JP2006180926A - Medical display device - Google Patents
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Description
本発明は、蛍光物質集積性をもつ患部(例えば腫瘍)を外科的に切除する手術等を行なう際に使用される医療用表示装置に関するものである。 The present invention relates to a medical display device used when performing an operation or the like for surgically removing an affected part (for example, a tumor) having fluorescent substance accumulation.
例えば脳外科手術において、蛍光物質を患者に投与し、腫瘍等の患部への集積が進んだ段階で、手術室内の照明を消して暗くし、その蛍光物質を励起できる波長の励起光を照射する。すると蛍光物質を集積した患部だけから蛍光が放射されるため、暗視野において蛍光を放射した患部を蛍光用カメラにより撮影する。蛍光用カメラは蛍光波長のみを通過させる光学フィルターを有し、蛍光のみを撮影し、その情報を記録する。 For example, in brain surgery, a fluorescent substance is administered to a patient, and at the stage where accumulation in an affected area such as a tumor has progressed, the illumination in the operating room is turned off to darken, and excitation light having a wavelength capable of exciting the fluorescent substance is irradiated. Then, since the fluorescence is emitted only from the affected part where the fluorescent substance is accumulated, the affected part that has emitted the fluorescence in the dark field is photographed by the fluorescent camera. The fluorescence camera has an optical filter that allows only the fluorescence wavelength to pass through, captures only the fluorescence, and records the information.
次に、患部への励起光の照射を停止し、手術室の照明を点灯して明るくする。そして、患部を通常の可視光用カメラで撮影する。可視光用カメラで撮影した患部の映像と、予め蛍光用カメラで撮影して記録した映像を、表示装置に並べて表示し、外科手術を支援する(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、このような従来の技術にあっては、蛍光用カメラと可視光用カメラの2台が必要なため、装置が大型で、例えば外科手術用の手術顕微鏡等への組み込みに不適であった。 However, such a conventional technique requires two cameras, a fluorescent camera and a visible light camera, so that the apparatus is large and unsuitable for incorporation into, for example, a surgical microscope for surgery. .
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、撮影手段が1つで済み、手術顕微鏡等への組み込みに好適な医療用表示装置を提供するものである。 The present invention has been made paying attention to such a conventional technique, and provides a medical display device that requires only one imaging means and is suitable for incorporation into a surgical microscope or the like.
請求項1記載の発明は、蛍光物質を集積させた患部を含む一視野の、明視野映像と、患部に励起光を照射して蛍光を放射させた暗視野映像を撮影する1つの撮影手段と、暗視野映像のうち蛍光画像だけを所定のしきい値で切り取って背景を透明化した静止画像を得るクロマキー処理手段と、クロマキー処理手段で得られた静止画像を明視野映像に重畳して表示する表示手段と、を備えていることを特徴とする。
The invention described in
請求項2記載の発明は、撮影手段が、手術顕微鏡の視野変更に関連するスイッチと連動して、視野が変更になる度に、変更後の暗視野の撮影を自動的に行うことを特徴とする。
The invention described in
請求項3記載の発明は、蛍光物質を集積させた患部を含む一視野の、患部に励起光を照射して放射させた蛍光を含む明視野映像を撮影する1つの撮影手段と、明視野映像のうち蛍光画像だけを所定のしきい値で切り取って背景を透明化した静止画像を取得するクロマキー処理手段と、クロマキー処理手段で得られた静止画像をクロマキー処理しない明視野映像に重畳して表示する表示手段と、を備えていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided one photographing means for photographing a bright field image including fluorescence emitted by irradiating an affected part with excitation light in one visual field including the affected part in which fluorescent substances are accumulated, and a bright field image. A chroma key processing means for obtaining a still image with a transparent background by cutting out only a fluorescent image with a predetermined threshold, and a still image obtained by the chroma key processing means superimposed on a bright field image not subjected to chroma key processing. Display means.
請求項4記載の発明は、クロマキー処理手段が、手術顕微鏡の視野変更に関連するスイッチと連動して、視野が変更になる度に、明視野映像中における蛍光画像の静止画像を自動的に取得することを特徴とする。
In the invention according to
請求項5記載の発明は、撮影手段及び表示手段を、手術顕微鏡の光路中に設けたことを特徴とする。
The invention described in
請求項6記載の発明は、視野変更に関連するスイッチが、フォーカス可変スイッチ、ズーム可変スイッチ、視野XY移動スイッチ、手術顕微鏡を支持する支持機構のクラッチ解除スイッチのいずれか1つであることを特徴とする。
The invention according to
請求項1記載の発明によれば、1つの撮影手段だけを用い、同一視野を明視野(可視光)と暗視野(蛍光)で撮影し、暗視野の方はクロマキー処理して蛍光画像(患部)だけを抜き出して、明視野映像に重畳して表示する。明視野と暗視野とは同一視野のため、暗視野の蛍光画像は明視野映像中の患部と一致する。従って、明視野映像内に蛍光した患部をリアルタイムで表示できるため、観察だけでなく、手術顕微鏡等に組み込んで、それを使用する手術に直接使用することができる。撮影手段が1つのため、手術顕微鏡等への組み込みも容易である。 According to the first aspect of the present invention, only one photographing means is used, and the same visual field is photographed with a bright field (visible light) and a dark field (fluorescence). ) Is extracted and superimposed on the bright field image. Since the bright field and the dark field are the same field, the fluorescent image in the dark field coincides with the affected part in the bright field image. Therefore, since the affected part which is fluorescent in the bright field image can be displayed in real time, it can be used not only for observation but also directly in the operation using it by being incorporated in a surgical microscope or the like. Since there is one imaging means, it can be easily incorporated into a surgical microscope or the like.
請求項2記載の発明によれば、手術顕微鏡の視野が変更になる度に、暗視野の撮影が必要になるが、手術顕微鏡に備えられている視野変更に関連するスイッチと連動させて、その視野変更に伴う暗視野の撮影を自動的に行うようにした。従って、視野変更の度に、撮影手段の操作を行う必要がなく、操作性が良い。
According to the invention of
請求項3記載の発明によれば、1つの撮影手段により、明視野だけの撮影を行う。蛍光物質や励起光の種類、あるいは撮影手段の感度・性能によっては、明視野だけの撮影であっても、その中の微弱な蛍光を撮影することが可能である。従って、明視野の映像をクロマキー処理して蛍光画像(患部)だけを抜き出して、クロマキー処理しない明視野映像に重畳して表示する。クロマキー処理した画像と処理しない映像とは同一視野のため、クロマキー処理した蛍光画像は明視野映像中の患部と一致する。 According to the third aspect of the present invention, only a bright field is photographed by one photographing means. Depending on the type of fluorescent material and excitation light, or the sensitivity and performance of the imaging means, it is possible to capture the weak fluorescence in the bright field only. Accordingly, a bright-field image is subjected to chroma key processing to extract only a fluorescent image (affected area), and is superimposed and displayed on a bright-field image not subjected to chroma key processing. Since the chroma key processed image and the unprocessed video have the same visual field, the chroma key processed fluorescent image matches the affected area in the bright field video.
請求項4記載の発明によれば、手術顕微鏡の視野が変更になる度に、クロマキー処理手段による明視野映像中における蛍光画像の静止画像の取得が必要になるが、手術顕微鏡に備えられている視野変更に関連するスイッチと連動させて、その視野変更に伴う蛍光画像の静止画像の取得を自動的に行うようにした。従って、視野変更の度に、クロマキー処理手段の操作を行う必要がなく、操作性が良い。
According to the invention described in
請求項5記載の発明によれば、撮影手段及び表示手段を、手術顕微鏡の光路中に設けたため、手術顕微鏡の基本構造を大きく変更することなく、手術顕微鏡に組み込むことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the photographing means and the display means are provided in the optical path of the surgical microscope, they can be incorporated into the surgical microscope without greatly changing the basic structure of the surgical microscope.
請求項6記載の発明によれば、視野変更に関連するスイッチが、フォーカス可変スイッチ、ズーム可変スイッチ、視野XY移動スイッチ、手術顕微鏡を支持する支持機構のクラッチ解除スイッチのいずれか1つであるため、該当する視野変更操作に伴って、暗視野の撮影又はクロマキー処理を確実に行うことができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the switch related to the visual field change is any one of the focus variable switch, the zoom variable switch, the visual field XY movement switch, and the clutch release switch of the support mechanism that supports the surgical microscope. In accordance with the corresponding visual field changing operation, it is possible to reliably perform dark field imaging or chroma key processing.
撮影手段が1つで済み、手術顕微鏡等への組み込みに好適な医療用表示装置を提供するという目的を、蛍光物質を集積させた患部を含む一視野の、明視野映像と、患部に励起光を照射して蛍光を放射させた暗視野映像を撮影する1つの撮影手段と、暗視野映像のうち蛍光画像だけを所定のしきい値で切り取って背景を透明化した静止画像を得るクロマキー処理手段と、クロマキー処理手段で得られた静止画像を明視野映像に重畳して表示する表示手段と、を備えたことで、実現した。以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 For the purpose of providing a medical display device suitable for incorporation into a surgical microscope or the like with only one imaging means, a single-field bright-field image including an affected area on which fluorescent substances are integrated, and excitation light on the affected area And a chroma key processing means for obtaining a still image with a transparent background by cutting out only the fluorescent image of the dark field image with a predetermined threshold value. And display means for displaying the still image obtained by the chroma key processing means superimposed on the bright field video. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図3は、本発明の第1実施例を示す図である。手術顕微鏡1は、手術室内において、スタンド装置その他の支持機構2の先端に支持されている。支持機構2は、手術顕微鏡1に設けられたコントローラー3のクラッチ解除スイッチ4を操作することにより、図示せぬクラッチ手段をフリーにして、手術顕微鏡1の位置や向きを任意に変化させることができる。
1 to 3 are views showing a first embodiment of the present invention. The
手術顕微鏡1はXY駆動部5を介して支持機構2に支持され、手術顕微鏡1全体を水平方向において直交する4方向へ移動させることができる。XY駆動部5もコントローラー3に設けられたジョイスティック型の視野XY移動スイッチ6を操作することにより、手術顕微鏡1の視野をXY方向に移動させることができる。
The
手術顕微鏡1は、2つの接眼部7を有する立体顕微鏡で、図2に示すように、内部には垂直方向にフォーカスレンズ8が設置され、水平方向にズームレンズ9が設置されている。フォーカスレンズ8は、上下方向に移動してフォーカス調整が行えるようになっている。ズームレンズ6は、水平方向に移動してズーム調整が行えるようになっている。
The
フォーカスレンズ8によるフォーカス調整は、コントローラー3に設けられたフォーカス可変スイッチ10を操作することにより行うことができる。ズームレンズ9によるズーム調整は、コントローラー3に設けられたズーム可変スイッチ11を操作することにより行うことができる。この実施例では、以上のクラッチ解除スイッチ4、視野XY移動スイッチ6、フォーカス可変スイッチ10、ズーム可変スイッチ11が、「視野変更に関連するスイッチ」である。
Focus adjustment by the
手術顕微鏡1中のズームレンズ9と接眼部7の間における左右2本の光路Kの一方側には、光の一部を水平方向に分岐するビームスプリッター12が設置されている。そして、分岐された光束を手術顕微鏡1の横に設置された1つのCCDカメラ(撮影手段)13により撮影することができる。尚、図2中では構造を説明するための便宜上、光束を上側に分岐したように図示している(実際は横に分岐)。
A
ビームスプリッター12の接眼部7側には、小型の液晶パネル(表示手段)14が設置されている。この液晶パネル14は上端を中心に回動自在である。回動することにより、光路K中に突出して、接眼部7より表示画面を見ることができる。液晶パネル14を光路K外へ収納した時には、手術顕微鏡1による通常の肉眼観察を行うことができる。
A small liquid crystal panel (display unit) 14 is installed on the
以上のようにCCDカメラ13と液晶パネル14を手術顕微鏡1の光路K中に設けたため、手術顕微鏡1の基本構造を大きく変更することなく、それらを手術顕微鏡1中に組み込むことができる。
Since the
手術顕微鏡1が観察する患者Pには、予め腫瘍等の患部Tへの集積性のある蛍光物質として、蛍光色素の5−ALAが投与される。これが患部Tの細胞内に蓄積するため、蓄積後の患部Tに対して波長領域が370nm〜380nmの励起光Lを照射する。励起光Lは光源15から光ファイバー16により患部Tへ導かれて照射される。
The patient P observed by the
患部Tからの蛍光は明視野中では確認困難なため、CCDカメラ13で撮影する際には、手術室の室内照明を消して、暗視野中で行われる。
Since the fluorescence from the affected part T is difficult to confirm in the bright field, when photographing with the
手術顕微鏡1に設置されたCCDカメラ13は、コントロールユニット17を介してクロマキー装置(クロマキー処理手段)18に接続されている。クロマキー装置18には、CCDカメラ13で撮影された明視野における通常の患部T付近の可視光映像と、暗視野における励起光Lを照射した状態での患部Tの蛍光映像が入力される。この明視野と暗視野は完全に同一視野で、視野範囲、向き、焦点、ズーム等は完全に一致している。
The
CCDカメラ13で撮影された明視野映像と暗視野映像はクロマキー装置18に入力される。クロマキー装置18内では、暗視野映像のうち蛍光画像だけを所定のしきい値で切り取って背景を透明化した静止画像を得るクロマキー処理18aと、その静止画像を記憶する静止画像メモリー処理18bと、クロマキー処理18aされた静止画像をクロマキー処理18aしない明視野映像に重畳して合成する画像合成処理18cが行われる。画像合成処理された明視野映像は、手術顕微鏡1内の液晶パネル14と外部モニター19に表示することができる。
The bright field image and the dark field image captured by the
従って、ドクターが手術を行う場合、まず最初に、コントローラー3に設けられているクラッチ解除スイッチ4を操作して、手術顕微鏡1を希望する位置及び向きに設定し、その後、フォーカス可変スイッチ10とズーム可変スイッチ11で視野の焦点とズームを調整し、必要な場合には視野XY移動スイッチ6を操作して、視野をXY方向に移動させることができる。
Therefore, when the doctor performs an operation, first, the
そして、観察する視野が決まると、クロマキー装置18のメインスイッチ20と表示スイッチ21を入れる。表示スイッチ21を入れると、手術顕微鏡1内において液晶パネル14が光路K中に突出する。また、メインスイッチ20が入れられると、手術室内の照明が自動的に消されて暗転し、励起光Lを患部Tに照射する。
When the visual field to be observed is determined, the
患部Tから蛍光が放射されるため、その蛍光画像をCCDカメラ13により撮影する。蛍光映像の撮影後に、励起光Lの照射は停止され、手術室内の照明は自動的に点灯され、明視野の映像が撮影可能となる。撮影された暗視野の映像はクロマキー処理18aし、クロマキー処理18aした静止画像を、クロマキー処理18aしない明視野映像に重畳して、手術顕微鏡1中の液晶パネル14と外部モニター19に表示する。
Since fluorescence is emitted from the affected part T, the fluorescence image is taken by the
明視野映像中に対して、それと同一視野に基づいた暗視野の蛍光映像を重畳するため、患部Tの蛍光映像は明視野中の患部Tと完全に一致する。従って、ドクターは明視野映像内において患部Tの位置を完全に把握することができ、正確な手術を行えるようになる。 Since the dark field fluorescent image based on the same visual field is superimposed on the bright field image, the fluorescent image of the affected part T completely coincides with the affected part T in the bright field. Therefore, the doctor can completely grasp the position of the affected part T in the bright field image and can perform an accurate operation.
そして、手術中に前記の視野変更に関連するスイッチ4、6、10、11の何れか1つが操作されると、明視野映像が変化するため、メインスイッチ20が入っている間は、その操作が行われる度に、自動的に手術室が暗転し、励起光Lの照射が行われ、前述と同様に暗視野映像の撮影やクロマキー処理18aが行われ、患部Tの暗視野における静止画像が再度取得され、視野変更後の明視野映像に重畳表示される。従って、常に観察中の明視野映像中に患部Tの蛍光画像をリアルタイムで表示することができる。尚、蛍光画像の表示を行わない場合は、表示スイッチ21を切れば、液晶パネル14が光路K外に収納され、手術顕微鏡1による通常の肉眼観察を行うことができる。
Then, if any one of the
図4及び図5は、本発明の第2実施例を示す図である。この実施例は、手術室を暗転せずに、患部Tを明視野映像中に表示する場合の例を示すものである。すなわち、患部Tの蛍光撮影を行う場合、使用する蛍光物質や、励起光の種類、あるいはCCDカメラ13の性能等により、手術室を暗転しなくても、励起光Lを照射することで、患部Tからの蛍光を撮影できる場合がある。
4 and 5 are views showing a second embodiment of the present invention. This embodiment shows an example in which the affected part T is displayed in a bright field image without darkening the operating room. That is, when performing fluorescence imaging of the affected area T, the affected area can be irradiated with the excitation light L without darkening the operating room depending on the fluorescent substance to be used, the type of excitation light, the performance of the
従って、そのような場合には、CCDカメラ13で撮影している明視野映像をそのままクロマキー装置18でクロマキー処理18aして、患部Tの蛍光画像の静止画像を取り出し、それをクロマキー処理18aしない明視野映像に重畳して表示する。
Accordingly, in such a case, the bright field image captured by the
そして、この場合も、視野変更に関連するスイッチ4、6、10、11の何れか1つが操作されると、明視野映像が変化するため、メインスイッチ20が入っている間は、その操作が行われる度に、励起光Lの照射と、明視野映像のクロマキー処理18aが行われ、取得された患部Tの蛍光映像の静止画像が、明視野映像中に重畳表示される。その他の構成及び作用効果は第1実施例と同様につき、共通する部分には同一符号を付し、重複説明は省略する。
Also in this case, when any one of the
CCDカメラ13には、可視光の撮影の邪魔にならない範囲で、蛍光撮影をより明瞭化させる光学フィルターを設けても良い。
The
1 手術顕微鏡
2 支持機構
4 クラッチ解除スイッチ(視野変更に関連するスイッチ)
6 視野XY移動スイッチ(視野変更に関連するスイッチ)
10 フォーカス可変スイッチ(視野変更に関連するスイッチ)
11 ズーム可変スイッチ(視野変更に関連するスイッチ)
13 CCDカメラ(撮影手段)
14 液晶パネル(表示手段)
18 クロマキー装置(クロマキー処理手段)
19 外部モニター(表示手段)
K 光路
P 患者
T 患部
L 励起光
1
6 Field of view XY movement switch (switch related to field of view change)
10 Focus variable switch (switch related to field of view change)
11 Zoom variable switch (switch related to field of view change)
13 CCD camera (photographing means)
14 Liquid crystal panel (display means)
18 Chroma key device (chroma key processing means)
19 External monitor (display means)
K optical path P patient T affected area L excitation light
Claims (6)
暗視野映像のうち蛍光画像だけを所定のしきい値で切り取って背景を透明化した静止画像を得るクロマキー処理手段と、
クロマキー処理手段で得られた静止画像を明視野映像に重畳して表示する表示手段と、
を備えていることを特徴とする医療用表示装置。 One imaging means for capturing a bright field image of a visual field including an affected area where fluorescent substances are accumulated, and a dark field image in which fluorescence is emitted by irradiating the affected area with excitation light;
Chroma key processing means for obtaining a still image in which only the fluorescent image of the dark field image is cut out at a predetermined threshold and the background is made transparent,
Display means for superimposing and displaying the still image obtained by the chroma key processing means on the bright field image;
A medical display device comprising:
撮影手段が、手術顕微鏡の視野変更に関連するスイッチと連動して、視野が変更になる度に、変更後の暗視野の撮影を自動的に行うことを特徴とする医療用表示装置。 The medical display device according to claim 1,
A medical display device characterized in that an imaging unit automatically performs imaging of a dark field after change every time the field of view is changed in conjunction with a switch related to change of field of view of a surgical microscope.
明視野映像のうち蛍光画像だけを所定のしきい値で切り取って背景を透明化した静止画像を取得するクロマキー処理手段と、
クロマキー処理手段で得られた静止画像をクロマキー処理しない明視野映像に重畳して表示する表示手段と、
を備えていることを特徴とする医療用表示装置。 One imaging means for imaging a bright field image including fluorescence emitted by irradiating the affected area with excitation light in one visual field including the affected area where the fluorescent substance is accumulated;
Chroma key processing means for acquiring a still image with a transparent background by cutting out only a fluorescent image of the bright field video at a predetermined threshold;
Display means for displaying a still image obtained by the chroma key processing means superimposed on a bright field image not subjected to chroma key processing;
A medical display device comprising:
クロマキー処理手段が、手術顕微鏡の視野変更に関連するスイッチと連動して、視野が変更になる度に、明視野映像中における蛍光画像の静止画像を自動的に取得することを特徴とする医療用表示装置。 The medical display device according to claim 3,
The chroma key processing means automatically obtains a still image of a fluorescent image in a bright field image every time the field of view is changed in conjunction with a switch related to the field of view change of a surgical microscope. Display device.
撮影手段及び表示手段を、手術顕微鏡の光路中に設けたことを特徴とする医療用表示装置。 The medical display device according to any one of claims 1 to 4,
A medical display device comprising an imaging means and a display means in an optical path of a surgical microscope.
視野変更に関連するスイッチが、フォーカス可変スイッチ、ズーム可変スイッチ、視野XY移動スイッチ、手術顕微鏡を支持する支持機構のクラッチ解除スイッチのいずれか1つであることを特徴とする医療用表示装置。 The medical display device according to claim 5,
A medical display device, wherein the switch related to the visual field change is any one of a focus variable switch, a zoom variable switch, a visual field XY movement switch, and a clutch release switch of a support mechanism for supporting a surgical microscope.
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