(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側から光を被対象物に照射する照射する照射用光ファイバ及び当該被対象物からの反射光を先端側で受光して受光された反射光を伝送する撮像用光ファイバからなる画像検出手段と、
前記画像検出手段の先端側を移動自在にガイドして支持するガイド手段と、
筒状杆体からなり、当該筒状杆体の一端側で前記ガイド手段を支持すると共に、当該筒状杆体の内部に画像検出手段の基端側を挿通して支持する支持手段とを備えることを
特徴とする三次元画像検出装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の三次元画像検出装置において、
前記画像検出手段が、撮像用光ファイバが受光する相隣る各撮像領域を略６０％重複させる位置に前記ガイド手段により間歇的に移動することを
特徴とする三次元画像検出装置。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の三次元画像検出装置において、
前記ガイド手段が略円弧状に湾曲する可撓性の二つの長尺部材を対向配設し、当該二つの長尺部材の各先端を連結し、基端を前記支持手段に支持することを
特徴とする三次元画像検出装置。
【請求項４】
前記請求項１ないし３のいずれかに記載の三次元画像検出装置において、
前記画像検出手段に併設して配設され、先端側から超音波を被対象物に投射する投射用発信手段及び当該被対象物からの反射エコーを先端側から検出して検出された超音波を伝送する検出用受信手段とからなる内部構造検出手段を備えることを
特徴とする三次元画像検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮蔽又は隔離領域に存在する被対象物の三次元画像を検出する三次元画像検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の画像検出装置として腹腔カテーテル、ファイバー、スコープ、ファイバー付きリトラクタ等があり、腹腔鏡手術に主に用いられる。この腹腔鏡手術とは、患者の腹部に５ー１０ｍｍの孔を複数個空け、内視鏡の一種でレンズが先端に取付けられた腹腔鏡と、細長い器具であるカテーテルを挿入し、腹腔内に二酸化炭素を注入して腹腔内を拡開し、この拡開した腹腔内をモニターで目視しながら行う手術である。このように腹腔鏡手術は、開腹手術に比べ傷が小さいことから、術後の痛みが少なく、術後回復が早いという特徴と、術後の傷が目立たないので美容的に優れているという特徴がある。【０００３】
前記従来のファイバー付きリトラクタは、図７に示すように、先端をループ状に形成したループワイヤ２００と、基端側から光を入射して先端側から光を照射する光ファイバ２０１と、このループワイヤ２００を内部に挿通状態で収納すると共に、先端に光ファイバ２０１の端部を配設されこの光ファイバ２０１の内部に挿通状体で収納される支持杆２０３とを備える構成である。このファイバー付きリトラクタの使用に際しては、医師が支持杆２０３の基部２０３ａを握って固定し、光ファイバ２０１の先端側から患部に光を照射してこの光ファイバ２０１を介して患部を医師が目視しつつこの支持杆２０３に挿通されたループワイヤ２００を利用することにより、牽引鉗子又は把持鉗子として用いることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の画像検出手段は以上のように構成されていることから、離隔位置にあり、又は遮蔽された領域に位置する被対象物の一部について光ファイバ２０１を介して画像を検出できるのみで、前記被対象物の表面を三次元的に検出できないといういう課題を有していた。
特に、前記腹腔鏡手術において用いられるファイバー付きリトラクタは、患者の傷を極めて小さくするために形成された５ー１０ｍｍの孔を介して手術を行うことから腹腔内を光ファイバ２０１により検出される極めて狭い部分の画像で手術をしなければならず、手術に十分な熟練が必要となるという課題を有していた。また、熟練した経験を有していたとしても、手術条件が制限されることとなり、執刀医による医療ミスを引き起こす原因となるという課題を有していた。【０００５】
本発明は、前記課題を解消するためになされたもので、離隔され又は遮蔽された位置に有る被対象物の表面又は内部を三次元的に検出することができ、また被対象物全体を三次元的に再構成することができる三次元画像検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る三次元画像検出装置は、先端側から光を被対象物に照射する照射する照射用光ファイバ及び当該被対象物からの反射光を先端側で受光して受光された反射光を伝送する撮像用光ファイバからなる画像検出手段と、前記画像検出手段の先端側を移動自在にガイドして支持するガイド手段と、筒状杆体からなり、当該筒状杆体の一端側で前記ガイド手段を支持すると共に、当該筒状杆体の内部に画像検出手段の基端側を挿通して支持する支持手段とを備えるものである。【０００７】
このように本発明においては、照射用及び撮像用の各光ファイバからなる画像検出手段の先端側をガイド手段に移動自在に支持し、このガイド手段を一端側に支持手段が支持し、この支持手段の筒状杆体の内部に前記画像検出手段の基端側を挿通して支持するようにしているので、離隔又は遮蔽された位置にある被対象物に対して支持手段を延出させて画像検出手段の照射光ファイバ及び撮像光ファイバの各先端側を接近させ、所定距離に接近させた状態でガイド手段を介して画像検出手段を移動させることにより順次被対象物の表面を撮像し、当該撮像されたデータを再構成できることとなり、被対象物の表面を三次元的検出し、また対象物を三次元的に構成できる。【０００８】
また、本発明に係る三次元画像検出装置は必要に応じて、画像検出手段が、撮像用光ファイバが受光する相隣る各撮像領域を略６０％重複させる位置に前記ガイド手段により間歇的に移動するものである。
このように本発明においては、画像検出手段のガイド手段による移動を撮像用光ファイバの撮像領域が略６０％重複させて間歇的に実行するようにしているので、間歇前後の各画像から被対象物における立体画像の復元を正確且つ容易に構成できる。【０００９】
また、本発明に係る三次元画像検出装置は必要に応じて、ガイド手段が略円弧状に湾曲する可撓性の二つの長尺部材を対向配設し、当該二つの長尺部材の各先端を連結し、基端を前記支持手段に支持するものである。
このように本発明においては、前記ガイド手段が略円弧状に湾曲する可撓性の二つの長尺部材を対向配設し、当該二つの長尺部材の各先端を連結し、基端を前記支持手段に支持するようにしているので、遮蔽された状態にある被対象物、例えば腹腔内鏡手術における内蔵部分を撮像する際に、腹腔を拡開した状態で内蔵等の被対象物表面を全周囲に亘って走査できることとなり、全立体角４πから被対象物の撮像が可能となり被対象物の立体三次元画像を正確に復元構成できる。【００１０】
また、本発明に係る三次元画像検出装置は必要に応じて、画像検出手段に併設して配設され、先端側から超音波を被対象物に投射する投射用発信手段及び当該被対象物からの反射エコーを先端側から検出して検出された超音波を伝送する検出用受信手段とからなる内部構造検出手段を備えるものである。
このように本発明においては、前記画像検出手段に併設して配設され、先端側から超音波を被対象物に投射する投射用発信手段及び当該被対象物からの反射エコーを先端側から検出して検出された超音波を伝送する検出用受信手段とからなる内部構造検出手段を備えることから、超音波が被対象物の内部からの反射波として検出できることなり、被対象物の内部構造及び断層像が構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る三次元画像検出装置を図１ないし図５に基づいて説明する。この図１は本実施形態に係る三次元画像検出装置の使用状態構成図、図２は図１記載の三次元画像検出装置の収納状態構成図、図３は図１記載の三次元画像検出装置による縦方向スキャニングの撮像態様図、図４は図１記載の三次元画像検出装置による横方向スキャニングの撮像態様図、図５は図１に記載の三次元画像検出装置による立体三次元画像の復元構成フローチャートを示す。【００１２】
前記各図において本実施形態に係る三次元画像検出装置は、先端側の照射端１１ａから光を被対象物１００に照射する照射用光ファイバ１１及びこの被対象物１００からの反射光を先端側の受光端１２ａで受光して受光された反射光を伝送する撮像用光ファイバ１２からなる画像検出部１と、この画像検出部１の先端側を移動自在にガイドして支持するガイド部２と、筒状杆体３１からなり、この筒状杆体３１の一端側３２で前記ガイド部２を支持すると共に、この筒状杆体３１の内部に画像検出部１の基端側を挿通して支持する支持部３とを備える構成である。
前記画像検出部１は、撮像用光ファイバ１２が受光する相隣る各撮像領域Ｓ0・Ｓ1，Ｓ1・Ｓ2，・・・を略６０％重複させる位置に前記ガイド部２により間歇的に移動する構成である。【００１３】
この画像検出部１は、照射用光ファイバ１１における基端部の入射端１１ｂに光源部１３が接続され、この基端部から光源部１３からの光を照射端１１ａから被対象物１００へ照射すると共に、撮像用光ファイバ１２の基端部に撮像部１４が接続され、受光端１２ａから被対象物１００の反射光を射出端１２ｂ撮像部１４へ伝送し、この撮像部１４の二次元ＣＣＤアレイ等で被対象物１００の画像を検出する。
前記ガイド部２は、略円弧状に湾曲する可撓性の二つの長尺部材からなる移動ガイド体２１及び拡開ガイド体２２を対向配設し、この移動ガイド体２１及び拡開ガイド体２２の各先端を固定部２３で連結し、基端部２４を前記支持部の筒状杆体３１に支持されると共に、この基端部２４に固着され前記支持部３の筒状杆体３１内に操作棒２５が挿通される構成である。前記移動ガイド体２１及び拡開ガイド体２２は、収納時においては図２に示すように筒状杆体３１内に収納状態にあり、この収納状態で腹腔内に押込まれ、この挿入後に操作棒２５を筒状杆体３１内に押込んで先端に固着される移動ガイド体２１及び拡開ガイド体２２を筒状杆体３１からスライド移動させて押出して略円弧状に拡開状態となる構成である。【００１４】
次に、前記構成に基づく本実施形態に係る三次元画像検出装置を腹腔鏡手術の前段において画像検出及び再構成する動作について説明する。
まず、ガイド部２を支持部３の中に収納した状態（図２を参照）で患者の腹腔内に支持部３を挿入し、この腹腔内で操作棒２５を筒状杆体３１内に押込んで筒状杆体３１内から移動ガイド体２１及び拡開ガイド体２２をスライド移動させて押出して移動ガイド体２１及び拡開ガイド体２２を腹腔内で拡開状態にする（図１参照）。
この拡開した移動ガイド体２１及び拡開ガイド体２２の略円弧内に被対象物１００の内臓患部を位置させ、画像検出部１の照射端１１ａ及び受光端１２ａをガイド部２により間歇的に移動させつつ順次内臓患部の表面を撮像する。【００１５】
この撮像は、撮像用光ファイバ１２が受光できる撮像領域Ｓ0，Ｓ1，・・・の各々相隣る各撮像領域Ｓ0・Ｓ1，Ｓ1・Ｓ2，Ｓ2・Ｓ3，・・・が各々略６０％程度重複させた状態で画像データを検出して撮像部１４に入力され、この撮像部１４が各画像データに基づいて立体画像を復元構成する。
この立体画像の復元構成は、受光端１２ａの焦点距離ｆと間歇移動距離Ｄとに対する被対象物基準面からの高さｈと視差ｄとの比率を内部構造検出部４が演算して、前記相隣る各撮像領域Ｓ0・Ｓ1，Ｓ1・Ｓ2，Ｓ2・Ｓ3，・・・毎に順次実行する。【００１６】
このガイド部２の移動ガイド体２１に沿ってガイド溝部２１ａ内を全長に亘って画像検出部１の照射端１１ａ及び受光端１２ａが収納された端末ケース１５をの間歇的に移動させ、この移動による被対象物１００の縦方向Ａのスキャニング動作が終了すると、ガイド部２を直交する方向Ｂへ横方向のスキャニング動作を実行する。この横方向へのスキャニング動作によりガイド部２が移動した後、前記縦方向Ａのスキャニング動作が実行されてガイド部２の移動ガイド体２１に沿って画像検出部１の照射端１１ａ及び受光端１２ａを間歇移動させることにより前記動作と同様に撮像データが得られる。【００１７】
さらに、前記被対象物１００の撮像データに基づいて立体三次元画像を復元構成する動作を図５に基づいて説明する。
まず、被対象物１００を各画像間が６０％重複するように撮像して複数撮像データを検出する（ステップ１）。
この各撮像データに対して特徴点を作成する前処理を行った後に、この前処理を行った撮像データと元の撮像データとの差分画像から画像中の端点、交点、折曲点等の特徴を抽出する（ステップ２）。
前記特徴が抽出された撮像データに対して３次元座標の抽出により視差データを演算する（ステップ３）。この視差データから各撮像データ毎の３次元形状の構成を検出する（ステップ４）。【００１８】
この３次元形状を構成された各撮像データを正射影幾何変換を行うことによりマッピング用画像を作成する（ステップ５）。このマッピング用画像の合成を行う前に、画像の傾きを統一するために、撮影方向（照射端１１ａの傾き角度）に基づいて画像の２次元剛体変換を求めて画像を順次つなぎ合わせることによりマッピング用画像が得られることとなる（ステップ６）。
さらにこのマッピング画像（ワイヤーフレーム形状画像）を、撮像画像によりレタリングを行う（ステップ７）。このレタリング画像により３次元物体再構成を行う（ステップ８）。【００１９】
このように、縦方向Ａのスキャニング動作を順次横方向Ｂへ移動して実行されると、患者の内蔵である被対象物１００の表面を全周囲に亘って走査できることとなり、全立体角４πからの各撮像による複数の撮像データで、且つこの複数の撮像データ相互が６０％重複して撮像されていることから、被対象物１００の患者の内蔵を立体三次元画像として正確に復元構成できることとなる。【００２０】
（本発明の他の実施形態）
本発明の他の実施形態に係る三次元画像検出装置を図６に基づいて説明する。図６は他の実施形態に係る三次元画像検出装置の要部拡大図を示す。
本実施形態に係る三次元画像検出装置は、前記第１の実施形態と同様に画像検出部１ガイド部２、支持部３を共通して備え、この構成に加え、前記画像検出部１に併設して配設され、先端側から超音波を被対象物１００に投射する投射用光ファイバ４１及びこの被対象物１００からの反射光を先端側から検出して検出された超音波を伝送する検出用光ファイバ４２とからなる内部構造検出部４を備える構成である。【００２１】
この内部構造検出部４は、投射用光ファイバ４１における基端部の入射端４１ｂに超音波発信器４３が接続され、この入射端４１ｂを介して超音波発信器４３から入射される超音波を照射端４１ａから被対象物１００へ照射すると共に、この被対象物１００からの反射エコーを検出信号として検出用光ファイバ４２の受光端４２ｂ入射し、この入射した反射エコーを検出用光ファイバ４２を介して射出端４２ｂに接続される超音波受信器４４へ出力され、この超音波受信子器４４で被対象物１００の画像を検出する。
このように被対象物１００に対して、超音波を照射することにより、被対象物１００の三次元表面形状と共に、被対象物１００の内部構造及び断層像を検出できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る三次元画像検出装置の使用状態構成図である。
【図２】図１記載の三次元画像検出装置の収納状態構成図である。
【図３】図１記載の三次元画像検出装置による縦方向スキャニングの撮像態様図である。
【図４】図１記載の三次元画像検出装置による横方向スキャニングの撮像態様図である。
【図５】図１に記載の三次元画像検出装置による立体三次元画像の復元構成フローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る三次元画像検出装置の要部拡大図である。
【図７】従来のファイバー付きリトラクタの構成断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  画像検出部
２  ガイド部
３  支持部
４  内部構造検出部
１１  照射用光ファイバ
１１ａ、４１ａ  照射端
１１ｂ、４１ｂ  入射端
１２  撮像用光ファイバ
１２ａ、４２ａ  受光端
１２ｂ、４２ｂ  射出端  
１３  光源部
１４  撮像部
１５  端末ケース
２１  移動ガイド体
２１ａ  ガイド溝部
２２  拡開ガイド体
２３  固定部
２４  基端部
３１  筒状杆体
３２  一端側
４１  投射用光ファイバ
４２  検出用光ファイバ
４３  超音波発信器
４４  超音波受信器
１００  被対象物
２００  ループワイヤ
２０１  光ファイバ
２０３  支持杆
２０３ａ  基部
【図１】
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【図２】
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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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