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JP2001061861A - 画像撮影手段を備えたシステムおよび医用ワークステーション - Google Patents

画像撮影手段を備えたシステムおよび医用ワークステーション

Info

Publication number
JP2001061861A
JP2001061861A JP2000190589A JP2000190589A JP2001061861A JP 2001061861 A JP2001061861 A JP 2001061861A JP 2000190589 A JP2000190589 A JP 2000190589A JP 2000190589 A JP2000190589 A JP 2000190589A JP 2001061861 A JP2001061861 A JP 2001061861A
Authority
JP
Japan
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image
instrument
dimensional
ultrasonic
determining
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2000190589A
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English (en)
Inventor
Norbert Rahn
ラーン ノルベルト
Siegfried Wach
ヴァッハ ジークフリート
Rainer Dr Graumann
グラウマン ライナー
Johannes Bieger
ビーガー ヨハネス
Herold Gerold
ヘロルト ゲロルト
Gerd Wessels
ヴェッセルス ゲルト
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19951502A external-priority patent/DE19951502A1/de
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Publication of JP2001061861A publication Critical patent/JP2001061861A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B42/00—Obtaining records using waves other than optical waves; Visualisation of such records by using optical means
    • G03B42/02—Obtaining records using waves other than optical waves; Visualisation of such records by using optical means using X-rays
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/12—Arrangements for detecting or locating foreign bodies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/08—Clinical applications
    • A61B8/0833—Clinical applications involving detecting or locating foreign bodies or organic structures

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
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  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】第一の対象物の画像内に第二の対象物の写像を
挿入するシステムにおいて、第二の対象物の写像を第一
の対象物の画像に容易に挿入することができるように構
成する。さらに、このようなシステムを備えた医用ワー
クステーション並びにこのための挿入方法を提示する。 【解決手段】このシステムは、第一の対象物の画像を撮
影する手段と、この画像を撮影する手段の位置を決定す
る手段と、画像を撮影する手段に対して相対的に第二の
対象物の位置を決定する手段と、第二の対象物の写像
を、画像を撮影する手段で得られた第一の対象物の画像
に挿入する手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、第一の対象物の
画像を撮影するための手段と、第二の対象物の位置を決
定するための手段と、第二の対象物の写像を画像撮影手
段で得られた第一の対象物の画像に挿入するための手段
とを備えたシステムに関する。この発明は、さらに、こ
のようなシステムを備えた医用ワークステーション及び
第二の対象物の写像を第一の対象物から得られた画像に
挿入するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】このようなシステムは、例えば医学にお
いて臨床上の応用分野、例えば整形外科或いは外傷学の
分野において、患者に対する手術的な処置を支援するた
めに使用される。この場合、医療器具の写像を患者の身
体内部の画像に挿入する。これは、特に、外科医が患者
の体内に挿入された医療器具の患者側の先端を見ること
ができないときに有効である。その場合、この器具に配
置されたナビゲーションシステムの位置センサにより、
空間内もしくは手術位置における器具の位置座標、即
ち、姿勢と方向が決定され、その写像が画像撮影手段で
得られた患者の画像に挿入される。
【０００３】その場合、器具の挿入のために患者から得
られた画像が患者の身体部分もしくは患者の身体内の器
官の実際の姿勢及び形状を示していることが望まれる。
しかし医療処置の間に、器具の写像を挿入するために提
供される患者の身体の画像は、通常は手術前のものであ
り、即ち、手術前に例えばコンピュータ断層撮影装置に
より得られるので、画像に示される身体部分もしくは器
官の姿勢及び形状と、手術の際の身体部分もしくは器官
の実際の姿勢及び形状との間で一致することは稀であ
る。このとき生ずる相違は、特に、患者寝台の上におけ
る手術の際の、患者の姿勢が画像撮影の際の患者の姿勢
に正確には一致していないか、或いは患者の切開の際に
例えば生理的な運動、例えば心拍動、呼吸或いは蠕動に
より、身体部分の変形、器官の変形或いは器官状態の変
化が生ずることに起因する。器具のナビゲーションは、
その手術の間にその手術位置の２次元投影図が撮影さ
れ、これにより手術前に得られた画像を修正するときに
改善される。しかしながら、器具の写像を挿入する際の
精密度は比較的小さく、外科医はそれ故器具の正確な位
置を予測するだけしかできず、従ってナビゲーションは
手術的な処置の際の大まかな方向性を表すだけに過ぎな
い、ということが欠点として残る。
【０００４】ナビゲーションの際のもう１つの問題は、
手術前に得られた画像に器具の写像それ自体を挿入する
ことにある。手術前に得られた画像に器具の写像を挿入
できるようにするためには、即ち一定の方法で器具に配
置されたナビゲーションシステムの位置センサの、第一
の座標系における座標を、ナビゲーションのために使用
し、画像撮影手段で得られた患者の画像の空間座標に変
換することが必要である。この変換をここでは記録と呼
ぶ。この記録のための補助手段としては、主として患者
に取り付たマーカを使う。マーカの位置は、一方では、
ナビゲーションシステムの位置センサで第一の座標系に
おいて確認され、他方では、例えば入力手段での手入力
により、画像撮影手段で得られかつナビゲーションのた
めに使用される、コンピュータに記憶された画像の座標
系において確認される。第一の座標系及びナビゲーショ
ンのために使用される画像の座標系において確認された
マーカのこれらの点集合から、最後に、ナビゲーション
の間に、第一の座標系において位置センサで確定された
器具の位置の、画像の座標への変換を算出することがで
きる。
【０００５】この記録は、しかしながら、時間のかか
る、その上間違いの生じ易いプロセスである。さらに、
マーカの取扱い及び確認は手術中の環境ではしばしば問
題であることが明らかにされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、従
って、冒頭に挙げたようなシステムを、第二の対象物の
写像を画像撮影手段で得られた第一の対象物の画像に簡
単に挿入可能となるように構成することにある。さら
に、この発明の課題は、第二の対象物の写像を第一の対
象物の画像に簡単に挿入するための方法を提示すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、この
課題は、第一の対象物の画像を撮影するための手段と、
この画像撮影手段の位置を決定するための手段と、第二
の対象物の位置を決定するための手段と、第二の対象物
の、画像撮影手段に対する相対的な位置を決定するため
の手段と、第二の対象物の写像を画像撮影手段で得られ
た第一の対象物の画像に挿入するための手段とを備える
システムにより解決される。この発明は、その場合、画
像撮影手段で得られた画像データの位置及び方向が、こ
の手段に対して相対的に一義的な空間関係により分かっ
ており、簡単な方法で確定或いは決定可能な画像撮影手
段に関連する。このようにして、関連座標系において画
像撮影手段の位置を決定することにより、画像撮影手段
で得られた画像に記録される画像座標系の、関連座標系
に関する位置及び方向も規定もしくは決定可能である。
この発明によれば、第二の対象物の関連座標系に関する
位置も決定可能であるので、第二の対象物の写像は、こ
の第二の対象物を画像撮影手段の画像撮影範囲に導入す
る際に、もしくは第二の対象物を画像撮影手段で得られ
た画像データの範囲に導入する際に、時間がかかりかつ
誤りの生じ易い記録を行うことなく簡単に、画像撮影手
段で得られた画像に挿入することができる。
【０００８】画像撮影手段の位置を決定するための手
段、第二の対象物の位置を決定するための手段及び画像
撮影手段に対して相対的に第二の対象物の位置を決定す
るための手段は互いに異なる構成とし、例えば信号搬送
波で動作するものとすることができる。第一の手段は画
像撮影手段の位置を第一の座標系において、第二の手段
は第二の対象物の位置を第二の座標系において確定する
が、画像撮影手段に対して相対的に第二の対象物の位置
を決定するための手段は関連座標系に関して第一及び第
二の手段の位置を与えるので、関連座標系における画像
撮影手段及び第二の対象物の位置は分かり、第二の対象
物の写像を画像撮影手段で得られた第一の対象物の画像
に挿入することは、画像撮影手段で得られた画像データ
の関連座標系における位置及び方向により問題なく可能
である。
【０００９】この発明の特に好適な実施例によれば、こ
のシステムは、画像撮影手段の位置並びにまた第二の対
象物の位置を、さらにまた画像撮影手段に対して相対的
に第二の対象物の位置を決定するナビゲーションシステ
ムを有する。この発明の１つの変形例によれば、このナ
ビゲーションシステムは対象物に取付けかつ検出可能な
マーク及び／又は位置センサを備える。このようなマー
クは、例えばカメラにより光学的に検出可能なマークと
することができる。位置センサは、その信号がナビゲー
ションシステムの受信器で受信され、位置センサの位置
の決定のためにそれに応じて評価される送信器とするこ
とができる。位置センサは、しかしながら、送信器によ
り送信される電磁場に置くことでその位置がナビゲーシ
ョンシステムによって検出可能であるように構成するこ
ともできる。位置の確定は、通常、ナビゲーションシス
テムのナビゲーションコンピュータによって行われる。
このようなマーク及び／又は位置センサを画像撮影手段
及び第二の対象物に適当に取り付けることにより、簡単
に唯一のナビゲーションシステムで、画像撮影手段及び
第二の対象物の位置並びに関連座標系に関するその相互
の相対位置を決定することができる。画像撮影手段及び
第二の対象物の位置並びにその相互の相対位置を決定す
るために適するナビゲーションシステムとしては、例え
ばラジオニックス（Radionix） 社から販売されている
ような光学的なナビゲーションシステム並びにアッセン
ション (Ascension) 社から販売されているような電磁
的なナビゲーションシステムが好適である。
【００１０】この発明の変形例によれば、画像撮影手段
は超音波装置に接続可能な少なくとも１つの超音波セン
サ及び／又はＸ線装置に配置され、Ｘ線発生装置とＸ線
受像器とを含む少なくとも１つのＸ線システムを備え
る。特に、Ｘ線装置は、そのＣ形円弧状体が等長中心に
変位可能でありかつ移動可能なＣ形円弧状Ｘ線装置であ
るのがよい。検査される対象物がＸ線撮影の際に通常置
かれるアイソセンタの位置は関連座標系に関するＣ形円
弧状体の位置の決定により同様に関連座標系において分
かっているので、Ｃ形円弧状体に配置されたＸ線装置で
得られた画像データの関連座標系に関する位置及び方向
も分かる。
【００１１】この発明の１つの変形例によれば、画像撮
影手段で対象物の３次元画像を作ることができる。この
発明によるシステムが例えば医用システムである場合に
は、この画像撮影手段で患者の身体部分もしくは器官の
３次元画像を手術中に作ることができる。これにより、
作成可能な３次元画像の１つに器具の写像を正確に挿入
するための前提が得られる。この挿入は、その場合、高
い一致度で患者の身体に対して相対的な器具の位置及び
方向に相応する。画像撮影手段及び器具の位置ならびに
方向の正確な確定は、特にナビゲーションシステムを使
用して行うのがよく、そして作成された３次元画像への
器具の写像の正確な挿入は挿入のための手段、実際には
例えば画像コンピュータ或いはナビゲーションコンピュ
ータを含む手段により行われる。器具の写像を身体部分
或いは器官の実際の位置と形状を示す３次元画像にこの
ように挿入することは、それ故、実際に手術位置に予め
存在する位置関係との高度の一致により、外科医にとっ
て手術的処置の際に有効かつ信頼の高い支援となる。こ
のことは、特に、外科医が、例えば器具が組織の中に押
し入れられて、その器具の先端を見ることができないと
きに有効である。なお対象物もしくは器具の写像の挿入
とは、この場合、必ずしも対象物もしくは器具の原型に
忠実な複写を意味しない。寧ろ、この複写は、少なくと
も、ナビゲーションにとって重要な対象物もしくは器具
の部分を識別できるものであれば、模式化したものであ
ってよい。
【００１２】この発明の１つの実施例では、画像撮影手
段で第一の対象物のリアルタイムの２次元画像を作成可
能である。リアルタイムな２次元画像は、例えば医用ナ
ビゲーションにおいては動く組織部位を手術する際に必
要である。例えば超音波装置での２次元画像形成におい
ては、２次元超音波画像に挿入される器具の写像は、２
次元画像を撮影する超音波センサ、患者の身体及びナビ
ゲーションされる器具の間の相対運動により、通常、何
時までも超音波センサにより送られた扇形超音波の画像
面にはないので、この発明の１つの変形例によれば、手
術を行っている外科医の支援のために、関連座標系にお
ける扇形超音波及び器具の画像面の分かっている位置に
より、器具の写像を投影的に及び扇形超音波の画像面か
らの距離を、得られた２次元超音波画像に挿入すること
ができる。
【００１３】この発明の１つの実施例によれば、画像撮
影手段の位置、即ちその位置及び方向が、画像撮影手段
で得られた画像に挿入される第二の対象物の位置と同時
に求められる。この発明の変形例によれば、このシステ
ムは、その他に、第一の対象物のための収納装置と、こ
の収納装置の位置を決定するための手段とを備え、この
収納装置の位置も画像撮影手段及び第二の対象物の位置
と同時に確定される。医用の適用事例に対し、このよう
な収納装置は、例えば患者を手術の際に載せておく患者
寝台である。特に、画像撮影装置、器具及び収納装置の
位置の検出はナビゲーションシステムで行うのがよい。
このようにして、器具の位置及び方向は、収納装置が器
具に対して及び画像撮影手段に対して相対的に移動する
際にも、この画像撮影手段、器具及び患者寝台の位置を
同時に検出することにより常にオンラインで算出し、画
像撮影手段で得られた患者の画像に実際の状況に応じて
挿入する。このシステムによれば、それ故、第二の対象
物の写像を備えた第一の対象物の画像を、第二の対象
物、画像撮影手段及び／又は収納装置の位置の変化を考
慮した形で、オンラインで作ることができる。この画像
は、その場合、連続的に作ることもできる。
【００１４】この発明の課題は、さらに、この発明によ
るシステムの１つを備えた医用ワークステーションによ
り解決される。
【００１５】この発明の変形例によれば、このワークス
テーションは最小の侵襲性をもって手術できるように構
成されるか、第一の対象物の画像が手術中に作成可能で
ある或いはその両方であるので、これにより患者の身体
に対して相対的な医用器具のナビゲーションを正確に行
うことができる。
【００１６】この発明のもう１つの課題は、第二の対象
物の写像を第一の対象物により得られた画像に挿入する
ための方法であって、以下の工程、即ち、 ａ）第一の対象物の画像を画像撮影手段で取得し、 ｂ）この画像撮影手段の位置を決定し、 ｃ）第二の対象物の位置を決定し、 ｄ）画像撮影手段に対して相対的に第二の対象物の位置
を決定し、 ｅ）第二の対象物の写像を画像撮影手段で得られた第一
の対象物の画像に挿入する工程を含む方法により解決さ
れる。
【００１７】この発明はまた、画像撮影手段で得られた
画像データの位置及び方向が、この手段に対して相対的
に一義的な空間関係から分かっており、簡単に求めるこ
と或いは決定することが可能である画像撮影手段に関係
する。画像データレコードを確定し、関連座標系におけ
るその位置及び方向を決定した後に第二の対象物の写像
も関連座標系におけるその位置を確定することにより、
この画像データレコードから得られた第一の対象物の画
像に挿入することができる。第二の対象物が第一の対象
物の画像範囲にない場合には、第二の対象物の写像を投
影的に第一の対象物の画像に挿入することも可能であ
る。いずれの場合でも、第二の対象物の写像を、画像撮
影手段で得られた第一の対象物の画像に、時間がかかり
かつ誤りの生じ易い記録を行うことなしに挿入すること
ができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】この発明の実施例を添付の模式的
な図面により説明する。この発明によるシステムを、最
小の侵襲的な手術のための医用ワークステーションにお
いて使用される医用システムの例で説明する。
【００１９】図１に示す実施例の場合、画像撮影手段は
患者Ｐの身体表面に置かれる超音波ヘッド２を有し、こ
のヘッドは、画像処理ユニット及びモニターを備えた、
それ自体公知の超音波装置１に線８を介して接続されて
いる。この超音波ヘッド２で、それ自体公知のいわゆる
セクタ走査により、患者Ｐの身体内部の２次元超音波画
像が得られ、図示しない超音波装置１のディスプレーに
表示される。
【００２０】このワークステーションは、さらにナビゲ
ーションシステム４を備え、このシステムは位置検出装
置５、送信器６、ナビゲーションコンピュータ７、例え
ば標準のパソコン、対象物に取り付け可能な位置センサ
３及び１３を含む。超音波装置１は線９を介してナビゲ
ーションコンピュータ７に、このコンピュータ７は線１
０を介して位置検出装置５に、そしてこの装置５は線１
１を介して送信器６に、線１２及び１５を介して位置セ
ンサ３、１３にそれぞれ接続されている。
【００２１】この実施例の場合、ナビゲーションシステ
ム４の位置センサ３は超音波ヘッド２上に配置され、位
置検出装置５により規定された関連座標系Ｋ１における
位置センサ３の位置を決定することにより超音波ヘッド
２の超音波送受信面の位置だけでなく、超音波ヘッド２
により検出された、関連座標系Ｋ１における画像データ
の位置、即ち位置及び方向も分かるようにされている。
位置センサ１３は外科器具１４上に配置され、この位置
センサ１３の位置を決定することにより器具１４、即ち
図１に示されている実施例の場合部分的に患者Ｐの体内
に入れられて、見えない器具の先端の位置も分かるよう
にされている。ナビゲーションシステム４の送信器６は
この実施例の場合電磁波を放射し、同様に位置検出装置
５の関連座標系Ｋ１に一定の関係に配置されている。
【００２２】このシステムの動作時、送信器６は破線で
示す電磁場１６を発生し、この中に超音波ヘッド２及び
外科器具１４に固定された位置センサ３及び１３が配置
されている。位置センサ３及び１３により作られ、それ
ぞれ線１２及び１５を介して位置検出装置５に伝達され
る信号により、位置検出装置５は超音波ヘッド２及び外
科器具１４の位置、即ち関連座標系Ｋ１に関する位置及
び方向を決定する。
【００２３】さらに、ナビゲーションコンピュータ７に
より、超音波装置１の超音波ヘッド２で撮影された２次
元超音波画像から３次元超音波画像データ１７が作ら
れ、その際超音波ヘッド２の位置は、２次元超音波画像
の撮影のたびに位置検出装置５により検知される。その
場合、図１に模式的に立方体として示した超音波画像デ
ータ１７から、患者Ｐの身体内部の種々の３次元画像が
再構築可能であるが、この得られた超音波画像データ１
７の各画像データ毎に、得られた２次元超音波画像デー
タと超音波ヘッド２の送信及び受信面との間の分かって
いる空間関係により関連座標系Ｋ１における位置及び方
向が分かる。これにより３次元超音波画像データレコー
ド１７から任意に再構築された３次元画像立方体１８に
対しても、関連座標系Ｋ１における位置及び方向がボク
セル量としても、例えばミリメートルと度とで、関連座
標系Ｋ１において分かる。器具１４の位置、即ち位置と
方向もまた、位置検出装置５による位置検出により関連
座標系Ｋ１において分かるから、位置検出装置５により
求められた器具１４の各位置に対して器具１４の写像
が、ナビゲーションシステム４の位置センサ３、１３が
送信器６によって作られた電磁場内にあり、かつ器具１
４が関係する画像の範囲にある場合には、一義的に患者
Ｐの画像に挿入される。図１には外科器具１４の先端が
十字１９の形で、超音波ヘッド２で得られた２次元超音
波画像から作られた患者Ｐの体内からの３次元超音波画
像データレコード１７に挿入されることを模式的に示
す。
【００２４】上述の方法で、即ち位置センサを備えた各
任意の外科器具の写像が、患者に対する外科的処置の間
に、その手術中に作られた３次元超音波画像に挿入され
る。この器具の挿入のためには、この場合、記録は不要
である。
【００２５】図１に示す実施例の場合、器具１４は硬質
の器具、例えば、鉗子、高周波メス、鋏、生検針或いは
穿刺針であり、それ故に位置センサ１３は体外に配置さ
れる。関連座標系Ｋ１において器具１４の可視化した先
端の位置は、その場合、既に示された方法で、位置セン
サ１３の座標を器具１４の先端に相当する座標に変換す
ることで求めることができる。
【００２６】図２は、可撓性の器具部分、この実施例の
場合可撓性の先端２１を持つ器具２０を使用するこの発
明の実施例を示す。この場合先端２１の位置を３次元超
音波画像データレコード１７から再構築した画像に正確
に挿入できるように、位置センサ１３を器具２０の先端
２１に配置している。可撓性の部分を持つこのような器
具２０は、例えば内視鏡、カテーテル或いは他の折曲可
能な器具である。
【００２７】図１に記載の実施例とは異なり、３次元超
音波画像データレコード１７を作るために必要な２次元
超音波画像は、その他に、体内の超音波センサ、いわゆ
る超音波腹腔鏡２２で得られる。超音波腹腔鏡２２は同
様に可撓性に構成されているので、位置センサ３は超音
波腹腔鏡２２の先端に、即ち一定の方法で超音波送信及
び受信面に組み込まれている。先に記載した実施例の場
合のように、超音波腹腔鏡２２で２次元超音波画像を作
り、この画像からナビゲーションコンピュータ７が各２
次元超音波画像に対して求められる超音波腹腔鏡２２の
位置に基づいて３次元超音波画像データレコード１７を
作ることができる。図１に示す実施例の場合のように、
図２の実施例の場合にも、作られた３次元超音波画像デ
ータレコード１７の各画像データに対する関連座標系Ｋ
１における位置は、得られた超音波データと超音波腹腔
鏡２２の超音波送信及び受信面との間の、既知の空間関
係に基づき分かる。これにより、任意に３次元超音波画
像データレコード１７から再構築された３次元画像立方
体１８の関連座標系Ｋ１における位置及び方向が、ボク
セル量としても、例えばミリメートル及び度で関連座標
において分かる。器具２０の先端２１の位置は、位置検
出装置５により分かっているから、先に記載した実施例
の場合のように、器具２０の先端２１は超音波腹腔鏡２
２で作られた３次元超音波画像データレコード１７もし
くは３次元画像立方体１８に挿入可能である。図２にお
いて器具２０の先端２１の３次元超音波画像データレコ
ード１７への挿入は十字１９で模式的に示してある。
【００２８】図３はリアルタイムに得られた超音波画像
により、リアルタイムの２次元画像形成を行うナビゲー
ションシステムを示す。図３に示す構成は、図１に示す
この発明によるシステムの構成と殆ど一致し、従って図
３に示す機器は図１に示す実施例の機器と一致し、同じ
記号を備えている。
【００２９】患者Ｐの身体表面に置いた超音波ヘッド２
により、それ自体公知の方法でセクタ３０が走査され、
このセクタはセクタ走査３１としてナビゲーションコン
ピュータ７のディスプレー上に表示される。セクタ走査
３１の位置及び方向は位置検出装置５による位置検出に
基づき、そして得られた２次元超音波データと超音波ヘ
ッド２の送信及び受信面との間の関連座標系Ｋ１におい
て既知の空間関係により分かる。同時に位置センサ１３
により器具１４の位置が位置検出装置５で関連座標系Ｋ
１上で求められ、これにより器具１４の写像がナビゲー
ションコンピュータ７において可視化され、ディスプレ
ー上に表示されたセクタ走査３１に挿入される。この実
施例の場合、器具１４の先端位置はセクタ走査３１に十
字３２の形で挿入されている。
【００３０】セクタ走査３１による器具１４の可視化
は、器具１４が常にセクタ３０の画像面上にある場合、
リアルタイムに画像を取るで器具１４の位置検出なしで
も行える。このことは、しかし通常、超音波ヘッド２の
マニュアル位置取りでは実現不可能である。超音波ヘッ
ド２に配置された位置センサ３並びに器具１４に配置さ
れた位置センサ１３の位置検出により、しかしながら、
器具１４の位置はセクタ３０に対して相対的に分かって
いるので、器具１４の先端が或いは器具１４全体がセク
タ走査３１で見えないときでさえ、器具１４の先端を、
例えば投影的にセクタ走査３１に挿入することができ
る。この発明によれば、器具１４の先端をセクタ走査３
１の中にこのように投影的に挿入する際に器具１４の先
端とセクタ３０との距離が、例えば手術を行っている外
科医のための方向性の助けとして挿入される。この距離
の表示は、例えばその直径が器具１４とセクタ３０との
間の距離を表す円を使用して或いは器具１４とセクタ３
０との距離を強度によって表す色コードを使用して利用
者のために行われる。それ故、このようにして、例えば
外科医は、超音波ヘッド２の挿入に際し、超音波ヘッド
２及び外科器具１４の位置及び方向をナビゲーションコ
ンピュータ７により制御可能であり、超音波ヘッド２の
位置決めに当り、例えば身体表面における超音波ヘッド
２の傾き或いは回転に関する提案が、器具１４をセクタ
走査３１の中で可視化するべく表示することにより支援
される。
【００３１】図４は、医用ナビゲーションのための、こ
の発明によるシステムのさらに他の実施例を示す。この
システムは車輪４２で走行可能な台車４３を備えたＣ形
円弧状のＸ線装置４１を含む。このＣ形円弧状Ｘ線装置
４１は、図４では柱４５を備えた、模式的にのみ示すリ
フト装置４４を備えている。この柱４５に保持部材４６
が配置され、これにアイソセンタＩＺを持つＣ形円弧状
体４８を支持するための保持装置４７が配置されてい
る。このＣ形円弧状体４８に互いに対向してＸ線発生装
置４９とＸ線受信装置５０が配置されている。この実施
例の場合、Ｘ線受信装置５０はそれ自体公知の固体検出
器である。Ｘ線受信装置５０は、しかしながら、Ｘ線増
幅器としてもよい。しかし、固体検出器はＸ線増幅器に
比べ、幾何学的に歪みのないＸ線画像を提供するという
長所を持っている。固体検出器５０で得られたＸ線画像
はそれ自体公知の方法でモニター５１上に表示される。
【００３２】図４に示すＣ形円弧状Ｘ線装置４１は、垂
直或いは水平に変位可能な患者寝台５２に置かれた患者
Ｐの身体もしくは身体部分の３次元画像データレコード
を作り、この画像データレコードから患者Ｐの身体の、
種々の３次元画像を再構築するという特徴を備えてい
る。３次元画像形成のため、この実施例の場合Ｃ形円弧
状Ｘ線装置４１の機器台車４３に、画像コンピュータ５
３が配置されている。このコンピュータ５３は固体検出
器５０とモニター５１とに接続されているが、その方法
については示されていない。画像コンピュータ５３は、
それ自体公知の方法で、Ｃ形円弧状体４８が例えばその
周囲に沿って、そのアイソセンタＩＺに置かれた、画像
表示される患者Ｐの身体部分の回りを変位する際に得ら
れる２次元投影から画像表示される身体部分の３次元画
像を再構築する。
【００３３】この実施例の場合、医用システムの光学的
ナビゲーションシステムにより患者Ｐの手術の間に、図
４には図示されていない外科医が操作する器具が、写像
として手術中に作られた、患者Ｐの身体の３次元画像に
挿入される。このようにして外科医は、超音波で得られ
た３次元画像の場合と同様に、手術的処置の際に有効な
かつ信頼性のある支援を受けることができる。この器具
を画像情報により正確に位置決めできるようにするため
には、しかしながら、手術中に３次元画像の取得により
得られる実際の手術位置の正確な画像が必要である。
【００３４】このナビゲーションシステムは、図４に示
す実施例の場合、カメラ５４、５５及びこのカメラで検
出可能な関連素子５６ないし５８を含む。これらの素子
は、位置を検出すべき器具或いは対象物上に配置され、
カメラ５４、５５で撮影される。ナビゲーションシステ
ムのナビゲーションコンピュータ５９は、カメラ５４、
５５が撮った画像を評価し、これらの関連素子５６ない
し５８により、この関連素子５６ないし５８の位置を、
従って器具もしくは対象物の関連座標系Ｋ２に関する位
置及び方向を求めることができる。
【００３５】この実施例の場合、関連素子５６は外科器
具６０に、関連素子５７はＣ形円弧状Ｘ線装置４１に、
関連素子５８は患者寝台５２に配置されている。このよ
うにしてナビゲーションコンピュータ５９は得られたカ
メラ像によりそれぞれＣ形円弧状体４８、従ってまたＣ
形円弧状体４８のアイソセンタＩＺ、器具６０及び患者
寝台５２の実際の位置を求めることができる。ナビゲー
ションコンピュータ５９は図示しない方法で画像コンピ
ュータ５３と接続されており、画像コンピュータ５３に
それぞれアイソセンタＩＺ、器具６０及び患者寝台５２
の実際の位置に関する情報を提供する。この位置情報に
より画像コンピュータ５３は、器具６０の写像を、Ｃ形
円弧状Ｘ線装置４１で手術中に得られた３次元画像に挿
入することができる。その際アイソセンタＩＺの既知の
位置により、関係座標系Ｋ２において得られた３次元画
像データレコードが分かる。この発明によれば、その場
合、器具６０の写像を挿入するために記録は必要としな
い。得られた３次元画像への器具６０の写像６１のこの
ような挿入を図４に具体例として示してある。
【００３６】器具６０、Ｃ形円弧状体４８及び患者寝台
５２の変位はカメラ５４、５５及びコンピュータ５９を
介して同時にかつ連続的に検出されるから、Ｃ形円弧状
Ｘ線装置４１で得られた３次元画像に器具６０の写像を
挿入することはその都度の変化する状態に応じ、オンラ
インで対応することができる。このようにして静止的な
だけでなく、継続的に連続する、器具６０の写像の挿入
を行った３次元画像も作ることができる。
【００３７】器具、画像撮影手段及び患者寝台の位置
は、なお必ずしも同時に検出する必要はない。しかしな
がら、特に器具或いは患者寝台の位置が変化した後に得
られた３次元画像もしくはリアルタイムに得られた２次
元画像に、器具の写像をオンラインで挿入しようとする
ときには、殆ど同時にこれを検出する必要がある。
【００３８】なお、図１ないし３に示すワークステーシ
ョンもまた患者寝台を備えることができ、その位置は器
具及び画像撮影手段の位置と同時に検出される。
【００３９】画像撮影手段、器具及び患者寝台の位置の
検出は必ずしもナビゲーションシステムにより行う必要
はない。寧ろ、これらの位置を他の適当な位置検出手
段、例えば信号搬送波で作動する手段により検出し、互
いに関連させることもできる。
【００４０】図１から３に記載の実施例において、電磁
場を使用して動作するナビゲーションシステムの代わり
に、光学的なナビゲーションシステムを、また図４に記
載した実施例において、光学的なナビゲーションシステ
ムの代わりに、電磁場を使用して動作するナビゲーショ
ンシステムを使用することもできる。
【００４１】この発明によるシステムを、以上、医療器
具のナビゲーションのための医用システムを例に説明し
た。しかしながら、このシステムは医学分野における使
用に限定されない。
【００４２】画像撮影手段としては、検出された画像デ
ータの関連座標系における位置及び方向を、画像撮影手
段の位置が分かっていることにより知り得る全てのシス
テムが使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】体外に配置される超音波センサを持つ超音波装
置を備えた、この発明による医用ナビゲーションシステ
ムの概略構成図。
【図２】超音波腹腔鏡を持つ超音波装置を備えた、この
発明による医用ナビゲーションシステムの概略構成図。
【図３】体外に配置される超音波センサを持つ超音波装
置を備え、リアルタイムに２次元画像を作るための、こ
の発明による医用ナビゲーションシステムの概略構成
図。
【図４】Ｃ形円弧状Ｘ線装置を備えた、この発明による
医用ナビゲーションシステムの概略構成図。
【符号の説明】
１ 超音波装置 ２ 超音波ヘッド ３ 位置センサ ４ ナビゲーションシステム ５ 位置検出装置 ６ 送信器 ７ ナビゲーションコンピュータ ８〜１２ 線 １３ 位置センサ １４ 外科器具 １５ 線 １６ 電磁場 １７ ３次元画像データレコード １８ ３次元画像立方体 １９ 器具の先端を示す十字 ２０ 器具 ２１ 器具の先端 ２２ 腹腔鏡 ３０ セクタ ３１ ２次元超音波画像 ３２ 器具の先端を示すクロス ４１ Ｃ形円弧状Ｘ線装置 ４２ 車輪 ４３ 機器台車 ４４ リフト装置 ４５ 柱 ４６ 保持部材 ４７ 保持装置 ４８ Ｃ形円弧体 ４９ Ｘ線発生源 ５０ 固体検出器 ５１ モニター ５２ 患者寝台 ５３ 画像コンピュータ ５４，５５ カメラ ５６〜５８ 関連素子 ５９ ナビゲーションコンピュータ ６０ 器具 ６１ 器具の写像 ＩＺ アイソセンタ Ｐ 患者 Ｋ１，Ｋ２ 関連座標系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジークフリート ヴァッハ ドイツ連邦共和国 91315 ヘヒシュタッ ト シュテルペルスドルフ 20 (72)発明者 ライナー グラウマン ドイツ連邦共和国 91315 ヘヒシュタッ ト グラスリッツァー シュトラーセ 33 (72)発明者 ヨハネス ビーガー ドイツ連邦共和国 91056 エルランゲン ハインリッヒ‐キルヒナー‐シュトラー セ ２ (72)発明者 ゲロルト ヘロルト ドイツ連邦共和国 91054 エルランゲン ハーグシュトラーセ 24 (72)発明者 ゲルト ヴェッセルス ドイツ連邦共和国 91090 エッフェルト リッヒ アダム‐クラフト‐シュトラーセ １

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第一の対象物（Ｐ）の画像を撮影するため
    の手段（２、２２、４９、５０）と、この画像撮影手段
    の位置を決定するための手段（３、４、５、６、５４、
    ５５、５７、５９）と、第二の対象物（１４、２０、６
    ０）の位置を決定するための手段（４、５、６、１３、
    ５４、５５、５６、５９）と、第二の対象物の位置を画
    像撮影手段に対して相対的に決定するための手段と、第
    二の対象物の写像（１６、６１）を画像撮影手段で得ら
    れた第一の対象物の画像に挿入するための手段（７）と
    を備えるシステム。
  2. 【請求項２】画像撮影手段の位置、第二の対象物の位置
    及び画像撮影手段に対して相対的に第二の対象物の位置
    を決定するナビゲーションシステム（３、４、５、６、
    ７、１３）を含む請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】ナビゲーションシステム（３、４、５、
    ６、７、１３）が対象物に取付け可能なかつ検出可能な
    マーク（５６〜５８）及び／又は位置センサ（３、１
    ３）を備えている請求項２記載のシステム。
  4. 【請求項４】画像撮影手段が超音波センサ（２、２２）
    を備えている請求項１から３の１つに記載のシステム。
  5. 【請求項５】画像撮影手段がＸ線発生源（４９）及びＸ
    線受像器（５０）を備えている請求項１から４の１つに
    記載のシステム。
  6. 【請求項６】画像撮影手段（２、２２、４９、５０）で
    第一の対象物（Ｐ）の３次元画像が作られる請求項１か
    ら５の１つに記載のシステム。
  7. 【請求項７】画像撮影手段（２、２２、４９、５０）で
    第一の対象物（Ｐ）のリアルタイムの２次元画像が作ら
    れる請求項１から６の１つに記載のシステム。
  8. 【請求項８】画像撮影手段（２、２２、４９、５０）で
    得られた第一の対象物（Ｐ）の２次元画像の画像面から
    の第二の対象物（１４、２０、６０）の距離がこの２次
    元画像に挿入可能である請求項７記載のシステム。
  9. 【請求項９】画像撮影手段（２、２２、４９、５０）の
    位置が第二の対象物（１４、２０、６０）の位置と同時
    に検出可能である請求項１から８の１つに記載のシステ
    ム。
  10. 【請求項１０】第一の対象物（Ｐ）の収納装置（５２）
    及びこの収納装置の位置を決定するための手段（５４、
    ５５、５８、５９）を備え、この収納装置の位置が画像
    撮影手段（４９、５０）の位置及び第二の対象物（６
    ０）の位置と同時に検出可能である請求項１から９の１
    つに記載のシステム。
  11. 【請求項１１】請求項１から１０の１つに記載のシステ
    ムを備えた医用ワークステーション。
  12. 【請求項１２】最小侵襲的手術を行うように構成されて
    いる請求項１１記載の医用ワークステーション。
  13. 【請求項１３】第一の対象物（Ｐ）の画像が術中に作ら
    れる請求項１１又は１２に記載の医用ワークステーショ
    ン。
  14. 【請求項１４】第一の対象物（Ｐ）から得られた画像に
    第二の対象物（１４、２０、６０）の写像（１９、６
    １）を挿入するための方法であって、 ａ）画像撮影手段（２、２２、４９、５０）で第一の対
    象物の画像を得、 ｂ）画像撮影手段の位置を決定し、 ｃ）第二の対象物の位置を決定し、 ｄ）画像撮影手段に対して相対的に第二の対象物の位置
    を決定し、 ｅ）画像撮影手段で得られた第一の対象物の画像に第二
    の対象物の写像を挿入する工程を備えた方法。
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