(57)【要約】【課題】処置具の先端が到達可能であるときに切削シミュレーションを実行する。【解決手段】器具パラメータ取得部４０と、複数枚の断層画像データに基づきボクセルデータ及びボクセルラベルデータを生成するボクセルデータ抽出部７と、ボクセルデータ及び器具パラメータに基づき、レトラクタに内挿された処置具の先端が到達可能な操作可能ボクセルを含むエリアを算出する可操作エリア演算部２７と、処置具の先端との距離が所定の距離以下である操作可能ボクセルを被切削ボクセルとし、そのボクセルラベルデータを変更する被切削ボクセルラベル設定部１８と、レトラクタの軸に垂直であってレトラクタ前方に位置する複数の断面に含まれる対象ボクセルを特定し、対象ボクセル中のボクセルデータを視線方向に投影して仮想内視鏡画像を生成するボリュームレンダリング演算部１３とを備えた。【選択図】図２
2019170412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に挿入されたレトラクタに内視鏡及び処置具を挿入して行う手術のシミュレーション画像を表示する手術シミュレーション装置であって、
処置具、内視鏡及びレトラクタを含む器具に関する器具パラメータを取得する器具パラメータ取得部と、
操作者による切削指示を受付ける切削指示受付部と、
複数枚の被検体の断層画像データに基づきボクセルデータ及びボクセルラベルデータを生成するボクセルデータ抽出部と、
前記ボクセルデータ及び前記器具パラメータに基づき、前記レトラクタに内挿された前記処置具の先端が到達可能な操作可能ボクセルを抽出する可操作エリア演算部と、
切削指示に基づき、前記処置具の先端との距離が所定の距離以下である前記操作可能ボクセルを被切削ボクセルとし、当該被切削ボクセルのボクセルラベルデータを変更する被切削ボクセルラベル設定部と、
前記ボクセルデータ及び前記器具パラメータに基づき、レトラクタの軸に垂直であってレトラクタ前方に位置する複数の断面に含まれる対象ボクセルを特定し、前記対象ボクセル中のボクセルデータを視線方向に積算投影して仮想内視鏡画像を生成するボリュームレンダリング演算部と、
前記仮想内視鏡画像を表示部に表示させる表示制御部とを備えた
手術シミュレーション装置。
【請求項２】
前記ボリュームレンダリング演算部は、前記仮想内視鏡画像において前記被切削ボクセルより視線方向の下流側を投影することにより、前記被切削ボクセルを被切削状態を表す態様とする
請求項１に記載の手術シミュレーション装置。
【請求項３】
前記ボリュームレンダリング演算部は、前記仮想内視鏡画像において前記操作可能ボクセルが含まれるエリアをマーキングする
請求項１又は２に記載の手術シミュレーション装置。
【請求項４】
前記ボリュームレンダリング演算部は、前記操作可能ボクセルに対応するボクセルラベルデータを前記操作可能ボクセル以外の対象ボクセルに対応するボクセルラベルデータと異ならせることにより、前記操作可能ボクセルが含まれるエリアをマーキングする
請求項３に記載の手術シミュレーション装置。
【請求項５】
前記被切削ボクセルラベル設定部は、前記被切削ボクセルを非表示とするように前記被切削ボクセルのボクセルラベルデータを変更し、
前記ボリュームレンダリング演算部は、変更されたボクセルラベルデータに基づき被切削ボクセルを非表示として、前記被切削ボクセルより視線方向の下流側のボクセルを投影する
請求項１から４の何れか１項に記載の手術シミュレーション装置。
【請求項６】
前記器具パラメータは、操作入力部から入力されたパラメータ、又は記憶部に保存されているパラメータである
請求項１から５のいずれか１項に記載の手術シミュレーション装置。
【請求項７】
前記器具パラメータは、処置具、内視鏡又はレトラクタの形状、位置及び大きさに関するパラメータである
請求項１から５のいずれか１項に記載の手術シミュレーション装置。
【請求項８】
前記ボクセルデータ抽出部は、記憶部から複数枚の被検体の断層画像データを読み出しボクセルデータ及びボクセルラベルデータを生成する
請求項１から５のいずれか１項に記載の手術シミュレーション装置。
【請求項９】
前記ボクセルデータ及び前記ボクセルラベルデータは記憶部に保存される
請求項１から５のいずれか１項に記載の手術シミュレーション装置。
【請求項１０】
前記表示部を、さらに備えている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の手術シミュレーション装置。
【請求項１１】
前記内視鏡は、斜視内視鏡である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の手術シミュレーション装置。
【請求項１２】
操作入力部はマウスであり、
前記マウスの２次元移動によって前記表示部に表示される仮想内視鏡画像の向きが調整可能である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の手術シミュレーション装置。
【請求項１３】
前記処置具は、鉗子、ドリル、ノミ、メスの何れかである
請求項１から５のいずれか１項に記載の手術シミュレーション装置。
【請求項１４】
被検体に挿入されたレトラクタに内視鏡及び処置具を挿入して行う手術中シミュレーション画像を表示部に表示させる処理をコンピュータに実行させる手術支援プログラムであって、
前記処理は、
処置具、内視鏡及びレトラクタを含む器具に関する器具パラメータを取得する器具パラメータ取得ステップと、
操作入力部を介して操作者による切削指示を受付ける切削指示受付ステップと、
記憶部から取得した複数枚の被検体の断層画像データに基づきボクセルデータ及びボクセルラベルデータを生成するボクセルデータ抽出ステップと、
前記ボクセルデータ及び前記器具パラメータに基づき、前記レトラクタに内挿された前記処置具の先端が到達可能な操作可能ボクセルを抽出する可操作エリア演算ステップと、
切削指示に基づき、前記処置具の先端との距離が所定の距離以下である前記操作可能ボクセルを被切削ボクセルとし、当該被切削ボクセルのボクセルラベルデータを変更する被切削ボクセルラベル設定ステップと、
前記ボクセルデータ及び前記器具パラメータに基づき、レトラクタの軸に垂直であってレトラクタ前方に位置する複数の断面に含まれる対象ボクセルを特定し、前記対象ボクセル中のボクセルデータを視線方向に積算投影して仮想内視鏡画像を生成するボリュームレンダリングステップと、
前記仮想内視鏡画像を前記表示部に表示させる表示ステップとを有する
手術シミュレーションプログラム。
【請求項１５】
前記ボリュームレンダリングステップでは、前記仮想内視鏡画像において前記被切削ボクセルより視線方向の下流側を投影することにより、前記被切削ボクセルを被切削状態を表す態様とする
請求項１４に記載の手術シミュレーションプログラム。
【請求項１６】
前記ボリュームレンダリングステップでは、前記仮想内視鏡画像において前記操作可能ボクセルが含まれる範囲をマーキングする
請求項１４又は１５に記載の手術シミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば、医療従事者が手術のシミュレーションを行う際に活用する手術シミュレーション装置及び手術シミュレーションプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療現場において、より適切な手術を行うために、手術のシミュレーションを行うことが可能な手術支援装置が活用されている。
【０００３】
従来の手術支援装置は、例えば、Ｘ線ＣＴ画像や核磁気共鳴画像（ＭＲＩ画像）、ＰＥＴ（陽電子放射断層法）によって取得された画像等の断層画像情報を取得する断層画像情報取得部と、断層画像情報に基づき生成された３次元ボリュームデータに基づき任意の視点からレイキャスティングして内部組織を可視化した画像を生成するボリュームレンダリング演算部と、ボリュームレンダリング演算部の演算結果を表示するディスプレイ等の表示部とを備え、シミュレーション表示された表示対象物に入力部から切削指示等を行うことができた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ＭＲＩ装置やＣＴ装置等の撮像装置によって取得された断層画像を用いてボリュームレンダリング演算を行い、操作者の切削指示入力に基づいて切削後の切削対象物の状態を表示画像に表示し、切削対象物の内部に含まれる非切削部分は切削実行後も切削前の状態を表示することにより、内視鏡手術を支援する切削シミュレーション装置が提案されている。
【０００５】
また、例えば、特許文献２には、内視鏡が挿入されるレトラクタ（術具）によって内視鏡の視野が制限され画像部分を識別して表示画像中に表示することにより、実際に手術における表示態様に近似した画像を表示する手術支援装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０１４８６８号
【特許文献２】特開２０１３−２０２３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来の手術シミュレーション装置によれば、処置具の先端が被検体の手術対象部位に到達不可能な位置にあるときでも、操作者から切削指示に基づき被検体の一部の切削シミュレーション動作が行われ、実際の手術における切削とは異なるシミュレーション動作が行われるという課題があった。
【０００８】
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、処置具の先端の位置が可操作エリアに含まれるときに、切削指示に基づき可操作エリアの一部を被切削状態を表す態様とする切削シミュレーションを実行する構成を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様に係る手術シミュレーション装置は、被検体に挿入されたレトラクタに内視鏡及び処置具を挿入して行う手術のシミュレーション画像を表示する手術シミュレーション装置であって、処置具、内視鏡及びレトラクタを含む器具に関する器具パラメータを取得する器具パラメータ取得部と、操作者による切削指示を受付ける切削指示受付部と、複数枚の被検体の断層画像データに基づきボクセルデータ及びボクセルラベルデータを生成するボクセルデータ抽出部と、前記ボクセルデータ及び前記器具パラメータに基づき、前記レトラクタに内挿された前記処置具の先端が到達可能な操作可能ボクセルを抽出する可操作エリア演算部と、切削指示に基づき、前記処置具の先端との距離が所定の距離以下である前記操作可能ボクセルを被切削ボクセルとし、当該被切削ボクセルのボクセルラベルデータを変更する被切削ボクセルラベル設定部と、前記ボクセルデータ及び前記器具パラメータに基づき、レトラクタの軸に垂直であってレトラクタ前方に位置する複数の断面に含まれる対象ボクセルを特定し、前記対象ボクセル中のボクセルデータを視線方向に積算投影して仮想内視鏡画像を生成するボリュームレンダリング演算部と、前記仮想内視鏡画像を表示部に表示させる表示制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一態様に係る手術シミュレーション装置によれば、処置具の先端の位置が可操作エリアに含まれるときに、切削指示に基づき可操作エリアの一部を被切削状態を表す態様とする切削シミュレーションを行う。そのため、処置具の先端が到達不可能な部位に対して切削シミュレーションが行われるという動作を抑制し、実際の手術における切削動作に近似したシミュレーションを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係るパーソナルコンピュータ（手術シミュレーション装置）１を示す斜視図である。
【図２】図１の手術シミュレーション装置１のシステム構成図である。
【図３】図２のデータ格納部９に構成される内視鏡パラメータ格納部４１の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図２のデータ格納部９に構成される術具パラメータ格納部４２の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】手術シミュレーション装置１における切削シミュレーション処理のフローチャートである。
【図６】図５のステップＳ７における術具挿入深度決定の処理の詳細を示すフローチャートである。
【図７】筒状の術具（レトラクタ）の挿入深度の検出方法を説明するための模式図である。
【図８】図５のステップＳ１０における可操作エリア決定の処理の詳細を示すフローチャートである。
【図９】（ａ）は、可操作エリア演算部２７における術具（処置具）の先端が到達可能な操作可能ボクセルが含まれる可操作エリアの算出方法を説明するための模式図、（ｂ）は計算結果の例示である。
【図１０】図５のステップＳ１２における切削実行の処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）は、手術シミュレーション装置１における可操作エリアＡ３の範囲を示す模式断面図、（ｂ）従来の手術シミュレーション装置における可操作エリアＡ３Ｘの範囲を示す模式断面図である。
【図１２】（ａ）は、手術シミュレーション装置１の表示画像における可操作エリアＡ３の範囲を示す模式図、（ｂ）従来の手術シミュレーション装置の表示画像における可操作エリアＡ３Ｘの範囲を示す模式図である。
【図１３】手術シミュレーション装置１における表示画面図の一例である。
【図１４】斜視内視鏡を用いた実施の形態２に係る手術シミュレーション装置１における、任意の斜視角を反映させたボリュームレンダリング演算方法を説明するための模式図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、筒状の術具（レトラクタ）を用いた場合のマウス操作による２次元入力から内視鏡３次元操作へのマッピング方法を説明するための模式図である。
【図１６】（ａ）は、実施の形態２に係る斜視内視鏡を用いた手術シミュレーション装置における可操作エリアＡ３の範囲を示す模式断面図、（ｂ）従来の手術シミュレーション装置における可操作エリアＡ３Ｘの範囲を示す模式断面図である。
【図１７】（ａ）は、実施の形態２に係る斜視内視鏡を用いた手術シミュレーション装置の表示画像における可操作エリアＡ３の範囲を示す模式図、（ｂ）従来の手術シミュレーション装置の表示画像における可操作エリアＡ３Ｘの範囲を示す模式図である。
【図１８】術具パラメータ及び内視鏡パラメータと可操作エリアＡ３の大きさとの関係を示す図である。
【図１９】手術シミュレーション装置１において、術具パラメータ及び内視鏡パラメータが図１９の条件１であるときの表示画面図である。
【図２０】手術シミュレーション装置１において、術具パラメータ及び内視鏡パラメータが図１９の条件２であるときの表示画面図である。
【図２１】手術シミュレーション装置１において、術具パラメータ及び内視鏡パラメータが図１９の条件３であるときの表示画面図である。
【図２２】手術シミュレーション装置１において、術具パラメータ及び内視鏡パラメータが図１９の条件４であるときの表示画面図である。
【図２３】手術シミュレーション装置１において、術具パラメータ及び内視鏡パラメータが図１９の条件５であるときの表示画面図である。
【図２４】手術シミュレーション装置１において、術具パラメータ及び内視鏡パラメータが図１９の条件６であるときの表示画面図である。
【図２５】手術シミュレーション装置１において、術具パラメータ及び内視鏡パラメータが図１９の条件７であるときの表示画面図である。
【図２６】内視鏡を用いた椎間板ヘルニア摘出術の模式断面図である。
【図２７】従来の内視鏡椎間板ヘルニア摘手術の手術シミュレーション装置において生成された手術対象部位を含む被検体のボリュームレンダリング像である。
【図２８】図２７における内視鏡４１１により取得される表示画像の範囲ＩＭ１の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
≪本開示を実施するための形態に至った経緯≫
内視鏡を用いた手術は、開腹手術等と比較して傷口が小さく、患者への負担を大幅に軽減することができる。このため、近年、例えば、腰部脊椎管狭窄症に対する手術等、様々な手術において内視鏡を活用した手術が行われるようになっている。
【００１３】
図２６は、内視鏡を用いた椎間板ヘルニア摘出術の模式断面図である。図２６に示すよう内視鏡椎間板ヘルニア摘出術では、筒状の開創器（以下「レトラクタ」４２１とする）と呼ばれる筒状の部材を被検体に挿入し、レトラクタ４２１にカメラ等の撮像装置４１２が接続された内視鏡４１１の鏡筒部と鉗子等の処置具４２２とを挿入することで、手術対象部位の画像をディスプレイ２に表示させて、手術対象部位の画像を確認しながら処置具４２２により切削対象部分（例えば、骨切削部ＢＯからヘルニアの部分）の切除等を行う。したがって、手術の前段階で行う切削シミュレーションにおいても、実際の手術中にディスプレイ２に表示される画像の形態にできるだけ近似した画像の表示がなされることが好ましい。
【００１４】
これに対し、上記した特許文献１、２に開示された従来の手術支援装置は、表示画面において手術対象部位の位置を術者に提供することで手術対象部位と内視鏡との位置関係を認識して手術を行うことは可能である。図２７は、従来の内視鏡椎間板ヘルニア摘手術の手術シミュレーション装置において生成された手術対象部位を含む被検体のボリュームレンダリング像である。当該像に、レトラクタ４２１が挿入される位置、レトラクタ４２１における内視鏡４１１の位置、内視鏡４２１により取得される表示画像の範囲ＩＭ１を示したものである。また、図２８は、図２７における内視鏡４２１により取得される表示画像の範囲ＩＭ１の拡大図である。
【００１５】
しかしながら、従来の手術シミュレーション装置における表示画面や切削シミュレーションの動作は、処置具が到達可能な範囲を考慮したものではないため、手術前のシミュレーションにおいて予め計画された術具や内視鏡の位置や大きさ等の条件に基づいて処置具の到達可能な範囲と手術対象部位との位置関係を正確に把握することは困難であった。
【００１６】
その結果、手術シミュレーションにおいて、処置具の先端の位置が被検体の手術対象部位に到達不可能な範囲にあるときでも、操作者から切削指示がされた場合には被検体の一部の切削シミュレーション動作が行われ、実際の手術における切削とは異なるシミュレーション動作が行われる場合があるという課題があった。
【００１７】
また、被検体の手術対象部位のうち処置具の先端が到達可能な範囲について明示されていないために、操作者は処置具の先端を可操作エリアに移動させるための案内がなく、効率的に手術シミュレーションを行うことの障害であった。
【００１８】
この課題を改善するためには、被検体の手術対象部位のうち処置具の先端が到達可能な範囲を算出し、処置具の位置との関係を把握することが必要となる。そこで、発明者は、被検体に挿入されたレトラクタに内視鏡及び処置具を挿入して行う手術中のシミュレーションにおいて、被検体の手術対象部位のうち処置具の先端が到達可能な可操作エリアを算出する方法について鋭意検討し、実施の形態１に係る手術シミュレーション装置、手術シミュレーション方法及び手術シミュレーションプログラムに想到するに至ったものである。
【００１９】
≪実施の形態１≫
＜装置の全体構成と動作概要＞
以下、実施の形態１に係る手術シミュレーション装置１について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、実施の形態１に係る手術シミュレーション装置１が構成されるコンピュータＰＣを示す斜視図である。図１に示すように、手術シミュレーション装置１は、表示部（ディスプレイ）２と、各種の操作入力部（キーボード３、マウス４、およびタブレット５（図２参照））とを備えたコンピュータＰＣから構成されている。
【００２０】
ディスプレイ２には、Ｘ線ＣＴ画像等の複数の断層画像から形成される臓器、間接、骨等、被検体の手術対象部位（図１の例では、内視鏡画像を表示）の状態を表す表示画像が表示される。操作者は、ディスプレイ２に表示される手術対象部位の表示画像を見ながら、操作入力部から内視鏡や術具の挿入位置や挿入角度、切削指示等を入力して手術対象部位の切削シミュレーションを行い、切削後の手術対象部位の状態を表す表示画像が切削シミュレーションの結果としてディスプレイ２に表示される。
【００２１】
図２は、図１の手術シミュレーション装置１のシステム構成図である。手術シミュレーション装置１のハードウエアは、バス１６に接続された、ディスプレイ２、キーボード３、マウス４、タブレット５、及びコンピュータＰＣのＣＰＵ（Central Processing Unit）と記憶手段（メモリ、ハードディスク等）から構成される制御部１００からなる。手術シミュレーション装置１は、制御部１００において記憶手段に読み込まれた本開示に係る手術シミュレーションプログラムが、キーボード３、マウス４、タブレット５等の操作入力部からの操作入力に基づいて、ＣＰＵ上で動作して仮想内視鏡画像を生成して表示画像等をディスプレイ２に表示することにより実現される。
【００２２】
＜各部構成＞
制御部１００は、図２に示すように、断層画像取得部６、ボクセルデータ抽出部７、データ格納部９、ボリュームレンダリング演算部１３、深さ検出部１５、深さ制御部１７、被切削ボクセルラベル設定部１８、ウィンドウ座標取得部２０、色情報設定部２１、可操作エリア演算部２７、及び器具パラメータ取得部３０等の機能ブロックを有する。
【００２３】
断層画像取得部６は、ＣＴ（コンピュータ断層撮影装置）あるいはＭＲＩ（磁気共鳴診断装置）、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）、超音波診断装置等の被検体の断層画像を撮影するための各種モダリティから供給された断層画像データを、バス１６を介して取得する部分である。
【００２４】
ボクセルデータ抽出部７は、複数毎フレームの断層画像データを入力としてボクセルデータ、ボクセルラベルデータを抽出してデータ格納部９に出力する部分である。
【００２５】
データ格納部９は、コンピュータＰＣの記憶手段（メモリ、ハードディスク等）から構成されており、ボクセルデータ抽出部７、ボリュームレンダリング演算部１３、被切削ボクセルラベル設定部１８、色情報設定部２１、可操作エリア演算部２７、及び器具パラメータ取得部３０との間でデータの入出力を行う。データ格納部９は、ボクセルデータ格納部１０、ボクセルラベル格納部１１、および色情報格納部１２、内視鏡パラメータ格納部４１と術具パラメータ格納部４２からなる器具パラメータ格納部４０を有している。
【００２６】
ボクセルデータ格納部１０は、ボクセルデータ抽出部７から出力されたボクセルデータを格納している。
【００２７】
ボクセルラベル格納部１１は、第１ボクセルラベル格納部、第２ボクセルラベル格納部、第３ボクセルラベル格納部を有している。第１、第２及び第３ボクセルラベル格納部は、表示対象となる臓器にそれぞれ対応して後述する予め設定されたＣＴ値の範囲に対応している。各ボクセルラベル格納部におけるＣＴ値の範囲は、例えば、第１ボクセルラベル格納部は肝臓を表示するためのＣＴ値の範囲に、第２ボクセルラベル格納部は血管を表示するためのＣＴ値の範囲に、第３ボクセルラベル格納部は骨を表示するためのＣＴ値の範囲に対応して構成されていてもよい。ここで、表示対象となる骨や血管、神経、臓器ごとに設定されるＣＴ値とは、人体におけるＸ線吸収の程度を、水を０とする相対値（単位：ＨＵ）として数値化したものである。具体的には、例えば、骨が表示されるＣＴ値の範囲は５００〜１０００ＨＵ、血液が表示されるＣＴ値の範囲は３０〜５０ＨＵ、肝臓が表示されるＣＴ値の範囲は６０〜７０ＨＵ、腎臓が表示されるＣＴ値の範囲は３０〜４０ＨＵである。
【００２８】
色情報格納部１２は、複数の色情報に対応した格納部を有している。各格納部は、表示対象となる骨、血管、神経、臓器等にそれぞれ対応して予め設定されたＣＴ値の範囲に対応している。各格納部における色情報は、例えば、肝臓を表示するＣＴ値の範囲に対応する色情報、血管を表示するＣＴ値の範囲に対応する色情報、骨を表示するＣＴ値の範囲に対応する色情報等であってもよい。また、各格納部には、表示対象となる骨、血管、神経、臓器ごとにそれぞれ異なる色情報が設定されている。例えば、骨に対応するＣＴ値の範囲には白色の色情報、血管に対応するＣＴ値の範囲には赤色の色情報がそれぞれ格納されている。
【００２９】
図３は、図２のデータ格納部９に構成される内視鏡パラメータ格納部４１の構成を示す機能ブロック図である。内視鏡パラメータ格納部４１は、図３に示すように、第１内視鏡パラメータ格納部４１ａ、第２内視鏡パラメータ格納部４１ｂ、第３内視鏡パラメータ格納部４１ｃを有している。第１、第２及び第３内視鏡パラメータ格納部４１ａ、４１ｂ、４１ｃには、例えば、内視鏡４１１の斜視角、視野角、位置、姿勢等の内視鏡パラメータ情報がそれぞれ格納されている。これらの内視鏡パラメータ情報は、内視鏡パラメータ取得部３１から出力され内視鏡パラメータ格納部４１に保存される。
【００３０】
図４は、図２のデータ格納部９に構成される術具パラメータ格納部４２の構成を示す機能ブロック図である。術具パラメータ格納部４２は、図４に示すように、第１術具パラメータ格納部４２ａ、第２術具パラメータ格納部４２ｂ、及び第３術具パラメータ格納部４２ｃを有している。第１、第２及び第３術具パラメータ格納部４２ａ、４２ｂ、４２ｃには、例えば、術具としてレトラクタ４２１、鉗子やドリル、ノミ、メス等の処置具４２２（図２６参照）の形状、長さ、直径、位置、姿勢等の術具パラメータ情報がそれぞれ格納されている。これらの術具パラメータ情報は、術具パラメータ取得部３２及び術具挿入深度演算部３３から出力され術具パラメータ格納部４２に保存される。
【００３１】
内視鏡パラメータ取得部３１は、操作者よりキーボード３やマウス４を介して入力される内視鏡パラメータを取得し、データ格納部９における内視鏡パラメータ格納部４１へ出力する。
【００３２】
術具パラメータ取得部３２は、操作者よりキーボード３やマウス４を介して入力されるレトラクタ、処置具等の術具パラメータを取得し、データ格納部９における術具パラメータ格納部４２へ出力する。
【００３３】
術具挿入深度演算部３３は、レトラクタ４２１等の術具の挿入深度（手術部位における深さ位置）を演算し、データ格納部９における術具パラメータ格納部４２へ出力する。
【００３４】
可操作エリア演算部２７は、ボクセルデータ及び器具パラメータに基づき、処置具４２２の先端が到達可能な操作可能ボクセルが含まれる可操作エリアＡ３を算出し、データ格納部９におけるボクセルラベル格納部１１に出力する。
【００３５】
ボリュームレンダリング演算部１３は、ボクセルデータ格納部１０に格納されているボクセルデータと、ボクセルラベル格納部１１に格納されているボクセルラベルと、色情報格納部１２に格納されている色情報、術具パラメータ格納部に格納されている器具パラメータとに基づき、レトラクタ４２１の軸に垂直であってレトラクタ４２１前方に位置し、当該方向の間隔が一定の複数枚の断面画像（スライス画像）を取得する。そして、複数の断面画像に含まれる対象ボクセルを特定し、当該対象ボクセル中のボクセルデータ、ボクセルラベルデータに基づき、対象ボクセル中のボクセルデータを視線方向に積算投影して仮想内視鏡画像を生成する。この仮想内視鏡画像は実際の手術において内視鏡に入射する画像を近似したものである。
【００３６】
このとき、ボリュームレンダリング演算部１３は、内視鏡パラメータ格納部４１に格納されている内視鏡パラメータと、術具パラメータ格納部４２に格納されている術具パラメータとに基づいて、内視鏡によって得られる仮想内視鏡画像に対してレトラクタ４２１等の術具によって視野が制限される画像部分をマスキングした仮想内視鏡画像を生成する。具体的には、ボリュームレンダリング演算部１３は、内視鏡パラメータ格納部４１に格納された内視鏡に関するパラメータ（斜視角、視野角、位置等）と、術具パラメータ格納部４２に格納されたレトラクタ４２１に関するパラメータ（径、長さ等）とに基づいて、内視鏡４１１によって取得される全視野角に対応する仮想内視鏡画像表示エリア（第１表示エリア）Ａ１と、内視鏡４１１によってレトラクタ４２１の内壁部分等の画像が取得され手術対象部位の画像の取得が制限される表示制限エリア（第２表示エリア）Ａ２とを設定する。ここで、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１とは、実際の内視鏡手術において内視鏡４１１によって取得され、ディスプレイ２のモニタ画面上に表示される表示エリアである。表示制限エリアＡ２とは、実際の内視鏡手術においてはレトラクタ４２１の内壁部分が表示され、内視鏡手術シミュレーションではマスキングされて表示される領域を意味している。
【００３７】
さらに、ボリュームレンダリング演算部１３は、ボクセルデータ、ボクセルラベルデータ、術具パラメータに基づき、切削指示により、処置具４２２の先端の位置と可操作エリア（第３表示エリア）Ａ３に含まれる操作可能ボクセルとの距離が所定の距離以下である操作可能ボクセルを被切削ボクセルと認定して、被切削ボクセルを被切削状態を表す態様とした仮想内視鏡画像を生成する。具体的には、ボリュームレンダリング演算部１３は、被切削ボクセルに対応するボクセルラベルを変更して、被切削ボクセルを非表示にすることにより、被切削ボクセルより視線方向の下流側を投影することにより被切削ボクセルを被切削状態を表す態様とする。
【００３８】
また、ボリュームレンダリング演算部１３は、操作可能ボクセルが含まれる可操作エリアＡ３をマーキングした仮想内視鏡画像を生成してもよい。このとき、ボリュームレンダリング演算部１３は、操作可能ボクセルに対応するボクセルラベルデータを操作可能ボクセル以外の対象ボクセルに対応するボクセルラベルデータと異ならせることにより、仮想内視鏡画像における操作可能ボクセルを含む範囲を可操作エリアＡ３としてマーキングする構成としてもよい。
【００３９】
ボリュームレンダリング演算部１３は、生成した仮想内視鏡画像を表示制御部８に出力する。
【００４０】
ウィンドウ座標取得部２０は、バス１６を介して、キーボード３、マウス４、タブレット５等から入力された表示画面上のウィンドウ座標を色情報設定部２１に出力する。
【００４１】
色情報設定部２１は色情報を設定して、データ格納部９内の色情報格納部１２に出力する。ウィンドウ座標取得部２０の情報が色情報設定部２１を介して色情報格納部１２に伝達されることで、ボリュームデータに任意の色を与えることができる。ここで、色情報設定部２１とは、いわゆるルックアップテーブルを用いた変換部を意味する。つまり、本実施形態の手術シミュレーション装置１では、Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，α）で構成される点の情報を保有しており、ＣＴ値または特定の領域に対して色情報設定部２１によって異なる透明度情報と色情報とが設定されている。これにより、ＣＴ値に応じた色付け、または特定の領域に対して異なる色付けで表示される。
【００４２】
深さ検出部１５は、操作者よりキーボード３やマウス４を介して入力されるレトラクタ等の術具の挿入深度（手術部位における深さ位置）をバス１６を介して取得し、レトラクタ４２１のレイキャスティング走査距離を測定するとともに、深さ制御部１７と被切削ボクセルラベル設定部１８とに出力する。深さ検出部１５及び深さ制御部１７は、器具を挿入した際に、器具とボクセルとの衝突を検出した場合に、進行方向へのそれ以上の移動を防ぐ。例えば、レトラクタ４２１を挿入した際に、骨と接触するまでレトラクタ４２１を挿入し、接触した位置をレトラクタ４２１の挿入位置として、その位置から各パラメータを反映した仮想内視鏡画像を表示することができる。
【００４３】
被切削ボクセルラベル設定部１８は、ウィンドウ座標取得部２０には、深さ検出部１５から出力される処置具４２２の位置に関するパラメータ、ボクセルラベル格納部１１に格納されている操作可能ボクセルの情報を取得し、これらの情報に基づき、処置具４２２の先端の位置が操作可能ボクセルが含まれる可操作エリアＡ３内に存在するか否かを判定する。さらに、切削指示に基づき処置具４２２の先端との距離が所定の距離以下である操作可能ボクセルを被切削ボクセルと認定して、ボクセルラベル格納部１１における非切削ボクセルに対応するボクセルラベルを被切削状態に変更することにより、切削を実行する。
【００４４】
表示制御部８は、ボリュームレンダリング演算部１３から出力された仮想内視鏡画像をディスプレイ２に表示させる。
【００４５】
＜動  作＞
（手術シミュレーション動作）
以上の構成からなる手術シミュレーション装置１における手術シミュレーション動作について説明する。
【００４６】
図５は、手術シミュレーション装置１における切削シミュレーション処理のフローチャートである。
【００４７】
先ず、ステップＳ１において、断層画像取得部６は、被検体の断層画像データを、バス１６を介して取得し、ボクセルデータ抽出部７に供給する。
【００４８】
ステップＳ２では、ボクセルデータ抽出部７は、複数毎フレームの断層画像データを入力としてボクセルデータ、ボクセルラベルデータを抽出してデータ格納部９に出力し、ボクセルデータ格納部１０、ボクセルラベル格納部１１にそれぞれを格納する。ボクセルデータは、例えば、Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，α）で構成される点の情報である。ここで、Ｉは当該ボクセルの輝度情報であり、ｘ，ｙ，ｚは座標点を示し、αは透明度を表す情報である。
【００４９】
次に、ステップＳ３では、ボリュームレンダリング演算部１３が、ボクセルデータ格納部１０に格納されているボクセルデータに基づいて、視線に対して垂直であって、当該方向の間隔が一定の複数枚の断面画像（スライス画像群）からなるレンダリング像を生成する（ボリュームレンダリング処理）。そして、スライス画像群は、ボリュームレンダリング演算部１３内に一時的に格納される。なお、上述した視線に対して垂直なスライス情報とは、視線に対して直交する面を意味している。例えば、ディスプレイ２を鉛直方向に沿って立てた状態で、これと顔の面とを平行にした状態で見た場合に、スライス画像が視線に対して垂直な面となる。複数のスライス画像は、Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，α）で構成される点のボクセルデータを保有している。また、各ボクセルに対応してボクセルラベルが設定され、ボクセルラベルデータも視線方向に複数枚配置されている。
【００５０】
次に、表示制御部８は、ボリュームレンダリング演算部１３から出力されたボリュームレンダリング像（以後、「レンダリング像」とする）をディスプレイ２に表示させる（ステップＳ４）。このとき、ディスプレイ２では、マウス４等を用いてＣＴ値の範囲が指定されることで、切削対象物となる骨や血管等が選択されて表示される。
【００５１】
次に、ステップＳ５において、キーボード３、マウス４、タブレット５等の操作入力部から、内視鏡の挿入方向・位置の指示が制御部１００に入力される。内視鏡表示を行う場合には、さらに、操作入力部から内視鏡表示をするよう指示が入力される。
【００５２】
ステップＳ６では、操作者から内視鏡表示をするように指示を受け付けたか否かを判定し、内視鏡表示の指示を受け付けていない場合にはステップＳ３に戻り、内視鏡表示の指示を受け付けた場合にはステップＳ７に進む。
【００５３】
次に、ステップＳ７では、キーボード３やマウス４を介して入力された操作入力に基づいてレトラクタ４２１の挿入深度を決定する。図６は、図５のステップＳ７における術具挿入深度決定の処理の詳細を示すフローチャートである。図６に示すように、先ず、術具挿入深度演算部３３が、術具パラメータ格納部４２からレトラクタ４２１の形状に関する術具パラメータ情報を取得する（ステップＳ７１）。次に、術具挿入深度演算部３３が、ボリュームレンダリング演算部１３において生成されたレンダリング像におけるレトラクタ４２１挿入位置に関する情報（例えば、レトラクタの中心の位置、レトラクタの内径等）を取得する（ステップＳ７２）。さらに、術具挿入深度演算部３３が、ステップＳ７２において取得された情報に基づいて、レトラクタ４２１を挿入に伴いレンダリング像に含まれる骨等の部位とレトラクタ４２１の先端が接触するときのレトラクタ４２１の深さ位置（レトラクタ挿入限界深度）を検出する（ステップＳ７３）。
【００５４】
ここで、レトラクタ４２１の挿入深度を決定する方法について、図７を用いて説明する。図７は、筒状の術具（レトラクタ）の挿入深度の検出方法を説明するための模式図である。
【００５５】
術具挿入深度演算部３３は、術具パラメータ格納部４２に格納されているレトラクタ４２１の直径、長さ、移動方向（挿入方向）等の術具パラメータに基づいて、図７に示すように、術具の先端の外周縁上に複数点のサンプリング点ＳＰを配置するモデリングを行う。そして、術具挿入深度演算部３３は、ボリュームレンダリング演算部１３において生成されたレンダリング像からボクセルラベルデータに基づき骨ＢＯを抽出し、レトラクタ４２１の全てのサンプリング点ＳＰがレトラクタ４２１の挿入方向に移動したときの骨ＢＯとの接触位置を算出する。そして、レトラクタ４２１先端のサンプリング点ＳＰが骨ＢＯに接触する深さのうち、最小の深さをレトラクタ４２１の挿入限界位置として設定する。挿入限界位置において骨ＢＯと接触しているサンプリング点ＳＰを衝突部位４２１ａとする。
【００５６】
このように、実際の内視鏡手術と近似したレトラクタ４２１が挿入限界深度を正確に把握することにより、レトラクタ４２１が現実の挿入限界深度より深い位置まで挿入された状態で手術シミュレーションが行われることを回避できる。
【００５７】
次に、図５に戻り、ステップＳ８において、ボリュームレンダリング演算部１３は、術具パラメータ格納部４２からレトラクタ４２１及び処置具４２２に関する術具パラメータを取得する。さらに、ボリュームレンダリング演算部１３は、内視鏡パラメータ格納部４１から内視鏡に関するパラメータを取得する（ステップＳ９）。
【００５８】
次に、ステップＳ１０では、可操作エリア演算部２７は、術具パラメータ、内視鏡パラメータ、ボクセルデータに基づき、処置具４２２の先端が到達可能な操作可能ボクセルが含まれる可操作エリアＡ３を決定する。
【００５９】
図７は、図５のステップＳ１０における可操作エリア決定処理の詳細を示すフローチャートである。図７に示すように、可操作エリア演算部２７は、術具パラメータ格納部４２からレトラクタ４２１及び処置具４２２の形状・挿入位置に関する術具パラメータを取得する（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）。さらに、可操作エリア演算部２７は、内視鏡パラメータ格納部４１から内視鏡の形状・位置に関するパラメータを取得する（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。そして、ステップＳ１０５では、可操作エリア演算部２７は、術具パラメータ、内視鏡パラメータ、ボクセルデータに基づき、処置具４２２の先端が到達可能な操作可能ボクセルを抽出し、操作可能ボクセルが含まれる可操作エリアＡ３を決定する。
【００６０】
ここで、可操作エリアＡ３の決定方法について、図９を用いて説明する。図９（ａ）は、可操作エリア演算部２７における術具（処置具４２２）の先端が到達可能な操作可能ボクセルが含まれる可操作エリアＡ３の算出方法を説明するための模式図、（ｂ）は計算結果の例示である。
【００６１】
図９に示すように、被検体の手術対象部位表面の可操作エリアＡ３の直径ａｒｅａは、レトラクタ４２１の内部で処置具４２２を左右に最大に傾けたときに、被検体の手術対象部位表面において処置具４２２の先端が到達可能な範囲として表される。図９（ａ）において、レトラクタ４２１、処置具４２２に関するパラメータを、
Ｏ：レトラクタ４２１の中心点
Ａ：レトラクタ４２１の先端中心点
Ｂ：レトラクタ４２１の先端の端点
Ｃ：線分ＯＡと被写体表面の交点
Ｄ：線分ＯＢと被写体表面の交点
φ：レトラクタ４２１の直径
ｄｒ：レトラクタ４２１の長さ
θ：レトラクタ４２１の内部で処置具４２２を左右に最大に傾けたときのなす角度
ｄｉｓｔ：レトラクタ４２１の先端と被写体表面の距離
ａｒｅａ：被検体の手術対象部位表面の可操作エリアＡ３の直径
と規定したとき、式（１）の関係が導かれる。
【００６２】
【数１】
2019170412.tif 000003
そして、被検体の手術対象部位表面の可操作エリアＡ３の直径ａｒｅａは、式（２）により規定される。
【００６３】
【数２】
2019170412.tif 000004
図９（ｂ）に、実際の手術に用いるパラメータを用いた計算例を示す。
【００６４】
図８に戻り、ボリュームレンダリング演算部１３は、操作可能ボクセルに対応するボクセルラベルデータを、操作可能ボクセル以外のボクセルに対応するボクセルラベルデータと異なるようにボクセルラベルデータを更新する（ステップＳ１０６）。
【００６５】
図５に戻り、ステップＳ１１では、操作者からの切削指示を受け付けたか否かを判定し、切削指示を受け付けていない場合にはステップＳ３に戻り、内視鏡画像の生成と表示を行う。すなわち、ステップＳ３では、ボリュームレンダリング演算部１３が、ボクセルデータ格納部１０に格納されているボクセルデータに基づいて、レトラクタ４２１の軸に垂直であってレトラクタ４２１前方に位置し、当該方向の間隔が一定の複数枚の断面画像（スライス画像群）からなるレンダリング像を生成し、対象ボクセル中のボクセルデータを視線方向に積算投影して内視鏡画像に近似した仮想内視鏡画像を生成する。ステップＳ４では、表示制御部８は仮想内視鏡画像を表示画面としてディスプレイ２に表示する。
【００６６】
ステップＳ１１の判定において、内視鏡表示の指示を受け付けた場合にはステップＳ１２に進み切削実行を行う。
【００６７】
操作者から切削指示は、キーボード３、マウス４、あるいはタブレット５等の操作入力部を介してなされる。具体的な切削指示の入力方法としては、マウス４を机の上で水平方向に移動させることで、ディスプレイ２に表示されるカーソルを、表示画面の手術対象部位上において左右あるいは上下に往復させる方法が挙げられる。このとき、マウス４の左右方向、上下方向における動きは、ウィンドウ座標取得部２０において検出される。検出された情報が、深さ検出部１５、深さ制御部１７を介して被切削ボクセルラベル設定部１８へ出力される。
【００６８】
ステップＳ１２では、被切削ボクセルラベル設定部１８は、処置具位置に関するパラメータ、操作可能ボクセルの情報に基づき被切削ボクセルを算出して、ボクセルラベル格納部１１における非切削ボクセルに対応するボクセルラベルを被切削状態に変更することにより、切削を実行する。
【００６９】
図１０は、図５のステップＳ１２における切削実行の処理の詳細を示すフローチャートである。先ず、被切削ボクセルラベル設定部１８は、深さ検出部１５から処置具４２２の位置に関するパラメータを取得する（ステップＳ１２１）。同時に、被切削ボクセルラベル設定部１８は、ボクセルラベル格納部１１から操作可能ボクセルの情報を取得する。そして、被切削ボクセルラベル設定部１８は、処置具４２２の先端の位置が操作可能ボクセルが含まれる可操作エリアＡ３内に存在するか否かを判定し（ステップＳ１２２）、存在しない場合には、切削実行の処理を中止してステップＳ３に戻る。これにより、処置具４２２の先端の位置が可操作エリアＡ３内に存在しない場合に切削実行の処理が行われることを防止できる。
【００７０】
ステップＳ１２２の判定において、処置具４２２の先端の位置が可操作エリアＡ３内に存在する場合にはステップＳ１２３に進む。ステップＳ１２３では、被切削ボクセルラベル設定部１８は、深さ検出部１５から処置具４２２の先端の深さに関するパラメータを取得し、処置具４２２の先端が操作可能ボクセルと接触しているか否かを判定する（ステップＳ１２４）。ここで、接触しているか否かの判定は、例えば、処置具４２２の先端と操作可能ボクセルとの距離が所定の距離以下であるか否かを判定することにより行う。ステップＳ１２４の半定において、処置具４２２の先端が操作可能ボクセルと接触していない場合にはステップＳ３に戻り、接触している場合にはステップＳ１２５に進む。ステップＳ１２５では、被切削ボクセルラベル設定部１８は、処置具４２２の先端との距離が所定の距離以下である操作可能ボクセルを被切削ボクセルと認定して、被切削ボクセルのボクセルラベルデータを変更する。このとき、被切削ボクセルラベル設定部１８は、被切削ボクセルのボクセルラベルデータを、被切削ボクセルを非表示とするような種別のボクセルラベルデータに変更する。変更されたボクセルラベルデータはボクセルラベル格納部１１に保存され、ステップＳ３へ移行する。
【００７１】
ステップＳ３では、ボリュームレンダリング演算部１３が、ボクセルデータ格納部１０に格納されているボクセルデータに基づいて、レトラクタ４２１の軸に垂直であってレトラクタ４２１前方に位置し、当該方向の間隔が一定の複数枚の断面画像（スライス画像群）からなるレンダリング像を生成し（ボリュームレンダリング処理）、対象ボクセル中のボクセルデータを視線方向に積算投影して内視鏡画像に近似した仮想内視鏡画像を生成する。
【００７２】
このとき、ボリュームレンダリング演算部１３は、変更されたボクセルラベルデータに基づき被切削ボクセルを非表示として、被切削ボクセルより視線方向の下流側のボクセルを投影したレンダリング像を生成し、被切削ボクセルを被切削状態を表す態様とする仮想内視鏡画像を生成する。
【００７３】
また、ステップＳ３では、ボリュームレンダリング演算部１３は、操作可能ボクセルに対応するボクセルラベルデータを操作可能ボクセル以外の対象ボクセルに対応するボクセルラベルデータと異ならせて、生成される仮想内視鏡画像において操作可能ボクセルが含まれる可操作エリアＡ３の範囲をマーキングして識別してもよい。
【００７４】
さらに、ステップＳ３では、ボリュームレンダリング演算部１３が、ステップＳ８およびステップＳ９において取得された術具パラメータおよび内視鏡パラメータに基づいて、ボリュームレンダリング演算部１３において生成された内視鏡画像に近似した仮想内視鏡画像のうち、内視鏡によって取得される全視野範囲に相当する仮想内視鏡画像表示エリアＡ１と表示制限エリアＡ２とを設定し、ディスプレイ２の表示画面に表示させてもよい。
【００７５】
ステップＳ４では、表示制御部８は仮想内視鏡画像を表示画面としてディスプレイ２に表示する。
【００７６】
＜効  果＞
以下、手術シミュレーション装置１における効果について説明する。
【００７７】
図１１（ａ）は、手術シミュレーション装置１における可操作エリアＡ３の範囲を示す模式断面図、（ｂ）従来の手術シミュレーション装置における可操作エリアＡ３Ｘの範囲を示す模式断面図である。また、図１２（ａ）は、手術シミュレーション装置１の表示画像における可操作エリアＡ３の範囲を示す模式図、（ｂ）従来の手術シミュレーション装置の表示画像における可操作エリアＡ３Ｘの範囲を示す模式図である。
【００７８】
従来の手術シミュレーション装置では、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）に示すように、手術対象部位表面において処置具４２２の先端が到達可能な範囲を超えて仮想内視鏡画像表示エリアＡ１と等価な範囲が可操作エリアＡ３とされた。そのため、処置具４２２の先端の位置が可操作エリアＡ３内に存在しない場合に切削実行の処理が行われ、実際の手術における切削とは異なるシミュレーション動作が行われる場合があった。
【００７９】
これに対し、実施の形態１に係る手術シミュレーション装置１では、図１１（ａ）及び図１２（ａ）に示すように、レトラクタ４２１の内部で処置具４２２を左右に最大に傾けたときに、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１の内部において被検体の手術対象部位表面において処置具４２２の先端が到達可能な範囲を手術対象部位表面の内部に可操作エリアＡ３として算出し、処置具４２２の先端の位置が可操作エリアＡ３内に存在する場合に、処置具４２２の先端との距離が所定の距離以下である操作可能ボクセルを被切削ボクセルと認定する。そして、ボクセルラベル格納部１１における非切削ボクセルに対応するボクセルラベルを被切削状態に変更することにより切削を実行する。そのため、操作者は、処置具４２２の先端の位置が可操作エリアＡ３内において切削シミュレーションを行うことができ、操作者は実際の手術における切削と近似したシミュレーションを行うことができる。
【００８０】
図１３は、手術シミュレーション装置１において、術具パラメータ及び内視鏡パラメータの基準値としたときの表示画面図の一例である。図１３に示すように、手術シミュレーション装置１では、表示画面に表示された仮想内視鏡画像表示エリアＡ１（第１表示エリア）の内部に処置具４２２の先端の位置が可操作エリアＡ３（第３表示エリア）がマーキングされて識別された状態で表示されている。
【００８１】
これにより、操作者には、被検体の手術対象部位のうち処置具４２２の先端が到達可能な範囲が明示されるので、操作者は処置具４２２の先端を可操作エリアＡ３に容易に移動させることができ、効率的に手術シミュレーションが可能となる。
【００８２】
さらに、表示画面には、内視鏡によって取得される全視野範囲に相当する仮想内視鏡画像表示エリアＡ１とともに、レトラクタ４２１の内壁等によって手術対象部位の画像の入射が制限される表示制限エリアＡ２（第２表示エリア）が表示されている。
【００８３】
これにより、実際に内視鏡手術によって取得可能な範囲を表示することができ、操作者は実際の手術における内視鏡画像に近似した仮想内視鏡画像を見て手術シミュレーションを行うことができる。
【００８４】
以上のとおり、実施の形態１に係る手術シミュレーション装置１では、内視鏡手術のシミュレーションを実施する際に、実際の内視鏡手術によって表示される状態に近似した表示態様でシミュレーションを行うことができ、効果的な手術支援を行うことができる。
【００８５】
≪実施の形態２≫
上記した実施の形態では、手術シミュレーション装置の実施の形態を例に挙げて説明した。例えば、実施の形態１では、内視鏡に直視内視鏡及を用いた例を示して手術シミュレーション装置の説明を行った。しかしながら、内視鏡の構成は直視内視鏡に限定されるものではなく、例えば、より広い範囲の仮想内視鏡画像表示エリアＡ１が得られる斜視内視鏡を用いた構成としてもよい。以下、仮想内視鏡パラメータ変更例である実施の形態２について説明する。
（斜視内視鏡の斜視角を反映させたレンダリング像の生成）
以下、斜視内視鏡を用いた実施の形態２に係る構成において、斜視内視鏡の任意の斜視角を反映させたレンダリング像を生成するための方法について、図面を用いて説明する。図１４は、斜視内視鏡を用いた実施の形態２に係る手術シミュレーション装置１における、任意の斜視角を反映させたボリュームレンダリング演算方法を説明するための模式図である。
【００８６】
実施の形態２に係る手術シミュレーション装置では、斜視内視鏡４１１Ａごとに設定される斜視角に応じて視野ベクトルに回転行列を適用することにより、斜視角を反映させたレンダリング像を生成する。具体的には、先ず、レトラクタ４２１の軸方向に対応する鏡軸ベクトルＶｓと斜視内視鏡４１１Ａの斜視方向に対応する垂直ベクトルＶｕの外積Ｖｃを算出する。次に、Ｖｃ周りをθ回転する回転行列Ｒｓを算出する。そして、斜視角を反映した視野ベクトルＶｅは、Ｖｅ＝Ｒｓ*Ｖｓとして求めることができる。これにより、斜視内視鏡４１１Ａごとに斜視角度が異なる場合でも、内視鏡パラメータ格納部４１に格納された内視鏡パラメータ等に基づいて視野ベクトルＶｅを算出して手術に使用される斜視内視鏡４１１Ａごとの視野範囲を設定することができる。
（マウス４の操作による２次元入力から内視鏡３次元操作へのマッピング）
次に、図１５（ａ）〜（ｃ）を用いて、マウス４の操作による２次元入力から内視鏡３次元操作へのマッピングについて説明する。
【００８７】
通常、レトラクタ４２１内に挿入された斜視内視鏡４１１Ａ（図１５（ａ）等参照）は、レトラクタ４２１と一体化された図示しないアタッチメントに固定されることで、レトラクタ４２１内における周方向における移動が制限されている。
【００８８】
ここで、図１５（ａ）に示すように、斜視内視鏡４１１Ａをアタッチメントごと回転させたと仮定して、図１５（ｃ）に示すように、レトラクタ４２１の長さｄｒ、レトラクタ４２１内における斜視内視鏡４１１Ａの挿入深度ｄｅとすると、レトラクタ４２１の中心Ｒｏから斜視内視鏡４１１Ａの中心Ｅｏまでの距離ＲｏＥｏの奥行き方向の軸Ｒｚに対して、角度θ回転した場合の回転行列Ｒθを算出する。
【００８９】
次に、ベクトルＲｏＥｏ’＝Ｒθ×ＲｏＥｏであるから、内視鏡先端位置は、内視鏡の挿入深度ｄｅを用いて、内視鏡先端位置Ｅｃ＝Ｅｏ’＋Ｒｚ*ｄｅの式によって算出することができる。
【００９０】
これにより、２次元のマウス操作によって、３次元の内視鏡先端位置を算出することができる。なお、斜視内視鏡４１１Ａの挿入深度ｄｅは、マウス（例えば、マウスホイール）操作によって変更することができる。
【００９１】
（効  果）
図１６（ａ）は、実施の形態２に係る斜視内視鏡を用いた手術シミュレーション装置における可操作エリアＡ３の範囲を示す模式断面図、（ｂ）従来の手術シミュレーション装置における可操作エリアＡ３Ｘの範囲を示す模式断面図である。また、図１７（ａ）は、実施の形態２に係る斜視内視鏡４１１Ａを用いた手術シミュレーション装置の表示画像における可操作エリアＡ３の範囲を示す模式図、（ｂ）斜視内視鏡４１１Ａ従来の手術シミュレーション装置の表示画像における可操作エリアＡ３Ｘの範囲を示す模式図である。
【００９２】
従来の手術シミュレーション装置では、図１６（ｂ）及び図１７（ｂ）に示すように、手術対象部位表面において処置具４２２の先端が到達可能な範囲を超えて斜視内視鏡４１１Ａにより取得されるより広い範囲な仮想内視鏡画像表示エリアＡ１と等価な範囲が可操作エリアＡ３Ｘとされた。
【００９３】
これに対し、実施の形態２に係る手術シミュレーション装置１では、図１６（ａ）及び図１７（ａ）に示すように、斜視内視鏡４１１Ａにより取得される仮想内視鏡画像表示エリアＡ１の内部において手術対象部位表面において処置具４２２の先端が到達可能な範囲を可操作エリアＡ３の内部に処置具４２２の先端の位置が存在する場合に限り切削を実行する。そのため、操作者は、斜視内視鏡４１１Ａにより、より広い範囲の仮想内視鏡画像表示エリアＡ１が得られる場合においても、処置具４２２の先端の位置が可操作エリアＡ３内に限り切削シミュレーションを行うことができる。
【００９４】
≪表示画面の例≫
手術シミュレーション装置１において、術具パラメータ及び内視鏡パラメータを基準値としたときの図１３に示した表示画面の状態から、術具パラメータ及び内視鏡パラメータを変更したときの、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１上の可操作エリアＡ３の大きさの変化について説明する。
【００９５】
図１８は、術具パラメータ及び内視鏡パラメータと仮想内視鏡画像表示エリアＡ１上の可操作エリアＡ３の大きさとの関係を示す図である。図１９〜図２５は、術具パラメータ及び内視鏡パラメータを図１９の条件１〜７に変更したときの、手術シミュレーション装置１における表示画面図の例である。
【００９６】
先ず、図１９（図１８における条件１）に示すように、レトラクタ４２１の直径を小径化したとき、可操作エリアＡ３は縮小する。同時に仮想内視鏡画像表示エリアＡ１も縮小する。
【００９７】
次に、図２０（図１８における条件２）に示すように、レトラクタ４２１の長さを長軸化したとき、可操作エリアＡ３は縮小する。仮想内視鏡画像表示エリアＡ１の大きさに変化はない。可操作エリアＡ３は縮小するのは、レトラクタ４２１の内部で処置具４２２を左右に最大に傾けたとき角度が減少するためである。
【００９８】
次に、図２１（図１８における条件３）に示すように、直視内視鏡４１１から斜視内視鏡４１１Ａに変更したとき、可操作エリアＡ３の大きさは変化せず、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１内において斜視方向と反対方向に可操作エリアＡ３が相対的に移動する。仮想内視鏡画像表示エリアＡ１の大きさに変化はない。
【００９９】
次に、図２２（図１８における条件４）に示すように、内視鏡４１１の視野角を減少したとき、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１内における可操作エリアＡ３の大きさが相対的に拡大する。図２２に示す例では、視野角を１２０度から９０度にした場合、撮影範囲が狭くなり、内視鏡画像においてレトラクタ４２１の内壁により遮られる領域が減少する。そして、９０度の内視鏡画像をディスプレイ２に表示すると、１２０度の内視鏡画像よりも拡大されて表示される。すなわち、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１はディスプレイ２の表示画面では１２０度の表示時より大きく表示される。しかしながら、９０度に視野角が狭まっても実際に操作できる可操作エリアＡ３の大きさは変わらない。よって、図２２では、表示画面上の仮想内視鏡画像表示エリアＡ１が大きくなることで可操作エリアＡ３も相対的に大きく表示されている。
【０１００】
次に、図２３（図１８における条件５）に示すように、内視鏡４１１の挿入深さを深くしたとき、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１内における可操作エリアＡ３の大きさが相対的に拡大する。すなわち、内視鏡４１１の挿入深度を深くすると、内視鏡先端と被写体との距離が縮まり、撮影範囲が狭くなる。また、内視鏡４１１の先端とレトラクタ４２１との位置関係が変わり、内視鏡画像においてレトラクタ４２１の内壁により遮られる表示制限エリアＡ２が減少する。その結果、表示制限エリアＡ２が小さくなることにより、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１は大きくなる。図２３に示す例は、内視鏡４１１の位置変動による処置具４２２への影響を考慮しない条件であるため、内視鏡４１１の先端の位置が変化しても、処置具４２２を実際に操作できる可操作エリアＡ３の大きさは変わらない。したがって、図２３では、可操作エリアＡ３の大きさは変わらないが、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１に対応する撮影範囲が狭くなっているため、表示画面上では可操作エリアＡ３は大きく表示される。
【０１０１】
次に、図２４（図１８における条件６）に示すように、レトラクタ４２１の挿入深さを浅くして被写体との距離を増加したとき、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１の大きさは増加し、可操作エリアＡ３の大きさも増加する。すなわち、図２４に示す例では、内視鏡４１１で撮影される範囲は広がるため、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１に映る被写体の範囲は広がっている。その一方で、レトラクタ４２１と内視鏡４１１の先端との位置関係に変化はなく表示制限エリアＡ２の変化はない。レトラクタ４２１の先端と被写体表面の距離（図９におけるｄｉｓｔ）が大きくなると、レトラクタ４２１の内部で処置具４２２を左右に最大に傾けたときのなす角度（図９におけるθ）に変化は無くても、被検体の手術対象部位表面の可操作エリアＡ３の直径（図９におけるａｒｅａ）は広がり、可操作エリアＡ３は拡大する。図２４では、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１の全範囲が可操作エリアＡ３となっている。
【０１０２】
次に、図２５（図１８における条件７）に示すように、処置具４２２を湾曲させたとき、可操作エリアＡ３の大きさは増加する。仮想内視鏡画像表示エリアＡ１の大きさは変化しない。図２５では、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１の全範囲が可操作エリアＡ３となっている。
【０１０３】
以上のとおり、実施の形態１、２に係る手術シミュレーション装置１では、内視鏡手術のシミュレーションを実施する際に、術具パラメータ及び内視鏡パラメータを基準値としたときの図１３に示した表示画面の状態から、術具パラメータ及び内視鏡パラメータを変更することにより、仮想内視鏡画像表示エリアＡ１上の可操作エリアＡ３の大きさの変化させることができる。これにより、実際の内視鏡手術によって表示される状態によい一層近似させた表示態様としてシミュレーションを行うことができ、より一層効果的な手術支援を実施することができる。
【０１０４】
≪その他の変形例≫
以上、本開示を実施の形態１、２（以後、「実施の形態」とする）に基づいて説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく種々の変更が可能である。
（１）上記した実施の形態では、手術シミュレーション装置の実施の形態を例に挙げて説明した。しかしながら、例えば、手術シミュレーション装置をコンピュータＰＣに実行させる手術シミュレーションプログラムとしてもよい。
（２）上記した実施の形態では、直視内視鏡及び斜視内視鏡を用いた例を示して説明を行った。しかしながら、内視鏡の構成はこれに限定されるものではなく、各種内視鏡に適用可能である。また、術具として、レトラクタ及び鉗子、ドリル、ノミ又はメスからなる処置具を用いた例を示して説明を行った。しかしながら、術具の構成はこれに限定されるものではなく、各種手術に用いる器具にも適用可能である。
（３）上記した実施の形態では、手術シミュレーション装置として、内視鏡画像を見ながら切削シミュレーションを実施する例を挙げて説明した。しかしながら、実際の手術中に表示される内視鏡画像に近い画像を表示させる表示シミュレーションに適用してもよい。これにより、可操作エリアＡ３を明示した内視鏡画像により手術中の対象部位の状態を再現して、効果的な表示シミュレーションを行うことができる。
（４）上記した実施の形態では、手術シミュレーションの一例として、内視鏡を用いた椎間板ヘルニア摘出術を例を示して説明を行った。しかしながら、本開示はこれに限定されるものではなく、各種疾患に対する手術のシミュレーションに適用してもよい。
（５）上記した実施の形態では、被検体の断層画像を撮影するための各種モダリティとしてＸ線ＣＴ画像を用いた例を挙げて説明した。３次元画像を形成するための断層画像情報として、ＣＴ（コンピュータ断層撮影装置）あるいはＭＲＩ（磁気共鳴診断装置）、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）、超音波診断装置等の被検体の断層画像を撮影するための各種モダリティによって取得された断層画像情報等を用いて３次元画像を形成してもよい。
【０１０５】
（６）なお、本開示を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本開示は、上記の実施の形態に限定されず、以下のような場合も本発明に含まれる。
【０１０６】
例えば、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムにしたがって動作するとしてもよい。例えば、本開示の手術シミュレーション方法のコンピュータプログラムを有しており、このプログラムに従って動作する（又は接続された各部位に動作を指示する）コンピュータシステムであってもよい。
【０１０７】
また、上記手術シミュレーション装置の全部、もしくは一部、またビームフォーミング部の全部又は一部を、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記録媒体、ハードディスクユニットなどから構成されるコンピュータシステムで構成した場合も本発明に含まれる。上記ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、上記各装置と同様の動作を達成するコンピュータプログラムが記憶されている。上記マイクロプロセッサが、上記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各装置はその機能を達成する。
【０１０８】
また、上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１つのシステムＬＳＩ（Large scale Integration（大規模集積回路））から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。なお、ＬＳＩは、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。上記ＲＡＭには、上記各装置と同様の動作を達成するコンピュータプログラムが記憶されている。上記マイクロプロセッサが、上記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。例えば、本発明の手術シミュレーション方法がＬＳＩのプログラムとして格納されており、このＬＳＩがコンピュータ内に挿入され、所定のプログラム（手術シミュレーション方法）を実施する場合も本発明に含まれる。
【０１０９】
なお、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサー（Reconfigurable Processor）を利用してもよい。
【０１１０】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。
【０１１１】
また、各実施の形態に係る、手術シミュレーション装置の機能の一部又は全てを、ＣＰＵ等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現してもよい。上記手術シミュレーション装置の動作を実施させるプログラムが記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。プログラムや信号を記録媒体に記録して移送することにより、プログラムを独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい、また、上記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
【０１１２】
また、上記実施形態に係る手術シミュレーション装置の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）やプロセッサなどのプログラマブルデバイスとソフトウェアにより実現される構成であってもよい。後者の構成は、いわゆるＧＰＧＰＵ（General-Purpose computing on Graphics Processing Unit）である。これらの構成要素は一個の回路部品とすることができるし、複数の回路部品の集合体にすることもできる。また、複数の構成要素を組合せて一個の回路部品とすることができるし、複数の回路部品の集合体にすることもできる。
【０１１３】
上記実施の形態に係る手術シミュレーション装置では、記憶装置であるデータ格納部を手術シミュレーション置内に含む構成としたが、記憶装置はこれに限定されず、半導体メモリ、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブ、磁気記憶装置、等が、手術シミュレーション装置に外部から接続される構成であってもよい。
【０１１４】
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
【０１１５】
また、上記のステップが実行される順序は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が、他のステップと同時（並列）に実行されてもよい。
【０１１６】
また、各実施の形態に係る手術シミュレーション装置、及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。更に上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。
【０１１７】
さらに、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。
【０１１８】
≪まとめ≫
実施の形態に係る手術シミュレーション装置は、被検体に挿入されたレトラクタに内視鏡及び処置具を挿入して行う手術のシミュレーション画像を表示する手術シミュレーション装置であって、処置具、内視鏡及びレトラクタを含む器具に関する器具パラメータを取得する器具パラメータ取得部と、操作者による切削指示を受付ける切削指示受付部と、複数枚の被検体の断層画像データに基づきボクセルデータ及びボクセルラベルデータを生成するボクセルデータ抽出部と、前記ボクセルデータ及び前記器具パラメータに基づき、前記レトラクタに内挿された前記処置具の先端が到達可能な操作可能ボクセルを抽出する可操作エリア演算部と、切削指示に基づき、前記処置具の先端との距離が所定の距離以下である前記操作可能ボクセルを被切削ボクセルとし、当該被切削ボクセルのボクセルラベルデータを変更する被切削ボクセルラベル設定部と、前記ボクセルデータ及び前記器具パラメータに基づき、レトラクタの軸に垂直であってレトラクタ前方に位置する複数の断面に含まれる対象ボクセルを特定し、前記対象ボクセル中のボクセルデータを視線方向に積算投影して仮想内視鏡画像を生成するボリュームレンダリング演算部と、前記仮想内視鏡画像を表示部に表示させる表示制御部とを備えたことを特徴とする。
【０１１９】
係る構成により、処置具の先端の位置が可操作エリアに含まれるときに、切削指示に基づき可操作エリアの一部を被切削状態を表す態様とする切削シミュレーションを行う。そのため、処置具の先端が到達不可能な部位に対して切削シミュレーションが行われるという動作を抑制し、実際の手術における切削動作に近似したシミュレーションを実現することができる。
【０１２０】
また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記ボリュームレンダリング演算部は、前記仮想内視鏡画像において前記被切削ボクセルより視線方向の下流側を投影することにより、前記被切削ボクセルを被切削状態を表す態様とする構成としてもよい。
【０１２１】
係る構成により、処置具の先端の位置が可操作エリアに含まれるときに、切削指示に基づき仮想内視鏡画像における可操作エリアの一部を被切削状態を表す態様とする構成を実現できる。
【０１２２】
また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記ボリュームレンダリング演算部は、前記仮想内視鏡画像において前記操作可能ボクセルが含まれるエリアをマーキングする構成としてもよい。
【０１２３】
係る構成により、操作者には、被検体の手術対象部位のうち処置具４２２の先端が到達可能な範囲が明示されるので、操作者は処置具４２２の先端を可操作エリアＡ３に容易に移動させることができ、効率的に手術シミュレーションが可能となる。
【０１２４】
また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記ボリュームレンダリング演算部は、前記操作可能ボクセルに対応するボクセルラベルデータを前記操作可能ボクセル以外の対象ボクセルに対応するボクセルラベルデータと異ならせることにより、前記操作可能ボクセルが含まれるエリアをマーキングする構成としてもよい。
【０１２５】
係る構成により、仮想内視鏡画像において操作可能ボクセルが含まれる可能操作エリアをマーキングする構成を実現できる。
【０１２６】
また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記被切削ボクセルラベル設定部は、前記被切削ボクセルを非表示とするように前記被切削ボクセルのボクセルラベルデータを変更し、前記ボリュームレンダリング演算部は、変更されたボクセルラベルデータに基づき被切削ボクセルを非表示として、前記被切削ボクセルより視線方向の下流側のボクセルを投影する構成としてもよい。
【０１２７】
係る構成により、処置具の先端の位置が可操作エリアに含まれるときに、切削指示に基づき仮想内視鏡画像における可操作エリアの一部を被切削状態を表す態様とする構成を具体的に実現することができる。
【０１２８】
また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記器具パラメータは、操作入力部から入力されたパラメータ、又は記憶部に保存されているパラメータである構成としてもよい。また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記器具パラメータは、処置具、内視鏡又はレトラクタの形状、位置及び大きさに関するパラメータである構成としてもよい。また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記ボクセルデータ抽出部は、記憶部から複数枚の被検体の断層画像データを読み出しボクセルデータ及びボクセルラベルデータを生成する構成としてもよい。また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記ボクセルデータ及び前記ボクセルラベルデータは記憶部に保存される構成としてもよい。また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記表示部を、さらに備えている構成としてもよい。
【０１２９】
また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記内視鏡は、斜視内視鏡である構成としてもよい。
【０１３０】
係る構成により、操作者は、斜視内視鏡４１１Ａにより広い範囲の仮想内視鏡画像表示エリアＡ１が得られる場合においても、処置具４２２の先端の位置が可操作エリアＡ３内に限り切削シミュレーションを行うことができる。
【０１３１】
また、別の態様では、上記の何れかの態様において、操作入力部はマウスであり、前記マウスの２次元移動によって前記表示部に表示される仮想内視鏡画像の向きが調整可能である構成としてもよい。また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記処置具は、鉗子、ドリル、ノミ、メスの何れかである構成としてもよい。
【０１３２】
実施の形態に係る手術シミュレーションプログラムは、被検体に挿入されたレトラクタに内視鏡及び処置具を挿入して行う手術中シミュレーション画像を表示部に表示させる処理をコンピュータに実行させる手術支援プログラムであって、前記処理は、処置具、内視鏡及びレトラクタを含む器具に関する器具パラメータを取得する器具パラメータ取得ステップと、操作入力部を介して操作者による切削指示を受付ける切削指示受付ステップと、記憶部から取得した複数枚の被検体の断層画像データに基づきボクセルデータ及びボクセルラベルデータを生成するボクセルデータ抽出ステップと、前記ボクセルデータ及び前記器具パラメータに基づき、前記レトラクタに内挿された前記処置具の先端が到達可能な操作可能ボクセルを抽出する可操作エリア演算ステップと、切削指示に基づき、前記処置具の先端との距離が所定の距離以下である前記操作可能ボクセルを被切削ボクセルとし、当該被切削ボクセルのボクセルラベルデータを変更する被切削ボクセルラベル設定ステップと、前記ボクセルデータ及び前記器具パラメータに基づき、レトラクタの軸に垂直であってレトラクタ前方に位置する複数の断面に含まれる対象ボクセルを特定し、前記対象ボクセル中のボクセルデータを視線方向に積算投影して仮想内視鏡画像を生成するボリュームレンダリングステップと、前記仮想内視鏡画像を前記表示部に表示させる表示ステップとを有することを特徴とする。
【０１３３】
係る構成のプログラムをコンピュータＰＣにて動作させることにより、処置具の先端の位置が可操作エリアに含まれるときに、切削指示に基づき可操作エリアの一部を被切削状態を表す態様とする切削シミュレーションを行う手術シミュレーション装置を実現できる。
【０１３４】
また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記ボリュームレンダリングステップでは、前記仮想内視鏡画像において前記被切削ボクセルより視線方向の下流側を投影することにより、前記被切削ボクセルを被切削状態を表す態様とする構成としてもよい。
【０１３５】
係る構成により、処置具の先端の位置が可操作エリアに含まれるときに、切削指示に基づき仮想内視鏡画像における可操作エリアの一部を被切削状態を表す態様とする構成を実現する手術シミュレーションプログラムを提供できる。
【０１３６】
また、別の態様では、上記の何れかの態様において、前記ボリュームレンダリングステップでは、前記仮想内視鏡画像において前記操作可能ボクセルが含まれる範囲をマーキングする構成としてもよい。
【０１３７】
係る構成により、操作者には、被検体の手術対象部位のうち処置具４２２の先端が到達可能な範囲が明示されるので、操作者は処置具４２２の先端を可操作エリアＡ３に容易に移動させることができ、効率的に手術シミュレーションが可能となるプログラムを提供できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本開示の実施の形態に係る手術シミュレーション装置、手術シミュレーション方法、および、手術シミュレーションプログラムは、内視鏡を用いた実際の手術中に表示される内視鏡画像に近似した表示して効果的な手術支援を実施できることから、内視鏡を用いた各種手術のシミュレーション装置に広く適用可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
１  手術シミュレーション装置（コンピュータＰＣ）
２  ディスプレイ２（表示部）
３  キーボード（操作入力部）
４  マウス（操作入力部）
５  タブレット（操作入力部）
６  断層画像取得部
７  ボクセルデータ抽出部
８  表示制御部
９  データ格納部
１０  ボクセルデータ格納部
１１  ボクセルラベル格納部
１２  色情報格納部
１３  ボリュームレンダリング演算部
１５  深さ検出部
１６  バス
１７  深さ制御部
１８  被切削ボクセルラベル設定部
２０  ウィンドウ座標取得部
２１  色情報設定部
３３  器具パラメータ取得部
３１  内視鏡パラメータ取得部
３２術具パラメータ取得部
３３  術具挿入深度演算部
４０  器具パラメータ格納部
４１  内視鏡パラメータ格納部
４１ａ  第１内視鏡パラメータ格納部
４１ｂ  第２内視鏡パラメータ格納部
４１ｃ  第３内視鏡パラメータ格納部
４２  術具パラメータ格納部
４２ａ  第１術具パラメータ格納部
４２ｂ  第２術具パラメータ格納部
４２ｃ  第３術具パラメータ格納部
４１１  内視鏡
４１１Ａ  斜視内視鏡
４１２  撮像装置（カメラ）
４２１  レトラクタ（術具）
４２２  処置具（術具）
３１ａ衝突部位
Ａ１  仮想内視鏡画像表示エリア（第１表示エリア）
Ａ２  表示制限エリア（第２表示エリア）
Ａ３  可操作エリア（第３表示エリア）
【図１】
2019170412.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2019170412.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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