JP6993043B1 - 手術支援装置 - Google Patents
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Abstract
Description
通常の硝子体手術において、施術者(医師)は、手術顕微鏡等により被術者(患者)の瞳孔を通じて眼球内部を観察することになるが、瞳孔を通じて観察できる眼球内部の範囲には限界があり、観察できない部分を可視範囲に入れるためには眼球を外側から圧迫する必要がある。このような圧迫は、手術中の疼痛や手術後の炎症を引き起こすおそれがある。
内視鏡を被術者の眼球内部に挿入することで、眼球内部の画像がモニタ等の表示手段に表示される。施術者は、眼球内部で内視鏡を移動させることで、通常瞳孔からは視認できない部分を容易に観察することができる。
このような内視鏡を用いた硝子体手術においては、眼球内部の観察にあたり眼球を圧迫する必要がなくなるため、被術者の眼球に対する負担を軽減することができる。
このような内視鏡を用いた手術において、施術者が、被術者の眼球に対する内視鏡の挿入状態を推測し、モニタ上に表示された内視鏡撮像画像が眼球内部のどの位置を映し出したものであるかを把握することは容易ではない。
そこで本発明では、被術者に対する内視鏡の挿入状態を空間的に把握できるような表示を行うことを目的とする。
これにより回転後の内視鏡撮像画像の状態に対応する内視鏡と被術者の位置関係を示す内視鏡視点マップ画像が表示される。
これにより、内視鏡撮像画像の回転状態を問わず、必ず内視鏡を示す画像が映り込んだ状態で内視鏡視点マップ画像が表示される。
これにより、内視鏡撮像画像を視認しながら手術を行うにあたり、他のモニタに視線を移すことなく内視鏡視点マップ画像を確認することができる。
これにより、内視鏡視点マップ画像を視認しているときに、他のモニタに視線を移すことなく眼球マップ画像を確認することができる。
<1.手術システムの構成>
<2.演算・制御部の機能構成>
<3.実施の形態の処理例>
<4.まとめ>
眼球手術における手術システム100の構成について説明する。
図1は手術システム100が有する構成の一例を模式的に示している。
手術システム100は、手術台1と手術支援装置2を有して構成される。
手術台1と手術支援装置2は手術室に設置されている。
施術者4は、例えば結膜32に処置具5を挿入して眼球30内部の手術を行う。
図3は、手術支援装置2が有する構成の一例を模式的に示している。
手術支援装置2は、内視鏡保持装置11、内視鏡12、操作部13、演算・制御部14、及びモニタ15を有する。
基台部16は手術室の床等に載置され、アーム部17は基台部16に取り付けられている。アーム部17は基台部16により回動可能に軸支される。
アーム部17は、1又は複数の関節部や回動部を備え、アーム先端部20を任意の位置に移動させることのできる機構に形成されている。
図4は、アーム先端部20が有する構成の一例を模式的に示している。
アーム先端部20は、内視鏡12を保持するためのホルダ21と被術者3の角膜31までの距離の計測に用いる計測部22と、を有している。
照射部23は、例えばLED(Light Emitting Diode)であり、被術者3の眼球30を照射する光を出力する。
/ Digital)変換され、画素単位で所定階調による輝度値を表すデジタル画像信号(撮像画像データ)とされる。
内視鏡12からの撮像画像データに基づく撮像画像は、モニタ15の液晶に表示される。
内視鏡12による撮像画像の操作部13の操作に応じた回転操作手法の詳細については後述する。
Memory)、RAM(Random Access Memory)等を有するマイクロコンピュータを備えて構成される。演算・制御部14は、1又は複数のマイクロコンピュータにより実現される。
図5は、モニタ15上に表示される表示画像6の一例を示している。
モニタ15上には、例えば内視鏡撮像画像61や、眼球マップ画像62、内視鏡視点マップ画像63、挿入長提示画像64などを有する表示画像6が表示される。表示画像6には他にも必要に応じて各種情報に関する画像が含まれる。
眼球マップ画像62には、眼球30が三次元眼球モデル画像30Aにより表示される。また眼球30に対する内視鏡12の位置が内視鏡モデル画像12Aにより表示される。
内視鏡視点マップ画像63は、内視鏡撮像画像61の回転に連動して回転する。このとき内視鏡視点マップ画像63においては、内視鏡12を示す内視鏡モデル画像12Bの位置を固定した状態で、三次元モデル画像300が回転する。内視鏡視点マップ画像63の回転手法の詳細については後述する。
手術支援装置2における演算・制御部14の機能構成について説明する。
図6は、手術支援装置2の構成の一例をブロック図として示している。
演算・制御部14は、駆動制御部141、画像処理部142、位置判定部143、画像生成部144、及び表示制御部145を有している。
また駆動制御部141は、照射部23の出力制御や、撮像部24の撮像制御を行う。
また位置判定部143は、当該撮像距離に基づいて眼球30と内視鏡先端部120との相対位置関係を演算する。
位置判定部143は、判定結果(眼球30と内視鏡先端部120との相対位置関係)を画像生成部144に出力する。
画像生成部144は、生成した表示画像6の画像信号を表示制御部145に出力する。
本実施の形態を実現するために手術支援装置2の演算・制御部14が実行する処理について説明する。ここでは一例として、施術者4が被術者3の頭部側に位置して手術を行っているものとする(図1参照)。
図7は、演算・制御部14が実行する処理の一例を示すフローチャートである。また図8は、眼球30と内視鏡12の位置関係を判定するための手順の概要を示している。
照射開始制御処理において、演算・制御部14は、図8Aに示すように眼球30を照射するための光25を照射部23に出力させる。なお、図8Aでは照射部23から出力される光25を模式的に破線で示している。
照射開始制御処理は、後述する内視鏡視点マップ画像63の画像データを生成するために用いられる眼球30と内視鏡12の位置関係を判定する際に必要となる処理である。
ステップS102において、演算・制御部14は、内視鏡12が眼球30内部を撮像して得た撮像画像データとしての各フレーム画像データを内部メモリに格納する。
画像回転角データは、内視鏡12からの撮像画像データの回転処理を行う際に用いられる当該撮像画像データの回転方向及び回転角度を示す情報である。
画像回転角データは、操作部13からの操作入力に応じて適宜更新される。ただし、アーム部17の動作に応じて内視鏡12の撮像方向が変位することによっては、画像回転角データは更新されない。
演算・制御部14は、操作部13からの操作入力を検知すると、その操作量に応じて画像回転角データを更新する。例えば更新された画像回転角データの角度の正負により回転方向が示される。画像回転角データの更新処理の詳細については後述する。
この場合少なくとも演算・制御部14は、内視鏡12からの撮像画像データを画像回転角データに基づいた方向及び角度で回転させた内視鏡撮像画像61の画像データを生成する。
このとき眼球30のサイズのデータとして眼球モデルデータが用いられる。
眼球モデルデータは、例えば一般的なヒトの眼球サイズを想定した三次元データである。ヒトの眼球サイズは、若干の個人差はあるものの大きく異なることがないため、標準的なヒトの眼球サイズに基づく眼球モデルデータとしてあらかじめ設定しておく。
なお、手術にあたりあらかじめ被術者3の眼球30の眼球サイズを測定しておき、当該測定結果を反映させて眼球モデルデータを設定することもできる。
またホルダ21に固定された内視鏡12の軸方向における内視鏡先端部120までの形状サイズは既知である。そのため、内視鏡12の形状サイズに関する情報をあらかじめ設定しておくことで、演算・制御部14は、規定された内視鏡12の位置から内視鏡先端部120の位置を演算することができる。
また内視鏡12に対する被術者3の頭部の角度を示す値が、被術者3が手術台1に仰向けで横たえられた状態であり、手術台1に対する内視鏡保持装置11の設置角度が規定されているという前提のもと、あらかじめ頭部角度データとして設定されている。
内視鏡視点マップ画像63では、内視鏡12の視点から三次元モデル画像300の頭部を観察した画像が表示される。
このとき演算・制御部14は、内視鏡モデル画像12Bの位置を固定した状態で三次元モデル画像300を回転させた画像データを内視鏡視点マップ画像63として生成する。
続いて演算・制御部14は、ステップS106に処理を進める。
演算・制御部14は、内視鏡撮像画像61、眼球マップ画像62、内視鏡視点マップ画像63、挿入長提示画像64、その他必要な画像を合成することで表示画像6を生成する。
演算・制御部14は、判定した眼球30と内視鏡12(内視鏡先端部120)の位置関係から、内視鏡12の眼球30への挿入長に関する情報と、内視鏡先端部120から被術者3の網膜36までの距離に関する情報とを演算する。
そして演算・制御部14は、それらの情報に基づいて挿入長提示画像64の画像データを生成する。
そのため、演算・制御部14は、図7のステップS108,S109の処理を行うようにしている。
即ち、初期状態においては、回転していない状態の内視鏡撮像画像61及び内視鏡視点マップ画像63がモニタ15上に表示される。
演算・制御部14は、操作部13からの操作入力に基づいて、画像回転角データとして回転方向及び回転角度を更新する。
このように、画像回転角データに基づいて三次元モデル画像300を回転させることで、内視鏡撮像画像61の回転に連動して回転した内視鏡視点マップ画像63の画像データを生成することができる。
そしてステップS107において、演算・制御部14は、表示画像6をモニタ15の液晶に表示させるための表示制御を行う。
施術者4は、例えば内視鏡撮像画像61に映り込んだ処置具5が手術の行いやすい位置になるまで操作部13の操作を継続し、内視鏡撮像画像61を回転させる。
よって、施術者4は、内視鏡12の撮像方向を変位させた際に、操作部13の操作により再度内視鏡撮像画像61を回転させる必要がなくなる。
本発明の実施の形態における手術支援装置2は、内視鏡12を保持するためのホルダ21を有し、ホルダ21で内視鏡12を保持した状態で内視鏡12の位置を調節するアーム部17と、ホルダ21に保持された内視鏡12の視点による被術者3の三次元モデル画像300が表示される内視鏡視点マップ画像63を生成する画像生成部144と、内視鏡視点マップ画像63と内視鏡12により撮像した内視鏡撮像画像61との表示制御を行う表示制御部145と、内視鏡撮像画像61を回転させるための操作部13と、を備え、操作部13の操作に応じて、内視鏡12の位置変位を生じさせずに表示されている内視鏡撮像画像61を回転させるとともに、該回転に連動して内視鏡視点マップ画像63を回転させる(図7及び図8等参照)。
従って、施術者4が被術者3の眼球30に対する内視鏡12の挿入状態を空間的に把握することができる。よって、施術者4は、内視鏡撮像画像61が回転された状態においても直感的に位置関係を把握した手術を行うことができ、眼球30に対する手術を円滑に進行することができる。また内視鏡12の位置が把握できるため、施術者4が内視鏡12等と接触することを回避することができる。
従って、内視鏡視点マップ画像63を視認することで、内視鏡撮像画像61の回転を問わずに被術者3の眼球30に対する内視鏡12の挿入状態を常に確認することができる。よって、眼球30に対する手術を円滑に進行することができる。
従って、内視鏡視点マップ画像63の視認性が向上し、眼球30に対する手術を円滑に進行することができる。
従って、一のモニタ15で複数の情報を同時に確認することができるため、眼球30に対する手術を円滑に進行することができる。
3 被術者
12 内視鏡
13 操作部
17 アーム部
21 ホルダ
30 眼球
30A 三次元眼球モデル画像
30B 三次元眼球モデル画像
61 内視鏡撮像画像
62 眼球マップ画像
63 内視鏡視点マップ画像
144 画像生成部
145 表示制御部
300 三次元モデル画像
Claims (4)
- 内視鏡を保持するためのホルダを有し、前記ホルダで前記内視鏡を保持した状態で前記内視鏡の位置を調節するアーム部と、
前記ホルダに保持された前記内視鏡の視点による被術者の三次元モデルの画像である内視鏡視点マップ画像を生成する画像生成部と、
前記内視鏡視点マップ画像と、前記内視鏡により撮像した内視鏡撮像画像との表示制御を行う表示制御部と、
前記内視鏡撮像画像を回転させるための操作部と、
を備え、
前記操作部の操作に応じて、前記内視鏡の位置変位を生じさせずに表示されている前記内視鏡撮像画像を回転させるとともに、該回転に連動して前記内視鏡視点マップ画像を回転させる
手術支援装置。 - 前記内視鏡視点マップ画像の回転は、前記内視鏡を示す画像の位置を固定した状態で行われる
請求項1に記載の手術支援装置。 - 前記表示制御部は、前記内視鏡視点マップ画像と前記内視鏡撮像画像とを同一画面内に表示させる
請求項1又は請求項2に記載の手術支援装置。 - 前記表示制御部は、三次元眼球モデル上で前記内視鏡の位置を示す眼球マップ画像と、前記内視鏡視点マップ画像とを同一画面内に表示させる
請求項1から請求項3の何れかに記載の手術支援装置。
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