JP2012019964A

JP2012019964A - 医用情報提示装置

Info

Publication number: JP2012019964A
Application number: JP2010160220A
Authority: JP
Inventors: Kyoko Sato; 恭子佐藤; Yasuta Aoyanagi; 康太青柳
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-02-02

Abstract

【課題】術経路の３次元モデル上での直感的な把握を促す医用情報提示装置を提供する。
【解決手段】位置指定機器、第１処理部、第２処理部、及び、表示部を有する。位置指定機器は、把持可能に構成され、空間的に位置関係または方向の少なくとも一方を検出する。第１処理部は、位置指定機器の検出結果に基づいて、３次元立体モデル表面の投入位置を求める。第２処理部は、第１処理部により求められた投入位置から３次元立体モデル内部に設けられた目標位置までの術経路を求める。表示部は、術経路を表示する。
【選択図】図１

Description

この発明は、医用画像診断装置によって取得された対象物の３次元画像データに対応して形成された３次元立体モデルを用いて、手術を支援する医用情報提示装置に関する。

３次元立体モデル（以下、「ＲＰモデル」という。）は、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲ装置、または、陽電子断層撮影装置（ＰＥＴ）などの医用画像診断装置で撮像された医用画像(形体画像及び機能画像)から作成される。

従来の医用情報提示装置は、例えば、脳外科手術の術前計画において、ＲＰモデルを用いて開頭位置やメスの投入方向を確認するなど、術計画を支援するものであり、医用画像診断装置で取得された形状情報及び機能情報から回避すべき領域を抽出し、その回避すべき領域を迂回した術経路を算出するとともに、ＲＰモデル上で術経路を確認する際に３次元的な位置をより直感的に把握することを可能とするために使用される。

術前計画において術経路を提示する技術として、画像上で指定した手術開始点と終了点から手術経路を算出し、算出した経路を画像上に重畳させモニター上で表示する技術（例えば、特許文献１）、３次元位置検出装置を用いて術前に行った手術シミュレーションで決定した手術領域や手術経路情報を実際の手術のデータと比較表示するとともに、術中も必要に応じてシミュレーションを行い手術ガイド情報として術具の位置及び姿勢を示す画像をモニターに表示する技術（例えば、特許文献２）がある。

特開２００９−２２６０７２号公報特開２００８−１７３１５９号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された手術支援方法では、モニターを使用して画像上で術経路を確認できるが、モニターとＲＰモデルを交互に確認する必要がある。患者の医用画像を基にＲＰモデルを作成し断面画像を用いて術経路を確認できたとしても、ＲＰモデルを使ってその術経路の３次元的な位置関係を把握することは難しく、術計画に時間を要する。

この実施形態は、上記の問題を解決するものであり、ＲＰモデルとモニター間の頻繁な視線移動を要することなしに、ＲＰモデル上で操作しながら術経路を提示し、術経路の３次元モデル上での直感的な把握を促すことが可能な医用情報提示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、この実施形態は、位置指定機器、第１処理部、第２処理部、及び、表示部を有する。位置指定機器は、把持可能に構成され、空間的に位置関係または方向の少なくとも一方を検出する。第１処理部は、位置指定機器の検出結果に基づいて、３次元立体モデル表面の投入位置を求める。第２処理部は、第１処理部により求められた投入位置から３次元立体モデル内部に設けられた目標位置までの術経路を求める。表示部は、術経路を表示する。

この実施形態に係る医用情報提示装置の構成図である。ＲＰモデル上を指し示したポインティングデバイスを示す斜視図である。誘導画像を提示する一例を示す図である。画像の読込から術経路及び経路方向を提示するまでの処理を示すフローチャートである。術経路を算出する処理を示すフローチャートである。断面画像の画像座標系を示す概念図である。センサー座標系を示す概念図である。術経路を算出する方法の概念図である。分離面を正面から見たときの概念図である。誘導画像を提示する他の例を示す図である。経路方向提示部の一例を示す図である。経路方向提示部の他の例を示す図である。誘導情報を提示する一例を示す図である。誘導情報を提示する他の例を示す図である。

医用情報提示装置の実施形態について、各図を参照して説明する。この実施形態に係る医用情報提示装置は、ＲＰモデルを用いて手術を支援するものである。ＲＰモデルは、医用画像診断装置によって取得された対象物の３次元画像データに対応して形成される。

この実施形態に係る医用情報提示装置の説明においては、先ず、ＲＰモデルを作成する手順について説明し、続いて、ＲＰモデルの位置合わせについて説明し、最後に、ＰＲモデルを用いて術経路及び誘導情報を提示する手順について説明する。なお、以下の説明において、術経路及び誘導情報をまとめて、「術経路等」という場合がある。

〈ＲＰモデルの作成〉
先ず、ＲＰモデルを作成する手順について、図１〜図７を参照して説明する。図１は医用情報提示装置の構成図、図２はＲＰモデル上を指し示したポインティングデバイスを示す斜視図、図３は誘導画像を提示する一例を示す図、図４は、画像の読込から術経路等を提示するまでの処理を示すフローチャート、図５は術経路を算出する処理を示すフローチャートである。ここで、ポインティングデバイスとは、ペン型、筒状形、又は、軸状形に形成され、両端を有し、ユーザにより直接的に又は間接的に操縦されるものである。例えば、ポインティングデバイスは、その先端でＲＰモデル上の位置を指し示すようにして用いられる。ポインティングデバイスがこの発明の「位置指定機器」の一例である。

ＲＰモデルを作成する手順を、図４に示すフローチャートのＳ１０１〜Ｓ１０７に示す。

（Ｓ１０１）
医用画像読込み部２１は、スクリーニングや検査にて術前にＣＴやＭＲで撮影された形体画像、及び、ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＭＲＩ像やＴｒａｃｔｏｇｒａｐｈｙなどの機能画像を読み込む。

（Ｓ１０２）
ボリュームデータ（ＶｏｌｕｍｅＤａｔａ）作成部２２では、医用画像読込み部２１に入力された形体画像と機能画像の位置合わせを行い、位置合わせされた形体画像と機能画像のそれぞれを任意大きさのボクセルに分割しボリュームデータを作成する。位置合わせは、両画像上の同じ形状を持つ領域を特徴領域として抽出して方向を合わせ込む既存の方法を用いる。ボリュームデータ作成は、画像の解像度を維持するために画像撮像時のピクセルサイズと同じ大きさでボクセルサイズを決める方法を基本とするが、ＲＰモデル作成時に使用する３Ｄ造形プリンターの解像度に合わせてボクセルサイズを決めても良い。

（Ｓ１０３）
領域抽出部２３は、ボリュームデータ作成部２２にて作成された形体画像に対するボリュームデータから腫瘍、血管、臓器、その他形状領域を抽出し、ボリュームデータ作成部２２にて作成された機能画像に対するボリュームデータから言語野や運動野などの領域を抽出する。ここでは、シェーデットボリュームレンダリング（ＳｈａｄｅｄＶｏｌｕｍｅＲｅｎｄｅｒｉｎｇ）画像（以下、「ＳＶＲ画像」という。）を作成、ボリュームデータに対する従来のセグメンテーション（Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）方法にて各領域を抽出することを想定している。位置合わせされたスライス画像に対して、従来の閾値を使用した領域抽出方法を用いて処理を行っても良い。

（Ｓ１０４）
パラメータ入力部１０のキャリブレーション用ポイント（Ｐｏｉｎｔ）指定部１１は、ボリュームデータ上でマーカーポイントを指定する。マーカーポイントは、ＲＰモデルの座標系とセンサー座標系（位置計測空間の座標系）とのキャリブレーションをする際に用いられる。ＲＰモデルの座標系とセンサー座標系とのキャリブレーションの詳細については後述する。

ＰＲモデルは、実空間の設置面に設置される。実空間には、トランスミッタ（磁気発生装置）から発生される磁気を検出する装置として一般的な磁気センサーが設けられている。このトランスミッタを基にしてセンサー座標系が設定される。ここで、設置面は、高さ方向をＺ軸方向とすれば、Ｚ軸上の値が一定の水平面となっている。なお、この実施形態の説明では、トランスミッタ、及び、その磁気を検出する磁気センサーを共にセンサーという場合がある。

ＲＰモデルには、マーカーポイントが設けられている。マーカーポイントにトランスミッタが用いられる。センサー座標系の座標軸（ｘ軸、ｙ軸）に対し、対象物体（ＲＰモデル）を置く方向を決める。次に、設置面に相当する断面内で、センサー座標系の座標軸（ｘ軸、ｙ軸）と平行な直線（ｘａ軸、ｙａ軸）と対象物体輪郭との交点を４点求める。図７に示す４点（ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２）がマーカーポイントの一例である。この４点からセンサー座標系の座標軸（ｘ軸、ｙ軸）を決めことができる。

（Ｓ１０５）
パラメータ入力部１０のセンサー位置指定部１２は、領域抽出部２３にて抽出された形状領域のうち手術の対象となる部分(腫瘍領域など)を、センサーＳａを埋めこむ領域として指定する。このセンサーＳａには磁気センサーが用いられる。埋めこむセンサーＳａの大きさによってセンサー領域を変動させ、ラベリング処理／補正部２４にて処理の対象とする。センサー領域が手術の対象領域よりも大きい場合は、はみ出した領域を無効とし、領域抽出部２３にて抽出された領域と置き換える補正を行う。このセンサーＳａを埋め込む領域がこの発明の「目標位置」の一例である。目標位置は、センサーＳａが埋め込まれた位置を検出することにより求めることができるし、ラベリング処理によって特定のラベリング値が割り当てられる領域として求めることができる。

（Ｓ１０６）
ラベリング処理／補正部２４は、領域抽出部２３で抽出された各形状領域と各機能領域、キャリブレーション用ポイント指定部１１で指定されたマーカーポイント(４点)、及びセンサー位置指定部１２にて指定されたセンサー領域に対し、領域ごとに番号を割り振っていく。

例えば、血管領域(形状領域)は１、腫瘍領域(形状領域)は２、正常領域(形状領域)は３、言語野領域(機能領域)は４、運動野領域(機能領域)は５、マーカーポイント領域は６、センサー領域は７などの様に、重複しない番号を設定する。各領域内は全て同じ値が割り振られるものとする。同一位置においては、形状領域のラベリング値「１〜３」と、機能領域「４、５」のラベリング値との異なるラベリング値がそれぞれ割り振られる場合がある。

同一位置の各ラベリング値を加算した場合に、形状領域のラベリング「３」、機能領域のラベリング値「４」というように、1つの領域内で異なるラベリング値を示す部分を重畳領域として抽出し、新たなラベリング値、例えば、「８」を設定するなどの補正処理を行う。次に、ラベリング値ごとにカラーを指定しカラー画像としてラベリング画像を作成し、その画像上でラベリング結果を確認するとともに、その他領域の修正や補正を行う。

色付け領域／回避領域設定部２５は、ＲＰモデル化しない領域の削除、各領域の色を設定する。正常な組織に該当する領域の色として必ず透明を設定し、その他の領域はユーザが任意カラーを指定しても良い。また、術経路として含めたくない領域を回避領域として設定する。ボリュームデータ上で対象となる領域を３次元領域(例えば、ユーザが指定したある点から指定された距離で計算される楕円領域)として設定し、その内部に存在する領域のラベリング番号で回避領域を指定する。

（Ｓ１０７）
ＲＰデータ作成部３１は、色付け領域設定部２５にて色が指定された各画像のラベリング領域を用いてＲＰ作成用のデータを作成する。ここで、「ＲＰ作成用のデータとを作成する」とは、ＲＰモデル作成部４１で使用する３次元造形プリンターのサポートするデータ形式に変換することを意味する。データ変換の方法は従来技術を用いて行うものとする。

ＲＰモデル作成部４１では、既存の３次元造形プリンターを用いて、ＲＰデータ作成部３１で作成したＲＰ作成用のデータを基にＲＰモデルを作成する。センサー領域には実際のセンサーＳａが埋めこまれた状態で作成される。

〈ＲＰモデルの位置合わせ〉
以上、ＲＰモデルを作成する手順について、図４に示すフローチャートのＳ１０１〜Ｓ１０７を参照して説明した。このように作成されたＲＰモデルを用いて術経路等を提示する前に、ＲＰモデルの位置合わせを行う必要がある。

次に、ＰＲモデルの位置合わせについて、図４、図６及び図７を参照して説明する。図６は、断面画像の画像座標系を示す概念図、図７はセンサー座標系を示す概念図である。ＲＰモデルの位置合わせを、図４のフローチャートのＳ１０８に示す。

（Ｓ１０８）
ＲＰモデル／画像の位置合わせ部３２では、ＲＰモデル作成部４１にて作成したＲＰモデルをセンサー座標系（実空間内の位置計測空間）に設置し、ＲＰモデルの座標系（ボリュームデータの座標系）とセンサー座標系とのキャリブレーションを行う。このＲＰモデル／画像の位置合わせ部３２が、この発明の「第３処理部」の一例である。

先ず、断面画像の画像座標系とセンサー座標系とのキャリブレーションについて説明する。センサー座標系としてトランスミッタの中心部分を原点として床平面に平行な２軸をｘ軸、ｙ軸とした場合に、原点からのｘ軸、ｙ軸の延長線上にＲＰモデルのマーカーポイントが来るようにＲＰモデルを設定する。それにより、マーカーポイントのｘｙ座標は、例えば、（ｘ１’、０）、（ｘ２’、０）、（０、ｙ１’）、及び、（０、ｙ２’）の４点となる。断面画像の画像座標系に設けられた４点のマーカーポイントを図６に示す。

このＲＰモデルを設置するとき、４点のマーカーポイントがｘ軸、ｙ軸の各軸に対して回転する回転角がそれぞれ一致する。さらに、４点のマーカーポイントを平行移動するとき、４点のマーカーポイントがｘ軸に対して平行移動する移動量ｕがそれぞれ一致し、さらに、４点のマーカーポイントがｙ軸に対して平行移動するｖがそれぞれ一致する。このときの回転角、ｘ軸方向の移動量、及び、ｙ軸方向の移動量をそれぞれθ、ｕ、ｖとする。

次に、４点のマーカーポイントにセンサー部５１のセンサーＳｂを移動させ、センサー座標系での４点のマーカーポイントのｘｙ座標（ｘ１、０）、（ｘ２、０）、（０、ｙ１）、及び、（０、ｙ２）を取得する。センサー座標系に設けられた４点のマーカーポイントを図７に示す。

断面画像の画像座標系の４点のマーカーポイントのｘｙ座標（ｘ１’、０）、（ｘ２’、０）、（０、ｙ１’）、及び、（０、ｙ２’）、及び、センサー座標系の４点のマーカーポイントのｘｙ座標（ｘ１、０）、（ｘ２、０）、（０、ｙ１）、及び、（０、ｙ２）を用いて、断面画像の画像座標系とセンサー座標系のキャリブレーションを行う。

断面画像の画像座標系をセンサー座標系に変換する式を次に示す。

４点のマーカーポイントのうちの３点のｘｙ座標を、（１）式に代入することより、回転角θ１、Ｘ軸方向の平行移動量ｕ１、Ｙ軸方向の平行移動量ｖ１を求める。

たとえば、第１の点のｘｙ座標として、（ｘ１、０）及び（ｘ１’、０）を（１）式に代入し、第２の点のｘｙ座標として、（ｘ２、０）及び（ｘ２’、０）を（１）式に代入し、第３の点のｘｙ座標として、（ｙ１、０）及び（ｙ１’、０）を（１）式に代入することにより、θ１、ｕ１、ｖ１を求める。

このようにして求めたθ１、ｕ１、ｖ１から、マーカーポイントが存在する断面画像の画像座標系とセンサー座標系の位置関係（変換マトリックス）を算出する。この変換マトリックスを用いて、断面画像の画像座標系からセンサー座標系への座標変換を次の式を用いて行うことができる。

以上に、断面画像の画像座標系からセンサー座標系への変換マトリックスを算出することについて、説明した。

次に、断面画像の画像座標系からボリュームデータ座標系への変換マトリックスを算出する。この変換マトリックスは、断面画像の画像座標系からセンサー座標系への変換マトリックスと同様に算出することができるので、その説明を省略する。

断面画像の画像座標系からセンサー座標系への変換マトリックス、及び、断面画像の画像座標系からボリュームデータ座標系への変換マトリックスを用いて、ボリュームデータ座標系からセンサー座標系への変換マトリックスを算出する。

このボリュームデータ座標系からセンサー座標系への変換マトリックスを用いることにより、ボリュームデータの座標系とセンサー座標系との対応付けをすることが可能となる。このボリュームデータの座標系がこの発明の「３次元画像データの座標系」の一例である。また、このセンサー座標系がこの発明の「３次元立体モデルに対して定義される座標系」の一例である。

以上で、ＲＰモデルの位置合わせについて説明した。

〈術経路等の提示〉
次に、ＲＰモデルを用いて、術経路等を提示する手順について、図２、図４、図５、図８及び図９を参照にして説明する。図５は術経路を算出する方法を示すフローチャート、図８は術経路を算出方法の概念図、図９は、分離面を正面から見たときの概念図である。

先ず、提供すべき術経路の算出方法について説明し、続いて、誘導画像の作成、さらに、誘導画像の表示について説明する。提供すべき術経路の算出方法、誘導画像の作成、及び、誘導画像の表示を図４のフローチャートのＳ１０９〜Ｓ１１１に示す。

（術経路の算出方法：Ｓ１０９）
ポインティングデバイスＰＤの少なくとも二箇所の位置を検出するためのセンサー部５１が設けられている。このセンサー５１の一例としてはセンサーＳｂが用いられる。センサーＳｂによりポインティングデバイスＰＤの各箇所を検出することで、ポインティングデバイスＰＤの両端（図２に示す先端部の位置ｂと基端部の位置ｃ）とを結ぶ直線の方向（以下、「投入方向」という）、ポインティングデバイスＰＤの先端部が指し示す位置ｂを求めることが可能となる。この位置ｂが手術具（メスなど）により開頭する位置に相当する。投入方向が、手術具（神経内視鏡など）の投入方向に相当する。このセンサー部５１がこの発明の「位置検出部」の一例である。

経路算出部３３は、センサー部５１のセンサーＳｂをユーザが位置計測空間内で動かしＲＰモデル上の点を指し示した場合に、その指し示す位置ｂとＲＰモデル内に埋めこまれたセンサーＳａの位置ａを取得し、現在の指し示す位置ｂからセンサーＳａの位置ａまでの経路を術経路Ｒｔ１として算出する。位置ａ、及び、術経路Ｒｔ１を図２に概念的に示す。色付け領域／回避領域設定部２５にて設定された回避領域Ａｒが両位置ａ、ｂの間に存在する場合は、回避領域Ａｒを迂回した経路を算出する。なお、術経路Ｒｔ１の算出方法の詳細については後述する。

（誘導画像の作成：Ｓ１１０）
誘導画像作成部２６は、経路算出部３３で算出した術経路Ｒｔ１をポインティングデバイスＰＤの投入方向Ｄｒ１（図２参照）に直交する投影面に投影した投影経路Ｒｔ２として算出し、投影経路Ｒｔ２を示すガイドを提示する誘導画像を作成すると共に、投影面に位置ｂを投影した位置ｂ’から投影経路Ｒｔ２が進む方向（以下、「経路方向」という。）を示すガイドを提示する誘導画像を作成する。経路方向Ｄｒ２は、センサーＳｂを手術具(神経内視鏡など)と仮定した場合に、現在の位置ｂから次に手術具を移動すべき方向と一致する。この誘導画像作成部２６が、この発明の「第４処理部」の一例である。

（誘導画像の表示：Ｓ１１１）
画像表示部６１は、図２に示すようなペン型のポインティングデバイスＰＤの基端部側に取り付けられ、投影経路Ｒｔ２、及び、経路方向Ｄｒ２を含む誘導画像を表示する。画像表示部６１の画面は、投入方向Ｄｒ１に対して直交する平面と平行に配されている。画像表示部６１に表示される投影経路Ｒｔ２、及び、経路方向Ｄｒ２は、ポインティングデバイスＰＤの基端部側から見たときの術経路Ｒｔ１、及び、ポインティングデバイスＰＤの投入方向Ｄｒ１に相当する（図３参照）。この画像表示部６１がこの発明の「表示部」の一例である。

画像表示部６１は、これに限らない。例えば、図１０に示すように、ＲＰモデルに被せられるようなシート状の画像表示部６１であっても良い。このシート状の画像表示部６１に、投影経路Ｒｔ２、及び、経路方向Ｄｒ２をマップし、術前に患者に被せて、それらを提示するようにしても良い。ここでは、誘導画像作成部２６は、位置ｂに接する投影面に術経路Ｒｔ１を投影して投影経路Ｒｔ２を作成し、また、投影経路Ｒｔ２が位置ｂから進む方向としての経路方向Ｄｒ２を、投影経路Ｒｔ２上の点として作成する。

さらに、経路方向Ｄｒ２を提示するための経路方向提示部６２が設けられている。経路方向提示部６２の一例としては、複数のＬＥＤ６３が、ポインティングデバイスＰＤの基端部側の周囲３６０度に等間隔で取り付けられたものである（図２参照）。この経路方向提示部６２では、次に手術具を移動すべき方向である経路方向Ｄｒ２に位置するＬＥＤ６３のみを点灯し、経路方向Ｄｒ２を直接提示して誘導する（図１１参照）。

図１２〜図１４に示すように、ペン型のポインティングデバイスＰＤの胴体部に取り付けられた液晶ディスプレイである経路方向提示部６２に誘導情報を提示しても良い。誘導情報としては、文字や記号によって提示される経路方向Ｄｒ２を含む。提示された経路方向Ｄｒ２を基に、術経路Ｒｔ１の修正を行うことができる。

経路方向提示部６２は、投入方向Ｄｒ１を１２時の方向として予め定めている。経路方向提示部６２は、この投入方向Ｄｒ１と、誘導画像作成部２６が作成した経路方向Ｄｒ２との角度差を基に、経路方向Ｄｒ２が、投入方向Ｄｒ１（１２時）の方向からどちらの方向に何度行った所であるかを求める。

図１２に経路方向Ｄｒ２の一例として示す「左下方向」は、投入方向Ｄｒ２（１２時）から反時計方向に１３５度行った所に、経路方向Ｄｒ２があることを表している。ユーザは、その誘導情報を基に、ポインティングデバイスＰＤの投入方向Ｄｒ１を１２時の方向から７時半の方向に変更する。

また、図１３に誘導情報の一例として示す「右に２５度」は、ポインティングデバイスＰＤを軸回りに２５度時計方向に回転させることを促す情報である。図１４に誘導情報の他の例として示す「２５度及び右回りの矢印」は、同じく、ポインティングデバイスＰＤを軸回りに２５度時計方向に回転させることを促す情報である。

また、参考画像として手元ではなくモニター（図示省略）上に、画像合成部２７にて既存の医用画像(形体画像／機能画像)、ラベリング画像、モデル画像などと誘導画像を合成した画像を作成し、表示しても良い。

〈術経路の算出〉
次に、術経路の算出方法について、図５、図８及び図９を参照して説明する。図８は術経路を算出する方法の概念図、図９は分離面を正面から見たときの概念図である。

（Ｓ２０１）
センサー部５１は、ＲＰモデルにセンサーＳａが埋めこまれた位置ａの座標と現在ユーザが指定している位置ｂの座標を取得する。経路算出部３３は、両位置ａ、ｂ間の線分を算出する。この位置ａがこの発明の「目標位置」の一例である。なお、位置（目標位置）ａの座標は、センサーＳａが埋め込まれた位置ａをセンサー部５１によって検出することにより取得することができるが、ラベリング処理によって特定のラベリング値が割り当てられる領域として取得することができる。

（Ｓ２０２）
次に、経路算出部３３は、投入方向Ｄｒ１の情報、及び、両位置ａ、ｂ間の線分から、両位置ａ、ｂ間を連結した経路を算出する。算出した経路は、術経路Ｒｔ１として記憶される。経路算出部３３は、センサー部５１により検出されたポインティングデバイスＰＤの方向を基に、対応付けられたボリュームデータ座標系とセンサー座標系とを参照して、術開始時の投入方向Ｄｒ１を求める。この投入方向Ｄｒ１を求める経路算出部３３が、この発明の「第１処理部」の一例である。

（Ｓ２０３）
次に、算出した経路は３次元的に曲折する線分となるため、スムージング処理を行い曲線化する。曲線化した経路を所定長の線分に分割する。なお、曲線化せず、直線の線分を連結した経路としても良い。線分の一例として、図８に線分Ｓ_ｋ−Ｓ_ｋ＋１を示す。ここで、線分Ｓ_ｋ−Ｓ_ｋ＋１は、ポインティングデバイスＰＤの先端部がＲＰモデル上で指し示した位置ｂからセンサーＳａが埋め込まれた位置ａまでの中にｎ個の線分があったとき、ｋ番目に位置する線分とする。

（Ｓ２０４）
次に、経路算出部３３は、経路の各線分が回避領域Ａｒと交わる部分が存在するか否か判定する。交わる部分がない場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）、現在の線分を出力結果とする。交わる部分が存在する場合（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、迂回経路を算出するための処理を行う。図８に示すように、線分Ｓ_ｋ−Ｓ_ｋ＋１が回避領域Ａｒと交わる部分が存在する場合、経路算出部３３は、以下の迂回経路を算出するための処理を行う。

（Ｓ２０５）
迂回経路を算出するための処理では、回避領域Ａｒの重心位置ｇを求める。次に、図８に示すように、回避領域Ａｒと交わっている線分Ｓ_ｋ−Ｓ_ｋ＋１を含む面であって、重心位置ｇから線分Ｓ_ｋ−Ｓ_ｋ＋１に対して直角に下ろした線と直交する面(以下、「分離面」という。)を算出する。分離面Ｆで分離された回避領域Ａｒの内、重心位置ｇを含まない分離領域Ａｒ１を抽出する。図９に示す分離面を正面から見たときの概念図では、重心位置ｇから線分Ｓ_ｋ−Ｓ_ｋ＋１に対して直角に下ろした線が、重心位置ｇと重なって示される。

（Ｓ２０６）
続いて、経路算出部３３は、抽出した分離領域Ａｒ１の内、分離面Ｆからの距離が最長となる点ｄを抽出し、その点ｄから任意長さのマージンを持った位置を点ｍとし、新たな線分Ｓ_ｋ−Ｓ_ｍ、及び、線分Ｓ_ｍ−Ｓ_ｋ＋１を算出する。図８に算出した線分Ｓ_ｋ−Ｓ_ｍ、Ｓ_ｍ−Ｓ_ｋ＋１を示す。

経路算出部３３が線分Ｓ_ｋ−Ｓ_ｍを算出すると、経路算出部３３は、線分Ｓ_ｋ−Ｓ_ｍが回避領域Ａｒと交わる部分が存在するか否かを判断する（Ｓ２０４）に戻る。そこで、経路算出部３３が交わらないと判断した場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）、その経路として線分Ｓ_ｋ−Ｓ_ｍを出力する（Ｓ２０７）。

続いて、経路算出部３３は、出力した線分の次の線分があるか否かを判断する（Ｓ２０８）。最後の線分でない場合（Ｓ２０８；Ｎｏ）、次の線分と交わる部分が存在するか否かを判断する（Ｓ２０４）に戻る。このようにして、線分が回避領域Ａｒと交わる部分が存在するか否かの経路算出部３３による判定（Ｓ２０４）から、経路算出部３３による新たな線分の追加（Ｓ２０６）までの処理を線分が回避領域Ａｒと交わる部分が存在しなくなるまで繰り返す。

経路算出部３３は、次の線分Ｓ_ｍ−Ｓ_ｋ＋１が、回避領域Ａｒと交わるか否かを判断する（Ｓ２０４）。経路算出部３３が交わらないと判断した場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）、線分Ｓ_ｍ−Ｓ_ｋ＋１を出力する（２０７）。

続いて、経路算出部３３は、出力した線分の次の線分があるか否かを判断する（Ｓ２０８）。次の線分がなければ、術経路の算出処理を終了する。

以上のように、経路算出部３３は、術経路Ｒｔ１の算出を全部の線分Ｓ_１−Ｓ_２、・・・、Ｓ_ｋ−Ｓ_ｋ＋１、・・・、Ｓ_ｎ−１−Ｓ_ｎについて繰り返し、回避領域Ａｒと交わらない線分の全部を出力し、出力した全部の線分を連結することにより、術経路Ｒｔ１を算出する。

すなわち、経路算出部３３は、ポインティングデバイスＰＤの先端部が示すＲＰモデル上の位置ｂの情報、及び、術開始時の投入方向Ｄｒ１の情報を基に、対応付けられたボリュームデータ座標系とセンサー座標系とを参照して、術開始時の投入方向Ｄｒ１に応じた、位置ｂからセンサーＳａが設けられた位置ａまでの術経路を求める。この術経路を求める経路算出部３３が、この発明の「第２処理部」の一例である。

以上に、術経路Ｒｔ１を算出する手順について説明した。このように算出した術経路Ｒｔ１を投影面に投影することにより、投影経路Ｒｔ２を算出する。また、例えば、最初の線分Ｓ_１−Ｓ_２を投影面に投影することにより、経路方向を算出する。

この実施形態に係る医用情報提示装置によれば、ＲＰモデルを用いて回避領域を迂回した術経路を確認することができる。センサーを手術具に想定しＲＰモデル上でポインティングデバイスＰＤを操作しながら操作する手元（ポインティングデバイスＰＤの基板部側）の画像表示部６１に、投影経路Ｒｔ２及び経路方向Ｄｒ２が提示されるため、３次元的な位置の把握がより容易になる。

また、ＲＰモデルに装着可能なシート状の画像表示部６１を作成し、その画像表示部６１を術中に患者に被せ、画像表示部６１に投影経路Ｒｔ２を表記することで、計画した経路を容易に確認することができるようになる。これにより、神経内視鏡を使用した脳外科手術などの術前計画において、回避すべき部位を考慮しながら術経路Ｒｔ１を決めることが可能になり、３次元的なモデル上及び術中に容易に確認することが出来るようになる。また、術計画の時間が短縮される。

なお、この実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。

実施形態では、センサー部５１からの位置検出信号を基に、ポインティングデバイスＰＤの先端部が示すＲＰモデル上の投入位置ｂ、並びに、センサーＳａが埋め込まれた位置ａ、及び、投入位置ｂを基に投入方向Ｄｒ１を求めるものとして経路算出部３３を用いたが、これに限定されない。センサー部５１からの出力信号と投入位置ｂ及び投入方向Ｄｒ１との対応関係を予めテーブルとして記憶しておき、センサー部５１からの出力信号を基に、テーブルを参照して、投入位置ｂ及び投入方向Ｄｒ１を求めるようにしても良い。このテーブルをデータ演算部３０（図１参照）に設けても良く、または、センサー部５１に設けても良い。

また、実施形態では、投入位置ｂ及び投入方向Ｄｒ１を基に、術経路Ｒｔ１を求めるものとして、データ演算部３０に経路算出部３３を設けたが、これに限定されない。経路算出部３３を画像処理部２０に設けても良い。さらに、ポインティングデバイスＰＤにより検出された投入位置ｂを基に術経路Ｒｒ１を求めても良く、ポインティングデバイスＰＤにより検出された方向（投入方向Ｄｒ１）を基に投入位置ｂを求め、求められた投入位置ｂを基に術経路Ｒｔ１を求めるようにしても良く、検出された投入方向Ｄｒ１及び求められた投入位置ｂを基に術経路Ｒｔ１を求めるようにしても良い。

ＰＤポインティングデバイス
１０パラメータ入力部
１１キャリブレーション用ポイント指定部
１２センサー位置指定部
２０画像処理部
２１医用画像読込み部
２２ボリュームデータ作成部
２３領域抽出部
２４ラベリング処理／補正部
２５色付け領域／回避領域設定部
２６誘導画像作成部
２７画像合成部
３０データ演算部
３１ＲＰデータ作成部
３２ＲＰモデル／画像の位置合わせ部
３３経路算出部
４１ＲＰモデル作成部
５１センサー部
６１画像表示部
６２経路方向提示部
６３ＬＥＤ

Claims

医用画像診断装置によって取得された対象物の３次元画像データに対応して形成された３次元立体モデルを用いて、手術を支援する医用情報提示装置において、
把持可能に構成され、空間的に位置関係または方向の少なくとも一方を検出する位置指定機器と、
前記位置指定機器の検出結果に基づいて、前記３次元立体モデル表面の投入位置を求める第１処理部と、
前記第１処理部により求められた前記投入位置から前記３次元立体モデル内部に設けられた目標位置までの術経路を求める第２処理部と、
前記術経路を表示する表示部と、
を有する
ことを特徴とする医用情報提示装置。
前記位置指定機器の少なくとも二箇所の位置を検出する位置検出部を更に有し、
前記第１処理部は、前記検出された各位置を基に、位置指定機器の先端部を前記３次元立体モデル表面上を指定したときの投入位置、及び、位置指定機器の先端部を前記３次元立体モデル内部に向けたときの投入方向を求め、
前記第２処理部は、前記第１処理部により求められた前記位置指定機器の投入方向を基に、前記投入位置から前記３次元立体モデル内部に設けられた目標位置までの術経路を求め、
前記表示部は、前記位置指定機器の基端部側から見たときの前記術経路を表示することを特徴とする請求項１に記載の医用情報提示装置。
前記３次元画像データの座標系、及び、前記３次元立体モデルに対して定義される座標系の両座標系の対応付けを行う第３処理部をさらに有し、
前記第１処理部は、前記対応付けられた前記両座標系を参照して、前記投入方向を求め、
前記第２処理部は、前記対応付けられた前記両座標系を参照して、前記術経路を求めることを特徴とする請求項２に記載の医用情報提示装置。
前記位置検出部は、前記目標位置をさらに検出し、
前記第２処理部は、前記位置検出部により検出された前記目標位置までの前記術経路を求めることを特徴とする請求項２に記載の医用情報提示装置。
前記表示部は、前記位置指定機器の基端部側に設けられることを特徴とする請求項２に記載の医用情報提示装置。
前記表示部は、前記３次元立体モデルに被せられるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の医用情報提示装置。
前記求められた前記術経路を基に、前記位置指定機器の基端部側から見たときの経路方向を求める第４処理部と、前記経路方向をさらに提示する経路方向提示部とをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の医用情報提示装置。