JP4360679B2 - Stereotaxic surgery planning support device - Google Patents
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Description
本発明は、MR画像を表示して被治療体の定位脳手術計画を支援する定位脳手術計画支援装置に係り、特に手術において指標となるマーカーにより位置決め精度を向上させた定位脳手術計画支援装置に関する。 The present invention relates to a stereotactic brain surgery plan support apparatus that displays a MR image and supports a stereotactic brain surgery plan of a treatment target, and in particular, a stereotactic brain surgery plan support apparatus that improves positioning accuracy by using a marker as an index in surgery. About.
一般的に脳神経外科領域における神経膠腫摘出術では、軟部組織コントラスト能、腫瘍描出能の高いMR画像を用いたMRI誘導手術が有効である。
このMRI誘導手術とは、MR画像を用いて手術計画を立てることのできる手術計画支援装置によって、術者が実際にアプローチしている目標点を画像上で確認しながら施行する手術のことをいう。
In general, for glioma extraction in the field of neurosurgery, MRI-guided surgery using MR images with high soft tissue contrast and tumor visualization is effective.
This MRI-guided surgery refers to an operation that is performed while confirming the target point that the operator is actually approaching on the image by a surgical planning support device that can make a surgical plan using MR images. .
具体的事例は[特許文献1]、[特許文献2]で説明されている。各文献のうち、[特許文献1]では、被検体頭部の周囲に配置され頭部固定用のボルトを介して頭部を固定すると共に導電体で形成されたU字形状の固定部と、手術用治具が取り付けられると共に導電体で形成されたフレーム部と、前記固定部と前記フレーム部の端部同士を電気的に接続するコネクタ部とを有して構成される。これにより、定位脳手術において、手術から撮影、撮影から手術に移行する場合、受信コイルの取り付け、取り外し及び頭部固定具への脱着が必要であり、手術の効率の低下という課題を解決している。 Specific examples are described in [Patent Document 1] and [Patent Document 2]. Of each document, in [Patent Document 1], a U-shaped fixing portion that is arranged around the subject's head and fixes the head via a head fixing bolt and formed of a conductor; A surgical jig is attached and a frame portion made of a conductor and a connector portion that electrically connects the fixed portion and the end portions of the frame portion are configured. As a result, in stereotaxic surgery, when moving from surgery to imaging, and from imaging to surgery, it is necessary to attach and remove the receiving coil and detach it from the head fixture, solving the problem of reduced surgical efficiency. Yes.
また、手術計画支援装置は、手術器具、3次元トラッキングシステム、演算部および画像表示部からなり、特に3次元トラッキングシステムには、接触型（フレーム）、非接触型（フレームレス）等、多種多様である。 In addition, the surgical planning support device includes a surgical instrument, a three-dimensional tracking system, a calculation unit, and an image display unit. Particularly, the three-dimensional tracking system includes a variety of types such as a contact type (frame) and a non-contact type (frameless). It is.
例えば、ポラリスと呼ばれる非接触型の3次元トラッキングシステムでは、手術器具に取り付けた反射球マーカーへ赤外光を照射し、反射した赤外光の位置情報を読み取るシステムである。このシステムを用いた手術計画支援装置は、手術器具と、骨もしくは頭皮に装着したMRI対応マーカーとMR画像との位置合わせから、手術器具が指し示す脳内の形態学的位置情報を3次元的に画像上に表示するものである。 For example, a non-contact type three-dimensional tracking system called Polaris is a system that irradiates a reflection sphere marker attached to a surgical instrument with infrared light and reads position information of the reflected infrared light. The surgical planning support device using this system is a three-dimensional representation of the morphological position information in the brain pointed to by the surgical instrument from the alignment of the surgical instrument and the MRI-compatible marker attached to the bone or scalp and the MR image. It is displayed on the image.
従って、手術計画支援装置の計測精度は、ポラリス本体の光学的な計測誤差、実空間とMR画像空間の位置あわせによる設定誤差、演算処理による計算誤差に依存してしまい、その中でも、実空間とMR画像空間の位置合わせによる設定誤差が最も大きい。これはMRI装置には傾斜磁場・静止磁場不均一性に起因する画像歪みがあるからであり、上記位置あわせで必要となるMR画像によって形成される空間上のMRI対応マーカーの位置がずれている影響があるからである。 Therefore, the measurement accuracy of the surgical planning support device depends on the optical measurement error of the Polaris body, the setting error due to the alignment between the real space and the MR image space, and the calculation error due to the calculation process. Setting error due to MR image space alignment is the largest. This is because the MRI apparatus has image distortion caused by gradient magnetic field / static magnetic field inhomogeneity, and the position of the MRI-compatible marker in the space formed by the MR image required for the above alignment is shifted. Because there is an influence.
しかし、非接触型の3次元トラッキングシステムを用いた手術計画支援装置は常に手術器具の位置を追跡して視覚的に脳内の形態学的位置情報をリアルタイムに確認できるため、計測誤差は重大な問題となっていないことが現状である。一方、手術フレームを介して一意的に目標点にアプローチする手術計画支援装置（定位脳手術装置）では、目標点の位置ずれは解決しなければならない問題である。一般的に目標点は、患者の頭部から離れた手術フレームに装着したMRI対応マーカーからなるフレーム座標系（手術フレームに並行な座標系）によって設定されるが、極力、患者の頭部近傍の画像歪みの少ない場所にMRI対応マーカーを設置するか、もしくはMR画像空間でなんらかの処理を施し、画像歪みを少なくする必要がある。 However, a surgical planning support device using a non-contact 3D tracking system can always track the position of the surgical instrument and visually confirm the morphological position information in the brain in real time, so the measurement error is significant. The current situation is that there is no problem. On the other hand, in a surgical planning support apparatus (stereoscopic brain surgery apparatus) that uniquely approaches a target point via a surgical frame, the positional deviation of the target point must be solved. In general, the target point is set by a frame coordinate system (coordinate system parallel to the surgical frame) consisting of MRI-compatible markers attached to the surgical frame away from the patient's head. It is necessary to install an MRI compatible marker in a place with little image distortion, or to perform some processing in the MR image space to reduce image distortion.
本発明の目的は、MRI装置の画像歪みの少ない場所にMRI対応マーカーを設置して、そのマーカーにより脳外科手術のための正確な位置情報を術者に与える定位脳手術計画支援装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a stereotactic brain surgery planning support device in which an MRI compatible marker is installed in a place where image distortion of the MRI device is small and accurate positional information for brain surgery is provided to the surgeon using the marker. It is in.
上記目的は、被治療体の頭部を固定する手術フレームと、前記被治療体の頭部を撮影して取得された画像についての画像空間上の位置を算出する画像位置算出部と、前記画像位置算出部が算出した画像空間上の位置と、前記被治療体の頭部が配置された実空間上の位置との対応付けを行う座標変換部と、を備えた定位脳手術計画支援装置において、前記手術フレームは、マーカーを含む部材を有し、前記画像位置算出部は、前記マーカーを撮影して取得された画像における該マーカーの位置に基づいて、前記画像空間上の位置を算出することを特徴とする定位脳手術計画支援装置によって達成される。
これによって、MRI装置の画像歪みの少ない場所にMRI対応マーカーを設置して、そのマーカーにより脳外科手術のための正確な位置情報を術者に与えることができる。
The object is to provide a surgical frame for fixing the head of the treatment object, an image position calculation unit for calculating a position in an image space for an image acquired by photographing the head of the treatment object, and the image In a stereotactic brain surgery plan support apparatus comprising: a coordinate conversion unit that associates a position on an image space calculated by a position calculation unit with a position on a real space where the head of the treatment target is arranged the surgical frame includes a member containing a marker, the image position calculation unit based on the position of the marker in the image acquired by photographing the markers, and calculates the position on the image space This is achieved by a stereotaxic planning support device characterized by the above.
Thus, an MRI-compatible marker can be installed at a location where the image distortion of the MRI apparatus is small, and accurate positional information for brain surgery can be given to the operator using the marker.
また、本発明の望ましい一実施形態によれば、 前記手術フレームは、前記マーカーを含む部材が該手術フレームの中心を通ることが確認可能な位置にガイド孔を備える。
これによって、手術フレームのガイド孔により、各マーカーを含む部材が手術フレームの中心を通ることが確認できる。
According to still another preferred embodiment of the present invention, the surgical frame includes a guide hole at a position where it can be confirmed that a member including the marker passes through the center of the surgical frame.
Accordingly, it can be confirmed that the member including each marker passes through the center of the surgical frame by the guide hole of the surgical frame.
また、本発明の望ましい一実施形態によれば、画像歪みを抑制する撮影シーケンスでフレーム座標系算出用の画像を撮影し、診断に供する撮影シーケンスで被治療体診断用の画像を撮影する。
これによって、フレーム座標系算出用画像と被治療体診断用の画像の双方をそれぞれの用途に応じて必要な精度によって使い分けながら、高い精度のフレーム座標系で目標点を設定することができる。
Further, according to an embodiment of the present invention, photographed images for frame coordinate system calculated in suppressing the imaging sequence the images distortion, the images for the diseased part diagnosis imaging sequence for diagnosis Take a picture .
Thus, while selectively used by the required accuracy in accordance with both the images of the frame coordinate system calculation picture image and the diseased part diagnostic for each application, it is possible to set the target point with high accuracy of the frame coordinate system .
また、本発明の望ましい一実施形態によれば、前記被治療体を撮影して取得された画像空間に前記手術フレーム座標系を重畳して表示する表示手段と、この表示手段によって表示された画像上で前記手術フレーム座標系を設定する手段をさらに備える。
これによって、フレーム座標系のM R画像に重畳表示されるので、診断用M R画像で生じる画像歪みに影響されずにフレーム座標系を構成できる。
According to a preferred embodiment of the present invention, display means for superimposing and displaying the surgical frame coordinate system on an image space acquired by photographing the treatment object, and an image displayed by the display means The above further comprises means for setting the surgical frame coordinate system.
As a result, the frame coordinate system can be configured without being affected by the image distortion generated in the diagnostic MR image because it is superimposed on the MR image of the frame coordinate system.
本発明によれば、MRI装置の画像歪みの少ない場所にMRI対応マーカーを設置して、そのマーカーにより脳外科手術のための正確な位置情報が術者に与えることができる。 According to the present invention, an MRI-compatible marker can be installed at a location where the image distortion of the MRI apparatus is small, and accurate position information for brain surgery can be given to the operator by the marker.
以下添付図面に従って本発明に係わる画像表示装置の好ましい実施形態について詳述する。図1は本発明に係わる手術計画支援装置の構成図、図2は体軸方向から見た手術フレーム設置状況およびMRI対応の基準マーカーの形状を示す図、図3は体軸方向から見た手術フレーム設置状況およびMRI対応ヘッドピンマーカー、MRI対応穿刺針マーカーの形状を示す図、図4は手術フレーム中心点確認用のガイド孔を示す図、図5はフレーム座標系算出方法を示す図、図6はMR画像とマーカーの重畳を説明する図である。図1では、非伝導性、非磁性体である材質、例えばセラミックからなる手術フレームとヘッドピンおよび穿刺針を患者の頭部に取り付け、MRI装置と分離したRF送受信コイルであれば頭部を覆うようにそれを取り付ける。その後、水平磁場または垂直磁場のMRI装置にて画像を取得し、手術計画支援装置に画像を転送して、その画像に基づいて計画した目標点を定位脳手術装置にフィードバックさせる。または、[特許文献1]又は[特許文献2]で説明したように手術フレーム自体をRF受信コイル化した、伝導性、磁性体である材料、例えばアルミニウムからなる手術フレームと、非伝導性、非磁性体である材質のヘッドピンおよび穿刺針を頭部に取り付け、垂直磁場のMRI装置にて画像を取得し、上記と同様の手順で手術支援を行う。つまり、手術フレームは頭部固定フレームまたは定位脳手術フレームといった手術器具としての働きとRF受信コイルといった撮影器具としての働きの2通りが考えられる。 Hereinafter, preferred embodiments of an image display device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a surgical planning support apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a surgical frame installation state and a shape of an MRI-compatible reference marker viewed from the body axis direction, and FIG. 3 is a surgery viewed from the body axis direction. FIG. 4 is a view showing a frame installation state and the shape of an MRI-compatible headpin marker and an MRI-compatible puncture needle marker, FIG. 4 is a view showing a guide hole for confirming a surgical frame center point, FIG. 5 is a view showing a frame coordinate system calculation method, FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating superposition of MR images and markers. In FIG. 1, a surgical frame made of a non-conductive, non-magnetic material such as ceramic, a head pin and a puncture needle are attached to the patient's head, and the RF transmitter / receiver coil separated from the MRI apparatus covers the head. Attach it to. Thereafter, an image is acquired by an MRI apparatus having a horizontal magnetic field or a vertical magnetic field, the image is transferred to an operation planning support apparatus, and a target point planned based on the image is fed back to the stereotactic brain operation apparatus. Or, as described in [Patent Document 1] or [Patent Document 2], a surgical frame made of a conductive and magnetic material, for example, aluminum, which is an RF receiving coil, and a non-conductive, non-conductive A head pin and a puncture needle made of a magnetic material are attached to the head, an image is acquired with an MRI apparatus with a vertical magnetic field, and surgical support is performed in the same procedure as described above. In other words, there are two types of surgical frames: a function as a surgical instrument such as a head-fixed frame or a stereotaxic frame, and a function as a photographing instrument such as an RF receiver coil.
図2，3，4のように手術フレームは、定位脳手術フレーム、もしくは頭部固定フレームと定位脳手術フレームの複合型からなり、その横断面は矩形、円形または楕円形である。手術フレームに取り付けるMRI対応マーカーは図2のように手術フレームの中心を通る線分の対角に位置する基準マーカーが考えられる。マーカーの材質は、T1W画像、T2W画像で高輝度に撮影されるマーカーであり、マーカーの形状は、棒状または点状である。また、図3のように手術フレームの中心を通る方向に手術フレームを貫通し、頭部表面と直接に接触する複数のヘッドピンの先端または軸上に、上記のマーカーを埋め込んだヘッドピンマーカーや、手術フレームの中心を通る方向に手術フレームを貫通し、頭部付近または脳内部に留置できる穿刺針の先端または軸上に、上記マーカーを埋め込んだ穿刺針マーカーが考えられる。ここで、穿刺針は実際に脳内に穿刺できる構造のものだけを指すのではなく、棒状で局所に突き通すことのできる構造の総称をいう。また、ヘッドピンや穿刺針自体は手術フレームと同様に非導電性、非磁性体である材料が好ましい。図3に示す通り、ヘッドピンマーカーや穿刺針マーカーは単体で使用する場合もあれば、組み合わせて使用する場合もある。 As shown in FIGS. 2, 3, and 4, the surgical frame is composed of a stereotaxic frame or a combined type of a head-fixed frame and a stereotaxic frame, and has a rectangular, circular, or elliptical cross section. As the MRI compatible marker to be attached to the surgical frame, a reference marker located at the diagonal of the line passing through the center of the surgical frame can be considered as shown in FIG. The marker material is a marker that is photographed with high brightness in the T1W image and the T2W image, and the marker shape is a rod shape or a dot shape. Further, as shown in FIG. 3, a head pin marker in which the above marker is embedded on the tips or axes of a plurality of head pins that penetrate the surgical frame in a direction passing through the center of the surgical frame and directly contact the head surface, or surgery. A puncture needle marker in which the marker is embedded on the tip or axis of the puncture needle that penetrates the surgical frame in the direction passing through the center of the frame and can be placed in the vicinity of the head or in the brain is conceivable. Here, the puncture needle does not refer only to a structure that can actually puncture into the brain, but a generic name of a structure that can be penetrated locally in a rod shape. Further, the head pin and the puncture needle itself are preferably made of a non-conductive and non-magnetic material like the surgical frame. As shown in FIG. 3, the head pin marker and the puncture needle marker may be used alone or in combination.
図4は、機械的にヘッドピンおよび穿刺針の先端が手術フレームの中心を指しているかを視覚的に確認できるガイド孔を示す。これは、なんらかの原因により、ヘッドピンや穿刺針が変成していないかどうかを確認する意味で重要である。なぜなら、本手術計画支援装置のフレーム座標系はMRI対応マーカーの実空間の位置が構造的に正確であることが前提となっているからである。確認方法として、例えば、ヘッドピンや穿刺針が手術フレームの中心を通過するように挿入されたときに、手術フレームのガイド孔から、手術フレームの中心を通過しているかを確認できる構造であればよい。ガイド孔の位置は、手術フレーム中心を確認できれば、手術フレームのどの位置でもよい。 FIG. 4 shows a guide hole for visually confirming whether the tip of the head pin and the puncture needle is pointing to the center of the surgical frame mechanically. This is important in order to confirm whether or not the head pin or the puncture needle has not been deformed due to some cause. This is because the frame coordinate system of the present surgical planning support apparatus is based on the premise that the position of the MRI-compatible marker in the real space is structurally accurate. As a confirmation method, for example, when a head pin or a puncture needle is inserted so as to pass through the center of the surgical frame, any structure can be used as long as it can be confirmed from the guide hole of the surgical frame through the center of the surgical frame. . The position of the guide hole may be any position on the surgical frame as long as the center of the surgical frame can be confirmed.
手術計画支援装置のフレーム座標系算出方法は、手術フレームに上記マーカーを取り付け、常に手術フレームに平行な座標軸と原点を算出する (図4)。まず、手術フレームの対角にマーカーを複数点配置してMR画像を撮影する。マーカーから手術フレームの中心までの距離がわかっている場合、ガイドマーカーを結ぶ式（1）に距離dを掛け合わせた位置の平均値からフレーム座標系の原点O(ox,oy,oz)が求められる。
また、ガイドマーカーから手術フレームの中心までの距離がわかっていない場合、フレーム座標系の中心付近の点から基準マーカーを結ぶ直線g
ＰＨ＝ＰＡｓｉｎθ
また、PAの方向比はp-a：q-b：r-cより
PH = PAsinθ
PA direction ratio is from pa: qb: rc
図3のヘッドピンマーカーまたは穿刺針マーカーを用いる場合、図5（b）が示す通り、原点は対角の複数のヘッドピンマーカーまたは穿刺針マーカーを結ぶ線分の交点であり、図5（a）と同様に近似的な原点である。また、フレーム座標系は上記の長さが最小となる2つの直線上の2点とフレーム座標系の原点から、外積により手術フレームに並行な面の法線ベクトルを求め、フレーム座標系のY軸を決定する。または、フレーム座標系の原点以外のヘッドピンマーカーまたは穿刺針マーカーの3点から法線ベクトルを複数算出し、法線ベクトルの平均値からフレーム座標系のY軸を決定する。患者の体軸に対するフレーム座標系の回転（Y軸に対する回転）は、手術フレームの中心に対してヘッドピンマーカーまたは穿刺針マーカーガイドがどの方向にあるかがわかっているため、回転変換よりフレーム座標系のXYZ軸を構成することができる。 When using the head pin marker or puncture needle marker of FIG. 3, as shown in FIG. 5 (b), the origin is the intersection of line segments connecting a plurality of diagonal head pin markers or puncture needle markers, and FIG. 5 (a) and Similarly, it is an approximate origin. Also, the frame coordinate system calculates the normal vector of the plane parallel to the surgical frame from the two points on the two straight lines with the minimum length and the origin of the frame coordinate system by the outer product, and the Y axis of the frame coordinate system To decide. Alternatively, a plurality of normal vectors are calculated from three points of the head pin marker or puncture needle marker other than the origin of the frame coordinate system, and the Y axis of the frame coordinate system is determined from the average value of the normal vectors. Rotation of the frame coordinate system with respect to the patient's body axis (rotation with respect to the Y axis) knows in which direction the head pin marker or puncture needle marker guide is located with respect to the center of the surgical frame. XYZ axes can be configured.
フレーム座標系で計画した目標点の座標は実空間の座標系に変換されることによって、治療器の3次元スケールに合わせられる。方法として、フレーム座標系の原点と手術フレームの中心は一致しているため、フレーム座標系の原点を手術フレームに取り付けた治療器の3次元スケールの原点に並行移動するだけでよい。従って、定位脳手術計画支援装置によって目標点を設定し、その目標点に対して治療器（穿刺システム）で生検・吸引を行う場合、複雑な内部的処理を意識することなく、直感的かつ容易にアプローチしている位置を理解することができる。 The coordinates of the target point planned in the frame coordinate system are converted to the coordinate system of the real space, and are adjusted to the three-dimensional scale of the treatment device. As a method, since the origin of the frame coordinate system coincides with the center of the operation frame, it is only necessary to translate the origin of the frame coordinate system to the origin of the three-dimensional scale of the treatment device attached to the operation frame. Therefore, when a target point is set by the stereotaxic brain surgery planning support apparatus and a biopsy / aspiration is performed on the target point with a treatment device (puncture system), it is intuitive and not conscious of complicated internal processing. You can easily understand where you are approaching.
以上説明した脳神経外科手術では、患者の頭部はヘッドピンを介して手術フレームに安定に固定され、MRI装置のガントリーの中心（アイソセンター）に設定される。MR画像の画像歪みはアイソセンターが最も少なく、アイソセンターから離れるに従い大きくなることが知られているが、従来のように手術フレームに設置したMRＩI対応マーカー2点により求められたフレーム座標系と比較して、本方法は画像歪みの影響を極力抑えることができる。また、手術フレームを貫通したヘッドピンおよび穿刺針に埋め込んだマーカーを用いれば、さらに画像歪みの影響を受けにくい。 In the neurosurgery described above, the patient's head is stably fixed to the surgical frame via the head pin and set at the center (isocenter) of the gantry of the MRI apparatus. It is known that the image distortion of the MR image is the least at the isocenter and increases with distance from the isocenter, but compared with the frame coordinate system obtained by two MRII compatible markers installed in the surgical frame as before. Thus, this method can suppress the influence of image distortion as much as possible. Further, if a head pin penetrating the surgical frame and a marker embedded in the puncture needle are used, it is less susceptible to image distortion.
また、図6のようにヘッドピンマーカーや穿刺針マーカーはMR画像の歪みを抑えた撮像シーケンスにより撮影される。画像歪みを抑えたシーケンスとして、スピンエコー法を用いる。一般的に、手術中に撮影されるMR画像の撮像シーケンスとして、スピンエコー法を用いる場合もあれば、極力、短時間で多くの情報を撮影できるよう、グラジエントエコー法を用いる場合もある。手術の内容により撮像シーケンスは異なるが、グラジエントエコー法では180°パルスを用いないため、磁場の不均一に影響される。つまり、治療体診断用で撮影したMR画像上から、フレーム座標系を算出する場合、画像歪みの影響を大きく受ける可能性がある。そこで、治療体診断用に撮影するMR画像とは別に、フレーム座標系算出用にスピンエコー法で画像歪みを抑えてMR画像を撮影し、後述の方法により算出したフレーム座標系を、被治療体診断用のMR画像に重畳し、そのMR画像上で目標点を設定する。 Further, as shown in FIG. 6, the head pin marker and the puncture needle marker are photographed by an imaging sequence in which the distortion of the MR image is suppressed. A spin echo method is used as a sequence in which image distortion is suppressed. In general, a spin echo method may be used as an MR image capturing sequence taken during surgery, and a gradient echo method may be used so that a large amount of information can be captured in a short time as much as possible. Although the imaging sequence differs depending on the content of the operation, the gradient echo method does not use a 180 ° pulse, and is affected by the nonuniformity of the magnetic field. That is, when the frame coordinate system is calculated from the MR image taken for the treatment object diagnosis, there is a possibility that the influence of the image distortion is greatly affected. Therefore, in addition to the MR image taken for diagnosis of the treatment object, an MR image was taken with the spin-echo method to suppress the image distortion for frame coordinate system calculation, and the frame coordinate system calculated by the method described later is used as the treatment object. The target point is set on the MR image for diagnosis.
また、手術中、患者の頭部はピン固定されているため、フレーム座標系用のMR画像と被治療体診断用のMR画像の時間的なモーションアーチファクトは発生せず、単純に同一のMR画像空間としてフレーム座標系と被治療体診断用MR画像の重畳が可能である。従って、被治療体診断用のMR画像に関係なく、歪みの少ないフレーム座標系を構成することができる。これは、マーカーのみを撮影して算出したフレーム座標系を、被治療体撮影用のMR画像に重畳する内部マーカー法とは異なる。上記方法では、マーカーのみを撮影した場合と人体を撮影した場合とではMR画像の歪みが異なることや、それぞれのMR画像撮影に伴う手術ベッドの移動によってフレーム座標系の位置がずれることが考えられる。本方法では、フレーム座標系算出用のマーカーを撮影する場合でも、被治療体を撮影していることや、フレーム座標系用のMR撮影と被治療体診断用のMR撮影で手術ベッドの移動がないことにより、画像歪みの問題が解消されている。 In addition, since the patient's head is pinned during surgery, temporal motion artifacts do not occur between the MR image for the frame coordinate system and the MR image for diagnosis of the treatment target, and the same MR image is simply used. It is possible to superimpose a frame coordinate system and MR images for diagnosis of a subject as a space. Therefore, a frame coordinate system with less distortion can be configured regardless of the MR image for diagnosis of the treatment target. This is different from the internal marker method in which the frame coordinate system calculated by photographing only the marker is superimposed on the MR image for photographing the treatment object. In the above method, it is conceivable that the MR image distortion differs between the case where only the marker is imaged and the case where the human body is imaged, and that the position of the frame coordinate system is shifted due to the movement of the surgical bed accompanying each MR image acquisition. . In this method, even when shooting a frame coordinate system calculation marker, the surgical bed is moved by MR imaging for the frame coordinate system and MR imaging for the diagnosis of the treatment target. This eliminates the image distortion problem.
また、本フレーム座標系は、フレーム座標系算出用のMR画像と被治療体診断用のMR画像を別に撮影し、被治療体診断用のMR画像空間にフレーム座標系を重畳する方法を採っており、被治療体診断用のMR画像の歪みに関係なく、最小限に画像歪みを抑えたフレーム座標系を構成することができる。 In addition, this frame coordinate system adopts a method in which an MR image for frame coordinate system calculation and an MR image for treatment object diagnosis are separately photographed and the frame coordinate system is superimposed on the MR image space for treatment object diagnosis. Therefore, it is possible to configure a frame coordinate system that minimizes image distortion regardless of the distortion of the MR image for diagnosis of the treatment target.
また、ヘッドピンおよび穿刺針を一度、手術前に設定してしまえば、機構的に位置が変更されることがなく、手術操作を妨げない。さらに、ヘッドピンマーカーと穿刺針マーカーを併用することで、より精度の高い近似的な原点を算出でき、信頼性の高いフレーム座標系を構成することができる。 Further, once the head pin and the puncture needle are set before the operation, the position is not mechanically changed, and the operation operation is not hindered. Furthermore, by using a head pin marker and a puncture needle marker in combination, an approximate origin with higher accuracy can be calculated, and a highly reliable frame coordinate system can be configured.
１…MRI装置、２…手術計画支援装置、３…定位脳手術装置、４…基準マーカー、５…手術フレーム、６…ヘッドピン、７…穿刺針、８…ヘッドピンマーカー、９…穿刺針マーカー、１０…ガイド孔、１１…原点、１２…手術フレームに並行な面、１３…フレーム座標系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... MRI apparatus, 2 ... Operation plan support apparatus, 3 ... Stereotaxic surgery apparatus, 4 ... Reference | standard marker, 5 ... Surgical frame, 6 ... Head pin, 7 ... Puncture needle, 8 ... Head pin marker, 9 ... Puncture needle marker, 10 ... guide hole, 11 ... origin, 12 ... plane parallel to the surgical frame, 13 ... frame coordinate system
Claims (9)
前記手術フレームの中心を通る方向に該手術フレームを貫通して前記頭部と接触する複数のヘッドピンと、
前記被治療体の頭部をMRI装置で撮影して取得された画像についての画像空間上の位置を算出する画像位置算出部と、
前記画像位置算出部が算出した画像空間上の位置と、前記被治療体の頭部が配置された実空間上の位置との対応付けを行う座標変換部と、
を備えた定位脳手術計画支援装置において、
前記複数のヘッドピンの内の少なくとも２つの先端又は軸上には、MRI対応マーカーが備えられており、
前記画像位置算出部は、前記マーカーを撮影して取得された画像における該マーカーの位置に基づいて、前記画像空間上の位置を算出することを特徴とする定位脳手術計画支援装置。 A surgical frame for fixing the head of the body to be treated;
A plurality of head pins that contact the head through the surgical frame in a direction passing through the center of the surgical frame;
An image position calculation unit for calculating a position on an image space for an image acquired by imaging the head of the treatment object with an MRI apparatus ;
A coordinate conversion unit that associates the position on the image space calculated by the image position calculation unit with the position on the real space where the head of the treatment object is disposed;
In the stereotactic surgery plan support device with
On at least two tips or axes of the plurality of head pins, an MRI compatible marker is provided,
The localization brain surgery planning support apparatus, wherein the image position calculation unit calculates a position in the image space based on a position of the marker in an image acquired by photographing the marker.
前記画像位置算出部は、前記複数のマーカーをMRI装置で撮影して取得された画像における該複数のマーカーの位置に基づいて、前記画像空間上の位置を算出する際に、該複数のマーカーを結ぶ線分上又は該線分の近傍に前記画像空間上の原点を設定することを特徴とする定位脳手術計画支援装置。 In the stereotaxic plan support apparatus of Claim 1,
The image position calculating unit calculates the plurality of markers when calculating the position in the image space based on the positions of the plurality of markers in an image acquired by photographing the plurality of markers with an MRI apparatus. A localization brain surgery planning support apparatus, characterized in that an origin on the image space is set on a line segment to be connected or in the vicinity of the line segment .
前記座標変換部は、対角に位置する複数のマーカーを結ぶ線分の交点を前記画像空間上の原点とすることを特徴とする定位脳手術計画支援装置。 In the stereotaxic surgery plan support apparatus according to claim 1 or 2 ,
The localization brain surgery plan support apparatus , wherein the coordinate conversion unit uses an intersection of line segments connecting a plurality of diagonally positioned markers as an origin on the image space .
前記手術フレームは、該手術フレームの中心を通る方向に該手術フレームの外側から内側に向けて貫通し、前記MRI対応マーカーを備えた穿刺針を有することを特徴とする定位脳手術計画支援装置。 In the stereotaxic plan support apparatus of Claim 1,
The surgical frame, penetrates from the outside to the inside of the surgical frame in a direction passing through the center of the surgical frame, stereotaxic surgical planning support apparatus characterized by having a puncture needle with the MRI compatible marker.
前記画像位置算出部は、前記画像空間上の位置を算出するための基準として、前記画像空間上における前記手術フレームの位置に基づく手術フレーム座標系を算出することを特徴とする定位脳手術計画支援装置。 In the stereotaxic plan support apparatus of Claim 1,
The image position calculation unit calculates a surgical frame coordinate system based on the position of the surgical frame on the image space as a reference for calculating the position on the image space, apparatus.
前記画像位置算出部は、前記マーカーを結ぶ直線へ引いた垂線の長さを最小にする点を前記手術フレーム座標系の原点とすることを特徴とする定位脳手術計画支援装置。 In the stereotaxic surgery plan support apparatus according to claim 5,
The stereotaxic plan support apparatus, wherein the image position calculation unit uses a point that minimizes the length of a perpendicular drawn to a straight line connecting the markers as an origin of the surgical frame coordinate system.
前記画像位置算出部は、前記直線上の複数の点から算出される法線ベクトルに基づいて前記手術フレーム座標系を算出することを特徴とする定位脳手術計画支援装置。 In the stereotaxic surgery plan support apparatus according to claim 5 ,
The localization brain surgery planning support apparatus, wherein the image position calculation unit calculates the surgery frame coordinate system based on a normal vector calculated from a plurality of points on the straight line.
前記被治療体を撮影して取得された画像上に前記手術フレーム座標系を重畳して表示する表示手段と、この表示手段によって表示された画像上で前記手術フレーム座標系を設定する手段をさらに備えたことを特徴とする定位脳手術計画支援装置。 In the stereotaxic surgery plan support apparatus according to claim 5,
Display means for superimposing and displaying the surgical frame coordinate system on an image acquired by imaging the treatment object, and means for setting the surgical frame coordinate system on the image displayed by the display means A stereotactic brain surgery planning support apparatus characterized by comprising
前記手術フレームは、前記ヘッドピンが該手術フレームの中心を通ることが確認可能な位置にガイド孔を備えたことを特徴とする定位脳手術計画支援装置。 In the stereotaxic plan support apparatus of Claim 1,
The stereotactic surgery plan support apparatus, wherein the surgical frame includes a guide hole at a position where the head pin can be confirmed to pass through the center of the surgical frame.
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