JPH08509393A - 外科的処置を策定、制御する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 外科的処置を策定、制御する方法において、手術部位を定める。侵入なく求まる構造データから手術部位の少なくとも１つの目標像を作成し、切開面の策定の基礎とする。次いで、処置中に手術部位の実像に重畳されるか又は手術部位自体に投影される策定切開面の像を作る。切開面の策定に際して、３次元目標像に依拠する。目標像に重畳される３次元切開面像を、各種撮像のデータからコンピュータによって作成する。撮像は、手術部位の断層像とする。目標像の作成時、手術部位のコンピュータ断層、核磁気共鳴、超音波およびまたはＸ線による撮像を評価する。目標像をデータ処理装置（ＤＶＡ）に記憶する。処置の策定のために、目標像を像再生装置に表示する。切開面像は、目標像に重畳され、目標像から視覚的に際立たされる。切開面は、透明なまたは半透明な線として表示する。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の名称］ 外科的処置を策定、制御する方法 ［産業上の利用分野］ 本発明は、外科的処置を策定、制御する方法であって、手術部位を定め、侵入 なく把握できる構造データから手術部位の少なくとも１つの目標像を作成し、上 記目標像に依拠して、処置中に組織を切離すべき少なくとも１つの切開面を策定 する形式のものに関する。 ［従来の技術］ 複雑な外科的処置の準備のため、通常、処置中の処置態様をあらかじめ策定し 、処置をシミュレートし、処置中に組織を切離すべき切開面を理論的に決定する 。この場合、基準として、切離される健全な組織をできる限り少なくし、傷つき 易い構造体（例えば、大きい脈管または神経）に触れないようにすべきである。 このため、一般に、まず、手術部位を定め、コンピュータ断層写真図、Ｘ線像お よび手術部位のあらかじめ作成した写真に依拠して、最適の切開面を定め、切開 面近傍の潜在的な危険範囲を検討し、写真に記録する。 しかしなから、切開面の策定に際して依拠する写真は、二次元であるので、立 体的条件に移行するには、多大の経験および表象力（Vorstellungskraft）が必 要である。更に、切開面の概ね複雑な形状を脳裏に刻むこ とは困難であり、従って、処置中、最適切開面から何回も不測に逸れることにな る。 従って、骨切除の場合に特に、処置中、実際の切開面ガイドと比較するため且 つ策定した切開面からの不測の偏移をできる限り避けるため、予め策定した切開 面に依拠できなければならない。 ［発明が解決しようとする課題］ 従って、本発明の課題は、策定した切開操作と処置中に実施した切開操作との 間により大きい一致を達成できる冒頭にのべた方法および装置を開発することに ある。 ［課題を解決するための手段］ この課題は、方法に関しては、本発明にもとづき、策定した切開面の像を作成 し、処置中、手術部位の実像（Ist-Abbildung）に重畳させるかまたは手術部位 自体に投影することによって、解決される。かくして、外科医は、本発明にもと づき、所与の視覚的情報に対応してメスまたは他の切断器具を移動し、切開面像 に依拠して切開操作を制御できる。 ［好適な実施の形態］ 本発明の好ましい実施形態の場合、切開面の従来の策定法（ないし計画法Plan ung）とは異なり、コンピュータを使用してコンピュータ断層撮影検査、核磁気 （スピン）共鳴検査、超音波検査、Ｘ線検査またはホロ グラフィー検査またはこの際に得られる手術部位の断層撮影を評価することによ って得られる構造データから、同じく、コンピュータによって作成した３次元目 標像（ないし基準像Soll-Abbildung）に依拠する。これらの３次元目標像は、例 えば、（切開面）モニタに表示でき、手術部位の全深さにわたって切開面の配置 の策定を可能とする。 本発明の別の好ましい実施形態にもとづき、例えば、切開面の点座標を入力し て、目標像に重畳された３次元切開面像をモニタに作成する。この場合、各パラ メータを変更して上記切開面を最適化でき、切開面の複数の配置可能性をデータ ユニットとして記憶し、必要に応じて、再び、呼出すことができる。本発明の有 利な実施形態の場合、切開面の３次元像を３Ｄ−データユニットとして記憶し、 かくして、同じく必要に応じて呼出すことができる。 この場合、処置中、目標像を策定した切開面とともにまたは切開面自体および 傷つき易い構造体（例えば、大きい脈管、神経、等）の指示線を外科医の視界に 、例えば、切開面モニタまたは投影スクリーンに表示または手術部位自体に投影 でき、かくして、組織切開を実施する際に外科医のガイドラインおよび管理手段 として利用できる。目標像および切開面を（切開面）モニタまたは投影スクリー ンに表示すれば、手術部位自 体上の投影に比してより明確な像が得られるが、実際の切開操作を完全に制御で きるのは、もちろん、本発明にもとづき提案の如く、上記目標像に手術部位の実 像を重畳（unterlagern）させた場合に限られる。この場合、外科医は、例えば 、リアルタイムで組織を切開する際、策定した切開面に沿って器具を操作してい るか否かをチェックできる。 座標および尺度に関して正確な切開面、目標像および実像の重畳を保証するた め、本発明の別の好ましい実施形態にもとづき、手術部位を、例えば、ビデオカ メラで撮影し、ビデオ像信号を像処理ユニットに供給し、次いで、データユニッ トの形でデータ処理装置に伝送し、上記データ処理装置において、リアルタイム で目標像のデータユニットと比較し、座標シフトおよひ／または尺度差の補償を 可能とするために関連係数を計算することによって、切開面および／または目標 像を実像と合致させることを提案する。次いで、実像と一致させた目標像を実像 と重畳状態で切開面モニタに表示する。この場合、手操作で、相互作用がなされ るよう斜視図を適合させることができる。 本発明の有利な実施形態にもとづき、処置前または処置中に所定の座標系で手 術部位の空間位置（Raumlage）を測定し、測定データをデータ処理装置に入力す ることによって、目標像および実像の関連づけ を簡単化できる。 手術部位の実像は、切開面モニタまたは投影スクリーンに表示する場合も、目 標像または切開面像と同様に３次元であれば有利であるので、本発明の別の好ま しい実施形態にもとづき、実像について、特殊メガネを着用した外科医が実像を 立体的に見ることができる手術部位の立体像を作成することを提案する。このよ うな立体図は、例えば、手術部位を２つの並置のビデオカメラによって撮影する ことによって作成できる。この場合、切開面モニタまたは投影スクリーンに１つ または別のカメラの像が交互に迅速に結像され、外科医は、同期制御され各眼の 視界を同一順次で交互にブロッタさせるＬＣＤメガネを使用して、手術部位の実 像を３次元立体像として見ることができる。 手術部位上に直接に目標像および切開面を投影する場合、これらは、同じく、 例えば、対応して偏向されたレーザビームまたはビデオ投影管によって作成した ２つの曲線群を重畳させることによって、手術部位上に立体投影像として表示で き、かくして、特殊メガネで観察する場合、組織内の切開面の深さ方向を可視化 できる。この場合、外科医は、メスまたは別の切断器具を３次元で表示した切開 面に沿って直接に操作できる。後者の場合、例えば、目標像についてアナグリフ 表示を選択することもできる。この場合、手術部位に、 目標像または切開面の赤・緑・像を重畳させる。この像は、対応する赤・緑・メ ガネで観察すれば、立体像として見える。 目標像および切開面像について、処置中に外科医の視野に本質的に対応する方 向から表示を選択するのが有利である。別の方式の場合、目標像または切開面を 常に平面図として上方から結像する。なぜならば、この場合、像は、手術部位に 関する外科医の位置とは無関係であるからである。 本発明の有利な実施形態の場合、処置中に外科医が操作する器具の位置を引き 続き（fortlaufend）求め、実像に一致された目標像において切開面の位置と比 較する。策定した切開面に対する器具の偏移は、例えば音響的または光学的信号 によって外科医に報知され、かくして、外科医は、所望の場合、切開操作を修正 できる。偏移を表示する代わりに、策定した切開面に沿う器具の運動をデータ処 理装置で制御される器具ガイド（案内手段、Instrumentenfuehrung）によって支 援し、器具が目標位置から外れた場合には、上記器具ガイドによって、外科医が 器具に作用する力に対抗させて、策定した切開面に器具をもどすかまたは切開面 の所定の公差範囲内に器具を保持するよう対応して計算された力を加えることが できる。外科医が、シミユレートした処置と比べて異なる処置に対して迅速に応 答でき るよう、器具案内作用の影響を制御可能にするのが目的に適う。 装置に関して、本発明の課題は、あらかじめ把握した構造データから手術部位 の少なくとも１つの目標像を作成し、目標像にもとづき策定した処置中に組織を 切離すべき少なくとも１つの切開面とともに記憶できるデータ処理装置（ＤＶＡ ）と、処置中に手術部位に切開面および／または目標像を投影するための少なく とも１つの像再生装置とを設けることによって、解決される。目標像を手術部位 自体と正確に一致させるため、本発明の好ましい一実施形態にもとづき、目標像 および手術部位の尺度および座標を関連づけるためにデータ処理装置に測定デー タを入力できる手術部位測定装置を設ける。 さらに別の実施形態として、本発明の課題は、少なくとも、手術部位の連続的 目標像を作成する少なくとも１つの撮像装置と、あらかじめ把握した構造データ から手術部位の少なくとも１つの目標像を作成し、目標像にもとづき策定した、 処置中に組織を切離すべき少なくとも１つの切開面とともに記憶できるデータ処 理装置（ＤＶＡ）と、実像に重畳される切開面および／または目標像を表示する ための少なくとも１つの像再生装置とを含む装置によって解決される。本発明の 有利な実施形態にもとづき、更に、目標像を重畳させ た少なくとも１つの切開面の座標を読取る装置（例えば、スキャナ）を設ける。 撮像装置には、像処理ユニットに接続し、上記像処理ユニットによって手術部 位の記録された像を電子データに変換し、ＤＶＡに供給し、ここで目標像のデー タユニットと比較し、座標ゼロ点、座標軸の方向および尺度に関して、目標像お よび切開面を実像と一致させるのが目的に適う。 本発明の別の有利な実施形態にもとづき、切開面の３次元像および／または３ 次元目標像に重畳させ得る切開面の立体的実像を記録する少なくとも２つの撮像 装置を設ける。 本発明の別の有利な実施形態にもとづき、像再生装置をモニタとして構成し、 処理中に外科医の視界内に配置する。 以下、実施例を参照して、本発明を詳細に説明する。 ［実施例］ 人体の頭蓋の腫瘍を除去する外科的処置を策定、準備する場合、まず、コンピ ュータ断層撮影装置（Tomogragh）および／または核磁気共鳴（ＭＲＩ）断層撮 影装置によって、頭蓋の一連の断層撮像を作成する。この場合、各撮像が、それ ぞれ、１つの層を表し、各層は、僅かな間隔を置いて平行に重畳して位置する。 この場合、断層撮影装置によって求めた測定データを データ処理部に送り、上記測定データから、対応するソフトウエアによって、手 術部位を定めた後、手術部位、即ち、腫瘍を有する頭蓋範囲の３次元目標像を作 成する。更に、次いで、例えば、頭蓋の超音波検査、Ｘ線検査またはホログラフ ィ検査の結果の評価から得られる別の構造データを入力できる。 次いで、手術部位の３次元像をモニタ上にグラフィック表示し、処置の策定ま たはシミュレーションの基礎として使用する。 処置の策定（計画）時、上記検査の結果を考慮して、脳の病的変質部を検出し 、処置中に組織を切離すべき切開面を確認する。この場合、一方では、切除され る健康な組織ができる限り少なく、他方では、損傷を受け大きい脈管ができる限 り少ないよう、切開面を配置する。後者の達成のため、切開面の近傍にある脈管 を３次元目標像において着色して際立たせるか、指示線によって特徴づけること ができる。 切開面自体を目標像に重畳させて表示するため、例えば、モニタの目標像に重 畳させた座標系において切開面の座標を求め、データ処理装置（ＤＶＡ）に座標 を入力することによって、切開面を着色して際立たせるか、透明なまたは交叉す る（durchschneidend）面とし、目標像に収録できる。この場合、しかしなから 、専ら目標像の尺度および座標系におけるの切開面のみを含 むデータユニットを作成するのが目的に適う。 切開面を入力する別の可能性（仕方）では、手術部位の３次元像を二次元断層 像に分解する。この場合、平坦な切開面も湾曲した切開面も入力できる。次いで 、二次元断層図に、それぞれ、グラフィック入力媒体（例えば、グラフィック・ タブレットGrafiktablett）によって、対応する断層図に切開面を再生する曲線 の線分（Kurvenzug）を入力する。次いで、読取った切開線の和から、再び、目 標像に重畳する３次元切開面像を作成できる。 最適な切開操作を達成するため、３次元目標像を、例えば、空間内で回転し、 セクションを拡大または縮小できる。 処置の策定後、目標像および切開面像の３次元（３Ｄ）−データユニットを記 憶する。この場合、切開面は、別個に且つまた同時に呼出すことができる（よう ）各面要素に分解して記憶するのが好ましい。 次いで、本来の処置の開始前に、患者の頭を操作（手術、Operation）顕微鏡 の下方の台（Anflage）に全方向へ不動なよう固定し、台の不動の座標系に対し て測定する。この場合、頭蓋の所定の特性点の空間座標を求める。 上記座標点をデータ処理装置に入力し、目標像および切開面の座標系を台の不 動の座標系と一致させるた め、相互の関連係数（Korrelationsfaktoren）を計算する。 操作顕微鏡に取付けたセンサは、顕微鏡を介する手術部位の視野方向および調 節された倍率を求め、これらのデータを同じくデータ処理装置に伝送する。 次いで、上記データから、修正した目標像と、さらに、座標ゼロ点、座標軸の 方向、尺度および視野方向に関して操作顕微鏡のアイピースに見える実像に正確 に対応する切開面の修正像とを作成する。 次いで、切開面の修正像または修正した目標像を操作顕微鏡の光路に投影して アイピース内に見える実像に重畳させることができる。この場合、修正した目標 像および切開面の修正像を像再生装置に表示し、次いで、再生像を実像と重畳さ せてアイピースを介して外科医の眼に入射されるよう投影する。 操作顕微鏡を立体顕微鏡として構成した場合、対応して、各アイピースを介す る視野に対応する、２つの修正した目標像と切開面の２つの修正像とを作成でき る。各アイピースに各修正像を投影することによって、手術部位の立体実像に立 体目標像または切開面の立体図を重畳させることができる。この場合、組織構造 体内の切開面または切開面要素の深さ方向をヴィジュアルに見ることができる。 従って、外科医は、表示された視覚的情報に対応して手術部位において器具を位 置 決めし、移動できる。 操作顕微鏡のアイピースを介して見える手術部位をビデオカメラで連続的に記 録し、記録像をリアルタイムで像処理ユニットに供給し、像処理ユニットの出力 からデータ処理装置にデータを供給し、切開面像と連続的に比較することによっ て、切開操作の制御を改善できる。外科用器具が所定の切開面から逸れた場合、 外科医に、光学的または音響的警報信号によって、偏移を指示できる。更に、外 科医により使用される器具について、データ処理装置によってリアルタイムで制 御され、外科医にすべての運動の実施を委ねるが、しかし策定した切開操作に若 干の公差内で対応する運動路に運動を制限する器具ガイド装置（Instrumenten-f uehrung）を使用できる。 この場合、器具ガイド装置には、例えば、電気的、空気圧的または液圧的に作 動されるサーボ機構を介して、外科医が加える切開力成分とは逆方向へ向き偏移 量に対応して変化する力成分を加えることができる。 本方法は、そこへあらかじめ作成した個々の移植片（Implantat）が次いで挿 入されるべき、疾患骨範囲の切除において特に重要である。ＣＡＤを使用する移 植組織の製造プロセスによってかまたは走査によって得られる、移植片の骨に対 する境界面の空間的データは、この場合、骨切除によって形成される切開面をな す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．外科的処置を策定、制御する方法であって、手術部位を定め、侵入なく把握 できる構造データから手術部位の少なくとも１つの目標像を作成し、上記目標像 に依拠して、処置中に組織を切離すべき少なくとも１つの切開面を策定する形式 のものにおいて、次いで、策定した切開面の像を作成し、処置中に手術部位の実 像に重畳するかまたは手術部位自体に投影することを特徴とする方法。 ２．３次元の目標像に依拠して切開面を策定することを特徴とする請求項１の方 法。 ３．目標像に重畳する切開面の３次元像を作成することを特徴とする請求項１ま たは２の方法。 ４．作成した各種撮像から、コンピュータを使用して、目標像を作成することを 特徴とする請求項１〜３の１つに記載の方法。 ５．手術部位の撮像をそれぞれ重畳する層の像（断層像）にすることを特徴とす る請求項４の方法。 ６．目標像の作成時に、手術部位のコンピュータ断層像、核磁気共鳴撮像、超音 波撮像およびまたはＸ線撮像を評価することを特徴とする請求項１〜５の１つに 記載の方法。 ７．目標像をデータユニットとしてデータ処理装置（ ＤＶＡ）のメモリに記憶させることを特徴とする請求項１〜６の１つに記載の方 法。 ８．処置の策定のため、目標像を像再生装置に表示することを特徴とする請求項 １〜７の１つに記載の方法。 ９．切開面の像を目標像に重畳させることを特徴とする請求項１〜８の１つに記 載の方法。 １０．切開面を目標像から視覚的に際立たせることを特徴とする請求項１〜９の １つに記載の方法。 １１．切開面を透明なまたは半透明な線として表示することを特徴とする請求項 １〜１０の１つに記載の方法。 １２．切開面の像をデータユニットとして記憶することを特徴とする請求項１〜 １１の１つに記載の方法。 １３．切開面の３次元像を３次元データユニットとして記憶することを特徴とす る請求項１〜１２の１つに記載の方法。 １４．策定した切開面の像を実像と一致させることを特徴とする請求項１〜１４ の１つに記載の方法。 １５．手術部位の像を像処理ユニットの操作顕微鏡の光路に供給し、次いで、そ こからデータ処理装置（ＤＶＡ）のデータユニットとして伝送することを特徴と する請求項１〜１４の１つに記載の方法。 １６．手術部位の範囲を少なくとも１つのビデオカメラで撮影し、撮像を像処理 ユニットに供給し、次いで、 データユニットとしてデータ処理装置（ＤＶＡ）に伝送することを特徴とする請 求項１〜１４の１つに記載の方法。 １７．手術部位の連続像を像処理ユニットに供給することを特徴とする請求項１ ５または１６の方法。 １８．２つの並置のビデオカメラによって、手術部位の立体像を作成することを 特徴とする請求項１５〜１７の１つに記載の方法。 １９．像処理ユニットから伝送されたデータユニットをデータ処理装置（ＤＶＡ ）において目標像のデータユニットと比較することを特徴とする請求項１５〜１ ８の１つに記載の方法。 ２０．処置前に、所定の座標系において手術部位の立体的位置を測定することを 特徴とする請求項１〜１９の１つに記載の方法。 ２１．実像および目標像の座標系およびまたは尺度を一致させるため、関連係数 を計算することを特徴とする請求項１〜２０の１つに記載の方法。 ２２．対応して修正され、実像と一致させた切開面像をコンビュータを使用して 作成することを特徴とする請求項２１の方法。 ２３．次いで、修正した切開面像を操作顕微鏡の光路に投影することを特徴とす る請求項２０または２１の方法。 ２４．次いで、修正した切開面像を像表示装置において実像と重畳状態に再生表 示することを特徴とする請求項２０または２１の方法。 ２５．次いで、修正した切開面像を手術部位の範囲に投影することを特徴とする 請求項２０または２１の方法。 ２６．処置者により、切開面の立体像を作成する装置を介して、投影された切開 面が観察されることを特徴とする請求項１〜２５の１つに記載の方法。 ２７．所定の座標系に対する処置時に使用する少なくとも１つの外科的器具の立 体的位置を連続的に又は間欠的に測定することを特徴とする請求項１〜２６の１ つに記載の方法。 ２８．器具が切開面から外れた場合、音響的または光学的警報信号が作動される ことを特徴とする請求項２７の方法。 ２９．データ処理装置（ＤＶＡ）により制御される器具ガイド装置によって、切 開面に沿う器具の案内を支援することを特徴とする請求項２７または２８の方法 。 ３０．切開面以外に、傷つき易い組織部分（例えば、脈管、神経、等）の少なく とも１つの指示線および／または少なくとも１つの切除線をデータユニットとし て記憶し、実像を重畳状態で再生するか手術部位に投影することを特徴とする請 求項１〜２９の１つに記載 記載の方法。 ３１．特に、請求項１〜３０の１つに記載の方法を実施するための、外科的処置 を策定、制御する装置において、あらかじめ求めた構造データから手術部位の少 なくとも１つの目標像を作成し、目標像にもとづき策定した処置中に組織を切離 すべき少なくとも１つの切開面の目標像とともに記憶できるデータ処理装置（Ｄ ＶＡ）と、処置中に手術部位に切開面およびまたは目標像を投影するための少な くとも１つの像再生装置とを特徴とする装置。 ３２．手術部位を測定する装置を特徴とする請求項３１の装置。 ３３．像再生装置が、迅速に相互に重畳される２つの像半部を作成することを特 徴とする請求項３１または３２の方法。 ３４．像再生装置と同期制御される、処置者のための立体ビデオ表示ユニットを 特徴とする請求項３３の装置。 ３５．目標像およびまたは切開面像を投影するレーザを特徴とする請求項３１〜 ３４の１つに記載の装置。 ３６．目標像およびまたは切開面像を投影する２つのビデオ投影管を特徴とする 請求項３１〜３４の１つに記載の装置。 ３７．データ処理装置（ＤＶＡ）によって制御される 投影像偏向装置を特徴とする請求項３１〜３６の１つに記載の装置。 ３８．特に、請求項１〜３０の１つに記載の方法を実施するための、外科的処置 を策定、制御する装置において、手術部位の連続的実像を作成する少なくとも１ つの撮像装置と、あらかじめ求めた構造データから手術部位の少なくとも１つの 目標像を作成し、少なくとも１つの策定した切開面とともに記憶できかつ実像と 一致させることができるデータ処理装置（ＤＶＡ）と、実像に重畳される切開面 およびまたは目標像を表示するための少なくとも１つの像再生装置とを特徴とす る装置。 ３９．目標像と重畳させて表示された少なくとも１つの切開面の座標を読取る装 置を特徴とする請求項３１〜３８の１つに記載の装置。 ４０．手術部位の立体的実像を作図するための少なくとも２つの撮像装置を特徴 とする請求項３８または３９の装置。 ４１．撮像装置に接続された像処理ユニットを特徴とする請求項３８〜４０の１ つに記載の装置。 ４２．像再生装置が、処置実施者の視界内に設けてあることを特徴とする請求項 ３８〜４１の１つに記載の装置。 ４３．像再生装置がモニタであることを特徴とする請 求項３８〜４２の１つに記載の装置。 ４４．目標像およびまたは切開面を顕微鏡の光路に投影する手段を有する操作顕 微鏡を特徴とする請求項３１〜４４の１つに記載の装置。 ４５．座標位置を測定する測定装置と結合される少なくとも１つの外科用器具を 特徴とする請求項３１〜４４の１つに記載の装置。 ４６．データ処理装置（ＤＶＡ）によって制御される器具ガイド装置と結合され る少なくとも１つの外科用器具を特徴とする請求項３１〜４５の１つに記載の装 置。