JPH09166410A - 位置計測装置 - Google Patents
位置計測装置Info
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- JPH09166410A JPH09166410A JP7325916A JP32591695A JPH09166410A JP H09166410 A JPH09166410 A JP H09166410A JP 7325916 A JP7325916 A JP 7325916A JP 32591695 A JP32591695 A JP 32591695A JP H09166410 A JPH09166410 A JP H09166410A
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Abstract
正確に計測することができる位置計測装置を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 被検体を撮像する主画像カメラ3に、被
検体とこの主画像カメラ3との位置関係を計測するため
の位置計測カメラ5を設けて構成される。
Description
る撮像手段と被検体との位置関係を測定する位置計測装
置に関するものである。
の主画像カメラを用いて撮像することにより、術野を画
像として得る手術用画像システムが開発されている。こ
の手術用画像システムでは、得られた画像がどういう状
態で撮像されたのかを知るために、前記主画像カメラと
被検体との位置関係を常時正確に測定する必要がある。
前記主画像カメラと被検体との位置関係は、位置計測装
置を用いて測定されている。
8に示すように位置計測装置では、被検体の頭部を固定
する円環状の手術フレーム110の上部側に発光器12
0を複数設ける、もしくは、術野と一定の位置関係を保
っている座標基準器130に発光器120を複数設け、
さらに、主画像カメラ140の側面に発光器120を複
数設ける。そしてこれら発光器120を複数台の位置計
測カメラ150を用いて撮像し、この位置計測カメラ1
50により得られた発光器120の像の位置から演算処
理手段160により発光器120の3次元的位置を推算
し、これに基づいて主画像カメラ140と被検体との3
次元的な位置関係を計測する。そして、その結果を表示
部170に表示する。尚、位置計測カメラ150は、主
画像カメラ140と被検体との3次元的な位置関係を計
測するための他、他の物体、例えば、位置計測用のプロ
ーブ、内視鏡、超音波プローブあるいは被検体の組織の
位置、向きを知るためにも用いられる(これらの物体に
発光器120を取付けておくことによって)。
測カメラ150は、手術中に用いられるので、置く場所
を確保することが難しいという問題がある。また、発光
器120が術者や他の道具に遮蔽され、位置計測カメラ
150から撮像できない場合が多々生じる。このため
に、従来、発光器120は非常に多数個取付けられ、発
光器120の幾つかが遮蔽されても良いように冗長度を
持たせているが、それでもこの問題は避けられない。
て移動されるので、少なくとも数十cm立方の空間中で
任意の姿勢を取り得る。従って、この空間中で、主画像
カメラ140に取付けられた発光器120の計測が可能
でなくてはならない。このための最も簡単な解決法は位
置計測カメラ150を主画像カメラ140等の被測定物
から遠くに離して配置することである。しかし、この場
合、位置計測カメラ150と被測定物との距離が遠くな
り、位置計測精度が低下する。
が、例えば手術中に何かに押されたり、あるいは配置を
変更する際に動かされる場合がある。このため、図8に
示するような座標基準器130を設けると共に、この座
標基準器130に発光器120を取付け、この発光器1
20の像をも位置計測カメラ150によって常時捉えら
れるようにし、この像を用いて座標基準器130を基準
とする座標系中での位置計測カメラ150の位置、向き
を常時推算しなくてはならない。従って、座標基準器1
30は、位置計測カメラ150から見て他の物に遮られ
ることがなく、しかも、被検体、術野と常に一定の位置
関係を保つことが必要である。このために座標基準器1
30を例えば強固なアームにつけて高く掲げても良い
が、術者の邪魔になり、また術野から遠くに置かれるた
めに術野の位置計測精度が低下する。
で、被検体と撮像手段との位置関係を正確に計測するこ
とができる位置計測装置を提供することを目的とする。
請求項1記載の発明は、被検体を撮像する撮像手段に、
被検体とこの撮像手段との位置関係を計測するための位
置計測カメラを設けたことを要旨とする。
被検体を撮像する撮像手段に、被検体とこの撮像手段と
の位置関係を計測するための位置計測カメラを設け、前
記撮像手段と位置計測カメラを一体的に構成したので、
位置計測を必要とするとき、位置計測のためのマーカ
(発光器)を近い距離で捉えることができる。これによ
り、被検体と撮像手段との位置関係を正確に計測するこ
とができる。
像する撮像手段により得られた画像情報を基に、被検体
とこの撮像手段との位置関係を計測することを要旨とす
る。
被検体を撮像する撮像手段により得られた画像情報を基
に、被検体とこの撮像手段との位置関係を計測するよう
にしているので、位置計測を必要とするとき、位置計測
のためのマーカ(発光器)を近い距離で捉えることがで
きる。これにより、被検体と撮像手段との位置関係を正
確に計測することができる。
図面を参照して説明する。図1は本発明に係る位置計測
装置の一実施形態を示した図である。
装置1は、術野の映像を捉える主画像カメラ3の上面側
と下面側に設けられた2つの位置計測カメラ5と、位置
計測カメラ5によって得られた画像情報を基に、主画像
カメラ3と被検体の位置関係を求める演算処理部7と、
演算処理部7により求められた主画像カメラ3と被検体
の位置関係をモニタ上に表示する表示部9とを有する。
術フレーム21の上部側に発光器23を複数設ける、も
しくは、術野と一定の位置関係を保っている座標基準器
25に発光器23を複数設ける。
測カメラ5は主画像カメラ3と一体になっている。この
ため、もし位置計測カメラ5が殆ど全部の発光器23の
像を捉えられないならば、すなわち主画像カメラ3もま
た術野像を捉えられなくなっている(他のものの影にな
っている)と考えられ、従ってその間は位置を計測する
意味がない。また主画像カメラ3が術野を撮影できるな
らば、遮蔽するものはなく、従って位置計測カメラ5は
発光器23の多く(もしくは全部)を捉えることがで
き、計測が可能である。このように、遮蔽されることの
最も少ない最適の位置に常に位置計測カメラ5が置か
れ、主画像カメラ3が使用されているときには位置計測
も行なえるようになる。
態では、主画像カメラ3が術野の近く(普通20〜40
cmの距離)に置かれ、従って位置計測カメラ5も発光
器23の近くに置かれることになるので精度の高い計測
が可能である。
置にある場合には主画像カメラ3も術野から遠くにある
ことになり、このとき主画像カメラ3は広い範囲を大ま
かに撮影しているか、若しくは使用されていない。従っ
て位置計測精度は低くて良いか、若しくは位置計測は必
要ない。このように、精度の高い位置計測が必要なとき
には常に高精度の測定が行える。
3と共に移動するので、位置計測を必要とするときには
患者に固着したマーカ又は手術フレームに付いている発
光器23の多く(又は全部)を捉えることができる。従
ってこれらの像に基づいて位置計測カメラ5自体の位置
と向きを計測することにより、主画像カメラ3の位置と
向きが直ちに正確に求められる。尚、位置計測カメラ5
と主画像カメラ3は一体になっているので、座標基準器
25は無くても良い。
(数十cm)離れて置かれるのに対し、本構成では術野
にごく近い(例えば十cm以内)ものに取付けた発光器
23を基準として用いるため、主画像カメラ3の位置と
向きを高い精度で計測することができる。
術野と一定の位置関係を保っているが、図2(a)に示
すように術野を囲むような円環状部材の上部に発光器2
3を複数設けたO字型の座標基準器25Aや、図2
(b)に示すように術野を囲むようなU字型の部材の上
部に発光器23を複数設けたU字型の座標基準器25B
を用いるようにしても良い。
な計測方法を説明する。尚、ここでは、1つの位置計測
カメラ5を用いた場合を例にして説明する。被検体に取
り付けた発光器23(予定される術野を囲むように複数
個取り付ける)は手術前、X線CT装置等においても被
検体と一緒に撮影される。そこで例えばX線CT装置に
よって得られた画像に基づいてX線CT装置の座標系に
おける各発光器23の位置を求めることができる。この
ことを利用して、「被検体の座標系=X線CT装置の座
標系である」と定義する。
mi (i=1,…,N 但しiは発光器23の番号)と
する。Nは発光器23の個数。mi はベクトルでx,
y,z成分をもつ。すなわち mi =(mxi,myi,mzi) これらの値はX線CT装置によって既知である。
し、主画像カメラ3(位置計測カメラ5付き)を術野の
近くに位置させる。これにより、位置計測カメラ5が発
光器23の光を捉える。
固定された座標系(これをMX −MY −MZ とする)と
被検体の座標系x−y−zとの座標変換行列を求める事
に他ならない。
いるとき、位置計測カメラ5のスク
iの像とを結ぶ直線Li上に存在していることがわか
る。詳しく記すと、位置計測カメラ5の光学系に由来す
る像の歪みがあるので、予めこの歪みを計測し、補正す
る必要がある。その
X−Y−Zは患者の座標系x−y−zと未知の位置関係
にあるが、これは
互いに無関係ではなく、これら12個の係数は実質的に
6個の互いに独立な変数で表わされることが知られてい
る。
f,bi =Iyi/f)は既知である。
位置mi は既知であるから、もしP1 〜P6 が分かれば
し、
なお、Nは少なくとも3、できればなるべく多い方が良
い。
に対して一定の位置に取付けられているので、主画像カ
メラ3に固定した座標Mx −My −Mz と座標X−Y−
Zと
体の座標系x−y−zとの間の変換が求められる。
器23を利用する場合、手術フレーム21上の各発光器
23の、被検体の座標系に於ける位置を予め何等かの手
段で求めておけば、あとは上記と同じことである。
とき、上記の方法で患者に固定した発光器23の像から
位置計測カメラ5の被検体の座標系に対する位置、向き
が分
中のある既知の直線Lj上にあることが分かる。
向から同じ発光器jを観測すれば、図5に示すように別
の既知の直線kj 上にこの発光器jが存在していること
が分かる。従って直線Lj とkj の交点上に発光器jが
在ることが分かる。こうして、x−y−z座標系におけ
る発光器jの位置mj =(mxj,myj,mzj)が決定で
きる。
マーカを取付けたとき場合の計測例を説明する。まず、
主画像カメラ3の視野中心に検体に取付けたマーカiの
像が写る位置に主画像カメラ3を移動させる。この状態
で位置計測カメラ5は手術フレーム21上にあるマーカ
iの像を捉える。
をFx −Fy −Fz とすると、上記
ら、Mx =My =0であり、マーカiは図6に示すよう
に直線Li 上にあることが分る。尚、Li は座標系Fx
−Fy−Fz に於ける既知の直線である。
7に示すように別の直線ki 上にマーカiが在ることが
分る。こうして、マーカiの手術フレーム21に固定さ
れた座標系Fx −Fy −Fz に於ける位置ni =
(nxi,nyi,nzi)が決定される。
た場合の計測例を説明する。尚、図8に示すように、位
置計測用プローブ30は、棒状体に発光器31を複数設
けたものである。
ーム21に取付けられたマーカiに当接させる。このと
き位置計測用プローブ30の発光器31の像を位置計測
カメラ5で捉え、位置計測用プローブ30に固定した座
標系Px −Py −Pz と位置計測カメラ5の座標系X−
Y−Zとの関係を求めると
=Pz =0なので、位置計測カメラ5の座標に於いて被
測定点iの座標(Xi ,Yi ,Zi )は
1の座標との関係は既知であり、
を代入してマーカiの手術フレーム21の座標系に於け
る位置ni を求めればよい。
指す以外に、手術中に任意の点を指してその座標を求め
るのに使用される。
では、位置計測カメラ5を主画像カメラ3に設け、位置
計測カメラ5と主画像カメラ3とが一体になっているの
で、位置計測を必要とするとき、発光器23を近い距離
で捉えることができ、このため、被検体と主画像カメラ
3との位置関係を正確に計測することができる。
置計測カメラ5を主画像カメラ3に設けているが、本発
明はこれに限定されること無く、主画像カメラ3により
得られた画像情報を基に被検体と主画像カメラ3との位
置関係を求める、すなわち、主画像カメラ3を位置計測
カメラとしても用いるようにしても良い。
は、被検体を撮像する撮像手段に、被検体とこの撮像手
段との位置関係を計測するための位置計測カメラを設け
たので、位置計測を必要とするとき、位置計測のための
マーカ(発光器)を近い距離で捉えることができ、この
ため、被検体と撮像手段との位置関係を正確に計測する
ことができる。
像する撮像手段により得られた画像情報を基に、被検体
とこの撮像手段との位置関係を計測するようにしている
ので、位置計測を必要とするとき、位置計測のためのマ
ーカ(発光器)を近い距離で捉えることができ、このた
め、被検体と撮像手段との位置関係を正確に計測するこ
とができる。
た図である。
た座標系X−Y−Zと、患者の座標系x−y−zとを示
した図である。
知の直線Lj 上にあることを説明するための図である。
ある既知の別の直線kj 上にあることを説明するための
図である。
ける既知の直線Li 上にあることを説明するための図で
ある。
z に於ける既知の別の直線ki上にあることを説明する
ための図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 被検体を撮像する撮像手段に、被検体と
この撮像手段との位置関係を計測するための位置計測カ
メラを設けたことを特徴とする位置計測装置。 - 【請求項2】 被検体を撮像する撮像手段により得られ
た画像情報を基に、被検体とこの撮像手段との位置関係
を計測することを特徴とする位置計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7325916A JPH09166410A (ja) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | 位置計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7325916A JPH09166410A (ja) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | 位置計測装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09166410A true JPH09166410A (ja) | 1997-06-24 |
Family
ID=18182031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7325916A Pending JPH09166410A (ja) | 1995-12-14 | 1995-12-14 | 位置計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09166410A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003505682A (ja) * | 1999-07-13 | 2003-02-12 | メトロノール・エイエスエイ | 大きな物体の幾何学的形状を走査するシステム |
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JPWO2006085387A1 (ja) * | 2005-02-08 | 2008-06-26 | 高樹 長宗 | 非侵襲性動体解析システム及びその使用方法 |
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-
1995
- 1995-12-14 JP JP7325916A patent/JPH09166410A/ja active Pending
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