JP2018161526A - 医療用観察システム、医療用観察方法、および医療用制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】術者の意図した撮影角度の合焦画像を得ることができるようにするものである。【解決手段】取得部は、注視点の位置を表すフォーカスエリア情報を取得する。制御部は、ユーザの動きとフォーカスエリア情報とに基づいて、注視点を撮影するビデオマイクロスコープと注視点との距離を変化させずに、ビデオマイクロスコープの撮影角度を変更する。本開示は、例えば、ヘッドマウントディスプレイ、電動アーム、およびビデオマイクロスコープにより構成される医療用観察システムの電動アーム等に適用することができる。【選択図】図２
Description
本開示は、医療用観察システム、医療用観察方法、および医療用制御装置に関し、特に、術者の意図した撮影角度の合焦画像を得ることができるようにした医療用観察システム、医療用観察方法、および医療用制御装置に関する。
近年、被観察部の３次元形状の計測データに基づいて、焦点位置の設定とは独立してポイントロック点を設定する医療用観察システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、一般的な手術用内視鏡観察では、術者とは別人のスコピストが、観察対象の合焦画像を得るために内視鏡の位置を手動で変更する。従って、術者と内視鏡の操作者の意図が噛み合わず、術者の意図した観察対象の合焦画像を得ることができないことがある。術者が内視鏡を直接操作する場合も考えられるが、この場合、術者は操作時に両手に所持している鉗子等の術具を離す必要があり、手術効率が低下する。
術者にとっては、撮影対象だけでなく、撮影角度も重要であり、術者が術者の意図した撮影角度の合焦画像を得ることが望まれている。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、術者の意図した撮影角度の合焦画像を得ることができるようにするものである。
本開示の第１の側面の医療用観察システムは、術野を撮像する手術用撮像装置と、前記手術用撮像装置が撮像した術野画像を表示する表示装置と、前記手術用撮像装置を支えるアーム機構を有する電動アームと、前記表示装置を観察する術者を撮像した撮像画像から前記術者の視線を検出し、前記術者を撮像した撮像画像から前記術者の頭部の動きを検出し、前記術者の視線と前記術者の頭部の動きに基づいて前記アーム機構を制御し、前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記術者の視線に基づいて前記術者の注視領域を設定し、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記アーム機構を制御して、前記注視領域を基準として前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する。
本開示の第１の側面の医療用観察方法は、本開示の第１の側面の医療用観察システムに対応する。
本開示の第１の側面においては、術者の視線に基づいて前記術者の注視領域が設定され、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記アーム機構が制御されて、前記注視領域を基準として前記手術用撮像装置の撮像領域が制御される。
本開示の第２の側面の医療用観察システムは、術野を撮像する手術用撮像装置と、前記手術用撮像装置が撮像した術野画像を表示する表示装置と、前記手術用撮像装置を支えるアーム機構を有する電動アームと、前記表示装置を観察する術者を撮像した撮像画像から前記術者の視線を検出し、前記術者を撮像した撮像画像から前記術者の頭部の動きを検出し、前記術者の視線と前記術者の頭部の動きに基づいて前記アーム機構を制御し、前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記術者の視線に基づいて前記術者の注視領域を設定し、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記アーム機構を制御して、前記注視領域を基準として前記手術用撮像装置の撮像位置を変更する。
本開示の第２の側面においては、前記術者の視線に基づいて前記術者の注視領域が設定され、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記アーム機構が制御されて、前記注視領域を基準として前記手術用撮像装置の撮像位置が変更される。
本開示の第３の側面の医療用観察システムは、術野を撮像する手術用撮像装置と、前記手術用撮像装置を支えるアーム機構を有する電動アームと、前記手術用撮像装置が撮像した術野画像を表示する表示装置を観察する術者を撮像した撮像画像から前記術者の視線を検出し、前記術者を撮像した撮像画像から前記術者の頭部の動きを検出し、前記術者の視線と前記術者の頭部の動きに基づいて前記アーム機構を制御し、前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記術者の視線に基づいて前記術者の注視領域を設定し、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記アーム機構を制御することで、前記注視領域が前記表示装置の中心領域である状態を維持しながら前記手術用撮像装置の撮像位置を変更する。
本開示の第３の側面においては、前記術者の視線に基づいて前記術者の注視領域が設定され、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記アーム機構が制御されることで、前記注視領域が前記表示装置の中心領域である状態を維持しながら前記手術用撮像装置の撮像位置が変更される。
本開示の第４の側面の医療用制御装置は、電動アームのアーム機構に支えられ、術野を撮像する手術用撮像装置から術野画像を取得し、前記手術用撮像装置が撮像した術野画像を表示する表示装置を観察する術者を撮像した撮像画像から前記術者の視線を検出し、前記術者を撮像した撮像画像から前記術者の頭部の動きを検出し、前記術者の視線と前記術者の頭部の動きに基づいて前記アーム機構を制御し、前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する医療用制御装置であって、前記術者の視線に基づいて前記術者の注視領域を設定し、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記アーム機構を制御して、前記注視領域を基準として前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する。
本開示の第４の側面においては、前記術者の視線に基づいて前記術者の注視領域が設定され、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記アーム機構が制御されて、前記注視領域を基準として前記手術用撮像装置の撮像領域が制御される。
本開示の第１乃至第４の側面によれば、撮影を制御することができる。また、本開示の第１乃至第４の側面によれば、術者の意図した撮影角度の合焦画像を得ることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
以下、本開示の前提および本開示を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施の形態：画像処理装置（図１乃至図１０）
２．第２実施の形態：画像処理システム（図１１）
３．第３実施の形態：画像処理システム（図１２乃至図１５）
４．第４実施の形態：コンピュータ（図１６）
１．第１実施の形態：画像処理装置（図１乃至図１０）
２．第２実施の形態：画像処理システム（図１１）
３．第３実施の形態：画像処理システム（図１２乃至図１５）
４．第４実施の形態：コンピュータ（図１６）
＜第１実施の形態＞
（医療用観察システムの概要の説明）
図１は、本開示を適用した撮影制御システムとしての医療用観察システムの第１実施の形態の概要を説明する図である。
（医療用観察システムの概要の説明）
図１は、本開示を適用した撮影制御システムとしての医療用観察システムの第１実施の形態の概要を説明する図である。
医療用観察システム１０は、ヘッドマウントディスプレイ１１、電動アーム１２、およびビデオマイクロスコープ１３により構成される。ユーザとしての術者２０は、ヘッドマウントディスプレイ１１を装着し、ヘッドマウントディスプレイ１１に表示された手術用のビデオマイクロスコープ１３の撮影画像を見ながら、頭を上下方向または左右方向に傾けることにより、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度を変更する。
具体的には、医療用観察システム１０のヘッドマウントディスプレイ１１は、ビデオマイクロスコープ１３から送信されてくる、患者２１の観察対象２２を被写体とした撮影画像を表示する。このとき、ヘッドマウントディスプレイ１１は、術者２０の視線を検出し、表示中の撮影画像内の術者２０の注視点の２次元位置を表す注視点位置情報をビデオマイクロスコープ１３に送信する。また、ヘッドマウントディスプレイ１１（検出装置）は、術者２０の頭の上下方向および左右方向の動きを表す角速度を検出し、検出結果を電動アーム１２に送信する。
電動アーム１２は、ビデオマイクロスコープ１３を３次元方向に移動自在かつ回転自在に保持する。電動アーム１２は、術者やスコピストなどの操作に応じて、ビデオマイクロスコープ１３の３次元位置を変更する。例えば、術者やスコピストは、電動アーム１２を移動させることにより、観察対象２２がビデオマイクロスコープ１３によって撮影されるように、ビデオマイクロスコープ１３の３次元位置を手動で変更する。
また、電動アーム１２は、ビデオマイクロスコープ１３から送信されてくる、ビデオマイクロスコープ１３からフォーカスエリアの被写体までの距離を表す距離情報を取得する。電動アーム１２は、その距離情報と電動アーム１２のアーム角度情報とに基づいて、フォーカスエリアの被写体の３次元位置を表すフォーカスエリア情報（位置情報）を取得する。電動アーム１２は、ヘッドマウントディスプレイ１１から送信されてくる検出結果（角速度）を取得する。電動アーム１２は、取得された検出結果とフォーカスエリア情報に基づいて、ビデオマイクロスコープ１３と注視点との距離を変化させずに、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度を変更する。
ビデオマイクロスコープ１３（撮影装置）は、撮影開始時、撮影画像内の中央の領域などの所定の領域をフォーカスエリアとして、そのフォーカスエリアにピントが合うように撮影を行う。また、ビデオマイクロスコープ１３は、撮影開始時以外の場合、ヘッドマウントディスプレイ１１から送信されてくる注視点位置情報が表す位置をフォーカスエリアとして、そのフォーカスエリアにピントが合うように撮影を行う。
ビデオマイクロスコープ１３は、撮影の結果得られる撮影画像をヘッドマウントディスプレイ１１に送信する。また、ビデオマイクロスコープ１３は、ビデオマイクロスコープ１３からフォーカスエリアの被写体までの距離を検出し、その距離を表す距離情報を電動アーム１２に送信する。
（医療用観察システムの構成例）
図２は、図１の医療用観察システム１０の構成例を示すブロック図である。
図２は、図１の医療用観察システム１０の構成例を示すブロック図である。
図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１１は、表示部３１、視線検出部３２、およびジャイロセンサ３３を有する。
ヘッドマウントディスプレイ１１の表示部３１は、ビデオマイクロスコープ１３から送信されてくる撮影画像を表示する。視線検出部３２は、例えば赤外光源と赤外線カメラにより構成され、術者２０の瞳の赤外線画像から術者２０の視線を検出する。視線検出部３２は、検出結果に基づき、表示中の撮影画像内の術者２０が注視している点を注視点として、注視点位置情報を生成する。視線検出部３２は、注視点位置情報をビデオマイクロスコープ１３に送信する。
ジャイロセンサ３３（動き検出部）は、２軸のジャイロセンサであり、術者２０の頭の上下方向および左右方向の回転の角速度を検出する。ジャイロセンサ３３は、検出結果を電動アーム１２に送信する。
なお、ここでは、ヘッドマウントディスプレイ１１は、術者２０の頭の動きを検出するためにジャイロセンサ３３を有するが、頭の動きを検出可能なものであれば、ジャイロセンサ３３以外のものを有するようにしてもよい。例えば、ヘッドマウントディスプレイ１１は、ジャイロセンサ３３の代わりに、術場を撮影するカメラ等を有し、撮影画像の動きから術者２０の頭の動きを検出することができる。また、医療用観察システム１０は、ヘッドマウントディスプレイ１１の外部に術者２０の頭を撮影する固定カメラを設置し、撮影画像に基づいて術者２０の頭の動きを検出するようにしてもよい。
電動アーム１２（制御装置）は、取得部４１、制御部４２、およびアーム機構４３を有する。
電動アーム１２の取得部４１は、ビデオマイクロスコープ１３から送信されてくる距離情報を取得する。また、取得部４１は、アーム機構４３からアーム機構４３の角度を表すアーム角度情報を取得する。取得部４１は、距離情報とアーム角度情報に基づいてフォーカスエリア情報を取得し、制御部４２に供給する。
制御部４２は、ジャイロセンサ３３から送信されてくる検出結果を取得する。制御部４２は、取得された検出結果と取得部４１から供給されるフォーカスエリア情報とに基づいて、ビデオマイクロスコープ１３と注視点との距離を変化させずに、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度を変更するように、アーム機構４３を制御する。即ち、制御部４２は、フォーカスエリア情報が表す位置をビデオマイクロスコープ１３の回転中心位置として、ビデオマイクロスコープ１３が回転するように、アーム機構４３を制御する。
アーム機構４３（保持部）は、ビデオマイクロスコープ１３を３次元方向に移動自在かつ回転自在に保持する。アーム機構４３は、制御部４２の制御にしたがって、ビデオマイクロスコープ１３を移動および回転させることにより、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度を変更する。また、アーム機構４３は、術者２０やスコピストなどの操作に応じて、ビデオマイクロスコープ１３を任意の３次元位置に移動させる。
ビデオマイクロスコープ１３(撮像装置)は、撮影部５１とＡＦ制御部５２を有する。
ビデオマイクロスコープ１３の撮影部５１は、ＡＦ制御部５２のフォーカス制御にしたがって撮影を行い、撮影の結果得られる撮影画像をヘッドマウントディスプレイ１１に送信する。
ＡＦ制御部５２は、撮影開始時、撮影画像内の中央の領域などの所定の領域をフォーカスエリアとする。また、ＡＦ制御部５２は、撮影開始時以外の場合、ヘッドマウントディスプレイ１１から送信されてくる注視点位置情報が表す位置をフォーカスエリアに設定する。
ＡＦ制御部５２は、コントラスト検出式、位相差検出式等の検出方式で、フォーカスエリアにピントが合うように、撮影部５１のフォーカスを制御する。これに付随して、ＡＦ制御部５２は、ビデオマイクロスコープ１３とフォーカスエリアの被写体との距離を検出し、検出された距離を表す距離情報を電動アーム１２に送信する。
（注視点の例）
図３は、注視点の例を示す図である。
図３は、注視点の例を示す図である。
図３に示すように、視線検出部３２は、術者２０の瞳の赤外線画像６０から術者２０の視線６１を検出する。視線検出部３２は、検出結果に基づき、術者２０の視線６１に対応する、表示中の撮影画像の観察対象２２内の位置を注視点６２に決定する。
（術者の頭の動きの例）
図４および図５は、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度変更時の術者２０の頭の動きの例を示す図である。
図４および図５は、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度変更時の術者２０の頭の動きの例を示す図である。
図４に示すように、術者２０は、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度を変更するとき、ヘッドマウントディスプレイ１１を装着した状態で、頭を左右方向に回転させたり、図５に示すように、頭を上下方向に回転させたりする。なお、術者２０は、頭を上下方向と左右方向に同時に回転させることもできる。
術者２０の頭の左右方向の角速度と上下方向の角速度は、ジャイロセンサ３３により検出される。
（術者の頭の動きと撮影角度の関係の例）
図６は、術者２０の頭の動きと撮影角度の関係の例を示す図であり、ヘッドマウントディスプレイ１１を装着した術者２０とビデオマイクロスコープ１３を上から見た図である。
図６は、術者２０の頭の動きと撮影角度の関係の例を示す図であり、ヘッドマウントディスプレイ１１を装着した術者２０とビデオマイクロスコープ１３を上から見た図である。
図６に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１１を装着した術者２０が、注視点を見ながら頭を左方向に回転させると、ビデオマイクロスコープ１３は注視点を中心として右方向に回転する。その結果、ビデオマイクロスコープ１３の撮影部５１は、注視点を右方向から撮影する。
一方、ヘッドマウントディスプレイ１１を装着した術者２０が、注視点を見ながら頭を右方向に回転させると、ビデオマイクロスコープ１３は注視点を中心として左方向に回転する。その結果、撮影部５１は、注視点を左方向から撮影する。
また、ヘッドマウントディスプレイ１１を装着した術者２０が、注視点を見ながら頭を上方向に回転させると、ビデオマイクロスコープ１３は注視点を中心として下方向に回転する。その結果、撮影部５１は、注視点を下方向から撮影する。
一方、ヘッドマウントディスプレイ１１を装着した術者２０が、注視点を見ながら頭を下方向に回転させると、ビデオマイクロスコープ１３は注視点を中心として上方向に回転する。その結果、撮影部５１は、注視点を上方向から撮影する。
なお、術者２０の頭の動きと撮影角度の関係は、図６の例に限定されない。例えば、術者２０の頭の回転方向とビデオマイクロスコープ１３の回転方向が同一であるようにしてもよい。
（ビデオマイクロスコープの移動の説明）
図７は、術者２０の頭の動きに応じたビデオマイクロスコープ１３の移動を説明する図である。
図７は、術者２０の頭の動きに応じたビデオマイクロスコープ１３の移動を説明する図である。
図７に示すように、ビデオマイクロスコープ１３は、電動アーム１２のアーム機構４３により、術者２０の頭の動きに応じて、観察対象２２の注視点６２を中心として回転する。これにより、ビデオマイクロスコープ１３の下面と注視点６２の距離ｄは、ビデオマイクロスコープ１３の移動によらず一定となる。その結果、撮影角度が変更された場合であっても、合焦状態を維持することができる。
（頭の角速度と撮影角度の時間的変化の例）
図８は、ジャイロセンサ３３により検出される頭の回転の角速度とビデオマイクロスコープ１３の撮影角度の時間的変化の例を示す図である。
図８は、ジャイロセンサ３３により検出される頭の回転の角速度とビデオマイクロスコープ１３の撮影角度の時間的変化の例を示す図である。
図８の例では、術者２０は、より右方向から撮影を行うため、時刻ｔ１から頭を左方向に一定の速度で回転させ、頭の向きが所定の向きとなった時刻ｔ２に回転を止める。これにより、図８Ａに示すように、ジャイロセンサ３３は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、術者２０の頭の左右方向の角速度として角速度ωｈ１を検出し、制御部４２に送信する。
制御部４２は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、ジャイロセンサ３３から角速度ωｈ１を取得する。制御部４２は、時刻ｔ１から現在の時刻までに取得された角速度を積分することにより、現在の時刻の術者２０の頭の左右方向の角度を計測する。これにより計測される角度は、図８Ｂに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、０から角度θｈ１まで所定の傾きで上昇する。
図８Ｃに示すように、制御部４２は、計測された角度が閾値θＴｈ０（θＴｈ０＜θｈ１）を超えた時刻ｔ３において、アーム機構４３を制御し、角速度ωｃ１でのビデオマイクロスコープ１３の右方向の回転を開始する。
術者２０は、時刻ｔ２の後、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度が所望の撮影角度付近になるまで頭を移動させず、時刻ｔ４において、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度が所望の撮影角度付近になったとき、頭を右方向に一定の速度で回転させる。その結果、時刻ｔ５において、術者２０の頭は元の位置に戻り、術者２０は頭の回転を停止する。
これにより、ジャイロセンサ３３は、図８Ａに示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの間、角速度０を検出して制御部４２に送信する。また、ジャイロセンサ３３は、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、角速度−ωｈ１を検出して制御部４２に送信する。
制御部４２は、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの間、ジャイロセンサ３３から角速度０を取得する。制御部４２は、時刻ｔ１から現在の時刻までに取得された角速度を積分することにより、現在の時刻の術者２０の頭の左右方向の角度を計測する。これにより計測される角度は、図８Ｂに示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの間、角度θｈ１である。
また、制御部４２は、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、ジャイロセンサ３３から角速度−ωｈ１を取得する。制御部４２は、時刻ｔ１から現在の時刻までに取得された角速度を積分することにより、現在の時刻の術者２０の頭の左右方向の角度を計測する。これにより計測される角度は、図８Ｂに示すように、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、角度θｈ１から０まで所定の傾きで減少する。
図８Ｃに示すように、制御部４２は、計測された角度が閾値θＴｈ０以下になった時刻ｔ６において、アーム機構４３を制御し、時刻ｔ３で開始されたビデオマイクロスコープ１３の右方向の回転の角速度を０にし、回転を停止する。
これにより、ビデオマイクロスコープ１３は、時刻ｔ３から時刻ｔ６までの間、右方向に角速度ωｃ１で回転することになる。その結果、図８Ｄに示すように、撮影角度は、時刻ｔ３から時刻ｔ６までの間、頭が左右方向に回転される前の撮影角度θｃ０から角速度ωｃ１で撮影角度θｃ１まで上昇する。時刻ｔ６以降、撮影角度は、撮影角度θｃ１に固定される。
以上のように、医療用観察システム１０では、術者２０が頭を左方向に回転させたことをトリガとして、頭の回転方向に対応する右方向にビデオマイクロスコープ１３が回転することにより撮影角度が変更される。その後、術者２０が前の回転方向とは逆の右方向に頭を回転させたことをトリガとして、ビデオマイクロスコープ１３が回転を停止し、撮影角度が固定される。
なお、図８では、術者２０が頭を左方向に回転させる場合について説明したが、右方向に回転させる場合も、ビデオマイクロスコープ１３の回転方向が左方向である点を除いて同様である。また、術者２０が頭を上下方向に移動させる場合については、撮影角度が上下方向の角度である点を除いて、頭を左右方向に回転させる場合と同様である。術者２０が、頭を上下方向と左右方向に同時に回転させる場合には、頭を左右方向に回転させる場合と上下方向に回転させる場合の処理が同時に行われる。
（医療用観察システムの処理の説明）
図９は、図１の医療用観察システム１０の撮影角度制御処理を説明するフローチャートである。
図９は、図１の医療用観察システム１０の撮影角度制御処理を説明するフローチャートである。
図９のステップＳ３１において、ビデオマイクロスコープ１３の撮影部５１は、観察対象２２の撮影を開始する。この撮影は、ＡＦ制御部５２によってフォーカスエリアにピントが合うように制御される。なお、フォーカスエリアの初期値は、例えば、撮影画像内の中央の領域である。ステップＳ３２において、撮影部５１は、ステップＳ３１で開始された撮影の結果得られる撮影画像のヘッドマウントディスプレイ１１への送信を開始する。
ステップＳ１１において、ヘッドマウントディスプレイ１１の表示部３１は、撮影部５１から送信されてくる撮影画像の受信を開始する。ステップＳ１２において、表示部３１は、受信された撮影画像の表示を開始する。術者２０は、表示中の撮影画像内の所望の位置を注視する。このとき、術者２０は、撮影角度を変更したい場合、その撮影角度に応じた上下左右方向に頭を回転させ、所望の撮影角度になった場合、頭を逆回転させ、元の位置に戻す。
ステップＳ１３において、視線検出部３２は、術者２０の視線を検出する。視線検出部３２は、検出結果に基づき、表示中の撮影画像内の術者２０が注視している点を注視点として、注視点位置情報を生成する。ステップＳ１４において、視線検出部３２は、注視点位置情報をビデオマイクロスコープ１３に送信する。
ステップＳ３３において、ビデオマイクロスコープ１３のＡＦ制御部５２は、視線検出部３２から送信されてくる注視点位置情報を取得する。ステップＳ３４において、ＡＦ制御部５２は、注視点位置情報が表す位置をフォーカスエリアに設定（更新）する。ＡＦ制御部５２は、ビデオマイクロスコープ１３とフォーカスエリアの被写体との距離を検出する。
ステップＳ３５において、ＡＦ制御部５２は、フォーカスエリアにピントが合うように、撮影部５１のフォーカスを制御する。ステップＳ３６において、ＡＦ制御部５２は、ビデオマイクロスコープ１３とフォーカスエリアの被写体との距離を検出し、検出された距離を表す距離情報を電動アーム１２に送信する。
ステップＳ２１において、電動アーム１２の取得部４１は、ビデオマイクロスコープ１３から送信されてくる距離情報を取得する。取得部４１は、取得された距離情報とアーム機構４３から供給されるアーム角度情報とに基づいて、フォーカスエリア情報を取得し、制御部４２に供給する。ステップＳ２２において、制御部４２は、取得部４１から供給されるフォーカスエリア情報が表す位置をビデオマイクロスコープ１３の回転中心位置に決定する。
ステップＳ１５において、ヘッドマウントディスプレイ１１のジャイロセンサ３３は、術者２０の頭の上下方向および左右方向の回転の角速度を検出する。ステップＳ１６において、ジャイロセンサ３３は、検出結果を電動アーム１２に送信する。
ステップＳ２３において、電動アーム１２の制御部４２は、ジャイロセンサ３３から送信されてくる検出結果を取得する。ステップＳ２４およびステップＳ２５の処理は、頭の上下方向および左右方向の回転のそれぞれについて行われる。
ステップＳ２４において、制御部４２は、取得された検出結果である頭の回転の角速度を積分し、その結果得られる頭の回転の角度が閾値θＴｈ０より大きいかどうかを判定する。ステップＳ２４で頭の回転の角度が閾値θＴｈ０より大きいと判定された場合、即ち、術者２０が所望の撮影角度に応じた方向に頭を回転させている場合、処理はステップＳ２５に進む。
ステップＳ２５において、制御部４２は、アーム機構４３を制御し、ステップＳ２２で決定された回転中心位置を中心として、角速度ωｃ１で、頭の回転方向に対応する方向にビデオマイクロスコープ１３を回転させる。そして、処理はステップＳ２３に戻る。
一方、ステップＳ２４で頭の角度が閾値θＴｈ０より大きくはないと判定された場合、即ち術者２０が頭を元の位置に戻した場合、または、術者２０が頭を回転させていない場合、処理はステップＳ２６に進む。ステップＳ２６において、電動アーム１２は、ビデオマイクロスコープ１３の回転の終了をヘッドマウントディスプレイ１１に通知する。
ステップＳ１７において、ヘッドマウントディスプレイ１１は、電動アーム１２からのビデオマイクロスコープ１３の回転の終了の通知を受け取る。ステップＳ１８において、ヘッドマウントディスプレイ１１は、術者２０の図示せぬ操作部の操作等に応じて、処理を終了するかどうかを判定する。
ステップＳ１８で処理を終了しないと判定された場合、処理はステップＳ１３に戻り、以降の処理が繰り返される。
一方、ステップＳ１８で処理を終了すると判定された場合、ステップＳ１９において、ヘッドマウントディスプレイ１１は、処理の終了をビデオマイクロスコープ１３に通知する。
ステップＳ３７において、ビデオマイクロスコープ１３は、ヘッドマウントディスプレイ１１からの処理の終了の通知を受け取る。ステップＳ３８において、ビデオマイクロスコープ１３の撮影部５１は、撮影を終了する。
ステップＳ２０において、ヘッドマウントディスプレイ１１の表示部３１は、撮影部５１から送信されてくる撮影画像の受信および表示を終了する。
なお、上述した説明では、頭の角度の閾値が１つ設けられ、その閾値を超えたことをトリガとして所定の角速度でビデオマイクロスコープ１３が回転されたが、頭の角度の閾値は２以上設けられるようにしてもよい。この場合、最も小さい閾値を超えたことをトリガとして所定の角速度でビデオマイクロスコープ１３が回転され、その他の閾値を超えたことをトリガとしてビデオマイクロスコープ１３の角速度が変更される。
（頭の角速度と撮影角度の時間的変化の他の例）
図１０は、頭の角度の閾値が２つ設けられる場合の、ジャイロセンサ３３により検出される頭の角速度とビデオマイクロスコープ１３の撮影角度の時間的変化の他の例を示す図である。
図１０は、頭の角度の閾値が２つ設けられる場合の、ジャイロセンサ３３により検出される頭の角速度とビデオマイクロスコープ１３の撮影角度の時間的変化の他の例を示す図である。
具体的には、図１０の例では、術者２０は、より右方向から撮影を行うため、時刻ｔ１１から頭を左方向に一定の速度で回転させ、頭の向きが所定の向きとなった時刻ｔ１４に回転を止める。このとき、図１０Ａに示すように、ジャイロセンサ３３は、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４までの間、術者２０の頭の左右方向の角速度として角速度ωｈ２を検出し、制御部４２に送信する。
制御部４２は、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４までの間、ジャイロセンサ３３から角速度ωｈ２を取得する。制御部４２は、時刻ｔ１１から現在の時刻までに取得された角速度を積分することにより、現在の時刻の術者２０の頭の左右方向の角度を計測する。これにより計測される角度は、図１０Ｂに示すように、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４までの間、０から角度θｈ２まで所定の傾きで上昇する。
図１０Ｃに示すように、制御部４２は、計測された角度が閾値θＴｈ１（θＴｈ１＜θｈ２）を超えた時刻ｔ１２において、アーム機構４３を制御し、角速度ωｃ２でのビデオマイクロスコープ１３の右方向の回転を開始する。
そして、制御部４２は、計測された角度が閾値θＴｈ２（θＴｈ１＜θＴｈ２＜θｈ２）を超えた時刻ｔ１３において、アーム機構４３を制御し、ビデオマイクロスコープ１３の右方向の回転の角速度を、角速度ωｃ２から角速度ωｃ３（ωｃ２＜ωｃ３）に変更する。
これにより、ビデオマイクロスコープ１３は、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間、右方向に角速度ωｃ１で回転することになる。その結果、図１０Ｄに示すように、撮影角度は、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間、頭が左右方向に回転される前の撮影角度θｃ０から角速度ωｃ２で撮影角度θｃ２まで上昇する。
術者２０は、時刻ｔ１４の後、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度が所望の撮影角度付近に近づくまで頭を移動させない。時刻ｔ１５において、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度が所望の撮影角度付近に近づいたとき、頭を右方向に一定の速度で回転させ、頭の向きが所定の向きとなった時刻ｔ１６に回転を止める。
これにより、ジャイロセンサ３３は、図１０Ａに示すように、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの間、角速度０を検出して制御部４２に送信する。また、ジャイロセンサ３３は、時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの間、角速度−ωｈ３を検出して制御部４２に送信する。
制御部４２は、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの間、ジャイロセンサ３３から角速度０を取得する。制御部４２は、時刻ｔ１１から現在の時刻までに取得された角速度を積分することにより、現在の時刻の術者２０の頭の左右方向の角度を計測する。これにより計測される角度は、図１０Ｂに示すように、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの間、角度θｈ２である。
また、制御部４２は、時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの間、ジャイロセンサ３３から角速度−ωｈ３を取得する。制御部４２は、時刻ｔ１１から現在の時刻までに取得された角速度を積分することにより、現在の時刻の術者２０の頭の左右方向の角度を計測する。これにより計測される角度は、図１０Ｂに示すように、時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの間、θｈ２から角度θｈ３（θＴｈ１＜θｈ３≦θＴｈ２）まで所定の傾きで減少する。
図１０Ｃに示すように、制御部４２は、計測された角度が閾値θＴｈ２以下になった時刻ｔ１７において、アーム機構４３を制御し、ビデオマイクロスコープ１３の右方向の回転の角速度を、角速度ωｃ３から角速度ωｃ２に戻す。
これにより、ビデオマイクロスコープ１３は、時刻ｔ１３から時刻ｔ１７までの間、右方向に角速度ωｃ１で回転することになる。その結果、図１０Ｄに示すように、撮影角度は、時刻ｔ１３から時刻ｔ１７までの間、撮影角度θｃ２から角速度ωｃ３で撮影角度θｃ３まで上昇する。
術者２０は、時刻ｔ１６の後、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度が所望の撮影角度付近になるまで頭を移動させず、時刻ｔ１８において、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度が所望の撮影角度付近になったとき、頭を右方向に一定の速度で回転させる。その結果、時刻ｔ１９において、術者２０の頭は元の位置に戻り、術者２０は頭の回転を停止する。
これにより、ジャイロセンサ３３は、図１０Ａに示すように、時刻ｔ１６から時刻ｔ１８までの間、角速度０を検出して制御部４２に送信する。また、ジャイロセンサ３３は、時刻ｔ１８から時刻ｔ１９までの間、角速度−ωｈ３を検出して制御部４２に送信する。
制御部４２は、時刻ｔ１６から時刻ｔ１８までの間、ジャイロセンサ３３から角速度０を取得する。制御部４２は、時刻ｔ１１から現在の時刻までに取得された角速度を積分することにより、現在の時刻の術者２０の頭の左右方向の角度を計測する。これにより計測される角度は、図１０Ｂに示すように、時刻ｔ１６から時刻ｔ１８までの間、角度θｈ３である。
また、制御部４２は、時刻ｔ１８から時刻ｔ１９までの間、ジャイロセンサ３３から角速度−ωｈ３を取得する。制御部４２は、時刻ｔ１１から現在の時刻までに取得された角速度を積分することにより、現在の時刻の術者２０の頭の左右方向の角度を計測する。これにより計測される角度は、図１０Ｂに示すように、時刻ｔ１８から時刻ｔ１９までの間、角度θｈ３から０まで所定の傾きで減少する。
図１０Ｃに示すように、制御部４２は、計測された角度が閾値θＴｈ１以下になった時刻ｔ２０において、アーム機構４３を制御し、時刻ｔ１７で角速度が変更されたビデオマイクロスコープ１３の右方向の回転の角速度を０にし、回転を停止する。
これにより、ビデオマイクロスコープ１３は、時刻ｔ１７から時刻ｔ２０までの間、右方向に角速度ωｃ２で回転することになる。その結果、図１０Ｄに示すように、撮影角度は、時刻ｔ１７から時刻ｔ２０までの間、撮影角度θｃ３から角速度ωｃ２で撮影角度θｃ４まで上昇する。時刻ｔ２０以降、撮影角度は、撮影角度θｃ４に固定される。
以上のように、頭の角度の閾値が２つ設けられる場合、医療用観察システム１０では、術者２０の頭の左方向への回転の角度が最も小さい閾値θＴｈ１を超えたことをトリガとして、頭の回転方向に対応する右方向にビデオマイクロスコープ１３が角速度ωｃ２で回転し、撮影角度が変更される。そして、術者２０の頭の左方向への回転の角度が閾値θＴｈ１以外の閾値θＴｈ２を超えた場合、それをトリガとして、ビデオマイクロスコープ１３の右方向への回転の角速度が、角速度ωｃ２から角速度ωｃ３に変更される。
術者２０が頭を左方向に回転させた後、その逆の右方向に回転させ、最初の位置からの回転の角度が閾値θＴｈ２より小さくなったとき、それをトリガとして、ビデオマイクロスコープ１３の右方向への回転の角速度が、角速度ωｃ３から角速度ωｃ２に変更される。
また、術者２０が頭を左方向に回転させた後、その逆の右方向に回転させ、最初の位置からの回転の角度が閾値θＴｈ１より小さくなったとき、それをトリガとして、ビデオマイクロスコープ１３が回転を停止し、撮影角度が固定される。
なお、図１０では、術者２０が頭を左方向に回転させる場合について説明したが、右方向に回転させる場合も、ビデオマイクロスコープ１３の回転方向が左方向である点を除いて同様である。また、術者２０が頭を上下方向に移動させる場合については、撮影角度が上下方向の角度である点を除いて、頭を左右方向に回転させる場合と同様である。術者２０が、頭を上下方向と左右方向に同時に回転させる場合には、頭を左右方向に回転させる場合と上下方向に回転させる場合の処理が同時に行われる。
また、図１０の例では、閾値の数は２つであるものとしたが、閾値の数は２より大きくてもよい。閾値の数に１を加算した数が、撮影角度の角速度の種類の数（角速度０を含む）となる。
以上のように、電動アーム１２は、術者２０の頭の角速度とフォーカスエリア情報とに基づいて、ビデオマイクロスコープ１３と注視点との距離を変化させずに、ビデオマイクロスコープ１３の撮影角度を変更する。従って、術者２０は、頭を回転させることにより、自分自身でビデオマイクロスコープ１３の撮影角度を変更することができる。また、ビデオマイクロスコープ１３と注視点との距離が変化しないので、撮影角度を変更しても合焦状態を維持することができる。その結果、術者２０は、術者２０の意図した撮影角度の合焦画像を得ることができ、手術効率が向上する。
＜第２実施の形態＞
（医療用観察システムの第２実施の形態の構成例）
図１１は、本開示を適用した撮影制御システムとしての医療用観察システムの第２実施の形態の構成例を示すブロック図である。
（医療用観察システムの第２実施の形態の構成例）
図１１は、本開示を適用した撮影制御システムとしての医療用観察システムの第２実施の形態の構成例を示すブロック図である。
図１１に示す構成のうち、図２の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。
図１１の医療用観察システム１００は、ヘッドマウントディスプレイ１０１、電動アーム１０２、ビデオマイクロスコープ１０３、およびモード切替装置１０４により構成される。医療用観察システム１００では、動作モードとして撮影角度とフォーカスエリアの制御を行う制御モードの設定が可能になっており、動作モードが制御モードである場合にのみ、撮影角度とフォーカスエリアが変更される。
具体的には、医療用観察システム１００のヘッドマウントディスプレイ１０１の構成は、表示部３１の代わりに表示部１１１が設けられる点が、図２のヘッドマウントディスプレイ１１の構成と異なる。
ヘッドマウントディスプレイ１０１の表示部１１１は、ビデオマイクロスコープ１０３から送信されてくる撮影画像を表示する。また、表示部１１１は、モード切替装置１０４から供給される動作モードを表すモード情報を表示させる。なお、このモード情報は、術者２０が視線を動かさずに認識可能な位置に表示されることが望ましい。
電動アーム１０２の構成は、制御部４２の代わりに制御部１２１が設けられる点が、図２の電動アーム１２の構成と異なる。
電動アーム１０２の制御部１２１は、モード切替装置１０４から動作モードを取得する。制御部１２１は、動作モードが制御モードである場合、ジャイロセンサ３３から送信されてくる検出結果を取得する。制御部１２１は、動作モードが制御モードである場合、取得された検出結果と取得部４１からのフォーカスエリア情報とに基づいて、ビデオマイクロスコープ１０３と注視点との距離を変化させずに、ビデオマイクロスコープ１０３の撮影角度を変更するように、アーム機構４３を制御する。
ビデオマイクロスコープ１０３の構成は、ＡＦ制御部５２の代わりにＡＦ制御部１３１が設けられる点が、図２のビデオマイクロスコープ１３の構成と異なる。
ＡＦ制御部１３１は、撮影開始時、撮影画像内の中央の領域などの所定の領域をフォーカスエリアとする。また、ＡＦ制御部１３１は、撮影開始時以外であり、モード切替装置１０４から供給される動作モードが制御モードである場合、ヘッドマウントディスプレイ１０１から送信されてくる注視点位置情報が表す位置をフォーカスエリアに設定する。
ＡＦ制御部１３１は、コントラスト検出式、位相差検出式等の検出方式で、フォーカスエリアにピントが合うように、撮影部５１のフォーカスを制御する。これに付随して、ＡＦ制御部１３１は、ビデオマイクロスコープ１０３とフォーカスエリアの被写体との距離を検出し、検出された距離を表す距離情報を電動アーム１０２に送信する。
モード切替装置１０４は、例えば、フットスイッチにより構成される。術者２０は、足などでモード切替装置１０４を操作することにより、制御モードと非制御モードの切り替えを指示する。非制御モードは、撮影角度とフォーカスエリアの制御を行わないモードである。
モード切替装置１０４は、術者２０からの指示に応じて動作モードを制御モードまたは非制御モードに設定する。モード切替装置１０４は、設定された動作モードを、ヘッドマウントディスプレイ１０１、電動アーム１０２、およびビデオマイクロスコープ１０３に供給する。
以上のように構成される医療用観察システム１００の撮影角度制御処理は、動作モードが制御モードである場合に行われる点、および、表示部１１１に動作モードが制御モードであることを表すモード情報が表示される点を除いて、図９の撮影角度制御処理と同様である。
医療用観察システム１００の電動アーム１０２は、動作モードが制御モードである場合にのみ撮影角度制御処理を行うので、常に撮影角度とフォーカスエリアの制御が行われる場合に比べて、術者２０の緊張や疲労を低減することができる。
即ち、常に撮影角度とフォーカスエリアの制御が行われる場合、術者２０は、頭の動きと視線を常に意識して動かす必要があり、術者２０に過度の緊張と疲労を与える可能性がある。しかしながら、医療用観察システム１００では、動作モードを設定することができるので、術者２０は、撮影角度とフォーカスエリアの制御が不要である場合、動作モードを非制御モードに設定することにより、頭の動きと視線を意識せずに済む。その結果、術者２０の緊張や疲労を低減することができる。
動作モードが非制御モードである場合、ビデオマイクロスコープ１０３の撮影部５１は、現在の撮影角度で、現在のフォーカスエリアにピントが合うように撮影を行う。そして、ヘッドマウントディスプレイ１０１の表示部１１１は、その結果得られる撮影画像を、動作モードが非制御モードであることを表すモード情報とともに表示する。
＜第３実施の形態＞
（医療用観察システムの第３実施の形態の構成例）
図１２は、本開示を適用した撮影制御システムとしての医療用観察システムの第３実施の形態の構成例を示すブロック図である。
（医療用観察システムの第３実施の形態の構成例）
図１２は、本開示を適用した撮影制御システムとしての医療用観察システムの第３実施の形態の構成例を示すブロック図である。
図１２に示す構成のうち、図２や図１１の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。
図１２の医療用観察システム２００の構成は、ヘッドマウントディスプレイ１０１の代わりにヘッドマウントディスプレイ２０１が設けられる点、および、ビデオマイクロスコープ１０３の代わりにビデオマイクロスコープ２０２が設けられる点が図１１の医療用観察システム１００の構成と異なる。医療用観察システム２００は、術者２０の頭の左右の傾きに応じてビデオマイクロスコープ２０２の撮影倍率を変更する。
具体的には、医療用観察システム２００のヘッドマウントディスプレイ２０１は、ジャイロセンサ２１１が新たに設けられる点が、図１１のヘッドマウントディスプレイ１０１と異なる。
ジャイロセンサ２１１は、１軸のジャイロセンサであり、術者２０の頭の左右の傾きの角速度を検出する。ジャイロセンサ２１１は、検出結果をビデオマイクロスコープ２０２に送信する。
ビデオマイクロスコープ２０２は、撮影部５１の代わりに撮影部２２１が設けられる点、および倍率制御部２２２が新たに設けられる点が、図１１のビデオマイクロスコープ１０３と異なる。
撮影部２２１は、ＡＦ制御部１３１のフォーカス制御にしたがって、倍率制御部２２２から供給される撮影倍率で撮影を行い、撮影の結果得られる撮影画像をヘッドマウントディスプレイ２０１に送信する。
倍率制御部２２２は、ジャイロセンサ２１１から送信されてくる検出結果に応じて撮影部２２１の撮影倍率を決定し、撮影部２２１に供給する。
なお、第３実施の形態では、倍率制御部２２２は、ビデオマイクロスコープ２０２に備えられるものとするが、電動アーム１０２に備えられるようにしてもよい。
（撮影倍率変更時の術者の頭の動きの例）
図１３は、ビデオマイクロスコープ１３の撮影倍率変更時の術者２０の頭の動きの例を示す図である。
図１３は、ビデオマイクロスコープ１３の撮影倍率変更時の術者２０の頭の動きの例を示す図である。
図１３に示すように、術者２０は、ビデオマイクロスコープ２０２の撮影倍率を変更するとき、ヘッドマウントディスプレイ２０１を装着した状態で、頭を左右方向に傾ける。即ち、ヘッドマウントディスプレイ２０１を装着した術者２０は、ビデオマイクロスコープ２０２の撮影倍率を変更するとき、撮影角度を変更するときとは異なる方向へ頭を回転させる。これにより、医療用観察システム２００は、撮影角度とは独立して撮影倍率を制御することができる。
術者２０が頭を右方向に傾けた場合、撮影倍率は上昇する（テレ側に移動する）。一方、術者２０が頭を左方向に傾けた場合、撮影倍率は低下する（ワイド側に移動する）。術者２０の頭の傾きの角速度は、ジャイロセンサ２１１により検出される。
なお、術者２０の頭の動きと撮影倍率の関係は、上述した例に限定されない。
（頭の角速度と撮影倍率の時間的変化の例）
図１４は、ジャイロセンサ２１１により検出される頭の傾きの角速度とビデオマイクロスコープ１０３の撮影倍率の時間的変化の例を示す図である。
図１４は、ジャイロセンサ２１１により検出される頭の傾きの角速度とビデオマイクロスコープ１０３の撮影倍率の時間的変化の例を示す図である。
図１４の例では、術者２０は、撮影倍率を上げるため、時刻ｔ３１から頭を右方向に一定の速度で傾け、頭の傾きが所定の傾きとなった時刻ｔ３２に停止する。これにより、図１４Ａに示すように、ジャイロセンサ２１１は、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの間、角速度ωｈ４を検出し、倍率制御部２２２に送信する。
倍率制御部２２２は、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの間、ジャイロセンサ２１１から角速度ωｈ４を取得する。倍率制御部２２２は、時刻ｔ３１から現在の時刻までに取得された角速度を積分することにより、現在の時刻の術者２０の頭の傾きの角度を計測する。これにより計測される角度は、図１４Ｂに示すように、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの間、０から角度θｈ４まで所定の傾きで上昇する。
図１４Ｃに示すように、倍率制御部２２２は、計測された角度が閾値θＴｈ３（θＴｈ３＜θｈ４）を超えた時刻ｔ３３において、速度ｖでの撮影倍率の上昇を開始する。
術者２０は、時刻ｔ３２の後、ビデオマイクロスコープ１０３の撮影倍率が所望の撮影倍率付近になるまで頭を移動させず、時刻ｔ３４において、ビデオマイクロスコープ１０３の撮影倍率が所望の撮影倍率付近になったとき、頭を左方向に一定の速度で傾ける。その結果、時刻ｔ３５において、術者２０の頭は元の位置に戻り、術者２０は頭の回転を停止する。
これにより、ジャイロセンサ２１１は、図１４Ａに示すように、時刻ｔ３２から時刻ｔ３４までの間、角速度０を検出して倍率制御部２２２に送信する。また、時刻ｔ３４から時刻ｔ３５までの間、ジャイロセンサ２１１は、角速度−ωｈ４を検出して倍率制御部２２２に送信する。
倍率制御部２２２は、時刻ｔ３２から時刻ｔ３４までの間、ジャイロセンサ２１１から角速度０を取得する。倍率制御部２２２は、時刻ｔ３１から現在の時刻までに取得された角速度を積分することにより、現在の時刻の術者２０の頭の傾きの角度を計測する。これにより計測される角度は、図１４Ｂに示すように、時刻ｔ３２から時刻ｔ３４までの間、角度θｈ４である。
また、倍率制御部２２２は、時刻ｔ３４から時刻ｔ３５までの間、ジャイロセンサ２１１から角速度−ωｈ４を取得する。倍率制御部２２２は、時刻ｔ３１から現在の時刻までに取得された角速度を積分することにより、現在の時刻の術者２０の頭の傾きの角度を計測する。これにより計測される角度は、図１４Ｂに示すように、時刻ｔ３４から時刻ｔ３５までの間、角度θｈ４から０まで所定の傾きで減少する。
図１４Ｃに示すように、倍率制御部２２２は、計測された角度が閾値θＴｈ３以下になった時刻ｔ３６において、撮影倍率の変化の速度を０にし、撮影倍率の変化を停止する。
これにより、撮影倍率は、時刻ｔ３３から時刻ｔ３６までの間、速度ｖで変化することになる。その結果、図１４Ｄに示すように、撮影倍率は、時刻ｔ３３から時刻ｔ３６までの間、頭が傾けられる前の撮影倍率ｍ０から速度ｖで撮影倍率ｍ１まで上昇する。時刻ｔ３６以降、撮影倍率は、撮影倍率ｍ１に固定される。
以上のように、医療用観察システム２００では、術者２０が頭を右方向に傾けたことをトリガとして、傾き方向に対応する上昇方向に撮影倍率が変化する。その後、術者２０が前の傾き方向とは逆の左方向に頭を傾けたことをトリガとして、撮影倍率の変化が停止し、撮影倍率が固定される。
なお、図１４では、術者２０が頭を右方向に傾ける場合について説明したが、左方向に傾ける場合も、撮影倍率の変化の方向が低下方向である点を除いて同様である。
（医療用観察システムの処理の説明）
図１５は、図１２の医療用観察システム２００の撮影倍率制御処理を説明するフローチャートである。この撮影倍率制御処理は、例えば、撮影角度制御処理において撮影部５１が撮影を開始したとき、開始される。
図１５は、図１２の医療用観察システム２００の撮影倍率制御処理を説明するフローチャートである。この撮影倍率制御処理は、例えば、撮影角度制御処理において撮影部５１が撮影を開始したとき、開始される。
図１５のステップＳ５１において、ヘッドマウントディスプレイ２０１のジャイロセンサ２１１は、術者２０の頭の傾きの角速度を検出する。ステップＳ５２において、ジャイロセンサ２１１は、検出結果をビデオマイクロスコープ２０２に送信する。
ステップＳ６１において、ビデオマイクロスコープ２０２の倍率制御部２２２は、ジャイロセンサ２１１から送信されてくる検出結果を取得する。ステップＳ６２において、倍率制御部２２２は、取得された検出結果である頭の傾きの角速度を積分し、その結果得られる頭の傾きの角度が閾値θＴｈ３より大きいかどうかを判定する。ステップＳ６１で頭の傾きの角度が閾値θＴｈ３より大きいと判定された場合、即ち、術者２０が所望の撮影倍率に応じた方向に頭を傾けている場合、処理はステップＳ６３に進む。
ステップＳ６３において、倍率制御部２２２は、所定の速度ｖで、頭の傾き方向に対応する方向に撮影倍率を変化させ、処理はステップＳ６１に戻る。
一方、ステップＳ６２で頭の傾きの角度が閾値θＴｈ３より大きくはないと判定された場合、即ち術者２０が頭を元の位置に戻した場合、または、術者２０が頭を傾けていない場合、処理は終了する。
ステップＳ５３において、ヘッドマウントディスプレイ２０１は、撮影角度制御処理において撮影部２２１が撮影を終了するかどうかを判定する。ステップＳ５３で撮影部２２１が撮影を終了しないと判定された場合、処理はステップＳ５１に戻り、以降の処理が繰り返される。
一方、ステップＳ５３で撮影部２２１が撮影を終了すると判定された場合、処理は終了する。
なお、医療用観察システム２００の撮影角度制御処理は、動作モードが制御モードである場合に行われる点、および、表示部１１１に動作モードが制御モードであることを表すモード情報が表示される点を除いて、図９の撮影角度制御処理と同様である。
医療用観察システム２００は、動作モードが制御モードである場合にのみ撮影倍率制御処理を行うようにしてもよい。この場合、モード切替装置１０４により設定される制御モードは、撮影角度、フォーカスエリア、および撮影倍率の制御を行うモードであり、非制御モードは、撮影角度、フォーカスエリア、および撮影倍率の制御を行わないモードである。
また、動作モードは、撮影角度、フォーカスエリア、および撮影倍率の全てについて共通のモードが設定されるのではなく、個別にモードが設定されるようにしてもよい。この場合、撮影角度の動作モードが撮影角度を制御する制御モードである場合にのみ、術者２０の頭の上下左右方向の回転に応じて撮影角度が制御される。また、フォーカスエリアの動作モードがフォーカスエリアを制御する制御モードである場合にのみ、術者２０の視線に応じてフォーカスエリアが制御される。さらに、撮影倍率の動作モードが撮影倍率を制御する制御モードである場合にのみ、術者２０の頭の左右方向の傾きに応じて撮影倍率が制御される。
さらに、頭の傾きの角度の閾値も、図１０に示した頭の回転の角度の閾値と同様に、複数個設けられるようにしてもよい。この場合、撮影倍率の変化の速度を変更することができる。
なお、第１乃至第３実施の形態では、頭の回転や傾きの角度は、撮影角度や撮影倍率の制御におけるトリガとして用いられたが、頭の回転や傾きの角度に対応する値が、そのまま撮影角度や撮影倍率に設定されるようにしてもよい。
＜第４実施の形態＞
（本開示を適用したコンピュータの説明）
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
（本開示を適用したコンピュータの説明）
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
図１６は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。
コンピュータ３００において、CPU（Central Processing Unit）３０１，ROM（Read Only Memory）３０２，RAM（Random Access Memory）３０３は、バス３０４により相互に接続されている。
バス３０４には、さらに、入出力インタフェース３０５が接続されている。入出力インタフェース３０５には、入力部３０６、出力部３０７、記憶部３０８、通信部３０９、及びドライブ３１０が接続されている。
入力部３０６は、キーボード、マウス、マイクロフォンなどよりなる。出力部３０７は、ヘッドマウントディスプレイ、スピーカなどよりなる。記憶部３０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部３０９は、ネットワークインタフェースなどよりなる。ドライブ３１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア３１１を駆動する。
以上のように構成されるコンピュータ３００では、CPU３０１が、例えば、記憶部３０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース３０５及びバス３０４を介して、RAM３０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
コンピュータ３００（CPU３０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディア３１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
コンピュータ３００では、プログラムは、リムーバブルメディア３１１をドライブ３１０に装着することにより、入出力インタフェース３０５を介して、記憶部３０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部３０９で受信し、記憶部３０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM３０２や記憶部３０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
なお、コンピュータ３００が実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
また、本明細書において、システムとは、複数の構成要素（装置、モジュール（部品）等）の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、１つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている１つの装置は、いずれも、システムである。
本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
また、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
本開示は、以下のような構成もとることができる。
（１）
被写体の位置を表す位置情報を取得する取得部と、
ユーザの第１の動きと、前記取得部により取得された前記位置情報とに基づいて、前記被写体を撮影する撮影装置と前記被写体との距離を変化させずに、前記撮影装置の撮影角度を変更する制御部と
を備える制御装置。
（２）
前記ユーザの第２の動きに応じて前記撮影装置の撮影倍率を変更する倍率制御部
をさらに備える
前記（１）に記載の制御装置。
（３）
前記第１の動きの方向は、前記第２の動きの方向とは異なる
ように構成された
前記（２）に記載の制御装置。
（４）
前記制御部は、前記ユーザの頭の前記第１の動きと前記位置情報とに基づいて、前記撮影角度を変更する
ように構成された
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の制御装置。
（５）
前記制御部は、前記ユーザの頭の前記第１の動きを表す角速度と前記位置情報とに基づいて、前記撮影角度を変更する
ように構成された
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の制御装置。
（６）
前記制御部は、動作モードが所定のモードである場合に前記撮影角度を変更する
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の制御装置。
（７）
前記位置情報は、前記ユーザの注視点に基づいて決定される
ように構成された
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の制御装置。
（８）
前記撮影装置を移動自在かつ回転自在に保持する保持部
をさらに備え、
前記制御部は、前記保持部を制御することにより、前記撮影装置の撮影角度を変更する
ように構成された
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の制御装置。
（９）
前記撮影装置は、手術用のビデオマイクロスコープである
ように構成された
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の制御装置。
（１０）
制御装置が、
被写体の位置を表す位置情報を取得する取得ステップと、
ユーザの第１の動きと、前記取得ステップの処理により取得された前記位置情報とに基づいて、前記被写体を撮影する撮影装置と前記被写体との距離を変化させずに、前記撮影装置の撮影角度を変更する制御ステップと
を含む制御方法。
（１１）
被写体を撮影する撮影装置と、
制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記被写体の位置を表す位置情報を取得する取得部と、
ユーザの第１の動きと、前記取得部により取得された前記位置情報とに基づいて、前記撮影装置と前記被写体との距離を変化させずに、前記撮影装置の撮影角度を変更する制御部と
を有する
撮影制御システム。
（１２）
前記第１の動きを検出する検出装置
をさらに備える
前記（１１）に記載の撮影制御システム。
（１３）
前記検出装置は、前記ユーザが装着するヘッドマウントディスプレイである
ように構成された
前記（１２）に記載の撮影制御システム。
（１４）
前記検出装置は、
前記第１の動きを検出する動き検出部と、
前記ユーザの注視点を検出する視線検出部と
を備え、
前記位置情報は、前記視線検出部により検出された前記注視点に基づいて決定される
ように構成された
前記（１２）または（１３）に記載の撮影制御システム。
被写体の位置を表す位置情報を取得する取得部と、
ユーザの第１の動きと、前記取得部により取得された前記位置情報とに基づいて、前記被写体を撮影する撮影装置と前記被写体との距離を変化させずに、前記撮影装置の撮影角度を変更する制御部と
を備える制御装置。
（２）
前記ユーザの第２の動きに応じて前記撮影装置の撮影倍率を変更する倍率制御部
をさらに備える
前記（１）に記載の制御装置。
（３）
前記第１の動きの方向は、前記第２の動きの方向とは異なる
ように構成された
前記（２）に記載の制御装置。
（４）
前記制御部は、前記ユーザの頭の前記第１の動きと前記位置情報とに基づいて、前記撮影角度を変更する
ように構成された
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の制御装置。
（５）
前記制御部は、前記ユーザの頭の前記第１の動きを表す角速度と前記位置情報とに基づいて、前記撮影角度を変更する
ように構成された
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の制御装置。
（６）
前記制御部は、動作モードが所定のモードである場合に前記撮影角度を変更する
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の制御装置。
（７）
前記位置情報は、前記ユーザの注視点に基づいて決定される
ように構成された
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の制御装置。
（８）
前記撮影装置を移動自在かつ回転自在に保持する保持部
をさらに備え、
前記制御部は、前記保持部を制御することにより、前記撮影装置の撮影角度を変更する
ように構成された
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の制御装置。
（９）
前記撮影装置は、手術用のビデオマイクロスコープである
ように構成された
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の制御装置。
（１０）
制御装置が、
被写体の位置を表す位置情報を取得する取得ステップと、
ユーザの第１の動きと、前記取得ステップの処理により取得された前記位置情報とに基づいて、前記被写体を撮影する撮影装置と前記被写体との距離を変化させずに、前記撮影装置の撮影角度を変更する制御ステップと
を含む制御方法。
（１１）
被写体を撮影する撮影装置と、
制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記被写体の位置を表す位置情報を取得する取得部と、
ユーザの第１の動きと、前記取得部により取得された前記位置情報とに基づいて、前記撮影装置と前記被写体との距離を変化させずに、前記撮影装置の撮影角度を変更する制御部と
を有する
撮影制御システム。
（１２）
前記第１の動きを検出する検出装置
をさらに備える
前記（１１）に記載の撮影制御システム。
（１３）
前記検出装置は、前記ユーザが装着するヘッドマウントディスプレイである
ように構成された
前記（１２）に記載の撮影制御システム。
（１４）
前記検出装置は、
前記第１の動きを検出する動き検出部と、
前記ユーザの注視点を検出する視線検出部と
を備え、
前記位置情報は、前記視線検出部により検出された前記注視点に基づいて決定される
ように構成された
前記（１２）または（１３）に記載の撮影制御システム。
１０ 医療用観察システム， １１ ヘッドマウントディスプレイ， １２ 電動アーム， １３ ビデオマイクロスコープ， ３２ 視線検出部， ３３ ジャイロセンサ， ４１ 取得部， ４２ 制御部， ４３ アーム機構， １００ 医療用観察システム， １０１ ヘッドマウントディスプレイ， １０２ 電動アーム， １０３ ビデオマイクロスコープ， １２１ 制御部， ２００ 医療用観察システム， ２０１ ヘッドマウントディスプレイ， ２０２ ビデオマイクロスコープ， ２２２ 倍率制御部
Claims (17)
- 術野を撮像する手術用撮像装置と、
前記手術用撮像装置が撮像した術野画像を表示する表示装置と、
前記手術用撮像装置を支えるアーム機構を有する電動アームと、
前記表示装置を観察する術者を撮像した撮像画像から前記術者の視線を検出し、前記術者を撮像した撮像画像から前記術者の頭部の動きを検出し、前記術者の視線と前記術者の頭部の動きに基づいて前記アーム機構を制御し、前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記術者の視線に基づいて前記術者の注視領域を設定し、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記アーム機構を制御して、前記注視領域を基準として前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する
医療用観察システム。 - 前記制御装置は、第１のモードでは前記注視領域に前記術者の視線が維持されている状態で前記術者の頭部の動きから所定のパターンが検出された場合に、前記注視領域を基準として前記手術用撮像装置の撮像領域を制御し、第２のモードでは、前記術者の視線および前記術者の頭の動きに関わらず前記手術用撮像装置の撮像領域を固定する、
請求項１に記載の医療用観察システム。 - 前記制御装置は、フットスイッチの入力に基づいて、前記第１のモードと前記第２のモードを切り替える、
請求項２に記載の医療用観察システム。 - 前記制御装置は、前記手術用撮像装置の撮像領域の中心が前記注視領域となる状態を維持したまま、前記手術用撮像装置の撮像領域を変更する、
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の医療用観察システム。 - 前記制御装置は、前記撮像領域の中心が前記注視領域となる状態を維持したまま、前記手術用撮像装置の位置を変更して撮像領域を変更する、
請求項４に記載の医療用観察システム。 - 前記制御装置は、前記注視領域に前記術者の視線が維持されている状態で前記術者の頭部の動きが前後または左右に所定の量以上動いた場合に、前記注視領域を基準として前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する、
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の医療用観察システム。 - 前記表示装置を観察する術者に赤外光を照射する赤外光光源と、
前記術者で反射した赤外光を受光して赤外光撮像画像を生成する赤外光撮像装置と、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記赤外光撮像画像に基づいて前記術者の視線を検出する、
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の医療用観察システム。 - 前記表示装置を観察する術者を撮像して術者撮像画像を生成する術者撮像装置と、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記術者撮像画像に基づいて前記術者の頭部の動きを検出する、
請求項１乃至７のいずれか一つに記載の医療用観察システム。 - 所定のフォーカスエリアにピントが合うように前記手術用撮像装置のフォーカスを制御するフォーカス制御部と、
をさらに備え、
前記フォーカス制御部は、第１のモードでは前記注視領域を前記フォーカスエリアに設定する、
請求項２または３に記載の医療用観察システム。 - 前記フォーカス制御部は、第２のモードでは注視領域が設定されている場合には該注視領域をフォーカスエリアとしてフォーカスを固定し、注視領域が設定されていない場合には前記撮像領域の中心領域をフォーカスエリアとしてフォーカスを固定する、
請求項９に記載の医療用観察システム。 - 前記制御装置は、前記撮像領域の中心が前記注視領域となる状態を維持したまま、前記表示装置に表示される術野画像が拡大または縮小されるように前記手術用撮像装置の撮像領域を変更する、
請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の医療用観察システム。 - 前記制御装置は、前記手術用撮像装置の下面と前記注視領域との間の距離を示す距離情報を取得し、第１のモードでは前記注視領域に前記術者の視線が維持されている状態で前記術者の頭部の動きから所定のパターンが検出された場合に、前記注視領域を基準として前記距離が維持されるように前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する、
請求項２または３に記載の医療用観察システム。 - 前記制御装置は、前記注視領域を基準として前記距離が維持された状態で前記手術用撮像装置の撮像角度を制御する、
請求項１２に記載の医療用観察システム。 - 手術用撮像装置により術野を撮像する撮像工程と、
前記手術用撮像装置が撮像した術野画像を表示装置に表示する表示工程と、
前記表示装置を観察する術者の視線を検出する視線検出工程と、
前記術者の頭部の動きを検出する動き検出工程と、
前記視線検出工程の検出信号と、前記動き検出工程の検出信号とに基づいて前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する制御工程と、
を有し、
前記制御工程は、前記視線検出工程の検出信号に基づいて前記術者の注視領域を設定し、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記注視領域を基準として前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する
医療用観察方法。 - 術野を撮像する手術用撮像装置と、
前記手術用撮像装置が撮像した術野画像を表示する表示装置と、
前記手術用撮像装置を支えるアーム機構を有する電動アームと、
前記表示装置を観察する術者を撮像した撮像画像から前記術者の視線を検出し、前記術者を撮像した撮像画像から前記術者の頭部の動きを検出し、前記術者の視線と前記術者の頭部の動きに基づいて前記アーム機構を制御し、前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記術者の視線に基づいて前記術者の注視領域を設定し、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記アーム機構を制御して、前記注視領域を基準として前記手術用撮像装置の撮像位置を変更する
医療用観察システム。 - 術野を撮像する手術用撮像装置と、
前記手術用撮像装置を支えるアーム機構を有する電動アームと、
前記手術用撮像装置が撮像した術野画像を表示する表示装置を観察する術者を撮像した撮像画像から前記術者の視線を検出し、前記術者を撮像した撮像画像から前記術者の頭部の動きを検出し、前記術者の視線と前記術者の頭部の動きに基づいて前記アーム機構を制御し、前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記術者の視線に基づいて前記術者の注視領域を設定し、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記アーム機構を制御することで、前記注視領域が前記表示装置の中心領域である状態を維持しながら前記手術用撮像装置の撮像位置を変更する
医療用観察システム。 - 電動アームのアーム機構に支えられ、術野を撮像する手術用撮像装置から術野画像を取得し、前記手術用撮像装置が撮像した術野画像を表示する表示装置を観察する術者を撮像した撮像画像から前記術者の視線を検出し、前記術者を撮像した撮像画像から前記術者の頭部の動きを検出し、前記術者の視線と前記術者の頭部の動きに基づいて前記アーム機構を制御し、前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する医療用制御装置であって、
前記術者の視線に基づいて前記術者の注視領域を設定し、該注視領域に前記術者の視線が維持されている間に前記術者の頭部の動きから所定のパターンの動きが検出された場合に、前記アーム機構を制御して、前記注視領域を基準として前記手術用撮像装置の撮像領域を制御する
医療用制御装置。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210069412A (ko) * | 2019-12-03 | 2021-06-11 | 권혜리 | 안구 운동 기능을 구비한 사용자 단말 장치 및 이를 이용한 안구 운동 방법 |
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-
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| KR102313550B1 (ko) | 2019-12-03 | 2021-10-15 | 권혜리 | 안구 운동 기능을 구비한 사용자 단말 장치 및 이를 이용한 안구 운동 방법 |
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