JP2020099533A

JP2020099533A - 骨部手術の支援装置、支援方法、プログラム、および記録媒体

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Publication number: JP2020099533A
Application number: JP2018239989A
Authority: JP
Inventors: 雄一吉井; Yuichi Yoshii; 朝夫石井; Asao Ishii
Original assignee: Tokyo Medical University
Current assignee: Tokyo Medical University
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-07-02

Abstract

【課題】骨接合手術、関節置換手術、脊椎手術等の骨部手術を術前計画に沿って容易に実現するための新たなシステムの提供を目的とする。【解決手段】本発明の骨部手術の支援装置は、記憶部、診断画像取得部、融合部、および出力部を含み、前記記憶部は、患者の骨患部に対する術前計画の二次元再構成画像を記憶し、前記術前計画の二次元再構成画像が、前記骨患部の整復位と前記整復位を固定する固定材の設置位置とを示す三次元シミュレーション画像を、二次元に再構成した画像であり、前記診断画像取得部は、術中の前記患者の骨患部の術中診断二次元画像を取得し、前記融合部は、前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とを、両者の大きさ、位置および方向が一致するように補正して、前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とがオーバーレイした融合画像を生成し、前記出力部は、前記融合画像を出力することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、骨部手術の支援装置、支援方法、プログラム、および記録媒体に関する。

外科手術においては、近年、手術計画をシミュレーションした三次元画像の利用が一般的になっている。しかしながら、術中、医師は、モニターに映し出された術前計画の三次元画像を参照しながら、手術を行うにとどまっている。

特に、骨折等の骨接合手術においては、骨患部について理想的な整復位を決定し、その整復位を固定するように、固定材を適切な位置に設置（内固定設置）することが重要である。不適切な整復および内固定設置が行われると、例えば、骨癒合不全が生じたり、整復位の再転位が原因となる合併症を生じ、患者の機能回復が困難となる場合がある。このため、前述のような、術前計画の三次元画像の参照が重要となるが、モニターに映し出された三次元画像を目視するのみでは、術前計画通りの整復位および内固定設置を実現するのが困難であるのが実情である。また、骨折等には限られず、例えば、人工関節への置き換えを行う関節置換手術においても、固定材として人工関節を使用する場合や脊椎手術において骨内にボルトを挿入する場合等にも、同様の問題が生じる。

そこで、本発明は、例えば、骨接合手術、関節置換手術、脊椎手術等の骨部手術を術前計画に沿って容易に実現するための新たなシステムの提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の骨部手術の支援装置は、
記憶部、診断画像取得部、融合部、および出力部を含み、
前記記憶部は、
患者の骨患部に対する術前計画の二次元再構成画像を記憶し、
前記術前計画の二次元再構成画像が、前記骨患部の整復位と前記整復位を固定する固定材の設置位置とを示す三次元シミュレーション画像を、二次元に再構成した画像であり、
前記診断画像取得部は、
術中の前記患者の骨患部の術中診断二次元画像を取得し、
前記融合部は、
前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とを、両者の大きさ、位置および方向が一致するように補正して、前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とがオーバーレイした融合画像を生成し、
前記出力部は、
前記融合画像を出力する
ことを特徴とする。

本発明の骨部手術の支援方法は、
診断画像取得工程、融合工程、および出力工程を含み、
前記診断画像取得工程は、
術中の患者の骨患部の術中診断二次元画像を取得し、
前記融合工程は、
前記患者の骨患部に対する術前計画の二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とを、両者の大きさ、位置および方向が一致するように補正して、前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とがオーバーレイした融合画像を生成し、
前記術前計画の二次元再構成画像が、前記骨患部の整復位と前記整復位を固定する固定材の設置位置とを示す三次元シミュレーション画像を、二次元に再構成した画像であり、
前記出力工程は、
前記融合画像を出力する
ことを特徴とする。

本発明のプログラムは、前記本発明の骨部手術の支援方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明の記録媒体は、前記本発明のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能である。

本発明によれば、術前計画の三次元シミュレーション画像から再構築した二次元再構成画像と、術中に撮影した骨患部の術中診断二次元画像とをオーバーレイした融合画像を生成することによって、医師がより簡便に、術前計画に沿った骨部手術を行うことを支援できる。そして、術前計画に沿った手術によって、前述のような骨癒合不全や合併症等の発生を抑制できるため、本発明は、医療分野において極めて有用な技術である。

図１は、本発明の支援装置の一例を示すブロック図である。図２（Ａ）は、患者の骨折部の三次元画像であり、図２（Ｂ）は、整復位を示す三次元シミュレーション画像であり、図２（Ｃ）は、固定材の設置位置を示す三次元シミュレーション画像であり、図２（Ｄ）は、整復位および固定材の三次元シミュレーション画像を再構築した二次元再構成画像である。図３（Ａ）は、術前のＣＴ画像から作成した患者の骨患部のDigitally reconstructed radiography（ＤＲＲ）画像であり、図３（Ｂ）は、骨患部の前記ＤＲＲ画像に、術前計画の二次元再構成画像を重ねて表示した融合画像である。図４は、術中の患者の骨患部のＸ線透視画像中に、術前計画の二次元再構成画像を重ねて表示した融合画像である。図５は、本発明の支援装置のハードウエア構成の例を示すブロック図である。

本発明の支援装置は、例えば、さらに、再構成部を含み、
前記記憶部は、前記三次元シミュレーション画像を記憶し、
前記再構成部は、前記三次元シミュレーション画像を、前記二次元再構成画像に再構成する。

本発明の支援装置は、例えば、前記二次元再構成画像が、前記三次元シミュレーション画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像であり、
前記再構成部が、前記三次元シミュレーション画像の投影像生成部、または前記三次元シミュレーション画像の投影像輪郭線画像生成部である。

本発明の支援装置は、例えば、前記術中診断二次元画像が、Ｘ線透視画像、三次元画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像である。

本発明の支援装置は、例えば、さらに、再構成部を含み、
前記診断画像取得部が、術中の前記患者の骨患部の術中診断三次元画像を取得し、
前記再構成部が、前記術中診断三次元画像を、二次元に再構成して、前記術中診断二次元画像を生成し、
前記診断画像取得部が、前記術中診断二次元画像を取得する。

本発明の支援装置は、例えば、前記術中診断二次元画像が、前記Ｘ線透視画像、三次元画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像であり、前記再構成部が、前記三次元シミュレーション画像の投影像生成部または前記三次元画像の投影像輪郭線画像生成部である。

本発明の支援装置は、例えば、前記融合部は、前記二次元再構成画像および前記術中診断二次元画像について、それぞれの参照点および輪郭線の少なくとも一方により、両者の大きさ、位置および方向が一致するように補正する。

本発明の支援装置は、例えば、さらに、調整部を含み、前記調整部は、前記融合画像における前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像との、大きさ、位置、および傾きの関係を調整する。

本発明の支援方法は、例えば、さらに、再構成工程を含み、
前記再構成工程は、前記三次元シミュレーション画像を、前記二次元再構成画像に再構成する。

本発明の支援方法は、例えば、前記二次元再構成画像が、前記三次元シミュレーション画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像であり、
前記再構成工程が、前記三次元シミュレーション画像の投影像生成工程または前記三次元シミュレーション画像の投影像輪郭線画像生成工程である。

本発明の支援方法は、例えば、前記術中診断二次元画像が、Ｘ線透視画像、三次元画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像である。

本発明の支援方法は、例えば、さらに、再構成工程を含み、
前記診断画像取得工程が、術中の前記患者の骨患部の術中診断三次元画像を取得し、
前記再構成工程が、前記術中診断三次元画像を、二次元に再構成して、前記術中診断二次元画像を生成する。

本発明の支援方法は、例えば、前記術中診断二次元画像が、前記三次元シミュレーション画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像であり、
前記再構成工程が、前記三次元シミュレーション画像の投影像生成工程、または前記三次元画像の投影像の輪郭線画像生成工程である。

本発明の支援方法は、例えば、前記融合工程が、前記二次元再構成画像および前記術中診断二次元画像について、それぞれの参照点および輪郭線の少なくとも一方から、両者の大きさ、位置および方向が一致するように補正する。

本発明の支援方法は、例えば、さらに、調整工程を含み、前記調整工程は、前記融合画像における前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像との、大きさ、位置、および傾きの関係を調整する。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態には限定されない。なお、各図において、同一部分には、同一符号を付している。また、各実施形態の説明は、特に言及がない限り、互いの説明を援用でき、また、各実施形態の構成は、特に言及がない限り、組合せ可能である。

本発明の支援装置および支援方法の一例について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態の支援装置の一例を示すブロック図である。支援装置１は、記憶部１０、診断画像取得部１１、融合部１２、および出力部１３を含み、例えば、さらに、再構成部１４、調整部１５を備えてもよい。支援装置１は、例えば、支援システムともいう。支援装置１は、例えば、前記各部を含む１つの装置でもよいし、前記各部が、通信回線網を介して接続可能な装置でもよい。

前記通信回線網は、特に制限されず、公知の通信回線網を使用でき、有線でも無線でもよい。前記通信回線網は、例えば、インターネット回線、電話回線、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷｉＦｉ（Wireless Fidelity）等があげられる。

記憶部１０は、患者の骨患部に対する術前計画の二次元再構成画像１０２を記憶する。術前計画の二次元再構成画像１０２は、前記骨患部の整復位と前記整復位を固定する固定材の設置位置とを示す三次元シミュレーション画像を、二次元に再構成した画像である。支援装置１が、前述のように、再構成部１４を備える場合、記憶部１０は、三次元シミュレーション画像１０１を記憶し、再構成部１４により、三次元シミュレーション画像１０１を、二次元再構成画像１０２に再構成し、再構成された二次元再構成画像１０２を、記憶部１０が記憶してもよい。

記憶部１０は、さらに、前記患者の識別情報を記憶してもよく、前記患者の識別情報に紐付けて、三次元シミュレーション画像１０１および二次元再構成画像１０２が記憶されてもよい。前記患者の識別情報は、例えば、氏名、年齢、性別、病状、治療計画、手術計画等である。

ここで、術前計画の三次元シミュレーション画像、および再構成された前記二次元再構成画像について説明する。

骨部手術を行う場合、術前に、患者の骨患部の画像に基づいて、前記骨患部の整復位、および前記整復位を固定する固定材の設置位置を、シミュレーションし、それを三次元シミュレーション画像として生成できる。前記三次元シミュレーション画像の生成は、公知技術により行うことができ、前記三次元シミュレーション画像は、一般的に、三次元の術前計画画像といわれる。

前記三次元シミュレーション画像は、例えば、以下のようにして生成できる。患者の骨患部について、ＣＴ（Computed Tomography：コンピュータ断層撮影）を行うことで、前記骨患部の複数の断層画像が得られる。これらの断層画像から、コンピュータ上で、前記骨患部の三次元画像が再構成できる。さらに、コンピュータ上で、再構成した骨患部の前記三次元画像に対して、手術によって修復される前記骨患部の整復位と、その整復位を固定するための前記固定材の設置位置とを、表示することにより、前記三次元シミュレーション画像が得られる。前記三次元シミュレーション画像の取得は、例えば、市販のソフトを利用でき、具体例として、商品名ＺｅｄＶｉｅｗ（ＬＥＸＩ株式会社）等があげられる。

前記三次元シミュレーション画像から再構成される二次元再構成画像の種類は、特に制限されず、例えば、前記三次元シミュレーション画像の投影像、前記投影像の輪郭線画像、ＤＲＲ（Digitally Reconstructed Radiograph：ディジタル再構成Ｘ線撮影像）画像等があげられる。前記三次元シミュレーション画像の投影像は、例えば、前記三次元シミュレーション画像を平面に投影した画像であり、前記輪郭線画像は、例えば、前記投影像の輪郭を抽出して生成される、輪郭線で表される画像である。

前記三次元シミュレーション画像から二次元再構成画像への再構成の方法（変換処理法）は、特に制限されない。前記三次元シミュレーション画像から、例えば、ＤＲＲ画像を再構成する場合、その原理は、一般的に、視点をＸ線源として置き換えた場合のレイキャスティングがあげられる。レイキャスティングにおいては、例えば、それぞれのレイにおけるサンプリング点の輝度の積分値が画素値に反映されることで、画像が生成される。前記三次元シミュレーション画像の二次元再構成画像への再構成に関しては、例えば、市販のソフトを利用でき、具体例として、商品名ＺｅｄＶｉｅｗ（ＬＥＸＩ株式会社）等があげられる。前記二次元再構成画像が、前記三次元シミュレーション画像の投影像または前記投影像の輪郭線画像であり、支援装置１が再構成部１４を備える場合、再構成部１４は、前記三次元シミュレーション画像の投影像生成部、または前記三次元シミュレーション画像の投影像の輪郭線画像生成部であり、また、前記二次元再構成画像が、前記ＤＲＲ画像の場合、再構成部１４は、例えば、ＤＲＲ画像生成部である。

図２に、各段階における画像の一例を示す。図２（Ａ）は、患者の骨折部の三次元画像であり、左側が橈骨、右側が尺骨であり、左側の橈骨に骨折が確認される。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の左側の骨折した橈骨について、整復位を示す三次元シミュレーション画像である。図２（Ｂ）において、符号２０は、整復位の骨患部（橈骨）を示す。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の橈骨の整復位に対して、固定材の設置位置を示す三次元シミュレーション画像である。前記固定材は、内固定材ともいう。図２（Ｃ）において、符号２０は、整復位の骨患部（橈骨）を示し、符号２１は、前記固定材を示す。そして、図２（Ｄ）は、図２（Ｃ）に示す橈骨の整復位および固定材の三次元シミュレーション画像に対する、その投影像の前記整復位の橈骨および固定材の輪郭線を示す二次元再構成画像である。図２（Ｄ）において、符号２０１は、整復位の骨患部（橈骨）の輪郭線を示し、符号２１１は、前記固定材の輪郭線を示す。図２（Ｄ）に示す輪郭線で表される二次元再構成画像は、例えば、以下のように生成できる。すなわち、図２（Ｃ）における骨患部２０の三次元シミュレーション画像から、その投影図を生成し、前記投影像から、骨患部２０の輪郭線２０１を抽出し、他方、図２（Ｃ）における固定材２１の三次元シミュレーション画像から、その投影図を生成し、前記投影像から、固定材２１の輪郭線２１１を抽出する。そして、図２（Ｃ）と同じ位置関係となるように、骨患部２０の輪郭線２０１と固定材２１の輪郭線２１１とをあわせて示すことで、図２（Ｄ）の二次元再構成画像となる。図２の各図において、右端の縦線におけるメモリは、スケールを示し、十字の線は、縦横の中心軸を示す。

図２（Ｄ）において、前記二次元再構成画像は、前記投影像から抽出された前記骨患部の輪郭線および前記固定材の輪郭線で表すが、前記骨患部の投影像と前記固定材の投影像とを合わせて表示した画像でもよい。

診断画像取得部１１は、患者の骨患部の術中の術中診断二次元画像を取得する。前記術中診断二次元画像は、手術室内において、術中に取得された骨患部の二次元画像であればよく、その種類は特に制限されない。前記術中診断二次元画像は、例えば、Ｘ線透視画像およびＤＲＲ画像等があげられる。前記Ｘ線透視画像は、例えば、手術室内において、術中に、Ｘ線透視装置等を用いて取得できる。また、前記ＤＲＲ画像は、例えば、同様に、ＣＴ装置を用いて取得される前記術中のＸ線透視画像は、例えば、手術室内において、術中に、ＣＴ装置等を用いて取得される三次元画像から、二次元のＤＲＲ画像に再構成することによって取得できる。

診断画像取得部１１は、例えば、それ自体が前記術中診断二次元画像（例えば、Ｘ線透視画像またはＤＤＲ画像）を生成してもよいし、外部機器によって生成された前記術中診断二次元画像（例えば、Ｘ線透視画像またはＤＲＲ画像）を、前記外部機器との通信により前記外部機器から取得してもよい。前記外部機器は、例えば、ＣＴ装置等があげられる。また、支援装置１は、例えば、前述のように、さらに、再構成部１４を備えてもよく、再構成部１４は、例えば、前記ＤＲＲ画像生成部があげられる。この場合、診断画像取得部１１は、例えば、前記三次元画像を取得し、再構成部１４は、前記三次元画像を、二次元のＤＲＲ画像に再構成し、このＤＲＲ画像を前記術中診断二次元画像として、診断画像取得部１１が取得してもよい。前記術中診断二次元画像は、例えば、記憶部１０において、例えば、前記患者の識別情報に紐付けて、前記三次元シミュレーション画像および前記二次元再構成画像と共に記憶されてもよい。

融合部１２は、前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とがオーバーレイした融合画像を生成する。前記術中診断二次元画像と前記二次元再構成画像との融合画像とは、前記術中診断二次元画像と前記二次元再構成画像の両方を重ねて表示する画像であり、オーバーレイ画像ともいえる。融合部１２においては、前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とを、両者の大きさ、位置および方向が一致するように、前記融合画像を生成する。前記両者の大きさ、位置および方向を一致させる方法は、特に制限されず、それぞれの画像の拡大率、特徴点の位置および傾き等に基づいて、補正することができる。

出力部１３は、前記融合画像を出力する。出力部１３は、例えば、前記融合画像を表示する表示部でもよいし、外部装置に前記融合画像を出力する通信部でもよい。前記外部装置は、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、タブレット等の端末であり、前記端末の表示部に、前記融合画像が表示されてもよい。

融合部１２で生成され、出力部１３で出力される前記融合画像の例を、図３および図４に示す。まず、図３において、（Ａ）は、術中の患者の骨患部（橈骨）のＤＲＲ画像であり、（Ｂ）は、前記（Ａ）の骨患部のＤＲＲ画像に、図２（Ｄ）の前記輪郭線画像を重ねて表示した融合画像である。具体的には、図３（Ａ）のＤＲＲ画像は、図２（Ａ）と同じ患者について、手術室において、術中、整復する前に骨患部をＣＴ装置で撮影し、得られる三次元画像をＤＲＲ画像に再構成した術中診断二次元画像である。そして、図３（Ｂ）の融合画像では、前記（Ａ）のＤＲＲ画像に、図２（Ｄ）の術前計画の二次元再構成画像がオーバーレイ表示されている。このように、患者の実際の骨患部についての術中診断二次元画像に対して、術前計画の二次元再構成画像をオーバーレイ表示し、後述する出力部により出力することで、医師は、例えば、術中に、前記融合画像を確認しながら、前記融合画像に基づいて、実際の骨患部における骨折箇所を整復位に戻し、さらに、固定材を設置する位置の調整および決定を、容易に行うことができる。

つぎに、図４は、術中の患者の骨患部（橈骨）のＸ線透視画像中に、図２（Ｄ）の前記輪郭線画像を重ねて表示した融合画像である。図４において、前記術中のＸ線透視画像は、患者の骨患部（橈骨）を整復位となるように処置し、固定材を配置し、それをボルトで橈骨に固定してから、前記骨患部を撮影して得られたＸ線透視画像である。そして、図４の融合画像は、前記Ｘ線透視画像に、図２（Ｄ）の輪郭線の二次元再構成画像をオーバーレイして表示した画像である。このように、患者の実際の骨患部についての術中診断二次元画像に対して、術前計画の二次元再構成画像をオーバーレイ表示することで、医師は、実際に行った整復位と固定材の設置が、術前計画に沿っているか否かを容易に確認することができる。このため、仮に、術前計画と解離している場合には、その術中において整復位の位置や固定材の設置位置を修正することも可能である。これによって、例えば、再手術等も回避できる。

また、支援装置１は、例えば、前述のように、前記融合画像において、前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像との、大きさ、位置、および傾きの関係を調整する調整部１５を備えてもよい。調整部１５は、前記融合画像において、前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とが重なる関係を調整する。調整部１５は、例えば、ユーザの入力により、前記融合画像における前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像の少なくとも一方の大きさ、位置および傾きのいずれかを調整する調整部でもよいし、自動で、前記融合画像における前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像の少なくとも一方の大きさ、位置および傾きのいずれかを調整する調整部でもよい。

前者の場合、調整部１５は、例えば、ユーザにより入力された調整情報により、前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像の少なくとも一方について、大きさ、位置および傾きの少なくとも一つを調整できる。移動させる場合、例えば、前記融合画像が表示される前記表示部において、あわせて座標を表示し、ユーザが移動先の座標を入力することで、前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像の少なくとも一方を、入力した座標に移動させてもよい。また、例えば、前記表示部において、あわせてカーソルを表示し、ユーザが前記カーソルを移動させることで、前記二次元再構成画像および前記術中診断二次元画像の少なくとも一方を、カーソルにしたがって移動させてもよい。大きさまたは傾きを調整する場合も、例えば、同様に、座標を利用して調整することができる。

後者の場合、調整部１５により、前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とを、骨患部の位置および方向が揃うように、自動調整できる。自動調整については、例えば、以下のような形態があげられる。術前計画の前記二次元再構成画像における骨患部および固定材について、特徴点を抽出し、前記特徴点を、記憶部１０において、前記二次元再構成画像に紐付けて記憶しておく。他方、前記術中診断二次元画像における骨患部および任意で固定材について、特徴点を抽出する。そして、調整部１５により、術前計画の前記二次元再構成画像の骨患部と、前記術中診断二次元画像の骨患部とについて共通する特徴点を探索し、それぞれの骨患部の特徴点が重複するように、前記二次元再構成画像および前記術中診断二次元画像との位置、大きさおよび傾きを調整する。これによって、自動的に、両者の骨患部が重複するようにオーバーレイ表示された融合画像を生成できる。この形態において、支援装置１は、例えば、さらに、各画像における特徴点を抽出する特徴点抽出部と、各画像間での共通する特徴点を探索する特徴点探索部とを備えてもよい。

つぎに、図５に、支援装置１のハードウエア構成のブロック図を例示する。支援装置１は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）２０、メモリ２１、バス２２、入力装置２３、ディスプレイ２４、通信デバイス２５、記憶装置２６等を有する。支援装置１の各部は、それぞれのインターフェース（Ｉ／Ｆ）により、バス２２を介して、相互に接続されている。

ＣＰＵ２０は、支援装置１の全体の制御を担うプロセッサであり、ＣＰＵには限定されず、他のプロセッサでもよい。支援装置１において、ＣＰＵ２０により、例えば、本発明のプログラムやその他のプログラムが実行され、また、各種情報の読み込みや書き込みが行われる。具体的に、支援装置１は、例えば、ＣＰＵ２０が、診断画像取得部１１、融合部１２、再構成部１４、調整部１５等として機能する。

支援装置１は、例えば、バス２２に接続された通信デバイス２５により、通信回路網に接続でき、前記通信回路網を介して、外部機器とも接続できる。前記外部機器は、特に制限されず、例えば、前述の通りである。支援装置１と前記外部機器との接続方式は、特に制限されず、例えば、有線による接続でもよいし、無線による接続でもよい。前記有線による接続は、例えば、コードによる接続でもよいし、通信回線網を利用するためのケーブル等による接続でもよい。前記無線による接続は、例えば、通信回線網を利用した接続でもよいし、無線通信を利用した接続でもよい。前記通信回線網は、特に制限されず、例えば、公知の通信回線網を使用でき、前述と同様である。支援装置１と前記外部機器との接続形式は、例えば、ＵＳＢ等であってもよい。

メモリ２１は、例えば、メインメモリを含み、前記メインメモリは、主記憶装置ともいう。ＣＰＵ２０が処理を行う際には、例えば、後述する補助記憶装置に記憶されている、本発明のプログラム等の種々のプログラム２７を、メモリ２１が読み込み、ＣＰＵ２０は、メモリ２１からデータを受け取って、プログラム２７を実行する。前記メインメモリは、例えば、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）である。メモリ２１は、例えば、さらに、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）を含む。

記憶装置２６は、例えば、前記メインメモリ（主記憶装置）に対して、いわゆる補助記憶装置ともいう。記憶装置２６は、例えば、記憶媒体と、前記記憶媒体に読み書きするドライブとを含む。前記記憶媒体は、特に制限されず、例えば、内蔵型でも外付け型でもよく、ＨＤ（ハードディスク）、ＦＤ（フロッピー（登録商標）ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＭＯ、ＤＶＤ、フラッシュメモリー、メモリーカード等があげられ、前記ドライブは、特に制限されない。記憶装置２６は、例えば、記憶媒体とドライブとが一体化されたハードディスクドライブ（ＨＤＤ）も例示できる。記憶装置２６には、例えば、前述のように、プログラム２７が格納され、前述のように、ＣＰＵ２０を実行させる際、メモリ２１が、記憶装置２６からプログラム２７を読み込む。また、記憶装置２６は、例えば、前述の三次元シミュレーション画像１０１、再構成された二次元再構成画像１０２等を記憶する。

支援装置１は、例えば、さらに、入力装置２３、ディスプレイ２４を有してもよい。入力装置２３は、例えば、スキャナー、タッチパネル、キーボード等である。ディスプレイ２４は、例えば、ＬＥＤディスプレイ、液晶ディスプレイ等があげられる。

つぎに、本実施形態の支援方法について説明する。本実施形態の支援方法は、例えば、図１および図５に示す支援装置１を用いて実施できる。なお、本実施形態の支援方法は、これらの図面に示す支援装置１の使用には限定されない。

本実施形態の支援方法は、前述のように、診断画像取得工程、融合工程、および出力工程を含む。

前記診断画像取得工程は、術中の患者の骨患部の術中診断二次元画像を取得する工程であり、例えば、支援装置１の診断画像取得部１１により実行できる。

前記融合工程は、前記患者の骨患部に対する術前計画の二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とが、両者の大きさ、位置および方向が一致するようにオーバーレイした融合画像を生成する工程であり、例えば、支援装置１の融合部１２により実行できる。前記術前計画の二次元再構成画像は、前述のように、前記骨患部の整復位と前記整復位を固定する固定材の設置位置とを示す三次元シミュレーション画像を、二次元に再構成した画像であり、前述のように、前記三次元シミュレーション画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像、ＤＲＲ画像等が例示できる。前記二次元再構成画像は、例えば、支援装置１の記憶部１０に記憶された情報を使用することができる。また、記憶部１０に術前計画の三次元シミュレーション画像が記憶されている場合、本実施形態の支援方法は、例えば、さらに、再構成工程を含むことが好ましい。前記再構成工程は、前記三次元シミュレーション画像を、前記二次元再構成画像に再構成する工程であり、支援装置１の再構成部１４により実行できる。前記二次元再構成画像が、前記三次元シミュレーション画像の投影像または前記投影像の輪郭線画像の場合、前記再構成工程は、前記三次元シミュレーション画像の投影像生成工程、または前記三次元シミュレーション画像の投影像の輪郭線画像生成工程ともいい、前記二次元再構成画像が、前記ＤＲＲ画像の場合、例えば、ＤＲＲ画像生成工程ともいう。

前記出力工程は、前記融合画像を出力する工程であり、例えば、支援装置１の出力部１３により実行できる。出力部１３は、例えば、ディスプレイ２４等の前記表示部でもよいし、前記外部装置に出力するための通信デバイス２５でもよい。

本実施形態の支援方法は、例えば、さらに、調整工程を含んでもよい。前記調整工程は、前記融合画像における前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像との、大きさ、位置、および傾きの関係を調整する工程であり、例えば、支援装置１の調整部１５により実行できる。

本発明は、骨部手術における医師の支援に使用できる。前記骨部手術の種類は、特に制限されず、また、対象部位も、特に制限されない。前記手術の種類は、例えば、骨折等に対する骨接合術、経皮的鋼線刺入固定術、関節脱臼骨折整復固定術、切断四肢再接合術、創外固定術等、脊椎手術、変形性関節症等に対する人工関節置換術等があげられ、前記対象部位は、例えば、関節（肩、肘、手、指節、股、膝、足、足趾、脊椎等）があげられる。前記固定材の種類も、特に制限されず、プレート、ボルト、髄内釘、ケーブル等があげられる。

［実施形態２］
本実施形態のプログラムは、前記実施形態１の支援方法を、コンピュータ上で実行可能なプログラムである。または、本実施形態のプログラムは、例えば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。前記記録媒体としては、特に限定されず、例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードディスク（ＨＤ）、光ディスク、フロッピー（登録商標）ディスク（ＦＤ）等があげられる。

［実施例１］
手関節における橈骨遠位端骨折の患者に対して、前記固定材として掌側ロッキングプレートを用いて、骨接合術を施行した。３２例の３２手関節のうち、Ｆ群（１６例）については、本発明を利用した。具体的には、Ｆ群の各患者について、術前に、骨折修復および固定材設置（内固定設置）の三次元シミュレーション画像を生成し、これをＤＲＲ画像に再構築したものを術前計画の二次元再構成画像として準備した。そして、術中、手術室のモニターに、術中の患者の患部のＸ線透視画像と前記術前計画の二次元再構成画像とをオーバーレイした融合画像を表示し、医師は、この融合画像を確認しながら、骨接合術を行った。

一方、残りの対照群（Ｃ群、１６例）は、術前に、同様にして、シミュレーションにより三次元シミュレーション画像を生成した。そして、術中、手術室のモニターに、前記三次元シミュレーション画像と、術中のＸ線透視画像とを、別々に表示して、医師は、これらの画像を確認しながら、骨接合術を行った。

そして、前記Ｆ群と前記Ｃ群とについて、術前計画の三次元シミュレーション画像と、術後の三次元画像とから、整復位と内固定設置とを、以下のようにして評価した。前記術後の三次元画像は、患者の患部をＣＴ装置で撮影して再構築された画像を使用した。

すなわち、術前計画の三次元シミュレーション画像および術後の三次元画像のそれぞれについて、冠状面におけるradial inclination、矢状面におけるvolar tiltを計測し、また、前記プレートの設置位置に関して、冠状面における橈骨遠位関節面からプレート遠位端までの距離、橈骨長軸に対するプレート軸の傾きおよび相対位置を計測した。また、スクリュー長について、術前計画と、術中の実際の選択とを比較した。そして、各評価項目について、術前計画と術後の差を算出し、Ｆ群とＣ群とを比較した。

その結果、橈骨遠位関節面からプレート遠位端までの距離について、術前計画と術後との差は、Ｆ群で有意に少なかった（Ｆ群：０．３０±０．２８ｍｍ、Ｃ群：０．７９±０．５５ｍｍ、Ｆ群とＣ群との有意差Ｐ＜０．０１）。また、スクリュー長について、術前計画と術後との差は、Ｆ群で有意に少なかった（Ｆ群：０．３０±０．５８ｍｍ、Ｃ群：０．５７±０．８４ｍｍ、Ｆ群とＣ群との有意差Ｐ＜０．０１）。プレート軸の傾き、相対位置、整復位に関しては、両群に差はなかった。

橈骨遠位関節面からプレート遠位端までの距離、および、スクリュー長は、骨折部の支持性の獲得や、内固定材と軟部組織との干渉による合併症発生の危険性を低減するために重要であることから、より正確であることが望ましい。本実施例によれば、前記融合画像を用いたＦ群において、その差が有意に少ないことから、より正確で適切な骨接合が行われたと言える。

以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

術前計画の三次元シミュレーション画像から再構築した二次元再構成画像と、術中に撮影した骨患部の術中診断二次元画像とをオーバーレイした融合画像を生成することによって、医師がより簡便に、術前計画に沿った骨部手術を行うことを支援できる。そして、術前計画に沿った手術によって、前述のような骨癒合不全や合併症等の発生を抑制できるため、本発明は、医療分野において極めて有用な技術である。

１支援装置
１０記憶部
１１診断画像取得部
１２融合部
１３出力部
１４再構成部
１５調整部

Claims

記憶部、診断画像取得部、融合部、および出力部を含み、
前記記憶部は、
患者の骨患部に対する術前計画の二次元再構成画像を記憶し、
前記術前計画の二次元再構成画像が、前記骨患部の整復位と前記整復位を固定する固定材の設置位置とを示す三次元シミュレーション画像を、二次元に再構成した画像であり、
前記診断画像取得部は、
術中の前記患者の骨患部の術中診断二次元画像を取得し、
前記融合部は、
前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とが、両者の大きさ、位置および方向が一致するようにオーバーレイした融合画像を生成し、
前記出力部は、
前記融合画像を出力する
ことを特徴とする骨部手術の支援装置。
さらに、再構成部を含み、
前記記憶部は、
前記三次元シミュレーション画像を記憶し、
前記再構成部は、
前記三次元シミュレーション画像を、前記二次元再構成画像に再構成する、請求項１に記載の支援装置。
前記二次元再構成画像が、前記三次元シミュレーション画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像であり、
前記再構成部が、前記三次元シミュレーション画像の投影像生成部、または前記三次元シミュレーション画像の投影像輪郭線画像生成部である、請求項２に記載の支援装置。
前記術中診断二次元画像が、Ｘ線透視画像、三次元画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像である、請求項１から３のいずれか一項に記載の支援装置。
さらに、再構成部を含み、
前記診断画像取得部が、
術中の前記患者の骨患部の術中診断三次元画像を取得し、
前記再構成部が、
前記術中診断三次元画像を、二次元に再構成して、前記術中診断二次元画像を生成し、
前記診断画像取得部が、
前記術中診断二次元画像を取得する、請求項１から４のいずれか一項に記載の支援装置。
前記術中診断二次元画像が、前記Ｘ線透視画像、三次元画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像であり、
前記再構成部が、前記三次元シミュレーション画像の投影像生成部または前記三次元画像の投影像輪郭線画像生成部である、請求項５に記載の支援装置。
前記融合部は、前記二次元再構成画像および前記術中診断二次元画像について、それぞれの参照点および輪郭線の少なくとも一方により、両者の大きさ、位置および方向が一致するように補正する、請求項１から６のいずれか一項に記載の支援装置。
さらに、調整部を含み、
前記調整部は、
前記融合画像における前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像との、大きさ、位置および傾きの関係を調整する、請求項１から７のいずれか一項に記載の支援装置。
診断画像取得工程、融合工程、および出力工程を含み、
前記診断画像取得工程は、
術中の患者の骨患部の術中診断二次元画像を取得し、
前記融合工程は、
前記患者の骨患部に対する術前計画の二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像とが、両者の大きさ、位置および方向が一致するようにオーバーレイした融合画像を生成し、
前記術前計画の二次元再構成画像が、前記骨患部の整復位と前記整復位を固定する固定材の設置位置とを示す三次元シミュレーション画像を、二次元に再構成した画像であり、
前記出力工程は、
前記融合画像を出力する
ことを特徴とする骨部手術の支援方法。
さらに、再構成工程を含み、
前記再構成工程は、
前記三次元シミュレーション画像を、前記二次元再構成画像に再構成する、請求項９に記載の支援方法。
前記二次元再構成画像が、前記三次元シミュレーション画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像であり、
前記再構成工程が、前記三次元シミュレーション画像の投影像生成工程または前記三次元シミュレーション画像の投影像輪郭線画像生成工程である、請求項１０に記載の支援方法。
前記術中診断二次元画像が、Ｘ線透視画像、三次元画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像である、請求項９から１１のいずれか一項に記載の支援方法。
さらに、再構成工程を含み、
前記診断画像取得工程が、
術中の前記患者の骨患部の術中診断三次元画像を取得し、
前記再構成工程が、
前記術中診断三次元画像を、二次元に再構成して、前記術中診断二次元画像を生成する、請求項９から１２のいずれか一項に記載の支援方法。
前記術中診断二次元画像が、前記Ｘ線透視画像、三次元シミュレーション画像の投影像、または前記投影像の輪郭線画像であり、
前記再構成工程が、前記三次元シミュレーション画像の投影像生成工程、または前記三次元画像の投影像の輪郭線画像生成工程である、請求項１３に記載の支援方法。
前記融合工程は、前記二次元再構成画像および前記術中診断二次元画像について、それぞれの参照点および輪郭線の少なくとも一方から、両者の大きさ、位置および方向が一致するように補正する、請求項９から１４のいずれか一項に記載の支援方法。
さらに、調整工程を含み、
前記調整工程は、
前記融合画像における前記二次元再構成画像と前記術中診断二次元画像との、大きさ、位置、および傾きの関係を調整する、請求項９から１５のいずれか一項に記載の支援方法。
請求項９から１６のいずれか一項に記載の骨部手術の支援方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
請求項１７に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。