JP2001104332A - Medical navigation system - Google Patents

Medical navigation system

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JP2001104332A
JP2001104332A JP28689199A JP28689199A JP2001104332A JP 2001104332 A JP2001104332 A JP 2001104332A JP 28689199 A JP28689199 A JP 28689199A JP 28689199 A JP28689199 A JP 28689199A JP 2001104332 A JP2001104332 A JP 2001104332A
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optical system
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arm
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元一 中村
Masahiko Kinukawa
正彦 絹川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a medical navigation system eliminating the fear that the position of a surgical microscope becomes undetectable because of an operator's movement during a surgical operation, and permitting a stable surgical operation by preventing the operator's movement from being limited and the surgical operation from being interrupted. SOLUTION: The system is provided with a means for calculating, using a workstation 21, the initial positional correlation between the position of an affected part and the position of the optical system of a surgical microscope 1 in a three-dimensional space and for changing, by means of a support arm 42, the coordinates of LEDs 19a, 19b, 19c which serve as second coordinates with respect to the position of the optical system of the surgical microscope 1 in the three-dimensional space, then measuring the values changed by the support arm 42, and causing the workstation 21 to recalculate on the basis of the measured variation the positional correlation between the position of the affected part and the position of the optical system of the observing system in the three-dimensional space.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、モニタ画面上に例
えば硬性鏡等の手術機器が配置されている患者の患部の
3次元画像とともに、術部に対する手術用顕微鏡などの
観察装置の光学系の焦点位置が重像されて表示される医
療用ナビゲーションシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional image of an affected part of a patient on which a surgical instrument such as a rigid endoscope is arranged on a monitor screen, and an optical system of an observation device such as a surgical microscope for the operated part. The present invention relates to a medical navigation system in which a focal position is displayed as a superimposed image.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、患者の患部の処置を行う手術中
に、手術用顕微鏡を用いて微細な手術を行なうことが従
来から行なわれている。この種の手術用顕微鏡として例
えば特願平10−319190号に示されているものが
ある。ここでは、術部に対する手術用顕微鏡の位置を示
す指標となる信号手段と、この信号手段の指標を検出す
るデジタイザーとを備え、術部に対する手術用顕微鏡の
3次元位置を検出する第1の検出手段と、手術用顕微鏡
に対する硬性鏡等の手術機器の3次元位置を検出する第
2の検出手段(エンコーダあるいはCCDカメラ等)と
が設けられている。
2. Description of the Related Art Generally, during surgery for treating an affected part of a patient, a fine operation using a surgical microscope has been conventionally performed. An example of this type of surgical microscope is disclosed in Japanese Patent Application No. 10-319190. In this case, a signal means serving as an index indicating the position of the surgical microscope with respect to the operation part and a digitizer for detecting the index of the signal means are provided, and a first detection for detecting a three-dimensional position of the operation microscope with respect to the operation part is provided. Means and second detecting means (encoder, CCD camera, etc.) for detecting the three-dimensional position of a surgical instrument such as a rigid endoscope with respect to the operating microscope.

【0003】そして、手術中に、これらの第1、第2の
検出手段の検出結果に基づき術部に対する硬性鏡等の手
術機器の3次元位置を演算し、モニタ画面上に硬性鏡等
の手術機器が配置されている患者の患部の3次元画像と
ともに、術部に対する手術用顕微鏡などの観察装置の光
学系の焦点位置が重像されて表示される構成にしたもの
である。
[0003] During the operation, a three-dimensional position of a surgical instrument such as a rigid endoscope is calculated with respect to the operative site based on the detection results of the first and second detecting means, and the operation of the rigid endoscope or the like is displayed on a monitor screen. In addition to the three-dimensional image of the affected part of the patient on which the device is arranged, the focal position of the optical system of the observation device such as an operating microscope with respect to the operation part is superimposed and displayed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成の手術用
顕微鏡ではこの手術用顕微鏡に設けた信号手段の指標と
デジタイザーとの間が術者の体等で遮られてしまった場
合には、術部に対する手術用顕微鏡の3次元位置の検出
が不能となる。そのため、手術中の術者の動きなどによ
ってモニタ画面上の表示が遮断されるおそれがあるの
で、術者の動きが制限されたり、手術が中断されるおそ
れがある。
In the above-mentioned conventional operating microscope, if the space between the index of the signal means provided on the operating microscope and the digitizer is obstructed by the surgeon's body or the like, the operating microscope is not operated. It becomes impossible to detect the three-dimensional position of the surgical microscope with respect to the part. For this reason, the display on the monitor screen may be interrupted by the movement of the operator during the operation, and the movement of the operator may be restricted or the operation may be interrupted.

【0005】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的は、手術中の術者の動きなどによって手術
用顕微鏡の位置検出が不能になるおそれがなく、術者の
動きが制限されたり、手術が中断されることを防止して
安定した手術を行うことができる医療用ナビゲーション
システムを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object that there is no possibility that the position of an operating microscope is not detected due to the movement of an operator during an operation, and the movement of the operator is restricted. An object of the present invention is to provide a medical navigation system capable of performing a stable operation by preventing the operation from being performed or interrupting the operation.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、患者の患部の
位置と位置的相関のある第1の指標と、前記患部を観察
する観察装置の光学系の位置と位置的相関のある第2の
指標と、前記第1の指標と前記第2の指標の各々を撮影
する撮影手段と、この撮影手段の撮影結果より、前記患
部の位置と前記観察装置の光学系の位置との三次元空間
における初期の位置的相関を算出する演算手段と、前記
三次元空間における前記観察装置の光学系の位置に対す
る前記第2の指標の座標を変更させる変更手段と、この
変更手段が変更させた値を計測する変位計測手段を備
え、この変更計測手段が計測した変更量を基に前記患部
の位置と前記観察装置の光学系の位置との三次元空間に
おける位置的相関を前記演算手段によって再計算させて
算出させる手段とを具備したことを特徴とする医療用ナ
ビゲーションシステムである。
According to the present invention, there is provided a first index having a positional correlation with the position of an affected part of a patient, and a second index having a positional correlation with the position of an optical system of an observation device for observing the affected part. , A photographing means for photographing each of the first and second indices, and a three-dimensional space between the position of the diseased part and the position of the optical system of the observation device based on the photographing result of the photographing means. Calculating means for calculating an initial positional correlation in, a changing means for changing coordinates of the second index with respect to a position of the optical system of the observation device in the three-dimensional space, and a value changed by the changing means. A displacement measuring means for measuring, and a calculating means for re-calculating a positional correlation in a three-dimensional space between the position of the affected part and the position of the optical system of the observation device based on the change amount measured by the change measuring means. Means to calculate A medical navigation system, characterized in that Bei was.

【0007】そして、本発明では、患者の患部の位置と
位置的相関のある第1の指標と、患部を観察する観察装
置の光学系の位置と位置的相関のある第2の指標とが撮
影手段によって撮影され、この撮影手段の撮影結果よ
り、演算手段によって患部の位置と観察装置の光学系の
位置との三次元空間における初期の位置的相関が算出さ
れる。さらに、撮影手段と観察点検出用の第2の指標と
の間が遮られた場合には、変更手段により三次元空間に
おける観察装置の光学系の位置に対する第2の指標の座
標を変更させる。これにより、第2の指標が遮られない
位置に移動し、その移動量に基いて演算手段によって新
しい観察点の位置を求めることにより、常に観察装置の
光学系の位置を正しく検出できるようにしたものであ
る。
In the present invention, the first index having a positional correlation with the position of the affected part of the patient and the second index having a positional correlation with the position of the optical system of the observation device for observing the affected part are photographed. The initial position correlation in the three-dimensional space between the position of the diseased part and the position of the optical system of the observation device is calculated by the calculation unit from the imaging result of the imaging unit. Further, when the space between the photographing means and the second index for observation point detection is blocked, the changing means changes the coordinates of the second index with respect to the position of the optical system of the observation device in the three-dimensional space. Thus, the second index moves to a position where it is not obstructed, and the position of the new observation point is obtained by the calculating means based on the amount of movement, so that the position of the optical system of the observation device can always be correctly detected. Things.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
を図1乃至図5を参照して説明する。図1は本実施の形
態の医療用ナビゲーションシステム全体の概略構成を示
すものである。図1中で、1は手術室に設置されている
手術用顕微鏡(観察装置)、40は患者34が載せられ
ている手術用ベッドである。ここで、手術用顕微鏡1の
架台2には、床面を移動可能なベース3と、このベース
3上に立設された支柱4とが設けられている。なお、手
術用顕微鏡1の架台2は手術室内における手術用ベッド
40の先端部側(例えばベッド40上の患者34の頭部
が配置される側)に配置されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of the entire medical navigation system according to the present embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an operating microscope (observation device) installed in an operating room, and reference numeral 40 denotes an operating bed on which a patient 34 is placed. Here, the gantry 2 of the surgical microscope 1 is provided with a base 3 that can move on the floor surface, and a column 4 that stands on the base 3. The gantry 2 of the operating microscope 1 is disposed on the distal end side of the operating bed 40 in the operating room (for example, on the side of the bed 40 where the head of the patient 34 is located).

【0009】さらに、支柱4の上部には、手術用顕微鏡
1の鏡体8を任意の方向に移動可能に支持する支持機構
41が設けられている。この支持機構41には第1アー
ム5と、第2アーム6と、第3アーム7とが設けられて
いる。ここで、第1アーム5には図示しない照明用光源
が内蔵されている。そして、この第1アーム5の一端部
は支柱4の上部に略鉛直方向の軸Oを中心に回転自
在に取付けられている。
Further, a support mechanism 41 for supporting the mirror 8 of the operating microscope 1 so as to be movable in an arbitrary direction is provided on the upper part of the column 4. The support mechanism 41 is provided with a first arm 5, a second arm 6, and a third arm 7. Here, an illumination light source (not shown) is built in the first arm 5. One end portion of the first arm 5 is rotatably mounted about the axis O 1 of the substantially vertical direction at the top of the column 4.

【0010】さらに、第1アーム5の他端部には、第2
アーム6の一端部が略鉛直方向の軸Oを中心に回転
自在に取付けられている。この第2アーム6はリンク機
構とバランス調整用のスプリング部材とからなるパンタ
グラフアームによって形成され、上下方向に移動操作可
能になっている。
Further, the other end of the first arm 5 has a second
One end portion of the arm 6 is rotatably mounted on the center substantially vertical axis O 2. The second arm 6 is formed by a pantograph arm including a link mechanism and a spring member for balance adjustment, and is movable in the vertical direction.

【0011】また、第2アーム6の他端部には、第3ア
ーム7の一端が略鉛直方向の軸O を中心に回転自在に
取付けられている。この第3アーム7の他端には手術用
顕微鏡1の鏡体8が設けられている。さらに、この第3
アーム7は、略水平面上で、互いに直交する方向の2つ
の軸O,Oを中心としてそれぞれ回転自在に支
持されている。そして、鏡体8はこの第3アーム7によ
って軸Oを中心として術者の観察方向に対する前後
方向の俯仰を可能に、かつ軸Oを中心として術者の
左右方向の俯仰を可能にそれぞれ支持されている。
The other end of the second arm 6 has a third arm.
One end of the arm 7 has a substantially vertical axis O.3 Rotatable around
Installed. The other end of the third arm 7 is for surgery
A mirror body 8 of the microscope 1 is provided. In addition, this third
The arm 7 has two substantially orthogonal directions in a direction orthogonal to each other.
Axis O4, O5Each of which is rotatable around
Is held. The mirror body 8 is moved by the third arm 7.
Axis O4Before and after the operator's observation direction
Allows for elevation in the direction and axis O5Around the surgeon
Each is supported so that it can be raised and lowered in the left and right directions.

【0012】また、支持機構41の各回転軸O〜O
における軸受部には図示しない電磁ブレーキが各々
設けられている。この電磁ブレーキは支柱4に内蔵され
た図示しない電磁ブレーキ電源回路と接続されている。
さらに、この電磁ブレーキ電源回路は、図2に示すよう
に鏡体8に固定されたグリップ9に設けられたスイッチ
10と接続されている。
Each of the rotation axes O 1 -O of the support mechanism 41
An electromagnetic brake (not shown) is provided in each of the bearing portions 5 . This electromagnetic brake is connected to an electromagnetic brake power supply circuit (not shown) built in the column 4.
Further, the electromagnetic brake power supply circuit is connected to a switch 10 provided on a grip 9 fixed to the mirror body 8 as shown in FIG.

【0013】そして、スイッチ10によって各回転軸O
〜Oの電磁ブレーキがオンオフ操作されるよう
になっている。ここで、スイッチ10が例えばオン操作
された場合には各回転軸O〜Oの電磁ブレーキ
がオフ操作されることにより、支持機構41がロック解
除状態で保持され、鏡体8が空間的に自由に位置調整を
行うことができるようになっている。そして、スイッチ
10がオフ操作された場合には各回転軸O〜O
の電磁ブレーキがオン操作されて支持機構41がロック
状態に切換えられ、鏡体8の位置固定が行われるように
なっている。
The switch 10 is used to control each rotation axis O
Electromagnetic brake 1 ~ O 5 is adapted to be turned on and off operation. Here, for example, when the switch 10 is turned on, the electromagnetic brake of each of the rotating shafts O 1 to O 5 is turned off, whereby the support mechanism 41 is held in the unlocked state, and the mirror body 8 is spatially moved. The position can be adjusted freely. When the switch 10 is turned off, each of the rotation axes O 1 to O 5
Is turned on, the support mechanism 41 is switched to the locked state, and the position of the mirror body 8 is fixed.

【0014】また、図3は手術用顕微鏡1の鏡体8の概
略構成を示すものである。この鏡体8には、1つの対物
レンズ11と、左右一対の観察光学系14A,14Bと
が設けられている。ここで、左右の各観察光学系14
A,14Bの観察光軸上には左右の変倍光学系12a,
12bと、左右の結像レンズ13a,13bと、左右の
接眼レンズ14a,14bとが順に配置されている。そ
して、この左右一対の観察光学系14A,14Bによっ
て立体観察光学系が構成されている。
FIG. 3 shows a schematic configuration of a mirror body 8 of the operating microscope 1. The mirror body 8 is provided with one objective lens 11 and a pair of left and right observation optical systems 14A and 14B. Here, the left and right observation optical systems 14
The left and right zoom optical systems 12a, 12a,
12b, left and right imaging lenses 13a and 13b, and left and right eyepieces 14a and 14b are sequentially arranged. The stereoscopic observation optical system is constituted by the pair of left and right observation optical systems 14A and 14B.

【0015】また、結像レンズ13a,13bによる結
像面は、それぞれ接眼レンズ14a,14bの焦点位置
に配置されるように設置されている。なお、図2中の1
5は鏡体8の立体観察光学系の焦点位置、図3中の16
は対物レンズ11のレンズ位置を検出する位置センサー
をそれぞれ示すものである。ここで、対物レンズ11は
図示しないモーターと連結されて光軸方向に移動可能に
支持されている。そして、この対物レンズ11の光軸方
向のレンズ位置が位置センサー16により検出できるよ
うに構成されている。
The image plane formed by the image forming lenses 13a and 13b is set so as to be located at the focal position of the eyepieces 14a and 14b, respectively. Note that 1 in FIG.
5 is a focal position of the stereoscopic observation optical system of the mirror body 8, and 16 in FIG.
Denotes position sensors for detecting the lens position of the objective lens 11, respectively. Here, the objective lens 11 is connected to a motor (not shown) and supported so as to be movable in the optical axis direction. The position of the objective lens 11 in the optical axis direction can be detected by the position sensor 16.

【0016】また、鏡体8上には、図1に示すように信
号板ユニット17が固定されている。図4はこの信号板
ユニット17の詳細図である。この信号板ユニット17
には信号板18と、この信号板18を変位自在に支持す
る変更手段としての多関節の支持アーム42とが設けら
れている。ここで、信号板18には後述するデジタイザ
29が鏡体8の3次元座標を検出するために手術用顕微
鏡1の鏡体8の光学系の位置と位置的相関のある第2の
指標としての複数、本実施の形態では3つのLED19
a、19b、19cが一体的に固定されている。これら
のLED19a、19b、19cはそれぞれ、図1のL
ED制御装置20と接続されている。さらに、このLE
D制御装置20は演算手段にあたるワークステーション
21と接続されている。
On the mirror body 8, a signal plate unit 17 is fixed as shown in FIG. FIG. 4 is a detailed view of the signal board unit 17. This signal board unit 17
Is provided with a signal plate 18 and a multi-joint support arm 42 as changing means for supporting the signal plate 18 in a displaceable manner. Here, on the signal plate 18, a digitizer 29 described later serves as a second index having a positional correlation with the position of the optical system of the mirror body 8 of the surgical microscope 1 in order to detect the three-dimensional coordinates of the mirror body 8. A plurality, in this embodiment, three LEDs 19
a, 19b, and 19c are integrally fixed. These LEDs 19a, 19b, and 19c are respectively L
It is connected to the ED control device 20. Furthermore, this LE
The D control device 20 is connected to a work station 21 which is a computing means.

【0017】また、信号板18の支持アーム42は、第
1アーム22、第2アーム23、第3アーム24、第4
アーム25及び回動可能な関節26a〜26dより構成
されている。そして、信号板18は第4アーム25の先
端部に固定されている。
The support arm 42 of the signal board 18 includes a first arm 22, a second arm 23, a third arm 24,
It comprises an arm 25 and rotatable joints 26a to 26d. The signal plate 18 is fixed to the tip of the fourth arm 25.

【0018】ここで、第1アーム22の下端部は鏡体8
に略鉛直方向の軸S1を回転軸とする間節26aを介し
て連結されている。また、第1アーム22の上端部は第
2アーム23の下端部に略水平方向の軸S2を回転軸と
する関節26bを介して連結されている。また、第2ア
ーム23の上端部は第3アーム24の下端部に略水平方
向の軸S3を回転軸とする関節26cを介して連結され
ている。また、第3アーム24の上端部は第4アーム2
5の基端部に略水平方向の軸S4を回転軸とする関節2
6dを介して連結されている。
Here, the lower end of the first arm 22 is
Are connected to each other via a joint 26a having a substantially vertical axis S1 as a rotation axis. The upper end of the first arm 22 is connected to the lower end of the second arm 23 via a joint 26b having a substantially horizontal axis S2 as a rotation axis. The upper end of the second arm 23 is connected to the lower end of the third arm 24 via a joint 26c having a substantially horizontal axis S3 as a rotation axis. The upper end of the third arm 24 is the fourth arm 2
Joint 2 having a substantially horizontal axis S4 as a rotation axis at the base end of the joint 5
6d.

【0019】さらに、各関節26a〜26dは、図4で
示される変更計測手段としてのエンコーダー27a〜2
7dと、モータ28a〜28dとをそれぞれ有してい
る。ここで、エンコーダ27a〜27dはワークステー
ション21と接続されている。また、モータ28a〜2
8dは支柱4の内部に設けられた図示しないモータ駆動
手段と接続されている。このモータ駆動手段はワークス
テーション21と接続されている。
Further, each of the joints 26a to 26d is connected to an encoder 27a to 2d as a change measuring means shown in FIG.
7d and motors 28a to 28d, respectively. Here, the encoders 27 a to 27 d are connected to the workstation 21. In addition, the motors 28a to 28a
8d is connected to a motor driving means (not shown) provided inside the column 4. This motor driving means is connected to the workstation 21.

【0020】また、29は信号板18上のLED19
a、19b、19cの3次元座標における位置を検出す
るためのデジタイザ(光学式位置検出装置)である。こ
のデジタイザ29は撮影手段にあたる2台のCCDカメ
ラ30a、30bと、これらのCCDカメラ30a、3
0bの位置を固定させているカメラ支持部材31と、ス
タンド32とにより構成されている。そして、このデジ
タイザ29は手術室内における手術用ベッド40の基端
部側(例えばベッド40上の患者34の足元側が配置さ
れる側)に配置された状態で設置されている。
Reference numeral 29 denotes an LED 19 on the signal board 18.
This is a digitizer (optical position detecting device) for detecting the positions of three a, 19b, and 19c in three-dimensional coordinates. The digitizer 29 includes two CCD cameras 30a and 30b corresponding to photographing means, and these CCD cameras 30a and 30b.
It is composed of a camera support member 31 fixing the position of 0b and a stand 32. The digitizer 29 is installed in a state where it is arranged on the base end side of the operating bed 40 in the operating room (for example, the side on which the foot of the patient 34 on the bed 40 is arranged).

【0021】さらに、CCDカメラ30a、30bはそ
れぞれワークステーション21と接続されている。この
ワークステーション21は、内部に図示しないA/D変
換器を備え、モニタ33と接続されている。
Further, the CCD cameras 30a and 30b are connected to the workstation 21 respectively. The workstation 21 includes an A / D converter (not shown) therein and is connected to a monitor 33.

【0022】また、ワークステーション21には、術前
においてあらかじめCTやMRIといった図示しない画
像診断装置による断層画像データ、及び断層画像データ
を加工し、3次元に再構築されたデータが記録されてい
る。
In the workstation 21, data obtained by processing tomographic image data and tomographic image data by an image diagnostic apparatus (not shown) such as CT or MRI before operation beforehand and three-dimensionally reconstructed are recorded. .

【0023】図2において患者34の頭部の所定の位置
にはヘッドフレーム35が固定され、その上は図示しな
い減菌ドレープで覆われている。そして、滅菌ドレープ
上には、ヘッドフレーム35に固定されたアーク部36
が設けられている。このアーク部36には患者34の患
部の位置と位置的相関のある第1の指標としての3つの
マーク部材37a、37b、37cが固定されている。
Ob−Xb,Yb,Zbは第1の指標のマーク部材37
a、37b、37cを基準に定義される生体座標系であ
る。
In FIG. 2, a head frame 35 is fixed to a predetermined position of the head of the patient 34, and the head frame 35 is covered with a sterile drape (not shown). Then, on the sterilized drape, an arc portion 36 fixed to the head frame 35 is provided.
Is provided. On the arc portion 36, three mark members 37a, 37b, 37c are fixed as first indices having a positional correlation with the position of the affected part of the patient 34.
Ob-Xb, Yb, Zb are mark members 37 of the first index.
This is a living body coordinate system defined based on a, 37b, and 37c.

【0024】また、図5はモニタ33の画面上に表示さ
れる画像を示す。ここで、モニタ33の画面上には患者
34の術前の断層画像に基づく3次元に再構築された術
部39の画像とともに、手術用顕微鏡1の焦点位置15
が表示されている。
FIG. 5 shows an image displayed on the screen of the monitor 33. Here, on the screen of the monitor 33, along with the three-dimensionally reconstructed image of the operation part 39 based on the preoperative tomographic image of the patient 34, the focal position 15 of the surgical microscope 1 is displayed.
Is displayed.

【0025】次に、上記構成の作用について説明する。
まず、本実施の形態の医療用ナビゲーションシステムを
使用する手術前にあらかじめ撮影したCT、MRI装置
などの断層画像を3次元画像データに再構築し、ワーク
ステーション21に記録する。
Next, the operation of the above configuration will be described.
First, a tomographic image, such as a CT or MRI device, taken before surgery using the medical navigation system according to the present embodiment is reconstructed into three-dimensional image data and recorded on the workstation 21.

【0026】また、手術を始めるにあたっては、ワーク
ステーション21内の断層画像データと術部39の座標
の相関をとるためマーク部材37a、37b、37cを
用いてキャリブレーション(生体座標系Ob−Xb,Y
b,Zbの記憶)を行う。
When the operation is started, calibration is performed using the mark members 37a, 37b, and 37c to correlate the tomographic image data in the workstation 21 with the coordinates of the operation section 39 (biological coordinate system Ob-Xb, Y
b, Zb).

【0027】以上の作業によりワークステーション21
には生体座標系が記憶される。その後、術者38は手術
用顕微鏡1の鏡体8のグリップ9を握り、スイッチ10
を押すことにより軸O〜Oに内蔵された電磁ブ
レーキを解除し、鏡体8を移動して術部39の観察部位
に焦点位置15を位置決めする。
With the above operation, the workstation 21
Stores a living body coordinate system. Thereafter, the surgeon 38 grasps the grip 9 of the mirror body 8 of the operating microscope 1 and
By pressing, the electromagnetic brake built into the axes O 1 to O 5 is released, and the mirror 8 is moved to position the focal position 15 at the observation site of the operation section 39.

【0028】手術用顕微鏡1による観察時には術部39
から発せられた光束は、鏡体8に入射する。このとき、
対物レンズ11から鏡体8へ入射した光束は、変倍光学
系12a、12b、結像レンズ13a、13b、接眼レ
ンズ14a、14bを透過して観察され、術者38は術
部39を所望の倍率で観察する。なお、ここで、観察像
の焦点位置が合わない時は、対物レンズ11を図示しな
いモータにより駆動し、焦準を行う。
At the time of observation with the operating microscope 1, the operative section 39
The light beam emitted from is incident on the mirror 8. At this time,
The light beam incident on the mirror 8 from the objective lens 11 is observed through the variable power optical systems 12a and 12b, the imaging lenses 13a and 13b, and the eyepieces 14a and 14b. Observe at magnification. Here, when the focus position of the observation image is not correct, the objective lens 11 is driven by a motor (not shown) to perform focusing.

【0029】また、手術用顕微鏡1による観察中、デジ
タイザ29は信号板ユニット17のLED19a、19
b、19cを検出し、ワークステーション21内の図示
しない計測手段およびAD変換器手段により信号処理さ
れて、信号板ユニット17の生体座標系における位置が
算出される。ここで、信号板ユニット17は所定の位置
で鏡体8に連結しておりLED19a〜19cの生体座
標系における位置は既知であるため、生体座標系におけ
る鏡体8の座標および姿勢が算出される。
During the observation with the operating microscope 1, the digitizer 29 controls the LEDs 19 a and 19 of the signal board unit 17.
b and 19c are detected and subjected to signal processing by measuring means and AD converter means (not shown) in the workstation 21 to calculate the position of the signal plate unit 17 in the biological coordinate system. Here, the signal plate unit 17 is connected to the mirror body 8 at a predetermined position, and since the positions of the LEDs 19a to 19c in the biological coordinate system are known, the coordinates and posture of the mirror body 8 in the biological coordinate system are calculated. .

【0030】また、位置センサ16により対物レンズ1
1の位置情報がワークステーション21に伝送される。
このワークステーション21では対物レンズ11の位置
情報から鏡体8に対する焦点位置15の相対位置が算出
される。
The objective lens 1 is detected by the position sensor 16.
1 is transmitted to the workstation 21.
In the workstation 21, the relative position of the focal position 15 with respect to the mirror 8 is calculated from the position information of the objective lens 11.

【0031】続いて、鏡体8の生体座標系における位置
及び姿勢と、鏡体8に対する焦点位置15の相対位置か
ら、生体座標系における焦点位置15の位置が演算され
る。このとき、モニタ33には画像上の生体座標系に3
次元画像データと焦点位置15が重像されて表示され
る。
Subsequently, the position of the focal point 15 in the living body coordinate system is calculated from the position and orientation of the mirror 8 in the living body coordinate system and the relative position of the focal point 15 with respect to the mirror 8. At this time, the monitor 33 displays 3
The dimensional image data and the focal position 15 are displayed in a superimposed manner.

【0032】次に、信号板18が術者の体や器材などで
遮られた場合の作用を説明する。手術用顕微鏡1による
観察中、デジタイザ29がLED19a、19b、19
cを検出できない時は、ワークステーション21は支柱
4内部に設けられた図示しないモータ駆動手段に対し制
御信号を出す。
Next, the operation when the signal plate 18 is blocked by the operator's body or equipment will be described. During observation with the operating microscope 1, the digitizer 29 has the LEDs 19 a, 19 b, 19
When c cannot be detected, the workstation 21 sends a control signal to a motor driving means (not shown) provided inside the support 4.

【0033】この制御信号を受けたモータ駆動手段は図
4における信号板ユニット17の支持アーム42の関節
26a〜26dに設けられたモータ28a〜28dに対
し駆動信号をそれぞれ出力する。このとき、信号板18
はモータ28a(軸S1)が駆動されることで旋回し、
モータ28b(軸S2)とモータ28c(軸S3)が駆
動されることで昇降し、モータ28d(軸S4)が駆動
されることで傾斜する。
The motor driving means having received the control signal outputs a driving signal to the motors 28a to 28d provided on the joints 26a to 26d of the support arm 42 of the signal plate unit 17 in FIG. At this time, the signal board 18
Turns when the motor 28a (axis S1) is driven,
The motor 28b (axis S2) and the motor 28c (axis S3) are driven to move up and down, and the motor 28d (axis S4) is driven to tilt.

【0034】さらに、モータ駆動手段はこの信号板18
の旋回、昇降、傾斜という動作をそれぞれまたは複合し
て行うように各モータ28a〜28dを制御する。そし
て、デジタイザ29が信号板18のLED19a、19
b、19cの全てを同時に検出できる(術者や器材で遮
られない)位置を見つけた時点でモータ28a〜28d
の駆動を停止させる。この状態で、デジタイザ29は、
信号板18のLED19a、19b、19cの生体座標
系における位置を検出する。
Further, the motor driving means is provided with the signal plate 18.
The motors 28a to 28d are controlled such that the operations of turning, lifting, lowering and tilting are performed individually or in combination. Then, the digitizer 29 sets the LEDs 19a, 19
Motors 28a to 28d at the time of finding a position where all of b and 19c can be detected simultaneously (not interrupted by the operator or equipment)
Stop driving. In this state, the digitizer 29
The position of the LEDs 19a, 19b, 19c of the signal plate 18 in the biological coordinate system is detected.

【0035】この状態のエンコーダ27a〜27dによ
る回転角はワークステーション21に伝送される。ワー
クステーション21では一般的に知られている数学的手
法により鏡体8に連結した第1アーム22に対する第2
アーム23の位置、第2アーム23に対する第3アーム
24の位置、第3アームに対する第4アーム25の位
置、第5アームに対する信号板18およびLED19a
〜19cの位置が順次計算される。
The rotation angles of the encoders 27a to 27d in this state are transmitted to the workstation 21. In the workstation 21, a second arm 22 connected to the mirror 8 by a generally known mathematical method is used.
Position of arm 23, position of third arm 24 with respect to second arm 23, position of fourth arm 25 with respect to third arm, signal plate 18 and LED 19a with respect to fifth arm
-19c are sequentially calculated.

【0036】そして、この結果が、図5に示すように3
次元画像データによる術部39の画像に焦点位置15が
重像された状態でモニタ35上に表示され、術者38は
3次元画像データによる術部39の画像上において顕微
鏡1の観察位置を知ることができる。
Then, as shown in FIG.
The focal position 15 is displayed on the monitor 35 in a state where the focal position 15 is superimposed on the image of the operation section 39 based on the three-dimensional image data, and the operator 38 knows the observation position of the microscope 1 on the image of the operation section 39 based on the three-dimensional image data. be able to.

【0037】そこで、上記構成のものにあっては次の効
果を奏する。すなわち、本実施の形態では手術中におい
て、手術用顕微鏡1の鏡体8を動かすことでデジタイザ
29のCCDカメラ30a、30bに対し観察点検出用
のアーク部36のマーク部材37a、37b、37cが
動いたり、またCCDカメラ30a、30bと観察点検
出用のアーク部36のマーク部材37a、37b、37
cの間が障害物で遮られても、支持アーム42が信号板
18のLED19a、19b、19cをCCDカメラ3
0a、30bで撮影可能な位置に変更し、その変更量を
基に手術用顕微鏡1の鏡体8の位置が求められるので、
常に手術用顕微鏡1の鏡体8の位置を検出することがで
き、安全な手術が行える。さらに、本実施の形態では信
号板ユニット17の可動範囲が広く、広範囲をカバーで
きる効果がある。
Therefore, the above configuration has the following effects. That is, in the present embodiment, during the operation, the mark members 37a, 37b, and 37c of the arc portion 36 for detecting the observation point are moved with respect to the CCD cameras 30a and 30b of the digitizer 29 by moving the mirror 8 of the operating microscope 1. It moves, and the mark members 37a, 37b, 37 of the CCD camera 30a, 30b and the arc portion 36 for observation point detection.
c, the support arm 42 controls the LEDs 19a, 19b, 19c of the signal board 18 by the CCD camera 3
At 0a and 30b, the position is changed to a position where photographing is possible, and based on the amount of change, the position of the mirror body 8 of the surgical microscope 1 is obtained.
The position of the mirror body 8 of the surgical microscope 1 can always be detected, and a safe operation can be performed. Further, in the present embodiment, the movable range of the signal plate unit 17 is wide, and there is an effect that a wide range can be covered.

【0038】なお、本実施の形態では信号板ユニット1
7を鏡体8上に設けたがこれに限らず、鏡体8の焦点位
置と位置的相関がとれる場所であれば何処でも良い。さ
らに、回転軸O〜Oに回転角検出手段を設ける
ことで信号板ユニット17を手術用顕微鏡1における鏡
体8の支持機構41の第1アーム5、第2アーム6、第
3アーム7上に設けても良い。
In this embodiment, the signal board unit 1
Although 7 is provided on the mirror 8, the invention is not limited to this, and any location may be used as long as the location can be correlated with the focal position of the mirror 8. Further, by providing rotation angle detection means on the rotation axes O 1 to O 5 , the signal plate unit 17 can be connected to the first arm 5, the second arm 6, and the third arm 7 of the support mechanism 41 of the mirror body 8 in the operating microscope 1. It may be provided above.

【0039】また、信号板ユニット17の構成も、本実
施の形態の4関節の構造に限らず、少なくとも旋回、昇
降、傾斜のいずれか、またはその組合せが実現できるも
のであれば何でも良い。
The structure of the signal plate unit 17 is not limited to the four-joint structure of the present embodiment, but may be any structure that can realize at least one of turning, lifting and lowering, and tilting, or a combination thereof.

【0040】次に、本発明の第2の実施の形態について
図6を参照して説明する。第1の実施の形態(図1乃至
図5参照)では信号板ユニット17の信号板18が固定
された支持アーム42の旋回・昇降・傾斜動作を順次行
い、デジタイザ29が検出できる位置を闇雲に探してい
たのに対し、本実施の形態ではデジタイザ29に対する
信号板18の移動情報の検出手段を付加し、信号板18
がデジタイザ29によって検出不能となった際に信号板
18の移動情報の検出手段からの検出結果に基いて信号
板18の検出の可能性が高い方向に支持アーム42を移
動させることで迅速に信号板18が検出可能な位置を見
つけるように構成したものである。なお、これ以外の構
成は第1の実施の形態と同じであり、第1の実施の形態
と同じ構成の部分については第1の実施の形態と同一符
号を付してその説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment (see FIGS. 1 to 5), the support arm 42 to which the signal plate 18 of the signal plate unit 17 is fixed performs the turning, ascending, descending, and tilting operations sequentially, so that the position where the digitizer 29 can detect is darkened. On the other hand, in the present embodiment, a means for detecting the movement information of the signal board 18 with respect to the digitizer 29 is added,
When the signal cannot be detected by the digitizer 29, the support arm 42 is moved in a direction in which the possibility of detection of the signal plate 18 is high, based on the detection result from the detection information of the movement information of the signal plate 18, so that the signal is quickly transmitted. The plate 18 is configured to find a detectable position. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

【0041】図6は本実施の形態の医療用ナビゲーショ
ンシステムにおけるワークステーション100の制御ブ
ロック図である。このワークステーション100内に
は、撮影手段としてのデジタイザ29や、変更計測手段
としてのエンコーダ27a〜27dからの出力信号を受
ける計測部101と、A/D変換手段102と、第2の
指標が撮影可否であるかに加えその移動方向を検出する
移動情報検出部103と、演算部104と、モニター表
示部105と、データベース部106と、モータ制御部
107とが設けられている。
FIG. 6 is a control block diagram of the workstation 100 in the medical navigation system according to the present embodiment. The workstation 100 includes a digitizer 29 as a photographing unit, a measuring unit 101 that receives output signals from encoders 27a to 27d as a change measuring unit, an A / D conversion unit 102, and a second index. A movement information detection unit 103 for detecting whether the movement is possible or not and a movement direction, a calculation unit 104, a monitor display unit 105, a database unit 106, and a motor control unit 107 are provided.

【0042】次に、上記構成の作用について説明する。
本実施の形態ではデジタイザ29と顕微鏡1の鏡体8を
手術に適切な位置に配置した後、第1の実施の形態と同
様に、キャリブレーションを行う。これにより生体座標
系Ob−Xb,Yb,Zbが記憶される。
Next, the operation of the above configuration will be described.
In the present embodiment, after the digitizer 29 and the mirror 8 of the microscope 1 are arranged at appropriate positions for surgery, calibration is performed in the same manner as in the first embodiment. Thereby, the living body coordinate systems Ob-Xb, Yb, Zb are stored.

【0043】この状態で、信号板ユニット17の各モー
タ28a〜28dの回転動作と、デジタイザ29上に撮
影される信号板18の3つのLED19a、19b、1
9cの移動方向との対応をとる初期調整動作の制御が行
われる。このとき、モータ制御部107は図示しないモ
ータ駆動手段を制御して信号板18の旋回、昇降、傾斜
という一連の動作を所定の回数行い、それをデジタイザ
29が撮影し、その検出情報はデータベース部106に
記憶される。この初期調整動作はキヤリブレーション後
に1回だけ行われる。
In this state, the rotation of the motors 28a to 28d of the signal plate unit 17 and the three LEDs 19a, 19b, 1 and 1 of the signal plate 18 photographed on the digitizer 29 are performed.
Control of an initial adjustment operation corresponding to the moving direction of 9c is performed. At this time, the motor control unit 107 controls a motor driving unit (not shown) to perform a series of operations such as turning, raising and lowering, and tilting the signal plate 18 a predetermined number of times, and the digitizer 29 takes an image thereof, and the detection information is stored in a database unit. 106. This initial adjustment operation is performed only once after the calibration.

【0044】また、手術中、鏡体8を動かす等でデジタ
イザ29によって信号板18が検出できなくなった場合
の作用を説明する。ここで、手術中、移動情報検出部1
03は、デジタイザ29に撮影される信号板18の撮影
の可否に加え、その動き方向を検出している。
The operation in the case where the signal plate 18 cannot be detected by the digitizer 29 due to the movement of the mirror 8 during the operation will be described. Here, during the operation, the movement information detecting unit 1
Numeral 03 detects whether or not the signal board 18 to be photographed by the digitizer 29 can be photographed, and also detects the direction of its movement.

【0045】そして、信号板18がデジタイザ29によ
って検出不可となった場合は、移動情報検出部103は
検出不可になる直前の信号板18の移動方向を調べる。
続いて、信号板18を逆の方向に動かすために、信号板
ユニット17のモータ28a〜28dのうちのどのモー
タをどの方向に回転させれば良いかをデータベース10
6を参照して割り出し、モータ制御手段107がモータ
駆動手段を駆動する。ここで、鏡体8が動いてもそれを
相殺する方向に支持アーム42が動き、デジタイザ29
で信号板18が検出される位置まで移動される。
When the signal board 18 cannot be detected by the digitizer 29, the movement information detecting unit 103 checks the moving direction of the signal board 18 immediately before the detection becomes impossible.
Then, in order to move the signal board 18 in the opposite direction, the database 10 indicates which one of the motors 28a to 28d of the signal board unit 17 should be rotated in which direction.
6, the motor control means 107 drives the motor drive means. Here, even if the mirror body 8 moves, the support arm 42 moves in a direction to offset the movement, and the digitizer 29 moves.
Is moved to the position where the signal board 18 is detected.

【0046】そこで、本実施の形態では第1の実施の形
態と同様の効果が得られることに加え、本実施の形態で
は特に、デジタイザ29が信号板18を検出不能になっ
た際に短い時間で再検出できるので、より迅速で安全な
手術が行える効果がある。
Therefore, in the present embodiment, in addition to obtaining the same effects as in the first embodiment, especially in the present embodiment, when the digitizer 29 becomes unable to detect the signal plate 18, a short time is taken. In this case, the operation can be performed more quickly and safely.

【0047】なお、本実施の形態では信号板ユニット1
7の各モータ28a〜28dの回転動作と、デジタイザ
29上に撮影される信号板18の3つのLED19a、
19b、19cの移動方向との対応をとる初期調整動作
の制御をキャリブレーション後に1回だけ行う構成とし
たが、これに限らず一定時間毎に初期調整動作の対応制
御を行うことで対応の誤差を小さくする構成にしても良
い。
In this embodiment, the signal board unit 1
7, the rotation of each of the motors 28a to 28d, and the three LEDs 19a of the signal board 18 photographed on the digitizer 29,
Although the control of the initial adjustment operation corresponding to the moving directions of 19b and 19c is performed only once after the calibration, the present invention is not limited to this. May be reduced.

【0048】また、図7乃至図9は本発明の第3の実施
の形態を示すものである。本実施の形態は第1の実施の
形態(図1乃至図5参照)の医療用ナビゲーションシス
テムの構成を次の通り変更したものである。
FIGS. 7 to 9 show a third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the configuration of the medical navigation system of the first embodiment (see FIGS. 1 to 5) is changed as follows.

【0049】すなわち、第1の実施の形態では信号板ユ
ニット17が多関節の支持アーム42を備えていたのに
対し、本実施の形態では可動部のない四角錐形のユニッ
ト本体51を設け、このユニット本体51の四角錐の各
面に第2の指標としてのLED52をそれぞれ3個づつ
設けて信号板ユニット17を構成したものである。な
お、これ以外の構成は第1の実施の形態と同じであり、
第1の実施の形態と同じ構成の部分については第1の実
施の形態と同一符号を付してその説明を省略する。
That is, in the first embodiment, the signal plate unit 17 has the articulated support arm 42, whereas in the present embodiment, a quadrangular pyramid-shaped unit main body 51 having no movable part is provided. The signal plate unit 17 is configured by providing three LEDs 52 as second indicators on each surface of the quadrangular pyramid of the unit main body 51. The other configuration is the same as that of the first embodiment.
Portions having the same configuration as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment, and description thereof is omitted.

【0050】ここで、本実施の形態の手術用顕微鏡1の
鏡体8の所定位置には信号板ユニット17における四角
錐形状のユニット本体51の底面が固定されている。な
お、図8は信号板ユニット17の四角錐形状のユニット
本体51の上面図であり、図9はその側面図である。
Here, the bottom surface of the quadrangular pyramid-shaped unit main body 51 of the signal plate unit 17 is fixed to a predetermined position of the mirror body 8 of the operating microscope 1 according to the present embodiment. FIG. 8 is a top view of a quadrangular pyramid-shaped unit main body 51 of the signal plate unit 17, and FIG. 9 is a side view thereof.

【0051】図8において、信号板ユニット17の四角
錐形状のユニット本体51では、四角錐の4面、すなわ
ちA面53、B面54、C面55、D面56によって第
2の指標取付け面が構成されている。ここで、A面53
には3つのLED52a1、52a2、52a3が固定
されている。同様に、B面54には3つのLED52b
1、52b2、52b3が、C面55には3つのLED
52c1、52c2、52c3が、D面56には3つの
LED52d1、52d2、52d3がそれぞれ固定さ
れている。
In FIG. 8, in the quadrangular pyramid-shaped unit main body 51 of the signal board unit 17, the second index mounting surface is formed by four surfaces of the quadrangular pyramid, namely, the A surface 53, the B surface 54, the C surface 55, and the D surface 56. Is configured. Here, A side 53
, Three LEDs 52a1, 52a2, 52a3 are fixed. Similarly, three LEDs 52b are provided on the B side 54.
1, 52b2 and 52b3 have three LEDs on the C-plane 55
52c1, 52c2, and 52c3 are fixed to the D surface 56, and three LEDs 52d1, 52d2, and 52d3 are fixed to the D surface 56, respectively.

【0052】これらのLED52は図7の時分割点灯手
段としてのLED制御装置57と接続されている。この
LED制御装置57はワークステーション21に接続さ
れている。
These LEDs 52 are connected to an LED control device 57 as time-division lighting means in FIG. This LED control device 57 is connected to the workstation 21.

【0053】次に、上記構成の作用について説明する。
本実施の形態ではデジタイザ29が信号板ユニット17
の四角錐形状のユニット本体51の各面に設けられた3
つのLED52の信号を検出できない場合には、ワーク
ステーション21はLED制御装置57にLED計測不
能の信号を出す。
Next, the operation of the above configuration will be described.
In this embodiment, the digitizer 29 is the signal board unit 17.
3 provided on each surface of the quadrangular pyramid-shaped unit body 51.
If the signals of the two LEDs 52 cannot be detected, the workstation 21 sends a signal indicating that the LED cannot be measured to the LED control device 57.

【0054】これを受けたLED制御装置57は信号板
ユニット17のA面53〜D面56に設けられたLED
52を時分割で順次点灯させる。たとえば、0.5秒間
隔でA面53、B面54、C面55、D面56の順にL
ED52が順次点灯される。ここで、各面のLED52
の点灯の同期信号は計測装置であるワークステーション
21に戻されることで、ワークステーション21は現在
点灯中のLED52がA面〜D面のどの面であるかを判
別する。
Upon receiving this, the LED control device 57 controls the LEDs provided on the A-side 53 to D-side 56 of the signal board unit 17.
52 are sequentially turned on in time division. For example, at the interval of 0.5 seconds, A surface 53, B surface 54, C surface 55, and D surface 56
The EDs 52 are sequentially turned on. Here, the LED 52 of each surface
Is returned to the workstation 21 which is a measuring device, and the workstation 21 determines which of the A to D planes the currently lit LED 52 is.

【0055】そして、3つのLED52の全てが検出で
きる面が基準面として選択される。例えば、D面56の
LED52d1、52d2、52d3が検出された場合
にはワークステーション21は同期信号よりD面56の
LED52d1、52d2、52d3が点灯している状
態を検出する。ここで、ワークステーション21はLE
D制御装置57に対しLED52の時分割点灯を止め、
D面56のLED52d1、52d2、52d3のみ点
灯させるように制御する。この状態で、D面56のLE
D52d1、52d2、52d3の生体座標系における
位置が検出される。
Then, a surface on which all three LEDs 52 can be detected is selected as a reference surface. For example, when the LEDs 52d1, 52d2, and 52d3 on the D surface 56 are detected, the workstation 21 detects a state in which the LEDs 52d1, 52d2, and 52d3 on the D surface 56 are lit based on the synchronization signal. Here, the workstation 21 is LE
The time-division lighting of the LED 52 is stopped for the D control device 57,
Control is performed so that only the LEDs 52d1, 52d2, and 52d3 on the D surface 56 are turned on. In this state, the LE of the D surface 56 is
The positions of D52d1, 52d2, and 52d3 in the biological coordinate system are detected.

【0056】ここで、信号板ユニット17は所定の位置
で鏡体8に固定されているので、D面56のLED52
d1、52d2、52d3と鏡体8の相対位置も既知で
ある。これと先のD面56のLED52d1、52d
2、52d3の生体座標系における位置が明確になるこ
とで、鏡体8の生体座標系における座標および姿勢が算
出される。後は、第1の実施の形態と同様である。
Since the signal plate unit 17 is fixed to the mirror body 8 at a predetermined position, the LED 52 on the D surface 56
The relative positions of d1, 52d2, 52d3 and the mirror 8 are also known. This and the LEDs 52d1 and 52d on the D surface 56
By clarifying the position of 2, 52d3 in the living body coordinate system, the coordinates and posture of the mirror body 8 in the living body coordinate system are calculated. The rest is the same as in the first embodiment.

【0057】そこで、上記構成のものにあっては次の効
果を奏する。すなわち、本実施の形態では可動部のない
四角錐形のユニット本体51を設け、このユニット本体
51の四角錐の各面に第2の指標としてのLED52を
それぞれ3個づつ設けて信号板ユニット17を構成した
ので、信号板ユニット17に可動部が無く、構造を簡略
化できる。そのため、手術用顕微鏡1の鏡体8を小型軽
量にできる効果がある。
Therefore, the above configuration has the following effects. That is, in the present embodiment, a quadrangular pyramid-shaped unit main body 51 having no movable portion is provided, and three LEDs 52 as second indices are provided on each surface of the quadrangular pyramid of the unit main body 51, respectively. Since the signal plate unit 17 has no movable part, the structure can be simplified. Therefore, there is an effect that the mirror body 8 of the surgical microscope 1 can be reduced in size and weight.

【0058】なお、本実施の形態では信号板ユニット1
7を四角錐形状のユニット本体51によって構成したが
これに限らず三角錐形状にしても良い。さらに、LED
52が設置できる複数の面があれば角錐に限らず他の形
状でも良い。
In the present embodiment, the signal board unit 1
Although 7 is constituted by the quadrangular pyramid-shaped unit main body 51, the invention is not limited to this, and may be triangular pyramid-shaped. Furthermore, LED
As long as there are a plurality of surfaces on which 52 can be installed, the shape is not limited to a pyramid and may be another shape.

【0059】また、図10は本発明の第4の実施の形態
を示すものである。本実施の形態は第3の実施の形態
(図7乃至図9参照)の医療用ナビゲーションシステム
の構成を次の通り変更したものである。
FIG. 10 shows a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the configuration of the medical navigation system of the third embodiment (see FIGS. 7 to 9) is changed as follows.

【0060】すなわち、本実施の形態では第3の実施の
形態の四角錐形のユニット本体51を備えた信号板ユニ
ット17を複数設けたものである。なお、これ以外の部
分の構成は第3の実施の形態と同じであり、第3の実施
の形態と同じ構成の部分については第3の実施の形態と
同一符号を付してその説明を省略する。
That is, in this embodiment, a plurality of signal plate units 17 each having the quadrangular pyramid-shaped unit main body 51 of the third embodiment are provided. The configuration of the other parts is the same as that of the third embodiment, and the same reference numerals as those of the third embodiment denote the same parts as those of the third embodiment, and a description thereof will be omitted. I do.

【0061】図10に示すように本実施の形態の手術用
顕微鏡1の鏡体8の上面には第1の信号板ユニット17
Aが、右面には第2の信号板ユニット17Bが、左面に
は第3の信号板ユニット17Cがそれぞれ固定されてい
る。
As shown in FIG. 10, a first signal plate unit 17 is provided on the upper surface of the mirror body 8 of the operating microscope 1 according to the present embodiment.
A, the second signal plate unit 17B is fixed to the right surface, and the third signal plate unit 17C is fixed to the left surface.

【0062】これらの信号板ユニット17A〜17Cは
第3の実施の形態の信号板ユニット17の四角錐形状の
ユニット本体51と同様で四角錐形状のユニット本体5
1が設けられている。そして、このユニット本体51の
底面が手術用顕微鏡1の鏡体8に固定され、残りの4面
(A面53〜D面56)には各3つのLED52が固定
されている。
The signal plate units 17A to 17C are the same as the quadrangular pyramid-shaped unit body 51 of the signal plate unit 17 of the third embodiment, and
1 is provided. The bottom surface of the unit main body 51 is fixed to the mirror body 8 of the surgical microscope 1, and three LEDs 52 are fixed to the remaining four surfaces (A surface 53 to D surface 56).

【0063】これらのLED52は時分割点灯手段とし
てのLED制御装置57と接続されている。さらに、こ
のLED制御装置57はワークステーション21に接続
されている。
These LEDs 52 are connected to an LED control device 57 as time-division lighting means. Further, the LED control device 57 is connected to the workstation 21.

【0064】次に、上記構成の作用について説明する。
本実施の形態ではデジタイザ29が3つの信号板ユニッ
ト17A〜17Cの各面に設けられた3つのLED52
の信号を検出できない場合には、ワークステーション2
1はLED制御装置57にLED計測不能の信号を出
す。
Next, the operation of the above configuration will be described.
In the present embodiment, the digitizer 29 includes three LEDs 52 provided on each surface of the three signal board units 17A to 17C.
Workstation 2
1 sends a signal indicating that the LED cannot be measured to the LED control device 57.

【0065】これを受けたLED制御装置57は各信号
板ユニット17A〜17Cの各面に設けられたLED5
2を時分割で順次点灯させる。例えば、0.5秒間隔で
以下の順で順次点灯される。すなわち、第1の信号板ユ
ニット17AのA面、同B面、同C面、同D面、第2の
信号板ユニット17BのA面、同B面、同C面、同D
面、第3の信号板ユニット17CのA面、同B面、同C
面、同D面の順で順次点灯される。
The LED control device 57 receiving this signal transmits the LED 5 provided on each surface of each of the signal board units 17A to 17C.
2 are sequentially turned on in time division. For example, the lights are sequentially turned on in the following order at 0.5 second intervals. That is, plane A, plane B, plane C, plane D of the first signal board unit 17A, plane A, plane B, plane C, and plane D of the second signal board unit 17B.
Plane, plane A, plane B and plane C of third signal board unit 17C
The lights are sequentially turned on in this order.

【0066】このとき、各面のLED52の点灯の同期
信号はワークステーション21に戻されることで、ワー
クステーション21は現在点灯中のLED52がどの信
号板ユニットの何面であるかを判別する。そして、3つ
のLED52の全てが検出できる面が基準面として選択
される。ここで、例えば第1の信号板ユニット17Aの
D面のみが3つのLED52の全てが検出できた場合に
はワークステーション21はLED制御装置57に対
し、第1の信号板ユニット17AのD面のみを点灯させ
るように制御する。
At this time, the synchronization signal for lighting the LEDs 52 on each surface is returned to the work station 21, and the work station 21 determines which surface of the signal board unit the currently lit LED 52 is. Then, a surface on which all three LEDs 52 can be detected is selected as a reference surface. Here, for example, when only the D surface of the first signal board unit 17A can detect all three LEDs 52, the workstation 21 instructs the LED control device 57 only the D surface of the first signal board unit 17A. Is controlled to be turned on.

【0067】この状態で第1の信号板ユニット17Aの
D面の生体座標系における位置が検出される。そして、
ワークステーション21は数学的手法により第1の信号
板ユニット17Aに対する鏡体8の相対位置を算出す
る。これにより、先に求めた第1の信号板ユニット17
AのD面の生体座標系における位置と合わせ、鏡体8の
生体座標系における位置および姿勢が検出される。後
は、第1の実施の形態と同様である。
In this state, the position of the surface D of the first signal plate unit 17A in the living body coordinate system is detected. And
The workstation 21 calculates the relative position of the mirror body 8 with respect to the first signal board unit 17A by a mathematical method. As a result, the first signal board unit 17 previously determined
The position and orientation of the mirror body 8 in the living body coordinate system are detected in accordance with the position of the plane A in the living body coordinate system. The rest is the same as in the first embodiment.

【0068】そこで、上記構成のものにあっては第3実
施の形態と同様の効果が得られることに加え、本実施の
形態では特に、信号板ユニットが複数あるので、より広
範囲をカバーできる。
Therefore, in the above configuration, the same effects as those of the third embodiment can be obtained. In addition, in this embodiment, in particular, since there are a plurality of signal plate units, a wider range can be covered.

【0069】また、広範囲をカバーする上で大きな信号
板を用いずに小さな信号板ユニットを複数配置している
ので、デッドスペースを取らず、空きスペースを有効利
用でき、小型軽量化できる効果がある。
Further, since a plurality of small signal board units are arranged to cover a wide area without using a large signal board, a dead space is not taken, an empty space can be effectively used, and the size and weight can be reduced. .

【0070】なお、本実施の形態では3つの信号板ユニ
ット17A〜17Cで構成したがこれに限らず2つの信
号板ユニットでも、あるいは4つ以上の信号板ユニット
でも良い。
In the present embodiment, three signal board units 17A to 17C are used, but the present invention is not limited to this, and two signal board units or four or more signal board units may be used.

【0071】さらに、本発明は上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変形実施できることは勿論である。次に、本出願の他
の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。 記 (付記項1) 患部と位置的相関のある第1の指標と、
観察装置の光学系と位置的相関のある第2の指標と、前
記第1の指標と前記第2の指標の各々を撮影する撮影手
段と、前記撮影手段の撮影結果より、前記患部と前記観
察装置の光学系との三次元空間における位置的相関を算
出する演算手段よりなる光学式ナビゲーションシステム
において、前記第2の指標を前記観察装置の光学系に対
し三次元空間における座標を変更させる変更手段と、前
記変更手段が変更させた値を計測する変位計測手段を備
えるとともに、前記演算手段が前記変更計測手段が測定
した変更量を基に前記患部と前記観察装置の光学系との
三次元空間における位置的相関を算出することを特徴と
する光学式ナビゲーションシステム。
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Next, other characteristic technical matters of the present application will be additionally described as follows. (Appendix 1) A first index having a positional correlation with the affected area,
A second index having a positional correlation with the optical system of the observation device, imaging means for imaging each of the first index and the second index, and the image of the affected part and the observation based on the imaging result of the imaging means. In an optical navigation system comprising arithmetic means for calculating a positional correlation in a three-dimensional space with an optical system of a device, changing means for changing the second index with respect to an optical system of the observation device in a three-dimensional space. And a displacement measuring means for measuring a value changed by the changing means, and a three-dimensional space between the diseased part and the optical system of the observation device based on the amount of change measured by the calculating means by the calculating means. An optical navigation system for calculating a positional correlation in the optical navigation system.

【0072】(付記項2) 前記変更手段が、前記第2
の指標を前記三次元空間内で変位させる変位手段である
ことを特徴とする付記項1記載の光学式ナビゲーション
システム。
(Additional Item 2) The changing means may be configured so that the second
3. An optical navigation system according to claim 1, wherein said optical navigation system is a displacement means for displacing said index in said three-dimensional space.

【0073】(付記項3) 前記変更手段が、複数の面
を備えた多面体の面に設けられた複数組の第2の指標
と、前記第2の指標を時分割で点灯させる時分割点灯手
段でより構成され、前記変更計測手段が前記時分割点灯
手段の時分割情報を計測することを特徴とする付記項1
記載の光学式ナビゲーションシステム。
(Additional Item 3) The changing means may include a plurality of sets of second indices provided on a surface of a polyhedron having a plurality of surfaces, and time division lighting means for lighting the second indices in a time division manner. Wherein the change measuring means measures time-division information of the time-division lighting means.
An optical navigation system as described.

【0074】(付記項4) 前記撮影手段が前記計測手
段を撮影不可な条件下で前記変更手段を駆動し、撮影可
能箇所を検出する条件制御部を備えたことを特徴とする
付記項2、3記載の光学式ナビゲーションシステム。
(Additional Item 4) An additional item 2, wherein the photographing means includes a condition control unit for driving the changing means under a condition that the measuring means cannot be imaged and detecting a photographable portion. 4. The optical navigation system according to 3.

【0075】(付記項5) 前記第2の指標の移動方向
を検出する移動情報検出部を備え、前記条件制御部が前
記移動情報検出部の移動情報を基に撮影可能箇所を検出
することを特徴とする付記項4記載の光学式ナビゲーシ
ョンシステム。
(Additional Item 5) A moving information detecting section for detecting a moving direction of the second index is provided, and the condition control section detects a photographable portion based on the moving information of the moving information detecting section. The optical navigation system according to claim 4, wherein the optical navigation system is characterized in that:

【0076】(付記項6) 前記変位手段が、複数のア
ームと関節より構成される保持手段であり、前記関節近
傍に前記変更計測手段が設けられていることを特徴とす
る付記項1、2、4、5記載の光学式ナビゲーションシ
ステム。
(Supplementary note 6) The supplementary items 1, 2 wherein the displacement means is a holding means comprising a plurality of arms and joints, and the change measuring means is provided near the joints. An optical navigation system according to any one of claims 4 and 5.

【0077】(付記項7) 前記保持手段がモータ駆動
であることを特徴とする付記項4、5記載の光学式ナビ
ゲーションシステム。
(Additional Item 7) The optical navigation system according to additional items 4 and 5, wherein the holding means is driven by a motor.

【0078】(付記項8) 前記関節変更計測手段がエ
ンコーダであることを特徴とする付記項4、5記載の光
学式ナビゲーションシステム。
(Additional Item 8) The optical navigation system according to additional items 4 and 5, wherein the joint change measuring means is an encoder.

【0079】(付記項9) 前記変位手段が複数設けら
れていることを特徴とする付記項1〜8記載の光学式ナ
ビゲーションシステム。
(Additional Item 9) The optical navigation system according to additional items 1 to 8, wherein a plurality of the displacement means are provided.

【0080】(付記項1〜9の従来技術) 従来技術と
しては、特願平10−319190号がある。これは、
光学式ナビゲーションシステム等に応用可能な技術であ
る。術部に対する手術用顕微鏡の3次元位置を第1の検
出手段(信号手段とデジタイザー)が検出し、手術用顕
微鏡に対する硬性鏡等の手術機器の3次元位置を第2の
検出手段(エンコーダあるいはCCDカメラ等)が検出
し、前記第1、第2の検出手段の検出結果に基づき術部
に対する硬性鏡等の手術機器の3次元位置を演算可能に
構成したものである。手術機器がデジタイザーから遮ら
れた状態でも、術部に対する位置が把握できることで、
円滑に手術が行えるという内容である。
(Prior Art of Additional Items 1 to 9) As a conventional technique, there is Japanese Patent Application No. Hei 10-319190. this is,
This technology can be applied to optical navigation systems and the like. The first detecting means (signal means and digitizer) detects the three-dimensional position of the surgical microscope with respect to the operation part, and the second detecting means (encoder or CCD) detects the three-dimensional position of a surgical instrument such as a rigid endoscope with respect to the surgical microscope. (A camera or the like) to detect and calculate a three-dimensional position of a surgical instrument such as a rigid endoscope with respect to an operation site based on the detection results of the first and second detection means. Even when the surgical equipment is shielded from the digitizer, the position with respect to the surgical site can be grasped,
The content is that surgery can be performed smoothly.

【0081】(付記項1〜9が解決しようとする課題)
特願平10−319190号は術部に対し手術用顕微
鏡の3次元位置が第1の検出手段で確実に検出できると
いう前提に基づいた内容である。しかし、手術用顕微鏡
に設けた信号手段とデジタイザーの間が術者の体等で遮
られてしまった場合には、前提は崩れ、術部に対する手
術用顕微鏡の位置検出が不能となるという問題があっ
た。
(Problems to be Solved by Additional Items 1 to 9)
Japanese Patent Application No. 10-319190 is based on the premise that the three-dimensional position of the operating microscope can be reliably detected by the first detecting means with respect to the operation site. However, if the signal means provided on the surgical microscope and the digitizer are blocked by the surgeon's body, the assumption is broken and the position of the surgical microscope with respect to the surgical site cannot be detected. there were.

【0082】(付記項1〜9の目的) 本発明の目的
は、手術用顕微鏡に設けられた信号手段とデジタイザー
の間が遮られることで位置検出不能になることなく、確
実に位置検出を行える光学式ナビゲーションシステムを
提供することにある。
(Objects of Supplementary Items 1 to 9) An object of the present invention is to reliably detect a position without obstructing a position between a signal means provided on an operating microscope and a digitizer, thereby preventing position detection. An object of the present invention is to provide an optical navigation system.

【0083】(付記項1の課題を解決するための手段)
患部と位置的相関のある第1の指標と、観察装置の光
学系と位置的相関のある第2の指標と、前記第1の指標
と前記第2の指標の各々を撮影する撮影手段と、前記撮
影手段の撮影結果より、前記患部と前記観察装置の光学
系との三次元空間における位置的相関を算出する演算手
段よりなる光学式ナビゲーションシステムにおいて、前
記第2の指標を前記観察装置の光学系に対し三次元空間
における座標を変更させる変更手段と、前記変更手段が
変更させた値を計測する変位計測手段を備えるととも
に、前記演算手段が前記変更計測手段が測定した変更量
を基に前記患部と前記観察装置の光学系との三次元空間
における位置的相関を算出することを特徴とする光学式
ナビゲーションシステム。
(Means for Solving the Problem in Additional Item 1)
A first index having a positional correlation with the diseased part, a second index having a positional correlation with the optical system of the observation device, imaging means for imaging each of the first index and the second index, In an optical navigation system including an arithmetic unit that calculates a positional correlation between the affected part and the optical system of the observation device in a three-dimensional space based on an imaging result of the imaging unit, the second index is set to an optical value of the observation device. A change unit that changes coordinates in a three-dimensional space with respect to the system, and a displacement measurement unit that measures a value changed by the change unit, and the calculation unit is configured to calculate the value based on a change amount measured by the change measurement unit. An optical navigation system for calculating a positional correlation between an affected part and an optical system of the observation device in a three-dimensional space.

【0084】(付記項1〜9の作用) 撮影手段と観察
点検出用の指標の間が遮られても、変更手段により前記
指標が遮られない位置に移動し、その移動量から新しい
観察点の位置が求められるので、常に観察装置の位置を
検出することができ、安全な手術が行える。
(Effects of Additional Items 1 to 9) Even if the space between the photographing means and the index for detecting the observation point is blocked, the change means moves to a position where the index is not blocked, and a new observation point is calculated based on the amount of movement. , The position of the observation device can be always detected, and a safe operation can be performed.

【0085】(付記項1〜9の効果) 以上説明したよ
うに本発明によれば、手術中において、観察装置を動か
すことで撮影手段に対し観察点検出用の指標が動いた
り、また撮影手段と観察点検出用の指標の間が障害物で
遮られても、変更手段が前記指標を撮影手段で撮影可能
な位置に変更し、その変更量を基に位置が求められるの
で、常に観察装置の位置を検出することができ、安全な
手術が行える。
(Effects of Supplementary Items 1 to 9) As described above, according to the present invention, the index for detecting the observation point moves with respect to the photographing means by moving the observation device during the operation, or the photographing means Even if the distance between the target and the observation point detection index is obstructed by an obstacle, the changing means changes the index to a position at which the image can be taken by the imaging means, and the position is obtained based on the change amount. Can be detected, and a safe operation can be performed.

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明によれば患者の患部の位置と位置
的相関のある第1の指標と、患部を観察する観察装置の
光学系の位置と位置的相関のある第2の指標の各々を撮
影する撮影手段を設け、この撮影手段の撮影結果より、
患部の位置と観察装置の光学系の位置との三次元空間に
おける初期の位置的相関を算出し、撮影手段と観察点検
出用の第2の指標との間が遮られた場合には、変更手段
により三次元空間における観察装置の光学系の位置に対
する第2の指標の座標を変更させ、ここで変更させた変
更量を基に患部の位置と観察装置の光学系の位置との三
次元空間における位置的相関を演算手段によって再計算
させて算出させる手段を設けたので、手術中の術者の動
きなどによって手術用顕微鏡の位置検出が不能になるお
それがなく、術者の動きが制限されたり、手術が中断さ
れることを防止して安定した手術を行うことができる。
According to the present invention, each of the first index having a positional correlation with the position of the affected part of the patient and the second index having a positional correlation with the position of the optical system of the observation device for observing the affected part are respectively provided. The photographing means for photographing is provided.
Calculate the initial positional correlation in the three-dimensional space between the position of the affected part and the position of the optical system of the observation device, and change the position when the imaging means and the second index for observation point detection are blocked. Means for changing the coordinates of the second index with respect to the position of the optical system of the observation device in the three-dimensional space, and based on the amount of change changed here, the three-dimensional space between the position of the affected part and the position of the optical system of the observation device. Since the means for recalculating the position correlation in the calculation means by means of the calculation means is provided, there is no possibility that the position of the operating microscope is not detected due to the movement of the operator during the operation, and the movement of the operator is limited. In addition, a stable operation can be performed by preventing the operation from being interrupted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施の形態の医療用ナビゲー
ションシステム全体の概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an entire medical navigation system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 第1の実施の形態の医療用ナビゲーションシ
ステムの要部の概略構成図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a main part of the medical navigation system according to the first embodiment.

【図3】 第1の実施の形態の医療用ナビゲーションシ
ステムにおける手術用顕微鏡の鏡体の概略構成を示す縦
断面図。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a mirror body of a surgical microscope in the medical navigation system according to the first embodiment.

【図4】 第1の実施の形態の医療用ナビゲーションシ
ステムにおける信号板と支持アームとを示す斜視図。
FIG. 4 is an exemplary perspective view showing a signal plate and a support arm in the medical navigation system according to the first embodiment;

【図5】 第1の実施の形態の医療用ナビゲーションシ
ステムにおけるモニタ画面上に表示される画像を説明す
るための説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an image displayed on a monitor screen in the medical navigation system according to the first embodiment.

【図6】 本発明の第2の実施の形態を示す要部の概略
構成図。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a main part showing a second embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第3の実施の形態の医療用ナビゲー
ションシステム全体の概略構成図。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an entire medical navigation system according to a third embodiment of the present invention.

【図8】 第3の実施の形態の医療用ナビゲーションシ
ステムにおける信号板ユニットの平面図。
FIG. 8 is a plan view of a signal plate unit in the medical navigation system according to the third embodiment.

【図9】 第3の実施の形態の医療用ナビゲーションシ
ステムにおける信号板ユニットの側面図。
FIG. 9 is a side view of a signal plate unit in the medical navigation system according to the third embodiment.

【図10】 本発明の第4の実施の形態の医療用ナビゲ
ーションシステム全体の概略構成図。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an entire medical navigation system according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 手術用顕微鏡(観察装置) 8 鏡体 19a、19b、19c LED(第2の指標) 21 ワークステーション(演算手段) 30a、30b CCDカメラ(撮影手段) 34 患者 37a、37b、37c マーク部材(第1の指標) 42 支持アーム(変更手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Operating microscope (observation apparatus) 8 Mirror 19a, 19b, 19c LED (2nd index) 21 Workstation (computing means) 30a, 30b CCD camera (photographing means) 34 Patient 37a, 37b, 37c Mark member (No. 1 index) 42 Support arm (change means)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 患者の患部の位置と位置的相関のある第
1の指標と、 前記患部を観察する観察装置の光学系の位置と位置的相
関のある第2の指標と、 前記第1の指標と前記第2の指標の各々を撮影する撮影
手段と、 この撮影手段の撮影結果より、前記患部の位置と前記観
察装置の光学系の位置との三次元空間における初期の位
置的相関を算出する演算手段と、 前記三次元空間における前記観察装置の光学系の位置に
対する前記第2の指標の座標を変更させる変更手段と、 この変更手段が変更させた値を計測する変位計測手段を
備え、この変更計測手段が計測した変更量を基に前記患
部の位置と前記観察装置の光学系の位置との三次元空間
における位置的相関を前記演算手段によって再計算させ
て算出させる手段とを具備したことを特徴とする医療用
ナビゲーションシステム。
A first index having a positional correlation with a position of an affected part of a patient; a second index having a positional correlation with a position of an optical system of an observation device for observing the affected part; Photographing means for photographing each of the index and the second index; and calculating an initial positional correlation in the three-dimensional space between the position of the diseased part and the position of the optical system of the observation device from the photographing result of the photographing means. Calculating means for changing the coordinates of the second index with respect to the position of the optical system of the observation device in the three-dimensional space; and displacement measuring means for measuring a value changed by the changing means. Means for recalculating the positional correlation in the three-dimensional space between the position of the diseased part and the position of the optical system of the observation device based on the amount of change measured by the change measuring means, and calculating the positional correlation by the calculating means. Characterized by Medical navigation system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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