JP2002102251A - 患者への医学的侵襲に関するデータを可視化するための可視化装置及び方法 - Google Patents

患者への医学的侵襲に関するデータを可視化するための可視化装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 患者への医学的侵襲に関するデータを可視化
するための新規な可視化装置及び方法を提供する。 【解決手段】 本発明による可視化装置は、患者の身体
内に導かれる外科用器具（５）の位置および方位に関す
るデータを幾何学的なパターンとして、かつ身体表面か
らの距離をパターンの大きさや色の変化として患者の身
体表面（８）上に投影する。本発明は、さらにこのよう
なデータを患者の身体表面上に投影する方法にも関す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は請求項１の前文に記
載したような、患者への医学的侵襲に関するデータを可
視化するための可視化装置と、請求項１０の前文に記載
したような患者への医学的侵襲に関するデータを可視化
するための方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】医学的、即ち外科的侵襲の際には、例え
ば位置及び方位を求めるためのナビゲーションシステム
のセンサを備える外科用器具の位置及び方位が外科的侵
襲の間に医学的像データ内に表示される。
【０００３】こうして特定の応用分野では、患者の身体
内を導かれ、また侵襲外科医により可視的に追跡され得
ない多くの外科用器具を互いに合致するように導く必要
性が生ずる。このような状況は例えば、腹腔内に導入さ
れた外科用器具が、結腸内に導入された内視鏡の位置と
同一の位置に導入されなければならないいくつかの胃腸
病学的なラパロスコピー侵襲の際に生ずる。このように
互いに合致するように導くことは、外科医にとって簡単
ではない。なぜならば、導かれる器具への可視的な追跡
の可能性が存在しないからである。
【０００４】国際特許出願公開ＷＯ９７／２９７０９号
明細書には、外科用器具の可視化のための多くのセンサ
の使用が詳細に説明されている。そこには器具位置の可
視化のための、１つ又はそれ以上のモニター及び“バー
チャルリアリティデバイス”を用いるユーザーインタフ
ェースも説明されている。ここで、器具は平らなコンピ
ュータディスプレイ上に表示される。
【０００５】この装置の欠点は、平らなコンピュータデ
ィスプレイ上の外科用器具の可視化が直感性に乏しいこ
とにある。外科医の視点から、侵襲の間に目視方向を絶
えずコンピュータディスプレイと手術領域との間で切換
えることは非効率的である。加えて、手術室内の室内状
況が非常に狭隘なので、構成要素（示されている場合に
は例えばコンピュータディスプレイ）の節減が望まし
い。
【０００６】米国特許第５６９４１４２号明細書には、
解決策として、外科医がその手術領域を、医学的な像デ
ータが手術領域に重畳されるように映し出す半透明の板
を通して見るという解決策が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、患者への医学的侵襲に関するデータを可視化するた
めの請求項１の前文による可視化装置及び患者への医学
的侵襲に関するデータを可視化するための請求項１０の
前文による方法を下記の特性を兼備するように構成する
ことである。即ち、 −目視的な追跡が不可能な器具の位置及び方位を可視化
せねばならない。 −目視的な追跡の不可能な多くの器具の位置及び方位が
互いに相対的に可視化せねばならない。 −可視化は、外科医が侵襲の間に手術領域から視線を逸
らす必要なしに行えなければならない。 −可視化は、患者に対し相対的に、即ち像データ固有の
座標系ではなく患者座標系で行わなければならない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、患者への医
学的侵襲に関するデータを可視化するための可視化装置
において、可視化装置がデータを患者の身体表面の上に
例えば光投影により投影することを特徴とする請求項１
によるデータを可視化するための可視化装置により解決
される。
【０００９】さらにこの課題は、患者への医学的侵襲に
関するデータを可視化するための方法において、データ
を患者の身体表面上に投影することを特徴とする請求項
１０によるデータの可視化のための方法により解決され
る。
【００１０】本発明では、データを侵襲の範囲内で身体
表面上に投影する。胃腸病学的なラパロスコピー侵襲
時、投影は例えば患者の上腹部上に行う。外科医はこう
して手術に関係するデータを、手術領域から視線を逸ら
すことなく捕捉できる。
【００１１】さらに、例えばコンピュータディスプレイ
のような構成要素が節減できる。
【００１２】本発明の有利な実施態様は各従属請求項に
あげられている。
【００１３】本発明の実施態様では、身体内を導かれる
１つ又はそれ以上の器具の位置及び方位に関するデータ
を患者の身体表面上に投影する。
【００１４】これらのデータは、幾何学的なパターン又
は図形、例えば円及び／又は矢印として、外科用器具の
位置に対し特定の関係付けをし、て患者の身体表面上に
投影するのがよく、その際に幾何学的なパターンは器具
の移動と共に患者の身体表面上を移動する。外科医はこ
うして侵襲の間、その視線を手術領域から逸らす必要な
しに、直接的な目視による追跡が不可能な１つ又はそれ
以上の器具の位置及び方位を追跡できる。方位は、例え
ば矢印の向きにより表される。
【００１５】直接的な目視による追跡の可能性がない多
くの器具（例えば内視鏡及び外科用器具）を互いに合致
するように導く問題は、この解決策では、患者の身体表
面の上に投影される幾何学的なパターンを重ねることに
帰着する。
【００１６】本発明によれば、外科用器具又は幾何学的
パターンの投影は患者座標系内で行われる。即ち、位置
及び方位が身体表面上の、その下に外科用器具が実際に
位置している個所に正確に投影される。
【００１７】幾何学的パターンを正しく垂直に、患者の
身体内の外科用器具上に位置する個所に投影する、即ち
患者の身体表面上に投影される器具位置を、常に外科用
器具の実際の位置と投影される位置との間の垂直な接続
線上に位置させることもできる。しかしこの投影形式の
場合、侵襲外科医の視線上に投影個所が位置しない。
【００１８】外科医の視線上に投影個所を位置させるた
め、幾何学的なパターンを侵襲外科医の視線方向に外科
用器具の斜め上の個所で患者の身体表面上に投影させる
ことを提案する。このことは、身体表面上の幾何学的パ
ターンの投影個所が外科用器具の実際の空間的位置と、
器具に向けられる外科医の視線との間の接続線上に位置
することを意味する。外科医のこの視線の出発点を決定
できるように、１つ又はそれ以上の参照マークを外科医
の頭又はその付近に取付け、その空間的位置がそれぞ
れ、外科用器具の位置及び方位をも求めるナビゲーショ
ン計算機に、器具の位置の新たな投影の前に、伝達され
る。即ち、外科医の頭が連続的に例えばステレオカメラ
により追跡され、またこうしてその位置が捕捉される。
【００１９】例えば連続的に又は必要に応じ２つのカメ
ラ（ステレオカメラ）により検出される１つ又はそれ以
上の十字状の参照マークが外科医の手術帽に取付けられ
る。この方法で外科医の頭の座標が求められる。
【００２０】頭の位置に追加して頭の方位、従ってまた
その視線方向をも求められるようにするため、頭又は手
術帽に取付けられた多くの参照マークが検出される。続
いて器具の位置が、外科医の頭における参照マークの位
置とナビゲーションシステムのセンサにより与えられて
いる実際の器具位置との間の接続線と、身体表面との交
点として患者の身体表面上に投影される。
【００２１】患者の身体表面上の器具位置又は相応の幾
何学的パターンの二次元的な可視化しかできないので、
第３の空間ディメンジョン、即ち身体表面又は患者寝台
からの外科用器具の垂直な距離、従ってまた外科用器具
の“深さ”をコード化して表示する必要がある。この情
報は、例えば色及び／又は大きさによりコード化して表
示される。従って、外科用器具の位置を表示するための
リング状又は円状の幾何学的パターン又はその方位を表
示するための矢印状の幾何学的パターンは、それらの色
及び／又はそれらの大きさを、患者の身体内における器
具の深さに応じて、即ち身体表面又は患者寝台からの垂
直な距離に応じて変更される。
【００２２】本発明の別の実施態様では、患者の医学的
な像データが患者の身体表面上に投影される。この場
合、それは例えば手術前、即ち侵襲前の任意の時点で取
得された像データであってよい。この方法で、例えば２
Ｄ又は３Ｄの超音波データのような、或いは移動可能な
Ｃ字形アームＸ線システムを用いて撮影された２Ｄ又は
３Ｄ、Ｘ線像データのような実時間像データが患者の身
体表面上に投影される。
【００２３】この方法の際、像データ内で写像される解
剖学的構造が外科医の視点から、従ってまたその視線方
向に、直接に実際の臓器構造上に位置するよう侵襲外科
医の頭の位置を捕捉することは、像データを患者の身体
表面上に投影するため、同じく有利である。
【００２４】さらに、その方位を決定するためにナビゲ
ーションシステムの位置センサを設け、身体内又は身体
外を導かれる外科用器具の軸線に沿って中心投影線が延
びるように、患者の身体表面上に像データを映し出すこ
とも可能である。こうすると最小侵襲の目的で、外科用
器具を患者身体に刺し込むための最適な刺し込み孔を見
出せる。刺し込み孔の下に位置する臓器又は他の重要な
解剖学的な構造が、こうして刺し込み前に患者の身体表
面上に像データを映し出すことで認識できる。本発明の
別の実施態様では、例えば臓器、組織又は骨構造、外傷
の位置、計画された手術経路、計画された刺し込み開始
又は目標点のような手術前に行われた手術計画の結果に
関するデータを患者の身体表面上に投影できる。
【００２５】患者の身体表面上への手術計画の結果の投
影は、例えば最小侵襲の目的で、侵襲の枠内で最適な刺
し込み孔を求めるために使用される。患者の身体表面上
への手術計画の結果の投影を外科用器具の位置の投影と
結び付けると、例えば手術計画時に決定された手術経路
上を運動するか否かが実感として理解できる。
【００２６】付記すべきこととして、患者の身体表面上
への外科用器具の位置及び方位の投影、医学的な像デー
タの投影及び先行の手術計画の結果の投影は、互いに別
々に又は任意に互いに組み合わせて行える。
【００２７】さらに患者の解剖学的構造が、投影に際し
て考慮されねばならない。即ち、各データが患者の身体
表面から正しく位置決めされて投影されるように、患者
の身体表面と可視化装置との間の調和が行われなければ
ならない。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施例
を、添付図面を参照して一層詳細に説明する。
【００２９】図１は患者の身体表面上への本発明による
データ投影時の、侵襲外科医の視線方向を考慮に入れて
いない本発明の実施例を示す。
【００３０】図１に示すように、外科用器具（５）が患
者の腹腔内を導かれる。外科用器具（５）はナビゲーシ
ョンシステム（３）の位置センサ（４）を備え、それを
用いて空間座標が連続的又は間欠的にインタフェース
（２）を介して制御計算機（１）に伝達される。制御計
算機（１）が器具（５）のこの空間座標を捕捉すると直
ちに、それは本発明による可視化装置（６）を計算機イ
ンタフェース（７）を介し、外科用器具（５）の位置が
幾何学的なパターンとして垂直（９）に器具（５）上に
位置する個所（８）で患者の身体表面上に投影するよう
駆動する。
【００３１】この投影される幾何学的パターンは、外科
用器具（５）の深さ情報又は器具（５）の他の特性をコ
ード化すべく形状、色及び／又は大きさを変更される。
【００３２】患者の解剖学的構造を考慮に入れた、器具
の位置及び方位の本発明による投影は、外科用器具
（５）の位置及び方位を患者の身体表面の正しい個所
（８）の上に投影するため、ナビゲーションシステム
（３）、投影システム（６）及び患者の解剖学的構造間
のレジストレーションを前提とする。
【００３３】図２は、患者の身体表面上への本発明によ
るデータ投影時の、侵襲外科医の視線方向を考慮に入れ
た本発明の実施例を示す。
【００３４】図１に示したように、患者の腹腔内を導か
れる外科用器具（５）はナビゲーションシステム（３）
の位置センサ（４）を備えており、それを用いて外科用
器具（５）の空間座標が連続的又は間欠的にインタフェ
ース（２）を介して制御計算機（１）に送られる。外科
用器具（５）の空間座標に追加して、外科医の頭の空間
位置及び方位も、インタフェース（１１）（例えばFram
e Grabberカード又は並列又は直列のインタフェース）
を介して位置データを制御計算機（１）に与えるステレ
オカメラ（１２）の助けをかりて捕捉される。外科医の
頭の位置（８）又は頭の方位、従ってまた視線方向は、
外科医の帽子に取付けた１つ又は複数の連続的又は必要
時に撮影される参照マーク（１３）を用いて求められ
る。
【００３５】制御計算機（１）が器具（５）の空間座標
ならびに外科医の頭の位置及び方位を検出すると直ち
に、制御計算機（１）により本発明による可視化装置
（６）が計算機インタフェース（７）、例えば直列又は
並列インタフェースを介して、外科用器具（５）の位置
が患者の身体表面上に、映し出される輪郭（８）が外科
医（１４）の頭と外科用器具（５）の先端との間の接続
線（１０）上に位置するように投影すべく駆動される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 制御計算機 ２ ナビゲーションシステムと制御計算機との間のイ
ンタフェース ３ ナビゲーションシステム ４ 位置センサ ５ 外科用器具 ６ 可視化装置 ７ 計算機インタフェース ８ 患者の身体表面 ９ 外科用器具と可視化装置との間の垂直な接続線 １０ 外科医の視線方向 １１ 制御計算機とカメラとの間のインタフェース １２ カメラ １３ 参照マーク １４ 外科医
フロントページの続き (72)発明者 ライナー グラウマン ドイツ連邦共和国 91315 ヘヒシュタッ ト グラスリッツァー シュトラーセ 33 (72)発明者 ノルベルト ラーン ドイツ連邦共和国 91301 フォルヒハイ ム ブライテンローエシュトラーセ 38 Ｆターム(参考） 4C060 GG21 KK07 MM21 5C054 AA01 CA04 EA05 FE14 HA12

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 患者への医学的侵襲に関するデータを可
    視化するための可視化装置において、 可視化装置がデータを患者の身体表面（８）の上に投影
    することを特徴とする患者への医学的侵襲に関するデー
    タを可視化するための可視化装置（６）。
  2. 【請求項２】 患者の身体内を導かれる外科用器具
    （５）の位置及び方位に関するデータを可視化すること
    を特徴とする請求項１記載の装置（６）。
  3. 【請求項３】 データを、幾何学的なパターンとして外
    科用器具（５）の位置に対して特定の関係のある個所
    で、患者の身体表面（８）上に投影することを特徴とす
    る請求項２記載の装置（６）。
  4. 【請求項４】 幾何学的なパターンを、外科用器具
    （５）の位置に対し垂直に、患者の身体表面（８）上に
    投影することを特徴とする請求項３記載の装置（６）。
  5. 【請求項５】 幾何学的なパターンを、侵襲外科医の視
    線方向に外科用器具（５）の斜め上の個所で患者の身体
    表面（８）上に投影することを特徴とする請求項３記載
    の装置（６）。
  6. 【請求項６】 患者の身体表面（８）からの外科用器具
    （５）の距離を、幾何学的なパターンの大きさとして投
    影することを特徴とする請求項３ないし５の１つに記載
    の装置（６）。
  7. 【請求項７】 患者の身体表面（８）からの外科用器具
    （５）の距離を、幾何学的なパターンの色として投影す
    ることを特徴とする請求項３ないし５の１つに記載の装
    置（６）。
  8. 【請求項８】 医学的な像データに関するデータを、患
    者の身体表面（８）上に投影することを特徴とする請求
    項１ないし７の１つに記載の装置（６）。
  9. 【請求項９】 先に行われた医学的侵襲の計画の結果に
    関するデータを、患者の身体表面（８）の上に投影する
    ことを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載の装置
    （６）。
  10. 【請求項１０】 患者への医学的侵襲に関するデータを
    可視化するための方法において、 データを患者の身体表面（８）上に投影することを特徴
    とする方法。
  11. 【請求項１１】 患者の身体内を導かれる外科用器具
    （５）の位置及び方位に関するデータを、患者の身体表
    面（８）上に投影することを特徴とする請求項１０記載
    の方法。
  12. 【請求項１２】 データを、幾何学的なパターンとし
    て、外科用器具（５）の位置に対し特定の関係のある個
    所で患者の身体表面（８）の上に投影することを特徴と
    する請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 幾何学的なパターンを、垂直に外科用
    器具（５）の位置の上の個所で患者の身体表面（８）上
    に投影することを特徴とする請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】 幾何学的なパターンを、侵襲外科医の
    視線方向に外科用器具（５）の斜め上の個所で患者の身
    体表面（８）の上に投影することを特徴とする請求項１
    ２記載の方法。
  15. 【請求項１５】 患者の身体表面（８）からの外科用器
    具（５）の距離を、幾何学的なパターンの大きさとして
    表示されることを特徴とする請求項１２ないし１４の１
    つに記載の方法。
  16. 【請求項１６】 患者の身体表面（８）からの外科用器
    具（５）の距離が幾何学的なパターンの色として表示す
    ることを特徴とする請求項１２ないし１４の１つに記載
    の方法。
  17. 【請求項１７】 データが医学的な像データに関するも
    のであることを特徴とする請求項１０ないし１６の１つ
    に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 データが先に行われた医学的侵襲の計
    画の結果に関するものであることを特徴とする請求項１
    ０ないし１７の１つに記載の方法。
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