JP2017086688A - Image combining device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内視鏡画像を合成する画像合成装置および方法に関する。 The present invention relates to an image synthesizing apparatus and method for synthesizing endoscopic images.
医療分野において、内視鏡、超音波装置、X線撮影装置、術場カメラなど各種の医療画像を撮影する医療用撮影機器が知られている。患者の診療においては、これらの各種医療機器によって撮影された複数種類の医療画像を比較対照しながら診療が行われる場合も多い。特に、手術においては、複数種類の医療画像をリアルタイムで観察できるように、複数種類の医療画像の合成をリアルタイムで行う画像合成装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In the medical field, medical imaging devices that capture various medical images, such as endoscopes, ultrasonic apparatuses, X-ray imaging apparatuses, and surgical field cameras, are known. In medical treatment of patients, medical treatment is often performed while comparing and contrasting a plurality of types of medical images taken with these various medical devices. In particular, in surgery, an image synthesizer that synthesizes multiple types of medical images in real time so that multiple types of medical images can be observed in real time is known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1の画像合成装置は、複数種類の医療用撮影機器からの複数種類の医療画像を入力する複数の入力インタフェース(入力I/F)を有し、各入力I/Fから入力された複数種類の医療画像を合成して合成画像を作成する(段落0019から段落0026、図1)。合成画像は、例えば、画像内に別の画像を重ねて挿入するピクチャーインピクチャー(PinP)や、1つの画面内に複数の画像を重ならないように配置して合成を行うピクチャーアウトピクチャー(PoutP)などの手法を用いて作成される(段落0027)。
The image synthesizing apparatus of
また、特許文献1の画像合成装置は、入力された医療画像の種類を例えば色に基づいて自動判定して、判定された医療画像の種類に応じて、予め設定された合成パターンを選択する合成パターン選択機能を有している。合成画像は、選択された合成パターンに従って作成される(段落0054〜0070)。特許文献1においては、こうした画像合成装置の使用例の1つとして、腹腔鏡手術において、術者の教育目的のため、硬性内視鏡と術場カメラとを組み合わせる場合が例示されている。
Further, the image synthesizing apparatus of
硬性内視鏡の被写体は腹腔内の臓器であるため、内視鏡画像は赤を基調としているのに対して、術場カメラは、術者や助手など、術場で作業を行っている医療スタッフの様子を俯瞰的に撮影するので、被写体は、医療スタッフの外観や手技の手元となる。そのため、術場カメラによる術場画像は、医療スタッフが着用している被服の色である緑や青が基調となる。こうした色の違いによって、内視鏡画像と術場画像が識別される(段落0059)。 Since the subject of a rigid endoscope is an organ in the abdominal cavity, the endoscopic image is based on red, whereas the surgical field camera is a medical person working in the surgical field such as an operator or assistant Since the staff is photographed from a bird's-eye view, the subject is the appearance and procedure of the medical staff. Therefore, the operating field image by the operating camera is based on green and blue, which are the colors of clothes worn by medical staff. The difference in color distinguishes the endoscopic image and the surgical field image (paragraph 0059).
このような教育用途の場合、合成パターンとしては、重要な内視鏡画像を親画像として、術場画像を子画像として内視鏡画像内に挿入するPinP手法による合成パターンが選択される(段落0088)。 In the case of such an educational use, as a composite pattern, a composite pattern by the PinP method in which an important endoscopic image is inserted into an endoscopic image as a parent image and an operation field image as a child image is selected (paragraph) 0088).
周知のように、腹腔鏡手術や胸腔鏡手術などの鏡視下手術においては、腹腔や胸腔などの体腔内の視野を確保するための硬性内視鏡に加えて、鉗子、電気メス、ステープラーなどの処置具や、処置具を体腔内に挿入するための挿入補助具としてトロカールが用いられる。処置対象の部位を肉眼で観察することができる開腹手術と比べて、肉眼観察ができない鏡視下手術においては視野が著しく制限される。適切な手技を行うには死角ができるだけ少ないことが好ましいため、広い視野を確保することが課題となっている。特に、処置対象の部位に直接接して手技を行う処置具については、その位置や姿勢を正確に確認できる視野が求められている。 As is well known, in endoscopic surgery such as laparoscopic surgery and thoracoscopic surgery, in addition to rigid endoscopes for securing the visual field in the body cavity such as the abdominal cavity and chest cavity, forceps, electric knife, stapler, etc. A trocar is used as a treatment tool and an insertion assisting tool for inserting the treatment tool into a body cavity. Compared with laparotomy where the site to be treated can be observed with the naked eye, the field of view is significantly limited in the endoscopic surgery where no macroscopic observation is possible. In order to perform an appropriate procedure, it is preferable that the number of blind spots is as small as possible. Therefore, securing a wide field of view is an issue. In particular, for a treatment instrument that performs a procedure in direct contact with a region to be treated, a visual field that can accurately confirm the position and posture is required.
こうした要望に応えるため、発明者らは、トロカールの先端部にカメラを設けたカメラ付きトロカールの開発に取り組んでいる。トロカールは、処置具の挿入補助具であるため、トロカールの先端部のトロカールカメラによって処置具の位置や姿勢を撮影することが可能となる。 In order to meet these demands, the inventors are working on the development of a trocar with a camera in which a camera is provided at the tip of the trocar. Since the trocar is an insertion aid for the treatment instrument, the position and posture of the treatment instrument can be photographed by the trocar camera at the distal end portion of the trocar.
こうしたトロカールカメラによる撮影画像(トロカール画像と呼ぶ)は、内視鏡画像と同時にリアルタイムで閲覧できることが好ましい。そこで、発明者らは、PinP手法あるいはPoutP手法によって、トロカール画像と内視鏡画像とを合成して、作成した合成画像を表示することを検討している。 It is preferable that an image captured by such a trocar camera (referred to as a trocar image) can be viewed in real time at the same time as an endoscopic image. In view of this, the inventors are studying to display a generated composite image by combining a trocar image and an endoscopic image by the PinP method or the PoutP method.
しかしながら、トロカール画像と内視鏡画像とを合成する場合には、特許文献1のように予め設定された合成パターンに基づいて合成画像を作成するだけでは、問題が生じることが分かってきた。
However, when synthesizing a trocar image and an endoscopic image, it has been found that a problem occurs only by creating a synthesized image based on a synthesized pattern set in advance as in
例えば、腹腔鏡手術においては、硬性内視鏡の視野は、原則として、腹腔内において処置対象の部位全体を俯瞰できる位置に固定される。この場合、内視鏡画像を親画像、トロカール画像を子画像として、内視鏡画像内にトロカール画像を挿入して合成画像を作成する場合、トロカール画像の挿入位置が固定されていると、親画像内においてトロカール画像の挿入位置が常に死角になってしまう。内視鏡画像内の死角となる位置に処置具の先端部がある場合には、トロカール画像によって、内視鏡画像内の処置具の先端部が隠れてしまうことになり、処置具の先端部の位置を確認できないという問題が生じる。 For example, in laparoscopic surgery, the field of view of the rigid endoscope is, as a rule, fixed at a position where the entire site to be treated can be seen from within the abdominal cavity. In this case, when an endoscopic image is a parent image and a trocar image is a child image and a trocar image is inserted into the endoscopic image to create a composite image, if the insertion position of the trocar image is fixed, the parent image The insertion position of the trocar image is always a blind spot in the image. When the distal end portion of the treatment instrument is located at a position that becomes a blind spot in the endoscopic image, the distal end portion of the treatment instrument in the endoscopic image is hidden by the trocar image. The problem that the position of cannot be confirmed arises.
また、複数の処置具を使用するために、各処置具用の複数のカメラ付きトロカールを使用する場合が考えられる。複数のカメラ付きトロカールは、例えば、硬性内視鏡に対して左右にそれぞれ配置される。このように配置された左右のトロカールカメラの視野は、それぞれの撮影光軸が交差している場合と交差していない場合とでは、内視鏡画像内において左右が逆転する。例えば、撮影光軸が交差していない場合には、右配置のトロカールカメラの視野は内視鏡画像内においても右側を対象とし、左配置のトロカールカメラの視野は内視鏡画像内においても左側を対象とする。これに対して、撮影光軸が交差している場合には、右配置のトロカールカメラの視野は、内視鏡画像内において左側が対象となり、左配置のトロカールカメラの視野は、内視鏡画像内において右側が対象となる。そのため、撮影光軸の交差の有無によって、トロカール画像の挿入位置の左右と視野の左右が一致しない。 Further, in order to use a plurality of treatment tools, a case where a plurality of camera-equipped trocars for each treatment tool are used is conceivable. The plurality of camera-equipped trocars are disposed on the left and right, for example, with respect to the rigid endoscope. The fields of view of the left and right trocar cameras arranged in this way are reversed in the left and right directions in the endoscopic image depending on whether or not the respective photographing optical axes intersect. For example, when the photographing optical axes do not intersect, the field of view of the right-side trocar camera is targeted on the right side in the endoscopic image, and the field of view of the left-side trocar camera is on the left side in the endoscopic image. Is targeted. On the other hand, when the photographing optical axes intersect, the field of view of the right-side trocar camera is the left side in the endoscopic image, and the field of view of the left-side trocar camera is the endoscopic image The right side is the target. For this reason, the right and left of the insertion position of the trocar image do not coincide with the left and right of the field of view, depending on whether or not the photographing optical axes intersect.
特許文献1のように、予め表示態様が決められている場合には、親画像となる内視鏡画像内において、左右に配置されたトロカールカメラのそれぞれのトロカール画像の挿入位置は、左右のいずれかに固定される。そのため、撮影光軸の交差の有無によって左右の視野に逆転が生じても、内視鏡画像内の左右のトロカール画像の挿入位置は固定されているため、挿入位置と視野の左右の関係が直感的に把握しづらいという問題がある。
When the display mode is determined in advance as in
このように、内視鏡画像とトロカール画像とを合成する場合には、従来技術の手法を用いるだけでは、合成画像の表示態様について解決すべき問題があり、改良が求められていた。 As described above, when the endoscopic image and the trocar image are synthesized, there is a problem to be solved regarding the display mode of the synthesized image only by using the technique of the prior art, and improvement has been demanded.
本発明は、内視鏡による内視鏡画像とトロカールカメラによるトロカール画像とを合成する場合において、合成画像におけるトロカール画像の表示態様を適切にする画像合成装置および方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an image synthesizing apparatus and method for appropriately displaying a trocar image in a synthesized image when synthesizing an endoscopic image by an endoscope and a trocar image by a trocar camera. .
本発明の画像合成装置は、内視鏡画像取得部、トロカール画像取得部、変位情報取得部および画像合成部を備える。内視鏡画像取得部は、内視鏡によって撮影される体腔内の内視鏡画像を取得する。トロカール画像取得部は、体腔内に処置具を挿入するためのトロカールに設けられたトロカールカメラによって撮影される体腔内のトロカール画像を取得する。変位情報取得部は、処置具および/またはトロカールの変位を表す変位情報を取得する。画像合成部は、内視鏡画像とトロカール画像を合成して合成画像を生成する画像合成部であって、変位情報に基づいて、合成画像におけるトロカール画像の表示態様を変更する。 The image composition apparatus of the present invention includes an endoscope image acquisition unit, a trocar image acquisition unit, a displacement information acquisition unit, and an image composition unit. The endoscopic image acquisition unit acquires an endoscopic image in the body cavity imaged by the endoscope. The trocar image acquisition unit acquires a trocar image in the body cavity imaged by a trocar camera provided in the trocar for inserting the treatment instrument into the body cavity. The displacement information acquisition unit acquires displacement information representing the displacement of the treatment instrument and / or trocar. The image composition unit is an image composition unit that composes an endoscopic image and a trocar image to generate a composite image, and changes the display mode of the trocar image in the composite image based on the displacement information.
画像合成部は、表示態様として、合成画像内におけるトロカール画像の挿入位置を変更することが好ましい。 As the display mode, the image composition unit preferably changes the insertion position of the trocar image in the composite image.
トロカールは複数有り、トロカール画像取得部は、複数のトロカールのそれぞれに設けられたトロカールカメラから複数のトロカール画像を取得し、画像合成部は、1つの内視鏡画像と複数のトロカール画像を合成することが好ましい。 There are a plurality of trocars, the trocar image acquisition unit acquires a plurality of trocar images from a trocar camera provided in each of the plurality of trocars, and the image composition unit synthesizes one endoscopic image and a plurality of trocar images. It is preferable.
変位情報には、内視鏡画像内における、複数のトロカールカメラの撮影光軸の交差の有無を表す情報が含まれており、画像合成部は、撮影光軸の交差の有無に応じて、合成画像内における、複数のトロカール画像の挿入位置を変更することが好ましい。 The displacement information includes information indicating the presence / absence of crossing of the photographing optical axes of the plurality of trocar cameras in the endoscopic image, and the image composition unit synthesizes according to the presence / absence of the intersection of the photographing optical axes. It is preferable to change the insertion position of a plurality of trocar images in the image.
画像合成部は、内視鏡画像を親画像、トロカール画像を子画像として、ピクチャーインピクチャーの手法で内視鏡画像内にトロカール画像を挿入することが好ましい。 The image composition unit preferably inserts the trocar image into the endoscopic image by a picture-in-picture method using the endoscopic image as a parent image and the trocar image as a child image.
内視鏡画像内において処置具が変位した場合において、画像合成部は、トロカール画像の挿入位置を処置具と重ならない位置に移動することが好ましい。 When the treatment instrument is displaced in the endoscopic image, the image composition unit preferably moves the insertion position of the trocar image to a position that does not overlap the treatment instrument.
画像合成部は、内視鏡画像内におけるトロカール画像の挿入位置を、トロカールまたは処置具の長軸上においてトロカールまたは処置具の先端部よりも基端側の位置に決定し、さらに、内視鏡画像内においてトロカールまたは処置具が変位した場合には、挿入位置を変位に追従させることが好ましい。 The image composition unit determines the insertion position of the trocar image in the endoscopic image to be a position closer to the proximal end than the distal end portion of the trocar or treatment instrument on the long axis of the trocar or treatment instrument. When the trocar or the treatment instrument is displaced in the image, it is preferable to make the insertion position follow the displacement.
前記画像合成部は、前記処置具が前記内視鏡画像の視野外に移動した場合には、前記合成画像において、前記トロカール画像を非表示にする機能を有していることが好ましい。 It is preferable that the image composition unit has a function of hiding the trocar image in the composite image when the treatment tool moves out of the field of view of the endoscopic image.
前記画像合成部は、前記トロカールと前記トロカールから突出する前記処置具とが前記内視鏡画像に表示されている場合において、前記処置具が前記トロカール内に退避した場合には、前記処置具が前記視野外に移動したと判定して、前記トロカール画像を非表示にする機能を有していることが好ましい。 In the case where the trocar and the treatment tool protruding from the trocar are displayed in the endoscopic image, the image composition unit is configured to display the treatment tool when the treatment tool is retracted into the trocar. It is preferable to have a function of determining that the trocar image has moved out of the field of view and hiding the trocar image.
前記画像合成部は、前記処置具とともに前記トロカールも前記視野外に移動した場合には、前記トロカール画像を非表示にすることなく、表示を継続する機能を有していることが好ましい。 It is preferable that the image composition unit has a function of continuing display without hiding the trocar image when the trocar moves together with the treatment tool out of the field of view.
前記画像合成部は、前記トロカール画像の表示サイズおよび表示倍率の少なくとも一方を変更する機能を有していることが好ましい。 The image composition unit preferably has a function of changing at least one of a display size and a display magnification of the trocar image.
前記画像合成部は、前記合成画像における、前記処置具と前記トロカール画像の接近状態に応じて前記トロカール画像の表示サイズを変更する機能を有していることが好ましい。 The image composition unit preferably has a function of changing a display size of the trocar image in accordance with an approaching state of the treatment instrument and the trocar image in the composite image.
画像合成部は、トロカールの長軸回りの回転によりトロカールカメラが回転した場合に、合成画像内のトロカール画像の表示姿勢を、内視鏡画像の表示姿勢と一致させる姿勢補正を行うことが好ましい。 When the trocar camera is rotated by the rotation of the trocar around the long axis, the image synthesizing unit preferably performs posture correction so that the display posture of the trocar image in the composite image matches the display posture of the endoscopic image.
複数のトロカール画像の挿入位置の初期位置は、合成画像の四隅のいずれかであることが好ましい。 The initial position of the insertion position of the plurality of trocar images is preferably one of the four corners of the composite image.
画像合成部は、患者の体に設けられ複数のトロカールがそれぞれ挿入される各ポートを識別するためのポート識別情報を、合成画像内の各トロカール画像に表示することが好ましい。 Preferably, the image composition unit displays port identification information for identifying each port into which a plurality of trocars are respectively inserted in a patient's body on each trocar image in the composite image.
内視鏡画像を解析して、トロカールおよび/または処置具の変位を検知して、変位情報を出力する変位検知部を有していることが好ましい。 It is preferable to have a displacement detector that analyzes the endoscopic image, detects the displacement of the trocar and / or the treatment instrument, and outputs displacement information.
本発明の画像合成方法は、内視鏡画像取得ステップ、トロカール画像取得ステップ、変位情報取得ステップ、および画像合成ステップを備える。内視鏡画像取得ステップは、内視鏡によって撮影される体腔内の内視鏡画像を取得する。トロカール画像取得ステップは、体腔内に処置具を挿入するためのトロカールに設けられたトロカールカメラによって撮影される体腔内のトロカール画像を取得する。変位情報取得ステップは、処置具および/またはトロカールの変位を表す変位情報を取得する。画像合成ステップは、内視鏡画像とトロカール画像を合成して合成画像を生成する画像合成部であって、変位情報に基づいて、合成画像におけるトロカール画像の表示態様を変更する。 The image composition method of the present invention includes an endoscope image acquisition step, a trocar image acquisition step, a displacement information acquisition step, and an image composition step. The endoscopic image acquisition step acquires an endoscopic image in the body cavity imaged by the endoscope. In the trocar image acquisition step, a trocar image in the body cavity is acquired by a trocar camera provided in the trocar for inserting the treatment tool into the body cavity. In the displacement information acquisition step, displacement information representing the displacement of the treatment instrument and / or the trocar is acquired. The image combining step is an image combining unit that combines the endoscope image and the trocar image to generate a combined image, and changes the display mode of the trocar image in the combined image based on the displacement information.
本発明によれば、内視鏡による内視鏡画像とトロカールカメラによるトロカール画像とを合成する場合において、合成画像におけるトロカール画像の表示態様を適切にする画像合成装置及びその作動方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an image composition apparatus and an operation method thereof that make a display mode of a trocar image in a composite image suitable when an endoscope image by an endoscope and a trocar image by a trocar camera are combined. Can do.
[第1実施形態]
図1に示すように、体腔内観察システムの一例である腹腔鏡システム10は、腹腔鏡手術に際して、医師を含む医療スタッフSTが患者Pの腹腔内を観察するために用いられる。腹腔鏡システム10は、内視鏡システムとトロカールカメラシステムで構成される。内視鏡システムは、内視鏡11、プロセッサ18は、第1カメラ付きトロカール(以下、第1トロカールという)16、第2カメラ付きトロカール(以下、第2トロカールという)17、プロセッサ18、モニタ19およびコンソール20を備えている。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, a
第1トロカール16および第2トロカール17は、鉗子などの処置具22を腹腔内に挿入するための挿入ポートとして利用される挿入器具に、カメラ機能を付加したものである。なお、以下において、第1トロカール16および第2トロカール17について、両者を明確に区別する必要が無い場合には、第1および第2の修飾を省略して、単に各トロカール16、17という場合もある。
The
プロセッサ18は、内視鏡11によって撮影される腹腔内の内視鏡画像と、第1トロカール16および第2トロカール17のカメラによって撮影される腹腔内のトロカール画像のそれぞれに対する画像処理を実行する。プロセッサ18は、内視鏡画像と各トロカール画像とを合成する画像合成機能を有しており、本発明の画像合成装置として機能する。図1に示すように、プロセッサ18のモニタ19には、内視鏡画像とトロカール画像の合成画像が表示される。こうした合成画像によって腹腔内の視野が医療スタッフSTに提供される。
The
図2および図3にも示すように、内視鏡11はトロカール21を通じて患者Pの腹腔内に挿入される。内視鏡11用のトロカール21は、第1トロカール16および第2トロカール17と異なり、カメラが設けられていない通常のトロカールである。トロカール21は内視鏡11を腹腔内に挿入するための挿入ポートとして利用される挿入器具である。トロカール21は、略円筒形状のパイプ部と、パイプ部の基端側に設けられ、パイプ部よりも大径のハンドル部とを有している。トロカール21には、内部を軸方向に貫通する挿通孔が設けられており、挿通孔に内視鏡11が挿通される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
また、後述するように、腹腔内は炭酸ガスの注入によって気腹が行われるため、ハンドル部には、挿通孔を通じたガス漏れを防止するバルブが設けられている。バルブには、内視鏡11が挿通されるため、内視鏡11を挿通孔に通しつつ、挿通孔を気密に封止する機能が求められる。そのため、バルブとしては例えばダックビルバルブなどが用いられる。
Further, as will be described later, since the abdominal cavity is infused by injecting carbon dioxide in the abdominal cavity, the handle portion is provided with a valve for preventing gas leakage through the insertion hole. Since the
腹腔鏡手術において、患者Pの腹壁23(図2参照)には、各トロカール21、16、17を挿入するための複数のポート孔26、27が切開によって開けられる。図3に示すように、本例においては、ポート孔26、27の数は、例えば、内視鏡11用の1つのポート孔26と、処置具22用の2つのポート孔27の合計3つである。3つのポート孔26、27の位置は、例えば、内視鏡11用のポート孔26を中央に、その左右に処置具22用のポート孔27が設けられる。なお、本例のポート孔26、27の数や位置は一例であり、手術の対象部位、使用する処置具の数などによって適宜決められる。
In laparoscopic surgery, a plurality of port holes 26, 27 for inserting the
トロカール21は、ポート孔26に挿入されて、腹壁23に固定される。第1トロカール16および第2トロカール17は、2つのポート孔27のそれぞれに挿入されて腹壁23に固定される。これにより、トロカール21は、内視鏡11用の挿入ポートとして利用可能になり、第1トロカール16および第2トロカール17は、処置具22用の挿入ポートとして利用可能となる。
The
図1のモニタ19の画面に示すように、中央の挿入ポート(トロカール21)に挿入される内視鏡11によって、腹腔内において処置対象の部位全体を俯瞰した視野が提供され、内視鏡11の両側に位置する第1および第2トロカール16、17によって、処置具22の先端部22Aを中心としたその周辺の視野が提供される。
As shown on the screen of the
図2に示すように、腹腔鏡手術に際しては、炭酸ガスの注入により腹腔を拡張する気腹処置が行われる。第1トロカール16および第2トロカール17には、ガス供給装置(図示せず)の送気管が接続される接続口49(図4および図5参照)が設けられている。ガス供給装置から供給される炭酸ガスは、第1トロカール16および第2トロカール17を通じて腹腔内に注入される。
As shown in FIG. 2, during laparoscopic surgery, a pneumoperitoneum treatment is performed to expand the abdominal cavity by injecting carbon dioxide gas. The
内視鏡11は、例えば、挿入部11Aが金属などの硬質部材で形成された硬性内視鏡である。挿入部11Aの先端部には、腹腔内の被写体(内臓など)に照明光を照射する照明窓と、被写体で反射した反射光を受光して被写体を撮影するカメラユニット28(図2、図7参照)とが設けられている。カメラユニット28は、CCD(Charge-Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor)イメージセンサなど、受光した光を光電変換する撮像素子(図示せず)と、撮像素子の撮像面に被写体の光学像を結像させる撮影レンズ(図示せず)とを有する。
The
撮像素子は、例えば、撮像面に、R(red)、G(green)、B(blue)のマイクロカラーフィルタが設けられたカラー撮像素子である。三色のマイクロカラーフィルタは、例えば、ベイヤー配列で、各画素にいずれか一色が割り当てられる。カメラユニット28は、撮像素子が光電変換した電気信号を、RGBの三色の画像信号として出力する。撮像素子は、動画撮影が可能であり、所定のフレームレートで画像信号を出力する。画像信号は信号線を介してプロセッサ18に順次出力される。
The imaging device is, for example, a color imaging device in which R (red), G (green), and B (blue) micro color filters are provided on the imaging surface. The three-color micro color filter is, for example, in a Bayer array, and any one color is assigned to each pixel. The
挿入部11A内には、信号線やライトガイドなどが配設される。ライトガイドは、照明窓に光源装置(図示せず)から供給される照明光を導光する。内視鏡11の基端部には、信号線やライトガイドを内部に配設するユニバーサルケーブル(図示せず)の一端が設けられている。ユニバーサルケーブルの他端には、ライトガイドを光源装置に接続するコネクタや、信号線をプロセッサ18に接続するコネクタが設けられている。内視鏡11は、ユニバーサルケーブルを介して、光源装置およびプロセッサ18と接続される。
A signal line, a light guide, and the like are provided in the
図4〜図6に示すように、第1および第2の各トロカール16、17は、通常のトロカール21と同様に、パイプ部31とパイプ部31の基端側に設けられたハンドル部32とを備えている。各トロカール16、17には、パイプ部31およびハンドル部32内を軸方向に貫通する挿通孔33が設けられており、挿通孔33に処置具22が挿通される。図4および図5に示すように、処置具22の先端部22Aは、パイプ部31の先端部31Aに形成された、挿通孔33の出口から突没する。
As shown in FIGS. 4 to 6, each of the first and
パイプ部31の先端部31Aには、格納式のカメラ部36が設けられている。カメラ部36は、図5に示すように、パイプ部31の内部に格納される格納位置と、図4に示すように、パイプ部31から径方向に突出して展開する展開位置とに移動自在に設けられている。
A
カメラ部36は、カメラユニット37(図7参照)と、カメラユニット37を収容するハウジング38とで構成される。カメラユニット37はトロカールカメラに相当する。カメラユニット37は、内視鏡11のカメラユニット37と同様に撮像素子(図示せず)や撮影レンズ37Aを有する。また、カメラユニット37の撮影レンズ37Aの両脇には、被写体に照射する照明光の光源としてLED(Light Emitting Diode)などの発光素子37Bが設けられている。
The
図6に示すように、パイプ部31は、外筒41と内筒42の二重構造になっている。内筒42は、外筒41に対して軸方向にスライド自在に設けられている。内筒42は、ハンドル部32の基端側まで延びており、内筒42の基端側には、内筒42をスライド操作するためのフランジ形状の操作部42Aが設けられている。操作部42Aを基端側に引くと、内筒42が基端側に後退し、操作部42Aを先端側に押し込むと、内筒42が先端側に前進する。こうした操作部42Aによる内筒42のスライド操作によってカメラ部36の格納と展開が行われる。
As shown in FIG. 6, the
カメラ部36の両側面には、軸方向と直交する水平方向に突出するボス43が設けられている。内筒42には、ボス43と係合する係合溝46Aが形成された係合板46が設けられており、係合板46は、内筒42とともに軸方向にスライドする。係合溝46Aは、軸方向に対して傾斜しており、ボス43と協働して、軸方向にスライドする係合板46のスライド運動を、軸方向と直交する上下方向にカメラ部36を昇降させる昇降運動に変換するカム機構として機能する。
カメラ部36が展開位置にある状態で、操作部42Aを基端側に引く操作により係合板46が基端側に後退すると、係合溝46Aとボス43の係合により、カメラ部36が下降して展開位置から格納位置に移動する。反対に、カメラ部36が格納位置にある状態で、操作部42Aを先端側に押し込む操作により係合板46が先端側に前進すると、係合溝46Aとボス43の係合により、カメラ部36が格納位置から展開位置に移動する。
When the
ポート孔27に対するパイプ部31の挿抜は、カメラ部36を格納した状態で行われて、パイプ部31が腹腔内に挿入された後、カメラ部36は展開される。
The
カメラ部36が格納位置にある状態では、カメラ部36のハウジング38の一部は、パイプ部31の先端部31Aの外周面の一部を構成し、パイプ部31の他の部分と段差が生じないように形成される。これにより、パイプ部31のポート孔27への挿抜の際に引っ掛かりが生じないようにしている。
In the state where the
また、パイプ部31において、先端部31Aの後方には、滑り止め31Bが形成されている。滑り止め31Bは、所望の挿入位置でパイプ部31を腹壁23に確実に固定するためのものである。滑り止め31Bは、軸方向と直交する周方向に形成された複数の凹凸からなり、他の部分よりも摩擦係数が高くなっている。滑り止め31Bと腹壁23の位置を合わせると、滑り止め31Bの作用により、腹壁23に対してパイプ部31が固定される。
Moreover, in the
ハンドル部32には、トロカール21と同様に挿入孔からのガス漏れを防止するためのダックビルバルブ(図示せず)が設けられている。また、ハンドル部32には、プロセッサ18と接続するためのケーブル(図示せず)が着脱自在に接続されるコネクタ部48が設けられている。コネクタ部48には、カメラユニット37から延びる信号線や電源供給線と接続し、接続された配線が接続される端子が設けられている。
As with the
また、ハンドル部32には、ガス供給装置の送気管が接続される接続口49が設けられている。信号線、電源供給線、および接続口49を通じて供給される炭酸ガスの送気路は、外筒41と内筒42の間に配設されている。
Further, the
図7に示すように、腹腔鏡システム10のプロセッサ18は、制御部71、画像処理部72、ビデオ信号処理部73、第1〜第3の入力I/F74A、74B、74C、メモリ76を備えている。制御部71は、プロセッサ18の各部を統括的に制御する。コンソール20は、キーボード、マウス、フットスイッチなどの操作部であり、制御部71に対して操作信号を入力する。
As shown in FIG. 7, the
制御部71は、プロセッサ18の各部を統括的に制御する。制御部71は、コンソール20の操作を受け付けて、操作内容に応じた処理や各種設定を行う。また、制御部71は、図示しないドライバを介して、内視鏡11のカメラユニット28に対して駆動信号を出力して、カメラユニット28の駆動を制御する。また、制御部71は、図示しないドライバを介して、第1および第2のトロカール16、17のカメラユニット37に対して駆動信号を出力して、カメラユニット37の駆動を制御する。
The
第3入力I/F74Cは、内視鏡11のケーブルと接続されて、内視鏡11が出力する画像信号を取得するインタフェースである。第1および第2の入力I/F74A、74Bは、第1および第2の各トロカール16、17のそれぞれのケーブルと接続されて、各トロカール16、17のカメラユニット37が出力する画像信号を取得するインタフェースである。
The third input I /
プロセッサ18は、各入力I/F74A〜74Cから順次入力される、内視鏡画像とトロカール画像とをリアルタイムで合成する。そのため、制御部71は、カメラユニット37とカメラユニット28の駆動タイミングを同期させる同期制御を行う。これにより、合成される内視鏡画像とトロカール画像の入力タイミングを同期させることができる。
The
内視鏡11には、カメラユニット28から出力されるアナログの画像信号を信号処理するAFE(Analog Front End)回路68が設けられる。AFE回路68は、イメージセンサのリセットノイズを除去するCDS(correlated double sampling:相関2重サンプリング回路)、イメージセンサからの出力信号のゲインの増幅を行い、一定の出力レベルが維持されるように補正するAGC(Auto Gain Control:自動ゲイン補正)回路、アナログ信号をデジタル信号に変換するADC(Analog Digital Converter)変換回路などからなる。第3入力I/F74Cには、デジタル信号に変換された内視鏡画像の画像信号が入力される。
The
各トロカール16、17のコネクタ部48内には、カメラユニット37が出力する画像信号に対して信号処理を施すAFE回路が設けられている。AFE回路の構成および機能は、内視鏡11のAFE回路68と同様である。第1および第2の各入力I/F74A、74Bには、デジタル信号に変換されたトロカール画像の画像信号が入力される。
An AFE circuit that performs signal processing on an image signal output from the
画像処理部72には、第3入力I/F74Cを通じて、内視鏡画像のRGBの画像信号が入力される。加えて、画像処理部72には、第1入力I/F74A、74Bを通じて、トロカール画像のRGBの画像信号が入力される。画像処理部72は、内視鏡画像のRGBの画像信号およびトロカール画像のRGBの画像信号に対して、デモザイク(同時化)処理、ホワイトバランス処理、ガンマ処理、YC処理などの画像処理を施す。
The RGB image signal of the endoscopic image is input to the
デモザイク処理では、各画素当たりRGBのいずれか1色の色信号しか持たない画像信号を、補間処理により各画素当たりRGBの三色の色信号を持つ画像信号に変換する。ホワイトバランス処理では、白に対するRGBの色信号のバランスを調整し、ガンマ処理では、カメラユニット28、37やモニタ19に応じた入出力特性を補正する。YC処理では、RGBの画像信号を、輝度信号(Y信号)と色差信号(Cb信号、Cr信号)に変換する。
In demosaic processing, an image signal having only one color signal of RGB for each pixel is converted into an image signal having three color signals of RGB for each pixel by interpolation processing. In the white balance process, the balance of RGB color signals with respect to white is adjusted, and in the gamma process, input / output characteristics corresponding to the
画像処理部72は、こうした一般的な画像処理機能に加えて、画像合成機能を有している。画像処理部72は、画像合成部77と変位検知部78を備えている。画像合成部77は、内視鏡11によって撮影された1つの内視鏡画像と各トロカール16、17によって撮影された2つのトロカール画像とを合成して合成画像を生成する。
The
画像合成部77は、第1および第2の各入力I/F74A、74Bから画像処理済みの第1および第2のトロカール画像を、第3入力I/F74Cから画像処理済みの内視鏡画像をそれぞれ取得する。本例において、画像合成部77は、内視鏡画像を取得する内視鏡画像取得部、各トロカール画像を取得するトロカール画像を取得するトロカール画像取得部として機能する。
The
画像合成部77は、予め設定された合成条件に基づいて合成画像を生成する。メモリ76には、合成条件を含む設定情報79が記録される。また、画像合成部77は、いったん生成した合成画像の表示態様を、内視鏡画像内の処置具22の変位に応じて変更する機能を有している。
The
図8に示すように、合成条件には、例えば、表示態様設定とトロカール左右設定が含まれている。表示態様設定は、合成画像におけるトロカール画像の表示態様に関する設定である。表示態様設定には、例えば、挿入位置の初期設定と変更条件が含まれる。 As shown in FIG. 8, the synthesis condition includes, for example, display mode setting and trocar left / right setting. The display mode setting is a setting related to the display mode of the trocar image in the composite image. The display mode setting includes, for example, an initial setting of the insertion position and a change condition.
本例では、合成画像は、内視鏡画像を親画像、トロカール画像を子画像として、PinP手法で内視鏡画像内にトロカール画像を挿入する(図13参照)。挿入位置の初期設定は、トロカール画像を内視鏡画像内のどこに挿入するかを示す挿入位置に関する初期設定である。本例では、トロカール画像がそれぞれ入力される第1および第2の入力I/F74A、74Bともに「画面下隅」が設定されており、この初期設定では、合成画像の四隅のうち画面の下側の隅が初期挿入位置となる。
In this example, the composite image is a trocar image inserted into the endoscopic image by the PinP method using the endoscopic image as a parent image and the trocar image as a child image (see FIG. 13). The initial setting of the insertion position is an initial setting relating to the insertion position indicating where the trocar image is to be inserted in the endoscopic image. In this example, the “lower corner of the screen” is set for both the first and second input I /
なお、挿入位置の初期設定としては、合成画像の四隅でなくてもよい。ただし、内視鏡画像の主要被写体は画面中央に位置する場合が多いので、初期設定としては、主要被写体と重なるおそれが低い四隅であることが好ましい。 The initial setting of the insertion position may not be the four corners of the composite image. However, since the main subject of the endoscopic image is often located at the center of the screen, the initial setting is preferably four corners that are less likely to overlap with the main subject.
また、変更条件は、トロカール画像の表示態様を変更する条件である。本例においては、トロカール画像の挿入位置を合成画像内で変更する条件である。変更条件には、例えば「処置具連動」が含まれる。「処置具連動」とは、合成画像内におけるトロカール画像の挿入位置を、内視鏡画像内の処置具の変位に連動して変更するものである。 The change condition is a condition for changing the display mode of the trocar image. In this example, it is a condition for changing the insertion position of the trocar image in the composite image. The change condition includes, for example, “treatment instrument interlock”. “Treatment instrument interlocking” is to change the insertion position of the trocar image in the composite image in conjunction with the displacement of the treatment instrument in the endoscopic image.
トロカール左右設定は、第1および第2のトロカール16、17の左右と、第1および第2の入力I/F74A、74Bから入力される2つのトロカール画像の左右とを対応させるための設定である。本例においては、図3に示すように、内視鏡11のポート孔26の右側のポート孔27に、第1トロカール16が挿入され、左側のポート孔27に第2トロカール17が挿入される。このため、内視鏡11に対して、右側に第1トロカール16が、左側に第2トロカール17がそれぞれ配置される。
The trocar left and right setting is a setting for making the left and right of the first and
内視鏡画像においては、内視鏡11の右側に位置する第1トロカール16に挿入される処置具22は右側に描出され、左側に位置する第2トロカール17に挿入される処置具22は左側に描出される。そのため、各トロカール16、17の左右(ポート孔27の左右)と、合成画像内におけるトロカール画像の挿入位置の左右とが対応していないと、合成画像が見にくい。このような左右の対応を設定するのがトロカール左右設定である。
In the endoscopic image, the
本例では、内視鏡11の右側のポート孔27に位置する第1トロカール16は、第1入力I/F74Aに設定されているため、第1入力I/F74Aが右(R)に設定される。そして、内視鏡11の左側のポート孔27に位置する第2トロカール17は、第2入力I/F74Bに設定されているため、第2入力I/F74Bが左(L)に設定される。
In this example, since the
トロカール左右設定において、ポート番号(ポートNo1、No2)は、患者Pの体に設けられる複数のポート孔27を識別するために、それぞれに任意に付与されるポート識別情報である。例えば、図3に示す2つのポート孔27の位置を識別するために、病院毎に任意のポート番号を各ポート孔27に付与して、ポート番号で各ポート孔27を呼称する場合がある。ポート番号は、病院毎に付与ルールが異なる場合があるため、ユーザが任意に設定することができる。本例では、右側のポート孔27がポートNo1と設定され、左側のポート孔27がポートNo2と設定される。
In the trocar left / right setting, the port numbers (ports No. 1 and No. 2) are port identification information arbitrarily assigned to each of the plurality of port holes 27 provided in the body of the patient P. For example, in order to identify the positions of the two
合成条件の設定は、図9に示す合成条件設定画面81によって行われる。合成条件設定画面81は、モニタ19に表示され、コンソール20のキーボードやマウスによって操作される操作画面である。合成条件設定画面81には、表示態様設定領域82と、トロカール左右設定ボタン83とが設けられている。
The setting of the synthesis condition is performed on the synthesis
表示態様設定領域82には、挿入位置の初期設定を行う入力ボックス82Aと変更条件の設定を行う入力ボックス82Bが設けられている。各入力ボックス82A、82Bは、ポインタ84で指定されてマウスによってクリック操作が行われると、複数の項目(画面上隅、画面下隅、初期位置固定、処置具連動など)を表示するプルダウンメニューを表示する。このメニューの中から選択された項目が各入力ボックス82A、82Bに設定される。
The display
トロカール左右設定ボタン83が操作されると、図10に示すトロカール設定画面86が表示される。トロカール設定画面86には、内視鏡画像91を表示する第1領域86Aと、各入力I/F74A、74Bから入力される、第1および第2の各トロカール画像92、93を表示する第2領域86Bとが設けられている。なお、以下において、第1および第2トロカール16、17と同様に、第1トロカール画像92と第2トロカール画像93については、両者を明確に区別する必要が無い場合には、第1および第2の修飾を省略して、単に各トロカール画像92、93という場合もある。
When the trocar left /
第1領域86Aの内視鏡画像91には、各トロカール画像92、93を挿入する挿入位置を示す挿入枠94が表示される。2つの挿入枠94の挿入位置は、挿入位置の初期設定に従って設定される。本例においては、初期挿入位置として、「画面下隅」が設定されている例を示しており、内視鏡画像91の画面下隅に2つの挿入枠94が表示されている。
In the
各挿入枠94内には、内視鏡画像91内の左右を示すL、Rの文字と、左右の各ポート孔27に病院内で設定されたポート番号(No1、No2)とが表示される。また、第1領域86Aには、手術対象部位である腹部の模式図に、図3に示すポート孔26、27の位置と、それぞれのポート番号とを示した番号案内図96が表示される。番号案内図96により、各ポート孔26、27に付与されたポート番号と、トロカール16、17が挿入される2つのポート孔27の左右の位置関係を確認することができる。本例に示すとおり、2つの挿入枠94内の左右(L、R)の位置と、ポート番号(No2、No1)の表示は対応している。
In each
こうした挿入枠94内の表示や番号案内図96などの案内表示に従って、トロカールの左右設定が行われる。例えば、本例では、図3に示すように、患者Pの正面と対峙する医療スタッフSTから見て右側のポート孔27(No1)に第1トロカール16が挿入されている。そして、その第1トロカール16は第1入力I/F74Aに接続されているため、第1入力I/F74Aから入力される第1トロカール画像92の挿入位置は、内視鏡画像91の右側に設定される。
In accordance with the display in the
具体的な操作は、例えば、トロカール設定画面86において、ポインタ84によって、第1入力I/F74Aから入力される第1トロカール画像92を指定して、ドラッグ操作により、第1トロカール画像92を右側の挿入枠94へ移動する。この操作により、第1入力I/F74Aと右側の挿入枠94とが関連付けられて、第1トロカール画像92の挿入位置が設定される。
Specifically, for example, on the
一方、図3に示すように、医療スタッフSTから見て左側のポート孔27(No2)には第2トロカール17が挿入されている。そして、その第2トロカール17は第2入力I/F74Bに接続されているため、第2入力I/F74Bから入力される第2トロカール画像93の挿入位置は、内視鏡画像91の左側に設定される。上述のポインタ84のドラッグ操作により、第2トロカール画像93を左側の挿入枠94へ移動する。この操作により、第2入力I/F74Bと左側の挿入枠94とが関連付けられて、第2トロカール画像93の挿入位置が設定される。こうしたトロカール左右設定の内容は、図8に示す設定情報79に記録される。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the
図11に示すように、内視鏡11の視野は、病変などの処置対象となる対象部位97(ハッチングで示す)を中心に、術野を俯瞰できる位置に設定される。内視鏡画像91において、画面の両側には、左右の各トロカール16、17から突出して、画面中心の対象部位97にアクセスする各処置具22が位置する。
As shown in FIG. 11, the field of view of the
これに対して、各トロカール16、17の視野98は、各トロカール16、17の先端から突出する処置具22の先端部22Aが、各トロカール画像92、93の撮影範囲に含まれるように設定される。トロカール画像を撮影する主目的は、対象部位97にアクセスする処置具22の先端部22Aとその周辺の視野を確保することにあるからである。
On the other hand, the field of
画像合成部77は、図12に示す手順で、合成画像99を生成する。画像合成部77は、画像合成の際に、設定情報79から、トロカール画像92、93の挿入位置の初期設定の内容とトロカール左右設定の内容を読み出して、トロカール画像92、93の表示態様を決定する。画像合成部77は、本例(図8に示す例)では、読み出した設定内容に従って、第1入力I/F74Aから入力される第1トロカール画像92の挿入位置を、内視鏡画像91の画面下隅の右側と判定し、第2入力I/F74Bから入力される第2トロカール画像93の挿入位置を、画面下隅の左側と判定する。
The
画像合成部77は、決定した表示態様に従って、第3入力I/F74Cから入力される内視鏡画像91と、第1および第2入力I/F74A、74Bから入力される各トロカール画像92、93とを画像合成して、合成画像99を生成する。画像合成部77は、生成した合成画像99を、ビデオ信号処理部73に出力する。
The
ビデオ信号処理部73は、画像合成された合成画像の画像信号を、コンポジット信号やコンポーネント信号など、モニタ19に出力するためのビデオ信号に変換する。このような画像合成およびビデオ信号処理は、カメラユニット28、37のフレームレートに同期して順次行われる。
The video
図13は、合成画像99を表示する合成画像表示画面101の例である。また、プロセッサ18は、合成画像99をモニタ19に出力する他、保存用に合成画像99をメモリに出力することも可能である。さらに、合成画像表示画面101において、合成画像99の出力に加えて、トロカール画像92、93の拡大画像を表示できるようにしてもよい。また、合成画像99を出力せずに、内視鏡画像91やトロカール画像92、93を単独でモニタ19に出力するモードを備えてもよい。
FIG. 13 is an example of a composite
また、図14〜図17に示すように、画像合成部77は、内視鏡画像91内における処置具22の変位に連動して、各トロカール画像92、93の表示態様を変更する機能を備えている。図14〜図17に示すように、内視鏡画像91において、画面の左右に2つの処置具22が描出されている場合には、画像合成部77は、処置具22の左右を判別して、各処置具22の変位を検知する。ここで、図14〜図17の内視鏡画像91、トロカール画像92、93において、処置具22の符号に追加的に付される(R)、(L)の符号は、各処置具22が、内視鏡画像91の画面において、右(R)、左(L)のどちらに描出されているかという左右の相対的な描出位置を表す細別符号である。以下において、処置具22および先端部22Aに対して、必要に応じて、左右の細別符号を付す。
As shown in FIGS. 14 to 17, the
画像合成部77が有する表示態様を変更する機能について、例えば、図14に示すように、内視鏡画像91において、右側の処置具22(R)が、画面下向きの矢印で示すように、画面右側の中央部分から画面下右隅に移動した場合を考える。処置具22の移動先である画面下右隅は、第1トロカール画像92の初期挿入位置に設定されているので、移動後の処置具22(R)は、第1トロカール画像92と重なって、その影に隠れてしまう。
With regard to the function of changing the display mode of the
このような場合に、図15に示すように、画像合成部77は、内視鏡画像91内において、処置具22(R)と第1トロカール画像92が重ならない位置に、第1トロカール画像92を移動する。画像合成部77は、左側の処置具22(L)が内視鏡画像91内で移動した場合には、右側の場合と同様に、第2トロカール画像93を移動する。画像合成部77は、このような各処置具22(R)、(L)の変位に連動して、トロカール画像92、93の表示態様を変更する。こうした表示態様の変更は、変位検知部78が出力する変位情報に基づいて行われる。なお、こうした表示態様の変更機能は、設定によりオンオフが可能であり、図7および図8で示した設定情報79に示したとおり、変更条件を処置具連動に設定している場合に有効になる。
In such a case, as shown in FIG. 15, the
図7に示したように、第3入力I/F74Cから入力される内視鏡画像91は、画像合成部77に加えて、変位検知部78にも入力される。変位検知部78は、内視鏡画像91を画像解析することにより、処置具22の変位を検知する。
As shown in FIG. 7, the
図16に示すように、具体的には、変位検知部78は、まず、内視鏡画像91から処置具22を抽出する抽出処理を行う。処置具22の抽出は、例えば、周知のパターンマッチングの手法により行われる。パターンマッチングによる抽出は、予め設定された処置具22の形状を表す特徴量と、内視鏡画像91内の各部の特徴量とを照合して、内視鏡画像91内に予め設定された特徴量を持つ処置具22が存在するか否かを判定することにより行う。
As shown in FIG. 16, specifically, the
また、処置具22の抽出においては、色によって処置具22を識別する手法を用いてもよい。処置具22は、ステンレスなどの金属や樹脂で構成されているため、処置具22の色は、血管の色である赤を基調とした生体組織の色とは明確に異なる。内視鏡画像91において、このような色の違いに基づいて処置具22を識別することができる。もちろん、パターンマッチングの手法や、色による識別手法を組み合わせてもよい。
In extracting the
変位検知部78は、次に、抽出した処置具22の位置を判定する。位置情報は、内視鏡画像91内において、抽出された処置具22が位置する座標情報として出力される。変位検知部78は、本例のように抽出した処置具22が2つある場合には、座標情報に基づいて、抽出した各処置具22の右(R)、左(L)の相対的な位置を判別する。
Next, the
変位検知部78は、カメラユニット28から所定のフレームレートで出力され、プロセッサ18を通じて順次入力される内視鏡画像91の各フレームについて、処置具22の位置を判定し、フレーム間において処置具22の位置が変化した場合に処置具22の変位を検知する。そして、変位検知部78は、処置具22の変位を検知した場合には、変位情報を画像合成部77に出力する。変位情報には、変位後の処置具22の位置情報が含まれる。ここで、画像合成部77は、変位情報取得部に相当する。こうした処置具22の変位検知は、抽出された左右の各処置具22(R)、(L)に対して個別に行われる。
The
例えば、図16に示す内視鏡画像91において示すように、右側の処置具22(R)の位置が、変位前の実線で示す位置から、画面下の波線で示す位置に移動した場合には、変位検知部78は、変位後の波線で示す処置具22(R)の位置情報を含む変位情報を出力する。この変位情報は、右側の処置具22(R)に関するものであるため、変位情報には、右側の処置具22(R)の情報であることを示す左右識別情報が含まれる。こうした変位情報は、処置具22(R)、(L)毎に生成されて、変位検知部78から画像合成部77に出力される。
For example, as shown in the
画像合成部77は、設定情報79の変更条件として処置具連動が設定されている場合には、入力された変位情報に基づいて、合成画像99の表示態様を変更する。この変更に際して、画像合成部77は、まず、入力された変位情報と、その変位情報に基づいて表示態様を変更する対象となる、各トロカール画像92、93とを対応付ける変位情報対応付け処理を実行する。
When the treatment instrument interlock is set as the change condition of the setting information 79, the
変位情報対応付け処理において、画像合成部77は、変位情報に含まれている左右識別情報に基づいて、入力された変位情報が、内視鏡画像91内において左右のどちらの処置具22(R)、(L)に関するものか否かを判別する。そして、画像合成部77は、変位情報の左右の判別結果に基づいて、入力された変位情報と、各トロカール画像92、93との対応付けを行う。
In the displacement information association processing, the
本例のように、内視鏡画像91において、右側の処置具22(R)が移動した場合には、図17に示すように、変位検知部78が出力する変位情報には、右(R)を表す左右識別情報が含まれる。一方、設定情報79のトロカール左右設定を参照すると、内視鏡画像91における初期挿入位置が右側(R)に設定されているのは、第1入力I/F74Aから入力される第1トロカール画像92であることが分かる。そのため、画像合成部77は、入力された変位情報と第1トロカール画像92を対応付ける。これにより、入力された変位情報に基づく表示態様の変更対象は第1トロカール画像92であると特定される。
As shown in this example, when the right treatment instrument 22 (R) moves in the
同様に、入力された変位情報に、左(L)を表す左右識別情報が含まれている場合には、画像合成部77は、変位情報と、第2トロカール画像93とを対応付ける。画像合成部77は、こうした左右の対応付けを行った上で、左右の各変位情報に基づいて、各トロカール画像92、93の表示態様の変更を行う。
Similarly, when the input displacement information includes left / right identification information representing the left (L), the
図16において、変位情報対応付け処理の後、画像合成部77は、変位情報に基づいて、表示態様の変更が必要か否かの要否を判定する。要否判定を行う理由は、処置具22が変位した場合でも、変位情報によって特定される変位後の処置具22の位置と、合成画像99内におけるトロカール画像92、93の挿入位置とが重ならない場合には、表示態様を変更する必要が無いからである。
In FIG. 16, after the displacement information association processing, the
要否判定において、画像合成部77は、変位情報によって特定される変位後の処置具22の位置と、合成画像99における、トロカール画像92、93のいずれかの挿入位置が重なるか否かを判定する。本例では、右側の処置具22(R)の変位後の位置が右側のトロカール画像92と重なるため、画像合成部77は、表示態様の変更が必要と判定する。その場合には、合成画像99に示すように、トロカール画像92を処置具22(R)と重ならないように、トロカール画像92の挿入位置を右上方に移動する。
In the necessity determination, the
一方、変位情報によって特定される変位後の処置具22の位置と、合成画像99内におけるトロカール画像92、93の挿入位置とが重ならない場合には、画像合成部77は、表示態様の変更は不要と判定する。この場合には、画像合成部77は、トロカール画像92、93の移動を行わず、合成画像99の表示態様を変更しない。この場合には、初期設定で決定された表示態様に従って、合成画像99を生成する。
On the other hand, when the position of the
以上で説明した構成による作用について、図18に示すフローチャートを参照しながら説明する。腹腔鏡手術を行う際には、まず、患者Pの腹部に、例えば図3に示すように3つのポート孔26、27が開けられる。
The effect | action by the structure demonstrated above is demonstrated referring the flowchart shown in FIG. When performing laparoscopic surgery, first, for example, three
中央のポート孔26には、カメラ機能の無い通常のトロカール21が挿入される。ポート孔26の両脇の2つのポート孔27には、カメラ機能を備えた第1および第2の各トロカール16、17が挿入される。本例では、患者Pの腹部と対峙する医療スタッフSTから見て、右側のポート孔27には第1トロカール16が挿入され、左側のポート孔27には第2トロカール17が挿入される。
A
この後、内視鏡11がプロセッサ18の第3入力I/F74Cに接続される。第1トロカール16はプロセッサ18の第1入力I/F74Aに接続され、第2トロカール17は第2入力I/F74Bに接続される。
Thereafter, the
接続完了後、プロセッサ18が起動される。これにより、内視鏡11のカメラユニット28と第1および第2の各トロカール16、17のカメラユニット37の駆動が開始されて、撮影が開始される。カメラユニット28は、所定のフレームレートで画像信号を出力し、AFE回路68による信号処理済みの画像信号がプロセッサ18に入力される。カメラユニット37も所定のフレームレートで画像信号を出力し、コネクタ部48内のAFE回路による信号処理済みの画像信号がプロセッサ18に入力される。
After the connection is completed, the
プロセッサ18において、第3入力I/F74Cから入力される内視鏡画像91の画像信号は、画像処理部72に入力されて画像処理が施される。同様に、第1および第2入力I/F74A、74Bから入力される第1および第2のトロカール画像92、93の画像信号は、画像処理部72に入力されて画像処理が施される。これにより、プロセッサ18の画像処理部72において、内視鏡画像91およびトロカール画像92、93の取得が開始される(S101、S102)。
In the
画像合成部77は、内視鏡画像91とトロカール画像92、93が入力されると、合成画像99を生成する画像合成処理を開始する(S103)。この段階では、合成条件についてユーザによる設定がなされていない場合があるため、合成条件としては、製造時にプリセットされた条件を使用したり、前回起動時に設定された条件が引き継がれる。画像合成部77が生成した合成画像99は、ビデオ信号処理部73を介してモニタ19に出力される。
When the
医療スタッフSTは、モニタ19に表示される合成画像99を確認しながら、内視鏡11とトロカール16、17の腹腔内への挿入作業を行う。まず、トロカール21を挿入ポートとして、内視鏡11が腹腔内に挿入される。そして、トロカール16、17を挿入ポートとして、処置具22が腹腔内に挿入される。
The medical staff member ST inserts the
この後、プロセッサ18において、コンソール20から図8に示す合成条件設定画面81が操作されて合成条件設定が行われる。表示態様設定において、例えば、初期挿入位置は「画面下隅」が設定され、変更条件は「処置具連動」が選択される。
Thereafter, in the
また、トロカール設定画面86を通じてトロカール左右設定が行われる。本例では、右側のポート孔27(ポートNo1)に挿入された第1トロカール16が、第1入力I/F74Aに接続されているため、第1トロカール画像92が右側に設定される。一方、左側のポート孔27(ポートNo2)に挿入された第2トロカール17が、第2入力I/F74Bに接続されているため、第2トロカール画像93が左側に設定される。
Further, the trocar left / right setting is performed through the
画像合成部77は、合成条件の設定が行われた場合には、設定された合成条件に従って画像合成を行う。また、内視鏡画像91は、画像合成部77に加えて変位検知部78にも入力される。変位検知部78は、内視鏡画像91が入力されると、内視鏡画像91の画像解析による、処置具22の変位検知を開始する(S104)。変位検知部78は、処置具22の変位を検知した場合には、変位後の処置具22の位置情報を含む変位情報を画像合成部77に出力する(S105でY)。
When the composition condition is set, the
変位検知部78は、内視鏡画像91内に2つの処置具22が描出されている場合には、座標情報に基づいて、内視鏡画像91から抽出された各処置具22の右(R)、左(L)の相対的な位置を判定する。そして、変位検知部78は、抽出された処置具22毎に変位情報を出力する。この変位情報には、図17に示すように、右(R)、左(L)の左右識別情報が含められる。
When two
画像合成部77は、図17に示すように入力された変位情報の対応付けを行った後、変位情報に基づいて表示態様の変更の要否を判定する(S106)。画像合成部77は、変位情報に含まれる、変位後の処置具22の位置情報に基づいて、内視鏡画像91内において、変位後の処置具22の位置と、トロカール画像92、93の初期挿入位置とが重なるか否かを判定する。
After associating the input displacement information as shown in FIG. 17, the
図14に示すように、内視鏡画像91において、変位後の処置具22(R)の位置が第1トロカール画像92の初期挿入位置と重なる場合には、画像合成部77は、表示態様の変更が必要と判定する(S106でY)。
As shown in FIG. 14, in the
この場合には、画像合成部77は、図15に示すように、第1トロカール画像92の挿入位置を第1トロカール画像92と重ならない位置に移動することにより、合成画像99の表示態様を変更する。
In this case, the
一方、処置具22が変位しても、各トロカール画像91、92のいずれの初期挿入位置とも重ならない場合は、表示態様の変更は不要と判定する(S106でN)。画像合成部77は、合成画像99の表示が終了するまで、こうした処理を繰り返す(S108)。
On the other hand, even if the
医療スタッフSTは、モニタ19に表示される合成画像99を通じて腹腔内を観察しながら、処置具22を操作して手技を行う。医療スタッフSTは、合成画像99内の内視鏡画像91によって、対象部位97を中心とする全体的な視野を確保することができる。
The medical staff ST performs the procedure by operating the
また、合成画像99内のトロカール画像92、93によって、処置具22の先端部22Aを中心とする視野を確保することができる。これにより、内視鏡画像91のみでは死角になってしまう部分の視野をトロカール画像92、93によって補うことができる。特に、トロカール画像92、93により、処置具22の先端部22Aの位置や姿勢など、対象部位97にアクセスする先端部22Aの様子を正確に確認することができる。これにより、適切な手技が可能になる。
In addition, the
そして、合成画像99により、内視鏡画像91とトロカール画像92、93の両方を、1つのモニタ19で、かつ、画面の切り替えなどを行うことなく確認することができる。また、内視鏡画像91と各トロカール画像92、93の画像合成を行わずに別々のモニタに表示する場合と比較して、合成画像99を表示する場合は、視線移動も減らすことができる。このため、合成画像99を表示しない場合と比べて、視認性が向上する。
The
さらに、プロセッサ18においては、内視鏡画像91内において処置具22が変位して、変位後の処置具22が、各トロカール画像92、93のいずれかの初期挿入位置と重なる場合には、各トロカール画像92、93の少なくとも一方の挿入位置を重ならない位置に移動することにより、表示態様を変更する。そのため、合成画像99において、処置具22の先端部22Aの位置が死角になってしまうことがない。
Further, in the
このように、プロセッサ18によれば、合成画像99を生成する場合において、手技において重要な、処置具22の先端部22Aの視野を可能な限り確保できるという意味で、合成画像99におけるトロカール画像92、93の表示態様を適切にすることができる。
As described above, according to the
[第2実施形態]
図19、20に示す第2実施形態は、第1実施形態とは異なる態様で、トロカール画像92、93の表示態様を変更する例である。第2実施形態においても、処置具に連動して表示態様を変更する点では第1実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
The second embodiment shown in FIGS. 19 and 20 is an example in which the display mode of the
第1実施形態では処置具22とトロカール画像92、93が重ならないようにトロカール画像92、93を退避している。これに対して、第2実施形態の方式は、図19に示すように、内視鏡画像91内におけるトロカール画像91、92の挿入位置を、処置具22の長軸上において先端部22Aよりも基端側の位置に決定する。そして、図20に示すように、内視鏡画像91内で処置具22が変位した場合に、処置具22と各トロカール画像91、92の相対的な位置関係を維持したまま、各トロカール画像91、92の挿入位置を処置具22に追従させる方式である。
In the first embodiment, the
図19では、内視鏡画像91において、左右の各処置具22は、画面の両側からそれぞれの先端部22Aが中央の対象部位97に向く横向きの姿勢で表示されている。この状態では、各処置具22の先端部22Aの基端側は、画面の左右の端に位置するため、その位置に各トロカール画像91、92が挿入される。
In FIG. 19, in the
図20において、左右の処置具22が点線で示す横向きの姿勢から、実線で示すように先端部22Aが画面の上方を向く姿勢に変化した場合には、処置具22の先端部22Aの基端側は、画面の下方に位置することになる。この変位に追従してトロカール画像92、93は挿入位置も画面の下方に移動する。
In FIG. 20, when the left and
内視鏡画像91において、トロカール画像91、92の挿入位置を、先端部22Aよりも基端側にすることで、対象部位97にアクセスする先端部22Aがトロカール画像91、92の影になることがない。そして、トロカール画像91、92と処置具22の相対的な位置関係を維持したまま、トロカール画像91、92は、処置具22の変位に追従する。そのため、処置具22が変位しても、変位後の先端部22Aの基端側にトロカール画像91、92が位置するので、先端部22Aが常に表示される。
In the
また、図11に示すように、各トロカール16、17のカメラ部36は、処置具22の長軸上において先端部22Aの基端側に位置する。このような処置具22とカメラ部36の実際上の位置関係と、処置具22の表示位置とトロカール画像92、93の挿入位置の内視鏡画像91内における位置関係とがほぼ一致するため、違和感が少ないというメリットもある。しかも、第1実施形態と比較して、各トロカール画像92、93は、先端部22Aと同じ方向に追従するため、内視鏡画像91内の先端部22Aの様子と、トロカール画像92、93の先端部22Aの様子を交互に確認する場合でも、視線移動が少ないというメリットもある。
As shown in FIG. 11, the
第2実施形態のような表示態様の変更を行う場合には、画像処理部72において、例えば、次のような処理が行われる。まず、第1実施形態と同様に、内視鏡画像91内の処置具22の位置情報は、変位検知部78による画像解析により取得される。そして、第2実施形態において、変位検知部78は、処置具22の位置情報に加えて、処置具22の姿勢情報も取得する。
When changing the display mode as in the second embodiment, for example, the following processing is performed in the
姿勢情報は、処置具22の先端部22Aが、内視鏡画像91の上下左右のどの方向を向いているかを表す情報であり、例えば、先端部22Aが、内視鏡画像91において上を向いている場合を基準角度(0°)として、右回りに回転するほど値が大きくなるように現在の角度が出力される。
The posture information is information indicating in which direction the top and bottom, left and right of the
図19の例では、右側の処置具22の先端部22Aは、内視鏡画像91の左方向を向いているので、現在の角度としては、約270°前後の値が出力される。左側の処置具22の先端部22Aは、内視鏡画像91の右方向を向いているので、約90°前後の値が出力される。同様に、図20の実線で示す処置具22の向きは、処置具22の先端部22Aが内視鏡画像91において上方向を向いているので、約180°前後の値が出力される。こうした姿勢情報が分かれば、処置具22の先端部22Aの向きがわかる。
In the example of FIG. 19, the
姿勢情報は、位置情報とともに変位情報として、画像合成部77に入力される。画像合成部77は、位置情報で処置具22の位置を把握する。そして、姿勢情報により、先端部22Aの向きを把握することにより、トロカール画像92、93の挿入位置となる、先端部22Aの基端側の位置を特定する。
The posture information is input to the
[第3実施形態]
図21に示す第3実施形態は、複数のポート孔27のポート識別情報であるポート番号(ポートNo1、No2)を、合成画像99内の各トロカール画像92、93に表示する例である。これにより、合成画像99を見るだけで、各トロカール画像92、93とポート番号との対応関係を簡単に確認することが可能になる。
[Third Embodiment]
The third embodiment shown in FIG. 21 is an example in which port numbers (port Nos. 1 and 2), which are port identification information of a plurality of port holes 27, are displayed on the
図21に示す例では、右側のトロカール画像92は、ポートNo1が付与された右側のポート孔27に挿入された第1トロカール16から取得される画像であるので、トロカール画像92の近傍にポートNo1が表示される。また、左側のトロカール画像93は、ポートNo2が付与された左側のポート孔27に挿入された第2トロカール17から取得される画像であるので、トロカール画像93の近傍にポートNo2が表示される。本例では、ポート番号に加えて、左右を示す「R」、「L」の記号も合わせて表示している。
In the example shown in FIG. 21, the
なお、ポート番号の表示位置は、トロカール画像92、93の近傍ではなく、各トロカール画像92、93内でもよい。また、ポート識別情報としては、番号以外でもよく、文字、記号、あるいは文字や記号と番号の組み合わせでもよい。また、ポート識別情報として、色情報を用いてもよい。色情報を用いる場合には、例えば各トロカール画像92、93を色付きの枠で囲むといった方法が考えられる。
The display position of the port number may not be in the vicinity of the
こうしたポート識別情報の表示は、第1および第2トロカール16、17の数が増加するほど有効である。理由は次のとおりである。すわなち、各トロカール16、17が3つ以上になると、トロカール画像も3つ以上となる。その場合、2つのトロカール画像の場合と異なり、左右だけではトロカール画像の区別がしにくい。ポート識別情報を表示すれば、トロカール画像が3つ以上になっても、どのポート孔27に対応する画像かを識別できるからである。
Such display of port identification information is more effective as the number of first and
[第4実施形態]
図22〜24に示す第4実施形態は、合成画像99内における、複数のトロカール16、17のカメラ部36の撮影光軸LAの交差の有無に応じて、トロカール画像92、93の挿入位置を変更する形態である。
[Fourth Embodiment]
In the fourth embodiment shown in FIGS. 22 to 24, the insertion positions of the
図22に示すように、左右に2つの各トロカール16、17が配置される場合、各トロカール16、17および処置具22の位置や姿勢によっては、右側の第1トロカール16のカメラ部36の撮影光軸LAと、左側の第2トロカール17のカメラ部36の撮影光軸LAとが、交差する場合がある。点XPは2つの撮影光軸LAの交差点を示す。
As shown in FIG. 22, when two
撮影光軸LAが交差する場合、右配置の第1トロカール16のカメラ部36の視野98Rは、内視鏡画像91内において相対的に左側の領域を対象とし、左側の第2トロカール17のカメラ部36の視野98Lは、内視鏡画像91内において相対的に右側の領域を対象とすることになる。一方、各トロカール画像92、93の挿入位置は、左右の各トロカール16、17の配置に従って、右の第1トロカール16に対応するトロカール画像92の挿入位置は右側に、左の第2トロカール17のトロカール画像93の挿入位置は左側になる。
When the imaging optical axes LA intersect, the field of
そのため、撮影光軸LAが交差している場合には、内視鏡画像91内における、各トロカール16、17のカメラ部36の視野98R、98Lの左右と、各トロカール画像92、93の挿入位置の左右とが逆転する。
Therefore, when the photographing optical axes LA intersect, the left and right sides of the
これは、撮影光軸LAが交差しない図11、図19、20の態様と比較すると、より明確になる。図11、図19、図20においては、右配置の第1トロカール16のカメラ部36の視野は、内視鏡画像91内において相対的に右側の領域を対象とし、左配置の第2トロカール17のカメラ部36の視野は、相対的に左側の領域を対象としている。そして、右配置の第1トロカール16に対応する第1トロカール画像92の挿入位置は右側であり、左配置の第2トロカール17に対応する第2トロカール画像93の挿入位置は左側である。
This becomes clearer when compared with the modes of FIGS. 11, 19, and 20 in which the photographing optical axes LA do not intersect. In FIGS. 11, 19, and 20, the field of view of the
そのため、内視鏡画像91内における、各トロカール16、17のカメラ部36の視野98R、98Lの左右と、各トロカール画像92、93の挿入位置の左右は一致する。
Therefore, in the
図22に示すように撮影光軸LAの交差によって、各トロカール画像92、93の挿入位置と視野98R、98Lの左右が逆転すると、挿入位置と視野の左右の関係が直感的に把握しづらい。そこで、画像合成部77は、撮影光軸LAが交差している場合には、図23に示すように、各トロカール画像92、93の挿入位置の左右を入れ替えて、挿入位置と視野98R、98Lの左右の逆転状態を解消する。
As shown in FIG. 22, if the insertion position of each
本例のような表示態様の変更を行う場合には、図24に示すように、画像処理部72において、例えば、次のような処理が行われる。まず、変位検知部78は、第1および第2実施形態と同様に、内視鏡画像91の画像解析により処置具の変位を検知する。そして、第4実施形態においては、さらに、変位検知部78は、画像解析により、撮影光軸LAの交差状況を判定する。
When changing the display mode as in this example, as shown in FIG. 24, for example, the following processing is performed in the
撮影光軸LAの交差状況の判定は、例えば、次のように行われる。図22に示すように、内視鏡画像91においては、処置具22は表示されるが、処置具22の挿入ポートとして使用されるトロカール16、17については表示されない場合も多い。そのため、変位検知部78は、処置具22の位置および姿勢から、処置具22に対応する各トロカール16、17のカメラ部36の撮影光軸LAの位置および方向を推定する。
The determination of the crossing state of the imaging optical axis LA is performed as follows, for example. As shown in FIG. 22, in the
処置具22は各トロカール16、17の先端部から突出するため、処置具22の位置と姿勢が分かれば、それに基づいてカメラ部36のおおよその位置と向きを推定することができる。例えば、図22に示すように、右側の処置具22が画面右上方に位置し、先端部22Aが画面左下を向いていることがわかれば、処置具22の長軸方向における延長線上のどの辺りにカメラ部36が位置するかはおおよそ推定することができる。トロカール16、17の先端部においてカメラ部36が固定される向きは決まっているため、カメラ部36の位置が分かれば、向きについても推定することができる。
Since the
そして、カメラ部36の位置および向きがわかれば、撮影光軸LAの位置および方向を推定することができる。こうした処理を、左右のトロカール16、17の撮影光軸LAについてそれぞれ行って、撮影光軸LAの交差の有無を表す交差状況を判定することができる。
And if the position and direction of the
変位検知部78は、処置具22の位置情報および姿勢情報に加えて、撮影光軸LAの交差状況を含めた変位情報を画像合成部77に出力する。画像合成部77は、変位情報に基づいて撮影光軸LAの交差状況を判定して、図22に示すように、撮影光軸LAが交差している場合は、各トロカール画像92、93の挿入位置について左右の入れ替えを行う。
The
これにより、図23に示すように、各トロカール画像92、93の挿入位置と視野98R、98Lの左右の逆転状態が解消されるため、合成画像99において、両者の左右の位置関係を直感的に把握しやすくなる。これにより、合成画像99におけるトロカール画像92、93の表示態様が適切になる。
As a result, as shown in FIG. 23, the insertion positions of the
[第5実施形態]
図25、26に示す第5実施形態は、トロカール16の長軸回りの回転によりカメラ部36が回転した場合に、合成画像99内のトロカール画像91、92の表示姿勢を、内視鏡画像91の表示姿勢と一致する姿勢補正を行う形態である。
[Fifth Embodiment]
In the fifth embodiment shown in FIGS. 25 and 26, when the
図25に示すように、カメラ部36はトロカール16の先端部に固定されているため、トロカール16の長軸AX回りにトロカール16が回転すると、カメラ部36の天地左右(T(Top)、B(Bottom)、L(Left)、R(Right))も変化する。
As shown in FIG. 25, since the
図25は、内視鏡画像91(内視鏡11の視野)の画面上方に位置しているカメラ部36が、その初期位置から、長軸AX回りに180°回転する例である。初期位置では、カメラ部36が撮影するトロカール画像92Aの天地左右(TA、BA、LA、RA)は、内視鏡画像91の天地左右とほぼ一致している。この状態からトロカール16が180°回転すると、カメラ部36が撮影するトロカール画像92Bの天地左右(TB、BB、LA、RB)は、トロカール画像92Aに対して180°回転する。
FIG. 25 is an example in which the
トロカール画像92Aと内視鏡画像91の天地左右(TA、BA、LA、RA)はほぼ一致しているため、トロカール画像92Bをこのままの表示姿勢で内視鏡画像91に挿入すると、内視鏡画像91の天地左右とトロカール画像92Bの天地左右が一致しないため、両者の天地左右の関係を直感的に把握しづらい。
Since the top and right (TA, BA, LA, RA) of the
そこで、画像合成部77は、入力されるトロカール画像92Bの表示姿勢を180°回転して、内視鏡画像91の表示姿勢と一致させる姿勢補正を行う。
Therefore, the
この場合、トロカール16の姿勢情報を取得するために、例えば、位置計測システム106を設ける。位置計測システム106は、例えば、磁気センサを利用した周知の3次元位置計測システムである。位置計測システム106は、磁界を発生するトランスミッタと、磁界の変化を受けるレシーバとで構成されている。トランスミッタとレシーバはそれぞれ3方向の直交コイルで構成される。トランスミッタの励磁によりレシーバに起電力を発生させ、起電力を計測することで3次元の位置情報を計測する。
In this case, in order to acquire the posture information of the
位置計測システム106は、トロカール16が初期位置からどの程度回転したかを表すトロカール姿勢情報を、トロカール16の変位を表す変位情報として出力する変位検知部を構成する。トロカール16の初期位置の設定は、例えば、次の手順で行われる。まず、トロカール16をマニュアルで回転させることにより、トロカール16のカメラ部36が、内視鏡画像91の天地左右とほぼ一致するトロカール画像92Aを出力する姿勢に合わせる。その状態で位置計測システム106の操作部(設定ボタンなど)を操作して、現在の状態が初期位置であることを位置計測システム106に記憶させる。これ以降、位置計測システム106は、初期位置を基準とした回転角度をトロカールの姿勢情報として出力する。
The
図26は、トロカール16を初期位置から90°回転させた例である。トロカール16が初期位置から90°回転した状態で、カメラ部36が撮影したトロカール画像92Cに対して姿勢補正が行われる。トロカール画像92Cの天地左右(TC、BC、LC、RC)は、初期位置で撮影されたトロカール画像92Aに対して、90°ずれている。
FIG. 26 shows an example in which the
画像合成部77は、位置計測システム106からのトロカール姿勢情報に基づいて、トロカール画像92Cの表示姿勢を90°回転させることにより、トロカール画像92Cの表示姿勢と内視鏡画像91の表示姿勢を一致させる姿勢補正を行う。
The
なお、トロカール画像92Cは、例えば、正姿勢において、4:3や16:9などの横長のアスペクト比を有するため、90°回転させた場合には、縦長になってしまう。そのため、画像合成部77は、トロカール画像92Cの表示姿勢を90°回転させた後、トリミング処理により、アスペクト比を横長に補正する。そして、トリミング後の画像は、両側が余白になってしまうため、電子ズームによって拡大処理を行う。こうした補正を行った後、トロカール画像92Cと内視鏡画像91が合成される。
Note that the
このようにトロカール16が回転して変位した場合でも、トロカール画像に対する姿勢補正による表示態様の変更により、内視鏡画像91と、トロカール画像92B(図25)やトロカール画像92Cの表示姿勢が一致する。このため、内視鏡画像91とトロカール画像の天地左右の関係が直感的に把握しやすくなる。これにより、合成画像99におけるトロカール画像の表示態様が適切になる。
Even when the
本例において、トロカールの変位検知部として機能する位置計測システム106として、磁気センサを利用した3次元位置計測システムを例に説明したが、これ以外でもよい。位置計測システム106としては、トロカールの回転角度を検知できるものであればよく、例えば、超音波や加速度センサなどを利用した3次元位置計測システムでもよい。
In this example, a three-dimensional position measurement system using a magnetic sensor has been described as an example of the
また、手術室の天井などに、医療スタッフSTの手元や処置具22やトロカール16、17を俯瞰位置から撮影可能な術場カメラを設けて、術場カメラで撮影した画像に基づいてトロカール16、17の回転角度を検知してもよい。この場合には、術場カメラがトロカールの回転角度を検知する変位検知部として機能する。
In addition, an operating field camera capable of photographing the hand of the medical staff ST, the
上記各実施形態において、処置具22の変位を検知する変位検知部として、画像解析により処置具22の変位を検知する変位検知部78を例に説明したが、画像解析による変位検知部78の代わりに、第5実施形態で示した位置計測システム106を、処置具22の変位を検知する変位検知部として利用してもよい。
In each of the above-described embodiments, the
また、トロカールが内視鏡画像に写っている場合には、画像解析による変位検知部78を使用して、画像解析によりトロカールの回転角度を検知してもよい。画像解析による変位検知部78を利用することにより、3次元位置計測システムを使用する場合と比較して、簡便な構成にすることができる。
When the trocar is reflected in the endoscopic image, the rotation angle of the trocar may be detected by image analysis using the
[第6実施形態]
図27〜図32に示す第6実施形態は、処置具22が内視鏡画像91の視野内にあるか視野外にあるかに応じて、合成画像99におけるトロカール画像92、93の表示態様を変更する態様を示す。
[Sixth Embodiment]
In the sixth embodiment shown in FIGS. 27 to 32, the display mode of the
(実施例1)
図27〜図29に示す実施例1では、まず、図27に示すように、内視鏡画像91に処置具22が表示され、合成画像99にトロカール画像92、93が表示されている状態を考える。この状態から、図28に示すように、右側の処置具22(R)が内視鏡画像91の視野外に移動することにより、内視鏡画像91から処置具22(R)が消失した場合に、視野外の処置具22(R)に対応するトロカール画像92を非表示にする。
Example 1
In the first embodiment shown in FIGS. 27 to 29, first, as shown in FIG. 27, the
この場合の表示態様変更は、図29のフローチャートに示す手順に従って実行される。図29において、変位検知部78は、内視鏡画像91の視野内から視野外へ処置具22が移動したか否かを監視する(S201)。そして、処置具22が視野外に移動した場合には、変位検知部78は、その旨を表す情報を含めた変位情報を画像合成部77に出力する。画像合成部77は、入力された変位情報とトロカール画像との対応付けを行って、視野外に移動した処置具22に対応するトロカール画像を特定する。そして、合成画像99において、特定したトロカール画像を非表示にする(S202)。図28の例では、右側の処置具22(R)が内視鏡画像91の視野外に移動しているため、画像合成部77は、右側の第1トロカール画像92を非表示にする。
The display mode change in this case is executed according to the procedure shown in the flowchart of FIG. In FIG. 29, the
さらに、変位検知部78は、視野外に移動した処置具22が内視鏡画像91の視野内に再度進入したか否かを監視する(S203)。視野内に再度進入した場合には、その旨の変位情報を画像合成部77に出力する。画像合成部77は、合成画像99において、進入した処置具に対応するトロカール画像を再表示する(S204)。こうした処理は、表示終了まで繰り返される(S205)。
Further, the
実施例1の処理を行うことで、合成画像99におけるトロカール画像92、93の表示を必要最小限に留めることができる。PinP手法による合成画像99の場合、トロカール画像92、93の挿入位置は、内視鏡画像91の視野にとっては死角になるので、内視鏡画像91の死角を少なくするという観点からは、内視鏡画像91の視野の一部と重なるトロカール画像92、93は無い方が好ましい。また、内視鏡画像91に処置具22が表示されていない場合には、処置具22の先端部22Aの周辺を表示するトロカール画像92、93を表示する必要性は少ない。そのため、実施例1の処理を行うことで、トロカール画像92、93の表示を最小限に留めることが可能となり、内視鏡画像の死角を少なくすることができる。
By performing the processing of the first embodiment, the display of the
(実施例2)
図30、31に示す実施例2のように、内視鏡画像91には、処置具22に加えてトロカール16、17の先端部分が表示される場合もある。このような場合には、トロカール16、17から処置具22が突出しているときには、処置具22が内視鏡画像91の視野内にあると判定し、処置具22がトロカール16、17内に退避したときに、視野外にあると判定してもよい。このような実施例2の判定によっても、実施例1と同様にトロカール画像92、93の表示と非表示を切り替えることができる。
(Example 2)
As in the second embodiment shown in FIGS. 30 and 31, the distal end portions of the
図30に示すように、右側の処置具22(R)が第1トロカール16から突出している場合には、変位検知部78は、処置具22(R)は内視鏡画像91の視野内にあると判定する。この場合には、画像合成部77は、合成画像99において第1トロカール画像92を表示する。
As shown in FIG. 30, when the right treatment instrument 22 (R) protrudes from the
このような状態から、例えば、処置具22(R)の交換が行われる場合には、処置具22(R)は第1トロカール16から引き抜かれる。この場合には、図30のように第1トロカール16から突出していた処置具22(R)は、図31に示すように、第1トロカール16内に退避する。処置具22(R)が第1トロカール16内に退避した場合には、変位検知部78は、内視鏡画像91の視野外に移動した旨の変位情報を出力する。画像合成部77は、入力される変位情報に基づいて処置具22(R)が視野外に移動したと判定して、処置具22(R)に対応する第1トロカール画像92を非表示にする。
From such a state, for example, when the treatment instrument 22 (R) is exchanged, the treatment instrument 22 (R) is pulled out from the
そして、別の処置具22(R)が第1トロカール16に挿入されて、第1トロカール16から突出すると、挿入された処置具22(R)が内視鏡画像91内に再度進入する。この場合には、第1トロカール画像92が再表示される。
When another treatment tool 22 (R) is inserted into the
(実施例3)
図32に示す実施例3は、実施例2と同様に、内視鏡画像91に処置具22とトロカールの両方が表示されていることを前提とするものである。実施例2においては、処置具22が内視鏡画像91の視野内にあるか視野外にあるかに応じて、トロカール画像92(または93)の表示と非表示を変更している。これに対して、実施例3は、処置具22に加えて、トロカール16(または17)が視野内にあるか視野外にあるかをも考慮して、トロカール画像92(または93)の表示と非表示を変更する。
(Example 3)
The third embodiment shown in FIG. 32 is based on the premise that both the
具体的には、図30、31に示すように、例えば、トロカール16、17が内視鏡画像91の視野内にある場合の処理は、実施例2と同様に、処置具22が視野内にある場合には、視野内にある処置具22に対応するトロカール画像92、93を表示し、例えば、処置具22(R)が視野外に移動した場合には、視野外の処置具22(R)に対応するトロカール画像92を非表示にする。
Specifically, as shown in FIGS. 30 and 31, for example, when the
一方、例えば、図30の状態から、図32に示すように、右側の処置具22(R)とともに、第1トロカール16も内視鏡画像91の視野外に移動した場合には、画像合成部77は、視野外の処置具22(R)に対応する第1トロカール画像92を非表示にすることなく、表示を継続する。処置具22(R)とともにその処置具22(R)に対応する第1トロカール16が視野外に移動した場合には、内視鏡画像91からは、処置具22(R)やトロカール16が体腔内のどこにあるかを把握できない。処置具22(R)やトロカール16が体腔内のどこにあるかを把握しておくことは、手技の安全性の向上につながる。
On the other hand, for example, when the
そのため、図32に示すように、右側の処置具22(R)とそれに対応する右側のトロカール16の両方が内視鏡画像91の視野外に移動した場合に、第1トロカール画像92の表示を継続する。これにより、第1トロカール画像92の視野を通じて、処置具22(R)やトロカール16が体腔内のどこにあるかについておおよその位置を把握することが可能となり、手技の安全性が向上する。なお、図32では右側の処置具22(R)を例示しているが、左側の処置具22(L)とそれに対応する左側のトロカール17の両方が視野外に移動した場合も同様であり、第2トロカール画像93が非表示にならずに、表示が継続される。
Therefore, as shown in FIG. 32, when both the right treatment instrument 22 (R) and the
[第7実施形態]
図33〜図37に示す第7実施形態は、合成画像99内のトロカール画像の表示サイズや表示倍率を変更する機能を有する形態である。
[Seventh Embodiment]
The seventh embodiment shown in FIG. 33 to FIG. 37 is a form having a function of changing the display size and display magnification of the trocar image in the
図33に示すように、トロカール画像92の表示サイズの指定は、例えば、コンソール20を通じて行われる。表示サイズの指定情報は、制御部71を通じて設定情報79に記録される。画像合成部77は、設定情報79の表示サイズの指定情報を参照して、合成画像99におけるトロカール画像92の表示サイズを変更する。これにより、例えば、図33の合成画像99に示すように、トロカール画像92S0(普通サイズ)、92S1(大サイズ)、92S2(小サイズ)のように、表示サイズが変更される。表示サイズの指定は、大、中、小のように段階的に指定できてもよいし、無段階で指定できてもよい。
As shown in FIG. 33, the designation of the display size of the
トロカール画像の表示サイズを変更可能とすることで、必要に応じて適切な表示サイズを選択できるため、合成画像99において、トロカール画像によって生じる内視鏡画像91の死角を必要最小限に留めることができる。
Since the display size of the trocar image can be changed, an appropriate display size can be selected as necessary. Therefore, the blind spot of the
図34に示すように、トロカール画像92の表示倍率の変更も、例えば、コンソール20を通じて行われる。表示倍率の変更は、トロカール画像92の表示サイズを変更することなく、トロカール画像92Z1に示すように表示倍率を拡大(ズームイン)したり、トロカール画像92Z2に示すように表示倍率を縮小(ズームアウト)することにより行われる。
As shown in FIG. 34, the display magnification of the
例えば、処置具22として、超音波凝固切開装置などを使用して、血管切除などを行う場合には、処置対象部分以外に損傷を与えないように細心の注意が払われる。このような場合に、トロカール画像92の表示倍率を変更できれば、処置対象部分を拡大観察するといったことが可能となるため、表示倍率変更機能は非常に有効である。
For example, when blood vessel resection or the like is performed using an ultrasonic coagulation / cutting device or the like as the
また、図35〜図37に示すように、合成画像99における、処置具22とトロカール画像92の接近状態に応じて、トロカール画像92の表示サイズを変更してもよい。例えば、図35に示すように、合成画像99内において、トロカール画像92の上方に処置具22が表示されている。この状態から、図36に示すように、処置具22が下方に移動してトロカール画像92の挿入位置に接近すると、トロカール画像92の表示サイズが縮小される。
Also, as shown in FIGS. 35 to 37, the display size of the
図37に示すように、画像合成部77は、まず、変位検知部78からの変位情報に基づいて、合成画像99内における、処置具22とトロカール画像92の接近状態を判定する。変位情報には、内視鏡画像91内の処置具22の座標情報が含まれている。また、上述のとおり、トロカール画像92の初期挿入位置およびその後の移動位置については、画像合成部77が把握している。画像合成部77は、これらの情報に基づいて処置具22とトロカール画像92の間隔がどの程度か、処置具22がどの方向からトロカール画像92に接近しているかといった接近状態を把握する。こうした把握した接近状態に応じてトロカール画像の表示サイズを変更する。
As shown in FIG. 37, the
処置具22とトロカール画像92の接近状態に応じて、トロカール画像92の表示サイズを変更すれば、内視鏡画像91内における処置具22が、トロカール画像92の死角に入ることを低減することができる。
If the display size of the
上記第1実施形態においては、処置具22とトロカール画像92が重ならないように、処置具22の移動に応じてトロカール画像92を移動する。このようなトロカール画像の挿入位置の移動機能と表示サイズの変更機能を組み合わせてもよい。例えば、トロカール画像92の表示サイズを所定のサイズまで縮小した後は、トロカール画像92の挿入位置を移動するといった組み合わせが考えられる。
In the first embodiment, the
また、上記各実施形態では、一台のプロセッサ18に内視鏡画像およびトロカール画像の画像合成機能を内蔵して、プロセッサ18を画像合成装置として機能させる例で説明したが、画像合成装置は、プロセッサ18とは独立した形態としてもよい。独立した形態とすれば、既存のプロセッサの改造(画像合成機能の組み込みなど)が少なくて済むというメリットが得られる場合もある。
In each of the above-described embodiments, an example in which an image synthesis function of an endoscopic image and a trocar image is built in one
また、一台のプロセッサ18で内視鏡画像とトロカール画像の画像処理を実行する例で説明したが、例えば、内視鏡画像の画像処理を実行する内視鏡プロセッサと、トロカール画像の画像処理を実行するトロカールカメラプロセッサの二台に分けてもよい。この場合には、内視鏡プロセッサまたはトロカールカメラプロセッサに画像合成機能を内蔵することにより、画像合成機能を内蔵したプロセッサを画像合成装置として機能させてもよい。トロカールカメラプロセッサに画像合成機能を内蔵すれば、上述の画像合成装置を完全に独立させる形態と同様に、既存の内視鏡プロセッサの改造が少なくて済むというメリットが得られる場合もある。
Further, the example in which the image processing of the endoscopic image and the trocar image is executed by one
また、上記各実施形態において、本発明の画像処理装置が適用される体腔内観察システムとして、腹腔鏡手術に用いる腹腔鏡システム10を例に説明したが、胸腔鏡手術に用いる胸腔鏡システムでもよい。また、内視鏡11は、硬性内視鏡の代わりに軟性内視鏡でもよい。
In each of the embodiments described above, the
また、上記各実施形態では、本発明を、内視鏡画像91内にトロカール画像92、93を挿入するPinP手法で合成画像99を生成する例で説明したが、図38に示すように、内視鏡画像91の周辺にトロカール画像92、93を合成するPoutP手法で合成画像108を生成する場合にも適用可である。この場合には、トロカール画像92、93は内視鏡画像91の外側に位置するため、第1実施形態や第2実施形態で示した、内視鏡画像91内においてトロカール画像92、93を移動する態様を適用することはできない。しかし、第4実施形態で示した撮影光軸LAの交差状況に応じたトロカール画像92、93の左右入れ替えや、第5実施形態で示したトロカールの回転に応じたトロカール画像の姿勢補正を適用することは可能である。
In each of the above embodiments, the present invention has been described with reference to an example in which the
また、上記各実施形態では、内視鏡画像に対して2つのトロカール画像を合成する例で説明したが、合成するトロカール画像の数は1つでもよいし、3つ以上でもよい。トロカール画像の数は、使用するカメラ付きトロカールの数に応じて適宜変更が可能である。 In each of the above-described embodiments, an example in which two trocar images are combined with an endoscopic image has been described. However, the number of trocar images to be combined may be one, or may be three or more. The number of trocar images can be changed as appropriate according to the number of trocars with a camera to be used.
また、本発明は上記各実施形態に限定されず、例えば、上記各実施形態の組み合わせなど、本発明を逸脱しない範囲で上記各実施形態を適宜変更した形態にも及ぶことはもちろんである。なお、本発明は、画像合成装置及び方法の他、コンピュータを画像合成装置として機能させる画像合成プログラムや画像合成プログラムを記憶する記憶媒体にも及ぶ。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that the embodiments are appropriately modified within a range not departing from the present invention, such as a combination of the above-described embodiments. In addition to the image composition apparatus and method, the present invention extends to an image composition program that causes a computer to function as an image composition apparatus and a storage medium that stores the image composition program.
10 腹腔鏡システム
16、17 カメラ付きトロカール
18 プロセッサ
19 モニタ
20 コンソール
36 カメラ部
37 カメラユニット
72 画像処理部
74A、74B、74C 入力I/F
77 画像合成部
78 変位検知部
91 内視鏡画像
92、93 トロカール画像
10
77
本発明は、平成27年度、国立研究開発法人日本医療研究開発機構、「医工連携事業化推進事業実証事業」委託研究、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願であって、内視鏡画像を合成する画像合成装置および方法に関する。
The present invention is a patent application subject to the application of the 19th Japan Medical Research and Development Organization, “Medical-Engineering Collaboration Promotion Project Demonstration Project” commissioned research,
Claims (17)
前記体腔内に処置具を挿入するためのトロカールに設けられたトロカールカメラによって撮影される前記体腔内のトロカール画像を取得するトロカール画像取得部と、
前記処置具および/または前記トロカールの変位を表す変位情報を取得する変位情報取得部と、
前記内視鏡画像と前記トロカール画像を合成して合成画像を生成する画像合成部であって、前記変位情報に基づいて、前記合成画像における前記トロカール画像の表示態様を変更する画像合成部とを備える、画像合成装置。 An endoscope image acquisition unit for acquiring an endoscopic image in a body cavity imaged by an endoscope;
A trocar image acquisition unit for acquiring a trocar image in the body cavity imaged by a trocar camera provided in the trocar for inserting a treatment instrument into the body cavity;
A displacement information acquisition unit for acquiring displacement information representing displacement of the treatment instrument and / or the trocar;
An image composition unit that synthesizes the endoscopic image and the trocar image to generate a composite image, and an image composition unit that changes a display mode of the trocar image in the composite image based on the displacement information; An image composition apparatus.
前記トロカール画像取得部は、複数の前記トロカールのそれぞれに設けられた前記トロカールカメラから複数のトロカール画像を取得し、
前記画像合成部は、1つの前記内視鏡画像と複数のトロカール画像を合成する請求項2に記載の画像合成装置。 There are multiple trocars,
The trocar image acquisition unit acquires a plurality of trocar images from the trocar camera provided in each of the plurality of trocars,
The image synthesizing apparatus according to claim 2, wherein the image synthesizing unit synthesizes one endoscopic image and a plurality of trocar images.
前記画像合成部は、前記撮影光軸の交差の有無に応じて、前記合成画像内における、複数の前記トロカール画像の挿入位置を変更する請求項3に記載の画像合成装置。 The displacement information includes information indicating the presence or absence of crossing of the photographing optical axes of the plurality of trocar cameras in the endoscopic image,
The image synthesizing apparatus according to claim 3, wherein the image synthesizing unit changes an insertion position of the plurality of trocar images in the synthesized image according to presence / absence of crossing of the photographing optical axes.
さらに、前記内視鏡画像内において前記トロカールまたは前記処置具が変位した場合には、前記挿入位置を前記変位に追従させる請求項5に記載の画像合成装置。 The image synthesizing unit determines the insertion position of the trocar image in the endoscopic image as a position closer to the proximal end than the distal end portion of the trocar or the treatment instrument on the long axis of the trocar or the treatment instrument. And
Furthermore, when the said trocar or the said treatment tool is displaced in the said endoscopic image, the image composition apparatus of Claim 5 which makes the said insertion position track the said displacement.
前記体腔内に処置具を挿入するためのトロカールに設けられたトロカールカメラによって撮影される前記体腔内のトロカール画像を取得するトロカール画像取得ステップと、
前記処置具および/または前記トロカールの変位を表す変位情報を取得する変位情報取得ステップと、
前記内視鏡画像と前記トロカール画像を合成して合成画像を生成する画像合成部であって、前記変位情報に基づいて、前記合成画像における前記トロカール画像の表示態様を変更する画像合成ステップとを備える、画像合成方法。 An endoscopic image acquisition step of acquiring an endoscopic image in a body cavity imaged by an endoscope;
A trocar image acquisition step of acquiring a trocar image in the body cavity imaged by a trocar camera provided in a trocar for inserting a treatment instrument into the body cavity;
A displacement information obtaining step for obtaining displacement information representing displacement of the treatment instrument and / or the trocar;
An image composition unit that composes the endoscopic image and the trocar image to generate a composite image, and an image composition step for changing a display mode of the trocar image in the composite image based on the displacement information. An image composition method.
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