JP4155344B2 - 画像誘導手術システム - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、器具の位置を測定するための位置測定システムを含む画像誘導手術システムに関する。
背景技術
この種類の画像誘導手術システムは、米国特許公報第US 5,389,101号から既知である。
画像誘導手術システムは、外科的侵襲中、利用者例えば外科医に患者の体内の手術範囲における手術器具の位置を表示するのに使用される。ＣＴ又はＭＲＩ画像のような患者の画像が手術前に形成される。この画像誘導手術システムは、手術器具の位置を測定するための位置測定システムを含む。この画像誘導手術システムは、手術器具の測定された位置から関連する画像において対応する位置を得るためのコンピュータも含む。手術中にこの位置測定システムが患者に対する手術器具の位置を測定し、コンピュータが測定された前記手術器具の位置に対応する事前に形成された画像内における位置を計算する。モニタがこの手術器具の実際の位置が再現された前記事前に形成された画像を表示する。モニタ上の画像は外科医が器具を直視することなく、手術範囲にあるこの手術器具の場所を外科医に正確に示す。このモニタ上に表示された画像は、組織を損傷する高い危険、特に生命組織を損傷するという危険がなく、前記手術範囲内で手術器具がどのように動くかを外科医に示す。
この種類の画像誘導手術システムは、脳外科手術中に脳内にある手術器具の場所を外科医に正確に示すために、例えば神経外科において使用される。
この既知の画像誘導手術システムは、既に前記器具の大きさが正確に知っている場合にのみ使用可能である。この器具は発光ダイオード（ＬＥＤ）を具備し、このＬＥＤは当該ＬＥＤの位置を測定するために前記位置測定システムで検出される光を放射する。前記器具の端部に対する当該器具上のＬＥＤの位置は、当該器具の端部の位置を前記器具上の測定されたＬＥＤの位置から正確に得るようにするために、一定であると共に正確に知らなければならない。
発明の開示
本発明の目的は、容易で素早く正確な前記器具の測定を可能にする画像誘導手術システムを提供することである。
本目的は、画像誘導手術システムが位置測定システムを用いて、前記器具の目的部分が校正位置に位置する間はこの器具の基準部分の校正位置を測定することによって、前記器具の目的部分が試験サイトに位置する間はこの器具の基準部分の試験位置を測定することによって、当該器具を測定する試験システムを含むことを特徴とする本発明に係る画像手術システムによって達成される。
この試験システムは、前記器具内の適切な距離を正確に知るような上記やり方でこの器具を測定する。この試験システムは特に前記目的部分に対する基準部分の距離及び方向を測定する。２つの測定、例えば前記校正サイトにおける目的部分での測定と前記試験サイトにおける目的部分での測定とを実行することによって、器具の測定が信頼且つ正確に実行される。これら２つの測定結果の間に十分な差が発生することが、前記一方の測定の間に誤りが起きたと表示を形成する。試験システムは、前記目的部分が行うべき注意を行わず校正サイトに置かれることで誤りが発生するかを特に検出し、これは同様な注意を欠いたやり方でこの試験サイトに目的部分を配することを事実上不可能にするからである。
基準部分は特にこの器具の位置が位置測定システムによって測定される器具の一部である。例えば、この基準部分が当該基準部分の位置を表し、前記位置測定システムによって検出される信号を送信する送信ユニットを含む。例えば、この送信ユニットはＬＥＤ又はＩＲＥＤを含み、前記位置測定システムは、光又は赤外線に感応するＣＣＤ画像センサを含む。その上、前記器具の目的部分は、医用診断又は治療処置の実施中に機能的となる部分である。例えば、この目的部分が生検ニードルの先端、プライヤの先端又は内視鏡の対物レンズである。
前記位置測定システムは、手術中に基準部分の位置を測定する。前記基準部分に対する目的部分の距離及び方向も測定されるので、この目的部分の位置が手術中に基準部分の測定された位置から得ることができる。患者の組織を事前に形成した画像において、目的部分の位置は、とりわけこの目的部分の得られた位置に基づいて再現される。本発明に係る画像誘導手術システムの有利な実施例は従属請求項に定められる。
校正サイト及び／又は試験サイトの位置が前記位置測定システムによって測定されるので、これら校正サイト及び試験サイトが関連する手術に最も適するように任意に選択される。前記器具の測定が手術に必要とされる様々な種類の他の装備によって邪魔されないので、前記校正及び試験サイトが好ましく選択される。前記基準部分に対する目的部分の距離及び方向は、前記位置測定システムによって測定される校正サイト、試験サイト及び基準部分の位置から得られる。これら校正サイトと試験サイトとが本質的に一致するとき、前記器具を測定するのに必要とされる時間はわずかな時間だけで済む。これはわずかな時間の損失となるからであり、特にこの目的部分が校正サイトから試験サイトへの長い距離にわたって置き換える必要はないからである。その上、これら位置が正確に一致する場合、前記校正サイト及び前記試験サイトの位置の一方の測定のみを必要とする。その上、前記器具が両方の測定に対する校正サイト及び試験サイトにおける目的部分で配される単一モジュールを使用することを可能にする。このような単一のモジュールが使用されるとき、前記位置測定システムでこのモジュールの位置を測定することによって校正及び試験サイトの位置を測定するのに便利である。例えば、モジュールの位置、それ故校正位置と試験位置とを示す信号を放射するＬＥＤ又はＩＲＥＤの形式の送信ユニットを前記モジュールに供給することが特に興味的である。
前記基準部分に対する校正サイトにおける目的部分の方向が、この基準部分に対する試験サイトにおける目的部分の方向とは異なることを保証するとき、誤りを警告しないままでいることを実際には不可能にする。この目的部分が校正サイト内に注意して配置されないとき、同様の注意を欠いたやり方で試験サイトに目的部分を配するのが実際には不可能であり、この試験システムは基準部分の試験位置及び校正位置の測定結果の間の差を検出しない。前記校正位置の測定中に誤りを警告しないままであることは特に実際に不可能である。
前記器具の基準部分が好ましくは送信ユニットを具備する。この位置測定システムはこの送信ユニットから位置信号を検出することで基準部分の位置を測定する。前記試験システムは、基準部分及び校正位置又は試験位置に対し、基準部分の位置の基づいた前記目的部分の距離及び方向を得る。２つの測定を実行する、例えば校正サイトにおける目的部分で一度、試験サイトにおける目的部分で一度実行することが、非常に信頼でき正確な測定結果となる。前記基準部分に対する目的部分からの距離及び目的部分の方向が特に正確且つ信頼して測定されるので、正確且つ再生可能なやり方で前記基準部分上に送信ユニットを取り付ける必要はない。取り外し可能な送信ユニットを使用することが特に可能である。結果的に、様々な種類の器具が特別に設計すべきこれら器具を必要とせずに、前記画像誘導手術システムと一緒に使用される。送信ユニットを具備するために特別に設計する必要は特にない。つまり、設計したときに取り外し可能な送信ユニットを使用すること、手術中に適切な器具に上記取り外し可能な送信ユニットを一時的に取り付けることを更に容易にする。この送信ユニットを担持する器具の一部は基準部分として働く。
この目的部分が校正サイト及び試験サイトに注意して配置された場合、これら校正位置と試験位置との測定結果の間の差が、位置測定システム測定の正確性を表す。従ってこの位置測定システムの精度は、前記２つの測定結果の間の差から得ることができる。手術中に前記器具、特に目的部分が患者の体内にある器具の現在の位置を表す事前に形成される画像を利用して、所望の位置に達することを保証するために、この精度が重要な情報を利用者に示す。
前記２つの測定により供給される大きさの間の差に基づいて、利用者が器具の測定が十分正確であるかを決めることを可能にする。
本発明のこれら及び他の特徴は以下の実施例及び添付する図面を参照して以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る画像誘導手術システムを概略的に示す。
第２図は、校正及び試験位置が含まれるモジュールの詳細を示す。
発明を実施するための最良の形態
第１図は、本発明に係る画像誘導手術システムの概略図である。この画像誘導手術システムは、カメラユニット１０とＣＣＤ画像センサ１１を具備する位置測定システムを含む。このカメラユニット１０は患者テーブル３０に取り付けられている。このカメラユニット１０が異なる方向から手術器具２０の画像を形成する。この手術器具は複数、例えば３つの赤外線発光ダイオード（ＩＲＥＤ）１９を具備する。前記ＣＣＤ画像センサが画像信号、特に電子ビデオ信号を供給し、この信号は前記器具２０、特にＩＲＥＤ１９の個々の画像を表す。前記位置測定システムは、前記画像信号から器具の位置を得るためのコンピュータ１２も含む。検査又は処置すべき患者２１の画像情報は、画像メモリ１３に記憶される。この画像情報は例えば、外科治療前又は治療中に形成されるＭＲＩ及び／又はＣＴ画像に関する。患者２１上又は体内のマークもこの患者の画像内に再現される。この位置測定システムは、例えば前記器具で前記マークを指摘することでこれらマークの位置を測定する。前記コンピュータ１２は、マークの位置及び形成される画像において再現するマークの位置から、患者２１内又はその上における位置と前記画像において対応する位置との関係を得る。器具２０の測定された位置と前記関係とに基づいて、画像処理器１４は患者内の器具２０の現在位置が再現される患者２１の画像情報を示す画像を表す画像信号を形成する。コンピュータ１２、画像メモリ１３及び画像処理器がデータ処理器９に含まれ、これにモニタ８が接続されている。前記画像信号はモニタ８に送られる。このモニタ８は、手術器具２０の位置が再生される患者２１の画像情報を示す。例えば外科医又はアシスタントにような利用者２２が、手術器具２０を直視することなく且つ組織を不必要に損傷する危険もなく、患者２１内の手術器具２０を移動可能にする。
器具２０の端部２３の位置がこの器具２０上のＬＥＤ又はＩＲＥＤの位置から正確に計算されることを補償するために、この器具２０それ自体が測定される。この器具は、例えばグリップ４２及び鋭端部２３を持つ生検ニードル（biopsy needle）である。この器具２０は校正測定（calibration measurement）を実施するためにモジュール３０内に配される。このモジュール３０は、手術室内でカメラユニット１０の届く範囲内に安定して置かれる。このモジュール３０は、例えば分離スタンド４０又はデータ処理器９を収容するハウジング４１上に取り付けられる。このモジュールは２つの開口、例えば校正開口３１及び試験開口３２を有する。この器具２０が前記開口の一方に挿入されるとき、この器具２０の端部２３は校正サイト３３又は試験サイト３４内に置かれる。モジュール３０は送信ユニット、例えば器具２０のＬＥＤ又はＩＲＥＤのようなＬＥＤ又はＩＲＥＤ３５を含む。器具２０が校正開口３１内に配され、その端部が校正サイトを占める場合、カメラユニットがこの器具上のＬＥＤ又はＩＲＥＤ１９の位置と、前記モジュールのＬＥＤ又はＩＲＥＤ３５の位置とを検出する。カメラ１１は、ＬＥＤ又はＩＲＥＤ１９及び３５の位置を示す校正信号をコンピュータ１２に印加する。このような校正信号は、例えば電子ビデオ信号である。このコンピュータ１２はカメラユニット１０からの校正信号の信号レベルに基づいて、互いに相対するモジュールと器具との位置を計算し、これから器具のＬＥＤ又はＩＲＥＤ１９に対する器具２０の端部２３の位置を得る。次いで、試験測定を実施するために、器具２０を試験開口３２に配置するので、その端部２３が試験位置に置かれる。カメラユニット１０は、再び器具２０及びモジュール３０のＬＥＤ又はＩＲＥＤ１９，３５の位置をそれぞれ検出する。カメラ１１はコンピュータ１２にＬＥＤ又はＩＲＥＤ１９，３５の位置を示す試験信号を供給する。このような試験信号は、例えば電子ビデオ信号である。前記コンピュータが互いに相対するモジュール３０及び器具の位置を試験信号の信号レベルから計算し、これから前記器具のＬＥＤ又はＩＲＥＤ１９に対する器具２０の端部２３の位置を得る。その上、コンピュータ１２は校正測定及び試験測定の結果を比較する。利用者に画像誘導手術システムを使用可能に及び／又は画像誘導手術システムの正確さを決定可能にするために、この差を例えばモニタ８上に再現する。持ち運び可能にするようにモジュール３０を構成することが特に有益となるので、利用者が測定のための器具をモジュールに挿入するために、このモジュールを片手で保持することが可能となる。このような持ち運び可能なモジュールは、器具を素早く測定するのに好適であり、その上、前記器具の測定中に、利用者が手術室にある他の装備によって邪魔されない。
第２図は、校正及び試験サイトが含まれるモジュールの詳細を示す。器具２０が合口（abutment）４３に接するまで適切な開口に挿入される場合、この器具２０の端部２３が校正サイト又は試験サイトにある上記やり方で、この校正開口３１及び試験開口３２が形成される。前記校正サイト及び試験サイトは、本実施例に示されるモジュールにおいて同じ場所に置かれ、これら校正サイト及び試験サイトにおける器具２０の方向は、互いに相対して約９０度の角度を囲む。試験システムの機能は、位置測定システムによってコンピュータ９とモジュール３０とで実行される。
前記器具の送信ユニットを構成するＬＥＤ又はＩＲＥＤは、例えば弾性クランプ４１によって、器具２０のグリップ４２上に取り外し可能なように取り付けられる。このグリップ４２は基準部分として働き、端部２３は例えば目的部分である。このような送信ユニットは、自分自身、送信ユニットを固定することなく、異なる器具間で容易に変化され得る。

Claims (7)

1. 器具の位置を測定するための位置測定システムを含む画像誘導手術システムにおいて、前記画像誘導手術システムが、校正サイト及び試験サイトを有するモジュールと、前記位置測定システムを用いて、前記器具の目的部分が前記校正サイトに置かれている間は前記器具の基準部分の校正位置を測定することによって、及び前記器具の前記目的部分が前記試験サイトに置かれる間は前記器具の前記基準部分の試験位置を測定することによって、前記器具を測定するための試験システムとを含み、前記モジュールは、前記目的部分が前記校正サイトに置かれる間の前記基準部分に対する当該目的部分の方向が、前記目的部分が前記試験サイトに置かれる間の前記基準部分に対する当該目的部分の方向とは異なるように構成されることを特徴とする画像誘導手術システム。
2. 請求項１に記載の画像誘導手術システムにおいて、前記試験システムが前記位置測定システムによって前記校正サイト及び／又は前記試験サイトの位置を測定するために配されることを特徴とする画像誘導手術システム。
3. 請求項１に記載の画像誘導手術システムにおいて、前記目的部分が前記校正サイトに置かれる間の前記基準部分に対する当該目的部分の方向が、当該目的部分が前記試験サイトに置かれる間の前記基準部分に対する当該目的部分の方向と実質的に垂直であることを特徴とする画像誘導手術システム。
4. 請求項１に記載の画像誘導手術システムにおいて、前記器具の前記基準部分が、当該基準部分の位置を表す位置信号を送信する送信ユニットを具備し、前記位置測定システムがそれに感応することを特徴とする画像誘導手術システム。
5. 請求項４に記載の画像誘導手術システムにおいて、前記送信ユニットが前記基準部分に取り外し可能なように接続されていることを特徴とする画像誘導手術システム。
6. 請求項１に記載の画像誘導手術システムにおいて、前記試験システムは前記測定された校正位置及び前記測定された試験位置に基づいて、前記器具の測定の正確性を得るように配されることを特徴とする画像誘導手術システム。
7. 請求項６に記載の画像誘導手術システムにおいて、前記試験システムが前記測定された校正位置及び前記測定された試験位置から前記器具の各々の測定を得、及び前記各々の測定間の差を再現するように配されることを特徴とする画像誘導手術システム。

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