(57)【要約】【課題】  ホログラフィを用いて快適性を向上させた手術支援システムを提供する。【解決手段】  MRI装置を用い、その撮影空間に被検体を配置し、該被検体の3次元画像を取得する取得部と、該取得部により取得した3次元画像を用い、前記被検体の3次元的な画像を表示する表示部と、前記被検体の所望の領域を手術する手術具と、該手術具の位置を検出する検出部とを備えて前記被検体の手術を行なう手術支援システムにおいて、前記手術の対象とする前記被検体の部位を、ホログラフィにより前記被検体の対象部位に重畳表示するホログラフィ部を備えたことを特徴とする手術支援システム【選択図】          図3
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴イメージング装置を用い、その撮影空間に被検体を配置し、該被検体の３次元画像を取得する取得部と、該取得部により取得した３次元画像を用い、前記被検体の３次元的な画像を表示する表示部と、前記被検体の所望の領域を手術する手術具と、該手術具の位置を検出する検出部とを備えて前記被検体の手術を行なう手術支援システムにおいて、
前記手術の対象とする前記被検体の部位を、ホログラフィにより前記被検体の部位に重畳表示するホログラフィ部を備えたことを特徴とする手術支援システム。
【請求項２】
前記手術は、切除手術であることを特徴とする請求項１に記載の手術支援システム。
【請求項３】
前記手術は、形成手術であることを特徴とする請求項１に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、手術支援システムに係り、特に、磁気共鳴イメージング装置(以下、MRI装置という。)等を組み合わせた手術支援システムにおける快適性向上技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
MRI装置は、連続的に被検体中の水素や燐等から核磁気共鳴信号(以下、MR信号と称する)を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化するものである。現在、臨床で普及しているMRI装置の撮像対象は、被検体の主たる構成物質、プロトンである。MRIは、プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または機能を2次元もしくは3次元的に撮像する。
【０００３】
MRI装置の応用例の一つとして、手術等が行なえるI-MRI装置があり、そのシステムの例として手術ナビゲーションシステムが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【０００４】
特に、特許文献1では、取得する断層像の位置によって撮像条件を変更することが可能なMRI装置が提供されている。
【０００５】
一方、特許文献1記載の従来技術に、ホログラフィと呼ばれる技術を組み合わせると、特許文献2記載のように、手術シミュレーションの高精度化、などに効果を発揮すると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2010-51615号公報
【特許文献２】特開平8-115046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、本発明者は上記従来技術を検討した結果、次のような問題点に気がついた。すなわち、上記特許文献1及び2には、ホログラフィを用いて手術等を行なう具体的な手法が開示されていない。
【０００８】
本発明の目的は、ホログラフィを用いて快適性を向上させた手術支援システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明によれば、MRI装置を用い、その撮影空間に被検体を配置し、該被検体の3次元画像を取得する取得部と、該取得部により取得した3次元画像を用い、前記被検体の3次元的な画像を表示する表示部と、前記被検体の所望の領域を手術する手術具と、該手術具の位置を検出する検出部とを備えて前記被検体の手術を行なう手術支援システムにおいて、  前記手術の対象とする前記被検体の部位を、ホログラフィにより前記被検体の部位に重畳表示するホログラフィ部を備えたことを特徴とする手術支援システムが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ホログラフィを用いて快適性を向上させた手術支援システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る手術支援システムの全体構成を示す図
【図２】本発明の実施例における手術支援システムのナビゲーションシステムガイド表示機能を説明する図
【図３】本発明の実施例に係る手術支援システムを用いた手術の流れを示すフローチャート
【図４】本発明の実施例における外科的切除術(例：頭部)を説明する図
【図５】本発明の実施例における外科的形成術(例：膝関節部)を説明する図
【図６】本発明の実施例の手術支援機構(ガイドや警告方法)に関する方法を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 
まず、図1は本発明の実施例に係る手術支援システムの全体構成である。図1において、1は、垂直磁場方式永久磁石のMRI装置である。MRI装置1の傾斜磁場発生部(図示せず。)は、傾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22に核磁気共鳴を生じさせるためのRF送信器(図示せず。)、患者22からの核磁気共鳴信号を受信する図示しないRF受信器(図示せず。)を備える。
【００１３】
更に、2と3は、垂直な静磁場を発生させる上部磁石と下部磁石である。4は、上下の磁石を連結するとともに、上部磁石2を支持する支柱である。5は、位置検出デバイスであり、後述する赤外線カメラ6と、先外線を発光する発光ダイオード(図示せず。)を含んで構成され、後述するポインタ14の位置及び姿勢を検出するものである。6は、位置検出デバイスに配置された赤外線カメラである。7は、アームであり、位置検出デバイス5を上部磁石2に接続し、位置検出デバイス5のMRI装置1に対する配置を適宜変更するものである。8及び9は、モニタであり、術者23が保持する後述するポインタ14により指示された患者22の断層面の画像を表示するものである。
【００１４】
10は、モニタ支持部であり、モニタ8及び9を上部磁石2に連結するためのものである。11は、基準ツールであり、赤外線カメラ6の座標系とMRI装置1の座標系をリンクさせるもので、上部磁石2に設けられている。12は、基準ツールに設けられた反射球である。13は、術具である。14は、術具13に取り付けられ、撮影断面の位置を指示するデバイスであるポインタである。15は、パーソナルコンピュータであり、赤外線カメラ6が検出し算出したポインタ14の位置に関する情報が、術具13の位置情報を含む位置データとして、例えば、RS232Cケーブル16を介して送信されるところである。
【００１５】
17は、制御部であり、パーソナルコンピュータ15に接続されている。パーソナルコンピュータ15は、赤外線カメラ6が検出し算出したポインタ14の位置をMRI装置1における撮像範囲の位置データに変換し、それをパーソナルコンピュータ15に接続されている制御部16へ送信する。制御部16は、パーソナルコンピュータより送られてきた位置データを、撮像シーケンスの実行を制御する際の撮像断面へ反映させる。そして、新たな撮像断面で取得されたMRI画像は、モニタ8又は9に逐次表示される。18は、制御部17に接続されている映像記録装置であり、取得されたMRI画像が取得と同時に記録されるところである。
【００１６】
このような手術支援システムによれば、例えば断層面指示デバイスであるポインタ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ように設定した場合、モニタ8又は9には常に穿刺(術具13)を含む断面が表示されることになる。
【００１７】
更に、本実施例に係る手術支援システムは、予め画像処理にて抽出した特定領域をホログラフィ表示するためのレーザー照射機構19、20がアーム7やモニタ支持部10に複数個取り付けられていて、その照射角度は三次元的に移動可能ななるようにモータによって調整が可能となっている。また、21はベッド、22は患者、23は術者である。
【００１８】
次に、図2を用い、本発明の実施例における手術支援システムのナビゲーションシステムガイド表示機能を説明する。ただし、図2において(a)は実際に手術を行っている様子、(b)は実際に手術を行っているところの断層像をMRI装置で得て、4つの画面で表示した頭部ナビゲーション画像である。ここで、図2(a)において被検体の頭部は図示しない手術台に固定されており、被検体の頭部には術具又は治療機器を用いて患部の治療が行なわれるが、本実施例では鉗子やバイポーラ等の術具を想定しており、非侵襲治療を行なっている様子を示している。
【００１９】
術具13には、ポインタ14が備えられ、ポインタ14は、位置検出デバイス5に設けられた赤外線カメラ6によって、その位置が検出され、その位置から術具13の先端位置が検出される。そして、それにより術具13がナビゲーション画像それぞれに表示される。ナビゲーション画像は、本実施例では4画面で表示されているが、それらは3軸断面(Axial,Sagittal,Coronal24〜26)や、Volume Rendering画像27等を自由にカスタマイズされるようになっている。また、手術前には予め、これから治療する予定である治療領域28及び、術具13が治療領域28に近づいたかの判別に用いる警告領域29等が術者23により設定されるようになっている。ナビゲーション画像上には、術具13の位置を重畳表示することもでき、さらに、治療する予定である治療領域28をVolume Rendering画像27上に立体表示することができる。ここで、表示の条件を手術仕様に応じて変更することができる。例えば、術具13が治療領域28か警告領域29内に入った場合にナビゲーション画像の色や治療パラメータを自動的に変更する機能を有しても良い。
【００２０】
次に、図3は、本発明の実施例に係る手術支援システムを用いた手術の流れを示すフローチャートである。次に、図3のフローチャートの各ステップを順に説明する。
【００２１】
(ステップ30)
MRI装置1は、3Dボリューム撮像により3D画像を取得する。
【００２２】
(ステップ31)
MRI装置1は、ステップ30で取得した3D画像に画像処理を行い、治療領域を抽出する。そして、治療領域を切除する外科的切除時には、得られた画像から切除領域を設定し、治療領域を形成する外科的形成時には、得られた画像から形成領域を設定する。
【００２３】
(ステップ32)
術者23は、パーソナルコンピュータ15の入力手段を用いて、術具13を挿入する角度等の治療に必要なパラメータを、入力して設定する。
【００２４】
(ステップ33)
術者23は、手術を開始する。
【００２５】
(ステップ34)
MRI装置1は、ナビゲーション等の手術支援誘導機能を用いて術具のガイドを開始する。より具体的には、連続的かつリアルタイムに手術対象領域および術具位置の検出が行われる。そして、連続的かつリアルタイムに得た手術領域情報及び術具位置情報を瞬時に反映させながらナビゲーション画像を更新する。
【００２６】
(ステップ35)
MRI装置1は、ステップ34と同時に、被検体の手術を行なっている対象(図2における(a)で示されたもの)に、切除領域又は形成領域をホログラフィで自動的に重畳する。
【００２７】
(ステップ36)
一方、術具13に取り付けられたポインタ14を用いて、術具13の位置を追跡し、患者21に重畳表示されているホログラフィの情報との距離をリアルタイムに計測し、例えば術具13が、図2で設定した警告領域29に侵入したときに、ホログラフィの全体もしくは一部の色を変更したり、音により警告する機能を有している。
【００２８】
(ステップ37)
ステップ36で示した機能を併用して、必要な処置・治療を行なう。
【００２９】
(ステップ38)
治療された領域に関する判断を行う。この処理は、X線診断装置、X線CT装置、MRI装置、超音波診断装置のようなボリューム撮像が可能な装置で再撮像を行い、画像差分処理を行って、残治療領域を算出して、その結果のもとに、治療された領域がどの領域か判断するものである。
【００３０】
(ステップ39)
上述した各ステップを、手術終了まで行なう。本ステップで手術の終了が判断されれば、終了する。終了が判断されなければ、ステップ34へ移行する。
【００３１】
図4に、本発明の実施例における外科的切除術(例：頭部)を説明する図を示す。図4において、図4(a)は腫瘍除去前、図4(b)は腫瘍除去中、図4(c)は腫瘍除去後の図である。患者22の頭部における外科的腫瘍切除術を想定すると、3次元ボリューム撮像を用いて治療領域28の抽出を行い、それを含むマージン領域を警告領域として設定する。手術用の術具13を用いて術者がアプローチを行なうが、手術前にホログラフィ用レーザー照射機構19、20を用いて、それによるホログラフィの照準を患部(治療領域)に合わせる。ここで、ホログラフィ用レーザー照射機構19、20には、背後にその向きを変えるモータが配置されていて、モータによりホログラフィ用レーザー照射機構19、20の配置角度を自動で調整するようになっている。
【００３２】
手術中には、術具13を用いて、治療領域28の切除等を行なうが、術者23は必要に応じてホログラフィ機能を用いて切除状況を確認できる。例えば、手術途中では、図4(b)のように既に切除した領域40と、残摘出領域41が混在する。ここで、ホログラフィにより重畳表示をすることで今まで切除した領域が3次元的に表示され、残摘出領域が2次元的にマーキングされる。術者23はこれらを確認しながら、今後の手術手法の確認を行なうことができる。最終的に、全ての腫瘍が除去された部分にホログラフィを重畳して、残存領域がないと(手術が経過したことを確認)して手術終了となる。
【００３３】
図5に、本発明の実施例における外科的形成術(例：膝関節部)を説明する図を示す。ここでは、膝関節42の骨42aを再生(形成)する手術を模擬している。ただし、図4と状況が異なり、骨が何らかの影響で欠落した部分44bの形成を手術前に模擬し(図5(a))、実際の手術時にはホログラフィ重畳表示機能を用いてこれから形成する領域に出来上がり完成予想関節を3次元的に表示する(図5(b)、43、44)。切除術と同様に術者はこれらを確認しながら、今後の手術方法の確認を行なうことができる。最終的に、新たな関節が形成され、事前に算出した領域との差分をとり、未形成領域がないことを確認して手術終了となる。このとき、ボリューム画像は、X線診断装置、X線CT装置、MRI装置、超音波診断装置のようなボリューム撮像が可能な全ての装置で再撮像可能であり、画像処理による差分機能を用いて未治療・残治療領域45を算出することができる(図5(c))。
【００３４】
図6に、本発明の実施例の手術支援機構(ガイドや警告方法)に関する方法を説明する図を示す。ただし、図6(a)は、形成あるいは切除手術における領域侵入時、図6(b)は形成あるいは切除手術における残領域確認時である。
【００３５】
MRI等のボリューム撮像装置から得られる画像処理機能を用いて、特定領域(46)を算出し、それを中心としたマージン領域(47)を設定する。これらの情報をナビゲーションPCおよびレーザーをコントロールするPCに情報転送し、レーザー照射機構19、20によるホログラフィ重畳表示(43、44)して、術者23に手術対象領域であることを知らせる。ここで、特定領域(46)とマージン領域(47)は、見やすくするために色分けしても良い。
【００３６】
図6(a)に示す例は、術具13により患部へアプローチする例であるが、たとえば術具13がマージン領域へ進入した場合には、ホログラフィの色を変更したり、音により術具が患部へ近づいたことを知らせるアラームを発する機能を有している。
【００３７】
図6(b)に示す例では、手術後に抽出した残領域(残形成)領域をホログラフィ表示しているが、それを音声によるものも併せて提示しても良い。
【００３８】
上述したホログラフィによる機能は、顕微鏡のようにさまざまな手術器具に取り付けることができる。この場合のホログラフィは、顕微鏡を通しても、顕微鏡を通さなくても、術者23に見えるようにすれば良い。
【００３９】
そして、被検体の手術対象位置が動いた場合に、それに重畳される上述のホログラフィも、被検体の手術対象位置の移動に応じて動くようになっていても良い。また、手術の方法のアドバイスを術中に遠隔から指示するようにしても良く、そのアドバイスをホログラフィにより表示しても良いことは言うまでもない。
【００４０】
本発明によれば、ホログラフィを用いて快適性を向上させた手術支援システムが提供される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置等を用いた手術支援システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
1  MRI装置、2  上部磁石、3  下部磁石、4  支柱、5  位置検出デバイス、6  赤外線カメラ(位置検出デバイス)、7  アーム、8、9  モニタ、10  モニタ支持部、11  基準ツール、12  反射球、13  術具、14  ポインタ、15  パーソナルコンピュータ、16  RS232Cケーブル、17  制御部、18  映像記憶装置、19、20  レーザー照射機構、21  ベッド、  制御部、22  患者、23  術者
【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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