(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レトラクタの内部に内視鏡を挿入して行う手術中のシミュレーション画像を表示する手術支援装置であって、
手術の対象部位を含む範囲の断層画像情報を取得する断層画像情報取得部と、
前記断層画像情報取得部に接続されており、前記断層画像情報のボクセル情報を格納するメモリと、
前記メモリに接続されており、前記ボクセル情報に基づいて、視線に対して垂直の方向においてボクセル情報をサンプリングするボリュームレンダリング演算部と、
前記ボリュームレンダリング演算部によって生成された画像において、前記レトラクタの内壁によって表示が制限される表示制限エリアをマスキングし、または非表示とした、実際に内視鏡手術において表示される状態に近似した内視鏡画像を表示部に表示させる表示制御部と、
を備えている手術支援装置。
【請求項２】
前記内視鏡画像を表示する表示部を、さらに備えている、
請求項１に記載の手術支援装置。
【請求項３】
前記表示制御部は、シミュレーション画像上において、前記レトラクタが体内に挿入された状態において前記レトラクタと手術の対象部位の周辺の骨とが最初に接触する位置を挿入制限位置として検出して表示する、
請求項１または２に記載の手術支援装置。
【請求項４】
前記内視鏡は、斜視内視鏡である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の手術支援装置。
【請求項５】
前記表示部に表示される画像の向きは、マウスの２次元入力によって調整可能である、
請求項１から４のいずれかに記載の手術支援装置。
【請求項６】
レトラクタの内部に内視鏡を挿入して行う手術中のシミュレーション画像を表示する手術支援プログラムであって、
手術の対象部位を含む範囲の断層画像情報を取得する取得ステップと、
前記断層画像情報のボクセル情報に基づいて視線に対して垂直の方向においてボクセル情報をサンプリングするボリュームレンダリングステップと、
前記ボリュームレンダリングステップにおいて生成された画像において、前記レトラクタの内壁によって表示が制限される表示制限エリアをマスキングし、または非表示とした、実際に内視鏡手術において表示される状態に近似した内視鏡画像を表示部に表示させる表示ステップと、
を備えた手術支援方法をコンピュータに実行させる手術支援プログラム。
【請求項７】
前記レトラクタが体内に挿入された状態において前記レトラクタと手術の対象部位の周辺の骨とが最初に接触する位置を挿入制限位置として検出して表示する検出ステップをさらに備えた手術支援方法をコンピュータに実行させる、
請求項６に記載の手術支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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支援装置および手術支援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。
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、断層画像情報取得部に接続されたメモリと、メモリに接続された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と、ディスプレイに表示された表示対象物に対して切削指示を行う入力部と、を備えていた。
【０００３】
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内視鏡を用いた手術を表示画像によって支援する内視鏡手術支援装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１５２４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の手術支援装置では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示された手術支援装置では、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。
しかしながら、これらの表示画面は手術計画と連携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手術対象部位を正確に把握することは困難であった。
【０００６】
ここで、上記内視鏡を用いた手術方法は、一般的に、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。
このような内視鏡を用いた手術の場合には、筒状の開創器（以下、レトラクタと記す。）と呼ばれる筒状の部材を患者の体内へ装填し、その筒状部材に沿って内視鏡を挿入していくことで、手術の対象部位の周辺をモニタ画面で確認しながら手術を実施するものである。よって、一般的な開放手術と比較して、実際の手術において医師等が確認できるのは狭い範囲に限られていることから、手術前に実施される切削シミュレーションにおいても、実際に手術中のモニタ画面に表示される表示形態にできるだけ近似した表示がなされることが好ましい。
【０００７】
本発明の課題は、内視鏡を用いた手術を行う場合でも、実際に表示画面に表示される表示態様に近似した表示を行いながら切削シミュレーションを実施することが可能な手術支援装置および手術支援プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る手術支援装置は、レトラクタの内部に内視鏡を挿入して行う手術中のシミュレーション画像を表示する手術支援装置であって、断層画像情報取得部と、メモリと、ボリュームレンダリング演算部と、表示制御部と、を備えている。断層画像情報取得部は、手術の対象部位を含む範囲の断層画像情報を取得する。メモリは、断層画像情報取得部に接続されており、断層画像情報のボクセル情報を格納する。ボリュームレンダリング演算部は、メモリに接続されており、ボクセル情報に基づいて、視線に対して垂直の方向においてボクセル情報をサンプリングする。表示制御部は、ボリュームレンダリング演算部によって生成された画像において、レトラクタの内壁によって表示が制限される表示制限エリアをマスキングし、または非表示とした、実際に内視鏡手術において表示される状態に近似した内視鏡画像を表示部に表示させる。
【０００９】
ここでは、例えば、複数のＸ線ＣＴ画像を用いて作成される３次元画像を用いて特定の骨や血管、臓器等の周辺を表示した状態で内視鏡を用いた手術のシミュレーションを実施する際に、内視鏡が挿入される術具によって制限される視野の部分まで反映させた表示を行う。
ここで、上記断層画像には、例えば、Ｘ線ＣＴやＭＲＩ、ＰＥＴ等の医用機器を用いて取得された２次元画像が含まれる。また、上記術具には、内視鏡が挿入される筒状のレトラクタ等が含まれる。
【００１０】
これにより、例えば、腰部脊椎管狭窄症に対する内視鏡手術のシミュレーションを実施する場合には、レトラクタ等の筒状の術具によって制限される部分については見えないように、例えば、マスキングした状態で表示させることで、実際の内視鏡画像と近似した状態でのシミュレーションを実施することができる。
この結果、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を行うことができるため、効果的な手術シミュレーションを実施することができる。
【００１１】
第２の発明に係る手術支援装置は、第１の発明に係る手術支援装置であって、内視鏡画像を表示する表示部を、さらに備えている。
ここでは、手術支援装置として、モニタ等の表示部を備えている。
これにより、上述した内視鏡手術のシミュレーション画像を表示部に表示させながら、手術支援を行うことができる。
【００１２】
第３の発明に係る手術支援装置は、第２の発明に係る手術支援装置であって、表示制御部は、シミュレーション画像上において、レトラクタが体内に挿入された状態においてレトラクタと手術の対象部位の周辺とが接触する位置を挿入制限位置として検出して表示する。
ここでは、内視鏡が挿入されるレトラクタの手術対象部位に対する深さ位置を検出し、手術対象部位周辺の骨等とレトラクタとが接触する位置を挿入制限位置として検出して表示する。
【００１３】
ここで、実際の内視鏡手術においては、レトラクタが骨等に接触する位置まで挿入された状態で内視鏡手術を行う。このようなレトラクタの深さ方向における位置を考慮しなければ、実際にはレトラクタが入り込めない位置まで表示可能となってしまうため、正確な手術シミュレーションを実施する上で好ましくない。
これにより、レトラクタと手術対象部位との位置関係を検出してレトラクタの深さ方向における位置を制限するために挿入限界位置を検出して表示することで、実際の内視鏡手術では見られない内視鏡画像が表示されてしまうことを防止して、より実際の内視鏡手術に近似した手術シミュレーションを実施することができる。
【００１４】
第４の発明に係る手術支援装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る手術支援装置であって、内視鏡は、斜視内視鏡である。
ここでは、手術シミュレーションを行う内視鏡手術に用いられる内視鏡として、斜視内視鏡を用いている。
これにより、直視内視鏡と比較してより視野の広い内視鏡を用いた内視鏡手術のシミュレーションを、実際の手術中の表示画像に近似した内視鏡画像を見ながら行うことができる。
【００１５】
第６の発明に係る手術支援プログラムは、レトラクタの内部に内視鏡を挿入して行う手術中のシミュレーション画像を表示する手術支援プログラムであって、手術の対象部位を含む範囲の断層画像情報を取得する取得ステップと、断層画像情報のボクセル情報に基づいて視線に対して垂直の方向においてボクセル情報をサンプリングするボリュームレンダリングステップと、ボリュームレンダリングステップにおいて生成された画像において、レトラクタの内壁によって表示が制限される表示制限エリアをマスキングし、または非表示とした、実際に内視鏡手術において表示される状態に近似した内視鏡画像を表示部に表示させる表示ステップと、を備えている。
【００１６】
ここでは、例えば、複数のＸ線ＣＴ画像を用いて特定の骨や血管、臓器等の周辺を表示した状態で内視鏡を用いた手術のシミュレーションを実施する際に、内視鏡が挿入される術具によって制限される視野の部分まで反映させた表示を行う。
ここで、上記断層画像には、例えば、Ｘ線ＣＴやＭＲＩ、ＰＥＴ等の医用機器を用いて取得された２次元画像が含まれる。また、上記術具には、内視鏡が挿入される筒状のレトラクタ等が含まれる。
【００１７】
これにより、例えば、腰部脊椎管狭窄症に対する内視鏡手術のシミュレーションを実施する場合には、レトラクタ等の筒状の術具によって制限される部分については見えないように、例えば、マスキングした状態で表示させることで、実際の内視鏡画像と近似した状態でのシミュレーションを実施することができる。
この結果、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を行うことができるため、効果的な手術シミュレーションをコンピュータに実行させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る手術支援装置によれば、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を行うことができるため、効果的な手術支援を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るパーソナルコンピュータ（手術支援装置）を示す斜視図。
【図２】図１のパーソナルコンピュータの制御ブロック図。
【図３】図２の制御ブロックに含まれるメモリ内の内視鏡パラメータ格納部の構成を示すブロック図。
【図４】図２の制御ブロックに含まれるメモリ内の術具パラメータ格納部の構成を示すブロック図。
【図５】（ａ）は、図１のパーソナルコンピュータの動作フローチャート。（ｂ）は、（ａ）のＳ６内のフローを示す動作フローチャート。
【図６】筒状の術具（レトラクタ）を用いた場合の術具の挿入位置を自動的に検出する方法について説明する図。
【図７】（ａ），（ｂ）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について説明する図。
【図８】マウス操作による２次元入力から内視鏡による３次元操作へのマッピングについて説明する図。
【図９】斜視内視鏡による任意の斜視角を反映させたボリュームレンダリング像の表示について説明する図。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、斜視内視鏡の先端位置および視線ベクトルを３面図上へ反映させた場合の表示を示す図。
【図１１】図１のパーソナルコンピュータによって表示される斜視内視鏡画像を示す図。
【図１２】（ａ）は、本実施形態に係る斜視内視鏡画像を示す図。（ｂ）は、斜視内視鏡の代わりに直視内視鏡を用いた場合の内視鏡画像を示す図。
【図１３】内視鏡画像の表示制限エリアを反映させたモニタ画面を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施形態に係るパーソナルコンピュータ（手術支援装置）について、図１〜図１３を用いて説明すれば以下の通りである。
なお、本実施形態では、斜視内視鏡を用いて腰部脊椎管狭窄症に対する手術のシミュレーションを実施する場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本実施形態に係るパーソナルコンピュータ１は、図１に示すように、ディスプレイ（表示部）２と、各種入力部（キーボード３、マウス４、およびタブレット５（図２参照））と、を備えている。
【００２１】
ディスプレイ２は、Ｘ線ＣＴ画像等の複数の断層画像から形成される臓器（図１の例では、内視鏡画像を表示）等の３次元画像を表示するとともに、切削シミュレーションの結果を表示する。
また、パーソナルコンピュータ１は、図２に示すように、内部に、断層画像情報取得部６等の制御ブロックを形成する。
【００２２】
断層画像情報取得部６には、ボクセル情報抽出部７を介して、断層画像情報部８が接続されている。つまり、断層画像情報部８では、ＣＴあるいはＭＲＩ、ＰＥＴ等の断層画像を撮影する機器から断層画像情報が供給され、この断層画像情報がボクセル情報抽出部７によってボクセル情報として抽出される。
メモリ９は、パーソナルコンピュータ１内に設けられており、ボクセル情報格納部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２２、術具パラメータ格納部２４を有している。また、メモリ９には、ボリュームレンダリング演算部１３が接続されている。
【００２３】
ボクセル情報格納部１０は、ボクセル情報抽出部７から断層画像情報取得部６を介して受信したボクセル情報を格納している。
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。これらの第１〜第３ボクセルラベル格納部は、後述する予め設定されたＣＴ値の範囲、つまり表示対象となる臓器にそれぞれ対応して設けられている。例えば、第１ボクセルラベル格納部は、肝臓を表示するＣＴ値の範囲に対応しており、第２ボクセルラベル格納部は、血管を表示するＣＴ値の範囲に対応しており、第３ボクセルラベル格納部は、骨を表示するＣＴ値の範囲に対応している。
【００２４】
色情報格納部１２は、内部に複数の格納部を有している。各格納部は、予め設定されたＣＴ値の範囲、つまり表示対象となる骨、血管、神経、臓器等にそれぞれ対応して設けられている。例えば、肝臓を表示するＣＴ値の範囲に対応する格納部、血管を表示するＣＴ値の範囲に対応する格納部、骨を表示するＣＴ値の範囲に対応する格納部等が挙げられる。このとき、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。
【００２５】
なお、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線吸収の程度を数値化したものであり、水を０とする相対値（単位：ＨＵ）として表される。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。
【００２６】
内視鏡パラメータ格納部２２は、図３に示すように、第１内視鏡パラメータ格納部２２ａ、第２内視鏡パラメータ格納部２２ｂ、第３内視鏡パラメータ格納部２２ｃを有している。第１〜第３内視鏡パラメータ格納部２２ａ〜２２ｃには、例えば、内視鏡の斜視角、視野角、位置、姿勢等の情報がそれぞれ格納されている。また、内視鏡パラメータ格納部２２は、図２に示すように、内視鏡パラメータ設定部２３と接続されている。
【００２７】
内視鏡パラメータ設定部２３は、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の設定を行い、内視鏡パラメータ格納部２２へ送る。
術具パラメータ格納部２４は、図４に示すように、第１術具パラメータ格納部２４ａ、第２術具パラメータ格納部２４ｂ、第３術具パラメータ格納部２４ｃを有している。第１〜第３術具パラメータ格納部２４ａ〜２４ｃには、例えば、術具を筒状のレトラクラ３１（図６参照）とすると、筒状のレトラクタの筒形、筒長さ、位置、姿勢等の情報がそれぞれ格納されている。また、術具パラメータ格納部２４は、図２に示すように、術具パラメータ設定部２５と接続されている。
【００２８】
術具パラメータ設定部２５は、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パラメータの設定を行い、術具パラメータ格納部２４へ送る。
術具挿入深度演算部２６は、メモリ９内の術具パラメータ格納部２４と接続されており、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）を演算する。
ボリュームレンダリング演算部１３は、ボクセル情報格納部１０に格納されているボクセル情報と、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と、に基づいて、視線に対して垂直で、かつＺ方向の間隔が一定の複数枚のスライス情報を取得する。そして、ボリュームレンダリング演算部１３は、その演算結果を３次元画像としてディスプレイ２に表示させる。
【００２９】
また、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２２に格納されている内視鏡情報と、術具パラメータ格納部２４に格納されている術具情報と、に基づいて、内視鏡によって得られる画像情報に対してレトラクタ等の術具によって視野が制限される画像情報を反映させたマスキング状態で、ディスプレイ２に内視鏡画像を表示させる。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２２に格納された内視鏡に関する情報（斜視角、視野角、位置等）と、術具パラメータ格納部２４に格納された術具に関する情報（径、長さ等）とに基づいて、内視鏡によって取得される内視鏡画像表示エリア（第１表示エリア）Ａ１（図１１参照）と表示制限エリア（第２表示エリア）Ａ２（図１１参照）とを設定する。
【００３０】
ここで、内視鏡画像表示エリアＡ１とは、実際の内視鏡手術中においてディスプレイ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、筒状のレトラクタ等の術具の内壁部分等によって内視鏡によって取得される表示が制限される表示エリアであって、内視鏡手術シミュレーション上ではマスキングされて表示される領域を意味している（図１１参照）。
【００３１】
さらに、ボリュームレンダリング演算部１３には、バス１６を介して深さ検出部１５が接続されている。
深さ検出部１５は、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とボクセルラベル設定部１８とが接続されている。
ボクセルラベル設定部１８は、ボクセルラベル格納部１１と被切削ボクセルラベル算出表示部１９とが接続されている。
【００３２】
バス１６には、上述したボリュームレンダリング演算部１３および深さ検出部１５に加えて、メモリ９内の色情報格納部１２等、ウィンドウ座標取得部２０が接続されており、キーボード３、マウス４、タブレット５等から入力された内容に基づいて、ディスプレイ２に３次元画像等を表示する。
ウィンドウ座標取得部２０には、深さ検出部１５と色情報設定部２１とが接続されている。
【００３３】
色情報設定部２１は、メモリ９内の色情報格納部１２に接続されている。
図５（ａ）および図５（ｂ）は、本実施形態のパーソナルコンピュータ（手術支援装置）１における動作説明を行うための制御フローを示している。
本実施形態のパーソナルコンピュータ１では、図５（ａ）に示すように、まずＳ１において、上述したように、断層画像情報部８からの断層画像情報が入力され、これがボクセル情報抽出部７に供給される。
【００３４】
次に、Ｓ２において、ボクセル情報抽出部７において、断層画像情報からボクセル情報が抽出される。抽出されたボクセル情報は、断層画像情報取得部６を介して、メモリ９のボクセル情報格納部１０に格納される。ボクセル情報格納部１０に格納されるボクセル情報は、例えば、Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，α）で構成される点の情報である。このとき、Ｉは当該点の輝度情報であり、ｘ，ｙ，ｚは座標点を示し、αは透明度情報である。
【００３５】
次に、Ｓ３において、ボリュームレンダリング演算部１３が、ボクセル情報格納部１０に格納されているボクセル情報に基づいて、視線に対して垂直で、かつ間隔が一定の複数のスライス情報を算出し、スライス情報群を取得する。そして、スライス情報群は、ボリュームレンダリング演算部１３内に少なくとも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、スライス情報が視線に対して垂直な面となる。
【００３６】
このようにして得られた複数のスライス情報は、上述したように、Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，α）で構成される点の情報を保有している。よって、スライス情報は、例えば、ボクセルラベル１４がＺ方向に複数枚配置されている。なお、ボクセルラベル１４の集合体は、ボクセルラベル格納部１１に収納されている。
次に、Ｓ４において、ディスプレイ２には、レンダリング像が表示される。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。
【００３７】
次に、Ｓ５において、ユーザから内視鏡の挿入方向・位置の指示が入力される。
次に、Ｓ６において、ユーザ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する。ここで、内視鏡表示の指示を受け付けた場合には、Ｓ７へ進む。一方、内視鏡表示の指示を受け付けていない場合には、Ｓ３へ戻る。
次に、Ｓ７において、キーボード３やマウス４を用いて入力された情報に基づいて、術具の挿入深度を決定する。
【００３８】
より詳細には、図５（ｂ）に示すように、Ｓ７１において、術具挿入深度演算部２６が、術具パラメータ格納部２４から術具形状に関する情報を取得する。
次に、Ｓ７２において、術具挿入深度演算部２６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３次元画像に対する術具の挿入位置に関する情報（例えば、レトラクタの内径、レトラクタ内における内視鏡の中心からの距離等）を取得する。
【００３９】
次に、Ｓ７３において、術具挿入深度演算部２６が、Ｓ７２において取得された情報に基づいて、レトラクタ等の術具を挿入して行った際の３次元画像に含まれる骨等の部位へ衝突する深さ位置（術具挿入深度）、すなわち挿入限界位置を検出する。
これにより、レトラクタ等の術具が実際の内視鏡手術において挿入される限界位置を正確に把握して、術具が現実の挿入限界位置より深い位置に挿入された状態で手術シミュレーションが実施されてしまうことを回避することができる。
次に、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２４から筒状のレトラクタ等の術具に関する必要なパラメータを取得する。
【００４０】
次に、Ｓ９において、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２２から内視鏡に関する必要なパラメータを取得して、Ｓ３へ移行する。
ここで、Ｓ３では、Ｓ８および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３次元画像のうち、内視鏡によって取得される内視鏡画像表示エリアＡ１（図１１参照）と表示制限エリアＡ２（図１１参照）とを設定し、ディスプレイ２の表示画面に表示させる。
【００４１】
すなわち、本実施形態のパーソナルコンピュータ１では、単に、ボリュームレンダリング演算部１３において生成された３次元画像を表示するのではなく、内視鏡手術において実際に内視鏡によって取得可能な範囲の画像だけを表示し、レトラクタ３１等の術具によって表示が制限される表示制限エリアＡ２を非表示とする（図１１参照）。
これにより、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る。この結果、より効果的な手術支援を実施することができる。
【００４２】
ここで、図５（ｂ）を用いて説明したレトラクタ３１の挿入深度を決定する方法について、図６を用いて、レトラクタ挿入位置自動検出機能について説明する。
ここでは、レトラクタの径、長さ、移動方向（挿入方向）等のパラメータに基づいて、衝突が予想される部位と術具の外側に複数点のサンプリング点を配置するモデリングを行う。より詳細には、ボリュームレンダリング演算部１３において生成された３次元画像に対して、レトラクタ３１の先端に設定された全てのポイントについて移動方向における３次元画像中に含まれる骨等への接触点検出を行う。そして、３次元画像中に含まれる骨等に対して、レトラクタ３１の先端が最初に接触を検出したポイントをレトラクタ３１の挿入限界位置として設定する。
【００４３】
次に、図７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。
通常、レトラクタ３１内に挿入された斜視内視鏡３２（図７（ａ）等参照）は、レトラクタ３１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３１内における周方向における移動が制限されている。
【００４４】
ここで、図７（ａ）に示すように、斜視内視鏡３２をアタッチメントごと回転させたと仮定して、図７（ｂ）に示すように、レトラクタ３１の長さｄｒ、レトラクタ３１内における斜視内視鏡３２の挿入深度ｄｅとすると、レトラクタ３１の中心から斜視内視鏡３２の中心までの距離Ｒｏ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。
【００４５】
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。
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。
【００４６】
なお、斜視内視鏡３２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。
次に、図８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関連する他の例について説明する。
通常、内視鏡には、図示しないＣＣＤカメラを格納したカメラヘッド部が後端部側に接続されている。ここでは、このカメラヘッド部を回転させた際の表示の回転について説明する。
【００４７】
すなわち、実際の内視鏡手術において、ディスプレイ２の表示画面上に表示された画像が縦向きに表示されてしまった場合には、実際の患者の向きとディスプレイ２の表示の向きとを一致させるために、カメラヘッド部を回転させることで視野を変えずに画像のみ回転させる。
マウス４を用いた２次元入力によってこれを実現するために、図８に示すように、まず、ディスプレイ高とマウスドラッグ距離からΘ＝３６０*Ｈｄ／Hを算出する。
【００４８】
次に、ディスプレイ２の画面中心座標の奥行き方向の軸Ｒｙに対し、角度Θ回転した場合の回転行列R２Θを算出する。
そして、視野の上方ベクトルＵに対し、Ｕ'＝Ｒ２Θ*Ｕを新たな上方ベクトルとすることで、ディスプレイ２に表示される画像を、視野を変えることなく、例えば、９０度回転させることができる。
【００４９】
これにより、マウス４を用いた２次元入力によって、容易にディスプレイ２に表示された画像を実際の内視鏡手術におけるモニタ画面と同じ向き（角度）に調整することができる。
次に、斜視内視鏡３２の任意の斜視角を反映させたボリュームレンダリング像を生成するための方法について、図９を用いて説明する。
【００５０】
すなわち、本実施形態では、斜視内視鏡３２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。
具体的には、まず、レトラクタ３１の軸方向に対応する鏡軸ベクトルＶｓと斜視内視鏡３２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。
【００５１】
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３２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２２に格納された情報等に基づいて視野ベクトルＶｅを算出することで、手術に使用される斜視内視鏡３２ごとの視野範囲を設定することができる。
【００５２】
なお、鏡軸ベクトルＶｓと視野ベクトルＶｅとを用いて、斜視内視鏡３２の先端位置および視線ベクトルを３面図上への反映させた状態を、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示している。
これにより、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように、斜視内視鏡３２を用いた腰部脊椎管狭窄症に対する手術のシミュレーションにおいて、正面図（患者側面から見た図）、平面図（患者背中から見た図）、側面図（患者の背骨方向から見た図）を用いて、斜視内視鏡３２の挿入方向を容易に把握することができる。
【００５３】
本実施形態のパーソナルコンピュータ１では、以上のような構成により、レトラクタ３１の形状、斜視内視鏡３２の斜視角や視野角等に基づいて、内視鏡手術シミュレーションを行う際に、図１１に示すように、レトラクタ３１によって遮られる表示制限エリアＡ２を反映させた内視鏡画像（内視鏡表示エリアＡ１）を表示させる。
これにより、実際の内視鏡手術においてレトラクタ３１の内壁によって見えなくなる表示制限エリアＡ２を反映させた表示態様とすることで、実際の内視鏡手術において表示画面に表示される画像に近似した表示を行うことができる。よって、より効果的な手術支援を実施することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、レトラクタ３１を挿入した状態において、骨等と接触してレトラクタ３１が挿入限界位置に達していることをユーザに認識させるために、レトラクタ３１と骨との接触部分を、例えば、赤色で表示する。
これにより、ユーザは、これ以上、深い位置までレトラクタ３１が移動できないことを認識することができる。また、さらに深い位置を切削する必要がある場合は、骨とレトラクタが接触している箇所を切削する必要があることが分かる。よって、実際には表示され得ない深度における内視鏡画像がシミュレーション上で表示されてしまうことを回避して、実際の内視鏡手術において表示可能な画像のみをシミュレーション画像として表示することができる。
【００５５】
なお、例えば、斜視内視鏡３２の斜視角２５度の場合には、図１２（ａ）に示すように、レトラクタ３１による表示制限エリアＡ２を反映させることで、手術対象部位は内視鏡表示エリアＡ１内に表示される。
さらに、本実施形態のパーソナルコンピュータ１のディスプレイ２に実際に表示される画面として、図１３に示すように、例えば、切削対象部位Ｃの表示等と組み合わせて、表示制限エリアＡ２を反映させつつ、内視鏡表示エリアＡ１内に切削対象部位Ｃを表示することもできる。
【００５６】
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
上記実施形態では、手術支援装置として本発明を実現した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す制御方法をコンピュータに実行させる手術支援プログラムとして、本発明を実現してもよい。
【００５７】
（Ｂ）
上記実施形態では、斜視内視鏡を用いた内視鏡手術に本発明を適用した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図１２（ｂ）に示すように、斜視内視鏡の代わりに、直視内視鏡を用いた内視鏡手術のシミュレーションにも適用可能である。
なお、図１２（ｂ）では、図１２（ａ）の斜視内視鏡と同一視点からの直視内視鏡による内視鏡表示エリアＡ１、表示制限エリアＡ２を示している。
【００５８】
（Ｃ）
上記実施形態では、手術支援装置として、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例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、切削シミュレーション装置と組み合わせて、内視鏡画像を見ながら切削シミュレーションを実施してもよい。
これにより、より詳細に手術中の状態を再現して、効果的な手術支援を行うことができる。
【００５９】
（Ｄ）
上記実施形態では、本発明に係る内視鏡を用いた手術シミュレーションの一例として、腰部脊椎管狭窄症に対する手術を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、内視鏡を用いた他の手術に対して、本発明を適用してもよい。
【００６０】
（Ｅ）
上記実施形態では、斜視内視鏡を用いた腰部脊椎管狭窄症に対する手術を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、直視鏡を用いた手術に対しても、本発明の適用は可能である。
【００６１】
（Ｆ）
上記実施形態では、３次元画像を形成するための断層画像情報として、Ｘ線ＣＴ画像を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、放射線を使用しない核磁気共鳴画像（ＭＲＩ）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。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の手術支援装置は、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を行うことができるため、効果的な手術支援を実施することができるという効果を奏することから、内視鏡を用いた各種手術に対して広く適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１      パーソナルコンピュータ（手術支援装置）
２      ディスプレイ（表示部）
３      キーボード（入力部）
４      マウス（入力部）
５      タブレット（入力部）
６      断層画像情報取得部
７      ボクセル情報抽出部
８      断層画像情報部
９      メモリ
１０      ボクセル情報格納部
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（表示制御部）
１４      ボクセルラベル
１５      深さ検出部
１６      バス
１７      深さ制御部
１８      ボクセルラベル設定部
１９      被切削ボクセルラベル算出表示部
２０      ウィンドウ座標取得部
２１      色情報設定部
２２      内視鏡パラメータ格納部
２２ａ    第１内視鏡パラメータ格納部
２２ｂ    第２内視鏡パラメータ格納部
２２ｃ    第３内視鏡パラメータ格納部
２３      内視鏡パラメータ設定部
２４      術具パラメータ格納部
２４ａ    第１術具パラメータ格納部
２４ｂ    第２術具パラメータ格納部
２４ｃ    第３術具パラメータ格納部
２５      術具パラメータ設定部
２６      術具挿入深度演算部
３１      レトラクタ（術具）
３１ａ    衝突部位
３２      斜視内視鏡（内視鏡）
Ａ１      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）
【図１】
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【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】
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【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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