JP2023536642A - 解剖学的目標物についての深さおよび輪郭検出 - Google Patents

解剖学的目標物についての深さおよび輪郭検出 Download PDF

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Abstract

解剖学的目標物の深さ輪郭を検出するため、ならびに、解剖学的目標物の撮像を拡張するための技法が提供される。一例では、光の基準のパターンを解剖学的目標物にわたって投影することができ、解剖学的目標物上で反射した光パターンの画像をキャプチャすることができる。キャプチャした光パターンを分析して輪郭情報を決定することができ、次いで輪郭情報を使用して、解剖学的目標物の２次元画像を拡張するための３Ｄキューを提供することができる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容が参照によって全体で組み込まれる、２０２０年８月５日に出願された米国仮特許出願第６３／０６１，２４９号への優先権の利益を主張する。
本開示は、目標物の識別に関し、より具体的には、解剖学的目標物の輪郭および深さを検出するための技法に関する。
医療用スコープによって、ユーザが患者の隠れた区域を検査することが可能になる。内視鏡および腹腔鏡などといったある種の医療用スコープは、１８００年代の初期に最初に開発され、患者の体の内側を検査するために使用されてきた。医療用スコープは、スコープの遠位端で区域を撮像するためのカメラなどといった光学センサと、スコープの遠位端を操作するためユーザに近い端部に配置された制御部とを含むことができる。シャフトが信号を通すことができ、スコープの近位端と遠位端の間のリンクを実現することができる。いくつかのシャフトは可撓性であってよく、いくつかのシャフトは剛体であってよい。いくつかの医療用スコープは、ユーザが、たとえば組織を切除する、または対象物を取り出すために、シャフトのチャネルに工具または処理剤を通過させることを可能にする。
医療用スコープを効果的に使用するのは、経験、器用さ、および視覚的キューなどといったいくつかの要因に依存する。患者の体の小さく閉じ込められた空間内での相互作用を可能にする医療用スコープは、スクリーンまたはモニタを使用して、医療用スコープの遠位端の周りにある区域の画像を提供することができる。
表示される画像を改善することによって、より良好な視覚的キュー、したがって医療用スコープのより効果的な使用が可能になるのを助けることができる。解剖学的目標物の深さおよび輪郭を検出するため、ならびに、解剖学的目標物の撮像を拡張するための技法が本文書中で記載される。一例では、光のパターンを解剖学的目標物にわたって投影することができ、解剖学的目標物上の光パターンの画像をキャプチャすることができる。キャプチャした光パターンを分析し使用して、解剖学的目標物の２次元画像を拡張するのを助けることができる。
このセクションは、本特許出願の主題の概要を提供することが意図される。本発明の排他的または網羅的な説明を提供することは意図していない。詳細な記載は、本特許出願についてのさらなる情報を提供するために含まれる。
本主題にしたがった画像を拡張するための例示のシステム１００を全体的に図示する図である。 解剖学的目標物上に空間的光パターンを投影する一般的な効果を図示する図である。 解剖学的目標物上に空間的光パターンを投影する一般的な効果を図示する図である。 解剖学的目標物上に空間的光パターンを投影する一般的な効果を図示する図である。 解剖学的目標物上に空間的光パターンを投影する一般的な効果を図示する図である。 本主題にしたがった画像を拡張するための例示のシステム３００の全体的な詳細を図示する図である。 医療用スコープ３０１を使用して提供された画像の３Ｄキューを拡張するための例示のシステム４００を全体的に図示する図である。 ３Ｄキューを提供するため解剖学的目標物の２Ｄ画像を拡張する例示の方法を全体的に図示する図である。
組織に治療を施すため、または結石（「石」）または腫瘍などの望まれていない物質を除去するための内視鏡の手順などといった医療の手順の期間に、医師が、光ファイバの先端および結果としてのレーザビームの点の位置を制御する一方で、内視鏡カメラがキャプチャした実時間画像を見ることができる。ある手法は、２次元（ｘ，ｙ）であるが、深さでスケーリングした視覚化を提供しない、または視覚的深さキューを提供しないカメラ画像を提供することができる。視覚的深さキューなしでは、内視鏡位置および光ファイバの先端の、軸の深さ方向における操作および位置決めは困難な場合がある。
内視鏡の手順および腹腔鏡の手順において、成功は、スコープの遠位端の位置決めに依存して、所望の結果を達成することができる。ファイバの先端の端部を解剖学的目標物に向けることに加えて、解剖学的目標物からファイバの先端の距離が、やはり、１度の治療の効果に影響を及ぼす可能性がある。２Ｄ撮像技術の手法は、良好な２次元の視覚的キューをもたらすことができるが、効果的な３次元の視覚的キューをもたらすことを欠いている。たとえば、腫瘍の除去のいくつかの場合には、良好な視覚的深さキューがないことによって、医師が最初に、事前に様々な方向から目標の腫瘍を複数回見て次いで治療を施すのを必要とすることなどによって、医療の処置手順が長くなる場合がある。異なる方向から複数回見ることを含むこの手法は、ユーザが腫瘍の３Ｄ特性、腫瘍の近くの任意の健康な組織の３Ｄ特性、またはその両方を評価する冗長な方法である。
本発明者は、とりわけ、医療用スコープを介して提供される２次元画像の３次元キュー、特に、視覚的深さキューおよび視覚的輪郭キューを改善するのを助けるための技法を記載する。図１は、画像を拡張するためのシステム１００の部分の例を全体的に図示する。システム１００は、解剖学的目標物１０２または目標区域１０３を見るためなどの医療用スコープ１０１、撮像システム１０４、およびパターン照射システム１０５を含むことができる。
医療用スコープ１０１は、患者の目標区域１０３または特定の解剖学的目標物１０２の画面を提供することができる。そのような医療用スコープ１０１の例としては、限定しないが、内視鏡、腹腔鏡、または変形形態、および診断または外科的手順またはその両方のために使用することができるなどの他のタイプのスコープが挙げられる。医療用スコープ１０１は、目標区域１０３または解剖学的目標物１０２の画像の表現を電子的にキャプチャするためなどの、カメラ１０６または画像センサを含むことができる。医療用スコープ１０１は、医療用スコープ１０１の一方の端部、近位端１０８から、医療用スコープ１０１の他方の端部、遠位端１０９に１つまたは複数の機器を延ばすためなどの、１つまたは複数のチャネル１０７、１１１、１１３を含むことができる。たとえば、第１のチャネル１１１は、カメラと画像システムの間で情報を伝えるまたは通信するためなどの、１つまたは複数のワイヤまたはファイバを含むことができる。医療用スコープ１０１は、目標区域１０３を光で照射するまたは投光するためなどの、オプション光源１１４を含むことまたは結合することができ、そのため、カメラ１０６が目標区域１０３および任意の解剖学的目標物１０２の１つまたは複数の画像をキャプチャすることができる。そのような構成において、第２のチャネル１１３は、医療用スコープ１０１の近位端１０８から遠位端１０９に光を運ぶための光学的経路を実現することができる。医療用スコープ１０１のチャネル１０７は、パターン照射システム１０５の１つまたは複数の光ファイバのためなどの、光学的経路を実現することができる。チャネル１０７の遠位端で、１つまたは複数の光ファイバからの光を目標区域１０３に向けて投影することができる。
パターン照射システム１０５は、解剖学的目標物１０２上を含む、目標区域１０３上に空間的光パターンを投影するための光を提供することができる。パターン照射システム１０５は、レーザまたは他の光源を含むことができる。光源から投影された光は、解剖学的目標物１０２または目標区域１０３で、指定された投影パターンを形成するように構成することができる。指定された光の第１のパターンは、チャネル１０７の端部から所与の距離の平面上に投影され、そこから反射されると基準応答パターンを実現する、指定された特性を有することができる。そのような特性としては、限定しないが、基準応答パターンの属性間の間隔、基準応答パターンの光の影または柱の厚さなどが挙げられる。非平面から、または、所与の距離でなくチャネル１０７の端部から異なる距離の平面から反射されると、などといった、非平面から、または、チャネル１０７の端部から異なる距離の平面から反射されると、カメラ１０６は、１つまたは複数の光ファイバを介して、反射光の第２のパターンをキャプチャすることができる。画像システム１０４は、反射された応答の第２のパターンと投影された第１のパターンの間の差異を分析することができ、そのような分析から、目標区域１０３または目標区域１０３中の解剖学的目標物１０２に関連する輪郭情報および深さ情報を検出および測定できる。画像システム１０４は、次いで、たとえば深さ情報および輪郭情報を視覚的に区別するため２次元画像とともに含むことができる３次元キューを追加または強調するためなどの陰影付けで２次元画像を増補することができる。陰影付けは、たとえば、深さまたは輪郭を示すために、光強度の視覚的変調または光の空間的変調を含むことができる。
追加または強調される３次元キューは、ユーザに有用な空間的状況を提供するのを助けることができ、これが次いで、ユーザが、医療用スコープ１０１の遠位端または医療用スコープ１０１で利用される１つまたは複数の機器のより良好な３次元位置決めを行うのを可能にする助けとなることができる。これは、さもなくば、レーザ治療手順などの正常な手順を実施するためにユーザが必要とする可能性がある、異なる方向の「注視」を避ける、またはその数を減らすまたは最小化するのを助けることができる。
図２Ａ～図２Ｄは、解剖学的目標物上に光パターンを投影する効果を大まかに図示する。図２Ａは、医療用スコープを採用する照射システムから、平面上に投じることができる光パターンの例を図示する。パターンは、直交する平面上に投影すると、ある間隔および厚さなどになる、指定された線のパターンを含むことができる。いくつかの例では、間隔および厚さは、線間の均等な間隔、線の等しい厚さ、または間隔および厚さが両方互いに等しいことのうちの１つまたは複数を実現させるためなど、直交する平面上に投影されるときにほぼ等しくてよい。しかし、パターンが、直交でなく代わりに直交する平面に対して非ゼロの角度である面または面の部分に投じられる場合、線の厚さおよび間隔は、大きさ、角度の方向または方位、およびそのような角度に対する投影された線の方向に依存して変わる場合がある。図２Ｂは、医療用スコープを採用した撮像システムのスクリーン上に現れることができる、解剖学的目標物（たとえば、腎臓結石または腫瘍）の２次元画像を一般的に図示する。２次元画像は、ユーザに結石または腫瘍の非常に良好な外形を示すことができるが、何ら追加の３Ｄキューを提供することはできない。図２Ｃは、図２Ａの光パターンなどの光パターンが腫瘍または腎臓結石にわたって投じられる、図２Ｂの腫瘍または腎臓結石を一般的に図示する。結石の表面ならびに区域の背景から反射される光パターンは、まぶしさ、テクスチャゆらぎ、照射角度などのため、２次元画像中に隠される場合がある解剖学的目標物および目標区域の３Ｄアーティファクトを際立たせるのを助けることができる。３Ｄキューは、たとえば、図２Ａのパターンのような、基準応答パターンまたは投影されたパターンと比較された、反射された光パターンの線の歪みに起因して見ることができる。ある種の例では、画像システムは、線のゆらぎおよび線の厚さおよび線間隔の変化のうちの１つまたは複数を分析して、目標物についての３Ｄ情報を提供することができる。図２Ｄに図示されるように、撮像システムは、３Ｄ情報に基づいて２次元画像を拡張して、観察者のために３Ｄキューを有する拡張２次元画像を提供することができる。たとえば、撮像システムによって提供される拡張した画面は、３Ｄキューを際立たせるため、追加または拡張した陰影付けを含むことができる。いくつかの例では、拡張した画面は、線パターンを含まない。いくつかの例では、拡張した画面は、解剖学的目標物に対する機器のファイバの方位に関連するデータの視覚的表示およびテキストベースの表示を含むことができる。そのようなデータは、限定しないが、ファイバの先端と解剖学的目標物の表面との間の距離、ファイバの軌跡に対する表面の角度などが挙げられる。ある種の例では、２Ｄ画像から３Ｄ画像への変換を可能にする情報を表示することができる。
図３は、本主題にしたがった画像を拡張するための例示のシステム３００の部分の詳細を全体的に図示する。ある種の例では、図３のシステム３００は、図１の例示のシステム１００のより詳細な図であってよい。システム３００は、解剖学的目標物３０２または目標区域３０３を見るための医療用スコープ３０１、撮像システム３０４、およびパターン照射システム３０５を含むことができる。ある種の例では、システム３００または医療用スコープは、目標区域３０３を光で照射するまたは投光するために、第２の照射源（図示せず）を含むことができ、そのため、撮像システムは、目標区域３０３および任意の解剖学的目標物３０２の画像をキャプチャすることができる。医療用スコープ３０１は、患者の開口部の中に、または、患者の切開を通して延びるためのシャフト３１０を含むことができる。シャフト３１０は、複数のチャネル３０７、３１１、および光学センサ３０６を含むことができる。第１のチャネル３１１は、シャフト３１０の遠位端３０９に配置される光学センサ３０６から、シャフト３１０の近位端３０８に結合される画像システム３０４に画像信号を運ぶために使用することができる。第２のチャネル３０７は、解剖学的目標物３０２または目標区域３０３にわたって光のパターンを投影するために、解剖学的目標物３０２または目標区域３０３にパターン照射システム３０５の光を運ぶための光学経路として使用することができる。シャフト３１０の遠位端３０９において、光を、光学経路から２つの場所または２つの区域を介して投影することができる。２つの点から解剖学的目標物３０２に向けて光を投影する目的は、各点からの光が互いに干渉して、視野または目標区域３０３にわたって干渉パターンを形成するのを可能にすることである。ある種の例では、光学経路の２つの別個の区域から解剖学的目標物にわたって投影された偏光が、クリアな干渉パターンを形成することができる。光の偏光を使用して、明瞭性の拡張を実現することができる。非コヒーレントで非偏光な光を使用することと比較して、コヒーレントで偏光した光を使用して、さらに明瞭性のあるパターンを達成することができる。
ある種の例では、第２のチャネル３０７は、パターン照射システム３０５の光源の単一の光のビームから、２つの光のビームを形成するためのビームスプリッタ３１２を含むことができる。たとえば、光源の光は、パターン照射システム３０５の光源からビームスプリッタ３１２に、光ケーブルまたは光ファイバなどといった単一の光学媒体を介して運ぶことができる。ビームスプリッタ３１２において、２つの光学経路を介して２つの異なるビームとして遠位端３０９に光をさらに運ぶことができる。いくつかの例では、光学経路の遠位端３０９は、干渉パターンを実現するために光が光学経路の端部において２つのスリットを通して投影するように見えるよう、２つの光のビームの各々を投影することができる。ある種の例では、光は、パターン照射システム３０５からシングルモード光ファイバまたはシングルモード光ファイバケーブルを介して運ぶことができる。
撮像システム３０４は、光学センサ３０６から提供される信号から画像情報をキャプチャすることができる。ある種の例では、撮像システム３０４は、入力処理回路３２１、２Ｄ画像処理回路３２２、３Ｄアーティファクト回路３２３、およびディスプレイインターフェース回路３２４を含むことができる。入力処理回路３２１は、解剖学的目標物３０２または目標区域３０３の２Ｄ画像を提供することに関連する第１の画像情報と、解剖学的目標物３０２または目標区域３０３の表面上でキャプチャされるときの干渉パターンに関連する第２の画像情報へと画像情報を分けることができる。２Ｄ画像処理回路３２２は、ディスプレイインターフェース回路３２４で受け取るため、第１の画像情報を処理することができる。３Ｄアーティファクト回路３２３は、２Ｄ画像を拡張するため、第２の画像情報を処理することができる。たとえば、３Ｄアーティファクト回路３２３は、解剖学的目標物３０２または目標区域３０３についての３Ｄキューを抽出するために、干渉パターンの偏差を基準パターンと比較して測定することを含む、第２の画像情報の干渉パターンを分析することができる。分析は、ディスプレイインターフェース回路３２４が、２Ｄ画像処理回路３２２から受け取った２Ｄ画像情報を３Ｄアーティファクト回路３２３によって提供された情報で拡張し、画像拡張技法を導いて３Ｄキューを拡張した２Ｄ画像中に設けるまたは際立たせることを可能にすることができる。ある種の例では、技法は、拡張した２Ｄ画像を実現するため、干渉パターンに基づいて２Ｄ画像の陰影付けもしくは色付けを変えること、または追加することを含むことができる。拡張した２Ｄ画像は、医療用スコープ３０１の遠位端を解剖学的目標物に対して位置決めする際、ならびに、治療を効果的で効率的に使用するため治療機器を解剖学的目標物に対して位置決めする際に、医療用スコープ３０１のユーザを支援するため、撮像システムのモニタ３２５上に表示することができる。
図４は、医療用スコープ３０１を使用して提供された画像の３Ｄキューを拡張するための例示のシステム４００を全体的に図示する。図４のシステム４００は、図３のシステム３００の修正形態である。ある種の例では、図４のシステム４００は、図１の例示のシステム１００のより詳細な図であってよい。システム４００は、解剖学的目標物３０２または目標区域３０３を見るための医療用スコープ３０１、撮像システム３０４、およびパターン照射システム４０５を含むことができる。医療用スコープ３０１は、患者の開口部の中に、または、患者の切開を通して延びるためのシャフト３１０を含むことができる。シャフト３１０は、複数のチャネル３０７、３１１、および光学センサ３０６を含むことができる。第１のチャネル３１１は、シャフト３１０の遠位端３０９に配置される光学センサ３０６から、シャフト３１０の近位端３０８に結合される画像システム３０４に画像信号を運ぶために使用することができる。第２のチャネル３０７は、解剖学的目標物３０２または目標区域３０３にわたって光のパターンを投影するために、解剖学的目標物３０２または目標区域３０３にパターン照射システム３０５の光を運ぶための光学経路として使用することができる。シャフト３１０の遠位端３０９において、光を、光学経路から２つの点または２つの区域を介して投影することができる。２つの点から解剖学的目標物３０２に向けて光を投影する目的は、各点からの光が互いに干渉して、視野または目標区域３０３にわたって干渉パターンを形成するのを可能にすることである。ある種の例では、光学経路の２つの別個の区域から解剖学的目標物にわたって投影された偏光が、クリアな干渉パターンを形成することができる。光の偏光から明瞭性がもたらされる。非コヒーレントで非偏光な光を使用することと比較して、コヒーレントで偏光した光を使用して、さらに明瞭性のあるパターンを達成することができる。
ある種の例では、ビームスプリッタの代わりに、パターン照射システムからの光は、２つの光ファイバなどの２つの分離された光学媒体を介して第２のチャネル３０７を通して運び、パターン照射システム４０５の光源からの２つの光のビームを形成することができる。いくつかの例では、光学経路の遠位端３０９は、光が光学経路の端部において２つのスリットを通して投影するように見えるよう、２つの光のビームの各々を投影することができる。ある種の例では、光は、パターン照射システム４０５からシングルモード光ファイバまたはシングルモード光ファイバケーブルを介して運ぶことができる。
撮像システム３０４は、光学センサ３０６から提供される信号から画像情報をキャプチャすることができる。ある種の例では、撮像システム３０４は、入力処理回路３２１、２Ｄ画像処理回路３２２、３Ｄアーティファクト回路３２３、およびディスプレイインターフェース回路３２４を含むことができる。入力処理回路３２１は、解剖学的目標物３０２または目標区域３０３の２Ｄ画像を提供することに関連する第１の画像情報と、解剖学的目標物３０２または目標区域３０３の表面上でキャプチャされるときの干渉パターンに関連する第２の画像情報へと画像情報を分けることができる。２Ｄ画像処理回路３２２は、ディスプレイインターフェース回路３２４で受け取るため、第１の画像情報を処理することができる。３Ｄアーティファクト回路３２３は、２Ｄ画像を拡張するため、第２の画像情報を処理することができる。たとえば、３Ｄアーティファクト回路３２３は、解剖学的目標物３０２または目標区域３０３についての３Ｄキューを抽出するために、干渉パターンの偏差を基準パターンと比較して測定することを含む、第２の画像情報の干渉パターンを分析することができる。分析は、ディスプレイインターフェース回路３２４が、２Ｄ画像処理回路３２２から受け取った２Ｄ画像情報を３Ｄアーティファクト回路３２３によって提供された情報で拡張し、技法を導いて３Ｄキューを新しい２Ｄ画像中で際立たせることを可能にすることができる。ある種の例では、技法は、拡張した２Ｄ画像を実現するため、干渉パターンに基づいて２Ｄ画像の陰影付けを変えること、または追加することを含むことができる。拡張した２Ｄ画像は、医療用スコープ３０１の遠位端を解剖学的目標物に対して位置決めする際、ならびに、治療を効果的で効率的に使用するため治療機器を解剖学的目標物に対して位置決めする際に、医療用スコープ３０１のユーザを支援するため、撮像システムのモニタ３２５上に表示することができる。
図３および図４は、解剖学的目標物上に投影される光パターンを生成するため干渉を使用して図示する。パターンを生成する他の方法は、パターンフィルタが光をブロックして、解剖学的目標物上に光と影のパターンを投じることができるように、光パターンを投影するためパターンフィルタを使用するステップを含むことがやはり可能である。そのようなフィルタは、パターンフィルタを含むガラスの層を含むことができる。いくつかの例では、システムは、解剖学的目標物上にパターンを投影するため、パターンでレーザビームを向けること、スキャンすること、または連続的に動かすことができるスキャンレーザを含むことができる。
図５は、３Ｄキューを提供するため解剖学的目標物の２Ｄ画像を拡張する例示の方法を全体的に図示する。５０１において、指定された光の第１のパターンを解剖学的目標物上に投じることができる。光の第１のパターンは、指定された距離で指定された面上に投じられると、とりわけ、パターンの線間の距離に関係する指定された寸法、および、パターンの光の区域と影または暗い区域の指定された厚さを含む指定された特性を有することになる。５０３において、第２のパターンを光学センサが検出してキャプチャすることができる。第２のパターンは、解剖学的目標物の表面からの第１のパターンの反射の結果であってよい。５０５において、第２のパターンの特性は、第１のパターンの特性を参照して分析することができる。分析は、第１のパターンからの第２のパターンの特性偏差のデータ点を作成するステップと、解剖学的目標物の表面についての３Ｄキューを検出してキャプチャすることができるように、データ点から解剖学的目標物の深さおよび輪郭情報を導き出すステップとを含むことができる。そのような３Ｄキューは、撮像システムが導き出すことができ、たとえば、内視鏡または腹腔鏡のユーザに表示するため、解剖学的目標物の拡張した２Ｄ画像を提供するために使用することができる。
ある種の例では、医療用スコープを介してアクセス可能な解剖学的目標物についての追加の３Ｄキューを含む拡張した２Ｄ画像は、腹腔鏡または内視鏡手順が進むときに、解剖学的目標物および周りの区域の視覚化によりユーザをさらに支援することができる。ある種の例では、手順の期間に、解剖学的目標物の深さおよび輪郭を検出するために使用される照射パターンは、視覚化と干渉しないように、拡張した２Ｄ画像上で見ることができない。３Ｄキューはユーザが手順のうちの「見る」動きの数を減らすのを助けることができるので、拡張した視覚化によって、手順を短くするのを支援することができる。ある種の例では、解剖学的目標物の非拡張２Ｄ画像を使用するユーザと比較して、追加の３Ｄキューが、精神的疲労を減らすのを支援することができる。いくつかの例では、拡張した２Ｄ画像の３Ｄキューが、より効果的な治療を実現するのを支援することができる。たとえば、レーザ治療を介して腫瘍を処理するときに、腫瘍の解剖学的目標物表面からある距離で、腫瘍表面に対してある角度でレーザ治療を施すことによって、治療の深さを制御することができる。腫瘍表面の平面に対して垂直より小さい角度によって、典型的には、施される治療の深さが小さくなる結果となる。本主題にしたがって提供される拡張した２Ｄ画像は、腫瘍表面の輪郭および起伏の周りにキューを設けることができ、その結果、治療の角度は、治療のより正確な適用をもたらすことができる輪郭および起伏を考慮して調整することができる。
備考および例
第１の例、例１すなわち２次元ディスプレイ画像を拡張する画像拡張システムでは、画像拡張システムは、第１の照射源と、第１の照射源によって提供される光の第１のパターンを解剖学的目標物の表面に投影するように構成される第１の光学経路と、表面から反射される光を検出して画像信号を送信するように構成されるセンサであって、画像信号が表面から反射される光に基づく、センサと、画像信号を受け取って、表面から反射される光の第２のパターンを検出して、光の第２のパターンに基づいて解剖学的目標物の表面の輪郭情報を決定するように構成される撮像システムとを含むことができる。
例２において、例１の主題は、第１の照射源がコヒーレント光を生成するように構成されることを含む。
例３において、例１～２の主題は、第１の照射源が偏光を生成するように構成されることを含む。
例４において、例３の主題は、第１の光学経路が表面に向けて少なくとも２つの別個の光のビームを投影するように構成され、第１のパターンが表面において少なくとも２つの別個のビームの干渉パターンであることを含む。
例５において、例４の主題は、第１の照射光源が単一の光のビームを投影するように構成され、第１の光学経路が少なくとも２つの別個のビームを提供するためのビームスプリッタを含むことを含む。
例６において、例１～５の主題は、第１の光学経路が解剖学的目標物に内視鏡または腹腔鏡を通して延びるように構成されることを含む。
例７において、例１～６の主題は、撮像システムがディスプレイを含み、撮像システムがディスプレイを介して輪郭情報を視覚的に区別するように構成されることを含む。
例８において、例７の主題は、Ｄ表現が輪郭情報に基づいて調整された陰影を有する画像を含むことを含む。
例９において、例１～８の主題は、第２の光学経路を介した第２の光で解剖学的目標物を照射するように構成される第２の照射光源を含む。
例１０は、解剖学的目標物から３次元（３Ｄ）キューを検出する方法であって、方法は、解剖学的目標物上に光の第１のパターンを投影するステップであって、光の第１のパターンが、基準目標物上に適用することに応じて指定された特性を表示するように構成される、ステップと、光学センサにおいて、解剖学的目標物から方向変換された光の第２のパターンを検出するステップと、解剖学的目標物の輪郭情報を提供するために指定された特性で第２のパターンの特性を分析するステップとを含む。
例１１において、例１０の主題は、輪郭情報に基づいたＤキューを含む。
例１２において、例１１の主題は、Ｄ画像が第２のパターンを含まないことを含む。
例１３において、例１０～１２の主題は、第１のパターンを投影するステップが、２つの別個の偏光のビームで解剖学的目標物を照射することを含むことを含む。
例１４において、例１３の主題は、第１のパターンが、２つの偏光のビームのうちの第１のビームと２つの偏光のビームのうちの第２のビームとの干渉から形成されることを含む。
例１５において、例１４の主題は、偏光がコヒーレント光であることを含む。
例１６において、例１０～１５の主題は、第１のパターンを投影するステップが、第１のパターンを形成するためのレーザビームを生成するステップを含むことを含む。
例１７において、例１６の主題は、第１のパターンを投影するステップが、内視鏡または腹腔鏡のチャネル内に配置されるビームスプリッタを使用して、レーザビームを２つのレーザ光のビームへと分割するステップを含むことを含む。
例１８において、例１７の主題は、投影するステップが、内視鏡または腹腔鏡の遠位端において、２つの光学媒体の端部から解剖学的目標物に２つのビームを投影するステップを含むことを含む。
例１９において、例１０～１８の主題は、第２のパターンを検出するステップが、内視鏡または腹腔鏡の遠位端に位置決めされた光学センサで第２のパターンを検出するステップを含むことを含む。
例２０において、例１９の主題は、解剖学的目標物上に光の第１のパターンを投影するステップが、第１の照射源からの光の第１のパターンを解剖学的目標物上に投影するステップを含み、方法が、第２の照射源を使用して目標物を照射するステップを含み、第２の照射源が内視鏡または腹腔鏡システムの部分であることを含む。
例２１は、処理回路によって実行されると、処理回路に例１～２０のいずれかを実施する動作を行わせる命令を含む、少なくとも１つの機械可読媒体である。
例２２は、例１～２０のいずれかを実施するための手段を備える装置である。
例２３は、例１～２０のいずれかを実施するためのシステムである。
例２４は、例１～２０のいずれかを実施するための方法である。
上の詳細な記載は、詳細な記載の部分を形成する添付図面への参照を含む。図面は、説明するために、本発明を実施することができる具体的な実施形態を示す。これらの実施形態は、本明細書で「例」とも呼ばれる。そのような例は、示されるまたは記載されるものに加えて要素を含むことができる。しかし、本発明者は、示されるまたは記載されるそれらの要素だけが設けられる例も意図している。さらに、本発明者は、本明細書に示されるまたは記載される特定の例（またはそれらの１つもしくは複数の態様）に関して、または、他の例（またはそれらの１つもしくは複数の態様）に関して、示されるまたは記載されるそれらの要素（またはそれらの１つもしくは複数の態様）の任意の組合せもしくは順列を使用する例も意図している。
本文書と参照によって組み込まれる任意の文書との間で使用法の不一致がある場合、本文書中の使用法が優先する。
本文書中で、「ａ」または「ａｎ」という用語は、特許文書で一般的であるように、「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」という用語の任意の他の事例もしくは使用法とは独立して、１つもしくは１つより多いことを含むように使用される。本文書中で、「または」という用語は、非排他的論理和のことを呼ぶために使用され、そのため、「ＡまたはＢ」とは、別段の指定がない限り、「ＡだがＢでない」、「ＢだがＡでない」、および「ＡおよびＢ」を含む。本文書中で、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「そこで（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」というそれぞれの用語の、平易な英語の均等物として使用される。また、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、オープンエンドであって、すなわち、そのような用語の後にリスト化されるものに加えて要素を含むシステム、デバイス、物品、組成物、調合物、またはプロセスは、依然として、議論される主題の範囲内に入ると見なされる。さらに、請求項中に現れる場合があるなどの、「第１の」、「第２の」、および「第３の」などという用語は、単にラベルとして使用され、それらの対象物に数値的要件を課す意図はない。
上の記載は、説明すること、および限定しないことを意図している。たとえば、上述の例（またはそれらの１つもしくは複数の態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。上の記載を検討すれば、当業者などが他の実施形態を使用することができる。要約は、読者が本技術開示の性質を迅速に確認することが可能なように提供される。請求項の範囲または意味を解釈するまたは限定するために要約が使用されないということの理解の下で、要約が提出されている。また、上の、発明を実施するための形態において、様々な特徴を一緒にグループ化して、本開示を簡素化することができる。このことによって、特許請求しておらずに開示される特徴が任意の請求項に本質的であると意図するものと解釈するべきでない。むしろ、本発明の主題は、特定の開示される実施形態のすべてより少ない特徴にあってよい。以下の態様は、ここで例または実施形態として詳細な記載の中に組み込まれ、各態様は、単独で別個の実施形態として成立し、そのような実施形態は、様々な組合せまたは順列で互いに組み合わせることができることが意図される。
１００ システム
１０１ 医療用スコープ
１０２ 解剖学的目標物
１０３ 目標区域
１０４ 撮像システム、画像システム
１０５ パターン照射システム
１０６ カメラ
１０７ チャネル
１０８ 近位端
１０９ 遠位端
１１１ 第１のチャネル
１１３ 第２のチャネル
１１４ オプション光源
３００ システム
３０１ 医療用スコープ
３０２ 解剖学的目標物
３０３ 目標区域
３０４ 撮像システム、画像システム
３０５ パターン照射システム
３０６ 光学センサ
３０７ 第２のチャネル
３０８ 近位端
３０９ 遠位端
３１０ シャフト
３１１ 第１のチャネル
３１２ ビームスプリッタ
３２１ 入力処理回路
３２２ ２Ｄ画像処理回路
３２３ ３Ｄアーティファクト回路
３２４ ディスプレイインターフェース回路
３２５ ディスプレイ、モニタ
４００ システム
４０５ パターン照射システム

Claims (20)

  1. ２次元ディスプレイ画像を拡張する画像拡張システムであって、
    第１の照射源と、
    前記第１の照射源によって提供される光の第１のパターンを解剖学的目標物の表面に投影するように構成される第１の光学経路と、
    前記表面から反射される光を検出して画像信号を送信するように構成されるセンサであって、前記画像信号が前記表面から反射される前記光に基づく、センサと、
    前記画像信号を受け取って、前記表面から反射される光の第２のパターンを検出して、光の前記第２のパターンに基づいて前記解剖学的目標物の前記表面の輪郭情報を決定するように構成される撮像システムと、
    を備える、画像拡張システム。
  2. 前記第１の照射源がコヒーレント光を生成するように構成される、請求項１に記載の画像拡張システム。
  3. 前記第１の照射源が偏光を生成するように構成される、請求項１に記載の画像拡張システム。
  4. 前記第１の光学経路が前記表面に向けて少なくとも２つの別個の光のビームを投影するように構成され、
    前記第１のパターンが前記表面における前記少なくとも２つの別個のビームの干渉パターンである、請求項３に記載の画像拡張システム。
  5. 第１の照射光源が単一の光のビームを投影するように構成され、
    前記第１の光学経路が前記少なくとも２つの別個のビームを提供するためのビームスプリッタを含む、請求項４に記載の画像拡張システム。
  6. 前記第１の光学経路が前記解剖学的目標物に内視鏡または腹腔鏡を通して延びるように構成される、請求項１に記載の画像拡張システム。
  7. 前記撮像システムがディスプレイを含み、
    前記撮像システムが前記ディスプレイを介して前記輪郭情報を視覚的に区別するように構成される、請求項１に記載の画像拡張システム。
  8. 前記撮像システムが、前記ディスプレイ上に画像の拡張した２次元（２Ｄ）表現を投影するようにさらに構成され、前記拡張した２Ｄ表現が、前記輪郭情報に基づいて調整された陰影を有する前記画像を含む、請求項７に記載の画像拡張システム。
  9. 第２の光学経路を介した第２の光で前記解剖学的目標物を照射するように構成される第２の照射光源を含む、請求項１に記載の画像拡張システム。
  10. 解剖学的目標物から３次元（３Ｄ）キューを検出する方法であって、
    前記解剖学的目標物上に光の第１のパターンを投影するステップであって、光の前記第１のパターンが、基準目標物上に適用することに応じて指定された特性を表示するように構成される、ステップと、
    光学センサにおいて、前記解剖学的目標物から方向変換された光の第２のパターンを検出するステップと、
    前記解剖学的目標物の輪郭情報を提供するために前記指定された特性で前記第２のパターンの特性を分析するステップと、
    を含む、方法。
  11. 前記輪郭情報に基づいて３Ｄキューを使用することに基づいて、前記解剖学的目標物の拡張した２次元（２Ｄ）画像を表示するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記拡張した２Ｄ画像が前記第２のパターンを含まない、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記第１のパターンを投影するステップが、別個の２つの偏光のビームで前記解剖学的目標物を照射することを含む、請求項１０に記載の方法。
  14. 前記第１のパターンが、前記２つの偏光のビームのうちの第１のビームと、前記２つの偏光のビームのうちの第２のビームとの干渉から形成される、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記偏光がコヒーレント光である、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記第１のパターンを投影する前記ステップが、前記第１のパターンを形成するためのレーザビームを生成するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
  17. 前記第１のパターンを投影する前記ステップが、内視鏡または腹腔鏡のチャネル内に配置されるビームスプリッタを使用して、前記レーザビームを２つのレーザ光のビームへと分割するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記投影するステップが、前記内視鏡または腹腔鏡の遠位端において、２つの光学媒体の端部から前記解剖学的目標物に前記２つのビームを投影するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記第２のパターンを検出する前記ステップが、内視鏡または腹腔鏡の遠位端に位置決めされた光学センサで前記第２のパターンを検出するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
  20. 前記解剖学的目標物上に光の第１のパターンを投影する前記ステップが、第１の照射源からの光の第１のパターンを前記解剖学的目標物上に投影するステップを含み、
    前記方法が、第２の照射源を使用して前記解剖学的目標物を照射するステップを含み、
    前記第２の照射源が内視鏡または腹腔鏡システムの部分である、請求項１９に記載の方法。
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