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JPH08280710A - Real time medical device,and method to support operator to perform medical procedure on patient - Google Patents

Real time medical device,and method to support operator to perform medical procedure on patient

Info

Publication number
JPH08280710A
JPH08280710A JP7299431A JP29943195A JPH08280710A JP H08280710 A JPH08280710 A JP H08280710A JP 7299431 A JP7299431 A JP 7299431A JP 29943195 A JP29943195 A JP 29943195A JP H08280710 A JPH08280710 A JP H08280710A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
patient
operator
image
screen
computer
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP7299431A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Charles L Dumoulin
チャールズ・ルシアン・デュムリン
Robert D Darrow
ロバート・デイビッド・ダロー
William J Adams
ウィリアム・ジョン・アダムス
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.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPH08280710A publication Critical patent/JPH08280710A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H30/00ICT specially adapted for the handling or processing of medical images
    • G16H30/40ICT specially adapted for the handling or processing of medical images for processing medical images, e.g. editing
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/50ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for simulation or modelling of medical disorders

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Radiography Using Non-Light Waves (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a real-time display system so that an operator can view both internal and external structures in real-time. SOLUTION: An interactive display system overlaps images of internal structures on a semi-transparent screen 250. Through the semi-transparent screen 250, a surgeon views a patient during a medical procedure. The images for overlapping are obtained from an image derived from an imaging system. An invasive device 3 is also tracked and displayed on the semi-transparent screen 250. A ray extending through the invasive device 3 can be displayed, too. The image is combined together with a patient 1 viewed from the surgeon, and displayed in real-time during a medical procedure. This allows the surgeon to view internal and external structures, the relation between them, and the proposed passage of the invasive device 3, and accordingly adjust the procedure.

Description

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

【0001】[0001]

【関連出願との関係】本出願のパリ条約に基づく優先権
主張の基礎となる米国特許出願は、1993年6月21
日に出願されたシー・エル・デュムリン、アール・ディ
ー・ダロー、ダブリュー・ジェー・アダムス(C.L.
Dumoulin,R.D.Darrow,W.J.A
dams)による米国特許出願第08/078,335
号(特願平6−135286に対応)、「医用手順の間
に身体構造の可視化を増強するための表示システム」
(A Display System For Enh
ancing Visualization Of B
ody Structures During Med
ical Procedures)の部分継続出願であ
る。この出願は、この出願と共に出願された出願人控え
番号RD−24,025(特願平7−297965に対
応)、「対話形三次元指示装置」(An Intera
ctive Three−dimensional(3
D) Pointing Device)、並びに19
93年4月20日に出願されたクリス・ナフィス、ティ
ム・ケリハー、ハーベイ・クライン、ビル・ローレンセ
ン、デイビッド・アルトベリ、ロン・キキニス、ロバー
ト・ダロー及びチャールズ・デュムリン(Chris
Nafis,Tim Kelliher,Harvey
Cline,Bill Lorensen,David
Altobelli,Ron Kikinis,Ro
bert Darrow and Charles D
umoulin)による米国特許出願第08/049,
913号(特願平6−523167に対応)、「手術の
間に身体構造の可視化を増強するためのコンピュータ・
グラフィックス及びライブ・ビデオ・システム」(Co
mputer Graphic and Live V
ideo System forEnhancing
Visualization of Body Str
uctures During Surgery)に関
連している。これら両方の出願は共に、ここに参照され
るべきものであり、本発明の譲り受け人に譲渡されてい
る。
[Relationship with Related Applications] The United States patent application, which forms the basis of the priority claim under the Paris Convention of this application, was Jun. 21, 1993.
Filed on the date of C.L.Dumlin, Earl Dee Darrow, W. J. Adams (CL
Dumoulin, R .; D. Darrow, W.C. J. A
US patent application Ser. No. 08 / 078,335
No. (corresponding to Japanese Patent Application No. 6-135286), “Display system for enhancing visualization of body structure during medical procedure”
(A Display System For Enh
ancing Visualization Of B
ody Structures During Med
It is a partial continuation application of the ICC (Procedures). This application is filed with the applicant's ref. No. RD-24,025 (corresponding to Japanese Patent Application No. 7-297965), "Interactive three-dimensional pointing device" (An Intera
ctive Three-dimensional (3
D) Pointing Device), and 19
Chris Naphis, Tim Keriher, Harvey Klein, Bill Laurensen, David Altberg, Ron Kikinis, Robert Darrow and Charles Dumlin, filed April 20, 1993.
Nafis, Tim Kelliher, Harvey
Cine, Bill Lorensen, David
Altobelli, Ron Kikinis, Ro
bert Draw and Charles D
U.S. patent application Ser. No. 08/049,
No. 913 (corresponding to Japanese Patent Application No. 6-523167), “Computer for enhancing visualization of body structure during surgery.
Graphics and Live Video Systems "(Co
mputer Graphic and Live V
video System for Enhance
Visualization of Body Str
related to the Duties Surgery). Both of these applications are hereby incorporated by reference and are assigned to the assignee of the present invention.

【0002】本出願は又、1991年12月23日に出
願されたウィリアム・イー・ローレンセン、ハーベイ・
イー・クライン、ブルース・ティータ及びジーグワルト
・ルトケ(William E.Lorensen,H
arvey E.Cline,Bruce Teete
r and Siegwalt Ludke)による米
国特許出願第07/812,394号、「立体モデルの
表面に対する立体カットを表示するためのシステム」
(System For DisplayingSol
id Cuts For Surfaces of S
olid Models)、1991年12月23日に
出願されたハーベイ・イー・クライン、ウィリアム・イ
ー・ローレンセン及びジーグワルト・ルトケ(Harv
ey E.Cline,William E.Lore
nsen and Siegwalt Ludke)に
よる米国特許出願第07/812,479号、「分割立
方体を用いたスパン法による立体モデルの作成」(So
lid Models Generation By
Span Method Using Dividin
g Cubes)、並びに1991年12月23日に出
願されたハーベイ・イー・クライン、ウィリアム・イー
・ローレンセン及びジーグワルト・ルトケ(Harve
y E.Cline,William E.Loren
sen and Siegwalt Ludke)によ
る米国特許出願第07/812,395号、「三次元モ
デルで手術のカットを表示するための装置及び方法」
(Apparatus and Method For
Displaying Surgical Cuts
in Three−Dimensional Mod
els)に関連している。これらはすべて、ここに参照
されるべきものであり、本発明の譲り受け人に譲渡され
ている。
This application is also filed on December 23, 1991 by William E. Lorensen, Harvey.
E. Klein, Bruce Theta and Siegwald Rutke (William E. Lorensen, H
arvey E. Cline, Bruce Teete
r and Siegwalt Ludke) U.S. patent application Ser. No. 07 / 812,394, "System for displaying cubic cuts on the surface of a cubic model".
(System For Displaying Sol
id Cuts For Surfaces of S
(Old Models), Harvey E. Klein, William E. Laurensen and Siegwald Rutke (Harv) filed December 23, 1991.
ey E.E. Cline, William E. Lore
US patent application Ser. No. 07 / 812,479 by Nsen and Siegwalt Ludke, "Creation of Solid Models by the Span Method Using Divided Cubes" (So
lid Models Generation By
Span Method Using Divin
G. Cubes), and Harvey E. Klein, William E. Lorensen and Siegwald Rutke, filed on December 23, 1991.
y E. Cline, William E. Loren
US patent application Ser. No. 07 / 812,395 by Sen and Siegwalt Ludke, “Apparatus and method for displaying surgical cuts in a three-dimensional model”.
(Apparatus and Method For
Displaying Surgical Cuts
in Three-Dimensional Mod
els). All of which are hereby incorporated by reference and are assigned to the assignee of the present invention.

【0003】[0003]

【産業上の利用分野】本発明は、医用手順の間に解剖学
的構造を可視化する際に、医師、例えば外科医を支援す
るためのシステムに関し、更に詳しくは、開業医が内部
及び外部の両方の解剖学的構造を実時間で見ることがで
きるようにするシステムに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a system for assisting a physician, such as a surgeon, in visualizing anatomy during a medical procedure, and more particularly to a practitioner, both internal and external. It relates to a system that allows real-time viewing of anatomical structures.

【0004】[0004]

【従来の技術】現在、手術の間に、並びに内視鏡検査
法、生検法及び移植のような他の医用手順の間に、医師
は手術室で患者のいくつかの静止した放射線写真画像を
見る。これらは通常、磁気共鳴(MR(magneti
c resonance))、コンピュータ断層撮影
(CT(computed tomograph
y))、通常のX線画像又は超音波画像の透明なフィル
ム・レンダリングである。これらの画像は二次元の静止
画像であるので、医師は見ている二次元画像から、患者
の内部の所望の内部構造の実際の三次元(3D)の位置
及び形状を判定しなければならない。外科医は内部構造
の三次元モデルを概念的に構成し、これらの内部構造を
自分が切らなければならない患者の見える外部構造と互
いに関連させる。これは難しいことが多い。二次元画像
のスケール及び方向が、外科医の見ているものと異なる
ことがあり、又、外科医が患者及び医用診断画像の両方
を同時に見ることができないことがあるからである。
2. Description of the Prior Art Currently, during surgery and during other medical procedures such as endoscopy, biopsy and transplantation, physicians are required to take several static radiographic images of a patient in the operating room. I see. These are usually magnetic resonance (MR (magneti)
c), computed tomography (CT (computed tomography))
y)), a transparent film rendering of a normal X-ray or ultrasound image. Since these images are two-dimensional still images, the physician must determine from the two-dimensional image he is looking at the actual three-dimensional (3D) position and shape of the desired internal structure inside the patient. The surgeon conceptually constructs a three-dimensional model of internal structures and correlates these internal structures with the external structures visible to the patient that he must cut. This is often difficult. This is because the scale and orientation of the two-dimensional image may differ from what the surgeon is looking at, and the surgeon may not be able to see both the patient and medical diagnostic images at the same time.

【0005】手術の間に内部構造の位置決めに用いられ
ているもう1つの手法は、走触性の手術として知られて
いる。これについては、アイトリプルイー・トランザク
ションズ・オン・バイオメディカル・エンジニアリング
誌所載のビー・エー・カル、ピー・ジェー・ケリー及び
エス・ジェー・ゴアスの論文「CO2 レーザ及びCT取
得データベースを用いて頭蓋内の腫瘍を除去するための
対話形走触性手術システム」(”Interactiv
e Stereotactic Surgical S
ystem for the Removal of
Intracranial Tumors Utili
zing the CO2 Laserand CT−D
erived Database” by B.A.K
all,P.J.Kelly and S.J.Goe
rss, IEEE Transactions on
Biomedical Engineering,v
ol.BME−32,no.2,pp.112−11
6,1985)、並びにメディカル・イメージング誌所
載のビー・エー・カル、ピー・ジェー・ケリー及びエス
・ジェー・ゴアスの論文「包括的なコンピュータ援用デ
ータ収集治療計画作成及び対話形手術」(”Compr
ehensive Computer−Assiste
d Data Collection Treatme
nt Planning and Interacti
ve Surgery” by B.A.Kall,
P.J.Kelly and S.J.Goerss,
Medical Imaging,vol.767,
pp.509−514,1987)に記述されている。
この手法では、CT又はMR手順の前に堅固な機械的フ
レームが患者に取り付けられる。結果として得られる画
像には、フレームとその標識点とを見ることができる。
フレームの機構によって、プローブが画像内の特定の位
置に位置決めされる。この手法の欠点は、フレームによ
って患者への接近が制限されること、及び手術の間に患
者が動いた場合に、画像が患者に従わない静止画像であ
るということである。
Another technique used to position internal structures during surgery is known as tactile surgery. For this, we use the articles "CO 2 laser and CT acquisition database" by BCA Cal, PJ Kelly and SJ Goas published in iTriple Transactions on Biomedical Engineering. Interactive Tactile Surgery System for Removal of Intracranial Tumors "(" Interactiv
e Stereotactic Surgical S
ysystem for the Removal of
Intracranial Tumors Utili
zing the CO 2 Laserand CT-D
erected Database "by BAK
all, P.A. J. Kelly and S. J. Goe
rss, IEEE Transactions on
Biomedical Engineering, v
ol. BME-32, no. 2, pp. 112-11
6, 1985), and B. A. Kal, PJ Kelly, and S. J. Goas's article "Comprehensive Computer-Aided Data Collection and Treatment Planning and Interactive Surgery" in Medical Imaging. Compr
hensive Computer-Assist
d Data Collection Treatme
nt Planning and Interaction
ve Surgery ”by BA Kall,
P. J. Kelly and S. J. Goerss,
Medical Imaging, vol. 767,
pp. 509-514, 1987).
In this approach, a rigid mechanical frame is attached to the patient prior to the CT or MR procedure. The frame and its landmarks can be seen in the resulting image.
The mechanism of the frame positions the probe at a specific location within the image. The drawbacks of this approach are that the frame limits the access to the patient and that the image is a non-patient still image if the patient moves during surgery.

【0006】内部構造の位置決めのために用いられてい
る第3の手法が、アイトリプルイー・トランザクション
ズ・オン・バイオメディカル・エンジニアリング誌所載
のイー・エム・フリーツ、ジェー・ダブリュー・ストロ
ーベーン、ジェー・エフ・ハッチ及びディー・ダブリュ
ー・ロバーツの論文「神経外科のための無フレーム走触
性手術顕微鏡」(”A Frameless Ster
eotaxic Operating Microsc
ope for Neurosurgery”by
E.M.Friets,J.W.Strohbehn,
J.F.Hatch and D.W.Robert
s, IEEE Transactions on B
iomedical Engineering,vo
l.36,no.6,pp.608−617,June
1989)に記述されている。
[0006] The third method used for positioning the internal structure is EM Freets, JW Straw vane, published by Eye Triple E Transactions on Biomedical Engineering. J. F. Hatch and D. W. Roberts, "A Frameless Tactile Surgery Microscope for Neurosurgery"("A Frameless Ster").
eotaxic Operating Microsc
ope for Neurosurgery “by
E. FIG. M. Friets, J.M. W. Strohbehn,
J. F. Hatch and D.M. W. Robert
s, IEEE Transactions on B
iomedical Engineering, vo
l. 36, no. 6, pp. 608-617, June
1989).

【0007】解剖学的構造の三次元モデルは、上述の
「関連出願との関係」の欄に列挙された出願に記述され
ているように、異なる医用イメージング形式のデータか
ら作成することができる。これらの出願では、患者の内
部構造のモデルの作成及び操作、並びに所望の方向にお
ける選択された構造の画像の操作者への供給について記
述されている。これらにより、内部構造を立体モデルと
して可視化することができる。
A three-dimensional model of the anatomy can be created from data in different medical imaging formats, as described in the applications listed in the "Relationship to Related Applications" section above. These applications describe the creation and manipulation of a model of the patient's internal structure and the delivery of an image of the selected structure in the desired orientation to the operator. With these, the internal structure can be visualized as a three-dimensional model.

【0008】現在、手術及び他の医用手順において医師
を支援するためのシステムであって、患者の外部構造と
正しい関係で、内部構造のコンピュータ生成表示を対話
的に表示し、侵襲装置の実際の経路及び仮想経路の可視
化を可能とするシステムが必要とされている。
Presently, a system for assisting a physician in surgery and other medical procedures that interactively displays a computer-generated representation of the internal structure in the correct relationship to the external structure of the patient to provide a real-world view of the invasive device. What is needed is a system that allows visualization of routes and virtual routes.

【0009】[0009]

【発明の目的】本発明の1つの目的は、患者がその位置
を変えても、又は操作者がその視角を変えても、外部構
造の上に内部構造の画像を同時に重ね合わせることによ
り手術を支援するシステムを提供することにある。本発
明のもう1つの目的は、外部構造の上に、同じスケール
を有しており、同じ方向角から見た所望の内部構造を表
示する対話形システムを提供することにある。
OBJECTS OF THE INVENTION One object of the present invention is to perform surgery by simultaneously superimposing images of the internal structure on the external structure, regardless of whether the patient changes its position or the operator changes its viewing angle. It is to provide a support system. Another object of the present invention is to provide an interactive system having the same scale on top of an external structure and displaying the desired internal structure viewed from the same directional angle.

【0010】本発明のもう1つの目的は、厄介なヘッド
ギアを用いることなく、外科医の視野内の患者の外部構
造の上に重ね合わされた放射線写真画像のヘッドアップ
表示装置を外科医に提供することにある。本発明のもう
1つの目的は、被検体の内部構造に対する侵襲装置の可
視像を与えるために侵襲装置と統合された表示システム
を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a surgeon with a head-up display of radiographic images overlaid on the patient's external structure within the surgeon's field of view without the use of cumbersome headgear. is there. Another object of the present invention is to provide a display system integrated with an invasive device to provide a visible image of the invasive device to the internal structure of a subject.

【0011】[0011]

【発明の概要】患者の対話的な内部画像及び外部画像を
表示するための実時間手術装置が、操作者が患者の露出
した表面とコンピュータで生成された患者の内部構造の
画像とを同時に見ることができるようにしている半透明
な表示スクリーンを用いている。侵襲(invasiv
e)装置を表す記号が、内部構造及び外部画像の両方に
対して正しく表示された位置で、コンピュータで生成さ
れた画像に重ね合わされている。
SUMMARY OF THE INVENTION A real-time surgical device for displaying interactive internal and external images of a patient allows an operator to simultaneously view an exposed surface of the patient and a computer generated image of the internal structure of the patient. It uses a semi-transparent display screen that makes it possible. Invasion
e) A symbol representing the device is superimposed on the computer-generated image at the correct displayed position for both the internal structure and the external image.

【0012】医用イメージング装置又はコンピュータ支
援設計(CAD(computerassisted
design))システムが、患者の内部構造の三次元
(3D(three−dimensional))イメ
ージングデータをワークステーションに供給している。
患者、半透明スクリーン、操作者の目、及び患者内に挿
入されることになっている侵襲装置の三次元の位置及び
方向が実時間で監視されている。ワークステーションは
患者の内部構造の三次元コンピュータ生成モデルを作成
しており、これらの三次元コンピュータ生成モデルは、
医用イメージング装置を更に必要とせずに操作すること
ができる。そのモデルの二次元コンピュータ生成画像を
対話形式で方向を変えてスケーリングすることにより、
半透明な表示装置上のコンピュータ生成画像の表示は半
透明スクリーンを通した患者の操作者可視画像と一致す
る。
Medical imaging equipment or computer-aided design (CAD)
system) provides the workstation with three-dimensional (3D) imaging data of the internal structure of the patient.
The three-dimensional position and orientation of the patient, the translucent screen, the operator's eyes, and the invasive device to be inserted into the patient are monitored in real time. The workstation creates 3D computer-generated models of the patient's internal structure, and these 3D computer-generated models
The medical imaging device can be operated without further need. By interactively redirecting and scaling the two-dimensional computer-generated image of the model,
The display of the computer-generated image on the translucent display matches the operator-visible image of the patient through the translucent screen.

【0013】新規であると考えられる本発明の特徴は、
特許請求の範囲に詳細に述べられている。しかしなが
ら、本発明自体の構成及び動作方法、並びに本発明の上
述以外の目的及び利点は、図面を参照した以下の説明に
より最もよく理解することができる。
The features of the invention believed to be novel are:
Details are set forth in the claims. However, the structure and operation method of the present invention, and the objects and advantages of the present invention other than the above can be best understood by the following description with reference to the drawings.

【0014】[0014]

【実施例】図1において、手術のような医用手順を行う
べき被検体、即ち患者1が、医用イメージング装置10
によって走査される。医用イメージング装置10は、患
者の内部構造から多次元の体積測定データ、例えば三次
元(3D)のデータを作成することが可能な磁気共鳴
(MR(magnetic resonance))イ
メージング装置、コンピュータ軸方向断層撮影(CAT
(computedaxial tomograph
y))装置、ボジトロン放射形断層撮影(PET(po
sitron emission tomograph
y))装置又は類似のイメージング装置とすることがで
きる。イメージング後に、装置10はモデル・ワークス
テーション100に体積測定データを供給する。一旦体
積測定データがモデル・ワークステーション100に供
給されれば、イメージング装置10はもはや必要でなく
なる。このことは重要である。というのは、いくつかの
医用手順は患者がイメージング装置の範囲内に位置して
いる状態で行う必要がないからである。患者がイメージ
ング装置の範囲内に位置している状態で行なわなければ
ならないということは、MRイメージングの場合に阻害
要因となり得る。代替実施例では、医用手順の間にイメ
ージング装置10を対話形式で用いることができる。モ
デル・ワークステーション100は体積測定データを記
憶すると共に、スケーリング、回転及び他の操作を行う
ことが可能なデータから、コンピュータで生成されるモ
デルを作成する。もはや、イメージング装置10は必要
でなくなる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIG. 1, a subject to be subjected to a medical procedure such as an operation, that is, a patient 1, is a medical imaging apparatus 10.
Scanned by. The medical imaging apparatus 10 is a magnetic resonance (MR) imaging apparatus capable of creating multidimensional volumetric data, for example, three-dimensional (3D) data from an internal structure of a patient, a computer axial tomography. (CAT
(Computed axial tomograph
y)) device, body-emission tomography (PET (po)
sitron emission tomograph
y)) device or similar imaging device. After imaging, the device 10 supplies volumetric data to the model workstation 100. Once the volumetric data is provided to the model workstation 100, the imaging device 10 is no longer needed. This is important. This is because some medical procedures do not have to be performed with the patient within range of the imaging device. The fact that the patient has to be placed within the range of the imaging device can be an obstacle in the case of MR imaging. In an alternative embodiment, the imaging device 10 can be used interactively during a medical procedure. The model workstation 100 stores the volumetric data and creates a computer-generated model from the data that can be scaled, rotated, and other operations. The imaging device 10 is no longer needed.

【0015】操作者350、例えば医師又は医療助手が
患者1を監視する。半透明スクリーン250が患者1と
操作者350との間に挿入されている。操作者350、
半透明スクリーン250及び患者1を監視すると共に追
跡する追跡装置50が、操作者350、被検体1、半透
明スクリーン250及び侵襲装置3の位置及び方向、即
ち、横揺れ(ロール)α、縦揺れ(ピッチ)θ、偏揺れ
(ヨー)φを測定する。1992年7月5日付のアセン
ション・テクノロジ・コーポレーションの据え付け取り
扱い説明書「小鳥の群れ」の緒言1〜3頁、付録1の8
9頁及び付録3の93頁(”The Flock of
Birds” Installation and
Operation Guide, Ascensio
n Technology Corporation,
July 5, 1992,in the Intr
oduction pp.1−3, Appendix
1,p.89 and Appendix 3,p.9
3)に記述されているように、追跡装置50は自由度が
6の追跡装置とすることができる。
An operator 350, eg, a doctor or medical assistant, monitors the patient 1. A translucent screen 250 is inserted between the patient 1 and the operator 350. Operator 350,
A tracking device 50 for monitoring and tracking the translucent screen 250 and the patient 1 has a position and a direction of the operator 350, the subject 1, the translucent screen 250 and the invasive device 3, that is, a roll α, a pitch. (Pitch) θ and yaw (φ) φ are measured. Installation of Ascension Technology Corporation dated July 5, 1992 Introduction to "Flock of Birds", pages 1-3, Appendix 1-8
Page 9 and Appendix 3, page 93 ("The Flock of
Birds ”Installation and
Operation Guide, Ascensio
n Technology Corporation,
Jul 5, 1992, in the Intr
oduction pp. 1-3, Appendix
1, p. 89 and Appendix 3, p. 9
As described in 3), the tracking device 50 can be a tracking device with 6 degrees of freedom.

【0016】患者1はデカルト座標系の原点(x,y,
z)=(0,0,0)にあるものと仮定する。従って、
患者1に対するすべての位置は、単に(x,y,z)位
置となる。患者1、半透明スクリーン250及び操作者
350の位置及び方向は、追跡装置50によってモデル
・ワークステーション100に対話形式で供給される。
他の実施例では、位置及び方向は手動でモデル・ワーク
ステーション(1つ又は複数)に供給することもでき
る。
The patient 1 has an origin (x, y,
z) = (0,0,0). Therefore,
All positions for patient 1 are simply (x, y, z) positions. The position and orientation of the patient 1, the translucent screen 250 and the operator 350 are interactively provided to the model workstation 100 by the tracking device 50.
In other embodiments, the position and orientation can also be manually supplied to the model workstation (s).

【0017】モデル・ワークステーション100は、そ
れが受け取った三次元の体積測定データを処理すると共
に、データの選択されたレンダリング(表現)を作成す
る。1つのレンダリング法は、異なる型の組織の間の表
面を測定する。次に、互いに隣接した類似の型の組織の
結合性を測定する。三次元画像データにおける信号の性
質に基づく組織の型の弁別は、分別(segmenta
tion)として知られている。三次元(3D)の体積
測定データを内部構造に分別したときに、各々の内部構
造はモデル・ワークステーション100によって個別の
立体として扱うことができる。モデル・ワークステーシ
ョンは、所望の内部構造を選択的に表示し、構造を色分
けし、内部構造の切断、回転及び並進を行うことによ
り、所望の仕方でこれらの画像を操作して、モデル・ワ
ークステーション100を動かしている操作者に可視画
像を与える。
Model workstation 100 processes the three-dimensional volumetric data it receives and creates a selected rendering of the data. One rendering method measures the surface between different types of tissue. Next, the connectivity of similar types of tissues adjacent to each other is measured. Tissue type discrimination based on the nature of the signal in the 3D image data is based on segmenta.
known as When three-dimensional (3D) volumetric data is sorted into internal structures, each internal structure can be treated by the model workstation 100 as a separate solid. The model workstation manipulates these images in the desired manner by selectively displaying desired internal structures, color-coding the structures, and cutting, rotating, and translating the internal structures to model the model work. A visible image is provided to the operator moving the station 100.

【0018】三次元データセット内の選択された特徴の
二次元投影を発生する代替のレンダリング方法が、19
93年8月3日に付与された米国特許第5,233,2
99号、エス・ピー・スーザ、ダブリュー・ジェー・ア
ダムス及びシー・エル・デュムリン(S.P.Souz
a,W.J.Adams and C.L.Dumou
lin)による「三次元データから二次元画像を発生す
るための投影方法」(Projection Meth
ods for Producing Two−Dim
ensional Images from Thre
e−Dimensional Data)に記述されて
いる。例えば、三次元位相コントラスト又は飛行時間磁
気共鳴血管造影から二次元投影血管造影を抜き出すこと
ができる。いくつかの投影アルゴリズムが可能である。
これらの投影アルゴリズムは、三次元データを通る選択
された投影射線に沿った最大画素強度の検出、選択され
た投影射線の平均画素強度の測定、及び選択された投影
射線に沿ったすべての画素の標準偏差の測定を含んでい
る。
An alternative rendering method that produces a two-dimensional projection of selected features in a three-dimensional dataset is described in 19
US Pat. No. 5,233,2 granted Aug. 3, 1993
No. 99, SP Souza, W. J. Adams and C. El Dumlin (SP Souz)
a, W. J. Adams and C.I. L. Dumous
Lin) "Projection Method for Generating Two-Dimensional Images from Three-Dimensional Data" (Projection Meth
ods for Producing Two-Dim
Ensional Images from Thre
e-Dimensional Data). For example, two-dimensional projection angiography can be extracted from three-dimensional phase contrast or time-of-flight magnetic resonance angiography. Several projection algorithms are possible.
These projection algorithms detect the maximum pixel intensity along a selected projection ray through the three-dimensional data, measure the average pixel intensity of the selected projection rays, and measure all pixels along the selected projection ray. Includes standard deviation measurements.

【0019】モデル・ワークステーション100は、ワ
ークステーション・ビュー入力装置60から、そして位
置及び方向を追跡する追跡装置50から入力データを受
け取って、患者1の内部構造を表示する方向を選択す
る。ワークステーション・ビュー入力装置60は、マウ
ス若しくはトラックボールのようなコンピュータ・ポイ
ンタ(指示)装置、又は画像を切るべき平面並びに視角
及びスケールを示す任意の入力装置とすることができ
る。モデル・ワークステーション100は、操作者35
0の見る実時間シーンと一致している患者1の内部構造
の対話形コンピュータ生成画像を合成する。記号発生装
置5が、侵襲装置3の位置及び方向を示す記号を発生す
る。選択的に、侵襲装置3から伸びている射線を描い
て、侵襲装置3の現在の予定経路を示すこともできる。
The model workstation 100 receives input data from the workstation view input device 60 and from the position and orientation tracker 50 to select the orientation in which the internal structure of the patient 1 is displayed. The workstation view input device 60 can be a computer pointer (pointing) device such as a mouse or trackball, or any input device that indicates the plane to which the image should be cut and the viewing angle and scale. The model workstation 100 is operated by the operator 35.
Synthesize an interactive computer-generated image of the internal structure of patient 1 that is consistent with 0 real-time viewing scenes. The symbol generator 5 generates a symbol indicating the position and direction of the invasion device 3. Alternatively, a ray extending from the invasive device 3 may be drawn to indicate the current planned route of the invasive device 3.

【0020】対話形コンピュータ生成画像は、半透明ス
クリーン250の所要表示フォーマットに応じて、コン
ピュータ・モニタ信号、例えばRGBコンピュータ・モ
ニタ信号からビデオ・フォーマットに変換することがで
きる。この変換は、対話形コンピュータ生成画像を走査
変換器192(破線で示す)に通すことによって行われ
る。コンピュータ生成画像は、患者1と操作者350と
の間に挟まれている半透明スクリーン250に供給され
る。半透明スクリーン250は、操作者350の見る患
者1の外部構造とモデル・ワークステーション100か
らのコンピュータ生成画像との所望の混合を行う。半透
明スクリーン250は、例えばワークステーション・ビ
ュー入力装置60を介して、操作者からの入力信号を受
け取ることができる。これには、各々の画像の透明度、
又は他の種々の特殊効果のどれでも含めることができ
る。非常に有用な特殊効果の1つは、可動窓である。可
動窓は、もう1つの画像に0%の透明性(100%の不
透明性)を重ね合わせたものである。窓画像が外部構造
の上に重ね合わされた内部構造の画像であるときには、
これにより窓内で切り取った外部構造の幻影が作成さ
れ、下方にある内部構造が露出される。他の従来のビデ
オ特殊効果を用いることもできる。半透明スクリーン2
50によって、操作者350は内部構造及び外部構造の
両方を同時に見ることができる。医用手順の間に患者が
動いても、操作者350が見る結果のシーンは、患者1
の対話形実時間画像である。内部構造と、露出している
外部構造に対する内部構造の関係とが同時に表示される
ので、本発明を使用する外科医は、外部構造のどこを切
るべきかについての非常に正確な表示を認識することに
より、重大な内部構造を回避しつつ、所望の内部構造に
到達する。
The interactive computer-generated image can be converted from a computer monitor signal, such as an RGB computer monitor signal, into a video format depending on the required display format of the translucent screen 250. This conversion is done by passing the interactive computer-generated image through a scan converter 192 (shown in phantom). The computer generated image is provided to a translucent screen 250 sandwiched between the patient 1 and the operator 350. The translucent screen 250 provides the desired mixing of the external structure of the patient 1 as seen by the operator 350 and the computer generated image from the model workstation 100. The translucent screen 250 can receive input signals from an operator, such as via the workstation view input device 60. This includes the transparency of each image,
Or any of a variety of other special effects can be included. One of the most useful special effects is the moving window. The movable window is another image overlaid with 0% transparency (100% opacity). When the window image is an image of the internal structure overlaid on the external structure,
This creates a phantom of the external structure cut out in the window, exposing the underlying internal structure. Other conventional video special effects can also be used. Translucent screen 2
50 allows the operator 350 to see both internal and external structures simultaneously. Even if the patient moves during the medical procedure, the resulting scene seen by the operator 350 is
Is an interactive real-time image of. Since the internal structure and the relationship of the internal structure to the exposed external structure are displayed simultaneously, the surgeon using the present invention recognizes a very accurate indication of where to cut the external structure. Thus, a desired internal structure is reached while avoiding a significant internal structure.

【0021】図2は本発明の代替実施例を示す。この実
施例では、操作者350は患者1の内部構造及び外部構
造の立体的なビュー(view)を受け取る。操作者3
50の各々の目は患者に対する向きが異なっているの
で、各々の目に異なるビューが与えられる。追跡装置5
0は、操作者350の第1及び第2の目、患者1、半透
明スクリーン250及び侵襲装置3の位置(x1,y
1,z1)及び方向角(α1,φ1,θ1)を追跡す
る。操作者の第2の目の位置及び方向は、追跡装置50
によって独立に測定することができる。又は、第1の目
の位置及び方向を用いて、第2の目の位置及び方向を計
算することができる。これらの位置及び方向は、第1の
モデル・ワークステーション100a及び第2のモデル
・ワークステーション100bに供給される。モデル・
ワークステーション100a及び100bは、操作者3
50の各々の目のビューにそれぞれ対応している位置
(x1,y1,z1)及び方向(α1,φ1,θ1)、
並びに位置(x2,y2,z2)及び(α2,φ2,θ
2)で右及び左のコンピュータ・グラフィック画像をそ
れぞれ作成する。
FIG. 2 illustrates an alternative embodiment of the present invention. In this example, operator 350 receives a stereoscopic view of the internal and external structures of patient 1. Operator 3
Since each of the 50 eyes is oriented differently to the patient, each eye is provided with a different view. Tracking device 5
0 indicates the positions (x1, y) of the first and second eyes of the operator 350, the patient 1, the semitransparent screen 250, and the invasive device 3.
, Z1) and direction angles (α1, φ1, θ1). The position and orientation of the operator's second eye is determined by the tracking device 50.
Can be measured independently. Alternatively, the position and orientation of the first eye can be used to calculate the position and orientation of the second eye. These positions and orientations are provided to the first model workstation 100a and the second model workstation 100b. model·
The workstations 100a and 100b are operated by the operator 3
Positions (x1, y1, z1) and directions (α1, φ1, θ1) corresponding to the respective 50 eye views,
And the positions (x2, y2, z2) and (α2, φ2, θ
In step 2), create right and left computer graphic images respectively.

【0022】記号発生装置5は侵襲装置3の位置及び方
向を受け取って、半透明スクリーン250の適当な位置
及び方向に記号を表示する。記号は、侵襲装置3の予定
経路を示す射線によって延長してもよい。ワークステー
ション・ビュー入力装置60及びイメージング装置10
からの制御信号は共に、第1のモデル・ワークステーシ
ョン100aに送ることができる。第1のモデル・ワー
クステーション100aは通信路140を介して、第2
のモデル・ワークステーション100bに制御信号を伝
搬するか、又はその代わりに、制御信号を両方のモデル
・ワークステーションに直接送ることができる。
The symbol generator 5 receives the position and orientation of the invasive device 3 and displays the symbol at the appropriate position and orientation of the translucent screen 250. The symbol may be extended by a ray indicating the planned path of the invasion device 3. Workstation view input device 60 and imaging device 10
Control signals from both can be sent to the first model workstation 100a. The first model workstation 100a is connected to the second model workstation 100a via the communication path 140.
Control signals can be propagated to the model workstation 100b, or alternatively, the control signals can be sent directly to both model workstations.

【0023】半透明スクリーン250で必要とされる場
合には、左及び右のビューにそれぞれ関係している左及
び右のコンピュータ生成画像がビデオ・フォーマットに
変換される。この変換は、走査変換器192a及び19
2b(破線で示す)によって行われ、走査変換器192
a及び192bは、変換されたコンピュータ生成信号を
シーケンサ198に送る。シーケンサ198は、ステレ
オスコピック・ディスプレイズ・アンド・アプリケーシ
ョンズ・プロシーディングズ・エスピーアイイー誌所載
のエム・スタークスによる「フィールド順次の立体的な
運動画像及び映像のビデオテープ録画、編集及び表示を
行うための低コストな携帯用装置」(”Portabl
e, Low Cost Devices for V
ideotaping,Editing, and D
isplaying FieldSequential
Stereoscopic Motion Pict
ures and Video” by M.Star
ks, Stereoscopic Displays
and Applications Proc.SP
IE Vol.1256,pp.266−271,19
90)に記述されているような通常のビデオ・シーケン
サとすることができる。
When required by the translucent screen 250, the left and right computer-generated images associated with the left and right views, respectively, are converted to a video format. This conversion involves scan converters 192a and 19a.
2b (shown in phantom) and scan converter 192
a and 192b send the converted computer-generated signal to sequencer 198. The sequencer 198 is a videotape recording, editing and displaying of field sequential stereoscopic motion images and videos by M. Starks, published by Stereoscopic Displays and Applications Proceedings SPII. A low cost portable device to do ”(“ Portabl
e, Low Cost Devices for V
videotaping, Editing, and D
Displaying Field Sequential
Stereoscopic Motion Pict
ures and Video ”by M. Star
ks, Stereoscopic Displays
and Applications Proc. SP
IE Vol. 1256, pp. 266-271, 19
It can be a conventional video sequencer as described in 90).

【0024】シーケンサ198は、左のコンピュータ生
成画像を半透明スクリーン250に送る。シーケンサ1
98は次に、右のコンピュータ生成画像を半透明スクリ
ーン250に送る。シーケンサ198は同期して毎秒多
数回、左のビューと右のビューとを切り換える。半透明
スクリーン250に表示された画像が時間多重化される
ことにより、操作者の左目と右目とに対する画像が交互
に作成される。立体的ビュアー252はシーケンサ19
8に同期して、操作者の左目又は右目の視力を阻止する
ように動作する。これにより、反対側の目は瞬間、半透
明スクリーン250上の画像を見ることができ、このこ
とが反対の右目又は左目についても同様に行われる。こ
れにより操作者350は、右目が何も見ていない間に左
目で左の画像を見ることができ、左目が何も見ていない
間に右目で右の画像を見ることができ、これを素早く連
続して行うことができる。これにより立体的な幻影が作
成され、半透明スクリーン250に表示された画像を見
る際に深さを認識するための次元が付加される。手術で
は、深さの認識は非常に有益である。深さを認識するこ
とにより、視覚的に構造の位置決めを行う助けとなる寸
法が付加されるからである。このことは、複雑で細心の
注意を要する手術において特に重要である。
Sequencer 198 sends the left computer-generated image to semi-transparent screen 250. Sequencer 1
98 then sends the right computer-generated image to the translucent screen 250. The sequencer 198 synchronously switches between the left view and the right view many times per second. By time-multiplexing the images displayed on the semi-transparent screen 250, images for the left and right eyes of the operator are created alternately. The stereoscopic viewer 252 is the sequencer 19
In synchronism with 8, it operates to block the visual acuity of the left or right eye of the operator. This allows the opposite eye to see the image on the translucent screen 250 at the moment, and so on for the opposite right or left eye. This allows the operator 350 to see the left image with the left eye while the right eye is not seeing anything, and the right image with the right eye while the left eye is not seeing anything, which can be quickly It can be performed continuously. As a result, a three-dimensional illusion is created, and a dimension for recognizing the depth when viewing the image displayed on the semitransparent screen 250 is added. Depth perception is very useful in surgery. This is because recognizing depth adds dimensions that help visually locate the structure. This is especially important in complex and delicate surgery.

【0025】本発明の両方の実施例に対して、コンピュ
ータ画像を操作者350の見る外部構造と合わせ(一致
させ)なければならない。操作者からの手動入力により
コンピュータ生成画像の回転、並進及びスケーリングを
行ってコンピュータ生成画像を半透明スクリーンを介し
て見えるシーンと一致させることにより、又は追跡装置
50を用いて初期パラメータを設定することにより、初
期設定を行うことができる。
For both embodiments of the invention, the computer image must be aligned with the external structure seen by the operator 350. Rotating, translating, and scaling the computer-generated image with manual input from an operator to match the computer-generated image with the scene seen through the translucent screen, or using the tracking device 50 to set initial parameters. The initial setting can be performed.

【0026】三次元モデルと患者1の可視画像とが一旦
揃えば、追跡装置50は視角と視野とを一定に保つ。こ
れにより、患者1の操作者のビューとコンピュータ生成
画像との間の実時間の対話的な同期化を行うことができ
る。各内部構造の画像は立体に似たものに分別すること
ができるので、この画像は立体として操作することがで
きる。患者の構造の場合、外科医は医用イメージングに
よって患者からデータを取得することができ、次に手術
の前にモデルを操作して所望の結果の計画を立てること
により手術を計画することができる。このことは、複雑
な復元手術では普通のことである。一旦計画が決められ
ると、この計画は記憶されて、手術の間に再生すること
ができる。内部構造の画像は、実際の患者と一致するよ
うに、対話的に方向付けされると共にスケーリングされ
る。
Once the three-dimensional model and the visible image of the patient 1 are aligned, the tracking device 50 keeps the viewing angle and field of view constant. This allows real-time interactive synchronization between the operator's view of patient 1 and the computer-generated image. Since the image of each internal structure can be classified into a stereoscopic image, this image can be operated as a stereoscopic image. In the case of patient structure, the surgeon can obtain data from the patient by medical imaging and then plan the surgery by manipulating the model to plan for the desired outcome prior to the surgery. This is common in complex reconstructive surgery. Once a plan has been determined, this plan can be stored and replayed during surgery. The image of the internal structure is interactively oriented and scaled to match the actual patient.

【0027】ユーザは図1及び図2のワークステーショ
ン・ビュー入力装置60を用いることにより、モデルの
構造を切るべき平面をそれぞれ選択し、モデルの三次元
の方向を選択すると共に、ワークステーション・ビュー
領域を決めるスクリーン・カット平面を選択する。モデ
ル・ワークステーションは、モデル・カット平面内の点
を決定するためのクリッピング回路と、点及び法線ベク
トルを回転させるための回転回路と、分別プロセッサ
と、各々の点での法線ベクトルの方向に基づくシェーデ
ィング(shading)を決定するシェーディング回
路とを含んでいてもよい。更に、スクリーン・クリッピ
ング回路を用いて、スクリーン・カット平面によって画
定されている領域内の点を決定することができる。モデ
ル・ワークステーションは又、ビデオ信号を発生するた
めの表示回路を含んでいてもよい。このビデオ信号は、
適当な表示装置に伝搬されると、所望の表示領域及びス
クリーン・カット平面内にある多重表面の画像を生成す
る。
The user uses the workstation view input device 60 of FIGS. 1 and 2 to select a plane to cut the structure of the model, a three-dimensional direction of the model, and a workstation view. Select the screen cut plane that defines the area. The model workstation has a clipping circuit to determine points in the model cut plane, a rotation circuit to rotate the points and the normal vector, a classification processor, and the direction of the normal vector at each point. Shading circuit that determines shading based on In addition, a screen clipping circuit can be used to determine points within the area defined by the screen cut plane. The model workstation may also include display circuitry for generating a video signal. This video signal is
When propagated to a suitable display device, it produces images of multiple surfaces lying in the desired display area and screen cut plane.

【0028】切除手術のような徹底的な手術、又は大き
な外傷の場合には、正常な組織が何であるかを正しく決
定するために残っている構造が殆どない。これらの場合
には、付加的なモデル・ワークステーションに正常な構
造のモデルを記憶させることもできる。この正常な構造
のモデルは、表示されている他の画像と混合されて、復
元手術のガイドとしての役割を果たす。これは、付加的
なワークステーション又はモデル操作盤によって具体化
することができる。
In the case of a thorough surgery, such as a resection surgery, or a major trauma, there is little structure left to properly determine what the normal tissue is. In these cases, an additional model workstation could be used to store a model of normal structure. This model of normal structure, mixed with other displayed images, serves as a guide for reconstructive surgery. This can be embodied by an additional workstation or model control panel.

【0029】本発明の本実施例では、操作者350と患
者1との間に半透明スクリーン250が挿入されてい
る。スクリーン250は液晶表示装置で構成することが
でき、又は、スクリーン250はビデオ・モニタからの
画像を反射している部分的に銀めっきされた鏡で構成す
ることができる。半透明スクリーン250は、患者1の
関心のある領域の寸法と寸法がほぼ等しい比較的大きい
装置として構成することができる。又はその代わりに、
半透明スクリーン250を小さな寸法として、操作者の
目に比較的近接して配置し、ヘッドギア又はアイウェア
に組み入れることができる。
In this embodiment of the invention, a semi-transparent screen 250 is inserted between the operator 350 and the patient 1. The screen 250 can be composed of a liquid crystal display, or the screen 250 can be composed of a partially silvered mirror that reflects the image from the video monitor. The semi-transparent screen 250 can be configured as a relatively large device whose dimensions are approximately equal to the dimensions of the region of interest of the patient 1. Or instead,
The translucent screen 250 can be of small size, placed relatively close to the operator's eyes and incorporated into headgear or eyewear.

【0030】本発明の一実施例では、半透明スクリーン
は可動アーム7に取り付けられている。可動アーム7に
よって、患者1と操作者350との間の任意の位置にス
クリーンを配置することができる。これにより、頭に装
着された表示装置では不可能となる本発明の使用が可能
となる。例えば、半透明スクリーン250を書き込み可
能な表面である材料で形成すると、操作者350はイン
ク・マーカを用いて関心のある領域(例えば、切開の位
置)を描いたり又は注釈を書いたりすることができ、こ
れらは近くにいる他の人も見ることができる。
In one embodiment of the invention, the translucent screen is attached to the movable arm 7. The movable arm 7 allows the screen to be arranged at any position between the patient 1 and the operator 350. This allows the use of the present invention which is not possible with a display device worn on the head. For example, if the translucent screen 250 is formed of a material that is a writable surface, the operator 350 may use ink markers to draw or annotate the area of interest (eg, the location of the incision). Yes, these can be seen by others nearby.

【0031】頭に装着された表示装置では可能でない本
発明のもう1つの使用は、表示スクリーンの位置及び方
向を用いて、スクリーンに表示される画像を判定するこ
とである。次に入力装置60を用いて、患者の内部の画
像平面の深さを調整することができる。従って、これを
用いて、患者を走査して内部構造を探し、侵襲装置の予
定経路が正しいかどうかを判定することができる。
Another use of the invention not possible with head-mounted display devices is to use the position and orientation of the display screen to determine the image displayed on the screen. The input device 60 can then be used to adjust the depth of the image plane inside the patient. Therefore, it can be used to scan the patient for internal structures to determine if the planned path of the invasive device is correct.

【0032】選択的に、侵襲装置を保持する侵襲位置決
め器9がシステムに付加される。これも追跡手段50に
よって追跡され、侵襲装置の位置及び方向が監視されて
モデル・ワークステーションに供給される。追跡するこ
とが好ましい点は、端点及び侵襲位置決め器9の少なく
とも1つの他方の点であり、これにより、侵襲装置の位
置と共に方向が確かめられる。
Optionally, an invasive positioner 9 holding an invasive device is added to the system. This is also tracked by the tracking means 50 and the position and orientation of the invasive device is monitored and fed to the model workstation. Preferred points to track are the endpoints and at least one other point of the invasive positioner 9, which ascertains the orientation as well as the position of the invasive device.

【0033】新規な可視化システムのいくつかの現在好
ましい実施例を詳細に説明してきたが、当業者は多数の
改変及び変更を考え付き得る。従って、本発明の要旨に
入るこのようなすべての改変及び変更を包含するように
特許請求の範囲を記載してあることは理解されるべきで
ある。
While we have described in detail some presently preferred embodiments of the novel visualization system, many modifications and variations will occur to those skilled in the art. Therefore, it should be understood that the appended claims are intended to cover all such modifications and variations that fall within the spirit of the invention.

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

【図1】本発明による医用表示装置の第1の実施例の概
略ブロック図である。
FIG. 1 is a schematic block diagram of a first embodiment of a medical display device according to the present invention.

【図2】本発明による医用表示装置の第2の実施例の概
略ブロック図である。
FIG. 2 is a schematic block diagram of a second embodiment of the medical display device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 患者 3 侵襲装置 5 記号発生装置 7 可動アーム 10 医用イメージング装置 50 追跡装置 100、100a、100b モデル・ワークステーシ
ョン 250 半透明スクリーン 252 立体的ビュアー 350 操作者
1 patient 3 invasive device 5 symbol generator 7 movable arm 10 medical imaging device 50 tracking device 100, 100a, 100b model workstation 250 semi-transparent screen 252 stereoscopic viewer 350 operator

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 G03B 42/02 A61B 5/05 380 (72)発明者 ウィリアム・ジョン・アダムス アメリカ合衆国、ニューヨーク州、クリフ トン・パーク、バルデペナス・レーン、6 番Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical indication location G03B 42/02 A61B 5/05 380 (72) Inventor William John Adams Clifton Park, New York, United States , Valdepenas Lane, number 6

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 操作者による患者のビューと一致してい
る患者の内部構造の対話形画像を操作者に表示する実時
間医用装置であって、 (a) 与えられた画像を、当該スクリーンを通して見
える構造に重ね合わされて現れるように調整可能な透明
度で表示する半透明スクリーンと、 (b) 前記操作者が前記半透明スクリーンを通して前
記患者を見ることができるように、前記操作者と前記患
者との間の選択された位置に前記半透明スクリーンを保
持する機械的アームと、 (c) 前記操作者、前記患者及び前記半透明スクリー
ンの位置及び方向を繰り返し測定する追跡装置と、 (d) 該追跡装置に接続されており、前記位置及び方
向を受け取ると共に、一組の記憶されたイメージングデ
ータから前記操作者、前記患者及び前記半透明スクリー
ンの相対位置及び方向と一致した内部構造の画像を前記
半透明スクリーン上に形成するワークステーションとを
備えた実時間医用装置。
1. A real-time medical device for displaying to an operator an interactive image of a patient's internal structure consistent with the operator's view of the patient, comprising: (a) presenting a given image through the screen. A translucent screen with adjustable transparency so that it appears superimposed on the visible structure; and (b) the operator and the patient so that the operator can view the patient through the translucent screen. A mechanical arm for holding the translucent screen in a selected position between: (c) a tracking device for repeatedly measuring the position and orientation of the operator, the patient and the translucent screen, (d) It is connected to a tracking device and receives the position and orientation and from the set of stored imaging data the operator, the patient and the translucent screen. Real-time medical device that includes a workstation the image of the relative position and direction consistent with internal structure formed on the translucent screen.
【請求項2】 前記患者の内部構造の一組の三次元イメ
ージングデータを求める医用イメージング・システムを
更に含んでいる請求項1に記載の実時間医用装置。
2. The real-time medical device of claim 1, further comprising a medical imaging system that determines a set of three-dimensional imaging data of the patient's internal structure.
【請求項3】 (a) 前記追跡装置により追跡されて
いる位置及び方向を有している侵襲装置と、 (b) 該侵襲装置の位置及び方向を示す記号を前記半
透明スクリーン上に重ね合わせる記号発生手段とを更に
含んでいる請求項1に記載の実時間医用装置。
3. (a) an invasive device having a position and a direction tracked by the tracking device; and (b) a symbol indicating the position and the direction of the invasive device is superimposed on the semitransparent screen. The real-time medical device according to claim 1, further comprising symbol generation means.
【請求項4】 前記記号発生手段は、前記侵襲装置の現
在の方向及び前記患者の内部構造への前記侵襲装置の予
定経路を示す射線を表示する手段を更に含んでいる請求
項1に記載の実時間医用装置。
4. The symbol generating means further comprises means for displaying a ray indicating the current orientation of the invasive device and the planned path of the invasive device to the internal structure of the patient. Real-time medical device.
【請求項5】 前記追跡装置は、前記操作者の各々の目
に対応している第1の位置及び方向並びに第2の位置及
び方向を決定しており、前記ワークステーションは、前
記第1の位置及び方向に関連した画像を形成しており、 (a) 前記第2の位置及び方向から見たときの前記患
者の内部構造の第2の画像を前記イメージングデータか
ら形成する第2のワークステーションと、 (b) 前記半透明スクリーンと同期した立体表示手段
であって、第1のコンピュータ生成画像が表示されてい
るときに前記操作者の一方の目のみが前記半透明スクリ
ーンを見ることができるようにすると共に第2のコンピ
ュータ生成画像が表示されているときに前記操作者の他
方の目が前記半透明スクリーンを見ることができるよう
にし、これにより前記患者の外部構造の上に重ね合わさ
れた内部構造の三次元画像を模擬する立体表示手段とを
更に含んでいる請求項1に記載の実時間医用装置。
5. The tracking device determines a first position and a direction and a second position and direction corresponding to each eye of the operator, and the workstation determines the first position and direction. An image associated with position and orientation is formed, and (a) a second workstation for forming a second image of the internal structure of the patient from the imaging data when viewed from the second position and orientation. And (b) stereoscopic display means synchronized with the semi-transparent screen, wherein only one eye of the operator can see the semi-transparent screen when the first computer-generated image is displayed. And allowing the other eye of the operator to see the translucent screen when the second computer-generated image is being displayed, whereby the exterior of the patient is exposed. Real-time medical device of claim 1 further comprising a stereoscopic display means for simulating a three-dimensional image of superimposed inner structure on the concrete.
【請求項6】 前記半透明スクリーンは、その上に書か
れたり消されたりすることの可能な材料で構成されてい
る表面を有している請求項1に記載の実時間医用装置。
6. The real-time medical device according to claim 1, wherein the translucent screen has a surface comprised of a material that can be written and erased on it.
【請求項7】 患者に医用手順を遂行するために操作者
を支援する方法であって、 (a) 前記患者の内部構造から多次元医用イメージン
グデータを取得する工程と、 (b) 前記操作者と前記患者との間で位置及び方向を
選択する工程と、 (c) 前記操作者が自立形の半透明スクリーンを通し
て前記患者を見ることができるように、選択された前記
位置及び方向に前記半透明スクリーンを位置決めする工
程と、 (d) 前記患者、前記操作者及び前記半透明スクリー
ンの位置(x,y,z)及び方向角(α,φ,θ)を測
定する工程と、 (e) 前記医用イメージングデータから、測定された
前記位置(x,y,z)及び方向角(α,φ,θ)と一
致した前記内部構造のコンピュータ生成画像を形成する
工程と、 (f) 前記医用手順で前記操作者を支援するために前
記患者の上に重ね合わされた内部構造の幻影を形成する
ように、前記半透明スクリーン上に所望の透明度で前記
コンピュータ生成画像を表示する工程とを備えた患者に
医用手順を遂行するために操作者を支援する方法。
7. A method for assisting an operator in performing a medical procedure on a patient, comprising: (a) obtaining multidimensional medical imaging data from internal structure of the patient; and (b) the operator. And (c) selecting a position and orientation between the patient and the patient, and (c) selecting the position and orientation so that the operator can view the patient through a self-supporting semi-transparent screen. Positioning the transparent screen, (d) measuring the position (x, y, z) and the direction angle (α, φ, θ) of the patient, the operator and the semi-transparent screen; (e) Forming a computer-generated image of the internal structure that matches the measured position (x, y, z) and orientation angle (α, φ, θ) from the medical imaging data; and (f) the medical procedure. At the operator Displaying the computer-generated image at the desired transparency on the translucent screen so as to create an illusion of internal structure overlaid on the patient to assist in performing a medical procedure on the patient. How to assist an operator to carry out.
【請求項8】 前記多次元医用イメージングデータを取
得する工程は、医用イメージング・システムにより実時
間で実行される請求項7に記載の操作者を支援する方
法。
8. The method of claim 7, wherein the step of acquiring multidimensional medical imaging data is performed in real time by a medical imaging system.
【請求項9】 前記コンピュータ画像を形成する工程
は、 (a) 前記医用イメージングデータから、前記測定さ
れた位置及び方向角に一致した前記内部構造の一対のコ
ンピュータ生成立体画像を形成する工程を含んでおり、 前記コンピュータ生成画像を表示する工程は、 (b) 前記医用手順で前記操作者を支援するために前
記患者の上に重ね合わされた内部構造の立体幻影を形成
するように、前記半透明スクリーン上に所望の透明度で
前記一対のコンピュータ生成画像を表示する工程を含ん
でいる請求項7に記載の操作者を支援する方法。
9. The step of forming the computer image includes: (a) forming from the medical imaging data a pair of computer-generated stereoscopic images of the internal structure that match the measured position and orientation angle. And (b) the translucent so as to form a stereoscopic illusion of internal structure superimposed on the patient to assist the operator in the medical procedure. A method as claimed in claim 7 including the step of displaying the pair of computer generated images with desired transparency on a screen.
【請求項10】 前記操作者による前記患者のビューに
対応するように左のコンピュータ生成画像及び右のコン
ピュータ生成画像の距離及び方向角を調整する工程を更
に含んでいる請求項7に記載の操作者を支援する方法。
10. The operation of claim 7, further comprising adjusting the distance and direction angle of the left computer-generated image and the right computer-generated image to correspond to the view of the patient by the operator. To help the person.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001017408A (en) * 1999-06-10 2001-01-23 General Electric Co <Ge> Mri system and method for mri scan
EP1080695A1 (en) 1999-08-31 2001-03-07 Hitachi, Ltd. Medical treatment apparatus and method for supporting or controlling medical treatment
JP2006158767A (en) * 2004-12-09 2006-06-22 Hitachi Medical Corp Nuclear magnetic resonance photographing apparatus
JP2007518521A (en) * 2004-01-20 2007-07-12 スミス アンド ネフュー インコーポレーテッド System and method for minimally invasive incision
JP2013205526A (en) * 2012-03-28 2013-10-07 Sony Corp Display device and display control method
WO2019092954A1 (en) * 2017-11-07 2019-05-16 ソニー・オリンパスメディカルソリューションズ株式会社 Medical display apparatus and medical observation apparatus

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10210650B4 (en) * 2002-03-11 2005-04-28 Siemens Ag Method for the three-dimensional representation of a study area of a patient in the form of a 3D reconstruction image and medical examination and / or treatment facility
DE10340544B4 (en) * 2003-09-01 2006-08-03 Siemens Ag Device for visual support of electrophysiology catheter application in the heart
DE10340546B4 (en) * 2003-09-01 2006-04-20 Siemens Ag Method and apparatus for visually assisting electrophysiology catheter application in the heart
DE102005059209B4 (en) 2005-12-12 2010-11-25 Siemens Ag Method and device for visualizing a sequence of tomographic image data sets

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001017408A (en) * 1999-06-10 2001-01-23 General Electric Co <Ge> Mri system and method for mri scan
EP1080695A1 (en) 1999-08-31 2001-03-07 Hitachi, Ltd. Medical treatment apparatus and method for supporting or controlling medical treatment
US6557558B1 (en) 1999-08-31 2003-05-06 Hitachi, Ltd. Medical treatment apparatus
JP2007518521A (en) * 2004-01-20 2007-07-12 スミス アンド ネフュー インコーポレーテッド System and method for minimally invasive incision
JP2006158767A (en) * 2004-12-09 2006-06-22 Hitachi Medical Corp Nuclear magnetic resonance photographing apparatus
JP2013205526A (en) * 2012-03-28 2013-10-07 Sony Corp Display device and display control method
US9952657B2 (en) 2012-03-28 2018-04-24 Sony Corporation Display apparatus and display control method
WO2019092954A1 (en) * 2017-11-07 2019-05-16 ソニー・オリンパスメディカルソリューションズ株式会社 Medical display apparatus and medical observation apparatus
JPWO2019092954A1 (en) * 2017-11-07 2020-11-12 ソニー・オリンパスメディカルソリューションズ株式会社 Medical display device and medical observation device
US11376095B2 (en) 2017-11-07 2022-07-05 Sony Olympus Medical Solutions Inc. Medical display device and medical observation device

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