JPH03228755A - 手術支援装置 - 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］ 本発明は９手術方法の決定を支援する手術支援装置に関
する。

【従来の技術】

手術の正確さを増すために、術前に手術方法の綿密な検
討が行われる。この検討方法として、映像情報ＭＥＤＩ
ＣＡＬ２１．１３　（１９８９）第６２７頁から第６３
１頁に論じられているように。 画像診断装置で得られた画像データを用い、計算機処理
により実際の手術をシミュレーションする方法が考えら
れている。これは、いくつかの切開位置から手術のシミ
ュレーションを行い９手術対象までの距離、他の臓器に
対する侵襲塵等から。 成功率の高い方法を検討するものである。

【発明が解決しようとする課題１ 上記従来技術では、シミュレーション行う際の切開位置
の決定についての配慮がなされておらず。 医師の経験によるところが大きかった。このため。 最適な切開位置を決定するために、何度もシミュレーシ
ョンを繰り返さなければならないという問題があった。 本発明の目的は、最適な切開位置を容易に決定できる９
手術支援方式を提供することにある。 【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するために９画像診断装置で得られた画
像データを用いて２手術方法の決定を支援する手術支援
方法において、少なくとも１手術対象の位置が入力可能
な手術対象入力手段と９表皮の位置が入力可能な表皮入
力手段と９手術対象位置と表皮位置の入力結果から９表
皮上の各点に対して、切開を行ったときの手術対象への
到達過程の難易度を評価可能な難易度評価手段と、算出
した難易度を視覚的に認識可能な方法により表示可能な
難易度表示手段とを備え２表皮上の切開位置の決定を支
援可能にした。ここで、難易度評価手段は２表皮上の各
点に対して、少なくとも手術対象位置を代表する１点と
の距離から、難易度を評価する。あるいは９表皮上の各
点に対して、少なくとも手術対象位置を代表する複数の
点との距離から、難易度を評価するようにした。 あるいは上記目的を達成するために９画像診断装置で得
られた画像データを用いて２手術方法の決定を支援する
手術支援方法において、少なくとも２手術対象の位置が
入力可能な手術対象入力手段と２表皮の位置が入力可能
な表皮入力手段と。 手術上障害になる部位の位置が入力可能な障害部位入力
手段と９手術対象位置と表皮位置と障害部位位置の入力
結果から２表皮上の各点に対して。 切開を行ったときの手術対象への到達過程の難易度を評
価可能な高次難易度評価手段と、算出した難易度を視覚
的に認識可能な方法により表示可能な難易度表示手段と
を備え、より高度な表皮上の切開位置の決定を支援可能
にした。ここで、高次難易度評価手段は９表皮上の各点
に対して、少なくとも９手術対象位置を代表する１点と
の距離と。 障害部位位置との位置関係とから、難易度を評価する。 あるいは９表皮上の各点に対して、少なくとも２手術対
象位置を代表する複数の点との距離と、障害部位位置と
の位置関係とから、難易度を評価するようにした。

【作用】

上記手段により、成功率の高い手術のための重要な要因
である１手術対象から表皮までの距離や手術上障害とな
る部位との位置関係から９表皮上の各点に対して、切開
を行ったときの手術対象への到達過程の難易度を知るこ
とができるようになる。それによって、より手術対象ま
での成功率が高い切開位置を、予め知ることができるよ
うになるので、最適な切開位置を容易に決定できるよう
になる。

【実施例】

以下２本発明の第１の実施例を、第１図により説明する
。 第１図において２画像データ１は、ＭＲＩ・Ｘ線ＣＴ等
の画像診断装置により得られた２手術対象及びその付近
の表皮を９ＭＲＩ−ｘｌｌＡＣＴ等の画像診断装置で撮
像した結果、得られた画像データである。 手術対象入力手段２は２画像データ１上における９手術
を行う病変・臓器等の手術対象の位置を入力する。この
入力手段は１画像データ１あるいは他のモダリティや知
識ベース等を利用し９手術対象を認識することにより実
現できる。または。 マウス等の座標指示手段を用いて９手入力でも実現でき
る。 表皮入力手段３は９画像データ１上における。 表皮の位置を入力する。この入力手段は９画像データ１
を、あるいは、他のモダリティや知識ベース等を利用し
２手術対象を認識することにより実現できる。または、
マウス等の座標指示手段を用いて９手入力でも実現でき
る。 帷易度評価手段４は７手術対象人力手段２及び表皮人力
手段３から得られた９手術対象及び表皮の位置より９手
術対象から表皮までの距離を算出し、得られた距離から
難易度を評価する。距離の算出は、基本的に空間の２点
を結ぶ直線の長さを求めることと等価である。例えば９
手術対象の座碑を（Ｕ、Ｖ、す）２表皮の座標を（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）とすると、距離Ｌ　（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は９次式よ
り得られる。 Ｌ（Ｘ、Ｙ、Ｚ） ＝［（（Ｘ−〇）ｄｘ）２＋（（Ｙ−Ｖ）ｄｙ）”＋（
（Ｚ−Ｗ）ｄｚ）′］（１′”　　（１）ここで、　ｄ
ＸｔｄＶ＋ｄＺは９画像データの各方向の画素間隔であ
る。そして難易度Ｒ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、少なくともＬの
関数として定義される。 Ｒ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝　ｆ　（Ｌ（Ｘ、Ｙ、Ｚ））　　　
　　　　　　　　（２）ここで、ｆを難易度評価関数と
定義する。この関数は９例えば第２図に示すように、距
離と難易度との関係を規定する。実際の切開では、切開
位置により難易度の尺度が異なることが予想されるが。 切開位置によって、この評価関数を２例えば第２図上で
、９８から９９に変化させるなどして、対応できる。 難易度表示手段５は、難易度評価手段４で算出した難易
度の表示を行う。難易度は、単に数値で表現するのでは
なく９等高線・濃淡値・色の変化など、難易度を視覚的
に認識可能な方法により表示する。これは、−船釣な画
像表示装置に用いられているグラフィックコントローラ
の描画コマンドを用いて、難易度が等しい座標間を結ん
でいく。 あるいは、難易度に従って、カラールックアップテーブ
ルを変化させるなどして実現できる。 次に、第１図の実施例による９手術支援の一例として、
第３図に示すような画像データを用い。 手術支援の方法をより具体的に説明する。 第３図において、１１は画像データの大きさを示す枠、
１２は手術対象となる臓器、１３及び１４は他の臓器、
１５は表皮、１６は手術上障害となる骨である。 まず２手術対象入力手段２では、第３図の画像データか
ら、第４図に示すように９手術対象となる臓器の位置２
１を得、さらにこの臓器の位置を代表する点の位置２２
を得る。この臓器の位置を代表する点は、その臓器の重
心あるいは、病変が最も進んでいると思われる場所等で
ある。この位置２２の座標は、難易度評価手段４に送ら
れる。 次に２表皮入力手段３では、第３図の画像データから、
第５図に示すような９表皮の位置３１を得る。この位置
３１の座標は、難易度評価手段４に送られる。 難易度評価手段４では９手術対象入力手段２で得られた
手術対象を代表する位置２２の座標と。 表皮入力手段３で得られた表皮の位置３１の座標から９
表皮上の各点での９手術対象までの距離をそれぞれ求め
る。そして、得られた距離から、難易度評価関数を用い
て、難易度を算出する。得られた難易度は、難易度表示
手段５に送られる。 難易度表示手段５では、難易度評価手段４の結果から、
第６図に示すように９表示画面４１に。 表皮上の各点での難易度を、立体的に表示された表皮上
に９例えば等直線４２として表示する。ここで２等直線
４３が最も難易度が高い（困難）等直線であり２等高線
４４が最も難易度が低い（容易）等直線であるとすると
２等高線４４付近が比較的成功率が高い切開位置である
ことが、−目で分かるようになる。よって、適切な切開
位置を容易に決定できる効果がある。 本実施例では９手術対象入力手段２において。 手術対象位置を代表する点の座標を得て、難易度評価手
段４では、この代表点の座標までの距離を求め、難易度
を算出した。これは、あくまでも難易度評価手段４での
計算を簡略化するためである。 よって９手術対象入力手段２において９手術対象の表面
あるいは内部領域を含む複数の座標を得て。 難易度評価手段４では２表皮上の各点での、これらの手
術対象の複数の座標までの距離を求め、得られた距離か
ら難易度を算出できる。すると、より正確な難易度の評
価ができる効果がある。 このとき２手術対象の座標の数をＮ個２表皮の座標を（
Ｘ、Ｙ、Ｚ）すると２次式のような難易度評価関数ｇが
用いられる。 Ｒ（Ｘ、Ｙ、Ｚ） ＝ｇ（Ｌ、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、Ｌ、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、＝・
、ＬＮ（Ｘ、Ｙ、Ｚ））　　　　（３）ここでＬｌは９
手術対象の座標のうち第１番目（ｉ＝１．２．・・・、
Ｎ）の座標と１表皮の座標間での距離である。この難易
度評価関数ｇは１例えば、各Ｌｉを第２図で示した関係
で重み付けした後、総和を行う、あるいは、各Ｌｔに第
１番目の座標の病変の進行度の指標となる画像データの
値（濃淡値）に応じた重み付けした後、総和を行うもの
などである。 また９本実施例では９手術対象と表皮との間に。 血管・骨等の手術上障害になる部位が存在する場合、た
とえ距離が短くても９手術が容易でないことについて配
慮していない。しかし、ボクセル法などの３次元表示手
法を用いて、立体的に表示させた表皮及び表皮上の難易
度と、障害部位とを。 半透明表示などを用いて、同時に表示させることにより
、障害部位を考慮して、切開位置を決定することが可能
である。 例えば、第７図に示すように、第６図に示した難易度表
示手段により得られた表皮及び表皮上の難易度の等直線
と、第３図において手術上障害となる骨１６とを同時に
表示が可能になる。このとき２例えば最も難易度が低い
位置５１付近は、骨５２と近接しているため９位置５３
付近を切開位置とする方が適切であるなどの判断が、−
目でできるようになる。よって、より適切な切開位置を
容易に決定できる効果がある。 次に９本発明の第２の実施例を、第８図により説明する
。 第８図において９画像データ１９手術対象入力手段２９
表皮入力手段３．難易度表示手段５は。 第１図に示した第１の実施例で述べたものと、同様であ
る。 障害部位入力手段６は９画像データ１上における９手術
上障害になる部位の位置を入力する。この人力手段は９
画像データ１を、あるいは、他のモダリティや知識ベー
ス等を利用し９手術対象を認識することにより実現でき
る。また、マウス等の座標指示手段を用いての手入力で
もよい。 高次難易度評価手段７は９手術対象入力手段２と表皮入
力手段３と障害部位入力手段６とから得られた９手術対
象と表皮と障害部位との位置より。 表皮上の各点に対して９手術対象までの距離の算出と９
手術対象を結ぶ線分上での障害部位の存在の有無の判定
とを行う。そして、得られた距離と判定結果から、難易
度の評価を行う、距離の算出は９例えば第１の実施例で
の難易度評価手段４で用いた方法と同様な方法により算
出できる。障害部位の存在の有無の判定は、基本的に空
間の２点を結ぶ線分上での、障害部位の存在の有無を判
定することと等価であり１例えば、以下の方法により実
現できる。 今、第９図に示すように、原点の位置が６１である３次
元座標系６２において９手術対象のある１点（Ｕ、Ｖ、
％１）　（位置６３）と表皮のある１点（Ｘ、Ｙ。 Ｚ）　（位置６４）と障害部位のある１点（Ａ、Ｂ、Ｃ
）　（位置６５）とを考える。これらの点をｘｙ平面に
投影すると、第１０図のようになる。 次に、第１０図において、障害部位の位置７１を取り巻
く４点７２〜７５を仮定する。この４点は、７１の座標
値（Ａ、Ｂ）から、Ｘ及びｙ方向にそれぞれ画素間隔の
半分だけずらしたものである。 そして２手術対象の位置７６と表皮の位置７７の座標か
ら、この２点を通る線分７８の方程式％式％（４） （） ） ） この方程式に、４点７２〜７５のＸ座標を代入し、得ら
れる値ｙと実際のＸ座標の値との大小関係を調べる。そ
して、４点全ての大小関係が等しい場合は９手術対象と
表皮を結ぶ線分上に、障害部位のある１点（Ａ、Ｂ）が
存在せず、１点でも異なる場合は、存在すると判定でき
る。なお、４点のうち、いずれかのＸ座標の値が２式（
４）の定義域でない場合は、障害部位のある１点（Ａ、
Ｂ）が存在しないと判定する。 このｘｙ平面への投影により２手術対象と表皮を結ぶ線
分上に、障害部位が存在しないと判定された場合は、さ
らに別の面（ｙｚもしくはｚｘ平面）への投影を行い＋
Ｘｙ平面と同様の判定を行う。そして、この２面への投
影の結果、いずれも手術対象と表皮を結ぶ線分上に、障
害部位のある１点が存在しない判定された場合、第９図
に示した手術対象のある１点と表皮のある１点を結ぶ線
分上に、障害部位のある１点（Ａ、Ｂ、Ｃ）が存在しな
いと判定でき、それ以外の場合は、存在すると判定でき
る。この判定を、障害部位の全ての点について行うこと
により、空間の２点を結ぶ線分上での、障害部位の存在
の有無を判定することができる。 なお、このような判定は９本方法以外に、コンピュータ
グラフィックスの分野で用いられる。光線追跡法の手法
を応用して実現することも可能である。 難易度Ｒ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、少なくとも距離Ｌ　（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）と２表皮と手術対象を結ぶ線分上での障害部位
の存在の有無の示す変数Ｐ　（Ｘ、Ｙ、Ｚ）との関数と
して定義される。 Ｒ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝　ｆｍ（Ｌ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、Ｐ（Ｘ
、Ｙ、Ｚ））　　　　　　　（５）ここで、ｆ園を高次
難易度評価関数と定義する。 この関数は、第１の実施例で示した難易度評価関数ｆの
拡張版であり９例えば、変数Ｐ　（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が。 障害部位が存在するどき１．存在しないときＯとすると
。 Ｒ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）　＝　ｆ　（Ｌ　（Ｘ、Ｙ、Ｚ））（
Ｐ　（Ｘ、Ｙ、Ｚ）　＝　Ｏのとき）＝　Ｒ（Ｘ、Ｙ、
Ｚ）が表現可能な最大値（Ｐ　（Ｘ、Ｙ、Ｚ）　＝　１
のとき）のように、定義できる。 次に、第８図の実施例による２手術支援の一例として、
第１の実施例の説明で用いた。第３図の画像データを用
い９手術支援の方法をより具体的に説明する。 まず９手術対象入力手段２では、第１の実施例と同様に
、第４図に示すように９手術対象となる臓器の位置を代
表する点の位置２２を得る。この位置２２の座標は、高
次難易度評価手段７に送られる。 次に２表皮入力手段３では、第１の実施例と同様に、第
５図に示すような９表皮の位１３１を得るにの位置３１
の座標は、高次難易度評価手段７に送られる。 さらに、障害部位入力手段６では、第３図の画像データ
から、第１１図に示すような９手術上障害となる骨の位
置８１を得る。この位置８１の座標は、高次難易度評価
手段７に送られる。 高次難易度評価手段７では２手術対象入力手段２で得ら
れた手術対象を代表する位置２２の座標と９表皮入力手
段３で得られた表皮の位置３１の座標と、障害部位入力
手段６で得られた障害部位の位置の座標８１とから９表
皮上の各点での９手術対象までの距離の算出と２手術対
象を結ぶ線分上での障害部位の存在の有無の判定とを行
う。そして、得られた距離と判定結果から、高次難易度
評価関数を用いて、難易度を算出する。得られた難易度
は、難易度表示手段５に送られる。 難易度表示手段５では、高次難易度評価手段７の結果か
ら、第１２図に示すように２表示画面４１に２表皮上の
各点での難易度を、立体的に表示された表皮上に９例え
ば等高線９１として表示する。ここで２等高線９２が最
も難易度が高い（困難）等高線であり９等高線９３が最
も難易度が低い（容易）等高線であるとすると９等高線
９３付近が比較的成功率が高い切開位置であることが。 −目で分かるようになる。あるいは９等高線の形から９
位置９４付近に障害部位が存在することが分かるので、
障害部位から少しはなれた位置９５付近を切開位置とす
る方が、適切であるという判断も可能になる。よって９
手術対象までの距離と障害部位の影響とを考慮した。よ
り適切な切開位置を容易に決定できる効果がある。 本実施例では、第１の実施例と同じく９手術対象入力手
段２において１手術対象位置を代表する点の座標を得て
、高次難易度評価手段７では、この代表する点の座標ま
での距離の算出と、障害部位の存在の有無の判定とを行
い、難易度を算出した。これは、あくまでも高次難易度
評価手段７での計算を簡略化するためである。よって、
第１の実施例の場合と同様に２手術対象の表面あるいは
内部領域を含む複数の座標を用いて、難易度を算出でき
る。すると、障害部位との境界での難易度が９段階的に
変化するので、より正確且つ分かりやすい難易度の評価
ができる効果がある。このとき、高次難易度評価関数ｆ
ｍは、第１の実施例の場合と同様に変形して、用いるこ
とができる。 また本実施例では、障害部位入力手段６．あるいは高次
難易度評価手段７において、障害部位として扱う部分を
指定できるようにすることで９手術中に除去、あるいは
移動などが可能であり、完全に障害部位とはいえない物
についても考慮できるようになる。 さらに本実施例では、難易度表示手段５において、第１
２図のように２表皮上の各点に対する難易度のみを表示
しているが９手術対象や他の臓器及び障害部位などを同
時に表示してもよい。 ［発明の効果］ 本発明によれば９表皮上の各点での９手術対象までの距
離と２手術対象を結ぶ線分上での障害部位の存在の有無
と９手術対象の病変の進行度の指標となる画像データの
値（病変値）などから評価した。切開を行ったときの手
術対象への到達過程の難易度を、視覚的に認識可能な方
法により表示することができる。それによって９手術成
功率の高い切開位置が一目で分かるようになり、より適
切な切開位置を容易に決定できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の手術支援装置のブロッ
ク図、第２図は難易度評価関数の一例を示す図、第３図
は画像データの一例を示す図、第４図は手術対象入力手
段で得た手術対象の位置の一例を示す図、第５図は表皮
入力手段で得た表皮の位置の一例を示す図、第６図及び
第７図は難易度表示手段での表示の一例を示す図、第８
図は本発明の第２の実施例の手術支援装置のブロック図
。 第９図及び第１０図は空間の２点を結ぶ線分上での障害
部位の存在の有無を判定する方法の一例を説明する図、
第１１図は障害部位入力手段で得た障害部位の位置の一
例を示す図、第１２図は層易度表示手段での表示の一例
を示す図である。 符号の説明 １・・・画像データ、２・・・手術対象入力手段、３・
・・表皮入力手段、４・・・難易度評価手段、５・・・
難易度表示手段、６・・・障害部位入力手段、７・・・
高次難易度表示手段、１２・・・手術対象となる臓器、
１５・・・表皮、１６・・・手術上障害となる骨、４２
．９１・・・難盾 ５ 図 第 図 第 １ 猶 図 第 ９ 竿 ｌθ 図 石 １ 図 第 ｚ （２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、画像診断装置で得られた画像データを用いて、手術
   方法の決定を支援する手術支援装置において、少なくと
   も、手術対象の位置が入力可能な手術対象入力手段と、
   表皮の位置が入力可能な表皮入力手段と、手術対象位置
   と表皮位置の入力結果から、表皮上の各点に対して、切
   開を行ったときの手術対象への到達過程の難易度を評価
   可能な難易度評価手段と、算出した難易度を視覚的に認
   識可能な方法により表示可能な難易度表示手段とを備え
   、表皮上の切開位置の決定を支援可能にすることを特徴
   とする手術支援装置。 ２、難易度評価手段は、表皮上の各点に対して、少なく
   とも手術対象位置を代表する１点との距離から、難易度
   を評価することを特徴とする、上記第１項記載の手術支
   援装置。 ３、難易度評価手段は、表皮上の各点に対して、少なく
   とも手術対象位置を代表する複数の点との距離から、難
   易度を評価することを特徴とする、上記第１項記載の手
   術支援装置。 ４、画像診断装置で得られた画像データを用いて、手術
   方法の決定を支援する手術支援方法において、少なくと
   も、手術対象の位置が入力可能な手術対象入力手段と、
   表皮の位置が入力可能な表皮入力手段と、手術上障害に
   なる部位の位置が入力可能な障害部位入力手段と、手術
   対象位置と表皮位置と障害部位位置の入力結果から、表
   皮上の各点に対して、切開を行ったときの手術対象への
   到達過程の難易度を評価可能な高次難易度評価手段と、
   算出した難易度を視覚的に認識可能な方法により表示可
   能な難易度表示手段とを備え、より高度な表皮上の切開
   位置の決定を支援可能にすることを特徴とする手術支援
   装置。 ５、高次難易度評価手段は、表皮上の各点に対して、少
   なくとも、手術対象位置を代表する１点との距離と、障
   害部位位置との位置関係とから、難易度を評価すること
   を特徴とする、上記第４項記載の手術支援装置。 ６、高次難易度評価手段は、表皮上の各点に対して、少
   なくとも、手術対象位置を代表する複数の点との距離と
   、障害部位位置との位置関係とから、難易度を評価する
   ことを特徴とする、上記第４項記載の手術支援装置。