JP6562440B2 - 医療機器の姿勢画像表示装置 - Google Patents
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Description
術者は、検査中、内視鏡挿入形状表示装置のモニタに表示される挿入形状を確認しながら、挿入部の挿入操作、用手圧迫操作、等を行うことができる。
モニタ上に表示される挿入部の挿入形状は、肛門を下にして患者の体を正面から見たときの形状であるため、術者の視点とは異なる視点で見たときの形状となる。
本発明の一態様の医療機器の姿勢画像表示装置は、被検体に対して固定される複数のコイルと、 前記複数のコイルが発生する磁界あるいは前記複数のコイルが受信した磁界に基づいて、前記コイルの位置を算出するコイル位置算出部と、 前記コイル位置算出部の算出結果から、前記被検体の位置を算出する被検体位置算出部と、 前記コイル位置算出部の算出結果から、前記被検体の向きを算出する被検体向き算出部と、 前記被検体内の医療機器の姿勢を示す医療機器姿勢画像を生成する医療機器姿勢画像生成部と、 前記被検体位置算出部の算出結果と前記被検体向き算出部の算出結果とに基づいて、前記被検体に向けて前記医療機器姿勢画像を投影する投影装置としての複数のプロジェクタが投影する前記医療機器姿勢画像の出力を制御する医療機器姿勢画像出力制御部と、 前記複数のプロジェクタのいずれか1つを選択するための選択部と、を有する。
本発明の一態様の医療機器の姿勢画像表示装置は、被検体に対して固定される複数のコイルと、前記複数のコイルが発生する磁界あるいは前記複数のコイルが受信した磁界に基づいて、前記コイルの位置を算出するコイル位置算出部と、前記コイル位置算出部の算出結果から、前記被検体の位置を算出する被検体位置算出部と、前記コイル位置算出部の算出結果から、前記被検体の向きを算出する被検体向き算出部と、前記被検体内の医療機器の姿勢を示す医療機器姿勢画像を生成する医療機器姿勢画像生成部と、前記被検体位置算出部の算出結果と前記被検体向き算出部の算出結果とに基づいて、投影装置が投影する前記医療機器姿勢画像の出力を制御する医療機器姿勢画像出力制御部と、術者の位置を検出するためのカメラと、前記カメラによって撮像して得られた画像を解析して、前記術者の位置を算出する術者位置算出部と、を有し、前記投影装置は、ヘッドアップディスプレイであり、前記医療機器姿勢画像出力制御部は、前記被検体位置算出部の算出結果と、前記術者位置算出部の算出結果から、前記術者の視界において、前記被検体と前記医療機器姿勢画像が重なるように、前記ヘッドアップディスプレイにおける前記医療機器姿勢画像の位置を調整する。
(第1の実施の形態)
(システム構成)
図1は、本実施の形態に係わる内視鏡システムの構成を示す構成図である。
内視鏡システム1は、内視鏡装置2と、内視鏡形状検出装置3と、プロジェクタ4とを含んで構成されている。内視鏡システム1は、医療機器である内視鏡の姿勢画像表示装置を構成する。
挿入形状検出用のプローブ(以下、プローブという)21は、処置具挿通チャンネル内に挿入される。
さらに、基準プレート26が、患者Pの体の所定の位置に、ここでは患者Pの腹部近傍に、装着されて固定される。よって、基準プレート26は、患者Pの動きと共に動く。基準プレート26は、患者Pの位置と向きを検出するためのコイルを含む。基準プレート26は、ケーブル26aを介して、制御ユニット23に接続されている。
コイルユニット22は、所定の検出座標系X″−Y″−Z″における、プローブ21の複数のソースコイル21aの位置と、3つのコイル26b、26c、26dの各々の位置を、検出する。
後述するように、3つのコイル26b、26c、26dの各々の位置から、患者Pの位置と向きが算出される。
プロジェクタ4の画像の投影方向D1は、患者Pが横たわるベッドBの方向であり、プロジェクタ4の画像の投影領域R1は、患者PがベッドB上で移動可能な範囲を含む領域である。プロジェクタ4は、患者Pに向けて挿入部11の姿勢画像すなわち挿入形状画像を投影するための投影装置である。
(制御ユニットの構成)
図4は、制御ユニット23の構成を示すブロック図である。制御ユニット23は、システムプロセッサ31と、駆動回路32と、検出回路33と、画像生成回路34と、投影画像調整回路35とを含む。
検出回路33は、コイルユニット22内の各センスコイル22aから入力される磁界検出電流を増幅した後、アナログ−デジタル変換してシステムプロセッサ31へ出力する。
(投影画像の調整処理)
はじめに、システムプロセッサ31における患者Pの位置と向きの検出処理について説明する。
システムプロセッサ31は、コイル26bと26cを結ぶ線分の中点と、コイル26dとを結んだベクトルを求め、基準プレートのy軸とする(S2)。
システムプロセッサ31は、y軸を示すベクトルとz軸を示すベクトルを含む面の法線ベクトルを求め、基準プレート26のx軸とする(S4)。
そして、基準プレート26が固定される患者Pの腹部の位置は予め決まっているので、システムプロセッサ31は、S5で得られた基準プレート26のx−y−z軸の交点座標から、患者Pの位置を算出する(S6)。S6の処理が、コイル位置算出部31aの算出結果から、被検体である患者Pの位置を算出する被検体位置算出部31bを構成する。
以上のようにして、システムプロセッサ31は、患者Pの位置と向きを決定することができる。
なお、はじめに、検出座標系X″−Y″−Z″における基準投影面の座標軸と、基準プレート26の座標軸を一致させる座標軸一致処理が行われる。
投影画像調整回路35は、基準投影面のZ″軸に対する、基準プレート26のz軸の回転量あるいは傾き量rmを算出し、投影面の傾き量rmに応じて投影画像を逆パースペクティブ処理する(S13)。
図7に示すように、プロジェクタ4から投影される挿入形状画像は、基準投影面に対して投影面が傾いていると、投影面上に投影される挿入形状画像は、歪む。図7は、z軸が手間側で下がるように傾いている状態を示している。
そこで、S13では挿入形状画像に対して、傾き量rmに応じた逆パースペクティブ処理を施すことによって、投影面上に投影される挿入形状画像が歪まないようにしている。
従って、本実施の形態によれば、患者Pの体表あるいは検査着の表面に、挿入形状画像が、挿入部11の実際の大きさと形状で歪みなく表示される。
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、プロジェクタ4の位置は固定され、患者Pの向きに応じて、挿入形状を補正して、挿入部11の実際の大きさでかつ挿入形状を歪みなく、患者Pの体表面に投影するシステムであるが、第2の実施の形態では、プロジェクタが、患者Pの向きに応じて移動し、患者Pの腹部に正対する位置から挿入形状を、患者Pの体表面に投影するシステムである。
図10は、第2の実施の形態に係わる内視鏡システム1Aの構成を示す構成図である。図11は、プロジェクタ4が移動可能に取り付けられるレール41の構成を示す図である。
また、制御ユニット23Aは、レール41上の台車43Aの位置に応じて、検出座標系X″−Y″−Z″内における、プロジェクタ4の投影方向D1を判定することができる。
図12は、制御ユニット23Aの構成を示すブロック図である。制御ユニット23Aは、画像調整回路34Aと、投影装置位置制御回路51を含む。
投影装置位置制御回路51は、各台車43A,43Bを駆動する駆動回路を含み、システムプロセッサ31Aからの駆動制御信号に応じて各台車43A,43Bへ駆動信号及びブレーキ信号を出力する。
検査が開始されると、システムプロセッサ31Aは、図13の処理を実行する。
システムプロセッサ31Aは、プロジェクタ4の投影方向D1と、回動量Δφzだけ回動したz軸方向が一致するかを判定する(S22)。
一致しない場合(S22:NO)、システムプロセッサ31Aは、プロジェクタ4の投影方向D1と、回動量Δφzだけ回動したz軸方向との差が正であるか否かを判定する(S24)。
その差が正でない場合(S24:NO)、システムプロセッサ31Aは、台車43Aを負方向NDに移動させる(S25)。
S23,S24及びS25の後、処理は、S21に戻り、上述した処理が繰り返される。
検査が開始されると、システムプロセッサ31Aは、図13の処理と共に、図14の処理も実行する。
一致している場合(S31:YES)、台車43Bのブレーキを掛ける(S32)。
よって、その差が正である場合(S33:YES)、システムプロセッサ31Aは、台車43Bを正方向PD1に移動するように、台車43Bを駆動する(S34)。
S32,S34及びS35の後、処理は、S31に戻り、上述した処理が繰り返される。
以上のように、本実施の形態によれば、術者が被検体から目を離さずに、被検体内の医療機器の姿勢を容易に認識することができる医療機器の姿勢画像表示装置を提供することができる。
(変形例)
上述した第2の実施の形態では、基準プレート26の軸を、検出座標系に合わせるように、プロジェクタ4の位置を調整し、患者Pの腹部に正対する視点からの挿入形状画像を、患者Pの体表面に投影する。そのとき、プロジェクタ4は、常に、患者Pの腹部に正対する視点からの挿入形状画像を投影する。
(第3の実施の形態)
第1と第2の実施の形態の内視鏡システムでは、プロジェクタは1つであるが、第3の実施の形態では、プロジェクタは複数あり、投影面に対して、他のプロジェクタに比べ、より正対しているプロジェクタが選択されて挿入形状画像が投影される。
第1のプロジェクタ4Aは、図示しない固定部材に固定され、ベッドBの側方から挿入形状画像を患者Pに対して投影するプロジェクタであり、点線で示すプロジェクタ4Bは、図示しない固定部材により手術室の天井に固定され、ベッドBの上方から挿入形状画像を患者Pに対して投影するプロジェクタである。
患者PがベッドBの上で、腹部を天井に向けて仰向けに横たわっているときにおける、患者Pの腹部に取り付けられた基準プレート26のz軸の方向を、基準方向Rp1とする。患者Pは、ベッドBの上で腹部の向きを変更することができる。
切換回路61は、画像調整回路34Aの出力する挿入形状画像を、プロジェクタ4Aと4Bのいずれか1つに出力するように切り換える切換回路である。切換回路61は、システムプロセッサ31Bから切換制御信号に基づいて、挿入形状画像の出力先を、側方のプロジェクタ4Aと上方のプロジェクタ4Bのいずれかに切り換える。
検査が開始されると、システムプロセッサ31Bは、図18の処理を実行する。
システムプロセッサ31Bは、算出して得られた回動量Δφzが、基準方向Rp1に対して、図16に示すような−45度から+45度の間にあるか否かを判定する(S42)。
従って、本実施の形態によれば、患者Pの体表あるいは検査着の表面に、挿入形状画像が、挿入部11の実際の大きさと形状で、略歪みなく表示される。
(変形例)
上述した第3の実施の形態では、基準プレート26の回動量に基づいて、投影された挿入形状を術者が見易い方のプロジェクタを選択して、挿入形状画像を患者Pの体表面に投影するが、プロジェクタ4は、常に、患者Pの腹部に正対する視点からの挿入形状画像を投影する。
(第4の実施の形態)
第1から第3の実施の形態では、挿入形状画像は、プロジェクタにより患者Pの体表面上に投影されているが、第4の実施の形態では、挿入形状画像は、ヘッドアップディスプレイに表示される。
ヘッドアップディスプレイ71は、ベッドBの側面に、表示面が垂直方向に平行になるように取り付けられる。
検査が開始されると、システムプロセッサ31Cは、図22の処理を実行する。
以上のように、投影画像調整回路35Aは、被検体位置算出部31bの検出結果と、術者位置算出部31fの算出結果から、術者Sの視界において、患者Pと医療機器姿勢画像である挿入形状画像が重なるように、ヘッドアップディスプレイ71における挿入形状画像の位置を調整するので、術者Sは、ヘッドアップディスプレイ71を通して、患者Pの体表面あるいは検査着である衣類の表面に、医療機器姿勢画像を見ることができる。
以上のように、上述した各実施の形態によれば、術者が被検体から目を離さずに、被検体内の医療機器の姿勢を容易に認識することができる医療機器の姿勢画像表示装置を提供することができる。
Claims (10)
- 被検体に対して固定される複数のコイルと、
前記複数のコイルが発生する磁界あるいは前記複数のコイルが受信した磁界に基づいて、前記コイルの位置を算出するコイル位置算出部と、
前記コイル位置算出部の算出結果から、前記被検体の位置を算出する被検体位置算出部と、
前記コイル位置算出部の算出結果から、前記被検体の向きを算出する被検体向き算出部と、
前記被検体内の医療機器の姿勢を示す医療機器姿勢画像を生成する医療機器姿勢画像生成部と、
前記被検体位置算出部の算出結果と前記被検体向き算出部の算出結果とに基づいて、投影装置が投影する前記医療機器姿勢画像の出力を制御する医療機器姿勢画像出力制御部と、
前記被検体の周囲において前記投影装置を所定の範囲で移動可能にするレールと、
前記投影装置が固定され、前記レール上を移動する台車と、
を有し、
前記投影装置は、前記被検体に向けて前記医療機器姿勢画像を投影するプロジェクタであることを特徴とする医療機器の姿勢画像表示装置。 - 前記台車は、モータ駆動可能で、ブレーキを有することを特徴とする請求項1に記載の医療機器の姿勢画像表示装置。
- 被検体に対して固定される複数のコイルと、
前記複数のコイルが発生する磁界あるいは前記複数のコイルが受信した磁界に基づいて、前記コイルの位置を算出するコイル位置算出部と、
前記コイル位置算出部の算出結果から、前記被検体の位置を算出する被検体位置算出部と、
前記コイル位置算出部の算出結果から、前記被検体の向きを算出する被検体向き算出部と、
前記被検体内の医療機器の姿勢を示す医療機器姿勢画像を生成する医療機器姿勢画像生成部と、
前記被検体位置算出部の算出結果と前記被検体向き算出部の算出結果とに基づいて、前記被検体に向けて前記医療機器姿勢画像を投影する投影装置としての複数のプロジェクタが投影する前記医療機器姿勢画像の出力を制御する医療機器姿勢画像出力制御部と、
前記複数のプロジェクタのいずれか1つを選択するための選択部と、
を有することを特徴とする医療機器の姿勢画像表示装置。 - 前記複数のプロジェクタは、第1のプロジェクタと、第2のプロジェクタを含み、
前記第1のプロジェクタは、前記被検体の上方に設けられ、
前記第2のプロジェクタは、前記被検体の側方に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の医療機器の姿勢画像表示装置。 - 被検体に対して固定される複数のコイルと、
前記複数のコイルが発生する磁界あるいは前記複数のコイルが受信した磁界に基づいて、前記コイルの位置を算出するコイル位置算出部と、
前記コイル位置算出部の算出結果から、前記被検体の位置を算出する被検体位置算出部と、
前記コイル位置算出部の算出結果から、前記被検体の向きを算出する被検体向き算出部と、
前記被検体内の医療機器の姿勢を示す医療機器姿勢画像を生成する医療機器姿勢画像生成部と、
前記被検体位置算出部の算出結果と前記被検体向き算出部の算出結果とに基づいて、投影装置が投影する前記医療機器姿勢画像の出力を制御する医療機器姿勢画像出力制御部と、
術者の位置を検出するためのカメラと、
前記カメラによって撮像して得られた画像を解析して、前記術者の位置を算出する術者位置算出部と、
を有し、
前記投影装置は、ヘッドアップディスプレイであり、
前記医療機器姿勢画像出力制御部は、前記被検体位置算出部の算出結果と、前記術者位置算出部の算出結果から、前記術者の視界において、前記被検体と前記医療機器姿勢画像が重なるように、前記ヘッドアップディスプレイにおける前記医療機器姿勢画像の位置を調整することを特徴とする医療機器の姿勢画像表示装置。 - 前記ヘッドアップディスプレイは、前記被検体が横たわるベッドの横に設けられていることを特徴とする請求項5に記載の医療機器の姿勢画像表示装置。
- 前記複数のコイルは、前記被検体の腹部近傍に設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の医療機器の姿勢画像表示装置。
- 前記医療機器姿勢画像出力制御部は、前記被検体の体表面あるいは衣類表面において、前記医療機器姿勢画像が歪まないようにする画像調整を行うことを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の医療機器の姿勢画像表示装置。
- 前記画像調整は、前記投影装置が投影する画像の基準投影面に対する、前記医療機器姿勢画像が投影される投影面の傾きに応じた逆パースペクティブ処理を含むことを特徴とする請求項8に記載の医療機器の姿勢画像表示装置。
- 前記医療機器は、挿入部を有する内視鏡であり、
前記医療機器姿勢画像は、前記挿入部の挿入形状であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載の医療機器の姿勢画像表示装置。
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