JP2001293006A - 手術ナビゲーション装置 - Google Patents
手術ナビゲーション装置Info
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- JP2001293006A JP2001293006A JP2000109515A JP2000109515A JP2001293006A JP 2001293006 A JP2001293006 A JP 2001293006A JP 2000109515 A JP2000109515 A JP 2000109515A JP 2000109515 A JP2000109515 A JP 2000109515A JP 2001293006 A JP2001293006 A JP 2001293006A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、使用者が表示される画像と現在の視
点との位置姿勢関係を容易に把握することができる手術
ナビゲーション装置を提供する。 【解決手段】本発明の一態様によると、被検体に処置な
どを行う手術具と、前記被検体および前記手術具の3次
元位置姿勢を計測する3次元位置姿勢計測手段と、前記
被検体の断層像情報を記憶する記憶手段と、前記3次元
位置姿勢計測手段により計測された前記被検体および前
記手術具の3次元位置姿勢に基づいて、前記記憶手段に
記憶された前記被検体の断層像情報から所望の断層像を
抽出する断層像抽出手段と、前記3次元位置姿勢計測手
段により計測された前記手術具の3次元位置姿勢を前記
断層像抽出手段により抽出された断層像上に投影した画
像を付加する投影像付加手段と、前記投影像付加手段に
より出力された画像を表示する画像表示手段を有する手
術ナビゲーション装置が提供される。
点との位置姿勢関係を容易に把握することができる手術
ナビゲーション装置を提供する。 【解決手段】本発明の一態様によると、被検体に処置な
どを行う手術具と、前記被検体および前記手術具の3次
元位置姿勢を計測する3次元位置姿勢計測手段と、前記
被検体の断層像情報を記憶する記憶手段と、前記3次元
位置姿勢計測手段により計測された前記被検体および前
記手術具の3次元位置姿勢に基づいて、前記記憶手段に
記憶された前記被検体の断層像情報から所望の断層像を
抽出する断層像抽出手段と、前記3次元位置姿勢計測手
段により計測された前記手術具の3次元位置姿勢を前記
断層像抽出手段により抽出された断層像上に投影した画
像を付加する投影像付加手段と、前記投影像付加手段に
より出力された画像を表示する画像表示手段を有する手
術ナビゲーション装置が提供される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、手術ナビゲーショ
ン装置に係り、特に、外科手術等に用いる手術ナビゲー
ション装置に関する。
ン装置に係り、特に、外科手術等に用いる手術ナビゲー
ション装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、外科手術等における低侵襲手術
では、大きく切開する手術に比べて術野が制限されるの
で、術者は治療部位と手術具との位置関係を直接的に把
握できなくなる。
では、大きく切開する手術に比べて術野が制限されるの
で、術者は治療部位と手術具との位置関係を直接的に把
握できなくなる。
【0003】このような問題に対して、従来から様々な
手術ナビゲーションシステムが導入されている。
手術ナビゲーションシステムが導入されている。
【0004】例えば、「実時間透視図表示による内視鏡
手術ナビゲーションシステム」(日本バーチャルリアリ
ティ学会第2回大会論文集,pp.107−110,1
997)では、既存の多くの手術ナビゲーションシステ
ムで採用されている方式として、断層像上に手術具の現
在位置を十字状カーソルで表示するナビゲーション方法
を紹介している。
手術ナビゲーションシステム」(日本バーチャルリアリ
ティ学会第2回大会論文集,pp.107−110,1
997)では、既存の多くの手術ナビゲーションシステ
ムで採用されている方式として、断層像上に手術具の現
在位置を十字状カーソルで表示するナビゲーション方法
を紹介している。
【0005】この方法は、まず、患者の断層像情報と手
術具の先端位置から三方向(アキシアル方向、コロナル
方向、サジタル方向)の断層像を選択または生成する。
術具の先端位置から三方向(アキシアル方向、コロナル
方向、サジタル方向)の断層像を選択または生成する。
【0006】図14は、この三方向の断層像上に手術具
先端を表わす十字状カーソルを付加して表示する様子を
示している。
先端を表わす十字状カーソルを付加して表示する様子を
示している。
【0007】術者は、それぞれの断層像上に付加された
十字状カーソルの位置関係から、手術具の3次元位置を
認識する。
十字状カーソルの位置関係から、手術具の3次元位置を
認識する。
【0008】また、上記「実時間透視図表示による内視
鏡手術ナビゲーションシステム」では、それ自身が提案
する手法として、「透視図」によるナビゲーションが説
明されている。
鏡手術ナビゲーションシステム」では、それ自身が提案
する手法として、「透視図」によるナビゲーションが説
明されている。
【0009】この方法では、事前もしくはリアルタイム
に取得した断層像情報から患部や患者皮膚面等の表示す
る部位を抽出したポリゴン等で構成された三次元物体
(患者皮膚面や患部等)が透視図として表示されてお
り、同時に硬性鏡を表わす円柱と硬性鏡の観察方向およ
び回転の様子を示すための「視円錐」も表示される。
に取得した断層像情報から患部や患者皮膚面等の表示す
る部位を抽出したポリゴン等で構成された三次元物体
(患者皮膚面や患部等)が透視図として表示されてお
り、同時に硬性鏡を表わす円柱と硬性鏡の観察方向およ
び回転の様子を示すための「視円錐」も表示される。
【0010】図15は、このナビゲーション表示の例を
示している。
示している。
【0011】また、「三次元画像表示装置」(特開平1
1−110588号公報)では、被検体の3次元的な断
層像情報内部に視点を設定し、その視点から得ることが
できる画像と、断層像上での視点位置を認識可能にする
ガイド画像とを表示するようにしている。
1−110588号公報)では、被検体の3次元的な断
層像情報内部に視点を設定し、その視点から得ることが
できる画像と、断層像上での視点位置を認識可能にする
ガイド画像とを表示するようにしている。
【0012】この方法により、使用者は内視鏡的画像を
得ることができるとともに、ガイド画像によってその内
視鏡的画像の視点が観察対象の内部のどの位置にあるか
を把握することができる。
得ることができるとともに、ガイド画像によってその内
視鏡的画像の視点が観察対象の内部のどの位置にあるか
を把握することができる。
【0013】また、「画像表示方法および画像表示装
置」(特開2000−48168号公報)では、被検体
の3次元的な断層像情報から、3次元組織の内部空間の
壁面をその内部空間中の視点から見た如き画像を作成
し、表示している。
置」(特開2000−48168号公報)では、被検体
の3次元的な断層像情報から、3次元組織の内部空間の
壁面をその内部空間中の視点から見た如き画像を作成
し、表示している。
【0014】この画像として、超広角な直視鏡で見た如
き画像や側視鏡で全周を見回した如き画像を作成し表示
することにより、使用者が広い範囲を1画面で視認可能
になる。
き画像や側視鏡で全周を見回した如き画像を作成し表示
することにより、使用者が広い範囲を1画面で視認可能
になる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図17の
(a),(b)に示すように、硬性鏡には、挿入軸と異
なる方向を見るための側視鏡と呼ばれるものがある。
(a),(b)に示すように、硬性鏡には、挿入軸と異
なる方向を見るための側視鏡と呼ばれるものがある。
【0016】図17の(a),(b),(c)は、それ
ぞれ、直視硬性鏡、30度側視硬性鏡、70度側視硬性
鏡を示している。
ぞれ、直視硬性鏡、30度側視硬性鏡、70度側視硬性
鏡を示している。
【0017】この側視鏡では、観察方向と挿入方向が異
なるため、術者は硬性鏡の観察方向と硬性鏡の挿入方向
とを常に意識し、操作を行う必要がある。
なるため、術者は硬性鏡の観察方向と硬性鏡の挿入方向
とを常に意識し、操作を行う必要がある。
【0018】このことは、術者にとって大きな負担とな
っている。
っている。
【0019】上記「実時間透視図表示による内視鏡手術
ナビゲーションシステム」で、従来技術として紹介され
ている三方向の断層像上に手術具先端を表わす十字状カ
ーソルを付加し表示する方法では、内視鏡先端の位置が
表示できるのみであるので、内視鏡の姿勢(挿入方向)
や観察方向を認識することは、術者の勘を頼りにしてい
た。
ナビゲーションシステム」で、従来技術として紹介され
ている三方向の断層像上に手術具先端を表わす十字状カ
ーソルを付加し表示する方法では、内視鏡先端の位置が
表示できるのみであるので、内視鏡の姿勢(挿入方向)
や観察方向を認識することは、術者の勘を頼りにしてい
た。
【0020】また、上記「実時間透視図表示による内視
鏡手術ナビゲーションシステム」で提案されている「透
視図」では、事前もしくはリアルタイムに取得した断層
像情報から患部や患者皮膚面等の表示する部位を抽出す
る必要がある。
鏡手術ナビゲーションシステム」で提案されている「透
視図」では、事前もしくはリアルタイムに取得した断層
像情報から患部や患者皮膚面等の表示する部位を抽出す
る必要がある。
【0021】このように断層像情報から表示する部位を
抽出する必要があるということは、断層像情報には含ま
れるが「透視図」には表示されない部分が存在すること
を意味する。
抽出する必要があるということは、断層像情報には含ま
れるが「透視図」には表示されない部分が存在すること
を意味する。
【0022】このため「透視図」では、術者が状況判断
をするのに必要な情報が欠落してしまい、モニタ上に表
示されない恐れが常に存在する。
をするのに必要な情報が欠落してしまい、モニタ上に表
示されない恐れが常に存在する。
【0023】また、上記「三次元画像表示装置」による
発明では、視点が観察対象の内部のどの位置にあるかを
表示するのみであるので、実際の機器を用いたシミュレ
ーションや手術等で必要となる機器の姿勢や機器の姿勢
と光軸方向との関連等を把握することができない。
発明では、視点が観察対象の内部のどの位置にあるかを
表示するのみであるので、実際の機器を用いたシミュレ
ーションや手術等で必要となる機器の姿勢や機器の姿勢
と光軸方向との関連等を把握することができない。
【0024】また、上記「画像表示方法および画像表示
装置」による発明では内部空間中の視点からの画像のみ
が表示されるため、使用者は、断層像情報として得られ
ている組織全体における視点の位置、視野中心線方向、
視野角を把握することが困難である。
装置」による発明では内部空間中の視点からの画像のみ
が表示されるため、使用者は、断層像情報として得られ
ている組織全体における視点の位置、視野中心線方向、
視野角を把握することが困難である。
【0025】このため、使用者は、表示される画像と現
在の視点との位置姿勢関係を把握することが困難とな
る。
在の視点との位置姿勢関係を把握することが困難とな
る。
【0026】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、使用者が、手術具の被検体に対する位置関係と姿
勢関係とを同時に容易に把握することが可能になるとと
もに、正確な状況判断をするための断層像情報も同時に
確実に把握することができる手術ナビゲーション装置を
提供することを目的とする。
ので、使用者が、手術具の被検体に対する位置関係と姿
勢関係とを同時に容易に把握することが可能になるとと
もに、正確な状況判断をするための断層像情報も同時に
確実に把握することができる手術ナビゲーション装置を
提供することを目的とする。
【0027】
【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、(1) 被検体に処置などを行う
手術具と、前記被検体および前記手術具の3次元位置姿
勢を計測する3次元位置姿勢計測手段と、前記被検体の
断層像情報を記憶する記憶手段と、前記3次元位置姿勢
計測手段により計測された前記被検体および前記手術具
の3次元位置姿勢に基づいて、前記記憶手段に記憶され
た前記被検体の断層像情報から所望の断層像を抽出する
断層像抽出手段と、前記3次元位置姿勢計測手段により
計測された前記手術具の3次元位置姿勢を前記断層像抽
出手段により抽出された断層像上に投影した画像を付加
する投影像付加手段と、前記投影像付加手段により出力
された画像を表示する画像表示手段を有することを特徴
とする手術ナビゲーション装置が提供される。
題を解決するために、(1) 被検体に処置などを行う
手術具と、前記被検体および前記手術具の3次元位置姿
勢を計測する3次元位置姿勢計測手段と、前記被検体の
断層像情報を記憶する記憶手段と、前記3次元位置姿勢
計測手段により計測された前記被検体および前記手術具
の3次元位置姿勢に基づいて、前記記憶手段に記憶され
た前記被検体の断層像情報から所望の断層像を抽出する
断層像抽出手段と、前記3次元位置姿勢計測手段により
計測された前記手術具の3次元位置姿勢を前記断層像抽
出手段により抽出された断層像上に投影した画像を付加
する投影像付加手段と、前記投影像付加手段により出力
された画像を表示する画像表示手段を有することを特徴
とする手術ナビゲーション装置が提供される。
【0028】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、後述する第1の実施の形態と、第
2の実施の形態とが対応する。
関する実施の形態は、後述する第1の実施の形態と、第
2の実施の形態とが対応する。
【0029】上記構成要素中の手術具は、第1の実施の
形態では硬性鏡3が該当し、第2の実施の形態では手術
用顕微鏡50が該当するが、軟性鏡や処置具、吸引管等
を含むものとする。
形態では硬性鏡3が該当し、第2の実施の形態では手術
用顕微鏡50が該当するが、軟性鏡や処置具、吸引管等
を含むものとする。
【0030】また、上記構成要素中の3次元位置姿勢計
測手段は、これらの各実施の形態では、センシングプレ
ート2、センシングプレート4、センサ情報記憶部5、
センサ制御部6、画像撮影方式のセンサアセンブリ7よ
り構成されるが、光学式に限らず磁気式、機械式等その
他の3次元位置姿勢計測方法によるものも含むものとす
る。
測手段は、これらの各実施の形態では、センシングプレ
ート2、センシングプレート4、センサ情報記憶部5、
センサ制御部6、画像撮影方式のセンサアセンブリ7よ
り構成されるが、光学式に限らず磁気式、機械式等その
他の3次元位置姿勢計測方法によるものも含むものとす
る。
【0031】また、上記構成要素中の記憶手段は、これ
らの各実施の形態ではナビゲーション情報記憶部9が該
当する。
らの各実施の形態ではナビゲーション情報記憶部9が該
当する。
【0032】また、上記構成要素中の断層像抽出手段
は、これらの各実施の形態ではナビゲーション制御部8
が該当する。
は、これらの各実施の形態ではナビゲーション制御部8
が該当する。
【0033】また、上記構成要素中の投影像付加手段
は、これらの各実施の形態ではナビゲーション制御部8
が該当する。
は、これらの各実施の形態ではナビゲーション制御部8
が該当する。
【0034】また、上記構成要素中の画像表示手段は、
これらの各実施の形態ではモニタ13が該当する。
これらの各実施の形態ではモニタ13が該当する。
【0035】(作用)上記構成において、3次元位置姿
勢計測手段は、手術具および被検体の3次元位置姿勢を
計測し、この結果を断層像抽出手段へ送信する。
勢計測手段は、手術具および被検体の3次元位置姿勢を
計測し、この結果を断層像抽出手段へ送信する。
【0036】この断層像抽出手段では、記憶手段に記憶
されている被検体の断層像情報と、3次元位置姿勢計測
手段から送信される手術具および被検体の3次元位置姿
勢情報とに基づいて断層像を抽出し、投影像付加手段へ
送信する。
されている被検体の断層像情報と、3次元位置姿勢計測
手段から送信される手術具および被検体の3次元位置姿
勢情報とに基づいて断層像を抽出し、投影像付加手段へ
送信する。
【0037】この投影像付加手段では、断層像抽出手段
によって送信された断層像に対して手術具の投影像を、
その3次元位置姿勢情報に基づいて付加し、画像表示手
段へ送信する。
によって送信された断層像に対して手術具の投影像を、
その3次元位置姿勢情報に基づいて付加し、画像表示手
段へ送信する。
【0038】この画像表示手段では、投影像付加手段に
よって送信された手術具の投影像が付加されている断層
像を表示する。
よって送信された手術具の投影像が付加されている断層
像を表示する。
【0039】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、(2) 前記投影像付加手段は、前記手術具
の作用軸の投影像を前記断層像抽出手段により抽出され
た断層像上に付加することを特徴とする(1)に記載の
手術ナビゲーション装置が提供される。
るために、(2) 前記投影像付加手段は、前記手術具
の作用軸の投影像を前記断層像抽出手段により抽出され
た断層像上に付加することを特徴とする(1)に記載の
手術ナビゲーション装置が提供される。
【0040】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第1の実施の形態と、第2の実施
の形態とが対応する。
関する実施の形態は、第1の実施の形態と、第2の実施
の形態とが対応する。
【0041】上記構成要素中の手術具の作用軸は、第1
の実施の形態では硬性鏡3の光軸23が該当し、第2の
実施の形態では手術用顕微鏡50の光軸51が該当する
が、水等を噴射する器具の噴射方向や図16に示すよう
に先端に突起や窪み等の方向性を有する器具の方向等を
含むものとする。
の実施の形態では硬性鏡3の光軸23が該当し、第2の
実施の形態では手術用顕微鏡50の光軸51が該当する
が、水等を噴射する器具の噴射方向や図16に示すよう
に先端に突起や窪み等の方向性を有する器具の方向等を
含むものとする。
【0042】「作用軸」という用語は、本明細書では内
視鏡や顕微鏡、レーザー装置等における光軸や、水等を
噴射する器具における噴射方向や、図16に示すような
先端に突起や窪み等の方向性を有する器具における突起
や窪みの方向を指し示す軸を意味しているものと定義す
る。
視鏡や顕微鏡、レーザー装置等における光軸や、水等を
噴射する器具における噴射方向や、図16に示すような
先端に突起や窪み等の方向性を有する器具における突起
や窪みの方向を指し示す軸を意味しているものと定義す
る。
【0043】(作用)上記構成において、手術ナビゲー
ション装置は、画像表示手段に、手術具の作用軸の投影
像が付加されている被検体の断層像を表示する。
ション装置は、画像表示手段に、手術具の作用軸の投影
像が付加されている被検体の断層像を表示する。
【0044】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、(3) 前記手術具は、さらに前記被検体の
画像を撮影する手段を有し、前記投影像付加手段は、前
記手術具の合焦点位置情報を前記断層像抽出手段により
抽出された断層像上に付加することを特徴とする(1)
または(2)に記載の手術ナビゲーション装置が提供さ
れる。
るために、(3) 前記手術具は、さらに前記被検体の
画像を撮影する手段を有し、前記投影像付加手段は、前
記手術具の合焦点位置情報を前記断層像抽出手段により
抽出された断層像上に付加することを特徴とする(1)
または(2)に記載の手術ナビゲーション装置が提供さ
れる。
【0045】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第1の実施の形態と、第2の実施
の形態とが対応する。
関する実施の形態は、第1の実施の形態と、第2の実施
の形態とが対応する。
【0046】上記構成要素中の手術具の合焦点位置情報
は、第1の実施の形態では硬性鏡3の合焦点22を境に
太さが変化している線分36、37が該当し、第2の実
施の形態では手術用顕微鏡50の合焦点55を終点とす
る光軸51の投影像60が該当するが、合焦点を投影し
た位置を指し示す記号等を含むものとする。
は、第1の実施の形態では硬性鏡3の合焦点22を境に
太さが変化している線分36、37が該当し、第2の実
施の形態では手術用顕微鏡50の合焦点55を終点とす
る光軸51の投影像60が該当するが、合焦点を投影し
た位置を指し示す記号等を含むものとする。
【0047】(作用)上記構成において、手術ナビゲー
ション装置は、画像表示手段に、手術具の合焦点の位置
情報が投影されている被検体の断層像を表示する。
ション装置は、画像表示手段に、手術具の合焦点の位置
情報が投影されている被検体の断層像を表示する。
【0048】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。
の形態について説明する。
【0049】(第1の実施の形態)図1は、本発明の第
1の実施の形態による手術ナビゲーション装置の構成を
示す図である。
1の実施の形態による手術ナビゲーション装置の構成を
示す図である。
【0050】この発明の第1の実施の形態による手術ナ
ビゲーション装置は、次のように構成されている。
ビゲーション装置は、次のように構成されている。
【0051】すなわち、図1では、手術台上に、被検体
1が仰向けの状態で寝ているものとしている。
1が仰向けの状態で寝ているものとしている。
【0052】そして、この被検体1の頭部には、赤外線
LEDを三角形状に配置したセンシングプレート2がテ
ープにて固定されている。
LEDを三角形状に配置したセンシングプレート2がテ
ープにて固定されている。
【0053】また、硬性鏡3には、赤外線LEDを三角
形状に配置したセンシングプレート4が固定されてい
る。
形状に配置したセンシングプレート4が固定されてい
る。
【0054】これらセンシングプレート2、およびセン
シングプレート4上において、配置された赤外線LED
同士の位置関係が変化することはない。
シングプレート4上において、配置された赤外線LED
同士の位置関係が変化することはない。
【0055】また、センシングプレート2上で定義され
た座標系p、およびセンシングプレート4上で定義され
た座標系eに対して、各赤外線LEDが配置された位置
は事前に計測されており、LED定義データとしてセン
サ情報記憶部5に蓄えられている。
た座標系p、およびセンシングプレート4上で定義され
た座標系eに対して、各赤外線LEDが配置された位置
は事前に計測されており、LED定義データとしてセン
サ情報記憶部5に蓄えられている。
【0056】このセンサ情報記憶部5は、センサ制御部
6に接続されている。
6に接続されている。
【0057】前記センシングプレート2、およびセンシ
ングプレート4が計測範囲内に位置するように、画像撮
影方式のセンサアセンブリ7が配置されている。
ングプレート4が計測範囲内に位置するように、画像撮
影方式のセンサアセンブリ7が配置されている。
【0058】前記センサ制御部6には、センシングプレ
ート2、およびセンシングプレート4とセンサアセンブ
リ7が接続されていることにより、3次元位置姿勢計測
手段を構成している。
ート2、およびセンシングプレート4とセンサアセンブ
リ7が接続されていることにより、3次元位置姿勢計測
手段を構成している。
【0059】この3次元位置姿勢計測手段によって得ら
れる3次元位置姿勢情報は、センサ制御部6よりナビゲ
ーション制御部8に渡される。
れる3次元位置姿勢情報は、センサ制御部6よりナビゲ
ーション制御部8に渡される。
【0060】また、被検体1の断層像情報は、例えば、
アキシアル方向の256[pixel]×256[pi
xel]の断層像を垂直方向へ積層化することにより、
256[pixel]×256[pixel]×256
[pixel]の3次元ボリュームデータとして3次元
再構成され、ナビゲーション情報記憶部9に断層像デー
タ10として記憶されている。
アキシアル方向の256[pixel]×256[pi
xel]の断層像を垂直方向へ積層化することにより、
256[pixel]×256[pixel]×256
[pixel]の3次元ボリュームデータとして3次元
再構成され、ナビゲーション情報記憶部9に断層像デー
タ10として記憶されている。
【0061】なお、本実施の形態では1[plxel]
の大きさは、1mmになっているものとする。
の大きさは、1mmになっているものとする。
【0062】また、被検体1の耳や目等の身体上の特徴
点や、被検体1に取り付けたマーカ等の座標値が、断層
像データ10に対して定義されるオブジェクト座標系m
上でモデルデータ11として、ナビゲーション情報記憶
部9に記憶されている。
点や、被検体1に取り付けたマーカ等の座標値が、断層
像データ10に対して定義されるオブジェクト座標系m
上でモデルデータ11として、ナビゲーション情報記憶
部9に記憶されている。
【0063】図2に示すように、被検体1のデータと被
検体1自身は、耳や目等の身体上の特徴点や、被検体1
に取り付けたマーカ等のオブジェクト座標系m上の座標
値モデルデータ11と、これに対応する特徴点のセンシ
ングプレート2で規定される座標系p上の座標値を計測
し、座標変換行列mHp14を算出することで関連づけ
られている。
検体1自身は、耳や目等の身体上の特徴点や、被検体1
に取り付けたマーカ等のオブジェクト座標系m上の座標
値モデルデータ11と、これに対応する特徴点のセンシ
ングプレート2で規定される座標系p上の座標値を計測
し、座標変換行列mHp14を算出することで関連づけ
られている。
【0064】この座標変換行列mHp14は、ナビゲー
ション情報記憶部9に記憶されている。
ション情報記憶部9に記憶されている。
【0065】座標変換行列とは、図3に示すように、3
次元空間での回転動作を表す3行3列の回転成分Rと、
3次元空間での並進動作を表す3行1列の並進成分T
と、定数成分で構成される4行4列の行列である。
次元空間での回転動作を表す3行3列の回転成分Rと、
3次元空間での並進動作を表す3行1列の並進成分T
と、定数成分で構成される4行4列の行列である。
【0066】また、図4に示すように、硬性鏡3の光学
系を表現するカメラモデルで使用される座標系cからセ
ンシングプレート4で規定される座標系eへの座標変換
行列eHc15が求められている。
系を表現するカメラモデルで使用される座標系cからセ
ンシングプレート4で規定される座標系eへの座標変換
行列eHc15が求められている。
【0067】なお、硬性鏡3の光学系を表現するカメラ
モデルで使用される座標系cの原点は、硬性鏡3の先端
に一致しており、硬性鏡3の光軸をカメラ座標系cのZ
軸としている。
モデルで使用される座標系cの原点は、硬性鏡3の先端
に一致しており、硬性鏡3の光軸をカメラ座標系cのZ
軸としている。
【0068】この座標変換行列eHc15は、ナビゲー
ション情報記憶部9に記憶されている。
ション情報記憶部9に記憶されている。
【0069】また、硬性鏡3の後端20の位置および硬
性鏡3の挿入部直径が、カメラ座標系cに対して設定さ
れ、ナビゲーション情制記憶部9に記憶されている。
性鏡3の挿入部直径が、カメラ座標系cに対して設定さ
れ、ナビゲーション情制記憶部9に記憶されている。
【0070】また、硬性鏡3の先端21から合焦点22
までの距離および画角が、ナビゲーション情報記憶部9
に記憶されている。
までの距離および画角が、ナビゲーション情報記憶部9
に記憶されている。
【0071】ここで、硬性鏡3の先端21から合焦点2
2までの距離は、カメラ座標系cのZ軸上の点の座標値
として表現される。
2までの距離は、カメラ座標系cのZ軸上の点の座標値
として表現される。
【0072】次に、この発明の第1の実施形態による手
術ナビゲーション装置の作用を説明する。
術ナビゲーション装置の作用を説明する。
【0073】本手術ナビゲーション装置の動作中、3次
元位置姿勢計測手段の構成要素であるセンサ制御部6
は、センシングプレート2、およびセンシングプレート
4上の各赤外線LEDを順番に発光させ、センサアセン
ブリ7はこれら赤外線LEDが発光している状態を映像
として捉える。
元位置姿勢計測手段の構成要素であるセンサ制御部6
は、センシングプレート2、およびセンシングプレート
4上の各赤外線LEDを順番に発光させ、センサアセン
ブリ7はこれら赤外線LEDが発光している状態を映像
として捉える。
【0074】センサ制御部6では、赤外線LEDを発光
させたタイミングとセンサアセンブリ7より得た映像を
用いて、各赤外線LEDの3次元位置を算出する。
させたタイミングとセンサアセンブリ7より得た映像を
用いて、各赤外線LEDの3次元位置を算出する。
【0075】各赤外線LEDの3次元位置とセンサ情報
記憶部5に記憶されたLED定義データを用いて、セン
シングプレート2、およびセンシングプレート4の3次
元位置姿勢を算出する。
記憶部5に記憶されたLED定義データを用いて、セン
シングプレート2、およびセンシングプレート4の3次
元位置姿勢を算出する。
【0076】さらに、センシングプレート2、およびセ
ンシングプレート4の3次元位置姿勢を、センシングプ
レート4に対するセンシングプレート2の相対的な位置
姿勢へと変換し、座標変換行列pHe17を得る。
ンシングプレート4の3次元位置姿勢を、センシングプ
レート4に対するセンシングプレート2の相対的な位置
姿勢へと変換し、座標変換行列pHe17を得る。
【0077】図5に示すように、ナビゲーション制御部
8では、座標変換行列eHc15、座標変換行列pHe
17、座標変換行列mHp14を用いて、ナビゲーショ
ン情報記憶部9に記憶された硬性鏡3の後端20の位置
をオブジェクト座標系m上の座標値へ変換する。
8では、座標変換行列eHc15、座標変換行列pHe
17、座標変換行列mHp14を用いて、ナビゲーショ
ン情報記憶部9に記憶された硬性鏡3の後端20の位置
をオブジェクト座標系m上の座標値へ変換する。
【0078】また、同時に、カメラ座標系cの原点に一
致する硬性鏡3の先端21の位置も、座標変換行列pH
e17、座標変換行列mHp14を用いて、オブジェク
ト座標系m上の座標値へ変換する。
致する硬性鏡3の先端21の位置も、座標変換行列pH
e17、座標変換行列mHp14を用いて、オブジェク
ト座標系m上の座標値へ変換する。
【0079】また、ナビゲーション制御部8では、オブ
ジェクト座標系m上の座標値へ変換された硬性鏡3の先
端21の位置を用いてモニタ13上で表示する三方向の
断層像を抽出する。
ジェクト座標系m上の座標値へ変換された硬性鏡3の先
端21の位置を用いてモニタ13上で表示する三方向の
断層像を抽出する。
【0080】図6は、このようにオブジェクト座標系m
上の座標値へ変換された硬性鏡3の先端21の位置を用
いてモニタ13上で表示する三方向の断層像を抽出する
手順を説明するための図である。
上の座標値へ変換された硬性鏡3の先端21の位置を用
いてモニタ13上で表示する三方向の断層像を抽出する
手順を説明するための図である。
【0081】ナビゲーション情報記憶部9には、3次元
再構成された被検体1の断層像データ10が記憶されて
いる。
再構成された被検体1の断層像データ10が記憶されて
いる。
【0082】この断層像データ10には、オブジェクト
座標系mが定義されており、ナビゲーション制御部8
は、オブジェクト座標系m上の座標値へ変換された硬性
鏡3の先端21の位置を含むオブジェクト座標系mのX
Y平面をアキシアル断面30、YZ平面をサジタル断面
31、ZX平面をコロナル断面32として抽出する。
座標系mが定義されており、ナビゲーション制御部8
は、オブジェクト座標系m上の座標値へ変換された硬性
鏡3の先端21の位置を含むオブジェクト座標系mのX
Y平面をアキシアル断面30、YZ平面をサジタル断面
31、ZX平面をコロナル断面32として抽出する。
【0083】例えば、オブジェクト座標系m上の座標値
へ変換された硬性鏡3の先端21の位置が(124,2
11,88)のときには、Z=88のXY平面がアキシ
アル断面30であり、X=124のYZ平面がサジタル
断面31であり、Y=211のZX平面がコロナル断面
32である。
へ変換された硬性鏡3の先端21の位置が(124,2
11,88)のときには、Z=88のXY平面がアキシ
アル断面30であり、X=124のYZ平面がサジタル
断面31であり、Y=211のZX平面がコロナル断面
32である。
【0084】次に、オブジェクト座標系m上の座標値へ
変換された硬性鏡3の先端21の位置と後端20の位置
から、硬性鏡3の投影像をナビゲーション制御部8で生
成した三方向の断層像アキシアル断面30、サジタル断
面31、コロナル断面32ヘ付加する手順を図6を用い
て説明する。
変換された硬性鏡3の先端21の位置と後端20の位置
から、硬性鏡3の投影像をナビゲーション制御部8で生
成した三方向の断層像アキシアル断面30、サジタル断
面31、コロナル断面32ヘ付加する手順を図6を用い
て説明する。
【0085】ここで、硬性鏡3の投影像は、先端21の
位置と後端20の位置とを結ぶ直線で表現される。
位置と後端20の位置とを結ぶ直線で表現される。
【0086】この直線の太さは、ナビゲーション情報記
憶部9に記憶されている硬性鏡3の直径から決定され
る。
憶部9に記憶されている硬性鏡3の直径から決定され
る。
【0087】例えば、オブジェクト座標系m上の座標値
へ変換された硬性鏡3の先端21の位置が(124,2
11,88)で、後端20の位置が(132,92,3
4)で、硬性鏡3の直径が4mmのとき、アキシアル断
面30上には、XY座標へ硬性鏡3の先端21が投影さ
れた位置(124,211)と硬性鏡3の後端20が投
影された位置(132,92)とを結んだ太さ4[pi
xel]の直線33が付加され、サジタル断面31上に
は、YZ座標へ硬性鏡3の先端21が投影された位置
(211,88)と硬性鏡3の後端20が投影された位
置(92,34)とを結んだ太さ4[pixel]の直
線34が付加され、コロナル断面32上には、ZX座標
へ硬性鏡3の先端21が投影された位置(88,12
4)と硬性鏡3の後端20が投影された位置(34,1
32)とを結んだ太さ4[pixel]の直線35が付
加される。
へ変換された硬性鏡3の先端21の位置が(124,2
11,88)で、後端20の位置が(132,92,3
4)で、硬性鏡3の直径が4mmのとき、アキシアル断
面30上には、XY座標へ硬性鏡3の先端21が投影さ
れた位置(124,211)と硬性鏡3の後端20が投
影された位置(132,92)とを結んだ太さ4[pi
xel]の直線33が付加され、サジタル断面31上に
は、YZ座標へ硬性鏡3の先端21が投影された位置
(211,88)と硬性鏡3の後端20が投影された位
置(92,34)とを結んだ太さ4[pixel]の直
線34が付加され、コロナル断面32上には、ZX座標
へ硬性鏡3の先端21が投影された位置(88,12
4)と硬性鏡3の後端20が投影された位置(34,1
32)とを結んだ太さ4[pixel]の直線35が付
加される。
【0088】次に、硬性鏡3の光軸23をナビゲーショ
ン制御部8で生成した三方向の断層像アキシアル断面3
0、サジタル断面31、コロナル断面32へ付加する手
順を説明する。
ン制御部8で生成した三方向の断層像アキシアル断面3
0、サジタル断面31、コロナル断面32へ付加する手
順を説明する。
【0089】図7は、例として、アキシアル断面30へ
硬性鏡3の光軸23を付加する方法を示している。
硬性鏡3の光軸23を付加する方法を示している。
【0090】まず、図5に示すように、光軸上に存在す
る合焦点22の位置を、座標変換行列eHc15、座標
変換行列pHe17、座標変換行列mHp14を用いて
オブジェクト座標系m上の座標値へ変換する。
る合焦点22の位置を、座標変換行列eHc15、座標
変換行列pHe17、座標変換行列mHp14を用いて
オブジェクト座標系m上の座標値へ変換する。
【0091】この場合、光軸を硬性鏡3の先端21から
伸びる直線で表現するが、この直線は、合焦点22の位
置を境に太さが変化する。
伸びる直線で表現するが、この直線は、合焦点22の位
置を境に太さが変化する。
【0092】例えば、硬性鏡3の先端21の位置が(1
24,211,88)で、合焦点22の位置が(14
0,240,102)のとき、アキシアル断面30上に
は硬性鏡3の先端21が投影された位置(124,21
1)と合焦点22が投影された位置とを結ぶ太さ3[p
ixel]の直線36と、合焦点22が投影された位置
から更に伸びる太さ1[pixel]の直線37とが生
成される。
24,211,88)で、合焦点22の位置が(14
0,240,102)のとき、アキシアル断面30上に
は硬性鏡3の先端21が投影された位置(124,21
1)と合焦点22が投影された位置とを結ぶ太さ3[p
ixel]の直線36と、合焦点22が投影された位置
から更に伸びる太さ1[pixel]の直線37とが生
成される。
【0093】次に、硬性鏡3の画角をナビゲーション制
御部8で生成した三方向の断層像アキシアル断面30、
サジタル断面31、コロナル断面32へ付加する手順を
図8、および図9を用いて説明する。
御部8で生成した三方向の断層像アキシアル断面30、
サジタル断面31、コロナル断面32へ付加する手順を
図8、および図9を用いて説明する。
【0094】図8、および図9は、例として、硬性鏡3
の画角をアキシアル断面30へ付加する方法を示してい
る。
の画角をアキシアル断面30へ付加する方法を示してい
る。
【0095】硬性鏡3の画角は、断層像上では、硬性鏡
3の先端21から伸びる2本の直線38として表現され
る。
3の先端21から伸びる2本の直線38として表現され
る。
【0096】この直線38に挟まれている部分が、硬性
鏡3の視野範囲を表現している。
鏡3の視野範囲を表現している。
【0097】この硬性鏡3の視野範囲は、硬性鏡3の先
端21を頂点とする円錐40で表現される。
端21を頂点とする円錐40で表現される。
【0098】この円錐40の底面41を、合焦点22の
位置を含む光軸に垂直な平面上に設定する。
位置を含む光軸に垂直な平面上に設定する。
【0099】投影する断面30と平行で、この円錐40
の底面41の中心(合焦点22)を通る平面42と円錐
40の底面41との交線43の両端44、45が、断面
30に投影されたときの位置は、以下の式より算出され
る。
の底面41の中心(合焦点22)を通る平面42と円錐
40の底面41との交線43の両端44、45が、断面
30に投影されたときの位置は、以下の式より算出され
る。
【0100】この場合、端点44の投影位置46を(u
r1,vr1)とし、端点45の投影位置47を(ur
2,vr2)とし、硬性鏡3の先端21の投影位置を
(u0,v0)とし、合焦点22のカメラ座標系c上で
の位置を(0,0,f)とし、合焦点22の投影位置4
8を(ug,vg)とし、画角をφとする。
r1,vr1)とし、端点45の投影位置47を(ur
2,vr2)とし、硬性鏡3の先端21の投影位置を
(u0,v0)とし、合焦点22のカメラ座標系c上で
の位置を(0,0,f)とし、合焦点22の投影位置4
8を(ug,vg)とし、画角をφとする。
【0101】ur1=u0−(fxb)/tanφ, vr1=v0+(fxa)/tanφ, ur1=u0+(fxb)/tanφ, vr1=v0−(fxa)/tanφ ただし、
【0102】
【数1】
【0103】硬性鏡3の先端21と、端点44が投影さ
れた点46、および端点45が投影された点47とを結
んだ線が、それぞれ、硬性鏡3の画角φを表現する直線
38になる。
れた点46、および端点45が投影された点47とを結
んだ線が、それぞれ、硬性鏡3の画角φを表現する直線
38になる。
【0104】ナビゲーション制御部8は、以上の硬性鏡
3の投影像、硬性鏡3の光軸23、硬性鏡3の画角φを
表現する直線38を断層像に付加した画像を出力する。
3の投影像、硬性鏡3の光軸23、硬性鏡3の画角φを
表現する直線38を断層像に付加した画像を出力する。
【0105】モニタ13は、図10に示すように、ナビ
ゲーション制御部8より出力された情報を表示する。
ゲーション制御部8より出力された情報を表示する。
【0106】術者は、モニタ13上に表示された硬性鏡
3の先端位置を含む三方向の断層像アキシアル断面3
0、サジタル断面31、コロナル断面32と、これに付
加された硬性鏡3の投影像、硬性鏡3の光軸23、硬性
鏡3の画角φを表現する直線38とを同時に見ながら硬
性鏡3を操作し、手術を行う。
3の先端位置を含む三方向の断層像アキシアル断面3
0、サジタル断面31、コロナル断面32と、これに付
加された硬性鏡3の投影像、硬性鏡3の光軸23、硬性
鏡3の画角φを表現する直線38とを同時に見ながら硬
性鏡3を操作し、手術を行う。
【0107】次に、この発明の第1の実施の形態による
手術ナビゲーション装置の効果を説明する。
手術ナビゲーション装置の効果を説明する。
【0108】本手術ナビゲーション装置では、硬性鏡3
の先端位置を含む被検体1の三方向の断層像として、ア
キシアル断面30、サジタル断面31、コロナル断面3
2と、これに付加された硬性鏡3の投影像、硬性鏡3の
光軸23、硬性鏡3の画角φを表現する直線38とを同
時に観察可能であるので、術者は硬性鏡3が被検体1の
内部のどこに位置し、どの方向を向いており、どの範囲
を観察しているかを同時に容易に把握することができ
る。
の先端位置を含む被検体1の三方向の断層像として、ア
キシアル断面30、サジタル断面31、コロナル断面3
2と、これに付加された硬性鏡3の投影像、硬性鏡3の
光軸23、硬性鏡3の画角φを表現する直線38とを同
時に観察可能であるので、術者は硬性鏡3が被検体1の
内部のどこに位置し、どの方向を向いており、どの範囲
を観察しているかを同時に容易に把握することができ
る。
【0109】つまり、側視鏡のように挿入方向と観察方
向が異なる硬性鏡であっても、術者は、被検体1に対す
る硬性鏡3の挿入方向と観察方向を容易に把握し、確実
な操作を行うことができる。
向が異なる硬性鏡であっても、術者は、被検体1に対す
る硬性鏡3の挿入方向と観察方向を容易に把握し、確実
な操作を行うことができる。
【0110】また、本手術ナビゲーション装置では、硬
性鏡3の光軸は合焦点位置を境に描画する線の太さが変
化しているので、術者は、焦点があっている位置を容易
に把握することができる。
性鏡3の光軸は合焦点位置を境に描画する線の太さが変
化しているので、術者は、焦点があっている位置を容易
に把握することができる。
【0111】また、本手術ナビゲーション装置では、断
層像上に情報を付加しているので、断層像自身が持つ情
報を欠くことなく呈示することができる。
層像上に情報を付加しているので、断層像自身が持つ情
報を欠くことなく呈示することができる。
【0112】このことは、本手術ナビゲーション装置
が、術者に対して確実な状況判断を行うための判断材料
を欠落させることなく提供していることを意味する。
が、術者に対して確実な状況判断を行うための判断材料
を欠落させることなく提供していることを意味する。
【0113】この結果、術者は、安全且つ確実に手術を
行うことができる。
行うことができる。
【0114】なお、この発明の第1の実施の形態の各構
成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
【0115】例えば、3次元位置姿勢計測手段は本実施
の形態の光学式に限定されることなく、磁気式や機械式
などどのような形態であってもよい。
の形態の光学式に限定されることなく、磁気式や機械式
などどのような形態であってもよい。
【0116】また、硬性鏡3を軟性鏡、多関節鏡、ある
いは手術用顕微鏡へ置き換えて手術を行うことにも対応
可能である。
いは手術用顕微鏡へ置き換えて手術を行うことにも対応
可能である。
【0117】また、硬性鏡3は観察機能を有さない処置
具に置き換えても良い。
具に置き換えても良い。
【0118】例えば、水等を噴射する器具である場合に
は、本実施の形態の硬性鏡3の光軸が水等の噴射方向へ
置き換えられる。
は、本実施の形態の硬性鏡3の光軸が水等の噴射方向へ
置き換えられる。
【0119】また、本実施の形態において、ナビゲーシ
ョンの対象となる手術具は、複数であってもよく、つま
り、硬性鏡3と同時に複数の処置具が用いられる場合も
含むものとする。
ョンの対象となる手術具は、複数であってもよく、つま
り、硬性鏡3と同時に複数の処置具が用いられる場合も
含むものとする。
【0120】また、モニタ13はHMDなどの映像提示
装置へ置き換えることができる。
装置へ置き換えることができる。
【0121】また、硬性鏡3の先端を含むように抽出し
た断層像ではなく、硬性鏡3の合焦点を含むように抽出
した断層像や合焦点もしくは硬性鏡3の先端より事前に
設定した距離だけ先の点を含むよう抽出した断層像や断
層像情報に対して事前に固定的に設定した位置で抽出し
た断層像に対して硬性鏡3の投影像や硬性鏡3の光軸2
3、画角を表す直線38を付加してもよい。
た断層像ではなく、硬性鏡3の合焦点を含むように抽出
した断層像や合焦点もしくは硬性鏡3の先端より事前に
設定した距離だけ先の点を含むよう抽出した断層像や断
層像情報に対して事前に固定的に設定した位置で抽出し
た断層像に対して硬性鏡3の投影像や硬性鏡3の光軸2
3、画角を表す直線38を付加してもよい。
【0122】また、断層像は、三方向に限定されるもの
ではなく、一方向以上であれば何方向であっても構わな
い。
ではなく、一方向以上であれば何方向であっても構わな
い。
【0123】また、断層像の抽出方向は、本実施の形態
のように断層像情報に設定された軸に垂直な平面に限定
されることはなく、自由に設定することが可能である。
のように断層像情報に設定された軸に垂直な平面に限定
されることはなく、自由に設定することが可能である。
【0124】例えば、光軸を含む2断層像と、これらに
直交し合焦点を通る断層像を抽出してもよく、また、抽
出した断層像は直交していなくてもよい。
直交し合焦点を通る断層像を抽出してもよく、また、抽
出した断層像は直交していなくてもよい。
【0125】また、硬性鏡3の光軸23を表す直線3
6、37は合焦点22で線の太さを変化させるのではな
く、色や線種を変化させてもよい。
6、37は合焦点22で線の太さを変化させるのではな
く、色や線種を変化させてもよい。
【0126】また、線の太さや色、線種を変化させず、
合焦点位置に図11に示すような記号39を付加する表
現であってもよい。
合焦点位置に図11に示すような記号39を付加する表
現であってもよい。
【0127】(第2の実施の形態)第2の実施の形態
は、上述した第1の実施の形態に対して、図1に示した
硬性鏡3を手術用顕微鏡50(図12参照)へ置き換え
るとともに、この手術用顕微鏡50を制御する顕微鏡制
御部(図示せず)を加えた構成になっており、その他の
構成は図1に示した第1の実施の形態と同様である。
は、上述した第1の実施の形態に対して、図1に示した
硬性鏡3を手術用顕微鏡50(図12参照)へ置き換え
るとともに、この手術用顕微鏡50を制御する顕微鏡制
御部(図示せず)を加えた構成になっており、その他の
構成は図1に示した第1の実施の形態と同様である。
【0128】従って、以下では、第2の実施の形態につ
いて、第1の実施の形態と異なる部分についてのみ説明
するものとする。
いて、第1の実施の形態と異なる部分についてのみ説明
するものとする。
【0129】この第2の実施の形態では、図1に示した
赤外線LEDを三角形状に配置したセンシングプレート
4は、手術用顕微鏡50に固定されている。
赤外線LEDを三角形状に配置したセンシングプレート
4は、手術用顕微鏡50に固定されている。
【0130】図12に示すように、手術用顕微鏡50の
光学系を表現するカメラモデルで使用される座標系cか
らセンシングプレート4で規定される座標系eへの座標
変換行列eHc15が求められている。
光学系を表現するカメラモデルで使用される座標系cか
らセンシングプレート4で規定される座標系eへの座標
変換行列eHc15が求められている。
【0131】なお、手術用顕微鏡50の光学系を表現す
るカメラモデルで使用される座標系cの原点は、手術用
顕微鏡50の光軸51の上方、例えば、鏡筒部52の下
端53から1200mm上方に位置しており、手術用顕
微鏡50の光軸51をカメラ座標系cのZ軸としてい
る。
るカメラモデルで使用される座標系cの原点は、手術用
顕微鏡50の光軸51の上方、例えば、鏡筒部52の下
端53から1200mm上方に位置しており、手術用顕
微鏡50の光軸51をカメラ座標系cのZ軸としてい
る。
【0132】座標変換行列eHc15は、図1に示した
ナビゲーション情報記憶部9に記憶されている。
ナビゲーション情報記憶部9に記憶されている。
【0133】また、手術用顕微鏡50の鏡筒部52の上
端54の位置および下端53の位置がカメラ座標系に対
して設定され、図1に示したナビゲーション情報記憶部
9に記憶されているものとする。
端54の位置および下端53の位置がカメラ座標系に対
して設定され、図1に示したナビゲーション情報記憶部
9に記憶されているものとする。
【0134】また、手術用顕微鏡50のカメラ座標系c
の原点から合焦点55までの距離および画角を図1に示
したナビゲーション制御部8へ送信する図示しない顕微
鏡制御部は、手術用顕微鏡50とナビゲーション制御部
8との間に、両者を繋ぐ形で接続されている。
の原点から合焦点55までの距離および画角を図1に示
したナビゲーション制御部8へ送信する図示しない顕微
鏡制御部は、手術用顕微鏡50とナビゲーション制御部
8との間に、両者を繋ぐ形で接続されている。
【0135】次に、この発明の第2の実施の形態による
手術ナビゲーション装置の作用を説明する。
手術ナビゲーション装置の作用を説明する。
【0136】本手術ナビゲーション装置は、第1の実施
の形態のそれと同様の手順で、3次元位置姿勢計測手段
よりセンシングプレート4に対するセンシングプレート
2の相対的な位置姿勢を表す座標変換行列pHe17を
得る。
の形態のそれと同様の手順で、3次元位置姿勢計測手段
よりセンシングプレート4に対するセンシングプレート
2の相対的な位置姿勢を表す座標変換行列pHe17を
得る。
【0137】顕微鏡制御部は、手術用顕微鏡50のカメ
ラ座標系cの原点から合焦点55までの距離および画角
をナビゲーション制御部8へ送信する。
ラ座標系cの原点から合焦点55までの距離および画角
をナビゲーション制御部8へ送信する。
【0138】カメラ座標系cの原点から合焦点55まで
の距離は、カメラ座標系cのZ軸上の点の座標値として
表現される。
の距離は、カメラ座標系cのZ軸上の点の座標値として
表現される。
【0139】ナビゲーション制御部8では、座標変換行
列eHc15、座標変換行列pHe17、座標変換行列
mHp14を用いて、ナビゲーション情報記憶部9に記
憶されている手術用顕微鏡50の鏡筒部52の上端54
および下端53の位置をオブジェクト座標系m上の座標
値へ変換する。
列eHc15、座標変換行列pHe17、座標変換行列
mHp14を用いて、ナビゲーション情報記憶部9に記
憶されている手術用顕微鏡50の鏡筒部52の上端54
および下端53の位置をオブジェクト座標系m上の座標
値へ変換する。
【0140】また、ナビゲーション制御部8では、座標
変換行列eHc15、座標変換行列pHe17、座標変
換行列mHp14を用いて、顕微鏡制御部より送信され
たカメラ座標系cでの合焦点55の位置をオブジェクト
座標系m上の座標値へ変換する。
変換行列eHc15、座標変換行列pHe17、座標変
換行列mHp14を用いて、顕微鏡制御部より送信され
たカメラ座標系cでの合焦点55の位置をオブジェクト
座標系m上の座標値へ変換する。
【0141】また、ナビゲーション制御部8では、オブ
ジェクト座標系m上の座標値へ変換された手術顕微鏡5
0の合焦点55の位置を用いて、モニタ13上で表示す
る三方向の断層像アキシアル断面30、サジタル断面3
1、コロナル断面32を抽出する。
ジェクト座標系m上の座標値へ変換された手術顕微鏡5
0の合焦点55の位置を用いて、モニタ13上で表示す
る三方向の断層像アキシアル断面30、サジタル断面3
1、コロナル断面32を抽出する。
【0142】この手順は、第1の実施の形態における硬
性鏡3の先端21を含む三方向の断層像アキシアル断面
30、サジタル断面31、コロナル断面32を抽出する
手順のうち、硬性鏡3の先端21を手術用顕微鏡50の
合焦点55に置き換えたものである。
性鏡3の先端21を含む三方向の断層像アキシアル断面
30、サジタル断面31、コロナル断面32を抽出する
手順のうち、硬性鏡3の先端21を手術用顕微鏡50の
合焦点55に置き換えたものである。
【0143】次に、オブジェクト座標m上の座標値へ変
換された手術用顕微鏡50の鏡筒部52の上端54の位
置と下端53の位置から生成される手術用顕微鏡50の
位置と姿勢を示す鏡筒部の投影像と光軸51の投影像と
をナビゲーション制御部8で生成した三方向の断層像ア
キシアル断面30、サジタル断面31、コロナル断面3
2へ付加する。
換された手術用顕微鏡50の鏡筒部52の上端54の位
置と下端53の位置から生成される手術用顕微鏡50の
位置と姿勢を示す鏡筒部の投影像と光軸51の投影像と
をナビゲーション制御部8で生成した三方向の断層像ア
キシアル断面30、サジタル断面31、コロナル断面3
2へ付加する。
【0144】この手順は、第1の実施の形態における硬
性鏡3の先端21および後端20を三方向の断層像アキ
シアル断面30、サジタル断面31、コロナル断面32
へ付加する手順のうち、硬性鏡3の先端21を手術用顕
微鏡50の鏡筒部52の下端53に置き換え、硬性鏡3
の後端20を手術用顕微鏡50の鏡筒部52の上端54
に置き換えたものである。
性鏡3の先端21および後端20を三方向の断層像アキ
シアル断面30、サジタル断面31、コロナル断面32
へ付加する手順のうち、硬性鏡3の先端21を手術用顕
微鏡50の鏡筒部52の下端53に置き換え、硬性鏡3
の後端20を手術用顕微鏡50の鏡筒部52の上端54
に置き換えたものである。
【0145】なお、鏡筒部52の直径は、第1の実施の
形態における硬性鏡3の挿入直径の値を、予め、設定さ
れた値に置き換えたものであり、例えば、本実施の形態
では、10[pixel]としている。
形態における硬性鏡3の挿入直径の値を、予め、設定さ
れた値に置き換えたものであり、例えば、本実施の形態
では、10[pixel]としている。
【0146】図13に示すように、手術用顕微鏡50の
鏡筒部52の投影像は、鏡筒部52の上端54と下端5
3とを結ぶ直線62で表現され、手術用顕微鏡50の光
軸は手術用顕微鏡50の鏡筒部52の下端53と合焦点
55とを結ぶ直線60で表現される。
鏡筒部52の投影像は、鏡筒部52の上端54と下端5
3とを結ぶ直線62で表現され、手術用顕微鏡50の光
軸は手術用顕微鏡50の鏡筒部52の下端53と合焦点
55とを結ぶ直線60で表現される。
【0147】図13では、手術用顕微鏡50の鏡筒部5
2の投影像は、鏡筒部52の3次元的位置の関係からコ
ロナル断面32上のみに付加されている。
2の投影像は、鏡筒部52の3次元的位置の関係からコ
ロナル断面32上のみに付加されている。
【0148】手術用顕微鏡50の画角は、カメラ座標系
の原点から伸びる2本の直線61で表現され、ナビゲー
ション制御部8で生成した三方向の断層像アキシアル断
面30、サジタル断面31、コロナル断面32へ付加さ
れる。
の原点から伸びる2本の直線61で表現され、ナビゲー
ション制御部8で生成した三方向の断層像アキシアル断
面30、サジタル断面31、コロナル断面32へ付加さ
れる。
【0149】この手順は、第1の実施の形態における硬
性鏡3の画角をナビゲーション制御部8で生成した三方
向の断層像アキシアル断面30、サジタル断面31、コ
ロナル断面32へ付加する手順のうち、硬性鏡3の先端
21をカメラ座標系の原点に置き換えたものである。
性鏡3の画角をナビゲーション制御部8で生成した三方
向の断層像アキシアル断面30、サジタル断面31、コ
ロナル断面32へ付加する手順のうち、硬性鏡3の先端
21をカメラ座標系の原点に置き換えたものである。
【0150】ナビゲーション制御部8は、以上の手術用
顕微鏡50の鏡筒部52の投影像、手術用顕微鏡50の
光軸51、手術用顕微鏡50の合焦点55、手術用顕微
鏡50の画角を表現する直線61が付加された断層像を
出力する。
顕微鏡50の鏡筒部52の投影像、手術用顕微鏡50の
光軸51、手術用顕微鏡50の合焦点55、手術用顕微
鏡50の画角を表現する直線61が付加された断層像を
出力する。
【0151】モニタ13は、図13に示すように、ナビ
ゲーション制御部8より出力された情報を表示する。
ゲーション制御部8より出力された情報を表示する。
【0152】なお本実施の形態では、カメラ座標系の原
点は断層像の表示範囲外になっており、且つ、ほぼ平行
投影に近い光学系になっているので、三方向の断層像ア
キシアル断面30、サジタル断面31、コロナル断面3
2へ付加される画角を表す2本の直線は、あたかも2本
の平行線であるかのように見える。
点は断層像の表示範囲外になっており、且つ、ほぼ平行
投影に近い光学系になっているので、三方向の断層像ア
キシアル断面30、サジタル断面31、コロナル断面3
2へ付加される画角を表す2本の直線は、あたかも2本
の平行線であるかのように見える。
【0153】術者は、モニタ13上に表示された手術用
顕微鏡50の合焦点55の位置を含む三方向の断層像ア
キシアル断面30、サジタル断面31、コロナル断面3
2と、これに付加された手術用顕微鏡50の鏡筒部52
の投影像、手術用顕微鏡50の光軸51、手術用顕微鏡
50の合焦点55、手術用顕微鏡50の画角を表現する
直線61とを同時に見ながら手術用顕微鏡50を操作
し、手術を行う。
顕微鏡50の合焦点55の位置を含む三方向の断層像ア
キシアル断面30、サジタル断面31、コロナル断面3
2と、これに付加された手術用顕微鏡50の鏡筒部52
の投影像、手術用顕微鏡50の光軸51、手術用顕微鏡
50の合焦点55、手術用顕微鏡50の画角を表現する
直線61とを同時に見ながら手術用顕微鏡50を操作
し、手術を行う。
【0154】次に、この発明の第2の実施形態による手
術ナビゲーション装置の効果を説明する。
術ナビゲーション装置の効果を説明する。
【0155】本手術ナビゲーション装置では、手術用顕
微鏡50の合焦点55の位置を含む被検体1の三方向の
断層像アキシアル断面30、サジタル断面31、コロナ
ル断面32と、これに付加された手術用顕微鏡50の鏡
筒部52の投影像、手術用顕微鏡50の光軸51、手術
用顕微鏡50の合焦点55、手術用顕微鏡50の画角を
表現する直線61とを同時に観祭可能であるので、術者
は、手術用顕微鏡50が観察している被検体1の内部の
位置、方向および範囲を同時に容易に把握することがで
きる。
微鏡50の合焦点55の位置を含む被検体1の三方向の
断層像アキシアル断面30、サジタル断面31、コロナ
ル断面32と、これに付加された手術用顕微鏡50の鏡
筒部52の投影像、手術用顕微鏡50の光軸51、手術
用顕微鏡50の合焦点55、手術用顕微鏡50の画角を
表現する直線61とを同時に観祭可能であるので、術者
は、手術用顕微鏡50が観察している被検体1の内部の
位置、方向および範囲を同時に容易に把握することがで
きる。
【0156】特に、手術用顕微鏡50の合焦点55が断
層像へ投影された光軸60の端点として明確に表示され
ているので、術者は、手術用顕微鏡50の焦点を確実に
所望の部位へ合わせることができる。
層像へ投影された光軸60の端点として明確に表示され
ているので、術者は、手術用顕微鏡50の焦点を確実に
所望の部位へ合わせることができる。
【0157】また、本手術ナビゲーション装置では、断
層像上に情報を付加しているので、断層像自身が持つ情
報を欠くことなく呈示することができる。
層像上に情報を付加しているので、断層像自身が持つ情
報を欠くことなく呈示することができる。
【0158】このことは、本手術ナビゲーション装置
が、術者に対して確実な状況判断を行うための判断材料
を欠落させることなく提供していることを意味する。
が、術者に対して確実な状況判断を行うための判断材料
を欠落させることなく提供していることを意味する。
【0159】この結果、術者は、安全且つ確実に手術を
行うことができる。
行うことができる。
【0160】なお、この発明の第2の実施形態の各構成
は、当然、各種の変形、変更が可能である。
は、当然、各種の変形、変更が可能である。
【0161】例えば、3次元位置姿勢計測手段は、本実
施の形態の光学式に限定されることなく、磁気式や機械
式などのどのような形態であってもよい。
施の形態の光学式に限定されることなく、磁気式や機械
式などのどのような形態であってもよい。
【0162】また、手術用顕微鏡50を硬性鏡、軟性
鏡、あるいは多関節鏡へ置き換えて手術を行うことにも
対応可能である。
鏡、あるいは多関節鏡へ置き換えて手術を行うことにも
対応可能である。
【0163】また、手術用顕微鏡50は観察機能を有さ
ない処置具に置き換えてもよい。
ない処置具に置き換えてもよい。
【0164】また、ナビゲーションの対象となる手術具
は複数であってもよく、つまり、本実施の形態において
は、手術用顕微鏡50と同時に内視鏡や複数の処置具が
用いられる場合も含むものとする。
は複数であってもよく、つまり、本実施の形態において
は、手術用顕微鏡50と同時に内視鏡や複数の処置具が
用いられる場合も含むものとする。
【0165】また、モニタ13はHMDなどの映像提示
装置へ置き換えることができる。
装置へ置き換えることができる。
【0166】また、手術用顕微鏡50の合焦点55を含
むように抽出した断層像ではなく、合焦点もしくは硬性
鏡3の先端より事前に設定した距離だけ先の点を含むよ
う抽出した断層像や断層像情報に対して事前に固定的に
設定した位置で抽出した断層像に対して手術用顕微鏡5
0の鏡筒部52の投影像や手術用顕微鏡50の光軸5
1、画角を表す直線61等を付加してもよい。
むように抽出した断層像ではなく、合焦点もしくは硬性
鏡3の先端より事前に設定した距離だけ先の点を含むよ
う抽出した断層像や断層像情報に対して事前に固定的に
設定した位置で抽出した断層像に対して手術用顕微鏡5
0の鏡筒部52の投影像や手術用顕微鏡50の光軸5
1、画角を表す直線61等を付加してもよい。
【0167】また、断層像は三方向に限定されるもので
はなく、一方向以上であれば何方向であっても構わな
い。
はなく、一方向以上であれば何方向であっても構わな
い。
【0168】また、断層像の抽出方向は、本実施の形態
のように断層像情報に設定された軸に垂直な平面に限定
されることはなく、自由に設定することができる。
のように断層像情報に設定された軸に垂直な平面に限定
されることはなく、自由に設定することができる。
【0169】例えば、光軸を含む2断層像とこれらに直
交し合焦点を通る断層像を抽出してもよく、また、抽出
した断層像は直交していなくてもよい。
交し合焦点を通る断層像を抽出してもよく、また、抽出
した断層像は直交していなくてもよい。
【0170】また、手術用顕微鏡50の光軸51を表す
直線60は合焦点55を終端とするのではなく、合焦点
55を境に線の太さや色、線種を変化させ、光軸そのも
のは表示領域を通過する長さの直線として表現してもよ
い。
直線60は合焦点55を終端とするのではなく、合焦点
55を境に線の太さや色、線種を変化させ、光軸そのも
のは表示領域を通過する長さの直線として表現してもよ
い。
【0171】また、線の太さや色、線種を変化させず、
合焦点位置に図11に示すような記号39を付加する表
現であってもよい。
合焦点位置に図11に示すような記号39を付加する表
現であってもよい。
【0172】そして、上述したような実施の形態で示し
た本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項1乃至
3以外にも、以下に付記1乃至付記3として示すような
発明が含まれている。
た本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項1乃至
3以外にも、以下に付記1乃至付記3として示すような
発明が含まれている。
【0173】(付記1) 前記手術具の画角を表す投影
像を前記断層像抽出手段により抽出された断層像に付加
することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記
載の手術ナビゲーション装置。
像を前記断層像抽出手段により抽出された断層像に付加
することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記
載の手術ナビゲーション装置。
【0174】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第1の実施の形態と、第2の実施
の形態とが対応する。
関する実施の形態は、第1の実施の形態と、第2の実施
の形態とが対応する。
【0175】上記構成要素中の手術具の画角を表わす投
影像は、第1の実施の形態では硬性鏡3の先端21から
伸びる2本の直線38が該当し、第2の実施の形態では
手術用顕微鏡50のカメラ座標系cの原点から伸びる2
本の直線61が該当する。
影像は、第1の実施の形態では硬性鏡3の先端21から
伸びる2本の直線38が該当し、第2の実施の形態では
手術用顕微鏡50のカメラ座標系cの原点から伸びる2
本の直線61が該当する。
【0176】(作用効果)上記構成において、手術ナビ
ゲーション装置は、画像表示手段に、手術具の画角を表
わす、例えば、錐状の領域の投影像が付加されている被
検体の断層像を表示するので、使用者は手術具によって
観察している範囲を容易に把握することが可能になる。
ゲーション装置は、画像表示手段に、手術具の画角を表
わす、例えば、錐状の領域の投影像が付加されている被
検体の断層像を表示するので、使用者は手術具によって
観察している範囲を容易に把握することが可能になる。
【0177】(付記2) 前記断層像抽出手段は、前記
記憶装置に記憶された断層像情報から複数の断層像を抽
出するともに、前記画像表示手段は、前記断層像抽出手
段によって抽出される複数の断層像を表示することを特
徴とする請求項1ないし3および付記1のいずれかに記
載の手術ナビゲーション装置。
記憶装置に記憶された断層像情報から複数の断層像を抽
出するともに、前記画像表示手段は、前記断層像抽出手
段によって抽出される複数の断層像を表示することを特
徴とする請求項1ないし3および付記1のいずれかに記
載の手術ナビゲーション装置。
【0178】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第1の実施の形態と、第2の実施
の形態とが対応する。
関する実施の形態は、第1の実施の形態と、第2の実施
の形態とが対応する。
【0179】上記構成要素中の複数の断層像は、これら
の実施の形態ではアキシアル断面30、サジタル断面3
1、コロナル断面32が該当するが、任意の数、任意の
位置、方向での断層像を含むものとする。
の実施の形態ではアキシアル断面30、サジタル断面3
1、コロナル断面32が該当するが、任意の数、任意の
位置、方向での断層像を含むものとする。
【0180】(作用効果)上記構成において、手術ナビ
ゲーション装置は、断層像抽出手段が記憶装置に記憶さ
れた断層像情報から複数の断層像情報を抽出し、これら
の複数の断層像情報が画像表示手段によって表示される
ので、複数の断層像の位置関係から容易に手術具の3次
元位置姿勢を把握することが可能になる。
ゲーション装置は、断層像抽出手段が記憶装置に記憶さ
れた断層像情報から複数の断層像情報を抽出し、これら
の複数の断層像情報が画像表示手段によって表示される
ので、複数の断層像の位置関係から容易に手術具の3次
元位置姿勢を把握することが可能になる。
【0181】(付記3) 前記断層像抽出手段は、前記
手術具の3次元位置姿勢情報から求められた前記手術具
の先端位置に対応した前記被検体の断層像を抽出するこ
とを特徴とする請求項1に記載の手術ナビゲーション装
置。
手術具の3次元位置姿勢情報から求められた前記手術具
の先端位置に対応した前記被検体の断層像を抽出するこ
とを特徴とする請求項1に記載の手術ナビゲーション装
置。
【0182】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態は、第1の実施の形態と、第2の実施
の形態とが対応する。
関する実施の形態は、第1の実施の形態と、第2の実施
の形態とが対応する。
【0183】(作用効果)上記構成において、手術ナビ
ゲーション装置は、断層像抽出手段が手術具の先端位置
に対応した被検体の断層像を抽出するので、容易に手術
具と被検体の3次元位置姿勢を把握することが可能にな
る。
ゲーション装置は、断層像抽出手段が手術具の先端位置
に対応した被検体の断層像を抽出するので、容易に手術
具と被検体の3次元位置姿勢を把握することが可能にな
る。
【0184】
【発明の効果】従って、以上説明したように、請求項1
に記載の本発明によれば、画像表示手段に手術具の投影
像が付加されている被検体の断層像を表示するので、使
用者は手術具の被検体に対する位置関係と姿勢関係とを
同時に容易に把握することが可能になるとともに、断層
像情報へ手術具の投影像が付加されているので、表示さ
れる断層像情報が欠落することがないため、使用者は正
確な状況判断をするための断層像情報も同時に確実に把
握することができる手術ナビゲーション装置を提供する
ことができる。
に記載の本発明によれば、画像表示手段に手術具の投影
像が付加されている被検体の断層像を表示するので、使
用者は手術具の被検体に対する位置関係と姿勢関係とを
同時に容易に把握することが可能になるとともに、断層
像情報へ手術具の投影像が付加されているので、表示さ
れる断層像情報が欠落することがないため、使用者は正
確な状況判断をするための断層像情報も同時に確実に把
握することができる手術ナビゲーション装置を提供する
ことができる。
【0185】また、以上説明したように、請求項2に記
載の本発明によれば、画像表示手段に手術具の作用軸の
投影像が付加されている被検体の断層像を表示するの
で、使用者は手術具が被検体に対して作用する軸の方向
を容易に把握することが可能になる手術ナビゲーション
装置を提供することができる。
載の本発明によれば、画像表示手段に手術具の作用軸の
投影像が付加されている被検体の断層像を表示するの
で、使用者は手術具が被検体に対して作用する軸の方向
を容易に把握することが可能になる手術ナビゲーション
装置を提供することができる。
【0186】また、以上説明したように、請求項3に記
載の本発明によれば、画像表示手段に手術具の合焦点の
位置情報が投影されている被検体の断層像を表示するの
で、使用者は手術具の合焦点位置を容易に把握すること
が可能になる手術ナビゲーション装置を提供することが
できる。
載の本発明によれば、画像表示手段に手術具の合焦点の
位置情報が投影されている被検体の断層像を表示するの
で、使用者は手術具の合焦点位置を容易に把握すること
が可能になる手術ナビゲーション装置を提供することが
できる。
【図1】図1は、本発明の第1の実施の形態による手術
ナビゲーション装置の構成を示す図である。
ナビゲーション装置の構成を示す図である。
【図2】図2は、図1の被検体1のデータと被検体1自
身は、耳や目等の身体上の特徴点や、被検体1に取り付
けたマーカ等のオブジェクト座標系m上の座標値モデル
データ11と、これに対応する特徴点のセンシングプレ
ート2で規定される座標系p上の座標値を計測し、座標
変換行列mHp14を算出することで関連づけられてい
ることを示す図である。
身は、耳や目等の身体上の特徴点や、被検体1に取り付
けたマーカ等のオブジェクト座標系m上の座標値モデル
データ11と、これに対応する特徴点のセンシングプレ
ート2で規定される座標系p上の座標値を計測し、座標
変換行列mHp14を算出することで関連づけられてい
ることを示す図である。
【図3】図3は、座標変換行列が、3次元空間での回転
動作を表す3行3列の回転成分Rと、3次元空間での並
進動作を表す3行1列の並進成分Tと、定数成分で構成
される4行4列の行列であることを示す図である。
動作を表す3行3列の回転成分Rと、3次元空間での並
進動作を表す3行1列の並進成分Tと、定数成分で構成
される4行4列の行列であることを示す図である。
【図4】図4は、図1の硬性鏡3の光学系を表現するカ
メラモデルで使用される座標系cからセンシングプレー
ト4で規定される座標系eへの座標変換行列eHc15
が求められていることを示す図である。
メラモデルで使用される座標系cからセンシングプレー
ト4で規定される座標系eへの座標変換行列eHc15
が求められていることを示す図である。
【図5】図5は、図1のナビゲーション制御部8におい
て、座標変換行列eHc15、座標変換行列pHe1
7、座標変換行列mHp14を用いて、硬性鏡3の先端
21の位置、ナビゲーション情報記憶部9に記憶された
硬性鏡3の後端20の位置及び硬性鏡3の合焦点22の
位置をオブジェクト座標系m上の座標値へ変換すること
を示す図である。
て、座標変換行列eHc15、座標変換行列pHe1
7、座標変換行列mHp14を用いて、硬性鏡3の先端
21の位置、ナビゲーション情報記憶部9に記憶された
硬性鏡3の後端20の位置及び硬性鏡3の合焦点22の
位置をオブジェクト座標系m上の座標値へ変換すること
を示す図である。
【図6】図6は、図1のナビゲーション制御部8におい
て、オブジェクト座標系m上の座標値へ変換された硬性
鏡3の先端21の位置を用いてモニタ13上で表示する
三方向の断層像を抽出する手順を説明するための図であ
る。
て、オブジェクト座標系m上の座標値へ変換された硬性
鏡3の先端21の位置を用いてモニタ13上で表示する
三方向の断層像を抽出する手順を説明するための図であ
る。
【図7】図7は、硬性鏡3の光軸23をナビゲーション
制御部8で生成した三方向の断層像アキシアル断面3
0、サジタル断面31、コロナル断面32へ付加する手
順の説明の例として、アキシアル断面30へ硬性鏡3の
光軸23を付加する方法を示す図である。
制御部8で生成した三方向の断層像アキシアル断面3
0、サジタル断面31、コロナル断面32へ付加する手
順の説明の例として、アキシアル断面30へ硬性鏡3の
光軸23を付加する方法を示す図である。
【図8】図8は、硬性鏡3の画角をナビゲーション制御
部8で生成した三方向の断層像アキシアル断面30、サ
ジタル断面31、コロナル断面32へ付加する手順の説
明の例としてアキシアル断面30へ付加する方法を示す
図である。
部8で生成した三方向の断層像アキシアル断面30、サ
ジタル断面31、コロナル断面32へ付加する手順の説
明の例としてアキシアル断面30へ付加する方法を示す
図である。
【図9】図9は、硬性鏡3の画角をナビゲーション制御
部8で生成した三方向の断層像アキシアル断面30、サ
ジタル断面31、コロナル断面32へ付加する手順の説
明の例としてアキシアル断面30へ付加する方法を示す
図である。
部8で生成した三方向の断層像アキシアル断面30、サ
ジタル断面31、コロナル断面32へ付加する手順の説
明の例としてアキシアル断面30へ付加する方法を示す
図である。
【図10】図10は、モニタ13によって、ナビゲーシ
ョン制御部8より出力された情報を表示する様子を示す
図である。
ョン制御部8より出力された情報を表示する様子を示す
図である。
【図11】図11は、本発明の第1の実施の形態の変形
例として、硬性鏡3の光軸23を表す直線36、37は
合焦点22で線の太さや色、線種を変化させず、合焦点
位置に記号39を付加する場合を示す図である。
例として、硬性鏡3の光軸23を表す直線36、37は
合焦点22で線の太さや色、線種を変化させず、合焦点
位置に記号39を付加する場合を示す図である。
【図12】図12は、本発明の第2の実施の形態におい
て用いる手術用顕微鏡50の光学系を表現するカメラモ
デルで使用される座標系cからセンシングプレート4で
規定される座標系eへの座標変換行列eHc15が求め
られていることを示す図である。
て用いる手術用顕微鏡50の光学系を表現するカメラモ
デルで使用される座標系cからセンシングプレート4で
規定される座標系eへの座標変換行列eHc15が求め
られていることを示す図である。
【図13】図13は、本発明の第2の実施の形態におい
て用いる手術用顕微鏡50の鏡筒部52の投影像が、鏡
筒部52の上端54と下端53とを結ぶ直線62で表現
され、手術用顕微鏡50の光軸が、手術用顕微鏡50の
鏡筒部52の下端53と合焦点55とを結ぶ直線60で
表現され、手術用顕微鏡50の画角が、直線61で表現
されることを示す図である。
て用いる手術用顕微鏡50の鏡筒部52の投影像が、鏡
筒部52の上端54と下端53とを結ぶ直線62で表現
され、手術用顕微鏡50の光軸が、手術用顕微鏡50の
鏡筒部52の下端53と合焦点55とを結ぶ直線60で
表現され、手術用顕微鏡50の画角が、直線61で表現
されることを示す図である。
【図14】図14は、従来の技術による「実時間透視図
表示による内視鏡手術ナビゲーションシステム」におい
て、三方向の断層像上に手術具先端を表わす十字状カー
ソルを付加して表示する様子を示す図である。
表示による内視鏡手術ナビゲーションシステム」におい
て、三方向の断層像上に手術具先端を表わす十字状カー
ソルを付加して表示する様子を示す図である。
【図15】図15は、従来の技術による「実時間透視図
表示による内視鏡手術ナビゲーションシステム」におい
て、「透視図」によるナビゲーション表示の例を示す図
である。
表示による内視鏡手術ナビゲーションシステム」におい
て、「透視図」によるナビゲーション表示の例を示す図
である。
【図16】図16は、先端に突起等の方向性を有する器
具を示す図である。
具を示す図である。
【図17】図17の(a),(b),(c)は、それぞ
れ、従来の技術による直視硬性鏡、30度側視硬性鏡、
70度側視硬性鏡を示す図である。
れ、従来の技術による直視硬性鏡、30度側視硬性鏡、
70度側視硬性鏡を示す図である。
1…被検体、 2…センシングプレート、 3…硬性鏡、 4…センシングプレート、 5…センサ情報記憶部、 6…センサ制御部、 7…センサアセンブリ、 8…ナビゲーション制御部、 9…ナビゲーション情報記憶部、 10…断層像データ、 11…モデルデータ、 14…座標変換行列mHp、 15…座標変換行列eHc、 17…座標変換行列pHe、 20…硬性鏡3の後端、 21…硬性鏡3の先端、 22…硬性鏡3合焦点、 23…硬性鏡3の光軸、 30…アキシアル断面、 31…サジタル断面、 32…コロナル断面、 33,34,35,38…直線、 39…記号、 40…円錐、 41…円錐40の底面、 42…底面の41の中心(合焦点22)を通る平面、 43…平面42と円錐40の底面41との交線、 44,45…交線43の両端、 46…端点44の投影位置、 47…端点45の投影位置、 48…合焦点22の投影位置、 50…手術用顕微鏡、 51…手術用顕微鏡50の光軸、 52…手術用顕微鏡50の鏡筒部、 53…鏡筒部52の下端、 54…鏡筒部52の上端、 55…カメラ座標系cでの合焦点、 60,61,62…直線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴▲崎▼ 隆男 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Fターム(参考) 5B057 AA07 CA08 CA13 CB08 CB12 CE08 DA07 5L096 AA09 BA06 FA69
Claims (3)
- 【請求項1】 被検体に処置などを行う手術具と、 前記被検体および前記手術具の3次元位置姿勢を計測す
る3次元位置姿勢計測手段と、 断層像情報を記憶する記憶手段と、 前記3次元位置姿勢計測手段により計測された前記被検
体および前記手術具の3次元位置姿勢に基づいて、前記
記憶手段に記憶された前記被検体の断層像情報から所望
の断層像を抽出する断層像抽出手段と、 前記3次元位置姿勢計測手段により計測された前記手術
具の3次元位置姿勢を前記断層像抽出手段により抽出さ
れた断層像上に投影した画像を付加する投影像付加手段
と、 前記投影像付加手段により出力された画像を表示する画
像表示手段を有することを特徴とする手術ナビゲーショ
ン装置。 - 【請求項2】 前記投影像付加手段は、前記手術具の作
用軸の投影像を前記断層像抽出手段により抽出された断
層像上に付加することを特徴とする請求項1に記載の手
術ナビゲーション装置。 - 【請求項3】 前記手術具は、さらに前記被検体の画像
を撮影する手段を有し、 前記投影像付加手段は、前記手術具の合焦点位置情報を
前記断層像抽出手段により抽出された断層像上に付加す
ることを特徴とする請求項1または2に記載の手術ナビ
ゲーション装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000109515A JP2001293006A (ja) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | 手術ナビゲーション装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000109515A JP2001293006A (ja) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | 手術ナビゲーション装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001293006A true JP2001293006A (ja) | 2001-10-23 |
JP2001293006A5 JP2001293006A5 (ja) | 2007-05-31 |
Family
ID=18622196
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000109515A Pending JP2001293006A (ja) | 2000-04-11 | 2000-04-11 | 手術ナビゲーション装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001293006A (ja) |
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---|---|---|---|---|
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WO2009116535A1 (ja) | 2008-03-18 | 2009-09-24 | 国立大学法人浜松医科大学 | 手術支援システム |
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-
2000
- 2000-04-11 JP JP2000109515A patent/JP2001293006A/ja active Pending
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