JPH0716240A - Within-image position transformation device - Google Patents
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Landscapes
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、画像撮影装置で撮影
されたある画像が属する画像座標系の座標を、別の画像
座標系の座標に変換する画像内位置変換装置に係り、例
えば、Ｘ線ＣＴ装置や核磁気断層撮影装置（ＭＲＩ装
置）等で得られた画像上に写し出された病変部位と実際
に手術を施す位置との対応関係をモニタ上で確認できる
ようにした定位的脳手術支援装置等に用いる画像内位置
変換装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an intra-image position conversion device for converting coordinates of an image coordinate system to which an image photographed by an image photographing device belongs to coordinates of another image coordinate system. Stereotactic brain surgery that allows the operator to check the correspondence between the lesion site projected on the image obtained with a CT-ray machine or a nuclear magnetic tomography apparatus (MRI apparatus) and the actual surgery position on the monitor The present invention relates to an in-image position conversion device used for a support device or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等（以
下、これらを総称する場合には、単にＣＴ装置ともい
う）の画像診断技術の進展に伴い、例えば、頭蓋内の病
変部位が高精度で決定できるようになった。しかしなが
ら、決定された病変部位に手術操作を加える段階では、
解剖学的知識に基づいてＣＴ装置の画像と実際の手術位
置とのおおまかな対応関係を考えつつ、開頭位置の決
定、および病変部位の抽出等が行なわれる。このような
実際の手術操作位置とＣＴ装置の画像上の病変部位との
正確な対応関係を付けるために、例えば、特開昭62-327
号や特開平3-267054号公報等に開示されている装置があ
る。2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of image diagnostic techniques such as an X-ray CT apparatus and an MRI apparatus (hereinafter collectively referred to as a CT apparatus), for example, a lesion site in the skull has become high. You can now decide with precision. However, at the stage of applying a surgical operation to the determined lesion site,
The craniotomy position is determined and the lesion site is extracted while considering the rough correspondence between the CT image and the actual surgical position based on anatomical knowledge. In order to establish such an accurate correspondence between the actual surgical operation position and the lesion site on the CT image, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-327
And Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-267054.
【０００３】この内、特開平3-267054号公報等に開示さ
れている定位的脳手術支援装置では、複数個の指標点
（マーカー）を頭部に貼付してＣＴ装置で前記マーカー
を写し込んだ画像を撮影し、画像内に写し込まれたマー
カーのＣＴ座標系（画像座標系）での座標と、磁場ソー
スと手術用プローブに取り付けられた磁場センサーと３
次元デジタイザー等からなる３次元座標測定装置で測定
した前記マーカーの実空間上（ＭＳ座標系）の位置（座
標）とに基づいて、ＭＳ座標系から画像座標系への変換
式を求め、手術用プローブの先端のＭＳ座標上での位置
を３次元座標測定装置で測定し、その位置を前記変換式
を用いて画像座標系に変換し、プローブの先端位置をモ
ニタに表示されている画像に重畳表示して、手術操作位
置の特定等に役立てる。Among these, in the stereotactic brain surgery support device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-267054, a plurality of index points (markers) are attached to the head and the marker is imaged by a CT device. Image of the marker, the coordinates of the marker embedded in the image in the CT coordinate system (image coordinate system), the magnetic field source, and the magnetic field sensor attached to the surgical probe.
Based on the position (coordinates) of the marker in the real space (MS coordinate system) measured by a three-dimensional coordinate measuring device such as a three-dimensional digitizer, a conversion formula from the MS coordinate system to the image coordinate system is obtained, and the conversion formula is used for surgery. The position of the tip of the probe on the MS coordinates is measured by a three-dimensional coordinate measuring device, the position is converted into an image coordinate system using the conversion formula, and the tip position of the probe is superimposed on the image displayed on the monitor. It is displayed to help identify the operation position of surgery.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。従来装置では、ＭＳ座標系から単一のＣＴ装置で
単一の方向から得られた画像が属する画像座標系への変
換のみが可能であり、例えば、あるＣＴ装置で撮影され
た画像上に重畳表示したプローブの先端の位置を、画像
座標系が異なる別のＣＴ装置で撮影した画像上に重畳表
示することができないという問題がある。However, the conventional example having such a structure has the following problems. In the conventional apparatus, only the conversion from the MS coordinate system to the image coordinate system to which an image obtained from a single direction with a single CT apparatus belongs can be performed. For example, the image is superimposed on an image captured by a certain CT apparatus. There is a problem that the displayed tip position of the probe cannot be superimposed and displayed on an image taken by another CT apparatus having a different image coordinate system.
【０００５】しかし、単一のＣＴ装置により単一の方向
から得られた画像上に対するプローブの先端の表示のみ
では、手術中のオリエンテーションの認識が難しい場合
がある。However, it may be difficult to recognize orientation during surgery only by displaying the tip of the probe on an image obtained from a single direction by a single CT apparatus.
【０００６】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、ある画像が属する画像座標系の座標
を、別の画像座標系の座標に変換することができる画像
内位置変換装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and is an image position conversion device capable of converting the coordinates of an image coordinate system to which an image belongs to the coordinates of another image coordinate system. The purpose is to provide.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明は、画像撮影装置で撮影されたある画像が
属する画像座標系の座標を、別の画像座標系の座標に変
換する画像内位置変換装置であって、前記画像撮影装置
で、空間内に配置された複数個の指標点を写し込んで撮
影された異なる画像座標系に属する複数枚の画像を記憶
する画像記憶手段と、前記画像記憶手段に記憶された各
画像内に写し込まれた各指標点の、前記各画像が属する
画像座標系における座標を特定する画像座標特定手段
と、仮想座標系における前記各指標点の座標を特定する
仮想座標特定手段と、前記画像座標特定手段で特定され
た前記各画像座標系における前記各指標点の座標と、前
記仮想座標特定手段で特定された前記各指標点の座標と
に基づいて、前記各画像座標系と前記仮想座標系との各
変換式を特定する画像座標系／仮想座標系座標変換式特
定手段と、前記各画像座標系／仮想座標系座標変換式特
定手段で特定された各変換式に基づいて、各画像座標系
間の変換式を特定する画像座標系間座標変換式特定手段
とを備えたものである。The present invention has the following constitution in order to achieve such an object. That is, the present invention is an intra-image position conversion device that converts the coordinates of an image coordinate system to which an image captured by an image capturing device belongs to the coordinates of another image coordinate system, wherein Image storage means for storing a plurality of images belonging to different image coordinate systems captured by imprinting a plurality of index points arranged therein, and imprinted in each image stored in the image storage means The image coordinate specifying means for specifying the coordinates of each index point in the image coordinate system to which each image belongs, the virtual coordinate specifying means for specifying the coordinates of each index point in the virtual coordinate system, and the image coordinate specifying means. Based on the coordinates of each of the index points in each of the identified image coordinate systems and the coordinates of each of the index points identified by the virtual coordinate identifying means, each of the image coordinate system and the virtual coordinate system Specify conversion formula Based on each image coordinate system / virtual coordinate system coordinate conversion formula specifying unit and each conversion formula specified by each image coordinate system / virtual coordinate system coordinate conversion formula specifying unit. And an image coordinate system coordinate conversion formula specifying means.
【０００８】[0008]
【作用】この発明の作用は次のとおりである。画像記憶
手段には、画像撮影装置で、空間内に配置された複数個
の指標点を写し込んで撮影された異なる画像座標系に属
する複数枚の画像が記憶されている。画像座標特定手段
は、画像記憶手段に記憶された各画像内に写し込まれた
各指標点の、前記各画像が属する画像座標系における座
標を特定する。仮想座標特定手段は、仮想座標系におけ
る前記各指標点の座標を特定する。画像座標系／仮想座
標系座標変換式特定手段は、画像座標特定手段で特定さ
れた各画像座標系における各指標点の座標と、仮想座標
特定手段で特定された各指標点の座標とに基づいて、各
画像座標系と仮想座標系との（各画像座標系ごとの）各
変換式を特定する。画像座標系間座標変換式特定手段
は、各画像座標系／仮想座標系座標変換式特定手段で特
定されたある画像座標系に対する変換式と別の画像座標
系に対する変換式とに基づいて、それら画像座標系間の
変換式を特定する。他の画像座標系間の変換式も同様に
特定する。すなわち、各画像座標系間の変換式を任意に
設定される仮想座標系を仲介として特定するものであ
る。The operation of the present invention is as follows. The image storage means stores a plurality of images belonging to different image coordinate systems, which are captured by the image capturing apparatus by capturing a plurality of index points arranged in the space. The image coordinate specifying means specifies the coordinates of each index point projected in each image stored in the image storage means in the image coordinate system to which each image belongs. The virtual coordinate specifying means specifies the coordinates of each index point in the virtual coordinate system. The image coordinate system / virtual coordinate system coordinate conversion formula specifying means is based on the coordinates of each index point in each image coordinate system specified by the image coordinate specifying means and the coordinates of each index point specified by the virtual coordinate specifying means. Then, each conversion formula (for each image coordinate system) between each image coordinate system and the virtual coordinate system is specified. The coordinate conversion formula specifying means between the image coordinate systems is based on the conversion formula for one image coordinate system specified by each image coordinate system / virtual coordinate system coordinate conversion specifying device and the conversion formula for another image coordinate system. Specify the conversion formula between image coordinate systems. Conversion formulas between other image coordinate systems are similarly specified. That is, the conversion formula between the image coordinate systems is specified by using a virtual coordinate system that is arbitrarily set as an intermediary.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は、この発明の一実施例に係る画像内位
置変換装置を組み込んだ定位的脳手術支援装置の構成を
示すブロック図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a stereotactic brain surgery support device incorporating an intra-image position conversion device according to an embodiment of the present invention.
【００１０】図中、符号１は各種の画像撮影装置であ
り、この画像撮影装置１は、例えば、Ｘ線ＣＴ装置やＭ
ＲＩ装置、ポジトロンＣＴ装置等で構成されている。各
画像撮影装置１では、図２に示すように、被検者Ｍの任
意の位置に貼付された指標点（マーカー）Ｍ1 〜Ｍ4 を
写し込むように単数枚または複数枚の画像２が撮影され
る。例えば、画像撮影装置１1 では、図３（ａ）に示す
ような方向で断層画像が撮影され、画像撮影装置１2 で
は、図３（ｂ）に示すような方向で断層画像が撮影さ
れ、画像撮影装置１3 では、図３（ｃ）に示すような方
向で断層画像が撮影される。撮影された画像を図４に示
す。図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、各画像２1 、２
2 、２3 にそれぞれマーカーＭ1 〜Ｍ4 が写し込まれる
ように画像が撮影される。撮影された各画像２1 〜２n
は、例えば、固体撮影素子（ＣＣＤ）カメラやイメージ
スキャナ等の画像読み取り装置（図示せず）で読み取ら
れて画像記憶手段としてのメモリ３に記憶される。ま
た、画像撮影装置１から直接画像データを転送してメモ
リ３に記憶するようにしてもよい。そして、メモリ３に
記憶された各画像２は、表示制御部４によりモニタ５に
表示される。なお、マーカーＭ1 〜Ｍ4 は、例えば、ポ
リエチレンチューブに造影剤を注入して構成されてい
る。In the figure, reference numeral 1 denotes various image capturing apparatuses, and the image capturing apparatus 1 is, for example, an X-ray CT apparatus or an M
It is composed of an RI apparatus, a positron CT apparatus, and the like. In each image capturing apparatus 1, as shown in FIG. 2, a single image or a plurality of images 2 are formed so that the index points (markers) M 1 to M 4 attached to arbitrary positions of the subject M are imaged. To be photographed. For example, the image capturing apparatus 1 1, the tomographic image is captured in a direction as shown in FIG. 3 (a), the image capturing apparatus 1 2 and the tomographic image in the direction as shown in FIG. 3 (b) is captured, in the image capturing apparatus 1 3, tomographic images are taken in the direction as shown in Figure 3 (c). The captured image is shown in FIG. As shown in FIGS. 4A to 4C, each of the images 2 1 , 2
Images are taken so that the markers M 1 to M 4 are imprinted on 2 and 2 3 , respectively. Each image taken 2 1 to 2 n
Is read by an image reading device (not shown) such as a solid-state imaging device (CCD) camera or an image scanner, and stored in the memory 3 as an image storage means. Alternatively, the image data may be directly transferred from the image capturing device 1 and stored in the memory 3. Then, each image 2 stored in the memory 3 is displayed on the monitor 5 by the display control unit 4. The markers M 1 to M 4 are formed by injecting a contrast agent into a polyethylene tube, for example.
【００１１】図１の一点鎖線で示す部分は、この発明に
係る画像内位置変換装置であり、この画像内位置変換装
置１０の各部の構成を、画像内位置変換手順に従って以
下に詳述する。The portion indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 1 is the intra-image position conversion device according to the present invention, and the configuration of each part of this intra-image position conversion device 10 will be described in detail below in accordance with the intra-image position conversion procedure.
【００１２】画像座標特定部１１は、各画像２1 〜２n
が属する画像座標系をそれぞれ特定し、それらの画像座
標系におけるマーカーＭ1 〜Ｍ4 の座標を特定する。ま
ず、各画像２1 〜２n が属する画像座標系をそれぞれ特
定する。ここで、画像座標系とは、画像撮影装置１1 〜
１n が持つ座標系を基準として特定してもよいし、モニ
タ５の座標系を基準にして特定してもよい。例えば、画
像２1 について、断層面をＸ−Ｙ平面とし、断層方向を
Ｚ軸とし、特定の断層画像（例えば、図３（ａ）、図４
（ａ）に示す断層画像２11）の中心点を原点とすること
により、画像２1 が属する画像座標系を特定する。な
お、原点を含む断層画像の設定は入力装置６から行なわ
れる。また、画像２2 および２3 についても、断層面を
Ｘ−Ｙ平面とし、断層方向をＺ軸とし、図３（ｂ）、図
４（ｂ）および図３（ｃ）図４（ｃ）に示す断層画像２
21、２31の中心点を原点とすることにより、画像２2 、
２3 が属する画像座標系を特定する。このように、各画
像２1 〜２n が属する画像座標系をそれぞれ特定する。
なお、上記では各画像座標系を直交座標系として特定し
たが、斜交座標系で特定してもよい。The image coordinate specifying unit 11 is provided for each of the images 2 1 to 2 n.
Specify the image coordinate systems to which each belongs and specify the coordinates of the markers M 1 to M 4 in those image coordinate systems. First, the image coordinate system to which each of the images 2 1 to 2 n belongs is specified. Here, the image coordinate system refers to the image capturing devices 11 to.
The coordinate system of 1 n may be specified as a reference, or the coordinate system of the monitor 5 may be specified as a reference. For example, the image 2 1, the fault plane and the X-Y plane, the fault direction and the Z-axis, the specific tomographic image (e.g., FIG. 3 (a), FIG. 4
By using the center point of the tomographic image 2 11 ) shown in (a) as the origin, the image coordinate system to which the image 2 1 belongs is specified. The input device 6 sets the tomographic image including the origin. Further, the image 2 2 and 2 3 also, the fault plane and the X-Y plane, the fault direction and the Z-axis, in FIG. 3 (b), FIG. 4 (b) and FIG. 3 (c) FIG. 4 (c) Tomographic image 2
By setting the center points of 21 and 2 31 as the origins, the image 2 2 ,
Identify the image coordinate system to which 2 3 belongs. In this way, the image coordinate system to which each of the images 2 1 to 2 n belongs is specified.
Although each image coordinate system is specified as an orthogonal coordinate system in the above, it may be specified as an oblique coordinate system.
【００１３】次に、メモリ３に記憶されている各画像２
1 〜２n を読み出し、各座標系におけるマーカーＭ1 〜
Ｍ4 の座標を特定する。例えば、画像２1 に写されたマ
ーカーＭ3 については、図５に示すように、上述の画像
２1 が属する画像座標系において、断層画像２1 内で
Ｘ、Ｙ座標を特定し、原点Ｏを含む断層画像から何枚目
の断層画像にマーカーＭ3 が写っているかと、断層厚さ
等の情報によりＺ座標を特定する。このとき、原点Ｏを
含む断層画像から何枚目の断層画像にマーカーＭ3 が写
っているかの情報は、原点Ｏを含む断層画像（画像座標
系）が特定されているので、容易に検出することができ
る。また、断層厚さは、入力装置６から設定される。Next, each image 2 stored in the memory 3
1 to 2 n are read and the marker M 1 to in each coordinate system is
Specify the coordinates of M 4 . For example, the image for the 2 1 marker M 3 which photographed, as shown in FIG. 5, in the image 2 1 is an image coordinate system belonging above to identify X, Y coordinates in the tomographic image 2 within 1, the origin O The Z-coordinate is specified from the tomographic image including the marker M 3 in the tomographic image including the information and the information such as the tomographic thickness. At this time, the information about how many tomographic images from the tomographic image including the origin O the marker M 3 appears in is easy to detect because the tomographic image (image coordinate system) including the origin O is specified. be able to. Further, the slice thickness is set from the input device 6.
【００１４】このようにして、各画像２1 〜２n に属す
る画像座標系において、各画像２1〜２n にそれぞれ写
っているマーカーＭ1 〜Ｍ4 の座標（ｘij，ｙij，
ｘij）（但し、ｉは各画像に対応し、ｉ＝１〜ｎ、ｊは
各マーカーに対応し、ｊ＝１〜４）を特定する。このと
き、例えば、同じマーカーＭ1 であっても、画像２1 の
属する画像座標系における座標（ｘ11，ｙ11，ｚ11）
と、画像２2 の属する画像座標系における座標（ｘ21，
ｙ21，ｚ21）とは、それぞれの座標系が異なるので、一
致しない。特定された座標（ｘij，ｙij，ｘij）は、画
像座標系／仮想座標系座標変換式特定部１２に与えられ
る。[0014] Thus, in the image coordinate system belonging to each image 2 1 to 2 n, of the marker M 1 ~M 4 that is reflected to each image 2 1 to 2 n coordinates (x ij, y ij,
x ij ) (where i corresponds to each image, i = 1 to n, j corresponds to each marker, and j = 1 to 4) are specified. At this time, for example, even with the same marker M 1 , the coordinates (x 11 , y 11 , z 11 ) in the image coordinate system to which the image 2 1 belongs
And the coordinates in the image coordinate system to which the image 2 2 belongs (x 21 ,
Since y 21 and z 21 ) have different coordinate systems, they do not match. The specified coordinates (x ij , y ij , x ij ) are given to the image coordinate system / virtual coordinate system coordinate conversion formula specifying unit 12.
【００１５】仮想座標特定部１３は、仮想的な座標系を
決め、その仮想座標系におけるマーカーＭ1 〜Ｍ4 の座
標を特定する。まず、仮想的な座標系を決める。ここ
で、仮想座標系は、実空間内において何を基準にして決
めてもよい。例えば、従来例（特開平3-267054号公報)
に開示されている、磁場ソース、手術用プローブに取り
付けられた磁場センサー、３次元デジタイザ等からなる
３次元座標測定装置７における磁場ソースの中心点を原
点としたＭＳ座標系を仮想的な座標系として決めたとす
る。The virtual coordinate specifying unit 13 determines a virtual coordinate system and specifies the coordinates of the markers M 1 to M 4 in the virtual coordinate system. First, a virtual coordinate system is determined. Here, the virtual coordinate system may be determined based on anything in the real space. For example, a conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 3-267054)
Of the magnetic field source, the magnetic field sensor attached to the surgical probe, the three-dimensional coordinate measuring device 7 including the three-dimensional digitizer, etc. Suppose you decide.
【００１６】このとき、その仮想座標系におけるマーカ
ーＭ1 〜Ｍ4 の座標は、固定された被検者に貼付された
マーカーＭ1 〜Ｍ4 をプローブの先端で指し、仮想的座
標系（ＭＳ座標系）における各マーカーＭ1 〜Ｍ4 の座
標（Ｘj ，Ｙj ，Ｚj ）（但し、ｊは各マーカーに対応
し、ｊ＝１〜４）を、磁場センサーが受信した磁場ソー
スからの磁場の受信強度等に基づいて演算部８が特定す
る。特定された座標（Ｘj ，Ｙj ，Ｚj ）は、画像座標
系／仮想座標系座標変換式特定部１２に与えられる。At this time, the coordinates of the markers M 1 to M 4 in the virtual coordinate system refer to the markers M 1 to M 4 attached to the fixed subject by the tip of the probe, and the virtual coordinate system (MS Coordinates (X j , Y j , Z j ) (where j corresponds to each marker, j = 1 to 4) of each marker M 1 to M 4 in the coordinate system) from the magnetic field source received by the magnetic field sensor. The calculation unit 8 specifies the received intensity of the magnetic field. The specified coordinates (X j , Y j , Z j ) are given to the image coordinate system / virtual coordinate system coordinate conversion formula specifying unit 12.
【００１７】画像座標系／仮想座標系座標変換式特定部
１２は、画像座標特定部１１で特定された各画像座標系
における各マーカーＭ1 〜Ｍ4 の座標（ｘij，ｙij，ｘ
ij）と、仮想座標特定部１３で特定された各マーカーＭ
1 〜Ｍ4 の座標（Ｘj ，Ｙj，Ｚj ）とに基づいて、各
画像座標系と仮想座標系との各変換式を特定する。例え
ば、仮想座標系から画像２1 が属する画像座標系への変
換を、各座標系で特定したマーカーＭ1 〜Ｍ4 の座標
（ｘ1j，ｙ1j，ｘ1j）と（Ｘj ，Ｙj ，Ｚj）を用いて
４次元Ａｆｆｉｎｅ（アフィン）変換で表すと、次式の
ようになる。The image coordinate system / virtual coordinate system coordinate conversion formula specifying unit 12 determines the coordinates (x ij , y ij , x) of the markers M 1 to M 4 in each image coordinate system specified by the image coordinate specifying unit 11.
ij ) and each marker M identified by the virtual coordinate identifying unit 13
Based on the coordinates (X j , Y j , Z j ) of 1 to M 4 , each conversion formula between each image coordinate system and the virtual coordinate system is specified. For example, the coordinates (x 1j , y 1j , x 1j ) and (X j , Y j of the markers M 1 to M 4 specified in each coordinate system for conversion from the virtual coordinate system to the image coordinate system to which the image 2 1 belongs are converted. , Z j ) is represented by a four-dimensional Affine transformation, the following equation is obtained.
【００１８】[0018]
【数１】 [Equation 1]
【００１９】ここで、Ｔ1 は、変換行列を表し、この変
換行列Ｔ1 は、上式（１）から次式のようになる。Here, T 1 represents a conversion matrix, and this conversion matrix T 1 is expressed by the following expression from the above expression (1).
【００２０】[0020]
【数２】 [Equation 2]
【００２１】各座標（ｘ1j，ｙ1j，ｘ1j）、（Ｘj ，Ｙ
j ，Ｚj ）は、画像座標特定部１１、仮想座標特定部１
３により特定されているので、変換行列Ｔ1 を求めるこ
とができる。Each coordinate (x 1j , y 1j , x 1j ), (X j , Y
j , Z j ) is the image coordinate specifying unit 11 and the virtual coordinate specifying unit 1
Since it is specified by 3, the conversion matrix T 1 can be obtained.
【００２２】同様にして、仮想座標系から画像２2 〜２
n が属する画像座標系への変換式を４次元Ａｆｆｉｎｅ
変換で表し、各変換行列Ｔ2 〜Ｔn を求める。求めた各
変換行列Ｔ1 〜Ｔn は、画像座標系間座標変換式特定部
１４に与えられる。Similarly, from the virtual coordinate system, the images 2 2 to 2 2
A four-dimensional Affine conversion formula to the image coordinate system to which n belongs
The transformation matrix is used to obtain each transformation matrix T 2 to T n . The obtained transformation matrices T 1 to T n are provided to the inter-image coordinate system coordinate transformation formula specifying unit 14.
【００２３】画像座標系間座標変換式特定部１４は、各
画像座標系／仮想座標系座標変換式特定部１２で特定さ
れた各変換式に基づいて、各画像座標系間の変換式を特
定する。例えば、仮想座標系での任意の点の座標（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）を、画像２k （ｋ＝１〜ｎ）が属する画像座標
系の座標（ｘk ，ｙk ，ｚk ）に変換する場合には、上
式（１）から次式のように表すことができる。 （ｘk ，ｙk ，ｚk ，１）＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ，１）＊Ｔk …… （３）The inter-image coordinate system coordinate conversion formula specifying unit 14 specifies a conversion formula between the image coordinate systems based on each conversion formula specified by each image coordinate system / virtual coordinate system coordinate conversion formula specifying unit 12. To do. For example, the coordinates (X,
When converting Y, Z) to the coordinates (x k , y k , z k ) of the image coordinate system to which the image 2 k (k = 1 to n) belongs, the following equation is obtained from the above equation (1). Can be expressed as (X k , y k , z k , 1) = (X, Y, Z, 1) * T k (3)
【００２４】同様に、仮想座標系での任意の点の座標
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、画像２l （ｌ＝１〜ｎ）が属する画
像座標系の座標（ｘl ，ｙl ，ｚl ）に変換する場合に
は次式で表すことができる。 （ｘl ，ｙl ，ｚl ，１）＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ，１）＊Ｔl …… （４）Similarly, the coordinates (X, Y, Z) of an arbitrary point in the virtual coordinate system are converted into the coordinates (x l , y l , z) of the image coordinate system to which the image 2 l (l = 1 to n) belongs. When converted into l ), it can be expressed by the following equation. (X l , y l , z l , 1) = (X, Y, Z, 1) * T l (4)
【００２５】ここで、（Ｘ，Ｙ，Ｚ，１）は、（４）式
から次式で表すことができる。 （Ｘ，Ｙ，Ｚ，１）＝（ｘl ，ｙl ，ｚl ，１）＊Ｔl -1 ……（５） （３）式の（Ｘ，Ｙ，Ｚ，１）に（５）式を代入してや
ると、次式となる。 （ｘk ，ｙk ，ｚk ，１）＝（（ｘl ，ｙl ，ｚl ，１）＊Ｔl -1）＊Ｔk ＝（ｘl ，ｙl ，ｚl ，１）＊（Ｔl -1＊Ｔk ） ……（６） ここで、Ｔk 、Ｔl は、既に求められており、Ｔ
l -1は、Ｔl から求めることができるので、画像２l が
属する画像座標系での任意の点の座標（ｘl ，ｙl ，ｚ
l ）を、画像２k が属する画像座標系の座標（ｘk ，ｙ
k ，ｚk ）に変換することができる。Here, (X, Y, Z, 1) can be expressed by the following equation from the equation (4). (X, Y, Z, 1) = (x l , y l , z l , 1) * T l -1 (5) In (X, Y, Z, 1) of the equation (3), (5) Substituting an expression gives the following expression. (X k , y k , z k , 1) = ((x l , y l , z l , 1) * T l −1 ) * T k = (x l , y l , z l , 1) * ( T l -1 * T k ) (6) Here, T k and T l have already been calculated, and T
Since l −1 can be obtained from T l , the coordinates (x l , y l , z) of an arbitrary point in the image coordinate system to which the image 2 l belongs
l ) is the coordinates (x k , y) of the image coordinate system to which the image 2 k belongs.
can be converted to k , z k ).
【００２６】例えば、３次元座標測定装置７によりＭＳ
座標系におけるプローブの先端位置の座標が特定される
と、演算部８により、その座標が、画像２1 が属する画
像座標系の座標（ｘ1j，ｙ1j，ｚ1j）に変換され、表示
制御部４により、モニタ５に表示されている画像２1 に
プローブの先端位置が重畳表示される。このとき、従来
例では、他の画像２2 〜２n には、プローブの先端位置
は表示されない。しかし、この実施例では、画像２1 が
属する画像座標系におけるプローブの座標（ｘ1j，
ｙ1j，ｚ1j）に基づいて、他の画像２2 〜２n が属する
画像座標系におけるプローブ先端位置の座標（ｘij，ｙ
ij，ｚij）を求めることができので、図６に示すよう
に、各画像２1 〜２n （図では、２1 〜２3 を示してい
る）上にそれぞれプローブの先端位置Ｓ（「×」で示
す）を重畳表示することができる。For example, by using the three-dimensional coordinate measuring device 7, the MS
When the coordinates of the tip position of the probe in the coordinate system are specified, the calculation unit 8 converts the coordinates into the coordinates (x 1j , y 1j , z 1j ) of the image coordinate system to which the image 2 1 belongs, and the display control is performed. the part 4, the tip position of the probe in image 2 1 displayed on the monitor 5 is superimposed and displayed. In this case, in the conventional example, the other image 2 2 to 2 n, the tip position of the probe is not displayed. However, in this embodiment, the probe in the image coordinate system of the image 2 1 belongs coordinates (x 1j,
y 1j , z 1j ) based on the coordinates (x ij , y) of the probe tip position in the image coordinate system to which the other images 2 2 to 2 n belong.
ij, since it is possible to determine the z ij), as shown in FIG. 6, in each image 2 1 to 2 n (figure 2 1 to 2 probes each 3 on the show) tip position S ( " (Indicated by “X”) can be displayed in a superimposed manner.
【００２７】ところで、上述では、仮想的な座標系とし
てＭＳ座標系を用いたが、他の座標系を仮想的な座標系
としてもよい。以下に、仮想的な座標系を特定する方法
をいくつか説明する。まず、各画像２1 〜２n に写され
た４個のマーカーＭ1 〜Ｍ4 を用いて、仮想的な座標系
を作成する場合を説明する。同一平面上にないマーカー
Ｍ1 〜Ｍ4 の画像座標系での座標（ｘij，ｙij，ｚij）
を用い、マーカーＭ1 を原点とし、Ｍ1 からＭ2 、Ｍ1
からＭ3 、Ｍ1 からＭ4 への方向性を有する線形独立な
ベクトルｉ、ｊ、ｋを作成し、各ベクトルで張られる座
標空間を仮想的な座標系とする。By the way, although the MS coordinate system is used as the virtual coordinate system in the above description, another coordinate system may be used as the virtual coordinate system. Hereinafter, some methods for specifying the virtual coordinate system will be described. First, a case will be described in which a virtual coordinate system is created using the four markers M 1 to M 4 imaged on each of the images 2 1 to 2 n . Coordinates (x ij , y ij , z ij ) in the image coordinate system of the markers M 1 to M 4 that are not on the same plane
Using the marker M 1 as the origin, M 1 to M 2 , M 1
To M 3 and M 1 to M 4 , linearly independent vectors i, j, and k having directions are created, and the coordinate space spanned by each vector is used as a virtual coordinate system.
【００２８】具体的には、例えば、画像２1 に写された
マーカーＭ1 〜Ｍ4 の画像２1 が属する画像座標系での
座標（ｘ1j，ｙ1j，ｚ1j）を用いて各ベクトルｉ、ｊ、
ｋを表すと、次式のようになる。[0028] Specifically, for example, coordinates in the image coordinate system which the image 2 1 markers M 1 ~M 4 was photographed in the image 2 1 belongs (x 1j, y 1j, z 1j) using the vectors i, j,
When k is expressed, the following equation is obtained.
【００２９】[0029]
【数３】 [Equation 3]
【００３０】これらのベクトルｉ、ｊ、ｋを仮想的な座
標系における単位ベクトルとすると、 原点（ｘ11，ｙ11，ｚ11）＝（０，０，０） ｉ＝（ａX ，ａY ，ａZ ）＝（１，０，０） ｊ＝（ｂX ，ｂY ，ｂZ ）＝（０，１，０） ｋ＝（ｃX ，ｃY ，ｃZ ）＝（０，０，１） となり、画像座標系での各マーカーＭ1 〜Ｍ4 の位置
は、 Ｍ1 ＝（ｘ11，ｙ11，ｚ11）＝（０，０，０） Ｍ2 ＝（ｘ12，ｙ12，ｚ12）＝（１，０，０） Ｍ3 ＝（ｘ13，ｙ13，ｚ13）＝（０，１，０） Ｍ4 ＝（ｘ14，ｙ14，ｚ14）＝（０，０，１） となる。従って、仮想的な座標系から画像２1 が属する
画像座標系への変換を次式で表すことができる。Assuming that these vectors i, j, k are unit vectors in a virtual coordinate system, the origin (x 11 , y 11 , z 11 ) = (0,0,0) i = (a X , a Y , A Z ) = (1,0,0) j = (b X , b Y , b Z ) = (0,1,0) k = (c X , c Y , c Z ) = (0,0, 1), and the positions of the markers M 1 to M 4 in the image coordinate system are M 1 = (x 11 , y 11 , z 11 ) = (0,0,0) M 2 = (x 12 , y 12 , Z 12 ) = (1,0,0) M 3 = (x 13 , y 13 , z 13 ) = (0,1,0) M 4 = (x 14 , y 14 , z 14 ) = (0, 0, 1). Therefore, the conversion from the virtual coordinate system to the image coordinate system to which the image 2 1 belongs can be expressed by the following equation.
【００３１】[0031]
【数４】 [Equation 4]
【００３２】また、画像２2 に写されたマーカーＭ1 〜
Ｍ4 の画像２2 が属する画像座標系での座標（ｘ2j，ｙ
2j，ｚ2j）を用いて作成した各ベクトルｉ、ｊ、ｋで張
られる座用空間を仮想座標系として、仮想的な座標系か
ら画像２1 が属する画像座標系への変換式を表すと、次
式のようになる。[0032] In addition, image 2 2 photographed the markers M 1 ~
The coordinates (x 2j , y in the image coordinate system to which the image 2 2 of M 4 belongs
2j , z 2j ), a transformation space from the virtual coordinate system to the image coordinate system to which the image 2 1 belongs is represented by using the sitting space stretched by each vector i, j, k created as a virtual coordinate system. , Is as follows.
【００３３】[0033]
【数５】 [Equation 5]
【００３４】画像２1 が属する画像座標系と、画像２2
が属する画像座標系とは一致しないが、各画像座標系で
のマーカーＭ1 〜Ｍ4 の座標を用いて作成した各ベクト
ルｉ、ｊ、ｋは同じ方向性を示しているので、それらの
ベクトルｉ、ｊ、ｋで張られる座標空間（仮想座標系）
は同じ座標系を示すことになる。The image coordinate system to which the image 2 1 belongs and the image 2 2
The vector i, j, k created by using the coordinates of the markers M 1 to M 4 in each image coordinate system does not match the image coordinate system to which the vector belongs. A coordinate space defined by i, j, and k (virtual coordinate system)
Indicate the same coordinate system.
【００３５】次に、画像２1 〜２n に写された３点のマ
ーカーＭ1 〜Ｍ3 を用いて、仮想的な座標系を作成する
場合を説明する。同一直線上にないマーカーＭ1 〜Ｍ3
の画像座標系での座標（ｘik，ｙik，ｚik）（但し、ｋ
はマーカーに対応し、ｋ＝１〜３）を用い、マーカーＭ
1 を原点とし、以下のように線形独立なベクトルｉ、
ｊ、ｋを作成し、各ベクトルで張られる座標空間を仮想
的な座標系とする。Next, a case will be described in which a virtual coordinate system is created using the three markers M 1 to M 3 imaged on the images 2 1 to 2 n . Markers are not on the same straight line M 1 ~M 3
In the image coordinate system of (x ik , y ik , z ik ) (where k is
Corresponds to a marker, and k = 1 to 3) is used, and the marker M
With 1 as the origin, linearly independent vector i,
j and k are created, and the coordinate space defined by each vector is used as a virtual coordinate system.
【００３６】まず、Ｍ1 からＭ2 、Ｍ1 からＭ3 への方
向性を有するベクトルｌ、ｓと、ベクトルｌとベクトル
ｓの外積で求められるベクトルｎ、ベクトルｎとベクト
ルｌの外積で求められるベクトルｍを作成する。これを
次式に示す。First, the vectors l and s having directivity from M 1 to M 2 and M 1 to M 3 and the vector n obtained by the outer product of the vector l and the vector s, and the outer product of the vector n and the vector 1 are obtained. Create a vector m that is This is shown in the following equation.
【００３７】[0037]
【数６】 [Equation 6]
【００３８】次に、ベクトルｌ、ｍ、ｎをそれぞれの長
さで割ったベクトルをｉ、ｊ、ｋとする。これを以下に
示す。 ｉ＝ｌ／｜ｌ｜ ｊ＝ｍ／｜ｍ｜ ｋ＝ｎ／｜ｎ｜ 原点をＭ1 とし、線形独立なベクトルｉ、ｊ、ｋで張ら
れる直交座標空間を仮想的な座標系とする。なお、上述
のｉ、ｊ、ｋを作成する手順を図７に示す。図７（ａ）
は、ベクトルｌ、ｓを示し、図７（ｂ）は、ベクトル
ｌ、ｓから作成されたベクトルｎを示し、図７（ｃ）
は、ベクトルｎ、ｌから作成されたベクトルｍを示し、
図７（ｄ）は、ベクトルｉ、ｊ、ｋを示す。Next, the vectors l, m, and n are divided by their respective lengths to be i, j, and k. This is shown below. i = l / | l | j = m / | m | k = n / | n | The origin is M 1 and the orthogonal coordinate space spanned by linearly independent vectors i, j, and k is a virtual coordinate system. . The procedure for creating the above i, j, and k is shown in FIG. Figure 7 (a)
Shows the vectors l and s, FIG. 7B shows the vector n created from the vectors l and s, and FIG.
Indicates a vector m created from the vectors n and l,
FIG. 7D shows the vectors i, j, and k.
【００３９】なお、仮想的な座標系は、各画像座標系間
の変換式を特定するための仲介としての機能、すなわ
ち、各画像座標系からみて同じ座標系であれば、上述以
外の方法で特定してもよい。The virtual coordinate system has a function as an intermediary for specifying a conversion formula between the image coordinate systems, that is, if the coordinate system is the same as seen from the image coordinate systems, a method other than the above is used. May be specified.
【００４０】また、仮想的な座標系から画像座標系への
変換は、上述の方法以外であってもよい。Further, the conversion from the virtual coordinate system to the image coordinate system may be performed by a method other than the above method.
【００４１】さらに、同じ断層撮影装置で撮影された画
像であっても、撮影された方向が違うこと等により、そ
れぞれの画像が属する画像座標系が違う場合の各画像座
標系間の変換も行なうことができる。Further, even in the case of images taken by the same tomographic imaging apparatus, conversion between the image coordinate systems is performed when the image coordinate systems to which the images belong are different due to the different shooting directions. be able to.
【００４２】また、上述の実施例では、定位的脳手術支
援装置に組み込んだ場合について説明したが、その他の
画像座標系間の座標の変換を行なう場合に適用すること
もできる。Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the device is incorporated in the stereotactic brain surgery support device has been described, but the present invention can be applied to the case of converting the coordinates between other image coordinate systems.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、ある画像の属する画像座標系と別の画像が
属する画像座標系とを仮想的な座標系を介して変換可能
に構成したことにより、この画像内位置変換装置を、例
えば、定位的脳手術支援装置に組み込めば、ある画像座
標系の画像上に表示された任意点に対応する対応点を他
の画像座標系の画像上に重畳表示することできるので、
手術中のオリエンテーションの認識を容易にすることが
できる。As is apparent from the above description, according to the present invention, an image coordinate system to which an image belongs and an image coordinate system to which another image belongs can be converted via a virtual coordinate system. Therefore, if this intra-image position conversion device is incorporated into, for example, a stereotactic brain surgery support device, the corresponding point corresponding to an arbitrary point displayed on the image of a certain image coordinate system becomes an image of another image coordinate system. Since it can be superimposed on top,
It can facilitate the recognition of orientation during surgery.
【図１】この発明の一実施例に係る画像内位置変換装置
を組み込んだ定位的脳手術支援装置の構成を示すブロッ
ク図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a stereotactic brain surgery support device incorporating an intra-image position conversion device according to an embodiment of the present invention.
【図２】被検者に貼付されたマーカーの位置を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing positions of markers attached to a subject.
【図３】各画像撮影装置で撮影される画像の断層方向を
示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a tomographic direction of an image captured by each image capturing device.
【図４】各画像撮影装置で撮影された画像を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing an image captured by each image capturing device.
【図５】画像座標系におけるマーカーの座標を特定する
手順を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a procedure of identifying coordinates of a marker in an image coordinate system.
【図６】各画像にプローブの先端位置を重畳表示した状
態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a state in which the tip position of the probe is displayed in an overlapping manner on each image.
【図７】３個のマーカーから仮想座標系を特定する手順
を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a procedure for identifying a virtual coordinate system from three markers.
１1 〜１n … 画像撮影装置 ２1 〜２n … 画像 ３ … メモリ（画像記憶手段） １１ … 画像座標特定部（画像座標特定手段） １２ … 仮想座標特定部（仮想座標特定手段） １３ … 画像座標系／仮想座標系座標変換式特定部 （画像座標系／仮想座標系座標変換式特定手段） １４ … 画像座標系間座標変換式特定部 （画像座標系間座標変換式特定手段） Ｍ1 〜Ｍ4 … マーカー（指標点）1 1 to 1 n ... Image photographing device 2 1 to 2 n ... Image 3 ... Memory (image storage means) 11 ... Image coordinate identification unit (image coordinate identification means) 12 ... Virtual coordinate identification unit (virtual coordinate identification means) 13 ... Image coordinate system / virtual coordinate system coordinate conversion formula specifying unit (image coordinate system / virtual coordinate system coordinate conversion formula specifying unit) 14 ... Image coordinate system coordinate conversion formula specifying unit (image coordinate system coordinate conversion formula specifying unit) M 1 ~ M 4 ... Marker (index point)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 1/00 3/00 8420−5Ｌ Ｇ０６Ｆ 15/66 ３６０ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location G06T 1/00 3/00 8420-5L G06F 15/66 360
Claims (1)
する画像座標系の座標を、別の画像座標系の座標に変換
する画像内位置変換装置であって、前記画像撮影装置
で、空間内に配置された複数個の指標点を写し込んで撮
影された異なる画像座標系に属する複数枚の画像を記憶
する画像記憶手段と、前記画像記憶手段に記憶された各
画像内に写し込まれた各指標点の、前記各画像が属する
画像座標系における座標を特定する画像座標特定手段
と、仮想座標系における前記各指標点の座標を特定する
仮想座標特定手段と、前記画像座標特定手段で特定され
た前記各画像座標系における前記各指標点の座標と、前
記仮想座標特定手段で特定された前記各指標点の座標と
に基づいて、前記各画像座標系と前記仮想座標系との各
変換式を特定する画像座標系／仮想座標系座標変換式特
定手段と、前記各画像座標系／仮想座標系座標変換式特
定手段で特定された各変換式に基づいて、各画像座標系
間の変換式を特定する画像座標系間座標変換式特定手段
とを備えたことを特徴とする画像内位置変換装置。1. An in-image position conversion device for converting the coordinates of an image coordinate system to which an image captured by an image capturing device belongs to the coordinates of another image coordinate system, wherein Image storage means for storing a plurality of images belonging to different image coordinate systems, which are photographed by imprinting a plurality of index points arranged in the image storage means, and imprinted in each image stored in the image storage means. Image coordinate specifying means for specifying coordinates of each index point in the image coordinate system to which each image belongs, virtual coordinate specifying means for specifying coordinates of each index point in the virtual coordinate system, and specification by the image coordinate specifying means Based on the coordinates of each of the index points in each of the image coordinate systems and the coordinates of each of the index points identified by the virtual coordinate identifying means, each conversion between each of the image coordinate systems and the virtual coordinate system. Image Zodiac that identifies an expression An image that specifies the conversion formula between the image coordinate systems based on the standard system / virtual coordinate system coordinate conversion formula specifying unit and each conversion formula specified by the image coordinate system / virtual coordinate system coordinate conversion formula specifying unit An intra-image position conversion device, comprising: an inter-coordinate system coordinate conversion expression specifying means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5190725A JPH0716240A (en) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | Within-image position transformation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5190725A JPH0716240A (en) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | Within-image position transformation device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0716240A true JPH0716240A (en) | 1995-01-20 |
Family
ID=16262775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5190725A Pending JPH0716240A (en) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | Within-image position transformation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0716240A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001224586A (en) * | 2000-02-11 | 2001-08-21 | Toshiba Corp | Image mapping method and system |
| WO2007102509A1 (en) * | 2006-03-09 | 2007-09-13 | Imagnosis Inc. | Medical image processing method |
| JP2008080131A (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Accuray Inc | Radiation treatment plan using four-dimensional imaging data |
-
1993
- 1993-07-01 JP JP5190725A patent/JPH0716240A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001224586A (en) * | 2000-02-11 | 2001-08-21 | Toshiba Corp | Image mapping method and system |
| JP2011078822A (en) * | 2000-02-11 | 2011-04-21 | Toshiba Corp | Image mapping method and system |
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