JP2013236757A - 手術支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 臨場感がある画像で、遠隔操作が可能な手術支援装置を提供する。
【解決手段】 手術支援装置（１００）は、ボア（１３）外で被検体を三次元で撮影する外観撮影装置（５０）と、モダリティ（１０）に対してクレードル（１２）に載置された被検体（ＨＢ）の位置及び医師が保持する模擬術具の位置を検出する位置検出装置（７３）と、外観撮影装置で撮影された被検体及びモダリティが撮影した三次元ボリューム画像を重ねた合成画像を三次元投影する投影装置（６０）と、位置検出装置が模擬術具（７４）を検出した位置に基づいて模擬術具の移動した距離及び移動方向を計算する位置計測部（７１）と、位置計測部で計算された距離及び移動方向に基づいて、ボア内で模擬術具と同じ形状の真の術具（７４）をマニュピュレートするマニュピュレータ（８０）と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、手術支援装置に関する。特に、ディスプレイ(display)に表示された被検体の医用画像を通じて手術支援を行う手術支援装置に関する。

近年、医療画像装置（モダリティ）を用いた経皮的介入（インターベンショナル：interventional）は、アンギオ撮影装置、透視撮影装置、ＣＴ（Computed Tomography）装置、ＳＰＥＣＴ（Single photon emission computed tomography）装置、ＰＥＴ（positron emission tomography）装置、ＭＲＩ（magnetic resonance imaging）装置で行われている。

ＭＲＩ装置等では撮影装置の狭い空間内で医療処置を行う必要があるため遠隔装置を用いた手術支援装置が行われる。遠隔装置の手術支援方法として、特許文献１は遠隔装置に触覚フィードバックを行い、手術者（医師）の穿刺などの画像支援治療の操作をより実際の穿刺処置に近づけている。この穿刺処置の観察には二次元の表示モニタを用いている。

特表２００５−５１０２８９号公報

しかしながら、手術者にとって遠隔操作で三次元空間を二次元のモニタを観察しながら穿刺処置をするには熟練を要する。すなわち、手術支援に利用される二次元の断層像は、手術時に術者の肉眼に映じる患部の切開像等とはまったく印象が異なり、臨場感が乏しく必ずしも十分な手術支援を行うことができない。このため遠隔装置を用いた手術支援方法は、所定の訓練を受けた手術者しか手術支援することができない問題がある。このため、手術者は、より臨場感がある手術支援を受けて、被検者を手術したい要望が強い。

そこで、本発明は、臨場感がある画像で、遠隔操作が可能な手術支援装置を提供する。
第１の観点の手術支援装置は、被検体をクレードルに載置し、クレードルに載置された被検体をボア内に移動させた後に、被検体を撮影して被検体のリアルタイム画像及び複数のスライス面から成る三次元ボリューム画像を再構成する画像再構成部を具備するモダリティを有している。さらに、手術支援装置は、ボア外で被検体を三次元で撮影する外観撮影装置と、モダリティに対してクレードルに載置された被検体の位置及び医師が保持する模擬術具の位置を検出する位置検出装置と、位置検出装置で検出された被検体の位置に基づいて、外観撮影装置で撮影された被検体及びモダリティが撮影した三次元ボリューム画像を重ねた合成画像を三次元投影する投影装置と、位置検出装置が模擬術具を検出した位置に基づいて模擬術具の移動した距離及び移動方向を計算する位置計測部と、位置計測部で計算された距離及び移動方向に基づいて、ボア内で模擬術具と同じ形状の真の術具をマニュピュレートするマニュピュレータと、を備える。

第２の観点の手術支援装置は、第１の観点に記載の手術支援装置において、スライス面とリアルタイム画像とを二次元表示する二次元表示部をさらに備える。
第３の観点の手術支援装置は、第１の観点から第２の観点の手術支援装置において、モダリティの外周に、基準部材が取り付けてあり、位置検出装置は、基準部材からの距離及び方向を検出してモダリティの三次元座標位置を特定する。
第４の観点の手術支援装置は、第１の観点から第３の観点の手術支援装置において、モダリティがＭＲＩ装置、ＣＴ装置又は核医学診断装置であり、模擬術具は、赤外線もしくは可視光を発する発光素子（ＬＥＤ）又は光を反射する反射素子（ミラー等の物体）を取り付けており、位置検出装置は光学によって、発光素子又は反射素子の位置を検出する。
第５の観点の手術支援装置は、第１の観点から第３の観点の手術支援装置において、モダリティがＣＴ装置又は核医学診断装置であり、模擬術具は、磁気を発生する磁気発生素子（永久磁石or電磁石）を取り付けており、位置検出装置は磁気によって、磁気発生素子の位置を検出する。

第６の観点の手術支援装置は、第１の観点から第５の観点の手術支援装置において、模擬術具がリアルタイム画像の投影を開始する画像連携スイッチを有する。
第７の観点の手術支援装置は、第１の観点から第６の観点の手術支援装置において、模擬術具が真の術具のマニュピュレートを開始する動作連動スイッチを有する。
第８の観点の手術支援装置は、第１の観点から第７の観点の手術支援装置において、模擬術具が投影装置に三次元投影された投影画像に仮想線を照射するためのレーザ光源を有する。

第９の観点の手術支援装置は、第１の観点から第６の観点の手術支援装置において、外観撮影装置が複数台のカメラによって三次元の映像及び座標を取得する。
第１０の観点の手術支援装置は、第１の観点から第７の観点のいずれか一項に記載の手術支援装置において、投影装置がホログラムなどの手法で三次元画像を投影する。

本発明の手術支援装置は、遠隔操作で真の術具を用いる際に、遠隔操作上に三次元で投影された被検体と、二次元のモニタとを観察しながら画像支援治療を行うことが可能である。このため、遠隔操作に熟練していない手術者でも臨場感がある画像で手術することが可能となる。

手術支援装置１００の斜視図である。 手術支援装置１００の構成図である。 手術支援装置１００の側面図である。 表示部３０に表示されるターゲットＴＧを含む任意断面を示したＭＲ画像である。 手術支援装置１００のフローチャートである。 撮影中心ＲＰでＭＲＩ撮影を行ったプレＭＲＩデータＰＭＤをから三次元投影する方法と、二次元表示する方法を示した図である。 仮想被検体画像ＶＨＢと三次元臓器画像ＶＮＧとの外観を投影した図である。 仮想針７４を動かした際の説明図である。 高速撮影された一断面（ＸＹ断面）のＭＲ画像の経時変化を図示した図である。

以下に、発明を実施するための最良の形態について、ＭＲＩ装置を使った手術支援装置１００について説明する。なお、本実施形態の手術支援装置１００は、ＭＲＩ装置を使用した例で説明する。しかし、ＭＲＩ装置以外にＣＴ装置、ＳＰＥＣＴ装置、ＰＥＴ装置、またはアンギオ装置などを用いた手術支援装置でも適用できる。

＜手術支援装置１００の構成＞
図１は、ＭＲＩ装置を使用した手術支援装置１００の斜視図であり、図２は、手術支援装置１００の構成図、図３は手術支援装置１００の側面図である。図１ないし図３に示されるように、手術支援装置１００は、主にマグネットシステム１０、テーブル１１、クレードル１２、操作部２０、表示部３０、演算部４０、三次元カメラ装置５０、三次元投影装置６０、三次元位置計測装置７０、及びマニュピュレータ８０を有している。なお、図示される三軸は図に示したクレードル１２の長軸方向をＺ軸方向とし、短軸方向をＸ軸とし、重力方向をＹ軸としている。

図２で示されるように、マグネットシステム１０は、主磁場コイル部１５、勾配コイル部１６及びＲＦコイル部１７を有している。これら各コイル部は概ね円筒状の形状を有し、概ね円柱状のボア１３（検査空間）に互いに同軸状に配置されている。勾配コイル駆動部１０２が勾配コイル部１６に接続され、ＲＦコイル駆動部１０３及びデータ収集部１０４が、ＲＦコイル部１７に接続される。またパルスシーケンス制御部１０１が、勾配コイル駆動部１０２、ＲＦコイル駆動部１０３及びデータ収集部１０４に接続されている。

主磁場コイル部１５は、マグネットシステム１０の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は、概ね被検者ＨＢの体軸の方向に平行であり水平磁場を形成する。主磁場コイル部１５は、通常、超伝導コイルを用いて構成されるが、超伝導コイルに限らず永久磁石等を用いて構成してもよい。

勾配コイル部１６は、互いに直交する３軸、すなわち、スライス軸、位相軸及び周波数軸の方向において、それぞれ主磁場コイル部１５によって形成された静磁場強度に勾配を持たせるための３種の勾配磁場を発生する。このような勾配磁場の発生を可能にするために、勾配コイル部１６は、図示しない３系統の勾配コイルを有する。勾配コイル部１６に接続された勾配コイル駆動部１０２は勾配コイル部１６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配コイル駆動部１０２は、勾配コイル部１６における３系統の勾配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有する。

ＲＦコイル部１７は、静磁場空間に被検者ＨＢの体内のスピンを励起するための高周波磁場を形成する。高周波磁場を形成することをＲＦ励起信号の送信といい、ＲＦ励起信号をＲＦパルスという。ＲＦコイル部１７に接続されたＲＦコイル駆動部１０３はＲＦコイル部１７に駆動信号を与え、その駆動信号に基づいてＲＦコイル部１７はＲＦパルスを送信する。励起されたスピンが生じる電磁波すなわち核磁気共鳴信号は、ＲＦコイル部１７によって受信される。ＲＦコイル部１７に接続されたデータ収集部１０４は、ＲＦコイル部１７が受信した核磁気共鳴信号をデジタルデータとして収集する。

パルスシーケンス制御部１０１は、操作者が入力した撮影条件、すなわち撮影プロトコルに従い、勾配コイル駆動部１０２及びＲＦコイル駆動部１０３を駆動させる。例えば、パルスシーケンス制御部１０１は、所望の撮影断面を撮影プロトコルで呼び出されたシーケンス情報に従い勾配コイル駆動部１０２及びＲＦコイル駆動部１０３を制御する。

高速撮影の撮影プロトコルが呼び出された場合、パルスシーケンス制御部１０１は、秒またはミリ秒単位でＲＦパルスの送信と核磁気共鳴信号の受信とを繰り返し、リアルタイムなＭＲ画像を撮影する。この高速撮影は、被検体ＨＢの体内に刺入針ＮＤが穿刺された場合に、その刺入針ＮＤのリアルタイムの位置を把握することができる。また、高速撮影は、二次元の撮影断面のだけでなく、差分データを用いた三次元の高速撮影を行い、所望の断面をリフォーマットさせて表示する。

テーブル１１は、上下方向（Ｙ軸方向）に移動する。クレードル１２は、テーブル１１の上部に設置され、水平方向（Ｚ軸方向）に移動してマグネットシステム１０の中心のボア１３の内部及び外部へ移動する。図３に示されるように、被検者ＨＢはクレードル１２に載置され、撮影部位に応じて、ボア１３内に搬送される。

表示部３０は、液晶画面又は有機ＥＬ画面等で構成されている。表示部３０は、演算部４０に接続されている。表示部３０は、ＧＵＩの操作画面、及び核磁気共鳴信号に基づいて画像再構成（リフォーマット）されたＭＲ画像などを表示することができる。一般に、表示部３０は、操作者（診療放射線技師又は臨床検査技師）が観察可能な位置、及び手術者が観察可能な位置の２箇所に設置される。操作者は所望の断面及びシーケンスでＭＲ画像が表示されているかを確認する。手術者はＭＲ画像を観察しながら仮想針７４の位置及び角度を調節する。

操作部２０は、ポインティングデバイスを有するキーボード等で構成される。操作部２０は演算部４０に接続されている。操作部２０は、操作者によって表示部３０を介して操作される。操作部２０は、キーボード等の代わりに表示部３０にタッチパネルを配置してもよい。

演算部４０は、制御部４１、記憶部４２、二次元画像処理部４３、及び三次元画像処理部４４を有し、各種データの処理及びプログラムを実行する。

制御部４１は、データ収集部１０４から核磁気共鳴信号を受信し、その核磁気共鳴信号を記憶部４２に記憶する。また制御部４１は、ＭＲＩ装置のパルスシーケンス制御部１０１等を制御する。さらに制御部４１は、三次元カメラ装置５０、三次元投影装置６０、三次元位置計測装置７０、及びマニュピュレータ８０との接続されており、それらを制御する。

記憶部４２は、ＭＲＩ装置の各種撮影プロトコル、ＭＲＩ装置又は三次元カメラ装置５０等の各種プログラムを記憶する。また記憶部４２は、データ収集部１０４が収集した核磁気共鳴信号などを画像再構成した二次元及び三次元画像データ、又は三次元カメラ装置５０が撮影した三次元外観データを記憶する。

二次元画像処理部４３は、データ収集部１０４から送られてきた二次元の任意断面の核磁気共鳴信号に基づいて任意断面の二次元ＭＲ画像を画像再構成する。また、データ収集部１０４から送られてきた三次元ボクセルの核磁気共鳴信号に基づいて、任意断面の二次元ＭＲ画像を画像再構成する。

三次元画像処理部４４は、三次元で収集した核磁気共鳴信号に基づいて所望の信号強度における三次元の外観ＭＲ画像を画像再構成する。三次元の外観ＭＲ画像は、信号強度の閾値を設定することで、被検体ＨＢの内臓器の被検体ＨＢの内蔵の外観を示した三次元画像（以下は三次元臓器画像ＶＮＧと称する。図７を参照。）である。本実施形態の三次元臓器画像ＶＮＧは被検体ＨＢの内臓器の表面形状を示している。

図２及び図３に示され三次元カメラ装置５０は、三次元カメラ演算部５１を有している。三次元カメラ演算部５１はクレードル１２上の被検体ＨＢの外観を不図示の複数のカメラで撮影することで、被検体ＨＢの外観と輪郭座標を算出する。三次元カメラ演算部５１が算出した三次元外観データは、記憶部４２に転送される。

三次元投影装置６０は、三次元投影制御部６１を有している。三次元投影制御部６１は、三次元カメラ装置５０で算出した被検体ＨＢの三次元外観データから、ホログラム等の手法を用いて被検体ＨＢの外観の三次元画像（以下、仮想被検体画像ＶＨＢと称する。図７を参照。）をテーブル１１上に等倍で投影する。また、三次元投影装置６０は、ホログラム等の手法を用いて三次元画像処理部４４で作成された被検体ＨＢの三次元臓器画像ＶＮＧも等倍で投影する。仮想被検体画像ＶＨＢ及び三次元臓器画像ＶＮＧは、ともに等倍で投影され、且つ、仮想被検体画像ＶＨＢの輪郭座標と、三次元臓器画像ＶＮＧとが、一致するように補正される。仮想被検体画像ＶＨＢは、三次元臓器画像ＶＮＧが観察できるように、半透明に投影される。

三次元位置計測装置７０は、三次元位置計測部７１及び位置検出部７３で構成される。三次元位置計測装置７０の位置検出部７３は、例えば、赤外線カメラを用いた光学式の複眼カメラである。位置検出部７３は、基準ツール７２、仮想針７４及び被検体ＨＢを検出する。

基準ツール７２は、手術支援装置１００の壁面に設置される球体マーカＭＫであり、三次元位置計測装置７０の座標系とマグネットシステム１０のボア１３内の座標系とをリンクさせるために用いられる。模擬術具である仮想針７４は、図３に示されるように、球体マーカＭＫが設けられている。被検体に対して、その被検体の一部に球体マーカＭＫが取り付けられる。

位置検出部７３は、基準ツール７２に設置した球体マーカＭＫ、仮想針７４に設置した複数の球体マーカＭＫ及び被検体に取り付けられたマーカＭＫを検出する。三次元位置計測装置７０は、例えばノーザンデジタル社（Northern Digital Inc）で販売されているＰＯＬＡＲＩＳを使用することができ、０．３ｍｍ前後のＸＹＺ座標値を計測することができる。

三次元位置計測部７１は、基準ツール７２に設置した球体マーカＭＫに基づいて基準位置を算出する。また三次元位置計測部７１は、位置検出部７３が検出した仮想針７４に設けられた複数の球体マーカＭＫに基づいて、仮想針７４の先端の三次元座標位置及び仮想針７４の先端の向きを算出する。仮想針７４の一部には、二次元画像処理部４３を同期させ表示部３０にリアルタイム画像を表示させる画像連携スイッチ７８が取り付けられている。また、仮想針７４の一部には、刺入針ＮＤを保持するマニュピュレータ８０を連動させる動作連動スイッチ７９が取り付けられている。

三次元位置計測部７１は三次元位置計測装置７０の座標系と手術支援装置１００の座標系とをリンクさせて、その座標データを演算部４０に伝達する。また、三次元位置計測部７１は仮想針７４の三次元位置及び先端向きの情報を演算部４０に伝達する。

なお、図示される複数のマーカＭＫは、赤外線を反射する球体の反射球又は赤外線を発光するＬＥＤなどの発光体などで構成される。例えば、基準ツール７２に設置するマーカＭＫには３個の球体マーカＭＫを設置し、仮想針７４に設置するマーカＭＫには３個の球体マーカＭＫを設置する。

仮想針７４の先端にはレーザ光源７５が設置されている。レーザ光源７５は、球体マーカＭＫに使用される発光体と異なる可視光のレーザ光７５Ｌ（図６を参照）が使用される。レーザ光源７５から発光されるレーザ光７５Ｌは仮想針７４が向けられた延長線上を示し、手術者が目視可能となっている。

仮想針７４の三次元位置及び先端の向き情報は、取得済みの三次元のＭＲ画像の画像再構成、または、リアルタイムのＭＲ画像の断面をＭＲＩ撮影する際に利用される。また、仮想針７４の三次元位置及びその先端向きの情報は、マニュピュレータ８０に設置された刺入針ＮＤとの同期に利用される。

本実施形態の手術支援装置１００は、ＭＲＩ装置を使用しているため、光学式の位置検出部７３を用いている。しかし、ＣＴ装置、ＳＰＥＣＴ装置、ＰＥＴ装置、またはアンギオ装置を使用する手術支援装置であれば、磁場方式の位置受信部を用いることができる。

マニュピュレータ８０は、図１又は図３に示されるようにマグネットシステム１０の筐体又は天井に取り付けられている。マニュピュレータ８０は、マニュピュレータ制御部８１及び多関節の駆動腕８２で構成される。マニュピュレータ制御部８１は、三次元位置計測装置７０で計測された仮想針７４の位置情報及び先端の向きに同期して、駆動腕８２を制御する。そして刺入針ＮＤが、駆動腕８２の先端に取り付けられる。刺入針ＮＤは、仮想針７４の三次元位置及び先端の向きに合致し、さらに仮想針７４が移動するとその移動に同期する。

マニュピュレータ８０は、手術者が仮想針７４に設けられた動作連動スイッチ７９（図３を参照。）を押した際に、仮想針７４の操作と駆動腕８２とが連動する。つまり、動作連動スイッチ７９を押した後、刺入針ＮＤが仮想針７４の動きと同期する。なお、本実施形態では、模擬術具として仮想針７４を用い、真の術具として刺入針ＮＤを用いたが、他の処置、治療用具であってもよい。例えば、模擬術具及び真の術具としてピンセット、鉗子又はメス等にも適用できる。

図４は、表示部３０に表示されたＭＲ画像の任意断面を示した図である。二次元画像処理部４３は、二次元の高速なＭＲ撮影又は事前に撮影した三次元のＭＲ撮影に基づいて、二次元の任意断面を画像再構成する。表示部３０に表示された４つの断面図は、仮想針７４に垂直なＸＹ面、仮想針７４に水平なＯＢ面、被検体ＨＢの体軸に垂直なＹＺ面、及び被検体ＨＢの体軸に平行なＸＺ面である。これら被検体ＨＢのＸＹ面、ＯＢ面、ＹＺ面、ＸＺ面は、腫瘍などのターゲットＴＧを含んだ面である。

特に、刺入針ＮＤが仮想針７４の動きと同期する際には、仮想針７４を操作する手術者が、被検体ＨＢのどこに刺入針ＮＤがあるかを確認するため、図４に示されるように、二次元の高速なＭＲ撮影によりリアルタイムで、表示部３０に４つの断面図又は少なくとも水平なＯＢ面を表示するようにすることが好ましい。仮想針７４は、画像連携スイッチ７８又は動作連動スイッチ７９がオンされることで、二次元画像処理部４３が二次元の高速なＭＲ撮影を開始する。

図４の表示部３０には、実際に被検体ＨＢに挿入された刺入針ＮＤが映し出されている。また、事前の診断等でターゲットＴＧの位置が特定されているため、図４に示されるように、リアルタイムで表示される４つの断面図にターゲットＴＧを色付けで重ねて表示してもよい。

＜手術支援装置１００のフローチャート＞
図５は画像支援治療を行う手術支援装置１００のフローチャートである。

ステップＳ１１において、操作者はＭＲ装置のクレードルに被検体ＨＢを載置する。操作者は寝台を上昇させて載置された被検体ＨＢを所定の高さ（Ｙ軸位置）に配置する。被検体ＨＢの長軸方向（Ｚ軸方向）は、所望の処置範囲が仮想中心ＶＰ（図３を参照。）の近傍になるよう配置する。仮想中心ＶＰはレーザポインターなどで基準のＺ軸位置を示す。

ステップＳ１２において、操作者は三次元カメラ装置５０で被検体ＨＢを撮影する。三次元カメラは被検体ＨＢの外観を撮影し（図３を参照）、三次元外観データは仮想被検体画像ＶＨＢとして記憶部４２に保存される。なお、図３では被検体ＨＢの全身を撮影しているが、おおよそ処置範囲を撮影する方法でもよい。また、操作者は三次元位置計測装置７０で被検体ＨＢの位置を確認する。

ステップＳ１３において、操作者は仮想中心ＶＰが撮影中心ＲＰに来るようクレードルを移動させ、ボア１３内の撮影中心ＲＰでＭＲＩ撮影を行う（図３を参照）。クレードルの移動量は決まっているため、操作者は、移動スイッチ（不図示）を一度押すことで仮想中心ＶＰを撮影中心ＲＰになるよう移動させる。このＭＲＩ撮影により、三次元画像処理部４４は、被検体ＨＢの内臓器の被検体ＨＢの内蔵の外観を示した三次元臓器画像ＶＮＧを画像再構成する。その三次元臓器画像ＶＮＧは記憶部４２に保存される。

図６は、撮影中心ＲＰでＭＲＩ撮影を行ったプレＭＲＩデータＰＭＤから三次元投影する方法と、二次元表示する方法を示した図である。プレＭＲＩデータＰＭＤは記憶部４２に保存される。プレＭＲＩデータは三次元臓器画像ＶＮＧの作成、または二次元の複数断面の画像再構成に利用される。三次元臓器画像ＶＮＧは三次元投影装置６０で投影される。また、二次元画像処理部４３は、表示部３０にプレＭＲＩデータＰＭＤから画像再構成した複数断面の画像を表示する。

ステップＳ１４において、三次元投影装置６０は、仮想中心ＶＰを中心とした位置にステップＳ１２で撮影した仮想被検体画像ＶＨＢ及びステップＳ１２で撮影した三次元臓器画像ＶＮＧの外観を投影する。

ここで、図７を使って三次元投影装置６０で投影される仮想被検体画像ＶＨＢ（破線で表示）と、プレＭＲＩデータＰＭＤから作成された被検体ＨＢの三次元臓器画像ＶＮＧ（実線で表示）とについて説明する。

三次元投影装置６０の三次元投影制御部６１は、仮想被検体画像ＶＨＢ、及び三次元臓器画像ＶＮＧが実寸大になるよう補正して投影する。また、三次元投影制御部６１は、三次元位置計測装置７０で測定された被検体ＨＢの位置に基づいて、仮想被検体画像ＶＨＢの仮想中心ＶＰが三次元カメラ装置５０で取得した仮想中心ＶＰと重なるよう補正する。さらに、撮影中心ＲＰで撮影された三次元臓器画像ＶＮＧも仮想中心ＶＰに重なるように投影される。被検体ＨＢはボア１３内に移動しているが、仮想中心ＶＰに仮想被検体画像ＶＨＢと三次元臓器画像ＶＮＧとが投影されている。このため、手術者は臨場感がある状態で仮想被検体画像ＶＨＢを観察できることができ、さらに臓器の状態も観察できる。

次にステップＳ１５において、手術者が仮想針７４を手に取ると、その仮想針７４の位置や仮想針７４の向きが三次元位置計測装置７０で計測される。そして、手術者が仮想被検体画像ＶＨＢの体表面に仮想針７４を移動させ、画像連携スイッチ７８をオンすることで仮想針７４の座標と二次元画像処理部４３とを同期させる。

図４で示されたように、手術者は、ターゲットＴＧを中心とした被検体ＨＢのＹＺ面、及びＸＺ面からターゲットＴＧを確認し、仮想針７４の座標と連動して画像再構成されるＸＹ面、及びＯＢ面がターゲットＴＧと重なるよう仮想針７４を動かす。仮想針７４は三次元位置計測装置７０で座標と角度とが計測され、リアルタイムに二次元画像処理部４３に伝達される。二次元画像処理部４３は、仮想針７４の延長線である仮想線７６及び任意断面を画像再構成し、表示部３０に表示させる。

ステップＳ１６において、仮想針７４は、先端のレーザ光源７５を点灯させ、仮想針７４が向けられた延長線上にレーザ光７５Ｌを投影する。手術者は仮想被検体画像ＶＨＢに向かって輝くレーザ光７５Ｌを確認することができ、被検体ＨＢの刺入点を確認することができる（図７を参照）。また、手術者はレーザ光７５Ｌが三次元臓器画像ＶＮＧのターゲットＴＧに向いているかを確認することができる。なお、三次元画像処理部４４はプレＭＲＩデータＰＭＤの信号強度の閾値を変化させて三次元臓器画像ＶＮＧの外観だけでなくターゲットＴＧの外観を表示することも可能である。

ステップＳ１７において、手術者は最適な仮想針７４の位置及び角度を確認する。例えば、複数のリフォーマット画像は、図４で示された仮想針７４とターゲットＴＧを基準とした２断面と、ターゲットＴＧを中心とした２断面とが表示される。仮想針７４とターゲットＴＧを基準とした２断面においてはレーザ光７５Ｌが示す仮想線７６の色を変えて描画する。これにより、手術者は、仮想針７４の位置及び角度を確認し易い。仮想針７４とターゲットＴＧを基準とした１断面で説明すると、図８で示されるように、二次元画像処理部４３は仮想針７４ａとターゲットＴＧとを基準としたＸＹ１断面と仮想線７６ａとを描画する。仮想針７４ａがＸＹ１断面上の仮想針７４ｂの位置に移動した場合、二次元画像処理部４３は仮想線７６ｂを描画して仮想針７４ｂの刺入方向を示す。また、仮想針７４ａが仮想針７４ｃの位置に移動した場合、二次元画像処理部４３は仮想針７４ｃとターゲットＴＧとを基準としたＸＹ２断面と、仮想線７６ｃとを描画して仮想針７４ｃの刺入方向を示す。

ステップＳ１８において、手術者は刺入位置、及び刺入角度を決定すると、マニュピュレータ８０との動作連動スイッチ７９をオンにする。動作連動スイッチ７９がオンになると、マニュピュレータ８０が駆動して仮想針７４の動きと刺入針ＮＤの動きとが同期する。マニュピュレータ８０の駆動は被検体ＨＢの侵襲が伴うため、三次元投影装置６０で投影された仮想被検体画像ＶＨＢの体表面の位置情報と、三次元位置計測装置７０で計測された仮想針７４の先端の位置情報とから、仮想針７４の先端が仮想被検体画像ＶＨＢの体表面に侵入する際には警告音、または許可スイッチなどの安全装置を設置し、誤動作による被検体ＨＢの不用意な侵襲を防止させる。

ステップＳ１９において、仮想針７４が刺入点に到達すると、パルスシーケンス制御部１０１は、秒またはミリ秒単位でＲＦパルスの送信と核磁気共鳴信号の受信とを繰り返し、リアルタイムなＭＲ画像を撮影する。所定断面は、手術者または操作者が決定し、手術支援装置１００は仮想針７４を基準とした断面で高速撮影する。表示部３０は、仮想線７６とともに刺入針ＮＤの表示も行う。

ステップＳ２０において、手術者はリアルタイムのＭＲ画像を確認しながら仮想針７４をターゲットＴＧまで進める。仮想針７４の動作と同期して刺入針ＮＤが被検体ＨＢの体内に刺入される。通常、手術者は刺入針ＮＤの刺入の際に被検体ＨＢに息止めをしてもらう。手術者は、被検体ＨＢの息止めで、高速撮影で表示された断面にターゲットＴＧが適切な位置に来た場合に刺入を開始する。図９は高速撮影された一断面（ＸＹ断面）のＭＲ画像の経時変化を図示した図である。図９（ａ）で示されるように、刺入針ＮＤが体表面に接触すると、体表面は歪む。図９（ｂ）で示されるように、刺入針ＮＤが臓器に接触すると、その臓器も歪む。臓器によっては、歪むだけでなくターゲットＴＧのＺ軸方の位置、及び距離がずれたりする。このため、手術者はリアルタイムのＭＲ画像を確認し、仮想針７４の進入方向を調節しながら、図９（ｃ）に示されるように、ターゲットＴＧまで仮想針７４を進める。仮想針７４がターゲットＴＧまで到達すると、刺入針ＮＤもターゲットＴＧまで到達している。

ステップＳ２１において、手術者は連動スイッチをオフにしてマニュピュレータ８０の連動を解除する。連動の解除後、操作者はマニュピュレータ８０が固定している刺入針ＮＤの固定を解除する。操作者は被検体ＨＢをボア１３の外に排出し、手術者は所望の処置を行う。例えば、所望の処置は薬剤の注入、組織の吸引などである。手術者は処置を行った後は刺入針を抜く。

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、本実施形態ではステップＳ１９において、仮想針７４が刺入点に到達してからリアルタイムなＭＲ画像を撮影した。しかし、ステップＳ１８において、手術者動作連動スイッチ７９をオンにしたらすぐに、リアルタイムなＭＲ画像を撮影してもよい。またステップＳ１５において画像連携スイッチ７８をオンしたらすぐに、リアルタイムなＭＲ画像を撮影してもよい。

１０ … マグネットシステム（ＭＲＩ装置）
１１ … テーブル、 １２ … クレードル、 １３ … ボア
１５ … 主磁場コイル部、 １６ … 勾配コイル部、１７ … コイル部
２０ … 操作部、 ３０ … 表示部
４０ … 演算部、 ４１ … 制御部
４２ … 記憶部
４３ … 二次元画像処理部
４４ … 三次元画像処理部
５０ … 三次元カメラ装置
５１ … 三次元カメラ演算部
６０ … 三次元投影装置
６１ … 三次元投影制御部
７０ … 三次元位置計測装置
７１ … 三次元位置計測部
７２ … 基準ツール
７３ … 位置検出部
７４ … 仮想針（模擬術具）
７５ … レーザ光源 ７５Ｌ … レーザ光
７６ … 仮想線
７８ … 画像連携スイッチ、７９ … 動作連動スイッチ
８０ … マニュピュレータ
８１ … マニュピュレータ制御部
８２ … 駆動腕
１００ … 手術支援装置
１０１ … パルスシーケンス制御部、１０２ … 勾配コイル駆動部
１０３ … コイル駆動部、 １０４ … データ収集部
ＨＢ … 被検体
ＭＫ … マーカ
ＮＤ … 刺入針（真の術具）
ＰＭＤ … プレＭＲＩデータ
ＲＰ … 撮影中心
ＴＧ … ターゲット
ＶＨＢ … 仮想被検体画像
ＶＮＧ … 三次元臓器画像
ＶＰ … 仮想中心

Claims (10)

1. 被検体をクレードルに載置し、前記クレードルに載置された前記被検体をボア内に移動させた後に、前記被検体を撮影して前記被検体のリアルタイム画像及び複数のスライス面から成る三次元ボリューム画像を再構成する画像再構成部を具備するモダリティと、
   前記ボア外で前記被検体を三次元で撮影する外観撮影装置と、
   前記モダリティに対して前記クレードルに載置された前記被検体の位置及び医師が保持する模擬術具の位置を検出する位置検出装置と、
   前記位置検出装置で検出された前記被検体の位置に基づいて、前記外観撮影装置で撮影された前記被検体及び前記モダリティが撮影した前記三次元ボリューム画像を重ねた合成画像を三次元投影する投影装置と、
   前記位置検出装置が前記模擬術具を検出した位置に基づいて、前記模擬術具の移動した距離及び移動方向を計算する位置計測部と、
   前記前記位置計測部で計算された距離及び移動方向に基づいて、前記ボア内で前記模擬術具と同じ形状の真の術具をマニュピュレートするマニュピュレータと、
   を備える手術支援装置。
2. 前記スライス面と前記リアルタイム画像とを二次元表示する二次元表示部をさらに備える請求項１に記載の手術支援装置
3. 前記モダリティの外周に、基準部材が取り付けてあり、
   前記位置検出装置は、前記基準部材からの距離及び方向を検出して前記モダリティの三次元座標位置を特定する請求項１から請求項２のいずれか一項に記載の手術支援装置。
4. 前記モダリティがＭＲＩ装置、ＣＴ装置又は核医学診断装置であり、
   前記模擬術具は、赤外線もしくは可視光を発する発光素子（ＬＥＤ）又は光を反射する反射素子（ミラー等の物体）を取り付けており、
   前記位置検出装置は光学によって、前記発光素子又は反射素子の位置を検出する請求項１から請求項２のいずれか一項に記載の手術支援装置。
5. 前記モダリティがＣＴ装置又は核医学診断装置であり、
   前記模擬術具は、磁気を発生する磁気発生素子を取り付けており、
   前記位置検出装置は磁気によって、前記磁気発生素子の位置を検出する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の手術支援装置。
6. 前記模擬術具は、前記リアルタイム画像の投影を開始する画像連携スイッチを有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の手術支援装置。
7. 前記模擬術具は、前記真の術具のマニュピュレートを開始する動作連動スイッチを有する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の手術支援装置。
8. 前記模擬術具は、前記投影装置に三次元投影された投影画像に、仮想線を照射するためのレーザ光源を有する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の手術支援装置。
9. 前記外観撮影装置は複数台のカメラによって三次元の映像及び座標を取得する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の手術支援装置。
10. 前記投影装置はホログラムの手法で三次元画像を投影する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の手術支援装置。