JP2014158136A - 医療用撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】施術対象部の画像の画像条件を遠隔操作で調整可能な医療用撮影システムの提供を目的とする。
【解決手段】レンズ部２と、レンズ部２を通しての施術対象部の画像をデジタル信号に光電変換する撮像素子３とは、ヘッドバンド２１によって医療施術者の身体に着用されており、ＤＳＰ５は、メモリ４に設定されている所定の画像条件での基準値に基づいて撮像素子３が光電変換した信号を処理して映像信号を生成し、モニター１６はこの映像信号を表示する。そして、モニター１６が配置されている管理装置側２００の入力装置１８から画像条件の修正に関する指示入力をおこなうことで、ＤＳＰ５は、修正に応じて補正した基準値に基づく映像信号を生成し、モニター１６は補正された映像を表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療施術の際の施術対象部の状況を撮影する医療用撮影システムに関する。

医療施術（手術を含む）のような精密な作業には、医師等のオペレーターの頭部等の身体に光源装置を装着して行うことが知られている。

ところで、医療施術においてオペレーターが処置している施術箇所を撮影してこの映像をモニターによって表示すれば、施術の状況をオペレーターの補助者や施術対象者の家族などが確認することができ、また施術の映像を情報記録装置に記録しておけば、施術後に施術対象者や家族に対して行う際の説明の資料や、学会又は医学の教育用の資料として使用することができて大いに有効となる。

このような要望から、施術時にオペレーターが着用して用いる双眼ルーペと施術箇所を照らすためのスポットライトとが取り付けられているヘッドバンド又は双眼ルーペに、撮像装置を組み込んだ医療用撮影装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。

特開２００３−２０４９７２号公報 特開２００９−９８５７０号公報

しかし、撮像装置のズームや画像を鮮明にするなどの画像調整を行う場合に、ヘッドバンドや双眼ルーペを利用して施術を行うオペレーターの身体に撮像装置を取り付ける医療用撮影装置においては、施術の作業中でそのときに映し出されている画像を目視できない状況下にあるオペレーターは、補助者からの指示に従って調整せざるを得ない。しかし、施術の作業中のオペレーターにとってこの操作は非常に煩わしい行為であり、オペレーターの施術に対する集中を阻害し、施術に悪影響を及ぼすことになる。

上記課題に鑑みて、施術対象部の画像の画像条件を遠隔操作で調整可能な医療用撮影システムの提供を目的としている。そして、医療施術作業の実情に即して、作業の様子を高解像度で撮影可能な医療用撮影システムの提供を目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、医療施術時にオペレーターの身体に装着される携帯装置側と、前記携帯装置側で撮像された画像を表示する管理装置側とを備える医療用撮影システムであって、前記携帯装置側は、医療施術の対象部を撮影するレンズ部と、前記レンズ部を通しての前記対象部の画像をデジタル信号に光電変換する撮像素子と、前記撮像素子からの信号を処理して前記管理装置側に送信する映像信号を生成するデジタル・シグナル・プロセッサー（ＤＳＰ）と、前記ＤＳＰが前記撮像素子からの信号を処理する際に予め設定されている画像条件での前記映像信号を生成するための基準値を記憶しているメモリと、を備え、前記管理装置側は、前記携帯カメラから送信される前記映像信号から画像を表示するモニターと、前記映像信号を記録する情報記録装置と、前記モニターに表示されている画像を修正するために変更する画像条件を入力する入力装置と、を備え、前記ＤＳＰは、前記入力装置に変更が指示されたとき、前記変更する画像条件に応じて前記基準値を補正し、補正した前記基準値に基づいて前記映像信号を修正して生成する医療用撮影システムを提供するものである。

前記メモリには、前記画像条件として画像のコントラスト、輝度、ホワイト・バランスの少なくとも一つに関する前記基準値が設定されている。

また、前記レンズ部はズームレンズであり、前記音声認識装置が画像の拡大又は縮小に関する前記特定の入力音声による指示であることを認識したときに前記レンズ部の撮像倍率を調整する撮像制御部をさらに含む。

一方、前記モニターに表示されている画像から特定の領域が指定されたとき、前記ＤＳＰは、前記特定の領域を切り出して、前記切り出した領域を前記画像のサイズに拡大処理した画像の前記映像信号を生成する。これにより、施術中におけるオペレーターの視線の位置と撮像装置が捉える画像のズレを解消することができる。

前記携帯装置側は、音声入力装置をさらに備えて、前記ＤＳＰは、前記映像信号と共に、前記音声入力装置からの信号を処理して音声信号を生成し、前記モニターは前記映像信号及び前記音声信号を再生する。同時に、前記映像信号及び前記音声信号を情報記録装置に記録しておくとよい。

また、前記携帯装置側は、前記対象部に光を照射するＬＥＤ素子により構成された照光部をさらに備え、前記照光部は、前記レンズ部及び前記撮像素子と同じ又は別々にオペレーターの身体に着用される。このとき、前記制御装置は、前記特定の入力音声の指示に沿って前記照光部への供給電流を制御することで、スイッチ操作を行わずに照光のオン・オフ及び調光を行うことができる。このとき、前記照光部と前記レンズ部とは、オペレーターが顔面に着用する双眼ルーペ又は頭部に被る帽子又はヘッドバンドで保持するとよい。

そして、前記ＤＳＰからの前記映像信号及び前記音声信号を、前記モニターと前記情報記録装置の動作を制御する管理側制御装置に無線によって送信する構成とすることで、オペレーターが管理側とが伝送信号線で繋ぐ必要が無く、オペレーターによる施術による動作が規制されることがない。

また、前記ＤＳＰからの前記映像信号及び前記音声信号を無線ＬＡＮによりインターネット上に配信することで、施術の現場以外からもリアルタイムで施術の様子を確認することができる。

また、本発明は、医療施術時にオペレーターの身体に装着される携帯装置側と、前記携帯装置側で撮像された画像を表示する管理装置側とを備える医療用撮影システムであって、前記携帯装置側は、医療施術の対象部を撮影するレンズ部と、前記レンズ部の絞り及びシャッタースピードを制御する撮像制御部と、前記レンズ部を通しての前記対象部の画像をデジタル信号に光電変換する撮像素子と、前記撮像素子からの信号を処理して前記管理装置側に送信する映像信号を生成するデジタル・シグナル・プロセッサー（ＤＳＰ）と、前記対象部に光を照射するＬＥＤ素子によって構成される照光部と、前記ＬＥＤ素子への駆動電流の供給量を制御する制御装置と、を備え、前記管理装置側は、前記携帯装置側から送信される前記映像信号から画像を表示するモニターと、前記映像信号を記録する情報記録装置と、前記モニターに表示されている画像の露出を修正するために前記照光部の光量の調整を指示する入力装置と、を備え、前記制御装置は、前記入力装置から前記光量の修正の指示があると、前記駆動電流の供給量を増大する医療用撮影システムを提供するものである。

そして、前記携帯装置側は、加速度センサーをさらに備えて、前記加速度センサーが加速度を検知したとき、前記制御装置は前記駆動電流の供給量を修正させると共に、前記撮像制御部は前記シャッタースピードを調整する制御を行う。よって、撮像装置が動いて画像への「手ブレ」の影響が生じたときは、前記制御装置が駆動電流の供給量を増大させると共に、前記撮像制御部が前記シャッタースピードを速め、これに加えて前記絞りを絞る制御を行うことで「手ブレ」が防止される。

本発明による医療用撮影システムによれば、医療施術中で撮影画像を確認できないオペレーターに代わって、補助者がモニターに表示された表示画像を確認しながら画像条件の変更をリアルタイムで指示することができる。よって、施術の関係者が最適化した画像で施術状況を確認しつつ、記録として保存することができるために、医療施術に有効な医療用撮影システムを提供し得る。

本発明の実施形態に係る医療用撮影システムの電気回路をブロックにて示す。 画像修正処理画面の一例を示す。 照光部の点灯を制御する電流駆動回路の一例を示す具体的な回路構成図。 撮像装置と照光部を備えた双眼ルーペの説明図。 撮像装置と照光部を備えたヘッドバンドの説明図。 本発明の実施形態に係る医療用撮影装置において携帯側装置をオペレーターが着用した例を示す説明図。 オペレーターの視線の位置と撮像装置が捉える画像のズレを解消するための画像処理を模式的に示す説明図。 撮像装置において医療施術を撮影する場合の適正露出を選定する手順を示示すフローチャートである。

以下、本発明の最適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る医療用撮影システムの概略構成をブロック図によって示すもので、携帯装置側１００と管理装置側２００とから構成されて、両者は携帯装置側Ｉ／Ｆ１４と管理装置側Ｉ／Ｆ１５間で信号を授受する。

携帯装置側１００の構成を説明する。撮像装置１は、デジタル・スチル・カメラまたはデジタル・ビデオ・カメラであり、レンズ部２と、レンズ部２を通しての撮影対象部の画像をデジタル信号に光電変換するＣＣＤやＣＭＯＳによる撮像素子３と、予め設定される画像のホワイト・バランスやコントラストの画質条件の基準値を記憶しているメモリ４と、撮像素子３からの出力信号から映像信号を生成するデジタル・シグナル・プロセッサー（ＤＳＰ）５と、レンズ部２の絞りを制御する撮像制御部６と、加速度センサー１９と、を備えている。この加速度センサー１９については後に詳述する。

撮像装置１において、ＤＳＰ５は、メモリ４に記憶されている基準値を基にして撮像素子３からの出力信号を処理して、予め設定されたホワイト・バランス、コントラスト及び輝度などの画質条件を満足する画像を再生するためのスチル画像又はビデオ画像の映像信号を生成する。

音声入力装置７は、オペレーターが音声入力するマイクロフォンを含み、ＤＳＰ５は、上記した映像信号と共に、マイクロフォンに発声される音声から音声信号を生成する。音声入力装置７は、オペレーターが施術について音声で説明するのに利用される。そして、ＤＳＰ５は、生成した映像信号及び音声信号をＩ／Ｆ１４から伝送経路Ｌを介してＩ／Ｆ１５に伝送する。本実施形態においては、この伝送をＲＦ接続の無線通信によって行い、ＤＳＰ５からの映像信号及び音声信号は、Ｉ／Ｆ１４によってＲＦ変調されて送信され、Ｉ／Ｆ１５は受信した映像信号及び音声信号を復調する。

照光部９は、ＬＥＤ素子によって構成されており、オペレーターが医療施術中に施術対象部を照射するためにオペレーターの身体に装着される。そして、照光部９は、電流駆動回路１０を通してバッテリー電源１１から電流がＬＥＤ素子に供給されると発光する。電流駆動回路１０は、ＬＥＤ素子のオン・オフと共に通電する電流量を制御することで発光量を調整して調光を行うことができる。

本実施形態では、施術時におけるオペレーターの音声を集音する音声入力装置７のマイクロフォンを利用して、音声により照光部９のオン・オフ及び発光量を調整可能にしている。よって、音声認識装置８には、主にオペレーターが発声する照光部９での照光に関する数種類程度の入力音声の音声パターンが登録されており、これについての具体的な説明は後述する。

次に管理装置側２００について説明する。管理装置側２００は、管理側制御装置１３と、モニター１６と、ディスク記録装置などの情報記録装置１７と、入力装置１８とを含むパーソナル・コンピュータによって構成されている。管理側制御装置１３は、Ｉ／Ｆ１５に伝送されて復調された映像信号と音声信号とをモニター１６で再生する。したがって、モニター１６は、映像装置１がデジタル・スチル・カメラまたはデジタル・ビデオ・カメラであるかに応じて、スチル画像又はビデオ画像を再生する。同時に、管理側制御装置１３は、情報記録装置１７を制御して送られてくるこの映像信号及び音声信号を記録する。

前述したように、画像のホワイト・バランス、コントラスト及び輝度などの画像条件は、ＤＳＰ５がメモリ４に記憶されている基準値により予め設定されているが、オペレーターによる施術の様子をモニター１６の再生画像で確認している補助者によってこの基準の画像を修正し最適化することができる。そして、本実施形態では、撮像のレンズ部２にズームレンズを用いることで、画像条件の修正としてホワイト・バランス、コントラスト、輝度以外に画像の撮像倍率を調整することができる。具体的には、管理側制御装置１３は画像修正ソフトウェアの実行の下で図２に示す画像修正処理画面をモニター１６に表示しており、補助者はこの画面に基づいて修正処理を行う。

図２の画像修正処理画面で、映像領域Ｐは、ＤＳＰ５からの映像信号による画像を表示しており、補助者は、この映像領域Ｐの画像を確認しながらスイッチ表示部Ｓ１乃至Ｓ１１を入力装置１８によって操作しながら修正の指示を行う。

まず、補助者は、スイッチ表示部Ｓ１を入力装置１８のマウスの操作によって押すことにより、「ホワイト・バランス」・「コントラスト」・「輝度」・「倍率」の各項目はスイッチ表示部Ｓ４乃至Ｓ７をそれぞれ操作することで選択されて修正を指示することができる。スイッチ表示部Ｓ８乃至Ｓ１１は、それぞれ対応する各項目が選択されると、インジケータＩを「＋」方向又は「−」方向に動かすことで調整が可能となる。

スイッチ表示部Ｓ８乃至Ｓ１０において、初期状態でインジケータＩが位置している「０」は、予め設定されてメモリ４が記憶している基準値を基にしたホワイト・バランス、コントラスト及び輝度の状態を示している。また、スイッチ表示部Ｓ１１での「０」は、撮像制御部６によって制御されているレンズ部２の初期状態での倍率を示している。

そして、モニター１６の画像修正処理画面で映像領域Ｐの画像を確認している補助者は、「ホワイト・バランス」・「コントラスト」・「輝度」・「倍率」ごとに必要に応じてスイッチ表示部Ｓ４乃至Ｓ７を入力装置１８のマウス操作により選択し、対応しているスイッチ表示部Ｓ８乃至Ｓ１０のインジケータＩを「＋」方向又は「−」方向にマウス操作により動かすことで所望する画像条件への変更を指示する。

インジケータＩの移動により画像条件の変更が指示されると、管理制御装置１３は、画像条件の変更量に応じたデータ信号をＩ／Ｆ１５で変調してＩ／Ｆ１４に送信する。この場合の変更量は、「ホワイト・バランス」・「コントラスト」・「輝度」の場合には予めメモリ４が記憶している基準値からのプラス又はマイナスの変化量を示しており、「倍率」の場合には撮像制御部６が設定している初期状態での倍率からのプラス又はマイナスの変化量を示している。

携帯装置側１００では、制御装置１２がＩ／Ｆ１４で受信されて復調されたこのデータ信号を受け取ると、「ホワイト・バランス」・「コントラスト」・「輝度」に関する画像変更であればその変更データをＤＳＰ５に出力する。そして、ＤＳＰ５は、修正の指示のあった画像条件に関してメモリ４が記憶している基準値から指示された変化量分だけプラス又はマイナスに補正して、レンズ部２がリアルタイムで撮影している対象部の画像を補正した基準値に基づいて修正した映像信号を生成する。また、制御装置１２は、「倍率」に関する画像変更であればその変更データを撮像制御部６に出力し、撮像制御部６はレンズ部２を変更した倍率で撮像素子３にて結像するよう制御する。よって、ＤＳＰ５は変更した倍率での映像信号を生成する。

ＤＳＰ５が修正した映像信号は、Ｉ／Ｆ１４及びＩ／Ｆ１５を通して管理側制御装置１３へ導入され、モニター１６の画像修正処理画面の映像領域Ｐには修正された画像が再生されて補助者は修正の結果を確認することができる。このようにして、スイッチ表示部Ｓ４乃至Ｓ７による画像条件の選択と、スイッチ表示部Ｓ８乃至Ｓ１１のインジケータＩの操作による修正指示が行われるたびに、それに応じて修正された映像信号が携帯装置側１００から送信されてきて、映像領域Ｐにはこの映像信号に基づく修正された画像が表示される。そして、補助者は画像が最適化されたことを確認すると、スイッチ表示部Ｓ３を操作して画像修正を終了し、現在の施術箇所の状況がモニター１６の画面全体による表示に切り替わる。

照光部９のオン・オフ及び発光量の調整について説明する。音声認識装置８が認識する照光に関する入力音声としては、例えば、「点灯」・「消灯」・「明るく」・「最大明るく」の語句があり、主にオペレーターが音声入力装置７に発声する指示音声の内容を音声認識装置８が認識したとき、制御装置１２は、それに応じて電流駆動回路１０を介して照光部９のＬＥＤ素子への通電電流を制御する。この場合の電流駆動回路１０は、例えば、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等によってデューティー比を制御することでＬＥＤ照光部１へ流れる電流を制御している。

図３は、電流駆動回路１０の構成を示しており、この例ではパルス駆動方式によりＬＥＤ素子への通電電流を制御する。同図において、スイッチデバイス４１には、例えばＭＯＳＦＥＴを使用し、そのゲート側にパルス発生器４２からのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号が入力するよう接続し、制御装置１２からの制御信号によってパルス発生器４２がＰＷＭ信号を高レベルにしたときスイッチデバイス４１がオンとなり、バッテリー電源１１の電圧Ｖｃｃが印加されて入力側から負荷側へ電流が流れる。

スイッチデバイス４１の負荷側には照光部９のＬＥＤ素子４３と保護抵抗Ｒ４とを接続してアースし、その前段にはコイルとＬとコンデンサＣとから成る平滑回路を設けて、スイッチング動作によるパルス出力を平均化して出力する。コイルＬの更に前段には、スイッチデバイス４１がＯＦＦになってもコイルＬに電流を供給し続けるためにダイオード４４を設けている。これにより、スイッチデバイス４１のＯＮ時間（ＯＦＦ時間）を制御すれば、照光部９へ流れる電流を調節することができる。よって、制御装置１２は、音声認識装置８が照明に関する指示音声を認識したとき、その命令内容に従ってパルス発生器４２のデューティー比を変えて、スイッチデバイス４１のオン時間（オフ時間）を調整することにより、照光部９のＬＥＤ素子４３の点灯・消灯や光量を調節できる。

次に、撮像装置１と照光部９とをオペレーターの身体に装着する実施例を説明する。図４に示す実施例では、オペレーターが施術時に顔面に掛ける双眼ルーペ２０に撮像装置１と照光部９とが共に取り付けられてオペレーターに装着される。このような双眼ルーペ２０以外にも、帽子やヘッドバンドであっても良い。図５はヘッドバンド２１に撮像装置１と照光部９とを取り付けている。このヘッドバンド２１は樹脂部材で構成されており、オペレーターの頭部にその弾性により保持して固定される。ヘッドバンド２１はこのような構成に限らず、また材質も布やゴム等による種々な形態がある。また、撮像装置１と照光部９は、別々に例えば、撮像装置１はヘッドバンド２１に、照光部９は双眼ルーペ２０に取り付けて、オペレーターがこれらを着用して医療施術時に使用してもよい。

また、オペレーターは、図６に示すように腰にバッテリー保持ベルト２２を巻いて、このバッテリー保持ベルト２２によってバッテリー電源１１を保持するとよい。同図において、バッテリー電源１１は互いに接続された複数の充電式のバッテリー２３を備えており、バッテリー保持ベルト２２はこれらのバッテリー２３と共に、コントロールユニット２４が装着されている。コントロールユニット２４は、音声入力装置７、音声認識装置８、電流駆動回路１０、制御装置１２及びＩ／Ｆ１４を格納している。なお、図５の例においては、音声入力装置７はコントロールユニット２４には格納されておらず、オペレーターの口許に位置するようヘッドバンド２１に取り付けられている。

図６で、バッテリー電源１１のバッテリー２３は、コントロールユニット２４に繋がっており、コントロールユニット２４は、ケーブル・ハーネス２５に含まれる電源コードを通して撮像装置１及び照光部９へ駆動電流を供給する。また、図６に示す例では、オペレーターの肩に撮像装置１を配置して、着用ベルト２９によって固定している。この場合、図示しないが、撮像装置１への電源コードはケーブル・ハーネス２５から一部が分離されて撮像装置１に接続されている。また、ケーブル・ハーネス２５は、制御装置１２が撮像制御部５に出力する制御信号線及びＤＳＰ５に出力する画像条件の変更データの信号線と、音声入力装置７がＤＳＰ５への音声出力の信号線と、後述する加速度センサー９からの入力信号線と、を包含している。

このようにして、携帯装置側１００を構成する撮像装置１をはじめとする各装置はオペレーターの身体に装着される。このとき、コントロールユニット２４は、コンセント２７にプラグが差し込まれた充電器２６を接続して、バッテリー２３への充電を行いながら撮像装置１による撮影動作と照光部９による照光動作を行うとよい。これにより、長時間の施術においても撮影と照光とを十分に確保される。

撮像装置１の取り付け位置に関して、オペレーターが図４又は図５に示す双眼ルーペ２０やヘッドバンド２１を装着したとき、撮像装置１はオペレーターの顔の上下方向の中心線上にあって目の位置より上方に位置している。よって、オペレーターが手術中に凝視する視線の箇所と撮像装置１が捉える画像の中心位置とではズレがあるために、施術対象部の画像とオペレーターが視認している状況とは必ずしも一致しておらず、肝心な施術箇所の一部又は全部が画像に捉え切れていないか、捉えていても隅にしか表示されていないことがある。

特に、図４の場合では、ルーペ本体２８の取り付け位置と撮像装置１の取り付け位置とでは設計上で寸法差があるために、オペレーターがルーペ本体２８を通して医療施術の対象部を凝視したとき、その視線の位置と画像の中心位置とでは明確なズレが生じている。そのため、撮像装置１によって撮影された画像に対して、次に説明する処理を行うことで、オペレーターの身体に装着した場合に生じるこのズレを制御処理により解消することができる。

図７は、管理側制御装置１３がこのズレを解消するために、上記の画像修正ソフトウェアの実行の下で行う処理を画像によって模式的に説明する図である。図７（ａ）において、画像３０は、モニター１６が撮像装置１によって撮影されてＤＳＰ５により生成された映像信号を、図２の画像修正処理画面の映像領域Ｐに再生している画像である。この画像３０では、撮像装置１の取り付け位置とオペレーターの視線の位置との上下方向でのズレにより、オペレーターが凝視している対象部３１は画像３０の中心枠３２より下方に位置するために、その一部は表示されていない。

このような画像３０における対象部３１のズレを修正するには、補助者は、スイッチ表示部Ｓ２を入力装置１８のマウスの操作によって押すことにより、管理側制御装置１３はズレの修正処理を開始する。

ズレの修正処理では、補助者は、一部表示されていない対象部３１の全体が画面に表示されるように、スイッチ表示部Ｓ７を操作した後、スイッチ表示部Ｓ１１のインジケータＩを「−」方向に移動させて画像３０を低倍率にする。この操作により携帯装置側１００では、制御装置１２が撮像制御部６を制御してスイッチ表示部Ｓ１１のインジケータＩの移動量に応じてレンズ部２を調整する。したがって、ＤＳＰ５は調整された倍率での映像信号を生成し、管理側装置２００のモニター１６の画像修正処理画面の映像領域Ｐには変更した倍率の画像が表示される。

これにより、図７（ｂ）で示すように、対象部３１の全体が映像領域Ｐに表示する画像３３が表示されると、補助者は、入力装置１８のマウス操作により、対象部３１が中心となる四角の領域Ａを映像領域Ｐの画像上に任意に指定する。

管理側制御装置１３は、領域Ａが指定されると、この範囲を示す画像範囲のデータをＩ／Ｆ１５及びＩ／Ｆ１４を通して携帯装置側１００に送信する。そして、Ｉ／Ｆ１４から領域Ａの範囲データを受信した制御装置１２は、ＤＳＰ５にこの範囲データを出力する。ＤＳＰ５は、現在、レンズ部２が撮像素子３に結像している画像から領域Ａに相当する部分を切り出し、この切り出した画像を電子ズームにより拡大処理して元の画像の大きさに拡大した画像の映像信号を生成する。ＤＳＰ５が生成した映像信号をＩ／Ｆ１４及びＩ／Ｆ１５を通して管理装置側２００に送信すると、管理側制御装置１３では、対象部３１が中心枠３２内に収められた図７（ｃ）に示す補正の画像３４がモニター１６の画像修正処理画面の映像領域Ｐに表示される。

そして、補助者が画像の修正を確認しスイッチ表示部Ｓ３を操作することで画像のズレ修正が終了すると、ズレを修正した画像３４がモニター１６の画面全体による表示に切り替わる。これにより、オペレーターが視認しているのと同じ視点で施術の様子をモニター１６で確認することができる。

このような補正処理機能を設定しておけば、撮像装置１は、施術箇所に臨む身体の部位であれば肩（図６に図示）や胸等のように目から遠く離れた身体の部位に装着して大きなズレを生じていても、補助者によって画面上で修正処理を行うことができる。このズレを光学的に処理するには、例えば、双眼ルーペの対物光学系から延長光学系を経て導いた光束を、光分岐手段により２つに分けて、一方をオペレーターの眼に他方を撮像装置１に導くことで施術対象部の画像とオペレーターが視認している状況とを一致させる、上記特許文献２に開示されているような方法がある。しかしながら、光学的に処理する構成は、光分岐手段や撮像装置に導く撮影用の光学系が別に必要となって装置が大型化し、オペレーターの身体に装着するには重量が重くなり過ぎるという不具合がある。しかし、管理装置側２００によってモニター１６の画面上で補正することで、撮像措置１を大型化することなくズレの修正が実現される。

画像条件の変更を指示する変形例としては、音声入力装置７を利用して音声指示を行ってもよい。この場合、音声入力装置７のマイクロフォンを２通り設けて一つを管理装置側２００に配置するのが好ましい。そして、ホワイト・バランスの調整に関しては、「ホワイト・バランス・プラス」及び「ホワイト・バランス・マイナス」の語句の音声パターンを音声認識装置８に予め登録しておき、制御装置１２は、音声認識装置８が「ホワイト・バランス」に関する指示音声が音声入力装置７に発声されたことを認識したとき、その指示に応じてメモリ４に記憶されているホワイト・バランスの基準値を所定数値分だけプラス又はマイナスして映像信号を生成するようＤＳＰ５に対して制御信号を出力する。したがって、補助者は、所望のホワイト・バランスが得られるまで「ホワイト・バランス・プラス」又は「ホワイト・バランス・マイナス」の音声指示の発声を繰り返すことでホワイト・バランスが調整される。

同様に、画像のコントラストに関しては、例えば、「コントラストを高く」及び「コントラストを低く」の語句の音声パターンをそれぞれ音声認識装置８に登録しておくことで、制御装置１２は、音声認識装置８がこれらの指示音声が補助者から音声入力装置７に発声されたことを認識したとき、その指示に応じてメモリ４に記憶されているコントラストに関する基準値を所定数値分だけプラス又はマイナスしてコントラストを修正するようＤＳＰ５に対して制御信号を出力する。よって、補助者は、所望のコントラストが得られるまで「コントラストを高く」又は「コントラストを低く」の音声指示の発声を繰り返すことでコントラストが調整される。

そして、画像の輝度に関しても、例えば、「輝度を高く」及び「輝度を低く」の語句の音声パターンをそれぞれ音声認識装置８に登録しておくことで、制御装置１２は、音声認識装置８がこれらの指示音声が音声入力装置７に補助者から発声されたことを認識したとき、その指示に応じてメモリ４に記憶されている輝度に関する基準値に関する基準値を所定数値分だけプラス又はマイナスして輝度を修正するようＤＳＰ５に対して制御信号を出力する。よって、補助者は、所望の輝度が得られるまで「輝度を高く」又は「輝度を低く」の音声指示の発声を繰り返すことで輝度が調整される。

さらに、画像の撮像倍率の調整に関しては、例えば、「拡大」及び「縮小」の語句の音声パターンをそれぞれ音声認識装置８に予め登録しておくことで、制御装置１２は、音声認識装置８がこれらの指示音声が音声入力装置７に発声されたことを認識したとき、その音声指示内容に基づいて撮像制御部６の動作を制御する。この場合、制御装置１２は、「拡大」又は「縮小」の指示音声が入力されるごとに、撮像制御部６を制御してレンズ部２の焦点距離を所定段階ずつ変化するように構成されている。よって、補助者は、「拡大」の発声を繰り返すことで段階的に撮像倍率が拡大し、また「縮小」の発声を繰り返すことで段階的に撮像倍率が縮小される。

また、撮像装置１にはＷｉ−Ｆｉによるネットワーク・カメラを使用すれば、インターネットを通じて管理側制御装置１３に映像を配信し、モニター１６でモニタリングを行うことができる。この場合、管理側制御装置１３は、ＷＥＢブラウザでネットワーク・カメラのＵＲＬを指定することで、施術の状況をリアルタイムでインターネットを通じてネットワーク・カメラの撮影画像を取り込むことができる。このように無線ＬＡＮを使用すれば、施術を行う現場以外の端末装置においてもリアルタイムで施術のモニタリングを行える利点がある。

次に、医療施術作業の実情に即して、撮像装置１に設定する適正な露出条件について説明する。医療用撮影システムでは、医療施術の対象部の映像を画面全体でピントの合った解像度の高い画像で表示すると共に、情報記録装置１７に記録し保存する必要がある。このため画像の解像度を高めるには、（１）絞り値（Ｆ値）、（２）シャッタースピード、（３）ＩＳＯ感度、の三つの要素がある。まず、絞り値（Ｆ値）とシャッタースピードとの関係については、Ｆ値を大きくすると被写界深度が深くピントの合う領域が拡大して解像度が高まる。しかし、Ｆ値を大きくして絞りを絞ると、レンズ部２を通る光が少なくなり撮像素子３に映る画像が暗くなる。これにはシャッタースピードを遅くすることで解決されるが、いわゆる「手ブレ」の問題がある。ここで言う「手ブレ」とは、オペレーターの身体や頭部の動きにより撮像装置１が揺れて映像にブレを生じることを意味している。すなわち、医療施術のような精緻な作業では細かい手の動きによる小刻みな動作を伴うために、オペレーターの身体に装着されている撮像装置１はシャッターが開いている間に動かされると、映像にブレを生じてしまい医療施術の記録映像としては不適格となる。

ここで、本実施形態におけるシャッタースピードについて説明しておく。レンズ部２には機械式シャッターを設けておらず、撮像素子３には常に光が入射していて受けた光を電気信号にして溜めておき、一定時間後に撮像素子３から溜まった電気量を取り出すという電子シャッター方式を採用している。よって、撮像素子３は、電気を放電した後にレンズ部２からの光を受けると、画素ごとに明るさに比例した電荷に変換して溜めておき、一定時間後にＤＳＰ５が溜まった電気量を取り出して映像信号の生成処理をしており、このとき光を溜めている時間をシャッタースピードとしている。

したがって、本実施形態では、光を溜めている時間に撮像装置１が動かされると、画像にブレが生じる。そのため、撮像装置１は、Ｆ値を大きくしてもそれに応じてシャッタースピード（光を溜めている時間を）を遅くするのは、撮像装置１がデジタル・スチル・カメラやデジタル・ビデオ・カメラの何れの場合であっても好ましくない。さらに、一般的なデジタル・ビデオ・カメラの場合では、1秒間に撮影されるコマ数であるフレームレートは３０に設定されており、この場合のシャッタースピードは１／６０秒が適切とされている。よって、デジタル・ビデオ・カメラでは、シャッター速度を調整する自由度はデジタル・スチル・カメラに比べて低く、シャッタースピードを固定にしておくのがよい。

また、ＩＳＯ感度を高めてレンズ部２が取り込んだ光を電気信号に変換する撮像素子３の反応速度を高くすることも考えられるが、このような高感度撮影では画質がざらつき施術対象である生体組織の色の再現性が悪くなる。よって、ＩＳＯ感度も１００で固定しておくのが好ましい。

上記の点から本発明の医療用撮影システムでは、撮像装置１のＦ値を大きくすると共に照光部９からの光量も高くして、例えば撮像場所に最適な１０万ルクス以上の照度を選択する。このときレンズ部２もＦ２．８以下の明るいレンズが好ましい。図８は、画面全体でピントの合った解像度の高い画像を得るために、撮像装置１に上記条件で適正露出を選定する手順を示している。

同図において、まずステップＳＴ１は、照光部９の照度を決定するが、上記したように撮像場所に最適な１０万ルクス以上の照度を有する照光装置を選定する。そして、ステップＳＴ２では、レンズ部２を通った光を撮像素子３で測光し、次のステップＳＴ３において、Ｆ値とシャッター速度の組み合わせによる露出を決定する。本例では、撮像装置１の露出を自動で行なう機能（ＡＥ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）によって、このときの被写体の明度に応じた露光が得られるようにＦ値やシャッタースピードが自動設定される。例えば、ＩＳＯ感度を１００として、Ｆ値が８、シャッタースピードが１／６０秒がそれぞれ設定される。

ステップＳＴ４では、この露出条件で撮像装置１が撮像した画像を保存する。続いて、ステップＳＴ５では、撮像した画像に応じて露出条件を選択する。選択方法としては、例えば表１では、ＩＳＯ感度を１００に固定にして最大Ｆ値及び最速シャッタースピードの両方を変更しながら最適な組み合わせを選択する（i）の方法と、ＩＳＯ感度を１００及び最大Ｆ値をＦ１１の固定にして最速シャッタースピード変更しながら最適な組み合わせを選択する（ii）の方法とを示している。

上記選択方法において、最大Ｆ値と最速シャッタースピードの組み合わせについては、（i）の方法では、Ｆ８（被写界深度４ｃｍ）、Ｆ１１（被写界深度６ｃｍ）、Ｆ１６（被写界深度８ｃｍ）の各最大Ｆ値と、１／６０秒、１／１２５秒、１／２５０秒の各最速シャッタースピードとの９通りから選択するもので、（ii）の方法では、最大Ｆ値をＦ１１に固定して最速シャッタースピードを１／６０秒、１／１２５秒、１／２５０秒の何れかに選択するものである。なお、上記したように、撮像装置１がデジタル・ビデオ・カメラの場合には、シャッタースピードは１／６０秒に固定しておくのが好ましいために、１／６０秒で固定したときは、（i）の方法のみを採用してＦ値を選択することになる。

このようにして露出条件の選択を行うと、ステップＳＴ６で再び測光して画像の解像度が適格であるときは、ステップＳＴ７で撮像制御部６にこの露出条件を設定して終了する。しかし、露出不足で画像の解像度が不適格であるときは次のステップＳＴ６からステップＳＴ８に進み、この露出条件で撮像装置１が撮像した画像を保存し、次のステップＳＴ９で照光部９をより明るい照度の照光装置に変更して、ステップＳＴ１からの処理を繰り返す。

上記したように、本発明の医療用撮影システムでは、オペレーターが医療施術の対象部に照射する照光部９からの光量を明るく設定することで、撮像装置１の被写界深度を深めて画像の解像度を高めている。しかし、撮像装置１を使用する周囲条件によって撮像画像の解像度が不足することがあり、その場合には、管理装置側２００でオペレーターから照射する照光部９の照度をさらに明るくする方向に調整することで解像度を高くすることができる。

具体的には、図２に示すモニター１６の画像修正処理画面において、補助者が映像領域Ｐに表示されている撮像画面から解像度の不足を判断したとき、スイッチ表示部Ｓ１を入力装置１８のマウスの操作で押して、次にスイッチ表示部Ｓ１２を操作すると、管理側制御装置１３の前記の画像修正ソフトウェアは「解像度」を修正するプログラムを実行する。そして、スイッチ表示部Ｓ１３のインジケータＩを「＋」方向に動かすことで、インジケータＩの移動量に応じて照光部９の照度が明るくなるよう照度変更量のデータ信号が発生する。このとき、スイッチ表示部Ｓ１３の「０」の位置は、オペレーターによって設定されている現状の照度であり、この位置からの移動量に応じて照度を明るくする。

照度変更のデータ信号は、Ｉ／Ｆ１５で変調されてＩ／Ｆ１４に送信され、復調されて携帯側装置１００の制御装置１２へ伝送されると、制御装置１２は、このデータ信号値に応じて電流駆動回路１０を制御して照光部９への供給電流を増大させる。これにより、施術対象部の明るさが補正され、補正された露出による映像信号がＤＳＰ５から管理側装置２００に送信されてモニター１６の画像修正処理画面の映像領域Ｐに表示される。そして、補助者はこの画面を確認して、必要に応じてさらに照度を上げて解像度を調整することができ、所望する解像度が得られると、スイッチ表示部Ｓ３を操作して画像修正を終了する。これにより、現在の施術箇所の状況がモニター１６の画面全体による表示に切り替わる。

また、本発明による医療用撮影システムでは、加速度センサー１９によってオペレーターの動きを検知し、オペレーターが頻繁に身体を動かしている間だけ照光部９の照度を明るくし、その分、シャッタースピードを速くすることで「手ブレ」を防止している。撮像装置１に内蔵されている加速度センサー１９は、施術でのオペレーターの動きによる撮像装置１の上下や前後左右の加速度を検知する。そして、制御装置１２は、加速度センサー１９で計測したデータをもとに、撮像装置１が動いている間は電流駆動回路１０を制御して照光部９への供給電流を増大させると共に、撮像制御部６を制御してシャッタースピードを速くする。そして、オペレーターの身体の動きが静止するのを加速度センサー１９が検知すると、制御装置１２は、電流駆動回路１０を制御して照光部９への供給電流量を減少させてもとの照度に戻し、シャッタースピードも遅くする制御を行う。

これによりシャッター間隔が短くなり「手ブレ」に影響されない画像を作成することができる。加速度センサー１９は撮像装置１に内蔵されるだけとは限らず、オペレーターの身体に別に取り付けてもよい。但し、好ましくは撮像装置１に近い位置に取り付けるのがよく、撮像装置１と共に図４に示す双眼レンズ２０や図５に示すヘッドバンド２１などが好適である。

しかし、この場合でも、撮像装置１がデジタル・ビデオ・カメラであるときは、前述したようにシャッタースピードの調整の自由度が低く、フレームレートの倍程度のシャッター速度までが好ましい。

このように、加速度センサー１９をオペレーターの身体に取り付けることで、「手ブレ」を想定して、常時、オペレーターが作業するのに必要な光量を超えて照光部９を発光させておく必要がなくなり、バッテリー電源１１の容量保全の面及びＬＥＤ素子の熱劣化の防止の面からも多いに有効である。

このように加速度センサー１９を用いることで、照度を上げると共にシャッタースピードを速くして「手ブレ」を解消するが、スチル画像の場合には、加速度センサー１９によってオペレーターの身体の動きを検知すると低露光での連写を行い、連写した画像から「手ブレ」による各画像間の動きを計算して明るい一枚の画像を生成することでも対処できる。一方、ビデオ画像の場合には、加速度センサー１９によってオペレーターの身体の動きを検知すると「前フレーム」と「現フレーム」とから「手ブレ」の量を検出し、それを補正して「現フレーム」を切り出してリアルタイムに出力する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。また、上記した電子シャッターを用いずにレンズ部に機械式のシャッターを採用した場合でも、本発明から逸脱するものではない。

本発明は、医療施術中の施術対象部の状況を管理装置側からの修正指示により最良の画像でモニターに表示可能な医療用撮影システムに関し、産業上の利用可能性を有する。

１ 撮像装置
２ レンズ部
３ 撮像素子
４ メモリ
５ デジタル・シグナル・プロセッサー（ＤＳＰ）
６ 撮像制御部
７ 音声入力装置
８ 音声認識装置
９ 照光部
１０ 電流駆動回路
１１ バッテリー電源
１２ 制御装置
１６ モニター
１７ 情報記録装置
２０ 双眼ルーペ
２１ ヘッドバンド
２９ 着用ベルト

Claims (14)

1. 医療施術時にオペレーターの身体に装着される携帯装置側と、前記携帯装置側で撮像された画像を表示する管理装置側とを備える医療用撮影システムであって、
   前記携帯装置側は、
   医療施術の対象部を撮影するレンズ部と、
   前記レンズ部を通しての前記対象部の画像をデジタル信号に光電変換する撮像素子と、
   前記撮像素子からの信号を処理して前記管理装置側に送信する映像信号を生成するデジタル・シグナル・プロセッサー（ＤＳＰ）と、
   前記ＤＳＰが前記撮像素子からの信号を処理する際に予め設定されている画像条件での前記映像信号を生成するための基準値を記憶しているメモリと、を備え、
   前記管理装置側は、
   前記携帯装置側から送信される前記映像信号から画像を表示するモニターと、
   前記映像信号を記録する情報記録装置と、
   前記モニターに表示されている画像を修正するために変更する画像条件を入力する入力装置と、を備え、
   前記ＤＳＰは、前記入力装置に変更が指示されたとき、前記変更する画像条件に応じて前記基準値を補正し、補正した前記基準値に基づいて前記映像信号を修正して生成することを特徴とする医療用撮影システム。
2. 前記メモリには、前記画像条件として画像のコントラスト、輝度、ホワイト・バランスの少なくとも一つに関する前記基準値が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の医療用撮影システム。
3. 前記レンズ部をズームレンズで構成し、前記携帯装置側は、前記入力装置に画像の拡大又は縮小に関する前記画像条件の変更の指示が入力されたとき、前記ズームレンズの撮像倍率を調整する撮像制御部をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の医療用撮影システム。
4. 前記モニターに表示されている画像から特定の領域が指定されたとき、前記ＤＳＰは、前記特定の領域を切り出して、前記切り出した領域を前記画像のサイズに拡大処理した画像の前記映像信号を生成することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の医療用撮影システム。
5. 前記携帯装置側は、音声入力装置をさらに備えて、前記ＤＳＰは、前記映像信号と共に、前記音声入力装置からの信号を処理して音声信号を生成し、前記モニターは前記映像信号及び前記音声信号を再生することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の医療用撮影システム。
6. 前記携帯装置側は、前記映像信号及び前記音声信号を前記管理装置側に無線で送信することを特徴とする請求項５に記載の医療用撮影システム。
7. 前記携帯装置側は、前記対象部に光を照射するＬＥＤ素子によって構成される照光部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の医療用撮影システム。
8. 前記携帯装置側は、
   音声入力装置と、
   前記音声入力装置への入力音声を識別する音声認識装置と、
   前記音声入力装置への特定の音声の入力を前記音声認識装置が認識したとき前記特定の音声の指示内容に従って前記照光部への供給電流を制御する電流駆動制御回路と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の医療用撮影システム。
9. 前記携帯装置側は、前記映像信号及び前記音声信号を無線ＬＡＮによりインターネット上に配信することを特徴とする請求項５に記載の医療用撮影システム。
10. 前記レンズ部と前記照光部とは、前記オペレーターが顔面に着用する双眼ルーペで保持されることを特徴とする請求項７に記載の医療用撮影システム。
11. 前記レンズ部と前記照光部とは、前記オペレーターが頭部に被る帽子又はヘッドバンドで保持されることを特徴とする請求項７に記載の医療用撮影システム。
12. 医療施術時にオペレーターの身体に装着される携帯装置側と、前記携帯装置側で撮像された画像を表示する管理装置側とを備える医療用撮影システムであって、
    前記携帯装置側は、
    医療施術の対象部を撮影するレンズ部と、
    前記レンズ部の絞り及びシャッタースピードを制御する撮像制御部と、
    前記レンズ部を通しての前記対象部の画像をデジタル信号に光電変換する撮像素子と、
    前記撮像素子からの信号を処理して前記管理装置側に送信する映像信号を生成するデジタル・シグナル・プロセッサー（ＤＳＰ）と、
    前記対象部に光を照射するＬＥＤ素子によって構成される照光部と、
    前記ＬＥＤ素子への駆動電流の供給量を制御する制御装置と、を備え、
    前記管理装置側は、
    前記携帯装置側から送信される前記映像信号から画像を表示するモニターと、
    前記映像信号を記録する情報記録装置と、
    前記モニターに表示されている画像の露出を修正するために前記照光部の光量の調整を指示する入力装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記入力装置から前記光量の修正の指示があると、前記駆動電流の供給量を調整することを特徴とする医療用撮影システム。
13. 前記携帯装置側は、加速度センサーをさらに備えて、前記加速度センサーが加速度を検知したとき、前記制御装置は前記駆動電流の供給量を修正すると共に、前記撮像制御部は前記シャッタースピードを調整する制御を行うことを特徴とする請求項１２に記載の医療用撮影システム。
14. 前記加速度センサーが加速度を検知したとき、前記撮像制御部は前記シャッタースピードを速めると共に前記絞りを絞る制御を行うことを特徴とする請求項１３に記載の医療用撮影システム。

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