JPH06254172A - 少なくとも２つの撮像装置に関して患者の臓器の位置を定めるための方法 - Google Patents
少なくとも２つの撮像装置に関して患者の臓器の位置を定めるための方法Info
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- JPH06254172A JPH06254172A JP5189757A JP18975793A JPH06254172A JP H06254172 A JPH06254172 A JP H06254172A JP 5189757 A JP5189757 A JP 5189757A JP 18975793 A JP18975793 A JP 18975793A JP H06254172 A JPH06254172 A JP H06254172A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 少なくとも２つの撮像装置に関して患者の臓
器の位置を定めるための方法を提供する。 【構成】 第１の装置は、患者の臓器または皮膚の部位
の表面の点の像を与える。この方法は、患者の支持台の
座標システムに関して第１の装置の位置を定めるステッ
プと、第１の装置で少なくとも１つのネガを形成して、
臓器または皮膚の部位の表面の点の群に対応する第１の
像を得るステップと、第２の撮像装置で、臓器、および
その表面、または皮膚の部位の表面の少なくとも１つの
３Ｄ像を撮るステップと、第１および第２の像を併せる
ステップを含み、それにより３Ｄ像は、患者の座標シス
テムに関して位置される。
器の位置を定めるための方法を提供する。 【構成】 第１の装置は、患者の臓器または皮膚の部位
の表面の点の像を与える。この方法は、患者の支持台の
座標システムに関して第１の装置の位置を定めるステッ
プと、第１の装置で少なくとも１つのネガを形成して、
臓器または皮膚の部位の表面の点の群に対応する第１の
像を得るステップと、第２の撮像装置で、臓器、および
その表面、または皮膚の部位の表面の少なくとも１つの
３Ｄ像を撮るステップと、第１および第２の像を併せる
ステップを含み、それにより３Ｄ像は、患者の座標シス
テムに関して位置される。
Description
【０００１】
【発明の背景】この発明は、外科（surgery ）および医
療の診察の分野に関し、より特定的には患者の臓器の前
もって撮影された像（手術前の像）であり得る３次元の
像の関数として治療または診断器具を位置決めするため
の方法および装置に関する。
療の診察の分野に関し、より特定的には患者の臓器の前
もって撮影された像（手術前の像）であり得る３次元の
像の関数として治療または診断器具を位置決めするため
の方法および装置に関する。
【０００２】このアプリケーションでは、「器具」は、
患者に施されるいかなる治療または診断手段としても解
釈される。たとえば、器具は、患者の骨にネジを挿入す
るのに適切な装置、穿刺するまたは単に光ファイバを誘
導するための針、腫瘍に作用するように設計される放射
線伝送装置、またはガンマシンチグラフィカメラ、陽電
子射出断層撮影（ＰＥＴ）装置、または脳磁気図記録
（ＭＥＧ）装置等の医療用撮像装置であり得る。
患者に施されるいかなる治療または診断手段としても解
釈される。たとえば、器具は、患者の骨にネジを挿入す
るのに適切な装置、穿刺するまたは単に光ファイバを誘
導するための針、腫瘍に作用するように設計される放射
線伝送装置、またはガンマシンチグラフィカメラ、陽電
子射出断層撮影（ＰＥＴ）装置、または脳磁気図記録
（ＭＥＧ）装置等の医療用撮像装置であり得る。
【０００３】言い換えれば、この発明の目的は、外科的
な手順の間に、以前は３次元（３Ｄ）検査が与えていた
形態学的な情報を復元することである。この状況は、医
療の分野では頻繁に起こる。このような状況の２つの例
が以下に挙げられる。
な手順の間に、以前は３次元（３Ｄ）検査が与えていた
形態学的な情報を復元することである。この状況は、医
療の分野では頻繁に起こる。このような状況の２つの例
が以下に挙げられる。
【０００４】１．放射線療法 放射線療法は、予め定められた患者の部位、またはその
臓器の１つの上に、放射線ビームを投影し、それらの臓
器にある腫瘍を破壊することからなる。このような療法
での治療は、一般に周期的にかつ反復的に行なわれなく
てはならない。したがって、医療上の処置（medical in
tervention）のたびごとに、放射線ビームが有害となり
得る、患者の臓器の隣接する部位を照射することなく、
できるだけ正確に選択された部位を照射するために、患
者に対して放射線源が再び位置決めされる。
臓器の１つの上に、放射線ビームを投影し、それらの臓
器にある腫瘍を破壊することからなる。このような療法
での治療は、一般に周期的にかつ反復的に行なわれなく
てはならない。したがって、医療上の処置（medical in
tervention）のたびごとに、放射線ビームが有害となり
得る、患者の臓器の隣接する部位を照射することなく、
できるだけ正確に選択された部位を照射するために、患
者に対して放射線源が再び位置決めされる。
【０００５】最初の診断手順は一般に、目標の部位およ
び障害物を映像化し、したがって最適な治療の手順を規
定することを可能にする磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）または
Ｘ線スキャナによって行なわれてきた。難点は、患者が
その療法での治療を受けなくてはならないときに、患者
を再び位置決めしなくてはならないことである。現在用
いられている方法は、線形加速器（放射線源）をＸ線チ
ューブに代えることによって処置をシミュレートするこ
とからなる。患者の２つのＸ線撮影（正面像および側面
像）が得られ、Ｘ線スキャナまたはＭＲＩ装置によって
与えられる、先の３Ｄ情報と目視的に比較される。患者
は動かされ、患者の位置が満足のいくものと考えられる
までＸ線撮影が再び行なわれる。光のビームが、患者の
皮膚上で印となるので、マーカーでこの印を患者の皮膚
上に記す。照射期間の間、患者は、その皮膚上のこれら
の印が光のビームと一致するまで動かされ、これらは線
形加速器およびシミュレーション放射線システムで同一
である。この従来の方法は、多くの欠点がある。その１
つは、患者が所望の位置をとるように診療台上で患者を
動かさなくてはならない点であり、これは簡単ではな
く、患者に苦痛な位置のままでいることを強いるかもし
れず、または患者に丸まらせて所望の位置で止まること
ができなくするかもしれない。患者の位置ができるだけ
正確でなくてはならないことが指摘されるべきである。
たとえば、前立腺の最後の放射線療法のセッションの場
合、直径４センチの範囲に含まれるこの臓器のみが目標
とされ、従来の方法では前立腺に適切に達することを確
実にするために直径１０センチの領域を照射しなくては
ならない。もちろん、これは隣接する臓器に無害なわけ
ではない。
び障害物を映像化し、したがって最適な治療の手順を規
定することを可能にする磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）または
Ｘ線スキャナによって行なわれてきた。難点は、患者が
その療法での治療を受けなくてはならないときに、患者
を再び位置決めしなくてはならないことである。現在用
いられている方法は、線形加速器（放射線源）をＸ線チ
ューブに代えることによって処置をシミュレートするこ
とからなる。患者の２つのＸ線撮影（正面像および側面
像）が得られ、Ｘ線スキャナまたはＭＲＩ装置によって
与えられる、先の３Ｄ情報と目視的に比較される。患者
は動かされ、患者の位置が満足のいくものと考えられる
までＸ線撮影が再び行なわれる。光のビームが、患者の
皮膚上で印となるので、マーカーでこの印を患者の皮膚
上に記す。照射期間の間、患者は、その皮膚上のこれら
の印が光のビームと一致するまで動かされ、これらは線
形加速器およびシミュレーション放射線システムで同一
である。この従来の方法は、多くの欠点がある。その１
つは、患者が所望の位置をとるように診療台上で患者を
動かさなくてはならない点であり、これは簡単ではな
く、患者に苦痛な位置のままでいることを強いるかもし
れず、または患者に丸まらせて所望の位置で止まること
ができなくするかもしれない。患者の位置ができるだけ
正確でなくてはならないことが指摘されるべきである。
たとえば、前立腺の最後の放射線療法のセッションの場
合、直径４センチの範囲に含まれるこの臓器のみが目標
とされ、従来の方法では前立腺に適切に達することを確
実にするために直径１０センチの領域を照射しなくては
ならない。もちろん、これは隣接する臓器に無害なわけ
ではない。
【０００６】２．整形外科 整形外科のアプリケーションでは、線形の経路に従っ
て、物体（たとえばねじ）を人体（通常は骨）に導入す
る助けとなるものを与えることがポイントである。骨の
形状は、従来は３Ｄ撮像（Ｘ線スキャナまたはＭＲＩ）
によって検査され、医療処置の手順は、特に、有害とな
り得る体の部位を通ることなく所望の位置に正確に達す
るために器具が挿入されなくてはならない正確な方向に
関してこの像の関数として規定される。
て、物体（たとえばねじ）を人体（通常は骨）に導入す
る助けとなるものを与えることがポイントである。骨の
形状は、従来は３Ｄ撮像（Ｘ線スキャナまたはＭＲＩ）
によって検査され、医療処置の手順は、特に、有害とな
り得る体の部位を通ることなく所望の位置に正確に達す
るために器具が挿入されなくてはならない正確な方向に
関してこの像の関数として規定される。
【０００７】従来は、外科的な手順の間、器具の導入を
制御するためにＸ線撮影が用いられる。通常の状況下で
は、主な欠点は、目標および導入される物体の両方の正
面像および側面像を同時に撮ることが不可能な点であ
る。この方法はしたがって、物体の適切な位置決めを確
認するための手段として、事後的に用いられるだけであ
る（１つの投影でのみリアルタイムでその進行が追跡さ
れる）。さらに、このような確認は量的にはできない。
その解釈はオペレータのみによってなされる。現在の調
査では、このような技術では、約１０％の場合の位置決
めが理想的ではないことを示している。
制御するためにＸ線撮影が用いられる。通常の状況下で
は、主な欠点は、目標および導入される物体の両方の正
面像および側面像を同時に撮ることが不可能な点であ
る。この方法はしたがって、物体の適切な位置決めを確
認するための手段として、事後的に用いられるだけであ
る（１つの投影でのみリアルタイムでその進行が追跡さ
れる）。さらに、このような確認は量的にはできない。
その解釈はオペレータのみによってなされる。現在の調
査では、このような技術では、約１０％の場合の位置決
めが理想的ではないことを示している。
【０００８】より最近では、２次元（２Ｄ）像と３次元
（３Ｄ）を合わせるための技術を実現するための手術現
場での放射線のシステムの使用を改良することが提案さ
れている（エス．ラバール（S. Laballe´e ）らの、
「３Ｄ距離マップを用いての３Ｄ平坦な表面のそれらの
２Ｄ投影とのマッチング」（Matching 3D smooth surfa
ces with their 2D projections using 3D Distance Ma
ps）、ＳＰＩＥ１５７０、ＰＰ．３２２−３３６、１９
９１年を参照されたい）。この方法での問題は、この技
術が、いくつかの入射で目標を調べ、かつデジタル化で
きる信号を与えることのできる洗練されたＸ線撮影シス
テムの使用を必要とするため、高価なことである。Ｘ線
撮影システムの欠点を避けるために、ある医療チーム
は、Ｘ線スキャナまたはＭＲＩ装置を用いて治療介入を
することを提案している。そうすると、同じ手段で得ら
れる手術前および現場での像の比較をすることが簡単で
ある。しかしながら、このようなアプローチは、洗練さ
れた撮像器具および外科的器具の同時使用に関わるとい
う事実から、多数の欠点がある。これらの欠点の中で挙
げられるのは、 −外科的な制限（無菌状態…）、 −より経済的に操作するために、観察のタスクのために
これらの装置を継続的に使用することが所望される一方
で、高価な材料（Ｘ線スキャナまたはＭＲＩ装置）を長
い間（外科的な手順の持続時間の間）固定しておかなけ
ればならないこと、 −特定の外科的器具の必要性（ＭＲＩシステムの場合、
これらの器具は人工産物を発生してはならず、より特定
的には強磁性であってはならない）、これはたとえば、
チタニウムでできている非常に高価な器具の使用に関わ
る。
（３Ｄ）を合わせるための技術を実現するための手術現
場での放射線のシステムの使用を改良することが提案さ
れている（エス．ラバール（S. Laballe´e ）らの、
「３Ｄ距離マップを用いての３Ｄ平坦な表面のそれらの
２Ｄ投影とのマッチング」（Matching 3D smooth surfa
ces with their 2D projections using 3D Distance Ma
ps）、ＳＰＩＥ１５７０、ＰＰ．３２２−３３６、１９
９１年を参照されたい）。この方法での問題は、この技
術が、いくつかの入射で目標を調べ、かつデジタル化で
きる信号を与えることのできる洗練されたＸ線撮影シス
テムの使用を必要とするため、高価なことである。Ｘ線
撮影システムの欠点を避けるために、ある医療チーム
は、Ｘ線スキャナまたはＭＲＩ装置を用いて治療介入を
することを提案している。そうすると、同じ手段で得ら
れる手術前および現場での像の比較をすることが簡単で
ある。しかしながら、このようなアプローチは、洗練さ
れた撮像器具および外科的器具の同時使用に関わるとい
う事実から、多数の欠点がある。これらの欠点の中で挙
げられるのは、 −外科的な制限（無菌状態…）、 −より経済的に操作するために、観察のタスクのために
これらの装置を継続的に使用することが所望される一方
で、高価な材料（Ｘ線スキャナまたはＭＲＩ装置）を長
い間（外科的な手順の持続時間の間）固定しておかなけ
ればならないこと、 −特定の外科的器具の必要性（ＭＲＩシステムの場合、
これらの器具は人工産物を発生してはならず、より特定
的には強磁性であってはならない）、これはたとえば、
チタニウムでできている非常に高価な器具の使用に関わ
る。
【０００９】−撮像装置の形状（直径の小さいチャネ
ル）により、外科的器具の導入が難しくなる。
ル）により、外科的器具の導入が難しくなる。
【００１０】しかしながら、すべての上述の欠点にも関
わらず、このような３Ｄ撮像マッチング技術が開発され
ているとういことは、外科的器具の導入の正確さを改良
することができる何らかの手段への医療チームの関心を
表している。
わらず、このような３Ｄ撮像マッチング技術が開発され
ているとういことは、外科的器具の導入の正確さを改良
することができる何らかの手段への医療チームの関心を
表している。
【００１１】
【発明の概要】この発明のある目的は、一連の手術前の
３Ｄ像に関して、予め定められた態様で器具を位置決め
することを可能にする、現場での臓器の一連の像を撮る
ための単純かつ安価な方法を提供することである。
３Ｄ像に関して、予め定められた態様で器具を位置決め
することを可能にする、現場での臓器の一連の像を撮る
ための単純かつ安価な方法を提供することである。
【００１２】この目的を達成するために、この発明は、
現場での像を撮るために、対象の臓器の表面の点、また
は臓器に関して固定された皮膚の部位の表面の点の３Ｄ
形態学的像を与える装置の使用を提供する。この表面の
点の像は、（臓器または皮膚の部位の）表面の点の位置
を定めることに関する情報を含む、手術前の３Ｄ関数
（function）像と組合わされる（合わせられる）。
現場での像を撮るために、対象の臓器の表面の点、また
は臓器に関して固定された皮膚の部位の表面の点の３Ｄ
形態学的像を与える装置の使用を提供する。この表面の
点の像は、（臓器または皮膚の部位の）表面の点の位置
を定めることに関する情報を含む、手術前の３Ｄ関数
（function）像と組合わされる（合わせられる）。
【００１３】臓器の表面の点の３Ｄ形態学的像を得るた
めに、この発明は超音波検査のプローブの使用を提供す
る。
めに、この発明は超音波検査のプローブの使用を提供す
る。
【００１４】臓器に関して固定される皮膚の部位の表面
の点の３Ｄ形態学的な像（たとえば脳に関して固定され
る患者の頭の部分の像）を得るために、この発明は光撮
像装置の使用を提供する。
の点の３Ｄ形態学的な像（たとえば脳に関して固定され
る患者の頭の部分の像）を得るために、この発明は光撮
像装置の使用を提供する。
【００１５】さらに、この発明は、手術前の像によって
次に規定される臓器の座標システムに関して器具の位置
を定めることを提供する。
次に規定される臓器の座標システムに関して器具の位置
を定めることを提供する。
【００１６】この発明の第２の目的は、臓器に関連する
表面の点の３Ｄ形態学的な像を上述のように与える第１
の装置からの像と、その臓器の特定の部位に関する関数
的な情報を与え、ガンマシンチグラフィカメラ、陽電子
射出断層撮影（ＰＥＴ）装置、脳磁気図記録（ＭＥＧ）
装置、またはシンクロトロン放射装置等の同じ手術現場
内に配置される特定の装置からの像とを合わせ、したが
って臓器のこれらの特定の部位を位置決めすることを可
能にすることを提供する。
表面の点の３Ｄ形態学的な像を上述のように与える第１
の装置からの像と、その臓器の特定の部位に関する関数
的な情報を与え、ガンマシンチグラフィカメラ、陽電子
射出断層撮影（ＰＥＴ）装置、脳磁気図記録（ＭＥＧ）
装置、またはシンクロトロン放射装置等の同じ手術現場
内に配置される特定の装置からの像とを合わせ、したが
って臓器のこれらの特定の部位を位置決めすることを可
能にすることを提供する。
【００１７】この第２の目的を達成するため、第１の装
置および特定の装置の初期位置を、（たとえば超音波検
査のプローブおよびガンマシンチグラフィカメラの場
合、超音波周波数およびガンマ線で）それらの両方によ
って可視である同じ目標の位置を、それらにピンポイン
ト（pinpoint）させることによって、前もって位置を定
めることを提供する。
置および特定の装置の初期位置を、（たとえば超音波検
査のプローブおよびガンマシンチグラフィカメラの場
合、超音波周波数およびガンマ線で）それらの両方によ
って可視である同じ目標の位置を、それらにピンポイン
ト（pinpoint）させることによって、前もって位置を定
めることを提供する。
【００１８】この発明の独創性の１つは、関数的な情報
ではなく表面の点の像のみを与えて、異なる座標システ
ムを合わせるために動作可能な中間装置として働く装置
の使用にある。特定的には、超音波プローブを用いてこ
の座標配置を行なうアイデアは、超音波像がＭＲＩまた
はスキャナタイプの装置ほど価値のある情報を与えない
ため、この発明の１つの局面である。まさに、超音波は
通常、一連の平行な像切片で構成される、量のある画像
の代わりに、臓器の一連の平面かつ個別の断面像を与え
る。
ではなく表面の点の像のみを与えて、異なる座標システ
ムを合わせるために動作可能な中間装置として働く装置
の使用にある。特定的には、超音波プローブを用いてこ
の座標配置を行なうアイデアは、超音波像がＭＲＩまた
はスキャナタイプの装置ほど価値のある情報を与えない
ため、この発明の１つの局面である。まさに、超音波は
通常、一連の平行な像切片で構成される、量のある画像
の代わりに、臓器の一連の平面かつ個別の断面像を与え
る。
【００１９】超音波検査について 超音波検査は、１９７０年以来進歩している撮像プロセ
スである。変換器（圧電結晶）は、人体に広がる数メガ
ヘルツの超音波周波数を放射するが、媒体の音響インピ
ーダンスが高いばらつきを与えるインターフェース（典
型的には、水／油脂インターフェース）にそれらが達す
るとき、反射され得る。同じ変換器が、短い時間の間は
超音波周波数エミッタとして、一般に、より長い時間の
間は、人体によって反射された超音波周波数のための受
信器として用いられ得る。放出と受信との間の時間間隔
（対象の媒体における超音波周波数の速度に関する仮定
を考慮して、超音波検査源の位置を定めることを可能に
する）およびエコーの強度（超音波検査する点の性質に
関する情報を与える）の両方を測定することが可能であ
る。
スである。変換器（圧電結晶）は、人体に広がる数メガ
ヘルツの超音波周波数を放射するが、媒体の音響インピ
ーダンスが高いばらつきを与えるインターフェース（典
型的には、水／油脂インターフェース）にそれらが達す
るとき、反射され得る。同じ変換器が、短い時間の間は
超音波周波数エミッタとして、一般に、より長い時間の
間は、人体によって反射された超音波周波数のための受
信器として用いられ得る。放出と受信との間の時間間隔
（対象の媒体における超音波周波数の速度に関する仮定
を考慮して、超音波検査源の位置を定めることを可能に
する）およびエコーの強度（超音波検査する点の性質に
関する情報を与える）の両方を測定することが可能であ
る。
【００２０】最も単純な動作様式は、１方向のみに超音
波周波数を放出し、復元することである（モードＡ）。
次に、超音波検査によって目標とされる体の組織が移動
可能であれば、時間の関数として可変である信号が得ら
れる。この動作モードは、医療、特に心臓血管のアプリ
ケーションで最も早く用いられたものである（たとえば
心臓の弁の稼働性を査定することを可能にした）。
波周波数を放出し、復元することである（モードＡ）。
次に、超音波検査によって目標とされる体の組織が移動
可能であれば、時間の関数として可変である信号が得ら
れる。この動作モードは、医療、特に心臓血管のアプリ
ケーションで最も早く用いられたものである（たとえば
心臓の弁の稼働性を査定することを可能にした）。
【００２１】空間の平面部分で超音波周波数を放出し、
集めることも可能である（モードＢ）。これは、線形の
ロッド上に一連の固定された１次元変換器を並置するこ
とによって、または平面内で固定された点について１次
元変換器を（機械的にまたは電子的に）回転することに
よって達成し得る。このような撮像の様式は、「柔らか
い臓器」の検査、より特定的には婦人科学、産科学およ
び胃腸病学の分野で非常に貴重であるとわかった。
集めることも可能である（モードＢ）。これは、線形の
ロッド上に一連の固定された１次元変換器を並置するこ
とによって、または平面内で固定された点について１次
元変換器を（機械的にまたは電子的に）回転することに
よって達成し得る。このような撮像の様式は、「柔らか
い臓器」の検査、より特定的には婦人科学、産科学およ
び胃腸病学の分野で非常に貴重であるとわかった。
【００２２】さらに、超音波検査が最も価値のある情報
を与える多数の臨床的な状況がある（より特定的には胃
腸病学、産婦人科学、および心臓病学の分野）。超音波
検査はまた、外科的な手順を導くためにも非常に有用で
ある（たとえば、これにより人体への穿刺針の導入を制
御する）。
を与える多数の臨床的な状況がある（より特定的には胃
腸病学、産婦人科学、および心臓病学の分野）。超音波
検査はまた、外科的な手順を導くためにも非常に有用で
ある（たとえば、これにより人体への穿刺針の導入を制
御する）。
【００２３】さらに、同じ情報について、超音波検査シ
ステムは、Ｘ線スキャナおよびＭＲＩ装置に対して以下
の利点を有する。
ステムは、Ｘ線スキャナおよびＭＲＩ装置に対して以下
の利点を有する。
【００２４】−そのコストは約１０分の１、 −エミッタは、体の上に押圧されるプローブの形状で製
造でき、軽くかつ簡単に運搬可能な構造を有し、逆にＸ
線スキャナおよびＭＲＩ装置は、非常に扱いにくく、検
査室内で大きな嵩を占め、 −Ｘ線スキャナと比較すると、超音波検査は、ＭＲＩと
同様に、全く無害である。
造でき、軽くかつ簡単に運搬可能な構造を有し、逆にＸ
線スキャナおよびＭＲＩ装置は、非常に扱いにくく、検
査室内で大きな嵩を占め、 −Ｘ線スキャナと比較すると、超音波検査は、ＭＲＩと
同様に、全く無害である。
【００２５】特に、形態学的な像を与える超音波検査シ
ステムの主要な利点は、その使用が簡単で、低コストで
ある点にある。
ステムの主要な利点は、その使用が簡単で、低コストで
ある点にある。
【００２６】さらに、通常の先入観では、整形学的な解
析、すなわち骨の解析のための超音波検査システムを軽
視している。まさに、一般的な状況下では、超音波周波
数は、それを鏡のように反射する骨を通らない。したが
って、超音波周波数を用いることによって骨の内部を検
査することは不可能である。しかしながら、超音波周波
数を反射する鏡のような性質のため、難しくはあるが、
骨の表面の検査は可能である。反射は、デカルトの法則
によって与えられる方向に沿ってのみ実際は起こるの
で、骨の各超音波検査で与えられるのは、あまり価値の
ない情報を含む像である、すなわちその法線が超音波周
波数の方向に平行である骨の輪郭の部分のみが見える。
析、すなわち骨の解析のための超音波検査システムを軽
視している。まさに、一般的な状況下では、超音波周波
数は、それを鏡のように反射する骨を通らない。したが
って、超音波周波数を用いることによって骨の内部を検
査することは不可能である。しかしながら、超音波周波
数を反射する鏡のような性質のため、難しくはあるが、
骨の表面の検査は可能である。反射は、デカルトの法則
によって与えられる方向に沿ってのみ実際は起こるの
で、骨の各超音波検査で与えられるのは、あまり価値の
ない情報を含む像である、すなわちその法線が超音波周
波数の方向に平行である骨の輪郭の部分のみが見える。
【００２７】しかしながら、ここで取上げるアプリケー
ションについては、後述のように、各超音波検査のセッ
ションで骨の表面の点についての情報を集め、この発明
に従う方法を実現するには十分である。したがって、超
音波検査はまた、整形外科学のアプリケーションにも適
用される。
ションについては、後述のように、各超音波検査のセッ
ションで骨の表面の点についての情報を集め、この発明
に従う方法を実現するには十分である。したがって、超
音波検査はまた、整形外科学のアプリケーションにも適
用される。
【００２８】より特定的には、この発明は、少なくとも
２つの撮像装置に関して患者の臓器の位置を定めるため
の方法を提供する。第１の撮像装置は、患者の臓器また
は皮膚の部位の表面の点の像を与える装置である。この
方法は、患者の支持台の座標システムに関して、第１の
装置の位置を定めることと、第１の装置で少なくとも１
つのネガ（cliche）を形成することとを含み、臓器また
は皮膚の部位の表面の点の群に対応する第１の像が得ら
れ、さらに臓器およびその表面、または皮膚の部位の表
面の少なくとも１つの３Ｄ像を第２の撮像装置で撮るこ
とと、第１の像を第２の像に合わせることとからなるス
テップを含む。
２つの撮像装置に関して患者の臓器の位置を定めるため
の方法を提供する。第１の撮像装置は、患者の臓器また
は皮膚の部位の表面の点の像を与える装置である。この
方法は、患者の支持台の座標システムに関して、第１の
装置の位置を定めることと、第１の装置で少なくとも１
つのネガ（cliche）を形成することとを含み、臓器また
は皮膚の部位の表面の点の群に対応する第１の像が得ら
れ、さらに臓器およびその表面、または皮膚の部位の表
面の少なくとも１つの３Ｄ像を第２の撮像装置で撮るこ
とと、第１の像を第２の像に合わせることとからなるス
テップを含む。
【００２９】この発明のある実施例に従えば、第１の撮
像装置は超音波検査プローブであり、各投影像（view）
で、投影する表面（viewing plane ）内のプローブと臓
器および隣接する媒体の間のインターフェースとの間の
距離を与えることができる。撮像技術は、プローブを動
かすことと、プローブの複数個の予め定められた位置の
各々のネガをとり、そのため各ネガについて、臓器の表
面の少なくとも１つの点のプローブに関しての位置を得
ることとからなり、臓器の表面の点の群に対応する第１
の像が得られる。
像装置は超音波検査プローブであり、各投影像（view）
で、投影する表面（viewing plane ）内のプローブと臓
器および隣接する媒体の間のインターフェースとの間の
距離を与えることができる。撮像技術は、プローブを動
かすことと、プローブの複数個の予め定められた位置の
各々のネガをとり、そのため各ネガについて、臓器の表
面の少なくとも１つの点のプローブに関しての位置を得
ることとからなり、臓器の表面の点の群に対応する第１
の像が得られる。
【００３０】この発明の実施例に従えば、患者の支持台
の座標システムに関してのプローブの位置を定めるステ
ップは、コード化されたロボットの関節のある腕にプロ
ーブを固定することと、超音波検査の視標の３つの点を
投影することと、プローブを、その投影軸について１８
０°だけ回転することと、視標の３つの点を再び投影す
ることと、視標の別の位置について先の２つのステップ
を再び行なうこととからなるステップを含む。
の座標システムに関してのプローブの位置を定めるステ
ップは、コード化されたロボットの関節のある腕にプロ
ーブを固定することと、超音波検査の視標の３つの点を
投影することと、プローブを、その投影軸について１８
０°だけ回転することと、視標の３つの点を再び投影す
ることと、視標の別の位置について先の２つのステップ
を再び行なうこととからなるステップを含む。
【００３１】この発明の実施例に従えば、視標は、２つ
の平面の間に張られた３本の平行な糸と、超音波周波数
を反射する材料でできており、３本の平行な糸に抗して
隣接する三角形で配置される３本の付加的な糸とによっ
て形成される。糸の組は、水の入った容器等の超音波周
波数を伝えることのできる媒体内に浸される。
の平面の間に張られた３本の平行な糸と、超音波周波数
を反射する材料でできており、３本の平行な糸に抗して
隣接する三角形で配置される３本の付加的な糸とによっ
て形成される。糸の組は、水の入った容器等の超音波周
波数を伝えることのできる媒体内に浸される。
【００３２】この発明は、手術前の座標システムにおい
てなされた臓器の解析結果によって規定される戦略、す
なわち配向および方向に従って、座標システム内に配置
される器具を自動的に位置決めするために、現場での座
標システムにおける患者の臓器の位置を定めるための方
法の使用を提供する。
てなされた臓器の解析結果によって規定される戦略、す
なわち配向および方向に従って、座標システム内に配置
される器具を自動的に位置決めするために、現場での座
標システムにおける患者の臓器の位置を定めるための方
法の使用を提供する。
【００３３】この場合、第１の装置は、第１の座標シス
テムに関連する現場、手術現場に配置され、第２の撮像
装置は、第２の座標システムに関連する手術前の場所に
配置され、第２の撮像装置は、臓器の表面、および必要
であれば皮膚の表面の３Ｄ像を与えるように適合される
タイプであり、像を合わせるステップは、第１のそれに
関して第２の座標システムの位置を定める。
テムに関連する現場、手術現場に配置され、第２の撮像
装置は、第２の座標システムに関連する手術前の場所に
配置され、第２の撮像装置は、臓器の表面、および必要
であれば皮膚の表面の３Ｄ像を与えるように適合される
タイプであり、像を合わせるステップは、第１のそれに
関して第２の座標システムの位置を定める。
【００３４】この発明の実施例は、第２の座標システム
で撮られた手術前の像に関して外科的な器具の動作軸を
定めることと、この動作軸を第１の座標システムにおい
て識別することと、第１の座標システムにおいてこの動
作軸に従って器具を位置決めすることとからなるステッ
プを与える。「外科的な」器具が、手術現場内に置かれ
る支持台上に装着される解析システムであるが、第１の
装置の支持台からは独立しているものであれば、器具の
動作軸は、第１の装置および器具によって、同じ視標を
投影することによって識別される。第１の装置が超音波
検査プローブであり、かつ器具が、その動作の範囲がレ
ーザ光線によって決められる放射線療法装置であれば、
超音波検査プローブおよびこの器具に共通の視標は、超
音波検査の視標であり、これに後者に関して予め定めら
れた態様で位置決めされた立体(cubic ）の反射器が加
えられる。
で撮られた手術前の像に関して外科的な器具の動作軸を
定めることと、この動作軸を第１の座標システムにおい
て識別することと、第１の座標システムにおいてこの動
作軸に従って器具を位置決めすることとからなるステッ
プを与える。「外科的な」器具が、手術現場内に置かれ
る支持台上に装着される解析システムであるが、第１の
装置の支持台からは独立しているものであれば、器具の
動作軸は、第１の装置および器具によって、同じ視標を
投影することによって識別される。第１の装置が超音波
検査プローブであり、かつ器具が、その動作の範囲がレ
ーザ光線によって決められる放射線療法装置であれば、
超音波検査プローブおよびこの器具に共通の視標は、超
音波検査の視標であり、これに後者に関して予め定めら
れた態様で位置決めされた立体(cubic ）の反射器が加
えられる。
【００３５】この発明はまた、臓器の関数像に関して形
態学的な像を位置決めするための方法の使用を提供し、
たとえば関数像はガンマシンチグラフィカメラまたはＰ
ＥＴ装置によって撮られる。
態学的な像を位置決めするための方法の使用を提供し、
たとえば関数像はガンマシンチグラフィカメラまたはＰ
ＥＴ装置によって撮られる。
【００３６】この場合、第１の装置は手術現場に位置さ
れ、ガンマシンチグラフィカメラまたはＰＥＴ、ＭＥＧ
またはシンクロトロン放射装置等の第３の撮像装置が用
いられ、同じ手術現場に置かれる。第１の装置および第
３の装置の相対的な位置は、第１および第３の装置によ
って同じ視標を投影することによって規定される。像の
マッチングは、第１および第３の装置の相対的な位置の
最初の決定によってなされる。
れ、ガンマシンチグラフィカメラまたはＰＥＴ、ＭＥＧ
またはシンクロトロン放射装置等の第３の撮像装置が用
いられ、同じ手術現場に置かれる。第１の装置および第
３の装置の相対的な位置は、第１および第３の装置によ
って同じ視標を投影することによって規定される。像の
マッチングは、第１および第３の装置の相対的な位置の
最初の決定によってなされる。
【００３７】この発明の実施例に従えば、第１の装置は
超音波検査プローブであり、第３の装置はガンマシンチ
グラフィまたはＭＥＧ装置であり、視標は放射性物質で
満たされた空洞のカテーテルによって形成され、視標
は、２つの平行な板の間に、同一線上にない態様で配置
される４本の管を含む。
超音波検査プローブであり、第３の装置はガンマシンチ
グラフィまたはＭＥＧ装置であり、視標は放射性物質で
満たされた空洞のカテーテルによって形成され、視標
は、２つの平行な板の間に、同一線上にない態様で配置
される４本の管を含む。
【００３８】この発明の上述のおよび他の目的、特徴、
局面および利点は、添付の図面に関連して、この発明の
以下の詳細な説明より明らかになるであろう。
局面および利点は、添付の図面に関連して、この発明の
以下の詳細な説明より明らかになるであろう。
【００３９】
【詳細な説明】上述のように、いくつかの医療、診断ま
たは治療上の手順について、先行する手術前の検査によ
り解剖の部位を調べ、外科的な手順を定める第１の座標
システムと、外科的な手順が実行される第２の、現場で
の、座標システムとを合わせる（すなわち、予め定めら
れた態様で一致させる）ことが必要である。先行技術の
方法は主に、外科的な手順の間および手術前の検査の間
の両方で、可視である基準の印を固定することからな
る。上述のように、このような方法はしばしば不正確
で、使用しにくい。
たは治療上の手順について、先行する手術前の検査によ
り解剖の部位を調べ、外科的な手順を定める第１の座標
システムと、外科的な手順が実行される第２の、現場で
の、座標システムとを合わせる（すなわち、予め定めら
れた態様で一致させる）ことが必要である。先行技術の
方法は主に、外科的な手順の間および手術前の検査の間
の両方で、可視である基準の印を固定することからな
る。上述のように、このような方法はしばしば不正確
で、使用しにくい。
【００４０】手術前の検査は、解剖部位（椎骨、前立
腺、脳…）の識別を可能にしなくてはならず、その形状
または皮膚膜の形状（脳でいえば頭蓋の皮膚）は座標シ
ステムを合わせるための基準となる。したがって、臓器
自体またはその皮膚膜の関数として、座標システムが合
わせられる（「融合される」）場合を考慮する。いわゆ
る３Ｄ分割ステップを用いることによってこれらの動作
を実現するために、種々の像処理技術が用いられ得る
（１９９１年、シャモニー（Chamonix）のアカデミック
プレス（Academic Press）刊、湾曲および表面について
の国際会議議事録（Proc. Int. Conf. on Curves and S
urfaces ）の２７９−２８４頁、Ｆ．ライトナー（F. L
eitner）、Ｉ．マーク（I. Marque ）、Ｓ．ラバール
（S. Lavalle´e ）、Ｐ．サンコン（P. Cinquin）によ
るダイナミックセグメンテーション（Dynamic Segmenta
tion）：「スプラインスネークでの端縁の探知（"Findi
ng the Edges with Spline Snakes"）」を参照された
い）。
腺、脳…）の識別を可能にしなくてはならず、その形状
または皮膚膜の形状（脳でいえば頭蓋の皮膚）は座標シ
ステムを合わせるための基準となる。したがって、臓器
自体またはその皮膚膜の関数として、座標システムが合
わせられる（「融合される」）場合を考慮する。いわゆ
る３Ｄ分割ステップを用いることによってこれらの動作
を実現するために、種々の像処理技術が用いられ得る
（１９９１年、シャモニー（Chamonix）のアカデミック
プレス（Academic Press）刊、湾曲および表面について
の国際会議議事録（Proc. Int. Conf. on Curves and S
urfaces ）の２７９−２８４頁、Ｆ．ライトナー（F. L
eitner）、Ｉ．マーク（I. Marque ）、Ｓ．ラバール
（S. Lavalle´e ）、Ｐ．サンコン（P. Cinquin）によ
るダイナミックセグメンテーション（Dynamic Segmenta
tion）：「スプラインスネークでの端縁の探知（"Findi
ng the Edges with Spline Snakes"）」を参照された
い）。
【００４１】超音波検査プローブの使用 実施例において、この発明は現場での像が、対象の部位
の超音波検査によって得られる点の群から生じる方法を
提供することを目的とし、これにより以前は分割されて
いた物体の映像化が可能になる。
の超音波検査によって得られる点の群から生じる方法を
提供することを目的とし、これにより以前は分割されて
いた物体の映像化が可能になる。
【００４２】その難しさは、超音波検査で得られた点の
位置を現場での座標システムに関連づけることを可能に
するプロトコルの概念にある。この目的を達成するため
に、現場での（外科的な）座標システムにおける超音波
検査のプローブの位置を定めることができなくてはなら
ない。
位置を現場での座標システムに関連づけることを可能に
するプロトコルの概念にある。この目的を達成するため
に、現場での（外科的な）座標システムにおける超音波
検査のプローブの位置を定めることができなくてはなら
ない。
【００４３】この発明の第１の実現に従えば、現場での
座標システムに関してしっかりと固定された適切なセン
サ（たとえば、フォトルミネッセントダイオード、超音
波周波数エミッタ）によって検出可能な目印をプローブ
それ自体の上に、与えることが可能である。
座標システムに関してしっかりと固定された適切なセン
サ（たとえば、フォトルミネッセントダイオード、超音
波周波数エミッタ）によって検出可能な目印をプローブ
それ自体の上に、与えることが可能である。
【００４４】この発明の別の好ましい実施例に従えば、
プローブはロボットの関節のある腕の端にしっかりと固
定される。それから、関節のある腕に関してのプローブ
の位置、および現場での座標システムに関しての関節の
ある腕の座標システムの位置を定める。
プローブはロボットの関節のある腕の端にしっかりと固
定される。それから、関節のある腕に関してのプローブ
の位置、および現場での座標システムに関しての関節の
ある腕の座標システムの位置を定める。
【００４５】ａ） 関節のある腕に関してのプローブの
相対的な位置の決定 この決定を得るために、この発明は、較正視標に関して
プローブの位置を定め、これにより固定された空間配分
を有する目印を超音波検査において見ることを可能にす
る。これらの目印は、超音波検査装置によって走査さ
れ、それらの実際の空間的な位置は、ロボットの腕の座
標変換器によって与えられる位置と比較されてプローブ
の理論上の位置を求める。次に、非線形最小自乗（leas
t square）技術を用いることによって、プローブの座標
システムから腕のそれへの遷移を特徴づける回転および
変換パラメータを識別することが可能である。
相対的な位置の決定 この決定を得るために、この発明は、較正視標に関して
プローブの位置を定め、これにより固定された空間配分
を有する目印を超音波検査において見ることを可能にす
る。これらの目印は、超音波検査装置によって走査さ
れ、それらの実際の空間的な位置は、ロボットの腕の座
標変換器によって与えられる位置と比較されてプローブ
の理論上の位置を求める。次に、非線形最小自乗（leas
t square）技術を用いることによって、プローブの座標
システムから腕のそれへの遷移を特徴づける回転および
変換パラメータを識別することが可能である。
【００４６】プローブは腕の端にしっかりと固定されて
いるので、プローブの座標システムを関節のある腕の座
標システムに関連づける変換を見いださなくてはならな
い。この目的を達成するために、少なくとも２つの任意
の位置で調べられなくてはならない視標の３つの基準点
が調べられる。
いるので、プローブの座標システムを関節のある腕の座
標システムに関連づける変換を見いださなくてはならな
い。この目的を達成するために、少なくとも２つの任意
の位置で調べられなくてはならない視標の３つの基準点
が調べられる。
【００４７】この発明に従う視標の１つの実施例は、図
１に図示される。視標は、超音波周波数を伝えることの
できる媒体、たとえば水の入った容器１０内に、２つの
平面の間に張られた３本の糸１、２および３を含む。３
つの付加的な糸４、５および６が、３本の糸１、２およ
び３の各２本を結び、三角形のパターンを形成する。こ
の三角形は、ナイロンの糸等の超音波検査システムに敏
感な材料でできている細い糸によって作成され得る。次
に、関節のある腕操縦器（図示せず）によって、プロー
ブ１１は、その平面ビーム１２が３本の糸４、５および
６の表面と同一表面上にあるように配置される。プロー
ブが三角形の平面内にあれば、この三角形は完全に映像
化され、その頂点は、その端縁の交点を計算することに
よって得られる。プローブ１１のこの位置から、プロー
ブは、超音波検査像の平面内に含まれる軸Ｚについて１
８０°だけ回転され、回転パラメータを識別することを
可能にする。
１に図示される。視標は、超音波周波数を伝えることの
できる媒体、たとえば水の入った容器１０内に、２つの
平面の間に張られた３本の糸１、２および３を含む。３
つの付加的な糸４、５および６が、３本の糸１、２およ
び３の各２本を結び、三角形のパターンを形成する。こ
の三角形は、ナイロンの糸等の超音波検査システムに敏
感な材料でできている細い糸によって作成され得る。次
に、関節のある腕操縦器（図示せず）によって、プロー
ブ１１は、その平面ビーム１２が３本の糸４、５および
６の表面と同一表面上にあるように配置される。プロー
ブが三角形の平面内にあれば、この三角形は完全に映像
化され、その頂点は、その端縁の交点を計算することに
よって得られる。プローブ１１のこの位置から、プロー
ブは、超音波検査像の平面内に含まれる軸Ｚについて１
８０°だけ回転され、回転パラメータを識別することを
可能にする。
【００４８】較正視標は、超音波のプローブを支持する
関節のある腕の２つの位置に従って視標の映像化を再開
するように、別の任意の位置に動かされ、２つの位置
は、一方を他方に関して１８０°だけ回転される。たと
えば、１９８７年のＩＥＥＥ間、ＣＨ２４１３−３／８
７／００００／１６６６のＹ．Ｃ．シュー（Y. C. Shi
u）らによる、「形式ＡＸ＝ＸＢの同時変換式を解くこ
とによる装着位置の探知（"Finding the Mounting Posi
tion by Solving a Homogeneous Transform Equation o
f Form AX=XB" ）に説明されるような従来の較正方法を
実現するために必要なデータはすべて利用可能である。
関節のある腕の２つの位置に従って視標の映像化を再開
するように、別の任意の位置に動かされ、２つの位置
は、一方を他方に関して１８０°だけ回転される。たと
えば、１９８７年のＩＥＥＥ間、ＣＨ２４１３−３／８
７／００００／１６６６のＹ．Ｃ．シュー（Y. C. Shi
u）らによる、「形式ＡＸ＝ＸＢの同時変換式を解くこ
とによる装着位置の探知（"Finding the Mounting Posi
tion by Solving a Homogeneous Transform Equation o
f Form AX=XB" ）に説明されるような従来の較正方法を
実現するために必要なデータはすべて利用可能である。
【００４９】ｂ） 外科的な器具の座標システムに関し
てのプローブの位置、および関節のある腕の基準印の位
置の決定 外科的な器具、たとえば針を導入するための誘導装置
は、プローブを有する関節のある腕と同時に加工されて
いるかもしれない。この場合、特に位置決めの問題はな
い。
てのプローブの位置、および関節のある腕の基準印の位
置の決定 外科的な器具、たとえば針を導入するための誘導装置
は、プローブを有する関節のある腕と同時に加工されて
いるかもしれない。この場合、特に位置決めの問題はな
い。
【００５０】しかしながら、外科的な器具がプローブを
有する関節のある腕から独立して設計されれば、それら
の座標システムは、一方を他方に関して位置決めされな
くてはならない。
有する関節のある腕から独立して設計されれば、それら
の座標システムは、一方を他方に関して位置決めされな
くてはならない。
【００５１】第１の例において、外科的な器具は、ガン
マシンチグラフィカメラ、または断層撮影装置であり、
較正のためには、超音波検査およびガンマシンチグラフ
ィシステムの両方によって可視である視標を用いる。
マシンチグラフィカメラ、または断層撮影装置であり、
較正のためには、超音波検査およびガンマシンチグラフ
ィシステムの両方によって可視である視標を用いる。
【００５２】図２は、２つの平行な平面の間に張られた
４本の平行でない糸（２０−２３）を含むような例示的
な視標を示す。４本の糸は、プレキシガラスでできてい
る２つの板２４、２５の間に延びる細いカテーテルであ
り、放射性物質で満たされる。視標が水の入った容器内
に置かれると、これは超音波検査およびシンチグラフィ
システムの両方において見ることができる。各断面シン
チグラフィの投影像上に、４つの放射線源が検出され、
超音波検査のプローブ上に、プレキシガラスの板２４と
２５との間に延びる４本のロッド２０、２１、２２およ
び２３の交点が超音波検査の平面で直接認められる。こ
れらのデータから、超音波検査システムおよびシンチグ
ラフィカメラの座標システムにおける４本の線２０、２
１、２２、２３の式を復元することが可能である。
４本の平行でない糸（２０−２３）を含むような例示的
な視標を示す。４本の糸は、プレキシガラスでできてい
る２つの板２４、２５の間に延びる細いカテーテルであ
り、放射性物質で満たされる。視標が水の入った容器内
に置かれると、これは超音波検査およびシンチグラフィ
システムの両方において見ることができる。各断面シン
チグラフィの投影像上に、４つの放射線源が検出され、
超音波検査のプローブ上に、プレキシガラスの板２４と
２５との間に延びる４本のロッド２０、２１、２２およ
び２３の交点が超音波検査の平面で直接認められる。こ
れらのデータから、超音波検査システムおよびシンチグ
ラフィカメラの座標システムにおける４本の線２０、２
１、２２、２３の式を復元することが可能である。
【００５３】ロッド２０、２１、２２、２３の対の各々
について、その長さが２本のロッドの間の最小距離であ
る、セグメントの中間を規定する仮想点３０−３５が計
算される。超音波検査座標システム内で６つの点の組お
よびカメラ座標システム内で６つの点の組が得られる。
たとえば、ＩＥＥＥのVol. PAMI. 9, No.5、６９８−７
００頁の、Ｋ．Ｓ．アラン（K. S. Arun）らによる、
「パターン解析およびマシン知能の処理（"Transaction
s on Pattern Analysis and Machine Intelligence"
）」に説明されるような既知の最小化方法を適用する
ことも可能である。
について、その長さが２本のロッドの間の最小距離であ
る、セグメントの中間を規定する仮想点３０−３５が計
算される。超音波検査座標システム内で６つの点の組お
よびカメラ座標システム内で６つの点の組が得られる。
たとえば、ＩＥＥＥのVol. PAMI. 9, No.5、６９８−７
００頁の、Ｋ．Ｓ．アラン（K. S. Arun）らによる、
「パターン解析およびマシン知能の処理（"Transaction
s on Pattern Analysis and Machine Intelligence"
）」に説明されるような既知の最小化方法を適用する
ことも可能である。
【００５４】第２の例において、外科的な器具は、角度
のついた形状の、端縁が直交する反射器の位置を定める
ことを可能にするレーザ光線源にしばしば関連する放射
線療法装置である。視標として、たとえば図１に図示さ
れるような超音波検査の視標が用いられ、これに３本の
糸４、５、６に関してよく定められた態様で、最初の較
正ではレーザ光線の交差部分に位置決めされる反射性の
端縁が固定される。
のついた形状の、端縁が直交する反射器の位置を定める
ことを可能にするレーザ光線源にしばしば関連する放射
線療法装置である。視標として、たとえば図１に図示さ
れるような超音波検査の視標が用いられ、これに３本の
糸４、５、６に関してよく定められた態様で、最初の較
正ではレーザ光線の交差部分に位置決めされる反射性の
端縁が固定される。
【００５５】現場（外科的な）座標システムに関して超
音波検査のプローブが完全に位置決めされれば、この方
法に従う、手術前の３Ｄ像によって規定される臓器座標
システムに関してプローブの位置を定めるように、超音
波検査のプローブのいくつかの位置について対象の臓器
の表面の像の点の群を映像化することからなる方法を適
用する。プローブに関して位置を定められた器具の位置
を、手術前の段階で定められた戦略に適合させることが
可能になる。
音波検査のプローブが完全に位置決めされれば、この方
法に従う、手術前の３Ｄ像によって規定される臓器座標
システムに関してプローブの位置を定めるように、超音
波検査のプローブのいくつかの位置について対象の臓器
の表面の像の点の群を映像化することからなる方法を適
用する。プローブに関して位置を定められた器具の位置
を、手術前の段階で定められた戦略に適合させることが
可能になる。
【００５６】さらに、超音波検査のプローブが、図２の
ような二重の視標に関して位置決めされれば、ガンマシ
ンチグラフィまたは断層撮影カメラ等の装置のこの二重
の視標に関して、最初の位置をピンポイントすることが
できる。超音波検査のプローブは、たとえばコード化さ
れたロボットの腕によって、この最初の位置に関して、
定められた態様で動かされる。したがって、プローブに
関してのカメラの位置がいつでも知られる。したがっ
て、超音波検査の（形態学的な）像をガンマシンチグラ
フィまたは断層撮影（関数的な）像に合わせることが可
能であり、診断上の手順にとって非常に有用な情報を与
える。さらに、上述のように、超音波検査の像を、Ｘ線
スキャナまたはＭＲＩ装置による解析から生じる形態学
的な３Ｄ像に合わせる（融合させる）ことが可能であ
る。超音波検査の像は中間の像として役立ち、これらの
２つのタイプの像の一致の組合わせによって、ガンマシ
ンチグラフィの像を、Ｘ線スキャナまたはＭＲＩ解析か
ら生じる形態学的な３Ｄ像と合わせることができる。
ような二重の視標に関して位置決めされれば、ガンマシ
ンチグラフィまたは断層撮影カメラ等の装置のこの二重
の視標に関して、最初の位置をピンポイントすることが
できる。超音波検査のプローブは、たとえばコード化さ
れたロボットの腕によって、この最初の位置に関して、
定められた態様で動かされる。したがって、プローブに
関してのカメラの位置がいつでも知られる。したがっ
て、超音波検査の（形態学的な）像をガンマシンチグラ
フィまたは断層撮影（関数的な）像に合わせることが可
能であり、診断上の手順にとって非常に有用な情報を与
える。さらに、上述のように、超音波検査の像を、Ｘ線
スキャナまたはＭＲＩ装置による解析から生じる形態学
的な３Ｄ像に合わせる（融合させる）ことが可能であ
る。超音波検査の像は中間の像として役立ち、これらの
２つのタイプの像の一致の組合わせによって、ガンマシ
ンチグラフィの像を、Ｘ線スキャナまたはＭＲＩ解析か
ら生じる形態学的な３Ｄ像と合わせることができる。
【００５７】もちろん、当業者には明らかであるよう
に、ここで開示された好ましい実施例には種々の変形が
可能である。より特定的には撮られる超音波検査の像の
選択、および手術前の３Ｄ像と同じ臓器の超音波検査に
よって得られた点の群の像との相関関係を与えるモード
に関して変形がなされ得る。
に、ここで開示された好ましい実施例には種々の変形が
可能である。より特定的には撮られる超音波検査の像の
選択、および手術前の３Ｄ像と同じ臓器の超音波検査に
よって得られた点の群の像との相関関係を与えるモード
に関して変形がなされ得る。
【００５８】皮膚の部位の像の使用 上述のように、位置が定められるべき臓器は、脳が患者
の頭に関してそうであるように、患者の皮膚の部位に関
して固定され得る。
の頭に関してそうであるように、患者の皮膚の部位に関
して固定され得る。
【００５９】この発明の変形は、第１の装置として非接
触３Ｄ表面撮像装置を用いることを提案する。好ましく
は、このような撮像装置は、全体の撮像またはスキャニ
ング撮像に基づく光学的な装置である。
触３Ｄ表面撮像装置を用いることを提案する。好ましく
は、このような撮像装置は、全体の撮像またはスキャニ
ング撮像に基づく光学的な装置である。
【００６０】ａ） 全体的な方法 モアレ（Moire ）の方法は全体的な方法の典型である。
構造化された光源が用いられ、そのビームは解析される
べき対象の上に投影される２つのサブビームに分けら
れ、結果として干渉縞となる２つの異なる光の経路を有
する。このような干渉縞の解析により、対象の表面の情
報を得ることができる。
構造化された光源が用いられ、そのビームは解析される
べき対象の上に投影される２つのサブビームに分けら
れ、結果として干渉縞となる２つの異なる光の経路を有
する。このような干渉縞の解析により、対象の表面の情
報を得ることができる。
【００６１】ｂ） スキャニング方法 レーザスキャンは、スキャニング方法の典型である。最
も単純な態様では、表面はレーザ光線で点から点へ照ら
され、その位置は完全に既知である。レーザの波長に対
応するフィルタを備えたカメラによってシーンが得ら
れ、レーザに関してのその位置、および特徴パラメータ
は、先に較正によって定められている。単純な三角測量
によって、レーザと対象物との交差点（これは実際はレ
ーザの線、および観察される点をカメラの光の焦点と接
続する線の、既知の式の２つの線の交点である）の位置
を規定することが容易である。レーザ光線の方向に非常
に迅速に動く回転ミラーが、対象物を走査するのに用い
られる。
も単純な態様では、表面はレーザ光線で点から点へ照ら
され、その位置は完全に既知である。レーザの波長に対
応するフィルタを備えたカメラによってシーンが得ら
れ、レーザに関してのその位置、および特徴パラメータ
は、先に較正によって定められている。単純な三角測量
によって、レーザと対象物との交差点（これは実際はレ
ーザの線、および観察される点をカメラの光の焦点と接
続する線の、既知の式の２つの線の交点である）の位置
を規定することが容易である。レーザ光線の方向に非常
に迅速に動く回転ミラーが、対象物を走査するのに用い
られる。
【００６２】このような方法は、産業界において多くの
アプリケーションを見いだす。その正確度は非常に高い
（もし要求されれば、約数十μｍの精度を得るために、
非常に細いレーザ光線を用いること、および光線のガウ
スの特徴を考慮に入れることが可能である）。
アプリケーションを見いだす。その正確度は非常に高い
（もし要求されれば、約数十μｍの精度を得るために、
非常に細いレーザ光線を用いること、および光線のガウ
スの特徴を考慮に入れることが可能である）。
【００６３】この発明の変形は、平面状に放たれるビー
ムを与える円筒状レンズを通るレーザ光線を有する。こ
の平面ビームは、対象物上に投影され、その対象物との
交差は、既知の位置に配置されるカメラによって解析さ
れる。この場合でも、そのように得られた像の処理か
ら、レーザの平面の対象物とのすべての交差点の空間的
な位置を得ることが簡単である。必要なのはレーザ光線
（または対象物）を変換すること、またはそれを軸につ
いて回転すること、対象物全体を「走査する」こと、お
よびその表面の点を得ることだけである。
ムを与える円筒状レンズを通るレーザ光線を有する。こ
の平面ビームは、対象物上に投影され、その対象物との
交差は、既知の位置に配置されるカメラによって解析さ
れる。この場合でも、そのように得られた像の処理か
ら、レーザの平面の対象物とのすべての交差点の空間的
な位置を得ることが簡単である。必要なのはレーザ光線
（または対象物）を変換すること、またはそれを軸につ
いて回転すること、対象物全体を「走査する」こと、お
よびその表面の点を得ることだけである。
【００６４】脳磁気図記録（ＭＥＧ）について ＭＥＧ装置の機能は、種々の脳の活動の間に放射される
磁場を解析することによって、脳の活動を調べることで
ある。この磁場は非常に低い（地球の磁場よりもかなり
低い）。患者の頭は、頭蓋の表面の磁場を集めるように
設計された、いくつかのプローブによって形成される装
置へと置かれる。用いられる電極の数は、比較的制限さ
れる（現在最も効率のよい装置は１２８の電極を用い
る）。脳内の磁気強度マップを規定するために、たとえ
ばＸ線撮影の投影から断面デンシトメリーの像を復元す
る条件よりも、この条件ははるかに不都合である。その
一方、実際に、利用可能なデータの数ははるかに少ない
（断面デンシメトリーの技術では、各断面図で、数百の
投影測定点、および数百の投影が利用可能である）、逆
に電磁波の伝搬は、横切られる組織の電気生理学的特徴
に依存して、大きく変化し得る。ＭＥＧシステムについ
て解決されるべき「逆の問題」はしたがって、断面デン
シトメリーのシステムよりもはるかに、正確に定義され
ていない。しかしながら、ＭＥＧ解析に先立って行なわ
れ得る検査は、ＭＥＧ像の復元のために潜在的に非常に
重要である情報を与える。たとえば、断面デンシトメリ
ーのシステムは、頭蓋腔の骨を完全に識別することを可
能にする。頭蓋骨は、脳によって放射される電磁波の拡
散にとって最も重要な障害物である。その厚さおよびそ
の精密な位置定めの決定は、したがってＭＥＧ技術にお
いては非常に価値のある重要なものである。その電気的
な特徴が非常に特定的である空洞構造もまた、完全に識
別され得る。ＭＲＩシステムに関しては、（異なる電気
的な特徴を有する）白の物質から灰色の物質を区別する
ことを可能にし、また潜在的に放射する部位の位置を正
確に定めることもできる。ＭＥＧ検査は、ＭＲＩシステ
ムによって位置を定められ得る、脳の周知である部位を
知られているように活性化する、よく規定された感覚運
動または想像のタスクの間に、脳の電気的な活動を記録
することからなり得る。
磁場を解析することによって、脳の活動を調べることで
ある。この磁場は非常に低い（地球の磁場よりもかなり
低い）。患者の頭は、頭蓋の表面の磁場を集めるように
設計された、いくつかのプローブによって形成される装
置へと置かれる。用いられる電極の数は、比較的制限さ
れる（現在最も効率のよい装置は１２８の電極を用い
る）。脳内の磁気強度マップを規定するために、たとえ
ばＸ線撮影の投影から断面デンシトメリーの像を復元す
る条件よりも、この条件ははるかに不都合である。その
一方、実際に、利用可能なデータの数ははるかに少ない
（断面デンシメトリーの技術では、各断面図で、数百の
投影測定点、および数百の投影が利用可能である）、逆
に電磁波の伝搬は、横切られる組織の電気生理学的特徴
に依存して、大きく変化し得る。ＭＥＧシステムについ
て解決されるべき「逆の問題」はしたがって、断面デン
シトメリーのシステムよりもはるかに、正確に定義され
ていない。しかしながら、ＭＥＧ解析に先立って行なわ
れ得る検査は、ＭＥＧ像の復元のために潜在的に非常に
重要である情報を与える。たとえば、断面デンシトメリ
ーのシステムは、頭蓋腔の骨を完全に識別することを可
能にする。頭蓋骨は、脳によって放射される電磁波の拡
散にとって最も重要な障害物である。その厚さおよびそ
の精密な位置定めの決定は、したがってＭＥＧ技術にお
いては非常に価値のある重要なものである。その電気的
な特徴が非常に特定的である空洞構造もまた、完全に識
別され得る。ＭＲＩシステムに関しては、（異なる電気
的な特徴を有する）白の物質から灰色の物質を区別する
ことを可能にし、また潜在的に放射する部位の位置を正
確に定めることもできる。ＭＥＧ検査は、ＭＲＩシステ
ムによって位置を定められ得る、脳の周知である部位を
知られているように活性化する、よく規定された感覚運
動または想像のタスクの間に、脳の電気的な活動を記録
することからなり得る。
【００６５】上述の説明は、ＭＥＧ像を計算し始める前
に、ＭＲＩまたはＸ線スキャナ等の手術前の検査システ
ムの座標システムを再び位置決めするための簡単な、か
つ信頼できる方法の利点を強調するよう意図されてい
る。このように利用可能な「ＭＥＧ前の」情報を考慮に
入れることによって、実質的に改良されたＭＥＧ像を提
供する。
に、ＭＲＩまたはＸ線スキャナ等の手術前の検査システ
ムの座標システムを再び位置決めするための簡単な、か
つ信頼できる方法の利点を強調するよう意図されてい
る。このように利用可能な「ＭＥＧ前の」情報を考慮に
入れることによって、実質的に改良されたＭＥＧ像を提
供する。
【図１】この発明に従う、超音波検査システムとともに
用いられる例示的な視標を示す図である。
用いられる例示的な視標を示す図である。
【図２】この発明に従って用いられる、例示的な二重の
超音波検査／ガンマシンチグラフィの視標を概略的に示
す図である。
超音波検査／ガンマシンチグラフィの視標を概略的に示
す図である。
１ 糸 ２ 糸 ３ 糸 １０ 容器 １１ プローブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ａ６１Ｂ 19/00 ５０１ 8718−4Ｃ ５０２ 8718−4Ｃ (72)発明者 ステファン・ラバール フランス国、38000 グルノーブル、リ ュ・ジャン−ジャック・ルソー、13 (72)発明者 フランシス・デュボア フランス国、38240 メイラン、シェマ ン・デ・ラ・ウビアー、39 (72)発明者 リョネル・ブリューニ フランス国、38000 グルノーブル、プラ ス・クラベソン、６ (72)発明者 ジョスリン・トロッカス フランス国、38320 エベンス、アレー・ ガストン・バシェラード、22 (72)発明者 オリビエール・ペリア フランス国、73100 エクス−レ−バン、 アベニュ・ビクトリア、30 (72)発明者 ブルーノ・マシエール フランス国、38000 グルノーブル、リ ュ・ジャン−ジャック・ルソー、13
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくとも２つの撮像装置に関して患者
の臓器の位置を定めるための方法であって、第１の撮像
装置は、患者の臓器または皮膚の部位の表面の点の像を
与える装置であり、 患者の支持台の座標システムに関して第１の装置の位置
を定めるステップと、 第１の装置で少なくとも１つのネガを作成して、臓器ま
たは皮膚の部位の表面の点の群に対応する第１の像を得
るステップと、 第２の撮像装置で、臓器、およびその表面、または皮膚
の部位の表面の少なくとも１つの３Ｄ像を撮るステップ
と、 第１および第２の像を合わせるステップとを含み、それ
により３Ｄ像は、患者の座標システムに関して位置され
る、方法。 - 【請求項２】 第１の撮像装置は、超音波検査のプロー
ブであり、起動のたびに、前記臓器と隣接する媒体との
間の投影面内のインターフェースおよび前記プローブの
間の投影面内の距離を与えることができ、撮像技術は、
プローブを動かすことと、プローブの複数個の予め定め
られた位置の各々について投影像を撮ることとからな
り、そのため各投影像について、プローブに関して臓器
の表面の少なくとも１つの点の位置が得られ、それによ
り臓器の表面の点の群に対応する第１の像が得られる、
請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 患者の支持台の座標システムに関してプ
ローブの位置を定めるステップは、 −コード化されたロボットの関節のある腕にプローブを
固定することと、 −超音波検査の視標の３つの点の位置を正確に定めるこ
とと、 −そのピンポイント軸についてプローブを１８０°だけ
回転し、視標の３つの点の位置を再び正確に定め、 −視標の別の位置について２つの前のステップを再開す
ることとからなるステップを含む、請求項２に記載の方
法。 - 【請求項４】 視標が、２つの平面の間で張られた３本
の平行な糸（１−３）と、超音波周波数を反射する物質
でできており、かつ３本の平行な糸に抗して隣接する三
角形で配置される３本の付加的な糸（４−６）とによっ
て形成され、糸の組は、水の入った容器等の超音波周波
数を伝えることのできる媒体に浸される、請求項３に記
載の方法。 - 【請求項５】 第１の装置は、第１の座標システムと関
連づけられ、手術現場に配置され、 第２の撮像装置は、第２の座標システムと関連づけら
れ、手術前の現場に置かれ、 第２の撮像装置は、臓器の表面、および必要であれば皮
膚の表面の３Ｄ像を与えるように適合されるタイプであ
り、 像を合わせるステップは、第２の座標システムを第１の
システムに関して位置を定める、請求項１に記載の方
法。 - 【請求項６】 −第２の座標システムにおいて撮られた
手段前の像に関して手術器具に対して動作軸を定めるこ
とと、 −第１の座標システムにおいて前記動作軸を識別するこ
とと −第１の座標システムにおける前記動作軸に従って器具
を位置決めすることとからなる、請求項５に記載の患者
の臓器の位置を定め、前記臓器に作用するための方法。 - 【請求項７】 器具の動作軸の識別が、前記器具が、手
術現場に置かれる支持台上に装着される解析システムで
あるが、第１の装置の支持台からは独立しているとき、
第１の装置および前記器具によって同じ視標の位置を正
確に定めることによって行なわれる、請求項６に記載の
方法。 - 【請求項８】 第１の装置が超音波検査のプローブであ
り、前記器具が、その動作範囲がレーザ光線によって定
められる放射線療法の装置であり、超音波検査のプロー
ブおよび前記器具に共通な視標が、請求項４の視標によ
って形成され、それに前記３本の付加的な糸に関して定
められた態様で位置される立体の反射器が加えられ、前
記立体の反射器は、立体の端縁をレーザ光線と整列させ
ることによって前記動作範囲内で初期位置に置かれる、
請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 第１の装置が手術現場に位置決めされ、
ガンマシンチグラフィ、ＰＥＴ、ＭＥＧまたはシンクロ
トロン放射装置等の第３の撮像装置が、同じ手術現場に
置かれ、 第１および第３の装置の相対的な位置が、患者の支持台
に固定される同じ視標を第１および第３の装置で投影す
ることによって規定され、 第１および第３の装置の像の間で像が合わせられる、請
求項５に記載の方法。 - 【請求項１０】 第１の装置が超音波検査のプローブで
あり、第３の装置がガンマシンチグラフィカメラおよび
ＭＥＧ装置を含むグループに属し、視標が、放射性の物
質で満たされた空洞のカテーテルによって形成され、視
標が２つの平行な板の間で非線形的な態様で配置される
４本の管を含む、請求項９に記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9209801 | 1992-07-31 | ||
| FR9209801A FR2694880A1 (fr) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | Procédé de détermination de la position d'un organe. |
| FR9214594A FR2694881B1 (fr) | 1992-07-31 | 1992-11-27 | Procede de determination de la position d'un organe. |
| FR9214594 | 1992-11-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06254172A true JPH06254172A (ja) | 1994-09-13 |
Family
ID=26229652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5189757A Pending JPH06254172A (ja) | 1992-07-31 | 1993-07-30 | 少なくとも２つの撮像装置に関して患者の臓器の位置を定めるための方法 |
Country Status (8)
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