(57)【要約】  本発明は、画像が生成された瞬間に画像捕捉手段から獲得されたリアルタイム画像を簡単かつ非常に効果的な３次元ビューイング効果で表示し、それによって、観察者が大きさ、距離及び奥行きを適切に認識して精細、精密な動きを実行することを可能にさせる、リアルタイム画像又は静止画像の３次元立体視システムに関する。【選択図】  図１
2007527249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアルタイム画像又は静止画像立体視システムにおいて、
動きの有無にかかわらず少なくとも原画像（２）を捕捉する第１の画像捕捉手段（１）と、
前記原画像（２）を受信し原画像信号（４）に変換する、画像をデジタル信号及び／又はアナログ信号に（変換する）変換手段（３）と、
前記原画像信号（４）を受信し、第１の複製画像信号（６）及び第２の複製画像信号（７）の２個の画像信号を同時に発生する画像信号複製手段（５）と、
前記第１の複製画像信号（６）から、前記第１の画像捕捉手段（１）によって最初に捕捉されたときの見え方とは異なる見え方である前記原画像（２）で構成された第１の修正画像信号（１１）を発生する第１の画像修正ユニット（３０）と、
前記第２の複製画像信号（７）及び前記第１の修正画像信号（１１）を受信し、前記第２の複製画像信号（７）から獲得された画像と前記第１の修正画像信号（１１）から獲得された修正画像とを組み合わせることにより、前記原画像（２）の３次元ビューイングを実現する３次元ビューイング手段（１２）と、
を備えることを特徴とする、リアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項２】
前記第１の画像捕捉手段（１）が、画像捕捉のためビデオカメラ、外科用顕微鏡、写真用カメラ、超音波、ナビゲータ、内視鏡、又は、ビデオ画像及び／又は印刷画像を獲得するその他のシステムを使用するライブで行われるアクティビティ又はイベントの中から選択されることをさらに特徴とする、請求項１に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項３】
前記内視鏡が、神経内視鏡、内視鏡、胸部鏡、腹腔鏡、骨盤鏡、関節鏡、３次元内視鏡（Ｅ−３Ｄ）の中から選択されることをさらに特徴とする、請求項２に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項４】
前記画像信号複製手段（５）が「Ｙ」型の信号分割器であることをさらに特徴とする、請求項１に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項５】
前記デジタル及び／又はアナログ画像信号変換手段（３）及び前記画像信号複製手段（５）が前記第１の画像捕捉手段（１）に含まれることをさらに特徴とする、請求項１に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項６】
前記第１の画像修正ユニット（３０）が、
前記第１の複製画像信号（６）を受信し、第１の複製画像（９）を投影する第１の画像投影手段（８）と、
前記第１の画像投影手段（８）の投影面の法線に関して第１の傾斜視線入射角αで当該複製画像（９）を捕捉し、前記第１の修正画像信号（１１）を発生する第２の画像捕捉手段（１０）と、
を備えることをさらに特徴とする、請求項１に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項７】
前記第１の画像投影手段（８）が、キネスコープの有無にかかわらずビデオスクリーン、液晶スクリーン（ＬＣＤ）、プラズマスクリーン、又は、画像がビデオプロジェクタによって投影されるビデオ投影スクリーンの中から選択されることをさらに特徴とする、請求項６に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項８】
前記ビデオ投影スクリーンがフラットサーフェイスを有することをさらに特徴とする、請求項７に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項９】
前記第２の画像捕捉手段（１０）がビデオカメラ又はデジタルカメラの中から選択されることをさらに特徴とする、請求項６に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項１０】
前記第１の複製画像（９）、並びに、前記第１の画像投影手段（８）及び前記第２の画像捕捉手段（１０）が比較的密閉され光が遮断された環境に設置されることをさらに特徴とする、請求項６に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項１１】
前記第１の傾斜視線入射角αが０°〜９０°の値を有することをさらに特徴とする、請求項６に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項１２】
前記第１の傾斜視線入射角αが６°〜３０°の値を有することをさらに特徴とする、請求項１１に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項１３】
前記第１の画像修正ユニット（３０）が、
前記第１の原画像信号（６）から第１の画像投影手段（８）上に投影される第１の編集画像（３２）を発生する第１の画像編集手段（３１）に統合された第１の画像投影手段（８）と、
前記第１の画像投影手段（８）の前方に設置され、原画像が最初に捕捉されたときに用いられた見え方に対して異なる見え方で捕捉されたように見えるように、前記第１の画像編集手段（３１）によって効果が与えられた前記原画像（２）により構成された前記第１の編集画像（３２）を捕捉し、前記第１の修正画像信号（１１）を発生する前記第２の画像捕捉手段（１０）と、
を備えることをさらに特徴とする、請求項１に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項１４】
前記第１の編集手段（３１）が前記第１の修正画像信号（１１）を直接的に発生することをさらに特徴とする、請求項１３に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項１５】
前記３次元ビューイング手段（１２）が第１の画像投影エレメント（１３）及び第２の画像投影エレメント（１４）を備え、前記第１の画像投影エレメント（１３）が、見え方が修正され、前記第１の修正画像信号（１１）から獲得された前記原画像のビューイングを可能にし、前記第２の画像投影エレメント（１４）が、前記第２の複製画像信号（７）から獲得された前記原画像（２）のビューイングを可能にすることをさらに特徴とする、請求項１に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項１６】
前記第１の画像投影エレメント（１３）及び前記第２の画像投影エレメント（１４）が、液晶スクリーン、プラズマスクリーン、キネスコープ付きのスクリーン、又は、その他の画像投影手段の中から選択されることをさらに特徴とする、請求項１５に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項１７】
前記第１の画像投影エレメント（１３）及び前記第２の画像投影エレメント（１４）がある種の眼鏡のフレームに類似した頭部及び／又は顔定位サポート（１５）に取り付けられ、ユーザが３次元感覚を失うことなく自分の頭を自由に動かすことを可能にするだけでなく、「目と手」の関係を維持し、長期間に亘って目の直ぐ前方で画像を観察することを可能にすることをさらに特徴とする、請求項１５に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項１８】
前記３次元ビューイング手段（１２）の前方に位置する観察者が一方の目（１６）で前記第２の画像投影エレメント（１４）上に投影された前記原画像（２）を見て、反対側の目（１７）で前記第１の画像投影エレメント（１３）において原画像が最初に捕捉されたときの見え方とは異なる見え方で同じ前記原画像（２）を認識することをさらに特徴とする、請求項１７に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項１９】
前記第２の複製画像信号（７）及び前記第１の修正画像信号（１１）が、複数の観察者に他の独立した３次元ビューイング手段で同時に画像を見る能力を提供するため、必要に応じて何回でも乗じられることをさらに特徴とする、請求項１に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項２０】
前記原画像信号（４）を受信し、少なくとも補助画像を格納する補助画像信号（４’）と混合し、前記原画像信号（４）と前記補助画像信号（４’）とによって一体化されたボックス形（「ピクチャーインピクチャー」）の画像信号（４／４’）を発生する画像混合及び選択手段（１７）をさらに備え、このボックス形の画像信号（４／４’）が画像複製手段（５）によって後で受信され、前記画像複製手段（５）が第１の複製画像信号（６）及び第２の複製画像信号（７）の２個の画像信号を同時に発生し、前記第１の複製画像信号（６）が前記第１の画像修正ユニット（３０）によって受信され、前記第１の画像修正ユニット（３０）が共に最初に捕捉されたときの見え方とは異なる見え方である前記原画像（２）と前記補助画像のボックス形の組み合わせにより構成される第１の修正画像信号（１１）を発生し、前記第１の修正画像信号（１１）及び前記第２の複製画像信号（７）が前記３次元ビューイング手段（１２）によって受信され、前記３次元ビューイング手段（１２）において、前記第２の複製画像信号（７）から獲得された画像と前記第１の修正画像信号（１１）から獲得された見え方が修正されたボックス形の画像のボックス形の組み合わせによる前記原画像（２）と前記補助画像のボックス形で３次元ビューイングが実現されることをさらに特徴とする、請求項１に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項２１】
前記画像選択及び混合手段（１７）が従来型のビデオミキサーであることをさらに特徴とする、請求項２０に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項２２】
前記補助信号（４’）が、ライブで行われるアクティビティ若しくはイベント、ビデオカメラ、外科用顕微鏡、写真用カメラ、超音波、ナビゲータ、内視鏡、又は、ビデオ画像及び／又は印刷画像を獲得するその他のシステムの中から選択された前記画像捕捉手段から獲得されるか又は前記画像捕捉手段によって発生されることをさらに特徴とする、請求項２０に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項２３】
前記第２の複製画像信号（７）から、前記第１の画像捕捉手段（１）によって捕捉されたときに用いられた見え方と前記第１の画像修正ユニット（３０）を用いて実現された見え方の両方と異なる見え方である前記原画像（２）により構成された第２の修正画像信号（２１）を発生する第２の画像修正ユニット（４０）をさらに備え、前記第１の画像修正ユニットを用いて、前記３次元ビューイング手段（１２）上で、前記第１の修正画像信号（１１）及び前記第２の修正画像信号（２１）が受信され、前記第１の複製画像信号（１１）から獲得された第１の修正画像と前記第２の修正画像信号（２１）から獲得された第２の修正画像との組み合わせを用いて前記原画像（２）の３次元ビューイングを実現することをさらに特徴とする、請求項１に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項２４】
前記第２の画像修正ユニット（４０）が、
前記第２の複製画像信号（７）を受信し第２の複製画像（１９）を投影する第２の画像投影手段（１８）と、
前記第２の画像投影手段（１８）の投影面の法線に対して前記第１の画像修正ユニット（３０）における前記第１の傾斜視線入射角αとは異なる第２の傾斜視線入射角βの下で前記第２の複製画像（１９）を捕捉し、前記第２の修正画像信号（２１）を発生する第３の画像捕捉手段（２０）と、
を備えることをさらに特徴とする、請求項６及び２３に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項２５】
前記第２の投影手段（１８）が、キネスコープの有無にかかわらないビデオスクリーン、液晶スクリーン（ＬＣＤ）、プラズマスクリーン、又は、画像がビデオプロジェクタを用いて投影されるビデオ投影スクリーンの中から選択されることをさらに特徴とする、請求項２４に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項２６】
前記ビデオ投影スクリーンがフラットサーフェイスを有することをさらに特徴とする、請求項２５に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項２７】
前記第３の画像捕捉手段（２０）がビデオカメラ又はデジタルカメラの中から選択されることをさらに特徴とする、請求項２４に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項２８】
前記第２の投影手段（１８）及び前記第３の画像捕捉手段（２０）が前記第２の複製画像（１９）と一緒に比較的密閉され光が遮断された環境に設置されることをさらに特徴とする、請求項２４に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項２９】
前記第２の傾斜視線入射角βが０°〜９０°の値を有することをさらに特徴とする、請求項２４に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項３０】
前記第２の傾斜視線入射角βが６°〜３０°の値を有することをさらに特徴とする、請求項２９に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項３１】
前記第２の画像修正ユニット（４０）が前記第２の画像編集手段（４１）に統合された第２の画像投影手段（１８）を備え、前記第２の画像編集手段が前記第２の原画像信号（７）から第２の画像投影手段（１８）上に投影される第２の編集画像（４２）を発生し、前記第２の編集画像（４２）が、前記原画像（２）が最初に捕捉されたときの見え方とは異なる見え方で捕捉されたように見えるように前記第２の画像編集手段（４１）によって影響が与えられた前記原画像（２）により構成され、前記第３の画像捕捉手段（２０）が前記第２の編集画像（４２）を捕捉し前記第２の修正画像信号（２１）を発生するため前記第２の画像投影手段（１８）の前方に設置されることをさらに特徴とする、請求項２４に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【請求項３２】
前記原画像信号（４）を受信し、少なくとも一つの補助画像を格納する補助画像信号（４’）と混合し、前記原画像信号（４）と前記補助画像信号（４’）とによって一体化されたボックス形（「ピクチャーインピクチャー）の画像信号（４／４’）を発生する画像混合及び選択手段（１７）をさらに備え、
前記ボックス形の画像信号（４／４’）が第１の複製画像信号（６）及び第２の複製画像信号（７）の２個の画像信号を同時に発生する前記画像複製手段（５）によって後で受信され、前記第１の複製画像信号（６）が、前記第１の複製画像信号（６）から、共に最初に捕捉されたときの見え方とは異なる見え方である前記原画像（２）と前記補助画像のボックス形の組み合わせにより構成された第１の修正画像信号（１１）を発生する前記第１の画像修正ユニット（３０）によって受信され、前記第２の複製信号が、共に最初に捕捉されたときに用いられた見え方とは異なり、前記第１の画像修正ユニット（３０）を用いて実現された見え方とは異なる前記原画像（２）と前記補助画像のボックス形の組み合わせにより構成された第２の修正画像信号（２１）を発生する前記第２の画像修正ユニット（４０）によって受信され、前記第１の画像修正ユニット（３０）を用いて、前記３次元ビューイングシステム（１２）において、前記第１の修正画像信号（１１）及び前記第２の修正画像信号（２１）が受信され、それぞれが前記原画像（２）及び前記補助画像とは異なる見え方を与える前記画像信号（１１）及び（２１）から獲得された修正されたボックス形式の二つの画像の組み合わせを用いて前記原画像（２）及び前記補助画像の３次元ビューイングを実現することをさらに特徴とする、請求項２３に記載のリアルタイム画像又は静止画像立体視システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、３次元画像ビューイングの技術に関し、より詳細には、リアルタイム画像又は静止画像の立体視システムに関する。
【発明の背景】
【０００２】
医療分野及びある種の産業分野の両分野において、様々な手段によって取得された画像を立体視することは有用である。他の手段によって接近不能である場所における注目構造を検査及び操作するため使用される内視鏡の場合もそうである。
【０００３】
医療分野では、主要な関心は、患者の外傷を軽減し、術後ケアを容易化し、入院期間を短縮し、低侵襲手術（ＭＩＳ）として知られているより良好な外科的結果を伴うことであり、低侵襲手術は実質的にあらゆる内科−外科の専門において開発されている。
【０００４】
現在、種々の内視鏡システムがいわゆる「内視鏡下脳外科手術」における神経外科手術及び低侵襲技術において広く用いられ、その理由は、内視鏡システムが手術室照明又は外科用顕微鏡の強い光を利用できない外科手術領域の場所を照らし見ることを可能に、外科手術領域に照明を与えるからである。すべての種類の内視鏡機器の設計における最新の成果によって、ラジオ周波数、レーザー、及び、ガイドと方向付けのための機器を用いる切断、凝固、腫瘍蒸発、洗浄、穿孔、切開のため利用可能な機器を持つことにより、完全な外科的技術を実行することが可能である。
【０００５】
ＭＩＳ処置では、機器は小さな切開を通して、又は、経皮挿管によって体内に導入され、オープン手術において必要である大きな切開を作る必要性を回避した状態で外科的処置を実行する。上記のように、観察は、レンズ系又は光ファイバ系を格納し、近接部に、直接単眼視又はビデオカメラの設置を可能にする部品を格納する従来型の剛性又は柔軟性機器である、内視鏡、腹腔鏡、神経内視鏡、関節鏡と呼ばれる特殊な機器、及び、同じ機能に関係するその他の種類の機器を用いることにより容易化される。機器の末端部は希望の領域に導入され、外科医は、内視鏡の単眼を直視するか、又は、ビデオモニターに表示されかのいずれかにより、体腔の内部を観察可能である。通常、これらの機器は体腔の照明のための光源を含む。
【０００６】
低侵襲手術技術によって実行される処置の複雑さが進行するにつれて、外科医が３次元立体視を維持している間に直視の影響を受ける処置を実行するいわゆる「オープンスカイ」手術において起こるように、直視される対象物の適切な認識及び対象物間の距離の精密な比率をもつことがより一層重要になる。しかし、従来型の内視鏡システムが使用されるＭＩＳ処置では、これらのシステムの一部が、液晶ディスプレイとプラズマディスプレイが表示することができる高画質ではなく、ビデオモニター、液晶若しくはプラズマディスプレイに画像を表示する単眼視用又は２次元視用であるため、この視覚的な距離及び奥行き情報は失われる。
【０００７】
この欠点のため、種々の内視鏡システムが画質の改善とこの重要な距離及び奥行き情報の提供とを目的として近年開発されている。主な従来型の内視鏡システムは次の通りである。真っ直ぐな「Ｌｅｎｓｃｏｐｅ」は、残りの内視鏡よりも優れた光学解像度及び照明を提供し、Ｈｏｐｋｉｎｓモデルは、優れた画質をもつ広い視野角を可能にし、サイズが直径１ｍｍにまで達し、解剖学的構造さえ理解することを可能にし、「ファイバースコープ」は、その先端を方向付けることを可能にする利点を有するが、そのサイズが縮小されたとき、画像が歪むという欠点を有し、外科用顕微鏡と同時に使用し、顕微鏡の真っ直ぐな光が適切なビューイングを可能にするため操作されない場所を検査するため特に有用である。
【０００８】
ビデオスコープと立体ビデオスコープのうちで、商業的には、先端に２個の感光チップを用いて外科手術環境の真の立体視野奥行きを提供する直径１４ｍｍまでの立体内視鏡（Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ，  Ｉｎｃ．  Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ，  ＣＯ）があり、この立体内視鏡は、このモデルが３次元画像の感じを与える能力を備えているので、ｌｅｎｓｃｏｐｅ及びファイバースコープが提供する単眼視野と比べると、切開及び移動を実行する際の安全性が考慮される範囲内で増進を示すが、特殊な神経外科手術の場合、これらの立体内視鏡は、現在のところ頭蓋腔内に導入されることが許容できない径を有する。
【０００９】
従来型の内視鏡の現状の主な制限は、１）高コスト、２）手術領域内の離れたモニター上の画像を観察するとき、その画像は「目と手」の協調に介入すること、３）画像は２次元であり、外科医は観察された対象物間の距離を認識できないことがあり、処置を困難にさせることが時にあり、この制限は内視鏡処置に複雑な状況を生じさせること、４）現在のところ、外科手術機器の運動に非常に高い精度を要求する処置（例えば、頭蓋内動脈瘤のクリッピング）のための単なる外科的技術として限られていることである。
【００１０】
３次元神経内視鏡は、現在のところ、１）一部のモデルが頭蓋内腔のような堅固な体腔に導入できない程の広い径を有すること、２）その他の最新モデルは実際の画像を提供するのではなく、人の解剖学的構造とは非常に異なる「仮想現実」タイプの画像を提供するか、又は、リアルタイムで伝わらないこと、３）高コスト、４）非常に高度なテクノロジーの使用、５）特殊な訓練が必要とされること、６）３次元効果の低品質という欠点がある。
【００１１】
内科−外科的アプリケーションと一体である仮想現実（ＶＲ）システムは、プロトタイプ又はプロジェクトとして未だ実験的な段階である。仮想現実システムは、診断、診断治療、リハビリテーション、個別指導、又は、研究として分類される。一部は、直接使用又は疑似使用のため、少し離れて設計され使用される（遠隔存在、遠隔ロボット手術）。その他のＶＲシステムは、ＶＲグローブ又はＶＲバイザーと共に使用されるようにネットワークに接続され、いわゆる「３次元内視鏡」を含み、定位脳手術のハローシステムのような剛性ハローシステムと互換性がないという欠点を含む３−Ｄアニメーション及びフォトグラフを含むビデオシステムを使用して実行され、臨床的効用はまだ明確にされず、その後処理処置はシステムオペレータに関係する多種多様な重大な誤りを含み、観察者が受け取る画像は、コンピュータによりシミュレーションされたアニメーションシステムの生成物であり、したがって、その画像は可変精度をもつにもかかわらず、人工的であり、患者の解剖学的構造の実際の見え方とは非常に異なる。
【００１２】
一部のＭＩＳ処置は、外科医の数時間に亘る一定の作業を必要とし、ある時間、その間に外科医は視野を固定するか、又は、長時間に亘り心地よくない位置をとるように強制され、このことが処置の結果に影響を与える。これらの処置の実行を外科医にとってより快適なものとさせるある種の装置、例えば、内視鏡上で直接単眼視する代わりに、画像をビデオモニターに表示する装置が存在する。近年、頭部配置ビデオ画像を投影するシステムが開発され、そのシステムでは、外科医は、内視鏡画像と外科用顕微鏡画像とイメージスタディの内視鏡画像と外科用顕微鏡画像の両方を観察することが可能であり、同時に、口頭でそれらを要求できるので、都合が良く、かつ、「目と手」の関係を維持する重大な利点が得られ、動きのより精密な制御を実現可能である。しかし、これらのシステムは画像を２次元で表示し、手術領域内の対象物の距離と奥行きの比率を失う。
【００１３】
以上の説明からわかるように、これまで、立体画像の取得を可能にさせる種々のシステムが存在するにもかかわらず、種々の機器を用いて取得された画像を観ることに加えて、外科医が自分の手と目が観察したものを適切に協調させ、したがって、リアルタイムで高精度手術を実行することを許容する適切な奥行きについての概念をもつことを可能にする立体視を取得できるようにするシステムを開発することに成功していない。
【００１４】
この点で、従来技術では、「鏡のような」反転画像と、修正されていないもう一方の画像の１対の画像を使用して立体視システムにおいて達成された改良について記載する英国特許第ＧＢ７８４，９１９号がある。画像を同時に観察するため、観察者は、４５°でミラーの前方に置かれたいくらかのオリフィスを通して見る。水平ではない平面上に立体画像を配置すると、頭部定位装置に設置されることにより、外科医が周辺視野を得ることを可能にしないので、非常に実際的ではないシステムを生じる。
【００１５】
同じ欠点は、英国特許第ＧＢ２，０５２，０８８号と、ＧＢ２，１３１、９６９と、６４５２９６、並びに、２個の異なる角度を使用するＧＢ２，２２１，０５４−Ａの番号で登録された英国特許において明らかであり、それらのすべてはこの角度を二分する線と一致するように置かれたミラー又は反射面の共通分母を有する。
【００１６】
次に、英国特許第ＧＢ２３１２９６６Ａ号は、画像間で１８０°の角度を使用する。しかし、この文献に記載された装置は、ノーマル画像と「ミラー」画像が予め生成されることを必要とし、リアルタイムで生成された画像における使用を妨げる。
【００１７】
これらの欠点を何とか解決するために、本発明のうちの一つと発明者が同じである国際特許出願第ＰＣＴ／ＭＸ０２／０００４７号には、動きの有無にかかわりなくいずれかの原画像を捕捉する画像捕捉と、画像をデジタル信号及び／又はアナログ信号に変換する手段と組み合わされ、それらの組み合わされた効果の結果として、複製画像をミラーのような反転画像と共に同時に生成し、及び／又は、複製画像及び反転画像とそれぞれ対応する複製画像信号を反転画像と共に同時に生成する、画像を複製し反転する手段と、複製画像と反転画像の組み合わせを用いて原画像の３次元視を実現するため複製画像信号及び反転画像信号を受信する３次元視手段とにより形成された立体視システムが記載される。
【００１８】
しかし、そのシステムは、システムの特性の一つが、画像複製及び反転手段において、反転画像と複製画像の両方を取得するため、コンダクタと、反射面及び／又は半透明面と、レンズと、アダプタといった種々のコンポーネントが使用されるという点であるため、かなり複雑なシステムであるという欠点を伴う。同様の方式で、３次元視の手段では、反射面が第１の画像投影エレメントと第２の画像投影エレメントとの間に設置されて使用される。
【００１９】
これに対して、外科手術が行われるときに現れる一つの要求は、手術領域、並びに、前に実行された種々のスタディの画像を３次元的に観察できることである。この点で、上記のビューイングシステム及び従来技術によるビューイングシステムはいずれも、特に手術中に使用される、ナビゲータ、超音波及び蛍光透視のようなトランスオペラティブ（ｔｒａｎｓｏｐｅｒａｔｉｖｅ）案内システムからの情報を盛り込むことを許容しない。
【００２０】
上記の帰結として、現行の従来型の内科−外科診療の内視鏡を使用して、高品質３次元画像の獲得を可能にするのに加えて、観察される対象物の間で大きさ、距離及び奥行きの適切な認識を可能にする、リアルタイム画像又は静止画像ビューイングシステムを開発することにより、現在利用されているビューイングシステムに伴って生じる欠点を除去することが試みられた。同様に、ビューイングシステムは、手術領域の画像が、反射面を含まない頭部定位装置を用いて、多種多様に表示され、又は、患者の画像のスタディの手術領域が表示され、このようにして、外科医の目の前方に直接的な方式で画像を表示するので、従来型のビデオ装置に表示される動きの形式だけを修正することにより、又は、液晶若しくはプラズマスクリーンを用いて、非常に制限された空間であっても、外科医が精細かつ精密な動きを実行することを可能にし、「目と手」の協調を維持する。
【発明の目的】
【００２１】
従来の技術の欠点を考慮すると、本発明の一つの目的は、高品質３次元画像の獲得を可能にするのに加えて、観察される対象物の間で大きさ、距離及び奥行きの適切な認識を可能にするため、非常に簡単かつ実用的であり、しかも高度に効果的であるリアルタイム画像又は静止画像立体視システムを提供することである。
【００２２】
本発明の別の目的は、現行の内科−外科診療における従来型の内視鏡を全く変更することなく使用することを可能にし、従来型のビデオ装置に表示される動きの形式だけを修正することにより、又は、液晶若しくはプラズマスクリーンを用いて、非常に制限された空間であっても、外科医が精細かつ精密な動きを実行することを可能にする、リアルタイム画像又は静止画像立体視システムを提供することである。
【００２３】
本発明の目的は、外科医の目の前方に画像を表示する頭部及び／又は顔定位装置を用いて、多種多様に手術領域の画像、又は、患者画像のスタディの画像を表示することにより外科医が「目と手」の協調を維持することを可能にするリアルタイム画像又は静止画像立体視システムを提供することである。
【００２４】
本発明のさらに別の目的は、フレームの有無を問わずに定位固定手術システムに適用可能であり、かつ、静止しているか若しくは動いている印刷画像又はビデオ画像の処理システムに適用可能であり、特に手術中に使用される、ナビゲータ、超音波及び蛍光透視のようなトランスオペラティブ案内システムからの情報を含むそれらの画像が、湾曲又は平坦のどちらでも、あらゆるタイプのスクリーン又は印刷面に表示されることを可能にする、リアルタイム画像又は静止画像立体視システムを提供することである。
【００２５】
さらに、本発明の別の目的は、原画像を複製し、少なくとも一つの画像を原画像の視線入射角とは異なる視線入射角で表示して、３次元ビューイング効果を実現することを可能にする、リアルタイム画像又は静止画像立体視システムを提供することである。
【００２６】
本発明のさらに別の目的は、反射面を使用することが不要である頭部又は顔定位手段を用いて画像がユーザの目の直ぐ前方に表示されるリアルタイム画像又は静止画像立体視システムを提供することである。
【００２７】
本発明の付加的な目的は、ユーザへ３次元的に見せることができるボックス形の画像の組み合わせを実現することを可能にするリアルタイム画像又は静止画像立体視システムを提供することである。
【００２８】
本発明の特徴であると考えられる新規な態様は、特許請求の範囲で詳細に特定される。しかし、作用はその他の目的及び利点と共に、特定の実施形態についての以下の詳細な説明を、添付図面を参照して読むことによって、より良く理解されよう。
【発明の詳細な説明】
【００２９】
種々の装置の組み合わせにより、画像が生成された瞬間に、ビデオカメラ、多種多様な内視鏡、外科用顕微鏡、写真用カメラ、又は、リアルタイムで、或いは、前に獲得され保存された画像からビデオ画像若しくは印刷画像を獲得するその他のシステムのような画像捕捉手段から獲得された実像を表示し、観察者が大きさ、距離及び奥行きを適切に認識して精細かつ精密な動きを実行することを可能にする簡単であり、しかも、非常に効果的な３次元ビューイング効果をもつ、リアルタイム画像又は静止画像立体視システムを達成できることがわかった。
【００３０】
添付図面、さらに具体的には図１を詳しく参照すると、図１は本願の特に具体的な実施形態によって構築されたリアルタイム画像又は静止画像立体視システムの動作手順を示し、画像が獲得されてから画像が観察者の目に到達するまでを表現するブロック図を表す。システムは、一般的に言うと、関連して、動きの有無にかかわらず少なくとも一つの原画像２を捕捉する第１の画像捕捉手段１と、原画像２を受信し原画像信号４に変換する、画像をデジタル及び／又はアナログ信号に（変換する）変換手段３と、原画像信号４を受信し、第１の複製画像信号６及び第２の複製画像信号７の２個の画像信号を同時に発生する画像信号複製手段５と、第１の画像捕捉手段１によって最初に捕捉されたときに用いられた見え方とは異なる見え方で、第１の複製画像信号６から原画像２により構成される第１の修正画像信号１１を発生する第１の画像修正ユニット３０と、第２の複製画像７及び第１の修正画像１１からの信号を受信し、第２の複製画像信号７から獲得された画像と第１の修正画像信号１１から獲得された修正画像の組み合わせを用いて原画像２の３次元ビューイングを達成する３次元ビューイング手段１２と、を備える。
【００３１】
第１の画像捕捉手段１は、画像捕捉のためビデオカメラ、外科用顕微鏡、写真用カメラ、超音波、ナビゲータ、多種多様の内視鏡、好ましくは、神経内視鏡、内視鏡、胸部鏡、腹腔鏡、骨盤鏡、関節鏡、３次元内視鏡（Ｅ−３Ｄ）、又は、ビデオ及び／又は印刷画像を獲得するその他のシステムを使用するライブで行われるアクティビティ又はイベントから選択される。
【００３２】
画像をデジタル及び／又はアナログ信号に変換する手段３、ならびに、画像信号複製手段５に関する限り、これらの手段は、エレクトロニクス分野で広く知られている種々エレメント及び装置から選択されるので、例えば、画像信号複製手段５は「Ｙ」型の信号分割器でもよいことに注意すべきである。同様に本発明で説明される特定の実施形態では、変換手段３及び画像複製手段５が第１の画像捕捉手段１に含まれることが考えられる。
【００３３】
本発明の立体視システムの重要な部分を明瞭に説明するため、ここで、第１の複製画像信号６を受信し第１の複製画像９を投影する第１の画像投影手段８と、第１の画像投影手段８の投影面の法線に対して第１の傾斜視線入射角αからこの複製画像９を捕捉する第２の画像捕捉手段１０とを備え、第２の画像捕捉手段１０が第１の修正画像信号１１を発生する第１の画像修正ユニット３０の第１の構成を示す図２Ａが参照される。
【００３４】
上記からわかるように、第１の傾斜視線入射角αからの第１の複製画像９の捕捉は、第１の画像捕捉手段１によって捕捉された見え方とは異なる原画像２の見え方の獲得を可能にする。
【００３５】
第１の画像投影手段８に関する限り、第１の画像投影手段は、キネスコープの有無にかかわらないビデオスクリーン、液晶スクリーン（ＬＣＤ）、プラズマスクリーン、又は、好ましくは、画像がビデオプロジェクタによって投影されるフラットサーフェイスをもつビデオ投影スクリーンの中から選択される。同様に、第２の画像捕捉手段１０はビデオカメラ又はデジタルカメラの中から選択される。
【００３６】
第１の複製画像９をより良く捕捉するため、好ましくは、第１の画像投影手段８と第２の画像捕捉手段１０が共に比較的密閉され光が遮断された環境内に設置される。
【００３７】
第１の傾斜視線入射角αに関しては、αは０°〜９０°の値を有し、より好ましくは、αは６〜３０°の値を有する。
【００３８】
本発明の代替的な実施形態では、第１の画像修正ユニット３０は、添付図面の図２Ｂにおいてわかるように、第１の画像編集手段３１が統合された第１の画像投影手段８を備え、第１の画像編集手段が第１の原画像信号６から第１の画像投影手段８上に投影される第１の編集画像３２を発生する、第２の構成を示す。第１の編集画像３２は、原画像が最初に捕捉されたときの見え方とは異なる見え方から捕捉されたように見えるような影響が第１の画像編集手段３１によって与えられた原画像２により構成され、第２の画像捕捉手段１０は第１の編集画像３２を捕捉し第１の修正画像信号１１を発生するため第１の画像投影手段８の前方に配置される。
【００３９】
第１の画像編集手段３１の結果として獲得された第１の編集画像３２をより良く理解するため、この第１の編集画像３２は、第１の画像投影手段８において、高さが左から右へ又はその逆に、消失点へ向かう方向で減少させられるように捉えられることについて言及することが重要である。これに対して、第１の画像編集手段３１は、第１の修正画像信号１１を直接的に発生すると考えてもよい。
【００４０】
記載され、添付図面の図３に示された３次元ビューイング手段１２は、第１の画像投影エレメント１３及び第２の画像投影エレメント１４を備え、第１の画像投影エレメント１３は、見え方が修正され、第１の修正画像信号１１から獲得される原画像を見えるようにすることが可能であり、一方、第２の投影エレメント１４は、第２の複製画像信号７から獲得された原画像２を見えるようにすることが可能である。第１の画像投影エレメント１３及び第２の画像投影エレメント１４は、液晶スクリーン、プラズマスクリーン、若しくは、キネスコープ付きのスクリーン、又は、その他の画像投影手段から選択されることに注意すべきである。
【００４１】
記載された特に好ましい実施形態では、添付図面の図４に示されているように、第１の画像投影エレメント１３及び第２の画像投影エレメント１４は、ある眼鏡のフレームに類似した頭部及び／又は顔定位サポート１５に取り付けられ、ユーザが３次元感覚を失うことなく頭を自由に動かすことをさらに可能にし、「目と手」の関係を維持し、長時間に亘って、目の直ぐ前方で画像を観察することを可能にする。
【００４２】
次に、本発明の立体視システムの３次元ビューイング手段１２の動作を理解するため、添付図面の図５は、図４の３次元ビューイング手段１２の前方に位置する観察者によって認知される視線入射角をシミュレートする概略図を示し、ここで、目１６を使用することにより、観察者が第２の画像投影エレメント１４上に投影された原画像２を見ることが可能であり、反対側の目１７によって、第１の画像投影エレメント１３に捕捉されたときの見え方とは異なる見え方で同じ原画像２を認知することが明白である。
【００４３】
同様に、本発明の別の代替的な実施形態では、画像信号７及び１１は、複数の観察者に他の独立した３次元ビューイング手段上で同時に画像を見る能力を提供するため、必要に応じて何回でも乗じられる。
【００４４】
これに対して、添付図面の図６を参照すると、本発明の第１の代替的な実施形態によるリアルタイム画像又は静止画像立体視システムの動作手順を、観察者の目に画像が到達することによる画像の獲得から表現するブロック図が示されている。図６からわかるように、本実施形態は図１に記載された実施形態と非常に類似しているが、立体視システムは、原画像信号４を受信し、少なくとも一つの画像（図示されず）を格納する補助画像信号４’と混合する画像混合及び選択手段１７をさらに備え、画像混合及び選択手段１７は、原画像信号４と補助画像信号４’とによって一体化されたボックス形（「ピクチャーインピクチャー）の画像信号４／４’を発生し、このボックス形の画像信号４／４’は、原画像信号４が図１に示された実施形態で処理された方法と同様にシステムの残りの部分によってその後に処理され、このようにして、原画像２と補助画像のボックス形で３次元ビューイングを実現する。
【００４５】
上記の事項を詳細に説明するため、本実施形態では、このボックス形の画像の信号４／４’は、第１の複製画像信号６及び第２の複製画像信号７の２個の画像信号を同時に発生する画像複製手段５によって受信され、第１の複製画像信号６は第１の画像修正ユニット３０によって受信され、第１の画像修正ユニットは、本実施形態では、共に最初に捕捉されたときの見え方とは異なる見え方である原画像２と補助画像のボックス形の組み合わせにより構成された第１の修正画像信号１１を発生し、第１の修正画像信号１１及び第２の複製画像信号７は３次元ビューイング手段１２によって受信され、３次元ビューイング手段では、第２の複製画像信号７から獲得されたボックス形の画像と第１の修正画像信号１１から獲得された見え方の修正されたボックス形の画像との組み合わせを用いて原画像２と補助画像のボックス形として３次元ビューイングが獲得される。
【００４６】
画像選択及び混合手段１７は、従来型のビデオミキサでもよい。同様に、補助画像信号４’は、図１に示された本発明の特定の実施形態について上記された画像捕捉手段に類似した（図示されていない）画像捕捉手段から獲得しても、画像捕捉手段によって発生してもよいことに注意すべきである。
【００４７】
本発明の第１の代替的な実施形態に記載された立体視システムの動作、及び、ユーザがシステムによって処理された画像を捕捉する方法を説明するため、外科的処置の間に、ビデオカメラが手術領域の画像を捕捉し、原画像４を発生し、補助信号４’は同じ手術領域内の内視鏡によって発生されるか、又は、むしろ、ドップラー、ナビゲーションシステムなどのトランスオペラティブスタディからの一連の保存画像を含む信号であることに注意すべきである。その後に、このボックス形の画像４／４’が発生され、３次元ビューイング手段１２に到達するまで、本発明のシステムによって処理されるべきときに、ユーザは（一方はビデオカメラによって撮影された主画像であり、補助画像は内視鏡によって捕捉され、又は、その逆でもよい）ボックス形の画像のような両方の画像を３次元的に認識することが可能である。
【００４８】
これに対して、添付図面の図７は、本発明の第２の代替的な実施形態によるリアルタイム画像又は静止画像立体視システムの動作手順を、画像の獲得から観察者の目に到達するまで表現するブロック図を示す。記載された第２の代替的な実施形態では、第２の複製画像信号７の処理が図１に示された特定の実施形態の処理とは異なることがわかる。第２の代替的な実施形態では、立体視システムは、第２の複製画像信号７から、第１の画像捕捉手段１によって捕捉されたときの見え方とは異なり、同時に、第１の画像修正ユニット３０によって獲得された見え方とは異なる見え方の原画像２により構成された第２の修正画像信号２１を発生する第２の画像修正ユニット４０をさらに備え、この第１の画像修正ユニットを用いて、３次元ビューイング手段１２において、第１の複製画像信号１１から獲得された第１の修正画像と第２の修正画像信号２１から獲得された第２の修正画像との組み合わせを用いて原画像２の３次元ビューイングを実現するため、第１の修正画像信号１１及び第２の修正画像信号１２が受信される。
【００４９】
添付図面の図８Ａに示された第１の構成による第２の画像修正ユニット４０は、第２の複製画像１９を投影するため第２の複製画像信号７を受信する第２の画像投影手段１８と、第２の画像投影手段１８の投影面の法線に対して第２の傾斜視線入射角βの下で第２の複製画像１９を捕捉し、第２の修正画像信号２１を発生する第３の画像捕捉手段２０とを備える。この点で、第２の傾斜視線入射角βは、図２Ａに示された構成を有するときの第１の画像修正ユニット３０における第１の傾斜視線入射角αとは異なる。
【００５０】
本発明において記載される第２の代替的な実施形態では、第２の画像投影手段１８及び第３の画像捕捉手段２０は、上記の第１の投影手段８及び第２の捕捉手段１０と類似している。第２の投影手段１８及び第３の捕捉手段２０は、第２の複製手段１９と一緒に、好ましくは、比較的密閉され光が遮断された環境内に設置される。角度βに関して、その値は角度αについて指示され選ばれた限界内に収まるが、各角度の値が互いに異なるという条件に従う。
【００５１】
同様に、添付図面の図８Ｂに示された第２の構成における第２の画像修正ユニット４０は、第２の画像編集手段４１に統合された第２の画像投影手段１８を備え、第２の画像編集手段は、第２の原画像信号７から、第２の画像投影手段１８に投影される第２の編集画像４２を発生する。第２の編集画像４２は、原画像２が最初に捕捉されたときの見え方とは異なり、第１の画像修正ユニット３０によって達成された見え方とも異なる見え方で捕捉されたように見えるように、第２の画像編集手段４１によって影響が与えられた原画像２により構成され、第３の画像捕捉手段２０は、第２の編集画像４２を捕捉し、第２の修正画像信号２１を発生するため、第２の画像投影手段１８の前方に設置される。第２の画像編集手段３１が第２の修正画像信号２１を発生してもよいことが重視されるべきである。
【００５２】
最後に、添付図面の図９は、本発明の第３の代替的な実施形態によるリアルタイム画像又は静止画像立体視システムの動作手順を示すブロック図であり、第２の代替的な実施形態において説明され、図７に示されたすべての要素を含むのに加えて、立体視システムは、原画像信号４を受信し、少なくとも一つの補助画像を格納する補助画像信号４’と混合する画像混合及び選択手段１７を備え、画像混合及び選択手段１１は、原画像信号４と補助画像信号４’とによって一体化されたボックス形（「ピクチャーインピクチャー）の画像の信号４／４’を発生し、このボックス形の画像の信号４／４’は、図１及び７にそれぞれ示された実施形態において説明されたように処理される第１の複製画像信号６及び第２の複製画像信号７を獲得するため複製され、このようして、原画像２と補助画像とのボックス形で３次元ビューイングを実現する。
【００５３】
上記を詳細に説明するため、本実施形態では、第１の複製画像信号６は、共に最初に捕捉されたときの見え方とは異なる見え方の原画像２と補助画像とのボックス形の組み合わせにより構成された第１の修正画像信号１１を発生する第１の画像修正ユニット３０によって受信され、第２の複製画像信号７は、共に最初に捕捉されたときの見え方とは異なり、第１の画像修正ユニット３０を用いて実現された見え方とも異なる原画像２と補助画像とのボックス形の組み合わせにより構成された第２の修正画像信号２１を発生する第２の画像修正ユニット４０によって受信され、それによって、３次元ビューイング手段２１において、第１の修正画像信号１１及び第２の修正画像信号２１が、各信号が原画像２及び補助画像とは異なる見え方を与える画像信号１１及び２１から獲得された二つの修正画像のボックス形の組み合わせを用いて原画像２と補助画像の３次元ビューイングを実現するために受信される。
【００５４】
上記の第３の代替的な実施形態では、画像混合手段４は、図６に示された第１の代替的な実施形態について説明された画像混合手段４と同じであることが明白である。
【００５５】
上記の説明によれば、リアルタイム画像又は静止画像立体視システムは、医療及び産業以外の目的のためのあらゆるタイプの画像を観察するため使用され、簡単であると同時に効果的な３次元画像ビューイングを目的として着想されたことがわかり、説明され添付図面に示されたリアルタイム画像又は静止画像立体視システムの実施形態は、実施形態の詳細における事項の様々な変更が発明の範囲を逸脱することなく可能であることから、例示の目的のためだけであり、本発明の制限ではないことが当業者に明白である。
【００５６】
発明のある実施形態が例示され説明されているが、特に、第２の複製画像７の投影手段、画像投影手段の投影面に関して複製画像を捕捉する様々な角度α及びβ、第１の画像修正ユニット３０及び第２の画像修正ユニット４０のそれぞれの構成を組み合わせること、又は、３次元ビューイング手段１２の異なる適合のような実施形態への様々な変更が可能であることが重視されるべきである。したがって、本発明は、上記の技術及び特許請求の範囲によって必要とされる事項を除いて制限されるものではないと考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の特定の実施形態の動作手順が示されたリアルタイム画像又は静止画像立体視システムのブロック図である。
【図２Ａ】本発明で使用される第１の画像修正ユニットの第１の構成を示す図である。
【図２Ｂ】本発明で使用される第１の画像修正ユニットの第２の構成を示す図である。
【図３】本発明のリアルタイム画像又は静止画像立体視システムの３次元ビューイング手段のブロック図である。
【図４】頭部及び／又は顔定位手段に取り付けられた、本発明で使用される３次元ビューイング手段の斜視図である。
【図５】図４に示された３次元ビューイング手段の前方に位置する観察者の視線入射角を示す概略図である。
【図６】本発明の第１の代替的な実施形態の動作手順が示されたリアルタイム画像又は静止画像立体視システムのブロック図である。
【図７】本発明の第２の代替的な実施形態の動作手順が示されたリアルタイム画像又は静止画像立体視システムのブロック図である。
【図８Ａ】図７に示された実施形態で使用される第２の画像修正ユニットの第１の構成を示す図である。
【図８Ｂ】図７に示された実施形態で使用される第２の画像修正ユニットの第２の構成を示す図である。
【図９】本発明の第３の代替的な実施形態の動作手順が示されたリアルタイム画像又は静止画像立体視システムのブロック図である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【国際調査報告】
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