JP7213413B2 - C-armベースの医用画像システム及び2D画像と3D空間の整合方法 - Google Patents
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Description
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
医用画像システムにおいて、
X-線ソース及びディテクターを有するC型透視照影装置(以下、「C-arm」という)と、
前記X-線ソース及び前記ディテクターとの間のX-線経路に設けられて、X-線不透過性の複数の第1ボールマーカーが備えられた第1透過面及び第1光学式マーカーを有する第1プレートと、
前記X-線ソース及び前記ディテクターとの間のX-線経路に設けられて、X-線不透過性の複数の第2ボールマーカーが備えられた第2透過面及び第2光学式マーカーを有する第2プレートと、
3次元基準座標系を提供するための基準光学式マーカーと、
前記第1及び第2光学式マーカー及び前記基準光学式マーカーの位置を認識する光学追跡装置と、
前記ディテクターが互いに異なる第1位置及び第2位置で被検体について第1撮影画像及び第2撮影画像をそれぞれ取得し、前記第1及び第2撮影画像上の前記第1及び第2ボールマーカーの位置と前記光学追跡装置から得られた位置情報を基に、3次元基準座標系上の座標と、前記第1及び第2撮影画像上の位置との間の整合関係を算出する整合部を含むことを特徴とする医用画像システム。
[2]
前記整合部は、
前記第1及び第2撮影画像上の前記第1ボールマーカーの位置と、前記第1光学式マーカーを媒介として算出される前記第1プレート上の第1ボールマーカーの位置間の対応関係を基に、前記第1及び第2撮影画像を前記X-線経路に沿って前記第1プレート上にそれぞれ投影して、第1及び第2投影画像を求めることを特徴とする[1]に記載の医用画像システム。
[3]
前記整合部は、
前記第1及び第2投影画像上の前記第2ボールマーカーの位置と、前記第2光学式マーカーを媒介として算出される前記第2プレート上の第2ボールマーカーの位置間の対応関係を基に、前記第1及び第2撮影画像にそれぞれ対応する前記X-線ソースの第1及び第2ソースの位置を求めることを特徴とする[2]に記載の医用画像システム。
[4]
前記整合部は、前記第1ソースの位置及び前記第1投影画像の位置の関係から前記第1ソースの位置から照射される第1X-線の投影経路及び前記第2ソースの位置及び前記第2投影画像の位置の関係から前記第2ソースの位置から照射される第2X-線の投影経路が重なる3次元照影空間を算出することを特徴とする[3]に記載の医用画像システム。
[5]
前記第1及び第2撮影画像を表示するためのディスプレイと、
施術者から前記第1及び第2撮影画像上に任意の位置情報の入力を受けるためのユーザーインターフェースを含み、
前記整合部は、前記施術者から入力された位置情報に対応する前記基準座標系上の空間座標を算出することを特徴とする[1]乃至[4]の中のいずれか一項に記載の医用画像システム。
[6]
第3光学式マーカーを有する医療用処置具をさらに含み、
前記整合部は、前記光学追跡装置が前記第3光学式マーカーを媒介として取得した前記医療用処置具の位置座標を取得し、前記変換関係を基に、前記第1及び第2撮影画像上で前記医療用処置具の位置情報を算出することを特徴とする[1]乃至[4]の中のいずれか一項に記載の医用画像システム。
[7]
前記第1プレートは、前記第1透過面が前記ディテクターの前面部に位置するように、前記C-armに固定するための固定部材を含むことを特徴とする[1]乃至[4]の中のいずれか一項に記載の医用画像システム。
[8]
前記第2プレートは、前記第1プレートと前記X-線ディテクターとの間に設けられることを特徴とする[1]乃至[4]の中のいずれか一項に記載の医用画像システム。
[9]
C-armの2D画像と3D空間の整合方法において、
第1位置でC-armディテクターが第1撮影画像を取得するステップと、
前記第1撮影画像を前記第1位置に対応する第1X-線経路に沿って、第1プレート上に逆投影して第1投影画像を求めるステップであって、前記第1プレートは、前記第1X-線経路上に設けられ、医療空間座標系(以下、「基準座標系」)で位置の識別が可能な第1光学式マーカーを有するステップと、
前記第1X-線経路上に設けられた第2プレートのボールマーカーの前記基準座標系上の位置と前記第1投影画像上の第2プレートのボールマーカーの位置の対応関係を基に、前記第1位置に対応するC-armソースの位置である第1ソースの位置を算出するステップと、
第2位置でC-armディテクターが第2撮影画像を取得するステップと、
前記第2撮影画像を前記第2位置に対応する第2X-線経路に沿って前記第2X-線経路上に設けられた第1プレート上に逆投影して、第2投影画像を求めるステップと、
前記第2X-線経路上に設けられた前記第2プレートのボールマーカーの前記基準座標系上の位置と前記第1投影画像上の前記第2プレートのボールマーカーの位置の対応関係を基に、前記第2位置に対応する前記C-armソースの位置である第2ソースの位置を算出するステップと、
前記第1ソースの位置と前記第1投影画像上の第1ピクセルを結ぶ第1ラインと、前記第2ソースの位置と前記第2投影画像上の第2ピクセルを結ぶ第2ラインの交差点の座標を算出するステップと、を含むことを特徴とするC-armの2D画像と3D空間の整合方法。
[10]
C-armの2D画像と3D空間の整合方法において、
第1位置でC-armディテクターが第1撮影画像を取得するステップと、
前記第1撮影画像を前記第1位置に対応する第1X-線経路に沿って、第1プレート上に逆投影して、第1投影画像を求めるステップであって、前記第1プレートは、前記第1X-線経路上に設けられて基準座標系での位置の識別が可能な第1光学式マーカーを有するステップと、
前記第1X-線経路上に設けられた第2プレートのボールマーカーの前記基準座標系上の位置と前記第1投影画像上の第2プレートのボールマーカーの位置の対応関係を基に、前記第1位置に対応するC-armソースの位置である第1ソースの位置を算出するステップと、
第2位置でC-armディテクターが第2撮影画像を取得するステップと、
前記第2撮影画像を前記第2位置に対応する第2X-線経路に沿って前記第2X-線経路上に設けられた第1プレート上に逆投影して、第2投影画像を求めるステップと、
前記第2X-線経路上に設けられた前記第2プレートのボールマーカーの前記基準座標系上の位置と前記第1投影画像上の前記第2プレートのボールマーカーの位置の対応関係を基に、前記第2位置に対応する前記C-armソースの位置である第2ソースの位置を算出するステップと、
任意の空間座標が前記第1X-線経路に沿って前記第1投影画像に投影される第1ピクセルを算出し、前記任意の空間座標が前記第2X-線経路に沿って前記第2投影画像に投影される第2ピクセルを算出するステップと、を含むことを特徴とするC-armの2D画像と3D空間の整合方法。
[11]
前記第1プレート上で前記第1撮影画像の第1投影画像を求めるステップは、前記第1プレートのボールマーカーに対応する前記第1撮影画像上での位置及び前記基準座標系上の位置を基準に前記第1撮影画像をワーピングして前記第1投影画像を算出することを含むことを特徴とする[9]または[10]に記載のC-armの2D画像と3D空間の整合方法。
[12]
前記第1プレート上で前記第2撮影画像の第2投影画像を求めるステップは、前記第1プレートのボールマーカーに対応する前記第2撮影画像上での位置及び前記基準座標系上の位置を基準に前記第2撮影画像をワーピングして前記第2投影画像を算出することを含むことを特徴とする[9]または[10]に記載のC-armの2D画像と3D空間の整合方法。
20:第1プレート
30:第2プレート
40:基準光学式マーカー
50:光学追跡装置
60:ディスプレイ
70:ユーザーインターフェース部
80:整合部
Claims (12)
- 医用画像システムにおいて、
X-線ソース及びディテクターを有するC型透視照影装置(以下、「C-arm」という)と、
前記X-線ソースと前記ディテクターとの間のX-線経路に設けられて、X-線不透過性の複数の第1ボールマーカーが備えられた第1透過面及び第1光学式マーカーを有する第1プレートと、
前記X-線ソースと前記ディテクターとの間のX-線経路に設けられて、X-線不透過性の複数の第2ボールマーカーが備えられた第2透過面及び第2光学式マーカーを有する第2プレートと、
3次元基準座標系を提供するための基準光学式マーカーと、
前記第1及び第2光学式マーカー及び前記基準光学式マーカーの位置を認識する光学追跡装置と、
前記ディテクターが互いに異なる第1位置及び第2位置で被検体について第1撮影画像及び第2撮影画像をそれぞれ取得し、前記第1及び第2撮影画像上の前記第1及び第2ボールマーカーの位置と前記光学追跡装置から得られた位置情報を基に、3次元基準座標系上の座標と、前記第1及び第2撮影画像上の位置との間の整合関係を算出する整合部を含むことを特徴とする医用画像システム。 - 前記整合部は、
前記第1及び第2撮影画像上の前記第1ボールマーカーの位置と、前記第1光学式マーカーを媒介として算出される前記第1プレート上の第1ボールマーカーの位置間の対応関係を基に、前記第1及び第2撮影画像を前記X-線経路に沿って前記第1プレート上にそれぞれ投影して、第1及び第2投影画像を求めることを特徴とする請求項1に記載の医用画像システム。 - 前記整合部は、
前記第1及び第2投影画像上の前記第2ボールマーカーの位置と、前記第2光学式マーカーを媒介として算出される前記第2プレート上の第2ボールマーカーの位置間の対応関係を基に、前記第1及び第2撮影画像にそれぞれ対応する前記X-線ソースの第1及び第2ソースの位置を求めることを特徴とする請求項2に記載の医用画像システム。 - 前記整合部は、前記第1ソースの位置から照射される第1X-線の投影経路及び前記第2ソースの位置から照射される第2X-線の投影経路が重なる3次元照影空間を算出することを特徴とする請求項3に記載の医用画像システム。
- 前記第1及び第2撮影画像を表示するためのディスプレイと、
施術者から前記第1及び第2撮影画像上に任意の位置情報の入力を受けるためのユーザーインターフェースを含み、
前記整合部は、前記施術者から入力された位置情報に対応する前記基準座標系上の空間座標を算出することを特徴とする請求項1乃至請求項4の中のいずれか一項に記載の医用画像システム。 - 第3光学式マーカーを有する医療用処置具をさらに含み、
前記整合部は、前記光学追跡装置が前記第3光学式マーカーを媒介として取得した前記医療用処置具の位置座標を取得し、前記整合関係を基に、前記第1及び第2撮影画像上で前記医療用処置具の位置情報を算出することを特徴とする請求項1乃至請求項4の中のいずれか一項に記載の医用画像システム。 - 前記第1プレートは、前記第1透過面が前記ディテクターの前面部に位置するように、前記C-armに固定するための固定部材を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項4の中のいずれか一項に記載の医用画像システム。
- 前記第2プレートは、前記第1プレートと前記X-線ディテクターとの間に設けられることを特徴とする請求項1乃至請求項4の中のいずれか一項に記載の医用画像システム。
- C-armの2D画像と3D空間の整合方法において、
第1位置でC-armディテクターが第1撮影画像を取得するステップと、
前記第1撮影画像を前記第1位置に対応する第1X-線経路に沿って、第1プレート上に逆投影して第1投影画像を求めるステップであって、前記第1プレートは、前記第1X-線経路上に設けられ、医療空間座標系(以下、「基準座標系」)で位置の識別が可能な第1光学式マーカーを有するステップと、
前記第1X-線経路上に設けられた第2プレートのボールマーカーの前記基準座標系上の位置と前記第1投影画像上の第2プレートのボールマーカーの位置の対応関係を基に、前記第1位置に対応するC-armソースの位置である第1ソースの位置を算出するステップと、
第2位置でC-armディテクターが第2撮影画像を取得するステップと、
前記第2撮影画像を前記第2位置に対応する第2X-線経路に沿って前記第2X-線経路上に設けられた第1プレート上に逆投影して、第2投影画像を求めるステップと、
前記第2X-線経路上に設けられた前記第2プレートのボールマーカーの前記基準座標系上の位置と前記第1投影画像上の前記第2プレートのボールマーカーの位置の対応関係を基に、前記第2位置に対応する前記C-armソースの位置である第2ソースの位置を算出するステップと、
前記第1ソースの位置と前記第1投影画像上の第1ピクセルを結ぶ第1ラインと、前記第2ソースの位置と前記第2投影画像上の第2ピクセルを結ぶ第2ラインの交差点の座標を算出して、前記第1ピクセル及び前記第2ピクセルに対応する前記第1撮影画像及び前記第2撮影画像上のピクセルを前記交差点の座標に整合させるステップと、を含むことを特徴とするC-armの2D画像と3D空間の整合方法。 - C-armの2D画像と3D空間の整合方法において、
第1位置でC-armディテクターが第1撮影画像を取得するステップと、
前記第1撮影画像を前記第1位置に対応する第1X-線経路に沿って、第1プレート上に逆投影して、第1投影画像を求めるステップであって、前記第1プレートは、前記第1X-線経路上に設けられて基準座標系での位置の識別が可能な第1光学式マーカーを有するステップと、
前記第1X-線経路上に設けられた第2プレートのボールマーカーの前記基準座標系上の位置と前記第1投影画像上の第2プレートのボールマーカーの位置の対応関係を基に、前記第1位置に対応するC-armソースの位置である第1ソースの位置を算出するステップと、
第2位置でC-armディテクターが第2撮影画像を取得するステップと、
前記第2撮影画像を前記第2位置に対応する第2X-線経路に沿って前記第2X-線経路上に設けられた第1プレート上に逆投影して、第2投影画像を求めるステップと、
前記第2X-線経路上に設けられた前記第2プレートのボールマーカーの前記基準座標系上の位置と前記第1投影画像上の前記第2プレートのボールマーカーの位置の対応関係を基に、前記第2位置に対応する前記C-armソースの位置である第2ソースの位置を算出するステップと、
任意の空間座標が前記第1X-線経路に沿って前記第1投影画像に投影される第1ピクセルを算出し、前記任意の空間座標が前記第2X-線経路に沿って前記第2投影画像に投影される第2ピクセルを算出して、前記空間座標を前記第1ピクセル及び前記第2ピクセルに整合させるステップと、
前記第1投影画像上の前記第1ピクセル及び前記第2投影画像上の前記第2ピクセルを逆ワーピング行列によって前記第1撮影画像及び前記第2撮影画像上のピクセルに整合させるステップと、を含むことを特徴とするC-armの2D画像と3D空間の整合方法。 - 前記第1プレート上で前記第1撮影画像の第1投影画像を求めるステップは、前記第1プレートのボールマーカーに対応する前記第1撮影画像上での位置及び前記基準座標系上の位置を基準に前記第1撮影画像をワーピングして前記第1投影画像を算出することを含むことを特徴とする請求項9または請求項10に記載のC-armの2D画像と3D空間の整合方法。
- 前記第1プレート上で前記第2撮影画像の第2投影画像を求めるステップは、前記第1プレートのボールマーカーに対応する前記第2撮影画像上での位置及び前記基準座標系上の位置を基準に前記第2撮影画像をワーピングして前記第2投影画像を算出することを含むことを特徴とする請求項9または請求項10に記載のC-armの2D画像と3D空間の整合方法。
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