JPH08173449A - 手術用顕微鏡を動作させる方法 - Google Patents

手術用顕微鏡を動作させる方法

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JPH08173449A
JPH08173449A JP7132651A JP13265195A JPH08173449A JP H08173449 A JPH08173449 A JP H08173449A JP 7132651 A JP7132651 A JP 7132651A JP 13265195 A JP13265195 A JP 13265195A JP H08173449 A JPH08173449 A JP H08173449A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 手術用顕微鏡を動作させる新規な方法を提供
すること 【構成】 まず、画像を形成する手術前診断方法を経て
患者の一連の手術前診断データを生成する。続いて、外
科医は中央制御装置で手術経路を計画し、記憶されてい
る診断画像のうちどれを手術用顕微鏡の観察光学系の中
に導入すべきかを決定する。手術中、電動支持体システ
ムに配置された手術用顕微鏡を確定された手術用経路に
沿って電動駆動で走行させ、あらかじめ行った選択に相
応して診断画像を手術用顕微鏡の観察光路に、その都
度、個々の座標系を修正する必要なく、選択的に導入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータ支援定位
外科にあって手術中顕微鏡を動作させる方法に関する。
この場合、特に、本来の手術の間の向き設定のために手
術前に生成された診断画像を利用することが切望され
る。
【0002】
【従来の技術】米国特許第4,722,056号から
は、コンピュータ支援定位外科に適用するための手術用
顕微鏡が知られており、この顕微鏡においては、手術
中、手術前に生成した診断画像を手術用顕微鏡の観察光
路に導入し、それにより、診断画像と観察者の視野平面
の重ね合わせを実行する。典型的な用途は、たとえば、
神経外科におけるこの種の手術用顕微鏡である。
【0003】しかしながら、米国特許第4,722,0
56号による手術用顕微鏡を動作させるに際しては、ど
のような場合にも、実際の視野平面に対応する診断画像
を手術用顕微鏡の観察光学系に確実に導入するために、
患者座標系と、手術用顕微鏡座標系と、画像座標系とを
相関させることが必要であり、それにはコストがかか
る。そのため、たとえば、手術中に視野のその都度の位
置を検出し続けなければならず、その検出は超音波発生
器システムと、交差距離などの実際に調整される光学的
数値とを介して手術用顕微鏡の位置確定によって実行さ
れる。従って、総じてシステム全体が複雑になるという
結果をもたらす。
【0004】ところが、それぞれの座標系を相関させ続
けるというコストのかかる動作が必要である他にも、視
野に付属する手術前診断画像を導入しても、すなわち、
適切な重ね合わせを行っても、手術を行う外科医にとっ
て最適な向き決定情報はまだ得られないということがあ
る。すなわち、その場合に問題となるのは、手術用顕微
鏡光学系の各々の倍率に対応して導入される診断画像を
も適切に拡大させなければならないという事実である。
画像を形成する手術前の診断方法においてその時点で可
能であった分解能の関係上、そのような原画像を適切に
拡大しつつ直接に視野に重ね合わせた、すなわち、導入
した場合に、執刀医に必ず有益であるとは限らない。従
って、手術用顕微鏡を通して手術領域を観察している外
科医のためのさらに別の向き決定補助手段が求められて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、手術
中に執刀医が十分に向きを決定できるように保証し且つ
手術前に実行された診断方法から得た情報をできる限り
少ないコストで向きの最適化に関連づけるようなコンピ
ュータ支援定位外科にあって手術用顕微鏡を動作させる
方法を提供することである。さらに、手術中に得られた
データをも挿入することが可能であるべきだろう。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題は特許請求の範
囲第1項の特徴をもつ方法により解決される。本発明に
よる方法の有利な構成は特許請求の範囲第2項から第1
0項の対象である。すなわち本発明方法は、まず、手術
前画像作成診断方式を経て一連の診断データを生成し且
つその一連の診断データを画像データバンクにデジタル
化して記憶させ、続いて、画像データバンクからの一連
の診断データを利用して、中央制御装置で手術計画を作
成し、その際に手術経路を確定し、そのようにして確定
された手術経路に対し、一連の診断データから自在に選
択可能な距離と向きをもった二次元診断画像を選択し、
手術中、電動支持体システムに配置された手術用顕微鏡
を確定された手術経路に沿って定義通りに、電動駆動に
より移動させ且つ選択された診断画像を選択的に、実際
の視野位置とは無関係に、手術用顕微鏡の観察光学系の
中に導入することから成る。
【0007】これまで知られていた米国特許第4,72
2,056号による方法とは異なり、本発明による方法
では、視野平面と、手術前に生成された診断データ、す
なわち、対応する診断画像とを本来の手術中に相関させ
続けるというコストのかかる動作は不要である。
【0008】その代わりに、本来の手術に先立って外科
医は手術前に生成された診断データに基づいて規定の手
術経路を確定し、手術中には、たとえば、腫瘍の方向に
手術経路に沿って進んで行く。画像データバンクの中に
デジタル化した形で記憶されている診断データから、外
科医は手術に先立って関心のある診断画像を選び出す。
それらの診断画像は手術経路上にのっていると有利であ
る二次元断層画像に対応する。続いて、相応して選択さ
れた診断画像を画像データバンクに記憶させる。その
際、中央制御装置で手術計画を作成する。
【0009】本来の手術の間、診断画像を先に規定した
シーケンスに従って手術用顕微鏡の観察光学系に選択的
に導入するのであるが、実際に観察している視野平面に
明示して対応させることは必ずしもない。手術用顕微鏡
の観察光学系への導入に関して、そのときに観察してい
る視野と診断画像の重ね合わせか、選択された診断画像
そのままの観察かの選択が可能である。
【0010】手術中、選択された診断画像の観察時に外
科医が少なくとも大まかな空間的対応関係をとらえるこ
とを可能にするために、手術中、それらの画像を各々の
診断画像に対する所定の位置情報と共にあわせて観察光
学系の中に導入すると有利である。手術用顕微鏡は電動
支持体システムに固定されており、その支持体システム
に手術用顕微鏡を少なくとも3つの空間的自由度をもっ
て規定通りに位置決めすることができる。
【0011】本発明による方法を経て、視野平面に対応
するその都度の実際の診断画像を観察することが可能で
あるのみならず、手術に先立って、外科医が多様な選択
肢の中から手術中に目を通したいと思っている診断画像
を既に選んでおくこともできる。さらに、この場合、手
術に先立って、一旦選び出した診断画像を執刀医が処理
又は操作することができ、それは、たとえば、関心ある
所定の輪郭を選び出された診断画像の中に記入すること
によって実行可能である。
【0012】それと並んで、選び出された診断画像と共
に患者に特有の一連の情報を記憶させておき、手術中に
外科医を支援するために、その情報を手術用顕微鏡の視
野の中に導入して提示することも可能である。さらに、
手術中の外科医によって認知された画像を重ね合わせさ
れた診断画像を含めて別のモニタにも表示し、それによ
り、補助スタッフもその情報を利用できるようにすると
有利であることがわかる。本発明による方法のその他の
利点及び詳細は、添付の図に基づいて、以下の方法の実
施例の説明から明白になる。
【0013】
【実施例】図1には、本発明による方法を実施するため
の重要で必要な構成要素のブロック接続図が示されてい
る。この場合、ごく概略的にしか示されていない電動支
持体システム2に配置された手術用顕微鏡1が設けられ
ている。電動支持体システム2を介して、手術用顕微鏡
1の6つまでの空間自由度をもった規定通り且つ座標に
従った位置決めが可能である。たとえば、出願人のドイ
ツ特許第4202922号に示されている多重継手電動
支持体システムは、複数の構成要素の中でも、継手ごと
に付属して設けられたエンコーダを含んでいるので、シ
ステム全体の中央制御装置3で周知のシステム全体の幾
何情報と共に、手術用顕微鏡1の実際の座標に従った位
置の検出が可能である。
【0014】手術用顕微鏡は、一般に知られている光学
的構造を有し、その中でも、導入装置を含んでおり、そ
の導入装置を経て、他の場所で生成された画像を通常の
ビーム分割装置を介して少なくとも1つの観察光路に導
入することができる。
【0015】さらに、あらかじめ作成された一連の手術
前診断データが与えられており、それらのデータは、た
とえば、画像データバンク4に記憶される。画像データ
バンク4には、たとえば、本来の手術に先立つNMR検
査、CT検査又はレントゲン検査を経て生成された一連
のデジタル化診断データを記憶させる。この場合、原画
像と共に、外科医が操作を加えた画像をも記憶させるこ
とができる。操作を加えた画像とは、たとえば、所定の
器官の詳細の輪郭のみを記入した画像又はデータ列を記
憶させたことを表わしている。ところが、同時に、その
ようにして操作された診断画像の患者座標系に対する厳
密な空間的位置もわかっている。
【0016】中央制御装置3は手術用顕微鏡1の座標の
連続検出並びに画像データバンク4内部のデジタル化診
断データ列の処理を実行し、そのために、外科医が、た
とえば、中央制御装置3において手術計画の作成を行う
ときに使用する入力ステーション3、1をさらに含む。
加えて、画像データバンク4の中に記憶されている画像
の観察と操作を可能にする表示装置5が設けられてい
る。同じく、この表示装置5を利用して、手術中に補助
スタッフが手術用顕微鏡1に導入すべき画像に関わる情
報を拡大して観察することもできる。
【0017】次に、図2a〜図2cに基づいて、本発明
に従って手術用顕微鏡を動作させる方法をさらに詳細に
説明する。図2aは、手術前に生成された診断画像を示
しており、この画像は、たとえば、コンピュータ断層撮
影装置を利用して周知の態様と方式をもって得られたも
ので、デジタル化した形で画像データバンクの中に記憶
されていたのである。この場合、図2aには、人間の頭
蓋を上から見たときの二次元断層画像が示されている。
選び出されたこの画像と並び、人間の頭の別の多様な平
面を通して得る診断画像を検出された一連の診断データ
から周知の画像処理方式を経て再構成することができ
る。
【0018】本来の手術前に既に外科医は計画した手術
経路10を診断画像の中に記入し、たとえば、外科医の
要求する通りに、脳の中の腫瘍まで侵入して行くことが
できるようにするためにその経路を確定する。画像デー
タバンクと接続している中央制御装置は、作成された計
画に従って、座標に基づき手術経路10をとらえて行
く。
【0019】同様に、本発明による方法においては、本
来の手術の間にどの診断画像を手術用顕微鏡の中に導入
させたいかを前もって計画する。そのような4枚の所望
の診断画像1,...,4、すなわち、手術経路に沿っ
たそれぞれの画像の位置を図2bに示す。この場合、外
科医はそれらの診断画像の位置並びに手術経路に対する
向きを選択することが可能である。図示した実施例で
は、一定の間隔をもって相前後して続いている、平行に
向きを定められた診断画像が選択されている。
【0020】ここで、それらの診断画像の間隔並びに空
間的な向きを手術前に外科医が自由に選択できることを
今一度強調しておく。計画された手術経路10と、4枚
の選択された診断画像のうち3枚1,2,3とを含めた
空間的な図を図2cに示す。
【0021】本発明によれば、一旦選択された診断画像
の適用されている手術用顕微鏡の観察光学系への導入
は、たとえば、米国特許第4,722,056号のよう
に実際の視野位置に規定通りに従属して実行されるので
はなく、むしろ、外科医の側で、あらかじめ選択した画
像をいつでも、すなわち、手術経路のどの箇所でも選択
的に呼び出して、導入することが可能である。たとえ
ば、手術中にボタンを押すごとに、あらかじめ確定され
た画像データ列を4枚の診断画像と共に導入、すなわ
ち、はめ込むことが可能である。
【0022】このとき、診断画像と共に各々の診断画像
に関わる所定の位置情報を同時にはめ込むと有利であ
り、これによって、外科医は導入された画像の位置関係
を知ることができる。そのような位置情報は、たとえ
ば、画像番号の形態で得ることができ、画像間隔をほぼ
一定に設定した場合、画像番号により深さの関係がわか
り、ひいては計画した手術経路に沿った迅速な向きの設
定を行うことができる。
【0023】本発明による方法の別の動作モードにおい
ては、診断画像と実際に観察されている視野平面との重
ね合わせ表示の他に、診断画像のみを手術用顕微鏡の観
察光路の中に導入し、視野との重ね合わせ表示を行わな
いようにすることも可能である。このためには、被検体
から出る光路を周知のシャッタ素子によって遮断するだ
けで良い。手術中、外科医は重ね合わせ表示か、導入さ
れた診断画像のみの観察かを選択することができる。
【0024】先に説明した通り、図2a〜図2cに示す
診断画像は手術前診断プロセスから得た原画像に対応し
ている。しかしながら、時によっては、原画像と比較し
て減少させた情報内容のみを含む画像を導入すると有利
である。そのような情報内容の減少は、たとえば、所定
の器官の詳細の輪郭などの導入によって実行できる。
【0025】患者との間に定義された空間的関係をもつ
元の診断画像からそのような輪郭をどのようにして生成
するかという例を図3a及び図3bに示す。この場合、
たとえば、適切なコンピュータマウスを利用して腫瘍1
1を診断原画像の中に図式的に記入し、腫瘍11のこの
輪郭のみを示す図3bによる修正画像を作成する。そこ
で、腫瘍の輪郭11を含むこの画像のみを手術用顕微鏡
の視野の中に導入し、その他の解剖学的器官情報を意識
的に放棄する。
【0026】同様に図3bに示すように、導入される診
断画像の中には別の情報フィールド12があり、そのフ
ィールドには特別の患者特有の情報並びに手術中に外科
医がこの画像の空間的対応関係を知ることを可能にする
各々の診断画像に関わる上述の位置情報が記入される。
情報フィールド12には、たとえば、患者名、実際の装
置状態に関わる情報、さらには血圧、脈拍などの手術中
の患者情報をはめ込むことができ、手術中にそれらの情
報を監視し続けることになる。刺激プロセスに対する手
術中の反応を適切な図形形態で導入することも可能であ
るのは自明である。
【0027】ここで導入すべき位置情報として考えられ
るのは、選択した選択肢の診断画像の画像番号、あるい
は後続する画像又は先行する画像までの距離である。
【0028】さらに、外科医が向きを最適化するため
に、元来計画した手術経路にまだ沿っているか否かを外
科医に示唆する図形情報を視野に重ね合わせて導入する
ことが可能である。このためには、その時点で観察して
いる点を座標として検出し且つこの点が実際に計画され
た手術経路の上にまだ位置しているか否かを比較するこ
とが必要である。この場合、この点の座標に従った検出
は、たとえば、出願人のドイツ特許第4134481号
に示されているような手術用顕微鏡によって実行可能で
ある。執刀医が正しい計画通りの経路をまだ進んでいる
か否かに応じて、その後、この状態を制御装置を介して
図形の形態で可視化し、外科医に提示する。これは、た
とえば、実際に観察されている点を表わす図形マークを
視野の中に導入すると同時に、実際の手術経路の上の1
点に対応する別の図形マークを導入するようにして実行
可能である。手術用顕微鏡の手動操作による位置決め又
は電動方式の位置決めによって、この点を手術経路に沿
って再び移動させることができる。図形マークとして
は、たとえば、十字線などを使用できる。
【0029】本来の手術の間には、電動支持体システム
を利用して手術用顕微鏡を確定された手術経路に沿って
移動させる。このとき、外科医は移動速度と、所定の停
止位置とを先に述べた手術計画作成の時点で必要条件に
応じてあらかじめ確定しておくことができる。移動速度
は、たとえば、実際に観察されている視野に応じて又は
観察されている領域に従って選択される。これは、手術
区域の関心ある所定の領域で手術用顕微鏡の相当に低速
の移動を実行できるということを意味している。
【0030】外科医が先に確定しておいた手術経路のい
ずれかの箇所で手術前に生成された診断画像からの画像
に対応する情報を必要としたときには、あらかじめ選択
された一連の画像データをいつでも呼び出すことがで
き、視野の中に導入することができる。そのとき、それ
らの画像と実際の視野位置との相関は実行されず、外科
医は画像と共にはめ込まれた情報並びに画像番号及びあ
らかじめ定められた画像間隔から必要な位置情報を獲得
する。さらに、診断画像の全ての選択肢を「ざっと閲覧
する」ことも可能である。すなわち、総じて、手術前の
診断データを手術中に改善された形で多種多様に利用す
ることができる。
【0031】本発明による方法を経て本来の手術に先立
って手術計画を作成することが可能である他にも、一度
実施したこのプランニングを手術中に変更することもさ
らに可能である。たとえば、元来計画した手術経路に沿
った一度計画された目標地点に到達したときに、手術用
顕微鏡をこの目標地点を中心として様々な視線方向に空
間的に旋回させることができる。そこで、目標地点に対
して変更された視線方向は診断データ列から別の診断画
像にも対応している。既に先に説明した通り、自在に選
択可能な間隔と向きをもって診断画像を選び出すことが
可能である。そのようにして変更した手術経路に沿って
手術用顕微鏡をさらに移動させて行くとき、外科医は選
択した診断画像を先に説明したように選択的に、実際の
視野位置とは関係なく、手術用顕微鏡の観察光学系に導
入して観察することができる。従って、本発明による方
法の手術中の使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による方法を実施するための個々の構
成要素を含むブロック接続図。
【図2】 手術前に生成され、手術計画作成のために参
照される診断画像の表示装置への表示を示す図(a)、
aの表示における手術経路に沿った選び出された診断画
像の位置を示す図(b)、bの手術経路に沿った選び出
された診断画像の位置の全様を示す概略斜視図(c)。
【図3】 手術前に操作される選び出された診断画像を
示す図(a)、関心ある器官の詳細の輪郭のみをマーク
した図3aの診断画像を操作した後の画像を示す図
(b)。
【符号の説明】
1…手術用顕微鏡、2…電動支持体システム、3…中央
制御装置、4…画像データバンク、5…表示装置、10
…手術経路、11…腫瘍、12…情報フィールド。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンピュータ支援定位外科にあって手術
    用顕微鏡を動作させる方法において、 まず、手術前画像作成診断方式を経て一連の診断データ
    を生成し且つその一連の診断データを画像データバンク
    (4)にデジタル化して記憶させ、 続いて、画像データバンク(4)からの一連の診断デー
    タを利用して、中央制御装置(3)で手術計画を作成
    し、その際に手術経路(10)を確定し、 そのようにして確定された手術経路(10)に対し、一
    連の診断データから自在に選択可能な距離と向きをもっ
    た二次元診断画像を選択し、 手術中、電動支持体システム(2)に配置された手術用
    顕微鏡(1)を確定された手術経路(10)に沿って定
    義通りに、電動駆動により移動させ且つ選択された診断
    画像を選択的に、実際の視野位置とは無関係に、手術用
    顕微鏡(1)の観察光学系の中に導入することから成る
    方法。
  2. 【請求項2】 手術経路(10)を確定した後、生成さ
    れた診断画像を処理し、続いて操作したように記憶さ
    せ、手術中に操作して手術用顕微鏡(1)の観察光学系
    の中に導入する請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 診断画像の操作時に、所定の器官の詳細
    に対応する輪郭(11)を診断画像の中に記入する請求
    項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 選択された診断画像と共に各々の診断画
    像について選択可能な位置情報を手術用顕微鏡(1)の
    観察光学系の中に導入し、計画された手術経路(10)
    に対するそれぞれ診断画像の位置に応じた対応が可能に
    なる請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 診断画像を手術経路(10)に沿って互
    いに対して選択自在の間隔をもって選択し、手術中、先
    行する画像及び/又は後続する画像を位置情報として各
    々の診断画像と共に導入する請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 選択された診断画像と共にその他の患者
    に特有の情報を記憶させ、手術中、手術用顕微鏡(1)
    の観察光学系の中に、診断画像中の情報フィールド(1
    2)に入るようにその情報を導入する請求項1記載の方
    法。
  7. 【請求項7】 刺激プロセスに対する手術中の反応は適
    切な図形形態で導入される請求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】 診断画像を手術中に少なくとも1台の別
    のモニタ(5)に表示する請求項1から7の少なくとも
    1項に記載の方法。
  9. 【請求項9】 手術中、実際に観察されている視野平面
    と選択された診断画像との重ね合わせ表示か、診断画像
    のそのままの表示かの選択が手術用顕微鏡(1)で可能
    である請求項1から8の少なくとも1項に記載の方法。
  10. 【請求項10】 確定された走行経路に沿った手術用顕
    微鏡(1)の走行速度は、手術前の手術計画作成時に中
    央制御装置(3)で執刀医によってその都度の観察され
    る場所に応じて選択自在である請求項1から9の少なく
    とも1項に記載の方法。
JP13265195A 1994-05-07 1995-05-08 手術用顕微鏡を動作させる方法 Expired - Lifetime JP3730683B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4416229.4 1994-05-07
DE4416229A DE4416229A1 (de) 1994-05-07 1994-05-07 Verfahren zum Betrieb eines Operationsmikroskopes

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JPH08173449A true JPH08173449A (ja) 1996-07-09
JP3730683B2 JP3730683B2 (ja) 2006-01-05

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