JP3792257B2 - 画像誘導手術システム - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、位置検知システムを有する画像誘導手術システムに関する。
背景技術
上記のような画像誘導手術システムは、米国特許公報第US 5 389 101号から既知である。
画像誘導手術システムは、手術中に外科医が手術用計測器を位置決めすることを補助するのに通例用いられる。複雑な外科手術の間、外科医がこの手術用計測器を患者の体内で動かす所を直接見ることは、外科医にとって非常に難しい又それどころか不可能である。表示装置上において、この画像誘導手術システムは、外科手術が行われている部分に関する手術用計測器の位置を外科医に示す。従って、この画像誘導手術システムは、生命に関わる器官を損傷する危険が無く、外科医にこの手術用計測器を患者の内部及び直視の及ばないところで動かすことを可能にする。
既知の画像誘導手術システムの位置検知システムは、異なる方向から前記手術用計測器の画像を捕らえる２台のカメラを有する。この画像誘導手術システムは、両方のカメラによる画像信号から空間における手術用計測器の位置を得るためのデータ処理装置を含む。手術中、外科医には最初に集められた画像が示されている。例えば手術前に形成されたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像又は磁気共鳴（ＭＲＩ）画像がモニタ上に表示されてもよい。前記データ処理装置は、この画像における前記手術用計測器の対応する位置を計算する。表示された画像において、この手術用計測器の実際の位置は、この手術用計測器が使用される部分の画像と共に示される。
このような画像誘導手術システムは、好ましくは脳神経外科学において、手術を受けている患者の脳における前記手術用計測器の位置を外科医に示すのに用いられる。
既知の画像誘導手術システムの欠点は、前記手術用測定器が計測領域を越えて移動しないようにすることが難しいことである。この測定器が計測領域外を移動する場合、この位置検知システムは、この手術用測定器の位置をもはや検知することができないだろう。
発明の開示
本発明は、手術部分へ正確に向けることができる位置検知システムを有する画像誘導手術システムを提供することを目的とする。
本目的は、この位置検知システムが高感度となる部分を表すための表示システムを具備することを特徴とする本発明に従う画像誘導手術システムによって達成される。
前記手術部分は、外科治療の間にこの手術用測定器が移動する空間である。前記表示システムは、この手術部分に関し、位置検知システムが高感度となる空間の一部、例えばこの位置検知システムの計測領域、を示す。この計測領域は、前記カメラユニットが画像を捕らえる空間の一部である。この位置検知システムは、相関する前記カメラユニットと前記手術部分とを配置することによって向けられる。好ましくは、前記カメラユニットがこの手術部分に向けられるが、手術される患者が前記位置検知システムの計測領域内でこの手術部分を動かすために動いてもよい。この表示システムは、この計測領域が前記手術部分と十分に対応しているかを示す。この位置検知システムのカメラユニットは、当該位置検知システムが高感度である、すなわちこの計測領域が前記手術部分とほぼ一致する、部分により容易に正確に向けられる。それ故、前記計測領域をそのままにしている手術用計測器によって起こる複雑さは、容易に防げる。これは、複雑な手術を行う外科医へのストレスを軽減させる。その上、本発明に従う画像誘導手術システムは、実際の外科手術が始まる前に、前記カメラユニットを正確に向けるための入念な試験運転を不要にする。本発明に従う画像誘導手術システムは、患者の脳又は脊髄の外科手術だけでなく他の部分の手術においてもこれらの利点を提供する。
本発明に従う画像誘導システムの好ましい実施例は、前記表示システムは前記部分の中心を表すように配置されることを特徴とする。
前記表示システムは、前記計測領域の中心、すなわちほぼ中央の位置を示す。前記表示システムで示される中心が手術部分の中心とほぼ共に落ちる場合、前記位置検知システムは前記手術部分に正確に向けられる。代わりのものとしては、この表示システムは、計測領域の境界を示すように配置される。後者の場合、前記計測領域の境界が前記手術部分を囲むように示される場合、前記位置検知システムは、前記手術部分へ正確に向けられる。
本発明に従う画像誘導手術システムの他の好ましい実施例は、前記表示システムは前記部分の再現を表示装置上に供給するように配置されることを特徴とする。
表示装置領域上での前記部分の再現は、例えば前記計測領域の円周を示す輪郭又は前記計測領域の中心を示す標識である。前記計測領域の再現は、前記手術部分と共に前記表示装置上に表示される。それ故、前記位置検知システムを正確に向けることが容易となるので、前記計測領域は前記手術部分と一致する。言い換えれば、前記位置検知システムが一直線上に並べられている間、実際の計測領域は、前記手術部分と共に表示されている。それ故、前記表示装置は、前記計測領域がどのように前記手術部分と対応しているかを示す。
本発明に従う画像誘導手術システムの他の好ましい実施例は、前記表示システムが手術部分を計測するように配置されることを特徴とする。
この表示システムは、手術用計測器が移動する手術部分に置かれる光源を検知するように配置される。この実施例において、好ましくは、前記位置検知システムのカメラユニットは、光源を検知するために同様に用いられる。別々の光源を使用する代わりに、手術すべき患者が検知されてもよい。この場合、好ましくは、赤外線カメラが用いられるが、位置検知システムのカメラでもよい。この表示システムは、光源の画像又は患者自身を表示装置上に表示するようにも配置される。前記計測領域が前記手術部分と十分に対応していない場合、この表示システムは、前記光源又は患者を検知することはできないだろう。前記手術部分と前記計測領域とのわずかな重複だけが存在する場合、この光源又は患者は、前記計測領域の周辺部分で検知されるだろう。
本発明に従う画像誘導手術システムの他の好ましい実施例は、前記表示システムが可視標識を前記部分に生成するように配置されることを特徴とする。
この可視標識は、計測領域の場所を示す。特に、この可視標識はこの計測領域の中心を示す。よって、この計測領域の場所が示される。
本発明に従う画像誘導手術システムの他の好ましい実施例は、表示システムは前記部分を通る光線を放射するための光源を有し、この光源は、位置検知システム上に設けられていることを特徴とする。
前記光線は、手術部分上に落ち、光スポットを生成する。この光スポットは可視標識を形成する。好ましくは、この光線は前記計測領域の中央を通り送られる。このとき、前記光スポットは、前記手術部分におけるこの計測領域の中心を示す。例えば、この画像誘導手術システムが脳外科に用いられる場合、前記位置検知システムは、この光スポットが患者の頭部の適切な場所に落ちるとき、正確に向けられる。上記適切な位置は、例えば患者の頭部の中央の位置又はこの頭部の中央のわずかに上方の位置である。前記光スポットが落ちるべき位置を選択する外科医又は助手は、手術が行われるべき部分を考慮する。その上、前記カメラユニットの計測領域が画像誘導手術システムに隣接して置かれるどんな装置によって妨害されることを避ける。
本発明に従う画像誘導手術システムの他の好ましい実施例は、光源は半導体レーザーを有することを特徴とする。
半導体レーザは、細い光線を放射する。その上、半導体レーザは安価であり、低電力消費である。好ましくは、患者及びスタッフに無害であり、可視光を放射するクラスＩの半導体レーザが用いられる。
本発明のこれら及び他の特徴を以下の実施例及び図を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従う画像誘導手術システムの概略図を示す。
発明を実施するための最良の形態
第１図は、本発明に従う画像誘導手術システムの概略図を示す。この画像誘導手術システムは、１つ以上のカメラ１０を備えるカメラユニット１とデータ処理装置２とを含む位置検知システム１、２を有する。前記又は幾つかのカメラは、異なる方向から手術用計測器１１の画像を捕らえる。例えば、前記カメラユニット１は、固定フレーム上に設けられた２つのＣＣＤ画像センサを含む。このフレームは、これらＣＣＤセンサを手術部分に向けるために移動可能である。別々のカメラからの画像信号又は一つのカメラであるが連続するカメラ位置から後続する画像信号が、前記データ処理装置２に出力される。この目的のために、前記カメラユニット１は、ケーブル１７を介してこのデータ処理装置２と結合される。このデータ処理装置２は、外科手術を受けている患者１２に関する手術用計測器の位置を画像信号に基づいて計算するコンピュータ２１を含む。画像処理装置２２は、前記データ処理装置２に含まれている。前記手術用計測器は、前記カメラ１０が高感度となる放射線を放射する光又は赤外線放射ダイオード１３（ＬＥＤ又はＩＲＥＤ）が取り付けられる。前記コンピュータ２１は、例えばＣＴ画像又はＭＲＩ画像のような初期生成画像において前記手術用計測器１１が対応する位置も計算する。前記ＣＴデータ及び／又はＭＲＩデータは、メモリユニット２３に記憶される。
画像データにおいて、患者の特定な位置上に置かれる基準標識が写し出される。例えば、リード又はＭＲに敏感な標識が患者の耳、鼻及び額に置かれる。手術を始める際に、これら基準標識は、ＬＥＤ又はＩＲＥＤで満たされた手術用計測器で示され、空間におけるこれら標識の位置は、前記位置検知システムによって計測される。前記コンピュータ２１は、空間における基準標識の位置と、前記初期生成画像における標識の画像の対応する位置と、を結び付ける変換行列を計算する。この変換行列は、空間における実際の手術部分内のどんな任意の位置に対する画像において、対応する位置を計算するために使用される。
前記メモリユニット２３からのデータは、前記画像処理装置２２に出力される。前記コンピュータ２１で計算された位置データも前記画像処理装置２２に出力される。このコンピュータ２１は、基準システムが固定される場合について前記手術用計測器の位置の座標を計算することを代わりにプログラムされてもよい。この時、前記画像処理装置２２は、これらの座標を前記画像において対応する位置に変換するために配置される。この画像処理装置は、さらに前記手術用計測器の位置に基づいて画像データの適切なセットを選択するように配置される。上記適切なセットは、例えば手術部分を通る特定な一部のＣＴ又はＭＲＩ画像データを表す。前記画像処理装置２２は、初期生成画像データと手術用計測器の対応する位置と組み合わせた画像信号とを生成する。この初期生成画像情報の再現において、前記手術用計測器の対応する位置も表示される。従って、この手術用計測器１１を扱う外科医７は、手術部分における前記手術用計測器１１の実際の位置を表示装置５上に見ることができる。この表示装置５上で例えば、ＣＴ画像は当該ＣＴ画像において対応する位置に、この手術用計測器の画像８を示す。従って、この手術部分における手術用計測器の位置が前記表示装置５上に示される。この表示装置は、例えば、陰極線管を有するモニタであるが、ＬＣＤ表示スクリーンも同様に使用してもよい。
前記カメラユニット１は、例えば半導体レーザ３を含む表示システム３、４を有する。この半導体レーザー３は、カメラユニット１のカメラとカメラとの間に設けられる。この半導体レーザーは、前記カメラユニットの計測領域を通る細い光線を放射する。好ましくは、この光線は、このカメラユニットの計測領域の中央を通り送られる。この光線が前記手術部分上に落ちる位置に光スポット６が生成される。前記カメラユニットを正確に向けることによって、当該カメラユニットの計測領域は、前記光スポット６が前記手術部分の中心に位置決めする当該手術部分を覆う。このやり方において、この計測領域は、前記手術部分の中心から全ての方向にほぼ同じ量だけ延在することを達成する。それ故、前記手術用計測器が前記カメラユニットの計測領域を越えて移動するという危険は小さくなる。その上、前記カメラユニットの計測領域は、前記画像誘導手術システムに隣接して置かれるどんな装置によって遮られることを避ける。すなわち、ある装置が前記カメラユニットと手術部分との間に置かれる場合、このやり方においてレーザービームは患者よりも前記装置上に光スポット６を生成する。それ故、このカメラユニットを向けている人は、前記装置がこのカメラユニットの計測領域をブロックしていること及び手術を始める前に、装置を置き直すべきであることがすぐにわかる。
代わりのものとして、前記表示システムは、前記手術部分に置かれる放射線源４を含む。前記カメラ１０において、この放射線源４が観測される。これらカメラの画像信号は、コンピュータ２１よって処理され、画像処理装置２２によって前記放射線源の画像が前記表示装置５上に表示される。好ましくは、前記画像処理装置２２及びモニタ（表示装置）５は、前記カメラユニット１の計測領域の中心が当該モニタ５の表示スクリーンの中心に表示されるように置かれる。前記放射線源４が前記表示スクリーンの中央に写し出される場合、このカメラユニット１は正確に向けられている。好ましくは、放射線源として、前記カメラ１０が十分に高感度となる赤外線を放射する赤外線放射ダイオード（ＩＲＥＤ）が用いられる。個々のＩＲＥＤの代わりに、患者自体に用いられてもよい。この場合、これらカメラ１０は、前記モニタ上に表示される患者の赤外線画像を捕らえる。

Claims (11)

1. 画像誘導手術システムであって、
   手術されるべき患者の手術部分において手術用計測器の位置を検知する位置検知システムであって、画像信号を捕らえるカメラユニットと、患者の画像を記憶するメモリユニットと、前記手術用計測器の位置を検知するために前記カメラユニットからの画像信号を処理し、且つ患者の記憶された画像に前記手術用計測器の検知された位置を重ねるデータ処理装置とを含む位置検知システムと、
   前記位置検知システムが高感度を示す手術部分の計測領域を表す表示システムと、
   患者の記憶された画像に、前記手術用計測器の検知された位置を重ねて表示する表示装置と、
   からなる画像誘導手術システム。
2. 前記表示システムは、前記計測領域に可視標識を生成する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像誘導手術システム。
3. 前記表示システムは、前記計測領域を通る光線を放射する光源を含み、該光源が前記位置検知システムに設けられていることを特徴とする請求項２に記載の画像誘導手術システム。
4. 前記光源は、半導体レーザーを含むことを特徴とする請求項３に記載の画像誘導手術システム。
5. 前記可視標識は、前記計測領域の中心に生成されることを特徴とする請求項２に記載の画像誘導手術システム。
6. 前記データ処理装置は、患者の記憶された画像の上に前記計測領域の中心を示す標識を重ねる手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の画像誘導手術システム。
7. 前記データ処理装置は、患者の記憶された画像の上に前記計測領域の円周を示す輪郭を重ねる手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の画像誘導手術システム。
8. 前記可視標識を生成する手段は、赤外線放射ダイオードを含むことを特徴とする請求項２に記載の画像誘導手術システム。
9. 前記データ処理装置は、患者の記憶された画像の上に前記計測領域の中心を示す標識を重ねる手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像誘導手術システム。
10. 前記データ処理装置は、患者の記憶された画像の上に前記計測領域の円周を示す輪郭を重ねる手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像誘導手術システム。
11. 前記表示システムは、患者の現在の画像を検出する手段を含み、前記データ処理装置は、患者の記憶された画像の上に患者の現在の画像を重ねる手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像誘導手術システム。

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