(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズと、
前記対物レンズを介して手術領域に二次元イメージングを行うように構成される手術顕微鏡ユニットと、
前記対物レンズを介して手術領域に二次元トモグラフィイメージングを行うように構成される光コヒーレンストモグラフィユニットであって、前記光コヒーレンストモグラフィユニットのイメージング視野を較正して前記手術顕微鏡ユニットのイメージング視野に対応するようにし、前記手術顕微鏡ユニットのイメージング視野の中心を座標原点とすると共に前記光コヒーレンストモグラフィユニットの３方向の光学走査線をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とする三次元座標系を設定し、前記光コヒーレンストモグラフィユニットの三次元座標系のうちのいずれかの二次元座標を前記手術顕微鏡ユニットのイメージング視野の二次元座標と共通に設定する光コヒーレンストモグラフィユニットと、
前記手術顕微鏡ユニットによる二次元イメージングの結果、および、前記光コヒーレンストモグラフィユニットによる二次元トモグラフィイメージングの結果に基づいて、手術する必要のある手術部位および当該手術部位を手術するための手術器具の位置に関する情報を含むナビゲーション情報を得るように構成されるプロセッサと、
ナビゲーション情報を出力して手術部位まで手術器具を誘導する出力ユニットと、を含む
ことを特徴とするマイクロサージェリーシステム。
【請求項２】
前記対物レンズは、顕微対物レンズを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロサージェリーシステム。
【請求項３】
前記手術顕微鏡ユニットは、前記対物レンズの近軸領域を介してイメージングを行うように構成されており、前記光コヒーレンストモグラフィユニットは、前記対物レンズの軸領域を介してイメージングを行うように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロサージェリーシステム。
【請求項４】
前記ナビゲーション情報は、前記手術顕微鏡ユニットによる二次元イメージング画像と、前記光コヒーレンストモグラフィユニットによる二次元トモグラフィイメージング画像と、当該二次元トモグラフィイメージング画像によって得られた三次元画像のうち少なくとも1つを含み、および、
前記出力ユニットは、ナビゲーション情報を表示するように構成される表示ユニットを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロサージェリーシステム。
【請求項５】
前記プロセッサは、表示される二次元画像及び／又は三次元画像に前記手術部位及び／又は前記手術器具を強調表示するように構成される
ことを特徴とする請求項４に記載のマイクロサージェリーシステム。
【請求項６】
前記プロセッサは、様々な異なる駆動電圧で駆動された前記光コヒーレンストモグラフィユニットのｘ走査線及びｙ走査線の前記座標系における走査位置を記録し、前記様々な異なる駆動電圧と前記走査位置との間の対応関係を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロサージェリーシステム。
【請求項７】
前記光コヒーレンストモグラフィユニットは、一定の時間間隔でｙ−ｚ平面トモグラフィイメージング及びｘ−ｚ平面トモグラフィイメージングを行い、前記プロセッサは、２つの連続のフレームにおけるｙ−ｚ平面トモグラフィ画像及びｘ−ｚ平面トモグラフィ画像に基づいて前記手術器具の現在位置を得る
ことを特徴とする請求項６に記載のマイクロサージェリーシステム。
【請求項８】
前記手術顕微鏡ユニットは、前記対物レンズの近軸領域を経て前記手術領域を照明する照明光源を含む
ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロサージェリーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、マイクロサージェリーイメージングと画像処理に関し、具体的には、光コヒーレンストモグラフィによる誘導に基づくマイクロサージェリーシステムおよびナビゲーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近代的な外科手術は、手術標的部位を精確に位置付けると同時に、できるだけ患者に対する生理的創傷を低減させ、低侵襲手術を実現して、過去の荒々しいオープン手術が残した手術創傷が大きく、回復期が長いなどの欠陥を克服して、患者の体と心理とに対する傷害を最低限に低減させることが既に求められている。画像誘導の介入手術は、手術標的部位を精確に位置付けることができ、手術中にモニタリングナビゲーションなどの特性を実現することができ、創傷が小さく、回復が早く、治療効果に優れるなどの利点を備え、近代的な外科手術の1つの重要な発展方向であり、伝統的なオープン手術に代わる傾向が徐々に現れている。
【０００３】
外科手術のほとんどは、深部組織に及んでいる。伝統的な方法はすべて、表層の組織を切開することによって、それから深部組織に関連の手術治療を行うものである。そのため、外科手術に対する画像誘導を実現して、手術の安全を保証して効果的に手術を行うために、深部組織を三次元イメージングすることを実現できる映像学技術方法と組み合せることが必要である。現在、超音波イメージング、ＣＴイメージングおよび磁気共鳴イメージングの３種類の三次元イメージング技術は、既にサージェリーシステムに成功的に組み合わせられ、画像誘導での手術ナビゲーションを実現しており、胸部と、腹部と頭などの臨床外科手術領域に成功的に応用されている。
【０００４】
しかし、この３種類のイメージング方式の解像度が低く、その臨床に用いられる機器の解像度がすべてミリメートルレベルにあるため、精細程度要求があまり高くない外科手術に対するナビゲーションのみ実現することができる。現在、光学手術顕微鏡を基礎とするマイクロサージェリー、例えば、眼科手術、神経外科手術などは、そのイメージング範囲が二次元（例えば、ｘ−ｙ平面）イメージングに限られている。手術に用いられる光学手術顕微鏡の解像度が既に幾つかのミクロンオーダーに達しているが、解像度がマッチングできる三次元（ｘ−ｙ−ｚステレオイメージング）イメージング技術のサポートがずっとないままである。また、顕微外科手術の手術領域がとても小さいため、手術中に振動や組織切離による変形などの要因によって、直接的に手術領域の形態全体の変形がなされることになるので、磁気共鳴やＣＴなどのような非リアルタイムイメージング技術はマイクロサージェリーのナビゲーションに適用しない。上記の問題のために、マイクロサージェリーの分野には、いまだに手術に対する画像ナビゲーションを実現することができていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示の目的は少なくとも部分的に、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）による誘導のマイクロサージェリーシステムおよびナビゲーション方法を提供することにあり、手術顕微鏡に合わせることによって、ＯＣＴの二次元と三次元の画像の誘導で、マイクロサージェリーナビゲーションを実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様によれば、マイクロサージェリーシステムを提供する。このマイクロサージェリーシステムは、対物レンズと、対物レンズを介して手術領域に二次元イメージングを行うように構成される手術顕微鏡ユニットと、対物レンズを介して手術領域に二次元トモグラフィイメージングを行うように構成される光コヒーレンストモグラフィユニットであって、前記光コヒーレンストモグラフィユニットのイメージング視野を較正して前記手術顕微鏡ユニットのイメージング視野に対応するようにし、前記手術顕微鏡ユニットのイメージング視野の中心を座標原点とすると共に前記光コヒーレンストモグラフィユニットの３方向の光学走査線をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とする三次元座標系を設定し、前記光コヒーレンストモグラフィユニットの三次元座標系のうちのいずれかの二次元座標を前記手術顕微鏡ユニットのイメージング視野の二次元座標と共通に設定する光コヒーレンストモグラフィユニットと、手術顕微鏡ユニットによる二次元イメージングの結果、および、光コヒーレンストモグラフィユニットによる二次元トモグラフィイメージングの結果に基づいて、手術する必要のある手術部位および手術部位を手術するための手術器具の位置に関する情報を含むナビゲーション情報を得るように構成されるプロセッサと、ナビゲーション情報を出力して手術部位まで手術器具を誘導する出力ユニットと、を含む。
【０００７】
対物レンズは、顕微対物レンズを含むことができる。手術顕微鏡ユニットは、対物レンズの近軸領域を介してイメージングを行うように構成されることができ、前記光コヒーレンストモグラフィユニットは、対物レンズの軸領域を介してイメージングを行うように構成されることができる。
【０００８】
ナビゲーション情報は、手術顕微鏡ユニットによる二次元イメージング画像と、光コヒーレンストモグラフィユニットによる二次元トモグラフィイメージング画像と、二次元トモグラフィイメージング画像によって得られた三次元画像のうち少なくとも1つを含むことができる。この場合、出力ユニットは、ナビゲーション情報を表示するように構成される表示ユニットを含むことができる。プロセッサは、表示される二次元画像及び／又は三次元画像に手術部位及び／又は手術器具を強調表示するように構成されることができる。
【００１０】
前記プロセッサは、様々な異なる駆動電圧で駆動された前記光コヒーレンストモグラフィユニットのｘ走査線及びｙ走査線の前記座標系における走査位置を記録し、前記様々な異なる駆動電圧と前記走査位置との間の対応関係を設定する。
【００１２】
前記光コヒーレンストモグラフィユニットは、一定の時間間隔でｙ−ｚ平面トモグラフィイメージング及びｘ−ｚ平面トモグラフィイメージングを行い、前記プロセッサは、２つの連続のフレームにおけるｙ−ｚ平面トモグラフィ画像及びｘ−ｚ平面トモグラフィ画像に基づいて前記手術器具の現在位置を得る。
前記手術顕微鏡ユニットは、前記対物レンズの近軸領域を経て前記手術領域を照明する照明光源を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の実施例によれば、ＯＣＴ技術に基づいて、誘導画像の解像度がミクロンオーダーに達することができ、従来超音波、ＣＴ、核磁気共鳴などのイメージング技術の欠陥を克服しており、光学マイクロサージェリーに必要な解像度ニーズにマッチングするため、ＯＣＴによる誘導に基づくマイクロサージェリーナビゲーションを実現することができる。
本開示の実施例によれば、誘導画像のイメージング媒体として光学を採用することは、余計なイメージング添加消耗品（例えば、超音波エマルション、同位体など）が掛かる超音波、核磁気共鳴などと異なるため、画像ナビゲーションによってもたらされた患者の体に対する余計な傷害を低減している。
【００１４】
本開示の実施例によれば、患者手術部位に対してｘ−ｚ、ｙ−ｚおよびｘ−ｙの３つの平面のリアルタイムなイメージングを実現して、手術位置の三次元（３Ｄ）座標分布を快速的に確定することができる。１秒毎に数フレームの３Ｄイメージングを組み合わせて、リアルタイムなナビゲーションを実現しているため、手術位置が歪むことによってもたらされた各種の問題を効果的に低減している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
以下に添付の図面を参照して本開示に係る実施例に対する説明によって、本開示の上記およびその他の目的、特徴および利点がより明らかになり、図において、
【図１】図１は本開示に係る実施例によるマイクロサージェリーシステムの構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図２は本開示に係る実施例によるマイクロサージェリーシステムの構成を示す詳細図である。
【図３】図３は光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）の基本的な原理を示す簡略図である。
【図４】図４は本開示に係る実施例によるマイクロサージェリーナビゲーション方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照して本開示に係る実施例を説明する。理解されるべきであるように、これらの説明は例示的なものに過ぎず、本開示の範囲が限定されるものではない。また、以下の説明には、本開示の概念を不必要に混乱することを避けるように、公知の構造と技術に対する詳細説明が省略されている。
【００１７】
図１は本開示に係る実施例によるマイクロサージェリーシステムの構成を示すブロック図である。
【００１８】
図1に示されるように、このマイクロサージェリーシステムは、手術顕微鏡ユニット１と、光コヒーレンストモグラフィユニット２と、対物レンズ３と、プロセッサ４と、出力ユニット５とを含むことができる。
【００１９】
手術顕微鏡ユニット１は、手術される患者手術領域に対して広視野な二次元（例えば、ｘ−ｙ平面）イメージングを行うように設けられる。手術顕微鏡ユニット１のイメージング視野は、光コヒーレンストモグラフィユニット２のイメージング視野を較正するために用いられることができる。例えば、手術顕微鏡ユニット１の照明ビームは、対物レンズ３を透過して手術領域６に達し、手術領域によって反射された後、対物レンズ３を経て手術顕微鏡ユニット１へと伝播される。操作者（例えば、手術医者）の目が、手術顕微鏡ユニット１の出射瞳位置に手術領域の広視野な二次元イメージング画像をみることができる。一方で、手術顕微鏡ユニット１は、検知されたイメージング信号を電気信号に転化し、プロセッサ４に出力して処理することもできる。
【００２０】
光コヒーレンストモグラフィ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，ＯＣＴ）ユニット２は、手術される患者手術領域に対して二次元トモグラフィ（例えば、ｘ−ｚ平面）イメージングを行うように設けられる。例えば、光コヒーレンストモグラフィユニット２のイメージングビームは、対物レンズ３を透過して手術領域６に達し、手術領域６によって反射された後、対物レンズ３を経て光コヒーレンストモグラフィ２へと伝播される。光コヒーレンストモグラフィ２は、検知された（干渉）信号を電気信号に転化し、プロセッサ４に出力して処理することができる。
【００２１】
上記の通り、手術顕微鏡ユニット１のイメージング視野に応じて、光コヒーレンストモグラフィユニット２のイメージング視野を較正することができる。例えば、手術顕微鏡ユニット１による患者手術領域の広視野二次元（例えば、ｘ−ｙ平面）イメージングを参照して、光コヒーレンストモグラフィユニット２のイメージング視野を手術顕微鏡ユニット１のイメージング視野の中心に較正することができる。
【００２２】
この実施例において、対物レンズ３は、手術顕微鏡ユニット１と光コヒーレンストモグラフィユニット２によって共用されることができ、手術顕微鏡ユニット１と光コヒーレンストモグラフィユニット２の光ビームを同時に伝播イメージングするために用いられる。対物レンズ３は、顕微鏡対物レンズを含むことができる。
【００２３】
プロセッサ４は、手術顕微鏡ユニット１と光コヒーレンストモグラフィユニット２とによって出力された、イメージング情報が含まれる電気信号に対して様々な処理例えば、これらをイメージング画像に変換して出力ユニット５の出力に適応させることを行うように設けられる。具体的に、プロセッサ４は、手術顕微鏡ユニット１によって出力された電気信号を採集して、手術領域の広視野二次元（例えば、ｘ−ｙ平面）イメージング画像を得ることができる。なお、プロセッサ４は、光コヒーレンストモグラフィユニット２によって出力された電気信号を再構成して、手術領域の二次元トモグラフィ（例えば、ｘ−ｚ平面）イメージング画像を得ることができ、アルゴリズムによって二次元トモグラフィイメージング画像系列をつなぎ合わせて三次元（ｘ−ｙ−ｚ）ステレオイメージングを得ることができる。
【００２４】
また、プロセッサ４は、手術顕微鏡ユニット１の二次元イメージング結果、および、光コヒーレンストモグラフィユニット２の二次元トモグラフィイメージング結果に基づいて、ナビゲーション情報を得ることができる。ここで、ナビゲーション情報とは、手術する必要がある手術部位の位置、および、手術部位を手術するための手術器具（例えば、メス）の位置、に関する情報を指すことができる。例えば、ナビゲーション情報には、手術部位の正確な位置情報および手術器具の正確な位置情報、または手術部位に対する手術器具の位置情報を含むことができる。プロセッサ４は、アナログ制御回路やデジタルコンピュータとして実現することができる。
【００２５】
ナビゲーション情報は、直観的な画像情報、例えば、手術顕微鏡ユニット１によって得られる二次元イメージング画像及び／又は光コヒーレンストモグラフィユニット２によって得られる二次元トモグラフィ画像及び／又は三次元画像を含むことができ、これらの画像には直観的に手術部位と手術器具が表示される。操作者は、このような直感的な表示、特に三次元画像の表示に応じて、手術器具を手術部位に移動することができる。ナビゲーション情報は、手術部位の位置座標と手術器具の位置座標を含んでもよい。これらの位置座標は、以下にさらに詳細に述べるように、例えば、プロセッサ４によってイメージング画像に対して画像認識を行って得られる及び／又は操作者によってプロセッサ４に入力することができる。また、ナビゲーション情報は、音声情報例えば、どのように手術器具を移動するかを操作者に誘導（例えば、「前へ」、「後へ」、「右へ」、「下へ」、「上へ」など）する音声を含んでもよい。このような音声情報は、プロセッサ４によって手術部位の位置と手術器具の位置に応じて得られることができる。
【００２６】
出力ユニット５は、外部にビデオ及び／又はオーディオの形態でナビゲーション情報を出力するために用いられることができる。例えば、出力ユニット５は、表示装置例えば、液晶表示（ＬＣＤ）装置、発光ダイオード（ＬＥＤ）表示装置、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示装置などを含むことができる。この場合に、表示装置はその上でナビゲーション情報、例えば、手術部位の正確な位置および手術器具の正確な位置を表示することによって、手術器具を誘導して手術部位に入ることができる。なお、表示装置は、手術領域の広視野二次元（例えば、ｘ−ｙ平面）イメージング画像と、二次元（例えば、ｘ−ｚ平面）トモグラフィイメージング画像と、三次元ステレオ画像のうち少なくとも１つを表示することもでき、かつ表示される画像に手術部位および手術器具を標示することができる。例えば、このような標示は、強調表示（例えば、ハイライト表示又は他の色で表示）、指示マーク（例えば、十字形や星形）を添加するなどを含むことができる。
【００２７】
なお、出力ユニット５は、付加的に又は代わりにオーディオ出力装置、例えば、スピーカーを含むことができる。オーディオ出力装置は、ナビゲーション情報に応じて、「前へ」、「後へ」、「左へ」、「右へ」、「下へ」、「上へ」などのオーディオを出力して、手術器具を誘導して手術部位に入ることができる。
【００２８】
本開示に係る実施例によれば、このシステムは、入力装置例えば、マウスやキーボードなどを含み、システム特にプロセッサ４にコマンドやデータなどを入力するために用いることができる。例えば、入力装置は、タッチパネルを含むことができる。このタッチパネルは、表示装置の形態の出力ユニット５に組み込むことができる（それによって出力ユニット５がタッチパネルの形態として実現される）。
【００２９】
操作者は、タッチパネルに表示された画像、例えば、手術顕微鏡ユニット１によって得られた広視野二次元（例えば、ｘ−ｙ平面）イメージング画像および光コヒーレンストモグラフィユニット２によって得られた二次元（例えば、ｘ−ｚ平面）トモグラフィイメージング画像に手術部位をタッチすることによって、手術部位に関する位置情報をプロセッサ４に入力することができる。例えば、操作者は、手術顕微鏡ユニット１による広視野二次元（例えば、ｘ−ｙ平面）イメージング画像において、この二次元平面における手術部位の位置、例えば（ｘ１,ｙ１）をタッチすることができる。プロセッサ４は、このタッチに応じて、この位置での光コヒーレンストモグラフィユニット２による二次元トモグラフィ画像、例えば、ｘ１−ｚ平面における二次元トモグラフィ画像を呼び出し、出力ユニット５に表示することができる。操作者は、この二次元トモグラフィ画像において、タッチでこの位置（ｘ１,ｙ１）での手術部分の深さｚ１を指定することによって、手術部位の三次元座標（ｘ１,ｙ１,ｚ１）を入力することができる。
【００３０】
ここで単一位置を例として説明したが、留意されたい事は、手術部位は１つの点に限られなく、一定の領域を含むことができることである。操作者は、この領域の位置を指定することができる。あるいは、操作者は、この領域において１つ又は複数の点の位置を指定することができる。
【００３１】
プロセッサ４は、操作者のタッチ入力に応じて、手術部位の位置情報を統一的な座標系に変換することができる。なお、プロセッサ４は、手術部位の位置情報に応じて、出力ユニット５に表示された二次元画像及び／又は三次元画像に手術部位を強調表示（例えば、異なる色で表示又はハイライト表示によって）することもできる。
【００３２】
本開示に係る他の実施例によれば、プロセッサ４は、手術顕微鏡ユニット１によって得られた広視野二次元（例えば、ｘ−ｙ平面）イメージング画像および光コヒーレンストモグラフィユニット２によって得られた二次元（例えば、ｘ−ｚ平面）トモグラフィイメージング画像に対して画像認識を行うことによって、手術部位の位置情報を得ることもできる。例えば、手術部位は、病変によって周辺組織とイメージング画像に異なる表示を有することができ、よって容易に認識することができる。あるいは、後で手術部位を認識できるように、手術前に、例えば、手術部位に特定の標定物質（例えば、光を容易に吸収または反射する物質）を注入することができる。
【００３３】
本開示に係る他の実施例によれば、プロセッサ４は、手術顕微鏡ユニット１によって得られた広視野二次元（例えば、ｘ−ｙ平面）イメージング画像および光コヒーレンストモグラフィユニット２によって得られた二次元（例えば、ｘ−ｚ平面）トモグラフィイメージング画像に画像認識を行うことによって、手術器具の位置情報を得ることもできる。例えば、手術器具は通常、金属で作製されて、人体組織と異なる光学的性質を有するため、イメージング画像において容易に認識されることができる。あるいは、認識されるように、手術器具の上に製造又は別に特定の構造やパターンを付することができる。なお、プロセッサ４は、手術器具の位置情報に応じて、出力ユニット５に表示される二次元画像及び／又は三次元画像に手術器具を強調表示することができる（例えば、異なる色で表示又はハイライト表示によって）。
【００３４】
図２は、本開示に係る実施例によるマイクロサージェリーシステムの構成を示す詳細図である。
【００３５】
図２に示されるように、手術顕微鏡ユニット（例えば、図１に説明された手術顕微鏡ユニット１を参照）において、照明光源１０１に出射された発散ビームは、コリメータレンズ１０２を経て平行ビームにコリメートされ、反射レンズ１０３によって反射され、反射された光ビームが対物レンズ３の近軸領域を経て手術領域６にフォーカスして照明することになる。手術領域６は、入射光に対して反射作用を有しており、反射光は、手術領域の光強度情報を携えており、対物レンズ３の近軸領域から出射され、反射レンズ１０４によって反射された後、ズーム対物レンズ１０５に入ることになる。ズーム対物レンズ１０５は、焦点距離の異なる対物レンズの組み合わせであり、拡大倍率の異なる手術領域に対するマイクロイメージングを実現することができる。ズーム対物レンズ１０５は、イメージングズームをフォーカスして出射させ、屋根型プリズム１０６によって偶数回反射されて出射され、リレーレンズ１０７によって伝播出射され、リレープリズム１０８によって反転と光路折り曲げが実現された後、最後に接眼レンズ１０９によってフォーカスされて分光器１１０に達しており、分光器１１０は、以下の１）、２）のように、イメージングズームを分光する。１）一部分は人の目の瞳孔１１１に入って、観察者が直接的に目で手術部位を観察することができる；２）他の一部分は平面アレイ検知器１１２に達して光強度信号を検知される。
【００３６】
平面アレイ検知器１１２は、受信された光強度信号を電気信号に変換し、さらなる処理に供するようにプロセッサ（例えば、図１に説明されたプロセッサ４を参照）に出力する。例えば、プロセッサは、電気信号を画像信号に再構成することができ、出力ユニット（例えば、図１に説明された出力ユニット５を参照）に出力してアウトプットをすることができる。
【００３７】
光コヒーレンストモグラフィユニット（例えば、図１に説明された光コヒーレンストモグラフィユニット２を参照）において、スイープレーザー２０１の出射した光ビームがサーキュレータ２０２を経て出射され、カプラ２０３によって２つの経路に分割され、１つの経路は参照ビームであり、カプラ２０３によって出射された参照ビームがファイバコリメータ２０４によって平行ビームにコリメートされた後、反射レンズ２０５とニュートラルフィルター２０６を順次経て反射レンズ２０７に達しており、反射レンズ２０７がこの参照ビームを反射し、反射された参照ビームがニュートラルフィルター２０６、反射レンズ２０５、およびファイバコリメータ２０４を順次経てカプラ２０３に伝播し戻っており、もう１つの経路は、試料アームと呼ばれており、カプラ２０３によって出射された試料ビームが偏光制御器２０８によって変調されて出射され、コリメータ２０９によって平行ビームにコリメートされてから、ｘ軸走査検流計２１０とｙ軸走査検流計２１１によって走査を実現して出射され、最後に対物レンズ３の軸領域を経て手術領域６にフォーカスして達しており、手術領域６が試料ビームに対して反射作用を有しており、反射された試料ビームが手術部位６の光強度情報を携えており、対物レンズ３の軸領域から出射され、ｙ軸走査検流計２１１と、ｘ軸走査検流計２１０と、コリメータ２０９と、偏光制御器２０８とを順次経てカプラ２０３に伝播し戻ることになる。参照アームの反射し戻った参照ビームと試料アームの反射し戻った試料アームは、カプラ２０３によって干渉結合されて出射され、一部分は、サーキュレータ２０２に入った後、出射されてバランス検知器２１２に入っており、一部分は、直接的にバランス検知器２１２に入っており、バランス検知器２１２は、干渉信号にバランス検知を行う。
【００３８】
バランス検知器２１２は、受信された干渉信号を変換して電気信号を得ており、さらなる処理に供するようにプロセッサ（例えば、図１に説明されたプロセッサ４を参照）に出力する。例えば、プロセッサは、電気信号を手術部位のトモグラフィイメージング画像信号に再構成し、出力ユニット（例えば、図１に説明された出力ユニット５を参照）に出力してアウトプットをすることができる。
【００３９】
ここで留意されたい事は、図２に手術顕微鏡ユニットと光コヒーレンストモグラフィユニットとの具体的な構成を示しているが、本開示はこれに限らないことである。当業者は、手術顕微鏡ユニットと光コヒーレンストモグラフィユニットの他の異なる様々な構成を想到することができる。図２に示されている光学部品は、例示的なものに過ぎなく、当業者は、具体的な目的のために、対応する光学部品を設置・置換・除去することができる。例えば、光路を設ける目的のために、１つ又は複数の反射レンズやプリズムなどを増加・除去することができる。
【００４０】
図３は、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）の基本的な原理を示す簡略図である。
図３に示されるように、ＯＣＴの走査線に応じて座標系を確立することができる。具体的に、例えば、ＯＣＴは、２つの方向に沿って走査でき、且つ走査の際に深さ（ｚ）情報を得ることができる。図３には、被走査体Ｔ（例えば、手術する必要がある組織など）も示している。ここで留意されたい事は、図示の便宜のために、この物体Ｔを六面体形状に示しているだけである。なお、上記のように確立されるｘ−ｙ−ｚ座標系におけるこの物体の位置は、図に示される位置に限らなく、いずれの位置であってもよい。
【００４１】
一例によれば、例えば、ＯＣＴのｙ走査線（例えば、座標例えばｙ１やｙ２に固定）を固定し、且つｘ方向に沿って走査するとき、ｘ−ｚ平面（例えば、ｘ−ｚ１やｘ−ｚ２）のトモグラフィ画像を得ることができる。異なるｙでのｘ−ｚ平面トモグラフィ画像を得ることによって、一連の二次元（ｘ−ｚ平面）画像を得ることができる。これらの二次元画像を連結することによって、物体Ｔの三次元（ｘ−ｙ−ｚ）画像を得ることができる。本分野には、二次元トモグラフィ画像から三次元ステレオ画像を得る方法がたくさんある。
類似的に、走査してｙ−ｚ平面のトモグラフィ画像を得ることもできる。
【００４２】
図４は、本開示に係る実施例によるマイクロサージェリーナビゲーション方法を示すフローチャートである。このような方法は、例えば、上に図１及び／又は２を参照して説明してきたマイクロサージェリーシステムによって実行されることができる。
この方法は、ステップ４０１から始まる。例えば、医者と患者は準備を整えており、且つマイクロサージェリーシステムを起動させる。
【００４３】
そして、この方法はステップ４０２に進む。ステップ４０２には、手術顕微鏡ユニットと光コヒーレンストモグラフィユニットの統一的なシステム座標系を確定することができる。例えば、上記の通り、手術顕微鏡ユニットのイメージング視野中心に応じて、光コヒーレンストモグラフィユニットのイメージング視野を較正することができる。
【００４４】
具体的に、手術顕微鏡ユニットは、手術領域の広視野イメージング中心に対してシステム座標原点を構成することができ、光コヒーレンストモグラフィユニットの光学走査線は、システムｘ−ｙ−ｚ座標軸（例えば、図３を参照）を構成することができ、これによって統一的なシステム座標系を構成する。
【００４５】
光コヒーレンストモグラフィユニットのｘ−ｙ走査視野は、手術顕微鏡ユニットのイメージング視野の中心を中心として、この座標系における異なる走査電圧駆動でのｘ−ｙ走査線の位置を記録し、異なる駆動電圧と走査位置との間の対応関係を確立し、記憶ユニット（図示せず）にその対応関係を保存することができる。例えば、このような対応関係は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）の形で記憶することができる。このＬＵＴは、具体的な（ｘ,ｙ）走査電圧とこの座標系における対応する走査線の位置との間の対応関係を記録することができる。
【００４６】
そして、この方法は、ステップ４０３に進む。ステップ４０３には、手術領域がイメージングされ、二次イメージング画像、例えば、手術顕微鏡ユニットの広視野二次元（例えば、ｘ−ｙ平面）イメージング画像、および、光コヒーレンストモグラフィユニットの二次元（例えば、ｘ−ｚ平面）トモグラフィ画像が得られ、かつ二次元トモグラフィ画像に応じて三次元（ｘ−ｙ−ｚ）イメージング画像を得ることができる。これらの画像のうちの一部又は全部は、出力ユニット（例えば、ディスプレイ）によって出力（例えば、表示）されることができる。
【００４７】
具体的に、手術顕微鏡ユニットは、手術領域に対して広視野二次元（例えば、ｘ−ｙ平面）イメージングを実現することができ、プロセッサによって手術領域の二次元イメージング画像をリアルタイムで出力ユニットに出力してアウトプットをすることができる。
【００４８】
光コヒーレンストモグラフィユニットは、ステップ４０２に較正された視野対応関係に応じて、手術領域に二次元（例えば、ｘ−ｚ平面）トモグラフィイメージングを行い、検知された干渉信号をプロセッサに出力して処理することができる。
【００４９】
プロセッサは、光コヒーレンストモグラフィユニットの出力したイメージング干渉信号を再構成して二次元トモグラフィイメージング画像を得ることができ、二次元トモグラフィイメージング画像系列に応じてアルゴリズムによって三次元（ｘ−ｙ−ｚ）ステレオイメージングを得ることができ、二次元トモグラフィイメージング画像及び／又は三次元ステレオイメージング画像を出力ユニットに出力してアウトプットをすることができる。
【００５０】
そして、この方法は、ステップ４０５に進む。ステップ４０５には、光コヒーレンストモグラフィユニットは、手術ナビゲーションを行う。
【００５１】
例えば、光コヒーレンストモグラフィユニットは、手術領域に二次元トモグラフィイメージングを行うことができる。光コヒーレンストモグラフィユニットの走査を低減させるために、光コヒーレンストモグラフィユニットの走査範囲を手術部位又はその周囲、特に手術器具の位置周囲に制限することができる。これによって現在の二次元トモグラフィイメージング画像及び／又は三次元ステレオイメージング画像が得られており、これらの画像には手術器具の全体又は一部が含まれる。そして、これらの画像に応じて、手術器具のリアルタイム位置、特に深さ位置を確定することができる。プロセッサは、二次元トモグラフィイメージング画像及び／又は三次元ステレオイメージング画像を出力ユニットに出力してアウトプットをすることができる。このような操作によって、出力ユニットにおける出力は、手術器具が手術部位へ向かって進むダイナミック画像のように表すことができる。
【００５２】
そして、この方法は、ステップ４０６に進む。ステップ４０６には、手術器具が手術部位に達したかどうかを判断し、達していないと判断されると、ステップ４０５に進み、そうでなければ、ステップ４０７に進む。
【００５３】
例えば、操作者は、ステップ４０３に出力された画像及びステップ４０５に出力された画像に応じて、手術器具が手術部位に達したかどうかを判断することができる。
ステップ４０７には、光コヒーレンストモグラフィユニットが位置づけナビゲーションを完成し、手術が手術部位に行われる。
【００５４】
上記の実施例において、操作者が目で表示される画像を見て、人為的に手術器具が手術部位に達するかどうかを判断することになる。しかしながら、本開示はこれに限らない。
一例によれば、この方法は、必要に応じてステップ４０４を含む。ステップ４０４には、ステップ４０３に得られたイメージング画像に応じて、手術部位の予想位置座標ｔ（ｘ,ｙ,ｚ）を確定することができる。
【００５５】
具体的に、上記の通り、例えばユーザー入力や画像識別によって、手術を行う必要のある部位の予想位置座標ｔ（ｘ,ｙ,ｚ）を確定することができる。一般的に、手術部位は1つの点ではなく、一定の領域である。そのため、予想位置座標ｔ（ｘ,ｙ,ｚ）は、一定の範囲を覆ってもよく、あるいはこの範囲において最適な一部又は幾つかの点であってもよい。例えば、この予想位置座標ｔ（ｘ,ｙ,ｚ）は、操作者によってプロセッサに入力（例えば、上記のタッチ入力）することができ、且つ、プロセッサは、入力されたものを確立された統一的な座標系に変換することができる。
【００５６】
なお、上記の通り、例えばユーザー入力や画像識別によって、手術器具の初期位置座標ｔ０（ｘ,ｙ,０）（ここで、説明の便宜のために、最初に手術器具が組織表面に置かれると仮定するので、深さがゼロである；いうまでもなく本開示はこれに限らない）を確定することができる。例えば、手術顕微鏡ユニットによる二次元（例えば、ｘ−ｙ平面）イメージング画像を応じて、手術器具の初期位置座標ｔ０（ｘ,ｙ,０）を確定することができる。一実施例によれば、操作者（例えば、手術医者）は、例えば、手術顕微鏡ユニットの出射瞳で観察して、手術器具を手術部位の範囲内に置くことができる。すなわち、手術器具の初期位置座標ｔ０（ｘ,ｙ,０）において「ｘ」と「ｙ」が既に基本的にそれぞれ手術部位の予想位置座標ｔ（ｘ,ｙ,ｚ）における「ｘ」と「ｙ」に対応するため、後続の過程では、基本的に手術器具を下へ向かって組織に切り込む必要があるだけである。
【００５７】
プロセッサは、手術器具の初期座標ｔ０（ｘ,ｙ,０）と手術を行う必要のある部位の予想位置座標ｔ（ｘ,ｙ,ｚ）とを、光コヒーレンストモグラフィユニットによる三次元（ｘ−ｙ−ｚ）ステレオイメージング画像に標識して、出力ユニットに出力してアウトプットをすることができる。
【００５８】
この場合、ステップ４０５のナビゲーションでは、二次元トモグラフィイメージング結果に応じて、例えば画像認識を組み合わせて、手術器具の現在座標ｔ１（ｘ１,ｙ１,ｚ１）を確定することができる。プロセッサは、手術器具の現在座標ｔ１（ｘ１,ｙ１,ｚ１）を、光コヒーレンストモグラフィユニットによる三次元（ｘ−ｙ−ｚ）ステレオイメージング画像に標識して、出力ユニットに出力してアウトプットをすることができる。
【００５９】
一例によれば、光コヒーレンストモグラフィユニットのｘ走査検流計駆動電圧をゼロに置いて、ｙ−ｚ平面のトモグラフィイメージングを実現し、プロセッサによってトモグラフィイメージング画像を再構成することができる。次に、光コヒーレンストモグラフィユニットのｙ走査検流計駆動電圧をゼロに置いて、ｘ−ｚ平面のトモグラフィイメージングを実現し、プロセッサによってトモグラフィイメージング画像を再構成する。例えば、顕微鏡ユニットの中心視野をほぼ手術部位の正確な位置に位置させることができる。なお、上記の較正によって、ＯＣＴユニットのｘ−ｙ視野が顕微鏡中心視野に対応することを保証することができる。そして、ｘ走査検流計駆動電圧をゼロに置いても、ｙ走査検流計駆動電圧をゼロに置いても、いずれも手術領域位置、即ち手術器具の位置にあることができる。二種類のイメージング方式は、一定の時間間隔で行うことができる。この時間間隔は例えば、１秒毎に数フレームのサンプリングレートを実現するように選択されて、基本的にリアルタイムなイメージングを実現することができる。前後連続の両フレームのｙ−ｚ画像とｘ−ｚ画像に応じて、現在の手術器具の座標位置ｔ１（ｘ１,ｙ１,ｚ１）を算出する。
【００６０】
上記のように予想位置座標ｔ（ｘ,ｙ,ｚ）と手術器具の現在座標ｔ１（ｘ１,ｙ１,ｚ１）を確定する場合、ステップ４０６には、プロセッサによって例えば、比較で現在位置座標ｔ１（ｘ１,ｙ１,ｚ１）が予想位置座標ｔ（ｘ,ｙ,ｚ）と一致しているかどうかを判断することができる。なお、プロセッサは、このような比較で出力ユニットにナビゲーション経路を出力し、又はオーディオ方式でナビゲーション情報を出力することもできる。
【００６１】
以上、本開示の実施例を説明した。しかしながら、これらの実施例は、単なる説明のためであるものに過ぎなく、本開示の範囲を制限するものではない。本開示の範囲は、添付された特許請求の範囲およびその等価物によって制限されるものである。本開示の範囲を逸脱しない限り、当業者は、様々な置換および変更を行うことができ、これらの置換および変更は、すべて本開示の範囲内のものである。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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