(57)【要約】【課題】  手術精度を向上させるための手術支援システムを提供する。【解決手段】  核磁気共鳴撮像装置1により3Dボリューム画像を撮像し、前記3Dボリューム画像を処理して特定領域を描出し、前記3Dボリューム画像と前記特定領域から治療経路を描出し、手術時において手術に関する情報を表示器に表示すると共に、当該手術に関する情報を連続的に記録し、前記術具や手術器具位置を特定領域まで誘導して治療を補助し、前記誘導した術具や手術器具の位置先端と特定領域中心からの距離又は連続的に記録した情報に基づいて術具誘導位置精度、術者の疲労又は患者の治療領域を判定し、前記判定の結果に基づき警告を発する。【選択図】          図22
2013135738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医用画像診断装置と、
術具や手術器具の位置を検出する三次元位置検出装置と、
手術者を含むスタッフの行動を含む映像情報を記憶映像記録装置と、を備えた手術支援システムであって、
前記医用画像診断装置により３Ｄボリューム画像を撮像する第１の手段と、
前記３Ｄボリューム画像を処理して特定領域を描出する第２の手段と、
前記３Ｄボリューム画像と前記特定領域から治療経路を描出する第３の手段と、
手術時において手術に関する情報を表示器に表示すると共に、当該手術に関する情報を連続的に記録する第４の手段と、
前記術具や手術器具位置を特定領域まで誘導して治療を補助する第５の手段と、
前記誘導した術具や手術器具の位置先端と特定領域中心からの距離又は連続的に記録した情報に基づいて術具誘導位置精度、術者の疲労又は患者の治療領域を判定する第６の手段と、
前記第６の手段の判定結果に基づき警告を発する第７の手段と、
を備えたことを特徴とする手術支援システム。
【請求項２】
前記第２の手段は、前記特定領域を前記３Ｄボリューム画像から求めた特定領域を含む一定範囲の予備領域として求めることを特徴とする請求項１記載の手術支援システム。
【請求項３】
前記４の手段は、前記手術者の行動を含む映像情報を時系列に映像用カメラにより撮像し、当該映像情報をメモリ上に記録し、当該映像情報と過去の映像情報と前記表示器に比較表示することを特徴とする請求項１記載の手術支援システム。
【請求項４】
前記第６の手段は、術具や手術器具先端と特定領域中心からの距離を計算し、当該計算された距離が予め設定した距離を越えるか否かを判定し、前記第７の手段は、当該計算された距離が予め設定した距離を越えた場合には精度未達成の警告を前記手術者に対して明示することを特徴とする請求項１記載の手術支援システム。
【請求項５】
前記第６の手段は、治療前後の３Ｄボリューム画像にて治療領域を算出し、特定領域と差分して規程割合以上の治療成績が得られるか否かを判定し、前記第７の手段は、治療成績が得られない場合には術者に対して警告することを特徴とする請求項１記載の手術支援システム。
【請求項６】
前記第６の手段は、前記第４の手段を用いて手術者の眼球位置を検出し、手術開始時と現在の差分情報に基づき前記手術者の集中力が低下しているか否かを判断し、前記手術者の集中力が低下していると判断した場合、前記手術者の頭部移動距離又は体の姿勢の変化量を時系列的に記録し、前記第７の手段は、手術開始時から規程値以上の変位量もしくは過去と現在の差分量を越えた場合には警告を発することを特徴とする請求項１記載の手術支援システム。
【請求項７】
前記第６の手段は、超音波画像とそれに附属する位置情報を記録しておき、手術開始と現在の腫瘍の位置ズレや皮膚表面の位置又は形状を含む特異領域が規程値以上の変位量を越えるか否かを判断し、前記第７の手段は、当該特異領域が規程値以上の変位量を越えた場合には警告を発することを特徴とする請求項１記載の手術支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手術情報を記録・解析することにより、術者の疲労、術具誘導位置精度、治療領域を連続的に監視して手術精度向上に寄与する手術支援システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の手術支援システムは、特許文献1に開示されている。特許文献1には、手術等の一連の作業行為において、いつ誰が何を行ったかを、精密に且つ時系列に沿って容易に一覧で把握可能なように記録している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2010-005326号公報
【特許文献２】米国特許第5522870号公報
【特許文献３】特開2005-160553号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Palmeri ML,Wang MH, Dahl JJ, Frinkley KD, et al. Quantifying hepatic shear modulus in vivo using acoustic radiation force. Ultrasound in Medicine & Biology 2008;34:546-58
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献1では、手術等の一連の作業行為において、いつ誰が何を行ったかを、精密に且つ時系列に沿って容易に一覧で把握可能なように記録することを簡易な装置構成で実現するイベント識別しているが、イベント識別に止まり手術現場にリアルタイムにフィードバックして警告して手術精度を向上させることについては配慮されていなかった。
【０００６】
本発明は、手術精度を向上させるための手術支援システム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】
前記目的を達成するために、本発明の手術支援システムは、医用画像診断装置により3Dボリューム画像を撮像し、前記3Dボリューム画像を処理して特定領域を描出し、前記3Dボリューム画像と前記特定領域から治療経路を描出し、手術時において手術に関する情報を表示器に表示すると共に、当該手術に関する情報を連続的に記録し、前記術具や手術器具位置を特定領域まで誘導して治療を補助し、前記誘導した術具や手術器具の位置先端と特定領域中心からの距離又は連続的に記録した情報に基づいて術具誘導位置精度、術者の疲労又は患者の治療領域を判定し、前記判定の結果に基づき警告を発する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、手術精度を向上させるための手術支援システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の手術支援システムの全体構成(IVR-ISC)を示す図
【図２】本発明の手術支援システムの全体構成(MRI+超音波装置)を示す図
【図３】超音波装置の全体構成を示す図
【図４】集束超音波治療を説明する図
【図５】ナビゲーションガイド表示機能(術具)を説明する図
【図６】ナビゲーションガイド表示機能(HIFU)を説明する図
【図７】本発明の実施の形態において、術具を用いた治療領域の精度をモニタリングする方法を説明する図
【図８】本発明の実施の形態において、HIFUを用いた治療領域の精度をモニタリングする方法を説明する図
【図９】本発明の実施の形態の術具誘導位置精度に関するしきい値を設定する方法を説明する図
【図１０】本発明の実施の形態の術者の疲労を監視する方法を説明する図
【図１１】本発明の実施の形態の治療領域を連続的に監視する方法を説明する図
【図１２】本発明の超音波およびMRIの撮像断面構成例を示す図
【図１３】本発明の手術前・治療パラメータ設定時のGUI表示例を示す図
【図１４】本発明の術具誘導時・ナビゲーション時のGUI表示例を示す図
【図１５】本発明のHIFUプローブ誘導時・ナビゲーション時のGUI表示例を示す図
【図１６】本発明のHIFUによる治療時のGUI表示例を示す図
【図１７】本発明の術具による治療時のGUI表示例を示す図
【図１８】本発明の治療時のタイムチャートを示す図
【図１９】MRIおよび超音波交互撮像のタイミング例を示す図
【図２０】本発明の凍結治療装置の全体構成を示す図
【図２１】本発明の温熱治療装置の全体構成を示す図
【図２２】本発明の手術支援システムのフローチャートを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
ここで、前出の先行技術文献の中で、特許文献2、特許文献3及び非特許文献1は発明を実施するための形態の欄で引用する。
【００１２】
図1に、本発明のシステムの全体構成(IVR-ISC)を示す。医用画像診断装置の代表例として示す核磁気共鳴撮像装置(以下、MRI装置)1は、例えば、垂直磁場方式永久磁石MRI装置であり、垂直な静磁場を発生させる上部磁石3と下部磁石5、これら磁石を連結するとともに上部磁石3を支持する支柱7、位置検出デバイス9、アーム11、モニタ13、14、モニタ支持部15、基準ツール17、パーソナルコンピュータ19、ベッド21、制御部23などを含んで構成されている。MRI装置1の図示しない傾斜磁場発生部は、領斜磁場をパルス的に発生させる。更に、MRI装置1は、静磁場中の患者24に核磁気共鳴を生じさせるための図示しないRF送信器、患者24からの核磁気共鳴信号を受信する図示しないRF受信器を備える。
【００１３】
位置検出デバイス9は、2台の赤外線カメラ25と、赤外線を発光する図示しない発光ダイオードを含んで構成され、断層面指示デバイスであるポインタ27の位置及び姿勢を検出するものである。また、位置検出デバイス9は、アーム11により移動可能に上部磁石3に連結され、MRI装置1に対する配置を適宜変更するものである。
【００１４】
モニタ13は、術者29が把持するポインタ27により指示された患者24の断層面の画像を表示するもので、モニタ支持部15により、赤外線カメラ25と同様に上部磁石3に連結されている。基準ツール17は、赤外線カメラ25の座標系とMRI装置1の座標系をリンクさせるもので、3つの反射球35を備え、上部磁石3の側面に設けられている。
【００１５】
パーソナルコンピュータ19には、赤外線カメラ25が検出し算出したポインタ27の情報が、術具位置データとして、例えば、RS232Cケーブル33を介して送信される。制御部23は、ワークステーションで構成され、図示しないRF送信器、RF受信器などを制御する。
【００１６】
また、制御部23は、パーソナルコンピュータ19と接続されている。パーソナルコンピュータ19では、赤外線カメラ25が検出し算出したポインタ27の位置をMRI装置1での撮像範囲の位置データに変換し、制御部23へ送信する。位置データは、撮像シーケンスの撮像断面へ反映される。ここで、同期(時相)計測装置39により、呼吸・心拍・脈拍等の生体情報がリアルタイムに取得され、同期撮像のための同期信号としてしばしば使用される。新たな撮像断面で取得されたMRI画像はモニタ13に表示される。また、MRI画像は映像記録装置34に同時記録される。例えば断層面指示デバイスであるポインタ27を穿刺針などにとりつけ、穿刺針のある位置を常に撮像断面とする様に構成した場合、モニタ13には針を常に含む断面が表示されることになる。その他、術者やスタッフの行動を監視するカメラ・映像取得記録装置41が備えられており、全体的な行動の他に眼球や頭部位置、姿勢を記録する。
【００１７】
図2に本発明のシステムの全体構成(MRI+超音波装置)を示す。基本的に図1と同じMRI構成であるが、附属機能として超音波装置40がMRI装置1を制御するパーソナルコンピュータ19と接続されている。さらに、位置を検出するためのポインタ27を取り付けた超音波プローブ37で得られた超音波画像を専用のモニタ38に映し出されるだけでなく、パーソナルコンピュータ19に転送されることで、画像処理が行われ術者用モニタ13、14に映し出される。超音波プローブ37はMRI装置1の磁場内でも作動可能なセラミックなどの非磁性体で形成されている。これより、超音波撮像断面と同一断面のMRI画像を同時に取得することができる。
【００１８】
図3に、超音波診断治療装置の構成を示す。超音波診断治療装置301は、患者302内に超音波を送受信し得られた反射エコー信号を用いて診断部位について2次元超音波画像或いは3次元超音波画像を形成して表示するとともに、患者302に集束超音波を照射して超音波治療を行うものである。超音波診断治療装置301は、患者302に超音波を照射し受信する振動子素子を備えた超音波探触子303と、超音波信号を送受信する超音波送受信部304と、受信信号に基づいて2次元超音波画像(Bモード画像)或いは3次元超音波画像を構成する超音波画像構成部305と、超音波画像構成部305構成された超音波画像を表示する表示部306、患者302に照射する超音波の量を切り換えるHIFUコントローラ309、各構成要素を制御する制御部307と、制御部307に指示を与えるコントロールパネル308とから構成されている。HIFUコントローラ309は、診断装置として動作させる場合は患者302に照射する超音波の量を弱め、治療装置として動作させる場合は患者302に照射する超音波の量を強めるように、照射する超音波の大きさを制御する。
【００１９】
なお、この例では、超音波診断装置と超音波治療装置とを一つの超音波診断治療装置として構成したが、超音波診断装置と超音波治療装置を別々の装置として構成しても良い。
【００２０】
図4に、集束超音波を用いた治療の概要を示す。図4(a)に示されるように、治療用プローブ401からの集束超音波404は、ある1点のターゲット403に集束するように照射が行われる。図4(b)に示すように、集束超音波の1回の照射により焼灼される範囲は、直径Φが5〜10mmである。したがって、集束超音波による治療を行う際は、図4(c)に示すように、集束超音波の照射位置であるターゲット403の位置を順次移動させて、治療領域402の全域に集束超音波を照射する。ここで、非特許文献1に示すようなARFI(Acoustic Radiation Force Impulse)による焦点可視化を行うことで理想的な焼灼領域に対して、生体組織内の実際の影響領域が算出され、三次元計測を行うことで立体的な治療予定領域を算出できる。
【００２１】
ここで、図5、図6を用いて、本システムの誘導支援表示(ナビゲーション)機能を説明する。例えば患者501は手術台上に固定されており、術具または治療機器を用いて患部の治療を行う。本例では、術具502を用いており、非侵襲治療を行っている様子を示している。術具502は、位置検出デバイス9に取り付けられた赤外線カメラ25にてポインタ503位置から術具位置を検出し、アキシャル(Axial)504、サジタル(Sagittal)505、コロナル(Coronal)506の各画像誘導支援画像上504〜506にそれぞれ表示される。誘導支援画像504〜506の他にはVolume Rendering画像507等を任意に設定できる。術者29は、手術前に特定領域(治療領域等)510および警告領域・マージン511をAxial504、Sagital505、Coronal506の各誘導支援画像にそれぞれ設定しておく。誘導支援画像504-506上には、術具508の位置を画像上に重畳表示する。誘導支援画像504-506上にさらに術具に応じた治療予定領域(シミュレーション結果)を表示しても良い。
【００２２】
さらに、誘導支援画像504-506上の治療予定領域510が警告領域511内に入った場合に誘導支援画像504-506や治療パラメータを自動的に変更する機能も有している。その他、前記条件を手術環境に応じて変更することができる。
【００２３】
ここで、術具502の代替治療機器として集束超音波プローブ601を用いることもできる。集束超音波プローブ601は、診断用超音波プローブと一体化されており、位置検出デバイス602に取り付けられた赤外線カメラ25にてポインタ602位置からプローブ位置を検出し、アキシャル(Axial)504、サジタル(Sagittal)505、コロナル(Coronal)506の各画像誘導支援画像上504〜506にそれぞれ表示され、術具同様に治療予定領域510や警告領域511の他に集束超音波の現在位置における治療予定領域604を表示する機能を有している。
【００２４】
その他、するカメラ・映像取得記録装置41はアーム11に取り付けられており、さまざまな角度から手術情報を記録することができる。
【００２５】
図22に、本発明のフロー図を示す。本発明のHIFU治療領域可視化のフロー図を示す。MRI装置1を用いて複数の3Dボリューム撮像および3D画像の三次元再構成を行い(S101)、この画像を用いて三次元再構成された3D画像から画像処理にて特定領域描出(治療必須領域：セグメンテーション)を描出する(S102)。治療計画実施後(S103)、治療機器に必要なパラメータを入力(S104)する。ナビゲーション等の手術支援誘導機能を起動して(S105)、手術を開始する(S106)。
【００２６】
手術時は、術者の行動や画像情報を全てモニタリングし、連続的な時系列情報として記録される(S107)。術具36の位置を追随して誘導支援画像504-506上に重畳表示することで(S108)、GUIや数値情報を用いて術具36を治療計画位置(目的位置)へ誘導する(S109)。誘導後は超音波画像やMRI画像にてターゲットの位置を確認後(S110)、集束超音波による治療の準備を行う。HIFUによる治療予定位置を特定することで、腫瘍：ターゲット内のどの領域が治療されるのか判別される。
【００２７】
治療開始時は、画像(MRI、超音波他)によるモニタリングは必ず実施する(S111)。このとき、ナビゲーション画面上には目標位置に対する術具(治療器具)誘導位置精度が常に表示されている(S112)。術者の目標位置に対する術具(治療器具)誘導位置精度は、術具に磁気センサなどの位置センサを内蔵し、術具が誘導される位置をメモリに順次記憶されている目標位置との比較して、位置センサの検出値と記憶された目標位置と比較して例えば、位置センサの検出値が目標位置から所定の閾値以上に位置がずれていたら、術具(治療器具)誘導位置精度の低下とする。
【００２８】
ここで、術者の目標位置に対する術具(治療器具)誘導位置精度の低下を確認した場合には(S113)、術者に休憩(または術者交代)を促す(S114)。また、映像情報による術者の疲労を検知した場合には(S115)、術者に休憩(または術者交代)を促す(S116)。その他、画像情報の見地から腫瘍を含む形状の変形を確認した場合には(S117)、画像の更新を促す警告を発する(S118)。MRIや超音波診断装置による治療効果確認を行い、残(追加)治療領域があるかどうか判断する(S119)。具体的には、治療前後の画像を取得し、当該画像から特定領域と造影(腫瘍)領域の差分による治療効果判定を行うことで、治療範囲特定と残治療領域の可視化が可能となる。治療領域が存在する場合には(S120)、記録(S107)および術具36の位置追随(S108)から繰り返す。
【００２９】
図7〜9に、本発明の実施の形態のナビゲーションにおける術具/HIFU照射位置精度を監視する方法を示す。制御部23は、例えば、腹部701をMRI等の診断装置で撮像し、治療する領域702 を特定する。ここで、ナビゲーション上で術具703を表示した場合、ユーザは特定領域(治療領域)704の中心にめがけてアプローチを行う。制御部23はナビゲーションが示した特定領域(治療領域)704の中心705と術具707の先端間の距離706を記録し、時系列にグラフ化する901。
【００３０】
一方、HIFUプローブを用いた場合も同様に、特定領域(治療領域)704の中心にめがけてアプローチを行う。具体的には、制御部23は特定領域(治療領域)704中心とHIFUプローブの焦点位置803中心が重なり合うようにする。そして、制御部23はナビゲーションが示した照射位置中心705とユーザが設定した照射位置中心806の距離807を記録し、時系列にグラフ化する(901)。さらに、制御部23はユーザが予め設定したしきい値902以上になった場合には、術具/HIFU照射位置精度が低下したと自動的に判断し、術者に対して休憩や術者交代を促す警告を発することができる(903)。
【００３１】
図10に、本発明の実施の形態の術者の疲労を監視する方法を示す。手術時における術者・スタッフ1002を監視するためのカメラ・映像41情報を用いて、術者の眼球移動距離(安定性)1004・頭部移動距離(安定性)1006・体(姿勢)変化量1008を継続的にモニタリング・グラフ化し1003、1005、1007、予め設定しておいた値1009〜1011以上の移動量もしくは変化量があれば警告し、休憩もしくは術者交代を促すことができる。
【００３２】
図11に、本発明の実施の形態の治療領域を連続的に監視する方法を示す。例えば、HIFU治療において、画像伸縮(エネルギー未付与)前状態において組織1105内の腫瘍1102に対して超音波治療1101をした例である。治療領域1103に対する炎症・腫れによる組織の隆起(もしくは変形量1110、1113)をモニタリングする1111、1115。具体的には、HIFU照射による組織の隆起がそれぞれ起こり1107〜1109、その結果として皮膚1106が変形した場合には、変化量1114が予め規程したしきい値1115を越えることになる。この状態で、ナビゲーション画像を用いた治療を継続すると目的位置とは異なる正常組織への誤治療が懸念されることから、ナビゲーション画像の更新を促す警告を自動的に発することができる。
【００３３】
図12に、本発明のMRI撮像断面構成例を示す図である。患者1201に対して術者1202は術具1203を用いて治療対象(ターゲット)に対してアプローチをする。画像情報はモニタ13、14に表示される。ここで、術具1203には位置を検出するためのポインタ1205が取り付けられており、位置検出デバイス9を用いてターゲットの位置に追従する。この情報をMRIシステムに対して連続かつリアルタイムにフィードバックすることで、対象領域1210における術具1203を含む同一MRI撮像断面1212画像を得ることが可能になる。つまり、術者はMRIによる2次元リアルタイム画像とナビゲーションによる3次元画像情報を必要に応じて手術に適用することができる。MRI装置1の高速撮像シーケンスの応用のひとつとして、フルオロスコピー(透視撮像)と呼ばれるリアルタイム動態画像化法が臨床応用されつつある。フルオロスコピーでは、1秒以下程度の周期で撮像と画像再構成を繰り返すことにより、あたかもX線透視撮像のように体内組織の動態抽出や体内に外部から挿入した器具の位置把握に用いることができる動態画像を生成・表示する。この応用は三次元高速撮像にも応用されている。
【００３４】
図13に本発明の手術前・治療パラメータ設定時のGUI表示例を示す。3D撮像、三次元再構成ボタン1301を用いて3Dボリューム撮像を行う1311。撮像した画像は3軸画像表示1320〜1322およびVolume Rendering表示1323される。次に特定領域描出ボタン1302を押下し、3D画像からターゲットとなる特定領域(セグメンテーション)をボリューム検出する1313、1324。また、必要に応じて特定領域を含む警告領域を設定しても良い。次に治療計画ボタン1303を押下し、術具のアプローチ方向を算出する1314、1325。このとき、肺や骨等の経路の妨げとなる経路を予め考慮しておく。ナビゲーションソフトには、手術シミュレーション機能もあり、術具アプローチ以外にもHIFUトランスデューサ等の間接的に治療する機能にも対応する。治療パラメータボタン1304を押下することで、治療機器設定情報を入力し、詳細情報を設定する1331。ここでは、凍結治療機器の例であり、使用する針の種類、温度のしきい値、治療予定体積、腫瘍最大直径、腫瘍最小直径等の情報が表示されている。さらに、治療パラメータ(しきい値)設定ボタン1305を押下することで、眼球移動距離1332、頭部移動距離1333、体(姿勢)変化量1334の各しきい値1335〜1337をそれぞれ設定し1315、ナビゲーション起動ボタン1306を押下して関連ソフトが起動し1316、手術開始となる1317。
【００３５】
図14に、本発明の術具誘導時・ナビゲーション時のGUI表示例を示す。画面構成は画像表示部1401、手術支援メッセージ部1402及びボタン構成によって成り立っており、事前に撮像した3D画像もしくは必要に応じて3D撮像を行い1403、Axial1413、Sagittal1414、Coronal1415、Volume Rendering1416画面上に画像が表示される。Planningボタンを押下することで1404、3D画像上にて手術経路のシミュレーションを行う1421。手術時にはナビゲーション1406を押下することで、Axial1413、Sagittal1414、Coronal1415、Volume Rendering1416画面上に手術シミュレーション情報1421と実際の術具位置1420が表示され、術者は視覚的に手術経路を補償することができる。この治療経路はボタン1407にて表示/非表示を選択可能である。また、ISC1405を押下することで、二次元のリアルタイム画像が撮像・表示され1417、シミュレーションによる手術経路1423と実際の術具位置1422が表示される。メッセージ部1419には、装置情報、患者情報、各種機能情報、術具情報がリアルタイムに表示される。術者はこれらの情報を参考に補正しつつ手術を継続する。さらにMRI絶対軸上における特定領域1426〜1428や術具位置1424、手術経路のシミュレーション結果1425を独立して表示してある。これらは独立画面1418として立体構成表示していることから、立体的かつ術具との相対距離が一目で把握できるようになっている。
【００３６】
その他、パラメータ変更/治療器具変更ボタン1407や画像情報変更ボタン1408を押下することで、手術に必要な各種パラメータや治療機器設定およびナビゲーション画像として表示している三次元画像1413〜1416がいつでも変更可能なだけでなく、術具に応じた治療予定領域も表示・変更することができる。
【００３７】
予め求めておいた治療パラメータ情報1419をモニタリングボタン1409でON/OFFを自由に変更することができ、各モニタリング情報1436〜1438は停止指示があるまで継続して情報が更新される1433〜1435。その時に、自動的に警告を発するための自動警告ボタン1410を押下しておくことで、しきい値1430〜1432以上の値になった場合には術者にわかるような音や色による各種警告をすることができる。ナビゲーションによる手術器具の誘導が終了したら、治療開始ボタン1411を押下することで治療モードへ移行する。
【００３８】
図15に本発明のHIFUプローブ誘導時・ナビゲーション時のGUI表示例を示す。超音波画像ボタン1501を押下することにより、超音波情報画面1511内の超音波画面1512にリアルタイムの映像が表示される。さらに集束超音波経路1514と特定領域描出1502ボタンで描出した特定領域・ターゲット1513も色分けされて表示される。同時に手術に必要な患者情報や手術情報も表示され、視覚的に状況を把握できるようになっている1515。また、患者情報や術具(治療装置)等の情報詳細も表示されており、HIFUプローブの深度や周波数等の各種パラメータも表示されている。
【００３９】
さらに、事前に設定した治療パラメータ1504、1505も同一画面内に表示でき1516〜1519、事前に設定した各しきい値も表示される1520〜1522。これらの値は、手術中でも変更可能であり、パラメータ変更/治療器具変更ボタン1503を押下することで、いつでも自由に設定変更可能である。一方、ナビゲーション画像はナビゲーション画像ボタン1502を押下することで、3軸断面1531〜1533の他にVolume Rendering画像1534が表示され、超音波プローブ1535の位置を画像上に重畳表示することもでき、さらに術具に応じた治療予定領域も表示することができる。
【００４０】
また、特定領域(治療領域等)・ターゲット1536および警告領域をそれぞれ設定しておくことで、3軸断面1531〜1533の他にVolume Rendering画像1534上に重畳表示することができ、実空間と画像情報を用いて手術をすることができる。3軸断面の中心は一般的に治療予定領域に設定されているが、超音波プローブ1535や治療予定領域を常に表示させることも可能である。
【００４１】
また、3D画像は画像情報変更ボタン1504を押下することで、リアルタイムに変更することができ術者の希望により自由に表示ができる。これらの画像は事前に取り込んでおいたMRI、CT、US画像を用いることもできるが、その場で撮像したリアルタイム画像を用いることもできる。治療パラメータ設定1503、1504、1505で設定した情報(HIFU照射強度全般、HIFU照射精度しきい値、術者疲労に関するしきい値、画像変形量のしきい値)はモニタリングボタン1505でON/OFFを自由に変更することができ、各モニタリング情報1523〜1525は停止指示があるまで継続して情報が更新される1517〜1519。その時に、自動的に警告を発するための自動警告ボタン1506を押下しておくことで、しきい値1520〜1522以上の値になった場合には術者にわかるような音や色による各種警告をすることができる。ナビゲーションによる手術器具の誘導が終了したら、治療開始ボタン1507を押下することで治療モードへ移行する。
【００４２】
図16に本発明のHIFUによる治療時のGUI表示例を示す。治療開始(または終了)指示に合わせて、治療ボタン1601を押下することで、HIFU照射が実施される。また、治療ボタン1601に連動して患者情報、手術情報、治療経過・ログが記録される。この機能により、治療前情報と治療中およびその差分情報(治療経過情報、残治療領域等)が画像情報として表示される。
【００４３】
また、ログ情報1606は、過去に行った治療経過内容を見直すために使用されることとなる。生体情報は、患者情報や術具(治療装置)等の情報詳細が表示され、深度や周波数等の各種パラメータが表示される。残治療領域描出ボタン1607を押下することで、治療前の特定領域・ターゲット1614から治療中の領域1615との差分情報(残治療領域)が明瞭に分かるようになっている。これより、治療前後の画像の変化が表示でき1612、治療前の形状1611との変化が一目で分かるようになっている。
【００４４】
前記機能に連動して、ナビゲーション画像は3軸断面1621〜1623およびVolume Rendering画像1624が表示され、超音波プローブ1625の位置を画像上に重畳表示することもでき、さらに術具に応じた治療予定領域1626も表示することができる。また、特定領域(治療領域等)1627および警告領域(マージン)をそれぞれ設定しておくことで、3軸断面1621〜1623に重畳表示することができ、画像情報を用いて手術をすることなる。ここで、追加治療/治療終了ボタン1608を押下することで、HIFUトランスデューサの再設置位置をシミュレーションすることができ、例えば再経路1628を3軸断面1621〜1623およびVolume Rendering画像1624内に表示できる。
【００４５】
図15と同様に治療パラメータ設定1605で設定した情報(HIFU照射強度全般、HIFU照射精度しきい値、術者疲労に関するしきい値、画像変形量のしきい値)はモニタリングボタン1602でON/OFFを自由に変更することができ、事前に設定したHIFUトランスデューサ情報1617表示機能の他に、各モニタリング情報1618〜1220は停止指示があるまで継続して情報1621〜1623が更新される。
【００４６】
また、自動的に警告を発するための自動警告ボタン1603を押下しておくことで、しきい値1624〜1626以上の値になった場合には術者にわかるような音や色による各種警告をすることができる。その他、画像情報更新ボタン1604やパラメータ変更ボタン1605は前述の通りである。最終的に治療結果がGUI上に表示され、問題なければ追加治療/治療終了ボタン1608を押下して手術・治療終了となる。
【００４７】
図17に臨床時のGUI表示例を示す。本例では、術具1717によるターゲットへのアプローチをMRI画像および超音波画像により画像支援している様子を示す。GUI上には3軸断面1710〜1712およびVolume Rendering画像が表示されており1713、術具1717や超音波探触子1714も画像上に表示されている。また、特定領域描写ボタン1702を押下することで、3軸断面1710〜1712およびVolume Rendering画像には予め描出された領域が表示される。
【００４８】
ここで、超音波画像ボタン1703およびドップラーボタン1704を押下することで、3軸断面1710〜1712およびVolume Rendering画像1713上にドップラー画像が重畳表示され超音波プローブに対して近づく血流は赤に1716、遠のく血流は青に表示される1715。 更にエラストグラフィボタン1705を押下することで、超音波装置によるエラストグラフィ画像1720が表示され、腫瘍1724や周辺組織1721が硬さに応じて識別表示されるだけでなく、治療計画領域1725、術具1723やドップラー情報1722も表示される。これらの情報を用いて、術者はターゲットに対してアプローチを行う。また、3D画像上1750に当該情報を重畳表示することも可能であり1751、術者の要望に応じて立体表示をすることもできる。
【００４９】
次のフェーズにて治療が行われる。穿刺等のアプローチ終了後、治療画像ボタン1706を押下することで、治療開始前の画像1720と治療中の画像1730が表示され、その差分画像も表示される1740。治療前後の画像1720、1730は術具1723、1733や治療計画領域1725、1735は同じであるが、実際治療中の領域1736が描出される。
【００５０】
この画像により、差分画像では、術具1743・腫瘍1741・治療領域1742・治療計画領域1744に必要に応じてドップラー情報が表示され、治療継続の判断材料とすることができる。超音波画像と交互にMRIによる治療領域の撮像もモニタリングされる1760。腫瘍1762にアプローチした術具1761 が治療を開始し、治療が行われるにつれてリアルタイムに画像が更新される1763。超音波画像同様に治療計画領域1764も表示されており、両方の画像を比閲覧できるようになっている。
【００５１】
また、腫瘍1771と治療領域1776を立体的に表示する画面もあり1770、術具1773を含む断面1774と超音波プローブ1775による撮像断面1776がVolume Rendering画像上に立体表示されるような機能もある。治療時には、生体情報や解剖学情報を表示画面もあり1707、生体情報では患者情報による緊急管理が行われ、解剖学情報では、例えば質的相補の情報や正常組織又は腫瘍組織(胆管浸潤か、周囲炎症)かを自動判断して表示する機能も備えている。
【００５２】
図18に本発明の画像処理タイムチャートを示す。患者に生体モニタを装着した後、3D撮像を行う1801。手術開始後1803、三次元位置検出装置による術具位置の検出を行われる1804。検出された位置情報は画像処理装置、MRIシステム、超音波装置へそれぞれ送信される1805、1806、1808。術具位置情報を用いて超音波画像1807、ISC画像1809が撮像され、画像データは画像処理装置へそれぞれ送信される1810、1811。画像処理内部では生体モニタ情報に基づき3D画像が連続的に表示されており1812、術具情報・治療画像・治療情報・生体情報・血流画像・エラストグラフィ画像が1画面に集約されている1813。また、必要に応じて正常組織と腫瘍組織の判断・識別が内部処理にて求められ1814、術者はこれら画像情報を用いて治療継続の判断を行う1815。
【００５３】
図19にMRIおよび超音波撮像タイミングを示す。時間軸上にMRI信号を取得する時間と1902、1909、1911、1917、超音波信号を取得する時間1905、1913が別々に設けられており、MRI画像はユーザ指定のシーケンスを用いて術具ガイディングまたは治療中の画像情報を取得する1903、1910、1912、1918。一方、超音波画像はその特徴から高速に画像を取得することができるので、通常のBモード画像1906、1914、ドップラー画像1907、1915、エラストグラフィ画像1908、1916のように複数種類の画像を繰り返し撮像することができる。また、必要に応じて3D撮像を行い、形態学・解剖学的な情報を取得してもよい。
【００５４】
局所的に組織を凍結・壊死させる凍結療法は、19世紀中頃のArnott J.の治療を始めとし、氷と食塩水を使用し、乳房や子宮頸部・頭頸部等の進行癌に灌流させ、サイズの縮小、並びに、疼通と排膿の寛解を得ていた。例えば、Arnott, J.:The remedial efficacy of a low or anaesthetic temparature. Lancet, 2, 257,1850に開示されている。
【００５５】
現在はジュールトムソン効果を併用し、高圧ガスによる凍結にアルゴンガス、解答にヘリウムガスなどによるMRI対応医療用凍結治療器(体内手術の為の精巧な凍結切除システム)が開発され、主に肝臓癌・腎臓癌・子宮筋腫などの治療に利用されている。装置の温度測定範囲は-190℃〜+80℃であり、凍結解凍の変換は容易で、10秒間に-165℃と+54℃の温度変化を得ることができる。極低温が得られる範囲は、プローブ先端部の2cmであり、それ以外の部分は室温に保たれる。また、プローブはMRI対応や直角に曲がったタイプもある。この装置は、例えば特許文献2で提案されている。
【００５６】
他方、低侵襲で効果があるとして注目されているラジオ波(RF)熱凝固療法は電気メスと同様、RF波発生装置と、これを導出して生体に通じさせる穿刺電極および生体から電流を回収する対極板からなり、RF交流電流と組織インピーダンスによるジュール熱と誘電加熱を利用し、穿刺電極周囲の電流密度の高い部分を中心に、組織自体に熱を生じさせ、生体蛋白質を凝固変性するbiomedical engineering(BME)治療である。BMEでは温度などの計測地を表示、記録が簡単に行え、複雑な計算やデータ処理も容易である。さらに遠隔測定、自動化、シミュレーション、ナビゲーションなどのシステム化も進められている。
【００５７】
温熱/凍結領域の描出はX線、CT、US、MRIなどがあるが、特にMRI装置は凍結治療においてシャープな表面線が得られ、氷の描出能がきわめて優れていることから好んで使用されている。治療中に画像診断を行い病変及び温熱/凍結領域の位置を可視化する手段は特許文献3に提案されており、臨床において有効な結果が得られている。
【００５８】
図20に本発明の凍結治療装置の全体構成を示す。主に制御部2001とプローブ2002の構成からなる。凍結治療装置は「ジュール・トムソン(Joule-Thomsos)効果」を利用したものであり、凍結と解凍ができるMR対応冷凍治療器である。本装置では凍結にアルゴンガス2003、解凍にはヘリウムガス2004が利用される。プローブは2腔構造であり2005、内部の細管先端から高圧の冷凍ガスが噴出し2006、ジュール・トムソン効果で冷却されたガスが熱交換器を通りながら2005、さらに往路の凍結ガスを冷却し、ホースを通って大気中に放出される2007。これより高圧(24〜27Mpa)のアルゴンガス2003が大気圧のプローブ先端の小室に噴出すると、プローブ先端で-185℃の極低温になる。逆に、高圧ヘリウムガス(17〜27MPa)2004の噴射では、その先端で温度上昇を示し、解凍が可能となる。実際の凍結部はプローブ先端部2cmであり、凍結領域 2011、2012はプローブの数が多いほど大きくなるので、病変 2010の大きさに合わせてプローブの本数を増減可能である。
【００５９】
図21に本発明による温熱治療装置の全体構成を示すブロック図である。主に制御部2101とプローブ2102の構成からなる。温熱治療装置は主にジェネレータ2103、ハンドピース2104及びそれに接続するディスポーザブルハンドピースケーブル2105、2106と対極板2107から構成されており、主に腫瘍などの治療に使用され、例えばモノポーラ方式で高周波電流を病変組織に伝達して病変組織を熱凝固壊死させる。温度センサ付きディスポーザブルハンドピースにより凝固温度リアルタイムでモニタでき、凝固温度設定のコントロールも可能となる。実際の凝固は針先端部を中心に直径2〜3cmであり、温熱領域2109、 2110はハンドピースの数が多いほど大きくなるので、病変2108の大きさに合わせて本数を増減可能である。
【００６０】
また、前記画像情報は、治療経過に対する画像情報の変化を時系列表示し、過去の手術・治療経過を履歴として記録する機能を有してもよい。
【００６１】
また、前記3Dボリューム画像や選択画像は手術中においても更新可能であり、パラメータ等はGUI上で容易に変更できるようにしてもよい。
また、前記3Dナビゲーションに用いる画像は、X線装置、X線CT装置、MRI装置、超音波装置のようなボリューム撮像が可能な全ての装置に適用可能とするようにしてもよい。
また、超音波プローブを有しHIFUにより患者の治療を行う超音波治療装置と、前記3Dボリューム画像からHIFU基本照射強度を設定する手段と、前記特定領域からHIFU治療計画をする手段と、をさらに備えてもよい。
【００６２】
また、前記特定領域(治療領域)は3Dボリューム画像から求めた特定領域を含む一定範囲の予備領域であってもよい。
【００６３】
また、前記HIFU基本照射強度設定は、治療器具に対してエネルギー分布を登録するものであり、エネルギー量と時間に応じて組織の伸縮量を設定してもよい。
【００６４】
また、前記手術に関する情報の治療領域をモニタリングする手段は、映像用カメラによる手術者の行動(例えば、眼球の焦点・頭位置・体(姿勢)位置)などを時系列に記録することであり、当該情報をメモリ上に記録しつつ過去の情報と比較表示してもよい。
【００６５】
また、前記治療用超音波プローブを治療領域まで誘導する手段は、算出した治療必須領域からのマージン領域を予め設定しておき、治療予定領域がその領域内にあるかどうかを判断して当該内外領域における状況を術者に提示(警告)してもよい。
【００６６】
また、前記術具誘導位置精度を判定する手段は、ナビゲーション画像上のHIFU照射目標表示位置に対する術者の設置位置の差分をモニタリングし、規定値以上の差分距離が一定回数繰り返す場合には術者に対して警告(例えば、休憩または術者交代)を促す機能を有してもよい。
【００６７】
また、前記術者の疲労を判定する手段は、カメラ・映像情報を用いて術者の眼球位置をモニタリングし、手術開始時と現在の差分情報(焦点静止度や眼球移動度)を見て集中力が低下していると判断した場合や、頭部移動距離・体(姿勢)変化量を時系列的に記録し、手術開始時から規程値以上の変位量(もしくは過去と現在の差分量)を越えた場合には警告を発し、休憩もしくは術者の交代を促す機能を有してもよい。
【００６８】
また、前記患者の治療領域を判定する手段は、例えば超音波画像とそれに附属する位置情報を記録しておき、手術開始と現在の腫瘍の位置ズレや皮膚表面の位置・形状等の特異領域が規程値以上の変位量を越えた場合には警告を発し、3Dナビゲーション画像の更新を促す機能を有してもよい。
【００６９】
また、前記画像情報は、治療経過に対する画像情報の変化(伸縮)を時系列表示することも可能であり、過去の手術・治療経過をログとして記録する機能を有してもよい。
【００７０】
また、前記3Dボリューム画像や選択画像は手術中においても更新可能であり、パラメータ等はGUI上で容易に変更できるようにしてもよい。
【００７１】
また、前記3Dナビゲーションに用いる画像は、X線装置、X線CT装置、MRI装置、超音波装置のようなボリューム撮像が可能な全ての装置に適用してもよい。
【００７２】
以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７３】
1  MRI装置、3  上部磁石、5  下部磁石、7  支柱、9  位置検出デバイス、11  アーム、13、14  モニタ、15  モニタ支持部、17  基準ツール、19  パーソナルコンピュータ、21  ベッド、23  制御部、24  患者、25  赤外線カメラ(位置検出デバイス)、27  ポインタ、29  術者、33  RS232Cケーブル、34  映像記録装置、35  反射球、36  術具(手術道具)、37  超音波プローブ、38  超音波モニタ、39  同期(時相)計測装置、40  超音波装置、41  映像用カメラ、301  超音波診断治療装置、302  患者、303  超音波探触子、304  超音波送受信部、305  超音波画押構成部、306  表示部、307  制御部、308  コントロールパネル、309  HIFUコントローラ、401  治療用プローブ、402  治療領域、403  ターゲット、404  集束超音波。
【図１】
2013135738.tif 000003
【図２】
2013135738.tif 000004
【図３】
2013135738.tif 000005
【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】
2013135738.tif 000013
【図１２】
2013135738.tif 000014
【図１３】
2013135738.tif 000015
【図１４】
2013135738.tif 000016
【図１５】
2013135738.tif 000017
【図１６】
2013135738.tif 000018
【図１７】
2013135738.tif 000019
【図１８】
2013135738.tif 000020
【図１９】
2013135738.tif 000021
【図２０】
2013135738.tif 000022
【図２１】
2013135738.tif 000023
【図２２】
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