JPH07265330A - Position display device of operation instrument - Google Patents
Position display device of operation instrumentInfo
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- JPH07265330A JPH07265330A JP6087847A JP8784794A JPH07265330A JP H07265330 A JPH07265330 A JP H07265330A JP 6087847 A JP6087847 A JP 6087847A JP 8784794 A JP8784794 A JP 8784794A JP H07265330 A JPH07265330 A JP H07265330A
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- calibration
- instrument
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、手術ナビゲーション
システムとも呼ばれ、外科手術や生体サンプル採取のた
めに被検体内に吸引管などの手術器具を差し入れた際
に、その手術器具が被検体内のどの位置にあるかを表示
する手術器具の位置表示装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is also called a surgical navigation system, and when a surgical instrument such as a suction tube is inserted into a subject for a surgical operation or biological sample collection, the surgical instrument is used in the subject. The present invention relates to a position display device for a surgical instrument that displays which position of the surgical instrument.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種の手術器具の位置表示装置として
は、例えば、以下に示すようなものがある。 （１）NEURO-NAVIGATOR(「Three Dimensional Digitize
r(Neuronavigator):New Equipment Computed Tomograph
y-Guided Stereotaxic Surgery」:E.Watanabeet al.:Su
rg Neurol 1987;27:p543-p547) （２）「医療用三次元定位装置」（特開平０３−１０６
３５９） （３）「定位脳手術支援装置」（特開平０３−２６７０
５４） （４）「体内三次元位置表示装置」（特開平０３−２８
４２５３） これらの従来例に係る手術器具の位置表示装置では、手
術に先立って、被検体の関心部位の体表面にマーカーを
取り付ける。そして、この状態で前記マーカーとともに
被検体の関心部位の位置ごとに断層像を収集し、この断
層像の画像データを画像記憶手段に格納する。このとき
格納された画像データは、Ｘ線ＣＴ装置などの断層撮影
を行った装置の固有の空間座標（ＣＴ座標系）で表され
ており、このＣＴ座標系の固有空間座標と、手術器具の
位置表示装置の実空間座標（手術器具の位置検出手段を
基準とする座標系）とを対応付ける必要がある。この対
応付けは、いわゆるキャリブレーションと称される。2. Description of the Related Art Examples of position display devices for surgical instruments of this type include the following. (1) NEURO-NAVIGATOR ("Three Dimensional Digitize
r (Neuronavigator): New Equipment Computed Tomograph
y-Guided Stereotaxic Surgery 」: E. Watanabe et al .: Su
rg Neurol 1987; 27: p543-p547) (2) "Medical three-dimensional localization device" (Japanese Patent Laid-Open No. 03-106)
359) (3) "Stereotactic brain surgery support device" (Japanese Patent Laid-Open No. 03-2670)
54) (4) "In-body three-dimensional position display device" (Japanese Patent Laid-Open No. 03-28)
4253) In these surgical instrument position display devices according to these conventional examples, a marker is attached to the body surface of the region of interest of the subject prior to surgery. Then, in this state, a tomographic image is collected for each position of the region of interest of the subject together with the marker, and the image data of this tomographic image is stored in the image storage means. The image data stored at this time is represented by the unique spatial coordinates (CT coordinate system) of an apparatus that has performed tomography, such as an X-ray CT apparatus. It is necessary to associate the real space coordinates of the position display device (coordinate system with the position detection means of the surgical instrument as a reference). This association is called so-called calibration.
【０００３】このキャリブレーションは、手術器具の先
端部で前記マーカーを指示することによって行われてお
り、具体的には手術器具に取り付けられた位置検出手段
からの実空間座標と画像データのＣＴ座標系の固有空間
座標とを対応づけすることで行われている。そして、こ
の対応付けされたマーカーの実空間座標に基づいて画像
データの実空間座標を決定する。手術の際には、位置検
出手段から得られた手術器具の位置情報（実空間座標）
に基づいて断層像の画像データが表示手段に表示され、
さらに手術器具の位置を示す所定パターンが表示手段に
重ね合わせ表示される。This calibration is performed by pointing the marker at the tip of the surgical instrument, and specifically, the real space coordinates from the position detecting means attached to the surgical instrument and the CT coordinates of the image data. This is done by associating with the eigenspace coordinates of the system. Then, the real space coordinates of the image data are determined based on the real space coordinates of the associated markers. During surgery, the position information (real space coordinates) of the surgical instrument obtained from the position detection means
The image data of the tomographic image is displayed on the display means based on
Further, a predetermined pattern indicating the position of the surgical instrument is overlaid and displayed on the display means.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】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。上述した
ようにキャリブレーションにおいては、通常、手術器具
の先端部で被検体の体表面に貼り付けられたマーカーを
指示する。ところで手術器具は被検体内に差し入れられ
るので清潔に保つことが要求されるが、マーカーは不清
潔部分である被検体の体表面に取り付けられているの
で、手術器具がこれに触れることは好ましくない。そこ
で、キャリブレーションの際には、手術器具がマーカー
に直接触れることのないように〔薄い透明紙や不透明紙
から構成されている〕封筒状の滅菌袋に入れた状態でマ
ーカーを指示するようにしている。したがって、このと
き位置検出手段によって検出された手術器具の先端部の
位置情報（実空間座標）と画像データ上のマーカーの固
有空間座標とを対応付けると、〔手術器具の先端部の実
空間座標と体表面上のマーカーの実空間座標とは滅菌袋
の介在によって一致していないので〕少なくとも滅菌袋
の厚さ分だけは画像データ上のマーカーの実空間座標が
ずれることになる。さらにこのマーカーの実空間座標に
基づいて各画像データの固有空間座標と実空間座標とが
対応付けされるので、手術の際に画像データに重ね合わ
せ表示される手術器具の所定パターンは、実際に手術器
具が位置している被検体内の位置からずれて表示される
という問題点がある。The conventional example having such a configuration has the following problems. As described above, in the calibration, the marker attached to the body surface of the subject is usually designated by the tip of the surgical instrument. By the way, the surgical instrument is required to be kept clean because it is inserted into the subject, but it is not preferable for the surgical instrument to touch it because the marker is attached to the body surface of the subject, which is an unclean portion. . Therefore, when calibrating, be sure to point the marker in a sterile envelope-like bag (composed of thin transparent paper or opaque paper) so that the surgical instrument does not directly touch the marker. ing. Therefore, when the positional information (real space coordinates) of the tip of the surgical instrument detected by the position detecting means and the eigenspace coordinates of the marker on the image data are associated with each other, [the real space coordinate of the tip of the surgical instrument and Since the real space coordinates of the marker on the body surface do not match due to the presence of the sterilization bag, the real space coordinates of the marker on the image data are displaced by at least the thickness of the sterilization bag. Furthermore, since the eigenspace coordinates of each image data and the real space coordinates are associated with each other based on the real space coordinates of the marker, the predetermined pattern of the surgical instrument that is overlaid and displayed on the image data during surgery is actually There is a problem that the surgical instrument is displayed at a position displaced from the position inside the subject.
【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、キャリブレーションを正確に行うこ
とによって手術器具の位置を正確に表示することができ
る手術器具の位置表示装置を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a position display device for a surgical instrument capable of accurately displaying the position of the surgical instrument by performing accurate calibration. The purpose is to
【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、この発明に係る手術器具の位置表示装置は、予め収
集しておいた被検体の関心部位の画像上に、手術中に被
検体内に差し入れられる手術器具の位置を重ね合わせ表
示する手術器具の位置表示装置であって、（ａ）被検体
の関心部位の体表面に取り付けたマーカーとともに、被
検体の関心部位の位置ごとに関心部位の断層像の画像デ
ータを固有空間座標で記憶する画像記憶手段と、（ｂ）
被検体内に差し入れられる手術器具と、（ｃ）前記マー
カーを指示するためのキャリブレーション器具と、
（ｄ）前記手術器具の形状・大きさに応じてその先端部
の位置を算出するための手術器具用変換式と、前記キャ
リブレーション器具の形状・大きさに応じてその先端部
の位置を算出するためのキャリブレーション器具用変換
式とを予め格納する変換式格納手段と、（ｅ）前記変換
式格納手段に格納された複数の変換式のうち所要の変換
式を指定するための変換式指定手段と、（ｆ）前記手術
器具または前記キャリブレーション器具の実空間座標と
方向とを順次検出し、位置情報として順次出力する位置
検出手段と、（ｇ）前記指定された変換式により前記位
置検出手段からの位置情報を変換して前記手術器具また
は前記キャリブレーション器具の先端部の位置を含む変
換位置情報を求める位置情報変換手段と、（ｈ）前記キ
ャリブレーション器具の先端部で被検体の体表面のマー
カーを指示し、このときの前記位置情報変換手段からの
変換位置情報と、前記画像記憶手段に格納された画像デ
ータ上のマーカーの固有空間座標とを対応付けることに
よって前記画像記憶手段に格納された画像データの固有
空間座標を実空間座標に変更するキャリブレーション手
段と、（ｉ）術中に前記位置情報変換手段からの手術器
具の変換位置情報に応じた画像データを前記画像記憶手
段から選択する画像選択手段と、（ｊ）前記選択された
画像データ上の、前記術中の変換位置情報の示す位置
に、手術器具の位置を示す所定パターンを重ね合わせる
画像合成手段と、（ｋ）前記画像合成手段によって合成
された画像を表示する表示手段と、を備えたことを特徴
とするものである。The present invention has the following constitution in order to achieve such an object. That is, the surgical instrument position display device according to the present invention is a surgical instrument that superimposes and displays the position of the surgical instrument inserted into the subject during surgery on the image of the region of interest of the subject that has been collected in advance. (A) An image in which image data of a tomographic image of the region of interest is stored in proper spatial coordinates for each position of the region of interest of the subject together with a marker attached to the body surface of the region of interest of the subject. Storage means, (b)
A surgical instrument inserted into the subject, and (c) a calibration instrument for indicating the marker,
(D) A surgical instrument conversion formula for calculating the position of the tip portion according to the shape and size of the surgical instrument, and the position of the tip portion according to the shape and size of the calibration instrument For storing the calibration instrument conversion equation for storing the calibration equation in advance, and (e) a conversion equation specification for designating a required conversion equation among the plurality of conversion equations stored in the conversion equation storage means. Means, (f) position detecting means for sequentially detecting real space coordinates and directions of the surgical instrument or the calibration instrument, and sequentially outputting as position information, (g) the position detection by the designated conversion formula. Position information converting means for converting the position information from the means to obtain converted position information including the position of the tip of the surgical instrument or the calibration instrument; and (h) the calibration The tip of the tool indicates a marker on the body surface of the subject, and the converted position information from the position information conversion means at this time and the unique space coordinates of the marker on the image data stored in the image storage means are displayed. Calibration means for changing the eigenspace coordinates of the image data stored in the image storage means into real space coordinates by associating with each other, and (i) according to the converted position information of the surgical instrument from the position information conversion means during the operation. An image selecting means for selecting image data from the image storing means, and (j) an image in which a predetermined pattern indicating the position of the surgical instrument is superimposed on the position indicated by the conversion position information during the operation on the selected image data. It is characterized in that it comprises a synthesizing means and (k) a display means for displaying the image synthesized by the image synthesizing means.
【０００７】[0007]
【作用】この発明の作用は次のとおりである。まず、被
検体の関心部位の体表面に取り付けたマーカーとともに
断層像を撮影し、その画像データを固有空間座標で画像
記憶手段に格納する。次に、変換式格納手段に格納され
ている複数の変換式のうちキャリブレーション器具用変
換式を変換式指定手段で指定し、マーカーをキャリブレ
ーション器具で指示する。このとき位置情報変換手段
は、位置検出手段からのキャリブレーション器具の実空
間座標を前記キャリブレーション器具用変換式で変換し
てキャリブレーション器具の先端部の位置を含む変換位
置情報を求める。この変換位置情報（実空間座標）と、
画像データ上のマーカーの固有空間座標とをキャリブレ
ーション手段が対応付け、これに基づいて画像記憶手段
に格納されている画像データの固有空間座標を実空間座
標に変更する。このように手術器具でマーカーを指示す
る代わりにキャリブレーション器具でマーカーを指示す
るので、滅菌袋を介してマーカーを指示する必要がな
い。したがって、体表面上のマーカーの実空間座標とキ
ャリブレーション器具の先端部の実空間座標とが一致
し、画像データ上のマーカーの固有座標をその実空間座
標に正確に一致させることができる。The operation of the present invention is as follows. First, a tomographic image is photographed together with the marker attached to the body surface of the region of interest of the subject, and the image data is stored in the image storage means in the unique space coordinates. Next, the conversion equation designating means designates the calibration instrument conversion equation out of the plurality of conversion equations stored in the conversion equation storage means, and the marker is designated by the calibration instrument. At this time, the position information conversion means converts the real space coordinates of the calibration instrument from the position detection means by the calibration instrument conversion formula to obtain transformed position information including the position of the tip of the calibration instrument. This conversion position information (real space coordinates),
The calibration means associates with the eigenspace coordinates of the marker on the image data, and based on this, the eigenspace coordinates of the image data stored in the image storage means are changed to the real space coordinates. In this way, since the marker is instructed by the calibration instrument instead of the surgical instrument, it is not necessary to instruct the marker through the sterile bag. Therefore, the real space coordinates of the marker on the body surface and the real space coordinates of the tip of the calibration instrument match, and the unique coordinates of the marker on the image data can be matched exactly with the real space coordinates.
【０００８】手術の際には、変換式指定手段によって手
術器具用変換式を指定する。そして位置情報変換手段
は、位置検出手段からの手術器具の位置情報を手術器具
用変換式で変換して変換位置情報を求める。画像選択手
段は、変換位置情報に応じた画像データを画像記憶手段
から選択する。この選択された画像上の、前記変換位置
情報の示す位置に、画像合成手段が手術器具の位置を示
す所定パターンを重ね合わせて表示手段に表示する。At the time of surgery, the conversion formula designating means designates the conversion formula for the surgical instrument. Then, the position information conversion means converts the position information of the surgical instrument from the position detection means by the surgical instrument conversion formula to obtain the converted position information. The image selection means selects image data corresponding to the conversion position information from the image storage means. The image synthesizing means superimposes a predetermined pattern indicating the position of the surgical instrument on the position indicated by the conversion position information on the selected image, and displays it on the display means.
【０００９】[0009]
【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、この発明に係る手術器具の位置表示
装置の一実施例の概略構成を示す図である。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 diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a position display device for a surgical instrument according to the present invention.
【００１０】図中、符号１は被検体Ｍが載せられた手術
台である。符号２は、手術中に術者によって被検体Ｍに
差し入れられる手術器具である。手術台１上には３次元
方向にそれぞれ磁界を発生させる磁気ソース３ａが、被
検体Ｍとの相対位置が変化しないように配備されてい
る。なお、この磁気ソース３ａは被検体Ｍ自身に取付け
固定されてもよい。手術器具２には磁気ソース３ａから
発生された３次元の磁界を検出する磁気センサ３ｂが取
付けられている。In the figure, reference numeral 1 is an operating table on which a subject M is placed. Reference numeral 2 is a surgical instrument that is inserted into the subject M by an operator during surgery. A magnetic source 3a that generates a magnetic field in each of the three-dimensional directions is provided on the operating table 1 so that the relative position to the subject M does not change. The magnetic source 3a may be attached and fixed to the subject M itself. A magnetic sensor 3b for detecting a three-dimensional magnetic field generated from the magnetic source 3a is attached to the surgical instrument 2.
【００１１】図２に示すように、磁気ソース３ａは、３
次元方向Ｘ，Ｙ，Ｚにそれぞれ磁界を発生させる３つの
コイル３aX，３aY，３aZから構成されている。磁気ソー
ス３ａは駆動回路４に接続され、この駆動回路４から交
流電流を与えられることにより３次元の磁界Ｈを発生す
る。磁気センサ３ｂも同様に、互いに直交した３つのコ
イル３bX，３bY，３bZから構成されている。磁気センサ
３ｂは、検出回路５に接続されている。この検出回路５
は、各コイル３bX，３bY，３bZからの検出信号を増幅し
て、適宜のデジタル信号に変換した位置データを出力す
る。磁気ソース３ａ、磁気センサ３ｂ、駆動回路４、検
出回路５、および後述する位置算出部９は、この発明に
おける位置検出手段に相当する。As shown in FIG. 2, the magnetic source 3a has three
It is composed of three coils 3 aX , 3 aY , and 3 aZ that generate magnetic fields in the dimensional directions X, Y, and Z, respectively. The magnetic source 3a is connected to a drive circuit 4 and generates a three-dimensional magnetic field H when an alternating current is applied from the drive circuit 4. Likewise magnetic sensors 3b, are composed of three coils 3 bX, 3 bY, 3 bZ mutually orthogonal. The magnetic sensor 3b is connected to the detection circuit 5. This detection circuit 5
Outputs the position data obtained by amplifying the detection signals from the coils 3 bX , 3 bY and 3 bZ and converting them into appropriate digital signals. The magnetic source 3a, the magnetic sensor 3b, the drive circuit 4, the detection circuit 5, and the position calculation unit 9 described later correspond to the position detection means in this invention.
【００１２】画像処理コンピュータ８は、主として手術
器具２および後述するキャリブレーション器具の位置算
出、その先端部の位置算出、後述するキャリブレーショ
ン、位置情報に応じた画像の選択、選択された画像上へ
の手術器具２のパターンの合成を行うものである。その
内部構成を機能的に大別すると、位置算出部９、変換式
メモリ１０、位置情報変換部１２、キャリブレーション
部２０、画像選択部１３、画像合成部１５となる。The image processing computer 8 mainly calculates the positions of the surgical instrument 2 and a calibration instrument described later, calculates the position of the tip of the surgical instrument 2, calibration described later, selects an image according to the positional information, and selects an image on the selected image. The pattern of the surgical instrument 2 is synthesized. Functionally roughly dividing the internal configuration, the position calculation unit 9, the conversion memory 10, the position information conversion unit 12, the calibration unit 20, the image selection unit 13, the image synthesis unit 15.
【００１３】位置算出部９は、検出回路５からの位置デ
ータに基づいて、磁気センサ３ｂの３次元位置（実空間
座標）および方向を算出する。なお、上述した磁気ソー
ス３ａおよび磁気センサ３ｂを使って磁気センサ３ｂの
実空間座標および方向を算出する手法は、例えば、特開
平３−２６７０５４号によって知られているので、ここ
での説明は省略する。変換式メモリ１０は、位置算出部
９によって算出された磁気センサ３ｂの実空間座標／方
向からなる位置情報を、手術器具２および後述するキャ
リブレーション器具の大きさや形状からその先端部の位
置を含む変換位置情報に変換するための変換式を予め格
納するものである。位置情報変換部１２は、キーボード
等の入力手段で構成される変換式指定部１１によって指
定された変換式メモリ１０内の変換式を使用して、位置
算出部９からの位置情報を変換位置情報に変換する。な
お、変換式メモリ１０は、この発明における変換式格納
手段に相当し、位置情報変換部１２は、この発明におけ
る位置情報変換手段に相当し、変換式指定部１１は、変
換式指定手段に相当する。The position calculator 9 calculates the three-dimensional position (real space coordinates) and direction of the magnetic sensor 3b based on the position data from the detection circuit 5. The method of calculating the real space coordinates and direction of the magnetic sensor 3b using the magnetic source 3a and the magnetic sensor 3b described above is known, for example, from Japanese Patent Laid-Open No. 3-267054, and therefore the description thereof is omitted here. To do. The conversion-type memory 10 includes the position information including the real space coordinates / direction of the magnetic sensor 3b calculated by the position calculation unit 9, including the position of the distal end portion based on the size and shape of the surgical instrument 2 and a calibration instrument described later. A conversion formula for converting into conversion position information is stored in advance. The position information conversion unit 12 converts the position information from the position calculation unit 9 using the conversion formula in the conversion formula memory 10 designated by the conversion formula designation unit 11 configured by input means such as a keyboard. Convert to. The conversion formula memory 10 corresponds to the conversion formula storage means in this invention, the position information conversion unit 12 corresponds to the position information conversion device in this invention, and the conversion formula designation unit 11 corresponds to the conversion formula designation means. To do.
【００１４】画像選択部１３は、位置情報変換部１２か
らの変換位置情報（手術器具２やキャリブレーション器
具の先端部の位置を含む位置情報）に基づき、画像メモ
リ１４から所要の断層像の画像データを選択するもの
で、この発明における画像選択手段に相当する。画像メ
モリ１４は、被検体Ｍの関心部位ごとに関心部位の断層
像の画像データを記憶するものであり、この発明におけ
る画像記憶手段に相当する。The image selection unit 13 uses the converted position information from the position information conversion unit 12 (position information including the position of the distal end of the surgical instrument 2 or the calibration instrument) to obtain an image of a required tomographic image from the image memory 14. It selects data and corresponds to the image selecting means in the present invention. The image memory 14 stores the image data of the tomographic image of the region of interest for each region of interest of the subject M, and corresponds to the image storage means in the present invention.
【００１５】画像合成部１５は、画像選択部１３によっ
て選択された画像上の、位置情報変換部１２によって求
められた変換位置情報の示す位置に手術器具２の位置を
示す所定パターンを重ね合わせる。この画像合成部１５
は、この発明における画像合成手段に相当する。画像合
成部１５で合成された画像は、この発明における表示手
段に相当するモニタ１６に与えられる。The image synthesizing unit 15 superimposes a predetermined pattern indicating the position of the surgical instrument 2 on the position indicated by the converted position information obtained by the position information converting unit 12 on the image selected by the image selecting unit 13. This image composition unit 15
Corresponds to the image synthesizing means in the present invention. The image synthesized by the image synthesizing unit 15 is given to the monitor 16 corresponding to the display means in the present invention.
【００１６】次に図３ないし図６を参照して、断層像の
収集およびキャリブレーションについて説明する。図３
に示すように、手術台１に載置された被検体Ｍの関心部
位付近（この例では頭部）の体表面の４か所にマーカー
Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 を貼り付ける。そして、被検体
Ｍの関心部位を含む領域内の、複数のスライス面Ｓ1 〜
Ｓn の断層像を各マーカーＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 とと
もにＸ線ＣＴ装置などにより撮影する。このようにして
得られた断層像Ｉ1 〜Ｉn の模式図を図４に示す。この
断層像Ｉ1 〜Ｉn およびマーカーＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ
4 は、撮影に使用したＸ線ＣＴ装置の固有の空間座標
（ＣＴ座標系の固有空間座標）ＸCT，ＹCT，ＺCTによっ
てその位置が定義されている。この断層像Ｉ1 〜Ｉn お
よびマーカーＰ1 ，Ｐ2，Ｐ 3 ，Ｐ4 とＣＴ座標系の固
有空間座標は、画像メモリ１４に格納される。Collection of tomographic images and calibration will be described with reference to FIGS. Figure 3
As shown in, the markers P 1 , P 2 , P 3 , P 4 are attached to four positions on the body surface in the vicinity of the region of interest (the head in this example) of the subject M placed on the operating table 1. . Then, in the region including the region of interest of the subject M, the plurality of slice planes S 1 to
A tomographic image of S n together with the markers P 1 , P 2 , P 3 , and P 4 is taken by an X-ray CT apparatus or the like. Shows a schematic view of the thus tomogram I 1 ~I n obtained in Fig. The tomographic image I 1 ~I n and markers P 1, P 2, P 3 , P
The position of 4 is defined by the unique spatial coordinates of the X-ray CT apparatus used for imaging (the unique spatial coordinates of the CT coordinate system) X CT , Y CT , and Z CT . Specific spatial coordinates of the tomographic image I 1 ~I n and markers P 1, P 2, P 3 , P 4 and the CT coordinate system is stored in the image memory 14.
【００１７】次に、撮影した断層像の固有空間座標と検
出回路５を基準とする実空間座標とを対応付けるキャリ
ブレーションを行う。なお、位置算出部９によって算出
される磁気センサ３ｂの位置情報（実空間座標／方向）
から、手術器具２およびキャリブレーション器具の先端
部の実空間座標を含む変換位置情報を求めるための変換
式Ａ1 ，ＡC は、予め変換式メモリ１０に格納されてい
る。Next, calibration is performed by associating the eigenspace coordinates of the taken tomographic image with the real space coordinates based on the detection circuit 5. The position information of the magnetic sensor 3b calculated by the position calculation unit 9 (real space coordinates / direction)
Accordingly, the conversion formulas A 1 and A C for obtaining the conversion position information including the real space coordinates of the distal end portions of the surgical instrument 2 and the calibration instrument are stored in the conversion formula memory 10 in advance.
【００１８】まず、術者は変換式指定部１１を介してキ
ャリブレーション器具用変換式ＡCを指定する。そして
図５に示すような、先端部がＬ字状に屈曲形成されたキ
ャリブレーション器具１００に磁気センサ３ｂを取付
け、その先端部を各マーカーＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 に
接触させる。このように先端部をＬ字状に屈曲形成した
キャリブレーション器具１００を用いているので、この
実施例のように関心部位が頭部であって、直線状の器具
では指示しにくいような耳下部にマーカーが取り付けら
れている場合でも、その部分を容易にかつ正確に指示す
ることができる。First, the operator designates the calibration instrument conversion formula A C via the conversion formula designating section 11. Then, as shown in FIG. 5, the magnetic sensor 3b is attached to the calibration device 100 whose tip is bent and formed in an L shape, and the tip is brought into contact with each of the markers P 1 , P 2 , P 3 , P 4 . . Since the calibration instrument 100 having the distal end bent and formed in an L-shape is used in this manner, as in this embodiment, the region of interest is the head, and the lower ear part which is difficult to indicate with a linear instrument. Even if a marker is attached to the part, the part can be easily and accurately indicated.
【００１９】そして各マーカーＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4
をキャリブレーション器具１００で指示するごとに、図
示しないキーボードなどの指示手段でキャリブレーショ
ン器具１００の先端部位置の格納を指示する。このとき
の先端部位置の格納は、次のように行われる。位置情報
変換部１２は、磁気センサ３ｂの実空間座標／方向から
なる位置情報を位置算出部９から得て、この位置情報を
指定されているキャリブレーション器具用変換式ＡC に
より先端部の位置を含む変換位置情報に変換する。そし
てこのキャリブレーション器具１００の先端部の位置を
含む変換位置情報のうち、先端部の実空間座標とマーカ
ーの固有空間座標とを対応付ける。具体的には、この発
明におけるキャリブレーション手段に相当するキャリブ
レーション部２０が画像メモリ１４に格納されている画
像データ上のマーカーＰ1 ，Ｐ2，Ｐ3 ，Ｐ4 の固有空
間座標を、この実空間座標で書き換える。そして、これ
に基づいて画像メモリ１４に格納されている各断層像Ｉ
1 〜Ｉn の固有空間座標を実空間座標で書き換える。こ
のキャリブレーションによって、図４に示した各断層像
Ｉ1 〜Ｉn およびマーカーＰ1 〜Ｐ4 のＣＴ座標系で定
義されている固有空間座標（ＸCT，ＹCT，ＺCT）は、図
６に示す実空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換される。The markers P 1 , P 2 , P 3 , P 4
Every time the calibration instrument 100 is instructed, an instruction means such as a keyboard (not shown) instructs to store the tip end position of the calibration instrument 100. The storage of the tip position at this time is performed as follows. The position information conversion unit 12 obtains the position information consisting of the real space coordinates / direction of the magnetic sensor 3b from the position calculation unit 9, and uses the specified calibration instrument conversion formula A C to specify this position information. It is converted into conversion position information including. Then, in the conversion position information including the position of the tip of the calibration instrument 100, the real space coordinates of the tip and the eigenspace coordinates of the marker are associated with each other. Specifically, the calibrating unit 20 corresponding to the calibrating means in the present invention determines the eigenspace coordinates of the markers P 1 , P 2 , P 3 , P 4 on the image data stored in the image memory 14 as Rewrite in real space coordinates. Then, based on this, each tomographic image I stored in the image memory 14
It rewrites the specific spatial coordinates of 1 ~I n the real space coordinates. This calibration unique spatial coordinates defined by the CT coordinate system of the tomographic images I 1 ~I n and markers P 1 to P 4 shown in FIG. 4 (X CT, Y CT, Z CT) , as shown in FIG. 6 is converted into the real space coordinates (X, Y, Z).
【００２０】なお、上述した変換式によって先端部の位
置を算出する手法は、先に掲げた特開平３−２６７０５
４号公報に詳述されているが、ここで簡単に説明する。
位置算出部９では、磁気センサ３ｂの実空間座標と方向
とを示す位置情報ａ１（ｘ，ｙ，ｚ，ｕ，ｖ，ｗ）が算
出される。そしてこの位置情報ａ１と器具の形状・大き
さ等に応じて予め決められているキャリブレーション器
具用変換式Ａcからキャリブレーション器具１００の先
端部の実空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、ａ１・Ａc の演算
を行うことによって算出することができる。The method of calculating the position of the tip portion by the above-mentioned conversion formula is described in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 26705/1993.
This is described in detail in Japanese Patent Publication No. 4 but it will be briefly described here.
The position calculation unit 9 calculates position information a1 (x, y, z, u, v, w) indicating the real space coordinates and direction of the magnetic sensor 3b. Then, the real space coordinates (X, Y, Z) of the tip of the calibration instrument 100 are calculated from the calibration instrument conversion formula A c that is predetermined according to the position information a1 and the instrument shape and size. It can be calculated by calculating a1 · A c .
【００２１】なお、この実施例では４点のマーカーを用
いてキャリブレーションを行っているが、３点のマーカ
ーによって実空間上の座標を画像空間上の座標に対応付
ける事も可能である。In this embodiment, the calibration is carried out using four markers, but it is also possible to associate the coordinates in the real space with the coordinates in the image space by using the three markers.
【００２２】このようにキャリブレーション器具１００
を使用してキャリブレーションを行うので、滅菌袋を介
することなく不清潔部分であるマーカーにキャリブレー
ション器具１００を直接接触させることができる。した
がって、体表面上のマーカーの実空間座標とキャリブレ
ーション器具１００の先端部の実空間座標とが一致し、
画像データ上のマーカーの固有空間座標を体表面上のマ
ーカーの実空間座標に正確に一致させることができる。
したがって、断層像の画像データの固有空間座標も正確
に実空間座標に一致させることができる。また、滅菌袋
を使用しないので、キャリブレーション時の器具の取扱
いが容易になる。In this way, the calibration device 100
Since the calibration is performed by using, the calibration instrument 100 can be directly contacted with the marker that is the unclean portion without using the sterile bag. Therefore, the real space coordinates of the marker on the body surface and the real space coordinates of the tip of the calibration device 100 match,
The eigenspace coordinates of the marker on the image data can be exactly matched with the real space coordinates of the marker on the body surface.
Therefore, the eigenspace coordinates of the image data of the tomographic image can be accurately matched with the real space coordinates. Moreover, since a sterilization bag is not used, handling of the instrument during calibration becomes easy.
【００２３】次に、上述したようにキャリブレーション
を行った断層像を用いて被検体Ｍの手術を行う。Next, the operation of the subject M is performed using the tomographic image calibrated as described above.
【００２４】まず、術者は手術器具２に磁気センサ３ｂ
を取付けるとともに変換式指定部１１を介して手術器具
用変換式Ａ1 を指定する。そして術者は、手術器具２を
被検体Ｍの関心部位に差し入れる。磁気センサ３ｂの位
置情報が位置算出部９によって順次算出され、この位置
情報は、位置情報変換部１２によって順次変換される。
このとき使用される変換式は、術者によって指定された
変換式メモリ１０の手術器具用変換Ａ1 であり、位置情
報と手術器具用変換式との演算（ａ１・Ａ1 ）によって
手術器具２の先端部の実空間座標が算出される。この変
換によって位置情報は、手術器具２の先端部の位置を含
む変換位置情報に変換される。画像選択部１３は、この
変換位置情報に応じた〔既にキャリブレーション部２０
によって実空間座標に変更されている〕断層像を画像メ
モリ１４から選択する。画像合成部１５は、この選択さ
れた断層像上の、変換位置情報の示す位置に、手術器具
の位置を示す所定パターンを重ね合わせてモニタ１６に
出力する。この断層像に手術器具２を示す所定パターン
ＰＴが重ね合わせ表示されたときの模式図を図７に示
す。この手術中における手術器具２の位置表示は、上述
したように正確にキャリブレーションを行って画像デー
タの実空間座標が決定されているので、誤差なく正確に
行われる。First, the operator attaches the magnetic sensor 3b to the surgical instrument 2.
The surgical instrument conversion formula A 1 is designated through the conversion formula designation unit 11 while mounting. Then, the operator inserts the surgical instrument 2 into the region of interest of the subject M. The position information of the magnetic sensor 3b is sequentially calculated by the position calculation unit 9, and this position information is sequentially converted by the position information conversion unit 12.
The conversion formula used at this time is the surgical instrument conversion A 1 of the conversion formula memory 10 designated by the operator, and the surgical instrument 2 is calculated by the calculation (a1 · A 1 ) of the position information and the surgical instrument conversion formula. The real space coordinates of the tip of the are calculated. By this conversion, the position information is converted into converted position information including the position of the tip of the surgical instrument 2. The image selection unit 13 responds to the conversion position information [already calibrated unit 20
Has been changed to real space coordinates by]. A tomographic image is selected from the image memory 14. The image composition unit 15 superimposes a predetermined pattern indicating the position of the surgical instrument on the position indicated by the conversion position information on the selected tomographic image, and outputs the superimposed pattern to the monitor 16. FIG. 7 shows a schematic diagram when a predetermined pattern PT indicating the surgical instrument 2 is displayed in an overlapping manner on this tomographic image. The position display of the surgical instrument 2 during the operation is accurately performed without error because the real space coordinates of the image data are determined by performing the accurate calibration as described above.
【００２５】なお、この実施例ではキャリブレーション
器具１００として、その先端部がＬ字上に屈曲形成され
たものを使用したが、この発明はこれに限定されるもの
ではなく、種々の形状・大きさのキャリブレーション器
具を使用することが可能である。例えば、被検体の腹部
などの容易に指示可能な場所にマーカーが取り付けられ
ている場合には、直線状のキャリブレーション器具を使
用するようにしてもよい。この場合は、この直線状のキ
ャリブレーション器具の形状・大きさに応じた変換式を
変換式メモリに予め格納しておくようにする。In this embodiment, as the calibration instrument 100, the one whose tip portion is bent and formed in an L shape is used, but the present invention is not limited to this, and various shapes and sizes are used. It is possible to use a calibrating instrument of the length. For example, when the marker is attached to a location such as the abdomen of the subject that can be easily designated, a linear calibration instrument may be used. In this case, the conversion formula according to the shape and size of the linear calibration instrument is stored in the conversion formula memory in advance.
【００２６】なお、この実施例では磁気ソース３ａおよ
び磁気センサ３ｂ等を用いて手術器具２およびキャリブ
レーション器具１００の位置を検出したが、この発明は
これに限定されることなく、例えば、手術器具２または
キャリブレーション器具１００を多関節のアームの先端
に取付け、各関節部分でアームの角度を検出することに
より、手術器具２またはキャリブレーション器具１００
の位置を検出するように構成してもよい。このように構
成することにより、磁気ソース３ａによって形成されて
いる磁界を乱すような磁性体や導電体などから構成され
る器具を使用することができる。Although the positions of the surgical instrument 2 and the calibration instrument 100 are detected by using the magnetic source 3a, the magnetic sensor 3b and the like in this embodiment, the present invention is not limited to this, and for example, the surgical instrument may be used. 2 or the calibration instrument 100 is attached to the tip of an articulated arm, and the angle of the arm is detected at each joint portion, so that the surgical instrument 2 or the calibration instrument 100
The position may be detected. With such a configuration, it is possible to use a device including a magnetic body or a conductor that disturbs the magnetic field formed by the magnetic source 3a.
【００２７】また、この実施例では磁気センサ３ｂを手
術器具２とキャリブレーション器具１００とで共用した
が、この発明はこれに限定されるものではない。例え
ば、手術器具２とキャリブレーション器具１００にそれ
ぞれ専用の磁気センサと検出回路を設けるようにしても
よい。これにより使用する器具に応じて磁気センサを付
け替える手間を省くことができ、術者の負担を少なくす
ることができる。Although the magnetic sensor 3b is shared by the surgical instrument 2 and the calibration instrument 100 in this embodiment, the present invention is not limited to this. For example, the surgical instrument 2 and the calibration instrument 100 may be provided with dedicated magnetic sensors and detection circuits, respectively. As a result, it is possible to save the labor of replacing the magnetic sensor according to the instrument used, and reduce the burden on the operator.
【００２８】[0028]
【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、キャリブレーション器具を使用して体表面
上のマーカーを直接指示することによって、被検体の体
表面上のマーカーの実空間座標と画像データ上のマーカ
ーの固有空間座標を正確に一致させることができ、さら
に断層像の画像データの固有空間座標も正確に実空間座
標に一致させることができる。すなわち、正確にキャリ
ブレーションを行うことができる。結果、術中の手術器
具の位置表示を正確に行うことができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, by directly pointing a marker on the body surface using a calibration instrument, the real space of the marker on the body surface of the subject is measured. The coordinates and the eigenspace coordinates of the marker on the image data can be accurately matched, and the eigenspace coordinates of the tomographic image data can also be accurately matched to the real space coordinates. That is, accurate calibration can be performed. As a result, the position of the surgical instrument during surgery can be accurately displayed.
【図１】実施例に係る手術器具の位置表示装置の概略構
成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a position display device for a surgical instrument according to an embodiment.
【図２】磁気ソースおよび磁気センサの説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a magnetic source and a magnetic sensor.
【図３】断層像の収集の説明に供する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining acquisition of tomographic images.
【図４】キャリブレーション前の断層像を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing a tomographic image before calibration.
【図５】キャリブレーションの説明に供する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining calibration.
【図６】キャリブレーション後の断層像を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a tomographic image after calibration.
【図７】術中における手術器具の位置表示を示す模式図
である。FIG. 7 is a schematic view showing a position display of a surgical instrument during an operation.
１ … 手術台 ２ … 手術器具 ３ａ … 磁気ソース ３ｂ … 磁気センサ ４ … 駆動回路 ５ … 検出回路 ９ … 位置算出部 １０ … 変換式メモリ １１ … 変換式指定部 １２ … 位置情報変換部 １３ … 画像選択部 １４ … 画像メモリ １５ … 画像合成部 １６ … モニタ ２０ … キャリブレーション部 １００ … キャリブレーション器具 1 ... Operating table 2 ... Surgical instrument 3a ... Magnetic source 3b ... Magnetic sensor 4 ... Drive circuit 5 ... Detection circuit 9 ... Position calculation unit 10 ... Conversion formula memory 11 ... Conversion formula designation unit 12 ... Position information conversion unit 13 ... Image selection Part 14 Image memory 15 Image combiner 16 Monitor 20 Calibration unit 100 Calibration instrument
Claims (1)
画像上に、手術中に被検体内に差し入れられる手術器具
の位置を重ね合わせ表示する手術器具の位置表示装置で
あって、（ａ）被検体の関心部位の体表面に取り付けた
マーカーとともに、被検体の関心部位の位置ごとに関心
部位の断層像の画像データを固有空間座標で記憶する画
像記憶手段と、（ｂ）被検体内に差し入れられる手術器
具と、（ｃ）前記マーカーを指示するためのキャリブレ
ーション器具と、（ｄ）前記手術器具の形状・大きさに
応じてその先端部の位置を算出するための手術器具用変
換式と、前記キャリブレーション器具の形状・大きさに
応じてその先端部の位置を算出するためのキャリブレー
ション器具用変換式とを予め格納する変換式格納手段
と、（ｅ）前記変換式格納手段に格納された複数の変換
式のうち所要の変換式を指定するための変換式指定手段
と、（ｆ）前記手術器具または前記キャリブレーション
器具の実空間座標と方向とを順次検出し、位置情報とし
て順次出力する位置検出手段と、（ｇ）前記指定された
変換式により前記位置検出手段からの位置情報を変換し
て前記手術器具または前記キャリブレーション器具の先
端部の位置を含む変換位置情報を求める位置情報変換手
段と、（ｈ）前記キャリブレーション器具の先端部で被
検体の体表面のマーカーを指示し、このときの前記位置
情報変換手段からの変換位置情報と、前記画像記憶手段
に格納された画像データ上のマーカーの固有空間座標と
を対応付けることによって前記画像記憶手段に格納され
た画像データの固有空間座標を実空間座標に変更するキ
ャリブレーション手段と、（ｉ）術中に前記位置情報変
換手段からの手術器具の変換位置情報に応じた画像デー
タを前記画像記憶手段から選択する画像選択手段と、
（ｊ）前記選択された画像データ上の、前記術中の変換
位置情報の示す位置に、手術器具の位置を示す所定パタ
ーンを重ね合わせる画像合成手段と、（ｋ）前記画像合
成手段によって合成された画像を表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする手術器具の位置表示装置。1. A position display device for a surgical instrument, which displays the position of a surgical instrument inserted into the subject during an operation on an image of a region of interest of the subject that has been collected in advance. a) an image storage unit for storing image data of a tomographic image of the region of interest in proper spatial coordinates for each position of the region of interest of the subject together with a marker attached to the body surface of the region of interest of the subject; A surgical instrument to be inserted therein, (c) a calibration instrument for indicating the marker, and (d) a surgical instrument for calculating the position of the tip portion according to the shape and size of the surgical instrument A conversion formula storing means for storing in advance a conversion formula and a calibration device conversion formula for calculating the position of the tip end portion thereof according to the shape and size of the calibration device; and (e) the conversion formula A conversion formula designating unit for designating a required conversion formula among a plurality of conversion formulas stored in the storage unit, and (f) sequentially detecting real space coordinates and directions of the surgical instrument or the calibration instrument, Position detecting means for sequentially outputting as position information; and (g) conversion position including the position of the tip of the surgical instrument or the calibration instrument by converting the position information from the position detecting means by the designated conversion formula. Position information converting means for obtaining information, and (h) indicating a marker on the body surface of the subject at the tip of the calibration instrument, and the converted position information from the position information converting means at this time and the image storing means The eigenspace coordinates of the image data stored in the image storage means are associated with the eigenspace coordinates of the marker on the image data stored in And calibration means for changing, the image selection means for selecting image data corresponding to the converted location information of the surgical instrument from the position information converting means (i) intraoperative from said image storage means,
(J) Image combining means for superimposing a predetermined pattern indicating the position of the surgical instrument on the position indicated by the conversion position information during the operation on the selected image data, and (k) the image combining means. Display means for displaying images,
A position display device for surgical instruments, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08784794A JP3239609B2 (en) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | Surgical instrument position display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07265330A true JPH07265330A (en) | 1995-10-17 |
| JP3239609B2 JP3239609B2 (en) | 2001-12-17 |
Family
ID=13926288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08784794A Expired - Fee Related JP3239609B2 (en) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | Surgical instrument position display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3239609B2 (en) |
Cited By (5)
| 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 |
| JP2001506889A (en) * | 1996-12-21 | 2001-05-29 | ディープイ・インターナショナル・リミテッド | Device for positioning and guiding surgical instruments during orthopedic surgery |
| WO2002091925A1 (en) * | 2001-05-17 | 2002-11-21 | Cedara Software Corp. | 3-d navigation for x-ray imaging system |
| JP2010519635A (en) * | 2007-02-26 | 2010-06-03 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Pointing device for medical imaging |
| CN103487449A (en) * | 2013-05-27 | 2014-01-01 | 深圳市天和时代电子设备有限公司 | Dynamic calibration method |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP08784794A patent/JP3239609B2/en not_active Expired - Fee Related
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| CN103487449A (en) * | 2013-05-27 | 2014-01-01 | 深圳市天和时代电子设备有限公司 | Dynamic calibration method |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3239609B2 (en) | 2001-12-17 |
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