JPWO2009116663A1 - 三次元デジタル拡大鏡手術支援システム - Google Patents
三次元デジタル拡大鏡手術支援システムInfo
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Abstract
Description
このような事実に鑑み、赤外線や磁気等のセンシングマーカーを患者(実体)に固定することなく、実際の患者位置と三次元CG画像位置との関係を一致させる登録作業(レジストレーション)を自動的に行い、患者(実体)及び撮像装置の相対的位置変化にトラッキングを行い追従して重畳した三次元CG画像を画像追尾させ、術中の患者の体動に対応して、不可視領域の解剖学的三次元CG画像や手術器具操作に追従する手術器具重畳した器具の三次元CG画像を実体に三次元的な位置変化に追従させ、操作状況と患者の実体を視線を移動させること無くリアルタイム画像としてナビゲーションを可能とし、その他バイタルサイン等の患者生体情報についても視線を変更することなく同一モニターで確認可能とするものである。
これらの方法を後いる場合の光源としては、撮像する施術対象物体あるいは生体(実体)画像のモニター上での視覚に影響を与えることが無い赤外線などの不過視光線を使用する事が望ましい。
また、これらの発光光源は、撮像装置と共に三次元デジタル拡大鏡に設置されているので、実体の三次元空間上の相対的位置関係を計測し実体の画像追尾をする場合に、常に撮像装置装置撮像方向に対して同一方向から投光された光源光をステレオ撮像装置で受光し、投光部と受光部の位置補正要素を統合することによって、計測精度と計測速度を向上させることが可能となる。
第十の発明に記載の各々歯牙の三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスを再構成した治療目標アイディアルアーチ歯列画像を、顎顔面と撮像装置の三次元的相対的位置変化に追従して三次元デジタル拡大鏡モニターに表示される口腔内に表示すれば、治療目標(V.T.O.)に向けて的確で効率的な治療ステップを構築可能となる。
また、第二の発明によれば、三次元デジタル拡大鏡の左右撮像装置と画像表示装置を並列に個別構成とすることによって、内部構造構成要素テクスチャーをマッピングした各内部構成要素中の任意の三次元コンピュータグラフィクスを両眼視画像表示装置に左右それぞれ表示する対象実体画像と個々にトラッキングしマッチムーブさせることによって、次元デジタル拡大鏡の左右画像表示装置に表示される実体画像上に二つの異なった被写体内部構造三次元コンピュータグラフィクスを重畳表示することが可能となるので、両眼視差角によって撮像空間実体画像上に溶け込むような臨場感のある透視画像として術者に品質の高い立体認識による拡張現実感を提供することができる。
2、三次元デジタル拡大鏡
3-a、透視ライン
3-b、透視ライン
3-c、透視ライン
3-d、透視ライン
3-e、透視ライン
4、歯牙
4-C、歯牙CG
5-C、歯根CG
6、顔面軟組織CG
7、下顎骨CG
8、頭蓋骨CG
9、歯肉軟組織
9-C、歯肉軟組織CG
10、皮質骨
10-C、皮質骨CG
11、海綿骨
11-C、海綿骨CG
12、下顎歯槽神経管
12-C、下顎歯槽神経管CG
13、モーター
14、切削ドリル
14-B、インプラント窩CG
14-C、切削ドリルCG
15-C、サージカルガイドCG
16、アイディアルアーチ
16-C、コンピューターグラフィクスアイディアルアーチ
17-C、コンピューターグラフィクスヒンジアキシス
18-C、コンピューターグラフィクスヒンジアーク
19-R、仮想右側パントグラフフラッグ X軸面
19-L、仮想左側パントグラフフラッグ X軸面
20-R、仮想右側パントグラフフラッグ Y軸面
20-L、仮想左側パントグラフフラッグ Y軸面
21-R、仮想右側パントグラフフラッグ Z軸面
21-L、仮想左側パントグラフフラッグ Z軸面
22、切歯部下顎限界運道路
23、下顎頭中心運動軌跡
24、仮想ブラケットポジションCG
25、仮想咬合平面CG
26、口唇
27、明視マーカー
C、頭部解剖学的要素のサフェースデータコンピュータグラフィクス
C-1、頭蓋骨コンピュータグラフィクス
C-2、顔面サーフェースポリゴンモデル
C-3、顔面コンピュータグラフィクス
D-1、三次元デジタル拡大鏡撮像画像データ
D-1-R、三次元デジタル拡大鏡右側撮像画像データ
D-1-L、三次元デジタル拡大鏡左側撮像画像データ
D-2、立体計測(CT)ポリゴンサーフェースモデル
V-1、三次元撮像画像
V-1-R、三次元デジタル拡大鏡右側画像
V-1-L、三次元デジタル拡大鏡左側画像
V-2、実体、骨格CG重畳画像
V-3?V-6、ソフトティシュCG、骨格CG重畳画像
V-7?V-9、下顎歯槽実体画像
V-10?V-12、歯肉軟組織CG、皮質骨CG、海綿骨CG、下顎歯槽神経管CG、および切削ドリル、インプラント窩CG、切削ドリルCG重畳表示画像
V-13?V-15、歯肉軟組織CG、皮質骨CG、海綿骨CG、下顎歯槽神経管CG、および切削ドリル、インプラント窩CG、切削ドリルCG、サージカルガイドCG重畳表示画像
V-16?V-18、歯肉軟組織CG、皮質骨CG、海綿骨CG、下顎歯槽神経管CG、切削ドリル、インプラント窩CG、切削ドリルCG、サージカルガイドCG重畳表示画像および透視断面
V-19、コンピューターグラフィクスアイディアルアーチ、下顎骨格CG重畳画像
W-1、顔面サーフェースポリゴンモデル(三次元デジタル拡大鏡撮像画像データから合成)
また、断層撮影法によって得た施術対象物体あるいは生体の二次元スライスデータから構築した各構造構成要素のサーフェースポリゴンモデル1を三次元デジタル拡大鏡の左右それぞれの撮像装置が撮像する両眼立体視に用いた左右それぞれの二次元画像情報D-1-L,D-1-R画像データに直接コンピューター画像認識処理によってマッピングしトラッキングすれば、前記ポリゴンモデル1に内部構造構成要素テクスチャーをマッピングした各内部構成要素中の任意の三次元コンピュータグラフィクスを両眼視画像表示装置に左右それぞれ表示する対象実体画像と個々にマッチムーブさせることが可能となる。図2に示すのは、施術対象に対して予め断層撮影を行った二次元スライスデータを補完構成する事によって構成した施術対象の解剖学的構成要素、骨サフェースデータコンピュータグラフィクスC-1、皮膚サーフェースコンピュータグラフィクスC-2、皮膚上皮サーフェースポリゴンモデルC-3を示す。この皮膚上皮サーフェースポリゴンモデルC-3は、三次元デジタル拡大鏡の画像情報から構成したサーフェースポリゴンモデルW-1のポリゴンの形状構成は整合性があり、また対象実体に対する構成ポリゴン数はその実体の形態的な特徴を表現することが可能である範囲内に於いて最小の構成数である。従ってこのポリゴン構成は、骨サフェースデータコンピュータグラフィクスC-1、皮膚サーフェースコンピュータグラフィクスC-2、のテクスチャーマッピングの構成に使用するポリゴンモデルのポリゴン構成をレデュースして可及的にポリゴン数を減少させた物を使用する事になる。このレデュース処理は、三次元デジタル拡大鏡による立体測定データで構成したサーフェースポリゴンモデルW-1に於いても同様に処理されることによって、前記それぞれのポリゴンモデルは整合性を維持する。これらのデータは、各相対的な位置関係を保ちつつモニター上に自在に表示非表示が可能であると同時に、一括データCあるいは各組み合わせで表示する場合は、それぞれの透明度や色調に対して自在に変更可能であるので各解剖学的構成要素は視覚的に容易に識別認識する事が可能である。
このシステムによって、三次元デジタル拡大鏡モニターに表示される撮像画像空間上で三次元コンピュータグラフィクス画像は特定被写体に相対的固定配置されているので、実空間における被写体の三次元的位置移動に三次元的に連動し、撮像装置側の三次元デジタル拡大鏡が移動した場合は、被写体と同じにその位置に留まり、撮像装置の視野方向の変化による被写体投影方向と同一視野方向の三次元コンピュータグラフィクス画像を提供することになるので、あたかも透視眼鏡の様に目前の実体の内部を視覚的に認識し、その三次元として認識する撮像画像中の被写体と、三次元のコンピュータグラフィクス画像を確認しながら、全ての視野情報を三次元的に認識することによって、経験や感に頼ること無く目前の実体内部不可視部位に対して正確にアプローチすることが可能となる。
Claims (21)
- 術者が肉眼あるいは光学拡大鏡で対象を視覚的に認識する場合と同様の視野状況を再現する様に、
最小の構成としては、術者両眼の視線上に配置した一対の両眼視画像表示装置と、
その画像表示装置背面の両眼瞳孔中央部に相当する位置から、視野方向に向けて取り付けたステレオ配置撮像装置と、
を備える三次元デジタル拡大鏡の左右撮像画像を利用してステレオ法立体計測法を用いて獲得したサーフェースポリゴンモデル2と、
予め断層撮影法によって得た施術対象物体あるいは生体の二次元スライスデータから構築した各構造構成要素のサーフェースポリゴンモデル1と、
を利用して、
前記三次元デジタル拡大鏡前方視野撮像画像上のサーフェースポリゴンモデル2中の、サーフェースポリゴンモデル1と三次元的に相似形状サーフェースポリゴンモデルを形状パターン認識によって判別検出の上、前記サーフェースポリゴンモデル1を重畳し、
前記ポリゴンモデル1に内部構造構成要素テクスチャーをマッピングした仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスをトラッキングすることによって、
術者三次元デジタル拡大鏡視野内に存在する施術対象となる物体あるいは生体画像の一部あるいは全体を三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスでオーバーレイし、
三次元デジタル拡大鏡に表示される物体の内部構造不可視領域を、仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスの内部構造構成要素画像で表現すると供に、撮像空間における撮像装置と物体の相対的三次元位置変化に追従して仮想三次元コンピュータグラフィクス画像がリアルタイムに表示レイアウトを変更し追尾し、実空間における被写体の状態変化に関するシミュレーションが、被写体に重畳表示した三次元コンピュータグラフィクスの状態と、撮像空間の状態の変化によって引き起こされる三次元コンピュータグラフィクスに対する間接的な影響がシミュレーションによって表示される三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。 - 請求項1に記載の予め断層撮影法によって得た施術対象物体あるいは生体の二次元スライスデータから構築した各構造構成要素のサーフェースポリゴンモデル1を構成する輪郭あるいは特徴的なポイントあるいはラインを三次元デジタル拡大鏡の左右それぞれの撮像装置が撮像する画像データにマッピングしトラッキングすることによって、
前記ポリゴンモデル1に内部構造構成要素テクスチャーをマッピングした各内部構成要素中の任意の三次元コンピュータグラフィクスが両眼視画像表示装置に左右それぞれ表示する対象実体画像と個々にマッチムーブさせ、実空間における被写体の状態変化に関するシミュレーションが、三次元デジタル拡大鏡によって立体視する対象実体上に
重畳表示した両眼視差角によって撮像空間上に浮かびあがるような臨場感のある被写体内部構造三次元コンピュータグラフィクスの状態と、撮像空間の状態の変化によって引き起こされる三次元コンピュータグラフィクスに対する間接的な影響がシミュレーションによって表示される三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。 - 請求項1及び請求項2に記載の撮像空間中の被写体画像に重畳配置する三次元コンピュータグラフィクス画像を、構造上のあるいは解剖学的構成要素で分割し個別の三次元コンピュータグラフィクスとしてレイヤー化し、物体画像を含む前記各レイヤーを個別にあるいは選択的組み合わせで合成表示するマルチ合成画像を物体画像に対して位置補完追尾し、物体画像レイヤーを非表示とする場合は、裸眼視野あるいは光学拡大鏡の視野と同様に三次元デジタル拡大鏡の視線方向に認識する仮想三次元コンピュータグラフィクスに対する視覚と、実体に対する触覚によって実体に直接的に施術を行うことを特徴とする三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1、請求項2及び請求項3に記載の撮像画像と合成画像の視覚的認知性を向上させる為に、撮像画像あるいは三次元コンピュータグラフィクス画像、又はその両方に色相、彩度、明度、シェーディング、ライティング方向の少なくとも一つの要素に付いて画像処理を施すか、あるいは透過マピング、陰線消去ワイヤーフレーム表示、点滅表示などの表示手法でオーバーレイし前記術者三次元デジタル拡大鏡に表示される施術対象となる物体あるいは生体の画像情報に対して差異を設け視覚的認知性を向上させた合成画像位置補完追尾する三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1及び請求項2に記載のステレオ配置撮像装置画像をそれぞれ一対の両眼視画像表示装置に表示し、左右視差角による実体画像の立体視をする三次元デジタル拡大鏡モニターの片側画像表示装置に仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスをオーバーレイヤー表示することによって、立体視する三次元デジタル拡大鏡視野画像上に表示される実体の内部構造不可視領域を、仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスの内部構造構成要素画像で表現する三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1に記載の三次元デジタル拡大鏡の光学式あるいはデジタル方式の拡大率に従って、三次元デジタル拡大鏡のステレオ配置撮像装置の画像情報中の対象実体の任意の位置に設定した四点のマーカーをステレオカメラで二点計測し、撮像装置と実体の距離から実体三次元形状のサーフェースポリゴンモデルの三次元的位置測定と共に立体計測サーフェースデータ認識パターンの縮尺を変更し、対象物体あるいは生体画像を選択的に判別検出の上、三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスをマッピングするとともにリアルタイムトラッキングし、患者解剖学的CG及び対象物(手術器具CG)の表示位置、方向、大きさを変更して三次元デジタル拡大鏡モニター左右画像表示装置に合成表示する機能を備える三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1及び請求項2に記載のシステムを使用する場合、三次元デジタル拡大鏡モニター表示範囲外の対象物あるいは患者解剖学的特定部位の三次元コンピュータグラフィクスボリュームモデルが存在する視野方向をモニターに表示し、特にデジタル高拡大率で使用する場合には、三次元コンピュータグラフィクスボリュームモデルの三次元デジタル拡大鏡モニター表示範囲外の対象物あるいは患者解剖学的の目的部位が存在する方向を、画像表示装置の辺縁を点滅するか、矢印で方向指示を表示する、あるいは分画表示画面に縮小全体表示した全体画像中に表示部位の画角部位を枠で囲んで表示する機能を備える三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1及び請求項2に記載のシステムを利用して三次元デジタル拡大鏡モニター上の患者実体にレジストレーションレイアウトしてマッチムーブする関節あるいは組織によって連結する個々の患者解剖学的CGボリュームモデルを運動させる場合、個別に患者実体にレジストレーションレイアウトしてマッチムーブする任意のCGボリュームモデルを運動軌跡上の任意の位置で特定CGボリュームモデルに対する相対的位置で固定し、前記患者実体とマッチムーブする特定CGボリュームモデルと一体化して連動稼働する機能を備える三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1及び請求項2に記載のシステムを利用して施術する場合に、患者実体を手術器具で切開、切削、削除など、形態的な変化を与えた場合、前記手術器具にレジストレーションレイアウトしてマッチムーブする手術器具CGボリュームモデルが患者解剖学的CGボクセルボリュームモデルに対してブール演算を用いて前記患者実体にレジストレーションレイアウトしてマッチムーブする患者解剖学的CGボリュームモデルを切り取り実体と同様の視覚的な変化を患者解剖学的CGボリュームモデルに実体不可視領域を含み表示する機能を備える三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1及び請求項2に記載のシステムを利用して施術する場合に、三次元デジタル拡大鏡と患者の距離が三次元デジタル拡大鏡モニター上の患者実体にレジストレーションレイアウトしてマッチムーブする患者解剖学的CGボリュームモデルに対して、三次元デジタル拡大鏡あるいは領域指示具に固定した任意のサーフェースモデル領域(ワイヤーフレーム、半透明着色表示or透明)を重ねあわせ、その重畳部分をブール演算法で削去し、予め設定した断面表示範囲を一つの単位として患者解剖学的CGボクセルボリュームモデル断面を表示するか、任意に設定した三次元デジタル拡大鏡と患者実体の距離に従って切り取られる範囲が変化する前記患者解剖学的CGボクセルボリュームモデル断面をリアルタイム表示する機能を備える三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項7に記載の手術器具CGボリュームモデルと、
その手術器具CGボリュームモデルによって実体と同様の変化を実体不可視領域も含んで表示する仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスと、
請求項8に記載の予め設定した断面で表示した患者解剖学的コンピュータグラフィクスボクセルボリュームモデル断面を表示するか、任意に設定した三次元デジタル拡大鏡と患者実体の距離に従って切り取られた断面を表示する仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスと、
が、前記術者三次元デジタル拡大鏡に表示される各仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスの相対的位置を保った状態でパーソナルコンピュータにデータ転送し、前記パーソナルコンピュータモニターあるいは三次元デジタル拡大鏡に表示された各相対的位置関係を保った仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスを、チルト、パン、ズーム、回転の6軸方向に回転移動自在に表示することによって、実体空間の状況を術者視線と異なる方向から観察する三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。 - 請求項9に記載のパーソナルコンピュータに接続した三次元デジタル拡大鏡モニターあるいは一般モニターに表示される術野実体と器具あるいは指示器具の各相対的位置関係を保った仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスに、同パーソナルコンピュータインターフェースで6軸方向にコントロール可能な任意のサーフェースモデル領域(ワイヤーフレーム表示、半透明着色表示あるいは透明)を重ねあわせ、その重畳部分をブール演算法で削去し、前記仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスの断面を表示し、同時に術者三次元デジタル拡大鏡画像表示装置上の仮想三次元ボリュームモデルに反映する事によって第三者が視覚的な指導画像を表示し術者視野立体画像中に臨場感のある視覚指示を行うことを特徴とする三次元視覚指示機能を備える三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1及び請求項2に記載の予め断層撮影法によって得た施術対象物体あるいは生体の二次元スライスデータから構築した歯牙(歯冠、歯根)顎骨および顎顔面、個別パーツのサーフェースポリゴンモデル1をそれぞれ記録保存し、
三次元デジタル拡大鏡で撮像する歯牙(歯冠)および口腔、顎顔面をステレオ法立体計測したサーフェースポリゴンモデル2に、
前記三次元デジタル拡大鏡前方視野撮像画像上のサーフェースポリゴンモデル2中の、個別パーツのサーフェースポリゴンモデル1と三次元的に相似形状サーフェースポリゴンモデルをそれぞれ形状パターン認識によって個別に判別検出の上、前記個別パーツのサーフェースポリゴンモデル2を重畳し、
前記ポリゴンモデル1にテクスチャーマッピングしたそれぞれ歯牙(歯冠、歯根)、顎骨の仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスをトラッキングすることによって、
三次元デジタル拡大鏡画像表示装置で口腔内粘膜下不可視領域の顎骨と顎骨内残存歯牙歯根の状態を三次元的に視覚認識可能とするとともに、三次元コンピュータグラフィクスとして歯列状態の記録保存機能を備える三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。 - 請求項10に記載の三次元サーフェースモデルとテクスチャーをマッピングした各々歯牙の三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスを再構成した治療目標アイディアルアーチ歯列画像を、顎顔面と撮像装置の三次元的相対的位置変化に追従して三次元デジタル拡大鏡モニターに表示される口腔内に表示し、治療目標(V.T.O.)の表示記録保存機能を備える三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1及び請求項2に記載のシステムを利用して、術者三次元デジタル拡大鏡視野内に存在する寸法ゲージのテクスチャーをマッピングした施術対象となる物体あるいは生体または器具に、予め設計した三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスサージカルガイドをオーバーレイし、
三次元デジタル拡大鏡に表示される実体の内部構造不可視領域に対する器具の三次元的アプローチ方向を、仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスサージカルガイドで表示すると供に、撮像空間における撮像装置と実体の相対的三次元位置変化に追従して仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスサージカルガイド画像がリアルタイムに表示レイアウトを変更し追尾する三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。 - 請求項1及び請求項2に記載のシステムを利用して、下顎骨にレジストレーションレイアウトしてマッチムーブする下顎骨CGボリュームモデルの左右間接頭に仮想の蝶幡軸の直線で結び開閉運動をさせ、前記仮想蝶幡軸を運動時の残像の変位が発生しない左右下顎頭横断線をモニター上で確認しながら前記横断線を設定することによって下顎頭の中心が求められる。この中心位からスタートする下顎運動をモニターで確認し正確な顆路角の軌跡をグラフィカルにモニター表示し、三次元データとして下学運動を記録することによってモニター上にバーチャル咬合器構成可能とする機能を備える三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1及び請求項2に記載の実体画像ステレオ法立体計測を、発光ダイオードなどで点を発光するスポット発光法による受動的なステレオ法、あるいは対応点を作り出すスリットを通った直線状の光で、対象の断面を取得するように光をスキャンさせ、実体の形状を取得するスリット光投影法や、実体に撮像装置画像内の座標が判断できるようなパターンを投影して、奥行きを求めるパターン光投影法などの能動的なステレオ法で実体画像をステレオ法立体計測してサーフェースポリゴンモデル2を得る場合、ダイオード発光、あるいはパターン投影によって影響を受ける前方視野撮像画像を非表示とし、撮像する施術対象物体あるいは生体(実体)画像にトラッキングする仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスを三次元コンピュータグラフィクス画像のみ表示し、仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスの視覚認識と、撮像中の施術対象物体あるいは生体(実体)に対する直接あるいは間接的触覚を利用して被写体=実体に対する施術を行う三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1から請求項6に記載の全ての画像情報は、左右撮像装置の実体空間撮像画像、及び三次元コンピュータグラフィクス画像データを実体撮像中に表示あるいは非表示に係らず各レイヤー別に記録保存し、前記各レイヤー画像を個別にあるいは選択的組み合わせで出力可能とし、三次元デジタル拡大鏡あるいは一般モニターに表示すると共に、経時的形状変化を保持した三次元コンピュータグラフィクス記録データをモニター上で自在に、チルト、パン、ズーム、回転の6軸方向に回転移動自在に操作することを特長とする三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1から請求項17に記載の全ての三次元コンピュータグラフィクス画像シーン全体を二次元のデジタル拡大鏡撮像装置の実体画像で覆い実体空間上の画像を背景として用い、仮想現実である三次元コンピュータグラフィクス画像およびその内部構造を、前記二次元画像を光源としてライティングすることによって、フォトリアルな合成画像を作り出すことを特長とする三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 請求項1及び請求項2に記載の左右撮像装置の実体空間撮像画と三次元コンピュータグラフィクス画像フレームを交互に表示する場合は、それぞれの一秒間の表示フレーム数を調整可能とし、オーバーレイ表示する場合は、 左撮像画、右撮像画、あるいは三次元コンピュータグラフィクス画像の三次元デジタル拡大鏡左右モニター表示割合を自在に変更可能とする事によって、両眼視による画像認識を調整可能とした三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システム。
- 術者及び介助者が各々装着する三次元実体デジタル拡大鏡を含んでおり、
両眼の視線上に配置した一対の両眼視画像表示装置と、その画像表示装置背面の両眼瞳孔中央部に相当する位置から、視野方向に向けて取り付けたステレオ配置撮像装置と、
を備える三次元デジタル拡大鏡の左右撮像画像を利用してステレオ法立体計測法を用いて獲得したサーフェースポリゴンモデル2と、
予め断層撮影法によって得た施術対象物体あるいは生体の二次元スライスデータから構築した各構造構成要素のサーフェースポリゴンモデル1と、
を利用して、
前記三次元デジタル拡大鏡前方視野撮像画像上のサーフェースポリゴンモデル2中の、サーフェースポリゴンモデル1と三次元的に相似形状サーフェースポリゴンモデルを形状パターン認識によって判別検出の上、前記サーフェースポリゴンモデル1を重畳し、
前記ポリゴンモデル1に内部構造構成要素テクスチャーをマッピングした仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスをトラッキングするか、
または、サーフェースポリゴンモデル1を構成する輪郭あるいは特徴的なポイントあるいはラインを三次元デジタル拡大鏡の左右それぞれの撮像装置が撮像する画像データにマッピングしトラッキングすることによって、
或いは前記ポリゴンモデル1に内部構造構成要素テクスチャーをマッピングした各内部構成要素中の任意の三次元コンピュータグラフィクスが両眼視画像表示装置に左右それぞれ表示する対象実体画像と個々にマッチムーブさせることによって、
術者三次元デジタル拡大鏡視野内に存在する施術対象となる物体あるいは生体画像の一部あるいは全体を三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスでオーバーレイし、
三次元デジタル拡大鏡に表示される実体の内部構造不可視領域を、仮想三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスの内部構造構成要素画像で表現する医科手術やその他の精密技術支援に使用する三次元デジタル拡大鏡拡張現実手術支援システムにて実行される方法であって、
同一撮像空間における術者及び介助者が各々装着する三次元実体デジタル拡大鏡撮像装置と実体の相対的三次元位置変化に追従して仮想三次元コンピュータグラフィクス画像がリアルタイムに表示レイアウトを変更し追尾することによって、実空間における被写体の状態変化に関するシミュレーションを、被写体に重畳表示した三次元コンピュータグラフィクスの状態と、撮像空間の状態の変化によって引き起こされる三次元コンピュータグラフィクスに対する間接的な影響のシミュレーションと、
を含み、
術者及び介助者が装着する一対の同一規格で同期された三次元実体デジタル拡大鏡を利用して、指導者は、介助者が装着する三次元実体デジタル拡大鏡の視野方向撮像装置が捕えた術者視野三次元被写体画像およびその被写体画像にオーバーレイした三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスがトラッキングする画像を、
逆に、介助者は、指導者が装着する三次元実体デジタル拡大鏡の視野方向撮像装置が捕えた術者視野三次元被写体画像およびその被写体画像にオーバーレイした三次元ボリュームモデルコンピュータグラフィクスがトラッキングする画像を、
夫々相互の三次元実体デジタル拡大鏡モニター画面に分画して表示を行う、
方法。
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