JP4436495B2 - 手術用観察システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば脳神経外科等の顕微鏡下での手術に適した手術用観察システムに関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
例えば脳神経外科などにおける手術用顕微鏡による手術の際に、より正確な手術をするために、内視鏡はもとより、超音波診断装置等の可視光以外の診断技術を使って、術部の裏側や内側の手術用顕微鏡では見ることができない部位の組織をリアルタイムに観察／診断しながら処置を進めることが望まれてきている。
【０００３】
特開昭６２−１６６３１０号公報、特開平３−１０５３０５号公報、および、特開平７−２６１０９４号公報等は、手術用顕微鏡の死角となる部位を内視鏡等で観察し、この観察部の光学像を手術用顕微鏡の視野内に投影する手術用観察システムを開示する。
しかし、これらの従来の手術用観察システムでは、内視鏡等による観察像が単に顕微鏡視野内に投影されるのみであるから、術者は実際に顕微鏡の視野を通じて観察している内視鏡像がどの部分の観察像であるかを判断することは困難であった。また、この技術を超音波診断装置等の可視光を使用しない診断装置等に応用した場合には、患者のどの部分を実際に診断しているかを術者が観察視野内の画像だけから把握するのはほとんど不可能であった。術者の経験に頼って、診断像と実際の観察像の特徴的な部分を頭の中で重ね合わせて判断する以外には、このような画像から診断部位を把握することはできなかった。
【０００４】
また、特開平９−５６６６９号公報は、このような内視鏡等による画像を顕微鏡視野内に表示する場合に、術者が観察している主観察像を表示する部分以外の位置に、子画面として内視鏡等による画像を表示することにより、操作性を向上した手術用顕微鏡システムを開示する。
しかし、この場合には、術者は内視鏡や超音波観測装置を併用した場合にどこを観察しているかを把握するための手段が設けられていない。そのため、内視鏡や超音波プローブを不必要に前後左右に振って顕微鏡像と対比しながら特徴部分の重ね合わせを術者の頭の中で行い、判断するしか観察部位を把握することができなかった。
【０００５】
更に、特開平６−２０９９５３号公報には、手術用顕微鏡の視野内に超音波プローブ等の第２観察手段を導く方法が開示されている。
しかし、この従来技術では第２観察手段の観察像を顕微鏡視野内に効果的に表示する方法は設けられておらず、このため、術者は顕微鏡光学像と第２観察手段の像を頭の中で相関させて判断するしかなかった。
【０００６】
更に、特願平１１−１３２６８８号では、顕微鏡視野内に内視鏡の観察視野方向を矢印等で表示する手術用顕微鏡システムを提案しているが、このように、単に観察方向を示すだけでは、顕微鏡光学像と内視鏡画像とを相関付けるには不十分である。すなわち、内視鏡画像の顕微鏡光学像に対する像の回転や倍率の違い等により、相関付けを行うのは、術者が頭の中で判断するしかなかった。また、補助観察手段として超音波観測装置を使用した場合、観察方向は一定でなく例えば３６０°の円周となるため、この表示で観察像と実際の術部の位置合わせを行うことは困難であった。
【０００７】
また、特開平６−２０５７９３号公報の表示システムでは、術前診断画像を術部像にハーフミラーで重ね合わせて表示しているが、これでは術部像の全体に術前診断画像が重畳されてしまうため、顕微鏡の視野が見にくくなり、実際の手術操作に支障を来してしまう。従ってこのシステムではあくまでも術前の開頭位置を決め得るのみであり、手術中に更にその奥の組織情報をリアルタイムに正確に術部と相関付けて把握する事はできない。
【０００８】
本発明は上述のような事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、第１観察手段の視野内に、リアルタイムの第２観察手段の観察像を第１観察手段の観察像と相関付けて効果的に表示することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の手術用観察システムは、術部の観察を行う第１観察手段と、前記術部内に挿入して該術部内に設置可能で前記術部における一部の観察部位に向けて超音波を射出するとともに前記観察部位から反射した超音波を受信する超音波プローブを有し、前記超音波プローブで受信した信号により前記観察部位における組織内部の構造を画像化した超音波画像を前記第１観察手段の観察視野内で観察可能な第２観察手段と、前記第１観察手段の観察位置及び方向と前記第２観察手段の観察位置及び方向との前記術部に対するそれぞれの相対位置を検出する検出手段と、前記超音波プローブが前記術部内で動くとき、前記検出手段による検出結果をもとに、前記第１観察手段の観察視野内における、前記第２観察手段による観察部位に対応した表示領域部位に、前記第２観察手段による観察像を前記第１観察手段の観察視野内に表示する表示手段と、を有することを特徴とした手術用観察システムである。
【００１０】
請求項２に記載の手術用観察システムは、更に、前記第２観察手段が観察する観察部位についての術前診断画像を、前記第２観察手段が観察する観察部位の観察像とは別に、前記第１観察手段の視野内の領域に表示する表示手段を有することを特徴とした請求項１に記載の手術用観察システムである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を詳細に説明する。
図１は本実施形態による手術用観察システムにおける第１観察手段である手術用顕微鏡の全体構成を示す。図２は、本実施形態におけるブロック図を示し、図３は、手術用顕微鏡の鏡体部を詳細に示す。更に、図４および図５はそれぞれ第１液晶シャッタおよび第２液晶シャッタの動作を示し、図６は術者が観察する像を示す。また、図７はモニタ４０及びモニタ１４の表示画像の例を示す。
【００１３】
先ず、この第１実施形態による手術用観察システムの構成について説明する。
本実施形態による手術用観察システムの手術用顕微鏡は、床面を移動自在なベース２１ａと、このベース２１ａ上に立設された支柱２１ｂとを有する架台２１をを備え、この支柱２１ｂの上端部には、図示しない照明用の光源を内蔵した第１アーム２２の一端が軸線Ｏａを中心に回動自在に取り付けられている。
【００１４】
この第１アーム２２の他端すなわち支柱２１ｂから離隔した端部には、第２アーム２３の一端が軸線Ｏｂを中心として回動自在に取り付けられている。この第２アーム２３は、リンク機構とバランス調整用のガススプリングとでパンタグラフ状のアームとして形成してあり、第１アーム２２から離隔した他端を上下方向に移動操作することができる。この第２アームの他端には、軸線Ｏｃを中心に回動自在に、第３アーム２４が取り付けられ、更に、この第３アーム２４には、軸線Ｏｄを中心とした鏡体１の術者の観察方向に対する前後方向の俯仰と、軸線Ｏｅを中心とした術者の左右方向の俯仰とを可能とする俯仰アーム２５が設けられている。この俯仰アーム２５の先端部に、鏡体１と観察部２とハンドル２６とが設けられる。
【００１５】
更に、鏡体１の３次元空間内における位置調整を自在に行うことができるようにするために、これらの軸線Ｏａ〜Ｏｅを中心として回動するそれぞれの回動部には図示しない電磁ブレーキが設けられ、ハンドル２６に設けられた図示しないスイッチにより、これらの回動部をロック／フリーとする操作を行うことができるように形成してある。これらの電磁ブレーキの電源部は、支柱２１ｂに内蔵させることが好ましい。
【００１６】
図２に示すように、鏡体１は、術部Ａの上方に位置しており、鏡体１の所定の面には光学式位置検出用の指標３が取り付けられている。この指標３には、詳細には説明しない時分割発光式の複数個の赤外線ＬＥＤが取り付けられている。
【００１７】
鏡体１の内部には、術者の左右の目に各々光束を供給する２つの観察光学系を設けてあるが、説明を簡略化するために、片側の観察光学系についてのみ説明する。
図３に示すように、この観察光学系１０は、術部Ａ側から、順に配置された対物レンズ４と、第１結像レンズ６と、レンズ７と、第２結像レンズ８と、接眼レンズ９とで構成されている。また、この観察光学系１０のレンズ７と第２結像レンズ８の間にはハーフミラー１１が挿入されている。ハーフミラー１１は、観察光学系１０の光軸と垂直な方向からの光束を、接眼レンズ９の方向に反射させる向きに取り付けられている。この観察光学系１０の光軸と垂直な光軸上に順に配置されたレンズ１２と、第３結像レンズ１３と、モニター１４とが投影光学系１５を構成している。
【００１８】
更に、観察光学系１０の第１結像レンズ６の結像点には、第１液晶シャッター１６が設けられ、投影光学系１５の第３結像レンズ１３の結像点には、第２液晶シャッター１７が設けられている。
【００１９】
図２を参照して説明したように、鏡体１には光学式位置検出用の指標３が取り付けられており、この指標３が撮影できる手術室の所要位置に、光学式位置検出部材３０（以下、デジタイザ３０と称する）が設けられる。
【００２０】
このデジタイザ３０は、詳述しない複数の赤外線カメラを有しており、これらの赤外線カメラは所定の間隔で取り付けられている。このデジタイザ３０は、位置検出装置３１に接続されている。この位置検出装置３１は演算部３２に接続されており、この演算部３２には、ミキサー３３及び液晶ドライバ３４が接続されている。また、演算部３２には、入力手段３５とフットスイッチ３６とが接続されている。このフットスイッチ３６には、図示しない画像オン／オフスイッチが設けられている。
【００２１】
図３に示すように、液晶ドライバ３４は、鏡体１に内蔵された第１液晶シャッター１６と第２液晶シャッター１７とに接続されている。ミキサー３３は、鏡体１に内蔵されたモニター１４に接続されている。
【００２２】
図２の符号３７は、術部Ａに挿入された超音波プローブを示す。この超音波プローブ３７には、鏡体１に取り付けられているものと同様な指標３８が取り付けられている。この指標３８にも、時分割発光式の複数個の赤外線ＬＥＤ（詳述しない）が取り付けられているが、しかし、これらの指標３８に取り付けられた複数個の赤外線ＬＥＤの時分割の発光パターンは鏡体１の指標３に取り付けられたものと異なっており、位置検出装置３１は各々の位置を分けて検出することができる。
【００２３】
この超音波プローブ３７は、超音波観測装置３９に接続されている。超音波観測装置３９の図示しない映像出力は、モニター４０及びミキサー３３に接続されている。
【００２４】
次に、図１から図７を参照して、この第１実施形態による手術用観察システムの作用について説明する。
第１アーム２２に内蔵された図示しない光源装置から射出された光束は、図示しない光ファイバーおよび図示しない照明光学系を介して、患者の術部Ａに照射される。術部Ａで反射された光束は、図３に示すように、鏡体１の対物レンズ４から入射し、第１結像レンズ６と、第１液晶シャッター１６と、レンズ７と、ハーフミラー１１と、第２結像レンズ８とを介して結像され、接眼レンズ９により、術者によって拡大観察される。このとき、第１液晶シャッター１６の状態は図４の（Ａ）に示すように全面が透過状態となっている。このときの術者が観察中の像を図６の（Ａ）に示す。この作用については後述する。
【００２５】
一方、術部Ａに挿入される超音波プローブ３７は、このプローブ先端の図示しない回転部より超音波を射出する公知の超音波プローブで形成することができる。そして、術部から反射した超音波は、図示しないセンサーで受信され、その信号が超音波観測装置３９へ送られる。この超音波観測装置３９は、超音波プローブ３９から送られてきた信号を解析し、図示しない回転部の回転角度による超音波の減衰／位相等から組織内部の構造を画像処理された映像信号として作成し、モニター４０へ出力し、表示させる。このときのモニター４０へ映し出される像を図７の（Ａ）に示す。このモニター４０へ出力されるのと同じ映像信号は、ミキサー３３へも出力されている。
【００２６】
また、鏡体１に取り付けられた指標３は、前述の図示しない複数の赤外ＬＥＤを所定のパターンで時分割式に発光させている。同様に、超音波プローブ３８に取り付けられた指標３８も、前述の図示しない複数の赤外線ＬＥＤを指標３とは異なるパターンで時分割式に発光させている。
【００２７】
これらの指標３，３８の発光状態は、デジタイザ３０の図示しない複数の赤外線カメラによって撮影される。デジタイザ３０で撮影された情報は、位置検出装置３１で解析され、鏡体１及び超音波プローブ３８の３次元空間における位置及び姿勢が検出される。この光学式位置検出方式は公知となっている適宜の技術を用いることができる。
【００２８】
また、術部Ａの位置も３次元空間で位置決めされているため、位置検出装置３１は、術部Ａと、鏡体１（手術用顕微鏡の観察位置）と、超音波プローブ３８（超音波での観察平面）とのそれぞれの相対位置を検出することとなる。
【００２９】
図２に示すように、位置検出装置３１で検出された位置検出情報は、演算部３２へ送られる。
このとき、フットスイッチ３６の図示しない画像オン／オフスイッチが、オフの状態であるとすると、演算部３２は、ミキサー３３と液晶ドライバ３４とに画像オフの信号を出力する。ミキサー３３は演算部３２から画像オフの信号を受け取ると、画像出力を行わない。従って、ミキサー３３に接続されたモニター１４は画像が映らない状態である。また、液晶ドライバ３４は演算部３２から画像オフの信号を受け取ると、第１液晶シャッター１６と第２液晶シャッター１７とに所定の出力を行う。この出力を受け、第１液晶シャッター１６は、図４の（Ａ）に示すように全面透過の状態となる。また、第２液晶シャッター１７は、図５の（Ａ）に示す完全遮光の状態となる。従って、術者にはモニター１４の映像は届かず、術者は術部Ａの光学像のみを観察することになる。この観察状態を図６の（Ａ）に示す。
【００３０】
次に術者が、フットスイッチ３６に設けられた画像オン／オフスイッチをオンの状態にすると、この信号は演算部３２に送られる。この状態で演算部３２は、位置検出装置３１からの検出情報をもとに手術用顕微鏡の観察視野内における超音波プローブ３８の先端位置を演算する。また、この先端位置に対応するモニター１４と、第１液晶シャッター１６及び第２液晶シャッター１７の部分との位置を演算する。
【００３１】
次に演算部３２は入力手段３５からの信号を算出して顕微鏡視野内における画像の大きさを決定する。術者は入力手段３５を操作して任意の大きさに画像を変更することができる。
【００３２】
前記演算結果と入力手段３５からの信号をもとに演算部３２は、ミキサー３５にコントロール信号を出力する。すなわちミキサー３５は、超音波観測装置３９の出力画像をモニター１４の超音波プローブ３８の先端位置に対応する位置を中心とする画像に変換し、かつ入力手段３５で設定された大きさに縮小した画像信号を生成する。この画像信号を、図７の（Ｂ）に示す。
【００３３】
次に演算部３２は液晶ドライバ３４にコントロール信号を出力する。すなわち液晶ドライバ３４は、第１液晶シャッター１６及び第２液晶シャッター１７上に、前記ミキサー３５が生成した縮小画像の範囲に対応する位置／大きさの遮光部４１（第１液晶シャッター１６）及び透過部４２（第２液晶シャッター１７）を生成する。この状態を図４の（Ｂ）（第１液晶シャッター１６）及び図５の（Ｂ）（第２液晶シャッター１７）にそれぞれ示す。
【００３４】
これによって、対物レンズ４から入射した光学観察像は第１液晶シャッター１６によって遮光部４１の部分だけが遮光され、モニター１４の縮小された画像部分のみが第２液晶シャッター１７の透過部４２を通してハーフミラー１１側に透過する。
【００３５】
すなわち、顕微鏡観察像のうち超音波プローブ３７の先端を中心とする所定の範囲にモニター１４の超音波画像が重ね合わされて術者は観察することになる。術者が超音波プローブ３７を顕微鏡視野内で移動すると、それに合わせて超音波画像も視野内を移動する。この観察状態を図６の（Ｂ）に示す。
【００３６】
術者が再度フットスイッチ３６の図示しない画像オン／オフスイッチを操作すると、超音波画像は瞬時に消えて、図６の（Ａ）に示す観察状態に戻る。
【００３７】
したがって、この第１実施形態による手術用観察システムによれば次のような効果が得られる。
【００３８】
この第１実施形態では、術者は光学観察像と超音波診断像を同時に重ね合わせて観察することが可能であり、かつ光学観察像の一部への重ね合わせであるため、診断画像と術部との相関がとりやすいばかりでなく、処置への移行がスムーズに行える。また、画像が超音波プローブに追従するので、術者が観察したい部分を即座に観察することができ、結果として、手術時間の短縮、術者の疲労軽減に効果がある。
【００３９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を図８から図１０を参照して説明する。図中、第１実施形態と同様の部分は、同様な符号を付けてその説明を省略する。
図８は本実施形態におけるブロック図を示し、図９は手術用顕微鏡の鏡体部を詳細に示し、図１０は術者が観察する像の状態を示す。
【００４０】
先ず、この第２実施形態による手術用観察システムの構成について説明する。
この第２実施形態では、図９に示すように、鏡体１の対物レンズ４と第１結像レンズ６の間に変倍光学系５０が挿入されている。この変倍光学系５０の図示しないレンズ駆動部には、図示しないセンサーが設けられており、このセンサーは倍率検出手段５６に接続されている。この倍率検出手段５６は、図８に示すように、演算部５５に接続されている。
【００４１】
この演算部５５に接続されるフットスイッチ５７の図示しない切り換えスイッチは、位置検出装置５４に接続されている。デジタイザ３０の出力が位置検出装置５４に接続されているのは、上述の第１実施形態の場合と同様である。位置検出装置５４は、図示しない画像生成部を有しており、この画像出力は、図９に示すように、鏡体１に内蔵されたモニター５３へ接続されている。このモニター５３の射出側には、第４結像レンズ５２とミラー５１とが順に配置されている。第４結像レンズ５２の結像位置は、ミラー５１の反射面と略一致しており、かつ、その結像位置は第２結像レンズ８の結像面と略一致している。したがって、術者は接眼レンズ９を介して、第２結像レンズ６で結像された顕微鏡光学像と、第４結像レンズ５２で結像されたモニター５３の像とを同時に観察することが可能である。
【００４２】
次に、この第２実施形態における手術用観察システムの作用について説明する。
位置検出装置５４は、第１実施形態の場合と同様に、顕微鏡観察点および超音波プローブ３７の先端の術部Ａに対する相対位置を検出する。また、位置検出装置５４は、術前診断画像（例えばＸ線ＣＴ装置のスライス画像等であり、通常は所定方向からのスライス像及びこのスライス像を３次元構築したＣＧ像を使用することができる）を図示しない記憶部に保存している。術者が、顕微鏡視野内で超音波像を観察したい場合、フットスイッチ５７に設けられた図示しない画像オン／オフスイッチをオンの状態にする。この時、変倍光学系５０に設けられた図示しないセンサーの信号は倍率検出手段５６に送られ、倍率検出手段５６は顕微鏡の観察倍率を算出して演算部５５に出力する。
【００４３】
演算部５５は、倍率検出手段５６からのデータに基づいて、顕微鏡視野内に投影する超音波画像の表示サイズを設定する。この時に術者が観察する像の状態を図１０の（Ａ）に示す。
【００４４】
また、術者はこの状態で、フットスイッチ５７に設けられた図示しない切り換えスイッチを操作すると、位置検出装置５４は超音波プローブ３７の先端部が位置する部分の術前診断像のスライス画像を図示しない記憶部から読み出し、超音波プローブ３７の位置する部分にマーカーを重畳してモニター５３に出力する。この時、ミラー５１は図示しない待避位置から図９に示す観察位置へ移動し、術者はモニター５３の画像をミラー５１を介して顕微鏡観察像と同時に観察することができる。
【００４５】
術者が図示しない切り換えスイッチを一回押した状態では、図１０の（Ｂ）に示すように術前診断画像のスライス像が表示される。この状態では、術者は術前診断像のスライス像（超音波プローブ位置表示付き）と実際の術部及び超音波診断像を相関付けて観察することができる。
【００４６】
術者がもう一度図示しない切り換えスイッチを押すと、位置検出装置５４は、図示しない記憶部から術部の３次元構築像を読み出し、かつ実際の超音波プローブ３７の術部Ａへの挿入方向と一致させるべく前記３次元構築像の回転処理（画像処理）を行い、超音波プローブ３７の位置する部分及び方向にマーカーを重畳してモニター５３へ出力する。この時に術者が観察する像を、図１０の（Ｃ）に示す。この状態では、術者は術前診断像の３次元再構築像（超音波プローブ位置／方向表示付き）と実際の術部及び超音波診断像を相関付けて観察することができる。
【００４７】
術者が更にもう一度図示しない切り換えスイッチを押すと、ミラー５１は前記図示しない待避位置へ移動し、術者は図１０の（Ａ）に示す像を観察することになる。
【００４８】
この第２実施形態による手術用観察システムによれば、次のような効果を奏することができる。
この第２実施形態では、第１実施形態に示した効果に加え、超音波像の表示サイズを手術用顕微鏡の観察倍率に応じて自動的に設定するため、術者がいちいち設定を行う手間が省け、これにより、手術の効率アップに繋がる。また、術者は光学観察像／超音波診断像に加えて術前診断画像を同時に観察することが可能であり、超音波観察位置の患者全体における概略位置が容易に確認できるだけでなく、開頭後における頭蓋内圧変化や組織の圧排による変形に基づく実際の術部と術前診断画像とのズレを容易に認識することができるため、正確な手術が可能となり、手術成績向上に繋がる。
【００４９】
なお、この第２実施形態においては、超音波診断画像を略円形形状でモニター１４に表示したが、下記の様な変形も考えられる。
すなわち、上記実施形態と同様のラジアルスキャンタイプ（プローブの周囲を円形にスキャンする方法）の超音波プローブを使用する場合、図１１の（Ａ）に示す様に、ミキサー３３にて超音波プローブ３７の中心部を中抜きして表示しても良い。中抜きする範囲は、超音波プローブ先端から術部の最もプローブに近い組織内壁までの半径とする。この範囲の決定は、超音波像の画像解析を行うことで可能である。また、光学式位置検出装置によって決定することも可能である。この時の実際の術者の観察画像を図１１の（Ｂ）に示す。
【００５０】
これによれば、超音波プローブから術部の組織内壁までの診断対像物がない範囲は顕微鏡光学像が表示され、かつ診断部位が確実に表示されるため診断は上記第２実施形態と同様に行えるうえ、超音波プローブ先端を常に光学観察像上で確認できるため、超音波プローブの移動操作を術者は超音波像の表示を消すことなく行うことができ、手術の効率が向上する。
【００５１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を図１２から図１５を参照して詳細に説明する。第１実施形態及び第２実施形態と同様の部分は、同じ記号を付けて説明を省略する。
図１２は本実施形態における全体のブロック図を示し、図１３は本実施形態における第２観察手段である硬性鏡の観察像を示し、図１４は本実施形態における第１液晶シャッター及び第２液晶シャッターの動作を示し、図１５は本実施形態における術者の観察像を示す。
【００５２】
先ず、この第３実施形態による手術用観察システムの構成を説明する。
符号１は、第１実施形態と同様の手術用顕微鏡の鏡体を示す。鏡体１には第１実施形態と同様に指標３が取り付けられている。鏡体１の図示しない変倍光学系には第２実施形態と同様に図示しないセンサーが設けられており、該図示しないセンサーは倍率検出手段５６に接続されている。また、鏡体１には第１／第２実施形態と同様に図示しない第１液晶シャッターと第２液晶シャッターが設けられており、各々は液晶ドライバー３４に接続されている。また、鏡体１には第１実施形態と同様の図示しないモニターが設けられており、この図示しないモニターはミキサー３３に接続されている。すなわち、本実施形態における鏡体１内部の光学系は、第１実施形態とほぼ同様である。
【００５３】
符号９０は、本実施形態の第２観察手段である９０°斜視の硬性鏡を示す。硬性鏡９０には、ライトガイド９１の一端が接続されており、ライトガイド９１の他端は光源９２に接続されている。硬性鏡９０には、硬性鏡の観察像を撮像するためのカメラヘッド９３が装着されている。カメラヘッド９３は、カメラコントロールユニット９４（以下では、単にＣＣＵ９４と称する）に接続されている。ＣＣＵ９４の図示しない第１映像出力部はモニター９５に接続されている。ＣＣＵ９４の図示しない第２映像出力はミキサー３３に接続されている。また、カメラヘッド９３の所定の位置には位置検出用の指標９６が取り付けられている。
【００５４】
鏡体１に取り付けられた指標３、及び、カメラヘッド９３に取り付けられた指標９６の両方が撮像できる位置にデジタイザ３０が設置されている。デジタイザ３０は位置検出装置３１に接続されている。位置検出装置３１は、演算部９７に接続されている。また、演算部９７には、倍率検出手段５６及びフットスイッチ８１が接続されている。
更に、演算部９７には、ミキサー３３及び液晶ドライバー３４に接続されている。
【００５５】
この第３実施形態の作用は以下の通りである。
術者は、第１実施形態と同様に鏡体１を用いて術部Ａの立体光学拡大観察をおこなう。また術者は、前記鏡体１による光学観察で外角になる部分を硬性鏡９０を用いて観察を行う。すなわち光源９２から発せられた観察用の光束はライトガイド９１へ入射される。ライトガイド９１は入射した光束を他端に接続された硬性鏡９０へ伝達する。この光束は、硬性鏡９０に内蔵された図示しない照明光学系を通して術部Ａに照射される。術部Ａで反射した光束は硬性鏡９０の図示しない対物レンズから入射し、硬性鏡９０の後端に接続されたカメラヘッド９３の図示しない撮像素子上に結像する。カメラヘッド９３は、図示しない撮像素子上に結像した光束を電気信号に変換し、ＣＣＵ９４に出力する。ＣＣＵ９４は、前記電気信号を規格化された映像信号に変換し、図示しない第１映像出力部及び第２映像出力部から出力する。
【００５６】
従ってＣＣＵ９４の前記図示しない第１映像出力部に接続されたモニター９５には硬性鏡９０にて撮影された像が、図１３に示す様に表示される。また、これと同じ映像信号は、ＣＣＵ９４の図示しない第２映像出力部からミキサー３３へ同様に出力されている。
【００５７】
ところで、デジタイザ３０の図示しない赤外線カメラは、鏡体１に取り付けられた指標３、及び、硬性鏡９０のカメラヘッド９３に取り付けられた指標９６の図示しない赤外線ＬＥＤを撮影している。デジタイザ３０で撮影された情報は第１実施形態と同様に位置検出装置３１で解析され、鏡体１及び硬性鏡９０の３次元空間上の位置及び姿勢が検出される。また、術部Ａの位置も３次元空間上で位置決めされているから、位置検出装置３１は、術部Ａと、鏡体１の観察位置及び観察方向と、硬性鏡９０の観察位置及び観察方向とのそれぞれの相対位置が検出されたことになる。
【００５８】
位置検出装置３１で検出された位置検出情報は、演算部９７に送られる。
このときの術者が観察する映像を図１５の（Ａ）に示す。術者は手術用顕微鏡の鏡体１による光学像のみを観察している。このとき、鏡体１に内蔵されている図示しない第１液晶シャッターは全透過状態であり、図示しない第２液晶シャッターは全遮光状態である。このとき硬性鏡９０による画像は、モニター９５に表示されている。
【００５９】
ここで術者が硬性鏡９０による画像を顕微鏡の視野内で観察する場合、術者はフットスイッチ８１の図示しない画像オン／オフスイッチをスイッチオンする。この信号は演算部９７に送信される。演算部９７は、フットスイッチ８１からの画像オン信号を受けると、まず顕微鏡視野内の所定の位置（本実施形態では顕微鏡視野の左上方）へ画像を表示するベく演算を行い、液晶ドライバー３４及びミキサー３３に指示信号を出力する。すなわち、液晶ドライバー３４には、第１液晶シャッターが図１４の（Ａ）に示す状態へ、第２液晶シャッターが図１４の（Ｂ）に示す状態へ、各々制御するように信号を出力する。また、ミキサー３３へは、ＣＣＵ９４からの映像信号を倍率検出手段５６からの信号を基に演算された適当な倍率へ縮小し前記第２液晶シャッターの遮光部に相当する部分へ画像を移動して鏡体１内の図示しないモニターへ表示（図１４の（Ｃ））するために、信号を出力する。この際に、術者が観察する像の状態を図１５の（Ｂ）に示す。この状態で、術者は硬性鏡９０の先端と術部を見比べながら、硬性鏡９０の大まかな位置決めをおこなう。
【００６０】
次に術者が顕微鏡観察視野と硬性鏡９０の観察視野を相関付けて表示させる場合、フットスイッチ８１の図示しない画像移動スイッチをオンにする。この信号は演算部９７に入力される。演算部９７は、この信号を受け取ると、前記位置検出装置３１からの位置情報と倍率検出手段５６からの鏡体１の倍率情報をもとに顕微鏡観察視野内における硬性鏡９０の画像を表示する位置を演算する。すなわち、顕微鏡鏡体１の位置及び倍率から顕微鏡視野の観察範囲を算出し、硬性鏡９０の位置上方から顕微鏡視野内における硬性鏡９０の先端位置及び観察方向を算出する。この算出結果に基づき、演算部９７は、液晶ドライバー３４及びミキサー３３に、硬性鏡９０の先端位置を直径の一点とし、硬性鏡９０の観察方向側にその中心をもつ円形の範囲に硬性鏡９０の画像を表示するべく、指示信号を出力する。つまり、第１液晶シャッターを図１４の（Ｄ）に示すように設定し、第２液晶シャッターを図１４の（Ｅ）に示すように設定し、鏡体１に内蔵された図示しないモニターは図１４の（Ｆ）に示すように表示を行う。これによって術者は、顕微鏡視野内で図１５の（Ｂ）に示すような視野を得ることができる。
【００６１】
また、硬性鏡９０は９０°斜視であるため、例えば硬性鏡９０をその軸方向に９０°回転させた場合、観察方向が変化することになる。この場合も硬性鏡９０の画像は、硬性鏡先端を直径の一点とし、観察方向側にその中心をもつ円形の範囲に表示されるので、図１５の（Ｄ）に示すような視野を得ることとなる。
【００６２】
この第３実施形態によれば、硬性鏡や前方スキャンタイプの超音波観測装置など、第２観察手段がプローブ先端から所定の方向を観察している場合に特に有効でありプローブの観察方向に観察像が表示されるため、第２観察手段の観察方向及び位置が容易に把握できるだけでなく、実際の術部の光学像と第２観察手段による画像が位置的に相関がとられて表示されるので、素早く正確に術部の状況を把握することができる。
【００６３】
なお、第２実施形態から第３実施形態においては、第２観察手段が第１観察手段である手術用顕微鏡よりも小範囲を観察する手段として記載したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、Ｘ線ＣＴ装置等によって術部を含む広範囲の画像を得た場合には、該画像と実際の術部、及び顕微鏡鏡体位置の位置関係が把握できれば、前記画像の一部分を切り取って顕微鏡視野内に同様に投影してもよい。各実施形態中では画像を各プローブの先端に追従させて表示したが、前記Ｘ線ＣＴ画像のように広範囲の画像である場合は、顕微鏡視野内にカーソルを表示し、これを術者がフットスイッチなどで移動させることで、このカーソルに切り出した画像を追従させてもよい。これによって術者は、参照したい部分のＸ線ＣＴ像のみを術部と相関付けて観察することができ、本発明の効果を達成することができる。
【００６４】
また、第１実施形態から第３実施形態では第１観察手段として手術用顕微鏡を使用し、第２観察手段の像は顕微鏡光学像に重畳したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、第１観察手段の表示画像はＴＶモニターであっても全く同等の効果が得られることは明白である。
【００６５】
なお、前述した説明によれば、少なくとも以下に付記として列記する特徴事項が得られる。
【００６６】
＜付記＞
１． 手術部位の観察を行う第１観察手段と、該第１観察手段と観察方向又は観察方法の少なくとも一方が異なる第２観察手段と、を有する手術用観察システムにおいて、前記第１観察手段の観察位置及び方向と前記第２観察手段の観察位置及び方向の手術部位に対する相対位置を検出する検出手段と、該検出結果をもとに前記第２観察手段の観察像を、前記第１観察手段の観察像の所定の部分に、視覚的に相関付けて表示する表示手段と、を有する手術用観察システム。
【００６７】
（第１項の作用）
この手術用観察システムは、第１観察手段の観察像の一部に、第２観察手段の画像を相関付けて表示するものであり、第２観察手段の観察位置と、第１観察手段の観察位置を光学式位置検出装置等で術部を基準に位置検出をおこない、第１観察手段の観察像の所定の位置に第２観察手段の対応する部分の観察像を切り出し、画像サイズの調整等を行って表示する。
【００６８】
２． 手術部位の観察を行う第１観察手段と、該第１観察手段と観察方向又は観察方法の少なくとも一方が異なる第２観察手段と、を有する手術用観察システムにおいて、前記第２観察手段の観察位置の術前診断画像に対する相対位置を検出する検出手段と、該検出結果に基づいて前記第２観察手段の観察位置に一致する術前診断画像と、第２観察手段の観察像を、第１観察手段の視野内に同時に表示する表示手段と、を有する手術用観察システム。
【００６９】
（第２項の作用）
第１観察手段の観察像の一部に、第２観察手段の画像を相関付けて表示するものであり、第２観察手段の観察位置を光学式位置検出装置等で術部を基準に位置検出をおこない、第１観察手段の観察像の視野内に第２観察手段の観察像を表示するとともに、該第２観察手段の観察位置が術前診断画像の対応する部分を同時に第１観察手段の観察視野内に表示する。
【００７０】
３． 手術部位の観察を行う第１観察手段と、該第１観察手段と観察方向又は観察方法の少なくとも一方が異なる第２観察手段と、を有する手術用観察システムにおいて、前記第１観察手段の観察位置及び方向と前記第２観察手段の観察位置及び方向の手術部位に対する相対位置を検出する検出手段と、前記第１観察手段の観察視野内において任意の位置を指示する指示体と、該指示体に追従し、所定の範囲における前記第２観察手段の観察像を第１観察手段の観察視野内に重畳して表示する表示手段と、を有する手術用観察システム。
【００７１】
（第３項の作用）
第１観察手段の観察像の一部に、第２観察手段の画像を相関付けて表示するものであり、術者は指示体を操作して第１観察手段の観察視野内で任意の位置を設定し、第２観察手段の観察像は、前記指示体の所定の範囲に切り出し、画像サイズ等の調整を行って表示される。
【００７２】
４． 前記指示体は、前記第２観察手段の所定部位である上記３項に記載の手術用観察システム。
【００７３】
５． 前記第２観察手段は、内視鏡又は硬性鏡である上記１から４項のいずれか１に記載の手術用観察システム。
【００７４】
６． 前記第２観察手段は、超音波診断装置である上記１から４項のいずれか１に記載のに記載の手術用観察システム。
【００７５】
７． 前記超音波診断装置の重畳する画像を、第１観察手段に投影される超音波観測装置のプローブ先端部分に追従して表示する表示手段を設けた上記６項に記載の手術用観察システム。
【００７６】
８． 前記重畳する画像は、プローブ先端の所定の範囲を中抜きして表示する表示手段を設けた上記７項に記載の手術用観察システム。
【００７７】
９． 前記重畳する第２観察手段の画像サイズを設定する設定手段を設けた上記１〜３項のいずれか１に記載の手術用観察システム。
【００７８】
１０． 前記設定手段は、第１観察手段の少なくとも観察倍率に応じて画像サイズを設定する手段である上記９項に記載の手術用観察システム。
【００７９】
１１． 前記指示体は、前記第１観察手段の視野内に設けられたカーソルである上記３項に記載の手術用観察システム。
【００８０】
１２． 前記第１観察手段は、手術用顕微鏡である上記１〜１１項のいずれか１に記載の手術用観察システム。
【００８１】
【発明の効果】
以上明らかなように、本発明によれば、術部の観察を行う第１観察手段の観察視野内に、第２観察手段の観察像の少なくとも一部が、前記第１観察手段の観察視野と位置／サイズ等が相関付けられて表示されるので、第１観察手段では観察できない死角部分や組織内部の状態を容易かつ確実に認識することができ、手術の確実性及び効率が大幅に向上する。
【００８２】
また、第２観察手段の観察像は、第１観察手段の観察像の一部に重畳されるため、周辺の術部と第２観察手段の観察像の相関が容易にとることができ、スムーズに処置を行うことが可能となり、手術の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態による手術用観察システムの第１観察手段である手術用顕微鏡の全体構成を示す図。
【図２】第１実施形態における手術用観察システムのブロック図。
【図３】手術用顕微鏡の鏡体部の詳細な説明図。
【図４】第１液晶シャッターの動作を示し、（Ａ）は全面が透過状態に配置された状態の図、（Ｂ）は遮光部を一部に配置した状態の図。
【図５】第２液晶シャッターの動作を示し、（Ａ）は全面が遮光状態に配置された状態の図、（Ｂ）は透過部を位置部に配置した状態の図。
【図６】術者が観察する像を示し、（Ａ）は第１液晶シャッターの全面が透過状態となったときの光学像のみの図、（Ｂ）は超音波プローブによる画像を顕微鏡視野内に表示した状態の図。
【図７】各モニターの表示画像の例を示し、（Ａ）はモニターに表示された超音波プローブによる画像を示す図、（Ｂ）は超音波プローブによる画像を所定の大きさに縮小した状態の図。
【図８】第２実施形態における手術用観察システムのブロック図。
【図９】手術用顕微鏡の鏡体部の詳細図。
【図１０】術者が観察する顕微鏡視野内の像の種々の状態を示し、（Ａ）は超音波プローブによる超音波画像を表示した図、（Ｂ）は術前診断画像を表示した図、（Ｃ）は術前診断像と超音波診断像とを実際の術部に相関付けした図。
【図１１】第２実施形態における観察像を示し、（Ａ）はミキサーにて超音波プローブの中心部を中抜きして示す図、（Ｂ）は実際の術者の観察画像。
【図１２】第３実施形態における手術用観察システムの全体のブロック図。
【図１３】第３実施形態における第２観察手段である硬性鏡の観察像をモニターに表示した状態の図。
【図１４】第３実施形態における第１液晶シャッター及び第２液晶シャッターの動作を示し、（Ａ）および（Ｂ）は遮光部と透過部との関係を示す図、（Ｃ）はモニター上に表示された状態を示す図、（Ｄ）から（Ｆ）は遮光部と透過部との位置を移動した状態の（Ａ）から（Ｃ）と同様な図。
【図１５】第３実施形態における術者の観察像を示し、硬性鏡による画像と顕微鏡による光学像との種々の位置関係を（Ａ）から（Ｄ）で示す図。
【符号の説明】
１…鏡体、２…観察部、３，３８，９６…指標、４，６，８，９，１３，５２…レンズ、１０…観察光学系、１１…ハーフミラー、１４，４０，５３，９５…モニター、１６，１７…液晶シャッター、２１…架台、２２，２３，２４，２５…アーム、２６…ハンドル、３０…デジタイザ、３１，５４…位置検出装置、３２，５５，９７…演算部、３３…ミキサー、３４…液晶ドライバ、３６，５７，８１…フットスイッチ、３７…超音波プローブ、３９…超音波観測装置、４１…遮光部、４２…透過部、５０…変倍光学系、５１…ミラー、５６…倍率検出手段、９０…硬性鏡、９１…ライトガイド、９２…光源、９４…ＣＣＵ。

Claims (2)

1. 術部の観察を行う第１観察手段と、
   前記術部内に挿入して該術部内に設置可能で前記術部における一部の観察部位に向けて超音波を射出するとともに前記観察部位から反射した超音波を受信する超音波プローブを有し、前記超音波プローブで受信した信号により前記観察部位における組織内部の構造を画像化した超音波画像を前記第１観察手段の観察視野内で観察可能な第２観察手段と、
   前記第１観察手段の観察位置及び方向と前記第２観察手段の観察位置及び方向との前記術部に対するそれぞれの相対位置を検出する検出手段と、
   前記超音波プローブが前記術部内で動くとき、前記検出手段による検出結果をもとに、前記第１観察手段の観察視野内における、前記第２観察手段による観察部位に対応した表示領域部位に前記第２観察手段による観察像を前記第１観察手段の観察視野内に表示する表示手段と、
   を有することを特徴とした手術用観察システム。
2. 更に、前記第２観察手段が観察する観察部位についての術前診断画像を、前記第２観察手段が観察する観察部位の観察像とは別に、前記第１観察手段の視野内の領域に表示する表示手段を有することを特徴とした請求項１に記載の手術用観察システム。

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