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手術パス自動探索プログラム及びその装置 UPDATE コモンズ

国内特許コード P140010752
整理番号 01-AC
掲載日 2014年7月10日
出願番号 特願2001-217128
公開番号 特開2003-030624
登録番号 特許第3453603号
出願日 平成13年7月17日(2001.7.17)
公開日 平成15年1月31日(2003.1.31)
登録日 平成15年7月25日(2003.7.25)
発明者
  • 江本 浩
  • 藤井 哲也
  • 朝倉 博紀
  • 周郷 延雄
  • 御任 明利
  • 柴田 家門
出願人
  • 国立研究開発法人情報通信研究機構
発明の名称 手術パス自動探索プログラム及びその装置 UPDATE コモンズ
発明の概要 【課題】 簡便な構成で実際の手術においても実施可能であって、かつ医療技術の高度化にも寄与する手術パスを自動探索可能なプログラム及びその装置を提供すること。
【解決手段】 従来の手法によって得られた手術パスを候補パスとして利用し、それを動的輪郭モデルに適用することで、実際の手術においても実施可能な有効な手術パスを自動探索する。
従来技術、競合技術の概要


近年、高精度な断層像が撮影可能なX線CTやMRIなどの医療画像撮像機器と、こうした機器から出力される膨大な画像を高速処理できる画像処理ワークステーションの出現により、3次元画像データを用い、患部の位置や形状を高精度に確認することが可能になった。これにより、医師の診断における負担の軽減、術前計画の立案支援、及び、患者への明瞭なインフォームドコンセントへの利用が期待されている。例えば、頭部における軟部組織は、人体の様々な器官をコントロールする中枢であり、人体の中でも最も複雑な組織の一つである。そのため、その手術に際しては最小限の侵襲を求められ、医師には豊富な知識・経験と精密な手技が求められる。こうした従来の手術手法では、医師の解剖学的知識、手術経験、及び、患者の個人情報を基に、正常組織と異常組織の3次元像を担当医の頭の中で構築しつつ、手術経路や手術手順を決定し、これを術前計画としていた。特に、最近では、計算機を用いた手術支援のためのシミュレーションシステムの研究開発が盛んに行われている。
しかし、従来から知られているこのような手術支援システムでは、患部や周辺軟部組織の形状や大きさなどを情報として提供しているものが多く、手術の時に、開頭位置の頭表から患部までどのようにしてたどり着けば良いかという情報は提供していなかった。そこで、これらの情報を提供すべく、本件発明者らは、例えば脳神経外科手術支援のための術前計画情報の一つとして、頭表から患部までを結ぶ手術経路(手術パス)を計算機を用いて自動的に求めるアルゴリズムを提案した。(朝倉博紀,藤井哲也,江 浩,周郷延雄, 御任明利, 柴田家門,"脳神経外科手術支援のための手術パス自動抽出アルゴリズムの提案," 第10回コンピュータ支援画像診断学会, 00(II)-7, pp.145-146, October 2000.)
ここで提案した従来のアルゴリズムで求められる手術パスとは、頭表等に設定した探索開始点から患部領域まで最も侵襲の低い画素を辿ったもので、接触時の危険の度合いが高い部位を避けたものである。また求められた手術パスは、最も低い侵襲の度合いを持った画素を順に辿った画素であるため、場合によっては、手術パスが鋭角に折れ曲がりジグザグ状の複雑な形状をしたり、重要度の高い部位に挟まれた重要度の低い領域を辿ったりすることがある。こうした手術パスは、低侵襲という意味では正しい情報であるが、実際の手術では実施が困難なパスとして有効なものであるとは言えないものであった。

産業上の利用分野


本発明は3次元画像を用いた外科手術の手術パス自動探索プログラムと、その装置に関する。特に、侵襲度情報から候補となるパスを定めた上で、実際の手術が容易である最適な手術パスを決定する手法に関わるものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
外科手術を行う部位及びその周辺部位の一定の大きさの画素の集合からなる3次元画像データを用い、該手術における最適な手術パスを自動探索するプログラムであって、
該プログラムが、
該3次元画像データに、接触又は切除の少なくともいずれかによる危険性を数値化して割り当てた3次元コスト画像を作成するステップと、
該3次元コスト画像に対し、手術対象である患部からの距離に係る侵襲度情報を加え、3次元侵襲度画像を作成するステップと、
該3次元画像データにおける人体表面上の任意の探索開始点から、最も侵襲の少ない最低侵襲パスを自動検索するステップと、
該検索結果から2次元又は3次元の少なくともいずれかの手術パス画像を作成し表示するステップとを含む構成において、
該最低侵襲パスを自動検索するステップが、
該3次元侵襲度画像上で、該探索開始点から該患部に向けて該侵襲度情報の値が最小である画素を順に選択しながら、最低侵襲パスの候補パスを決定し、
該候補パスにおいて所定の画素数より多い画素列によって構成される塊状領域を所定の画素数に減縮して、所定の画素数の幅を有する線状候補パスに画像処理し、
該候補パスにおいて少なくとも該塊状領域の始点又は終点であって、該線状候補パス中に存在する点、又は、線状候補パスにおいて、構成する線分が所定角度以上の角度で折れ曲がる点のいずれかである特徴点を抽出し、
該探索開始点と該患部とをそれぞれ固定点とし、該特徴点の少なくともいずれかを制御点とした動的輪郭モデルによって最低侵襲パスを検索する過程であることを特徴とする手術パス自動探索プログラム。

【請求項2】
前記所定の画素数が、1画素であって、
前記塊状領域の始点又は終点を決定する手順が、
候補パスを構成する全ての画素について、
該画素に空間的に隣接する26個の隣接画素の内、候補パスに含まれる隣接候補画素数を探索開始点又は患部のいずれかの点から順次算出し、
該隣接候補画素数が所定のしきい値において変化した直後の点を、
前記塊状領域の始点又は終点とする請求項1に記載の手術パス自動探索プログラム。

【請求項3】
前記しきい値が5画素である請求項2に記載の手術パス自動探索プログラム。

【請求項4】
前記所定角度以上の角度で折れ曲がる特徴点の決定において、
線状候補パス上の着目画素において、その前後の画素とを結ぶ2つの線分のなす挟角が、0度ないし110度である時、
該着目画素を特徴点とする請求項1ないし3のいずれかに記載の手術パス自動探索プログラム。

【請求項5】
外科手術における最適な手術パス自動探索装置であって、
該装置が、
一定の大きさの画素の集合からなる2次元又は3次元の画像データを記憶する画像記憶手段と、
外科手術を行う部位及びその周辺部位の3次元画像データに、接触又は切除の少なくともいずれかによる危険性を数値化して割り当てた3次元コスト画像を作成するコスト画像作成手段と、
該3次元コスト画像に対し、手術対象である患部からの距離に係る侵襲度情報を加え、3次元侵襲度画像を作成する侵襲度画像作成手段と、
該3次元画像データにおける人体表面上の任意の探索開始点から、最も侵襲の少ない最低侵襲パスを自動検索する最低侵襲パス検索手段と、
該検索結果から2次元又は3次元の少なくともいずれかの手術パス画像を作成する手術パス画像作成手段と、
少なくとも該手術パス画像を表示可能な画像表示手段とを含む構成において、
該最低侵襲パス検索手段が、
該3次元侵襲度画像上で、該探索開始点から該患部に向けて該侵襲度情報の値が最小である画素を順に選択しながら、最低侵襲パスの候補パスを決定し、
該候補パスにおいて所定の画素数より多い画素列によって構成される塊状領域を所定の画素数に減縮して、所定の画素数の幅を有する線状候補パスに画像処理し、
該候補パスにおいて少なくとも該塊状領域の始点又は終点であって、該線状候補パス中に存在する点、又は、線状候補パスにおいて、構成する線分が所定角度以上の角度で折れ曲がる点のいずれかである特徴点を抽出し、
該探索開始点と該患部とをそれぞれ固定点とし、該特徴点の少なくともいずれかを制御点とした動的輪郭モデルによって最低侵襲パスを検索することを特徴とする手術パス自動探索装置。

【請求項6】
前記所定の画素数が、1画素であって、
前記塊状領域の始点又は終点を決定する手順が、
候補パスを構成する全ての画素について、
該画素に空間的に隣接する26個の隣接画素の内、候補パスに含まれる隣接候補画素数を探索開始点又は患部のいずれかの点から順次算出し、
該隣接候補画素数が所定のしきい値において変化した直後の点を、
前記塊状領域の始点又は終点とする請求項5に記載の手術パス自動探索装置。

【請求項7】
前記しきい値が5画素である請求項6に記載の手術パス自動探索装置。

【請求項8】
前記所定角度以上の角度で折れ曲がる特徴点の決定において、
線状候補パス上の着目画素において、その前後の画素とを結ぶ2つの線分のなす挟角が、0度ないし110度である時、
該着目画素を特徴点とする請求項5ないし7のいずれかに記載の手術パス自動探索装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001217128thum.jpg
出願権利状態 登録
※ 詳細内容の開示にあたっては、別途、JSTと秘密保持契約を締結していただくことが必要となります。


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