(57)【要約】【課題】  三次元位置検出用指示器による患部の指示を非接触で行う。【解決手段】  三次元位置検出装置の多関節アーム（２）の先端に取り付けられる三次元位置検出用指示器において、指示器（３）のヘッド部（９）から複数本のレーザ光（１０ａ，１０ｂ）をヘッド部（９）の前方で交差するように放出し、その交点（１０ｃ）で標的又は仮想先端を捉えるようにしたことから、患者（Ａ）に対して非接触で患部又は仮想先端を探ることが出来、安全であり、患者に侵襲を与えず、繰り返し使用しても汚染し難く清潔を保つことができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元位置検出装置の多関節アームの先端に取り付けられる三次元位置検出用指示器において、指示器のヘッド部から複数本のレーザ光をヘッド部の前方で交差するように放出し、その交点で標的又は仮想先端を捉えるようにしたことを特徴とする三次元位置検出用指示器。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元位置検出用指示器において、少なくとも二本のレーザ光の波長が互いに相違することを特徴とする三次元位置検出用指示器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の三次元位置検出用指示器において、少なくとも一本のレーザ光が点滅することを特徴とする三次元位置検出用指示器。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の三次元位置検出用指示器において、少なくとも一本のレーザ光がヘッド部の軸心上で放出されることを特徴とする三次元位置検出用指示器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元位置検出装置の多関節アームの先端に取り付けられる三次元位置検出用指示器に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元位置検出装置が外科的手術、診断治療等の支援装置として用いられている。この三次元位置検出装置は、予めＣＴ、ＭＲＩ等により得た患部の画像をディスプレイで表示し、多関節アームに取り付けた指示器におけるプローブの先端で直接患部である標的を指し示し又はプローブを伸縮させて仮想先端を指し示し、プローブの先端の対応点をディスプレイの表示画像上でカーソル等により表示するようになっている（例えば、特許文献１，２，３，４参照。）。
【０００３】
例えば、頭蓋内の腫瘍を摘出する手術を行う場合、術者は開頭部からプローブを頭蓋内に挿入して開頭部近傍に置いた顕微鏡により頭蓋内を覗き、ディスプレイ上の画像と画像上のカーソルの位置関係を見、顕微鏡の視野内とディスプレイ上の画像とを交互に見比べながら患部の位置を確認することができる（例えば、特許文献１，３，４参照。）。また、開頭位置を決定する場合、術者は頭部表面にプローブを当てて、ディスプレイ上の画像に映し出された病巣とカーソルとの間の距離分だけプローブを縮める。一方、画像上ではこの距離分だけ遠い仮想点にカーソルが表示され、これにより体表面から病巣までの経路を開頭前に検討し適正な開頭位置を定めることができる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−３２７号公報
【特許文献２】特開平３−２８４２５２号公報
【特許文献３】特開平３−２８４２５３号公報
【特許文献４】特開平７−２７５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の指示器は金属製の線材、管材等で出来たプローブで患部又は仮想先端を探るようになっているので、患者に侵襲（人体組織への悪影響）を与えやすい。また、指示器が比較的嵩張るので顕微鏡等を使用する手術のように患部周辺のスペースが狭められる場合は指示器の操作がそれだけ面倒になる。また、指示器を繰り返し使用する場合はプローブ等が汚染されやすいという問題がある。
【０００６】
したがって、本発明は上記不具合を解消することができる三次元位置検出用指示器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、三次元位置検出装置の多関節アーム（２）の先端に取り付けられる三次元位置検出用指示器において、指示器（３）のヘッド部（９）から複数本のレーザ光（１０ａ，１０ｂ）をヘッド部（９）の前方で交差するように放出し、その交点（１０ｃ）で標的又は仮想先端を捉えるようにした三次元位置検出用指示器を採用する。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の三次元位置検出用指示器（３）において、少なくとも二本のレーザ光（１０ａ，１０ｂ）の波長が互いに相違する三次元位置検出用指示器を採用する。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の三次元位置検出用指示器（３）において、少なくとも一本のレーザ光（１０ａ又は１０ｂ）が点滅する三次元位置検出用指示器を採用する。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の三次元位置検出用指示器（３）において、少なくとも一本のレーザ光（１０ａ又は１０ｂ）がヘッド部（９）の軸心上で放出される三次元位置検出用指示器を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、三次元位置検出装置の多関節アーム（２）の先端に取り付けられる三次元位置検出用指示器において、指示器（３）のヘッド部（９）から複数本のレーザ光（１０ａ，１０ｂ）をヘッド部（９）の前方で交差するように放出し、その交点（１０ｃ）で標的又は仮想先端を捉えるようにしたことから、患者（Ａ）に対して非接触で患部又は仮想先端を探ることが出来、安全であり、患者に侵襲を与えず、繰り返し使用しても汚染し難く清潔を保つことができる。また、従来の金属製プローブを備えるものに比べ、指示器（３）が小型軽量化され、例えば顕微鏡（１４）等を使用する脳外科手術のごとく狭いスペース内であっても簡易に使用することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載の三次元位置検出用指示器（３）において、少なくとも二本のレーザ光（１０ａ，１０ｂ）の波長が互いに相違することから、二本のレーザ光（１０ａ，１０ｂ）が互いに色違いとなり、交点（１０ｃ）を視認しやすくなる。
【００１３】
請求項３に係る発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の三次元位置検出用指示器（３）において、少なくとも一本のレーザ光（１０ａ又は１０ｂ）が点滅することから、交点（１０ｃ）も点滅することになり、交点を視認しやすくなる。
【００１４】
請求項４に係る発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の三次元位置検出用指示器（３）において、少なくとも一本のレーザ光（１０ａ又は１０ｂ）がヘッド部（９）の軸心上で放出されることから、交点（１０ｃ）の狙いを定めやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１６】
図１に示すように、三次元位置検出装置は、患者を乗せるテーブル１、テーブル１の近傍に設置される多関節アーム２、多関節アーム２の先端に取り付けられる三次元位置検出用指示器３、コンピュータ４、ディスプレイ５、キーボード６等を備える。
【００１７】
患者ＡはあらかじめＣＴ、ＭＲＩ等により撮像され、患部の画像が断層画像としてコンピュータ４に入力される。画像は、例えば患部が頭部Ａ1であれば、マーカーで頭部Ａ1の回りに三箇所にわたって印（図示せず）を付け、この三点が同一断面に写るように撮像される。画像は一断面又は複数断面について撮像され、コンピュータ４に画像情報として入力される。ディスプレイ５上には一枚又は複数枚の画像７が映し出され、術者はディスプレイ５上の画像７を人体のマップとして利用する。
【００１８】
多関節アーム２は、複数本のアーム２ａを複数個の関節２ｂを介して直列に連結してなるもので、始端のアーム２ａが基台２ｃに接続され、終端のアーム２ａの先端に指示器３が関節２ｂを介して連結される。各関節２ｂには例えばエンコーダ（図示せず）が内蔵され、各エンコーダは回転角度を出力する。エンコーダに代えポテンショメータ等他のセンサを用いることも可能である。コンピュータ４はエンコーダからの情報、各アーム２ａの長さ等から指示器３の指示位置を演算してディスプレイ５に出力し、ディスプレイ５は画像７上に指示位置をドット、矢印、十字線等のカーソル８として表示する。
【００１９】
図３に示すように、三次元位置検出用指示器３は、そのヘッド部９から複数本のレーザ光１０ａ，１０ｂをヘッド部９の前方で交差するように放出し、その交点１０ｃで標的又は仮想先端を捉えるようになっている。
【００２０】
ヘッド部９には、二つのレーザ光発信器１１，１２と、術者が握る取っ手９ａとが取り付けられる。取っ手９ａが終端のアーム２ａに関節２ｂを介し連結される。二つのレーザ光発信器１１，１２は各々から放出されるレーザ光１０ａ，１０ｂがヘッド部９の前方の一点で交わるようにヘッド部９に固定される。レーザ光１０ａ，１０ｂの交点１０ｃが標的に合致すると、この交点１０ｃが視認可能なスポットとして現れる。この実施の形態ではレーザ光発信器１１，１２は二基のみ設けられるが、増設することにより三本以上のレーザ光を一点で交差させるようにしてもよい。
【００２１】
複数基のレーザ光発信器から放出されるレーザ光は同じ波長とすることもできるが、少なくとも二本のレーザ光の波長を互いに相違させるようにしてもよい。かくすれば二本のレーザ光が例えば赤色と緑色のごとく互いに色違いとなり、術者がレーザ光の軌跡を肉眼で追いやすくなり、標的上に交点を合致させやすくなる。また、少なくとも一本のレーザ光を点滅させるようにしてもよい。かくすれば交点が点滅することになり、術者がレーザ光の軌跡を追って交点を視認しやすくなり、標的上に交点を合致させやすくなる。さらに、要すればレーザ光の太さを相互に違えるようにしてもよい。
【００２２】
図３に示すように、一基のレーザ光発信器１１は、その放出するレーザ光１０ａの光軸がヘッド部９の軸心に合致するようにヘッド部９に取り付けられ、このレーザ光発信器１１から少しばかり離れるように他のレーザ光発信器１２がヘッド部９に連結具１３で連結される。このように、少なくとも一本のレーザ光１０ａをヘッド部９の軸心上で放出することにより、術者は交点１０ｃの狙いを定めやすくなり、交点１０ｃを標的上に合致させやすくなる。もちろん、複数基のレーザ光発信器１１，１２はヘッド部９の軸心を対称軸としてヘッド部９に対称形に配することも可能である。
【００２３】
レーザ光１０ａ，１０ｂの交点１０ｃは、定点とすることもできるが、望ましくは位置変更可能とされる。交点１０ｃの変更は、レーザ光発信器１１，１２の位置、姿勢を変えることによって行うこともでき、また鏡、プリズム等を用いることによっても行うことができる。レーザ光発信器１１，１２の位置、姿勢を変える場合は、上記連結具１３を位置調整具として構成することによって達成可能である。例えば、連結具１３をネジ装置として構成し、ネジを回すことによりレーザ光発信器１１，１２同士の相対位置を変更してレーザ光１０ａ，１０ｂの交点１０ｃをヘッド部９に対し近づけたり遠ざけたりすることができる。
【００２４】
次に、上記三次元位置検出装置の指示器の作用について説明する。
【００２５】
三次元位置検出装置は例えば脳外科手術のナビゲータとして使用することができ、腫瘍、脳動静脈奇形等の病巣の摘出手術を行う際にこの三次元位置検出装置によって腫瘍等の摘出程度を確認する場合について説明する。
【００２６】
手術に先立ち、ＣＴ、ＭＲＴ等により患者Ａの頭部Ａ1について断層画像が撮像される。具体的には、患者Ａの頭部Ａ1にマーカーにより三点にわたって印が付けられ、三点が同一断面に写るように断層画像が撮像される。
【００２７】
断層画像は、三次元位置検出装置のコンピュータ４に画像情報として入力され、図１に示すように手術に際してディスプレイ５上に出力され頭部Ａ1のマップとして表示される。ディスプレイ５の画像７上では公知の画像処理等により腫瘍Ｂが明瞭に映し出される。図示例ではディスプレイ５上に一枚の画像７しか表示されていないが、複数枚の画像を並べて映し出してもよいし、立体的に映し出してもよい。
【００２８】
術者は、多関節アーム２の先端に取り付けられた指示器３からレーザ光１０ａ，１０ｂを放出させ、所定位置からレーザ光１０ａ，１０ｂの交点１０ｃまでの距離である交点距離をコンピュータ４に入力する。
【００２９】
術者が指示器３の取っ手９ａを持って指示器３を移動させると、これに追随して多関節アーム２が自在に屈曲する。コンピュータ４はあらかじめ入力されたアーム２ａの長さ、各関節２ｂのエンコーダから出力される回転角度等に基づいて演算し、レーザ光１０ａ，１０ｂの交点１０ｃである指示位置をディスプレイ５上にカーソル８として表示する。
【００３０】
続いて、術者は、患者Ａの頭部Ａ1にマーカーにより表示された各印を指示器３の放出するレーザ光１０ａ，１０ｂの交点１０ｃで指し示して各印の位置をコンピュータ４ヘ入力する。これにより、指示器３で指し示す位置とディスプレイ５に表示された画像７であるマップ上の位置が一致することとなり、手術中におけるナビゲーション操作が可能となる。
【００３１】
術者は開頭位置を決定するため次のような操作を行う。
【００３２】
術者は、指示器３の取っ手９ａを握ってレーザ光１０ａ，１０ｂの交点１０ｃを患者Ａの頭部Ａ1の表面に当て、ディスプレイ５の画像７上にカーソル８を表示させ、カーソル８から腫瘍Ｂまでの深度を測定する。そして、深度をコンピュータ４に入力し、また、指示器３を調整操作して上記交点距離から深度を差し引いた新たな交点距離にレーザ光１０ａ，１９０ｂの交点１０ｃを一致させる。
【００３３】
術者が、患者Ａの頭部Ａ1の表面にレーザ光１０ａ，１０ｂの交点１０ｃが写るように指示器３を操作すると、ディスプレイ５の画像７上では上記深度分だけ体内に入り込んだ仮想点にカーソル８が表示される。
【００３４】
これにより頭部Ａ1の表面から腫瘍Ｂまでの経路が開頭前に立体的に検討され、適正な開頭位置が決定される。
【００３５】
開頭位置が定まると、術者が患者Ａの頭部Ａ1に穴Ｃを穿設し、図２に示す如く顕微鏡１４で頭部Ａ1内を見ながら鉗子等により腫瘍Ｂを除去する。ところが、腫瘍Ｂは顕微鏡１４や肉眼では判別し難いので取り残しが生じやすい。
【００３６】
そこで、図２に示す如く術者は指示器３を頭部Ａ1に近づけて指示器３が放出するレーザ光１０ａ，１０ｂを頭部Ａ1の穴Ｃから頭蓋内に照射し、腫瘍Ｂを除去した後の空洞の内表面をその交点で示す。その場合、指示器３を再調整して交点距離を元の交点距離に戻しておく。
【００３７】
ディスプレイ５の画像７上ではカーソル８がその位置によって腫瘍Ｂの取り残しＢ1を表示する。術者は画像７上に示される腫瘍Ｂの取り残しＢ1を見て、再び顕微鏡１４で頭部Ａ1内を覗き鉗子等で腫瘍Ｂの取り残しＢ1を除去する。
【００３８】
術者は上記指示器３で腫瘍Ｂの位置をレーザ光１０ａ，１０ｂの交点１０ｃでポイントする作業と、画像７上で腫瘍Ｂの取り残しＢ1を確認する作業と、顕微鏡１４により頭蓋内を覗き腫瘍Ｂの取り残しＢ1を除去する作業とを繰り返す。
【００３９】
かくて、腫瘍Ｂが完全に除去され、頭部Ａ1の穴Ｃが閉じられ、腫瘍Ｂの摘出手術が終了する。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば上記実施の形態では患者の頭部の施術について説明したが他の部位の施術についても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る三次元位置検出用指示器を用いた三次元位置検出装置の概略図である。
【図２】三次元位置検出用指示器の使用例を示す概略図である。
【図３】三次元位置検出用指示器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
２…多関節アーム
３…指示器
９…ヘッド部
１０ａ，１０ｂ…レーザ光
１０ｃ…交点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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