JP7016111B2 - 手術対象部位モニターシステム及び手術対象部位モニターシステムの作動方法 - Google Patents

Description

この発明は、内視鏡手術などの低侵襲外科手術において、手術対象部位をモニタリングする際に用いて好適な手術対象部位モニターシステム及び手術対象部位モニターシステムの作動方法に関する。

近年の外科手術においては、手術を的確に、また、短時間で行えるようにするために、センサ技術やテレビモニターを補助的に用いることが多くなってきている。例えば特許文献１（米国特許明細書Ｎｏ．６，６３３，７７３Ｂ１）には、例えば心臓などの臓器の表面の組織の再編成の手術に関する発明が開示されている。この特許文献１においては、手術台の下部に人工磁場を発生する電磁石（コイル）を配置すると共に、患者の手術対象部位としての臓器の、手術に関連する特定の位置には参照磁気センサを設けておき、その位置をモニター画面に表示するようにする。

また、特許文献１においては、手術用具としてのカテーテルの先端に磁気センサを装着しておくことで、当該カテーテルを患者の体内の臓器のところまで挿入する際に、その先端の位置を磁気センサで検出し、その検出した位置をモニター画面に表示できるようにする。そして、手術を実行する医師は、モニター画面において、参照磁気センサの位置及びカテーテルの先端に装着されている磁気センサの位置を確認しながら、参照磁気センサの位置を頼りに、臓器のところまでカテーテルを挿入して、必要な手術をするようにしている。

この特許文献１の発明によれば、医師は、参照磁気センサの位置を頼りに、カテーテルを的確に、また、比較的短時間で、目的とする臓器のところまで挿入することができて非常に便利である。

米国特許明細書Ｎｏ．６，６３３，７７３Ｂ１公報

ところで、最近の外科手術としては、患者の負担を軽減するために、内視鏡手術などの低侵襲外科手術が用いられるようになっている。これは、内視鏡（腹腔鏡などを含む）で見える範囲の部位をモニター画面に表示しながら、メスなどの手術用具を用いて手術を行うものである。この内視鏡手術においても、上述した特許文献１の技術を適用することで、内視鏡手術用の手術用具を、より的確に、また、より迅速に、手術対象の臓器の目的とする位置に挿入することが可能になる。

ところが、内視鏡の視野の範囲は狭く、臓器全体を把握しながらの手術は困難である。しかし、従来、臓器全体を把握しながら内視鏡手術などの手術をするための技術は提供されていない。

この発明は、以上の点に鑑み、臓器などの手術対象部位の全体を把握しながら、必要な手術部位のおける手術を可能とすることができるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、
患者の手術対象部位が、生成した３次元の人工磁場空間内に配置されるように人工磁場を生成する人工磁場生成装置と、
前記患者の前記手術対象部位の予め定められた複数の場所のそれぞれに装着され、前記装着された場所の前記人工磁場空間内の位置を検出するための複数の磁気センサと、
前記複数の磁気センサからの出力情報を互いに識別可能に取得する表示制御装置と、
を備え、
前記表示制御装置は、
表示画面を備えるモニター部と、
前記患者の手術対象部位の３Ｄ画像のデータを記憶すると共に、前記磁気センサの前記患者の前記手術対象部位に対する装着場所の位置情報を、前記手術対象部位の前記３Ｄ画像に対する装着場所の位置情報として記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記３Ｄ画像のデータと、前記磁気センサの前記手術対象部位の前記３Ｄ画像に対する装着場所の位置情報と、前記複数の磁気センサの出力情報に基づいて、前記モニター部の表示画面に、前記患者の手術対象部位の３Ｄ画像を、前記患者の前記手術対象部位の前記人工磁場空間内における存在状態に対応するように表示画面に表示するように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする手術対象部位モニターシステムを提供する。

そして、請求項２の発明は、請求項１に記載の手術対象部位モニターシステムにおいて、前記表示制御装置の前記制御部は、
前記磁気センサが装着された場所の前記人工磁場空間内の位置が変化したことを検出したときには、その検出した位置の変化に応じて、前記表示画面に表示されている前記患者の手術対象部位の３Ｄ画像を変化させることを特徴とする。

上述の構成の請求項１の発明による手術対象部位モニターシステムにおいては、患者の手術対象部位の予め定められた場所（位置）には、複数の磁気センサが装着される。そして、人工磁場生成装置により、患者の手術対象部位が、生成した３次元の人工磁場空間内に配置されるように人工磁場が生成される。この人工磁場空間のそれぞれの位置(３次元位置)の磁場の強さと磁場の向きとのペアは、その位置特有の値を有し、磁場の強さと磁場の向きを磁気センサで検出することで、その検出した位置が、人工磁場空間のいずれの位置であるかを特定することができる。

また、請求項１の発明による手術対象部位モニターシステムにおいては、記憶部に、予め、患者の手術対象部位の３Ｄ画像のデータが記憶されていると共に、複数の磁気センサの患者の手術対象部位に対するそれぞれの装着場所の位置情報が、手術対象部位の３Ｄ画像に対する装着場所の位置情報として記憶されている。

表示制御装置は、この記憶部に記憶している患者の手術対象部位の３Ｄ画像のデータ及び磁気センサの手術対象部位の３Ｄ画像に対する装着場所の位置情報と、複数の磁気センサの出力情報とを用いて、モニター部の表示画面に、患者の手術対象部位の人工磁場空間内における存在状態に対応するように、患者の手術対象部位の３Ｄ画像を表示する。すなわち、表示制御装置は、複数の磁気センサの出力情報から、人工磁場空間内における複数の磁気センサのそれぞれの位置を検出し、患者の手術対象部位の３Ｄ画像の磁気センサの装着場所の位置が、その検出した位置となるようにして、表示画面に３Ｄ画像を表示する。これにより、モニター部の表示画面には、患者の手術対象部位の３Ｄ画像が、実際の患者の手術対象部位の人工磁場空間内における存在状態と対応するように表示される。

したがって、手術を担当する医師は、モニター部の表示画面に表示されている３Ｄ画像を観ることで、例えば手術台上に仰臥している患者の手術対象部位の向きなどを容易に把握することができ、これを参照することで外科手術を的確、また、迅速に行うことができるようになる。

そして、請求項２の発明によれば、表示制御装置の制御部は、磁気センサが装着された場所の人工磁場空間内の位置が変化したことを検出したときには、その検出した位置の変化に応じて、前記表示画面に表示されている前記患者の手術対象部位の３Ｄ画像を変化させる。これにより、例えば手術台に仰臥している患者の体が動いたときであっても、モニター部の表示画面に表示されている手術対象部位の３Ｄ画像は、その動きに対応して変化するので、医師は、その変化を的確に把握することができるという効果を奏する。

この発明によれば、モニター部の表示画面には、患者の手術対象部位の人工磁場空間内における存在状態と対応するように、患者の手術対象部位の３Ｄ画像が表示されるので、医師は、これを参照することで外科手術を的確、また、迅速に行うことができるようになるという顕著な効果を奏する。

また、この発明によれば、手術台に仰臥している患者の体が動いたときであっても、モニター部の表示画面に表示されている手術対象部位の３Ｄ画像は、その動きに対応して変化するので、医師は、その変化を的確に把握することができるという効果を奏する。

この発明による手術対象部位モニターシステムの実施形態の全体の概要を示す図である。 この発明による手術対象部位モニターシステムの実施形態の要部を説明するために用いる図である。 この発明による手術対象部位モニターシステムの実施形態における磁気センサの手術対象部位への装着位置の例を示すである。 この発明による手術対象部位モニターシステムの実施形態で用いる磁気センサを説明するために用いる図である。 この発明による手術対象部位モニターシステムの実施形態における表示制御装置の制御装置のハードウエア構成例を示すブロック図である。 この発明による手術対象部位モニターシステムの実施形態における磁気センサのキャリブレーション処理を説明するために用いる図である。 この発明による手術対象部位モニターシステムの実施形態の改良例を説明するための図である。 この発明による手術対象部位モニターシステムの実施形態の改良例を説明するために用いる図である。 この発明による手術対象部位モニターシステムの実施形態の改良例を説明するために用いる図である。 この発明による手術対象部位モニターシステムの他の実施形態の全体の概要を示す図である。

以下、この発明による手術対象部位モニターシステム及び手術対象部位モニターシステムの作動方法の実施形態を、手術対象部位が肝臓の場合を例に取って、図を参照しながら説明する。

図１は、この発明による手術対象部位モニターシステムの実施形態の全体の概要を示す図である。この実施形態の手術対象部位モニターシステムは、人工磁場生成装置１０と、複数個の磁気センサ２１～２ｎ（ｎは２以上の整数）と、表示制御装置３０とからなる。

人工磁場生成装置１０は、患者１が仰臥する手術台２の近傍に配置される複数個の電磁石、図１の例では、６個の電磁石１１～１６と、コイル電流供給装置１７とからなる。電磁石１１～１６のそれぞれは、磁性体コアにコイルが巻回されたもので、コイル電流供給装置１７は、電磁石１１～１６のそれぞれのコイルに磁場発生用の電流を供給する。

この場合に、人工磁場生成装置１０は、患者の手術対象部位、この例では、肝臓の全体が、生成した人工磁場の３次元空間（以下、人工磁場空間という）内に入るように人工磁場を生成するようにする。そのような人工磁場空間を得るためには、人工磁場生成装置１０では、図２に示すように、電磁石は、手術台２に仰臥している患者１を挟んだ２個の位置に設ければよいので、最低２個を設ければよい。図２の例では、電磁石１２と電磁石１５とを設けた場合を示している。

生成された人工磁場空間内の各位置における磁場の強さと磁場の向きとのペアの値は、各位置毎に異なっている。すなわち、例えば図２において、実線上の位置においては、磁場の強さは同じであるが、磁場の向きが位置毎に異なる。また、図２において、点線上の位置においては、磁場の向きが同じであるが、磁場の強さが位置毎に異なる。したがって、人工磁場空間内の或る位置において磁場の強さと磁場の向きとのペアの値を検出すれば、その位置が、人工磁場空間内のいずれの位置であるかを検出することができる。

したがって、人工磁場空間内において磁場の強さと磁場の向きを、磁気センサにより検出することができるようにすることが肝要であるが、２個の電磁石のみで生成した人工磁場空間では、磁場の強さが弱く、その検出が困難な位置が生じる恐れがあるので、この実施形態では、２個以上の電磁石、この例では６個の電磁石１１～１６を配設して、いずれの位置においても、磁気センサによって、感度良く、磁場の強さ及び磁場の向きを検出することができるようにしている。

そして、この実施形態においては、図１に示すように、６個の電磁石１１～１６の内の３個の電磁石１１～１３は、手術台２に仰臥している患者１の左側に配置され、残りの３個の電磁石１４～１６は、患者１の右側に配置される。そして、６個の電磁石１１～１６のそれぞれは、磁性体コアに巻回されているコイルの巻回中心線方向が患者１の体と交差する方向となるように配置して、Ｎ極またはＳ極の一方の磁極が発生する磁性体コアのコイルの巻回中心線方向の端面が患者１の体と対向するようにする。そして、患者１の左側に配置された３個ずつの電磁石１１～１３と、患者１の右側に配置された３個の電磁石１４～１６とでは、それぞれの磁性体コアの患者１の体側と対向する端面側に、互いに異なる磁極が発生するように、コイル電流供給装置１７から、各電磁石１１～１６に電流を供給するようにする（図２参照）。図１及び図２に示す例では、患者１の左側に配置した電磁石１１～１３の磁性体コアの患者１の体側と対向する端面側にはＳ極が発生し、患者１の右側に配置した電磁石１４～１６の磁性体コアの患者１の体側と対向する端面側にはＮ極が発生するようにされている。

なお、６個の電磁石１１～１６の配置位置は、２次元平面上であってもよいが、好ましくは、３次元的に配置される状態とされる。また、６個の電磁石１１～１６は、手術台２に対して固定的に取り付けるようにしてもよいし、別途の取付台などにより、手術台２の周囲の固定位置に取り付けるようにしてもよい。なお、設置された後は（特に手術中は）、６個の電磁石１１～１６は、手術台２に対して固定された位置とされといる。

複数個の磁気センサ２１～２ｎは、手術を実行するに先立ち、患者１の手術対象部位の例である肝臓に装着される。複数個の磁気センサ２１～２ｎの、患者１の手術対象部位における装着個数及び装着場所(位置)は、予め手術対象部位毎に定められた個数及び特定の複数の場所とされる。図３は、人の肝臓の模式図であり、この例の肝臓の場合には、例えば図３に示すように、７個の装着場所（図３では括弧付数字位置）が予め設定され、例えば内視鏡手術と同様の手法により、手術前に、肝臓の前記７個の装着場所に装着される。なお、図１などにおいては、図面の作成の便宜上、３個の磁気センサしか示していないが、この例では、肝臓には７個の磁気センサが装着されているものである。

この例で用いられる磁気センサ２１～２ｎは、大きさが例えば１ｍｍ程度の小型のもので、図４に示すように、検出した磁場の強さ及び磁場の方向に応じた、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の出力情報を出力するものである。そして、この実施形態では、磁気センサ２１～２ｎは、接続ケーブルを通じて、表示制御装置３０の後述する制御装置３１のコネクタ端子部３０９に接続されている。

なお、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれが、肝臓の特定の装着場所に正しく装着されたかどうかは、例えばＸ線撮影や、ＣＴ（Computerized Tomography）などを用いて確認することができる。

表示制御装置３０は、この実施形態では、制御装置３１と、当該制御装置３１にケーブル３３を通じて接続されているモニター装置３２とからなる。なお、表示制御装置３０は、この例のように制御装置３１とモニター装置３２とが別々の装置の構成とされていてもよいし、制御装置３１とモニター装置３２とが一体の装置として構成されていてもよい。

モニター装置３２は、例えばＬＣＤ(Liquid Crystal Display；液晶ディスプレイ)からなる表示画面を備える。

制御装置３１は、コンピュータ装置と同様の構成を備え、患者１の手術対象部位の３Ｄ（３Dimension；３次元）画像、この例では、肝臓の３Ｄ画像のデータを記憶する記憶部を備えると共に、モニター装置３２の表示画面に表示する表示画像を生成する制御部を備える。

図５は、この例の制御装置３１のハードウェア構成例を示すブロック図である。この例の制御装置３１は、コンピュータを搭載して構成されている制御部３０１に対して、システムバス３００を通じて、外部入力Ｉ／Ｆ３０２と、モニター装置インターフェース（以下、インターフェースはＩ／Ｆと記す）３０３と、３Ｄ画像情報記憶部３０４と、人工磁場空間テーブル情報メモリ３０５と、磁気センサ位置算出部３０６と、校正データメモリ３０７と、表示画像生成部３０８と、が接続されて構成されている。

外部入力Ｉ／Ｆ３０２には、複数個のコネクタジャック３０９Ｊを備えている入力コネクタ端子部３０９が接続されている。そして、この例では、入力コネクタ端子部３０９の各コネクタジャック３０９Ｊには、磁気センサ２１～２ｎの接続ケーブルの端部に設けられているコネクタプラグが挿入されて、磁気センサ２１～２ｎが、制御装置３１に電気的に接続されるようにされる。

モニター装置Ｉ／Ｆ３０３には、モニター装置３２がケーブル３３を通じて接続されており、表示画像生成部３０８で生成された表示画像情報が、このモニター装置Ｉ／Ｆ３０３を通じてモニター装置３２に供給される。

３Ｄ画像情報記憶部３０４には、予め、患者１の手術対象部位、この例では肝臓の３Ｄ画像のデータが記憶されている。この肝臓の３Ｄ画像のデータは、この実施形態では、手術前に患者１の肝臓をＣＴスキャンして得た画像データを基に作成するようにする。この場合に、磁気センサ２１～２ｎを装着した後の肝臓をＣＴスキャンすることで、その３Ｄ画像には装着された磁気センサ２１～２ｎも含まれる。そこで、生成した３Ｄ画像を表示画面に表示することで、前述したように、磁気センサ２１～２ｎが、肝臓の目的とする適切な位置に装着されたか否かの確認ができる。

そして、この実施形態では、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの肝臓の３Ｄ画像上での位置情報が、例えば、肝臓をＣＴスキャンして得た画像データを基に求められる。そして、その求められた位置情報が、前述した磁気センサ２１～２ｎのそれぞれを識別するための情報に対応して、３Ｄ画像情報記憶部３０４に記憶される。

この場合に、患者１の手術対象部位である肝臓に装着された磁気センサ２１～２ｎのそれぞれと、患者１の手術対象部位である肝臓の３Ｄ画像上の磁気センサ２１～２ｎの位置のそれぞれとの対応付けをしておくようにする必要がある。

このため、この例では、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれを識別するための情報としては、入力コネクタ端子部３０９のコネクタジャック３０９Ｊのそれぞれに付されたコネクタ番号が用いられる。そして、この例では、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれのコネクタプラグには、予め、例えばコネクタ番号に対応する番号等が付されており、肝臓のいずれの位置に装着するかが定められている。そして、それぞれの磁気センサ２１～２ｎのケーブルの端部のコネクタプラグが、制御装置３１の入力コネクタ端子部３０９の対応する番号のコネクタジャック３０９Ｊに接続される。

これにより、患者１の手術対象部位である肝臓に装着された磁気センサ２１～２ｎのそれぞれと、患者１の手術対象部位である肝臓の３Ｄ画像上の磁気センサ２１～２ｎの位置のそれぞれとが正しく対応付けられるものである。

なお、以上説明した、患者１の手術対象部位である肝臓に装着された磁気センサ２１～２ｎのそれぞれと、患者１の手術対象部位である肝臓の３Ｄ画像上の磁気センサ２１～２ｎの位置のそれぞれとの対応付けの方法は、一例であり、その他種々の方法を用いることができることは言うまでもない。

例えば、図３に示した肝臓の（１）の位置に磁気センサ２１～２ｎの一つを装着した後、当該磁気センサのケーブルの端部のコネクタジャックを、制御装置３１の入力コネクタ端子部３０９の任意のコネクタジャック３０９Ｊに接続する。その際に、制御装置３１は、その接続したコネクタジャック３０９Ｊに得られる磁気センサの出力情報が、３Ｄ画像上のいずれの番号位置の磁気センサの出力情報であるかの入力を促す画面を、モニター装置３２の表示画面に表示して、その入力を受け付ける。例えば、磁気センサの装着作業者は、この場合には，３Ｄ画像における装着位置（１）の磁気センサである旨を入力することになる。すると、制御装置３１では、当該磁気センサの出力信号に含まれる識別情報と、３Ｄ画像における装着位置（１）とを対応付けて記憶する。他の磁気センサの装着時にも、同様の作業をすることで、制御装置３１には、それぞれの磁気センサの出力信号に含まれる識別情報と、３Ｄ画像における装着位置（１）とを対応付けた対応付け情報が記憶される。

これにより、制御装置３１は、入力コネクタ端子部３０９を通じて入力される磁気センサの出力信号に含まれる識別情報を認識し、その認識した識別情報により、記憶した対応付け情報を参照することにより、その識別情報の磁気センサが、３Ｄ画像におけるいずれの装着位置の磁気センサであるかを認識することができる。

人工磁場空間テーブル情報メモリ３０５には、人工磁場生成装置１０により生成された人工磁場空間の各位置と、その位置における磁場の強さと磁場の向きとのペアとの対応テーブル情報が格納されている。対応テーブル情報は、人工磁場空間内の各位置の実測値に基づいて生成するようにしてもよいし、人工磁場生成装置１０を構成する電磁石１１～１６の取り付け位置と、当該電磁石１１～１６のコイルに供給する電流値などから、計算により人工磁場空間内の各位置の磁場の強さ及び磁場の向きを求めて、生成するようにしてもよい。

この場合に、３次元の人工磁場空間のＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向は、所定の方向に定められる。３次元の人工磁場空間の例えばＺ軸方向は、手術台２の患者１が仰臥する台面に対して直交する方向とし、Ｘ軸方向は、仰臥している患者１の身長方向とし、Ｙ軸方向は、仰臥している患者１の身長方向に直交する方向とする。

なお、３Ｄ画像情報記憶部３０４に記憶される３Ｄ画像のＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向は、この例では、人工磁場空間のＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向と同様とされている。したがって、モニター装置３２の表示画面に直交する方向をＺ軸方向として手術対象部位の肝臓を表示する場合には、医師が、手術台２上に仰臥している患者１を、その上方から見ているときの当該肝臓が表示画面に表示される。

磁気センサ位置算出部３０６は、入力コネクタ端子部３０９を通じて入力される各磁気センサ２１～２ｎの出力情報から、それぞれの磁気センサの位置における磁場の強さと磁場の向きを検出する。そして、その検出した磁場の強さと磁場の向きのペアにより、人工磁場空間テーブル情報メモリ３０５を参照して、対応する人工磁場空間内の位置を検出するようにする。

この場合に、手術対象部位の例である肝臓に装着された各磁気センサ２１～２ｎの、図４に示したＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向が、人工磁場空間テーブル情報メモリ３０５に記憶されている対応テーブル情報を得る際の人工磁場空間のＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向が一致していれば、磁気センサ位置算出部３０６で、各磁気センサ２１～２ｎの出力情報のそれぞれから検出した磁場の強さと磁場の向きのペアをそのまま、人工磁場空間テーブル情報メモリ３０５の参照用情報として用いることができる。

しかしながら、平面ではない肝臓に装着された磁気センサ２１～２ｎのそれぞれのＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向が、人工磁場空間のＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向と一致することは殆どなく、ずれた方向となっている。そのため、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれのＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向と、人工磁場空間のＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向とのずれを考慮した校正を、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれについて行う必要がある。

この実施形態では、手術を実行する前に、磁気センサ２１～２ｎについてのキャリブレーション処理を行い、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれについての校正のためのデータ（校正データ）を生成する。そして、生成した校正データを、校正データメモリ３０７に記憶するようにする。

このキャリブレーション処理の一例について説明する。この実施形態では、手術を開始する前に、人工磁場生成装置１０による電磁石１１～１６のコイルに対する電流の供給を停止して、人工磁場を停止する。すると、この状態では、地球磁場のみが、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれが肝臓に装着され、手術台２に仰臥している患者１に対して印加されることになる。この地球磁場は、図６で点線で示すように、磁場の強さ及び磁場の方向が同じ平行磁場空間である。図６の例では、患者１の頭部が南を向いていると共に、足が北を向いているとした例である。

このとき、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれからは、患者の肝臓に対する装着状態に応じた当該地球磁場についての３軸出力が得られる。このときに得られた磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの３軸出力は、磁気センサ２１～２ｎの地球磁場の方向に対するずれに対応しており、地球磁場の大きさ及び向きは、既知であるので、地球磁場に基づく校正データを生成することができる。

もしも、この地球磁場の方向と、人工磁場生成装置１０で生成する人工磁場空間の地球磁場に対応する方向、この例ではＹ軸方向（患者１の頭部と足とを結ぶ方向）とが一致していれば、このキャリブレーション処理時に得られた磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの３軸出力から求められた校正データにより、人工磁場空間とのずれを校正することができるものとなる。

しかし、実際的には、手術台２は必ずしも水平とはなっておらず、また、患者１の頭部と足とを結ぶ方向を、南北に一致させることは困難な状況もある。そのため、この実施形態では、予め人工磁場生成装置１０で生成する人工磁場空間の３軸方向と、地球磁場の方向とのずれを求めておき、その求めておいたずれを考慮して、キャリブレーション処理により得られた磁気センサ２１～２ｎの３軸出力から、磁気センサ２１～２ｎの出力情報について、人工磁場空間の３軸方向に対するずれを校正するための校正データを生成する。そして、生成した校正データを、校正データメモリ３０７に記憶しておく。校正データは、磁気センサ２１～２ｎ毎に算出され、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの識別情報に対応付けられて、校正データメモリ３０７に記憶されている。

なお、例えば手術室が磁気シールドされている等の理由で、地球磁場が得にくい場合には、人工磁場として、地球磁場と同様に磁場の強さと磁場の方向が同じであるキャリブレーション用の人工磁場空間（平行磁場空間）を生成し、このキャリブレーション用の人工磁場空間において、上述したようなキャリブレーション処理を行うようにしても勿論よい。

磁気センサ位置算出部３０６は、各磁気センサ２１～２ｎの出力情報から、それぞれの磁気センサの位置における磁場の強さと磁場の向きを検出したら、校正データメモリ３０７の磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの校正データにより、検出した磁場の強さと磁場の向きを校正する。そして、各磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの校正した磁場の強さと磁場の向きのペアにより、人工磁場空間テーブル情報メモリ３０５を参照して、対応する人工磁場空間内の位置をそれぞれ検出するようにする。そして、磁気センサ位置算出部３０６は、算出した磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの人工磁場空間内の位置情報を、表示画像生成部３０８に転送する。

表示画像生成部３０８は、人工磁場生成装置１０で生成される人工磁場の３元座標空間に、３Ｄ画像情報記憶部３０４に記憶されている３Ｄ画像データから、手術対象部位の例の肝臓の３Ｄ画像を描画するようにして、モニター装置３２の表示画面に表示するための表示画像情報を生成する。その際に、表示画像生成部３０８は、３Ｄ画像情報記憶部３０４に記憶されている磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの肝臓の３Ｄ画像上における装着場所の位置が、磁気センサ位置算出部３０６で算出された人工磁場空間内の磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの位置となるように、肝臓の３Ｄ画像の表示画像情報を生成する。

そして、表示画像生成部３０８は、生成した２次元表示画像情報を、モニター装置Ｉ／Ｆ３０３を通じてモニター装置３２に供給する。したがって、モニター装置３２の表示画面に表示される患者１の肝臓の３Ｄ画像（２次元表示画像）は、手術台２に仰臥している患者１の手術対象部位の例の肝臓の、その時に人工磁場空間内における存在状態と対応している状態となっている。

したがって、医師は、このモニター装置３２の表示画面に表示されている手術対象部位の例の肝臓の全体画像を観ながら、内視鏡手術を施すことが可能になり、手術を的確、また、迅速に行えるようになる。

そして、この実施形態では、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの出力情報は、手術中においても、常に、制御装置３１に供給されており、制御装置３１の磁気センサ位置算出部３０６は、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの人工磁場空間内の位置を検出している。そして、磁気センサ位置算出部３０６は、常に表示画像生成部３０８に、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの人工磁場空間内における位置情報を供給している。

表示画像生成部３０８は、この磁気センサ位置算出部３０６からの磁気センサ２１～２ｎの位置情報に基づいて、肝臓の３Ｄ画像の表示画像情報を生成して、モニター装置３２に供給し続ける。このため、患者１が動いたり、手術用のメスにより肝臓をカットしたりして、磁気センサ２１～２ｎの位置が人工磁場空間内で移動したときには、モニター装置３２の表示画面に表示されている肝臓の３Ｄ画像（２次元表示画像）は、その移動に応じて変化する。したがって、患者１が動いて、手術対象部位の例の肝臓の人工磁場空間内における存在状態が変化しても、医師は、モニター装置３２の表示画面に表示されている手術対象部位の例の肝臓の画像を観ることで、その変化を検知することができるという顕著な効果を奏する。

なお、磁気センサ位置算出部３０６は、常に、表示画像生成部３０８に、算出した磁気センサ２１～２ｎの位置情報を供給するのではなく、磁気センサ２１～２ｎのいずれかの位置が、所定の閾値よりも移動したか否か判別し、移動したと判別したときに、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの移動後の位置情報を、表示画像生成部３０８に供給するようにしてもよい。その場合には、磁気センサ２１～２ｎの位置の移動が検出される前までには、表示画像生成部３０８は、同じ表示画像情報を、モニター装置３２に送出出力付けるだけで良い。なお、磁気センサ２１～２ｎのいずれかが移動したか否かの所定の閾値は、例えば、モニター装置３２の表示画面上で動いたことが感得できる程度の距離に対応した値とする。

［上述の実施形態の変形例］
＜磁気的なノイズの軽減＞
上述の実施形態では、人工磁場生成装置１０は、固定的な一つの人工磁場空間を生成するようにした。しかし、手術室などの部屋内の人工磁場空間においては、一般的に磁気的なノイズが存在しており、磁気センサ２１～２ｎの出力情報が、そのノイズの影響を受ける。このノイズの影響を軽減する方法の一例を説明する。

この例では、手術対象部位を含む人工磁場空間として、互いに異なる複数の人工磁場空間を時分割的に切り替えて生成する。そして、その複数の人工磁場空間のそれぞれの磁気センサ２１～２ｎの出力情報に基づいて、当該人工磁場空間における磁気センサ２１～２ｎの位置を検出する。そして、求めた磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの位置を、特定の座標空間における位置に換算し、その換算した磁気センサ２１～２ｎの位置の例えば平均値を求めるようにする。

例えば、人工磁場空間が、図２に示したように２個の電磁石１２，１５により形成される場合、磁気センサ２１～２ｎの位置を検出するタイミングになったら、先ず、図７において点線で示す２個の電磁石１２，１５により、図２と同様の人工磁場空間を生成して、その人工磁場空間における磁気センサ２１～２ｎの出力情報に基づいて、当該２個の電磁石１２，１５による人工磁場空間における磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの位置を検出する。

次に、人工磁場空間を生成する電磁石を、図７において実線で示すように、この例では、２個の電磁石１２，１５から、２個の電磁石１１，１４に切り替えて、この２個の電磁石１１，１４により、図７に示すような、図２の場合とは異なる人工磁場空間を生成する。そして、その生成した人工磁場空間における磁気センサ２１～２ｎの出力情報に基づいて、当該２個の電磁石１１，１４による人工磁場空間における磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの位置を検出する。

そして、求めた磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの位置を、特定の座標空間における位置として検出する。この特定の座標空間は、各磁気センサ２１～２ｎの位置を、手術対象部位の３Ｄ画像における位置として検出するのに都合の良いものとする方が良い。そして、この特定の座標空間における２個の人工磁場空間から得た磁気センサ２１～２ｎの位置の平均値を、求める磁気センサ２１～２ｎの位置とする。

この場合に、複数の人工磁場空間が切り替えられる短時間においては、手術対象部位における磁気センサ２１～２ｎの位置は変化しないので、もしも、磁気的なノイズが存在しないとすれば、この特定の座標空間の位置として検出された、異なる人工磁場空間における磁気センサ２１～２ｎの位置は同一となる。しかし、実際的には、磁気的なノイズが存在するので、その２個の人工磁場空間における磁気センサ２１～２ｎの出力情報から算出された位置は、異なる。磁気的なノイズは、２個の人工磁場空間で同一に存在しているので、２個の人工磁場空間における磁気センサ２１～２ｎの位置の平均値を求めれば、磁気的なノイズは１／２になり、軽減される。

以上の説明は、２個の人工磁場空間を時分割的に切り替え生成する場合であるが、３個以上のｍ固であれば、磁気的なノイズは、１／ｍに更に軽減される。例えば、図７の例であれば、２個の電磁石の組み合わせとして、電磁石１２、１５、電磁石１２、１４、電磁石１１、１４、電磁石１１、１５のそれぞれの組の合計４組を時分割的に切り替えるようにしてもよい。

＜人工磁場空間内の位置による感度低下の改善＞
手術中は、一般に患者は、手術台２に仰臥している状態であるので、図８（Ａ）に示すように、人工磁場空間を生成する電磁石１１～１３，電磁石１４～１６の配置位置は、手術台２の両側の２か所になり易い。すると、図８（Ａ）に示すような磁力線の状況となり、発生磁界の強さと、手術台の平面方向の位置（手術台の中央位置を０とする）との関係を示すと、図８（Ｂ）の実線４２で示すような特性になる。

この図８（Ｂ）の特性から分かるように、患者１の手術対象部位の部分では、発生磁界の強さが、手術台の平面方向の位置の変化に関わらず殆ど変化せず、磁気センサ２１～２ｎの位置の検出感度が低下してしまう恐れがある。

この問題を改善するために、図９（Ａ）に示すように、手術台２の、仰臥している患者の背中側に、電磁石や永久磁石などの外部磁界発生手段１８を設ける。このようにすれば、この外部磁界発生手段１８により、図９（Ｂ）の実線４２で示すように、手術台２の中央位置の近傍においても、発生磁界の強さが、手術台の平面方向の位置の変化に応じて変化するものとなり、磁気センサ２１～２ｎの位置の検出感度が低下してしまうのを回避することができる。

［その他の実施形態及び変形例］
上述の実施形態では、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれのＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向と、人工磁場空間のＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向とのずれを考慮した校正を行うために、地球磁場などの平行磁場を用いてキャリブレーション処理を行うようにしたが、キャリブレーション処理は、これに限られるものではない。

例えば、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれに、人工磁場空間のＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向に対する磁気センサ２１～２ｎの手術対象部位への装着時のずれ（傾き）を検出するためのジャイロセンサ（磁気ジャイロセンサ）を設けておく。例えば、人工磁場空間のＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向を、例えばＸ軸方向及びＹ軸方向を、手術台２の患者が仰臥する面に平行な方向であって患者の体側方向及び頭部の方向とし、Ｚ軸方向を、手術台２の患者が仰臥する面に垂直な方向とした場合に、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれに、ジャイロセンサの機能を搭載する、あるいは、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれに、ジャイロセンサを装着するようにする。

このようにすれば、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれを、手術対象部位に装着したとき、その装着時における人工磁場空間のＸ，Ｙ，Ｚの各座標軸方向に対する磁気センサ２１～２ｎの手術対象部位への装着時のずれ（各座標軸に対する傾き）を、それぞれのジャイロセンサにより検出し、その検出したずれ（各座標軸に対する傾き）に基づいて校正データを生成し、校正データメモリ３０７に記憶するようにする。そして、上述した実施形態と同様に、その校正データメモリ３０７に記憶されている校正データを用いて、磁気センサ２１～２ｎのそれぞれの出力情報を校正するようにする。

この例のように、ジャイロセンサを用いて磁気センサのキャリブレーションを行う場合には、医師が手術中に使用する内視鏡手術用の手術用具に、同様の構成のジャイロセンサ付の磁気センサを装着したものを用いることで、当該手術用具の手術対象部位に対する位置をモニター装置３２の表示画面に表示することもできる。

図１０の例においては、医師３が所持する内視鏡手術用の手術用具４の先端に、ジャイロセンサ付の磁気センサ５が装着されている。そして、その磁気センサ５は、接続ケーブル６を通じて表示制御装置３０の制御装置３１の入力コネクタ端子部３０９のコネクタジャック３０９Ｊの一つに接続されている。

この図１０の例では、制御装置３１では、磁気センサ２１～２ｎの出力情報を校正データメモリ３０７に記憶されている校正データを用いて校正して、磁気センサ２１～２ｎの位置を検出し、その検出した位置に基づいて、手術対象部位の３Ｄ画像を、モニター装置３２の表示画面に表示する。この場合に、校正データメモリ３０７に記憶される校正データは、前述した平行磁場を用いて取得したものであってもよいし、ジャイロセンサからのずれ（各座標軸に対する傾き）を用いて取得したものであってもよい。

そして、制御装置３１は、入力コネクタ端子部３０９のコネクタジャック３０９Ｊの一つに接続されている手術用具４に装着されている磁気センサ５の出力情報を、その出力情報に含まれるジャイロセンサ出力を用いて校正することで、当該磁気センサ５の人工磁場空間内の位置を検出し、その検出した位置に基づいて、手術対象部位の３Ｄ画像に対する手術用具４の先端位置を、モニター装置３２の表示画面に表示する。図１０では、矢印ＡＲとして、手術用具４の先端位置を表示している。

以上の実施形態の説明においては、磁気センサと表示制御装置３０の制御装置３１との接続は、ケーブルを通じて行うようにしたが、磁気センサのそれぞれに無線通信機能を搭載すると共に、制御装置３１に磁気センサからの出力情報を受信する無線通信機能を備えておくことにより、両者の間を無線で接続するようにすることができる。なお、その場合には、各磁気センサは、自分のセンサを識別するための識別情報を、無線信号に含めて、送信するようにする。制御装置３１は、各磁気センサの識別情報と、手術対象部位における装着位置とを対応付けて記憶しておくのは、上述の例と同様である。

１…患者、２…手術台、３…医師、４…手術用具、５…磁気センサ、１０…人工磁場生成装置、１１～１６…電磁石、２１～２ｎ…磁気センサ、３０…表示制御装置、３１…制御装置、３２…モニター装置、３３…接続ケーブル、３０１…制御部、３０４…３Ｄ画像情報記憶部、３０５…人工磁場空間テーブル情報メモリ、３０６…磁気センサ位置算出部、３０７…校正データメモリ、３０８…表示画像生成部、３０９…入力コネクタ端子部

Claims (21)

1. 患者の手術対象部位が、生成した３次元の人工磁場空間内に配置されるように人工磁場を生成する人工磁場生成装置と、
   前記患者の前記手術対象部位の予め定められた複数の場所のそれぞれに装着され、前記装着された場所の前記人工磁場空間内の位置を検出するための複数の磁気センサと、
   前記複数の磁気センサからの出力情報を互いに識別可能に取得する表示制御装置と、
   を備え、
   前記表示制御装置は、
   表示画面を備えるモニター部と、
   前記患者の手術対象部位の３Ｄ画像のデータを記憶すると共に、前記磁気センサの前記患者の前記手術対象部位に対する装着場所の位置情報を、前記手術対象部位の前記３Ｄ画像に対する装着場所の位置情報として記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶されている前記３Ｄ画像のデータと、前記磁気センサの前記手術対象部位の前記３Ｄ画像に対する装着場所の位置情報と、前記複数の磁気センサの出力情報に基づいて、前記モニター部の表示画面に、前記患者の手術対象部位の３Ｄ画像を、前記患者の前記手術対象部位の前記人工磁場空間内における存在状態に対応するように表示画面に表示するように制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする手術対象部位モニターシステム。
2. 前記表示制御装置の前記制御部は、
   前記磁気センサが装着された場所の前記人工磁場空間内の位置が変化したときには、その検出した位置の変化に応じて、前記表示画面に表示されている前記患者の手術対象部位の画像を変化させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の手術対象部位モニターシステム。
3. 前記手術は、低侵襲手術である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の手術対象部位モニターシステム。
4. 前記患者の手術対象部位は臓器である
   ことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれかに記載の手術対象部位モニターシステム。
5. 前記表示制御装置は、前記複数の前記磁気センサのそれぞれの前記出力情報を接続線を介して取得ための複数個の端子を備え、
   前記表示制御装置は、前記複数の磁気センサのそれぞれの出力情報を、前記複数個の端子のいずれの端子を通じて受け取ったかにより、互いに識別可能に取得する
   ことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載の手術対象部位モニターシステム。
6. 前記複数の前記磁気センサと、前記表示制御装置とは無線で接続されており、前記磁気センサのそれぞれは、自センサを識別する識別情報を、前記出力情報に付加して送信し、
   前記表示制御装置は、前記複数の磁気センサのそれぞれの出力情報を、前記識別情報により、互いに識別可能に取得する
   ことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載の手術対象部位モニターシステム。
7. 前記表示制御装置は、前記人工磁場生成装置で生成される前記人工磁場空間の各位置と、当該位置における磁場の強さ及び磁場の向きとの対応テーブルを備え、
   前記制御部は、前記磁気センサの出力情報から磁場の強さ及び磁場の向きとを検出し、その検出結果により前記対応テーブルを参照することで、対応する前記人工磁場空間における前記磁気センサの位置を検出する
   ことを特徴とする請求項１～請求項６のいずれかに記載の手術対象部位モニターシステム。
8. 前記表示制御装置は、前記患者の前記手術対象部位に装着された前記磁気センサの既定座標軸方向と、前記人工磁場空間の３次元座標軸方向とのずれを校正するための校正用データを取得するためのキャリブレーションを行う機能を備え、
   前記制御部は、前記校正用データを用いて、前記磁気センサの前記人工磁場空間内での出力情報を校正する
   ことを特徴とする請求項１～請求項７のいずれかに記載の手術対象部位モニターシステム。
9. 前記キャリブレーションは、前記患者の前記手術対象部位に装着された前記磁気センサに対して、前記人工磁場生成装置による前記人工磁場空間を停止した状態で、磁場の向きが所定の方向で互いに平行な磁場を印加し、その時の前記磁気センサの出力を校正用データとして記憶することにより行い、
   前記制御部は、前記記憶した校正用データを用いて、前記磁気センサの前記人工磁場空間内での出力情報を校正する
   ことを特徴とする請求項８に記載の手術対象部位モニターシステム。
10. 前記平行な磁場は、地球磁場である
    ことを特徴とする請求項９に記載の手術対象部位モニターシステム。
11. 前記平行な磁場は、人工磁場である
    ことを特徴とする請求項９に記載の手術対象部位モニターシステム。
12. 前記キャリブレーションは、手術台に載せられた前記患者の前記手術対象部位に装着された前記磁気センサの既定座標軸方向からのずれをマグネティックジャイロセンサーを用いて検出することで行う
    ことを特徴とする請求項８に記載の手術対象部位モニターシステム。
13. 前記人工磁場生成装置は、前記手術対象部位の位置における磁場の強さと磁場の向きとが互いに異なる複数通りの人工磁場空間を、切り替えて生成し、
    前記表示制御装置は、前記複数通りの人工磁場空間のそれぞれにおける前記磁気センサの出力情報に基づいて、前記磁気センサの前記人工磁場空間における位置を算出する
    ことを特徴とする請求項１～請求項１２のいずれかに記載の手術対象部位モニターシステム。
14. 前記人工磁場空間の前記複数の前記磁気センサが配設されている空間部分に対して、前記患者の外部から外部磁界を印加する手段を設けた
    ことを特徴とする請求項１～請求項１３のいずれかに記載の手術対象部位モニターシステム。
15. 手術用具の先端に装着された磁気センサが前記表示制御装置に接続され、前記表示制御装置では、前記手術用具の先端に装着された前記磁気センサの出力情報と、前記手術対象部位に装着あれた複数の磁気センサの出力情報とは識別可能に構成されており、
    前記表示制御装置は、前記手術用具の先端に装着された磁気センサに基づいて、前記患者の前記手術対象部位の前記３Ｄ画像に対する前記手術用具の先端の位置を、前記表示画面に表示する
    ことを特徴とする請求項１～請求項１４のいずれかに記載の手術対象部位モニターシステム。
16. 人工磁場生成装置が、予め定められた複数の場所のそれぞれに磁気センサが装着された患者の手術対象部位が、生成した３次元の人工磁場空間内に配置されるように人工磁場を生成する人工磁場生成工程と、
    複数の前記磁気センサからの出力情報を互いに識別可能に取得する表示制御装置が、記憶部に記憶されている前記患者の手術対象部位の３Ｄ画像のデータ、及び前記手術対象部位の前記３Ｄ画像に対する装着場所の位置情報として記憶されている前記磁気センサの前記患者の前記手術対象部位に対する装着場所の位置情報と、前記複数の前記磁気センサの出力情報とに基づいて、モニター部の表示画面に、前記患者の手術対象部位の３Ｄ画像を、前記患者の前記手術対象部位の前記人工磁場空間内における存在状態に対応するように表示画面に表示する第１の表示制御工程と、
    を有することを特徴とする手術対象部位モニターシステムの作動方法。
17. 前記表示制御装置が、前記磁気センサが装着された場所の前記人工磁場空間内の位置が変化したことを検出したときに、その検出した位置の変化に応じて、前記表示画面に表示されている前記患者の手術対象部位の３Ｄ画像を変化させるように制御する第２の表示制御工程を有する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の手術対象部位モニターシステムの作動方法。
18. 人工磁場生成工程で前記人工磁場空間を生成するに先立ち、前記患者の前記手術対象部位に装着された前記磁気センサの既定座標軸方向と、前記人工磁場空間の３次元座標軸方向とのずれを校正するための校正用データを取得するためのキャリブレーション工程を有し、
    前記キャリブレーション工程で取得した前記校正用データを用いて、前記磁気センサの前記人工磁場空間内での出力情報を校正する
    ことを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の手術対象部位モニターシステムの作動方法。
19. 手術用具の先端に装着された磁気センサが前記表示制御装置に接続され、前記表示制御装置では、前記手術用具の先端に装着された前記磁気センサの出力情報と、前記手術対象部位に装着されている前記複数の前記磁気センサの出力情報とは識別可能に構成されており、
    前記表示制御装置は、前記手術用具の先端に装着された前記磁気センサに基づいて、前記患者の前記手術対象部位の前記３Ｄ画像に対する前記手術用具の先端の位置を、前記表示画面に表示する第３の表示制御工程を有する
    ことを特徴とする請求項１６～請求項１８のいずれかに記載の手術対象部位モニターシステムの作動方法。
20. 患者の手術対象部位が、生成した３次元の人工磁場空間内に配置されるように人工磁場を生成する人工磁場生成装置と、前記患者の前記手術対象部位の予め定められた複数の場所にそれぞれ装着され、前記装着された場所の前記人工磁場空間内の位置を検出するための複数の磁気センサと、前記複数の磁気センサからの出力情報を互いに識別可能に取得する表示制御装置とを備える手術対象部位モニターシステムにおける前記表示制御装置が備えるコンピュータに、
    前記患者の手術対象部位の３Ｄ画像のデータと共に、前記磁気センサの前記患者の前記手術対象部位に対する装着場所の位置情報が、前記３Ｄ画像の前記手術対象部位に対する装着場所の位置情報として記憶されている記憶部に記憶されている前記３Ｄ画像のデータと、前記１以上の磁気センサの出力情報に基づいて、モニター部の表示画面に、前記患者の手術対象部位の３Ｄ画像を、前記患者の前記手術対象部位の前記人工磁場空間内における存在状態に対応するように表示画面に表示する第１の表示制御工程を実行させるためのプログラム。
21. 請求項２０に記載のプログラムにおいて、
    前記コンピュータに、さらに、
    前記磁気センサが装着された場所の前記人工磁場空間内の位置が変化したことを検出したときに、その検出した位置の変化に応じて、前記表示画面に表示されている前記患者の手術対象部位の３Ｄ画像を変化させるように制御する第２の表示制御工程を実行させる
    ことを特徴とするプログラム。
    

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