(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科的介入計画を算出する装置の作動方法において、
前記装置のコンピュータが、患者の表面の表面データを受信するステップと、
前記コンピュータが、計画された外科的介入に関する介入データを受信するステップであって、前記介入データが、標的物体を表すデータを含む、ステップと、
前記コンピュータが、前記患者の表面の前記受信されたデータに基づき、前記患者の体の一部の表面表現を作成するステップと、
前記コンピュータが、データベースに格納される複数のパラメータ化された外科的方法から第１の外科的方法を選択するステップと、
前記コンピュータが、ｉ）前記選択された第１の外科的方法のパラメータ、ｉｉ）前記介入データ、及びｉｉｉ）前記表面表現に基づき、前記患者の体の一部の表面表現の形状及び前記患者の体における前記標的物体の範囲に適合された外科的介入計画の幾何学的なパラメータを算出するステップと、
前記コンピュータが、前記適合された外科的介入計画をディスプレイに表示するステップとを有する、方法。
【請求項２】
前記コンピュータが、前記データベースから複数の外科的方法を取得するステップであって、前記第１の外科的方法の少なくとも１つの幾何学的な制約が、前記データベースから取得される、ステップと、
前記コンピュータが、前記第１の外科的方法の前記幾何学的な制約に従って、前記外科的介入計画の前記幾何学的なパラメータを算出するステップとを更に有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記患者の体の部分の前記表面表現を作成するステップが、表面三角測量及びテクスチャマッピングを有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記外科的介入計画が、前記患者の体の部分の前記作成された表面表現において、将来の皮膚切開の少なくともラインの形で、前記ディスプレイに表示される、請求項１乃至３の一項に記載の方法。
【請求項５】
前記コンピュータが、前記外科的介入計画の前記幾何学的なパラメータの変化を引き起こすユーザ入力を受信するステップと、
前記コンピュータが、前記受信されたユーザ入力に基づき、前記外科的介入計画の前記幾何学的なパラメータを変化させるステップとを更に有する、請求項１乃至４の一項に記載の方法。
【請求項６】
前記コンピュータが、表面スキャナを用いて前記患者の体の部分を走査するステップと、
前記コンピュータが、前記患者の体の部分の写真をキャプチャし、前記患者の表面の前記データを提供するステップとを更に有する、請求項１乃至５の一項に記載の方法。
【請求項７】
前記コンピュータが、前記データベースに格納される前記複数の外科的方法から第２の外科的方法を選択するステップと、
前記コンピュータが、ｉ）前記選択された第２の外科的方法のパラメータ、ｉｉ）前記介入データ、及びｉｉｉ）前記表面表現に基づき、前記患者の体の一部の表面表現の形状及び前記患者の体における前記標的物体の範囲に適合された外科的介入計画の幾何学的なパラメータを算出するステップと、
前記コンピュータが、前記患者の胸部の前記作成された表面表現において示される将来の皮膚切開の少なくともラインの形で前記外科的介入計画を前記ディスプレイに表示するステップとを有する、請求項１乃至６の一項に記載の方法。
【請求項８】
前記コンピュータが、標的物体の位置及び／若しくは標的物体切除マージンを対話的に規定するステップ、又は
前記コンピュータが、標的物体の位置及び／若しくは標的物体形状及び／若しくは標的物体切除マージンをワークステーションからインポートするステップを更に有する、請求項１乃至７の一項に記載の方法。
【請求項９】
前記コンピュータが、前記適合された外科的介入計画を前記患者の体の部分上へ投影するステップを更に有する、請求項１乃至８の一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記コンピュータが、リモートで活性化可能なマーキング・ペンに起動信号を送信するステップであって、前記適合された外科的介入計画に基づき、前記ペンを作動させる、ステップを更に有する、請求項１乃至９の一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記コンピュータが、前記患者の表面における前記ペンの位置を測定するステップと、
前記コンピュータが、前記ペンの前記測定された位置が前記適合された外科的介入計画のラインに対応する場合、前記ペンを作動させるステップとを更に有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
プロセッサにより実行されるとき、請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法のステップを実行させる、外科的介入を算出するコンピュータプログラムが格納されるコンピュータ可読媒体。
【請求項１３】
外科的介入計画を算出する装置であって、
患者の表面の表面データ及び計画された外科的介入の介入データを受信する受信ユニットであって、前記介入データが、標的物体を表すデータを含む、受信ユニットと、
算出ユニットと、
ディスプレイユニットと、
インタフェースと、
データベースとを有し、
前記算出ユニットが、前記表面データに基づき、前記患者の体の一部の表面表現を作成するよう構成され、
前記インタフェースは、前記データベースに格納される複数のパラメータ化された外科的方法から第１の外科的方法の選択を含むユーザ入力を受信するよう構成され、
前記算出ユニットが、ｉ）前記選択された第１の外科的方法のパラメータ、ｉｉ）前記介入データ、及びｉｉｉ）前記表面表現に基づき、前記患者の体の一部の表面表現の形状及び前記患者の体における前記標的物体の範囲に適合された外科的介入計画の幾何学的なパラメータを算出するよう構成され、
前記ディスプレイユニットが、前記適合された外科的介入計画をユーザに表示するよう構成される、装置。
【請求項１４】
表面スキャナと、
投影デバイスとを更に有し、
前記表面スキャナが、前記患者の体の部分の前記表面を走査し、表面情報を生成するよう構成され、
前記投影デバイスは、前記適合された外科的介入計画を前記患者の体の部分上へ投影するよう構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置が、前記適合された外科的介入計画に基づき、リモートで活性化可能なペンを作動させるよう構成される、請求項１３又は１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外科的介入計画に関する。特に、本発明は、外科的介入計画を算出する方法、コンピュータプログラム要素、コンピュータ可読媒体及び外科的介入計画を算出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
乳癌は、女性を襲う最も一般的な癌である。乳癌の外科的療法、即ち腫瘍の切除はしばしば、乳癌に関する主な処置である。標準的な手順は、胸部の部分的又は完全な除去（乳房切除）である。放射線療法により追従される胸部温存手術は、変形例である。これは腫瘍制御に相当する。オンコプラスティック手術は、胸部の再構成に関する形成手術手順と腫瘍切除に関する腫瘍論理手術との組み合わせである。それは、美容的に許容可能な結果を生じさせる。
【０００３】
胸部温存又はオンコプラスティック手順を用意するため、直立した立った姿勢の患者の皮膚上で、描画が術前的に行われる。乳頭の将来の位置を示すライン及び皮膚切開に関するラインだけでなく、腫瘍のサイズが描画される。これらの術前描画は、オリエンテーションに関する手順の間、外科医により使用される。計画された皮膚切開が一緒にフィットすることを確かめるため、それらの長さは、巻き尺を用いて確認されることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の課題が、上述した方法に関連付けられる。完全な術前計画は、患者の皮膚上で行われる。これは患者にとって困難かもしれない。計画は、マーカーペンを用いて行われる。従って、この描画は、変更するのが困難である。結果的に、異なる外科的アプローチをテストすることは、困難である。測定は巻き尺で行われなければならず、腫瘍の位置及びサイズは、描画の間おおまかにのみ分かる。更に、脳手術において、患者は通常、侵襲的クランプを用いて寝台に固定される。頭部はしばしば、剃られる。手術が始まる前に、計画された切開の位置が、皮膚上へペンで描画される。定位手術が実行される場合、これは外科ナビゲーションシステムを用いて実行される。これらのシステムは、コンピュータ、位置測定デバイス及び追跡される器具から成る。通常、ナビゲーションシステムはポインティング器具と共に使用されることができる。これは患者を指すことを可能にし、コンピュータスクリーン上で患者の画像（例えばＣＴ／ＭＲスライス又は再構成された３Ｄ画像）におけるその位置を見ることを可能にする。
【０００５】
オペレータは、ポインティング器具を用いて患者における計画された切開のラインを発見及び指すことを試みる。この手順の間、彼は、ナビゲーションシステムのコンピュータスクリーンに注目する。一旦彼が切開ライン上の点を見つけると、彼は、患者を見、そして、ポインティング器具を持つ彼の手を見て、ペンを取り、見つかった点をペンでマークする。計画された切開ライン上で十分な点がマークされ、マークされた点を接続することにより、ラインが患者皮膚上へ描かれることができるまで、この手順は繰り返される。この手順後、患者は手術野を自由なままにして無菌的にカバーされ、手術が始まる。
【０００６】
本発明の目的は、改良された外科的計画を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、独立請求項の主題により解決される。本発明の更なる実施形態及び利点は、従属項に含まれる。
【０００８】
上記の実施形態は、外科的介入計画を算出する方法、外科的介入計画を算出するコンピュータプログラム要素、コンピュータ可読媒体及び装置に同様に関する。相乗作用性効果が、実施形態の異なる組み合わせから生じる。しかし、それらは詳細には記載されない場合がある。
【０００９】
更に、方法に関する本発明のすべての実施形態は、記載されるステップの順に実行されることができるが、これは、方法のステップの唯一の及び本質的な順序である必要はない点に留意されたい。当業者であれば、以下に明確に反対の言及がなされない限り、本書に記載される方法ステップのあらゆる種類の異なる順序及び組み合わせを取り入れるであろう。
【００１０】
本発明の例示的な実施形態によれば、外科的介入計画を算出又は作成する方法が提示される。この方法は、患者の表面のデータを受信するステップと、計画された外科的介入のデータを受信するステップと、上記患者の表面の上記受信されたデータに基づき、上記患者の体の一部の表面表現を作成するステップとを有する。更に、データベースに格納される複数のパラメータ化された外科的方法から第１の外科的方法を選択するステップと、上記選択された第１の外科的方法に基づき、外科的介入の幾何学的なパラメータを適合し、適合された外科的介入計画を算出するステップとが含まれる。更に、上記適合された外科的介入計画をユーザに表示するステップも、提示された方法により含まれる。
【００１１】
言い換えると、算出処理により異なる外科的技術をテストすることを可能にする外科的介入に関する計画方法が提示される。特に、例えば腫瘍若しくは病変又はその少なくとも部分といった標的物体を切除する異なる外科的方法の結果が、視覚化されることができる。
【００１２】
計画方法は、各外科的方法の幾何学的な制約を考慮することができる。これも、データベースに格納されることができる。更に、この方法は、異なる外科的技術を患者の皮膚の表現上へ仮想的に描くことを可能にする。その結果、改良された意思決定が容易になる。特に、この方法は、計画を視覚化する手段、患者の表面の幾何学的な表現を作成／算出する手段、及びパラメータ化された外科的方法のデータベースを持つコンピュータを有する計画システムにより実行されることができる。例示的な実施形態によれば、図５は、対応するシステムにおける斯かる方法の例示的なワークフローを開示し、図４は、異なる例示的な外科的胸部方法を示す。以下の記載から明らかであり、これを用いて説明されるように、本発明は例えば、形成手術、オンコプラスティック手術、胸部温存手術、更に他の外科分野において使用されることができる。
【００１３】
本書においてより詳細に後述するように、例えば表面スキャナからの及び／又は撮像デバイスからのデータとして提供されることができる患者の表面のデータが、患者の体の部分の表面表現を算出するために用いられる。
【００１４】
更に、複数の外科的方法、即ち、外科的方法の、又は、これに関するデータを有するデータベースを提供するステップが、提示された方法により含まれることもできる。必要に応じて、適合された外科的介入計画をユーザに表示するステップが、提示された方法に含まれることもできる。
【００１５】
「計画された外科的介入の／に関する介入データ」という用語は、さまざまな異なる態様において実現されることができる。例えば、この特徴は、どのような種類の介入、即ち、胸部手術又は脳手術が外科医により計画されるかを特定することができる。追加的に、介入データは、例えば腫瘍又は病変といった切除される対象物である標的物体を表すデータを有する。例えば、介入データは、正確な腫瘍位置及び／又は腫瘍形状を含むことができる。こうして、腫瘍の位置及び／又は腫瘍形状を規定するデータは、計画された外科的介入の／に関するデータとして見られることができる。しかしながら、外科的介入の間、健康な組織を抽出することが望ましい場合、健康である標的組織の位置及び／又は形状が、計画された外科的介入の介入データの実施形態として見られることもできる。例示的な実施形態において、標的組織若しくは腫瘍の位置といった標的物体の位置及び／又は形状が使用される。標的物体は例えば、患者の器官又は血管とすることもできる。
【００１６】
本発明のコンテキストにおいて、データを受信するステップは、個別のデータを提供及び／又は取得するステップとして理解される点にも留意されたい。更に、外科的介入計画の幾何学的なパラメータを適合するステップは、算出により斯かる計画を作成するステップを有するものとして理解されることができる。更に、例えばデータベースからの、又はユーザ入力からの最初の外科的介入計画の取得も含まれる。
【００１７】
更に、適合は、計画された外科的介入及び作成された表面表現のデータに基づかれる。こうして、幾何学的なパラメータの適合を算出するシステムは、第１に、ユーザにより選択される第１の外科的方法を考慮することができ、第２に、腫瘍位置及び／又は腫瘍形状といった計画された外科的介入の／に関する介入データを考慮することができ、第３に、以前に算出された表面表現を考慮することができる。
【００１８】
「幾何学的なパラメータを適合する」との用語は、計画の幾何学的なパラメータを視覚化された形において変化させることを含むことができる。表面表現の算出は、適合を算出するのと同じシステムにより行われることができるが、別のデバイス又はシステムが、この目的のために使用されることもできる。適合された介入計画は、適合された幾何学的なパラメータに基づき、ユーザに示されることができる。
【００１９】
外科的方法及び個別の外科的計画のパラメータは例えば、切除線の間の１つ又は複数の角度、切除線の長さ及び／又は切除線の深さとすることができる。更に、用途特定のパラメータが使用されることができる。例えば、胸部手術の例示的なケースにおいて、乳輪のサイズ、現在及び将来の乳頭位置の間の距離は、一般の外科的計画を幾何学的に規定するのに用いられることができるパラメータである。上記パラメータの個別の値は、具体的及び個別の外科的介入計画を規定する。外科的計画の斯かる幾何学的なパラメータに関する更なる説明及び詳細は以下において提供され、その例示的な実施形態が、図３及び４のコンテキストにおいて述べられる。上記パラメータは、選択された外科的方法に基づき適合される。一般に、切開ラインを規定する角度、座標及び／又はパラメータ、特にその長さ及び深さといった数学的パラメータが、外科的方法及び介入計画をパラメータ化するため、本発明のコンテキストにおいて使用されることができる。
【００２０】
外科的方法又は計画の幾何学的な制約は、特定の外科的方法又は計画において使用されるパラメータの境界値又は閾値として見られることができる。例えば、特定の胸部手術方法において、切開ラインの深さは、例えば３ｍｍといった特定の値を増加させることができない。幾何学的な制約は、図３のコンテキストで説明されるように計画のパラメータの間の関係として見られることもできる。この特定の実施形態のコンテキストにおいて、切開／カット３０４の長さは、切開／カット３０５の長さの２倍であることが説明される。更に、左のカット／切開３０６の長さは、右のカット／切開３０６の長さと等しくなければならない。これは、幾何学的な制約の形において、外科的方法のパラメータの間の関係の例として見られることができる。
【００２１】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第１の外科的方法の少なくとも１つの幾何学的な制約が、データベースから取得される。この方法は更に、外科的介入計画の幾何学的なパラメータの適合の間、第１の外科的方法の幾何学的な制約を自動的に考慮するステップを含む。
【００２２】
斯かる幾何学的な制約の例は、図３において見られることができる。特定の実施形態において、切開／カット３０４の長さは、切開／カット３０５の長さの２倍である。左のカット／切開３０６の長さは、右のカット／切開３０６の長さに等しくなければならない。更に、円形カットの長さは、乳輪の円周に等しくなければならない。
【００２３】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、患者の体の部分の表面表現を作成するステップは、表面三角測量及びテクスチャマッピングを有する。
【００２４】
言い換えると、３Ｄ表面レンダリングが、本発明により含まれることができる。例えば患者の表面の生データが、例えば写真として、又は、表面走査として、最初にキャプチャされることができる。これらの生データに基づき、三角測量による表面表現が作成されることができる。カメラから取得される写真は、表面表現に現実的な色をつけるために用いられる。これは、本発明のコンテキストにおいてテクスチャマッピングとして理解される。これは、算出された介入計画の精度を増加させることができる。
【００２５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、外科的介入計画は、患者の体の部分の作成された表面表現内／上における皮膚切開の少なくともラインの形で、ユーザに対して表示される。
【００２６】
将来の皮膚切開ラインは、患者の皮膚を切開するステップに関するガイダンスを外科医に提供するラインとして理解されることができる。これは、皮膚の表現上へ異なる結果を描く及び／又は投影することにより、患者の皮膚の上に術前計画を仮想的に描画することにより、異なる外科的技術をテストすることを可能にする。例えば、斯かる将来の皮膚切開ラインは、確認及び説明目的で患者上へ投影されることができる。
【００２７】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、外科的介入計画は、患者の胸部における将来の皮膚切開の少なくとも１つのラインを有する。この場合、作成された表面表現は、患者胸部の形状を表し、この方法は更に、患者胸部の形状に対して外科的介入計画の将来の皮膚切開のラインを自動的に適合させるステップを含む。
【００２８】
言い換えると、この実施形態は、胸部手術介入計画を算出する方法として見られることができる。この場合、患者の胸部における所望の皮膚切開は、患者の胸部の表面表現において算出及び表示される。
【００２９】
斯かる切開ラインは、皮膚の表面に配置されるだけでなく、患者の体に対して、即ち患者の胸部に対して特定の深さを持つことができる。例えば、腫瘍は、その位置によりだけ表されるだけでなく、三次元態様においてその形状によっても表されることができる。これは、本発明のコンテキストにおいて、切開ラインの計画及び算出を考慮することができる。
【００３０】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、この方法は、外科的介入計画の幾何学的なパラメータの変化をもたらすよう構成されるユーザ入力を受信し、受信されたユーザ入力に基づき、外科的介入計画の幾何学的なパラメータを適合させるステップを含む。更に、適合された外科的介入計画をユーザに表示するステップが、本方法に含まれる。
【００３１】
言い換えると、対話的な特徴アナライザが提示される。表面表現は、視覚化され、特徴点及びラインが、例えばマウスベースのユーザインタフェース又は他のインタフェース手段を用いて、計画外科医により対話的に識別されることができる。
【００３２】
別の例示的な実施形態によれば、自動的な特徴分析が含まれる。
【００３３】
この方法ステップは、表面表現における特徴、例えば胸部手術の場合、乳頭位置、乳頭直径、左右対称ライン、鎖骨位置、乳腺下折り目の位置を検出するために用いられることができる。図５の実施形態にて説明したように、対応する特徴分析デバイスが、この目的に関して使用されることができる。
【００３４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、表面スキャナで患者の体の部分を走査するステップと、患者の体の部分の写真をキャプチャし、これにより患者表面のデータを提供するステップとが含まれる。
【００３５】
表面走査、写真キャプチャ、インストール、較正、計画入力の生成、及び外科的計画の転送に関する異なる側面が、以下詳細に提示される。走査処理及び写真処理により生成されるデータは、三角測量及びテクスチャマッピングに関して使用されることができる。表面表現は、これらのデータに基づき算出されることができる。本発明のこの側面に関する更なる詳細が、特定の実施形態のコンテキストにおいて、特に図２、図５、図６及び図７のコンテキストにおいて開示される。
【００３６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、データベースに格納される複数の外科的方法から第２の外科的方法を選択するステップが含まれる。更に、第２の選択された外科的方法に基づき外科的介入計画の幾何学的なパラメータを適合するステップと、患者の胸部の作成された表面表現内／上に示される将来の皮膚切開の少なくともラインの形で外科的介入計画をユーザに表示するステップとが含まれる。
【００３７】
言い換えると、反復的な走査方法が提示され、これを用いて、ユーザは、少なくとも２つの異なる外科的技術をシーケンシャルに選択することができ、表示された個別の外科的計画に基づき、第１及び第２の技術を評価することができる。斯かる反復的な本発明の側面は、特に図５の実施形態に含まれる。
【００３８】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、標的物体の位置（即ち標的物体の位置）及び／若しくは標的物体切除マージンを対話的に規定するステップ、又は標的物体の位置及び／若しくは標的物体切除マージンをワークステーションからインポートするステップが含まれる。
【００３９】
このステップは、前述の計画された外科的介入のデータを受信するステップの一部として見られることができる。ユーザは、例えば標的物体の位置といった斯かる入力をさまざまな態様において、及び異なるデバイスを用いて、規定又は提供することができる。例えばＭＲＩ又はＣＴといった術前撮像データセットが、図５のコンテキストで述べたように使用されることができる。しかし、ユーザは、データセットとして数値フォーマットにおいて標的物体の座標を提供することもできる。他の入力変形例も可能である。標的物体は、組織構造といった異なる器官又は構造に関することもできて、算出された表面表現において視覚化されることもできる。特に、皮膚の表面の下に配置される構造が視覚化されることができる。
【００４０】
標的物体の位置、即ち、標的物体の位置が、器官の位置として見られることができるか、又は器官の形状、病変の位置、病変の形状及び対象物が、構造又は体の血管として理解されることもできる。更に、器官位置、器官の形状、病変位置及び／又は病変形状が、対話的に規定されることができる。
【００４１】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、この方法は、適合された外科的介入計画を患者の体の部分上へ投影するステップを含む。
【００４２】
こうして、外科的計画が、投影により患者に移されることができる。投影計算ソフトウェアは、患者の体の表面走査からのデータを使用することができ、外科的計画の患者の表面上への投影を算出するため、較正情報を使用することもできる。この側面に関する更なる詳細は、図６及び図７のコンテキストにおいて説明される。この実施形態は、これより前及びこれより後に規定される算出方法に基づき使用されることができる点に留意されたい。しかしながら、いくらか異なる態様で提供される外科的計画の投影も、これと共に開示される。これは、図６及び図７のコンテキストにおいて開示される投影側面に関してもあてはまる。
【００４３】
プロジェクタの幾何学的なプロパティ又は特性は既知でなければならない。即ち、画像の特定のピクセルを投影するのにプロジェクタがどのビーム（それは、空間における方向及び開始点により規定されることができる）を使用するかはユーザに対して既知でなければならない。これは、適切な較正方法により決定されることができる。プロジェクタに対する患者の位置及び方向も、既知でなければならない。これは、表面スキャナでの測定により決定されることができる。本書に記載される好ましい実施形態において、面スキャナ及びプロジェクタは、１つのシングルデバイスを共に提供する。その結果、幾何学的なパラメータは、変化されず、一度だけ決定される必要がある。外科的介入計画の基礎となる／において使用される患者表面の位置及び方向は、最適化ステップにおいて患者の測定された表面に適合されることができる。従って、プロジェクタに対する空間におけるカット／切開の位置は、既知であり、投影されることになる画像の算出は、減少された複雑さを持つ。一方、外科的介入計画が、正確な態様において患者上に示されることが確実にされる。
【００４４】
斯かる投影と組み合わせて、患者の体上に分配される蛍光物質が使用されることができる。これは、投影光により励起され、ユーザは、外科的計画を示す患者の皮膚における励起された及び光放出分子を利用することができる。これは、患者の皮膚における算出された計画の改良された転送を容易にすることができる。
【００４５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、この方法は、表面スキャナを用いて患者の体の部分の表面を走査するステップを有する。これにより表面データ、即ち患者表面のデータが生成される。
【００４６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、表面データに基づき、適合された外科的介入計画を患者の体の部分上へ投影するため投影データを算出するステップが含まれる。
【００４７】
対応する例示的な実施形態において、図７に示される装置又はシステムが、斯かる方法を実行することができる。有利には、斯かる方法は、マーキングにより、投影及び適合された外科的介入計画を患者の体上へ移すことを可能にする。これにより、患者の体における算出された計画の転送の精度が増加される。
【００４８】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、リモートで活性化可能なマーキング・ペンに起動信号が送信される。これにより、適合された外科的介入計画に基づき、ペンが作動される。
【００４９】
例えば、ペンの測定された位置が適合された外科的介入計画に規定されるラインと整合する又はラインに対応するとき、本書に規定される制御ユニットは、ペンを作動させるよう構成されることができる。言い換えると、自動的な描画装置が、使用されることができる。これは、以前に算出された介入計画に基づき、外科医が、術前のコンピュータベースの計画を患者の皮膚上へ容易に描くことを可能にする。こうして、追跡されたアクティブペンが、患者の皮膚上へ切開ラインを描くのに使用される。従って、患者の皮膚上に計画された切開ラインの描画を生成することが、非常により容易で、より高速で及びより正確である。こうして、ペンは、所定の外科的介入計画に対応する位置にのみ描くことができる。ペンと、ペン及び算出された計画の位置に基づき信号生成及び送信を行う装置／システムとの対応する例が、図９のコンテキストに記載及び説明される。斯かるシステムは、算出された外科的計画の描画（又は３Ｄ表面表現）を患者の皮膚上に高い精度で自動的に作成する。
【００５０】
この実施形態は、これより前及びこれより後に規定される算出方法に基づき使用されることができる点に留意されたい。しかしながら、いくらか異なる態様で提供される外科的計画と組み合わせて、ペンの位置に基づかれるペンのこの遠隔起動の使用も、これと共に開示される。
【００５１】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、患者の表面上のペンの位置が、測定され、ペンの測定された位置が適合された外科的介入計画のラインに対応する場合、ペンが作動される。
【００５２】
この方法は、位置を測定して、外科的介入計画の描画又は３Ｄ表面表現を作成するデバイスにより実行されることができる。切開の計画は、患者画像に基づき実行されることができるか、又は本書に記載される方法により実行されることができる。追跡されたアクティブペンが、切開ラインを描くのに使用されることができる。追跡されたアクティブペンの位置は、位置測定デバイスにより測定されることができる。この点で、ペンは、従来技術のナビゲーションシステムのポインティング器具を置き換える。更に、本発明のこの実施形態において、アクティブペンの描画機能は、送信部を有する装置により、オン／オフに切替えられることができる。コンピュータソフトウェアは、アクティブペンの先端が切開ライン上にあるときはいつでも、描画がスイッチオンにされる態様でデバイスの先端を制御することができる。それが切開ライン上にないときはいつでも、描画は送信部によりスイッチオフにされる。斯かるシステムの例示的な実施形態は、図９のコンテキストにおいて示され、及び説明される。
【００５３】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、ペンの収縮ユニットを作動させるステップが、この方法により含まれる。
【００５４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、外科的介入計画を算出する装置が提示される。この装置は、患者の表面のデータ及び計画された外科的介入のデータを受信する受信ユニットを有する。更に、算出ユニット、ディスプレイユニット、インタフェース及びデータベースが含まれる。算出ユニットは、患者の体の受信されたデータに基づき、患者の体の一部の表面表現を作成するよう構成される。更に、インタフェースは、データベースに格納される複数のパラメータ化された外科的方法からの第１の外科的方法の選択であるユーザ入力を受信するよう構成される。更に、算出ユニットは、選択された第１の外科的方法に基づき、外科的介入計画の幾何学的なパラメータを適合し、適合された外科的介入計画を算出するよう構成される。更に、ディスプレイユニットは、適合された外科的介入計画をユーザに表示するよう構成される。
【００５５】
斯かる装置の例示的な実施形態は、図５、図７、図８及び図９を参照してより詳細に説明される。一般に、斯かる装置は、本書に記載されるさまざまな異なる方法をユーザが実行するよう構成されることができる。
【００５６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、表面スキャナ及び投影デバイスが、この装置に含まれる。表面スキャナは、患者の体の部分の表面を走査する構成され、これにより表面情報が生成される。投影デバイスは、適合された外科的介入計画を患者の体の部分上へ投影するよう構成される。
【００５７】
斯かる装置に関するより例示的な詳細が図６及び図７のコンテキストにおいて与えられ、対応する方法の実施形態の側面も本書に開示される。
【００５８】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、この装置は、適合された外科的介入計画に基づき、リモートで活性化可能なペンを起動させるよう構成される。
【００５９】
言い換えると、所望の及び算出された外科的介入計画は、ペンの現在の位置を考慮してリモートで活性化可能なペンを起動させる基礎として使用されることができる。言い換えると、ペンの描画能力は、この装置によりオン／オフに切替えられることができる。患者の皮膚にわたり誘導されるときペンの先端が切開ライン上にあるときはいつでも、描画がスイッチオンにされる態様で、この装置はペンの先端を制御することができる。ペンが切開ライン上にないときはいつでも、描画はスイッチオフにされる。
【００６０】
ある例示的な実施形態では、この装置は、送信部と、受信部を持つリモートで活性化可能なペンと、制御ユニットとを有する。従って、ペンは、装置の残りとは別に実現される。送信部が、ペンの受信機に対して起動信号を送信し、これにより、適合された外科的介入計画に基づき、及びペンの現在の位置に基づき、ペンが起動されるよう、制御ユニットは、送信部を制御するよう構成される。
【００６１】
言い換えると、例示的な実施形態において、外科的介入計画を算出するシステムが与えられる。このシステムは、前述及び後述の装置を有し、この装置は更に、送信部及び制御ユニットを有する。このシステムは更に、受信機を備えるリモートで活性化可能なペンを有する。更に、送信部が、リモートで活性化可能なペンの受信機に対して起動信号を送信し、これにより、適合された外科的介入計画に基づきペンが起動されるよう、制御ユニットは、送信部を制御するよう構成される。本発明の更なる詳細及び特定の実施形態は、図９のコンテキストに記載され、及び説明される。
【００６２】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、投影が終わったあと投影された外科的計画の可視画像を保持するため、患者皮膚における例えば粉又はゲルといった蛍光物質の使用が与えられる。
【００６３】
提案された本発明による、コンピュータ生成された計画を患者皮膚にコピーするための可能なワークフローが、以下に表される。コンピュータ化された外科的計画は、自動的に、又は、対話的に作成され、本書に記載される方法及び装置に基づき、患者の生体構造に対して適合される。患者は、蛍光粉、又は斯かる粉を含む透明なゲルにより、胸部を覆うことにより準備される。他の蛍光物質が、使用されることもできる。
【００６４】
例えば、市販の非毒物「Europium UltraGlow Powder」が使用されることができる。しかし、他の物質も、本書に記載される目的に関して適切である。投影デバイスは、高輝度で短い時間患者の体上に計画を投影するために使用される。代替的に、投影デバイスは、外科的計画に含まれるラインを追跡するレーザーデバイスを組み込むことにより修正される。紫外レーザーは、蛍光粉を活性化するために使用されることができる。蛍光物質を活性化するために、他の光源が用いられることもできる。外科的計画に含まれるライン及びマーカーのサイトにおいて、紫外レーザー又は計画プロジェクタにより使用される光に含まれるＵＶ要素により、蛍光粉は活性化される。
【００６５】
投射されたマーカーのサイトでの蛍光粉の活性化により、患者が移動するとき又は胸部が変形されるときでも、これらは、患者皮膚上で見えるままである。計画のこの可視性は、薄暗い光の状態の下で限られた時間の間だけ実現されるかもしれない。計画を永久にキャプチャするため、それは、永久マーカーを用いて外科医により追跡されることができる。
【００６６】
本発明の主旨は、外科医がコンピュータ上で術前計画及び描画を行うことを可能にする、外科的介入に関する計画システムを提供することと見ることができる。それらを皮膚上に仮想的に描画することにより、本発明は、異なる外科的技術をテストすることを可能にする。システムは、外科的計画の幾何学的な制約を自動的に考慮することができる。本発明の更なる側面において、外科的介入に関する計画及び投影システムが与えられる。これは更に、患者の皮膚上への描画としてコンピュータから計画結果の簡単な転送を可能にする。更なる側面において、リモートで活性化可能なペンが、ペンの現在の位置に基づき、及び算出された介入計画に基づき、起動される。その結果、算出された計画が、制御されたマーキングを介して、皮膚上にペンにより移される。
【００６７】
本発明のこれら及び他の側面が、以下に説明される実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の例示的な実施形態による外科的介入計画を算出する方法のフローダイアグラムを概略的に示す図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態による、テクスチャマッピングを持つ３Ｄ表面レンダリングの例を示す図である。
【図３】本発明による例において用いられる外科的計画がどのように幾何学的にパラメータ化されることができるかを概略的に示す図である。
【図４】本発明によるデータベースに格納されることができる複数の胸部手術方法を概略的に示す図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による装置におけるワークフローを示す図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態によるスキャナ及びプロジェクタを有する装置を概略的に示す図である。
【図７】本発明の別の例示的な実施形態によるスキャナ及びプロジェクタを持つ装置とワークフローとを概略的に示す図である。
【図８】本発明の別の例示的な実施形態による装置を概略的に示す図である。
【図９】本発明の別の例示的な実施形態によるリモートで活性化可能なペンを持つ装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
図１は、本発明の例示的な実施形態による外科的介入計画を算出する方法のフローダイアグラムを示す。ステップＳ１において、患者の表面のデータが受信、提供、又は取得される。ステップＳ２において、計画された外科的介入のデータが、提供又は取得される。更に、ステップＳ３において、患者の体の一部の表面表現が、受信されたデータに基づき作成される。ステップＳ４において、データベースに格納される複数のパラメータ化された外科的方法から第１の外科的方法を選択することが実行され、ステップＳ５において、外科的介入計画の幾何学的なパラメータが、選択された第１の外科的方法に基づき適合される。更に、適合された外科的介入計画をユーザに表示するステップが、提示された方法にも含まれ、ステップＳ６で示される。
【００７０】
胸部外科の分野におけるこの実施形態の特定の例が、以下に表される。患者の表面の生データは、写真及び／又は表面走査としてキャプチャされる。その後、胸郭及び胸部の表面表現が作成され、これにより、三角測量が使用される。このため、例えば、乳頭位置、乳頭直径、左右対称ライン、鎖骨位置、乳房下部の折り目の位置といった特徴点が加えられ、並びに／又は、腫瘍位置及び／若しくは切除マージンといった腫瘍データが同様に加えられることができる。これは、ユーザにより対話的に、又は、形状及び画像特徴アナライザを用いる装置により自動的に実行されることができる。その後、外科医は、データベースから外科的方法の選択を始動する。この選択は、システムにより行われる。対応する計画の幾何学的なパラメータは、パラメータ化された態様において適合及び表現される。外科医が結果として生じる計画に満足する場合、それは、視覚化され、手術室への転送のため格納されることができる。更なる詳細は、図５の例示的な実施形態から集められることができる。
【００７１】
図１の実施形態の別の特定の例が、以下に記載される。この例は、患者の表面をキャプチャして、例えば上述した装置により、この表面へ計画結果をバックプロジェクションする。本書に記載される蛍光物質はその後、患者の体の皮膚に計画を移すのに使用されることができる。表面スキャナ及びプロジェクタ、即ち投影デバイスの組み合わせが、使用される。表面スキャナが使用され、プロジェクタは好ましくは、ピコプロジェクタとすることができる。好ましくは、スキャナ及びプロジェクタは、単一のデバイスに一体化される。最初のセッションにおいて、患者の表面及びテクスチャ情報が記録される。外科的計画が算出又は選択された後、計画は、患者に移されることができる。表面は、再スキャンされる。この情報は、選択された外科的計画と組み合わせられる。この情報はオプションで、較正情報と組み合わせられ、患者表面へバックプロジェクションされる。外科医はその後、ペンで表面をマークすることができる。こうして、投影及び適合された外科的介入計画がマーキングにより患者の体へ移される。本書に記載されるように、リモートで活性化可能なペン又は患者の体に分配される蛍光物質が使用されることができる。
【００７２】
更に、図１に類似する本発明の別の例示的な実施形態によれば、投影及び適合された外科的介入計画をマーキングによって患者の体へ移すステップが含まれる。
【００７３】
図１の実施形態の別の特定の例が、以下に記載されることができる。算出された外科的介入計画に基づき、即ち方法の１つ又は複数の繰り返し後に提供される適合された外科的計画に基づき、リモートで活性化可能なペンが、その現在の位置に基づき作動される。この側面に関する更なる詳細が、例えば図９から集められることができる。
【００７４】
更に、図１の方法は、作成された表面表現における患者の体の標的物体の位置を局所化するステップと、作成された表面表現における標的物体の局所化された位置を視覚化するステップとを有することもできる。
【００７５】
更に、図１に記載される方法は例えば、以下の手術方法を利用することができる。これは非限定的な実施形態として言及される。複数の外科的方法は、周囲マンモプラスティ、下茎マンモプラスティ、オメガマンモプラスティ、側方マンモプラスティ、中央マンモプラスティ、Ｊプラスティ、垂直マンモプラスティ、Ｌプラスティ、乳房下方折り目プラスティ、逆Ｔマンモプラスティ、バットウイング方法及びこれらの任意の組み合わせを有するグループから選択されることができる。もちろんパラメータ化されることができる他の介入技術及び手術方法も使用されることができる。パラメータ化の原理は、本書において例えば図３及び図４のコンテキストにおいて詳細に説明される。
【００７６】
更に、外科的介入計画を算出するプログラム要素及び外科的介入計画を算出するコンピュータプログラムが格納されるコンピュータ可読媒体が、本発明により含まれる。これらの実施形態は、以前に説明された方法、特に図１のコンテキストにおいて説明された方法に一致する。
【００７７】
上記コンピュータプログラム要素は、コンピュータプログラムの部分とすることができる。しかし、それは、全体のプログラム自体とすることもできる。例えば、コンピュータプログラム要素は、本発明を得るため、既存のコンピュータプログラムをアップデートするために用いられることができる。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体に格納／配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。
【００７８】
コンピュータ可読媒体は、例えば、ＵＳＢスティック、ＣＤ、ＤＶＤ、データ記憶デバイス、ハードディスク又は上述したプログラム要素が格納されることができる他の任意の媒体といった記憶媒体と見られることができる。シングルプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテム又はステップの機能を果たすことができる。外科的介入計画を算出する斯かるプログラム要素及びコンピュータ可読媒体の例が更に、特に図５、７及び８のコンテキストにおいて図示及び／又は説明される。
【００７９】
図２は、テクスチャマッピングを持つ３Ｄ表面レンダリングが、患者の表面表現でどのように見えることができるかの例を概略的に示す。図５の実施形態のコンテキストにおいて、患者の斯かる表面表現が使用される。図３において、乳頭位置、乳輪サイズ、中央矢状左右対称ライン及び腫瘍が示される。
【００８０】
図３は、外科的介入計画が幾何学的にどのようにパラメータ化されることができるかの例を概略的に示す。画像３０１において、矢印３０２〜３０６は計画の幾何学的な要素の長さ、方向及び角度を示す。これは計画の間、適合されることができる。これらの適合は、ユーザ入力によりもたらされることができる、又は患者の表面の提供されたデータ及び計画された外科的介入のデータを考慮するとき自動的な算出によりもたらされることができる。図３において、少なくとも１つの幾何学的な制約がどのように見えることができるかが示される。斯かる幾何学的な制約の例が、図３において見られることができる。特定の実施形態において、切開／カット３０４の長さは、切開／カット３０５の長さの２倍であるべきである。左のカット／切開３０６の長さは、右のカット／切開３０６の長さに等しくなければならない。更に、円形カットの長さは、乳輪の円周に等しくなければならない。画像３０７は、患者の皮膚に対して投影又はマークされる視覚化され算出された外科的介入計画である。画像３０７において、第１の外科的方法が、複数の格納された方法から外科医により選択された。画像３０８及び３０９は、図３０７と比較して別の異なる外科的方法の視覚化である。画像３０８及び３０９の間の差は、個別の外科的計画の異なるパラメータ表示である。
【００８１】
図４は、胸部手術に関する異なる外科的方法を概略的に示す。これらの例は、斯かる胸部手術方法の非限定的な例として理解される。胸部手術に関する複数の方法は、周囲マンモプラスティ、下茎マンモプラスティ、オメガマンモプラスティ、側方マンモプラスティ、中央マンモプラスティ、Ｊプラスティ、垂直マンモプラスティ、Ｌプラスティ、乳房下方の折り目プラスティ、逆Ｔマンモプラスティ、バットウイング方法を有する。これらの方法は、外科医により、及び算出装置により組み合わされることもできる。図４に表される胸部手術方法は、当業者に知られており、すべて図２及び図３に関して以前に説明された原理に基づきパラメータ化されることができる。
【００８２】
図５は、本発明による外科的介入計画を算出する装置５００におけるフローダイアグラムを概略的に示す。装置５００は、皮膚上へそれらを仮想的に描くことにより、異なる外科的技術をテストすることを可能にする。システムは、外科的計画の幾何学的な制約を自動的に考慮する。これは、以下に後述される。装置は、計画システムである。これは、計画を視覚化する手段、患者の表面の幾何学的な表現を作成する手段及びパラメータ化された外科的方法のデータベースを持つコンピュータを有する。オンコプラスティック胸部手術の非限定的な例示的なケースにおいて、図５に示される特定の実施形態のワークフローは、以下の通りである。最初に、例えば表面スキャナ５０１及び／又はカメラ５０２を用いて、写真５０４及び／又は表面走査５０３として、患者の表面の生データがキャプチャされる。これは、例えば異なる角度からの写真により、又は、マイクロソフトのＫｉｎｅｃｔセンサといった専用の表面スキャニングシステムを用いて、複数の手段により実行されることができる。このセンサは、写真と共に深さマップを測定することを可能にする。更に、形状プロセッサ５０５が、装置５００において提供される。その後、患者の胸郭の表面表現が作成される。ステップ１からの生データに基づき、表面表現５０６は、当業者により知られる三角測量を用いて作成される。カメラから取得される写真は、表面表現にリアルな色を付けるために使用される。即ちテクスチャマッピングが適用される。図２に挙げられる例だけでなく、符号５０６のこの例示的な実施形態に基づき外科医に対して示される画像に関して、撮像は、視点の角度及び図示される対象物への距離を外科医が変化させることができる態様で行われることができる。符号５０６においてされる描写は、写真及びテクスチャマッピングを持つ３次元モデルの間の差を示すために用いられる。
【００８３】
更に、生のデータキャプチャ及び形状プリプロセスの結果が、テクスチャマッピングを用いる患者の胸部及び胸郭の表面三角測量である限り、先に述べたステップ１及び２は異なる態様で実現されることができる。この方法は、テクスチャマッピングなしに実施されることもできるが、テクスチャマッピングが、図を改善することができる点に留意されたい。形状及び特徴アナライザ５０７は、装置の要素である。これは表面表現における特徴、例えば、乳頭位置、乳輪直径、左右対称ライン、鎖骨位置、乳腺下折り目の位置等を検出するために用いられる。しかしながら、この装置は、形状及び特徴アナライザ５０７なしに提供されることもできる。特徴アナライザは、自動的又は対話的とすることができる。対話的な実現の場合、表面表現は、例えばコンピュータスクリーン上で視覚化される（符号５０８）。特徴点及びラインは、例えばマウスベースのユーザインタフェースを用いて、計画外科医により対話的に識別される。更に、腫瘍位置及び／又は腫瘍切除マージンは、対話的に規定されるか又は異なるワークステーション５１１からインポートされる。ステップ５０９は、こうして腫瘍ローカライゼーションを示す（shoes）。必要に応じて、例えばＭＲＩ又はＣＴといった術前の撮像データセット５１０が使用されることができる。前述のステップの結果のスケッチが、符号５１２で示される。
【００８４】
更に、装置は、ステップ５１３において、データベース５１４に格納されるパラメータ化された外科的方法５１５の１つを自動的に選択することができる。代替的に、外科医が選択を行うことができる。この例では、方法５１６が選択される。斯かる方法の非限定的な例が、図４に与えられ、例示的なパラメータ化が例えば図３のコンテキストにおいて説明される。どの外科的方法がベストな選択であるかは、腫瘍サイズ及び位置、胸部のサイズ、胸部の形状、患者の年齢、患者プレファレンス等の複数の要素に依存する。この方法又は複数の方法の選択後、ステップ５１８において、対応する外科的介入計画の幾何学的なパラメータが、装置により適合される。外科的方法／計画は、パラメータ化された態様で表される。例えば、図３を参照されたい。カットライン（切開）の形状は、装置により患者の胸部の形状に対して適合される。適合後の結果は、符号５１９においてユーザに対して示される。ここで、外科的介入計画のパラメータの２つの異なる適合が、ユーザに対して表示される。必要に応じて、外科医は（追加的に、又は、代替的に）、ユーザインタフェースを介した入力により、外科的計画の幾何学的なパラメータを対話的に変化させることもできる。この例において、パラメータは、乳輪のサイズ、現在及び将来の乳頭位置の間の距離、切除線の間の角度、切除線の長さ及び切除の深さである。当業者は、彼が特定のケースに関して適切であることを知っている他のパラメータを利用することもできる。更に、外科医が結果として生じる外科的計画５１９に満足する場合、それは、異なる観点からの最終的な外科的計画をユーザ５２２、５２４に視覚化し、データベース５２３を使用することにより、視覚化及び格納される５２１。その後、更なる分析、患者との議論及び／又は手術室への移送が可能である。ステップ５２０はこうして、外科的方法の過去の選択に基づかれ、及び（表面表現及び計画された介入に関して受信されたデータにより）基礎をなす個別のケースの説明に基づかれる算出の結果が、満足できるかどうかを見い出す決定を表す。外科医が満足しない場合、異なる外科的方法が選択されることができ、選択５１３で始まる過去のステップが繰り返されることができる。
【００８５】
別の例示的な実施形態において、図５のコンテキストにて説明した斯かる手順を可能にする装置が提示される。斯かる装置は、図８に示されるように実現されることができる。この装置は、外科的介入計画を算出するよう構成され、（患者の表面のデータ並びに腫瘍位置及び／又は腫瘍形状のデータ、例えば、計画された介入に関するデータを受信する）受信ユニット、算出ユニット、ディスプレイユニット及びユーザインタフェースを有する。算出ユニットは、受信されたデータに基づき患者の体の一部の表面表現を作成するよう構成され、ユーザインタフェースは、データベースに格納される複数のパラメータ化された外科的方法からの第１の外科的方法の選択であるユーザ入力を受信するよう構成される。更に、算出ユニットは、選択された第１の外科的方法に基づき、外科的介入計画の幾何学的なパラメータを適合するよう構成される。また、ディスプレイユニットは、適合された幾何学的なパラメータに基づき適合された外科的介入計画をユーザに表示するよう構成される。この装置は、外科的介入に関する計画システムとして見られることができ、これは、外科医が、コンピュータ上で術前計画及び描画を行うことを可能にする。それは、皮膚上へそれらを仮想的に描くことにより、異なる外科的技術をテストすることを可能にする。システムは、外科的計画の幾何学的な制約を自動的に考慮する。
【００８６】
図６は、プロジェクタ６０１を有する表面スキャナ６００を示す。これはシーン上へ構造化された赤外線（ＩＲ）光を投影する、本発明による装置である。それは、図１、図５及び図８のコンテキストに記載される装置と組み合わせて使用されることができるが、独立して使用されることも可能である。バックリフレクションされるプロジェクタ６０１の光はその後、ＩＲカメラ６０２により検出される。三角測量により、表面シーンは算出される。同時に、可視光スペクトルにおいて作動するＲＧＢカメラ６０３が、患者の皮膚の表面色をキャプチャする。テクスチャマッピングが使用される場合、完全な３Ｄシーンがレンダリングされることができる。表面スキャナのこの例は、非限定的であり、本書において開示される本発明のさまざまな異なる実施形態において使用されることができる。
【００８７】
図７は、外科的介入計画を算出し、分析される患者の部分へ所望の計画をバックプロジェクションするフローダイアグラム及び装置７００を示す。それは従って、外科医が患者上ではなくコンピュータ上で術前計画及び描画を行うことを可能にする、外科的介入に関する計画及び投影システムである。それは、皮膚上へそれらを仮想的に描くことにより、異なる外科的技術をテストすることを可能にする。外科的計画が選択された後、それは、マーキングを用いて患者の皮膚上へ計画を移すために使用されることができる。図７の示された方法が、異なる位置で部分的に、即ち、複数の異なる算出ユニットで実行されることもできる点に留意されたい。３Ｄ走査が、ちょうどデータとして提供されることもできる。
【００８８】
装置７００は、計画を視覚化する手段を持つ算出ユニット７０１を有し、患者の表面の幾何学的な表現７０５を作成する手段７０４を有し、及び計画の結果を患者にバックプロジェクションする手段７０２を有する。算出ユニット７０１は従って、対応するコンピュータプログラム要素７０６、即ち、計画ソフトウェア要素を有することができる。計画された腫瘍切除の場合、腫瘍位置及び／又は腫瘍切除マージンが、対話的に規定されるか、又は異なるワークステーション７０７からインポートされることができる。もちろん、計画された介入に関する他のデータも、この態様で提供されることができる。必要に応じて、例えばＭＲＩ又はＣＴといった術前の撮像データセット７０８が、使用されることができる。前述のステップの結果のスケッチが、符号７０９で示される。更に、投影計算器７１０が含まれる。これは、投影データを算出し、表面データ７１１に基づき、患者の体の部分上へ適合された外科的介入計画を投影するよう構成される。こうして、システム７００は、例えばペンを用いてマーキングすることにより、投影及び適合された外科的介入計画を患者の体上へ移すことを容易にする。
【００８９】
更に特定の例において、患者の表面をキャプチャし、計画結果をそこにバックプロジェクションするため、光学表面スキャナ及びプロジェクタの組み合わせのような類似する装置が使用される。表面スキャナの例として、元々はゲーム用途に関して市場に出されたマイクロソフトのＫｉｎｅｃｔシステムが使用されることができる。更に、本発明のこの側面に関して使用されることができる市販のいわゆるピコプロジェクタに関する多数の例が存在する。それらは小さなサイズであるため、表面スキャニングシステムと容易に一体化されることができる。
【００９０】
以下において、この更なる特定された例が、図５及び図６に示される実施形態と共に、より詳細に説明されることになる。取付け及び較正に関して、以下の点に留意されたい。表面スキャナ及びプロジェクタが、固定された相対的な位置及び方向で単一のハウジングにおいて組み合わせられることができる。システムを使用する前に、組み合わせられたデバイスの光学プロパティを決定するために、較正手順が用いられることができる。この較正手順は、コンピュータ生成によるシーンの現実のシーン上への幾何学的に正しい投影を可能にするのに有益である。較正は、工場において一度だけ実行されることを必要とする。更に、表面スキャナは、テクスチャ・データだけでなく幾何学的データをキャプチャし、算出ユニットにそれを送信する。計画入力を生成するステップに関して、以下が開示される。最初のセッションにおいて、患者の表面及びテクスチャ情報が記録されることができる。ユーザは、外科的計画を作成するため、計画ソフトウェアを使用して、表面及びテクスチャ情報と相互作用することができる。必要に応じて、他の情報、例えばＸ線マンモグラム又はＭＲ画像が、例えば符号７０７（図７）又は符号５１１（図５）といったデータベースから取得されることができ、計画の間、使用されることができる。更に、外科的計画の転送が実現される。特に、外科的介入より前の第２のセッションにおいて、外科的計画が患者に移される。この目的のため、表面スキャナは、患者の表面を反復的に走査することができて、コンピュータに情報を送信する。投影計算ソフトウェアは、患者の表面上への外科的計画の投影を算出するため、取付け及び較正フェーズからの較正情報と共にこの情報を使用することができる。外科的計画は、表面上で外科医により見られることができて、ペンでマークされることができる。
【００９１】
図８は、外科的介入計画を算出する装置８００を概略的に示す。装置は、算出ユニット８０１、ディスプレイユニット８０２、患者の表面のデータ及び計画された外科的介入のデータを受信する受信ユニット８０３を有する。更に、インタフェース８０４及びマウス８０５が、図８に記載される。更に、コンピュータ可読媒体８０６は、ＵＳＢスティックとして実現される。そこには、コンピュータプログラム要素８０７が格納される。このコンピュータプログラム要素は、本発明による外科的介入計画を算出するためのものである。デバイス８１０は、胸部乳房Ｘ線撮影デバイスである。更に、処理ユニット８０９が表される。そこには、コンピュータプログラム要素８０８が格納される。図８の装置８００は、図６及び図７のコンテキストにて開示される表面スキャナ及びプロジェクタと組み合わせられることができ、以下において図９のコンテキストにおいて説明及び記載されるリモートで活性化可能なペン９０１と組み合わせられることもできる。
【００９２】
図９に関する装置及び方法を説明する前に、この主題に関して以下が留意されなければならない。本発明の例示的な実施形態によれば、ペンの位置を測定するよう構成され、及びペンの測定された位置が適合された外科的介入計画のラインに整合するとき、ペンを作動させるよう構成される装置が本書において提示される。必要に応じて、この機能及び特徴は、これより前及びこれより後に記載される実施形態と組み合わせられることができる。
【００９３】
図９は、外科的介入計画を算出するシステムを示し、これは、送信部及び制御ユニットを持つ装置を有する。このシステムは、受信機を有するリモートで活性化可能なペンを有する。詳細には、図９は、外科的介入計画を算出し、算出された計画を患者の皮膚上へ移すためペンをリモートで作動させる装置９００を概略的に示す。装置９０２は、前述された装置、例えば図５、図６、図７及び図８において説明された装置と同様に実現されることができる。それに加えて、送信部９０３及び制御ユニット９０４が含まれる。リモートで活性化可能なペン９０１の受信機９０６に対して送信部が起動信号を送信するよう、制御ユニット９０４は、送信部を制御するよう構成される。電池９０７が、ペン９０１において提供されることができる。更に、収縮ユニット９０５が、ハウジング９１０において図示される。符号９０８はリフィルを表し、符号９０９は位置測定システムに関するＬＥＤを表す。このアクティブペン９０１は、その描画機能をスイッチオン及びオフにする機構を持つ。これは、収縮／延長機構で実現されることができる。これはペンのハウジングに組み込まれ、リフィル、即ちペンのインクを含んでいる部分を収縮させる、又は延ばす。収縮／延長機構は、装置９０２の送信部９０３から信号を受信するペンにおける受信機ユニットにより始動されることができる。この信号は、赤外線、無線パルス又は他の適切な起動信号により送信されることもできる。ペンにおける電池は、収縮／延長機構及び受信機を作動させるためのエネルギーを提供する。しかしながら、このコンテキストにおいてＲＦＩＤ技術が使用されることもできる。位置測定システム（図示省略）が、ペンの位置を測定し、制御ユニット９０４に対してこれを送信する。装置９０２は、この位置を、外科的計画、特に適合された外科的介入計画に格納される位置と比較する。格納された位置の１つに対してペンの位置が十分に近いとき、ナビゲーションシステムはペンをスイッチオンするための信号を送信する。ペンの位置があまりに遠く離れているとき、ナビゲーションシステムは、ペンをスイッチオフするための信号を送信する。こうして、ペンは、所定の外科的介入計画に対応する位置でだけ描画することができる。この装置は、アクティブペンの容易な位置決め及び照準を可能にするため、患者の画像におけるペンの位置を表示することもできる。ペンの描画機能をスイッチオン及びオフにする他の方法も、本発明により含まれる点に留意されたい。例えば、斯かる切り替えプロセスに圧力が使用されることができ、ペンの起動に弁が関与されることもできる。更に、受信機は、ペンのオン／オフ状態をナビゲーションシステムに送信する手段を具備することができる。
【００９４】
本発明の例示的な実施形態によれば、ペンの位置を測定するよう構成される装置が提示される。そこでは、ペンの測定された位置が適合された外科的介入計画のラインと整合するとき、この装置が、ペンを作動させるよう構成される。
【００９５】
この原理、及びこの装置とリモートで活性化可能なペンとの間の相互作用は、図９の非限定的な例から収集されることもできる。
【００９６】
更に、本発明の別の例示的な実施形態によれば、ペンは、収縮ユニットを有する。この収縮ユニットは、ペンの現在の位置に基づき及び算出された外科的計画に基づき、リモートで活性化可能でもよい。
【００９７】
図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解され、実行されることができる。請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。請求項における任意の参照符号は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。
【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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