JPH03176041A

JPH03176041A - 座標データ算出装置および方法

Info

Publication number: JPH03176041A
Application number: JP2234481A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Machida; 好男町田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-12
Filing date: 1990-09-06
Publication date: 1991-07-31
Also published as: DE69024161T2; EP0422396A1; DE69024161D1; EP0422396B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ＭＨＩ装置の如き断層像撮影装置を利用し、
定位脳手術（ステレオタキシー）等を行う際に必要な、
被検体内所望点の座標データを算出するための装置、お
よび該装置を使用して被検体内所望点の座標データを算
出する方法に関する。

（従来の技術）被検体内所望点の座標データを用いる例として、脳神経
外科の手術の一つである定位脳手術がある。定位脳手術
は、脳中に存在する患部の位置を、画像の助けを借りて
同定し、該同定部位に穿刺針を挿入して患部を除去する
等の施術を行うものである。ここで、前記画像としては
、Ｘ線診断装置によるＸ線画像（レントゲン像）を用い
るものから、近時にいたっては、断層像撮影装置として
Ｘ線ＣＴ装置を利用するＣＴ定位脳手術や、やはり断層
像撮影装置としてＭＨＩ装置を利用するＭＨＩ定位脳手
術が行われるようになっている。

従来からＭＨＩ定位脳手術は、被検体中４こ存在する疾
患部位の座標を知る座標算出工程と、この工程により知
り得た座標値に基づき、定位脳手術装置を操作する、つ
まり手術工程を実行することにより実現されるものであ
る。第２６図は座標算出工程に使用する装置及び被検体
を示し、第２７図は手術工程に使用する装置、つまり、
定位脳手術装置及び被検体を示している。

第２６図に示すように、座標算出工程に使用する装置に
おいては、環状のフレーム２０の内部に被検体４０の頭
部４０Ａを保持する。この場合、フレーム２０にはＸ、
Ｙ、Ｚ軸座標を知るためインジケータファントム２１を
装着しておくものとする。そして、頭部４０Ａを保持し
たまままでフレーム２０を図示しない断層像撮影装置の
撮影可能領域内の定位置に置き、撮影を行い、例えば軸
上面（アキシャル面）像を得る。この画像を観察し、画
像上に現れている患部の位置を、インジケータファント
ム２１を参照してＸ、Ｙ、Ｚ軸座標にて知ることにより
同定する。次に、インジケータファントム２１をフレー
ム２０から除去して第２７図に示すように、定位脳手術
装置２２を装着する。そして、前述の作業で知り得た患
部の位置座標を目標として該装置に装備される穿刺針２
２Ａを頭部に穿刺して患部を除去する等の施術を行うも
のである。

（発明が解決しようとする課題）上述した定位脳手術の実施にあっては、脳に対する手術
であることから、その患部の同定にあっては高い位置精
度が要求される。

ＭＨＩ装置においては、静磁場及び傾斜磁場の持ってい
る特性ゆえに、磁場中心から離れるに従って磁場の歪み
が大きくなり、これに伴い画像の歪みも急激に大きくな
ることがある。例えば、フレーム近傍の位置では５　ｍ
ｍ程度の歪みを生じることもあり、高い位置精度が要求
される定位脳手術の実施にあっては、問題であった。

そこで、本発明の目的は、被検体内所望点の座標データ
を算出するために使用する装置、および該装置を使用し
て被検体内所望点の座標データを算出する方法であって
、特に、高精度の座標データを得ることを可能とする装
置及び方法を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上記課題を解決し且つ目的を遠戚するために次
のような手段を高じた構成としている。

すなわち、請求項１に係る装置発明は、被検体内所望点
の座標データを算出するために使用する装置において、被検体をその内側に着脱自在に保持し得る形状であって
、断層像撮影装置のガントリ内における撮影可能領域内
に配置され得るフレームと、前記フレームの内側に、前
記被検体に代えて着脱自在に設けられるものであって、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少なくとも１軸の座標を表示し
得る座標表示体を有し且つ前記断層像撮影装置により撮
影可能なフレーム座標ファントムとを具備してなる装置
である。

請求項２に係る装置発明は、被検体内所望点の座標デー
タを算出するために使用する装置において、被検体をその内側に保持し得る形状であって、断層像撮
影装置のガントリ内における撮影可能領域内に配置され
得る第１のフレームと、前記第１のフレームと幾何学的
に同形な形状を有する第２のフレームと、前記第２のフレームの内側に、固定されるものであって
、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少なくとも１軸の座標を表示
し得る座標表示体を有し且つ前記断層像撮影装置により
撮影可能なフレーム座標ファントムとを具備してなる装
置である。

請求項３に係る装置発明は、被検体内所望点の座標デー
タを算出するために使用する装置において、被検体をその内側に着脱自在に保持し得る形状であって
、断層像撮影装置のガントリ内における撮影可能領域内
に配置され得るフレームと、前記フレームの外側に、固
定されるものであって、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少なく
とも１軸の座標を表示し得る座標表示体を有し且つ前記
断層像撮影装置により撮影可能なインジケータファント
ムと、前記フレームの内側に、前記被検体に代えて着脱自在に
設けられるものであって、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少な
くとも１軸の座標を表示し得る座標表示体を有し且つ前
記断層像撮影装置により撮影可能なフレーム座標ファン
トムとを具備してなる装置である。

請求項４に係る装置発明は、被検体内所望点の座標デー
タを算出するために使用する装置において、被検体をその内側に保持し得る形状であって、断層像撮
影装置のガントリ内における撮影可能領域内に配置され
得る第１のフレームと、前記第１のフレームの外側に、
固定されるものであって、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少な
くとも１軸の座標を表示し得る座標表示体を有し且つ前
記断層像撮影装置により撮影可能な第１のインジヶ−タ
フアントムと、前記第１のフレームと幾何学的に同形な形状を有する第
２のフレームと、前記第２のフレームの外側に、固定されるものであって
、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少なくとも１軸の座標を表示
し得る座標表示体を有し且つ前記断層像撮影装置により
撮影可能な第２のインジケータファントムと、前記第２のフレームの内側に、固定されるものであって
、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少なくとも１軸の座標を表示
し得る座標表示体を有し且つ前記断層像撮影装置により
撮影可能なフレーム座標ファントムとを具備してなる装
置である。

請求項５に係る方法発明は、請求項１に係る装置を使用
して被検体内所望点の座標データを算出する方法であっ
て、断層像撮影装置の撮影可能領域内に、前記フレーム座標
ファントムを装着してなる前記フレームを配置して、該
フレーム及び前記フレーム座標ファントムを一体にて撮
影を行いファントム画像を得、前記ファントム画像を撮影したときと同じ位置に、前記
フレーム座標ファントムに代えて被検体をその内側に保
持した前記フレームを配置して、該フレーム及び前記被
検体を一体にて撮影を行い被検体画像を得て、前記ファントム画像と前記被検体画像との相関関係に基
づき、前記フレーム座標ファントムと前記前記被検体と
の画像上での位置関係、及び前記フレームと前記被検体
との実空間での位置関係を知り、前記画像上及び前記実空間上の位置関係に基づき前記被
検体内所望点について、前記被検体の実空間上の座標と
前記断層像撮影装置により撮影される前記被検体の画像
上の座標とのずれをキャリブレーションした座標データ
を得る方法である。

請求項６に係る方法発明は、請求項２に係る装置を使用
して被検体内所望点の座標データを算出する方法であっ
て、断層像撮影装置の撮影可能領域内に、前記フレーム座標
ファントムを固定してなる前記第２のフレームを配置し
て、該第２のフレーム及び前記フレーム座標ファントム
を一体にて撮影を行いファントム画像を得、前記ファントム画像を撮影したときと同じ位置に、前記
被検体をその内側に保持した前記第１のフレームを配置
して、該第１のフレーム及び前記被検体を一体にて撮影
を行い被検体画像を得て、前記ファントム画像と前記被
検体画像との相関関係に基づき、前記フレーム座標ファ
ントムと前記前記被検体との画像上での位置関係、及び
前記第１．第２のフレームと前記被検体との実空間での
位置関係を知り、前記画像上及び前記実空間上の位置関係に基づき前記被
検体内所望点について、前記被検体の実空間上の座標と
前記断層像撮影装置により撮影される前記被検体の画像
上の座標とのずれをキャリブレーションした座標データ
を得る方法である。

請求項７に係る方法発明は、請求項３に係る装置を使用
して被検体内所望点の座標データを算出する方法であっ
て、断層像撮影装置の撮影可能領域内に、前記フレーム座標
ファントムをその内側に装着し且つ前記インジケータフ
ァントムをその外側に固定した前記フレームを配置して
、該フレーム及び前記フレーム座標ファントム及び前記
インジケータファントムを一体にて撮影を行いファント
ム画像を得、前記ファントム画像を撮影したときと同じ
位置に、前記フレーム座標ファントムに代えて前記被検
体をその内側に保持して前記フレームを配置して、該フ
レーム及び前記被検体及び前記インジケータファントム
を一体にて撮影を行い被検体画像を得て、前記ファントム画像における前記インジケータファント
ムと前記被検体画像における前記インジケータファント
ムとの相関関係に基づき、前記フレーム座標ファントム
と前記前記被検体との画像上での位置関係、及び前記フ
レームと前記被検体との実空間での位置関係を知り、前記画像上及び前記実空間上の位置関係に基づき前記被
検体内所望点について、前記被検体の実空間上の座標と
前記断層像撮影装置により撮影される前記被検体の画像
上の座標とのずれをキャリブレーションした座標データ
を得る方法である。

請求項８に係る方法発明は、請求項４に係る装置を使用
して被検体内所望点の座標データを算出する方法であっ
て、断層像撮影装置の撮影可能領域内に、前記フレーム座標
ファントムをその内側に固定し且つ前記第２のインジケ
ータファントムをその外側に固定した前記第２のフレー
ムを配置して、該第２のフレーム及び前記フレーム座標
ファントム及び前記第２のインジケータファントムを一
体にて撮影を行いファントム画像を得、前記ファントム画像を撮影したときと同じ位置に、前記
被検体をその内側に保持し且つ前記第１のインジケータ
ファントムをその外側に固定した前記第１のフレームを
配置して、該第１のフレーム及び前記被検体及び前記第
１のインジケータファントムを一体にて撮影を行い被検
体画像を得て、前記ファントム画像における第２のイン
ジケータファントムと前記被検体画像における第１のイ
ンジケータファントムとの相関関係に基づき、前記フレ
ーム座標ファントムと前記前記被検体との画像上での位
置関係、及び前記第１．第２のフレームと前記被検体と
の実空間での位置関係を知り、前記画像上及び前記実空
間上の位置関係に基づき前記被検体内所望点について、
前記被検体の実空間上の座標と前記断層像撮影装置によ
り撮影される前記被検体の画像上の座標とのずれをキャ
リブレーションした座標データを得る方法である。

（作用）以上のような装置及び方法によれば、断層像撮影装置の
撮影可能領域内に置かれたフレームの内側にあっては画
像歪みはほとんど無いことから、ファントム画像上に現
れたフレーム座標ファントム画像は、フレームの位置座
標を示すことになる。

従って、このファントム画像と同じ位置で撮影した被検
体画像と前記ファントム画像とによれば、フレーム自身
の正確な位置と、フレームと被検体との間の正確な位置
関係とを知り得、そして、これらにより前記被検体の実
空間上の座標と断層像撮影装置により撮影される前記被
検体の画像上の座標とのずれをキャリブレーションする
キャリブレーションデータを得ることができるものとな
る。

また、断層像撮影装置の撮影可能領域内に置かれたフレ
ームの内側にあっては画像歪みはほとんど無いことから
、ファントム画像上に現れたフレーム座標ファントム画
像は、フレームの位置座標を示すことになる。従って、
このファントム画像と同じ位置で撮影した被検体画像と
前記ファントム画像とによれば、フレーム自身の正確な
位置と、フレームと被検体との間の正確な位置関係とを
知り得、そして、これらにより前記被検体の実空間上の
座標と断層像撮影装置により撮影される前記被検体の画
像上の座標とのずれをキャリブレーションするキャリブ
レーションデータを得ることができ、しかも、前記両画
像は、その外側にインジケータファントムを設けたフレ
ームにおけるものであるため、両画像間でのフレームの
位置関係を一層正確にすることができる。

（実施例）先ず、ＭＨＩ装置について説明する。

すなわち、磁気共鳴現象は、静磁場中に置かれた零でな
いスピン及び磁気モーメントを持つ原子核が、特定の周
波数の電磁波のみを共鳴的に吸収・放出する現象である
。この原子核は下記式に示す角周波数ω。（ω。−２π
ν。１，０　；ラーモア周波数）で共鳴する。

ω０−γＨＯここで、γは原子核の種類に固有の磁気回転比であり、
また、Ｈｏは静磁場強度である。

以上の原理を利用して生体診断を行う装置は、上述の共
鳴吸収の後に誘起される上記と同じ周波数の電磁波を信
号処理して、原子核密度、縦緩和時間Ｔ１．横緩和時間
Ｔ２＋　流れ、化学シフト等の情報が反映された診断情
報例えば被検体のスライス像等を無侵襲で得るようにし
ている。

そして、磁気共鳴による診断情報の収集は、静磁場中に
配置した被検体の全部位を励起し且つ信号収集すること
ができるものである。しかし、装置構成上の制約やイメ
ージング像の臨床上の要請から、実際の装置としては特
定の部位に対する励起とその信号収集とを行うようにし
ている。

この場合、イメージング対象とする特定部位は、一般に
ある厚さを持ったスライス部位であるのが通例である。

このスライス部位からのエコー信号やＦＩＤ信号のＭＲ
倍信号多数回のデータエンコード過程を実行することに
より収集し、これらデータ群を、例えば２次元フーリエ
変換法により画像再構成処理することにより前記特定ス
ライス部位の画像を生成するようにしている。

第１５図は本発明で使用するＭＲＩ装置の全体構成を示
す図である。第１５図に示すように、被検体４０を内部
に収容することができるようになっているマグネットア
ッセンブリとして、常電導又は超電導方式による静磁場
コイル（永久磁石を用いる構成であってもよい、）ｌ○
１と、磁気共鳴信号の誘起部位の位置情報付与のための
傾斜磁場を発生するためのＸ、Ｙ、Ｚ軸の傾斜磁場発生
コイル１０２と、回転高周波磁場を送信すると共に誘起
された磁気共鳴信号（ＭＲ倍信号エコー信号やＦＩＤ信
号）を検出するための送受信系である例えば送信コイル
及び受信コイルからなるプローブ１０３とを有している
。

そして、超電導方式であれば冷媒の供給制御系を含むも
のであって主として静磁場電源の通電制御を行う静磁場
制御系１０４、ＲＦパルスの送信制御を行う送信器１０
５、誘起ＭＲ倍信号受信制御を行う受信器１０６、Ｘ、
Ｙ、Ｚ軸の傾斜磁場発生コイル１０２のそれぞれの励磁
制御を行うＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸傾斜磁場電源１０７，１０
８゜１０９、データ収集のためのパルスシーケンスを実
施することができるシーケンサ１１０１これらを制御す
ると共に検出信号の信号処理及びその表示を行うコンピ
ュータシステム１１１、表示装置１１２により構成され
ている。また、コンピュータシステム１１１は、後述す
るファントム画像を保存するためのメモリ１１４を有し
ている。

ここで、データ収集のためのパルスシーケンスしては、
送信器１１５を駆動し、プローブ１０３から回転磁場の
ＲＦパルスを加える。これと共に、傾斜磁場型ｒ１．１
０７，１０８，１０９を駆動して傾斜磁場発生コイル１
０２からは傾斜磁場ＧＸ。

Ｇｙ、Ｇｚをスライス用傾斜磁場（Ｇｓ　）　、位相エ
ンコード用傾斜磁場（ＧＥ　）　、　　リード用傾斜磁
場（ＧＲ）として加える。これらにより、特定部位から
の信号をプローブ３で収集する。このシーケンスを所定
回数繰返して実行してデータ群を得、このデータ群によ
り画像を生成するようにしている。

しかして、断層像撮影装置として近時脚光を浴びている
この種のＭＲＩ装置によれば、この装置とよく比較され
るＸ線ＣＴ装置と違って、次の利点がある。すなわち、
単に電気的な操作だけで被検者（被検体）の所望の断層
像（アキシャル面像。

サジタル面像、コロナル面像、オブリーク面像）を得る
ことができることである。

また、撮影された画像は、原子核密度、緩和時間Ｔ、、
Ｔ２．流れ、化学シフト等の情報を反映した診断情報で
あるため、画像診断における多面多様な利用形態が期待
されている。例えば、ＭＨＩ装置による画像では、後頭
蓋の下部の構造をアーチファクトがなく描出でき、また
、微小な神経核も描出できる。

このため、特に、脳神経外科の診断分野にあっては、前
記Ｘ線ＣＴ装置による画像診断では不都合な場合におい
ての利用が検討され、実行され。

実効を奏している。

しかし、断層像撮影装置であるＭＨＩ装置には、次のよ
うな特性があり、これがため、所望の同定精度、ひいて
は適格に定位脳手術を実施し得ないという問題があった
。すなわち、ＭＨＩ装置における静磁場及び傾斜磁場は
歪みを有し、これにより実際の物体（実空間上の物体）
は形状及び位置関係につき取得された画像上に正しく現
れないものである。

すなわち、第１６図に示すように、静磁場強度Ｈ，は理
想的には空間的に一様であるべきであるが、実際は歪ん
でいる。また、第１７図に示すように、傾斜磁場強度Ｇ
は理想的には空間的に直線性を有するべきであるが、実
際は歪んでいる。これらにより、取得された画像は位置
ズレを生じたものとなっている。第１８図に示すように
、静磁場強度Ｈ０＋傾斜磁場強度Ｇ−ラーモア周波数に
相当する磁場強度は、理想的にはリニア特性を示すべき
ところであるが、実際には歪んでいる。

従って、図示Ａ点は磁場強度Ａ。であるべきなのにＡ。

　である。また、ＡＯは位置Ａ′点の磁場強度であるべ
きだが、真の画像Ａと実際の画像Ａ′とのように、違っ
た位置に現れてしまう。

しかも、静磁場強度Ｈ８の歪み及び傾斜磁場Ｇの歪みは
、磁場中心から離れるに従って急激に大きくなるもρで
あるため、問題である。

第１９図は静磁場強度Ｈ８に不均一性がある場合を模式
的に示しており、この場合、破線（正方形）で示す物体
の画像は、リード用傾斜磁場ＧＲの方向Ｕに歪むことに
なる。

ｍ２０図は傾斜磁場強度Ｇが非直線性がある場合を模式
的に示しており、この場合、破線（正方形）で示す物体
の画像は、リード用傾斜磁場ＧＲの方向Ｕ及びエンコー
ド用傾斜磁場ＧＥの方向Ｖに関係なく歪むことになる。

このようにＭＨＩ装置においては、静磁場及び傾斜磁場
の持っている特性ゆえに、磁場中心から離れるに従って
急激に大きな磁場歪みが生じ、これに伴って画像も大き
な歪みを持つことになる。

例えば、フレーム近傍の位置では５關程度の歪みを生じ
ることもある。これは、高い位置精度が要求される定位
脳手術の実施にあっては、問題であった。

そこで、以下に詳述する本発明装置及び方法が有効とな
るのである。

以下本発明にかかる座標算出の一実施例を図面を参照し
て説明する。

第１Ａ図及び第１Ｂ図は本発明にかかる座標算出装置の
一実施例の主要部をなすステレオタキシー用フレーム、
インジケータファントム、及びフレーム座標ファントム
を示す斜視図である。

第１Ａ図に示すように、ステレオタキシー用フレーム２
０は、図示しないＭＨＩ装置のガントリ内における撮影
可能領域内に配置可能であって被検体４０の頭部４ＯＡ
をその環状内部に保持するものである。このフレーム２
０には、頭部４０Ａを固定するため複数のねじ２３を設
けている。

また、フレーム２０の外側には、ＭＲＩ装置により撮影
可能であってＸ、Ｙ、Ｚ軸座標示体を持つ４つのインジ
ケータファントム２１（２１ＡＩ。

２１Ａ２，２１Ｂ１．２１Ｂ２）を設けており、このイ
ンジケータファントム２１はフレーム２０に対して着脱
自在となっている。

なお、第２図＄−ｉ４図はインジケータファントム２１
を例示するものであり、第２図及び第３図に示すように
、水パイプ２１Ａを複数併設し。

さらにその上に直交して複数の水パイプ２１Ａを併設し
たものや、第４図に示すように、水バイブ２１を複数併
設しさらにその上又は交差して２本の水バイブ２１Ａを
斜め配置したもの等がある。

これにより、取得された断層像上に現れた水パイプ２１
Ａの画像により３軸直交座標を知ることができる。

さらに、フレーム２０の内側には、フレーム座標ファン
トム３０を着脱自在に設けている。このフレーム座標フ
ァントム３０は、ＭＨＩ装置により撮影可能であって例
えば３直文面によるＸ、Ｙ。

２軸座標表示体を持つものとなっている。以上の如くに
あってフレーム２０は、例えばインジケータファントム
２１を外した上で第２７図に示す手術装置２２を装着可
能になっている。

次に上記の如く構成された本実施例の座標算出を用いた
座標算出方法、さらにＭＲＩ定位脳手術を説明する。

まず、座標系について説明する。すなわち、第５図に示
すように、ＭＲＩ装置の座標系をｘ、ｙ。

２とし、座標算出装置（フレーム２０）の座標系をξ、
η、ことする。これによると、キャリブレーションのた
めの画像（ファントム画像）は、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系で与
えられる。また、フレーム座標系の各面は、ξ−η、η
−ζ、ζ−ξ平面として表される。ここで、ξ−η平面
をζｐで表し、〃−ζ平面をξＰで表し、ζ−ξ平面を
ηｐで表す。

第６Ａ図に示すように、フレーム２０の外側にインジケ
ータファントム２１を取付ける。これと共にその内側に
フレーム座標ファントム３０を取付けたものであるフレ
ーム２０．インジケータファントム２１．フレーム座標
ファントム３０の一体物を構成する。このとき、フレー
ム座標ファントム３０のフレーム２０への取付けの好ま
しい実施例としては、例えば、フレーム２０上における
定位脳手術装置２２の取り付は位置（この取り付は位置
は、通常高い機会精度で制作されている。）にフレーム
座標ファントム３０を取り付ける等をすればよい。

さて、上記一体物が、ＭＲＩ装置のガントリ内における
撮影可能領域であって好ましくは磁場中心にフレーム座
標ファントム３０の交差点が置かれるように、フレーム
２０をガントリ内の所定位置に、位置決め制御を行って
固定する。そして、例えばｘ−ｙ平面に沿ってスライス
撮影すると、第７Ａ図に示すようにインジケータファン
トム２１の像（Ａｔ’　、Ａ２’　、Ｂｌ’　、Ｂ２’
　）及びフレーム座標ファントム３０の像３０′　（ζ
Ｐηｐ）が現れている例えばアキシャル面画像のファン
トム画像ＡＸ’が取得される。

次に、フレーム２０からフレーム座標ファントム３０を
取除き、第６Ｂ図に示すように、フレーム座標ファント
ム３０に代えて被検体４０の頭部４０Ａを保持し、前述
と同様に頭部４０Ａを保持したフレーム２０を、ＭＨＩ
装置の撮影可能領域内であって前記ファントム画像を撮
影したときと同じ位置に、位置決め制御を行って固定す
る。そして、前述のファントム画像の取得時と同様に例
えばｘ−ｙ平面に沿ってスライス撮影し、第７Ｂ図に示
すように頭部４０Ａの像（４ＯＡ’）及びインジケータ
ファントム２１の像（Ａｌ、Ａ２゜Ｂｌ、Ｂ２）が現れ
ている例えばアキシャル面画像の被検体画像ＡＸを取得
する。

これらのファントム画像と被検体画像とは、フレーム２
０の位置（座標）と頭部４０Ａの実空間上の位置（座標
）とのずれをキャリブレーションするキャリブレーショ
ンデータを得るために用いられる。そして、前記被検体
画像を観察して画像上の所望の位置を患部であると認識
し、該認識位置の実空間上での位置座標を、前記キャリ
ブレーションデータを用いて算出する。この算出法は、
コンピュータ等によるデータ処理により実現されるが、
これについてその詳細は後述する。

次に、インジケータファントム２１をフレーム２０から
除去し、頭部４０Ａを保持したままでフレーム２０に、
例えば第２図に示す手術装置２２を装着し、前述の処理
により知り得た患部位置（座ｔＩＩ）を目標として穿刺
針２２Ａを挿入して患部を除去する等の施術を行う。

次に、ファントム画像と被検体画像とを用いてフレーム
２０の位置（座標）と頭部４０Ａの実空間上の位置（座
標）とのずれを知る、つまりキャリブレーションデータ
を得る算出法について説明する。

すなわち、ファントム画像ＡＸ’上のインジケータファ
ントム２１の像（ＡＩ　’　、　Ａ２　’Ｂｌ　　、Ｂ
２　　）と、被検体画像ＡＸ上のインジケータファント
ム２１の像（ＡＩ、Ａ２゜Ｂｌ、Ｂ２）とは略同じ位置
に現れている。

これを利用し、両者が一致するような変換式φ（φ＾ｘ
（ＡＸ’）≧ＡＸ）を求める。一方、フレーム座標ファ
ントム３０の像３０′は、フレーム２０の内部の座標を
示しているので、前記変換式φとフレーム２０の内部の
座標とにより実空間上の位置（座標）を知ることができ
るものとなる。

例えば、被検体画像ＡＸ上に目標点を定めたとき、その
位置は、フレーム座標ファントム３０の像３０’により
その座標を知ることができ、該座標は前記変換式φによ
り補償され得る。従って、実空間上にある頭部４０Ａに
おける前記位置情報に対応する部位に正しく穿刺針２２
Ａを挿入することができるものとなる。なお、前記変換
式φは、Ａｔ’　、Ａ２’　、Ｂｌ’　、Ｂ２’　と、
Ａｌ、Ａ２゜Ｂｌ、Ｂ２とによる少なくとも２つのポイ
ントずつが重なり合うような２次元の合同変換とすれば
よい。

なお、インジケータファントム２１の像（ＡＩ’、Ａ２
’、Ｂｌ’、Ｂ２’）と、被検体画像ＡＸ上のインジケ
ータファントム２１の像（Ａｌ、Ａ２．Ｂｌ、Ｂ２）と
を一致させる変換式φの算出は、ファントム画像Ａ　Ｘ
’　と被検体画像ＡＸとの同位置性を確保するための手
段である。

例えば、高精度の寝台天板制御等が行われ、撮影位置決
めに関して十分に再現性が得られるならば、変換式φの
算出を行ずに、単に、フレーム座標ファントム３０の像
３０′と頭部４０Ａの像４０Ａ”とにより、位置情報を
得るようにしてもよい。

また、第７Ａ図及び第７Ｂ図はアキシャル面像に適用し
たものであるが、これに限定されない、例えば、第８図
及び第９図に示すように、サジタル面（ＳＧ）の画像に
適用する場合、第１０図及び第１１図に示すように、コ
ロナル面（ＣＲ）の画像に適用する場合でも、同様な手
法にて行うことができる。

さらに、ファントム画像と複数の被検体画像とを用いる
ようにしてもよい。例えば、第１２図〜第１４図は、フ
ァントム画像、サジタル面（ＳＧ）の画像、及びコロナ
ル面（ＣＲ）の画像に適用する場合を示している。

あるいは、３方向についてキャリブレーションを行うこ
とで、前記合同変換式Φを３次元の合同変換式として求
めて、さらに正確な位置測定ができる。

上記において、インジケータファントム及びフレーム座
標ファントムについては、必ずしも３１Ｔ。

の座標表示体を持つまでもなく、位置を特定できる２軸
の座標表示体を持つものであってもよい。

第２１Ａ図及び第２１Ｂ図は本発明に係る座標算出装置
の第２の実施例を示すものであって、インジ−ケタファ
ントム２１を有し且つ固定形式のフレーム座標ファント
ム３０を有する構成の装置を示す斜視図である。

そして、第２１Ａ図はファントム画像撮影の際の状態を
示す図、第２１Ｂ図は被検体画像撮影の際の状態を示す
図である。

第１の実施例では、一つのフレーム２０にフレーム座標
ファントム３０を着脱自在としているのに対し、本第２
の実施例では、フレーム座標ファントム３０を固定した
フレーム２０の他に、インジ−ケタファントム２１を有
する別のフレーム２０′を用いる。この別のフレーム２
０’　は、フレーム２０に幾何学的に同形のもである。

そして、このフレーム２０′にて被検体画像を撮影し、
フレーム２０にてファントム画像を撮影するようにして
いる。つまり、ファントム画像と被検体画像とを別個の
フレーム２０．２０’　を用いるようにしている。

第２２Ａ図及び第２２Ｂ図は本発明に係る座標算出装置
の第３の実施例を示すものであって、インジ−ケタファ
ントム２１が無く且つ着脱自在形式のフレーム座標ファ
ントム３０を有する構成の装置を示す斜視図である。

そして、第２２Ａ図はファントム画像撮影の際の状態を
示す図、第２２Ｂ図は被検体画像撮影の際の状態を示す
図である。ファントム画像と被検体画像とを同一のフレ
ーム２０を用いるようにしている。

第３の実施例は、第１の実施例のものからインジ−ケタ
ファントム２１を無くしたものと同じである。

第２３Ａ図及び第２３Ｂ図は本発明に係る座標算出装置
の第８図の実施例を示すものであって、インジ−ケタフ
ァントム２１が無く且つ固定形式のフレーム座標ファン
トム３０を有する構成の装置を示す斜視図である。

そして、第２３Ａ図はファントム画像撮影の際の状態を
示す図、ｍ２ＢＢ図は被検体画像撮影の際の状態を示す
図である。

第８図の実施例は、第２の実施例のものからインジ−ケ
タファントム２１を無くしたものと同じである。つまり
、ファントム画像と被検体画像とを別個のフレーム２０
，２０′を用いるようにしている。

第２４図に示すステップ５１，５２．５３゜５４．５５
．５６からなる手順は、第１Ａ図及び第１Ｂ図と第２２
Ａ図及び第２２Ｂ図とに示す座標算出装置を用いて座標
キャリブレーション及び定位脳手術を行う方法を示すフ
ローチャートであり、ファントム画像と被検体画像とを
同一のフレーム２０で行う場合の手順である。ここに、
ステップ５１中には、ＭＨＩ装置の静磁場均一性調整を
手順が含まれており、該手順により精度の向上が図られ
る。ここに、静磁場均一性調整は、静磁場強度の経時変
化に対応して参照周波数（ラーモア周波数）を調整する
ものである。具体的には、小さいな経時変化がある静磁
場強度Ｈ６と、／Ｘ−ドウエア上で設定された参照周波
数（ラーモア周波数）ωが、ラーモアの式ω−γＨ，の
関係を満たすように、参照周波数ωを調整する、いわゆ
る磁場ロック制御である。

また、ステップ５１における撮影条件とステップ５２に
おける撮影条件は同じであることが、やはり精度向上に
寄与する。ここでＭＨＩ装置における撮影条件とは、パ
ルスシーケンスを含む、生成画像の性質を左右する条件
のことである。

第２５図に示すステップ６１，６２．６３゜６４．６５
からなる手順は、第２１Ａ図及び第２１Ｂ図と第２３Ａ
図及び第２３Ｂ図とに示す座標算出装置を用いて座標キ
ャリブレーション及び定位脳手術を行う方法を示すフロ
ーチャートであり、ファントム画像と被検体画像とを別
個のフレーム２０．２０’で行う場合の手順である。こ
こに、ステップ６１中には、ＭＨＩ装置の静磁場均一性
調整を手順が含まれており、該手順により精度の向上が
図られる。また、ステップ６１における撮影条件とステ
ップ６２における撮影条件は同じであることが、やはり
精度向上に寄与する。

さらに、コンピュータシスタム１１１のメモリ１１４に
一つのファントム画像を保存しておくことができるが、
これは被検体毎にファントム画像を撮影する手間が省け
るものとなる。

本発明上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できるもので
ある。

［発明の効果コ以上のように、本発明装置および方法によれば、ＭＲＩ
装置に生じ得る画像歪みを補償して、高精度の定位脳手
術が実施する等のための被検体内所望点の座標データを
高精度にして算出できるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及び第１Ｂ図は本発明に係る座標算出装置の第
１の実施例を示すものであって、インジ−ケタファント
ムを有し且つ着脱自在形式のフレーム座標）７ントムを
有する＃ｉ４戊の装置を示す斜、、？第１Ａ図はファン
トム画像撮影の際の状態を示す図、第１Ｂ図は被検体画
像撮影の際の状態を示す図、第２図はインジケータファ
ントムの一つを示す斜視図、第３図は別のインジケータ
ファントムの例を示す平面図、第４図はさらに別のイン
ジケータファントムの例を示す平面図、第５図はＭＲＩ
装置の座標系とフレーム（座標算出装置）の座標系とを
示す説明図、第６Ａ図は第１Ａ図に示す座標算出装置を
用いてファントム画像を撮影する状況を示す斜視図、第
６Ｂ図は第１Ｂ図に示す座標算出装置を用いて被検体画
像を撮影する状況を示す斜視図、第７Ａ図は第６Ａ図の
装置を使用してアキシャル面についてファントム画像を
示す図、第７Ｂ図はｆｆ１６Ｂ図の装置を使用してアキ
シャル面について被検体画像を示す図、第８図及び第９
図はサジタル面（ＳＧ）の画像に適用して座標キャリブ
レーションを行う例を示す図、第１０図及び第１１図は
コロナル面（ＣＲ）の画像に適用して座標キャリブレー
ションを行う例を示す図、第１２図はファントム画像に
適用して座標キャリブレーションを行う例を示す図、第
１．３図はサジタル面（ＳＧ）の画像に適用して座標キ
ャリブレーションを行う例を示す図、第１４図はコロナ
ル面（ＣＲ）の画像に適用して座標キャリブレーション
を行う例を示す図、第１５図は本発明で使用される磁気
共鳴イメージング装置の全体構成を示す図、！１６図〜
第２０図はＭＲＩ装置の磁場特性に起因する問題点を示
すものであって、第１６図は静磁場歪み特性を示す特性
図、第１７図は傾斜磁場歪み特性を示す特性図、第１８
図は静磁場及び傾斜磁場による歪み特性を示す特性図、
第１９図は静磁場歪みがある場合の画像歪みを示す特性
図、第２０図は傾斜磁場歪みがある場合の画像歪みを示
す特性図、第２１Ａ図及び第２１Ｂ図は本発明に係る座
標算出装置の第２の実施例を示すものであって、インジ
−ケタファントムを有し且つ固定形式のフレーム座標フ
ァントムを有する構成の装置を示す斜視図であって、第
２１Ａ図はファントム画像撮影の際の状態を示す図、第
２１Ｂ図は被検体画像撮影の際の状態を示す図、ｍ２２
Ａ図及び第２２Ｂ図は本発明に係る座標算出装置の第３
−の実施例を示すものであって、インジ−ケタファント
ムが無く且つ着脱自在式のフレーム座標ファントムを有
する構成の装置を示す斜視図、第２２Ａ図はファントム
画像撮影の際の状態を示す図、第２２Ｂ図は被検体画像
撮影の際の状態を示す図、第２３Ａ図及び第２３Ｂ図は
本発明に係る座標算出装置の第８図の実施例を示すもの
であって、インジ−ケタファントムが無く且つ固定形式
のフレーム座標ファントムを有する構成の装置を示す斜
視図であって、第２３Ａ図はファントム画像撮影の際の
状態を示す図、第２３Ｂ図は被検体画像撮影の際の状態
を示す図、第２４図は第１Ａ図及び第１Ｂ図と第２２Ａ
図及び第２２Ｂ図に示す座標算出装置を用いて座標キャ
リブレーション及び定位脳手術を行う方法を示すフロー
チャート、第２５図はは第２１Ａ図及び第２１Ｂ図と第
２３Ａ図及び第２３Ｂ図に示す座標算出装置を用いて座
標キャリブレーション及び定位脳手術を行う方法を示す
フローチャート、第２６図はフレーム、インジケータフ
ァントムからなる先行する技術に係る座標算出装置を被
検体との関係で示す斜視図、第２７図は先行する技術に
係る定位脳手術装置をフレーム、被検体との関係で示す
斜視図である。２０・・・フレーム、２１　（２１Ａ１．２１Ａ２゜２
１Ｂ１．２１Ｂ２）・・・インジケータファントム、２
２・・・定位脳手術装置、２３・・・ねじ、３０・・・
フレーム座標ファントム。第１Ａ図第旧図第２図第１３図第１４図第６Ａ図第６Ｂ図第７Ｂ図第８図第１０図第９図第１１図第１６図第７図第２２Ａ！ｚＪ第２２８図第２３Ａ図２３第２３Ｂ図第２４図第２５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被検体内所望点の座標データを算出するための装
置において、被検体をその内側に着脱自在に保持し得る形状であって
、断層像撮影装置のガントリ内における撮影可能領域内
に配置され得るフレームと、前記フレームの内側に、前
記被検体に代えて着脱自在に設けられるものであって、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少なくとも１軸の座標を表示し
得る座標表示体を有し且つ前記断層像撮影装置により撮
影可能なフレーム座標ファントムとを具備してなる座標
データ算出テ装置。
（２）被検体内所望点の座標データを算出するために使
用する装置において、被検体をその内側に保持し得る形状であって、断層像撮
影装置のガントリ内における撮影可能領域内に配置され
得る第１のフレームと、前記第１のフレームと幾何学的に同形な形状を有する第
２のフレームと、前記第２のフレームの内側に、固定さ
れるものであって、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少なくとも
１軸の座標を表示し得る座標表示体を有し且つ前記断層
像撮影装置により撮影可能なフレーム座標ファントムと
を具備してなる座標データ算出装置。
（３）被検体内所望点の座標データを算出するために使
用する装置において、被検体をその内側に着脱自在に保持し得る形状であって
、断層像撮影装置のガントリ内における撮影可能領域内
に配置され得るフレームと、前記フレームの外側に、固定されるものであって、Ｘ、
Ｙ、Ｚ軸座標のうち少なくとも１軸の座標を表示し得る
座標表示体を有し且つ前記断層像撮影装置により撮影可
能なインジケータファントムと、前記フレームの内側に、前記被検体に代えて着脱自在に
設けられるものであって、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少な
くとも１軸の座標を表示し得る座標表示体を有し且つ前
記断層像撮影装置により撮影可能なフレーム座標ファン
トムとを具備してなる座標データ算出装置。
（４）被検体内所望点の座標データを算出するために使
用する座標データ算出装置において、被検体をその内側
に保持し得る形状であって、断層像撮影装置のガントリ
内における撮影可能領域内に配置され得る第１のフレー
ムと、前記第１のフレームの外側に、固定されるものであって
、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少なくとも１軸の座標を表示
し得る座標表示体を有し且つ前記断層像撮影装置により
撮影可能な第１のインジケータファントムと、前記第１のフレームと幾何学的に同形な形状を有する第
２のフレームと、前記第２のフレームの外側に、固定さ
れるものであって、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少なくとも
１軸の座標を表示し得る座標表示体を有し且つ前記断層
像撮影装置により撮影可能な第２のインジケータファン
トムと、前記第２のフレームの内側に、固定されるもの
であって、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標のうち少なくとも１軸の座
標を表示し得る座標表示体を有し且つ前記断層像撮影装
置により撮影可能なフレーム座標ファントムとを具備し
てなる装置。
（５）請求項１の装置を使用して被検体内所望点の座標
データを算出する方法において、断層像撮影装置の撮影可能領域内に、前記フレーム座標
ファントムを装着してなる前記フレームを配置して、該
フレーム及び前記フレーム座標ファントムを一体にて撮
影を行いファントム画像を得、前記ファントム画像を撮影したときと同じ位置に、前記
フレーム座標ファントムに代えて被検体をその内側に保
持した前記フレームを配置して、該フレーム及び前記被
検体を一体にて撮影を行い被検体画像を得て、前記ファントム画像と前記被検体画像との相関関係に基
づき、前記フレーム座標ファントムと前記前記被検体と
の画像上での位置関係、及び前記フレームと前記被検体
との実空間での位置関係を知り、前記画像上及び前記実空間上の位置関係に基づき前記被
検体内所望点について、前記被検体の実空間上の座標と
前記断層像撮影装置により撮影される前記被検体の画像
上の座標とのずれをキャリブレーションした座標データ
を得る方法。
（６）請求項２の装置を使用して被検体内所望点の座標
データを算出する方法において、断層像撮影装置の撮影可能領域内に、前記フレーム座標
ファントムを固定してなる前記第２のフレームを配置し
て、該第２のフレーム及び前記フレーム座標ファントム
を一体にて撮影を行いファントム画像を得、前記ファントム画像を撮影したときと同じ位置に、前記
被検体をその内側に保持した前記第１のフレームを配置
して、該第１のフレーム及び前記被検体を一体にて撮影
を行い被検体画像を得て、前記ファントム画像と前記被
検体画像との相関関係に基づき、前記フレーム座標ファ
ントムと前記前記被検体との画像上での位置関係、及び
前記第１、第２のフレームと前記被検体との実空間での
位置関係を知り、前記画像上及び前記実空間上の位置関係に基づき前記被
検体内所望点について、前記被検体の実空間上の座標と
前記断層像撮影装置により撮影される前記被検体の画像
上の座標とのずれをキャリブレーションした座標データ
を得る方法。
（７）請求項３の装置を使用して被検体内所望点の座標
データを算出する方法において、断層像撮影装置の撮影可能領域内に、前記フレーム座標
ファントムをその内側に装着し且つ前記インジケータフ
ァントムをその外側に固定した前記フレームを配置して
、該フレーム及び前記フレーム座標ファントム及び前記
インジケータファントムを一体にて撮影を行いファント
ム画像を得、前記ファントム画像を撮影したときと同じ
位置に、前記フレーム座標ファントムに代えて前記被検
体をその内側に保持して前記フレームを配置して、該フ
レーム及び前記被検体及び前記インジケータファントム
を一体にて撮影を行い被検体画像を得て、前記ファントム画像における前記インジケータファント
ムと前記被検体画像における前記インジケータファント
ムとの相関関係に基づき、前記フレーム座標ファントム
と前記前記被検体との画像上での位置関係、及び前記フ
レームと前記被検体との実空間での位置関係を知り、前記画像上及び前記実空間上の位置関係に基づき前記被
検体内所望点について、前記被検体の実空間上の座標と
前記断層像撮影装置により撮影される前記被検体の画像
上の座標とのずれをキャリブレーションした座標データ
を得る方法。
（８）請求項４の装置を使用して被検体内所望点の座標
データを算出する方法において、断層像撮影装置の撮影可能領域内に、前記フレーム座標
ファントムをその内側に固定し且つ前記第２のインジケ
ータファントムをその外側に固定した前記第２のフレー
ムを配置して、該第２のフレーム及び前記フレーム座標
ファントム及び前記第２のインジケータファントムを一
体にて撮影を行いファントム画像を得、前記ファントム画像を撮影したときと同じ位置に、前記
被検体をその内側に保持し且つ前記第１のインジケータ
ファントムをその外側に固定した前記第１のフレームを
配置して、該第１のフレーム及び前記被検体及び前記第
１のインジケータファントムを一体にて撮影を行い被検
体画像を得て、前記ファントム画像における第２のイン
ジケータファントムと前記被検体画像における第１のイ
ンジケータファントムとの相関関係に基づき、前記フレ
ーム座標ファントムと前記前記被検体との画像上での位
置関係、及び前記第１、第２のフレームと前記被検体と
の実空間での位置関係を知り、前記画像上及び前記実空
間上の位置関係に基づき前記被検体内所望点について、
前記被検体の実空間上の座標と前記断層像撮影装置によ
り撮影される前記被検体の画像上の座標とのずれをキャ
リブレーションした座標データを得る方法。