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JP6111356B1 - Projection device - Google Patents

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JP6111356B1
JP6111356B1 JP2016039810A JP2016039810A JP6111356B1 JP 6111356 B1 JP6111356 B1 JP 6111356B1 JP 2016039810 A JP2016039810 A JP 2016039810A JP 2016039810 A JP2016039810 A JP 2016039810A JP 6111356 B1 JP6111356 B1 JP 6111356B1
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Abstract

【課題】被写体の撮像画像に基づく投影画像が精度良く投影される範囲を広くする。【解決手段】投影装置(20)は、撮像部(210)と、投影部(220)と、制御部(250)と、光学部(201)とを備える。撮像部は、被写体を撮像して撮像画像を生成する。投影部は、撮像画像に基づく投影画像を示す投影光を被写体上に照射する。制御部は、撮像画像に基づいて投影画像を制御する。光学部は、被写体から撮像部に入射する入射光(310)の光軸(J1)と、投影部から被写体上に照射される投影光(320)の光軸とが一致するように導光する。入射光に基づき撮像部が撮像する画角(θc)と、投影部が投影光を照射する画角(θp)とが一致し、撮像部と光学部間の入射光の光路長(Lc)と、投影部と光学部間の投影光の光路長(Lp)とが一致している。【選択図】図8BAn object of the present invention is to widen a range in which a projected image based on a captured image of a subject is accurately projected. A projection device (20) includes an imaging unit (210), a projection unit (220), a control unit (250), and an optical unit (201). The imaging unit captures a subject and generates a captured image. The projection unit irradiates the subject with projection light indicating a projection image based on the captured image. The control unit controls the projection image based on the captured image. The optical unit guides the optical axis (J1) of the incident light (310) incident on the imaging unit from the subject and the optical axis of the projection light (320) irradiated on the subject from the projection unit. . The angle of view (θc) captured by the imaging unit based on the incident light and the angle of view (θp) at which the projection unit emits the projection light match, and the optical path length (Lc) of the incident light between the imaging unit and the optical unit The optical path length (Lp) of the projection light between the projection unit and the optical unit is the same. [Selection] Figure 8B

Description

本開示は、被写体に投影画像を投影する投影装置に関する。   The present disclosure relates to a projection apparatus that projects a projection image onto a subject.

特許文献1は、医療分野において用いられる光学撮像システムを開示している。特許文献1の光学撮像システムは、術野を撮像する電子撮像装置と、手術中の術野の撮像結果の可視光像を投影するプロジェクタと、電子撮像装置及びプロジェクタの光軸を同一の光軸に揃える光学素子とを備える。特許文献1では、撮像データに対して拡大、縮小、回転及び並進などの変換を行う変換行列を用いて、同一光軸上の撮像画像と投影画像との対応関係を手術前に予め調整することにより、手術時に投影画像を正確に投影するためのキャリブレーションを行っている。   Patent Document 1 discloses an optical imaging system used in the medical field. The optical imaging system of Patent Document 1 includes an electronic imaging device that images a surgical field, a projector that projects a visible light image of an imaging result of the surgical field during surgery, and the optical axes of the electronic imaging device and the projector that are the same optical axis. An optical element. In Patent Document 1, the correspondence between a captured image and a projected image on the same optical axis is adjusted in advance before surgery using a transformation matrix that performs transformation such as enlargement, reduction, rotation, and translation on imaging data. Thus, calibration for accurately projecting a projection image at the time of surgery is performed.

米国特許出願公開第2008/0004533号明細書US Patent Application Publication No. 2008/0004533

本開示の目的は、被写体の撮像画像に基づく投影画像が精度良く投影される範囲を広くすることができる投影装置を提供することである。   An object of the present disclosure is to provide a projection device capable of widening a range in which a projection image based on a captured image of a subject is accurately projected.

本開示における投影装置は、撮像部と、投影部と、制御部と、光学部とを備える。撮像部は、被写体を撮像して撮像画像を生成する。投影部は、撮像画像に基づく投影画像を示す投影光を被写体上に照射する。制御部は、撮像画像に基づいて投影画像を制御する。光学部は、被写体から撮像部に入射する入射光の光軸と、投影部から被写体上に照射される投影光の光軸とが一致するように導光する。投影装置では、入射光に基づき撮像部が撮像する画角と、投影部が投影光を照射する画角とが一致し、撮像部と光学部間の入射光の光路長と、投影部と光学部間の投影光の光路長とが一致している。   The projection device according to the present disclosure includes an imaging unit, a projection unit, a control unit, and an optical unit. The imaging unit captures a subject and generates a captured image. The projection unit irradiates the subject with projection light indicating a projection image based on the captured image. The control unit controls the projection image based on the captured image. The optical unit guides the optical axis of the incident light incident on the imaging unit from the subject and the optical axis of the projection light irradiated onto the subject from the projection unit. In the projection device, the angle of view captured by the imaging unit based on the incident light and the angle of view irradiated by the projection unit coincide with the optical path length of the incident light between the imaging unit and the optical unit, the projection unit, and the optical unit. The optical path length of the projection light between the parts matches.

本開示における投影装置によれば、被写体の撮像画像に基づく投影画像が精度良く投影される範囲を広くすることができる。   According to the projection device of the present disclosure, it is possible to widen a range in which a projection image based on a captured image of a subject is accurately projected.

実施の形態1にかかる手術支援システムの構成を示す概略図Schematic which shows the structure of the surgery assistance system concerning Embodiment 1. FIG. 手術支援システムにおける撮像照射装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the imaging irradiation apparatus in a surgery assistance system 実施の形態1にかかる撮像照射装置の平面図FIG. 3 is a plan view of the imaging irradiation apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる撮像照射装置の側面図1 is a side view of an imaging irradiation apparatus according to a first embodiment. 撮像照射装置におけるダイクロイックミラーの調整機構の拡大図Enlarged view of adjustment mechanism of dichroic mirror in imaging irradiation device 手術支援システムにおける投影動作を説明するためのフローチャートFlowchart for explaining projection operation in surgery support system 手術支援システムにおける投影動作前の術野の状態を説明するための図The figure for demonstrating the state of the operative field before projection operation | movement in a surgery assistance system 手術支援システムにおける投影動作時の術野の状態を説明するための図The figure for demonstrating the state of the surgical field at the time of projection operation | movement in a surgery assistance system 実施の形態1にかかる手術支援システムの位置合わせを説明するための図The figure for demonstrating position alignment of the surgery assistance system concerning Embodiment 1. FIG. 手術支援システムにおける画角と位置ずれの関係を説明するための図The figure for demonstrating the relationship between a view angle and position shift in a surgery assistance system 手術支援システムにおける画角に応じた位置合わせを説明するための図The figure for demonstrating the positioning according to the angle of view in a surgery assistance system 実施の形態1にかかる位置合わせ方法における治具の平面図The top view of the jig | tool in the positioning method concerning Embodiment 1. FIG. 位置合わせ方法における治具の撮像画像を説明するための図The figure for demonstrating the picked-up image of the jig | tool in the alignment method 位置合わせ方法において投影された投影画像の第1の表示例First display example of projected image projected by alignment method 位置合わせ方法において投影された投影画像の第2の表示例Second display example of projected image projected by alignment method 実施の形態1の変形例1にかかる撮像照射装置の平面図Plan view of an imaging irradiation apparatus according to Modification 1 of Embodiment 1 実施の形態1の変形例1にかかる撮像照射装置の側面図The side view of the imaging irradiation apparatus concerning the modification 1 of Embodiment 1 実施の形態1の変形例2にかかる撮像照射装置の側面図The side view of the imaging irradiation apparatus concerning the modification 2 of Embodiment 1 実施の形態1の変形例3にかかる撮像照射装置の側面図Side view of the imaging irradiation apparatus according to the third modification of the first embodiment 実施の形態2にかかる位置合わせ処理を説明するためのフローチャートFlowchart for explaining alignment processing according to the second embodiment.

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of already well-known matters and repeated descriptions for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid the following description from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art.

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。   The applicant provides the accompanying drawings and the following description in order for those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and is not intended to limit the subject matter described in the claims. Absent.

(実施の形態1)
1.構成
1−1.手術支援システムの概要
実施の形態1にかかる投影装置を備えた手術支援システムの概要を、図1を用いて説明する。図1は、実施の形態1にかかる手術支援システム100の構成を示す概略図である。
(Embodiment 1)
1. Configuration 1-1. Outline of Surgery Support System An outline of a surgery support system including the projection apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a surgery support system 100 according to the first embodiment.

手術支援システム100は、カメラ210、プロジェクタ220及び励起光源230を備える。手術支援システム100は、手術室等において医師等が患者に対して行う手術を、投影画像を用いて視覚的にサポートするシステムである。手術支援システム100を使用する場合に、手術を受ける患者120には、予め光感受性物質が投与される。   The surgery support system 100 includes a camera 210, a projector 220, and an excitation light source 230. The surgery support system 100 is a system that visually supports surgery performed by a doctor or the like on a patient in an operating room or the like using a projection image. When the surgery support system 100 is used, a photosensitive substance is administered in advance to the patient 120 undergoing surgery.

光感受性物質は、励起光に反応して蛍光を発する物質である。光感受性物質としては、例えばICG(インドシアニングリーン)、5−ALA(アミノレブリン酸)及びポリフェリンなどが用いられる。本実施形態では、光感受性物質の一例として、ICGを用いた場合を説明する。ICGは、波長780nm近傍の赤外領域の励起光が照射されることにより、波長820〜860nmの赤外領域の蛍光を発する。   A photosensitive substance is a substance that emits fluorescence in response to excitation light. Examples of the photosensitive substance include ICG (Indocyanine Green), 5-ALA (aminolevulinic acid), polyferrin, and the like. In this embodiment, a case where ICG is used as an example of a photosensitive substance will be described. The ICG emits fluorescence in the infrared region having a wavelength of 820 to 860 nm when irradiated with excitation light in the infrared region in the vicinity of a wavelength of 780 nm.

光感受性物質は、患者120に投与されると、血液又はリンパ液の流れが滞っている患部130に蓄積する。このため、励起光の照射に応じて蛍光発光する領域を検出することにより、患部130の領域を特定することが可能となる。   When the photosensitive substance is administered to the patient 120, it accumulates in the affected area 130 where the flow of blood or lymph is stagnant. For this reason, it becomes possible to identify the region of the affected area 130 by detecting the region that emits fluorescence in response to the irradiation of the excitation light.

ここで、患部130が発する蛍光は微弱であったり、蛍光の波長帯が非可視領域又は非可視領域近傍であったりするため、医師等は、術野135を目視しても、患部130の領域を特定することが困難である。そこで、手術支援システム100では、励起光源230から術野135に励起光300を照射し、カメラ210を用いて蛍光310を発する患部130の領域を特定する。さらに、特定した患部130が人間に視認可能となるように、プロジェクタ220から患部130に可視光の投影光320を照射する。これにより、特定した患部130の領域を可視化する投影画像が投影され、手術を行う医師等による患部130の領域の特定をサポートすることができる。   Here, since the fluorescence emitted from the affected area 130 is weak or the wavelength band of the fluorescence is in the non-visible region or in the vicinity of the non-visible region, even if the doctor or the like visually observes the operative field 135, Is difficult to identify. Therefore, in the surgery support system 100, the excitation light 300 is irradiated from the excitation light source 230 to the surgical field 135, and the region of the affected part 130 that emits the fluorescence 310 is specified using the camera 210. Further, the projector 220 irradiates the affected part 130 with the projected light 320 of visible light so that the specified affected part 130 can be visually recognized by humans. Thereby, a projection image for visualizing the specified region of the affected part 130 is projected, and it is possible to support the specification of the region of the affected part 130 by a doctor or the like who performs the operation.

1−2.手術支援システムの構成
以下、手術支援システム100の構成について、図1を用いて説明する。手術支援システム100は、病院の手術室内に配置されて使用される。手術支援システム100は、撮像照射装置200と、メモリ240と、投影制御装置250とを備える。
1-2. Configuration of Surgery Support System Hereinafter, the configuration of the surgery support system 100 will be described with reference to FIG. The surgery support system 100 is used by being placed in a hospital operating room. The surgery support system 100 includes an imaging irradiation device 200, a memory 240, and a projection control device 250.

また、図示していないが、手術支援システム100は、撮像照射装置200の配置を変更するための機構、例えば、撮像照射装置200と機械的に接続された駆動アーム、及び手術支援システム100の一式を載置する台座のキャスターなどを備える。上記の機構により、撮像照射装置200は、患者120が対置される手術台110の鉛直上方または鉛直からある角度を持った上方に配置される。また、手術台110は、高さ及び向きを変更可能な駆動機構を備えてもよい。   Although not shown, the surgery support system 100 includes a mechanism for changing the arrangement of the imaging irradiation apparatus 200, for example, a drive arm mechanically connected to the imaging irradiation apparatus 200, and a set of the surgery support system 100. Equipped with pedestal casters. With the above-described mechanism, the imaging irradiation apparatus 200 is disposed vertically above the operating table 110 on which the patient 120 is placed or at an angle from the vertical. The operating table 110 may include a drive mechanism that can change the height and direction.

撮像照射装置200は、カメラ210、プロジェクタ220、及び励起光源230が一体的に組み付けられた装置である。撮像照射装置200は、図1に示すように、ダイクロイックミラー201と、スペーサ202とをさらに備える。撮像照射装置200の構成の詳細については後述する。   The imaging irradiation apparatus 200 is an apparatus in which a camera 210, a projector 220, and an excitation light source 230 are assembled together. As shown in FIG. 1, the imaging irradiation device 200 further includes a dichroic mirror 201 and a spacer 202. Details of the configuration of the imaging irradiation apparatus 200 will be described later.

メモリ240は、投影制御装置250が種々の演算を実行する際に、適宜アクセスを行う記憶媒体である。メモリ240は、例えばROM及びRAMで構成される。   The memory 240 is a storage medium that is appropriately accessed when the projection control apparatus 250 executes various calculations. The memory 240 is composed of, for example, a ROM and a RAM.

投影制御装置250は、手術支援システム100を構成する各部を統括制御する。投影制御装置250は、カメラ210、プロジェクタ220、励起光源230、及びメモリ240に電気的に接続され、各部をそれぞれ制御するための制御信号を出力する。投影制御装置250は、例えばCPUで構成され、所定のプログラムを実行することによってその機能を実現する。なお、投影制御装置250の機能は、専用に設計された電子回路や再構成可能な電子回路(FPGA、又はASIC等)により実現されてもよい。   The projection control device 250 performs overall control of each part constituting the surgery support system 100. The projection control device 250 is electrically connected to the camera 210, the projector 220, the excitation light source 230, and the memory 240, and outputs a control signal for controlling each part. The projection control device 250 is constituted by a CPU, for example, and realizes its function by executing a predetermined program. Note that the function of the projection control apparatus 250 may be realized by a dedicated electronic circuit or a reconfigurable electronic circuit (FPGA, ASIC, or the like).

投影制御装置250は、例えば、カメラ210による撮像画像に対して種々の画像処理を行って、投影画像を示す映像信号を生成する。投影制御装置250は、本開示における制御部の一例である、撮像照射装置200、メモリ240及び投影制御装置250は、本実施形態にかかる投影装置20を構成する。   For example, the projection control apparatus 250 performs various image processing on an image captured by the camera 210 to generate a video signal indicating the projection image. The projection control device 250 is an example of a control unit in the present disclosure, and the imaging irradiation device 200, the memory 240, and the projection control device 250 constitute the projection device 20 according to the present embodiment.

また、本実施形態において、手術支援システム100は、表示制御装置150と、ディスプレイ160と、マウス170とを備える。表示制御装置150は、例えばPC(パーソナルコンピュータ)で構成され、投影制御装置250に接続されている。   In the present embodiment, the surgery support system 100 includes a display control device 150, a display 160, and a mouse 170. The display control device 150 is configured by a PC (personal computer), for example, and is connected to the projection control device 250.

表示制御装置150の操作者140は、例えば手術中に、カメラ210の撮像画像をディスプレイ160において確認することができる。また、操作者140は、投影画像の種々の設定(例えば蛍光の強度分布に対するしきい値)を変更することができる。   The operator 140 of the display control device 150 can check the image captured by the camera 210 on the display 160 during, for example, surgery. Further, the operator 140 can change various settings of the projection image (for example, a threshold value for the fluorescence intensity distribution).

1−3.撮像照射装置の構成
次に、撮像照射装置200の構成の詳細について、図2を用いて説明する。図2は、手術支援システムにおける撮像照射装置200の構成を示すブロック図である。
1-3. Configuration of Imaging Irradiation Apparatus Next, details of the configuration of the imaging irradiation apparatus 200 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the imaging irradiation apparatus 200 in the surgery support system.

励起光源230は、光感受性物質を蛍光発光させるための励起光300を照射する光源装置である。本実施形態では、光感受性物質としてICGを用いることから、励起光源230は、ICGの励起波長を含む波長帯(例えば780nm±30nm)を有する励起光300を照射する。励起光源230は、投影制御装置250からの制御信号に従って、励起光300の照射のON/OFFを切り替える。なお、励起光源230は、撮像照射装置200(或いは投影装置20)とは別体で構成されてもよい。   The excitation light source 230 is a light source device that irradiates excitation light 300 for causing a photosensitive substance to emit fluorescence. In this embodiment, since ICG is used as the photosensitive substance, the excitation light source 230 irradiates the excitation light 300 having a wavelength band (for example, 780 nm ± 30 nm) including the excitation wavelength of ICG. The excitation light source 230 switches on / off irradiation of the excitation light 300 in accordance with a control signal from the projection control device 250. The excitation light source 230 may be configured separately from the imaging irradiation device 200 (or the projection device 20).

カメラ210は、患者120の術野135などの被写体を撮像して撮像画像を生成する。カメラ210は、生成した撮像画像を投影制御装置250に伝送する。本実施形態では、カメラ210として、可視光領域とともにICGの蛍光820nm〜860nmの波長帯の光に基づき撮像可能な赤外カメラを用いる。カメラ210は、本実施形態における撮像部の一例である。カメラ210は、図2に示すように、撮像素子211と、望遠レンズ212と、光学フィルタ213とを備える。   The camera 210 captures a subject such as the surgical field 135 of the patient 120 and generates a captured image. The camera 210 transmits the generated captured image to the projection control device 250. In the present embodiment, an infrared camera capable of imaging based on light in the wavelength band of 820 nm to 860 nm of fluorescence of ICG is used as the camera 210 together with the visible light region. The camera 210 is an example of an imaging unit in the present embodiment. As shown in FIG. 2, the camera 210 includes an image sensor 211, a telephoto lens 212, and an optical filter 213.

撮像素子211は、例えばCCDイメージセンサ又はCMOSイメージセンサなどで構成される。撮像素子211は、望遠レンズ212から入射する光が結像する撮像面を有する。   The image sensor 211 is configured by, for example, a CCD image sensor or a CMOS image sensor. The imaging element 211 has an imaging surface on which light incident from the telephoto lens 212 forms an image.

望遠レンズ212は、カメラ210の画角を設定するズームレンズ、及びフォーカスを調整するフォーカスレンズを含む。望遠レンズ212は、カメラ210における撮像光学系の一例である。望遠レンズ212に代えて、標準レンズ、中望遠レンズ又は超望遠レンズが用いられてもよい。   The telephoto lens 212 includes a zoom lens that sets the angle of view of the camera 210 and a focus lens that adjusts the focus. The telephoto lens 212 is an example of an imaging optical system in the camera 210. Instead of the telephoto lens 212, a standard lens, a medium telephoto lens, or a super telephoto lens may be used.

光学フィルタ213は、バンドパスフィルタ、及びバンドパスフィルタの切替え機構を備えて構成される。図2に示すように、光学フィルタ213は、望遠レンズ212の入射面に配置される。バンドパスフィルタは、入射する光のうちで、ICGなどの光感受性物質から蛍光が生じ得る波長帯成分(例えば850nm±12.5nm)を透過し、他の波長帯成分を遮断する。切替え機構は、光学フィルタ213のオン/オフに応じて、望遠レンズ212への入射光に対するバンドパスフィルタの挿入/抜去を切り替える。   The optical filter 213 includes a bandpass filter and a bandpass filter switching mechanism. As shown in FIG. 2, the optical filter 213 is disposed on the incident surface of the telephoto lens 212. The band-pass filter transmits a wavelength band component (for example, 850 nm ± 12.5 nm) in which fluorescence can be generated from a photosensitive material such as ICG among incident light, and blocks other wavelength band components. The switching mechanism switches insertion / extraction of the band pass filter with respect to the incident light to the telephoto lens 212 in accordance with on / off of the optical filter 213.

プロジェクタ220は、例えばDLP方式、3LCD方式又はLCOS方式などのプロジェクタである。プロジェクタ220は、投影制御装置250から入力される映像信号に基づく投影画像を可視光で投影するように、投影光315を出射する。プロジェクタ220は、本実施形態における投影部の一例である。プロジェクタ220は、図2に示すように、投影光源221と、画像形成部222と、投影光学系223とを備える。   The projector 220 is a projector such as a DLP system, a 3LCD system, or an LCOS system. The projector 220 emits projection light 315 so that a projection image based on the video signal input from the projection control device 250 is projected with visible light. The projector 220 is an example of a projection unit in the present embodiment. As shown in FIG. 2, the projector 220 includes a projection light source 221, an image forming unit 222, and a projection optical system 223.

投影光源221は、例えばLD(半導体レーザ)、LED又はハロゲンランプなどで構成される。投影光源221は、可視光を画像形成部222に照射する。投影光源221は、プロジェクタ220の投影方式に応じて適宜、単色の光源素子のみを有してもよいし、RGB等の複数色の光源素子、或いは白色の光源素子を有してもよい。   The projection light source 221 is configured by, for example, an LD (semiconductor laser), an LED, a halogen lamp, or the like. The projection light source 221 irradiates the image forming unit 222 with visible light. The projection light source 221 may include only a single color light source element, or may include a plurality of color light source elements such as RGB, or a white light source element, depending on the projection method of the projector 220.

画像形成部222は、DMD又はLCDなどの空間光変調素子を備える。画像形成部222は、空間光変調素子における画像形成面に、投影制御装置250からの映像信号に基づく画像を形成する。投影光源221からの光が、画像形成部222に形成された画像に応じて空間的に変調されることにより、投影光315が生成される。   The image forming unit 222 includes a spatial light modulator such as DMD or LCD. The image forming unit 222 forms an image based on the video signal from the projection control device 250 on the image forming surface of the spatial light modulator. The light from the projection light source 221 is spatially modulated in accordance with the image formed on the image forming unit 222, whereby the projection light 315 is generated.

投影光学系223は、プロジェクタ220の画角を設定するズームレンズ、及びフォーカスを調整するフォーカスレンズを含む。また、投影光学系223には、各種のレンズ位置をシフトするレンズシフト機構が組み込まれていてもよい。   Projection optical system 223 includes a zoom lens that sets the angle of view of projector 220 and a focus lens that adjusts the focus. The projection optical system 223 may incorporate a lens shift mechanism that shifts various lens positions.

なお、プロジェクタ220は、例えば台形補正およびレンズシフト機能などのプロジェクタ220特有の機能を実現する投影制御回路を有してもよい。また、上記の各機能は、投影制御装置250において実現されてもよい。   The projector 220 may include a projection control circuit that realizes functions unique to the projector 220 such as a keystone correction and a lens shift function. In addition, each function described above may be realized in the projection control apparatus 250.

また、プロジェクタ220は、レーザ走査式であってもよく、走査方向に駆動可能なMEMSミラー或いはガルバノミラーを備えて構成されてもよい。   Further, the projector 220 may be a laser scanning type, and may be configured to include a MEMS mirror or a galvanometer mirror that can be driven in the scanning direction.

ダイクロイックミラー201は、入射する光のうちの特定の波長帯成分を透過する一方、その他の波長帯成分を反射する光学特性を有する光学素子である。本実施形態において、ダイクロイックミラー201は(ICGの蛍光を含む)650nmを上回る波長帯成分の光を透過し、(可視光を含む)650nmを下回る波長帯成分の光を反射する。ダイクロイックミラー201は、本実施形態における光学部の一例である。光学部の光学特性は、使用する光感受性物質の蛍光特性に応じて適宜、設定可能である。   The dichroic mirror 201 is an optical element having an optical characteristic of transmitting a specific wavelength band component of incident light while reflecting other wavelength band components. In the present embodiment, the dichroic mirror 201 transmits light having a wavelength band component greater than 650 nm (including ICG fluorescence) and reflects light having a wavelength band component smaller than 650 nm (including visible light). The dichroic mirror 201 is an example of an optical unit in the present embodiment. The optical characteristics of the optical unit can be set as appropriate according to the fluorescence characteristics of the photosensitive substance used.

図2に示すように、ダイクロイックミラー201は、カメラ210と、プロジェクタ220とのそれぞれに対向して配置される。ダイクロイックミラー201は、上記の光学特性により、カメラ210の撮像面に向かう蛍光310を透過する一方、プロジェクタ220から照射された投影光315を反射する。反射した投影光320は、術野135上に照射される。   As shown in FIG. 2, the dichroic mirror 201 is disposed so as to face the camera 210 and the projector 220. The dichroic mirror 201 reflects the projection light 315 emitted from the projector 220 while transmitting the fluorescence 310 directed to the imaging surface of the camera 210 due to the optical characteristics described above. The reflected projection light 320 is irradiated on the surgical field 135.

本実施形態では、ダイクロイックミラー201は、術野135からの蛍光310などのカメラ210に入射する入射光の光軸と、術野135上に投影画像を投影する投影光320の光軸とが、光軸J1において一致するように導光する。これにより、カメラ210の撮像画像に基づく投影画像の位置ずれを低減することができる。   In the present embodiment, the dichroic mirror 201 has an optical axis of incident light that enters the camera 210 such as fluorescence 310 from the surgical field 135 and an optical axis of the projection light 320 that projects a projection image on the surgical field 135. The light is guided so as to coincide with the optical axis J1. Thereby, the position shift of the projection image based on the captured image of the camera 210 can be reduced.

なお、本開示における光軸の一致には、適宜、許容誤差が設定されてもよい。例えば、角度が±5度の範囲内、或いは光軸の間隔が1cmの範囲内の許容誤差において、各光軸が一致してもよい。   Note that an allowable error may be set as appropriate for the coincidence of the optical axes in the present disclosure. For example, the optical axes may coincide with each other within an allowable error within an angle range of ± 5 degrees or an optical axis interval of 1 cm.

1−4.調整機構について
本実施形態において、撮像照射装置200は、投影画像の位置合わせを行うための各種調整機構を備えている。以下、図3A,3B及び図4を用いて、撮像照射装置200における調整機構について説明する。
1-4. Regarding Adjustment Mechanism In this embodiment, the imaging irradiation apparatus 200 includes various adjustment mechanisms for aligning the projected image. Hereinafter, the adjustment mechanism in the imaging irradiation apparatus 200 will be described with reference to FIGS. 3A, 3B and 4.

図3A,3Bは、本実施形態にかかる撮像照射装置200の平面図及び側面図である。図4は、撮像照射装置200におけるダイクロイックミラー201の回転位置の調整機構の拡大図である。図3A〜4において、J2は、プロジェクタ220からの投影光の、ダイクロイックミラー201による反射前の光軸を示す。また、以下では、光軸J2に平行な方向を「X方向」、光軸J1に平行な方向を「Z方向」、光軸J1,J2に直交する方向を「Y方向」とする。   3A and 3B are a plan view and a side view of the imaging irradiation apparatus 200 according to the present embodiment. FIG. 4 is an enlarged view of a mechanism for adjusting the rotational position of the dichroic mirror 201 in the imaging irradiation apparatus 200. 3A to 4, J <b> 2 indicates the optical axis of the projection light from the projector 220 before being reflected by the dichroic mirror 201. Hereinafter, the direction parallel to the optical axis J2 is referred to as “X direction”, the direction parallel to the optical axis J1 is referred to as “Z direction”, and the direction orthogonal to the optical axes J1 and J2 is referred to as “Y direction”.

本実施形態において、プロジェクタ220は、図3Aに示すように、Y方向にシフト可能に構成されている。プロジェクタ220をシフトさせる調整機構は、プロジェクタ220の筐体において、基板203に対する組み付け部分に設けられた長孔220a及び固定ねじ220bによって構成される。長孔220aの長手方向はY軸方向に向いている。   In the present embodiment, the projector 220 is configured to be shiftable in the Y direction as shown in FIG. 3A. The adjusting mechanism for shifting the projector 220 is configured by a long hole 220 a and a fixing screw 220 b provided in a portion where the projector 220 is assembled to the substrate 203. The longitudinal direction of the long hole 220a faces the Y-axis direction.

長孔220aに沿ってプロジェクタ220をシフトさせることにより、プロジェクタ220からダイクロイックミラー201までの投影光の光路長を維持しながら、ダイクロイックミラー201で反射された投影光の投影位置をY方向にずらすことができる。本機構は、本開示における第1の調整部の一例である。   By shifting the projector 220 along the long hole 220a, the projection position of the projection light reflected by the dichroic mirror 201 is shifted in the Y direction while maintaining the optical path length of the projection light from the projector 220 to the dichroic mirror 201. Can do. This mechanism is an example of a first adjustment unit in the present disclosure.

なお、図3Aでは、プロジェクタ220の筐体が、光軸J2に対して所定の傾き(7度程度)を有する。特にこれに限らず、プロジェクタ220の筐体は、光軸J2に対して平行であってもよい。   In FIG. 3A, the housing of the projector 220 has a predetermined inclination (about 7 degrees) with respect to the optical axis J2. Not limited to this, the housing of the projector 220 may be parallel to the optical axis J2.

また、本実施形態において、カメラ210とダイクロイックミラー201は、図3Bに示すように、Z方向においてスペーサ202を介して対向している。スペーサ202は、2つの鏡筒202a,202bと、固定ねじ202cとを備える。   In the present embodiment, the camera 210 and the dichroic mirror 201 are opposed to each other via the spacer 202 in the Z direction, as shown in FIG. 3B. The spacer 202 includes two lens barrels 202a and 202b and a fixing screw 202c.

鏡筒202bは、ダイクロイックミラー201に固定されている。鏡筒202aは、鏡筒202bに対して、Z方向において直動可能に係合している。鏡筒202aが直動することにより、カメラ210とダイクロイックミラー201との間隔が伸縮する。固定ねじ202cは、鏡筒202bに対する鏡筒202aの位置を固定する。スペーサ202により、カメラ210に入射する光の光路長を適宜、調整することができる。スペーサ202は、本実施形態における第2の調整部の一例である。   The lens barrel 202b is fixed to the dichroic mirror 201. The lens barrel 202a is engaged with the lens barrel 202b so as to be linearly movable in the Z direction. When the lens barrel 202a moves linearly, the distance between the camera 210 and the dichroic mirror 201 expands and contracts. The fixing screw 202c fixes the position of the lens barrel 202a with respect to the lens barrel 202b. With the spacer 202, the optical path length of the light incident on the camera 210 can be appropriately adjusted. The spacer 202 is an example of a second adjustment unit in the present embodiment.

また、本実施形態において、ダイクロイックミラー201は、図3Bに示すように、Y軸方向と平行な回転軸201aの周りに回転可能に構成されている。回転軸201aは、光軸J1,J2の交点に位置している。回転軸201aでダイクロイックミラー201を回転させることにより、プロジェクタ220からダイクロイックミラー201までの投影光の光路長を維持しながら、ダイクロイックミラー201で反射された投影光の投影位置をX方向にずらすことができる。   In the present embodiment, the dichroic mirror 201 is configured to be rotatable around a rotation axis 201a parallel to the Y-axis direction, as shown in FIG. 3B. The rotation axis 201a is located at the intersection of the optical axes J1 and J2. By rotating the dichroic mirror 201 with the rotation shaft 201a, the projection position of the projection light reflected by the dichroic mirror 201 can be shifted in the X direction while maintaining the optical path length of the projection light from the projector 220 to the dichroic mirror 201. it can.

ダイクロイックミラー201の回転位置の調整機構は、図4に示すように、回転軸201a、押しネジ201b、ミラー固定部201c、及びロックねじ201d、201eで構成される。ミラー固定部201cは、ダイクロイックミラー201の両側に設けられる。ロックねじ201d、201eは、回転軸201aの両側に位置し、ねじを締めることでミラー固定部201cを固定し、ダイクロイックミラー201の回転を規制する。押しネジ201bは、2つのロックねじ201d、201eの内の一方のロックねじ201dの側から、ミラー固定部201cを介してダイクロイックミラー201を押しつけている。   As shown in FIG. 4, the mechanism for adjusting the rotational position of the dichroic mirror 201 includes a rotation shaft 201a, a push screw 201b, a mirror fixing portion 201c, and lock screws 201d and 201e. The mirror fixing parts 201 c are provided on both sides of the dichroic mirror 201. The lock screws 201d and 201e are located on both sides of the rotation shaft 201a, and fix the mirror fixing portion 201c by tightening the screw, thereby restricting the rotation of the dichroic mirror 201. The push screw 201b presses the dichroic mirror 201 through the mirror fixing portion 201c from the one of the two lock screws 201d and 201e.

ダイクロイックミラー201の回転角度の調整は、ロックねじ201d、201eを緩めた状態において、押しネジ201bによる押し込み量を変化させることによって行われる。これにより、ダイクロイックミラー201の回転角度を精密に調整することが可能となる。   Adjustment of the rotation angle of the dichroic mirror 201 is performed by changing the amount of pushing by the push screw 201b in a state where the lock screws 201d and 201e are loosened. Thereby, the rotation angle of the dichroic mirror 201 can be precisely adjusted.

また、カメラ210の配置をXY平面上で回転させるために、鏡筒202aが、鏡筒202bに対して回転可能に構成されてもよい。この場合、カメラ210の光軸J1と鏡筒202aの回転軸とを一致させておく。鏡筒202aの回転位置は、固定ねじ202cによって固定されてもよい。上記のダイクロイックミラー201の回転位置の調整機構、及びカメラ210をXY平面上で回転させる機構は、それぞれ本実施形態における第1の調整部の一例である。   Further, in order to rotate the arrangement of the camera 210 on the XY plane, the lens barrel 202a may be configured to be rotatable with respect to the lens barrel 202b. In this case, the optical axis J1 of the camera 210 and the rotation axis of the lens barrel 202a are matched. The rotational position of the lens barrel 202a may be fixed by a fixing screw 202c. The mechanism for adjusting the rotational position of the dichroic mirror 201 and the mechanism for rotating the camera 210 on the XY plane are examples of the first adjustment unit in the present embodiment.

2.動作
以下、本実施形態にかかる手術支援システム100の動作について説明する。
2. Operation Hereinafter, the operation of the surgery support system 100 according to the present embodiment will be described.

2−1.手術支援システムの基本的な投影動作
手術支援システム100の基本的な投影動作について、図5,6A,6Bを用いて説明する。図5は、手術支援システム100における基本的な投影動作を説明するためのフローチャートである。図6Aは、投影動作を行う前の手術支援システム100における術野135の状態を示す。図6Bは、図6Aの術野135に対して投影動作を行った状態を示す。
2-1. Basic Projection Operation of Surgery Support System The basic projection operation of the surgery support system 100 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart for explaining a basic projection operation in the surgery support system 100. FIG. 6A shows the state of the surgical field 135 in the surgical operation support system 100 before performing the projection operation. FIG. 6B shows a state in which a projection operation is performed on the surgical field 135 of FIG. 6A.

図5のフローチャートは、投影制御装置250によって実行される。本フローチャートによる処理は、カメラ210において光学フィルタ213がオンの状態で行われる。   The flowchart in FIG. 5 is executed by the projection control apparatus 250. The process according to this flowchart is performed in the camera 210 with the optical filter 213 turned on.

図5のフローチャートにおいて、まず、投影制御装置250は、励起光源230を駆動して、図6Aに示すように、励起光300を術野135に照射する(S1)。励起光300の照射により、術野135における患部130が蛍光発光し、患部130からの蛍光310が撮像照射装置200に入射する。   In the flowchart of FIG. 5, the projection control apparatus 250 first drives the excitation light source 230 to irradiate the surgical field 135 with the excitation light 300 as shown in FIG. 6A (S1). By irradiation with the excitation light 300, the affected area 130 in the operative field 135 emits fluorescence, and the fluorescence 310 from the affected area 130 enters the imaging irradiation apparatus 200.

撮像照射装置200において、蛍光310は図2に示すように、ダイクロイックミラー201を透過し、カメラ210の光学フィルタ213を透過する。これにより、カメラ210は、撮像素子211において蛍光310を受光する。   In the imaging irradiation apparatus 200, the fluorescence 310 passes through the dichroic mirror 201 and passes through the optical filter 213 of the camera 210, as shown in FIG. Thereby, the camera 210 receives the fluorescence 310 in the image sensor 211.

次に、投影制御装置250は、例えばカメラ210を制御して術野135を撮像させ、カメラ210から撮像画像を取得する(S2)。撮像画像には、患部130が発した蛍光310に基づく蛍光像が含まれる。   Next, for example, the projection control apparatus 250 controls the camera 210 to image the operative field 135 and acquires a captured image from the camera 210 (S2). The captured image includes a fluorescence image based on the fluorescence 310 emitted from the affected part 130.

次に、投影制御装置250は、取得した撮像画像に基づく投影画像を生成するための画像処理を行う(S3)。投影制御装置250は、撮像画像中の蛍光像に対応する画像を生成し、映像信号としてプロジェクタ220に出力する。   Next, the projection control apparatus 250 performs image processing for generating a projection image based on the acquired captured image (S3). The projection control device 250 generates an image corresponding to the fluorescent image in the captured image and outputs it to the projector 220 as a video signal.

ステップS3の画像処理において、投影制御装置250は、例えば、撮像画像における受光強度の分布に対して所定のしきい値に基づき二値化を行い、撮像画像中の蛍光像の領域を抽出する。次いで、投影制御装置250は、メモリ240に格納された各種パラメータを参照し、抽出した領域を含む画像に対してシフト、回転、及び拡大/縮小などの座標変換、並びに画像の歪み等の補正などを行う。これにより、撮像画像中の蛍光像に応じた特定の領域を表す画像が生成される。   In the image processing of step S3, for example, the projection control apparatus 250 binarizes the distribution of received light intensity in the captured image based on a predetermined threshold value, and extracts a fluorescent image region in the captured image. Next, the projection control apparatus 250 refers to various parameters stored in the memory 240, and performs coordinate conversion such as shift, rotation, enlargement / reduction, correction of image distortion, etc., for an image including the extracted area. I do. Thereby, the image showing the specific area | region according to the fluorescence image in a captured image is produced | generated.

次に、投影制御装置250は、生成した映像信号に基づく投影画像を投影するように、プロジェクタ220を制御する(S4)。投影制御装置250の制御により、プロジェクタ220において、投影制御装置250からの映像信号に応じた画像が、画像形成部222の画像形成面上に形成される。プロジェクタ220は、可視光で画像形成面上の画像を表す投影光315を生成するように投影光源221を駆動し、投影光学系223を介してダイクロイックミラー201に投影光315を出射する(図2参照)。   Next, the projection control device 250 controls the projector 220 so as to project a projection image based on the generated video signal (S4). Under the control of the projection control apparatus 250, an image corresponding to the video signal from the projection control apparatus 250 is formed on the image forming surface of the image forming unit 222 in the projector 220. The projector 220 drives the projection light source 221 so as to generate projection light 315 representing an image on the image forming surface with visible light, and emits the projection light 315 to the dichroic mirror 201 via the projection optical system 223 (FIG. 2). reference).

ダイクロイックミラー201は、図2に示すように、可視光である投影光315を反射し、光軸J1に沿って投影光320を出射する。これにより、図6Bに示すように、撮像照射装置200は術野135に投影光320を照射し、投影画像G320が、術野135における患部130に投影される。投影画像G320は、例えば単色で一階調の画像である。   As shown in FIG. 2, the dichroic mirror 201 reflects the projection light 315 that is visible light, and emits the projection light 320 along the optical axis J1. 6B, the imaging irradiation apparatus 200 irradiates the operation field 135 with the projection light 320, and the projection image G320 is projected onto the affected part 130 in the operation field 135. The projection image G320 is, for example, a single color image with one gradation.

以上の処理は、所定の周期(例えば1/60〜1/30秒)で繰り返し実行される。   The above processing is repeatedly executed at a predetermined cycle (for example, 1/60 to 1/30 seconds).

以上の処理により、投影制御装置250が、カメラ210の撮像画像に基づき蛍光発光する患部130の領域を特定し、プロジェクタ220から可視光の投影画像G320が患部130に投影される。これにより、手術支援システム100において、目視では視認することが困難な患部130を可視化することができる。手術支援システム100により、医師等は患部130のリアルタイムの状態を視認することができる。   Through the above processing, the projection control device 250 identifies the region of the affected part 130 that emits fluorescence based on the captured image of the camera 210, and the projected image G320 of visible light is projected from the projector 220 onto the affected part 130. Thereby, in the surgery assistance system 100, the affected part 130 that is difficult to visually recognize can be visualized. The surgery support system 100 allows a doctor or the like to visually recognize the real-time state of the affected part 130.

以上の説明では、投影画像G320が単色で一階調の画像の例を説明した。投影制御装置250は、例えば複数のしきい値を用いて撮像画像中の蛍光像の領域を多段階で判定することにより、多階調の投影画像を生成してもよい。また、投影制御装置250は、撮像画像における受光強度の分布を連続的に再現するように、投影画像を生成してもよい。また、投影画像は、単色に限らず、複数色あるいはフルカラーで生成されてもよい。   In the above description, an example in which the projection image G320 is a single color and one gradation image has been described. The projection control apparatus 250 may generate a multi-gradation projection image by determining the region of the fluorescent image in the captured image in multiple stages using, for example, a plurality of threshold values. Further, the projection control apparatus 250 may generate a projection image so as to continuously reproduce the distribution of received light intensity in the captured image. Further, the projection image is not limited to a single color, and may be generated in a plurality of colors or full colors.

2−2.位置合わせ動作
2−2−1.概要
手術支援システム100は、上述のとおり、カメラ210の撮像画像に基づきプロジェクタ220から投影画像G320を投影することにより、手術中に目視では視認し難い患部130を可視化する(図6A,6B参照)。本システム100では、使用時(手術中)に投影画像G320によって誤りなく患部130を可視化するために、予め、カメラ210の撮像画像とプロジェクタ220の投影画像との位置合わせが行われる。
2-2. Positioning operation 2-2-1. Overview As described above, the surgery support system 100 projects the projection image G320 from the projector 220 based on the captured image of the camera 210, thereby visualizing the affected area 130 that is difficult to visually recognize during surgery (see FIGS. 6A and 6B). . In the present system 100, in order to visualize the affected area 130 without error by the projection image G320 during use (during surgery), the image captured by the camera 210 and the projection image of the projector 220 are aligned in advance.

図7は、本実施形態に係る手術支援システム100の位置合わせを説明するための図である。図7では、作業者440が、手術支援システム100における位置合わせを行う様子を例示している。位置合わせは、例えば製造時、メンテナンス時および使用前のキャリブレーションなどで行われる。   FIG. 7 is a diagram for explaining alignment of the surgery support system 100 according to the present embodiment. FIG. 7 illustrates a situation where the worker 440 performs alignment in the surgery support system 100. The alignment is performed, for example, at the time of manufacturing, maintenance, and calibration before use.

図7では、投影制御装置250に、PC等の情報処理装置450が接続されている。また、情報処理装置450には、ディスプレイ460及びマウス470等が接続されている。図7の例において、作業者440は、情報処理装置450を介して手術支援システム100における種々のパラメータを変更することによって位置合わせを行っている。   In FIG. 7, an information processing device 450 such as a PC is connected to the projection control device 250. In addition, a display 460, a mouse 470, and the like are connected to the information processing apparatus 450. In the example of FIG. 7, the worker 440 performs alignment by changing various parameters in the surgery support system 100 via the information processing device 450.

また、図7の例では、治具500が、作業者440は、手術中に被写体(患者120)が位置すると想定される基準高さの基準位置P0に設置され、治具500を基準として位置合わせが行われている。また、光軸J1と平行なZ方向を、手術支援システム100における高さ方向としている。   Further, in the example of FIG. 7, the jig 500 is installed at the reference position P <b> 0 at the reference height where the subject (patient 120) is assumed to be located during the operation, and is positioned with reference to the jig 500. Matching is done. The Z direction parallel to the optical axis J1 is the height direction in the surgery support system 100.

手術支援システム100では、高さ方向(Z方向)における可動域を広く確保しながら投影動作を行うことが求められる。例えば、図1に示すように、患者120の体には厚みがあるので、手術中の投影画像G320(図2B)は、高さ方向の所定範囲(例えば40cm)に渡って、精度良く投影される必要がある。また、手術中に、患者120の体の向きを変えたり、施術者が交代したりする等の事情により、手術台110及び撮像照射装置200の高さを変更することもある。そこで、本実施形態では、投影画像が精度良く投影される高さ方向の範囲を広くすることができる投影装置20を提供する。   The surgery support system 100 is required to perform a projection operation while ensuring a wide range of motion in the height direction (Z direction). For example, as shown in FIG. 1, since the body of the patient 120 has a thickness, the projection image G320 during the operation (FIG. 2B) is accurately projected over a predetermined range (for example, 40 cm) in the height direction. It is necessary to In addition, the height of the operating table 110 and the imaging irradiation apparatus 200 may be changed due to circumstances such as changing the direction of the body of the patient 120 or changing the practitioner during the operation. Therefore, in the present embodiment, a projection device 20 that can widen the range in the height direction in which the projection image is accurately projected is provided.

2−2−2.画角と位置ずれについて
本実施形態では、図7に示すように、カメラ210とプロジェクタ220とが、ダイクロイックミラー201を介して、同じ光軸J1上で撮像又は投影を行うように、位置合わせが行われる。
2-2-2. In this embodiment, as shown in FIG. 7, alignment is performed so that the camera 210 and the projector 220 perform imaging or projection on the same optical axis J <b> 1 via the dichroic mirror 201. Done.

本発明者の鋭意検討の結果、カメラ210の光軸とプロジェクタ220の光軸とを同一光軸J1に一致させながら位置合わせを行ったとしても、それぞれの画角に応じて位置ずれが生じてしまうということが明らかになった、以下、図8Aを用いて、画角と位置ずれの関係について説明する。   As a result of intensive studies by the present inventor, even if alignment is performed while the optical axis of the camera 210 and the optical axis of the projector 220 are aligned with the same optical axis J1, a positional shift occurs depending on each angle of view. The relationship between the angle of view and the positional deviation will be described below with reference to FIG. 8A.

図8Aは、手術支援システム100における画角と位置ずれの関係を説明するための図である。位置合わせにおける基準位置P0の基準高さZ0は、適宜、手術支援システム100の使用時状態を考慮して、所定の高さに設定される。基準位置P0において位置合わせを行うことにより、カメラ210によって撮像される領域全体とプロジェクタ220から投影可能な領域全体とが合致する。これにより、高さZ0近傍の被写体には、撮像画像に基づき投影画像を精度良く投影可能になる。   FIG. 8A is a diagram for explaining the relationship between the angle of view and the position shift in the surgery support system 100. The reference height Z0 of the reference position P0 in alignment is appropriately set to a predetermined height in consideration of the operating state of the surgery support system 100. By performing alignment at the reference position P0, the entire area captured by the camera 210 matches the entire area that can be projected from the projector 220. As a result, the projected image can be accurately projected on the subject near the height Z0 based on the captured image.

ここで、上記のような位置合わせにおいて、図8Aに示すように、カメラ210の画角θc’とプロジェクタ220の画角θp’とが一致しない場合が想定される。この場合、被写体の高さが基準高さZ0からずれていると、高さのずれΔZに応じて、撮像画像との投影画像との間に位置ずれΔDが生じてしまう。また、この場合、撮像画像に基づき精度良く投影画像を投影可能な範囲が基準位置Z0近傍に限定され、手術支援システム100の可動域が狭くなってしまう。   Here, in the above-described alignment, as shown in FIG. 8A, it is assumed that the angle of view θc ′ of the camera 210 and the angle of view θp ′ of the projector 220 do not match. In this case, if the height of the subject deviates from the reference height Z0, a positional deviation ΔD occurs between the captured image and the projected image according to the height deviation ΔZ. In this case, the range in which the projection image can be accurately projected based on the captured image is limited to the vicinity of the reference position Z0, and the movable range of the surgery support system 100 becomes narrow.

以上の知見に基づき、本発明者は鋭意検討を重ね、本実施形態にかかる位置合わせ方法およびこれを実現する投影装置20を発案するに到った。以下、図8Bを用いて、本実施形態にかかる投影装置20による位置合わせについて説明する。   Based on the above knowledge, the present inventor has intensively studied and has come up with a positioning method according to the present embodiment and a projection apparatus 20 that realizes the positioning method. Hereinafter, alignment by the projection apparatus 20 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 8B.

本実施形態では、図8Bに示すように、基準位置Z0における同一の光軸J1上の位置合わせにおいて、カメラ210の画角θcとプロジェクタ220の画角θpとを一致させる。また、同一の画角θc=θpによる位置合わせを実現するために、本実施形態に係る撮像照射装置200(投影装置20)では、スペーサ202を用いて、ダイクロイックミラー201とプロジェクタ220の間の光路長Lpと、カメラ210とダイクロイックミラー201の間の光路長Lcとを一致させておく。   In the present embodiment, as shown in FIG. 8B, in the alignment on the same optical axis J1 at the reference position Z0, the angle of view θc of the camera 210 and the angle of view θp of the projector 220 are matched. In addition, in order to realize alignment with the same angle of view θc = θp, the imaging irradiation apparatus 200 (projection apparatus 20) according to the present embodiment uses the spacer 202 to provide an optical path between the dichroic mirror 201 and the projector 220. The length Lp and the optical path length Lc between the camera 210 and the dichroic mirror 201 are matched.

光路長Lpは、例えば、ダイクロイックミラー201の反射面と光軸J1との交点P1から、プロジェクタ220における投影光学系223の主点Ppまでの光路長である。光路長Lcは、例えば、カメラ210における望遠レンズ212(撮像光学系)の主点Pcからダイクロイックミラー201上の交点P1までの光路長である。光路長Lc,Lpは、カメラ210及びプロジェクタ220の光学特性、撮像素子211のサイズ、画像形成部222の空間光変調素子のサイズ、基準位置P0の高さ並びに撮像(投影)対象の領域のサイズ等に基づき、適宜、設定されてもよい。   The optical path length Lp is, for example, the optical path length from the intersection P1 between the reflecting surface of the dichroic mirror 201 and the optical axis J1 to the principal point Pp of the projection optical system 223 in the projector 220. The optical path length Lc is, for example, the optical path length from the principal point Pc of the telephoto lens 212 (imaging optical system) in the camera 210 to the intersection point P1 on the dichroic mirror 201. The optical path lengths Lc and Lp are the optical characteristics of the camera 210 and the projector 220, the size of the imaging device 211, the size of the spatial light modulation device of the image forming unit 222, the height of the reference position P0, and the size of the region to be imaged (projected). It may be set as appropriate based on the above.

図8Bに示すように、同軸J1上で同画角θp=θcにおいて位置合わせすることにより、基準高さZ0からずれた高さZ1,Z2においても、カメラ210に撮像される領域全体とプロジェクタ220から投影可能な領域全体とが合致する。これにより、撮像画像に応じた投影画像を精度良く投影可能な範囲が基準高さZ0近傍から広がり、手術支援システム100の可動域を広げることができる。   As shown in FIG. 8B, by aligning at the same angle of view θp = θc on the same axis J1, the entire area imaged by the camera 210 and the projector 220 can be obtained even at heights Z1 and Z2 that deviate from the reference height Z0. The entire region that can be projected matches. Thereby, the range in which the projection image corresponding to the captured image can be accurately projected extends from the vicinity of the reference height Z0, and the range of motion of the surgery support system 100 can be expanded.

なお、本開示において、同光路長Lp=Lc(又は同画角θp=θc)は、両者が必ずしも厳密に一致することを意図しておらず、実用上差し支えない範囲内であれば厳密に一致していなくてもよい。例えば、光路長Lp,Lc同士(又は画角θp,θc同士)が90%の範囲で一致していれば、光路長(又は画角)が一致していることとしてもよい。   In the present disclosure, the optical path length Lp = Lc (or the same angle of view θp = θc) is not necessarily intended to be exactly the same, and is exactly one as long as it is within a practical range. You don't have to. For example, if the optical path lengths Lp and Lc (or the angles of view θp and θc) match within a range of 90%, the optical path lengths (or angles of view) may match.

また、本実施形態では、同軸J1,同画角θp=θcで且つ同光路長Lp=Lcの状態において撮像画像と投影画像の位置合わせが為されるように、撮像照射装置200に種々の調整機構が設けられている。以下、本実施形態における調整機構を用いた位置合わせ方法について説明する。   Further, in the present embodiment, various adjustments are made to the imaging irradiation apparatus 200 so that the captured image and the projected image are aligned in the state of the coaxial J1, the same angle of view θp = θc, and the same optical path length Lp = Lc. A mechanism is provided. Hereinafter, an alignment method using the adjustment mechanism in the present embodiment will be described.

2−2−3.位置合わせ方法について
本実施形態にかかる位置合わせ方法では、撮像照射装置200に設けた種々の調整機構を用いて粗調整を行い、さらに、投影制御装置250における画像処理に寄り微調整を行う。以下、本実施形態にかかる位置合わせ方法について、図7,9A〜10Bを用いて説明する。
2-2-3. About the alignment method In the alignment method according to the present embodiment, coarse adjustment is performed using various adjustment mechanisms provided in the imaging irradiation apparatus 200, and further fine adjustment is performed close to the image processing in the projection control apparatus 250. Hereinafter, the alignment method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図7に示すように、まず、作業者440は、光軸J1が治具500の中心に位置するように、治具500を基準位置P0に設置する。また、基準位置P0の高さは、基準高さZ0である。   As shown in FIG. 7, first, the worker 440 installs the jig 500 at the reference position P <b> 0 so that the optical axis J <b> 1 is positioned at the center of the jig 500. The height of the reference position P0 is the reference height Z0.

図9Aは、本実施形態に係る位置合わせ方法における治具500の平面図である。図9Aに示すように、治具500は、アスペクト比DY/DXを有する枠型の部材である。治具500の寸法DX,DYは、基準高さZ0及び撮像照射装置200のX方向及びY方向の画角に応じて設計されている。また、本実施形態では、カメラ210及びプロジェクタ220のアスペクト比が同一になるように設定されている。   FIG. 9A is a plan view of the jig 500 in the alignment method according to the present embodiment. As shown in FIG. 9A, the jig 500 is a frame-shaped member having an aspect ratio DY / DX. The dimensions DX and DY of the jig 500 are designed according to the reference height Z0 and the angle of view of the imaging irradiation apparatus 200 in the X direction and the Y direction. In this embodiment, the camera 210 and the projector 220 are set to have the same aspect ratio.

次に、作業者440は、基準位置P0の治具500に対してカメラ210の位置合わせを行う。カメラ210の位置合わせは、ディスプレイ460に表示される治具500の撮像画像に基づき行われる。図9Bは、カメラ210による治具500の撮像画像Im1を説明するための図である。   Next, the worker 440 aligns the camera 210 with respect to the jig 500 at the reference position P0. The alignment of the camera 210 is performed based on the captured image of the jig 500 displayed on the display 460. FIG. 9B is a diagram for explaining a captured image Im1 of the jig 500 by the camera 210.

図9Bでは、撮像画像Im1に治具500の内枠が映った状態を示している。作業者440は、例えば図9Bに示すような撮像画像Im1が得られるように、望遠レンズ212のズーム値を調整する。ここで、撮像画像Im1中の治具500の回転位置がずれている場合には、適宜、カメラ210又は治具500の回転位置を変更する。   FIG. 9B shows a state in which the inner frame of the jig 500 is reflected in the captured image Im1. For example, the worker 440 adjusts the zoom value of the telephoto lens 212 so that a captured image Im1 as illustrated in FIG. 9B is obtained. Here, when the rotational position of the jig 500 in the captured image Im1 is shifted, the rotational position of the camera 210 or the jig 500 is changed as appropriate.

作業者440は、図9Bに示すような撮像画像Im1が得られた状態で、カメラ210のフォーカスを合わせる。   The worker 440 adjusts the focus of the camera 210 in a state where a captured image Im1 as shown in FIG. 9B is obtained.

次に、作業者440は、各種調整機構を用いることにより、プロジェクタ220の位置合わせを行う。プロジェクタ220の位置合わせは、撮像画像Im1に基づき投影される投影画像を用いて行われる。図10A,Bは、基準位置P0に投影された投影画像G500の表示例である。   Next, the operator 440 aligns the projector 220 by using various adjustment mechanisms. The alignment of the projector 220 is performed using a projection image projected based on the captured image Im1. 10A and 10B are display examples of the projection image G500 projected at the reference position P0.

図10A,Bに例示した投影画像G500は、図9の撮像画像Im1に対して投影制御装置250による画像処理が行われることにより、プロジェクタ220から基準位置P0に投影される。また、ディスプレイ460には、撮像画像Im1において撮像される撮像領域Rm1の状態が映し出される。   The projection image G500 illustrated in FIGS. 10A and 10B is projected from the projector 220 to the reference position P0 by performing image processing by the projection control device 250 on the captured image Im1 in FIG. Further, the display 460 displays the state of the imaging region Rm1 captured in the captured image Im1.

作業者440は、例えばディスプレイ460に映し出された画像に基づき、投影画像G320のサイズが撮像画像Im1のサイズと同等の大きさになるように、投影光学系223のズーム値を調整する。これにより、カメラ210の画角とプロジェクタ220の画角とを略一致させることができる。なお、作業者440は、基準位置P0に実際に投影されている投影画像G320を見ながら、ズーム値の調整を行ってもよい。   For example, the worker 440 adjusts the zoom value of the projection optical system 223 so that the size of the projection image G320 is equal to the size of the captured image Im1 based on the image displayed on the display 460, for example. Thereby, the angle of view of the camera 210 and the angle of view of the projector 220 can be substantially matched. Note that the operator 440 may adjust the zoom value while viewing the projection image G320 actually projected on the reference position P0.

図10Aの例では、治具500(或いは撮像領域Rm1)と投影画像G500との向きがずれている。このような場合、作業者440は、例えばカメラ210及び治具500を回転させることにより、治具500と投影画像G500との向きを揃える。すると、図10Bに示すように、治具500に対して投影画像G500の投影位置がずれた状態になる。   In the example of FIG. 10A, the orientation of the jig 500 (or the imaging region Rm1) and the projection image G500 is shifted. In such a case, the worker 440 aligns the directions of the jig 500 and the projection image G500 by rotating the camera 210 and the jig 500, for example. Then, as shown in FIG. 10B, the projection position of the projection image G500 is shifted with respect to the jig 500.

作業者440は、治具500と投影画像G500との向きが揃った状態で、X,Y方向それぞれにおいて投影画像G320の投影位置を調整する。具体的に、作業者440は、回転軸201a(図3B参照)の周りにダイクロイックミラー201を回転させることにより、投影画像G500をX方向に移動させる。また、作業者440は、長孔220a(図3A参照)に沿ってプロジェクタ220をシフトさせることにより、投影画像G500をY方向に移動させる。   The operator 440 adjusts the projection position of the projection image G320 in each of the X and Y directions in a state where the orientations of the jig 500 and the projection image G500 are aligned. Specifically, the worker 440 moves the projection image G500 in the X direction by rotating the dichroic mirror 201 around the rotation axis 201a (see FIG. 3B). In addition, the worker 440 moves the projection image G500 in the Y direction by shifting the projector 220 along the long hole 220a (see FIG. 3A).

また、作業者440は、PC450を介して投影制御装置250に、投影画像G320の台形補正を適宜、実行させる。作業者440は、投影画像G500の投影位置が所定の誤差の範囲内(例えば5mm)で治具500と一致したと判断した場合に、プロジェクタ220による投影画像G500を合わせる。所定の誤差は、各種調整機構による調整では、投影画像G320が撮像領域Rm1に一致しきれないと想定される誤差である。   In addition, the worker 440 causes the projection control apparatus 250 to appropriately perform the keystone correction of the projection image G320 via the PC 450. When the operator 440 determines that the projection position of the projection image G500 matches the jig 500 within a predetermined error range (for example, 5 mm), the operator 440 matches the projection image G500 by the projector 220. The predetermined error is an error that is assumed that the projection image G320 cannot completely match the imaging region Rm1 by the adjustment by various adjustment mechanisms.

本実施形態にかかる位置合わせ方法では、上記のように各種調整機構を用いて、所定の範囲内にまで投影画像G320を撮像領域Rm1に一致させた上で、僅かに残る誤差に対して画像処理における微調整を行う。具体的に、作業者440は、ディスプレイ460の表示において投影画像G500が撮像領域Rm1に正確に一致するように、撮像画像Im1に基づく投影画像G500の補正量を決定する。補正量は、例えば、XY位置のシフト量、回転量、サイズ比率、歪み補正値などである。作業者440は、PC450を介して投影制御装置250に、決定した各種補正量をメモリ240に格納させる。また、調整済みのズーム値なども、メモリ240に格納される。   In the alignment method according to the present embodiment, image processing is performed for a slight remaining error after the projection image G320 is matched with the imaging region Rm1 within a predetermined range by using various adjustment mechanisms as described above. Make fine adjustments. Specifically, the worker 440 determines the correction amount of the projection image G500 based on the captured image Im1 so that the projection image G500 accurately matches the captured region Rm1 on the display 460. The correction amount is, for example, an XY position shift amount, a rotation amount, a size ratio, a distortion correction value, or the like. The operator 440 causes the projection control apparatus 250 to store the determined various correction amounts in the memory 240 via the PC 450. The adjusted zoom value and the like are also stored in the memory 240.

以上の方法により、スペーサ202で設定した光路長Lcにおいて同軸J1で且つ同画角θc=θpの位置合わせが行われ、投影画像が精度良く投影される高さ方向の範囲を広くすることができる。   By the above method, the alignment of the coaxial J1 and the same angle of view θc = θp is performed in the optical path length Lc set by the spacer 202, and the range in the height direction in which the projected image is accurately projected can be widened. .

3.効果等
以上の手術支援システム100における投影装置20は、カメラ210と、プロジェクタ220と、投影制御装置250と、ダイクロイックミラー201とを備える。カメラ210は、被写体である術野135の患部130を撮像して撮像画像を生成する。プロジェクタ220は、撮像画像に基づく投影画像を示す投影光320を被写体上に照射する。投影制御装置250は、撮像画像に基づいて投影画像を制御する。ダイクロイックミラー201は、術野135からカメラ210に入射する入射光(患部130が発した蛍光310)の光軸J1と、プロジェクタ220から術野135上に照射される投影光320の光軸J1とが一致するように導光する。投影装置20では、入射光に基づきカメラ210が撮像する画角θcと、プロジェクタ220が投影光を照射する画角θpとが一致し、カメラ210とダイクロイックミラー201間の入射光の光路長Lcと、プロジェクタ220とダイクロイックミラー201間の投影光315の光路長Lpとが一致している。
3. Effects etc. The projection device 20 in the above surgical support system 100 includes a camera 210, a projector 220, a projection control device 250, and a dichroic mirror 201. The camera 210 captures the affected area 130 of the operative field 135 that is a subject and generates a captured image. The projector 220 irradiates the subject with projection light 320 indicating a projection image based on the captured image. The projection control device 250 controls the projection image based on the captured image. The dichroic mirror 201 includes an optical axis J1 of incident light (fluorescence 310 emitted from the affected area 130) incident on the camera 210 from the surgical field 135, and an optical axis J1 of the projection light 320 irradiated onto the surgical field 135 from the projector 220. Are guided so that they match. In the projection device 20, the angle of view θc captured by the camera 210 based on the incident light coincides with the angle of view θp at which the projector 220 emits the projection light, and the optical path length Lc of the incident light between the camera 210 and the dichroic mirror 201 The optical path length Lp of the projection light 315 between the projector 220 and the dichroic mirror 201 matches.

以上の投影装置20によると、同一の光軸J1上でカメラ210の画角θcとプロジェクタ220の画角θpが一致した状態において、光路長Lcと光路長Lpとが一致している。このため、光軸J1方向の広い範囲に渡って位置ずれが低減され、被写体の撮像画像に基づく投影画像が精度良く投影される範囲を広くすることができる。   According to the projection device 20 described above, the optical path length Lc and the optical path length Lp coincide with each other in a state where the angle of view θc of the camera 210 and the angle of view θp of the projector 220 coincide on the same optical axis J1. For this reason, the positional deviation is reduced over a wide range in the direction of the optical axis J1, and the range in which the projection image based on the captured image of the subject is accurately projected can be widened.

また、本実施形態における投影装置20は、カメラ210、プロジェクタ220及びダイクロイックミラー201のそれぞれの位置並びに向きのうちの少なくとも1つを調整可能に構成される各種調整機構201a〜201c,220a,220b(第1の調整部)をさらに備える。これにより、同軸J1,同画角θc=θp及び同光路長Lc=Lpの状態で投影画像の位置合わせを行い易くすることができる。   In addition, the projection device 20 according to the present embodiment includes various adjustment mechanisms 201a to 201c, 220a, and 220b (adjustable at least one of the positions and orientations of the camera 210, the projector 220, and the dichroic mirror 201). A first adjusting unit). This makes it easy to align the projected image with the coaxial J1, the same angle of view θc = θp, and the same optical path length Lc = Lp.

また、本実施形態における投影装置20は、カメラ210とダイクロイックミラー201間の入射光310の光路長Lcを調整可能に構成されるスペーサ202をさらに備える。スペーサ202により、各光路長Lc,Lpを一致させて投影画像の位置合わせを行うことができる。   In addition, the projection apparatus 20 according to the present embodiment further includes a spacer 202 configured so that the optical path length Lc of the incident light 310 between the camera 210 and the dichroic mirror 201 can be adjusted. The spacer 202 can align the projection images with the optical path lengths Lc and Lp matched.

なお、スペーサ202は、光路長Lcを調整可能に構成されなくてもよく、所定の寸法(Z方向の長さ)で設けられてもよい。所定の寸法は、各光学系212,222の光学特性等に基づき、同画角θc=θpの状態において同光路長Lc=Lpとなる寸法である。これにより、同画角θc=θpの状態において光路長Lc,Lpが一致するように、ダイクロイックミラー201とカメラ210及びプロジェクタ220との間の光路が設定される。   The spacer 202 does not have to be configured so that the optical path length Lc can be adjusted, and may be provided with a predetermined dimension (length in the Z direction). The predetermined dimension is a dimension such that the optical path length Lc = Lp in the state of the same angle of view θc = θp based on the optical characteristics of the optical systems 212 and 222. As a result, the optical path between the dichroic mirror 201 and the camera 210 and projector 220 is set so that the optical path lengths Lc and Lp match in the state of the same angle of view θc = θp.

また、本実施形態では、スペーサ202(第2の調整部)はカメラ210とダイクロイックミラー201間の距離を変更することにより光路長Lcを調整したが、距離の変更に限らず、例えばスペーサ内に光学系を設けることで、光路長Lcを調整してもよい。また、本開示における第2の調整部は、光路長Lcを調整するスペーサに代えて、又はこれに加えて、プロジェクタ220とダイクロイックミラー201間の投影光320の光路長Lpを調整可能な機構を備えてもよい。光路長Lcを調整するスペーサ202によると、プロジェクタ220がカメラ210よりも大型の場合、投影光320の光路長Lpを調整可能な機構を設ける場合よりも撮像照射装置200を小型化可能になる。   In this embodiment, the spacer 202 (second adjusting unit) adjusts the optical path length Lc by changing the distance between the camera 210 and the dichroic mirror 201. However, the distance is not limited to, for example, within the spacer. The optical path length Lc may be adjusted by providing an optical system. Further, the second adjustment unit in the present disclosure has a mechanism that can adjust the optical path length Lp of the projection light 320 between the projector 220 and the dichroic mirror 201 instead of or in addition to the spacer that adjusts the optical path length Lc. You may prepare. According to the spacer 202 for adjusting the optical path length Lc, when the projector 220 is larger than the camera 210, the imaging irradiation apparatus 200 can be made smaller than when a mechanism capable of adjusting the optical path length Lp of the projection light 320 is provided.

また、本実施形態において、第1の調整部201a〜201c,220aは、スペーサ202によって設定される光路長Lcを維持しながらカメラ210、プロジェクタ220及びダイクロイックミラー201のそれぞれの位置並びに向きのうちの少なくとも1つを調整可能に構成される。これにより、同光路長Lc=Lpの状態で、投影画像の位置合わせを行い易くすることができる。   Further, in the present embodiment, the first adjustment units 201a to 201c and 220a have the positions and orientations of the camera 210, the projector 220, and the dichroic mirror 201 while maintaining the optical path length Lc set by the spacer 202. At least one is configured to be adjustable. Thereby, it is possible to facilitate the alignment of the projected image in the state where the optical path length Lc = Lp.

また、本実施形態において、第1の調整部201a〜201c,220aは、プロジェクタ220が投影光315を出射するX方向と直交するY方向においてプロジェクタ220を移動可能に構成される。これにより、ダイクロイックミラー201までの光路長Lpを維持しながらプロジェクタ220のずれを調整することができる。   In the present embodiment, the first adjustment units 201a to 201c and 220a are configured to be able to move the projector 220 in the Y direction orthogonal to the X direction in which the projector 220 emits the projection light 315. Thereby, the shift of the projector 220 can be adjusted while maintaining the optical path length Lp to the dichroic mirror 201.

また、本実施形態において、ダイクロイックミラー201は、入射する光の内の可視光成分の進行方向を変更して出射する。第1の調整部201a〜201cは、ダイクロイックミラー201に入射する投影光315の光軸J1とダイクロイックミラー201から出射する投影光320の光軸J2の交点P1に位置する回転軸201aにおいて、ダイクロイックミラー201を回転可能に構成される。これにより、光路長Lpを維持しながら投影光320の出射方向を調整することができる。また、ダイクロイックミラー201の回転させる小型の機構だけで投影光320の出射方向を調整できる。   In the present embodiment, the dichroic mirror 201 changes the traveling direction of the visible light component of the incident light and emits it. The first adjusting units 201a to 201c are arranged on a rotation axis 201a located at the intersection P1 of the optical axis J1 of the projection light 315 incident on the dichroic mirror 201 and the optical axis J2 of the projection light 320 emitted from the dichroic mirror 201. 201 is configured to be rotatable. Thereby, the emission direction of the projection light 320 can be adjusted while maintaining the optical path length Lp. Further, the emission direction of the projection light 320 can be adjusted only by a small mechanism that rotates the dichroic mirror 201.

また、本実施形態において、投影制御装置250は、撮像画像Im1に基づく画像処理において投影画像G500を調整する。これにより、各種調整機構による粗調整では一致しきれない投影画像の誤差を補正することができる。   In the present embodiment, the projection control apparatus 250 adjusts the projection image G500 in the image processing based on the captured image Im1. As a result, it is possible to correct errors in the projected image that cannot be matched by rough adjustment by various adjustment mechanisms.

また、本実施形態において、カメラ210は、カメラ210の画角θcを設定する望遠レンズ212を備える。プロジェクタ220は、プロジェクタ220の画角θpを設定する投影光学系223を備える。投影制御装置250は、画角θcと画角θpとが一致するように、望遠レンズ212及び投影光学系223を制御する。投影制御装置250は、種々のズーム値において同画角θc=θpとなるように制御することができる。   In the present embodiment, the camera 210 includes a telephoto lens 212 that sets the angle of view θc of the camera 210. The projector 220 includes a projection optical system 223 that sets the angle of view θp of the projector 220. The projection control device 250 controls the telephoto lens 212 and the projection optical system 223 so that the angle of view θc and the angle of view θp coincide. The projection control device 250 can control the same angle of view θc = θp at various zoom values.

(変形例)
上記の実施の形態1では、撮像照射装置200においてプロジェクタ220をシフトさせる機構により投影画像のY方向の位置を調整したが、Y方向の位置を調整する機構はこれに限らない。図11A,11Bを用いて、Y方向の位置を調整する機構の変形例について説明する。
(Modification)
In Embodiment 1 described above, the position in the Y direction of the projection image is adjusted by the mechanism that shifts the projector 220 in the imaging irradiation apparatus 200, but the mechanism that adjusts the position in the Y direction is not limited to this. A modification of the mechanism for adjusting the position in the Y direction will be described with reference to FIGS. 11A and 11B.

図11A,11Bは、実施の形態1の変形例1にかかる撮像照射装置200Aの平面図及び側面図である。撮像照射装置200Aは、図11Aに示すように、XY平面上で、光軸J1を回転軸としてプロジェクタ220を回転可能に構成されている。XY平面上でプロジェクタ220を回転する機構は、例えば、図11Bに示すように、プロジェクタ220と基板203との間に設けられたスライダ205で構成される。   11A and 11B are a plan view and a side view of the imaging irradiation apparatus 200A according to the first modification of the first embodiment. As shown in FIG. 11A, the imaging irradiation apparatus 200A is configured to be able to rotate the projector 220 about the optical axis J1 on the XY plane. A mechanism for rotating the projector 220 on the XY plane includes, for example, a slider 205 provided between the projector 220 and the substrate 203 as shown in FIG. 11B.

スライダ205は、基板203に対してプロジェクタ220を光軸J1の周りに回転可能に係合する部材である。当該機構によりプロジェクタ220を回転させることで、ダイクロイックミラー201までの投影光の光路長を維持しながら、投影画像のY方向の投影位置を調整することができる。   The slider 205 is a member that engages the projector 220 with the substrate 203 so as to be rotatable around the optical axis J1. By rotating the projector 220 by this mechanism, the projection position in the Y direction of the projection image can be adjusted while maintaining the optical path length of the projection light to the dichroic mirror 201.

また、上記の実施の形態1では、撮像照射装置200においてダイクロイックミラー201を光学部として用いたが、光学部はこれに限らず、入射光のうちの特定の成分の進行方向を変更する他の光学素子であってもよい。図12A,12Bを用いて、光学部及びその調整機構の変形例について説明する。   In Embodiment 1 described above, the dichroic mirror 201 is used as the optical unit in the imaging irradiation device 200. However, the optical unit is not limited to this, and other components that change the traveling direction of a specific component of incident light are used. It may be an optical element. A modification of the optical unit and its adjustment mechanism will be described with reference to FIGS. 12A and 12B.

図12Aは、実施の形態1の変形例2にかかる撮像照射装置200Bの側面図である。撮像照射装置200Bは、ダイクロイックミラー201に代わる光学部として、可視光を屈折するプリズム204を備える。   FIG. 12A is a side view of the imaging irradiation apparatus 200B according to the second modification of the first embodiment. The imaging irradiation device 200 </ b> B includes a prism 204 that refracts visible light as an optical unit that replaces the dichroic mirror 201.

本変形例では、プリズム204が固定されている一方、プロジェクタ220は、Z方向に直動可能に構成されている。プロジェクタ220を直動させるための機構は、例えば、図12Aに示すように、プロジェクタ220と基板203との間でZ方向に伸縮可能な支持部205Aで構成される。支持部205Aでプロジェクタ220を直動させることにより、投影光がプリズム204から出射する位置がずれ、投影画像のX方向の投影位置を調整することができる。   In this modification, the prism 204 is fixed, while the projector 220 is configured to be linearly movable in the Z direction. For example, as shown in FIG. 12A, the mechanism for moving the projector 220 linearly includes a support portion 205 </ b> A that can expand and contract in the Z direction between the projector 220 and the substrate 203. By directly moving the projector 220 with the support unit 205A, the position at which the projection light is emitted from the prism 204 is shifted, and the projection position in the X direction of the projection image can be adjusted.

図12Bは、実施の形態1の変形例3にかかる撮像照射装置200Cの平面図及び側面図である。変形例2では、プロジェクタ220をZ方向にシフトさせたが、本例では、XZ平面上で、光軸J1,J2の交点を回転軸としてプロジェクタ220を回転させる。XZ平面上でプロジェクタ220を回転する機構は、例えば図12Bに示すように、傾きを設定可能な支持部205Bで構成される。支持部205Bでプロジェクタ220を傾けることにより、プリズム204までの投影光の光路長を維持しながら、投影画像のX方向の投影位置を調整することができる。   FIG. 12B is a plan view and a side view of the imaging irradiation apparatus 200C according to the third modification of the first embodiment. In the second modification, the projector 220 is shifted in the Z direction, but in this example, the projector 220 is rotated on the XZ plane with the intersection of the optical axes J1 and J2 as the rotation axis. A mechanism for rotating the projector 220 on the XZ plane includes a support portion 205B capable of setting an inclination, as shown in FIG. 12B, for example. By tilting the projector 220 with the support unit 205B, it is possible to adjust the projection position in the X direction of the projection image while maintaining the optical path length of the projection light to the prism 204.

なお、変形例2,3において、投影画像のY方向の投影位置の調整するための機構は、適宜、設けられてもよく、例えばプロジェクタ220がY方向にシフト可能に構成されてもよいし、XY平面上で回転可能に構成されてもよい。   In Modifications 2 and 3, a mechanism for adjusting the projection position of the projection image in the Y direction may be provided as appropriate. For example, the projector 220 may be configured to be shiftable in the Y direction. It may be configured to be rotatable on the XY plane.

また、変形例2,3では、プリズム204を固定したが、プリズム204を動かすための機構を設けてもよい。例えば、投影画像のX方向の投影位置を調整するために、プリズム204が、XZ平面上で回転可能に構成されてもよいし、Z方向又はX方向にシフト可能に構成されてもよい。   In the second and third modifications, the prism 204 is fixed, but a mechanism for moving the prism 204 may be provided. For example, in order to adjust the projection position in the X direction of the projection image, the prism 204 may be configured to be rotatable on the XZ plane, or may be configured to be shiftable in the Z direction or the X direction.

上述した各変形例1〜3の調整機構は、それぞれ本開示における第1の調整部の一例である。実施形態1の各種調整機構201a〜201c,202,220a,220b及び各変形例1〜3の調整機構には、それぞれ自動的に調整可能な駆動部が組み込まれていてもよい。駆動部は、例えば直動ユニット及びアクチュエータなどで構成される。   The adjustment mechanisms of the first to third modifications described above are examples of the first adjustment unit in the present disclosure. Each of the adjustment mechanisms 201a to 201c, 202, 220a, and 220b of the first embodiment and the adjustment mechanisms of the first to third modifications may each include a drive unit that can be automatically adjusted. The drive unit is composed of, for example, a linear motion unit and an actuator.

(実施の形態2)
実施の形態1では、作業者が手術支援システム100における位置合わせを行う例を説明したが、手術支援システム100における位置合わせは、各種制御装置によって自動的に行われてもよい。実施の形態2では、投影制御装置250が位置合わせを行う例について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, an example in which an operator performs alignment in the surgery support system 100 has been described. However, alignment in the surgery support system 100 may be automatically performed by various control devices. In the second embodiment, an example in which the projection control apparatus 250 performs alignment will be described.

以下、実施の形態1に係る手術支援システム100と同様の構成、動作の説明は適宜、省略して、本実施形態に係る手術支援システム100を説明する。   Hereinafter, description of the same configuration and operation as those of the surgery support system 100 according to the first embodiment will be omitted as appropriate, and the surgery support system 100 according to the present embodiment will be described.

本実施形態では、一例として、実施形態1で説明した各種調整機構201a〜201c,202,220a,220b(図3A,3B,4参照)に駆動部が組み込まれており、投影制御装置250が調整機構を駆動可能であることとする。   In the present embodiment, as an example, the drive unit is incorporated in the various adjustment mechanisms 201a to 201c, 202, 220a, and 220b (see FIGS. 3A, 3B, and 4) described in the first embodiment, and the projection control apparatus 250 performs adjustment. It is assumed that the mechanism can be driven.

図13は、本実施形態にかかる位置合わせ処理を説明するためのフローチャートである。位置合わせ処理は、投影制御装置250がカメラ210の撮像画像に基づき各種調整機構を駆動して投影画像の位置合わせを行う処理である。本実施形態において、図13に示す処理は、投影制御装置250によって実行され、治具500が基準位置P0に設置された状態において開始される(図7,9A参照)。   FIG. 13 is a flowchart for explaining the alignment processing according to the present embodiment. The alignment process is a process in which the projection control apparatus 250 aligns the projection image by driving various adjustment mechanisms based on the captured image of the camera 210. In the present embodiment, the process shown in FIG. 13 is executed by the projection control apparatus 250 and is started in a state where the jig 500 is installed at the reference position P0 (see FIGS. 7 and 9A).

まず、投影制御装置250は、カメラ210に基準位置P0の治具500を撮像させ、撮像画像に基づきカメラ210の画角を設定する(S11)。例えば、投影制御装置250は、治具500の内枠が撮像画像Im1に映るように(図9B参照)、カメラ210のズーム値を調整する。   First, the projection control apparatus 250 causes the camera 210 to image the jig 500 at the reference position P0, and sets the angle of view of the camera 210 based on the captured image (S11). For example, the projection control apparatus 250 adjusts the zoom value of the camera 210 so that the inner frame of the jig 500 appears in the captured image Im1 (see FIG. 9B).

次に、投影制御装置250は、撮像画像Im1に基づき投影画像G500を投影し、投影画像G500の撮像結果に基づきプロジェクタ220の画角を設定する(S12)。例えば、投影制御装置250は、投影画像G500の撮像結果に基づき投影画像G500のサイズを計算し、計算結果に応じてプロジェクタ220のズーム値を調整する。また、投影制御装置250は、調整済みのカメラ210のズーム値に基づき、プロジェクタ220のズーム値を設定してもよい。   Next, the projection control apparatus 250 projects the projection image G500 based on the captured image Im1, and sets the angle of view of the projector 220 based on the imaging result of the projection image G500 (S12). For example, the projection control apparatus 250 calculates the size of the projection image G500 based on the imaging result of the projection image G500, and adjusts the zoom value of the projector 220 according to the calculation result. Further, the projection control device 250 may set the zoom value of the projector 220 based on the adjusted zoom value of the camera 210.

次に、投影制御装置250は、画角を設定した投影画像G500の撮像結果に基づき、所定の誤差の範囲内で投影画像G500が撮像領域Rm1に一致するように(図10A,B参照)、各種の調整機構を駆動する(S13)。例えば、投影制御装置250は、投影画像G500をX方向に移動させるためにダイクロイックミラー201を回転させたり、Y方向に移動させるためにプロジェクタ220をシフトさせたりする。   Next, based on the imaging result of the projection image G500 in which the angle of view is set, the projection control device 250 makes the projection image G500 coincide with the imaging region Rm1 within a predetermined error range (see FIGS. 10A and 10B). Various adjustment mechanisms are driven (S13). For example, the projection control apparatus 250 rotates the dichroic mirror 201 to move the projection image G500 in the X direction, or shifts the projector 220 to move the projection image G500 in the Y direction.

次に、投影制御装置250は、上記のように各種調整機構の駆動による粗調整で僅かに残る誤差に対して画像処理における微調整を行う(S14)。具体的に、投影制御装置250は、投影画像G500が撮像領域Rm1に正確に一致するように、撮像画像Im1に基づく投影画像G500の補正量を算出する。   Next, the projection control apparatus 250 performs fine adjustment in image processing on the error that remains slightly in the coarse adjustment by driving the various adjustment mechanisms as described above (S14). Specifically, the projection control apparatus 250 calculates the correction amount of the projection image G500 based on the captured image Im1 so that the projection image G500 exactly matches the imaging region Rm1.

次に、投影制御装置250は、例えばカメラ210及びプロジェクタ220のズーム値、並びに算出した補正量などの調整済みの各種パラメータをメモリ240に格納し(S15)、本処理を終了する。   Next, for example, the projection control apparatus 250 stores various adjusted parameters such as the zoom values of the camera 210 and the projector 220 and the calculated correction amount in the memory 240 (S15), and ends this processing.

以上の処理により、投影制御装置250がカメラ210の撮像結果に基づき自動的に位置合わせを行うことができる。   Through the above processing, the projection control apparatus 250 can automatically perform alignment based on the imaging result of the camera 210.

以上のように、本実施形態にかかる手術支援システム100において、投影制御装置250は、撮像画像Im1に基づいて、被写体上の投影画像G500を調整するように、第1の調整部を駆動する。これにより、手術支援システム100における位置合わせを自動で行うことができる。   As described above, in the surgery support system 100 according to the present embodiment, the projection control apparatus 250 drives the first adjustment unit so as to adjust the projection image G500 on the subject based on the captured image Im1. Thereby, the alignment in the surgery assistance system 100 can be performed automatically.

以上の説明では、投影画像G500を移動させるために第1の調整部が駆動された。第1の調整部に限らず、例えばカメラ210及びプロジェクタ220のズーム又はフォーカスの変更に応じて、適宜、光路長を調整するようにスペーサ202(第2の調整部)が駆動されてもよい。   In the above description, the first adjustment unit is driven to move the projection image G500. The spacer 202 (second adjustment unit) may be driven to adjust the optical path length as appropriate in accordance with the zoom or focus change of the camera 210 and the projector 220, for example, without being limited to the first adjustment unit.

(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1,2を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態1,2で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
(Other embodiments)
As described above, Embodiments 1 and 2 have been described as examples of the technology disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to an embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed. In addition, it is possible to combine the components described in the first and second embodiments to form a new embodiment.

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。   Therefore, other embodiments will be exemplified below.

上記の実施形態1,2では、光感受性物質から生じる蛍光を透過するダイクロイックミラー201又はプリズム204を用いて説明したが、これに限らず、本開示における光学部として、蛍光を反射又は屈折するダイクロイックミラー又はプリズムを用いてもよい。この場合、適宜、撮像部及び投影部の配置を入れ替えてもよい。また、本開示における光学部として、所定の偏光成分の光の進行方向を変更する偏光板などを用いてもよい。この場合、光の偏光成分に応じて、撮像部又は投影部に選択的に入射させることができる。   In the first and second embodiments, the dichroic mirror 201 or the prism 204 that transmits the fluorescence generated from the photosensitive substance has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the dichroic that reflects or refracts the fluorescence is used as an optical unit in the present disclosure. A mirror or prism may be used. In this case, the arrangement of the imaging unit and the projection unit may be switched as appropriate. In addition, as an optical unit in the present disclosure, a polarizing plate that changes a traveling direction of light of a predetermined polarization component may be used. In this case, the light can be selectively incident on the imaging unit or the projection unit according to the polarization component of the light.

実施の形態1,2では、手術などの医療用途を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限らない。例えば、工事現場や採掘現場、建築現場、材料を加工する工場など、目視では状態変化を確認できないような対象物に対して作業を行う必要がある場合、本発明を適用することができる。   In the first and second embodiments, medical applications such as surgery have been described as examples, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied when it is necessary to work on an object whose state change cannot be visually confirmed, such as a construction site, a mining site, a construction site, or a factory that processes materials.

具体的には、実施の形態1の医療機器に代えて、工事現場や採掘現場、建築現場、材料を加工する工場などにおける、目視では状態変化を確認できないような対象物に蛍光材料を塗布し、練りこみ、或いは流し込んで、カメラ210による撮像の対象である被写体としてもよい。発光ではなく、発熱箇所を熱センサで検出して、その部分だけ或いは、境界だけを走査するようにしてもよい。   Specifically, instead of the medical device of the first embodiment, a fluorescent material is applied to an object that cannot be visually confirmed in a construction site, a mining site, a construction site, or a factory that processes the material. Alternatively, it may be a subject to be imaged by the camera 210 by being kneaded or poured. Instead of light emission, a heat generation location may be detected by a thermal sensor, and only that portion or only the boundary may be scanned.

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。   As described above, the embodiments have been described as examples of the technology in the present disclosure. For this purpose, the accompanying drawings and detailed description are provided.

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。   Accordingly, among the components described in the accompanying drawings and the detailed description, not only the components essential for solving the problem, but also the components not essential for solving the problem in order to illustrate the above technique. May also be included. Therefore, it should not be immediately recognized that these non-essential components are essential as those non-essential components are described in the accompanying drawings and detailed description.

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。   Moreover, since the above-mentioned embodiment is for demonstrating the technique in this indication, a various change, substitution, addition, abbreviation, etc. can be performed in a claim or its equivalent range.

本開示における投影システムは、医療用途、工事現場、採掘現場、建築現場、材料を加工する工場など、目視では状態変化を確認しづらいような対象物に対して作業を行う際に適用可能である。   The projection system according to the present disclosure can be applied to work on an object that is difficult to visually confirm a change in state, such as a medical use, a construction site, a mining site, a construction site, or a factory that processes materials. .

100 手術支援システム
200 撮像照射装置
201 ダイクロイックミラー
202 スペーサ
204 プリズム
210 カメラ
212 望遠レンズ
220 プロジェクタ
223 投影光学系
250 投影制御装置
20 投影装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Surgical support system 200 Imaging irradiation apparatus 201 Dichroic mirror 202 Spacer 204 Prism 210 Camera 212 Telephoto lens 220 Projector 223 Projection optical system 250 Projection control apparatus 20 Projection apparatus

Claims (8)

被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、
前記撮像画像に基づく投影画像を示す投影光を前記被写体上に照射する投影部と、
前記撮像画像に基づいて前記投影画像を制御する制御部と、
前記被写体から前記撮像部に入射する入射光の光軸と、前記投影部から前記被写体上に照射される投影光の光軸とが一致するように導光する光学部とを備え、
前記入射光に基づき前記撮像部が撮像する画角と、前記投影部が前記投影光を照射する画角とが一致し、
前記撮像部と光学部間の入射光の光路長と、前記投影部と光学部間の投影光の光路長とが一致しており、
前記撮像部、投影部及び光学部のそれぞれの位置並びに向きのうちの少なくとも1つを調整可能に構成される第1の調整部をさらに備え、
前記光学部は、入射する光の内の所定の成分の進行方向を変更して出射し、
前記第1の調整部は、前記光学部に入射する光の光軸と前記光学部から出射する光の光軸の交点に位置する回転軸において、前記光学部を回転可能に構成される
投影装置。
An imaging unit that images a subject and generates a captured image;
A projection unit that irradiates the subject with projection light indicating a projection image based on the captured image;
A control unit for controlling the projection image based on the captured image;
An optical unit that guides an optical axis of incident light that is incident on the imaging unit from the subject and an optical axis of projection light that is projected onto the subject from the projection unit;
The angle of view captured by the imaging unit based on the incident light matches the angle of view of the projection unit irradiating the projection light,
The optical path length of the incident light between the imaging unit and the optical unit is the same as the optical path length of the projection light between the projection unit and the optical unit ,
A first adjustment unit configured to be capable of adjusting at least one of the position and orientation of each of the imaging unit, the projection unit, and the optical unit;
The optical unit changes the traveling direction of a predetermined component of incident light and emits it,
The first adjustment unit is configured to be able to rotate the optical unit on a rotation axis located at an intersection of an optical axis of light incident on the optical unit and an optical axis of light emitted from the optical unit. /> Projection device.
前記撮像部と光学部間の入射光の光路長および前記投影部と光学部間の投影光の光路長のうちの少なくとも一方を調整可能に構成される第2の調整部をさらに備える
請求項に記載の投影装置。
The imaging unit with claim 1, further comprising a second adjustment unit adjustably configured at least one of the optical path length of the projected light between the optical path length and the projecting portion and the optical portion of the incident light between the optical portion The projection apparatus described in 1.
前記第1の調整部は、前記第2の調整部によって調整される光路長を維持しながら前記撮像部、投影部及び光学部のそれぞれの位置並びに向きのうちの少なくとも1つを調整可能に構成される
請求項に記載の投影装置。
The first adjustment unit is configured to be capable of adjusting at least one of the positions and orientations of the imaging unit, the projection unit, and the optical unit while maintaining the optical path length adjusted by the second adjustment unit. The projection apparatus according to claim 2 .
前記第1の調整部は、前記投影部が前記投影光を出射する方向と直交する方向において前記投影部を移動可能に構成される
請求項のいずれか1項に記載の投影装置。
The first adjustment unit, the projection apparatus according to any one of movable in claims 1 to 3, the projection portion in the direction in which the projecting portion is perpendicular to the direction for emitting the projection light.
前記制御部は、前記撮像画像に基づいて、前記被写体上の投影画像を調整するように、前記第1の調整部を駆動する
請求項のいずれか1項に記載の投影装置。
The control unit, on the basis of the captured image, to adjust the projected image on the object, a projection apparatus according to any one of claims 1 to 4 for driving the first adjusting portion.
前記制御部は、前記撮像画像に基づく画像処理において前記投影画像を調整する
請求項1〜のいずれか1項に記載の投影装置。
Wherein the control unit, the projection apparatus according to any one of claims 1 to 5, to adjust the projected image in the image processing based on the captured image.
前記撮像部は、前記撮像部の画角を設定する撮像光学系を備え、
前記投影部は、前記投影部の画角を設定する投影光学系を備え、
前記制御部は、前記撮像部の画角と前記投影部の画角とが一致するように、撮像光学系及び投影光学系を制御する
請求項1〜のいずれか1項に記載の投影装置。
The imaging unit includes an imaging optical system that sets an angle of view of the imaging unit,
The projection unit includes a projection optical system that sets an angle of view of the projection unit,
Wherein the control unit includes, as the angle of view of the imaging unit and the angle of view of the projection unit are matched, the projection apparatus according to any one of claims 1 to 6 for controlling the imaging optical system and the projection optical system .
前記光学部は、ダイクロイックミラー又はプリズムで構成される
請求項1〜のいずれか1項に記載の投影装置。
Said optical unit, a projection apparatus according to any one of constituted claims 1-7 dichroic mirror or prism.
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