JP2008167793A - 手術支援方法および装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】表示画像に臨場感がある手術支援方法および装置を実現する。
【解決手段】ディスプレイに表示された被術者の医用画像を通じて手術支援を行うに当たり、手術器具による切断面(310)について、見開き状態を模擬した画像(b),(b')を被術者の３次元画像データから作成して表示する。前記切断面と直交する仮想的な切断面(320)について、見開き状態を模擬した画像(b),(b')を被術者の３次元画像データから作成して表示する。前記見開き状態は、手術器具の先端部の延長方向の未切断部分の見開き状態(a),(a')を含む。前記画像は、前記切断面の断層像、前記切断面の両側の奥の部分についての３次元像または前記切断面にかかる組織の３次元像を示す。前記切断面は、実手術または模擬手術による切断面である。
【選択図】図２

Description

本発明は、手術支援方法および装置に関し、特に、ディスプレイ(display)に表示された被術者の医用画像を通じて手術支援を行う方法および装置に関する。
手術の安全性や能率を高めるために、被術者の医用画像を利用した手術支援が行われる。医用画像は、被術部の断層像としてディスプレイに表示される。断層像上では、手術器具の挙動とそれによって手術される被術部の状況が逐一表示される。このような手術支援は、実手術支援や手術計画支援に利用される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１４９５６０号公報
上記手術支援に利用される断層像は、手術時に術者の肉眼に映じる患部の切開像等とはまったく印象が異なる。このため、臨場感が乏しく必ずしも十分な手術支援を行うことができない。
そこで、本発明の課題は、表示画像に臨場感がある手術支援方法および装置を実現することである。
上記の課題を解決するためのひとつの観点での発明は、ディスプレイに表示された被術者の医用画像を通じて手術支援を行う方法であって、手術器具による切断面について、見開き状態を模擬した画像を被術者の３次元画像データから作成して表示することを特徴とする手術支援方法である。
上記の課題を解決するための他の観点での発明は、ディスプレイに表示された被術者の医用画像を通じて手術支援を行う装置であって、手術器具による切断面について、見開き状態を模擬した画像を被術者の３次元画像データから作成して表示する支援手段を具備することを特徴とする手術支援装置である。
前記切断面と直交する仮想的な切断面について、見開き状態を模擬した画像を被術者の３次元画像データから作成して表示することが、切断面と直交する方向の状況を参照可能にする点で好ましい。
前記見開き状態は、手術器具の先端部の延長方向の未切断部分の見開き状態を含むことが、切断状態を予見可能にする点で好ましい。
前記画像は、前記切断面の断層像を見開き状態で示すことが、肉眼による切開部の目視像に相当する画像を得る点で好ましい。
前記画像は、前記切断面の両側の奥の部分についての３次元像を見開き状態で示すことが、切断面の両側の３次元的構造を観察可能にする点で好ましい。
前記画像は、前記切断面にかかる組織の３次元像を示すことが、切断面にかかる組織の３次元的構造を観察可能にする点で好ましい。
前記切断面は、実手術による切断面であることが、実手術を支援する点で好ましい。
前記切断面は、模擬手術による切断面であることが、手術計画を支援する点で好ましい。
本発明によれば、ディスプレイに表示された被術者の医用画像を通じて手術支援を行うに当たり、手術器具による切断面について、見開き状態を模擬した画像を被術者の３次元画像データから作成して表示するので、表示画像に臨場感がある手術支援方法および装置を実現することができる。
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１に手術支援装置のブロック(block)図を示す。本装置は、発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、手術支援装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。本装置の動作によって、手術支援方法に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
図１に示すように、本装置は、データ(data)処理部１００を有する。データ処理部１００は、例えば、コンピュータ(computer)等によって構成される。データ処理部１００は、メモリ(memory)に記憶されたプログラム(program)およびデータに基づいて動作し、手術支援用の種々の機能を発揮する。
データ処理部１００は、表示部１１０と操作部１２０を有する。表示部１１０は、例えば、グラフィックディスプレイ(graphic display)等で構成され、データ処理部１００から出力された手術支援画像を表示する。
操作部１２０は、例えば、キーボード(keyboard)等で構成される。操作部１２０は、ポインティングデバイス(pointing device)等を有し、表示部１１０に表示された画像上の位置や範囲を指定できるようになっている。操作部１２０は、また、遠隔操作用のハンドル(handle)１２２を有する。ハンドル１２２は、術者１によって操作される。
データ処理部１００には、マニピュレータ(manipulator)２００が接続されている。マニピュレータ２００の作業端は、手術器具２０２となっている。手術器具２０２は、例えば、剪刀すなわち鋏状の手術器具等である。手術器具２０２は、被術者２の体表を貫通して腹腔内に挿入されている。貫通部は最小の切開部となっており、これによって、低侵襲手術(MIS: minimal invasive surgery)が行われる。
マニピュレータ２００は、データ処理部１００によって制御される。データ処理部１００は、操作部１２０から入力される操作信号に従ってマニピュレータ２００を制御する。制御は、例えばフィードバック(feed back)制御等によって行われる。すなわち、操作部１２０から入力される操作信号とマニピュレータ２００からのフィードバック信号の差を０にするような制御が行われる。これによって、手術器具２０２は、術者１がハンドル１２２を操作した通りに作動する。
手術器具２０２は、マニピュレータ２００によらずに、術者１が直接操作するものであって良い。その場合、手術器具２０２の３次元的な位置や姿勢および挙動が光学的、磁気的あるいは機械的に検出され、その検出信号がデータ処理部１００に入力される。以下、マニピュレータ２００を通じて手術器具２０２を操作する例で説明するが、手術器具２０２を直接操作する場合も同様である。
被術者２の体内の被術部の状態は、手術支援画像として表示部１１０に表示される。手術支援画像は、手術器具２０２による切断面について、その見開き状態を模擬して表示する画像となっている。
図２に、被術部の切断面およびその見開き状態を模式的に示す。図２の(1)に示すように、手術器具２０２によって対象を垂直に切ったとすると、その切断面３１０をインプレーン(in plane)０と呼び、それに直交する仮想的な切断面３２０をインプレーン９０と呼ぶ。
なお、インプレーン０とインプレーン９０は相対的な呼称であり、手術器具２０２で対象を水平に切ったときは、切断面３２０がインプレーン０となり、切断面３１０がインプレーン９０となる。要するに、手術器具２０２で切られてできる切断面をインプレーン０と呼び、それに直交する仮想的な切断面をインプレーン９０と呼ぶ。
切断面３１０は、矢印で示すように、左右方向に見開かれる。その見開き状態を図２の(2)に示す。図２の(2)に示すように、切断面３１０は、左断面(b)と右断面(b')とに見開かれる。また、このとき、手術器具２０２の先端部の延長方向の未切断部分についても、その見開き状態が左断面(a)と右断面(a')として示される。切断部分と未切断部分の境界は破線で示される。この位置は、手術器具２０２の先端部の位置に相当する。
切断面３２０は、矢印で示すように、上下方向に見開かれる。その見開き状態を図２の(3)に示す。図２の(3)に示すように、切断面３２０は、上断面(b)と下断面(b')とに見開かれる。また、このとき、手術器具２０２の先端部の延長方向の未切断部分についても、その見開き状態が上断面(a)と下断面(a')として示される。切断部分と未切断部分の境界は破線で示される。この位置は、手術器具２０２の先端部の位置に相当する。
図３に、手術支援画像の例を示す。以下、手術支援画像を単に支援画像ともいう。図３において、(1)がインプレーン０を見開き状態で示す支援画像であり、(2)がインプレーン９０を見開き状態で示す支援画像である。なお、手術器具２０２の向きによっては、(1)がインプレーン９０、(2)がインプレーン０となり得る。
図３に示すように、見開き面には断層像が示される。断層像は、切断部分および未切断部分についての、被術部の断層像である。破線は切断部分と未切断部分の境界を表わす。見開き面以外の部分については、被術部の周囲が３次元像で示される。
このような支援画像は、予め得られた被術者２の３次元画像データから、データ処理部１００によって作成される。データ処理部１００は、操作部１２０から入力される操作信号またはマニピュレータ２００からのフィードバック信号あるいはそれら両信号に基づいて、手術器具２０２の３次元的な位置や姿勢および挙動を特定し、それに適合した支援画像を作成して表示部１１０に表示する。データ処理部１００と表示部１１０からなる部分は、本発明における支援手段の一例である。
３次元画像データは、例えば、ＭＲＩ(Magnetic Resonance Imaging)装置やＸ線ＣＴ(Computed Tomography)装置等で予め被術者２を撮像することによって取得され、メモリに記憶されている。なお、３次元画像データは、手術に並行する撮像によって得るようにしても良い。
支援画像は、あたかも切断部分を鉗子等で開いたような画像となる。このため、術者は開腹手術に近い臨場感で被術部を観察することができる。それに加えて、見開き像がインプレーン０とインプレーン９０について表示されるので、切断面と直交する方向の状況も参照することができる。これは開腹手術では不可能なことである。また、両プレーンにおいて、未切断部分も見開き状態で示されるので、未切断部分について、その切断状態を予見することができる。これも開腹手術では不可能なことである。
未切断部分の見開き画像は、データ処理部１００により、手術器具２０２の先端部の向きに合わせて作成される。このため、未切断部分の見開き画像の内容は、手術器具２０２の向きに応じて変化する。したがって、術者は、手術器具２０２の向きをさまざまに変えてみて、その方向での切断状態を予見し、最適な切断方向を決めることができる。
図４に、予見に基づく切断遂行の一例を模式的に示す。図４は、ターゲット(target)４００を手術器具２０２によって切除する例である。位置t0において被術部を位置t1まで切ると、切断面P0の見開き像P01,P02が表示される。また、手術器具２０２の向きに合わせて、位置t1から先の未切断部分P0'の見開き像P01',P02'が表示される。なお、図示を省略するが、見開き像の表示はインプレーン９０についても行われる。
術者は、見開き像P01,P02によって切断部の状態を認識し、見開き像P01',P02'によって切断面P0の延長方向の未切断部分の状態を予見する。
手術器具２０２の向きを変えて位置t2まで切ると、切断面P1の見開き像P11,P12が表示される。また、位置t1から先の未切断部分P1'の見開き像P11',P12'が表示される。術者は、見開き像P11,P12によって切断部の状態を認識し、見開き像P11',P12'によって切断面P1の延長方向の状態を予見する。
以下、この繰り返しにより、位置Pnまで切り進む。このような切り進みに際し、毎回手術器具２０２の先端部方向の未切断部分の状態を予見しながら切断を遂行するので、切断したくないところを避けつつ効果的な切断を行うことができる。
図５に、このような切断の軌跡の表示例を示す。図５に示すように、ターゲット４００が例えば３次元像として表示され、それを切除する手術器具２０２の軌跡が破線で示される。術者１はこれによってターゲット４００の切除状態を確認する。
手術器具２０２を被術部に当てただけで、先端部の延長方向の未切断部分が見開き像として表示されるので、被術部を切ることなくその切開状態を見ることができる。したがって、未切断部分の見開き像だけを支援画像として利用することもできる。この支援画像は、例えば手術計画作成等に利用される。
図６に、そのような支援画像の一例を示す。図６の(1)はインプレーン０の支援画像、(2)はインプレーン９０の支援画像である。これらの支援画像では癌の所在がカラーマーカー(color marker)等によって示される。このような支援画像から、術者は患部を切り開いた状態を予見することができる。
図７に、支援画像の他の例を示す。図７の(1)はインプレーン０の支援画像、(2)はインプレーン９０の支援画像である。これらの支援画像では血管の走向状態が示される。このような支援画像から、術者は血管の走向部を切り開いた状態を予見することができる。
図８に、支援画像の他の例を示す。図８の(1),(3)はインプレーン０の支援画像、(2),(4)はインプレーン９０の支援画像である。これらの支援画像は肺門部における血管の走向状態を示す。
(1),(2)は、見開き状態を断層像で示す。(3),(4)は、見開き状態を、切断面の両側の奥の部分についての３次元像で示す。切断面にかかる血管は、(5)に示すように、未切断状態の血管の３次元像として表示するようにしても良い。３次元像で表示することにより、被術部の３次元的構造を観察することが可能になる。
図９に、支援画像の他の例を示す。この支援画像は、手術器具とそのターゲットの位置を３次元的に表示している。このような像にもとづいて、術者は、ターゲットと手術器具の３次元的な位置関係を容易に把握することができる。
図１０に、支援画像の他の例を示す。この支援画像は、手術器具とそのターゲットの位置を３次元的に表示するとともに、手術器具２０２による切断面を、インプレーン０とインプレーン９０で表示している。インプレーン０とインプレーン９０については、見開き角度も示される。このような像にもとづいて、術者は、ターゲットと手術器具の３次元的な位置関係および切断面の状態を容易に把握することができる。
以上は、支援画像を実手術の支援に利用する例であるが、支援画像は手術のシミュレーション(simulation)すなわち模擬手術の支援に利用しても良い。模擬手術をさまざまに行ってみることにより、実手術のための最適な手術計画を得ることができる。
発明を実施するための最良の形態の一例の手術支援装置のブロック図である。 被術部の切断面およびその見開き状態を模式的に示す図である。 図３に、手術支援画像の一例を中間調の写真で示す図である。 手術器具による切断の遂行の一例を示す図である。 手術支援画像の一例を中間調の写真で示す図である。 手術支援画像の一例を中間調の写真で示す図である。 手術支援画像の一例を中間調の写真で示す図である。 手術支援画像の一例を中間調の写真で示す図である。 手術支援画像の一例を中間調の写真で示す図である。 手術支援画像の一例を中間調の写真で示す図である。
符号の説明
１００ ： データ処理部
１１０ ： 表示部
１２０ ： 操作部
１２２ ： ハンドル
２００ ： マニピュレータ
２０２ ： 手術器具
３１０ ： 切断面
３２０ ： 切断面
４００ ： ターゲット

Claims (16)

  1. ディスプレイに表示された被術者の医用画像を通じて手術支援を行う方法であって、
    手術器具による切断面について、
    見開き状態を模擬した画像を被術者の３次元画像データから作成して表示する
    ことを特徴とする手術支援方法。
  2. 前記切断面と直交する仮想的な切断面について、
    見開き状態を模擬した画像を被術者の３次元画像データから作成して表示する
    ことを特徴とする請求項１に記載の手術支援方法。
  3. 前記見開き状態は、手術器具の先端部の延長方向の未切断部分の見開き状態を含む
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の手術支援方法。
  4. 前記画像は、前記切断面の断層像を見開き状態で示す
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の手術支援方法。
  5. 前記画像は、前記切断面の両側の奥の部分についての３次元像を見開き状態で示す
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の手術支援方法。
  6. 前記画像は、前記切断面にかかる組織の３次元像を示す
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の手術支援方法。
  7. 前記切断面は、実手術による切断面である
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の手術支援方法。
  8. 前記切断面は、模擬手術による切断面である
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の手術支援方法。
  9. ディスプレイに表示された被術者の医用画像を通じて手術支援を行う装置であって、
    手術器具による切断面について、見開き状態を模擬した画像を被術者の３次元画像データから作成して表示する支援手段
    を具備することを特徴とする手術支援装置。
  10. 前記支援手段は、
    前記切断面と直交する仮想的な切断面について、見開き状態を模擬した画像を被術者の３次元画像データから作成して表示する
    ことを特徴とする請求項９に記載の手術支援装置。
  11. 前記見開き状態は、手術器具の先端部の延長方向の未切断部分の見開き状態を含む
    ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の手術支援装置。
  12. 前記画像は、前記切断面の断層像を見開き状態で示す
    ことを特徴とする請求項９ないし請求項１１のうちのいずれか１つに記載の手術支援装置。
  13. 前記画像は、前記切断面の両側の奥の部分についての３次元像を見開き状態で示す
    ことを特徴とする請求項９ないし請求項１１のうちのいずれか１つに記載の手術支援装置。
  14. 前記画像は、前記切断面にかかる組織の３次元像を示す
    ことを特徴とする請求項９ないし請求項１１のうちのいずれか１つに記載の手術支援装置。
  15. 前記切断面は、実手術による切断面である
    ことを特徴とする請求項９ないし請求項１４のうちのいずれか１つに記載の手術支援装置。
  16. 前記切断面は、模擬手術による切断面である
    ことを特徴とする請求項９ないし請求項１４のうちのいずれか１つに記載の手術支援装置。
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