JPH0685784B2 - 3D pin Yoo surgical - A - System - Google Patents

3D pin Yoo surgical - A - System

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JPH0685784B2
JPH0685784B2 JP62074385A JP7438587A JPH0685784B2 JP H0685784 B2 JPH0685784 B2 JP H0685784B2 JP 62074385 A JP62074385 A JP 62074385A JP 7438587 A JP7438587 A JP 7438587A JP H0685784 B2 JPH0685784 B2 JP H0685784B2
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【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、手術計画情報を得るための手術用3次元ビューアーシステムに関する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION OBJECTS OF THE INVENTION (INDUSTRIAL FIELD) The present invention relates to a three-dimensional viewer system for surgery to obtain surgical planning information.

(従来の技術) 医師が被検体の必要な部位を手術するにあたっては、作業を効率的に且つ確実に行うために予め手術計画が立てられる。 It is when (prior art) doctor surgery necessary part of the object, advance surgical planning is raised in order to perform work efficiently and reliably. このためには例えば被検体を予めCT装置によってスキャンしてボクセルデータを確保しておき、このボクセルデータに基いた3次元像をモニタに表示して、このモニタ像を観察しながら手術計画を立てることが行われている。 Therefore the should reserve the voxel data by scanning in advance by CT apparatus, for example, the subject, and display the 3-dimensional image based on the voxel data to the monitor, make a surgical planning while observing the monitor image it is being carried out.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、従来の方法では手術予定部位が直接目で観察しにくいような場合には、この部位の位置関係を把握するのに手間がかかるという問題がある。 (To be Solved by the Invention Problems) However, if the surgical plan site in a conventional manner, such as difficult to observe directly th, there is a problem that time-consuming to grasp the positional relationship between the site. このため特に予定部位を直接目で見ることなく手術する、いわゆるブラインドオペレーションを行う場合には効率的に作業を進めるのが困難であった。 Therefore surgery without looking particularly proposed site in direct eye, in the case of performing a so-called blind operations was difficult to proceed to work efficiently.

本発明は以上のような問題に対処してなされたもので、 The present invention has been made to address the above problems,
効率的に且つ確実に作業を進めることができる手術用3 Surgical 3 can proceed efficiently and reliably working
次元ビューアーシステムを提供することを目的とするものである。 It is an object to provide a dimension viewer system.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するために本発明は、予め被検体をスキャンして得られたデータを格納する記憶装置と、任意方向に対し位置及び向きが移動可能であり前記被検体の直視像と前記データに基いてモニタに表示された3次元像とを合成するビューアーと、データを用いて前記ビューアーの位置及び向きに応じた3次元像を合成してモニタに送る3次元プロセッサとを備えたことを特徴とするものである。 [Configuration of the Invention] To accomplish the above object (means for solving the problem) includes a storage device for storing data obtained by scanning a previously subject position and for any direction a viewer for combining the orientation three-dimensional image displayed on the monitor based on the movable and direct view image of the object the data, a three-dimensional image corresponding to the position and orientation of the viewer with the data it is characterized in that a three-dimensional processor sending synthesized and the monitor.

(作 用) ビューアーの位置及び向きに応じた3次元像がモニタに表示されこれに直視像が合成されるので、常に被検体の手術予定部位の位置関係を把握することができる。 Since 3-dimensional image corresponding to the position and orientation of the (work for) Viewer direct image to be displayed on the monitor are combined, it is always possible to grasp the positional relationship between the surgical proposed site of the subject. よって効率的に且つ確実に手術作業を進めることができる。 Thus, it is possible to proceed efficiently and reliably surgical operations.

(実施例) 第1図は本発明実施例の手術用3次元ビューアーシステムを示す構成図で、1は3次元メモリでX線CT装置,MRI (Example) Figure 1 is a block diagram showing a three-dimensional viewer system for surgery of the invention embodiment, 1 X-ray CT apparatus in three dimensional memory, MRI
装置などのCT装置によって予め患者4をスキャンして得られたボクセルデータが格納されている。 Voxel data obtained by scanning a pre-patient 4 by CT device, such device is stored. このボクセルデータは、体軸方向に沿ってスキャンして得られた複数のスライス像(2次元データを積層して構成した3次元データを基に、所定部位の抽出処理を行うことにより任意のものを得ることができる。2はビューアーでアーム5を介して任意方向に対し位置及び向きが移動可能に任意位置に取付けられている。このビューアー2は第2図のように、医師6などによって患者4の直視像が観察可能になっており、これと共にボクセルデータに基いてモニタ7に表示された3次元像と直視像とがハーフミラー8を介して合成された合成像が観察可能になっている。 The voxel data, based on the 3-dimensional data constructed by stacking a plurality of slice images (two-dimensional data obtained by scanning along the body axis direction, any of by performing the extraction process of a predetermined portion .2 can be obtained is attached to an arbitrary position movably position and orientation with respect to any direction via the arm 5 with the viewer. patients the viewer 2 is as Fig. 2, such as by a doctor 6 4 and a direct view image becomes observable, synthetic images and direct image and which together with the three-dimensional image displayed on the monitor 7 based on the voxel data has been synthesized through a half mirror 8 becomes observable there.
3は3次元プロセッサで3次元メモリ1のボクセルデータを用いてビューアー2の位置及び向きに応じた3次元像を合成して前記モニタ7に表示する。 3 and displays the synthesized three-dimensional image corresponding to the position and orientation of the viewer 2 by using the voxel data of the three-dimensional memory 1 in a three-dimensional processor on the monitor 7. ビューアー2は観察者が合成像をステレオ像として観察できるように、 Viewer 2 As can be observed as stereoscopic image observer a composite image,
左右一対が用意されている。 Pair are provided. 第3図(a),(b)はモニタ7に表示された3次元像の例を示すもので、(a) Figure 3 (a), (b) is shows an example of a three-dimensional image displayed on the monitor 7, (a)
は病巣11の表示例、(b)は臓器表面を表わすワイヤフレーム12に重ねて病巣11を表示した例を示すものである。 The display example of the lesion 11, illustrates an example of displaying the lesion 11 to overlap the wire frame 12 representing the (b) is an organ surface. これらの像はいずれもステレオ像(左右で少しずれた像)として表示される。 These images are displayed as either a stereo image (slightly offset image left and right). また第4図は直視像を示すものである。 The Figure 4 shows a direct view image. これら3次元像と直視像はハーフミラー8によって合成され、第5図のような合成像が観察できる。 Direct image and the three-dimensional image is synthesized by the half mirror 8, the synthetic image such as FIG. 5 can be observed.

ビューアー2の位置及び向きはアーム5によって検出されてこの情報が3次元プロセッサ3へ送られる。 Position and orientation of the viewer 2 is fed is detected by the arm 5 on this information the three-dimensional processor 3. これに基いて3次元プロセッサ3はボクセルデータを用いて、 3D processor 3 based on this by using the voxel data,
第6図のP 1 ,P 2のようにその位置及び向きに応じて観察される3次元像をモニタ7に送って表示させる。 Display send a three-dimensional image to be observed in response to P 1, the position and orientation as P 2 of FIG. 6 on the monitor 7. この3 This 3
次元プロセッサ3は3次元メモリ1に格納されている3 Dimension processor 3 3 stored in the three-dimensional memory 1
次元データ(ボクセルデータ,ワイヤフレームデータ, Dimensional data (voxel data, wire frame data,
サーフェスデータなどの各種のデータ)を使って、このようにビューアー3の任意の位置及び向きから見たときの3次元像を合成する。 Using various data), such as surface data, to synthesize a three-dimensional image of the thus when viewed from an arbitrary position and orientation of the viewer 3. ビューアー3によって観察される患者4は患者固定フレーム10によってその位置が固定されている。 Patient 4 to be observed by the viewer 3 that position by the patient fixing frame 10 is fixed.

第7図はアーム系の構成例を示すもので、ビューアー3 Figure 7 is shows a configuration example of the arm system, viewer 3
はC点を中心として首を振ることによりその位置及び向きが変えられる。 Its position and orientation can be changed by swinging the head about the point C. また、第8図(a),(b)はビューアー3の光学系におけるベクトルの関係を示すもので、 l:ビューアー3の首振り中心Cと患者固定フレーム10の原点0との間のベクトル a:首振り中心Cから光軸tへ下ろした垂線ベクトル d:光軸ベクトル であるとする。 Further, Figure 8 (a), (b) is shows the relationship between the vectors in the optical system of the viewer 3, l: vector a between origin 0 of swing center C and the patient fixed frame 10 of the viewer 3 : perpendicular drawn from the swing center C of the optical axis t vector d: and an optical axis vector.

第7図のA 1の位置自由度に属する各可動部に取付けた角度センサーを用いてC点の位置を測定することにより、 By measuring the position of point C with the angle sensor attached to the moving part belonging to the degree of freedom in location A 1 in FIG. 7,
ベクトルlがわかる。 It is understood that the vector l. またC点の持つ3つの自由度(x, The three degrees of freedom with the point C (x,
y,z方向)の可動部を角度センサーで測定することにより首振り自由度がわかるので、ベクトルa,dがわかる。 y, since z-direction) swinging freedom seen by measuring the moving part at an angle sensor, a vector a, d is found.

第9図(a),(b)は各々直視光学系及びモニタ光学系を示し、第10図は合成像の光学系を示すものである。 Figure 9 (a), (b) each shows a direct view optical system and the monitor optical system, FIG. 10 shows the optical system of the composite image.

L 1 ,L 2 ,L 3はレンズの位置,Kは虚像(合成像)の位置,Hはハーフミラーの位置,M′,Mは実像の位置,Eは観察の位置を示している。 L 1, L 2, L 3 is the position of the lens, K is the position of the virtual image (composite image), H is the half mirror position, M ', M is the position of the real image, E is it shows the position of the observation. 又、mはK位置の像の大きさ,pはM′位置の像の大きさを示している。 Further, m is the size of the image of K position, p is shows the size of the image of the M 'position. M′−HとM−Hの距離は同じに設定され、第9図(a),(b)のK位置は同じ位置になるように調整される。 Distance M'-H and M-H is set to be the same, FIG. 9 (a), K position of (b) is adjusted to be the same position.

第11図は他の光学系を示すもので、簡単な構成例を示している。 FIG. 11 shows another optical system, shows a simple example configuration.

このような各光学系は公知技術を用いて任意の構成とすることができる。 Each such optical systems can be of any configuration using known techniques.

3次元プロセッサ3は以上のような各ベクトルl,a,dに基いて、第12図のように距離KB,KEを知ることにより適切な3次元像を合成し、モニタ7に表示させる。 3D processor 3 or the vector l such as, a, based on the d, the distance KB as Figure 12, synthesizes an appropriate 3-dimensional image by knowing the KE, to be displayed on the monitor 7. この3 This 3
次元プロセッサ3によって合成される像は、第13図のように直視光学系をシミュレートしたときにM′にできる実像にほかならない。 Image to be synthesized by the dimensions processor 3, none other than real image that can be M 'when simulating direct optical system as Fig. 13. シミュレーションする場合に計算量が大きくなるなら、次のような方法をとることができる。 If computational for simulating increases, it is possible to take the following method.

先ず、点Eを中心にして光軸tに垂直で且つ点Kを通る面Sにできる仮想物体の投影像Jを第14図のように作成し、次にこれを縮小する。 First, create a projected image J of the virtual object that can be on the surface S passing through and point K perpendicular to the optical axis t and around the point E as in FIG. 14, and then reducing it. この縮小の度合は第9図を参照すると(p/m)倍に設定すればよい。 The degree of this reduction may be set to the reference to the (p / m) times a ninth FIG.

3次元プロセッサ3は以上のような動作により左右一対のモータに3次元像を送ることになる。 3D processor 3 will send a 3-dimensional image on the right and left pair of motors by the above operation. 患者固定フレーム10は予め手術台13に第15図のように取付けておき、患者4に患者フレーム14を取付けて位置決めすることによりCT装置によってスキャンを行う。 Patients stationary frame 10 is previously attached as FIG. 15 in advance in the operating table 13 to scan the CT system by positioning attach the patient frame 14 to the patient 4. これによれば予め患者固定フレーム10とアーム系の位置関係は初めから決められているので、患者固定フレーム10と患者フレーム14 Since the pre positional relationship of the patient stationary frame 10 and the arm system according to this are determined from the beginning, the patient fixing frame 10 and the patient frame 14
の位置関係が決り、患者とアーム系の位置関係を決めることができる。 Determined positional relationship is, it is possible to determine the positional relationship between the patient and the arm system. 他の例としてCT装置の方にも患者固定フレームを設けるようにしてもよく、これによって常に患者固定フレームを基準座標系にしてスキャン,手術を行うことができる。 It may be provided patient fixed frame for those who CT apparatus as another example, thereby scanning all times the patient fixed frame in the reference coordinate system, surgery can be performed.

以上のような本発明実施例によれば、直視像である実物像と3次元プロセッサによって合成されたモニタ像とが合成された像がステレオ像として観察できるので、直接外からは見えない内部構造や、手術計画の際決めた仮想的な線などを実際に空中(患者の体内)に描かれているかのように見ることができる。 According to the present invention embodiment described above, the internal image and monitor image that has been synthesized by the real image and the three-dimensional processor is direct image is synthesized so can be observed as a stereo image, invisible from the outside directly structure and, it can be seen as if they were drawn such as to actually air (the body of the patient) virtual line which was decided during the surgical planning.

よってこれらを利用することにより手術予定部位の位置関係を明瞭に把握できるので、効率的に且つ確実に手術を進めることができる。 Thus since the positional relationship between the surgical proposed site by using these can be clearly grasped, it is possible to proceed efficiently and reliably surgery.

第16図は本発明の他の実施例を示すもので、3次元デジタイザを併用する場合を示している。 FIG. 16 shows another embodiment of the present invention shows a case of using a 3-dimensional digitizer. X方向のコイル15 X direction of the coil 15
a,15b(y,z方向コイルは省略する)を配置して傾斜磁場を形成し、この磁場内の患者4の所望部位の磁場計測素子16aを設けたデジタイザ16を接してこの磁場強度を計ることにより素子の空間的位置(x,y,z)を知るようにしたものである。 a, 15b are arranged (y, z-direction coil is omitted) forms a gradient magnetic field, measuring the magnetic field strength in contact with the digitizer 16 provided with a magnetic field measurement element 16a of a desired region of the patient 4 in the magnetic field spatial location of the device by those you know (x, y, z) a. この空間的位置を座標としてステレオ表示させれば、第17図に示すように直接にその部位が見えなくとも、あるものとして観察することができる。 If caused to stereo display this spatial locations as coordinates, without the site looks directly as shown in FIG. 17, it can be observed as being one. それ故、磁場計測素子を探触子先端や電気メス先端に取付けておけば手術を行う際に、直接外から見えない器具先端の位置,手術計画による線や患部の位置,患者外観などを一度に見ることができるので、その位置関係を明瞭に把握することができる。 Therefore, when performing an operation if attached to the probe tip and electric knife tip look for magnetic field measurement device, the position of the instrument tip is not visible from the outside directly, the position of the lines and the affected area by surgery planning, such as a patient appearance once it is possible to see, it is possible to clearly grasp the positional relationship. 従って本実施例によっても前記実施例と同様な効果を得ることができる。 Therefore it is also possible according to this example provides the same effect as the above embodiment.

[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、ビューアーの位置及び向きに応じた3次元像がモニタに表示されこれに直視像が合成された像が観察でき、手術予定部位の位置関係を明瞭に把握できるので、効率的に且つ確実に手術作業を進めることができる。 According to the present invention as above described [Effect of the Invention], 3-dimensional image corresponding to the position and orientation of the viewer is displayed on the monitor direct view image is image observed synthesis thereto, the position of the surgical proposed site since it clearly understand the relationship can proceed efficiently and reliably surgical operations.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は本発明実施例の手術用3次元ビューアーシステムを示す構成図、第2図はビューアーの断面図、第3図(a),(b)はモニタ像の表示例、第4図は直線像の表示例、第5図は合成像の表示例、第6図はモニタ像の異なった表示例、第7図はアーム系の概略図、第8図(a),(b),第12図は光学系のベクトル図、第9図(a),(b),第10図,第11図は光学系の構成例、第 Figure 1 is a configuration diagram showing an operation 3D Viewer System for the present invention embodiment, cross-sectional view of FIG. 2 viewer, FIG. 3 (a), (b) a display example of a monitor image, Fig. 4 display examples of the linear image, the display example of FIG. 5 is composite image, display example Figure 6 is having different monitoring image, FIG. 7 is a schematic view of the arm system, Figure 8 (a), (b), the 12 Figure vector of the optical system views, FIG. 9 (a), (b), FIG. 10, FIG. 11 is an example configuration of an optical system, the
13図及び第14図は光学系のシミュレーション例、第15図は患者の固定例、第16図及び第17図は本発明の他の実施例の構成例である。 13 view and Figure 14 is a simulation of the optical system, fixed example of FIG. 15 patients, 16 view and FIG. 17 is a configuration example of another embodiment of the present invention. 1……3次元メモリ、2……ビューアー、 3……3次元プロセッサ、 5,5a,5b……アーム、7……モニタ、 8……ハーフミラー、10……患者固定フレーム。 1 ...... 3-dimensional memory, 2 ...... viewer, 3 ...... 3D processor, 5, 5a, 5b ...... arm, 7 ...... monitor, 8 ...... half mirror, 10 ...... patient stationary frame.

Claims (1)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】被検体の手術予定部位を選択的に観察可能に表示する手術用3次元ビューアーシステムにおいて、 1. A surgical 3D Viewer system for selecting observable displays the surgical proposed site of the subject,
    予め被検体をスキャンして得られたデータを格納する記憶装置と、任意方向に対し位置及び向きが移動可能であり前記被検体の直視像と前記データに基いてモニタに表示された3次元像とを合成するビューアーと、データを用いて前記ビューアーの位置及び向きに応じた3次元像を合成してモニタに送る3次元プロセッサとを備えたことを特徴とする手術用3次元ビューアーシステム。 A storage device for storing data obtained by scanning a previously subject, three-dimensional image position and orientation with respect to any direction is displayed on the monitor based on the direct view image is movable the subject data viewer and 3D Viewer system for surgery is characterized in that a three-dimensional processor sends to the monitor by combining a three-dimensional image corresponding to the position and orientation of the viewer with the data for synthesizing and.
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