JP2002045372A - 手術ナビゲーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、手やノイズによる振れに同期して表
示される断層像が随時変化してしまうのを回避し得るよ
うにした手術ナビゲーション装置を提供する。 【解決手段】本発明による手術ナビゲーション装置は、
被検体および手術具の３次元位置姿勢を計測する３次元
位置姿勢計測手段と、被検体の断層像情報を記憶する断
層像情報記憶手段と、上記被検体と上記手術具の位置姿
勢を記憶しておく位置姿勢記憶手段と、上記３次元位置
姿勢計測手段からの位置姿勢情報と上記位置姿勢記憶手
段からの位置姿勢情報を比較する位置姿勢比較手段と、
上記計測された被検体および上記手術具の３次元位置姿
勢を用いて、上記記憶された被検体の情報から断層像の
抽出を行う断層像抽出手段と、上記抽出された断層像に
上記手術具の投影像を付加する投影像付加手段と、上記
投影像が付加された断層像を表示する画像表示手段とを
有し、上記位置姿勢比較手段からの出力に基づき、上記
断層像情報記憶手段から断層像の抽出を断続することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、手術ナビゲーショ
ン装置に係り、特に、外科手術等に用いる手術ナビゲー
ション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】手術ナビゲーションシステムは、患者等
の手術対象に対する手術具の位置や姿勢を表示するのみ
ではなく、手術中に観察や処置、注意の対象となる対象
部位近傍の内部組織情報を表示する必要がある。

【０００３】この内部組織情報を術者が確実に把握する
ことで、処置の対象となる患部や注意の対象となる血
管、正常組織等を区別することが可能になり、正確な処
置を行うことができる。

【０００４】例えば、従来技術として知られている「三
次元画像表示装置」（特開平１１−１１０５８８号公
報）では、被検体の３次元的な断層像情報内部に視点を
設定し、その視点から得ることのできる内視鏡的画像
と、断層像上での視点位置を認識可能にするガイド画像
とを表示する用にしている。

【０００５】この方法により、使用者は内視鏡的画像か
ら視点位置近傍の内部組織情報を得ることができるとと
もに、ガイド画像によってその内視鏡的画像の視点が観
察対象の内部のどの位置にあるかを把握することができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術「三次元画像表示装置」では、視点位置を含む断
層像のｘｙ平面、ｙｚ平面、ｘｚ平面に視点位置を描画
し、ガイド画面として表示している。

【０００７】シミュレーションや手術において、視点位
置を計測装置による計測結果に基いて設定する場合に
は、手術具を支持している手が振れてしまうことや、計
測装置および環境に起因する計測ノイズ等によりｘｙ平
面、ｙｚ平面、ｘｚ平面を決定する視点位置が振れる現
象が発生する。

【０００８】この視点位置の振れは、描画する断層像の
振れとして現れるので、断層像が常に視点位置の振れに
同期して変化することになる。

【０００９】通常、手やノイズによる振れの影響が大き
くなるのは、患部等の注意すべき部位付近で断層像から
内部組織情報を得るために手術具の位置を固定しようと
しているときである。

【００１０】術者は、振れに同期して随時変化している
断層像から視点位置と断層像に含まれる内部組織情報を
得なければならず、このことは大変な負荷となる。

【００１１】つまり、断層像の抽出を手術具の位置に同
期して行うことは、手術具を大きく動かしているときに
は有効であるが、特に、慎重な操作を要求される患部付
近等で手術具の動きをとめるときには、手やノイズによ
る振れに同期して表示される断層像が随時変化してしま
うことが問題となる。

【００１２】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、特に、慎重な操作を要求される患部付近等で手術
具の動きをとめるときにおいても、手やノイズによる振
れに同期して表示される断層像が随時変化してしまうこ
とを回避し得るようにした手術ナビゲーション装置を提
供することを目的とする。

【００１３】

【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） 被検体の撮影または処置
を行う手術具と、被検体および上記手術具の３次元位置
姿勢を計測する３次元位置姿勢計測手段と、被検体の断
層像情報を記憶する断層像情報記憶手段と、上記３次元
位置姿勢計測手段からの被検体と上記手術具の位置姿勢
を記憶しておく位置姿勢記憶手段と、上記３次元位置姿
勢計測手段からの位置姿勢情報と上記位置姿勢記憶手段
からの位置姿勢情報を比較する位置姿勢比較手段と、上
記３次元位置姿勢計測手段により計測された被検体およ
び上記手術具の３次元位置姿勢を用いて、上記断層像情
報記憶手段に記憶された被検体の情報から断層像の抽出
を行う断層像抽出手段と、上記断層像抽出手段から出力
された断層像に上記手術具の投影像を付加する投影像付
加手段と、上記投影像付加手段より出力された画像を表
示する画像表示手段とを有し、上記位置姿勢比較手段か
らの出力に基づき、上記断層像情報記憶手段から断層像
の抽出を断続することを特徴とする手術ナビゲーション
装置が提供される。

【００１４】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（２） 上記位置姿勢記憶手段に記憶された
被検体と上記手術具の位置姿勢と、上記３次元位置姿勢
計測手段からの被検体と上記手術具の位置姿勢との差
が、予め定められた範囲内であるときには、上記断層像
情報記憶手段に記憶された被検体の情報から断層像の抽
出を中止することを特徴とする（１）に記載の手術ナビ
ゲーション装置が提供される。

【００１５】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（３） 予め設定された時間を記録しておく
抽出時間設定手段をさらに有し、この抽出時間設定手段
に設定された時間以上被検体と上記手術具の位置姿勢の
変化量が予め定められた範囲内であるときには、上記断
層像情報記憶手段に記憶された被検体の情報から断層像
の抽出を停止することを特徴とする（１）に記載の手術
ナビゲーション装置が提供される。

【００１６】

【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。

【００１７】（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手術ナビゲ一ション装置の構成を
示すブロック図である。

【００１８】この発明の第１の実施の形態による手術ナ
ビゲ一ション装置は、次のように構成されている。

【００１９】すなわち、まず、図１に示すように、手術
台に被検体１が仰向けの状態で寝ているものとしてい
る。

【００２０】この被検体１の頭部には、赤外線ＬＥＤを
三角形状に配置したセンシングプレート２がテープにて
固定されている。

【００２１】また、硬性鏡３には、赤外線ＬＥＤを三角
形状に配置したセンシングプレート４が固定されてい
る。

【００２２】この場合、これらセンシングプレート２お
よびセンシングプレート４上において、配置された赤外
線ＬＥＤ同土の位置関係が変化することはないようにな
されている。

【００２３】また、センシングプレート２上で定義され
た座標系ｐ、およびセンシングプレート４上で定義され
た座標系ｅに対して、各赤外線ＬＥＤが配置された位置
は事前に計測されており、ＬＥＤ定義データとしてセン
サ情報記憶部５に蓄えられている。

【００２４】このセンサ情報記憶部５は、センサ制御部
６に接続されている。

【００２５】また、センシングブレート２およびセンシ
ングプレート４が計測範囲内に位置するように、画像撮
影方式のセンサアセンブリ７が配置されている。

【００２６】そして、センサ制御部６に、センシングプ
レート２およびセンシングプレート４とセンサアセンブ
リ７が接続されることによって、３次元位置姿勢計測手
段が構成されている。

【００２７】このような３次元位置姿勢計測手段によっ
て得られる３次元位置姿勢情報は、センサ制御部６より
ナビゲーション制御部８に渡される。

【００２８】ここで、被検体１の断層像情報は、例え
ば、アキシアル方向の２５６（ｐｉｘｅｌ）×２５６
（ｐｉｘｅｌ）の断層像を垂直方向へ積層化することに
より２５６（ｐｉｘｅｌ）×２５６（ｐｉｘｅｌ）×２
５６（ｐｉｘｅｌ）の３次元ボリュームデータとして３
次元再構成され、ナビゲーション情報記憶部９に断層像
データ１０として記憶されている。

【００２９】なお、本実施の形態では、１（ｐｉｘｅ
ｌ）の大きさは１（ｍｍ）になっている。

【００３０】被検体１の耳や目等の身体上の特徴点や、
被検体１に取り付けたマーカ等の座標値が、断層像デー
タ１０に対して定義されるオブジェクト座標系ｍ上でモ
デルデータ１１として、ナビゲーション情報記憶部９に
記憶されている。

【００３１】図２は、被検体１のデータと被検体１自身
が、その耳や目等の身体上の特徴点や、被検体１に取り
付けたマーカ等のオブジェクト座標系ｍ上のモデルデー
タ１１と、これに対応する特徴点のセンシングプレート
２で規定される座標系ｐ上の座標値を計測し、座標変換
行列ｍＨｐ１４を算出することで関連づけられているこ
とを示している。

【００３２】なお、この座標変換行列ｍＨｐ１４は、ナ
ビゲーション情報記憶部９に記憶されている。

【００３３】ここで、座標変換行列とは、図３に示すよ
うに、３次元空間での回転動作を表す３行３列の成分Ｒ
と、３次元空間での並進動作を表す３行１列の成分Ｔ
と、定数成分で構成される４行４列の行列である。

【００３４】また、図４に示すように、硬性鏡３の光学
系を表現するカメラモデルで使用される座標系ｃからセ
ンシングプレート４で規定される座標系ｅへの座標変換
行列ｅＨｃ１５が求められている。

【００３５】なお、硬性鏡３の光学系を表現するカメラ
モデルで使用される座標系ｃの原点は、硬性鏡３の先端
２１に一致しており、硬性鏡３の光軸２３をカメラ座標
系ｃのＺ軸としている。

【００３６】そして、座標変換行列ｅＨｃ１５は、ナビ
ゲーション情報記憶部９に記憶されている。

【００３７】また、硬性鏡３の後端２０の位置および合
焦点２２の位置がカメラ座標系ｃに対して設定され、ナ
ビゲーション情報記憶部９に記憶されている。

【００３８】例えば、本実施の形態では、図４に示すよ
うに、３０度の側視鏡を用いているので、硬性鏡３の後
端２０の位置は（０，Ｅｓｉｎ３０，−Ｅｃｏｓ３
０）、合焦点２２の位置は（０，０，Ｆ）となってい
る。

【００３９】硬性鏡３の後端２０の位置をカメラ座標系
ｃ上で表すＹ軸およびＺ軸成分の値Ｅは、硬性鏡３の先
端２１から後端２０までの長さを表しており、例えば、
本実施の形態では２００（ｍｍ）となっている。

【００４０】硬性鏡３の合焦点２２の位置をカメラ座標
系ｃ上で表すＺ軸成分の値Ｆは、硬性鏡３の先端２１か
ら合焦点２２までの長さを表しており、例えば、本実施
の形態では３０（ｍｍ）となっている。

【００４１】ナビゲーション制御部８には、例えば、カ
ウンタでなるタイマ（以下、時計）１２が内蔵されてお
り、時刻情報を読み取ることができる。

【００４２】次に、この発明の第１の実施の形態による
手術ナビゲ一ション装置の作用を説明する。

【００４３】本手術ナビゲーション装置の動作中、３次
元位置姿勢計測手段の構成要素であるセンサ制御部６
は、センシングプレート２およびセンシングプレート４
上の各赤外線ＬＥＤを順番に発光させ、センサアセンブ
リ７はこれら赤外線ＬＥＤが発光している状態を映像と
して捉える。

【００４４】センサ制御部６では、センシングプレート
２およびセンシングプレート４上の赤外線ＬＥＤを発光
させたタイミングとセンサアセンブリ７より得た映像を
用いて、各赤外線ＬＥＤの３次元位置を算出する。

【００４５】また、センサ制御部６では、各赤外線ＬＥ
Ｄの３次元位置とセンサ情報記憶部５に記憶されたＬＥ
Ｄ定義データを用いて、センシングプレート２およびセ
ンシングプレート４の３次元位置姿勢を算出する。

【００４６】さらに、センサ制御部６では、センシング
プレート２およびセンシングプレート４の３次元位置姿
勢を、センシングプレート４に対するセンシングプレー
ト２の相対的な位置姿勢へと変換し、座標変換行列ｐＨ
ｅ１７を得る。

【００４７】図５は、この発明の第１の実施の形態によ
る手術ナビゲ一ション装置のナビゲーション制御部８内
部での処理手順を示すフローチャートである。

【００４８】すなわち、ナビゲーション制御部８内部で
は、図５に示すようなステップで処理が実行される。

【００４９】まず、ステップＳ１０１では、図６に示す
ような座標変換行列ｅＨｃ１５、座標変換行列ｐＨｅ１
７、座標変換行列ｍＨｐ１４を用いて、カメラ座標系ｃ
の原点に一致する硬性鏡３の先端２１の位置をオブジェ
クト座標系ｍ上の座標値へ変換する。

【００５０】さらに、ナビゲーション情報記憶部９に記
憶されている硬性鏡３の後端２０の位置、合焦点２２の
位置をオブジェクト座標系ｍ上の座標値へ変換する。

【００５１】ステップＳ１０２では、オブジェクト座標
系ｍ上の座標値へ変換された硬性鏡３の先端２１の位
置、後端２０の位置および合焦点２２の位置から断層像
抽出座標系ｔとオブジェクト座標系ｍとを関連付ける座
標変換行列ｍＨｔ１８を算出する。

【００５２】この座標変換行列ｍＨｔ１８は、以下の手
順で算出される。

【００５３】この場合、断層像抽出座標系ｔとオブジェ
クト座標系ｍとは、図７に示すような関係にある。

【００５４】ここで、硬性鏡３の先端２１が断層像抽出
座標系ｔの原点となっているとともに、硬性鏡３の後端
２０が断層像抽出座標系ｔの−Ｚ軸上の点となってい
る。

【００５５】また、硬性鏡３の合焦点２２が断層像抽出
座標系ｔのＹＺ平面上の点となっている。

【００５６】そして、硬性鏡３の後端２０から先端２１
へ向うべクトル３０を正規化したものが断層像抽出座標
系ｔのＺ軸単位べクトル３１となる。

【００５７】また、硬性鏡３の合焦点２２から先端２１
へ向うべクトル３２と断層像抽出座標系ｔのＺ軸単位ベ
クトル３１とを外積した結果として得られるべクトルを
正規化したものが断層像抽出座標系ｔのＸ軸単位べクト
ル３３となる。

【００５８】上記断層像抽出座標系ｔのＺ軸単位ベクト
ル３１と断層像抽出座標系ｔのＸ軸単位べクトル３３と
を外積した結果として得られるべクトルを正規化したも
のが断層像抽出座標系ｔのＹ軸単位べクトル３４とな
る。

【００５９】オブジェクト座標系ｍ上での断層像抽出座
標系ｔのＸ軸単位べクトル３３、断層像抽出座標系ｔの
Ｙ軸単位べクトル３４、断層像抽出座標系ｔのＺ軸単位
べクトル３１、硬性鏡３の先端２１の位置を列べクトル
として図８に示すように並べることで、断層像抽出座標
系ｔとオブジェクト座標系ｍとを関連付ける座標変換行
列ｍＨｔ１８を算出することができる。

【００６０】ステップＳ１０３では、ナビゲーション情
報記憶部９に記憶された座標変換行列ｍＨｔｏ１９とス
テップＳ１０２で算出した座標変換行列ｍＨｔ１８とを
比較し、断層像の抽出を実行するか否かを判断する。

【００６１】なお、１回目の計測では座標変換行列ｍＨ
ｔｏ１９が無いので、必ずステップＳ１０４へ進む。

【００６２】姿勢に関連する要素である回転角度と座標
変換行列との関係は、以下に示すように、一意に決定さ
れる。

【００６３】座標変換行列の回転成分である３行３列の
部分をＸＹＺ固定角の系で表現すると、図９に示すよう
になる。

【００６４】但し、ＡはＸ軸回りの回転角度を、ＢはＹ
軸回りの回転角度を、ＣはＺ軸回りの回転角度を表す。

【００６５】ステップＳ１０３で実際に比較を行う要素
は、この回転角度と位置である。

【００６６】ナビゲーション情報記憶部９に記憶された
座標変換行列ｍＨｔｏ１９とステップＳ１０２で算出し
た座標変換行列ｍＨｔ１８との差が、位置で２（ｍｍ）
以上または回転角度で２（ｄｅｇ）以上であれば硬性鏡
３は動作状態にあると判断し、ステップＳ１０４で断層
像を算出する。

【００６７】抽出する断層像は、図１０に示すように、
断層像抽出座標系ｔの原点を含む断層像抽出座標系ｔの
ＸＹ平面４０、ＹＺ平面４１、ＺＸ平面４２である。

【００６８】ステップＳ１０５では、ステップＳｌ０２
で算出した座標変換行列ｍＨｔ１８を座標変換行列ｍＨ
ｔｏ１９としてナビゲーション情報記憶部９に記憶す
る。

【００６９】ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４
で抽出した断層像であるＸＹ平面４０、ＹＺ平面４１、
ＺＸ平面４２を最新抽出断層像４３のＸＹ平面４４、Ｙ
Ｚ平面４５、ＺＸ平面４６としてナビゲーション情報記
憶部９に記憶する。

【００７０】ステップＳ１０７では、現在時刻をナビゲ
ーション制御部８の時計１２より読み取り、最新抽出時
刻４７としてナビゲーション情報記憶部９に記憶する。

【００７１】ナビゲーション情報記憶部９に記憶された
座標変換行列ｍＨｔｏ１９とステップＳ１０２で算出し
た座標変換行列ｍＨｔ１８との差が位置で２（ｍｍ）未
満、且つ回転角度で２（ｄｅｇ）未満であれば、ステッ
プＳ１０８でナビゲーション制御部８の時計１２より読
み取った現在時刻とナビゲーション情報記憶部９に記憶
された最新抽出時刻４７との差に基づいて断層像の抽出
を実行するか否かを判断する。

【００７２】ナビゲーション制御部８の時計１２より読
み取った現在時刻とナビゲーション情報記憶部９に記憶
された最新抽出時刻４７との差が判断基準時間未満のと
きには、準停止状態と判断し、ステップＳ１０４で断層
像を抽出するが、ステップＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０
７の処理は実行しない。

【００７３】例えば、本実施例では判断基準時間を５秒
としている。

【００７４】ナビゲーション制御部８の時計１２より読
み取った現在時刻とナビゲーション情報記憶部９に記憶
された最新抽出時刻４７との差が判断基準時間以上のと
きには、停止状態と判断し、ステップＳ１０９でナビゲ
ーション情報記憶部９に記憶されている最新抽出断層像
４３を読み出す。

【００７５】ステップＳ１１０では、硬性鏡３の投影像
をステップＳｌ０４で抽出した断層像であるＸＹ平面４
０、ＹＺ平面４１、Ｚｘ平面４２に付加する。

【００７６】この手順を図１０および図１２を用いて説
明する。

【００７７】硬性鏡３の投影像は、硬性鏡３の先端２１
と後端２０とを結ぶ直線で表現される。

【００７８】硬性鏡３の先端２１の位置は、全ての断層
像上で原点となっている。

【００７９】硬性鏡３の後端２０の位置は、ＸＹ平面４
０上では原点に一致し、ＹＺ平面４１およびＺＸ平面４
２上では断層像抽出座標系ｔのＺ軸上の点（０，０，−
Ｅ）となる。

【００８０】ステップＳ１０４で抽出した断層像である
ＹＺ平面４１およびＺＸ平面４２上に、硬性鏡３の先端
２１と後端２０とを結ぶ太さ４（ｐｉｘｅｌ）の直線７
１、７２を付加する。

【００８１】ＸＹ平面４０上では硬性鏡３の先端２１の
位置と後端２０の位置とが一致しているので、硬性鏡３
の投影像を直線ではなく直径４（ｐｉｘｅｌ）の円７０
として付加する。

【００８２】ステップＳ１１１では、硬性鏡３の光軸２
３の投影像をステップＳ１０４で抽出した断層像である
ＸＹ平面４０、ＹＺ平面４１、ＺＸ平面４２に付加す
る。

【００８３】この手順を図１０および図１２を用いて説
明する。

【００８４】硬性鏡３の光軸２３の投影像は、硬性鏡３
の先端２１と合焦点２２とを結ぶ直線で表現される。

【００８５】硬性鏡３の先端２１の位置は、全ての断層
像上で原点となつている。

【００８６】硬性鏡３の合焦点２２の位置は、図１０に
示すように３０度の側視鏡の場合、断層像抽出座標系ｔ
上の座標値で（０，−Ｆｘｓｉｎ３０，Ｆｘｃｏｓ３
０）となっている。

【００８７】ステップＳ１０４で抽出した断層像である
ＸＹ平面４０、ＹＺ平面４１、ＺＸ平面４２上に、硬性
鏡３の先端２１と合焦点２２とを結ぶ太さ１（ｐｉｘｅ
ｌ）の直線７３、７４、７５を付加する。

【００８８】ステップＳ１１２では、硬性鏡３の投影像
をステップＳ１０９でナビゲーション情報記憶部９より
読み出した最新抽出断層像４３のＸＹ平面４４、ＹＺ平
面４５、Ｚｘ平面４６に付加する。

【００８９】この手順を図１１および図１３を用いて説
明する。

【００９０】硬性鏡３の投影像は、硬性鏡３の先端２１
と後端２０とを結ぶ直線で表現される。

【００９１】硬性鏡３の先端２１と後端２０の位置を表
す断層像抽出座標系ｔ上の座標値はステップＳ１１０と
同じであるが、ステップＳ１１２で付加する対象となる
断層像は最新抽出断層像４３が抽出されたときの断層像
抽出座標系ｔｏで定義されているので、硬性鏡３の先端
２１と後端２０の位置を表す断層像抽出座標系ｔ上の座
標値を断層像抽出座標系ｔｏ上の値ヘ変換する必要があ
る。

【００９２】この変換は座標変換行列ｍＨｔ１８および
ｍＨｔｏ１９を用いて、以下の式で行われる。

【００９３】ＮｅｗＰｏｓｉｔｉｏｎ＝（ｍＨｔｏ）^-1
×ｍＨｔ×Ｐｏｓｉｔｉｏｎ 変換した座標値を用い、ステップＳ１０９でナビゲーシ
ョン情報記憶部９より読み出した最新抽出断層像４３の
ＸＹ平面４４、ＹＺ平面４５、ＺＸ平面４６上に、硬性
鏡３の先端２１と後端２０とを結ぶ太さ４（ｐｉｘｅ
ｌ）の直線７６、７７、７８を付加する。

【００９４】但し、振れの程度によって、硬性鏡３の先
端２１の位置と後端２０の位置とが一致することが、特
にＸＹ平面４４上で起り易い。

【００９５】このような場合には、例外的に、硬性鏡３
の投影像を直線でなく、直径４（ｐｉｘｅｌ）の円とし
て付加する。

【００９６】ステップＳ１１２では、硬性鏡３の光軸２
３の投影像をステップＳ１０９でナビゲーション情報記
憶部９より読み出した最新抽出断層像４３のＸＹ平面４
４、ＹＺ平面４５、ＺＸ平面４６に付加する。

【００９７】この手順を図１１および図１３を用いて説
明する。

【００９８】硬性鏡３の光軸２３の投影像は、硬性鏡３
の先端２１と合焦点２２とを結ぶ直線で表現される。

【００９９】硬性鏡３の先端２１と合焦点２２の位置を
表す断層像抽出座標系ｔ上の座標値はステップＳ１１１
と同じであるが、ステップＳ１１３で付加する対象とな
る断層像は最新抽出断層像４３が抽出されたときの断層
像抽出座標系ｔｏで定義されているので、硬性鏡３の先
端２１と合焦点２２の位置を表す断層像抽出座標系ｔ上
の座標値を断層像抽出座標系ｔｏ上の値へ変換する必要
がある。

【０１００】この変換はステップＳ１１２の変換式で行
われる。

【０１０１】変換した座標植を用い、ステップＳ１０９
でナビケーション情報記憶部９より読み出した最新抽出
断層像４３のＸＹ平面４４、ＹＺ平面４５、ＺＸ平面４
６上に、硬性鏡３の先端２１と合焦点２２とを結ぶ太さ
１（ｐｉｘｅｌ）の直線７３、７４、７５を付加する。

【０１０２】モニタ１３は、図１２および図１３に示す
ようにナビゲーション制御部８より出力された情報を表
示する。

【０１０３】図１２は、硬性鏡３の位置姿勢に同期して
抽出した断層像に硬性鏡３および光軸２３の投影像を付
加した画像を表示した状態である。

【０１０４】図１３は、ナビゲーション情報記憶部９よ
り読み出した最新抽出断層像４３に硬性鏡３および光軸
２３の投影像を付加した画像を表示した状態である。

【０１０５】この状態では、硬性鏡３は停止状態にある
と判断している。

【０１０６】術者は、モニタ１３上に表示された三方向
の断層像ＸＹ平面４０、ＹＺ平面４１、ＺＸ平面４２も
しくはＸＹ平面４４、ＹＺ平面４５、ＺＸ平面４６と、
これらに付加された硬性鏡３および光軸２３の投影像を
表す円７０、直線７１、７２、７３、７４、７５もしく
は直線７３、７４、７５、７６、７７、７８、とを見な
がら硬性鏡３を操作し、手術を行う。

【０１０７】次に、この発明の第１の実施の形態の効果
を説明する。

【０１０８】本手術ナゲーション装置は、硬性鏡３を被
検体１の患部付近まで挿入するとき等、硬性鏡３の位置
姿勢が変化している場合には、硬性鏡３の先端２１を含
み、硬性鏡３の位置姿勢に同期して随時変化する三方向
の断層像ＸＹ平面４０、ＹＺ平面４１．ＺＸ平面４２に
硬性鏡３および光軸２３の投影像を付加した画像をモニ
タ１３上に表示するので、術者は硬性鏡３が被検体１内
部のどの位置でどの方向を観察しているのかという位置
姿勢情報と同時に、硬性鏡３付近の内部組織情報を容易
に把握することができる。

【０１０９】一方、処置を行うとき等、硬性鏡３の位置
姿勢がほぼ停止している場合には、硬性鏡３を手で支持
することによって生じる振れや３次元位置姿勢計測手段
の計測ノイズ等による振れの影響を受けることなく、ナ
ビゲーション情報記憶部９より読み出した最新抽出断層
像４３に硬性鏡３および光軸２３の投影像を付加した画
像をモニタ１３上に表示するので、術者は硬性鏡３が被
検体１内部のどの位置でどの方向を観察しているのかと
いう位置姿勢情報と同時に、振れることなく安定的に表
示されている断層像情報から被検体１の内部組織情報を
確実に把握することができる。

【０１１０】この結果、術者は状況に応じたナビゲーシ
ョン情報を取得でき、安全且つ確実に手術を行うことが
できる。

【０１１１】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。

【０１１２】例えば、３次元位置計測手段は本実施の形
態の光学式に限定されることなく、磁気式や機械式等ど
のような形態であってもよい。

【０１１３】また、硬性鏡３を軟性鏡、多関節鏡、ある
いは手術用顕微鏡へ置さ換えて手術を行うことにも対応
可能である。

【０１１４】また、硬性鏡３は吸引管等の処置具に置き
換えてもよい。

【０１１５】また、ナビゲーションの対象となる手術具
は複数であってもよく、つまり、硬性鏡３と同時に複数
の処置具が用いられる場合も含むものとする。

【０１１６】また、モニタ１３はＨＭＤなどの映像提示
装置へ置き換えることができる。

【０１１７】また、硬性鏡３の先端を含むように抽出し
た断層像ではなく、硬性鏡３の合焦点を含むように抽出
した断層像や合焦点もしくは硬性鏡３の先端より事前に
設定した距離だけ先の点を含むよう抽出した断層像に対
して硬性鏡３の投影像を付加してもよい。

【０１１８】断層像に付加する投影像情報は硬性鏡３や
光軸２３に限らず、例えば、硬性鏡３の画角等を付加し
てもよい。

【０１１９】また、断層像は三方向ではなく、一方向以
上であれば何方向であっても構わない。

【０１２０】また、断層像の抽出方向は、本実施の形態
のように硬性鏡３本体を含む２断層像と、これらに直交
し硬性鏡３の先端２１を通る断層像に限定されることは
なく、自由に設定することが可能である。

【０１２１】例えば、光軸を含む２断層像と、これらに
直交し合焦点を通る断層像を抽出してもよい。

【０１２２】また、硬性鏡３の先端２１を含むオブジェ
クト座標系ｍの座標軸に平行な平面を抽出してもよく、
抽出した断層像は直交していなくてもよい。

【０１２３】また、断層像の抽出を実行するか否かを判
断する基準となる要素は硬性鏡３の先端２１と合焦点２
２とで規定される位置、回転角度および基準時間との差
分に限定されることはなく、例えば、硬性鏡３の合焦点
２２の位置だけで判断を行ってもよい。

【０１２４】また、断層像の抽出を実行するか判断する
基準となる位置、回転角度および時間の設定値は使用者
が任意に設定できる。

【０１２５】この設定値は、位置、回転角度および時間
に応じて変化するように定義してもよい。

【０１２６】複数の手術具を用いた場合には、それぞれ
の手術具に対して異なる値を設定することも可能であ
る。

【０１２７】（第２の実施の形態）第２の実施の形態
は、図１４に示すように、図１の硬性鏡３を手術用顕微
鏡５０へ置き換え、顕微鏡制御部を加えた構成になって
いる。

【０１２８】以下では、第２の実施の形態について、第
１の実施の形態と異なっている部分のみについて説明す
る。

【０１２９】赤外線ＬＥＤを三角形状に配置したセンシ
ングプレート４は、手術用顕微鏡５０に固定されてい
る。

【０１３０】図１４に示すように、手術用顕微鏡５０の
光学系を表現するカメラモデルで使用される座標系ｃか
らセンシングプレート４で規定される座標系ｅへの座標
変換行列ｅＨｃ１５が求められている。

【０１３１】なお、手術用顕微鏡５０の光学系を表現す
るカメラモデルで使用される座標系ｃの原点は、手術用
顕微鏡５０の光軸５１の上方、例えば、鏡筒部５２の下
端５３から１２００（ｍｍ）上方に位置しており、手術
用顕微鏡５０の光軸５１をカメラ座標系ｃのＺ軸として
いる。

【０１３２】座標変換行列ｅＨｃ１５はナビゲーション
情報記憶部９に記憶されている。

【０１３３】手術用顕微鏡５０のカメラ座標系ｃの原点
から合焦点５５までの距離をナビゲーション制御部８へ
送信する図示しない顕微鏡制御部は、手術用顕微鏡５０
とナビゲーション制御部８との間に、両者を繋ぐ形で接
続されている。

【０１３４】被検体１の患部を含むオブジェクト座標系
ｍの座標軸に垂直な三方向の断層像アキシアル断面６
０、サジタル断面６１、コロナル断面６２が基準断層像
６３として、ナビゲーション情報記憶部９に記憶されて
いる。

【０１３５】次に、この発明の第２の実施の形態の作用
を説明する。

【０１３６】本手術ナビゲーション装置は第１の実施の
形態と同様の手順で、３次元位置姿勢計測手段よりセン
シングプレート４に対するセンシングプレート２の相対
的な位置姿勢を表す座標変換行列ｐＨｅｌ７を得る。

【０１３７】顕微鏡制御部は、手術用顕微鏡５０のカメ
ラ座標系ｃの原点から合焦点５５までの距離をナビゲー
ション制御部８へ送信する。

【０１３８】カメラ座標系ｃの原点から合焦点５５まで
の距離は、カメラ座標系ｃのＺ軸上の点の座標値として
表現される。

【０１３９】ナビゲーション制御部８は、図１５に示す
ステップＳ２０１で、座標変換行列ｅＨｃ１５、座標変
換行列ｐＨｅ１７、座標変換行列ｍＨｐ１４を用いて、
カメラ座標系ｃの原点の位置と顕微鏡制御部より送信さ
れたカメラ座標系ｃでの合焦点５５の位置とをオブジェ
クト座標系ｍ上の座標値へ変換する。

【０１４０】ステップＳ２０２では、ナビゲーション情
報記憶部９に記憶された最新合焦点位置８０とステップ
Ｓ２０１で算出したオブジェクト座標系ｍ上の座標値へ
変換された手術顕微鏡５０の合焦点５５の位置とを比較
し、断層像の抽出を実行するか否かを判断する。

【０１４１】なお、１回目の計測では最新合焦点位置８
０が存在しないので、必ずステップＳ２０３へ進む。

【０１４２】ナビゲーション情報記憶部９に記憶された
最新合焦点位置８０とステップＳ２０１で算出したオフ
ジェクト座標系ｍ上の座標値へ変換された手術顕微鏡５
０の合焦点５５の位置との差が、２（ｍｍ）以上であれ
ば手術用顕微鏡５０は動作状態にあると判断し、ステッ
プＳ２０３で断層像を抽出する。

【０１４３】抽出する断層像は、図１６に示すように、
手術用顕微鏡５０の合焦点５５を含みオブジェクト座標
系ｍの座標軸に垂直な三方向の断層像アキシアル断面６
０、サジタル断面６１、コロナル断面６２である。

【０１４４】ステップＳ２０４では、ステップＳ２０１
で算出したオブジェクト座標系ｍ上の座標値へ変換され
た手術顕微鏡５０の合焦点５５の位置を最新合焦点位置
８０としてナビゲーション情報記憶部９に記憶する。

【０１４５】ステップＳ２０５では、現在時刻をナビゲ
ーション制御部８の時計１２より読み取り、最新抽出時
刻４７としてナビゲーション情報記憶部９に記憶する。

【０１４６】ナビゲーション情報記憶部９に記憶された
最新合焦点位置８０とステップＳ２０１で算出したオブ
ジェクト座標系ｍ上の座標値へ変換された手術顕微鏡５
０の合焦点５５の位置との差が、２（ｍｍ）未満であれ
ば、ステップＳ２０６でナビゲーション制御部８の時計
１２より読み取った現在時刻とナビゲーション情報記憶
部９に記憶された最新抽出時刻４７との差に基いて断層
像の抽出を実行するか否かを判断する。

【０１４７】ナビゲーション制御部８の時計１２より読
み取った現在時刻とナビゲーション情報記憶部９に記憶
された最新抽出時刻４７との差が、判断基準時間未満の
ときには準停止状態と判断し、ステップＳ２０３で断層
像を抽出するが、ステップＳ２０４、Ｓ２０５の処理は
実行しない。

【０１４８】例えば、本実施の形態では判断基準時間は
５秒としている。

【０１４９】ナビゲーション制御部８の時計１２より読
み取った現在時刻とナビゲーション情報記憶部９に記憶
された最新抽出時刻４７との差が判断基準時間以上のと
きには停止状態と判断し、ステップＳ２０７でナビゲー
ション情報記憶部９に記憶されている基準断層像６３を
読み出す。

【０１５０】ステップＳ２０８では、手術用顕微鏡５０
の光軸５１の投影像をステップＳ２０３で抽出した三方
向の断層像アキシアル断面６０、サジタル断面６１、コ
ロナル断面６２またはステップＳ２０７で読み出した基
準断層像６３のアキシアル断面６０、サジタル断面６
１、コロナル断面６２に付加する。

【０１５１】この手順を図１６および図１７を用いて説
明する。

【０１５２】手術用顕微鏡５０の光軸５１の投影像は、
カメラ座標系ｃの原点と手術用顕微鏡５０の合焦点５５
とを結ぶ直線で表される。

【０１５３】例えば、ステップＳ２０１で算出したオブ
ジェクト座標系ｍ上の座標値へ変換されたカメラ座標系
ｃの原点の位置が（３２０，−８８，３３４）であり、
手術用顕微鏡５０の合焦点５５の位置が（１２０，１６
８，９２）のときには、アキシアル断面６０上には、
（１２０，１６８）とを結んだ太さ１（ｐｉｘｅｌ）の
直線６４が付加され、サジタル断面６１上には、ＹＺ座
標ヘカメラ座標系ｃの原点が投影された位置（−８８，
３３４）と手術用顕微鏡５０の合焦点５５が投影された
位置（１６８，９２）とを結んだ太さ１（ｐｉｘｅｌ）
の直線６５が付加され、コロナル断面６２上には、ＺＸ
座標ヘカメラ座標系ｃの原点が投影された位置（３３
４，３２０）と手術用顕微鏡５０の合焦点５５が投影さ
れた位置（９２，１２０）とを結んだ太さ１（ｐｉｘｅ
ｌ）の直線６６が付加される。

【０１５４】モニタ１３は、図１７に示すようにナビゲ
ーション制御部８より出力された情報を表示する。

【０１５５】術者は、モニタ１３上に表示された三方向
の断層像アキシアル断面６０、サジタル断面６１、コロ
ナル断面６２とこれらに付加された手術用顕微鏡５０の
光軸５１の投影像を表す直線６４、６５、６６とを見な
がら手術用顕微鏡５０を操作し、手術を行う。

【０１５６】次に、この発明の第２の実施の形態の効果
を説明する。

【０１５７】本実施の形態による手術ナビゲーション装
置は、手術用顕微鏡５０の合焦点５５を被検体１の患部
付近まで移動させるとき等、手術用顕微鏡５０の位置姿
勢または合焦点位置が変化している場合には、手術用顕
微鏡５０の合焦点５５を含む三方向の断層像アキシアル
断面６０、サジタル断面６１、コロナル断面６２に手術
用顕微鏡５０の光軸５１の投影像を付加した画像をモニ
タ１３上に表示するので、術者は現在の観察位置および
方向と同時に、手術用顕微鏡５０の合焦点５５付近の内
部組織情報を容易に把握することができる。

【０１５８】一方、処置を行うとき等、手術用顕微鏡５
０の位置姿勢および合焦点位置がほぼ固定している場合
には、３次元位置姿勢計測手段の計測ノイズ等による振
れの影響を受けることなく、ナビゲーション情報記憶部
９より読み出した基準断層像６３に手術用顕微鏡５０の
光軸５１の投影像を付加した画像をモニタ１３上に表示
するので、術者は現在の観察位置および方向と同時に、
振れることなく安定的に表示されている断層像情報から
被検体１の患部周辺の内部組織情報を確実に把握するこ
とができる。

【０１５９】この結果、術者は状況に応じたナビゲーシ
ョン情報を取得でき、安全且つ確実に手術を行うことが
できる。

【０１６０】なお、この発明のの第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。

【０１６１】例えば、３次元位置計測手段は本実施の形
態の光学式に限定されることなく、磁気式や機械式等ど
のような形態であってもよい。

【０１６２】また、手術用顕微鏡５０を硬性鏡、軟性
鏡、あるいは多関節鏡へ置き換えて手術を行うことにも
対応可能である。

【０１６３】また、手術用顕微鏡５０は観察機能を有さ
ない処置具に置き換えてもよい。

【０１６４】また、ナビゲーションの対象となる手術具
は複数であってもよいもので、つまり、手術用顕微鏡５
０と同時に内視鏡や複数の処置具が用いられる場合も含
むものとする。

【０１６５】また、モニタ１３はＨＭＤなどの映像提示
装置へ置き換えることができる。

【０１６６】また、手術用顕微鏡５０の合焦点５５を含
むように抽出した断層像ではなく、合焦点もしくはカメ
ラ座標系ｃの原点、手術用顕微鏡５０の鏡筒部５２より
事前に設定した距離だけ先の点を含むよう抽出した断層
像に対して手術用顕微鏡５０の光軸５１等を付加しても
よい。

【０１６７】断層像に付加する投影像情報は手術用顕微
鏡５０の光軸５１に限らず、例えば、手術用顕微鏡５０
の鏡筒部や画角等を付加してもよい。

【０１６８】また、断層像は三方向ではなく、一方向以
上であれば何方向であっても構わない。

【０１６９】また、断層像の抽出方向は、本実施の形態
のように断層像情報に設定された軸に垂直な平面に限定
されることはなく、自由に設定することが可能である。

【０１７０】例えば、光軸を含む２断層像とこれらに直
交し合焦点を通る断層像を抽出してもよく、抽出した断
層像は直交していなくてもよい。

【０１７１】また、断層像の抽出を実行するか否かを判
断する基準となる要素は手術用顕微鏡５０の合焦点５５
の位置および基準時間との差分に限定されることはな
く、例えば、手術用顕微鏡５０の光軸５１により規定さ
れる座標系の回転角度を追加してもよい。

【０１７２】また、断層像の抽出を実行するか判断する
基準となる位置、回転角度および時間の設定値は使用者
が任意に設定できる。

【０１７３】この設定値は、位置、回転角度および時間
に応じて変化するように定義してもよい。

【０１７４】複数の手術具を用いた場合には、それぞれ
の手術具に対して異なる値を設定することも可能であ
る。

【０１７５】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７として示すような
発明が含まれている。

【０１７６】（付記１） 予め設定された時間を記録し
ておく抽出時間設定手段をさらに有するとともに、上記
位置姿勢記憶手段には手術具の回転角度が記録されてお
り、手術具の回転角度が抽出時間設定手段に設定された
時間以上予め定められた角度の範囲内であるときには、
断層像の抽出を停止することを特徴とする請求項１に記
載の手術ナビゲーション装置。

【０１７７】（付記２） 断層像の抽出停止時には、上
記断層像情報記録手段から最後に抽出された断層像に上
記手術具の投影像を付加することを特徴とする請求項１
乃至３および付記１のいずれかに記載の手術ナビゲーシ
ョン装置。

【０１７８】（付記３） 予め断層像を記録した基準断
層像記録手段をさらに有し、断層像の抽出停止時には上
記基準断層像記録手段からの出力した断層像に上記手術
具の投影像を付加することを特徴とする請求項１乃至３
および付記１のいずれかに記載の手術ナビゲーション装
置。

【０１７９】（付記４） 手術ナビゲーション装置にお
いて、被検体の画像の撮影を含む処置等をする手術具
と、被検体および前記手術具の３次元位置姿勢を計測す
る３次元位置姿勢計測手段と、被検体の断層像情報を記
憶する記憶手段と、前記３次元位置姿勢計測手段により
計測された前記被検体および前記手術具の３次元位置姿
勢情報が設定した範囲内であるときに、前記３次元位置
姿勢計測手段により計測された前記被検体および前記手
術具の３次元位置姿勢情報と前記記憶手段に記憶された
被検体の断層像情報とに基く断層像の抽出を停止または
実行する断層像抽出手段と、前記手術具の投影像情報
を、前記断層像抽出手段で抽出した断層像に付加する投
影像付加手段と、前記投影像付加手段より出力された画
像を表示する画像表示手段とを有する手術ナビゲーショ
ン装置。

【０１８０】（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、第１の実施の形態と、第２の実施
の形態とが対応する。

【０１８１】上記構成要素中の手術具は、第１の実施の
形態では硬性鏡３が該当し、第２の実施の形態では手術
用顕微鏡５０が該当するが、軟性鏡や処置具、吸引管等
を含むものとする。

【０１８２】上記構成要素中の３次元位置姿勢計測手段
は、これらの各実施の形態では、センシングプレート
２、センシングプレート４、センサ情報記憶部５、セン
サ制御部６、画像撮影方式のセンサアセンブリ７より構
成される。

【０１８３】なお、上記構成要素中の３次元位置姿勢計
測手段は、これに限らず、光学式、磁気式に限らず機械
式等その他の３次元位置姿勢計測方法によるものも含む
ものとする。

【０１８４】上記構成要素中の記憶手段は、これらの各
実施の形態ではナビゲーション情報記憶部９が該当す
る。

【０１８５】上記構成要素中の断層像抽出手段は、これ
らの各実施の形態ではナビゲーション制御部８が該当す
る。

【０１８６】上記構成要素中の投影像付加手段は、これ
らの各実施の形態ではナビゲーション制御部８が該当す
る。

【０１８７】上記構成要素中の画像表示手段は、これら
の各実施の形態ではモニタ１３が該当する。

【０１８８】（作用）３次元位置姿勢計測手段は、手術
具および被検体の３次元位置姿勢を計測し、この結果を
断層像抽出手段へ送信する。

【０１８９】断層像抽出手段は、３次元位置姿勢計測手
段から送信される手術具および被検体の３次元位置姿勢
情報が設定した範囲内の出力値であるか否かを判断し、
断層像の抽出を停止または実行する。

【０１９０】断層像の抽出を実行する場合、断層像抽出
手段は、記憶手段に記憶された被検体の断層像情報と、
３次元位置姿勢計測手段から送信される手術具および被
検体の３次元位置姿勢情報とに基いて、所望の断層像を
抽出し、投影像付加手段へ送信する。

【０１９１】断層像の抽出を停止する場合、断層像抽出
手段は、記憶手段に記憶された被検体の断層像情報を投
影像付加手段へ送信する。

【０１９２】投影像付加手段は、手術具の投影像情報
を、３次元位置姿勢計測手段から送信される手術具およ
び被検体の３次元位置姿勢情報に基いて、断層像抽出手
段より送信された断層像に付加する。

【０１９３】画像表示手段では、投影像付加手段より送
信された、手術具の投影像が付加されている断層像を表
示する。

【０１９４】（効果）本手術ナビゲーション装置は、３
次元位置姿勢計測手段から送信される手術具および被検
体の３次元位置姿勢情報が設定した範囲内であるか否か
を判断し、断層像の抽出を停止または実行するので、断
層像の抽出を実行しているときには、３次元位置姿勢計
測手段から送信される構成要素手術具および被検体の３
次元位置姿勢情報に基いて抽出した断層像に手術具の投
影像情報を付加した画像が、画像表示手段に表示され
る。

【０１９５】この結果、術者は手術具の被検体に対する
位置姿勢関係を把握すると同時に、手術具の位置姿勢に
同期して随時変化する断層像から挿入の際等で重要とな
る手術具周辺の内部組織情報を容易に把握することが可
能になる。

【０１９６】また、断層像の抽出が停止しているときに
は、断層像情報に手術具の投影像情報を付加した画像
が、画像表示手段に表示される。

【０１９７】この結果、術者は手術具の被検体に対する
位置姿勢関係を把握すると同時に、振れの影響が無く安
定的に表示される断層像から処置の際等で重要となる被
検体の内部組織情報を確実に把握することが可能にな
る。

【０１９８】（付記５） 前記断層像抽出手段は、前記
３次元位置姿勢計測手段により計測された前記被検体お
よび前記手術具の位置および／または回転角度の変化量
が設定した時間以上の間設定した値の範囲内であるとき
に、前記３次元位置姿勢計測手段により計測された前記
被検体および前記手術具の３次元位置姿勢情報に基く断
層像の抽出を停止し、また、上記条件を満さないとき
に、前記３次元位置姿勢計測手段により計測された前記
被検体および前記手術具の３次元位置姿勢情報に基く断
層像の抽出を実行することを特徴とする付記４に記載の
手術ナビゲーション装置。

【０１９９】（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、第１の実施の形態と、第２の実施
の形態とが対応する。

【０２００】上記構成要素中の前記３次元位置姿勢計測
手段により計測された前記被検体および前記手術具の位
置および／または回転角度の変化量は、第１の実施の形
態では座標変換行列ｍＨｔ１８と座標変換行列ｍＨｔｏ
１９との位置および回転角度の差が該当し、第２の実施
の形態では手術用顕微鏡５０の合焦点５５の位置と最新
合焦点位置８０との差が該当するが、回転角度の差のみ
であってもよい。

【０２０１】上記構成要素中の設定した時間は、これら
の各実施の形態では判断基準時間が該当する。

【０２０２】（作用効果）断層像抽出手段は、３次元位
置姿勢計測手段により計測された被検体および手術具の
３次元位置および／または回転角度の変化量が設定した
時間以上の間設定した値の範囲内であるときに、３次元
位置姿勢計測手段により計測された被検体および手術具
の３次元位置姿勢情報に基く断層像の抽出を停止する。

【０２０３】この結果、術者は手術具の投影像から被検
体に対する位置姿勢を把握すると同時に、画像表示手段
に安定的に表示される断層像から、処置の際等で重要と
なる被検体の内部組織情報を確実に把握することが可能
になる。

【０２０４】また、断層像抽出手段は、３次元位置姿勢
計測手段により計測された被検体および手術具の３次元
位置および／または回転角度の変化量が上記条件を満さ
ないときに、３次元位置姿勢計測手段により計測された
被検体および手術具の３次元位置姿勢情報に基く断層像
の抽出を実行する。

【０２０５】この結果、術者は手術具の投影像から被検
体に対する位置姿勢を把握すると同時に、３次元位置姿
勢計測手段により計測された被検体および手術具の３次
元位置姿勢情報に同期して随時変化する断層像から挿入
の際等で重要となる手術具周辺の内部組織情報を容易に
把握することが可能になる。

【０２０６】（付記６） 前記断層像抽出手段は、断層
像の抽出を停止しているときには、抽出した断層像のう
ち最新の断層像を出力することを特徴とする付記４また
は５に記載の手術ナビゲーション装置。

【０２０７】（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、第１の実施の形態が対応する。

【０２０８】上記構成要素中の最新の断層像は最新抽出
断層像４３が対応する。

【０２０９】（作用効果）断層像抽出手段は、３次元位
置姿勢計測手段から送信される手術具および被検体の３
次元位置姿勢情報に基き断層像の抽出を停止したとき
に、抽出する断層像に代えて、それまでに抽出した断層
像のうち最新の断層像を出力する。

【０２１０】この結果、術者は断層像の抽出が停止して
いるとき、例えば、処置のために患部付近で手術具を固
定しようとしているとき等には、それまでに抽出した断
層像のうち最新の断層像に手術具の投影像が付加された
画像を振れることなく安定的に見ることができるので、
手術具の被検体に対する位置姿勢と同時に被検体の内部
組織情報を確実に把握することができる。

【０２１１】（付記７） 前記断層像抽出手段は、断層
像の抽出を停止しているときには、予め設定された断層
像を出力することを特徴とする付記４または５に記載の
手術ナビゲーション装置。

【０２１２】（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、第２の実施の形態が対応する。

【０２１３】上記構成要素中の最新の断層像は基準断層
像６３が対応する。

【０２１４】（作用効果）断層像抽出手段は、３次元位
置姿勢計測手段から送信される手術具および被検体の３
次元位置姿勢情報に基き断層像の抽出を停止したとき
に、抽出する断層像に代えて、予め患部等の注目すべき
部位を含むように設定した基準断層像を出力する。

【０２１５】この結果、術者は断層像の抽出が停止して
いるとき、例えば、処置のために患部付近で手術具を固
定しようとしているとき等には、予め患部等の注目すべ
き部位を含むように設定した基準断層像に手術具の投影
像が付加された画像を振れることなく安定的に見ること
ができるようになるので、手術具の被検体に対する位置
姿勢と同時に被検体の注目すべき部位周辺の内部組織情
報を確実に把握することができる。

【０２１６】

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、特に、慎重な操作を要求される患部付近等で手
術具の動きをとめるときにおいても、手やノイズによる
振れに同期して表示される断層像が随時変化してしまう
ことを回避し得るようにした手術ナビゲーション装置を
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手術
ナビゲ一ション装置の構成を示すブロック図である。

【図２】図２は、図１の被検体１のデータと被検体１自
身が、その耳や目等の身体上の特徴点や、被検体１に取
り付けたマーカ等のオブジェクト座標系ｍ上のモデルデ
ータ１１と、これに対応する特徴点のセンシングプレー
ト２で規定される座標系ｐ上の座標値を計測し、座標変
換行列ｍＨｐ１４を算出することで関連づけられている
ことを示す図である。

【図３】図３は、図２の座標変換行列が、３次元空間で
の回転動作を表す３行３列の成分Ｒと、３次元空間での
並進動作を表す３行１列の成分Ｔと、定数成分で構成さ
れる４行４列の行列であることを示す図である。

【図４】図４は、図１の硬性鏡３の光学系を表現するカ
メラモデルで使用される座標系ｃからセンシングプレー
ト４で規定される座標系ｅへの座標変換行列ｅＨｃ１５
が求められることを示す図である。

【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態による手術
ナビゲ一ション装置のナビゲーション制御部８内部での
処理手順を示すフローチャートである。

【図６】図６は、図５のステップＳ１０１で座標変換行
列ｅＨｃ１５、座標変換行列ｐＨｅ１７、座標変換行列
ｍＨｐ１４を用いて、カメラ座標系ｃの原点に一致する
硬性鏡３の先端２１の位置をオブジェクト座標系ｍ上の
座標値へ変換することを示す図である。

【図７】図７は、図５のステップＳ１０２で断層像抽出
座標系ｔとオブジェクト座標系ｍとを関連付ける座標変
換行列ｍＨｔ１８を算出する際に、断層像抽出座標系ｔ
とオブジェクト座標系ｍとが、図示のような関係にある
ことを示す図である。

【図８】図８は、図５のステップＳ１０２で、オブジェ
クト座標系ｍ上での断層像抽出座標系ｔのＸ軸単位べク
トル３３、断層像抽出座標系ｔのＹ軸単位べクトル３
４、断層像抽出座標系ｔのＺ軸単位べクトル３１、硬性
鏡３の先端２１の位置を列べクトルとして図示のように
並べることで、断層像抽出座標系ｔとオブジェクト座標
系ｍとを関連付ける座標変換行列ｍＨｔ１８を算出する
ことができることを示す図である。

【図９】図９は、図５のステップＳ１０３での比較に用
いられる要素としての座標変換行列の回転成分である３
行３列の部分をＸＹＺ固定角の系で表現すると、図示の
ようになることを示す図である。

【図１０】図１０は、図５のステップＳ１０４で抽出す
る断層像が、図示のように、断層像抽出座標系ｔの原点
を含む断層像抽出座標系ｔのＸＹ平面４０、ＹＺ平面４
１、ＺＸ平面４２であることを示す図である。

【図１１】図１１は、図１０とともに、図５のステップ
Ｓ１１１で、硬性鏡３の光軸２３の投影像をステップＳ
１０４で抽出した断層像であるＸＹ平面４０、ＹＺ平面
４１、ＺＸ平面４２に付加する手順を説明するための図
である。

【図１２】図１２は、図１のモニタ１３に、硬性鏡３の
位置姿勢に同期して抽出した断層像に硬性鏡３および光
軸２３の投影像を付加した画像を表示した状態を示す図
である。

【図１３】図１３は、図１１とともに、図５のステップ
Ｓ１１２で、硬性鏡３の投影像をステップＳ１０９でナ
ビゲーション情報記憶部９より読み出した最新抽出断層
像４３のＸＹ平面４４、ＹＺ平面４５、Ｚｘ平面４６に
付加する手順を説明するための図であって、この図１３
は、図１のモニタ１３に、ナビゲーション情報記憶部９
より読み出した最新抽出断層像４３に硬性鏡３および光
軸２３の投影像を付加した画像を表示した状態を示す図
である。

【図１４】図１４は、本発明の第２の実施の形態による
手術ナビゲ一ション装置の手術用顕微鏡５０の光学系を
表現するカメラモデルで使用される座標系ｃからセンシ
ングプレート４で規定される座標系ｅへの座標変換行列
ｅＨｃ１５が求められていることを示す図である。

【図１５】図１５は、本発明の第２の実施の形態による
手術ナビゲ一ション装置のナビゲーション制御部８内部
での処理手順を示すフローチャートである。

【図１６】図１６は、図１５のステップＳ２０３で断層
像を抽出する断層像が、図示のように、手術用顕微鏡５
０の合焦点５５を含みオブジェクト座標系ｍの座標軸に
垂直な三方向の断層像アキシアル断面６０、サジタル断
面６１、コロナル断面６２であることを示す図である。

【図１７】図１７は、図１６とともに、図１５のステッ
プＳ２０８で、手術用顕微鏡５０の光軸５１の投影像を
ステップＳ２０３で抽出した三方向の断層像アキシアル
断面６０、サジタル断面６１、コロナル断面６２または
ステップＳ２０７で読み出した基準断層像６３のアキシ
アル断面６０、サジタル断面６１、コロナル断面６２に
付加する手順を説明するための図であって、この図１７
はモニタ１３にナビゲーション制御部８より出力された
情報を表示した状態を示す図である。

【符号の説明】

１…被検体、 ２…センシングプレート、 ３…硬性鏡、 ４…センシングプレート、 ５…センサ情報記憶部、 ６…センサ制御部、 ７…センサアセンブリ、 ８…ナビゲーション制御部、 ９…ナビゲーション情報記憶部、 １０…断層像データ、 １２…時計、 １４…座標変換行列ｍＨｐ、 １５…座標変換行列ｅＨｃ、 １７…座標変換行列ｐＨｅ、 １８…座標変換行列ｍＨｔ、 １９…座標変換行列ｍＨｔｏ、 ２０…硬性鏡３の後端、 ２１…硬性鏡３の先端、 ２２…合焦点、 ２３…硬性鏡３の光軸、 ３０…硬性鏡３の後端２０から先端２１へ向うべクト
ル、 ３１…断層像抽出座標系ｔのＺ軸単位べクトル、 ３２…硬性鏡３の合焦点２２から先端２１へ向うべクト
ル、 ３３…断層像抽出座標系ｔのＸ軸単位べクトル、 ３４…断層像抽出座標系ｔのＹ軸単位べクトル、 ４０…断層像抽出座標系ｔのＸＹ平面、 ４１…断層像抽出座標系ｔのＹＺ平面、 ４２…断層像抽出座標系ｔのＺＸ平面、 ４３…最新抽出断層像、 ４４…最新抽出断層像４３のＸＹ平面、 ４５…最新抽出断層像４３のＹＺ平面、 ４６…最新抽出断層像４３のＺＸ平面、 ４７…最新抽出時刻、 ５０…手術用顕微鏡、 ５１…手術用顕微鏡５０の光軸、 ５２…鏡筒部５２、 ５３…鏡筒部５２の下端、 ５５…合焦点、 ６０…アキシアル断面、 ６１…サジタル断面、 ６２…コロナル断面、 ６３…基準断層像、 ７０…円、 ７１、７２…ＹＺ平面４１およびＺＸ平面４２上に付加
される、硬性鏡３の先端２１と後端２０とを結ぶ太さ４
（ｐｉｘｅｌ）の直線、 ７３、７４、７５…最新抽出断層像４３のＸＹ平面４
４、ＹＺ平面４５、ＺＸ平面４６上に付加される、硬性
鏡３の先端２１と合焦点２２とを結ぶ太さ１（ｐｉｘｅ
ｌ）の直線、 ７６、７７、７８…最新抽出断層像４３のＸＹ平面４
４、ＹＺ平面４５、ＺＸ平面４６上にに付加される、硬
性鏡３の先端２１と後端２０とを結ぶ太さ４（ｐｉｘｅ
ｌ）の直線、 ８０…最新合焦点位置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０６Ｔ 17/40 Ｇ０６Ｔ 17/40 Ａ (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 Ｆターム(参考） 4C093 AA25 CA15 CA21 FG13 5B050 AA02 BA06 BA09 DA10 EA26 FA06 5B057 AA07 CA08 CA13 CB08 CB13 CC01 CE08 DA07 DA16 DB03 DB09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体の撮影または処置を行う手術具
   と、 被検体および上記手術具の３次元位置姿勢を計測する３
   次元位置姿勢計測手段と、 被検体の断層像情報を記憶する断層像情報記憶手段と、 上記３次元位置姿勢計測手段からの被検体と上記手術具
   の位置姿勢を記憶しておく位置姿勢記憶手段と、 上記３次元位置姿勢計測手段からの位置姿勢情報と上記
   位置姿勢記憶手段からの位置姿勢情報を比較する位置姿
   勢比較手段と、 上記３次元位置姿勢計測手段により計測された被検体お
   よび上記手術具の３次元位置姿勢を用いて、上記断層像
   情報記憶手段に記憶された被検体の情報から断層像の抽
   出を行う断層像抽出手段と、 上記断層像抽出手段から出力された断層像に上記手術具
   の投影像を付加する投影像付加手段と、 上記投影像付加手段より出力された画像を表示する画像
   表示手段とを有し、 上記位置姿勢比較手段からの出力に基づき、上記断層像
   情報記憶手段から断層像の抽出を断続することを特徴と
   する手術ナビゲーション装置。
2. 【請求項２】 上記位置姿勢記憶手段に記憶された被検
   体と上記手術具の位置姿勢と、上記３次元位置姿勢計測
   手段からの被検体と上記手術具の位置姿勢との差が、予
   め定められた範囲内であるときには、上記断層像情報記
   憶手段に記憶された被検体の情報から断層像の抽出を停
   止することを特徴とする請求項１に記載の手術ナビゲー
   ション装置。
3. 【請求項３】 予め設定された時間を記録しておく抽出
   時間設定手段をさらに有し、この抽出時間設定手段に設
   定された時間以上被検体と上記手術具の位置姿勢の変化
   量が予め定められた範囲内であるときには、上記断層像
   情報記憶手段に記憶された被検体の情報から断層像の抽
   出を停止することを特徴とする請求項１に記載の手術ナ
   ビゲーション装置。