JPH09187446A - 手術支援用透視画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】手術部位の各組織の位置と穴明け処置具や固定
具等との位置関係を明確に把握することができ、手術者
に高度な推定技術を必要としない。 【解決手段】カーソル操作部１４により指定された処置
器具の輪郭を左用画像及び右用画像毎に抽出する輪郭抽
出部１５と、この輪郭抽出部１５により抽出された各輪
郭を左用画像及び右用画像毎に延長操作部１６-1により
指定された距離だけ移動させた時の想定される輪郭を作
成する輪郭延長部１６と、左用画像及び右用画像毎に左
用画像メモリ６及び右用画像メモリ７に格納された画像
データと輪郭延長部１６により作成された想定輪郭の描
画データとを重ね合せる左用張り合せ部８及び右用張り
合せ部９とを設けたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被検体の治療部
位を透視する透視装置から供給される透視画像をリアル
タイムに表示する手術支援用透視画像表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】整形外科手術等において、手術者( 手術
担当医 )が手術を行うときに、Ｘ線や超音波等の撮像装
置( 透視装置 )を使用して、被検体の手術部位透視像を
収集し、その透視画像をディスプレイ等の表示画面に表
示して、手術を支援する手術支援用透視画像表示装置が
知られている。

【０００３】具体的には、例えば、被検体の手術部位に
Ｘ線を曝射し、この手術部位を透過したＸ線像をイメー
ジインテンシファイヤで光画像に変換し、この光画像を
テレビカメラで収集して、モニタに表示するＸ線テレビ
装置がある。このＸ線テレビ装置は、例えば整形外科手
術における骨とネジやピン等の固定具の位置関係を把握
するために使用されている。

【０００４】また、ステレオ透視という技術が知られて
いる。例えば２つの焦点位置から交互にＸ線を１つの被
検体の観察部位に曝射し、一方の焦点位置からＸ線を曝
射したときに得られた画像を右眼で観察し、他方の焦点
位置からＸ線を曝射したときに得られた画像を左眼で観
察することにより、観察部位のＸ線画像を立体的に観察
することができる。循環器系の診断において、複雑な立
体構造を持つ血管の走行を把握するために使用されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】整形外科の手術では、
ドリル等の穴あけ処置具により骨に貫通穴をあける場合
があるが、貫通穴をあける前に骨のどの位置に貫通穴が
あくかを立体的に推定することは難しく、所望の位置に
貫通穴をあけるためには、手術者に高度な推定技術が必
要であるという問題があった。また、ピンや鋼線のよう
な固定具を刺入する場合があるが、ピンや鋼線がどのよ
うに刺入されるか立体的に推定することは難しく、所望
の状態になるように固定具を刺入するために、手術者に
高度な推定技術が必要であるという問題があった。

【０００６】すなわち、従来の手術支援用透視画像表示
装置で表示される画像では、手術部位の各組織と穴あけ
処置具や固定具等との位置関係が明確に把握できないと
いう問題があり、この問題により、穴明け処置具や固定
具等の移動状態について手術者に高度な推定技術が必要
であるという問題があった。そこでこの発明は、手術部
位の各組織の位置と穴明け処置具や固定具等との位置関
係を明確に把握することができ、手術者に高度な推定技
術を必要としない手術支援用透視画像表示装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１対応の発明は、
被検体の治療部位を透視する透視装置から供給される透
視画像を時間経過と共に表示する手術支援用透視画像表
示装置において、透視画像内で移動する処置器具を抽出
する抽出手段と、抽出手段により抽出された処置器具の
挿入方向を確認するためのグラフィックを透視画像に合
成する画像合成手段とを備えたものである。

【０００８】請求項２対応の発明は、被検体の治療部位
を２つの方向から透視するステレオ透視装置から供給さ
れる２つの透視画像をステレオ透視画像としてリアルタ
イムで表示する手術支援用透視画像表示装置において、
２つの透視画像内で移動する処置器具をそれぞれ抽出す
る抽出手段と、抽出手段により抽出された処置器具の挿
入方向を確認するためのグラフィックを２つの透視画像
にそれぞれ合成する画像合成手段とを備えたものであ
る。

【０００９】請求項３対応の発明は、請求項１及び請求
項２のいずれか１項対応の発明において、画像合成手段
は、処置器具の移動に伴ってリアルタイムで合成するグ
ラフィックの位置を移動するものである。

【００１０】請求項４対応の発明は、請求項１及び請求
項３のいずれか１項対応の発明において、抽出手段は、
処置器具の輪郭を抽出するものであり、画像合成手段は
抽出手段により抽出した輪郭に沿って延長した線をグラ
フィックで合成するものである。

【００１１】請求項５対応の発明は、請求項１及び請求
項４のいずれか１項対応の発明において、抽出手段によ
り抽出した処置器具に対する移動量を設定する設定手段
を備え、画像合成手段は、抽出手段により抽出した処置
器具に対し設定手段により設定された移動量だけ移動さ
せたグラフィックを合成するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図１は、この発明を適用したス
テレオ透視システムの概略の構成を示す機能ブロック図
である。１は、被検体の手術部位( 被写体 )２へＸ線を
曝射する２つの焦点を備えたステレオＸ線管球である。
このステレオＸ線管球１は、Ｘ線制御部３の制御によ
り、後述するように、予め設定された周期で上記焦点を
交互に切り換えてＸ線を前記手術部位２へ曝射する。

【００１３】この手術部位２を透過したＸ線( Ｘ線像 )
は、イメージ・インテンシファイヤ４に入射される。こ
のイメージ・インテンシファイヤ４では、入射されたＸ
線像が光画像に変換されてテレビカメラ５へ出力され
る。このテレビカメラ５は、前記イメージ・インテンシ
ファイヤ４から出力された光画像を収集する( 電気信号
( 撮像信号 )に変換する )。なお、前記Ｘ線制御部３
は、前記テレビカメラ５が１画面の走査を終了してブラ
ンキング期間に入ると、Ｘ線を曝射する焦点が切換わる
ように前記Ｘ線管球１の焦点の切換制御を行う。

【００１４】前記テレビカメラ５により収集された１画
面分の撮像信号は、前記ステレオＸ線管球１の焦点を切
り換える制御に対応して、左用画像メモリ６と右用画像
メモリ７とに交互に画像データとして格納されるように
なっている。すなわち、前記ステレオＸ線管球の一方の
焦点( 左用焦点 )からＸ線を前記手術部位２に曝射した
時に、テレビカメラ５により収集された１画面分の撮像
信号は前記左用画像メモリ６に画像データとして格納さ
れ、前記ステレオＸ線管球の他方の焦点( 右用焦点 )か
らＸ線を前記手術部位２に曝射した時に、テレビカメラ
５により収集された１画面分の撮像信号は前記右用画像
メモリ７に画像データとして格納される。

【００１５】前記左用画像メモリ６及び前記右用画像メ
モリ７に格納された各画像データは、それぞれ左用張り
合わせ部８及び右用張り合わせ部９で描画データとして
重ね合わされる。切換制御部１０は、前記左用張り合わ
せ部８と前記右用張り合わせ部９で重ね合わせられた描
画データを予め設定された周期で切り換えてモニタ１１
に表示すると共に、その周期に同期してシャッタ眼鏡１
２の左眼及び右眼の可視( 透過 )及び不可視( 遮蔽 )を
交互に切り換える。

【００１６】従って、このシャッタ眼鏡１２をかけた観
察者( 手術者 )１３は、前記ステレオＸ線管球１の左用
焦点からＸ線を前記手術部位２に曝射した時に前記テレ
ビカメラ５により収集した画像( 左用画像 )は左目だけ
で見て、前記ステレオＸ線管球１の右用焦点からＸ線を
前記手術部位２に曝射した時に前記テレビカメラ５によ
り収集した画像( 右用画像 )は右目だけで見ることにな
る。もちろん、左用画像と右用画像とは肉眼では認識で
きないほど高速で切換わるので、観察者１３にはモニタ
１１の画面に立体的なＸ線画像が見える。

【００１７】また、カーソル操作部１４により、前記モ
ニタ１１の画面に表示されているカーソルを３次元的(
奥行き方向にも操作できる )に操作して、所望の( 注目
する)穴明け処置具又は固定具等の像を指定・指示する
と、輪郭抽出部１５は、前記左用画像メモリ６及び前記
右用画像メモリ７に格納されている各画像データから、
それぞれ別々にその指定・指示された器具についてその
輪郭を抽出する処理を行う。

【００１８】輪郭延長部１６は、前記輪郭抽出部１５に
より抽出された各輪郭データに基づいて、それぞれ各輪
郭の移動方向を求め、延長操作部１６-1により指定され
た距離だけ移動させた後の想定される輪郭データを作成
して、左用グラフィックメモリ１７及び右用グラフィッ
クメモリ１８にそれぞれ描画する。

【００１９】前記左用グラフィックメモリ１７及び前記
右用グラフィックメモリ１８に格納された各描画データ
は、前記左用張り合わせ部８及び前記右用張り合わせ部
９で、それぞれ前記左用画像メモリ６及び前記右用画像
メモリ７に格納された各画像データとモニタ表示用の描
画データとして重ね合わせられる。この重ね合わされた
各描画データは、前述したように前記切換制御部１０を
介して交互にモニタ１１にＸ線画像( ステレオ画像 )と
して表示される。

【００２０】このような構成のこの実施の形態において
は、図２に示す仮想表示処理が行われる。まず、ステッ
プ１( ＳＴ１ )の処理として、カーソル操作部１４によ
る器具の位置指定の入力が行われるまでの待機状態とな
っている。このカーソル操作部１４による器具の位置指
定の入力は、例えば図３( ａ )に示すように、器具( こ
こではドリルとする )上の２点を指定することにより行
われる。器具の位置指定の入力が行われると、ステップ
２( ＳＴ２ )の処理として、左用画像及び右用画像毎
に、その入力された２点をそれぞれ設定し、この２点間
を結ぶ直線を作成して設定する。

【００２１】次に、ステップ３( ＳＴ３ )の処理とし
て、左用画像及び右用画像毎に、前述のステップ２で設
定された直線上の複数の点( 等間隔で設定された点 )に
おいて、この直線に直交する直線上の画像データをサン
プリングしてプロファイルカーブを作成し、このプロフ
ァイルカーブの変化から輪郭点を順次取り出して、輪郭
を抽出する。直線上の画像データの変化から輪郭点を取
り出す方法としては、例えば図３( ｂ )に示す図３( ａ
)の直線ＡのプロファイルカーブＢのように、一般的に
プロフィルカーブにおける器具内部の部分とその周辺の
背景の部分とはレベルに差がある。従って、プロファイ
ルカーブの背景の部分のレベルに対して臨界レベルＣを
設定しておき、この臨界レベルＣを越えた点を輪郭候補
点Ｄ，Ｅとして取り出す。

【００２２】次に、ステップ４( ＳＴ４ )の処理とし
て、左用画像及び右用画像毎に、前述のステップ３で得
られた複数個の輪郭候補点から直線近似により輪郭線を
作成する。例えば図３( ｃ )に示すように、複数個の各
輪郭点に誤差が含まれているとして直線近似を行う。次
に、ステップ５( ＳＴ５ )の処理として、左用画像及び
右用画像毎に、前述のステップ３及びステップ４により
作成された輪郭線を、輪郭線と平行な方向に延長操作部
１６-1( 右方向又は左方向を指定するスイッチ )により
指定された距離だけ移動させた後の器具の想定される輪
郭データを作成する。

【００２３】次に、ステップ６( ＳＴ６ )の処理とし
て、左用画像及び右用画像毎に、器具の想定される輪郭
データをそれぞれ、左用グラフィックメモリ１７と右用
グラフィックメモリ１８に描画する。これにより、前述
したように、左用張り合せ部８と右用張り合わせ部９及
び切換制御部１０により、現実のＸ線ステレオ画像に処
置器具の想定された輪郭が重ね合わされて表示される。

【００２４】次に、ステップ７( ＳＴ７ )の処理とし
て、ステレオＸ線管球１、Ｘ線制御部３、テレビカメラ
５を制御して、Ｘ線画像を収集し、プロファイルデータ
を作成する。ステップ８( ＳＴ８ )の処理として、この
収集されたプロファイルデータと前回収集されたプロフ
ァイルデータとを比較して変化があるか否かを判断す
る。ここで変化がないと判断すると、再び前述のステッ
プ７の処理へ戻るようになっており、またプロファイル
データに変化があると判断すると、再び前述のステップ
３の処理へ戻るようになっている。

【００２５】例えば、図４( ａ )に示すように、骨組織
にドリルにより穴をあける場合、図３( ａ )に示すよう
に、カーソル操作部１４によりモニタ１１の画面のドリ
ルの上の２点を指定入力する。すると、このドリルの輪
郭が立体的に抽出され、延長操作部１６-1による指定操
作により、ドリルが指定された距離だけ移動した時の想
定される輪郭がモニタ１１の画面上に、図４( ｂ )に示
すように、重ね合わされて立体的に表示される。

【００２６】このようにこの実施の形態によれば、カー
ソル操作部１４により指定された処置器具の輪郭を左用
画像及び右用画像毎に抽出する輪郭抽出部１５と、この
輪郭抽出部１５により抽出された各輪郭を左用画像及び
右用画像毎に延長操作部１６-1により指定された距離だ
け移動させた時の想定される輪郭を作成する輪郭延長部
１６と、左用画像及び右用画像毎に左用画像メモリ６及
び右用画像メモリ７に格納された画像データと輪郭延長
部１６により作成された想定輪郭の描画データとを重ね
合せる左用張り合せ部８及び右用張り合せ部９とを設け
たことにより、手術部位の各組織の位置と穴明け処置具
や固定具等との位置関係を明確に把握することができ
る。従って、手術者は、穴明け処置具や固定具等の移動
状態についての高度な推定を行う必要がなく、穴明けや
固定具の刺入が容易にでき、手術時間の短縮を図ること
ができる。

【００２７】なお、この実施の形態においてはステレオ
透視システムについて説明したが、この発明は、通常の
単一焦点を有するＸ線管球を使用した( モノラルの )透
視システムにも適用できるものである。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
手術部位の各組織の位置と穴明け処置具や固定具等との
位置関係を明確に把握することができ、手術者に高度な
推定技術を必要としない手術支援用透視画像表示装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態のステレオ透視システム
の概略の構成を示す機能ブロック図。

【図２】同実施の形態のステレオ透視システムで行われ
る仮想表示処理の流れを示す図。

【図３】同実施の形態のステレオ透視システムで行われ
る仮想表示処理の処理内容を説明するための図。

【図４】同実施の形態のステレオ透視システムによるモ
ニタの画面の表示例を示す図。

【符号の説明】

６…左用画像メモリ、 ７…右用画像メモリ、 ８…左用張り合せ部、 ９…右用張り合せ部、 １０…切換え制御部、 １１…モニタ、 １４…カーソル操作部、 １５…輪郭抽出部、 １６…輪郭延長部、 １６-1…延長操作部、 １７…左用グラフィックメモリ、 １８…右用グラフィックメモリ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体の治療部位を透視する透視装置か
   ら供給される透視画像を時間経過と共に表示する手術支
   援用透視画像表示装置において、 前記透視画像内で移動する処置器具を抽出する抽出手段
   と、 前記抽出手段により抽出された処置器具の挿入方向を確
   認するためのグラフィックを前記透視画像に合成する画
   像合成手段とを備えたことを特徴とする手術支援用画像
   表示装置。
2. 【請求項２】 被検体の治療部位を２つの方向から透視
   するステレオ透視装置から供給される２つの透視画像を
   ステレオ透視画像としてリアルタイムで表示する手術支
   援用透視画像表示装置において、 前記２つの透視画像内で移動する処置器具をそれぞれ抽
   出する抽出手段と、 前記抽出手段により抽出された処置器具の挿入方向を確
   認するためのグラフィックを前記２つの透視画像にそれ
   ぞれ合成する画像合成手段とを備えたことを特徴とする
   手術支援用画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記画像合成手段は、前記処置器具の移
   動に伴ってリアルタイムで合成するグラフィックの位置
   を移動するものであることを特徴とする請求項１及び請
   求項２のいずれか１項記載の手術支援用画像表示装置。
   視画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記抽出手段は、前記処置器具の輪郭を
   抽出するものであり、前記画像合成手段は前記抽出手段
   により抽出した輪郭に沿って延長した線をグラフィック
   で合成するものであることを特徴とする請求項１乃至請
   求項３のいずれか１項記載の手術支援用画像表示装置。
5. 【請求項５】 前記抽出手段により抽出した処置器具に
   対する移動量を設定する設定手段を備え、前記画像合成
   手段は、前記抽出手段により抽出した処置器具に対し前
   記設定手段により設定された移動量だけ移動させたグラ
   フィックを合成するものであることを特徴とする請求項
   １乃至請求項４のいずれか１項記載の手術支援用透視画
   像表示装置。