JP2006346106A - 手術用立体画像観察装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】術部の観察画像を立体的に表示する所定の視域を有した立体画像表示手段21,22と、立体画像表示手段を支持する支持部材23と、支持部材23と立体画像表示手段の表示面22とを連結し、且つ、表示面22の中心Sを通る軸O1,O2を中心として、表示面22を上下又は左右に回動可能に支持する視域移動手段24と、表示面22に対する観察者の眼ER,ELの位置を検出する検出手段25と、検出手段25の検出結果に基づき、視域移動手段24を介した表示面22の回動を制御する表示位置制御手段とを有する。
【選択図】 図3
Description
そこで、従来、観察者の顔面に装着することなく、省スペースで作業性がよく術部の立体画像を観察することのできる手術用立体画像観察装置として、例えば、次の特許文献1に記載の立体観察装置が提案されている。
このため、従来の手術用立体観察装置では、限られた手術用スペースにおいて、観察者の観察姿勢の自由度を狭めざるを得ず、観察者に与える疲労、手術全体の作業効率の低下、それに伴い患者に与える負担を軽減することができなかった。
従って、本発明によれば、限られた手術スペースにおいて、簡単に視域内に観察者の瞳を合わせることができ、観察者に無理な姿勢を強いることなく、観察者の疲労を極力軽減し、且つ手術全体の作業効率を向上させて、手術時間を短縮し、患者の負担も軽減できる手術用立体観察装置が得られる。
図1は本発明の第一実施形態にかかる手術用立体画像観察装置を用いた手術用立体画像顕微鏡システムの要部概略構成図である。図1中で、1は術部の観察画像を撮像する手術用立体顕微鏡画像撮像装置である。なお、各部材の説明の便宜上、図1では患者と観察者(術者)Dとを離して示している。
手術用立体画像顕微鏡システムは、手術用立体顕微鏡画像撮像装置1と、手術用立体画像観察装置2とを備えて構成されている。
手術用立体顕微鏡画像撮像装置1は、撮像装置本体部11と、撮像装置本体部11を移動自在に支持する、例えば、多関節アームなどの支持手段12を備えている。多関節アーム12は、複数のアーム12aと、アーム12a同士を回動可能に連結する関節12bを有し、一つのアーム12aの一端が撮像装置本体部11に接続されている。
撮像装置本体部11には、術部Pの観察像を電子画像として拡大3次元画像を撮像するための左右一対の、CCDなどからなる撮像素子11aL,11aR(図2参照)を備えた観察光学系が内蔵されている。
左眼用及び右眼用の画像投影機21L,21Rは、それぞれ左右のCCU45L,45Rからの信号を画像として表示する画像表示素子と投影レンズを有する投影光学系(図示省略)を内蔵している。そして、図3に示すように、それぞれの射出光軸PL,PRが画像表示パネル22の表示面の中心Sで一致するように配置されており、左眼用及び右眼用の画像投影機21L,21Rからのそれぞれの観察像を一致させて画像表示パネル22上に投影するようになっている。
画像表示パネル22は、フレネル凹面鏡と拡散板を有して構成されている(図示省略)。
また、左右の射出瞳OPL,OPRは、例えば、深度d1が30mm程度、それぞれの中心点OL,ORからの半径r1が30mm程度、左右の射出瞳OPL,OPR間の距離d2が5mm程度となるように設定されている。
そして、左右の射出瞳OPL,OPR内に観察者(術者)Dの左右の眼EL,ERが入るようにすることにより、画像表示パネル22を見ている観察者Dの左眼ELには、反射光軸WLを中心として左眼用の画像投影機21Lからの観察像が導かれ、観察者Dの右眼ERには、反射光軸WRを中心として右眼用の画像投影機21Rからの観察像が導かれる。
その結果、左眼用及び右眼用の画像投影機21L,21Rから画像表示パネル22に投影される観察像が、観察者Dによって3D(立体観察)されるようになっている。
一つのアーム23aの一端部は、立体画像表示手段支持アーム23cに接続されている。また、立体画像表示手段支持アーム23cに接続されていない所定のアーム23aの一端部は、天井等の手術室の室内の一部に固定されている。
立体画像表示手段支持アーム23cは、略L字形状に屈曲形成されている。立体画像表示手段支持アーム23cの一端部には、左眼用及び右眼用の画像投影機21L,21Rが取り付けられている。また、立体画像表示手段支持アーム23cの他端部には、画像表示パネル22が、表示パネル回動支持部24を介して連結されている。さらに、立体画像表示手段支持アーム23cの他端部における画像表示パネル22が連結されている部位の近傍には、立体画像表示手段の画像表示パネル22の表示面に対する観察者(術者)Dの眼の位置を検出するための観察位置検出装置25が取り付けられている。
回動支持アーム24aは、画像表示パネル22の輪郭に沿って略コの字形状に屈曲形成されている。
左右方向回転軸部24bは、ステッピングモータ24b1と、ステッピングモータ24b1に接続する回転軸24b2とで構成されており、画像表示パネル22の表示面の中心Sを通る左右方向回転軸O1上において、回動支持アーム24aの中間部24a1と立体画像表示手段支持アーム23cの他端部とを、回動可能に連結している。そして、左右方向回転軸部24bは、ステッピングモータ24b1の駆動により、立体画像表示手段支持アーム23cの他端部に対して回動支持アーム24aを回動する機能を備えている。
上下方向回転軸部24cは、ステッピングモータ24c11と、ステッピングモータ24c11に接続する回転軸24c12と、回転軸24c2とで構成されており、画像表示パネル22の表示面の中心Sを通る上下方向回転軸O2上において、回動支持アーム24aの両端部24a2,24a3と、画像表示パネル22とを回動可能に連結している。そして、上下方向回転軸部24cは、ステッピングモータ24c11の駆動により、回動支持アーム24aに対して画像表示パネル22を回動する機能を備えている。
このように、表示パネル回動支持部24は、表示パネル22の表示面の中心Sを通る左右方向回転軸O1、上下方向回転軸O2を中心として、表示パネル22を上下および左右に回動することができるように支持している。
赤外線光源25aは、観察者Dの眼ER,ELに向けて位置検出用の赤外光を照射するように配置されている。
赤外線カメラ25bは、撮像光学系25b1と、受光素子25b2を備えている。
瞳検出部は、図示しないコンピュータの演算処理部に設けられている。
瞳検出部では、図4に示した画像表示パネル22の表示面の中心Sから左右の射出瞳OPL,OPRが形成される位置P1までの距離LS1分、画像表示パネル22から離れた位置において、観察者Dの左右の眼ER,ELを赤外線カメラ25bで撮像した情報に基づいて観察者Dの左右の眼ER,ELの2次元方向の位置を検出する。
図8は観察者Dの左右の眼ER,ELの眼底反射光(瞳孔)の検出の原理説明図である。
図8中、PEL,PERは赤外線カメラ25bで撮像された観察者Dの左右の眼ER,ELの眼底反射光(瞳孔)の像、PL0,PR0は観察者Dの左右の眼ER,ELの眼底反射光の中心点を示している。これらの中心点PL0,PR0間を結ぶ直線の中心位置Yが位置制御の基準位置である。そして、後述する初期位置設定操作時点で検出される観察者Dの左右の眼ER,ELの眼底反射光の中心点PL0,PR0間の中心位置Yを初期設定中心位置Y0として設定する。
そして、例えば、観察者Dが移動した場合、瞳検出部は、赤外線カメラ25bによって撮像される左右の眼底反射光の中心点PL1,PR1間の中心位置Y1を検出し、この検出した中心位置Y1における、初期設定中心位置Y0からの上下、左右方向のズレ量αを検出することで、観察者Dの眼ER,ELの瞳孔位置PEL1,PER1を検出するように構成されている。
初期位置設定操作ボタンをONすると、観察位置検出装置25の赤外線光源25aから位置検出用の赤外光が観察者Dの眼EL,ERに向けて出射される。出射された位置検出用の赤外光は、観察者Dの眼ER(EL)の網膜で反射され、その反射光(眼底反射光)は、赤外線カメラ25bの撮像光学系25b1を経て受光素子25b2で撮像される。次いで、瞳検出部が駆動し、赤外線カメラ25bで撮像された左右の眼ER,ELの眼底反射光の中心点PL0,PR0間を結ぶ直線の中心位置Yの測定値を初期設定中心位置Y0として設定し、図示しないメモリに記憶する。初期設定終了後、自動又は手動により観察位置検出手段25による初期設定中心位置Y0からのズレ位置の検出駆動がONの状態に設定される。
これにより、観察者Dが位置を変えても、画像表示パネル22の表示面に対する観察者Dの位置が検出されることになる。
具体的には、観察位置検出装置25を介して検出された現在位置での観察者Dの眼EL,ERが、画像表示パネル22を介して結像位置P1に結像されている、画像投影機21L,21Rの射出瞳OPL,OPRの領域内に入るようにするために、射出瞳OPL,OPRの位置を移動させる。そのために、画像表示パネル22を上下、左右方向に移動させるためのステッピングモータ24c11と、ステッピングモータ24b1の回動量を駆動パラメータとして算出し、算出した駆動パラメータの回動量に基づき、ステッピングモータ24c11と、ステッピングモータ24b1を駆動する。
これにより、画像表示パネル22が、回動支持アーム24aに対して、上下方向回転軸O2を中心に所定量回動されるとともに、立体画像表示手段支持アーム23cに対して回動支持アーム24と共に左右方向回転軸O1を中心に所定量回動され、画像表示パネル22が観察者Dの眼EL,ERに対して、画像投影機21L,21Rの射出瞳OPL,OPRの領域内に入るようになる。
図9は本発明の第二実施形態にかかる手術用立体画像観察装置における画像表示パネルの表示面の回動制御処理手順を示すフローチャート、図10は図9に示す画像表示パネルの表示面の回動制御処理手順における一変形例を示すフローチャートである。
なお、第二実施形態の手術用立体画像観察装置の基本的な構成要素は、図1〜図8に示した第一実施形態の手術用立体画像観察装置と同じであり、手術用立体顕微鏡画像撮像装置とともに手術用立体画像顕微鏡システムを構成する。
第二実施形態の手術用立体画像観察装置2では、第一実施形態の手術用立体画像観察装置2における、観察位置検出装置25の瞳検出部(図示省略)、及び表示位置制御手段(図示省略)による駆動制御に関し、観察者Dの眼EL,ERに対して、画像投影機21L,21Rの射出瞳OPL,OPRを追従させるために回動する画像表示パネル22の速度や加速度を駆動パラメータとして算出するように構成されている。
具体的には、観察者Dの眼EL,ERの瞳孔が画像投影機21L,21Rの射出瞳OPL,OPRの領域内で移動するような小さな動きの場合には、画像表示パネル22をゆっくり、緩やかに回動することで、煩わしさを感じさせずに観察させることができる。
一方、観察者Dの眼EL,ERの瞳孔が画像投影機21L,21Rの射出瞳OPL,OPRから外れるように変位した場合には、立体視が不可能となるため、画像表示パネル22を極力早い速度で、すばやく回動することで、立体視が可能となる状態になるまで長く待たせるような煩わしさを感じさせずに観察させることができる。
そこで、第二実施形態の手術用立体観察装置において、0次光の入射位置が観察者Dの眼EL,ERの瞳孔に重なる場合には、画像投影機21L,21Rによる投影を停止するようにしてもよい。その場合には、例えば、観察位置検出装置25の瞳検出部に、画像投影機21L,21Rに対する画像表示パネル22の向きに応じて0次光の入射位置を算出する機能を加えるとともに、表示位置制御手段(図示省略)に、算出した0次光の入射位置が観察者Dの眼EL,ERの瞳孔に重なる場合に画像投影機21L,21Rによる投影を停止する機能を加えればよい。
図11は本発明の第三実施形態にかかる手術用立体画像観察装置の概略構成図、図12は図11に示す画像表示パネルの表示面の回動制御処理手順を示すフローチャートである。
第三実施形態の手術用立体画像観察装置2’では、画像表示パネルが、レンチキュラー方式の立体液晶画像表示装置22’として構成されており、第一実施形態及び第二実施形態の手術用立体画像観察装置2のような画像投影機21L,21Rを備えていない。
画像表示パネル22’は、液晶とバックライトとレンチキュラーレンズを有し(図示省略)、バックライトで照明された液晶からの像がレンチキュラーレンズを介して、左眼用画像と右眼用画像とに分離して投影されるように構成されている。また、画像表示パネル22’は、手術室の床面に固定あるいは移動可能に配置された立体画像表示手段支持台23’に、表示パネル回動支持部24を介して連結されている。また、観察位置検出装置25は、立体画像表示手段支持台23’における画像表示パネル22’が連結されている部位の近傍に取り付けられている。
表示パネル回動支持部24の構成は、第一実施形態及び第二実施形態の手術用立体画像観察装置における表示パネル回動支持部24と同じである。
その他の構成は、第一実施形態及び第二実施形態の手術用立体画像観察装置2とほぼ同じである。
なお、第三実施形態の手術用立体画像観察装置2’では、上述のように視域が縦に長いため、上下方向と左右方向とで、画像表示パネル22’の回動速度、回動加速度、回動量などの駆動パラメータの値を異ならせる構成を採用したが、視域が円形である第一及び第二実施形態の手術用立体画像観察装置2においても、上下方向と左右方向とで、画像表示パネル22の回動速度、回動加速度、回動量などの駆動パラメータの値を異ならせるように構成してもよい。人間の感覚は左右方向のゆれ(移動)に比べて上下方向のゆれ(移動)に対して敏感に違和感を感じるため、この違和感を緩和できる。
また、第一実施形態〜第三実施形態の手術用立体観察装置では、表示パネル回動支持部24を介して画像表示パネル22又は画像表示パネル22’を回動するようにしたが、画像表示パネル22又は画像表示パネル22’の表示面の中心Sを通る軸O1,O2を中心として、画像表示パネル22又は画像表示パネル22’を上下、左右方向に回動可能に支持することができれば、例えばユニバーサルジョイントを用いて回動支持手段を構成してもよい。
あるいは、第一実施形態〜第三実施形態の手術用立体観察装置では、画像表示パネル22又は画像表示パネル22’の表示面の中心Sを通る左右方向又は上下方向の軸O2,O1を中心として、画像表示パネル22又は画像表示パネル22’を上下又は左右に回動可能に支持するように表示パネル回動支持部24を構成したが、画像表示パネル22又は画像表示パネル22’の表示面の中心Sを通る、表示面に対して垂直方向の軸を中心として、画像表示パネル22又は画像表示パネル22’を2次元方向に回動可能に支持する機能を加えて構成してもよい。
以上の実施形態においては画像表示パネルの表示面の向きを回動によって変えることで視域を変更した。一方、表示面の向きを変えずに視域を変更可能な立体表示装置においても、前記駆動パラメータを用いた眼の追従制御を行うことによって、常に立体観察が可能になるとともに、追従によって煩わしさが生じない。
図13は本発明の第四実施形態にかかる手術用立体観察装置における表示パネル回動支持部の構成を示す説明図であり、(a)は背面図、(b)は側面図、(c)は(b)の部分説明図である。
回動支持アーム24aは、画像表示パネル22の表示面の中心Sを通る2次元方向回転軸O3を中心として、画像表示パネル22が回転できる間隔をあけて略コの字形状に屈曲形成されている。
左右方向回転軸部24bは、ステッピングモータ24b1とステッピングモータ24b1に接続する回転軸24b2とで構成されており、画像表示パネル22の表示面の中心Sを通る左右方向回転軸O1上において、回動支持アーム24aの中間部24a1と立体画像表示手段支持アーム23cの他端部とを、回動可能に連結している。そして、左右方向回転軸部24bは、ステッピングモータ24b1の駆動により、立体画像表示手段支持アーム23cの他端部に対して回動支持アーム24aを回動する機能を備えている。
上下方向回転軸部24cは、ステッピングモータ24c11と、ステッピングモータ24c11に接続する回転軸24c12と、回転軸24c2とで構成されており、画像表示パネル22の表示面の中心Sを通る上下方向回転軸O2上において、回動支持アーム24aの両端部24a2,24a3と、第二回動支持アーム24dの両端部24d2,24d3を回動可能に連結している。そして、上下方向回転軸部24cは、ステッピングモータ24c11の駆動により、回動支持アーム24aに対して第二回動支持アーム24dを回動する機能を備えている。
2次元方向回転軸部24eは、ステッピングモータ24e1とステッピングモータ24e1に接続する回転軸24e2とで構成されており、画像表示パネル22の表示面の中心Sを通る2次元方向回転軸O3上において、第2回動支持アーム24dの中間部24d1と画像表示パネル22を回動可能に連結している。そして、2次元方向回転軸部24eは、ステッピングモータ24e1の駆動により、第2回動支持アーム24eに対して画像表示パネル22を回動する機能を備えている。
このように、表示パネル回動支持部24は、表示パネル22の表示面の中心Sを通る左右方向回転軸O1、上下方向回転軸O2、2次元方向回転軸O3を中心として、表示パネル22を上下、左右及び2次元方向に回動することができるように支持している。
その場合、観察位置検出装置25を介して検出された現在位置での観察者Dの眼EL,ERが、画像表示パネル22を介して結像位置P1に結像されている、画像投影機21L,21Rの射出瞳OPL,OPRの領域内に入るようにするために、射出瞳OPL,OPRの位置を移動させるために、画像表示パネル22を上下、左右及び2次元方向に移動させるためのステッピングモータ24c11と、ステッピングモータ24b1と、ステッピングモータ24e1の回動量を駆動パラメータとして算出し、算出した駆動パラメータの回動量に基づいて、ステッピングモータ24c11と、ステッピングモータ24b1と、ステッピングモータ24e1を駆動するように構成されている。
その他の構成は、第一実施形態の手術用立体画像観察装置とほぼ同じである。
(1)術部の観察画像を立体的に表示する所定の視域を有した立体画像表示手段と、前記立体画像表示手段を支持する支持部材と、前記支持部材と前記立体画像表示手段の表示面とを連結し、且つ、該立体画像表示手段の略表示面の中心を通る軸を中心として、少なくとも上下又、左右又は2次元方向に該立体画像表示手段の表示面を回動可能に支持する回動支持手段と、前記立体画像表示手段の表示面に対する観察者の眼の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出結果に基づいて、前記回動支持手段を介した前記立体画像表示手段の表示面の回動を制御する、表示位置制御手段と、を有することを特徴とする手術用立体画像観察装置。
2,2’ 手術用立体画像観察装置
11 撮像装置本体部
11aL,11aR 撮像素子
12 支持手段(多関節アーム)
12a アーム
12b 関節
21L,21R 画像投影機
22 画像表示パネル
22’ 画像表示パネル(レンチキュラー方式の立体液晶画像表示装置)
23 立体画像表示手段支持部
23’ 立体画像表示手段支持台
23a アーム
23b 関節
23c 立体画像表示手段支持アーム
24 表示パネル回動支持部
24a 回動支持アーム
24a1 中間部
24a2,24a3 両端部
24b 左右方向回転軸部
24b1 ステッピングモータ
24b2 回転軸
24c 上下方向回転軸部
24c11 ステッピングモータ
24c12,24c2 回転軸
24d 第二回動支持アーム
24d1 中間部
24d2,24d3 両端部
24e 2次元方向回転軸部
24e1 ステッピングモータ
24e2 回転軸
25 観察位置検出装置
25a 赤外線光源
25b 赤外線カメラ
25b1 撮像光学系
25b2 受光素子
45 カメラコントローラ
45L,45R CCU(カメラコントロールユニット)
O1 左右方向回転軸
O2 上下方向回転軸
O3 2次元方向回転軸
Claims (5)
- 術部の観察画像を立体的に表示する所定の視域を有した立体画像表示手段と、
前記立体画像表示手段を支持する支持部材と、
前記支持部材と前記立体画像表示手段の表示面とを連結し、且つ、該立体画像表示手段の略表示面の中心を通る軸を中心として、少なくとも上下又は左右に該立体画像表示手段の表示面を回動可能に支持する視域移動手段と、
前記立体画像表示手段の表示面に対する観察者の眼の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段の検出結果に基づいて、前記視域移動手段を介した前記立体画像表示手段の表示面の回動を制御する、表示位置制御手段と、
を有することを特徴とする手術用立体画像観察装置。 - 術部の観察画像を立体的に表示する所定の視域を有した立体画像表示手段と、
前記所定の視域を移動可能とする視域移動手段と、
前記立体画像表示手段の表示面に対する観察者の眼の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段による検出結果に基づいて、前記視域移動手段を制御する表示位置制御手段とを有し、
前記表示位置制御手段は、前記観察者の眼の位置と前記所定の視域の相対的な位置関係に基づいて、前記視域移動手段を駆動する駆動パラメータを算出すること
を特徴とする手術用立体画像観察装置。 - 前記表示位置制御手段が、観察者の眼の位置が前記立体画像表示手段による立体視が可能な所定の視域内にあるか否かに応じて、前記視域移動手段を介した前記立体画像表示手段の所定の視域の移動のための、速度、加速度の少なくともいずれかを前記駆動パラメータの一つとして設定することを特徴とする請求項2に記載の手術用立体画像観察装置。
- 前記表示位置制御手段が、観察者の眼の位置が前記立体画像表示手段による立体視が可能な所定の視域内にあるか否かに応じて、前記視域移動手段を介した前記立体画像表示手段の所定の視域の上下又は左右への移動の要否を前記駆動パラメータの一つとして設定することを特徴とする請求項2又は3に記載の手術用立体画像観察装置。
- 前記表示位置制御手段が、前記視域移動手段を介した前記立体画像表示手段の所定の視域の上下への移動と、左右への移動とで、各々別個の駆動パラメータを設定することを特徴とする請求項2又は3に記載の手術用立体画像観察装置。
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