JP6143259B2 - 手術工程解析プログラム - Google Patents

Description

本発明は、手術工程解析プログラムに関する。

低侵襲化を目的とした新しい機器・術式の開発により、手術の高度化が達成されるとともに、手術の難化や複雑化が進んでいる。そこで現在、手術の効率化、手術の術式・手技の評価に寄与すべく、手術工程の分類やワークフローの標準化、作業の特徴や効率性等の定量化等を目的とした手術工程解析システムの開発が行われている。こうした手術工程解析に関する研究では、様々なアプローチが開発されており、様々な情報源から得られる情報が利用されている。

例えば、下記非特許文献１には、内視鏡映像などの術野映像記録から画像処理によって抽出した特徴と使用術具の情報から、動的時間圧縮法と隠れマルコフモデル等の統計的手法を用いることによって手術工程を検出・分類するシステムが開示されている。

また、下記非特許文献２には、内視鏡下手術において術者が内視鏡映像のモニタを見る際の視線情報と使用術具の先端位置情報を利用した手術作業の特徴の抽出によって手術工程を分類するシステムが開示されている。

Ｔ．Ｂｌｕｍ ｅｔ ａｌ．，ＭＩＣＣＡＩ，Ｖｏｌｕｍｅ６３６３，４００−４０７，２０１０ Ｓ．Ｔｈｉｅｍｊａｒｕｓ ｅｔ ａｌ．，Ｐａｔｔｅｒｎ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌｕｍｅ４５，Ｉｓｓｕｅ８，２８５５−２８６７，２０１２

上記非特許文献１、２に記載の技術では、解析における情報源として、それぞれ、内視鏡映像等の術野映像記録と使用術具情報、術者の視線情報と術具先端位置情報を利用している。しかしながら、術野映像記録などの映像記録を利用する場合、手術ミスなどに関する証拠能力も有しているなど、臨床での利用を考えると取得する情報の種類及びその取り扱いに注意しなければならない。また、術者の視線情報と術具先端位置情報を利用する場合、視線情報の取得には視線検出用のモニタ機器を、術具先端位置情報の取得には光学式の３次元位置計測装置と術具に反射マーカをそれぞれ新たに手術室に導入する必要があり、情報の取得・計測のために本来の手術環境を変化させなければならないといった課題もある。

そこで、本発明は、上記課題を鑑み、手術の作業環境に及ぼす影響を最小限にとどめ、より少ない種類のデータで信頼性の高い手術工程を解析することのできるプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一観点に係る手術工程解析プログラムは、コンピュータに、術具先端位置情報データを複数記録する手順、複数の術具先端位置情報データに基づき術具先端位置分布データを作成する手順、を実行させる。

また本観点において、限定されるわけではないが、術具先端位置分布データに基づき近似形状データを作成する手順、を実行させることが好ましく、さらにこの近似形状データは、円形状又は楕円形状で近似してなることが好ましい。

また本観点において、限定されるわけではないが、手術前術部データを記録する手順、複数の術具先端位置情報データに基づき手術済術部データを作成する手順、手術前術部データ及び手術済術部データに基づき進捗データを算出させる手順、を実行させることが好ましい。

また、本発明の他の一観点に係る手術工程解析プログラムは、コンピュータに、手術前術部データを記録する手順、術具先端位置情報データを複数記録する手順、複数の術具先端位置情報データに基づき手術済術部データを作成する手順、手術前術部データ及び手術済術部データに基づき進捗データを算出させる手順、を実行させる。

以上、本発明により、手術の作業環境に及ぼす影響を最小限にとどめ、より少ない種類のデータで信頼性の高い手術工程を解析することのできるプログラムを提供することができる。

実施形態１に係る手術工程解析プログラムが実行されることにより行われる手順の概略を示すフロー図である。 実施形態１に係る手術工程手順を実現するシステムの概略図である。 術具先端位置分布及びその近似の例を示す図である。 実施形態１に係る手術工程手順を実現するシステムの他の例の概略図である。 実施形態２に係る手術工程解析プログラムが実行されることにより行われる手順の概略を示すフロー図である。 手術前術部データのイメージ図を示す図である。 手術前術部データ及び術具先端位置情報データを重ねて表示させた場合の表示の例を示す図である。 手術進捗度の時系列的な変化の例の図である。 各工程毎に進捗度を表示する場合の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態の記載例にのみ限定されるものではない。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る手術工程解析プログラム（以下「本プログラム」という。）を実行することにより実現される手順のフローを示す概略図である。本図で示すように、本プログラムは、コンピュータに、（１）術具先端位置情報データを複数記録する手順、（２）複数の術具先端位置情報データに基づき術具先端位置分布データを作成する手順、を実行させる。

本プログラムによって実行される手術工程解析の種類は、術具を用いる手術である限りにおいて特に限定されないが、後述の例から明らかなように、例えば胆嚢摘出手術のモデルにおいて効果が確認できている。

なお、上記手順を行うことのできるシステムとしては、限定されるわけではないが、例えば、図２で示すように、マーカーが付された複数の術具と、このマーカーが付された術具を撮影して画像データを作成する撮像装置と、この撮像装置が作成した画像データを処理する情報処理装置と、この情報処理装置に接続され所定の画像を表示することのできる表示装置を有したものであることは好ましい一形態である。そしてこの情報処理装置にはＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、ハードディスク等の記録媒体が備えられており、この記録媒体に上記手順を実行するためのプログラムを格納し、実行させることで上記手順を実行することができる。なおプログラムの各手順については以下詳述する。

本プログラムにおける（１）術具先端位置情報データを複数記録する手順は、術具先端位置分布データを作成するために必要な手順である。

本手順において、先端位置情報データとは、手術の際用いる術具の先端位置情報を含むデータであり、少なくとも、先端位置における空間的又は平面的な座標データと、この座標データに対応する時刻データを含んで構成されている。このようにすることで、どの時刻において術具の先端がどの位置にあったのかについて把握することができるようになる。なお、平面的な座標データの場合は、ある一軸（ｘ軸）に沿った位置を示すデータであるｘ座標データと、このｘ軸に直行する軸（ｙ軸）に沿った位置を示すデータであるｙ座標データと、を含むことが好ましく、立体的な座標データの場合は、上記に加え、ｘ軸及びｙ軸に直行する軸（ｚ軸）に沿った位置を示すデータであるｚ座標データを含むことが好ましい。

また先端位置情報データにおける時刻データは、各座標データに対応して記録される時刻情報を含むデータであり、時刻そのものを示すデータとしてもよいが、記録開始から経過した時間（例えば、手術開始から時間、分、秒等）を示す情報を含むデータとすることしてもよい。なおこの場合において、後述のように、一つの手術工程を複数の段階に分類する場合、分類された工程の種類と、この工程の開始時刻からの経過時間としてもよい。

以上の記載から明らかなように、各先端位置情報データは座標データと時刻データを少なくとも含み、このデータを複数格納することで、術具の先端位置の動きを把握することができるようになる。すなわち、先端位置情報データが複数集合することによって先端位置情報のログ（履歴）データとなる。

また本実施形態において、先端位置情報データには、術具の種類に関する情報を含む術具種類データが含まれていることも好ましい。このようにすることで、術具の種類に関する情報も用いることができ、手術工程の判断等に役立てることができる。術具種類データは、術具の名前そのものであってもよいが、あらかじめ術具に対応して付される番号であってもよい。なお、術具の種類については限定されるわけではないが、例えば胆嚢摘出手術の場合、はさみ鉗子、剥離鉗子、クリップアプライアー等を用いることができるがこれに限定されない。

また本先端位置情報データの取得は、上記情報を含むデータを取得することができる限りにおいて限定されるわけではないが、例えば各術具に色や記号等が異なり識別可能なマーカーを付しておき、このマーカーが付された術具を使用する際カメラ等の撮像装置で撮影し、この撮像装置で取得した画像を情報処理装置で処理することによって得ることができる。この場合において、マーカーの付された位置と向き、そのマーカーの付された術具の先端位置とを予め関連付けて定めておくことでマーカーの位置や向きと術具の先端位置とを対応付けることができる。なお、撮像装置の数は一つであってもよいが、立体的な位置や撮像装置の死角等より詳細な情報を得るためには複数設けておくことが好ましい。

また、本先端位置情報データの取得において、術具種類データを含ませる場合、上記マーカーによって術具の種類を識別できるようにしておくことが好ましい。なお術具の種類によって現在どのような工程であるのかといった工程情報と組み合わせることも有用である。

また本プログラムは、実行されることにより（２）複数の術具先端位置情報データに基づき術具先端位置分布データを作成する手順を行う。術具先端位置分布データを作成することで、術具の先端の分布がどのようになっているのかを確認することができるようになり、手術工程の特徴抽出や効率性の確認をすることができる。

本手順は、例えば、情報処理装置に接続された表示装置に対し座標軸を表示し、上記（１）の工程で取得した複数の術具先端位置情報データを、その術具先端位置情報データが含む座標データに対応した位置に配置する方法を採用することができる。このようにすることで、一目で術具先端位置の分布を把握することができるようになる。また、本手順には、更に、上記に加え、表示される各座標軸に存在する術具先端位置情報データの分布についても表示させておくことが好ましい。

また本観点において、限定されるわけではないが、術具先端位置分布データに基づき近似形状データを作成する手順、を実行させることが好ましく、さらにこの近似形状データは、円形状又は楕円形状で近似してなることが好ましい。具体的に説明すると、手順において複数の術具先端位置情報データを表示させ、その術先端位置情報データの分布を所定の形状に近似させる処理を行うことが好ましい。このようにすることで、当該形状の大きさ等を定量化し、当該手術の進捗等について定量的な評価を行うことができるようになる。この形状は、上記のとおり円形状又は楕円形状であることが評価を簡単に行うことができる観点から好ましい。特に楕円形状の場合、短軸や長軸を求めることでより詳細な情報を得ることができる。なお、円形状又は楕円形状等の場合であって複数の術具先端位置データが三次元の位置情報を含んでいる場合、平面に射影させる（二次元分布に変換する）ことも好ましい。この場合における術具先端位置分布及び楕円による近似の表示の例について図３に示しておく。

また、本手順は、工程毎に行われることが、より詳細な進捗評価を行うことができる点において好ましい。工程毎に近似を行った場合の例を図４に示しておく。

以上、本実施形態により、手術の作業環境に及ぼす影響を最小限にとどめ、より少ない種類のデータで信頼性の高い手術工程を解析することのできるプログラムを提供することができるようになる。

なお、本実施形態では、術具の位置データを取得するために、撮像装置を用い、この撮像装置に基づき情報処理装置にて画像処理を行うこととしているが、術具に付されたマーカーの位置情報を直接取得することできる位置情報計測装置を用いることも好ましい一例である。このようにしておくことで、画像処理によるマーカーの位置抽出といった作業を軽減することができるといった利点がある。このような場合の例を例えば図５に示しておく。本図で示すように位置情報計測装置は、複数の検出部を有しており、そのそれぞれにおいてマーカーの位置を検出し、所定の処理を行いそのマーカーの位置およびその先端位置を検出し、情報処理装置に出力することができる。この結果、上記のように画像処理装置による画像処理を情報処理装置における複雑な処理を行うことなく先端位置情報データの取得を行うことができるといった利点がある。

（実施形態２）
本実施形態では、上記実施形態に加え又は別に手術工程解析の手順を行うことのできる手術工程解析プログラムに関する。図６は、本実施形態に係る手術工程解析プログラム（以下「本プログラム」という。）を実行することにより実現される手順のフローを示す概略図である。本図で示すように、本プログラムは、コンピュータに、（１）手術前術部データを記録する手順、（２）術具先端位置情報データを複数記録する手順、（３）複数の術具先端位置情報データに基づき手術済術部データを作成する手順、（４）手術前術部データ及び手術済術部データに基づき進捗データを算出させる手順、を実行させる。

本実施形態において（１）手術前術部データを記録する手順は、文字通り、手術前における術部の形状等のデータを記録しておく手順である。術部としては、手術の対象となる部位である限りにおいて限定されるわけではないが、例えば胆嚢及び胆管、胃、膵臓等の各種臓器を例示することができる。手術前術部データは、限定されるわけではないが、例えば、臓器の部位に該当する位置には１のデータを、臓器の部位ではない位置には０を備えた三次元的な座標データの組み合わせであること、又は、臓器の存在する位置の座標データを備えた複数の臓器位置データであること、も好ましい。この手術前術部データの取得は、取得できる限りにおいて限定されるわけではないが、例えば手術前に患者に対しＭＲＩ等で画像データを取得し、この画像データに基づき作成しておくことが好ましい。なお、この結果において取得される手術前術部データのイメージ図の例を図７に示しておく。

なお、本手順の手術前術部データにおいては、記録される複数の術具先端位置情報データとの位置合わせのために座標調整点に対応する座標調整点データを含ませておくことが好ましい。座標調整点を設けておくことで、後の術具先端位置情報データと座標を合わせることが可能となり非常に有用である。なお、座標調整点データは、手術前術部データを構成する術部に相当する位置の座標データとしてもよいが、術部以外の部分に対応する座標データであってもよい。またこの座標調整点データは複数設けておくことが好ましく、少なくとも３点以上あることが好ましい。

また本実施形態において（２）術具先端位置情報データを複数記録する手順は、上記実施形態１と同様の方法を採用することができるため、説明は省略する。

なお本手順において、上記のとおり、手術前術部位置情報データに座標調整点データを含ませている場合、当該座標調整点を調整するための処理を行っておくことが好ましい。具体的には、座標調整点データに対応する術具先端位置情報データを対応座標調整データとして記録しておくことが好ましい。このようにすることで、手術前の術部の位置と手術における術具の先端の位置、術部領域の体積や面積等の調整を行うことができる。この作業としては、例えば、手術に先立ち、表示装置に手術前術部位置情報データ中の座標調整点を表示させるとともに、撮像装置および情報処理装置または位置情報計測装置で実際の術具の術具先端位置情報データを取得し、表示装置に表示させ、それらの位置を合わせることで座標調整を行うことができる。

また本実施形態において、（３）複数の術具先端位置情報データに基づき手術済術部データを作成する手順は、患者の術部における手術済みの位置を特定する手順である。この手順は、確認が可能である限りにおいて限定されるわけではないが、例えば、手術前術部データと複数の術具先端位置情報データとを比較し、術具先端位置情報データが手術前術部データに対して手術を行ったか否かを判断すること、より具体的には、複数の術具先端位置情報データが手術前術部データの各座標位置データ又は臓器であると判定されている座標データと重なったか（通過したか）否かを判定すること、言い換えると手術前術部データと重なった術具先端位置情報データを手術済術部データであるとすることが好ましい。なお、この手順においては、複数の術具先端位置情報データの座標系と手術前術部データの座標系との位置調整、範囲調整を行うための前処理が備えられていることが好ましい。

また、本手順においては、時系列的に途中経過の状態について表示させることも好ましい。このようにしておくことで、より詳細に手術の進捗を評価することができるようになる。

また本実施形態において、（４）手術前術部データ及び手術済術部データに基づき進捗データを算出させる手順は、文字通り、手術の進捗がどの程度にあるのかといった作業進捗度を判定することができる手順である。本手順は、実現できる限りにおいて限定されるわけではないが、例えば、手術前術部の面積又は体積に対し、手術済術部データがどの程度の面積又は体積に達しているのかといった判定を行うことが好ましい。この作業進捗度は、例えば下記式で表すことができる。

すなわち、本手順では、手術前術部データ（作業領域）の面積又は体積をあらかじめ求め、その面積又は体積に対する手術済術部データ（通過量）の面積又は体積の割合を作業進捗度として評価することができる。なお進捗度は時系列的に表示させておくことが好ましい。ここで、手術前術部データ及び術具先端位置情報データを重ねて表示させた場合の表示の例を図８に、この進捗度の時系列的な変化の例の図を図９に示す。

また、本手順は、工程毎に作業進捗度を評価するようにすることがより詳細な評価を行うことができる点において好ましい。

以上、本実施形態により、手術の作業環境に及ぼす影響を最小限にとどめ、より少ない種類のデータで信頼性の高い手術工程を解析することのできるプログラムを提供することができる。

なお、本実施形態及び上記実施形態１においてはそれぞれ別の実施形態として説明しているが、それぞれの手順は複合して行うことができ、また、可能な限りにおいて手順の順番を入れ替えることができることはいうまでもない。

本発明は、手術工程解析プログラムとして産業上の利用可能性がある。

Claims (1)

1. コンピュータに、
   術具先端位置情報データを複数記録する手順、
   前記複数の術具先端位置情報データに基づき術具先端位置分布データを作成する手順、
   前記術具先端位置分布データに基づき、前記複数の術具先端位置情報データの分布の形状を平面に射影し楕円形状に近似した近似形状データを作成し、前記近似形状データの大きさ、短軸の長さ及び長軸の長さを求める手順、を実行させて手術の定量的な評価を行うための手術工程解析プログラム。