JP2014175965A - 手術用カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、手術用カメラの表示映像の患部の距離感を認識しやすくし、使い勝手を良くすることを目的とするものである。
【解決手段】そしてこの目的を達成するために本発明は、被写体に対して左右両眼視差を持つ左右一対の撮像部と、これら左右の撮像部からの映像信号の、選択された表示領域における左右の映像信号の視差ズレを検出し、その差分情報を算出する視差検出部と、この視差検出部からの差分情報の分だけ、前記撮像部からの左右の映像信号を水平移動して補正する映像補正部と、この映像補正部で補正された映像信号を、表示部に立体的に表示するよう制御する表示制御部と、この表示部に表示される映像を複数の表示領域に分割する操作制御部と、この操作制御部で分割された複数の表示領域から１つの表示領域を選択し、視差検出部に対して選択された表示領域を伝える操作部と、を備える構成とした。
【選択図】図６

Description

本発明は、たとえば、手術の映像を立体的に表示する手術用内視鏡カメラに関するものである。

従来のこの手術用カメラの構成は、以下のような構成となっていた。

すなわち、被写体に対して左右両眼視差を持つ左右一対の撮像部と、これら左右の撮像部からの左右の映像信号を合成して表示部に立体映像を表示する表示制御部と、を備え、前記撮像部の左右両眼視差は、視野中心部に対して良好な視差となるよう調整されていた（例えば下記特許文献１）。

特開平５−３４１２０６号公報

前記従来例における課題は、手術用カメラの表示映像の患部の距離感を認識しづらく、使い勝手が悪いものであった。

すなわち上記従来例においては、手術の立体映像は、視野中心部、つまり表示画面の中央付近に対して良好な視差となるよう調整されていたが、例えば内視鏡カメラのような手術用カメラにおいては、撮影環境や状態が制限される為、映像は画面の中央に観察対象部分がくるとは限らないので、観察対象部分が画面の端にあった場合には、その部分の視差が適切な立体感でないので、これは表示部に表示された立体映像は、使い勝手が悪いものとなってしまう。

そこで本発明は、手術用カメラの表示映像の患部の距離感を認識しやすくし、使い勝手の良いものにすることを目的とするものである。

そしてこの目的を達成するために本発明は、被写体に対して左右両眼視差を持つ左右一対の撮像部と、これら左右の撮像部からの映像信号の、選択された表示領域における左右の映像信号の視差ズレを検出し、その差分情報を算出する視差検出部と、この視差検出部からの差分情報の分だけ、前記撮像部からの左右の映像信号を水平移動して補正する映像補正部と、この映像補正部で補正された映像信号を、表示部に立体的に表示するよう制御する表示制御部と、この表示部に表示される映像を複数の表示領域に分割する操作制御部と、この操作制御部で分割された複数の表示領域から１つの表示領域を選択し、視差検出部に対して選択された表示領域を伝える操作部と、を備える構成とした。

これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、被写体に対して左右両眼視差を持つ左右一対の撮像部と、これら左右の撮像部からの映像信号の、選択された表示領域における左右の映像信号の視差ズレを検出し、その差分情報を算出する視差検出部と、この視差検出部からの差分情報の分だけ、前記撮像部からの左右の映像信号を水平移動して補正する映像補正部と、この映像補正部で補正された映像信号を、表示部に立体的に表示するよう制御する表示制御部と、この表示部に表示される映像を複数の表示領域に分割する操作制御部と、この操作制御部で分割された複数の表示領域から１つの表示領域を選択し、視差検出部に対して選択された表示領域を伝える操作部と、を備える構成としたものであるので、手術用カメラの表示映像の患部の距離感を認識しやすくし、使い勝手の良いものにすることができる。

すなわち本発明においては、操作制御部で分割された複数の表示領域から、患部が表示される表示領域を選択し、この患部が表示された表示領域の左右の映像の水平方向のズレ量を０にするよう補正したので、患部の映像の立体感を適切な立体感で観察できるようになるために、手術用カメラの表示映像の患部の距離感を認識しやすくし、使い勝手の良いものにすることができるのである。

本発明の一実施形態を示す斜視図 本発明の一実施形態を示す内視鏡のシステム構成図 その表示画面の図 手術用カメラのフロー図 その表示画面の図 その表示画面の図 手術用カメラの機能ブロック図

以下、本発明の一実施形態を、手術用顕微鏡装置に適用した物を、添付図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示す図として、手術用カメラである硬性内視鏡を用いて、体腔内の手術を行っている状態を示している。

図１に示すように、執刀医１、助手２は、患者３を全身麻酔した後、この患者３の体腔６が鉗子４、５、またレンズおよびカメラを含む硬性内視鏡７に対して動かないように患者３を固定した状態で手術を行う。

硬性内視鏡７は、助手２によって操作され、患者３の処置対象の臓器がある体腔６の観察および拡大可能なように、体腔６に硬性内視鏡７の先端部を挿入し、その挿入の深さ・角度を変更するが、この状態において、執刀医１は、処置具としての鉗子４、5を硬性内視鏡７とは離れた位置から挿入するので、体腔６内で硬性内視鏡７の先端部と鉗子４、５と間は、鉗子４、5による処置が可能な程度に離した状態になる。

ここで、手術に使用する処置具としては、鉗子４、5あるいは、ドリル、レーザメスなど、先端に処置手段と、観察具としては硬性内視鏡７あるいは軟性内視鏡など先端に対物レンズ、および、手で保持するための把持部とを備えた長手方向に棒状の形状をしたものを想定している。

図２は硬性内視鏡７のシステム構成図を示す。金属製の筒である硬性鏡スコープ１３は、光源１０からカメラヘッド１２を経た光を先端に照らす照明と、左右一対のレンズによって構成されており、これらレンズ間に生じる左右の視差による映像をカメラヘッド１２に備えられたセンサーを含むカメラで映像信号へ変換し、カメラコントロールユニット９により映像信号処理を行い、患部の映像が立体的な映像として表示パネル８に映し出される。執刀医１は、この表示パネル８に映し出された映像を見ながら鉗子４、５により手術を行い、助手２は、この表示パネル８に映し出された映像を見ながら硬性内視鏡７の操作を行うのである。カメラヘッド１２には、カメラ機能を実現する為のスイッチ１１などが設けられているので、助手２は術中でも自らの操作でズームなどのカメラ機能を実現することができる。

実際の手術としては、体腔内へ挿入する硬性内視鏡７の撮影環境や撮影状態は制限される。体腔内は狭く、術部までにさまざまな器官、臓器などの障害があるためであり、たとえば、肋骨の間から硬性内視鏡７を挿入し手術する場合、隙間は硬性内視鏡７の径ほどしかなく、上下に動かせても左右に動かせられない。その為、ターゲットとなる術部は、表示パネル８の中央付近にいるとは限らず、例えば表示パネル８の画面端のほうに写り、表示パネル８の大部分がターゲットとなる術部とは関係ない部位が写っている場合がある。

図３は、硬性内視鏡７により表示パネル８に映し出された立体映像の例を表している。硬性鏡スコープ１３は観察光学系を並列に設け、これらの光学系の光軸がなす輻輳角を設定して視差を持つように観察光学系が配置することで観察部位を立体視することができるようにしている為、表示パネル８の中心付近にある第一の部位１４は輻輳点付近に位置し、あらかじめ設定された快適な立***置で見ることができる。このように表示パネル８の映像は第一の部位１４に視差をあわせた映像となり全体の立体感が決まる為、観察対象が中央にない、表示パネル８の右端付近にある第二の部位１５、左端付近にある第三の部位１６は、奥過ぎたり、手前過ぎたりして見にくく、観察対象が第二の部位、または第三の部位である場合は、観察対象を適切な立体感で観察することができない。

次に、上述した環境下で画面端の立体視を認識しやすくするための手段として、立体映像を構成する左右映像の視差補正を行うフロー図を図４に示す。

まず表示パネル８の画面をあらかじめ決められた分割数で分割した調整枠の表示を行い、硬性内視鏡７を操作する助手２は、カメラヘッド１２に備えられたスイッチ１１を操作し、ターゲットとなる部位が含まれる調整枠を選択し決定する。次にターゲットとなる術部に相当する調整枠の映像は、画面端であるほど照度が低減している為、照明の調整を行うことで被写体の暗すぎを抑える。次に絞り調整を行い、絞ることにより被写体深度を深くすることでフォーカスの合う範囲を広げると共に、フォーカス調整によりフォーカス点を選択した調整枠に移動し、ターゲットとなる部位が含まれる調整枠にフォーカスをあわせる。次に調整枠の左右映像ズレ検出を行い、調整枠における視差のズレを検出し、この検出したズレ量を用いて左右映像視差補正を行うことで、視差が適切な立体感となる映像となる。

このように分析するための映像信号の解像感を良くすることができるので、左右映像のズレ検出の信頼度を高めることができるのである。

図５は、上述した環境下で硬性内視鏡７により表示パネル８に映し出された立体映像を表している。画面上には、画面を９分割した調整枠を表示し、それら枠の中から選択し決定する。カメラヘッド１２に備えられたスイッチ１１を操作すると、現在の選択位置を示す補助枠１７が移動し、ターゲットとなる術部が入る枠で、カメラヘッド１２に備えられたスイッチ１１を操作し決定する。決定された右端の枠に合わせた視差補正を行うため、表示パネル８の右端付近にある第二の部位１５は良好な視差となる。

補助枠の表示は、線による枠以外にも、点線や点滅、または、枠内の映像が手術に影響のない範囲で輝度または色変化、半透明化させるなど、現在の画面上の選択位置が分かるような表示とさせることが考えられる。また図６に示したように、各枠に数字等のキャラクターを付加することで、執刀医１の声による指示により、助手２が調整枠を変更することができる構成とすることも考えられる。

このように画面全体を分割した調整枠を表示し、硬性内視鏡７を操作する助手２がターゲットとなる調整枠を選択できるので、表示パネル８の画面上でターゲットとなる部分を正確に選択することができる構成となっている。

次に、本発明の実施の形態における手術用カメラの機能ブロック図を図７に示す。

まず、左右一対の対物レンズを備え、被写体に対して左右両眼視差を持ち、撮像制御部２０により制御され、絞りとフォーカスとシャッタースピードを変更する左右一対の撮像部１８、１９と、これら左右の撮像部１８、１９からの右映像信号および左映像信号は映像補正部２２で視差補正した後に、合成して表示部２４に立体映像を表示する表示制御部２３により、硬性内視鏡７の映像を表示する構成となっている。

操作制御部２６であらかじめ決められた分割領域情報の中から、ターゲットとなる画面上の位置となる調整枠を操作部２１で選択する。選択された操作情報により、撮像制御部２０では、撮像部１８、１９の絞りとフォーカスのカメラ機能を変更する。

撮像制御部２０では、選択された画面位置により、絞りおよびフォーカス点を変更する。画面端ほど、絞りを絞ることにより被写体深度を深くすることでフォーカスの合う範囲を広げると共に、フォーカス点を選択した調整枠に移動し、ターゲットとなる部位が含まれる調整枠にフォーカスをあわせる。

また、操作情報は照明制御部２７に送られる。この照明制御部２７は選択された画面位置により照明２８の制御を行い、画面端ほど光量が少ない為、照明２８の光量を増加させる制御を行う。

次に撮像部１８，１９のカメラ機能変更後の右映像信号および左映像信号から、視差検出部２５で視差ズレを検出する。この視差ズレは、これら映像信号の水平方向に対応する同じ空間位置の映像同士を比較し、その水平方向の差分を視差ズレの値として算出し差分情報を出力する。同じ空間位置の映像同士の比較は、映像の特徴点を検出し比較することで可能であり、この方法は例えば、特開２０１３−３３１７２号公報、に記載されている周知のものであるから、説明の煩雑さを避けるために、これ以上の説明は行わない。

この差分情報より、映像補正部２２は撮像部１８，１９の右映像信号および左映像信号の視差補正を行う。水平方向に映像を移動することで視差の変更を実現するが、差分信号が０になるように移動することにより、輻輳点付近へ視差を移動することができる。より具体的には、右映像信号または左映像信号のみ水平移動、または右映像信号と左映像信号の両方をそれぞれ逆方向に移動することで実現する。

実際の視差検出部２５での視差検出は、操作制御部２６の分割領域情報と、操作部２１で選択された操作情報により、画面全体ではなく画面分割領域内の選択領域である補助枠１７内だけで行うことで、演算量や処理速度の削減をはかることができる。

また演算量や処理速度は増えるが、視差検出部２５での視差検出で選択領域周辺の差分信号や表示パネル８の画面全体の差分信号を生成し、映像補正部２２では、画面を構成する部分別に視差を変更することで、より距離感を認識しやすい視差変更を実現する構成も考えられる。

さらに、左右の映像信号は複数の光学系により構成されるので、視差ズレ以外にも、機構・製造上のさまざまな要因による垂直ズレや倍率ズレや回転ズレなどのズレが考えられる。このようなズレに対して予めズレ補正を行った上で視差ズレ検出を行う構成とすることで、より制度よく検出を行うことができることも考えられる。

映像補正部２２における視差補正は差分情報を基に視差補正を行うが、差分情報を０にするのではなく、予め任意のオフセットを持った値に補正する構成も考えられる。つまり、映像信号の選択した範囲の視差を、さまざまな奥行きまたは飛び出しの位置で、ある一定の飛び出しまたは奥行きの視差で継続できる視差に調整することも可能である。

なお、選択された画面上の位置である調整枠により、照明とカメラ機能として絞りおよびフォーカスの制御を実施例としたが、これ以外にも、選択された画面位置の映像の特徴から、視差ズレ検出の制度を上げるためのカメラ機能として、シャッタースピードの調整、または色および輝度などの調整を行う構成とすることも考えられる。

以上のように、本発明の実施形態の手術用カメラは、ターゲットとなる術部を画面上から選択して、視差ズレを検出し、視差補正を行う構成としたので、手術用カメラの表示映像の患部の距離感を認識しやすくし、使い勝手の良いものにすることができるのである。

以上のように本発明は、被写体に対して左右両眼視差を持つ左右一対の撮像部と、これら左右の撮像部からの映像信号の、選択された表示領域における左右の映像信号の視差ズレを検出し、その差分情報を算出する視差検出部と、この視差検出部からの差分情報の分だけ、前記撮像部からの左右の映像信号を水平移動して補正する映像補正部と、この映像補正部で補正された映像信号を、表示部に立体的に表示するよう制御する表示制御部と、この表示部に表示される映像を複数の表示領域に分割する操作制御部と、この操作制御部で分割された複数の表示領域から１つの表示領域を選択し、視差検出部に対して選択された表示領域を伝える操作部と、を備える構成としたものであるので、手術用カメラの表示映像の患部の距離感を認識しやすくし、使い勝手の良いものにすることができる。

すなわち本発明においては、操作制御部で分割された複数の表示領域から、患部が表示される表示領域を選択し、この患部が表示された表示領域の左右の映像の水平方向のズレ量を０にするよう補正したので、患部の映像の立体感を適切な立体感で観察できるようになるために、手術用カメラの表示映像の患部の距離感を認識しやすくし、使い勝手の良いものにすることができるのである。

したがって、手術中の患部の映像を立体的に表示することが求められる内視鏡カメラ等の手術用カメラへの適用が大いに期待されるものである。

１ 執刀医
２ 助手
３ 患者
４，５ 鉗子
６ 体腔
７ 硬性内視鏡
８ 表示パネル
９ カメラコントロールユニット
１０ 光源
１１ スイッチ
１２ カメラヘッド
１３ 硬性鏡スコープ
１４ 第一の部位
１５ 第二の部位
１６ 第三の部位
１７ 補助枠
１８、１９ 撮像部
２０ 撮像制御部
２１ 操作部
２２ 映像補正部
２３ 表示制御部
２４ 表示部
２５ 視差検出部
２６ 操作制御部
２７ 照明制御部
２８ 照明

Claims (4)

1. 被写体に対して左右両眼視差を持つ左右一対の撮像部と、
   これら左右の撮像部からの映像信号の、選択された表示領域における左右の映像信号の視差ズレを検出し、その差分情報を算出する視差検出部と、
   この視差検出部からの差分情報の分だけ、前記撮像部からの左右の映像信号を水平移動して補正する映像補正部と、
   この映像補正部で補正された映像信号を、表示部に立体的に表示するよう制御する表示制御部と、
   この表示部に表示される映像を複数の表示領域に分割する操作制御部と、
   この操作制御部で分割された複数の表示領域から１つの表示領域を選択し、視差検出部に対して選択された表示領域を伝える操作部と、を備える手術用カメラ。
2. 前記視差ズレの検出は、左右の映像の特徴点を比較することで検出する構成とした請求項１に記載の手術用カメラ。
3. 前記撮像部のフォーカスと絞りを制御する撮像制御部を備え、この撮像制御部は、前記操作部で選択された表示領域に対してフォーカスを制御する構成とした請求項１または２に記載の手術用カメラ。
4. 前記撮像部が撮像する被写体を照らす照明と、この照明の明るさを制御する照明制御部と、を備え、この照明制御部は、前記操作部で選択された表示領域に対して、照明の明るさを制御するよう構成した請求項１から３のいずれか一つに記載の手術用カメラ。

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