JPH0549644A - 手術ナビゲーシヨンシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、手術計画装置により行なわれた手術
シミュレーションの結果を的確に反映して手術を行なわ
せることができる手術ナビゲーションシステムを提供す
ることを目的とする。 【構成】被検体の手術部位を原点とするＸ，Ｙ，Ｚ座標
軸のそれぞれの軸に沿って３つのレーザ光源を被検体に
向けて設け、手術計画装置から出力された手術シミュレ
ーション情報、および実際の手術の進行状況を示す手術
位置情報に基づいてレーザ光源からのレーザ光の照射方
向を制御し、手術の進行に従って手術位置を逐次ナビゲ
ーションする手段を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体の２次元、また
は３次元の画像データを利用して手術シミュレーション
を行ない、手術計画（手術プロセス）を決定し、その計
画に沿って手術を行なわせる手術ナビゲーションシステ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】脳外科、整形外科等の複雑な形状の切
削、併合を必要とする分野において、このような手術ナ
ビゲーションシステムが利用されている。従来のシステ
ムでは、例えばＸ線断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）や磁
気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）等を用いて被検
体の２次元、または３次元画像データを収集し、そのデ
ータを基に２次元、または３次元画像処理により２次
元、または３次元の表示・計測を行い、切削、併合位置
等の手術位置を３次元的にシミュレーションしている。
切削部分、形状、深さ等の情報はシミュレーションの過
程で試行錯誤により得られ、最終的に決定した手術プロ
セスをハードコピー、またはＣＲＴ等に画像、または数
値データとして出力している。そして、そのハードコピ
ーを見ながら、あるいはＣＲＴの画面を回想しながら実
際の手術を行なっている。

【０００３】ここで、実際に手術を行なうにあたり、頭
蓋骨切り術等の複雑で慎重を要する手術では、特に、シ
ミュレーションにより得られた情報を手術に的確に反映
させる必要があるが、従来においては、ハードコピーや
ＣＲＴへの表示は２次元的であるので、実際の被検体の
位置との対応がとりにくく、正確に手術を行なう位置を
知るのは困難であった。もしも、皮膚のみの切削であれ
ば、ハードコピー等の画像を基に手術開始前に被検体上
に切削部分を描くことも可能ではあるが、骨、内部の臓
器等の場合は実際の切削位置を手術開始前に被検体上に
描くことは不可能である。

【０００４】このように、従来の手術ナビゲーションシ
ステムは手術を事前にシミュレーションすることはでき
ても、実際の手術中にその結果を被検体上に正確に反映
させることはできず、いわゆる静的なナビゲーションを
行なうものであり、実際の手術の進行に従って変化する
いわゆる動的なナビゲーションを行なうことができな
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に対処すべくなされたもので、その目的は実際の手術中
に手術シミュレーション結果を手術の進行に従って被検
体上に的確に反映させることができる手術ナビゲーショ
ンシステムを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による手術ナビゲ
ーションシステムは、少なくとも切削位置、併合位置を
含む手術位置を被検体の画像データ上に指定することに
より手術シミュレーションを行なう手術計画手段と、前
記手術計画手段により求められた手術位置を手術中に手
術の進行状況に応じて被検体上に指示するナビゲーショ
ン手段とを具備する。

【０００７】

【作用】本発明による手術ナビゲーションシステムによ
れば、手術計画手段により得られた切削位置、併合位置
等の手術シミュレーション結果を手術の進行に沿って被
検体上に指示することにより、シミュレーション結果を
被検体に的確に反映させることができ、この結果、ナビ
ゲーションに従えば正しく手術を行うことができ、やり
直し、失敗が減り、精度の高い、しかも安全な手術を行
なうことができる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明による手術ナビ
ゲーションシステムの一実施例を説明する。図１はこの
実施例のブロック図である。

【０００９】Ｘ線ＣＴ、ＭＲＩ等の２次元、または３次
元画像データを収集できる画像データ収集装置１０から
の画像データが手術計画装置１２に供給される。手術計
画装置１２は手術前に患部の位置及び大きさ、患部へ体
外からメスを入れる場合に進入方向を決めるための体表
と患部の間にある組織、血管や神経の位置関係や走行状
態等を知り、それに基づいて手術計画を立てる（手術シ
ミュレーションを行なう）ために、計測、切削、分離、
回転、拡大／縮小、平行移動、併合、記録、左右対象像
の作成等の機能を有する。また、シミュレーション表示
のため、手術計画装置１２は３次元データメモリ（図示
せず）を有し、メモリ内のデータを種々の３次元表示手
法を用いてモニタ１８上に表示する。例えば、表面表示
法を用いる場合は、画像データから表皮、骨、血管等の
表面を抽出してある視線方向から見た陰影のついた表面
像をモニタ１８上に表示する。このようにして、実際の
手術のプロセスを示すシミュレーションデータが得られ
る。

【００１０】シミュレーションデータは実際の手術の進
行に従ってナビゲーションのために用いられるので、手
術計画装置１２にはメス等の手術器具の治療位置を示す
手術位置検出信号も供給される。これは、例えば、手術
器具の先端に位置検出用のセンサを設け、その検出信号
を利用する。

【００１１】手術中に、手術計画装置１２から手術の進
行に従ってシミュレーションデータがナビゲータ制御装
置１４に逐次出力される。すなわち、次に行なう手術プ
ロセスの位置を示すデータが順次出力される。この実施
例では、シミュレーションデータを被検体上に光学的に
投影することによりナビゲーションを行なうとし、その
ために、ナビゲータとして３つのレーザ光源１６ａ，１
６ｂ，１６ｃが被検体２０が載置される手術台（図示せ
ず）に対して固定されている。レーザ光源１６ａ，１６
ｂ，１６ｃは、手術位置を中心とした３次元座標系のそ
れぞれＸ，Ｙ，Ｚ軸に設けられている。ナビゲータ制御
装置１４の出力がレーザ光源１６ａ，１６ｂ，１６ｃに
供給される。

【００１２】各レーザ光源１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、
図２に示すように、３本のレーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を
照射し、各レーザ光は独立して２次元平面内を走査する
ようになっている。これにより、図３に示すように、１
本のレーザ光を直線的に走査することにより被検体上の
任意の切削ライン（直線）をレーザ光により被検体上に
投影することができる。さらに、図４に示すように、２
つのレーザ光源からのレーザ光を交差させることによ
り、空間上の一点を指定することができる。これによ
り、３点を指定すれば、骨片の併合位置を指定すること
ができる。あるいは、２本のレーザ光線の交点により切
削深さを指定することもできる。

【００１３】このように構成された実施例の動作を頭蓋
骨骨切り術を例にとり説明する。頭蓋骨骨切り術は例え
ば幼児期に縫合線が閉じてしまった場合、頭蓋骨の発達
が止まることにより脳の発育が阻害される疾患を防ぐた
めに頭蓋骨の拡張を行なうものであり、頭蓋骨を複雑に
切り、その結果得られた骨片を最適に組み合わせてはり
つける。その際、手術後の容貌も重要で、はりつける骨
片の形状で大きく影響される。骨の手術が主の場合は、
３次元画像データを得るのにはＭＲＩ装置よりもＸ線Ｃ
Ｔ装置の方が適している。３次元画像データ収集装置１
０としてのＸ線ＣＴ装置により、２〜４ｍｍ精度のスラ
イス厚で手術部位の頭蓋骨全体をスキャンする。

【００１４】そのデータを基に手術シミュレーション装
置１２は各スライスデータから骨の部分のデータを抽出
して、それらを重ね合わせたデータから骨の表面表示像
を作成する。この表面表示像を手術するアプローチに合
わせて各視線方向から表示し、どのような順番にどのよ
うな形状の部分をどれだけの深さで切るかを決める。さ
らに、このように決定された切除ライン通りに骨を切除
して作られた骨片を頭蓋骨の術後の容量を考えながら適
当に組み合わせ、骨片の併合位置を決める。これによ
り、手術プロセスがシミュレーションされる。これらの
手術シミュレーションデータは３次元画像データに切削
ライン、併合ライン等をオーバラップさせることにより
得られ、手術シミュレーション装置１２のメモリに記憶
される。なお、３次元画像データの座標軸はレーザ光源
１６ａ，１６ｂ，１６ｃが配置されている軸により定義
されている。

【００１５】実際の手術に際して、手術計画装置１２は
手術シミュレーションデータを順次ナビゲータ制御装置
１４に出力し、レーザ光線を用いた手術ナビゲーション
を開始する。例えば、図４に示すように少なくとも２本
のレーザ光線を交差させることにより切削位置を指示し
たり、図３に示すようにレーザ光線を患者の頭蓋骨の皮
膚上で走査させることにより切削ラインを指示する。術
者は投影された点、またはラインに従って、メス、また
はドリル等を用いて切削を行なう。これにより、手術計
画装置１２により決定された手術シミュレーション結果
が手術中に手術の進行に従って被検体上に投影でき、シ
ミュレーション結果を被検体上に的確に反映させること
ができる。全部の切削が終了したら、この切削により得
られた骨片を併合することになるが、この時も、例え
ば、図４に示すように３点により併合位置を指定し、こ
のナビゲーション表示に基づいて骨片を組み合わせるこ
とにより、容易に併合が行える。ただし、ナビゲーショ
ンは骨片の併合位置を指定するだけであり、どの骨片を
どこに併合するかを指定するためには、切削時に骨片に
番号を付しておき、ナビゲーション時に併合位置ととも
に骨片番号も表示するようにすればよい。

【００１６】この結果、術者はナビゲーションに従って
手術を進めればよく、経験が浅くても精度の高い手術を
安全に行なうことができ、やり直し、失敗が減る。従っ
て、術者の負担が軽減されるとともに、手術時間が短縮
される。さらに、患者の傷みも少なくなり、ひいては患
者の入院期間の短縮、医療費の低減、質の高い医療が可
能となる。

【００１７】この実施例はあくまでも手術位置をナビゲ
ーションするだけであり、実際に手術を行なうのは人間
であるとして説明したが、切削位置、併合位置等がシミ
ュレーション時と実際の手術時とで一致しているので、
レーザ光線によるナビゲーションの代わりに直接ロボッ
トにより手術を行なわせるシステムとしても実施可能で
ある。脊椎の手術等、ミクロンオーダの手術を要する場
合や、骨を単純に削り続けるような場合は、むしろロボ
ットの方が効率的で、精度が高く、適していると言え
る。しかし、このような場合でも、レーザ光線によるナ
ビゲーションも同時に行ない、医師の立会いのもとに確
認しながら行なえば、機械任せになることもなく、安全
性も高くなる。

【００１８】本発明は上述した実施例に限定されず、種
々変形して実施可能である。例えば、上述の説明では、
各レーザ光源からは３本のレーザ光線が照射されるとし
たが、より多くのレーザ光線を照射することにより、併
合位置の指定の精度をより向上することができる。ただ
し、併合位置を指示する必要がなく、切削ラインを指示
するだけの場合は、レーザ光線を自由な位置に走査する
ことができれば、３つのレーザ光源は必要なく１つの光
源のみでよく、さらにレーザ光源からのレーザ光線の数
も１本でもよい。また、手術計画の具体例は上述した説
明に限定されず、自由に変更可能である。なお、被検体
の解剖学的位置は手術中に不変であるとして説明した
が、開頭術では、大きく開頭すると脳脊髄液が漏出し、
脳実質が歪むことがあるので、そのようなことが予想さ
れる場合は、手術室内に画像データ収集装置を入れて、
手術中に随時３次元画像データを収集して必要に応じて
シミュレーションデータを修正することが好ましい。さ
らに、手術位置を指示する手段として、３次元空間内の
任意の位置を指示することができる３次元アーム等を用
いて機械的に指示してもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、手
術計画手段により得られた切削位置、併合位置等の手術
シミュレーション結果を実際の手術中に手術の進行に従
って被検体上に指示することにより、シミュレーション
結果を手術に的確に反映させることができる手術ナビゲ
ーションシステムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による手術ナビゲーションシステムの第
１実施例の構成を示すブロック図。

【図２】ナビゲータとしてのレーザ光源の構成を示す
図。

【図３】レーザ光による切削ラインのナビゲーションを
説明する図。

【図４】レーザ光による併合位置のナビゲーションを説
明する図。

【符号の説明】

１０…３次元画像データ収集装置、１２…手術シミュレ
ーション装置、１４…ナビゲーション制御装置、１６
ａ，１６ｂ，１６ｃ…レーザ光源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも切削位置、併合位置を含む手
   術位置を被検体の画像データ上に指定することにより手
   術シミュレーションを行なう手術計画手段と、 前記手術計画手段により求められた手術位置を手術中に
   手術の進行状況に応じて被検体上に指示するナビゲーシ
   ョン手段とを具備する手術ナビゲーションシステム。