JP2001238894A

JP2001238894A - 挿入具の位置検出装置

Info

Publication number: JP2001238894A
Application number: JP2000051516A
Authority: JP
Inventors: Yukito Furuhashi; 幸人古橋; Akito Saito; 明人斉藤; Takeo Asano; 武夫浅野; Hiroshi Matsuzaki; 弘松崎; Takao Shibazaki; 隆男柴▲崎▼; Akio Kosaka; 明生小坂
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-04
Anticipated expiration: 2020-02-28
Also published as: JP3772063B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、手術用顕微鏡観察下で信号板を取り
付けた治療器具での処置行為や、信号板を取り付けた治
療器具と共に別の治療器具での処置行為に対応可能な位
置計測装置としての挿入具の位置検出装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様によると、生体内に挿入さ
れる挿入具と、位置検出の基準となるマーカーと、前記
マーカーが複数取り付けられたマーカー取り付け部材
と、前記マーカーの位置を非接触で検出する複数のマー
カー検出部と、前記複数のマーカー検出部によって検出
されるマーカーの位置に基づいて、前記挿入具の位置姿
勢を算出する位置姿勢算出手段とを有し、前記マーカー
取り付け部材は、前記挿入具の軸と距離を持った位置に
連結部材を介して取り付けられていることを特徴とする
挿入具の位置検出装置が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、挿入具の位置検出
装置に係り、特に、生体内に挿入される治療器具等の挿
入具の位置姿勢を検出し、手術でのナビゲーション等に
利用する位置計測装置としての挿入具の位置検出装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、医療における手術等の治療行
為に対して、術前にＸ線、ＣＴ、ＭＲＩ等の画像診断装
置より得られた断層画像を三次元画像に再構成し、術中
に治療器具の三次元位置姿勢を検出して術前の三次元再
構成像に表示することが行われている。

【０００３】この際、治療器具の三次元位置姿勢を計測
する必要があるが、特開平５−３０５０７３号公報に開
示されているような光学式の三次元計測装置が比較的多
く利用されている。

【０００４】このような光学式の三次元計測装置を用い
て、三次元位置姿勢計測を行う場合には、計測対象とな
る治療器具に、計測装置に対応した信号部材を取り付け
る必要がある。

【０００５】三次元での姿勢を計測するためには、直線
状になく、位置関係が拘束された３個以上の信号部材を
必要とする。

【０００６】このため、光学式の三次元計測装置を用い
て、三次元位置姿勢計測を行う場合には、治療器具の挿
入軸後方に、信号部材が取り付けられた信号板が装着さ
れ、それらとは非接触でそれら信号部材を認識できるＴ
Ｖカメラ等の複数の受信部材が設けられている。

【０００７】そして、治療器具の位置姿勢を算出するに
は、治療器具に対して信号板がどのように固定されてい
るのかを示すキャリブレーションデータが必要であり、
信号板を取り付けた各治療器具毎にキャリブレーション
データが一対一に対応付けされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、三次元計測
の原理から、角度誤差の正接（タンジェント）は、信号
部材同士の間隔（距離）に反比例するため、誤差を小さ
くするためには、信号部材同士の間隔を大きくする必要
がある。

【０００９】つまり、信号板を大きくする必要がある。

【００１０】しかしながら、脳神経外科や耳鼻咽喉科に
おける手術のように、手術用顕微鏡観察下で処置を行う
手術では、治療器具の挿入軸後方に取り付けられた大き
な信号板が手術用顕微鏡に干渉するために、手術用顕微
鏡観察下での処置が不可能であったり、信号板が手術用
顕微鏡の観察視野を遮り手術用顕微鏡観察下での処置を
行うことが不可能になる。

【００１１】また、信号板を取り付けた治療器具と共に
別の治療器具を術部へ挿入する場合には、信号板が治療
器具の挿入軸上にあると、信号板が処置具の操作範囲に
干渉し処置を行えない恐れが生じる。

【００１２】本発明は上記問題点に着目し、手術用顕微
鏡観察下で信号板を取り付けた治療器具での処置行為
や、信号板を取り付けた治療器具と共に別の治療器具で
の処置行為に対応可能とすることを第１の課題とする。

【００１３】また、光学式の位置計測装置では、処置中
に受信部材と信号板の位置関係上、信号部材の計測が困
難な状況になる場合がある。

【００１４】この場合、信号板の取り付け位置を受信部
材で計測可能な位置姿勢へ変更することで、再び計測で
きるようになるが、この際に、三次元位置姿勢の算出に
使用するキャリブレーションデータも変更した位置姿勢
に対応したものに変更しなければ、計測対象である治療
器具の三次元位置姿勢を算出することができない。

【００１５】しかるに、上述したような従来技術では、
信号板取り付け位置が治療器具に対して固定されている
ために、計測が困難な状況において即時的な信号板の取
り付け位置の変更を容易に行うことができない。

【００１６】また、取り付け位置を変更しても、容易に
キヤリブレーションデータを対応したものに変更するこ
とができず、治療器具の三次元位置姿勢を算出すること
が不可能になる。

【００１７】本発明はこの点に着目し、治療器具使用時
に容易に信号板の取り付け位置を変更でき、且つキャリ
ブレーションデータも変更した取り付け位置に対応した
ものに変更することで、三次元位置姿勢計測を継続する
ことができるようにすることを第２の課題とする。

【００１８】本発明は、上記第１の課題に鑑みてなさ
れ、手術用顕微鏡観察下で信号板を取り付けた治療器具
での処置行為や、信号板を取り付けた治療器具と共に別
の治療器具での処置行為に対応可能な位置計測装置とし
ての挿入具の位置検出装置を提供することを目的とす
る。

【００１９】また、本発明は、上記第２の課題に鑑みて
なされ、治療器具使用時に容易に信号板の取り付け位置
を変更でき、かつ、キャリブレーションデータも変更し
た取り付け位置に対応したものに変更することで、三次
元位置姿勢計測を継続可能な位置計測装置としての挿入
具の位置検出装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、（１）生体内に挿入される挿入具と、位置検出の基準
となるマーカーと、前記マーカーが複数取り付けられた
マーカー取り付け部材と、前記マーカーの位置を非接触
で検出する複数のマーカー検出部と、前記複数のマーカ
ー検出部によって検出されるマーカーの位置に基づい
て、前記挿入具の位置姿勢を算出する位置姿勢算出手段
とを有し、前記マーカー取り付け部材は、前記挿入具の
軸と距離を持った位置に連結部材を介して取り付けられ
ていることを特徴とする挿入具の位置検出装置が提供さ
れる。

【００２１】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、後述する第１及び第２の実施の形
態が対応する。

【００２２】上記解決手段中の挿入具は、これらの実施
の形態では、硬性鏡１が該当するが、硬性鏡１のみに限
定されることなく、電気メス、吸引管、ピンセット、鉗
子などの器具であってもよい。

【００２３】また、上記解決手段中の信号部材としての
マーカーは、これらの実施の形態では、ＬＥＤ３が該当
するが、ＬＥＤ３のみに限定されることなく、赤外ＬＥ
Ｄのようなアクティブ型マーカーや反射球のようなパッ
シブ型マーカーであってもよい。

【００２４】また、上記解決手段中の受信部材としての
マーカー検出部は、これらの実施の形態では、カメラ６
が該当するが、カメラ６のみに限定されることなく、マ
ーカーの三次元位置姿勢を計測できるものであれば、個
数は問わない。

【００２５】また、上記解決手段中の位置姿勢算出手段
は、これらの実施の形態では、センサ制御部７、及びセ
ンサ情報記憶部８が該当する。

【００２６】また、上記解決手段中の信号取付部材とし
てのマーカー取り付け部材は、これらの実施の形態で
は、マーカ取付板４、及びマーカ取付具５（取付部材５
ａ、５ｂで構成）が該当する。

【００２７】また、上記解決手段中の連結部材は、上記
解決手段中の信号取付部材としてのマーカー取り付け部
材と一体になった部材としてもよい。

【００２８】（作用）複数の信号部材としてのマーカー
は、信号取付部材としてのマーカー取り付け部材に取り
付けられている。

【００２９】信号取付部材としてのマーカー取り付け部
材は、挿入具の挿入軸から外れた位置に取り付けられて
いる。

【００３０】ここで、マーカー取り付け部材は、前記挿
入具の軸と一定の距離を持った位置に連結部材を介して
取り付けられている。

【００３１】複数の受信部材としてのマーカー検出部
は、複数の信号部材としてのマーカーを非接触で検出す
る。

【００３２】位置姿勢算出手段は、受信部材としてのマ
ーカー検出部が検出した信号部材としてのマーカーの位
置に基づいて、信号取付部材としてのマーカー取り付け
部の位置姿勢（三次元）を算出する。

【００３３】すなわち、位置姿勢算出手段は、信号部材
としてのマーカーと挿入具の位置関係から挿人具の三次
元位置姿勢を算出する。

【００３４】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（２）前記マーカー取り付け部材の前記挿入具に対す
る取り付け位置は可変であることを特徴とする（１）に
記載の挿入具の位置検出装置が提供される。

【００３５】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、後述する第１及び第２の実施の形
態が対応する。

【００３６】上記解決手段中の挿入具は、これらの実施
の形態では、硬性鏡１が該当するが、硬性鏡１のみに限
定されることなく、電気メス、吸引管、ピンセット、鉗
子などの器具であってもよい。

【００３７】また、上記解決手段中の信号部材としての
マーカーは、これらの実施の形態では、ＬＥＤ３が該当
するが、ＬＥＤ３のみに限定されることなく、赤外ＬＥ
Ｄのようなアクティブ型マーカーや反射球のようなパッ
シブ型マーカーであってもよい。

【００３８】また、上記解決手段中の受信部材としての
マーカー検出部は、これらの実施の形態では、カメラ６
が該当するが、カメラ６のみに限定されることなく、マ
ーカーの三次元位置姿勢を計測できるものであれば、個
数は問わない。

【００３９】また、上記解決手段中の位置姿勢算出手段
は、これらの実施の形態ではセンサ制御部７、及びセン
サ情報記憶部８が該当する。

【００４０】また、上記解決手段中の信号取付部材とし
てのマーカー取り付け部材は、これらの実施の形態では
マーカ取付板４、及びマーカ取付具５（取付部材５ａ、
５ｂで構成）が該当する。

【００４１】また、上記解決手段中の信号取付部材とし
てのマーカー取り付け部材の位置が、上記解決手段中の
挿入具に対して変化することにより、上記解決手段中の
信号取付部材としてのマーカー取り付け部材が上記解決
手段中の挿入具の軸上に位置することがあってもよい。

【００４２】（作用）複数の信号部材としてのマーカー
は、信号取付部材としてのマーカー取り付け部材に取り
付けられている。

【００４３】信号取付部材としてのマーカー取り付け部
材は、挿入具の挿入軸から外れた位置に取り付けられて
いる。

【００４４】ここで、マーカー取り付け部材は、前記挿
入具の軸と一定の距離を持った位置に連結部材を介して
取り付けられている。

【００４５】また、マーカー取り付け部材は、前記挿入
具に対する取り付け位置が可変に取り付けられている。

【００４６】複数の受信部材としてのマーカー検出部
は、複数の信号部材としてのマーカーを非接触で検出す
る。

【００４７】位置姿勢算出手段は、受信部材としてのマ
ーカー検出部が検出した信号部材としてのマーカーの位
置に基づいて、信号取付部材としてのマーカー取り付け
部の位置姿勢（三次元）を算出する。

【００４８】すなわち、位置姿勢算出手段は、信号部材
としてのマーカーと挿入具の位置関係から挿人具の三次
元位置姿勢を算出する。

【００４９】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（３）前記マーカー取り付け部材の前記装入具に対す
る取り付け位置の情報を設定する位置情報設定手段を設
けたことを特徴とする（２）に記載の挿入具の位置検出
装置が提供される。

【００５０】（対応する発明の実施の形態）この発明に
関する実施の形態は、後述する第１及び第２の実施の形
態が対応する。

【００５１】上記解決手段中の位置情報設定手段は、第
１の実施の形態ではスイッチ１０、１１が該当する。

【００５２】また、第２の実施の形態ではエンコーダ１
５が該当するが、ポテンショメータなどの角度を計測す
るためのセンサ、及び距離を計測するためのセンサ、及
びこれらを複合的に組み合わせたものに置き換えてもよ
い。

【００５３】また、上記解決手段中の位置情報設定手段
は、これらの実施の形態ではセンサ制御部７とセンサ情
報記憶部８が該当する。

【００５４】（作用）信号部材としてのマーカーが、受
信部材としてのマーカー検出部から計測困難、あるいは
不可能な位置姿勢にある場合には、挿入具に対する信号
取付部材としてのマーカー取り付け部材の位置及びまた
は方向を変更する。

【００５５】信号取付部材としてのマーカー取り付け部
材の取り付け位置が変更されると、信号部材としてのマ
ーカーと挿入具とを関連付けるキャリブレーションデー
タに変更の必要が生じる。

【００５６】取り付け位置方向識別手段としての位置情
報設定手段からの出力に基づいてキャリブレーションデ
ータ設定手段としての位置情報設定手段により、使用す
べきキャリブレーションデータを選択もしくは生成す
る。

【００５７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。

【００５８】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態による挿入具の位置検出装置の全体的な
概略構成を示す図である。

【００５９】この発明の第１の実施の形態は、次のよう
に構成されている。

【００６０】すなわち、図１に示すように、硬性鏡１に
は、ＣＣＤカメラヘッド部２が、硬性鏡挿入軸に対して
屈曲した状態で取り付けられている。

【００６１】また、マーカー取付板４には、ＬＥＤ３が
正三角形の頂点を構成するように３個取り付けられてい
る。

【００６２】このＬＥＤ３は、ケーブルによりセンサ制
御部７に接続されている。

【００６３】前記マーカー取付板４は、後述するよう
に、マーカー取付具５によって、ＣＣＤカメラヘッド部
２に取り付けられている。

【００６４】カメラ６は、硬性鏡１の使用範囲における
マーカー取付板４の移動範囲を視野に捕らえるように設
置されており、センサ制御部７へ接続されている。

【００６５】図２（ａ）〜（ｄ）は、図１のマーカー取
付具５の概略的な構成を示す図である。

【００６６】すなわち、図２の（ａ）〜（ｄ）に示すよ
うに、マーカー取付具５は、ＣＣＤカメラヘッド部２に
固定する取付部材５ｂと、マーカー取付板４に固定する
取付部材５ａとから構成されている。

【００６７】ここで、取付部材５ｂには、取り付け方向
毎に異なる複数の窪み９が設けられている。

【００６８】一方、取付部材５ａには、スイッチ１０、
１１が取り付けられている。

【００６９】これにより、取付部材５ａが取付部材５ｂ
へ取り付けられると、窪み９の無い部分に対応するスイ
ッチだけがオン状態になり、窪み９がある部分に対応す
るスイッチはオフ状態のままになる。

【００７０】これらのスイッチ１０、１１は、図１のセ
ンサ制御部７へ接続されている。

【００７１】図３の（ａ），（ｂ）は、図２のスイッチ
１０、１１のオン状態、オフ状態を示す図である。

【００７２】図１において、キャリブレーションデータ
が蓄えられているセンサ情報記憶部８は、センサ制御部
７へ接続されている。

【００７３】このセンサ制御部７は、図示しないナビゲ
ーション装置に接続されている。

【００７４】次に、この発明の実施の形態の作用を説明
する。

【００７５】前記スイッチ１０，１１からの情報は、セ
ンサ制御部７へ渡される。

【００７６】センサ制御部７では、スイッチ１０，１１
からの情報を位置を表現するビット情報として解釈し、
現在の取り付け状態に対応するキャリブレーションデー
タをセンサ情報記憶部８より取得する。

【００７７】図４は、センサ制御部７によるキャリブレ
ーションデータの取得関係を示す図である。

【００７８】このキャリブレーションデータは、マーカ
ー取付板４で構成される座標系と硬性鏡１で構成される
座標系間に関係付けられる座標変換行列となっている。

【００７９】図５は、マーカー取付板４で構成される座
標系と、硬性鏡１で構成される座標系とを示す図であ
る。

【００８０】図６は、マーカー取付板４で構成される座
標系と硬性鏡１で構成される座標系間に関係付けられる
座標変換行列を示す図である。

【００８１】まず、センサ制御部７は、ＬＥＤ３を順番
に１個ずつ発光させる。

【００８２】カメラ６は、マーカー取付板４の画像を取
得し、センサ制御部７へ画像を送信する。

【００８３】センサ制御部７では、このカメラ６からの
画像と、自ら制御したＬＥＤ発光のタイミングとに基づ
いて導かれるＬＥＤ３のＩＤ情報から、マーカー取付板
４の三次元位置姿勢を算出する。

【００８４】次に、センサ制御部７は、センサ情報記憶
部８より取得したキヤリブレーションデータを用いて、
マーカー取付板４の三次元位置姿勢から硬性鏡１の三次
元位置姿勢へ変換し、これを出力する。

【００８５】この結果として、センサ制御部７より出力
される硬性鏡１の三次元位置姿勢を用いて、ナビゲーシ
ョンが行われることになる。

【００８６】このナビゲーションを行っている状態で、
術者は硬性鏡１と処置具１２を用いて患部１４に対して
手術を行う。

【００８７】図７は、ナビゲーションを行っている状態
で、術者は硬性鏡１と処置具１２を用いて患部１４に対
して手術を行う状態を示す図である。

【００８８】すなわち、図７に示すように、硬正鏡１と
処置具１２は同じ穴１３、もしくは非常に近い穴から患
部１４に向かって挿入されるため、処置具１２の操作範
囲に硬性鏡１が干渉しないよう配置することが非常に重
要である。

【００８９】この実施の形態では、ナビゲーションを行
うために必要なマーカー取付板４が、硬性鏡１に対して
屈曲した状態になっているＣＣＤカメラヘッド部２に取
り付けられているため、処置具１２の操作にマーカー取
付板４が干渉することがないように考慮されている。

【００９０】また、カメラ６によってマーカー取付板４
を撮影できない位置関係になったときには、マーカー取
付板４の取り付け位置を変更することができるようにな
されている。

【００９１】図８、カメラ６によってマーカー取付板４
を撮影できない位置関係になったときに、マーカー取付
板４の取り付け位置を変更状態を示す図である。

【００９２】図９の（ａ），（ｂ）は、マーカー取付板
４の取り付け位置の変更によって、マーカー取付板４を
撮影できない位置関係からマーカー取付板４を撮影でき
る位置関係となることを示す図である。

【００９３】そして、マーカー取付板４の取り付け位置
の変更によって、マーカー取付具５に設けられたスイッ
チ１０、１１より得られる情報が変化し、センサ制御部
７は対応するキャリブレーションデータをセンサ情報記
憶部８より再取得することになる。

【００９４】この結果、センサ制御部７は、マーカー取
付板４の取り付け位置を変更しても正しい硬性鏡１の三
次元位置姿勢を出力することができる。

【００９５】なお、かつ、マーカー取り付け位置を変更
しても処置具１２の操作に干渉することはない。

【００９６】なお、この発明の第１の実施の形態の各構
成は、当然、各種の変形、変更が可能である。

【００９７】例えば、マーカー取付板４に取り付けられ
たＬＥＤ３は、各々異なる波長であり、それらを同時に
発光させ、カメラ６に各波長に対応するフィルタ等を用
いて個々のＬＥＤを識別する方式でもよい。

【００９８】また、マーカーとしては、それぞれが識別
できる受動的な（発光しない）マーカーであってもよ
い。

【００９９】また、マーカーの形状そのものから画像処
理的手法により、特徴部位を抽出する方式であってもよ
い。

【０１００】また、例えば、マーカー取付具５に設けら
れたスイッチ１０、１１は、これに限らず、角度を計測
するためのセンサであるポテンショメータやエンコーダ
を用いることができる。

【０１０１】また、この場合には、対応するキャリブレ
ーションデータを選択するという方式だけでなく、ポテ
ンショメータやエンコーダの出力をパラメータとしてキ
ャリブレーションデータを計算することもできる。

【０１０２】また、例えば、マーカー取付具５には、距
離計測センサが取り付けられており、マーカー取付具５
の取付部材５ａと取付部材５ｂとの距離が可変になって
いてもよい。

【０１０３】この場合には、距離計測センサもセンサ制
御部７へ接続され、キャリブレーションデータの選択／
生成に利用される。

【０１０４】また、この距離を段階的に変化させるよう
にし、距離情報をスイッチなどでセンシングしてもよ
い。

【０１０５】また、例えば、ＣＣＤカメラヘッド部２の
硬性鏡１に対する移動、及びまたは回転する手段と合わ
せて、これを計測する手段が設けられており、この情報
をセンサ制御部７で取得することにより、ＣＣＤカメラ
ヘッド部２の移動、回転によらず硬性鏡１の三次元位置
姿勢を算出し、ナビゲーションを継続することが可能に
なる。

【０１０６】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。

【０１０７】図１０は、本発明の第２の実施の形態によ
る挿入具の位置検出装置の全体的な概略構成を示す図で
ある。

【０１０８】この発明の第２の実施の形態は、前述した
第１の実施の形態の構成と以下の点を除いて、同様に構
成されている。

【０１０９】すなわち、第１の実施の形態において、マ
ーカー取付具５にはスイッチ１０、１１が取り付けられ
ているが、第２の実施の形態では、マーカー取付具５Ａ
にはエンコーダ１５が取り付けられている。

【０１１０】図１１の（ａ），（ｂ）は、図１０のマー
カー取付具５Ａの概略的な構成を示す図である。

【０１１１】すなわち、図１１の（ａ），（ｂ）に示す
ように、マーカー取付具５Ａにはエンコーダ１５が取り
付けられている。

【０１１２】このエンコーダ１５は、図１０のセンサ制
御部７へ接続されている。

【０１１３】また、センサ情報記憶部８に記録されてい
るキャリブレーションデータは、エンコーダ１５の出力
を変数とする関数の形（キャリブレーション関数）で記
述されている。

【０１１４】図１２の（ａ）〜（ｅ）は、第２の実施の
形態におけるＣＣＤカメラヘッド部２と硬性鏡１の取り
付け部分の構成を示す図である。

【０１１５】図１２中の接点１７は，センサ制御部７へ
接続されている。

【０１１６】次に、この発明の第２の実施の形態の作用
を説明する。

【０１１７】まず、マーカー取付具５Ａに取り付けられ
たエンコーダ１５からの出力が、センサ制御部７へ渡さ
れる。

【０１１８】また、ＣＣＤカメラヘッド部２と硬性鏡１
の取り付け部に設けられた接点１７のオン／オフ情報が
センサ制御部７に渡される。

【０１１９】センサ制御部７では、接点情報を硬性鏡の
個別番号（ＩＤ）を表現するビット情報として解釈し、
現在の硬性鏡に対応するキャリブレーション関数をセン
サ情報記憶部８より取得する。

【０１２０】図１３は、接点情報を硬性鏡の個別番号
（ＩＤ）を表現するビット情報として解釈する一例を示
す図である。

【０１２１】図１４は、センサ制御部７によるキャリブ
レーション関数の取得関係を示す図である。

【０１２２】そして、センサ制御部７では、このキャリ
ブレーション関数とエンコーダ１５からの出力とによ
り、実際の計算で使用するキャリブレーションデータを
算出する。

【０１２３】ここで、算出されたキャリブレーションデ
ータは、図５及び図６に示したように、マーカー取付板
４で構成される座標系と硬性鏡１で構成される座標系間
に関係付けられる座標変換行列となっている。

【０１２４】次に、第１の実施の形態と同様に、センサ
制御部７より、硬性鏡１の三次元位置姿勢が出力され
る。

【０１２５】マーカー取付板４のＬＥＤ３がカメラ６で
撮影できない位置関係になったときには、マーカー取付
板４の取り付け位置を変更することができる。

【０１２６】マーカ取付板４の取り付け位置の変更によ
って、マーカ取付具５Ａに設けられたエンコーダ１５よ
り得られる情報が変化し、センサ制御部７は対応するキ
ャリブレーションデータをキャリブレーション関数とエ
ンコーダ１５との出力に基づいて算出する。

【０１２７】この結果、センサ制御部７は、正しい硬性
鏡１の三次元位置姿勢を出力することができる。

【０１２８】なお、かつ、マーカ取付板４の位置を変更
しても処置具操作に干渉することはない。

【０１２９】また、硬性鏡１を用いる手術においては、
視野方向を切り替えるため、複数の種類の硬性鏡（直
視：挿入軸に対して光軸が平行、３０度側視：挿入軸に
対して光軸が３０度傾斜、７０度側視：挿入軸に対して
光軸が７０度傾斜、など）を術中に取り替える。

【０１３０】図１５の（ａ）は、直視硬性鏡を示してお
り、図１５の（ｂ）は、３０度側視硬性鏡を示してお
り、図１５の（ｃ）は、７０度側視硬性鏡を示してい
る。

【０１３１】この場合、この第２の実施の形態では、マ
ーカー取付板４は、硬性鏡１ではなく、ＣＣＤカメラヘ
ッド部２に取り付けられているので、使用する硬性鏡す
べてに対してマーカー取付板４を用意する必要がなく、
一つのマーカー取付板４で対応可能になっている。

【０１３２】そして、硬性鏡１を取り替えた情報は、接
点情報としてセンサ制御部７に渡されるので、センサ制
御部７では、新たに対応するキャリブレーション関数を
センサ情報記憶部８より取得することにより、使用者に
特別な操作を要求することなく、硬性鏡１の三次元位置
姿勢を算出することができる。

【０１３３】また、対応するキャリブレーション関数が
存在しない場合には、同じ種類の硬性鏡をＩＤから識別
可能であるので、同じ種類の硬性鏡に対応するキャリブ
レーション関数を用いることができ、状況の急変に対し
ても可能な限り対応することができるようになってい
る。

【０１３４】なお、この発明の第２の実施の形態の各構
成は、当然、各種の変形、変更が可能である。

【０１３５】例えば、マーカー取付具５Ａに取り付けら
れたエンコーダ１５は、これに限らず、同様に角度情報
を出力するポテンショメータに置き換えてもよい。

【０１３６】また、マーカー取付具５Ａに取り付けられ
たエンコーダ１５は、第１の実施の形態に示したよう
に、スイッチを用いてもよい。

【０１３７】また、例えば、取り替えの対象となる硬性
鏡１は、硬性鏡に限らず、患部の吸引、切除等を行う処
置具であってもよい。

【０１３８】この場合、ＣＣＤカメラヘッド部２は、マ
ーカー取付板４を処置具に取り付けるための機能に限定
される。

【０１３９】また、ＣＣＤカメラヘッド部２と硬性鏡１
の取り付け部に設けられた接点１７は、この構造に限定
されるものではなく、硬性鏡本体のＩＤを認識できれ
ば、いかなる方式のものでもよい。

【０１４０】例えば、ＣＣＤカメラヘッド部２と硬性鏡
１の取り付け部に設けられた接点１７は、硬性鏡視野外
部分にＩＤを示すマーク（バーコード等）を映し込み、
これを画像処理の手法によって読み取るという形態に置
き換えることもできる。

【０１４１】そして、上述したような実施の形態で示し
た本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項１乃至
３以外にも、以下に付記１乃至付記２として示すような
発明が含まれている。

【０１４２】（付記１）前記位置情報設定手段は、前
記マーカー取り付け部材に設けられたスイッチであるこ
とを特徴とする請求項３に記載の挿入具の位置検出装
置。

【０１４３】（付記２）前記位置情報設定手段は、前
記マーカー取り付け部材に設けられたエンコーダである
ことを特徴とする請求項３に記載の挿入具の位置検出装
置。

【０１４４】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明によれば、信号
取付部材としてのマーカー取り付け部材は、挿入具の挿
入軸から外れた位置に取り付けられているので、挿入軸
上での他の治療器具等の操作上の問題（干渉等）は生じ
ず、通常の処置作業を行うことができる。

【０１４５】請求項２に記載の本発明によれば、信号取
付部材としてのマーカー取り付け部材は、挿入具に対し
て複数の位置及びまたは方向に取り付け可能であるの
で、信号部材としてのマーカーが受信部材としてのマー
カー検出部から検出不可能、もしくは検出困難な位置姿
勢にある場合には、信号取付部材としてのマーカー取り
付け部材の取り付け位置を変更することで、容易に検出
可能な状態を復元することができる。

【０１４６】請求項３に記載のの本発明によれば、受信
部材としてのマーカー検出部が信号部材としてのマーカ
ーの検出が困難な位置関係になった際に、術者は信号取
付部材としてのマーカー取り付け部材の取り付け位置及
びまたは方向を変更するだけで、変更前と同様に挿入具
の三次元位置検出を継続することが可能になる。

【０１４７】従って、以上説明したように、本発明によ
れば、手術用顕微鏡観察下で信号板を取り付けた治療器
具での処置行為や、信号板を取り付けた治療器具と共に
別の治療器具での処置行為に対応可能な位置計測装置と
しての挿入具の位置検出装置を提供することができる。

【０１４８】また、本発明によれば、治療器具使用時に
容易に信号板の取り付け位置を変更でき、かつ、キャリ
ブレーションデータも変更した取り付け位置に対応した
ものに変更することで、三次元位置姿勢計測を継続可能
な位置計測装置としての挿入具の位置検出装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態による挿入
具の位置検出装置の全体的な概略構成を示す図である。

【図２】図２の（ａ）〜（ｄ）は、図１のマーカー取付
具５の概略的な構成を示す図である。

【図３】図３の（ａ），（ｂ）は、図２のスイッチ１
０、１１のオン状態、オフ状態を示す図である。

【図４】図４は、センサ制御部７によるキャリブレーシ
ョンデータの取得関係を示す図である。

【図５】図５は、マーカー取付板４で構成される座標系
と、硬性鏡１で構成される座標系とを示す図である。

【図６】図６は、マーカー取付板４で構成される座標系
と硬性鏡１で構成される座標系間に関係付けられる座標
変換行列を示す図である。

【図７】図７は、ナビゲーションを行っている状態で、
術者は硬性鏡１と処置具１２を用いて患部１４に対して
手術を行う状態を示す図である。

【図８】図８、カメラ６によってマーカー取付板４を撮
影できない位置関係になったときに、マーカー取付板４
の取り付け位置を変更状態を示す図である。

【図９】図９の（ａ），（ｂ）は、マーカー取付板４の
取り付け位置の変更によって、マーカー取付板４を撮影
できない位置関係からマーカー取付板４を撮影できる位
置関係となることを示す図である。

【図１０】図１０は、本発明の第２の実施の形態による
挿入具の位置検出装置の全体的な概略構成を示す図であ
る。

【図１１】図１１の（ａ），（ｂ）は、図１０のマーカ
ー取付具５Ａの概略的な構成を示す図である。

【図１２】図１２の（ａ）〜（ｅ）は、第２の実施の形
態におけるＣＣＤカメラヘッド部２と硬性鏡１の取り付
け部分の構成を示す図である。

【図１３】図１３は、接点情報を硬性鏡の個別番号（Ｉ
Ｄ）を表現するビット情報として解釈する一例を示す図
である。

【図１４】図１４は、センサ制御部７によるキャリブレ
ーション関数の取得関係を示す図である。

【図１５】図１５の（ａ）は、直視硬性鏡を示してお
り、図１５の（ｂ）は、３０度側視硬性鏡を示してお
り、図１５の（ｃ）は、７０度側視硬性鏡を示してい
る。

【符号の説明】

１…硬性鏡、２…ＣＣＤカメラヘッド部、３…ＬＥＤ、４…マーカー取付板、５…マーカー取付具、５ａ…取付部材、５ｂ…取付部材、６…カメラ、７…センサ制御部、９…窪み、１０，１１…スイッチ、５Ａ…マーカー取付具、１２…処置具、１３…穴、１４…患部、１５…エンコーダ、１７…接点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅野武夫東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者松崎弘東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者柴▲崎▼ 隆男東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者小坂明生東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA37 BB29 CC00 CC21 FF04 JJ03 JJ05 NN20 QQ00 2F069 AA04 AA93 BB40 DD25 FF00 GG07 GG58 HH30 NN00 5B057 AA07 DA07 DB03 DC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体内に挿入される挿入具と、位置検出の基準となるマーカーと、前記マーカーが複数取り付けられたマーカー取り付け部
材と、前記マーカーの位置を非接触で検出する複数のマーカー
検出部と、前記複数のマーカー検出部によって検出されるマーカー
の位置に基づいて、前記挿入具の位置姿勢を算出する位
置姿勢算出手段とを有し、前記マーカー取り付け部材は、前記挿入具の軸と距離を
持った位置に連結部材を介して取り付けられていること
を特徴とする挿入具の位置検出装置。
【請求項２】前記マーカー取り付け部材の前記挿入具
に対する取り付け位置は可変であることを特徴とする請
求項１に記載の挿入具の位置検出装置。
【請求項３】前記マーカー取り付け部材の前記装入具
に対する取り付け位置の情報を設定する位置情報設定手
段を設けたことを特徴とする請求項２に記載の挿入具の
位置検出装置。