JP2013197652A - 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１６と、この撮像部１６のレンズを回動するレンズ駆動部１７と、このレンズ駆動部１７を制御して、レンズ回動の前後の映像情報を分析して撮像部１６のレンズに付着した汚れを検知するレンズ汚れ検知部１９と、撮像部１６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１９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１８と、を備えた構成とした。
【選択図】図８

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。

例えば内視鏡で体腔内を撮影した場合、地上の風景を撮影したものとは異なり、映像は平坦で、はっきりとした輪郭である高域成分が極端に少ない。このような環境下では映像信号の特徴が検出しにくく、汚れを検出できる映像の差分となる情報が少ない為、汚れ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、この撮像部のレンズを回動するレンズ駆動部と、このレンズ駆動部を制御して、レンズ回動の前後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、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、この撮像部のレンズを回動するレンズ駆動部と、このレンズ駆動部を制御して、レンズ回動の前後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、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、レンズ回動の前後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 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、手術用内視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、レンズ１０によって構成されており、患部が表示パネル８に映し出される。執刀医１は、このレンズにより表示パネル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、このレンズにより表示パネル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、レンズ１０に直接光が入らない用に配置された照明１１，１２が配置されている。

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、レンズ１０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１３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。この作業は執刀医１または助手２が表示パネル８の映像を見て、レンズ１０に汚れが付着し手術に支障が出ると判断されると行われる。しかし少しずつ汚れがつく場合、短い時間で汚れの変化量が少ない場合は、人間の目にはその変化が分かりにくく、汚れている判断が遅れ、図３の洗浄作業をしないまま手術を進めてしまう場合がある。汚れがついたまま手術を進めることは安全上好ましくない為、このような環境下でも執刀医１または助手２が判断できる補助情報を表示する方法が考えられる。例えば、差分を主とする映像信号処理による汚れ検知を行い、汚れがあるかどうかを判断し情報を表示する。

しかしながら、体腔６内の映像は対象物が非常に小さいものを表示部としての表示パネル８で大きく表示させており、また体腔内なのでその画の性質上、輪郭がはっきりした高域成分が極端に少ない平坦な画である。このような環境下では、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、また同様に差分を主として汚れを検出する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、レンズ回動の前後の映像情報を分析して検知を行うフロー図を図４に示す。

執刀医１または助手２は患者３の体腔６に硬性内視鏡７を挿入した状態で、図４のフロー図では、まずレンズ回動前の映像を取り込む。次に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、レンズ回動を行い、回動後の映像を取り込み、これら映像を比較する前後映像比較を行う。レンズに汚れがない時は前後映像の差はなく、またレンズに付く汚れは、その性質上、予め決まったパターンはなく任意に付くので、汚れが酷いほど、前後映像の差は大きくなる。このようにして比較した映像の差分が汚れとして検出される。

この比較により、平坦な画における差分を出すことが出来るので、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。

また図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１３をあてた時、または、ガーゼ１３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１３により拭き終え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のフロー図の一連の動作が開始されることも考えられる。これらの環境は、本来内視鏡がターゲットとする体腔内の環境とは異なるので、フォーカスが合わずボケた画になる可能性があるが、レンズ回動により、平坦な画における小さなレベルの差分を出すことが出来、汚れ検出または非検出が精度良くできる。

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、レンズ汚れ１５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１４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（図５の汚れ状態表示１４）は汚れている状態を示し、逆に表示していない時（図６の汚れ状態表示１４）は汚れがない状態を示す。また、洗浄などで汚れている状態から汚れがなくなると、汚れている状態ではないので表示は消える。

なお汚れ状態表示１４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。

また図７は、図５の状態でレンズ回動した後の表示パネル８の映像を表示したものである。

レンズ回動によりレンズ汚れ１５の表示パネル上での位置は変わるが、レンズ汚れ１５以外の映像の位置は変わらない。このようにレンズ汚れ１５の有無を通知する手段としては、レンズ回動させることで汚れ状態表示１４以外でも、汚れがどこに付着しているかを知ることができる。

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８に示す。

まず、レンズ１０を有し、レンズ１０を回動する機構構造を有する撮像部１６と、この撮像部１６からの映像信号を、表示部としての表示パネル８に表示する表示制御部１８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。

また、撮像部１６のレンズ１０の回動により、そのレンズの映像を電気信号へ変換するイメージセンサーは回動しない機構構造である。

レンズ駆動部１７は、操作部２０からの指示により、撮像部１６のレンズを回動させる。
この回動は予め決められた角度、または操作部２０としてのフットスイッチ（図示していない）を押す時間や強弱により変更できることが考えられる。また、操作部２０からの指示はレンズ汚れ検知部１９にも伝えられ、レンズ汚れ検知部１９はレンズ回動の前後の映像情報を分析することで汚れを検知する。

レンズ汚れ検知部１９での実際の汚れの検知は、回動前後の映像信号の差分を得ることにより行われる。回動前の撮像部１６からの映像信号を記録する第１の工程と、回動後の撮像部１６からの映像信号を記録する第２の工程により、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１８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１８へ検知情報を送る。

ここで、表示制御部１８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。

さらに、レンズ汚れ検知部１９は、汚れの検知結果の状態を監視しながら、レンズ回動の角度を変化させ、さまざまな回動の角度で汚れ検知を行う構成とすることも可能である。撮像部１６からの映像信号と汚れの位置関係により、検出しにくい部分の汚れを、検出しやすい部分に変更することが出来る。

表示部としての表示パネル８では、撮像部１６からの映像信号を表示するのと同時に、レンズ汚れ検知部１９からの検知情報に従い、表示制御部１８で映像信号へキャラクターなどの汚れ状態表示１４を付加することで、表示部に汚れ状態表示１４が表示される。

また本実施例では、硬性内視鏡の先端は図２で示されるように対物レンズ１個を用いる構成であるが、左右一対の対物レンズを備え、被写体に対して左右両眼視差を持つ左右一対の撮像部による立体視表示が可能な構成も考えられる。この場合、前記実施例と同様に、左右一対となるそれぞれの撮像部からの映像信号を、それぞれのレンズ回動の前後で比較分析する構成となる。

ここでは左の映像信号と右の映像信号を比較する構成も考えられるが、左右の映像のどちらに汚れが付着しているかの判断が難しい。またこれら映像信号は左右両眼視差を持つ為、水平および垂直位置が同じでも空間位置は異なるので比較が難しい。そこで、それぞれのレンズ回動の、前後の映像信号で比較分析することにより、左右眼別々に汚れを検知することができ、さらに視差を考慮する必要がなくなり比較が容易となる。

また、レンズ駆動部１７によるレンズ回動は、レンズ汚れ検知と同時に、執刀医１または助手２が表示部としての表示パネル８で見える汚れの位置を変更することができる。この汚れの位置の変更により、汚れが鉗子４，５による処置の妨げとなる部分からずらせられるので、手術をそのまま進め、図３の洗浄による手術の中断を回避し、洗浄回数を少なくすることができる可能性がある。
また本実施例では、硬性内視鏡の先端は図２で示されるようにレンズ１０および照明１１，１２で構成されるが、レンズ１０および照明１１、１２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により覆われている構成も考えられる。この構成において、硬性内視鏡の先端の汚れはこのフィルタに付着することから、レンズ駆動部１７による回動は、このフィルタを回転する機構構成にすることができる。

以上のように、本発明の実施形態の手術用カメラは、手術用カメラのレンズに付着した汚れの検出に、レンズ回動の前後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、この撮像部のレンズを回動するレンズ駆動部と、このレンズ駆動部を制御して、レンズ回動の前後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、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、レンズ回動の前後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 レンズ
１１、１２ 照明
１３ ガーゼ
１４ 汚れ状態表示
１５ 汚れ
１６ 撮像部
１７ レンズ駆動部
１８ 表示制御部
１９ レンズ汚れ検知部
２０ 操作部

Claims (5)

1. レンズを有する撮像部と、
   この撮像部のレンズを回動するレンズ駆動部と、
   このレンズ駆動部を制御して、レンズ回動の前後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、を備えた手術用カメラ。
2. 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、を備えた請求項１に記載の手術用カメラ。
3. 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または２に記載の手術用カメラ。
4. 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から３のいずれか一つに記載の手術用カメラ。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載のレンズ汚れを検知する方法であって、
   撮像部からの映像情報を第１の映像情報として記録する第１の工程と、
   レンズ駆動部を制御して、撮像部のレンズを回動する第２の工程と、
   撮像部からの映像情報を第２の映像情報として記録する第３の工程と、
   第１の映像情報と第２の映像情報を比較分析してレンズ汚れを検知する第４の工程と、
   を備えたレンズ汚れを検知する方法。

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