JP2017040754A - 組織のボリュームデータに対応した模擬処置開始位置を決定する方法、装置及び手術シミュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】組織のボリュームデータに基づいて、模擬処置開始位置を決定する方法を提供する。【解決手段】方法は、組織のボリュームデータＳ１２に基づいて、ボリュームデータＳ１２の組織の芯線又は中心位置を求めＳ１４、組織に対する処置と、組織に対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係に基づいて、芯線又は中心位置に対する模擬処置開始位置Ｓ１８を決定する、ことをコンピュータに実行させる。【選択図】図２

Description

本発明は、組織のボリュームデータに対応した模擬処置開始位置を決定する方法、装置及び手術シミュレータに関する。

医療技術及び医療機器の進歩により、腹部手術が腹腔鏡下に行われるようになってきている。腹腔鏡下手術は、限られた視野の中で３次元の臓器又は血管等の組織を２次元の画像表示で見ながら行うので、その習得には訓練が不可欠である。また、手術予定者毎に血管の本数又はその走行位置、臓器の位置関係、例えば腫瘍の位置又は大きさが異なり、それぞれに対応した手術が要求される。

そのため、手術前に、個々の手術予定者の情報を元にして、手術シミュレーションが行われている。具体的には、ＣＴ又はＭＲＩ等の医療用画像データを用いて、手術予定者の臓器等の組織モデルが作成され、個々の手術予定者の組織情報が取り入られた模擬組織を用いて、腹腔鏡下の手術シミュレーションが行われる。

このような腹腔鏡下の手術シミュレーションにおける各処置では、模擬組織に対して、手術における各処置を開始する模擬処置開始位置を、模擬組織に対して表示することが行われる。手術の訓練者は、模擬組織上に表示される模擬処置開始位置に従って、手術シミュレーションの操作を行う。

特開２００２−１４０６８９号公報 特開２００２−３０６４８０号公報

模擬処置開始位置は、実際の組織及び組織に対する処置と関連付けられて定められているが、上述したように、組織の位置、組織の数（例えば血管の数）又は組織の形状（例えば血管の形状）等が、手術予定者によって異なっている。

そのため、手術シミュレーションの指導者は、手術予定者毎に、模擬組織に対して模擬処置開始位置を設定する作業を行っていたが、非常に手間のかかる作業であった。

そこで、本明細書では、組織のボリュームデータに基づいて、模擬処置開始位置を決定する方法を提供することを課題とする。

また、本明細書では、組織のボリュームデータに基づいて、模擬処置開始位置を決定する装置を提供することを課題とする。

更に、本明細書では、組織のボリュームデータに基づいて、模擬処置開始位置を決定する装置を備える手術シミュレータを提供することを課題とする。

本明細書に開示する方法によれば、組織のボリュームデータに基づいて、ボリュームデータの組織の芯線又は中心位置を求め、組織に対する処置と、組織に対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係に基づいて、上記芯線又は上記中心位置に対する模擬処置開始位置を決定する、ことをコンピュータに実行させる。

また、本明細書に開示する装置によれば、組織のボリュームデータを記憶する記憶部と、上記記憶部に記憶された組織のボリュームデータに基づいて、ボリュームデータの組織の芯線又は中心位置を求め、組織に対する処置と、組織に対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係に基づいて、上記芯線又は上記中心位置に対する模擬処置開始位置を決定する演算部とを備える。

更に、本明細書に開示する手術シミュレータによれば、組織のボリュームデータを記憶する記憶部と、上記記憶部に記憶された組織のボリュームデータに基づいて、ボリュームデータの組織の芯線又は中心位置を求め、組織に対する処置と、組織に対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係に基づいて、上記芯線又は上記中心位置に対する模擬処置開始位置を決定する演算部を有する装置を備える。

上述した本明細書に開示する方法によれば、組織のボリュームデータに対応した模擬処置開始位置を決定することができる。

また、上述した本明細書に開示する装置によれば、組織のボリュームデータに対応した模擬処置開始位置を決定することができる。

更に、上述した本明細書に開示する手術シミュレータによれば、組織のボリュームデータに対応した模擬処置開始位置を決定して、手術シミュレーションを行うことができる。

本明細書に開示する手術シミュレータの一実施形態を示す図である。 模擬処置開始位置決定部の動作を説明するフローチャート（その１）である。 模擬処置開始位置決定部の動作を説明するフローチャート（その２）である。 組織Ｂに対する処置と、組織Ｂに対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係を有する処置開始位置設定表を示す図である。 動作例１のボリュームデータの組織を説明する図である。 動作例１のボリュームデータの組織の接続点又は分岐点を求めることを説明する図である。 動作例１の模擬処置開始位置を決定することを説明する図である。 組織Ａに対する処置と、組織Ａに対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係を有する処置開始位置設定表を示す図である。 動作例２のボリュームデータの組織を説明する図である。 動作例２の模擬処置開始位置を決定することを説明する図である。 組織Ｆに対する処置と、組織Ｆに対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係を有する処置開始位置設定表を示す図である。 動作例３のボリュームデータの組織を説明する図である。 動作例３の模擬処置開始位置を決定することを説明する図である。

以下、本明細書で開示する手術シミュレータの好ましい一実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。

図１は、本明細書に開示する手術シミュレータの一実施形態を示す図である。

本実施形態の手術シミュレータ１０は、腹腔鏡下の手術をシミュレーションするための装置である。手術シミュレータ１０は、シミュレータ本体２０と、模擬処置開始位置決定部３０と、力覚部４０を備える。

手術シミュレータ１０は、腹腔鏡下の手術を受ける手術予定者の医療用画像データに基づいて、臓器又は血管等の模擬組織を生成して表示部２３に表示する。手術の訓練者は、表示部２３に表示された模擬組織を見ながら、模擬鉗子４１及び模擬内視鏡４２を操作して、手術予定者に対応した腹腔鏡下手術の訓練を行う。特に、表示部２３に表示される模擬組織には、模擬手術を開始する位置を示す模擬処置開始位置表示が表示されており、訓練者は、組織毎に各処置の開始する位置が案内されるようになされている。本明細書において、処置は、例えば、模擬臓器又は模擬血管の切除、止血等の模擬組織に対する医療行為を意味する。

模擬処置開始位置決定部３０は、腹腔鏡下手術を受ける手術予定者の医療用画像データに基づいて、組織の３次元のボリュームデータを生成すると共に、組織のボリュームデータに基づいて、処置を開始する模擬処置開始位置を示す模擬処置開始位置表示を模擬組織に対して追加する。模擬処置開始位置決定部３０は、模擬処置開始位置を示す模擬処置開始位置表示が追加された組織のボリュームデータを、シミュレータ本体２０に出力する。本明細書において、組織は、通常、臓器又は血管等の医療用画像データに基づいて、ボリュームデータとして生成される手術予定者の生体を意味する。

模擬処置開始位置決定部３０は、演算部３１と、記憶部３２と、表示部３３と、入力部３４と、通信部３５を有する。演算部３１は、記憶部３２に記憶された所定のプログラムを実行することにより、上述した模擬処置開始位置決定部３０の各機能を実現する。

記憶部３２は、医療用画像データに基づいて、組織の３次元のボリュームデータを生成するために用いる解剖学的情報等の情報を記憶する。また、記憶部３２は、組織に対する処置と、組織に対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係を有する処置開始位置設定表を記憶する。なお、模擬処置開始位置決定部３０は、解剖学的情報等の情報及び処置開始位置設定表を記憶するデータベースＤＢに接続されているので、必要に応じて、データベースＤＢから、これらの情報又は処置開始位置設定表を入力して記憶するようにしてもよい。

表示部３３は、演算部３１が処理した情報を表示する。入力部３４は、手術シミュレータ１０の操作者が入力部３４を用いて各種の情報を入力する。通信部３５は、シミュレータ本体２０又はデータベースＤＢとの間で通信を行う。また、通信部３５は、図示しない外部のネットワークと接続するようになされている。

模擬処置開始位置決定部３０は、例えば、サーバ又はパーソナルコンピュータ等のコンピュータ、若しくはステートマシン等を用いて構成され得る。

シミュレータ本体２０は、模擬処置開始位置決定部３０が生成した組織の３次元のボリュームデータに基づいて、力覚部４０における模擬手術操作具の移動及び模擬手術操作具と模擬組織との接触による模擬組織の反力を計算して、計算された反力を力覚装置４０に与えるとともに、模擬組織の運動による位置を計算する。また、シミュレータ本体２０は、模擬処置開始位置決定部３０が決定した模擬処置開始位置に基づいて、模擬組織に対して、模擬処置開始位置を示す模擬手術開始表示を追加した模擬組織の模擬画像を生成すると共に、計算された模擬組織の位置に基づいて、模擬内視鏡４２から撮像した模擬組織の模擬画像を生成して、表示部２３に表示する。表示部２３に表示される模擬組織は、組織の３次元のボリュームデータをメッシュ化してポリゴンを生成し、ポリゴンに基づいて３次元表示された画像である。

シミュレータ本体２０は、演算部２１と、記憶部２２と、表示部２３と、入力部２４と、通信部２５を有する。演算部２１は、記憶部２２に記憶された所定のプログラムを実行することにより、上述したシミュレータ本体２０の各機能を実現する。演算部２１は、模擬組織の運動を計算する第１演算部と、模擬組織の画像データを生成する第２演算部とを有していてもよい。また、記憶部２２は、第１演算部の処理に使用される情報を記憶する第１記憶部と、第２演算部の処理に使用される情報を記憶する第２記憶部とを有していてもよい。

記憶部２２は、模擬処置開始位置決定部３０が生成した模擬処置開始位置表示が追加された組織のボリュームデータを記憶する。表示部２３は、演算部２１が処理した情報を表示する。入力部２４は、手術シミュレータ１０の操作者が入力部２４を用いて各種の情報を入力する。通信部２５は、模擬処置開始位置決定部３０及び力覚部４０との間で通信を行う。また、通信部２５は、図示しない外部のネットワークと接続するようになされている。

シミュレータ本体２０は、例えば、サーバ又はパーソナルコンピュータ等のコンピュータ、若しくはステートマシン等を用いて構成され得る。

力覚部４０は、模擬手術操作具としての模擬鉗子４１、及び模擬内視鏡４２を有する。力覚部４０は、手術の訓練者が操作する模擬鉗子４１及び模擬内視鏡４２の位置と模擬組織との接触位置に応じた模擬組織の反力を発生させる。手術の訓練者は、模擬鉗子４１及び模擬内視鏡４２を操作して、表示部２３に表示される模擬組織の処置を行う。処置に伴う模擬組織の運動による反力は、模擬鉗子４１及び模擬内視鏡４２を介して、訓練者に対してフィードバックされる。

次に、上述した模擬処置開始位置決定部３０の動作例１を、図２及び図３に示すフローチャートを参照しながら、以下に説明する。

まず、ステップＳ１０において、模擬処置開始位置決定部３０は、組織及び組織に対する処置を入力する。動作例１では、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ｂ及び組織Ｂに対する処置１が入力される。そして、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ｂに対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係を有する処置開始位置設定表Ｔ１を、データベースＤＢから入力して、記憶部３２に記憶する。なお、ステップＳ１０において、診療科、術式、アプローチ手法と共に、組織及び組織に対する処置を入力するようにしてもよい。

図４は、処置開始位置設定表Ｔ１を示す。

処置開始位置設定表Ｔ１には、組織Ｂと、組織Ｂと関連づけられている処置１〜４とが関連づけられて記憶されている。また、処置開始位置設定表Ｔ１には、各処置と、各処置の選択領域及び処置開始位置とが関連づけられて記憶されている。組織としては、例えば、腎臓、肝臓、小腸等の臓器又は血管が挙げられる。また、処置としては、例えば、切除、止血等の医療行為が挙げられる。処置の選択領域は、処置開始位置が選択される領域を示しており、処置開始位置は、選択領域の範囲内から決定される。組織同士の連結状態は、手術予定者によって異なる場合があるので、組織同士の連結状態によって、処置開始位置の特定の仕方が異なる。そこで、まず組織同士の連結状態に対応した選択領域を求め、求められた選択領域に基づいて、処置開始位置が決定される。処置開始位置設定表Ｔ１に基づいた処理の詳細は後述する。

次に、ステップＳ１２において、模擬処置開始位置決定部３０は、手術予定者のＣＴ又はＭＲＩ等の医療用画像データを外部から入力し、解剖学的情報に基づいて、組織の３次元のボリュームデータを生成して、ボリュームデータと組織とを関連づける。医療用画像データは、通信部３５を用いて、外部のネットワークから入力しても良いし、予め記憶部３２又はデータベースＤＢに記憶されていてもよい。

医療用画像データは、手術予定者を所定の方向に細かくスライスした生体の断面図を有している。模擬処置開始位置決定部３０は、臓器等の組織を含む生体の部位を撮影した医療用画像データから組織の幾何情報を取得する。そして、模擬処置開始位置決定部３０は、取得した組織の幾何学的な情報に基づいて、医療用画像データから生体である各組織を２次元的に抽出し、各組織の定められた連結関係に応じて、２次元的に抽出された各組織を相対的に配置した画像を生成する。更に、模擬処置開始位置決定部３０は、これらスライスされた画像から抽出された２次元的な各組織の画像を積層し、各組織の３次元のボリュームデータを生成する。模擬処置開始位置決定部３０は、生成された３次元のボリュームデータと、組織とを関連づけて（例えばＩＤを付与して）、記憶部３２に記憶する。このようにして、模擬処置開始位置決定部３０は、医療用画像データに基づいて、１つ又は複数の組織の３次元のボリュームデータを生成する。一の組織の３次元ボリュームデータに基づいて、一の組織の領域が抽出される。

図５は、動作例１のボリュームデータの組織を説明する図である。

図５に示す例では、医療用画像データに基づいて、管状組織ではない組織Ａと、管状組織である組織Ｂと組織Ｃと組織Ｄとが抽出される。

次に、ステップＳ１４において、模擬処置開始位置決定部３０は、生成された組織のボリュームデータに基づいて、ボリュームデータの組織の芯線又は中心位置を求める。組織が、小腸又は血管等の管状組織の場合には、ボリュームデータの組織の芯線が求められる。一方、組織が、腎臓又は肝臓等の管状組織ではない場合には、ボリュームデータの組織の中心位置が求められる。

図３は、ステップＳ１４の処理を説明するフローチャートである。

まず、ステップＳ３０において、模擬処置開始位置決定部３０は、組織が管状組織であるか否かを判断する。組織が管状組織であるか否かは、記憶部３２に記憶される解剖学的情報に基づいて、決定される。組織が管状組織である場合には、ステップＳ３２へ進む。一方、組織が管状組織ではない場合には、ステップＳ３４へ進む。

ステップＳ３２へ進んだ場合には、模擬処置開始位置決定部３０は、ボリュームデータの組織の芯線を求める。組織の芯線は、組織のボリュームデータに基づいて、組織の断面の中心を通るように生成される。

図５に示す例では、組織Ｂに対して芯線Ｌ１が生成され、組織Ｃに対して芯線Ｌ２が生成され、組織Ｄに対して芯線Ｌ３が生成される。組織Ｂは、組織Ｄ側から組織Ａ側に向かって延びており、途中の位置で２つに分岐している。そのため、芯線Ｌ１は、組織Ｂの分岐に対応して、分岐する芯線Ｌ１１及び芯線Ｌ１２を有する。

一方、ステップＳ３４へ進んだ場合には、模擬処置開始位置決定部３０は、ボリュームデータの組織の中心位置を求める。組織の中心位置は、組織の質量中心とすることができる。模擬処置開始位置決定部３０は、解剖学的情報に基づいて、組織の平均密度と体積とに基づいて、質量中心を求める。

図５に示す例では、組織Ａに対して、中心位置に中心点Ｐ１が生成される。

次に、ステップＳ１６において、模擬処置開始位置決定部３０は、２つの連結する組織の芯線同士が接続する接続点、及び、芯線が分岐する分岐点、及び、２つの連結する組織の内の一方の組織の芯線と他方の組織のボリュームデータの表面とが接続する接続点を求める。

図６は、動作例１のボリュームデータの組織の接続点又は分岐点を求めることを説明する図である。図６は、図５の各組織に対して、接続点又は分岐点を求めた図である。

図６に示す例では、模擬処置開始位置決定部３０は、連結する組織Ｂ及び組織Ｃの芯線同士が接続する接続点Ｐ２と、連結する組織Ｂ及び組織Ｄの芯線同士が接続する接続点Ｐ３とを求める。

また、模擬処置開始位置決定部３０は、芯線Ｌ１が、芯線Ｌ１１及び芯線Ｌ１２に分岐する分岐点Ｐ４を求める。

更に、模擬処置開始位置決定部３０は、２つの連結する組織Ａ及び組織Ｂの内の一方の組織Ｂの芯線Ｌ１１，Ｌ１２と他方の組織Ａのボリュームデータの表面とが接続する接続点Ｐ５及び接続点Ｐ６を求める。

次に、ステップＳ１８において、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ｂに対する処置１と関連付けられた処置開始位置との関係を有する処置開始位置設定表Ｔ１に基づいて、芯線又は中心位置に対する模擬処置開始位置を決定する。

具体的には、動作例１では、模擬処置開始位置決定部３０は、ステップＳ１０において、組織Ｂ及び組織Ｂに対する処置１が入力されているので、処置開始位置設定表Ｔ１の処置１に規定される選択領域及び処置開始位置を求める。

まず、模擬処置開始位置決定部３０は、処置１に規定される選択領域の起点を求める。処置開始位置設定表Ｔ１には、処置１の選択領域の起点として、組織Ｃとの接続点又は組織Ｄとの接続点が規定される。図６に示す例では、組織Ｂは、組織Ｃ及び組織Ｄと接続されているので、一番目に規定されている組織Ｃとの接続点Ｐ２が、選択領域の起点として選択される。なお、手術予定者によっては、組織Ｂは、組織Ｄとのみ接続されている場合がある。この場合には、二番目に規定されている組織Ｄとの接続点Ｐ３が、選択領域の起点として選択される。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、処置１に規定される選択領域の終点を求める。模擬処置開始位置決定部３０は、起点である接続点Ｐ２から、組織Ａとの接続方向に向かって（図７中の矢印の向き）、終点を求める。処置開始位置設定表Ｔ１には、処置１の選択領域の終点として、最初の分岐点又は組織Ａとの接続点が規定される。図６に示す例では、組織Ｂは、組織Ａとの接続点Ｐ５，Ｐ６の前に、最初の分岐点Ｐ４を有するので、一番目に規定されている分岐点Ｐ４が、選択領域の終点として選択される。

上述した選択領域の選択処理では、２つの連結する組織の芯線同士が接続する接続点Ｐ２、及び、芯線が分岐する分岐点Ｐ４に基づいて選択領域が決定されていたが、選択領域は、２つの連結する組織の内の一方の組織の芯線と他方のボリュームデータの組織の表面とが接続する接続点に基づいて決定される場合もある。また、接続点、又は分岐点に基づいて、ボリュームデータの組織上に、模擬処置開始位置が位置する選択領域を求められる場合もある。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、処置開始位置設定表Ｔ１に基づいて、処置開始位置の中心として、選択領域の範囲内で、起点である接続点Ｐ２側の隣接領域を選択する。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、処置開始位置設定表Ｔ１に基づいて、処置開始位置の範囲として、選択領域の範囲内で、処置具の寸法に相当する範囲を選択する。処置具の寸法として、例えば、鉗子の先端部の寸法が挙げられる。

このようにして、模擬処置開始位置決定部３０は、図７に示すように、中心として、接続点Ｐ２側の隣接領域を有し、範囲として、処置具の寸法に相当する範囲を有する模擬処置開始位置Ｓ１を決定する。

次に、ステップＳ２０において、模擬処置開始位置決定部３０は、決定された模擬処置開始位置Ｓ１に基づいて、ボリュームデータの組織Ｂに対して、模擬処置開始位置Ｓ１を示す模擬処置開始位置表示を追加する。そして、模擬処置開始位置決定部３０は、模擬処置開始位置表示が追加された組織のボリュームデータを、シミュレータ本体２０に出力する。シミュレータ本体２０は、入力した組織のボリュームデータを、記憶部２２に記憶する。

次に、模擬処置開始位置決定部３０の動作例２を、図８〜１０を参照しながら、以下に説明する。動作例２では、上述した動作例１のステップＳ１０〜ステップ２０の内の要部を、以下に説明する。

まず、模擬処置開始位置決定部３０は、組織及び組織に対する処置を入力する。動作例２では、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ａ及び組織Ａに対する処置５が入力される。そして、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ａに対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係を有する処置開始位置設定表Ｔ２を、データベースＤＢから入力して、記憶部３２に記憶する。

図８は、処置開始位置設定表Ｔ２を示す。

処置開始位置設定表Ｔ２には、組織Ａの処置５と、処置５の選択領域及び処置開始位置とが関連づけられて記憶されている。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、手術予定者のＣＴ又はＭＲＩ等の医療用画像データを入力し、解剖学的情報に基づいて、組織の３次元のボリュームデータを生成して、ボリュームデータと組織とを関連づける。

図９は、動作例２のボリュームデータの組織を説明する図である。

図９に示す例では、医療用画像データに基づいて、管状組織ではない組織Ａ及び組織Ｅと、管状組織である組織Ｂとが抽出される。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、生成された組織のボリュームデータに基づいて、ボリュームデータの組織の芯線又は中心位置を求める。

図９に示す例では、組織Ａに対して、中心位置に中心点Ｐ１が生成され、組織Ｅに対して、中心位置に中心点Ｐ７が生成される。組織Ｅは、例えば、組織Ａの腫瘍部分であり得る。また、組織Ｂに対して芯線Ｌ１が生成される。組織Ｂは、組織Ａ側に向かって途中の位置で２つに分岐している。そのため、芯線Ｌ１は、組織Ｂの分岐に対応して、分岐する芯線Ｌ１１及び芯線Ｌ１２を有する。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、芯線が分岐する分岐点、及び、２つの連結する組織の内の一方の組織の芯線と他方の組織のボリュームデータの表面とが接続する接続点を求める。

図９に示す例では、模擬処置開始位置決定部３０は、芯線Ｌ１が、芯線Ｌ１１及び芯線Ｌ１２に分岐する分岐点Ｐ４を求める。

また、模擬処置開始位置決定部３０は、２つの連結する組織Ａ及び組織Ｂの内の一方の組織Ｂの芯線Ｌ１１，Ｌ１２と他方の組織Ａのボリュームデータの表面とが接続する接続点Ｐ５及び接続点Ｐ６を求める。

更に、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ａと組織Ｅとが連結する連結面Ｑ１を求める。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ａに対する処置５と関連付けられた処置開始位置との関係を有する処置開始位置設定表Ｔ２に基づいて、芯線又は中心位置に対する模擬処置開始位置を決定する。

具体的には、動作例２では、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ａ及び組織Ａに対する処置５が入力されているので、処置開始位置設定表Ｔ２の処置５に規定される選択領域及び処置開始位置を求める。

まず、模擬処置開始位置決定部３０は、処置５に規定される選択領域の起点を求める。処置開始位置設定表Ｔ２には、処置５の選択領域の起点として、組織Ａの中心位置が規定されているので、組織Ａの中心位置である中心点Ｐ１が選択領域の起点として決定される。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、処置５に規定される選択領域の終点を求める。模擬処置開始位置決定部３０は、起点である中心点Ｐ１から、組織Ｅの中心位置である中心点Ｐ７に向かって（図９及び図１０中の矢印の向き）、終点を求める。処置開始位置設定表Ｔ２には、処置５の選択領域の終点として、組織Ａと組織Ｅとの連結面が規定されているので、連結面Ｑ１が選択領域の終点として決定される。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、処置開始位置設定表Ｔ２に基づいて、処置開始位置の中心として、選択領域の範囲内で、終点である連結面Ｑ１から組織Ａ側に向かってＸ１ｍｍの位置を選択する。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、処置開始位置設定表Ｔ２に基づいて、処置開始位置の範囲として、選択領域の範囲内で、組織Ａと組織Ｅとの連結面Ｑ１に沿って厚さＹ１ｍｍの範囲を選択する。

このようにして、模擬処置開始位置決定部３０は、図１０に示すように、中心として、連結面Ｑ１から組織Ａ側に向かってＸ１ｍｍの位置を有し、且つ、範囲として、組織Ａと組織Ｅとの連結面Ｑ１に沿って厚さＹ１ｍｍの範囲を有する模擬処置開始位置Ｓ２を決定する。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、決定された模擬処置開始位置Ｓ２に基づいて、ボリュームデータの組織Ａに対して、模擬処置開始位置Ｓ２を示す模擬処置開始位置表示を追加する。そして、模擬処置開始位置決定部３０は、模擬処置開始位置を示す模擬処置開始位置表示が追加された組織のボリュームデータを、シミュレータ本体２０に出力する。シミュレータ本体２０は、入力した模擬処置開始位置表示が追加された組織のボリュームデータを、記憶部２２に記憶する。

次に、模擬処置開始位置決定部３０の動作例３を、図１１〜１３を参照しながら、以下に説明する。動作例３では、上述した動作例１のステップＳ１０〜ステップ２０の内の要部を、以下に説明する。

まず、模擬処置開始位置決定部３０は、組織及び組織に対する処置を入力する。動作例３では、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ｆ及び組織Ｆに対する処置６が入力される。そして、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ｆに対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係を有する処置開始位置設定表Ｔ３を、データベースＤＢから入力して、記憶部３２に記憶する。

図１１は、処置開始位置設定表Ｔ３を示す。

処置開始位置設定表Ｔ３には、組織Ｆの処置６と、処置６の選択領域及び処置開始位置とが関連づけられて記憶されている。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、手術予定者のＣＴ又はＭＲＩ等の医療用画像データを入力し、解剖学的情報に基づいて、組織の３次元のボリュームデータを生成して、ボリュームデータと組織とを関連づける。

図１２は、動作例３のボリュームデータの組織を説明する図である。

図９に示す例では、医療用画像データに基づいて、管状組織ではない組織Ｈ及び組織Ｇが抽出される。組織Ｈ及び組織Ｇの間には、管状組織ではない組織Ｆが配置されている。ここで、組織Ｆは、元々の医療用画像データにはない組織であり、組織Ｈ及び組織Ｇのボリュームデータと関連づけて配置された新たな組織のボリュームデータである。組織Ｆは、例えば、膜組織である。ＣＴ又はＭＲＩ等の医療用画像には、膜組織が映らないので、抽出された組織と関連づけて膜組織のボリュームデータを追加して配置することにより、模擬組織として手術シミュレーションの対象とすることが可能となる。実際の手術予定者の生体には、膜組織が存在しており、処置の対象となり得るからである。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、新たな組織のボリュームデータに基づいて、ボリュームデータの組織の芯線又は中心位置を求める。

図１２に示す例では、組織Ｆに対して、中心位置に中心点Ｐ８が生成され、組織Ｇに対して、中心位置に中心点Ｐ９が生成され、組織Ｈに対して、中心位置に中心点Ｐ１０が生成される。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ｆと組織Ｇとが連結する連結面Ｑ２と、組織Ｆと組織Ｈとが連結する連結面Ｑ３を求める。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ｆに対する処置６と関連付けられた処置開始位置との関係を有する処置開始位置設定表Ｔ３に基づいて、芯線又は中心位置に対する模擬処置開始位置を決定する。

具体的には、動作例３では、模擬処置開始位置決定部３０は、組織Ｆ及び組織Ｆに対する処置６が入力されているので、処置開始位置設定表Ｔ３の処置６に規定される選択領域及び処置開始位置を求める。

まず、模擬処置開始位置決定部３０は、処置６に規定される選択領域の起点を求める。処置開始位置設定表Ｔ３には、処置６の選択領域の起点として、組織Ｆの中心位置が規定されているので、組織Ｆの中心位置である中心点Ｐ８が選択領域の起点として決定される。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、処置６に規定される選択領域の終点を求める。模擬処置開始位置決定部３０は、起点である中心点Ｐ８から、組織Ｆの中心位置から最近接の位置にある組織Ｆと組織Ｇとの連結の位置に向かって（図１２及び図１３中の矢印の向き）、終点を求める。処置開始位置設定表Ｔ３には、処置５の選択領域の終点として、組織Ｆと組織Ｇとの連結面と規定されているので、連結面Ｑ２が選択領域の終点として決定される。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、処置開始位置設定表Ｔ３に基づいて、処置開始位置の中心として、選択領域の範囲内で、終点である連結面Ｑ２から組織Ｆ側に向かってＸ２ｍｍの位置を選択する。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、処置開始位置設定表Ｔ３に基づいて、処置開始位置の範囲として、選択領域の範囲内で、組織Ｆと組織Ｇとの連結面Ｑ２に沿って幅Ｙ２ｍｍの範囲を選択する。

このようにして、模擬処置開始位置決定部３０は、図１３に示すように、中心として、連結面Ｑ２から組織Ｆ側に向かってＸ２ｍｍの位置を有し、範囲として、組織Ｆと組織Ｇとの連結面Ｑ２に沿って幅Ｙ２ｍｍの範囲を有する模擬処置開始位置Ｓ３を決定する。

次に、模擬処置開始位置決定部３０は、決定された模擬処置開始位置Ｓ３に基づいて、ボリュームデータの組織Ｆに対して、模擬処置開始位置Ｓ３を示す模擬処置開始位置表示を追加する。そして、模擬処置開始位置決定部３０は、模擬処置開始位置を示す模擬処置開始位置表示が追加された組織のボリュームデータを、シミュレータ本体２０に出力する。シミュレータ本体２０は、入力した模擬処置開始位置を示す模擬処置開始位置表示が追加された組織のボリュームデータを、記憶部２２に記憶する。

上述した本実施形態の手術シミュレータ１０によれば、手術予定者の組織のボリュームデータに対応した模擬処置開始位置を自動的に決定することができる。そして、模擬処置開始位置が表示された模擬組織を用いて、内視鏡下の手術シミュレーションを行うことができる。

本発明では、上述した実施形態の方法、装置及び手術シミュレータは、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。

上述した実施形態及び動作例では、模擬処置開始位置決定部３０は、組織及び組織に対する処置を入力して、組織に対する処置と、組織に対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係を有する表を用いて、模擬処置開始位置を決定していたが、模擬処置開始位置決定部３０は、組織及び組織に対する処置と共に、診療科、術式、アプローチ手法を入力するようにしてもよい。

また、上述した実施形態及び動作例では、組織に対する処置と、組織に対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係を有する表は、組織毎に別の表となっていたが、診療科、術式、アプローチ手法が共通している組織に対しては、複数の組織について、組織に対する処置と、組織に対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係を１つの表にまとめてもよい。

１０ 手術シミュレータ
２０ シミュレータ本体
２１ 演算部
２２ 記憶部
２３ 表示部
２４ 入力部
２５ 通信部
３０ 模擬処置開始位置決定部
３１ 演算部
３２ 記憶部
３３ 表示部
３４ 入力部
３５ 通信部
ＤＢ データベース
４０ 力覚部
４１ 模擬鉗子
４２ 模擬内視鏡
Ｌ１ 芯線
Ｌ１１、Ｌ１２ 芯線
Ｌ２ 芯線
Ｌ３ 芯線
Ｐ１ 模擬組織Ａの中心
Ｐ２ 模擬組織Ｂ及び模擬組織Ｃの芯線同士の接続点
Ｐ３ 模擬組織Ｂ及び模擬組織Ｄの芯線同士の接続点
Ｐ４ 芯線Ｌ１の分岐点
Ｐ５、Ｐ６ 芯線Ｌ１と組織Ａの表面との接続点
Ｓ１ 模擬手術開始位置
Ｐ７ 組織Ｅの中心
Ｑ１ 組織Ａと組織Ｅとの連結面
Ｓ２ 模擬手術開始位置
Ｐ８ 組織Ｆの中心
Ｐ９ 組織Ｇの中心
Ｐ１０ 組織Ｈの中心
Ｑ２ 組織Ｆと組織Ｇとの連結面
Ｑ３ 組織Ｆと組織Ｈとの連結面
Ｓ３ 模擬手術開始位置

Claims (6)

1. 組織のボリュームデータに基づいて、ボリュームデータの組織の芯線又は中心位置を求め、
   組織に対する処置と、組織に対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係に基づいて、前記芯線又は前記中心位置に対する模擬処置開始位置を決定する、ことをコンピュータに実行させる方法。
2. ２つの連結する組織の前記芯線同士が接続する第１接続点、又は、前記芯線が分岐する分岐点、又は、２つの連結する組織の内の一方の組織の前記芯線と他方の組織のボリュームデータの表面とが接続する第２接続点を求め、
   前記第１接続点、又は、前記分岐点、又は、前記第２接続点に基づいて、前記芯線上又はボリュームデータの組織上に、前記模擬処置開始位置が位置する選択領域を求め、前記選択領域内から前記模擬処置開始位置を決定する、ことをコンピュータに実行させる請求項１に記載の方法。
3. 組織のボリュームデータと関連づけて配置された新たな組織のボリュームデータに基づいて、新たなボリュームデータの組織の前記芯線又は前記中心位置を求め、
   組織に対する処置と、組織に対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係に基づいて、前記芯線又は前記中心位置に対する前記模擬処置開始位置を決定する、ことをコンピュータに実行させる請求項１又は２に記載の方法。
4. 決定された前記模擬処置開始位置に基づいて、ボリュームデータの組織に対して、前記模擬処置開始位置を示す模擬処置開始位置表示を追加する、ことをコンピュータに実行させる請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
5. 組織のボリュームデータを記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された組織のボリュームデータに基づいて、ボリュームデータの組織の芯線又は中心位置を求め、
   組織に対する処置と、組織に対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係に基づいて、前記芯線又は前記中心位置に対する模擬処置開始位置を決定する演算部と
   を備えた装置。
6. 組織のボリュームデータを記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された組織のボリュームデータに基づいて、ボリュームデータの組織の芯線又は中心位置を求め、
   組織に対する処置と、組織に対する処置と関連付けられた処置開始位置との関係に基づいて、前記芯線又は前記中心位置に対する模擬処置開始位置を決定する演算部を有する装置を備える手術シミュレータ。

Images