JPH03114460A - 医療用三次元定位装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は医療用三次元定位装置、特に脳外科手術等に
好適な医療用三次元定位装置に関する。

〈従来の技術〉 ＣＴスキャンやＭＲＩスキャン等の装置（以下、単にＣ
ＴＸＭＲＩと称す）の普及を契機として脳神経外科は大
きな転機を迎えた。すなわち、これまでの頭蓋単純撮影
や脳血管撮影などの画像診断法に代わって、現在ではコ
ンピュータによる解析を経た三次元的な画像診断法が脳
外科手術の主体になった。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このようなＣＴやＭＲＩを利用した画像
診断法にあっては、ターゲットである病巣の位置を三次
元的に得られるだけであり、その得られた位置情報を実
際に手術する患者の頭部に再現することは難しかった。

すなわち、ＣＴ等の画像上で指定された任意の位置を再
現するために、各種ＣＴ誘導型定位脳手術装置等も現在
開発されつつあるが、再現の正確性の面で必ずしも満足
のいくものでなかった。

また、現在開発されつつあるこのような各種ＣＴ誘導型
定位脳手術装置の再現性が仮に正確であったとしても、
開頭を伴う脳外科手術独自の別の問題が残ることとなる
。すなわち、開頭手術を行う場合、仮にターゲットであ
る病巣の位置を患者の頭部表面において正確に特定でき
たとしても、すぐにその特定位置を開頭する訳にはいか
ない事情がある。つまり、開頭しようとする頭蓋骨と病
巣との間に触れてはいけない特別大事な神経組織等が存
在しているような場合は、たとえその間頭位置が病巣に
対する最短位置であったとしてもその位置を開頭するこ
とはできず、病巣からの距離がたとえ遠くなるにしても
前記神経組織と干渉しない別の位置を開頭し、そこから
病巣ヘアプローチしなければならなかった。ところが、
従来のＣＴ誘導型定位脳手術装置等の場合は、前記の如
きアプローチ方向の変更に伴う操作性が大変悪く、最適
な開頭位置を探すための操作が大変面倒であった。

ところで、発明者は先に脳外科手術等に好適な医療用光
学機器のスタンド装置に関する提案を行っている（特開
昭６４−５６４０９号公報参照）。

このスタンド装置は、光学機器にて覗き込む角度をどの
ように変化させても、常に一点を捉え続けることができ
るというものである。

この発明はこのような先の提案を利用しつつ、前記ＣＴ
やＭＲＩにより三次元的に捉えた病巣の位置情報を実際
の手術に正確に再現でき最適な開頭位置を探す際の操作
が簡単な医療用三次元定位装置を提供せんとするもので
ある。

く課題を解決するための手段〉 この発明に係る医療用三次元定位装置は、上記の目的を
達成するために、先端部に一定方向を指向する位置決め
器具が取付けられ且つ回動軸中心に回動自在とされた平
行リンクユニットを、支持ユニットにより前後・左右・
上下の任意位置へ移動・位置決め自在に支持すると共に
、前記位置決め器具が指向する基準点を前記回動軸上に
合致させ且つ該基準点の位置を位置検出手段により検出
自在としたものである。

〈作　用〉 平行リンクユニットをどのように移動（変形）或いは回
動させたとしても、位置決め器具の指向する基準点は常
に回動軸上にあるため不動である。

従って、平行リンクユニット全体を支持ユニットにより
移動し、前記基準点を患者頭部の病巣位置に位置決めさ
せれば、基準点は常にその病巣を指向する。すなわち、
位置決め器具をどのような角度にしたとしても、その位
置決め器具の指向方向には必ず病巣が存在していること
となるので、ＣＴやＭＲＩで得られた画像写真を参照し
つつ、病巣への最適なアプローチ角（開頭位置）を選ぶ
のに好適である。

また、位置決め器具の基準点を位置検手段にて検出して
いるので、この位置検手段から得られた情報と、ＣＴや
ＭＲＩにより得られた病巣の位置情報を、それぞれコン
ピュータ画面等でモニターしながら合致させれば、ＣＴ
やＭＲＩにより得られた三次元的位置情報をそのまま実
際の手術における患者の頭部等へ正確に再現することが
できる。

すなわち、例えば位置決め器具として手術用顕微鏡を採
用したような場合、平行リンクユニットを支持ユニット
により前後・左右・上下の任意位置に移動させながら、
ＣＴ等から得られた位置情報と手術用顕微鏡の基準点（
焦点）の現在の位置情報とがコンピュータ画面上で合致
する位置を探し、合致した時点で支持ユニットをロック
して手術用顕微鏡を覗けば、その顕微鏡から覗いた方向
に病巣があることになる。従って、そのまま視野部分を
開頭しても良いし、平行リンクユニットを変形成いは回
動させることで顕微鏡にて覗く角度を変更してから開頭
してもよい。顕微鏡から覗いた方向に病巣があることに
変わりはない。

〈実　施　例〉 以下この発明の好適な一実施例を第１図〜第５図に基づ
いて説明する。

まず最初に第１図及び第２図を用いて構造を説明する。

この実施例に係る医療用三次元定位装置は、平行リンク
ユニット４と、これを支持する支持ユニット９とに大別
できる。１はセンタシャフトで、支持ユニット９を構成
する一部分である。

このセンタシャフト１は回動軸Ｐ４を中心に回動自在で
あると共に、軸Ｐ３を中心にその傾きを変化できるよう
にもなっており、その前方側には２つの平行リンク２．
３からなる平行リンクユニット４が取付けである。この
２つの平行リンク２．３のうち、平行リンク２が「位置
決め器具」としての手術用顕微鏡５を支持するためのも
のであり、平行リンク３はその平行リンク２を支えるた
めのものである。そして、平行リンク２．３とも、２本
のリンクパー２ａ、２ｂ及び３ａ、３ｂにて形成されて
いる。そして、特に平行リンク２の上下リンクパー２ａ
、２ｂのうち、下側のリンクパー２ｂは先端部６側が上
方へ曲折形成され、上側のリンクパー２ａと略水平状態
になっている。従って、この平行リンク２の先端部６側
には、その分だけ干渉回避部７としての空間が形成され
たこととなる。

そして、この平行リンク２の先端部６に支持されている
のが手術用顕微鏡５であり、この手術用顕微鏡５は軸Ｐ
、を中心に回動自在とされている。

この手術用顕微鏡５の焦点ｆは、センタシャフト１の回
動軸Ｐ、上に位置決め設置されており、平行リンクユニ
ット４をＡ−Ｂ方向（第２図参照）へ変形しても、或い
はＣ−Ｄ方向（第１図参照）に回動させても焦点ｆの位
置は全く変わらないようになっている（第４図参照）。

また、８は操作ハンドルで、手術用顕微鏡５を移動操作
（スウィング）させる際に使用するものである。

更に、センタシャフトｌの後方側には、複数枚の錘板を
重ねたカウンタウェイトＷが配されている。このカウン
タウェイトＷは前記平行リンクユニット４と連動して動
くようになっており、前記平行リンクユニット４のＢ方
向へかかる倒れ込み重量と、センタシャフト１（回動軸
Ｐ４）を中心とした平行リンクユニット４のＣ−Ｄ方向
への回転モーメントとを各々相殺し、ウェイトバランス
を図るようになっている。

そして、支持ユニット９は、前記センタシャフトｌの他
、２つの水平回動アーム１Ｏ１１１と計器部１２を備え
た胴部１３と、この胴部１３が平面視で斜め交差方向に
取付けられているベース部１４等により構成され、平行
リンクユニット４を前後・左右・上下の任意位置に移動
できるようになっている。前記水平回動アーム１０、■
１は各々軸Ｐ、及びＰ２にて回動自在に支持しており、
小さい方の水平回動アーム１１の方で前記センタシャフ
ト１を支持している。また、この医療用三次元定位装置
は、この支持ユニット９と平行リンクユニット４とが分
割・組立て自在とされており、搬送・搬入時などの便宜
が図られている。更に、１５はハンドル部で、支持ユニ
ット９全体を移動させる際に持つところである。

次いで、以上説明した支持ユニット９及び平行リンクユ
ニット４の関節相当部分には、それぞれ電磁クラッチ０
１〜Ｃ５と「位置決め手段」としてのロータリエンコー
ダＨ１〜Ｈ６とか、それぞれ一対組付けられている。具
体的には、前記軸Ｐに電磁クラッチＣＩとロータリエン
コーダＨが、軸Ｐ２に電磁クラッチＣ２とロータリエン
コーダＨ２が、軸Ｐ３には電磁クラッチＣ３とロークリ
エンコーダＨ３が、平行リンクユニット４のＡ−Ｂ方向
への回動（変形）をロックすると共に該回動（変形）量
を検出するために平行リンクユニット４と連動するカウ
ンタウェイトＷの前側部分に電磁クラッチＣ１とロータ
リエンコーダＨ４が、手術用顕微鏡５を支持する先端部
６の軸Ｐ５に電磁クラッチＣ５とロークリエンコーダＨ
５とが、それぞれ設けられている。また、計器部Ｉ２に
はコンピュータＭＣが接続してあり、各ロークリエンコ
ーダＨ１〜Ｈ５からの情報を解析して数値化し、モニタ
ー画面にデイスプレィできるようになっている。また、
前記説明した各ロークリエンコーダＨ１〜Ｈ５は、各々
各部品の回動軸に直結しであるので誤差が少なく、正確
な検出を行なえるものである。

次に、この医療用三次元定位装置の使用方法を説明する
。まず、患者Ｉ６の頭部Ｋを図示せぬ固定治具により手
術台１７に固定し、頭部にの表面の任意位置に３ケ所の
マークＭ＋　、Ｍ２　、Ｍ３を設定する。そして、頭部
Ｋに設定したこれらマークＭ、　、Ｍ２、Ｍ３の位置に
それぞれ、ＣＴ又はＭＲＩにて描出され得る材質製（例
えば金属製）の小球（図示せず）を１個づつテープにて
予め付けておく。そして、患者１６の頭部Ｋを既知のＣ
Ｔ又はＭＲＩにセットし、頭部にのスライス画像写真を
予め撮っておく。このスライス画像写真を撮った時点で
、各マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３の位置から頭部にの原点Ｇ
の位置が決定され、同時にこの原点Ｇに対する病巣Ｔの
三次元的位置情報も計算により求められる。すなわち、
原点Ｇに対する病巣Ｔの三次元的座標位置（ｘ、　　ｙ
、　　ｚ）等を知ることができる。原点Ｇは、第３図の
如く、マークＭ１とマークＭ３とを結ぶ線と、残りのマ
ークＭ２を含む前記線の直交線との交点である。

このようにして、ＣＴ又はＭＲＩにより画像写真を撮ら
れ、そして、原点Ｇが決定された後に、患者１６の頭部
Ｋからは３点のマークＭＩＸＭ２、Ｍ３の金属小球を外
し、患者１６は固定治具により頭部Ｋを固定されたまま
手術室へ運ばれる。

固定治具により頭部Ｋが固定されていることから、水平
（フロア）に対する頭部にの傾き状態は、前記ＣＴ又は
ＭＲＩにより画像写真を撮った状態と同じ状態が再現さ
れている。

そして、今度は患者１６の頭部Ｋを医療用三次元定位装
置の手術用顕微鏡５の下方位置にセットする。次いで、
前記マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３を基準として手術用顕微鏡
５の焦点ｆを前記頭部にの原点Ｇに合致させる。すなわ
ち、電磁クラッチＣ〜Ｃ３をフリーにすることにより、
平行リンクユニット４を前後・左右・上下に移動させ、
焦点ｆを原点Ｇに合致させる。そして、この原点Ｇの位
置をコンピュータＭＣに覚え込ませる。尚、平行リンク
ユニット４の上下移動は、センタシャフトｌを軸Ｐ３中
心に傾けることにより行われる。

そして、次に病巣Ｔの探し方を説明する。まず、手術用
顕微鏡５の焦点ｆを、原点Ｇ位置から頭部に内の病巣Ｔ
へ移動させるべく、ＣＴ又はＭＲＩから得られた病巣Ｔ
の三次元座標（ｘ、　　ｙ、　　ｚ）に基づいて、平行
リンクユニット４全体を再度支持ユニット９により移動
させる。すなわち、先と同様に電磁クラッチ０１〜Ｃ３
をフリーにして、コンピュータＭＣのモニター画面上に
表示されている焦点ｆの現在位置を表す三次元座標数値
の全てが、ＣＴ又はＭＲＩから得られた病巣Ｔの位置を
表す先の座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）と合致するまで、支持
ユニット９により平行リンクユニット４全体を移動させ
る。

このようにして焦点ｆを病巣Ｔにいったん合致させてし
まえば、手術用顕微鏡５がどのようなアプローチ角をと
ろうとも、常に病巣Ｔ（焦点ｆ）を指向するので、手術
用顕微鏡５の視野部分を開頭すれば必ず病巣Ｔに到達す
る。このような機能を備えていることにより、病巣Ｔに
対する手術のアプローチ角を任意に且つ容易に選定する
ことができる。例えば、第５図に示されている如く、符
号Ａ１で示したアプローチ角でもって開頭すれば、病巣
Ｔを最短距離で捉えることができるが、その場合の開頭
位置と病巣Ｔとの間に大事な神経組織Ｅなどが存在して
いるようなときはその神経組織を傷つけてしまうおそれ
があるので、たとえ最短距離であってもそこを開頭する
訳にはいかない。

従って、このアプローチ角Ａ１以外の、例えばアプロー
チ角Ａ２等から開頭を行う必要がある。尚、このように
して最適アプローチ角を探す場合、先にＣＴ又はＭＲＩ
で撮っておいた頭部の画像写真を参照しつつ行えば大変
便利である。更に、平行リンクユニット４をＡ−Ｂ方向
へ変形させたり、或いは回動軸Ｐ４を中心にしてＣ−Ｄ
方向に倒したりする場合も、カウンタウェイトＷにより
平行リンクユニット４全体のウェイトバランスが保たれ
ているために、操作に大きな力を要しない。すなわち、
手術用顕微鏡５が恰も無重力空間に浮いている如き状態
となっており、手術用顕微鏡５の向きや位置を軽い力で
自由に変更することができる。そして、電磁クラッチＣ
１及びＣ５により、変更後における手術用顕微鏡５の向
きや位置をそのままロックすることができる。尚、電磁
クラッチ０１〜Ｃ５の０Ｎ−ＯＦＦは操作ハンドル８に
設けられている手元スイッチボタン８ａを押すことによ
り行うことができるので大変便利である。

尚、以上の説明において、焦点ｆをいったん頭部にの原
点Ｇに合わせ、それから病巣Ｔに合わせる例を示したが
、コンピュータＭＣの解析により、最初の焦点ｆと病巣
Ｔとの位置関係が認識できれば、焦点ｆをダイレクトに
病巣Ｔへ合致させるようにしても良い。

また、「位置検出手段Ｊとして、エンコーダＨ〜Ｈ５を
例にしたが、ポテンショメータその他であっても良い。

また、「位置決め器具Ｊは手術用顕微鏡に限定されず、
一定の方向を指向し且つ基準点を有するものであれば単
なる細棒状の方針でも、細い光ビームを照射する光ビー
ム照射部でもなんでも良い。

〈発明の効果〉 この発明に係る医療用三次元定位装置は、以上説明して
きた如き内容のものであって、位置決め器具における基
準点が不動なので、この位置決め器具はこの基準点を必
ず指向する。従って、平行リンクユニット全体を支持ユ
ニットにより移動し、前記位置決め器具の基準点を患者
頭部等の病巣位置に合致させれば、その位置決め器具が
常にその病巣を指向することとなるので、この病巣への
最適アプローチ角（開頭位置）を選ぶ際の操作が大変容
易である。

また、位置決め器具の基準点の位置を位置検出手段にて
検出しているので、この位置検出手段による情報を数値
化してコンピュータ画面にてモニターし、ＣＴやＭＲＩ
により三次元的に捉えたターゲット（病巣）の位置情報
と合致させることにより、それらＣＴやＭＲＩにより得
られた三次元的位置情報を実際の手術における患者の頭
部へ正確に再現することができる。

また、この発明の実施例の如（、平行リンクユニットと
釣り合うカウンタウェイトを設ければ、平行リンクユニ
ットを操作するの′に大きな力を要せず、敏速で且つ確
実な操作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る医療用三次元定位装
置を示す全体斜視図、 第２図は第１図で示した医療用三次元定位装置の使用状
態を示す側面図、 第３図は原点及び病巣の位置を表す患者頭部の分解斜視
図、 第４図は平行リンクユニットを変形動作を示す概略説明
図、そして 第５図は患者頭部の断面図である。 ４　°・パ　平行リンクユニット ５　′°・　手術用顕微鏡（位置決め器具）９−　支持
ユニット ｆ　・−゛　焦点（基準点） Ｈ１〜Ｈ５−ロークリエンコーダ （位置検出手段） 第 ４ 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端部に一定方向を指向する位置決め器具が取付
   けられ且つ回動軸中心に回動自在とされた平行リンクユ
   ニットを、支持ユニットにより前後・左右・上下の任意
   位置へ移動・位置決め自在に支持すると共に、 前記位置決め器具が指向する基準点を前記回動軸上に合
   致させ且つ該基準点の位置を位置検出手段により検出自
   在としたことを特徴とする医療用三次元定位装置。
2. （２）位置決め器具が手術用顕微鏡であり、その基準点
   が焦点である請求項（１）記載の医療用三次元定位装置
   。
3. （３）位置検出手段がエンコーダである請求項（１）又
   は（２）記載の医療用三次元定位装置。