JPH0682258B2 - 模擬手術装置 - Google Patents

模擬手術装置

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JPH0682258B2
JPH0682258B2 JP23542289A JP23542289A JPH0682258B2 JP H0682258 B2 JPH0682258 B2 JP H0682258B2 JP 23542289 A JP23542289 A JP 23542289A JP 23542289 A JP23542289 A JP 23542289A JP H0682258 B2 JPH0682258 B2 JP H0682258B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、外科手術訓練用の模擬手術装置に関する。
外科手術の技術の習得は、実際に手術を行なって、臨床
経験を重ねることにより行なわれてきている。このこと
は、外科手術の習得が、実際の手術を行なうことによる
臨床経験を重ねなければ行なえない、ということであ
り、外科手術の技術習得における大きな問題となってい
る。
本発明は、この問題の解決のためになされたものであ
り、外科手術の技術の習得が、実際の手術を行なわない
で得られる模擬手術装置を提供することを目的とするも
のである。
しかして、本発明は、上述の目的のために種々の研究を
重ねて得られた知見に基づいて完成したものである。
即ち、模擬手術は、原始的には模型を作り、これを対象
とすることで行なえるが、その模型を、生体を精密にコ
ピーした状態に作ること自体が大変なことと、仮りに作
り得たとしても、一回の模擬手術で廃棄することになる
ので、大量に作らなければならないことから、実際には
不可能である。しかし、この模型は、生体の断層写真か
ら作成した線画像を用いて、三次元立体画像処理によ
り、三次元立体画像に合成して、三次元立体画像の映像
装置により結像させ、この結像した三次元の立体画像を
もって構成するようにすれば、視覚的には、全く生体そ
のものの模型となり、かつ、表層だけでなく深層の各部
に至るまで、生体そのものとなって、生体の模型を、精
確に、かつ、反覆して使用できるものに作れることにな
る。しかも、このとき、対象とする生体が、病変のある
患者の体であれば、その病変まで、精密に転写した模型
となる。そして、この合成して結像させた三次元の立体
画像に、実際のメスを当てるか、または、画像として与
えたメスをジョイステックで動かして、当てていくとき
に、そのメスまたはメスの画像が三次元立体画像の中に
おいて占めるポイントを検出して、その動きをメスまた
はジョイステックにフィードバックさせ、実際に生体を
切っていくような抵抗感を与えるようにすれば、模擬手
術を、現実の手術と同じように行なえるようになること
に想到したところから、このように模擬手術装置を構成
したところ、模擬手術が、臨場感があり、現実に切断の
実感(抵抗感)がある状態として行なえるようになる結
果が得られたことによるものである。
そして、このことから、本発明においては、上述の目的
を達成するための手段として、生体の断層写真から作成
した線画像を用いて三次元立体画像処理装置により合成
した三次元立体画像を結像させる三次元立体映像装置
と、それにより結像させた立体画像に当てていくメスの
位置を検出する検出装置と、その検出装置により検出し
た位置に応じてメスの動きに抵抗を付加する抵抗付加装
置とよりなる模擬手術装置を提起するものである。
次に実施例を図面に従い詳述する。
第1図は、脳の手術のために開発した模擬手術装置の説
明図で、同図において、1は三次元立体画像を映し出す
映像装置、2はその映像装置1により映し出された三次
元立体画像に対して当てていくメスの動き(位置)を検
出して、コンピュータに入力する入力装置である。
映像装置1は、図面においては、四角な箱状体10だけを
示しているが、入力される映像信号をホログラムを介し
て三次元の立体画像を再生する従来公知のものである。
そして、入力される映像信号は、生体の頭部の断層写真
から作成した線画像を用いて三次元立体合成処理装置に
より処理して合成した三次元立体画像の映像信号であ
り、その三次元立体画像が箱状体10の内部空間に立体的
に結像するようになっている。
入力装置2は、四角な囲い枠状に形成されて、前記映像
装置1の箱状体10の前面に設置される枠体20と、この枠
体20に設けられるメスの位置検出装置3とよりなり、そ
の位置検出装置3は、検出した位置の信号を前述の映像
装置1に組込まれているコンピュータに送り出したとき
に、三次元立体画像との関係において、その三次元立体
画像が現実の生体であったときの抵抗感を与えるよう
に、メスの動きに抵抗を与える抵抗付加装置を兼ねてい
る。
即ち、四角な枠体20の4つのコーナーには滑車A・B・
C・Dがそれぞれ一つづつ軸支してあり、それら滑車A
・B・C・Dのそれぞれからは糸A′・B′・C′・
D′がそれぞれ繰出され、これら糸A′・B′・C′・
D′はそれらの繰出端が、メス4(またはジョイステッ
ク)に一点において連結するよう連繋させてある。そし
て、各滑車A・B・C・Dからみて、4本の糸A′・
B′・C′・D′の長さが等しくなる点を三次元座標の
原点Oとし、メス4またはジョイステックの移動によ
り、4本の糸の連結点が原点Oに対して動くことによる
4本の糸A′・B′・C′・D′の長さの変化から、メ
ス4またはジョイステックの位置を算出するようにして
ある。また、各滑車A・B・C・Dにはそれぞれバック
テンションを掛けるような構造にして、絶えず糸A′・
B′・C′・D′が張っているようにしておいて、検出
された位置が三次元立体画像に重合して占める位置か
ら、その三次元立体画像が現実の生体であったときに実
際に切っていく抵抗感を、このバックテンションにフィ
ードバックして与えるようにしてある。
メス4を三次元立体画像の映像位置により、画像として
映し出し、それをジョイステックの移動により間接的に
移動させるようにした場合にあっては、三次元立体画像
として映し出した対象とする生体の立体像に、画像とし
て与えたメス(手術器具)が重なったときに、そのメス
の刃と生体の立体像との接触面積とからコンピュータに
より演算される算出値をベースにして、各滑車A・B・
C・Dのバックテンションを加減し、ジョイステックに
対する抵抗を加減することにより、実際に物を切ってい
るような抵抗感を与えるようにする。また、ホログラム
により映し出された生体の立体像に実際のメスを直接当
てていくようにした場合にあっては、その実際のメス
(手術器具)が生体の立体像と重なったときに、そのメ
スの刃と生体の立体像との接触面積とから、前述と同様
の作動で、実際のメスに直接、バックテンションの加減
で、実際の抵抗感と同じ各部位を、それが、骨であるの
か、血管・神経であるのかの組織の種別まで断層写真か
らコンピュータに入力しておき、かつ、それを実際に切
ったときの抵抗感が、バックテンションに与えられるよ
うに、データからコンピュータに入力しておくことで、
立体映像にメスを当てながら、その映像の実体にメスを
入れていくのと同じようになる。
ところで、上述の装置より、三次元立体画像を合成して
いるコンピュータに、メス(またはジョイステック)の
位置を入力するためには、それの座標を求めなければな
らない。メスの位置が移動する度に変動するパラメータ
には、4つの滑車A・B・C・Dから繰り出してメス
(またはジョイステック)に連繋した4本の糸A′・
B′・C′・D′の長さを検出する手段と、それらの糸
A′・B′・C′・D′がある基準面に対してそれぞれ
に成す角度を検出する手段とが考えられる。しかし、角
度は簡単に検出できないことから、この実施例装置にお
いては、前述の4本の糸A′・B′・C′・D′の長さ
だけで座標を求める手段を用いている。
次にこの手段を第2図について説明する。同図におい
て、A・B・C・Dは4つの滑車であり、それぞれ点と
して示している。
まず、中心から各滑車A・B・C・Dまでの距離を求め
る。中心Oは、点A・B・C・Dを含む直方体の重心に
置いているので、各点から中心Oまでの距離はすべて等
しい、その長さをLとすると、Lは点Cを代表とし、次
のようにして求められる。
第2図においてSCの長さはTCとUCを用いた三平方の定理
から、 ▲▼=(▲▼+▲▼1/2=(a2+b2
1/2 となる。
よって、長さLとなるOCは、SOとSCを用いて、 ▲▼=(▲▼+▲▼1/2 =(▲▼+▲▼+▲▼1/2 =(a2+b2+c21/2 ∴ L=(a2+b2+c21/2 となり、Lは点A・B・C・Dを含む直方体の縦・横・
高さの値だけで求められる。
よって、変化したときの糸A′・B′・C′・D′の長
さは、変化分の長さΔLと元の長さLとから知ることが
できる。
次に、原点Oからメスが移動したとき、メスの位置をP
(x,y,z)とすると、糸の長さはそれぞれLからLa,Lb,L
c,Ldに変化する。これらは座標(x,y,z)と立方体の辺
の長さa,b,cを用いて第3図の如く表せる。
La,Lb,Lc,Ldは最初の糸の長さLを用いて次のように表
せる。
▲▼=La=L+ΔLa ▲▼=Lb=L+ΔLb ▲▼=Lc=L+ΔLc ▲▼=Ld=L+ΔLd ここで、ΔLa,ΔLb,ΔLc,ΔLdとは、メスの移動による
最初の糸の長さの変化分である。また、各点A・B・C
・Dの座標は、 A:(−a,−b,c) B:(−a,b,−c) C:(a,−b,−c) D:(a,b,c) であるから、La,Lb,Lc,Ldは次のように表せる。
La2=(x+a)+(y+b)+(z−c) …… Lb2=(x+a)+(y−b)+(z+c) …… Lc2=(x−a)+(y+b)+(z+c) …… Ld2=(x−a)+(y−b)+(z−c) …… 中心Oから点Pまでの距離は+++より次のよ
うに求まる。
また、式,,,を用いて点Pの座標(x,y,z)
を求めることができる。
まず、+−−よりxだけの関係式が導けて、 次に、−+−よりyだけの関係式が導けて、 最後に、−++−よりzだけの関係式が導け
て、 となる。これより、4本の糸の長さから点Pの座標を求
められる。
次に、上述の実施例装置において、4つの滑車A・B・
C・Dを第1図のように配置した理由について簡単に補
足する。三次元空間で1点を決める際、3点からその点
に対する距離がわかれば求まらないことはない。しか
し、3点は必ず同一平面上に存在するので、第4図の如
く、その平面に対して対称な2点が求まり、どちらが実
際の位置なのかわからない場合が出てくる。しかし、も
う1点あれば、基点となる滑車の位置を同一平面上に存
在しないような配置にできて、4本の糸A′・B′・
C′・D′の長さがわかれば、唯一の点が求められる。
また、メスまたはジョイステックに、バックテンション
により与える抵抗感も、第1図で示しているように4つ
の滑車A・B・C・Dからそれぞれ繰り出した4本の糸
A′・B′・C′・D′により、メスまたはジョイステ
ックを吊るような構造の方が、各糸A′・B′・C′・
D′のテンションの合力によって与えることができるこ
とになるので都合がよいことによる。
以上説明したように、本発明による模擬手術装置は、生
体の断層写真から作成した線画像を、三次元立体画像処
理装置により、三次元立体画像に合成して、三次元立体
画像の映像装置により結像させ、その結像させた立体画
像に、実際のメス(手術器具)または画像として与えた
メスを当て、そのメスまたは画像のメスの立体画像に対
する位置を検出して、そのメスまたは画像のメスを動か
すジョイステックに、連繋手段を介し抵抗を与えるよう
にしているのだから、外科手術の技術の習得が、実際の
外科手術を行なわないで、模擬手術によって得られるよ
うになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による模擬手術装置の全体の説明図、第
2図は同上のメスの位置検出手段の説明図、第3図は同
上のメスの位置検出結果の説明図、第4図は同上のメス
の位置検出を三点から行なった場合の説明図である。 図面符号の説明 1……映像装置、2……入力装置 10……箱状体、20……枠体 3……位置検出装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】生体の断層写真から作成した線画像を用い
    て三次元立体画像処理装置により合成した三次元立体画
    像を結像させる三次元立体映像装置と、それにより結像
    させた立体画像に当てていくメスの位置を検出する検出
    装置と、その検出装置により検出した位置に応じてメス
    の動きに抵抗を付加する抵抗付加装置とよりなる模擬手
    術装置。
  2. 【請求項2】生体の断層写真から作成した線画像を用い
    て三次元立体画像処理装置により合成した三次元立体画
    像を結像させる三次元立体映像装置と、それにより、結
    像させた立体画像に当てていくメスの画像を結像させる
    三次元立体映像装置と、そのメスの画像を動かすジョイ
    ステックと、メスの画像の位置を検出する検出装置と、
    その検出装置により検出したメスの画像の位置に応じて
    ジョイステックの動きに抵抗を付加する抵抗付加装置と
    よりなる模擬手術装置。
JP23542289A 1989-09-11 1989-09-11 模擬手術装置 Expired - Lifetime JPH0682258B2 (ja)

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JPH08260660A (ja) * 1995-03-17 1996-10-08 Katsuya Hiraoka 外装材付パネルの施工方法と取付構造およびパネル

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2349731B (en) * 1998-01-28 2003-06-04 Ht Medical Systems Inc Interface device and method for interfacing instruments to vascular access simulation systems
IL143255A (en) 2001-05-20 2015-09-24 Simbionix Ltd Endoscopic ultrasonography simulation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08260660A (ja) * 1995-03-17 1996-10-08 Katsuya Hiraoka 外装材付パネルの施工方法と取付構造およびパネル

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