(57)【要約】【課題】安全かつ正確に外科手術を行うことができるとともに、低コスト化が可能な外科手術用ナビゲーションシステムを提供することである。【解決手段】ハンドピース２１と、ハンドピース２１に取り付けられハンドピース先端部２１ａの座標情報を検出するモーションセンサ２２と、検出された座標情報を送信する送信手段２３と、を有する座標送信機２と、送信された座標情報を受信する受信手段３１と、受信した座標情報に基づいてターゲット座標までの位置情報を演算し、かつ演算された位置情報に基づいてターゲット座標にハンドピース先端部２１ａを誘導する誘導情報を演算する演算手段３２と、演算された誘導情報を術者に通知する通知手段３３と、を有する座標受信機３と、受信した座標情報を座標原点に基づいてリセットする原点リセットスイッチ４と、を備える、外科手術用ナビゲーションシステム１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドピースと、
前記ハンドピースに取り付けられ前記ハンドピース先端部の座標情報を検出するモーションセンサと、
検出された前記座標情報を送信する送信手段と、を有する座標送信機と、
送信された前記座標情報を受信する受信手段と、
受信した前記座標情報に基づいてターゲット座標までの位置情報を演算し、かつ演算された前記位置情報に基づいて前記ターゲット座標に前記ハンドピース先端部を誘導する誘導情報を演算する演算手段と、
演算された前記誘導情報を術者に通知する通知手段と、を有する座標受信機と、
前記受信した座標情報を座標原点に基づいてリセットする原点リセットスイッチと、
を備える、外科手術用ナビゲーションシステム。
【請求項２】
前記通知手段が、前記誘導情報に基づく音を発音する発音装置を有する、請求項１に記載の外科手術用ナビゲーションシステム。
【請求項３】
前記通知手段が、前記誘導情報に基づく情報を表示する表示装置を有する、請求項１または２に記載の外科手術用ナビゲーションシステム。
【請求項４】
デンタルインプラント埋植手術用である、請求項１〜３のいずれかに記載の外科手術用ナビゲーションシステム。
【請求項５】
光学式センサを備える他の外科手術用ナビゲーションシステムと併用する、請求項１〜４のいずれかに記載の外科手術用ナビゲーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外科手術用ナビゲーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、外科手術用ナビゲーションシステムが、コンピュータ支援外科の１つとして注目されている。外科手術用ナビゲーションシステムは、自動車のナビゲーションシステムと同じように、実際の術野の位置情報を座標化し、これを術前に撮影した画像上に反映させて術中の位置確認をリアルタイムに行うものである。従来の外科手術用ナビゲーションシステムは、光学式センサを備えている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、光学式センサを備える従来の外科手術用ナビゲーションシステムは、患部から離れた位置に置かれているディスプレイによって術者を誘導するため、術者の視線移動が大きく、安全性に問題があった。また、術者の肢体が、患部に取り付けたマーカを光学式センサから隠してしまうことが多く、正確性にも問題があった。このような問題は、デンタルインプラント埋植手術のような術野が狭い外科手術において顕著であった。また、従来の外科手術用ナビゲーションシステムは、装置が比較的大掛かりであることから、コストが高いという問題もあった。
【０００４】
一方、特許文献１には、術者の視線移動を小さくするために、網膜投影型ヘッドマウントディスプレイ装置を用いた手術ナビゲーションシステムが記載されている。
しかし、特許文献１に記載の手術ナビゲーションシステムには、コストが高いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５９４９７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“StealthStation”、［online］、日本メドトロニック株式会社、［平成２４年９月１４日検索］、インターネット＜URL: http://wwwp.medtronic.com/country/japan/hcp/public/spine-navigation/navigation/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、安全かつ正確に外科手術を行うことができるとともに、低コスト化が可能な外科手術用ナビゲーションシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
（１）ハンドピースと、前記ハンドピースに取り付けられ前記ハンドピース先端部の座標情報を検出するモーションセンサと、検出された前記座標情報を送信する送信手段と、を有する座標送信機と、送信された前記座標情報を受信する受信手段と、受信した前記座標情報に基づいてターゲット座標までの位置情報を演算し、かつ演算された前記位置情報に基づいて前記ターゲット座標に前記ハンドピース先端部を誘導する誘導情報を演算する演算手段と、演算された前記誘導情報を術者に通知する通知手段と、を有する座標受信機と、前記受信した座標情報を座標原点に基づいてリセットする原点リセットスイッチと、を備える、外科手術用ナビゲーションシステム。
（２）前記通知手段が、前記誘導情報に基づく音を発音する発音装置を有する、前記（１）に記載の外科手術用ナビゲーションシステム。
（３）前記通知手段が、前記誘導情報に基づく情報を表示する表示装置を有する、前記（１）または（２）に記載の外科手術用ナビゲーションシステム。
（４）デンタルインプラント埋植手術用である、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の外科手術用ナビゲーションシステム。
（５）光学式センサを備える他の外科手術用ナビゲーションシステムと併用する、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の外科手術用ナビゲーションシステム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、安全かつ正確に外科手術を行うことができるとともに、比較的簡便であることから、低コスト化が可能となる。また、本発明は、デンタルインプラント埋植手術のような術野が狭い外科手術用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る外科手術用ナビゲーションシステムを示す概略説明図である。
【図２】図１の外科手術用ナビゲーションシステムが備える座標送信機を示すブロック図である。
【図３】図１の外科手術用ナビゲーションシステムが備える座標受信機を示すブロック図である。
【図４】図１の外科手術用ナビゲーションシステムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る外科手術用ナビゲーションシステム（以下、「ナビゲーションシステム」と言うことがある。）について、デンタルインプラント埋植手術用を例にとって、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態のナビゲーションシステム１は、座標送信機２、座標受信機３および原点リセットスイッチ４を備えており、大略、これらによって構成されている。このような構成によれば、従来のナビゲーションシステムよりも比較的簡便であることから、低コスト化が可能となる。以下、本実施形態のナビゲーションシステム１の各構成要素について、順に説明する。
【００１３】
（座標送信機）
本実施形態の座標送信機２は、ハンドピース２１、モーションセンサ２２および送信手段２３を有する。
【００１４】
ハンドピース２１とは、術者の手に保持されるとともに、その先端部であるハンドピース先端部２１ａが、患者１００の口腔１０１内に位置している患部１０２に直接触れる器具のことを意味するものとする。本実施形態のハンドピース２１としては、例えばドリル、ドライバ等の顎骨を穿孔する器具、アライメント確認用器具等が挙げられる。
【００１５】
本実施形態の座標送信機２は、インプランター２４をさらに有する。本実施形態のインプランター２４は、ケーブル２４１を介してハンドピース２１に接続している。インプランター２４は、ハンドピース２１の機能を制御する機器である。具体例を挙げると、ハンドピース２１がドリルである場合には、その回転数等をインプランター２４が制御する。
【００１６】
一方、本実施形態のモーションセンサ２２は、ハンドピース２１に取り付け可能な大きさを有するとともに、ハンドピース後端部２１ｂに取り付けられている。なお、モーションセンサ２２の取り付け位置は、ハンドピース２１の機能を妨げない限り、ハンドピース後端部２１ｂに限定されるものではなく、例えばハンドピース２１の外周部または内部等であってもよい。
【００１７】
モーションセンサ２２は、ハンドピース先端部２１ａの位置および方向、すなわち座標情報を検出するセンサである。本実施形態のモーションセンサ２２は、加速度センサおよびジャイロセンサを有する。加速度センサはハンドピース２１の加速度を検出するセンサであり、ジャイロセンサはハンドピース２１の傾きを検出するセンサである。本実施形態において、モーションセンサ２２によって検出されるハンドピース先端部２１ａの座標情報は、３次元である。
【００１８】
送信手段２３は、モーションセンサ２２によって検出されたハンドピース先端部２１ａの座標情報を送信する手段である。本実施形態の送信手段２３は、送信アンテナを有する。
【００１９】
上述した構成を有する本実施形態の座標送信機２では、図２に示すように、モーションセンサ２２によって検出されたハンドピース先端部２１ａの座標情報を、積分回路２Ａ、ＡＣ／ＤＣ２Ｂ、変調回路２Ｃ、フィルタ２Ｄおよび増幅器２Ｅの順に流し、送信手段２３によって無線送信することが行われる。このような構成によれば、ハンドピース先端部２１ａの座標情報を患部１０２から離れた位置より送信することが可能となる。その結果、術者の肢体が患部１０２に取り付けたマーカを光学式センサから隠すことによる、従来の光学式センサを備えるナビゲーションシステムの問題を解決することができ、正確なインプラント埋植手術が可能となる。
【００２０】
なお、座標送信機２による座標情報の送信は、上述した無線送信に代えて、有線送信にすることもできる。また、各回路などには、図示しないバッテリーからの電流を電圧変換した電圧が供給されている。
【００２１】
（座標受信機）
本実施形態の座標受信機３は、図１に示すように、受信手段３１、演算手段３２および通知手段３３を有する。
【００２２】
受信手段３１は、上述した座標送信機２によって送信されたハンドピース先端部２１ａの座標情報を受信する手段である。本実施形態の受信手段３１は、受信アンテナを有する。
【００２３】
演算手段３２は、受信した座標情報に基づいてターゲット座標までの位置情報を演算し、かつ演算された位置情報に基づいてターゲット座標にハンドピース先端部２１ａを誘導する誘導情報を演算する手段である。
【００２４】
ここで、ターゲット座標とは、患者１００の口腔１０１内に位置している患部１０２の座標のことを意味するものとする。すなわち、本実施形態のデンタルインプラント埋植手術では、まず、術前にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）等の画像診断装置を用いて患者１００の口腔１０１内の画像データを得る。次に、この画像データに基づいてインプラント計画を作成し、患部１０２の座標を特定する。そして、特定した患部１０２の座標をターゲット座標として、術前に演算手段３２に入力する。このような構成によれば、受信した座標情報をターゲット座標と比較できることから、受信した座標情報に基づいて上述した位置情報および誘導情報を演算することができる。
【００２５】
本実施形態の演算手段３２は、受信した座標情報に基づいて上述した位置情報および誘導情報を演算する演算手法を採用したコンピュータである。
【００２６】
一方、通知手段３３は、上述した演算手段３２によって演算された誘導情報を術者に通知する手段である。本実施形態の通知手段３３は、誘導情報に基づく音を発音する発音装置３３１を有する。このような構成によれば、ハンドピース先端部２１ａを音によってターゲット座標にリアルタイムで誘導できることから、術者の視線移動を抑制することができ、安全にインプラント埋植手術を行うことが可能となる。
【００２７】
本実施形態の発音装置３３１は、スピーカである。なお、発音装置３３１としては、スピーカに限定されるものではなく、例えばブザー等の他の発音装置を採用することができる。
【００２８】
また、本実施形態の通知手段３３は、誘導情報に基づく情報を表示する表示装置３３２をさらに有する。このような構成によれば、上述した誘導情報を視覚によってもリアルタイムで確認できることから、より正確なインプラント埋植手術が可能となる。
【００２９】
本実施形態の表示装置３３２は、上述したコンピュータが備えるディスプレイである。なお、表示装置３３２としては、ディスプレイに限定されるものではなく、例えばプロジェクタ、ＬＥＤ等の他の表示装置を採用することができる。
【００３０】
上述した構成を有する本実施形態の座標受信機３では、図３に示すように、受信手段３１によって受信した座標情報を、増幅器３Ａ、フィルタ３Ｂおよび復調回路３Ｃの順に流し、演算手段３２によって位置情報および誘導情報の順に演算し、演算された誘導情報を通知手段３３によって術者に通知することが行われる。なお、各回路などには、上述した座標送信機２と同様に、図示しないバッテリーからの電流を電圧変換した電圧が供給されている。
【００３１】
（原点リセットスイッチ）
原点リセットスイッチ４は、受信した座標情報を座標原点に基づいてリセットする部材である。座標原点とは、予め設定したナビゲーションシステム１の座標の基準となる点のことを意味するものとする。すなわち、本実施形態のナビゲーションシステム１は、予め設定した所定の座標原点と、この座標原点を基準とする座標系を有する。なお、本実施形態においては、ナビゲーションシステム１の座標原点および座標系のそれぞれを、座標原点（Ａ）および座標系（Ａ）とする。
【００３２】
一方、患者１００の口腔１０１内には、ナビゲーションシステム１の座標原点（Ａ）および座標系（Ａ）とは異なる別の座標原点（Ｂ）および座標系（Ｂ）が存在している。患者１００の口腔１０１内に存在している座標原点（Ｂ）および座標系（Ｂ）は、上述したインプラント計画を作成する際に得た、患者１００の口腔１０１内の画像データに基づいて特定することができる。
【００３３】
そして、設定したナビゲーションシステム１の座標原点（Ａ）と、患者１００の口腔１０１内の座標原点（Ｂ）とを術前に演算手段３２に入力し、座標原点（Ａ），（Ｂ）の整合をとる。これにより、検出されるハンドピース先端部２１ａの座標情報と、口腔１０１内の座標系（Ｂ）との統一を図ることができる。
【００３４】
本実施形態の座標原点（Ａ）は、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向における３次元空間内から設定するため、少なくとも３点である。また、本実施形態の原点リセットスイッチ４は、図１に示すように、ケーブル４１を介して上述した受信手段３１に接続している。原点リセットスイッチ４は、術者が押し易い位置に配置するのが好ましい。
【００３５】
上述した構成を有する本実施形態の原点リセットスイッチ４を押すと、次のような効果が得られる。例えば患者１００が大きく動いた場合には、ナビゲーションシステム１の座標原点（Ａ）が変化し、それに伴ってナビゲーションシステム１の座標系（Ａ）も変化する。その結果、受信した座標情報の誤差が大きくなる。
【００３６】
このような場合に原点リセットスイッチ４を押すと、その信号が受信手段３１を介して演算手段３２に送られる。そして、演算手段３２において、受信した誤差の大きい座標情報が座標原点（Ａ）に基づいてリセットされる。
【００３７】
すなわち、受信した座標情報には、変化した座標原点（Ａ）が含まれている。原点リセットスイッチ４を押すと、演算手段３２において、受信した座標情報に含まれている変化した座標原点（Ａ）を、当初の座標原点（Ａ）に戻すことが行われる。その結果、再度、検出されるハンドピース先端部２１ａの座標情報と、口腔１０１内の座標系（Ｂ）との統一を図ることができ、リセット後に受信する座標情報の精度を向上させることが可能となる。なお、リセット時には、座標情報がリセットされたことを上述した表示装置３３２であるディスプレイによって確認してもよい。
【００３８】
次に、上述した本実施形態のナビゲーションシステム１の動作について説明する。
図４に示すように、まず、ステップＳ１において、上述したターゲット座標を演算手段３２に入力する。本実施形態において、ターゲット座標の入力は、演算手段３２であるコンピュータが有するキーボードを介して行う。
【００３９】
次に、ステップＳ２において、上述したナビゲーションシステム１の座標原点（Ａ）を設定する。設定した座標原点（Ａ）は、演算手段３２に入力して患者１００の口腔１０１内の座標原点（Ｂ）と整合をとり、検出されるハンドピース先端部２１ａの座標情報と、口腔１０１内の座標系（Ｂ）との統一を図る。
【００４０】
次に、ステップＳ３において、上述したハンドピース先端部２１ａの座標情報を検出するとともに、ステップＳ４において、検出した座標情報とターゲット座標とを比較し、両者の位置情報が一致しているか否かを演算手段３２によって演算する。
【００４１】
そして、両者の位置情報が一致している場合には、ステップＳ５において、両者の位置情報が一致したことを通知手段３３によって術者に通知および表示することが行われる。このとき、ハンドピース先端部２１ａがターゲット座標に近づくにつれて所定の音が鳴るようにしてもよい。
【００４２】
一方、両者の位置情報が一致していない場合には、上述したステップＳ３の前に戻り、両者の位置情報が一致するまでステップＳ３およびステップＳ４を繰り返すことが行われる。このとき、両者の位置情報が一致していないことを知らせる所定のアラーム音が鳴るようにしてもよい。
【００４３】
以上、本発明に係る好ましい実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。
【００４４】
例えば、上述の実施形態においては、ナビゲーションシステム１をデンタルインプラント埋植手術用としたが、これに代えて、ナビゲーションシステム１を、例えば脳神経外科、整形外科、耳鼻咽喉科等の他の外科手術用に適用することができる。
【００４５】
また、上述の実施形態のナビゲーションシステム１は、例えば非特許文献１に記載されているような光学式センサを備える他の外科手術用ナビゲーションシステムと併用することができる。このような構成によれば、術者の肢体が患部１０２に取り付けたマーカを光学式センサから隠したときでも、座標送信機２から送信される座標情報によってハンドピース先端部２１ａをターゲット座標に誘導することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  外科手術用ナビゲーションシステム
２  座標送信機
２１  ハンドピース
２１ａ  ハンドピース先端部
２１ｂ  ハンドピース後端部
２２  モーションセンサ
２３  送信手段
２４  インプランター
２４１  ケーブル
２Ａ  積分回路
２Ｂ  ＡＣ／ＤＣ
２Ｃ  変調回路
２Ｄ  フィルタ
２Ｅ  増幅器
３  座標受信機
３１  受信手段
３２  演算手段
３３  通知手段
３３１  発音装置
３３２  表示装置
３Ａ  増幅器
３Ｂ  フィルタ
３Ｃ  復調回路
４  原点リセットスイッチ
４１  ケーブル
１００  患者
１０１  口腔
１０２  患部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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