DE112019004308T5

DE112019004308T5 - Medizinisches system, informationsverarbeitungsvorrichtung und informationsverarbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE112019004308T5
Application number: DE112019004308.0T
Authority: DE
Inventors: Kentaro FUKAZAWA; Daisuke Kikuchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2021-05-27
Also published as: WO2020045014A1; JPWO2020045014A1; US20210235968A1

Abstract

In einem medizinischen System (1) berechnet ein Speckle-Kontrastberechnungsmittel (1313, 1314) einen ersten Speckle-Kontrastwert für jedes Pixel auf der Grundlage eines ersten Speckle-Bilds bei einer ersten Belichtungszeit und/oder einen zweiten Speckle-Kontrastwert für jedes Pixel auf der Grundlage eines zweiten Speckle-Bilds bei einer zweiten Belichtungszeit, die kürzer als die erste Belichtungszeit ist. Darüber hinaus erzeugt ein Speckle-Bilderzeugungsmittel (1315) ein Speckle-Kontrastbild auf der Grundlage des ersten Speckle-Kontrastwerts und/oder des zweiten Speckle-Kontrastwerts in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Nachweises der Bewegung eines Bildaufnahmeziels durch das Bewegungsnachweismittel (1312).

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein medizinisches System, eine Informationsverarbeitungsvorrichtung und ein Informationsverarbeitungsverfahren.
Hintergrund
Auf dem Gebiet der medizinischen Systeme wurde in einem Beispiel die Speckle-Bildgebungstechnologie entwickelt, die eine konstante Beobachtung des Blutflusses oder des Lymphflusses ermöglicht. Bei dieser Technologie ist ein Speckle (Fleck) ein Phänomen, bei dem ein Speckle-Muster auftritt, in einem Beispiel aufgrund von Reflexionen oder Interferenzen von eingestrahltem kohärentem Licht von winzigen Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche eines Zielobjekts. Die Nutzung eines solchen Speckle-Phänomens erlaubt in einem Beispiel die Unterscheidung zwischen einem Teil, in dem Blut fließt (Teil mit Blutfluss) und einem Teil, in dem kein Blut fließt (Teil ohne Blutfluss) im lebenden Körper als Zielobjekt.
Die genauen Einzelheiten sind wie folgt. Wenn die Belichtungszeit bis zu einem gewissen Maß erhöht wird, wird ein Speckle-Kontrastwert aufgrund der Bewegung von roten Blutkörperchen oder anderen Blutprodukten, die kohärentes Licht im Teil mit Blutfluss reflektieren, geringer, während der Speckle-Kontrastwert im Teil ohne Blutfluss größer wird, weil sich alle Elemente im nichtfließenden Zustand befinden. Ein Speckle-Kontrastbild, das mit einem Speckle-Kontrastwert für jedes Pixel erzeugt wurde, ermöglicht somit die Unterscheidung zwischen den Teilen mit Blutfluss und den Teilen ohne Blutfluss.
Liste der Literaturstellen
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2016-193066 A
Zusammenfassung
Technisches Problem
Bei der Anwendung der Speckle-Bildgebungstechnologie bewegt sich aber manchmal der lebende Körper, der ein Zielobjekt ist, aufgrund von Körperbewegung, Pulsation oder dergleichen, oder eine Bildaufnahmevorrichtung wackelt aus irgendeinem Grund. In diesem Fall wird sich das gesamte Bildaufnahmeziel oder ein Teil davon in einem aufgenommenen Bild bewegen, wodurch der Speckle-Kontrastwert des Teils ohne Blutfluss stark verringert wird. Die Unterscheidungsgenauigkeit zwischen den Teilen mit Blutfluss und ohne Blutfluss verschlechtert sich daher manchmal. Darüber hinaus ermöglicht eine Verkürzung der Belichtungszeit die Reduzierung der Verringerung des Speckle-Kontrastwerts des Teils ohne Blutfluss in dem Fall, in dem sich das Bildaufnahmeziel bewegt. In diesem Fall verursacht eine Verringerung der Lichtmenge eine Verschlechterung des Signal-Rausch- (S/N-) Verhältnisses, was zu verringerter Genauigkeit der Unterscheidung zwischen dem Teil mit Blutfluss und dem Teil ohne Blutfluss führt.
Die vorliegende Offenbarung stellt daher ein medizinisches System, eine Informationsverarbeitungsvorrichtung und ein Informationsverarbeitungsverfahren bereit, das bzw. die ein zufriedenstellendes Speckle-Kontrastbild erzeugen kann, sogar wenn sich das Bildaufnahmeziel im aufgenommenen Bild bei der Anwendung der Speckle-Bildgebungstechnologie bewegt.
Lösung des Problems
Zur Lösung des oben beschriebenen Problems umfasst ein medizinisches System gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung Lichtbestrahlungsmittel zur Bestrahlung eines Bildaufnahmeziels mit kohärentem Licht, Bildaufnahmemittel zur Aufnahme eines Speckle-Bilds, das von gestreutem Licht erhalten wurde, das durch das mit dem kohärenten Licht bestrahlte Bildaufnahmeziel verursacht wurde, Erfassungsmittel zur Erfassung eines ersten Speckle-Bilds bei einer ersten Belichtungszeit und eines zweiten Speckle-Bilds bei einer zweiten Belichtungszeit, die kürzer als die erste Belichtungszeit ist, Speckle-Kontrastberechnungsmittel zur Berechnung eines ersten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds und/oder eines zweiten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage eines zweiten Speckle-Bilds, Bewegungsnachweismittel zum Nachweisen einer Bewegung des Bildaufnahmeziels, und Speckle-Bilderzeugungsmittel zum Erzeugen eines Speckle-Kontrastbilds auf der Grundlage des ersten Speckle-Kontrastwerts und/oder des zweiten Speckle-Kontrastwerts in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Nachweises der Bewegung des Bildaufnahmeziels durch das Bewegungsnachweismittel.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines medizinischen Systems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
2 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das zur Beschreibung einer Technik unter Verwendung einer räumlich geteilten zweistufigen Belichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wird.
4 ist ein Diagramm, das zur Beschreibung einer Technik unter Verwendung einer zeitlich geteilten zweistufigen Belichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wird.
5 ist ein Diagramm, das zur Beschreibung einer Technik unter Verwendung einer zweistufigen Belichtung mit Lichtstrahlteilung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wird.
6 ist ein Diagramm, das zur Beschreibung einer Technik unter Verwendung einer Bildgebung mit hoher Bildwiederholrate gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wird.
7 ist ein Diagramm, das zur Beschreibung der Beziehung zwischen einem Mischungsverhältnis des ersten SK und des zweiten SK in einem zweiten Verfahren der Verwendung von SK gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wird.
8 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung der ersten SK-Bilderzeugung, die von der Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird, veranschaulicht.
9 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung der zweiten SK-Bilderzeugung, die von der Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird, veranschaulicht.
10 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
11 ist eine grafische Darstellung, die den SK bei Langzeitbelichtung und den SK bei Kurzzeitbelichtung jeweils von einem Teil mit Flüssigkeit und einem Teil ohne Flüssigkeit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
12 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung der dritten SK-Bilderzeugung, die von der Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird, veranschaulicht.
13 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung der vierten SK-Bilderzeugung, die von der Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird, veranschaulicht.
14 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
15 ist ein Diagramm, das zur Beschreibung einer Technik unter Verwendung einer räumlich geteilten zweistufigen Belichtung und einer Technik unter Verwendung einer zeitlich geteilten zweistufigen Belichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wird.
16 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines endoskopischen Operationssystems gemäß Anwendungsbeispiel 1 der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
17 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Funktionskonfiguration eines Kamerakopfes und einer Kamerasteuereinheit (CCU), die in 16 gezeigt wird, veranschaulicht.
18 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines mikroskopischen Operationssystems gemäß Anwendungsbeispiel 2 der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
19 ist eine Ansicht, die ein Operationsstadium zeigt, in dem das in 18 gezeigte mikroskopische Operationssystem verwendet wird.
20 ist eine grafische Darstellung, die den SK bei Langzeitbelichtung und den SK bei Kurzzeitbelichtung jeweils von einem Teil mit Flüssigkeit und einem Teil ohne Flüssigkeit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines SK-Bilds eines Pseudoblutgefäßes in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nun folgt eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen. In den unten beschriebenen Ausführungsformen werden darüber hinaus gleiche Komponenten mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so dass ihre Beschreibung gegebenenfalls entfällt.
In neurochirurgischen Verfahren und bei Herzoperationen wird im Allgemeinen Fluoreszenzbeobachtung unter Verwendung von Indocyaningrün (ICG) zur Beobachtung des Blutflusses während der Operation durchgeführt. Diese ICG-Fluoreszenzbeobachtung ist eine Technik, bei der die Zirkulation von Blut- oder Lymphgefäßen auf minimalinvasive Weise beobachtet wird, indem die Eigenschaften von ICG ausgenutzt werden, das an Plasmaprotein in vivo bindet und durch Nahinfrarot-Anregungslicht Fluoreszenz aussendet.
Die ICG-Fluoreszenzbeobachtungstechnik erfordert die Verabreichung einer angemessenen Menge von ICG im Voraus an den lebenden Körper im Einklang mit der Beobachtungszeit. Im Fall einer wiederholten Beobachtung muss die In-vitro-Freisetzung von ICG warten. Diese Wartezeit bis zur Beobachtung erschwert eine rasche medizinische Behandlung und es besteht die Möglichkeit, dass eine Verzögerung der Operation verursacht wird. Ferner macht die ICG-Beobachtung das Vorhandensein oder Fehlen von Blut- oder Lymphgefäßen erkennbar, versagt aber bei der Beobachtung des Vorliegens oder Fehlens oder der Geschwindigkeit von Blut- oder Lymphfluss.
In Anbetracht der oben beschriebenen Situation wird daher eine Speckle-Bildgebungstechnologie entwickelt, die die Verabreichung von Arzneimittel unnötig machen kann und eine konstante Beobachtung von Blut- oder Lymphfluss ermöglicht. Spezifische Anwendungsbeispiele umfassen die Bewertung eines Aneurysma-Verschlusses bei der zerebralen Aneurysma-Klammeroperation. Bei der zerebralen Aneurysma-Klammeroperation unter Verwendung von ICG-Beobachtung wird nach dem Klammern ICG injiziert, um festzustellen, ob das Aneurysma verschlossen ist oder nicht. Wenn ICG aber in Fällen injiziert wird, in denen der Verschluss nicht für eine Diagnose ausreicht, fließt das ICG in das Aneurysma. Die Evaluierung des Verschlusses ist daher in einigen Fällen aufgrund des restlichen ICG bei der erneuten Durchführung des Klammerns ungenau. Andererseits kann bei der zerebralen Aneurysma-Klammeroperation unter Verwendung von Blutflussbeobachtung auf der Grundlage von Speckle das Vorliegen oder Fehlen eines Aneurysma-Verschlusses nicht wiederholt mit hoher Präzision bestimmt werden, ohne ein Arzneimittel zu verwenden.
Hiernach folgt eine Erläuterung bezüglich eines medizinischen Systems, einer Informationsverarbeitungsvorrichtung und eines Informationsverarbeitungsverfahrens, das bzw. die ein zufriedenstellendes Speckle-Kontrastbild erzeugen kann, sogar wenn sich das Bildaufnahmeziel im aufgenommenen Bild bei der Anwendung der Speckle-Bildgebungstechnologie bewegt.
(Erste Ausführungsform)
[Medizinisches System gemäß der ersten Ausführungsform]
1 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines medizinischen Systems 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das medizinische System 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst grob gesagt mindestens eine Lichtquelle 11 (Lichtbestrahlungsmittel), eine Bildaufnahmevorrichtung 12 und eine Informationsverarbeitungsvorrichtung 13. Darüber hinaus kann bei Bedarf weiterhin eine Anzeigevorrichtung 14 oder dergleichen bereitgestellt werden. Jede Komponente wird nun ausführlich beschrieben.
Lichtquelle
Die Lichtquelle 11 weist eine erste Lichtquelle auf, die ein Bildaufnahmeziel mit kohärentem Licht bestrahlt, das zur Aufnahme eines Speckle-Bilds verwendet wird. Das kohärente Licht ist ein Strahl, der darauf hinweist, dass die Phasenbeziehung von Lichtwellen an beliebigen zwei Punkten in Lichtfluss unveränderlich und im Zeitverlauf konstant ist, und es zeigt perfekte Kohärenz auch dann, wenn der Lichtstrom mit einem beliebigen Verfahren zerlegt wird und anschließend wieder mit einer erheblichen Lichtwegdifferenz überlagert wird. Die Wellenlänge des kohärenten Lichts, das von der ersten Lichtquelle gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgegeben wird, beträgt in einem Beispiel vorzugsweise 830 nm. Dies hängt damit zusammen, dass bei einer Wellenlänge von 830 nm die ICG-Beobachtung und ein optisches System gemeinsam verwendet werden können. Mit anderen Worten ist es üblich, Nahinfrarotlicht mit einer Wellenlänge von 830 nm zu verwenden, wenn ICG-Beobachtung durchgeführt wird. Dies liegt daran, dass Nahinfrarotlicht der gleichen Wellenlänge, die auch für Speckle-Beobachtung verwendet wird, die Durchführung der Speckle-Beobachtung ohne Modifizierung des optischen Systems eines zur Durchführung der ICG-Beobachtung befähigten Mikroskops ermöglicht.
Es sei angemerkt, dass die Wellenlänge des kohärenten Lichts, das von der ersten Lichtquelle ausgesendet wird, nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt ist, und Beispiele von Wellenlängen können in einem Fall 550 bis 700 n oder andere Wellenlängen umfassen. Die Beschreibung unten erfolgt beispielhaft für einen Fall, in dem das Nahinfrarotlicht mit einer Wellenlänge von 830 nm als kohärentes Licht verwendet wird.
Ferner ist die Art der ersten Lichtquelle, die kohärentes Licht aussendet, nicht auf eine bestimmte Art beschränkt, solange die Wirkung der vorliegenden Technologie nicht beeinträchtigt wird. Beispiele der ersten Lichtquelle, die Laserlicht aussendet, umfassen einen Argon- (Ar) Ionen-Laser, einen Helium-Neon- (He-Ne)-Laser, einen Farbstofflaser, einen Krypton- (Cr) Laser, einen Halbleiterlaser, einen Festkörperlaser, in dem ein Halbleiterlaser und Wellenlängenumwandlungsoptik kombiniert sind, oder dergleichen, die jeweils allein oder in Kombination miteinander verwendet werden können.
Ferner kann die Lichtquelle 11 eine zweite Lichtquelle aufweisen, die ein Bildaufnahmeziel 2 mit sichtbarem Licht bestrahlt, das zur Aufnahme eines Bilds des sichtbaren Lichts (z.B. Weißlicht von inkohärentem Licht) verwendet wird. In diesem Fall wird ein Bildaufnahmeziel 2 gleichzeitig mit kohärentem Licht und sichtbarem Licht bestrahlt. Mit anderen Worten sendet die zweite Lichtquelle gleichzeitig mit der ersten Lichtquelle Licht aus. In dieser Beschreibung bezieht sich inkohärentes Licht auf Licht, das selten Kohärenz zeigt, wie beispielsweise ein Objektstrahl (Objektwellen). Die Art der zweiten Lichtquelle ist nicht auf eine bestimmte Art beschränkt, solange die Wirkung der vorliegenden Technologie nicht beeinträchtigt wird. Ein Beispiel davon kann eine Leuchtdiode oder dergleichen umfassen. Darüber hinaus umfassen andere Beispiele der Lichtquelle eine Xenonlampe, eine Metallhalogenidlampe, eine Hochdruckquecksilberlampe oder dergleichen.
Bildaufnahmeziel
Das Bildaufnahmeziel 2 kann variieren, aber in einem Beispiel ist eines, das eine Flüssigkeit enthält, bevorzugt. Aufgrund der Speckle-Eigenschaften ist es unwahrscheinlich, dass sich der Speckle aus Flüssigkeit ergibt. Die Bildung eines Bilds des flüssige Substanzen aufweisenden Bildaufnahmeziels 2 unter Verwendung des medizinischen Systems 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es folglich, die Grenze zwischen einem Teil mit Flüssigkeit und einem Teil ohne Flüssigkeit, die Strömungsrate des Teils mit Flüssigkeit oder dergleichen zu erhalten.
Insbesondere kann das Bildaufnahmeziel 2 in einem Beispiel ein lebender Körper sein, dessen Flüssigkeit Blut ist. In einem Beispiel ermöglicht die Verwendung des medizinischen Systems 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung in der mikroskopischen Chirurgie, endoskopischen Chirurgie oder dergleichen die Durchführung der Operation unter Überprüfung der Position der Blutgefäße. Folglich ist es möglich, eine Operation sicherer und präziser durchzuführen, was einen Beitrag zur Weiterentwicklung der medizinischen Technologie leistet.
Bildaufnahmevorrichtung
Die Bildaufnahmevorrichtung 12 weist eine Speckle-Bildaufnahmeeinheit (Bildaufnahmemittel) auf, die ein Speckle-Bild aufnimmt, das von gestreutem Licht (reflektiertes Licht kann einbezogen werden) erhalten wurde, das von dem mit kohärentem Licht bestrahlten Bildaufnahmeziel 2 verursacht wurde. Die Speckle-Bildaufnahmeeinheit ist in einem Beispiel ein Infrarot-(IR) Bildgerät für die Speckle-Beobachtung.
Ferner kann die Bildaufnahmevorrichtung 12 eine Bildaufnahmeeinheit für sichtbares Licht aufweisen. Die Bildaufnahmeeinheit für sichtbares Licht ist in einem Beispiel ein RGB- (Rot/Grün/Blau) Bildgerät für sichtbares Licht. In diesem Fall weist die Bildaufnahmevorrichtung 12 in einem Beispiel einen dichroitischen Spiegel als Hauptkonfiguration, zusätzlich zur Speckle-Bildaufnahmeeinheit und der Bildaufnahmeeinheit für sichtbares Licht auf. Darüber hinaus sendet die Lichtquelle 11 Nahinfrarotlicht und sichtbares Licht aus. Der dichroitische Spiegel trennt das empfangene Licht in Nahinfrarotlicht (gestreutes Licht oder reflektiertes Licht) und sichtbares Licht (gestreutes Licht oder reflektiertes Licht). Die Bildaufnahmeeinheit für sichtbares Licht nimmt ein Bild des sichtbaren Lichts auf, das von sichtbarem Licht erhalten wurde, das vom dichroitischen Spiegel getrennt wurde. Die Bildaufnahmevorrichtung 12, die eine solche Konfiguration aufweist, ermöglicht die gleichzeitige Durchführung von Speckle-Beobachtung unter Verwendung von Nahinfrarotlicht und Beobachtung von sichtbarem Licht unter Verwendung von sichtbarem Licht. Darüber hinaus können das Speckle-Bild und das Bild des sichtbaren Lichts mit jeweiligen individuellen Bildaufnahmevorrichtungen aufgenommen werden.
Informationsverarbeitungsvorrichtung
Nun wird die Bildaufnahmevorrichtung 13 mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 ist eine Bildverarbeitungsvorrichtung und umfasst hauptsächlich eine Verarbeitungseinheit 131 und eine Speichereinheit 132. Darüber hinaus bezieht sich „SK“ hierin auf Speckle-Kontrast (Speckle-Kontrastwert).
Die Verarbeitungseinheit 131 ist in einem Beispiel mit einem Zentralprozessor (CPU) ausgelegt. Die Verarbeitungseinheit 131 weist eine Erfassungseinheit 1311 (Erfassungsmittel), eine Bewegungsnachweiseinheit 1312 (Bewegungsnachweismittel), eine erste SK-Berechnungseinheit 1313 (Speckle-Kontrastberechnungsmittel), eine zweite SK-Berechnungseinheit 1314 (Speckle-Kontrastberechnungsmittel), eine SK-Bilderzeugungseinheit 1315 (Speckle-Bilderzeugungseinheit) und eine Anzeigesteuereinheit 1316 auf.
Die Erfassungseinheit 1311 erfasst ein erstes Speckle-Bild bei der ersten Belichtungszeit und sie erfasst ferner ein zweites Speckle-Bild bei einer zweiten Belichtungszeit, die kürzer als die erste Belichtungszeit ist (Einzelheiten dazu folgen später).
Die Bewegungsnachweiseinheit 1312 erkennt die Bewegung des Bildaufnahmeziels 2. Die Bewegungsnachweiseinheit 1312 berechnet einen Bewegungsvektor auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem aktuellen Bild und dem unmittelbar vorhergehenden Bild, in einem Beispiel auf der Grundlage des Speckle-Bilds oder des Bilds des sichtbaren Lichts. Wenn der absolute Wert des Bewegungsvektors einem vorbestimmten Differenzschwellenwert gleicht oder höher ist als dieser, stellt die Bewegungsnachweiseinheit 1312 fest, dass sich das Bildaufnahmeziel 2 bewegt. Dieser Bewegungsnachweis kann für jedes Pixel, jeden Block oder für den gesamten Bildschirm durchgeführt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Bewegungsmenge nachzuweisen (0 Pixel, 1 Pixel, 2 Pixel, ...) statt festzustellen, ob eine Bewegung vorliegt oder nicht. Darüber hinaus kann die Bewegungsnachweiseinheit 1312 die Bewegung oder die Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 in einem Beispiel durch Verwendung der Eigenschaft, dass sich die Form des Speckles in der Bewegungsrichtung bei Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 erstreckt, zusätzlich zu dem Nachweis unter Verwendung des Bewegungsvektors nachweisen.
Die erste SK-Berechnungseinheit 1313 berechnet einen ersten Speckle-Kontrastwert für jedes Pixel auf der Grundlage eines ersten Speckle-Bilds. Diesbezüglich kann in einem Beispiel ein Speckle-Kontrastwert von i-tem Pixel durch die Formel (1) ausgedrückt werden, wie folgt: $\begin{array}{l} Speckle-Kontrastwert von i - tem Pixel = \\ (Standardabweichung der Intensit \ddot{a} t zwischen dem i - tem \\ Pixel un benachbarten Pixel) / \\ (Mittelwert der Intensit \ddot{a} t des i - ten Pixels und \\ benachbarter Pixel) \end{array}$
Die zweite SK-Berechnungseinheit 1314 berechnet einen zweiten Speckle-Kontrastwert für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds. Ein Berechnungsverfahren ähnelt dem der ersten SK-Berechnungseinheit 1313.
Die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 erzeugt ein Speckle-Kontrastbild auf der Grundlage des ersten Speckle-Kontrastwerts und/oder des zweiten Speckle-Kontrastwerts in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Nachweises der Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 durch die Bewegungsnachweiseinheit 1312 (Einzelheiten davon folgen später). Ein Beispiel des SK-Bilds wird nun mit Bezug auf 21 beschrieben. 21 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes SK-Bild eines Pseudoblutgefäßes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Wie es in dem beispielhaften SK-Bild von 21 veranschaulicht wird, werden im Teil ohne Blutfluss viele Speckles beobachtet, aber im Teil mit Blutfluss sind kaum Speckles zu beobachten.
Wieder bezugnehmend auf 2 unterscheidet die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 zwischen ein Teil mit Flüssigkeit (z.B. einem Teil mit Blutfluss) und einem Teil ohne Flüssigkeit (z.B. einem Teil ohne Blutfluss) auf der Grundlage des SK-Bilds. Insbesondere unterscheidet die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 zwischen dem Teil mit Blutfluss und dem Teil ohne Blutfluss durch Bestimmung, ob der Speckle-Kontrastwert gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, auf der Grundlage des SK-Bilds.
Die Anzeigesteuereinheit 1316 steuert die Anzeigevorrichtung 14 zum Anzeigen des SK-Bilds, so dass der Teil mit Blutfluss und der Teil ohne Blutfluss voneinander unterschieden werden können, auf der Grundlage des von der SK-Bilderzeugungseinheit 1315 erzeugten SK-Bilds.
Die Speichereinheit 132 speichert verschiedene Arten von Informationen, wie etwa Speckle-Bilder, die von der Erfassungseinheit 1311 erfasst wurden, Bilder des sichtbaren Lichts, und Berechnungsergebnisse von jeder Komponente der Verarbeitungseinheit 131. Darüber hinaus kann statt der Speichereinheit 132 eine externe Speichervorrichtung des medizinischen Systems 1 verwendet werden.
Anzeigevorrichtung
Die Anzeigevorrichtung 14 zeigt verschiedene Arten von Informationen an, wie etwa das Speckle-Bild, das von der Erfassungseinheit 1311 erfasst wurde, das Bild des sichtbaren Lichts und Berechnungsergebnisse von jeder Einheit der Verarbeitungseinheit 131, unter Steuerung der Anzeigesteuereinheit 1316. Darüber hinaus kann statt der Anzeigevorrichtung 14 eine externe Anzeigevorrichtung des medizinischen Systems 1 verwendet werden.
Nun folgt die Beschreibung des SK bei Langzeitbelichtung und des SK bei Kurzzeitbelichtung jeweils für den Teil mit Flüssigkeit und den Teil ohne Flüssigkeit mit Bezug auf 20. 20 ist eine grafische Darstellung, die den SK bei Langzeitbelichtung und den SK bei Kurzzeitbelichtung jeweils von dem Teil mit Flüssigkeit und dem Teil ohne Flüssigkeit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Darüber hinaus wird hierin Blut als eine Flüssigkeit angenommen (dies gilt gleichermaßen für 11). Die roten Blutkörperchen oder anderen Blutprodukte werden im Blut in einem nichtfließfähigen Zustand ausgefällt, so dass der SK des Teils mit Flüssigkeit und der SK des Teils ohne Flüssigkeit im nichtfließfähigen Zustand ähnlich sind.
Wie aus 20 ersichtlich ist, ist zunächst für den Teil mit Flüssigkeit der SK sowohl bei Langzeitbelichtung als auch bei Kurzzeitbelichtung hoch, wenn die Bewegungsmenge gering ist. Daneben nehmen mit der Zunahme der Bewegungsmenge sowohl der SK bei Langzeitbelichtung als auch der SK bei Kurzzeitbelichtung ab. In dem Fall, in dem die Bewegungsmengen groß und gleich sind, ist dann der SK bei Kurzzeitbelichtung höher als der SK bei Langzeitbelichtung, aber der Unterschied zwischen den beiden ist gering.
Andererseits ist für den Teil ohne Flüssigkeit der SK sowohl bei Langzeitbelichtung als auch bei Kurzzeitbelichtung hoch, wenn die Bewegungsmenge gering ist. Daneben nehmen mit der Zunahme der Bewegungsmenge sowohl der SK bei Langzeitbelichtung als auch der SK bei Kurzzeitbelichtung ab. In dem Fall, in dem die Bewegungsmengen groß und gleich sind, ist dann folglich der SK bei Kurzzeitbelichtung höher als der SK bei Langzeitbelichtung, aber der Unterschied zwischen den beiden ist groß.
Mit anderen Worten ist für die Langzeitbelichtung die Lichtmenge groß, so dass das S/N zufriedenstellend ist, aber wenn sich das Bildaufnahmeziel 2 bewegt, wird der SK des Teils ohne Flüssigkeit stark verringert, was verursacht, dass der Unterschied zwischen dem SK des Teils mit Flüssigkeit und dem SK des Teils ohne Flüssigkeit geringer ist. Andererseits kann für die Kurzzeitbelichtung, auch wenn sich das Bildaufnahmeziel 2 bewegt, die Menge der Verringerung des SK des Teils ohne Flüssigkeit zu einem geringen Maß unterdrückt werden, so dass der Unterschied zwischen dem SK in dem Teil mit Flüssigkeit und dem SK in dem Teil ohne Flüssigkeit erhöht werden kann. Die Lichtmenge ist aber gering, so dass das S/N unbefriedigend ist. Dann folgt hierin in der vorliegenden Offenbarung die Beschreibung einer Technik, in der die Vorteile der Langzeitbelichtung und der Kurzzeitbelichtung kombiniert werden.
Nun wird eine bestimmte Technik zur Berechnung von zwei Arten von SK auf der Grundlage von zwei Speckle-Bildern (ein erstes Speckle-Bild bei einer ersten Belichtungszeit und ein zweites Speckle-Bild bei einer zweiten Belichtungszeit) bei zwei Arten von Belichtungszeit (die erste Belichtungszeit und die zweite Belichtungszeit, die kürzer als die erste Belichtungszeit ist) beschrieben. Nun wird eine Technik unter Verwendung einer räumlich geteilten zweistufigen Belichtung (ein Beispiel einer räumlich geteilten mehrstufigen Belichtung) mit Bezug auf 3 beschrieben. Beschrieben wird auch eine Technik unter Verwendung einer zeitlich geteilten zweistufigen Belichtung (ein Beispiel einer zeitlich geteilten mehrstufigen Belichtung) mit Bezug auf 4. Daneben wird eine Technik unter Verwendung einer zweistufigen Belichtung mit Lichtstrahlteilung (ein Beispiel einer mehrstufigen Belichtung mit Lichtstrahlteilung) mit Bezug auf 5 beschrieben. Darüber hinaus wird eine Technik unter Verwendung einer Bildgebung mit hoher Bildwiederholrate mit Bezug auf 6 beschrieben.
3 ist ein Diagramm, das zur Beschreibung einer Technik unter Verwendung einer räumlich geteilten zweistufigen Belichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wird. Bei dieser Technik nimmt die Bildaufnahmevorrichtung 12 in einem Beispiel ein Mischbild auf, das in 3 zu sehen ist. In diesem Mischbild werden ein Pixel des ersten Speckle-Bilds (bezieht sich hiernach auf „erstes S-Pixel“) und ein Pixel des zweiten Speckle-Bilds (bezieht sich hiernach auf „zweites S-Pixel“) abwechselnd sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Richtung in einem Bild einbezogen. In dem Mischbild von 3 ist das hellere Pixel das erste S-Pixel und das dunklere Pixel ist das zweite S-Pixel. Die Erfassungseinheit 1311 erhält solche gemischten Pixel von der Bildaufnahmevorrichtung 12.
Ferner berechnet die erste SK-Berechnungseinheit 1313 den ersten Speckle-Kontrastwert (bezieht sich hiernach auf „erster SK“) für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten S-Pixels im Mischbild. Darüber hinaus berechnet die zweite SK-Berechnungseinheit 1314 den zweiten Speckle-Kontrastwert (bezieht sich hiernach auf „zweiter SK“) für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten S-Pixels im Mischbild. Auf diese Weise ist es möglich, zwei Arten von SKs (erste und zweite SKs) zu berechnen.
Danach ist 4 ein Diagramm, das zur Beschreibung einer Technik unter Verwendung einer zeitlich geteilten zweistufigen Belichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wird. Bei dieser Technik erfasst die Erfassungseinheit 1311 alternierend das erste Speckle-Bild (Bild: 2N) und das zweite Speckle-Bild (Bild: 2N + 1) in einer Zeit-Reihen-Reihenfolge. Zu diesem Zweck wechselt in einem Beispiel die einzelne Bildaufnahmevorrichtung 12 zwischen der Bildaufnahme des ersten Speckle-Bilds und der Bildaufnahme des zweiten Speckle-Bilds.
Ferner berechnet die erste SK-Berechnungseinheit 1313 den ersten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des Speckle-Bilds. Darüber hinaus berechnet die zweite SK-Berechnungseinheit 1314 den zweiten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds. Auf diese Weise ist es möglich, zwei Arten von SKs (erste und zweite SKs) zu berechnen.
Darüber hinaus erfordert diese Technik zwei Bilder (Frames) von Speckle-Bildern zur Berechnung eines Satzes des ersten SK und des zweiten SK. Die Bildwiederholrate des SK-Bilds, das unter Verwendung des ersten SK und des zweiten SK erzeugt wurde, kann folglich eine beliebige der unten beschriebenen sein. In einem Beispiel beträgt die Bildwiederholrate des SK-Bilds die Hälfte einer Bildaufnahme-Bildwiederholrate des Speckle-Bilds. Alternativ kann sie die Gleiche sein wie die Bildaufnahme-Bildwiederholrate des Speckle-Bilds durch Ausgabe desselben SK-Bilds für zwei aufeinanderfolgende Bilder. Ferner kann sie die Gleiche sein wie die Bildaufnahme-Bildwiederholrate des Speckle-Bilds durch Interpolation der Bildwiederholrate des SK-Bilds aus den vorhergehenden und nachfolgenden SK-Bildern, um das SK-Bild zwischen diesen zu erzeugen.
Als nächstes ist 5 ein Diagramm, das zur Beschreibung einer Technik unter Verwendung einer zweistufigen Belichtung mit Lichtstrahlteilung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wird. Bei dieser Technik wird das einfallende Licht optisch verzweigt und zwei Bildaufnahmevorrichtungen 12 mit unterschiedlichen Belichtungszeiträumen (z.B. eine erste Bildaufnahmevorrichtung und eine zweite Bildaufnahmevorrichtung mit einer kürzeren Belichtungszeit als die erste Bildaufnahmevorrichtung) nehmen das erste Speckle-Bild bzw. das zweite Speckle-Bild auf. Dann erfasst die Erfassungseinheit 1311 das erste Speckle-Bild (Bild: N) und das zweite Speckle-Bild (Bild: N) von diesen zwei Bildaufnahmevorrichtungen.
Ferner berechnet die erste SK-Berechnungseinheit 1313 den ersten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des Speckle-Bilds. Darüber hinaus berechnet die zweite SK-Berechnungseinheit 1314 den zweiten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds. Auf diese Weise ist es möglich, zwei Arten von SKs (erste und zweite SKs) zu berechnen.
Als nächstes ist 6 ein Diagramm, das zur Beschreibung einer Technik unter Verwendung einer Bildgebung mit hoher Bildwiederholrate gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wird. Bei dieser Technik wird in einem Beispiel ein Speckle-Bild mit dem Vierfachen der normalen Geschwindigkeit aufgenommen. In 6 ist eine Zeitdauer D1 eine Einheitszeit für normale Bildgebung und eine Zeitdauer D2 ist eine Einheitszeit für Bildgebung mit hoher Bildwiederholrate. Die Erfassungseinheit 1311 erfasst ein Speckle-Bild mit hoher Bildwiederholrate von der Bildaufnahmevorrichtung 12.
Ferner berechnet die erste SK-Berechnungseinheit 1313 den ersten SK unter Verwendung einer Vielzahl von Bildern (hier vier Bildern) eines Speckle-Bilds mit hoher Bildwiederholrate. In einem Beispiel addiert die erste SK-Berechnungseinheit 1313 vier Bilder eines Speckle-Bilds mit hoher Bildwiederholrate, damit der Zustand im Hinblick auf Belichtungszeit im Vergleich zu einer normalen Bildwiederholrate äquivalent wird, und sie berechnet dann den ersten SK.
Ferner berechnet die zweite SK-Berechnungseinheit 1314 den zweiten SK unter Verwendung eines Bilds eines Speckle-Bilds mit hoher Bildwiederholrate. In einem Beispiel berechnet die zweite SK-Berechnungseinheit 1314 den zweiten SK durch Berechnung jedes SK für vier Bilder eines Speckle-Bilds mit hoher Bildwiederholrate und Berechnung des gewichteten Mittelwerts an jedem SK. Auf diese Weise ist es möglich, zwei Arten von SKs (erste und zweite SKs) zu berechnen.
Nun folgt die Beschreibung eines Verfahrens zur Verwendung des ersten SK und eines Verfahrens zur Verwendung des zweiten SK in der SK-Bilderzeugungseinheit 1315. In einem Beispiel erzeugt die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 im ersten Verfahren zur Verwendung des SK ein SK-Bild unter Verwendung des ersten SK in dem Fall, in dem die Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 von der Bewegungsnachweiseinheit 1312 nicht nachgewiesen wird. Die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 erzeugt ein SK-Bild unter Verwendung des zweiten SK in dem Fall, in dem die Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 von der Bewegungsnachweiseinheit 1312 nachgewiesen wird.
Dann erzeugt die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 im zweiten Verfahren zur Verwendung des SK ein SK-Bild unter Verwendung eines SK, der durch Gewichtung und Summierung und Synthese des ersten SK und des zweiten SK erhalten wurde (bezieht sich hiernach auch auf „synthetischen SK“). Diese Erzeugung basiert auf der Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2, die von der Bewegungsnachweiseinheit 1312 nachgewiesen wurde. Dies wird mit Bezug auf 7 beschrieben. 7 ist ein Diagramm, das zur Beschreibung der Beziehung zwischen Mischungsverhältnissen des ersten SK und des zweiten SK im zweiten Verfahren der Verwendung von SK gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wird. Ein Koeffizient w (Mischungsverhältnis) in Abhängigkeit von der Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 wird wie in 7 gezeigt eingestellt. In der grafischen Darstellung von 7 stellt die vertikale Achse den Wert von w dar, und die horizontale Achse stellt die Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 dar. Dann berechnet die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 einen synthetischen SK mittels Formel (2) wie folgt: $Synthetischer SK = w \times 1 . SK + (1 - w) \times 2. SK$
Wenn wie oben beschrieben, die Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 gering ist, nimmt das Verhältnis des ersten SK zu, und wenn die Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 groß ist, nimmt das Verhältnis des zweiten SK zu, so dass der synthetische SK adäquat ist.
[Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform]
Nun wird die von der Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 durchgeführte erste SK-Bilderzeugungsverarbeitung mit Bezug auf 8 beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung der ersten SK-Bilderzeugung, die von der Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird, veranschaulicht.
In Schritt S1 erfasst die Erfassungseinheit 1311 anfänglich Bilddaten. In einem Beispiel wird für die Technik unter Verwendung von räumlich geteilter zweistufiger Belichtung das Mischbild erfasst (3). Darüber hinaus werden für die Technik unter Verwendung von zeitlich geteilter zweistufiger Belichtung das erste Speckle-Bild und das zweite Speckle-Bild erfasst (4). Daneben werden für die Technik unter Verwendung von zweistufiger Belichtung mit Lichtstrahlteilung das erste Speckle-Bild und das zweite Speckle-Bild erfasst (5). Darüber hinaus wird für die Technik unter Verwendung von Bildgebung mit hoher Bildwiederholrate ein Speckle-Bild mit hoher Bildwiederholrate erfasst (6).
Anschließend weist in Schritt S2 die Bewegungsnachweiseinheit 1312 die Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 nach.
Anschließend berechnet die erste SK-Berechnungseinheit 1313 in Schritt S3 den ersten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds.
Anschließend berechnet die erste SK-Berechnungseinheit 1313 in Schritt S4 den zweiten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds. Darüber hinaus werden die Einzelheiten der Verarbeitung bei jeder der vier Techniken in den Schritten S2 und S3 bereits mit Bezug auf 3 bis 6 beschrieben.
Anschließend erzeugt die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 in Schritt S5 ein Speckle-Kontrastbild auf der Grundlage des ersten SK und des zweiten SK in Abhängigkeit von einem Ergebnis, das durch Nachweis der Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 in Schritt S2 erhalten wurde. Nach dem ersten Verfahren zur Verwendung des SK und dem zweiten Verfahren zur Verwendung des SK wie oben beschrieben erzeugt in einem Beispiel insbesondere die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 das SK-Bild unter Verwendung des ersten SK und des zweiten SK auf der Grundlage des Vorhandenseins oder Fehlens von Bewegung und der Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2.
Ferner unterscheidet in Schritt S5 die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 zwischen dem Teil mit Blutfluss und dem Teil ohne Blutfluss, in einem Beispiel auf der Grundlage des SK-Bilds.
Anschließend steuert die Anzeigesteuereinheit 1316 in Schritt S6 die Anzeigevorrichtung 14 zur Anzeige des SK-Bilds, derart, dass der Teil mit Blutfluss und der Teil ohne Blutfluss auf der Grundlage des in Schritt S5 erzeugten SK-Bilds unterschieden werden können. Nach Schritt S6 endet die Verarbeitung.
Wie oben beschrieben ist es nach der ersten SK-Bilderzeugungsverarbeitung durch die Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 der ersten Ausführungsform möglich, ein zufriedenstellendes Speckle-Kontrastbild sogar dann zu erzeugen, wenn sich das Bildaufnahmeziel 2 im aufgenommenen Bild bewegt. In einem Beispiel wird insbesondere in dem Fall, in dem die Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 mit dem oben erwähnten ersten Verfahren zur Verwendung des SK nicht nachgewiesen wird, der erste SK zur Erzeugung des SK-Bilds verwendet. In dem Fall, in dem die Bewegungsnachweiseinheit 1312 die Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 nachweist, wird der zweite SK zur Erzeugung des SK-Bilds verwendet. Darüber hinaus wird in einem Beispiel gemäß dem oben beschriebenen zweiten Verfahren zur Verwendung des SK das SK-Bild unter Verwendung des SK erzeugt, der durch Gewichtung und Summierung und Synthese des ersten SK und des zweiten SK auf der Grundlage der Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 erhalten wurde. Dies ermöglicht die Reduzierung der Verringerung des SK im Teil ohne Blutfluss, auch wenn sich das Bildaufnahmeziel 2 bewegt. Darüber hinaus ist es in dem Fall, in dem sich das Bildaufnahmeziel 2 nicht bewegt, möglich, eine Verschlechterung des S/N aufgrund der Verkürzung der Belichtungszeit zu vermeiden.
Darüber hinaus kann der Bewegungsnachweis, die Berechnung der Bewegungsgeschwindigkeit und die SK-Berechnung im Zusammenhang damit, des Bildaufnahmeziels 2 am erfassten gesamten Bildschirm durchgeführt werden, oder sie kann in einem Beispiel für jede Region durchgeführt werden, nach vorheriger Analyse von Farbinformationen oder morphologischen Informationen des Bilds des sichtbaren Lichts und Unterscheidung zwischen den Gefäßabschnitten mit Blutgefäßen und denen ohne Blutgefäße.
Ferner können der Bewegungsnachweis und die Berechnung der Bewegungsgeschwindigkeit des Bildaufnahmeziels 2 in einem Beispiel leicht durch Berechnung des Bewegungsvektors der Merkmalspunkte auf der Grundlage einer Vielzahl von Bildern des sichtbaren Lichts in einer Zeitreihe erreicht werden.
Ferner können der Bewegungsnachweis und die Berechnung der Bewegungsgeschwindigkeit des Bildaufnahmeziels 2 in einem Beispiel leicht durch Erkennung einer Schwankung der Formen von Speckles auf der Grundlage des Speckle-Bilds erreicht werden.
Es sei angemerkt, dass es im verwandten Stand der Technik eine Technik zur Reduzierung des Einflusses von Schwankungen in Speckle-Mustern aufgrund der Bewegung eines Bildaufnahmeziels durch Verkürzung der Belichtungszeit gibt. Diese Technik erfordert aber komplizierte Steuermechanismen für die synchrone Steuerung einer Beleuchtungseinheit und einer Bildaufnahmeeinheit. Sie erfordert auch eine Laserlichtquelle mit hoher Leistung für eine Beobachtung unter Bedingungen mit geringer Belichtung, was es schwierig macht, dies zu erreichen. Andererseits macht die vorliegende Offenbarung einen solchen komplizierten Steuermechanismus und eine Hochleistungslaserlichtquelle unnötig.
Ferner ist es gemäß der Technik der Verwendung von räumlich geteilter zweistufiger Belichtung (3) möglich, zwei Arten von SK (die ersten und zweiten SK) aus einem Mischbild mit dem ersten S-Pixel und dem zweiten S-Pixel zu berechnen.
Dann ermöglicht gemäß der Technik der Verwendung von zeitlich geteilter zweistufiger Belichtung (4) der Wechsel zwischen der Bildaufnahme des ersten Speckle-Bilds und der Bildaufnahme des zweiten Speckle-Bilds mit einer einzelnen Bildaufnahmevorrichtung 12 die Berechnung von zwei Arten von SK (die ersten und zweiten SK).
Ferner ist es gemäß der Technik der Verwendung von zweistufiger Belichtung mit Lichtstrahlteilung (5) möglich, die Notwendigkeit zur Reduzierung der Berechnungshäufigkeit von zwei Arten von SK (den ersten und zweiten SK) zu eliminieren, indem das erste Speckle-Bild und das zweite Speckle-Bild gleichzeitig erfasst werden können.
Dann ist es gemäß der Technik der Verwendung von Bildgebung mit hoher Bildwiederholrate (6) möglich, zwei Arten von SK (die ersten und zweiten SK) auf der Grundlage eines Speckle-Bilds mit hoher Bildwiederholrate zu berechnen.
Darüber hinaus gibt es im Fall der Durchführung von Speckle-Beobachtung im medizinischen Gebiet eine Obergrenze für die Lichtmenge, die von der Lichtquelle ausgesendet wird, auch wenn sie verstärkt ist. Dies liegt daran, dass der betroffene Teil geschädigt werden kann oder die Augen des Chirurgen geschädigt werden können, wenn die Lichtmenge zu stark ist. Gemäß dem medizinischen System 1 der ersten Ausführungsform wird die Notwendigkeit zur Erhöhung der Lichtmenge eliminiert. Mit anderen Worten kann die von der Lichtquelle 11 ausgesendete Lichtmenge gleich sein, wenn die Bildaufnahmevorrichtung 12 das erste Speckle-Bild aufnimmt und das zweite Speckle-Bild aufnimmt.
Die Lichtmenge bei der Aufnahme des zweiten Speckle-Bilds mit der kürzeren Belichtungszeit kann aber größer sein als die Lichtmenge bei der Aufnahme des ersten Speckle-Bilds soweit, dass es nicht zur Beeinträchtigung führt. Dadurch kann die Verschlechterung des S/N aufgrund einer kurzen Belichtungszeit bei der Aufnahme des zweiten Speckle-Bilds verringert werden.
Ferner sind die Schritte S2, S3 und S4 in 8 nicht auf die oben beschriebene Reihenfolge beschränkt und sie können fakultativ neu geordnet werden.
Nun wird die von der Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 durchgeführte zweite SK-Bilderzeugungsverarbeitung mit Bezug auf 9 beschrieben. 9 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung der zweiten SK-Bilderzeugung, die von der Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird, veranschaulicht. Auf die Beschreibung von Dingen, die 8 ähneln, wird gegebenenfalls verzichtet.
In Schritt S1 erfasst die Erfassungseinheit 1311 anfänglich Bilddaten.
Anschließend führt in Schritt S2 die Bewegungsnachweiseinheit 1312 einen Vorgang zur Erkennung der Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 durch.
Anschließend bestimmt die Bewegungsnachweiseinheit 1312 in Schritt S7, ob sich das Bildaufnahmeziel 2 bewegt hat oder nicht. Wenn das Ergebnis Ja lautet, fährt die Verarbeitung mit Schritt S4 fort. Wenn das Ergebnis Nein lautet, fährt die Verarbeitung mit Schritt S3 fort.
Anschließend berechnet die erste SK-Berechnungseinheit 1313 in Schritt S3 den ersten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds. Dann erzeugt die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 in Schritt S5 ein SK-Bild auf der Grundlage des in Schritt S3 berechneten ersten SK.
Anschließend berechnet die erste SK-Berechnungseinheit 1313 in Schritt S4 den zweiten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds. Dann erzeugt die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 in Schritt S5 ein SK-Bild auf der Grundlage des in Schritt S4 berechneten zweiten SK.
Ferner unterscheidet in Schritt S5 die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 zwischen dem Teil mit Blutfluss und dem Teil ohne Blutfluss, in einem Beispiel auf der Grundlage des SK-Bilds.
Anschließend steuert die Anzeigesteuereinheit 1316 in Schritt S6 die Anzeigevorrichtung 14 zur Anzeige des SK-Bilds, derart, dass der Teil mit Blutfluss und der Teil ohne Blutfluss auf der Grundlage des in Schritt S5 erzeugten SK-Bilds unterschieden werden können. Nach Schritt S6 endet die Verarbeitung.
Wie oben beschrieben ist es gemäß der zweiten SK-Bilderzeugungsverarbeitung durch die Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 der ersten Ausführungsform möglich, das SK-Bild durch Berechnung nur eines der ersten und zweiten SK in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Fehlen der Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 zu erzeugen, was eine Vereinfachung der Verarbeitung ermöglicht.
(Zweite Ausführungsform)
Nun wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Dinge, die gleich wie in der ersten Ausführungsform sind, werden gegebenenfalls weggelassen. 10 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. In der Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 gemäß der zweiten Ausführungsform weist die Bewegungsnachweiseinheit 1312 die Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 auf der Grundlage eines Werts nach, der durch Subtraktion des ersten SK vom zweiten SK erhalten wurde.
11 hierin ist eine grafische Darstellung, die den SK bei Langzeitbelichtung und den SK bei Kurzzeitbelichtung jeweils für den Teil mit Flüssigkeit und den Teil ohne Flüssigkeit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Wie aus 11 zu sehen ist, ist für den Teil mit Flüssigkeit in dem Fall, in dem die Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 groß ist, der durch Subtraktion des ersten SK (Langzeitbelichtung) vom zweiten SK (Kurzzeitbelichtung) erhaltene Wert klein. Andererseits ist für den Teil ohne Flüssigkeit in dem Fall, in dem die Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 groß ist, der durch Subtraktion des ersten SK (Langzeitbelichtung) vom zweiten SK (Kurzzeitbelichtung) erhaltene Wert (hiernach auch als „SK-Differenz“ bezeichnet) groß.
Die Bewegungsnachweiseinheit 1312 kann folglich feststellen, dass sich der Teil ohne Flüssigkeit bewegt, wenn die SK-Differenz gleich oder höher als ein vorbestimmter SK-Differenzschwellenwert ist. Darüber hinaus kann der Bewegungsnachweis für jedes Pixel, jeden Block oder für den gesamten Bildschirm durchgeführt werden. Zusätzlich zur Bestimmung des Vorhandenseins oder Fehlens einer Bewegung kann die Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 auf der Grundlage der SK-Differenz berechnet werden.
Hier ist 12 ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung der dritten SK-Bilderzeugung, die von der Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird, veranschaulicht. Auf die Beschreibung von Dingen, die dem Flussdiagramm in 8 ähneln, wird gegebenenfalls verzichtet.
In Schritt S1 erfasst die Erfassungseinheit 1311 anfänglich Bilddaten. Anschließend berechnet die erste SK-Berechnungseinheit 1313 in Schritt S3 den ersten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds. Anschließend berechnet die erste SK-Berechnungseinheit 1313 in Schritt S4 den zweiten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds.
Anschließend berechnet in Schritt S11 die Bewegungsnachweiseinheit 1312 als SK-Differenz einen Wert, der durch Subtraktion des ersten SK vom zweiten SK erhalten wurde.
Anschließend weist in Schritt S12 die Bewegungsnachweiseinheit 1312 die Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 auf der Grundlage der in Schritt S11 berechneten SK-Differenz nach. Insbesondere kann die Bewegungsnachweiseinheit 1312 feststellen, dass sich das Bildaufnahmeziel 2 (Teil ohne Flüssigkeit) bewegt, wenn die SK-Differenz gleich oder höher als ein vorbestimmter SK-Differenzschwellenwert ist.
Anschließend erzeugt die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 in Schritt S5 ein SK-Bild auf der Grundlage des ersten SK und des zweiten SK in Abhängigkeit von einem Ergebnis, das durch Nachweis der Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 in Schritt S12 erhalten wurde. Nach dem ersten Verfahren zur Verwendung des SK und dem zweiten Verfahren zur Verwendung des SK wie oben beschrieben erzeugt in einem Beispiel insbesondere die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 das SK-Bild unter Verwendung des ersten SK und des zweiten SK auf der Grundlage des Vorhandenseins oder Fehlens von Bewegung und der Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2. Ferner unterscheidet in Schritt S5 die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 zwischen dem Teil mit Blutfluss und dem Teil ohne Blutfluss, in einem Beispiel auf der Grundlage des SK-Bilds.
Anschließend steuert die Anzeigesteuereinheit 1316 in Schritt S6 die Anzeigevorrichtung 14 zur Anzeige des SK-Bilds, derart, dass der Teil mit Blutfluss und der Teil ohne Blutfluss auf der Grundlage des in Schritt S5 erzeugten SK-Bilds unterschieden werden können. Nach Schritt S6 endet die Verarbeitung.
Wie oben beschrieben ist es gemäß der dritten SK-Bilderzeugungsverarbeitung durch die Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 der zweiten Ausführungsform möglich, die Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 auf der Grundlage der SK-Differenz nachzuweisen. Folglich kann ein zufriedenstellendes Speckle-Kontrastbild auf der Grundlage des ersten SK und des zweiten SK in Abhängigkeit vom Nachweisergebnis erzeugt werden. Darüber hinaus sind die Schritte S3 und S4 in 4 nicht auf diese Reihenfolge beschränkt und können die umgekehrte Reihenfolge aufweisen.
Anschließend ist 13 ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung der vierten SK-Bilderzeugung, die von der Informationsverarbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird, veranschaulicht. Auf die Beschreibung von Dingen, die 12 ähneln, wird gegebenenfalls verzichtet.
In Schritt S1 erfasst die Erfassungseinheit 1311 anfänglich Bilddaten. Anschließend berechnet die erste SK-Berechnungseinheit 1313 in Schritt S3 den ersten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds. Anschließend berechnet die erste SK-Berechnungseinheit 1313 in Schritt S4 den zweiten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds.
Anschließend berechnet in Schritt S11 die Bewegungsnachweiseinheit 1312 als SK-Differenz einen Wert, der durch Subtraktion des ersten SK vom zweiten SK erhalten wurde.
Anschließend stellt die Bewegungsnachweiseinheit 1312 in Schritt S13 fest, ob die in Schritt S11 berechnete SK-Differenz gleich oder höher als ein vorbestimmter SK-Differenzschwellenwert ist. Wenn das Ergebnis Ja lautet, fährt die Verarbeitung mit Schritt S15 fort, und wenn das Ergebnis Nein lautet, fährt die Verarbeitung mit Schritt S14 fort.
In Schritt S14 erzeugt die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 das Speckle-Kontrastbild auf der Grundlage des ersten SK. Ferner unterscheidet in Schritt S14 die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 zwischen dem Teil mit Blutfluss und dem Teil ohne Blutfluss, in einem Beispiel auf der Grundlage des SK-Bilds.
In Schritt S15 erzeugt die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 ferner das Speckle-Kontrastbild auf der Grundlage des zweiten SK. Ferner unterscheidet in Schritt S15 die SK-Bilderzeugungseinheit 1315 zwischen dem Teil mit Blutfluss und dem Teil ohne Blutfluss, in einem Beispiel auf der Grundlage des SK-Bilds.
Nach den Schritten S14 und S15 steuert die Anzeigesteuereinheit 1316 in Schritt S6 die Anzeigevorrichtung 14 zur Anzeige des SK-Bilds, derart, dass der Teil mit Blutfluss und der Teil ohne Blutfluss auf der Grundlage des erzeugten SK-Bilds unterschieden werden können. Nach Schritt S6 endet die Verarbeitung.
Wie oben beschrieben ist es gemäß der vierten SK-Bilderzeugungsverarbeitung durch die Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 der zweiten Ausführungsform möglich, das SK-Bild durch Berechnung nur eines der ersten und zweiten SK in Abhängigkeit davon zu berechnen, ob die SK-Differenz gleich oder höher als ein vorbestimmter SK-Differenzschwellenwert ist, was eine Vereinfachung der Verarbeitung ermöglicht.
(Dritte Ausführungsform)
Nun wird die dritte Ausführungsform beschrieben.
Dinge, die gleich wie in der ersten Ausführungsform sind, werden gegebenenfalls weggelassen.
14 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 aus 14 unterscheidet sich von der Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 aus 2 dadurch, dass die Verarbeitungseinheit 131 zusätzlich eine Belichtungssteuereinheit 1317 aufweist.
Die Belichtungssteuereinheit 1317 steuert die Belichtungszeit der Bildaufnahmevorrichtung 12 auf der Grundlage der Bewegung des Bildaufnahmeziels 2, die von der Bewegungsnachweiseinheit 1312 nachgewiesen wurde.
15 hierin ist ein Diagramm, das zur Beschreibung der räumlich geteilten zweistufigen Belichtung und der zeitlich geteilten zweistufigen Belichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wird. Für die Technik der Verwendung der räumlich geteilten zweistufigen Belichtung steuert zunächst die Belichtungssteuereinheit 1317 die Bildaufnahmevorrichtung 12 zur Aufnahme eines Mischbilds (3), wenn die Bewegungsnachweiseinheit 1312 die Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 nachweist. Dadurch wird es möglich, dass die erste SK-Berechnungseinheit 1313 den ersten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten S-Pixels im Mischbild berechnet und die zweite SK-Berechnungseinheit 1314 den zweiten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten S-Pixels im Mischbild berechnet.
Wenn die Bewegungsnachweiseinheit 1312 keine Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 nachweist, steuert die Belichtungssteuereinheit 1317 ferner die Bildaufnahmevorrichtung 12 zur Aufnahme des ersten - Speckle-Bilds (4). Dadurch ist es möglich, dass die erste SK-Berechnungseinheit 1313 den ersten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds berechnet.
Für die Technik der Verwendung der zeitlich geteilten zweistufigen Belichtung steuert die Belichtungssteuereinheit 1317 ferner die Bildaufnahmevorrichtung 12, wenn die Bewegungsnachweiseinheit 1312 die Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 nachweist, um abwechselnd das erste Speckle-Bild (Bilder FR1, FR3 und FR5) und das zweite Speckle-Bild (Bilder FR2, FR4 und FR6) aufzunehmen.
Dadurch wird es möglich, dass die erste SK-Berechnungseinheit 1313 den ersten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds berechnet und die zweite SK-Berechnungseinheit 1314 den zweiten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds berechnet.
Wenn die Bewegungsnachweiseinheit 1312 keine Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 nachweist, steuert die Belichtungssteuereinheit 1317 ferner die Bildaufnahmevorrichtung 12 nur für eine Aufnahme des ersten Speckle-Bilds (Bilder FR1 bis FR6). Dadurch ist es möglich, dass die erste SK-Berechnungseinheit 1313 den ersten SK für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds berechnet.
Auf diese Weise ermöglicht es die Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 gemäß der dritten Ausführungsform, nur die Langzeitbelichtung zu verwenden, wenn keine Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 vorliegt, die wahrscheinlich den größten Teil der Gesamtzeit einnimmt, und sowohl Langzeitbelichtung als auch Kurzzeitbelichtung nur dann zu verwenden, wenn eine solche Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 vorliegt, wodurch die Arbeitsvorgänge oder Verarbeitung erleichtert werden kann bzw. können.
Ferner kann in einem Beispiel für die Technik der Verwendung der zeitlich geteilten zweistufigen Belichtung die Länge der Belichtungszeit bei der Kurzzeitbelichtung in Abhängigkeit von der Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 variabel sein. In einem Beispiel kann in dem Fall, in dem die Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 gering ist, die Belichtungszeit bei der Kurzzeitbelichtung die Hälfte der Belichtungszeit bei der Langzeitbelichtung betragen. In dem Fall, in dem die Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 groß ist, kann die Belichtungszeit bei der Kurzzeitbelichtung 1/16 der Belichtungszeit bei der Langzeitbelichtung betragen. Darüber hinaus sind solche Zeitverhältnisse nicht auf 1/2 oder 1/6 beschränkt und können 1/4, 1/8 oder dergleichen betragen. Die Verringerung des SK des Teils ohne Flüssigkeit bei Verkürzung der Belichtungszeit kann reduziert oder verhindert werden, aber dann verschlechtert sich das S/N. Folglich ist es lediglich notwendig, eine adäquate Belichtungszeit in Abhängigkeit von der Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 zu bestimmen.
Ferner können für die Technik der Verwendung räumlich geteilter zweistufiger Belichtung in dem Fall, in dem eine Bewegung des Bildaufnahmeziels 2 vorliegt, alle Pixel ein Bild der zweiten S-Pixel sein, statt ein Mischbild.
Ferner kann der Wechsel zwischen dem Fall, in dem eine Bewegung vorliegt, und dem Fall, in dem keine Bewegung vorliegt, wie in 15 zu sehen, in Blockeinheiten oder Bildschirmeinheiten durchgeführt werden.
Für die Technik der Verwendung einer zweistufigen Belichtung mit Lichtstrahlteilung ist es ferner lediglich notwendig, dass die Belichtungssteuereinheit 1317 die Länge und das Verhältnis zwischen Längen der Belichtungszeit für jedes der beiden Bildaufnahmevorrichtungen 12 in Abhängigkeit von der Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels 2 ändert.
(Anwendungsbeispiel 1)
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auf verschiedene Produkte angewendet werden. In einem Beispiel ist die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein endoskopisches Operationssystem anwendbar.
16 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines endoskopischen Operationssystems 5000 zeigt, an dem die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann. In 16 ist ein Stadium gezeigt, in dem ein Chirurg (medizinischer Arzt) 5067 das endoskopische Operationssystem 5000 zur Durchführung einer Operation für einen Patienten 5071 an einem Patientenbett 5069 verwendet. Wie zu sehen ist, weist das endoskopische Operationssystem 5000 ein Endoskop 5001, andere Operationswerkzeuge 5017, eine Tragearmvorrichtung 5027, die das Endoskop 5001 darauf trägt, und einen Wagen 5037 auf, an dem verschiedene Vorrichtungen für die endoskopische Operation angebracht sind.
In der endoskopischen Chirurgie wird statt einer Inzision in der Bauchwand zur Durchführung einer Laparotomie eine Vielzahl von röhrenförmigen Öffnungsvorrichtungen, sogenannte Trokare 5025a bis 5025d, zum Punktieren der Bauchwand verwendet. Anschließend werden ein Objektivtubus 5003 des Endoskops 5001 und die anderen chirurgischen Instrumente 5017 durch die Trokare 5025a bis 5025d in eine Körperhöhle des Patienten 5071 eingeführt. Im gezeigten Beispiel werden als andere chirurgische Instrumente 5017 ein Pneumoperitoneum-Tubus 5019, eine Energievorrichtung 5021 und eine Zange 5023 in die Körperhöhle des Patienten 5071 eingeführt. Ferner ist die Energievorrichtung 5021 ein Behandlungsinstrument zur Durchführung einer Inzision und zum Abschälen eines Gewebes, zum Versiegeln eines Blutgefäßes oder dergleichen mittels Hochfrequenzstrom oder Ultraschallschwingung. Die gezeigten chirurgischen Instrumente 5017 sind aber lediglich höchstens Beispiele und wie die chirurgischen Instrumente 5017 können verschiedene chirurgische Instrumente, die im Allgemeinen in der endoskopischen Chirurgie zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Pinzetten oder ein Retraktor verwendet werden.
Ein Bild eines Operationsgebiets in einer Körperhöhle des Patienten 5071, das von dem Endoskop 5001 dargestellt wird, wird auf einer Anzeigevorrichtung 5041 angezeigt. Der Chirurg 5067 würde die Energievorrichtung 5021 oder die Zange 5023 verwenden, während er das auf der Anzeigevorrichtung 5041 auf Echtzeitbasis angezeigte Bild des Operationsgebiets betrachtet, um eine Behandlung wie beispielsweise eine Resektion eines betroffenen Bereichs durchzuführen. Es ist zu beachten, dass, obwohl dies nicht gezeigt wird, der Pneumoperitoneum-Tubus 5019, die Energievorrichtung 5021 und die Zange 5023 während der Operation vom Chirurgen 5067, einer assistierenden Person oder dergleichen unterstützt werden.
(Tragarmvorrichtung)
Die Tragarmvorrichtung 5027 weist eine Armeinheit 5031 auf, die sich von einer Basiseinheit 5029 erstreckt. In dem gezeigten Beispiel weist die Armeinheit 5031 Gelenkabschnitte 5033a, 5033b und 5033c und Verbindungsstücke 5035a und 5035b auf und wird mittels Steuerung durch eine Armsteuervorrichtung 5045 angetrieben. Das Endoskop 5001 wird von der Armeinheit 5031 so getragen, dass die Position und die Stellung des Endoskops 5001 gesteuert werden. Folglich kann eine stabile Fixierung der Position des Endoskops 5001 implementiert werden.
(Endoskop)
Das Endoskop 5001 weist den Objektivtubus 5003, der einen Bereich mit einer vorbestimmten Länge von einem distalen Ende davon zur Einführung in eine Körperhöhle des Patienten 5071 aufweist, und einen Kamerakopf 5005 auf, der mit einem proximalen Ende des Objektivtubus 5003 verbunden ist. In dem gezeigten Beispiel ist das Endoskop 5001 als ein starres Endoskop mit einer harten Art von Objektivtubus 5003 gezeigt. Das Endoskop 5001 kann aber auch anderweitig als ein flexibles Endoskop mit einer flexiblen Art von Objektivtubus 5003 ausgelegt sein.
Der Objektivtubus 5003 hat an einem distalen Ende davon eine Öffnung, in der eine Objektivlinse angebracht ist. Eine Lichtquellenvorrichtung 5043 ist mit dem Endoskop 5001 verbunden, so dass von der Lichtquellenvorrichtung 5043 erzeugtes Licht über einen Lichtleiter, der sich innerhalb des Objektivtubus 5003 erstreckt, zu einem distalen Ende des Objektivtubus geführt wird und zu einem Beobachtungsziel in einer Körperhöhle des Patienten 5071 durch die Objektivlinse gestrahlt wird. Es ist zu beachten, dass das Endoskop 5001 ein Vorwärtssicht-Endoskop oder ein Schrägsicht-Endoskop oder ein Seitensicht-Endoskop sein kann.
Ein optisches System und ein Bildaufnahmeelement sind im Inneren des Kamerakopfes 5005 vorgesehen, so dass reflektiertes Licht (Beobachtungslicht) von einem Beobachtungsziel vom optischen System auf dem Bildaufnahmeelement verdichtet wird. Das Beobachtungslicht wird photoelektrisch vom Bildaufnahmeelement umgewandelt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das dem Beobachtungslicht entspricht, d.h. ein Signal, das einem Beobachtungsbild entspricht. Das Bildsignal wird als RAW-Daten an eine CCU 5039 gesandt. Es ist zu beachten, dass der Kamerakopf 5005 eine darin aufgenommen Funktion zum geeigneten Antreiben des optischen Systems des Kamerakopfes 5005 zum Einstellen der Vergrößerung und der Brennweite aufweist.
Es ist zu beachten, dass zur Gewährleistung von Kompatibilität beispielsweise mit stereoskopischem Sehen (dreidimensionale (3D) Anzeige) eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen auf dem Kamerakopf 5005 vorgesehen sein können. In diesem Fall ist eine Vielzahl von optischen Übertragungssystemen im Inneren des Objektivtubus 5003 vorgesehen, um das Beobachtungslicht zu jeder der Vielzahl von Bildaufnahmeelementen zu leiten.
(Verschiedene im Wagen aufgenommene Vorrichtungen)
Die CCU 5039 umfasst einen Zentralprozessor (CPU), einen Grafikprozessor (GPU) oder dergleichen und steuert integriert den Betrieb des Endoskops 5001 und der Anzeigevorrichtung 5041. Insbesondere führt die CCU 5039 für ein vom Kamerakopf 5005 empfangenes Bildsignal verschiedene Bildverarbeitungsverfahren zum Anzeigen eines Bilds auf Grundlage des Bildsignals durch, wie beispielsweise ein Entwicklungsverfahren (Demosaicking-Verfahren). Die CCU 5039 stellt das Bildsignal bereit, für das die Bildverarbeitungsverfahren von der Anzeigevorrichtung 5041 durchgeführt wurden. Ferner überträgt die CCU 5039 ein Steuersignal an den Kamerakopf 5005 zur Steuerung des Antriebs des Kamerakopfs 5005. Das Steuersignal kann Informationen bezüglich eines Bildaufnahmezustands, wie beispielsweise Vergrößerung oder Brennweite, umfassen.
Die Anzeigevorrichtung 5041 zeigt ein Bild auf Grundlage eines Bildsignals an, für das die Bildverarbeitungsverfahren von der CCU 5039 unter Steuerung durch die CCU 5039 durchgeführt wurden. Wenn das Endoskop 5001 zur Bildgebung mit hoher Auflösung, wie z.B. 4 K (horizontale Pixelanzahl 3840 x vertikale Pixelanzahl 2160), 8 K (horizontale Pixelanzahl 7680 x vertikale Pixelanzahl 4320) oder dergleichen und/oder für eine 3D-Anzeige bereit ist, dann kann eine Anzeigevorrichtung als Anzeigevorrichtung 5041 verwendet werden, mit der eine entsprechende Anzeige mit hoher Auflösung und/oder eine 3D-Anzeige möglich ist. Wenn die Vorrichtung zur Bildgebung mit einer hohen Auflösung von z.B. 4 K oder 8K bereit ist und wenn die als Anzeigevorrichtung 5041 verwendete Anzeigevorrichtung eine Größe von gleich oder nicht weniger als 55 Zoll aufweist, dann kann eine eindringlichere Erfahrung gemacht werden. Ferner kann den Zwecken entsprechend eine Vielzahl von Anzeigevorrichtungen 5041 mit unterschiedlichen Auflösungen und/oder unterschiedlichen Größen verwendet werden.
Die Lichtquellenvorrichtung 5043 weist eine Lichtquelle auf, wie beispielsweise eine Leuchtdiode (LED), und sie führt dem Endoskop 5001 Bestrahlungslicht zur bildgebenden Darstellung eines Operationsgebiets zu.
Die Armsteuervorrichtung 5045 weist einen Prozessor auf, beispielsweise ein Zentralprozessor, und arbeitet gemäß einem vorbestimmten Programm zur Steuerung des Antriebs der Armeinheit 5031 der Tragarmvorrichtung 5027 gemäß einem vorbestimmten Steuerungsverfahren.
Eine Eingabevorrichtung 5047 ist eine Eingabeschnittstelle für das endoskopische Operationssystem 5000. Ein Benutzer kann verschiedene Arten von Informationen oder Anweisungen in das endoskopische Operationssystem 500 durch die Eingabevorrichtung 5047 eingeben. Beispielsweise würde der Benutzer durch die Eingabevorrichtung 5047 verschiedene Arten von Informationen bezüglich der Operation eingeben, wie etwa physische Informationen eines Patienten, Informationen bezüglich eines chirurgischen Verfahrens der Operation und dergleichen. Ferner würde der Benutzer beispielsweise eine Anweisung zum Antreiben der Armeinheit 5031, eine Anweisung zum Ändern eines Bildaufnahmezustands (Art des Bestrahlungslichts, Vergrößerung, Brennweite oder dergleichen) durch das Endoskop 5001, eine Anweisung zum Antreiben der Energievorrichtung 5021 oder dergleichen durch die Eingabevorrichtung 5047 eingeben.
Die Art der Eingabevorrichtung 5047 ist nicht begrenzt und kann eine beliebige von verschiedenen bekannten Eingabevorrichtungen sein. Als Eingabevorrichtung 5047 kann beispielsweise eine Maus, eine Tastatur, ein Bildschirmtastfeld, ein Schalter, ein Fußschalter 5057 und/oder ein Hebel der dergleichen verwendet werden. Wenn ein Bildschirmtastfeld als Eingabevorrichtung 5047 verwendet wird, kann es auf der Anzeigefläche der Anzeigevorrichtung 5041 bereitgestellt werden.
Ansonsten ist die Eingabevorrichtung 5047 eine Vorrichtung, die an einem Benutzer befestigt werden soll, wie beispielsweise eine Vorrichtung, die wie eine Brille tragbar ist, oder eine am Kopf befestigte Anzeige (Head Mounted Display, HMD), und verschiedene Eingabearten werden als Reaktion auf eine Geste oder eine Sichtlinie des Benutzers, die von einer der erwähnten Vorrichtungen erkannt wird, durchgeführt. Ferner umfasst die Eingabevorrichtung 5047 eine Kamera, die eine Bewegung eines Benutzers nachweisen kann, und verschiedene Eingabearten werden als Reaktion auf eine Geste oder Sichtlinie eines Benutzers, die anhand eines von der Kamera aufgenommenen Videos erkannt wird, durchgeführt. Ferner weist die Eingabevorrichtung 5047 ein Mikrofon auf, das die Stimme eines Benutzers aufnehmen kann, und verschiedene Eingabearten werden durch die vom Mikrofon aufgenommene Stimme durchgeführt. Durch Konfigurieren der Eingabevorrichtung 5047, so dass verschiedene Arten von Informationen auf diese Weise berührungslos eingegeben werden können, kann insbesondere ein Benutzer, der in einen reinen Bereich gehört (beispielsweise der Chirurg 5067) berührungslos eine Vorrichtung bedienen, die in einen nicht reinen Bereich gehört. Da der Benutzer eine Vorrichtung bedienen kann, ohne ein chirurgisches Instrument, das er in der Hand hält, loszulassen, wird ferner der Komfort des Benutzers erhöht.
Eine Behandlungsinstrument-Steuervorrichtung 5049 steuert den Antrieb der Energievorrichtung 5021 zum Kauterisieren oder Einschneiden eines Gewebes, Versiegeln eines Blutgefäßes oder dergleichen. Eine Pneumoperitoneum-Vorrichtung 5051 liefert Gas zu einer Körperhöhle des Patienten 5071 durch den Pneumoperitoneum-Tubus 5019 zum Aufblasen der Körperhöhle, um das Sichtfeld des Endoskops 5001 sicherzustellen und den Arbeitsraum für den Chirurgen sicherzustellen. Ein Aufzeichnungsgerät 5053 ist eine Vorrichtung, die verschiedene Arten von Informationen bezüglich der Operation aufzeichnen können. Ein Drucker 5055 ist eine Vorrichtung, die verschiedene Arten von Informationen bezüglich der Operation in verschiedenen Formaten, wie z.B. als Text, Bilder oder Grafik ausdrucken kann.
Nachfolgend wird insbesondere eine charakteristische Konfiguration des endoskopischen Operationssystems 5000 ausführlicher beschrieben.
(Tragarmvorrichtung)
Die Tragarmvorrichtung 5027 weist die Basiseinheit 5029, die als Basis dient, und die sich von der Basiseinheit 5029 erstreckende Armeinheit 5031 auf. Im gezeigten Beispiel weist die Armeinheit 5031 die Vielzahl von Gelenkabschnitten 5033a, 5033b und 5033c und die Vielzahl von Verbindungsstücken 5035a und 5035b auf, die über den Gelenkabschnitt 5033b miteinander verbunden sind. In 16 ist die Konfiguration der Armeinheit 5031 zur Vereinfachung der Veranschaulichung in vereinfachter Form gezeigt. Tatsächlich können Form, Anzahl und Anordnung der Gelenkabschnitte 5033a, 5033b und 5033c und der Verbindungsstücke 5035a und 5035b und die Richtung usw. von Drehachsen der Gelenkabschnitte 5033a, 5033b und 5033c auf geeignete Weise so eingestellt werden, dass die Armeinheit 5031 einen gewünschten Freiheitsgrad aufweist. Beispielsweise kann die Armeinheit 5031 vorzugsweise so ausgelegt sein, dass sie einen Freiheitsgrad von gleich oder nicht weniger als 6 Freiheitsgraden aufweist. Dadurch kann das Endoskop 5001 innerhalb des Bewegungsbereichs der Armeinheit 5031 frei bewegt werden. Folglich wird es möglich, den Objektivtubus 5003 des Endoskops 5001 aus einer gewünschten Richtung in eine Körperhöhle des Patienten 5071 einzuführen.
Ein Aktuator ist in jedem der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c vorgesehen und die Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c sind so ausgelegt, dass sie um vorbestimmte Drehachsen davon durch Antreiben der jeweiligen Aktuatoren drehbar sind. Der Antrieb der Aktuatoren wird von der Armsteuervorrichtung 5045 gesteuert, um den Drehwinkel jedes der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c zu steuern und dadurch den Antrieb der Armeinheit 5031 zu steuern. Folglich kann die Steuerung der Position und der Stellung des Endoskops 5001 implementiert werden. Anschließend kann die Armsteuervorrichtung 5045 den Antrieb der Armeinheit 5031 durch verschiedene bekannte Steuerungsverfahren, wie beispielsweise Kraftregelung oder Positionsregelung steuern.
Wenn der Chirurg 5067 auf geeignete Weise eine Operation unter Eingabe über die Eingabevorrichtung 5047 (einschließlich des Fußschalters 5057) durchführt, kann der Antrieb der Armeinheit 5031 beispielsweise zweckmäßig von der Armsteuervorrichtung 5045 als Reaktion auf die Bedienungseingabe zur Steuerung der Position und Stellung des Endoskops 5001 gesteuert werden. Nachdem das Endoskop 5001 am distalen Ende der Armeinheit 5031 von der Steuerung wie beschrieben aus einer willkürlichen Position zu einer anderen willkürlichen Position bewegt wurde, kann das Endoskop 5001 nach der Bewegung an der Position fest unterstützt werden. Es ist zu beachten, dass die Armeinheit 5031 auf Master-Slave-Weise bedient werden kann. In diesem Fall kann die Armeinheit 5031 vom Benutzer durch die Eingabevorrichtung 5047, die an einem vom Operationssaal entfernten Ort platziert wird, ferngesteuert werden.
Bei Anwendung einer Kraftregelung kann die Armsteuervorrichtung 5045 ferner eine hilfskraftunterstützte Steuerung zum Antreiben der Aktuatoren der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c durchführen, so dass die Armeinheit 5031 vom Benutzer eine externe Kraft erhalten kann und sich nach der externen Kraft reibungslos bewegen kann. Dadurch ist es möglich, die Armeinheit 5031 mit einer vergleichsweise schwachen Kraft zu bewegen, wenn der Benutzer die Armeinheit 5031 direkt berührt und die Armeinheit 5031 bewegt. Folglich wird es möglich, dass der Benutzer das Endoskop 5001 intuitiver durch einen einfacheren und leichteren Vorgang bewegt, und der Komfort für den Benutzer kann verbessert werden.
Hier wird im Allgemeinen in der endoskopischen Chirurgie das Endoskop 5001 von einem medizinischen Arzt, einem sogenannten Endoskopiker, gehalten. Wenn dagegen die Tragarmvorrichtung 5027 verwendet wird, kann die Position des Endoskops 5001 ohne Hände sicherer fixiert werden, so dass ein Bild eines Operationsgebiets daher stabiler erhalten werden und die Operation reibungslos durchgeführt werden kann.
Es ist zu beachten, dass die Armsteuervorrichtung 5045 nicht unbedingt am Wagen 5037 vorgesehen ist. Ferner muss die Armsteuervorrichtung 5045 nicht notwendigerweise eine einzelne Vorrichtung sein. Beispielsweise kann die Armsteuervorrichtung 5045 in jedem der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c der Armeinheit 5031 der Tragarmvorrichtung 5027 vorgesehen sein, so dass die Vielzahl von Armsteuervorrichtungen 5045 zur Umsetzung der Antriebssteuerung der Armeinheit 5031 zusammenarbeiten.
(Lichtquellenvorrichtung)
Die Lichtquellenvorrichtung 5043 führt dem Endoskop 5001 Bestrahlungslicht nach bildgebender Darstellung eines Operationsgebiets zu. Die Lichtquellenvorrichtung 5043 umfasst eine Weißlichtquelle, die beispielsweise eine LED, eine Laserlichtquelle oder eine Kombination davon aufweist. Wenn in diesem Fall eine Weißlichtquelle eine Kombination aus roten, grünen und blauen (RGB) Laserlichtquellen umfasst, kann, da die Ausgangsintensität und der Ausgangszeitpunkt mit einem hohen Grad an Präzision für jede Farbe (jede Wellenlänge) gesteuert werden können, die Einstellung des Weißabgleichs eines aufgenommenen Bilds von der Lichtquellenvorrichtung 5043 durchgeführt werden. Wenn in diesem Fall ferner Laserstrahlen von den jeweiligen RGB-Laserlichtquellen zeitaufgeteilt auf ein Beobachtungsziel gestrahlt werden und der Antrieb der Bildaufnahmeelemente des Kamerakopfes 5005 synchron mit den Bestrahlungszeitpunkten gesteuert wird, können die Bilder, die individuell den R-, G- und B-Farben entsprechen, zeitaufgeteilt aufgenommen werden. Mit dem gerade beschriebenen Verfahren kann ein Farbbild selbst dann erhalten werden, wenn kein Farbfilter für das Bildaufnahmeelement bereitgestellt wurde.
Ferner kann der Antrieb der Lichtquellenvorrichtung 5043 so gesteuert werden, dass die Intensität des auszugebenden Lichts für jede vorbestimmte Zeit verändert wird. Durch Steuerung des Antriebs des Bildaufnahmeelements des Kamerakopfes 5005 synchron mit dem Zeitpunkt der Veränderung der Lichtintensität zum zeitaufgeteilten Erfassen von Bildern und zum Synthetisieren der Bilder, kann ein Bild eines hochdynamischen Bereichs, das frei von unterbelichteten blockierten Schatten und überbelichteten Highlights ist, erzeugt werden.
Ferner kann die Lichtquellenvorrichtung 5043 zum Zuführen von Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbands, das für eine Speziallichtbeobachtung bereit ist, ausgelegt sein. Bei der Speziallichtbeobachtung, beispielsweise unter Verwendung der Wellenlängenabhängigkeit der Lichtabsorption in einem Körpergewebe zum Einstrahlen von Licht eines schmäleren Wellenlängenbands im Vergleich zu Bestrahlungslicht bei normaler Beobachtung (d.h. Weißlicht), wird eine Schmalband-Lichtbeobachtung (Narrow-Band-Imaging) der bildlichen Darstellung eines vorbestimmten Gewebes, wie etwa eines Blutgefäßes eines oberflächlichen Abschnitts der Schleimhaut oder dergleichen, in einem hohen Kontrast durchgeführt. Alternativ kann bei der Speziallichtbeobachtung eine Fluoreszenz-Beobachtung zum Erhalten eines Bilds von fluoreszierendem Licht, das durch Abstrahlung von Anregungslicht erzeugt wird, durchgeführt werden. Bei der Fluoreszenz-Beobachtung kann die Beobachtung von fluoreszierendem Licht von einem Körpergewebe durch Ausstrahlen von Anregungslicht auf das Körpergewebe (Autofluoreszenz-Beobachtung) durchgeführt werden oder es kann ein fluoreszierenden Lichtbild durch lokale Injektion eines Reagenzes, wie z.B. Indocyaningrün (ICG) in ein Körpergewebe und Ausstrahlen von Anregungslicht, das einer fluoreszierenden Lichtwellenlänge des Reagenzes entspricht, auf das Körpergewebe, erhalten werden. Die Lichtquellenvorrichtung 5043 kann zum Zuführen dieses Schmalbandlichts und/oder Anregungslichts, das für die Speziallichtbeobachtung wie oben beschrieben geeignet ist, ausgelegt sein.
(Kamerakopf und CCU)
Die Funktionen des Kamerakopfes 5005 des Endoskops 5001 und der CCU 5039 werden mit Bezug auf 17 ausführlicher beschrieben. 17 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Funktionskonfiguration des Kamerakopfes 5005 und der Kamerasteuereinheit (CCU) 5039, die in 16 gezeigt wird, veranschaulicht.
Bezugnehmend auf 17 hat der Kamerakopf 5005 als Funktionen eine Objektiveinheit 5007, eine Bildaufnahmeeinheit 5009, eine Antriebseinheit 5011, eine Kommunikationseinheit 5013 und eine Kamerakopf-Steuereinheit 5015. Ferner hat die CCU 5039 als Funktionen eine Kommunikationseinheit 5059, eine Bildverarbeitungseinheit 5061 und eine Steuereinheit 5063. Der Kamerakopf 5005 und die CCU 5039 sind über ein Übertragungskabel 5065 miteinander verbunden, damit sie bidirektional kommunizieren können.
Zuerst wird eine Funktionskonfiguration des Kamerakopfes 5005 beschrieben. Die Objektiveinheit 5007 ist ein optisches System, das an einer Verbindungsstelle des Kamerakopfes 5005 mit dem Objektivtubus 5003 vorgesehen ist. Beobachtungslicht, das von einem distalen Ende des Objektivtubus 5003 eingelassen wird, wird in den Kamerakopf 5005 eingeleitet und dringt in die Objektiveinheit 5007. Die Objektiveinheit 5007 umfasst eine Kombination aus einer Vielzahl von Objektiven, einschließlich eines Zoomobjektivs und einer Fokussierlinse. Die Objektiveinheit 5007 hat optische Eigenschaften, die so eingestellt sind, dass das Beobachtungslicht auf einer Lichtaufnahmefläche des Bildaufnahmeelements der Bildaufnahmeeinheit 5009 verdichtet wird. Ferner sind das Zoomobjektiv und die Fokussierlinse so ausgelegt, dass ihre Positionen auf ihrer optischen Achse zur Einstellung der Vergrößerung und des Brennpunkts eines aufgenommen Bilds beweglich sind.
Das durch die Objektiveinheit 5007 geleitete Beobachtungslicht wird auf der Lichtaufnahmefläche des Bildaufnahmeelements verdichtet und ein Bildsignal, das dem Beobachtungsbild entspricht, wird durch photoelektrische Umwandlung des Bildaufnahmeelements erzeugt. Das von der Bildaufnahmeeinheit 5009 erzeugte Bildsignal wird der Kommunikationseinheit 5013 zugeführt.
Als Bildaufnahmeelement, das in der Bildaufnahmeeinheit 5009 enthalten ist, wird ein Bildsensor, beispielsweise nach Art eines komplementären Metalloxid-Halbleiters (CMOS), verwendet, der eine Bayer-Anordnung aufweist und ein Bild in Farbe aufnehmen kann. Es ist zu beachten, dass als Bildaufnahmeelement ein Bildaufnahmeelement verwendet werden kann, das beispielsweise zur Aufnahme eines Bilds mit einer hohen Auflösung von gleich oder nicht weniger als 4 K bereit ist. Wenn ein Bild eines Operationsgebiets mit hoher Auflösung erhalten wird, kann der Chirurg 5067 einen Zustand des Operationsgebiets in verstärkten Details verstehen und die Operation reibungsloser fortführen.
Ferner hat das Bildaufnahmeelement, das in der Bildaufnahmeeinheit 5009 enthalten ist, zwei Bildaufnahmeelemente zum Erfassen von Bildsignalen für das rechte Auge und das linke Auge, die mit einer 3D-Anzeige kompatibel sind. Wenn eine 3D-Anzeige verwendet wird, kann der Chirurg 5067 die Tiefe eines lebenden Körpergewebes im Operationsgebiet genauer verstehen. Es ist zu beachten, dass, wenn die Bildaufnahmeeinheit 5009 von Mehrplatten-Typ ist, eine Vielzahl von Systemen von Objektiveinheiten 5007 entsprechend den einzelnen Bildaufnahmeelementen der Bildaufnahmeeinheit 5009 bereitgestellt wird.
Die Bildaufnahmeeinheit 5009 muss nicht notwendigerweise auf dem Kamerakopf 5005 vorgesehen sein. Die Bildaufnahmeeinheit 5009 kann beispielsweise direkt hinter der Objektivlinse in der Innenseite des Objektivtubus 5003 vorgesehen sein.
Die Antriebseinheit 5011 umfasst einen Aktuator und bewegt das Zoomobjektiv und die Fokussierlinse der Objektiveinheit 5007 über eine vorbestimmte Strecke entlang der optischen Achse unter Steuerung der Kamerakopf-Steuereinheit 5015. Folglich können die Vergrößerung und der Brennpunkt eines von der Bildaufnahmeeinheit 5009 aufgenommenen Bilds zweckmäßig eingestellt werden.
Die Kommunikationseinheit 5013 weist eine Kommunikationsvorrichtung zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Informationen an die und von der CCU 5039 auf. Die Kommunikationseinheit 5013 überträgt ein Bildsignal, das von der Bildaufnahmeeinheit 5009 erfasst wurde, als RAW-Daten an die CCU 5039 durch das Übertragungskabel 5065. Zum Anzeigen eines aufgenommenen Bilds eines Operationsgebiets mit geringer Latenz wird anschließend vorzugsweise das Bildsignal durch optische Kommunikation übertragen. Dies hängt damit zusammen, dass der Chirurg 5067 bei der Operation die Operation unter Beobachtung des Zustands eines betroffenen Gebiets durch ein aufgenommenes Bild durchführt, wobei es notwendig ist, dass ein bewegliches Bild des Operationsgebiets soweit wie möglich auf Echtzeitbasis angezeigt wird, um eine Operation mit einem höheren Grad an Sicherheit und Gewissheit zu erzielen. Bei Anwendung optischer Kommunikation ist in der Kommunikationseinheit 5013 ein photoelektrisches Umwandlungsmodul zum Umwandeln eines elektrischen Signals in ein optisches Signal vorgesehen. Nach der Umwandlung des Bildsignals in ein optisches Signal durch das photoelektrische Umwandlungsmodul wird es durch das Übertragungskabel 5065 an die CCU 5039 übertragen.
Ferner empfängt die Kommunikationseinheit 5013 ein Steuersignal zur Steuerung des Antriebs des Kamerakopfes 5005 von der CCU 5039. Das Steuersignal umfasst Informationen bezüglich Bildaufnahmebedingungen, wie beispielsweise Informationen, dass eine Bildwiederholrate festgelegt ist und/oder Informationen, dass eine Vergrößerung und ein Brennpunkt eines aufgenommen Bilds festgelegt sind. Die Kommunikationseinheit 5013 führt das empfangene Steuersignal der Kamerakopf-Steuereinheit 5015 zu. Es ist zu beachten, dass auch das Steuersignal von der CCU 5039 durch optische Kommunikation übertragen werden kann. In diesem Fall ist in der Kommunikationseinheit 5013 ein photoelektrisches Umwandlungsmodul zum Umwandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal vorgesehen. Nach der Umwandlung des Steuersignals in ein elektrisches Signal durch das photoelektrische Umwandlungsmodul wird dieses der Kamerakopf-Steuereinheit 5015 zugeführt.
Es ist zu beachten, dass die Bildaufnahmebedingungen, wie beispielsweise Bildwiederholrate, Belichtungswert, Vergrößerung oder Brennpunkt, von der Steuereinheit 5063 der CCU 5039 auf Basis eines aufgenommenen Bildsignals automatisch eingestellt werden. Mit anderen Worten enthält das Endoskop 5001 eine Belichtungsautomatik (AE)-Funktion, eine Autofokus (AF)-Funktion und eine Auto-Weißabgleich (AWB)-Funktion.
Die Kamerakopf-Steuereinheit 5015 steuert den Antrieb des Kamerakopfes 5005 auf Basis eines Steuersignals von der CCU 5039, das durch die Kommunikationseinheit 5013 empfangen wurde. Beispielsweise steuert die Kamerakopf-Steuereinheit 5015 den Antrieb des Bildaufnahmeelements der Bildaufnahmeeinheit 5009 auf Basis von Informationen, dass eine Bildwiederholrate eines aufgenommenen Bilds festgelegt ist und/oder Informationen, dass ein Belichtungswert bei der Bildaufnahme festgelegt ist. Ferner steuert die Kamerakopf-Steuereinheit 5015 beispielsweise die Antriebseinheit 5011, um das Zoomobjektiv und die Fokussierlinse der Objektiveinheit 5007 auf Basis von Informationen, dass eine Vergrößerung und ein Brennpunkt eines aufgenommenen Bilds festgelegt sind, zweckmäßig zu bewegen. Die Kamerakopf-Steuereinheit 5015 kann ferner eine Funktion zum Speichern von Informationen zum Identifizieren des Objektivtubus 5003 und/oder des Kamerakopfes 5005 aufweisen.
Es ist zu beachten, dass durch Anordnen der Komponenten, wie etwa der Objektiveinheit 5007 und der Bildaufnahmeeinheit 5009 in einer dicht verschlossenen Struktur, die luftdicht und wasserfest ist, dem Kamerakopf 5005 Widerstand gegen ein Sterilisationsverfahren im Autoklaven verliehen werden kann.
Nun wird eine Funktionskonfiguration der CCU 5039 beschrieben. Die Kommunikationseinheit 5059 weist eine Kommunikationsvorrichtung zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Informationen an den und von dem Kamerakopf 5005 auf. Die Kommunikationseinheit 5059 empfängt ein Bildsignal, das vom Kamerakopf 5005 durch das Übertragungskabel 5065 an sie übertragen wurde. Anschließend kann das Bildsignal vorzugsweise durch optische Kommunikation wie oben beschrieben übertragen werden. Für Kompatibilität mit optischer Kommunikation umfasst in diesem Fall die Kommunikationseinheit 5059 ein photoelektrisches Umwandlungsmodul zum Umwandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal. Die Kommunikationseinheit 5059 stellt das Bildsignal nach der Umwandlung in ein elektrisches Signal für die Bildverarbeitungseinheit 5061 bereit.
Ferner überträgt die Kommunikationseinheit 5059 ein Steuersignal zur Steuerung des Antriebs des Kamerakopfes 5005 an den Kamerakopf 5005. Das Steuersignal kann auch durch optische Kommunikation übertragen werden.
Die Bildverarbeitungseinheit 5061 führt verschiedene Bildverarbeitungsverfahren für ein Bildsignal in Form von RAW-Daten durch, die vom Kamerakopf 5005 an sie übertragen wurden. Die Bildverfahren umfassen verschiedene bekannte Signalverarbeitungsverfahren, wie beispielsweise ein Entwicklungsverfahren, ein Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität (ein Bandbreitenverstärkungsverfahren, ein Superauflösungsverfahren, ein Verfahren zum Reduzieren von Rauschen (NR) und/oder ein Bildstabilisierungsverfahren) und/oder ein Vergrößerungsverfahren (elektronisches Zoomverfahren). Ferner führt die Bildverarbeitungseinheit 5061 ein Erkennungsverfahren für ein Bildsignal zur Durchführung von AE, AF und AWB durch.
Die Bildverarbeitungseinheit 5061 umfasst einen Prozessor, wie etwa eine CPU oder GPU, und wenn der Prozessor nach einem vorbestimmten Programm arbeitet, können die oben beschriebenen Bildverarbeitungsverfahren und das Erkennungsverfahren durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass, wenn die Bildverarbeitungseinheit 5061 eine Vielzahl von GPUs aufweist, die Bildverarbeitungseinheit 5061 Informationen bezüglich eines Bildsignals zweckmäßig aufteilt, so dass Bildverarbeitungsverfahren von der Vielzahl von GPUs parallel durchgeführt werden.
Die Steuereinheit 5063 führt verschiedene Arten von Steuerungen in Bezug auf die Bildaufnahme eines Operationsgebiets durch das Endoskop 5001 und die Anzeige des aufgenommenen Bilds durch. Beispielsweise erzeugt die Steuereinheit 5063 ein Steuersignal zur Steuerung des Antriebs des Kamerakopfes 5005. Wenn vom Benutzer Bildaufnahmebedingungen eingegeben werden, erzeugt die Steuereinheit 5063 anschließend ein Steuersignal auf Basis der Eingabe des Benutzers. Wenn das Endoskop 5001 eine AE-Funktion, eine AF-Funktion und eine AWB-Funktion darin aufweist, berechnet die Steuereinheit 5063 alternativ zweckmäßig einen optimalen Belichtungswert, eine Brennweite und einen Weißabgleich als Reaktion auf ein Ergebnis eines Erkennungsverfahrens durch die Bildverarbeitungseinheit 5061 und erzeugt ein Steuersignal.
Ferner steuert die Steuereinheit 5063 die Anzeigevorrichtung 5041 zum Anzeigen eines Bilds eines Operationsgebiets auf Basis eines Bildsignals, für das Bildverarbeitungsverfahren von der Bildverarbeitungseinheit 5061 durchgeführt wurden. Daraufhin erkennt die Steuereinheit 5063 verschiedene Objekte im Bild des Operationsgebiets unter Verwendung verschiedener Bilderkennungstechnologien. Beispielsweise kann die Steuereinheit 5063 ein chirurgisches Instrument, wie etwa eine Zange, eine bestimmte lebende Körperregion, Blutungen, Schleier bei der Verwendung der Energievorrichtung 5021 und so weiter, durch Erkennen der Form, Farbe usw. von Rändern der im Bild des Operationsgebiets enthaltenen Objekten erkennen. Wenn sie die Anzeigeeinheit 5041 zum Anzeigen eines Bilds des Operationsgebiets steuert, veranlasst die Steuereinheit 5063 die Anzeige verschiedener Arten von Informationen zur Unterstützung der Operation auf überlappende Weise mit einem Bild des Operationsgebiets unter Verwendung eines Resultats der Erkennung. Wenn Informationen zur Unterstützung der Information auf überlappende Weise angezeigt und dem Chirurgen 5067 präsentiert werden, kann der Chirurg 5067 mit größerer Sicherheit und Gewissheit mit der Operation fortfahren.
Das Übertragungskabel 5065, das den Kamerakopf 5005 und die CCU 5039 miteinander verbindet, ist ein elektrisches Signalkabel zur Übermittlung eines elektrischen Signals, eine Faseroptik zur optischen Kommunikation oder ein Verbundkabel, das sowohl zur elektrischen als auch zur optischen Kommunikation befähigt ist.
Während die Kommunikation im gezeigten Beispiel über eine kabelgebundene Kommunikation unter Verwendung des Übertragungskabel 5065 erfolgt, kann die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 5005 und der CCU 5039 auch anderweitig durch drahtlose Kommunikation erfolgen. Wenn die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 5005 und der CCU 5039 durch drahtlose Kommunikation erfolgt, besteht keine Notwendigkeit, das Übertragungskabel 5065 in den Operationssaal zu legen. Deshalb kann eine Situation, in der die Bewegung des medizinischen Personals im Operationssaal durch das Übertragungskabel 5065 gestört wird, eliminiert werden.
Ein Beispiel eines endoskopischen Operationssystems 5000, an dem die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann, wurde oben beschrieben. Obwohl das endoskopische Operationssystem 5000 als Beispiel beschrieben wurde, ist hier zu beachten, dass das System, an dem die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann, nicht auf das Beispiel beschränkt ist. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf ein flexibles endoskopisches Operationssystem zur Inspektion oder ein mikroskopisches Operationssystem angewandt werden, das im Anwendungsbeispiel 2 unten beschrieben wird.
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung ist zweckmäßig auf das Endoskop 5001 unter den oben beschriebenen Konfigurationen anwendbar. Insbesondere ist in dem Fall, in dem der Teil mit Blutfluss und der Teil ohne Blutfluss in dem Bild des Operationsgebiets in der Körperhöhle des Patienten 5071, das vom Endoskop 5001 erfasst wird, auf sichtbar erkennbare Weise auf der Anzeigevorrichtung 5041 einfach angezeigt werden, die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung anwendbar. Die auf das Endoskop 5001 angewendete Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht die Erzeugung eines zufriedenstellenden SK-Bilds mit präziser Unterscheidung zwischen dem Teil mit Blutfluss und dem Teil ohne Blutfluss sogar in dem Fall, in dem sich das aufgenommene Bild bewegt. Dadurch kann der Chirurg 5067 eine Echtzeit-Beobachtung des Bilds des Operationsgebiets erreichen, in dem der Teil mit Blutfluss und der Teil ohne Blutfluss durch die Anzeigevorrichtung 5041 präzise voneinander unterschieden werden, was zu einer sichereren Operation führt.
(Anwendungsbeispiel 2)
Ferner kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung bei einem mikroskopischen Operationssystem angewendet werden, das für die sogenannte Mikrochirurgie zum Einsatz kommt, die unter Vergrößerung einer winzigen Region eines Patienten zur Beobachtung durchgeführt wird.
18 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines mikroskopischen Operationssystems 5300 zeigt, an dem die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann. Bezugnehmend auf 18 weist das mikroskopische Operationssystem 5300 eine Mikroskopvorrichtung 5301, eine Steuerungsvorrichtung 5317 und eine Anzeigevorrichtung 5319 auf. Es ist zu beachten, dass in der Beschreibung des mikroskopischen Operationssystems 5300 der Begriff „Benutzer“ eine willkürliche Person des medizinischen Personals bezeichnet, wie etwa einen Chirurgen oder einen Assistenten, der das mikroskopische Operationssystem 5300 verwendet.
Die Mikroskopvorrichtung 5301 hat eine Mikroskopeinheit 5303 zum Vergrößern eines Beobachtungsziels (Operationsgebiet eines Patienten) zur Beobachtung, eine Armeinheit 5309, welche die Mikroskopeinheit 5303 an einem distalen Ende davon unterstützt, und eine Basiseinheit 5315, die ein proximales Ende der Armeinheit 5309 unterstützt.
Die Mikroskopeinheit 5303 weist einen zylindrischen Abschnitt 5305 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Gestalt, eine (nicht gezeigte) Bildaufnahmeeinheit, die in der Innenseite des zylindrischen Abschnitts 5305 vorgesehen ist, und eine Bedieneinheit 5307 auf, die in einem Teilgebiet eines Außenumfangs des zylindrischen Abschnitts 5305 vorgesehen ist. Die Mikroskopeinheit 5303 ist eine Mikroskopeinheit nach Art der elektronischen Bildaufnahme (Mikroskopeinheit vom Videotyp), die über die Bildaufnahmeeinheit elektronisch ein Bild aufnimmt.
Ein Deckglaselement zum Schutz der internen Bildaufnahmeeinheit ist an einer Öffnungsfläche eines unteren Endes des zylindrischen Abschnitts 5305 vorhanden. Licht von einem Beobachtungsziel (hiernach als Beobachtungslicht bezeichnet) dringt durch das Deckglaselement und in die Bildaufnahmeeinheit auf der Innenseite des zylindrischen Abschnitts 5305. Es sei angemerkt, dass eine Lichtquelle beispielsweise eine Leuchtdiode (LED) oder dergleichen aufweist, die in der Innenseite des zylindrischen Abschnitts 5305 vorgesehen sein kann und bei der Bildaufnahme kann Licht auf ein Beobachtungsziel von der Lichtquelle durch das Deckglaselement gestrahlt werden.
Die Bildaufnahmeeinheit weist ein optisches System auf, welches das Beobachtungslicht verdichtet, und ein Bildaufnahmeelement, welche das vom optischen System verdichtete Beobachtungslicht empfängt. Das optische System umfasst eine Kombination aus einer Vielzahl von Objektiven, einschließlich eines Zoomobjektivs und einer Fokussierlinse. Das optische System hat optische Eigenschaften, die so eingestellt sind, dass das Beobachtungslicht auf einer Lichtaufnahmefläche des Bildaufnahmeelements verdichtet wird, um ein Bild zu formen. Das Bildaufnahmeelement empfängt das Beobachtungslicht und wandelt es photoelektrisch um, um ein Signal zu erzeugen, das dem Beobachtungslicht entspricht, d.h. ein Signal, das einem Beobachtungsbild entspricht. Als Bildaufnahmeelement wird beispielsweise ein Bildaufnahmeelement verwendet, das eine Bayer-Anordnung aufweist und ein Bild in Farbe aufnehmen kann. Das Bildaufnahmeelement kann eines von verschiedenen bekannten Bildaufnahmeelementen sein, wie beispielsweise ein komplementärer Metalloxid-Halbleiter (CMOS) Bildsensor oder ein CCD (ladungsgekoppeltes Bauelement) Bildsensor. Das vom Bildaufnahmeelement erzeugte Bildsignal wird als RAW-Daten an die Steuerungsvorrichtung 5317 übertragen. Hier kann die Übertragung des Bildsignals zweckmäßig durch optische Kommunikation erfolgen. Dies hängt damit zusammen, dass der Chirurg an einer Operationsstelle die Operation unter Beobachtung des Zustands eines betroffenen Gebiets durch ein aufgenommenes Bild durchführt, wobei es notwendig ist, dass ein bewegliches Bild des Operationsgebiets soweit wie möglich auf Echtzeitbasis angezeigt wird, um eine Operation mit einem höheren Grad an Sicherheit und Gewissheit zu erzielen. Wenn zur Übertragung des Bildsignals optische Kommunikation verwendet wird, kann das aufgenommene Bild mit geringer Latenz angezeigt werden.
Es sei angemerkt, dass die Bildaufnahmeeinheit einen Antriebsmechanismus zum Bewegen des Zoomobjektivs und der Fokussierlinse des optischen Systems entlang der optischen Achse aufweisen kann. Wenn das Zoomobjektiv und die Fokussierlinse zweckmäßig vom Antriebsmechanismus bewegt werden, können die Vergrößerung des aufgenommenen Bilds und die Brennweite bei der Bildaufnahme eingestellt werden. Ferner kann die Bildaufnahmeeinheit verschiedene Funktionen enthalten, die im Allgemeinen in einer Mikroskopeinheit der elektronischen Bildaufnahme bereitgestellt werden können, wie beispielsweise eine Belichtungsautomatikfunktion (AE) und oder eine Autofokus (AF) Funktion.
Ferner kann die Bildaufnahmeeinheit als Bildaufnahmeeinheit vom Einzelplatten-Typ ausgelegt sein, die ein einzelnes Bildaufnahmeelement aufweist, oder sie kann als Bildaufnahmeeinheit vom Mehrplatten-Typ ausgelegt sein, die eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen aufweist. Wenn die Bildaufnahmeeinheit als Mehrplatten-Typ ausgelegt ist, können beispielsweise Bildsignale, die roten, grünen und blauen Farben entsprechen, von den Bildaufnahmeelementen erzeugt und zum Erhalten eines Farbbilds synthetisiert werden. Alternativ kann die Bildaufnahmeeinheit so ausgelegt sein, dass sie zwei Bildaufnahmeelemente zum Erfassen von Bildsignalen für das rechte Auge und das linke Auge hat, die mit stereoskopischem Sehen (dreidimensionale (3D) Anzeige) kompatibel sind. Wenn eine 3D-Anzeige verwendet wird, kann der Chirurg die Tiefe eines lebenden Körpergewebes im Operationsgebiet mit einem höheren Grad an Genauigkeit verstehen. Es ist zu beachten, dass, wenn die Bildaufnahmeeinheit von Mehrplatten-Typ ist, eine Vielzahl von optischen Systemen entsprechend den einzelnen Bildaufnahmeelementen bereitgestellt wird.
Die Bedieneinheit 5307 umfasst beispielsweise einen Querhebel, einen Schalter oder dergleichen und akzeptiert eine Betätigungseingabe des Benutzers. Beispielsweise kann der Benutzer eine Anweisung eingeben, die Vergrößerung des Beobachtungsbilds und die Brennweite des Beobachtungsziels durch die Bedieneinheit 5307 zu verändern. Die Vergrößerung und die Brennweite können vom Antriebsmechanismus der Bildaufnahmeeinheit eingestellt werden, indem das Zoomobjektiv und die Fokussierlinse gemäß den Anweisungen zweckmäßig bewegt werden. Ferner kann der Benutzer beispielsweise eine Anweisung eingeben, den Betriebsmodus der Armeinheit 5309 (ein komplett freier Modus und ein fixierter Modus, wie hiernach beschrieben) durch die Bedieneinheit 5307 umzuschalten. Es sei angemerkt, dass wenn der Benutzer die Mikroskopeinheit 5303 bewegen will, davon ausgegangen wird, dass der Benutzer die Mikroskopeinheit 5303 in einem Zustand bewegt, in dem der Benutzer die Mikroskopeinheit 5303 durch Halten des zylindrischen Abschnitts 5305 ergreift. Folglich ist die Bedieneinheit 5307 vorzugsweise an einer Stelle vorgesehen, an der sie mit den Fingern des Benutzers leicht bedient werden kann, während der zylindrische Abschnitt 5305 so gehalten wird, dass die Bedieneinheit 5307 auch dann noch bedient werden kann, während der Benutzer den zylindrischen Abschnitt 5305 bewegt.
Die Armeinheit 5309 ist derart ausgelegt, dass eine Vielzahl von Verbindungsstücken (erstes Verbindungsstück 5313a bis sechstes Verbindungsstück 5313f) miteinander verbunden sind, um von einer Vielzahl von Gelenkabschnitten (erster Gelenkabschnitt 5311a bis sechster Gelenkabschnitt 5311f) in Bezug aufeinander gedreht zu werden.
Der erste Gelenkabschnitt 5311a hat eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt und unterstützt an einem distalen Ende davon ein oberes Ende des zylindrischen Abschnitts 5305 der Mikroskopeinheit 5303 für eine Drehung um eine Drehachse (erste Achse O1) parallel zur Mittelachse des zylindrischen Abschnitts 5305. Hier kann der erste Gelenkabschnitt 5311 so ausgelegt sein, dass die erste Achse O1 davon zur optischen Achse der Bildaufnahmeeinheit der Mikroskopeinheit 5303 ausgerichtet ist. Wenn die Mikroskopeinheit 5303 um die erste Achse O1 gedreht wird, kann das Sichtfeld durch diese Konfiguration verändert werden, um das aufgenommene Bild zu drehen.
Das erste Verbindungsstück 5313a unterstützt den ersten Gelenkabschnitt 5311a fest an einem distalen Ende davon. Insbesondere ist das erste Verbindungsstück 5313a ein stabförmiges Element mit einer im Wesentlichen L-förmigen Gestalt, und es ist mit dem ersten Gelenkabschnitt 5311a so verbunden, dass eine Seite an der distalen Endseite davon sich in eine Richtung orthogonal zur ersten Achse O1 erstreckt, und ein Endabschnitt der einen Seite an einem oberen Endabschnitt eines Außenumfangs des ersten Gelenkabschnitts 5311a anstößt. Der zweite Gelenkabschnitt 5311b ist mit einem Endabschnitt der anderen Seite der proximalen Endseite der im Wesentlichen L-förmigen Gestalt des ersten Verbindungsstücks 5313a verbunden.
Der zweite Abschnitt 5311b hat eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt und unterstützt an einem distalen Ende davon ein proximales Endes der ersten Verbindungsstücks 5313a für eine Drehung um eine Drehachse (zweite Achse O2) orthogonal zur ersten Achse O1. Das zweite Verbindungsstück 5313b ist an einem distalen Ende davon fest mit einem proximalen Ende des zweiten Gelenkabschnitts 5311b verbunden.
Das zweite Verbindungsstück 5313b ist ein stabförmiges Element mit einer im Wesentlichen L-förmigen Gestalt und eine Seite einer distalen Endseite des zweiten Verbindungsstücks 5313b erstreckt sich in eine Richtung orthogonal zur zweiten Achse O2 und ein Endabschnitt der einen Seite ist fest mit einem proximalen Ende des zweiten Gelenkabschnitts 5311b verbunden. Der dritte Gelenkabschnitt 5311c ist mit der anderen Seite an der proximalen Endseite der im Wesentlichen L-förmigen Gestalt des zweiten Verbindungsstücks 5313b verbunden.
Der dritte Abschnitt 5311c hat eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt und unterstützt an einem distalen Ende davon ein proximales Endes des zweiten Verbindungsstücks 5313b für eine Drehung um eine Drehachse (dritte Achse O3) orthogonal zur ersten Achse O1 und zur zweiten Achse O2. Das dritte Verbindungsstück 5313c ist an einem distalen Ende davon fest mit einem proximalen Ende des dritten Gelenkabschnitts 5311c verbunden. Durch Drehung der Komponenten auf der distalen Endseite, einschließlich der Mikroskopeinheit 5303, um die zweite Achse O2 und die dritte Achse O3, kann die Mikroskopeinheit 5303 so bewegt werden, dass die Position der Mikroskopeinheit 5303 innerhalb einer horizontalen Ebene verändert wird. Mit anderen Worten kann durch Steuerung der Drehung um die zweite Achse O2 und die dritte Achse O3 das Sichtfeld des aufgenommenen Bilds innerhalb einer Ebene bewegt werden.
Das dritte Verbindungsstück 5313c ist derart ausgelegt, dass seine distale Endseite eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt aufweist, und ein proximales Ende des dritten Gelenkabschnitts 5311c ist fest mit dem distalen Ende der säulenförmigen Gestalt verbunden, so dass beide im Wesentlichen die gleiche Mittelachse haben. Die proximale Endseite des dritten Verbindungsstücks 5313c hat eine prismenförmige Gestalt und der vierte Gelenkabschnitt 5311d ist mit einem Endabschnitt des dritten Verbindungsstücks 5313c verbunden.
Der vierte Abschnitt 5311d hat eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt und unterstützt an einem distalen Ende davon ein proximales Endes des dritten Verbindungsstücks 5313c für eine Drehung um eine Drehachse (vierte Achse O4) orthogonal zur dritten Achse O3. Das vierte Verbindungsstück 5313d ist an einem distalen Ende davon fest mit einem proximalen Ende des vierten Gelenkabschnitts 5311d verbunden.
Das vierte Verbindungsstück 5313d ist ein stabförmiges Element, das sich im Wesentlichen linear erstreckt und derart mit dem vierten Gelenkabschnitt 5311d verbunden ist, dass es sich orthogonal zur vierten Achse O4 erstreckt und an einen Endabschnitt des distalen Endes davon mit einer Seitenfläche der im Wesentlichen säulenförmigen Gestalt des vierten Gelenkabschnitts 5311d anstößt. Das fünfte Verbindungsstück 5311e ist mit einem proximalen Ende des vierten Verbindungsstücks 5313d verbunden.
Der fünfte Gelenkabschnitt 5311e hat eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt und unterstützt an einer distalen Endseite davon ein proximales Endes des vierten Verbindungsstücks 5313d für eine Drehung um eine Drehachse (fünfte Achse O5) parallel zur vierten Achse O4. Das fünfte Verbindungsstück 5313e ist an einem distalen Ende davon fest mit einem proximalen Ende des fünften Gelenkabschnitts 5311e verbunden. Die vierte Achse O4 und die fünfte Achse O5 sind Drehachsen, um welche die Mikroskopeinheit 5303 in einer Richtung nach oben und nach unten bewegt werden kann. Durch Drehen der Komponenten auf der distalen Endseite, einschließlich der Mikroskopeinheit 5303, um die vierte Achse O4 und die fünfte Achse O5, kann die Höhe der Mikroskopeinheit 5303, d.h. der Abstand zwischen der Mikroskopeinheit 5303 und einem Beobachtungsziel, eingestellt werden.
Das fünfte Verbindungsstück 5313e umfasst eine Kombination aus einem ersten Element mit einer im Wesentlichen L-förmigen Gestalt, von der sich eine Seite in die vertikale Richtung erstreckt, und von der sich die andere Seite in die horizontale Richtung erstreckt, und einem stabförmigen zweiten Element, das sich von dem Abschnitt der ersten Elements, der sich in horizontaler Richtung erstreckt, vertikal nach unten erstreckt. Der fünfte Gelenkabschnitt 5311e ist an einem proximalen Ende davon fest mit einem benachbarten oberen Ende eines Teils verbunden, welches das erste Element des fünften Verbindungstücks 5313e in die vertikale Richtung erstreckt. Der sechste Gelenkabschnitt 5311f ist mit dem proximalen Ende (unteren Ende) des zweiten Elements des fünften Verbindungsstücks 5313e verbunden.
Der sechste Gelenkabschnitt 5311f hat eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt und unterstützt an einer distalen Endseite davon ein proximales Endes des fünften Verbindungsstücks 5313e für eine Drehung um eine Drehachse (sechste Achse O6) parallel zur vertikalen Richtung. Das sechste Verbindungsstück 5313f ist an einem distalen Ende davon fest mit einem proximalen Ende des sechsten Gelenkabschnitts 5311f verbunden.
Das sechste Verbindungsstück 5313f ist ein stabförmiges Element, das sich in die vertikale Richtung erstreckt und an einem proximalen Ende davon fest mit einer Oberseite der Basiseinheit 5315 verbunden ist.
Der erste Gelenkabschnitt 5311a bis sechste Gelenkabschnitt 5311f haben Bewegungsbereiche, die zweckmäßig so eingestellt werden, dass die Mikroskopeinheit 5303 eine gewünschte Bewegung ausführen kann. Folglich kann in der Armeinheit 5309 mit der oben beschriebenen Konfiguration eine Bewegung von insgesamt sechs Freiheitsgraden, einschließlich drei Freiheitsgraden zur Verschiebung und drei Freiheitsgraden zur Drehung, bezüglich einer Bewegung der Mikroskopeinheit 5303 implementiert werden. Durch Konfigurieren der Armeinheit 5309, so dass sechs Freiheitsgrade für Bewegungen der Mikroskopeinheit 5303 auf diese Weise implementiert werden, können die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 innerhalb des Bewegungsbereichs der Armeinheit 5309 frei geregelt werden. Folglich kann ein Operationsgebiet aus jedem Winkel beobachtet werden und die Operation kann reibungsloser durchgeführt werden.
Es sei angemerkt, dass die Konfiguration der gezeigten Armeinheit 5309 lediglich ein Beispiel ist und dass die Anzahl und Form (Länge) der Verbindungsstücke, einschließlich der Armeinheit 5309, und die Anzahl, Lokalisation, Richtung der Drehachse und so weiter der Gelenkabschnitte zweckmäßig so gestaltet werden können, dass die gewünschten Freiheitsgrade implementiert werden können. Um die Mikroskopeinheit 5303 frei zu bewegen, wird beispielsweise die Armeinheit 5309 vorzugsweise so ausgelegt, dass sie sechs Freiheitsgrade wie oben beschrieben aufweist. Die Armeinheit 5309 kann auch so ausgelegt sein, dass sie einen viel größeren Freiheitsgrad aufweist (nämlich einen redundanten Freiheitsgrad). Wenn ein redundanter Freiheitsgrad in der Armeinheit 5309 vorliegt, kann die Stellung der Armeinheit 5309 in einem Zustand verändert werden, in dem die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 festgelegt sind. Folglich kann eine Steuerung implementiert werden, die für den Chirurgen bequemer ist, beispielsweise die Steuerung der Stellung der Armeinheit 5309, so dass die Armeinheit 5309 beispielsweise das Sichtfeld des Chirurgen, der die Anzeigevorrichtung 5319 betrachtet, nicht beeinträchtigt.
Hier kann ein Aktuator, in dem ein Antriebsmechanismus enthalten ist, wie etwa ein Motor, ein Kodierer der einen Drehwinkel an jedem Gelenkabschnitt nachweist, und dergleichen, für jeden des ersten Gelenkabschnitts 5311a bis sechsten Gelenkabschnitts 5311f bereitgestellt werden. Durch zweckmäßige Steuerung des Antriebs der Aktuatoren, die im ersten Gelenkabschnitt 5311a bis sechsten Gelenkabschnitt 5311f bereitgestellt sind, durch die Steuerungsvorrichtung 5317 kann die Stellung der Armeinheit 5309, d.h. die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303, gesteuert werden. Insbesondere kann die Steuerungsvorrichtung 5317 die aktuelle Stellung der Armeinheit 5309 und die aktuelle Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 auf Basis von Informationen bezüglich des von den Kodierern nachgewiesenen Drehwinkels der Gelenkabschnitte erfassen. Die Steuerungsvorrichtung 5317 verwendet die erfassten Informationen zur Berechnung eines Steuerungswerts (beispielsweise eines zu erzeugenden Drehwinkels oder Drehmoments) für jeden Gelenkabschnitt, mit dem eine Bewegung der Mikroskopeinheit 5303 gemäß einer Bedienungseingabe des Benutzers implementiert werden kann. Folglich treibt die Steuerungsvorrichtung 5317 den Antriebsmechanismus jedes Gelenkabschnitts gemäß dem Steuerungswert an. Es sei angemerkt, dass in diesem Fall das Steuerungsverfahren der Armeinheit 5309 durch die Steuerungsvorrichtung 5317 nicht begrenzt ist und dass verschiedene bekannte Steuerungsverfahren, wie z.B. Kraftregelung oder Positionskontrolle, angewendet werden können.
Wenn der Chirurg beispielsweise auf geeignete Weise eine Operation unter Eingabe über eine nicht gezeigte Eingabevorrichtung durchführt, kann der Antrieb der Armeinheit 5309 zweckmäßig von der Steuerungsvorrichtung 5317 als Reaktion auf die Bedienungseingabe zur Steuerung der Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 gesteuert werden. Nachdem die Mikroskopeinheit 5303 aus einer willkürlichen Position in eine andere willkürliche Position bewegt wurde, ist es durch diese Steuerung möglich, die Mikroskopeinheit 5303 nach der Bewegung an der Position fest zu unterstützen. Es sei angemerkt, dass als Eingabevorrichtung vorzugsweise eine Eingabevorrichtung verwendet wird, die vom Chirurgen auch dann bedient werden kann, wenn der Chirurg ein chirurgisches Instrument in seiner Hand hält, beispielsweise ein Fußschalter, der den Komfort für den Chirurgen berücksichtigt. Ferner kann die Bedienungseingabe kontaktlos auf Basis des Nachweises von Gesten oder durch Sichtliniennachweis erfolgen, wobei eine tragbare Vorrichtung oder eine Kamera verwendet wird, die im Operationssaal bereitgestellt ist. Dadurch kann sogar ein Benutzer, der in einen reinen Bereich gehört, eine Vorrichtung, die in einen unreinen Bereich gehört, mit einem hohen Freiheitsgrad bedienen. Darüber hinaus kann die Armeinheit 5309 auf Master-Slave-Weise bedient werden kann. In diesem Fall kann die Armeinheit 5309 vom Benutzer durch eine Eingabevorrichtung, die an einem vom Operationssaal entfernten Ort platziert wird, ferngesteuert werden.
Bei Anwendung einer Kraftregelung kann die Steuerungsvorrichtung 5317 ferner eine hilfskraftunterstützte Steuerung zum Antreiben der Aktuatoren des ersten Gelenkabschnitts 5311a bis sechsten Gelenkabschnitts 5311f durchführen, so dass die Armeinheit 5309 vom Benutzer eine externe Kraft erhalten kann und sich nach der externen Kraft reibungslos bewegen kann. Dadurch ist es möglich, die Mikroskopeinheit 5303 mit einer vergleichsweise schwachen Kraft zu bewegen, wenn der Benutzer die Mikroskopeinheit 5303 hält und ihre Position direkt bewegt. Folglich wird es möglich, dass der Benutzer die Mikroskopeinheit 5303 intuitiver durch einen einfacheren und leichteren Vorgang bewegt, und der Komfort für den Benutzer kann verbessert werden.
Ferner kann der Antrieb der Armeinheit 5309 so gesteuert werden, dass die Armeinheit 5309 eine Schwenkbewegung durchführt. Die Schwenkbewegung hier ist eine Bewegung zur Bewegung der Mikroskopeinheit 5303, so dass die Richtung der optischen Achse der Mikroskopeinheit 5303 zu einem vorbestimmten Punkt (hiernach als Schwenkpunkt bezeichnet) in einem Raum gehalten wird. Da die Schwenkbewegung es möglich macht, dieselbe Beobachtungsposition aus verschiedenen Richtungen zu beobachten, wird eine detailliertere Beobachtung eines betroffenen Bereichs möglich. Es sei angemerkt, dass, wenn die Mikroskopeinheit 5303 so ausgelegt ist, dass ihre Brennweite fixiert ist, die Schwenkbewegung vorzugsweise in einem Zustand durchgeführt wird, in dem der Abstand zwischen der Mikroskopeinheit 5303 und dem Schwenkpunkt festgelegt ist. In diesem Fall reicht es aus, wenn der Abstand zwischen der Mikroskopeinheit 5303 und dem Schwenkpunkt im Voraus auf eine fixierte Brennweite der Mikroskopeinheit 5303 eingestellt wird. Durch die eben beschriebene Konfiguration bewegt sich die Mikroskopeinheit 5303 auf einer halbkugelförmigen Ebene (schematisch dargestellt in 18) mit einem Radius, welcher der am Schwenkpunkt zentrierten Brennweite entspricht, und es kann ein klares aufgenommenes Bild sogar dann erhalten werden, wenn die Beobachtungsrichtung verändert wird. Wenn die Mikroskopeinheit 5303 so ausgelegt ist, dass ihre Brennweite einstellbar ist, kann die Schwenkbewegung andererseits in einem Zustand durchgeführt werden, in dem der Abstand zwischen der Mikroskopeinheit 5303 und dem Schwenkpunkt variabel ist. In diesem Fall kann die Steuerungsvorrichtung 5317 beispielsweise den Abstand zwischen der Mikroskopeinheit 5303 und dem Schwenkpunkt auf Basis von Informationen bezüglich der Drehwinkel der Gelenkabschnitte, die von den Kodierern nachgewiesen wurden, berechnen und die Brennweite der Mikroskopeinheit 5303 auf Basis der Berechnung automatisch einstellen. Wenn die Mikroskopeinheit 5303 eine AF-Funktion enthält, kann die Einstellung der Brennweite alternativ von der AF-Funktion automatisch jedes Mal durchgeführt werden, wenn der Abstand durch die Schwenkbewegung zwischen der Mikroskopeinheit 5303 und dem Schwenkpunkt verändert wird.
Ferner können der erste Gelenkabschnitt 5311a bis sechste Gelenkabschnitt 5311f jeweils eine Bremse zum Begrenzen der Drehung des ersten Gelenkabschnitts 5311a bis sechsten Gelenkabschnitts 5311f aufweisen. Die Bedienung der Bremse kann durch die Steuerungsvorrichtung 5317 gesteuert werden. Wenn die Position und die Stellung der Mikroskopeinheit 5303 fixiert werden sollen, macht die Steuerungsvorrichtung 537 die Bremsen der Gelenkabschnitte beispielsweise betriebsbereit. Selbst wenn die Aktuatoren nicht angetrieben werden, kann folglich die Stellung der Armeinheit 5309, d.h. die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303, fixiert werden und daher kann der Stromverbrauch reduziert werden. Wenn die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 bewegt werden sollen, reicht es aus, wenn die Steuerungsvorrichtung 5317 die Bremsen der Gelenkabschnitte löst und die Aktuatoren gemäß einem vorbestimmten Steuerungsverfahren antreibt.
Diese Betätigung der Bremsen kann als Reaktion auf eine Bedienungseingabe durch den Benutzer durch die oben beschriebene Bedieneinheit 5307 durchgeführt werden. Wenn der Benutzer die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 bewegen will, würde der Benutzer die Bedieneinheit 5307 betätigen, um die Bremsen der Gelenkabschnitte zu lösen. Folglich ändert sich der Betriebsmodus der Armeinheit 5309 in einen Modus, in dem die Drehung der Gelenkabschnitte frei erfolgen kann (komplett freier Modus). Wenn andererseits der Benutzer die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 fixieren will, würde der Benutzer die Bedieneinheit 5307 betätigen, um die Bremsen der Gelenkabschnitte zu aktivieren. Folglich ändert sich der Betriebsmodus der Armeinheit 5309 in einen Modus, in dem die Drehung der Gelenkabschnitte gehemmt wird (fixierter Modus).
Die Steuerungsvorrichtung 5317 steuert integral den Betrieb des mikroskopischen Operationssystems 5300 durch Steuerung des Betriebs der Mikroskopvorrichtung 5301 und der Anzeigevorrichtung 5319. Die Steuerungsvorrichtung 5317 aktiviert beispielsweise die Aktuatoren des ersten Gelenkabschnitts 5311a bis sechsten Gelenkabschnitts 5311f gemäß einem vorbestimmten Steuerungsverfahren zur Steuerung des Antriebs der Armeinheit 5309. Ferner steuert die Steuerungsvorrichtung 5317 beispielsweise den Betrieb der Bremsen des ersten Gelenkabschnitts 5311a bis sechsten Gelenkabschnitts 5311f, um den Betriebsmodus der Armeinheit 5309 zu verändern. Ferner führt die Steuerungsvorrichtung 5317 beispielsweise verschiedene Signalverarbeitungsverfahren für ein Bildsignal durch, das von der Bildaufnahmeeinheit der Mikroskopeinheit 5303 der Mikroskopvorrichtung 5301 erfasst wurde, um Bilddaten zum Anzeigen zu erzeugen, und sie steuert die Anzeigevorrichtung 5319 zum Anzeigen der erzeugten Bilddaten. Als Bildverarbeitungsverfahren können verschiedene bekannte Signalverarbeitungsverfahren, wie beispielsweise ein Entwicklungsverfahren (Demosaicking-Verfahren), ein Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität (ein Bandbreitenverstärkungsverfahren, eine Superauflösungsverfahren, ein Verfahren zum Reduzieren von Rauschen (NR) und/oder ein Bildstabilisierungsverfahren) und/oder ein Vergrößerungsverfahren (d.h. ein elektronisches Zoomverfahren) durchgeführt werden.
Es sei angemerkt, dass die Kommunikation zwischen der Steuerungsvorrichtung 5317 und der Mikroskopeinheit 5303 und die Kommunikation zwischen der Steuerungsvorrichtung 5317 und dem ersten Gelenkabschnitt 5311a bis sechsten Gelenkabschnitt 5311f eine kabelgebundene Kommunikation oder eine drahtlose Kommunikation sein kann. Wenn eine kabelgebundene Kommunikation verwendet wird, kann die Kommunikation über ein elektrisches Signal durchgeführt werden oder es kann eine optische Kommunikation durchgeführt werden. In diesem Fall kann ein Übertragungskabel, das für die kabelgebundene Kommunikation verwendet wird, als ein elektrisches Signalkabel, eine Faseroptik oder ein Verbundkabel daraus als Reaktion auf ein angewandtes Kommunikationsverfahren ausgelegt sein. Wenn andererseits drahtlose Kommunikation verwendet wird, kann, da es nicht notwendig ist, ein Übertragungskabel im Operationssaal zu verlegen, eine Situation eliminiert werden, in der die Bewegung des medizinischen Personals im Operationssaal durch das Übertragungskabel gestört wird.
Die Steuerungsvorrichtung 5317 kann ein Prozessor sein, wie etwa ein Zentralprozessor (CPU) oder ein Grafikprozessor (GPU), oder ein Mikrocomputer oder eine Steuertafel, in dem/der ein Prozessor und ein Speicherelement, wie etwa ein Speicher, enthalten sind. Die oben beschriebenen verschiedenen Funktionen können vom Prozessor der Steuerungsvorrichtung 5317 implementiert werden, der gemäß einem vorbestimmten Programm arbeitet.
Es sei angemerkt, dass im gezeigten Beispiel die Steuerungsvorrichtung 5317 als eine von der Mikroskopvorrichtung 5301 getrennte Vorrichtung bereitgestellt wird. Die Steuerungsvorrichtung 5317 kann aber innerhalb der Basiseinheit 5315 der Mikroskopvorrichtung 5301 angebracht werden und einstückig mit der Mikroskopvorrichtung 5301 ausgelegt sein. Die Steuerungsvorrichtung 5317 kann auch eine Vielzahl von Vorrichtungen aufweisen. Beispielsweise können Mikrocomputer, Steuertafeln oder dergleichen in der Mikroskopeinheit 5303 und im ersten Gelenkabschnitt 5311a bis sechsten Gelenkabschnitt 5311f der Armeinheit 5309 angeordnet sein und zur Kommunikation miteinander verbunden sein, um ähnliche Funktionen wie die der Steuerungsvorrichtung 5317 zu implementieren.
Die Anzeigevorrichtung 5319 wird im Operationssaal bereitgestellt und zeigt ein Bild an, das Bilddaten entspricht, die von der Steuerungsvorrichtung 5317 erzeugt wurden, unter Steuerung durch die Steuerungsvorrichtung 5317. Mit anderen Worten wird ein Bild des von der Mikroskopeinheit 5303 aufgenommenen Operationsgebiets auf der Anzeigevorrichtung 5319 angezeigt. Die Anzeigevorrichtung 5319 kann statt eines Bilds oder zusätzlich zu einem Bild eines Operationsgebiets verschiedene Arten von Informationen anzeigen, welche die Operation betreffen, wie etwa physische Informationen eines Patienten oder Informationen bezüglich eines chirurgischen Verfahrens der Operation. In diesem Fall kann die Anzeige der Anzeigevorrichtung 5319 zweckmäßig als Reaktion auf eine Bedienung durch den Benutzer geändert werden.
Alternativ kann auch eine Vielzahl solcher Anzeigevorrichtungen 5319 bereitgestellt werden, so dass ein Bild eines Operationsgebiets oder verschiedene Arten von Informationen bezüglich der Operation einzeln auf der Vielzahl von Anzeigevorrichtungen 5319 angezeigt werden kann bzw. können. Es sei angemerkt, dass als Anzeigevorrichtung 5319 verschiedene bekannte Anzeigevorrichtungen, wie etwa eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung oder eine Elektrolumineszenz (EL)-Anzeigevorrichtung verwendet werden können.
19 ist eine Ansicht, die ein Operationsstadium zeigt, in dem das in 18 gezeigte mikroskopische Operationssystem 5300 verwendet wird. 19 zeigt schematisch ein Stadium, in dem ein Chirurg 5321 das mikroskopische Operationssystem 5300 zur Durchführung einer Operation für einen Patienten 5325 an einem Patientenbett 5323 verwendet. Es sei angemerkt, dass in 19 zur einfacheren Veranschaulichung die Steuerungsvorrichtung 5317 unter den Komponenten des mikroskopischen Operationssystems 5300 weggelassen wurde und die Mikroskopvorrichtung 5301 vereinfacht dargestellt ist.
Wie es in 2C zu sehen ist, wird während der Operation unter Verwendung des mikroskopischen Operationssystems 5300 ein Bild eines Operationsgebiets, das von der Mikroskopvorrichtung 5301 aufgenommen wurde, in einem vergrößerten Maßstab auf der Anzeigevorrichtung 5319, die an einer Wandfläche des Operationssaals angebracht ist, angezeigt. Die Anzeigevorrichtung 5319 ist an einem Ort gegenüber dem Chirurgen 5321 angebracht, und der Chirurg 5321 würde verschiedene Behandlungen für das Operationsgebiet durchführen, wie beispielsweise eine Resektion des betroffenen Bereichs unter Beobachtung eines Zustands des Operationsgebiets von einem Video, das auf der Anzeigevorrichtung 5319 angezeigt wird.
Ein Beispiel eines mikroskopischen Operationssystems 5300, an dem die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann, wurde beschrieben. Obwohl das mikroskopische Operationssystem 5300 als Beispiel beschrieben wurde, ist hier zu beachten, dass das System, an dem die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann, nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Beispielsweise kann die Mikroskopvorrichtung 5301 auch als Tragarmvorrichtung dienen, die an einem distalen Ende davon eine andere Beobachtungsvorrichtung oder ein anderes chirurgisches Instrument statt der Mikroskopeinheit 5303 unterstützt.
Als andere Beobachtungsvorrichtung kann beispielsweise ein Endoskop verwendet werden. Ferner kann als anderes chirurgisches Instrument eine Zange, eine Pinzette, ein Pneumoperitoneum-Tubus für ein Pneumoperitoneum oder eine Energievorrichtung zur Durchführung einer Inzision eines Gewebes oder Versiegelung eines Blutgefäßes durch Kauterisation und dergleichen verwendet werden. Durch Unterstützung eines beliebigen dieser gerade beschriebenen Beobachtungsvorrichtungen und chirurgischen Instrumente durch die Unterstützungsvorrichtung kann ihre Position mit einem hohen Maß an Stabilität fixiert werden, im Vergleich zu einem alternativen Fall, in dem sie durch die Hände des medizinischen Personals abgestützt werden. Folglich kann die Belastung des medizinischen Personals reduziert werden. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann auf eine Tragarmvorrichtung angewendet werden, die eine solche wie oben beschriebene Komponente unterstützt, die eine andere ist als die Mikroskopeinheit.
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung ist zweckmäßig auf die Steuerungsvorrichtung 5317 unter den oben beschriebenen Konfigurationen anwendbar. Insbesondere ist in dem Fall, in dem der Teil mit Blutfluss und der Teil ohne Blutfluss in dem Bild des Operationsgebiets des Patienten 5325, das durch die Bildaufnahmeeinheit der Mikroskopeinheit 5303 aufgenommen wurde, auf sichtbar erkennbare Weise auf der Anzeigevorrichtung 5319 einfach angezeigt werden, die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung anwendbar. Die auf die Steuervorrichtung 5317 angewendete Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht die Erzeugung eines zufriedenstellenden SK-Bilds mit präziser Unterscheidung zwischen dem Teil mit Blutfluss und dem Teil ohne Blutfluss sogar in dem Fall, in dem sich das aufgenommen Bild bewegt. Dadurch kann der Chirurg 5321 eine Echtzeit-Beobachtung des Bilds des Operationsgebiets erreichen, in dem der Teil mit Blutfluss und der Teil ohne Blutfluss durch die Anzeigevorrichtung 5319 präzise voneinander unterschieden werden, was zu einer sichereren Operation führt.
Es sei angemerkt, dass die vorliegende Technologie die folgende Konfiguration aufweisen kann.

(1) Medizinisches System, umfassend:
- Lichtbestrahlungsmittel zur Bestrahlung eines Bildaufnahmeziels mit kohärentem Licht;
- Bildaufnahmemittel zur Aufnahme eines Speckle-Bilds, das von gestreutem Licht erhalten wurde, das durch das mit dem kohärenten Licht bestrahlte Bildaufnahmeziel verursacht wurde;
- Erfassungsmittel zum Erfassen eines ersten Speckle-Bilds bei einer ersten Belichtungszeit und eines zweiten Speckle-Bilds bei einer zweiten Belichtungszeit, die kürzer als die erste Belichtungszeit ist;
- Speckle-Kontrastberechnungsmittel zur Berechnung eines ersten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds und/oder eines zweiten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds;
- Bewegungsnachweismittel zum Nachweisen der Bewegung des Bildaufnahmeziels; und
- Speckle-Bilderzeugungsmittel zum Erzeugen eines Speckle-Kontrastbilds auf der Grundlage des ersten Speckle-Kontrastwerts und/oder des zweiten Speckle-Kontrastwerts in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Nachweises der Bewegung des Bildaufnahmeziels durch das Bewegungsnachweismittel.
(2) Medizinisches System nach (1), wobei das medizinische System ein mikroskopisches Operationssystem oder ein endoskopisches Operationssystem ist.
(3) Informationsverarbeitungsvorrichtung, umfassend:
- Erfassungsmittel zum Erfassen eines ersten Speckle-Bilds bei einer ersten Belichtungszeit und eines zweiten Speckle-Bilds bei einer zweiten Belichtungszeit, als ein Speckle-Bild, das von gestreutem Licht erhalten wurde, das von einem mit kohärentem Licht bestrahlten Bildaufnahmeziel verursacht wurde, wobei die zweite Belichtungszeit kürzer als die erste Belichtungszeit ist;
- Bewegungsnachweismittel zum Nachweisen der Bewegung des Bildaufnahmeziels;
- Speckle-Kontrastberechnungsmittel zur Berechnung eines ersten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds und/oder eines zweiten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds; und
- Speckle-Bilderzeugungsmittel zum Erzeugen eines Speckle-Kontrastbilds auf der Grundlage des ersten Speckle-Kontrastwerts und/oder des zweiten Speckle-Kontrastwerts in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Nachweises der Bewegung des Bildaufnahmeziels durch das Bewegungsnachweismittel.
(4) Informationsverarbeitungsvorrichtung nach (3), wobei das Erfassungsmittel ein Mischbild erfasst, das ein Pixel des ersten Speckle-Bilds und ein Pixel des zweiten Speckle-Bilds in einem Bild aufweist, und das Speckle-Kontrastberechnungsmittel den ersten Speckle-Kontrastwert für jedes Pixel auf der Grundlage des Pixels des ersten Speckle-Bilds im Mischbild berechnet und den zweiten Speckle-Kontrastwert für jedes Pixel auf der Grundlage des Pixels des zweiten Speckle-Bilds im Mischbild berechnet.
(5) Informationsverarbeitungsvorrichtung nach (3), wobei das Erfassungsmittel abwechselnd das erste Speckle-Bild und das zweite Speckle-Bild in der Reihenfolge einer Zeitreihe erfasst.
(6) Informationsverarbeitungsvorrichtung nach (3), wobei das Erfassungsmittel das erste Speckle-Bild und das zweite Speckle-Bild jeweils von zwei Bildaufnahmemitteln mit unterschiedlichen Belichtungszeitspannen erfasst.
(7) Informationsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Erfassungsmittel ein Speckle-Bild mit hoher Bildwiederholrate erfasst, und das Speckle-Kontrastberechnungsmittel den ersten Speckle-Kontrastwert durch Verwendung einer Vielzahl von Bildern des Bilds mit hoher Bildwiederholrate als erstes Speckle-Bild berechnet, und den zweiten Speckle-Kontrastwert durch Verwendung eines Bilds des Speckle-Bilds mit hoher Bildwiederholrate als zweites Speckle-Bild berechnet.
(8) Informationsverarbeitungsvorrichtung nach einem von (3) bis (7), wobei das Speckle-Bilderzeugungsmittel das Speckle-Kontrastbild auf der Grundlage des ersten Speckle-Kontrastwerts erzeugt, wenn keine Bewegung des Bildaufnahmeziels vom Bewegungsnachweismittel nachgewiesen wird, und das Speckle-Kontrastbild auf der Grundlage des zweiten Speckle-Kontrastwerts erzeugt, wenn die Bewegung des Bildaufnahmeziels vom Bewegungsnachweismittel nachgewiesen wird.
(9) Informationsverarbeitungsvorrichtung nach einem von (3) bis (7), wobei das Speckle-Bilderzeugungsmittel das Speckle-Kontrastbild durch Verwendung eines Speckle-Kontrastwerts erzeugt, der durch Gewichtung und Summierung und Synthese des ersten Speckle-Kontrastwerts und des zweiten Speckle-Kontrastwerts auf der Grundlage einer vom Bewegungsnachweismittel nachgewiesenen Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels erhalten wurde.
(10) Informationsverarbeitungsvorrichtung nach einem von (3) bis (9), wobei das Bewegungsnachweismittel die Bewegung des Bildaufnahmeziels auf der Grundlage eines Werts nachweist, der durch Subtrahieren des ersten Speckle-Kontrastwerts vom zweiten Speckle-Kontrastwert erhalten wurde.
(11) Informationsverarbeitungsvorrichtung nach einem von (3) bis (10), ferner umfassend: Belichtungssteuermittel zur Steuerung einer Belichtungszeit des Bildaufnahmemittels zur Aufnahme des Speckle-Bilds auf der Grundlage der vom Bewegungsnachweismittel nachgewiesenen Bewegung des Bildaufnahmeziels.
(12) Informationsverarbeitungsverfahren, umfassend:
- ein Erfassungsverfahren zum Erfassen eines ersten Speckle-Bilds bei einer ersten Belichtungszeit und eines zweiten Speckle-Bilds bei einer zweiten Belichtungszeit, als ein Speckle-Bild, das von gestreutem Licht erhalten wurde, das von einem mit kohärentem Licht bestrahlten Bildaufnahmeziel verursacht wurde, wobei die zweite Belichtungszeit kürzer als die erste Belichtungszeit ist;
- ein Bewegungsnachweisverfahren zum Nachweisen der Bewegung des Bildaufnahmeziels;
- ein Speckle-Kontrastberechnungsverfahren zur Berechnung eines ersten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds und/oder eines zweiten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds; und
- ein Speckle-Bilderzeugungsverfahren zum Erzeugen eines Speckle-Kontrastbilds auf der Grundlage des ersten Speckle-Kontrastwerts und/oder des zweiten Speckle-Kontrastwerts in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Nachweises der Bewegung des Bildaufnahmeziels im Bewegungsnachweisverfahren.

Obwohl die Beschreibung oben die Ausführungsformen und Modifikationen der vorliegenden Offenbarung betrifft, ist der technische Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen als solches beschränkt, und verschiedene Modifikationen und Variationen können durchgeführt werden, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können Komponenten, die verschiedene Ausführungsformen und Modifikationen abdecken, zweckmäßig kombiniert werden.
In einem Beispiel kann die Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 gemäß der zweiten Ausführungsform zusätzlich die Belichtungssteuereinheit 1317 aufweisen, ähnlich wie in dem Fall der Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 gemäß der dritten Ausführungsform, wobei die Belichtungssteuereinheit 1317 der Informationsverarbeitungsvorrichtung 13 der ersten Ausführungsform hinzugefügt wurde.
Darüber hinaus dienen die Wirkungen in jeder der in der vorliegenden Spezifikation beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht einschränkend, und andere Wirkungen sind erreichbar.
Bezugszeichenliste

1: MEDIZINISCHES SYSTEM
11: LICHTQUELLE
12: BILDAUFNAHMEVORRICHTUNG
13: INFORMATIONSVERARBEITUNGSVORRICHTUNG
14: ANZEIGEVORRICHTUNG
131: VERARBEITUNGSEINHEIT
132: SPEICHEREINHEIT
1311: ERFASSUNGSEINHEIT
1312: BEWEGUNGSNACHWEISEINHEIT
1313: ERSTE SK-BERECHNUNGSEINHEIT
1314: ZWEITE SK-BERECHNUNGSEINHEIT
1315: SK-BILDERZEUGUNGSEINHEIT
1316: ANZEIGESTEUEREINHEIT
1317: BELICHTUNGSSTEUEREINHEIT

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016193066 A [0004]

Claims

Medizinisches System, umfassend: Lichtbestrahlungsmittel zur Bestrahlung eines Bildaufnahmeziels mit kohärentem Licht; Bildaufnahmemittel zur Aufnahme eines Speckle-Bilds, das von gestreutem Licht erhalten wurde, das durch das mit dem kohärenten Licht bestrahlte Bildaufnahmeziel verursacht wurde; Erfassungsmittel zum Erfassen eines ersten Speckle-Bilds bei einer ersten Belichtungszeit und eines zweiten Speckle-Bilds bei einer zweiten Belichtungszeit, die kürzer als die erste Belichtungszeit ist; Speckle-Kontrastberechnungsmittel zur Berechnung eines ersten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds und/oder eines zweiten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds; Bewegungsnachweismittel zum Nachweisen der Bewegung des Bildaufnahmeziels; und Speckle-Bilderzeugungsmittel zum Erzeugen eines Speckle-Kontrastbilds auf der Grundlage des ersten Speckle-Kontrastwerts und/oder des zweiten Speckle-Kontrastwerts in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Nachweises der Bewegung des Bildaufnahmeziels durch das Bewegungsnachweismittel.
Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei das medizinische System ein mikroskopisches Operationssystem oder ein endoskopisches Operationssystem ist.
Informationsverarbeitungsvorrichtung, umfassend: Erfassungsmittel zum Erfassen eines ersten Speckle-Bilds bei einer ersten Belichtungszeit und eines zweiten Speckle-Bilds bei einer zweiten Belichtungszeit, als ein Speckle-Bild, das von gestreutem Licht erhalten wurde, das von einem mit kohärentem Licht bestrahlten Bildaufnahmeziel verursacht wurde, wobei die zweite Belichtungszeit kürzer als die erste Belichtungszeit ist; Bewegungsnachweismittel zum Nachweisen der Bewegung des Bildaufnahmeziels; Speckle-Kontrastberechnungsmittel zur Berechnung eines ersten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds und/oder eines zweiten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds; und Speckle-Bilderzeugungsmittel zum Erzeugen eines Speckle-Kontrastbilds auf der Grundlage des ersten Speckle-Kontrastwerts und/oder des zweiten Speckle-Kontrastwerts in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Nachweises der Bewegung des Bildaufnahmeziels durch das Bewegungsnachweismittel.
Informationsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Erfassungsmittel ein Mischbild erfasst, das ein Pixel des ersten Speckle-Bilds und ein Pixel des zweiten Speckle-Bilds in einem Bild aufweist, und das Speckle-Kontrastberechnungsmittel den ersten Speckle-Kontrastwert für jedes Pixel auf der Grundlage des Pixels des ersten Speckle-Bilds im Mischbild berechnet und den zweiten Speckle-Kontrastwert für jedes Pixel auf der Grundlage des Pixels des zweiten Speckle-Bilds im Mischbild berechnet.
Informationsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Erfassungsmittel abwechselnd das erste Speckle-Bild und das zweite Speckle-Bild in der Reihenfolge einer Zeitreihe erfasst.
Informationsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Erfassungsmittel das erste Speckle-Bild und das zweite Speckle-Bild jeweils von zwei Bildaufnahmemitteln mit unterschiedlichen Belichtungszeitspannen erfasst.
Informationsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Erfassungsmittel ein Speckle-Bild mit hoher Bildwiederholrate erfasst, und das Speckle-Kontrastberechnungsmittel den ersten Speckle-Kontrastwert durch Verwendung einer Vielzahl von Bildern des Bilds mit hoher Bildwiederholrate als erstes Speckle-Bild berechnet, und den zweiten Speckle-Kontrastwert durch Verwendung eines Bilds des Speckle-Bilds mit hoher Bildwiederholrate als zweites Speckle-Bild berechnet.
Informationsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Speckle-Bilderzeugungsmittel das Speckle-Kontrastbild auf der Grundlage des ersten Speckle-Kontrastwerts erzeugt, wenn keine Bewegung des Bildaufnahmeziels vom Bewegungsnachweismittel nachgewiesen wird, und das Speckle-Kontrastbild auf der Grundlage des zweiten Speckle-Kontrastwerts erzeugt, wenn die Bewegung des Bildaufnahmeziels vom Bewegungsnachweismittel nachgewiesen wird.
Informationsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Speckle-Bilderzeugungsmittel das Speckle-Kontrastbild durch Verwendung eines Speckle-Kontrastwerts erzeugt, der durch Gewichtung und Summierung und Synthese des ersten Speckle-Kontrastwerts und des zweiten Speckle-Kontrastwerts auf der Grundlage einer vom Bewegungsnachweismittel nachgewiesenen Bewegungsmenge des Bildaufnahmeziels erhalten wurde.
Informationsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Bewegungsnachweismittel die Bewegung des Bildaufnahmeziels auf der Grundlage eines Werts nachweist, der durch Subtrahieren des ersten Speckle-Kontrastwerts vom zweiten Speckle-Kontrastwert erhalten wurde.
Informationsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend: Belichtungssteuermittel zur Steuerung einer Belichtungszeit des Bildaufnahmemittels zur Aufnahme des Speckle-Bilds auf der Grundlage der vom Bewegungsnachweismittel nachgewiesenen Bewegung des Bildaufnahmeziels.
Informationsverarbeitungsverfahren, umfassend: ein Erfassungsverfahren zum Erfassen eines ersten Speckle-Bilds bei einer ersten Belichtungszeit und eines zweiten Speckle-Bilds bei einer zweiten Belichtungszeit, als ein Speckle-Bild, das von gestreutem Licht erhalten wurde, das von einem mit kohärentem Licht bestrahlten Bildaufnahmeziel verursacht wurde, wobei die zweite Belichtungszeit kürzer als die erste Belichtungszeit ist; ein Bewegungsnachweisverfahren zum Nachweisen der Bewegung des Bildaufnahmeziels; ein Speckle-Kontrastberechnungsverfahren zur Berechnung eines ersten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des ersten Speckle-Bilds und/oder eines zweiten Speckle-Kontrastwerts für jedes Pixel auf der Grundlage des zweiten Speckle-Bilds; und ein Speckle-Bilderzeugungsverfahren zum Erzeugen eines Speckle-Kontrastbilds auf der Grundlage des ersten Speckle-Kontrastwerts und/oder des zweiten Speckle-Kontrastwerts in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Nachweises der Bewegung des Bildaufnahmeziels im Bewegungsnachweisverfahren.