JPH11216135A - 身体部分の３次元画像を記録するための方法及び装置 - Google Patents

身体部分の３次元画像を記録するための方法及び装置

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JPH11216135A
JPH11216135A JP10273718A JP27371898A JPH11216135A JP H11216135 A JPH11216135 A JP H11216135A JP 10273718 A JP10273718 A JP 10273718A JP 27371898 A JP27371898 A JP 27371898A JP H11216135 A JPH11216135 A JP H11216135A
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JP
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body part
detection device
patient
dimensional image
image
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JP10273718A
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Brigit Westermann
ビルギット・ヴェスターマン
Rolf Hauser
ロルフ・ハウザー
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Surgical Navigation Specialist Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 患者の身体を固定せずに、高品質、高精度の
３次元画像を得る。 【解決手段】 断層撮影画像を取得している間に、患者
の頭部の位置を連続的に測定し、記録する。この目的の
ために、複数台のカメラ（５）を断層撮影装置（１）に
設置する。これらのカメラは、患者の上顎の歯に取り付
けられた基準装置（４）の位置を測定する。赤外線ダイ
オードが基準装置（４）上に配置され、該ダイオードの
位置がカメラ（５）によって記録される。これによって
患者の動きを測定し、断層撮影画像を生成するときに該
画像を補償することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、独立請求項の序文
に従って患者の身体の一部分の３次元画像を記録するた
めの方法及び装置、並びに、そのような方法を実施して
いる間に患者の頭部に取り付けられる基準装置に関す
る。
【０００２】
【従来技術】患者の身体の一部分の３次元画像を記録す
るための様々な方法及び装置が知られている。この型式
の３次元画像は、通常、複数の平面走査画像と、これら
の走査画像間及び又は患者と走査画像との空間的関係を
記述している情報と、から生成される。既知の方法は、
例えばコンピュータ断層撮影法、ＮＭＲ断層撮影法、超
音波分析、陽電子放射断層撮影法或いはＸ線技術の原理
に基づいている。特に、広がった領域を記録している間
は、身体部分の動きが画像の品質に影響を与え得るた
め、身体部分を定位置に固定しておくことが重要であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
患者の頭部など身体の一部分の位置を不動にすること
は、通常、困難であり、及び又は、頭部リング即ちフレ
ームを侵入させて装着するため患者にとって不快であ
る。
【０００４】従って、本発明の目的は、これらの欠点を
少なくとも部分的に除去した上述した型式の装置及び方
法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は独立請求項に
よって満足される。
【０００６】画像を取得する間の身体部分の運動、即
ち、位置変化を測定することによって、得られる画像デ
ータを正確にすることが可能となる。画像取得中に患者
が例えば動いた（特に回転した）としても、走査された
すべての画像は、同じ座標系に変換されて、高精度で結
合することができるように画像データが精密化される。
【０００７】好ましくは、運動即ち位置変化は、例えば
身体部分に基準標識を付け、これをカメラシステムによ
り観察することによって光学的に検出されるのがよい。
しかしながら、適正化された画像処理技術の手段によっ
て、直接、身体部分の位置を検出することも可能であ
る。即ち基準標識を必ずしも用いる必要はない。あらゆ
る場合において、光学的に位置を検出する手段が、その
簡素さ及びノイズに対する耐性のために好ましい。しか
し、他の手段、例えば超音波三角測量法によって運動即
ち位置変化を検出することも可能である。
【０００８】好ましくは、適正化された基準標識を備え
た基準装置が測定されるべき身体部分に取り付けられ
る。
【０００９】もし測定が患者の頭部で実行されるなら
ば、基準装置は、患者の上顎の少なくとも一つの歯に取
り付けられるべきである。頭部と基準装置との間のさら
なる接続は必要ではない。基準装置は、従来の歯の押型
材料によって、或いは例えばクランプ又は歯が無い患者
のための義歯などの他の固定手段によって上顎に取り付
けることができる。
【００１０】好ましくは、基準装置は、上述した態様で
上顎に接続された非侵入性のマウスピース並びにマウス
ピースに取り付け可能で位置検出装置により検出される
基準部材を有する。この基準部材はマウスピースに関し
て傾斜することができ、これによって、各々記録する外
形に対し最適な配位を実現することが可能になる。
【００１１】好ましい実施例では、身体部分（即ち、３
次元画像の座標系又は画像システムの座標系）に対する
基準標識（即ち、位置検出装置の座標系）の関係は、画
像と一緒に保存される。これは、基準標識の手段によっ
て、後に患者を位置決めすることを可能にさせる。
【００１２】更なる利点、応用及び好ましい実施形態
は、従属請求項及び図面が参照される実施形態において
引き続いて説明される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づいて本
発明の実施形態を説明する。
【００１４】図１は、コンピュータ支援の断層撮影装置
１に本発明を適用した実施形態を示している。コンピュ
ータ断層撮影装置１は、患者３の頭部を受け入れるため
の測定ゾーン２を有する。更なる詳細は後述されるよう
に、患者３は、彼又は彼女の口の中に基準装置４をくわ
えており、該装置の３次元位置が３台のカメラ５によっ
て全体画像取得プロセスの間に監視される。
【００１５】図２からわかるように、３台のカメラ５
は、３次元検出装置６に接続されている。断層撮影装置
１及び３次元検出装置６は、処理ユニット７に接続され
ており、該処理ユニットは、断層撮影装置から得られた
複数の走査画像を３次元画像に組み立てる。
【００１６】図３〜図５に示すように、基準装置４はマ
ウスピース１０と基準部材１１とからなる。マウスピー
ス１０は、Ｌ字状アーム１３に接続されたＵ字状のバイ
トダウン（bite-down）プレート１２を含む。取り付け
用ブラケット１４は、２つのねじ１５によりアーム１３
に接続される。ブラケット１４は、基準部材１１のロッ
ド１６を支持する。ロッド１６は、回転可能にブラケッ
ト１４に保持され、２つのねじ１７によって回転に抗す
るように固定することができる。これは、例えばコロナ
状即ち放射状の走査などを行う画像システムの走査平面
を使用する可能性を提供する。２つの側面ボディ１８が
ロッド１６の両端部に配置され、その各々が２つのフィ
ンガー部１９を支持する。
【００１７】１４個の赤外線ダイオードが側面ボディ１
８及びフィンガー部１９に取り付けられている。これら
のダイオードは基準標識として使用され、各々の位置を
カメラ５及び３次元検出装置６により測定することがで
きる。この目的のために、ダイオード２０は、ケーブル
２１の手段により３次元検出装置６に接続され、多種多
様な動作で駆動される。
【００１８】図５からわかるように、側面ボディ１８
は、すべてのダイオードが同一平面に配列されないよう
に、ロッド１６に対して僅かに傾斜されている。これに
よって、基準装置４の測定位置の精度が向上する。
【００１９】断層撮影装置１によって検出され得る材料
からなる基準点２３は側面ボディ１８に取り付けられ
る。基準点２３及び側面ボディ１８上のダイオード２０
は、各々異なる位置に配列される。基準点２３の作用を
以下で説明する。
【００２０】本装置は、以下のように作動する。画像デ
ータを取得する前には、歯の押型材料がすばやく処理さ
れて埋め込まれたバイトダウンプレート１２が、患者の
口の中に導入される。患者は、この材料が硬化するまで
バイトダウンプレート１２を噛んでいる。これは、基準
装置４と患者の上顎の歯との間のほぼ剛性の接続を提供
し、これによって基準装置４と患者の頭骨との間のほぼ
剛性の接続を提供する。基準装置と患者の頭部との間の
更なる接続は要求されない。
【００２１】次に、ロッド１６は、全体に亘る断層撮影
測定の間にカメラ５によってダイオード２０を検出する
ことが可能となる位置にブラケット１４で位置決めされ
る。少なくとも３つのダイオードを可視とするべきであ
る。次に、ロッド１６はねじ１５によって固定される。
【００２２】ここで、患者は断層撮影装置１の中に入れ
られ、複数の従来の走査断面画像が得られる。各々の走
査された画像に対して、ダイオードの位置が測定され、
これによってカメラシステムに対する基準装置４の３次
元配位が測定される。
【００２３】両方の側面ボディ１８の位置は、これらの
側面ボディ１８の相対運動を検出するために独立に測定
することができ、これによって基準装置４の外形の変形
量を測定することができる。
【００２４】さらに、赤外線ダイオード８（図２）によ
って患者を乗せたテーブルの運動を決定することができ
る。
【００２５】これに加えて、少なくとも３又はそれ以上
の基準点２３を示す、少なくとも一つの画像が得られ
る。
【００２６】これは次のデータを提供する。 １．基準点２３を示すすべての走査画像は、カメラシス
テムに対する画像システムの走査平面の位置、即ち、３
次元検出装置６の座標系に対する断層撮影装置１の座標
系の関係を決定することを可能にする。（その代わり
に、カメラシステムに対する画像システムの走査平面の
位置を、もっと早期の較正から知るようにしてもよい。
この場合では基準点２３は要求されない。） ２．上述したように、基準装置４の３次元位置は、断層
撮影装置によって走査された各々の断面画像について記
録される。これによって、断層撮影装置の座標系に対す
る患者のすべての移動及び回転運動を計算することが可
能になる。即ち、断層撮影装置に対する患者頭部の相対
位置が既知となる。これに相当する情報が各々の走査画
像に対して蓄えられる。
【００２７】上記ポイント２番の下で蓄えられた情報
は、３次元処理ユニット７が、断面画像から患者の頭部
の運動を考慮に入れた高品質で高精度な３次元画像に組
み立てることを可能にする。
【００２８】３次元画像は、この３次元画像に対する基
準装置４の相対位置を記述する情報（即ち、患者の頭部
に対する基準装置４の相対位置を示す情報）と一緒に蓄
えられる。
【００２９】測定の後、基準装置４は患者の歯から取り
外される。しかしながら、硬化された押型材料がバイト
ダウンプレートに残っている限り、基準装置は、常に患
者の上顎歯の同じ位置に装着することができる。３次元
画像の座標系に対する基準装置４の相対位置を示す情報
が３次元画像と一緒に蓄えられているので、基準装置が
再度装着されたとき、患者の頭部の位置を直ちに決定す
ることができる。これは、例えば、画像データ取得後
に、数日間の外科治療を経験しなければならないときに
も使用することができる。基準装置が患者の口に再び挿
入され、外科の３次元検出システムがその位置を決定す
ることができる。これと同じ３次元検出システムは、例
えば、外科治療の位置を測定し、患者の頭部の３次元画
像にそれらをオーバーレイするためにも使用することが
できる。
【００３０】好ましくは、マウスピース１０及び基準部
材１１は、それらの確立後に、断層撮影画像用の基準部
材１１を他の患者に使用することができるように互いに
分離可能とするのがよい。患者に適用されたマウスピー
スは保持されて、後の外科治療の間に基準部材に再度接
続することができる。この目的のために、これらの部品
は、基準部材１１とマウスピース１０との間の相対位置
を正確に再現することができるように設計されている。
【００３１】ここで述べたコンセプトによれば、画像取
得及び外科治療の間に頭部（又は他の任意の身体部分）
の位置を動けなくする必要を無くす一方で、高精度の３
次元画像の生成が可能となる。データ取得の間に頭部位
置を連続的に測定することによって患者の運動を補償す
ることができる。
【００３２】上述した赤外線ダイオードに加えて更に１
セットのダイオード９（図２）を断層撮影装置に装着し
て、走査平面をマークし、その位置を決定するために使
用することができる。それらは、断層撮影装置の傾斜を
測定するため、及び／又は、カメラと断層撮影装置との
間の相対位置（即ち、３次元検出装置と断層撮影装置と
の両座標系間の関係）を決定するため使用することがで
きる。
【００３３】この基本的なコンセプトは、これまでに説
明した手段とは異なる手段を用いて具現することもでき
る。例えば、基準装置４の設計を変更することが可能で
ある。３次元検出装置の要求される精度に応じて、基準
装置４はより小型にすることができ、例えば上顎の１又
はそれ以上の歯に装着される赤ちゃん用おしゃぶりの形
状を持ち得る。
【００３４】基準装置に装着される歯の押型材料を用い
る代わりに、適当なクランプ又は他の手段、例えば義歯
などを使用することができる。
【００３５】本実施形態では、基準装置４の位置はダイ
オード２０の位置に基づき決定された。しかし、基準装
置４には活動的な構成要素を配置せず、カメラ５から得
られた画像を処理することによってその位置を決定する
ことも考えられる。頭部の位置は、基準装置４を使用す
ることなく何台かのカメラを用いて頭部を記録し画像処
理によってその位置を演算することによって、直接、測
定することも可能である。
【００３６】光学手段による位置の決定が好ましい。光
学信号が断層撮影装置の作動に干渉しないからである。
さらに、光学手段は迅速であり、例えば、短時間の間隔
内で一つの断面画像を取得する間の動きを検出すること
ができる。必要であれば、走査画像はその位置を補正さ
れ、及び／又は再走査され得る。
【００３７】しかしながら、非光学的手法、例えば超音
波三角測量又は無線三角測量などに基づいて位置測定を
実行することも可能である。
【００３８】本実施形態では、本発明はコンピュータ断
層撮影装置に適用されたが、身体部分についての他の３
次元画像処理技術、例えば、ＮＭＲ断層撮影装置、超音
波走査技術、アンジオグラフィ（angiography）、陽電
子放射断層撮影装置（positron emissiontomograph
y）、画像原子核医療方法（imaging nuclear medical m
ethods）、平面のＸ線レントゲン写真術などにも使用す
ることができる。
【００３９】これらの場合すべてにおいて、断層撮影装
置（画像取得装置）は第１の検出装置を形成している。
該検出装置はある時間間隔毎に単一の走査を各々行い、
これらの走査画像から完全な３次元画像を組み立てるこ
とができる。これと同時に、第２の検出装置は、第１の
検出装置とは独立に、頭部（又は、撮影されるべき他の
任意の身体部分）の位置を連続的に測定し記録するため
に使用される。このようにして回収された位置データ
は、（必要とあらば）第１の検出装置からのデータを修
正し、３次元画像を生成するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る断層撮影装置の概略図である。
【図２】図１の装置のブロック図である。
【図３】患者の口に挿入された状態の本発明に係る基準
装置の概略図である。
【図４】図３の基準装置の詳細な図である。
【図５】マウスピースに垂直な図４の装置の図である。
【符号の説明】
１ コンピュータ断層撮影装置 ３ 患者 ４ 基準装置 ５ カメラ ６ ３次元検出装置 ７ 処理ユニット ８ 赤外線ダイオード ９ ダイオード １１ 基準部材 １２ バイトダウンプレート ２０ ダイオード ２３ 基準点

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の検出装置（１）によって各々個別
    的に得られた複数の走査画像から３次元画像を組み立て
    る、患者の身体部分の３次元画像を記録する方法であっ
    て、 前記走査画像を取得している間に、前記身体部分の運動
    を少なくとも一つの第２の検出装置（５，６）により検
    出し、 前記個別的に得られた走査画像を組み立てるとき、検出
    された前記運動により該走査画像を補償することを特徴
    とする、前記方法。
  2. 【請求項２】 前記運動を光学的に検出することを特徴
    とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 基準標識（２０）を前記身体部分に接続
    し、該基準標識の位置を前記第２の検出装置（５）によ
    って検出することを特徴とする、請求項１又は請求項２
    に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記基準標識（２０）を、前記身体部分
    に取り付けられた基準装置（４）に取り付けることを特
    徴とする、請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記身体部分が頭部であり、前記基準装
    置（４）を、上顎の少なくとも一つの歯又は歯の代替
    物、好ましくは頭部から遠くないところに取りつけるこ
    とを特徴とする、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記第１の検出装置（１）により検出可
    能な少なくとも３つの表示（２３）を前記基準装置
    （４）上に配置し、前記表示（２３）を、第１の検出装
    置（１）と第２の検出装置（５，６）との間の相対位置
    を決定するために使用することを特徴とする、請求項４
    又は請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記身体部分に対する前記基準標識（２
    ０）の位置関係を画定する情報を、前記３次元画像と一
    緒に蓄えることを特徴とする、請求項３乃至請求項６の
    いずれか１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記第１の検出装置（１）が断層撮影装
    置、好ましくはＮＭＲ断層撮影装置或いはＸ線断層撮影
    装置であり、特にコンピュータ支援の断層撮影装置であ
    ることを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれか
    １項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記患者はテーブルの上に乗っており、
    該テーブルの運動が記録されることを特徴とする、請求
    項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 患者の身体部分の個別的な走査画像を
    得る第１の検出装置（１）によって各々個別的に得られ
    た複数の走査画像から３次元画像を組み立てる処理ユニ
    ット（７）を含む、前記身体部分の３次元画像を記録す
    る装置であって、 前記個別的な走査画像を取得している間に、前記身体部
    分の位置の変化を測定する第２の検出装置（５，６）を
    更に含み、 前記第２の検出装置（５，６）により得られた結果を、
    前記処理ユニット（７）に供給することを特徴とする、
    前記装置。
  11. 【請求項１１】 前記第２の検出装置（５，６）が、光
    学的な検出装置、好ましくは複数台のカメラ（５）から
    なり、及び／又は、前記第１の検出装置（１）が、断層
    撮影装置、特にＮＭＲ断層撮影装置若しくはＸ線断層撮
    影装置、或いは、コンピュータ支援の断層撮影装置であ
    ることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記装置が備えるテーブルの運動を検
    出するテーブル測定装置を更に含むことを特徴とする、
    請求項１０又は請求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記第１の検出装置（１）に対して画
    定した関係で取りつけられた標識（９）を更に含み、該
    標識の位置が前記第１及び第２の検出装置の間の相対位
    置を決定するための前記第２の検出装置によって検出可
    能であることを特徴とする、請求項１０乃至請求項１２
    のいずれか１項に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 頭部の３次元画像を取得するため、該
    頭部に取り付けられる基準装置であって、 前記基準装置を、上顎の少なくとも一つの歯若しくは歯
    の代替物、或いは、義歯に取り付けるために適したマウ
    スピース（１０）と、 位置測定システムにより検出される上で適した基準部材
    （１１）とを更に含み、該基準部材（１１）は前記マウ
    スピース（１０）に対して傾斜可能であることを特徴と
    する、前記基準装置。
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