JP5252994B2 - 切除マーカを用いた切除領域確認装置、およびその制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、切除マーカ、切除マーカを用いた切除領域確認装置、およびその制御プログラムに関し、特に、患部を切除する線上に損傷してはならない血管等の組織がないことを確認することができる切除マーカ、切除マーカを用いた切除領域確認装置、およびその制御プログラムに関する。

最近、さまざまな疾患の治療について、低侵襲性が重要視されるようになっている。外科治療の分野でも、体表を大きく切開する手術から、内視鏡を用いることにより、できる限り創を小さくする手術が普及しつつある。

例えば、従来の肺がんの手術では、大きく胸部を切開して癌を摘出する手術（標準開胸術）が施行されていた。しかしながら、現在では、早期に発見された比較的小さく転移のない癌に対しては、胸腔鏡と呼ばれる胸部専用の内視鏡を用いた傷口の小さい、侵襲性の低い手術が行われるようになってきている。

また、手術後の生活の質の向上も重要視されるようになっており、癌細胞残存による再発リスクを考慮した上で、なるべく摘出範囲が小さく抑えられる傾向にある。

従来の肺がんの手術では、癌のあるほうの肺を全て摘出する手術も行われていたが、昨今では、「葉」や「区域」といった、より小さな範囲を摘出する手術や、「区域」よりもさらに小さな範囲を摘出する「部分切除術」も行われ、呼吸機能を極力温存できる手術が広まりつつある。

ここで、肺の組織構造について説明する。図２７（Ａ）は肺Ｈを正面から見た組織構造を示し、図２７（Ｂ）は、肺Ｈを背面から見た組織構造を示す図である。

右の肺Ｈは３つの葉ＨＲ−１乃至ＨＲ−３から成り立ち、左の肺Ｈは２つの葉ＨＬ−１，ＨＬ−２から成り立っている。また、葉ＨＲ−１乃至ＨＲ−３、および葉ＨＬ−１，ＨＬ−２は、それぞれいくつかの区域から成り立っている。

図２８は、肺の組織単位、および、血管と気管の走行の模式図を表している。

同図に示すように、肺の組織単位では、その中央を気管と肺動脈が通り、周辺を肺静脈が通る構造となっている。血管と気管は、肺門部から抹消に行くにつれて分岐してゆき、肺組織は「葉」や「区域」よりもさらに細かい組織単位に分けることができる。手術では、原則的にこのような組織単位で切除および摘出が行われる。

内視鏡を用いた手術は、侵襲性が低い一方で、鉗子と呼ばれる器械などを用いて体の外から間接的に行わなければならないため、手技が難しい。

そこで、現在では、自動縫合器と呼ばれる器械が広く使われている。自動縫合器は、はさみのような形状をしており、切除対象となる部位を挟みつけて切除すると同時に、ホッチキス針のような細かな針で、その断端を縫いとめることができる器械である。このような自動縫合器を用いた手技では、メスで少しずつ組織を剥離しながら切除を進めてゆく手技に比べて非常に短時間で済む。しかしながら、残すべき血管を挟み込んで誤切除するなど、健常組織を損傷する危険性もある。

肺がん胸腔鏡手術の場合、自動縫合器で残すべき肺静脈を誤って切除してしまうことがある。もともと肺静脈の走行は、肺動脈や気管と比べて解剖学的に個人差が大きく、ベテランの呼吸器外科医でも把握することが容易でないと言われている。加えて、低侵襲化とともに摘出範囲を小さくしようとすればするほど、走行の見極めが難しくなる。肺静脈を誤切除すると、健常組織に血流が供給されなくなって壊死し、再手術が必要になるなど患者に重大な損傷を与えてしまう。

また、血管および気管の分岐のしかたには個人差があり、細かく見ていくと組織単位の分かれ方は個人ごとに異なる。しかしながら、それぞれの単位の中央を走行する気管と肺動脈の分岐パターンにはいくつかの典型的パターンがある。

そこで、呼吸器外科医は、手術前に撮影したCT画像や術中に見える葉と葉の間に存在する葉間膜の位置などから、血管と肺動脈の走行をある程度推測し、切除すべき肺の領域を見極めることができる。

一方、組織単位の領域周辺を走行する肺静脈は個人毎に異なり、典型的パターンが存在しないため、どこを走行するかを知ることが困難である。そのため、自動縫合器で切除した線上にたまたま肺静脈が走行していて切除されてしまうといった事態が起こってしまう。

このとき切除された肺静脈が、切除・摘出される領域のみを支配する場合には問題は生じないが、隣接する、つまり摘出しない健常組織をも支配していた場合には、うっ血を起こし、最悪の場合、組織が壊死してしまう。この場合、再手術を余儀なくされ、患者に大きな負担を負わせることになる。

以上のような肺静脈の組織構造をふまえ、手術前に撮影されたＣＴ（Computed Tomography）画像上で、肺に空気が入っている状態で肺を撮影し切除を予定している領域と肺静脈の位置関係を確認する方法がある。そして、肺静脈を切除しないような切除線をあらかじめ想定した上で、本番の手術にのぞむようにしている。

例えば、特許文献１には、切除面マーキング画像を重畳表示した被検体のバーチャル画像を手技中に提供する技術が提案されている。
特開２００５−２７８８８８号公報

ところで、手術中、メスを入れる肺からは空気が抜かれてしまうため、手術前の空気が入った状態の肺の撮影画像から大きく変形する。そのため、医師は、手術前に想定した切除線が、手術中のしぼんだ肺のどこに該当するかを見極めることが困難であり、肺静脈の誤切除が時折起こってしまう課題があった。

また特許文献１の技術では、切除線上に損傷してはならない組織が存在するか否かを確認することができない課題があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、患部を切除する線上に損傷してはならない組織が存在するか否かを確認するとともに切除する領域を正しく認識することができる切除マーカ、切除マーカを用いた切除領域確認装置、およびその制御プログラムを提供することである。

請求項１記載の本発明の実施の形態に係る特徴は、被検体の患部を切除する線上に装着される切除マーカを用いて切除領域を確認する切除領域確認装置において、切除マーカが装着された被検体のＸ線立体断層像を再構成するＸ線断層像撮影手段と、Ｘ線断層像撮影手段により再構成されたＸ線立体断層像から、切除マーカのマーカ像を抽出するマーカ像抽出手段と、マーカ像抽出手段により抽出されたマーカ像から、患部の切除対象となる関心領域の画像を抽出する関心領域抽出手段と、関心領域抽出手段により抽出された関心領域の画像を表示する表示手段とを備える。

請求項４記載の本発明の実施の形態に係る特徴は、被検体の患部を切除する線上に装着される切除マーカを用いて切除領域を確認する切除領域確認装置が備えるコンピュータに、切除マーカが装着された被検体のＸ線立体断層像を再構成するＸ線断層像撮影ステップと、Ｘ線断層像撮影ステップにより再構成されたＸ線立体断層像から、切除マーカのマーカ像を抽出するマーカ像抽出ステップと、マーカ像抽出ステップにより抽出されたマーカ像から、患部の切除対象となる関心領域の画像を抽出する関心領域抽出ステップと、関心領域抽出ステップにより抽出された関心領域の画像を表示する表示ステップとを実行させる制御プログラムを備える。

本発明によれば、患部を切除する線上に損傷してはならない組織が存在するか否かを確認するとともに切除する領域を正しく認識することが可能な切除マーカ、切除マーカを用いた切除領域確認装置、およびその制御プログラムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る切除線確認支援システムの構成例を示す図である。このシステムにおいては、被検体Ｐの患部を切除する線の近傍に装着されるＸ線切除マーカ１、Ｘ線切除マーカ１が示した切除線の直近を切除する自動縫合器２、および被検体ＰのＸ線立体断層像を撮影するためのＸ線デジタル立体断層撮影装置（Digital Volume Tomography）１０から構成されている。

Ｘ線切除マーカ１は、被検体Ｐの患部において医師が想定した切除線の近傍に装着される。これにより、Ｘ線デジタル立体断層撮影装置１０でＸ線立体断層像が再構成されたとき、そのＸ線立体断層像にＸ線切除マーカ１のマーカ像が映りこむ。このＸ線切除マーカ１の詳細は後述する。

自動縫合器２は、縫合と切除を同時に行う器具であって、Ｘ線切除マーカ１が示した切除線の直近を切除すると同時に縫合を行う。この自動縫合器２の詳細は後述する。

Ｘ線デジタル立体断層撮影装置１０は、Ｘ線発生装置１１、Ｘ線検出装置１２、および制御装置１３から構成されている。

Ｘ線発生装置１１は、Ｘ線管１１Ａ、および図示せぬ高電圧発生部や移動機構部などを有している。Ｘ線管１１Ａは、Ｘ線発生装置１１の筐体内において、移動機構部により回転可能に支持される。Ｘ線管１１Ａには、高電圧発生部から高電圧が印加される。これにより、Ｘ線管１１Ａは、被検体Ｐの周囲を回転移動しながらＸ線を被検体Ｐに曝射する。

Ｘ線検出装置１２は、Ｘ線検出器１２Ａおよび図示せぬ移動機構部などを有する。Ｘ線検出器１２Ａは、被検体Ｐを挟んでＸ線発生装置１１に対向するように配置されるとともに、Ｘ線検出装置１２の筐体内において、移動機構部により回転可能に支持される。Ｘ線検出器１２Ａは、２次元状に配列された複数のＸ線検出素子を有し、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する。検出された信号は制御装置１３に出力される。

制御装置１３は、Ｘ線発生装置１１とＸ線検出装置１２を制御し、Ｘ線の撮影方向を変えさせながら、被検体Ｐのある領域を繰り返し撮影させる。制御装置１３は、撮影された撮影方向の異なる複数の画像データを用いて、撮影方向にほぼ垂直な方向の面のＸ線立体断層像を再構成する。この制御装置１３は、Ｘ線切除マーカ１が装着された被検体ＰのＸ線立体断層像を再構成するＸ線断層像撮影手段として機能する。

制御装置１３は、Ｘ線立体断層像に映りこんだＸ線切除マーカ１のマーカ像から、自動縫合器２が切除する領域を抽出し、抽出された領域を表示する。これにより、操作者は、抽出された領域中に切除してはならない血管等の組織が存在するか否かを確認することができる。

図２は、Ｘ線切除マーカ１の構成例を示す図である。

Ｘ線切除マーカ１は、被検体Ｐの胸腔内に挿入するための挿入部１ａ、挿入部１ａの先端部に設けられ、被検体Ｐの患部を挟むはさみ部１ｂ−１，１ｂ−２、はさみ部１ｂ−１，１ｂ−２の先端部にそれぞれ設けられるマーカ１ｃ−１，１ｃ−２、はさみ部１ｂ−１，１ｂ−２の所定位置にそれぞれ設けられる突起部１ｄ−１，１ｄ−２、挿入部１ａの基端部に設けられる把持部１ｅ、および、把持部１ｅに設けられる開閉スイッチ１ｆとから構成される。

はさみ部１ｂ−１，１ｂ−２は、把持部１ｅに設けられた開閉スイッチ１ｆが押下られている間、患部を挟み、開閉スイッチ１ｆの押下が解除されることにより、挟んでいた患部を離すことができるようになされている。

マーカ１ｃ−１，１ｃ−２には、球形状などの特殊形状が施されている。これは、操作者がＸ線切除マーカ１を装着する最適な位置（最適な切除線）を決定するまでに微妙な位置調整が必要となり、この操作中に、Ｘ線切除マーカ１の先端部分で患部を損傷することの無い形状や素材になっている必要があるためである。従って、そのような形状であれば先端部の形状はどのような形状であっても構わない。本発明の実施の形態では、マーカ１ｃ−１，１ｃ−２を球形状とすることにより、Ｘ線立体断層像に映りこんだＸ線切除マーカ１のマーカ像を抽出する際の目印とすることができる。

突起部１ｄ−１，１ｄ−２は、切除する部位を間違えることを防止するために設けられる。例えば、Ｘ線切除マーカ１を被検体Ｐの切除対象となる部位に装着する際、突起部１ｄ−１，１ｄ−２が非切除側にくるように装着される。これにより、Ｘ線立体断層像に映りこんだマーカ像の突起部から切除側と非切除側を区別することができる。

開閉スイッチ１ｆは、操作者により押下されている間、はさみ部１ｂ−１，１ｂ−２を閉じ、操作者により押下が解除されると、はさみ部１ｂ−１，１ｂ−２を開く。

Ｘ線切除マーカ１の形状としては、被検体Ｐの患部において医師が想定した切除線上または切除線の近傍に装着することができる形状が相応しい。すなわち、図２の例のＸ線切除マーカ１は、被検体Ｐの切除対象となる部位を挟み込むことができるように、その先端側が二股に分かれている。

また、Ｘ線切除マーカ１の形状としては、用途に応じて長短があってよい。例えば、肺がんの部分切除であれば、４乃至５ｃｍ程度で十分な場合もある。一方、葉を切除する場合には、１０ｃｍ程度の長いものが必要な場合もある。すなわち、切除線の長さによって適切なサイズのＸ線切除マーカ１を選択することで、装着のための操作をスムーズに行うことができる。

Ｘ線切除マーカ１の材質としては、Ｘ線で撮影できるものであって、生体に触れるため、毒性がなく滅菌することができる材質が相応しい。また、被検体Ｐの患部に装着した状態を保って撮影を行うため、ある程度の強度を有している方が良い。これらの条件を満たす材質としては、例えば、すでに手術鉗子に採用されているステンレス、インプラント材料として利用されるチタン、シリコン、またはセラミクスが挙げられる。

Ｘ線切除マーカ１の構造としては、被検体Ｐの体外から挿入し、患部を挟み込んで装着し、その装着状態を一定時間保持できる必要がある。この条件を満たす構造としては、例えば、内視鏡手術で使われている手術鉗子が挙げられる。

また、自動縫合器２で実際に切除を開始するまで、患部に装着されたＸ線切除マーカ１の位置がずれないように保持しなければならない。保持方法の一つとして、手術寝台に取り付けたアームにより固定する方法が挙げられる。医療従事者が保持していることも可能ではあるが、被曝量を抑制するためには、アーム等による固定が望ましい。

図３は、自動縫合器２の構成例を示す図である。

自動縫合器２は、被検体Ｐの胸腔内に挿入して縫合と切除を行うカートリッジ２ａ、カートリッジ２ａの基端部に設けられる組織挟鉗用レバー２ｂ、操作者が縫合と切除を操作するための縫合切断用ハンドル２ｃ、および、不用意に縫合切断用ハンドル２ｃを握ることを防止するための安全ロック２ｄで構成されている。

カートリッジ２ａは、図４（Ａ）に示すように、カートリッジ２ａ−１とカートリッジ２ａ−２の二股に分かれている。カートリッジ２ａ−１には、カム２ａ−３と切除用ナイフ２ａ−４が取り付けられている。カム２ａ−３は、黒矢印で示す方向に移動可能に取り付けられており、切除用ナイフ２ａ−４は、白矢印で示す方向に移動可能に取り付けられている。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図４（Ｂ）に示すように、カートリッジ２ａ−１の内部には、組織反応の少ないチタンまたはその合金で作られたステイプル２ａ−５（ホチキス針）が交互に配列されており、ステイプル２ａ−５の中央２列の間には、カートリッジ２ａ−１の長手方向に平行な溝２ａ−６が設けられている。

このような構成により、操作者が縫合切除用ハンドル２ｃを握ると、溝２ａ−６に案内されてカム２ａ−３が移動し、ステイプル２ａ−５が被検体Ｐの患部に打ち込まれる。同時に、切除用ナイフ２ａ−４が移動し、患部の切除が行われる。

なお、個々のステイプル２ａ−５は、カートリッジ２ａ−１内にあるときはその先端部が開いた状態になっているが、打ち込まれると組織を間に挟んで閉じ組織端の閉鎖を行う。

図５は、制御装置１３の構成例を示すブロック図である。

同図に示すように、制御装置１３は、各部を集中的に制御するCPU（Central Processing Unit）などからなる制御部１３ａ、ROM（Read Only Memory）やRAM（Random Access Memory）などからなるメモリ１３ｂ、Ｘ線検出器１２Ａから供給された投影画像を処理する画像処理部１３ｃ、画像処理部１３ｃから供給されたＸ線立体断層像からＸ線切除マーカ１のマーカ像を抽出するマーカ抽出処理部１３ｄ、マーカ抽出処理部１３ｄから供給されたマーカ像から切除対象となる患部の関心領域を抽出する関心領域抽出処理部１３ｅ、Ｘ線立体断層像を表示する表示部１３ｆ、操作者からの入力操作を受け付ける入力部１３ｇ、各種プログラムや各種データなどを記憶するデータ記憶部１３ｈを備えている。これらの各部は、バス１３ｉを介して電気的に接続されている。

制御部１３ａは、データ記憶部１３ｈに記憶された各種プログラムや各種データに基づいて一連のデータ処理や画像を表示する表示処理などを実行する。制御部１３ａは、Ｘ線発生装置１１およびＸ線検出装置１２を制御し、被検体ＰのＸ線立体断層撮影を行わせる。制御部１３ａは、画像処理部１３ｃ、マーカ抽出処理部１３ｄ、および関心領域抽出処理部１３ｅを制御し、Ｘ線立体断層像に映りこんだＸ線切除マーカ１のマーカ像を抽出する処理を行わせる。このマーカ像を抽出する処理の詳細は後述する。

メモリ１３ｂは、制御部１３ａが実行する起動プログラムなどを記憶する。

画像処理部１３ｃは、データ記憶部１３ｈに記憶されている撮影方向の異なる複数の投影画像データを用いることにより、撮影方向にほぼ垂直な方向の面のＸ線立体断層像データを再構成する。Ｘ線立体断層像データは、バス１３ｉを介してマーカ抽出処理部１３ｄに供給される。

マーカ抽出処理部１３ｄは、マーカ特徴量記憶部１３ｈ−１に記憶されているマーカ特徴量に基づいて、画像処理部１３ｃから供給されたＸ線立体断層像データから、Ｘ線立体断層像に映りこんだＸ線切除マーカ１のマーカ像データを抽出する。抽出したマーカ像データは、バス１３ｉを介して関心領域抽出処理部１３ｅに供給される。

関心領域抽出処理部１３ｅは、処理パラメータ記憶部１３ｈ−２に記憶されている処理パラメータに基づいて、マーカ抽出処理部１３ｄから供給されたマーカ像データから、切除対象となる患部の関心領域を抽出する。

表示部１３ｆは、例えば液晶ディスプレイからなり、画像処理部１３ｃで画像処理されたＸ線立体断層像、マーカ抽出処理部１３ｄで抽出されたマーカ像、および関心領域抽出処理部１３ｅで抽出された画像を表示する。

入力部１３ｇは、例えばマウスやキーボードからなり、操作者による各種の入力操作を受け付け、入力操作に対応する信号を、バス１３ｉを介して制御部１３ａに供給する。

データ記憶部１３ｈは、半導体メモリや磁気ディスクなどで構成されており、制御部１３ａや画像処理部１３ｃで実行されるプログラムやデータを記憶する。またデータ記憶部１３ｈは、Ｘ線検出器１２Ａから供給された投影画像データを記憶する。

さらにデータ記憶部１３ｈには、マーカ特徴量記憶部１３ｈ−１と処理パラメータ記憶部１３ｈ−２が設けられている。マーカ特徴量記憶部１３ｈ−１は、Ｘ線切除マーカ１のはさみ部１ｂ−１，１ｂ−２の長さやマーカ１ｃ−１，１ｃ−２の球の直径などを含むマーカ特徴量を記憶する。処理パラメータ記憶部１３ｈ−２は、Ｘ線切除マーカ１のマーカ像を通る平面の方程式を求める際に参照する画素数などのパラメータを記憶する。

次に、図６のフローチャートを参照して、切除する予定の部位に損傷してはならない血管等があるか否かを確認する処理について説明する。

この処理では、医師により腫瘍を含む肺の一部が切除される場面が想定されており、切除する予定の部位に損傷してはならない血管等の組織があるか否かの確認が行われる。

この処理を開始するにあたり、被検体Ｐには、胸腔鏡のほか２乃至３本の鉗子が挿入されており、切除した肺の一部を体外に取り出すためのポートも切開されている。医師は、図７に示すように、肺Ｈを確認し、腫瘍Ｓを含む組織単位（葉や区域など）を切除する線Ｌの見当をつける。なお、医師は、胸腔鏡を通して肺Ｈを確認するため、実際には図７に示すような全体像を見ることができないが、手術前のＣＴ画像等でおおよその腫瘍Ｓの位置と切除する領域を確認することができる。

次に医師は、図８に示すように、見当をつけた切除線Ｌの直近にＸ線切除マーカ１を装着する。Ｘ線切除マーカ１は、切除した肺Ｈの一部を体外に取り出すために設けられたポートから挿入することができる。なお、操作者は、Ｘ線切除マーカ１のはさみ部１ｂ−１，１ｂ−２にそれぞれ設けられた突起部１ｄ−１，１ｄ−２が非切除側にくるように装着する。これにより、医師が自動縫合器２を用いて切除対象となる患部を切除する際、切除する側を間違えることを防止することができる。

そしてステップＳ１において、Ｘ線デジタル立体断層撮影装置１０は、肺ＨにＸ線切除マーカ１が装着された状態の被検体ＰのＸ線立体断層撮影を行う。

より詳細には、Ｘ線検出器１２Ａは、制御装置１３の制御部１３ａの制御の下、Ｘ線管１１Ａと同期して回転しながらＸ線立体断層像の撮影を繰り返す。撮影した投影画像データは、制御装置１３のデータ記憶部１３ｈに記憶される。画像処理部１３ｃは、制御部１３ａの制御の下、データ記憶部１３ｈに記憶されている撮影方向の異なる複数の投影画像データを用いて、Ｘ線立体断層像を再構成する。

表示部１３ｆは、制御部１３ａの制御の下、画像処理部１３ｃで再構成されたＸ線立体断層像を表示する。例えば、図９に示すように、Ｘ線切除マーカ１が装着された肺ＨのＸ線立体断層撮影が行われた場合、図１０（Ａ）乃至図１０（Ｅ）に示すようなＸ線立体断層像が表示部１３ｆに表示される。

図１０（Ａ）乃至図１０（Ｅ）の例の場合、背側から腹側に５スライスのＸ線立体断層像Ｇが示されている。図１０（Ａ）と図１０（Ｅ）に示すＸ線立体断層像Ｇでは、Ｘ線切除マーカ１のマーカ像Ｍが映りこんでおり、実際にＸ線切除マーカ１が存在するか、あるいは、その近傍のスライス画像であることがわかる。

通常、Ｘ線切除マーカ１が存在するスライス画像か、あるいは、Ｘ線切除マーカ１の近傍のスライス画像にのみマーカ像Ｍが映りこむが、二次元的障害陰影、被写体の動き、あるいは装置の故障などによるアーチファクト（いわゆるノイズ）の発生により、切除面から少し離れた位置のスライス画像でもマーカ像Ｍが映りこむことがある。

以上のようにしてＸ線立体断層像が得られると、ステップＳ２において、マーカ抽出処理部１３ｄは、Ｘ線立体断層像からＸ線切除マーカ１のマーカ像を抽出する処理を行う。

ここで、図１１のフローチャートを参照して、Ｘ線立体断層像からＸ線切除マーカ１のマーカ抽出処理の詳細について説明する。

このマーカ抽出処理は、Ｘ線切除マーカ１のマーカ１ｃ−１，１ｃ−２を認識する処理のことである。本実施の形態では、Ｘ線切除マーカ１のマーカ１ｃ−１，１ｃ−２が球形状である場合について説明する。

ステップＳ２１において、マーカ抽出処理部１３ｄは、Ｘ線立体断層像Ｇに映りこんだＸ線切除マーカ１のマーカ像Ｍの画素値が生体と異なることを利用した画素値による閾値処理を行い、Ｘ線立体断層像Ｇの中でマーカ像Ｍを抽出する。閾値は、操作者が画像を見ながら入力部１３ｇを操作して最適値を決定したり、あるいは、画像ヒストグラムから自動的に決定したりするようにする。

なお、撮影条件によっては、図１２に示すように、マーカ以外の骨や気管の一部がＸ線立体断層像Ｇに映し出される場合もある。そのような場合には、操作者が入力部１３ｇを用いて画面上におけるマーカ像Ｍの中の１点を指定する。この操作入力を受けたマーカ抽出処理部１３ｄは、指定された点を含む連結領域のみを残して、残りは除去処理することで、マーカ像Ｍのみを抽出するようにする。

ステップＳ２２において、マーカ抽出処理部１３ｄは、マーカ特徴量記憶部１３ｈ−１から、Ｘ線切除マーカ１のマーカ１ｃ−１，１ｃ−２の球の直径、および二股に分かれたはさみ部１ｂ−１，１ｂ−２の長さなどの特徴量データを読み出す。

なお、マーカ特徴量記憶部１３ｈ−１には、使用するＸ線切除マーカ１のサイズ毎に特徴量データがセットで記憶されており、操作者が入力部１３ｇを用いて表示画面上で所望の特徴量データを選択することができるようにしてもよい。

ステップＳ２３において、マーカ抽出処理部１３ｄは、抽出されたマーカ像ＭのＸ線管１１ＡとＸ線検出器１２Ａの方向の座標値から、Ｘ線切除マーカ１のマーカ１ｃ−１，１ｃ−２の球がどれだけの大きさで投影されるかを算出する。

厳密には、マーカ１ｃ−１とマーカ１ｃ−２の２つの球それぞれについて、どれだけの大きさで投影されるかを算出する必要がある。しかしながら、マーカ１ｃ−１とマーカ１ｃ−２の２つの球の距離は数ｃｍ程度であるため、マーカ像全体についてＸ線管１１ＡとＸ線検出器１２Ａの方向の座標値から平均値を求め、その平均値を用いて球がどれだけの大きさで投影されるかを算出するようにしてもよい。

このように、Ｘ線切除マーカ１の先端部分の球がどれだけの大きさで投影されるかを算出することで、実際の球の直径と投影比から、Ｘ線立体断層像中に映る球の直径を求めることができる。

ステップＳ２４において、マーカ抽出処理部１３ｄは、マーカ像Ｍの各点について、±ｘ方向、±ｙ方向、および±ｚ方向の抽出境界までの距離を求める。

例えば、図１３（Ａ）に示すように、球の中心付近の点ｎ_０では、いずれの方向の値も、先に求めたＸ線立体断層像中に映る球の直径の半値（つまり半径）の値に近い値となる。一方、図１３（Ｂ）に示すように、球の中心から離れた点ｎ_１では、先に求めたＸ線立体断層像中に映る球の直径の半値とはかけ離れた値となる。

図１４は、図１３（Ａ）に示した点ｎ_０と図１３（Ｂ）に示した点ｎ_１のそれぞれの点における±ｘ方向、±ｙ方向、および±ｚ方向の抽出境界までの距離の算出結果例を示している。

図１４の例の場合、点ｎ_０から＋ｘ方向の抽出境界までの距離は7.10ｍｍであり、その値とマーカ１ｃ−１，１ｃ−２の球の半径の正値との差の絶対値（以下、「正値との差」と略記する）は0.05ｍｍである。点ｎ_０から−ｘ方向の抽出境界までの距離は7.08ｍｍであり、その値と正値との差は0.03ｍｍである。点ｎ_０から＋ｙ方向の抽出境界までの距離は9.11ｍｍであり、その値と正値との差は2.06ｍｍである。点ｎ_０から−ｙ方向の抽出境界までの距離は7.10ｍｍであり、その値と正値との差は0.05mmである。点ｎ_０から＋ｚ方向の抽出境界までの距離は7.08ｍｍであり、その値と正値との差は0.03mmである。点ｎ_０から−ｚ方向の抽出境界までの距離は7.01ｍｍであり、その値と正値との差は0.04ｍｍである。

また、点ｎ_１から＋ｘ方向の抽出境界までの距離は1.1ｍｍであり、その値と正値との差は5.95mmである。点ｎ_１から−ｘ方向の抽出境界までの距離は1.1ｍｍであり、その値と正値との差は5.95ｍｍである。点ｎ_１から＋ｙ方向の抽出境界までの距離は1.05ｍｍであり、その値と正値との差は6ｍｍである。点ｎ_１から−ｙ方向の抽出境界までの距離は1.03ｍｍであり、その値と正値との差は6.02ｍｍである。点ｎ_１から＋ｚ方向の抽出境界までの距離は7.20ｍｍであり、その値と正値との差は0.15mmである。点ｎ_１から−ｚ方向の抽出境界までの距離は19.2ｍｍであり、その値と正値との差は12.15ｍｍである。

このようにして、マーカ像Ｍの各点について抽出境界までの距離を求めた後、マーカ抽出処理部１３ｄは、ステップＳ２５において、求めた距離のうちの最大値は捨てて評価する。

図１４の例の場合、点ｎ_０から抽出境界までの距離が最大値である＋ｙ方向の抽出境界までの距離の値（2.06）、点ｎ_１から抽出境界までの距離が最大値である−ｚ方向の抽出境界までの距離の値（12.15）を捨てて評価する。

評価方法としては、正値との差を合計した値が総合評価となる。すなわち、点ｎ_０の総合評価は、0.05＋0.03＋0.05＋0.03＋0.04＝0.2となり、点ｎ_１の総合評価は、5.95＋5.95＋6＋6.02＋0.15＝24.07となる。このように、総合評価は、球の中心付近の点では小さな値となるが、それ以外の点では大きな値となる。

ステップＳ２６において、マーカ抽出処理部１３ｄは、総合評価に閾値を設定することにより、球の中心付近に位置する点の集合を抽出する。つまり総合評価が閾値を超える点は抽出対象から外される。

ステップＳ２７において、マーカ抽出処理部１３ｄは、球の中心付近に位置する点の集合を、マーカ１ｃ−１の球に属する集団とマーカ１ｃ−２の球に属する集団に分割する。

例えば、球の中心付近に位置する点の集合のうち、任意の点を１つ選び、他の点との距離を求める。任意に選んだ点と同じ球に属する点との距離は値が小さく、異なる球に属する点との距離は値が大きくなるため、マーカ１ｃ−１の球に属する集団とマーカ１ｃ−２の球に属する集団に容易に分割することができる。

ステップＳ２８において、マーカ抽出処理部１３ｄは、分割したそれぞれの集団に属する各点について重心座標を算出し、マーカ１ｃ−１，１ｃ−２のそれぞれの球の中心点を求める。

以上のようにして、Ｘ線切除マーカ１のマーカ１ｃ−１，１ｃ−２の球の中心点が求められ、マーカ像Ｍが抽出される。

図６の説明に戻る。ステップＳ３において、関心領域抽出処理部１３ｅは、マーカ像Ｍから切除対象となる患部の関心領域を抽出する処理を行う。

ここで、図１５のフローチャートを参照して、マーカ像Ｍから切除対象となる患部の関心領域抽出処理の詳細について説明する。

ステップＳ３１において、関心領域抽出処理部１３ｅは、ステップＳ２のマーカ抽出処理で抽出されたマーカ１ｃ−１，１ｃ−２の球の中心点のうち、一方から他方までの最短経路を最短経路探索法にて求める。

ステップＳ３２において、関心領域抽出処理部１３ｅは、球の中心点の一方から他方までの経路上に位置する点の集合を通る平面を決定する。平面を求める最も簡便な方法としは、最小二乗法にて求める方法がある。

また、平面を求める他の方法について、図１６を参照して説明する。同図に示すように、マーカ１ｃ−１，１ｃ−２の２つの球の中心点を結ぶ直線を中心軸Ｏとする円柱Ｖを定義する。

関心領域抽出処理部１３ｅは、円柱Ｖの半径をｒ１，ｒ２・・・ｒｎと変更した場合の、円柱Ｖとマーカ像Ｍの交わる面（画素の集合）を求め、その重心座標を求める。

交点をいくつ求めるかは、処理パラメータ記憶部１３ｈ−２に予め記憶されている。すなわち、関心領域抽出処理部１３ｅは、円柱Ｖの半径ｒを１乃至ｎまで変更することにより、２ｎ個の交点を求めることができ、これらの点を用いて平面の方程式を決定することができる。

なお、円柱Ｖの半径ｒの値によっては、マーカ１ｃ−１，１ｃ−２の球や突起部１ｄ−１，１ｄ−２と重なることもあるが、マーカ特徴量記憶部１３ｈ−１に、マーカ１ｃ−１，１ｃ−２の球の半径（直径）や球の中心点から突起部１ｄ−１，１ｄ−２までの距離などのマーカ１ｃ−１，１ｃ−２の特徴量データを記憶させておくことにより、球や突起部１ｄ−１，１ｄ−２と交わる円柱Ｖの半径を避けることができる。

また、マーカ１ｃ−１，１ｃ−２の球と突起部１ｄ−１，１ｄ−２以外の場所でのマーカ１ｃ−１，１ｃ−２の直径をマーカ特徴量記憶部１３ｈ−１に記憶させておき、交わる面の面積が不適切な場合は除外することにより、マーカ１ｃ−１，１ｃ−２の球や突起部１ｄ−１，１ｄ−２と重なる円柱Ｖの半径を避けることができる。

このようなマーカ１ｃ−１，１ｃ−２の２つの球の中心点を結ぶ直線を中心軸Ｏとする円柱Ｖを定義する方法では、最小二乗法を用いた最短経路探索法よりも正確な結果が得られるというメリットがある。

以上のようにして、Ｘ線立体断層像（Volumeデータ）を平面の方程式で切った断面が、切除対象となる患部の関心領域として抽出される。

図６の説明に戻る。ステップＳ４において、表示部１３ｆは、制御部１３ａの制御の下、ステップＳ３の処理で抽出された切除対象となる患部の関心領域の画像を結果として表示する。すなわち、表示部１３ｆは、Ｘ線立体断層像を平面の方程式で切った断面を表示する。

なお、実際には、医師が自動縫合器２を用いて切除する線はＸ線切除マーカ１を通る平面ではなく、その近傍である。また、自動縫合器２は有限の幅を持った「領域」を切除するため、図１７に示すように、Ｘ線立体断層像の平面から、切除する側を一定距離まで確認する必要がある。

そのため、切除する側を一定距離まで確認するには、平面を挟んでどちらが切除する側であるかを認識する必要がある。上述したように、Ｘ線切除マーカ１は、切除する側に突起部１ｄ−１，１ｄ−２がこないように装着されており、Ｘ線切除マーカ１のマーカ像Ｍの突起部を利用することで切除する側を認識することができる。

制御部１３ａは、ステップＳ３の処理により、マーカ像Ｍに含まれる全ての画素の座標と平面の方程式が求められているため、それぞれの画素が平面の方程式のどちら側にあるかを判定することができる。

例えば、平面の方程式がａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＝ｄであるとすると、マーカ像Ｍに含まれる画素は、その座標（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ，ｚ_ｎ）が、ａｘ_ｎ＋ｂｙ_ｎ＋ｃｚ_ｎ≧ｄを満たすものと、ａｘ_ｎ＋ｂｙ_ｎ＋ｃｚ_ｎ≦ｄを満たすものの２つのグループに分けることができる。

制御部１３ａは、それぞれのグループに含まれる点の画素数をカウントすると、突起部がある側ではその分だけ画素数が多くなるため。平面に対してどちら側が切除される側であるかを認識することができる。

ただし、はさみ部１ｂ−１，１ｂ−２は、一定の強度を備えるために、マーカ１ｃ−１，１ｃ−２より太く、マーカ像Ｍに占める画素数の割合が大きくなりがちである。そのため、平面の方程式のわずかな傾きによって、画素のカウント数が大きく変わり、どちら側に突起部が存在するか正しく認識できない場合がある。

そのため、マーカ特徴量記憶部１３ｈ−１に、はさみ部１ｂ−１，１ｂ−２の長さを記憶させておき、マーカ像Ｍのうち、はさみ部１ｂ−１，１ｂ−２を含まないマーカ１ｃ−１，１ｃ−２の部分だけで上述の画素数カウントを行う必要がある。

以上のようにして切除する側の認識が終了すると、表示部１３ｆは、表示処理を行う。例えば、ステップＳ３の処理で求めた平面の方程式による切除面と、それに平行なＸ線立体断層像を作成し、操作者が入力部１３ｇを用いて画像をめくりながら確認できるようにする。その際、それぞれのＸ線立体断層像について、切除面（マーカ１ｃ−１，１ｃ−２の位置）からの距離を表示させる。これは、自動縫合器２には、さまざまなサイズがあるため、用いる自動縫合器２によって、確認しなければならない範囲が異なるためである。

図１８乃至図２０は、表示部１３ｆにより表示されるＸ線立体断層像の例を示す図である。

図１８は、Ｘ線切除マーカ１が装着されている切除面からの距離が０ｍｍ（つまり切除面）におけるＸ線立体断層像の例を示している。同図に示すように、表示画面には、Ｘ線立体断層像Ｇが表示されており、切除線上の切除面であるため、マーカ像Ｍも鮮明に映し出されている。また表示画面には、前の画像を表示させるときに選択されるボタンＢ１、次の画像を表示させるときに選択されるボタンＢ２、および、マーカの長さ（図１８の例の場合、３０ｍｍ）が表示されている。表示画面に表示されたＸ線立体断層像Ｇには、切除面からの距離（図１８の例の場合、０ｍｍ）も重畳表示されている。

図１８に示すＸ線立体断層像Ｇが表示されているときに、操作者によりボタンＢ２が選択されると、図１９に示すように表示が切り替えられる。図１９の例では、切除面からの距離が２ｍｍにおけるＸ線立体断層像Ｇが表示されており、切除面から２ｍｍ離れているため、マーカ像Ｍは見えにくくなっている。またＸ線立体断層像Ｇには、切除面からの距離（図１９の例の場合、２ｍｍ）の他、現在表示されている断面が切除する側であることを示す「切除側」の文字も重畳表示されている。

図１９に示すＸ線立体断層像Ｇが表示されているときに、操作者によりボタンＢ２が選択されると、図２０に示すように表示が切り替えられる。図２０の例では、切除面からの距離が４ｍｍにおけるＸ線立体断層像Ｇが表示されており、切除面から４ｍｍ離れているため、マーカ像Ｍは見えなくなっている。またＸ線立体断層像Ｇには、切除面からの距離（図２０の例の場合、４ｍｍ）の他、現在表示されている断面が切除側であることを示す「切除側」の文字も重畳表示されている。

以上のようにして、操作者は、Ｘ線立体断層像をめくりながら、切除する予定の患部において切除してはならない組織が存在するか否かを確認することができる。

また、切除する側と反対側の部位についても切除してはならない組織が存在するか否かを確認する場合、例えば、図２１に示すように、切除する側と反対側のＸ線立体断層像Ｇを表示させることができる。図２１の例では、切除面からの距離が２ｍｍにおけるＸ線立体断層像Ｇが表示されており、切除面から２ｍｍ離れているため、マーカ像Ｍは見えにくくなっている。またＸ線立体断層像Ｇには、切除面からの距離（図２０の例の場合、２ｍｍ）の他、現在表示されている断面が切除しない側であることを示す「非切除側」の文字も重畳表示されている。

次に、図２２（Ａ）と図２２（Ｂ）のＸ線立体断層像Ｇの模式図を参照して、切除する予定の患部において、実際にその患部を切除して問題が起こらないかどうかを確認する方法について説明する。

例えば、操作者は、図２２（Ａ）に示すＸ線立体断層像Ｇにおいて、切除する予定の患部の領域中に血管Ｋを含むため、この領域を切除して問題が起こらないかどうかの判断を行う必要がある。

すなわち、操作者は、図１８乃至図２０を用いて上述したようにしてＸ線立体断層像Ｇをめくりながら確認し、血管Ｋの走行が切除する領域以外、すなわち健常組織を支配する血管であるか否かの確認を行う。確認の結果、血管Ｋが健常組織を支配する血管であった場合、操作者は、その血管Ｋを切除することにより、術後に何らかの障害を起こす恐れが高いと判断することができるため、この位置での切除は中止して別の切除ラインを設定するようにする。

一方、図２２（Ｂ）に示すＸ線立体断層像Ｇにおいて、切除する予定の患部の領域中に血管や気管などの脈管系組織は存在しないため、操作者は、このまま切除しても問題ないと判断することができる。この場合、操作者は、撮影時に装着したＸ線切除マーカ１を動かすことなく、自動縫合器２の縫合切除用ハンドル２ｃを握ることで、Ｘ線切除マーカ１の直近を切除することができる。

さらに、図２３乃至２５を参照して、切除する予定の患部の領域中に血管や気管などの脈管系組織が存在した場合における確認方法について説明する。例えば、操作者は、切除する予定の患部について、Ｘ線切除マーカ１から切除側方向に表示スライスを腫瘍Ｓまで移動させ、血管Ｋの走行を確認する。

図２３の例の場合、血管Ｋが腫瘍Ｓの中に取り込まれている。そのため、操作者は、血管Ｋは腫瘍Ｓへの栄養血管であり、切除してもよい血管（切除しなくてはならない血管）と判断することができる。

図２４の例の場合、血管Ｋが腫瘍Ｓに取り込まれていない。そのため、操作者は、血管Ｋを、切除する領域を支配する肺静脈と推測した場合には、非切除側に表示スライスを移動させる。そして、操作者は、非切除側に別の肺静脈が支配していることを確認した場合、血管Ｋは、切除領域を支配する肺静脈であり、切除しても非切除側の組織に影響を及ぼすことはないと判断することができる。

図２５の例の場合も、血管Ｋが腫瘍Ｓに取り込まれていない。そのため、操作者は、図２４の例の場合と同様に、非切除側に表示スライスを移動させる。そして、操作者は、血管Ｋが、非切除領域をも支配する肺静脈であることを確認した場合、血管Ｋは、切除してはいけない血管と判断し、この位置での切除を中止して別の切除ラインを設定するようにする。

以上のように、操作者は、Ｘ線切除マーカ１を装着した状態で被検体Ｐの患部を撮影することで、見当をつけた切除線上に損傷してはならない血管等の組織があるか否かを確実に確認することができる。

そして、損傷してはならない組織がないことを確認できた場合、操作者は、Ｘ線切除マーカ１を装着したまま、自動縫合器２の縫合切除用ハンドル２ｃを握ることで、Ｘ線切除マーカ１の直近を切除することができる。これにより、誤って切除する危険性を大幅に低減することが可能となる。

また、Ｘ線切除マーカ１には、突起部１ｄ−１，１ｄ−２が設けられており、この突起部１ｄ−１，１ｄ−２を患部の非切除側にくるように装着することで、切除する部位を間違うことを防止することができる。

以上においては、立体撮影できる装置として、Ｘ線デジタル立体断層撮影装置１０を用いるようにしたが、これに限らず、ＣＴ装置や血管撮影装置などを用いるようにしてもよい。

また以上においては、Ｘ線切除マーカ１と自動縫合器２を別機構で構成するようにしたが、これに限らず、一体で構成するようにしてもよい。

例えば、図２６（Ａ）に示すように、自動縫合器２のカートリッジ２ａ−１に突起部２ａ−７およびマーカ２ａ−９を一体形成し、カートリッジ２ａ−２に突起部２ａ−８およびマーカ２ａ−９を一体形成するようにする。なお、突起部とマーカをアタッチメントタイプにすることで、既存の自動縫合器２や鉗子に取り付けることができるが、体内での離脱が懸念されるため、一体形成するタイプの方が好ましい。

また、マーカ２ａ−９，２ａ−１０の位置は、内部にステイプル２ａ−５（図２６（Ａ）では不図示）が配列されるステイプラ部の先端位置と一致させる。

図２６（Ｂ）は、図２６（Ａ）を矢印Ｂ方向に見た図である。図２６（Ｂ）に示すように、突起部２ａ−７は、組織を損傷しないように角が丸く形成されている。

このようにＸ線切除マーカ１と自動縫合器２を一体で構成することによっても、切除線上に損傷してはならない血管等の組織があるか否かを確実に確認することができる。また、損傷してはならない組織がないことを確認できた場合、操作者は、そのまま、自動縫合器２の縫合切除用ハンドル２ｃを握ることで切除することができる。

なおこの発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化したり、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせたりすることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

本発明に係る切除線確認支援システムの構成例を示す図である。 図１のＸ線切除マーカの構成例を示す図である。 図１の自動縫合器の構成例を示す図である。 図３の自動縫合器のカートリッジの詳細な構成例を示す図である。 図１の制御装置の構成例を示すブロック図である。 切除する予定の患部に損傷してはならない血管等があるか否かを確認する処理を説明するフローチャートである。 医師により切除線の見当がつけられた様子を示す図である。 Ｘ線切除マーカが装着された様子を示す図である。 Ｘ線切除マーカが装着された様子を示す他の例の図である。 Ｘ線立体断層像の例を示す図である。 図６のステップＳ２におけるマーカ抽出処理の詳細を説明するフローチャートである。 除去処理を説明するための図である。 マーカ像の各点から抽出境界までの距離を求める処理を説明するための図である。 マーカ像の各点から抽出境界までの距離の算出結果例を示す図である。 図６のステップＳ３における関心領域抽出処理の詳細を説明するフローチャートである。 Ｘ線立体断層像の平面を求める処理を説明するための図である。 Ｘ線立体断層像の平面から切除する側を一定距離まで確認することを示す図である。 Ｘ線立体断層像の例を示す図である。 Ｘ線立体断層像の他の例を示す図である。 Ｘ線立体断層像の他の例を示す図である。 Ｘ線立体断層像の他の例を示す図である。 Ｘ線立体断層像の模式図である。 切除する予定の患部の確認方法を説明するための図である。 切除する予定の患部の確認方法を説明するための他の例の図である。 切除する予定の患部の確認方法を説明するための他の例の図である。 Ｘ線切除マーカと自動縫合器を一体で構成した場合の図である。 肺の組織構造を示す図である。 肺の組織単位、および、血管と気管の走行の模式図である。

符号の説明

１ Ｘ線切除マーカ
１ｃ−１，１ｃ−２ マーカ
１ｄ−１，１ｄ−２ 突起部
２ 自動縫合器
１３ａ 制御部
１３ｃ 画像処理部
１３ｄ マーカ抽出処理部
１３ｅ 関心領域抽出処理
１３ｆ 表示部

Claims (4)

1. 被検体の患部を切除する線上に装着される切除マーカを用いて切除領域を確認する切除領域確認装置において、
   前記切除マーカが装着された前記被検体のＸ線立体断層像を再構成するＸ線断層像撮影手段と、
   前記Ｘ線断層像撮影手段により再構成された前記Ｘ線立体断層像から、前記切除マーカのマーカ像を抽出するマーカ像抽出手段と、
   前記マーカ像抽出手段により抽出された前記マーカ像から、前記患部の切除対象となる関心領域の画像を抽出する関心領域抽出手段と、
   前記関心領域抽出手段により抽出された前記関心領域の画像を表示する表示手段と
   を備えることを特徴とする切除マーカを用いた切除領域確認装置。
2. 前記表示手段は、前記患部を切除する側であることを示す情報、または、前記患部を切除しない側であることを示す情報をさらに表示する
   ことを特徴とする請求項１に記載の切除マーカを用いた切除領域確認装置。
3. 前記表示手段は、前記切除マーカの位置からの距離情報をさらに表示する
   ことを特徴とする請求項１に記載の切除マーカを用いた切除領域確認装置。
4. 被検体の患部を切除する線上に装着される切除マーカを用いて切除領域を確認する切除領域確認装置が備えるコンピュータに、
   前記切除マーカが装着された前記被検体のＸ線立体断層像を再構成するＸ線断層像撮影ステップと、
   前記Ｘ線断層像撮影ステップにより再構成された前記Ｘ線立体断層像から、前記切除マーカのマーカ像を抽出するマーカ像抽出ステップと、
   前記マーカ像抽出ステップにより抽出された前記マーカ像から、前記患部の切除対象と
   なる関心領域の画像を抽出する関心領域抽出ステップと、
   前記関心領域抽出ステップにより抽出された前記関心領域の画像を表示する表示ステップと
   を実行させることを特徴とする制御プログラム。

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