JPWO2011152094A1 - 医療機器および医療機器の制御方法 - Google Patents
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Abstract
ナビゲーション装置１は、予め取得した被検者の３次元画像データ、を記憶する記憶部２１と、３次元画像データから所定の臓器を抽出する臓器抽出部２２と、３次元画像データにおける腫瘍６０を指定する第１の領域指定部２３と、３次元画像データから臓器の内部の血管を抽出する血管抽出部と、血管を動脈または静脈のいずれかに分類する血管分類部２５と、血管の３次元画像情報をもとに、臓器の解剖学的特徴にもとづき分類された一の領域であり、腫瘍６０を含む腫瘍切除領域を抽出する第２の領域抽出部２６と、を具備する。
Description
本発明は、術者により指定された第１の領域を含む、被検者の臓器の一部である第２の領域を抽出することにより、術者が被検者に対して行う処置のナビゲーションを行う医療機器、および前記医療機器の制御方法に関する。
従来は、被検者の肺の腫瘍、例えば、肺がん組織を切除するとき、右葉または左葉の全体を切除する片肺切除が広く行われていた。これに対して、近年では、手術後の肺機能の温存および心肺機能維持のために、限局した腫瘍に対しては、片肺の一部の大葉または大葉の一部の肺区域の切除が行われるようになっている。
ここで、日本国特開２００８−１４２４８１号公報には、ＣＴ画像から肺葉を肺区域の単位にセグメンテーションする装置が開示されている。
また、日本国特表２００８−５２９６４１号公報には、３次元画像をもとに肺血管を動脈または静脈に分ける方法が開示されている。
しかし、第１の領域（腫瘍領域）から、第１の領域を含む適切な範囲の第２の領域（腫瘍切除領域）を決定することは、術者にとって容易ではないことがあった。
本発明は、第１の領域を含む適切な範囲の第２の領域を抽出する医療機器、および前記医療機器の制御方法を提供することを目標とする。
実施形態の医療機器は、予め取得した被検者の体内の３次元画像データを記憶する記憶手段と、前記３次元画像データから所定の臓器を抽出する臓器抽出手段と、前記３次元画像データにおける前記臓器の第１の領域を指定する第１の領域指定手段と、前記３次元画像データから前記臓器の内部の血管を抽出する血管抽出手段と、前記血管抽出手段が抽出した複数の前記血管を動脈または静脈のいずれかに分類する血管分類手段と、前記血管分類手段が分類した前記動脈または前記静脈の少なくともいずれかの血管の３次元画像情報をもとに、前記臓器の解剖学的特徴にもとづき分類された一の領域であり、前記第１の領域を含む第２の領域を抽出する第２の領域抽出手段と、を具備する
また別の実施形態の医療機器の制御方法は、予め取得した被検者の体内の３次元画像データを記憶するデータ記憶ステップと、前記３次元画像データから所定の臓器を抽出する臓器抽出ステップと、前記３次元画像データにおける前記臓器の第１の領域を指定する第１の領域指定ステップと、前記３次元画像データから前記臓器の内部の血管を抽出する血管抽出ステップと、前記血管抽出手段がステップにおいて抽出した複数の前記血管を動脈または静脈のいずれかに分類する血管分類ステップと、前記血管分類ステップにおいてがした前記動脈または前記静脈の少なくともいずれかの血管の３次元画像情報をもとに、前記臓器の解剖学的特徴にもとづき分類された一の領域であり、前記第１の領域を含む第２の領域を抽出する第２の領域抽出ステップと、を具備する。
また別の実施形態の医療機器の制御方法は、予め取得した被検者の体内の３次元画像データを記憶するデータ記憶ステップと、前記３次元画像データから所定の臓器を抽出する臓器抽出ステップと、前記３次元画像データにおける前記臓器の第１の領域を指定する第１の領域指定ステップと、前記３次元画像データから前記臓器の内部の血管を抽出する血管抽出ステップと、前記血管抽出手段がステップにおいて抽出した複数の前記血管を動脈または静脈のいずれかに分類する血管分類ステップと、前記血管分類ステップにおいてがした前記動脈または前記静脈の少なくともいずれかの血管の３次元画像情報をもとに、前記臓器の解剖学的特徴にもとづき分類された一の領域であり、前記第１の領域を含む第２の領域を抽出する第２の領域抽出ステップと、を具備する。
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態の医療機器である肺腫瘍切除のためのナビゲーション装置１について説明する。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、肺２は解剖学的特徴、言い換えれば生理学的分類にもとづいて、複数の部位に分割される。すなわち、肺は左右二つある。右肺は上から順に上葉ＲＵ、中葉ＲＭおよび下葉ＲＤからなり、左肺は上葉ＬＵおよび下葉ＬＤからなる。この５つの肺葉を大葉と言う。右上葉ＲＵは、１、２、３の３つの肺区域（以下、「小葉」ともいう）に分割されており、右中葉ＲＭは、４、５の２つの肺区域に分割される。さらに、右下葉ＲＤは、６、７、８、９、１０の５つの肺区域に分割されている。左上葉ＬＵは、１＋２、３、４、５の４つの肺区域に分割されており、左下葉ＬＤは、６、８、９、１０の４つの肺区域に分割される。
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態の医療機器である肺腫瘍切除のためのナビゲーション装置１について説明する。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、肺２は解剖学的特徴、言い換えれば生理学的分類にもとづいて、複数の部位に分割される。すなわち、肺は左右二つある。右肺は上から順に上葉ＲＵ、中葉ＲＭおよび下葉ＲＤからなり、左肺は上葉ＬＵおよび下葉ＬＤからなる。この５つの肺葉を大葉と言う。右上葉ＲＵは、１、２、３の３つの肺区域（以下、「小葉」ともいう）に分割されており、右中葉ＲＭは、４、５の２つの肺区域に分割される。さらに、右下葉ＲＤは、６、７、８、９、１０の５つの肺区域に分割されている。左上葉ＬＵは、１＋２、３、４、５の４つの肺区域に分割されており、左下葉ＬＤは、６、８、９、１０の４つの肺区域に分割される。
なお、図１に示すように気管支３は気管６からつながるカリーナ３Ａ近傍以外は肺２の内部にあるため外部からは観察できない。
一方、図２に示すように、肺２の内部には、気管支３と肺動脈４と肺静脈５があるが、肺動脈４と肺静脈５および腫瘍も、気管支３と同様に肺２の外部からは観察できない。このため、腫瘍切除のとき、術者が、腫瘍を完全に切除することができる領域を決めることは容易ではない。
図３に示すようにナビゲーション装置１は、抽出ユニット１０と、表示手段である表示部１１と、入力手段である入力部１２と、を具備する。表示部１１は抽出ユニット１０の処理結果を表示する。入力部１２はキーボード、マウス、またはタッチパネル等である。術者は入力部１２を介して、被検者の情報を入力したり、腫瘍の位置および大きさを、表示部１１に表示された肺の画像をもとに指定したり、表示部１１に表示される画像の観察方向または透過表示等の表示状態を目的に応じて変化させるための指示を入力したりする。
抽出ユニット１０は、記憶手段である記憶部２１と、臓器抽出手段である臓器抽出部２２と、第１の領域指定手段である第１の領域指定部２３と、血管抽出手段である血管抽出部２４と、血管分類手段である血管分類部２５と、第２の領域抽出手段である第２の領域抽出部２６と、テンプレート作成手段であるテンプレート作成部２７と、を具備する。抽出ユニット１０の前記各機能部は、それぞれ独立したハードウエアであってもよいが、抽出ユニット１０の例えば制御部であるＣＰＵ２０が全ての機能部の機能を有していてもよい。すなわち、前記各機能部は、図示しない記憶媒体等に記憶されたプログラムがＣＰＵ２０に読み込まれて処理を行うものであってもよい。
記憶部２１は、予め取得した被検者の体内の３次元画像データ、を記憶する。臓器抽出部２２は、記憶部２１に記憶された３次元画像データから所定の臓器、例えば、肺および気管支を、抽出する。術者は、入力部１２を介して第１の領域指定部２３により３次元画像データにおける第１の領域である腫瘍を、指定する。血管抽出部２４は、肺の内部の血管、すなわち肺動脈および肺静脈を抽出する。血管分類部２５は、血管抽出部２４が抽出した血管を動脈または静脈のいずれかに分類する。テンプレート作成部２７は、血管の３次元画像情報をもとに、血管の径を所定量増加した血管関連領域、からなる血管領域テンプレートを作成する。
第２の領域抽出部２６は、血管分類部２５が分類した動脈または静脈の少なくともいずれかの血管の３次元画像情報、より具体的には第１の領域を含む前記血管関連領域の情報をもとに、第１の領域（腫瘍）を含む第２の領域（腫瘍切除領域）を抽出する。
すなわち、第２の領域抽出部２６は、領域判定手段である領域判定部２６Ｘと、区域判定手段である区域判定部２６Ｙと、を有する。領域判定部２６Ｘは、臓器抽出部２２から得られる腫瘍の位置情報を含む臓器の情報と、テンプレート作成部２７から得られる血管関連領域の情報と、から、いずれかのテンプレート内に腫瘍が存在しているかを判定する。判定には、それぞれの座標情報が用いられる。
区域判定部２６Ｙは、いずれかのテンプレート内に腫瘍が存在した場合に、腫瘍が含まれる血管関連領域テンプレートを判定するとともに、静脈または動脈の情報から関連づけられる肺区域を特定する。
以下、図４のフローチャートに従い、ナビゲーション装置１の動作について説明する。
＜ステップＳ１０＞データ記憶ステップ
図示しない公知のＣＴ装置で生成された被検者のＸ線断層像データ、例えば、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）形式の３次元画像データが、図示しない受信部を介してナビゲーション装置１に受信され、半導体記憶装置または磁気記録装置等である記憶部２１に記憶される。
図示しない公知のＣＴ装置で生成された被検者のＸ線断層像データ、例えば、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）形式の３次元画像データが、図示しない受信部を介してナビゲーション装置１に受信され、半導体記憶装置または磁気記録装置等である記憶部２１に記憶される。
＜ステップＳ１１＞臓器抽出ステップ
臓器抽出部２２は、記憶部２１に記憶された３次元画像データから、所定の臓器、すなわち処置対象の臓器である肺および気管支を抽出する。ここで抽出するとは、図１に示した肺および図２に示した気管支の３次元形状情報を得ることである。なお、３次元画像データに、腫瘍のデータが含まれている場合には、腫瘍の３次元形状情報も抽出される。
臓器抽出部２２は、記憶部２１に記憶された３次元画像データから、所定の臓器、すなわち処置対象の臓器である肺および気管支を抽出する。ここで抽出するとは、図１に示した肺および図２に示した気管支の３次元形状情報を得ることである。なお、３次元画像データに、腫瘍のデータが含まれている場合には、腫瘍の３次元形状情報も抽出される。
臓器抽出部２２が抽出した肺、気管支および腫瘍の３次元形状情報は表示部１１に表示される。このとき、気管支および腫瘍の位置等を明示するためには、肺を透過画像として表示することが好ましい。
＜ステップＳ１２＞第１の領域（腫瘍）指定ステップ
例えば、術者は、表示部１１に表示されている肺の画像における第１の領域、すなわち腫瘍の位置および大きさを、入力部１２を介して、第１の領域指定部２３により指定する。第１の領域は、ＣＡＤ（Computer-Aided Detection）により指定されてもよい。
例えば、術者は、表示部１１に表示されている肺の画像における第１の領域、すなわち腫瘍の位置および大きさを、入力部１２を介して、第１の領域指定部２３により指定する。第１の領域は、ＣＡＤ（Computer-Aided Detection）により指定されてもよい。
＜ステップＳ１３＞血管抽出ステップ
血管抽出部２４は、肺の内部の血管、すなわち肺動脈および肺静脈の３次元形状情報を抽出する。肺血管は、図２に示すように太い血管から段階的に枝分かれした一群の血管からなる血管網を形成している。そして、それぞれの血管網は、解剖学的特徴により分類された領域の組織に酸素および栄養を供給している。
血管抽出部２４は、肺の内部の血管、すなわち肺動脈および肺静脈の３次元形状情報を抽出する。肺血管は、図２に示すように太い血管から段階的に枝分かれした一群の血管からなる血管網を形成している。そして、それぞれの血管網は、解剖学的特徴により分類された領域の組織に酸素および栄養を供給している。
＜ステップＳ１４＞血管分類ステップ
ナビゲーション装置１は、臓器抽出ステップで抽出した肺の内部の血管を、動脈または静脈のいずれかに分類する。例えば、気管支に隣接し気管支と平行な血管は肺動脈に分類され、肺動脈と肺動脈の間にある血管は肺静脈に分類される。図２に示すように、肺動脈および肺静脈は、太い血管から段階的に枝分かれした複数の血管網を形成していることも、抹消の血管分類に利用される。そして、分岐した、それぞれの肺静脈の血管は、いずれかの大葉と関連づけられる。
ナビゲーション装置１は、臓器抽出ステップで抽出した肺の内部の血管を、動脈または静脈のいずれかに分類する。例えば、気管支に隣接し気管支と平行な血管は肺動脈に分類され、肺動脈と肺動脈の間にある血管は肺静脈に分類される。図２に示すように、肺動脈および肺静脈は、太い血管から段階的に枝分かれした複数の血管網を形成していることも、抹消の血管分類に利用される。そして、分岐した、それぞれの肺静脈の血管は、いずれかの大葉と関連づけられる。
＜ステップＳ１５＞テンプレート作成ステップ
テンプレート作成部２７は、静脈の３次元画像情報をもとに、それぞれの血管径を所定量増加、例えば、外径をｎ倍にした静脈関連領域、からなる静脈領域テンプレートを作成する。ここで、ｎは例えば、２〜１０である。なお、血管径の増加割合は、所定値を加算する方法であってもよい。また、径を増加した場合に、隣接する血管と重複する領域が発生した場合には、両方の血管から同じ距離の箇所を境界とする。
テンプレート作成部２７は、静脈の３次元画像情報をもとに、それぞれの血管径を所定量増加、例えば、外径をｎ倍にした静脈関連領域、からなる静脈領域テンプレートを作成する。ここで、ｎは例えば、２〜１０である。なお、血管径の増加割合は、所定値を加算する方法であってもよい。また、径を増加した場合に、隣接する血管と重複する領域が発生した場合には、両方の血管から同じ距離の箇所を境界とする。
例えば、図５Ａは静脈３０の３次元形状を示しており、静脈３０Ａは左上葉ＬＵに属する血管網の一部を、静脈３０Ｂ１、３０Ｂ２は静脈３０Ｂから分岐した左下葉ＬＤに属する血管網の一部を、示している。各血管の中央の線は血管の、例えば重心点を結んだ芯線５０を示している。
そして、図５Ｂに示すように、テンプレート作成部２７は、静脈３０Ａ、３０Ｂ１、３０Ｂ２の外径を、例えば３倍にした、それぞれの静脈関連領域４０Ａ、４０Ｂ１、４０Ｂ２を作成する。
なお、テンプレート作成部２７は、腫瘍が存在する右肺または左肺についてのみ、または、腫瘍の近傍の静脈３０Ａ、３０Ｂ１、３０Ｂ２についてのみ、静脈関連領域４０Ａ、４０Ｂ１、４０Ｂ２を作成してもよいし、臓器抽出ステップで抽出した静脈全体について静脈関連領域を作成してもよい。
＜ステップＳ１６＞第２の領域抽出ステップ
第２の領域抽出部２６は、いずれかの静脈関連領域が、第１の領域指定ステップで指定した第１の領域、すなわち腫瘍６０Ａを、含むか（ＹＥＳ）否か（ＮＯ）を判定する。
第２の領域抽出部２６は、いずれかの静脈関連領域が、第１の領域指定ステップで指定した第１の領域、すなわち腫瘍６０Ａを、含むか（ＹＥＳ）否か（ＮＯ）を判定する。
＜ステップＳ１７＞手動選択ステップ（第２の領域抽出ステップＡ）
図６Ｄに示すように、腫瘍６０Ｄを含む静脈関連領域がなかった場合には、ナビゲーション装置１は、術者が第２の領域を選択する手動選択モードになる。表示部１１に表示された肺、気管支、血管、または腫瘍の画像を見ながら、術者は入力部１２を介して腫瘍切除領域を選択することができる。
図６Ｄに示すように、腫瘍６０Ｄを含む静脈関連領域がなかった場合には、ナビゲーション装置１は、術者が第２の領域を選択する手動選択モードになる。表示部１１に表示された肺、気管支、血管、または腫瘍の画像を見ながら、術者は入力部１２を介して腫瘍切除領域を選択することができる。
なお、腫瘍６０Ｄを含む静脈関連領域がなかった場合には、術者が、静脈領域テンプレートを作成するときの血管径の増加量を再設定することにより、第２の領域抽出部２６が新条件で再度、抽出を行うようにしてもよい。
＜ステップＳ１８、Ｓ１９＞第２の領域抽出ステップＢ
図６Ｃに示すように、腫瘍６０Ｃ（第１の領域）が複数の静脈関連領域４０Ａ、４０Ｂ１に含まれていた場合には、その静脈関連領域のもととなった、それぞれの血管が属する複数の大葉すなわち、左上葉ＬＵおよび左下葉ＬＤを、第２の領域抽出部２６は抽出する。言い換えれば、第２の領域抽出部２６は複数の第２の領域を抽出する。
図６Ｃに示すように、腫瘍６０Ｃ（第１の領域）が複数の静脈関連領域４０Ａ、４０Ｂ１に含まれていた場合には、その静脈関連領域のもととなった、それぞれの血管が属する複数の大葉すなわち、左上葉ＬＵおよび左下葉ＬＤを、第２の領域抽出部２６は抽出する。言い換えれば、第２の領域抽出部２６は複数の第２の領域を抽出する。
＜ステップＳ２０＞第２の領域抽出ステップＣ
図６Ａに示すように、腫瘍６０Ａを含む静脈関連領域４０Ｂ２が１つあった場合には、その静脈関連領域のもととなった血管が属する、肺の大葉を、すなわち、左下葉ＬＤを、第２の領域抽出部２６は、第２の領域６１Ａとして抽出する。第２の領域６１Ａは腫瘍６０Ａを切除するのに適した腫瘍切除領域である。
図６Ａに示すように、腫瘍６０Ａを含む静脈関連領域４０Ｂ２が１つあった場合には、その静脈関連領域のもととなった血管が属する、肺の大葉を、すなわち、左下葉ＬＤを、第２の領域抽出部２６は、第２の領域６１Ａとして抽出する。第２の領域６１Ａは腫瘍６０Ａを切除するのに適した腫瘍切除領域である。
また、例えば、図６Ｂに示すように、静脈関連領域４０Ａが腫瘍６０Ｂを含む場合には、静脈関連領域４０Ａのもととなった血管が属する、肺の大葉を、すなわち、左上葉ＬＵを、第２の領域抽出部２６は、第２の領域Ａとして抽出する。
なお、第２の領域抽出部２６は、静脈関連領域４０Ｂ２に含まれる腫瘍６０Ａの割合に応じて算出した参考情報を表示部１１に表示してもよい。例えば、参考情報は、腫瘍６０Ａの全体が静脈関連領域４０Ｂ２に含まれる場合には「１００％」、腫瘍６０Ａの一部分（例えば３０％）が静脈関連領域４０Ｂ２に含まれる場合には「３０％」となる。
また、ナビゲーション装置１は、静脈関連領域４０Ｂ２に含まれる腫瘍６０Ａの割合が所定値以下、例えば５％以下の場合には、第２の領域抽出部２６が第２の領域を抽出しないように設定可能であってもよい。前記所定値は術者が適宜、入力部１２を介して設定可能であることが好ましい。同様に、テンプレート作成部２７の作成する静脈領域テンプレートの血管径増加量も、術者が適宜、入力部１２を介して設定可能であることが好ましい。
＜ステップＳ２１＞切除領域表示ステップ
第２の領域抽出部２６が抽出した腫瘍切除領域（第２の領域）が、他の領域と区別可能な色等により表示部１１に表示される。
第２の領域抽出部２６が抽出した腫瘍切除領域（第２の領域）が、他の領域と区別可能な色等により表示部１１に表示される。
以上の説明のように、本実施形態のナビゲーション装置１は、腫瘍６０を含む適切な腫瘍切除領域を抽出することができる。
なお、上記説明では、テンプレート作成部２７は、血管径を所定量増加した静脈関連領域からなる静脈領域テンプレートを作成した。しかし、図７Ａに示すように、テンプレート作成部２７は、芯線５０Ａ、５０Ｂ１、５０Ｂ２をもとに、芯線を中心とする所定の径の静脈関連領域４１Ａ、４１Ｂ１、４１Ｂ２を作成し、第２の領域抽出部２６は、静脈関連領域４１Ａ、４１Ｂ１、４１Ｂ２と腫瘍６０Ｅとの関係から第２の領域を抽出してもよい。
また、図７Ｂに示すように、第２の領域抽出部２６の抽出方法は、芯線５０Ａ、５０Ｂ２から腫瘍６０Ｆまでの距離ｄ１、ｄ２を算出し、最短距離にある芯線のもととなった血管が属する大葉を、第２の領域として抽出する方法でもよい。
また、図７Ｃに示すように、テンプレート作成部が、腫瘍６０Ｇの外形（輪郭）を所定量増加、例えば、ｎ倍にした腫瘍関連領域６０Ｇ１、からなる腫瘍領域テンプレートを作成し、第２の領域抽出部が、腫瘍関連領域６０Ｇ１と、静脈３０Ａ、３０Ｂ１、３０Ｂ２との関係から第２の領域を抽出してもよい。
さらに、図７Ｄに示すように、第２の領域抽出部が、芯線５０Ａ、５０Ｂ１、５０Ｂ２と、腫瘍６０Ｈの外形（輪郭）を所定量増加した腫瘍領域テンプレート（腫瘍関連領域）６０Ｈと、の関係から第２の領域を抽出してもよい。
以上の説明のように、ナビゲーション装置１の第２の領域抽出部２６は、静脈血管の３次元画像と、第１の領域と、の距離関係から第２の領域を抽出する。すなわち、第２の領域抽出部２６は、第１の領域と最短距離にある、血管分類部２５が分類した静脈の情報から、第２の領域として、いずれかの大葉を抽出する。
＜第１実施形態の変形例＞
次に、本発明の第１実施形態の変形例の医療機器であるナビゲーション装置１Ａについて説明する。ナビゲーション装置１Ａは第１実施形態のナビゲーション装置１と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
次に、本発明の第１実施形態の変形例の医療機器であるナビゲーション装置１Ａについて説明する。ナビゲーション装置１Ａは第１実施形態のナビゲーション装置１と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
肺区域に限局した腫瘍の場合には、例えば大葉等を構成する肺区域１〜１０のいずれかの切除のみでも完全に腫瘍を切除可能なことがある。この場合、ナビゲーション装置１Ａの第２の領域抽出部２６Ａは、術者の指示等により、最初に抽出した、いずれかの大葉から、より小さい領域である肺区域を第２の領域を抽出する。
以下、図８のフローチャートに従い、ナビゲーション装置１Ａの動作について説明する。なお、Ｓ１０〜Ｓ２０までの動作は、図４に示したナビゲーション装置１と同であるため、説明を省略する。
＜ステップＳ２２＞第２の領域抽出ステップ
第１実施形態のナビゲーション装置１では、第２の領域抽出部２６は、静脈関連領域をもとに第２の領域として、いずれかの大葉を抽出した。これに対して、ナビゲーション装置１Ａの第２の領域抽出部２６は、動脈関連領域をもとに、第２の領域を大葉の一部の肺区域１〜１０に限定して抽出する。
第１実施形態のナビゲーション装置１では、第２の領域抽出部２６は、静脈関連領域をもとに第２の領域として、いずれかの大葉を抽出した。これに対して、ナビゲーション装置１Ａの第２の領域抽出部２６は、動脈関連領域をもとに、第２の領域を大葉の一部の肺区域１〜１０に限定して抽出する。
すなわち、第２の領域抽出部２６Ａは、Ｓ１０〜Ｓ２０までの動作により、静脈関連領域をもとに腫瘍切除領域（第２の領域Ａ）６１Ａとして、いずれかの大葉、例えば左上葉ＬＵを抽出する。
＜ステップＳ２３＞動脈テンプレート作成ステップ
テンプレート作成部２７Ａは、肺動脈の３次元画像情報をもとに、それぞれの血管径を所定量増加、例えば、外径をｎ倍にした肺動脈関連領域、からなる肺動脈領域テンプレートを作成する。なお、テンプレート作成部２７Ａは、静脈関連領域と同様に一部の肺動脈についてのみ動脈関連領域を作成してもよい。
テンプレート作成部２７Ａは、肺動脈の３次元画像情報をもとに、それぞれの血管径を所定量増加、例えば、外径をｎ倍にした肺動脈関連領域、からなる肺動脈領域テンプレートを作成する。なお、テンプレート作成部２７Ａは、静脈関連領域と同様に一部の肺動脈についてのみ動脈関連領域を作成してもよい。
＜ステップＳ２４＞第２の領域抽出ステップ
第２の領域抽出部２６Ａは、いずれかの動脈関連領域が、第１の領域指定ステップで指定した第１の領域、すなわち腫瘍６０Ａを、含むか（ＹＥＳ）否か（ＮＯ）を判定する。
第２の領域抽出部２６Ａは、いずれかの動脈関連領域が、第１の領域指定ステップで指定した第１の領域、すなわち腫瘍６０Ａを、含むか（ＹＥＳ）否か（ＮＯ）を判定する。
＜ステップＳ２５＞手動選択ステップ（第２の領域抽出ステップＤ）
腫瘍を含む動脈関連領域がなかった場合（Ｓ２４：ＮＯ）には、ナビゲーション装置１Ａは、術者が第２の領域を選択できるように手動選択モードとなる。
腫瘍を含む動脈関連領域がなかった場合（Ｓ２４：ＮＯ）には、ナビゲーション装置１Ａは、術者が第２の領域を選択できるように手動選択モードとなる。
なお、第２の領域抽出部２６Ａは、大葉抽出の場合と同様に、各種の方法を用いて、第２の領域として一の肺区域を抽出してもよいし、抽出条件を変えて再度、抽出を行っても良い。
＜ステップＳ２６、Ｓ２７＞第２の領域抽出ステップＥ
腫瘍（第１の領域）が複数の動脈関連領域に含まれていた場合（ＹＥＳ）には、その動脈関連領域のもととなった、それぞれの血管が属する複数の肺区域を、第２の領域抽出部２６Ａは抽出する。言い換えれば、第２の領域抽出部２６Ａは複数の第２の領域６２を抽出する。
腫瘍（第１の領域）が複数の動脈関連領域に含まれていた場合（ＹＥＳ）には、その動脈関連領域のもととなった、それぞれの血管が属する複数の肺区域を、第２の領域抽出部２６Ａは抽出する。言い換えれば、第２の領域抽出部２６Ａは複数の第２の領域６２を抽出する。
＜ステップＳ２８＞第２の領域抽出ステップＦ
腫瘍６０Ａを含む動脈関連領域が複数なかった場合（Ｓ２６：ＮＯ）には、その動脈関連領域のもととなった血管が属する、肺区域を第２の領域抽出部２６は、第２の領域６２Ａとして抽出する。第２の領域６２Ａは第２の領域６１Ａの一部であり、腫瘍６０Ａを切除するのに、より適した腫瘍切除領域である。
腫瘍６０Ａを含む動脈関連領域が複数なかった場合（Ｓ２６：ＮＯ）には、その動脈関連領域のもととなった血管が属する、肺区域を第２の領域抽出部２６は、第２の領域６２Ａとして抽出する。第２の領域６２Ａは第２の領域６１Ａの一部であり、腫瘍６０Ａを切除するのに、より適した腫瘍切除領域である。
＜ステップＳ２９＞切除領域表示ステップ
第２の領域抽出部２６Ａが抽出した腫瘍切除領域（第２の領域）が、表示部１１に表示される。
第２の領域抽出部２６Ａが抽出した腫瘍切除領域（第２の領域）が、表示部１１に表示される。
以上の説明のように、本変形例のナビゲーション装置１Ａは、ナビゲーション装置１Ａが有する効果を有し、さらに腫瘍６０Ａを含む、より狭い範囲の第２の領域（腫瘍切除領域）６２を抽出することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態の医療機器であるナビゲーション装置１Ｂについて説明する。ナビゲーション装置１Ｂは第１実施形態のナビゲーション装置１と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
次に、本発明の第２実施形態の医療機器であるナビゲーション装置１Ｂについて説明する。ナビゲーション装置１Ｂは第１実施形態のナビゲーション装置１と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図９に示すようにナビゲーション装置１Ｂは、標準テンプレート記憶手段である標準テンプレート記憶部２８と、マッチング処理手段であるマッチング処理部２９と、を具備する。そして、第２の領域抽出部２６Ｂは、３次元画像情報と対応づけられた第１の領域と、標準テンプレートの臓器等の情報と、から第２の領域を抽出する。ナビゲーション装置１と同様に、ナビゲーション装置１Ｂの抽出ユニット１０Ｂの各機能部は、ＣＰＵ２０Ｂに読み込まれて処理を行うプログラムであってもよい。
標準テンプレート記憶部２８は、被検者の、少なくとも性別、体型、および年齢をもとにした、標準的な臓器および臓器内の血管の３次元形状情報等からなる標準テンプレートを記憶する。マッチング処理部２９は、標準テンプレートと被験者の３次元形状情報とのマッチング処理を行う。
以下、図１０のフローチャートに従い、ナビゲーション装置１Ｂの動作について説明する。
＜ステップＳ４０＞データ記憶ステップ
図示しない公知のＣＴ装置で生成された被検者のＸ線断層像データ、例えば、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）形式の３次元画像データが、図示しない受信部を介してナビゲーション装置１Ａに受信され、半導体記憶装置または磁気記録装置等である記憶部２１に記憶される。
図示しない公知のＣＴ装置で生成された被検者のＸ線断層像データ、例えば、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）形式の３次元画像データが、図示しない受信部を介してナビゲーション装置１Ａに受信され、半導体記憶装置または磁気記録装置等である記憶部２１に記憶される。
＜ステップＳ４１＞臓器抽出ステップ
臓器抽出部２２は、記憶部２１に記憶された３次元画像データから、所定の臓器、例えば肺２および気管支３を抽出する。３次元画像データに、腫瘍のデータが含まれている場合には、腫瘍６０の３次元形状情報も抽出される。
臓器抽出部２２は、記憶部２１に記憶された３次元画像データから、所定の臓器、例えば肺２および気管支３を抽出する。３次元画像データに、腫瘍のデータが含まれている場合には、腫瘍６０の３次元形状情報も抽出される。
＜ステップＳ４２＞第１の領域（腫瘍）指定ステップ
例えば、術者は、表示部１１に表示されている肺の画像における第１の領域、すなわち腫瘍の位置および大きさを、入力部１２を介して、第１の領域指定部２３により指定する。第１の領域は、ＣＡＤ（Computer-Aided Detection）により指定されてもよい。
例えば、術者は、表示部１１に表示されている肺の画像における第１の領域、すなわち腫瘍の位置および大きさを、入力部１２を介して、第１の領域指定部２３により指定する。第１の領域は、ＣＡＤ（Computer-Aided Detection）により指定されてもよい。
＜ステップＳ４３＞血管抽出ステップ
血管抽出部２４は、肺の内部の血管、すなわち肺動脈４および肺静脈５の３次元形状情報を抽出する。
血管抽出部２４は、肺の内部の血管、すなわち肺動脈４および肺静脈５の３次元形状情報を抽出する。
＜ステップＳ４４＞血管分類ステップ
ナビゲーション装置１Ｂは、臓器抽出ステップで抽出した肺内部の血管を、肺動脈４または肺静脈５のいずれかに分類する。
ナビゲーション装置１Ｂは、臓器抽出ステップで抽出した肺内部の血管を、肺動脈４または肺静脈５のいずれかに分類する。
＜ステップＳ４５＞被検者情報入力ステップ
術者は入力部１２を介して被検者の少なくとも性別、体型、および年齢の情報を入力する。入力される被検者の情報は、性別、体型、および年齢に加えて、体重、身長、または胸囲等であってもよい。
術者は入力部１２を介して被検者の少なくとも性別、体型、および年齢の情報を入力する。入力される被検者の情報は、性別、体型、および年齢に加えて、体重、身長、または胸囲等であってもよい。
＜ステップＳ４６＞標準テンプレート選択／記憶ステップ
被検者の情報をもとにした、標準的な臓器および臓器内の血管の３次元形状情報からなる標準テンプレート７０が標準テンプレート記憶部２８に記憶される。
被検者の情報をもとにした、標準的な臓器および臓器内の血管の３次元形状情報からなる標準テンプレート７０が標準テンプレート記憶部２８に記憶される。
標準テンプレート７０はテンプレート記憶部２８Ａに記憶されている多数のテンプレートの中から選択されてもよいし、入力情報をもとに作成されてもよいし、選択されたテンプレートをさらに修正したものでもよい。標準テンプレートには、肺２／気管支３／肺血管４、５の３次元形状情報に加えて、大葉／肺区域の境界情報も含まれている。
＜ステップＳ４７＞マッチング処理ステップ
マッチング処理部２９は、標準テンプレート７０と、被検者の３次元形状情報と、のマッチング処理を行う。マッチング処理部２９は、標準テンプレート７０の血管の３次元形状情報と、血管抽出部２４が抽出した血管の３次元画像情報と、のマッチング処理、または、標準テンプレートの臓器の３次元形状情報と、臓器抽出手段が抽出した臓器の３次元画像情報と、のマッチング処理の少なくともいずれかを、を行う。
マッチング処理部２９は、標準テンプレート７０と、被検者の３次元形状情報と、のマッチング処理を行う。マッチング処理部２９は、標準テンプレート７０の血管の３次元形状情報と、血管抽出部２４が抽出した血管の３次元画像情報と、のマッチング処理、または、標準テンプレートの臓器の３次元形状情報と、臓器抽出手段が抽出した臓器の３次元画像情報と、のマッチング処理の少なくともいずれかを、を行う。
すなわち、マッチング処理部２９は、「気管支（臓器）３」、「気管支（臓器）３＋肺血管４、５」、「肺血管４、５」、「肺動脈４」、または「肺静脈５」の少なくともいずれかを対象にマッチング処理を行う。例えば、図１１Ａは標準テンプレート７０を示しており、図１１Ｂは被検者の３次元形状情報７０Ｘを示しており、図１１Ｃは標準テンプレート７０と被検者の３次元形状情報７０Ｘとをマッチング処理した状態を示している。
なお、気管支３を対象にマッチング処理を行ったのちに、より精度の高い結果を得るために、肺血管４、５を対象にマッチング処理を行っても良い。後述するように、マッチング処理は、少なくとも「血管４、５」を対象に行うことが好ましい。
マッチング処理は、公知の画像処理により行われ、画素データレベルのマッチング、または、画像から抽出した特徴のレベルにおけるマッチングのいずれを用いてもよい。
なお標準テンプレート７０と、被検者の３次元形状情報との類似度を比較し算出した両画像の誤差ｅが、許容誤差ｅ０よりも大きい場合には、マッチング処理部２９は、選択した標準テンプレートを別の標準テンプレートに変えて再度、マッチング処理を行ってもよいし、手動選択モード（Ｓ５１）に移行してもよい。
ここで、画像の誤差ｅとは、例えば、図１１Ｃに示すように、マッチング対象が気管支３の場合であれば、気管６が気管支３につながるカリーナ３Ａにおいて気管芯線６Ａを用いて、マッチング処理したときに、末梢の複数の気管支分岐点の位置ずれの合計値である。
＜ステップＳ４８＞第２の領域抽出ステップ
第２の領域抽出部２６Ｂはマッチング処理後の被検者の腫瘍６０Ｊが、標準テンプレート７０における肺のいずれかの領域に含まれているかを判断する。なお、ここで、領域とは、肺大葉または肺区域である。
第２の領域抽出部２６Ｂはマッチング処理後の被検者の腫瘍６０Ｊが、標準テンプレート７０における肺のいずれかの領域に含まれているかを判断する。なお、ここで、領域とは、肺大葉または肺区域である。
なお、第１実施形態で説明したように、特に、マッチング処理を、肺静脈５を対象に行うことにより、肺大葉を第２の領域として抽出する場合の精度が高く、マッチング処理を、肺動脈４を対象に行うことにより、肺区域を第２の領域として抽出する場合の精度が高い。このため、マッチング処理ステップおよび第２の領域抽出ステップを繰り返し行っても良い。すなわち、「肺静脈５」を対象に第１マッチング処理を行い、いずれかの大葉を抽出した後に、「肺動脈４」を対象に第２マッチング処理を行い、抽出された大葉中の一の肺区域を抽出してもよい。
＜ステップＳ４９＞手動選択ステップ（第２の領域抽出ステップＧ）
腫瘍６０Ｄを含む領域がなかった場合（Ｓ４８：ＮＯ）には、ナビゲーション装置１は、術者が第２の領域を選択できるように手動選択モードとなる。
腫瘍６０Ｄを含む領域がなかった場合（Ｓ４８：ＮＯ）には、ナビゲーション装置１は、術者が第２の領域を選択できるように手動選択モードとなる。
＜ステップＳ５０、Ｓ５１＞第２の領域抽出ステップＨ
腫瘍６０Ｊ（第１の領域）が複数の領域に含まれていた場合には、その複数の領域を、第２の領域抽出部２６は抽出する。言い換えれば、第２の領域抽出部２６Ｂは複数の第２の領域を抽出する。
腫瘍６０Ｊ（第１の領域）が複数の領域に含まれていた場合には、その複数の領域を、第２の領域抽出部２６は抽出する。言い換えれば、第２の領域抽出部２６Ｂは複数の第２の領域を抽出する。
＜ステップＳ５２＞第２の領域抽出ステップＩ
腫瘍６０Ｊ（第１の領域）が１つの領域に含まれていた場合には、その領域を、第２の領域抽出部２６は抽出する。
腫瘍６０Ｊ（第１の領域）が１つの領域に含まれていた場合には、その領域を、第２の領域抽出部２６は抽出する。
＜ステップＳ５３＞切除領域表示ステップ
第２の領域抽出部２６Ｂが抽出した腫瘍切除領域（第２の領域）が、表示部１１に表示される。
第２の領域抽出部２６Ｂが抽出した腫瘍切除領域（第２の領域）が、表示部１１に表示される。
以上の説明のように、本実施形態のナビゲーション装置１Ｂは、第１実施形態のナビゲーション装置１等と同じ効果を有する。
なお、個体差により、被検者の血管の配置状態等が標準テンプレートと大きく異なる場合がある。例えば、図１１Ａに示す標準テンプレートでは、左下葉ＬＤの内部に留まっている下葉静脈の末端が、図１１Ｂに示すように、被検者によっては、左上葉ＬＵにまで延伸していることがある。
このような場合には、図１１Ｃに示すように、第２の領域抽出部２６Ｂは、同一の血管網に属する第３の領域６３を、腫瘍切除追加領域として抽出することが好ましい。図１１Ｃに示す第３の領域６３は左上葉ＬＵの肺区域２（ＬＵ２）である。そして図１１Ｃに示すように、表示部１１に表示される画像は第３の領域６３を、第２の領域６１とは異なるハッチングまたは表示色等を用いて表示することにより、術者に注意を促すことが好ましい。
また、被検者の血管の配置等が標準テンプレートと大きく異なる場合には、腫瘍切除領域とは関係のない位置であっても、ナビゲーション装置１Ｂは、術者に注意を促すために表示を行っても良い。
以上の説明では肺の腫瘍切除領域の抽出を例に説明したが、他の臓器、例えば、肝臓においても同様の方法でナビゲーションを行うことが可能である。すなわち、肝臓の切除では、亜領域切除、領域切除、葉切除、または拡大右葉切除のいずれかが行われるが、ナビゲーション装置は、適切な腫瘍切除領域を抽出して、術者に表示することができる。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
本出願は、２０１０年６月２日に日本国に出願された特願２０１０−１２７１８７号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
実施形態の医療機器は、予め取得した被検者の体内の３次元画像データを記憶する記憶手段と、前記３次元画像データから所定の臓器を抽出する臓器抽出手段と、前記３次元画像データにおける前記臓器の第１の領域を指定する第１の領域指定手段と、前記３次元画像データから前記臓器の内部の複数の血管を抽出する血管抽出手段と、前記血管抽出手段が抽出した前記複数の血管を、動脈または静脈のいずれかに分類する血管分類手段と、前記血管分類手段が分類した前記動脈または前記静脈の少なくともいずれかの径を、所定量増加した血管関連領域からなる血管領域テンプレートを作成するテンプレート作成手段と、前記血管領域テンプレートに基づき、前記臓器の解剖学的特徴により分類された領域であり、かつ前記第１の領域を含む、第２の領域を抽出する第２の領域抽出手段と、を具備する。
また別の実施形態の医療機器の制御方法は、予め取得した被検者の体内の３次元画像データを記憶するデータ記憶ステップと、前記３次元画像データから所定の臓器を抽出する臓器抽出ステップと、前記３次元画像データにおける前記臓器の第１の領域を指定する第１の領域指定ステップと、前記３次元画像データから前記臓器の内部の複数の血管を抽出する血管抽出ステップと、前記血管抽出ステップにおいて抽出した前記複数の血管を、動脈または静脈のいずれかに分類する血管分類ステップと、前記血管分類ステップにおいて分類した動脈または前記静脈の少なくともいずれかの径を所定量増加した血管関連領域、からなる血管領域テンプレートを作成するテンプレート作成ステップと、前記血管領域テンプレートに基づき、前記臓器の解剖学的特徴により分類された領域であり、かつ前記第１の領域を含む第２の領域を抽出する第２の領域抽出ステップと、を具備する。
また別の実施形態の医療機器の制御方法は、予め取得した被検者の体内の３次元画像データを記憶するデータ記憶ステップと、前記３次元画像データから所定の臓器を抽出する臓器抽出ステップと、前記３次元画像データにおける前記臓器の第１の領域を指定する第１の領域指定ステップと、前記３次元画像データから前記臓器の内部の複数の血管を抽出する血管抽出ステップと、前記血管抽出ステップにおいて抽出した前記複数の血管を、動脈または静脈のいずれかに分類する血管分類ステップと、前記血管分類ステップにおいて分類した動脈または前記静脈の少なくともいずれかの径を所定量増加した血管関連領域、からなる血管領域テンプレートを作成するテンプレート作成ステップと、前記血管領域テンプレートに基づき、前記臓器の解剖学的特徴により分類された領域であり、かつ前記第１の領域を含む第２の領域を抽出する第２の領域抽出ステップと、を具備する。
Claims (14)
- 予め取得した被検者の体内の３次元画像データ、を記憶する記憶手段と、
前記３次元画像データから所定の臓器を、抽出する臓器抽出手段と、
前記３次元画像データにおける前記臓器の第１の領域を、指定する第１の領域指定手段と、
前記３次元画像データから前記臓器の内部の血管を、抽出する血管抽出手段と、
前記血管抽出手段が抽出した複数の前記血管を、動脈または静脈のいずれかに分類する血管分類手段と、
前記血管分類手段が分類した前記動脈または前記静脈の少なくともいずれかの血管の３次元画像情報をもとに、前記臓器の解剖学的特徴にもとづき分類された一の領域であり、前記第１の領域を含む第２の領域を抽出する第２の領域抽出手段と、を具備することを特徴とする医療機器。 - 前記第２の領域抽出手段が、前記第１の領域と最短距離にある、前記血管分類手段が分類した血管の情報から前記第２の領域を抽出することを特徴とする請求項１に記載の医療機器。
- 前記血管の前記３次元画像情報をもとに、前記血管の径を所定量増加した血管関連領域、からなる血管領域テンプレートを作成するテンプレート作成手段を具備し、
前記第２の領域抽出手段が、前記第１の領域を含む前記血管関連領域の情報をもとに、前記第２の領域を抽出することを特徴とする請求項２に記載の医療機器。 - 前記第２の領域抽出手段が、それぞれが前記第１の領域を含む複数の前記血管関連領域がある場合には、複数の前記第２の領域を抽出することを特徴とする請求項３に記載の医療機器。
- 前記被検者の、少なくとも性別、体型、および年齢をもとにした、標準的な前記臓器および前記血管の３次元形状情報からなる標準テンプレートを記憶する標準テンプレート記憶手段を、具備し、
前記標準テンプレートの前記血管の前記３次元形状情報と、前記血管抽出手段が抽出した前記血管の前記３次元画像情報と、のマッチング処理、または、前記標準テンプレートの前記臓器の前記３次元形状情報と、前記臓器抽出手段が抽出した前記臓器の前記３次元画像情報と、のマッチング処理の少なくともいずれかを、を行うマッチング処理手段と、
前記３次元画像情報と対応づけられた前記第１の領域と、前記標準テンプレートの前記臓器の情報と、から前記第２の領域抽出手段が、前記第２の領域を抽出することを特徴とする請求項２に記載の医療機器。 - 前記第１の領域が腫瘍領域であり、
前記第２の領域が、腫瘍切除領域であることを特徴とする請求項５に記載の医療機器。 - 前記臓器が、気管支を含む肺であり、
前記第２の領域抽出手段が、前記静脈の前記３次元画像情報から、前記第２の領域として、右上葉、右中葉、右下葉、左上葉または左下葉の大葉のいずれかを抽出することを特徴とする請求項６に記載の医療機器。 - 前記第２の領域抽出手段が、前記動脈の前記３次元画像情報から、前記第２の領域として、前記大葉の中の小領域を、さらに抽出することを特徴とする請求項７に記載の医療機器。
- 前記血管の前記３次元画像情報をもとに、前記第２の領域抽出手段が抽出した前記第２の領域の近接領域を、腫瘍切除追加領域である第３の領域として抽出する第３の領域指定手段を、具備することを特徴とする請求項７に記載の医療機器。
- 前記第３の領域の血管が前記第２の領域の血管と同一の血管網に属することを特徴とする請求項９に記載の医療機器。
- 予め取得した被検者の体内の３次元画像データ、を記憶するデータ記憶ステップと、
前記３次元画像データから所定の臓器を、抽出する臓器抽出ステップと、
前記３次元画像データにおける前記臓器の第１の領域を、指定する第１の領域指定ステップと、
前記３次元画像データから前記臓器の内部の血管を、抽出する血管抽出ステップと、
前記血管抽出手段がステップにおいて抽出した複数の前記血管を、動脈または静脈のいずれかに分類する血管分類ステップと、
前記血管分類ステップにおいて前記動脈または前記静脈の少なくともいずれかの血管の３次元画像情報をもとに、前記臓器の解剖学的特徴にもとづき分類された一の領域であり、前記第１の領域を含む第２の領域を抽出する第２の領域抽出ステップと、を具備することを特徴とする医療機器の制御方法。 - 前記第２の領域抽出ステップにおいて、前記動脈または前記静脈の少なくともいずれかの血管の３次元画像と、前記第１の領域と、の距離関係から第２の領域を抽出することを特徴とする請求項１１に記載の医療機器の制御方法。
- 前記血管の前記３次元画像情報をもとに、前記血管の径を所定量増加した血管関連領域、からなる血管領域テンプレートを作成するテンプレート作成ステップを具備し、
前記第２の領域抽出ステップにおいて、前記第１の領域を含む前記血管関連領域の情報をもとに、前記第２の領域を抽出することを特徴とする請求項１２に記載の医療機器の制御方法。 - 前記被検者の、少なくとも性別、体型、および年齢をもとにした、標準的な前記臓器および前記血管の３次元形状情報からなる標準テンプレートを記憶する標準テンプレート記憶ステップと、
前記標準テンプレートの前記血管の前記３次元形状情報と、前記血管抽出手段が抽出した前記血管の前記３次元画像情報と、のマッチング処理、または、前記標準テンプレートの前記臓器の前記３次元形状情報と、前記臓器抽出手段が抽出した前記臓器の前記３次元画像情報と、のマッチング処理、を行うマッチング処理ステップと、を具備し、
前記第２の領域抽出ステップにおいて、前記３次元画像情報と対応づけられた前記第１の領域と、前記標準テンプレートの前記臓器の情報と、から前記第２の領域を抽出することを特徴とする請求項１２に記載の医療機器の制御方法。
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