(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の頭部の両側に基準位置を示すマーカが写し込まれた複数スライスの断層画像を表示する表示手段と、
この表示手段に表示される任意の１スライスの前記断層画像に対して、前記断層画像に含まれている前記マーカを含む近傍に関心領域を手動操作によって設定する第１の関心領域設定手段と、
この第１の関心領域設定手段によって設定された関心領域内のＣＴ値に基づき、前記任意の１スライスの前記断層画像に対して、前記マーカの位置を演算するマーカ位置演算手段とを具備することを特徴とする定位脳手術支援システム。
【請求項２】
被検体の頭部の基準面を形成する当該頭部に固定されたフレームに前記頭部の両側に位置するようにマーカ部材を取付けた状態で、当該頭部の複数スライスの断層画像を取得する断層画像取得手段と、
この断層画像取得手段で取得された断層画像を表示する表示手段と、
この表示手段に表示される任意の１スライスの前記断層画像に対して、前記断層画像に含まれている前記マーカを含む近傍に関心領域を手動操作によって設定する第１の関心領域設定手段と、
この第１の関心領域設定手段によって設定された関心領域内のＣＴ値に基づき、
前記任意の１スライスの前記断層画像に対して、前記マーカの位置を演算するマーカ位置演算手段とを具備することを特徴とする定位脳手術支援システム。
【請求項３】
前記マーカ位置演算手段により求められた前記マーカ位置に基づき、他のスライスの断層画像を前記表示手段に表示させたときに前記関心領域を所定位置に表示させる関心領域自動配置処理手段を具備することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の定位脳手術支援システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定位脳手術を実施するに際して、手術標的点の座標を求めるに当たっての、基準となる位置座標を容易に求められるようにした定位脳手術支援システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭部に発生した腫瘍などを治療するための手術手法として、定位脳手術が患者の負担を比較的軽くできるものとして適用されるケースが増えている。その理由の一つとして、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置のようなコンピュータを用いて、断層画像を再構成することのできる画像診断装置の進歩によって、先鋭な断層画像から病巣を明瞭に認識することができ、その画像から病巣の位置座標を正確に求めることができるようになったことが挙げられる。
そこで先ず、定位脳手術を実施する際における、ターゲットとなる病巣の位置座標の求め方の従来の方法について、図５ないし図１０を参照して説明する。なお、図５には、画像診断装置としてＸ線ＣＴ装置を用いたものが示めされているが、これはＭＲＩ装置であってもよい。
【０００３】
すなわち、Ｘ線ＣＴ装置１の寝台２に患者Ｐを載せて、その頭部ＰＨに輪状に形成された固定フレーム３を固定するとともに、この固定フレーム３を寝台２に固着する。固定フレーム３には、例えば図６に示すように、患者Ｐの頭部ＰＨに固定するためのねじ４が、外周側から内周側へ向けて貫通するように４ケ所に設けられている。さらに固定フレーム３には、頭部ＰＨの両側に位置するように、一対のゲージ板５が、固定フレーム３のなす平面と直交するように設けられている。
ゲージ板５には、固定フレーム３の基準面を原点として３方向へ広がる３本の線状のマーカ６を有している。このマーカ６は図７に示すように、中央部のマーカ６ａが固定フレーム３の基準面３ａから鉛直方向へ延びるように配置されている。そして、他のマーカ６ｂ、６ｃは、マーカ６ａの任意の点をＰ０とし、基準面３ａから点Ｐ０までの距離をαとしたとき、この点Ｐ０をとおりマーカ６ａに垂直な直線がマーカ６ｂ、６ｃと交わる点Ｐ１、Ｐ２間の距離βが、距離αに等しくなるように配置されている。なお、このマーカ６は、ゲージ板５のＣＴ値と異なるＣＴ値を呈するものが使用され、３本のマーカ６ａ、６ｂ、６ｃのＣＴ値は略等しいことが望ましい。
【０００４】
図５に戻って、Ｘ線ＣＴ装置１は、ガントリ７、コンソール８、表示器９を有している。そして、架台７の中には、被検体Ｐへ向けてＸ線を曝射するＸ線管１０と、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する検出器１１とが、対向して配置されており、これらは被検体Ｐの周りを回転する。検出器１１で検出された信号は、コンソール８へ送られ、ここでコンピュータによって断層画像が再構成されて、その画像が表示器９に表示される。よって、ここで再構成された断層画像には、図８に示すような、被検体Ｐの頭部ＰＨとともにゲージ板５やマーカ６も写し込まれている。なお図８に表示されている頭部ＰＨは、輪郭のみが模式的に示されている。
また、コンソール８は脳手術支援装置１２に接続されている。脳手術支援装置１２は、Ｘ線ＣＴ装置１で撮影された複数枚の断層画像の内、脳手術支援を行うために最初の１枚目の画像を表示器９に表示させたときに、その画像中に存在するマーカ６に対して関心領域（ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ：以下ＲＯＩと称する）を設定するＲＯＩ設定部１３と、ここで設定されたＲＯＩに基づきマーカの位置座標を演算するとともに、新たにＲＯＩを設定すると、先に演算して求めたマーカの位置座標を基に、新たなＲＯＩの位置座標を演算する演算部１４と、２枚目以降の画像に対して初期画像に設定した位置にＲＯＩを自動的に配置するＲＯＩ自動配置処理部１５とを有している。
【０００５】
このように構成された従来の脳手術支援装置１２によって、手術標的点は次のようにして設定されていた。
先ず、初期画像に対する手術標的点の設定の手順を、図９にフローチャートで示してある。すなわち、ステップ１１として、表示器９を見ながら、断層画像中に被検体Ｐの頭部ＰＨとともに表示されているゲージ板５のマーカ６にＲＯＩを設定する。このＲＯＩの設定は、コンソール８の操作部に配置される入力手段としてのマウスなどを手動操作することによって行われる。また、左右のゲージ板５にそれぞれ３個のマーカ６ａ、６ｂ、６ｃがあるので、都合６個のマーカ６についてＲＯＩを設定し、それぞれの位置座標を演算する。
次に、ステップ１２として、ターゲットとなる病巣の位置にＲＯＩを手動で配置することにより、ステップ１３として、先に演算された６個のマーカ６ａ、６ｂ、６ｃの位置座標を基に、演算部１４において病巣の位置座標を演算する。そして、ステップ１４として、演算を終了するか否かを判定し、ＮＯであればステップ１１またはステップ１２へ戻ってＲＯＩの設定をやり直し、ＯＫであれば一連の処理を終了とする。これにより、最初の画像における、手術標的点（ターゲット）としての病巣位置がＲＯＩ自動配置処理部１５に保存される。
【０００６】
また、２枚目以降の断層画像を表示器９に表示したときには、図１０に示すフローチャートに従い、手術標的点にＲＯＩが設定される。すなわち、ステップ２１として、ＲＯＩの自動配置機能を使用するかどうかを決め、使用しない（ＮＯ）ときは、ステップ２２へ進んで初期画像に対する場合と同様の手順により、６個のマーカ６にＲＯＩを設定し、その位置座標を演算し、ステップ２３へ進むことになる。
しかし、ＲＯＩの自動配置機能を使用する（ＹＥＳ）ときはステップ２４へ進み、ＲＯＩ自動配置処理部１５が作動するように指示した上でステップ２３へ進む。従って、ステップ２２の操作をすることなく、１枚目の断層画像によって演算された座標位置にＲＯＩが自動的に配置される。ただし、断層画像が基準面３ａからマーカ６ａに沿って頭頂方向へ移動するに従い、手術標的点の位置がずれてくることが予想されるので、ステップ２３としてオペレータは、２枚目以降の断層画像について、それぞれ病巣位置がずれた分だけＲＯＩの配置を修正する操作を実施する。そして、ＲＯＩの修正位置を確定すれば、ステップ２５として、２枚目以降の断層画像における新たな病巣位置の位置座標を演算する。次に、ステップ２６として、演算を終了するか否かを判定し、ＮＯであればステップ２１またはステップ２２へ戻ってＲＯＩの設定をやり直し、ＯＫであれば一連の処理を終了とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来は、最初の断層画像にあっては手術標的点に直接ＲＯＩを設定することができず、必ずゲージ板５のマーカ６にＲＯＩを設定する操作から始める必要があった。これは、ある意味では、手術標的点を探し出しその位置座標を計算すための画像なので、ＲＯＩが自動的に配置できなくても当然と言えるものであった。しかも、６個のマーカ６へそれぞれ手動で設定したＲＯＩの位置に基づき座標系を形成することになるので、座標系を形成するのに十分な位置であることを必要とし、ソフトウェアによる厳しいチェックに耐えるようにＲＯＩを設定するには、オペレータにとって極めて慎重な操作を余儀なくされ、多大のストレスを与えていた。同時に、このための操作に長時間を要していた。
本発明は、このような問題を解決するためになされてものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被検体の頭部の両側に基準位置を示すマーカが写し込まれた複数スライスの断層画像を表示する表示手段と、この表示手段に表示される任意の１スライスの前記断層画像に対して、前記断層画像に含まれている前記マーカを含む近傍に関心領域を手動操作によって設定する第１の関心領域設定手段と、この第１の関心領域設定手段によって設定された関心領域内のＣＴ値に基づき、前記任意の１スライスの前記断層画像に対して、前記マーカの位置を演算するマーカ位置演算手段とを具備することを特徴とするものである。
これにより、マーカ近くにＲＯＩを設定するだけで、後はマーカの座標位置を正確に自動的に確定することができるので、１枚目の断層画像であってもＲＯＩの設定が容易となり、位置座標の設定に要する時間が短縮される。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、被検体の頭部の基準面を形成する当該頭部に固定されたフレームに前記頭部の両側に位置するようにマーカ部材を取付けた状態で、当該頭部の複数スライスの断層画像を取得する断層画像取得手段と、この断層画像取得手段で取得された断層画像を表示する表示手段と、この表示手段に表示される任意の１スライスの前記断層画像に対して、前記断層画像に含まれている前記マーカを含む近傍に関心領域を手動操作によって設定する第１の関心領域設定手段と、この第１の関心領域設定手段によって設定された関心領域内のＣＴ値に基づき、前記任意の１スライスの前記断層画像に対して、前記マーカの位置を演算するマーカ位置演算手段とを具備することを特徴とするものである。
これにより、断層画像取得手段を有するものにおいても、請求項１に記載の発明と同様に、マーカ近くにＲＯＩを設定するだけで、後はマーカの座標位置を正確に自動的に確定することができるので、１枚目の断層画像であってもＲＯＩの設定が容易となり、位置座標の設定に要する時間が短縮される。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の定位脳手術支援システムにおいて、前記マーカ位置演算手段により求められた前記マーカ位置に基づき、他のスライスの断層画像を前記表示手段に表示させたときに前記関心領域を所定位置に表示させる関心領域自動配置処理手段を具備することを特徴とするものである。
これにより、２枚目以降のスライスの断層画像には、所定位置に関心領域を自動的に表示させるので、操作が極めて容易となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る定位脳手術支援システムの一実施の形態について、図１ないし図４を参照するとともに、ターゲットとなる病巣の位置座標の求め方の従来の方法の説明に参照した、図５ないし図９も適宜引用して詳細に説明する。
図１は、本発明により、断層画像に対して最初に手術標的点を設定する場合の手順を示したフローチャートである。
先ず、ステップ１として、表示器９を見ながら、断層画像中に被検体Ｐの頭部ＰＨとともに表示されているゲージ板５のマーカ６の近くに、手動操作によってＲＯＩを設定する。この操作は、従来の図９に示したステップ１１の操作に類似しているが、従来のような厳密な設定操作ではなく、単にＲＯＩを形成する円の内にマーカ６が入ればよい。
次に、ステップ２へ進み、ここでマーカの位置座標を確定することにより、マーカ６上の正確な位置にＲＯＩを置き直す。そこで、表示器９には図８に示すような断層画像が表示されているので、これを図２に示すような座標系に置き換えて、手術標的点の座標系を設定する。
すなわち、頭部ＰＨの左側にあるゲージ板５のマーカ６ａ、６ｂ、６ｃをそれぞれＭＬ、ＡＬ、ＰＬとし、頭部ＰＨの右側にあるゲージ板５のマーカ６ａ、６ｂ、６ｃをそれぞれＭＲ、ＡＲ、ＰＲとする。そして、両側の中央部ＭＬとＭＲを通る線をＸ軸、ＭＬとＭＲとの中点０と直交し断面（スライス面）に平行な線をＹ軸、中点０を通り断面（スライス面）に垂直な線をＺ軸とする。そして、このような座標系におけるＭＬとＭＲとを通る平面をＸ−Ｚ平面とする。
従って、図２に示す手術標的点ＱのＸ座標は、上記座標系のＹ−Ｚ平面と手術標的点Ｑとの距離となり、同じくそのＹ座標は、上記座標系のＸ−Ｚ平面と手術標的点Ｑとの距離となる。また、固定フレーム３の基準面３ａすなわち原点０からスライス面までの距離Ｚは、ＡＬとＰＬとの距離をＨｌ、ＡＲとＰＲとの距離をＨｒとすれば、Ｚ＝（Ｈｌ＋Ｈｒ）／２として表される。このことは、図７において、α＝βとしたことからも明らかである。なお、距離Ｚを手術標的点ＱのＺ座標とする。
【００１２】
このような座標系において、ＡＬ、ＭＬ、ＰＬ、ＡＲ、ＭＲおよびＰＲの正確な位置座標を、それぞれ次のようにして求める。ただし、各位置座標の求め方はそれぞれについて同じ手順で実施するものであり、求める順番は適宜でよい。
すなわち、図３に示すように、マーカ６の直径をｒとし、このマーカ６を囲むＲＯＩは半径がｒで中心の座標が（ｘ０，ｙ０）の円Ａだとする。また、円Ａに囲まれた部分の各点（ｘｉ，ｙｉ）のＣＴ値をｐ（ｘｉ，ｙｉ）とする。さらに、マーカ６を埋め込んだゲージ板５のＣＴ値をｐ０とする。そして、マージンをε、円Ａ内の重みをｑ（ｘｉ，ｙｉ）とする。なお、ＣＴ値とは、物質のＸ線吸収係数を、基準物質からの相対値として表したもので、一般に基準物質としての水のＣＴ値を０としたとき、空気のＣＴ値を−１０００としている。
【００１３】
そこで、ステップ１で設定したＲＯＩの円Ａの中心の座標は（ｘ０，ｙ０）であるとみなして、円Ａ内のＣＴ値を調べ、マーカ６のＣＴ値と推定される点にのみ、次のように重みを与える。すなわち、各点の重みｑ（ｘｉ，ｙｉ）は、
【数１】
0004204725.tif 000002
【数２】
0004204725.tif 000003
とする。
【００１４】
その結果として、重みを与えたＣＴ値の中心すなわち重心が、ＲＯＩの円Ａの中心（ｘ０，ｙ０）からどれだけずれているかを調べる。ここで、円Ａの中心（ｘ０，ｙ０）に対するＸ軸方向の重心とのずれをｘ’とし、Ｙ軸方向の重心とのずれをｙ’とすると、ｘ’およびｙ’は次式で表される。
【数３】
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【数４】
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よって、ＲＯＩを設定したマーカ６の位置座標は、次式から求められる。
【数５】
0004204725.tif 000006
【００１５】
そこで、上記数式５で求められたＲＯＩを設定したマーカ６の位置座標（ｘ，ｙ）を中心とする新たな円Ａ’を想定し、この新たな円Ａ’についても同様の演算を行い、これを所望の回数繰り返すことにより、マーカ６の正確な位置座標が確定する。このようにして、１ケ所のマーカ６の位置座標を確定すると、同様の手順で順次他のマーカ６について、その位置座標を確定していき、６ケ所全部のマーカ６の位置座標を確定する。
次に、ステップ３へ進み、ターゲットとなる病巣の位置にＲＯＩを手動で配置することにより、ステップ４として、先に演算された６ケ所のマーカＡＬ、ＭＬ、ＰＬ、ＡＲ、ＭＲおよびＰＲの位置座標を基に、図５に示した脳手術支援装置１２の演算部１４において病巣の位置座標を演算する。これらステップ３およびステップ４の作用は、図９に示した従来のステップ１２およびステップ１３の作用と同じである。そして、ステップ５として、演算を終了するか否かを判定し、ＮＯであればステップ１またはステップ３へ戻ってＲＯＩの設定をやり直し、ＯＫであれば一連の処理を終了とする。これにより、手術標的点（ターゲット）としての病巣位置がＲＯＩ自動配置処理部１５に保存される。
【００１６】
なお、２枚目以降の断層画像については、従来と同様に、図１０に示したフローチャートに従って、ＲＯＩの自動配置を選択すれば、自動的に前回配置した手術標的点ＱにＲＯＩが配置されるので、その修正操作を実施するだけでよく、その説明は省略する。
また、確定した手術標的点Ｑの位置座標のデータは、図４に示すように、表示器９に表示されている断層画像に対して、手術標的点Ｑが画面の上部にあれば、画面の下側に表示される。逆に、手術標的点Ｑが画面の下部にあれば、位置座標のデータは画面の上側に表示される。そして、表示器９に表示された位置座標のデータは、ドラッキングすることにより、表示位置を画面内の任意の位置に変更することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、完全な自動配置ではないものの、マーカ近くにＲＯＩを設定するだけで、後はマーカの位置座標を正確に自動的に確定することができるので、１枚目の断層画像であってもＲＯＩの設定が容易となり、位置座標の設定に要する時間が短縮され、オペレータの負担を極めて軽減することができる。よって、定位脳手術を速やかに実施することができ、患者への負担も軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定位脳手術支援システムにおける、断層画像に対して最初に手術標的点を設定する場合の手順を示したフローチャートである。
【図２】手術標的点の座標系の設定手段を説明するために示した説明図である。
【図３】マーカの位置座標の求め方を説明するために示した説明図である。
【図４】本発明に係る定位脳手術支援システムにおける、表示器に表示された画像の一例を示した図である。
【図５】定位脳手術支援システムの概略的な構成を示した構成説明図である。
【図６】固定フレームとゲージ板の構成例を示した斜視図である。
【図７】ゲージ板に設けられているマーカの配置を説明した説明図である。
【図８】表示器に表示された断層画像を模式的に示した図である。
【図９】従来の定位脳手術支援システムにおける、初期画像に対する手術標的点の設定の手順を示したフローチャートである。
【図１０】従来の定位脳手術支援システムにおける、２枚目以降の画像に対する手術標的点の設定の手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１  Ｘ線ＣＴ装置
３  固定フレーム
５  ゲージ板
６  マーカ
９  表示器
１２  脳手術支援装置
１３  ＲＯＩ設定部
１４  演算部
１５   ＲＯＩ自動配置処理部
【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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【図１０】
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