WO2014185334A1 - トロカール、ポートおよび手術支援システム - Google Patents

トロカール、ポートおよび手術支援システム Download PDF

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WO2014185334A1
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image
camera
trocar
retractable
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俊哉 中口
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アドバンストヘルスケア株式会社
国立大学法人千葉大学
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    • A61B2090/3983—Reference marker arrangements for use with image guided surgery

Definitions

  • the present invention relates to a trocar used for laparoscopic surgery. However, when used for thoracoscopic surgery, it is called a port.
  • the present invention also relates to a surgery support system using the trocar as a core technology.
  • Laparoscopic surgery involves injecting carbon dioxide into the abdominal cavity to inflate the abdominal wall to ensure space and field of view for the procedure. Then, a small hole is made in the abdominal wall, and an instrument called a trocar is inserted. From there, it is common to insert a laparoscope (CCD camera) or forceps, which is a surgical instrument, into a patient's body and perform an operation while observing an image displayed on the monitor by the laparoscope.
  • CCD camera laparoscope
  • forceps which is a surgical instrument
  • the lens of the laparoscope may become cloudy, or organic matter (oil film or tissue pieces, more specifically blood, meat or body fluid) may adhere, making it impossible to secure a visual field. is there. Therefore, each time, the laparoscope is removed from the trocar, the lens is wiped, and then inserted into the trocar again. As a result, the progress of the operation is temporarily interrupted each time the lens is cleaned.
  • Patent Document 1 proposes a technique for heating the tip portion of a laparoscope to keep it at the same temperature as the body temperature. Thereby, the cloudiness resulting from the temperature difference between the operating room temperature and the body temperature can be prevented.
  • the above technology can prevent fogging due to temperature difference, but cannot remove organic matter. Further, it is necessary to add a heating means to the laparoscope, and the configuration becomes complicated. That is, the technique described in Patent Document 1 is poor in practicality. Therefore, at present, there is no drastic measure against fogging and organic matter adhesion, and the operation of removing the laparoscope from the trocar, wiping the lens, and then inserting it again into the trocar is repeated. In general, the lens cleaning operation is repeated 10 times or more in one operation. These operations are not necessary for the original surgical procedure, but are a burden on the operator.
  • the present inventor has proposed a trocar having a retractable camera (details will be described later).
  • the camera switches between the retracted position and the deployed position within the abdominal cavity.
  • the trocar having a retractable camera is a core technology that realizes a virtual laparotomy using a three-dimensional real-time image.
  • trocars with retractable cameras have the following issues to be improved.
  • the trocar is not removed until the operation is completed. Therefore, the camera cannot be removed from the abdominal cavity so that cloudiness and organic matter can be removed by removing the laparoscope to remove cloudiness and organic matter.
  • the present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to remove fogging and organic substances from a camera and clean a lens in a trocar having a retractable camera.
  • the purpose is to reduce the burden on the operator compared with the conventional general laparoscopic lens cleaning operation.
  • the present invention for solving the above-mentioned problems is a trocar having a pipe part for inserting a medical instrument into the body, and includes a side opening provided at a position where the pipe part is inserted into the body, and the side opening.
  • a retractable camera that passes through and can be switched between a retracted position stored in the pipe section and a deployed position that can be photographed and deployed outside the pipe section, and the camera lens by rotating the retractable camera.
  • Lens cleaning means for cleaning by contact is a trocar having a pipe part for inserting a medical instrument into the body, and includes a side opening provided at a position where the pipe part is inserted into the body, and the side opening.
  • a retractable camera that passes through and can be switched between a retracted position stored in the pipe section and a deployed position that can be photographed and deployed outside the pipe section, and the camera lens by rotating the retractable camera.
  • Lens cleaning means for cleaning by contact.
  • the lens cleaning means has a root portion and a tip portion, the root portion is fixed to the tip side of the side opening, and the tip portion can be deformed by contact with the camera lens. It is.
  • the conventional general laparoscopic lens cleaning operation requires removal, cleaning, and insertion of the laparoscope, whereas in the present invention, the lens cleaning operation is simple and the burden on the operator can be reduced. .
  • an urging means for urging the retractable camera to the deployed position.
  • the present invention that solves the above-described problems includes the trocar described above, a laparoscope, and an image processing device that performs synthesis processing of an image obtained from the laparoscope and an image obtained from the retractable camera,
  • the image processing apparatus is a surgery support system having a partial interruption command function unit that instructs to use a final image at the deployment position when the retractable camera is switched from the deployment position to the storage position.
  • the present invention that solves the above-described problem comprises a plurality of the above-described trocars, and an image processing device that performs a composition process on an image obtained from the laparoscope and an image obtained from the retractable camera,
  • the processing device is a surgery support system having a partial interruption command function unit that instructs to use the final image at the deployment position when the retractable camera is switched from the deployment position to the storage position.
  • the image processing device confirms a match between the final image and a newly obtained latest image when the retractable camera is switched again from the storage position to the development position.
  • a function unit and a restart command function unit that commands to use the latest image when the image match is confirmed.
  • a projector that is provided above the operating table and projects the composite image onto a position corresponding to the patient's abdomen.
  • the present invention that solves the above-mentioned problems is a port that is provided in a chest wall through a pipe portion for inserting a medical instrument into the lung, and is a position where the pipe portion is inserted into the lung.
  • a side opening provided in the storage unit, and a retractable camera that passes through the side opening and is pivotably switchable between a storage position stored in the pipe part and a development position developed to be photographed outside the pipe part.
  • a trocar having a retractable camera it is possible to remove fogging and organic matter from the camera and clean the lens.
  • Trocar with retractable camera Modified lens cleaning means (including wiper blade)
  • Trocar variant with retractable camera Surgery support system Functional block diagram of image processing apparatus Basic principle of depth estimation Modified surgery support system Modified surgery support system
  • FIG. 1 is a perspective view of a trocar having a retractable camera.
  • FIG. 1A and FIG. 1B have different viewpoints.
  • the trocar 1 includes a pipe part 11 and a head part 12. Most of the pipe portion 11 is inserted into the hole in the abdominal wall.
  • the head part 12 is continuously provided on the upper part of the pipe part 11.
  • the head portion 12 is hollow, and forceps can be inserted from the top thereof.
  • the head unit 12 includes a sealing mechanism that prevents air leakage when the forceps are inserted and removed, and an air supply mechanism that sends air into the abdominal cavity.
  • a side opening 13 is provided at a position where the pipe portion 11 is surely inserted into the body.
  • a shaft 14 is disposed in the axial direction of the pipe portion and along one end of the side opening 13.
  • a plurality of bearings 15 are fixed to the inner wall of the pipe portion 11, and the bearings 15 fix the shaft 14 so as to be rotatable.
  • the end of the shaft 14 extends outside the trocar.
  • a switching mechanism 16 is provided at the end of the shaft 14. The switching mechanism 16 can be switched between a storage position and a deployment position.
  • a retractable camera 17 is integrally joined to the shaft 14 at a position corresponding to the side opening 13.
  • the retractable camera 17 passes through the side opening 13 and is unfolded so as to be photographed at the storage position stored in the pipe portion and outside the pipe portion. It rotates so that it can be switched to the deployment position.
  • a cable 18 is connected to the retractable camera 17, and the cable 18 is inserted through the trocar 1 and connected to an external image processing device 6.
  • the head unit 12 is provided with a marker 19.
  • a checkered flag pattern composed of white and black is shown as an example, but the present invention is not limited to this as long as the optical sensor 9 can be recognized as a marker.
  • a wiper blade 21 is fixed to the end surface of the side opening 13 on the tip side of the trocar.
  • the tip of the wiper blade 21 has a sharp tip like a blade.
  • the wiper blade 21 is made of rubber. Due to these characteristics, the wiper blade 21 has appropriate rigidity at the base and appropriate flexibility at the tip.
  • the positional relationship among the side opening 13, the retractable camera 17, and the wiper blade 21 is set so that when the retractable camera 17 rotates, the tip of the wiper blade 21 comes into contact with the camera lens so as to be slightly deformable.
  • the wiper blade provided in the automobile rotates while the wiper blade is in contact with the windshield, whereas the wiper blade 21 is fixed and the retractable camera 17 rotates, and the wiper blade 21 and the camera lens are fixed. And contact.
  • the idea is the opposite of that of an automobile wiper blade.
  • the switching mechanism 16 is provided with a torsion spring 22.
  • the torsion spring 22 may be embedded in the switching mechanism 16.
  • One end of the torsion spring 22 is fixed to the inner wall of the head portion 12, and the other end of the torsion spring 22 is fixed to the switching mechanism 16.
  • the elastic force of the torsion spring 22 urges the retractable camera 17 to be deployed via the shaft 14. That is, the switching mechanism 16 and the retractable camera 17 maintain the deployed position.
  • the switching mechanism 16 is operated to rotate, the retractable camera 17 is stored through the side opening 13 against the elastic force of the torsion spring 22.
  • the retractable camera 17 maintains the deployed position by the biasing of the torsion spring 22.
  • the switching mechanism 16 is operated to the storage position, and the storage position is maintained.
  • the retractable camera 17 is in the retracted position via the shaft 14. Thereby, the pipe part 11 can be inserted into the hole of the abdominal wall without the retractable camera 17 becoming an obstacle (trocar insertion: deployment position ⁇ storage position).
  • the retractable camera 17 When the operation of the switching mechanism 16 is canceled after the pipe portion 11 is inserted, the retractable camera 17 is in the deployed position via the shaft 14. Shooting is performed in this state (camera shooting: storage position ⁇ deployment position).
  • the lens of the retractable camera 17 may become cloudy, or organic matter (oil film or tissue pieces, more specifically blood, meat or body fluid) may adhere, making it impossible to secure a field of view. is there.
  • the switching mechanism 16 is operated, and further, the operation of the switching mechanism 16 is released.
  • the retractable camera 17 is switched from the deployed position to the stored position, and further switched from the stored position to the deployed position.
  • the surface of the camera lens slides in contact with the wiper blade 21.
  • the tip of the wiper blade 21 is slightly deformed, and this deformation causes a pressing force to act on the camera lens surface.
  • fogging and organic substances are removed, and the lens is cleaned (lens cleaning: deployment position ⁇ storage position ⁇ deployment position). If the lens cleaning is insufficient, the switching operation is repeated once again.
  • the retractable camera 17 surely returns to the same position (deployment position) as before the lens cleaning by the bias of the torsion spring 22. Thereby, camera photography can be resumed.
  • the switching mechanism 16 When removing the pipe part 11 after the operation, the switching mechanism 16 is again operated to the storage position, and the storage position is maintained.
  • the retractable camera 17 is in the retracted position via the shaft 14. Thereby, the pipe part 11 can be extracted from the abdominal wall without the camera 17 becoming an obstacle (trocar extraction: deployment position ⁇ storage position).
  • the camera in a trocar having a retractable camera, the camera can be removed from fogging and organic matter, and the lens can be cleaned.
  • the lens cleaning operation of this embodiment is only the switching mechanism 16 operation and operation cancellation. Specifically, the surgeon only needs to operate the switching mechanism 16 from the deployed position to the retracted position. By the biasing of the torsion spring 22, the switching mechanism 16 returns from the retracted position to the deployed position.
  • this embodiment can reduce the burden on the operator as compared with a conventional general laparoscopic lens cleaning operation.
  • the retractable camera 17 is in the same position (deployment position) before and after the lens cleaning.
  • the trocar is fixed by the contraction pressure of the abdominal wall.
  • This embodiment has a simple configuration in which a wiper blade 21 is added to a trocar having a retractable camera, is easy to manufacture, has almost no possibility of failure, and has high durability and safety. .
  • the wiper blade 21 has been described as an example of a lens cleaning unit that removes fogging and organic substances and cleans the lens, the present invention is not limited to this.
  • the lens cleaning means has an appropriate flexibility at the tip so that the surface of the camera lens slides in contact with the lens cleaning means, and an appropriate rigidity at the base so that it can resist sliding. . Due to this characteristic, the root portion of the lens cleaning means is fixed to the end surface on the front end side of the side opening 13, and the front end portion of the lens cleaning means can be deformed by contact with the lens. The lens surface is not damaged by the flexible deformation of the tip. If this characteristic can be realized, the shape and material are not limited.
  • FIG. 2 shows an example of lens cleaning means including the wiper blade 21.
  • FIG. 2A shows the wiper blade 21.
  • Other resins may be used instead of rubber.
  • Fig. 2 (b) shows a brush.
  • a large number of bristles having appropriate rigidity and flexibility are implanted on the end face of the side opening 13.
  • the brush bristles may be made of resin such as rubber, or natural fibers may be used.
  • the length of the bristles may be adjusted to form a blade shape.
  • FIG. 2 (c) shows a flat plate formed of irregularly entangled fibers such as a loofah sponge.
  • the root side fibers may be dense and the tip side fibers may be rough.
  • the root side cloth may have high rigidity, and the tip side cloth may have low rigidity.
  • the material of the fiber is not particularly limited.
  • FIG. 3 is a perspective view of a trocar 2 according to a modification.
  • FIG. 3A is a state diagram in which the retractable camera 17 is deployed at the deployed position
  • FIG. 3B is a state diagram in which the retractable camera 17 is stored at the retracted position.
  • symbol is attached
  • the trocar 2 has a pipe portion 11 and a head portion 12. Side opening 13 is provided at a position where pipe 11 is inserted into the body.
  • a pivotable hinge mechanism 31 is provided at one end of the opening in the pipe portion axial direction, and the retractable camera 17 is connected to the pipe portion 11 via the hinge mechanism 31.
  • the hinge mechanism 31 is provided with a torsion spring 32. Normally, the elastic force of the torsion spring 32 urges the retractable camera 17 to be deployed.
  • the retractable camera 17 is connected to a tension cable 33 extending to the outside of the trocar.
  • the tension cable 33 is pulled, the retractable camera 17 is opposed to the elastic force of the torsion spring 32 and the retractable camera 17 has a side opening. 13 is stored.
  • a cable 18 is connected to the retractable camera 17.
  • the marker 19 is provided on the head unit 12.
  • tension cable 33 is protected by a guide so as to reduce the risk of cutting the tension cable 33 when the forceps 4 is inserted or pulled out.
  • the operation and effect of the wiper blade 21 are the same as described above.
  • the torsion spring 22 and the torsion spring 32 have a similar configuration, and their operations and effects are also the same.
  • torsion spring 22 and the torsion spring 32 are shown as an example of the urging means, a leaf spring or the like may be used.
  • the retractable camera 17 is temporarily stored in the storage position, and the surgical object (for example, an organ) cannot be imaged. As a result, various problems may occur.
  • FIG. 4 is a schematic configuration of the surgery support system 101.
  • the surgery support system 101 includes a retractable camera 17a, 17b, a forceps trocar 1a, 1b having markers 19a, 19b, a laparoscopic trocar 3, a forceps 4a, 4b, and a laparoscope 5 having a marker 19d.
  • An image processing device 6 that inputs an image obtained from the expression cameras 17a and 17b and an image obtained from the laparoscope 5 and synthesizes these images to create a three-dimensional image, and the image processing device 6
  • a three-dimensional monitor 7 for outputting a three-dimensional image and an optical sensor 9 are provided.
  • the forceps 4a and 4b are a kind of surgical instrument, and are used to grasp, restrain, pull, and cut blood vessels and organs. Generally, it has a bowl shape, and the tip is actuated via a fulcrum by the rotation of the handle. The handle portion is closed and inserted into the forceps trocars 1a and 1b. In general, a plurality of forceps are used in laparoscopic surgery. In this system, at least one forceps and a forceps trocar are sufficient.
  • the laparoscope 5 is a kind of endoscopic instrument and has a camera.
  • the laparoscope 5 is inserted into the body through the trocar 3 for laparoscope.
  • the marker 19d is provided at a position where it is not inserted into the body of the laparoscope 5.
  • the optical sensor 9 measures the three-dimensional positions of the markers 19 a, 19 b, 19 d and outputs the measurement results to the image processing device 6.
  • the optical sensor 9 recognizes white and black of the marker as visible light, but may transmit infrared and receive infrared reflected by the marker.
  • the sensor is not limited to an optical sensor, and may be a magnetic sensor as long as a three-dimensional position can be measured.
  • the surgery support system 101 has a simple configuration using a trocar having a retractable camera, and the existing surgery support system can be reused with a simple improvement.
  • the field of view is narrow because it is performed only with the images obtained from the laparoscope.
  • image information relating to depth could not be obtained. If a new hole is made in the abdominal wall so that another camera is inserted for accurate three-dimensional shape measurement, the minimally invasiveness is impaired.
  • a plurality of cameras can be inserted into the abdominal cavity by using the trocars 1a and 1b having the retractable cameras 17a and 17b. At this time, since the forceps trocar is used, it is not necessary to make a new hole in the abdominal wall. Thereby, a three-dimensional shape can be measured while maintaining low invasiveness.
  • the image processing device 6 creates a three-dimensional image and outputs a three-dimensional real-time image to the three-dimensional monitor 7.
  • the surgeon can obtain a wide visual field including depth information by looking at the three-dimensional monitor 7. Thereby, the burden on the operator can be reduced.
  • FIG. 5 is a functional block diagram of the image processing apparatus 6. For convenience of explanation, the configuration is simplified.
  • the image processing device 6 includes an image input function unit 61, a target point extraction function unit 62, a marker position input function unit 63, a camera position estimation function unit 64, a depth estimation function unit 65, and an image composition function unit 66. And an image output function unit 67.
  • the image input function unit 61 inputs each image from the retractable cameras 17 a and 17 b and the laparoscope 5 through the cable 18.
  • the target point extraction function unit 62 searches each image (images acquired from the cameras 5, 17a, 17b) and extracts a target point for each image. For example, target points are extracted in units of pixels. Then, the correspondence of the target points is confirmed between the images.
  • the marker position input function unit 63 inputs the three-dimensional positions of the markers 19a, 19b, and 19d via the optical sensor 9.
  • the marker 19 is fixed to the trocar 1.
  • the retractable camera 17 maintains the unfolded position. That is, the positional relationship between the marker 19 and the retractable camera 17 is unchanged.
  • the camera position estimation function unit 64 can estimate the three-dimensional positions of the cameras 17a and 17b based on the three-dimensional positions of the markers 19a and 19b.
  • the three-dimensional position of the camera of the laparoscope 5 can be estimated based on the three-dimensional position of the marker 19d. Thereby, the inter-camera distance L can be estimated.
  • optical sensor 9 may estimate the camera position, and the image processing apparatus 6 may input the estimated camera position.
  • the depth estimation function unit 65 estimates the depth D based on the triangle formed by the two cameras and the target point.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the basic principle of three-dimensional shape measurement.
  • a triangle formed by two cameras and a target point based on a distance L between the two cameras, an angle ⁇ formed by the camera-to-camera baseline and one camera line of sight, and an angle ⁇ formed by the camera-to-camera baseline and another camera line-of-sight
  • the depth D can be estimated.
  • the estimation accuracy is improved.
  • the target point extraction function unit 62 and the depth estimation function unit 65 move the target point, repeat the above control, and measure the three-dimensional shape of the surgical target.
  • the image composition function unit 66 composes each image based on the three-dimensional shape measurement result and creates a three-dimensional image.
  • the image output function unit 67 outputs a 3D image to the 3D monitor 7.
  • the image processing apparatus 6 has a next image preparation function unit 68.
  • a real-time image is provided by repeatedly outputting a three-dimensional image based on a camera image and position information input in real time. In other words, the control to output one for one input is repeated.
  • the next image preparation function unit 68 temporarily stores information obtained by the control of one routine.
  • the target point extraction function unit 62 and the depth estimation function unit 65 use the information of the previous image (several images including the immediately preceding image) to reduce the calculation processing burden. Specifically, the difference from the previous time is used.
  • the image processing apparatus 6 includes a partial interruption command function unit 71, an image match confirmation function unit 72, and a restart command function unit 73.
  • a switching sensor 25 is provided in the switching mechanism 16 of the trocar 1. The switching sensor 25 detects the storage position / deployment position of the switching mechanism 16.
  • the partial interruption command function unit 71 When the partial interruption command function unit 71 receives the detection signal of the switching sensor 25 and determines that the switch has been made from the development position to the storage position, the partial interruption command function unit 71 is not the latest image to be newly acquired, but the final image at the development position (immediately before the switching).
  • the target point extraction function unit 62 is instructed to use several images including images.
  • the target point extraction function unit 62 interrupts the search and uses the final image for an image that has been instructed by the partial interruption instruction function unit 71. For an image that has not been commanded by the partial interruption command function unit 71, the latest image is used.
  • the image coincidence confirmation function unit 72 receives the detection signal of the switching sensor 25 and determines that the storage position has been switched to the development position, the image coincidence confirmation function unit 72 determines that the final image and the newly obtained latest image (the image immediately after the switching) match. Check. If it is within a predetermined error range, it is determined that the images match.
  • the restart command function unit 73 inputs the determination result that the image match confirmation function unit 72 determines that the images match, and outputs a restart command to the next image preparation function unit 68.
  • the next image preparation function unit 68 uses information of the final image, and the target point extraction function unit 62 and the depth estimation function unit 65 partially omit the arithmetic processing.
  • the target point extraction function unit 62 and the depth estimation function unit 65 start the calculation process from the beginning without going through the next image preparation function unit 68.
  • the lens cleaning operation may cause various problems in the surgery support system. Characteristic control can improve these problems.
  • the retractable camera 17 When the retractable camera 17 is stored in the storage position, it becomes impossible to image a surgical target (for example, an organ). If an image relating to the surgical target is not obtained from the retractable camera 17a, the target point extraction function unit 62 cannot extract the target point in the image from the retractable camera 17a, and the images from the retractable camera 17b and the laparoscope 5 Correspondence of target points cannot be confirmed between Moreover, since the camera position estimation function part 64 presupposes that the positional relationship of the marker 19 and the retractable camera 17 is invariable, it cannot estimate the three-dimensional position of the camera 17a. The depth estimation function unit 65 cannot estimate the depth, and the image composition function unit 66 cannot synthesize an image.
  • a surgical target for example, an organ.
  • the 3D image displayed on the 3D monitor 7 may be disturbed. Since the input of the image and the position information is inappropriate, the calculation processing load of the image processing device 6 increases unnecessarily.
  • the partial interruption command function unit 71 operates, and instead of the image at the storage position, the final image at the development position (several images including the image immediately before switching) and the three-dimensional position of the camera 17a are temporarily stored. Used for. As a result, the image processing device 6 properly continues the arithmetic processing, and the 3D monitor 7 continues to display the 3D image.
  • the image from the camera 17a is not real time, a three-dimensional real time image cannot be obtained strictly.
  • the images from the retractable camera 17b and the laparoscope 5 are real time, and the lens cleaning operation is performed. Considering that it is difficult to assume a large change for about 1 second and that the forceps is not operated during the lens cleaning operation, the pseudo real-time image is not a big problem. The surgeon feels that the 3D real-time image is continuing, and can continue the operation without a sense of incongruity.
  • the restart command function unit 73 operates and the next image preparation function unit 68 operates.
  • the calculation processing burden of the image processing device 6 can be reduced while ensuring accuracy.
  • the lens cleaning operation takes about 1 second, and it is difficult to assume a large change.
  • the lens spring surely returns to the same position (deployed position) by the urging of the torsion spring 22, the image coincides in most cases. Then, the restart command function unit 73 and the next image preparation function unit 68 operate.
  • the camera position estimation function unit 64 estimates the camera position based on the marker position on the assumption that the positional relationship between the marker 19 and the retractable camera 17 is unchanged. Therefore, there is a possibility that the position estimation accuracy may be reduced due to camera switching.
  • the position estimation accuracy can be maintained because the torsion spring 22 surely returns to the same position (deployment position).
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the surgery support system 102.
  • the surgical operation support system 102 includes a retractable camera 17a, 17b, 17c, a forceps trocar 1a, 1b, 1c having markers 19a, 19b, 19c, a forceps 4a, 4b, 4c, and markers 19a, 19b, 19c.
  • An image processing device 6 that estimates the three-dimensional positions of the cameras 17a, 17b, and 17c based on the positions, synthesizes images obtained from the cameras, and creates a three-dimensional image, and a three-dimensional image created by the image processing device 6 And a three-dimensional monitor 7 for outputting.
  • the operator needs to search the cutting position by operating the direction of the laparoscope 5, whereas the retractable camera 17 reliably secures the distal end of the forceps 4a. Therefore, an important image such as a cut portion can be obtained with certainty. Therefore, on the assumption that the performance of the retractable camera 17 is high (preferably at least close to that of the laparoscope 5), it is possible to reliably obtain a higher quality image than the laparoscope 5.
  • the trocar 3 for laparoscope and the laparoscope 5 are not required, it is not necessary to make a hole for them in the abdominal wall, and the low invasiveness is improved.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a surgery support system 103 which is another modified example.
  • the surgery support system 103 is a modification of the surgery support systems 101 and 102. Configurations common to the surgery support systems 101 and 102 are omitted as appropriate.
  • the surgeon operates the forceps 4 and the laparoscope 5 while looking at the monitor 7, but the surgeon's line of sight and the actual surgical field are inconsistent. It gives a sense of incongruity and is a burden. In particular, an operator who is experienced in laparotomy may not be accustomed to laparoscopic surgery.
  • the surgery support system 103 includes a 3D projector 8 instead of or in addition to the 3D monitor 7.
  • the three-dimensional projector 8 is provided above the operating table and directly projects a three-dimensional image created by the image processing device 6 onto the abdomen of the patient.
  • ⁇ Port with retractable camera> The above description is based on the assumption of laparoscopic surgery, but the present invention may be applied to thoracoscopic surgery.
  • a surgical instrument called a trocar in laparoscopic surgery is called a port in thoracoscopic surgery. That is, the trocar and the port are almost the same.

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Abstract

トロカール(1)はパイプ部(11)及び格納式カメラ(17)を有する。パイプ部(11)は側面に開口部(13)を有する。開口部(13)のトロカール(1)先端側端面には、ワイパーブレード(21)が固定されている。カメラ(17)は、パイプ部(11)に対して回動可能に取り付けられており、ねじりバネ(22)の付勢によりパイプ部(11)外に展開されている。術者が切替機構(16)を操作すると、ねじりバネ(22)の付勢に抗して、カメラ(17)が開口部(13)を通って、パイプ部(11)内へ回動する。術者が切替機構(16)を解除すると、ねじりバネ(22)がカメラ(17)を開口部(13)を通じてパイプ部(11)外に回動する。カメラ(17)が回動するとき、カメラ(17)のレンズはワイパーブレード(21)上を摺動する。このとき、ワイパーブレード(21)が曇り及び有機物をレンズから除去する。

Description

トロカール、ポートおよび手術支援システム
　本発明は、腹腔鏡下手術に用いるトロカールに関する。ただし、胸腔鏡下手術に用いる場合はポートという。また、該トロカールを中核技術とする手術支援システムに関する。
　近年、患者のQOL（quality of life）維持・向上のために腹腔鏡下手術などの低侵襲外科手術が求められている。腹腔鏡下手術は腹腔内に炭酸ガスを注入して腹壁を膨らませ、手技のための空間と視野を確保する。そして腹壁に小さい孔を設け、トロカールと呼ばれる器具を挿入する。そこから腹腔鏡(CCDカメラ)や外科器具である鉗子を患者の体内に挿入し、腹腔鏡によってモニタに表示される映像を観察しながら手術を行うのが一般的である。
　しかしながら、腹腔鏡下手術の最中に、腹腔鏡のレンズが曇ったり、有機物（油膜や組織片、更に具体的には血や肉や体液）が付着したりし、視野を確保できなくなることがある。したがって、その都度、腹腔鏡をトロカールから抜去してレンズを拭いた後、再びトロカールに挿入する。その結果、レンズクリーニングの度に手術の進行が一時的に中断してしまう。
　したがって、様々な曇り防止対策や曇り除去対策、有機物除去対策が検討されている。例えば、特許文献１では、腹腔鏡の先端部位を加熱して体温と同じ温度に保つ技術が提案されている。これにより、手術室の温度と体温との温度差に起因する曇りを防止できる。
特開２００１－２９９６７８号公報
　上記技術は、温度差に起因する曇りを防止できるが、有機物を除去できない。また、腹腔鏡に加熱手段を付加する必要があり、構成が複雑になる。すなわち、特許文献１記載の技術は実用性に乏しい。したがって、現在、曇りや有機物付着に対する抜本的な対策はなく、腹腔鏡をトロカールから抜去してレンズを拭いた後、再びトロカールに挿入する動作を繰り返している。一般に、レンズクリーニングに係る動作は一回の手術で１０回以上繰り返される。これらの動作は、本来の手術手順には必要ない一方、術者の負担になっている。
　また、前述のとおり、腹腔鏡下手術では、腹腔鏡によって得られる映像を観察しながら手術を行う。従って、腹腔鏡をトロカールから抜去した後、再びトロカールに挿入すると、抜去前の映像と挿入後の映像とが異なるおそれがある。術者は、再度、手術対象（例えば臓器）を確認する必要があり、この点でも、術者の負担になっている。
　ところで、本発明者は、格納式カメラを有するトロカールを提案している（詳細後述）。カメラは、腹腔内で格納位置と展開位置とに切り替わる。なお、格納式カメラを有するトロカールは、３次元リアルタイム画像を用いたバーチャル開腹手術を実現する中核技術である。
　一方で、格納式カメラを有するトロカールには、下記の様に改善すべき課題がある。
　すなわち、一度、トロカールが腹壁に設けられると、手術終了までトロカールは抜去されない。従って、腹腔鏡を抜去して曇りや有機物を除去するように、カメラを腹腔外に出して、曇りや有機物を除去することはできない。
　本発明は上記課題を解決するものであり、格納式カメラを有するトロカールにおいて、カメラの曇りや有機物を除去し、レンズをクリーニングすることを目的とする。
　また、従来の一般的な腹腔鏡のレンズクリーニング動作に比べ、術者の負担を軽減することを目的とする。
　更に、レンズクリーニングに伴う映像のズレを防止し、術者の負担を軽減することを目的とする。
　上記課題を解決する本発明は、医療器具を体内に挿入するためのパイプ部を有するトロカールであって、前記パイプ部の体内に挿入される位置に設けられる側面開口部と、前記側面開口部を通過して、パイプ部内に格納される格納位置とパイプ部外に撮影可能に展開される展開位置とに切替可能に回動する格納式カメラと、前記格納式カメラの回動により、カメラレンズに接触してクリーニングするレンズクリーニング手段とを備える。
　本発明において、更に好ましくは、前記レンズクリーニング手段は、根元部と先端部を有し、該根元部が前記側面開口部の先端側に固定され、該先端部はカメラレンズとの接触により変形可能である。
　これにより、格納式カメラを有するトロカールにおいて、カメラの曇りや有機物を除去し、レンズをクリーニングすることができる。
　従来の一般的な腹腔鏡のレンズクリーニング動作では、腹腔鏡の抜去、クリーニング、挿入が必要であるのに対し、本発明ではレンズクリーニング動作が簡便であり、術者の負担を軽減することができる。
　本発明において、更に好ましくは、前記格納式カメラを展開位置に付勢する付勢手段を更に備える。
　これにより、クリーニング動作後、格納式カメラは確実に同じ位置（展開位置）に戻る。その結果、レンズクリーニングに伴う映像のズレを防止し、術者の負担を軽減することができる。
　上記課題を解決する本発明は、上記記載のトロカールと、腹腔鏡と、前記腹腔鏡から得られた画像と前記格納式カメラから得られた画像とを合成処理する画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、前記格納式カメラが展開位置から格納位置に切替わるとき、該展開位置での最終画像を用いるよう指令する、一部中断指令機能部を有する手術支援システムである。
　上記課題を解決する本発明は、複数の上記記載のトロカールと、前記腹腔鏡から得られた画像と前記格納式カメラから得られた画像とを合成処理する画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、前記格納式カメラが展開位置から格納位置に切替わるとき、該展開位置での最終画像を用いるよう指令する、一部中断指令機能部を有する手術支援システムである。
　本発明において、更に好ましくは、前記画像処理装置は、前記格納式カメラが格納位置から展開位置に再度切替わるとき、前記最終画像と新たに得られた最新画像との一致を確認する画像一致確認機能部と、該画像一致を確認すると、該最新画像を用いるよう指令する再開指令機能部とを有する。
　一部中断指令機能部、画像一致確認機能部、再開指令機能部等の諸機能を有することにより、レンズクリーニング動作に起因して画像処理装置に生じる不具合を改善できる。
　本発明において、更に好ましくは、手術台の上方に設けられ、前記合成画像を患者腹部相当位置に投影するプロジェクタをさらに備える。
　上記課題を解決する本発明は、医療器具を肺に挿入するためのパイプ部を有し、該パイプ部を介して胸壁に設けられるポートであって、前記パイプ部の肺内に挿入される位置に設けられる側面開口部と、前記側面開口部を通過して、パイプ部内に格納される格納位置とパイプ部外に撮影可能に展開される展開位置とに切替可能に回動する格納式カメラと、前記格納式カメラの回動により、カメラレンズに接触してクリーニングするクリーニング手段とを備える。
　本発明によれば、格納式カメラを有するトロカールにおいて、カメラの曇りや有機物を除去し、レンズをクリーニングすることができる。
　また、従来の一般的な腹腔鏡のレンズクリーニング動作に比べ、術者の負担を軽減することができる。
　更に、レンズクリーニングに伴う映像のズレを防止し、術者の負担を軽減することができる。
格納式カメラを有するトロカール レンズクリーニング手段変形例（ワイパーブレード含む） 格納式カメラを有するトロカール変形例 手術支援システム 画像処理装置の機能ブロック図 奥行推定の基本原理 手術支援システム変形例 手術支援システム変形例
　＜格納式カメラを有するトロカール＞
　～構成～
　格納式カメラ１７を有するトロカールの構成について説明する。図１は、格納式カメラを有するトロカールの斜視図である。図１（ａ）と図１（ｂ）とは、視点が異なる。
　トロカール１は、パイプ部１１とヘッド部１２から構成される。パイプ部１１は、その大部分が腹壁の孔に挿入される。ヘッド部１２はパイプ部１１の上部に連続して設けられる。ヘッド部１２は中空であり、その上部から鉗子が挿入可能になっている。また、詳細は省略するが、ヘッド部１２は鉗子の挿抜時に空気の漏れを防止する密封機構と腹腔内に空気を送り込む送気機構とを備える。
　パイプ部１１の確実に体内に挿入される位置に側面開口部１３が設けられている。パイプ部の軸方向であって、かつ、側面開口部１３一端部に沿って、シャフト１４が配置される。パイプ部１１内壁には複数の軸受１５が固定されており、軸受１５はシャフト１４を回動可能に固定している。シャフト１４端部はトロカール外に延長している。シャフト１４端部には、切替機構１６が設けられている。切替機構１６は、格納位置と展開位置に切替可能である。
　シャフト１４には側面開口部１３に対応する位置に、格納式カメラ１７が一体として剛接合されている。これにより、切替機構１６およびシャフト１４の回動に伴って、格納式カメラ１７は、側面開口部１３を通過して、パイプ部内に格納される格納位置とパイプ部外に撮影可能に展開される展開位置とに切替可能に回動する。格納式カメラ１７にはケーブル１８が接続されており、ケーブル１８はトロカール１内を挿通して、外部の画像処理装置６と接続している。
　なお、ケーブル１８をシャフト１４に沿って配置するか、シャフト１４を中空にし、シャフト１４内にケーブル１８を配置すれば、鉗子挿入時にケーブル１８を切断する危険性が無くなるため、更に好ましい。
　ヘッド部１２にはマーカ１９が設けられる。本実施形態においては、一例として白と黒からなるチェッカーフラッグ模様を示しているが、光学センサ９がマーカとして認識できれば、これに限定されない。
　本発明の特徴的な構成について説明する。側面開口部１３のトロカール先端側端面には、ワイパーブレード２１が固定される。
　ワイパーブレード２１は、その断面形状が刃の様に先端が尖っている。また、ワイパーブレード２１は、ゴム製である。これらの特性により、ワイパーブレード２１は、根元にて適度な剛性と、先端にて適度な柔軟性とを有する。格納式カメラ１７が回動すると、ワイパーブレード２１先端がカメラレンズと微少変形可能に接触するように、側面開口部１３、格納式カメラ１７、ワイパーブレード２１の位置関係が設定されている。
　なお、自動車に設けられたワイパーブレードは、フロントガラスに接地しながら、ワイパーブレードが回動するのに対し、ワイパーブレード２１は固定され、格納式カメラ１７が回動し、ワイパーブレード２１とカメラレンズとが接触する。すなわち、自動車のワイパーブレードと、逆の発想である。
　切替機構１６には、ねじりバネ２２が設けられている。ねじりバネ２２は切替機構１６内部に埋設されていてもよい。ねじりバネ２２の一端はヘッド部１２内壁に固定され、ねじりバネ２２の他端は切替機構１６に固定される。通常、ねじりバネ２２の弾性力はシャフト１４を介して格納式カメラ１７を展開するように付勢する。すなわち、切替機構１６および格納式カメラ１７は展開位置を維持する。切替機構１６を回動するように作動させると、ねじりバネ２２の弾性力に対抗して、格納式カメラ１７が側面開口部１３を通過して格納される。
　～動作～
　格納式カメラ１７の切替動作について説明する。術者は切替機構１６を操作する。
　切替機構１６を作動させない状態では、ねじりバネ２２の付勢により、格納式カメラ１７は展開位置を維持する。パイプ部１１を腹壁の孔に挿入する際は、切替機構１６を格納位置に作動させ、格納位置を維持する。シャフト１４を介して格納式カメラ１７は格納位置となる。これにより、格納式カメラ１７が障害となることなく、パイプ部１１を腹壁の孔に挿入できる（トロカール挿入：展開位置→格納位置）。
　パイプ部１１挿入後、切替機構１６の作動を解除すると、シャフト１４を介して格納式カメラ１７は展開位置となる。この状態で撮影をおこなう（カメラ撮影：格納位置→展開位置）。
　腹腔鏡下手術の最中に、格納式カメラ１７のレンズが曇ったり、有機物（油膜や組織片、更に具体的には血や肉や体液）が付着したりし、視野を確保できなくなることがある。
　このとき、切替機構１６を作動させ、更に、切替機構１６の作動を解除する。この操作により、格納式カメラ１７は、展開位置から格納位置に切替わり、さらに、格納位置から展開位置に切替わる。この往復の回動により、カメラレンズ表面はワイパーブレード２１と接触しながら摺動する。ワイパーブレード２１先端は微少に変形し、この変形により押圧力がカメラレンズ表面に作用する。その結果、曇りや有機物が除去され、レンズがクリーニングされる（レンズクリーニング：展開位置→格納位置→展開位置）。レンズクリーニングが不充分な場合は、もう一度、切替動作を繰り返す。
　また、レンズクリーニング後、格納式カメラ１７は、ねじりバネ２２の付勢により、確実に、レンズクリーニング前と同じ位置（展開位置）に戻る。これにより、カメラ撮影を再開できる。
　手術後、パイプ部１１を抜き取る際は、切替機構１６を再び格納位置に作動させ、格納位置を維持する。シャフト１４を介して格納式カメラ１７は格納位置となる。これにより、カメラ１７が障害となることなく、パイプ部１１を腹壁より抜去できる（トロカール抜去：展開位置→格納位置）。
　～効果～
　（１）本実施形態の動作について説明したように、格納式カメラを有するトロカールにおいて、カメラの曇りや有機物を除去し、レンズをクリーニングすることができる。
　（２）本実施形態のレンズクリーニング動作は、切替機構１６作動および作動解除のみである。具体的には、術者は、切替機構１６を展開位置から格納位置に操作するのみでよい。ねじりバネ２２の付勢により、切替機構１６は格納位置から展開位置に戻る。
　これに対し、従来の一般的な腹腔鏡のレンズクリーニング動作では、腹腔鏡の抜去および挿入が必要である。したがって、本実施形態は、従来の一般的な腹腔鏡のレンズクリーニング動作に比べ、術者の負担を軽減することができる。
　（３）また、本実施形態では、レンズクリーニングの前後において、格納式カメラ１７は同じ位置（展開位置）にある。なお、腹壁の収縮圧によりトロカールは固定されている。これにより、レンズクリーニングに伴う映像のズレを防止し、術者の負担を軽減することができる。
　更に、映像ズレを軽減することで、画像処理装置６の演算処理負担を軽減できる（詳細後述）。
　（４）本実施形態は、格納式カメラを有するトロカールにワイパーブレード２１を付加しただけの簡素な構成であり、製作が容易であり、故障の可能性がほぼ無く、耐久性、安全性が高い。
　～レンズクリーニング手段変形例～
　曇りや有機物を除去し、レンズをクリーニングするレンズクリーニング手段の一例としてワイパーブレード２１について説明したが、これに限定されない。カメラレンズ表面がレンズクリーニング手段と接触しながら摺動するように、レンズクリーニング手段は、先端部に適度な柔軟性を有し、かつ、摺動に対抗できるように、根元に適度な剛性を有する。この特性により、レンズクリーニング手段の根元部は、側面開口部１３の先端側端面に固定され、レンズクリーニング手段の先端部はレンズとの接触により変形可能となる。先端が柔軟に変形することにより、レンズ表面を傷つけない。この特性を実現できれば、形状や材質は限定されない。
　図２は、ワイパーブレード２１を含むレンズクリーニング手段の例である。図２（ａ）はワイパーブレード２１である。ゴム製にかえて他の樹脂を用いても良い。
　図２（ｂ）はブラシである。適度の剛性と柔軟性とを有するブラシ毛が多数側面開口部１３の先端側端面に植設される。ブラシ毛はゴムなど樹脂製でもよい、天然繊維を用いても良い。ブラシ毛の長さを調整してブレード状に成形しても良い。
　図２（ｃ）はヘチマスポンジのように繊維が不規則に絡み合ったものを平板状に成形したものである。根元側繊維を密にし、先端側繊維を粗にしてもよい。図２（ｄ）は布を積層し、平板状に成形したものである。根元側布を高剛性とし、先端側布を低剛性としてもよい。図２（ｅ）はパイル組織を有する織物（例えばタオル地）を、平板状に成形したものである。繊維の材質は特に限定されない。
　～格納式カメラ機構変形例～
　格納式カメラ機構は、上記構成に限定されない。図３は、変形例にかかるトロカール２の斜視図である。図３（ａ）は、格納式カメラ１７を展開位置に展開した状態図であり、図３（ｂ）は、格納式カメラ１７を格納位置に格納した状態図である。図１と共通の構成には同じ符号を付している。トロカール２はパイプ部１１とヘッド部１２を有する。パイプ部１１の体内に挿入される位置に側面開口部１３が設けられる。
　パイプ部軸方向の開口部一端部に回動可能なヒンジ機構３１が設けられており、ヒンジ機構３１を介して格納式カメラ１７はパイプ部１１に連結される。ヒンジ機構３１にはねじりバネ３２が設けられており、通常、ねじりバネ３２の弾性力は格納式カメラ１７を展開するように付勢する。
　一方、格納式カメラ１７にはトロカール外まで延長している引張ケーブル３３が連結されており、引張ケーブル３３を引くと、ねじりバネ３２の弾性力に対抗して、格納式カメラ１７が側面開口部１３を通過して格納される。格納式カメラ１７にはケーブル１８が接続されている。マーカ１９は、ヘッド部１２に設けられる。
　なお、鉗子４の挿入または引き抜く際の引張ケーブル３３を切断する危険性を低減するように、引張ケーブル３３はガイドにより保護されている。
　パイプ部１１を腹壁の孔に挿入する際は、引張ケーブル３３を引き格納式カメラ１７を格納位置とし、パイプ部１１挿入後、引張ケーブル３３の引張を解除し、カメラ１７を展開位置とする。この状態で撮影をおこない、手術後パイプ部１１を抜き取る際は、引張ケーブル３３を引き格納式カメラ１７を再び格納位置とする。
　レンズをクリーニングする際は、引張ケーブル３３を引き、更に、引張ケーブル３３の引張を解除する。この操作により、格納式カメラ１７は、展開位置から格納位置に切替わり、さらに、格納位置から展開位置に切替わる。
　ワイパーブレード２１の動作および効果は上記と同様である。ねじりバネ２２とねじりバネ３２は、類似した構成であり、その動作および効果も同様である。
　なお、付勢手段の一例としてねじりバネ２２とねじりバネ３２を示したが、板バネ等を用いてもよい。
　＜手術支援システム＞
　～概要～
　本発明者は、格納式カメラを有するトロカールを中核技術として、３次元リアルタイム画像を用いたバーチャル開腹手術を実現する手術支援システムを提案している（詳細後述）。
　ところで、レンズクリーニング動作においては、一時的に格納式カメラ１７は格納位置に格納され、手術対象（例えば臓器）を撮影できなくなる。その結果、種々の不具合が生じるおそれがある。
　本実施形態では、特徴的制御により、これらの不具合を改善する。
　～構成～
　３次元リアルタイム画像を用いる手術支援システム１０１について説明する。図４は、手術支援システム１０１の概略構成である。
　手術支援システム１０１は、格納式カメラ１７ａ，１７ｂとマーカ１９ａ，１９ｂを有する鉗子用トロカール１ａ，１ｂと、腹腔鏡用トロカール３と、鉗子４ａ，４ｂと、マーカ１９ｄを有する腹腔鏡５と、格納式カメラ１７ａ，１７ｂから得られた画像と腹腔鏡５から得られた画像を入力し、これらの画像を合成処理し３次元画像を作成する画像処理装置６と、画像処理装置６により作成された３次元画像を出力する３次元モニタ７と、光学センサ９とを備えている。
　鉗子４ａ，４ｂは、手術器具の一種であり、血管や臓器等を、掴んだり、抑えたり、引っ張ったり、切断したりするのに用いられる。一般的に鋏形状をしており、持手部の回動により、支点を介して先端部が作動する。持手部を閉状態にし、鉗子用トロカール１ａ，１ｂに挿通させる。なお、腹腔鏡下手術において、複数の鉗子を用いることが一般的であるが、本システムにおいて、鉗子および鉗子用トロカールは少なくとも１以上あればよい。
　腹腔鏡５は、内視鏡器具の一種であり、カメラを有している。腹腔鏡５は腹腔鏡用トロカール３を挿通して体内に挿入される。マーカ１９ｄは、腹腔鏡５の体内に挿入されない位置に設けられている。
　光学センサ９は、マーカ１９ａ，１９ｂ，１９ｄの３次元位置を計測し、計測結果を画像処理装置６に出力する。なお、本実施形態において、光学センサ９はマーカの白と黒を可視光線として認識するものであるが、赤外線を発信し、マーカで反射した赤外線を受信してもよい。光学センサに限定されず、３次元位置を計測できれば磁気センサでもよい。
　～システム全体の効果～
　手術支援システム１０１を用いた腹腔鏡下手術は、一般的な腹腔鏡下手術を基礎とするものであり、手術方式の大きな変更がないため、術者はこれまでの手術に関する知識と経験をそのまま生かすことができる。
　また、手術支援システム１０１は、格納式カメラを有するトロカールを用いた簡素な構成であり、既存の手術支援システムを簡単な改良で再利用することができる。
　ところで、従来の一般的な腹腔鏡下手術では、腹腔鏡から得られる映像のみを頼りに行われるため視野が狭かった。特に、奥行きに係る画像情報が得られなかった。精度の良い３時次元形状計測をすべく別のカメラを挿入するように新たに腹壁に孔をあけると、低侵襲性を損なう。
　本実施形態では、格納式カメラ１７ａ，１７ｂを有するトロカール１ａ，１ｂを用いることにより、腹腔内に複数のカメラを挿入することができる。このとき、鉗子用トロカールを用いるため、新たに腹壁に孔をあける必要はない。これにより、低侵襲性を維持しながら、３次元形状を計測できる。
　更に、画像処理装置６が３次元画像を作成し、３次元モニタ７に３次元リアルタイム画像を出力する。術者は３次元モニタ７を見ることで、奥行き情報を含む広い視野を得ることができる。これにより、術者の負担を軽減できる。
　～制御～
　画像処理装置６の基本制御について説明する。図５は画像処理装置６の機能ブロック図である。説明の便宜のため、構成を簡易化している。
　画像処理装置６は、画像入力機能部６１と、対象ポイント抽出機能部６２と、マーカ位置入力機能部６３と、カメラ位置推定機能部６４と、奥行推定機能部６５と、画像合成機能部６６と、画像出力機能部６７とを有する。
　画像入力機能部６１は、ケーブル１８を介して格納式カメラ１７ａ，１７ｂおよび腹腔鏡５から各画像を入力する。
　対象ポイント抽出機能部６２は、各画像（カメラ５，１７ａ，１７ｂより取得した画像）を探索し、各画像毎に対象ポイントを抽出する。たとえば、１ピクセル単位で、対象ポイントを抽出する。そして、各画像間において対象ポイントの対応を確認する。
　マーカ位置入力機能部６３は、光学センサ９を介して、マーカ１９ａ，１９ｂ，１９ｄの３次元位置を入力する。マーカ１９はトロカール１に固定されている。一方、格納式カメラ１７は展開位置を維持している。すなわち、マーカ１９と格納式カメラ１７の位置関係は不変である。カメラ位置推定機能部６４はマーカ１９ａ，１９ｂの３次元位置に基づいてカメラ１７ａ，１７ｂの３次元位置を推定できる。同様に、マーカ１９ｄの３次元位置に基づいて腹腔鏡５のカメラの３次元位置を推定できる。これにより、カメラ間距離Ｌを推定できる。
　なお、光学センサ９がカメラ位置を推定し、画像処理装置６は推定されたカメラ位置を入力しても良い。
　奥行推定機能部６５は、２つのカメラと対象ポイントとが形成する三角形に基づいて奥行きＤを推定する。図６は、３次元形状計測の基本原理について説明する概念図である。２つのカメラと対象ポイントとが形成する三角形において、２つのカメラ間の距離Ｌと、カメラ間基線と一のカメラ視線がなす角度αと、カメラ間基線と他のカメラ視線がなす角度βに基づいて、奥行きＤを推定できる。なお、カメラ数を増やすことにより、より多くの三角形が形成されるため、推定精度が向上する。
　対象ポイント抽出機能部６２および奥行推定機能部６５は、対象ポイントを移動して上記制御を繰り返し、手術対象の３次元形状を計測する。画像合成機能部６６は３次元形状計測結果に基づいて各画像を合成し、３次元画像を作成する。
　画像出力機能部６７は３次元画像を３次元モニタ７に出力する。
　さらに、画像処理装置６は次画像準備機能部６８を有する。リアルタイムで入力されるカメラ画像および位置情報に基づいて３次元画像を出力することを繰り返し、リアルタイム画像を提供する。言い換えると、一の入力に対し一の出力をする制御を繰り返す。このとき、各ルーチン毎に上記制御を何の工夫もないまま繰り返すと、画像処理装置６の演算処理負担が増加する。ところで、今回作成する画像と前回作成した画像では、大きな変化がないことが多い。そこで、次画像準備機能部６８は、１ルーチンの制御で得られた情報を一時的に記憶しておく。対象ポイント抽出機能部６２および奥行推定機能部６５は、前画像（直前画像を含む数画像）の情報を利用して、演算処理負担を軽減する。具体的には前回との差分を利用する。
　本実施形態の特徴的制御について説明する。画像処理装置６は、一部中断指令機能部７１と、画像一致確認機能部７２と、再開指令機能部７３とを有する。トロカール１の切替機構１６には、切替センサ２５が設けられている。切替センサ２５は、切替機構１６の格納位置／展開位置を検出する。
　一部中断指令機能部７１は、切替センサ２５の検出信号を入力し、展開位置から格納位置に切替わったと判断すると、新たに取得する最新画像でなく、展開位置での最終画像（切替直前の画像を含む数画像）を用いるように、対象ポイント抽出機能部６２に指令する。
　対象ポイント抽出機能部６２は、一部中断指令機能部７１から指令があった画像については、探索を中断し、最終画像を用いる。一部中断指令機能部７１から指令がなかった画像については、最新画像を用いる。
　画像一致確認機能部７２は、切替センサ２５の検出信号を入力し、格納位置から展開位置に切替わったと判断すると、最終画像と新たに得られた最新画像（切替直後の画像）との一致を確認する。所定の誤差範囲にあれば、画像一致と判断する。
　再開指令機能部７３は、画像一致確認機能部７２の画像一致との判断結果を入力し、次画像準備機能部６８に再開指令を出力する。次画像準備機能部６８は、最終画像の情報を用い、対象ポイント抽出機能部６２および奥行推定機能部６５は、演算処理を一部省略する。
　一方、画像一致確認機能部７２が画像一致でないと判断すると、対象ポイント抽出機能部６２および奥行推定機能部６５は、次画像準備機能部６８を介さず、最初から演算処理を開始する。
　～特徴的制御による効果～
　レンズクリーニング動作により手術支援システムに種々の不具合が生じるおそれがある。特徴的制御により、これらの不具合を改善できる。
　（１）格納式カメラ１７は格納位置に格納されると、手術対象（例えば臓器）を撮影できなくなる。格納式カメラ１７ａから手術対象に係る画像が得られないと、対象ポイント抽出機能部６２は、格納式カメラ１７ａからの画像において対象ポイントを抽出できず、格納式カメラ１７ｂ，腹腔鏡５からの画像との間において対象ポイントの対応を確認できない。また、カメラ位置推定機能部６４は、マーカ１９と格納式カメラ１７の位置関係が不変であることを前提とするため、カメラ１７ａの３次元位置を推定できない。奥行推定機能部６５は奥行きを推定できず、画像合成機能部６６は画像を合成できない。
　その結果、３次元モニタ７に表示される３次元画像が乱れるおそれがある。画像と位置情報の入力が不適切なため、画像処理装置６の演算処理負担は不必要に増大する。
　格納式カメラ１７ｂ，腹腔鏡５からの画像のみに基づき３次元画像を作成すると、情報量が少なくなり、精度が落ちる。
　本実施形態では、一部中断指令機能部７１が作動し、格納位置の画像に替えて、展開位置での最終画像（切替直前の画像を含む数画像）およびカメラ１７ａの３次元位置を一時的に用いる。これにより、画像処理装置６は演算処理を適正に継続し、３次元モニタ７には継続して３次元画像が表示される。
　なお、このとき、カメラ１７ａからの画像はリアルタイムでない為、厳密には、３次元リアルタイム画像は得られないが、格納式カメラ１７ｂ，腹腔鏡５からの画像はリアルタイムであること、レンズクリーニング動作は１秒程度であり、大きな変化は想定し難いこと、レンズクリーニング動作の間は、鉗子の操作を行わないことを考慮すれば、疑似リアルタイム画像であることは、大きな支障にはならない。術者は３次元リアルタイム画像が継続しているように感じ、違和感なく手術を継続できる。
　（２）格納式カメラ１７ａが格納位置から再び展開位置に切替わると、再び格納式カメラ１７ａからのリアルタイム画像を用いることができる。しかし、画像処理装置６が次画像準備機能部６８を介さず、最初から演算処理を開始すると、画像処理装置６の演算処理負担が増加する。
　本実施形態では、画像一致確認機能部７２が作動し、画像一致を確認すると、再開指令機能部７３が作動し、次画像準備機能部６８が作動する。これにより、精度を担保しつつ、画像処理装置６の演算処理負担を軽減できる。
　なお、レンズクリーニング動作は１秒程度であり、大きな変化は想定し難いこと、ねじりバネ２２の付勢により確実に同じ位置（展開位置）に戻ることを考慮すれば、ほとんどの場合、画像一致となり、再開指令機能部７３および次画像準備機能部６８が作動する。
　（３）ところで、カメラ位置推定機能部６４は、マーカ１９と格納式カメラ１７の位置関係が不変であることを前提し、マーカ位置に基づいてカメラ位置を推定する。したがって、カメラ切替により位置推定精度が低下するおそれがある。
　本実施形態では、ねじりバネ２２の付勢により確実に同じ位置（展開位置）に戻るため、位置推定精度を維持できる。
　～システム変形例～
　図７は手術支援システム１０２の概略構成図である。手術支援システム１０２は、格納式カメラ１７ａ，１７ｂ，１７ｃとマーカ１９ａ，１９ｂ，１９ｃを有する鉗子用トロカール１ａ，１ｂ，１ｃと、鉗子４ａ，４ｂ，４ｃと、マーカ１９ａ，１９ｂ，１９ｃの３次元位置に基づきカメラ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの３次元位置を推定し、カメラから得られた画像を合成し、３次元画像を作成する画像処理装置６と、画像処理装置６により作成された３次元画像を出力する３次元モニタ７とを備えている。
　すなわち、手術支援システム１０１における腹腔鏡用トロカール３と腹腔鏡５とマーカ１９ｄとがなく、格納式カメラ１７ｃを有する鉗子用トロカール１ｃと、鉗子４ｃとマーカ１９ｃとが追加されている。
　なお、腹腔鏡下手術において、複数の鉗子を用いることが一般的であるが、本システムにおいて、鉗子および鉗子用トロカールは少なくとも２以上あればよい。
　手術支援システム１０１の様に腹腔鏡５を用いる場合、術者が腹腔鏡５の向きを操作し切断箇所などを探す必要があるのに対し、格納式カメラ１７は、鉗子４ａの先端部を確実に撮影するため、切断箇所など重要な画像を確実に得ることができる。したがって、格納式カメラ１７の性能が高い（少なくとも腹腔鏡５に近い性能であることが好ましい）ことを前提に、腹腔鏡５より高品質な画像を確実に得ることができる。
　ただし、腹腔鏡５を不要とするには、格納式カメラ１７に代替光源を付与する必要がある。
　一方、腹腔鏡用トロカール３と腹腔鏡５が不要となることで、これらのための孔を腹壁にあける必要はなく、低侵襲性が向上する。
　また、腹腔鏡５が不要となることで、腹腔鏡５のクリーニングも不要となり、術者の負担を軽減することができる。
　図８は別の変形例である手術支援システム１０３の概略構成図である。手術支援システム１０３は手術支援システム１０１，１０２の変形例である。手術支援システム１０１，１０２と共通する構成は適宜省略している。
　手術支援システム１０１，１０２では、術者はモニタ７を見ながら鉗子４や腹腔鏡５を操作し手術を行うが、術者の視線と実際の術野とに方向の不一致が生じ、術者に違和感を与え、負担になる。特に、開腹手術の経験豊富な術者は、腹腔鏡下手術に慣れないこともある。
　手術支援システム１０３は、３次元モニタ７に替えて、または併設して、３次元プロジェクタ８を備えている。３次元プロジェクタ８は、手術台の上方に設けられ、画像処理装置６により作成された３次元画像を患者の腹部に直接投影する。
　これにより、術者の視線と術野の方向は一致し、開腹手術と同様な現実感を表現できる。すなわち、術者の負担を軽減できる。
　＜格納式カメラを有するポート＞
　以上、腹腔鏡下手術を前提に説明したが、本発明は、胸腔鏡下手術に適用しても良い。ただし、腹腔鏡下手術においてトロカールと呼ばれる手術器具は、胸腔鏡下手術においてポートと呼ばれる。すなわち、トロカールとポートはほぼ同じものである。
　１　トロカール
　２　トロカール(変形例)
　３　トロカール（腹腔鏡用）
　４　鉗子
　５　腹腔鏡
　６　画像処理装置
　７　３次元モニタ
　８　３次元プロジェクタ
　９　光学センサ
　１１　パイプ部
　１２　ヘッド部
　１３　開口部
　１４　シャフト
　１５　軸受
　１６切替機構
　１７　カメラ
　１８　ケーブル
　１９　マーカ
　２１　ワイパーブレード
　２２　ねじりバネ
　２５　切替センサ
　３１　ヒンジ機構
　３２　ねじりバネ
　３３　引張ケーブル
　６１　画像入力機能部
　６２　対象ポイント抽出機能部
　６３　マーカ位置入力機能部
　６４　カメラ位置推定機能部
　６５　奥行推定機能部
　６６　画像合成機能部
　６７　画像出力機能部
　６８　次画像準備機能部
　７１　一部中断指令機能部
　７２　画像一致確認機能部
　７３　再開指令機能部
　１０１～１０２　手術支援システム

Claims (8)

  1. 　医療器具を体内に挿入するためのパイプ部を有するトロカールであって、
    　前記パイプ部の体内に挿入される位置に設けられる側面開口部と、
    　前記側面開口部を通過して、パイプ部内に格納される格納位置とパイプ部外に撮影可能に展開される展開位置とに切替可能に回動する格納式カメラと、
    　前記格納式カメラの回動により、カメラレンズに接触してクリーニングするレンズクリーニング手段と
    　を備えることを特徴とするトロカール。
  2. 　前記レンズクリーニング手段は、根元部と先端部を有し、
    　　該根元部が前記側面開口部の先端側に固定され、
    　　該先端部はカメラレンズとの接触により変形可能である
    　ことを特徴とする請求項１記載のトロカール。
  3. 　前記格納式カメラを展開位置に付勢する付勢手段
    　を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載のトロカール。
  4. 　請求項１～３いずれか記載のトロカールと、
    　腹腔鏡と、
    　前記腹腔鏡から得られた画像と前記格納式カメラから得られた画像とを合成処理する画像処理装置と、
    　を備え、
    　　前記画像処理装置は、
    　　前記格納式カメラが展開位置から格納位置に切替わるとき、該展開位置での最終画像を用いるよう指令する、一部中断指令機能部
    　　を有する
    　ことを特徴とする手術支援システム。
  5. 　複数の請求項１～３いずれか記載のトロカールと、
    　前記複数の格納式カメラから得られた画像を合成処理する画像処理装置と、
    　を備え、
    　　前記画像処理装置は、
    　　前記格納式カメラが展開位置から格納位置に切替わるとき、該展開位置での最終画像を用いるよう指令する一部中断指令機能部
    　　を有する
    　ことを特徴とする手術支援システム。
  6. 　　前記画像処理装置は、
    　　前記格納式カメラが格納位置から展開位置に再度切替わるとき、前記最終画像と新たに得られた最新画像との一致を確認する画像一致確認機能部と、
    　　該画像一致を確認すると、該最新画像を用いるよう指令する再開指令機能部と
    　を有する
    　ことを特徴とする請求項４または５記載の手術支援システム。
  7. 　手術台の上方に設けられ、前記合成画像を患者腹部相当位置に投影するプロジェクタ
    　をさらに備えることを特徴とする請求項４～６いずれか記載の手術支援システム。
  8. 　医療器具を肺に挿入するためのパイプ部を有し、該パイプ部を介して胸壁に設けられるポートであって、
    　前記パイプ部の肺内に挿入される位置に設けられる側面開口部と、
    　前記側面開口部を通過して、パイプ部内に格納される格納位置とパイプ部外に撮影可能に展開される展開位置とに切替可能に回動する格納式カメラと、
    　前記格納式カメラの回動により、カメラレンズに接触してクリーニングするクリーニング手段と
    　を備えることを特徴とするポート。
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