JP4472080B2 - Microscopic surgery support system - Google Patents

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JP4472080B2 JP2000000356A JP2000000356A JP4472080B2 JP 4472080 B2 JP4472080 B2 JP 4472080B2 JP 2000000356 A JP2000000356 A JP 2000000356A JP 2000000356 A JP2000000356 A JP 2000000356A JP 4472080 B2 JP4472080 B2 JP 4472080B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は,顕微鏡及び術部に挿入される手術器具の3次元位置を検出し、術部の解剖学的断層像上に表示する顕微鏡下手術支援システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、脳外科等の顕微鏡下手術の際に使用されるナビゲーションシステムとしては特開平5−305073号公報で示されるシステムが知られている。一般には手術用顕微鏡本体や内視鏡、吸引管等の手術器具上に設けられたLED等の信号部材を、術室に設置したデジタイザと呼ばれる大型のCCDカメラ等の受信装置で認識することで、それぞれの3次元位置を演算し、事前に撮影したCT等の画像上に表示することで手術を支援する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一般に顕微鏡下手術は狭い空間内での処置であり、その術部を中心に執刀医の他、助手や看護婦が周りを囲んでいる。そのため、内視鏡や処置具に設けたLEDが術者によって隠れてしまい、術部から離れた位置に置かれたデジタイザで認識することができなくなる場合がある。また、認識性を高めるためデジタイザをベッドサイドに近づけた場合、デジタイザ自体が大型であるため術者の邪魔になってしまうこともある。
【0004】
また、このような顕微鏡支援システムの場合、あらかじめ内視鏡等の手術器具の先端位置、挿入部太さ、視野方向等の情報をワークステーション上に登録する、いわゆるキャリブレーションという作業が必要である。そして術中に手術器具を変更した場合、キャリブレーションをやり直すか、もしくは手動スイッチで事前に登録しておいたキャリブレーション情報を読み出し、設定する必要があり、手技が煩雑になるという問題があった。
【0005】
この発明は,前記事情に着目してなされたもので,その目的とするところは、術者の邪魔にならず、尚且つ確実に内視鏡や処置具等の手術器具の位置を認識可能できる顕微鏡下手術支援システムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、顕微鏡及び術部に挿入される手術器具の3次元位置を検出し、術部の解剖学的断層像上に表示するようにした顕微鏡下手術支援システムにおいて、術部に対する顕微鏡の3次元位置を検出する第1の検出手段と、前記手術器具の、前記顕微鏡に対する3次元位置を検出する第2の検出手段と、前記第1、第2の検出手段の検出結果に基づき、前記手術器具の術部に対する3次元位置を演算する演算部と、からなり、前記第2の検出手段は、前記顕微鏡の対物開口部付近に設けた信号部材と、前記手術器具に設けられ、前記信号部材を検出する受信部材と、からなり、前記受信部材で前記信号部材を検出することで前記顕微鏡に対する前記手術器具の3次元位置を算出することを特徴とする。
【0007】
前記構成によれば,前記受信部材が前記信号部材からの信号を検知し、手術器具に対する顕微鏡の3次元位置を演算することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下,この発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0009】
図1及び図2は第1の実施形態を示し,図1は顕微鏡下手術支援システムの全体概略図、図2は鏡体部分を拡大した側面図である。手術用顕微鏡1は、架台3が床面を移動自在なベース4と、このベース4上に支柱5が立設され、その支柱5の上端部には、図示しない照明用光源が内蔵された第1アーム6の一端が軸O1を中心に回動自在に取付けられている。
【0010】
前記第1アーム6の他端部には、軸O2を中心に回動自在に第2アーム7の一端が取付けられている。この第2アーム7は上下移動操作を行うべく、リンク機構とバランス調整用のスプリング部材からなるパンタグラフアームであり、その他端部には、軸O3を中心に回動自在に第3アーム8が取付けられている。第3アーム8は、軸O4を中心とした鏡体2の術者の観察方向に対する前後方向の俯仰、軸O5を中心とした術者の左右方向の俯仰を可能としたアームである。第3アーム8の他端部には鏡体2が設けられている。
【0011】
さらに,前記鏡体2が空間的に自在に位置調整を行い、位置固定を行うために、これらの回転軸O1〜O5における回転部には図示しない電磁ブレーキが各々設けられている。前記電磁ブレーキは支柱5に内蔵された図示しない電磁ブレーキ電源回路と接続され、前記電磁ブレーキ電源回路は、図2に示すように、鏡体2に一体に固定されたグリップ9に設けられたスイッチ10と接続されている。
【0012】
鏡体2には対物レンズ11を有しており、この対物レンズ11は図示しないモータと位置センサに連結され、かつ光軸方向に移動可能に構成され、前記位置センサによりレンズ位置が検出できるように構成されている。
【0013】
12は後述するデジタイザが鏡体2の3次元座標を検出するための信号板である。信号板12には信号部材として2個以上のLED13aが一体に固定されている。また前記対物レンズ11の周囲には同様に信号部材としてのLED13bが2個以上設けられている。LED13a,13bはそれぞれLED制御装置14に接続されている。LED制御装置14は計測装置15と接続されている。
【0014】
16はLED13aの3次元座標における位置を検出するためのデジタイザ(光学式位置検出装置)である。デジタイザ16は受信部材として2台のCCDカメラ17a,17bと、前記CCDカメラ17a,17bの位置を固定させているカメラ支持部材18とスタンド19により構成され、手術室のベッドから離れた位置に設置されている。前記CCDカメラ17a,17bは各々計測装置15と接続され、計測装置15はA/D変換機20を介してワークステーション21と接続されている。
【0015】
内視鏡や超音波吸引プローブ等の手術器具22の、前記顕微鏡1の対物レンズ11に対向する位置の外表面には、受信部材として2台のCCDカメラ17c,17dが設けられている。前記CCDカメラ17c,17dは各々計測装置15と接続され、計測装置15はA/D変換機20を介してワークステーション21と接続されている。
【0016】
ワークステーション21には処理した情報を表示するモニター23が接続されている。治療対象となる患者24の術部周囲にはマーク部材25a,25b,25cが固定されている。
【0017】
次に,顕微鏡下手術支援システムの作用について説明する。
【0018】
手術前にあらかじめ撮影したCT、MRI装置等の断層画像を3次元画像データに再構築し、ワークステーション21に記録する。手術を始めるにあたってワークステーション21内の断層画像データと術部の座標の相関をとるべくマーク部材25a,25b,25cを用いてキャリブレーションを行う。
【0019】
術者はグリップ9を握り、スイッチ10を押すことにより軸O1〜O5に内蔵された電磁ブレーキによるロックを解除し、鏡体2を移動して術部の観察部位に焦点位置を位置決めする。
【0020】
デジタイザ16は、鏡体2に設けた信号板12上の複数のLED13aを検出し、これに基づいてデジタイザ16から発せられる信号は計測装置15及びA/D変換機20で処理され、さらにワークステーション21により生体座標系における鏡体2の位置及び姿勢が算出される。
【0021】
また位置センサにより対物レンズ11の位置情報がワークステーション21に伝送される。ワークステーション21では対物レンズ11の位置情報から鏡体2に対する焦点の相対位置が算出される。
【0022】
手術器具22に設けた2台のCCDカメラ17c,17dは、常に術部に向いている鏡体2の対物レンズ11周囲に設けられたLED13bを検出し、これに基づいてCCDカメラ17c,17dから発せられる信号は計測装置15及びA/D変換機20で処理され、ワークステーション21により手術器具22と鏡体2の相対位置及び姿勢が算出される。さらに、この情報は、ワークステーション21上で先の生体座標系における鏡体2の位置及び姿勢情報と統合され、生体座標系における手術器具22の位置及び姿勢が算出される。
【0023】
以上により得られた生体座標系における鏡体2の位置、姿勢、焦点、及び手術器具22の位置、姿勢情報は、ワークステーション21によりモニター23上に前記生体内3次元画像データに重ねて表示される。
【0024】
なお、第1の実施形態におけるデジタイザ16の代わりに、第2の実施形態として,前記手術用顕微鏡1に回転軸O1〜O5に各々図示しないエンコーダを設け、各エンコーダからの出力は前記A/D変換機20を経由してワークステーション21へ送られるようにしてもよい。
【0025】
このように構成すれば,手術用顕微鏡1の各回転軸O1〜O5に設けた各エンコーダからの出力を元に、鏡体2の位置、姿勢がワークステーションにて算出される。従って,大型のデジタイザを術室内に設置する必要が無いため、術者や助手が安全かつ自由に移動可能となる。
【0026】
図3は第3の実施形態を示し,手術器具22として,例えば硬性鏡を示す。この手術器具22の基端側には受信アダプター30が設けられている。受信アダプター30は把持部31とカメラ支持部32とから構成されている。把持部31はその一部に長手方向の開口部33を有する弾性樹脂材等から成る円筒形状を有している。この開口部33は手術器具22の基端側の径より狭く、また把持部31の内径は手術器具22の基端側の径とほぼ同等に形成されている。
【0027】
カメラ支持部32には、長手方向に離れた位置にCCDカメラ34a,34bが設けられている。カメラ支持部32の基端側にはケーブル37が設けられている。CCDカメラ34a,34bの信号は前記ケーブル37を介して計測装置15に通じている。
【0028】
本実施形態によれば,術者は術前に、使用する内視鏡や超音波プローブ等の手術器具22に受信アダプター30を開口部33を押し付ける。開口部33は弾性部材であるため、必要な幅に広がって装着される。術後は、受信アダプター30を装着時と反対方向に引張ることで手術器具22から取り外すことができる。
【0029】
従って,使用する手術器具22に自由に受信アダプター30を着脱することが可能であるため、顕微鏡下手術専用の手術器具22を用意する必要が無く、従来の器具を流用できるため経済的である。
【0030】
前記第1〜第3の実施形態によれば,顕微鏡上の信号部材と手術器具上の受信部材との間を術者や助手等が邪魔してしまうことが無く、確実に両者の信号−受信関係が成立する。従って、顕微鏡、手術器具の3次元データが常に安定した状態で得られるため、また、第1の検出手段も顕微鏡のみを認識すればよいため、術部から離れた位置に設置すればよく、術者や助手の動きを損なうことも無く術者も安心して手技に専念できるという効果がある。
【0031】
図4及び図5は第4の実施形態を示し,第1の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。内視鏡や超音波吸引プローブ等の手術器具22の基端側には信号アダプター35が着脱自在に固定されている。信号アダプター35には少なくとも2個のLED36が設けられている。LED36はケーブル37を介してLED制御装置14を経由して計測装置15と接続されている。
【0032】
鏡体2の内部は図5に示すように,鏡体2には変倍光学系40と一対の結像レンズ41a,41bの間に90度横に光束の一部を偏光すべく配置したハーフミラー42が備えられている。さらに偏光された光束を再度上方に反射させるミラー43が設けられている。44a,44bは前記偏光された光束を結像するための一対の結像レンズである。変倍光学系40には図示しない倍率検出手段が連結され、更にワークステーション21へと接続され、倍率情報をモニター23上に表示可能となっている。結像レンズ41a,41bは接眼レンズ45a,45bの焦点位置に光束を結像する位置に設けられている。
【0033】
鏡体2の所定の位置にはカメラボックス46が取り付けられており、CCDカメラ47a,47bが内蔵されている。CCDカメラ47a,47bは各々結像レンズ44a,44bによる結像面に配置されるようにカメラボックス46の所定の位置に固定されている。
【0034】
前記CCDカメラ47a,47bは各々図示しないCCU(カメラコントロールユニット)を経由して計測装置15、更にワークステーション21へと接続されている。
【0035】
図6は第5の実施形態を示し,手術器具として内視鏡48を示す。内視鏡48は挿入部49、把持部50、接眼部51から構成されている。接眼部51には図示しない既知のCCDカメラが接続可能な形状を有している。把持部50は前記信号アダプター35が着脱可能な円筒形状を有し、図示しない既知のライトガイドケーブルが着脱可能な口金部52が径方向に設けられている。
【0036】
挿入部49は円筒形状であり、その先端側外周面には内視鏡48の機能を示すバーコード53が設けられている。ここで言う内視鏡48の機能とは、画角、視野方向、挿入部49の外径、軸方向長さ等である。前記バーコード53は挿入部49の円周方向の一部に限らず、全周に設けてあってもよい。
【0037】
前記バーコード53は、挿入部49の先端側に限らず、基端側もしくは把持部50の外表面上に設けてもよい。また複数箇所に設けてもよい。ワークステーション21には処理した情報を表示するモニター23が接続されている。また,治療対象となる患者24の術部周囲にはマーク部材25a,25b,25cが固定されている。
【0038】
なお、内視鏡48の位置、傾きは信号アダプター35に設けられたLED36をデジタイザ16が検出することで鏡体2と同様、可能となる。
【0039】
術部からの光束は対物レンズ11から鏡体2へ入射し、変倍光学系40を透過しハーフミラー42により透過して直進する光束と、前記ハーフミラー42で反射して90度偏光された光束に分配される。直進した光束は結像レンズ41a,41bにより結像し接眼レンズ45a,45bを透過して観察される。一方、ハーフミラー42で反射した光束はミラー43で上方に反射し、一対の結像レンズ44a,44bで結像し、CCDカメラ47a,47bに各々投影される。これにより撮影された画像はモニター23上に映し出されるとともに計測装置15を経由しワークステーション21に出力される。
【0040】
バーコード53が顕微鏡下にあり, CCDカメラ47a,47bに映し出されている場合において、計測装置15及びワークステーション21はバーコード53の情報を認識し,それに伴い表示内容設定を切り替え,画像情報(画角、視野方向、挿入部49の外径、軸方向長さ等)としてモニター23上に、既に記録されている断層画像等と共に重ね合せ、表示する。
【0041】
術中、術者が視野方向や挿入部外径の異なる内視鏡に交換した場合、前述と同様に、交換した内視鏡に設けてあるバーコード53に従った情報に設定が切り替わり、モニター23上に表示される。
【0042】
なお,バーコード53が円周全周にある場合は、内視鏡48が長手軸を中心にどのような位置に回転していても認識が可能である。
【0043】
図7は第6の実施形態を示し,計測装置15及びワークステーション21は画像上の文字を認識するプログラムを有する。内視鏡48は外表面上の少なくとも1ヶ所に型番号54が表示されている。
【0044】
そして,術者は,あらかじめ術中に使用するであろう内視鏡の型番号および機能(画角、視野方向、挿入部49の外径、軸方向長さ等)をワークステーション上に登録しておく。
【0045】
内視鏡48の外表面に設けられた型番号54が顕微鏡観察下にあり、CCDカメラ47a,47bに映し出されている場合において、計測装置15及びワークステーション21は型番号54を認識し、あらかじめ登録しておいた型番号に伴う情報(画角、視野方向、挿入部49の外径、軸方向長さ等)を読み出し、モニター23上に、既に記録されている断層画像等と共に重ね合せ、表示する。
【0046】
従って,医療器具は外表面に型番が設けてあればそれを利用することができるため、専用のものを新たに用意する必要が無く、経済的である。
【0047】
図8は第7の実施形態を示し,内視鏡48の外表面には機種毎に反射率や間隔が異なるマーカー部55が設けられている。
【0048】
そして,術者は、あらかじめ術中使用するであろう内視鏡のマーカー部55をデジタイザ16で認識させ、同時に機能(画角、視野方向、挿入部49の外径、軸方向長さ等)をワークステーション上に登録し、マーカー部との相関を取る。
【0049】
術中、内視鏡を交換した場合、内視鏡48の外表面上のマーカー部55をデジタイザ16が認識すると、計測装置15及びワークステーション21はあらかじめ登録しておいた機能情報を読み出し、モニター23上に、既に記録されている断層画像等と共に重ね合せ、表示する。
【0050】
従って,手術器具の種別/機能認識をデジタイザが行うため、顕微鏡にCCDカメラを設ける必要が無く、システムが簡便になる。また,術者が術中に手術器具を交換しても、自動的にその器具に伴う設定に切り替わり、術者の手を煩わすことが無く、安心して術式に集中できる。
【0051】
前記各実施の形態によれば,次のような構成が得られる。
【0052】
(付記1)顕微鏡及び術部に挿入される手術器具の3次元位置を検出し、術部の解剖学的断層像上に表示する顕微鏡下手術支援システムにおいて、術部に対する顕微鏡の3次元位置を検出する第1の検出手段と、前記手術器具の前記顕微鏡に対する3次元位置を検出する第2の検出手段と、前記第1、第2の検出手段の検出結果に基づき、前記手術器具の術部に対する3次元位置を演算する演算部とからなり,前記第2の検出手段は、顕微鏡の対物開口部近傍に設けた信号部材と、手術器具に設けた受信部材からなることを特徴とする顕微鏡下手術支援システム。
【0053】
(付記2)前記受信部材は、手術器具に着脱自在であることを特徴とする付記1記載の顕微鏡下手術支援システム。
【0054】
(付記3)前記受信部材はCCDであることを特徴とする付記1または2記載の顕微鏡下手術支援システム。
【0055】
(付記4)顕微鏡及び術部に挿入される手術器具の3次元位置を検出し、術部の解剖学的断層像上に表示する顕微鏡下手術支援システムにおいて、術部に対する顕微鏡の3次元位置を検出する第1の検出手段と、前記手術器具の外表面に設けた手術器具の形態情報を示す指標部と、前記指標部を認識する第2の検出手段とを有し、この認識に基づき自動的に表示設定を切り替えるようにしたことを特徴とする顕微鏡下手術支援システム
(付記5)前記第1の検出手段と第2の検出手段は同一であることを特徴とする付記4記載の顕微鏡下手術支援システム。
【0056】
(付記6)前記第2の検出手段は、顕微鏡の光学部材内に設けたことを特徴とする付記4記載の顕微鏡下手術支援システム
(付記7)前記指標部はバーコードであることを特徴とする付記4または6記載の顕微鏡下手術支援システム。
【0057】
付記8)前記指標部は文字であり、前記第2の検出手段は文字認識機能を有することを特徴とする付記4または6記載の顕微鏡下手術支援システム。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように,この発明によれば,顕微鏡上の信号部材と手術器具上の受信部材との間を術者や助手等が邪魔してしまうことが無く、確実に両者の信号−受信関係が成立する。従って、顕微鏡、手術器具の3次元データが常に安定した状態で得られるため、また、第1の検出手段も顕微鏡のみを認識すればよいため、術部から離れた位置に設置すればよく、術者や助手の動きを損なうことも無く術者も安心して手技に専念できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態を示す顕微鏡下手術支援システム全体の構成図。
【図2】同実施形態を示し、鏡体の側面図。
【図3】この発明の第3の実施形態を示す硬性鏡の斜視図。
【図4】この発明の第4の実施形態を示す鏡体の側面図。
【図5】同実施形態の鏡体の内部構造を示す構成図。
【図6】この発明の第5の実施形態を示す硬性鏡の斜視図。
【図7】この発明の第6の実施形態を示す硬性鏡の斜視図。
【図8】この発明の第7の実施形態を示す硬性鏡の斜視図。
【符号の説明】
1…手術用顕微鏡
2…鏡体
13a,13b…LED(信号部材)
16…デジタイザ
17c,17d…CCDカメラ(受信部材)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microscope operation support system that detects a three-dimensional position of a surgical instrument inserted into a microscope and an operation site and displays the detected position on an anatomical tomographic image of the operation site.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a navigation system used in a microscope operation such as brain surgery, a system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-305073 is known. In general, a signal device such as an LED provided on a surgical instrument such as a surgical microscope body, an endoscope, or a suction tube is recognized by a receiving device such as a large-sized CCD camera called a digitizer installed in an operating room. The operation is supported by calculating each three-dimensional position and displaying it on an image such as a CT image taken in advance.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In general, a surgical operation under a microscope is a procedure in a narrow space, and an assistant and a nurse surround the surgeon as well as a surgeon. For this reason, the LED provided on the endoscope or the treatment tool may be hidden by the operator, and may not be recognized by a digitizer placed at a position away from the surgical site. In addition, when the digitizer is brought close to the bedside in order to enhance the recognition, the digitizer itself is large and may interfere with the surgeon.
[0004]
In addition, in the case of such a microscope support system, it is necessary to perform a so-called calibration operation in which information such as the position of the distal end of a surgical instrument such as an endoscope, the thickness of an insertion portion, and the direction of a visual field is registered on a workstation in advance. . When the surgical instrument is changed during the operation, it is necessary to redo calibration or to read and set calibration information registered in advance with a manual switch, which causes a problem that the procedure becomes complicated.
[0005]
The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and the object of the present invention is not to obstruct the operator, and it is possible to reliably recognize the position of a surgical instrument such as an endoscope or a treatment instrument. It is to provide a surgical operation support system under a microscope.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention detects a three-dimensional position of a surgical instrument inserted into a microscope and a surgical site and displays it on an anatomical tomographic image of the surgical site. The first detection means for detecting the three-dimensional position of the microscope with respect to the surgical site, the second detection means for detecting the three-dimensional position of the surgical instrument with respect to the microscope, and the first and second detection means based on the detection result, and a calculator for calculating the three-dimensional position relative operative part of the surgical instrument consists of, said second detection means includes a signal member which is provided in the vicinity of the objective aperture of the microscope, the surgical And a receiving member that detects the signal member. The receiving member detects the signal member to calculate a three-dimensional position of the surgical instrument relative to the microscope .
[0007]
According to the said structure, the said receiving member can detect the signal from the said signal member, and can calculate the three-dimensional position of the microscope with respect to a surgical instrument.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0009]
1 and 2 show a first embodiment, FIG. 1 is an overall schematic view of a surgical operation support system under a microscope, and FIG. 2 is an enlarged side view of a body part. The surgical microscope 1 includes a base 4 on which a pedestal 3 is movable on a floor surface, and a support column 5 standing on the base 4, and an illumination light source (not shown) is built in the upper end of the support column 5. One end of one arm 6 is attached to be rotatable about an axis O1.
[0010]
One end of the second arm 7 is attached to the other end of the first arm 6 so as to be rotatable about the axis O2. The second arm 7 is a pantograph arm composed of a link mechanism and a spring member for balance adjustment in order to perform a vertical movement operation. A third arm 8 is attached to the other end so as to be rotatable around an axis O3. It has been. The third arm 8 is an arm that enables the body 2 about the axis O4 to be lifted in the front-rear direction with respect to the observation direction of the operator and the operator to be lifted in the left-right direction about the axis O5. The mirror body 2 is provided at the other end of the third arm 8.
[0011]
Further, in order to adjust the position of the mirror body 2 freely and to fix the position, electromagnetic rotating brakes (not shown) are provided on the rotating portions of the rotating shafts O1 to O5. The electromagnetic brake is connected to an electromagnetic brake power supply circuit (not shown) built in the column 5, and the electromagnetic brake power supply circuit is a switch provided on a grip 9 integrally fixed to the mirror body 2 as shown in FIG. 10 is connected.
[0012]
The mirror body 2 has an objective lens 11. The objective lens 11 is connected to a motor and a position sensor (not shown) and is movable in the optical axis direction so that the lens position can be detected by the position sensor. It is configured.
[0013]
Reference numeral 12 denotes a signal plate for a digitizer described later to detect the three-dimensional coordinates of the mirror body 2. Two or more LEDs 13a are integrally fixed to the signal plate 12 as signal members. Similarly, around the objective lens 11, two or more LEDs 13b as signal members are provided. The LEDs 13a and 13b are connected to the LED control device 14, respectively. The LED control device 14 is connected to the measurement device 15.
[0014]
Reference numeral 16 denotes a digitizer (optical position detection device) for detecting the position of the LED 13a in the three-dimensional coordinates. The digitizer 16 includes two CCD cameras 17a and 17b as receiving members, a camera support member 18 that fixes the positions of the CCD cameras 17a and 17b, and a stand 19, and is installed at a position away from the bed in the operating room. Has been. The CCD cameras 17 a and 17 b are each connected to a measuring device 15, and the measuring device 15 is connected to a workstation 21 via an A / D converter 20.
[0015]
Two CCD cameras 17c and 17d are provided as receiving members on the outer surface of the surgical instrument 22 such as an endoscope or an ultrasonic suction probe at a position facing the objective lens 11 of the microscope 1. The CCD cameras 17 c and 17 d are each connected to a measuring device 15, and the measuring device 15 is connected to a workstation 21 via an A / D converter 20.
[0016]
A monitor 23 for displaying processed information is connected to the workstation 21. Mark members 25a, 25b, and 25c are fixed around the surgical site of the patient 24 to be treated.
[0017]
Next, the operation of the operation support system under the microscope will be described.
[0018]
A tomographic image of a CT, MRI apparatus, etc., taken in advance before surgery is reconstructed into three-dimensional image data and recorded in the workstation 21. When starting the operation, calibration is performed using the mark members 25a, 25b, and 25c in order to correlate the tomographic image data in the workstation 21 and the coordinates of the surgical site.
[0019]
The operator holds the grip 9 and presses the switch 10 to release the lock by the electromagnetic brake built in the shafts O1 to O5, and moves the lens body 2 to position the focal position at the observation site of the surgical site.
[0020]
The digitizer 16 detects a plurality of LEDs 13a on the signal plate 12 provided on the mirror body 2, and based on this, signals emitted from the digitizer 16 are processed by the measuring device 15 and the A / D converter 20, and further the workstation. 21 calculates the position and orientation of the mirror body 2 in the living body coordinate system.
[0021]
Further, the position information of the objective lens 11 is transmitted to the workstation 21 by the position sensor. The workstation 21 calculates the relative position of the focal point with respect to the mirror body 2 from the position information of the objective lens 11.
[0022]
The two CCD cameras 17c and 17d provided in the surgical instrument 22 always detect the LED 13b provided around the objective lens 11 of the mirror body 2 facing the surgical part, and based on this, the CCD cameras 17c and 17d The emitted signal is processed by the measuring device 15 and the A / D converter 20, and the workstation 21 calculates the relative position and posture of the surgical instrument 22 and the mirror body 2. Further, this information is integrated with the position and orientation information of the mirror body 2 in the previous biological coordinate system on the workstation 21 to calculate the position and orientation of the surgical instrument 22 in the biological coordinate system.
[0023]
The position, posture, focus, and position and posture information of the surgical instrument 22 in the biological coordinate system obtained as described above are displayed on the monitor 23 by the workstation 21 so as to be superimposed on the in-vivo three-dimensional image data. The
[0024]
Instead of the digitizer 16 in the first embodiment, as a second embodiment, the surgical microscope 1 is provided with encoders (not shown) on the rotation axes O1 to O5, and the output from each encoder is the A / D. It may be sent to the workstation 21 via the converter 20.
[0025]
If comprised in this way, the position and attitude | position of the mirror 2 will be calculated in a workstation based on the output from each encoder provided in each rotating shaft O1-O5 of the surgical microscope 1. FIG. Therefore, since it is not necessary to install a large digitizer in the operating room, the operator and assistant can move safely and freely.
[0026]
FIG. 3 shows a third embodiment, and shows, for example, a rigid endoscope as the surgical instrument 22. A reception adapter 30 is provided on the proximal end side of the surgical instrument 22. The receiving adapter 30 includes a grip part 31 and a camera support part 32. The grip portion 31 has a cylindrical shape made of an elastic resin material having a longitudinal opening 33 in a part thereof. The opening 33 is narrower than the diameter on the proximal end side of the surgical instrument 22, and the inner diameter of the grasping portion 31 is formed substantially equal to the diameter on the proximal end side of the surgical instrument 22.
[0027]
The camera support section 32 is provided with CCD cameras 34a and 34b at positions separated in the longitudinal direction. A cable 37 is provided on the base end side of the camera support portion 32. Signals from the CCD cameras 34a and 34b communicate with the measuring device 15 via the cable 37.
[0028]
According to the present embodiment, the operator presses the opening 33 of the receiving adapter 30 against the surgical instrument 22 such as an endoscope or an ultrasonic probe to be used before the operation. Since the opening 33 is an elastic member, the opening 33 is mounted so as to expand to a necessary width. After the operation, the receiving adapter 30 can be removed from the surgical instrument 22 by pulling it in the direction opposite to that at the time of wearing.
[0029]
Therefore, since the receiving adapter 30 can be freely attached to and detached from the surgical instrument 22 to be used, it is not necessary to prepare the surgical instrument 22 dedicated to the operation under the microscope, and it is economical because the conventional instrument can be used.
[0030]
According to the first to third embodiments, an operator, an assistant, or the like does not interfere between the signal member on the microscope and the reception member on the surgical instrument, and the signal-reception of both is reliably performed. A relationship is established. Therefore, since the three-dimensional data of the microscope and the surgical instrument are always obtained in a stable state, and the first detection means only needs to recognize the microscope, it can be installed at a position away from the surgical site. There is an effect that the surgeon can concentrate on the technique with peace of mind without impairing the movement of the operator or assistant.
[0031]
4 and 5 show a fourth embodiment, and the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. A signal adapter 35 is detachably fixed to the proximal end side of the surgical instrument 22 such as an endoscope or an ultrasonic suction probe. The signal adapter 35 is provided with at least two LEDs 36. The LED 36 is connected to the measuring device 15 via the cable 37 and the LED control device 14.
[0032]
As shown in FIG. 5, the inside of the mirror body 2 is a half body in which a part of the light beam is arranged 90 degrees horizontally between the variable magnification optical system 40 and the pair of imaging lenses 41a and 41b to polarize the mirror body 2. A mirror 42 is provided. Further, a mirror 43 that reflects the polarized light beam upward again is provided. Reference numerals 44a and 44b denote a pair of imaging lenses for imaging the polarized light beam. A magnification detecting means (not shown) is connected to the variable magnification optical system 40 and is further connected to the workstation 21 so that magnification information can be displayed on the monitor 23. The imaging lenses 41a and 41b are provided at positions where light beams are imaged at the focal positions of the eyepiece lenses 45a and 45b.
[0033]
A camera box 46 is attached to a predetermined position of the mirror body 2, and CCD cameras 47a and 47b are built therein. The CCD cameras 47a and 47b are fixed at predetermined positions of the camera box 46 so as to be arranged on the image forming planes by the image forming lenses 44a and 44b, respectively.
[0034]
The CCD cameras 47a and 47b are connected to the measuring device 15 and further to the workstation 21 via a CCU (camera control unit) (not shown).
[0035]
FIG. 6 shows a fifth embodiment, and shows an endoscope 48 as a surgical instrument. The endoscope 48 includes an insertion part 49, a grip part 50, and an eyepiece part 51. The eyepiece 51 has a shape to which a known CCD camera (not shown) can be connected. The grip portion 50 has a cylindrical shape to which the signal adapter 35 can be attached and detached, and a base portion 52 to which a known light guide cable (not shown) can be attached and detached is provided in the radial direction.
[0036]
The insertion portion 49 has a cylindrical shape, and a barcode 53 indicating the function of the endoscope 48 is provided on the outer peripheral surface on the distal end side. The functions of the endoscope 48 mentioned here are an angle of view, a visual field direction, an outer diameter of the insertion portion 49, an axial length, and the like. The bar code 53 is not limited to a part of the insertion portion 49 in the circumferential direction, and may be provided on the entire circumference.
[0037]
The barcode 53 is not limited to the distal end side of the insertion portion 49 but may be provided on the proximal end side or on the outer surface of the grip portion 50. Moreover, you may provide in multiple places. A monitor 23 for displaying processed information is connected to the workstation 21. Mark members 25a, 25b, and 25c are fixed around the surgical site of the patient 24 to be treated.
[0038]
The position and inclination of the endoscope 48 can be made the same as that of the mirror body 2 when the digitizer 16 detects the LED 36 provided in the signal adapter 35.
[0039]
The light beam from the surgical site enters the mirror body 2 from the objective lens 11, passes through the variable magnification optical system 40, passes through the half mirror 42, and travels straight, and is reflected by the half mirror 42 and polarized by 90 degrees. It is distributed to the luminous flux. The light beam traveling straight is imaged by the imaging lenses 41a and 41b, and is observed through the eyepiece lenses 45a and 45b. On the other hand, the light beam reflected by the half mirror 42 is reflected upward by the mirror 43, is imaged by the pair of imaging lenses 44a and 44b, and is projected onto the CCD cameras 47a and 47b, respectively. The captured image is displayed on the monitor 23 and is output to the workstation 21 via the measuring device 15.
[0040]
When the barcode 53 is under the microscope and displayed on the CCD cameras 47a and 47b, the measuring device 15 and the workstation 21 recognize the information of the barcode 53, and accordingly, the display content setting is switched and the image information ( The angle of view, the viewing direction, the outer diameter of the insertion portion 49, the length in the axial direction, etc.) are superimposed on the monitor 23 and displayed together with the tomographic images already recorded.
[0041]
During the operation, when the surgeon replaces the endoscope with a different visual field direction or outer diameter of the insertion portion, the setting is switched to the information according to the barcode 53 provided in the replaced endoscope as described above, and the monitor 23 Displayed above.
[0042]
When the barcode 53 is on the entire circumference, it can be recognized no matter what position the endoscope 48 rotates about the longitudinal axis.
[0043]
FIG. 7 shows a sixth embodiment, in which the measuring device 15 and the workstation 21 have a program for recognizing characters on an image. The endoscope 48 has a model number 54 displayed in at least one place on the outer surface.
[0044]
Then, the operator registers in advance the type number and function of the endoscope (view angle, visual field direction, outer diameter of the insertion portion 49, axial length, etc.) that will be used during the operation on the workstation. deep.
[0045]
When the model number 54 provided on the outer surface of the endoscope 48 is under microscope observation and is displayed on the CCD cameras 47a and 47b, the measuring device 15 and the workstation 21 recognize the model number 54 and Read the information (view angle, viewing direction, outer diameter of the insertion portion 49, axial length, etc.) associated with the registered model number and superimpose it on the monitor 23 together with already recorded tomographic images, indicate.
[0046]
Therefore, since the medical instrument can be used if a model number is provided on the outer surface, it is not necessary to newly prepare a dedicated one and is economical.
[0047]
FIG. 8 shows a seventh embodiment. On the outer surface of the endoscope 48, marker portions 55 having different reflectivities and intervals for each model are provided.
[0048]
Then, the surgeon causes the digitizer 16 to recognize the endoscope marker portion 55 that will be used during the operation in advance, and at the same time, the functions (view angle, visual field direction, outer diameter of the insertion portion 49, axial length, etc.). Register on the workstation and correlate with the marker.
[0049]
When the endoscope is replaced during the operation, when the digitizer 16 recognizes the marker portion 55 on the outer surface of the endoscope 48, the measuring device 15 and the workstation 21 read out the function information registered in advance, and the monitor 23 The image is superimposed and displayed together with the already recorded tomographic image and the like.
[0050]
Accordingly, since the digitizer recognizes the type / function of the surgical instrument, it is not necessary to provide a CCD camera in the microscope, and the system becomes simple. Further, even if the surgeon replaces the surgical instrument during the operation, the setting is automatically switched to the setting associated with the instrument, and the operator's hand is not bothered, so that the operator can concentrate on the operation with confidence.
[0051]
According to each of the embodiments, the following configuration is obtained.
[0052]
(Supplementary note 1) In a surgical operation support system under a microscope that detects the three-dimensional position of a surgical instrument inserted into a microscope and an operation part and displays it on an anatomical tomographic image of the operation part, the three-dimensional position of the microscope with respect to the operation part Based on detection results of the first detection means for detecting, the second detection means for detecting the three-dimensional position of the surgical instrument relative to the microscope, and the detection results of the first and second detection means, The second detection means comprises a signal member provided in the vicinity of the objective opening of the microscope and a receiving member provided in the surgical instrument. Surgery support system.
[0053]
(Supplementary note 2) The surgical operation support system under a microscope according to Supplementary note 1, wherein the receiving member is detachable from a surgical instrument.
[0054]
(Supplementary note 3) The microscope operation support system according to supplementary note 1 or 2, wherein the receiving member is a CCD.
[0055]
(Additional remark 4) In the operation support system under a microscope which detects the three-dimensional position of the surgical instrument inserted in a microscope and an operation part, and displays it on the anatomical tomographic image of an operation part, the three-dimensional position of the microscope with respect to an operation part is shown. A first detection means for detecting, an index portion indicating the form information of the surgical instrument provided on the outer surface of the surgical instrument, and a second detection means for recognizing the index portion, and automatically based on this recognition The microscope operation support system characterized in that the display setting is switched automatically (Appendix 5) The first detection means and the second detection means are the same. Surgery support system.
[0056]
(Appendix 6) Microscopic surgery support system according to appendix 4, wherein the second detection means is provided in an optical member of a microscope (Appendix 7), wherein the indicator section is a barcode. Additional support system for microscope operation according to appendix 4 or 6.
[0057]
(Supplementary note 8) The microscopic surgery support system according to Supplementary note 4 or 6, wherein the indicator portion is a character, and the second detection means has a character recognition function.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an operator, an assistant, or the like does not interfere between the signal member on the microscope and the reception member on the surgical instrument, and the signal-reception relationship between the two is ensured. Is established. Therefore, since the three-dimensional data of the microscope and the surgical instrument are always obtained in a stable state, and the first detection means only needs to recognize the microscope, it can be installed at a position away from the surgical site. There is an effect that the surgeon can concentrate on the technique with peace of mind without impairing the movement of the operator or assistant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an entire operation support system under a microscope showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the mirror body showing the embodiment.
FIG. 3 is a perspective view of a rigid endoscope showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side view of a mirror body showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram showing an internal structure of the mirror body according to the embodiment.
FIG. 6 is a perspective view of a rigid endoscope showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view of a rigid endoscope showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view of a rigid endoscope showing a seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Operation microscope 2 ... Mirror body 13a, 13b ... LED (signal member)
16: Digitizers 17c, 17d: CCD camera (receiving member)

Claims (2)

顕微鏡及び術部に挿入される手術器具の3次元位置を検出し、術部の解剖学的断層像上に表示するようにした顕微鏡下手術支援システムにおいて、
術部に対する顕微鏡の3次元位置を検出する第1の検出手段と、
前記手術器具の、前記顕微鏡に対する3次元位置を検出する第2の検出手段と、
前記第1、第2の検出手段の検出結果に基づき、前記手術器具の術部に対する3次元位置を演算する演算部と、からなり、
前記第2の検出手段は、
前記顕微鏡の対物開口部付近に設けた信号部材と、
前記手術器具に設けられ、前記信号部材を検出する受信部材と、
からなり、
前記受信部材で前記信号部材を検出することで前記顕微鏡に対する前記手術器具の3次元位置を算出することを特徴とする顕微鏡下手術支援システム。
In a surgical operation support system under a microscope in which a three-dimensional position of a surgical instrument inserted into a microscope and an operation part is detected and displayed on an anatomical tomographic image of the operation part.
First detection means for detecting the three-dimensional position of the microscope with respect to the surgical site;
Second detection means for detecting a three-dimensional position of the surgical instrument relative to the microscope;
Based on the detection results of the first and second detection means, and a calculation unit that calculates a three-dimensional position relative to the surgical part of the surgical instrument,
The second detection means includes
A signal member which is provided in the vicinity of the objective aperture of the microscope,
Provided in the surgical instrument, a receiving member for detecting the signal member,
Consists of
A three-dimensional position of the surgical instrument relative to the microscope is calculated by detecting the signal member with the receiving member, and a surgical operation support system under a microscope.
前記受信部材は、前記手術器具に着脱可能に取り付けられる受信アダプタに設けられていることを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡下手術支援システム。The microscope operation support system according to claim 1, wherein the receiving member is provided in a receiving adapter that is detachably attached to the surgical instrument.
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