JPH08238257A - ステレオタクシシステム及びステレオタクシ方法 - Google Patents

ステレオタクシシステム及びステレオタクシ方法

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JPH08238257A
JPH08238257A JP8023317A JP2331796A JPH08238257A JP H08238257 A JPH08238257 A JP H08238257A JP 8023317 A JP8023317 A JP 8023317A JP 2331796 A JP2331796 A JP 2331796A JP H08238257 A JPH08238257 A JP H08238257A
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stereo
guide
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taxi
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JP8023317A
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Donald W Kormos
ダブリュ．コーモス ドナルド
David W Piraino
ダブリュ．ピレイノ デイビット
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Cleveland Clinic Foundation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 離れた位置にある患者及びガイドの座標系と
画像の座標系との関係を得るステレオタクシシステム及
びステレオタクシ方法を提供する。 【解決手段】 ステレオタクシシステム及びステレオタ
クシ方法において、熱可塑性のメッシュのような外殻材
料（１２）が熱により柔らかくなり、その熱により柔ら
かくなった材料を引き伸ばし、被検体の軟領域、例えば
患者の胸部に合わせる。その材料は固められ、支持器
（１０）に取り付けられ（１４）、軟組織を強固に締め
つける。核磁気共鳴により映すことのできるマーカ（１
８）をその軟組織に接する外殻材料に取り付ける。核磁
気共鳴または他の撮像装置（２０）で患者を検査して三
次元画像表示を生成し、モニタ（３２）にディスプレイ
表示する。そのマーカを用い、エミッタ（４２）付きの
ワンド（４０）及びレシーバ（４４）及び座標系関連プ
ロセッサ（４８）により患者の座標系及びモニタに表示
する画像の座標系間の関係を決定または変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ステレオタクシシ
ステム及びステレオタクシ方法に関する。特に本発明
は、胸部外科医術に関するものであり、以下詳細な実施
例を用いて説明する。しかし、体組織の他の部分及び人
体または動物以外の被検体におけるステレオタクティッ
クな要領とともに、本発明を適用することもあることに
注目したい。
【０００２】
【従来の技術】人間の患者の選択された領域における３
次元の診断画像データは一般に、核磁気共鳴撮像装置、
ＣＴスキャナ及び他の医学的な診断機器とともに有効で
ある。これらの撮像様式では、１ミリメータまたはそれ
以上の解像度で構造の詳細を得る。非常に正確さが求め
られる様々なステレオタクシな要領が開発されてきた
が、生じる困難の一つとして、医学的な診断画像と患者
間の正確な空間的相関関係を正確に決定することが挙げ
られる。
【０００３】より詳細には、ステレオタクシは神経外科
医術の要領に関するものであった。神経外科医術は、ガ
イドニードルバイオプシ、シャントプレイスメント、病
巣または腫瘍を切除するためのクラニオトミのような、
非常に正確さが要求される数多くの要領を含む。メカニ
カルリングまたはフレームを患者の頭蓋骨に取り付けた
後に画像を得る。このことから「フレームド」ステレオ
タクシという名称がついた。皮膚を突き通し頭蓋骨に固
着する鋭い針またはピンを含む様々なハードウェア的な
固定方法を用いて、通常このフレームを患者に取り付け
た。そのフレームは、外科器具またはその外科器具用の
ガイドを患者に対して相対的に選択した位置に固定する
調整可能で固定可能な様々なハードウェア的な要素や角
度表示器等を含む「ローカライザ」を備えていた。診断
撮像を得ている間にローカライザが存在するので、その
ローカライザが結果画像に映った。従って、診断画像デ
ータ、フレーム、ローカライザ及び患者間の関係を正確
に知った。
【０００４】皮膚を突き通すメカニカルフレームを用い
る以外に決められた位置に動かないように頭を固定する
他の構造も提案された。そのように固定するものの一つ
には頭の後ろにパースペックスアクリリックでできたベ
ースプレートまたはサポートを含んだ。粗いメッシュの
マスクを患者の顔の上に広げ堅くベースに取り付けた。
個々の患者に正確に合わせるために、そのマスクを湯の
中で柔らかくなる熱可塑性の材料でつくり、患者の顔面
に合うように引き伸ばしまたは形作り、ベースに結合し
た。塑性のメッシュ材料は冷まされると凝固し、患者の
頭部はしっかりと固定された。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術の神経外科
用のフレームまたは他の固定するものは、その位置維持
システムの必須部分として頭蓋骨のような患者の内部の
骨格に頼った。内部の骨格のない胸部の組織は通常異な
るやり方で扱われた。Ｘ線造影検査のため一般に組織を
一組のプレート間に留め、患者を非常に不快にさせた。
バイオプシまたは切除の技法の一つでは、ステレオタク
ティックフレームをそのプレートと組み合わせ、放射線
技師がバーブドワイヤのついたプローブを病巣または腫
瘍に挿入し、切除またはバイオプシした。そのワイヤが
係止されるので、プレートを取り去った後でもその端部
はその位置を保持した。別の要領においてプレートを取
り去ると、外科医師は病巣または腫瘍へはそのワイヤを
たどった。この技法のもう一つの問題は、外科医師はし
ばしばそのワイヤでは病巣または腫瘍への最良のアプロ
ーチを決定することができなかった。一般に、そのプレ
ートは放射線技師のアプローチを抑制した。さらに、そ
のプレートにより生じる極度のゆがみにより、最良のア
プローチを選択するのに支障が生じた。
【０００６】Ｘ線造影におけるひとつの問題は、軟組織
のタイプを識別するのが困難であるということである。
女性の約８％にみられる「濃い（ｄｅｎｓｅ）」胸部組
織と病巣または腫瘍の間に一般に差異が小さい。以前の
治療による傷痕も腫瘍または病巣と区別するのが困難で
ある。
【０００７】核磁気共鳴は理想的には軟組織を検査した
り様々なタイプや状況を識別するのに適している。しか
しまた、軟組織及び結果画像間の正確な位置決めを維持
するために、ノンフェラスの放射線写真のスタイルのク
ランピングプレートを用いることが提案された。放射線
透視または核磁気共鳴撮像のいずれに用いるとしても、
クランピングプレートにも先に説明した問題がある。
【０００８】本発明は、上記問題を克服するステレオタ
クシシステム及びステレオタクシ方法を提供することを
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様によ
れば、撮像システムを用いて容積による電子画像表示を
生成するために、支持器上に支持された被検体の少なく
とも一部の軟部分を配置する前記撮像システムと、前記
撮像システムにより、容積による電子画像表示において
前記被検体の軟部分とともにマーカを映すことができる
ように、前記被検体の軟部分に対して相対的に固定され
た位置に配置された前記撮像システムにより撮像可能な
前記マーカと、前記容積による画像表示の選択された部
分を、人間が読み取ることができる前記被検体の軟部分
及び前記マーカのディスプレイ表示に変換する画像プロ
セッサと、前記容積による画像表示を人間が読み取れる
ように表示する座標系及び軟部分の座標系間の変換関係
を確定する座標変換と、経路を決めそれに沿って器具を
軟部分に挿入するためのガイドとを有するステレオタク
シシステムにおいて、引き伸ばすことが可能であり前記
軟部分に合うように状態が引き伸ばされ軟部分を動きに
抗して締めつけ前記支持器に対して相対的に固定される
ノンフェラスな外殻材料を特徴とするステレオタクシシ
ステムが提供される。
【００１０】前記外殻材料は、熱により柔らかくして前
記軟部分に合わせることができ、前記軟部分に合わせた
後は比較的固い状態になる熱可塑性のメッシュを適当に
含む。
【００１１】本発明の第２の態様によれば、ノンインベ
イシブな撮像システムにおいて、支持器上の被検体の少
なくとも一部の軟部分を配置し、前記軟部分に関してマ
ーカを取り付け、前記軟部分及び前記マーカの容積によ
る電子画像表示を生成し、前記容積による画像表示の選
択された部分を、人間が読み取ることができる前記被検
体の軟部分及び前記マーカのディスプレイ表示に変換
し、前記被検体の軟部分へ器具を挿入する経路を決める
ためのガイドを配置し、前記経路に沿って器具を挿入す
ることを含むステレオタクシ方法において、引き伸ばし
て状態を前記被検体の軟部分に合わせることができるノ
ンフェラスな外殻材料を適用して合わせ、動きに抗して
前記軟部分を締めつけ、前記支持器に対して相対的に前
記ノンフェラスな外殻材料を固定することを特徴とする
ステレオタクシ方法が提供される。
【００１２】本発明によるステレオタクシ方法では、前
記外殻材料は熱可塑性のメッシュであり、前記適用及び
合わせる工程に先立って前記熱可塑性のメッシュを熱し
て柔らかくしてから人間の体温以下に冷まし、前記適用
及び合わせる工程の後、前記熱可塑性の材料は堅く比較
的強固な状態になる。
【００１３】特に本発明に係るステレオタクシ方法の一
方法では、ノンインベイシブな前記撮像システムは核磁
気共鳴撮像システムであり、前記ガイド及び前記器具は
ノンフェラスであり、前記核磁気共鳴撮像システムにお
いて、前記器具を挿入する。
【００１４】特に本発明に係る一適用例では、前記軟部
分は人間の胸部である。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に添付図面を参照しながら、本
発明による１つのステレオタクシシステム及びステレオ
タクシ方法について説明する。
【００１６】図面を参照すると、患者の軟組織の部分に
おいてステレオタクティクな要領を行うシステムを用い
る際に、その患者を患者支持器１０の上で受け止める。
外殻材料１２の長方形のシートは一時的に柔らかくな
り、曲げたり伸ばしたりすることができる。好ましい実
施例では、外殻材料１２は温度約７０℃で柔らかくなる
熱可塑性の材料のメッシュである。材料１２を柔らかく
なるまで湯に入れまたは浸す。そしてその材料１２を湯
から取り出し、およそ体温まで冷ます。その材料１２を
引き伸ばして軟組織の領域に形作り、クランプまたは他
の取り付け手段１４により患者支持器の両サイドに取り
付ける。随意に、ベース１６を患者支持器と患者の間に
用意し、これに外殻材料１２を取り付ける（図３参
照）。その後、その材料１２は比較的堅い状態に凝固す
るかまたは凝固させられる。この好ましい実施例の熱可
塑性の材料は、冷めるに従い凝固する。しかし、冷水の
ようなものでその材料を冷やすことにより凝固を速めて
もよい。他の外殻材料も考えられる。例えば、石膏を注
入したガーゼ類の材料はウェットであり、場所にそって
形作り、ベースまたはテーブルに取り付け、硬化または
凝固する。もう一つの例を挙げると、とても堅いが柔軟
で弾力のあるメッシュを外殻材料にすることができる。
そのメッシュは十分に堅く、軟組織をしっかりとそれ自
身に対して相対的に固定させる。組織の領域に従って、
そのメッシュをもっと堅いプラスチックまたは他のノン
フェラスな差し入れ物により相互に連結させてもよい。
その差し入れ物を適切に隙間に入れ、その結果簡単に外
科的なアクセスができるようにする。
【００１７】いくつかの基点または他のマーカ１８を外
殻材料１２に取り付ける。基点１８は核磁気共鳴映像装
置により容易に検出できる物質をもつ。実施例の一つで
は、基点１８は中空の球体で、核磁気共鳴及びＸ線造影
によって検知しやすい物質で満たされ、Ｘ線または核磁
気共鳴の技法のどちらかまたは両方により患者を検査す
ることができる。対象の範囲のまわりに適当な参照点を
定められるように複数の基点１８を配置する。一般に、
少なくとも３個の基点１８を用いる。または、外殻材料
１２が相対的に一定間隔で核磁気共鳴で映すことが可能
なマーカを含んでもよい。もう一つの実施例では、外殻
材料１２自体が核磁気共鳴またはＣＴによって投影可能
なものでもよい。
【００１８】いったん、粘着性のようなもので基点１８
をとめ、患者支持器１０、患者及び外殻材料１２は核磁
気共鳴撮像システム２０に送られる。図示した実施例で
は、患者支持器１０を核磁気共鳴撮像システムのポール
２４間の動作用のトラックまたはガイドに取り付ける。
核磁気共鳴検査によって核磁気共鳴データを生成し、そ
のデータを再構成プロセッサ２６によって再構成し、容
積による映像表示を形成し、これを画像メモリ２８に格
納する。画像プロセッサ３０はオペレータコントロール
下で選択自在に容積画像メモリ２８にアクセスし、容積
により表現するものとともに、軸方向、矢状、冠状、斜
方または他のスライス画像、及び他の従来式に表示され
る核磁気共鳴によるもの及び診断画像を引き出す。画像
プロセッサ３０はビデオモニタ、ＬＣＤモニタ、または
ガスプラズマモニタのようなモニタ３２に接続される。
【００１９】いったん、核磁気共鳴検査が終了し、容積
による画像表示を生成し、患者を外科的な要領へ準備す
る。その外科的な要領は、核磁気共鳴装置に隣接したま
たは離れた場所にある核磁気共鳴検査装置においてまさ
に行われる。外殻材料は、患者を動かした後でも決まっ
た場所に軟組織を保持するので、かなり自由に患者を他
の場所に動かしてもよい。
【００２０】図示した実施例では、外科的な要領は核磁
気共鳴検査の位置で行われる。まず、電子画像表示の座
標系と患者の座標系を互いに関係づける。さらに、ワン
ド４０には複数のエミッタ４２が取り付けられている。
適当なエミッタは、発光ダイオード、レーザ、超音波ト
ランスデューサ、無線送信機等を含む。複数のレシーバ
４４を患者の隣に配置する。ワンド４０をいくつかの好
ましくは少なくとも３つの基点１８のそれぞれに配置
し、エミッタ４２は射出を行う。レシーバ４４は射出さ
れた信号を受信し、従来の三角測量、速度測定及びそれ
と同様の技術によりプロセッサ４６が、レシーバまたは
患者の座標系における基点１８それぞれによりワンド４
０の先端の位置を決定する。さらに、プロセッサ４６は
各エミッタ４２の位置を決定する。そのエミッタの位置
及び中心軸からエミッタ４２のオフセットからワンド４
０の中心軸に沿った経路を決定する。ワンド４０の大き
さが分かっているので先端の位置を容易に決定すること
ができる。または、アーティキュレーティッドメカニカ
ルアームのディジタイザを用いてもよい。座標変換（す
なわち座標系を変換する）手段４８により、患者及び画
像データの座標系間の関係を決定する。
【００２１】続いて図１及びさらに図２を参照すると、
腫瘍、病巣またはバイオプシまたは切除する他の組織の
位置を電子画像空間において決定する。すなわち、放射
線技師はモニタ３２の画像を診て腫瘍、病巣またはその
ようなものの位置を決定する。外科医師もモニタ３２の
画像を診て外科的なアプローチまたは経路を計画する。
ニードルのガイド５０のようなステレオタクシのガイド
を一般的に提案される経路に沿って患者支持器、例えば
ベース１６に取り付ける。一つの実施例では、そのガイ
ドはアクチュエイトされるエミッタ５２を有する。レシ
ーバ４４はガイドのエミッタ５２から射出された信号を
受信する。画像ジェネレータ５４により画像プロセッサ
３０はモニタ３２に画像を生成する。つまり、ガイド５
０から患者及びガイド５０上の予め選択した参照点を参
照する十字線へ直線経路を描く。さらに、その経路を変
換手段４８を通して画像プロセッサ３０に伝達し、参照
点を示す十字線と共にその経路をモニタ３２に表示す
る。
【００２２】もう一つの実施例では、ガイド５０はノン
フェラスであり、例えば５２に核磁気共鳴画像用の部分
マーカを有する。ガイド５０を患者及び生成された画像
とともに核磁気共鳴イメージャ２０に配置する。その５
２のマーカは、人間が読み取ることができる画像のディ
スプレイ表示に現れる。この実施例では、画像を生成す
ることにより、その５２のマーカの画像から経路及び参
照点を得る。
【００２３】外科医師は多数のスライス像及び画像を診
て、経路が病巣、腫瘍または他の対象の組織を横切るか
どうか、及び経路が適当な組織を通過するどうかを決定
する。例えば、主要な血管または動脈、損傷した組織、
骨等を避けて経路を選択する。一般に、ガイド５０を一
回またはそれ以上再配置するプロセスを繰り返すことに
より、適した経路を決定する。好ましくは、ガイド５０
を選択自由に位置づけられるように固定可能なジンバ
ル、ヒンジ等５８を含む支持器５６に、ガイド５０を移
動できるように保持する。
【００２４】いったん適当な経路を決定すると、外科医
師は、マウス６０のようなカーソルコントロールを動か
して、モニタ３２上のカーソル表示を移動する。測定装
置６２により、カーソルコントロールにより制御された
カーソルと十字線またはガイド上の参照点を示す他のも
のとの間の距離を計算する。そして、オペレータはバイ
オプシニードル６４または他の適当な外科的な手段を選
択する。カーソルと十字線との間の距離、すなわち腫瘍
等への距離に従って、ストッパ６６をセットする。そし
て、外科医師は、バイオプシニードルまたは他の外科的
な器具を適当な深さまで挿入し、バイオプシ、切除等の
作業を行い、そのニードルを引き抜く。処置後、従来の
医療方法に従って切開を終了し、外殻固定を取り外す。
【００２５】
【発明の効果】ノンフェラスなガイド及び外科的な器具
により、核磁気共鳴イメージャにおいて外科的な要領を
行う。また、患者及び患者支持器を離れた位置に移動し
てもよい。レシーバ４４一式を離れた位置に配置し、離
れた位置にある患者及びガイドの座標系と画像の座標系
との関係を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステレオタクシシステムの概略図
である。
【図２】図１のシステムで用いた１枚の外殻材料の詳細
を示す図である。
【図３】患者の固定及び図１のシステムにおける典型的
な外科的な用具の詳細を示す図である。
【符号の説明】
１０ 患者支持器 １２ 外殻材料 １４ クランプまたは他の取り付け手段 １６ ベース １８ 基点 ２０ 核磁気共鳴撮像システム ２４ ポール ２６ 再構成プロセッサ ２８ 容積画像メモリ ３０ 画像プロセッサ ３２ モニタ ４０ ワンド ４２ エミッタ ４４ レシーバ ４６ 位置／経路プロセッサ ４８ 座標変換プロセッサ ５０ ニードルガイド ５２ ガイドエミッタ ５４ 画像ジェネレータ ５６ 支持器 ５８ ジンバルまたはヒンジ ６０ マウス ６２ ディスタンスゲージ ６４ バイオプシニードル ６６ ストッパ
フロントページの続き (72)発明者 デイビット ダブリュ．ピレイノ アメリカ合衆国 オハイオ州 44120，シ ェイカー ハイツ，サズィントン ロード 2749

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 撮像システム（２０）を用いて容積によ
    る電子画像表示を生成するために、支持器（１０）上に
    支持された被検体の少なくとも一部の軟部分を配置する
    前記撮像システム（２０）と、 前記撮像システム（２０）により、容積による電子画像
    表示において前記被検体の軟部分とともにマーカ（１
    ８）を映すことができるように、前記被検体の軟部分に
    対して相対的に固定された位置に配置された前記撮像シ
    ステムにより撮像可能な前記マーカ（１８）と、 前記容積による画像表示の選択された部分を、人間が読
    み取ることができる前記被検体の軟部分及び前記マーカ
    （１８）のディスプレイ（３２）表示に変換する画像プ
    ロセッサ（３０）と、 前記容積による画像表示を人間が読み取れるように表示
    する座標系及び軟部分の座標系間の変換関係を確定する
    座標変換（４８）と、 経路を決めそれに沿って器具（６４）を前記軟部分に挿
    入するためのガイド（５０）とを有するステレオタクシ
    システムにおいて、 引き伸ばすことが可能であり軟部分に合うように状態が
    引き伸ばされ軟部分を動きに抗して締めつけ前記支持器
    （１０）に対して相対的に固定されるノンフェラスな外
    殻材料（１２）を特徴とするステレオタクシシステム。
  2. 【請求項２】 選択した方針における前記ガイド（５
    ０）を前記被検体に対して相対的に選択自在に取り付け
    るための調整可能なメカニカルマウンティング（５６）
    と、 射出信号を送るためにガイド（５０）に配置されたエミ
    ッタ（５２）と、 前記エミッタ（５２）からの信号を受信するレシーバ
    （４４）と、 前記ガイド（５０）上の少なくとも一つの特定の点の位
    置及び前記ガイドによって決められる経路を決定するた
    めに前記レシーバ（４４）に接続した位置プロセッサ
    （４６）とを含み、 前記位置プロセッサ（４６）は、前記ガイド（５０）及
    び前記経路上の特定の点を人間が読み取ることができる
    ディスプレイ表示の画像座標系へ変換する前記座標変換
    手段（４８）に連結し、 さらに人間が読み取ることができる前記経路及び前記特
    定の点のディスプレイ表示を生成する前記画像プロセッ
    サ（３０）に連結し、 さらに、前記ガイド（５０）によって収容される器具
    （６４）を含む請求項１記載のステレオタクシシステ
    ム。
  3. 【請求項３】 前記外殻材料（１２）は、熱により柔ら
    かくして前記軟部分に合わせることができ、前記軟部分
    に合わせた後は比較的固い状態になる熱可塑性のメッシ
    ュを含む請求項１または２に記載のステレオタクシシス
    テム。
  4. 【請求項４】 ノンインベイシブな撮像システム（２
    ０）において、支持器（１０）上の被検体の少なくとも
    一部の軟部分を配置し、 前記軟部分に関してマーカ（１８）を取り付け、 前記軟部分及び前記マーカ（１８）の容積による電子画
    像表示を生成し、 前記容積による画像表示の選択された部分を、人間が読
    み取ることができる前記被検体の軟部分及び前記マーカ
    （１８）のディスプレイ（３２）表示に変換し、 前記被検体の軟部分へ器具を挿入する経路を決めるため
    のガイド（５０）を配置し、 前記経路に沿って器具（６４）を挿入することを含むス
    テレオタクシ方法において、 引き伸ばして状態を前記被検体の軟部分に合わせること
    ができるノンフェラスな外殻材料（１２）を適用して合
    わせ、 動きに抗して前記軟部分を締めつけ、前記支持器（１
    ０）に対して相対的に前記ノンフェラスな外殻材料（１
    ２）を固定することを特徴とするステレオタクシ方法。
  5. 【請求項５】 前記被検体の軟部分に適用及び合わせた
    後、前記ノンフェラスな材料（１２）は固い外殻になる
    請求項４記載のステレオタクシ方法。
  6. 【請求項６】 前記外殻材料（１２）は熱可塑性のメッ
    シュであり、 前記適用及び合わせる工程に先立って前記熱可塑性のメ
    ッシュを熱して柔らかくしてから人間の体温以下に冷ま
    し、 前記適用及び合わせる工程の後、前記熱可塑性の材料は
    堅く比較的強固な状態になる請求項５記載のステレオタ
    クシ方法。
  7. 【請求項７】 ノンインベイシブな前記撮像システム
    （２０）は核磁気共鳴撮像システムであり、 前記ガイド（５０）及び前記器具（６４）はノンフェラ
    スであり、 前記核磁気共鳴撮像システム（２０）において、前記器
    具（６４）を挿入する請求項５または６に記載のステレ
    オタクシ方法。
  8. 【請求項８】 前記核磁気共鳴撮像システムにおいて少
    なくとも前記ガイド（５０）の部分を映すことが可能で
    あり、 前記ガイド（５０）を前記被検体の軟部分とともに映し
    て、前記人間が読み取ることのできるディスプレイ表示
    の座標系及び前記被検体の軟部分及び前記ガイド（５
    ０）の座標系間の関係を確定する請求項７記載のステレ
    オタクシ方法。
  9. 【請求項９】 前記被検体を離れた位置に動かした後に
    前記器具を挿入する請求項５から８のいずれか１項に記
    載のステレオタクシ方法。
  10. 【請求項１０】 前記軟部分が人間の胸部である請求項
    ５から９のいずれか１項に記載のステレオタクシ方法。
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