JP7355514B2 - 医用画像処理装置、医用画像処理方法、及び医用画像処理プログラム - Google Patents

Description

本開示は、医用画像処理装置、医用画像処理方法、及び医用画像処理プログラムに関する。

従来、術式の１つとして、単孔式腹腔鏡下手術（ＳＩＬＳ:Single Incisional Laparoscopic Surgery）が知られている。ＳＩＬＳでは、患部等のターゲットに向かって医療的処置を行うために、単一のポートから手術器具が挿入される（特許文献１参照）。

米国特許第８５１７９３３号明細書

本開示は、被検体において手術器具が通るポートを設置可能な範囲を認識でき、術者及び被検体の負担を低減できる医用画像処理装置、医用画像処理方法、及び医用画像処理プログラムを提供する。

本開示の一態様は、取得部と、処理部と、表示部と、を備え、前記取得部は、被検体のボリュームデータを取得する機能を有し、前記処理部は、前記ボリュームデータに基づく３Ｄデータにおいて、前記被検体の内部に配置されるターゲットを設定し、前記３Ｄデータを可視化して前記上皮組織を非表示とし、透明化し、又は半透明化した画像とともに、前記上皮組織において前記ターゲットに至る手術器具を挿通するポートを設置可能なポート設置可能範囲を示す情報を、前記表示部に表示させる、機能を有する、医用画像処理装置、である。

本開示によれば、被検体において手術器具が通るポートを設置可能な範囲を認識でき、術者及び被検体の負担を低減できる。

第１の実施形態における医用画像処理装置のハードウェア構成例を示すブロック図 医用画像処理装置の機能構成例を示すブロック図 ポート範囲情報の第１表示例を示す図 ポート範囲情報の第２表示例を示す図 ポート範囲情報の第３表示例を示す図 ポート範囲情報の第４表示例を示す図 ポート範囲情報の第５表示例を示す図 ポート範囲情報の第６表示例を示す図 ポート範囲情報の第７表示例を示す図 医用画像処理装置の動作例を示すフローチャート

以下、本開示の実施形態について、図面を用いて説明する。

（本開示の一形態を得るに至った経緯）
ＳＩＬＳでは、被検体内部での気密を保持するために、ポート気密保持器具が用いられる。ＳＩＬＳのポート気密保持器具は、比較的太めに設計されており、また、体表において斜めに捻り難い。そのため、ＳＩＬＳにおいてポートを設置できる場所は限定される。また、手術器具が挿入された被検体の体表（皮膚）等への負担が大きくなり易い。この場合、ターゲットが指定された場合に、手術器具が通るポートを設置可能な範囲（ポート設置可能範囲）を認識可能であると、ポートを設置し易くなり、術者及び被検体の負担を低減し易く、好ましい。

以下の実施形態では、被検体において手術器具が通るポートを設置可能な範囲を認識でき、術者及び被検体の負担を低減できる医用画像処理装置、医用画像処理方法、及び医用画像処理プログラムについて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における医用画像処理装置１００の構成例を示すブロック図である。医用画像処理装置１００は、取得部１１０、ＵＩ１２０、ディスプレイ１３０、プロセッサ１４０、及びメモリ１５０を備える。医用画像処理装置１００は、術者の手動による手術（手動手術とも称する）又はロボット手術を画像処理によって支援する。

医用画像処理装置１００には、ＣＴ装置２００が接続される。医用画像処理装置１００は、ＣＴ装置２００からボリュームデータを取得し、取得されたボリュームデータに対して処理を行う。医用画像処理装置１００は、ＰＣとＰＣに搭載されたソフトウェアにより構成されてもよい。

ＣＴ装置２００は、被検体へＸ線を照射し、体内の組織によるＸ線の吸収の違いを利用して、画像（ＣＴ画像）を撮像する。被検体は、生体、人体、動物、等を含んでよい。ＣＴ装置２００は、被検体内部の任意の箇所の情報を含むボリュームデータを生成する。ＣＴ装置２００は、ＣＴ画像としてのボリュームデータを医用画像処理装置１００へ、有線回線又は無線回線を介して送信する。ＣＴ画像の撮像には、ＣＴ撮像に関する撮像条件や造影剤の投与に関する造影条件が考慮されてよい。

医用画像処理装置１００内の取得部１１０は、通信ポートや外部装置接続ポート、組み込みデバイスへの接続ポートを含み、ＣＴ装置２００で得られたボリュームデータを取得する。取得されたボリュームデータは、直ぐにプロセッサ１４０に送られて各種処理されてもよいし、メモリ１５０において保管された後、必要時にプロセッサ１４０へ送られて各種処理されてもよい。また、ボリュームデータは、記録媒体や記録メディアを介して取得されてもよい。また、ボリュームデータは中間データ、圧縮データやシノグラムの形で取得されてもよい。また、ボリュームデータは医用画像処理装置１００に取り付けられたセンサデバイスからの情報から取得されてもよい。このように、取得部１１０は、ボリュームデータ等の各種データを取得する機能を有する。

ＵＩ１２０は、例えば、タッチパネル、ポインティングデバイス、キーボード、又はマイクロホンを含んでよい。ＵＩ１２０は、医用画像処理装置１００のユーザから、任意の入力操作を受け付ける。ユーザは、術者、医師、看護師、放射線技師、学生、等を含んでよい。

ＵＩ１２０は、各種操作を受け付ける。例えば、ボリュームデータやボリュームデータに基づく画像（例えば後述する３次元画像、２次元画像）における、関心領域（ＲＯＩ）の指定や輝度条件の設定等の操作を受け付ける。関心領域は、各種組織（例えば、血管、気管支、臓器、器官、骨、脳）の領域を含んでよい。組織は、病変組織、正常組織、腫瘍組織、等を含んでよい。

ディスプレイ１３０は、例えばＬＣＤを含んでよく、各種情報を表示する。各種情報は、ボリュームデータから得られる３次元画像や２次元画像を含んでよい。３次元画像は、ボリュームレンダリング画像、サーフェスレンダリング画像、仮想内視鏡画像、仮想超音波画像、ＣＰＲ画像、等を含んでもよい。ボリュームレンダリング画像は、レイサム（RaySum）画像、ＭＩＰ画像、ＭｉｎＩＰ画像、平均値画像、レイキャスト画像、等を含んでもよい。２次元画像は、アキシャル画像、サジタル画像、コロナル画像、ＭＰＲ画像、等を含んでよい。

メモリ１５０は、各種ＲＯＭやＲＡＭの一次記憶装置を含む。メモリ１５０は、ＨＤＤやＳＳＤの二次記憶装置を含んでもよい。メモリ１５０は、ＵＳＢメモリやＳＤカードの三次記憶装置を含んでもよい。メモリ１５０は、各種情報やプログラムを記憶する。各種情報は、取得部１１０により取得されたボリュームデータ、プロセッサ１４０により生成された画像、プロセッサ１４０により設定された設定情報、各種プログラムを含んでもよい。メモリ１５０は、プログラムが記録される非一過性の記録媒体の一例である。

プロセッサ１４０は、ＣＰＵ、ＤＳＰ、又はＧＰＵを含んでよい。プロセッサ１４０は、メモリ１５０に記憶された医用画像処理プログラムを実行することにより、各種処理や制御を行う処理部１６０として機能する。

図２は、処理部１６０の機能構成例を示すブロック図である。処理部１６０は、領域処理部１６１、変形処理部１６２、画像生成部１６３、位置設定部１６４、範囲情報処理部１６５、及び表示制御部１６６を備える。なお、処理部１６０に含まれる各部は、１つのハードウェアにより異なる機能として実現されてもよいし、複数のハードウェアにより異なる機能として実現されてもよい。また、処理部１６０に含まれる各部は、専用のハードウェア部品により実現されてもよい。

領域処理部１６１は、例えば取得部１１０を介して、被検体のボリュームデータを取得する。領域処理部１６１は、ボリュームデータに含まれる任意の領域を抽出する。領域処理部１６１は、例えばボリュームデータの画素値に基づいて、自動で関心領域を指定し、関心領域を抽出してよい。領域処理部１６１は、例えばＵＩ１２０を介して、手動で関心領域を指定し、関心領域を抽出してよい。関心領域は、臓器、骨、血管、患部（例えば病変組織や腫瘍組織）、等の領域を含んでよい。

変形処理部１６２は、手術対象の被検体における変形に関する処理を行う。例えば、変形処理部１６２は、仮想的に被検体に対して気腹する気腹シミュレーションを行ってよい。気腹シミュレーションの具体的な方法は、公知の方法であってよく、例えば参考非特許文献１に記載された方法でよい。つまり、変形処理部１６２は、非気腹状態のボリュームデータを基に、気腹シミュレーションを行い、仮想気腹状態のボリュームデータを生成してよい。気腹シミュレーションにより、ユーザは、被検体に対して実際に気腹しなくても、被検体が気腹された状態を仮定し、仮想的に気腹された状態を観察できる。なお、気腹状態のうち、気腹シミュレーションにより推定される気腹の状態を仮想気腹状態と称し、実際の気腹された状態を実気腹状態と称してよい。

（参考非特許文献１）Takayuki Kitasaka, Kensaku Mori, Yuichiro Hayashi, Yasuhito Suenaga, Makoto Hashizume, and Jun-ichiro Toriwaki, "Virtual Pneumoperitoneum for Generating Virtual Laparoscopic Views Based on Volumetric Deformation", MICCAI ( HYPERLINK "https://link.springer.com/book/10.1007/b100270" Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention), 2004, P559-P567

気腹シミュレーションは、有限要素法を用いた大変形シミュレーションでよい。この場合、変形処理部１６２は、被検体の皮下脂肪を含む体表と、被検体の腹部内臓と、をセグメンテーションしてよい。そして、変形処理部１６２は、体表を皮膚と体脂肪との２層の有限要素にモデル化し、腹部内臓を有限要素にモデル化してよい。変形処理部１６２は、任意に、例えば肺と骨とをセグメンテーションし、モデルに追加してよい。また、体表と腹部内臓との間にガス領域を設け、仮想的なガス注入に応じてガス領域（気腹空間）が拡張（膨張）してよい。

変形処理部１６２は、被検体内の臓器や病変等のターゲットを仮想的に変形させてよい。例えば、臓器が鉗子により引っ張られたり押されたり、切断される様子をシミュレートしてよい。例えば、体位変換による臓器の移動をシミュレートしてよい。この場合、臓器や病変の接点に加わる弾性力や臓器や病変の剛性、その他の物理的な特性が加味されてよい。

画像生成部１６３は、各種画像を生成する。画像生成部１６３は、取得されたボリュームデータの少なくとも一部（例えばボリュームデータにおいて抽出された領域）に基づいて、３次元画像や２次元画像を生成する。画像生成部１６３は、変形処理部１６２により変形されたボリュームデータ（例えば仮想気腹状態のボリュームデータや手術器具（例えば鉗子、カメラ、その他の手術器具）の動きに対応して変形されたボリュームデータ）に基づいて、３次元画像や２次元画像を生成してよい。鉗子は、把持鉗子、剥離鉗子、電気メス、等を含んでよい。

位置設定部１６４は、被検体において手術器具が到達するターゲットを設定する。ターゲットは、被検体における点又は領域でよい。ターゲットは、非気腹状態のボリュームデータ（気腹前ボリュームデータ）において設定されてもよいし、仮想気腹状態のボリュームデータ（気腹ボリュームデータ）において設定されてもよい。ターゲットは、関心領域と同じでもよいし、関心領域に含まれる特にユーザが注目したい点又は領域（例えば患部）でもよい。また、ターゲットは、ユーザが注目したい点又は領域を含む臓器全体、点又は領域を含む臓器の一部（例えば区域、支配血管）でもよい。ターゲットの設定方法は、上記の関心領域の指定方法と同様でよく、手動又は自動で設定されてよい。

範囲情報処理部１６５は、被検体において設定されたターゲットの位置に基づいて、被検体の体表にポート設置可能範囲を導出（例えば算出）する。ポート設置可能範囲は、３次元空間において様々な形状を有する。そして、ポート設置可能範囲を含むポート範囲情報を生成する。

範囲情報処理部１６５は、ポートを設置するためのポート設置可能条件を取得する。ポート設置可能条件は、メモリ１５０から読み出されてもよいし、取得部１１０を介して外部サーバから取得されてもよい。範囲情報処理部１６５は、ポート設置可能条件を満たしているか否かを判定する。例えば被検体におけるボクセル毎に、ポート設置可能条件を満たしているか否かを判定してよい。ポート設置可能条件を満たすボクセルは、ポート設置可能範囲に含められ、ポート設置可能条件を満たさないボクセルは、ポート設置可能範囲から除外される。

ポート設置可能条件は、障害物との干渉を回避可能であることを含んでよい。この場合、範囲情報処理部１６５は、被検体内におけるポートの配置に障害となるような障害物を加味して、ポート設置可能範囲を算出してよい。例えば、ターゲットを通り、障害物の位置を通らないポート設置可能範囲が算出されてよい。障害物は、取扱いに注意が必要な組織（例えば血管、損傷し易い臓器）、物理的に重複して配置することが困難な組織（例えば骨）、等が含まれてよい。損傷し易い臓器は、直接鉗子で刺したり、圧迫したり、挟んだりして傷つける可能性がある臓器、を含んでよい。範囲情報処理部１６５は、障害物の特性に関する情報（例えば障害物の性質、障害物が存在する被検体における範囲）を取得し、障害物の特性に関する情報に基づいてポート設置可能範囲を算出してよい。

ポート設置可能条件は、他の鉗子との干渉を回避可能であることを含んでよい。この場合、範囲情報処理部１６５は、設定されたターゲットに到達する鉗子の可動範囲（自可動範囲）の情報を取得してよい。自可動範囲は、設定されたターゲットの位置や鉗子の特性（例えば鉗子のサイズ、曲がり具合、）に応じて決定されてよい。ポート設置可能範囲は、設定されたターゲットに到達する鉗子とは異なる他の鉗子（例えば作業対象の鉗子とは異なる他の鉗子）の可動範囲（他可動範囲）の情報を取得してよい。他可動範囲は、他の鉗子の特性（例えば他の鉗子の用途やサイズや曲がり具合の少なくとも１つ）に応じて決定されてよい。範囲情報処理部１６５は、設定されたターゲットに到達する鉗子とは異なる他の鉗子との干渉を加味して、ポート設置可能範囲を算出してよい。例えば、ターゲットを通り、他の鉗子の可動範囲を通らないポート設置可能範囲が算出されてよい。自可動範囲及び他可動範囲の情報は、例えば、メモリ１５０に保持しておいてメモリ１５０から読み出されてもよいし、取得部１１０を介して外部サーバから取得されてもよい。

ポート設置可能条件は、角度条件を含んでよい。この角度条件は、ポート設置可能範囲にポートが設定される場合における、ポートの仮定位置でのポートに挿入される鉗子と被検体の体表面との成す角度が、被検体への負荷が許容される所定範囲の角度であることを含んでよい。この場合、所定範囲は、例えば１０°より大きく１７０°より小さい角度範囲に含まれる所定範囲でよい。この場合、１０°が角度の下限となり、１７０°が角度の上限となる。この場合には、角度の最大値を１８０°としている。また、体表面と鉗子との成す角度の対称性を考慮して、角度の最大値を９０°としてもよい。この場合、角度が１０°～９０°となる。この場合、角度の表示は、１０°以上として表示されてよく、９０°側が省略されて１０°側（下限側）のみ表示されてもよい。

また、ポート設置可能条件は、例えば鉗子の特性情報が参照され、鉗子がターゲットとポート（ポート設置可能範囲内におけるポートの仮定位置）とを通過可能であることを含んでよい。この場合、範囲情報処理部１６５は、鉗子が直線的であることや曲がることを考慮し、鉗子の特性情報を取得してよい。この特性情報は、取得部１１０を介して外部サーバから取得されてもよいし、メモリ１５０に保持されていたものが読み出されて取得されてもよい。鉗子の特性情報は、鉗子の曲がり方に関する情報を含んでよい。例えば、鉗子がシャフト部において可撓性を有する場合、可撓性の度合いを示す情報を含んでよい。例えば、鉗子が可撓性を有さず、シャフト部において直線的に鉗子における１つ以上の箇所で折れ曲がる場合、折れ曲がる位置と角度を示す情報を含んでよい（例えばオジギ鉗子）。つまり、鉗子は、何らかの方法で曲がり、先端部が角度調整可能でよい。範囲情報処理部１６５は、鉗子に限らず、他の手術器具の特性情報を取得してもよい。そして、手術器具の特性情報を基に、ポート設置可能範囲を算出し、ポート範囲情報を生成してよい。

なお、変形処理部１６２は、鉗子の特性情報を基に、鉗子を押し当てることによる臓器や病変の変形をシミュレートしてよい。

位置設定部１６４は、導出されたポート設置可能範囲の内部において、被検体の体表に設置（穿孔）される１つ以上のポートの位置（ポート位置）を設定（計画）する。位置設定部１６４は、非気腹状態のボリュームデータに対してポート位置を設定してよい。また、仮想気腹状態のボリュームデータに対してポート位置を設定してよい。また、術式に応じて、ポート位置を設定してよい。

また、ロボット手術が行われる場合、位置設定部１６４は、ロボット手術を行うための手術器具（例えば鉗子に相当するエンドエフェクタやロボットアーム）のキネマティクスの情報に応じて、ポート位置を設定してよい。キネマティクスの情報は、手術器具の形状に関する形状情報や動作に関する動作情報を含んでよい。ポート位置は、メモリ１５０に保持されたポート位置でもよいし、取得部１１０を介して外部サーバから取得されたポート位置でもよい。ポート位置は、ＵＩ１２０を介してユーザが指定したポート位置でもよい。

表示制御部１６６は、各種データ、情報、画像をディスプレイ１３０に表示させる。画像は、画像生成部１６３で生成された画像（例えばレンダリング画像）を含む。表示制御部１６６は、レンダリング画像に重畳して、ポート設置可能範囲を含むポート範囲情報を表示させる。また、表示制御部１６６は、レンダリング画像の輝度調整を行ってよい。輝度調整は、例えばウインドウ幅（ＷＷ：Window Width）及びウインドウレベル（ＷＬ：Window Level）の少なくとも一方の調整を含んでよい。ここで、ＷＷ／ＷＬの変換値が所定値以下の時に透明としても良い。輝度調整は、例えば、ボクセル値に対応したＲＧＢＡ値を設定するＬＵＴ(Look Up Table)を用いて行ってもよい。

次に、本実施形態で想定する術式について説明する。

ポート範囲情報の表示は、例えばＳＩＬＳにおいて行われる。ＳＩＬＳは、腹腔鏡手術の一種であり、被検体の腹部に１つのポート（孔）が設置され、１つのポートから複数の鉗子類が挿入される。ＳＩＬＳ用のポートは、例えば臍に設置される。これによって術後の傷跡が目立たないので審美性に優れ、美容上好まれる。ＳＩＬＳは、例えば、婦人科手術、胆嚢摘出、盲腸手術、腎臓手術に適用される。なお、単一のポートとともに、補助用ポートが設置されることがあるが、この場合もＳＩＬＳに含まれてよい。

経管腔的内視鏡手術（ＮＯＴＥＳ：Natural Orifice Translumenal Endoscopic Surgery) においては内腔にポートを設置してよい。ＮＯＴＥＳには、経肛門的全直腸間膜切除術（ＴａＴＭＥ：Transanal Total Mesorectal Excision）が含まれる。ＮＯＴＥＳでは、内腔を穿刺して内視鏡を伸ばすときに、体表の代わりに、内腔表面にポートが設置される。よって、内腔表面におけるポート設置可能範囲が導出され、表示されてよい。なお、ＳＩＬＳ、ＮＯＴＥＳ、ＴａＴＭＥのいずれにおいても、手動手術及びロボット手術のいずれが行われてよい。ＴａＴＭＥは、例えば患部に対して、腹腔側と直腸側との２方向から同時に手術器具がアプローチされる。また、複数の鉗子を利用した腹腔鏡手術及び低侵襲ロボット手術のいずれが行われてよい。

次に、ポート範囲情報の表示例について説明する。

図３は、ポート範囲情報の第１表示例を示す図である。図４は、ポート範囲情報の第２表示例を示す図である。図３では、体表を半透明化したレンダリング画像とポート範囲情報とが表示されている。図４では、体表を透明化したレンダリング画像とポート範囲情報とが表示されている。被検体内の３次元空間においてターゲットＡの位置が設定されると、体表上のポート設置可能範囲ＰＲ１が導出され、図３及び図４のポート範囲情報が表示される。このポート範囲情報は、例えば、ターゲットＡの位置と、被検体の体表におけるポート設置可能範囲ＰＲ１の位置と、を示す情報を含む。また、ポート設置可能範囲ＰＲ１においてポートＡの位置が設定されると、ポート範囲情報は、例えば、ポートＡの位置と、ターゲットＡとポートＡとを結ぶ鉗子ＦＣ１の位置と、を含んでよい。

なお、レンダリング画像において体表を表示しても、体表を非表示にしても、体表を透明化しても、又は体表を半透明化しても、レンダリング画像に重畳して示されるポート設置可能範囲ＰＲ１の位置は、体表上の位置でよい。これにより、体表上でポートの設置を要する範囲を明確に把握可能である。

図５は、ポート範囲情報の第３表示例を示す図である。図５では、被検体内に障害物Ａ（図５では「Ｒｉｓｋ Ａ」と表示）が存在する場合のレンダリング画像とポート範囲情報とが表示されている。被検体内の３次元空間においてターゲットＢの位置が設定されると、ターゲットＢの位置と被検体内の障害物Ａの領域に基づいて、体表上のポート設置可能範囲ＰＲ２が導出され、図５のポート範囲情報が表示される。このポート範囲情報は、例えば、ターゲットＢの位置と、障害物Ａの位置と、被検体の体表におけるポート設置可能範囲ＰＲ２の位置と、を示す情報を含む。また、ポート設置可能範囲ＰＲ２においてポートＢの位置が設定されると、ポート範囲情報は、例えば、ポートＢの位置と、ターゲットＢとポートＢとを結ぶ鉗子ＦＣ２の位置と、を含んでよい。

術者は、図５に示したポート範囲情報を確認することで、障害物Ａとなる組織（例えば血管、損傷し易い臓器、骨）との干渉を回避して、設定されたターゲットＢへ鉗子ＦＣ２を挿入できる。よって、術者は、鉗子ＦＣ２により障害物Ａとなる組織を不意に刺したり圧迫したり挟んだりして、組織が損傷すること抑制できる。

図６は、ポート範囲情報の第４表示例を示す図である。図６では、複数の鉗子の存在を考慮したレンダリング画像とポート範囲情報とが表示されている。図６では、複数のポートＣ，Ｄから挿入された鉗子ＦＣ３，ＦＣ４が、同じターゲットＢに対して処置を行うことを想定している。

範囲情報処理部１６５は、鉗子ＦＣ４の可動範囲を避けて、体表上における鉗子ＦＣ３が挿通されるポートＣのポート設置可能範囲ＰＲ３を算出する。この場合、範囲情報処理部１６５は、ターゲットＢを基点として鉗子ＦＣ３の可動範囲を算出し、鉗子ＦＣ３の可動範囲と鉗子ＦＣ４の可動範囲が重複しないように、ポートＣのポート設置可能範囲ＰＲ３を算出してよい。鉗子ＦＣ３，ＦＣ４の可動範囲は、鉗子ＦＣ３，ＦＣ４が使用される手術の術式や、鉗子ＦＣ３，ＦＣ４の特性に関する情報に基づいて導出されてよい。範囲情報処理部１６５は、鉗子ＦＣ３，ＦＣ４の可動範囲の情報を、メモリ１５０から取得しても、取得部１１０を介して取得しても、自ら生成してもよい。

図６では、鉗子ＦＣ４の可動範囲の外縁が、鉗子ＦＣ４から所定距離（安全距離）離れた直線ＳＬで示されている。このため、ポート設置可能範囲ＰＲ３の外縁の一部は、直線ＳＬで切断されたような形状を有している。安全距離は、所定値でもよいし、可変値でもよい。安全距離は、術式や鉗子の使用用途によって定まってよい。なお、図６の「Ｅｙｅｓｉｇｈｔ」は、ポートＣ，Ｄとは異なる内視鏡ポートから挿入された手術器具としてのカメラにより撮像可能な範囲（視野）を示している。視野の範囲では、ユーザは、手術時の撮像画像により被検体内の様子を観察できる。そして、視野外において鉗子ＦＣ３と鉗子ＦＣ４が干渉することや、視野外において鉗子ＦＣ３と鉗子ＦＣ４が組織を不意に挟んだりして、組織が損傷すること抑制できる。

被検体内の３次元空間においてターゲットＢの位置が設定されると、体表上のポート設置可能範囲が導出されて表示される。このポート設置可能範囲は、複数の鉗子の干渉が考慮されておらず、図６のポート設置可能範囲ＰＲ３より広く、例えば図３及び図４に示したポート設置可能範囲ＰＲ１の形状に近くなる（図６では不図示）。この状態で、ポートＤの位置を設定した後に、ポートＣの位置を設定することを想定する。ポートＤの位置が設定されると、ポートＣの位置の設定の際、ポート設置可能範囲は、ポートＣに挿入される鉗子ＦＣ３とは異なる鉗子ＦＣ４の可動範囲を基に再算出され、ポート設置可能範囲ＰＲ３が得られる。ポートＣの位置の設定の際には、ポート範囲情報は、例えば、ターゲットＢの位置と、ポートＤの位置と、ターゲットＢとポートＤとを結ぶ鉗子ＦＣ４の位置と、ポート設置可能範囲ＰＲ３の位置と、ユーザが視認可能な視野（eyesight）の位置と、鉗子ＦＣ４からの視野外での安全距離を示した直線ＳＬと、を含む。ポートＣの位置が設定されると、ポート範囲情報は、例えば、ポートＣの位置と、ターゲットＢとポートＣとを結ぶ鉗子ＦＣ３の位置と、を含んでよい。

術者は、図６に示したポート範囲情報を確認することで、安全距離を示す直線ＳＬを確認でき、手術時に、使用中の鉗子と他の鉗子との距離を確保し易くなる。よって、医用画像処理装置１００は、例えば、複数の鉗子ＦＣ３，ＦＣ４に臓器や血管が挟まれて損傷することを回避できる。特に、腹腔鏡の視野外において臓器や血管が挟まれることを抑制できる。ここでは、設定済みのポートＤに挿通される鉗子ＦＣ４の可動範囲と、新たに計画されるポートＣに挿通される鉗子ＦＣ３の可動範囲と、を基に、これらの可動範囲が重複しないように、ポート設置可能範囲ＰＲ３が導出される。なお、手術器具としての腹腔鏡（カメラ）と鉗子との干渉を避けるように、ポート設置可能範囲ＰＲ３が導出されてもよい。

図７は、ポート範囲情報の第５表示例を示す図である。図８は、ポート範囲情報の第６表示例を示す図である。図７及び図８では、ＮＯＴＥＳにおいて内腔からターゲットにアプローチする場合のレンダリング画像とポート範囲情報とが表示されている。図７では、レンダリング画像がＭＰＲ画像であることを例示する。図８では、レンダリング画像が仮想内視鏡画像であることを例示する。

ターゲットＣが設定されると、図７及び図８のポート範囲情報が表示される。ここでは、管状組織３０（例えば直腸）の内腔表面ＳＦ２にポートＥを設置可能なポート設置可能範囲ＰＲ４が導出され、表示される。図７及び図８のポート範囲情報は、例えば、ターゲットＣの位置と、被検体の内腔表面ＳＦ２におけるポート設置可能範囲ＰＲ４の位置と、を示す情報を含む。また、ポート設置可能範囲ＰＲ４においてポートＥの位置が設定されると、ポート範囲情報は、例えば、ポートＥの位置と、ターゲットＣとポートＥとを結ぶ鉗子ＦＣ５の位置と、を含んでよい。なお、図８の左下端部には、被検体における管状組織３０の走行状態を示す情報ＰＳが表示され、図８に示された仮想内視鏡画像が管状組織３０におけるどの位置の画像であるかを示している。

表示制御部１６６は、ＭＰＲ画像のＭＰＲ面と被検体の３次元空間におけるポート設置可能範囲ＰＲ４との交線を、ＭＰＲ画像に重畳して表示させてよい。また、内腔を可視化した仮想内視鏡画像の画像面と被検体の３次元空間におけるポート設置可能範囲ＰＲ４との交線を、仮想内視鏡画像に重畳して表示させてよい。仮想内視鏡画像は、内腔の３次元画像の一例である。内腔の３次元画像は、透視投影画像、平行投影画像、円筒投影画像、等でもよい。

図９は、ポート範囲情報の第７表示例を示す図である。図９では、複数のターゲットとしてターゲットＤ，Ｅが存在する場合のレンダリング画像と角度情報とが表示されている。ターゲットＤ，Ｅの位置が設定されると、図９の角度情報を含むポート範囲情報が生成され、表示される。このポート範囲情報は、例えば、ターゲットＤ，Ｅの位置と、ポート設置可能範囲ＰＲ５の位置と、を示す情報を含む。また、ポート設置可能範囲ＰＲ５においてポートＦの位置が設定されると、ポート範囲情報は、例えば、ポートＦの位置と、ターゲットＤとポートＦとを結ぶ鉗子ＦＣ６の位置と、ターゲットＥとポートＦとを結ぶ鉗子ＦＣ７の位置と、を含んでよい。また、角度情報は、ポートＦの位置における鉗子ＦＣ６と体表面との角度ＡＧ１が４６°であり、ポートＦの位置における鉗子ＦＣ７と体表面との角度ＡＧ２が４０°であることを示す情報を含む。そのため、図９では、角度情報は、ポートＦに挿入される鉗子の角度が４０°～４６°で調整される可能性があることを示す情報を含む。

このように、医用画像処理装置１００は、単一のポートＦからアクセスするターゲットＤ，Ｅが複数存在する場合、ターゲットＤ，Ｅにアクセスする角度の範囲を、例えば角度上限の角度（例えば４６°）と下限の角度（例えば４０°）とを用いて表示できる。図７では、鉗子ＦＣ６，ＦＣ７の向きによって、異なる２つの角度が考慮されている。

また、ポート設置可能範囲を導出する際に、ポートＦの位置を任意の位置に仮定してよい。仮定されたポートＦの位置に対応する角度の範囲が所定の安全角度の範囲内である場合、仮定されたポートＦの位置にポート設置可能であると判断可能できる。この場合、ポートの仮定位置をポート設置可能範囲に含めることができる。

図１０は、医用画像処理装置１００の動作例を示すフローチャートである。図１０では、被検体の体表にポートを設定することを例示する。

まず、被検体（例えば患者）の非気腹状態のボリュームデータを取得する（Ｓ１１）。非気腹状態のボリュームデータにおいてターゲットの位置を設定する（Ｓ１２）。気腹シミュレーションを行い、仮想気腹状態のボリュームデータを生成する（Ｓ１３）。また、非気腹状態のボリュームデータと仮想気腹状態のボリュームデータとの対応関係を示す変形情報を生成する（Ｓ１３）。仮想気腹状態のボリュームデータの例えば輪郭を抽出して、被検体の体表を取得する（Ｓ１４）。体表上の各ボクセルにおいてポート設置可能条件を満たすか否かを判定し、ポート設置可能条件を満たすボクセルの集合で構成されるポート設置可能範囲を算出する（Ｓ１５）。体表を透明にする輝度設定で輝度調整して、仮想気腹状態のボリュームデータをボリュームレンダリングし、レンダリング画像にポート設置可能範囲を重畳して表示させる（Ｓ１６）。ポート設置可能範囲の範囲内において、ポートを設定する（Ｓ１７）。

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、ポート設置可能条件が複数存在してもよい。例えば、障害物との干渉回避や他の鉗子との干渉回避するための安全距離、鉗子挿入時の安全角度が段階的に複数用意されてよく、推奨ポート設置可能範囲や許容ポート設置可能範囲のように、ポート設置可能範囲が段階的に複数導出されてもよい。

また、図１０のＳ１３が省略され、被検体に対して気腹シミュレーションや実際の気腹が行われなくてもよい。組織によっては（例えば肺では）、気腹しないことが考えられるためである。

また、ＮＯＴＥＳの場合、変形処理部１６２が変形シミュレーションにより胃や腸を仮想的に変形させてから、範囲情報処理部１６５がポート設置可能範囲を導出してポート範囲情報を生成し、表示制御部１６６がポート範囲情報を表示させてよい。例えば、内視鏡手術において内視鏡が挿入された管状組織の内腔から鉗子を押して穿刺することが想定されるためである。この場合、被検体の体表ではなく、例えば、被検体の管状組織の内面（内腔表面）に設置されるポートのポート設置可能範囲が導出されてよい。

また、術前シミュレーションの他に、術中ナビゲーションにおいて、ポート設置可能範囲の導出、ポート範囲情報の生成、ポート範囲情報の表示等が行われてよい。範囲情報処理部１６５は、術前シミュレーションにおける上記のポート設置可能範囲の導出、ポート範囲情報の生成、ポート範囲情報の表示、等の結果を、メモリ１５０に保持させておいてよい。術中ナビゲーションでは、範囲情報処理部１６５は、術前シミュレーションの結果をメモリ１５０から読み出して、表示制御部１６６及びディスプレイ１３０を介してポート範囲情報を表示させてよい。

また、範囲情報処理部１６５は、読み出したポート設置可能範囲やポート範囲情報を、術中ナビゲーション時に得られたデータや情報を基に補正してよい。例えば、術前シミュレーション時のポート設置可能範囲と実際のポート設置可能範囲とが異なる場合、範囲情報処理部１６５は、実際のポート設置可能範囲を基にポート範囲情報を再生成し、このポート範囲情報を表示させてよい。この場合、磁気センサ等の各種センサにより、ポート位置、鉗子の位置、ターゲットの位置、他の鉗子の位置、障害物の位置、等が検出されてよい。そして、範囲情報処理部１６５により、術中ナビゲーション時のポート設置可能範囲が算出されてよい。

また、ＳＩＬＳが適用される内視鏡手術には、腹腔鏡を用いた手術、胃カメラを用いた手術、大腸鏡を用いた手術、等が含まれてよい。また、上記実施形態は、１つのポートを介してカメラや複数の鉗子が挿入されるＳＩＬＳではなく、複数のポートを介してカメラや複数の鉗子が挿入される複数孔式の腹腔鏡下手術に適用されてもよい。

また、ポート位置の設定が変形シミュレーションの後に行われ、ターゲット位置の設定が変形シミュレーションの前に行われることを例示したが、これに限られない。ポート位置及びターゲット位置の設定は、変形シミュレーションの前に行われても、変形シミュレーション後に行われてもよい。ポート位置及びターゲット位置は、例えば、ＵＩ１２０を介して、被検体のボリュームデータに基づく所定の断面画像（ＭＰＲ）を用いて指定されてよい。

また、ポートが設定される上皮組織は、被検体の体表でもよいし、被検体の内部の臓器の内腔表面であってもよい。また、腹腔鏡、内視鏡、鉗子類、ロボット手術装置のエンドエフェクタ、その他の手術器具を総称して、「低侵襲手術器具」とも称する。

また、医用画像処理装置１００は、少なくともプロセッサ１４０及びメモリ１５０を備えてよい。取得部１１０、ＵＩ１２０、及びディスプレイ１３０は、医用画像処理装置１００に対して外付けであってもよい。

また、撮像されたＣＴ画像としてのボリュームデータは、ＣＴ装置２００から医用画像処理装置１００へ送信されることを例示した。この代わりに、ボリュームデータが一旦蓄積されるように、ネットワーク上のサーバ（例えば画像データサーバ（ＰＡＣＳ）（不図示））等へ送信され、保管されてもよい。この場合、必要時に医用画像処理装置１００の取得部１１０が、ボリュームデータを、有線回線又は無線回線を介してサーバ等から取得してもよいし、任意の記憶媒体（不図示）を介して取得してもよい。

また、撮像されたＣＴ画像としてのボリュームデータは、ＣＴ装置２００から医用画像処理装置１００へ取得部１１０を経由して送信されることを例示した。これは、実質的にＣＴ装置２００と医用画像処理装置１００とを併せて一製品として成立している場合も含まれるものとする。また、医用画像処理装置１００がＣＴ装置２００のコンソールとして扱われている場合も含む。

また、ＣＴ装置２００により画像を撮像し、被検体内部の情報を含むボリュームデータを生成することを例示したが、他の装置により画像を撮像し、ボリュームデータを生成してもよい。他の装置は、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置、血管造影装置（Angiography装置）、又はその他のモダリティ装置を含む。また、ＰＥＴ装置は、他のモダリティ装置と組み合わせて用いられてもよい。

また、医用画像処理装置１００における動作が規定された医用画像処理方法として表現可能である。また、コンピュータに医用画像処理方法の各ステップを実行させるためのプログラムとして表現可能である。

（上記実施形態の概要）
上記実施形態の一態様は、医用画像処理装置１００であって、取得部１１０と、処理部１６０と、表示部（例えばディスプレイ１３０）と、を備える。取得部１１０は、被検体のボリュームデータを取得する機能を有する。処理部１６０は、ボリュームデータに基づく３Ｄデータ（例えば無加工の非気腹状態のボリュームデータ、胃や腸を変形させたボリュームデータ、ボリュームデータから作成したサーフィスモデルを変形させたもの、又は仮想気腹状態のボリュームデータ）において、被検体の内部に配置されるターゲット（例えばターゲットＡ）を設定する機能を有する。処理部１６０は、３Ｄデータを可視化（例えばレンダリング）して上皮組織を非表示とし、透明化し、又は半透明化した画像とともに、上皮組織においてターゲットに至る手術器具（例えば鉗子）を挿通するポートを設置可能なポート設置可能範囲を示す情報（例えばポート範囲情報）を、表示部に表示させる、機能を有する。

これにより、医用画像処理装置１００は、設定されたターゲットの位置を基準に、手術器具が挿通されるポートを設置可能な範囲の情報を、ユーザに提供できる。よって、被検体において手術器具が通るポートを設置可能な範囲をユーザが認識でき、術者及び被検体の負担を低減できる。ユーザは、ポート設置可能範囲の内部においてポートを設置（穿孔）することで、ターゲットに対する処置の安全性を向上できる。よって、ユーザは、術前シミュレーションや術中ナビゲーションにおいて、ポート設置可能範囲を示す情報を加味して必要な処置を講じることができる。また、上皮組織を非表示とし、透明化し、又は半透明化することで、ユーザは、ターゲット及び周辺組織を確認しながらポート設置可能範囲、ポートからターゲットまでの鉗子のシャフトの配置、鉗子の挿入経路及びターゲット位置を同時に直感的に把握し易くなる。

また、処理部１６０は、上皮組織における前記ポート設置可能範囲を算出し、ポート設置可能範囲の範囲内において、被検体の上皮組織に配置されるポートを設定してよい。これにより、医用画像処理装置１００は、上皮組織を非表示とし、透明化し、又は半透明化して上皮組織でのポート設置可能範囲を可視化できる。よってユーザは、被検体の内部を確認しつつ、上皮組織上でのポート設置可能範囲を確認できる。

また、処理部１６０は、被検体の変形シミュレーションにより被検体の変形に関する変形情報を生成し、ボリュームデータと変形情報に基づいて、３Ｄデータを生成してよい。これにより、医用画像処理装置１００は、気腹や手術器具の動きに起因する被検体内の組織の変形を加味して、手術時の実態に即したポート設置可能範囲を算出し、ポート設置可能範囲を示す情報を提供できる。

また、ターゲットは、被検体における複数の点又は領域を含んでよい。ポート範囲情報は、ポートの位置における手術器具と上皮組織との成す角度の上限及び下限の少なくとも一つを示す情報を含んでよい。なお、上記の領域は、複数の点を含む。これにより、ユーザは、複数のターゲットに対して処置を行う場合でも、手術器具を動かして調整可能と許容される角度の範囲を確認することができる。よって、ユーザは、例えば、この角度の範囲が安全範囲である場合、仮定したポートの位置にポート設置可能と判断してよい。

また、ポート設置可能範囲は、手術器具が配置されるポートとターゲットとの間の経路上の器官に基づいて決定されてよい。なお、経路とは、例えばポートからターゲットの間に挿入される鉗子が通る経路の位置や、挿入された状態での鉗子のシャフトの位置でよい。これにより、医用画像処理装置１００は、例えば手術器具の配置位置が器官の位置と重複することを抑制でき、器官を損傷することを抑制できる。

また、ポートは、少なくとも１つ設けられてよい。少なくとも１つのポートに、複数の手術器具が挿入可能でよい。例えば、単一のポートを利用したＳＩＬＳでは、被検体内に挿入される複数の手術器具の動きの自由度が小さい。この場合でも、ユーザは、制限された手術器具を用いて処置する際に、ポート設置可能範囲を確認することで、安全に配慮したポートの設置が可能である。

また、複数の手術器具は、第１の手術器具と第２の手術器具を含んでよい。ポート設置可能範囲は、第１の手術器具を挿通するポートについてのポート設置可能範囲であり、被検体において第２の手術器具が配置される位置を基に決定されてよい。これにより、医用画像処理装置１００は、他の手術器具等との干渉を抑制でき、手術時の安全性を向上できる。

また、手術器具は、シャフト部に可撓性を有し又は折り曲げ機構を有し、手術器具の先端部の角度を調整可能でよい。この場合でも、医用画像処理装置１００は、手術器具の調整される角度範囲等を加味して、ポート設置可能範囲を導出し、ポート範囲情報を提示できる。また、同じポート位置及びターゲット位置を通る手術器具であっても、手術器具の調整角度が異なる場合、被検体内において処置を行うためのスペース（ワーキングエリア）を確保し易くなる。

また、手術器具は、ロボット手術装置に用いられるエンドエフェクタでよい。これにより、医用画像処理装置１００は、ロボット手術をポート範囲情報の提示により支援できる。特に、ロボット手術の場合には、ポートからターゲットまでのアプローチが長いので、的確にポート設置位置を決定することが困難である。医用画像処理装置１００によれば、術前シミュレーションにおいてターゲットを指定すると、ポートを設置可能な箇所を可視化された画像上で表示できる。

また、被検体の上皮組織は、被検体の内腔表面ＳＦ２の組織でよい。内腔表面ＳＦ２は、被検体内に位置するので、ユーザからは直接視認できない。これに対し、医用画像処理装置１００は、ユーザに内腔表面ＳＦ２におけるポート設置可能範囲ＰＲ４を含むポート範囲情報を提供でき、手術の安全性を一層向上できる。よって、医用画像処理装置１００は、ＮＯＴＥＳの術前シミュレーション又は術中ナビゲーションにおいても、ポート範囲情報を示して手術を支援できる。

上記実施形態の一態様は、被検体のボリュームデータを取得するステップと、前記ボリュームデータに基づく３Ｄデータにおいて、前記被検体の内部に配置されるターゲットを設定するステップと、前記３Ｄデータを可視化して前記被検体の上皮組織を非表示とし、透明化し、又は半透明化した画像とともに、前記上皮組織において前記ターゲットに至る手術器具を挿通するポートを設置可能なポート設置可能範囲を示す情報を、表示部に表示させるステップと、を有する医用画像処理方法である。

本実施形態の一態様は、上記の医用画像処理方法をコンピュータに実行させるための医用画像処理プログラムである。

本開示は、被検体において手術器具が通るポートを設置可能な範囲を認識でき、術者及び被検体の負担を低減できる医用画像処理装置、医用画像処理方法、及び医用画像処理プログラムに有用である。

３０ 管状組織
１００ 医用画像処理装置
１１０ 取得部
１２０ ユーザインタフェース（ＵＩ）
１３０ ディスプレイ
１４０ プロセッサ
１５０ メモリ
１６０ 処理部
１６１ 領域処理部
１６２ 変形処理部
１６３ 画像生成部
１６４ 位置設定部
１６５ 範囲情報処理部
１６６ 表示制御部
２００ ＣＴ装置
ＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３，ＰＲ４，ＰＲ５ ポート設置可能範囲
ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３，ＦＣ４，ＦＣ５，ＦＣ６，ＦＣ７ 鉗子
ＳＦ２ 内腔表面

Claims (12)

1. 医用画像処理装置であって、
   取得部と、処理部と、表示部と、を備え、
   前記取得部は、被検体のボリュームデータを取得する機能を有し、
   前記処理部は、
   前記ボリュームデータに基づく３Ｄデータにおいて、前記被検体の内部に配置されるターゲットを設定し、
   前記３Ｄデータを可視化して前記被検体の上皮組織を非表示とし、透明化し、又は半透明化した画像とともに、前記上皮組織において前記ターゲットに至る手術器具を挿通するポートを設置可能なポート設置可能範囲を示す情報を、前記表示部に表示させる、機能を有する、
   医用画像処理装置。
2. 前記処理部は、
   前記上皮組織における前記ポート設置可能範囲を算出し、
   前記ポート設置可能範囲の範囲内において、前記被検体の上皮組織に配置されるポートを設定する、
   請求項１に記載の医用画像処理装置。
3. 前記処理部は、
   前記被検体の変形シミュレーションにより前記被検体の変形に関する変形情報を生成し、
   前記ボリュームデータと前記変形情報とに基づいて、前記３Ｄデータを生成する、
   請求項１または２に記載の医用画像処理装置。
4. 前記ターゲットは、前記被検体における複数の点又は領域を含み、
   前記ポート設置可能範囲を示す情報は、前記ポートの位置における前記手術器具と前記上皮組織との成す角度の上限及び下限の少なくとも一つを示す情報を含む、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
5. 前記ポート設置可能範囲は、前記手術器具が配置される前記ポートと前記ターゲットとの間の経路上の器官に基づいて決定される、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
6. 前記ポートは、少なくとも１つ設けられ、
   少なくとも１つの前記ポートに、複数の前記手術器具が挿入可能である、
   請求項１～５のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
7. 前記被検体には複数の前記手術器具が挿入可能であり、
   複数の前記手術器具は、第１の手術器具と第２の手術器具を含み、
   前記ポート設置可能範囲は、前記第１の手術器具を挿通する前記ポート設置可能範囲であり、前記被検体において前記第２の手術器具が配置される位置を基に決定される、
   請求項１～５のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
8. 前記手術器具は、シャフト部に可撓性を有し又は折り曲げ機構を有し、前記手術器具の先端部の角度を調整可能である、
   請求項１～７のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
9. 前記手術器具は、ロボット手術に用いられるエンドエフェクタである、
   請求項１～８のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
10. 前記被検体の上皮組織は、前記被検体の内腔表面の組織である、
    請求項１～９のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
11. 被検体のボリュームデータを取得するステップと、
    前記ボリュームデータに基づく３Ｄデータにおいて、前記被検体の内部に配置されるターゲットを設定するステップと、
    前記３Ｄデータを可視化して前記被検体の上皮組織を非表示とし、透明化し、又は半透明化した画像とともに、前記上皮組織において前記ターゲットに至る手術器具を挿通するポートを設置可能なポート設置可能範囲を示す情報を、表示部に表示させるステップと、
    を有する医用画像処理方法。
12. 請求項１１に記載の医用画像処理方法をコンピュータに実行させるための医用画像処理プログラム。

Images