JP2005058378A - Operation observation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に脳神経外科等において手術用顕微鏡、或いは、内視鏡と併用される超音波観察装置を含む手術用観察システムに関する。 The present invention relates to a surgical observation system including a surgical microscope or an ultrasonic observation device used in combination with an endoscope, particularly in neurosurgery.
従来、脳神経外科領域では、繊細で正確な手術を行うために、術部を拡大観察する手術用顕微鏡が多く用いられている。また、手術用顕微鏡と共に内視鏡が併用されたり、手術用顕微鏡に代えて内視鏡が単独使用されている。 Conventionally, in the field of neurosurgery, in order to perform a delicate and accurate operation, a surgical microscope that magnifies and observes a surgical site is often used. Further, an endoscope is used together with a surgical microscope, or an endoscope is used alone instead of a surgical microscope.
また、手術前の術部のCT画像やMR画像、及び手術中の神経モニター等の情報もリアルタイムに同時観察できることも望まれて、手術用顕微鏡における顕微鏡観察時に、超音波観察装置等による情報もリアルタイムに観察できることが望まれている。 In addition, it is also desirable that information such as CT images and MR images of the surgical site before surgery and nerve monitor during surgery can be observed simultaneously in real time. It is desired to be able to observe in real time.
このような要望な対して、術部に対する手術用顕微鏡の観察位置及び方向と、超音波観察装置の超音波プローブの観察位置及び方向のそれぞれの相対位置を検出し、この検出結果を基に、超音波観察像を手術用顕微鏡による観察像の所定の範囲に視覚的に相関付けして表示させるリアルタイム補助観察用の超音波観察装置を備えた手術用観察システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For such a request, the observation position and direction of the surgical microscope with respect to the surgical site and the relative position of the observation position and direction of the ultrasonic probe of the ultrasonic observation apparatus are detected, and based on this detection result, There has been proposed a surgical observation system including an ultrasonic observation apparatus for real-time auxiliary observation that displays an ultrasonic observation image in a predetermined range of an observation image obtained by a surgical microscope. Reference 1).
また、手術用顕微鏡による観察像内に、手術の状況に応じて、術者が超音波プローブによる断層画像情報を手術用顕微鏡の観察像内に表示させる視野内表示手段と、術部の断層画像を生成する超音波プローブと、この超音波プローブによる観察位置を検出する観察位置検出手段を備えた手術用顕微鏡が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Further, in the observation image by the surgical microscope, in-field display means for allowing the surgeon to display the tomographic image information by the ultrasonic probe in the observation image of the surgical microscope in accordance with the state of the operation, and the tomographic image of the surgical site There has been proposed a surgical microscope provided with an ultrasonic probe that generates an observation position and an observation position detection means for detecting an observation position by the ultrasonic probe (see, for example, Patent Document 2).
さらに、空間的に位置自在に移動可能なアーム機構部に、超音波プローブを相対的に移動させる駆動部を設けた超音波プローブ連結用のアタッチメント取り付け部を設けて、観察対象部位の三次元超音波画像を得ると共に、超音波プローブの内部構成の単純化と、外径寸法の細径化を図る超音波観測システムも提案されている(例えば、特許文献3参照)。
脳神経外科領域では、手術処置前の脳内部の血管状態の確認や、手術処置中の処置進行方向の血管等の障害物確認等のために超音波観察装置が多用されている。 In the field of neurosurgery, an ultrasonic observation apparatus is frequently used for confirming the state of blood vessels in the brain before a surgical procedure, and confirming obstacles such as blood vessels in the direction of treatment progress during a surgical procedure.
しかし、超音波観察装置で生成される画像は、断層画像であるため、その解読にはある程度の経験が必要とされる。そのため、解剖学的に解読が容易な三次元画像化された超音波画像の生成が望まれている。 However, since an image generated by the ultrasonic observation apparatus is a tomographic image, a certain amount of experience is required for decoding the image. Therefore, it is desired to generate a three-dimensional ultrasound image that is anatomically easy to decode.
この要望に対して、前述した特許文献1及び2に提案されている手術用顕微鏡は、手術用顕微鏡で観察している術部に対して、超音波観察装置による術部の二次元超音波断層画像の方向と位置情報、及び超音波観察装置の操作オリエンテーションを得ることができる。
In response to this demand, the surgical microscopes proposed in
この超音波観察装置で解読が容易な三次元画像を生成する場合には、特許文献3に提案されているスコープホルダ等を使用して、超音波プローブの相対的移動を正確に検出する必要がある。このために、手術用顕微鏡と併用される超音波観察システムの全体構成が大型複雑化して、高価格化する問題があった。
When a three-dimensional image that can be easily decoded by this ultrasonic observation apparatus is generated, it is necessary to accurately detect the relative movement of the ultrasonic probe using a scope holder proposed in
本発明は、このような事情に着目してなされたものであり、手術用観察システムの大型化及び複雑化することなく、手術用顕微鏡、或いは内視鏡と併用されて三次元超音波観察画像が簡便に生成でき、且つ超音波観察画像の生成操作オリエンテーションも付加することができ、効率的に手術を行うことができる手術用観察システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made by paying attention to such a situation, and can be used in combination with a surgical microscope or an endoscope without increasing the size and complexity of a surgical observation system. Therefore, an object of the present invention is to provide a surgical observation system that can be easily generated, can be added with an orientation for generating an ultrasonic observation image, and can perform surgery efficiently.
本発明の手術観察システムは、術部の拡大観察光学像を表示する観察光学系を有する観察手段と、前記術部に挿入設置可能で、術部の組織内部の超音波画像を生成する超音波観察手段と、前記超音波観察手段の前記術部への挿入設置位置を検出し、その挿入設置位置を示す指標を生成する指標生成手段と、この指標生成手段で生成された指標と、前記超音波観察手段で生成された超音波画像との位置関係を相関付けして指標付き超音波画像を生成する画像処理手段と、この画像処理手段で生成した指標付き超音波画像を前記観察手段の観察光学系に表示される術部の観察光学像の少なくとも一部に重畳表示可能な重畳表示手段と、を備えたことを特徴としている。 The surgical observation system of the present invention includes an observation unit having an observation optical system for displaying an enlarged observation optical image of an operation part, and an ultrasonic wave that can be inserted and installed in the operation part and generates an ultrasonic image inside the tissue of the operation part. An observation means, an index generation means for detecting an insertion and installation position of the ultrasonic observation means in the surgical site, and generating an index indicating the insertion and installation position; an index generated by the index generation means; An image processing unit that generates an indexed ultrasonic image by correlating a positional relationship with an ultrasonic image generated by the sound wave observation unit, and an observation unit that observes the indexed ultrasonic image generated by the image processing unit And a superimposing display means capable of superimposing and displaying on at least a part of the observation optical image of the surgical site displayed on the optical system.
本発明の手術観察システムの画像処理手段は、前記画像指標生成手段で生成された指標と、前記超音波観察手段で生成された超音波画像から超音波観察手段の前記術部への挿入位置を示す三次元超音波画像を生成することを特徴としている。 また、本発明の手術用観察システムの超音波観察手段は、超音波振動子が内蔵され、術部に挿入可能な第1のハウジング手段と、この第1のハウジング手段の基端に連設され、他端が把持部に連結されている硬性の第2のハウジング手段と、前記第1のハウジング手段と第2のハウジング手段を可動自在に結合する結合手段とを有する超音波プローブを具備することを特徴としている。 The image processing means of the surgical observation system of the present invention is configured to determine an insertion position of the ultrasonic observation means into the surgical site from the index generated by the image index generation means and the ultrasonic image generated by the ultrasonic observation means. The three-dimensional ultrasonic image shown is generated. The ultrasonic observation means of the surgical observation system of the present invention includes a first housing means that has an ultrasonic transducer and can be inserted into the surgical site, and is connected to the proximal end of the first housing means. And an ultrasonic probe having rigid second housing means whose other end is connected to the gripping part, and coupling means for movably coupling the first housing means and the second housing means. It is characterized by.
本発明の手術観察システムにより、術部の観察光学像に対して、術部の組織内部を観察する超音波観察手段で生成した超音波画像を相関付けて重畳表示させることで術者は、術部の観察光学像と、超音波画像の相関が容易となり、脳神経外科等の繊細な手術処理が容易となった。 With the surgical observation system of the present invention, the surgeon can perform an operation by correlating and displaying the ultrasonic image generated by the ultrasonic observation means for observing the inside of the tissue of the surgical site with the observation optical image of the surgical site. Correlation between the observation optical image of the part and the ultrasonic image is facilitated, and delicate surgical processing such as neurosurgery is facilitated.
本発明によれば、手術用顕微鏡、或いは内視鏡と併用される超音波プローブを有する超音波観察装置によって得られる二次元超音波画像から簡便に三次元超音波画像を構築することができ、かつ、超音波観察装置による観察像の操作オリエンテーションも付加することができ、術者は繊細な手術処置が効率的に遂行できる効果がある。 According to the present invention, a three-dimensional ultrasonic image can be easily constructed from a two-dimensional ultrasonic image obtained by an ultrasonic observation apparatus having an ultrasonic probe used in combination with a surgical microscope or an endoscope, In addition, the operation orientation of the observation image by the ultrasonic observation apparatus can be added, and the surgeon can effectively perform delicate surgical treatment.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1乃至図3を用いて本発明に係る手術用観察システムの第一の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. A first embodiment of the surgical observation system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
図1は本発明に係る手術用観察システムの手術用顕微鏡の鏡体と超音波プローブの関係を示す斜視図、図2は本発明に係る手術用観察システムの概略構成を示すブロック図、図3は本発明に係る手術用観察システムの第一の実施形態の超音波画像に関する構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a relationship between a body of a surgical microscope and an ultrasonic probe of the surgical observation system according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the surgical observation system according to the present invention, and FIG. These are block diagrams which show the structure regarding the ultrasonic image of 1st embodiment of the surgical observation system which concerns on this invention.
本発明の手術用観察システムは、図2に示すように、手術処置する術部を観察する手術用顕微鏡1と、術部の超音波断層画像を生成する超音波プローブ20を有する超音波観察装置9からなっている。
As shown in FIG. 2, the surgical observation system of the present invention is an ultrasonic observation apparatus having a
手術用顕微鏡1は、架台2と、この架台2の上部に配設されたバランスアーム3と、このバランスアーム3に支持された顕微鏡鏡体(以下、単に鏡体と称する)4とからなっている。
The
バランスアーム3は、複数の可動アームと、6軸の回動軸5a〜5fとが設けられている。各回動軸5a〜5fには、各可動アームの可動位置を固定するロック状態と、この可動位置のロックを解除するロック解除状態とに切り換える電磁鎖錠(図示しない)が設けられている。この電磁鎖錠のロック/ロック解除の切り換え動作に伴い、バランスアーム3の各可動アームが6軸の回動軸5a〜5fを中心に可動することで、鏡体4が空間的に位置移動が自在に行えるようになっている。
The
前記鏡体4には、鏡体4の位置や移動方向を検出するためのセンサアーム6と、この鏡体4の位置操作用のグリップ7とが設けられている。このグリップ7には、図示していないが、鏡体4に内蔵されている観察光学系のフォーカス調整、ズーム倍率操作、及びバランスアーム3の操作等の複数の操作スイッチが設けられている。
The
また、前記手術用顕微鏡1には、鏡体制御部11及びアーム制御部12が内蔵されている。前記グリップ7に設けられた複数の操作スイッチは、前記鏡体制御部11及びアーム制御部12に接続されている。さらに、これら鏡体制御部11及びアーム制御部12にはグリップ7に設けられた複数の操作スイッチと同様にフォーカス調整、ズーム倍率操作等の各スイッチを有するフットスイッチ13が接続されている。
The
前記鏡体制御部11は、インターフェースユニット14を介してナビゲーション装置15に接続されている。このナビゲーション装置15には、デジタイザ17とナビゲーション用モニタ16が接続されている。
The
前記ナビゲーション装置15は、デジタイザ17が検出する患者頭部に取り付けられた基準指標と、前記鏡体4のセンサアーム6と、後述する超音波プローブ20に設けられたセンサアーム23aとの相関を算出するようになっている。
The
前記超音波観察装置9は、超音波プローブ20を駆動制御すると共に、超音波プローブ20で送受信した超音波を基に超音波画像を生成する。この生成された超音波画像は、超音波用モニタ10に表示されると共に、前記ナビゲーション装置15からの超音波プローブ20の位置情報等と共に手術用顕微鏡1の観察光学系の顕微鏡光学像と共に、表示する超音波画像を生成する。
The
前記鏡体4は、図1に示すように、所定の観察視野範囲を有する双眼の接眼鏡筒8と、プローブ保持部38とからなっている。この接眼鏡筒8の内部構成は、特開2000−70284号公報に開示されている手術用顕微鏡装置と略同等であるために詳細説明は省略する。この鏡体4の双眼の接眼鏡筒8は、所定の観察視野範囲を有する複数のレンズからなる後述する観察光学系18が内蔵配置され、その観察視野範囲の術部の顕微鏡光学像を接眼鏡筒8から術者が拡大直視するようになっている。
As shown in FIG. 1, the
また、この接眼鏡筒8には、前記超音波観察装置9で生成した超音波画像が、前記顕微鏡光学像に重畳表示、或いは、併設表示可能となっている。
In addition, on the eyepiece tube 8, an ultrasonic image generated by the
前記プローブ保持部38は、超音波プローブ20が着脱可能に保持されるものである。このプローブ保持部38に着脱される超音波プローブ20は、先端に超音波振動子24が内蔵された第一のハウジング21と、この第一のハウジング21の基端に連設された硬性の略円筒形状を有する第二のハウジングであるストレートパイプ22と、このストレートパイプ22の基端部に連設されたハンドル部23と、及びこのハンドル部23の基端がフレキシブルチューブ37を介して、前記超音波観察装置9に接続されている。前記超音波プローブ20のハンドル部23には、センサアーム23aが設けられている。
The
この超音波プローブ20は、術者がハンドル部23を把持して第一のハウジング21の先端部分を術部40に挿入するようになっている。
In the
次に、前記超音波観察装置9の構成と、前記鏡体4の超音波画像の表示制御に係わる構成について、図3を用いて説明する。
Next, the configuration of the
前記超音波観察部9は、超音波プローブ20の第一のハウジング21の先端に設けられた超音波振動子24を駆動させて術部40に超音波を発振させると共に、術部40からの反射超音波を基に所定の信号処理を行い二次元超音波画像を生成する超音波観測部25と、この超音波観測部25で形成された二次元超音波画像を表示する超音波用モニタ10と、前記ナビゲーション装置15から出力された超音波プローブ20の位置データ、並びに鏡体4の位置データと鏡体制御部11からのズーム倍率とフォーカス距離データ等から前記顕微鏡光学像に重畳表示する超音波画像の指標座標を演算する画像座標演算部28と、前記超音波観測部25で生成した超音波画像及び前記画像座標演算部28で演算された超音波画像の指標座標データの基で、前記鏡体4の顕微鏡光学像に重畳表示する重畳超音波画像を生成する画像処理部26と、この画像処理部26で生成された重畳超音波画像データと指標座標データを記憶する画像メモリ27からなっている。
The
前記鏡体4は、術部を拡大観察するための複数のレンズを組み合わせた観察光学系18を有し、この観察光学系18のズーム倍率調整するズーム駆動用のズームモータ31とそのズーム状態を検出するズームエンコーダ32、及び前記観察光学系18の焦点調整するフォーカス駆動用のフォーカスモータ31とそのフォーカス距離を検出するフォーカスエンコーダ34が設けられている。このズームモータ31とフォーカスモータ33は前記鏡体制御部11から駆動制御され、ズームエンコーダ32とフォーカスエンコーダ34の検出情報は鏡体制御部11に出力されるようになっている。また、この鏡体制御部11には、前記ハンドル7に設けられたスイッチ(図示せず)と前記フットスイッチ13が接続されてスイッチ操作入力が行われる。
The
この鏡体制御部11による各種制御情報は、インターフェイスユニット14を介して、ナビゲーション装置15へ出力されるようになっている。
Various control information by the
さらに、前記鏡体4には、前記超音波観察装置9の画像処理部26で生成された超音波画像を観察光学系18の顕微鏡光学像に対して光学的に重畳表示するLCDからなる重畳表示モニタ30cと、この重畳表示モニタ30cを駆動するLCDドライバ29cを有している。
Further, the
なお、この鏡体4は、双眼用の接眼鏡筒8の左側用(左眼用)を示しており、右側用(右眼用)は左側用と同一のために省略している。
The
このような構成の手術用観察システムの作用について図5と図7を用いて説明する。なお、図5は本発明に係る手術用観察システムの第1の実施形態における観察画像を示す平面図、図7は本発明に係る手術用観察システムの第一の実施形態における超音波観察装置の作用を説明するフローチャートである。 The operation of the surgical observation system having such a configuration will be described with reference to FIGS. 5 is a plan view showing an observation image in the first embodiment of the surgical observation system according to the present invention, and FIG. 7 is a diagram of the ultrasonic observation apparatus in the first embodiment of the surgical observation system according to the present invention. It is a flowchart explaining an effect | action.
前記接眼鏡筒8の観察光学系18で観察する観察視野内の顕微鏡光学像30に対して、図5に示すように、前記超音波プローブ20を術部40に挿入して、超音波観察装置9で生成された超音波画像信号の基で、前記鏡体4のLCDドライバ29cを介して、重畳表示モニタ30cに再生表示された超音波画像が重畳表示されるようになっている。つまり、この重畳表示モニタ30cに表示される超音波画像は、前記観察光学系18の顕微鏡光学像30に重畳されて接眼鏡筒8の接眼部から観察される。
As shown in FIG. 5, the
この重畳表示モニタ30cに表示される超音波画像は、前記ズームエンコーダ32とフォーカスエンコーダ34で検出し、前記鏡体制御部11からインターフェースユニット14とナビゲーション装置15を介して、超音波観察装置9の画像座標演算部28に供給された観察光学系18のズーム倍率とフォーカス距離等の情報と、前記鏡体4のセンサアーム6と、超音波プローブ20のセンサアーム23a、及び前記デジタイザ17からのそれぞれの位置情報とを基に、前記観察光学系18の顕微鏡光学像30に対する前記超音波プローブ20の第一のハウジング21の術野30への挿入設置位置を画像座標演算部28で演算する。この演算結果を用いて前記画像処理部26で前記超音波観測部25で生成した二次元超音波画像信号に対して、超音波プローブ20の第一のハウジング21の向きを示す指標36と、超音波観察のスライス間隔指標35を含む超音波画像信号を生成して、前記画像メモリ27に記憶し、複数のスライス間隔指標35毎に生成した複数の超音波画像を基に三次元超音波画像を生成して、前記LCDドライバ29cを介して、前記重畳表示モニタ30cに表示させる。
The ultrasonic image displayed on the
これにより、前記鏡体4の接眼鏡筒8の接眼部から観察している顕微鏡光学像30に超音波画像が重畳表示される。
Thereby, an ultrasonic image is superimposed and displayed on the microscope
つまり、前記超音波プローブ20を術部40に挿入し、指標36に従って設置した第一のハウジング21の超音波振動子24から前方に向けて超音波が放射され、その超音波の反射波から得られた術部40の二次元の超音波断層画像を、超音波観測部25と画像処理部26とによって、前記顕微鏡光学像30との位置関係を相関付けた三次元超音波画像の構築を行い、その生成された三次元超音波画像を前記鏡体4の観察光学系18から視認可能な重畳表示モニタ30cに表示させる。
That is, the
この超音波観察装置9の三次元超音波画像の生成作用について、図7を用いて説明する。前記超音波観察装置9は、ステップS1で、前記ナビゲーション装置15とインターフェースユニット14を介して、前記鏡体4の鏡体制御部11から観察光学系18のズーム倍率とフォーカス距離等の情報を取得する。このステップS1で取得した観察光学系18のズーム倍率とフォーカス距離情報を基に前記超音波プローブ20と超音波観測部25で生成される三次元超音波画像の構築に必要な断層スライス間隔dをステップS2で演算算出する。
The generation operation of the three-dimensional ultrasonic image of the
このステップS2の断層スライス間隔dが算出されると、ステップS3で、前記超音波観測部25で生成した二次元超音波画像に前記ステップS2で生成した断層スライス間隔dの指標35を付した超音波画像を重畳表示モニタ30cに表示させる。
When the tomographic slice interval d in step S2 is calculated, in step S3, the two-dimensional ultrasonic image generated by the
次に、ステップS4で、前記ステップS3で設定したスライス間隔dの最初の位置の超音波プローブ20で生成した二次元画像Pnを取得し、ステップS5でこの二次元画像Pnを取得したときの基準指標に対する超音波プローブ20の空間座標を画像メモリ27に記録する。次に、ステップS6で、前記ステップS3で重畳表示モニタ30cに表示した指標35をスライス間隔dで更新する。このステップS6の指標35の位置更新が行われると、ステップS4へと戻り、その位置更新されたスライス間隔dの指標位置の二次画像取得と、ステップS5の空間座標の記録の処理をn回繰り返し実行される。
Next, in step S4, the two-dimensional image Pn generated by the
つまり、ステップS4からS6において、前記ステップS2とS3で設定表示したスライス間隔d毎の二次元画像Pを取得し、その二次元画像Pを取得したときの超音波プローブ20の空間座標と共に画像メモリ27に記録する。
That is, in steps S4 to S6, a two-dimensional image P is acquired for each slice interval d set and displayed in steps S2 and S3, and the image memory together with the spatial coordinates of the
前記ステップS4からS6の処理をn回実行して、取得した二次元画像P0〜Pnとそれぞれの空間座標を用いて、ステップS7で、三次元超音波画像を構築して前記重畳表示モニタ30cに表示させる。
Steps S4 to S6 are executed n times, and using the acquired two-dimensional images P0 to Pn and the respective spatial coordinates, a three-dimensional ultrasonic image is constructed in step S7 and is displayed on the superimposed
以上説明したように、本発明の手術用観察システムは、超音波プローブを上下方向及び軸方向に移動を行わせるスコープホルダを用いずにフリーハンドで超音波プローブ20を使用し、簡便に三次元超音波画像構築用の二次元超音波スライス画像Pを取得することができる。
As described above, the surgical observation system according to the present invention uses the
また、超音波プローブ20による超音波画像は、そのまま顕微鏡光学像30に表示することも可能である。さらに、ナビゲーション装置15を介して顕微鏡光学像30との位置相関を求めて重畳させることで顕微鏡光学像30と超音波画像及び術部40との相関がとりやすく、手術処置がスムーズに実行できる。
Further, the ultrasonic image obtained by the
なお、前記スライス間隔dの指標35の中で、二次元画像取り込みの最初の設置位置を示す指標36は、観察スライス間隔指標35の、例えばモニタに表示される画像画面の一番左側に固定されるように事前設定し、画像取り込み対象位置をモニタ画面の左側から順に右方向へ指標36が更新表示されるようにしても良い。
Of the
或いは、図示しない設定スイッチにより、術者の好みによって観察スライス間隔指標35の中で、一連の二次元画像を最初に取り込む位置を示す指標36の位置を指定することができるようにしても良い。
Alternatively, a setting switch (not shown) may be used to designate the position of the
更に、観察スライス間隔指標35の中で術者が任意に指標を選択して画像を取り込み始めた場合でも、画像取り込み座標をナビゲーション装置15と画像処理部26によって判定し、2回目以降の最適な画像取り込み順序を指標36で指示しても良く、さらにまた、術者が画像取り込み順序を全て任意に決めてしまった場合でも演算するようにしても良い。
Further, even when the operator arbitrarily selects an index from among the observation
また、n枚の2次元スライス画像Pを順次取得する際に、指標36に対して第一のハウジング21が適度に重なったかどうかをナビゲーション装置15と画像処理部26によって判定し、指標36の表示画面上に或いは、音によって術者に知らせるようにすることもできる。
In addition, when the n two-dimensional slice images P are sequentially acquired, the
或いは、術者が取得した2次元スライス画像Pの座標が不適当な場合に、ナビゲーション装置15と画像処理部26によって判定し、画像の取得仕直しを告知できるようにする機能等を設けることも考えられる。
Alternatively, when the coordinates of the two-dimensional slice image P acquired by the surgeon are inappropriate, it is possible to make a determination by the
さらに、本実施形態の超音波観察装置の超音波画像に代えて、CT画像やMR画像を顕微鏡光学像に重畳表示することも可能である。 Furthermore, it is also possible to superimpose and display a CT image or an MR image on a microscope optical image instead of the ultrasonic image of the ultrasonic observation apparatus of the present embodiment.
次に、本発明に係る手術用観察システムの第二の実施形態の構成について図4と図6を用いて説明する。なお、図4は本発明に係る手術用観察システムの第二の実施形態における超音波画像に関する構成を示すブロック図、図6は本発明に係る手術用システムの第二の実施形態における観察画像を示す平面図である。なお、図3と同一部分は、同一符号を付して詳細説明は省略する。 Next, the configuration of the second embodiment of the surgical observation system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 6. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration relating to an ultrasonic image in the second embodiment of the surgical observation system according to the present invention, and FIG. 6 shows an observation image in the second embodiment of the surgical system according to the present invention. FIG. The same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第二の実施形態の手術用観察システムの顕微鏡鏡体と超音波観察装置の関係、及び概略構成は、図1と図2と同じである。 The relationship and schematic configuration of the microscope body and the ultrasonic observation apparatus of the surgical observation system according to the second embodiment are the same as those in FIGS.
この第二の実施形態の手術用観察システムの前述した第一の実施形態との相違は、図4に示すように、超音波観察装置9の画像処理部26で生成された超音波プローブ20の位置指標を含む超音波画像信号は、前記鏡体4のLCDドライバ29aとミキサー19に出力されるようになっている。
The difference between the surgical observation system of the second embodiment and the first embodiment described above is that the
一方、前記鏡体4には、図6に示すように、前記接眼鏡筒8の観察光学系18で観察する顕微鏡光学像30の視野内の一部に超音波画像を重畳表示するLCDからなる視野内画像表示用モニタ30aと、前記観察光学系18で観察可能で、前記顕微鏡光学像30の視野外に隣接表示するLCDからなる視野外画像表示用モニタ30bが設けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the
この視野内画像表示用モニタ30aには、LCDドライバ29aを介して前記画像処理部26で生成された三次元超音波画像信号が供給される。前記視野外画像表示用モニタ30bには、前記ミキサー19において、前記画像処理部26からの超音波断層画像信号と、前記観察光学系18に設けられたCCD等からなる撮像素子40で撮像し、カメラコントロールユニット(CCU)39で生成された観察画像信号とが混合された画像信号がLCDドライバ29bを介して供給されるようになっている。
The in-view
この撮像素子40は、前記観察光学系18の途中から顕微鏡光学像の一部を取り込み光電変換して撮像信号を生成するもので、CCU39は、前記撮像素子40を駆動制御すると共に、撮像素子40で光電変換生成された撮像信号に所定の信号処理を施して、標準的画像信号を生成するものである。
The
前記ミキサー19は、前記画像処理部26で生成された超音波断層画像信号に、前記CCU19で生成された標準的画像信号を混合して前記LCDドライバ29bを介して前記視野外画像表示用モニタ30bに表示するようになっている。
The
なお、図4の鏡体4は、双眼用の接眼鏡筒8の左側用(左眼用)を示しており、右側用(右眼用)は左側用と同一のために省略している。 4 shows the left eye (for left eye) of the binocular eyepiece tube 8, and the right eye (for right eye) is omitted because it is the same as the left eye.
この第二の実施形態の手術用観察システムの作用について図6を用いて説明する。前記接眼鏡筒8の観察光学系18で術部40を観察する際の顕微鏡光学像30の視野の一部に、前記視野内画像表示用モニタ30aに表示される超音波画像を重畳表示されるようになっている。また、前記視野外画像表示用モニタ30bは、観察光学系18の顕微鏡光学像30に隣接して表示され、前記観察光学系18から観察できようになっている。
The operation of the surgical observation system according to the second embodiment will be described with reference to FIG. An ultrasonic image displayed on the in-field
前記超音波観察装置9の画像処理部26は、超音波観測部25で生成された超音波画像信号を基に、前記鏡体4の鏡体制御部11で検出してインターフェースユニット14とナビゲーション装置15及び画像座標演算部28で生成された超音波プローブ20の術部40内での設置位置等の指標座標を用いて、超音波プローブ20の挿入方向を示す三次元のナビゲーション画像信号を生成して、前記LCDドライバ29aを介して前記視野内画像表示用モニタ30aに表示させる。
The
さらに、前記画像処理部26からの超音波プローブ20の第一のハウジング21の向きを示す指標36と、超音波観察のスライス間隔指標35を含む三次元超音波断層画像信号がミキサー19に供給され、このミキサー19で、前記撮像素子40で撮像し、CCU39で生成した画像信号と混合生成して、前記LCDドライバ29bを介して、前記視野外画像表示用モニタ30bに表示させる。
Further, a three-dimensional ultrasonic tomographic image signal including an
これにより、前記鏡体4の接眼鏡筒8の接眼部から観察している顕微鏡光学像30の視野内の一部に視野内画像表示用モニタ30aに表示された超音波プローブ20の挿入方向を示す三次元ナビゲーション画像が重畳表示され、前記顕微鏡光学像30の視野外に隣接して、視野外画像表示用モニタ30bに表示された超音波プローブ20の指標36と断層スライス間隔指標35を有する三次元超音波断層画像が表示される。
Accordingly, the insertion direction of the
従って、術者は、鏡体4の観察光学系18による術部40の顕微鏡光学像30と、視野内画像表示用モニタ30aと視野外画像表示用モニタ30aに表示された術部40の超音波画像がリアルタイムに観察可能となる。つまり、超音波プローブ20の三次元ナビゲーション画像と、超音波プローブ20の向きを示す指標36とスライス間隔を示す指標35からなる三次元超音波断層画像が簡便に生成表示可能となった。
Accordingly, the surgeon uses the observation optical system 18 of the
なお、前記視野内外画像表示用モニタ30a,30bに表示される三次元画像の生成方法は、図7を用いて説明した処理と同様な処理が行われる。 The method for generating the three-dimensional image displayed on the visual field inside / outside image display monitors 30a and 30b is the same as the processing described with reference to FIG.
さらに、この第二の実施形態の超音波観察システムは、前述した第一の実施形態の手術用観察システムと同様な効果を有するものである。 Furthermore, the ultrasonic observation system of the second embodiment has the same effect as the surgical observation system of the first embodiment described above.
また、本発明の手術用観察システムは、術部を観察する手術用顕微鏡と、術部の組織内部の超音波画像を生成する超音波観察装置との併用例を基に説明したが、前記手術用顕微鏡に代えて内視鏡を用いることもできる。また、超音波観察装置による超音波画像に代えて、CT画像やMR画像等を用いることもできる。 The surgical observation system of the present invention has been described based on a combination example of a surgical microscope for observing a surgical site and an ultrasonic observation apparatus for generating an ultrasonic image inside the tissue of the surgical site. An endoscope can be used instead of the microscope for use. Further, instead of the ultrasonic image obtained by the ultrasonic observation apparatus, a CT image, an MR image, or the like can be used.
また、取得した超音波画像と肉眼観察像との相関をより高めるために、超音波画像のスライス断面を観察像に位置合わせして重畳しても良い。 Further, in order to further increase the correlation between the acquired ultrasonic image and the naked eye observation image, the slice cross section of the ultrasonic image may be aligned with the observation image and superimposed.
即ち、ナビゲーション装置15で検出した観察像に対するプローブ23の位置と、プローブ23の規定された視野角、視野方向に応じて画像処理部26にてスライス断面像を作成する。このスライス断面像は、超音波観測部25からの超音波画像から像の切り出しを行って作成しても良い。スライス断面像は、顕微鏡の左右視差方向から見た2枚の像を作成する。スライス断面層は、ミキサー19を介してLCDドライバ29bに送られ、左右のLCDモニター30bに左右視差を持った立体スライス断面像として表示される。
That is, a slice cross-sectional image is created by the
これによって、術者は、観察像に対して超音波画像のスライス断面を視覚的に把握できるため、相関が取りやすいという長所を有する。 Accordingly, the surgeon can visually grasp the slice cross section of the ultrasonic image with respect to the observation image, and thus has an advantage that the correlation is easily obtained.
次に、本発明に係る手術用観察システムの超音波プローブの変形例について、図8と図9を用いて説明する。図8は本発明に係る手術用観察システムに用いる超音波プローブの第一変形例を示す平面図、図9は本発明に係る手術用観察システムに用いる超音波プローブの第二の変形例を示す平面図である。 Next, a modification of the ultrasonic probe of the surgical observation system according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a plan view showing a first modification of the ultrasonic probe used in the surgical observation system according to the present invention, and FIG. 9 shows a second modification of the ultrasonic probe used in the surgical observation system according to the present invention. It is a top view.
本発明の手術用観察システムに用いる超音波プローブ20は、前述した図1,図3,及び図4に示すように、先端部に超音波振動子24を配置した第一ハウジング21の基端側に略直線状で硬性の円筒形状の第二のハウジングであるストレートパイプ22が配置された形状となっている。
The
これに対して、超音波プローブ20の超音波振動子24と観察対象の術部40との密着性を向上させるために、図8に示すように、超音波振動子24を内蔵した第一のハウジング21と、硬性の略円筒形状を有するストレートパイプ22との接合部に関節状の可動部を設けている。また、図9に示すように、前記第一のハウジング21と、硬性の略円筒形状を有するストレートパイプ22との接合部に上下左右に弾性屈曲可能な弾性屈曲部を設けている。
On the other hand, in order to improve the adhesiveness between the
更に、図8と図9に示す、超音波プローブ20の第一のハウジング21とストレートパイプ22との接合部に、第一のハウジング21の動きを検出する、例えば図示していないロータリーエンコーダ等のセンサを設置して、超音波プローブ20の超音波振動子24の向き情報を取得することで、超音波プローブ20のオリエンテーションが付けられるようになる。
8 and 9, the movement of the
これにより、特に脳神経外科領域の手術のような開口部が狭く、内部が複雑な形状(起伏)の術部40に対して、ストレートパイプ22の可動範囲が厳しく制限される場合であっても、第一のハウジング21が術部40の傾斜に合わせて可動可能となり、超音波振動子24と観察対象との密着性を上げることができ、密着性が悪く画像を得られない画角を狭くでき、超音波振動子24が持つ画角を有効に利用できる。
Thereby, even when the opening part is narrow, especially in the operation of the neurosurgery area, and the movable range of the
次に、本発明に係る手術用観察システムの他の変形例について図10と図11を用いて説明する。図10は本発明に係る手術用観察システムの重畳表示用モニタ、視野内画像表示用モニタ、或いは、視野外画像表示用モニタを用いた第1の変形例を示す平面図、図11は本発明に係る手術用観察システムの重畳表示用モニタ、視野内画像表示用モニタ、或いは、視野外画像表示用モニタを用いた第2の変形例を示す平面図である。 Next, another modified example of the surgical observation system according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a plan view showing a first modification using the superimposing display monitor, in-field image display monitor, or out-of-field image display monitor of the surgical observation system according to the present invention, and FIG. It is a top view which shows the 2nd modification using the monitor for superimposition display, the monitor for image display in a visual field, or the monitor for image display outside a visual field of the surgical observation system which concerns on this.
一般にこの種の手術用観察システムの操作方法は、操作マニュアルに記載されている操作手順に従い操作されている。この手術用観察システムの操作方法を前記操作マニュアルを基に修得し、操作習熟するには多くの時間を要している。 Generally, the operation method of this type of surgical observation system is operated in accordance with the operation procedure described in the operation manual. It takes a lot of time to learn the operation method of this surgical observation system based on the operation manual and to master the operation.
そこで、本発明の手術用観察システムは、図示してない操作方法の記述データを記憶させたメモリを設け、このメモリに記憶された操作方法データから所望の操作方法の説明記述を前記重畳表示用モニタ30c、視野内画像表示用モニタ30a、また視野外画像表示用モニタ30bに表示させるようにする。
Therefore, the surgical observation system of the present invention is provided with a memory in which description data of an operation method (not shown) is stored, and an explanation description of a desired operation method is displayed for the superimposed display from the operation method data stored in the memory. The image is displayed on the
例えば、図10(a)に示すように、超音波観察部9の取り扱い説明文を表示したり、図10(b)に示すように、超音波観察部19の使用操作の指示入力パネルの使用方法等を表示させる。さらに、図11に示すように、各種超音波画像の観察方法解説を表示したりする。
For example, as shown in FIG. 10A, an instruction for handling the
これにより、術者は、超音波観察システムを使用操作時に、必要に応じて、所望の使用操作記述をや観察解説記述を読み出し表示させることで、超音波観察が容易に、かつ確実に実行でき、手術観察行為のインストラクション性が高い超音波観察システムを提供できる。 This enables the surgeon to easily and surely perform ultrasonic observation by reading out and displaying the desired use operation description and observation explanation description as necessary during operation of the ultrasonic observation system. It is possible to provide an ultrasonic observation system with high instruction of surgical observation.
[付記]
以上詳述した本発明の実施形態によれば、以下のごとき構成を得ることができる。
[Appendix]
According to the embodiment of the present invention described in detail above, the following configuration can be obtained.
(付記1) 術部の拡大観察光学像を表示する観察光学系を有する観察手段と、
前記術部に挿入設置可能で、術部の組織内部の超音波画像を生成する超音波観察手段と、
前記超音波観察手段の前記術部への挿入設置位置を検出し、その挿入設置位置を示す指標を生成する指標生成手段と、
この指標生成手段で生成された指標と、前記超音波観察手段で生成された超音波画像との位置関係を相関付けして指標付き超音波画像を生成する画像処理手段と、
この画像処理手段で生成した指標付き超音波画像を前記観察手段の観察光学系に表示される術部の観察光学像の少なくとも一部に重畳表示可能な重畳表示手段と、
を具備することを特徴とした手術用観察システム。
(Appendix 1) Observation means having an observation optical system for displaying a magnified observation optical image of the surgical site;
Ultrasonic observation means that can be inserted and installed in the surgical site, and generates an ultrasonic image inside the tissue of the surgical site;
An index generation means for detecting an insertion and installation position of the ultrasonic observation means in the surgical site, and generating an index indicating the insertion and installation position;
An image processing unit that correlates a positional relationship between the index generated by the index generation unit and the ultrasonic image generated by the ultrasonic observation unit to generate an indexed ultrasonic image;
Superimposition display means capable of superimposing and displaying at least a part of the observation optical image of the surgical site displayed on the observation optical system of the observation means the indexed ultrasonic image generated by the image processing means;
Surgical observation system characterized by comprising.
(付記2) 前記画像処理手段は、前記指標生成手段で生成された指標と、前記超音波観察手段で生成された超音波画像から超音波観察手段の前記術部への挿入位置を示す三次元超音波画像を生成することを特徴とした付記1記載の手術用観察システム。
(Additional remark 2) The said image processing means is a three-dimensional which shows the insertion position to the said operation part of the ultrasonic observation means from the parameter | index produced | generated by the said index production | generation means and the ultrasonic image produced | generated by the said ultrasonic observation means. The surgical observation system according to
(付記3) 前記超音波観察手段は、超音波振動子が内蔵され、術部に挿入可能な第1のハウジング手段と、この第1のハウジング手段の基端に連設され、他端が把持部に連結されている硬性の第2のハウジング手段と、前記第1のハウジング手段と第2のハウジング手段を可動自在に結合する結合手段とを有する超音波プローブを具備することを特徴とした付記1記載の手術用観察システム。 (Additional remark 3) The said ultrasonic observation means is equipped with the ultrasonic transducer | vibrator, is connected with the 1st housing means which can be inserted in an operation part, and the base end of this 1st housing means, and the other end is hold | gripped And an ultrasonic probe having rigid second housing means coupled to the portion, and coupling means for movably coupling the first housing means and the second housing means. The surgical observation system according to 1.
(付記4) 術部を観察可能な観察手段と、前記観察手段の表示部の少なくとも一部に画像を重畳表示可能な重畳表示手段と、前記術部に挿入可能な挿入部を有し、組織内部を観察可能な超音波観察装置からなる手術用観察システムにおいて、
前記重畳表示手段は、前記超音波観察装置の挿入部の術部での設置位置を示す指標が生成可能な画像生成手段を有し、前記観察手段と、指標若しくは超音波観察装置の観察像との位置関係を相関付ける検出手段を有することを特徴とした手術用観察システム。
(Additional remark 4) It has the observation means which can observe an operation part, the superimposition display means which can superimpose and display an image on at least one part of the display part of the said observation means, and the insertion part which can be inserted in the said operation part, In a surgical observation system consisting of an ultrasonic observation device capable of observing the inside,
The superimposed display means includes an image generation means capable of generating an index indicating an installation position of the insertion portion of the ultrasonic observation apparatus at an operation part, and the observation means and an observation image of the index or the ultrasonic observation apparatus A surgical observation system characterized by having a detecting means for correlating the positional relationship between the two.
(付記5) 前記超音波観察装置は、術者、若しくは、保持具に保持可能な把持部と、先端に超音波振動子を内蔵し、術部に挿入可能な挿入部とからなる超音波プローブを有し、
この超音波プローブの挿入部は、前記超音波振動子が内蔵された第1のハウジングと、
この第1のハウジングの基端に連設され前記把持部に結合された硬性の略円筒形状を有する第2のハウジングと、
前記第1のハウジングと第2のハウジングを可動自在に結合する結合手段と、 を具備することを特徴とした付記1記載の手術用観察システム。
(Additional remark 5) The said ultrasonic observation apparatus is an ultrasonic probe which consists of an operator or the holding part which can be hold | maintained at a holder, and the insertion part which incorporates the ultrasonic transducer | vibrator in the front-end | tip, and can be inserted in an operation part. Have
The insertion portion of the ultrasonic probe includes a first housing in which the ultrasonic transducer is incorporated,
A second housing having a rigid, substantially cylindrical shape connected to the grip portion and connected to the base end of the first housing;
The surgical observation system according to
(付記6) 前記重畳表示手段は、観察手段の光学観察像に重畳させるオーバーレイ表示手段であることを特徴とする付記4記載の手術用観察システム。
(Supplementary note 6) The surgical observation system according to
(付記7) 前記重畳表示手段は、観察手段の光学観察像内に画像を表示させる視野内別画面表示手段であることを特徴とする付記4記載の手術用観察システム。
(Supplementary note 7) The surgical observation system according to
(付記8) 前記指標は、前記超音波観察装置で術野において、所望の断面をスキャンする際に前記挿入部の設置位置を図示することを特徴とする付記4記載の手術用観察システム。
(Supplementary note 8) The surgical observation system according to
(付記9) 前記指標は、連続して複数の断面をスキャンする際に、前記超音波観察装置のスキャン毎に自動更新されることを特徴とする付記4記載の手術用観察システム。
(Supplementary note 9) The surgical observation system according to
(付記10) 前記超音波プローブでスキャンする位置の指標は、少なくとも現指示位置の次の指示位置も図示する、或いは全指示位置を図示することを特徴とする付記9記載の手術用観察システム。
(Supplementary note 10) The surgical observation system according to
(付記11) 前記超音波プローブでスキャンする位置は、手術支援ナビゲーションシステムからのデータに基づいた位置であることを特徴とする付記9または10のいずれかに記載の手術用観察システム。
(Supplementary note 11) The surgical observation system according to any one of
(付記12) 前記結合手段は、メカ的な関節構造からなることを特徴とする付記5記載の手術用観察システム。
(Supplementary note 12) The surgical observation system according to
(付記13) 前記結合手段は、弾性体による構造からなることを特徴とする付記5記載の手術用観察システム。
(Additional remark 13) The said observation means consists of structures by an elastic body, The surgical observation system of
(付記14) 前記結合手段は、超音波プローブの把持部から術者が可動制御可能であることを特徴とする付記5記載の手術用観察システム。
(Supplementary note 14) The surgical observation system according to
(付記15) 前記結合手段は、結合部の角度変位量を計測し、表示可能な結合部角度検出手段と、結合部角度表示手段とを有することを特徴とする付記5に記載の手術用観察システム。
(Supplementary Note 15) The surgical observation according to
1 手術用顕微鏡
4 顕微鏡鏡体
9 超音波観察装置
11 鏡体制御部
14 インターフェースユニット
15 ナビゲーション装置
20 超音波プローブ
25 超音波観測部
26 画像処理部
27 画像メモリ
28 画像座標演算部
29 LCDドライバ
30 LCDモニタ
代理人 弁理士 伊藤 進
DESCRIPTION OF
Attorney Susumu Ito
Claims (3)
前記術部に挿入設置可能で、術部の組織内部の超音波画像を生成する超音波観察手段と、
前記超音波観察手段の前記術部への挿入設置位置を検出して、その挿入設置位置を示す指標を生成する指標生成手段と、
この指標生成手段で生成された指標と、前記超音波観察手段で生成された超音波画像との位置関係を相関付けして指標付き超音波画像を生成する画像処理手段と、
この画像処理手段で生成した指標付き超音波画像を前記観察手段の観察光学系に表示される術部の観察光学像の少なくとも一部に重畳表示可能な重畳表示手段と、
を具備することを特徴とした手術用観察システム。 An observation means having an observation optical system for displaying an enlarged observation optical image of the surgical site;
Ultrasonic observation means that can be inserted and installed in the surgical site, and generates an ultrasonic image inside the tissue of the surgical site;
An index generating means for detecting an insertion and installation position of the ultrasonic observation means in the surgical site and generating an index indicating the insertion and installation position;
An image processing unit that correlates a positional relationship between the index generated by the index generation unit and the ultrasonic image generated by the ultrasonic observation unit to generate an indexed ultrasonic image;
Superimposition display means capable of superimposing and displaying at least a part of the observation optical image of the surgical site displayed on the observation optical system of the observation means the indexed ultrasonic image generated by the image processing means;
Surgical observation system characterized by comprising.
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2003
- 2003-08-08 JP JP2003290858A patent/JP2005058378A/en not_active Withdrawn
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