JP2002017751A - 手術ナビゲーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、手術具を患部までナビゲートするの
に必要な断層像全体の表示を行うようにしても、断層像
から手術具近傍の詳細な内部組織情報が容易に得られる
ようにした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、被検体の観察あ
るいは処置を行う手術具と、前記被検体と前記手術具の
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、前記被
検体と前記手術具の３次元位置姿勢情報に基づき、前記
記憶手段に記憶された断層像情報から、断層像を抽出す
る断層像抽出手段と、前記手術具の位置姿勢情報を前記
抽出された断層像に付加する投影像付加手段と、前記被
検体と前記手術具の距離を測定する距離測定手段と、前
記距離測定手段からの距離情報に基づき、前記投影像付
加手段から出力された画像の大きさを変化させる投影像
制御手段と、前記投影像制御手段から出力された画像を
表示する画像表示手段とを有する手術ナビゲーション装
置が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、手術ナビゲ一ショ
ン装置に係り、特に、外科手術等に用いられる手術ナビ
ゲーション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】手術ナビゲーションシステムは、患者等
の手術対象に対する手術具の位置や姿勢を表示するのみ
ではなく、手術中に観察や処置、注意の対象となる対象
部位近傍の内部組織情報を表示する必要がある。

【０００３】この内部組織情報を術者が確実に把握する
ことで、処置の対象となる患部や注意の対象となる血
管、正常組織等を区別することが可能になり、正確な処
置を行うことができる。

【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。

【０００６】そして、この三方向の断層像上に手術具先
端を表わす十字カーソルを付加して表示する。

【０００７】術者は、それぞれの断層像上に付加された
十字カーソルの位置関係から、手術具の３次元位置を認
識し、十字カーソル付近の断層像から必要な内部組織情
報を得る。

【０００８】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の
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。

【０００９】この方法により、使用者は内視鏡的画像か
ら視点位置近傍の内部組織情報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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の文献「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、従来の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カーソルを付加し表示する方
法では、患者に対する内視鏡先端の位置を把握すること
はできる。

【００１１】しかしながら、処置等に際して特に重要と
なる内視鏡先端近傍の詳細な内部組織情報を得るために
は、表示されている断層像全体の中から十字カーソル付
近の内部組織情報を読み取る必要がある。

【００１２】通常、この重要となる領域は断層像全体に
比べて大きくないので、モニタ上での表示面積は小さ
い。

【００１３】このような表示面積の小さい部分から必要
な内部組織情報を得ることは、術者にとって大変な負荷
となっている。

【００１４】また、上記の文献「三次元画像表示装置」
では、ガイド画面として視点位置が観察対象の内部のど
の位置にあるかを断層像上に表示しているが、視点近傍
の情報については内視鏡的画像となっている。

【００１５】このため、実際の手術で重要となる内視鏡
画像では遮蔽されていて観察できない部位の情報は得ら
れない。

【００１６】この情報を得るにはガイド画面上に表示さ
れている断層像の視点付近に注目する必要がある。

【００１７】通常、この視点付近の情報を得るのに必要
な領域は断層像全体に比べて大きくないので、モニタ上
での表示面積は小さい。

【００１８】このような表示面積の小さい部分から必要
な内部組織情報を得ることは、術者にとって大変な負荷
となっている。

【００１９】つまり、手術具を患部までナビゲートする
のに必要な断層像全体の表示を行うと、断層像から手術
具近傍の詳細な内部組織情報を容易に得られないという
ことが問題である。

【００２０】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、手術具を患部までナビゲートするのに必要な断層
像全体の表示を行うようにしても、断層像から手術具近
傍の詳細な内部組織情報が容易に得られるようにした手
術ナビゲーション装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【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） 被検体に対する手術具の
位置姿勢を表示する手術ナビゲーション装置であり、前
記被検体の観察あるいは処置を行う手術具と、前記被検
体と前記手術具の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、前記被検体と前記手術具の３次元位置姿勢情
報に基づき、前記記憶手段に記憶された断層像情報か
ら、断層像を抽出する断層像抽出手段と、前記手術具の
位置姿勢情報を前記抽出された断層像に付加する投影像
付加手段と、前記被検体と前記手術具の距離を測定する
距離測定手段と、前記距離測定手段からの距離情報に基
づき、前記投影像付加手段から出力された画像の大きさ
を変化させる投影像制御手段と、前記投影像制御手段か
ら出力された画像を表示する画像表示手段とを有する手
術ナビゲーション装置が提供される。

【００２２】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（２） 前記被検体と前記手術具との距離が
予め設定した距離未満の場合には、前記投影像制御手段
は断層像を拡大して出力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。

【００２３】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（３） 被検体に対する手術具の位置姿勢を
表示する手術ナビゲーション装置であり、前記被検体の
観察あるいは処置を行う有する手術具と、前記被検体と
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、前記被検体と前記手術具の３次元位置姿勢情報に
基づき、前記記憶手段に記憶された断層像情報から、断
層像を抽出する断層像抽出手段と、前記被検体と前記手
術具の距離を測定する距離測定手段と、前記距離測定手
段からの距離情報に基づき、前記断層像抽出手段から出
力された断層像の大きさを変化させる断層像制御手段
と、前記手術具の位置姿勢情報を前記抽出された断層像
に付加する投影像付加手段と、前記投影像制御手段から
出力された画像を表示する画像表示手段とを有する手術
ナビゲ一ション装置が提供される。

【００２４】

【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。

【００２５】（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一ション装置の構成を
示すブロック図である。

【００２６】この発明の第１の実施の形態による手術ナ
ビゲ一ション装置は、次のように構成されている。

【００２７】すなわち、まず、図１に示すように、手術
台に被検体１が仰向けの状態で寝ているものとしてい
る。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】この場合、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同土の位置関係が変化することはないようにな
されている。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】また、センシングブレート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。

【００３４】そして、センサ制御部６に、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が接続されることによって、３次元位置姿勢計測手
段が構成されている。

【００３５】このような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。

【００３６】ここで、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
（ｐｉｘｅｌ）の断層像を垂直方向へ積層化することに
より２５６（ｐｉｘｅｌ）×２５６（ｐｉｘｅｌ）×２
５６（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。

【００３７】なお、本実施の形態では、１（ｐｉｘｅ
ｌ）の大きさは１（ｍｍ）になっている。

【００３８】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。

【００３９】図２は、被検体１のデータと被検体１自身
が、その耳や目等の身体上の特徴点や、被検体１に取り
付けたマーカ等のオブジェクト座標系ｍ上のモデルデー
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
とを示している。

【００４０】なお、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。

【００４１】ここで、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列の成分Ｒ
と、３次元空間での並進動作を表す３行１列の成分Ｔ
と、定数成分で構成される４行４列の行列である。

【００４２】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。

【００４３】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
２１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。

【００４４】そして、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。

【００４５】また、手術をする上で観察や処置、注意等
の対象となる部位が、被検体１の対象部位として設定さ
れている。

【００４６】この実施の形態では、被検体１の患部、頚
動脈および視神経を対象部位として設定している。

【００４７】この対象部位の位置を表すオブジェクト座
標系ｍ上の座標値が、対象部位位置情報としてナビゲー
ション情報記憶部９に記憶されている。

【００４８】なお、対象部位は一つに限定されるもので
はなく、患部、血管、神経、正常組織等複数設定されて
いても構わない。

【００４９】次に、この発明の第１の実施の形態による
手術ナビゲ一ション装置の作用を説明する。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】また、センサ制御部６では、各赤外線ＬＥ
Ｄの３次元位置とセンサ情報記憶部５に記憶されたＬＥ
Ｄ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。

【００５３】さらに、センサ制御部６では、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ｐＨ
ｅ１７を得る。

【００５４】図５は、ナビゲーション制御部８内部での
処理手順を示すフローチャートである。

【００５５】すなわち、ナビゲーション制御部８内部で
は、図５に示すようなステップで処理が実行される。

【００５６】まず、ステップＳ１０１では、図６に示す
ような座標変換行列ｅＨｃ１５、座標変換行列ｐＨｅ１
７、座標変換行列ｍＨｐ１４を用いて、カメラ座標系ｃ
の原点に一致する硬性鏡３の先端２１の位置をオブジェ
クト座標系ｍ上の座標値へ変換する。

【００５７】ステップＳ１０２では、これらオブジェク
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。

【００５８】その手順を図７を用いて説明する。

【００５９】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。

【００６０】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ＸＹ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。

【００６１】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）の時には、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３
２である。

【００６２】ステップＳ１０３では、硬性鏡３の先端２
１を表す直線をステップＳ１０２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。

【００６３】この手順を図７および図８を用いて説明す
る。

【００６４】硬性鏡３の先端２１の位置は、ステップＳ
１０２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上に硬性鏡３の先
端２１の位置を交点とするオブジェクト座標系ｍの軸と
平行な２本の直線を付加することにより表現される。

【００６５】この硬性鏡３の先端２１の位置を交点とす
るオブジェクト座標系ｍの軸と平行な２本の直線は、ス
テップＳ１０２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の交線と
なつている。

【００６６】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、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）を交点とするオブジェクト座標系ｍのＸ軸、Ｙ
軸と平行な２本の直線３３、３４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）を交点とするオブジェクト
座標系ｍのＹ軸、Ｚ軸と平行な２本の直線３４、３５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（８８，１２４）を交点
とするオブジェクト座標系ｍのＺ軸、ｘ軸と平行な２本
の直線３５、３３が付加される。

【００６７】ステップＳ１０４では、硬性鏡３の先端２
１と被検体１の対象部位との距離を算出する。

【００６８】ナビゲーション情報記憶部９に記憶された
被検体１の対象部位の位置を表す対象部位位置情報は、
点として表現されるオブジェクト座標系ｍ上の３次元位
置座標値となっているので、硬性鏡３の先端２１と被検
体１の対象部位との距離は、以下の訃算式により２点問
の距離として算出される。

【００６９】ｄ＝ｓｑｒｔ（（ｘｏ−ｘｃ）² ＋（ｙｏ
−ｙｃ）² ＋（ｚｏ−ｚｃ）² ） ここで、ｄ：各対象部位と硬性鏡３の先端２１との距
離、 ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ：各対象部位の位置座標値、 ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ：硬性鏡３の先端２１のオブジェクト
座標系ｍ上での座標値である。

【００７０】次に、ステップＳ１０５では、ステップＳ
１０４で算出した硬性鏡３の先端２１と被検体１の各対
象部位との距離に応じて、断層像の拡大を行うか否かを
判断する。

【００７１】本実施の形態では、硬性鏡３の先端２１と
被検体１の各対象部位との距離が１５（ｍｍ）未満にな
ったものがあった場合に、断層像を縦横２倍に拡大する
（ステップＳ１０６）。

【００７２】また、硬性鏡３の先端２１と被検体１の各
対象部位との距離が全て１５（ｍｍ）以上場合には、断
層像を拡大しない。

【００７３】ステップＳ１０７では、実際にモニタ１３
で表示する大きさに合わせて断層像を切り出す。

【００７４】本実施の形態では、一つの断層像に設定さ
れたモニタ１３上の表示領域の大きさは、２５６（ｐｉ
ｘｅｌ）×２５６（ｐｉｘｅｌ）である。

【００７５】断層像を拡大しなかった場合には、断層像
の大きさとモニタ１３上の表示領域の大きさが等しいの
で切り出し処理は実行されず、ナビゲーション制御部８
は硬性鏡３の先端２１の位置を表す直線３３、３４、３
５が付加された断層像をそのままモニタ１３へ出力す
る。

【００７６】一方、ステップＳ１０６で断層像を拡大し
た場合には、断層像の大きさが５１２（ｐｉｘｅｌ）×
５１２（ｐｉｘｅｌ）となり、モニタ１３上の表示領域
を越える。

【００７７】ステップＳ１０７では図９に示すように、
硬性鏡３の先端２１の位置を中心とし、表示範囲が２５
６（ｐｉｘｅｌ）×２５６（ｐｉｘｅｌ）となる領域を
切り出し、この切り出した領域をモニタ１３へ出力す
る。

【００７８】なお、図９はアキシアル断面３０での処理
を示しているが、同様の処理をサジタル断面３１ぉよび
コロナル断面３２に対しても行うものとする。

【００７９】モニタ１３は、図１０、１１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。

【００８０】図１０は、硬性鏡３の先端２１と被検体１
の各対象部位との距離が設定した距離以上の場合を示し
ており、断層像全体が収まるように硬性鏡３の先端２１
の位置を表す直線３３、３４、３５が付加された三方向
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を表示している。

【００８１】一方、図１１は硬性鏡３の先端２１と被検
体１の各対象部位との距離が設定した距離未満の場合を
示しており、硬性鏡３の先端２１を中心として拡大され
た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の一部分を表示している。

【００８２】術者は、モニタ１３上に表示された硬性鏡
３の先端２１を含む三方向の断層像アキシアル断面３
０、サジタル断面３１、コロナル断面３２上に付加され
た硬性鏡３の先端２１の位置を表す直線３３、３４、３
５を見ながら硬性鏡３を操作することによって、硬性鏡
３の先端２１が対象部位へ近づいたときには拡大された
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を見ながら手術を行う。

【００８３】次に、この発明の第１の実施の形態による
手術ナビゲ一ション装置の効果を説明する。

【００８４】本手術ナビゲーション装置は、硬性鏡３の
先端２１と被検体１に設定した対象部位とが設定した距
離以上離れている場合には、硬性鏡３の先端２１の位置
を表す直線３３、３４、３５が付加された断層像全体を
モニタ１３上に表示するので、術者は硬性鏡３が被検体
内部のどの位置にあるのかを容易に把握することがで
き、硬性鏡３を患部付近まで移動させることができる。

【００８５】一方、硬性鏡３の先端２１と被検体１に設
定した対象部位とが設定した距離より近付いている場合
には、硬性鏡３の先端２１を中心として縦横２倍に拡大
した断層像をモニタ１３上に表示するので、術者は硬性
鏡３の先端２１近傍の被検体１の内部組織情報を容易に
把握することができる。

【００８６】この結果、術者は、状況に応じたナビゲー
ション情報を取得でき、安全且つ確実に手術を行うこと
ができる。

【００８７】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。

【００８８】例えば、３次元位置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。

【００８９】また、硬性鏡３を軟性鏡、多関節鏡、また
は手術用顕微鏡や、吸引管等の処置具へ置き換えて手術
を行う場合にも対応可能である。

【００９０】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、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。

【００９１】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。

【００９２】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の先端２１の位置を表す直線
３３、３４、３５を付加してもよい。

【００９３】また、断層像は三方向ではなく、一方向以
上であれば何方向であっても構わない。

【００９４】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。

【００９５】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い抽出した断層
像は直交していなくてもよい。

【００９６】また、ステップＳ１０５において拡大処理
を行うかどうかを判断する基準となる設定値は使用者が
任意に設定できる。

【００９７】被検体１の各対象部位に対して、それぞれ
異なる値を設定することも可能である。

【００９８】複数の手術具を用いた場合には、それぞれ
の手術具と被検体１の対象部位との組合せについて異な
る値を設定することも可能である。

【００９９】また、硬性鏡３の先端２１と被検体１の対
象部位との距離に応じて段階的または連続的に断層像の
拡大率を変化させてもよい。

【０１００】例えば、距離と拡大率との関係を段階的に
０〜２（ｍｍ）は１０倍、２〜５（ｍｍ）は５倍、５〜
１０（ｍｍ）は２倍としてもよい。

【０１０１】また、硬性鏡３の先端２１と被検体１の対
象部位との距離ではなく、硬性鏡３の任意の部位と被検
体１の対象部位との距離であってもよい。

【０１０２】この場合には、硬性鏡３の先端２１と対象
部位との距離が設定した値以上であっても、例えば、挿
入軸上のある部分と被検体１の対象部位との距離が設定
した値以下になっていれば、断層像を拡大する。

【０１０３】また、硬性鏡３の先端２１と被検体１の対
象部位との距離の算出は２点間の距離に限定されること
はなく、例えば、対象部位の表面からの距離を３次元的
な距離参照テーブルとしてナビゲーション情報記憶部９
に記憶しておき、これを参照することによって求めても
よい。

【０１０４】（第２の実施の形態）この第２の実施の形
態は、前述した第１の実施の形態に対して、硬性鏡３を
手術用顕微鏡５０へ置き換え、顕微鏡制御部を加えた構
成になっている以外は第１の実施の形態と同様に構成さ
れるので、その図示を省略している。

【０１０５】したがって、以下では、第１の実施の形態
と異なる部分のみを示す。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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１２００（ｍｍ）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。

【０１０９】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。

【０１１０】手術用顕微鏡５０のカメラ座標系ｃの原点
から合焦点５５までの距離及び画角をナビゲーション制
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。

【０１１１】ナビゲーション情報記憶部９には、被検体
１の断層像データ１０が５１２（ｐｉｘｅｌ）×５１２
（ｐｉｘｅｌ）×５１２（ｐｉｘｅｌ）の３次元ボリュ
ームデータとして記憶されている。

【０１１２】なお、本実施の形態では１（ｐｉｘｅｌ）
の大きさは０．５（ｍｍ）になっている。

【０１１３】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。

【０１１４】本手術ナビゲーション装置は、第１の実施
の形態と同様の手順で、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。

【０１１５】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までの距離をナビゲー
ション制御部８ヘ送信する。

【０１１６】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。

【０１１７】図１３は、本発明の第２の実施の形態によ
る手術ナビゲーション装置におけるナビゲーション制御
部８内部での処理手順を示すフローチャートである。

【０１１８】ナビゲーション制御部８は、図１３に示す
ステップＳ２０１で、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、
カメラ座標系ｃの原点の位置と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の位置とをオブジェ
クト座標系ｍ上の座標値へ変換する。

【０１１９】また、ナビゲーション制御部８は図１３に
示すステップＳ２０２で、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５０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３１、コロナル断面３２を抽
出する。

【０１２０】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。

【０１２１】また、ナビゲーション制御部８は図１３に
示すステップＳ２０３では、手術用顕微鏡５０の合焦点
５５と被検体１の対象部位との距離を算出する。

【０１２２】この手順は第１の実施の形態におけるステ
ップＳ１０４の硬性鏡３の先端２１のオブジェクト座標
系ｍ上での座標値を手術用顕微鏡５０の合焦点５５のオ
ブジェクト座標系ｍ上での座標値へ置き換えたものであ
る。

【０１２３】また、ナビゲーション制御部８は図１３に
示すステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で算出し
た手術用顕微鏡５０の合焦点５５と被検体１の各対象部
位との距離に応じて、ステップＳ２０２で抽出した断層
像の縮小を行うか否かを判断する。

【０１２４】本実施の形態では、手術用顕微鏡５０の合
焦点５５と被検体１の各対象部位との距離が全て１０
（ｍｍ）以上の場合に、断層像を１／２に縮小する（ス
テップＳ２０５）。

【０１２５】また、手術用顕微鏡５０の合焦点５５と被
検体１の各対象部位との距離のうち少なくともーつが１
０（ｍｍ）未満の場合には、断層像を縮小しない。

【０１２６】次に、ナビゲーション制御部８は図１３に
示すステップＳ２０６では、手術用顕微鏡５０の光軸５
１の投影像を縮小されていない断層像へ付加する。

【０１２７】手術用顕微鏡５０の光軸５１は、手術用顕
微鏡５０の合焦点５５とカメラ座標系ｃの原点とを結ぶ
直線６０、６１、６２で表現される。

【０１２８】例えば、図１４に示すように、オブジェク
ト座標系ｍ上の座標値へ変換された手術用顕微鏡５０の
合焦点５５の位置が（２４８，４２２，１７６）で、カ
メラ座標系ｃの原点の位置が（４８８，３０，７２２）
のとき、アキシアル断面３０上には、ＸＹ座標へ手術用
顕微鏡５０の合焦点５５が投影された位置（２４８，４
２２）と硬性鏡３のカメラ座標系ｃの原点が投影された
位置（４８８，３０）とを結んだ太さ１（ｐｉｘｅｌ）
の直線６０が付加され、サジタル断面３１上への投影像
は、ＹＺ座標へ手術用顕微鏡５０の合焦点５５が投影さ
れた位置（４２２，１７６）と硬性鏡３のカメラ座標系
ｃの原点が投影された位置（３０，７２２）とを結んだ
太さ１（ｐｉｘｅｌ）の直線６１が付加されコロナル断
面３２上への投影像は、ＺＸ座標へ手術用顕微鏡５０の
合焦点５５が投影された位置（１７６，２４８）と硬性
鏡３のカメラ座標系ｃの原点が投影された位置（７２
２，４８８）とを結んだ太さ１（ｐｉｘｅｌ）の直線６
２が付加される。

【０１２９】次に、ナビゲーション制御部８は、ステッ
プＳ２０７で手術用顕微鏡５０の光軸５１の投影像をス
テップＳ２０５で縮小された断層像へ付加する。

【０１３０】この手順はステップＳ２０６と同様である
が、アキシアル断面３０、サジタル断面３１コロナル断
面３２はステップＳ２０５で１／２に縮小されているの
で、手術用顕微鏡５０の合焦点５５が投影された位置の
座標値とカメラ座標系ｃの原点が投影された位置の座標
値も１／２倍されている。

【０１３１】次に、ナビゲーション制御部８は、図１３
に示すステップＳ２０８で実際にモニタ１３で表示する
大きさに合わせて断層像を切り出す。

【０１３２】本実施の形態では、一つの断層像に設定さ
れたモニタ１３上の表示領域の大きさは、２５６（ｐｉ
ｘｅｌ）×２５６（ｐｉｘｅｌ）である。

【０１３３】ステップＳ２０５で断層像を１／２に縮小
した場合、断層像の大きさとモニタ１３上の表示領域の
大きさが等しいので切り出し処理は実行されず、ナビゲ
ーション制御部８は手術用顕微鏡５０の光軸５１を表す
直線６０、６１、６２が付加された断層像をそのままモ
ニタ１３へ出力する。

【０１３４】一方、断層像を縮小しなかった場合には、
断層像の大きさが５１２（ｐｉｘｅｌ）×５１２（ｐｉ
ｘｅｌ）であるので、モニタ１３上の表示領域を越え
る。

【０１３５】ステップＳ２０８では、図１５に示すよう
に、手術用顕微鏡５０の合焦点５５の位置を中心とし、
表示範囲が２５６（ｐｉｘｅｌ）×２５６（ｐｉｘｅ
ｌ）となる領域を切り出し、この切り出した領域をモニ
タ１３へ出力する。

【０１３６】なお、図１５はアキシアル断面３０での処
理を示しているが、同様の処理をサジタル断面３１、コ
ロナル断面３２に対しても行うものとする。

【０１３７】モニタ１３は、図１６、１７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。

【０１３８】図１６は、手術用顕微鏡５０の合焦点５５
と被検体１の各対象部位との距離が設定した距離以上離
れている場合を示しており、断層像全体が収まるように
手術用顕微鏡５０の光軸５１を表す直線６０、６１、６
２が付加された三方向の断層像としてのアキシアル断面
３０、サジタル断面３１、コロナル断面３２を表示して
いる。

【０１３９】一方、図１７は手術用顕微鏡５０の合焦点
５５と被検体１の各対象部位との距離が設定した距離未
満の場合を示しており、手術用顕微鏡５０の合焦点５５
を中心とした三方向の断層像としてのアキシアル断面３
０、サジタル断面３１、コロナル断面３２の一部分を表
示している。

【０１４０】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の光軸５１を
表す直線６０、６１、６２を見ながら手術用顕微鏡５０
を操作することにより、手術用顕微鏡５０の合焦点５５
が被検体１の対象部位へ近付いたときには大きく表示さ
れた手術用顕微鏡５０の合焦点５５近傍の三方向の断層
像アキシアル断面３０、サジタル断面３１、コロナル断
面３２を見ながら手術を行う。

【０１４１】次に、この発明の第２の実施の形態の効果
を説明する。

【０１４２】本手術ナビゲーション装置は、手術用顕微
鏡５０の合焦点５５と被検体１の各対象部位との距離が
設定した距離より離れている場合には、手術用顕微鏡５
０の光軸５１を表す直線６０、６１、６２が付加された
断層像全体をモニタ１３上に表示するので、術者は現在
の観察位置が被検体１の内部のどの位置にあるのかを容
易に把握することができ、手術用顕微鏡５０の合焦点５
５を患部付近まで移動させることができる。

【０１４３】一方、手術用顕微鏡５０の合焦点５５と被
検体１の各対象部位との距離が設定した距離未満の場合
には、手術用顕微鏡５０の合焦点５５を中心とした断層
像の一部分を大きくモニタ１３上に表示するので、術者
は観察位置近傍の被検体１の内部組織情報を容易に把握
することができる。

【０１４４】この結果、術者は状況に応じたナビゲーシ
ョン情報を取得でき、安全且つ確実に手術を行うことが
できる。

【０１４５】なお、この発明の第２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。

【０１４６】例えば、３次元位置計測手段は本実施例の
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。

【０１４７】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。

【０１４８】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。

【０１４９】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、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。

【０１５０】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。

【０１５１】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、合焦点もしくは手術
用顕微鏡５０の鏡筒部５２の下端５３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５０の光軸５１等を付加しても
よい。

【０１５２】この場合、断層像に付加する投影像情報は
手術用顕微鏡５０の光軸５１に限らず、例えば、手術用
顕微鏡５０の鏡筒部や画角等を複数付加してもよい。

【０１５３】また、断層像は三方向ではなく、一方向以
上であれば何方向であっても構わない。

【０１５４】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。

【０１５５】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、抽出した断
層像は直交していなくてもよい。

【０１５６】また、ステップＳ２０４において縮小処理
を行うかどうかを判断する基準となる設定値は使用者が
任意に設定できる。

【０１５７】また、被検体１の各対象部位に対して、そ
れぞれ異なる値を設定することも可能である。

【０１５８】また、複数の手術具を用いた場合には、そ
れぞれの手術具と被検体１の対象部位との組合せについ
て異なる値を設定することも可能である。

【０１５９】また、手術用顕微鏡５０の合焦点５５と被
検体１の対象部位との距離に応じて段階的または連続的
に断層像の拡大／縮小率を変化させてもよい。

【０１６０】また、手術用顕微鏡５０の合焦点５５と被
検体１の対象部位との距離ではなく、手術用顕微鏡５０
の任意の部位と被検体１の対象部位との距離に応じて段
階的または連続的に断層像の拡大／縮小率を変化させて
もよい。

【０１６１】この場合には、手術用顕微鏡５０の合焦点
５５と対象部位との距離が設定した値以上であっても、
例えば、手術用顕微鏡５０の光軸５１のある部分と対象
部位との距離が設定した値より大きくなっていれば、断
層像を縮小する。

【０１６２】また、手術用顕微鏡５０の合焦点５５と被
検体１の対象部位との距離の算出は２点間の距離に限定
されることはなく、例えば、対象部位の表面からの距離
を３次元的な距離参照テーブルとしてナビゲーション情
報記憶部９に記憶しておき、これを参照することによっ
て求めてもよい。

【０１６３】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５として示すような
発明が含まれている。

【０１６４】（付記１） 前記被検体と前記手術具との
距離が予め設定した距離以上の場合には、前記投影像制
御手段は断層像の大きさを変化させずに出力することを
特徴とする請求項１に記載の手術ナビゲーション装置。

【０１６５】（付記２） 前記被検体と前記手術具との
距離が予め設定した距離以上の場合には、前記断層像制
御手段は断層像を縮小して出力することを特徴とする請
求項３に記載の手術ナビゲ−ション装置。

【０１６６】（付記３） 前記被検体と前記手術具との
距離が予め設定した距離未満の場合には、前記断層像制
御手段は断層像の大きさを変化させずに出力することを
特徴とする請求項１に記載の手術ナビゲーション装置。

【０１６７】（付記４） 被検体の画像の撮影を含む処
置等をする手術具と、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次元位置姿勢情報と前記記憶手段に記憶
された被検体の断層像情報とに基づいて、断層像を抽出
する断層像抽出手段と、前記手術具の投影像情報を、前
記断層像抽出手段で抽出した断層像上に付加する投影像
付加手段と、前記投影像付加手段より出力された画像を
表示する画像表示手段とを有する手術ナビゲーション装
置において、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次元位置姿勢情報
に基づいて、前記被検体と前記手術具との距離を算出す
る距離算出手段と、前記距離算出手段の算出結果に基づ
いて前記投影像付加手段より出力された画像を拡大およ
び／または縮小する断層像制御手段とを有することを特
徴とする手術ナビゲーション装置。

【０１６８】（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の実施の形態が対応する。

【０１６９】上記構成要素中の手術具は、この第１の実
施の形態では硬性鏡３が該当するが、軟性鏡や手術用顕
微鏡、処置具、吸引管等でも同様の効果となる。

【０１７０】また、上記構成要素中の３次元位置姿勢計
測手段は、この第１の実施の形態では、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、磁気式に限らず機械式等その
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。

【０１７１】上記構成要素中の記憶手段は、この第１の
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。

【０１７２】上記構成要素中の断層像抽出手段は、この
第１の実施の形態ではナビゲーション制御部８が該当す
る。

【０１７３】上記構成要素中の投影像付加手段は、この
第１の実施の形態ではナビゲーション制御部８が該当す
る。

【０１７４】上記構成要素中の画像表示手段は、この第
１の実施の形態ではモニタ１３が該当する。

【０１７５】上記構成要素中の構成要素距離算出手段
は、この第１の実施の形態ではナビゲーション制御部８
が該当する。

【０１７６】上記構成要素中の断層像制御手段は、この
第１の実施の形態ではナビゲーション制御部８が該当す
る。

【０１７７】（作用）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。

【０１７８】断層像抽出手段は、記憶部に記憶された被
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、所望の断層像を抽出し、投影像付加手段へ送信
する。

【０１７９】投影像付加手段は、断層像抽出手段より送
信された断層像へ手術具の投影像情報を、その３次元位
置姿勢情報に基づいて付加する。

【０１８０】距離算出手段は、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、手術具と被検体の対象部位との距離を
算出する。

【０１８１】断層像制御手段は、距離算出手段が算出し
た手術具と被検体の対象部位との距離に基づいて、投影
像付加手段が出力した画像を拡大および／または縮小す
ることにより表示する大きさを制御し、画像表示手段へ
送信する。

【０１８２】画像表示手段では、断層像制御手段より送
信された、手術具の投影像が付加され、表示する大きさ
が制御されている断層像を表示する。

【０１８３】（効果）本手術ナビゲーション装置は、画
像表示手段に、手術具の投影像情報が付加されている被
検体の断層像を表示するので、術者は手術具の被検体に
対する位置姿勢関係とを容易に把握することが可能にな
る。

【０１８４】また、本手術ナビゲーション装置は、距離
算出手段が算出した手術具と被検体の対象部位との距離
に応じて断層像の大きさを適切に制御し、画像表示手段
に表示するので、術者は正確な状況判断をするために必
要となる内部組織情報を断層像から容易に把握すること
が可能になる。

【０１８５】（付記５） 被検体の画像の撮影を含む処
置等をする手術具と、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及び前
記手術具の３次元位置姿勢情報と前記記憶手段に記憶さ
れた被検体の断層像情報とに基づいて、断層像を抽出す
る断層像抽出手段と、前記手術具の投影像情報を、前記
断層像抽出手段で抽出した断層像上に付加する投影像付
加手段と、前記投影像付加手段より出力された画像を表
示する画像表示手段とを有する手術ナビゲーション装置
において、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次元位置姿勢情報に
基づいて、前記被検体と前記手術具との距離を算出する
距離算出手段と、前記距離算出手段の算出結果に基づい
て前記断層像抽出手段より抽出された断層像を拡大およ
び／または縮小する断層像制御手段とを有することを特
徴とする手術ナビゲーション装置。

【０１８６】（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２の実施の形態が対応する。

【０１８７】上記構成要素中の手術具は、この第２の実
施の形態では手術用顕微鏡５０が該当するが、硬性鏡や
軟性鏡、処置具、吸引管等でも同様の効果となる。

【０１８８】上記構成要素中の３次元位置姿勢計測手段
は、この第２の実施の形態では、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、磁気式に限らず、機械式等、その
他の３次元位置姿勢計測手法によるものも含むものとす
る。

【０１８９】上記構成要素中の記憶手段は、この第２の
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。

【０１９０】上記構成要素中の断層像抽出手段は、この
第２の実施の形態ではナビゲーション制御部８が該当す
る。

【０１９１】上記構成要素中の投影像付加手段は、この
第２の実施の形態ではナビゲーション制御部８が該当す
る。

【０１９２】上記構成要素中の画像表示手段は、この第
２の実施の形態ではモニタ１３が該当する。

【０１９３】上記構成要素中の距離算出手段は、この第
２の実施の形態ではナビゲーション制御部８が該当す
る。

【０１９４】上記構成要素中の断層像制御手段は、この
第２の実施の形態ではナビゲーション制御部８が該当す
る。

【０１９５】（作用）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。

【０１９６】断層像抽出手段は、記憶手段に記憶された
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次元位置姿勢情報に基
づいて所望の断層像を抽出する。

【０１９７】距離算出手段は、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、手術具と被検体の対象部位との距離を
算出する。

【０１９８】断層像制御手段は、距離算出手段が算出し
た手術具と被検体の対象部位との距離に基づいて、断層
像抽出手段が出力した断層像を拡大および／または縮小
することにより表示する大きさを制御し、投影像付加手
段へ送信する。

【０１９９】投影像付加手段は、断層像制御手段より送
信された断層像へ手術具の投影像情報を、その３次元位
置姿勢情報に基づいて付加する。

【０２００】画像表示手段では、投影像付加手段より送
信された、手術具の投影像が付加され、表示する大きさ
が制御されている断層像を表示する。

【０２０１】（効果）本手術ナビゲーション装置は、画
像表示手段に、手術具の投影像情報が付加されている被
検体の断層像を表示するので、術者は手術具の被検体に
対する位置姿勢関係とを容易に把握することが可能にな
る。

【０２０２】また、本手術ナビゲーション装置は、距離
算出手段が算出した手術具と被検体の対象部位との距離
に応じて断層像の大きさを適切に制御し、画像表示手段
に表示するので、術者は正確な状況判断をするために必
要となる内部組織情報を断層像から容易に把握すること
が可能になる。

【０２０３】

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、手術具を患部までナビゲートするのに必要な断
層像全体の表示を行うようにしても、断層像から手術具
近傍の詳細な内部組織情報が容易に得られるようにした
手術ナビゲーション装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態による手術
ナビゲ一ション装置の構成を示すブロック図である。

【図２】図２は、図１の被検体１のデータと被検体１自
身が、そ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列の成分Ｒと、３次元空間での並進動作
を表す３行１列の成分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における硬性鏡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ｅＨ
ｃ１５が求められることを示す図である。

【図５】図５は、図１におけるナビゲーション制御部８
内部での処理手順を示すフローチャートである。

【図６】図６は、図５におけるステップＳ１０１で、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、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７】図７は、図５におけるステップＳｌ０２で、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図である。

【図８】図８は、図５におけるステップＳ１０３で、硬
性鏡３の先端２１を表す直線をステップＳ１０２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へ付加する手順を説明する図で
ある。

【図９】図９は、図５におけるステップＳ１０７で、硬
性鏡３の先端２１の位置を中心とし、表示範囲が２５６
（ｐｉｘｅｌ）×２５６（ｐｉｘｅｌ）となる領域を切
り出す手順を説明する図である。

【図１０】図１０は、図１におけるモニタ１３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際、
硬性鏡３の先端２１と被検体１の各対象部位との距離が
設定した距離以上の場合を示す図である。

【図１１】図１１は、図１におけるモニタ１３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際、
硬性鏡３の先端２１と被検体１の各対象部位との距離が
設定した距離未満の場合を示す図である。

【図１２】図１２は、本発明の第２の実施の形態による
手術ナビゲーション装置において、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の実施の形態による
手術ナビゲーション装置におけるナビゲーション制御部
８内部での処理手順を示すフローチャートである。

【図１４】図１４は、図１３におけるステップＳ２０６
で、手術用顕微鏡５０の光軸５１の投影像を縮小されて
いない断層像へ付加する際、手術用顕微鏡５０の光軸５
１は、手術用顕微鏡５０の合焦点５５とカメラ座標系ｃ
の原点とを結ぶ直線６０、６１、６２で表現される形態
を例示する図である。

【図１５】図１５は、図１３におけるステップＳ２０８
で、手術用顕微鏡５０の合焦点５５の位置を中心とし、
表示範囲が２５６（ｐｉｘｅｌ）×２５６（ｐｉｘｅ
ｌ）となる領域を切り出す手順を説明する図である。

【図１６】図１６は、本発明の第２の実施の形態による
手術ナビゲーション装置におけるモニタ１３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際、手
術用顕微鏡５０の合焦点５５と被検体１の各対象部位と
の距離が設定した距離以上離れている場合を示す図であ
る。

【図１７】図１７は、本発明の第２の実施の形態による
手術ナビゲーション装置におけるモニタ１３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際、手
術用顕微鏡５０の合焦点５５と被検体１の各対象部位と
の距離が設定した距離未満の場合を示す図である。

【符号の説明】

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、 １３…モニタ、 １４…座標変換行列ｍＨｐ、 １５…座標変換行列ｅＨｃ、 １７…座標変換行列ｐＨｅ、 ２１…硬性鏡３の先端、 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…硬性鏡３の先端２１の位置を表す直
線、 ５０…手術用顕微鏡、 ５１…手術用顕微鏡５０の光軸、 ５２…鏡筒部、 ５３…下端、 ５５…合焦点、 ６０、６１、６２…手術用顕微鏡５０の光軸５１を表す
直線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体に対する手術具の位置姿勢を表示
   する手術ナビゲーション装置であり、 前記被検体の観察あるいは処置を行う手術具と、 前記被検体と前記手術具の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、 前記被検体と前記手術具の３次元位置姿勢情報に基づ
   き、前記記憶手段に記憶された断層像情報から、断層像
   を抽出する断層像抽出手段と、 前記手術具の位置姿勢情報を前記抽出された断層像に付
   加する投影像付加手段と、 前記被検体と前記手術具の距離を測定する距離測定手段
   と、 前記距離測定手段からの距離情報に基づき、前記投影像
   付加手段から出力された画像の大きさを変化させる投影
   像制御手段と、 前記投影像制御手段から出力された画像を表示する画像
   表示手段とを有する手術ナビゲーション装置。
2. 【請求項２】 前記被検体と前記手術具との距離が予め
   設定した距離未満の場合には、前記投影像制御手段は断
   層像を拡大して出力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。
3. 【請求項３】 被検体に対する手術具の位置姿勢を表示
   する手術ナビゲーション装置であり、 前記被検体の観察あるいは処置を行う手術具と、 前記被検体と前記手術具の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、 前記被検体と前記手術具の３次元位置姿勢情報に基づ
   き、前記記憶手段に記憶された断層像情報から、断層像
   を抽出する断層像抽出手段と、 前記被検体と前記手術具の距離を測定する距離測定手段
   と、 前記距離測定手段からの距離情報に基づき、前記断層像
   抽出手段から出力された断層像の大きさを変化させる断
   層像制御手段と、 前記手術具の位置姿勢情報を前記抽出された断層像に付
   加する投影像付加手段と、 前記投影像制御手段から出力された画像を表示する画像
   表示手段とを有する手術ナビゲ一ション装置。