JPH11276502A - フレームレス定位手術装置 - Google Patents
フレームレス定位手術装置Info
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- JPH11276502A JPH11276502A JP10340370A JP34037098A JPH11276502A JP H11276502 A JPH11276502 A JP H11276502A JP 10340370 A JP10340370 A JP 10340370A JP 34037098 A JP34037098 A JP 34037098A JP H11276502 A JPH11276502 A JP H11276502A
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Classifications
-
- 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
- A61B90/10—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 for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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- A61B2017/00681—Aspects not otherwise provided for
- A61B2017/00725—Calibration or performance testing
-
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- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 改良したフレームレス定位手術装置を提供す
る。 【解決手段】 フレームレス定位断層スキャナは、スキ
ャナ空間における座標系を定める撮像装置を包含する。
ローカライザ装置３０は、撮像装置に固定関係で取り付
けたベース部分と、撮像装置上に配置した患者の身体に
移動できる自由端とを包含する。撮像装置は、装置上に
配置された患者身体に関する、画像空間における患者身
体画像情報を生成する。ディスプレイ装置が、人ディス
プレイモニタ上にローカライザ先端位置情報と共に患者
身体画像情報を表示する。ローカライザ装置のベース部
分は、撮像装置上へ取り付ける。撮像装置は、固定ロー
カライザ装置位置のセットを定めるオーバーヘッドトラ
ック組立体を包含する。較正ファントム１２０は、スキ
ャナ空間およびローカライザ空間においてローカライザ
空間対スキャナ空間ベクトルを生成するための一組の撮
像可能タッチ点サイト１２２を含む。
る。 【解決手段】 フレームレス定位断層スキャナは、スキ
ャナ空間における座標系を定める撮像装置を包含する。
ローカライザ装置３０は、撮像装置に固定関係で取り付
けたベース部分と、撮像装置上に配置した患者の身体に
移動できる自由端とを包含する。撮像装置は、装置上に
配置された患者身体に関する、画像空間における患者身
体画像情報を生成する。ディスプレイ装置が、人ディス
プレイモニタ上にローカライザ先端位置情報と共に患者
身体画像情報を表示する。ローカライザ装置のベース部
分は、撮像装置上へ取り付ける。撮像装置は、固定ロー
カライザ装置位置のセットを定めるオーバーヘッドトラ
ック組立体を包含する。較正ファントム１２０は、スキ
ャナ空間およびローカライザ空間においてローカライザ
空間対スキャナ空間ベクトルを生成するための一組の撮
像可能タッチ点サイト１２２を含む。
Description
【０００１】本発明は、フレームレス定位手術装置、特
に対話式画像案内手術のためのフレームレス定位手術装
置に関する。本発明は、断層撮影、たとえば、フレーム
レス機械的アーム装置を用いて生検プローブなどの手術
器具を案内するＣＴ画像処理システムで実行される最小
侵襲性定位手術に関連して特別な用途が見出されるが、
以下に特にこのことに関連して説明する。しかしなが
ら、本発明が、たとえば、広範囲にわたる撮像設備およ
び超音波撮像装置および核磁気共鳴映像装置を含み、ま
た、これらの装置を用いて行われる手術を含む最小侵襲
性定位手術処置にも応用できることは了解されたい。従
来、或る種のインターベンション式手術処置、たとえ
ば、患者の身体内にカテーテル、排液チューブ、生検プ
ローブなどを設置するための手術処置を実施するための
人間の解剖学的構造撮像装置と機械的アームタイプ機構
を組み合わせたいくつかの装置が提案されている。米国
特許第５，１４２，９３０号が、患者の解剖学的構造の
１つ以上の画像を生成して、これらの画像をスクリーン
上に表示する画像処理システムと組み合わせた機械的ア
ーム装置を教示している。機械的アームが物理的空間を
通して動かされているときに機械的アームに連結した手
術器具の位置を追跡するのにコンピュータが使われる。
このコンピュータは、物理的空間の画像空間に対する変
換回転を実行して、ディスプレイ装置によって患者の画
像空間内に手術器具の位置を示す。位置フィードバック
装置が、機械的アームの各ジョイントのところに配置し
てあり、アームセグメントの回転および角度移動を検出
して患者の身体上あるいは身体内に配置された基準イン
プラント(fiducial implant)の位置に対する相対的にア
ーム上の器具の先端を追跡するようになっている。
に対話式画像案内手術のためのフレームレス定位手術装
置に関する。本発明は、断層撮影、たとえば、フレーム
レス機械的アーム装置を用いて生検プローブなどの手術
器具を案内するＣＴ画像処理システムで実行される最小
侵襲性定位手術に関連して特別な用途が見出されるが、
以下に特にこのことに関連して説明する。しかしなが
ら、本発明が、たとえば、広範囲にわたる撮像設備およ
び超音波撮像装置および核磁気共鳴映像装置を含み、ま
た、これらの装置を用いて行われる手術を含む最小侵襲
性定位手術処置にも応用できることは了解されたい。従
来、或る種のインターベンション式手術処置、たとえ
ば、患者の身体内にカテーテル、排液チューブ、生検プ
ローブなどを設置するための手術処置を実施するための
人間の解剖学的構造撮像装置と機械的アームタイプ機構
を組み合わせたいくつかの装置が提案されている。米国
特許第５，１４２，９３０号が、患者の解剖学的構造の
１つ以上の画像を生成して、これらの画像をスクリーン
上に表示する画像処理システムと組み合わせた機械的ア
ーム装置を教示している。機械的アームが物理的空間を
通して動かされているときに機械的アームに連結した手
術器具の位置を追跡するのにコンピュータが使われる。
このコンピュータは、物理的空間の画像空間に対する変
換回転を実行して、ディスプレイ装置によって患者の画
像空間内に手術器具の位置を示す。位置フィードバック
装置が、機械的アームの各ジョイントのところに配置し
てあり、アームセグメントの回転および角度移動を検出
して患者の身体上あるいは身体内に配置された基準イン
プラント(fiducial implant)の位置に対する相対的にア
ーム上の器具の先端を追跡するようになっている。
【０００２】しかしながら、上記の装置の１つの不利な
点は、かさばった定位位置決めフレームを必要とすると
いうことである。上記の提案されたシステムはアームの
ベース部材に相対的な、アーム上に支持された器具の位
置を追跡するが、手術画像の内部座標系と機械的アーム
の外部座標系との間のマッピング変換を初期化するのに
なお基準インプラントの使用を必要とする。かさばった
位置決めフレームまたは患者内に置かれる基準インプラ
ントに頼らない画像案内インターベンション式処置のた
めのフレームレス定位断層スキャナであれば、手術前に
費やされる設定時間を短縮できるし、それに加えて、患
者の身体に対して手術器具またはプローブをより正確に
かつ反復可能に位置決めすることができる。
点は、かさばった定位位置決めフレームを必要とすると
いうことである。上記の提案されたシステムはアームの
ベース部材に相対的な、アーム上に支持された器具の位
置を追跡するが、手術画像の内部座標系と機械的アーム
の外部座標系との間のマッピング変換を初期化するのに
なお基準インプラントの使用を必要とする。かさばった
位置決めフレームまたは患者内に置かれる基準インプラ
ントに頼らない画像案内インターベンション式処置のた
めのフレームレス定位断層スキャナであれば、手術前に
費やされる設定時間を短縮できるし、それに加えて、患
者の身体に対して手術器具またはプローブをより正確に
かつ反復可能に位置決めすることができる。
【０００３】米国特許第５，６２２，１７０号が、患者
の身体内の手術プローブの侵襲性部分の位置および向き
を決定するための手術装置を教示している。このシステ
ムと組み合ったコンピュータは、所定の座標系に対する
器具の位置を所定の座標系に関して定められた患者の身
体のモデルの位置と相関させることによって手術器具の
侵襲性部分の位置および向きを決定する。モデリング
は、患者に関して少なくとも３つの非共線基準点を患者
に配置することによって達成される。これらの基準点と
しては、患者上にあるインクスポット、入れ墨、放射線
不透過性ビーズまたは基準インプラントであってもよ
い。患者を所定位置で基準マーカーと共に撮像した後、
介助者は患者上の基準点の各々に手術プローブの先端を
置いて、モデル空間における基準点と、患者空間の所定
の座標系における現在の物理的な位置との関係を確立し
なければならない。
の身体内の手術プローブの侵襲性部分の位置および向き
を決定するための手術装置を教示している。このシステ
ムと組み合ったコンピュータは、所定の座標系に対する
器具の位置を所定の座標系に関して定められた患者の身
体のモデルの位置と相関させることによって手術器具の
侵襲性部分の位置および向きを決定する。モデリング
は、患者に関して少なくとも３つの非共線基準点を患者
に配置することによって達成される。これらの基準点と
しては、患者上にあるインクスポット、入れ墨、放射線
不透過性ビーズまたは基準インプラントであってもよ
い。患者を所定位置で基準マーカーと共に撮像した後、
介助者は患者上の基準点の各々に手術プローブの先端を
置いて、モデル空間における基準点と、患者空間の所定
の座標系における現在の物理的な位置との関係を確立し
なければならない。
【０００４】本発明によれば、フレームレス定位手術装
置が得られる。この手術装置は、スキャナ空間IIにおい
て座標系を定める撮像装置を包含する。この撮像装置
は、その上に患者の身体を受け入れ、スキャナ空間IIに
設置した患者の身体に関して画像空間における第１患者
身体画像情報を生成するようになっている。ローカライ
ザ装置が設けてあり、これは、撮像装置に固定関係で取
り付けたベース部分と、前記スキャナ空間IIに配置した
患者身体に隣接した種々の位置に選択的に移動できるよ
うになっている自由端とを有する。ローカライザ装置と
組み合わせた位置トランスジューサが、ローカライザ空
間Ｒにおいて、ローカライザ装置のベース部分に対して
相対的なローカライザ装置の自由端の第１先端位置情報
を生成する。変換プロセッサが、ローカライザ空間Ｒに
おける第１先端位置情報をスキャナ空間IIおよび画像空
間Ｉのうち少なくとも一方におけるローカライザ装置の
自由端の第１変換済み先端位置情報に変換するようにな
っている。
置が得られる。この手術装置は、スキャナ空間IIにおい
て座標系を定める撮像装置を包含する。この撮像装置
は、その上に患者の身体を受け入れ、スキャナ空間IIに
設置した患者の身体に関して画像空間における第１患者
身体画像情報を生成するようになっている。ローカライ
ザ装置が設けてあり、これは、撮像装置に固定関係で取
り付けたベース部分と、前記スキャナ空間IIに配置した
患者身体に隣接した種々の位置に選択的に移動できるよ
うになっている自由端とを有する。ローカライザ装置と
組み合わせた位置トランスジューサが、ローカライザ空
間Ｒにおいて、ローカライザ装置のベース部分に対して
相対的なローカライザ装置の自由端の第１先端位置情報
を生成する。変換プロセッサが、ローカライザ空間Ｒに
おける第１先端位置情報をスキャナ空間IIおよび画像空
間Ｉのうち少なくとも一方におけるローカライザ装置の
自由端の第１変換済み先端位置情報に変換するようにな
っている。
【０００５】本発明によれば、患者に基準マーカーを植
え付けることを必要とせずに画像案内式最小侵襲性定位
手術処置を実行することができる。それに加えて、本発
明は、ローカライザ空間のおける手術器具とスキャナ空
間において患者が載ったカウチとの自動変換を行い、手
術器具の位置を、画像空間における患者の画像と共に、
ディスプレイモニタなどに合成画像として表示すること
ができる。フレームレス定位アーム装置は、患者の頭部
または定位ヘッドフレームに対してよりもむしろ撮像装
置に直接オーバーヘッドから連結することができる。
え付けることを必要とせずに画像案内式最小侵襲性定位
手術処置を実行することができる。それに加えて、本発
明は、ローカライザ空間のおける手術器具とスキャナ空
間において患者が載ったカウチとの自動変換を行い、手
術器具の位置を、画像空間における患者の画像と共に、
ディスプレイモニタなどに合成画像として表示すること
ができる。フレームレス定位アーム装置は、患者の頭部
または定位ヘッドフレームに対してよりもむしろ撮像装
置に直接オーバーヘッドから連結することができる。
【０００６】
【実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本発明を
実施する方法を実施の形態によって詳しく説明する。ま
ず、図１を参照すると、患者テーブルまたは患者支持体
１０は、ベース部分１４に相対的に長手方向に移動でき
るように装着した患者支持面１２を包含する。ベース部
分１４は、患者支持面１２を昇降し、また、患者支持面
を長手方向に移動させることのできるモータを包含す
る。患者支持体の高さ、長手方向位置を表す電気信号を
生成する位置エンコーダも設けてある。患者支持体は、
既知の固定位置に配置した較正・照合領域１６を包含す
る。この較正・照合領域は、本発明による装置を後に説
明する方法で較正するための較正ファントムを受けるよ
うになっている。
実施する方法を実施の形態によって詳しく説明する。ま
ず、図１を参照すると、患者テーブルまたは患者支持体
１０は、ベース部分１４に相対的に長手方向に移動でき
るように装着した患者支持面１２を包含する。ベース部
分１４は、患者支持面１２を昇降し、また、患者支持面
を長手方向に移動させることのできるモータを包含す
る。患者支持体の高さ、長手方向位置を表す電気信号を
生成する位置エンコーダも設けてある。患者支持体は、
既知の固定位置に配置した較正・照合領域１６を包含す
る。この較正・照合領域は、本発明による装置を後に説
明する方法で較正するための較正ファントムを受けるよ
うになっている。
【０００７】手順計画、好ましくは体積測定式診断撮像
装置１８が、患者テーブルと軸線方向に整合して配置さ
れており、患者支持面１２上の患者または被験者が体積
測定式撮像装置のボア２０を通って移動できるようにな
っている。図示の実施の形態においては、体積測定式撮
像装置は、ＣＴスキャナであり、予め選択された平面に
おいて繰り返し円を描いて移動できるように取り付けた
Ｘ線管を包含する。Ｘ線管は、放射線透過性材料からな
るリング２２を通り、患者支持体１２を通り、被験者の
該当領域を通り、Ｘ線管の反対側に配置された放射線検
出器のリングまたは円弧部に扇形の放射線を投射する。
Ｘ線管が前記平面内で回転すると、一連のデータライン
が生成され、これらのデータラインは制御コンソール２
６に含まれる再構築プロセッサによって少なくとも１つ
のスライス像に再構築される。制御コンソールは、代表
的には、走査室に隣接した遮蔽室内に離れて設置されて
いる。好ましい実施の形態についてより詳しく説明する
と、患者支持体１２は長手方向に移動し、Ｘ線管は被験
者のまわりに回転し、患者の選ばれた体積部分が螺旋形
の経路または一連のスライスに沿って走査される。Ｘ線
管の位置は回転位置エンコーダによってモニタされる。
そして、患者支持体の長手方向位置がテーブル１０内の
長手方向位置エンコーダによってモニタされる。再構築
プロセッサは生成されたデータラインから体積測定像を
再構築する。制御コンソール２４は、代表的には、１つ
以上のモニタ２６と、種々の標準のオペレータ入力装置
（たとえば、キーボード、トラックボール、マウスな
ど）を包含する。インターベンション式制御コンソール
２８が図示のようにＣＴスキャナ上方のトラックから吊
り下がっている。
装置１８が、患者テーブルと軸線方向に整合して配置さ
れており、患者支持面１２上の患者または被験者が体積
測定式撮像装置のボア２０を通って移動できるようにな
っている。図示の実施の形態においては、体積測定式撮
像装置は、ＣＴスキャナであり、予め選択された平面に
おいて繰り返し円を描いて移動できるように取り付けた
Ｘ線管を包含する。Ｘ線管は、放射線透過性材料からな
るリング２２を通り、患者支持体１２を通り、被験者の
該当領域を通り、Ｘ線管の反対側に配置された放射線検
出器のリングまたは円弧部に扇形の放射線を投射する。
Ｘ線管が前記平面内で回転すると、一連のデータライン
が生成され、これらのデータラインは制御コンソール２
６に含まれる再構築プロセッサによって少なくとも１つ
のスライス像に再構築される。制御コンソールは、代表
的には、走査室に隣接した遮蔽室内に離れて設置されて
いる。好ましい実施の形態についてより詳しく説明する
と、患者支持体１２は長手方向に移動し、Ｘ線管は被験
者のまわりに回転し、患者の選ばれた体積部分が螺旋形
の経路または一連のスライスに沿って走査される。Ｘ線
管の位置は回転位置エンコーダによってモニタされる。
そして、患者支持体の長手方向位置がテーブル１０内の
長手方向位置エンコーダによってモニタされる。再構築
プロセッサは生成されたデータラインから体積測定像を
再構築する。制御コンソール２４は、代表的には、１つ
以上のモニタ２６と、種々の標準のオペレータ入力装置
（たとえば、キーボード、トラックボール、マウスな
ど）を包含する。インターベンション式制御コンソール
２８が図示のようにＣＴスキャナ上方のトラックから吊
り下がっている。
【０００８】機械的なフレームレス定位アーム組立体３
０が、オーバーヘッドから全体的に示すように体積測定
式診断撮像装置２０の頂部に取り付けた楕円形のトラッ
ク装置３４上で移動できるキャリッジ３２から吊り下げ
てある。キャリッジは、好ましくは、楕円形トラック上
に１つ以上の所定固定位置で係止でき、本発明による交
換可能な手術器具誘導装置１００上に支持された最小侵
襲性手術器具３６を、手術作業手順を実施する準備の
際、そして実施しているときに、介助者によってモニタ
される位置および向きに位置決めできるようになってい
る。この図に示す手術器具は、組み合わせレーザカニュ
ーレ誘導装置１０２によって支持されたレーザ案内式生
検針３８を包含する。しかしながら、総体的に、誘導装
置およびその上に支持された手術器具の位置および向き
は、機械的アーム組立体３０の位置および楕円形トラッ
ク装置３４上のキャリッジ３２の位置によって決まる。
０が、オーバーヘッドから全体的に示すように体積測定
式診断撮像装置２０の頂部に取り付けた楕円形のトラッ
ク装置３４上で移動できるキャリッジ３２から吊り下げ
てある。キャリッジは、好ましくは、楕円形トラック上
に１つ以上の所定固定位置で係止でき、本発明による交
換可能な手術器具誘導装置１００上に支持された最小侵
襲性手術器具３６を、手術作業手順を実施する準備の
際、そして実施しているときに、介助者によってモニタ
される位置および向きに位置決めできるようになってい
る。この図に示す手術器具は、組み合わせレーザカニュ
ーレ誘導装置１０２によって支持されたレーザ案内式生
検針３８を包含する。しかしながら、総体的に、誘導装
置およびその上に支持された手術器具の位置および向き
は、機械的アーム組立体３０の位置および楕円形トラッ
ク装置３４上のキャリッジ３２の位置によって決まる。
【０００９】フレームレス定位アーム組立体３０は図２
に全体的に示してあり、複数のアームセグメントを包含
する。これらのアームセグメントはそれらの間にあるジ
ョイントを形成しているピボット部材によって相互に連
結されている。抗して、アームの自由端４０は、患者支
持体１２上方の種々の所望位置に手術器具３６を位置決
めするために必要に応じて多数の向きで選択的に移動す
ることができる。ベース部材４２が適当な留め具、エポ
キシなどを用いてキャリッジ３２に堅固に連結してあ
る。ベースジョイント４４はＡで示す方向において一次
支持部材４６の回転を許す。同様に、アームの不動ベー
ス端から、肩ジョイント４８がＢで示す方向における上
方アーム部材５０の回転を許し、肘ジョイント５２がＣ
で示す方向における下方アーム部材５４の回転を許し、
前腕ジョイント５６がＤで示す方向における指関節部材
５８の回転を許し、手首ジョイント６０がＥで示す方向
における手首部材６２の回転を許すようになっている。
に全体的に示してあり、複数のアームセグメントを包含
する。これらのアームセグメントはそれらの間にあるジ
ョイントを形成しているピボット部材によって相互に連
結されている。抗して、アームの自由端４０は、患者支
持体１２上方の種々の所望位置に手術器具３６を位置決
めするために必要に応じて多数の向きで選択的に移動す
ることができる。ベース部材４２が適当な留め具、エポ
キシなどを用いてキャリッジ３２に堅固に連結してあ
る。ベースジョイント４４はＡで示す方向において一次
支持部材４６の回転を許す。同様に、アームの不動ベー
ス端から、肩ジョイント４８がＢで示す方向における上
方アーム部材５０の回転を許し、肘ジョイント５２がＣ
で示す方向における下方アーム部材５４の回転を許し、
前腕ジョイント５６がＤで示す方向における指関節部材
５８の回転を許し、手首ジョイント６０がＥで示す方向
における手首部材６２の回転を許すようになっている。
【００１０】本発明によれば、少なくとも１つの位置レ
ゾルバ(resolver)、好ましくは、光学増分エンコーダ
が、機械的アーム組立体３０の各ジョイントのところに
設けてあり、後に説明する理由のためにアーム相互の増
分関節運動および回転をモニタするようになっている。
光学増分エンコーダは、周知の方法で種々のアーム部材
相互の相対角度、回転位置を示すフィードバックパルス
を発生する。フィードバックパルスは、アーム組立体の
複数の部材を貫いて延びている適当なワイヤあるいは可
撓性シールドケーブルを用いて撮像装置制御回路に戻さ
れる。こうして、手首部材６２の、撮像装置基準フレー
ムおよび撮像装置によって得られる体積測定画像表示に
関する位置および向きを決定することができる。撮像装
置基準フレームおよび撮像装置によって得られた体積測
定画像表示に相対的な、アーム組立体によって支持され
た手術器具の位置および向きは、独特な識別信号を有す
る交換可能手術器具誘導装置１００を設けることによっ
て分析される。識別信号は撮像装置制御回路によって使
用され、手首部材６２に連結した１つ以上の誘導装置に
対応する種々の寸法上、他の機能上のパラメータを検索
するためのルックアップテーブルを割り出す。こうし
て、リゾルバおよびエンコーダにより測定された機械的
な相互連結と共に物理的な寸法上および他の機能上のパ
ラメータは、ＣＴスキャナに相対的な、それ故、ＣＴス
キャナによって獲得された画像に相対的な誘導装置１０
０の位置および向きを正確に示すことができる。
ゾルバ(resolver)、好ましくは、光学増分エンコーダ
が、機械的アーム組立体３０の各ジョイントのところに
設けてあり、後に説明する理由のためにアーム相互の増
分関節運動および回転をモニタするようになっている。
光学増分エンコーダは、周知の方法で種々のアーム部材
相互の相対角度、回転位置を示すフィードバックパルス
を発生する。フィードバックパルスは、アーム組立体の
複数の部材を貫いて延びている適当なワイヤあるいは可
撓性シールドケーブルを用いて撮像装置制御回路に戻さ
れる。こうして、手首部材６２の、撮像装置基準フレー
ムおよび撮像装置によって得られる体積測定画像表示に
関する位置および向きを決定することができる。撮像装
置基準フレームおよび撮像装置によって得られた体積測
定画像表示に相対的な、アーム組立体によって支持され
た手術器具の位置および向きは、独特な識別信号を有す
る交換可能手術器具誘導装置１００を設けることによっ
て分析される。識別信号は撮像装置制御回路によって使
用され、手首部材６２に連結した１つ以上の誘導装置に
対応する種々の寸法上、他の機能上のパラメータを検索
するためのルックアップテーブルを割り出す。こうし
て、リゾルバおよびエンコーダにより測定された機械的
な相互連結と共に物理的な寸法上および他の機能上のパ
ラメータは、ＣＴスキャナに相対的な、それ故、ＣＴス
キャナによって獲得された画像に相対的な誘導装置１０
０の位置および向きを正確に示すことができる。
【００１１】次に図３を参照して、器具座標回路７２
が、器具空間、特に器具についての座標系における手術
器具３６の位置および軌跡を決定する。器具座標回路
は、誘導装置識別回路７４と機械的アーム組立体位置回
路７６とを包含する。誘導装置識別回路７４は、機械的
アームに連結した１つ以上の誘導装置から装置識別信号
を受け入れ、ルックアップテーブル７８を割り出して寸
法上、機能上の情報を検索する。機械的アーム組立体位
置回路７６は、機械的アーム組立体３０上の増分リゾル
バと接続しており、器具空間における機械的アームの位
置および向きの変化を表す信号を受け入れる。器具・手
順計画スキャナ相関プロセッサ８０が、手術器具３６と
体積測定式スキャナ１８座標系の間の相関または変換を
決定する。相関または変換は、通常、オフセット、特に
患者支持体の軸線に沿ったオフセット、角度オフセット
または回転およびスケーリングによって説明される。
が、器具空間、特に器具についての座標系における手術
器具３６の位置および軌跡を決定する。器具座標回路
は、誘導装置識別回路７４と機械的アーム組立体位置回
路７６とを包含する。誘導装置識別回路７４は、機械的
アームに連結した１つ以上の誘導装置から装置識別信号
を受け入れ、ルックアップテーブル７８を割り出して寸
法上、機能上の情報を検索する。機械的アーム組立体位
置回路７６は、機械的アーム組立体３０上の増分リゾル
バと接続しており、器具空間における機械的アームの位
置および向きの変化を表す信号を受け入れる。器具・手
順計画スキャナ相関プロセッサ８０が、手術器具３６と
体積測定式スキャナ１８座標系の間の相関または変換を
決定する。相関または変換は、通常、オフセット、特に
患者支持体の軸線に沿ったオフセット、角度オフセット
または回転およびスケーリングによって説明される。
【００１２】好ましい実施の形態において、精密ローカ
ライザ装置１０３のような較正器具が一組の間隔を置い
たマーカー（好ましくは、８つのマーカー）に接触させ
られる。これらのマーカーは体積測定式スキャナ座標系
に対して既知の関係で配置される。マーカーは、較正マ
ーカー領域１６内に設置された較正ファントム１２０の
形であると好ましい。各マーカーに接触しながら器具座
標系における較正器具の座標を測定することによって、
２つの座標系における８またはそれ以上の共通点を決定
する。共通点のバリセンタ（barrycentre)その他の特性
を決定すること、好ましくは共通点のセントロイド間の
差を決定することによって、２つの座標系間のオフセッ
トを決定する。各座標系におけるバリセンターから各点
までの光線の角度差を決定することによって、角度オフ
セットを決定する。各座標系におけるバリセンターと対
応する点と間の物理的な変位における差を決定すること
によって、スケーリングファクタを決定する。
ライザ装置１０３のような較正器具が一組の間隔を置い
たマーカー（好ましくは、８つのマーカー）に接触させ
られる。これらのマーカーは体積測定式スキャナ座標系
に対して既知の関係で配置される。マーカーは、較正マ
ーカー領域１６内に設置された較正ファントム１２０の
形であると好ましい。各マーカーに接触しながら器具座
標系における較正器具の座標を測定することによって、
２つの座標系における８またはそれ以上の共通点を決定
する。共通点のバリセンタ（barrycentre)その他の特性
を決定すること、好ましくは共通点のセントロイド間の
差を決定することによって、２つの座標系間のオフセッ
トを決定する。各座標系におけるバリセンターから各点
までの光線の角度差を決定することによって、角度オフ
セットを決定する。各座標系におけるバリセンターと対
応する点と間の物理的な変位における差を決定すること
によって、スケーリングファクタを決定する。
【００１３】本発明によれば、ローカライザ装置および
体積測定式スキャナは、機械的に連結される。したがっ
て、体積測定式スキャナと器具座標系と間の変換または
関係は一度だけ調整すればよく、その後、構成部分間の
機械的な相互連結から予め決定する。マーカーの接触は
一度行えばよく、その後は、器具とＣＴスキャナの座標
がインターベンション式処置毎に不整合となっていない
ことを確認するだけに使用する。類似した数学または上
述したような既知の機械的関係を使用して、器具対患者
テーブル相関プロセッサ８２が、患者テーブルと手術器
具との相関または変換を決定する。好ましくは、複数の
マーカーを有する上述した較正ファントムは、テーブル
上の既知の反復可能な位置に置かれ、相関プロセスにつ
いて両座標系における多数の対応点を得る。較正ファン
トム１２０の画像は、患者テーブル空間と手順計画また
はリアルタイム画像座標系の間に変換を導くために利用
される。
体積測定式スキャナは、機械的に連結される。したがっ
て、体積測定式スキャナと器具座標系と間の変換または
関係は一度だけ調整すればよく、その後、構成部分間の
機械的な相互連結から予め決定する。マーカーの接触は
一度行えばよく、その後は、器具とＣＴスキャナの座標
がインターベンション式処置毎に不整合となっていない
ことを確認するだけに使用する。類似した数学または上
述したような既知の機械的関係を使用して、器具対患者
テーブル相関プロセッサ８２が、患者テーブルと手術器
具との相関または変換を決定する。好ましくは、複数の
マーカーを有する上述した較正ファントムは、テーブル
上の既知の反復可能な位置に置かれ、相関プロセスにつ
いて両座標系における多数の対応点を得る。較正ファン
トム１２０の画像は、患者テーブル空間と手順計画また
はリアルタイム画像座標系の間に変換を導くために利用
される。
【００１４】患者テーブルに設置されたテーブルリゾル
バ８４が、テーブルが上昇あるいは下降させられ、患者
支持体１２が軸方向に移動させられるときに、手術器具
と患者テーブルと間の相関に対する垂直方向、長手方向
のオフセットを与える。器具対患者相関プロセッサ８６
は、手術器具座標系と患者座標系の相関を決定する。患
者上の少なくとも３つの既知基準点上に手術器具を配置
することによって介助者に安心を与えるようにこれを行
ってもよい。このような点としては、容易に識別可能な
解剖学的構造、たとえば、鼻の先端、骨の特徴的箇所、
体積測定式撮像プロセス中に整合した基準マーカーなど
がある。上記に加えて、スキャナ（たとえば、患者支持
体）上の基準点を用いてスキャナの座標系内のポイント
軌跡ローカライザの精度を検査することができる。本発
明においては、患者は患者支持体（すなわち、カウチ）
と一緒に移動することができると共に、カウチ対ディス
プレイサブシステムの位置を分析、報告することによっ
てローカライザ、ディスプレイ、患者体積データセット
間の整合を維持することができる。カウチの分析された
動きは、キャリッジ（ｚ軸）および患者支持体高さ（ｙ
軸）に対するものである。患者支持体位置はデジタル化
され、整合状態を維持するために調整が行われるディス
プレイ系へフィードバックされる。
バ８４が、テーブルが上昇あるいは下降させられ、患者
支持体１２が軸方向に移動させられるときに、手術器具
と患者テーブルと間の相関に対する垂直方向、長手方向
のオフセットを与える。器具対患者相関プロセッサ８６
は、手術器具座標系と患者座標系の相関を決定する。患
者上の少なくとも３つの既知基準点上に手術器具を配置
することによって介助者に安心を与えるようにこれを行
ってもよい。このような点としては、容易に識別可能な
解剖学的構造、たとえば、鼻の先端、骨の特徴的箇所、
体積測定式撮像プロセス中に整合した基準マーカーなど
がある。上記に加えて、スキャナ（たとえば、患者支持
体）上の基準点を用いてスキャナの座標系内のポイント
軌跡ローカライザの精度を検査することができる。本発
明においては、患者は患者支持体（すなわち、カウチ）
と一緒に移動することができると共に、カウチ対ディス
プレイサブシステムの位置を分析、報告することによっ
てローカライザ、ディスプレイ、患者体積データセット
間の整合を維持することができる。カウチの分析された
動きは、キャリッジ（ｚ軸）および患者支持体高さ（ｙ
軸）に対するものである。患者支持体位置はデジタル化
され、整合状態を維持するために調整が行われるディス
プレイ系へフィードバックされる。
【００１５】患者支持体移動についての式は、次の通り
である。ここで、ｚ軸に沿った開口（スキャナ座標にお
けるz-O)からの第１画像（すなわち、患者支持体に沿っ
た基準画像、最大z 値）の距離を D max z image from aperture = (P[z]max z image pt
support - P[z]presentpt support） と表してみる。次に、患者支持体移動についての変換式
は次の通りである。 Localizer Tip [z] = Localizer Tip scanner coord[z]
- D max z image fromaperture ここで、P[z]はｚ軸における患者支持体位置である。ｙ
軸に沿った患者支持体移動についても同様の式を書くこ
とができる。基準画像が開口内にある場合、 D max z image from aperture = 0 そして、 Localizer Tip [z] = Localizer Tip scanner coord[z] こうして、ローカライザが基準画像と同じであるスキャ
ナ座標のz 値を有する場合、そのときは、 D maz z image from aperture = Localizer Tip scanne
r coord[z] そして、 Localizer Tip [z] = 0 これは画像空間のｚ軸原点である。
である。ここで、ｚ軸に沿った開口（スキャナ座標にお
けるz-O)からの第１画像（すなわち、患者支持体に沿っ
た基準画像、最大z 値）の距離を D max z image from aperture = (P[z]max z image pt
support - P[z]presentpt support） と表してみる。次に、患者支持体移動についての変換式
は次の通りである。 Localizer Tip [z] = Localizer Tip scanner coord[z]
- D max z image fromaperture ここで、P[z]はｚ軸における患者支持体位置である。ｙ
軸に沿った患者支持体移動についても同様の式を書くこ
とができる。基準画像が開口内にある場合、 D max z image from aperture = 0 そして、 Localizer Tip [z] = Localizer Tip scanner coord[z] こうして、ローカライザが基準画像と同じであるスキャ
ナ座標のz 値を有する場合、そのときは、 D maz z image from aperture = Localizer Tip scanne
r coord[z] そして、 Localizer Tip [z] = 0 これは画像空間のｚ軸原点である。
【００１６】患者支持体に対して患者全体が動くのを防
ぐために患者拘束機構（図示せず）を使用してもよい。
器具対体積測定式画像座標系変換プロセッサ８８は手
術器具対手順計画画像プロセッサ８０から相関または変
換を受け取る。器具対体積測定式画像プロセッサは、画
像空間における入力位置・向き座標に作用してそれらを
体積測定式画像データ空間に変換し、また、その逆も行
う。体積測定または手順計画データ空間における手術器
具の位置を知ることで、器具の位置および向きを体積測
定手順計画画像データ上に重畳することができる。医療
処置中、患者は体積測定式手順計画スキャナ内に置かれ
る。そして、体積測定式画像が生成される。体積測定式
画像は、体積測定式あるいは手順計画データメモリ９０
に記憶される。特にテーブルが移動して螺旋データまた
はスライスデータを生成するとき、手順計画データの生
成中の患者テーブルの位置は体積測定式手順計画データ
と共に記憶され、これらのデータが患者テーブル座標系
と相関させられる。オペレータ制御コンソール２４は体
積手順計画画像データメモリまたはビデオプロセッサ９
２を制御し、選ばれたスライス、投影画像、表面レンダ
リングまたはデータの他の普通のディスプレイが手順計
画画像ディスプレイ９４上に表示するために生成され
る。好ましくは、手順計画画像ディスプレイは、共通の
交点を通る対応した矢状方向、冠状、軸線方向、斜位の
スライスを含む。
ぐために患者拘束機構（図示せず）を使用してもよい。
器具対体積測定式画像座標系変換プロセッサ８８は手
術器具対手順計画画像プロセッサ８０から相関または変
換を受け取る。器具対体積測定式画像プロセッサは、画
像空間における入力位置・向き座標に作用してそれらを
体積測定式画像データ空間に変換し、また、その逆も行
う。体積測定または手順計画データ空間における手術器
具の位置を知ることで、器具の位置および向きを体積測
定手順計画画像データ上に重畳することができる。医療
処置中、患者は体積測定式手順計画スキャナ内に置かれ
る。そして、体積測定式画像が生成される。体積測定式
画像は、体積測定式あるいは手順計画データメモリ９０
に記憶される。特にテーブルが移動して螺旋データまた
はスライスデータを生成するとき、手順計画データの生
成中の患者テーブルの位置は体積測定式手順計画データ
と共に記憶され、これらのデータが患者テーブル座標系
と相関させられる。オペレータ制御コンソール２４は体
積手順計画画像データメモリまたはビデオプロセッサ９
２を制御し、選ばれたスライス、投影画像、表面レンダ
リングまたはデータの他の普通のディスプレイが手順計
画画像ディスプレイ９４上に表示するために生成され
る。好ましくは、手順計画画像ディスプレイは、共通の
交点を通る対応した矢状方向、冠状、軸線方向、斜位の
スライスを含む。
【００１７】手順計画画像ディスプレイが手術処置の前
に生成されるので、手術器具の手順計画移動は介助者制
御コンソール２８上の手順計画画像座標系に表示される
と好ましい。手術器具の座標および軌跡は、手順計画画
像座標系に変換するために器具によって手順計画画像変
換プロセッサ８８に運ばれる。手順計画画像座標系にお
ける器具の位置および軌跡はビデオプロセッサ９２に送
られ、このビデオプロセッサが手術器具の位置および軌
跡をＣＴデータディスプレイ上に重畳する。機械的アー
ム組立体は、カーソル位置信号に変換される情報および
手順計画画像座標系に変換され、ビデオプロセッサ９２
に送られて手順計画画像ディスプレイ９４上に可動カー
ソル点および仮想針表示を生成する仮想針ディスプレイ
を生成する。好ましくは、カーソルは体積測定式画像デ
ィスプレイ９４上に現在表示されている横方向、冠状お
よび矢状方向画面の交点に置かれる。オペレータが体積
測定式画像データ空間を通して介助者制御コンソール２
８上のカーソルを移動させるとき、あるいは、機械的ア
ーム組立体３０上の手術器具３６が患者上の目標領域に
わたって動かされるとき、介助者制御コンソール２８上
の矢状方向、冠状、横方向画面がそれ相応に変化する。
に生成されるので、手術器具の手順計画移動は介助者制
御コンソール２８上の手順計画画像座標系に表示される
と好ましい。手術器具の座標および軌跡は、手順計画画
像座標系に変換するために器具によって手順計画画像変
換プロセッサ８８に運ばれる。手順計画画像座標系にお
ける器具の位置および軌跡はビデオプロセッサ９２に送
られ、このビデオプロセッサが手術器具の位置および軌
跡をＣＴデータディスプレイ上に重畳する。機械的アー
ム組立体は、カーソル位置信号に変換される情報および
手順計画画像座標系に変換され、ビデオプロセッサ９２
に送られて手順計画画像ディスプレイ９４上に可動カー
ソル点および仮想針表示を生成する仮想針ディスプレイ
を生成する。好ましくは、カーソルは体積測定式画像デ
ィスプレイ９４上に現在表示されている横方向、冠状お
よび矢状方向画面の交点に置かれる。オペレータが体積
測定式画像データ空間を通して介助者制御コンソール２
８上のカーソルを移動させるとき、あるいは、機械的ア
ーム組立体３０上の手術器具３６が患者上の目標領域に
わたって動かされるとき、介助者制御コンソール２８上
の矢状方向、冠状、横方向画面がそれ相応に変化する。
【００１８】図４は、本発明の照合・較正ファントム１
２０の好ましい実施の形態を示す。この図を参照して、
ファントム１２０は複数のＸ線撮像可能マーカー１２２
を包含する。これらのマーカーは、Ｘ線不透明なファン
トム本体部材１２４によって３次元に間隔を置いた関係
に支持される。好ましくは、マーカー１２２は医療用途
に適したステンレス鋼または正規高炭素鋼で形成した８
つの精密研磨ボールベアリングを包含する。ファントム
本体１２４は、好ましくは、ほぼ図示のような形状で透
明なアクリルプラスチックで形成され、上述した較正お
よび照合において反復可能な所定位置でスキャナテーブ
ル１２と係合するようになっている底面１２６を包含す
る。それに加えて、ファントム本体は、前部、後部側面
１２８、１３０、左側、右側側面１３２、１３４、頂部
側面１３６を包含する。マーカー１２２の各々は、ほぼ
図示の要領で較正ファントム１３０内に配置され、撮像
装置（x 、y 、z ）の３本の直交軸の全てにおいてマー
カー間の適切な分離を行い、正確で完璧な３次元較正を
確実に行えるようになっている。この点において、マー
カーの各々は、ほぼ６インチだけファントム本体内で互
いから分離している。
２０の好ましい実施の形態を示す。この図を参照して、
ファントム１２０は複数のＸ線撮像可能マーカー１２２
を包含する。これらのマーカーは、Ｘ線不透明なファン
トム本体部材１２４によって３次元に間隔を置いた関係
に支持される。好ましくは、マーカー１２２は医療用途
に適したステンレス鋼または正規高炭素鋼で形成した８
つの精密研磨ボールベアリングを包含する。ファントム
本体１２４は、好ましくは、ほぼ図示のような形状で透
明なアクリルプラスチックで形成され、上述した較正お
よび照合において反復可能な所定位置でスキャナテーブ
ル１２と係合するようになっている底面１２６を包含す
る。それに加えて、ファントム本体は、前部、後部側面
１２８、１３０、左側、右側側面１３２、１３４、頂部
側面１３６を包含する。マーカー１２２の各々は、ほぼ
図示の要領で較正ファントム１３０内に配置され、撮像
装置（x 、y 、z ）の３本の直交軸の全てにおいてマー
カー間の適切な分離を行い、正確で完璧な３次元較正を
確実に行えるようになっている。この点において、マー
カーの各々は、ほぼ６インチだけファントム本体内で互
いから分離している。
【００１９】特殊化した手動位置決め可能なローカライ
ザ装置１０３が、機械的アーム組立体３０の自由端に取
り付けた状態で示してある。このローカライザ装置は硬
化プローブ先端１０４を包含し、このプローブ先端は、
図示のように、ほぼ円筒形の横断面を有し、先端に精密
研削した平らな接触面１０６（図５）を有する。図４を
続けて参照して、ローカライザ装置１０３は、較正ファ
ントムの頂部左角隅に配置された第１較正マーカー１４
０と係合した状態で示してある。ローカライザ装置が撮
像装置の直交軸に関して確実に正しく方向づけられるよ
うに、較正ファントム内の複数のマーカーへのアクセス
は対応するセットのプローブ先端案内面１４２によって
制限される。その点について、図５は本発明に従って形
成した代表的なプローブ先端案内面を示している。
ザ装置１０３が、機械的アーム組立体３０の自由端に取
り付けた状態で示してある。このローカライザ装置は硬
化プローブ先端１０４を包含し、このプローブ先端は、
図示のように、ほぼ円筒形の横断面を有し、先端に精密
研削した平らな接触面１０６（図５）を有する。図４を
続けて参照して、ローカライザ装置１０３は、較正ファ
ントムの頂部左角隅に配置された第１較正マーカー１４
０と係合した状態で示してある。ローカライザ装置が撮
像装置の直交軸に関して確実に正しく方向づけられるよ
うに、較正ファントム内の複数のマーカーへのアクセス
は対応するセットのプローブ先端案内面１４２によって
制限される。その点について、図５は本発明に従って形
成した代表的なプローブ先端案内面を示している。
【００２０】この図でわかるように、左上マーカー１４
０は、較正ファントム１２０の前部側面１２８に形成さ
れたポケット１４４内に受け入れられている。整合領域
１４６がほぼ図示の要領でポケット領域１４４に隣接し
て設けてある。この整合領域１４６は、内径横断面がほ
ぼ円筒形であり、さらに、サイズおよび形状がローカラ
イザ装置１０３上のプローブ先端１０４の円筒形横断面
外径とほぼ一致するようになっている。内径は、撮像装
置の長軸の１つとの精密な平行関係において、そして、
撮像装置の残りの長軸との精密な直交関係において形成
される。こうして、整合領域１４６は、撮像装置１８の
主要な直交軸と整合した状態にローカライザ装置を方向
づけるように作用する。整合領域１４６と較正ファント
ムの前部側面１２８との間には、小さいテーパ付きのリ
ードイン表面１４８が設けてある。このリードイン表面
は、任意の形状を取り得るが、好ましくは、なめらかに
テーパが付いていてプローブ先端１０４の接触面１０６
が頂部左マーカー１４０に向かって案内され、それと係
合するのが容易になるようになっている。上記の説明に
おいて、単一のマーカーを説明したけれども、その説明
はファントム本体１２８内に配置された他のマーカー１
２２にも等しく適用できる。そして、単一のプローブ先
端案内面１４２の整合領域１４６およびリードイン面１
４８のみを説明したけれども、その説明は較正ファント
ム１２０の前部、後部、左側、右側、頂部の側面の各々
に配置された他の案内面にも等しく適用できる。
０は、較正ファントム１２０の前部側面１２８に形成さ
れたポケット１４４内に受け入れられている。整合領域
１４６がほぼ図示の要領でポケット領域１４４に隣接し
て設けてある。この整合領域１４６は、内径横断面がほ
ぼ円筒形であり、さらに、サイズおよび形状がローカラ
イザ装置１０３上のプローブ先端１０４の円筒形横断面
外径とほぼ一致するようになっている。内径は、撮像装
置の長軸の１つとの精密な平行関係において、そして、
撮像装置の残りの長軸との精密な直交関係において形成
される。こうして、整合領域１４６は、撮像装置１８の
主要な直交軸と整合した状態にローカライザ装置を方向
づけるように作用する。整合領域１４６と較正ファント
ムの前部側面１２８との間には、小さいテーパ付きのリ
ードイン表面１４８が設けてある。このリードイン表面
は、任意の形状を取り得るが、好ましくは、なめらかに
テーパが付いていてプローブ先端１０４の接触面１０６
が頂部左マーカー１４０に向かって案内され、それと係
合するのが容易になるようになっている。上記の説明に
おいて、単一のマーカーを説明したけれども、その説明
はファントム本体１２８内に配置された他のマーカー１
２２にも等しく適用できる。そして、単一のプローブ先
端案内面１４２の整合領域１４６およびリードイン面１
４８のみを説明したけれども、その説明は較正ファント
ム１２０の前部、後部、左側、右側、頂部の側面の各々
に配置された他の案内面にも等しく適用できる。
【００２１】次に図６および図７を参照して、定位アー
ム３０を撮像装置１８に対して較正する好ましい方法を
以下に説明する。この方法は、第１ステップ１５０で、
較正ファントム１２０を撮像することを含む。ファント
ムの画像は、画像体積データセットとして手順計画デー
タメモリ９０に記憶される（図３）。次に、ローカライ
ザ装置１０２を使用して複数のマーカー１２２の各々を
探り、ローカライザ空間Ｒにおける一組のローカライザ
先端位置座標情報およびスキャナ空間IIにおける対応す
るマーカー画像位置情報を導く。ステップ１５０におい
てファントムを撮像した後、第１のマーカーをステップ
１５２で探る。第１マーカーを探るために、まず、サー
ビス専門家は、ファントム本体１２４内のマーカーの各
々を見付け出し、それから、ほぼ図４に示すように、ロ
ーカライザ装置１０３の接触面１０６をファントム本体
に配置されているマーカー１２２に一度に１つずつ係合
させなければならない。接触面がマーカーの各々と係合
している間に、オペレータコンソール２８上のボタン、
スイッチその他の適当なフィードバック装置を作動させ
て、ステップ１５４で、ローカライザ空間Ｒにおけるロ
ーカライザ装置の位置を読み取る。
ム３０を撮像装置１８に対して較正する好ましい方法を
以下に説明する。この方法は、第１ステップ１５０で、
較正ファントム１２０を撮像することを含む。ファント
ムの画像は、画像体積データセットとして手順計画デー
タメモリ９０に記憶される（図３）。次に、ローカライ
ザ装置１０２を使用して複数のマーカー１２２の各々を
探り、ローカライザ空間Ｒにおける一組のローカライザ
先端位置座標情報およびスキャナ空間IIにおける対応す
るマーカー画像位置情報を導く。ステップ１５０におい
てファントムを撮像した後、第１のマーカーをステップ
１５２で探る。第１マーカーを探るために、まず、サー
ビス専門家は、ファントム本体１２４内のマーカーの各
々を見付け出し、それから、ほぼ図４に示すように、ロ
ーカライザ装置１０３の接触面１０６をファントム本体
に配置されているマーカー１２２に一度に１つずつ係合
させなければならない。接触面がマーカーの各々と係合
している間に、オペレータコンソール２８上のボタン、
スイッチその他の適当なフィードバック装置を作動させ
て、ステップ１５４で、ローカライザ空間Ｒにおけるロ
ーカライザ装置の位置を読み取る。
【００２２】ローカライザ空間Ｒにおけるローカライザ
位置は、ほぼ図７に示す要領で導かれる。この点につい
て、オペレータパネル上の適当なスイッチ機構の作動時
に、機械的アーム組立体の各ジョイントの角度位置が問
い合わされてそれらの位置値を得る。一層詳しくは、手
首、前腕、肘、肩およびベースの光学位置エンコーダ
を、ステップ１５４において、アクセスし、それぞれの
エンコーダカウント値１７０〜１７８を検索する。カウ
ント値は、周知の技術を使用して容易に角度値に翻訳さ
れる。Denavit-Hartenberg変換１８０が実行されて機械
的アーム部材の積み重ねシリーズの多重角度をローカラ
イザ空間Ｒ１における単一の座標ポイント値に変換す
る。同様に、接触面１０６と係合したマーカー１４０の
位置はスキャナ空間II１５６において導かれる。ローカ
ライザ空間Ｒにおけるローカライザ装置の位置およびス
キャナ空間IIにおけるマーカーの位置は、ステップ１５
８で、一時メモリに記憶される。
位置は、ほぼ図７に示す要領で導かれる。この点につい
て、オペレータパネル上の適当なスイッチ機構の作動時
に、機械的アーム組立体の各ジョイントの角度位置が問
い合わされてそれらの位置値を得る。一層詳しくは、手
首、前腕、肘、肩およびベースの光学位置エンコーダ
を、ステップ１５４において、アクセスし、それぞれの
エンコーダカウント値１７０〜１７８を検索する。カウ
ント値は、周知の技術を使用して容易に角度値に翻訳さ
れる。Denavit-Hartenberg変換１８０が実行されて機械
的アーム部材の積み重ねシリーズの多重角度をローカラ
イザ空間Ｒ１における単一の座標ポイント値に変換す
る。同様に、接触面１０６と係合したマーカー１４０の
位置はスキャナ空間II１５６において導かれる。ローカ
ライザ空間Ｒにおけるローカライザ装置の位置およびス
キャナ空間IIにおけるマーカーの位置は、ステップ１５
８で、一時メモリに記憶される。
【００２３】上述の諸ステップは、較正ファントム１２
０の本体１２４内に配置された複数のマーカー１２２の
各々について繰り返される。本発明の好ましい実施の形
態によれば、これらのステップは８回繰り返される。す
なわち、各マーカーについて一回行われる。対になって
いるローカライザ空間Ｒにおけるローカライザ先端位置
およびスキャナ空間IIにおけるマーカー位置の各々を集
められた後、一回だけの値分解プロセス１６０を、ロー
カライザ空間Ｒにおけるローカライザ先端情報セットに
ついて実施する。同様に、ステップ１６２で、スキャナ
空間IIにおけるマーカー位置セットについてただ一回の
値分解を実施する。ローカライザ空間におけるローカラ
イザ装置位置セットのただ一回の値デポジションはロー
カライザ空間Ｒにおけるセントロイド１８２を生じさせ
る。同様に、スキャナ空間におけるマーカー座標セット
のただ一回の値分解はスキャナ空間IIにおけるセントロ
イド１８４を生じさせる。ステップ１６４で、ローカラ
イザ空間１８２におけるセントロイドとスキャナ空間１
８４におけるセントロイドの差の計算が行われる。結果
として生じる差は、ローカライザ空間対スキャナ空間ベ
クトル１６６となる。このベクトルは、撮像装置内で適
当なメモリ位置に記憶され、アームがほぼ上述した要領
で患者に隣接して動かされるとき、ローカライザ空間座
標をスキャナ空間座標に翻訳して、オペレータディスプ
レイパネル２８上に患者画像データおよび機械的アーム
画像データを表示するのに用いられる。
０の本体１２４内に配置された複数のマーカー１２２の
各々について繰り返される。本発明の好ましい実施の形
態によれば、これらのステップは８回繰り返される。す
なわち、各マーカーについて一回行われる。対になって
いるローカライザ空間Ｒにおけるローカライザ先端位置
およびスキャナ空間IIにおけるマーカー位置の各々を集
められた後、一回だけの値分解プロセス１６０を、ロー
カライザ空間Ｒにおけるローカライザ先端情報セットに
ついて実施する。同様に、ステップ１６２で、スキャナ
空間IIにおけるマーカー位置セットについてただ一回の
値分解を実施する。ローカライザ空間におけるローカラ
イザ装置位置セットのただ一回の値デポジションはロー
カライザ空間Ｒにおけるセントロイド１８２を生じさせ
る。同様に、スキャナ空間におけるマーカー座標セット
のただ一回の値分解はスキャナ空間IIにおけるセントロ
イド１８４を生じさせる。ステップ１６４で、ローカラ
イザ空間１８２におけるセントロイドとスキャナ空間１
８４におけるセントロイドの差の計算が行われる。結果
として生じる差は、ローカライザ空間対スキャナ空間ベ
クトル１６６となる。このベクトルは、撮像装置内で適
当なメモリ位置に記憶され、アームがほぼ上述した要領
で患者に隣接して動かされるとき、ローカライザ空間座
標をスキャナ空間座標に翻訳して、オペレータディスプ
レイパネル２８上に患者画像データおよび機械的アーム
画像データを表示するのに用いられる。
【００２４】次に図８および図９を参照して、また、図
１も参照して、撮像装置１８は、定位アーム組立体３０
および介助者制御パネルをオーバーヘッドから、便利に
はスキャナ室床面から離れて支持するようになっている
オーバーヘッドキャリッジ支持トラック２００を包含す
る。キャリッジ支持トラックは、ほぼ楕円形のトラック
２０４に沿った、機械的アーム組立体のための一組の移
動止め位置２０２を与える。これらの移動止め位置は、
その好ましい構造では、図示したように撮像装置の頂部
に堅固に取り付けてある。移動止め位置は、左側２０
６、中央２０８、右側２１０の移動止め位置を包含し、
これらの移動止め位置で、係止機構２１２がトラック２
０４と係合し、機械的アーム組立体を撮像装置の面に沿
った所定の反復可能な位置にしっかりと位置決めする。
図１は、機械的アーム組立体を中心位置２０８に示して
いる。図２は機械的アーム組立体３０および介助者ディ
スプレイ、制御コンソール２８をそれらの停機位置で示
している。本発明によれば、撮像装置は、オーバーヘッ
ド装置が図８にしめすように停機位置にあるときにの
み、検体のＸ線撮像を可能とする連動回路（図示せず）
を包含する。
１も参照して、撮像装置１８は、定位アーム組立体３０
および介助者制御パネルをオーバーヘッドから、便利に
はスキャナ室床面から離れて支持するようになっている
オーバーヘッドキャリッジ支持トラック２００を包含す
る。キャリッジ支持トラックは、ほぼ楕円形のトラック
２０４に沿った、機械的アーム組立体のための一組の移
動止め位置２０２を与える。これらの移動止め位置は、
その好ましい構造では、図示したように撮像装置の頂部
に堅固に取り付けてある。移動止め位置は、左側２０
６、中央２０８、右側２１０の移動止め位置を包含し、
これらの移動止め位置で、係止機構２１２がトラック２
０４と係合し、機械的アーム組立体を撮像装置の面に沿
った所定の反復可能な位置にしっかりと位置決めする。
図１は、機械的アーム組立体を中心位置２０８に示して
いる。図２は機械的アーム組立体３０および介助者ディ
スプレイ、制御コンソール２８をそれらの停機位置で示
している。本発明によれば、撮像装置は、オーバーヘッ
ド装置が図８にしめすように停機位置にあるときにの
み、検体のＸ線撮像を可能とする連動回路（図示せず）
を包含する。
【００２５】図９を一層詳しく参照して、係止機構２１
２は、撮像装置からの指令に応答してプランジャピン２
１６をばね部材２１８の力に抗して動かし、トラック２
０４に沿って左側、中央、右側の移動止め位置に設けた
位置決め孔２２０との係合から外す電気ソレノイド装置
２１４を包含する。本発明の好ましい実施の形態によれ
ば、機械的アーム組立体のキャリッジ部材３２は、それ
を貫いてプランジャピン２１６を受け入れるようになっ
ている。こうして、機械的アームの正確で反復可能な位
置が得られる。それに加えて、トラック２０４は、左
側、中央、右側の移動止め位置の各々に、カムフォロワ
レール２２２および補強後部レール２２４を備えてい
る。カムフォロワレール２２２は、機械的アーム組立体
の重量によって生じるトルクに抗して付加的な前部支持
体をキャリッジ３２に与える。補強後部レール２２４
は、キャリッジが撮像装置１８の３つの主要直交軸と正
しく整合することを確保する。最後に、図９に示す係止
機構２１２に関連して、磁気リードスイッチ２２６が、
左側、中央、右側の移動止め位置の各々に設けてあり、
上述した撮像装置の連動制御回路によって使用して、移
動止め位置の１つにおけるキャリッジの位置を示す信号
を生成する。
２は、撮像装置からの指令に応答してプランジャピン２
１６をばね部材２１８の力に抗して動かし、トラック２
０４に沿って左側、中央、右側の移動止め位置に設けた
位置決め孔２２０との係合から外す電気ソレノイド装置
２１４を包含する。本発明の好ましい実施の形態によれ
ば、機械的アーム組立体のキャリッジ部材３２は、それ
を貫いてプランジャピン２１６を受け入れるようになっ
ている。こうして、機械的アームの正確で反復可能な位
置が得られる。それに加えて、トラック２０４は、左
側、中央、右側の移動止め位置の各々に、カムフォロワ
レール２２２および補強後部レール２２４を備えてい
る。カムフォロワレール２２２は、機械的アーム組立体
の重量によって生じるトルクに抗して付加的な前部支持
体をキャリッジ３２に与える。補強後部レール２２４
は、キャリッジが撮像装置１８の３つの主要直交軸と正
しく整合することを確保する。最後に、図９に示す係止
機構２１２に関連して、磁気リードスイッチ２２６が、
左側、中央、右側の移動止め位置の各々に設けてあり、
上述した撮像装置の連動制御回路によって使用して、移
動止め位置の１つにおけるキャリッジの位置を示す信号
を生成する。
【００２６】作動に当たって、図８に示す停機位置から
図１に示す中央移動止め位置２０８まで機械的アーム組
立体を動かすために、介助者は介助者制御パネル２８上
の適当なボタンまたはスイッチを起動する。このとき、
ソレノイド装置２１４が起動してプランジャピン２１６
を孔２２０との係合から引っ込める。適当なホイール、
スライドその他の低摩擦インターフェイスをトラック２
０４とキャリッジ３２との間に設けると、キャリッジを
トラックに沿って手動で動かすことができる。本発明に
よれば、しかしながら、適当な精密ローラーベアリング
などによってキャリッジ上に支持される複数の対向した
精密ホイール部材２３０を使用してキャリッジ３２をト
ラック２０４に摺動可能に連結している。ホイール部材
は、トラック内に形成した対応する対向精密表面２３２
と係合するようになっている。
図１に示す中央移動止め位置２０８まで機械的アーム組
立体を動かすために、介助者は介助者制御パネル２８上
の適当なボタンまたはスイッチを起動する。このとき、
ソレノイド装置２１４が起動してプランジャピン２１６
を孔２２０との係合から引っ込める。適当なホイール、
スライドその他の低摩擦インターフェイスをトラック２
０４とキャリッジ３２との間に設けると、キャリッジを
トラックに沿って手動で動かすことができる。本発明に
よれば、しかしながら、適当な精密ローラーベアリング
などによってキャリッジ上に支持される複数の対向した
精密ホイール部材２３０を使用してキャリッジ３２をト
ラック２０４に摺動可能に連結している。ホイール部材
は、トラック内に形成した対応する対向精密表面２３２
と係合するようになっている。
【図１】本発明による手術器具を画像案内するためのア
ーム装置を含むフレームレス定位スキャナ装置の概略図
である。
ーム装置を含むフレームレス定位スキャナ装置の概略図
である。
【図２】本発明に従って形成された誘導装置を支持する
フレームレス機械的アーム組立体の斜視図である。
フレームレス機械的アーム組立体の斜視図である。
【図３】図１の装置と共に実行される手順計画画像処理
の概略図である。
の概略図である。
【図４】本発明による較正ファントムと係合したロケー
タ装置の斜視図である。
タ装置の斜視図である。
【図５】横断面で示される図４の較正ファントムの部分
図である。
図である。
【図６】図１に示すフレームレス定位断層スキャナ装置
の機械的アームを調整するための好ましい方法のフロー
チャートである。
の機械的アームを調整するための好ましい方法のフロー
チャートである。
【図７】図６に示す方法の概略図である。
【図８】本発明によるＣＴスキャナ上の駐機位置におい
てオーバーヘッドから支持されたフレームレス定位アー
ム組立体および介助者コントロールパネルの斜視図であ
る。
てオーバーヘッドから支持されたフレームレス定位アー
ム組立体および介助者コントロールパネルの斜視図であ
る。
【図９】機械的アームキャリッジと本発明に従って形成
された係止機構の横断面図である。
された係止機構の横断面図である。
１０ 患者テーブル １２ 患者支持面 １４ ベース部分 １６ 較正マーカー １８ 体積測定式診断撮像装置 ２０ ボア ２２ リング ２４ 制御コンソール ２６ モニタ ２８ 制御コンソール ２９ 膜スイッチ ３０ フレームレス定位手術装置 ３１ 膜スイッチ ３２ 支持アーム ３４ 楕円形トラック装置 ３６ 最小侵襲性手術器具 ３８ 生検針 ４０ 自由端 ４２ ベース部材 ４４ ベースジョイント ４６ 一次支持部材 ４８ 肩ジョイント ５０ 上方アーム部材 ５２ 肘ジョイント ５４ 下方アーム部材 ５６ 前腕ジョイント ５８ 指関節部材 ６０ 手首ジョイント ６２ 手首部材 ７２ 器具座標回路 ７４ 誘導装置識別回路 ７６ 機械的アーム組立体位置回路 ７８ ルックアップテーブル ８０ 器具・手順計画スキャナ相関プロセ
ッサ ８２ 器具対患者テーブル相関プロセッサ ８４ テーブルリゾルバ ８６ 器具対患者相関プロセッサ ８８ 器具対体積測定式画像座標系変換プ
ロセッサ ９０ 手順計画データメモリ ９２ ビデオプロセッサ ９４ 手順計画座標系 １００ 交換可能手術器具誘導装置 １０３ 精密ローカライザ装置 １２０ 較正ファントム １２２ Ｘ線撮像可能マーカー １２４ Ｘ線不透明ファントム本体部材 １２６ 平らな底面 １４０ 第１較正マーカー １４２ 案内面 １４４ ポケット １４６ 整合領域 １４８ リードイン表面
ッサ ８２ 器具対患者テーブル相関プロセッサ ８４ テーブルリゾルバ ８６ 器具対患者相関プロセッサ ８８ 器具対体積測定式画像座標系変換プ
ロセッサ ９０ 手順計画データメモリ ９２ ビデオプロセッサ ９４ 手順計画座標系 １００ 交換可能手術器具誘導装置 １０３ 精密ローカライザ装置 １２０ 較正ファントム １２２ Ｘ線撮像可能マーカー １２４ Ｘ線不透明ファントム本体部材 １２６ 平らな底面 １４０ 第１較正マーカー １４２ 案内面 １４４ ポケット １４６ 整合領域 １４８ リードイン表面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｂ 21/00 Ａ６１Ｂ 5/05 ３９０ (72)発明者 フレッド シー ジェンセン アメリカ合衆国 オハイオ州 44022 シ ャグリン フォールズ ベル ロード 1607 (72)発明者 アントン ゼット ズパンシック アメリカ合衆国 オハイオ州 44094 カ ートランド ヒッコリー ヒル コート 10654 (72)発明者 ヘンリー エス ノヴァック アメリカ合衆国 オハイオ州 44286 リ ッチフィールド ログウッド トレイル 3499 (72)発明者 カール ジェイ ウェスト アメリカ合衆国 オハイオ州 44077 ペ インズヴィル カーロウ ロード 7164
Claims (10)
- 【請求項１】 スキャナ空間IIにおける座標系を定める
撮像装置（１８）であり、その上に患者の身体を受け入
れ、前記スキャナ空間IIに設置した患者の身体に関する
第１の患者身体画像情報を画像空間Ｉにおいて生成する
ようになっている撮像装置（１８）と、撮像装置に固定
関係で装着したベース部分および前記スキャナ空間IIに
配置された患者身体に隣接した種々の位置へ選択的に移
動できるようになっている自由端を有するローカライザ
装置（３０）と、ローカライザ装置と組み合わせてあっ
て、ローカライザ空間Ｒにおいて、ローカライザ装置の
ベース部分に相対的なローカライザ装置の前記自由端の
先端位置情報を生成する位置トランスジューサ（７６）
と、前記ローカライザ空間Ｒにおける前記先端位置情報
を前記スキャナ空間IIおよび前記画像空間Ｉのうちの少
なくとも一方におけるローカライザ装置の前記自由端の
変換済み先端位置情報に変換するようになっている第１
の変換プロセッサ（７２）とを包含することを特徴とす
るフレームレス定位手術装置。 - 【請求項２】 第１変換プロセッサ（７２）が、前記ロ
ーカライザ空間Ｒにおける前記先端位置情報を前記スキ
ャナ空間IIにおけるローカライザ装置の前記自由端の前
記変換済み先端位置情報に変換するようになっているロ
ーカライザ空間対スキャナ空間変換プロセッサ（１６
４）であることを特徴とする請求項１に記載のフレーム
レス定位手術装置。 - 【請求項３】 撮像装置が、前記スキャナ空間IIにおけ
る前記変換済み先端位置情報に基づいて前記画像空間Ｉ
におけるローカライザ先端位置情報（８０、１５４）を
生成するようになっていることを特徴とする請求項２に
記載のフレームレス定位手術装置。 - 【請求項４】 撮像装置が、人間の読める手順計画画像
ディスプレイ（９４）上に、前記画像空間Ｉにおける前
記ローカライザ先端位置情報と共に前記画像空間Ｉにお
ける前記第１患者身体画像情報を表示するためのビデオ
プロセッサ（１２）を包含することを特徴とする請求項
１〜３のうちいずれか１項に記載のフレームレス定位手
術装置。 - 【請求項５】 ローカライザ装置（３０）が、任意の経
路に沿って患者身体付近の第１位置から患者身体付近の
第２位置まで移動するようになっており、位置トランス
ジューサ（７６）が、ローカライザ装置が前記任意の経
路に沿って動かされるときに前記ローカライザ空間Ｒに
おいて前記先端位置情報を連続的に生成するようになっ
ており、ローカライザ空間対スキャナ空間変換プロセッ
サ（１６４）が、ローカライザ装置が前記任意の経路に
沿って動かされるときに前記ローカライザ空間Ｒにおけ
る前記先端位置情報を前記スキャナ空間IIにおける前記
変換済み先端位置情報に連続的に変換するようになって
おり、撮像装置（１８）が、ローカライザ装置が前記任
意の経路に沿って動かされるときに前記画像空間Ｉにお
いて前記ローカライザ先端位置情報を連続的に生成する
ようになっており、そして、ビデオプロセッサ（９２）
が、ローカライザ先端情報が生成されたときに、前記人
間の読める手順計画画像ディスプレイ（９４）上に前記
患者身体画像情報と共に前記ローカライザ先端情報を連
続的に表示するようになっていることを特徴とする請求
項４に記載のフレームレス定位手術装置。 - 【請求項６】 ローカライザ装置（３０）および撮像装
置（１８）が、撮像装置上の複数の定位置（２０６、２
０８、２１０）にローカライザ装置のベース部分（４
２）を取り付けるようになっていることを特徴とする請
求項１〜５のうちいずれか１項に記載のフレームレス定
位手術装置。 - 【請求項７】 撮像装置（１８）が、前記複数の定位置
を定めるオーバーヘッド支持トラック（２００）を包含
し、ローカライザ装置（３０）が、トラック組立体に対
して相対的に移動可能であり、前記複数の定位置（２０
６、２０８、２１０）のそれぞれでトラック組立体と選
択的に係止係合するようになっていることを特徴とする
請求項６に記載のフレームレス定位手術装置。 - 【請求項８】 さらに、撮像装置に固定関係で選択的に
取り付けるようになっている較正ファントム（１２０）
を包含し、この較正ファントム（１２０）が、前記ロー
カライザ空間Ｒおよび前記スキャナ空間IIにおける少な
くとも３つの次元で複数の撮像可能なタッチ点サイト
（１２２）を包含することを特徴とする請求項１〜７の
うちいずれか１項に記載のフレームレス定位手術装置。 - 【請求項９】 前記ローカライザ空間対スキャナ空間変
換プロセッサ（１６４）が、前記ローカライザ空間Ｒで
発生した第１のセントロイドと前記スキャナ空間IIで発
生した第２のセントロイドとの差に基づいてローカライ
ザ空間対スキャナ空間変換ベクトル（１６６）を生成す
るようになっていることを特徴とする請求項８に記載の
フレームレス定位手術装置。 - 【請求項１０】 さらに、前記複数の撮像可能タッチ点
サイトのところに前記ローカライザ装置を位置させるこ
とによって前記位置トランスジューサによって生成され
た一組の先端位置情報（１７０〜１７８）に基づいて前
記ローカライザ空間Ｒに前記第１セントロイドを発生さ
せる手段（１６０）と、前記複数の撮像可能タッチ点サ
イトのところに前記ローカライザ装置を位置させること
によって前記撮像装置によって生成された一組の較正フ
ァントム画像情報（１５６、１５８）に基づいて前記ス
キャナ空間IIに前記第２セントロイドを発生させる手段
（１６２）とを包含することを特徴とする請求項９に記
載のフレームレス定位手術装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/980382 | 1997-11-28 | ||
| US08/980,382 US6052611A (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Frameless stereotactic tomographic scanner for image guided interventional procedures |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11276502A true JPH11276502A (ja) | 1999-10-12 |
| JP4340345B2 JP4340345B2 (ja) | 2009-10-07 |
Family
ID=25527519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34037098A Expired - Fee Related JP4340345B2 (ja) | 1997-11-28 | 1998-11-30 | フレームレス定位手術装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6052611A (ja) |
| EP (1) | EP0919203B1 (ja) |
| JP (1) | JP4340345B2 (ja) |
| DE (1) | DE69822273T2 (ja) |
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| JP2010075316A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Fujifilm Corp | 自動較正機能付きステレオバイオプシ装置およびその制御方法 |
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| JP2015123317A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | 株式会社島津製作所 | 放射線撮影装置 |
| KR20230062312A (ko) * | 2021-10-29 | 2023-05-09 | 경북대학교 산학협력단 | 형상 복원 장치의 기준위치 정렬 장치 및 정렬 방법 |
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| US6482182B1 (en) | 1998-09-03 | 2002-11-19 | Surgical Navigation Technologies, Inc. | Anchoring system for a brain lead |
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