JP4098535B2

JP4098535B2 - 医療用立体表示装置

Info

Publication number: JP4098535B2
Application number: JP2002054596A
Authority: JP
Inventors: 敬司塩田; 宏之黒田; 伸章安久井; 正宏工藤; 慎吾野上; 和夫萬壽; 竹千代中満; 和雄森田; 進高橋; 高宏小賀坂; 剛明中村
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP2003250812A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用立体表示装置、詳しくは、患部等の術部を立体撮影し、その撮影画像を術者が観察するモニタに表示する医療用立体表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、内視鏡の観察画像を立体表示できる内視鏡装置が普及している。この立体表示できる医療用立体表示装置は、従来、特開平７−１６２３８号公報、及び、ＵＳＰ４６５１２０１号に開示されているものが知られている。
【０００３】
前記特開平７−１６２３８号公報に記載のものは、内視鏡の立体表示装置を天井に取付けた保持装置によって三次元空間の所定の位置に保持するようにしたものであり、また、ＵＳＰ４６５１２０１号のものには、内視鏡の立体撮影像を術者の頭部に取付けたヘッドマウントディスプレイで観察するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記特開平７−１６２３８号公報に開示された技術は、術者が内視鏡画像の観察と内視鏡や処置具を患部等の術部に挿入する作業を交互に行う場合、その度に立体表示装置を移動する必要があり、頻繁に内視鏡の位置変更や処置具の交換を行うには、非常に煩わしいものであった。また、ＵＳＰ４６５１２０１号に示される技術では、術者が患部等の術部を直接観察したい場合に、ヘッドマウントディスプレイを退避位置に移動する必要があり、大変煩わしいだけではなく、その重さにより術者が疲労する問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記の問題点を解決し、術者が内視鏡の立体画像の観察と、患部等の術部の直接観察との切替えを容易に行える医療用立体表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の医療用立体表示装置は、被検体における所定の患部の立体撮影を行う撮像手段と、前記撮像手段で撮像した立体画像を、術者の左右の眼に各々分配して供給する立体表示手段と、前記立体表示手段が前記被検体の所定の手術部位に対する当該術者の視線上の所定の位置に配置するよう当該立体表示手段を保持する保持手段と、前記立体表示手段に対する術者の相対位置を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に応じて、前記保持手段により前記立体表示手段の位置が保持された状態において、前記立体表示手段上に前記撮像手段による被検体における所定の患部の立体撮影画像を表示する第１の表示状態と、前記被検体の所定の手術部位を前記術者が視認可能となる第２の表示状態とを切り換える表示制御手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明による第２の医療用立体表示装置は、被検体における所定の患部の立体撮影を行う撮像手段と、前記撮像手段で撮像した立体画像を、術者の左右の眼に各々分配して供給する立体表示手段と、前記立体表示手段が前記被検体に対する手術に係る所定の手術部位と当該術者の視線上の所定の位置に配置するよう当該立体表示手段を保持する保持手段と、前記立体表示手段に対する術者の相対位置を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に応じて、前記立体表示手段上に前記撮像手段による被検体における所定の患部の立体撮影画像を表示する第１の状態と、前記立体表示手段を前記被検体に対する手術を行っている術者の視野外に退避させる第２の状態とを切り換える立体表示手段制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示の例によって説明する。
図１から図４は、本発明の第１実施の形態を示したものであって、図１は、医療用立体表示装置の全体の構成を示したものである。
【０００８】
図１に示す医療用立体表示装置は、保持手段である支持アーム１と、立体表示手段であるモニタ２と、モニタ２の撮像手段である立体撮影用カメラヘッド３と、検出手段である位置検出用センサ２１と、制御手段である表示制御部４とで、その主要部が構成されている。
【０００９】
前記支持アーム１は、図示しない天井に固定されており、周知の機構で構成された、上下動機構５、回転機構６、及び、ボールジョイント機構７を有しており、その先端部にモニタ２を保持している。この支持アーム１によれば、上下動機構５により鉛直方向の移動が自在となり、回転機構６によって水平方向の移動が自在となるから、これらによりモニタ２を、三次元空間の任意の位置に配置させることができる。また、ボールジョイント機構７により、モニタ２の画面を任意の方向に向けることができる。
【００１０】
また、この支持アーム１の下方には、ベッド８が手術室の床に設置されており、その側面には、レール９が配置されている。このレール９には、硬性内視鏡１０を保持するためのスコープホルダ１１が取付けられ、スコープホルダ１１のアーム先端には、硬性内視鏡１０が保持されている。この硬性内視鏡１０は、患者Ｐの腹部に、図示しないシースを介して挿入されている。
【００１１】
前記立体撮影用カメラヘッド３は、前記硬性内視鏡１０の基端面に取付けられ、立体撮影用カメラヘッド３は、カメラコントロールユニット（以下、「ＣＣＵ」と略記）１２に接続されている。ＣＣＵ１２は、表示制御部４及びワークステーション１３に接続されている。
【００１２】
このうち、ワークステーション１３は、更に、前記表示制御部４及びモニタ１４に接続されている。また、ワークステーション１３は、ポインティングデバイス１５を備えており、モニタ１４をマーキングできるようになっている。前記表示制御部４は、更に、モニタ２に接続されている。
【００１３】
図２は、第１実施の形態におけるモニタ２の内部構造を示したものである。前記モニタ２は、その背面上部を、支持アーム１の先端部に固定されている。モニタ２の内部には、術者Ｔ側から見て、その上部後方にＬＣＤ１６が配設されており、このＬＣＤ１６の表示面と対向して、術者Ｔ側にミラー１７が配設されている。なお、ＬＣＤ１６は、表示制御部４の図示しない画像出力部に接続されている。
【００１４】
前記ＬＣＤ１６と前記ミラー１７の下方には、ミラー１７で反射されたＬＣＤ１６の画像を術者Ｔ側に向けて反射するハーフミラー１８が配設されており、このハーフミラー１８の後方に液晶シャッタ１９が、また、前方に液晶シャッタ２０がそれぞれ配設されている。即ち、これら２つの液晶シャッタ１９，２０の間に、前記ハーフミラー１８が傾斜して配設される。
【００１５】
そして、液晶シャッタ１９及び液晶シャッタ２０は、前記表示制御部４の図示しない液晶シャッタ制御回路に接続されている。
【００１６】
また、モニタ２には、その上部の術者Ｔ側に、前記位置検出用センサ２１が設けられている。この位置検出用センサ２１は、第１実施の形態においては、超音波発信部と超音波受信部を有する超音波センサで構成されており、所定の対象物までの距離を測定するようになっている。
【００１７】
一方、術者Ｔは、左右の眼に各々対向する垂直偏光板及び水平偏光板を有する立体観察眼鏡２２を装着してモニタ２を観察するようになっており、この立体観察眼鏡２２には、超音波反射部材２３が取付けられている。
【００１８】
このように構成された医療用立体表示装置の作用を、図１及び図２を用いて説明する。
図１に示すように、術者Ｔは、患者Ｐの腹部に、硬性内視鏡１０を挿入するためのシース、及び、鉗子Ａと鉗子Ｂを挿入するためのシースを挿通する。そして、ベッド８の側面に取付けたスコープホルダ１１に硬性内視鏡１０を取付け、この硬性内視鏡１０を前記シースに挿入し、鉗子Ａと鉗子Ｂを前記シースに挿入する。この時点では、モニタ２は、まだ、支持アーム１の上下動機構５及び回転機構６によって、術者Ｔの視野外に退避されている。
【００１９】
次いで、術者Ｔは、図示しない操作手段を操作し、支持アーム１の上下動機構５及び回転機構６を操作してモニタ２を観察しやすい位置に配置するとともに、ボールジョイント機構７によってモニタ２を観察しやすい向きに微調整する。
【００２０】
硬性内視鏡１０に取付けられた立体撮影用カメラヘッド３で撮影された内視鏡画像は、ＣＣＵ１２に送られる。ＣＣＵ１２では、内視鏡画像の左右画像を別々に規格化された映像信号に変換し、表示制御部４及びワークステーション１３へ出力する。ワークステーション１３及び表示制御部４には、左右各々の映像信号が出力される。
【００２１】
ワークステーション１３に出力された映像信号は、モニタ１４に表示される。また、表示制御部４に入力された映像信号は、左右各々の映像信号を倍速変換により時系列的に交互に表示される映像信号に変換される。この際、左右の映像信号の出力タイミングを制御する制御信号が、液晶シャッタ２０に入力される。
【００２２】
そして、この映像信号は、図２で示すように、表示制御部４からモニタ２に内蔵されたＬＣＤ1 6に入力されて表示される。ＬＣＤ1 6に表示された内視鏡画像は、ミラー１７及びハーフミラー１８で反射、拡大され、術者Ｔの観察眼へと出力される。
【００２３】
モニタ画面は、内視鏡画像の状態、又は、術部を見るシースルーの状態に制御される。また、この内視鏡画像は、液晶シャッタ２０を透過することにより、左眼用の映像信号が表示される時は、垂直偏光成分のみが透過され、右眼用の映像信号が表示される時は、水平偏光成分のみが透過される。
【００２４】
位置検出用センサ２１は、術者Ｔが装着した立体観察眼鏡２２に設けられた超音波反射部材２３からの反射信号を受信し、術者Ｔとモニタ２の距離を常に計測しており、この距離が所定の値を超えた場合には、それを信号として表示制御部４に送る。
【００２５】
図３は、術者Ｔとモニタ２との距離が所定の距離内にある場合に、内視鏡画像がモニタ２の全面に表示される様子を示したものである。即ち、術者Ｔとモニタ２との距離が所定の距離内にある場合は、液晶シャッタ１９が閉じた状態に制御される。そのため、モニタ２には、内視鏡画像のみが表示される。術者は、立体観察眼鏡２２を装着して観察することにより、内視鏡画像を立体観察することができる。
【００２６】
図４は、術者Ｔがモニタ２から遠のき、術者Ｔとモニタ２との距離が位置検出用センサ２１の検出範囲外になった場合に、モニタ２の大部分がシースルー状態になり、モニタ２の一部分が内視鏡画像を縮小表示する様子を示したものである。即ち、術者Ｔの位置が位置検出用センサ２１の検出範囲外になった場合は、モニタ２の液晶シャッタ２０が、図４に示すＸ部を除いて開いた状態に制御され、液晶シャッタ１９が、完全に開いた状態に制御される。このため、ＬＣＤ1 6が、図４に示すＸ部のみに、内視鏡画像を縮小して表示するように制御され、モニタ２の画面は、Ｘ部以外の領域がシースルーの状態になる。
【００２７】
従って、モニタ２は、患部等の術部をモニタ画面を透視して観察できるようになり、術者Ｔは、硬性内視鏡１０、鉗子Ａ、鉗子Ｂの挿入状態を、容易に把握することができる。また、画面左上角部のＸ部には、内視鏡画像が縮小されて、スーパーインポーズされるため、内視鏡画像の観察も引き続き可能となる。
【００２８】
また、ワークステーション１３に取付けられたポインティングデバイス１５を操作して、モニタ１４に表示された内視鏡画像にマーキングをした場合、ワークステーション１３は、マーキングされた内視鏡画像の部分を強調表示した画像を作成し、表示制御部４に出力する。
【００２９】
よって、図示しない切替えスイッチを操作することで、術者Ｔは、前記硬性内視鏡１０の立体画像と、強調表示した画像とを任意に選択して観察することが可能となる。なお、強調表示としては、マーキングされた個所以外の画像を薄く表示したり、マーキングされた個所の画像のみをエッジ強調したりすることで、その部分を強調表示する。
【００３０】
このように第１実施の形態の医療用立体表示装置によれば、術者Ｔとモニタ２の距離に応じて、モニタ２を内視鏡画像の画面と、Ｘ部を除くシースルー状態の画面とに切り換えることができ、煩わしい操作をせずに、内視鏡下の処置と鉗子Ａ，Ｂや硬性内視鏡１０の挿抜操作とを切り換えて行うことができるため、手術時間の短縮に非常に効果がある。
【００３１】
なお、前記第１実施の形態においては、術者Ｔの位置を検出するのに、位置検出用センサ２１として超音波センサ用いたが、これは周知の近接スイッチを用いてもよいことは言うまでもない。
【００３２】
次に、本発明の第２実施の形態を、図５から図９を用いて説明する。なお、この第２実施の形態における前記第１実施の形態と同様の構成部材には同じ符合を付し、その説明を省略する。
図５は、本発明の第２実施の形態である医療用立体表示装置を示したものである。この第２実施の形態が第１実施の形態と異なるのは、術者Ｔとモニタ２と立体撮影用カメラヘッド３の位置を検出するワークステーション２４が備えられている点と、これを操作するナビゲーション装置２５が備えられている点である。
【００３３】
術者Ｔ、モニタ２、立体撮影用カメラヘッド３の各々には、位置検出用センサ２６，２７，２８が取付けられている。即ち、位置検出用センサ２６は、スコープホルダ１１に取付けられた硬性内視鏡１０の基端面に設けられた立体撮影用カメラヘッド３に取付けられ、位置検出用センサ２７は、モニタ２に取付けられ、位置検出用センサ２８は、術者Ｔの装着する立体観察眼鏡２２に取付けられている。
【００３４】
前記ナビゲーション装置２５は、前記位置検出用センサ２６〜２８を検出できる所定の位置に配置されていて、ワークステーション２４に接続されている。ワークステーション２４は、支持アーム１の上下動機構５及び回転機構６の図示しない制御手段に接続されている。
【００３５】
このように構成された医療用立体表示装置の作用を説明すると、ナビゲーション装置２５は、位置検出用センサ２６〜２８により、硬性内視鏡１０、モニタ２、術者Ｔの位置関係を把握している。この位置情報は、ワークステーション２４に送られている。
【００３６】
ワークステーション２４は、硬性内視鏡１０と術者Ｔを結ぶ直線上にモニタ２が配置されているか否かを検出し、配置されていない場合は、支持アーム１の上下動機構５及び回転機構６を制御して、モニタ２を、硬性内視鏡１０と術者Ｔの間に移動をさせる。
【００３７】
図６は、第２実施の形態において、硬性内視鏡１０の移動とともに、モニタ２の移動が行われる様子を示している。術者Ｔがスコープホルダ１１を操作して、硬性内視鏡１０の位置を図６の実線で示す位置から破線に示す位置に移動させた場合、これに伴って、ワークステーション２４は、モニタ２を同様に移動させ、常にモニタ２が術者Ｔと硬性内視鏡１０の間に位置するように制御する。これによって、術者Ｔは常に硬性内視鏡１０の立体画像を最も観察しやすい方向から観察可能となる。
【００３８】
図７は、第２実施の形態において、術者Ｔの移動によって、モニタ２が自動的に移動される様子を示している。図８は、術者Ｔがモニタ２に対して所定の距離範囲内に位置している場合、内視鏡画像がモニタ２の全面に表示されている様子を示しており、図９は、術者Ｔがモニタ２に対して所定の距離範囲外に移動した場合、モニタ２が退避位置に移動して、患部等の術部を術者が直視可能になっている様子を示している。
【００３９】
ワークステーション２４は、モニタ２と術者Ｔの距離を検出し、この距離が所定範囲内であれば、モニタ２を図７に実線で示す観察位置に配置し、所定範囲外となった場合には、図７の破線で示す退避位置に配置する。これによって、術者Ｔは、楽な姿勢で内視鏡観察を行える上に、患部等の術部への内視鏡や処置具の挿抜操作を行う際には、モニタ２が自動的に退避位置に移動するため、容易に術部を直視しながら操作が行える。
【００４０】
このように第２実施の形態によれば、第１実施の形態の効果に加えて、内視鏡像の観察が楽な姿勢で行えるため、術者Ｔの負担が軽減される。
【００４１】
ところで、立体的に内視鏡画像を観察するに当たっては、従来、硬性内視鏡とモニタとは離間しており、モニタは内視鏡とは別の位置に支持され配設されていたので、内視鏡操作において、立体撮影方向とモニタの表示方向とのずれが生じ、立体観察に違和感があった。そこで、硬性内視鏡の接眼部に立体表示用のモニタを接続するようにすれば、この違和感は解消される。この接続手段は、次の図１０、図１１に示すように構成すればよい。また、第１実施の形態と同様の部分には、同じ符合を記し、説明を省略する。
【００４２】
図１０は、硬性内視鏡３１にモニタ３６を直接に接続した場合の内視鏡立体表示装置を示しており、図１１は、上記図１０において使用する硬性内視鏡３１及びモニタ３６の内部構造を示している。
【００４３】
図１１で示すように、硬性内視鏡３１は、先端部に対物レンズ３２が設けられており、硬性内視鏡３１の内部には、リレーレンズ３３が配置されている。従って、対物レンズ３２から入射した光束は、硬性内視鏡３１の基端部に配置された結像レンズ３４に伝達される。この結像レンズ３４の結像位置にＣＣＤ３５を配置する。
【００４４】
また、図１０で示すように、硬性内視鏡３１の基端面の接眼部には、モニタ３６を配置する。そして、図１１で示すように、前記ＣＣＤ３５を、画像処理部３７を介してモニタ３６に接続する。また、モニタ３６は、表示角度が可変となるようにボールジョイント機構３８を介して硬性内視鏡３１に接続されており、また、画像処理部３７は、映像出力コネクタ３９を有している。
【００４５】
このように構成すると、ＣＣＤ３４に結像された硬性内視鏡３１による画像は、画像処理部３７に送られ、規格化された映像信号に変換される。この映像信号はモニタ３６に伝達され、表示される。術者Ｔは、スコープホルダ１１に取付けられた硬性内視鏡３１を所定の位置に固定し、ボールジョイント機構３８を操作して見やすい方向にモニタ３６を向ける。
【００４６】
これにより、術者Ｔは、硬性内視鏡３１で撮影された画像を所定の方向から常に観察することが可能となる。また、硬性内視鏡３１に内蔵された画像処理部３７から規格化された映像信号が映像出力コネクタ３９から出力されるため、この映像出力コネクタ３９に外部のモニタ３６を接続すれば、この外部のモニタ３６で、術者Ｔ以外の人は、術者Ｔが観察している画像と同様の画像を観察可能となる。
【００４７】
このように、硬性内視鏡３１とモニタ３６とを一体的に構成すれば、硬性内視鏡３１の立体撮影方向とモニタ３６の表示方向とで、ずれが発生しないので、立体観察に違和感を覚えることがない。
【００４８】
『付記』
以上、詳述した本発明の実施の形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【００４９】
１．患部等の術部の立体撮影を行う立体撮影用カメラヘッドからなる撮像部と、この撮像部で撮像した立体画像を術者の左右の眼に各々分配して供給するモニタからなる立体表示部と、
この立体表示部を前記撮像部と前記術者との間の所定の位置に保持する支持アームからなる保持手段と、
術者の位置を検出する位置検出用センサからなる検出部と、
この検出部の検出結果に応じて、前記立体表示部の表示位置または表示状態を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする医療用立体表示装置。
【００５０】
２．付記１において、
前記検出部は、術者の術部または撮像部に対する位置を検出することを特徴とする。
【００５１】
３．付記１において、
前記検出部は、術者が操作する術具の状態を検出することを特徴とする。
４．付記１において、
前記制御部は、前記立体表示部を術者の視野外に退避させる退避手段を有していることを特徴とする。
【００５２】
５．付記１において、
前記制御部は、前記立体表示部をシースルー状態にする表示制御手段を有していることを特徴とする。
【００５３】
６．付記１において、
前記制御部は、前記立体表示部を、前記撮像部と術者との間に位置させる駆動手段を有していることを特徴とする。
【００５４】
７．付記１において、
前記撮像部は、内視鏡に、一体又は分離自在に設けられていることを特徴とする。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、術者が内視鏡の立体画像の観察と、患部等の術部の直接観察との切替えを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態を示す医療用立体表示装置の斜視図、
【図２】第１実施の形態におけるモニタの拡大断面図、
【図３】内視鏡画像がモニタの全面に表示されている状態を示すモニタの正面図、
【図４】モニタがシースルー状態になっている場合におけるモニタの正面図、
【図５】本発明の第２実施の形態を示す医療用立体表示装置の斜視図、
【図６】第２実施の形態の医療用立体表示装置において、内視鏡の移動によって、モニタが移動される様子を示す要部平面図、
【図７】第２実施の形態の医療用立体表示装置において、術者の移動によって、モニタが移動される様子を示した要部側面図、
【図８】第２実施の形態の医療用立体表示装置において、内視鏡画像がモニタ全面に表示されている場合のモニタの正面図、
【図９】第２実施の形態の医療用立体表示装置において、モニタの退避により、患部等の術部が直視可能な状態となった場合のモニタ及び術部の正面図、
【図１０】硬性内視鏡にモニタを直接接続した場合の内視鏡立体表示装置の斜視図、
【図１１】上記図１０の硬性内視鏡及びモニタの内部構造を示す概略断面図。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・・支持アーム（保持手段）
２・・・・・・・・・・・・モニタ（立体表示手段）
３・・・・・・・・・・・・立体撮影用カメラヘッド（撮像手段）
４・・・・・・・・・・・・表示制御部（制御手段）
２１，２６，２７，２８・・位置検出用センサ（検出手段）
Ｔ・・・・・・・・・・・・術者

Claims

被検体における所定の患部の立体撮影を行う撮像手段と、
前記撮像手段で撮像した立体画像を、術者の左右の眼に各々分配して供給する立体表示手段と、
前記立体表示手段が前記被検体の所定の手術部位に対する当該術者の視線上の所定の位置に配置するよう当該立体表示手段を保持する保持手段と、
前記立体表示手段に対する術者の相対位置を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じて、前記保持手段により前記立体表示手段の位置が保持された状態において、前記立体表示手段上に前記撮像手段による被検体における所定の患部の立体撮影画像を表示する第１の表示状態と、前記被検体の所定の手術部位を前記術者が視認可能となる第２の表示状態とを切り換える表示制御手段と、
を備えたことを特徴とする医療用立体表示装置。
前記第１の表示状態と前記第２の表示状態と切り換える液晶シャッタをさらに備え、
前記表示制御手段は、前記液晶シャッタを制御することにより前記第１の表示状態と前記第２の表示状態と切り換えることを特徴とする請求項１に記載の医療用立体表示装置。
前記表示制御手段は、前記立体表示手段を前記第２の表示状態に設定した際、前記被検体の所定の手術部位が視認可能となっている表示視野内の一部に、前記撮像手段による被検体における所定の患部の立体撮影画像を縮小して表示するよう制御することを特徴とする請求項１または２に記載の医療用立体表示装置。
被検体における所定の患部の立体撮影を行う撮像手段と、
前記撮像手段で撮像した立体画像を、術者の左右の眼に各々分配して供給する立体表示手段と、
前記立体表示手段が前記被検体に対する手術に係る所定の手術部位と当該術者の視線上の所定の位置に配置するよう当該立体表示手段を保持する保持手段と、
前記立体表示手段に対する術者の相対位置を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じて、前記立体表示手段上に前記撮像手段による被検体における所定の患部の立体撮影画像を表示する第１の状態と、前記立体表示手段を前記被検体に対する手術を行っている術者の視野外に退避させる第２の状態とを切り換える立体表示手段制御手段と、
を備えたことを特徴とする医療用立体表示装置。