JP2013183313A - レンズ汚れを検知する方法と、この方法を用いた手術用カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、手術用カメラのレンズに付着した汚れ検出の信頼度を高めることを目的とするものである。
【解決手段】そしてこの目的を達成するために本発明は、レンズを有する撮像部１９ａ、１９ｂと、この撮像部を制御する撮像制御部２２と、被写体の照度を調整する照明制御部２４と、撮像制御部２２の絞りとフォーカスとシャッタースピードと、照明制御部２４の照度を調整した状態で、撮像部１９ａ，１９ｂが撮影した所定の布体の映像情報を分析してレンズに付着した汚れを検知するレンズ汚れ検知部２１と、撮像部１９ａ，１９ｂからの映像信号を表示装置に表示するとともに、レンズ汚れ検知部２１がレンズの汚れを検知した場合には、使用者に通知する表示制御部２０と、を備えた構成とした。
【選択図】図７

Description

本発明は、たとえば、手術の映像を立体的に表示する手術用カメラに関するものである。

従来のこの手術用カメラの汚れ検知方法は、以下のようなステップとなっていた。

すなわち、所定の時間間隔で撮影される各画像を複数の領域に分割する画像分割ステップと、前記分割された各領域の画像情報を演算する画像情報演算ステップと、前記演算された画像情報を所定の記憶媒体に記憶する画像情報記憶ステップと、所定数分の前記画像情報が前記記憶媒体に記憶されたとき、各前記領域につき該所定数分の画像情報を相互に比較して差分を計算する差分計算ステップと、前記差分の無い領域の数をカウントするカウントステップと、前記カウントされた領域の数が第一の閾値以上である場合には、前記観察視野面が汚れていると判定する汚れ判定ステップと、を含んでいた（例えば下記特許文献１）。

特開２０１１−３６５８２号公報

前記従来例における課題は、汚れ検出の信頼度が低いことであった。

すなわち上記従来例においては、汚れ検出の信頼度が、汚れ判定の際に使用する映像情報に影響を受けやすいために、この映像情報によっては、汚れ検出の信頼度が低下してしまうことであった。

例えば、焦点距離の短い内視鏡は被写界深度が浅い為、対象物との距離が離れた環境ではフォーカスが合わずボケた映像となる。このような環境下では映像信号の解像感はない為、映像検出の信頼性は大きく低下する。

そこで本発明は、手術用カメラのレンズに付着する汚れ検出の信頼度を高めることを目的とするものである。

そしてこの目的を達成するために本発明は、レンズを有する撮像部と、この撮像部の絞りとフォーカスとシャッタースピードを制御する撮像制御部と、被写体の照度を調整する照明制御部と、前記撮像制御部の絞りとフォーカスとシャッタースピードと、前記照明制御部の照度を調整した状態で、前記撮像部が撮影した所定の布体の映像情報を分析して前記撮像部のレンズに付着した汚れを検知するレンズ汚れ検知部と、前記撮像部からの映像信号を表示装置に表示するとともに、前記レンズ汚れ検知部がレンズの汚れを検知した場合には、使用者に通知する表示制御部と、を備えた構成とした。

これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、レンズを有する撮像部と、この撮像部の絞りとフォーカスとシャッタースピードを制御する撮像制御部と、被写体の照度を調整する照明制御部と、前記撮像制御部の絞りとフォーカスとシャッタースピードと、前記照明制御部の照度を調整した状態で、前記撮像部が撮影した所定の布体の映像情報を分析して前記撮像部のレンズに付着した汚れを検知するレンズ汚れ検知部と、前記撮像部からの映像信号を表示装置に表示するとともに、前記レンズ汚れ検知部がレンズの汚れを検知した場合には、使用者に通知する表示制御部と、を備えた構成としたものであるので、レンズに付着する汚れ検出の信頼度を高めることができる。

すなわち本発明においては、手術用カメラのレンズに付着した汚れの検出に、所定の布体の映像情報を分析して検出する構成としたので、レンズに付着する汚れ検出の信頼度を高めることができるのである。

本発明の一実施形態を示す第1の斜視図 本発明の一実施形態を示す内視鏡の先端図 本発明の一実施形態を示す第2の斜視図 手術用カメラのフロー図 その表示画面の図 その表示画面の図 手術用カメラの機能ブロック図

以下、本発明の一実施形態を、手術用顕微鏡装置に適用した物を、添付図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示す図として、手術用カメラである硬性内視鏡を用いて、体腔内の手術を行っている状態を示している。

図１に示すように、執刀医１、助手２は、患者３を全身麻酔した後、この患者３の体腔６が鉗子４、５、またレンズおよびカメラを含む硬性内視鏡７に対して動かないように患者３を固定した状態で手術を行う。

硬性内視鏡７は、助手２によって操作され、患者３の処置対象の臓器がある体腔６の観察および拡大可能なように、体腔６に硬性内視鏡７の先端部を挿入し、その挿入の深さ・角度を変更するが、この状態において、執刀医１は、処置具としての鉗子４、5を硬性内視鏡７とは離れた位置から挿入するので、体腔６内で硬性内視鏡７の先端部と鉗子４、５と間は、鉗子４、5による処置が可能な程度に離した状態になる。

ここで、手術に使用する処置具としては、鉗子４、5あるいは、ドリル、レーザメスなど、先端に処置手段と、手で保持するための把持部とを備えた長手方向に棒状の形状をしたものを想定している。

図２は硬性内視鏡７の先端部分を示す。金属製の筒である硬性鏡スコープ９は、左右一対のレンズ１０、１１によって構成されており、これらレンズ間に生じる左右の視差による映像を合成することで、患部の映像が立体的な映像として表示パネル８に映し出される。執刀医１は、この表示パネル８に映し出された映像を見ながら鉗子４、５により手術を行い、助手２は、この表示パネル８に映し出された映像を見ながら硬性内視鏡７の操作を行うのである。

また硬性鏡スコープ９の先端には、左右一対のレンズ１０、１１に直接光が入らない用に配置された照明１２，１３が配置されており、レンズ１０、１１および照明１２、１３の外側には、直接これらが外部と接触しないように、ガラス等でできた透明なフィルタ１４により覆われている。

実際の手術としては体腔内であることから、硬性鏡スコープ９の先端部と対象部の距離は数センチから１０センチ程度に制限される。限られた狭い空間の中で鉗子４、5により処置を行う為、硬性鏡スコープ９の先端には処置で飛び散った体液や血液が付着、または意図せず体腔内の臓器に触れるなどが頻繁に起こりうる。その為、フィルタ１４は汚れ、表示パネル８の映像は汚れがついたものとなる。

図３においては、汚れた硬性鏡スコープ９の先端部の洗浄を行っている状態を示している。助手２は硬性鏡スコープ９を一度、体腔６内から取り出し、ガーゼ１５などの布体で硬性鏡スコープ９の先端部を直接拭くことにより汚れを除去する。ここで洗浄が不十分だと、硬性鏡スコープ９を体腔６内に戻した（挿入した）後に不十分に気がつき、再び洗浄の為に硬性鏡スコープ９を体腔６内から取り出さなくてはならない。そうならないように、汚れが取れたかどうかを判断する必要がある。

しかしながら、この洗浄の為に体腔６内から取り出した硬性内視鏡７が撮像する映像は、手術室内の任意の風景であり、対象物との距離が離れている為に、フォーカスの合っていないボケている映像となる。もしくは洗浄中のガーゼなどの布体が写った画であり、照明１２，１３の光路をガーゼなどの布体がふさいでしまう為、反射しレンズ１０、１１に直接光が入り、輝度がとても高く真っ白な白飛びの映像となる。これらの映像が映し出される表示パネル８での汚れの有無の判断は、助手２および執刀医１には難しく、また同様に映像信号処理における汚れ検知方法では信頼度が低下してしまう。

次に、上述した環境下で汚れを認識しやすくするための手段として、ガーゼなどの布体により検知を行うフロー図を図４に示す。

まず図２における助手２が患者３の体腔から硬性内視鏡７を取り出し、汚れ検知の為にガーゼ１５をあてた時、または、ガーゼ１５により拭いている最中に汚れ検知を更新する時、または、ガーゼ１５により拭き終えガーゼ１５をあてたまま汚れ検知を更新する時に、操作部としてのフットスイッチ（図示していない）を押すことで、図４のフローズの一連の動作が開始される。

図４のフロー図ではまず照明調整を行い、照度を低減することで被写体の明るすぎを抑える。次に絞り調整を行い、絞ることにより被写体深度を深くすることでフォーカスの合う範囲を広げる。またシャッタースピードの調整を行い、高速にすることで映像のブレを防ぐ。これら調整により、ガーゼ１５の網目模様などをターゲットとしてフォーカスを合わせることが出来る。フォーカス調整後の映像は白飛びまたはボケ映像ではないので、レンズに付着する汚れ検出の信頼度を高めることができる構成となっている。

このように分析するための映像信号の解像感を良くすることができるので、レンズに付着する汚れ検出の信頼度を高めることができるのである。

次に、上述した環境下で汚れを認識しやすくするための手段として、汚れ検知情報の表示および非表示する手段を適用した表示映像を図５、図６に示す。

図５、図６は、ガーゼ１５の網目１６をターゲットとして、撮像部のフォーカスが調整された後に、汚れ１８の有無を通知する手段として、汚れ検知による検知情報を汚れ状態表示１７により表示している。この汚れの有無に関しては、表示している時は汚れている状態を示し、逆に汚れがなくなると、汚れている状態はなくなるので表示は消える。

助手２は、体腔内から硬性内視鏡７を取り出した後、操作部としてのフットスイッチ（図示していない）を押して汚れを検出し、汚れ状態表示１７の汚れ検知情報を表示させた後、洗浄を行う。その後、再び操作部による操作により汚れの有無を検出し、汚れ状態表示１７の非表示による汚れの除去を確認した後、硬性内視鏡７を体腔内に戻し手術を続ける。

なお汚れ状態表示１７は、非表示常時内視鏡映像を視認可能となるように、半透明のキャラクターで生成して表示されている。

次に、本発明の実施の形態における手術用カメラの機能ブロック図を図７に示す。

まず、左右一対のレンズ１０、１１を備え、被写体に対して左右両眼視差を持ち、絞りとフォーカスとシャッタースピードを変更する左右一対の撮像部１９ａ、１９ｂと、これら左右の撮像部１９ａ、１９ｂからの映像信号を合成して、表示パネル８としての表示部に立体映像を表示する表示制御部２０により、硬性内視鏡７の映像を表示する構成となっている。

操作部２３からの指示により、ガーゼ１５を対象物とする「接写モード」となる調整値が、照明制御部２４から照明１２、１３へ設定される。また、撮像制御部２２から撮像部１９ａ、１９ｂへ設定される。

照明制御部２４の調整値は接写撮影を行う設定で、具体的な例では、照明１２、１３に対しては、被写体までの距離が近く明るすぎる為に照度を抑える調整値を設定する。その際、照明制御部２４は撮像部１９ａ、１９ｂからの映像信号のレベルを監視しながら、調整値を変化させ、最適な照度になるまで調整値を変化させる構成とすることも可能である。

撮像制御部２２の調整値は接写撮影を行う設定で、具体的な例では、絞りに対しては、被写体のフォーカスの合う範囲を広げる為に絞りを絞る方向の調整値を設定し、シャッタースピードに対しては、ブレや軌跡が出るのを防ぎ早い動きに対応する為にシャッタースピードを高速にする調整値を設定する。これらによりガーゼ１５の映像情報の解像感を良くした後、フォーカスに対して、ガーゼ１５の網目１６の高域部分をターゲットとしてフォーカス合わせるように調整値を設定する。

また撮像制御部２２は、撮像部１９ａ、１９ｂからの映像信号の明るさや高域成分などの状態を監視しながら、調整値を変化させ、最適な絞りとフォーカスとシャッタースピードになるまで調整値を変化させる構成とすることも可能である。

次に、レンズ汚れ検知部２１は、撮像部１９ａ、１９ｂからの左右の映像信号を取り込み、これら映像信号の水平方向と垂直方向の対応する同じ空間位置の映像同士を比較し、その差分が、表示制御部２０で指示された判定閾値を超える場合は、その空間位置が汚れていると検出し、表示制御部２０へ検知情報を送る。表示制御部２０では撮像部１９ａ、１９ｂからの映像信号を表示するのと同時に、表示制御部２０からの検知情報に従い、映像信号へキャラクターなどの汚れ状態表示１７を付加することで、表示部に汚れ状態表示１７が表示される。

ここで左右の映像信号は左右両眼視差を持つことから、予め左右の映像信号の視差となる差分を検出し、その差分を補正する視差補正を行った後、映像同士の比較を行うことも可能である。撮像部１９ａ、１９ｂからの左右の映像信号はガーゼ１５の網目の映像であることから、網目の高域成分で左右の対応する映像成分を抽出することで、比較的容易に視差となる差分である水平方向のズレ量を検出することかできる。そしてズレ量だけ映像を水平方向にシフトさせることで視差補正を行う。

また、表示制御部２０で設定される閾値は、執刀医１または助手２が汚れと認識したいと思うレベルに固定して設定することも可能である。

なお、汚れ状態表示１７の表示開始は、操作部２３による操作により汚れを検出した時とし、汚れ状態表示１７の非表示開始は、操作部による操作により汚れを検出しない時とする構成としたが、操作部２３による操作がない、常時自動で検出または非検出を判断し、汚れ状態表示１７に表示または非表示させる構成も考えられる。

以上のように、本発明の実施形態の手術用カメラは、術用カメラのレンズに付着した汚れの検出に、ガーゼ等の所定の布体の映像情報を分析して検出する構成としたので、レンズに付着する汚れ検出の信頼度を高めることができるのである。

以上のように本発明は、レンズを有する撮像部と、この撮像部の絞りとフォーカスとシャッタースピードを制御する撮像制御部と、被写体の照度を調整する照明制御部と、前記撮像制御部の絞りとフォーカスとシャッタースピードと、前記照明制御部の照度を調整した状態で、前記撮像部が撮影した所定の布体の映像情報を分析して前記撮像部のレンズに付着した汚れを検知するレンズ汚れ検知部と、前記撮像部からの映像信号を表示装置に表示するとともに、前記レンズ汚れ検知部がレンズの汚れを検知した場合には、使用者に通知する表示制御部と、を備えた構成としたものであるので、レンズに付着する汚れ検出の信頼度を高めることができる。

すなわち本発明においては、手術用カメラのレンズに付着した汚れの検出に、所定の布体の映像情報を分析して検出する構成としたので、レンズに付着する汚れ検出の信頼度を高めることができるのである。

したがって、手術中の患部の映像を立体的に表示することが求められる硬性内視鏡等の手術用カメラへの適用が大いに期待されるものである。

１ 執刀医
２ 助手
３ 患者
４，５ 鉗子
６ 体腔
７ 硬性内視鏡
８ 表示パネル
９ 硬性鏡スコープ
１０，１１ レンズ
１２、１３ 照明
１４ フィルタ
１５ ガーゼ
１６ 網目
１７ 汚れ状態表示
１８ 汚れ
１９ａ，１９ｂ 撮像部
２０ 表示制御部
２１ レンズ汚れ検知部
２２ 撮像制御部
２３ 操作部
２４ 照明制御部

Claims (6)

1. レンズを有する撮像部と、
   この撮像部の絞りとフォーカスとシャッタースピードを制御する撮像制御部と、
   被写体の照度を調整する照明制御部と、
   前記撮像制御部の絞りとフォーカスとシャッタースピードと、前記照明制御部の照度を調整した状態で、前記撮像部が撮影した所定の布体の映像情報を分析して前記撮像部のレンズに付着した汚れを検知するレンズ汚れ検知部と、
   前記撮像部からの映像信号を表示装置に表示するとともに、前記レンズ汚れ検知部がレンズの汚れを検知した場合には、使用者に通知する表示制御部と、を備えた手術用カメラ。
2. 前記撮像部は、被写体に対して左右両眼視差を持つ左右一対のレンズを有し、前記レンズ汚れ検知部は、前記撮像部の左右一対のそれぞれのレンズからの映像信号を分析して、前記撮像部のレンズに付着した汚れを検知する構成とした請求項１に記載の手術用カメラ。
3. 前記表示制御部に対して、前記撮像部からの映像信号を表示装置に表示する通常モードと、前記表示制御部に対して、前記レンズ汚れ検知部にレンズの汚れを検知させ、その結果を使用者に通知するレンズ汚れ検知モードと、を切り替え可能とする操作部を備えた請求項１または２に記載の手術用カメラ。
4. 請求項２または３に記載のレンズ汚れを検知する方法であって、
   照明制御部を調整して照度を低減するとともに、撮像制御部を調整して撮像部のフォーカスを接写モードとし、撮像部の絞りを絞り、シャッタースピードを高速にする第１の工程と、
   前記第１の工程で設定した撮像部からの映像情報を所定の布体として分析し、この所定の布体の繊維の映像情報から撮像部のレンズの汚れを検知する第２の工程と、
   を備えたレンズ汚れを検知する方法。
5. 前記第２の工程において、撮像部は被写体に対して左右両眼視差を持つ左右一対のレンズを有し、撮像部からの左右の所定の布体の繊維の映像情報を比較して撮像部のレンズの汚れを検知する工程とする請求項４に記載のレンズ汚れを検知する方法。
6. 前記所定の布体はガーゼとする請求項４または５に記載のレンズ汚れを検知する方法。

Images