特開 2024-65792 硬膜外麻酔支援システム、硬膜外麻酔訓練方法、及び表示装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024065792

(43)【公開日】2024-05-15

(54)【発明の名称】硬膜外麻酔支援システム、硬膜外麻酔訓練方法、及び表示装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G06T 19/00 20110101AFI20240508BHJP

   G09B 9/00 20060101ALI20240508BHJP

   G09B 5/02 20060101ALI20240508BHJP

   A61B 90/00 20160101ALI20240508BHJP

【ＦＩ】

G06T19/00 600

G09B9/00 Z

G09B5/02

A61B90/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022174821

(22)【出願日】2022-10-31

(71)【出願人】

【識別番号】304036754

【氏名又は名称】国立大学法人山形大学

(74)【代理人】

【識別番号】100160543

【弁理士】

【氏名又は名称】河野上 正晴

(74)【代理人】

【識別番号】100170874

【弁理士】

【氏名又は名称】塩川 和哉

(74)【代理人】

【識別番号】100196209

【弁理士】

【氏名又は名称】松崎 義邦

(74)【代理人】

【識別番号】100196829

【弁理士】

【氏名又は名称】中澤 言一

(72)【発明者】

【氏名】川前 金幸

(72)【発明者】

【氏名】早坂 達哉

(72)【発明者】

【氏名】河野 和晴

(72)【発明者】

【氏名】小森谷 祐太

【テーマコード（参考）】

2C028

5B050

【Ｆターム（参考）】

2C028AA10

2C028BB01

2C028BC05

5B050AA02

5B050BA09

5B050CA07

5B050EA07

5B050EA19

5B050FA02

5B050FA06

(57)【要約】

【課題】盲目的な硬膜外穿刺を改善し、硬膜外穿刺の安全性及び迅速性を向上させる硬膜外麻酔支援システム等を提供する。
【解決手段】硬膜外麻酔支援システムは、硬膜外麻酔を支援するための硬膜外麻酔支援システムであって、ユーザの目の正面方向に設置された透過表示部と、ユーザが透過表示部を通して人体モデル又は患者背部を見た場合、脊椎の少なくとも一部を示す第１空中像が人体モデル又は患者背部の対応位置に表示されるように、第１空中像を透過表示部に出力する出力処理部と、を備えるゴーグル型の表示装置と、を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

硬膜外麻酔を支援するための硬膜外麻酔支援システムであって、
前記硬膜外麻酔の訓練対象となる人体の少なくとも一部を模した人体モデルと、
ユーザの目の正面方向に設置された透過表示部と、
前記ユーザが前記透過表示部を通して前記人体モデルを見た場合、脊椎の少なくとも一部を示す第１空中像が前記人体モデルの対応位置に表示されるように、前記第１空中像を前記透過表示部に出力する出力処理部と、を備えるゴーグル型の表示装置と、
を有することを特徴とする硬膜外麻酔支援システム。

【請求項2】

前記人体モデルは、前記脊椎の少なくとも一部を模した脊椎モデルを有し、
前記出力処理部は、ＣＴ装置によって取得された前記脊椎モデルのＣＴ画像から生成された３次元オブジェクトデータに基づいて、前記第１空中像を出力する、請求項１に記載の硬膜外麻酔支援システム。

【請求項3】

前記出力処理部は、前記ユーザが前記透過表示部を通して前記人体モデルを見た場合、前記硬膜外麻酔で用いられる硬膜外針の皮膚穿刺点、前記硬膜外針の穿刺角度、及び前記硬膜外針の硬膜外腔穿刺点のうちの少なくとも一つを示す第２空中像が前記人体モデルの対応位置に表示されるように、前記第２空中像を前記透過表示部に出力する、請求項１に記載の硬膜外麻酔支援システム。

【請求項4】

前記人体モデルは、前記脊椎の少なくとも一部を模した脊椎モデルを有し、
前記出力処理部は、ＣＴ装置によって取得された、前記硬膜外針が穿刺された前記脊椎モデルのＣＴ画像から生成された３次元オブジェクトデータに基づいて、前記第１空中像及び前記第２空中像を出力し、
前記硬膜外針は、医学的に適切な、前記皮膚穿刺点、前記穿刺角度、及び前記硬膜外腔穿刺点を満たすように、前記脊椎モデルに穿刺される、請求項３に記載の硬膜外麻酔支援システム。

【請求項5】

硬膜外麻酔を支援するための硬膜外麻酔支援システムであって、
ユーザの目の正面方向に設置された透過表示部と、
前記ユーザが前記透過表示部を通して人体を見た場合、前記人体の脊椎の少なくとも一部を示す空中像が前記人体の対応位置に表示されるように、前記空中像を前記透過表示部に出力する出力処理部と、を備えるゴーグル型の表示装置、
を有することを特徴とする硬膜外麻酔支援システム。

【請求項6】

前記ゴーグル型の表示装置は、装着した前記ユーザに前記空中像をイメージさせ、
前記ユーザは、前記空中像のイメージ後に前記ゴーグル型の表示装置を外し、通常通りの硬膜外麻酔を施行する、請求項５に記載の硬膜外麻酔支援システム。

【請求項7】

請求項１～４のいずれか一項に記載の硬膜外麻酔支援システムを用いて前記硬膜外麻酔を訓練するための硬膜外麻酔訓練方法であって、
前記ゴーグル型の表示装置を装着した前記ユーザに、前記硬膜外麻酔で用いられる硬膜外針を前記人体モデルに穿刺させるため、前記第１空中像を前記ゴーグル型の表示装置に表示するステップ、
を含む硬膜外麻酔訓練方法。

【請求項8】

前記ユーザが、前記ゴーグル型の表示装置を装着して前記第１空中像をイメージした後に前記ゴーグル型の表示装置を外し、前記硬膜外針を前記人体モデルに穿刺するステップ、
を更に含む、請求項７に記載の硬膜外麻酔訓練方法。

【請求項9】

請求項２又は４に記載の硬膜外麻酔支援システムを用いて前記硬膜外麻酔を訓練するための硬膜外麻酔訓練方法であって、
前記ゴーグル型の表示装置を装着した前記ユーザに、前記人体モデルに装着された前記脊椎モデルに硬膜外針を穿刺させるため、前記第１空中像を前記ゴーグル型の表示装置に表示するステップと、
前記硬膜外針が前記ユーザによって穿刺された前記脊椎モデルのＣＴ画像を取得するステップと、
前記硬膜外針が前記ユーザによって穿刺された前記脊椎モデルにおける、当該硬膜外針の皮膚穿刺点、穿刺角度、及び硬膜外腔穿刺点を表示するステップと、
を含む硬膜外麻酔訓練方法。

【請求項10】

前記ユーザが、前記ゴーグル型の表示装置を装着して前記第１空中像をイメージした後に前記ゴーグル型の表示装置を外し、前記硬膜外針を前記人体モデルに穿刺するステップ、
を更に含む、請求項９に記載の硬膜外麻酔訓練方法。

【請求項11】

画像取得部と、記憶部と、透過表示部を備える表示装置の制御方法であって、
前記表示装置が、
特定の人体の表面の形状の少なくとも一部を示す第１の３次元オブジェクトデータと、前記特定の人体の脊椎の少なくとも一部を示す第２の３次元オブジェクトデータと、を前記記憶部に記憶し、
前記画像取得部によって取得された前記特定の人体の画像と、前記第１の３次元オブジェクトデータとに基づいて、前記第２の３次元オブジェクトデータに基づく前記特定の人体の脊椎の少なくとも一部を示す空中像を前記透過表示部に表示する、
ことを特徴とする制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書で開示された実施形態は、硬膜外麻酔支援システム、硬膜外麻酔訓練方法、及び表示装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

硬膜外麻酔は、胸部、腹部、骨盤、下肢の手術の際に全身麻酔と併用して使用されるものである。硬膜外麻酔の鎮痛効果は、傍脊椎神経ブロックよりも秀でており、近年の研究によると、手術の際に硬膜外麻酔が使用された場合、術後の認知機能障害及び術後のストレス反応を軽減させる効果があることが示されている。

【0003】

他方、硬膜外麻酔は難易度の高い手技である。硬膜外麻酔を施行する臨床医は、硬膜外針の指先を指で感じ、指先を“歩かせ”ながら、硬膜外倥の位置を特定しなければならない。このように、臨床医は、“歩く”という技術を盲目的に行っている。このため、硬膜外麻酔の施行に際し、臨床医には、解剖学的知識だけではなく経験や感覚が必要となる。

【0004】

硬膜外麻酔における硬膜外カテーテルの挿入困難及び挿入不可の発生率は、約７％であり、麻酔研修医においては約２６％に及ぶ。硬膜外カテーテルの挿入困難は、時間経過に伴い患者に苦痛を強いることになり、また、複数回の硬膜外穿刺は患者に局所痛を与える。さらに、患者が穿刺時に安静を保てない際は硬膜外穿刺による神経損傷のリスクが上がり、硬膜外穿刺の手技を中断せざるを得ない状況に見舞われることもある。

【0005】

このため、安全で正確な硬膜外麻酔を行うための方法は長年にわたり模索されている。例えば、特許文献１及び非特許文献１には、硬膜外穿刺の手技を習得するための硬膜外穿刺シミュレータが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００２－１３２１３８号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】「腰椎・硬膜外穿刺シミュレータ ルンバールくんIIＡ」，［online］，2022年3月18日，株式会社京都科学，［2022年9月1日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：https://www.kyotokagaku.com/jp/products_data/m43b_02/?utm_source=YT&utm_medium=L&utm_campaign=TR＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１及び非特許文献１に記載された人体モデル（硬膜外穿刺シミュレータ）は、盲目的な硬膜外穿刺の習得方法の提供にとどまるものであった。このように、従来の人体モデルは、盲目的な硬膜外穿刺を改善するものではなく、硬膜外穿刺の安全性及び迅速性を更に向上させるものではなかった。

【0009】

本明細書で開示された硬膜外麻酔支援システム、硬膜外麻酔訓練方法、及び表示装置の制御方法は、盲目的な硬膜外穿刺を改善し、硬膜外穿刺の安全性及び迅速性を向上させることを可能とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

開示された硬膜外麻酔支援システムは、硬膜外麻酔を支援するための硬膜外麻酔支援システムであって、硬膜外麻酔の訓練対象となる人体の少なくとも一部を模した人体モデルと、ユーザの目の正面方向に設置された透過表示部と、ユーザが透過表示部を通して人体モデルを見た場合、脊椎の少なくとも一部を示す第１空中像が人体モデルの対応位置に表示されるように、第１空中像を透過表示部に出力する出力処理部と、を備えるゴーグル型の表示装置と、を有する。

【0011】

また、開示された硬膜外麻酔支援システムにおいて、人体モデルは、脊椎の少なくとも一部を模した脊椎モデルを有し、出力処理部は、ＣＴ装置によって取得された脊椎モデルのＣＴ画像から生成された３次元オブジェクトデータに基づいて、第１空中像を出力することが好ましい。

【0012】

また、開示された硬膜外麻酔支援システムにおいて、出力処理部は、ユーザが透過表示部を通して人体モデルを見た場合、硬膜外麻酔で用いられる硬膜外針の皮膚穿刺点、硬膜外針の穿刺角度、及び硬膜外針の硬膜外腔穿刺点のうちの少なくとも一つを示す第２空中像が人体モデルの対応位置に表示されるように、第２空中像を透過表示部に出力することが好ましい。

【0013】

また、開示された硬膜外麻酔支援システムにおいて、人体モデルは、脊椎の少なくとも一部を模した脊椎モデルを有し、出力処理部は、ＣＴ装置によって取得された、硬膜外針が穿刺された脊椎モデルのＣＴ画像から生成された３次元オブジェクトデータに基づいて、第１空中像及び第２空中像を出力し、硬膜外針は、医学的に適切な、皮膚穿刺点、穿刺角度、及び硬膜外腔穿刺点を満たすように、脊椎モデルに穿刺されることが好ましい。

【0014】

開示された硬膜外麻酔支援システムは、硬膜外麻酔を支援するための硬膜外麻酔支援システムであって、ユーザの目の正面方向に設置された透過表示部と、ユーザが透過表示部を通して人体を見た場合、人体の脊椎の少なくとも一部を示す空中像が人体の対応位置に表示されるように、空中像を透過表示部に出力する出力処理部と、を備えるゴーグル型の表示装置、を有する。

【0015】

また、開示された硬膜外麻酔支援システムにおいて、ゴーグル型の表示装置は、装着したユーザに空中像をイメージさせ、ユーザは、空中像のイメージ後にゴーグル型の表示装置を外し、通常通りの硬膜外麻酔を施行することが好ましい。

【0016】

開示された硬膜外麻酔訓練方法は、開示された硬膜外麻酔支援システムを用いて硬膜外麻酔を訓練するための硬膜外麻酔訓練方法であって、ゴーグル型の表示装置を装着したユーザに、硬膜外麻酔で用いられる硬膜外針を人体モデルに穿刺させるため、第１空中像をゴーグル型の表示装置に表示するステップ、を含む。

【0017】

開示された硬膜外麻酔訓練方法は、開示された硬膜外麻酔支援システムを用いて硬膜外麻酔を訓練するための硬膜外麻酔訓練方法であって、ゴーグル型の表示装置を装着したユーザに、人体モデルに装着された脊椎モデルに硬膜外針を穿刺させるため、第１空中像をゴーグル型の表示装置に表示するステップと、硬膜外針がユーザによって穿刺された脊椎モデルのＣＴ画像を取得するステップと、硬膜外針がユーザによって穿刺された脊椎モデルにおける、当該硬膜外針の皮膚穿刺点、穿刺角度、及び硬膜外腔穿刺点を表示するステップと、を含む。

【0018】

また、開示された硬膜外麻酔訓練方法において、ユーザが、ゴーグル型の表示装置を装着して第１空中像をイメージした後にゴーグル型の表示装置を外し、硬膜外針を前記人体モデルに穿刺するステップ、を更に含むことが好ましい。

【0019】

開示された制御方法は、画像取得部と、記憶部と、透過表示部を備える表示装置の制御方法であって、表示装置が、特定の人体の表面の形状の少なくとも一部を示す第１の３次元オブジェクトデータと、特定の人体の脊椎の少なくとも一部を示す第２の３次元オブジェクトデータと、を記憶部に記憶し、画像取得部によって取得された特定の人体の画像と、第１の３次元オブジェクトデータとに基づいて、第２の３次元オブジェクトデータに基づく特定の人体の脊椎の少なくとも一部を示す空中像を透過表示部に表示する。

【発明の効果】

【0020】

開示された硬膜外麻酔支援システム、硬膜外麻酔訓練方法、及び表示装置の制御方法によって、盲目的な硬膜外穿刺を改善し、硬膜外穿刺の安全性及び迅速性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】硬膜外麻酔支援システムの概要の一例を説明するための模式図である。

【図2】人体モデルの概略構成の一例を示す図である。

【図3】硬膜外針が穿刺された腰椎モデルの生成方法の一例を示す模式図である。

【図4】（ａ）は、ウェアラブル装置の外観の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、ウェアラブル装置の概略構成の一例を示す図である。

【図5】（ａ）は、３次元オブジェクトの一例を示す模式図であり、（ｂ）は、ウェアラブル装置において表示される空中像の一例を示す図である。

【図6】硬膜外針の穿刺訓練の結果画像を説明するための模式図である。

【図7】硬膜外麻酔訓練方法の動作フローの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0023】

（硬膜外麻酔支援システム１の概要）
図１は、硬膜外麻酔支援システム１の概要の一例を説明するための模式図である。硬膜外麻酔支援システム１は、人体モデル２とウェアラブル装置３とを含む。人体モデル２は、人体を模した本体部２１と、人体の背面の皮膚の少なくとも一部を模した皮膚部２２とを有する。本体部２１は、脊椎の少なくとも一部を模した脊椎モデル２４を収容する収容部２３を有する。

【0024】

ウェアラブル装置３は、ユーザ（医師又は研修医等）の頭部に着用可能なゴーグル型の表示装置である。ウェアラブル装置３には、着用したユーザの目の正面方向に位置するように透過表示部が設置される。ウェアラブル装置３は、各種の空中像を透過表示部に表示するＭＲ（Mixed Reality）機能を有する。

【0025】

図１（ｂ）に示されるように、ウェアラブル装置３は、脊椎モデル２４の空中像Ａ１を、当該ウェアラブル装置３を着用したユーザが透過表示部を通して人体モデル２を見た場合における人体モデル２の対応位置に表示する。例えば、ウェアラブル装置３は、人体モデル２の表面の形状を示す３次元オブジェクトＤ１の３次元オブジェクトデータと、脊椎モデル２４の表面の形状を示す３次元オブジェクトＤ２の３次元オブジェクトデータとを記憶する。また、ウェアラブル装置３は、３次元オブジェクトＤ１と３次元オブジェクトＤ２との相対的な位置関係を記憶する。ウェアラブル装置３は、３次元オブジェクトＤ１の３次元オブジェクトデータを読み出し、公知のＭＲ機能を用い、人体モデル２の形状を認識し、人体モデル２の現実空間の位置を特定する。ウェアラブル装置３は、人体モデル２の現実空間の位置、３次元オブジェクトＤ１と３次元オブジェクトＤ２との相対的な位置関係、及び３次元オブジェクトＤ２の３次元オブジェクトデータとに基づいて、空中像Ａ１を透過表示部に表示させる。例えば、空中像Ａ１は、３次元オブジェクトＤ２に対応するホログラム（立体映像）であり、第１空中像の一例である。

【0026】

脊椎モデル２４が腰椎を模したものである場合、ウェアラブル装置３は、腰椎を示す空中像Ａ１を、当該ウェアラブル装置３を着用したユーザが透過表示部を通して人体モデル２を見た場合における人体モデル２内に収容された脊椎モデル２４の位置に表示する。これにより、ウェアラブル装置３を着用したユーザは、透過表示部を通して、人体モデル２内に収容された脊椎モデル２４に対応する位置に表示された空中像Ａ１を視認することができる。

【0027】

なお、空中像Ａ１は、脊椎モデル２４の表面の形状を示す３次元オブジェクトＤ２の３次元オブジェクトデータに基づいて表示されるものに限らない。例えば、３次元オブジェクトデータの生成アプリケーションプログラムが実行可能な情報処理装置（ＰＣ（Personal Computer）等）を、訓練担当者が操作することによって生成された脊椎の少なくとも一部の表面の形状を示す３次元オブジェクトデータに基づいて、空中像Ａ１が表示されてもよい。訓練担当者は、研修医等の訓練対象者に対して硬膜外穿刺の訓練を提供する者である。

【0028】

以上、図１を参照しつつ説明したとおり、硬膜外麻酔支援システム１は、人体モデル２の脊椎の少なくとも一部に対応する位置に、当該脊椎の少なくとも一部を示す空中像Ａ１が表示されるウェアラブル装置３を有する。このように、硬膜外麻酔支援システム１によって、硬膜外穿刺の対象となる部位を可視化することができ、盲目的な硬膜外穿刺を改善し、硬膜外穿刺の安全性及び迅速性を向上させることが可能となる。

【0029】

なお、上述した図１の説明は、本発明の内容への理解を深めるための説明にすぎない。本発明は、具体的には、次に説明する各実施形態において実施され、且つ、本発明の原則を実質的に超えずに、さまざまな変形例によって実施されてもよい。このような変形例はすべて、本発明および本明細書の開示範囲に含まれる。

【0030】

（人体モデル２）
図２は、人体モデル２の概略構成の一例を示す図である。人体モデル２は、脊椎モデル２４、皮膚部２２、コード部２５等を有する。

【0031】

図２に示される本体部２１は、人体の腰の部分を模した腰部を有する。本体部２１は腰部に限定されず、人体の背中を模した背中部、及び／又は、人体の臀部を模した臀部をさらに有するものでもよい。また、本体部２１は、背中部及び臀部のうちのいずれか一つのみを有するものでもよい。また、本体部２１には、人体の他の部位を模したモデル（例えば、首を模した頸部、上腕を模した上腕部、及び／又は大腿を模した大腿部等）が含まれてもよい。

【0032】

皮膚部２２は、皮膚及び皮下組織を模した軟質合成樹脂であり、ユーザが触診した場合の柔らかさ及び触感が、人体の皮膚と同様となるように構成されている。収容部２３は、人体モデル２の背中の面に設けられた凹溝であり、脊椎モデル２４を収容する。

【0033】

脊椎モデル２４は、少なくとも棘突起及び硬膜外腔を模したものである。図２（ｂ）に示される脊椎モデル２４は、脊椎のうちの腰椎を模したモデルである。脊椎モデル２４は、腰椎を模したものに限定されず、頚椎、胸椎、又は仙椎を模したモデルでもよい。また、脊椎モデル２４は、頚椎、胸椎、腰椎、及び仙椎のうちの２つ以上を模したモデルでもよい。

【0034】

脊椎モデル２４は、ユーザから視認できないように、収容部２３内に収容され（図２（ｂ））、皮膚部２２に覆われる（図２（ａ））。ウェアラブル装置３を着用しないユーザは、脊椎モデル２４を視認することができないため、人体モデル２を用いた盲目的な硬膜外穿刺手技の訓練を行う。このように、人体モデル２は、硬膜外麻酔の訓練対象となる人体の少なくとも一部を模したモデルであり、脊椎モデル２４は、当該人体モデル２に収容され且つ硬膜外麻酔における硬膜外穿刺の対象となる脊椎の少なくとも一部を模したモデルである。なお、脊椎モデル２４の詳細は後述する。

【0035】

コード部２５は、例えばＱＲコード（登録商標）であり、３次元オブジェクトＤ１及び３次元オブジェクトＤ２のそれぞれの３次元オブジェクトデータと関連付けられている。コード部２５として、ＡＲマーカ等の他のバーコード情報が用いられてもよい。コード部２５の使用方法については後述する。

【0036】

人体モデル２のうちコード部２５以外の構成要素として、例えば、公知の硬膜外穿刺シミュレータ（「腰椎・硬膜外穿刺シミュレータ ルンバールくんIIＡ」，2022年3月18日，株式会社京都科学，［2022年9月1日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：https://www.kyotokagaku.com/jp/products_data/m43b_02/?utm_source=YT&utm_medium=L&utm_campaign=TR＞）が用いられてもよい。

【0037】

（硬膜外針Ｎが穿刺された脊椎モデル２４）
図３は、硬膜外針Ｎが穿刺された脊椎モデル２４の生成方法の一例を示す模式図である。硬膜外針Ｎが穿刺された脊椎モデル２４は、３次元オブジェクトデータを作成するために用いられる。脊椎モデル２４に穿刺された硬膜外針Ｎは、硬膜外針Ｎの皮膚穿刺点、硬膜外針Ｎの穿刺角度、及び硬膜外針Ｎの硬膜外腔穿刺点のうちの少なくとも一つを示す空中像Ａ２を表示するための３次元オブジェクトデータに対応する。硬膜外針Ｎが穿刺された脊椎モデル２４は、訓練担当者によって作成される。なお、空中像Ａ２は、第２空中像の一例である。

【0038】

図３（ａ）に示されるように、脊椎モデル２４は、棘突起部２４１、透過部２４２、及び硬膜外腔部２４３を有する。棘突起部２４１は、棘突起を模したものであり、棘突起と同様の硬度を有する合成樹脂である。透過部２４２は、硬膜外針Ｎが穿刺された場合に、棘間靭帯と同様の抵抗感を生じさせるように構成された透明シリコン等であり、穿刺された硬膜外針Ｎを視認することができる。なお、硬膜外針Ｎが透過部２４２に穿刺された場合における、透過部２４２の上面の硬膜外針Ｎの穿刺位置を皮膚穿刺点と称する場合がある。硬膜外腔部２４３は、硬膜外腔を構成する中空の管状体である。図３に示される例では、硬膜外腔部２４３の上側は、黄靭帯を模しており、透過部２４２に穿刺された硬膜外針Ｎが硬膜外腔部２４３の上側に到達した点が、硬膜外腔穿刺点となる。

【0039】

次に、図３（ｂ）に示されるように、訓練担当者は、硬膜外針Ｎを脊椎モデル２４に穿刺する。硬膜外針Ｎは、医学的に適切な、皮膚穿刺点、穿刺角度、及び硬膜外腔穿刺点を満たすように、脊椎モデル２４に穿刺される。穿刺角度は、皮膚穿刺点及び硬膜外腔穿刺点を通過する直線と図３（ｂ）の上方向を通過する軸との乖離角度θ等である。

【0040】

次に、図３（ｃ）に示されるように、訓練担当者は、硬膜外腔部２４３の上側から延びている硬膜外針Ｎを切断することにより、硬膜外針Ｎが穿刺された脊椎モデル２４が完成する。なお、硬膜外針Ｎが穿刺された脊椎モデル２４は、切断する前の硬膜外針Ｎが穿刺された状態のもの（図３（ｂ））でもよい。

【0041】

（３次元オブジェクトデータ）
以下、３次元オブジェクトデータの作成方法の一例について説明する。訓練担当者は、硬膜外針Ｎが穿刺された脊椎モデル２４を人体モデル２に収容し、ＣＴ（Computed Tomography）装置（図示せず）を用いて、当該人体モデル２のＣＴ画像を取得する。

【0042】

次に、訓練担当者は、３次元オブジェクトデータの生成アプリケーションプログラムが実行可能なＰＣ等の情報処理装置（図示せず）を用いて、人体モデル２のＣＴ画像から、３次元オブジェクトＤ１の３次元オブジェクトデータ、３次元オブジェクトＤ２の３次元オブジェクトデータを生成する。３次元オブジェクトデータの生成アプリケーションプログラムとして、公知のアプリケーションプログラム（「Unity Pro」（登録商標））が用いられてもよい。

【0043】

例えば、情報処理装置は、人体モデル２の各ＣＴ画像について、本体部２１及び皮膚部２２のサーフェイスに対応するピクセルＰ１、脊椎モデル２４の棘突起部２４１及び／又は硬膜外腔部２４３のサーフェイスに対応するピクセルＰ２、硬膜外針Ｎのサーフェイスに対応するピクセルＰ３を特定する。次に、情報処理装置は、全てのＣＴ画像において特定したピクセルＰ１～Ｐ３を用いて、公知の変換処理によって、３次元オブジェクトデータを生成する。３次元オブジェクトＤ１の３次元オブジェクトデータは、ピクセルＰ１に基づいて生成され、３次元オブジェクトＤ２の３次元オブジェクトデータは、ピクセルＰ２に基づいて生成される。また、硬膜外針Ｎの表面の形状を示す３次元オブジェクトＤ３の３次元オブジェクトデータが、ピクセルＰ３に基づいて生成される。

【0044】

３次元オブジェクトＤ３は、硬膜外針Ｎ自体の表面の形状を示すものに限定されない。例えば、３次元オブジェクトＤ３は、硬膜外針Ｎの皮膚穿刺点に対応する球状のオブジェクトでもよく、硬膜外針Ｎの硬膜外腔穿刺点を示す球状のオブジェクトでもよい。また、硬膜外針Ｎに対応する線分状態のオブジェクトを、矢印のデザインとしてもよい。この場合の矢印の方向は穿刺方向である。３次元オブジェクトＤ３は、上述で例示した各オブジェクトを複数備えるものでもよい。

【0045】

（ウェアラブル装置３）
図４（ａ）は、ウェアラブル装置３の一例を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、ウェアラブル装置３の概略構成の一例を示す図である。ウェアラブル装置３は、ユーザの頭部に着用可能なゴーグル型の表示装置であり、着用したユーザの目の正面方向（ｘ方向）に設置されたハーフミラー部３６に各種の空中像を表示するＭＲ（Mixed Reality）機能を有する。ウェアラブル装置３は、このような機能を実現するため、通信Ｉ／Ｆ３１、記憶部３２、センサ取得部３３、映像出力部３４、処理部３５、ハーフミラー部３６、環境センサ３７、深度センサ３８等を備える。ウェアラブル装置３として、公知のＭＲ用のＨＭＤ（Head Mounted Display）（例えば、「Microsoft HoloLens 2」，［2022年9月1日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：https://www.microsoft.com/ja-jp/hololens/＞）が用いられてもよい。

【0046】

通信Ｉ／Ｆ３１は、図示しない無線ＬＡＮ（Local Area Network）のアクセスポイントとの間でＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.）８０２．１１規格の無線通信方式に基づいて無線通信を行う通信インターフェース回路を備える。通信Ｉ／Ｆ３１は、情報処理装置から無線通信により送信された３次元オブジェクトデータを受信する。また、通信Ｉ／Ｆ３１は、図示しない基地局により割り当てられるチャネルを介して、基地局との間でＬＴＥ（Long Term Evolution）方式、第５世代（５Ｇ）移動通信システム等による無線信号回線を確立し、基地局との間で通信を行ってもよい。また、通信Ｉ／Ｆ３１は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の通信方式に従った近距離無線通信を行うためのインターフェース回路を有し、情報処理装置からの電波を受信してもよい。また、通信Ｉ／Ｆ３１は、有線ＬＡＮの通信インターフェース回路を備えてもよい。これにより、ウェアラブル装置３は、通信Ｉ／Ｆ３１を介して情報処理装置から３次元オブジェクトデータ（３次元オブジェクトＤ１の３次元オブジェクトデータ、３次元オブジェクトＤ２の３次元オブジェクトデータ、及び３次元オブジェクトＤ３の３次元オブジェクトデータ）を取得することができる。

【0047】

記憶部３２は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の半導体メモリ装置である。記憶部３２は、処理部３５における処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム及びデータ等を記憶する。記憶部３２に記憶されるドライバプログラムは、通信Ｉ／Ｆ３１を制御する通信デバイスドライバプログラム、映像出力部３４を制御する出力デバイスドライバプログラム、環境センサ３７を制御する環境センサデバイスドライバプログラム、及び、深度センサ３８を制御する深度センサデバイスドライバプログラム等である。記憶部３２に記憶されるアプリケーションプログラムは、ＭＲ機能を処理部３５に実現させるための各種制御プログラムである。さらに、記憶部３２は、情報処理装置から取得した３次元オブジェクトデータ（３次元オブジェクトＤ１の３次元オブジェクトデータ、３次元オブジェクトＤ２の３次元オブジェクトデータ、及び３次元オブジェクトＤ３の３次元オブジェクトデータ）を記憶する。

【0048】

センサ取得部３３は、環境センサ３７及び深度センサ３８からの各種センサデータを取得し、処理部３５に渡す機能を有する。映像出力部３４は、中空像を表示するための表示データに基づいて、ホログラフィック光学素子を使ってハーフミラー部３６に中空像を投影する機能を有する。

【0049】

処理部３５は、記憶部３２に記憶されているオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム及びアプリケーションプログラムをメモリにロードし、ロードしたプログラムに含まれる命令を実行する処理装置である。処理部３５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の電子回路、又は各種電子回路の組み合わせである。図４（ｂ）においては、処理部３５が単一の構成要素として図示されているが、処理部３５は複数の物理的に別体のプロセッサの集合であってもよい。

【0050】

処理部３５は、制御プログラムに含まれる各種命令を実行することにより、認識部３５１、及び出力処理部３５２として機能する。認識部３５１、及び出力処理部３５２の機能については後述する。

【0051】

ハーフミラー部３６は、ウェアラブル装置３がユーザによって着用された場合に、当該ユーザの目の正面方向に設置される透過表示部の一例である。ハーフミラー部３６は、映像出力部３４から投影された中空像を表示する。これにより、ユーザは、ユーザの視線方向の現実世界に重ねて、表示された中空像を視認することができる。

【0052】

環境センサ３７は、光学レンズ及び撮像素子等を有する。光学レンズは、被写体からの光束を撮像素子の撮像面上に結像させる。撮像素子は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等であり、撮像面上に結像した被写体像の画像を出力する。環境センサ３７は、撮像素子によって生成された画像から所定のファイル形式の静止画像データを作成して環境センサデータとして出力する。環境センサ３７は、環境センサ画像データを出力する際に、画像データの取得時刻を対応付けてもよい。また、環境センサ３７は所定時間（例えば１秒）ごとに環境センサデータを処理部３５に渡す。

【0053】

深度センサ３８は、例えば一対の赤外線センサである。深度センサ３８は、赤外線画像を出力し、出力した赤外線画像から公知のアクティブステレオ法を用いて物体の表面上の複数の点に対応する距離を測定して、複数の点のそれぞれに対応する深度データ（距離データ）を出力する。深度センサ３８は所定時間（例えば１秒）ごとに深度データを処理部３５に渡す。

【0054】

以下、認識部３５１、及び出力処理部３５２の機能の一例について説明する。

【0055】

認識部３５１は、環境センサ３７からの環境センサデータ及び深度センサ３８からの深度データを受け取るたびに、公知のＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）技術を用いて、自己位置を推定するとともに周囲の物体の表面の３次元メッシュデータを生成する。

【0056】

また、認識部３５１は、環境センサ３７からの環境センサデータによって示される画像内に、コード部２５が含まれているか否かを判定する。認識部３５１は、画像内に、コード部２５が含まれていると判定した場合、コード部２５に対応する３次元オブジェクトデータを取得し、出力処理部３５２に渡す。また、認識部３５１は、画像内におけるコード部２５の大きさ及び形状に基づき、ウェアラブル装置３に対するコード部２５の向き（例えば、３次元の単位ベクトル等）及び距離を算出する。なお、コード部２５等の基準表示物の大きさ及び形状に基づいて対象物の向き及び距離を算出する処理として、公知の算出方法（例えば、特開２０１６－５７７５８号公報）が用いられてもよい。

【0057】

出力処理部３５２は、認識部３５１から取得した３次元オブジェクトデータに基づく３次元オブジェクトＤ１であって、認識部３５１から取得したコード部２５の向き及び距離に基づいて回転させて大きさを変更した３次元オブジェクトＤ１、３次元オブジェクトＤ２、及び３次元オブジェクトＤ３を算出する。図５（ａ）は、３次元オブジェクトＤ１、３次元オブジェクトＤ２、及び３次元オブジェクトＤ３の一例を示す模式図である。なお、図５（ａ）には、説明のためコード部２５が含まれているが、取得した３次元オブジェクトデータに、コード部２５に対応するオブジェクトデータが含まれていなくてもよい。

【0058】

出力処理部３５２は、認識部３５１から出力された、人体モデル２に対応する物体の表面の３次元メッシュデータと、特定した３次元オブジェクトＤ１との位置合わせを断続的に実行しつつ、３次元オブジェクトＤ２に対応する空中像Ａ１及び３次元オブジェクトＤ３に対応する空中像Ａ２の表示データ（投影データ）を映像出力部３４に渡す。

【0059】

ユーザは、このように作成された表示データ（投影データ）に基づく空中像Ａ１及び空中像Ａ２をハーフミラー部３６において視認しつつ、前方の現実世界を見ることができる。図５（ｂ）は、ハーフミラー部３６において表示された空中像Ａ１及びＡ２の一例を示す図である。以降、断続的に認識部３５１によって実行される、人体モデル２に対応する物体の表面の３次元メッシュデータと特定した３次元オブジェクトＤ１との位置合わせの結果に応じて、空中像Ａ１及び空中像Ａ２が移動表示及び／又は回転表示される。

【0060】

ユーザは、空中像Ａ１及び空中像Ａ２が表示されたウェアラブル装置３を装着しつつ、硬膜外針Ｎを人体モデル２に穿刺する訓練を行う。訓練の終了後、訓練担当者は、ユーザによる硬膜外針Ｎの穿刺後に、穿刺された脊椎モデル２４を人体モデル２から取り出して、ＣＴ装置を用いてＣＴ画像を取得する。そして、訓練担当者は、情報処理装置を用いて、医学的に適切な、皮膚穿刺点、穿刺角度、及び硬膜外腔穿刺点を満たす硬膜外針Ｎの像Ｒ１と、ユーザによって穿刺された硬膜外針Ｎの像Ｒ２との両者を含む穿刺訓練の結果画像を生成して表示する。

【0061】

図６は、硬膜外針Ｎの穿刺訓練の結果画像を説明するための図である。図６（ａ）は、脊椎モデル２４の上面を示す図であり、皮膚穿刺点を示す位置が表示される。図６（ａ）において、「×」の位置が、像Ｒ１の皮膚穿刺点を示す位置であり、「〇」の位置が、像Ｒ２の皮膚穿刺点を示す位置である。図６（ｂ）は、脊椎モデル２４の側面から見た図であり、穿刺角度が表示される。図６（ｂ）において、硬膜外針Ｎの像Ｒ１と硬膜外針Ｎの像Ｒ２とが表示される。図６（ｃ）は、硬膜外腔部２４３の上側の面を示す図であり、硬膜外腔穿刺点を示す位置が表示される。図６（ｃ）において、「×」の位置が、像Ｒ１の硬膜外腔穿刺点を示す位置であり、「〇」の位置が、像Ｒ２の硬膜外腔穿刺点を示す位置である。このように、医学的に適切な、皮膚穿刺点、穿刺角度、及び硬膜外腔穿刺点を満たす硬膜外針Ｎの像Ｒ１と、ユーザによって穿刺された硬膜外針Ｎの像Ｒ２とを対比して、ユーザに提示することが可能となる。

【0062】

図７は、硬膜外麻酔訓練方法の動作フローの一例を示す図である。

【0063】

まず、ユーザが、ウェアラブル装置３を装着した後にハーフミラー部３６を通して人体モデル２を見た場合、ハーフミラー部３６に、空中像Ａ１及び／又は空中像Ａ２が表示される（ステップＳ１０１）。

【0064】

次に、ユーザは、空中像Ａ１及び空中像Ａ２が表示されたウェアラブル装置３を装着したまま、硬膜外針Ｎを人体モデル２に穿刺する１回目の訓練を行う（ステップＳ１０２）。１回目の訓練時に、ユーザは、ウェアラブル装置３によって表示された空中像Ａ１及び／又は空中像Ａ２をイメージする。

【0065】

次に、訓練担当者は、ユーザによる硬膜外針Ｎの１回目の穿刺後に、穿刺された脊椎モデル２４を人体モデル２から取り出して、ＣＴ装置を用いてＣＴ画像を取得する（ステップＳ１０３）。

【0066】

次に、ユーザは、ウェアラブル装置３を装着せずに、硬膜外針Ｎを人体モデル２に穿刺する２回目の訓練を行う（ステップＳ１０４）。

【0067】

次に、訓練担当者は、ユーザによる硬膜外針Ｎの２回目の穿刺後に、穿刺された脊椎モデル２４を人体モデル２から取り出して、ＣＴ装置を用いてＣＴ画像を取得する（ステップＳ１０５）。

【0068】

そして、訓練担当者は、情報処理装置を用いて、医学的に適切な、皮膚穿刺点、穿刺角度、及び硬膜外腔穿刺点を満たす硬膜外針Ｎの像Ｒ１と、ユーザによって穿刺された硬膜外針Ｎの像Ｒ２との両者を含む穿刺訓練の結果画像を生成して表示し（ステップＳ１０５）、硬膜外麻酔訓練方法が終了する。

【0069】

以上、詳述したとおり、本実施形態の硬膜外麻酔支援システム１は、人体モデル２の脊椎に対応する位置に当該脊椎を示す空中像Ａ１が表示されるウェアラブル装置３を有する。このように、硬膜外麻酔支援システム１によって、硬膜外穿刺の対象となる部位を可視化することができ、盲目的な硬膜外穿刺を改善し、硬膜外穿刺の安全性及び迅速性を向上させることが可能となる。

【0070】

（変形例１）
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではない。例えば、硬膜外麻酔支援システム１には、人体モデル２が含まれなくてもよい。この場合、ウェアラブル装置３は、人体モデル２に替えて、患者等の人体の脊椎の少なくとも一部に対応する位置に、当該人体の脊椎の少なくとも一部を示す空中像Ａ１が表示されるように、ハーフミラー部３６に空中像Ａ１を投影する。

【0071】

例えば、訓練担当者は、ＣＴ装置（図示せず）を用いて、当該人体（患者）のＣＴ画像を取得する。次に、訓練担当者は、３次元オブジェクトデータの生成アプリケーションプログラムが実行可能なＰＣ等の情報処理装置（図示せず）を用いて、人体のＣＴ画像から、人体の表面の形状の少なくとも一部（例えば、胴体部（背中部、腰部、及び臀部）等）を示す３次元オブジェクトＤ１の３次元オブジェクトデータ、人体の脊椎の少なくとも一部の形状を示す３次元オブジェクトＤ２の３次元オブジェクトデータを生成する。この場合、訓練担当者は、３次元オブジェクトＤ３の３次元オブジェクトデータを手動操作で生成する。記憶部３２は、情報処理装置から取得した、３次元オブジェクトＤ１の３次元オブジェクトデータ、３次元オブジェクトＤ２の３次元オブジェクトデータ、及び３次元オブジェクトＤ３の３次元オブジェクトデータを記憶する。

【0072】

記憶部３２は、３次元オブジェクトＤ１の形状と、人体の背面の部位に配置されたシート部材に表示されたコード部２５とを互いに関連付けて記憶する。なお、人体にコード部２５が表示されたシート部材が設けられない場合では、記憶部３２は、３次元オブジェクトＤ１の形状と、人体の椎体の少なくとも一部の特徴箇所の位置とを互いに関連付けて記憶する。なお、３次元オブジェクトＤ１の３次元オブジェクトデータは、第１の３次元オブジェクトデータの一例であり、３次元オブジェクトＤ２の３次元オブジェクトデータは、第２の３次元オブジェクトデータの一例である。また、３次元オブジェクトＤ１の形状と関連付けられる人体の椎体の少なくとも一部の特徴箇所は、例えば、第７頚椎（隆椎）及び上前腸骨棘等である。

【0073】

人体に、コード部２５が表示されたシート部材が配置された場合、認識部３５１は、環境センサ３７からの環境センサデータによって示される画像内におけるコード部２５の大きさ及び形状に基づき、ウェアラブル装置３に対するコード部２５の向き（例えば、３次元の単位ベクトル等）及び距離を公知の算出方法を用いて算出する。そして、出力処理部３５２は、認識部３５１から取得した３次元オブジェクトデータに基づく３次元オブジェクトＤ１であって、認識部３５１から取得したコード部２５の向き及び距離に基づいて回転させて大きさを変更した３次元オブジェクトＤ１、３次元オブジェクトＤ２、及び３次元オブジェクトＤ３を算出する。

【0074】

人体に、コード部２５が表示されたシート部材が配置されない場合、認識部３５１は、人体の椎体の少なくとも一部の特徴箇所の位置を認識し、当該特徴箇所と人体の胴体部の表面の形状との相対位置とに基づいて、人体の識別を行う。例えば、認識部３５１は、環境センサ３７からの環境センサデータによって示される画像内に、人体の椎体の少なくとも一部の特徴箇所が含まれているか否かを判定する。なお、環境センサ３７は、画像取得部の一例である。認識部３５１は、画像内に、人体の椎体の少なくとも一部の特徴箇所が含まれていると判定した場合、当該特徴箇所の位置に関連付けられた３次元オブジェクトＤ１を取得し、出力処理部３５２に渡す。また、認識部３５１は、椎体の少なくとも一部の特徴箇所の画像内での位置に基づき、ウェアラブル装置３に対する当該特徴箇所の向き（例えば、３次元の単位ベクトル等）及び距離を公知の算出方法を用いて算出する。出力処理部３５２は、認識部３５１から取得した３次元オブジェクトデータに基づく３次元オブジェクトＤ１であって、認識部３５１から取得した特徴箇所の向き及び距離に基づいて回転させて大きさを変更した３次元オブジェクトＤ１、３次元オブジェクトＤ２、及び３次元オブジェクトＤ３を算出する。

【0075】

以降、出力処理部３５２は、認識部３５１から出力された、人体モデル２に対応する物体の表面の３次元メッシュデータと３次元オブジェクトＤ１との位置合わせを断続的に実行しつつ、３次元オブジェクトＤ２に対応する空中像Ａ１及び／又は３次元オブジェクトＤ３に対応する空中像Ａ２の表示データ（投影データ）を映像出力部３４に渡す。このように、硬膜外麻酔支援システム１及びウェアラブル装置３は、人体の脊椎に対応する空中像Ａ１及び／又は空中像Ａ２を当該人体に重畳表示でき、ユーザに対して、当該人体の脊椎の形状等の理解を促すとともに、ウェアラブル装置３によって表示された空中像Ａ１及び／又は空中像Ａ２をイメージさせることを可能とする。そして、ユーザは、空中像Ａ１及び／又は空中像Ａ２のイメージ後にウェアラブル装置３を外し、通常通りの硬膜外麻酔を施行することができる。

【0076】

また、変形例１において、人体（患者）が腰部の表面を変形する行動（「腰をひねる」、「腰を曲げる」等）を行った場合、当該人体の腰部表面の変更に応じて、対応する脊椎の３次元オブジェクトＤ２を変形させてもよい。例えば、３次元オブジェクトＤ２の複数の点と、各点の直近の３次元オブジェクトＤ１の位置とを関連付け、出力処理部３５２は、人体の腰部の変形に同期させて３次元オブジェクトＤ１を変形し、３次元オブジェクトＤ１の変形に追従するように、対応する３次元オブジェクトＤ２の複数の点を移動させ、これにより脊椎に対応する空中像Ａ１を変形させてもよい。

【0077】

（変形例２）
図７に示される硬膜外麻酔訓練方法のステップＳ１０４において、ユーザは、空中像Ａ１及び空中像Ａ２が表示されたウェアラブル装置３を装着したまま、硬膜外針Ｎを人体モデル２に穿刺する２回目の訓練を行ってもよい。

【符号の説明】

【0078】

１ 硬膜外麻酔支援システム
２ 人体モデル
２１ 本体部
２２ 皮膚部
２３ 収容部
２４ 脊椎モデル
２４１ 棘突起部
２４２ 透過部
２４３ 硬膜外腔部
２５ コード部
３ ウェアラブル装置
３１ 通信Ｉ／Ｆ
３２ 記憶部
３３ センサ取得部
３４ 映像出力部
３５ 処理部
３５１ 認識部
３５２ 出力処理部
３６ ハーフミラー部
３７ 環境センサ
３８ 深度センサ
Ｎ 硬膜外針

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】