JP2005046200A - 内視鏡下手術システム - Google Patents

Abstract

【課題】手術時間の短縮、術者の疲労軽減ができ、患者の負担を軽減することが可能となる内視鏡下手術システムを提供する。
【解決手段】この内視鏡下手術システムは、被検体となる術部２に挿入される内視鏡３と、デジタイザ３５および画像処理部と、モニタ３９を有しており、内視鏡３および術者１０には、複数の反射ボールからなる反射マーカー２１，２２，２３が取り付けられる。前記反射ボールの位置をデジタイザ３５で検出することによって内視鏡３および術者１０の位置，姿勢情報が画像処理部に取り込まれる。前記画像処理部において、前記位置，姿勢情報に基づき、モニタ３９に表示される内視鏡撮影画像が術者の観察方向に合致するように画像処理される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内規鏡と処置具を用いた内視鏡下手術システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡下における外科手術においては、内視鏡により得られる観察視野をＴＶモニタに映し出し、この画面の術野を見ながら処置具を操作して患部の摘出等の処置が行われる。この際、術者または助手は内視鏡を手で保持し、処置を行い易い視野が得られるようにその内視鏡の保持位置の変更を適宜指示するが、術者が望む方向に内視鏡を適確に動かすにはかなりの習熟が必要であった。また、長時間に渡る手術では助手の負担が非常に大きくなり途中で交替する必要がある等の問題があった。
【０００３】
そこで、従来、特許文献１に示されるスコープ保持装置が提供されている。このスコープ保持装置は、内視鏡を移動自在に保持する電動マニピュレータと処置具の移動量を検出する処置具移動検出手段とを備え、前記処置具移動検出手段で検出した移動量に応じて前記電動マニピュレータを制御駆動し、処置具の動きに内視鏡による観察画面が自動的に追随するものである。
【０００４】
また、特許文献２には処置具の移動に伴い処置具の先端を画像処理によって追跡するようにした技術が示されている。
【０００５】
また、特許文献３には被写体の上下方向に対する内視鏡の固有の上下方向の回転量を検出し、検出された回転量に応じて被写体の上下方向と内視鏡の固有の上下方向との関係を表示する医療用撮像装置が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献４には術者の位置に応じて内視鏡の画像を回転、または、反転させて表示させる技術が示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特許文献１は、特許公開公報平５−３３７１１８号である。
【０００８】
【特許文献２】
特許文献２は、特許公開公報平８−１６４１４８号である。
【０００９】
【特許文献３】
特許文献３は、特許公告公報平４−３０２９０号である。
【００１０】
【特許文献４】
特許文献４は、特許公開公報平７−３２７９２１号である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記内視鏡と処置具の組合せにおいては、術者と内視鏡の位置関係、内視鏡自体の回転ににより術者は処置具の先端部の動きを直感的に認識し、操作することが難しく、処置具先端部を誤った方向に操作したり、また、所望位置まで移動させるのに時間が掛かり、手術時間が長くなるなどの問題が生じていた。
【００１２】
特に、脳神経外科などにおけるキーホールサージェリーにおいて、患部周辺は非常に狭いものとなっており、内視鏡および処置具の挿入によりさらに処置具を動かすことのできる空間は狭くなっている。そうした状況において、内視鏡によって処置具先端を常に追従することは、術者にとって非常に困難であった。さらには、多自由度を有する処置具（多自由度針子）の登場により術者は、内視鏡観察下において処置具先端部の動きを直感的に認識、操作することが困難となっている。
【００１３】
上述のような状況において、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４には、画像の目転・反転及び追従といった個々の技術が示されているが、例えば、回転検出のために内視鏡に検出手段を設けるなどにより装置が大型化し、複雑化することになり、コストがアップするなどの問題点があった。さらには、処置具の使用状態、例えば、内視鏡と処置具の相対位置に応じて、わざわざ画像切り替え操作を行わなければならず、術者の負担を強いていた。
【００１４】
本発明は、前記問題点に着目したものであり、術者がわざわざ画像操作を行うことなく、術者に認識しやすい画像を自動的に得ることができ、かつ、システムを小型化、低コストで実現することができる内視鏡下手術システムを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の内視鏡下手術システムは、術部を処置するための処置部を有する処置具と、前記術部を観察するための内視鏡と、前記内視鏡に設けられた撮像手段と、前記内視鏡と前記処置具および術者との相対的な位置を特定する位置検出手段と、前記撮像手段で得られた画像を前記位置検出手段による相対位置に基づいて画像処理する画像処理手段と、前記画像処理手段によって処理された画像を表示する表示手段とを有しており、前記処置具と内視鏡および術者の相対的な位置を検出し、その位置情報に基づいて撮像手段で得られた画像を自動的に変換し、変換された画像を前記表示手段に表示する。
【００１６】
本発明の請求項２記載の内視鏡下手術システムは、請求項１記載の内視鏡下手術システムにおいて、前記画像処理手段は、画像の回転、反転、拡大、および、移動のうち、少なくとも２つの処理を可能とする処理部を備え、前記処理を選択、および、組み合わせて行う。
【００１７】
本発明の請求項３記載の内視鏡下手術システムは、請求項２記載の内視鏡下手術システムにおいて、前記画像処理手段は、前記処置部が前記内視鏡による撮像範囲内か否かによって、画像の回転、反転、拡大、および、移動を選択制御する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
まず、本発明の第１実施形態としての内視鏡下手術システムについて、図１〜６を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の内視鏡下手術システムのシステム構成図である。図２は、前記内視鏡下手術システムの画像処理部のブロック構成図である。図３，４は、前記内視鏡下手術システムにおける位置検出／画像処理のフローチャートである。図５（Ａ）〜（Ｄ）および図６は、それぞれ前記内視鏡下手術システムにおける各画像処理時の撮像画面、または、モニタ表示画面を示す図である。
【００２０】
本実施形態の内視鏡下手術システムは、図１に示すように内視鏡支持具（支持手段，内視鏡保持具）８によって適宜な位置に移動可能に支持される内視鏡３と、術者１０によって把持される処置具としての超音波吸引装置プローブ４と、表示手段であるモニタ３９と、位置検出／画像処理部５１（図２）と、入力手段である操作スイッチ群３２とを有してなる。
【００２１】
前記内視鏡支持具８は、手術台７に取り付けれ、水平方向であるＡ方向に移動可能な基台１１を有しており、基台１１には、支柱１２が鉛直方向に沿って立設されている。支柱１２の上端には基部アーム１３が支柱１２を中心としてＢ方向に回転自在に取付けられている。基部アーム１３の回動端にはリンク機構１５を保持する保持アーム１４が水平軸中心にＣ方向に回転自在に取付けられている。
【００２２】
前記リンク機構１５は、複数のリンク１６を平行に連結して構成した平行リンク機構からなり、その一端側の一対のリンク１６ａを介して基部アーム１３に対して揺動自在に支持されている。リンク機構１５の他端には前記内視鏡３を挟持して保持する装着具１７が設けられている。
【００２３】
前記リンク機構１５の各可動連結部分は、例えば、締付けねじ１８の力や連結部の摩擦力によって各調整位置に仮固定されるようになっている。従って、手で内視鏡支持具８に力を加えて回動または変形させれば、内視鏡３の位置を変えることができる。そして、その仮固定位置に締付けねじ１８の締結力、あるいは、前記摩擦力によって固定的に位置させることができる。
【００２４】
前記内視鏡３は、その接眼側に撮像素子であるＣＣＤ３７ａを内蔵するＴＶアダプタ３７（図２）が設けられ、さらに、ＣＣＤ３７ａの撮像方向Ｓに沿って延出する先端部３ａを有し、その先端部には、対物レンズが保持されている。この内視鏡３の先端部３ａは、患者頭部１の内部の被検体となる術部（患部）２に挿入される。
【００２５】
プローブ４の先端部４ａも同様に患者頭部１の内部の前記術部２に挿入される。
【００２６】
前記位置検出／画像処理部５１は、図２に示すように内視鏡３の接眼側に支持され、術部２の画像を撮影するＴＶアダプタ３７と、ＴＶアダプタ３７からの撮像信号をビデオ信号に変換する画像プロセッサ３８と、内視鏡撮影画像の拡大，移動，回転および反転を行う画像処理手段である画像処理装置３４と、内視鏡３，プローブ４，術者１０の位置，姿勢を検出する位置検出手段としての光学式３次元位置検出装置３０とを有してなる。
【００２７】
前記ＴＶアダプタ３７に内蔵されるＣＣＤ３７ａよって内視鏡３の先端部３ａに配置される対物レンズを通しての被検体である術部２ａの視野像が撮像される。このＴＶアダプタ３７で得られる撮像信号は、信号ケーブル２９を介して画像プロセッサ３８に伝送される。画像プロセッサ３８より出力される内視鏡画像データであるビデオ信号は、後述する画像処理回路３３のメモリ（図示せず）に記憶される。
【００２８】
前記画像処理装置３４は、位置検出装置３０の出力に基づき、画像プロセッサ３８からの画像データを処理し、内視鏡撮影画像の拡大，移動，回転および反転等を行う処理装置であって、画像制御回路３１と、画像処理回路３３と、さらに、装置全体を制御する図示しない制御部（例えば、ＣＰＵ）とを有してなる。
【００２９】
前記画像制御回路３１のメモリ部には、内視鏡３の光学情報として対物レンズからの距離に応じた撮像範囲に関する情報が予め記録されている。その画像制御回路３１には、後述する位置検出回路３６が接続され、内視鏡先端位置，姿勢情報やプローブ先端位置，姿勢情報や術者位置，姿勢情報等のデータが入力される。そして、画像制御回路３１は、前記先端位置，姿勢情報と前記撮像範囲に関する情報とに基づき、内視鏡撮影画像に対して拡大，移動，回転および反転のうち少なくともなにとも２つの処理を施すための制御データを画像処理回路３３に出力する。なお、画像制御回路３１には、複数の操作スイッチ（入力手段）３２が接続されており、表示倍率等が入力される。
【００３０】
前記画像処理回路３３には、画像プロセッサ３８と、画像制御回路３１と、さらに、術者１０が観察するためのモニタ３９とが接続されている。この画像処理回路３３は、画像制御回路３１からの制御データに基づき、画像プロセッサ３８を介して取り込まれた内視鏡画像データを拡大，移動，回転および反転の少なくとも２つの処理を施し、モニタ３９に対して表示画像データとして出力する。
【００３１】
前記光学式３次元位置検出装置３０は、デジタイザ３５と、デジタイザ３５の検出出力を処理する位置検出回路３６と、内視鏡３の接眼側上部，プローブ６の操作側，術者１０の頭部にそれぞれ取り付けられる反射マーカー２１，２２，２３とを有してなる。
【００３２】
前記デジタイザ３５は、被検体である頭部１まわりの反射マーカー２１，２２，２３に向けて測定用赤外光を照射する赤外発光部５と、赤外線カメラ６ａ，６ｂと、前記赤外発光部，赤外線カメラを支持するスタンド７を有してなる。
【００３３】
前記赤外線カメラ６ａ、６ｂは、所定の高さの位置で所定の間隔で赤外発光部５の両側の水平線上に配置され、かつ、前記赤外光発光部５による赤外線の被検体の方向への照射方向と同―方向の向きに配置されている。
【００３４】
前記反射マーカー２１，２２，２３には、それぞれ少なくとも２つ以上の反射ボールが設けられている。前記各反射ボールの表面には、赤外光を反射する塗料が塗布されている。各反射マーカー２１，２２，２３のそれぞれの反射ボールは、該反射ボールの数が異なるか、あるいは、該反射ボールによって形成される形状が異なる所定の３次元形状に配置されている。
【００３５】
前記複数の反射ボールからなる反射マーカー２１は、内視鏡３の先端３ａに配置される対物レンズ（図示せず）から所定の距離離間し、さらに、ＣＣＤ３７ａの撮像方向Ｓ（内視鏡３の先端部延出方向）と関連付けられた状態で頭部１の外部位置に着脱自在に取付けられている。
【００３６】
前記複数の反射ボールからなる反射マーカー２２は、プローブ４の上方部の頭部１外部に位置する部分であって、プローブ４の先端４ａから所定距離離間した位置に着脱自在に取り付けられる。
【００３７】
前記複数の反射ボールからなる反射マーカー２３は、術者１０の頭部前方に着脱自在に取り付けられる。
【００３８】
反射マーカー２１の複数の反射ボールで形成される所定形状の配置位置と内視鏡先端３ａ（対物レンズ）の間の３次元的相対位置データ（すなわち、所定の離間位置データ）や内視鏡３の撮像方向Ｓの所定の３次元的姿勢データが位置検出回路３６のメモリ部（図示せず）に記録されている。
【００３９】
同様に反射マーカー２２の複数の反射ボールで形成される所定形状の配置位置とプローブ先端４ａの間の３次元的相対位置データ（すなわち、所定の離間位置データ）は、位置検出回路３６のメモリ部（図示せず）に記録されている。また、反射マーカー２３の複数の反射ボールで形成される所定形状の配置位置と術者１０の間の３次元的相対位置データも位置検出回路３６のメモリ部（図示せず）に記録されている。また、各反射マーカーの前記複数の反射ボールで形成される各所定形状データも位置検出回路３６のメモリ部（図示せず）に記録されている。
【００４０】
前記光学式３次元位置検出装置３０において、デジタイザ３５の赤外光発光部５から照射された赤外光は、反射マーカー２１，２２，２３に設けられた複数の反射ボールで反射する。その反射した赤外光は、赤外線カメラ６ａ，６ｂで撮像される。赤外線カメラ６ａ，６ｂは、所定の間隔を持って設置されているため、撮像された画像に視差が生じる。その撮像された画像は、位置検出回路３６で画像処理され、前記視差から各反射ボールとの距離が演算される。同時に各反射ボールの３次元的方向も位置検出回路３６に取り込まれる。
【００４１】
反射マーカー２１，２２，２３の各反射ボールの位置，方向は、デジタイザ３５により検出され、その検出データは、位置検出回路３６に取り込まれる。位置検出回路３６では、予め記録されている各反射マーカーの配置形状との相関処理を行い、各反射マーカーの位置及び姿勢が演算により求められる。さらに、演算された前記各反射マーカーの位置及び姿勢データに基づき、内視鏡３の先端３ａの位置（対物レンズ位置）および内視鏡３の撮影光軸Ｓ方向（内視鏡姿勢）やプローブ４の先端４３ａの内視鏡先端部３ａに対する相対位置，姿勢、さらに、内視鏡先端３ａの位置および撮影光軸Ｓ方向に対する術者１０の相対位置，姿勢が演算により特定される。
【００４２】
なお、上記画像処理においては、赤外線カメラ６ａ，６ｂに対する上下方向から位置検出回路３６によって術部２まわりの鉛直方向Ｙが算出され、特定されている。
【００４３】
前記位置検出回路３６は、上述したように画像制御回路３１と接続されており、デジタイザ３５を介して測定され、演算により求められた内規鏡３の先端部３ａやプローブ４の先端４ａの相対位置情報，相対姿勢（相対方向）情報、術者１０の位置，姿勢情報、さらに、ＴＶアダプタ３７のＣＣＤ３７ａの向き（撮影方向Ｓ）の鉛直方向Ｙに対するズレ量情報等を画像制御回路３１に出力する。
【００４４】
次に、上述した構成を有する本実施形態の内視鏡下システムにおける位置検出／画像処理動作を図３〜６等を用いて説明する。
図３，４は、内視鏡下システムにおける位置検出／画像処理動作のフローチャートを示す。図５（Ａ）〜（Ｄ）は、前記画像処理動作時の撮像画面とモニタ表示画面を示す。図６は、前記画像処理動作におけるプローブ移動時の撮像画面とモニタ表示画面を示す。
【００４５】
前記位置検出／画像処理においては、位置検出／画像処理部５１の制御部による制御のもとで以下のステップの処理が実行される。
すなわち、ステップＳ０１において、内視鏡３の対物レンズ（図示せず）を介して入射した術部２からの光束がＴＶアダプタ３７のＣＣＤ３７ａによって撮像され、画像プロセッサ３８に取り込まれてビデオ信号に変換される。前記ビデオ信号は、画像処理回路３３のメモリ（記録手段，図示せず）に一時的に記録される。このとき、画像処理回路３３に記録されるＣＣＤ撮像画面Ｚ０ を図５（Ａ）に示す。この画面Ｚ０ は、前記ＴＶアダプタ３７のＣＣＤ３７ａで撮像される全撮像画面であり、撮像画面Ｚ０ 内には、内視鏡３による術部２の実際に撮影される範囲（内視鏡観察円４０）の内視鏡撮影画像が示される。
【００４６】
続いて、ステップＳ０２において、位置検出回路３６によりプローブ４の先端４ａと内視鏡３の対物レンズ（内視鏡先端３ａ）の相対位置データが取得される。
【００４７】
ステップＳ０３にて、予め、画像制御回路３１に記録されている内視鏡３の撮像範囲と前記相対位置から、内視鏡３のプローブ４に対する撮影範囲を演算する。ステップＳ０４でプローブ４の先端４ａが内視鏡３の撮影範囲内にあるかどうかを判断する。撮影範囲内にあれば、すなわち、図５（Ａ）のように全撮像画面Ｚ０ 上の内視鏡観察円４０内にプローブ４の先端４ａが位置している状態であれば、ステップＳ０５に進む。撮影範囲外ならば、後述するステップＳ１４にジャンプする（図４）。この場合、ステップＳ１４にて画像処理を行う前の内視鏡画像表示にモニタ表示状態が切り替えられる。
【００４８】
ステップＳ０５に進んだ場合、位置検出回路３６より内視鏡３の先端位置と術者１０との相対位置データ、および、内視鏡３の撮像方向Ｓ（観察方向）データを取得する。
【００４９】
ステップＳ０６にて、内規鏡３の撮像方向Ｓが術者１０側に向かった方向であるかどうかを判断する。術者１０に向かった方向であれば、内視鏡撮影画像が術者１０と対向する方向から見た画像になっている状態であるのでステップＳ０７に進み、画像制御回路３１により画像を左右反転処理する制御信号を画像処理回路３３に出力する。そして、画像処理回路３３では記録されている画像を左右反転処理してステップＳ０８に進む。図５（Ｂ）に前記左右反転処理した内視鏡観察円４０内の画像を示す。
【００５０】
一方、撮像方向Ｓが術者１０に向かった方向でなければ、術者１０は、内視鏡撮像方向Ｓと同し方向から術部２を観察していることになるので、そのままステップＳ０８にジャンプする。ステップＳ０８では、位置検出回路３６から得られる内視鏡３の撮影画像の向きと術者１０の観察状態での上下の向きとのズレ量データが画像制御回路３１により取得される。
【００５１】
そして、ステップＳ０９において、前記ズレ量データに基づき、内視鏡３の撮影画像の向き（ＣＣＤの上下方向）が術者１０による上下方向の認識と同じ向きであるかどうかが判断される。同じ向きであると判断されれば、そのまま何もせずステップＳ１２にジャンプする。同じ向きでないと判断されれば、そのズレ量を補正するべくステップＳ１０に進む。
【００５２】
ステップＳ１０では、画像制御回路３１により前記ズレ量から画像の回転量が算出され、画像処理回路３３に対して撮影画像を前記回転量だけ回転させる制御信号が出力される。ステップＳ１１にて、画像処理回路３３により前記制御信号に基づき、記録されている撮影画像の回転処理が行われる。この回転処理による内視鏡観察円４０内の画像を図５（Ｃ）に示す。
【００５３】
ステップＳ１２では、位置検出回路３６を介して得られるプローブ先端４ａ位置と内視鏡先端３ａ位置及び内視鏡観察円（撮影範囲）４０から、画像処理回路３３に記録されている画像上におけるプローブ先端４ａの位置を示す画像座標が演算される。
【００５４】
予め、術者１０が操作スイッチ（入力手段）３２を操作することによって設定された表示倍率が画像制御回路３１に記憶されていることから、続くステップＳ１３において、画像制御回路３１よりプローブ先端４ａの位置を示す画像座標を指定する制御信号と、前記画像座標におけるプローブ先端４ａ位置を中心として前記設定された表示倍率に基づいて画像を拡大する制御信号とが画像処理回路３３に出力される。画像処理回路３３は、記録されている画像を前述した制御信号に基づき拡大表示する所定表示範囲の画像データを生成する。
【００５５】
ステップＳ１４にてモニタ３９に対して該画像データが出力される。このときの拡大処理したモニタ表示画像Ｚ１ を図５（Ｄ）に示す。図中、内視鏡観察円４０内の破線四角は、プローブ先端を中心とした拡大表示される範囲４０ａを示す。モニタ表示後は、再びステップＳ０１に示される画像プロセッサ３８からの映像信号を取得する処理に戻る。
【００５６】
なお、上述した位置検出／画像処理動作中にプローブ先端４ａが動かされた場合は、図６に示すようにプローブ先端４ａを追跡し、その移動に合わせて表示画像が切り換えられる。すなわち、内視鏡観察円４０内の実線によって示される四角で示す範囲４０ａは、処理開始時に観察していた部分であり、そこで、破線で示す範囲４０ｂにプローブ先端４ａが移動すると、その移動位置がデジタイザ３５を介して検出され、画像制御回路３１の制御により前記移動位置の範囲４０ｂの画像が表示画像Ｚ１ ′としてモニタ２６に表示される。
【００５７】
以上、説明したように本第１実施形態の内視鏡下手術システムによれば、術者１０の相対位置も内視鏡３，プローブ４の位置とともに検出されるので、術者１０が術部２に対して移動した場合でも、その移動に応じて自動的に術者１０にとって観察し易いモニタ表示画像が得られる。
【００５８】
また、本実施形態のシステムによれば、処置具のプローブ４が術剖２から遠ざけられ、内視鏡３の撮像範囲から外れると自動的に画像処理を行う前の内視鏡撮影画像に切り替わるので、内視鏡３の移動が行い易くなる。さらに、内視鏡３が内視鏡支持具８によって支持されているので、術者１０は両手を使用して手術を遂行することができる。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施形態の内視鏡下手術システムについて、図７〜１０を用いて説明する。
図７は、本実施形態の内視鏡下手術システムのシステム構成図である。図８は、前記内視鏡下手術システムの位置検出／画像処理部のブロック構成図である。図９，１０は、前記内視鏡下手術システムにおける位置検出／画像処理のフローチャートである。
【００６０】
本実施形態の内視鏡下手術システムにおいては、図７に示すように反射マーカー２４が患者の頭部１に着脱自在に固定されており、術者１０には反射マーカーを取り付けない。
【００６１】
また、本実施形態のシステムにおける位置検出／画像処理部５２は、３次元位置検出装置３０Ａと画像処理装置３４Ａとを有してなり、前記３次元位置検出装置３０Ａの位置検出回路３６には、操作スイッチ群（入力手段）４１が接続されている。また、画像処理装置３４Ａにはキャラクタジェネレータ４２が内蔵され、画像制御回路３１及び画像処理回路３３に接続されている。本実施形態の内視鏡下手術システムのその他の構成は、前記第１の実施形態のシステムと同様とする。従って、同一の構成要素には、同一の符号を付して、以下、異なる部分についてのみ説明する。
【００６２】
前記光学式３次元位置検出装置３０Ａにおいて、患者頭部１に取り付けられた反射マーカー２４は、前記第１実施形態に示された他の反射マーカーと同様にその位置及び姿勢がデジタイザ３５，位置検出回路３６により検出される。
【００６３】
また、前記第１の実施形態ではデジタイザ３５の赤外線カメラ６ａ，６ｂに対する上下方向から位置検出回路３６で鉛直方向が設定されていたが、本実施形態の場合は、そのような鉛直方向の設定は行わなず、患者頭部１に固定された反射マーカー２４を用いて鉛直方向が設定される。すなわち、反射マーカー２４が頭部１に取り付けられた時点で、内視鏡３を対物レンズが下になるようにして鉛直方向にセットする。この状態で操作スイッチ群（入力手段）４１を操作すると、３次元位置検出装置３０Ａによって反射マーカー２１と反射マーカー２４の相対位置が検出される。その相対位置情報に基づいて検出回路３６に反射マーカー２４を基準とする鉛直方向Ｙが記録される。
【００６４】
さらに、本実施形態の場合は、術者１０が作業する位置を内視鏡３の先端部３ａで示した状態に保って操作スイッチ群（入力手段）４１を操作することによって、患者頭部１の反射マーカー２４を基準にした術者１０の位置が位置検出回路３６に記録される。
【００６５】
次に、上述した構成を有する本実施形態の内視鏡下手術システムにおける位置検出／画像処理動作を図９，１０のフローチャートを用いて説明する。
【００６６】
前記位置検出／画像処理では、位置検出／画像処理部５２の制御部による制御のもとで以下のステップの処理が実行される。
【００６７】
スタート後のステップＳ２１，２２の処理は、前記第１実施形態におけるステップＳ０１，０２の処理と同様の処理である。
【００６８】
続くステップＳ２３，２４の処理は、前記第１実施形態におけるステップＳ０５，０６の処理に対応するが術者１０の位置は、患者頭部１の反射マーカー２４を基準にして記録された位置データに基づいて特定される。
【００６９】
ステップＳ２４における判断で内視鏡３の観察方向Ｓが術者１０に向かった方向であると判断された場合、ステップＳ２５に進むが、そのステップＳ２５おいて、キャラクタジェネレータ４２に対して画像を左右反転する内容のメッセージを出力するよう制御信号を出力する。キャラクタジェネレータ４２は、前記制御信号に基づき、画像左右反転を示すキャラクタデータを画像処理回路３３に出力する。画像処理回路３３は画像データに前記キャラクタデータを組み込む。
【００７０】
一方、ステップＳ２４における判断で術者に向かった方向でないと判断された場合、そのまま、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２７，２８では、前記第１の実施形態の場合のステップＳ０８，０９と同様の処理が行われる。
【００７１】
ステップＳ２８において、内視鏡３で撮像した画像の上下、すなわち、ＣＣＤの上下方向と術者による上下方向の認識が一致しているかどうかの判断がなされ、一致している場合、そのまま何もせずステップＳ３２に進む。一致していなければ、ステップＳ２９に進む。
【００７２】
ステップＳ２９では、キャラクタジェネレータ４２に画像回転させる内容のメッセージを出力するよう制御信号を出力する。キャラクタジェネレータ４２は前記制御信号に基づき、前記メッセージのキャラクタデータを画像処理回路３３に出力する。画像処理回路３３は画像データに前記キャラクタデータを組み込む。
【００７３】
続いて、ステップＳ３０，Ｓ３１では、前記第１の実施形態におけるステップＳ１０，１１と同様の処理が行われる。さらに、ステップＳ３２，Ｓ３３に進み、前記第１の実施形態におけるステップＳ０３，０４と同様の処理が行われる。
【００７４】
ステップＳ３３において、プローブ４の先端４ａが内視鏡３の撮影範囲内にあるかどうかを判断し、撮影範囲内にあれば、ステップＳ３４に進む。撮影範囲内になければ、ステップＳ３７にジャンプする。
【００７５】
ステップＳ３４においては、キャラクタジェネレータ４２に画像を拡大する内容のメッセージを出力するよう制御信号を出力する。キャラクタジェネレータ４２は、前記制御信号に基づき、前記メッセージのキャラクタデータを画像処理回路３３に出力する。画像処理回路３３は、画像データに前記キャラクタデータを組み込む。
【００７６】
ステップＳ３５，３６では、前記第１の実施形態におけるステップＳ１２，１３と同様の処理が行われる。
【００７７】
続いて、ステップＳ３７に進み、画像データがモニタ３９に出力される。モニタ３９には、拡大処理したプローブ先端周りの範囲４０ａの表示画像Ｚ１ （図５（Ｄ））が表示されるとともに前記画像反転処理，画像回転処理，画像拡大処理等が行われた場合には、その内容を示すメッセージが表示される。
【００７８】
上述した本第２の実施形態の内視鏡下手術システムによれば、プローブ先端４ａが内視鏡観察像に存在しないときでも、内視鏡画像が術者１０を基準とした画像に補正され、処置具などの挿入作業が行いやすくなる。また、術者１０は反射マーカーをつける必要がないので煩わしさがなくなる。
【００７９】
さらに、本システムによれば、観察方向の上下方向（鉛直方向）が頭部１や手術台７に取り付けた反射マーカーを基準とするので、デジタイザ３５を水平に設置する必要がなく、デジタイザ本来の設置の自由度を生かすことができ、狭い手術室を有効に使用することができる。また、画像反転などが行われた場合には観察像とともにモニタ３９にその内容のメッセージが表示されるため、画像がどのような状態で変換されたかを確認することができる。
【００８０】
次に、本発明の第３の実施形態の内視鏡下手術システムについて、図１１〜１３を用いて説明する。
図１１は、本実施形態の内視鏡下手術システムのシステム構成図である。図１２（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態の内視鏡下手術システムに適用される多自由度鉗子の外科用処置具を示す図であって、図１２（Ａ）は、側面図を示し、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＥ矢視図である。図１３は、前記内視鏡下手術システムの位置検出／画像処理部のブロック構成図である。
【００８１】
本実施形態の内視鏡下手術システムは、前記第２実施形態のシステムに適用される処置具のプローブ４に替えて多自由度鉗子である外科用処置具が適用され、その外科用処置具の支持部の所定の位置に反射マーカーが着脱可能に設けられ、かつ、該外科用処置具のスライダ部にスライダの移動位置を検出するためのポテンショメーターが組み込まれている。そして、本実施形態における位置検出／画像処理部５３の位置検出回路３６には前記ポテンショメーターが接続され、外科用処置具の処置部の相対位置検出が行われる。また、前記反射マーカーを介して外科用処置具の位置姿勢の検出がなされる。
【００８２】
本実施形態の内視鏡下手術システムの他の構成は、前記第２の実施形態のシステムの構成と同様であるので、その同様の構成要素に対して同一の符号を付して、以下、異なる部分の構成及び作用について説明する。
【００８３】
前記外科用処置具は、特開２００２−２９１７６５号公報の段落番号００２８〜００４２に記載された外科用処置具６０と同様の構成を有し、さらに、その外科用処置具６０には、位置検出用ポテンショメータおよび処置具位置検出用反射マーカーが装着される。
前記外科用処置具６０は、図１２（Ａ），（Ｂ）に示されるように体腔内に挿入する挿入部６２を備えている。この挿入部６２の先端には処置部７２が設けられ、基端には操作部８８が設けられている。処置部７２には、第１および第２のジョ―６６，６８が設けられ、これらジョ―６６，６８は、ピン６４によって開閉可能に枢支されている。また、処置部７２には、これら第１および第２のジョー６６，６８を横向きに回転する回動機構７０が設けられている。
【００８４】
図１２（Ａ）の実線で示す状態から、第２のハンドル８６をピン８２を支点として第１のハンドル８４に対して開くと、第２の連結部材９６、第１の連結部材９２を介して第１の駆動棒７４が前方に移動する。第１の駆動棒７４の移動によって、第２の連結部材１２６を前方に押出し、第２のジョー６８が第１のジョー６６に対して開く。
【００８５】
また、図１２（Ａ）の実線で示す状態から、第１および第２のハンドル８４，８６を閉じた状態で、ピン９０を支点として紙面に対して下側に回転させると、連結棒９９を介して第２の駆動棒７６が操作部８８の後端側に移動するとともに、連結棒１０２を介して第３の駆動棒７８が処置部７２側に移動する。第２および第３の駆動棒７６，７８の移動によって、第３の連結部材１３２が回動し、処置部７２が紙面に対して上側に回転する。この逆の操作も可能である。
【００８６】
さらに、図１２（Ａ）の実線で示す状態から、スライダ１０６を第２のハンドル８６に対して図１２（Ａ）の２点鎖線に示すように、第２のハンドル８６の後端に向かってスライドさせると、連結棒９９，１０２を介して第２および第３の駆動棒７６，７８が後側に移動する。これら第２および第３の駆動棒７６，７８の移動によって、第３の連結部材１３２が後方に牽引され、第１および第２のジョー６６，６８が閉じた状態で処置部７２が、図１２（Ａ）の２点鎖線に示すようにピン１２４を支点として回転する。
【００８７】
前記挿入部６２の支持部８０には、反射マーカー２５が着脱可能に取り付けられている。その取り付け位置は、患部である頭部１に外科用処置具６０を挿入したとき、頭部１のの外方に位置する部分とする。前記反射マーカー２５は、後述する３次元位置検出装置３０Ｂのデジタイザ３５により検出され、外科用処置具６０の位置，姿勢情報が取り込まれる。
【００８８】
前記スライダ１０６にはポテンショメータ４３が連結され、そのポテンショメータ４３によりスライダ１０６の移動位置が検出される。前記ポテンショメータ４３は、後述する３次元位置検出装置３０Ｂの位置検出回路３６と接続される。ポテンショメータ４３の出力からスライダ１０６の位置が検出される。
【００８９】
本実施形態の内視鏡下手術システムに適用される位置検出／画像処理部５３は、図１３に示すように前記第２の実施形態における位置検出／画像処理部５２に対して３次元位置検出装置３０Ｂのみが異なり、その他の構成は同一とする。
【００９０】
前記３次元位置検出装置３０Ｂの位置検出回路３６には、上述したようにポテンショメータ４３が接続される。そして、位置検出回路３６には、反射マーカー２５の取り付け位置とポテンショメータ４３の出力値に関連付けられた処置部７２の相対位置情報が予め記録されている。また、３次元位置検出装置３０Ｂのデジタイザ３５により前記反射マーカー２５の位置姿勢データが他の反射マーカー２１，２４の位置姿勢データとともに検出され、位置検出回路３６に取り込まれる。
【００９１】
本実施形態のシステムにおいて、術者１０が外科用処置具６０のリング１０８をハンドル８６側にスライドさせると、これに伴ってスライダ１０６が移動する。前記スライダ１０６が移動するとポテンショメータ４３によって前記スライダ１０６の位置が読み取られ、位置検出回路３６にポテンショメータ４３の位置データが入力される。前記スライダ１０６の出力により第１，２のジョー６６，６８の処置具６０に対する相対先端移動位置が検出される。従って、外科用処置具６０のリング１０８の操作に連動するポテンショメータ４３の相対位置情報と、反射マーカー２５の位置情報とにより第１，２のジョー６６，６８の先端位置（処置具先端位置）が特定される。
【００９２】
上述した構成を有する本実施形態の内視鏡下手術システムにおける位置検出／画像処理動作は、前記図９，１０に示した第２の実施形態の内視鏡下手術システムにおける処理動作のフローチャートに対して第２の実施形態でのプローブ先端４ａを本実施形態での外科用処置具６０の処置部７２における第１，２のジョー６６，６８の先端と入れ替えることにより説明される。特に、本実施形態のシステムにおいては、処置部７２の第１，２のジョー６６，６８先端位置情報が外科用処置具６０のリング１０８の操作に連動するポテンショメータ４３の出力を介して得られる点が異なっている。
【００９３】
上述したように本第３の実施形態の内視鏡下手術システムによれば、前記第２の実施形態のシステムによる効果に加えて、さらに、多自由度鉗子等に代表されるように操作部に対して処置部の相対位置が変わるような処置具を用いた場合であってもその移動する処置具先端の位置を追従することが可能となる。そして、外科用処置具６０のような多自由度鉗子の処置部の移動状況を示す内視鏡撮像画像が術者１０側から観察される向きの画像に変換されてモニタ３９に表示されるので、手術処置を容易に行うことができる。
【００９４】
次に、本発明の第４の実施形態の画像処理装置について、図１４（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。
図１４（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態の画像処理装置を適用した内視鏡下手術システムにおけるＣＣＤ撮像画面を示しており、図１４（Ａ）は、撮像画面に対して内視鏡観察円がずれている状態を示し、図１４（Ｂ）は、撮像画面に対して内視鏡観察円のずれをなくした状態を示している。
【００９５】
上述した第１〜３実施形態の内視鏡下手術システムにおいては、内視鏡によって得られる内視鏡映像の中心と、該内視鏡映像を撮像する撮像手段のＣＣＤ３７ａの撮像中心（撮像画面中心）が一致している必要がある。
【００９６】
本実施形態の画像処理装置は、内視鏡下手術システムにおける画像処理を行い、かつ、前記内視鏡観察円のずれをなくす処理を可能とする装置であり、図２，８，１３に示す画像処理装置にて画像プロセッサ３８と画像処理回路３３の間にＣＣＤ撮像中心と内視鏡観察中心を一致させる補正を行う補正画像処理手段である画像補正処理回路が組み込まれる。なお、前記画像処理回路３３に前記ずれ補正を行うための補正回路を組み込むように構成してもよい。
【００９７】
図１４（Ａ）は、前記画像補正処理前のＣＣＤ全撮像画面Ｚ０ を示しており、ＣＣＤ撮像中心４５と内視鏡観察円４０の撮影画像中心４６とがずれている。
【００９８】
前記画像補正処理回路において、内視鏡観察円４０の境界を検出するべく、画像のエッジ検出が行われる。そのエッヂ検出された形状がパターンマッチングによって認識される。前記パターンマッチングによって検出された内視鏡観察円４０から内視鏡観察中心４６の位置が算出される。予め定義されたＣＣＤ撮像中心４５と内視鏡観察中心４６の差データが画像処理回路３３に取り込まれる。撮影画像全体を前記差データに基づき、ずらすことによって図１４（Ｂ）に示すようにＣＣＤ撮像中心４５と一致して表示される新たな内視鏡観察円４０′を含む撮像画面Ｚ０ が構築される。
【００９９】
本実施形態の画像処理装置によれば、前述した各実施形態の内視鏡下手術システムの相対位置検出手段等によって行われる画像処理において、撮影画像のズレが生じなくなるので、処置部の追従性の精度を向上させることができる。
【０１００】
上述した各実施形態に基づいて、以下の構成が得られる。すなわち、
（付記１） 術部を処置するための処置部を有する処置具と、
前記術部を観察するための内視鏡と、
前記内視鏡に設けられた撮像手段と、
前記内視鏡と前記処置具及び術者との相対的な位置を特定する位置検出手段と、
前記撮像手段で得られた画像を前記位置検出手段による相対位置に基づいて画像処理する画像処理手段と、
前記画像処理手段によって処理された画像を表示する表示手段と、
を有することを特徴とする内視鏡下手術システム。
【０１０１】
（付記２） 画像処理手段は、画像の回転、反転、拡大及び移動の処理のうち少なくとも２つの処理を行うことが可能な処理部を備えており、前記処理を選択及び組み合わせて行うことを特徴とする付記１記載の内視鏡下手術システム。
【０１０２】
（付記３） 前記画像処理手段は、前記処置部が前記内視鏡による撮像範囲内か否かによって、画像処理の回転、反転、拡大及び移動を選択制御することを特徴とする付記２記載の内視鏡下手術システム。
【０１０３】
（付記４） 術部を処置するための処置部を有する多自由度鉗子と、
前記術部を観察するための内視鏡と、
前記内視鏡に設けられた撮像手段と、
前記多自由度鉗子に設けられた処置部の位置検出を行う処理部位置検出手段と、
前記内視鏡と前記多自由度鉗子、術者との相対的な位置を特定する相対位置検出手段と、
前記撮像手段で得られた画像を前記位置検出手段による相対位置情報に基づいて画像を拡大、移動、回転及び反転制御する画像制御手段と、
前記画像制御手段による制御に基づき画像処理をする画像処理手段と、
前記画像処理手段によって処理された画像を表示する表示手段と、
を有する内視鏡下手術システム。
【０１０４】
（付記５） 前記画像処理手段は、画像の回転、反転、拡大及び移動のうち少なくとも２つの処理を行うことが可能な処理部を備え、前記処理を選択及び組み合わせて行うことを特徴とする付記４記載の内視鏡下手術システム。
【０１０５】
（付記６） 前記画像処理手段は、前記処置部が前記内視鏡による撮像範囲内か否かによって、画像の回転、反転、拡大及び移動を選択制御することを特徴とする付記５記載の内視鏡下手術システム。
【０１０６】
（付記７） 前記相対位置検出手段は、内視鏡に対する術者の相対位置を検出しかつ記録する手段を有することを特徴とする付記１乃至６記載の内視鏡下手術システム。
【０１０７】
（付記８） 前記画像処理手段は、画像拡大、移動、回転及び反転時に、画像処理内容に応じたメッセージを画像データに組み込む手段を有することを特徴とする付記１乃至７記載の内視鏡下手術システム。
【０１０８】
（付記９） 前記相対位置検出装置は、鉛直方向を記録・演算することを特徴とする付記１乃至８記載の内視鏡下手術システム。
【０１０９】
（付記１０） 前記内視鏡は、内視鏡保持装置によって把持されたことを特徴とする付記１乃至９記載の内視鏡下手術システム。
【０１１０】
（付記１１） 前記画像処理手段は、撮像手段と内視鏡観察中心を―致させるための補正画像処理手段を有することを特徴とする付記１乃至１０記載の内視鏡下手術システム。
【０１１１】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、術者の処置具の操作に応じて、最適な画像が表示されるので、手術時間の短縮が可能となり、さらに、術者の疲労軽減ができ、患者の負担も軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の内視鏡下手術システムのシステム構成図である。
【図２】前記図１の内視鏡下手術システムの位置検出／画像処理部のブロック構成図である。
【図３】前記図１の内視鏡下手術システムにおける位置検出／画像処理のフローチャートの一部である。
【図４】前記図１の内視鏡下手術システムにおける位置検出／画像処理のフローチャートの他の一部である。
【図５】前記図１の内視鏡下手術システムにおける画像処理時の撮像画面、または、モニタ表示画面を示す図であって、図５（Ａ）は、変換処理前の撮像画面を示す。図５（Ｂ）は、反転処理後の撮像画面を示す。図５（Ｃ）は、回転処理後の撮像画面を示す。図（Ｄ）は、内視鏡観察円（撮影範囲）の画像と拡大表示画面とを示す。
【図６】前記図１の内視鏡下手術システムにおける画像処理時のプローブ移動状態の撮像画面とモニタ表示画面を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態の実施形態の内視鏡下手術システムのシステム構成図である。
【図８】前記図７の内視鏡下手術システムの位置検出／画像処理部のブロック構成図である。
【図９】前記図７の内視鏡下手術システムにおける位置検出／画像処理のフローチャートの一部である。
【図１０】図９，１０は、前記内視鏡下手術システムにおける位置検出／画像処理のフローチャートの他の一部である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の内視鏡下手術システムのシステム構成図である。
【図１２】前記図１１の実施形態の内視鏡下手術システムに適用される多自由度鉗子の外科用処置具を示す図であって、図１２（Ａ）は、側面図を示し、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＥ矢視図である。
【図１３】前記図１１の内視鏡下手術システムの位置検出／画像処理部のブロック構成図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態の画像処理装置を適用した内視鏡下手術システムにおける撮像画面を示し、図１４（Ａ）が撮像画面に対して内視鏡観察円がずれている状態を示し、図１４（Ｂ）が撮像画面に対して内視鏡観察円のずれをなくした状態を示している。
【符号の説明】
３ …内視鏡
４ …プローブ（処置具）
２１，２２，２３，２４，２５
…反射マーカー（位置検出手段）
３１ …画像制御回路（画像処理手段）
３３ …画像処理回路（画像処理手段）
３５ …デジタイザ（位置検出手段）
３７ａ…ＣＣＤ（撮像手段）
３９ …モニタ（表示手段）
４０ …内視鏡観察円（内視鏡による撮像範囲）

Claims (3)

1. 術部を処置するための処置部を有する処置具と、
   前記術部を観察するための内視鏡と、
   前記内視鏡に設けられた撮像手段と、
   前記内視鏡と前記処置具および術者との相対的な位置を特定する位置検出手段と、
   前記撮像手段で得られた画像を前記位置検出手段による相対位置に基づいて画像処理する画像処理手段と、
   前記画像処理手段によって処理された画像を表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする内視鏡下手術システム。
2. 前記画像処理手段は、画像の回転、反転、拡大、および、移動のうち、少なくとも２つの処理を可能とする処理部を備え、前記処理を選択、および、組み合わせて行うことを特徴とする請求項１記載の内視鏡下手術システム。
3. 前記画像処理手段は、前記処置部が前記内視鏡による撮像範囲内か否かによって、画像の回転、反転、拡大、および、移動を選択制御することを特徴とする請求項２記載の内視鏡下手術システム。

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