JP4491420B2

JP4491420B2 - 手術支援装置及び手術支援撮像装置

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Publication number: JP4491420B2
Application number: JP2006004473A
Authority: JP
Inventors: 秀和仲本; 誠橋爪
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: JP2007185278A

Description

本発明は、ＭＲＩ装置やＣＴ装置などの撮像装置によって撮像された３Ｄ画像を手術支援画像として表示する機能を備えた手術支援装置に関し、特に呼吸動や心拍動などの影響を受ける部位の手術の際に被検体の動きに連動した手術支援画像を提供することが可能な手術支援装置に関する。

近年、脳神経外科手術などの高精度の手技が要求される外科的治療において、画像診断装置で撮像された３Ｄ画像を用いた手術ナビゲーションシステムが利用されている。手術ナビゲーションシステムは、手術時の患者に対して指示具（ポインタ）などにより指定される位置を位置検出装置で検出し、この位置を含む３Ｄ画像の断面を表示装置に表示させることにより、手術操作をナビゲーションするものである。３Ｄ画像としては、予めＭＲＩ装置やＣＴ装置で撮像したボリューム画像データが用いられる。

ここでポインタの位置と、ボリューム画像データ中の位置との対応付け（レジストレーションという）は、例えば、患者に撮像装置で検出可能なマーカーを固定した状態で撮像を行ってボリューム画像データ中にマーカーを写しこんでおき、患者に固定したマーカー位置をポインタで指示し、そのときのポインタの検出位置とボリューム画像データ中のマーカー位置を対応つけることにより行われる。このような手術ナビゲーションの技術については、例えば特許文献１、特許文献２に記載されている。

一方、オープン型のＭＲＩ装置では、ＭＲＩ装置の撮像空間において外科的治療や診断を行うことが可能となり、これに併せて手術中にポインタ等で指示した位置をリアルタイムで撮像し、表示させる技法も取り入れられている。この技法はインタラクティブスキャンと呼ばれ、これを上述した手術ナビゲーションと組み合わせた技術についても提案されている（特許文献３）。
手術ナビゲーションでは、術前すなわち過去に取得した画像データを利用するのに対し、インタラクティブスキャンはリアルタイムで撮像された画像が表示されるので、両者を組み合わせることにより、手術部位の３次元的な把握とリアルタイムの形態変化の把握を行うことができるという利点がある。
特開2002-35007号公報特開2003-79637号公報特開2003-190117号公報

手術ナビゲーションとインタラクティブスキャンを組み合わせた技術は、頭部や脚部など不動な部位については有効な手段といえるが、腹部や心臓など動きのある部位については、必ずしも有効ではない。インタラクティブスキャンによる２Ｄ撮像では、例えば被検体の体動周期と同期して撮像することにより動きのある部位についても手術支援として有効な画像を表示させることができるが、手術ナビゲーションシステムで用いるボリューム画像は手術前の一つの時点で取得したデータであるため、体動を続けている被検体の部位把握には適用することができない。

そこで本発明は、動きのある部位の手術に好適な手術支援装置を提供することを目的とする。

本発明の手術支援装置は、撮像装置で取得されたボリューム画像データを格納する記憶手段と、手術中の術具の位置を検出する三次元位置検出手段と、手術が行われる空間の座標と前記画像データの画像座標とを座標変換する座標変換手段を備え、前記三次元位置検出手段で検出された術具の位置に基づき前記ボリューム画像データから手術支援画像を作成する画像処理手段と、前記手術支援画像を表示する表示手段を備え、前記記憶手段は、被検体の周期動における複数の時相のボリューム画像データからなる時系列ボリューム画像データを格納し、前記画像処理手段は、手術中の被検体の周期動をモニタする時相計測装置から入力される時相情報に基づき、前記記憶手段に格納された時系列ボリューム画像データのうち前記時相情報と同一時相のボリューム画像データを読み出し、当該ボリューム画像データを用いて術具位置情報に基づく手術支援画像を作成することを特徴とする。

本発明において、術具とは手術において患者に直接適用されるメス、鉗子、注射器、カテーテル等のほか、このような術具を固定したロボットアームなど間接的に適用される器具を含む。

また本発明の手術支援装置は、画像処理手段が、時相計測装置から入力される時相情報の変動に合わせて、時相の異なるボリューム画像データを順次読み出し、手術支援画像を更新することを特徴とする。

本発明の手術支援装置において、好適には、画像処理手段は、前記時相計測装置から入力される時相情報を表す画像を作成し、前記表示手段に表示させる。
また本発明の手術支援装置は。好適には、画像処理手段は、前記手術支援画像に前記術具の仮想画像を重畳して表示させる。

本発明の手術支援撮像装置は、被検体のボリューム画像を撮像する撮像手段と、前記ボリューム画像を格納する記憶手段と、前記撮像手段の撮像空間におけるマーカーの位置を検出する三次元位置検出手段と、前記三次元位置検出手段が検出したマーカーの位置に基づき、前記ボリューム画像データを用いて手術支援画像を作成する画像処理手段と、前記手術支援画像を表示する表示手段を備え、前記撮像手段は、被検体の周期動における複数の時相のボリューム画像を撮像し、時系列ボリューム画像データとして前記記憶手段に格納し、前記画像処理手段は、手術中の被検体の周期動をモニタする時相計測装置から入力される時相情報に基づき、前記記憶手段に格納された時系列ボリューム画像データのうち前記時相情報と同一時相のボリューム画像データを読み出し、当該ボリューム画像データを用いてマーカー位置情報に基づく手術支援画像を作成することを特徴とする。

本発明の手術支援撮像装置において、好適には、前記撮像手段は、前記三次元位置検出手段が検出したマーカーの位置情報を入力し、前記マーカーの位置情報を撮像位置として被検体の断層像を撮像し、前記画像処理手段は、前記撮像手段により撮像された断層像を前記表示手段に表示させる。
本発明の手術支援撮像装置は、例えばＭＲＩ装置である。

本発明によれば、呼吸動や心拍動などの影響を受ける部位の手術支援画像を作成するにあたり、手術支援画像を決定する断面を決定するための位置情報を取得した時点における動きの時相と、手術支援画像を作成するのに用いる時系列ボリューム画像の時相とを一致させることができるので、モニタしようとする位置を正確に描出した手術支援画像を表示させることができる。これにより手術支援装置の手術アシスト機能を大幅に向上することができる。

以下、本発明の手術支援装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の手術支援装置のブロック図、図２は全体構成を示す斜視図である。この手術支援装置は、ＭＲＩ装置等の撮像装置による画像を手術支援画像の一つとして利用しながら、患者の外科的治療を行なうための手術支援撮像装置であり、主たる構成として、図１に示すように、被検体の断層像を撮像するための撮像装置１０、術者に操作される術具（ポインタ等の断面指示具を含む）２０の位置を検出するための三次元位置検出装置（以下、単に位置検出装置ともいう）３０、手術支援画像の作成等を行う画像処理部４０、手術支援画像を表示するための表示装置５０を備えている。撮像装置１０及び画像処理部４０には、操作者が動作の指令や条件を入力するための操作部６０が備えられている。

なお、図１のブロック図では、撮像装置１０と画像処理部４０とは、別のユニットとして示しているが、画像処理部４０は撮像装置１０内に備えられたユニットであってもよい。その場合、操作部６０および表示装置５０は、一体的なユーザーインターフェイスとして機能する。

また被検体には、その周期動を計測するための時相計測装置７０が固定されている。手術の対象とする部位によるが、時相計測装置としては、脈波計や心電計、体動センサーなどが用いられる。時相計測装置７０からの時相情報は、撮像装置１０による同期撮像に利用されるとともに、画像処理部４０により手術支援画像を作成する際にも参照される。

撮像装置１０は、図２に示す実施の形態では、撮像空間を挟んで上下に一対の磁石１３、１５を配置した垂直磁場方式のオープン型のＭＲＩ装置であり、被検体１１を載せたベッド１２を撮像空間に配置した状態で、手術を施すことができるようになっている。ＭＲＩ装置の構成及び撮像方法は、従来のＭＲＩ装置と同様であり、ここでは説明を省略する。

三次元位置検出装置３０は、術具の実空間における位置を検出するためのものであり、この実施の形態では、一対の赤外線カメラ３１を備えた位置検出デバイス３２と、位置検出デバイス３２が検出した位置信号に対し、所定の座標変換等の処理を行なう処理部３３とを備えている。

位置検出デバイス３２は、赤外線を発生する赤外線源を備え、赤外線源から照射され、所定の反射体（マーカー）から反射された赤外線を検出することによって、その反射体が付された対象の位置を検出することができるようになっている。前述した器具２０には、少なくとも３箇所にマーカーが固定されており、マーカーから得られる３つの位置座標から、例えば術具先端の位置や方向などの三次元位置情報を得ることができる。位置検出デバイス３２は、ＭＲＩ装置１０の上部磁石１３を覆うガントリに、支持アーム３５により固定されており、支持アーム３５を移動することにより任意の位置に設定することができる。

またＭＲＩ装置１０のガントリには、赤外線カメラ３１が捉えたカメラ座標における方向及び位置を、ＭＲＩ装置の装置座標系（実空間座標）と関連付けるために、基準ツール３７が固定されている。基準ツール３７には、赤外線カメラ３１で位置検出可能な３つのマーカー（例えば、赤外線カメラが発する赤外線を反射する反射球）３８が固定されている。これら３つのマーカーの位置を検出することにより、装置座標の原点に対するカメラの三次元位置を検出することができ、カメラ座標と装置座標との関連付けを行なうことができる。赤外線カメラ３１は、所定のサンプリング速度で術具に固定されたマーカーの位置を検出し、検出した位置情報を処理部３３に送る。処理部３３は、位置検出デバイス３２が検出した位置情報（カメラ座標の位置情報）から、例えば術具先端の位置や方向を算出するとともに、これら位置情報を装置座標系の位置情報に変換する。座標変換のための座標変換マトリクスは予め処理部３３内に格納されており、位置検出デバイス３２による位置検出と同時に座標変換された位置情報が得られる。処理部３３は、例えば、パーソナルコンピュータ上に構築することが可能である。

画像処理部４０は、ＭＲＩ装置１０で撮像された被検体の三次元画像データ（ボリュームデータ）をもとに手術支援画像を作成する画像作成部４１、被検体のボリュームデータや画像処理に必要なデータ等を記憶する記憶部４２、表示装置５０における手術支援画像やＧＵＩを表示する画面の制御等を行う制御部４３を備えている。画像作成部４１は、位置検出装置３０から得られる術具位置の情報および時相計測装置７０からの時相情報に基き、被検体のボリュームデータを処理し、手術支援画像を作成する。また画像作成部４１は、時相計測装置７０からの時相情報を表す画像を作成する。制御部４３は、画像作成部４１が作成した手術支援画像や時相情報を表す画像とＧＵＩとを表示装置５０の画面に表示させる。時相情報を表す画像は、時相計測装置７０が心電計であれば心電図をそのまま画像として取り込み表示する。体動センサーであれば、横軸を時間、縦軸を変位とするグラフを表示する。

画像処理部４０は、さらに、予め登録された術具の画像（仮想術具）を作成し、位置検出装置３０から得られる術具位置に基き、手術支援画像やリアルタイムで撮像される断面像などに仮想術具を重畳した画像を作成する。画像処理部４０は、予め複数の術具について作成された仮想術具データを記憶しておき、手術に用いる術具が選択され、登録された場合に、記憶された仮想術具データのうち該当する仮想術具データを用いるようにすることできる。

次に上記構成における手術支援装置の動作を説明する。図３は本実施の形態の手術支援装置を用いた撮像および手術の手順を示すフローの一例である。

まず患者をＭＲＩ装置１０の撮像空間に配置するとともに患者に時相計測装置７０をセットし、同期撮像を開始する（ステップ101〜104）。同期撮像は、手術部位（目的）に応じて適切な同期方法を選択する。また、後のステップで画像座標と手術が行われる実空間の座標との座標統合を行うために、撮像に際し、患者にＭＲＩ装置１０で画像化可能なＭＲマーカーを固定しておく。

撮像方法はボリュームデータを取得できるものであれば、特に限定されず、Ｔ１強調撮像、Ｔ２強調撮像であってもよく、また短ＴＲの３Ｄパルスシーケンスでも複数のスライス位置の異なる２Ｄパルスシーケンスでもよい。患者の周期動の複数の時相についてそれぞれボリュームデータを取得するまでパルスシーケンスを繰り返す。例えば呼吸動では、呼気時、吸気時、中間時に対応する３つ以上のボリュームデータを取得することが望ましい。また心電同期撮像の場合には、拡張期、収縮期、中間期について１ないし複数の心時相を取得する。撮像によって得られた各時相のボリュームデータは、記憶部４２に格納される。

図４に、呼吸同期撮影を行った場合のボリュームデータ取得の様子を示す。図示するように、腹部の位置（背中を下に患者を寝かせた場合の高さ）は、吸気で高く、呼気で低く変化する（401〜403）。このような患者の腹部の動き（変位）を体動センサーで検出し、得られる時相情報をもとに同期撮像を行う。例えば、あらかじめ吸気から呼気までの一周期をユーザー指定または自動で複数時相に分割しておき、各時相毎に収集した信号を再構成し、各時相のボリュームデータ404〜406を得る。この時系列のボリュームデータは、空間を表す３つの次元に時間の次元が加わったデータであり、本明細書では、４Ｄボリュームデータともいう。これら４Ｄボリュームデータ404〜406は、その後に行われる同患者に対する手術において手術支援画像の作成に使用される。

ボリュームデータの撮像後、時相計測を一時停止し、手術の準備を行う（ステップ105、106）。撮像と手術とは必ずしも連続して行う必要はなく、異なる時に実施してもよいし、撮像と手術との間で、患者に対し手術に必要な種々の処置を行ってもよい。

次に患者を手術が行われる空間、ここではＭＲＩ装置１０の撮像空間に配置し、時系列ボリュームデータと実空間の座標統合を行う（ステップ107）。ＭＲＩで得られるボリュームデータは、スライス面とスライス方向の位置で決まるDICOMデータであり、DICOM座標は、ＭＲＩ装置の装置座標と関連付けられている。したがって手術をＭＲＩ装置の撮像空間で行う場合、撮像と手術開始との間に被検体位置が変化しないのであれば、装置座標上の位置に対応するDICOMデータ上の座標が決まるので座標統合を省くことができる。しかし撮像と手術開始との間に、被検体位置が変化することがある場合には、ボリュームデータ撮像時に被検体に固定したＭＲマーカーを利用して装置座標と画像座標との座標統合を行う。

具体的には、ボリューム画像からマーカーを含む断面像を表示させて、画像上のＭＲマーカー位置（画像座標における位置）を特定し、一方、被検体に固定されたＭＲマーカーの位置を位置検出器３０で検出し、実空間における位置を特定し、画像座標の位置と実空間座標の位置を関連つける。少なくとも位置が異なる３つのＭＲマーカーについて、この作業を行うことにより、座標統合が完了する。なおＭＲマーカーが位置検出装置３０で検出可能な材料ではない場合には、三次元位置検出装置３０で検出可能なポインタでＭＲマーカー位置を指示することによりＭＲマーカー位置を検出する。

以上のステップが完了したならば手術を開始し、時相計測装置７０による時相の計測も開始する（ステップ108、109）。また位置検出装置３０による術具位置の検出を開始し、手術ナビゲーションを開始する（ステップ110、111）。時相計測装置７０による時相の計測が開始されると、画像処理部４０は時相計測装置７０から時相情報を取り込む。時相計測装置７０が体動センサーの場合、図５に示すように、横軸を時間、縦軸を患者腹部の変位を表す時系列波形が時相情報として取り込まれる。

手術ナビゲーションは、自動的に術具位置を検出し、その位置を含む手術支援画像を作成する場合（自動モード）と、術者がポインタで指示したときにポインタ位置を含む手術支援画像を作成する場合（手動モード）とがある。ここでは自動モードについて説明する。手術ナビゲーションの開始により、画像処理部４０は位置検出装置３０から、術者が操作する術具先端の位置をリアルタイムで入力し、この位置（実空間の位置）と対応付けられたボリューム画像位置を中心とする３つの直交断面画像を作成する。これら三断面図が手術支援画像となる。この際、手術支援画像を作成する対象とするボリューム画像は、術具位置を検出した時点における時相情報をもとに、時系列ボリューム画像404〜406から選択される（ステップ112）。即ち、図６に示すように、術具を検出した時点における体動センサーからの時相情報（患者の呼吸周期）が吸気601である場合には、吸気のボリューム画像404を用いて手術支援画像を作成する（604）。同様に、術具を検出した時点における体動センサーからの時相情報が呼気603である場合には、呼気のボリューム画像406を用い手術支援画像を作成する（606）。

画像作成部４１が作成した手術支援画像（三断面図）は、リアルタイムで表示装置５０に表示される（ステップ112）。自動モードでは、位置検出装置３０が検出した術具位置情報を所定の間隔で取り込み、位置情報が取り込まれると新たに手術支援画像が作成され、表示装置５０の表示が更新される。
手動モードでは、術者がポインタで手術支援画像を作成すべき位置を指示したときに、手術支援画像が作成、表示される。それ以外は自動モードと同様である。なお手動モード／自動モードを術者が適宜選択できるようにすることも可能である。

このように本実施の形態によれば、術具を検出した（或いはポインタで指示された）時点の時相と、手術支援画像の作成に使用されるボリューム画像の時相とを一致させることにより、手術対象部位に呼吸周期に起因する動きがある場合にも、常に正確にその位置の三断面図を表示することができる。

また本実施の形態では、手術がオープン型ＭＲＩ装置１０の撮像空間で行われるので、必要に応じてリアルタイムの断層像撮像（２Ｄインタラクティブスキャン）を行うことも可能である。この場合には、ＭＲＩ装置１０は、三次元位置検出装置３０が検出した術具またはポインタ先端の位置および方向を入力し、例えばポインタ先端の位置を中心とし、ポインタの指示方向を含む断面、或いはポインタの指示方向と直交する断面を撮像断面とし撮像を行う（ステップ113、114）。

２Ｄインタラクティブスキャンについても、術者が指示したときに実行される手動モードと、術具位置が変わるたびに自動的にスキャンする自動モードを設定することが可能であり、必要に応じて選択することができる。

本実施の形態における表示装置５０の表示画面の一例を図７に示す。この表示画面700は、手術支援画像表示部710、計測データ表示部720、ＧＵＩ表示部730などを含み、手術支援画像表示部710には画像作成部４１によって作成された手術支援画像が表示されるとともに、手術支援画像の作成に用いられたボリュームデータから作成されたボリュームレンダリング画像712が表示される。

ＧＵＩ表示部730は、本実施の形態の手術支援撮像装置の各動作の指令を送るための操作ボタンが表示されており、これら操作ボタンをマウス等の入力装置で操作することにより、選択された動作を行わせることができる。時相数の操作ボタン731は、患者の動きの一周期内を分割する数を自動或いは手動で設定するためのボタンで、これにより時系列ボリュームデータを取得する間隔およびタイミングが決定される。３Ｄ撮像ボタン732、733は、撮像シーケンスを選択するためのボタンで、図示する例ではＴ1撮像またはＴ２撮像を選択できるようになっている。これらのボタンのいずれかを操作することにより、ボリュームデータの撮像（図１のステップ104）が開始する。３Ｄナビゲーションスタートボタン735は、手術ナビゲーション（ステップ111）を開始するボタンで、自動モードまたは手動モードを選択できるようになっている。２Ｄ−ＩＣＳスタートボタン736は、インタラクティブスキャン（ステップ114）を開始するボタンで、自動モードまたは手動モードを選択できるようになっている。また赤外線カメラ３１の動作（ポインタの検出の有無）の表示を選択するボタン737を操作することにより、動作状況を表示させることもできる。さらに画像処理部４０に行わせる画像処理、例えば、特定臓器の輪郭抽出し、描出させる機能（セグメンテーション）などを行わせるためのボタン734なども設けられる。なおセグメンテーション画像は、時系列ボリュームデータのそれぞれから作成しておくことが好ましい。

計測データ表示部720には、時相計測装置（体動センサー）７０が計測した体動情報が、横軸を時間、縦軸を変位とする波形721として表示される。波形721は、時相計測装置（体動センサー）７０が計測した体動情報を画像作成部４１でリアルタイムで作成し、表示するようにしてもよいし、サインカーブ等のモデル波形を表示し、その上に現在の変位を輝点や黒丸などで表示するようにしてもよい。波形表示は、ボリュームデータ撮像の際に、時相数の決定のためのＧＵＩとすることもできる。例えば、呼吸動の一周期の分割数が自動で或いはユーザーによって設定されると、波形721上にボリュームデータを取得するタイミング7211、7212、7213・・・を表示する。ユーザーは、この表示を見て分割数を確認したり変更したりすることができる。或いは、ユーザーは分割数を指定するのではなく、波形上の任意の時点を指定してボリュームデータの取得タイミングを設定するようにしてもよい。また手術ナビゲーションの実行時においては、例えば、表示部710に表示されている手術支援画像を指示した時点を輝点や黒丸などで表示することもできる。これにより表示されている画像が吸気の画像か、呼気の画像かを一目で認識できる。

そのほか、計測データ表示部720には、インタラクティブスキャンが実行される場合には、それにより撮像された断面像722が表示される。またセグメンテーション機能によって、手術部位近傍の臓器のセグメンテーション画像が作成された場合には、各臓器のセグメンテーション画像7221、7222、7223を術具との関係がわかるような三次元的表示で表示される。画像作成部４１は、三次元位置検出装置３０により検出された術具の位置に対応する画像座標上の位置に、予め登録された仮想術具の画像7224、7225を配置し、手術支援画像と同じ時系列ボリュームデータから作成したセグメンテーション画像に重畳して表示させる。これにより術具と傷つけてはならない臓器との位置関係などを視覚的に把握することができる。仮想術具の重畳表示は、セグメンテーション画像のみならず手術支援画像やＩＣＳ画像に対して行ってもよい。

以上、説明したように本実施の形態の手術支援撮像装置によれば、撮像装置１０で時系列ボリュームデータを撮像するとともに、これら時系列ボリュームデータから被検体の動きの時相に合わせたボリュームデータを選択して手術支援画像を作成、表示させるので、手術部位が被検体の動きの影響を受ける部位（例えば腹部や心臓）の場合でも、術具やポインタによって指示された位置を正確に反映した手術支援画像を表示させることができ、治療時間の短縮と治療精度の向上を図ることができる。

また本実施の形態は、撮像装置の撮像空間が手術空間を兼ねたＭＲＩ装置であるので、手術前に取得したボリュームデータを用いた手術支援画像に加え、インタラクティブスキャンを利用したリアルタイム撮像が可能であり、さらに高い手術アシスト機能を付加することができる。

さらに本実施の形態では、時相計測装置７０が計測した波形を表示装置に表示させることにより、時系列ボリューム画像の撮像時の時相分割数の設定を容易にするとともに、手術ナビゲーションの実行時に現在表示されている手術支援画像の時相を一目で確認することができる。

なお本実施の形態では、術具やポインタの操作を術者が行う場合を説明したが、術具を固定した小型ロボットを用いた装置でも同様に適用することができる。図８は、小型ロボットを用いた場合の装置全体を示すブロック図、図９は撮像空間（手術空間）における小型ロボットと被検体との関係を示す図である。

本実施の形態の手術支援装置は、図８に示すように、図１の装置に小型ロボット２５とそれを操作するための操作部６２が追加された以外は、図１の装置と同様の構成を有する。

撮像装置１０の、患者１１を寝かせるためのベッド１２には、その長手方向に沿って両側にレール１７が固定されるとともに、このレール１７に沿って移動可能な円弧状のアーム１８が取り付けられている。小型ロボット２５は、このアーム１８に取り付けられ、アームの円弧に沿って移動することができるようになっている。レール１７に沿ったアーム１８の移動およびアーム１８の円弧に沿った小型ロボット２５の移動は操作部６２を介して行われる。

小型ロボット２５は、互いに回動可能に連結された複数のロボットアームを有し、これらロボットアームの連結角度を変えることにより、その先端に固定されたメスなどの術具２０を任意の方向に任意の量だけ移動・回転させることができるようになっている。ロボットアームには、三次元位置検出装置３０によって位置検出可能な器具（マーカー）が取り付けられており、予めマーカーと術具先端の位置が位置検出装置３０の処理部３３に登録されている。
さらに患者１１の手術部位の近傍には、内視鏡（図示せず）が備えられており、内視鏡の映像は表示装置５０に近接して設置された内視鏡専用の表示装置に表示される。

小型ロボット２５を用いた手術支援装置では、位置検出装置３０が小型ロボット２５に固定されたマーカーを検出することにより、術具の登録情報から術具先端の位置を算出する。画像処理部４０はこの位置情報を位置検出装置３０から取り込み、記憶部４２に格納された４Ｄボリュームデータのうちマーカー検出時の時相と同じ時相のボリュームデータを用いて、術具先端を含む手術支援画像を作成、表示する。

この実施の形態においても、術具位置検出時における患者の動きの時相と同じ時相のボリュームデータから手術支援画像を作成するので、手術対象部位に呼吸周期に起因する動きがある場合にも、常に正確に術具位置の三断面図を表示することができる。
この実施の形態についても、図１の実施の形態と同様に、手術ナビゲーションの自動／手動の選択、インタラクティブスキャンの併用、セグメンテーション画像の作成などの種々の追加機能を加えることが可能である。

以上、手術支援装置が撮像装置を兼ねる場合を説明したが、本発明の手術支援装置は、必ずしも撮像装置を兼ねる必要はなく、撮像装置から可動媒体や通信により送付されたボリュームデータを画像処理部４０の記憶部４２に格納することにより、撮像装置から離れた手術室に設置して適用することができる。
また手術支援装置が撮像装置を兼ねる場合においても、手術ナビゲーションに用いる４Ｄボリュームデータは、その撮像装置で取得したものに限らず、他の撮像装置で取得したデータであってもよい。例えば手術支援装置がＭＲＩ装置である場合に、４ＤボリュームデータはＣＴ装置で取得したデータであってもよい。

本発明によれば、手術ナビゲーションの対象を４Ｄボリュームデータに広げることができるので、動きがある部位の手術についても高い手術アシスト機能を実現できる。

本発明の一実施の形態の装置全体を示すブロック図本発明の一実施の形態の装置概要を示す図本発明の一実施の形態における撮像と手術支援の手順を示す図本発明の一実施の形態における撮像を説明する図本発明の一実施の形態における時相計測結果を模式的に示す図本発明の一実施の形態における手術支援画像の作成を説明する図本発明の一実施の形態における表示画面の一例を示す図本発明の他の実施の形態の装置全体を示すブロック図図８の実施の形態の装置の要素を示す図

符号の説明

１０・・・撮像装置、２０・・・術具、２５・・・小型ロボット、３０・・・三次元位置検出装置、４０・・・画像処理部、４１・・・画像作成部、４２・・・記憶部、４３・・・制御部、５０・・・表示装置、６０〜６２・・・操作部、７０・・・時相計測装置

Claims

撮像装置で取得されたボリューム画像データを格納する記憶手段と、
手術中の術具の位置を検出する三次元位置検出手段と、
手術が行われる空間の座標と前記画像データの画像座標とを座標変換する座標変換手段と、
前記三次元位置検出手段で検出された術具の位置に基づき前記ボリューム画像データから手術支援画像を作成する画像処理手段と、
前記手術支援画像を表示する表示手段を備えた手術支援装置において、
前記記憶手段は、被検体の周期動における複数の時相のボリューム画像データからなる時系列ボリューム画像データを格納し、
前記画像処理手段は、手術中の被検体の周期動をモニタする時相計測装置から入力される時相情報に基づき、前記記憶手段に格納された時系列ボリューム画像データのうち前記時相情報と同一時相のボリューム画像データを読み出し、当該ボリューム画像データを用いて術具位置情報に基づいて、手術支援画像と手術部位近傍の臓器のセグメンテーション画像とを作成し、前記三次元位置検出手段により検出された前記術具の位置に基づいて前記セグメンテーション画像に該術具の仮想画像を重畳表示することを特徴とする手術支援装置。
請求項１記載の手術支援装置であって、
前記画像処理手段は、時相計測装置から入力される時相情報の変動に合わせて、時相の異なるボリューム画像データを順次読み出し、手術支援画像を更新することを特徴とする手術支援装置。
請求項１または２に記載の手術支援装置であって、
前記画像処理手段は、前記時相計測装置から入力される時相情報に、前記ボリューム画像データが取得されたタイミングを付記して、前記表示手段に表示させることを特徴とする手術支援装置。
請求項１ないし３いずれか１項に記載の手術支援装置であって、
前記手術支援画像は、三断面像と投影像とを含むことを特徴とする手術支援装置。
被検体のボリューム画像を撮像する撮像手段と、
前記ボリューム画像を格納する記憶手段と、
前記撮像手段の撮像空間におけるマーカーの位置を検出する三次元位置検出手段と、
前記三次元位置検出手段が検出したマーカーの位置に基づき、前記ボリューム画像データを用いて手術支援画像を作成する画像処理手段と、
前記手術支援画像を表示する表示手段を備えた手術支援撮像装置において、
前記撮像手段は、被検体の周期動における複数の時相のボリューム画像を撮像し、時系列ボリューム画像データとして前記記憶手段に格納し、
前記画像処理手段は、手術中の被検体の周期動をモニタする時相計測装置から入力される時相情報に基づき、前記記憶手段に格納された時系列ボリューム画像データのうち前記時相情報と同一時相のボリューム画像データを読み出し、当該ボリューム画像データを用いてマーカー位置情報に基いて、手術支援画像と手術部位近傍の臓器のセグメンテーション画像とを作成し、前記三次元位置検出手段により検出された前記術具の位置に基づいて前記セグメンテーション画像に該術具の仮想画像を重畳表示することを特徴とする手術支援撮像装置。
請求項５記載の手術支援撮像装置において、
前記撮像手段は、前記三次元位置検出手段が検出したマーカーの位置情報を入力し、前記マーカーの位置情報を撮像位置として被検体の断層像を撮像し、
前記画像処理手段は、前記撮像手段により撮像された断層像を前記表示手段に表示させることを特徴とする手術支援撮像装置。
前記手術支援撮像装置がＭＲＩ装置である請求項５又は６に記載の手術支援撮像装置。