(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の医用画像を撮像する医用画像撮像装置と、前記医用画像を表示する表示装置と、前記被検体の位置情報を検出するために前記被検体に相対位置関係を固定して設けられる被検体位置検出具と、前記医用画像撮像装置の位置情報を検出するために前記医用画像撮像装置に固定して設けられる撮像装置位置検出具と、前記被検体位置検出具と前記撮像装置位置検出具のそれぞれの位置情報を計測するための三次元位置計測装置と、前記被検体の位置情報と前記医用画像の位置情報の位置合わせを行う医用画像表示装置とを備えてなる医用画像表示装置システムであって、
前記医用画像表示装置は、前記医用画像に付された画像位置及び向きを含む位置情報が展開される医用画像座標系Ｃ５と前記被検体位置検出具により展開される被検体位置検出座標系Ｃ２を、前記医用画像撮像装置の撮像装置座標系Ｃ３及び撮像空間座標系Ｃ４と三次元位置計測座標系Ｃ１を介して座標変換する同次座標変換行列Ｔ５を算出し、該同次座標変換行列Ｔ５を前記被検体の位置情報と前記医用画像の位置情報の位置合わせ情報として用いることを特徴とする医用画像表示装置システム。
【請求項２】
請求項１に記載の医用画像表示装置システムにおいて、
前記医用画像表示装置は、
前記三次元位置計測装置により展開される三次元空間位置座標系Ｃ１を前記被検体位置検出具により展開される被検体位置検出座標系Ｃ２に変換する同次座標変換行列Ｔ１を算出し、
前記三次元空間位置座標系Ｃ１と、前記撮像装置位置検出具により展開される撮像装置位置検出座標系Ｃ３と、前記医用画像撮像装置の撮像空間により展開される撮像空間座標系Ｃ４と、前記医用画像に付された画像の位置情報の医用画像座標系Ｃ５とに基づいて、前記被検体位置検出座標系Ｃ２を前記医用画像座標系Ｃ５に変換する同次座標変換行列Ｔ５を算出することを特徴とする医用画像表示装置システム。
【請求項３】
請求項２に記載の医用画像表示装置システムにおいて、
前記医用画像表示装置は、
前記同次座標変換行列Ｔ１とＴ５に基づいて、前記三次元位置計測装置により計測される前記被検体位置検出具の位置情報の変化に対応させて前記三次元空間位置座標系Ｃ１を前記医用画像座標系Ｃ５に変換する同次座標変換行列Ｔregを算出して前記位置合わせ情報とすることを特徴とする医用画像表示装置システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の医用画像表示装置システムにおいて、
さらに、前記被検体に手術を施す術具の位置情報を検出するための術具位置検出具を有し、
前記医用画像表示装置は、三次元位置計測座標系Ｃ１で計測される術具の位置情報を前記同次座標変換行列Ｔ５又はＴregを用いて医用画像座標系Ｃ５の位置情報に変換して、前記術具の仮想術具表示を前記医用画像に重ねて表示させることを特徴とする医用画像表示装置システム。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の医用画像表示装置システムにおいて、
前記医用画像撮像装置が超音波医用撮像装置であり、前記超音波撮像装置の超音波プローブの位置情報を検出するためのプローブ位置検出具を備え、
前記医用画像表示装置は、三次元位置計測座標系Ｃ１で計測される前記超音波プローブの位置情報を前記同次座標変換行列Ｔ５又はＴregを用いて医用画像座標系Ｃ５の位置情報に変換して、前記超音波プローブの仮想プローブ表示を前記医用画像に重ねて表示させることを特徴とする医用画像表示装置システム。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の医用画像表示装置システムにおいて、
前記医用画像に付された画像位置及び向きを含む位置情報は、ＤＩＣＯＭ情報であることを特徴とする医用画像表示装置システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の医用画像表示装置システムにおいて、
前記医用画像表示装置は、前記三次元位置計測装置により計測される前記被検体位置検出具の位置情報を取得する度に前記位置合わせ情報を更新することを特徴とする医用画像表示システム。
【請求項８】
請求項７に記載の医用画像表示システムにおいて、
前記医用画像表示装置は、前記被検体位置検出具の位置情報を計測できないときは、更新前の前記位置合わせ情報を用いることを特徴とする医用画像表示システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の医用画像表示システムにおいて、
前記医用画像表示装置は、前記被検体位置検出具の位置情報が取得できなった場合に、前記位置合わせ情報が更新できなかったことを前記表示装置に警告表示することを特徴とする医用画像表示システム。
【請求項１０】
請求項４に記載の医用画像表示システムにおいて、
前記医用画像表示装置は、前記被検体位置検出具が複数設けられている場合は、前記複数の被検体位置検出具のそれぞれについて前記位置合わせ情報Ｔ５又はＴregを生成し、三次元位置計測座標系Ｃ１で計測される術具の複数の位置情報を前記同次座標変換行列Ｔ５又はＴregを用いてそれぞれ前記医用画像座標系Ｃ５の位置情報に変換し、変換された前記医用画像座標系Ｃ５の複数の位置情報に基づいて一の位置情報を求め、求めた一の位置情報に基づいて前記術具の仮想術具表示を前記医用画像に重ねて表示させることを特徴とする医用画像表示システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の医用画像表示システムにおいて
前記医用画像表示装置は、変換された前記医用画像座標系Ｃ５の複数の位置情報に基づいて、位置合わせ精度を判定する閾値と比較し、位置合わせ精度の低下を警告表示することを特徴とする医用画像表示システム。
【請求項１２】
被検体の医用画像を撮像する医用画像撮像装置と、前記医用画像を表示する表示装置と、前記被検体の位置情報を検出するために前記被検体に相対位置関係を固定して設けられる被検体位置検出具と、前記医用画像撮像装置の位置情報を検出するために前記医用画像撮像装置に固定して設けられる撮像装置位置検出具と、前記被検体位置検出具と前記撮像装置位置検出具のそれぞれの位置情報を計測するための三次元位置計測装置とを用いて、前記被検体の位置情報と前記医用画像の位置情報の位置合わせを行う医用画像誘導方法であって、
前記医用画像に付された画像位置及び向きを含む位置情報が展開される医用画像座標系Ｃ５と前記被検体位置検出具により展開される被検体位置検出座標系Ｃ２を、前記医用画像撮像装置の撮像装置座標系Ｃ３及び撮像空間座標系Ｃ４と三次元位置計測座標系Ｃ１を介して座標変換する同次座標変換行列Ｔ５を算出し、該同次座標変換行列Ｔ５を前記被検体の位置情報と前記医用画像の位置情報の位置合わせ情報として用いることを特徴とする医用画像誘導方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の医用画像誘導方法において、
前記三次元位置計測装置により展開される三次元空間位置座標系Ｃ１を前記被検体位置検出具により展開される被検体位置検出座標系Ｃ２に変換する同次座標変換行列Ｔ１を算出し、
前記三次元空間位置座標系Ｃ１と、前記撮像装置位置検出具により展開される撮像装置位置検出座標系Ｃ３と、前記医用画像撮像装置の撮像空間により展開される撮像空間座標系Ｃ４と、前記医用画像に付された画像の位置情報の医用画像座標系Ｃ５とに基づいて、前記被検体位置検出座標系Ｃ２を前記医用画像座標系Ｃ５に変換する同次座標変換行列Ｔ５を算出することを特徴とする医用画像誘導方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の医用画像誘導方法において、
前記同次座標変換行列Ｔ１とＴ５に基づいて、前記三次元位置計測装置により計測される前記被検体位置検出具の位置情報の変化に対応させて前記三次元空間位置座標系Ｃ１を前記医用画像座標系Ｃ５に変換する同次座標変換行列Ｔregを算出して前記位置合わせ情報とすることを特徴とする医用画像誘導方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の医用画像誘導方法において、
さらに、前記被検体に手術を施す術具の位置情報を検出するための術具位置検出具を用い、
三次元位置計測座標系Ｃ１で計測される術具の位置情報を前記同次座標変換行列Ｔ５又はＴregを用いて医用画像座標系Ｃ５の位置情報に変換して、前記術具の仮想術具表示を前記医用画像に重ねて表示させることを特徴とする医用画像誘導方法。
【請求項１６】
請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の医用画像誘導方法において、
前記医用画像撮像装置として超音波医用撮像装置と、前記超音波撮像装置の超音波プローブの位置情報を検出するためのプローブ位置検出具を用い、
三次元位置計測座標系Ｃ１で計測される前記超音波プローブの位置情報を前記同次座標変換行列Ｔ５又はＴregを用いて医用画像座標系Ｃ５の位置情報に変換して、前記超音波プローブの仮想プローブ表示を前記医用画像に重ねて表示させることを特徴とする医用画像誘導方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、超音波撮像装置などの医用画像撮像装置で得られる医用画像を用いた医用画像誘導（ナビゲーション）機能を有する医用画像表示装置及び医用画像誘導方法に係り、具体的には被検体である実空間の患者位置と画像位置との位置合わせ（レジストレーション）を行なう技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
医用画像誘導機能を有する医用画像表示装置は、術者が操作する術具や超音波プローブの実空間における位置情報を検出して、医用画像撮像装置で得られる医用画像上に術具等の仮想画像を描画することにより、術者の操作を誘導するものである。このような医用画像表示装置では、撮像される実空間の患者位置の変化に合わせ、患者位置と撮像された医用画像との位置合わせするため、従来、医用撮像マーカーを用いた手法が種々提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１７００７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、医用撮像マーカーを用いた従来技術は、いずれも、医用画像上に撮影された医用撮像マーカーの位置を特定する手段と、実空間の患者上に設定された医用撮像マーカーの位置を特定する手段を用いて、患者位置と画像位置との位置合わせを行なっている。そのため、医用撮像マーカーの位置特定作業のために、手術前の貴重な時間が費やされるという問題がある。
【０００５】
一方、医用画像上の医用撮像マーカーの位置を画像処理により検出し、操作者の負担や所要時間を低減する手法も提案されている。しかし、医用撮像マーカーの検出能は、医用画像の画質にも依存するため、必ずしもうまく機能する保証はない。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、医用撮像マーカーを使用することなく、患者位置と画像位置との位置合わせを行なうことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の医用画像誘導方法を適用してなる医用画像表示装置システムは、被検体の医用画像を撮像する医用画像撮像装置と、前記医用画像を表示する表示装置と、前記被検体の位置情報を検出するために前記被検体に相対位置関係を固定して設けられる被検体位置検出具と、前記医用画像撮像装置の位置情報を検出するために前記医用画像撮像装置に固定して設けられる撮像装置位置検出具と、前記被検体位置検出具と前記撮像装置位置検出具のそれぞれの位置情報を計測するための三次元位置計測装置と、前記被検体の位置情報と前記医用画像の位置情報の位置合わせを行う医用画像表示装置とを備えてなる。
特に、前記医用画像表示装置は、前記医用画像に付された画像位置及び向きを含む位置情報が展開される医用画像座標系Ｃ５と前記被検体位置検出具により展開される被検体位置検出座標系Ｃ２を、前記医用画像撮像装置の撮像装置座標系Ｃ３及び撮像空間座標系Ｃ４と三次元位置計測座標系Ｃ１を用いて座標変換する同次座標変換行列Ｔ５を算出し、該同次座標変換行列Ｔ５を前記被検体の位置情報と前記医用画像の位置情報の位置合わせ情報として用いることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、医用画像には、画像位置及び向きを含む位置情報として、通常、ＤＩＣＯＭ情報が付されていることに鑑みなされたものである。しかし、ＤＩＣＯＭ情報に限られるものでないことは言うまでもなく、要は、画像位置及び向きを含む位置情報が医用画像に付されていればよい。これにより、医用画像についてＤＩＣＯＭ情報等の位置情報により医用画像座標系Ｃ５が展開される。また、被検体位置検出具により展開される被検体位置検出座標系Ｃ２と、医用画像撮像装置に設けられた撮像装置位置検出具により展開される撮像装置座標系Ｃ３と、医用画像撮像装置を基準に設定される撮像空間座標系Ｃ４は、それぞれ予め認識できる。したがって、三次元位置計測装置によって被検体位置検出具と撮像装置位置検出具の位置情報を計測することにより、三次元位置計測座標系Ｃ１と被検体位置検出座標系Ｃ２の座標変換、三次元位置計測座標系Ｃ１と医用画像座標系Ｃ５の座標変換を演算により行なうことができる。さらに、三次元位置計測座標系Ｃ１を介して、被検体位置検出座標系Ｃ２と医用画像座標系Ｃ５の同次座標変換行列Ｔ５を直接演算により算出できる。本発明は、この同次座標変換行列Ｔ５を位置合わせ情報として用いることにより、医用撮像マーカーを使用することなく、被検体の位置情報と医用画像の位置情報との位置合わせを行なうようにしたのである。
【０００９】
つまり、前記医用画像表示装置は、前記三次元位置計測装置により展開される三次元空間位置座標系Ｃ１を、前記被検体位置検出具により展開される被検体位置検出座標系Ｃ２に変換する同次座標変換行列Ｔ１を算出する。そして、前記三次元空間位置座標系Ｃ１と、前記撮像装置位置検出具により展開される撮像装置位置検出座標系Ｃ３と、前記医用画像撮像装置の撮像空間により展開される撮像空間座標系Ｃ４と、前記医用画像に付された画像の位置情報の医用画像座標系Ｃ５とに基づいて、前記被検体位置検出座標系Ｃ２を前記医用画像座標系Ｃ５に変換する同次座標変換行列Ｔ５を算出する。
【００１０】
上記の場合において、前記医用画像表示装置は、前記同次座標変換行列Ｔ１とＴ５に基づいて、前記三次元位置計測装置により計測される前記被検体位置検出具の位置情報の変化に対応させて前記三次元空間位置座標系Ｃ１を前記医用画像座標系Ｃ５に変換する同次座標変換行列Ｔregを算出して前記位置合わせ情報とすることができる。これによれば、被検体が移動するような場合でも、速やかに、移動後の位置合わせ情報を生成することができる。
【００１１】
また、本発明は、上記の場合において、さらに、前記被検体に手術を施す術具の位置情報を検出するための術具位置検出具を設け、前記医用画像表示装置は、三次元位置計測座標系Ｃ１で計測される術具の位置情報を前記同次座標変換行列Ｔ５又はＴregを用いて医用画像座標系Ｃ５の位置情報に変換して、前記術具の仮想術具表示を前記医用画像に重ねて表示させることができる。これにより、術具の仮想術具表示が医用画像に重ねてナビゲーション画像として表示されるから、術者が操作する術具を被検体の手術部位に的確に誘導することができる。
【００１２】
また、本発明は、上記の場合において、前記医用画像撮像装置が超音波医用撮像装置であり、前記超音波撮像装置の超音波プローブの位置情報を検出するためのプローブ位置検出具を備えている医用画像表示装置システムに適用することができる。この場合、前記医用画像表示装置は、三次元位置計測座標系Ｃ１で計測される前記超音波プローブの位置情報を前記同次座標変換行列Ｔ５又はＴregを用いて医用画像座標系Ｃ５の位置情報に変換して、前記超音波プローブの仮想プローブ表示を前記医用画像に重ねて表示させることができる。これにより、超音波プローブにより撮像する断層部位に超音波プローブを的確に誘導することができる。
【００１３】
なお、本発明において、前記医用画像表示装置は、前記三次元位置計測装置により計測される前記被検体位置検出具の位置情報を取得する度に前記位置合わせ情報を更新することができる。また、前記医用画像表示装置は、前記被検体位置検出具の位置情報を計測できないときは、更新前の前記位置合わせ情報を用いることができる。また、前記医用画像表示装置は、前記被検体位置検出具の位置情報が取得できなった場合に、前記位置合わせ情報が更新できなかったことを前記表示装置に警告表示することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、医用撮像マーカーを使用することなく、患者位置と画像位置との位置合わせを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の医用画像表示装置のハードウェア構成を示す図である。
【図２】本発明の医用画像誘導方法の実施例１の処理の流れを示す図である。
【図３】本発明の医用画像誘導方法の実施例１の位置合わせ前の状態を示す医用画像表示システムの概念図である。
【図４】本発明の医用画像誘導方法の実施例１の位置合わせ後の状態を示す医用画像表示システムの概念図である。
【図５】本発明の医用画像誘導方法の実施例１で用いる空間座標系と、異なる空間座標系の座標変換に用いる同次座標変換行列の関係を示す図である。
【図６】本発明の医用画像誘導方法の実施例１によるナビゲーション画像の表示画面の一例を示す図である。
【図７】本発明の医用画像誘導方法の実施例２の処理の流れを示す図である。
【図８】本発明の医用画像誘導方法の実施例３の処理の流れを示す図である。
【図９】本発明の医用画像誘導方法の実施例４によるナビゲーション画像の表示画面の他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に従って本発明に係る医用画像誘導方法を適用してなる医用画像表示装置の好ましい実施形態について説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。
【００１７】
図１に示すように、本発明の一実施の形態の医用画像表示システムは、医用画像表示装置１と、ネットワーク１２を介して医用画像表示装置１に通信可能に接続された医用画像撮像装置１３や医用画像データベース１４と、三次元位置計測装置１５を備えて構成される。医用画像表示装置１は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)２、主メモリ３、記憶装置４、表示メモリ５、表示装置６、マウス８に接続されたコントローラ７、キーボード９、ネットワークアダプタ１０が、それぞれシステムバス１１を介して接続されている。マウス８に接続されたコントローラ７及びキーボード９は、医用画像の処理条件の入力を受付ける入力装置として機能する。また、ＣＰＵ２は、入力される医用画像の処理条件に基づき、プログラムに従って医用画像処理を実行する画像処理装置として機能するようになっている。
【００１８】
三次元位置計測装置１５は、システムバス１１に信号送受可能に接続されている。医用画像撮像装置１３と医用画像データベース１４は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク１２を介して、ネットワークアダプタ１０と信号送受可能に接続されている。ここで、「信号送受可能に」とは、電気的、光学的に有線、無線を問わずに、相互にあるいは一方から他方へ信号送受可能な状態を示す。
【００１９】
また、ＣＰＵ２は、各構成要素の動作を制御する機能を備えており、記憶装置４に格納されるプログラムやプログラム実行に必要なデータを主メモリ３にロードして実行する。記憶装置４は、医用画像撮像装置１３により撮像された医用画像情報を格納する装置であり、具体的にはハードディスク等である。また、記憶装置４は、フレシキブルディスク、光(磁気)ディスク、ＺＩＰメモリ、ＵＳＢメモリ等の可搬性記録媒体とデータの受け渡しをする装置であってもよい。医用画像情報は、ネットワーク１２を介して医用画像撮像装置１３や医用画像データベース１４から取得される。また、記憶装置４には、ＣＰＵ２が実行するプログラムやプログラム実行に必要なデータが格納される。主メモリ３は、ＣＰＵ２が実行するプログラムや演算処理の途中経過を記憶するものである。
【００２０】
表示メモリ５は、液晶ディスプレイやＣＲＴ(Cathode Ray Tube)等の表示装置６に表示するための表示データを一時的に格納するものである。マウス８やキーボード９は、操作者が医用画像表示装置１に対して操作指示を行う操作デバイスである。マウス８はトラックパッドやトラックボールなどの他のポインティングデバイスであってもよい。コントローラ７は、マウス８の状態を検出して、表示装置６上のマウスポインタの位置を取得し、取得した位置情報等をＣＰＵ２へ出力するものである。ネットワークアダプタ１０は、医用画像表示装置１をＬＡＮ、電話回線、インターネット等のネットワーク１２に接続するためのものである。
【００２１】
三次元位置計測装置１５は、術具等に設けられた術具位置検出具の三次元的な位置情報を取得し、取得した位置情報をＣＰＵ２へ出力するものである。医用画像撮像装置１３は、図３に示すように被検体３０１の断層画像等の医用画像情報を取得する装置である。医用画像撮像装置１３は、例えば、ＭＲＩ装置、Ｘ線ＣＴ装置、超音波撮像装置、シンチレーションカメラ装置、ＰＥＴ装置、又はＳＰＥＣＴ装置などを適用することができる。医用画像データベース１４は、医用画像撮像装置１３によって撮像された医用画像情報を記憶するデータベースシステムである。
【００２２】
このように構成される医用画像表示装置１のＣＰＵ２は、以下に述べる実施例の医用画像誘導の演算処理を実行することにより、位置合わせ情報（レジストレーション情報）を生成する。そして、表示装置６に、医用画像撮像装置１３によって撮像された医用画像に手術を施す術具等のナビゲーション画像を表示させることができるようになっている。以下、本発明の特徴部である医用画像表示装置１の医用画像誘導方法の位置合わせ情報（レジストレーション情報）を生成する方法を、実施例に沿って説明する。
【実施例１】
【００２３】
図２は、本発明の実施例１の位置合わせ情報を生成する処理の流れを示す図である。以下、図２の各ステップについて、図３、図４及び図５を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる位置情報には、計測対象の空間座標における位置及び向き、姿勢等の情報を含む。
(ステップＳ２０１)
ＣＰＵ２は、記憶装置４又は医用画像データベース１４に事前に記憶させておいた医用画像撮像装置１３の撮像装置位置検出具３１２上で展開される撮像装置位置検出座標系Ｃ３から医用画像撮像装置１３のアイソセンタ３１３を原点として展開される撮像空間座標系Ｃ４への同次座標変換行列Ｔ３を取得する。アイソセンタ３１３は、医用画像撮像装置１３の撮像空間座標の基準点又は原点として予め設定されているものである。同次座標変換行列Ｔ３は、撮像装置位置検出座標系Ｃ３から撮像空間座標系Ｃ４への回転行列をＭ３、撮像空間座標系Ｃ４の原点に対する撮像装置位置検出座標系Ｃ３の原点への相対ベクトルをｄ３とすれば、その行列成分は次式（１）で表される。
【数１】
0005485853.tif 000002
【００２４】
（ステップＳ２０２、Ｓ２０３） 
ＣＰＵ２は、ステップＳ２０２において、三次元位置計測装置１５を用いて被検体位置検出具３１１の位置情報を計測し、この位置情報を入力として、三次元位置計測装置１５上で展開される三次元位置計測座標系Ｃ１から被検体位置検出具３１１上で展開される被検体位置検出座標系Ｃ２への同次座標変換行列Ｔ１を算出する。また、ＣＰＵ２は、ステップＳ２０３において、三次元位置計測装置１５を用いて撮像装置位置検出具３１２の位置情報を計測し、この位置情報を入力として、三次元位置計測装置１５上で展開される位置計測装置座標系Ｃ１から撮像装置位置検出座標系Ｃ３への同次座標変換行列Ｔ２を算出する。ここで、三次元位置計測装置１５から取得する計測情報が、各検出座標系から位置計測装置座標系Ｃ１への回転行列Ｍ１、Ｍ２と、位置計測装置座標系Ｃ１における位置計測装置座標系Ｃ１の原点に対する各検出座標系の原点への相対ベクトルをｄ１、ｄ２とすれば、同次座標変換行列Ｔ１，Ｔ２の行列成分はそれぞれ次式（２）で表される。
【数２】
0005485853.tif 000003
なお、ＭＲＩ装置等のように、被検体が横臥されるベッドが撮像時に移動しない撮像装置の場合は、撮像直前又は直後の各位置情報を計測し、これら各位置情報から各同次座標変換行列を算出する。一方、Ｘ線ＣＴ装置等のように撮像時にベッドが移動する撮像装置の場合は、任意の断層像を取得し、その断層位置での各位置情報を計測し、これら各位置情報から各同次座標変換行列を算出する。
【００２５】
（ステップＳ２０４）
ＣＰＵ２は、医用画像診断装置１３又は医用画像データベース１４から撮像した医用画像を取得する。取得した医用画像のＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）情報から、医用画像撮像装置１３上の撮像空間座標系Ｃ４に対する画像の位置及び方向を取得する。そして、撮像空間座標系Ｃ４の基準点として設定されたアイソセンタ３１３に対する医用画像の位置及び方向を演算して、撮像空間座標系Ｃ４から医用画像座標系Ｃ５への同次座標変換行列Ｔ４を算出する。取得した行方向、列方向の画像方向をそれぞれベクトルａ、ｂとし、各スライスデータの画像位置から割り出したボリュームデータの原点位置をベクトルｃとすれば、同次座標変換行列Ｔ４の行列成分は次式（３）で表される。
【数３】
0005485853.tif 000004
【００２６】
(ステップＳ２０５) 
ＣＰＵ２は、ステップＳ２０１で取得した同次座標変換行列Ｔ３と、ステップＳ２０２、Ｓ２０３で取得した各同次座標変換行列Ｔ１及びＴ２と、ステップＳ２０４で算出した同次座標変換行列Ｔ４とから、被検体位置検出座標系Ｃ２から医用画像座標系Ｃ５への同次座標変換行列Ｔ５を、次式（４）で算出する。このようにして、被検体位置である患者位置と医用画像位置との位置合わせ（ナビゲーション）情報として、同次座標変換行列Ｔ５を生成する。つまり、三次元位置計測装置１５により被検体位置検出具３１１の位置情報を計測すれば、同次座標変換行列Ｔ５により患者位置に対応する医用画像位置を直ちに算出して、患者位置と医用画像位置の位置合わせを行うことができる。
Ｔ５＝Ｔ４Ｔ３Ｔ２Ｔ１−１  ・・・  （４）
【００２７】
(ステップＳ２０６) 
ＣＰＵ２は、三次元位置計測装置１５を用いて、被検体３０１を移動した後の被検体位置検出具３１１の位置情報を計測し、この位置情報を入力として、三次元位置計測座標系Ｃ１から被検体位置検出座標系Ｃ２への同次座標変換行列Ｔ１′を算出する。次いで、ステップＳ２０５で算出した同次座標変換行列Ｔ５を入力として、三次元位置計測座標系Ｃ１から医用画像座標系Ｃ５への同次座標変換行列Ｔregを、次式（５）で算出する。この同次座標変換行列Ｔregは、被検体の移動に対応する位置合わせ情報として、被検体の移動に合わせて、あるいは周期的に算出する。これにより、三次元位置計測装置１５により被検体位置検出具３１１の位置情報を計測すれば、同次座標変換行列Ｔregにより患者位置に対応する医用画像位置を直ちに算出して、患者位置と医用画像位置の位置合わせを行うことができる。
Ｔreg＝Ｔ５Ｔ１′  ・・・  （５）
【００２８】
（ステップＳ２０７）
このステップは、術具等の操作を誘導するために、術具の位置情報を計測して、医用画像に術具の位置情報の表示を行う処理である。つまり、ＣＰＵ２は、三次元位置計測装置１５を用いて、図４に示す術具４０１に設けられた術具位置検出具４０２の位置情報（ベクトル）ｄsensorを計測し、この位置情報を入力として同次座標（ベクトル）ｒsensor算出し、ステップＳ２０６で算出した同次座標変換行列Ｔregを入力として、医用画像座標系Ｃ５での術具位置検出具４０２の同次座標（ベクトル）ｒimageを算出する。同次座標ｒimageは次式（６）で表される。なお、術具位置検出具４０２の位置情報ｄsensorには、術具４０１の先端までのオフセットも含まれているものとする。
【数４】
0005485853.tif 000005
このようにして、ステップＳ２０６とＳ２０７により、被検体３０１が移動された場合、その移動後の被検体位置検出具３１１の位置情報を三次元位置計測装置１５により計測して、三次元位置計測座標系Ｃ１から被検体位置検出座標系Ｃ２への被検体３０１が移動後の同次座標変換行列Ｔ１′を算出する。そして、三次元位置計測座標系Ｃ１から医用画像座標系Ｃ５への同次座標変換行列Ｔregを前記式（５）で算出する。算出された同次座標変換行列Ｔregを用いて、三次元位置計測装置１５により計測された術具位置検出具４０２の位置情報（ベクトル）ｄsensorを、医用画像座標系Ｃ５での術具位置検出具４０２の同次座標（ベクトル）ｒimageに変換する。これにより、移動操作後の術具４０１の位置情報を直ちに医用画像における位置情報に変換でき、例えば術具４０１の仮想画像表示の位置を医用画像に位置合わせすることができる。
【００２９】
（ステップＳ２０８） 
ＣＰＵ２は、同次座標ｒimageを入力として、術具先端位置でのナビゲーション画像として、例えば術具４０１の仮想画像表示を表示装置６に表示する。なお、画像処理条件（パラメータ等）については、マウス８およびキーボード９により適時入力が可能である。ＣＰＵ２は、入力される画像処理条件に応じた処理を施したナビゲーション画像を表示装置６へ表示する。
【００３０】
図６に、実施例１により得られるナビゲーション画像の表示画面の一例を示す。図示のように、表示画面５０１は、ナビゲーション画像として、被検体３０１の手術部位の直交３断面画像であるアキシャル断面５１１、サジタル断面５１２及びコロナル断面５１３と、３次元レンダリング画像５１４に、位置合わせ情報に従って形成された仮想術具表示５１５が重ねて表示されている。
また、表示画面５０１の右部上には、被検体位置計測インターフェイスである位置取得アイコン５２１と、位置合わせ実行インターフェイスであるレジストレーションアイコン５２２が入力用として表示されている。また、表示画面５０１の右部下には、画像処理指令を入力する画像閾値インターフェイス５３１、視点位置平行移動インターフェイス５３２、視点位置回転移動インターフェイス５３３及び画像拡大インターフェイス５３４のアイコンが表示されている。
【００３１】
以上説明したように、本実施例１によれば、三次元位置計測装置１５により計測される被検体３０１もしくは被検体３０１との相対的な位置関係が変化しない剛体（ベッド、固定具など）に固定された被検体位置検出具３１１の位置情報と、三次元位置計測装置１５により計測される医用画像撮像装置１３の位置情報と、医用画像撮像装置１３に固有な撮像空間の基準点（例えば、アイソセンタの位置）の位置情報と、医用画像に付された画像位置情報であるＤＩＣＯＭ情報とから、医用撮像マーカーを使用せずに、患者位置と画像位置との位置合わせに必要な位置合わせ情報を生成することができる。その位置合わせ情報と術具４０１の位置情報に基づいて、術具４０１に仮想術具表示の位置と向きを医用画像に位置合わせて表示させることにより、画像誘導を短時間で行なうことができる。
【実施例２】
【００３２】
図７は、本発明の実施例２の位置合わせ情報を生成する処理の流れを示す図である。以下、図７の各ステップについて詳細に説明する。本実施例２は、実施例１で生成した位置合わせ情報を、被検体３０１の移動に合わせて随時更新する処理である。
【００３３】
（ステップＳ６０１）
ＣＰＵ２は、三次元位置計測装置１５を用いて、被検体位置検出具３１１の位置情報を計測するごとに、実施例１のステップＳ２０６及びＳ２０７を実施し、同次座標変換行列Ｔregを随時更新し、医用画像座標系Ｃ５での術具位置検出具４０２の同次座標を算出する。
（ステップＳ６０２） 
ＣＰＵ２は、ステップＳ６０１で算出した同次座標を入力として、術具先端位置を含む仮想術具表示５１５をナビゲーション画像として表示装置６に表示する。なお、画像処理条件（パラメータ等）については、マウス８およびキーボード９により適時入力が可能であり、入力に応じた処理を実施したナビゲーション画像を表示装置６へ表示する。
【００３４】
なお、ステップＳ２０６において、被検体位置検出具３１１の位置情報が何らかの理由で検出できなかった場合には、更新前の同次座標変換行列Ｔregを用いて、医用画像座標系Ｃ５での術具位置検出具４０２の同次座標を算出してもよい。また、被検体位置検出具３１１の位置が更新できなかったことを警告表示してもよい。本実施例２によれば、実施例１の効果に加えて、被検体が移動しても画像誘導を行なうことができるという効果が得られる。
【実施例３】
【００３５】
図８は、本発明の実施例３の位置合わせ情報を生成する処理の流れを示す図である。以下、図８の各ステップについて詳細に説明する。本実施例３は、被検体位置検出具３１１が複数設置されている場合の位置合わせ方法であり、実施例１により、術具位置検出具４０２の同次座標を、複数の被検体位置検出具３１１に対してそれぞれ算出することが異なる。
【００３６】
（ステップＳ８０１）
ＣＰＵ２は、実施例１のステップＳ２０７で複数の被検体位置検出具３１１について算出した術具位置検出具４０２のそれぞれの同次座標から、術具先端位置を算出する。この場合、複数の同次座標を加算平均して１つの同次座標を算出する。あるいはこれに代えて、複数の同次座標の最頻値、平均位置からの距離に基づいた中央値、統計学的尤度に基づいた値、などを採用することができる。また、算出した術具位置検出具４０２の各同次座標の相対距離が、設定された閾値よりも大きくなった場合には、表示装置６へ位置精度が低下したことを警告表示することができる。
【００３７】
（ステップＳ８０２） 
ＣＰＵ２は、ステップＳ８０１で算出した同次座標を入力として、図６に示したように、術具先端位置を含む仮想術具表示５１５をナビゲーション画像として表示装置６に表示する。また、画像処理条件（パラメータ等）については、マウス８およびキーボード９により適時入力が可能であり、入力に応じた処理を実施したナビゲーション画像を表示装置６へ表示することは、実施例１、２と同様である。
本実施例３によれば、実施例１の効果に加えて、被検体の動きにより位置合わせ精度が低下した場合に、精度低下を通知することができる。
【実施例４】
【００３８】
図９に、本発明の実施例４の位置合わせ情報の生成処理により生成されたナビゲーション画像の他の表示例を示す。本実施例４は、実施例１〜３の術具の画像誘導方法とは異なり、超音波プローブの画像誘導方法に本発明を適用した例である。すなわち、図９の３次元レンダリング画像７１３に仮想超音波プローブ表示７１４を重ねて表示させた例である。したがって、本実施例の医用画像撮像装置１３は、超音波画像撮像装置である。そして、本実施例４の場合は、術具位置検出具に代えて超音波プローブ位置検出具を設け、超音波プローブにより撮像される断層像等の位置及び向きをナビゲーションして、撮像操作を支援する。図９において、符号７１１は任意断面のナビゲーション画像、符号７１２は超音波診断画像である。本実施例４のナビゲーション画像７１１には、超音波プローブ及び超音波スキャン面の仮想画像が描画されるようになっている。
【００３９】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。要は、医用画像撮像装置により撮像した医用画像に付されたＤＩＣＯＭ情報等の画像の位置情報と、三次元位置計測装置により計測される医用画像撮像装置の位置情報と、医用画像撮像装置の画像空間に設定された基準位置の位置情報と、被検体位置検出具の位置情報とに基づいて、被検体の位置情報と医用画像の位置情報の位置合わせ情報を生成することを特徴とする。さらに、要約すれば、医用画像に付されたＤＩＣＯＭ情報等の画像の医用画像座標系Ｃ５と被検体位置検出座標系Ｃ２を、医用画像を撮像する撮像装置座標系Ｃ３及び撮像空間座標系Ｃ４と三次元位置計測座標系Ｃ１を介して座標変換する同次座標変換行列Ｔ５を位置合わせ情報として採用したことを特徴とする。そして、この位置合わせ情報を用い、三次元位置計測座標系Ｃ１で計測される術具の位置情報を医用画像座標系Ｃ５に変換して、医用画像に重ねて表示する仮想術具表示の位置を精度良くかつ位置合わせできる。
【符号の説明】
【００４０】
１  医用画像表示装置
２  ＣＰＵ
３  主メモリ
４  記憶装置
５  表示メモリ
６  表示装置
７  コントローラ
８  マウス
９  キーボード
１０  ネットワークアダプタ
１１  システムバス
１２  ネットワーク
１３  医用画像撮影装置
１４  医用画像データベース
１５  三次元位置計測装置
３０１  被検体
３１１  被検体位置検出具
３１２  撮像装置位置検出具
３１３  アイソセンタ
４０１  術具
４０２  術具位置検出具
【図１】
0005485853.tif 000006
【図２】
0005485853.tif 000007
【図３】
0005485853.tif 000008
【図４】
0005485853.tif 000009
【図５】
0005485853.tif 000010
【図６】
0005485853.tif 000011
【図７】
0005485853.tif 000012
【図８】
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【図９】
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