JP4897338B2 - 画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体の画像及び手術情報を表示するモニタを、撮像室内外に備えた画像診断装置に関する。

画像診断装置としては、磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）、ＣＴ装置等がある。この画像診断装置の一例としてのＭＲＩ装置は、連続的に被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴信号（ＮＭＲ信号）を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化するものである。

ＭＲＩ装置を用いた心臓イメージングや、手術時の穿刺モニタリング、経皮的治療などに使用されるＩ−ＭＲＩ装置（Interventional−ＭＲＩ装置、または、Intraoperative−ＭＲＩ装置）では、リアルタイムで撮像する断層面を任意に設定したいという要望がある。撮像する断層面を任意に選択する手法として、グラフィカルユーザインタフェースにＭＲＩ画像を表示して、画面上のボタンをクリックして、次に撮像する断層面を決定する方法（非特許文献１）や、３次元マウスなどを使う方法（特許文献１）などが提案されている。

これらの方法では、撮像する断層面の位置や向きをマウスなどの入力手段で調整、設定しなければならず、煩雑なので、ＭＲＩ装置としては、より簡便に撮像する断層面の位置や向きを調整、設定できることが望ましい。その手法として、特許文献２や特許文献３等に記載された断層面指示デバイス（ポインタなど）を用いて撮像する断層面を決定する技術が提案されている。

特許文献２に記載された技術は、断層面指示デバイスであるポインタに発光ダイオードが設けられ、操作者がポインタで指し示した位置を赤外線カメラで検出したり、関節にセンサが備えられたアームの先端部にポインタを設け、アームの関節の角度などでポインタの位置を検出し、これに基づいて、断層面を自動的に調整するものである。また、特許文献３に記載された技術は、２個の赤外線カメラと３個の反射球を備えたポインタとを使って指示した断層面を自動的に決定して撮像するものである。

一方、位置検出装置と過去に撮像したボリュームデータを用いた手術ナビゲーションシステムは手術時に被検体に対してポインタなどにより指定される位置を、当該位置を含む被検体の直交３平面それぞれを断面とする断層画像上に表示することにより手術操作をナビゲーションするシステムであり、脳神経外科手術などの高精度の外科手術に適用されている。

ここで、撮像室内と室外との両方にモニタを設置し、姓名、生年月日等の被検体に関する情報を、室内の術者と、室外の検査技術者等の操作者との両者が参照可能な技術が特許文献４に記載されている。

米国特許第５５１２８２７号明細書 米国特許第５３６５９２７号明細書 米国特許第６０２６３１５号明細書 特開平５−２６９１１７号公報 Magnetic Resonance in Medicine:Real-time interactive MRI on a conventional scanner;AB.Kerr他、３８巻、ｐｐ．３５５−３６７（１９９７）

上記特許文献４に記載された技術は、撮像室内外で表示する被検体情報を共通化し、双方から被検体情報を入力及び参照できる技術であるが、撮像室内の術者に必要な表示情報と、撮像室外の操作者に必要な表示情報とが異なる場合がある。例えば、撮像室外の操作者は、被検体に関する全体情報を必要とするが、撮像室内の術者は、その時の手術に応じた特定の情報を必要とする。

しかしながら、上記従来の技術にあっては、撮像室内外で表示する被検体情報が共通化されており、撮像室内の術者に、手術に応じた特定の情報を表示することはできなかった。

本発明の目的は、操作者用に表示される被検体情報とは独立して、術者に必要とされる被検体情報を表示可能な画像診断装置を実現することである。

本発明の画像診断装置は、三次元位置検出手段を用いて被検体の任意の断面像を表示する表示手段と、この表示手段に表示する画像情報を制御する表示制御手段とを有する。さらに、本発明の画像診断装置は、被検体の画像情報を表示する、操作者用の第１の表示手段と、術者用の第２の表示手段とを備え、表示制御手段は、第１の表示手段に表示させる画像情報とは独立した画像情報を第２の表示手段に表示させる。

操作者用に表示される被検体情報とは独立して、術者に必要とされる被検体情報を表示可能な画像診断装置を実現することができる。

これより、手術時の治療時間短縮が可能となり、術者、被検体に対する負担も軽減することができるという効果もある。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明をＭＲＩ装置に適用した場合の例である。

図１は、本発明の一実施形態であるＭＲＩ装置の動作フローチャートであり、図２は、本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。

図２において、ＭＲＩ装置１は、例えば、垂直磁場方式０．３Ｔ永久磁石ＭＲＩ装置１であり、垂直な静磁場を発生させる上部磁石３と下部磁石５、これら磁石を連結するとともに上部磁石３を支持する支柱７、位置検出デバイス９、アーム１１、モニタ１３、モニタ支持部１５、基準ツール１７、パーソナルコンピュータ１９、ベッド２１、制御部２３などを含んで構成されている。

ＭＲＩ装置１の図示しない傾斜磁場発生部は、領斜磁場をパルス的に発生させ、最大傾磁場強度１５ｍＴ／ｍで、スルーレート２０ｍＴ／ｍ／ｍｓである。さらに、ＭＲＩ装置１は、静磁場中の被検体２４に核磁気共鳴を生じさせるための図示しないＲＦ送信器と、撮像空間３２に位置する被検体２４からの核磁気共鳴信号を受信する図示しないＲＦ受信器とを備え、これらは１２．８ＭＨｚの共振型コイルとなっている。

また、位置検出デバイス９は、２台の赤外線カメラ２５と、赤外線を発光する図示しない発光ダイオードを含んで構成され、断層面指示デバイスであるポインタ２７の位置及び姿勢を検出するものである。また、位置検出デバイス９は、アーム１１により移動可能に上部磁石３に連結され、図２に示すように、ＭＲＩ装置１に対する配置を適宜変更することができる。

モニタ１３は、操作者２９が把持するポインタ２７により指示された被検体２４の断層面の画像を表示するもので、モニタ支持部１５により、赤外線カメラ２５同様上部磁石３に連結されている。基準ツール１７は、赤外線カメラ２５の座標系とＭＲＩ装置１の座標系をリンクさせるもので、３つの反射球３５を備え、上部磁石３の側面に設けられている。

パーソナルコンピュータ１９には、赤外線カメラ２５が検出し算出したポインタ２７の位置が、位置データとして、例えば、ＲＳ２３２Ｃケーブル３３を介して送信される。制御部２３は、ワークステーションで構成され、図示しないＲＦ送信器、ＲＦ受信器などを制御する。また、制御部２３は、パーソナルコンピュータ１９及び映像記録装置３４と接続されている。

パーソナルコンピュータ１９では赤外線カメラ２５が検出し算出したポインタ２７の位置をＭＲＩ装置１で利用可能な位置データに変換し制御部２３へ送信する。

位置データは、撮像シーケンスの撮像断面へ反映される。新たな撮像断面で取得された画像は液晶モニタに表示される。例えば、断層面指示デバイスであるポインタ２７を穿刺針などに取り付け、穿刺針のある位置を常に撮像断面とする様に構成した場合、モニタ１３には針を常に含む断面が表示されることになる。

図３は、ＭＲＩ装置が配置されるシールドルーム内における術者用モニタ１３と、シールドルーム外における操作者用モニタ３０５の概略説明図である。図３において、ＭＲＩ装置１を用いた手術は術者を含むシールドルーム３０１内で行なわれ、操作者３０３は、シールドルーム外３０２でモニタ３０５を用いてＭＲＩ装置１を制御する。

シールドルーム３０１内の液晶モニタ１３に表示される画面は、シールドルーム外３０２にいる操作者３０３と同じ画面を共有するのみである場合は、術者の好みでモニタ１３に表示される画面のカスタマイズは出来ない。

つまり、操作者３０３がマウス３０４を用いてＭＲＩ装置１を制御してＭＲＩ装置１により被検体２４の撮像を行い、術者３０８は操作者３０３がＭＲＩ装置制御用の画面を参照して手術を行うことになる。

そこで、本発明においては、シールドルーム３０１内のモニタ１３の画面表示を、操作者用のモニタ３０５の画面表示の任意の一部拡大画面としたり、同一画面とすることにより、術者３０８の手術用に適切な画面表示とし、術者３０８に最適な手術環境を提供する。

図１を参照して、術者３０８の手術用に適切な画面表示とする動作フローを説明する。ＭＲＩ装置１内において、３Ｄ撮像を行うと同時にＧＵＩは術前プラニング用画面表示に移行する（ステップ１０１、１０２）。ここで、術者用モニタ１３は、手動又は音声、タッチパネル等により、術者用画面に切り替えられる。

手術開始後、穿刺等の手技が開始されると同時にＭＲＩ撮像が開始され、ナビゲーション等の各種手術支援機能が連動される（ステップ１０３、１０４、１０５）。ここで、操作者用ディスプレイ１３には通常画面が表示され、術者用ディスプレイ３０５には穿刺用画面が表示される（ステップ１０６）。

穿刺終了ではなく、術中に術者用ディスプレイ表示に変更指示がある場合には、各種一覧表示画面から所望の画面を選択し、選択画面が拡大表示されて、手術続行となる（ステップ１０７、１０８、１０９、１１０）。ステップ１０７で穿刺が終了したら、術具位置確認用のＭＲＩ撮像を行う（ステップ１１１）。

そして、術者には画像をメインとした画面構成が表示される（ステップ１１２）。更に治療が開始されると同時に治療効果確認用のＭＲＩ撮像が開始され、術者には効果を一目で確認できる専用の画面が表示されることとなる（ステップ１１３、１１４、１１５）。

図４は、本発明によるＧＵＩ基本構成図である。本発明によるＧＵＩ基本構成図は各種映像をの立表示を実現するためのものであり、ＭＲＩ制御用ＰＣ１９により、撮像及び画像表示を行うが、画像・映像・各種手術情報を独立化する各種映像出力制御装置４０２を経由して専用ディスプレイ１３、３０５に表示する。

具体的には画面全体を構成する操作者用ディスプレイ部４００に対して、画像又は映像表示区画４０３、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８にそれぞれ独立した情報（出力１〜６）を出力する。同時に手術に必要な情報４０９も各種手術情報（出力７）として任意の場所に表示する。ここで、全体ディスプレイ部４００は数パターンの構成を保持しており、手術状況に応じて構成が自動的に変化する機能を有している。

術者用ディスプレイ部５００は、術者用のディスプレイ部であり、各種映像出力制御装置４０２から出力８として、術者用にカスタマイズされた情報が出力される。

図５に操作者用のＧＵＩ表示例を示し、図６〜図１０に術者用のＩ−ＭＲＩ時におけるＧＵＩ表示例を示す。条件別に説明すると、図５は、初期画面（通常画面）を示し、図６は、術前プラニング（シミュレーション）画面を示し、図７〜１０に手術時の穿刺時の画面を示す。

また。図１１に術具位置確認用画面を示し、図１２に治療効果確認用画面を示す。これらの画面は、手術の状況に応じて表示が自動的に切り替わる機能を有している。以下、各状態に応じた画面構成詳細を説明する。

図５に示した初期状態（通常画面）５０１では、ナビゲーション部５０２とＩＳＣ（断層面指示デバイスを用いて決定された撮像断層面）を含む各種手術情報部５０３の全ての情報が一覧表示されており、一般的にシールドルーム外の操作者用の画面構成となる。

ここで、選択ボタン５０４を操作して３Ｄ撮像を行い、３軸断面（５０５、５０６、５０７）及びVolume Rendering画面５０９が表示されている。Planningボタン５１０を押すことで手術経路をシミュレーションするモードに移行し、手術経路を算出し、その経路が表示される（手術経路を術具５１１、５１２、５１３、５１４を表示することで表示する）。

一方、術者用ディスプレイ６０１には、図６に示すように、図５に示したナビゲーション部５０２が拡大された画面６０２が表示されることとなる（手術経路を６０５〜６０８で示す）。また、画面６０２の側方には各種手術情報６０３も表示されており、手術に必要な情報も閲覧できるようになっている。もし、通常画面に戻したい場合は通常画面ボタン６０４を押すことで、図５に示した画面構成に戻ることができる。また、術者用ディスプレイ６０１には、後述するその他の画面表示が可能であり、ボタン６０５を押すことにより、以前選択した画面表示を表示させたり、その前後の画面を呼び出し、表示させることもできる。

図５において、手術・穿刺時にはＩＳＣボタン５２０を押して、ＩＳＣをオンとすると、リアルタイム画面５２１が表示される。更に、ナビゲーションボタン５２２を押して、ナビゲーションを連動させることで、術具５１１、５１２、５１３、５１４を含む３軸断面Axial画面５０５、Sagital画面５０６、Colonal画面５０７及びVolume Rendering画像５０９が時系列的に変化する。同時に、セグメンテーション画像と術具位置の三次元的術具情報５２３や各種手術情報５２４もリアルタイム表示される。

ここで、術者が必要な画面を拡大表示する場合は、必要な画面をクリックするか若しくは関心領域拡大機能ボタン５３０のいずれかのボタン５３１〜５３４を押すことで、１画面拡大表示が可能となる。例えば、Axial画面を拡大表示したい場合には、Axialボタン５３１又はAxial画面５０５を選択することで、図７に示すような拡大画面が表示される（７０５は術具又は穿刺針を示す）。

また、Sagital画面を拡大表示したい場合には、Sagitalボタン５３２又はSagital画面５０６を選択することで、図８に示すような拡大画面が表示される（８０５で術具又は穿刺針を示す）。Colonal画面を拡大表示したい場合には、Colonalボタン５３３又はColonal画面５０７を選択することで、図９に示すような拡大画面が表示される（９０５で術具又は穿刺針を示す）。

Volume Rendering画面を拡大表示したい場合には、Volume Renderingボタン５３４又はVolume Rendering画面５０９を選択することで、図１０に示すような拡大画面が表示されることとなる（１００５で術具を示す）。

各画面共に共通して、拡大画面７０２、８０２、９０２、１００２及び術具又は穿刺針７０５、８０５、９０５、１００５が表示され、拡大画面の側方には各種手術情報７０３、８０３、９０３、１００３も表示されており、手術に必要な情報も閲覧できるようになっている。もし、通常画面に戻したい場合は通常画面ボタン７０４、８０４、９０４、１００４を押すことで、図５に示すような元の通常画面構成に戻すことができる。

穿刺終了後は、図５に示した通常画面における術具位置確認ボタン５４０を押すことにより、術具位置を含むマルチスライス撮像が開始される。そして、図１１に示すような術具位置確認用画面が自動表示され、周辺臓器との位置関係が一覧表示される。

図１１において、術者用画面１１０１にスライス画像全体拡大画面１１０２及びその側方に各種手術情報１１０３も表示され、画像表示領域に各スライス画像１１０６、１１０７、１１０８、１１０９、１１１０及び３Ｄ撮像画面１１０５が表示される。ここで、術具又は穿刺針１１１１の位置を確認し、ターゲットに到達したことを確認後、通常画面ボタン１１０４を押すことで、図５に示すような元の通常画面構成に戻すことができる。

更に、医師による治療後、治療効果を確認するために、図５に示す通常画面における治療効果確認ボタン５４１を押すことにより治療領域を含む３軸断面撮像が開始される。そして、図１２に示すような治療効果確認用画面が自動的に表示される。

図１２において、術者用画面１２０１に治療効果画像拡大画面１１０２及びその側方に各種手術情報１２０３が表示され、画像表示領域に治療領域を含む３軸画像１２０７、１２１０、１２１３及び３Ｄ画面１２０５が表示される。ここで表示される術具又は穿刺針１２０９、１２１２、１２１５、１２０６で、ターゲットからズレていないことが確認できる。

ここで、３Ｄ画面１２０５は、３軸撮像断面１２０８、１２１１、１２１４を合成したものであり、治療領域及び術具及び周辺臓器の位置関係の把握を容易にするための表示機能である。治療効果確認後、通常画面ボタン１２０４を押すことで、図５に示すような元の通常画面構成に戻すことができる。

以上のように本発明は、画像・映像を含む画面構成は操作者が操作する画面表示と術者用の画面表示とを独立に調整可能とすることで、操作者と同一の画面構成に限らず術者の要求に応じて必要な画面を自由にカスタマイズ可能（拡大・縮小やWindow/Levelの変更を可能）とすることで、常に最適な手術環境を提供することが可能となる。

上述した例は、術者がモニター１３に表示されたボタンを選択したり、音声、フットスイッチを用いて、画面表示内容を変更する例であるが、手術場面に応じて、自動的に画面表示を適切なものに切り換えることができれば、より適切な手術環境を提供することができる。

そこで、一定の条件が成立すれば、自動的に術者用画面表示を適切なものに切り換える例について、以下に説明する。

（１）術前プランニング（手術シミュレーション）
ＭＲＩ装置による術前３Ｄ撮像を行った場合には、術者用画面に３軸断面及びボリュームレンダリングを自動的に表示する。これは、最初に撮像する画像が３Ｄ撮像であり、それにより手術経路を算出する方法が一般的であるため、自動的にこれら自動的に表示する。これにより、術者は、画面選択操作を行なうことなく、適切な画面表示が行なわれる。

ただし、複数回３Ｄ撮像を行った場合や他の装置を用いて撮像した場合には、そのうちのどの画像を表示するかは選択性とし、リアルタイムで表示することとする。

（２）穿刺等（手技）開始時
穿刺等（手技）開始時の通常初期画面を、自動的に操作者用画面と同じ画面とする。
３Ｄ撮像後、穿刺又は手術をするために術具をナビゲーションする必要があり、そのためには比較的短時間で撮像可能な２Ｄリアルタイム撮像を行う。したがって、この２Ｄリアルタイム撮像の開始をトリガーとして穿刺等（手技）開始時には、通常初期画面を自動的に表示する。

（３）手技終了時
２Ｄ撮像が終了し、再度３Ｄ撮像を行う場合には術具位置及びターゲット位置の再確認を行うための、３軸断面及びボリュームレンダリング表示を自動的に行なう。
術前プランニングとの判別方法は、２Ｄリアルタイム撮像の後の撮像か否かで行う。また、ＭＲＩ装置の被検体撮像動作に応じて、術者用モニタ１３に表示する画像情報を切り替えることも可能である。

（４）術具センシング方法
術具を検出して、検出したときと、検出していないときとの判断により表示画面を切り替える。術具のセンシング方法としては、次の３つの方法がある。

第１の方法は、赤外線装置や磁場発生装置を用いて監視する方法である。通常、術具は所定の位置に固定・設置されているため、所定位置に規定術具が存在するか否かを検出する赤外線装置や磁場発生装置を設ける。
術者は、手術場面に応じて手術器具を使い分けることから、所定位置に手術器具が検出できない場合、術者が必要に応じて使用していると判断することができる。

第２の方法は、重さセンサーを用いて監視する方法である。つまり、規定器具の位置検出を重量監視による方法としたものである。所定位置若しくはトレイの上に規定器具が置いてあり、術者は必要に応じてトレイから術具を手に取り手術を続行する。この時、トレイ上の重量がゼロとなった場合にその術具を使用していると判断する。第１の方法に比較して、赤外線装置や磁場発生装置を必要とせず、重さセンサーで監視できることから安価な方法である。

第３の方法は、三次元位置検出装置を用いる（特定領域の器具を検出する）方法である。手術領域にある術具を全て検出する方法である。術具を使用する時には必ず被検体の近く（特定領域）で使用するため、その領域全てを網羅する三次元検出器を設置し、予め登録しておいた術具を検出する。これは、術具の準備を任意にすることができ、術者・手術スタッフの好きな場所に置くことができる。
ただし、手術に必要のない術具については測定範囲外に置く必要がある。

以上説明したような、画面自動切換え方法を適切に組み合わせることによって、術者の画面切り替え負担を軽減し、手術の場面に応じた画面を表示することができる。

なお、上述した例は、本発明をＭＲＩ装置に適用した場合の例であるが、本明発明は、ＭＲＩ装置のみならず、ＣＴ装置等の他の医用画像診断装置にも適用することが可能である。

また、上述した例は、術者用モニタと操作者用モニタとの２つのモニタを備える場合の例であるが、本発明は、術者用モニタのみ備えた装置にも適用可能である。

本発明の一実施形態ＭＲＩ装置の動作フローチャートである。 本発明が適用されるＭＲＩ装置の概略構成図である。 ＭＲＩ装置が配置されるシールドルーム内における術者用モニタと、シールドルーム外における操作者用モニタの概略説明図である。 本発明によるＧＵＩ基本構成図である。 本発明によるＧＵＩ表示画面例を示す図である。 本発明による術者の術前プラニング画面を示す図である。 本発明による術者の穿刺用初期（Axial拡大）画面を示す図である。 本発明による術者の穿刺用（Sagital拡大）画面を示す図である。 本発明による術者の穿刺用（Colonal拡大）画面を示す図である。 本発明による術者の穿刺用（Volume Rendering拡大）画面を示す図である。 本発明による術者の術具位置確認用画面を示す図である。 本発明による治療効果確認用画面を示す図である。

符号の説明

１ ＭＲＩ装置
３ 上部磁石
５ 下部磁石
７ 支柱
９ 位置検出デバイス
１１ アーム
１３ モニタ
１５ モニタ支持部
１７ 基準ツール
１９ パーソナルコンピュータ
２１ ベッド
２３ 制御部
２４ 被検体
２５ 赤外線カメラ
２７ ポインタ
２９ 操作者
３２ 開口部
３４ 映像記録装置
３５ 反射球

Claims (6)

1. 三次元位置検出手段を用いて被検体の任意の断面像を表示する表示手段と、この表示手段に表示する画像情報を制御する表示制御手段とを有し、
   被検体の画像情報を表示する、操作者用の第１の表示手段と、術者用の第２の表示手段とを備え、
   上記表示制御手段は、上記第１の表示手段に表示させる画像情報とは独立した画像情報を上記第２の表示手段に表示させる画像診断装置において、
   上記表示制御手段は、上記第１の表示手段の複数の画像を一画面中に表示させ、この第１の表示手段に表示された複数の画像のうちの一つの画像を上記第２の表示手段に表示させることを特徴とする画像診断装置。
2. 請求項１記載の画像診断装置において、上記表示制御手段は、上記第１の表示手段に表示された複数の画像のうちの一つの画像を上記第２の表示手段に拡大して表示させることを特徴とする画像診断装置。
3. 請求項１又は２記載の画像診断装置において、上記第２の表示手段に表示する画像を選択する画像選択手段を備えることを特徴とする画像診断装置。
4. 請求項３記載の画像診断装置において、上記画像選択手段は、タッチパネル、音声認識手段又はフットスイッチであることを特徴とする画像診断装置。
5. 請求項３記載の画像診断装置において、上記表示制御手段は、画像診断装置の画像撮像動作に応じて、第２の表示手段に表示する画像を選択し、第２の表示手段に表示させることを特徴とする画像診断装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項記載の画像診断装置において、この画像診断装置は、磁気共鳴イメージング装置であることを特徴とする画像診断装置。

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