker 3. The registration marker 6 is provided on at least one surface so as to face the camera 1, but it is preferable that the registration marker 6 be provided on a plurality of surfaces as shown (see the second embodiment).

レジストレーショントラッカー3におけるレジストレーションマーカ6の位置関係は既知であり、画像処理装置4に記憶されている。   The positional relationship of the registration marker 6 in the registration tracker 3 is known and stored in the image processing device 4.

図3は、レジストレーショントラッカーの変形例である。図2のレジストレーショントラッカー3が六面体であるのに対し、変形例はプレート形状である。すなわち多面体でなくとも良い。また、図2では、レジストレーショントラッカー3の表面にレジストレーションマーカ6が設けられているのに対し、変形例では、レジストレーショントラッカー3の四隅がレジストレーションマーカ6として機能する。   FIG. 3 shows a modification of the registration tracker. The registration tracker 3 in FIG. 2 is a hexahedron, whereas the modified example has a plate shape. That is, it need not be a polyhedron. In FIG. 2, the registration marker 6 is provided on the surface of the registration tracker 3, whereas in the modified example, the four corners of the registration tracker 3 function as the registration marker 6.

すなわち、レジストレーショントラッカーは、3次元形状情報が取得でき、かつ、カメラにより識別できれば、これらに限定されない。   That is, the registration tracker is not limited to this as long as it can acquire three-dimensional shape information and can be identified by a camera.

図1に戻り、画像処理装置4の各機能部41〜47について説明する。   Returning to FIG. 1, the functional units 41 to 47 of the image processing apparatus 4 will be described.

カメラ座標系設定機能部41は、カメラ1の光学的特性に基づき、カメラ1から見た3次元座標系を設定する。   The camera coordinate system setting function unit 41 sets a three-dimensional coordinate system viewed from the camera 1 based on the optical characteristics of the camera 1.

プロジェクタ座標系設定機能部42は、プロジェクタ2の光学的特性に基づき、プロジェクタ2から見た3次元座標系を設定する。   The projector coordinate system setting function unit 42 sets a three-dimensional coordinate system viewed from the projector 2 based on the optical characteristics of the projector 2.

レジストレーションマーカ撮影機能部43は、レジストレーションマーカ6の撮影画像情報mm(2次元)に基づいて、カメラ座標系のレジストレーションマーカ情報Mm(例えばマーカの四隅の4点の3次元座標)を取得する。さらに、レジストレーショントラッカー3とレジストレーションマーカ6との位置関係と、カメラ座標系のレジストレーションマーカ情報Mmと、に基づいて、カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報Mt(例えば対向する一面の四隅の4点の3次元座標)を取得する。The registration marker photographing function unit 43 obtains registration marker information Mm (for example, three-dimensional coordinates of four points at the four corners of the marker) in the camera coordinate system based on the photographed image information m m (two-dimensional) of the registration marker 6. get. Furthermore, based on the positional relationship between the registration tracker 3 and the registration marker 6 and the registration marker information Mm in the camera coordinate system, the registration tracker information Mt in the camera coordinate system (for example, 4 at the four corners of the opposing surface). 3D coordinates of the point) are acquired.

なお、説明の便宜のため、レジストレーショントラッカーの一面のみを用いたが、複数面にレジストレーションマーカがある場合(図2参照)は、カメラ1は、複数面のレジストレーションマーカをそれぞれ識別する。これにより、レジストレーションの精度が向上する。   For convenience of explanation, only one surface of the registration tracker is used. However, when there are registration markers on a plurality of surfaces (see FIG. 2), the camera 1 identifies the registration markers on the plurality of surfaces. This improves the accuracy of registration.

レジストレーショントラッカー情報変換機能部44は、カメラ1とプロジェクタ2との位置関係と、カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報Mtと、に基づいて、プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報Ptを取得する。   The registration tracker information conversion function unit 44 acquires registration tracker information Pt in the projector coordinate system based on the positional relationship between the camera 1 and the projector 2 and the registration tracker information Mt in the camera coordinate system.

医療画像入力機能部45は、予め取得された医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報CTtと医療画像座標系のターゲット情報CTgとを入力する。   The medical image input function unit 45 inputs registration tracker information CTt of the medical image coordinate system and target information CTg of the medical image coordinate system acquired in advance.

ターゲット撮影画像取得機能部46は、医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報CTtと医療画像座標系のターゲット情報CTgとの位置関係と、プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報Ptと、に基づいて、プロジェクタ座標系のターゲット情報Pgを取得する。   The target photographed image acquisition function unit 46 calculates the projector based on the positional relationship between the registration tracker information CTt in the medical image coordinate system and the target information CTg in the medical image coordinate system, and the registration tracker information Pt in the projector coordinate system. Get target information Pg of coordinate system.

次元変換機能部47は、プロジェクタ座標系のターゲット情報を3次元座標Pgから2次元座標pgに変換する。Dimensional transform function unit 47 converts the target information of the projector coordinate system from the three-dimensional coordinates Pg in two-dimensional coordinates p g.

〜動作〜
図4は本システムの動作概念図であり、図5は、システムの処理フロー図である。本実施形態の手術支援システムに係る動作について説明する。
~ Operation ~
FIG. 4 is a conceptual diagram of the operation of this system, and FIG. 5 is a processing flow diagram of the system. The operation | movement which concerns on the surgery assistance system of this embodiment is demonstrated.

予め、医療画像作成装置(図6参照)により、医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報CTtと医療画像座標系のターゲット情報CTgとを作成する(ステップS1)。医療画像には、CT画像やMRI画像等がある。2次元画像を何層にも重ねることで、3次元情報が得られる。   The medical image coordinate system registration tracker information CTt and the medical image coordinate system target information CTg are created in advance by a medical image creation device (see FIG. 6) (step S1). Medical images include CT images and MRI images. Three-dimensional information can be obtained by overlapping two-dimensional images in layers.

図6は、医療画像作成時の動作説明図である。図示はCTスキャン装置である。CTスキャン時に、レジストレーショントラッカー3を体表の任意位置に設置する。ただし、ターゲット画像投影時のレジストレーショントラッカー3の設置位置(図7参照)と、同じ位置とする必要がある。したがって、ターゲット画像投影の障害とならないように考慮する。   FIG. 6 is an explanatory diagram of an operation when creating a medical image. The illustration shows a CT scanning device. At the time of CT scan, the registration tracker 3 is installed at an arbitrary position on the body surface. However, it is necessary to set the same position as the installation position of the registration tracker 3 at the time of projecting the target image (see FIG. 7). Therefore, consideration is given so as not to hinder target image projection.

通常、手術の前日に医療画像を作成する。医療画像作成後、レジストレーショントラッカー3の設置位置を体表にマークした後、レジストレーショントラッカー3を取り外す。   Usually, medical images are created the day before surgery. After creating the medical image, the registration tracker 3 is marked on the body surface, and then the registration tracker 3 is removed.

医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報CTtと医療画像座標系のターゲット情報CTgを画像処理装置4に入力する。   Registration tracker information CTt in the medical image coordinate system and target information CTg in the medical image coordinate system are input to the image processing apparatus 4.

次いで、手術時の動作について説明する。図7は、ターゲット画像投影時の動作説明図である。   Next, the operation during the operation will be described. FIG. 7 is an explanatory diagram of an operation at the time of projecting a target image.

患者の体表には、レジストレーショントラッカー3の設置位置がマークされている。レジストレーショントラッカー3を所定の位置に設置する。   The installation position of the registration tracker 3 is marked on the patient's body surface. The registration tracker 3 is installed at a predetermined position.

カメラ1とプロジェクタ2とを含むユニット5を被投影対象(患者体表の所定範囲)に対応するように設置する(ステップS2)。より具体的には、カメラ1がレジストレーショントラッカー3を撮影可能なように、プロジェクタ2がターゲット画像を被投影対象に投影可能なようにする。   The unit 5 including the camera 1 and the projector 2 is installed so as to correspond to the projection target (predetermined range on the patient body surface) (step S2). More specifically, the projector 2 can project the target image onto the projection target so that the camera 1 can photograph the registration tracker 3.

カメラ1は、被投影対象の表面に設置されたレジストレーショントラッカー3を撮影する(ステップS3)。   The camera 1 images the registration tracker 3 installed on the surface of the projection target (step S3).

画像処理装置4は、カメラによるレジストレーショントラッカーの撮影画像と、医療画像を取得するときと同時に取得されたレジストレーショントラッカー情報と、基づいて、レジストレーションを行い、被投影対象内部(体表下)にあるターゲットに関する画像情報であるターゲット情報を取得する(ステップS4)。以下、画像処理の詳細について説明する。   The image processing apparatus 4 performs registration based on the image taken by the registration tracker by the camera and the registration tracker information acquired at the same time as acquiring the medical image, and the inside of the projection target (under the body surface) Target information, which is image information related to the target at, is acquired (step S4). Details of the image processing will be described below.

まず、カメラ1によるレジストレーショントラッカー3の撮影画像に基づいて、カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報Mtを取得する(ステップS41)。   First, registration tracker information Mt in the camera coordinate system is acquired based on a photographed image of the registration tracker 3 by the camera 1 (step S41).

カメラ1はレジストレーショントマーカ6を識別する。実際のレジストレーショントマーカ6は寸法既知の正方形を形成する(図2参照)のに対し、2次元である撮影画像におけるレジストレーショントマーカ6は押し潰された四角形mmを形成する。この変形程度に基づいて、カメラ座標系のレジストレーションマーカ情報Mm(3次元座標)を取得する。The camera 1 identifies the registration marker 6. The actual registration DOO marker 6 to form a dimension known square (see FIG. 2), registration preparative marker 6 in the captured image is a two-dimensional form a quadrangle m m was crushed. Based on the degree of deformation, registration marker information Mm (three-dimensional coordinates) in the camera coordinate system is acquired.

また、レジストレーショントラッカー3とレジストレーションマーカ6との位置関係は既知であり、これにより、カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報Mtを取得できる。   In addition, the positional relationship between the registration tracker 3 and the registration marker 6 is known, whereby registration tracker information Mt in the camera coordinate system can be acquired.

さらに、カメラ1とプロジェクタ2との位置関係は既知であり、プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報Ptを取得する(ステップS42)。   Furthermore, the positional relationship between the camera 1 and the projector 2 is known, and registration tracker information Pt in the projector coordinate system is acquired (step S42).

これにより、レジストレーションが完了する。確認のために、テスト画像をレジストレーショントラッカー3に投影しても良い。   This completes registration. For confirmation, a test image may be projected onto the registration tracker 3.

医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報CTtと医療画像座標系のターゲット情報CTgとの位置関係は既知であり、プロジェクタ座標系のターゲット情報Pgを取得する(ステップS43)。   The positional relationship between the registration tracker information CTt in the medical image coordinate system and the target information CTg in the medical image coordinate system is known, and the target information Pg in the projector coordinate system is acquired (step S43).

プロジェクタ2の投影画像は2次元である。したがって、プロジェクタ座標系のターゲット情報を3次元座標Pgから2次元座標pgに変換する(ステップS44)。The projection image of the projector 2 is two-dimensional. Therefore, to convert the target information of the projector coordinate system from the three-dimensional coordinates Pg in two-dimensional coordinates p g (step S44).

プロジェクタ2は、2次元ターゲット情報pgに基づいて、ターゲット画像を被投影対象に投影する(ステップS5)。The projector 2 based on the 2-dimensional target information p g, projecting a target image on a projection target (step S5).

手術者は、ターゲット画像により直感的に内部構造を容易に把握できる。これにより、手術が開始される。   The surgeon can easily grasp the internal structure intuitively from the target image. Thereby, an operation is started.

〜効果〜
以上のように、本システムでは、全自動でプロジェクタのレジストレーションを行うことができる。レジストレーションの不具合で、手術現場が混乱するおそれはない。その結果、システム導入に対する手術者の負担が大幅に軽減され、手術者は手術に集中できる。
~effect~
As described above, in this system, projector registration can be performed fully automatically. There is no risk of disruption of the surgical site due to a registration failure. As a result, the burden on the operator for introducing the system is greatly reduced, and the operator can concentrate on the operation.

さらに、ターゲット画像の支援により、手術者は直感的に内部構造を容易に把握できる。その結果、手術に対する手術者の負担は大幅に軽減され、手術ミスの低減が期待できる。   Furthermore, with the support of the target image, the operator can easily grasp the internal structure intuitively. As a result, the burden on the surgeon for the surgery is greatly reduced, and a reduction in surgical mistakes can be expected.

<第2実施形態>
〜構成・動作〜
図8は、第2実施形態のシステムの機能ブロック図である。本実施形態の手術支援システムに係る構成について説明する。手術支援システムが、カメラ1と、プロジェクタ2と、レジストレーショントラッカー3と、画像処理装置4とを備える点は、第1実施形態と共通する。第2実施形態は更に、ユニット5を移動するユニット移動機構7を備える。
Second Embodiment
~ Configuration / Operation ~
FIG. 8 is a functional block diagram of the system of the second embodiment. The structure which concerns on the surgery assistance system of this embodiment is demonstrated. The operation support system includes the camera 1, the projector 2, the registration tracker 3, and the image processing device 4 in common with the first embodiment. The second embodiment further includes a unit moving mechanism 7 that moves the unit 5.

たとえば、図7において、ユニット移動機構7はユニット5を移動するレールと駆動装置である。レールは、手術台上部に環状に設けられている。理解のため、一部レール断面を表示する。ユニット5がレール上を一周することにより、プロジェクタ2は全方向から投影できる。   For example, in FIG. 7, the unit moving mechanism 7 is a rail that moves the unit 5 and a driving device. The rail is provided in an annular shape on the upper part of the operating table. For understanding, a partial rail cross section is displayed. As the unit 5 makes a round on the rail, the projector 2 can project from all directions.

画像処理装置4は、さらに、移動検出機能部48を有する。移動検出機能部48は、ユニット移動機構7から移動情報を入力し、カメラ1の移動を検出すると、繰り返し制御指令を出力する。   The image processing apparatus 4 further includes a movement detection function unit 48. The movement detection function unit 48 receives movement information from the unit moving mechanism 7 and outputs a control command repeatedly when detecting movement of the camera 1.

図9は、第2実施形態のシステムの処理フロー図である。本実施形態の手術支援システムに係る動作について説明する。ステップS1〜S5までの動作は、第1実施形態と共通する。第2実施形態は更に、ステップS6に係る処理を行う。   FIG. 9 is a processing flowchart of the system according to the second embodiment. The operation | movement which concerns on the surgery assistance system of this embodiment is demonstrated. The operations from step S1 to S5 are common to the first embodiment. In the second embodiment, the process related to step S6 is further performed.

ユニット移動機構7がユニット5を移動すると、プロジェクタ2の位置が変わり、再度レジストレーションをする必要がある。画像処理装置4は、ユニット移動機構7が出力する移動情報を入力し、繰り返し制御指令を出力する(ステップS6)。   When the unit moving mechanism 7 moves the unit 5, the position of the projector 2 changes and it is necessary to register again. The image processing device 4 inputs the movement information output by the unit moving mechanism 7 and repeatedly outputs a control command (step S6).

再度、カメラ1は、被投影対象の表面に設置されたレジストレーショントラッカーを撮影し(ステップS3)、画像処理装置4は、レジストレーションを行い、投影のためのターゲット情報を取得し(ステップS4)、プロジェクタ2は、ターゲット画像を被投影対象に投影する(ステップS5)一連の動作が繰り返される。   Again, the camera 1 images a registration tracker installed on the surface of the projection target (step S3), and the image processing apparatus 4 performs registration and acquires target information for projection (step S4). The projector 2 projects the target image onto the projection target (step S5), and a series of operations are repeated.

レジストレーショントラッカー3は多面体であり、複数面にレジストレーションマーカがある(図2参照)。ユニット5が大きく移動した場合、カメラ1は別面のレジストレーションマーカを認識し、画像処理装置4は再度レジストレーションをおこなう。   The registration tracker 3 is a polyhedron, and there are registration markers on a plurality of sides (see FIG. 2). When the unit 5 moves greatly, the camera 1 recognizes the registration marker on the other surface, and the image processing apparatus 4 performs registration again.

〜効果〜
手術中、手術者の位置が変わることもあり、手術者が障害となって、ターゲット画像を被投影対象に投影できないおそれもある。
~effect~
During the operation, the position of the operator may change, and the operator may become an obstacle and the target image may not be projected onto the projection target.

本実施形態では、手術者位置の変動に伴い、ユニット5を移動する。リアルタイムにレジストレーションを行うため、再度、別の方向からターゲット画像を投影できる。これにより、手術者が投影の障害となることを避けることができる。   In the present embodiment, the unit 5 is moved with the change of the operator position. Since registration is performed in real time, the target image can be projected again from another direction. Thereby, it can be avoided that the surgeon becomes an obstacle to projection.

さらに、本実施形態では、疑似3次元画像が得られる。以下詳述する。   Furthermore, in this embodiment, a pseudo three-dimensional image is obtained. This will be described in detail below.

図10は、疑似3次元画像の原理説明図である。同一視線上に2つの対象物があり、視線を左右に動かす場合、近くの対象物は大きく動くように見え、遠くの対象物は小さく動くように見える。この現象は、視覚の運動視差と呼ばれる。これにより、奥行きが認識可能となる。   FIG. 10 is an explanatory diagram of the principle of a pseudo three-dimensional image. When there are two objects on the same line of sight and the line of sight is moved to the left and right, a near object appears to move greatly and a distant object appears to move slightly. This phenomenon is called visual motion parallax. Thereby, the depth can be recognized.

図11は、疑似3次元画像を得る動作の説明図である。ユニット5が移動することにより、プロジェクタ2からの投影方向が変化する。これにより、視覚の運動視差と同様な現象が生じる。すなわち、体表から深部にある対象は動きが小さく、体表近傍にある対象は大きく動く。図示の例では、背骨の動きに比べて胸骨の動きが大きい。これにより、直感的に奥行きを認識できる。   FIG. 11 is an explanatory diagram of an operation for obtaining a pseudo three-dimensional image. As the unit 5 moves, the projection direction from the projector 2 changes. As a result, a phenomenon similar to visual motion parallax occurs. That is, the object in the deep part from the body surface moves little, and the object near the body surface moves greatly. In the illustrated example, the movement of the sternum is larger than the movement of the spine. Thereby, the depth can be intuitively recognized.

プロジェクタ2からの投影画像は2次元情報であるが、ユニット5の移動により、疑似3次元画像が得られる。   Although the projection image from the projector 2 is two-dimensional information, a pseudo three-dimensional image is obtained by the movement of the unit 5.

〜変形例〜
図12は、変形例に係る機能ブロック図である。図8において、移動検出機能部48は、ユニット移動機構7から移動情報を入力するのに対し、図12では、移動検出機能部48は、レジストレーションマーカ撮影機能部43から移動情報を入力する。
~ Modification ~
FIG. 12 is a functional block diagram according to a modification. In FIG. 8, the movement detection function unit 48 inputs movement information from the unit moving mechanism 7, whereas in FIG. 12, the movement detection function unit 48 inputs movement information from the registration marker photographing function unit 43.

すなわち、ユニット5が移動するとカメラ1の視野も移動し、カメラ1は既知のレジストレーションマーカを認識できなくなる。画像処理装置4は、カメラ1による撮影画像の変化に基づいて、繰り返し制御指令を出力する(ステップS6)。   That is, when the unit 5 moves, the field of view of the camera 1 also moves, and the camera 1 cannot recognize a known registration marker. The image processing device 4 repeatedly outputs a control command based on the change in the captured image by the camera 1 (step S6).

図7および図8では、ユニット移動機構7によりユニットを移動したが、カメラおよびプロジェクタを小型化することにより、ユニット5をポータブルとすることができる。たとえば、手術補助者がユニット5を持って移動することで、第2実施形態と同様の効果が得られる。   7 and 8, the unit is moved by the unit moving mechanism 7, but the unit 5 can be made portable by downsizing the camera and the projector. For example, the same effect as in the second embodiment can be obtained when the surgical assistant moves with the unit 5.

図13はレジストレーショントラッカーの変形例である。第2実施形態においては、レジストレーショントラッカー3は多面体であることが好ましい旨について説明した。図2では六面体であるのに対し、図13では十二面体である。これによりレジストレーションの精度が向上する。   FIG. 13 shows a modification of the registration tracker. In the second embodiment, it has been described that the registration tracker 3 is preferably a polyhedron. In FIG. 2, it is a hexahedron, whereas in FIG. 13, it is a dodecahedron. This improves the registration accuracy.

<第3実施形態>
本発明は手術支援システムであるが、医療や手術に限定されず、プロジェクタにより内部構造を投影することを目的とする場合に、適用可能である。
<Third Embodiment>
The present invention is a surgery support system, but is not limited to medical treatment or surgery, and can be applied to a case where the objective is to project an internal structure by a projector.

図14は、プロジェクタシステムの非破壊検査への適用例である。システム構成やシステムの処理フローは、手術支援システムと同様である。   FIG. 14 is an example of application to a nondestructive inspection of a projector system. The system configuration and system processing flow are the same as those of the surgery support system.

たとえば、地震後、目視確認ではコンクリート構造物に被害がない場合でも、内部の鉄筋が損傷している場合がある。これに対し、コンクリート表面から、鉄筋の超音波探査を行い、鉄筋が健全であることを確かめる。以下、適用例の動作について説明する。   For example, after an earthquake, even if there is no damage to the concrete structure by visual confirmation, the internal rebar may be damaged. On the other hand, ultrasonic inspection of the reinforcing bar is performed from the concrete surface to confirm that the reinforcing bar is healthy. The operation of the application example will be described below.

まず、コンクリート構造物および配筋の3次元CAD情報を、設計図面に基づいて事前に作成しておく。さらに、レジストレーショントラッカー3の設置位置を予め決めておき、3次元CAD情報に追加する(ステップS1)。これにより、3次元CAD座標系のレジストレーショントラッカー情報CDtと3次元CAD座標系のターゲット情報CDgとの位置関係は既知となる。   First, three-dimensional CAD information of a concrete structure and bar arrangement is created in advance based on a design drawing. Further, the installation position of the registration tracker 3 is determined in advance and added to the three-dimensional CAD information (step S1). As a result, the positional relationship between the registration tracker information CDt in the three-dimensional CAD coordinate system and the target information CDg in the three-dimensional CAD coordinate system becomes known.

コンクリート構造物表面の所定位置にレジストレーショントラッカー3を設置する。また、カメラ1とプロジェクタ2とを含むユニット5を被投影対象(コンクリート構造物の調査範囲)に対応するように設置する(ステップS2)。より具体的には、カメラ1がレジストレーショントラッカー3を撮影可能なように、プロジェクタ2がターゲット画像を被投影対象に投影可能なようにする。カメラ1がレジストレーショントラッカー3を適切に撮影しているか、モニタにより確認しても良い。   A registration tracker 3 is installed at a predetermined position on the surface of the concrete structure. Further, the unit 5 including the camera 1 and the projector 2 is installed so as to correspond to the projection target (inspection range of the concrete structure) (step S2). More specifically, the projector 2 can project the target image onto the projection target so that the camera 1 can photograph the registration tracker 3. Whether the camera 1 is properly capturing the registration tracker 3 may be confirmed by a monitor.

以上の準備が終わり次第、配筋画像をコンクリート構造物に投影する。カメラ1は、被投影対象の表面に設置されたレジストレーショントラッカー3を撮影し(ステップS3)、画像処理装置4は、レジストレーションを行い、投影用のターゲット情報を取得し(ステップS4)、プロジェクタ2は、ターゲット画像(配筋画像)を被投影対象に投影する(ステップS5)。   As soon as the above preparation is completed, the bar arrangement image is projected onto the concrete structure. The camera 1 images the registration tracker 3 installed on the surface of the projection target (step S3), and the image processing apparatus 4 performs registration and acquires target information for projection (step S4). 2 projects a target image (reinforcement image) onto a projection target (step S5).

さらに、ユニット5の移動により、疑似3次元画像を得ても良い(ステップS6)。   Further, a pseudo three-dimensional image may be obtained by moving the unit 5 (step S6).

投影画像を参照しながら、対象鉄筋位置を推定し、超音波探査をおこなう。配筋を可視化することで、調査対象を特定でき、探査精度が向上する。   The target rebar position is estimated while referring to the projection image, and ultrasonic exploration is performed. By visualizing the bar arrangement, it is possible to identify the survey target and improve the search accuracy.

調査現場では、全自動でプロジェクタのレジストレーションを行うことができるので、投影作業に手間取ることなく、調査員は調査に集中できる。   At the survey site, projector registration can be performed fully automatically, so that the investigator can concentrate on the survey without taking the trouble of projection work.

1 カメラ
2 プロジェクタ
3 レジストレーショントラッカー
4 画像処理装置
5 ユニット
6 レジストレーションマーカ
7 ユニット移動機構
41 カメラ座標系設定機能部
42 プロジェクタ座標系設定機能部
43 レジストレーションマーカ撮影機能部
44 レジストレーショントラッカー情報変換機能部
45 医療画像入力機能部
46 ターゲット撮影画像取得機能部
47 次元変換機能部
48 移動検出機能部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Camera 2 Projector 3 Registration tracker 4 Image processing apparatus 5 Unit 6 Registration marker 7 Unit moving mechanism 41 Camera coordinate system setting function part
42 Projector coordinate system setting function unit 43 Registration marker imaging function unit 44 Registration tracker information conversion function unit 45 Medical image input function unit 46 Target captured image acquisition function unit 47 Dimension conversion function unit 48 Movement detection function unit

Claims (13)

カメラとプロジェクタとを含み投影中も移動可能なユニットと、被投影対象の表面に設置されるレジストレーショントラッカーと、画像処理装置と、を備え、
前記カメラとプロジェクタとの位置関係は既知であり、
前記レジストレーショントラッカーは、3次元医療画像取得と同時に取得可能な立体形状を有し、
該立体形状は、複数の平面を含み、
該複数の平面のうち2以上の平面には、該カメラで撮影可能な複数のマーカ点が設けられ、
該マーカ点間の位置関係は既知であり、
該レジストレーショントラッカーにおける該マーカ点の位置関係は既知であり、
前記画像処理装置は、
前記カメラによるレジストレーショントラッカーの撮影画像から取得された第1レジストレーショントラッカー情報と、
予め3次元医療画像を取得するときと同時に取得された第2レジストレーショントラッカー情報と、
に基づいて、レジストレーションを行い、
前記プロジェクタが被投影対象に投影するためのターゲット情報を取得し、
プロジェクタ座標系のターゲット情報を3次元座標から2次元座標に変換する
ことを特徴とする手術支援システム。
A unit including a camera and a projector, which is movable during projection, a registration tracker installed on the surface of the projection target, and an image processing device,
The positional relationship between the camera and the projector is known,
The registration tracker has a three-dimensional shape that can be acquired simultaneously with acquisition of a three-dimensional medical image,
The three-dimensional shape includes a plurality of planes,
Two or more planes of the plurality of planes are provided with a plurality of marker points that can be photographed by the camera,
The positional relationship between the marker points is known,
The positional relationship of the marker points in the registration tracker is known;
The image processing apparatus includes:
First registration tracker information acquired from a captured image of the registration tracker by the camera;
Second registration tracker information acquired at the same time as acquiring a three-dimensional medical image in advance;
Based on the registration,
Obtaining target information for the projector to project onto the projection target;
A surgical operation support system that converts target information in a projector coordinate system from three-dimensional coordinates to two-dimensional coordinates.
カメラと、プロジェクタと、被投影対象の表面に設置されるレジストレーショントラッカーと、画像処理装置と、を備え、
前記画像処理装置は、
前記カメラから見た3次元座標系を設定するカメラ座標系設定機能部と、
前記プロジェクタから見た3次元座標系を設定するプロジェクタ座標系設定機能部と、
前記カメラとプロジェクタとの位置関係と、前記カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報と、に基づいて、前記プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報を取得するレジストレーショントラッカー情報変換機能部と、
予め取得された医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報と医療画像座標系のターゲット情報とを入力する医療画像入力機能部と、
前記医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報と医療画像座標系のターゲット情報との位置関係と、前記プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報と、に基づいて、プロジェクタ座標系のターゲット情報を取得するターゲット撮影画像取得機能部と、
プロジェクタ座標系のターゲット情報を3次元座標から2次元座標に変換する次元変換機能部と、
を有する
ことを特徴とする手術支援システム。
A camera, a projector, a registration tracker installed on the surface of the projection target, and an image processing device,
The image processing apparatus includes:
A camera coordinate system setting function unit for setting a three-dimensional coordinate system viewed from the camera;
A projector coordinate system setting function unit for setting a three-dimensional coordinate system viewed from the projector;
A registration tracker information conversion function unit for acquiring registration tracker information of the projector coordinate system based on a positional relationship between the camera and the projector and registration tracker information of the camera coordinate system;
A medical image input function unit for inputting registration tracker information of a medical image coordinate system acquired in advance and target information of a medical image coordinate system;
Target imaging that acquires target information of the projector coordinate system based on the positional relationship between the registration tracker information of the medical image coordinate system and the target information of the medical image coordinate system and the registration tracker information of the projector coordinate system An image acquisition function unit;
A dimension conversion function unit for converting target information of the projector coordinate system from three-dimensional coordinates to two-dimensional coordinates;
A surgical operation support system characterized by comprising:
前記カメラは、前記レジストレーショントラッカーを撮影し、
前記画像処理装置は、
前記カメラによるレジストレーショントラッカーの撮影画像に基づいて、前記カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報を取得するレジストレーショントラッカー撮影機能部
を有する
ことを特徴とする請求項1または2記載の手術支援システム。
The camera shoots the registration tracker,
The image processing apparatus includes:
The surgery support system according to claim 1, further comprising: a registration tracker imaging function unit that acquires registration tracker information of the camera coordinate system based on a captured image of the registration tracker by the camera.
前記レジストレーショントラッカーにはレジストレーションマーカが設けられ、
前記カメラは、前記レジストレーションマーカを撮影し、
前記画像処理装置は、
レジストレーションマーカの撮影画像に基づいて、前記カメラ座標系のレジストレーションマーカ情報を取得し、前記レジストレーショントラッカーとレジストレーションマーカとの位置関係と、前記カメラ座標系のレジストレーションマーカ情報と、に基づいて、前記カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報を取得するレジストレーションマーカ撮影機能部
を有する
ことを特徴とする請求項1または2記載の手術支援システム。
The registration tracker is provided with a registration marker,
The camera photographs the registration marker,
The image processing apparatus includes:
The registration marker information of the camera coordinate system is acquired based on the photographed image of the registration marker, and based on the positional relationship between the registration tracker and the registration marker, and the registration marker information of the camera coordinate system The surgery support system according to claim 1, further comprising a registration marker imaging function unit that acquires registration tracker information of the camera coordinate system.
前記プロジェクタは、前記ターゲット情報に基づいて、被投影対象内部にあるターゲットに関する画像であるターゲット画像を被投影対象に投影する
ことを特徴とする請求項1または2記載の手術支援システム。
The surgery support system according to claim 1, wherein the projector projects a target image, which is an image related to a target inside the projection target, onto the projection target based on the target information.
前記医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報は、該レジストレーショントラッカーが被投影対象の表面の所定位置に設置された状態で取得される
ことを特徴とする請求項1または2記載の手術支援システム。
The surgery support system according to claim 1 or 2, wherein the registration tracker information of the medical image coordinate system is acquired in a state where the registration tracker is installed at a predetermined position on the surface of the projection target.
前記カメラとプロジェクタとを含むユニットを移動するユニット移動機構
を更に備える
ことを特徴とする請求項1〜6いずれかに記載の手術支援システム。
The surgery support system according to claim 1, further comprising a unit moving mechanism that moves a unit including the camera and the projector.
前記レジストレーショントラッカーは多面体である
ことを特徴とする請求項1〜7いずれかに記載の手術支援システム。
The surgery support system according to claim 1, wherein the registration tracker is a polyhedron.
前記画像処理装置は、
前記カメラの移動を検出すると、繰り返し制御指令を出力する移動検出機能部
を有する
ことを特徴とする請求項1〜8いずれかに記載の手術支援システム。
The image processing apparatus includes:
The surgery support system according to any one of claims 1 to 8, further comprising a movement detection function unit that repeatedly outputs a control command when movement of the camera is detected.
カメラと、プロジェクタと、被投影対象の表面に設置されるレジストレーショントラッカーと、画像処理装置と、を備え、
前記画像処理装置は、
前記カメラから見た3次元座標系を設定するカメラ座標系設定機能部と、
前記プロジェクタから見た3次元座標系を設定するプロジェクタ座標系設定機能部と、
前記カメラとプロジェクタとの位置関係と、前記カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報と、に基づいて、前記プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報を取得するレジストレーショントラッカー情報変換機能部と、
予め取得された事前画像座標系のレジストレーショントラッカー情報と事前画像座標系のターゲット情報とを入力する事前画像入力機能部と、
前記事前画像座標系のレジストレーショントラッカー情報と事前画像座標系のターゲット情報との位置関係と、前記プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報と、に基づいて、プロジェクタ座標系のターゲット情報を取得するターゲット撮影画像取得機能部と、
プロジェクタ座標系のターゲット情報を3次元座標から2次元座標に変換する次元変換機能部と、
を有する
ことを特徴とするプロジェクタシステム。
A camera, a projector, a registration tracker installed on the surface of the projection target, and an image processing device,
The image processing apparatus includes:
A camera coordinate system setting function unit for setting a three-dimensional coordinate system viewed from the camera;
A projector coordinate system setting function unit for setting a three-dimensional coordinate system viewed from the projector;
A registration tracker information conversion function unit for acquiring registration tracker information of the projector coordinate system based on a positional relationship between the camera and the projector and registration tracker information of the camera coordinate system;
A pre-image input function unit for inputting registration tracker information of the pre-image coordinate system acquired in advance and target information of the pre-image coordinate system;
Target that acquires target information of the projector coordinate system based on the positional relationship between the registration tracker information of the prior image coordinate system and the target information of the prior image coordinate system and the registration tracker information of the projector coordinate system A captured image acquisition function unit;
A dimension conversion function unit for converting target information of the projector coordinate system from three-dimensional coordinates to two-dimensional coordinates;
A projector system comprising:
3次元医療画像取得と同時に取得可能な立体形状を有するレジストレーショントラッカーを用い、
該立体形状は、複数の平面を含み、
該複数の平面のうち2以上の平面には、該カメラで撮影可能な複数のマーカ点が設けられ、
該マーカ点間の位置関係は既知であり、
該レジストレーショントラッカーにおける該マーカ点の位置関係は既知であり、
医療画像作成装置が、ターゲットに係る3次元医療画像作成と同時に第2レジストレーショントラッカー情報を作成し、
カメラとプロジェクタとを含み投影中も移動可能なユニットと、被投影対象の表面に設置されたレジストレーショントラッカーと、画像処理装置と、を備える手術支援システムを用い、
前記カメラとプロジェクタとの位置関係は既知であり、
前記ユニットが、被投影対象に対応するように設置され、
前記カメラが、被投影対象の表面に設置されたレジストレーショントラッカーを撮影し、
前記画像処理装置が、
前記カメラによるレジストレーショントラッカーの撮影画像から取得された第1レジストレーショントラッカー情報と、
予め3次元医療画像を取得するときと同時に取得された第2レジストレーショントラッカー情報と、
に基づいて、レジストレーションを行い、
被投影対象内部にあるターゲットに関する画像情報であるターゲット情報を取得し、
プロジェクタ座標系のターゲット情報を3次元座標から2次元座標に変換し、
前記プロジェクタが、前記2次元座標のターゲット情報に基づいて、ターゲット画像を被投影対象に投影する
ことを特徴とする医療画像投影方法。
Using a registration tracker with a three-dimensional shape that can be acquired simultaneously with the acquisition of a three-dimensional medical image,
The three-dimensional shape includes a plurality of planes,
Two or more planes of the plurality of planes are provided with a plurality of marker points that can be photographed by the camera,
The positional relationship between the marker points is known,
The positional relationship of the marker points in the registration tracker is known;
The medical image creation device creates the second registration tracker information simultaneously with the creation of the 3D medical image related to the target,
Using a surgery support system comprising a unit including a camera and a projector, which is movable during projection, a registration tracker installed on the surface of the projection target, and an image processing device,
The positional relationship between the camera and the projector is known,
The unit is installed to correspond to the projection target,
The camera shoots a registration tracker installed on the surface of the projection target,
The image processing apparatus is
First registration tracker information acquired from a captured image of the registration tracker by the camera;
Second registration tracker information acquired at the same time as acquiring a three-dimensional medical image in advance;
Based on the registration,
Get target information that is image information about the target inside the projection target,
Convert the target information of the projector coordinate system from 3D coordinates to 2D coordinates,
A medical image projecting method, wherein the projector projects a target image onto a projection target based on target information of the two-dimensional coordinates.
医療画像作成装置が、医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報と医療画像座標系のターゲット情報とを予め作成し、
カメラと、プロジェクタと、被投影対象の表面に設置されたレジストレーショントラッカーと、画像処理装置と、を備える手術支援システムのうち、該カメラと該プロジェクタとを含むユニットが、被投影対象に対応するように設置され、
前記カメラが、被投影対象の表面に設置されたレジストレーショントラッカーを撮影し、
前記画像処理装置が、
前記カメラによるレジストレーショントラッカーの撮影画像に基づいて、前記カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報を取得し、
前記カメラとプロジェクタとの位置関係と、前記カメラ座標系のレジストレーショントラッカー情報と、に基づいて、前記プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報を取得し、
前記医療画像座標系のレジストレーショントラッカー情報と医療画像座標系のターゲット情報との位置関係と、前記プロジェクタ座標系のレジストレーショントラッカー情報と、に基づいて、プロジェクタ座標系のターゲット情報を取得し、
プロジェクタ座標系のターゲット情報を3次元座標から2次元座標に変換し、
前記プロジェクタが、前記2次元ターゲット情報に基づいて、ターゲット画像を被投影対象に投影する
ことを特徴とする医療画像投影方法。
The medical image creation device creates registration tracker information in the medical image coordinate system and target information in the medical image coordinate system in advance,
Of the surgical support system including a camera, a projector, a registration tracker installed on the surface of the projection target, and an image processing device, a unit including the camera and the projector corresponds to the projection target. Installed as
The camera shoots a registration tracker installed on the surface of the projection target,
The image processing apparatus is
Based on the captured image of the registration tracker by the camera, obtain registration tracker information of the camera coordinate system,
Based on the positional relationship between the camera and the projector and the registration tracker information of the camera coordinate system, obtain registration tracker information of the projector coordinate system,
Based on the positional relationship between the registration tracker information of the medical image coordinate system and the target information of the medical image coordinate system, and the registration tracker information of the projector coordinate system, obtain target information of the projector coordinate system,
Convert the target information of the projector coordinate system from 3D coordinates to 2D coordinates,
A medical image projecting method, wherein the projector projects a target image onto a projection target based on the two-dimensional target information.
前記カメラと該プロジェクタとを含むユニットが移動され、
前記ユニット移動の度に、
前記カメラによる撮影と、前記画像処理装置による画像処理と、前記プロジェクタによる投影と、が繰り返される
ことを特徴とする請求項11または12記載の医療画像投影方法。
A unit including the camera and the projector is moved;
Each time the unit moves,
The medical image projection method according to claim 11 or 12, wherein photographing by the camera, image processing by the image processing device, and projection by the projector are repeated.
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