JPH07255744A - 手術器具の位置表示装置 - Google Patents

手術器具の位置表示装置

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JPH07255744A
JPH07255744A JP6056440A JP5644094A JPH07255744A JP H07255744 A JPH07255744 A JP H07255744A JP 6056440 A JP6056440 A JP 6056440A JP 5644094 A JP5644094 A JP 5644094A JP H07255744 A JPH07255744 A JP H07255744A
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JP6056440A
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Shoichi Okamura
昇一 岡村
Takeshi Okumura
武志 奥村
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 手術器具の位置を自動的に記憶することので
きる手術器具の位置表示装置を提供する。 【構成】 位置検出部(位置検出手段)7で検出された
手術器具2の位置情報を記憶する位置記憶部(位置情報
記憶手段)13と、位置検出部7で検出された位置情報
が関心領域内に存在するかどうかを判定する位置監視部
(位置監視手段)10とを設け、この位置監視部10で
もって位置記憶部13の記憶開始/記憶停止を行なうよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、外科手術ナビゲーシ
ョン装置と呼ばれ、外科手術のために被検体内に吸引管
などの手術器具を差し入れた際に、その手術器具が被検
体内のどの位置にあるかを表示する装置、特に、手術前
に収集したX線CT像、MRI像、あるいはX線透視画
像上に手術器具の位置を表示する手術器具の表示装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】予め収集しておいたMRI像、X線CT
像、X線透視画像に手術器具の位置を重ね合わせて表示
する手術器具の位置表示装置としては、 NEURO-NAVIG
ATOR(「Three Dimensional Digitizer (Neuronavigato
r):New Equipment ComputedTomography-Guided Stereot
axic Surgery 」:E.Watanabe et al.:Surg Neurol1987;
27:p543-p547 )、「医療用三次元定位装置」(特開
平03-106359 )NEURO-SAT を用いた定位脳手術支援装
置、「定位脳手術支援装置」(特開平03-267054 )を
用いたCANS-NAVIGATOR、「体内三次元位置表示装置」
(特開平03-284253 )などがある。しかし、これらはい
ずれも手術器具の位置を正確にかつ簡便に断層画像上に
表示するもので、手術中における手術器具の移動位置の
軌跡の保存に関しては、上記の実施例において可能で
ある点が述べられているだけで、具体的な方法について
は提案されていない。また、「外科手術を再生可能に
光学的に表示するための方法及び装置」(公表番号平02
-503519 )では、手術後に器具位置を断層像上に重ね合
わせ再生する点が記されているが、これも手術中の手術
器具の位置の記憶は術者のスイッチ等の操作でなされる
もので、手術中における手術器具の位置を自動的に記憶
するものではない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】手術器具の位置表示装
置は、外科手術をより正確にかつより簡便に行われるた
めに、精度の良い手術器具位置検出手段や、検出された
手術器具位置の表示手段に工夫がなされている。しか
し、手術器具の位置表示装置には、手術中の器具位置の
軌跡や手術中の記録などの手術履歴を残すという役割が
あるが、従来の手術器具の位置表示装置にはその手術履
歴を残すための機能がないか、あるかはあっても手術履
歴を残すか否かをその度ごとに術者自身が判断し、手術
履歴を残すために何らかの操作をする必要があるなど、
術者に負担を強い、場合によっては重要な手術履歴を保
存し忘れる恐れがあった。
【0004】無論、手術中の全時間にわたって手術履歴
としての手術器具の位置を保存しておくということも考
えられるが、脳外科手術の場合、手術時間は通常十数時
間に及び、この間の手術履歴をすべて保存するとメモリ
ーを大量に消費してしまい、また百歩譲ってメモリー量
に問題がなかったとしても、不要な部分を多く含む大量
の手術履歴は整理に時間を要し、術後の的確な検討を妨
げる。
【0005】この発明目的は、上記に鑑み、手術履歴の
内の特に手術器具位置の軌跡を、術者の集中を妨げるこ
となく、簡便に、誤りなく、自動的に保持でき、しか
も、手術後の検討の際に必要でかつ最小限のデーターを
保存する手術器具の位置表示装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、本発明は次のような構成をとる。即ち、
被検体の関心部位ごとに断層像の画像データーを記憶す
る画像記憶手段と、手術器具の位置を順次検出する位置
検出手段と、前記位置検出手段からの位置情報に基づい
て前記画像記憶手段から画像データーを順次選択する画
像選択手段と、前記画像選択手段によって選択された画
像上の、前記位置検出手段で検出された位置に、手術器
具の位置を示す所定パターンを重ね合わせる画像合成手
段と、前記画像合成手段によって合成された画像を表示
する表示手段と、(a) 前記位置検出手段で検出された位
置情報を記憶する位置情報記憶手段と、(b) 前記位置検
出手段からの位置情報が関心領域内に存在するかどうか
を判定し、前記位置情報記憶手段に記憶開始、及び記憶
停止を指示する位置監視手段と、を備えたことを特徴と
している。
【0007】また、(c) 前記位置検出手段によって検出
された位置情報が関心領域内に存在しているかどうかを
判定する際、ある特定時間の間存在し続けた場合にのみ
前記位置情報記憶手段に記憶開始信号を出力し、かつあ
る特定時間の間存在しない状態を続けた場合にのみ前記
位置情報記憶手段に記憶停止信号を出力する、前記位置
監視手段(a) とは異なる位置監視手段と、(d) 存在/非
存在状態の連続した時間を管理する時間管理手段とを備
える。また、(e) 前記位置監視手段からの記憶開始の指
示によらず、常に、最新のある特定時間分の手術器具の
位置を記憶し続ける一時記憶手段と、(f) 前記位置監視
手段からの記憶開始の指示を受けた場合に、まず前記一
時記憶手段に記憶された位置情報を記憶し、ひの後直ち
に指示を受けた直後からの位置情報を続けて記憶する、
前記位置記憶手段(b) とは異なる位置記憶手段を備えた
ことを特徴としている。
【0008】
【作用】本発明の作用は以下の通りである。位置検出手
段は、手術器具の位置を順次検出して、その位置情報を
画像選択手段と画像合成手段とに与える。画像選択手段
は前記位置情報に対応した断層画像を画像記憶手段から
選択して、画像合成手段に与える。画像合成手段は、そ
の画像上であって、かつ位置検出手段で検出された位置
に、手術器具の位置を示す所定パターンを重ね合わせた
画像を合成し、その合成画像を表示手段に順次与える。
一方、位置監視手段は、手術器具位置が関心領域内に
存在するかどうかを常に監視し、記憶停止中に、ある特
定時間の間連続して存在し続けた場合、位置情報記憶手
段に記憶開始の指示を与える。
【0009】一時記憶手段は、位置監視手段による監視
とは全く無関係に、最新のある特定時間内の手術器具の
位置情報を記憶する。位置監視手段から記憶開始の指示
を受けた位置情報記憶手段は、まず一時記憶手段に格納
されている、最新の手術器具位置情報を自分自身に記憶
し、続けて指示を受けた直後の位置情報を記憶しはじめ
る。位置情報記憶手段により手術器具位置が記憶されは
じめたら、今度は位置監視手段は手術器具位置が関心領
域内に存在しなくなるかどうかを常に監視し、ある特定
時間の間連続して存在しなくなる状態を続けた場合に、
位置情報記憶手段に記憶停止の指示を与える。記憶停止
の指示を受けた位置情報記憶手段は、記憶を停止する。
その結果、術者の集中を妨げることなく、必要かつ最小
限の手術器具位置の軌跡に自動的に記憶しながら外科手
術を支援することができる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は、本発明に係わる手術器具の位置表示装置
の一実施例の概略構成を示す図である。図1において
は、符号1は被検体Mが載置された手術台である。2は
手術中に術者によって被検体Mに差し入れられる手術器
具である。手術台1上には、三次元方向にそれぞれ磁界
を発生する磁気ソース3aが、被検体Mとの相対位置関
係が変化しないように配備されている。手術器具2の後
端部には、磁気ソース3aから発生された三次元の磁界
を検出する磁気センサー3bが取り付けられている。
図2に示すように、磁気ソース3aは、三次元方向X、
Y、Zにそれぞれ磁界を発生させる3つのコイル3ax、
3ay、3azから構成されている。磁気ソース3aは、駆
動回路4に接続され、この駆動回路4から交流電流を与
えられることにより三次元の磁界Hを発生する。磁気セ
ンサー3bも同様に、互いに直交した3つのコイル3b
x、3by、3bzから構成されている。磁気センサー3b
は、検出回路5に接続されている。この検出回路5は、
各コイル3bx、3by、3bzからの検出信号を増幅して、
適宜のディジタル信号に変換した位置データーを出力す
る。磁気ソース3a、磁気センサー3b、駆動回路4、
検出回路5、及び後述する位置算出部7は、この発明に
おける位置検出手段に相当する。
【0011】画像処理コンピューター6は、手術器具2
の位置検出、検出された位置に応じた画像の選択、選択
された画像上への手術器具2のパターンの合成、また、
検出された手術器具位置が関心領域内に存在しているか
どうかの監視、存在し続けている、あるいは、存在しな
い状態を続けている時間の管理、手術器具位置の記憶、
同じく手術器具位置の一時記憶を行うものであり、その
内部構成を機能別に大別すると、位置検出部7、画像選
択部8,画像合成部9、位置監視部10、時間管理部1
1、一時記憶部12、位置記憶部13からなる。位置検
出部7は、検出回路5からの位置データーに基づいて、
磁気センサー3bの三次元位置及び方向を算出し、さら
に予めデーターとして与えられている手術器具2の大き
さを考慮して、最終的には、手術器具2の先端の三次元
位置及び方向を求める。
【0012】画像選択部8は、位置検出部7から与えら
れた手術器具2の位置情報に基づき、画像メモリ14か
ら所要の断層像を選択するもので、この発明における画
像選択手段に相当する。画像メモリ14は、被検体Mの
関心領域内の位置毎に断層像の画像データーを記憶する
もので、この発明における画像記憶手段に相当する。◎
画像合成部9は、画像選択部8によって選択された画
像上の、位置検出部7によって検出された位置に、手術
器具2の位置を示す所定パターンを重ね合わせるもの
で、この発明における画像合成手段に相当する。画像合
成部9で合成された画像は、この発明の表示手段に相当
するモニタTV15に与えられる。
【0013】位置監視部10は、位置検出部7によって
検出された手術器具2の位置が、被検体Mの関心領域内
に存在しているかどうかを常に監視し、状況に応じて位
置記憶部13に記憶開始や記憶停止を指示するもので、
この発明における位置監視手段に相当する。位置記憶部
13は、位置監視部10から与えられた指示を基に、位
置検出部7や一時記憶部12から送られる手術器具の位
置情報を適宜記憶するもので、この発明における位置情
報記憶手段に相当する。一時記憶部12は、位置検出部
7から送られる最新のある特定時間内の位置情報を常に
記憶するもので、この発明における一時記憶手段に相当
する。時間管理部11は、位置監視部10が手術器具位
置が関心領域内に存在し続けている時間、あるいは、存
在しない状態を続けている時間を管理するためのタイマ
ーで、この発明における時間管理手段に相当する。
【0014】上記構成の装置において手術器具2の位置
を表示するには、装置を動作させるに先立ち、画像メモ
リ14に断層像を収集記憶させておく必要がある。図3
を参照して画像メモリ14に記憶される断層像の収集に
ついて説明する。図3(a) に示すように、手術台1に載
置された被検体Mの関心領域内の体表面の4ケ所にマー
カーP1 、P2 、P3 、P4 を貼り付け、関心領域を含
むように複数のスライス面S1 〜Sn の断面像をMRI
装置などにより撮影する。得られた断層像I1 〜In
模式図を図3(b) に示す。これらの断層像I1 〜I
n は、適宜の固有のファイル名(画像ファイル名)を付
されて画像メモリ14に格納される。このとき、いずれ
かの画像に描出されているマーカーP1 、P2 、P3
4 の位置を、断層像I1 〜In によって構成される三
次元空間の座標として、同時に画像選択部8に格納して
おく。
【0015】次に、各マーカーP1 、P2 、P3 、P4
の実空間上の位置を図1で説明した磁気ソース3a、及
び、磁気センサー3bを使って測定する。具体的には、
手術器具2の先端部を被検体表面上の各マーカーP1
2 、P3 、P4 に接触させることにより、それぞれを
三次元位置座標に求めることができる。この実空間上の
マーカーの三次元位置座標と、先に画像選択部8に格納
されている、断層像によって構成される三次元空間上の
マーカーの座標を対応づければ、手術中の手術器具の位
置が画像上に一義的に決定される。なお、図3(b) の符
号Oは、適宜に決められた原点であり、この原点Oは後
述する手術器具2の位置を検出するときも共通のものと
する。
【0016】以上のように断層像の収集及び、画像上の
位置と実空間上の位置との対応付けが終了すると、手術
に移行する。手術中は、常に手術器具2の位置が所定の
時間間隔で位置検出部7から送られる。画像選択部8
は、検出された手術器具2の位置を断層像I1 〜In
対応づけると共に、それに応じた画像を画像メモリ14
から選択して取り出す。選択された画像は、画像合成部
9へ送られる。画像合成部9は、選択された画像上の、
位置検出部7で検出された位置に、手術器具2の位置を
示す所定パターンを重ね合わせ、その合成画像をモニタ
TV15に出力する。以上の処理を逐次リアルタイムで
実行することによりモニタTV15には、選択された画
像上に位置検出部7で検出された手術器具2の現在位置
を所定パターンで表した画像が順次表示され、術者は手
術器具2の位置を確認しながら手術を行なうことができ
る。
【0017】この動作と並行して手術器具位置の自動記
憶が実行される。図4〜図6は、位置監視手段が手術器
具の位置情報の記憶開始、記憶停止を自動的に位置情報
記憶手段に指示するためのフローチャートであり、図4
は、記憶停止状態から記憶開始に至るフローチャート、
図5は、記憶状態から記憶停止に至るフローチャート、
図6は、時間管理手段へのアクセスのフローチャートで
ある。通常、手術開始直後の位置情報記憶手段としての
位置記憶部13は、記憶停止状態にある。この状態から
位置記憶部13が記憶開始に至る動作を図4に示すフロ
ーチャートに沿って説明する。手術開始時に、まず、関
心領域の画像空間上の座標を取得する。具体的には、術
者あるいは、操作者が関心領域を構成する直方体の8角
の空間座標を手で入力してもよいし、複数のスライスが
作る直方体の8角の空間座標を自動的に読み取るように
してもよい(ステップS1)。
【0018】その後刻々と位置検出手段7から送られて
くる手術器具2の位置情報を得る(ステップS2)。な
お、ステップS1の関心領域自身の三次元空間座標の取
得(入力)は、キーボード等の入力手段で行なってもよ
い。送られてきた手術器具2の位置情報は、即前記関心
領域自身の三次元空間座標と比較され(ステップS
3)、もし、関心領域内に存在していなければ、位置監
視手段10はなにも指示を出さずにステップS2へ戻
り、次の瞬間の手術器具2の位置情報を得、同様の動作
を繰り返す。もし、関心領域内に存在していれば、次に
手術器具2が30秒以上同じ位置に存在し続けているか
どうかを調べ(ステップS4)、存在し続けていなけれ
ば、術者の意図した動きとは決められないと判断し、や
はり、なにも指示を出さずにステップS2へ戻り、それ
以降の動作を繰り返す。 もし、関心領域内に存在して
いて、かつ手術器具2が30秒以上同位置に存在し続け
ている場合には、術者が意図して関心領域に手術器具を
近づけたものと判断し、直ちに記憶を開始するよう位置
記憶部13に記憶開始の指示を出す(ステップS5)。
またこの時、過去30秒の間の手術器具2の位置も当
然、術者が意図したものであったと判断し、現在の位置
を記憶する前に、まず、一時記憶部12に記憶されてい
た過去30秒間の位置情報を記憶し、その後に現在の位
置情報を記憶するように指示を出す。このようにして、
手術器具2の位置の記憶を開始すると今度は、図5のフ
ローチャートに従って動作する。
【0019】図4と同様に、関心領域自身の三次元空間
座標を得(ステップS1)、その後刻々と位置検出手段
7から送られてくる手術器具2の位置情報を得る(ステ
ップS2)。送られてきた手術器具2の位置情報は、即
前記関心領域自身の三次元空間座標と比較それ(ステッ
プS6)、もし、関心領域内に存在していれば、今度
は、そのまま続けて記憶する(ステップS7)。もし、
存在していなくても、30秒以上存在していない状態を
続けていなければ(ステップS8)、術者が意図して関
心領域から手術器具を離したのではないと判断し、その
まま記憶を続ける。もし、関心領域内に存在せず、かつ
30秒以上存在しない状態を続けていれば(ステップS
8)、術者が意図して手術器具を関心領域から離したと
判断し、直ちに記憶を停止するよう記憶手段に指示を出
す(ステップS9)。
【0020】ステップS8は、関心領域内に手術器具2
の位置が30秒以上存在し続けているかどうか、あるい
は、存在しない状態が30秒以上続いているかどうかを
判断するロジックを示したものである。位置監視手段1
0は現在が記憶中であるか否かによらず、図6のフロー
チャートに示すように常に一回前に監視した状態から変
化があるか否かを判断し(ステップS10)し、状態の
変化があれば時間管理手段11であるタイマーにアクセ
スする(ステップS11)。即ち、一回前に監視した手
術器具2の位置が関心領域内に存在していて、次の瞬間
の手術位置が関心領域内に存在しなくなると、タイマー
をリセットする。一回前に監視した手術器具2の位置が
関心領域内に存在せずに、次の瞬間の手術位置が関心領
域内に存在しても、やはりタイマーをリセットする。そ
れ以外はなにもアクセスしないので、もし、手術位置が
関心領域内に存在し続けるか、あるいは、手術位置が関
心領域内に存在しない状態を続けた場合には、その時間
がタイマーによって示されることになる。従って、位置
監視手段10は、この時間管理手段11であるタイマー
を参照することにより、現在の状態の継続時間を知るこ
とができる。この実施例では、30秒を判断の基準とし
たが、この発明ではこれに限らず、術者の作業ペースな
どに合わせて、適宜修正可能としても良い。また、関心
領域自身の空間座標は、手術のために被検体を固定して
しまえば通常変化することはあり得ないので、手術開始
直後に一度得ておき、それを参照するようにしても良
い。
【0021】図7は、一時記憶手段の動作図を示す。こ
の実施例では、一時記憶手段12をリングバッファーで
実現している。このリングバッファーは、新しいデータ
ーが一つ追加される度に最も古いデーターが順次消えて
ゆくので、必要最小限のメモリー領域を確保するだけ
で、常に最新の特定時間分のデーターを記憶することが
できる。手術開始直後から、位置検出手段7からの位置
情報をメモリーの先頭より記憶してゆく。メモリーの最
後まで位置情報を記憶しきったら、再度先頭に戻り、記
憶を継続する。このように無限にメモリー内を回り続け
る。位置監視手段10からの記憶の指示がきた時にメモ
リーアドレスポインタが最新の手術器具2の位置(1) を
示していたとすると、位置記憶部13へは、メモリーの
記憶時間内で最も古い手術器具2の位置情報が記憶され
ているメモリーアドレスポインタ(2) から始まり(1) の
メモリーアドレスまでの順に記憶されている位置情報を
送る。このリングバッファーは、RAMなどの高速メモ
リー上に作ることにより容易に実現することができる。
【0022】なお、実施例では、磁気ソース3a及び磁
気センサー3bなどを用いて手術器具2の位置を検出し
たが、この発明ではこれに限らず、例えば、手術器具2
を多関節アームの先端に取り付け、各関節部分でアーム
の角度を検出することにより、手術器具2の先端位置を
検出するように構成しても良い。また、実施例では、4
点のマーカーを用いて実空間上の位置と画像空間上の位
置を対応づけているが、三点のマーカーを同一断面上に
描出することで対応することもでき、本発明ではこの三
点のマーカーによって位置の対応づけを行う手術器具の
位置表示装置にも適用可能である。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、手術器具の位置情報が手術履歴として自動的
に保持されるので、術者は手術に集中でき、医療ミスの
可能性が低減する。また、術者の意図しないような手術
器具の動きには反応せず、手術器具が関心領域内に位置
する有効な最小限の位置情報のみを手術履歴としてメモ
リーに記憶することができるので、大容量のメモリーを
必要とせず、かつ、手術履歴としての有効な情報のみを
記録/再生することができ、手術後の検討を正確に行な
うことができる。
【0024】さらに、手術器具が関心領域内に所定時間
存在(位置)している場合の位置情報のみをメモリーに
記録するので、メモリーのさらなる小容量化が可能とな
る。また、手術器具の現時の位置情報以前の特定時間分
の位置情報を常に一時記録して位置監視手段が有効情報
と判断した際に一時記録された情報を記録した後に現時
の有効位置情報をメモリーに記録するので、有効情報を
確実に記録/再生できる。
【0025】さらにまた、手術器具の関心領域に存在し
た時間、および、非存在時間を管理できるので、手術後
の手術方法等の検討を正確かつ詳細に行なうことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に係わる手術器具に位置表示装置の概略
構成を示す図である。
【図2】磁気ソース及び磁気センサーの説明図である。
【図3】断層像の収集の説明に供する図である。
【図4】図1の位置監視手段の動作を示すフローチャー
トである。
【図5】図1の位置監視手段の動作を示す図である。
【図6】図1の時間管理手段(タイマー)の動作を示す
図である。
【図7】図1の一時記憶手段の機能を示す模式図であ
る。
【符号の説明】
1…手術台 2…手術器具 3a…磁気ソース 3b…磁気センサー 4…駆動回路 5…検出回路 6…画像処理コンピュータ 7…位置検出部 8…画像選択部 9…画像合成部 10…位置監視部 11…時間管理部 12…一時記憶部 13…位置情報記憶
部(位置情報メモリ) 14…画像メモリ 15…TVモニタ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検体の関心部位ごとに断層像の画像デ
    ーターを記憶する画像記憶手段と、手術器具の位置を順
    次検出する位置検出手段と、前記位置検出手段からの位
    置情報に基づいて前記画像記憶手段から画像データーを
    順次選択する画像選択手段と、前記画像選択手段によっ
    て選択された画像上の、前記位置検出手段で検出された
    位置に、手術器具の位置を示す所定パターンを重ね合わ
    せる画像合成手段と、前記画像合成手段によって合成さ
    れた画像を表示する表示手段と、から構成される手術器
    具の位置表示装置において、前記位置検出手段で検出さ
    れた位置情報を記憶する位置情報記憶手段と、前記位置
    検出手段からの位置情報が関心領域内に存在するかどう
    かを判定し、前記位置情報記憶手段に記憶開始、及び記
    憶停止を指示する位置監視手段と、を備えたことを特徴
    とする手術器具の位置表示装置。
  2. 【請求項2】 位置監視手段は、前記位置検出手段から
    の位置情報が関心領域内に所定時間存在し続けたかどう
    かを判定し、所定時間存在し続けた場合には、前記位置
    情報記憶手段に記憶開始を指示し、所定時間存在しない
    場合には、前記位置情報記憶手段に記憶停止を指示する
    ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の手術器具の位置表示装置。
  3. 【請求項3】 位置監視手段からの指示に基づき、前記
    位置検出器からの位置情報が関心領域内に存在した時間
    と存在しなかった時間を管理する時間管理手段を備えた
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項、または、第2
    項記載の手術器具の位置表示装置。
  4. 【請求項4】 位置検出手段からの最新の所定時間分の
    位置情報を記憶する一時記憶手段を有し、前記位置情報
    記憶手段は、前記位置監視手段からの記憶開始の指示を
    受けた場合には、指示を受けた位置情報の記憶に先立
    ち、前記一時記憶手段に記憶された位置情報を記憶する
    ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至
    第3項のいずれかに記載の手術器具の位置表示装置。
JP6056440A 1994-03-28 1994-03-28 手術器具の位置表示装置 Pending JPH07255744A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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