JP2016027367A - 投影システムの調整方法及び調整装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】手術支援システム100は、赤外カメラ210と、投影部220と、TOFセンサ260と、制御装置230とを備える。赤外カメラ210は、患部140を撮像する。投影部220は、患部140の撮像画像に基づき投影画像320を生成して患部140上に投影する。TOFセンサ260は、患部140までの距離を検出する。制御装置230は、赤外カメラ210及び投影部220の動作を制御する。制御装置230は、TOFセンサ260によって検出された距離が第1の区間内にあるか否かを判断する。制御装置230は、検出された距離が第1の区間内にあるとき、投影画像320を患部140上に投影させる。
【選択図】図1
Description
1.手術支援システムの概要
本開示の投影システムの一例として、実施の形態1にかかる手術支援システムの概要を、図1を用いて説明する。図1は、実施の形態1にかかる手術支援システム100の構成を示す概略図である。
以下、手術支援システム100の構成について、図1を用いて説明する。手術支援システム100は、病院の手術室内に配置されて使用される。手術支援システム100は、撮像照射装置200と、制御装置230と、メモリ240と、赤外励起光源250とを備える。また、図示していないが、手術支援システム100は、撮像照射装置200を配置する位置を変更するための機構を備える。その機構は、例えば、撮像照射装置200と機械的に接続された駆動アームや、手術支援システム100の一式を載置する台座のキャスターを備える。
次に、手術支援システム100の基本的な動作である起動動作及び投影動作について説明する。
まず、手術支援システム100の起動動作について説明する。手術支援システム100において、電源(不図示)がOFFの状態からONの状態へと切替えられると、制御装置230が起動する。起動した制御装置230は、赤外カメラ210、可視光レーザ222、赤外励起光源250、TOFセンサ260など、手術支援システム100を構成する各部の起動動作を実行する。
次に、手術支援システム100の基本的な投影動作について、図1及び図2A,2Bを用いて説明する。図2A,2Bは、図1の手術支援システム100における術野135の状態を説明した図である。図2Aは、投影動作を行う前の手術支援システム100における術野135の状態を示す。図2Bは、図2Aの術野135に対して投影動作を行った状態を示す。
3−1.投影ズレの調整方法の概要
手術支援システム100は、上述のとおり、視認できないICGの赤外蛍光310を発する患部140を、赤外カメラ210を用いて検出し(図2A参照)、可視レーザ光320による投影画像を投影して、投影画像G320で患部140を可視化する(図2B参照)。ここで、手術支援システム100の使用時に、投影画像G320が患部140の赤外蛍光領域R310からずれて投影されると、術野135において患部140の位置等の誤認を生じてしまう。そのため、手術支援システム100の使用前に、赤外カメラ210の撮像画像に基づいて特定される位置と、投影画像の投影位置との関係を確認し、位置ズレがある場合には手術支援システム100を調整する必要がある。
光調整装置の構成について、図3,4A,4Bを用いて説明する。図3は、のズレを調整するズレ調整システム500の構成を示す概略図である。図4A,4Bは、光調整装置400の構成を説明するための図である。図4Aは、光調整装置400の外観を示す斜視図である。図4Bは、光調整装置400の構成を示す分解斜視図である。
次に、光調整装置400を用いたズレ調整方法について、図3及び図5A〜5Eを用いて説明する。図5A〜5Eは、光調整装置400によるズレ調整を説明するための図である。図5Aは、ズレ調整中の光調整装置400の斜視図である。図5Bは、ズレ未調整時の投影面402の状態の一例を示す。図5Cは、図5Bの例における投影用の画像を示す。図5Dは、図5Cの画像をズレ調整した投影用の画像を示す。図5Eは、ズレ調整後の投影面402の状態の一例を示す。
光調整装置400に映し出された基準領域画像と投影画像とから、位置ズレ量が許容誤差の範囲内であるか否かを確認できる。以下、この許容誤差の確認方法について、図6を用いて説明する。図6は、図3に示す配置で光調整装置400を使用した場合における投影面402の状態の一例を示す。
以上のように、本実施形態において、ズレ調整システム500は、光調整装置400と、赤外カメラ250と、投影部220とを備える。光調整装置400は、基準領域Raを含む投影面402を有し、基準領域Raから非可視光と可視光を含むLED光340を照射する。赤外カメラ250は、非可視光を受光して投影面402を撮像する。投影部220は、赤外カメラ250が撮像した撮像画像に基づいて投影面402に可視光の投影画像Rbを投影する。
4−1.走査動作の概要
手術支援システム100を用いた手術においては、無影灯120による照明や、医師の頭部に装着される照明など、高照度(3万〜10万ルクス)の照明装置が合わせて利用されることがある。通常のプロジェクタ装置に用いられる光源では、数百ルクス程度と照度が低く、高照度環境下では投影映像が目立たず視認できなくなってしまう。一方、高照度環境に合わせて単純に高い照度の光を投影映像に用いると、高照度の光が患部140の同じ領域に連続して当たり続け、損傷を起こす危険性がある。つまり、無影灯等の高照度環境下で患部等の投影対象に投影映像を投影する場合に、投影対象を損傷する危険性なく投影映像を視認し易くすることが困難であるという問題があった。
以下、可視光レーザ222およびMEMSミラー221による走査動作について、図1、図8A,8Bおよび図9を用いて説明する。図8A,8Bは、ズレ調整前後の赤外蛍光310と可視レーザ光320を説明するための図である。図9は、可視光レーザ222及びMEMSミラー221による走査パターンを説明するための図である。
以上のように、本実施の形態において、手術支援システム100は、赤外カメラ210と、投影部220と、制御装置230とを備える。赤外カメラ210は、患部140を撮像する。投影部220は、赤外カメラ210によって撮像された撮像画像に基づいて、可視光の投影画像G320を生成して、患部140に投影する。制御装置230は、赤外カメラ210及び投影部220の動作を制御する。投影部220は、可視光のレーザ光線である可視レーザ光320を照射する可視光レーザ222を備える。制御装置230は、投影画像G320を投影する投影領域R320において、所定の走査パターンで可視レーザ光320を走査するように、投影部220を制御する。
5−1.切断補助線の投影動作の概要
医師は、患部140の手術を開始するにあたって、メスを入れる切断位置を判断する必要がある。そのため、医師は、患部140とメスを入れる切断位置との関係を画像解析装置等により確認するという作業をしている。このとき、医師は、患部140に対して一定距離の余裕を見てメスを入れるよう切断位置の計画を立てる。そして、医師は、計画した切断位置を頭に記憶しておいて、手術に臨む。
以下、患部140の検出に応じた切断補助線321の投影動作について、図10、図11A,11Bを用いて説明する。図10は、患部140の検出に応じた切断補助線321の投影動作を示すフローチャートである。図11A,11Bは、患部140の検出に応じた切断補助線321の投影動作を説明するための図である。
以上のように、本実施の形態において、手術支援システム100は、赤外カメラ210と、投影部220と、制御装置230とを備える。赤外カメラ210は、患部140を撮像する。投影部220は、可視光の投影画像G320を生成して、患部140に投影する。制御装置230は、赤外カメラ210によって撮像された撮像画像に基づいて、赤外蛍光310を発光する患部140の赤外蛍光領域R310を検出する。制御装置230は、検出した赤外蛍光領域R310を示す投影画像G320を投影するとともに、検出した赤外蛍光領域R310に対して所定の条件に該当する位置に補助線を示す投影画像である切断補助線321を投影するように、投影部220を制御する。
6−1.手術補助情報の投影動作の概要
医師は、患者130のバイタルデータを適宜確認しながら、手術を行う。バイタルデータには、血圧、心拍数(脈拍数)、酸素濃度、心電図などがある。医師は、バイタルデータを確認することで、患者130の容態変化に応じた手術を行うことができる。また、医師は、患者130の検査画像を適宜確認しながら、手術を行う。検査画像には、MRI(Magnetic Resonance Imaging)、CT(Computed Tomography)、X線などによる画像がある。医師は、検査画像を確認することで、患者130の検査結果に応じた手術を行うことができる。また、医師は、必要に応じて、手術手順や、手術における注意事項などを記載したメモを確認しながら、手術を行う。
以下、患部の周辺への手術補助情報の投影について、図12B、図13A,13Bを用いて説明する。図12Bは、患部140の周辺に対する手術補助情報151の投影を説明するための図である。図13A,13Bは、補助スクリーン材150上への手術補助情報151の投影を説明するための図である。
以上のように、本実施の形態において、手術支援システム100は、赤外カメラ210と、投影部220と、制御装置230とを備える。赤外カメラ210は、患部104を撮像する。投影部220は、可視光の投影画像G320を生成して、患部140に投影する。制御装置230は、赤外カメラ210によって撮像された撮像画像に基づいて、投影部220の投影動作を制御する。投影部220は、撮像された患部140を示す投影画像G320を投影するとともに、患部104に対する手術に関する情報である手術補助情報151を示す投影画像G151を患部104の近傍に投影するように、投影部220を制御する。
7−1.使用高さの監視動作の概要
図1に示す手術支援システム100においては、手術の開始時等に、例えば赤外カメラ210の焦点距離による高さ許容範囲1000mm±300mmに合わせて、撮像照射装置200の下面から距離1000mmに患者130の体軸が位置するように、撮像照射装置200及び手術台110の使用高さが調整される。しかしながら、手術を行っている間には、手術の内容に応じて患者130の向きを変えたり、施術者の入れ替わりに伴い撮像照射装置200の配置を変えたりするために、撮像照射装置200及び手術台110の使用高さが変更される。
以下、使用高さの監視動作の詳細について説明する。
まず、手術支援システム100における使用高さの監視動作における処理の流れについて、図14及び図15A,15Bを用いて説明する。図14は、使用高さの監視動作における処理の流れを示すフローチャートである。図15A,15Bは、使用高さの監視動作を説明するための図である。本フローは、手術支援システム100の制御装置230によって実行される(図1参照)。
以上のように、本実施形態において、手術支援システム100は、赤外カメラ210と、投影部220と、TOFセンサ260と、制御装置230とを備える。赤外カメラ210は、患部140を撮像する。投影部220は、患部140の撮像画像に基づき投影画像G320を生成して患部140上に投影する。TOFセンサ260は、患部140までの距離を検出する。制御装置230は、赤外カメラ210及び投影部220の動作を制御する。制御装置230は、TOFセンサ260によって検出された距離が第1の区間r1内にあるか否かを判断する。制御装置230は、TOFセンサ260によって検出された距離が第1の区間r1内にあるとき、投影画像G320を生成して患部140上に投影させる。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態1で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
110 手術台
120 無影灯
130 患者
140 患部
141 医師
142 モニタ
150 補助スクリーン材
151 手術補助情報
152 マーカ
200 撮像照射装置
210 赤外カメラ
211 ダイクロイックミラー
220 投影部
221 MEMSミラー
222 可視光レーザ
230 制御装置
240 メモリ
250 赤外励起光源
300 赤外励起光
310 赤外蛍光
320 可視レーザ光
321 切断補助線
330 赤外検出光
340 LED光
400 光調整装置
410 白色LED
420 拡散板
430 開口マスク
440 スクリーン材
450 保護ガラス
460 開口
470 遮光面
Claims (9)
- 被写体を撮像する撮像部と、
前記撮像された画像に基づき投影画像を生成して前記被写体上に投影する投影部と、
前記被写体までの距離を検出する距離検出部と、
前記撮像部及び前記投影部の動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記距離検出部によって検出された距離が所定範囲内にあるか否かを判断し、
前記検出された距離が所定範囲内にあるとき、前記撮像された画像に基づく投影画像を前記被写体上に投影させる
投影システム。 - 前記制御部は、前記検出された距離が所定範囲内にないとき、所定の警告を行う
請求項1に記載の投影システム。 - 前記制御部は、前記検出された距離が所定範囲内にないとき、前記投影画像を前記被写体上に投影させない
請求項1又は2に記載の投影システム。 - 前記撮像部は、第1のスペクトルを有する光を受光して前記被写体を撮像し、
前記距離検出部は、第2のスペクトルを有する検出光を放射して前記被写体までの距離を検出し、
前記距離検出部は、第1の期間中に前記検出光を放射して、前記第1の期間とは異なる第2の期間中に前記検出光を放射せず、
前記制御部は、前記第1の期間中に前記投影画像を投影させず、前記第2の期間中に前記投影画像を投影させる
請求項1〜3のいずれか1項に記載の投影システム。 - 前記第1の期間と前記第2の期間とは交互に繰り返され、
前記制御部は、
前記第1の期間中に前記距離検出部によって検出された距離が所定範囲内にないときには、前記第1の期間に続く第2の期間においても、前記撮像された画像に基づく投影画像を投影させない
請求項4に記載の投影システム。 - 前記第1のスペクトルに対応する励起光を前記被写体に照射する励起光源をさらに備え、
前記被写体は、前記励起光に反応して前記第1のスペクトルを有する光を発光する光感受性物質を含む
請求項4又は5に記載の投影システム。 - 前記制御部は、前記第1の期間中に前記励起光を照射せず、前記第2の期間中に前記励起光を照射するように、前記励起光源を制御する
請求項6に記載の投影システム。 - 前記警告は、前記被写体までの距離が所定範囲内にないことを示す情報を出力することにより行われる
請求項2に記載の投影システム。 - 前記被写体は、生体の患部である
請求項1〜8のいずれか1項に記載の投影システム。
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