JPH069574B2 - 体内３次元位置表示装置 - Google Patents
体内３次元位置表示装置Info
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- JPH069574B2 JPH069574B2 JP2084384A JP8438490A JPH069574B2 JP H069574 B2 JPH069574 B2 JP H069574B2 JP 2084384 A JP2084384 A JP 2084384A JP 8438490 A JP8438490 A JP 8438490A JP H069574 B2 JPH069574 B2 JP H069574B2
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- movement
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- probe
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Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 3
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 claims description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- 238000007428 craniotomy Methods 0.000 description 6
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- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 3
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 2
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Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、体内３次元位置表示装置に関するもので、特
に、開頭手術などの際、目的とする病巣部位にすみやか
に到達するために、患者の移動にかかわらずプローブの
先端位置を正確にＣＲＴ上に表示されたＣＴ断面画像上
に重畳表示するようにした手術用位置検出装置に関する
ものである。
に、開頭手術などの際、目的とする病巣部位にすみやか
に到達するために、患者の移動にかかわらずプローブの
先端位置を正確にＣＲＴ上に表示されたＣＴ断面画像上
に重畳表示するようにした手術用位置検出装置に関する
ものである。
［従来の技術］ 近年、Ｘ線ＣＴやＭＲＩなどの画像診断技術の進展に伴
い、頭蓋内の病変部位が高い精度で決定できるようにな
った。しかしながら、決定された病変部位に手術操作を
加える段階では、医師の持つ解剖学的知識をたよりにＣ
Ｔ画像と実際の手術位置とのおおまかな対応関係を考え
つつ、試行錯誤の上に開頭位置の決定、及び病巣部の摘
出などが行われていた。このような実際の手術操作位置
とＣＴ画像上の病巣位置との正確な対応関係を付けるた
めには、多関節アーム先端の３次元先端位置をＣＴ画像
と重畳表示する装置が有効であることが知られている
（特開昭６２−３２７）。
い、頭蓋内の病変部位が高い精度で決定できるようにな
った。しかしながら、決定された病変部位に手術操作を
加える段階では、医師の持つ解剖学的知識をたよりにＣ
Ｔ画像と実際の手術位置とのおおまかな対応関係を考え
つつ、試行錯誤の上に開頭位置の決定、及び病巣部の摘
出などが行われていた。このような実際の手術操作位置
とＣＴ画像上の病巣位置との正確な対応関係を付けるた
めには、多関節アーム先端の３次元先端位置をＣＴ画像
と重畳表示する装置が有効であることが知られている
（特開昭６２−３２７）。
［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上記の従来の装置では一旦固定した患者の頭
部が手術中に位置ずれをおこしてしまうことがしばしば
あり、プローブの３次元位置を記述するアーム座標系と
ＣＴ画像を記述するＣＴガントリ座標系との対応関係が
計算不可能となる機構であったため、プローブ先端の３
次元位置と病変部との立体位置関係を正確に把握するこ
とができず、開頭手術等に十分活用できないという問題
点があった。
部が手術中に位置ずれをおこしてしまうことがしばしば
あり、プローブの３次元位置を記述するアーム座標系と
ＣＴ画像を記述するＣＴガントリ座標系との対応関係が
計算不可能となる機構であったため、プローブ先端の３
次元位置と病変部との立体位置関係を正確に把握するこ
とができず、開頭手術等に十分活用できないという問題
点があった。
本発明は、患者のずれの有無にかかわらずアーム先端の
位置をＣＴ画像等と重畳表示することのできる装置を提
供せんとするものである。
位置をＣＴ画像等と重畳表示することのできる装置を提
供せんとするものである。
［問題点を解決するための手段］ この発明は頭部上同一直線上にない任意の３点を較正用
規準点と考え、患者の移動の前後でこれらの規準点の３
次元位置をアーム先端でアクセスすることにより移動前
後の頭部位置に関する変換行列を算出する位置補正演算
部を備え、患者のずれの有無にかかわらずアーム先端の
位置をＣＴ画像等と重畳表示することを特徴とするもの
である。
規準点と考え、患者の移動の前後でこれらの規準点の３
次元位置をアーム先端でアクセスすることにより移動前
後の頭部位置に関する変換行列を算出する位置補正演算
部を備え、患者のずれの有無にかかわらずアーム先端の
位置をＣＴ画像等と重畳表示することを特徴とするもの
である。
［作用］ 患者のずれの有無にかかわらずアーム先端位置をＣＴ画
像等に表示された病変部と正しく重畳表示できるため、
手術中の不用意の位置ずれは基より、患者体位の自由な
変更も許容しうるようになり、的確な開頭手術が可能と
なる。
像等に表示された病変部と正しく重畳表示できるため、
手術中の不用意の位置ずれは基より、患者体位の自由な
変更も許容しうるようになり、的確な開頭手術が可能と
なる。
［実施例］ 本発明の実施例の一例を図面に基づいて説明する。
第１図はセンサーアーム及び装置全体の構成を示すもの
で、手術台の架台１に設置されたアーム基台２に５個の
アーム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆが夫々関節
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを介して屈折自在
に連結されている。プローブ３が先端のアーム２ｆの先
端に取付られている。各関節４ａ〜４ｆには回転角を検
出するポテンショメータが取付られ、各ポテンショメー
タの出力は、Ａ／Ｄ変換器７に入力される。Ａ／Ｄ変換
器７の出力は後述の演算器１１を経て座標変換器８に送
られ、ここでＣＴ画像データベース９より送られるＣＴ
撮影時の座標との変換行列を求め、その変換操作により
プローブ３の先端位置をＣＴ画像上の位置に変換し、画
像表示装置（ＣＲＴ）１０に出力する。かくて表示装置
１０のＣＲＴ画像中にプローブ３の先端位置がマークで
表示される。
で、手術台の架台１に設置されたアーム基台２に５個の
アーム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆが夫々関節
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを介して屈折自在
に連結されている。プローブ３が先端のアーム２ｆの先
端に取付られている。各関節４ａ〜４ｆには回転角を検
出するポテンショメータが取付られ、各ポテンショメー
タの出力は、Ａ／Ｄ変換器７に入力される。Ａ／Ｄ変換
器７の出力は後述の演算器１１を経て座標変換器８に送
られ、ここでＣＴ画像データベース９より送られるＣＴ
撮影時の座標との変換行列を求め、その変換操作により
プローブ３の先端位置をＣＴ画像上の位置に変換し、画
像表示装置（ＣＲＴ）１０に出力する。かくて表示装置
１０のＣＲＴ画像中にプローブ３の先端位置がマークで
表示される。
ここで第２図を参照して本発明の位置ずれ補正の概念を
説明する。同図において、開頭前の頭蓋ＳＫの表面上の
３点をＡ，Ｂ，Ｃとし、また患者頭部移動後の同じ３点
が夫々Ａ′，Ｂ′，Ｃ′であったとする。さらに、アー
ム座標系から見た各点の位置ベクトルをＵＡ，ＵＢ，Ｕ
Ｃ、及びＵＡ′，ＵＢ′，ＵＣ′とする。ここで点Ａか
らＢに向かうベクトル（ＵＢ−ＵＡ）とＡからＣへ向か
うベクトル（ＵＣ−ＵＡ）の外積をＶ、そのベクトルの
終点をＤ、点Ｄの位置ベクトルをＵＤとすると次式が成
り立つ。
説明する。同図において、開頭前の頭蓋ＳＫの表面上の
３点をＡ，Ｂ，Ｃとし、また患者頭部移動後の同じ３点
が夫々Ａ′，Ｂ′，Ｃ′であったとする。さらに、アー
ム座標系から見た各点の位置ベクトルをＵＡ，ＵＢ，Ｕ
Ｃ、及びＵＡ′，ＵＢ′，ＵＣ′とする。ここで点Ａか
らＢに向かうベクトル（ＵＢ−ＵＡ）とＡからＣへ向か
うベクトル（ＵＣ−ＵＡ）の外積をＶ、そのベクトルの
終点をＤ、点Ｄの位置ベクトルをＵＤとすると次式が成
り立つ。
Ｖ＝（ＵＢ−ＵＡ）×（ＵＣ−ＵＡ）、 ＵＤ＝ＵＡ＋Ｖ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１） 同様に位置ずれ後の各位置ベクトルについては次式が定
義できる。
義できる。
Ｖ′＝（ＵＢ′−ＵＡ′）×（ＵＣ′−ＵＡ′）、 ＵＤ′＝ＵＡ′＋Ｖ′ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１′） 位置ずれ後の頭部をアクセスしているプローブ先端Ｐの
位置ベクトルをＵＰ′、脳内の同一点を位置ずれ前に観
測した位置ベクトルをＵＰとすると、頭部仮想原点の位
置ベクトルＵＤ，ＵＤ′及び回転に対する変換行列
［Ｓ］を用いて、次式が成り立ち、位置ずれ後の観測点
は位置ずれ前の位置ＵＰに変換される。
位置ベクトルをＵＰ′、脳内の同一点を位置ずれ前に観
測した位置ベクトルをＵＰとすると、頭部仮想原点の位
置ベクトルＵＤ，ＵＤ′及び回転に対する変換行列
［Ｓ］を用いて、次式が成り立ち、位置ずれ後の観測点
は位置ずれ前の位置ＵＰに変換される。
ＵＰ＝［Ｓ］（ＵＰ′−ＵＤ′）‥‥‥‥（２） 但し ［Ｓ］＝［Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３］［Ｕ１′，Ｕ２′，
Ｕ３′］−１ ‥‥（３） Ｕ１＝−Ｖ，Ｕ１′＝−Ｖ′ Ｕ２＝ＵＢ−ＵＤ、Ｕ２′＝ＵＢ′−ＵＤ′ Ｕ３＝ＵＣ−ＵＤ、Ｕ３′＝ＵＣ′−ＵＤ′
‥‥（４） 即ち、位置ずれ前の頭蓋骨上の３点の位置ベクトル
ＵＡ，ＵＢ，ＵＣより式（１）によりＶ，ＵＤを得、同
様に位置ずれ後の３点から式（１′）よりＶ′，ＵＤ′
を得る。これらを式（４）に代入し、さらに式（４）を
（３）に代入後、逆行列の計算を実行して［Ｓ］を得
る。この結果式（３）と式（１）、（１′）を（２）に
代入すると、位置ずれ後の頭部各点の位置ベクトル
ＵＰ′は、すべて位置ずれ前の位置ベクトルＵＰに戻し
て考えることができる。
Ｕ３′］−１ ‥‥（３） Ｕ１＝−Ｖ，Ｕ１′＝−Ｖ′ Ｕ２＝ＵＢ−ＵＤ、Ｕ２′＝ＵＢ′−ＵＤ′ Ｕ３＝ＵＣ−ＵＤ、Ｕ３′＝ＵＣ′−ＵＤ′
‥‥（４） 即ち、位置ずれ前の頭蓋骨上の３点の位置ベクトル
ＵＡ，ＵＢ，ＵＣより式（１）によりＶ，ＵＤを得、同
様に位置ずれ後の３点から式（１′）よりＶ′，ＵＤ′
を得る。これらを式（４）に代入し、さらに式（４）を
（３）に代入後、逆行列の計算を実行して［Ｓ］を得
る。この結果式（３）と式（１）、（１′）を（２）に
代入すると、位置ずれ後の頭部各点の位置ベクトル
ＵＰ′は、すべて位置ずれ前の位置ベクトルＵＰに戻し
て考えることができる。
第１図における移動補正用座標変換演算器１１は上記の
演算を行い、補正した先端位置信号を出力する。第３図
は動作の流れ図を示し、ずれ発生前に１回だけプログラ
ムを実行、ずれ発生ごとにを実行する。通常はプロ
グラム により補正が行われる。
演算を行い、補正した先端位置信号を出力する。第３図
は動作の流れ図を示し、ずれ発生前に１回だけプログラ
ムを実行、ずれ発生ごとにを実行する。通常はプロ
グラム により補正が行われる。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、この発明の体内３次元
位置表示装置は、頭部上同一直線上にない任意の３点を
較正用規準点と考え、患者の移動の前後でこれらの規準
点の３次元位置をアーム先端でアクセスすることにより
移動前後の頭部位置に関する変換行列を算出する位置補
正演算部を備え、患者のずれの有無にかかわらずアーム
先端の位置を常に正しくＣＴ画像等と重畳表示する様に
構成したので、手術中の不用意の位置ずれはもとより、
患者体位の自由な変更をも許容しうるようになり、的確
な開頭手術の計画及び実施に有効である。さらには、Ｃ
Ｔ座標とアーム座標の変換較正用に定めた較正点を手術
台上でアクセスすることが困難な場合、手術前に例えば
診察室で古い較正点を使ってＣＴ座標・アーム座標間の
較正を行った後、本発明によるずれ補正（移動補正）用
較正点３点を手術時アクセスしやすい場所に新たに設
け、手術時は移動補正の後、通常の位置検出動作に入る
ことで手術台への患者固定の任意性を増すこともでき
る。
位置表示装置は、頭部上同一直線上にない任意の３点を
較正用規準点と考え、患者の移動の前後でこれらの規準
点の３次元位置をアーム先端でアクセスすることにより
移動前後の頭部位置に関する変換行列を算出する位置補
正演算部を備え、患者のずれの有無にかかわらずアーム
先端の位置を常に正しくＣＴ画像等と重畳表示する様に
構成したので、手術中の不用意の位置ずれはもとより、
患者体位の自由な変更をも許容しうるようになり、的確
な開頭手術の計画及び実施に有効である。さらには、Ｃ
Ｔ座標とアーム座標の変換較正用に定めた較正点を手術
台上でアクセスすることが困難な場合、手術前に例えば
診察室で古い較正点を使ってＣＴ座標・アーム座標間の
較正を行った後、本発明によるずれ補正（移動補正）用
較正点３点を手術時アクセスしやすい場所に新たに設
け、手術時は移動補正の後、通常の位置検出動作に入る
ことで手術台への患者固定の任意性を増すこともでき
る。
第１図は装置全体の構成図、第２図は本発明のずれ補正
の概念を示す説明図、第３図は同装置のずれ補正動作を
表す流れ図である。 １……架台、２……アーム基台、２ａ，２ｂ，２ｃ，２
ｄ，２ｅ，２ｆ……アーム、３……プローブ、４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ……関節、７……Ａ／Ｄ変
換器、８……座標変換器、９……ＣＴ画像データベー
ス、１０……画像表示装置、１１……移動補正用座標変
換演算器。
の概念を示す説明図、第３図は同装置のずれ補正動作を
表す流れ図である。 １……架台、２……アーム基台、２ａ，２ｂ，２ｃ，２
ｄ，２ｅ，２ｆ……アーム、３……プローブ、４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ……関節、７……Ａ／Ｄ変
換器、８……座標変換器、９……ＣＴ画像データベー
ス、１０……画像表示装置、１１……移動補正用座標変
換演算器。
Claims (1)
- 【請求項１】予め撮影された体内断層像の座標情報を供
給する手段と、センサーアームと、該センサーアームの
先端に取付けられたプローブと、該プローブ伸長時の３
次元先端位置を検出し、供給された体内断層像の座標系
に変換する座標変換演算器と、断層像及びプローブ位置
マーカを重畳表示する画像表示器とを有する装置におい
て、患者移動前の規準点の座標を決定する手段と、患者
移動後の規準点の座標を決定する手段と、移動後の座標
を移動前の座標に座標変換を行う補正演算器とが設けら
れ、前記座標変換演算器は補正された座標を体内断層像
と同一の座標系に変換して表示するように構成したこと
を特徴とする体内３次元位置表示装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2084384A JPH069574B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 体内３次元位置表示装置 |
| FR9103916A FR2660185B1 (fr) | 1990-03-30 | 1991-03-29 | Systeme et procede destines a indiquer une position devant etre operee dans le corps d'un patient. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2084384A JPH069574B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 体内３次元位置表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03284253A JPH03284253A (ja) | 1991-12-13 |
| JPH069574B2 true JPH069574B2 (ja) | 1994-02-09 |
Family
ID=13829068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2084384A Expired - Lifetime JPH069574B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 体内３次元位置表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH069574B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004354383A (ja) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | General Electric Co <Ge> | 構成部品を検査する方法及び装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3634416B2 (ja) * | 1994-11-22 | 2005-03-30 | 徹 早川 | 手術器具の位置表示装置 |
| JP2013236749A (ja) * | 2012-05-15 | 2013-11-28 | Denso Corp | 歯科インプラント手術支援装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57177738A (en) * | 1981-02-12 | 1982-11-01 | Niyuuyooku Univ | Orientation type operation apparatus |
| JPS63240851A (ja) * | 1987-03-30 | 1988-10-06 | 株式会社東芝 | 手術用３次元ビューアーシステム |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP2084384A patent/JPH069574B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57177738A (en) * | 1981-02-12 | 1982-11-01 | Niyuuyooku Univ | Orientation type operation apparatus |
| JPS63240851A (ja) * | 1987-03-30 | 1988-10-06 | 株式会社東芝 | 手術用３次元ビューアーシステム |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004354383A (ja) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | General Electric Co <Ge> | 構成部品を検査する方法及び装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03284253A (ja) | 1991-12-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |