(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
体腔内に挿入され、患者体内の画像を体外に伝送する画像伝送手段と、前記画像伝送手段により得られる画像の視野を変換する視野変換手段とを備えた体腔内観察手段と、
前記体腔内観察手段により得られた画像を表示する頭部装着型画像表示手段と、
操作者の頭部の位置と方位を検出する位置・方位検出手段と、
前記頭部装着型画像表示手段を装着する操作者の当該頭部装着型画像表示手段に対する視線を検知する視線検知手段と、
前記位置・方位検出手段からの出力値と所定のしきい値と比較し、この比較結果に基づいて、当該位置・方位検出手段からの出力値が前記所定のしきい値以上の場合は、当該位置・方位検出手段からの出力に基づいて前記視野変換手段を駆動し、当該位置・方位検出手段からの出力値が前記所定のしきい値未満の場合は、前記視線検知手段からの出力に基づいて前記視野変換手段を駆動するよう制御する駆動信号選択手段と、
を備えたことを特徴とする体腔内処置観察システム。
【請求項２】
前記所定のしきい値は、前記位置・方位検出手段によって検出される操作者の頭部の３次元空間における距離および角度の変化量に係る所定の値であることを特徴とする請求項１に記載の体腔内処置観察システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内視鏡下で処置具により体腔内の処置を行う体腔内処置観察システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、開腹・開胸等を伴う外科手術に比べて患者への侵襲が小さい、いわゆる内視鏡下外科手術が行われるようになってきた。特に腹腔鏡下外科手術は広く行われつつある。
【０００３】
この内視鏡下外科手術においては、内視鏡により得られる観察視野をＴＶモニタに映し出し、この画面の術野を見ながら処置具を操作して患部の摘出等の処置が行われる。
【０００４】
この内視鏡下外科手術は患者への侵襲が小さいという長所がある反面、観察画面が２次元であり遠近感が得ずらいため、術者が処置操作に熟練を要することや、適切な観察視野を得るために内視鏡を保持している助手が行う内視鏡操作に熟練が必要であること、長時間に渡る手術では助手の負担が大きくなること等の問題があった。
【０００５】
これらの問題点を解決するものとして、特開平７−３２８０１６公報で示される手術用マニピュレータシステムが提供されている。このシステムは、３次元観察／処置用の手術用マニピュレータと、術者が操作するマニピュレータ操作手段とを備え、術者の動きに応じてマニピュレータを動作させるものである。また、３次元観察マニピュレータで得られた画像は、頭部装着型表示装置（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ、以下ＨＭＤ）によって立体観察が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
観察用マニピュレータの操作手段が術者の頭の動きであるため、観察視野を少しだけ変換したい場合にもいちいち頭を動かさなくてはならず、操作が煩雑でかつ術者の負担となっていた。
【０００７】
（発明の目的）
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、観察視野の変換をより簡単な操作行うことができ、術者の負担を軽減できる体腔内処置観察システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の体腔内処置観察システムは、体腔内に挿入され、患者体内の画像を体外に伝送する画像伝送手段と、前記画像伝送手段により得られる画像の視野を変換する視野変換手段とを備えた体腔内観察手段と、前記体腔内観察手段により得られた画像を表示する頭部装着型画像表示手段と、操作者の頭部の位置と方位を検出する位置・方位検出手段と、前記頭部装着型画像表示手段を装着する操作者の当該頭部装着型画像表示手段に対する視線を検知する視線検知手段と、前記位置・方位検出手段からの出力値と所定のしきい値と比較し、この比較結果に基づいて、当該位置・方位検出手段からの出力値が前記所定のしきい値以上の場合は、当該位置・方位検出手段からの出力に基づいて前記視野変換手段を駆動し、当該位置・方位検出手段からの出力値が前記所定のしきい値未満の場合は、前記視線検知手段からの出力に基づいて前記視野変換手段を駆動するよう制御する駆動信号選択手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
【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を具体的に説明する。
（第１の実施の形態）
図１ないし図４は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は本発明の第１の実施の形態の体腔内処置観察システムを示し、図２は視線検知手段を示し、図３は制御信号選択装置の構成を示し、図４は視野変更の処理を行うフローチャートを示す。
【００１０】
図１に示す本発明の第１の実施の形態の体腔内処置観察システム１は旋回・昇降・伸縮の３自由度を有し、内部に駆動用のモータと位置検出用のエンコーダを備えている電動マニピュレータ２を有し、この電動マニピュレータ２は先端のフリー関節で、体内の２次元画像を体外に伝送する硬性の内視鏡３を保持している。
フリー関節は２自由度を有しているため、内視鏡３は５自由度で移動可能であり、この視野変換手段を形成する電動マニピュレータ２を介して内視鏡３を移動等することにより、内視鏡３による画像を変換（変更）可能にしている。
【００１１】
この内視鏡３は体内に挿入できるように細長にされた硬性の挿入部４と、その挿入部４の後端には接眼部が設けられている。挿入部４内には図示しないライトガイドが挿通され、このライトガイドは挿入部４の後端付近に設けたライトガイド口金に接続されるライトガイドケーブルを介して図示しない光源装置に接続される。
【００１２】
光源装置から供給される照明光はライトガイドケーブルで伝送され、ライトガイドの先端面から出射される。出射された照明光により照明された患部等は挿入部４の先端に配置した対物レンズにより結像され、その光学像は挿入部４内に配置された光学像伝送手段としてのリレー光学系により、接眼部まで伝送される。挿入部４は体内に挿入されるので、リレー光学系は体内の像を体外に伝送する像伝送手段を形成する。
【００１３】
そして、接眼部に配置された接眼レンズを介して肉眼により伝送された光学像を観察することができる。モニタ等の画像表示手段に表示する場合には、この接眼部に着脱自在のＴＶカメラ６が装着される。
【００１４】
上記挿入部４はトラカール７を介して手術台８上に固定された患者の腹腔９内に導入される。患者の腹腔９内には、さらに別のトラカール１１を介して処置具としての鉗子１２が導入され、上記内視鏡による観察下で腹腔内の患部組織等に対する治療の処置を行うことができるようにしている。
【００１５】
電動マニピュレータ２は、その手元側に設けられた把持部１３と、この把持部１３から符号Ａで示すように進退自在（つまり上下方向に昇降自在）で、かつ符号Ｂで示すように回転自在（旋回自在）の第１のアーム１４と、例えばＬ字状に屈曲されたこの第１のアーム１４の先端に符号Ｃで示すように進退自在（つまり水平方向に伸縮自在）に延出される第２のアーム１５とを有する。
【００１６】
また、把持部１３には固定手段１６が設けられ、電動マニピュレータ２は、この固定手段１６を介して手術台８に取り付けられたベッドサイドレール１７（例えば図１の紙面垂直方向に延出されている）の任意の位置に着脱可能に支持される。
【００１７】
内視鏡３の接眼部に装着されるＴＶカメラ６は内部に電荷結合素子（ＣＣＤと略記）等の固体撮像素子等からなる撮像手段を有し、撮像手段はケーブルを介してカメラコントロールユニット（以下ＣＣＵと略記）１８と接続され、ＣＣＵ１８から出力される駆動信号により、固体撮像素子の撮像面に結像された光学像を光電変換して撮像信号を出力信号としてＣＣＵ１８に出力し、ＣＣＵ１８で信号処理され、映像信号が生成される。
【００１８】
このＣＣＵ１８から出力される映像信号は術者の頭部に着脱自在で装着される頭部装着型の画像表示手段としてのＨＭＤ２１に入力される。このＨＭＤ２１は装着者の右眼及び左眼の眼前に配置される液晶ディスプレイ等のＨＭＤ表示素子１９（図２参照）を備えており、内視鏡３で捉えた体腔９内の患部等の画像を（体外で）表示する。
【００１９】
またＨＭＤ２１には、術者頭部の３次元位置と方位を検出する磁気センサ２２と、術者の視線を検出する視線検知センサ２３とを備えており、これらの出力を選択使用して、電動マニピュレータ２内のモータを制御して内視鏡３による視野を変換する構成にしている。
【００２０】
磁気センサ２２は互いに直角に交わる３つのセンサコイルを有し、手術台８に固定されて磁気センサ２２と同様に直交する３つのコイルを有する図示しない磁気ソースから発せられる磁界を検出して、磁気ソースを基準位置とした時の磁気センサ２２（つまり術者頭部）の位置と方位を求めるものである。
【００２１】
また、視線検知センサ２３は、図２（Ａ）に示すようにＣＣＤカメラ２４で術者の眼球２５ａ、２５ｂを観察し、画像処理により眼球２５ａ、２５ｂの位置と（角膜Ｋ内側の）瞳孔の中心位置の相対関係から２点鎖線で示す視線方向を検知するものや、図２（Ｂ）に示すように眼球２５ａ、２５ｂに対し発光ダイオード２６から赤外光を出射し、眼球２５ａ、２５ｂで反射した光をＰＳＤ（ポジションセンシングデバイス）２７で検出することにより、視線方向を検知するもので形成される。なお、１点鎖線はＨＭＤ表示素子１９を正面から見た場合の視線方向を示す。
【００２２】
磁気センサ２２、視線検知センサ２３のいずれも公知の方式であり、詳述を省略する。磁気センサ２２、視線検知センサ２３と、動作入力のＯＮ／ＯＦＦを行う動作入力スイッチ２８の出力は制御信号を選択する制御信号選択装置２９に入力される。この動作入力スイッチ２８は、フットスイッチや鉗子１２に設けられたハンドスイッチが適する。
【００２３】
制御信号選択装置２９は、図３に示すように視線位置を演算により算出する視線位置演算回路３０と、頭部位置・方位を演算により算出する頭部位置・方位演算回路３１と、視線位置演算回路３０の出力及び頭部位置・方位演算回路３１の出力から変化量（変位量）を検出すると共に、これらを比較してその結果に応じた信号を出力する変位検出・比較回路３２と、この変位検出・比較回路３２の出力信号によりモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成回路３３を有し、このモータ制御信号をモータ制御ユニット３４に出力する。
【００２４】
このモータ制御ユニット３４は電動マニピュレータ２に接続され、電動マニピュレータ２の内部のモータを前記制御する。
上記制御信号選択装置２９は後述するように、頭部位置・方位演算回路３１により算出された頭部位置・方位の値と、視線位置演算回路３０により算出された視線位置の値とから変位検出・比較回路３２により、頭部位置・方位の変化量を検出し、その値が設定されたしきい値未満か否かを判断し、しきい値未満の場合にはさらに視線位置の変化量を算出して、その変化量をモータ制御信号発生回路３３に出力し、その変化量に対応してモータを駆動するモータ制御信号を生成する。
【００２５】
一方、頭部位置・方位の変化量がしきい値以上の場合にはその変化量をモータ制御信号発生回路３３に出力し、その変化量に対応してモータを駆動するモータ制御信号を生成する。そして、このモータ制御信号によりモータを介して電動マニピュレータ２のアーム１４、１５等を駆動し、この駆動により視線位置の変化或いは頭部位置・方位の変化に追随するように内視鏡３を移動等して、その移動等により内視鏡３により得られる画像の視野を変更（変換）することを可能にしている。
【００２６】
次に本実施の形態の作用を説明する。
術者はＨＭＤ２１を頭部に装着し、患者体内の画像を観察しながら鉗子１２を操作し処置を行う。処置対象部を変更する場合は、内視鏡３を保持している電動マニピュレータ２を動かし、観察視野を変換する。
【００２７】
観察視野を変換するためのモータ制御信号は、視線位置演算回路３０の出力と頭部位置・方位演算回路３１の出力からそれぞれの視野変換のための移動量を検出し、そのどちらかを選択することで得られる。
【００２８】
図４はこの選択のフローチャートを示す。動作入力スイッチ２８がＯＮされると、以下のように変位検出・比較回路３２は、ＯＮされた時点を基準として、視線位置と頭部位置・方位の変化量を求める。
【００２９】
まず、動作入力スイッチ２８がＯＮされると、変位検出・比較回路３２はステップＳ１に示すように頭部位置・方位の変化量を検出する。この頭部位置・方位の変化量は３次元空間の距離と角度である。
【００３０】
変位検出・比較回路３２には予め頭部位置・方位の変化量に対してしきい値が設定されており、ステップＳ２に示すように変位検出・比較回路３２は変化量がしきい値未満であるか否かを判断する。
【００３１】
そして、頭部位置・方位の変化量がしきい値未満と判断した場合は、次段のステップＳ３の処理に移り、逆に以上であればステップＳ４に示すように、以上であったその変化量をモータ制御信号生成回路３３に出力して最初のステップＳ１に戻る。
【００３２】
ステップＳ３では変位検出・比較回路３２は視線位置の変化量をモータ制御信号生成回路３３に出力して最初のステップＳ１に戻る。この視線位置の変化量はは観察画面中の画素アドレスである。
【００３３】
ＨＭＤ２１に設けられている磁気センサ２２の位置・方位は、内視鏡３の先端位置・方位と対応するように座標系が初期設定時等に設定されており、頭部の平行移動／回転に応じて磁気センサ２２がそれを検出し、その出力で（しきい値以上の場合）内視鏡３先端も追随して移動等するように電動マニピュレータ２内のモータを制御する。
【００３４】
頭部位置・方位の変化量がしきい値未満の場合は、頭部位置・方位の変化がないものとみなし、視線位置演算回路３０の出力から動作入力スイッチＯＮ時点からの変化量を求め、その変化量をモータ制御信号生成回路３３に出力する。この場合には視線を変化させる前の視野内の画像からその変化した視線が画像の中央位置となるように小さな視野変換を行う。
【００３５】
なお、頭部の方位（回転）のしきい値に関しては例えばＨＭＤ表示素子の中心からその周辺近くの角度にすると、その角度未満では視線位置により小さな画像変換を行い、これを越えるような頭部の方位の変化があると、その変化量に対応して大きな視野の変換が行われる。
【００３６】
モータ制御信号生成回路３３は入力された信号が頭部位置・方位であるか視線位置であるかを判断し、そのデータに基づいてモータ制御信号を生成し、モータ制御ユニット３４に出力し電動マニピュレータ２を駆動する。
【００３７】
術者は、処置対象部が観察視野内にない場合、すなわち大きく視野を変換したい場合には、動作入力スイッチ２８をＯＮして頭部を動かすことで大きな視野変換を行い、観察画像中に次の処置対象部が存在する場合、すなわち微小に視野を変換したい場合には、術者は頭部を動かさず動作入力スイッチ２８をＯＮして視線を移動させ、視野変換を行う。
【００３８】
また、視線検知による視野変換において、視線変化量の基準位置を画像中央に設定しておき、動作入力スイッチ２８がＯＮの時点で視線位置によって変化量を求めるようにすれば、処置対象部に視線を合わせて動作入力スイッチ２８をＯＮするだけの簡単な操作で、処置対象部が画面中央に来るように視野変換を行うことができる。
【００３９】
さらに内視鏡３として、その内部に２本のリレー光学系を備えている２リレー方式や、１本のリレー光学系で伝送された画像を接眼部で視差のある２つの画像に分割する瞳分割方式等の３次元画像を伝送可能な立体視内視鏡を採用して、ＨＭＤ２１に備えられている２つのＨＭＤ表示素子１９にそれぞれ右眼用・左眼用の画像を表示することにより、術者は体腔内画像を立体観察しながら処置が行える。
【００４０】
従って、視野変換のための入力として、術者の頭部の位置・方位と視線位置を検出し、頭部の位置・方位の変化量がしきい値未満の場合は検知した視線位置に基づいて視野変換を行うことによって、微小な視野変換を簡単な操作で実現可能である。
【００４１】
本実施の形態によれば、観察視野の変換を術者頭部の位置と術者の視線位置のどちらかを選択して視野変換を行うようにしているので、視野変換の操作が簡素化できかつ所望の観察視野に設定でき、さらに術者への負担を軽減することができる。
【００４２】
つまり、小さな視野変換を行う場合には視線を視野変更を行おうとする方向に向ける操作を行うことにより、視線の検知手段の出力によりその方向に観察視野を変換でき、大きな視野変更を行う場合には頭部を移動させることにより頭部位置・方位検知手段の出力により、その移動方向に大きく観察視野を変換することができる。
【００４３】
なお、制御信号選択回路２９からのモータ制御信号でモータ制御ユニット３４を介してモータを制御する自動視野変換モードの他に、把持部１３等に旋回・昇降・伸縮等の指示を行うスイッチ群を設けて、選択的なスイッチ操作によりその信号をモータ制御ユニット３４を介してモータを駆動することができるようにしても良い。
【００４４】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態を図５及び図６を参照して説明する。図５は本発明の第２の実施の形態の体腔内処置観察システムを示し、図６（Ａ）はズーム機能を有するＴＶカメラの概略の構造を示し、図６（Ｂ）はズーム機能により得られる視野変換可能な画像を示す。
【００４５】
図５に示す本実施の形態の体腔内処置観察システム４１は図１の電動マニピュレータ２の代わりに、リンク機構４２を有する内視鏡保持アーム４３を用いて内視鏡３を任意の位置で固定的に保持している。
【００４６】
この内視鏡保持アーム４３は、その手元側の把持部４４に設けられた固定手段４５を介して手術台８に取り付けられたベッドサイドレール１７の任意の位置に着脱可能に支持される。この内視鏡保持アーム４３は、把持部４４に対して回転自在の第１のアーム４６と、このアーム４６の先端に回転自在の枢支部を介して接続されたリンク機構４２とを有し、このリンク機構４２を形成する２本のアームの先端に内視鏡３が保持されている。
【００４７】
内視鏡３の接眼部４７（図６（Ａ）参照）には視野変換機構を有するＴＶカメラ４８が着脱可能に取り付けられている。図６（Ａ）に示すようにＴＶカメラ４８の内部には、内視鏡３の光軸方向に進退可能であるズームレンズ４９、結像レンズ５０、撮像平面上を移動可能であるＣＣＤ５１、ズームレンズ４９及びＣＣＤ５１をそれぞれ駆動する図示しないモータが備えられている。
【００４８】
本実施の形態では通常は、ズーム光学系（ズームレンズ４９及び結像レンズ５０より構成される）によって、内視鏡３の観察光学系（対物光学系、リレー光学系及び接眼光学系）による光学像をＣＣＤ５１の撮像面よりも大きく投影し、従ってＨＭＤ２１の表示手段にはその一部（ＣＣＤ５１の撮像面部分）の画像が表示されるようにしている。
【００４９】
モータ制御ユニット３４の出力はＴＶカメラ４８に入力される。本実施の形態では、動作入力スイッチ２８にはズームイン／アウトスイッチが更に設けられ、ズーム制御信号は制御信号選択装置２９を経てモータ制御ユニット３４に入力される。その他の構成は第１の実施の形態と同一であり、同一の構成要素には同じ符号を付け、その説明を省略する。
【００５０】
本実施の形態では内視鏡３を保持する保持手段には内視鏡３を移動などさせる電気的な駆動手段を有しない構造で、マニュアルで操作する内視鏡保持アーム４３を用い、かつＴＶカメラ４８内にはＣＣＤ５１の撮像面よりも大きく投影するズーム光学系で結像することにより、視野変換が必要な場合にはＣＣＤ５１の位置を移動することによって必要とされる視野変換を行うようにしてコンパクトな構成で実現している。
【００５１】
次に本実施の形態の作用を説明する。
ＴＶカメラ４８による視野変換について説明する。内視鏡３で捉えられた患者体内の画像はズームレンズ４９によってＣＣＤ５１のサイズよりも大きく投影される。
【００５２】
例えば図６（Ａ）の体腔内の広い範囲Ｒ１に対応する画像Ｒ１′をＣＣＤ５１の撮像面を含む面に投影し、ＣＣＤ５１は、この拡大投影された画像Ｒ１′の１部分である範囲Ｒ２の画像Ｒ２′を撮像する。この画像Ｒ１′及びＲ２′を図６（Ｂ）に示す。
【００５３】
ＣＣＤ５１を図６（Ａ）の矢印で示すように撮像平面上で移動させることにより、図６（Ｂ）に示すように実際に撮像する画像Ｒ２′の部分を変えることができる。即ち、内視鏡３を固定した状態で観察視野の変換を行うことができる。
【００５４】
動作入力スイッチ２８がＯＮされると、頭部位置・方位あるいは視線位置の変化量をモータ制御信号に変換したモータ制御信号が制御信号選択装置２９より出力され、その信号を受けたモータ制御ユニット３４は、ＴＶカメラ４８内のＣＣＤ５１を駆動するモータを駆動制御する信号を出力し、視野変換を行う。
【００５５】
磁気センサ２２で検出される頭部の方位については、ＣＣＤ５１の駆動機構に対応するものがないため、頭部位置・方位演算回路３１にて方位のデータを位置のデータに変換して、変位検出・比較回路３２に出力する。
また、動作入力スイッチ２８に設けられているズームイン／アウトスイッチをＯＮすることにより、モータ制御ユニット３４はズームレンズ４９を駆動するモータを駆動制御する信号を出力し、ズームイン／アウトを行う。
【００５６】
観察画像中に処置対象中に処置対象部がない場合は、内視鏡保持アーム４３を手で動かし、所望の位置で固定する。その他の作用は第１の実施の形態と同一である。
【００５７】
本実施の形態によれば、視野変換がＴＶカメラ４８内のＣＣＤ５１を移動させることで可能であるため、セットアップが簡単で、システム構成がよりコンパクトにできる効果がある。
また、ズームイン／ズームアウトにより、診断対象部位を拡大観察したり、異常部位等を探し易いように広域的に観察する等の状態に簡単に設定できる。
【００５８】
また、第１の実施の形態と同様に、処置対象部が観察視野内にない場合、すなわち大きく視野を変換したい場合には、動作入力スイッチ２８をＯＮして頭部を動かすことで大きな視野変換を行うことができ、観察画像中に次の処置対象部が存在する場合、すなわち微小に視野を変換したい場合には、術者は頭部を動かさず動作入力スイッチ２８をＯＮして視線を移動させることにより、視野変換を行うことができる。
【００５９】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態を図７及び図８を参照して説明する。図７は第３の実施の形態の体腔内処置観察システムを示し、図８は視野変換の画像メモリを用いた視野変換の説明図を示す。
【００６０】
図７に示す第３の実施の形態の体腔内処置観察システム６１は、図５の体腔内処置観察システム４１において、ＣＣＵ１８の出力信号と制御信号選択装置２９の出力信号を画像読み出し制御装置６２に入力し、この画像読み出し制御装置６２の出力信号をＨＭＤ２１に入力する構成にしている。また、硬性の内視鏡３の接眼部には例えば高解像度の（画素数が多い）ＣＣＤを内蔵したＴＶカメラ６３が装着されている。
【００６１】
そして、ＴＶカメラ６３の出力信号はＣＣＵ１８に入力され、信号処理を受け、映像信号（画像信号）が生成される。
【００６２】
信号処理されたＣＣＵ１０の出力信号は、画像メモリ等を備えた画像読み出し制御装置３１に入力され、画像読み出し制御装置３１からの出力信号はＨＭＤ２１に入力され、画像を表示する。
【００６３】
制御信号選択装置２９に備えられていたモータ制御信号生成回路３３（図３参照）は画像読み出し位置を制御する画像読み出し位置制御回路に置き換えられ、その出力信号は画像読み出し制御装置６１に入力され、この出力信号により画像の読み出し位置を制御する。その他の構成は第２の実施の形態と同一である。
【００６４】
次に本実施の形態の作用を説明する。
画像読み出し制御装置６２による視野変換について説明する。ＴＶカメラ６３内に備えられた高解像ＣＣＤで撮像された画像は、画像読み出し制御装置６２に備えられた画像メモリの格納領域６４（図８参照）に格納される。
【００６５】
図８に示すようにこの画像メモリの格納領域６４は読み出し領域６５よりも広く設定され、この画像メモリの格納領域６４から画像の読み出し位置６６を変化させることによって格納された画像の一部分のみが読み出されるように設定しておく。この読み出される画像の読み出し位置を変化させることにより、視野変換を行うことができる。
【００６６】
即ち、動作入力スイッチ２８がＯＮされると、頭部位置・方位あるいは視線位置の変化量を画像読み出し位置の制御信号に変換した読み出し位置制御信号が、制御信号選択装置２９より出力される。
【００６７】
その信号を受けた画像読み出し位置制御装置３１は備えられている画像メモリから読み出される画像の読み出し位置を入力された信号に応じて変化させ、ＨＭＤ２１に読み出された画像を表示することにより視野変換を行う。
高解像のＣＣＤを用いることで、領域全体の１部分を切り出して拡大表示することによる解像度の劣化を抑えることができる。
【００６８】
また、撮像素子としてＣＣＤに代えて高解像度のＣＭＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いることもできる。図９に示すように、ＣＭＤ７１は光電変換を行う画素（代表として１画素部分を符号Ｇで示している）がそれぞれがトランジスタで構成されており、水平走査回路７２および垂直走査回路７３により選択された画素から光電変換により発生した電荷量に応じた信号を電流として読み出すことができる。
【００６９】
この水平走査回路７２および垂直走査回路７３を、制御信号選択装置２９から出力される読み出し位置制御信号によって制御することで、画像の読み出し位置を頭部位置・方位あるいは視線位置の変化量に応じて移動させ、視野変換を行う。
【００７０】
ＣＣＤを用いた場合では、検出した電荷量は順次転送されるため、撮像した画像の任意の領域を読み出すのに画像メモリが必要となるが、ＣＭＤ７１は上述の如く素子自体に画像読み出し位置制御機能が備わっているため、画像メモリ無しで視野変換機能を実現できる。
【００７１】
さらにＣＣＤ或いはＣＭＤ７１を用いた場合ともに、動作入力スイッチ２８に設けられているズームイン／アウトスイッチをＯＮすることにより、設定されている読み出し画像領域の大きさを変化させ、電子的なズーム機能を達成できる。その他の作用は第２の実施の形態と同一である。
【００７２】
本実施の形態によれば、電子的に視野変換を行うため視野変換をメカニカルに駆動する機構部が不要となり、組立性・耐久性の向上を図ることができる。
その他、第２の実施の形態と同様の効果を有する。
【００７３】
次に本発明の参考例について図１０を参照して説明する。図１０は本発明の参考例である体腔内処置観察システムを示す。本参考例は裸眼で立体視が可能な画像表示手段を用いて、術者が移動等した場合にも、その移動等を検出して、画像表示手段の移動等を制御して（助手が立体視できるように画像表示手段の移動等の調整を行う作業を必要とすることなく）立体視できる状態を維持するものである。
【００７４】
図１０に示すように本参考例の体腔内処置観察システム８１では、硬性の内視鏡８２は、リンク機構４２を有する内視鏡保持アーム４３によって任意の位置で固定的に保持され、トラカール７を介して手術台８上に固定された患者の腹腔９内に導入される。
【００７５】
患者の腹腔９内には、さらにトラカール１１を介して組織の処置を行う鉗子１２が導入されている。内視鏡保持アーム４３は、その手元側の把持部４４に設けられた固定手段４５を介して手術台８に取り付けられたベッドサイドレール１７の任意の位置に着脱可能に支持される。
【００７６】
内視鏡８２は、その内部に２本のリレー光学系を備える２リレー式や、１本のリレーレンズで伝送された画像を接眼部で視差のある２つの画像に分割する瞳分割方式等の３次元画像を伝送可能な立体内視鏡である。
【００７７】
その接眼部には伝送されたそれぞれの画像を撮像する撮像素子を有するＴＶカメラ８３が着脱可能に取り付けられており、その出力は第１のＣＣＵ１８ａ及び第２のＣＣＵ１８ｂに入力され、信号処理を受けた後にレンチキュラ方式の立体表示用ディスプレイ８４に入力され、内視鏡８２で捉えた患者体内の画像を立体画像として表示する。
【００７８】
立体表示用ディスプレイ８４は、その内部に駆動用のモータと位置検出用のエンコーダを備えている天吊り型の電動アーム８５によって保持されている。この電動アーム８５は、基部側で旋回・昇降・伸縮の３自由度、立体表示用ディスプレイ８４を保持している先端部で上下・左右の首振り（パン・ティルト）の２自由度、合計５自由度を有する。
【００７９】
術者の頭部には、３次元位置と方位を検出する磁気センサ８６が取り付けられるようになってている。この磁気センサ８６は第１の実施の形態の磁気センサ２２と同様のものであり、図示しない磁気ソースは電動アーム８５に対して既知の位置に固定されている。
【００８０】
アーム制御ユニット８７は、磁気センサ８６の出力信号と電動アーム８５内部のエンコーダ出力信号とを入力し、電動アーム８５を駆動するための信号を出力する。
【００８１】
次に本参考例の作用を説明する。
磁気センサ８６は、図示しない磁気ソースを基準としたときのセンサ位置・方位、すなわち術者頭部の３次元位置・方位を検出する。また、電動アーム８５内部のエンコーダ信号から、電動アーム８５の基準位置に対する先端部位置・方位すなわち立体表示用ディスプレイ８４の位置・方位が算出可能である。
【００８２】
さらに、磁気ソースと電動アーム８５の位置関係が既知であることから、アーム制御ユニット８７は入力される磁気センサ８６の信号と電動アーム８５内部のエンコーダ信号とによって、検出した術者頭部に対する立体表示用ディスプレイ８４の位置・方位を求め、この位置関係があらかじめ設定された範囲を越えた場合には、両者の位置関係が範囲内に収まるように電動アーム８５を駆動する信号を出力する。
【００８３】
ここで設定されている範囲は、立体表示用ディスプレイ８４に表示されている画像を立体画像として観察可能である範囲である。術中に術者が移動した場合は、その移動に応じて立体表示用ディスプレイ８４が立体観察が可能となるような位置・方位に移動し、術者が立体観察を行える位置関係を保持する。
【００８４】
なお術者頭部の位置・方位検出は、２台のＴＶカメラによって得られた立体画像から画像処理によって検出するものでもよい。
【００８５】
本参考例によれば、術中に術者が移動した場合でも、その移動に応じて立体表示用ディスプレイ８４が移動し立体観察可能な位置関係を維持するため、いちいち人手によるディスプレイ位置の調節なしで、術中常に裸眼による患者体内の立体画像観察が可能である。
【００８６】
なお、立体表示用ディスプレイとしてはレンチキュラ方式の代わりに、パララックスバリア方式のものを採用しても良い。
なお、上述した実施の形態等を部分的等で組み合わせて形成される実施の形態等も本発明に属する。
【００８７】
［付記］
１．体腔内に挿入され、患者体内の画像を体外に伝送する画像伝送手段と、画像伝送手段により得られる画像の視野を変換する視野変換手段とを備えた体腔内観察手段と、
体腔内観察手段により得られた画像を表示する頭部装着型画像表示手段と、
操作者の頭部の位置と方位を検出する位置・方位検出手段と、
頭部装着型画像表示手段を装着する操作者の表示手段に対する視線を検知する視線検知手段と、
位置・方位検出手段と視線検知手段の出力から、視野変換手段を駆動する信号を選択する駆動信号選択手段と、
を備えた体腔内処置観察システム。
【００８８】
（付記１〜５の課題）
観察用マニピュレータの操作手段が術者の頭の動きであるため、観察視野を少しだけ変換したい場合にもいちいち頭を動かさなくてはならず、操作が煩雑でかつ術者の負担となっていた。
【００８９】
（付記１〜５の目的）
観察視野の変換をより簡単な操作行うことができ、術者の負担を軽減できる体腔内処置観察システムを提供すること。この目的を達成するために付記１〜５の構成にすることによって、観察視野の変換を術者頭部の位置と術者の視線位置のどちらかを選択して行うことができる。
【００９０】
２．位置・方位検出手段は頭部装着型画像表示手段に取り付けられた磁気式３次元位置・方位センサであり、視線検知手段は頭部装着型画像表示手段に備えられたＣＣＤカメラもしくはＰＳＤであり、駆動信号選択手段は検出した３次元位置・方位センサ位置と視線位置のどちらかを出力するか判定する判定回路と、判定回路の出力から視野変換手段の制御信号を生成する制御信号生成回路とを有する付記１記載の体腔内処置観察システム。
【００９１】
３．画像伝送手段は内視鏡であり、視野変換手段は内視鏡を保持する電動マニピュレータである付記２記載の体腔内処置観察システム。
【００９２】
４．画像伝送手段は内視鏡であり、視野変換手段は内視鏡の接眼部に着脱可能に取り付けられ、内視鏡により伝送された画像の任意の１部を撮像するため撮像平面内を移動可能なＣＣＤが備えられたＴＶカメラである付記２記載の体腔内処置観察システム。
【００９３】
５．画像伝送手段は内視鏡であり、視野変換手段は内視鏡により伝送され撮像された画像の任意の１部が読み出し可能である画像読み出し制御手段である付記２記載の体腔内処置観察システム。
【００９４】
６．体腔内に挿入され、立体画像を得る体腔内観察手段と、
体腔内観察手段により得られた立体画像を表示し、裸眼での立体視が可能である立体画像表示手段と、
操作者の頭部の位置と方位を検出する位置・方位検出手段と、
立体画像表示手段を保持する電動マニピュレータと、
位置・方位検出手段の出力に基づいて、電動マニピュレータを駆動するマニピュレータ駆動手段と、
を備えた体腔内処置観察システム。
【００９５】
（付記６〜８の課題）
ＨＭＤは常に眼前に画像が表示されるため、従来の内視鏡下手術のように術者がＴＶモニタを見るために無理な姿勢をとらずにすむ反面、術者に拘束感を与える・周囲が見づらいといった問題点があるため、裸眼で立体視が可能な画像表示装置が望ましい。
【００９６】
動画を表示できる裸眼立体視の可能な表示装置としては、図１１に示すパララックスバリア方式、図１２に示すレンチキュラ方式のものがある。
パララックスバリア方式では、立体画像表示面９１に交互に表示された右眼用画像９２Ｒ，左眼用画像９２Ｌを、その表示面９１と適当な間隙ｄで配置された細いスリット状の開口部及び遮光部を有するスリットバリア９３によって、右眼９４Ｒ及び左眼９４Ｌから見た場合に分離して立体視を行えるようにしたものである。
【００９７】
一方、レンチキュラ方式では図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように半円筒型の形状をしたレンチキュラスクリーン９６を用いる。図１２（Ａ）は、レンチキュラスクリーン９６の斜視図、図１２（Ｂ）は立体視する作用の説明図を示す。
【００９８】
このレンチキュラスクリーン９６方式では厚みがｔでピッチがｐの半円筒型のレンズの焦点面に左眼用画像９７Ｌと右眼用画像９７Ｒをストライプ状に配置したレンチキュラスクリーン９６を用いて、図１２（Ｂ）に示すようにレンズの指向性によって右眼９８Ｒ及び左眼９８Ｌから見た場合に左右画像を分離できるようにして立体観察可能にしている。
【００９９】
いずれの方式も、立体視が可能である観察位置範囲が決まっており、立体視が可能である状態から術者が動くと立体視ができなくなってしまい、助手がその都度表示装置の位置を調節するという作業が発生する。
【０１００】
（付記６〜８の目的）
術者が移動した場合でも、立体画像表示装置の位置を人手によって調節せずに裸眼立体視が可能である体腔内処置観察システムを提供すること。この目的を達成するために、付記６〜８の構成にすることによって術者の位置の移動に対応して立体画像表示手段を保持している電動マニピュレータを駆動し、術者が移動しても立体視を行うことができる。
【０１０１】
７．立体画像表示手段は、パララックスバリア方式もしくはレンチキュラ方式の立体ディスプレイである付記６記載の体腔内処置観察システム。
【０１０２】
８．体腔内観察手段は２リレー方式もしくは瞳分割方式の立体視内視鏡であり、位置・方位検出手段は磁気式３次元位置・方位センサである付記７記載の体腔内処置観察システム。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、観察視野の変換を術者頭部の位置と術者の視線位置のどちらかを選択してその出力で視野変換を行うので、視野変換の操作が簡素化できかつ所望の観察視野に設定でき、しかも術者への負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の体腔内処置観察システムの構成を示す図。
【図２】視線検知手段の構成例を示す図。
【図３】制御信号選択装置の構成を示すブロック図。
【図４】視野変換の処理を行うフローチャートを示す図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の体腔内処置観察システムの構成を示す図。
【図６】ズーム機能を有するＴＶカメラの概略の構造等を示す図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の体腔内処置観察システムの構成を示す図。
【図８】第３の実施の形態における視野変換の作用の説明図。
【図９】第３の実施の形態の変形例に使用される固体撮像素子の構成を示す図。
【図１０】本発明の参考例である体腔内処置観察システムの構成を示す図。
【図１１】裸眼により立体視が可能なパララックスバリア方式の表示装置を示す図。
【図１２】裸眼により立体視が可能なレンチキュラ方式の表示装置を示す図。
【符号の説明】
１…体腔内処置観察システム
２…電動マニピュレータ
３…内視鏡
４…挿入部
６…ＴＶカメラ
７，１１…トラカール
８…手術台
９…腹腔
１２…鉗子
１３…把持部
１４，１５…アーム
１６…固定手段
１７…ベッドサイドレール
１８…ＣＣＵ
１９…ＨＭＤ表示素子
２１…ＨＭＤ
２２…磁気センサ
２３…視線検知センサ
２４…ＣＣＤカメラ
２５ａ，２５ｂ…眼球
２７…ＰＳＤ
２８…動作入力スイッチ
２９…制御信号選択装置
３０…視線位置演算回路
３１…頭部位置・方位演算回路
３２…変位検出・比較回路
３３…モータ制御信号生成回路
３４…モータ制御ユニット
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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