JPH0721355A - Intra-picture position transformation method - Google Patents

Intra-picture position transformation method

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Publication number
JPH0721355A
JPH0721355A JP5192062A JP19206293A JPH0721355A JP H0721355 A JPH0721355 A JP H0721355A JP 5192062 A JP5192062 A JP 5192062A JP 19206293 A JP19206293 A JP 19206293A JP H0721355 A JPH0721355 A JP H0721355A
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JP
Japan
Prior art keywords
coordinate system
image
markers
picture
reference coordinate
Prior art date
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Pending
Application number
JP5192062A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Shinokawa
毅 篠川
Takeshi Okumura
武志 奥村
Kunihiko Takemura
国彦 竹村
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Priority to JP5192062A priority Critical patent/JPH0721355A/en
Publication of JPH0721355A publication Critical patent/JPH0721355A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an intra-picture position transformation method capable of providing the degree of freedom in the arrangement of index points by specifying a transformation formula for transforming the position of the optional point of a reference coordinate system to the corresponding position of a picture coordinate system. CONSTITUTION:Pictures 2 are photographed from multiple directions by a picture photographing device 1 so as to pick up four index points (markers) stuck on the optional positions of the head of a testee. Then, the positions of the markers pick up in the picture 2 stored in a memory 7 in the intrinsic picture coordinate system provided in the picture photographing device 1 for gathering data are specified. Successively, the positions of the markers in the reference coordinate system inside a real space are specified. Then, the transformation formula for transforming the optional position in the reference coordinate system to the corresponding position of the picture coordinate system is specified based on the specified positions of the markers in the picture coordinate system and the positions of the markers in the reference coordinate system. Further, the optional position of the reference coordinate system is transformed to the corresponding position of the picture coordinate system by the specified transformation formula.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、実空間内の基準座標
系での任意点の位置を、画像座標系の対応位置に変換す
る方法であり、例えば、核磁気断層撮影装置(MRI装
置)等で得られた画像上に写し出された病変部位と実際
に手術を施す位置との対応関係をモニタ上で確認できる
ようにした定位的脳手術支援装置等に利用される画像内
位置変換方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for converting the position of an arbitrary point in a reference coordinate system in real space into a corresponding position in an image coordinate system, for example, a nuclear magnetic tomography apparatus (MRI apparatus). Regarding the intra-image position conversion method used in a stereotactic brain surgery assisting device, etc., which enables to confirm on a monitor the correspondence between the lesion site projected on the image obtained by .

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、X線CT装置やMRI装置等(以
下、これらを総称する場合には、単にCT装置ともい
う)の画像診断技術の進展に伴い、例えば、頭蓋内の病
変部位が高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、
解剖学的知識に基づいてCT装置の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、開頭位置の決
定、および病変部位の抽出等が行なわれる。このような
実際の手術操作位置とCT装置の画像上の病変部位との
正確な対応関係を付けるために、例えば、特開平3-2670
54号公報等に開示されている定位的脳手術支援装置等が
ある。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of image diagnostic techniques such as an X-ray CT apparatus and an MRI apparatus (hereinafter collectively referred to as a CT apparatus), for example, a lesion site in the skull has become high. You can now decide with precision. However, at the stage of applying a surgical operation to the determined lesion site,
The craniotomy position is determined and the lesion site is extracted while considering the rough correspondence between the CT image and the actual surgical position based on anatomical knowledge. In order to make such an accurate correspondence between the actual surgical operation position and the lesion site on the CT image, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-2670
There is a stereotactic brain surgery support device disclosed in Japanese Patent Publication No. 54 and the like.

【0003】この定位的脳手術支援装置では、複数個の
指標点(マーカー)を頭部に貼付してCT装置で前記マ
ーカーを写し込んだ画像を撮影し、画像内に写し込まれ
たマーカーのCT座標系(画像座標系)での座標と、磁
場ソースと手術用プローブに取り付けられた磁場センサ
ーと3次元デジタイザー等からなる3次元座標測定装置
で測定した前記マーカーの実空間上(MS座標系)の位
置(座標)とに基づいて、MS座標系から画像座標系へ
の変換式を求め、手術用プローブの先端のMS座標上で
の位置を3次元座標測定装置で測定し、その位置を前記
変換式を用いて画像座標系に変換し、プローブの先端位
置を、モニタに表示されている画像に重畳表示して、手
術操作位置の特定等に役立てる。
In this stereotactic brain surgery support device, a plurality of index points (markers) are attached to the head, an image in which the marker is imprinted is photographed by a CT device, and the marker imprinted in the image is recorded. The coordinates in the CT coordinate system (image coordinate system) and the real space of the marker (MS coordinate system) measured by a three-dimensional coordinate measuring device including a magnetic field source, a magnetic field sensor attached to a surgical probe, and a three-dimensional digitizer. ), The conversion formula from the MS coordinate system to the image coordinate system is obtained, the position of the tip of the surgical probe on the MS coordinate is measured by a three-dimensional coordinate measuring device, and the position is calculated. It is converted into an image coordinate system using the above conversion formula, and the tip position of the probe is superimposed and displayed on the image displayed on the monitor, which is useful for specifying the surgical operation position.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。従来装置のMS座標系から画像座標系への変換
は、単一のCT装置で単一の方向から得られた画像に全
てのマーカーが写し込まれている必要がある。しかし、
被検者によっては、単一のCT装置で単一の方向から得
られる画像内に、全てのマーカーを写し込むように、マ
ーカーを配置するのが困難、または不可能である場合が
ある。
However, the conventional example having such a structure has the following problems. For conversion from the MS coordinate system of the conventional apparatus to the image coordinate system, it is necessary that all the markers are imprinted on the image obtained from a single direction with a single CT apparatus. But,
Depending on the subject, it may be difficult or impossible to arrange the markers so as to imprint all the markers in an image obtained from a single direction with a single CT apparatus.

【0005】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、実空間内の基準座標系から画像座標
系への変換において、指標点の被検者への配置に自由度
を持たせることができる画像内位置変換方法を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the conversion from the reference coordinate system in the real space to the image coordinate system, the degree of freedom in arranging the index points on the subject is increased. It is an object of the present invention to provide an in-image position conversion method that can be provided.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明は、同一の画像撮影装置で多方向から撮影
される画像のいずれかに、空間内に配置された複数個の
指標点を写し込んで画像を撮影する工程と、前記画像撮
影装置が固有に持つ画像座標系における、前記多方向か
ら撮影された画像に写し込まれた前記各指標点の位置を
特定する工程と、前記各指標点の実空間内の基準座標系
での位置を特定する工程と、前記基準座標系での前記各
指標点の位置と、前記画像座標系での前記各指標点の位
置とに基づいて、前記基準座標系の任意点の位置を前記
画像座標系の対応位置に変換する変換式を特定する工程
と、前記基準座標系の任意点の位置を、前記変換式によ
り前記画像座標系の対応位置に変換する工程とを備えた
ものである。
The present invention has the following constitution in order to achieve such an object. That is, the present invention includes a step of capturing a plurality of index points arranged in a space on one of images captured from multiple directions by the same image capturing device to capture the image, and the image capturing device. In the image coordinate system unique to, the step of specifying the position of each of the index points imaged in the image captured from the multi-direction, and the position of each index point in the reference coordinate system in the real space Based on the step of specifying, the position of each index point in the reference coordinate system, and the position of each index point in the image coordinate system, the position of an arbitrary point in the reference coordinate system is set in the image coordinate system. And a step of converting a position of an arbitrary point of the reference coordinate system to a corresponding position of the image coordinate system by the conversion equation.

【0007】[0007]

【作用】この発明の作用は次のとおりである。まず、空
間内に配置された複数個の指標点を写し込んだ画像を、
同一の画像撮影装置で多方向から撮影する。このとき、
指標点は、どの方向から撮影された画像に写し込まれて
いてもよい。次に、画像撮影装置が固有に持つ画像座標
系を基準として、多方向から撮影された画像に写し込ま
れた各指標点の位置を特定する。一方、各指標点の実空
間内の基準座標系での位置を特定する。そして、基準座
標系での各指標点の位置と、画像座標系での各指標点の
位置とに基づいて、基準座標系の任意点の位置を画像座
標系の対応位置に変換する変換式を特定する。すなわ
ち、指標点を介して、基準座標系と画像座標系との対応
関係を求める。求めた変換式により、基準座標系の任意
点の位置を、画像座標系の対応位置に変換する。
The operation of the present invention is as follows. First, an image that captures multiple index points placed in space
Images are taken from multiple directions with the same image taking device. At this time,
The index point may be imprinted on the image taken from any direction. Next, with reference to the image coordinate system unique to the image capturing apparatus, the position of each index point imaged in the image captured from multiple directions is specified. On the other hand, the position of each index point in the reference coordinate system in the real space is specified. Then, based on the position of each index point in the reference coordinate system and the position of each index point in the image coordinate system, a conversion formula for converting the position of an arbitrary point in the reference coordinate system to the corresponding position in the image coordinate system is created. Identify. That is, the correspondence between the reference coordinate system and the image coordinate system is obtained via the index points. The position of an arbitrary point in the reference coordinate system is converted into the corresponding position in the image coordinate system by the calculated conversion formula.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図1は、この発明の一実施例に係る画像内位
置変換方法を実施する画像内位置変換装置を組み込んだ
定位的脳手術支援装置の概略構成を示すブロック図であ
り、図2は、実施例装置による画像内位置変換処理手順
を示すフローチャートである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a stereotactic brain surgery support device incorporating an intra-image position conversion device that implements an intra-image position conversion method according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a flow chart which shows the position conversion processing procedure in a picture by a device.

【0009】各部の構成を、図2のフローチャートに従
って以下に説明する。まず、被検者の頭部の任意の位置
に貼付された4個の指標点(マーカー)M1〜M4 を写
し込むように画像撮影装置1で多方向から画像2が撮影
される(ステップS1)。
The structure of each part will be described below with reference to the flowchart of FIG. First, image 2 is captured from multiple directions by the image capturing device 1 to imprint the arbitrary four index points affixed to a position (marker) M 1 ~M 4 of the head portion of the test subject (step S1).

【0010】画像撮影装置1は、多方向から画像の撮影
が可能な、例えば、MRI装置等で構成されている。画
像撮影装置1による画像2の撮影は、図3に示すよう
に、昇降自在の基台3上にスライド自在に取り付けられ
た天板4に仰臥された被検者Mをガントリ5の空洞部6
内に挿入して行なわれる。このとき、被検者Mの頭部に
は、図3に示すように、マーカーM1 〜M4 が任意位置
に貼付されている。画像2の撮影は多方向、例えば、図
4に示すように、α方向とβ方向の2方向から行なわれ
る。撮影された画像2(21 、22 )を図5に示す。図
5(a)は、α方向から撮影された画像21 を示し、図
5(b)は、β方向から撮影された画像22 を示す。図
に示すように、α方向から撮影された画像21 には、マ
ーカーM1、M2 が写されており、β方向から撮影され
た画像22 には、マーカーM3 、M4 が写されている。
すなわち、マーカーM1 〜M4 は、多方向から撮影され
た画像2のいずれかに写されていればよい。撮影された
画像2は、例えば、固体撮影素子(CCD)カメラやイ
メージスキャナ等の画像読み取り装置(図示せず)で読
み取られてメモリ7に記憶される。また、画像撮影装置
1から直接画像データを転送してメモリ7に記憶するよ
うにしてもよい。そして、メモリ7に記憶された画像2
は、表示制御部8によりモニタ9に表示される。
The image capturing apparatus 1 is composed of, for example, an MRI apparatus capable of capturing images from multiple directions. As shown in FIG. 3, the image capturing device 1 captures an image 2 by placing a subject M lying on a top plate 4 slidably mounted on a vertically movable base 3 on a subject 6 in a cavity 6 of a gantry 5.
It is performed by inserting inside. At this time, as shown in FIG. 3, markers M 1 to M 4 are attached to the head of the subject M at arbitrary positions. The image 2 is photographed from multiple directions, for example, two directions, α direction and β direction, as shown in FIG. Image 2 (2 1 , 2 2 ) taken is shown in FIG. FIG. 5A shows the image 2 1 photographed from the α direction, and FIG. 5B shows the image 2 2 photographed from the β direction. As shown in the figure, the images 2 1 photographed from the α direction include the markers M 1 and M 2 , and the image 2 2 photographed from the β direction includes the markers M 3 and M 4. Has been done.
That is, the markers M 1 to M 4 may be included in any of the images 2 captured from multiple directions. The photographed image 2 is read by an image reading device (not shown) such as a solid-state imaging device (CCD) camera or an image scanner, and stored in the memory 7. Alternatively, the image data may be directly transferred from the image capturing device 1 and stored in the memory 7. Then, the image 2 stored in the memory 7
Is displayed on the monitor 9 by the display control unit 8.

【0011】次に、画像撮影装置1がデータ収集用に持
つ固有の画像座標系における、メモリ7に記憶された画
像2に写し込まれたマーカーM1 〜M4 の位置を特定す
る(ステップS2)。この処理は、画像座標特定部21
により行なわれる。
Next, the positions of the markers M 1 to M 4 imprinted on the image 2 stored in the memory 7 in the unique image coordinate system of the image capturing apparatus 1 for collecting data are specified (step S2). ). This process is performed by the image coordinate specifying unit 21.
Performed by.

【0012】ここで、画像撮影装置1が固有に持つ画像
座標系について図3を参照して説明する。図3では、ガ
ントリ5の空洞部6の軸線方向の中心線をz軸とし、画
像撮影装置1のガントリ4の空洞部5のz方向の中心と
z軸の交点を原点Oとした直交座標系(z軸に直交する
平面がx−y平面になり、紙面に垂直な軸をx軸とす
る)を、画像撮影装置1が固有に持つ画像座標系として
いる。この画像座標系において、例えば、α方向から撮
影された画像21 は、断層面がx−y平面と一致し、ス
ライス方向がz軸に一致する。また、β方向から撮影さ
れた画像22 は、断層面がx−z平面と一致し、スライ
ス方向がy軸に一致する。
The image coordinate system unique to the image capturing apparatus 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the center line of the cavity 6 of the gantry 5 in the axial direction is the z axis, and the intersection point of the z direction center of the cavity 5 of the gantry 4 of the image capturing apparatus 1 and the z axis is the origin O. (The plane orthogonal to the z axis is the xy plane, and the axis perpendicular to the plane of the drawing is the x axis) is an image coordinate system unique to the image capturing apparatus 1. In this image coordinate system, for example, image 2 1 taken from α direction, the tomographic plane is consistent with the x-y plane, the slice direction is equal to z-axis. The image 2 2 taken from β direction, the tomographic plane is consistent with the x-z plane, the slice direction is equal to the y-axis.

【0013】上述のような画像座標系における、画像2
に写し込まれたマーカーM1 〜M4の位置は、以下によ
うに特定することができる。例えば、α方向から撮影さ
れた画像21 について説明する。α方向の撮影は、最初
の撮影部位を画像撮影装置1の撮影位置(上述の画像座
標系の原点Oが、撮影される画像21 のスライス厚さの
真中にくる位置)に合わせて画像21 を撮影し、次に、
スライス厚さ分だけ天板4をz方向に移動して、2番目
の撮影部位を撮影位置に合わせて画像21 の撮影を行な
う。以下同様に、必要枚数分の画像21 を撮影する。図
6(a)は、3枚の画像211〜213の撮影が完了した状
態を示す。図6(a)の状態において、撮影された画像
11〜213の並びと、画像座標系の原点Oを含む画像
(図では、最後に撮影された画像213)と、スライス厚
さdとが判れば、各画像211〜213のz軸の画像座標系
の位置(座標)を特定することができる。例えば、画像
11の画像座標系におけるz座標は、2×dに相当す
る。また、図6(b)に示すように、各画像211(、2
12、213)の断層面(x−y平面)内の特定位置Pの
x、y座標は、画像211(、212、213)とz軸との交
点zcとPとの距離LのX成分LX 、Y成分LY に相当
する。このようにして、画像座標系における、α方向か
ら撮影された画像21に写し込まれたマーカーM1 〜M
4 の座標を特定することができる。なお、z座標を特定
するのに必要な上述各情報は、入力装置10から設定さ
れる。
Image 2 in the image coordinate system as described above
The positions of the markers M 1 to M 4 imprinted on the can be specified as follows. For example, the image 2 1 taken from the α direction will be described. In the imaging in the α direction, the first imaging region is aligned with the imaging position of the image capturing apparatus 1 (the position where the origin O of the above-described image coordinate system is in the middle of the slice thickness of the image 2 1 to be imaged), and the image 2 is obtained. Shoot 1 and then
The top plate 4 is moved in the z direction by the slice thickness, and the image 2 1 is imaged with the second imaged part aligned with the imaged position. Similarly, the required number of images 2 1 are captured. FIG. 6A shows a state where the photographing of the three images 2 11 to 2 13 is completed. In the state of FIG. 6A, the arrangement of the captured images 2 11 to 2 13 , the image including the origin O of the image coordinate system (the last captured image 2 13 in the figure), and the slice thickness d. Therefore, it is possible to specify the position (coordinates) of the z-axis image coordinate system of each of the images 2 11 to 2 13 . For example, the z coordinate of the image 2 11 in the image coordinate system corresponds to 2 × d. Further, as shown in FIG. 6B, each image 2 11 (2
12, 2 13 fault plane (x-y plane) at a specific position P in x of), y coordinates, image 2 11 (2 12, 2 13) and the distance between the intersection zc and P the z axis L Corresponding to the X component L X and the Y component L Y. In this way, the markers M 1 to M imprinted on the image 2 1 photographed from the α direction in the image coordinate system.
4 coordinates can be specified. It should be noted that the above-mentioned respective information necessary for specifying the z coordinate is set from the input device 10.

【0014】また、β方向から撮影された画像22 につ
いても、画像座標系に対してどのように画像22 が撮影
されたかの条件やスライス厚さ等の情報により、画像座
標系における、画像22 に写し込まれたマーカーM1
4 のy座標が特定でき、画像22 の断層面(x−z平
面)内のマーカーM1 〜M4 のx、z座標は、画像2 2
とy軸との交点とマーカーM1 〜M4 との距離のx成
分、z成分により特定することができる。
An image 2 taken from the β direction2Nitsu
However, how is image 2 relative to the image coordinate system?2Taken by
Depending on the information such as the
Image 2 in the standard2Marker M imprinted on1~
MFourThe y coordinate of can be specified, and image 22Fault plane (xz flat
Marker M in the plane)1~ MFourX and z coordinates of image 2 2
And y-axis intersection and marker M1~ MFourX distance of distance
Minute, z component.

【0015】なお、画像撮影装置1が固有に持つ画像座
標系としては、上記に限らず、例えば、図7に示すよう
に、原点O’をガントリ5の空洞部6の端面に設定する
ようにしてもよい。このように画像座標系を設定する
と、上述の画像座標系で特定された位置のz座標に、上
述の画像座標系の原点Oと、図7の画像座標系の原点
O’との間の距離OLを加算してやれば、画像2に写し
込まれたマーカーM1 〜M4 の位置を特定することがで
きる。また、画像座標系は、上述のように直交座標系で
なくとも斜交座標系であってもよい。
The image coordinate system unique to the image capturing apparatus 1 is not limited to the above, and for example, as shown in FIG. 7, the origin O'is set on the end face of the cavity 6 of the gantry 5. May be. When the image coordinate system is set in this way, the distance between the origin O of the image coordinate system described above and the origin O ′ of the image coordinate system of FIG. 7 at the z coordinate of the position specified by the image coordinate system described above. By adding OL, the positions of the markers M 1 to M 4 imprinted on the image 2 can be specified. Further, the image coordinate system may be an oblique coordinate system instead of the orthogonal coordinate system as described above.

【0016】α方向から撮影された画像21 から、画像
座標系におけるマーカーM1 、M2の位置を特定し、β
方向から撮影された画像22 から、画像座標系における
マーカーM3 、M4 の位置を特定する。特定された各マ
ーカーM1 〜M4 の位置(座標)(xj ,yj ,xj
(但し、jは各マーカーに対応し、j=1〜4)は、画
像座標系/基準座標系座標変換式特定部22に与えられ
る。
From the image 2 1 taken in the α direction, the positions of the markers M 1 and M 2 in the image coordinate system are specified, and β
From the image 2 2 taken from the direction, the positions of the markers M 3 and M 4 in the image coordinate system are specified. Positions (coordinates) (x j , y j , x j ) of the identified markers M 1 to M 4
(However, j corresponds to each marker, j = 1 to 4) is given to the image coordinate system / reference coordinate system coordinate conversion formula specifying unit 22.

【0017】次に、実空間内の基準座標系でのマーカー
1 〜M4 の位置を特定する(ステップS3)。基準座
標系でのマーカーM1 〜M4 の位置の特定は、以下のよ
うな3次元空間位置測定装置11を用いる。この3次元
空間位置測定装置11の一例を図8を参照して説明す
る。
Next, to identify the position of the marker M 1 ~M 4 in the reference coordinate system of the real space (step S3). The following three-dimensional spatial position measuring apparatus 11 is used to specify the positions of the markers M 1 to M 4 in the reference coordinate system. An example of the three-dimensional spatial position measuring device 11 will be described with reference to FIG.

【0018】図8に示すように、この3次元空間位置測
定装置11は、所定位置(例えば、基台3)に固定さ
れ、交流電磁波を放射する磁場ソース31と、脳手術用
の鋭角三角形あるいは吸引管型のポインターまたは穿刺
針等のプローブ32の所定位置に取り付けられた磁場セ
ンサ33と、3次元デジタイザ34とによって構成され
ている。磁場ソース31からは、相互に識別可能な複数
の無線周波電磁場が放射され、その電磁場を磁場センサ
33が分離検知し、受信された信号に基づいて3次元デ
ジタイザ34が磁場ソース31を基準とした基準座標系
における磁場センサ33の位置を算出し、さらに、磁場
センサ33の取り付け位置とプローブ32の先端35の
位置との位置関係から基準座標系におけるプローブ32
の先端35の位置を算出する。
As shown in FIG. 8, the three-dimensional spatial position measuring device 11 is fixed at a predetermined position (for example, the base 3) and emits an alternating electromagnetic wave, and a magnetic field source 31 and an acute-angled triangle for brain surgery. A magnetic field sensor 33 attached to a predetermined position of a probe 32 such as a suction tube type pointer or a puncture needle, and a three-dimensional digitizer 34. A plurality of mutually distinguishable radio frequency electromagnetic fields are radiated from the magnetic field source 31, the magnetic field sensor 33 separates and detects the electromagnetic fields, and the three-dimensional digitizer 34 uses the magnetic field source 31 as a reference based on the received signal. The position of the magnetic field sensor 33 in the reference coordinate system is calculated, and the probe 32 in the reference coordinate system is calculated from the positional relationship between the mounting position of the magnetic field sensor 33 and the position of the tip 35 of the probe 32.
The position of the tip 35 of the is calculated.

【0019】磁場ソース31と磁場センサ33とはそれ
ぞれ3組の直交コイルで構成され、磁場ソース31の1
個のコイルを励磁すると磁場センサ33の3個のコイル
に磁場ソース31からの距離と磁場センサ33の配向に
応じた誘導電圧が発生し、この電圧または電流信号が3
次元デジタイザ34で解析され、磁場ソース31の中心
を原点OK とする基準座標系(X−Y−Z直交座標系)
における磁場センサ33の位置座標(a、b、c)と方
向角(A、E、R)が算出される。ここで、A、E、R
は、オイラー角でそれぞれ方位角、上昇角、ロール角を
示している。そして、磁場ソース31の3個のコイルか
ら電磁場を順次放射して、1秒当たり数十回の割りで位
置と方向角度を補正しながら測定する。
The magnetic field source 31 and the magnetic field sensor 33 are each composed of three sets of orthogonal coils.
When the coils are excited, an induced voltage is generated in the three coils of the magnetic field sensor 33 according to the distance from the magnetic field source 31 and the orientation of the magnetic field sensor 33.
A reference coordinate system (XYZ orthogonal coordinate system) analyzed by the three-dimensional digitizer 34 and having the center of the magnetic field source 31 as the origin O K.
The position coordinates (a, b, c) and direction angles (A, E, R) of the magnetic field sensor 33 at are calculated. Where A, E, R
Indicates the azimuth angle, the rising angle, and the roll angle in Euler angles, respectively. Then, the electromagnetic field is sequentially radiated from the three coils of the magnetic field source 31, and the measurement is performed while correcting the position and direction angle at a rate of several tens of times per second.

【0020】そして、測定された磁場センサ33の位置
と方向角、および磁場センサ33の中心を原点OS とす
る磁場センサ座標系(U−V−W直交座標系)における
プローブ32の先端35の座標(uP ,vP ,wP )に
基づいて、基準座標系でのプローブ32の先端35の位
置座標(X,Y,Z)を次式により特定する。
[0020] Then, the position and orientation angle of the measured magnetic field sensor 33, and the magnetic field sensor 33 around the magnetic field sensor coordinate system with the origin O S (U-V-W orthogonal coordinate system) in the tip 35 of the probe 32 Based on the coordinates (u P , v P , w P ), the position coordinates (X, Y, Z) of the tip 35 of the probe 32 in the reference coordinate system are specified by the following equation.

【0021】 (X,Y,Z)=(a,b,c) +(uP ,vP ,wP )*T1 *T2 *T3 …… (1) ここで、T1 、T2 、T3 は、次のように表される。(X, Y, Z) = (a, b, c) + (u P , v P , w P ) * T 1 * T 2 * T 3 (1) where T 1 , T 2 and T 3 are expressed as follows.

【0022】[0022]

【数1】 [Equation 1]

【0023】磁場センサ33の中心を原点OS とする磁
場センサ座標系におけるプローブ32の先端35の座標
(uP ,vP ,wP )は、プローブ32の形状、寸法等
に応じて決まり、初期データとして3次元デジタイザ3
4に予め設定されている。すなわち、磁場センサ33の
位置と方向角が測定されれば、上式(1)により、基準
座標系でのプローブ32の先端35の位置座標(X,
Y,Z)が特定される。
The coordinates (u P , v P , w P ) of the tip 35 of the probe 32 in the magnetic field sensor coordinate system with the center of the magnetic field sensor 33 as the origin O S are determined according to the shape, size, etc. of the probe 32. 3D digitizer 3 as initial data
It is preset to 4. That is, if the position and the direction angle of the magnetic field sensor 33 are measured, the position coordinate (X, X,
Y, Z) are specified.

【0024】そして、被検者Mを固定した状態で、プロ
ーブ32の先端35で被検者Mに貼付されたマーカーM
1 〜M4 を順次指し、基準座標系での各マーカーM1
4の位置(座標)を特定する。特定された各マーカー
1 〜M4 の座標(Xj ,Yj ,Zj )(但し、jはマ
ーカーに対応し、j=1〜4)は、画像座標系/基準座
標系座標変換式特定部22に与えられる。
Then, with the subject M fixed, a marker M attached to the subject M by the tip 35 of the probe 32.
1 to M 4 in order, and each marker in the reference coordinate system M 1 to
Specify the position (coordinates) of M 4 . The coordinates (X j , Y j , Z j ) of the specified markers M 1 to M 4 (where j corresponds to the marker and j = 1 to 4) is the image coordinate system / reference coordinate system coordinate conversion formula. It is given to the identification unit 22.

【0025】次に、3次元空間位置測定装置11の別の
例を図9を参照して以下に説明する。図9に示す3次元
空間位置測定装置11は、関節部41a〜41eで所定
方向に回動自在に連結されたアーム42a〜42cと、
アーム基端部43、探索子44等から構成されている。
アーム基端部43は、所定位置(例えば、基台3)に固
定されており、各アーム42a〜42c、探索子44
を、関節部41a〜41eを介して所定方向に回動させ
ることにより、探索子44を空間内で自由に移動させる
ことができる。各関節部41a〜41eには、アーム4
2a〜42c、探索子44等の回転角により抵抗値が変
化するポテンショメータ(図示せず)が装備されてい
る。そして、探索子44を空間内の所定位置に移動させ
ると、各ポテンショメータからの出力データ、各アーム
42a〜42c、探索子44の寸法等により、例えば、
アーム基端部43の中心を原点OK とした基準座標系
(X−Y−Z直交座標系、但し、X軸は紙面に垂直方
向)における探索子44の先端45の位置(座標)を特
定することができる。
Next, another example of the three-dimensional spatial position measuring device 11 will be described below with reference to FIG. The three-dimensional spatial position measuring apparatus 11 shown in FIG. 9 includes arms 42a to 42c that are rotatably connected in predetermined directions by joints 41a to 41e.
The arm base end portion 43 and the searcher 44 are included.
The arm base end portion 43 is fixed at a predetermined position (for example, the base 3), each arm 42a to 42c, and the searcher 44.
Is rotated in a predetermined direction via the joints 41a to 41e, the searcher 44 can be freely moved in the space. The arm 4 is attached to each joint 41a to 41e.
2a to 42c, a searcher 44, and the like are equipped with a potentiometer (not shown) whose resistance value changes depending on the rotation angle. Then, when the searcher 44 is moved to a predetermined position in the space, depending on the output data from each potentiometer, each arm 42a to 42c, the size of the searcher 44, etc., for example,
The position (coordinates) of the tip 45 of the searcher 44 in the reference coordinate system (XYZ orthogonal coordinate system, where the X axis is the direction perpendicular to the paper surface) with the center of the arm base end portion 43 as the origin O K is specified. can do.

【0026】そして、被検者Mを固定した状態で、探索
子44の先端45で被検者Mに貼付されたマーカーM1
〜M4 を順次指し、基準座標系での各マーカーM1 〜M
4 の位置(座標)を特定する。
Then, with the subject M fixed, a marker M 1 attached to the subject M at the tip 45 of the searcher 44.
To M 4 in order, and each marker M 1 to M in the reference coordinate system
Identify the position (coordinates) of 4 .

【0027】なお、3次元空間位置測定装置11は上述
以外の構成であってもよいし、また、3次元空間位置測
定装置11を用いずに、実空間内の任意に決めた基準座
標系における各マーカーM1 〜M4 の位置を特定しても
よい。
The three-dimensional spatial position measuring device 11 may have a configuration other than that described above, and the three-dimensional spatial position measuring device 11 may be used without using the three-dimensional spatial position measuring device 11 in a reference coordinate system arbitrarily determined in the real space. the position of each marker M 1 ~M 4 may be identified.

【0028】また、上述では、基準座標系として直交座
標系を設定したが、斜交座標系であってもよい。
Further, although the orthogonal coordinate system is set as the reference coordinate system in the above description, it may be an oblique coordinate system.

【0029】次に、ステップS2とS3とで、特定され
た画像座標系における、マーカーM1 〜M4 の位置と、
基準座標系におけるマーカーM1 〜M4 の位置とに基づ
いて基準座標系での任意点の位置を画像座標系の対応位
置に変換する変換式を特定する(ステップS4)。この
処理は、画像座標系/基準座標系座標変換式特定部22
により行なわれる。
Next, in steps S2 and S3, the positions of the markers M 1 to M 4 in the specified image coordinate system,
Identifying a conversion expression for converting the position of any point in the reference coordinate system corresponding position in the image coordinate system based on the position of the marker M 1 ~M 4 in the reference coordinate system (step S4). This process is performed by the image coordinate system / reference coordinate system coordinate conversion formula specifying unit 22.
Performed by.

【0030】例えば、基準座標系から画像座標系への変
換を、各座標系で特定したマーカーM1 〜M4 の座標
(xj ,yj ,xj )と(Xj ,Yj ,Zj )を用いて
4次元Affine(アフィン)変換で表すと、次式の
ようになる。
For example, the coordinates (x j , y j , x j ) and (X j , Y j , Z) of the markers M 1 to M 4 specified in each coordinate system are converted from the reference coordinate system to the image coordinate system. When expressed by a four-dimensional Affine transformation using j ), the following equation is obtained.

【0031】[0031]

【数2】 [Equation 2]

【0032】ここで、Tは、変換行列を表し、この変換
行列Tは、上式(2)から次式のようになる。
Here, T represents a transformation matrix, and this transformation matrix T is given by the following equation from the above equation (2).

【0033】[0033]

【数3】 [Equation 3]

【0034】各座標(x1j,y1j,x1j)、(Xj ,Y
j ,Zj )は、画像座標特定部21、3次元空間位置測
定装置11により特定されているので、変換行列Tを求
めることができる。
Each coordinate (x 1j , y 1j , x 1j ), (X j , Y
Since j , Z j ) are specified by the image coordinate specifying unit 21, the three-dimensional spatial position measuring device 11, the transformation matrix T can be obtained.

【0035】例えば、図10に示すように、基準座標系
の任意点Pr (Xa ,Ya ,Za )から画像座標系の対
応点Pg (xb ,yb ,zb )への変換は、上記(3)
で求めた変換行列Tを用いて、以下のように表すことが
できる。 (xb ,yb ,zb ,1)=(Xa ,Ya ,Za ,1)*T …… (4)
For example, as shown in FIG. 10, from an arbitrary point P r (X a , Y a , Z a ) of the reference coordinate system to a corresponding point P g (x b , y b , z b ) of the image coordinate system. The conversion of (3) above
It can be expressed as follows by using the transformation matrix T obtained in. (X b, y b, z b, 1) = (X a, Y a, Z a, 1) * T ...... (4)

【0036】次に、基準座標系の任意点の位置を、ステ
ップS4により特定された変換式により、画像座標系の
対応位置に変換する(ステップS5)。この処理は、位
置変換部23により行なわれる。
Next, the position of an arbitrary point in the reference coordinate system is converted into the corresponding position in the image coordinate system by the conversion formula specified in step S4 (step S5). This processing is performed by the position conversion unit 23.

【0037】例えば、上述の図8で示した3次元空間位
置測定装置11のプローブ32の先端35が指す任意位
置が位置変換部23に与えられると、上記(4)式によ
り、画像座標系における対応位置(座標)に変換する。
For example, when an arbitrary position pointed to by the tip 35 of the probe 32 of the three-dimensional spatial position measuring device 11 shown in FIG. 8 is given to the position conversion section 23, the above equation (4) is used to calculate in the image coordinate system. Convert to the corresponding position (coordinates).

【0038】上述のように実空間内の任意点を画像座標
系へ変換することができるようになったことにより、手
術中に、実空間において、プローブ32の先端35の位
置を3次元空間位置測定装置11で測定すれば、プロー
ブ32の先端35の現在位置を、モニタ9に表示されて
いる画像2にリアルタイムで重畳表示することができ、
病変部位と手術位置の対応関係をモニタ8で確認するこ
とができる。しかも、この実施例では、多方向から撮影
された画像2上に、プローブ32の先端35の位置を重
畳表示できるので、図11に示すように、プローブ32
の先端35の位置Qを立体的に確認することもでき、病
変部位と手術位置との対応関係をより認識し易くするこ
とができる。
As described above, since an arbitrary point in the real space can be converted into the image coordinate system, the position of the tip 35 of the probe 32 in the real space can be changed to the three-dimensional space position during the operation. If measured by the measuring device 11, the current position of the tip 35 of the probe 32 can be superimposed and displayed in real time on the image 2 displayed on the monitor 9,
The correspondence between the lesion site and the surgical position can be confirmed on the monitor 8. Moreover, in this embodiment, since the position of the tip 35 of the probe 32 can be displayed in a superimposed manner on the image 2 captured from multiple directions, as shown in FIG.
It is also possible to stereoscopically confirm the position Q of the distal end 35 of the, and it is possible to make it easier to recognize the correspondence between the lesion site and the surgical position.

【0039】なお、図1において一点鎖線で囲む部分2
0が、画像内位置変換装置に相当する。
In FIG. 1, a portion 2 surrounded by a one-dot chain line
0 corresponds to the intra-image position conversion device.

【0040】また、実空間内の基準位置における任意点
の位置を画像座標系の対応位置に変換する変換式は、上
述以外の方法で特定してもよい。
Further, the conversion formula for converting the position of the arbitrary point at the reference position in the real space into the corresponding position of the image coordinate system may be specified by a method other than the above.

【0041】さらに、上述の実施例では、定位的脳手術
支援装置に組み込んだ場合について説明したが、その他
の実空間の任意点の位置から画像座標系の対応位置への
変換を行なう場合にも適用することもできる。
Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the device is incorporated in the stereotactic brain surgery assisting device has been described, but also in the case of converting from the position of an arbitrary point in the real space to the corresponding position of the image coordinate system. It can also be applied.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、同一の画像撮影装置で多方向から撮影され
た画像のいずれかに写し込まれた指標点の、画像撮影装
置が固有に持つ画像座標系における位置と、基準座標系
における指標点の位置とに基づいて、基準座標系の任意
点の位置を画像座標系の対応位置に変換する変換式を特
定するように構成したことにより、単一方向から撮影さ
れる画像内に指標点が写し込まれていなければならない
場合に比べて、指標点の配置に自由度を持たせることが
できるようになった。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the image photographing device is unique in the index points photographed in any one of the images photographed from the same image photographing device from multiple directions. A conversion formula for converting the position of an arbitrary point in the reference coordinate system into the corresponding position in the image coordinate system based on the position in the image coordinate system and the position of the index point in the reference coordinate system. As a result, it becomes possible to give the degree of freedom to the arrangement of the index points as compared with the case where the index points have to be imprinted in the image photographed from a single direction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の一実施例に係る画像内位置変換方法
を実施する画像内位置変換装置を組み込んだ定位的脳手
術支援装置の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a stereotactic brain surgery support device incorporating an intra-image position conversion device that implements an intra-image position conversion method according to an embodiment of the present invention.

【図2】実施例装置による画像内位置変換処理手順を示
すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of an in-image position conversion processing by the apparatus of the embodiment.

【図3】画像撮影装置の概略構成を示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing a schematic configuration of an image capturing device.

【図4】画像を撮影する方向を説明するための図であ
る。
FIG. 4 is a diagram for explaining a direction in which an image is captured.

【図5】2方向から撮影された画像を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing images taken from two directions.

【図6】画像座標系内のマーカーの位置を特定する手順
を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a procedure for specifying the position of a marker in the image coordinate system.

【図7】画像座標系の設定位置の変形例を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a modification of the setting position of the image coordinate system.

【図8】3次元空間位置測定装置の概略構成を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a three-dimensional spatial position measuring device.

【図9】3次元空間位置測定装置の変形例の概略構成を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a modified example of the three-dimensional spatial position measuring device.

【図10】基準座標系から画像座標系への変換を説明す
るための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining conversion from a reference coordinate system to an image coordinate system.

【図11】モニタに表示された画像に、プローブの先端
位置を重畳表示した図である。
FIG. 11 is a diagram in which the tip position of the probe is superimposed and displayed on the image displayed on the monitor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 … 画像撮影装置 2 … 画像 11 … 3次元空間位置測定装置 20 … 画像内位置変換装置 21 … 画像座標特定部 22 … 画像座標系/基準座標系座標変換式特定部 23 … 位置変換部 M1 〜M4 … マーカー(指標点)DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image photographing device 2 ... Image 11 ... Three-dimensional spatial position measuring device 20 ... In-image position conversion device 21 ... Image coordinate specification part 22 ... Image coordinate system / reference coordinate system coordinate conversion formula specification part 23 ... Position conversion part M 1 ~ M 4 ... Marker (index point)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06T 3/00 8420−5L G06F 15/66 340 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location G06T 3/00 8420-5L G06F 15/66 340

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同一の画像撮影装置で多方向から撮影さ
れる画像のいずれかに、空間内に配置された複数個の指
標点を写し込んで画像を撮影する工程と、前記画像撮影
装置が固有に持つ画像座標系における、前記多方向から
撮影された画像に写し込まれた前記各指標点の位置を特
定する工程と、前記各指標点の実空間内の基準座標系で
の位置を特定する工程と、前記基準座標系での前記各指
標点の位置と、前記画像座標系での前記各指標点の位置
とに基づいて、前記基準座標系の任意点の位置を前記画
像座標系の対応位置に変換する変換式を特定する工程
と、前記基準座標系の任意点の位置を、前記変換式によ
り前記画像座標系の対応位置に変換する工程とを備えた
ことを特徴とする画像内位置変換方法。
1. A step of photographing a plurality of index points arranged in a space on one of the images photographed from the same image photographing device from a plurality of directions to photograph the image, and the image photographing device. In the unique image coordinate system, the step of specifying the position of each of the index points imaged in the image captured from the multiple directions, and the position of each of the index points in the reference coordinate system in the real space And the position of each index point in the reference coordinate system, and the position of each index point in the image coordinate system, the position of any point of the reference coordinate system of the image coordinate system. An image characterized by including a step of specifying a conversion formula for converting into a corresponding position and a step of converting a position of an arbitrary point in the reference coordinate system into a corresponding position in the image coordinate system by the conversion formula. Position conversion method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0810265A (en) * 1994-06-30 1996-01-16 Shimadzu Corp Spatial coordinate setting device for tomographic image
JP2002143114A (en) * 2000-10-24 2002-05-21 Ge Medical Systems Global Technology Co Llc Cradle driving device and magnetic resonance video system

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