JP2004223128A - Medical practice supporting apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータを用いた医療行為の支援技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
コンピュータを用いた手術支援システムが提案されている。従来の手術支援システムは、MRI(Magnetic Resonance Imaging)やCT(Computer Tomogrphy)などの医療用画像化装置(医用画像モダリティ)から術部の断層画像データを複数取り込み、これらの断層画像データを基に術部の3次元情報を生成する。また、手術器具に取り付けられたマーカと、術部に取り付けられたマーカとを、受光カメラあるいは受光センサで空間座標情報を取得することで、手術器具の術部に対する位置を計測する。そして、3次元情報から生成される術部の画像を、手術器具の術部に対する位置と共に、表示装置に表示する。このようにすることで、手術器具の術部に対する位置を、表示装置に表示された画像から確認できるようにしている。
【0003】
なお、この種の手術支援システムとして、メドトロニックソファモアダネック社の「TREON(商標)」、冨木医療器株式会社の「Easy VIsual Adviser Navigation System」、株式会社ケイ・ジー・ディの「INTAGE」などがある。また、この種の手術支援システムに関する先行技術文献として、特許文献1がある。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−173352号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の手術支援システムは、術部の画像を、手術器具の術部に対する位置と共に表示するのみであった。つまり、術者は、手術器具の術部に対する位置を、術者が予め設定した領域内あるいは経路上(リハーサルで設定された領域内あるいは経路上)にあるか否かを確認することはできなかった。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、手術などの医療行為に対して、医療器具の医療行為対象部に対する位置が所定範囲内あるいは所定経路上にあるか否かを確認できる技術を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の医療行為支援装置は、医療対象部の3次元情報を記憶する医療対象情報記憶手段と、操作者より前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される医療対象部に対する領域または経路の設定を受け付ける領域・経路設定手段と、医療器具の前記医療対象部に対する位置情報を入手する位置情報入手手段と、前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される前記医療対象部の画像を、前記位置情報入手手段で入手した位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置と共に表示するための画像情報を生成する画像情報生成手段と、前記位置情報入手手段で入手した位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置と前記領域・経路設定手段で設定された領域の境界または経路との距離を監視し、その距離に応じて警告のための制御を行う警告制御手段と、を有する。
【0008】
たとえば、前記医療器具の前記医療対象部に対する位置と前記領域の境界との距離が所定の警戒量以内となった場合に、前記医療器具の前記医療対象部に対する位置が前記領域・経路設定手段で設定された領域から外れる可能性があるとして、警告のための制御を行う。あるいは、前記医療器具の前記医療対象部に対する位置と前記経路との距離が所定の警戒量以上となった場合に、前記医療器具の前記医療対象部に対する位置が前記領域・経路設定手段で設定された経路から外れる可能性があるとして、警告のための制御を行う。
【0009】
本発明によれば、前記の構成により、操作者は、医療器具の医療行為対象部に対する相対位置が所定範囲内あるいは所定経路上にあるか否かを確認できる。したがって、医療器具の医療行為対象部に対する相対位置が所定範囲あるいは所定経路から外れないように支援することができる。
【0010】
ここで、前記医療器具がマスタ・スレーブ型ロボット手術システムであもよい。この場合、前記警告制御手段は、前記警告のための制御として前記ロボット手術システムに、マスタマニピュレータの可動範囲を制限するための通知信号を送信するとよい。そして、マスタ・スレーブ型ロボット手術システムに、本発明の医療行為支援装置より送信される通知信号を受信する通知信号受信手段と、前記通知信号受信手段が前記通知信号を受信している場合、マスタマニピュレータの可動範囲を制限する可動制御手段と、を設けるとよい。前記可動制御手段としては、例えば、前記マスタマニピュレータに入力された操作内容を記憶する記憶手段を有し、前記マスタマニピュレータに入力された操作内容により特定されるスレーブマニピュレータの位置が、前記記憶手段に記憶されている過去の操作内容により定まるスレーブマニピュレータの移動範囲外になる場合に、前記マスタマニピュレータに反力を発生させることで、前記マスタマニピュレータの可動範囲を制限するものでもよい。
【0011】
このようにすれば、医療器具の医療行為対象部に対する位置が所定範囲あるいは所定経路から外れることを防止することができる。
【0012】
また、前記領域・経路設定手段は、操作者より前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される医療対象部に対する位置の指定を、前記医療対象部に対する領域あるいは経路を定める指定位置の1つとして受け付ける指定受付手段と、前記指定受付手段で受け付けた指定位置を含む平面で、前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される医療対象部を、切断することにより得られる断面図を表示するための断面画像情報を生成する断面画像情報生成手段と、前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される前記医療対象部の3次元画像を、前記指定受付手段で受け付けた複数の指定位置により特定される領域あるいは経路と共に表示するための3次元画像情報を生成する3次元画像情報生成手段と、を有するものでもよい。
【0013】
このようにすれば、所定領域あるいは所定経路を設定するための指定位置を、この指定位置を含む医療対象部の断面画像および3次元画像の両方から視覚的に把握することができるので、指定位置の確認が容易になる。
【0014】
また、前記画像情報生成手段は、前記位置情報入手手段で入手した位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置を含む平面で、前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される医療対象部を、切断することにより得られる断面図を表示するための断面画像情報を生成する断面画像情報生成手段と、前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される前記医療対象部の3次元画像を、前記位置情報入手手段で入手した位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置および前記領域・経路設定手段で設定された前記医療対象部に対する領域あるいは経路と共に表示するための3次元画像情報を生成する3次元画像情報生成手段と、を有するものでもよい。
【0015】
このようにすれば、医療器具の医療対象部に対する位置と、所定領域あるいは所定経路との関係を、この位置を含む医療対象部の断面画像および3次元画像の両方から視覚的に把握することができるので、医療器具の医療対象部に対する位置の確認が容易になる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【0017】
図1は、本発明の一実施形態が適用された手術支援システムの概略図である。
【0018】
図示するように、本実施形態の手術支援システムは、手術支援装置1と、マスタ・スレーブ型ロボット手術システム2と、MRI装置3と、3次元座標計測装置4と、手術台5と、を備えて構成される。
【0019】
MRI装置3は、MRIにより患者の術部の断層画像を撮影する。本実施形態のMRI装置3は、例えばDICOM(Digital Imaging and Communication inMedicine)を利用して、撮影した断層画像データを手術支援装置1に通信する機能を備えた、既存のMRI装置を利用できる。なお、図1では、MRI装置3を制御するMRI制御装置(撮影した断層画像データを手術支援装置1に通信する機能は、通常、MRI制御装置が有している)を、MRI装置3に含めている。しかし、MRI装置3およびMRI制御装置は、それぞれ別個の装置であってもかまわない。
【0020】
3次元運動計測装置4は、手術具に取り付けられた少なくとも1組のマーカ(不図示)、および、術部あるいは術部を手術台5に固定するための固定フレーム6に取り付けられた少なくとも1組のマーカを、カメラ(あるいはセンサ)41で追跡することにより、手術具および術部の相対位置(3次元座標位置、以下、器具位置と呼ぶ)を計測する。あるいは、器具位置および手術具の姿勢を計測する。そして、計測結果を手術支援装置1に送信する。3次元運動計測装置4としては、例えばNDI社の「Polaris」(登録商標)がある。
【0021】
手術台5は、移動可能に構成されており、固定フレーム6により術部が固定された患者を、MRI装置3の所定の撮影位置に搬送するために用いられる。また、固定フレーム6により術部が固定された患者を、スレーブマニピュレータ22の所定の手術位置に搬送するために用いられる。
【0022】
マスタ・スレーブ型ロボット手術システム2は、手術具を動かすスレーブマニピュレータ22と、術者より操作内容を受け付けるマスタマニピュレータ23と、マスタマニピュレータ23を介して術者より受け付けた操作内容に従いスレーブマニピュレータ22の動きを制御する制御装置21と、を有する。
【0023】
マスタマニピュレータは、術者が行った操作入力の力の大きさと方向を検出する。操作力が一定の閾値を超えた場合は、入力された方向に操作がなされたとみなし、操作制御部を用いて操作部を入力方向に制御する。
【0024】
本実施形態のマスタ・スレーブ型ロボット手術システム2は、手術支援装置1からの指示に従い、マスタマニピュレータ23による術者の操作内容の受付けを制限する機能を有する。その他については、既存のマスタ・スレーブ型ロボット手術システム(遠隔手術システム)と同様である。
【0025】
図2は、制御装置21およびマスタマニピュレータ23の概略構成図である。
【0026】
図示するように、制御装置21は、マスタマニピュレータ23と通信を行なうためのマスタマニピュレータIF部211と、手術支援装置1と通信を行なうための手術支援装置IF部212と、スレーブマニピュレータ22と通信を行なうためのスレーブマニピュレータIF部213と、主制御部214とを有する。主制御部214は、制御信号生成部2141と、操作制限信号生成部2143とを有する。
【0027】
制御信号生成部2141は、マスタマニピュレータIF部211を介してマスタマニピュレータ23より受け付けた操作信号に従い、スレーブマニピュレータ22の制御信号を生成し、これをスレーブマニピュレータIF部213を介してスレーブマニピュレータ22に送信する。
【0028】
操作制限信号生成部2143は、手術支援装置IF部212を介して手術支援装置1より受け付けた通知信号に従い、マスタマニピュレータ23による術者の操作内容の受付けを制限するための操作制限信号(アクチュエータ制御信号)を生成する。そして、マスタマニピュレータIF部211を介してマスタマニピュレータ23にこの操作制限信号を送信する。
【0029】
なお、制御装置21は、CPU、メモリおよび外部装置とのインターフェースを備えたコンピュータシステムにおいて、CPUがメモリにロードされた所定のプログラムを実行することにより、実現することができる。この場合、IF部212〜213は、CPUが外部装置とのインターフェースを制御することで実現できる。
【0030】
また、図示するように、マスタマニピュレータ23は、制御装置21と通信を行なうための制御装置IF部231と、術者より操作内容を受け付けるための操作部(把持部)232と、操作部232で受け付けた操作内容をセンサにより検出し、検出した操作内容に応じた操作信号を生成して、これを制御装置IF部231を介して制御装置21に送信する操作信号生成部233と、操作部232の動きを制限する操作制御部234と、を有する。
【0031】
操作制御部234は、操作部232に入力された操作力から操作がなされたとみなす閾値を変化させ、操作入力に必要な力の最小値を大きくし、操作がなされたとみなされたときに、操作部232の動作速度の最大値を小さくし、入力された操作を各軸方向の成分に分解して動作範囲を超えてしまう成分のみキャンセルするなどして、操作部232の動きを制限する。
【0032】
図3は、制御装置21の動作を説明するためのフロー図である。
【0033】
図3において、主制御部214の操作制限信号生成部2143は、手術支援装置IF部212を介して手術支援装置1より通知信号を受信しているか否かを判断する(S1001)。また、主制御部214の制御信号生成部2141は、マスタマニピュレータIF部211を介してマスタマニピュレータ23より操作信号を受信しているか否かを判断する(S1002)。
【0034】
S1001において、通知信号を受信している場合、操作制限信号生成部2143は、マスタマニピュレータ23による術者の操作内容の受付けを制限するための操作制限信号を生成する。そして、マスタマニピュレータIF部211を介してマスタマニピュレータ23へ操作制限信号を送信する(S1004)。それから、S1002を実行する。S1001において、通知信号を受信していない場合は、S1004を実行せずにS1002に移行する。
【0035】
S1002において、操作信号を受信している場合、制御信号生成部2141は、受信している操作信号が示す操作内容に応じて、スレーブマニピュレータ22の動きを制御するための制御信号を生成する。例えば、操作信号が手術具の位置(あるいは位置および姿勢)を表している場合、スレーブマニピュレータ22が把持する手術具を、現在位置から操作信号が表す位置へ移動させるための(あるいは操作信号が表す位置へ移動させ且つ操作信号が表す姿勢にさせるための)制御信号を生成する。そして、生成した制御信号を、これをスレーブマニピュレータIF部213を介してスレーブマニピュレータ22に送信する(S1003)。それから、S1001に戻る。S1002において、操作信号を受信していない場合は、S1003を実行せずにS1001に戻る。
【0036】
マスタマニピュレータ23において、操作制御部234は、制御装置IF部231を介して制御装置21より操作制限信号を受信している場合、操作部232に入力された操作力から操作がなされたとみなす閾値を変化させて、操作入力に必要な力の最小値を大きくする。そして、入力された操作力から操作がなされたとみなされたときに、操作部232の動作速度の最大値を小さくして、入力された操作力を各軸方向の成分に分解し、動作範囲を超えてしまう成分のみキャンセルして、操作部232の動きを制限する。
【0037】
これは、例えば、操作制御部234に、以下の処理を行なわせることで実現できる。すなわち、マスタマニピュレータ23は、術者が操作部232に入力した操作力の大きさを操作部232に取り付けた力センサで計測する。通常、所定の閾値を超えない操作力の入力は、誤差として入力自体をキャンセルするよう制御される。操作制限信号を受信している場合、その閾値を大きくすることで、これまでと同じ軽い力で操作してた場合は、その入力がキャンセルされることになる。現在の術具の位置と動作範囲の境界との距離が所定の警戒量より近づいたとき、あるいは、経路から外れた距離が所定の警戒量を超えたときに、それらの距離に応じて操作制限信号が警戒の度合いをアナログ値として伝達する場合は、そのアナログ値の増減に従い、閾値の増加分を変化させる。つまり、境界に近づくに従い、あるいは、経路から外れていくにしがたい操作入力を受け付けるための操作力が増加する。さらに、境界に所定距離まで近づいた場合には閾値を最大に設定し、そこから境界を越える方向への操作がなされても入力をキャンセルする。
【0038】
図17に示すように、動作領域の境界に近づくときは、境界までの距離a[mm]までは閾値A[N]以上の操作力を入力した場合に操作可能であり、a[mm]からb[mm]までは所定の割合で閾値が増え、B[N]に距離に応じた増加分の値以上の操作力を入力した場合に操作可能である。b[mm]以上に近づかないように、b[mm]で閾値を無限大として、すべての入力をキャンセルすることができる。経路から外れないように制御する場合は、経路から外れた距離c[mm]、d[mm]などに応じて同様に閾値を変化させればよい。
【0039】
術具の動きを図16(a)に示す。術具を点2351から点2352へ動作させる操作を行うと、操作に必要な閾値が増大していくため、操作部232が重く感じるようになり、さらに点2352からベクトル2355の方向へ術具を動作させるように操作部232を操作した場合、境界と術具の距離が所定量の近さになった点2356で操作部232を停止するよう操作部232のアクチュエータを制御する。(図16(a))。
【0040】
操作制限信号を受けて閾値が増加し、操作部232が重くなっているときに、動作領域の境界から遠ざかる方向への操作や経路に戻る方向への操作は、逆に軽くなるため、正しい方向へと導かれるような感覚を術者に与えることができる。
【0041】
マスタマニピュレータ23は、操作部232を制御するアクチュエータの出力に応じて操作部232の動作速度が決定されるため、動作速度の最大値が大きい場合は、すばやい操作部232の操作にアクチュエータが追従し、すばやい動作をスレーブマニピュレータ22に伝達することができる。操作制限信号を受信している場合は、その受信した値に応じて、操作速度の最大値を下げるよう制御する。これにより、すばやい操作を防止し、動作領域の境界近くや経路から外れた場所での操作は、その位置に応じてゆっくりとした操作しかできなくなり、術者に動作領域の境界に近いこと、あるいは、経路から外れていることを警告することができる。
【0042】
図16(b)のように、点2351から点2352へ術具を動作させた結果、術具が動作領域の境界にあり、操作制限信号を受けている場合、点2352から動作領域の境界を越える方向2357へ向けて操作部232に力を加えると、そのベクトル2357の各軸成分(図16(b)ではベクトル成分2358、2359)のうち境界を越える方向へのベクトル量を0に制限する。これにより、操作制限された操作部232の動作は、ベクトル2358方向となり、境界に沿って操作部232を動かすことになる。なお、図16(b)は2次元で表しているが、実際はXYZの3成分を持つ。そのうち、一つが境界を越える方向への操作である場合、残りの二つの成分の合成ベクトルが操作部の動作方向になる。
なお、成分の分解方向はXYZだけでない。境界に垂直な方向と、境界に水平な互いに直交する2方向とをその場で設定し、これらの方向に入力を分解してもよい。この場合、境界に垂直な方向成分により境界を越えてしまう入力である場合は、残りの2成分(境界に水平な成分)の合成ベクトルを操作部の動作方向にするという成分分解方法でもかまわない。
【0043】
実際は、操作制御部234は、上記に示した閾値制御、速度制御、成分分解による制御を組み合わせて、設定された動作領域から出ないように、あるいは、経路から離れないように操作部232の動きを制御する。
【0044】
次に、手術支援装置1について説明する。
【0045】
手術支援装置1は、MRI装置3で撮影した複数の断層映像データと、3次元運動計測装置4が計測する器具位置とを用いて、術者により設定された領域内または経路上に器具位置が位置するように、術者によるマスタ・スレーブ型ロボット手術システム2の操作をナビゲーションする。
【0046】
図4は、手術支援装置1の概略構成図である。
【0047】
図示するように、手術支援装置1は、MRI装置IF部101と、3次元運動計測装置IF部102と、マスタ・スレーブ型ロボット手術システムIF部103と、指示受付部104と、表示制御部105と、術部3次元情報生成部106と、術部3次元情報記憶部107と、領域・経路設定部108と、領域・経路記憶部109と、ナビゲーション処理部110と、を有する。
【0048】
MRI装置IF部101は、例えばDICOMを利用してMRI装置3と通信を行ない、MRI装置3より術部の断層画像データを受信する。
【0049】
3次元運動計測装置IF部102は、3次元運動計測装置4と通信を行なって、3次元運動計測装置が計測した器具位置(あるいは器具位置および手術具の姿勢)の情報を入手する。
【0050】
マスタ・スレーブ型ロボット手術システムIF部103は、マスタ・スレーブ型ロボット手術システム2(制御装置21)と通信を行なって、後述するナビゲーション処理部110により生成された通知信号を送信する。
【0051】
指示受付部104は、マウス、キーボードなどの入力装置に接続され、当該入力装置を介して操作者の指示を受け付ける。
【0052】
表示制御部105は、CRT、LCDなどの表示装置に接続され、後述する領域・経路設定部108やナビゲーション処理部110よりの指示に従い、当該表示装置に各種画面を表示するための表示信号を生成し当該表示装置に出力する。
【0053】
術部3次元情報生成部106は、MRI装置IF部101を介して、MRI装置3より入手した術部の複数の断層画像データを用いて、当該術部の3次元画像データを生成する。そして、生成した術部の3次元画像データを、術部3次元情報記憶部107に記憶する。
【0054】
領域・経路設定部108は、指示受付部104を介して術者より、術部に対する領域あるいは経路の設定を受け付ける。そして、設定された領域あるいは経路の情報(3次元座標情報)を、領域・経路記憶部109に記憶する。
【0055】
ナビゲーション処理部110は、指示受付部104よりのナビゲーション指示に従い、術者が領域・経路記憶部109に記憶されている領域内であるいは経路に沿って手術を行なえるように、マスタ・スレーブ型ロボット手術システム2の操作をナビゲーションする。
【0056】
なお、手術支援装置1は、CPU、メモリおよび外部装置とのインターフェースを備えたコンピュータシステムにおいて、CPUがメモリにロードされた所定のプログラムを実行することにより、実現することができる。この場合、記憶部109、107には、HDD等の外部記憶装置あるいはメモリを利用することができる。また、IF部101〜103や指示受付部104は、CPUが外部装置とのインターフェースを制御することで実現できる。また、表示制御部105は、CPUが表示制御回路を制御することで実現できる。
【0057】
図5は、手術支援装置1の動作を説明するためのフロー図である。
【0058】
図5において、指示受付部104は、手術支援装置1に接続された入力装置を介して操作者より3次元情報生成指示を受け付けると(S2001でYes)、その旨を術部3次元情報生成部106に通知する。これを受けて、術部3次元情報生成部106は、MRI装置IF部101を介してMRI装置3より、術部の断層画像データを複数入手する。そして、これらの断層画像データから術部の3次元画像データを生成するための3次元画像データ化処理を行ない、生成した3次元画像データを、術部3次元情報記憶部107に記憶する(S2002)。
【0059】
また、指示受付部104は、前記入力装置を介して操作者より領域・経路設定指示を受け付けると(S2003でYes)、その旨を領域・経路設定部108に通知する。これを受けて、領域・経路設定部108は、指示受付部104を介して操作者より術部に対する領域あるいは経路の設定を受け付けるための領域・経路設定処理を行ない、設定された領域あるいは経路の情報を、領域・経路記憶部109に記憶する(S2004)。
【0060】
また、指示受付部104は、前記入力装置を介して操作者よりナビゲーション指示を受け付けると(S2005でYes)、その旨をナビゲーション処理部110に通知する。これを受けて、ナビゲーション処理部110は、術者が領域・経路記憶部109に記憶されている領域内であるいは経路に沿って手術を行なえるように、マスタ・スレーブ型ロボット手術システム2の操作をナビゲーションするナビゲーション処理を行なう(S2006)。
【0061】
次に、術部3次元情報生成部106による3次元画像データ化処理(図5のS2002)について説明する。
【0062】
この3次元画像データ化処理には、従来の技術で説明した既存の手術支援システムの技術を用いることができる。
【0063】
例えば、患者を手術台5に載せ、術部を固定フレーム6で固定する。この際、術部あるいは固定フレーム6にマーカを少なくとも1組設置しておく。それから、手術台5を移動してMRI装置3の所定位置に置く。そして、術部あるいは固定フレーム6に設置された少なくとも1組のマーカを用いて、MRI装置3に対して3次元座標系の原点、X軸、Y軸およびZ軸を設定する。それから、MRI装置3で術部の断層画像データを撮像位置を変えながら複数撮像し、これらを撮像位置の座標情報と共に術部3次元情報生成部106に送信する。術部3次元情報生成部106は、これらの断層画像データを3次元座標系上の対応する位置に展開することで、術部の3次元画像データを生成する。
【0064】
次に、領域・経路設定部108による領域・経路設定処理について説明する。
【0065】
図6は、領域・経路設定部108による領域・経路設定処理を説明するためのフロー図である。
【0066】
先ず、領域・経路設定部108は、表示制御部105を介して表示装置に、領域・経路の新規登録および更新登録のいずれかを選択させるための選択画面を表示させ、指示受付部104を介して入力装置より選択結果を受け付ける(S3001)。
【0067】
S3001で受け付けた選択結果が新規登録である場合(S3002でYes)、領域・経路設定部108は、次の処理を行なう(S3003〜S3008)。 先ず、領域・経路設定部108は、既存のCG技術を利用して、術部の3次元画像表示データ作成処理を行なう(S3003)。すなわち、領域・経路設定部108は、術部3次元情報記憶部107に記憶されている3次元画像データによって特定される術部の仮想オブジェクトを、3次元座標空間上に配置する。そして、仮想的なカメラの視線を基準点に向けて撮影することにより得られる術部の仮想オブジェクトの画像を、表示装置に表示する術部の3次元画像とし、この画像の表示データを生成する。なお、仮想的なカメラの配置位置(視点)および基準点の位置は、手術支援装置1に接続された入力装置を介して、操作者より設定を受け付けるようにしてもよい。
【0068】
次に、領域・経路設定部108は、既存のCG技術を利用して、術部の断層画像表示データ作成処理を行なう(S3004)。すなわち、領域・経路設定部108は、術部3次元情報記憶部107に記憶されている3次元画像データによって特定される術部の仮想オブジェクトを、3次元座標空間上に配置する。そして、基準点(この基準点は、3次元画像表示データ作成処理で用いた基準点と同じものとする)を含むX軸に垂直な平面で術部の仮想オブジェクトを切断することにより得られる当該仮想オブジェクトの切断面を、表示装置に表示する術部の第1の断層画像とし、この断層画像の表示データを生成する。また、前記基準点を含むY軸に垂直な平面で術部の仮想オブジェクトを切断することにより得られる当該仮想オブジェクトの切断面を、表示装置に表示する術部の第2の断層画像とし、この断層画像の表示データを生成する。さらに、前記基準点を含むZ軸に垂直な平面で術部の仮想オブジェクトを切断することにより得られる当該仮想オブジェクトの切断面を、表示装置に表示する術部の第3の断層画像とし、この断層画像の表示データを生成する。
【0069】
領域・経路設定部108は、以上のようにして、術部の3次元画像表示データおよび断層画像表示データを生成したならば、表示制御部105を介して表示装置に、術部の3次元画像および断層画像を含む新規登録用の領域・経路設定画面を表示させる(S3005)。そして、指示受付部104を介して入力装置より、術部の3次元画像および断層画像に含まれている基準点を、領域の境界あるいは経路を定める指定位置の1つに設定するか否かを受け付ける(S3006)。
【0070】
指示受付部104を介して入力装置より、基準点を指定位置に設定する旨の指示を受け付けたならば(S3006でYse)、領域・経路設定部108は、この基準点の3次元座標値を、領域・経路記憶部109に記憶し(S3007)、それからS3008に移行する。一方、基準点を指定位置に設定する旨の指示を受け付けていないならば(S3006でNo)、直ちにS3008に移行する。
【0071】
S3008において、領域・経路設定部108は、指示受付部104を介して入力装置より終了指示を受け付けたか否かを判断する。終了指示を受け付けていないならば(S3008でNo)、S3003に戻って処理を続ける。一方、終了指示を受け付けているならば(S3008でYes)、処理を終了する。
【0072】
以上の処理によって領域・経路記憶部109に記憶された指定位置を記憶順に結ぶことで形成される線により、術部に対する経路を特定することができる。あるいは、3次元座標系上におけるこの線のX座標の最大および最小値、Y座標の最大および最小値、そして、Z座標の最大および最小値により、術部に対する領域を特定することができる。
【0073】
図7は、図6に示すS3003〜S3008での処理によって、手術支援装置1に接続された表示装置に表示される新規登録用の領域・経路設定画面の一例を示している。
【0074】
図7において、符号81〜83はS3004で生成された術部の第1〜第3の断層画像表示データを表示するための表示エリア、符号84はS3003で生成された術部の3次元画像表示データを表示するための表示エリア、符号88は位置指定ボタン、そして、符号89は終了ボタンである。また、各表示エリア81〜84において、符号85は原点、符号86はS3007での処理により領域・経路記憶部109に記憶された指定位置、そして、符号87は基準点である。各表示エリア81〜84の表示画像は、基準点87が中心に位置するように表示されている。
【0075】
ここで、操作者が手術支援装置1に接続された入力装置を用いてカーソル87aを操作することで、断層画像表示データの表示エリア81〜83のいずれかで基準点87を選択し移動させると、S3003〜S3005の処理により、各表示エリア81〜84にて移動後の基準点87が中心に位置するように、各表示エリア81〜84の表示データが更新される。
【0076】
また、操作者が手術支援装置1に接続された入力装置を用いてカーソル87aを操作して位置指定ボタン88を選択すると、S3007での処理により、そのときに各表示エリア81〜84に表示されている基準点87の3次元座標値が、領域の境界あるいは経路を定める指定位置の1つの3次元座標値として、領域・経路記憶部109に記憶される。
【0077】
また、操作者が手術支援装置1に接続された入力装置を用いてカーソル87aを操作して終了ボタン89を選択すると、S3008での処理により経路・領域設定処理が終了する。
【0078】
図6に戻って説明を続ける。
【0079】
S3001で受け付けた選択結果が更新登録である場合(S3002でNo)、領域・経路設定部108は、次の処理を行なう(S3009〜S3014)。
【0080】
先ず、領域・経路設定部108は、S3003と同じ要領で術部の3次元画像表示データ作成処理を行なう(S3009)。但し、領域・経路記憶部109に記憶されている指定位置を記憶順に結ぶことで形成される線により表される経路、あるいは、この線のX座標の最大および最小値、Y座標の最大および最小値、そして、Z座標の最大および最小値で仕切られる空間により表される領域を、術部の仮想オブジェクトと共に3次元座標空間上に配置する。このようにすることで、術部および経路または領域の3次元画像表示データを生成する。ここで、経路あるいは領域は、例えばαブレンディング等を利用して、術部の仮想オブジェクトとの位置関係にかかわらず常に3次元画像に表示されるようにする。
【0081】
次に、領域・経路設定部108は、S3004と同じ要領で術部の断層画像表示データ作成処理を行なう(S3010)。但し、領域・経路記憶部109に記憶されている指定位置を記憶順に結ぶことで形成される線により表される経路、あるいは、この線のX座標の最大および最小値、Y座標の最大および最小値、そして、Z座標の最大および最小値で仕切られる空間により表される領域を、術部の仮想オブジェクトと共に3次元座標空間上に配置する。このようにすることで、術部および経路または領域の断層画像表示データを生成する。ここで、経路あるいは領域は、例えばαブレンディング等を利用して、術部の仮想オブジェクトとの位置関係にかかわらず常に断層画像に表示されるようにする。
【0082】
領域・経路設定部108は、以上のようにして、3次元画像表示データおよび断層画像表示データを生成したならば、表示制御部105を介して表示装置に、術部および経路または領域の3次元画像および断層画像を含む更新登録用の領域・経路設定画面を表示させる(S3011)。そして、指示受付部104を介して入力装置より、術部と共に表示されている指定位置のいずれかを基準点の位置に変更するか否かを受け付ける(S3012)。
【0083】
指示受付部104を介して入力装置より、いずれかの指定位置を基準点の位置に変更する旨の指示を受け付けたならば(S3012でYse)、領域・経路設定部108は、領域・経路記憶部109に記憶されている前記いずれかの指定位置を、前記基準点の3次元座標値に置き換え(S3013)、それからS3014に移行する。一方、いずれかの指定位置を基準点の位置に変更する旨の指示を受け付けていないならば(S3012でNo)、直ちにS3014に移行する。
【0084】
S3014において、領域・経路設定部108は、指示受付部104を介して入力装置より終了指示を受け付けたか否かを判断する。終了指示を受け付けていないならば(S3014でNo)、S3009に戻って処理を続ける。一方、終了指示を受け付けているならば(S3014でYes)、処理を終了する。
【0085】
図8は、図6に示すS3009〜S3014での処理によって、手術支援装置1に接続された表示装置に表示される更新登録用の領域・経路設定画面の一例を示している。
【0086】
図8に示す更新登録用の領域・経路設定画面例において、図7に示す新規登録用の領域・経路設定画面例と異なる点は、位置指定ボタン88に代えて、指定位置選択ボタン90および位置変更ボタン91を設けた点である。
【0087】
指定位置選択ボタン90は、表示エリア81〜84に表示されている指定位置86の中から位置を変更する指定位置86aを選択するのに用いる。操作者が手術支援装置1に接続された入力装置を用いてカーソル87aを操作し、表示エリア81〜84に表示されているいずれかの指定位置86を選択した状態で指定位置選択ボタン90を選択すると、前記いずれかの指定位置86が位置変更する候補の指定位置86aとして選択される。
【0088】
位置変更ボタン91は、指定位置選択ボタン88により選択された指定位置86aの3次元座標値を基準点87の位置に変更するのに用いる。操作者が手術支援装置1に接続された入力装置を用いてカーソル87aを操作し、指定位置選択ボタン88により位置変更する候補の指定位置86aが選択されている状態で、位置変更ボタン91を選択すると、S3013での処理により、領域・経路記憶部109に記憶されている前記指定位置86aの3次元座標値が、そのときに表示エリア81〜84に表示されている基準点87の3次元座標値に更新される。
【0089】
次に、ナビゲーション処理部110によるナビゲーション処理について説明する。
【0090】
図9は、ナビゲーション処理部110によるナビゲーション処理を説明するためのフロー図である。
【0091】
先ず、ナビゲーション処理部110は、3次元運動計測装置IF部102を介して3次元運動計測装置4より、器具位置(あるいは器具位置および手術具の姿勢)の情報を入手する(S4001)。
【0092】
なお、本実施形態において、3次元運動計測装置4は、MRI装置3での断層画像の撮影に用いられた3次元座標系と同じ3次元座標系を用いて器具位置を計測している。つまり、術部あるいは固定フレーム6に設置された少なくとも1組のマーカを用いて、MRI装置3の場合と同じ要領により、3次元運動計測装置4に対して、3次元座標系の原点、X軸、Y軸およびZ軸が設定される。そして、3次元運動計測装置4は、術部あるいは固定フレーム6に設置された少なくとも1組のマーカおよびスレーブマニピュレータ22が把持する手術具に取り付けられた少なくとも1組のマーカをカメラ(あるいはセンサ)41で検出することにより、前記3次元座標系上における器具位置(あるいは器具位置および手術具の姿勢)を計測し、その計測結果を手術支援装置1に送信している。
【0093】
さて、ナビゲーション処理部110は、器具位置(あるいは器具位置および手術具の姿勢)の情報を入手したならば、術部3次元情報記憶部107に記憶されている3次元画像データを用いて、図6のS3003と同じ要領で術部の3次元画像表示データ作成処理を行なう(S4002)。但し、領域・経路記憶部109に記憶されている指定位置を記憶順に結ぶことで形成される線により表される経路、あるいは、この線のX座標の最大および最小値、Y座標の最大および最小値、そして、Z座標の最大および最小値で仕切られる空間により表される領域と、器具位置(あるいは器具位置および手術具の姿勢)を表す画像とを、術部の仮想オブジェクトと共に3次元座標系上に配置する。このようにすることで、術部、経路または領域、および、器具位置(あるいは器具位置および手術具の姿勢)の3次元画像表示データを生成する。経路あるいは領域、および、器具位置(あるいは器具位置および手術具の姿勢)は、例えばαブレンディング等を利用して、術部の仮想オブジェクトとの位置関係に関わらず常に3次元画像に表示されるようにする。
【0094】
次に、ナビゲーション処理部110は、術部3次元情報記憶部107に記憶されている3次元画像データを用いて、図6のS3004と同じ要領で術部の断層画像表示データ作成処理を行なう(S4003)。但し、領域・経路記憶部109に記憶されている指定位置を記憶順に結ぶことで形成される線により表される経路、あるいは、この線のX座標の最大および最小値、Y座標の最大および最小値、そして、Z座標の最大および最小値で仕切られる空間により表される領域と、器具位置(あるいは器具位置および手術具の姿勢)を表す画像とを、術部の仮想オブジェクトと共に3次元座標系上に配置する。このようにすることで、術部、経路または領域、および、器具位置(あるいは器具位置および手術具の姿勢)の断層画像表示データを生成する。経路あるいは領域、および、器具位置(あるいは器具位置および手術具の姿勢)は、例えばαブレンディング等を利用して、術部の仮想オブジェクトとの位置関係に関わらず常に断層画像に表示されるようにする。
【0095】
さて、ナビゲーション処理部110は、以上のようにして、術部、経路または領域、および、器具位置(あるいは器具位置および手術具の姿勢)の、3次元画像表示データと断層画像表示データとを生成したならば、表示制御部105を介して表示装置に、術部、経路または領域、および、器具位置(あるいは器具位置および手術具の姿勢)の、3次元画像と断層画像とを含むナビゲーション画面を表示させる(S4004)。
【0096】
次に、ナビゲーション処理部110は、領域・経路記憶部109に記憶されている指定位置を記憶順に結ぶことで形成される線により表される経路から、あるいは、この線のX座標の最大および最小値、Y座標の最大および最小値、そして、Z座標の最大および最小値で仕切られる空間により表される領域から、器具位置が外れる可能性が高いか否かを調べる(S4005)。
【0097】
器具位置が経路から外れる可能性が高いか否かの判断は、器具位置および経路間の距離を監視し、当該距離が所定値以上となった場合に、経路から外れる可能性が高いと判断すればよい。たとえば、器具位置および経路間の最短距離(器具位置から経路へ向けて引いた垂線の長さ)が所定のマージン(例えば術者により設定されたマージン)より長い場合に、経路から外れる可能性が高いと判断すればよい。
【0098】
また、器具位置が領域から外れる可能性が高いか否かの判断は、器具位置および領域の境界間の距離を監視し、当該距離が所定値以内となった場合に、領域から外れる可能性が高いと判断すればよい。たとえば、器具位置が領域内にあることを前提として、器具位置および領域の境界間の最短距離(器具位置から領域の境界へ向けて引いた垂線の長さ)が所定のマージン(例えば術者により設定されたマージン)より短い場合に、領域から外れる可能性が高いと判断すればよい。
【0099】
さて、ナビゲーション処理部110は、器具位置が経路あるいは領域から外れる可能性が高いと判断した場合(S4005でYes)、通知信号を生成し、これをマスタ・スレーブ型ロボット手術システムIF部103を介してマスタ・スレーブ型ロボット手術システム2に送信する(S4006)。それから、S4007に移行する。一方、経路あるいは領域から外れる可能性が高くないと判断した場合は(S4005でNo)、直ちにS4007に移行する。
【0100】
S4007において、ナビゲーション処理部110は、指示受付部104を介して入力装置より終了指示を受け付けたか否かを判断する。終了指示を受け付けていないならば(S4007でNo)、S4001に戻って処理を続ける。一方、終了指示を受け付けているならば(S4007でYes)、処理を終了する。
【0101】
以上の処理により、領域・経路記憶部109に記憶された経路に沿って、あるいは領域の範囲内で、手術が行なわれるように、術者によるマスタ・スレーブロボット手術システム2の操作をナビゲーションすることができる。つまり、術者は、ナビゲーション画面を通して、予め設定された経路に沿って、あるいは、領域の範囲内で、手術が行なわれているか否かを確認することができる。また、器具位置が予め設定された経路に沿って移動するように、あるいは、予め設定された領域の範囲内で移動するように、マスタマニピュレータ23の操作部232の動きを制限することにより、術者に警告することができる。
【0102】
図10は、図9に示す処理によって、手術支援装置1に接続された表示装置に表示されるナビゲーション画面の一例を示している。
【0103】
図10に示すナビゲーション画面例では、図7に示す新規登録用の領域・経路設定画面例と異なり、位置指定ボタン88が設けられていない。また、器具位置が基準点87に設定されている。
【0104】
次に、本実施形態の手術支援システムを用いて、手術を行なう場合の処理の流れについて説明する。
【0105】
図11は、本実施形態の手術支援システムを用いて手術を行なう場合の処理の流れを説明するための図である。
【0106】
(1)手術準備(S5101)
(1−1)術部の3次元画像データ生成(S5001)
術者は、患者を手術台5に載せ、術部を固定フレーム6で固定する。この際、術部あるいは固定フレーム6にマーカを少なくとも1組設置しておく。それから、手術台5を移動してMRI装置3の所定位置に移動する。そして、術部あるいは固定フレーム6に設置した少なくとも1組のマーカを用いてMRI装置に3次元座標系の原点、X軸、Y軸およびZ軸を設定する。それから、MRI装置3で術部の断層画像データを撮像位置を変えながら複数撮像し、これらを撮像位置の座標情報と共に、MRI装置3から術部3次元情報生成部106に送信する。術部3次元情報生成部106は、術部の3次元画像データ生成処理(図5のS2002)を実行し、これらの断層画像データを3次元座標系上の対応する位置に展開することで、術部の3次元画像データを生成する。
【0107】
(1−2)術部に対する領域・経路の設定(S5002)
術者は、手術支援装置1に接続された入力装置を介して、手術支援装置1に領域・経路設定指示を入力し、さらに、新規登録指示を入力する。これを受けて、領域・経路設定部108は、領域・経路の新規登録処理(図6のS3003〜S3008)を行ない、術部に対する領域・経路の設定を術者より受け付ける。
【0108】
(2)手術(S5102)
(2−1)術部の3次元画像データ生成(S5003)
S5001と同じ要領で、術部の3次元画像データを生成する。これは、患者の体調等により、手術の準備段階と手術直前とで、術部の状態が変化する可能性があることを考慮したものである。これにより、術部3次元情報記憶部107に記憶されている術部の3次元画像データが最新のものに更新される。
【0109】
(2−2)術部に対する領域・経路の修正(S5004)
術者は、手術支援装置1に接続された入力装置を介して、手術支援装置1に領域・経路設定指示を入力し、さらに、更新登録指示を入力する。これを受けて、領域・経路設定部108は、領域・経路の更新登録処理(図6のS3009〜S3014)を行ない、術部に対する領域・経路を修正を術者より受け付ける。
【0110】
(2−2)手術のナビゲーション(S5005)
術者は、患者を載せた手術台5をMRI装置3からスレーブマニピュレータ22の所定位置に移動する。次に、MRI装置3に設定した3次元座標系と同じ要領で、3次元運動計測装置4に3次元座標系を設定する。
【0111】
次に、術者は、手術支援装置1に接続された入力装置を介して、手術支援装置1にナビゲーション指示を入力する。また、3次元運動計測装置4により器具位置の計測を開始し、計測結果を3次元運動計測装置4からナビゲーション処理部110に送信する。ナビゲーション処理部110は、ナビゲーション処理(図9)を実行し、領域・経路記憶部109に記憶されている経路に沿って、あるいは領域内で手術が行なわれるように、術者によるマスタ・スレーブロボット手術システム2の操作をナビゲーションする。
【0112】
ここで、例えば手術が長時間に及ぶ場合、術部の状態の変化に対応するため、上記のS5003〜S5004を繰り返すようにしてもよい(S5006)。
【0113】
以上、本発明の一実施形態について説明した。
【0114】
本実施形態の手術支援システムによれば、上記の構成により、術者は、ナビゲーション画面(図10参照)を介して、術者が設定した領域内あるいは経路上に器具位置があるか否かを確認できる。また、ナビゲーション画面により器具位置を術部の断層画像および3次元画像の両方から視覚的に把握することができる。
【0115】
また、本実施形態の手術支援システムは、器具位置が予め設定された経路に沿って移動するように、あるいは、予め設定された領域の範囲内で移動するように、マスタマニピュレータ23の操作部232の動きが制限される。したがって、手術が領域内あるいは経路に沿って行なわれるように、術者によるマスタ・スレーブ型ロボット手術システム2の操作をナビゲーションすることができる。
【0116】
さらに、本実施形態の手術支援システムによれば、上記の構成により、術者は、領域・経路設定画面(図7、図8参照)を介して、術部に対する領域あるいは経路を設定するための指定位置を、術部の断層画像および3次元画像の両方から視覚的に把握することができる。これにより、指定位置の確認が容易になる。
【0117】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【0118】
たとえば、上記の実施形態において、手術支援装置1のナビゲーション処理110は、3次元運動計測装置4により計測された器具位置が、予め設定された経路あるいは領域から外れる可能性が高いか否かを判断し、外れる可能性が高いと判断した場合に通知信号を生成して、これをマスタ・スレーブ型ロボット手術システム2に送信している(図9のS4005、S4006)。
【0119】
ここで、ナビゲーション処理110は、外れる可能性のレベルに応じた通知信号を送信し、マスタ・スレーブ型ロボット手術システム2は、その通知信号が表すレベルに応じて、操作部の234に入力された操作に対して発生させる反力を制御するようにしてもよい。
【0120】
例えば、手術支援装置1において、ナビゲーション処理110は、予め設定された経路と器具位置との距離を、3つのレベルに分類する。そして、前記経路と器具位置との距離が中間のレベルに分類される場合は外れる可能性が「高い」と判断し、最も長いレベルに分類される場合は外れる可能性が「かなり高い」と判断する。そして、その判断結果に応じた通知信号を生成する。なお、前記経路と器具位置との距離が最も短いレベルに分類される場合は、器具位置が前記経路から外れる可能性が低いと判断し、この場合は通知信号を生成しない。
【0121】
あるいは、予め設定された領域の境界と器具位置との距離を、3つのレベルに分類する。そして、器具位置が前記領域内にあることを前提に、前記境界と器具位置との距離が中間のレベルに分類される場合は外れる可能性が「高い」と判断し、最も短いレベルに分類される場合は外れる可能性が「かなり高い」と判断する。そして、その判断結果に応じた通知信号を生成する。なお、前記経路と器具位置との距離が最も長いレベルに分類される場合は、器具位置が前記経路から外れる可能性が低いと判断し、この場合は通知信号を生成しない。
【0122】
また、マスタ・スレーブ型ロボット手術システム2において、制御装置21の主制御部214は、手術支援装置IF部212を介して手術支援装置1より通知信号を受信した場合に、その通知信号が表すレベルに応じた操作制限信号を生成し、マスタマニピュレータIF部211を介してマスタマニピュレータ23へ送信する(図3のS1001、S1004)。
【0123】
そして、マスタマニピュレータ23の操作制御部234は、制御装置IF部231を介して制御装置21より受信している操作制限信号に対応する通知信号が表すレベルが「かなり高い」である場合、上記の実施形態と同様に、操作部232の可動範囲を過去に受け付けた操作内容により定まる手術具の位置(あるいは位置および姿勢)に対応する範囲に制限する。
【0124】
つまり、操作信号生成部233で生成される操作信号が表す手術具の位置(あるいは位置および姿勢)が、過去(例えば現在より所定時間以内)に受け付けた操作内容より定まる手術具の動作範囲外になるか否かを判断する。そして、前記動作範囲外になると判断した場合に、操作部232に大きな反力を発生させて操作部232をロックさせる。
【0125】
一方、制御装置21より受信している操作制限信号に対応する通知信号が表すレベルが単に「高い」である場合、操作信号生成部233で生成される操作信号が表す手術具の位置(あるいは位置および姿勢)が、過去に受け付けた操作内容より定まる手術具の動作範囲外になると判断した場合に、操作部232に、当該操作部232をロックさせない程度の反力(通知信号が表すレベルが「かなり高い」である場合よりも小さい反力)を発生させる。
【0126】
また、上記の実施形態では、3次元運動計測装置4で計測された器具位置が予め設定されている領域あるいは経路から外れる可能性が高いか否かを、手術支援装置1にて判断している。しかし、本発明はこれに限定されない。
【0127】
以下に、上記の実施形態の第1変形例について説明する。
【0128】
第1変形例において、手術支援装置1は、ナビゲーション処理に際し、先ず、マスタ・スレーブ型ロボット手術システム2に、操作者により設定された領域あるいは経路の情報を送信する。それから、マスタ・スレーブ型ロボット手術システム2に、3次元運動計測装置4で計測された器具位置の情報を転送する。一方、マスタ・スレーブ型ロボット手術システム2の制御装置21は、手術支援装置1より領域あるいは経路の情報を受信して、制御装置21が備える記憶装置に記憶する。それから、手術支援装置1より器具位置の情報を受信し、この情報と先に記憶装置に記憶しておいた領域あるいは経路の情報とを比較して、器具位置が当該領域あるいは経路から外れる可能性が高いか否かを判断する。そして、外れる可能性が高いと判断した場合には、そのレベルに応じた操作制限信号を生成し、マスタマニピュレータ23に送信する。
【0129】
図12は、本実施形態の第1変形例で用いるマスタ・スレーブ型ロボット手術システム2の制御装置21およびマスタマニピュレータ23の概略図である。
【0130】
図12に示すように、この第1変形例で用いる制御装置21が図2に示す制御装置21と異なる点は、主制御部214に代えて主制御部214aが用いられている点である。主制御部214aは、制御信号生成部2141と、領域・経路記憶部2142と、操作制御信号生成部2143aと、を有する。
【0131】
制御信号生成部2141は、図2に示す主制御部214の制御信号生成部2141と同じである。つまり、マスタマニピュレータIF部211を介してマスタマニピュレータ23より受け付けた操作信号に従い、スレーブマニピュレータ22の制御信号を生成し、これをスレーブマニピュレータIF部213を介してスレーブマニピュレータ22に送信する。
【0132】
領域・経路記憶部2142は、手術支援装置IF部212を介して手術支援装置1より受け付けた、手術支援装置IF部212の領域・経路記憶部109に記憶されている領域あるいは経路の情報を記憶する。
【0133】
操作制限信号生成部2143aは、手術支援装置IF部212を介して手術支援装置1より受け付けた器具位置の情報と、領域・経路記憶部2142に記憶されている領域あるいは経路の情報とを比較して、前記器具位置が前記経路あるいは領域から外れる可能性が高いか否かを判断する。そして、外れる可能性が高いと判断した場合に、そのレベルに応じた操作制限信号を生成し、マスタマニピュレータIF部211を介してマスタマニピュレータ23に送信する。
【0134】
図13は、本実施形態の第1変形例で用いる手術支援装置1のナビゲーション処理部110によるナビゲーション処理を説明するためのフロー図である。
【0135】
先ず、ナビゲーション処理部110は、領域・経路記憶部109に記憶されている各指定位置の情報を、その記憶順を示す情報と共に読み出す。そして、読み出した各指定位置の情報およびその記憶順を示す情報を、マスタ・スレーブ型ロボット手術システムIF部103を介してマスタ・スレーブ型ロボット手術システム2に送信する(S6001)。
【0136】
次に、ナビゲーション処理部110は、図9に示すS4001〜S4004の処理を行なって、表示装置にナビゲーション画面を表示させる(S6002)。
【0137】
次に、ナビゲーション処理部110は、S6002において、3次元運動計測装置IF部102を介して3次元運動計測装置4より入手した器具位置の情報を、マスタ・スレーブ型ロボット手術システムIF部103を介してマスタ・スレーブ型ロボット手術システム2に送信する(S6003)。
【0138】
それから、ナビゲーション処理部110は、指示受付部104を介して入力装置より終了指示を受け付けたか否かを判断する。終了指示を受け付けていないならば(S6004でNo)、S6002に戻って処理を続ける。一方、終了指示を受け付けているならば(S6004でYes)、処理を終了する。
【0139】
図14は図12に示す制御装置21の動作を説明するためのフロー図である。
【0140】
図14において、主制御部214の操作制限信号生成部2143aは、手術支援装置IF部212を介して手術支援装置1より器具位置の情報を受信しているか否かを判断する(S7001)。また、主制御部214の制御信号生成部2141は、マスタマニピュレータIF部211を介してマスタマニピュレータ23より操作信号を受信しているか否かを判断する(S7002)。
【0141】
S7002において、操作信号を受信している場合、制御信号生成部2141は、図3のS1003と同じ要領により、受信している操作信号が示す操作内容に応じて、スレーブマニピュレータ22の動きを制御するための制御信号を生成する(S7003)。それから、S7001に戻る。
【0142】
また、S7001において、器具位置の情報を受信している場合、操作制限信号生成部2143aは、図3のS4005と同じ要領により、領域・経路記憶部2142に記憶されている指定位置の情報をその記憶順に結ぶことで形成される線により表される経路から、あるいは、この線のX座標の最大および最小値、Y座標の最大および最小値、そして、Z座標の最大および最小値で仕切られる空間により表される領域から、器具位置が外れる可能性が高いか否かを調べる(S7004)。
【0143】
さて、操作制限信号生成部2143aは、器具位置が前記経路あるいは領域から外れる可能性が高いと判断した場合(S7004でYes)、その可能性のレベルに応じた操作制限信号を生成する。例えば、器具位置と前記経路あるいは領域の境界との間の距離の関数(器具位置が経路から離れるほど反力が大きくなるような関数、あるいは、器具位置が領域の境界に近づくほど反力が大きくなるような関数)として表される反力を発生させるための操作制限信号を生成する。そして、生成した操作制限信号を、マスタマニピュレータIF部211を介してマスタマニピュレータ23に送信する(S7005)。それから、S7001に戻る。
【0144】
マスタマニピュレータ23において、操作制御部234は、制御装置IF部231を介して制御装置21より操作制限信号を受信している場合、操作信号生成部233で生成される操作信号を監視する。そして、この操作信号が表す手術具の位置(あるいは位置および姿勢)が、過去(例えば現在より所定時間以内)に受け付けた操作内容より定まる手術具の動作範囲外になるか否かを判断する。そして、前記動作範囲外になると判断した場合に、操作部232に、受信している操作制限信号に応じた反力を発生させる。
【0145】
また、上記の実施形態において、図15に示す第2変形例のように、手術支援装置1に、マスタ・スレーブ型ロボット手術システム2の制御装置21の機能を持たせてもよい。
【0146】
また、上記の実施形態では、図5のS2004に示す領域・経路設定処理における領域設定方法として、基準点を記憶し、これをつなげて経路にし、経路のXYZの最大最小値からなる領域を設定するようにしている(図6参照)。しかし、本発明はこれに限定されない。以下に、図5のS2004に示す領域・経路設定処理における他の領域設定方法について説明する。
【0147】
先ず、領域・経路設定部108は、手術支援装置1に接続された表示装置に、図18に示すような領域・経路設定画面を表示する(この例では、術中の撮像画像の様子で示している)。この領域・経路設定画面において、図7に示す設定画面と同じ機能を有するものには同じ符号を付している。
【0148】
図18に示す領域・経路設定画面において、右側には、「領域指定」ボタン901、「経路指定」ボタン902、「ポイント移動」ボタン911、「ポイント追加」ボタン912、「ポイント削除」ボタン913、「終了」ボタン89の各ボタンが配置されている。左側には、基準点を中心にしたXYZの断面画像81〜83および立体画像84とが表示されている。基準点は、術部871内部に位置するように予め設定されている。このような画面において、カーソル87aにより断面画像81〜83上の位置が指示されると、指定された位置(3次元位置)が領域・経路設定のためのポイントに設定され記憶装置に記憶される。上記の実施形態で説明した領域設定方法と異なり、そのポイントを基準位置にして断面画像81〜83および立体画像84を更新するという処理は行わない。
【0149】
断面画像81〜83および立体画像84の上でダブルクリックを行うと、ダブルクリックされた画面が例えば4倍の大きさ(XYZの断面画像81〜83および立体画像84を合わせたスペースいっぱいの大きさ)に拡大表示され、他の3つの画像は、領域・経路設定画面から省略される。再びダブルクリックすると、元の4つの画像の画面に戻る。
【0150】
上記の一連の処理を図19を用いて説明する。先ず、領域・経路設定部108は、手術支援装置1に接続された表示装置に、図18に示すような領域・経路設定画面を表示したならば、「終了」ボタン89が選択されたか否かをチェックする(S20041)。選択されているならば、そのままこの処理を終了する。
【0151】
選択されていないならば、次に、領域・経路設定部108は、「領域指定」ボタン901および「経路指定」ボタン902のどちらかが選択されたか否かをチェックする(S20042)。他のボタンが選択されたか、あるいは何も押されない場合、S20041に戻る。
【0152】
一方、「領域指定」ボタン901および「経路指定」ボタン902のどちらかが選択されている場合、領域・経路設定部108は、XYZの断面画像81〜83のうち、いずれかの画像上でダブルクリックがなされたか否かをチェックする(S20043)。
【0153】
XYZの断面画像81〜83のうちのいずれかの画像上でダブルクリックされた場合、その画像の拡大縮小処理を行う(S20045)。つまり、拡大されている画像(この場合、他の画像は表示されていない)上でダブルクリックされたならば、XYZの断面画像81〜83および立体画像84を表示する縮小画面に戻し、縮小画面において、ある画像上でダブルクリックされたならば、その画像を拡大表示する。
【0154】
次に、領域・経路設定部108は、現在、拡大画像が表示されているか否かを確認し、拡大画像であれば、ポイント設定処理を行なう(S20046)。ポイント設定処理の段階では、「ポイント移動」ボタン911、「ポイント追加」ボタン912および「ポイント削除」ボタン913の受け付けを行う。ポイント設定処理が終了したならば、S20041に戻る。
【0155】
次に、ポイント設定処理の詳細について説明する。
【0156】
先ず、領域を設定する場合におけるポイント設定処理(図18に示すような領域・経路設定画面において「領域指定」ボタン901が選択された場合)について説明する。
【0157】
領域設定では、対象となる術部(患部)の領域を設定し、次いで術部にいたるまでの動作領域を設定する。一例として腫瘍の摘出を例に説明する。
【0158】
摘出する腫瘍がXYZの3つの断面画像81〜83上で見えるように、基準点が予め設定される。操作者がXYZの3つの断面画像81〜83のいずれかでダブルクリックすると、領域・経路設定部108は、ダブルクリックされた断面画像を拡大表示する。そして、拡大表示された断面画像上において、操作者がマウスなどの入力装置でカーソル87aを操作し、患部の輪郭に合わせてクリックすると、クリックされた位置に1つ目のポイントを設定する。同様に、操作者が患部の輪郭に合わせてクリックすると、領域・経路設定部108は、その都度ポイントを設定する。領域・経路設定部108は、ポイントされた順番にポイント間を線で結合させ、最初と最後のポイントも線で結合させることで、複数のポイントで形作られた平面領域を設定し、これを各断面画像上に表示する。
【0159】
腫瘍輪郭は周囲に対してコントラストが異なるように(腫瘍輪郭が周囲に対して識別可能な形態で)撮像され、その結果、術部3次元情報記憶部107には、XYZの断面画像81〜83および立体画像84において、腫瘍輪郭のコントラストが周囲に対して異なるように(腫瘍輪郭が周囲に対して識別できるように)、術部の3次元情報が記憶されている。領域・経路設定部108は、操作者のクリック位置から所定範囲内において、最もコントラストが変化している部位にポイントを設定する。これにより、操作者は、ラフに輪郭をかたどっていくだけで正確に術部領域を設定できる。さらに細かく設定したい場合は、術部をズームして表示させればよい。ズーム機能は、画像処理において特別なものではなく、既存の技術を利用できる。
【0160】
さて、操作者は、拡大表示された断面画像上における平面領域(第一の平面領域)の設定が終了したならば、この拡大画像をダブルクリックして縮小画面表示に戻る。
【0161】
図18に示すような領域・経路設定画面において、先ほど設定した平面領域は、1つの断面画像では腫瘍の淵をかたどる平面領域として、他の2つの断面画像では、直線として表示される。残りの2つの断面画像のうち1つをダブルクリックして拡大表示させ、2つ目の平面領域を、1つ目の平面領域と同様に、術部の輪郭をポイントしていくことで設定する。3つ目の平面領域も同様に設定する。これにより、術部領域は、図20(a)に示すように、3つの断面画像81〜83のそれぞれで平面領域として表される。
【0162】
領域・経路設定部108は、以上のようにして3つの断面画像81〜83のそれぞれで平面領域が設定されると、これらの平面領域に基づいて術部領域の3次元領域を算出する。
【0163】
図20(a)において、断面画像81上で設定した平面領域811を、断面画像81に沿って積分していく。具体的には、領域設定を行うための所定の分解能に応じて、図20(b)に示すように、断面画像81と平行な平面に対し、当該平面上に位置する新たな(平面領域811と平行な)平面領域812を作成する。先ず、平面領域812の境界と断面画像82との交点が、断面画像82上で設定した平面領域821との境界と合致し、且つ、平面領域812の境界と断面画像88との交点が、断面画像83上で設定した平面領域831との境界と合致する平面領域811の相似形状を、平面領域812として作成する。それから、作成した平面領域812の境界に複数のポイントを設定する。例えば、平面領域811の各設定ポイントに対応する平面領域812上の各位置にポイントを設定する。そして、設定した各ポイントの位置を、各ポイントから所定範囲内の位置であってコントラスト変化量の高い位置に移動して、平面領域812を特定する各設定ポイント(の座標位置)を修正する。この処理を、平面領域831の両端部832、833間に位置する、断面画像81と平行な複数の平面に対して行なう。これにより、術部の3次元領域が設定される。
【0164】
以上のようにして術部領域(3次元領域)が設定されると、領域・経路設定部108は、図18に示すような領域・経路設定画面の立体画像84上に、設定された術部領域を重畳表示する。これにより、操作者は、立体表示された患者の画像を任意に回転させながら、実際の患部と設定した術部領域との整合性を確認することができる。
【0165】
なお、設定した術部領域あるいは平面領域は、図18に示すような領域・経路設定画面上の「ポイント移動」ボタン911、「ポイント追加」ボタン912、および、「ポイント削除」ボタン913を用いて修正することが可能である。領域・経路設定部108は、操作者によって「ポイント移動」ボタン911が選択され、ポイントが選択され、それからカーソル87aで位置が指定されると、選択されたポイントの座標を、指定された位置の座標に更新する。また、操作者によって「ポイント追加」ボタン912が選択され、次に、カーソル87aで位置が指定されると、その位置を座標情報とするポイントを新たに設定する。また、操作者によって「ポイント削除」ボタン913が選択され、次に、カーソル87aでポイントが選択されると、選択されたポイントを削除する。
【0166】
以上のようにして術部領域が設定されると、次に、領域・経路設定部108は、術部にいたるまでの動作領域を設定する。
【0167】
領域・経路設定部108は、図18に示すような領域・経路設定画面において、ユーザインターフェースを介して操作者より受けつけた指示に従い、XYZの3つの断面画像81〜83における基準点を変更する。操作者は、基準点を変更することで、XYZの3つの断面画像81〜83に患部の開口部が表示されるようにする。それから、図21に示すように、術部領域の設定と同じ要領により、操作者の指示に従い、断面画像81〜83のそれぞれで複数のポイント(81p1,81p2,....81pn,82p1,82p2,....82pn,83p1,83p2,....83pn)を設定して平面領域を作成する。
【0168】
このとき、操作者は、術部まで術具をアプローチさせることができるように、断面画像82、83上で作成する平面領域82a、83aの一部を術部に重ねる。また、操作者は、周囲の正常組織に接触しないように各ポイント(82p1,82p2,....82pn,83p1,83p2,....83pn)を配置して平面領域82a、83aを作成する。さらに、操作者は、断面画像81では、開口部分の淵に沿ってポイント(81p1,81p2,....81pn)を配置して、平面領域81aを作成する。領域・経路設定部108は、各平面領域81a、82a、83aを用いて、術部領域の設定と同様の手法により、術部にいたるまでの動作領域を作成して各設定ポイントの座標を取得する。
【0169】
それから、領域・経路設定部108は、術部領域および術部にいたるまでの動作領域の両方が設定されると、両方の和集合を術具の動作領域とし、この動作領域を特定する各設定ポイントの座標を記憶領域(領域・経路記憶部109)に記録する。
【0170】
なお、実際の手術では、治療動作を開始するときに、患者に対してスレーブマニピュレータ22の術具位置をセッティングしてから治療に入る。その際、ここで設定した動作領域内に術具が位置するような範囲にセッティングをするなどの事前準備を行えばよい。
【0171】
次に、経路を設定する場合におけるポイント設定処理(図18に示すような領域・経路設定画面において「経路指定」ボタン902が選択された場合)について説明する。
【0172】
経路設定は、例えば、空間の領域では動作範囲が広すぎる場合や、血管に沿って処置を行う場合や、正常組織を避けてレーザなどを照射する道筋などを指定する場合などに使用する。具体例として、先ほど設定した動作領域内の腫瘍を摘出した後、領域の境界上に腫瘍の取り残しを発見し、これにレーザを照射する場合を例に説明する。
【0173】
この場合、術具の動作領域は先ほど設定した領域をそのまま引き継ぎ、その領域の中でさらに、レーザを照射する軌跡を設定することになる。図18に示すような領域・経路設定画面において、操作者によりカーソル87aで位置が指定されると、当該位置がポイントに設定されると共に、この位置が基準点となるように、3つの断面画像81〜83および立体画像84を更新する。さらに、カーソル87aで位置が指定されると、当該位置が次のポイントに設定されると共に、この位置が基準点となるように、3つの断面画像81〜83および立体画像84を更新する。以上のようにして設定された複数のポイントにより、経路が形成される。
【0174】
また、上記の実施形態では、制御装置21からマスタマニピュレータ23へ送信した操作制限信号により、操作制御部234が操作部232に反力を発生させることで、器具位置が予め設定された領域あるいは経路から外れる可能性が高いことを術者に警告している。しかし、警告のための制御は、このような操作部232の制御に限定されない。例えば、制御装置21が、マスタマニピュレータ23から送られてくる操作信号にかかわらず、スレーブマニピュレータ22への制御信号の送信を停止することにより、器具位置が領域あるいは経路から外れる可能性が高いことを術者に警告してもよい。
【0175】
上記の実施形態では、操作部の入力方向を成分分解し、その中で設定した境界を越える成分・経路から外れる成分をキャンセルして、操作の可動範囲を制限している。しかし、可動範囲を制限する制御はマスタマニピュレータ23で行うだけではなく、スレーブマニピュレータ22で行ってもよい。例えば、操作者により入力された操作信号を受けた制御装置21は、手術支援装置1からの信号を参照しながら、操作信号に基づくスレーブマニピュレータの動作を生成する際に、スレーブマニピュレータ22の動作方向を、座標系のXYZ方向、あるいは動作領域の境界面に対する垂直方向および水平方向、あるいは設定された経路の長手方向と経路に直行する2方向とに分解する。分解された成分のうち、スレーブマニピュレータ22の動作信号のうち、境界を超えてしまう成分・経路から外れる成分についてはキャンセルする。このように、スレーブマニピュレータ22において動作方向の成分分解を用いた警告のための可動範囲制御を行ってもよい。
【0176】
また、上記の実施形態では、手術器具としてマスタ・スレーブ型ロボット手術システム2を用いた場合を例にとり説明した。しかし、本発明は、マスタ・スレーブ型ロボット手術システム2以外の通常の手術器具にも同様に適用できる。この場合、手術支援装置1は、警告のための制御として、例えば警告音をスピーカから出力するなどして、器具位置が領域あるいは経路から外れる可能性が高いことを術者に警告すればよい。
【0177】
また、上記の実施形態では、術部の断層画像を撮影する装置として、MRI装置を用いた場合を例にとり説明した。しかし、本発明はこれに限定されない。CT(Computer Tomogrphy)装置やPET(Positron Emission Tomography)装置などのその他の医療用画像化装置(医用画像モダリティ)を用いて術部の断層画像を撮影し、断層画像データを手術支援装置に取り込んでもよい。
【0178】
また、本発明は、手術のみならず、様々な医療行為(例えば、患者から細胞等を採取する行為など)を支援する支援システムにも同様に適用可能である。
【0179】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、手術などの医療行為に対して、医療器具の医療行為対象部に対する位置が所定範囲内あるいは所定経路上にあるか否かを確認できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態が適用された手術支援システムの概略図である。
【図2】制御装置21およびマスタマニピュレータ23の概略構成図である。
【図3】制御装置21の動作を説明するためのフロー図である。
【図4】手術支援装置1の概略構成図である。
【図5】手術支援装置1の動作を説明するためのフロー図である。
【図6】領域・経路設定部108による領域・経路設定処理を説明するためのフロー図である。
【図7】手術支援装置1に接続された表示装置に表示される新規登録用の領域・経路設定画面の一例を示す図である。
【図8】手術支援装置1に接続された表示装置に表示される更新登録用の領域・経路設定画面の一例を示す図である。
【図9】ナビゲーション処理部110によるナビゲーション処理を説明するためのフロー図である。
【図10】手術支援装置1に接続された表示装置に表示されるナビゲーション画面の一例を示す図である。
【図11】図1に示す手術支援システムを用いて手術を行なう場合の処理の流れを説明するための図である。
【図12】本発明の一実施形態の第1変形例で用いるマスタ・スレーブ型ロボット手術システムの制御装置21およびマスタマニピュレータ23の概略構成図である。
【図13】本発明の一実施形態の第1変形例で用いる手術支援措置1のナビゲーション処理部110によるナビゲーション処理を説明するためのフロー図である。
【図14】図12に示す制御装置の動作を説明するためのフロー図である。
【図15】本発明の一実施形態の第2変形例を示す概略図である。
【図16】本発明の一実施形態における術具の動きを説明するための図である。
【図17】本発明の一実施形態における術具の動作領域と操作に必要な操作力との関係を説明するための図である。
【図18】手術支援装置1に接続された表示装置に表示される領域・経路設定画面の一例を示す図である。
【図19】図5のS2004に示す領域・経路設定処理における他の領域設定方法を説明するためのフロー図である。
【図20】図18に示す画面を介して設定された3つの平面領域により特定される術部領域を説明するための図である。
【図21】手術支援装置1に接続された表示装置に表示される領域・経路設定画面の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…手術支援装置、1a…手術支援装置、2…マスタ・スレーブ型ロボット手術システム、3…MRI装置、4…3次元計測装置、5…手術台、6…固定フレーム、21…制御装置、22…スレーブマニピュレータ、23…マスタマニピュレータ、101…MRI装置IF部、102…3次元計測装置IF部、103…マスタ・スレーブ型ロボット手術システムIF部、104…指示受付部、105…表示制御部、106…術部3次元情報生成部、107…術部3次元情報記憶部、108…領域・経路設定部、109…領域・経路記憶部、110…ナビゲーション処理部、110a…ナビゲーション処理部、132…スレーブマニピュレータ側制御信号IF部、132…マスタマニピュレータ側制御信号IF部、211…マスタマニピュレータIF部、212…手術支援装置IF部、213…スレーブマニピュレータIF部、214…主制御部、214a…主制御部、231…制御装置IF部、232…操作部、233…操作信号生成部、234…操作制御部、2141…制御信号生成部、2142…領域・経路記憶部、2143…操作制限信号生成部、2143a…操作制限信号生成部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology for assisting a medical practice using a computer.
[0002]
[Prior art]
A surgery support system using a computer has been proposed. A conventional surgery support system fetches a plurality of tomographic image data of an operation site from a medical imaging device (medical image modality) such as MRI (Magnetic Resonance Imaging) or CT (Computer Tomography), and based on these tomographic image data. Generate three-dimensional information of the surgical site. In addition, the position of the surgical instrument with respect to the operative site is measured by acquiring spatial coordinate information of the marker attached to the surgical instrument and the marker attached to the operative site using a light receiving camera or a light receiving sensor. Then, the image of the operation part generated from the three-dimensional information is displayed on the display device together with the position of the surgical instrument with respect to the operation part. By doing so, the position of the surgical instrument with respect to the operation site can be confirmed from the image displayed on the display device.
[0003]
Examples of this type of surgery support system include "TREON (trademark)" of Medtronic Sofamore Danek, "Easy Visual Adviser Navigation System" of Tomiki Medical Instrument Co., Ltd., and "INTAGE" of KG Inc. There is. Patent Document 1 is a prior art document relating to this kind of surgery support system.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-9-173352
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional surgery support system only displays the image of the operation site together with the position of the surgical instrument with respect to the operation site. In other words, the surgeon cannot confirm whether the position of the surgical instrument with respect to the surgical site is in the region or route set by the surgeon (in the region or route set by rehearsal). Was.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to determine whether or not the position of a medical device with respect to a medical practice target portion is within a predetermined range or on a predetermined route for medical procedures such as surgery. It is to provide a technology that can confirm whether or not it is possible.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a medical practice support apparatus according to the present invention includes a medical target information storage unit that stores three-dimensional information of a medical target unit, and a three-dimensional information stored in the medical target information storage unit by an operator. Area / route setting means for receiving setting of an area or a route for a medical target portion specified by information; position information obtaining means for obtaining position information of a medical device with respect to the medical target portion; and storage in the medical target information storage means Image information for displaying the image of the medical target portion specified by the given three-dimensional information together with the position of the medical device specified by the position information obtained by the position information obtaining means with respect to the medical target portion. Image information generating means to be generated, and the position of the medical device with respect to the medical target portion specified by the position information obtained by the position information obtaining means, The distance between the set area boundary or route serial region-routing means to monitor, having a warning control means for controlling for the alert in response to the distance.
[0008]
For example, when the distance between the position of the medical device with respect to the medical target portion and the boundary of the region is within a predetermined caution amount, the position of the medical device with respect to the medical target portion is determined by the region / path setting means. Control is performed for warning that there is a possibility of departure from the set area. Alternatively, when the distance between the position of the medical device with respect to the medical target portion and the route is equal to or greater than a predetermined caution amount, the position of the medical device with respect to the medical target portion is set by the region / path setting means. Control for warning that there is a possibility of deviating from the route.
[0009]
According to the present invention, with the above configuration, the operator can check whether the relative position of the medical device with respect to the medical action target portion is within a predetermined range or on a predetermined route. Therefore, it is possible to assist the medical device so that the relative position with respect to the medical action target portion does not deviate from the predetermined range or the predetermined route.
[0010]
Here, the medical device may be a master / slave type robotic surgery system. In this case, the warning control means may transmit a notification signal for limiting the movable range of the master manipulator to the robot surgery system as control for the warning. And, in the master-slave type robot surgery system, a notification signal receiving means for receiving a notification signal transmitted from the medical practice support device of the present invention, and when the notification signal receiving means has received the notification signal, the master And a movable control means for limiting a movable range of the manipulator. As the movable control means, for example, has a storage means for storing the operation content input to the master manipulator, the position of the slave manipulator specified by the operation content input to the master manipulator, the storage means In a case where the movement is out of the movement range of the slave manipulator determined by the stored past operation contents, a reaction force may be generated on the master manipulator to limit the movement range of the master manipulator.
[0011]
With this configuration, it is possible to prevent the position of the medical device with respect to the medical action target portion from deviating from the predetermined range or the predetermined route.
[0012]
The area / path setting means specifies the position of the operator with respect to the medical target part specified by the three-dimensional information stored in the medical target information storage means, and determines the area or path for the medical target part. Cutting off a medical target part specified by the three-dimensional information stored in the medical target information storage means on a plane including the specified receiving part received as one of the specified positions and the specified position received by the specified receiving part; Cross-sectional image information generating means for generating cross-sectional image information for displaying a cross-sectional view obtained by performing the processing, and a three-dimensional image of the medical target portion specified by the three-dimensional information stored in the medical target information storage means Generating three-dimensional image information for displaying an image together with an area or a route specified by a plurality of designated positions received by the designated receiving means And a three-dimensional image information generation unit that, may have an.
[0013]
With this configuration, the designated position for setting the predetermined area or the predetermined path can be visually grasped from both the cross-sectional image and the three-dimensional image of the medical target portion including the specified position. Confirmation becomes easy.
[0014]
Further, the image information generating means is a plane including the position of the medical device specified by the position information obtained by the position information obtaining means with respect to the medical target part, and is stored in the medical target information storage means. Cross-sectional image information generating means for generating cross-sectional image information for displaying a cross-sectional view obtained by cutting the medical target portion specified by the dimensional information, and three-dimensional information stored in the medical target information storage means The three-dimensional image of the medical target portion specified by the information is set by the position of the medical device specified by the position information obtained by the position information obtaining means with respect to the medical target portion and the area / path setting means. Three-dimensional image information generating means for generating three-dimensional image information to be displayed together with an area or a route for the medical target part. There.
[0015]
With this configuration, the relationship between the position of the medical device with respect to the medical target portion and the predetermined region or predetermined route can be visually grasped from both the cross-sectional image and the three-dimensional image of the medical target portion including this position. Since it is possible, it is easy to confirm the position of the medical device with respect to the medical target portion.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0017]
FIG. 1 is a schematic diagram of a surgery support system to which an embodiment of the present invention has been applied.
[0018]
As shown in the figure, the surgery support system of the present embodiment includes a surgery support device 1, a master / slave type robot surgery system 2, an
[0019]
The
[0020]
The three-dimensional motion measuring device 4 includes at least one set of markers (not shown) attached to a surgical instrument, and at least one set attached to a operative part or a fixed frame 6 for fixing the operative part to an operating table 5. The relative position (three-dimensional coordinate position, hereinafter referred to as an instrument position) of the surgical tool and the operative part is measured by tracking the marker of the above with a camera (or a sensor) 41. Alternatively, the instrument position and the posture of the surgical tool are measured. Then, the measurement result is transmitted to the surgery support apparatus 1. As the three-dimensional motion measuring device 4, for example, there is "Polaris" (registered trademark) of NDI.
[0021]
The operating table 5 is configured to be movable, and is used for transporting the patient, to which the operation section is fixed by the fixed frame 6, to a predetermined imaging position of the
[0022]
The master-slave type robot surgery system 2 includes a
[0023]
The master manipulator detects the magnitude and direction of the force of the operation input performed by the operator. When the operation force exceeds a certain threshold value, it is considered that an operation has been performed in the input direction, and the operation unit is controlled in the input direction using the operation control unit.
[0024]
The master-slave type robotic surgery system 2 according to the present embodiment has a function of restricting the
[0025]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
[0026]
As shown in the figure, the
[0027]
The control
[0028]
The operation restriction
[0029]
The
[0030]
As shown in the figure, the
[0031]
The
[0032]
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the
[0033]
3, the operation restriction
[0034]
In step S1001, if the notification signal has been received, the operation restriction
[0035]
If an operation signal has been received in S1002, the control
[0036]
In the
[0037]
This can be realized, for example, by causing the
[0038]
As shown in FIG. 17, when approaching the boundary of the operation area, the operation can be performed when an operation force equal to or larger than the threshold value A [N] is input up to the distance a [mm] to the boundary. The threshold value increases at a predetermined rate up to b [mm], and the operation can be performed when an operation force equal to or larger than the increase value corresponding to the distance is input to B [N]. By setting the threshold value to infinity at b [mm], all inputs can be canceled so as not to approach b [mm] or more. When controlling so as not to deviate from the route, the threshold value may be similarly changed according to the distance c [mm] or d [mm] deviated from the route.
[0039]
The movement of the surgical tool is shown in FIG. When the operation of moving the surgical tool from the
[0040]
When the threshold is increased in response to the operation restriction signal and the
[0041]
Since the operation speed of the
[0042]
As shown in FIG. 16B, as a result of operating the surgical tool from
Note that the decomposition directions of the components are not limited to XYZ. A direction perpendicular to the boundary and two directions perpendicular to each other and horizontal to the boundary may be set on the spot, and the input may be decomposed in these directions. In this case, in the case of an input that exceeds the boundary due to a direction component perpendicular to the boundary, a component decomposition method may be used in which the combined vector of the remaining two components (the component horizontal to the boundary) is set to the operation direction of the operation unit. .
[0043]
Actually, the
[0044]
Next, the operation support device 1 will be described.
[0045]
The surgery support apparatus 1 uses the plurality of tomographic image data captured by the
[0046]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the surgery support device 1.
[0047]
As shown in the figure, the surgery support device 1 includes an MRI device IF
[0048]
The MRI apparatus IF
[0049]
The three-dimensional motion measurement device IF
[0050]
The master / slave type robot surgery system IF
[0051]
The
[0052]
The
[0053]
The operation unit 3D
[0054]
The region /
[0055]
The
[0056]
The surgery support apparatus 1 can be realized in a computer system having a CPU, a memory, and an interface with an external device, by the CPU executing a predetermined program loaded in the memory. In this case, an external storage device such as an HDD or a memory can be used as the
[0057]
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the surgery support device 1.
[0058]
In FIG. 5, when the
[0059]
In addition, when the
[0060]
When receiving a navigation instruction from the operator via the input device (Yes in S2005), the
[0061]
Next, the three-dimensional image data conversion process (S2002 in FIG. 5) by the surgical unit three-dimensional
[0062]
For the three-dimensional image data processing, the technology of the existing surgery support system described in the conventional technology can be used.
[0063]
For example, the patient is placed on the operating table 5, and the operative site is fixed with the fixing frame 6. At this time, at least one set of markers is installed on the operative site or the fixed frame 6. Then, the operating table 5 is moved to a predetermined position on the
[0064]
Next, an area / route setting process performed by the area /
[0065]
FIG. 6 is a flowchart for explaining the area / route setting processing by the area /
[0066]
First, the area /
[0067]
If the selection result received in S3001 is new registration (Yes in S3002), the area /
[0068]
Next, the area /
[0069]
When the three-dimensional image display data and the tomographic image display data of the operative part are generated as described above, the region /
[0070]
When an instruction to set the reference point at the designated position is received from the input device via the instruction receiving unit 104 (Yes in S3006), the area /
[0071]
In step S3008, the area /
[0072]
By the above processing, the path to the operative site can be specified by the line formed by connecting the designated positions stored in the area /
[0073]
FIG. 7 shows an example of a new registration area / route setting screen displayed on the display device connected to the surgery support apparatus 1 by the processing in S3003 to S3008 shown in FIG.
[0074]
7,
[0075]
Here, when the operator operates the
[0076]
When the operator operates the
[0077]
When the operator operates the
[0078]
Returning to FIG. 6, the description will be continued.
[0079]
If the selection result received in S3001 is update registration (No in S3002), the area /
[0080]
First, the region /
[0081]
Next, the area /
[0082]
After generating the three-dimensional image display data and the tomographic image display data as described above, the region /
[0083]
If an instruction to change any of the designated positions to the position of the reference point is received from the input device via the instruction receiving unit 104 (Yes in S3012), the area /
[0084]
In step S3014, the area /
[0085]
FIG. 8 shows an example of an update registration area / route setting screen displayed on the display device connected to the surgery support apparatus 1 by the processing in S3009 to S3014 shown in FIG.
[0086]
The difference between the example of the area / route setting screen for update registration shown in FIG. 8 and the example of the area / route setting screen for new registration shown in FIG. The point is that a
[0087]
The designated
[0088]
The
[0089]
Next, navigation processing by the
[0090]
FIG. 9 is a flowchart for explaining the navigation processing by the
[0091]
First, the
[0092]
In the present embodiment, the three-dimensional motion measuring device 4 measures the position of the instrument using the same three-dimensional coordinate system as the three-dimensional coordinate system used for capturing the tomographic image by the
[0093]
By the way, if the
[0094]
Next, the
[0095]
As described above, the
[0096]
Next, the
[0097]
To determine whether the device position is likely to deviate from the route, monitor the device position and the distance between the routes, and if the distance exceeds a predetermined value, determine that the possibility of deviating from the route is high. Just fine. For example, if the shortest distance between the instrument position and the path (the length of a perpendicular drawn from the instrument position toward the path) is longer than a predetermined margin (for example, a margin set by an operator), the path may deviate from the path. You only need to judge that it is high.
[0098]
In addition, whether or not the appliance position is likely to deviate from the region is determined by monitoring the distance between the appliance position and the boundary of the region, and when the distance is within a predetermined value, there is a possibility that the appliance position may deviate from the region. You only need to judge that it is high. For example, assuming that the tool position is within the region, the shortest distance between the tool position and the boundary of the region (the length of the perpendicular drawn from the tool position toward the boundary of the region) is determined by a predetermined margin (for example, by the surgeon). If it is shorter than the (set margin), it may be determined that there is a high possibility of deviating from the area.
[0099]
When the
[0100]
In step S4007, the
[0101]
Through the above processing, navigation of the operation of the master / slave robotic surgery system 2 by the operator so that the surgery is performed along the route stored in the region /
[0102]
FIG. 10 shows an example of a navigation screen displayed on the display device connected to the surgery support apparatus 1 by the processing shown in FIG.
[0103]
In the example of the navigation screen shown in FIG. 10, unlike the example of the area / route setting screen for new registration shown in FIG. 7, the
[0104]
Next, a flow of processing when performing surgery using the surgery support system of the present embodiment will be described.
[0105]
FIG. 11 is a diagram for explaining the flow of processing when performing surgery using the surgery support system of the present embodiment.
[0106]
(1) Preparation for surgery (S5101)
(1-1) Three-dimensional image data generation of an operation part (S5001)
The surgeon places the patient on the operating table 5, and fixes the operation site with the fixing frame 6. At this time, at least one set of markers is installed on the operative site or the fixed frame 6. Then, the operating table 5 is moved to a predetermined position of the
[0107]
(1-2) Setting of an area and a route for an operation part (S5002)
The surgeon inputs an area / route setting instruction to the surgery support apparatus 1 via an input device connected to the surgery support apparatus 1, and further inputs a new registration instruction. In response to this, the area /
[0108]
(2) Surgery (S5102)
(2-1) Generation of three-dimensional image data of the surgical site (S5003)
Three-dimensional image data of the operative site is generated in the same manner as in S5001. This is in consideration of the possibility that the state of the operative portion may change between the preparatory stage of the operation and immediately before the operation depending on the physical condition of the patient. Thereby, the three-dimensional image data of the surgical part stored in the surgical part three-dimensional
[0109]
(2-2) Correction of the region / path for the surgical site (S5004)
The surgeon inputs an area / route setting instruction to the surgery support apparatus 1 via an input device connected to the surgery support apparatus 1, and further inputs an update registration instruction. In response to this, the area /
[0110]
(2-2) Navigation of operation (S5005)
The operator moves the operating table 5 on which the patient is placed from the
[0111]
Next, the operator inputs a navigation instruction to the surgery support apparatus 1 via an input device connected to the surgery support apparatus 1. In addition, measurement of the position of the appliance is started by the three-dimensional motion measurement device 4, and the measurement result is transmitted from the three-dimensional motion measurement device 4 to the
[0112]
Here, for example, when the operation is performed for a long time, the above-described steps S5003 to S5004 may be repeated to cope with a change in the state of the operation part (S5006).
[0113]
Hereinabove, one embodiment of the present invention has been described.
[0114]
According to the surgery support system of the present embodiment, with the above-described configuration, the surgeon can determine via the navigation screen (see FIG. 10) whether there is an instrument position in an area set by the surgeon or on the route. You can check. Further, the position of the instrument can be visually grasped from both the tomographic image and the three-dimensional image of the surgical site on the navigation screen.
[0115]
In addition, the
[0116]
Further, according to the surgery support system of the present embodiment, with the above configuration, the operator can set an area or a path for the operative site via the area / path setting screen (see FIGS. 7 and 8). The designated position can be visually grasped from both the tomographic image and the three-dimensional image of the operative site. This facilitates confirmation of the designated position.
[0117]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible within the scope of the gist.
[0118]
For example, in the above embodiment, the
[0119]
Here, the
[0120]
For example, in the surgery support apparatus 1, the
[0121]
Alternatively, the distance between the preset boundary of the region and the position of the device is classified into three levels. Then, assuming that the tool position is within the area, if the distance between the boundary and the tool position is classified into an intermediate level, it is determined that the possibility of departure is “high” and is classified into the shortest level. If so, it is judged that the possibility of departure is "very high". Then, a notification signal corresponding to the result of the determination is generated. If the distance between the route and the device position is classified as the longest level, it is determined that the possibility that the device position deviates from the route is low, and in this case, no notification signal is generated.
[0122]
Further, in the master-slave type robot surgery system 2, when the
[0123]
When the level indicated by the notification signal corresponding to the operation restriction signal received from the
[0124]
In other words, the position (or position and orientation) of the surgical instrument represented by the operation signal generated by the operation
[0125]
On the other hand, when the level indicated by the notification signal corresponding to the operation restriction signal received from the
[0126]
Further, in the above embodiment, the surgery support apparatus 1 determines whether or not the instrument position measured by the three-dimensional motion measuring apparatus 4 is likely to deviate from a preset area or route. . However, the present invention is not limited to this.
[0127]
Hereinafter, a first modified example of the above embodiment will be described.
[0128]
In the first modified example, the surgery support apparatus 1 first transmits information on an area or a route set by the operator to the master-slave type robot surgery system 2 during the navigation processing. Then, the information on the instrument position measured by the three-dimensional motion measuring device 4 is transferred to the master / slave type robot surgery system 2. On the other hand, the
[0129]
FIG. 12 is a schematic diagram of the
[0130]
As shown in FIG. 12, the
[0131]
The
[0132]
The area /
[0133]
The operation restriction
[0134]
FIG. 13 is a flowchart illustrating a navigation process performed by the
[0135]
First, the
[0136]
Next, the
[0137]
Next, in S6002, the
[0138]
Then, the
[0139]
FIG. 14 is a flowchart for explaining the operation of
[0140]
In FIG. 14, the operation restriction
[0141]
If an operation signal is received in S7002, the control
[0142]
Also, in S7001, when the information on the appliance position is received, the operation restriction
[0143]
When the operation restriction
[0144]
In the
[0145]
Further, in the above-described embodiment, the operation support device 1 may have the function of the
[0146]
In the above-described embodiment, as an area setting method in the area / path setting processing shown in S2004 of FIG. 5, a reference point is stored and connected to form a path, and an area including the maximum and minimum values of XYZ of the path is set. (See FIG. 6). However, the present invention is not limited to this. The following describes another area setting method in the area / route setting processing shown in S2004 of FIG.
[0147]
First, the area /
[0148]
In the area / route setting screen shown in FIG. 18, on the right side, an “area designation”
[0149]
When the double-click is performed on the
[0150]
The above series of processing will be described with reference to FIG. First, if an area / path setting screen as shown in FIG. 18 is displayed on the display device connected to the surgery support apparatus 1, the area /
[0151]
If not, the area /
[0152]
On the other hand, when either the “region designation”
[0153]
When double-clicking on any one of the XYZ
[0154]
Next, the area /
[0155]
Next, details of the point setting process will be described.
[0156]
First, a description will be given of a point setting process in a case where an area is set (a case where the “area designation”
[0157]
In the region setting, a region of a target operation part (affected part) is set, and then an operation region up to the operation part is set. As an example, the removal of a tumor will be described as an example.
[0158]
The reference point is set in advance so that the tumor to be removed can be seen on the three
[0159]
The tumor contour is imaged such that the contrast is different from the surroundings (in a form in which the tumor contour can be distinguished from the surroundings). In the three-
[0160]
When the setting of the plane area (first plane area) on the enlarged and displayed cross-sectional image is completed, the operator double-clicks the enlarged image to return to the reduced screen display.
[0161]
In the area / path setting screen as shown in FIG. 18, the plane area set earlier is displayed as a plane area that follows the edge of a tumor in one cross-sectional image, and as a straight line in the other two cross-sectional images. Double-click one of the remaining two cross-sectional images to enlarge and display it, and set the second plane area by pointing the outline of the surgical site in the same manner as the first plane area . The third plane area is set similarly. As a result, the operative area is represented as a plane area in each of the three
[0162]
When the plane area is set in each of the three
[0163]
In FIG. 20A, the
[0164]
When the operation section area (three-dimensional area) is set as described above, the area /
[0165]
Note that the set operative section area or plane area is set using a “point move”
[0166]
After the operation section area is set as described above, the area /
[0167]
The region /
[0168]
At this time, the operator overlaps a part of the
[0169]
Then, when both the operative region and the operation region up to the operative site are set, the region /
[0170]
In the actual operation, when starting the treatment operation, the treatment tool is set after setting the surgical tool position of the
[0171]
Next, a description will be given of a point setting process in the case of setting a route (when the “route designation”
[0172]
The path setting is used, for example, when the operation range is too wide in a space area, when performing a treatment along a blood vessel, or when specifying a path to irradiate a laser or the like while avoiding normal tissue. As a specific example, a case will be described in which, after a tumor in the previously set operation area is excised, a residual tumor is found on the boundary of the area, and a laser is applied to this.
[0173]
In this case, the operating area of the surgical tool takes over the previously set area as it is, and further sets a trajectory for laser irradiation within the area. In the area / path setting screen as shown in FIG. 18, when a position is designated by the operator with the
[0174]
In the above-described embodiment, the
[0175]
In the above-described embodiment, the input direction of the operation unit is decomposed, and components that deviate from a path or a route that exceeds a set boundary are canceled to limit the movable range of the operation. However, the control for limiting the movable range may be performed not only by the
[0176]
In the above embodiment, the case where the master / slave type robotic surgery system 2 is used as a surgical instrument has been described as an example. However, the present invention can be similarly applied to ordinary surgical instruments other than the master-slave type robot surgical system 2. In this case, as a control for warning, the surgery support apparatus 1 may output a warning sound from a speaker, for example, to warn the operator that the instrument position is likely to deviate from the area or the route.
[0177]
Further, in the above-described embodiment, an example in which an MRI apparatus is used as an apparatus for capturing a tomographic image of an operation site has been described. However, the present invention is not limited to this. Using a CT (Computer Tomography) device or a PET (Position Emission Tomography) device or other medical imaging device (medical image modality), a tomographic image of the operative site is captured, and the tomographic image data is taken into the surgery support device. Good.
[0178]
In addition, the present invention can be similarly applied to a support system that supports not only surgery but also various medical actions (for example, an action of collecting cells or the like from a patient).
[0179]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to confirm whether or not the position of a medical device with respect to a medical practice target portion is within a predetermined range or on a predetermined route for a medical procedure such as an operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a surgery support system to which an embodiment of the present invention has been applied.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the surgery support device 1.
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the surgery support device 1.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an area / route setting process performed by an area / route setting unit;
FIG. 7 is a view showing an example of a new registration area / route setting screen displayed on a display device connected to the surgery support apparatus 1.
8 is a diagram showing an example of an update registration area / route setting screen displayed on a display device connected to the surgery support apparatus 1. FIG.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a navigation process performed by a navigation processing unit.
FIG. 10 is a diagram showing an example of a navigation screen displayed on a display device connected to the surgery support device 1.
11 is a diagram for explaining a flow of a process when performing a surgery using the surgery support system shown in FIG. 1;
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a
FIG. 13 is a flowchart for explaining navigation processing by the
FIG. 14 is a flowchart for explaining the operation of the control device shown in FIG. 12;
FIG. 15 is a schematic diagram showing a second modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a view for explaining the movement of the surgical instrument according to the embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a view for explaining the relationship between the operation area of the surgical instrument and the operation force required for operation in one embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of an area / route setting screen displayed on a display device connected to the surgery support apparatus 1.
FIG. 19 is a flowchart for explaining another area setting method in the area / path setting processing shown in S2004 of FIG. 5;
FIG. 20 is a diagram for explaining an operation region specified by three plane regions set via the screen shown in FIG. 18;
FIG. 21 is a diagram showing an example of an area / route setting screen displayed on a display device connected to the surgery support apparatus 1.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Surgery support apparatus, 1a ... Surgery support apparatus, 2 ... Master / slave type robot surgery system, 3 ... MRI apparatus, 4 ... Three-dimensional measuring apparatus, 5 ... Surgical table, 6 ... Fixed frame, 21 ... Control device, 22 ... Slave manipulator, 23 ... Master manipulator, 101 ... MRI device IF unit, 102 ... Three-dimensional measurement device IF unit, 103 ... Master / slave type robotic surgery system IF unit, 104 ... Instruction receiving unit, 105 ... Display control unit, 106 ... Operative part three-dimensional information generation part, 107 operative part three-dimensional information storage part, 108 area / route setting part, 109 area / route storage part, 110 navigation processing part, 110a navigation processing part, 132 slave Control signal IF section on manipulator side, 132 ... Control signal IF section on master manipulator side, 211 ... Master manipulator IF section, 212 ... Surgery support apparatus IF section, 213 ... Slave manipulator IF section, 214 ... Main control section, 214a ... Main control section, 231 ... Control apparatus IF section, 232 ... Operation section, 233 ... Operation signal generation section, 234 ... operation control unit, 2141 ... control signal generation unit, 2142 ... area / path storage unit, 2143 ... operation restriction signal generation unit, 2143a ... operation restriction signal generation unit
Claims (13)
操作者より前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される医療対象部に対する領域または経路の設定を受け付ける領域・経路設定手段と、
医療器具の前記医療対象部に対する位置情報を入手する位置情報入手手段と、前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される前記医療対象部の画像を、前記位置情報入手手段で入手した位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置と共に表示するための画像情報を生成する画像情報生成手段と、
前記位置情報入手手段で入手した位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置と前記領域・経路設定手段で設定された領域の境界または経路との距離を監視し、その距離に応じて警告のための制御を行う警告制御手段と、を有すること
を特徴とする医療行為支援装置。Medical target information storage means for storing three-dimensional information of the medical target unit;
An area / path setting means for receiving a setting of an area or a path for a medical target part specified by three-dimensional information stored in the medical target information storage means from an operator;
A position information obtaining unit that obtains position information of the medical device with respect to the medical target unit, and an image of the medical target unit specified by the three-dimensional information stored in the medical target information storage unit; Image information generating means for generating image information for displaying together with the position of the medical device with respect to the medical target portion specified by the position information obtained in,
The distance between the position of the medical device specified by the position information obtained by the position information obtaining means with respect to the medical target portion and the boundary or path of the area set by the area / path setting means is monitored. And a warning control unit for performing a control for a warning in response to the request.
前記医療器具は、マスタ・スレーブ型ロボット手術システムであり、
前記警告制御手段は、前記警告のための制御として前記ロボット手術システムに、マスタマニピュレータの可動範囲を制限するための通知信号を送信すること
を特徴とする医療行為支援装置。The medical practice support device according to claim 1,
The medical device is a master-slave type robotic surgery system,
The medical action support device, wherein the warning control unit transmits a notification signal for limiting a movable range of a master manipulator to the robot surgery system as control for the warning.
前記領域・経路設定手段は、
操作者より、前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される医療対象部に対する位置の指定を、前記医療対象部に対する領域あるいは経路を定める指定位置の1つとして受け付ける指定受付手段と、
前記指定受付手段で受け付けた指定位置を含む平面で、前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される医療対象部を、切断することにより得られる断面図を表示するための断面画像情報を生成する断面画像情報生成手段と、
前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される前記医療対象部の3次元画像を、前記指定受付手段で受け付けた複数の指定位置により特定される領域あるいは経路と共に表示するための3次元画像情報を生成する3次元画像情報生成手段と、を有すること
を特徴とする医療行為支援装置。The medical practice support device according to claim 1 or 2,
The area / route setting means,
A designation reception for accepting a designation of a position with respect to a medical target portion specified by three-dimensional information stored in the medical target information storage means as one of designated positions for defining an area or a route for the medical target portion from an operator. Means,
A cross-sectional view obtained by cutting the medical target portion specified by the three-dimensional information stored in the medical target information storage means on a plane including the specified position received by the specification receiving means. Cross-sectional image information generating means for generating cross-sectional image information,
To display a three-dimensional image of the medical target part specified by the three-dimensional information stored in the medical target information storage means, together with an area or a path specified by a plurality of designated positions received by the specification receiving means. And a three-dimensional image information generating means for generating the three-dimensional image information.
前記領域・経路設定手段は、
前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される医療対象部を、切断することにより得られる複数の断面図を表示するための断面画像情報を生成する断面画像情報生成手段と、
操作者より、前記断面画像情報生成手段によって生成された断面画像情報が表す複数の断面画像各々での領域の指定を受け付ける指定受付手段と、を有し、
前記指定受付手段により前記複数の断面画像各々に対して指定された領域に基づいて、前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される医療対象部に対する領域を決定すること
を特徴とする医療行為支援装置。The medical practice support device according to claim 1 or 2,
The area / route setting means,
Cross-sectional image information generating means for generating cross-sectional image information for displaying a plurality of cross-sectional views obtained by cutting a medical target portion specified by three-dimensional information stored in the medical target information storage means; ,
From an operator, designation designation receiving means for accepting designation of an area in each of the plurality of cross-sectional images represented by the cross-sectional image information generated by the cross-sectional image information generating means,
Determining a region for a medical target portion specified by the three-dimensional information stored in the medical target information storage unit based on the region specified for each of the plurality of cross-sectional images by the specification receiving unit; Characteristic medical practice support device.
前記医療対象情報記憶手段には、
医療対象部に対する領域が前記医療対象部に対する他の部分から識別可能な形態で、前記医療対象部の3次元情報が記憶されており、
前記領域・経路設定手段は、
前記断面画像に対して指定された領域の輪郭上の点の位置を、当該断面画像における前記医療対象部に対する他の部分から識別可能な領域の輪郭上の点の位置に移動させることで、前記指定された領域を修正すること
を特徴とする医療行為支援装置。The medical practice support device according to claim 4, wherein
In the medical target information storage means,
The three-dimensional information of the medical target unit is stored in a form in which an area for the medical target unit can be identified from other parts of the medical target unit,
The area / route setting means,
By moving the position of a point on the contour of the region specified for the cross-sectional image to the position of a point on the contour of the region that can be identified from another portion of the cross-sectional image with respect to the medical target portion, A medical practice support device characterized by correcting a specified area.
前記画像情報生成手段は、
前記位置情報入手手段で入手した位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置を含む平面で、前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される医療対象部を、切断することにより得られる断面図を表示するための断面画像情報を生成する断面画像情報生成手段と、
前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される前記医療対象部の3次元画像を、前記位置情報入手手段で入手した位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置および前記領域・経路設定手段で設定された前記医療対象部に対する領域あるいは経路と共に表示するための3次元画像情報を生成する3次元画像情報生成手段と、を有すること
を特徴とする医療行為支援装置。The medical practice support device according to claim 1 or 2,
The image information generating means,
A medical object part specified by three-dimensional information stored in the medical object information storage means, on a plane including a position of the medical instrument specified by the position information obtained by the position information obtaining means with respect to the medical object part; A cross-sectional image information generating means for generating cross-sectional image information for displaying a cross-sectional view obtained by cutting,
The three-dimensional image of the medical target part specified by the three-dimensional information stored in the medical target information storage means, the medical target part of the medical instrument specified by the position information obtained by the position information obtaining means And a three-dimensional image information generating means for generating three-dimensional image information to be displayed together with the position or the area and the path for the medical target portion set by the area / path setting means. Support device.
前記医療対象部を画像化する医療用画像化装置から前記医療対象部の断層画像情報を取り込む画像情報取込み手段と、
前記画像情報取込み手段で複数取り込んだ断層画像情報に基づいて、前記医療対象部の3次元情報を生成する医療対象情報生成手段と、をさらに有すること
を特徴とする医療行為支援装置。The medical practice support device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6,
An image information capturing unit that captures tomographic image information of the medical target unit from a medical imaging device that images the medical target unit,
A medical target information generating unit configured to generate three-dimensional information of the medical target unit based on a plurality of tomographic image information captured by the image information capturing unit.
前記位置情報入力手段は、前記医療器具に取り付けられたマーカをカメラあるいはセンサで検出することで前記医療器具の前記医療対象部に対する位置を計測する3次元運動計測装置から前記位置情報を入手すること
を特徴とする医療行為支援装置。The medical practice support device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7,
The position information input unit obtains the position information from a three-dimensional motion measurement device that measures a position of the medical device with respect to the medical target unit by detecting a marker attached to the medical device with a camera or a sensor. A medical practice support device characterized by the following.
前記通知信号受信手段が前記通知信号を受信している場合、マスタマニピュレータの可動範囲を制限する可動制御手段と、を有すること
を特徴とするマスタ・スレーブ型ロボット手術システム。Notification signal receiving means for receiving the notification signal transmitted from the medical practice support apparatus according to claim 2,
A master / slave type robotic surgery system, comprising: a movable control unit configured to limit a movable range of a master manipulator when the notification signal receiving unit receives the notification signal.
医療器具の前記医療対象部に対する位置情報を入手する位置情報入手手段と、
前記位置情報入手手段で入手した位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置と前記領域・経路記憶手段に記憶されている領域の境界または経路との距離を監視し、その距離に応じてマスタマニピュレータの可動範囲を制限する可動制御手段と、を有すること
を特徴とするマスタ・スレーブ型ロボット手術システム。An area / path storage means for storing information on an area or a path for the medical target unit;
Position information obtaining means for obtaining position information for the medical target part of the medical device,
The distance between the position of the medical device specified by the position information obtained by the position information obtaining unit with respect to the medical target unit and the boundary or path of the area stored in the area / path storage unit is monitored. And a movable control means for restricting a movable range of the master manipulator according to the condition.
前記可動制御手段は、
前記マスタマニピュレータに入力された操作力から操作がなされたとみなす閾値を変化させて、操作入力に必要な力の最小値を大きくすると共に、入力された操作力から操作がなされたとみなされたときに、前記マスタマニピュレータの動作速度の最大値を小さくして、入力された操作力を各軸方向の成分に分解し、動作範囲を超えてしまう成分のみキャンセルして、前記マスタマニピュレータの可動範囲を制限すること
を特徴とするマスタ・スレーブ型ロボット手術システム。The master / slave type robot surgery system according to claim 9 or 10,
The movable control means,
By changing a threshold value that is considered to have been operated from the operation force input to the master manipulator, and increasing the minimum value of the force required for the operation input, when it is considered that the operation was performed from the input operation force By reducing the maximum value of the operation speed of the master manipulator, the input operating force is decomposed into components in the respective axial directions, and only the components exceeding the operation range are canceled to limit the movable range of the master manipulator. Master / slave type robotic surgery system
操作者より前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される医療対象部に対する領域または経路の設定を受け付ける領域・経路設定手段と、
医療器具の前記医療対象部に対する位置情報を入手する位置情報入手手段と、
前記医療対象情報記憶手段に記憶されている3次元情報により特定される前記医療対象部の画像を、前記位置情報入手手段で入手した位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置と共に表示するための画像情報を生成する画像情報生成手段と、
前記位置情報入手手段で入手した位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置と前記領域・経路設定手段で設定された領域の境界または経路との距離を監視し、その距離に応じてマスタ・スレーブ型ロボット手術システムのマスタマニピュレータの可動範囲を制限する可動制御手段と、を有すること
を特徴とする医療行為支援装置。Medical target information storage means for storing three-dimensional information of the medical target unit;
An area / path setting means for receiving a setting of an area or a path for a medical target part specified by three-dimensional information stored in the medical target information storage means from an operator;
Position information obtaining means for obtaining position information for the medical target part of the medical device,
The image of the medical target portion specified by the three-dimensional information stored in the medical target information storage means is the position of the medical device with respect to the medical target part specified by the position information obtained by the position information obtaining means. Image information generating means for generating image information to be displayed together with,
The distance between the position of the medical device specified by the position information obtained by the position information obtaining means with respect to the medical target portion and the boundary or path of the area set by the area / path setting means is monitored. And a movable control means for restricting a movable range of the master manipulator of the master / slave type robotic surgery system in response to the request.
前記コンピュータは、
GUI(Graphical User Interface)を介して、操作者より、前記コンピュータに記憶されている3次元情報により特定される医療対象部に対する領域または経路の設定を受け付ける領域・経路設定ステップと、
3次元運動計測装置から医療器具の前記医療対象部に対する位置情報を入手する位置情報入手ステップと、
GUIを介して、操作者に、前記3次元情報により特定される前記医療対象部の画像を、入手した前記位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置と共に表示する表示ステップと、
入手した前記位置情報により特定される前記医療器具の前記医療対象部に対する位置と前記設定された領域の境界または経路との距離を監視し、その距離に応じて警告のための制御を行う警告制御ステップと、を行なうこと
を特徴とする医療行為支援方法。A computer-aided medical practice support method,
The computer is
An area / path setting step of receiving setting of an area or a path for a medical target portion specified by three-dimensional information stored in the computer from an operator via a GUI (Graphical User Interface);
A position information obtaining step of obtaining position information of the medical device with respect to the medical target unit from the three-dimensional motion measuring device;
Displaying, via a GUI, an operator with an image of the medical target portion specified by the three-dimensional information, together with a position of the medical device specified by the obtained position information with respect to the medical target portion; ,
Warning control for monitoring the distance between the position of the medical device specified by the obtained position information with respect to the medical target portion and the boundary or path of the set area, and performing control for warning according to the distance And a step for performing a medical practice support method.
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