JP2003180680A - ナビゲーションシステム - Google Patents
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/12—Arrangements for detecting or locating foreign bodies
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
-
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- A61B6/54—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis
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- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B2017/00681—Aspects not otherwise provided for
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 患者もしくは施術者の助力なしにインジケー
タ、ツールもしくは外科用器具を、呼吸運動もしくは心
拍により生じる変形をも考慮に入れる手術前の像内に正
確に挿入することが可能となるようにする。 【解決手段】 位置センサを備えた体内移動器具(イン
ジケータ、ツールもしくは外科用器具)の位置が手術前
に作成された像データセットへ挿入される、運動してい
る身体部分(特に心臓)におけるナビゲーション誘導下
での生検もしくは外科手術用のナビゲーションシステム
において、像データセットを手術前に作成するための予
め定められた作成時期にトリガ信号を発生するためのE
CG装置もしくは呼吸装置が設けられ、位置センサの座
標がトリガ時点にのみ手術前の像内に挿入される。
タ、ツールもしくは外科用器具を、呼吸運動もしくは心
拍により生じる変形をも考慮に入れる手術前の像内に正
確に挿入することが可能となるようにする。 【解決手段】 位置センサを備えた体内移動器具(イン
ジケータ、ツールもしくは外科用器具)の位置が手術前
に作成された像データセットへ挿入される、運動してい
る身体部分(特に心臓)におけるナビゲーション誘導下
での生検もしくは外科手術用のナビゲーションシステム
において、像データセットを手術前に作成するための予
め定められた作成時期にトリガ信号を発生するためのE
CG装置もしくは呼吸装置が設けられ、位置センサの座
標がトリガ時点にのみ手術前の像内に挿入される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、位置センサを備え
た体内移動器具(インジケータ、ツール、外科用器具な
ど)の位置が手術前に作成された像データセット(特に
3Dデータセット)内へ挿入される、運動している身体
部分(特に心臓)におけるナビゲーション誘導下での生
検もしくは外科手術用のナビゲーションシステムに関す
る。
た体内移動器具(インジケータ、ツール、外科用器具な
ど)の位置が手術前に作成された像データセット(特に
3Dデータセット)内へ挿入される、運動している身体
部分(特に心臓)におけるナビゲーション誘導下での生
検もしくは外科手術用のナビゲーションシステムに関す
る。
【0002】
【従来の技術】この種の挿入を正確に行うためには、イ
ンジケータ、ツールもしくは外科用器具の座標がいわゆ
る登録手順で本来のナビゲーション前に1回だけ医学的
像データの座標に合わせられる。ナビゲーションにとっ
て重要な患者の解剖範囲が、登録手順の時点におよびそ
れに続いて行われるナビゲーション手順中にナビゲーシ
ョンシステムの座標系の原点に対して相対的にかつ手術
前の像データ内へのナビゲーションシステムの写像に対
して相対的に固定しているということから出発するなら
ば、この登録手順の後にインジケータ、ツールもしくは
外科用器具は連続的もしくは間欠的に正確に医学的像デ
ータ内で視覚化できる。
ンジケータ、ツールもしくは外科用器具の座標がいわゆ
る登録手順で本来のナビゲーション前に1回だけ医学的
像データの座標に合わせられる。ナビゲーションにとっ
て重要な患者の解剖範囲が、登録手順の時点におよびそ
れに続いて行われるナビゲーション手順中にナビゲーシ
ョンシステムの座標系の原点に対して相対的にかつ手術
前の像データ内へのナビゲーションシステムの写像に対
して相対的に固定しているということから出発するなら
ば、この登録手順の後にインジケータ、ツールもしくは
外科用器具は連続的もしくは間欠的に正確に医学的像デ
ータ内で視覚化できる。
【0003】しかし、この仮定は実際には正当でないこ
とが多い。
とが多い。
【0004】ナビゲーションシステムの位置センサを備
えたカテーテルが心臓内へ挿入される、ナビゲーション
誘導下での心臓内インターベンションにおいては、心臓
組織が患者の心拍により運動する。このことは、例えば
高周波剥離のために心臓内で心臓壁に位置決めされたカ
テーテルが心臓組織の収縮および抽出と一緒に動き、従
ってナビゲーションシステムの受信された座標は特定の
心拍期にのみ、対応する(すなわち例えば手術前に作成
された)心臓の医学的3D像データ上へ正確に写像され
るにすぎないことを意味する。心収縮に起因するこのよ
うな時間的に変化する、ナビゲーション位置と手術前の
像データとの間の不一致によって、カテーテルを正確に
医学的3次元像データ内に挿入することは現在不可能で
ある。
えたカテーテルが心臓内へ挿入される、ナビゲーション
誘導下での心臓内インターベンションにおいては、心臓
組織が患者の心拍により運動する。このことは、例えば
高周波剥離のために心臓内で心臓壁に位置決めされたカ
テーテルが心臓組織の収縮および抽出と一緒に動き、従
ってナビゲーションシステムの受信された座標は特定の
心拍期にのみ、対応する(すなわち例えば手術前に作成
された)心臓の医学的3D像データ上へ正確に写像され
るにすぎないことを意味する。心収縮に起因するこのよ
うな時間的に変化する、ナビゲーション位置と手術前の
像データとの間の不一致によって、カテーテルを正確に
医学的3次元像データ内に挿入することは現在不可能で
ある。
【0005】カテーテルを医学的像データに挿入するこ
とに関するこのような限界はナビゲーション誘導下での
最小侵襲(例えば腹部領域における腹腔鏡式もしくは内
視鏡式侵襲)の場合にも当てはまり、この種の侵襲では
患者の呼吸活動が侵襲ないしはナビゲーションにとって
重要な領域を、ナビゲーションシステムの座標系の原点
に対して相対的にかつ手術前の像データに対して相対的
に経時的にずらしたり変形させたりする。
とに関するこのような限界はナビゲーション誘導下での
最小侵襲(例えば腹部領域における腹腔鏡式もしくは内
視鏡式侵襲)の場合にも当てはまり、この種の侵襲では
患者の呼吸活動が侵襲ないしはナビゲーションにとって
重要な領域を、ナビゲーションシステムの座標系の原点
に対して相対的にかつ手術前の像データに対して相対的
に経時的にずらしたり変形させたりする。
【0006】心拍期ないしは呼吸期が異なるという問題
は、確かに従来では像形成に関してはすでに十分に解決
されているが、ナビゲーションシステムの座標に関して
は解決されていない。
は、確かに従来では像形成に関してはすでに十分に解決
されているが、ナビゲーションシステムの座標に関して
は解決されていない。
【0007】ナビゲーション誘導下での生検侵襲では生
検針を、生検手順用に用いられる手術前の像データの作
成の呼吸期と一致する呼吸期にのみ挿入するという方法
が公知である。この方法の場合には、ナビゲーションシ
ステムの追加的な位置センサを患者の身体に固定し、
(生検侵襲中の)患者の呼吸期が、手術前の像データを
取得する患者の呼吸期と一致する場合に医師に(光学的
もしくは音響的に)通知される。この処置は生検のよう
な比較的短時間の侵襲の場合には有用であるが、カテー
テルインターベンションや外科的胸部侵襲または腹部侵
襲のような長時間の侵襲の場合は有用でない。
検針を、生検手順用に用いられる手術前の像データの作
成の呼吸期と一致する呼吸期にのみ挿入するという方法
が公知である。この方法の場合には、ナビゲーションシ
ステムの追加的な位置センサを患者の身体に固定し、
(生検侵襲中の)患者の呼吸期が、手術前の像データを
取得する患者の呼吸期と一致する場合に医師に(光学的
もしくは音響的に)通知される。この処置は生検のよう
な比較的短時間の侵襲の場合には有用であるが、カテー
テルインターベンションや外科的胸部侵襲または腹部侵
襲のような長時間の侵襲の場合は有用でない。
【0008】高周波による病変部位の剥離すなわち破壊
を目的とする心臓内マッピング手順の場合は、心臓カテ
ーテル内に組込まれた、電磁式ナビゲーションシステム
の位置センサに追加して心臓壁に基準コイルを取付ける
方法が公知である。すなわち、心臓内マッピング中にカ
テーテルの座標がこの基準コイルに対して相対的に検出
されて、心拍に起因した座標変化が補償される。ただ
し、この原理は心臓の解剖的像データを使用しないマッ
ピング手順の場合にのみ機能する。しかし、将来的には
解剖学的3D像形成の使用は心臓内適用の場合にもさら
に重要な役割を果たすようになるだろう。
を目的とする心臓内マッピング手順の場合は、心臓カテ
ーテル内に組込まれた、電磁式ナビゲーションシステム
の位置センサに追加して心臓壁に基準コイルを取付ける
方法が公知である。すなわち、心臓内マッピング中にカ
テーテルの座標がこの基準コイルに対して相対的に検出
されて、心拍に起因した座標変化が補償される。ただ
し、この原理は心臓の解剖的像データを使用しないマッ
ピング手順の場合にのみ機能する。しかし、将来的には
解剖学的3D像形成の使用は心臓内適用の場合にもさら
に重要な役割を果たすようになるだろう。
【0009】心拍を考慮してナビゲーション中のカテー
テルもしくはツールを表示する特に心臓内ナビゲーショ
ンは公知である(例えば、特許文献1参照。)。この場
合、位置センサを備えた少なくとも1つのカテーテルが
患者の体内に挿入され、カテーテルの位置が常に検出さ
れ、3D座標系内に定められる。カテーテルもしくは少
なくともその先端の像が、呼吸周期の予め定められた期
間中にディスプレイ面に表示される。しかし、このシス
テムの場合は手術前に作成された像データセットが欠け
ている。その代わりに、1つのX線像のみが撮像され
る。カテーテルはX線像で観察する際に、カテーテルの
先端が様々な解剖学的識別部位にぶつかりそれぞれの臓
器のある種の大まかな表示が得られるように導かれる。
しかし、この特許文献1は手術前に作成された3D像デ
ータセットおよびナビゲーションの問題を取り扱ってい
ない。
テルもしくはツールを表示する特に心臓内ナビゲーショ
ンは公知である(例えば、特許文献1参照。)。この場
合、位置センサを備えた少なくとも1つのカテーテルが
患者の体内に挿入され、カテーテルの位置が常に検出さ
れ、3D座標系内に定められる。カテーテルもしくは少
なくともその先端の像が、呼吸周期の予め定められた期
間中にディスプレイ面に表示される。しかし、このシス
テムの場合は手術前に作成された像データセットが欠け
ている。その代わりに、1つのX線像のみが撮像され
る。カテーテルはX線像で観察する際に、カテーテルの
先端が様々な解剖学的識別部位にぶつかりそれぞれの臓
器のある種の大まかな表示が得られるように導かれる。
しかし、この特許文献1は手術前に作成された3D像デ
ータセットおよびナビゲーションの問題を取り扱ってい
ない。
【0010】
【特許文献1】米国特許出願公開第6216027号
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、患者もしくは施術者の助力なしにインジケータ、ツ
ールもしくは外科用器具を、呼吸運動もしくは心拍によ
り生じる変形をも考慮に入れる手術前の像内に正確に挿
入することが可能となるように、冒頭に挙げた種類のナ
ビゲーションシステムを形成することにある。
は、患者もしくは施術者の助力なしにインジケータ、ツ
ールもしくは外科用器具を、呼吸運動もしくは心拍によ
り生じる変形をも考慮に入れる手術前の像内に正確に挿
入することが可能となるように、冒頭に挙げた種類のナ
ビゲーションシステムを形成することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この課
題を解決するために、像データセットを手術前に作成す
るための予め定められた作成時期にトリガ信号を発生す
るためのECG(心電図)装置もしくは呼吸装置が設け
られ、位置センサの座標がトリガ時点にのみ手術前の像
内に挿入される。
題を解決するために、像データセットを手術前に作成す
るための予め定められた作成時期にトリガ信号を発生す
るためのECG(心電図)装置もしくは呼吸装置が設け
られ、位置センサの座標がトリガ時点にのみ手術前の像
内に挿入される。
【0013】カテーテルもしくは器具の位置を手術前の
像内にこのように本発明によりトリガされて挿入するこ
とは特に、トリガ時点にのみ位置センサの座標がナビゲ
ーションワークステーションへ転送されるようにして実
現できる。このような挿入によって、施術者は例えばカ
テーテルもしくは器具の位置を常に、心拍期もしくは呼
吸運動期が手術前の像の撮像の心拍期もしくは呼吸運動
期と一致する時点にのみ挿入されて得ることが保証さ
れ、その結果重要な身体領域の運動による偏りは生じな
くなる。施術者は信号を通じて表示されている位置のど
れが像データ取得の時点と一致したものとして表示され
ているのかに注意を払う必要もない。そのつどの器具す
なわち例えばカテーテル先端は正しい時期が存在する場
合にのみ原則的に挿入されるので、施術者は完全に本来
の作業に集中できる。
像内にこのように本発明によりトリガされて挿入するこ
とは特に、トリガ時点にのみ位置センサの座標がナビゲ
ーションワークステーションへ転送されるようにして実
現できる。このような挿入によって、施術者は例えばカ
テーテルもしくは器具の位置を常に、心拍期もしくは呼
吸運動期が手術前の像の撮像の心拍期もしくは呼吸運動
期と一致する時点にのみ挿入されて得ることが保証さ
れ、その結果重要な身体領域の運動による偏りは生じな
くなる。施術者は信号を通じて表示されている位置のど
れが像データ取得の時点と一致したものとして表示され
ているのかに注意を払う必要もない。そのつどの器具す
なわち例えばカテーテル先端は正しい時期が存在する場
合にのみ原則的に挿入されるので、施術者は完全に本来
の作業に集中できる。
【0014】手術前のデータセットを作成するために、
手術前の像を作成するための検査と平行してすなわち例
えばCT検査と平行して、呼吸数信号もしくはECG信
号が表示され、決められた時期に行われた撮像のみが像
データセットを作成するために用いられるようにするこ
とができる。
手術前の像を作成するための検査と平行してすなわち例
えばCT検査と平行して、呼吸数信号もしくはECG信
号が表示され、決められた時期に行われた撮像のみが像
データセットを作成するために用いられるようにするこ
とができる。
【0015】3D像データセットが再構成される特定の
像を選定するための呼吸数信号もしくはECG信号をこ
のように平行表示することは、呼吸運動と関連するCT
撮像に特に適している。撮像期間は通常、患者に呼吸の
中断を要求できる時間よりも長い。この場合、3D‐C
Tデータは1回の呼吸期すなわち例えば呼気期にのみ再
構成される。これを実施できるようにするために、CT
検査と平行して、例えば胸郭の周りに呼吸ベルトを設置
し、これにより呼吸信号が表示されるようにする。
像を選定するための呼吸数信号もしくはECG信号をこ
のように平行表示することは、呼吸運動と関連するCT
撮像に特に適している。撮像期間は通常、患者に呼吸の
中断を要求できる時間よりも長い。この場合、3D‐C
Tデータは1回の呼吸期すなわち例えば呼気期にのみ再
構成される。これを実施できるようにするために、CT
検査と平行して、例えば胸郭の周りに呼吸ベルトを設置
し、これにより呼吸信号が表示されるようにする。
【0016】本発明の別の実施態様によれば、手術前の
像を作成するための呼吸数信号もしくはECG信号をこ
のように平行表示することの代替として、手術前の像デ
ータセットを再構成するための像形成が呼吸信号もしく
はECG信号の決められた時期によりトリガされる。つ
まり、トリガリングは心臓内侵襲中の位置センサの座標
の挿入時だけでなく、手術前の像データセットの作成時
にも行われる。このようにして、2D撮像、例えば心臓
インターベンション中に形成されるX線像も、規定され
ている心拍周期もしくは呼吸周期に形成され、次に後続
のナビゲーション手順に用いられる。
像を作成するための呼吸数信号もしくはECG信号をこ
のように平行表示することの代替として、手術前の像デ
ータセットを再構成するための像形成が呼吸信号もしく
はECG信号の決められた時期によりトリガされる。つ
まり、トリガリングは心臓内侵襲中の位置センサの座標
の挿入時だけでなく、手術前の像データセットの作成時
にも行われる。このようにして、2D撮像、例えば心臓
インターベンション中に形成されるX線像も、規定され
ている心拍周期もしくは呼吸周期に形成され、次に後続
のナビゲーション手順に用いられる。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の別の利点、特徴および詳
細について、以下における実施例の記述、および手術前
の像データを獲得するためのシステムを有する本発明に
よるナビゲーションシステムを概略的に示した図面に基
づいて説明する。
細について、以下における実施例の記述、および手術前
の像データを獲得するためのシステムを有する本発明に
よるナビゲーションシステムを概略的に示した図面に基
づいて説明する。
【0018】患者1が例えばCT装置2で検査されてお
り、患者の身体にはその後の登録にとって特に重要であ
るマーカ3のほかにECG(心電図)装置用の電極4も
しくは呼吸トリガリング装置用の胸郭ベルトが取付けら
れている。
り、患者の身体にはその後の登録にとって特に重要であ
るマーカ3のほかにECG(心電図)装置用の電極4も
しくは呼吸トリガリング装置用の胸郭ベルトが取付けら
れている。
【0019】ECG装置の信号はCT撮像に対して平行
に表示され、従って3D像データセットの作成に用いら
れるCT撮像の選定は、特別な時点すなわち例えば心拍
信号のR棘波後の200msecの時点に行うことがで
きる。場合によっては、CT撮像はECG装置5によっ
て、撮像が常に所望の心拍期もしくは呼吸運動期にのみ
作成されるようにトリガされてもよい。これらのCT撮
像から手術前の像データセット7が作成される。
に表示され、従って3D像データセットの作成に用いら
れるCT撮像の選定は、特別な時点すなわち例えば心拍
信号のR棘波後の200msecの時点に行うことがで
きる。場合によっては、CT撮像はECG装置5によっ
て、撮像が常に所望の心拍期もしくは呼吸運動期にのみ
作成されるようにトリガされてもよい。これらのCT撮
像から手術前の像データセット7が作成される。
【0020】決められた心拍期もしくは呼吸運動期に正
確に作成されたこの手術前の像データセット7は、その
後の侵襲では(図の右に示されている)カテーテル8も
しくはその他の外科用器具などの位置がナビゲーション
システム9を通じて手術前の像データセット内に挿入さ
れしかも挿入されたカテーテル位置が心運動により誤表
示されないようにするために用いられる。
確に作成されたこの手術前の像データセット7は、その
後の侵襲では(図の右に示されている)カテーテル8も
しくはその他の外科用器具などの位置がナビゲーション
システム9を通じて手術前の像データセット内に挿入さ
れしかも挿入されたカテーテル位置が心運動により誤表
示されないようにするために用いられる。
【0021】このために、まず手術前の像データセット
は登録によりナビゲーションシステム9および付設のマ
ーカ3の座標と一致させられる。患者1はECG10用
のプローブ4も有し、このECG10はナビゲーション
システムのトリガリングを、手術前の像データセット7
の作成時点にのみカテーテル8の位置センサの座標がナ
ビゲーションシステム9からナビゲーションワークステ
ーション11へ転送され、ナビゲーションワークステー
ション11から、登録されている手術前の3Dデータセ
ット12内に挿入されるように行う。
は登録によりナビゲーションシステム9および付設のマ
ーカ3の座標と一致させられる。患者1はECG10用
のプローブ4も有し、このECG10はナビゲーション
システムのトリガリングを、手術前の像データセット7
の作成時点にのみカテーテル8の位置センサの座標がナ
ビゲーションシステム9からナビゲーションワークステ
ーション11へ転送され、ナビゲーションワークステー
ション11から、登録されている手術前の3Dデータセ
ット12内に挿入されるように行う。
【0022】本発明は図示されている実施例に限定され
ない。すなわち、トリガリングは位置センサの座標をナ
ビゲーションワークステーションへ転送する前に行う必
要はなく、ナビゲーションワークステーションにおいて
も実施可能である。さらに、本発明によるナビゲーショ
ンシステムの場合、ECGトリガリングの代わりに呼吸
トリガリングを行うこともできる。
ない。すなわち、トリガリングは位置センサの座標をナ
ビゲーションワークステーションへ転送する前に行う必
要はなく、ナビゲーションワークステーションにおいて
も実施可能である。さらに、本発明によるナビゲーショ
ンシステムの場合、ECGトリガリングの代わりに呼吸
トリガリングを行うこともできる。
【図1】本発明によるナビゲーションシステムの概略図
【符号の説明】
1 患者
2 CT装置
3 マーカ
4 電極
5 ECG装置
6 CT撮像
7 手術前の像データセット
8 カテーテル
9 ナビゲーションシステム
10 ECG
11 ナビゲーションワークステーション
12 手術前の3Dデータセット
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
A61B 19/00 502 A61B 19/00 502
// A61B 5/0402 5/04 310M
5/11 5/10 310Z
Fターム(参考) 4C027 AA02 BB05 CC00
4C038 VA04 VB33 VC20
4C093 AA22 CA50 DA02 EE30 FA35
FA47 FF22 FF42 FG13 FG15
Claims (4)
- 【請求項1】 位置センサを備えた体内移動器具の位置
が手術前に作成された像データセットへ挿入されるナビ
ゲーションシステムにおいて、像データセットを手術前
に作成するための予め定められた作成時期にトリガ信号
を発生するためのECG装置もしくは呼吸装置が設けら
れ、位置センサの座標がトリガ時点にのみ手術前の像内
に挿入されることを特徴とするナビゲーションシステ
ム。 - 【請求項2】 トリガ時点にのみ位置センサの座標がナ
ビゲーションワークステーションへ転送されることを特
徴とする請求項1記載のナビゲーションシステム。 - 【請求項3】 手術前の像を作成するための検査と平行
して呼吸数信号もしくはECG信号が表示され、決めら
れた時期に行われた撮像のみが像データセットを作成す
るために用いられることを特徴とする請求項1又は2記
載のナビゲーションシステム。 - 【請求項4】 像データセットを再構成するための像形
成が呼吸信号もしくはECG信号の決められた時期によ
りトリガされることを特徴とする請求項1又は2記載の
ナビゲーションシステム。
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