JP4625964B2 - 3D image detector - Google Patents
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Description
本発明は、遮蔽又は隔離領域に存在する被対象物の三次元画像を検出する三次元画像検出装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional image detection device that detects a three-dimensional image of an object existing in a shielding or isolation region.
従来、この種の画像検出装置として腹腔カテーテル、ファイバー、スコープ、ファイバー付きリトラクタ等があり、腹腔鏡手術に主に用いられる。この腹腔鏡手術とは、患者の腹部に5ー10mmの孔を複数個空け、内視鏡の一種でレンズが先端に取付けられた腹腔鏡と、細長い器具であるカテーテルを挿入し、腹腔内に二酸化炭素を注入して腹腔内を拡開し、この拡開した腹腔内をモニターで目視しながら行う手術である。このように腹腔鏡手術は、開腹手術に比べ傷が小さいことから、術後の痛みが少なく、術後回復が早いという特徴と、術後の傷が目立たないので美容的に優れているという特徴がある。 Conventionally, there are abdominal catheters, fibers, scopes, retractors with fibers, and the like as this type of image detection apparatus, which are mainly used for laparoscopic surgery. In this laparoscopic surgery, a plurality of holes of 5 to 10 mm are formed in the abdomen of the patient, a laparoscope with a lens attached to the tip as a kind of endoscope, and a catheter which is an elongated instrument is inserted into the abdominal cavity. This operation is performed by injecting carbon dioxide to expand the abdominal cavity and visually observing the expanded abdominal cavity with a monitor. In this way, laparoscopic surgery has smaller wounds than open surgery, so it has less postoperative pain and quick postoperative recovery, and it is cosmetically superior because postoperative wounds are not noticeable. There is.
前記従来のファイバー付きリトラクタは、図7に示すように、先端をループ状に形成したループワイヤ200と、基端側から光を入射して先端側から光を照射する光ファイバ201と、このループワイヤ200を内部に挿通状態で収納すると共に、先端に光ファイバ201の端部を配設されこの光ファイバ201の内部に挿通状体で収納される支持杆203とを備える構成である。このファイバー付きリトラクタの使用に際しては、医師が支持杆203の基部203aを握って固定し、光ファイバ201の先端側から患部に光を照射してこの光ファイバ201を介して患部を医師が目視しつつこの支持杆203に挿通されたループワイヤ200を利用することにより、牽引鉗子又は把持鉗子として用いることができる。
As shown in FIG. 7, the conventional retractor with a fiber includes a
従来の画像検出手段は以上のように構成されていることから、離隔位置にあり、又は遮蔽された領域に位置する被対象物の一部について光ファイバ201を介して画像を検出できるのみで、前記被対象物の表面を三次元的に検出できないといういう課題を有していた。
特に、前記腹腔鏡手術において用いられるファイバー付きリトラクタは、患者の傷を極めて小さくするために形成された5ー10mmの孔を介して手術を行うことから腹腔内を光ファイバ201により検出される極めて狭い部分の画像で手術をしなければならず、手術に十分な熟練が必要となるという課題を有していた。また、熟練した経験を有していたとしても、手術条件が制限されることとなり、執刀医による医療ミスを引き起こす原因となるという課題を有していた。Since the conventional image detection means is configured as described above, it is only possible to detect an image via the
In particular, the retractor with a fiber used in the laparoscopic surgery is detected by the
本発明は、前記課題を解消するためになされたもので、離隔され又は遮蔽された位置に有る被対象物の表面又は内部を三次元的に検出することができ、また被対象物全体を三次元的に再構成することができる三次元画像検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can detect the surface or the inside of an object at a separated or shielded position in a three-dimensional manner, and the entire object can be tertiary. An object of the present invention is to provide a three-dimensional image detection apparatus that can be reconstructed originally.
本発明に係る三次元画像検出装置は、先端側から光を被対象物に照射する照射する照射用光ファイバ及び当該被対象物からの反射光を先端側で受光して受光された反射光を伝送する撮像用光ファイバからなる画像検出手段と、前記画像検出手段の先端側を移動自在にガイドして支持するガイド手段と、筒状杆体からなり、当該筒状杆体の一端側で前記ガイド手段を支持すると共に、当該筒状杆体の内部に画像検出手段の基端側を挿通して支持する支持手段とを備えるものである。 The three-dimensional image detection apparatus according to the present invention includes an irradiating optical fiber for irradiating an object with light from the tip side, and reflected light received by receiving the reflected light from the object at the tip side. An image detection means comprising an imaging optical fiber for transmission, a guide means for guiding and supporting the distal end side of the image detection means movably, and a cylindrical housing, and the guide means on one end side of the cylindrical housing And supporting means for inserting and supporting the base end side of the image detecting means inside the cylindrical casing.
このように本発明においては、照射用及び撮像用の各光ファイバからなる画像検出手段の先端側をガイド手段に移動自在に支持し、このガイド手段を一端側に支持手段が支持し、この支持手段の筒状杆体の内部に前記画像検出手段の基端側を挿通して支持するようにしているので、離隔又は遮蔽された位置にある被対象物に対して支持手段を延出させて画像検出手段の照射光ファイバ及び撮像光ファイバの各先端側を接近させ、所定距離に接近させた状態でガイド手段を介して画像検出手段を移動させることにより順次被対象物の表面を撮像し、当該撮像されたデータを再構成できることとなり、被対象物の表面を三次元的検出し、また対象物を三次元的に構成できる。 As described above, in the present invention, the distal end side of the image detecting means composed of the optical fibers for irradiation and imaging is movably supported by the guide means, and the support means is supported by the support means at one end side. Since the base end side of the image detecting means is inserted and supported inside the cylindrical casing of the means, the supporting means is extended with respect to the object at a separated or shielded position. The front end of each of the irradiation optical fiber and the imaging optical fiber of the detection means is approached, and the surface of the object is sequentially imaged by moving the image detection means through the guide means in a state of approaching a predetermined distance. The imaged data can be reconstructed, the surface of the object can be detected three-dimensionally, and the object can be configured three-dimensionally.
また、本発明に係る三次元画像検出装置は必要に応じて、画像検出手段が、撮像用光ファイバが受光する相隣る各撮像領域を略60%重複させる位置に前記ガイド手段により間歇的に移動するものである。
このように本発明においては、画像検出手段のガイド手段による移動を撮像用光ファイバの撮像領域が略60%重複させて間歇的に実行するようにしているので、間歇前後の各画像から被対象物における立体画像の復元を正確且つ容易に構成できる。Further, in the three-dimensional image detection apparatus according to the present invention, if necessary, the image detection means is intermittently provided by the guide means at a position where the adjacent imaging regions received by the imaging optical fibers are overlapped by approximately 60%. It is something that moves.
As described above, in the present invention, the movement of the image detection means by the guide means is performed intermittently with the imaging regions of the imaging optical fibers overlapping approximately 60%. The reconstruction of a stereoscopic image in an object can be configured accurately and easily.
また、本発明に係る三次元画像検出装置は必要に応じて、ガイド手段が略円弧状に湾曲する可撓性の二つの長尺部材を対向配設し、当該二つの長尺部材の各先端を連結し、基端を前記支持手段に支持するものである。
このように本発明においては、前記ガイド手段が略円弧状に湾曲する可撓性の二つの長尺部材を対向配設し、当該二つの長尺部材の各先端を連結し、基端を前記支持手段に支持するようにしているので、遮蔽された状態にある被対象物、例えば腹腔内鏡手術における内蔵部分を撮像する際に、腹腔を拡開した状態で内蔵等の被対象物表面を全周囲に亘って走査できることとなり、全立体角4πから被対象物の撮像が可能となり被対象物の立体三次元画像を正確に復元構成できる。Further, in the three-dimensional image detection apparatus according to the present invention, if necessary, two flexible long members whose guide means bend in a substantially arc shape are arranged to face each other, and each tip of the two long members is arranged. And the base end is supported by the support means.
As described above, in the present invention, the guide means is provided with two flexible long members that are curved in a substantially arc shape, the distal ends of the two long members are connected, and the base end is Since it is supported by the support means, when imaging a subject in a shielded state, for example, a built-in part in laparoscopic surgery, the surface of the subject such as a built-in subject is opened with the abdominal cavity opened. Since scanning can be performed over the entire circumference, the object can be imaged from all solid angles 4π, and a three-dimensional three-dimensional image of the object can be accurately restored and configured.
また、本発明に係る三次元画像検出装置は必要に応じて、画像検出手段に併設して配設され、先端側から超音波を被対象物に投射する投射用発信手段及び当該被対象物からの反射エコーを先端側から検出して検出された超音波を伝送する検出用受信手段とからなる内部構造検出手段を備えるものである。
このように本発明においては、前記画像検出手段に併設して配設され、先端側から超音波を被対象物に投射する投射用発信手段及び当該被対象物からの反射エコーを先端側から検出して検出された超音波を伝送する検出用受信手段とからなる内部構造検出手段を備えることから、超音波が被対象物の内部からの反射波として検出できることなり、被対象物の内部構造及び断層像が構成できる。Further, the three-dimensional image detection apparatus according to the present invention is provided along with the image detection unit as necessary, and includes a projection transmission unit that projects ultrasonic waves from the front end side onto the target object, and the target object. And an internal structure detecting means comprising a detecting receiving means for transmitting ultrasonic waves detected by detecting the reflected echo from the front end side.
As described above, in the present invention, the transmitting means for projecting the ultrasonic wave from the front end side to the target object and the reflection echo from the target object are detected from the front end side. Since the internal structure detecting means comprising the detecting receiving means for transmitting the detected ultrasonic wave is provided, the ultrasonic wave can be detected as a reflected wave from the inside of the object, and the internal structure of the object and A tomographic image can be constructed.
(本発明の第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る三次元画像検出装置を図1ないし図5に基づいて説明する。この図1は本実施形態に係る三次元画像検出装置の使用状態構成図、図2は図1記載の三次元画像検出装置の収納状態構成図、図3は図1記載の三次元画像検出装置による縦方向スキャニングの撮像態様図、図4は図1記載の三次元画像検出装置による横方向スキャニングの撮像態様図、図5は図1に記載の三次元画像検出装置による立体三次元画像の復元構成フローチャートを示す。(First embodiment of the present invention)
Hereinafter, a three-dimensional image detection apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram of a use state of a 3D image detection apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is a configuration diagram of a storage state of the 3D image detection apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a 3D image detection apparatus shown in FIG. Fig. 4 is a diagram showing an aspect of the vertical scanning by Fig. 4, Fig. 4 is a diagram showing an aspect of the horizontal scanning by the three-dimensional image detecting device shown in Fig. 1, and Fig. 5 is a reconstruction of a stereoscopic three-dimensional image by the three-dimensional image detecting device shown in Fig. A configuration flowchart is shown.
前記各図において本実施形態に係る三次元画像検出装置は、先端側の照射端11aから光を被対象物100に照射する照射用光ファイバ11及びこの被対象物100からの反射光を先端側の受光端12aで受光して受光された反射光を伝送する撮像用光ファイバ12からなる画像検出部1と、この画像検出部1の先端側を移動自在にガイドして支持するガイド部2と、筒状杆体31からなり、この筒状杆体31の一端側32で前記ガイド部2を支持すると共に、この筒状杆体31の内部に画像検出部1の基端側を挿通して支持する支持部3とを備える構成である。
前記画像検出部1は、撮像用光ファイバ12が受光する相隣る各撮像領域S0・S1,S1・S2,・・・を略60%重複させる位置に前記ガイド部2により間歇的に移動する構成である。In each of the drawings, the three-dimensional image detection apparatus according to the present embodiment includes an irradiation
The
この画像検出部1は、照射用光ファイバ11における基端部の入射端11bに光源部13が接続され、この基端部から光源部13からの光を照射端11aから被対象物100へ照射すると共に、撮像用光ファイバ12の基端部に撮像部14が接続され、受光端12aから被対象物100の反射光を射出端12b撮像部14へ伝送し、この撮像部14の二次元CCDアレイ等で被対象物100の画像を検出する。
前記ガイド部2は、略円弧状に湾曲する可撓性の二つの長尺部材からなる移動ガイド体21及び拡開ガイド体22を対向配設し、この移動ガイド体21及び拡開ガイド体22の各先端を固定部23で連結し、基端部24を前記支持部の筒状杆体31に支持されると共に、この基端部24に固着され前記支持部3の筒状杆体31内に操作棒25が挿通される構成である。前記移動ガイド体21及び拡開ガイド体22は、収納時においては図2に示すように筒状杆体31内に収納状態にあり、この収納状態で腹腔内に押込まれ、この挿入後に操作棒25を筒状杆体31内に押込んで先端に固着される移動ガイド体21及び拡開ガイド体22を筒状杆体31からスライド移動させて押出して略円弧状に拡開状態となる構成である。In the
The
次に、前記構成に基づく本実施形態に係る三次元画像検出装置を腹腔鏡手術の前段において画像検出及び再構成する動作について説明する。
まず、ガイド部2を支持部3の中に収納した状態(図2を参照)で患者の腹腔内に支持部3を挿入し、この腹腔内で操作棒25を筒状杆体31内に押込んで筒状杆体31内から移動ガイド体21及び拡開ガイド体22をスライド移動させて押出して移動ガイド体21及び拡開ガイド体22を腹腔内で拡開状態にする(図1参照)。
この拡開した移動ガイド体21及び拡開ガイド体22の略円弧内に被対象物100の内臓患部を位置させ、画像検出部1の照射端11a及び受光端12aをガイド部2により間歇的に移動させつつ順次内臓患部の表面を撮像する。Next, an operation for detecting and reconstructing the image of the three-dimensional image detection apparatus according to the present embodiment based on the above configuration in the previous stage of laparoscopic surgery will be described.
First, the
The visceral affected part of the
この撮像は、撮像用光ファイバ12が受光できる撮像領域S0,S1,・・・の各々相隣る各撮像領域S0・S1,S1・S2,S2・S3,・・・が各々略60%程度重複させた状態で画像データを検出して撮像部14に入力され、この撮像部14が各画像データに基づいて立体画像を復元構成する。
この立体画像の復元構成は、受光端12aの焦点距離fと間歇移動距離Dとに対する被対象物基準面からの高さhと視差dとの比率を内部構造検出部4が演算して、前記相隣る各撮像領域S0・S1,S1・S2,S2・S3,・・・毎に順次実行する。In this imaging, the imaging areas S0, S1, S1, S2, S2, S3,... Adjacent to each of the imaging areas S0, S1,. The image data is detected and input to the
In this three-dimensional image restoration configuration, the internal structure detection unit 4 calculates the ratio of the height h and the parallax d from the object reference plane to the focal distance f and the intermittent movement distance D of the
このガイド部2の移動ガイド体21に沿ってガイド溝部21a内を全長に亘って画像検出部1の照射端11a及び受光端12aが収納された端末ケース15をの間歇的に移動させ、この移動による被対象物100の縦方向Aのスキャニング動作が終了すると、ガイド部2を直交する方向Bへ横方向のスキャニング動作を実行する。この横方向へのスキャニング動作によりガイド部2が移動した後、前記縦方向Aのスキャニング動作が実行されてガイド部2の移動ガイド体21に沿って画像検出部1の照射端11a及び受光端12aを間歇移動させることにより前記動作と同様に撮像データが得られる。
The
さらに、前記被対象物100の撮像データに基づいて立体三次元画像を復元構成する動作を図5に基づいて説明する。
まず、被対象物100を各画像間が60%重複するように撮像して複数撮像データを検出する(ステップ1)。
この各撮像データに対して特徴点を作成する前処理を行った後に、この前処理を行った撮像データと元の撮像データとの差分画像から画像中の端点、交点、折曲点等の特徴を抽出する(ステップ2)。
前記特徴が抽出された撮像データに対して3次元座標の抽出により視差データを演算する(ステップ3)。この視差データから各撮像データ毎の3次元形状の構成を検出する(ステップ4)。Further, an operation for restoring and constructing a stereoscopic three-dimensional image based on the imaging data of the
First, the
After performing pre-processing for creating feature points for each image data, features such as end points, intersections, bending points, etc. in the image from the difference image between the pre-processed image data and the original image data Is extracted (step 2).
Parallax data is calculated by extracting three-dimensional coordinates for the image data from which the features have been extracted (step 3). A configuration of a three-dimensional shape for each imaging data is detected from the parallax data (step 4).
この3次元形状を構成された各撮像データを正射影幾何変換を行うことによりマッピング用画像を作成する(ステップ5)。このマッピング用画像の合成を行う前に、画像の傾きを統一するために、撮影方向(照射端11aの傾き角度)に基づいて画像の2次元剛体変換を求めて画像を順次つなぎ合わせることによりマッピング用画像が得られることとなる(ステップ6)。
さらにこのマッピング画像(ワイヤーフレーム形状画像)を、撮像画像によりレタリングを行う(ステップ7)。このレタリング画像により3次元物体再構成を行う(ステップ8)。A mapping image is created by performing orthographic geometric transformation on each imaging data having the three-dimensional shape (step 5). Before synthesizing the mapping image, in order to unify the inclination of the image, mapping is performed by obtaining a two-dimensional rigid transformation of the image based on the photographing direction (inclination angle of the
Further, the mapping image (wire frame shape image) is lettered by the captured image (step 7). Three-dimensional object reconstruction is performed based on this lettering image (step 8).
このように、縦方向Aのスキャニング動作を順次横方向Bへ移動して実行されると、患者の内蔵である被対象物100の表面を全周囲に亘って走査できることとなり、全立体角4πからの各撮像による複数の撮像データで、且つこの複数の撮像データ相互が60%重複して撮像されていることから、被対象物100の患者の内蔵を立体三次元画像として正確に復元構成できることとなる。
As described above, when the scanning operation in the vertical direction A is sequentially performed in the horizontal direction B, the surface of the
(本発明の他の実施形態)
本発明の他の実施形態に係る三次元画像検出装置を図6に基づいて説明する。図6は他の実施形態に係る三次元画像検出装置の要部拡大図を示す。
本実施形態に係る三次元画像検出装置は、前記第1の実施形態と同様に画像検出部1ガイド部2、支持部3を共通して備え、この構成に加え、前記画像検出部1に併設して配設され、先端側から超音波を被対象物100に投射する投射用光ファイバ41及びこの被対象物100からの反射光を先端側から検出して検出された超音波を伝送する検出用光ファイバ42とからなる内部構造検出部4を備える構成である。(Other embodiments of the present invention)
A three-dimensional image detection apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an enlarged view of a main part of a 3D image detection apparatus according to another embodiment.
The three-dimensional image detection apparatus according to the present embodiment includes an
この内部構造検出部4は、投射用光ファイバ41における基端部の入射端41bに超音波発信器43が接続され、この入射端41bを介して超音波発信器43から入射される超音波を照射端41aから被対象物100へ照射すると共に、この被対象物100からの反射エコーを検出信号として検出用光ファイバ42の受光端42b入射し、この入射した反射エコーを検出用光ファイバ42を介して射出端42bに接続される超音波受信器44へ出力され、この超音波受信子器44で被対象物100の画像を検出する。
このように被対象物100に対して、超音波を照射することにより、被対象物100の三次元表面形状と共に、被対象物100の内部構造及び断層像を検出できることとなる。The internal structure detection unit 4 includes an
In this way, by irradiating the
1 画像検出部
2 ガイド部
3 支持部
4 内部構造検出部
11 照射用光ファイバ
11a、41a 照射端
11b、41b 入射端
12 撮像用光ファイバ
12a、42a 受光端
12b、42b 射出端
13 光源部
14 撮像部
15 端末ケース
21 移動ガイド体
21a ガイド溝部
22 拡開ガイド体
23 固定部
24 基端部
31 筒状杆体
32 一端側
41 投射用光ファイバ
42 検出用光ファイバ
43 超音波発信器
44 超音波受信器
100 被対象物
200 ループワイヤ
201 光ファイバ
203 支持杆
203a 基部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記画像検出手段の先端側を移動自在にガイドして支持するガイド手段と、
筒状杆体からなり、当該筒状杆体の一端側で前記ガイド手段を支持すると共に、当該筒状杆体の内部に画像検出手段の基端側を挿通して支持する支持手段とを備えることを
特徴とする三次元画像検出装置。Image detecting means comprising an irradiation optical fiber for irradiating the object with light from the front end side and an imaging optical fiber for receiving the reflected light from the object at the front end side and transmitting the received reflected light When,
Guide means for guiding and supporting the distal end side of the image detection means movably,
It comprises a cylindrical housing, and includes support means for supporting the guide means on one end side of the cylindrical housing and inserting and supporting the proximal end side of the image detection means inside the cylindrical housing. A three-dimensional image detection apparatus.
前記画像検出手段が、撮像用光ファイバが受光する相隣る各撮像領域を略60%重複させる位置に前記ガイド手段により間歇的に移動することを
特徴とする三次元画像検出装置。The three-dimensional image detection apparatus according to claim 1,
The three-dimensional image detection apparatus, wherein the image detection means is intermittently moved by the guide means to a position where the adjacent imaging regions received by the imaging optical fiber overlap each other by approximately 60%.
前記ガイド手段が略円弧状に湾曲する可撓性の二つの長尺部材を対向配設し、当該二つの長尺部材の各先端を連結し、基端を前記支持手段に支持することを
特徴とする三次元画像検出装置。In the three-dimensional image detection apparatus according to claim 1 or 2,
The guide means includes two flexible long members that are curved in a substantially arc shape, are connected to each other, the distal ends of the two long members are connected, and the base end is supported by the support means. A three-dimensional image detection apparatus.
前記画像検出手段に併設して配設され、先端側から超音波を被対象物に投射する投射用発信手段及び当該被対象物からの反射エコーを先端側から検出して検出された超音波を伝送する検出用受信手段とからなる内部構造検出手段を備えることを
特徴とする三次元画像検出装置。The three-dimensional image detection apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Projecting transmitting means for projecting ultrasonic waves onto the object from the front end side, and ultrasonic waves detected by detecting reflected echoes from the object from the front end side, which are arranged alongside the image detecting means. A three-dimensional image detection apparatus comprising: internal structure detection means including transmission detection reception means.
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