JP2002017753A - 画像装置と協働の介入処置計画を容易にするシステム及び方法 - Google Patents

画像装置と協働の介入処置計画を容易にするシステム及び方法

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JP2002017753A
JP2002017753A JP2000403555A JP2000403555A JP2002017753A JP 2002017753 A JP2002017753 A JP 2002017753A JP 2000403555 A JP2000403555 A JP 2000403555A JP 2000403555 A JP2000403555 A JP 2000403555A JP 2002017753 A JP2002017753 A JP 2002017753A
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Gosta Jakob Ehnholm
ヤコブ エーンホルム ゴスタ
Teuvo Vaara
ヴァーラ テウヴォ
Erkki Vahala
ヴァハラ エルッキ
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 本発明は、対話型画像誘導手術のような介入
処置を計画する分野に関し、数値的補完処理時間を短縮
し、さらに、画像の見映えを改善する。 【解決手段】 患者の入口点１５０から患者体内の標的
点１５２へと外科手術計画軌道に沿って異物を患者体内
に挿入する外科手術処置の計画を行うインタフェース・
システムを準備する。画像装置を使用して、患者の第１
区域の第１画像体積データセットを生成する。患者の第
１断層画像１３０を表示装置に表示し、オペレータ・イ
ンタフェース装置を使用して、複数の図形的点記号１３
６を患者の前記第１断層画像中に置くことにより、患者
の第２の計画画像を形成する。前記第２断層画像は、前
記第１画像体積データセットから直接的に導くか、前記
第１画像体積データセットから補間法により間接的に導
くか、画像装置を使用して患者に第２の走査を実行する
かの何れかにより導かれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、対話型画像誘導手
術のような介入処置を計画する分野に関する。本発明
は、組織検査用プローブの類のような手術器具の方向を
形成するためにフリーハンドの案内装置を使用して磁気
共鳴画像化システム中で実施される最小限侵襲的外科手
術の計画段階に関連して特定の適用例を見出し、以下、
特にそれに関連して説明する。しかしながら、本発明
が、ＣＴスキャナ、超音波、蛍光透視法、及び他の画像
装置を使用して実行される処置、及びそれらの装置を使
用する手術を含んで、広範囲の画像装置及び最小限侵襲
的外科処置に対して、同じように適用できることは言う
までもない。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えばカテーテル、ドレナージ
管、組織検査用プローブの類を患者体内に配置するよう
な、ある特定の侵襲的外科手術処置を実行するために、
機械的なアームタイプの機構又はフリーハンドの***
を人間解剖学的組織画像装置と共に組み合わせて、幾つ
かのシステムが提案されてきた。日本特許出願第１０−
３４０，０３３号で説明されるそれらシステムの１つに
おいては、多重に連結された機械的アーム組立体が一定
の関係でＣＴスキャナに装着される。この機械的アーム
組立体は、その機械的アーム組立体から、そしてＣＴス
キャナ上に置かれた患者の体を通って延びる実際の軌道
を形成するために、外科手術計画装置を保持する。加え
て、このＣＴスキャナは、組織検査用プローブのような
異物を、患者体内の仮想標的点に向かう表示で示される
仮想軌道に沿って入口点から患者の中に導入することを
計画するための仮想ニードル表示を含む。この表示は複
数の、患者を通ってとられた、間隔を置いた横軸方向の
影像であって、患者上の仮想ニードル入口点に相当する
画像スライスを含むもの、同様に、患者内の標的点に相
当する画像体積データセットの画像スライス上にとられ
た患者の第２の横軸方向の影像を含む。仮想ニードル軌
道と同一平面上の患者の他の影像は、例えば、知覚神
経、血管即ち動脈、重要臓器の類の重要な解剖学的構造
を避ける目的で最小限侵襲的外科手術処置を計画する上
で有用である。説明されたシステムはまた、手動の仮想
ニードル「深度」制御装置を含み、更に計画段階の間、
それに対応する表示を介入療法士を支援する目的で準備
する。
【０００３】上記システムの類は、巧く機能し、適切な
結果を提供するものの、仮想器具経路軌道の表示は、定
位器の動きに追従するように実時間で更新されてはいな
い。より詳細には、このシステムは、患者の解剖学的組
織の最も完全で且つ正確な仮想表示と、そこを通って延
びる仮想器具軌道とを提供する目的で、初期に取得され
た画像体積データセットに基づき、表示用として仮想ニ
ードル軌道と同一平面の多重画像平面を作りだすため
に、一連の補間段階を実行する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】勿論、数値的補間を行
う場合には時間がかかる。この場合だと、介入療法士に
対して示される表示は、機械的アーム組立体、及び／又
は、その上に保持される外科手術計画器具の迅速な全体
の動きに対して頻繁に「遅れ」をとる。数値的補間の別
の欠点は、特に限定された数の画像スライスのみしか入
手できない場合、全体的画像の品位が下がり、また、画
像の見映えが一般的に言って変わることである。このこ
とは、画像の解釈を一層困難なものとし、また、処置又
は計画を一層直接的でないものにする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、患者体
表面の入口点から患者体内の標的点へと、外科手術計画
軌道に沿って異物を患者体内に挿入する、外科手術処置
の計画を行う上での方法が提供される。画像装置を使用
して、患者の第１回目の走査が実行され、患者の第１区
域の第１画像体積データセットが生成される。この画像
体積データセットは、患者のおおむね頭からつま先まで
の軸線と同方向の軸線に沿って間隔を空けて配置され
た、複数の、好ましくは患者の５つの平行する２次元的
画像スライスで形成される。この画像装置に付随する人
間が読取可能な表示装置を使用して、この第１画像体積
データセットに基づいた患者の第１断層画像が表示され
る。画像装置を使用する患者の第２走査が、この画像装
置に付随するオペレータ・インタフェース装置を使用し
て計画される。複数の図形的点記号が、表示装置上に表
示された患者の第１断層画像中に置かれる。この複数の
図形的点記号は、第２画像体積データセットを生成する
目的で第２走査に曝される患者の第２区域を形成する。
【０００６】本発明は、画像誘導介入処置計画の実時間
での視覚化を容易なものとするために、画像装置と共に
使用されるインタフェース・システムを提供する。好ま
しくは、このシステムは、複数の図形的点記号を第１表
示中に置くことにより、第１表示区域の、介入療法士に
よって選択される第２表示を生成する。好ましくは、こ
の第２表示は、患者から収集された第１画像体積データ
セットから直接的に得られ、その結果、患者についての
更なる再走査は不要である。その代わりに、この第２表
示は、第１画像体積データセットの補間に基づいてい
る。まだ別の選択肢として、第２表示は、患者について
の第２走査の間に患者から収集された第２画像体積デー
タセットから得られる。好ましくは、この再走査中に走
査された患者の区域は、複数の図形的点記号によって境
界付けされる。
【０００７】好ましくは、***上に保持される外科手
術器具が最初に軌道と位置合せされる時、次いでその装
置が標的点に到着する時に、寸法的、及び／又は、色彩
的に患者に対する***の動作の正しさを視覚化できる
ようにするため、システムは、仮想標的中心を生成す
る。更に本発明によれば、画像装置を使用して患者の第
２走査が実行され、患者の第２画像体積データセットが
生成される。この第２画像体積データセットは、患者の
第２区域から導かれ、また、第２走査計画段階で置かれ
た複数の図形的点記号によっておおむね境界付けされて
いる。
【０００８】本発明の更に限定された態様によれば、第
１断層画像を形成する第１画像体積データセットを通る
平面に対する、複数の図形的点記号各々の位置の指示
が、表示装置上に表示される。この指示は、表示装置上
の平面とその表示装置の人間観察者との間に位置する図
形的点記号の第１のものを示している第１の指示を含
む。第２の指示は、表示装置の人間観察者に対して表示
装置の背後に位置する図形的点記号の第２のものを示
す。第３の指示は、図形的点記号と該平面との間の相対
的距離を示して表示される。本発明の更に別の態様によ
れば、複数の図形的点記号を配置することによる患者の
第２走査を計画する段階は、患者に対する介入的外科手
術処置用の標的点を表す第１断層画像中に、第１図形的
点記号を配置する段階を含む。更に、患者の第２走査の
計画段階は、患者に対する介入的処置の前に、入口点を
表す第１断層画像中に第２図形的点記号を配置する段階
を含む。本発明の更に別の態様によれば、患者の第２走
査が計画され、入口点を標的点に接続する線に対して直
交する、患者の第２断層画像が生成される。代わりに、
患者に対するこの第２走査が計画され、入口点を標的点
に接続する線に平行な、患者の第２断層画像が生成され
る。
【０００９】本発明の第２の実施形態によれば、付随す
る画像装置と共に使用されるインタフェースシステムが
提供される。このインタフェースシステムは、患者の走
査実行には選択的に作動可能であり、患者の第１画像体
積データセットを生成する。このインタフェースシステ
ムは、第１画像体積データセットから取られた患者に関
する複数の第１画像スライスを選択的に表示するための
画像装置と付随する、人間が読取可能な表示装置を含
む。更に、その画像装置に付随するオペレータ・インタ
フェース装置が提供される。このオペレータ・インタフ
ェース装置は、第１画像体積データセットから取り出さ
れることになる第２セットの画像スライスの空間特性を
形成するように作動可能である。第１画像体積データセ
ットから取り出されることになる第２セットの画像スラ
イスの空間特性は、複数の図形的点記号を、表示装置上
に表示された患者の複数の第１画像スライス中に、選択
的に配置することによって形成される。本発明の第２の
実施形態の更なる態様によれば、このインタフェースシ
ステムは、第１画像体積データセットを補間することに
よって、第２セットの画像スライスを生成するための補
間手段を含む。加えて、第２セットの画像スライスを、
第１画像体積データセットの最大輝度投影画像として生
成するための手段が提供される。該最大輝度投影画像
は、患者体内の選択された組織の３次元的解釈を表す。
【００１０】本発明の第３の実施形態によると、本発明
は、患者の第１画像体積データセットを生成し、人間が
読取可能な表示器上に表示するために第１画像体積デー
タセットの画像スライスを形成するようになっている、
画像装置内で使用するためのインタフェース・システム
を提供する。このインタフェース・システムは、人間が
読取可能な表示器への表示用の第１の組の画像スライス
を生成し、その第１の組の画像スライスの少なくとも１
つの画像スライスを第１断層画像として表示するために
人間が読取可能な表示器上に配送する表示プロセッサ、
患者及び画像装置に対する複数の位置内に選択的に移動
可能であり、付随する外科手術器具をその上に選択的に
保持するようになっている***装置、及び、患者と画
像装置とに対する***装置の位置を判断し、***装
置の位置信号を生成する位置プロセッサを含み、該表示
プロセッサは、***装置の仮想画像を、前記***の
位置信号に基づき、相対的見当合わせで、前記人間が読
取可能な表示器上に前記第１断層画像上に重ねて表示す
るようになっている。好ましくは、このシステムは、画
像誘導介入処置計画用の、仮想解剖学的組織を通って延
びる仮想ニードル軌道を示す表示の、本質的な「実時
間」セットを生成する。***計画装置とその１つ以上
の仮想表示との迅速な動きの間に、遅延時間が殆どない
か、又は気づくほどにはないことが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】ここで、本発明の実施方法は、例
示的に添付図を参照しながら、以下により詳細に説明さ
れる。先ず図１を参照すると、従来技術で公知の型であ
る、開いた「Ｃ字型」磁気共鳴（ＭＲ）画像装置１０と
共に使用される本発明が示される。図に示されるよう
に、この「Ｃ字型」ＭＲ画像装置１０は、Ｃ字をした強
磁性体磁束経路１８の向い合った端部にある極片１６及
び１７に隣接して配置された１対の抵抗性磁石駆動装置
１４及び１５の形をした起磁力手段１２を含む。この起
磁力手段１２は、磁束安定化手段２０と共に、極表面間
の空隙２２を横断し、強磁性体磁束経路１８に沿う磁界
を生じさせ、そして、安定させる。引き込み式患者担体
２４が、検査される患者即ち被験者を極表面間に形成さ
れる空隙２２中に選択的に支える。励磁及び較正システ
ム２６が、空隙２２を横断する磁界を起こすために使用
される。磁気共鳴電子装置２８は、画像領域中に双極子
磁気共鳴を選択的に誘導し、画像の類の診断用情報を作
成するために、得られた受信磁気共鳴信号を処理する。
【００１２】強磁性体磁束経路１８は、第１端部３１、
第２端部３２、及び、中央部分３３を有するＣ字形強磁
性体部材３０を含む。磁束経路の第１端部３１にある第
１極片１６は、第２端部３２にある第２極片１７と共
に、それらの間に空隙２２を形成する。このＣ字形部材
３０は、強磁性体磁束経路の間隔を空隙から十分にとっ
て空隙における磁界に対する歪みを最小限化する一方
で、強磁性体磁束経路長を最小限化するように配置され
る。磁束安定化手段２０は、Ｃ字形強磁性体部材３０の
中央部分３３のセグメントを取り囲む、超伝導の極低温
駆動装置３４を含む。この極低温駆動装置３４は、磁束
経路を取り囲む環状の超伝導磁石を収容する低温保持装
置３６を含む。それに代えて、この磁束は、例えばアル
ミニウム又は銅の導体で作られ、精密電流を供給するこ
とによって励磁されるコイルにより生成することができ
る。
【００１３】患者担体２４は、おおむね水平面の患者支
持表面４０を含む。この支持表面は、それに沿う長手方
向の縦軸線と、それを横切って直交する横軸線とを持
ち、共に水平面内にある。昇降調節用手段４１が、支持
表面の対する高さを選択的に調節する。この支持表面
は、支持枠４２上に摺動可能に装着され、支持表面を水
平面で移動させるための手段を準備する。好ましくは、
モータ駆動装置４３がその枠に装着され、枠に沿って患
者支持表面を駆動する。外科手術器具案内及び***装
置５０は、最小限侵襲的外科手術器具５２を選択的に保
持するようになっている。この***装置５０は、術前
計画の間及び外科手術処置実行中に、介入療法士によっ
て患者に対して位置決め可能である。図示の実施形態に
おける外科手術器具は、案内装置５０に係合し、それに
沿って摺動し、正確な軌道に沿って患者の体内に入り、
そして、正確な場所から分析用組織片を摘出するように
なっている手動案内の組織検査用ニードル５４を含む。
しかしながら、他の多数の器具と案内装置とが意図され
ることを理解されたい。***装置５０及びその上に保
持される最小限侵襲的外科手術器具５２機構の位置と方
向とが、画像装置１０によって監視されることに注意さ
れたい。好ましくは、ノーザン・デジタル社からポラリ
ス（ＰＯＬＡＲＩＳ）（登録商標）として市販されてい
るような、受動的光学追跡が使用される。***装置５
０の受動的光学追跡は、***におけるケーブル接続、
及び／又は、電源の必要性を除去する。それに代えて、
能動的、混成光学的、又は、他の追跡システムも同様に
使用できる。
【００１４】再帰反射球面又は円盤６０のような、複数
の受動的な反射標的が***装置５０上に、最小限侵襲
的外科手術器具５２に対して一定の、既知の関係で装着
される。送信機及び受信機６２の対応するアレーが画像
装置１０に対して一定の関係で装着され、好ましくは部
屋の天井に固着される。送信機が起動し、そして出され
た信号が受動的な反射標的６０から反射され、次いで受
信機６２で受信される度に、***装置５０、及び、従
ってその上に保持される外科手術器具５２の位置と方向
とは、幾何学的三角測量法を使用して、正確に且つ迅速
に、おおむね実時間で計算される。画像装置１０の座標
系に対し、既知の、一定の関係で配置された複数の標識
４４上に***を位置決めすることによって、外科手術
器具５２と画像装置１０との座標系は、容易に相関関係
を計算することができる。同じように、***装置５０
を患者台２４上に形成された較正及び検証用区域４６上
に位置決めすることによって、外科手術器具５２及び患
者台２４の座標系は、容易に相関関係を計算することが
できる。患者担体に対する案内装置５０の方向と位置と
を検証するために、案内装置の先端、又は、その上に保
持される指針が較正及び検証用区域４６に触れさせら
れ、患者担体の所在と外科手術器具の所在とを示す電子
信号が、実際に両方を空間的に同一点に置くかどうかの
評価がなされる。同じように、磁気共鳴信号の平面に対
して、一定で既知の場所にある画像装置上の１つ以上の
標識４４は、案内装置の先端又は指針によって触れら
れ、電子位置信号が比較されて、体積スキャナ１０及び
案内装置５０の座標系が正確に相関されていることが確
認される。
【００１５】図２を参照すると、器具座標回路１００
は、器具空間、特に器具の座標系の案内装置５０に保持
される外科手術器具５２の位置と軌道とを決める。この
器具座標回路は、受信機６２に接続され、器具空間にお
ける器具の位置及び方向の変化を示す信号を受信する。
器具・計画スキャナ相関用プロセッサ１０２は、最小限
侵襲的外科手術器具５２と体積スキャナ１０との座標系
間の相関又は変換を決める。相関又は変換は、一般に、
オフセット（特に患者担体の軸線に沿ったオフセッ
ト）、角度オフセット又は回転、及び、拡大縮小の点か
ら説明される。１つの実施形態において、この器具５２
は、体積スキャナ座標系に対して既知の関係にある３つ
以上の標識４４に触れさせられる。それぞれの標識に接
触しながら、器具座標系の器具の座標を計測することに
よって、２つの座標系における３つ以上の共通点が測定
される。共通点におけるバリセンタ、図心、及び、他の
特性点を測定することによって、この２つの座標系間の
オフセットが決定される。特定点から各座標系にある各
点への光線間の角度差を測定することによって、角度オ
フセットが決められる。特性点と各座標系の対応する点
との間の実際の変位の差を測定することによって、縮尺
係数が決定される。勿論、器具と体積スキャナとが送信
機と受信機とのアレーによって電子的に連結される図示
された実施形態のようなシステムにあっては、その体積
スキャナと器具座標系との間の変換又は関係は、設置時
の電子システムの較正の間に測定される。標識に触れる
ことは、除外されるか、又は、器具とＭＲスキャナとの
座標がズレを生じていないことを単に確認するために使
用することができる。
【００１６】器具対患者台相関用プロセッサ１０４は、
患者台と外科手術器具との間の相関又は変換を決めるた
めに、同じような計算を実行する、即ち、同じような既
知の物理的関係を使用する。較正処理用として両座標系
に多数の対応点を準備する上から、多数の指標を有する
ファントムが台上の既知の位置に置かれることが好まし
い。このファントムの画像は、患者台空間座標系と、計
画又は実時間の画像座標系との間の変換を導くのに使用
することができる。患者台２４に置かれた台レゾルバ１
１０は、台が持ち上げられ又は下げられる場合、及び、
患者を支持表面４０が軸線方向に移動させられる場合、
器具と患者台間の相関に対する垂直方向及び長手方向の
オフセットの一因となる。器具対患者相関用プロセッサ
１１２は、器具の座標系と患者の座標系との間の相関を
決める。ここでも、これは、器具を患者上の３つ以上の
既知基準点に置くことによって行われる。そのような点
は、鼻先、骨の特徴点、体積画像処理の間に画像化され
る基点標識など、容易に識別できる解剖学的組織を含む
ことができる。
【００１７】器具対体積画像座標系変換プロセッサ１２
０は、相関又は変換を器具対計画スキャナ相関用プロセ
ッサ１０２から受信する。この器具対体積画像プロセッ
サは、画像空間の位置及び方向座標の入力に対して作動
し、それらを体積画像データ空間へ変換する。また、そ
の逆も行う。体積又は計画データ空間における外科手術
器具の位置を知ることによって、器具の位置とその方向
とを体積計画画像データ上に重ね合わせることを可能に
する。医療処置の間、患者は画像装置に置かれ、体積画
像データセットが生成される。この体積画像データセッ
トは、体積又は計画データ・メモリ１２２に保存され
る。計画データ生成の間、患者の位置は、特に螺旋又は
スライス・データを生成するために台が移動する場合、
そのデータが患者台座標系に相関されるよう、体積計画
データと共に保存される。オペレータ制御装置３８（図
１）は、選択されたスライス、投影画像、及び、表面表
現の類の従来的なデータ表示が、計画画像表示装置１２
６へ表示用として生成されるように、体積計画画像デー
タ・メモリ、即ちビデオプロセッサ１２４を制御する。
好ましくは、この計画画像表示装置は、１つ以上の選択
された共通な交点を通る、対応する矢状、冠状、及び、
横軸線方向スライスを含む。
【００１８】図３を参照すると、本発明によれば、介入
的外科手術処置開始前の計画段階の間、患者計画画像１
３０が計画画像表示装置１２６に表示される。この少な
くとも１つの患者計画画像１３０は、画像装置の患者を
走査することによって生成された、第１画像体積データ
セットから描かれた単一画像スライスであることが好ま
しい。本発明によれば、少なくとも５つの画像スライス
が、単一の患者走査において生成された各画像体積デー
タセットに包含されることが好ましい。患者計画画像１
３０内部の仮想外科手術器具１３２の動きは、好ましく
は、介入療法士の制御用コンソール３８において制御さ
れる。しかしながら、***装置５０もまた、同じよう
に選択的に使用することができる。更に、１組の仮想照
準１３４の動きもまた、好ましくは介入療法士の制御用
コンソール３８において制御される。しかし、***装
置５０もまた、同じように選択的に使用することができ
る。好ましくは、この制御用コンソールは、オペレータ
が、計画画像表示装置１２６上に示される、患者の１つ
以上の断層計画画像１３０における複数の選択された仮
想場所に対して狙いをつけることができるようにするた
め、少なくとも１つのオペレータ・インタフェース装置
３９（図２）を含む。図示された実施形態にあっては、
このインタフェース装置３９は、標準的なマウスである
が、しかし、トラックボール、操作棒の類を含んで、他
の「照準」タイプの装置も同様に使用できる。
【００１９】本発明の第１の好ましい実施形態によれ
ば、計画図像表示装置１２６上に表示される患者計画画
像１３０の表示方式は、仮想照準１３４及びインタフェ
ース装置３９を使用して、又は、代わりに***装置５
０を使用して、患者の第１断層画像１３０中に複数の図
形的点記号１３６を配置することによって計画される。
第１断層画像１３０に選択的に置かれたこの複数の図形
的点記号１３６は、次に表示される患者断層画像におい
て表示される画像体積データセットにおける境界線を形
成する。第１の方式にあっては、表示されるべき患者の
第２断層画像は、更なる処理をすることなく、もっぱら
体積計画データ・メモリ１２２に保存されたデータに含
まれる画像スライスの組を使用し、本発明に従って得ら
れる。このデータは、計画画像表示装置１２６を埋める
ために画像体積データセット内の境界線が表示されるよ
うに、単に縮小拡大、又は、さもなければ操作される
（しかし、補間は行なわれない）。
【００２０】第２の方式にあっては、表示されるべき患
者の第２断層画像は、追加的に更なる処理を行った後、
体積計画データ・メモリ１２２に保存されたデータに包
含される画像スライスの組を使用して得られる。第１画
像体積データセットを含むこのデータは、好ましくは、
補間され、次いで、計画画像表示装置１２６を満たすた
めに、補間された画像体積データセット内の境界線が表
示されるように拡大縮小される。第３の方式にあって
は、表示されるべき患者の第２断層画像は、画像装置１
０の患者を再走査し、第２画像体積データセットを取得
し、体積計画データ・メモリ１２２への保存用に画像ス
ライスの新規セットを生成することによって導かれる。
好ましくは、再走査されるべき、患者のこの第２区域
は、第１断層画像１３０に選択的に置かれていた複数の
図形的点記号１３６により形成され、そして、境界付け
られる。患者再走査から収集されたデータは拡大縮小さ
れ、その結果、新規画像体積データセット内の境界線
は、計画画像表示装置１２６を満たすために表示され
る。
【００２１】第２画像体積データセットを得る上記方式
の各々は、オペレータ制御用コンソール３８で適切な制
御装置を使用して、介入療法士が選択的に利用できる。
第１方式は、表示された画像における最速の更新をもた
らす。第２方式は、それよりも幾分か遅い画像表示の更
新をもたらすが、しかし、仮想解剖学的組織に関する総
括的全体画像を表示する。しかし、上記のように、補間
法は、一般的に言って画像の品質を低下させ、画像外観
に影響を与える。第３方式は、最も遅い画像更新をもた
らすが、しかし、第１画像スライスから選択された患者
の解剖学的組織部分の最も詳細な画像を表示する。引き
続き図３を参照すると、仮想外科手術器具１３２が、患
者計画画像１３０上に重ね合わせられて示される。仮想
外科手術器具１３２の位置及び方向は、オペレータコン
ソール３８でインタフェース装置３９を使用するか、又
は代わりに、実際の***装置５０を使用することによ
り、選択され、制御される。この仮想外科手術器具１３
２は、患者計画画像１３０を通って延びる仮想器具軌道
１４０を形成する。この仮想器具軌道１４０が、その第
１部分として、患者計画画像１３０として表示装置に示
される画像スライスの第１側面上に延びる第１図形形状
１４２で表示されることは、本発明の利点である。同じ
ように、仮想器具軌道１４０が、その第２部分として、
患者計画画像１３０として表示装置に示される画像スラ
イスの第２側面上に延びる第２図形形状１４４で表示さ
れることは、本発明の更なる利点である。
【００２２】器具の軌道点と計画画像平面との間の相対
的距離を示している指示と共に、仮想器具軌道１４０が
２つの明確な図形形状で表示されることで、患者計画画
像が実際には元来２次元画像であるにもかかわらず、３
次元概念方式での軌道の迅速且つ正確な視覚化を可能な
ものにする。このようにして、介入療法士は、その介入
療法士と、患者計画画像を形成する画像スライスの平面
との「間」に横たわる仮想器具軌道１４０の第１の部分
１４２を認識することができる。更に、介入療法士は、
患者計画画像を形成する画像スライスの平面を「超え
て」横たわる仮想器具軌道１４０の第２の部分１４４を
認識することができる。加えて、仮想入口点１５０、仮
想標的点１５２、ピボット点１５３、照準１３４などを
含んでいる複数の図形的記号１３６のそれぞれは、同じ
ように表示され、２次元的画像１３０において「３次
元」的計画視覚化を可能にする。仮想器具軌道と同様
に、複数の図形的点記号は、表示された画像平面と人間
観察者との間に置かれた図形的点記号の第１のものを示
す第１図形形状の指示と、人間観察者に対して表示平面
の背部に置かれた図形的点記号の第２のものを示す第２
図形形状の指示と、を含む指示と共に表示される。第３
の指示は、図形的点記号と表示平面との間の相対的距離
を示すように更に準備される。
【００２３】続けて図３を参照すると、介入療法士は、
上記の代わりとして、患者計画画像１３０上の選択され
た位置に仮想照準１３４を置き、次いで、１つ以上の適
切な制御用スイッチ（図示されず）を作動させて、仮想
入口点１５０及び仮想標的点１５２を患者の画像上に選
択することにより、仮想器具軌道１４０を形成すること
ができる。介入療法士と患者計画画像を形成する画像ス
ライスの平面との「間」に横たわる標的及び入口点は、
例えば、様々に色がつけられて強調された点のような、
第１の固有の図形形状で表示される。同じように、患者
計画画像を形成する画像スライスの平面を「超えて」横
たわる標的及び入口点は、例えば、様々に色づけられて
点滅する又はストロボする点のような、第２の固有な図
形形状で表示される。第３の指示は、図形的点記号と表
示平面との間の相対的距離を示すように更に準備され
る。
【００２４】上記に従って仮想標的点１５２が選択され
た後、本発明は、実際の外科手術器具を、仮想器具軌道
１４０によって示されているような計画軌道に沿って、
患者体内に対話をしながら案内する手段を提供する。こ
こで、図４ａから図４ｃを参照すると、好ましくは、仮
想標的中心１６０及び仮想近接目盛１７０は、オペレー
タコンソール３８に表示され、患者体内に外科手術器具
を導入する一方で、介入療法士を支援する。図４ａから
図４ｃに示されるように、同じくオペレータコンソール
３８に表示されるのは、選択された入口点１５０と選択
された標的点１５２とを接続している線の第１基準点に
対する増加及び減少角度である。好ましくは、図示され
るように、この角度は、デカルト又は極座標のいずれか
によるもので、デカルト座標の場合は、「Ｘ軸方向偏
差」及び「Ｙ軸方向偏差」のパースペクティブとして、
また、長さは、メートル単位系で表される。また図４ａ
から図４ｃに示されるように、選択された標的点と実際
の探知装置の場所との間の距離もまた、オペレータコン
ソール３８に表示される。
【００２５】表示される指示、標的点、入口点、軌道に
沿った距離、増加角度、及び、減少角度は、器具のオペ
レータが、関連する介入器具を患者体内に入れ込む少な
くとも１つの点と１つの角度を定めることができるよう
に、関連する外科手術器具の直接使用にとって適切な形
で表されることが好ましい。仮想標的中心１６０及び目
盛１７０は、***の位置により形成される器具経路の
正しさの視覚的実時間表示を準備するため、光学的追跡
システムによって追跡される***装置５０の位置と方
向とに即応する。より詳細には、表示される仮想標的中
心１６０の寸法は、実際の***装置５０が仮想器具軌
道１４０に位置合せされる場合、図４ａに示される寸法
から図４ｂに示される寸法へと若干大きくなる。また、
近接目盛１７０の位置は、表示位置１７２から表示位置
１７４へと変化する。
【００２６】更に、仮想標的中心１６０の寸法は、実際
の***装置５０が、仮想器具軌道１４０により仮想計
画空間に形成される経路に沿って、患者体内の標的点に
向かって前進させられる場合、図４ｂに示される寸法か
ら図４ｃに示される寸法へと若干大きくなる。更に、近
接目盛１７０の位置は、位置１７４から表示位置１７６
へと変化する。この仮想標的中心１６０は、外科手術器
具５２が標的点に到着した場合、寸法が増加させられ、
外側の視野スケール１６２を完全に満たすことが好まし
い。このようにして、介入療法士には、患者体内への外
科手術器具導入の進行状況を実時間で視覚化したものが
準備される。更に、外科手術器具が選択された標的点を
超えて前進する場合、仮想標的中心１６０の色彩は、例
えば赤から青のように変化する。加えて、好ましくは、
仮想標的中心１６０の寸法は減少し、そして仮想目盛１
７０に示される部分は、外科手術器具が選択された標的
点を超えて移動した距離に比例して変えられる。介入療
法士には、その結果、患者体内への外科手術器具導入が
正しく進行していることを更に実時間で視覚化したもの
がもたらされる。
【００２７】上記に加えて、好ましくは、仮想軌道が、
複数の図形的点記号の少なくとも１つとおおむね位置が
合った状態にあることを表す、可聴式合図及び視覚式合
図のうちの少なくとも１つを生成する手段が提供され
る。図形的点記号の少なくとも１つが、患者体内へ入る
仮想軌道の選択された入口点である場合、***で運ば
れる外科手術器具が患者の入口点に触れる時、可聴式合
図及び視覚式合図のうちの少なくとも１つが生成され
る。好ましくは、この可聴式合図及び視覚式合図のうち
の少なくとも１つは、***で運ばれる外科手術器具と
患者体内の選択された標的点との間の相対距離に比例し
て生成される。更に好ましくは、視覚的指示は、***
が標的点に接近すると、人間が読取可能な表示器にその
外観が変化する銃標的の形で形成される。更に、この銃
標的は、外科手術器具が標的点に到着する時にまた、次
いで、外科手術器具が標的点を超えて進む時に再び、外
観が変化することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインタフェースシステムを使用し
ている「Ｃ磁石」タイプの磁気共鳴画像装置の概略図で
ある。
【図２】本発明によるシステムによって実行される画像
取得及び計画画像処理の概略図である。
【図３】患者から形成された画像スライス、及び、本発
明により画像スライス表示上に選択的に配置された図形
的記号を表す図である。
【図４ａ】目標とする仮想計画軌道と仮想計画標的点と
に対して***の位置と動きとが正しいことを視覚化で
きるようにするために、様々な寸法と様式とで表示器上
に表示された仮想標的中心を示す図である。
【図４ｂ】目標とする仮想計画軌道と仮想計画標的点と
に対して***の位置と動きとが正しいことを視覚化で
きるようにするために、様々な寸法と様式とで表示器上
に表示された仮想標的中心を示す図である。
【図４ｃ】目標とする仮想計画軌道と仮想計画標的点と
に対して***の位置と動きとが正しいことを視覚化で
きるようにするために、様々な寸法と様式とで表示器上
に表示された仮想標的中心を示す図である。
【符号の説明】
１３０ 第１断層画像 １３２ 仮想外科手術器具 １３４ 仮想照準 １３６ 図形的点記号 １５０ 仮想入口点 １５２ 仮想標的点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 7/18 Ａ６１Ｂ 5/05 ３９０ ３８０ (72)発明者 テウヴォ ヴァーラ フィンランド 02880 ヴェイッコーラ カールメクーセンポルク １ベー８ (72)発明者 エルッキ ヴァハラ フィンランド 00520 ヘルシンキ サー コッタヤンカテュ ２デー40 Ｆターム(参考） 4C060 MM24 4C096 AA18 AB36 AD14 AD15 DC23 DC31 DC35 DD11 4C301 BB13 EE10 EE20 JC01 JC16 KK24 KK27 KK31 LL20 5B057 AA08 BA07 CA12 CB12 CC03 CE08 CH01 CH11 CH16 CH20 DA07 DC03 5C054 AA07 CA07 CC01 CE02 CE16 CF05 DA01 DA08 EA01 FA09 HA12

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 患者の入口点から患者体内の標的点へと
    外科手術計画軌道に沿って患者体内に異物を挿入する外
    科手術処置を計画する方法であって、 画像装置（１０）を使用して、前記患者の第１区域の第
    １画像体積データセット（１２２）を生成するために前
    記患者の第１の走査を実行する段階と、 前記画像装置（１０）に付随する人間が読取可能な表示
    装置（１２６）を使用して、前記第１画像体積データセ
    ットに基づいて前記患者の第１断層画像（１３０）を表
    示する段階と、 前記画像装置（１０）に付随するオペレータ・インタフ
    ェース装置（３８，３９）を使用して、表示装置（１２
    ６）上に表示された前記患者の前記第１断層画像（１３
    ０）に、前記患者の前記第１区域に延びる仮想軌道（１
    ４０）を形成する複数の図形的点記号（１３６）を置く
    ことにより、前記患者に対して前記外科手術処置を計画
    する段階と、を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記患者の前記第１断層画像（１３０）
    に前記複数の図形的点記号（１３６）を置く段階は、前
    記患者の前記第１断層画像に、前記人間が読取可能な表
    示装置（１２６）での表示のための前記患者の第２区域
    を形成する、前記複数の図形的点記号を置くことにより
    前記患者の第２断層画像の表示を計画する段階を含むこ
    とを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 ｉ）前記第１画像体積データセット（１
    ２２）から直接的に、及び ｉｉ）前記第１画像体積データセット（１２２）の補間
    に基づき、再フォーマットされた断層画像法を計算す
    る、のうちの少なくとも１つにより前記患者の前記第２
    断層画像を導く段階と、 前記患者の前記第２断層画像を前記人間が読取可能な表
    示装置（１２６）に表示する段階と、を更に含むことを
    特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記画像装置（１０）を使用し、前記計
    画する段階において置かれた前記複数の図形的点記号
    （１３６）によりおおむね境界付けされた前記患者の前
    記第２区域から導かれる、前記患者の第２画像体積デー
    タセットを生成するために前記患者の第２走査を実行す
    る段階を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 前記第１断層画像（１３０）に前記複数
    の図形的点記号（１３６）を置くことにより前記患者に
    対して前記外科手術処置を計画する段階は、 前記第１断層画像を形成する前記第１画像体積データセ
    ットを通る平面に対する前記複数の図形的点記号の各々
    の位置の指示を表示する段階、を含み、 前記指示は、 前記表示装置に表示された前記第１断層画像の平面と前
    記表示装置の人間観察者との間に配置される前記図形的
    点記号の第１のものを示す第１図形形状の指示（１４
    ２）と、 前記表示装置の前記人間観察者に対して前記表示装置に
    表示された前記平面の背部に配置される前記図形的点記
    号の第２のものを示す第２図形形状の指示（１４４）
    と、 前記図形的点記号と前記平面との間の相対距離を示す第
    ３の指示と、を含むことを特徴とする請求項１から請求
    項４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記第１断層画像（１３０）に前記複数
    の図形的点記号（１３６）を置くことにより前記患者に
    対する前記外科手術処置を計画する段階は、 前記患者に対する介入外科手術処置のための標的点を表
    す第１図形的点記号（１５２）を前記第１断層画像（１
    ３０）に置く段階と、 前記患者に対する前記介入処置のための入口点を表す第
    ２図形的点記号（１５０）を前記第１断層画像に置く段
    階と、 前記人間が読取可能な装置（１２６）に、前記入口点
    （１５０）を前記標的点（１５２）に接続する線（１４
    ０）、及び、前記入口点を前記標的点に接続する前記線
    の長さを表す距離の指示（１７０）を表示する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれ
    か１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 患者の第１画像体積データセットを生成
    し、人間が読取可能な表示器上に表示するために前記第
    １画像体積データセットの画像スライスを形成するよう
    になっている画像装置内で使用するインタフェース・シ
    ステムであって、 人間が読取可能な表示器（１２６）への表示のための第
    １の組の画像スライスを生成し、前記第１の組の画像ス
    ライスの少なくとも１つの画像スライスを第１断層画像
    （１３０）として表示するために前記人間が読取可能な
    表示器に配送する表示プロセッサ（１２４）と、 前記患者及び前記画像装置（１０）に対する複数の位置
    内に選択的に移動可能であり、付随する外科手術器具を
    その上に選択的に保持するようになっている***装置
    （５０）と、 前記患者と前記画像装置（１０）とに対する前記***
    装置（５０）の位置を判断し、***装置位置信号を生
    成する位置プロセッサ（１２０）と、を含み、 前記表示プロセッサ（１２４）は、前記人間が読取可能
    な表示器（１２６）に前記***装置の仮想画像（１３
    ２）を前記***装置位置信号に基づき相対的見当合わ
    せで前記第１断層画像（１３０）上に重ねて表示するよ
    うになっている、ことを特徴とするインタフェース・シ
    ステム。
  8. 【請求項８】 前記表示プロセッサ（１２４）は、 前記***装置の前記仮想画像（１３２）に付随し、前
    記第１断層画像（１３０）によって形成される平面に対
    する前記***装置の仮想位置を表す第１の指示（１４
    ２，１４４）を表示する手段、を含み、 前記指示は、 前記表示装置（１２６）の前記平面と前記表示装置の人
    間観察者との間に位置している前記仮想画像を示す第１
    の指示（１４２）と、 前記表示装置の前記人間観察者に対して前記表示装置の
    前記平面の背後に位置している前記仮想画像を示す第２
    の指示（１４４）と、を含み、 前記表示プロセッサ（１２４）は、 前記人間が読取可能な表示器に、前記第１断層画像（１
    ３０）に仮想軌道（１４０）を形成する介入ニードル
    （１３２）の仮想画像を表示するようになっており、 前記表示プロセッサ（１２４）は、 前記第１断層画像の予め選択された仮想標的点に対して
    前記仮想軌道の経路の正しさの視覚化を可能にするた
    め、方式（１６０、１６２）で前記仮想軌道の少なくと
    も部分を表示するようになっている、ことを特徴とする
    請求項７に記載のインタフェース・システム。
  9. 【請求項９】 患者の入口点から患者体内の標的点まで
    外科手術計画軌道に沿って前記患者体内に異物を挿入す
    る外科手術処置を計画するシステムであって、 前記患者の第１走査を実行し、前記患者の第１区域の第
    １画像体積データセット（１２２）を生成する画像装置
    （１０）と、 前記画像装置（１０）に付随し、前記第１画像体積デー
    タセット（１２２）に基づいて前記患者の第１断層画像
    （１３０）を表示する、人間が読取可能な表示装置（１
    ２６）と、 前記表示装置（１２６）に表示される前記患者の前記第
    １断層画像（１３０）に、前記患者の前記第１区域内で
    延びる仮想軌道（１４０）を形成する複数の図形的点記
    号（１３６）を置くことにより、前記患者に対する前記
    外科手術処置を計画するための前記画像装置（１０）に
    付随するオペレータ・インタフェース装置（３８、３
    ９）と、を含むことを特徴とするシステム。
  10. 【請求項１０】 前記人間が読取可能な表示装置に表示
    するための前記患者の第２区域を形成する、前記複数の
    図形的点記号（１３６）を前記患者の前記第１断層画像
    に置くことにより前記患者の第２断層画像の表示を計画
    する手段と、 ｉ）前記第１画像体積データセット（１２２）から直接
    的に、ｉｉ）前記第１画像体積データセットの補間に基
    づいて再フォーマットされた断層画像を計算する、及
    び、ｉｉｉ）前記第１画像に置かれる前記複数の図形的
    点記号（１３６）によりおおむね境界付けされる前記患
    者の前記第２区域から導かれる前記患者の第２画像体積
    データセットを生成するために前記患者の第２走査を実
    行する、のうちの少なくとも１つにより、前記患者の前
    記第２断層画像を導く手段と、 前記第１断層画像を形成する前記第１画像体積データセ
    ットを通る平面に対する前記複数の図形的点記号の各々
    の位置の指示を表示する手段と、を更に含み、 前記指示は、 前記表示装置（１２６）に表示された前記第１断層画像
    （１３０）の平面と前記表示装置の人間観察者との間に
    位置する前記図形的点記号の第１のものを示す第１図形
    形状の指示（１４２）と、 前記表示装置の人間観察者に対して前記表示装置（１２
    ６）に表示された前記平面（１３０）の背後に位置する
    前記図形的点記号の第２のものを示す第２図形形状の指
    示（１４４）と、 前記図形的点記号と前記平面との間の相対距離を示す第
    ３の指示と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の
    システム。
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JP2016517288A (ja) * 2013-03-15 2016-06-16 シナプティヴ メディカル （バルバドス） インコーポレイテッドＳｙｎａｐｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｃａｌ （Ｂａｒｂａｄｏｓ） Ｉｎｃ． 低侵襲治療のための計画、誘導およびシミュレーションシステムおよび方法（関連出願の相互参照）本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１３年３月１５日に提出された「ｐｌａｎｎｉｎｇ，ｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｔｈｅｒａｐｙ」と題する米国仮特許出願第６１／８００，１５５号の優先権を主張する。本出願はまた、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１４年１月８日に提出された「ｐｌａｎｎｉｎｇ，ｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｔｈｅｒａｐｙ」と題する米国仮特許出願第６１／９２４，９９３号の優先権をも主張する。本出願はまた、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１３年７月１１日に提出された「ｓｕｒｇｉｃａｌｔｒａｉｎｉｎｇａｎｄｉｍａｇｉｎｇｂｒａｉｎｐｈａｎｔｏｍ」と題する米国仮特許出願第６１／８４５，２５６号の優先権をも主張する。本出願はまた、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１３年１１月５日に提出された「ｓｕｒｇｉｃａｌｔｒａｉｎｉｎｇａｎｄｉｍａｇｉｎｇｂｒａｉｎｐｈａｎｔｏｍ」と題する米国仮特許出願第６１／９００，１２２号の優先権をも主張する。
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