(57)【要約】【課題】内視鏡下シミュレーションにおいてトロカーポートの決定を実現する。【解決手段】生体を所定の間隔で撮像した撮像データからコンピュータが構成するセグメンテーション部が臓器を抽出して、所定間隔で撮像した臓器の撮像データを積層して３次元ボリュームデータを構築する。画像生成手段が３次元ボリュームデータを読み出して仮定した視点から生体を見るように画像生成しモニタ画面に表示する。表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定する。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体を所定の間隔で撮像した撮像データからコンピュータが構成するセグメンテーション部が臓器を抽出して、所定間隔で撮像した臓器の撮像データを積層することにより、３次元ボリュームデータを構築して３次元ボリューム記録部に記録する生体モデル生成過程と、
コンピュータが構成する画像生成手段が前記生体モデル生成過程で生成した３次元ボリュームデータを読み出して仮定した視点から生体を見るように画像生成しモニタ画面に表示する画像表示過程と、
表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定するトロカーポート位置指定過程とからなることを特徴とするトロカーポート位置決定シミュレーション方法。
【請求項２】
生体を所定の間隔で撮像した撮像データからコンピュータが構成するセグメンテーション部が臓器を抽出して、所定間隔で撮像した臓器の撮像データを積層することにより、３次元ボリュームデータを構築し、手術の患者の姿勢に応じて３次元ボリュームデータを変形して３次元ボリューム記録部に記録する生体モデル生成過程と、
コンピュータが構成する画像生成手段が前記生体モデル生成過程で生成した３次元ボリュームデータを読み出して仮定した視点から生体を見るように画像生成しモニタ画面に表示する画像表示過程と、
表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定するトロカーポート位置指定過程とからなることを特徴とするトロカーポート位置決定シミュレーション方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のトロカーポート位置決定シミュレーション方法において、トロカーポート位置決定過程が、
表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定する第１のトロカーポート位置指定過程と、
前記第１のトロカーポート位置指定過程により指定した所定のトロカーポート位置において手術シミュレーションを実施し、当該手術シミュレーションの結果によりトロカーポート位置を調整し、前記第１のトロカーポート位置指定過程にフィードバックする第２のトロカーポート位置指定過程とからなることを特徴とするトロカーポート位置決定シミュレーション方法。
【請求項４】
生体を所定の間隔で撮像した撮像データから臓器を抽出し、抽出した臓器を積層して３次元ボリュームデータを構築するセグメンテーション部と、
前記セグメンテーション部が構築した３次元ボリュームデータを記録する３次元ボリュームデータ記録部と、
前記３次元ボリュームデータ記録部に記録した３次元ボリュームデータを読み出して仮定した視点から生体を見るようにモニタ画面に表示する画像生成手段と、
表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定して決定するトロカーポート位置決定手段とからなることを特徴とするトロカーポート位置決定シミュレーション装置。
【請求項５】
生体を所定の間隔で撮像した撮像データから臓器を抽出し、抽出した臓器を積層して３次元ボリュームデータを構築するセグメンテーション部と、
前記セグメンテーション部が構築した３次元ボリュームデータを手術の患者の姿勢に応じて変形するボリュームデータ変形部と、
前記セグメンテーション部が構築した３次元ボリュームデータを記録するとともに前記ボリュームデータ変形部が変形した３次元ボリュームデータを記録する３次元ボリュームデータ記録部と、
前記３次元ボリュームデータ記録部に記録した３次元ボリュームデータを読み出して仮定した視点から生体を見るようにモニタ画面に表示する画像生成手段と、
表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定して決定するトロカーポート位置決定手段とからなることを特徴とするトロカーポート位置決定シミュレーション装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のトロカーポート位置決定シミュレーション装置において、
トロカーポート位置決定手段により決定されたトロカーポート位置から手術シミュレーションを行う手術シミュレーション装置と、
表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定して決定するとともに、前記指定した所定のトロカーポート位置において前記手術シミュレーション装置により手術シミュレーションを実施した結果によりトロカーポート位置を調整するトロカーポート位置決定手段とからなることを特徴とするトロカーポート位置決定シミュレーション装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡下手術を行うためのトロカーポート位置を決定するシミュレーション方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡下手術を行う場合、内視鏡・術具は、トロカーポートと呼ばれる穴を体表に設置し、そこから挿入する。トロカーポートの位置の設定は、患部の見え方、患部への術具の到達、術具操作の難易等を左右するため、内視鏡手術の正否を決定する重要なファクターの一つとなっている。しかし、術前に腹腔内の状態を３次元的に把握することは難しく、医師が２次元情報であるＣＴスキャン映像から臓器の３次元構造を脳内で再構築しているのが現状である。そのため、トロカーポート位置の決定には深い解剖的知識と経験が必要である。
【０００３】
内視鏡下手術は、３次元のものを２次元の画像表示装置を見ながら操作するので、その習得にはトレーニングが不可欠である。実際の腹腔鏡手術では患者毎に血管の本数や走行、臓器の位置関係、例えば腫瘍の位置や大きさが異なり、それぞれに対応した手術が要求される。
術前のシミュレーションを可能とするため、個々の患者の情報をもとにシミュレータが考えられる。
しかしながら、従来の内視鏡下のシミュレーションにおいては、臓器の位置、患部の状態に応じた術具の操作に重きが置かれ、術前シミュレーションによるトロカーポートの決定は行われていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９２５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、内視鏡下シミュレーションにおいてトロカーポートの決定が実現していない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため請求項１に係るトロカーポート位置決定シミュレーション方法は、生体を所定の間隔で撮像した撮像データからコンピュータが構成するセグメンテーション部が臓器を抽出して、所定間隔で撮像した臓器の撮像データを積層することにより、３次元ボリュームデータを構築して３次元ボリューム記録部に記録する生体モデル生成過程と、コンピュータが構成する画像生成手段が前記生体モデル生成過程で生成した３次元ボリュームデータを読み出して仮定した視点から生体を見るように画像生成しモニタ画面に表示する画像表示過程と、表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定するトロカーポート位置指定過程とからなることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に係るトロカーポート位置決定シミュレーション方法は、生体を所定の間隔で撮像した撮像データからコンピュータが構成するセグメンテーション部が臓器を抽出して、所定間隔で撮像した臓器の撮像データを積層することにより、３次元ボリュームデータを構築し、手術の患者の姿勢に応じて３次元ボリュームデータを変形して３次元ボリューム記録部に記録する生体モデル生成過程と、コンピュータが構成する画像生成手段が前記生体モデル生成過程で生成した３次元ボリュームデータを読み出して仮定した視点から生体を見るように画像生成しモニタ画面に表示する画像表示過程と、表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定するトロカーポート位置指定過程とからなることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に係るトロカーポート位置決定シミュレーション方法は、請求項１又は２に記載の方法において、トロカーポート位置決定過程が、表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定する第１のトロカーポート位置指定過程と、前記第１のトロカーポート位置指定過程により指定した所定のトロカーポート位置において手術シミュレーションを実施し、当該手術シミュレーションの結果によりトロカーポート位置を調整し、前記第１のトロカーポート位置指定過程にフィードバックする第２のトロカーポート位置指定過程とからなることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に係るトロカーポート位置決定シミュレーション装置は、生体を所定の間隔で撮像した撮像データから臓器を抽出し、抽出した臓器を積層して３次元ボリュームデータを構築するセグメンテーション部と、前記セグメンテーション部が構築した３次元ボリュームデータを記録する３次元ボリュームデータ記録部と、前記３次元ボリュームデータ記録部に記録した３次元ボリュームデータを読み出して仮定した視点から生体を見るようにモニタ画面に表示する画像生成手段と、表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定して決定するトロカーポート位置決定手段とからなることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５に係るトロカーポート位置決定シミュレーション装置は、生体を所定の間隔で撮像した撮像データから臓器を抽出し、抽出した臓器を積層して３次元ボリュームデータを構築するセグメンテーション部と、前記セグメンテーション部が構築した３次元ボリュームデータを手術の患者の姿勢に応じて変形するボリュームデータ変形部と、前記セグメンテーション部が構築した３次元ボリュームデータを記録するとともに前記ボリュームデータ変形部が変形した３次元ボリュームデータを記録する３次元ボリュームデータ記録部と、前記３次元ボリュームデータ記録部に記録した３次元ボリュームデータを読み出して仮定した視点から生体を見るようにモニタ画面に表示する画像生成手段と、表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定して決定するトロカーポート位置決定手段とからなることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６に係るトロカーポート位置決定シミュレーション装置は、請求項４又は５に記載の装置において、トロカーポート位置決定手段により決定されたトロカーポート位置から手術シミュレーションを行う手術シミュレーション装置と、表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定して決定するとともに、前記指定した所定のトロカーポート位置において前記手術シミュレーション装置により手術シミュレーションを実施した結果によりトロカーポート位置を調整するトロカーポート位置決定手段とからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係るトロカーポート位置決定シミュレーション方法によると、生体を撮像した撮像データから３次元ボリュームデータを構築し、これを仮定した視点から生体を見るようにモニタ画面に表示して、その生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定するから、トロカーポート位置を決定することができる。
【００１３】
請求項２に係るトロカーポート位置決定シミュレーション方法によると、生体を撮像した撮像データから３次元ボリュームデータを構築し、手術の患者の姿勢に応じて３次元ボリュームデータを変形するから、撮像時の姿勢から手術中の姿勢へ変形して画像生成することにより、より現実に近づけた体位の姿勢を得、モニタ画像を表示することができ、トロカーポート位置を決定することができる。
【００１４】
請求項３に係るトロカーポート位置決定シミュレーション方法によると、トロカーポート位置を仮に決定し、その位置で手術シミュレーションを実施し、その結果術具の位置に応じて、ある部位が視野から外れる、患者への術具の到達が難しい等の問題が顕在化し、その問題を解決するために、トロカーポート位置を調整し、トロカーポート位置指定過程にフィードバックすることにより、最適なトロカーポート位置を決定することができる。
【００１５】
請求項４に係るトロカーポート位置決定シミュレーション装置によると、セグメンテーション部により、生体を撮像した撮像データから３次元ボリュームデータを構築し、画像生成手段により、３次元ボリュームデータを仮定した視点から生体を見るようにモニタ画面に表示して、トロカーポート位置決定手段により、その生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定するから、トロカーポート位置の決定を実現することができる。
【００１６】
請求項５に係るトロカーポート位置決定シミュレーション装置によると、セグメンテーション部により、生体を撮像した撮像データから３次元ボリュームデータを構築し、ボリュームデータ変形部により、手術の患者の姿勢に応じて３次元ボリュームデータを変形するから、画像生成手段が、撮像時の姿勢から手術中の姿勢へ変形して画像生成して、より現実に近づけた体位の姿勢を得、モニタ画像を表示することができ、トロカーポート位置を決定することができる。
【００１７】
請求項６に係るトロカーポート位置決定シミュレーション装置によると、トロカーポート位置決定手段が、まずトロカーポート位置を仮に決定し、その位置で手術シミュレーション装置において手術シミュレーションを実施し、その結果術具の位置に応じて、ある部位が視野から外れる、患者への術具の到達が難しい等の問題が顕在化し、その問題を解決するために、トロカーポート位置決定手段においてトロカーポート位置を調整することにより、最適なトロカーポート位置を決定することができる。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明装置の１実施例の機能ブロック図、図２は本発明方法のフロー図である。図１において、１０１は撮像データ格納部、１０２はコンピュータで構成するセグメンテーション部、１０２ａはコンピュータで構成するボリュームデータ変更部、１０３は３次元ボリュームデータ記録部、１０４はコンピュータで構成する画像生成手段、１０５はモニタ、１０６はコンピュータで構成するトロカーポート位置決定手段、１０７は手術シミュレーション装置である。
撮像データ格納部１０１には生体を例えばＣＴ又はＭＲＩで所定の間隔で撮像した撮像データを格納しておく。セグメンテーション部１０２は前記撮像データ格納部１０１から撮像データを読み出し、所定の臓器を抽出し、臓器ごとに積層して、３次元ボリュームデータを構築する。ボリュームデータ変換部１０２ａは予め変形パターンを記述したボリューム変形ソフトウェアにより前記構築された３次元ボリュームデータを変形させる。３次元ボリュームデータ記録部１０３はセグメンテーション部１０２及びボリュームデータ変換部１０２ａが構築した３次元ボリュームデータを記録する。
画像生成手段１０４は３次元ボリュームデータ記録部１０３に記録した３次元ボリュームデータを読み出して仮定した視点から生体を見るように画像を生成する。モニタ１０５画像生成手段１０４が生成した画像を画面に表示する。トロカーポート位置決定手段１０６はモニタ１０５に表示される生体表上に所定数のトロカーポート位置を指定して決定する。
【００１９】
撮像技術者は、手術を受けようとする患者の生体をＣＴ又はＭＲＩで所定の間隔で撮像し、その撮像データを撮像データ格納部１０１に格納しておく（図２の過程Ｐ２０１）。患者の生体には患部を含む。
次に、操作者は、セグメンテーション部１０２を機能させ、撮像データ格納部１０１より撮像データを読み出し、所定の臓器を選択し、当該臓器の画像を抽出する。セグメンテーション部１０２は抽出された各臓器を積層することにより、当該臓器について３次元ボリュームデータを構築する。セグメンテーション部１０２はこの処理を所定の臓器分行う。３次元ボリュームデータに構築された各臓器の画像は、３次元ボリュームデータ記録部１０３に格納される（生体モデル生成過程：図２の過程Ｐ２０２）。
また、操作者は、ボリュームデータ変換部１０２ａを機能させ、構築された３次元ボリュームデータ記録部１０３に格納された３次元ボリュームデータを読み出し、所定の体位に応じて変形させる。変形された３次元ボリュームデータの画像は、３次元ボリュームデータ記録部１０３に格納される（生体モデル生成過程：図２の過程Ｐ２０２ａ）変形は、ＣＴ映像の撮像時（通常仰向けの姿勢）と、手術中の姿勢（体位は様々）が違うため、実際の状態において、重力の影響等による臓器位置の変化や、術中に助手が臓器を鉗子で持ち上げるなどの操作を行うために発生する。臓器は、体内で脂肪や膜組織などで保持されているが、保持されている状態は、ＣＴ／ＭＲＩ等の撮像結果から読み取れないため、計算によって正しい変形結果を得ることは完全にはまだできていない。本実施例では、医師の知見を元に変形パターンを何通りか記述したボリュームデータ変形ソフトウェアを開発し、そのソフトウェアによりボリュームデータを変形している。
次に、操作者は、画像生成手段１０４を機能させ、３次元ボリュームデータ記録部１０３に記録した手術対象を含む各臓器の３次元ボリュームデータを読み出して仮定した視点から生体を見るように３次元画像を生成し、モニタ１０５の画面に表示する（図２の過程Ｐ２０３）。このとき、生体の内部臓器が、患者の皮膚に覆われて見えない状態又は皮膚が透過して見える状態等、必要に応じた画像を生成させ、これを表示するようにする。
トロカーポート位置決定のシミュレーションを行おうとする操作者は、トロカーポート位置決定手段１０６を機能させ、例えば、コンピュータに付属したマウスを操作し、指示マークを移動させ、モニタ１０５画面上に表示される生体表上に合わせて位置指定する。このとき、仮定する視点とマウスの指示マークとの仮定線が生体表上と交わる位置が位置指定されたものとし、その位置にトロカーポートのアイコンを表示する。このトロカーポートを例えば内視鏡用に１箇所と、術具用に２箇所とを指定する（第１のトロカーポート位置指定過程：図２の過程Ｐ２０４）。
トロカーポート位置決定されると、コンピュータのプログラムにより、前記過程Ｐ２０４で指定された箇所に内視鏡が配置された状態の画像が前記画像生成手段１０４が生成され、術具が配置された状態で術前シミュレーションを行うことができる。
操作者又は術者は、手術シミュレーション装置１０７を機能させ、前記第１のトロカーポート位置指定過程（Ｐ２０４）で決定したトロカーポート位置における術具の位置を仮の位置として、術前シミュレーションを行う。術前シミュレーションにより、その操作の運動が図示しない計算部において計算され、その結果を画像生成手段１０４において術具及び臓器の移動、変化として画像生成され、モニタ１０５に表示される。実施の結果、ある部位が視野から外れる、患部への術具の到達が難しい等の問題が発生することがある。このような場合、再度、トロカーポート位置決定手段１０６を機能させ、コンピュータに付属したマウスを操作し、指示マークを移動させ、モニタ１０５画面上に表示される生体表上に合わせて位置指定する（第２のトロカーポート位置指定過程：図２の過程Ｐ２０４ａ）。位置を微調整して、スパイラルアップ的に最適なポート位置を決定することができる。
【００２０】
以上のようにして、医師が術前に腹腔内の状態を３次元形状で把握することができる状態において、トロカーポート位置の決定が容易になり、手術が行いやすい位置に設定することが可能となる。また、このことが実現することにより、手術の成功率が上がり、内視鏡下手術の安全性を向上することができる。
トロカーポートシミュレーションを手術シミュレータと連動させることで、設定したポート位置からの術前訓練を行えば、さらに内視鏡下手術の安全性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明装置の１実施例の機能ブロック図である。
【図２】本発明方法のフロー図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０１    撮像データ格納部
１０２    セグメンテーション部
１０２ａ  ボリュームデータ変更部
１０３    ３次元ボリュームデータ記録部
１０４    画像生成手段
１０５    モニタ
１０６    トロカーポート位置決定手段
１０７    手術シミュレーション装置
【図１】
2011131020.tif 000003
【図２】
2011131020.tif 000004