(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開始位置から目標位置への方向を取得し、前記開始位置に手術器具の端部を配し、前記取得した方向に沿って前記手術器具の長軸を合わせ、その間前記端部は前記開始位置に保たれるアライメント装置を有することを特徴とする画像誘導手術システムであって、
前記アライメント装置は、前記手術器具を支持するための回転可能なアライメント部材を含み、当該アライメント部材は前記開始位置に前記手術器具の前記端部を固定するように配置され、
前記アライメント部材が球状のアライメント基体を含み、
前記開始位置が前記球状のアライメント基体の中心にあり、
開口が前記アライメント部材にあり、
前記アライメント装置は、前記アライメント部材が装着されるアームシステムを含み、当該アームシステムは前記アライメント部材の前記開始位置を調節するための制御部材を含む、画像誘導システム。
【請求項２】
請求項１に記載の画像誘導手術システムにおいて、前記アライメント装置は、当該アライメント部材を固定するためのブロッキング部材を含むことを特徴とする画像誘導手術システム。
【請求項３】
請求項１又は２の何れか一項に記載の画像誘導手術システムにおいて、前記アライメント装置は、前記開始位置と前記目標位置との間の距離として計算される距離にわたってアライメントラインに沿って前記手術器具を移動させるように配されることを特徴とする画像誘導手術システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、画像誘導手術システムに関する。
この種類の画像誘導手術システムは、米国特許公報第US 5,186,174号から既知である。
背景技術
画像誘導手術システムは、手術中に患者の体内の手術領域において手術器具の位置を外科医に見えるようにするために使用される。手術前に、患者から例えばＣＴ又はＭＲＩ画像のような画像を作る。この画像誘導手術システムは、この手術器具の位置を測定するための位置測定システムを含む。この画像誘導手術システムは、この測定された手術器具の位置から関連画像における対応位置を得るためのコンピュータも含む。手術中、この位置測定システムは患者に対する前記手術器具の位置を測定し、前記コンピュータは、この測定された前記手術器具の位置に対応する上記事前の画像における位置を計算する。この事前の画像は、モニタ上に前記手術器具の実際の位置と一緒に表示される。外科医はこの手術器具を直接見ずにモニタ上の画像に手術領域における手術器具の位置を見ることができる。このモニタ上に表示される画像において、外科医が手術領域において手術器具がどの様に動くか、組織の不要な損傷という重大な危険性無しに、且つ、特に致命的部分の損傷の危険性無しに見ることができる。
この種類の画像誘導手術システムは、好ましくは脳の手術中に前記手術器具が脳に置かれる場所を正確に外科医に示すために神経手術において使用される。
既知の画像誘導手術システムを使用する場合、所望の位置における一端を所望の方向に方位付ける上記やり方で前記器具を合わせることは難しい。これら所望の位置及び方位に前記器具を動かすために、それを動かすことが必要である一方、同時に患者に対する前記手術器具の位置を示す画像が、前記所望の位置及び方位に到達したかを決めるために観測されなければならない。この器具の正確な位置決め及び方位は相当な量の訓練を必要とし、これら操作はいまだ時間がかかる。
発明の開示
本発明の目的は、前記手術器具の正確な位置決めを容易に且つ迅速にする画像誘導手術システムを提供することである。
この目的は、目標位置に関する開始位置の方向を引き出し、この開始位置に手術器具の端部を配し、引き出された方向に沿ってこの手術器具の長軸を合わせるためのアライメント装置を含む本発明による画像誘導手術システムを用いて達成され、その間前記端部はこの開始位置に保たれる。
前記目標位置は患者の体の中又は上に通例置かれ、手術の既定の段階中にそこに前記手術器具の端部が誘導される位置である。手術中にこの手術器具は表面上の挿入位置を通り患者の体に挿入される。この目標位置は、時として前記手術器具の端部によって最終的に到達すべき最終位置でもよい。この最終位置に例えば取り除くべき腫瘍が置かれている。しかしながら、一般的に言うと、この最終位置が前記挿入位置から延在する湾曲した経路に沿って到達する場合、前記目標位置は最終位置と挿入位置との間のどこかに置かれる。前記開始位置は、一般的に言うと、患者の外側に置かれる位置であり、前記手術器具の事前に決められた点、好ましくは前記手術器具の端部は、当該手術器具のアライメントが始まる瞬間にその位置に合わせられる。前記開始位置は、好ましくは患者の外側及び前記挿入位置と目標位置とを通って延在し、以後アライメントラインと呼ばれるライン上に置かれるように選択される。これら目標位置及び挿入位置は、患者の画像情報に基づいて選択される。
前記コンピュータは、患者の（ＣＴ又はＭＲＩ）画像における対応位置から目標位置及び挿入位置を得る。このコンピュータは、次いで前記目標位置及び挿入位置を通る前記アライメントラインの方向を計算し、この方向が前記画像に再生されるので、外科医は関連する状況に対する適切な開始位置を選択することができる。最適な開始位置が置かれる前記アライメントライン上の位置は、手術の形式及び挿入位置の近くの患者の外側の関連空間に依存する。代わりとして、手術の準備中に、前記挿入位置から患者の体を通り前記目標位置へと延在するために経路が選択され、当該目標位置は、例えば血管のような不可欠な器官の損傷という重大な危険性無しに前記経路に沿って到達する。もしこのような経路が事前に決められる場合、前記アライメントラインの方向は、前記挿入位置での経路の方向である。始めに、前記手術器具は合わせられるので、その端部は前記アライメントライン上の選択された開始位置に置かれる。開始位置が正確に選択される前記アライメントライン上の場所は通例重要ではない。前記手術器具の端部の現在の位置及び前記アライメントラインが前記画像に再生されるので、当該手術器具の端部は当該アライメントライン上の適切な開始位置に直ちに合わせることができる。次いで、この手術器具は方位付けされるので、その長軸は前記アライメントラインに沿って延在する。前記手術器具の現在の方位及び前記アライメントラインが画像に再生されるので、この所望の方位を比較的容易に得ることができる。
前記手術器具の長軸が前記アライメントラインである得られた方向に沿って移動される場合、当該手術器具の端部が前記開始位置のままにいることを前記アライメント装置は保証するので、当該手術器具は所望の位置及び方位に比較的容易に動かすことができる。これはとりわけ、移送は前記手術器具の端部を前記開始位置に動かすのみに必要とされ、結果的に前記端部の周りの回転は、前記長軸の所望の方位を実現するのみに必要である。従って、合わせ操作の個々の段階において、簡単な動作のみ、即ち移送のみ及び回転のみが必要とされる。よって、従来技術と比較すると、前記手術器具の複雑な動作はそれほど必要とされない。その上、外科医が前記アライメントラインに沿って前記手術器具を方位付けする場合、当該手術器具の端部が前記開始位置のままにいるという注意をもはや外科医が払う必要はない。前記画像誘導手術システムは、前記開始位置に関する目標位置の方向を前記画像から得るのに使用されるので、立体配列フレーム（stereotactic frame）は必要ない。結果として、手術領域への自由なアクセスが実現される。
本発明による画像誘導手術システムの好ましい実施例において、アライメント装置は、前記手術器具を支持するための回転可能なアライメント部材を含む。このアライメント部材は、手術器具の端部を前記開始位置に固定するために配される。前記アライメント部材が前記手術の端部を前記開始位置に固定する場合、手術器具の当該端部の周囲の回転は可能である。この手術器具は、当該手術器具を支持するアライメント部材を回転することによって前記アライメントラインに沿って方位付けされる。
本発明による画像誘導手術システムの他の好ましい実施例において、開口は前記アライメント部材にある。
前記手術器具は前記開口に納まる。この手術器具は、前記端部が前記開始位置においてブロックされ、当該開始位置の周りの回転のみが可能であるようなやり方で前記開口に固定される。
本発明による画像誘導手術システムの他の好ましい実施例において、前記アライメント部材は、球状のアライメント基体を含む。
この球状のアライメント基体は、前記開始位置の周囲を回転するのに特に適すのに対し、前記アライメント基体は開始位置のままにいる。適切な円筒状の孔は球状の基体を通り延在するために形成される。前記手術器具は前記孔を通り納まる。この手術器具は、そこに固定される一端を介して前記孔に配されるので、前記手術器具の端部は前記球体の中心にある。次いで、球体の回転は前記手術器具が前記アライメントラインに沿って方位付けされることを可能にする一方、その端部は、前記開始位置のままにいる。
本発明による画像誘導手術システムの好ましい実施例において、前記アライメント装置は、前記アライメント部材が装着されるアームシステムを含み、当該アームシステムは、前記アライメント部材の位置を調節するための制御部材及び当該アライメント部材を固定するためのブロック部材を含む。
前記アームシステムは、これらアームが例えばヒンジのような１つ以上の連結部材を介して結合されるので、互いに関して動作可能である多数のアームを有する。このようなアームシステムはとりわけ米国特許公報第US 5,186,174号から既知である。これらヒンジは固定されるので、前記手術器具を備える前記アライメント部材を支持するアームシステムの端部が選択された位置のままにいる。前記アームシステム、特に連結部材は、前記制御部材によって固定されるので、前記アライメント部材内又は上の手術器具の端部は開始位置のままにいる。前記制御部材は、好ましくは単一の動作において前記アームシステムの様々な連結部材を固定するための単一の部材、好ましくはノブ、を有する。前記ブロッキング部材が、前記手術器具の端部が前記開始位置にあるような位置に前記アライメント部材を固定した後、当該アライメント部材は、前記手術器具が前記アライメントラインに沿って方位付けされるまで回転される。次いで、前記アライメント部材は動かなくするために固定される。この場合、前記手術器具は前記アライメント部材における開口を通りそれを動かすことによって前記開始位置から、且つ、前記アライメントラインに沿って移動することができる。前記ブロッキング部材は、好ましくは単一のノブとしても構成される。前記アームシステム及び次いで前記アライメント部材は連続して２つのノブを回すことによって簡単に固定することができる。
本発明による画像誘導手術システムの他の好ましい実施例において、前記アライメント装置は、距離を調節する及びこの調節された距離にわたって前記アライメントラインに沿って前記手術器具を置くように配される。
前記距離は、例えば前記開始位置と挿入又は目標位置との間の距離として調節される。前記手術器具が前記開始位置における端部を備える前記アライメントラインに沿って方位付けされた後、前記端部は、前記挿入又は目標位置へ正確に移動することができる。調節すべき前記距離は、前記コンピュータによって計算することも可能である。このために、外科医は、開始位置と挿入又は目標位置との対応する位置を前記画像に示すことができる。
前記距離を調節するために、前記アライメント部材は、例えば当該アライメント部材の開口に納められる管を含む。前記手術器具はこの管に収容される。前記アライメント部材における前記管の位置は、前記手術要素が前記管にスライドされる場合、前記手術器具の端部が前記挿入位置又は目標位置に正確に到達するようなやり方で調節される。
前記画像誘導手術システムは、手術中に外科医が患者の体内に前記手術器具を直接見ることができない色々な外科手術のための使用に適する。この種の外科手術は治療目的、例えば腫瘍組織の除去でもよいが、この種の外科手術は診察を行うために患者の体の内部を検査するためにも使用される。この手術器具は、患者の体を冒す色々な器具を意味することを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明のこれら及び他の特徴は、以下に記載された実施例を参照して説明され、及び明らかとなるだろう。
図は、本発明による画像誘導手術システムを概念的に示す。
発明を実施するための最良の形態
画像誘導手術システムは、手術器具３を支持するアライメント部材５を一端に備えるアームシステム１を含む。このアームシステムは、互いに回転できるように結合される複数の可動アーム７を含む。この画像誘導手術システムは、１台以上のカメラ１０及びコンピュータ２０を備える光学的位置測定システム１０，２０も含む。これらカメラは、前記手術器具を異なる方向から観測する。このために、前記手術器具は、発光ダイオード又は赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ又はＩＲＥＤ）を備え、これらダイオードの放射が前記カメラによって検出される。患者の体の上にＣＴ又はＭＲＩ画像で再生されるマークを幾つか設ける。これらマークは、例えばＣＴ画像で明確に見ることができるリード又はタンタル（tantalum）の球体である。手術前に、この患者の体の上のマークの位置は、前記画像誘導手術システムを用いて測定される。これらマークの画像の画像における対応位置も占められる。前記患者上のマークの位置と前記画像におけるマークの画像の位置とに基づいて、コンピュータ２０は、この患者（又は付近）における任意の位置を前記画像における対応位置に変換する変換を得る。
コンピュータ２０は、手術器具３の位置及びそれ故に前記患者のＣＴ又はＭＲＩ画像における対応位置もカメラ１０で供給される信号から得る。このＣＴ又はＭＲＩ画像は、手術前又は手術中に形成されてもよい。この場合、画像メモリ２１からこのＣＴ又はＭＲＩ画像を取り込むことができる。モニタ２２は、前記手術器具の位置が示される関連画像を表示する。画像処理ユニット２３を介して、前記画像メモリからの関連画像は、前記コンピュータで計算されるようなこの画像における手術器具の位置と結合される。コンピュータ２０、画像メモリ２１及び画像処理ユニット２３は、データ処理機２４に含まれる。
手術器具３の端部４は、患者３０における目標位置２に移動されなければならない。このために、前記関連画像がモニタ２２上に表示される。外科医は前記画像における目標位置を選択し、当該位置は例えば第１の色の符号を用いてマークされる。この外科医は、前記手術器具が患者の体に入るこの患者の表面上の位置である挿入位置も選択する。例えば脳手術の場合、この挿入位置は患者の頭蓋骨上に置かれる。その上、前記コンピュータはこれら目標位置と挿入位置とを通り延在するアライメントラインの方向を計算する。このアライメントラインは、好ましくは、前記手術器具によって前記最終位置へと後続すべき事前に選択された経路に対する前記挿入位置における接線である。前記データ処理機を使用することで、前記画像におけるこのアライメントラインに対応するラインが再生される。その上、その端部がアライメントライン１１上の適切な開始位置４に置かれる上記方法で、外科医は前記手術器具が納められたアライメント部材５を配する。前記光学的位置測定システムはこの開始位置を測定し、この開始位置は例えば他の符号を用いて及び／又は異なる色で前記モニタ上の患者の画像に再生される。よって、実際には、前記アライメントラインが開始及び目標位置と手術器具３の現在の位置及び向きとを前記画像で再生される。
この手術器具３は、前記アライメント部材における開口６に配される。このアライメント部材は、好ましくはアライメント基体５を球形で含む。この球体は、ベアリング１２で回転可能であり、ブロック部材９を用いてそこに固定される。孔６はこの球体５の中心を通って穴が開けられ、前記手術器具はその端部が球体５の中心で置かれる上記方法で前記孔に固定される。前記アームシステムを用いて前記球体を動かすことによって、手術器具３の端部は、前記手術要素の方位がまだ関連しない開始位置４に移動され、それ故手術器具３の前記端部が前記モニタ上に表示される画像に基づいてこの開始位置４に容易に移動することができる。本場合ノブからなる制御部材８を使用することで、前記アームシステムが固定されるのに対し、前記手術器具の前記端部は開始位置４にある。結果的に、この手術器具は開始位置４の周りを回転することもでき、孔６に納まっている手術器具３は、この場合、球体５を回転させるが、前記手術器具の端部は球体５の中心で、且つ、開始位置４のままにいる。前記手術器具の長軸は、モニタ上に表示される画像に基づいて前記アライメントラインに沿ってすぐに合わせることがきる。この場合、前記手術器具の端部は正確に開始位置４のままにいる。前記球体が、この手術器具と一緒に正しい位置に回転された場合、当該球体は再びノブ９であるブロック部材を用いて固定される。この手術器具は前記孔を通りスライドされてもよく、当該手術器具の前記端部は、開始位置４から前記挿入位置を通り前記アライメントラインに沿って目標位置２へ正確に動く。
【図１】
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