JP5922491B2 - Surgery support device - Google Patents

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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。   The present invention relates to a surgery support apparatus. In particular, the present invention relates to a surgery support apparatus that performs surgery support through a medical image of a subject displayed on a display.

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。   In recent years, an interventional system using a medical imaging apparatus (modality) includes an angiography apparatus, fluoroscopic apparatus, CT (Computed Tomography) apparatus, SPECT (Single photon emission computed tomography) apparatus, PET. (Positron emission tomography) apparatus and MRI (magnetic resonance imaging) apparatus.

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。   In an MRI apparatus or the like, since it is necessary to perform a medical procedure in a narrow space of an imaging apparatus, an operation support apparatus using a remote apparatus is performed. As a surgical support method for a remote device, Patent Document 1 performs tactile feedback on the remote device, and makes an operation of image-assisted therapy such as puncture of an operator (doctor) closer to an actual puncture procedure. A two-dimensional display monitor is used for observing the puncture treatment.

特表2005−510289号公報JP 2005-510289 A

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。   However, a surgeon needs skill to perform a puncture treatment while observing a two-dimensional monitor in a three-dimensional space by remote control. In other words, the two-dimensional tomographic image used for surgical support has a completely different impression from the incision image of the affected part that is visible to the naked eye of the surgeon during the operation, and is not always realistic enough to provide sufficient surgical support. . For this reason, the operation support method using a remote device has a problem that only an operator who has received a predetermined training can support the operation. For this reason, there is a strong demand for the surgeon to operate the subject with a more realistic surgical support.

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。
Therefore, the present invention provides a surgery support apparatus that can be remotely operated with a realistic image.
The surgical operation support device according to the first aspect places a subject on a cradle, moves the subject placed on the cradle into the bore, and then images the subject to obtain a real-time image of the subject and a plurality of images. It has a modality including an image reconstruction unit that reconstructs a three-dimensional volume image composed of slice planes. Furthermore, the surgery support apparatus detects an appearance imaging apparatus that three-dimensionally images the subject outside the bore, and the position of the subject placed on the cradle with respect to the modality and the position of the simulated surgical tool held by the doctor. A projection device that three-dimensionally projects a composite image obtained by superimposing a three-dimensional volume image photographed by a subject and a modality photographed by an appearance photographing device, based on the position of the subject detected by the position detection device A position measuring unit that calculates a distance and a moving direction of the simulated surgical tool based on a position where the position detecting device detects the simulated surgical tool, and a bore based on the distance and moving direction calculated by the position measuring unit. And a manipulator for manipulating a true surgical tool having the same shape as the simulated surgical tool.

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。
A surgery support device according to a second aspect is the surgery support device according to the first aspect, further including a two-dimensional display unit that two-dimensionally displays a slice plane and a real-time image.
The surgery support device according to the third aspect is the surgery support device according to the first to second aspects, wherein a reference member is attached to the outer periphery of the modality, and the position detection device determines the distance and direction from the reference member. Detect and identify the 3D coordinate position of the modality.
The surgery support apparatus according to the fourth aspect is the surgery support apparatus according to the first to third aspects, wherein the modality is an MRI apparatus, a CT apparatus, or a nuclear medicine diagnosis apparatus, and the simulated surgical tool emits infrared light or visible light. A light emitting element (LED) that emits light or a reflective element (an object such as a mirror) that reflects light is attached, and the position detection device detects the position of the light emitting element or the reflective element by optics.
The surgery support device according to the fifth aspect is the surgery support device according to the first to third aspects, wherein the modality is a CT device or a nuclear medicine diagnosis device, and the simulated surgical tool is a magnetic generating element that generates magnetism ( Permanent magnet or electromagnet) is attached, and the position detection device detects the position of the magnetism generating element by magnetism.

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。
The surgery support apparatus according to a sixth aspect is the surgery support apparatus according to the first to fifth aspects, and includes an image cooperation switch for the simulated surgical tool to start projecting a real-time image.
The operation support apparatus according to a seventh aspect is the operation support apparatus according to the first aspect to the sixth aspect, and further includes an operation interlocking switch for starting the manipulation of the true operation tool by the simulated operation tool.
An operation support apparatus according to an eighth aspect is the operation support apparatus according to any one of the first to seventh aspects, wherein a laser light source for irradiating a virtual line to a projection image obtained by three-dimensional projection of a simulated surgical tool on a projection apparatus is provided. Have.

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。
A surgery support apparatus according to a ninth aspect is the surgery support apparatus according to the first to sixth aspects, in which the appearance photographing apparatus acquires a three-dimensional image and coordinates using a plurality of cameras.
A surgery support apparatus according to a tenth aspect is the surgery support apparatus according to any one of the first to seventh aspects, in which the projection device projects a three-dimensional image by a technique such as a hologram.

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。   The surgical operation support device of the present invention can perform image-assisted treatment while observing a subject projected in three dimensions on a remote operation and a two-dimensional monitor when using a true surgical instrument by remote operation. Is possible. For this reason, even an operator who is not skilled in remote control can perform an operation with a realistic image.

手術支援装置100の斜視図である。1 is a perspective view of a surgery support apparatus 100. FIG. 手術支援装置100の構成図である。1 is a configuration diagram of a surgery support apparatus 100. FIG. 手術支援装置100の側面図である。2 is a side view of the surgery support apparatus 100. FIG. 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。3 is an MR image showing an arbitrary cross section including a target TG displayed on the display unit 30. FIG. 手術支援装置100のフローチャートである。3 is a flowchart of the surgery support apparatus 100. 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。It is the figure which showed the method of three-dimensional projection from the pre-MRI data PMD which performed MRI imaging | photography with the imaging center RP, and the method of displaying two-dimensionally. 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。It is the figure which projected the external appearance of the virtual subject image VHB and the three-dimensional organ image VNG. 仮想針74を動かした際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of moving the virtual needle | hook 74. FIG. 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。It is the figure which illustrated the time-dependent change of MR image of one cross section (XY cross section) image | photographed at high speed.

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。   Hereinafter, a surgical operation support apparatus 100 using an MRI apparatus will be described as the best mode for carrying out the invention. In addition, the surgery assistance apparatus 100 of this embodiment is demonstrated by the example using an MRI apparatus. However, the present invention can also be applied to an operation support apparatus using a CT apparatus, a SPECT apparatus, a PET apparatus, an angio apparatus, or the like other than the MRI apparatus.

<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。
<Configuration of Surgery Support Device 100>
FIG. 1 is a perspective view of an operation support apparatus 100 using an MRI apparatus, FIG. 2 is a configuration diagram of the operation support apparatus 100, and FIG. 3 is a side view of the operation support apparatus 100. As shown in FIGS. 1 to 3, the surgery support apparatus 100 mainly includes a magnet system 10, a table 11, a cradle 12, an operation unit 20, a display unit 30, a calculation unit 40, a three-dimensional camera device 50, and a three-dimensional projection. A device 60, a three-dimensional position measuring device 70, and a manipulator 80 are included. In the three axes shown in the figure, the major axis direction of the cradle 12 shown in the figure is the Z axis direction, the minor axis direction is the X axis, and the gravity direction is the Y axis.

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。   As shown in FIG. 2, the magnet system 10 includes a main magnetic field coil unit 15, a gradient coil unit 16, and an RF coil unit 17. Each of these coil portions has a substantially cylindrical shape, and is arranged coaxially with each other in a substantially columnar bore 13 (inspection space). The gradient coil drive unit 102 is connected to the gradient coil unit 16, and the RF coil drive unit 103 and the data collection unit 104 are connected to the RF coil unit 17. The pulse sequence control unit 101 is connected to the gradient coil driving unit 102, the RF coil driving unit 103, and the data collection unit 104.

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。   The main magnetic field coil unit 15 forms a static magnetic field in the internal space of the magnet system 10. The direction of the static magnetic field is substantially parallel to the direction of the body axis of the subject HB and forms a horizontal magnetic field. The main magnetic field coil unit 15 is generally configured using a superconducting coil, but may be configured using a permanent magnet or the like without being limited to the superconducting coil.

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。   The gradient coil unit 16 has three types of gradients for imparting gradients to the static magnetic field strength formed by the main magnetic field coil unit 15 in the three axes orthogonal to each other, that is, in the direction of the slice axis, the phase axis, and the frequency axis. Generate a magnetic field. In order to make it possible to generate such a gradient magnetic field, the gradient coil unit 16 includes three gradient coils (not shown). The gradient coil drive unit 102 connected to the gradient coil unit 16 gives a drive signal to the gradient coil unit 16 to generate a gradient magnetic field. The gradient coil drive unit 102 has three systems of drive circuits (not shown) corresponding to the three systems of gradient coils in the gradient coil unit 16.

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。   The RF coil unit 17 forms a high-frequency magnetic field for exciting spins in the body of the subject HB in the static magnetic field space. Formation of a high-frequency magnetic field is called transmission of an RF excitation signal, and the RF excitation signal is called an RF pulse. The RF coil drive unit 103 connected to the RF coil unit 17 gives a drive signal to the RF coil unit 17, and the RF coil unit 17 transmits an RF pulse based on the drive signal. An electromagnetic wave generated by the excited spin, that is, a nuclear magnetic resonance signal is received by the RF coil unit 17. The data collection unit 104 connected to the RF coil unit 17 collects the nuclear magnetic resonance signals received by the RF coil unit 17 as digital data.

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。   The pulse sequence control unit 101 drives the gradient coil driving unit 102 and the RF coil driving unit 103 according to the imaging conditions input by the operator, that is, the imaging protocol. For example, the pulse sequence control unit 101 controls the gradient coil driving unit 102 and the RF coil driving unit 103 in accordance with sequence information called for a desired imaging section by an imaging protocol.

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。   When the imaging protocol for high-speed imaging is called, the pulse sequence control unit 101 repeats transmission of RF pulses and reception of nuclear magnetic resonance signals in units of seconds or milliseconds, and captures real-time MR images. In this high-speed imaging, when the insertion needle ND is punctured into the body of the subject HB, the real-time position of the insertion needle ND can be grasped. In addition, in high-speed imaging, not only a two-dimensional imaging section but also three-dimensional high-speed imaging using difference data is performed, and a desired section is reformatted and displayed.

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。   The table 11 moves in the vertical direction (Y-axis direction). The cradle 12 is installed on the top of the table 11, moves in the horizontal direction (Z-axis direction), and moves inside and outside the bore 13 at the center of the magnet system 10. As shown in FIG. 3, the subject HB is placed on the cradle 12 and conveyed into the bore 13 in accordance with the imaging region.

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。   The display unit 30 includes a liquid crystal screen, an organic EL screen, or the like. The display unit 30 is connected to the calculation unit 40. The display unit 30 can display a GUI operation screen, an MR image reconstructed (reformatted) based on a nuclear magnetic resonance signal, and the like. In general, the display unit 30 is installed at two positions: a position where an operator (a medical radiation technician or a clinical technician) can observe, and a position where an operator can observe. The operator confirms whether the MR image is displayed in a desired cross section and sequence. The surgeon adjusts the position and angle of the virtual needle 74 while observing the MR image.

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。   The operation unit 20 includes a keyboard having a pointing device. The operation unit 20 is connected to the calculation unit 40. The operation unit 20 is operated by the operator via the display unit 30. The operation unit 20 may arrange a touch panel on the display unit 30 instead of a keyboard or the like.

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。   The calculation unit 40 includes a control unit 41, a storage unit 42, a two-dimensional image processing unit 43, and a three-dimensional image processing unit 44, and executes various data processes and programs.

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。   The control unit 41 receives the nuclear magnetic resonance signal from the data collection unit 104 and stores the nuclear magnetic resonance signal in the storage unit 42. The control unit 41 also controls the pulse sequence control unit 101 and the like of the MRI apparatus. Further, the control unit 41 is connected to the three-dimensional camera device 50, the three-dimensional projection device 60, the three-dimensional position measurement device 70, and the manipulator 80, and controls them.

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。   The storage unit 42 stores various imaging protocols of the MRI apparatus, various programs such as the MRI apparatus or the three-dimensional camera apparatus 50. The storage unit 42 also stores two-dimensional and three-dimensional image data obtained by image reconstruction of the nuclear magnetic resonance signals collected by the data collection unit 104 or three-dimensional appearance data captured by the three-dimensional camera device 50.

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。   The two-dimensional image processing unit 43 reconstructs an arbitrary cross-sectional two-dimensional MR image based on the two-dimensional arbitrary cross-sectional nuclear magnetic resonance signal sent from the data collection unit 104. Further, based on the nuclear magnetic resonance signal of the three-dimensional voxel sent from the data collection unit 104, a two-dimensional MR image of an arbitrary cross section is reconstructed.

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。   The three-dimensional image processing unit 44 reconstructs a three-dimensional appearance MR image at a desired signal intensity based on the nuclear magnetic resonance signals collected in three dimensions. The three-dimensional appearance MR image is a three-dimensional image showing the internal appearance of the subject HB in the internal organ of the subject HB by setting a signal intensity threshold (hereinafter referred to as a three-dimensional organ image VNG). 7). The three-dimensional organ image VNG of the present embodiment shows the surface shape of the internal organ of the subject HB.

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。   The three-dimensional camera device 50 shown in FIGS. 2 and 3 has a three-dimensional camera calculation unit 51. The three-dimensional camera calculation unit 51 calculates the appearance and contour coordinates of the subject HB by photographing the appearance of the subject HB on the cradle 12 with a plurality of cameras (not shown). The 3D appearance data calculated by the 3D camera calculation unit 51 is transferred to the storage unit 42.

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。   The three-dimensional projection device 60 has a three-dimensional projection control unit 61. The three-dimensional projection control unit 61 uses the three-dimensional appearance data of the subject HB calculated by the three-dimensional camera device 50 to use a method such as a hologram to obtain a three-dimensional image of the subject HB (hereinafter referred to as a virtual subject image VHB). (Refer to FIG. 7) is projected onto the table 11 at an equal magnification. In addition, the three-dimensional projection device 60 projects the three-dimensional organ image VNG of the subject HB created by the three-dimensional image processing unit 44 using a method such as a hologram at an equal magnification. The virtual subject image VHB and the three-dimensional organ image VNG are both projected at the same magnification, and the contour coordinates of the virtual subject image VHB and the three-dimensional organ image VNG are corrected so as to match. The virtual subject image VHB is projected translucently so that the three-dimensional organ image VNG can be observed.

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。   The three-dimensional position measurement device 70 includes a three-dimensional position measurement unit 71 and a position detection unit 73. The position detection unit 73 of the three-dimensional position measurement device 70 is, for example, an optical compound eye camera using an infrared camera. The position detection unit 73 detects the reference tool 72, the virtual needle 74, and the subject HB.

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。   The reference tool 72 is a spherical marker MK installed on the wall surface of the surgery support apparatus 100 and is used for linking the coordinate system of the three-dimensional position measurement apparatus 70 and the coordinate system in the bore 13 of the magnet system 10. As shown in FIG. 3, the virtual needle 74 that is a simulated surgical tool is provided with a spherical marker MK. A spherical marker MK is attached to a part of the subject with respect to the subject.

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。   The position detection unit 73 detects a sphere marker MK installed on the reference tool 72, a plurality of sphere markers MK installed on the virtual needle 74, and a marker MK attached to the subject. As the three-dimensional position measuring device 70, for example, POLARIS sold by Northern Digital Inc. can be used, and XYZ coordinate values of about 0.3 mm can be measured.

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。   The three-dimensional position measurement unit 71 calculates a reference position based on the sphere marker MK installed on the reference tool 72. The three-dimensional position measurement unit 71 also determines the three-dimensional coordinate position of the tip of the virtual needle 74 and the direction of the tip of the virtual needle 74 based on the plurality of spherical markers MK provided on the virtual needle 74 detected by the position detection unit 73. Is calculated. An image cooperation switch 78 that synchronizes the two-dimensional image processing unit 43 and displays a real-time image on the display unit 30 is attached to a part of the virtual needle 74. In addition, an operation interlocking switch 79 that interlocks the manipulator 80 that holds the insertion needle ND is attached to a part of the virtual needle 74.

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。   The three-dimensional position measurement unit 71 links the coordinate system of the three-dimensional position measurement device 70 and the coordinate system of the surgery support apparatus 100 and transmits the coordinate data to the calculation unit 40. In addition, the three-dimensional position measurement unit 71 transmits the information on the three-dimensional position and tip direction of the virtual needle 74 to the calculation unit 40.

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。   Note that the plurality of markers MK shown in the figure are constituted by a spherical reflecting sphere that reflects infrared rays or a light emitting body such as an LED that emits infrared rays. For example, three sphere markers MK are installed on the marker MK installed on the reference tool 72, and three sphere markers MK are installed on the marker MK installed on the virtual needle 74.

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。   A laser light source 75 is installed at the tip of the virtual needle 74. As the laser light source 75, visible laser light 75L (see FIG. 6) different from the light emitter used for the spherical marker MK is used. The laser light 75L emitted from the laser light source 75 shows an extension line on which the virtual needle 74 is directed, and is visible to the operator.

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。   The three-dimensional position and tip orientation information of the virtual needle 74 is used when reconstructing an acquired three-dimensional MR image or performing MRI imaging of a cross-section of a real-time MR image. Further, the information on the three-dimensional position of the virtual needle 74 and the direction of the tip thereof is used for synchronization with the insertion needle ND installed in the manipulator 80.

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。   Since the surgical operation support apparatus 100 of this embodiment uses an MRI apparatus, an optical position detection unit 73 is used. However, a magnetic field type position receiving unit can be used as long as it is a surgical support device that uses a CT device, a SPECT device, a PET device, or an angio device.

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。   The manipulator 80 is attached to the housing or ceiling of the magnet system 10 as shown in FIG. 1 or FIG. The manipulator 80 includes a manipulator control unit 81 and an articulated drive arm 82. The manipulator control unit 81 controls the drive arm 82 in synchronization with the position information of the virtual needle 74 and the direction of the tip measured by the three-dimensional position measurement device 70. The insertion needle ND is attached to the tip of the drive arm 82. The insertion needle ND matches the three-dimensional position and tip direction of the virtual needle 74, and further synchronizes with the movement of the virtual needle 74 when the virtual needle 74 moves.

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。   In the manipulator 80, when the operator presses an operation interlocking switch 79 (see FIG. 3) provided on the virtual needle 74, the operation of the virtual needle 74 and the driving arm 82 are interlocked. That is, after the operation interlock switch 79 is pressed, the insertion needle ND is synchronized with the movement of the virtual needle 74. In the present embodiment, the virtual needle 74 is used as a simulated surgical tool and the insertion needle ND is used as a true surgical tool. However, other treatment and treatment tools may be used. For example, the present invention can be applied to tweezers, forceps, or a scalpel as a simulated surgical tool and a true surgical tool.

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。   FIG. 4 is a diagram showing an arbitrary cross section of the MR image displayed on the display unit 30. The two-dimensional image processing unit 43 reconstructs an image of a two-dimensional arbitrary cross section based on two-dimensional high-speed MR imaging or three-dimensional MR imaging that was previously captured. The four cross-sectional views displayed on the display unit 30 are an XY plane perpendicular to the virtual needle 74, an OB plane horizontal to the virtual needle 74, a YZ plane perpendicular to the body axis of the subject HB, and a body axis of the subject HB. XZ plane parallel to the XZ plane. The XY plane, OB plane, YZ plane, and XZ plane of the subject HB are planes including a target TG such as a tumor.

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。   In particular, when the insertion needle ND synchronizes with the movement of the virtual needle 74, the operator operating the virtual needle 74 is shown in FIG. 4 in order to confirm where the insertion needle ND is in the subject HB. As described above, it is preferable to display four sectional views or at least a horizontal OB surface on the display unit 30 in real time by two-dimensional high-speed MR imaging. When the image linkage switch 78 or the operation linkage switch 79 is turned on, the two-dimensional image processing unit 43 starts two-dimensional high-speed MR imaging.

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。   In the display unit 30 in FIG. 4, the insertion needle ND actually inserted into the subject HB is displayed. Further, since the position of the target TG is specified by prior diagnosis or the like, as shown in FIG. 4, the target TG may be displayed by being colored and superimposed on four cross-sectional views displayed in real time.

<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。
<Flowchart of Surgery Support Device 100>
FIG. 5 is a flowchart of the surgery support apparatus 100 that performs image support therapy.

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。   In step S11, the operator places the subject HB on the cradle of the MR apparatus. The operator raises the bed and places the subject HB placed thereon at a predetermined height (Y-axis position). In the major axis direction (Z-axis direction) of the subject HB, the desired treatment range is arranged in the vicinity of the virtual center VP (see FIG. 3). The virtual center VP indicates a reference Z-axis position with a laser pointer or the like.

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。   In step S <b> 12, the operator images the subject HB with the three-dimensional camera device 50. The three-dimensional camera images the appearance of the subject HB (see FIG. 3), and the three-dimensional appearance data is stored in the storage unit 42 as a virtual subject image VHB. In FIG. 3, the whole body of the subject HB is imaged, but a method of approximately imaging the treatment range may be used. In addition, the operator confirms the position of the subject HB with the three-dimensional position measurement device 70.

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。   In step S13, the operator moves the cradle so that the virtual center VP comes to the imaging center RP, and performs MRI imaging at the imaging center RP in the bore 13 (see FIG. 3). Since the amount of movement of the cradle is determined, the operator moves the virtual center VP to the photographing center RP by pressing a movement switch (not shown) once. By this MRI imaging, the three-dimensional image processing unit 44 reconstructs a three-dimensional organ image VNG showing the internal appearance of the subject HB of the internal organ of the subject HB. The three-dimensional organ image VNG is stored in the storage unit 42.

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。   FIG. 6 is a diagram showing a method for three-dimensional projection from pre-MRI data PMD obtained by MRI photographing at the photographing center RP and a method for two-dimensional display. The pre-MRI data PMD is stored in the storage unit 42. The pre-MRI data is used to create a three-dimensional organ image VNG or to reconstruct a two-dimensional cross section image. The three-dimensional organ image VNG is projected by the three-dimensional projection device 60. In addition, the two-dimensional image processing unit 43 displays a multi-section image reconstructed from the pre-MRI data PMD on the display unit 30.

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。   In step S14, the three-dimensional projection device 60 projects the appearance of the virtual subject image VHB imaged in step S12 and the 3D organ image VNG imaged in step S12 at a position centered on the virtual center VP.

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。   Here, a virtual subject image VHB projected by the three-dimensional projection apparatus 60 using FIG. 7 (displayed by a broken line) and a three-dimensional organ image VNG of the subject HB created from the pre-MRI data PMD (displayed by a solid line) ).

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。   The three-dimensional projection control unit 61 of the three-dimensional projection device 60 corrects and projects the virtual subject image VHB and the three-dimensional organ image VNG so as to be actual size. Further, the three-dimensional projection control unit 61 uses the virtual center VP acquired by the three-dimensional camera device 50 based on the position of the subject HB measured by the three-dimensional position measurement device 70 and the virtual center VP of the virtual subject image VHB. Correct so that it overlaps with. Furthermore, the three-dimensional organ image VNG imaged at the imaging center RP is also projected so as to overlap the virtual center VP. Although the subject HB has moved into the bore 13, the virtual subject image VHB and the three-dimensional organ image VNG are projected onto the virtual center VP. For this reason, the surgeon can observe the virtual subject image VHB with a sense of presence, and can also observe the state of the organ.

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。   Next, when the surgeon picks up the virtual needle 74 in step S <b> 15, the position of the virtual needle 74 and the direction of the virtual needle 74 are measured by the three-dimensional position measuring device 70. Then, the surgeon moves the virtual needle 74 to the body surface of the virtual subject image VHB and turns on the image linkage switch 78 to synchronize the coordinates of the virtual needle 74 and the two-dimensional image processing unit 43.

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。   As shown in FIG. 4, the operator confirms the target TG from the YZ plane and the XZ plane of the subject HB around the target TG, and reconstructs an image in conjunction with the coordinates of the virtual needle 74. The virtual needle 74 is moved so that the XY plane and the OB plane overlap the target TG. The coordinates and angle of the virtual needle 74 are measured by the three-dimensional position measuring device 70 and transmitted to the two-dimensional image processing unit 43 in real time. The two-dimensional image processing unit 43 reconstructs an image of the virtual line 76 that is an extension line of the virtual needle 74 and an arbitrary cross section, and causes the display unit 30 to display the image.

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。   In step S <b> 16, the virtual needle 74 turns on the laser light source 75 at the tip, and projects the laser light 75 </ b> L onto the extension line to which the virtual needle 74 is directed. The surgeon can confirm the laser beam 75L that shines toward the virtual subject image VHB, and can confirm the insertion point of the subject HB (see FIG. 7). In addition, the operator can confirm whether the laser beam 75L is directed to the target TG of the three-dimensional organ image VNG. Note that the three-dimensional image processing unit 44 can display not only the appearance of the three-dimensional organ image VNG but also the appearance of the target TG by changing the threshold value of the signal intensity of the pre-MRI data PMD.

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。   In step S17, the operator confirms the optimal position and angle of the virtual needle 74. For example, the plurality of reformatted images display the two cross sections based on the virtual needle 74 and the target TG shown in FIG. 4 and the two cross sections centered on the target TG. In the two cross sections based on the virtual needle 74 and the target TG, drawing is performed by changing the color of the virtual line 76 indicated by the laser light 75L. Thereby, the surgeon can easily confirm the position and angle of the virtual needle 74. Explaining with one cross section with the virtual needle 74 and the target TG as a reference, as shown in FIG. 8, the two-dimensional image processing unit 43 shows an XY1 cross section with the virtual needle 74a and the target TG as a reference and a virtual line 76a. draw. When the virtual needle 74a moves to the position of the virtual needle 74b on the XY1 cross section, the two-dimensional image processing unit 43 draws the virtual line 76b to indicate the insertion direction of the virtual needle 74b. When the virtual needle 74a moves to the position of the virtual needle 74c, the two-dimensional image processing unit 43 draws an XY2 cross section with the virtual needle 74c and the target TG as a reference, and a virtual line 76c, and the virtual needle 74c. Indicates the insertion direction.

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。   In step S18, when the operator determines the insertion position and insertion angle, the operator turns on the operation interlocking switch 79 with the manipulator 80. When the operation interlocking switch 79 is turned on, the manipulator 80 is driven and the movement of the virtual needle 74 and the movement of the insertion needle ND are synchronized. Since driving of the manipulator 80 involves invasion of the subject HB, the position information on the body surface of the virtual subject image VHB projected by the three-dimensional projection device 60 and the virtual needle 74 measured by the three-dimensional position measurement device 70 are used. When the tip of the virtual needle 74 enters the body surface of the virtual subject image VHB, a safety device such as a warning sound or a permission switch is installed and the subject HB is not prepared due to malfunction. Prevent invasion.

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。   In step S19, when the virtual needle 74 reaches the insertion point, the pulse sequence control unit 101 repeats transmission of an RF pulse and reception of a nuclear magnetic resonance signal in units of seconds or milliseconds, and captures a real-time MR image. . The predetermined section is determined by the operator or the operator, and the surgery support apparatus 100 performs high-speed imaging with a section based on the virtual needle 74. The display unit 30 also displays the insertion needle ND together with the virtual line 76.

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。   In step S20, the operator advances the virtual needle 74 to the target TG while confirming the real-time MR image. In synchronization with the operation of the virtual needle 74, the insertion needle ND is inserted into the body of the subject HB. Usually, the surgeon has the subject HB hold his / her breath when inserting the insertion needle ND. The surgeon starts insertion when the target TG comes to an appropriate position on the cross section displayed by high-speed imaging while holding the subject HB. FIG. 9 is a diagram illustrating a change with time of an MR image of one section (XY section) taken at high speed. As shown in FIG. 9A, when the insertion needle ND contacts the body surface, the body surface is distorted. As shown in FIG. 9B, when the insertion needle ND contacts the organ, the organ is also distorted. Depending on the organ, the position and distance of the target TG in the Z-axis direction may be shifted as well as being distorted. For this reason, the surgeon confirms the real-time MR image and advances the virtual needle 74 to the target TG as shown in FIG. 9C while adjusting the approach direction of the virtual needle 74. When the virtual needle 74 reaches the target TG, the insertion needle ND also reaches the target TG.

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。   In step S <b> 21, the operator turns off the interlock switch and releases the interlock of the manipulator 80. After releasing the interlock, the operator releases the fixation of the insertion needle ND fixed by the manipulator 80. The operator discharges the subject HB out of the bore 13, and the operator performs a desired treatment. For example, the desired treatment is drug injection, tissue aspiration, and the like. The surgeon removes the insertion needle after the treatment.

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。   As described above, the optimal embodiment of the present invention has been described in detail. However, as will be apparent to those skilled in the art, the present invention can be implemented with various modifications and variations within the technical scope thereof. For example, in the present embodiment, in step S19, a real-time MR image is taken after the virtual needle 74 reaches the insertion point. However, in step S18, a real-time MR image may be taken as soon as the operator operation interlocking switch 79 is turned on. Alternatively, a real-time MR image may be taken as soon as the image linkage switch 78 is turned on in step S15.

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
10 ... Magnet system (MRI system)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Table, 12 ... Cradle, 13 ... Bore 15 ... Main magnetic field coil part, 16 ... Gradient coil part, 17 ... Coil part 20 ... Operation part, 30 ... Display part 40 ... Calculation part, 41 ... Control part 42 ... Memory | storage part 43 ... 2D image processing unit 44 ... 3D image processing unit 50 ... 3D camera device 51 ... 3D camera operation unit 60 ... 3D projection device 61 ... 3D projection control unit 70 ... 3D position measurement device 71 ... 3D Original position measuring unit 72 ... Reference tool 73 ... Position detecting unit 74 ... Virtual needle (simulated surgical tool)
75 ... Laser light source 75L ... Laser light
76 ... Virtual line 78 ... Image linkage switch, 79 ... Motion interlock switch 80 ... Manipulator 81 ... Manipulator control unit 82 ... Drive arm 100 ... Surgery support device 101 ... Pulse sequence control unit, 102 ... Gradient coil drive unit 103 ... Coil Drive unit 104 ... Data collection unit HB ... Subject MK ... Marker ND ... Insert needle (true surgical instrument)
PMD ... Pre-MRI data RP ... Imaging center TG ... Target VHB ... Virtual subject image VNG ... Three-dimensional organ image VP ... Virtual center

Claims (10)

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。
A subject is placed on a cradle, the subject placed on the cradle is moved into the bore, and then the subject is photographed to obtain a real-time image of the subject and a three-dimensional image comprising a plurality of slice planes. A modality comprising an image reconstruction unit for reconstructing a volume image;
An external appearance photographing device for photographing the subject in three dimensions outside the bore;
A position detection device for detecting the position of the subject placed on the cradle with respect to the modality and the position of a simulated surgical tool held by a doctor;
Based on the position of the subject detected by the position detection device, a projection that three-dimensionally projects a composite image obtained by superimposing the subject imaged by the appearance photographing device and the three-dimensional volume image sensed by the modality Equipment,
Based on the position at which the position detection device detects the simulated surgical tool, a position measuring unit that calculates a distance and a moving direction of the simulated surgical tool;
A manipulator for manipulating a true surgical instrument having the same shape as the simulated surgical instrument in the bore, based on the distance and moving direction calculated by the position measuring unit;
An operation support apparatus comprising:
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   The surgery support apparatus according to claim 1, further comprising a two-dimensional display unit that two-dimensionally displays the slice surface and the real-time image. 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。
A reference member is attached to the outer periphery of the modality,
The surgery support device according to any one of claims 1 to 2, wherein the position detection device identifies a three-dimensional coordinate position of the modality by detecting a distance and a direction from the reference member.
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。
The modality is an MRI apparatus, CT apparatus or nuclear medicine diagnostic apparatus;
The simulated surgical instrument has a light emitting element (LED) that emits infrared light or visible light or a reflective element (an object such as a mirror) that reflects light,
The surgery support apparatus according to any one of claims 1 to 2, wherein the position detection device detects a position of the light emitting element or the reflection element by optics.
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。
The modality is a CT device or a nuclear medicine diagnostic device;
The simulated surgical instrument has a magnetism generating element for generating magnetism,
The surgery support device according to any one of claims 1 to 3, wherein the position detection device detects a position of the magnetism generating element by magnetism.
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。   The surgery support apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the simulated surgical instrument includes an image linkage switch that starts projection of the real-time image. 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。   The surgery support apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the simulated surgical tool includes an operation interlocking switch that starts manipulating the true surgical tool. 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。   The surgery support apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the simulated surgical instrument includes a laser light source for irradiating a virtual line to a projection image three-dimensionally projected on the projection apparatus. 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。   The surgery support apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the appearance photographing apparatus acquires a three-dimensional image and coordinates using a plurality of cameras. 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。   The surgery support apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the projection apparatus projects a three-dimensional image by a hologram technique.
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