JP2000279425A - ナビゲーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】目標物と対象物との距離を視覚的に把握し易く
し、また、必要な種類のナビゲーション情報を使用者が
容易に入手できるようにすること。 【解決手段】内視鏡３と被検体１の３次元空間における
位置姿勢を計測して、上記対象物を目標にナビゲートす
るためのナビゲーション情報を生成する。そして、上記
ナビゲーション情報を、上記内視鏡３と被検体１の位置
姿勢関係に応じて、例えばナビゲーション情報を表示す
る際の色、線の太さ、描画される大きさ、及び描画の疎
密を変化させて液晶モニタ１３に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被ナビゲーション
対象物と目標の３次元空間における位置姿勢情報に基づ
いてナビゲーション情報を変化させるナビゲーション装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平９−１７３３５２号公報
や特開平１０−５２４５号公報に開示されているよう
に、医療用、手術用のナビゲーション装置が従来より各
種提案されている。

【０００３】ここで、特開平９−１７３３５２号公報に
開示された医用ナビゲーションシステムでは、被検体所
望部分指定手段により指定された被検体の所望の部分の
情報（外形形状、医用画像情報）を表示装置によって表
示するようにしている。また、外観撮影手段より得られ
る映像情報と、外形計測手段により計測された外形情報
と、医用画像撮影手段より得られる医用画像情報とを、
画像表示手段により重ね合わせて表示するようにしてい
る。

【０００４】また、特開平１０−５２４５号公報に開示
された外科手術支援装置では、手術部位の断層像の画像
データと、手術器具と、手術器具先端付近の血管を検知
する血管検知手段と、手術器具の現在位置を検出する位
置検出手段と、手術器具の先端部の位置と手術器具の挿
入方向とを算出する演算手段と、手術器具の先端部が位
置している部位が撮影されている画像データを選択する
画像選択手段と、画像選択手段により選択された画像上
に、手術器具の先端部を示す所定のパターンを重ね合わ
せる画像合成手段より、時々刻々変化する手術器具の位
置や検知された血管を選択された断層像へ重ね合わせて
表示ようにしている。これにより、術者は、被検体の体
内に挿入している手術器具の先端部の位置情報を断層像
上で視覚的に確認するというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に開
示されているナビゲーションには、以下のような課題が
ある。

【０００６】即ち、特開平９−１７３３５２号公報に開
示された医用ナビゲーションシステムでは、被検体所望
部分指定手段により指定された被検体の所望部分の情報
が表示されるのであって、使用者が望む部分へ被検体所
望部分指定手段をナビゲーションすることは困難であ
る。また、外観撮影手段より得られる映像情報と外形計
測手段により計測された外形情報、医用画像撮影手段よ
り得られる医用画像情報とを重ね合わせて表示する際
に、表示される情報の視線方向、つまり表示面に垂直な
方向の距離感を得ることが困難である。さらにまた、計
測範囲内であるが表示範囲外である場所に被検体、及び
被検体所望部分指定手段が位置する際に、何ら情報が与
えられていないため、どのように動かすことで被検体ヘ
アプローチできるのかを、画面表示から判断することは
困難である。

【０００７】また、特開平１０−５２４５号公報に開示
された外科手術支援装置では、血管と手術器具との距離
を知るために、表示される断層像上の手術器具の先端位
置と検知された血管の位置との間隔を、使用者が常に意
識していなければならない。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、表示するナビゲーション情報を、目標物と被ナビゲ
ーション対象物との相対的な３次元的位置姿勢に応じて
変化させることにより、目標物と被ナビゲーション対象
物との距離を視覚的に把握しやすくすること、及び必要
な種類のナビゲーション情報を使用者が容易に入手でき
るナビゲーション装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明によるナビゲーション装置
は、対象物と目標の３次元空間における位置姿勢を計測
して、上記対象物を目標にナビゲートするためのナビゲ
ーション情報を生成するナビゲーション装置であって、
上記ナビゲーション情報を、上記対象物と上記目標の位
置姿勢関係に応じて異なる態様で表示する表示手段をさ
らに具備することを特徴とする。

【００１０】即ち、請求項１に記載の発明のナビゲーシ
ョン装置によれば、ナビゲーション情報を、対象物と目
標の位置姿勢関係に応じて異なる態様で表示するように
しているので、使用者は、容易に３次元空間における位
置姿勢を把握することができる。

【００１１】なお、上記構成は、後述する第１及び第２
の実施の形態が対応するもので、上記目標は、被検体
１、手術対象となる患部、手術において注意すべき部位
が該当するが、実体が存在する被検体に限らず、予め取
得した実在の目標物の画像情報から再構成された２次
元、又は３次元のモデル像として表示される仮想の目標
物も含む。また、上記対象物は、内視鏡３が該当する
が、目標に対して観察や操作を行うための吸引管やピン
セット等の処置具なども含む。上記表示手段は、液晶モ
ニタ１３が該当するが、ＣＲＴディスプレイやヘッドマ
ウントディスプレイなどの映像情報表示装置も含む。そ
して、上記「異なる態様」とは、ナビゲーション情報を
表示する際の色、線の太さ、描画される大きさ、及び描
画の疎密を意味している。

【００１２】また、請求項２に記載の発明によるナビゲ
ーション装置は、対象物と目標の３次元空間における位
置姿勢を計測して、上記対象物を目標にナビゲートする
ためのナビゲーション情報を生成するナビゲーション装
置であって、上記３次元空間における位置姿勢が計測可
能な場合には、上記対象物又は上記目標のモデル画像、
ナビゲーション方向情報、上記対象物と上記目標間の距
離情報の少なくとも一つを表示し、計測不可能な場合に
は、計測不能であることを表す情報を表示する表示手段
をさらに具備することを特徴とする。

【００１３】即ち、請求項２に記載の発明のナビゲーシ
ョン装置によれば、３次元空間における位置姿勢が計測
可能な場合には、上記対象物又は上記目標のモデル画
像、ナビゲーション方向情報、上記対象物と上記目標間
の距離情報の少なくとも一つを表示するようにしている
ので、使用者は、容易に３次元空間における位置姿勢を
把握することができる。また、計測不能であることを表
す情報を表示するので、使用者は、計測不能であること
を容易に知ることができる。

【００１４】なお、上記構成は、後述する第１及び第２
の実施の形態が対応するもので、上記目標は、被検体
１、手術対象となる患部、手術において注意すべき部位
が該当するが、実体が存在する被検体に限らず、予め取
得した実在の目標物の画像情報から再構成された２次
元、又は３次元のモデル像として表示される仮想の目標
物も含む。また、上記対象物は、内視鏡３が該当する
が、目標に対して観察や操作を行うための吸引管やピン
セット等の処置具なども含む。上記表示手段は、液晶モ
ニタ１３が該当するが、ＣＲＴディスプレイやヘッドマ
ウントディスプレイなどの映像情報表示装置も含む。

【００１５】また、上記モデル画像は、第１の実施の形
態ではワイヤフレーム３次元モデルデータ１０が該当す
るが、外形形状を表現できるモデルデータであれば一般
的な３次元コンピュータグラフィックスで用いられるデ
ータ構造も含む。また、第２の実施の形態では、内視鏡
３の正射影像２７を表現する線が該当するが、外形形状
を表現できるものであれば一般的な３次元コンピュータ
グラフィックスで用いられる表現方法も含む。さらに、
このモデル画像は、第１及び第２の実施の形態では、対
象部位の３次元ボリュームデータ１１が該当するが、２
次元ピクセルデータが複数存在する形態も含む。

【００１６】また、上記ナビゲーション方向情報は、第
１の実施の形態では矢印２１が該当するが、三角形や丸
等の２次元幾何学図形や円錐等の３次元幾何学図形や画
像データ等視覚的に確認できるものを含む。

【００１７】そして、上記距離情報は、第１の実施の形
態では患部への距離を示す数字３１が該当するが、任意
の目標物への距離を示す数字を含む。あるいは、これ
は、第１の実施の形態では患部への距離を示す棒３０が
該当するが、三角形や丸等の２次元幾何学図形や円柱等
の３次元幾何学図形や画像データ等視覚的に確認できる
ものを含む。

【００１８】また、上記計測不能であることを表す情報
は、第１の実施の形態では「計測不能状態」という文字
情報２８が該当するが、これは計測不能な状態を表現す
る任意の文字情報を含む。さらに、これは、第１の実施
の形態では黄色で太さ６０ピクセルの枠２９が該当する
が、計測不能を示すことを定義された任意の記号的パタ
ーンを含む。

【００１９】また、請求項３に記載の発明によるナビゲ
ーション装置は、上記請求項１又は請求項２に記載の発
明によるナビゲーション装置において、上記対象物が撮
像手段を具備し、上記撮像手段で撮像した画像を他の情
報に重畳して上記表示手段に表示可能であることを特徴
とする。

【００２０】即ち、請求項３に記載の発明のナビゲーシ
ョン装置によれば、対象物の撮像手段で撮像した画像を
他の情報に重畳して表示するので、表示手段上で、実際
の映像情報とナビゲーション情報を同一の空間上の情報
として得られることにより、使用者は、まだ見えぬ実体
の位置や形状や状態をナビゲーション情報から容易に把
握することができる。

【００２１】なお、上記構成は、後述する第１の実施の
形態が対応するもので、上記対象物は、第１の実施の形
態では内視鏡３が該当するが、顕微鏡なども含む。ま
た、上記表示手段は、第１の実施の形態では液晶モニタ
１３が該当するが、ＣＲＴディスプレイやヘッドマウン
トディスプレイなどの映像情報表示装置も含む。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２３】［第１の実施の形態］図１は、本発明の第
１の実施の形態に係るナビゲーション装置の構成を示す
図である。

【００２４】即ち、手術台に被検体１が仰向けの状態で
寝ている。そして、その被検体１の頭部には、赤外線Ｌ
ＥＤを三角形状に配置した硬質なセンシングプレート２
がテープにて取り付けられており、頭部に対しての取り
付け位置姿勢が容易には変化しないようになっている。
また、内視鏡３には、赤外線ＬＥＤを三角形状に配置し
た硬質なセンシングプレート４が固定的に取り付けられ
ている。これらセンシングプレート２，４上で、配置さ
れたＬＥＤ同士の位置関係が変化することはない。ま
た、各センシングプレート２，４上で定義された座標系
に対して、各ＬＥＤが配置された位置は事前に計測して
おり、ＬＥＤ定義データとしてセンサ情報記憶部５に蓄
えられている。このセンサ情報記憶部５は、センサ制御
部６に接続されている。そして、センシングプレート
２，４が計測範囲内に位置するように、画像撮影方式の
センサアセンブリ７を配置する。センサ制御部６にセン
シングプレート２，４とセンサアセンブリ７が接続さ
れ、３次元位置姿勢計測手段を構成している。

【００２５】このような３次元位置姿勢計測手段で計測
された３次元位置姿勢情報は、センサ制御部６よりナビ
ゲーション情報制御部８に渡される。ここで、予め計測
された被検体、手術対象となる患部、手術において注意
すべき部位の外形形状情報と内部断層像情報はＣＴやＭ
ＲＩにより事前に計測され、低解像度（例えば、３２×
３２×３２ボクセルの解像度）、中解像度（例えば、１
２８×１２８×１２８ボクセルの解像度）、高解像度
（例えば、５１２×５１２×５１２ボクセルの解像度）
な情報に分られ、画像処理用計算機等によりワイヤーフ
レーム３次元モデルデータ１０（高解像度ワイヤーフレ
ーム３次元モデルデータ１０ａ，中解像度ワイヤーフレ
ーム３次元モデルデータ１０ｂ，低解像度ワイヤーフレ
ーム３次元モデルデータ１０ｃ）と３次元ボリュームデ
ータ１１（高解像度３次元ボリュームデータ１１ａ，中
解像度３次元ボリュームデータ１１ｂ，低解像度３次元
ボリュームデータ１１ｃ）へ変換され、ナビゲーション
情報記憶部９にデータとして蓄えられている。

【００２６】また、このナビゲーション情報記憶部９に
は、距離マップ１２も予め記憶されている。ここで、距
離マップ１２とは、図２及び図３に示すように、３次元
配列の値が対象部位（被検体、手術対象となる患部、手
術において注意すべき部位）の表面からの最短距離を表
し、配列の添字番号が対象部位が存在する空間での３次
元位置座標に対応する変数となっている。例えば、最小
分割単位が０．１［ｍｍ］の時は、添字番号の１／１０
がミリメートルで表現された座標値となる。このような
距離マップが、事前に距離マップ作成用計算機等によっ
て各対象部位ごとに作成され、ナビゲーション情報記憶
部９にデータとして蓄えられている。なお、ワイヤフレ
ーム３次元モデルデータ１０と３次元ボリュームデータ
１１、及び距離マップ１２は全て同一の座標系になるよ
うに、座標変換演算をなされている。

【００２７】そして、上記内視鏡３の光学系より得られ
る画像は、図示しないカメラ制御装置、画像入力ボード
を介して、上記ナビゲーション情報制御部８に取り込ま
れるようになっている。

【００２８】このナビゲーション情報制御部８で生成さ
れるナビゲーション情報は、情報表示手段としての液晶
モニタ１３によって、使用者に対し表示される。被検体
１のデータと被検体自身は、図４に示すように、特徴点
のデータ上の座標値ｍと、これに対応する特徴点のセン
シングプレート２で規定される座標値ｐを計測し、座標
変換行列（ｐＨｍ）１４を算出することで関連付けられ
ている。この座標変換行列１４は、上記ナビゲーション
情報記憶部９に蓄えられている。

【００２９】ここで、座標変換行列とは、図５に示すよ
うに、３次元空間での回転動作を表す３行３列の回転成
分Ｒと、３次元空間での並進動作を表す３行１列の並進
成分Ｔと、定数成分と、で構成される４行４列の行列で
ある。

【００３０】また、図６に示すような、センシングプレ
ート４で規定される座標系から内視鏡３の光学系を表現
するカメラモデルで使用される座標系への座標変換行列
（ｃＨｅ）１５と、カメラモデル座標系から実際の液晶
モニタ１３上の座標系への座標変換行列（ｆ＿ｃｔｏ
ｓ）１６も求められて、上記ナビゲーション情報記憶部
９に蓄えられている。

【００３１】次に、このような構成における作用を説明
する。

【００３２】本ナビゲーション装置の動作中、上記３次
元位置姿勢計測手段の構成要素であるセンサ制御部６
は、センシングプレート２，４の各赤外線ＬＥＤの３次
元位置を計測し、センサ情報記憶部５に蓄えられたＬＥ
Ｄ定義データを用いて、センシングプレート２，４の３
次元位置姿勢を、センシングプレート２で定義される３
次元空間上でのセンシングプレート４で定義される空間
の原点の座標値と、センシングプレート４で定義される
空間のＸ，Ｙ，Ｚ軸の単位ベクトルの値として算出す
る。そして、この３次元位置姿勢情報より、図７に示す
ように、被検体１の頭部に取り付けられたセンシングプ
レート２から内視鏡３に取り付けられたセンシングプレ
ート４への座標変換行列（ｐＨｅ）１７が算出される。
この座標変換行列１７と上記座標変換行列１４，１５，
１６とより、図８に示すように、対象部位のデータが液
晶モニタ１３上での位置データヘ変換され、この位置デ
ータを用いてナビゲーション情報制御部８でナビゲーシ
ョン情報が生成される。

【００３３】このナビゲーション情報制御部８へは、上
記内視鏡３の光学系からの映像も入力されており、よっ
て、上記ナビゲーション情報とその映像とを重畳して、
図９の（Ａ）に示すように、液晶モニタ１３にて表示す
る。

【００３４】ここで、図７に示すように、内視鏡３の先
端位置を上記座標変換行列１４，１５，１７を用いて座
標変換し、距離マップ１２を参照することにより、対象
部位と内視鏡３の先端との相対的な距離が求められる。
そこで、液晶モニタ１３上には、図９の（Ａ）に示すよ
うに、被検体１と内視鏡３が計測可能な状態にある時に
は、上記対象部位と内視鏡３の先端との相対的な距離
を、患部への距離として、棒３０の長さと数字３１で表
現して表示する。

【００３５】内視鏡３を用いた外科手術では、被検体１
の外部より患部に向かって、傷付けてはならない部位に
注意しながら内視鏡３を挿入し、患部を処置しなければ
ならない。

【００３６】内視鏡３が被検体１の外部にある時、対象
部位のモデル像は、図９の（Ａ）に示すように、外形形
状のワイヤフレーム像１８として生成される。そして、
本実施の形態においては、このワイヤフレーム像１８の
線の色や太さを、上記方法により求められた内視鏡３先
端と対象部位との相対的距離に応じて変化させるように
している。また、上記患部への距離を示す棒３０の色と
太さ、数字３１とその背景の色も変化させる。

【００３７】例えば、上記相対的距離が１０ｍｍ以上離
れている時には、ワイヤフレーム像１８の線の色は青
色、線の太さは１ピクセル、距離を示す棒３０の色は青
色、棒３０の太さは２０ピクセル、数字３１の背景色は
青色とし、それが０ｍｍ以上１０ｍｍ未満離れている時
には、ワイヤフレーム像１８の線の色は黄色、線の太さ
は２ピクセル、距離を示す棒３０の色は黄色、棒３０の
太さは３０ピクセル、数字３１の背景色は黄色、また、
それが０ｍｍ以上１０ｍｍ未満挿入されている時には、
ワイヤフレーム像１８の線の色は紫色、線の太さは２ピ
クセル、距離を示す棒３０の色は紫色、棒３０の太さは
３０ピクセル、数字３１の背景色は紫色、というように
変化させる。

【００３８】このように、予め設定された距離に達した
時に、その距離に応じた色へ描画されるワイヤフレーム
像１８の色が変化したり、線の太さが変化することによ
り、使用者は、対象となっている部位への距離を視覚的
に捉えることができる。また、注意すべき部位へ内視鏡
３がある設定距離以上に近付いた際に、注意すべき部位
を表すワイヤフレーム像１８の線が太く描画されること
により、使用者は、注意すべき部位へ近付き過ぎたこと
を視覚的に捉えることができる。例えば、注意すべき部
位に関する距離マップ１２の参照値が１０ｍｍ以下にな
ったならば、線の太さを５倍に変化させる。

【００３９】また、内視鏡３と対象部位との相対的距離
に応じて描画されるワイヤフレーム像１８の粗密も変化
させるようにしている。即ち、相対的距離が小さくなる
につれて、より詳細なワイヤフレーム３次元モデルデー
タ１０ヘ切り替えて描画を行い、相対的距離が大きくな
るにつれて、間引かれたワイヤフレーム３次元モデルデ
ータ１０ヘ切り替えて描画を行う。例えば、対象部位ま
での距離が３０ｍｍ未満であったならば高解像度ワイヤ
フレーム３次元モデルデータ１０ａを用い、対象部位ま
での距離が３０ｍｍ以上１００ｍｍ未満であったならば
中解像度ワイヤーフレーム３次元モデルデータ１０ｂを
用い、対象部位までの距離が１００ｍｍ以上であったな
らば、低解像度ワイヤーフレーム３次元モデルデータ１
０ｃを用いる。この作用により、描画完了までの時間を
短くするために粗いワイヤフレーム３次元モデルデータ
を用いなければならず、近付いた時に詳細な情報を表示
できなかったり、逆に、詳細なワイヤフレーム３次元モ
デルデータを用いたために、対象部位から遠くにある時
に不要な細部の情報を描画することによって描画完了ま
での時間が長くなったりするといった問題が生じること
がなく、距離に応じて必要な詳細度と十分な描画速度を
実現できる。

【００４０】また、本実施の形態においては、内視鏡３
が被検体１内部へ挿入される際には、内視鏡３と対象部
位の表面部との相対的距離に応じて、描画される被検体
１のモデル像がワイヤフレーム像１８から、図９の
（Ｂ）に示すような３次元ボリュームデータの内部断層
像１９へ、自動的に切り替える。ここで、内視鏡３の先
端と対象部位との相対的距離は上記方法により求められ
る。例えば、この相対的距離が５ｍｍになった時に、被
検体のモデル像をワイヤフレーム像１８から、内視鏡の
視線方向に応じた３次元ボリュームデータの内部断層像
１９へ切り替える。この切り替えにより、使用者は、内
視鏡３を挿入後は不要になる被検体のワイヤフレーム像
１８に替わって、挿入後重要になる３次元ボリュームデ
ータの内部断層像１９を、切り替え作業を要求されるこ
となく容易に得ることができる。

【００４１】このように、内視鏡３が被検体内部に挿入
されている時、使用者に対して表示されるナビゲーショ
ン情報は、被検体１の３次元ボリュームデータの内部断
層像１９と患部、注意すべき部位のワイヤフレーム像２
０である。この状態で、内視鏡３がある設定値以上対象
部位へ近付いた時は、ワイヤフレーム像２０の描画属性
だけでなく、描画される３次元ボリュームデータの内部
断層像１９の色も変化させる。

【００４２】なお、内視鏡３の撮影範囲内に対象部位が
存在しない場合は、図９の（Ｃ）に示すように、対象と
なる部位が存在する方向を矢印２１を用いて示す。ここ
で、モデル像が描画範囲内にあるかどうかは、モデル像
の描画の際に計算されるモデル像の各点の座標が、表示
されるモニタ上の点として存在する座標がどうかを、全
ての点について検査することにより判断することができ
る。

【００４３】即ち、図１０に示すように、モデル像の座
標を表示画面の座標へ変換し（ステップＳ１）、その変
換された点が表示範囲内の座標値かどうかを判定する
（ステップＳ２）。そして、表示範囲内の点があれば、
モデル像を表示する（ステップＳ３）。これに対して、
表示範囲内の点がない場合には、モデル像の代表点の座
標を表示画面の座標へ変換すると共に（ステップＳ
４）、内視鏡３の先端の座標を表示画面の座標へと変換
して（ステップＳ５）、モデル像の代表点と内視鏡３の
先端の距離と方向を計算する（ステップＳ６）。即ち、
対象部位の代表点のモデルデータ座標系での座標値２３
を、上記座標変換行列１４，１５，１６，１７により液
晶モニタ１３上の座標値へ変換することにより、内視鏡
映像の中心２２つまり内視鏡３先端と対象部位との相対
的な距離と方向を求めることができる。そして、この距
離に比例するように対象部位を示す矢印２１の大きさを
変化させることで、使用者は、どの程度内視鏡３を動か
せば対象部位を内視鏡３の撮影範囲に捉えることができ
るかを視覚的に理解することができる。

【００４４】また、センサ制御部６は、計測不能時に、
３次元位置姿勢情報に替わって、計測不能を示すメッセ
ージを出力する。ナビゲーション情報制御部８は、この
メッセージを受けた時に、ナビゲーション情報としての
モデル像を消去し、「計測不能状態」という文字情報２
８と、黄色で太さ６０ピクセルの枠２９とを生成し、図
９の（Ｄ）に示すように、液晶モニタ１３により使用者
へ表示する。この作用により、使用者は、内視鏡３、も
しくは被検体１が計測不能な位置にあることを容易に知
ることができ、実際の状態にそぐわないナビゲーション
情報による誤操作を行う可能性が減少する。

【００４５】なお、本実施の形態の各構成は、当然、各
種の変形、変更が可能である。

【００４６】例えば、ナビゲーション対象とする部位
は、上記対象部位に限らず、被検体１の外形形状情報や
内部断層像情報より作成される任意の部位とすることが
できる。また、実際に被検体１が存在せず、仮想の被検
体の頭部にセンシングプレートが取り付けられていると
して、シミュレーションを行うことも可能である。

【００４７】また、３次元位置姿勢計測手段は、磁気セ
ンサを用いた方式や、機械的なリンクとジョイントとエ
ンコーダやポテンショメータを用いた方式など、一般に
よく知られた３次元位置姿勢計測方式へ置き換えること
ができる。さらに、被検体が固定的になっている時に
は、事前に被検体の３次元位置姿勢を計測し、この情報
をセンサ情報記憶部に蓄え、被ナビゲーション対象物と
の相対的３次元位置姿勢の演算に利用することで、シス
テム稼動時は被ナビゲーション対象物の３次元位置姿勢
を計測するだけで良くなる。

【００４８】また、対象部位の外形情報を表現するワイ
ヤフレームは、ポリゴンなどの３次元コンピュータグラ
フィックスで用いられる様々な表現方法に置き換えるこ
とができる。あるいは、視線方向に対する輪郭線、等距
離線でも良い。

【００４９】また、被ナビゲーション対象物である内視
鏡３は、複数であっても構わない。さらに、被ナビゲー
ション対象物としては、処置具などの観察手段を持たな
い物であっても構わない。

【００５０】また、対象部位が観察範囲内にあるかどう
かの判断は、上記方法に限定されるものではない。

【００５１】さらに、被ナビゲーション対象物と対象部
位との相対的距離の算出方法は、距離マップに限らず、
被ナビゲーション対象物の代表点と対象部位の代表点と
の距離を、一般的に知られている３次元空間における点
と点の距離の算出方法で求めても良い。

【００５２】また、距離による色の変化は、上記の様な
ある値を境界値とした変化だけではなく、複数の境界値
による段階的な変化でも、連続的な変化でも良い。

【００５３】同様に、距離による線の太さの変化は、上
記の様なある値を境界値とした変化だけではなく、複数
の境界値による段階的な変化でも、連続的な変化でも良
い。

【００５４】また、色を透過色、線の太さを０とするこ
とで、ナビゲーション情報の表示を実質的に行わなくて
も良い。

【００５５】さらに、距離によるモデル像の描画の粗密
の変化は、上記の様な複数の粗さの違うデータを用意
し、それを切り替える方法ではなく、単一データから連
続的に変化させても良い。

【００５６】また、対象部位が観察範囲外にある時に表
示されるパターンは、矢印２１に限らず、三角形、丸、
棒などでも良く、距離の大きさは、形状の大きさで表現
してもよい。

【００５７】さらに、距離による矢印２１の大きさの変
化は、上記のような連続的な変化だけでなく、ある設定
値による段階的な変化でも良い。

【００５８】また、対象部位のデータは、単一のデータ
から実行時に描画の粗さを決定する手段を加えれば、予
め解像度別に分けて蓄えておく必要はない。

【００５９】さらに、計測不能状態を示すナビゲーショ
ン情報は、文字情報２８、もしくは枠２９の一方でも良
い。

【００６０】また、ナビゲーション情報の属性である色
や線の太さ、モデル像の描画の粗さ、パターンの大き
さ、距離による変化の際の境界値、計測不能状態を示す
ナビゲーション情報の文字情報２８の文字列は、使用者
が定義できるようにしても良い。

【００６１】［第２の実施の形態］次に、本発明の第２
の実施の形態を説明する。

【００６２】図１１はその構成を示す図で、本実施の形
態においては、上記第１の実施の形態の構成と以下の点
を除いて、同様に構成されている。

【００６３】即ち、内視鏡３は、光学系の撮影情報をナ
ビゲーション情報制御部８へ渡す必要がない。本実施の
形態においては、内視鏡３を挿入すべき径路（最小侵襲
経路）を表現するベクトル２４が、データとして、予め
ナビゲーション情報記憶部９に蓄えられている。そし
て、内視鏡３の先端と後端の座標値２５が、内視鏡３に
固定的に取り付けられたセンシングプレート４で規定さ
れる座標系に対して求められており、ナビゲーション情
報記憶部９に蓄えられている。

【００６４】次に、このような構成における作用を説明
する。

【００６５】本実施の形態に係るナビゲーション装置の
動作中、センサ制御部６は、センシングプレート２，４
の各赤外線ＬＥＤの３次元位置を計測し、センサ情報記
憶部５に蓄えられたＬＥＤ定義データを用いて、センシ
ングプレート２，４の３次元位置姿勢を算出する。この
３次元位置姿勢情報より、被検体１の頭部に取り付けら
れたセンシングプレート２から内視鏡３に取り付けられ
たセンシングプレート４への座標変換行列１７が算出さ
れる。この座標変換行列１７と前述の座標変換行列１
４，１５、及び上記座標値２５より、対象部位のデータ
に対する内視鏡３の位置と姿勢が求められる。

【００６６】ナビゲーション情報制御部８は、図１２に
示すように、患部を含む３次元ボリュームデータ１１の
三切断面像２６と、その断面に投影される内視鏡３の正
射影像２７をナビゲーション情報として生成し、液晶モ
ニタ１３にて表示する。例えば、患部の代表点の座標が
（２６０，１８０，２８０）と表されたとすると、３次
元ボリュームデータ１１の三切断面像２６はｘ＝２６０
のＹＺ平面、ｙ＝１８０のＺＸ平面、ｚ＝２８０のＸＹ
平面となる。

【００６７】内視鏡３の先端位置を用いて上記距離マッ
プ１２を参照することにより、対象部位と内視鏡３の先
端との相対的な距離が求められる。

【００６８】そして、本実施の形態においては、内視鏡
３の正射影像２７及び三切断面像２６は、対象部位と内
視鏡３の先端との相対的な距離に応じて色を連続的に変
化させる。また、内視鏡３の正射影像２７は、対象部位
と内視鏡３の先端との相対的な距離に応じて、図１３に
示すように、線の太さを連続的に変化させる。これらの
変化により、使用者は、内視鏡３の対象部位への接近を
容易に把握することができる。

【００６９】また、内視鏡３の先端位置と後端位置の座
標値２５により求められる内視鏡３の姿勢は、挿入すべ
き径路を表現するベクトル２４のデータと比較され、あ
る設定値（例えば、１０度）以上の傾きが存在する場合
には、内視鏡３の正射影像２７の色と線の太さを変化さ
せる。この変化により、使用者は、現在の内視鏡３の挿
入方向が挿入すべき方向として定義された方向からずれ
たことを、容易に把握することができる。

【００７０】なお、本第２の実施の形態の各構成は、当
然、各種の変形、変更が可能である。

【００７１】例えば、ナビゲーション対象とする部位は
上記対象部位に限らず、被検体の外形形状情報、内部断
層像情報より作成される任意の部位とすることができ
る。また、実際に被検体が存在せず、仮想の被検体の頭
部にセンシングプレートが取り付けられているとして、
シミュレーションを行うことも可能である。

【００７２】また、３次元位置姿勢計測手段は、磁気セ
ンサを用いた方式や、機械的なリンクとジョイントとエ
ンコーダーやポテンショメータを用いた方式など、一般
によく知られた３次元位置姿勢計測方式へ置き換えるこ
とができる。被ナビゲーション対象物との相対的３次元
位置姿勢の演算に利用することで、システム稼動時は被
ナビゲーション対象物の３次元位置姿勢を計測するだけ
で良くなる。

【００７３】また、被ナビゲーション対象物は複数であ
っても構わない。さらに、被ナビゲーション対象物とし
ては機械的な形状が計測できるものであれば、内視鏡３
に限らず、吸引管やピンセットなど他のものへ置き換え
ることができる。

【００７４】また、内視鏡３先端の座標は機械的な先端
に一致している必要はなく、仮想的に先端が長くなって
いるとしたデータを与えても良い。さらに、機械的な先
端位置からの延長量をパラメータとする式で先端座標を
与え、使用者により指定された延長量に基づく先端座標
を逐次求める形式でも良い。

【００７５】また、距離による色の変化は、上記の様な
連続的な変化だけではなく、ある値を境界値とした変化
でも、複数の境界値による段階的な変化でも良い。

【００７６】同様に、距離による線の太さの変化は、上
記の様な連続的な変化だけではなく、ある値を境界値と
した変化でも、複数の境界値による段階的な変化でも良
い。

【００７７】また、傾きの大きさの演算方法は、本方法
に限定されるものではない。

【００７８】さらに、ナビゲーション情報の属性である
色や線の太さ、距離による変化の際の境界値を、使用者
が定義できるようにしても良い。

【００７９】また、被ナビゲーション対象物は、顕微鏡
であっても良い。この場合、顕微鏡の焦点距離を顕微鏡
本体から取得し、これを本実施の形態中の内視鏡３先端
の座標とすることにより、焦点位置をナビゲーション対
象の点とすることができる。

【００８０】以上実施の形態に基づいて本発明を説明し
たが、本発明は上述した実施の形態に限定されるもので
はなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可
能である。ここで、本発明の要旨をまとめると以下のよ
うになる。

【００８１】（１） 対象物を目標へナビゲートする情
報を生成するナビゲーション装置であり、上記目標と上
記対象物の３次元位置姿勢を計測する３次元位置姿勢計
測手段と、上記３次元位置姿勢計測手段の計測結果に基
づいて、ナビゲーションに必要な情報を生成する情報生
成手段と、上記情報生成手段で生成した情報を表示する
表示手段と、を具備し、上記表示手段は、上記対象物と
上記目標の距離情報、上記対象物から上記目標への方向
情報、上記対象物又は上記目標が上記３次元位置姿勢計
測手段の計測範囲内に位置するかの情報のうち少なくと
も一つの情報に応じて、複数の表示形態より選択された
表示形態でナビゲーション情報を表示することを特徴と
するナビゲーション装置。

【００８２】この（１）に記載の構成に関する実施の形
態は、上記第１及び第２の実施の形態が対応する。即
ち、上記第１及び第２の実施の形態では、上記目標は、
被検体１、手術対象となる患部、手術において注意すべ
き部位が該当するが、実体が存在する被検体に限らず、
予め取得した実在の目標物の画像情報から再構成された
２次元、又は３次元のモデル像として表示される仮想の
目標物も含む。また、上記被ナビゲーション対象物は、
内視鏡３が該当するが、目標物に対して観察や操作を行
うための吸引管やピンセット等の処置具なども含む。上
記３次元位置姿勢計測手段は、赤外線ＬＥＤを用いたセ
ンサ（センシングプレート２，４、センサアセンブリ
７、センサ情報記憶部５、センサ制御部６）が該当する
が、磁気センサを用いた方式や、機械的なリンクとジョ
イントとエンコーダやポテンショメータを用いた方式な
ど、一般によく知られた３次元位置姿勢計測方式も含
む。上記情報生成手段は、ナビゲーション情報記憶部９
とナビゲーション情報制御部８が該当する。上記表示手
段は、液晶モニタ１３が該当するが、ＣＲＴディスプレ
イやヘッドマウントディスプレイなどの映像情報表示装
置も含む。なお、「複数の表示形態」という用語は、本
明細書では、ナビゲーション情報を表示する際の色、線
の太さ、描画される大きさ、及び描画の疎密を意味して
いる。

【００８３】この（１）に記載の構成によれば、目標と
対象物は３次元位置姿勢計測手段により、３次元空間上
の相対的な位置と姿勢を計測される。情報生成手段で
は、この３次元位置姿勢計測手段の計測結果に基づい
て、ナビゲーションに必要な情報を生成する。表示手段
では、この情報生成手段で生成したナビゲーション情報
として、上記対象物と上記目標の距離情報、上記対象物
から上記目標への方向情報、上記対象物又は上記目標が
上記３次元位置姿勢計測手段の計測範囲内に位置するか
の情報のうち少なくとも一つの情報に応じて、複数の表
示形態より選択された表示形態でナビゲーション情報を
表示する。この結果、使用者は、目標と対象物との距
離、対象物から目標への方向、対象物又は目標が上記３
次元位置姿勢計測手段の計測範囲内に位置するかを、容
易に把握することができる。

【００８４】（２） 上記表示手段は、上記３次元位置
計測手段により上記目標及び上記対象物が計測可能な場
合は、上記目標又は上記対象物の外形形状情報、上記目
標物の内部断層情報、上記目標または上記対象物の方
向、上記目標物への距離情報のうち、少なくとも一つを
表示し、それ以外の場合は、計測不能であることを示す
情報を表示することを特徴とする上記（１）に記載のナ
ビゲーション装置。

【００８５】この（２）に記載の構成に関する実施の形
態は、上記第１及び第２の実施の形態が対応する。即
ち、上記外形形状情報は、第１の実施の形態ではワイヤ
フレーム３次元モデルデータ１０が該当するが、外形形
状を表現できるモデルデータであれば一般的な３次元コ
ンピュータグラフィックスで用いられるデータ構造も含
む。また、第２の実施の形態では、内視鏡３の正射影像
２７を表現する線が該当するが、外形形状を表現できる
ものであれば一般的な３次元コンピュータグラフィック
スで用いられる表現方法も含む。上記内部断層情報は、
第１及び第２の実施の形態では、対象部位の３次元ボリ
ュームデータ１１が該当するが、２次元ピクセルデータ
が複数存在する形態も含む。上記対象物の方向は、第１
の実施の形態では矢印２１が該当するが、三角形や丸等
の２次元幾何学図形や円錐等の３次元幾何学図形や画像
データ等視覚的に確認できるものを含む。上記目標物へ
の距離情報は、第１の実施の形態では患部への距離を示
す数字３１が該当するが、任意の目標物への距離を示す
数字を含む。あるいは、これは、第１の実施の形態では
患部への距離を示す棒３０が該当するが、三角形や丸等
の２次元幾何学図形や円柱等の３次元幾何学図形や画像
データ等視覚的に確認できるものを含む。

【００８６】また、上記計測不能であることを示す情報
は、第１の実施の形態では「計測不能状態」という文字
情報２８が該当するが、これは計測不能な状態を表現す
る任意の文字情報を含む。あるいは、これは、第１の実
施の形態では黄色で太さ６０ピクセルの枠２９が該当す
るが、計測不能を示すことを定義された任意の記号的パ
ターンを含む。

【００８７】（３） 上記対象物は撮像手段を具備し、
上記表示手段は、上記撮像手段で撮像した画像と上記ナ
ビゲーション情報を重畳して表示可能であることを特徴
とする上記（１）に記載のナビゲーション装置。

【００８８】この（３）に記載の構成に関する実施の形
態は、上記第１の実施の形態が対応する。即ち、上記撮
像手段を有する対象物は、第１の実施の形態では内視鏡
３が該当するが、顕微鏡なども含む。また、上記表示手
段は、第１の実施の形態では液晶モニタ１３が該当する
が、ＣＲＴディスプレイやヘッドマウントディスプレイ
などの映像情報表示装置も含む。

【００８９】この（３）に記載の構成によれば、上記
（１）に記載の対象物が撮像手段を有しており、この撮
像手段から得られる画像と上記（１）に記載の情報生成
手段より得られるナビゲーション情報を重畳して表示す
る。即ち、表示手段上で、実際の画像とナビゲーション
情報を同一の空間上の情報として得られることにより、
使用者は、まだ見えぬ実体の位置や形状や状態をナビゲ
ーション情報から容易に把握することができる。

【００９０】（４） 上記目標と上記対象物の距離又は
方向に応じて、上記ナビゲーション情報の表示色を異な
らせることを特徴とする上記（１）乃至（３）の何れか
に記載のナビゲーション装置。

【００９１】この（４）に記載の構成に関する実施の形
態は、上記第１及び第２の実施の形態が対応する。即
ち、上記ナビゲーション情報の表示色は、第１の実施の
形態ではモニタ上に描画される対象部位のワイヤフレー
ム像１８、及び内部断層像１９が該当するが、第１の実
施の形態での矢印２１も含む。また、第２の実施の形態
では、モニタ上に描画される対象部位の三切断面像２６
や内視鏡３の正射影像２７が該当する。

【００９２】この（４）に記載の構成によれば、上記３
次元位置姿勢計測手段により計測された上記目標と上記
対象物の相対的な距離に応じてナビゲーション情報の色
が変化することにより、使用者は、相対的な距離が近付
き過ぎたことなどを視覚的に容易に把握することができ
る。また、相対的な方向に応じてナビゲーション情報の
色を変化させることにより、使用者は、相対的な方向が
ずれていることなどを視覚的に容易に把握することがで
きる。あるいは、相対的な距離と方向を同時に評価して
色を変化させることで、使用者は、相対的な距離と方向
の状態を視覚的に容易に把握することができる。

【００９３】（５） 上記目標と上記対象物の距離又は
方向に応じて、上記ナビゲーション情報の表示において
線の太さを異ならせることを特徴とする上記（１）乃至
（３）の何れかに記載のナビゲーション装置。

【００９４】この（５）に記載の構成に関する実施の形
態は、上記第１及び第２の実施の形態が対応する。即
ち、上記ナビゲーション情報の線の太さは、第１の実施
の形態ではモニタ上に描画される対象部位のワイヤフレ
ーム像１８が該当するが、第１の実施の形態での矢印２
１も含む。第２の実施の形態では、モニタ上に描画され
る内視鏡３の正射影像２７が該当する。

【００９５】この（５）に記載の構成によれば、上記３
次元位置姿勢計測手段により計測された上記目標と上記
対象物の相対的な距離に応じてナビゲーション情報の線
の太さが変化することにより、使用者は、相対的な距離
が近付き過ぎたことなどを視覚的に容易に把握すること
ができる。また、相対的な方向に応じてナビゲーション
情報の線の太さを変化させることにより、使用者は、相
対的な方向がずれていることなどを視覚的に容易に把握
することができる。あるいは、相対的な距離と方向を同
時に評価して線の太さを変化させることで、使用者は、
相対的な距離と方向の状態を視覚的に容易に把握するこ
とができる。

【００９６】（６） 上記目標と上記対象物の距離に応
じて、上記表示手段に上記目標の外形形状モデルと上記
目標の内部断層画像を択一的に表示することを特徴とす
る上記（１）乃至（３）の何れかに記載のナビゲーショ
ン装置。

【００９７】この（６）に記載の構成に関する実施の形
態は、上記第１の実施の形態が対応する。即ち、上記外
形形状モデルは、第１の実施の形態ではワイヤフレーム
像１８が該当するが、ポリゴンなどの３次元コンピュー
タグラフィックスで用いられる様々な表現方法や視線方
向に対する輪郭線、等距離線も含む。また、上記内部断
層像は、第１の実施の形態では内部断層像１９が該当す
る。

【００９８】この（６）に記載の構成によれば、上記３
次元位置姿勢計測手段により計測された上記目標と上記
対象物の相対的な距離に応じて目標の外形形状モデルと
内部断層像とが切り替わることにより、使用者は、対象
物が目標の近くに位置していることを容易に把握するこ
とができる。また、設定された距離の内部と外部という
異なる状態に応じた情報を容易に得ることができる。

【００９９】（７） 上記目標と上記対象物の距離に応
じて、上記表示手段に目標モデル画像を描写の粗さを違
えて表示することを特徴とする上記（１）乃至（３）の
何れかに記載のナビゲーション装置。

【０１００】この（７）に記載の構成に関する実施の形
態は、上記第１の実施の形態が対応する。即ち、上記目
標モデル画像は、第１の実施の形態ではワイヤフレーム
像１８が該当するが、ポリゴンなどの３次元コンピュー
タグラフィックスで用いられる様々な表現方法や視線方
向に対する輪郭線、等距離線も含む。

【０１０１】この（７）に記載の構成によれば、目標モ
デル画像の描画の疎密が、目標と対象物の相対的な距離
に応じて、例えば遠くにある時には粗く、近くにある時
には細かく変化することにより、目標モデル画像描画の
負荷と表示する情報量とのバランスをとることができ
る。このことにより、使用者は、適当な描画速度で適当
な情報量を距離に応じて得ることができる。

【０１０２】（８） 上記目標と上記対象物の距離に応
じて、上記表示手段に、上記目標を表す画像と上記目標
の方向情報を択一的に表示することを特徴とする上記
（１）乃至（３）の何れかに記載のナビゲーション装
置。

【０１０３】この（８）に記載の構成に関する実施の形
態は、上記第１の実施の形態が対応する。即ち、上記目
標を表す画像は、第１の実施の形態ではワイヤフレーム
像１８が該当するが、ポリゴンなどの３次元コンピュー
タグラフィックスで用いられる様々な表現方法や視線方
向に対する輪郭線、等距離線や内部断層像情報も含む。
また、上記目標の方向情報は、第１の実施の形態では矢
印２１が該当するが、三角形や丸等の２次元幾何学図形
や円錐等の３次元幾何学図形や画像データ等視覚的に確
認できるものを含む。

【０１０４】この（８）に記載の構成によれば、目標と
対象物との相対的な距離と方向から、上記表示手段の表
示領域に対する位置関係を上記情報生成手段にて算出
し、例えば表示領域に目標を表す画像が描画されない場
合は目標の方向情報ヘ切り替えることで、使用者は、目
標や対象物の位置や方向を見失うことなく把握すること
ができる。

【０１０５】（９） 上記目標と上記対象物の距離に応
じて、上記表示手段に、上記目標の方向情報を少なくと
も大きさ・形状の何れかが異なる記号で表示することを
特徴とする上記（１）乃至（３）の何れかに記載のナビ
ゲーション装置。

【０１０６】この（９）に記載の構成に関する実施の形
態は、上記第１の実施の形態が対応する。即ち、上記記
号は、第１の実施の形態では矢印２１が該当するが、三
角形や丸等の２次元幾何学図形や円錐等の３次元幾何学
図形や画像データ等視覚的に確認できるものを含む。

【０１０７】この（９）に記載の構成によれば、記号の
大きさ又は形状で上記目標と上記対象物の相対的な距離
を表現することにより、使用者は、方向だけでなく距離
も視覚的に容易に把握することができる。

【０１０８】（１０） ナビゲーションの目標物と、上
記目標物に対してナビゲーションされる被ナビゲーショ
ン対象物と、上記目標物及び／又は上記被ナビゲーショ
ン対象物の３次元位置姿勢を計測する３次元位置姿勢計
測手段と、上記３次元位置姿勢計測手段により計測され
る計測情報に基づいて、ナビゲーション情報を生成制御
する情報算出手段と、上記情報算出手段により生成制御
されたナビゲーション情報を表示する情報表示手段と、
から構成されるナビゲーション装置において、上記情報
算出手段は、上記３次元位置姿勢計測手段により計測さ
れた上記目標物と上記被ナビゲーション対象物の相対的
な距離及び／又は方向、及び／又は計測の可否に応じ
て、ナビゲーション情報の属性又は種類を、計測結果の
視覚的表現となるように変化させることを特徴とするナ
ビゲーション装置。

【０１０９】この（１０）に記載の構成に関する実施の
形態は、上記第１及び第２の実施の形態が対応する。即
ち、上記第１及び第２の実施の形態では、上記目標物
は、被検体１、手術対象となる患部、手術において注意
すべき部位が該当するが、実体が存在する被検体に限ら
ず、予め取得した実在の目標物の画像情報から再構成さ
れた２次元、又は３次元のモデル像として表示される仮
想の目標物も含む。また、上記被ナビゲーション対象物
は、内視鏡３が該当するが、目標物に対して観察や操作
を行うための吸引管やピンセット等の処置具なども含
む。上記３次元位置姿勢計測手段は、赤外線ＬＥＤを用
いたセンサ（センシングプレート２，４、センサアセン
ブリ７、センサ情報記憶部５、センサ制御部６）が該当
するが、磁気センサを用いた方式や、機械的なリンクと
ジョイントとエンコーダやポテンショメータを用いた方
式など、一般によく知られた３次元位置姿勢計測方式も
含む。上記情報算出手段は、ナビゲーション情報記憶部
９とナビゲーション情報制御部８が該当する。上記情報
表示手段は、液晶モニタ１３が該当するが、ＣＲＴディ
スプレイやヘッドマウントディスプレイなどの映像情報
表示装置も含む。なお、「ナビゲーション情報の属性」
という用語は、本明細書では、ナビゲーション情報を表
示する際の色、線の太さ、描画される大きさ、及び描画
の疎密を意味している。

【０１１０】この（１０）に記載の構成によれば、目標
物と被ナビゲーション対象物は３次元位置姿勢計測手段
により、３次元空間上の相対的な位置と姿勢を計測され
る。情報算出手段では、この３次元位置姿勢計測手段に
より計測された目標物及び／又は被ナビゲーション対象
物の３次元位置姿勢情報、及び／又は計測の可否を、目
標物と被ナビゲーション対象物の相対的な距離及び／又
は方向の情報、及び／又は計測状態の情報として、ナビ
ゲーション情報の生成制御を行う。情報表示手段では、
この情報算出手段で生成制御されたナビゲーション情報
を表示する。この結果、使用者は、容易に目標物と被ナ
ビゲーション対象物との位置関係、及び／又は相対的な
姿勢の状態、及び／又は計測の可否状態を把握すること
ができる。

【０１１１】（１１） 上記ナビゲーション情報は、上
記３次元位置姿勢計測手段が正常に計測可能な時には、
上記目標物及び／又は被ナビゲーション対象物の外形形
状のモデル像、上記目標物の内部断層像情報のモデル
像、上記目標物及び／又は被ナビゲーション対象物が存
在する方向を示す記号的パターン、上記目標物への距離
を表す数値、及び／又は記号的パターンの何れか一つ以
上を含むもの、上記３次元位置姿勢計測手段が計測不能
な時には、計測不能を示す文字情報及び／又は記号的パ
ターンであることを特徴とする上記（１０）に記載のナ
ビゲーション装置。

【０１１２】この（１１）に記載の構成に関する実施の
形態は、上記第１及び第２の実施の形態が対応する。即
ち、上記外形形状のモデル像は、第１の実施の形態では
ワイヤフレーム３次元モデルデータ１０が該当するが、
外形形状を表現できるモデルデータであれば一般的な３
次元コンピュータグラフィックスで用いられるデータ構
造も含む。また、第２の実施の形態では、内視鏡３の正
射影像２７を表現する線が該当するが、外形形状を表現
できるものであれば一般的な３次元コンピュータグラフ
ィックスで用いられる表現方法も含む。上記内部断層像
情報のモデル像は、第１及び第２の実施の形態では、対
象部位の３次元ボリュームデータ１１が該当するが、２
次元ピクセルデータが複数存在する形態も含む。上記被
ナビゲーション対象物が存在する方向を示す記号的パタ
ーンは、第１の実施の形態では矢印２１が該当するが、
三角形や丸等の２次元幾何学図形や円錐等の３次元幾何
学図形や画像データ等視覚的に確認できるものを含む。
上記目標物への距離を表す数値は、第１の実施の形態で
は患部への距離を示す数字３１が該当するが、任意の目
標物への距離を示す数字を含む。上記目標物への距離を
表す記号的パターンは、第１の実施の形態では患部への
距離を示す棒３０が該当するが、三角形や丸等の２次元
幾何学図形や円柱等の３次元幾何学図形や画像データ等
視覚的に確認できるものを含む。上記計測不能を示す文
字情報は、第１の実施の形態では「計測不能状態」とい
う文字情報２８が該当するが、これは計測不能な状態を
表現する任意の文字情報を含む。上記計測不能を示す記
号的パターンは、第１の実施の形態では黄色で太さ６０
ピクセルの枠２９が該当するが、計測不能を示すことを
定義された任意の記号的パターンを含む。

【０１１３】（１２） 上記被ナビゲーション対象物が
観察機能を有し、情報表示手段において観察機能を有す
る被ナビゲーション対象物より得られる観察像と上記情
報算出手段より得られるナビゲーション情報を、上記情
報算出手段にて重畳表示することを特徴とする上記（１
０）に記載のナビゲーション装置。

【０１１４】この（１２）に記載の構成に関する実施の
形態は、上記第１の実施の形態が対応する。即ち、上記
観察機能を有する被ナビゲーション対象物は、第１の実
施の形態では内視鏡３が該当するが、顕微鏡なども含
む。また、上記情報表示手段は、第１の実施の形態では
液晶モニタ１３が該当するが、ＣＲＴディスプレイやヘ
ッドマウントディスプレイなどの映像情報表示装置も含
む。

【０１１５】この（１２）に記載の構成によれば、上記
（１０）に記載の被ナビゲーション対象物が観察機能を
有しており、この観察機能から得られる観察像と上記
（１０）に記載の情報算出手段より得られるナビゲーシ
ョン情報を重畳する。情報表示手段上で、実際の映像情
報とナビゲーション情報を同一の空間上の情報として得
られることにより、使用者は、まだ見えぬ実体の位置や
形状や状態をナビゲーション情報から容易に把握するこ
とができる。

【０１１６】（１３） 上記目標物と上記被ナビゲーシ
ョン対象物の相対的な距離及び／又は方向に応じて、ナ
ビゲーション情報の色を変化させることを特徴とする上
記（１０）乃至（１２）の何れかに記載のナビゲーショ
ン装置。

【０１１７】この（１３）に記載の構成に関する実施の
形態は、上記第１及び第２の実施の形態が対応する。即
ち、上記ナビゲーション情報の色は、第１の実施の形態
ではモニタ上に描画される対象部位のワイヤフレーム像
１８、及び内部断層像１９が該当するが、第１の実施の
形態での矢印２１も含む。また、第２の実施の形態で
は、モニタ上に描画される対象部位の三切断面像２６や
内視鏡３の正射影像２７が該当する。

【０１１８】この（１３）に記載の構成によれば、上記
３次元位置姿勢計測手段により計測された上記目標物と
上記被ナビゲーション対象物の相対的な距離に応じてナ
ビゲーション情報の色が変化することにより、使用者
は、相対的な距離が近付き過ぎたことなどを視覚的に容
易に把握することができる。また、相対的な方向に応じ
てナビゲーション情報の色を変化させることにより、使
用者は、相対的な方向がずれていることなどを視覚的に
容易に把握することができる。あるいは、相対的な距離
と方向を同時に評価して色を変化させることで、使用者
は、相対的な距離と方向の状態を視覚的に容易に把握す
ることができる。

【０１１９】（１４） 上記目標物と上記被ナビゲーシ
ョン対象物の相対的な距離及び／又は方向に応じて、ナ
ビゲーション情報の線の太さを変化させることを特徴と
する上記（１０）乃至（１２）の何れかに記載のナビゲ
ーション装置。

【０１２０】この（１４）に記載の構成に関する実施の
形態は、上記第１及び第２の実施の形態が対応する。即
ち、上記ナビゲーション情報の線の太さは、第１の実施
の形態ではモニタ上に描画される対象部位のワイヤフレ
ーム像１８が該当するが、第１の実施の形態での矢印２
１も含む。第２の実施の形態では、モニタ上に描画され
る内視鏡３の正射影像２７が該当する。

【０１２１】この（１４）に記載の構成によれば、上記
３次元位置姿勢計測手段により計測された上記目標物と
上記被ナビゲーション対象物の相対的な距離に応じてナ
ビゲーション情報の線の太さが変化することにより、使
用者は、相対的な距離が近付き過ぎたことなどを視覚的
に容易に把握することができる。また、相対的な方向に
応じてナビゲーション情報の線の太さを変化させること
により、使用者は、相対的な方向がずれていることなど
を視覚的に容易に把握することができる。あるいは、相
対的な距離と方向を同時に評価して線の太さを変化させ
ることで、使用者は、相対的な距離と方向の状態を視覚
的に容易に把握することができる。

【０１２２】（１５） 上記目標物と上記被ナビゲーシ
ョン対象物の相対的な距離に応じて、目標物のモデル像
が外形形状と内部断層像情報とに切り替わることを特徴
とする上記（１０）乃至（１２）の何れかに記載のナビ
ゲーション装置。

【０１２３】この（１５）に記載の構成に関する実施の
形態は、上記第１の実施の形態が対応する。即ち、上記
外形形状のモデル像は、第１の実施の形態ではワイヤフ
レーム像１８が該当するが、ポリゴンなどの３次元コン
ピュータグラフィックスで用いられる様々な表現方法や
視線方向に対する輪郭線、等距離線も含む。また、上記
内部断層像情報は、第１の実施の形態では内部断層像１
９が該当する。

【０１２４】この（１５）に記載の構成によれば、上記
３次元位置姿勢計測手段により計測された上記目標物と
上記被ナビゲーション対象物の相対的な距離に応じて外
形形状のモデル像と内部断層像情報が切り替わることに
より、使用者は、被ナビゲーション対象物が目標物の近
くに位置していることを容易に把握することができる。
また、設定された距離の内部と外部という異なる状態に
応じた情報を容易に得ることができる。

【０１２５】（１６） 上記目標物と上記被ナビゲーシ
ョン対象物の相対的な距離に応じて、表示されるモデル
像描画の粗密を変化させることを特徴とする上記（１
０）乃至（１２）の何れかに記載のナビゲーション装
置。

【０１２６】この（１６）に記載の構成に関する実施の
形態は、上記第１の実施の形態が対応する。即ち、上記
モデル像は、第１の実施の形態ではワイヤフレーム像１
８が該当するが、ポリゴンなどの３次元コンピュータグ
ラフィックスで用いられる様々な表現方法や視線方向に
対する輪郭線、等距離線も含む。

【０１２７】この（１６）に記載の構成によれば、モデ
ル像の描画の疎密が、目標物と被ナビゲーション対象物
の相対的な距離に応じて、例えば遠くにある時には粗
く、近くにある時には細かく変化することにより、モデ
ル像描画の負荷と表示する情報量とのバランスをとるこ
とができる。このことにより、使用者は、適当な描画速
度で適当な情報量を距離に応じて得ることができる。

【０１２８】（１７） 上記目標物と上記被ナビゲーシ
ョン対象物の相対的な距離と方向に応じて、目標物及び
／又は被ナビゲーション対象物のモデル像と、目標物及
び／又は被ナビゲーション対象物が存在する方向の記号
的パターンとを切り換えることを特徴とする上記（１
０）乃至（１２）の何れかに記載のナビゲーション装
置。

【０１２９】この（１７）に記載の構成に関する実施の
形態は、上記第１の実施の形態が対応する。即ち、上記
モデル像は、第１の実施の形態ではワイヤフレーム像１
８が該当するが、ポリゴンなどの３次元コンピュータグ
ラフィックスで用いられる様々な表現方法や視線方向に
対する輪郭線、等距離線や内部断層像情報も含む。ま
た、上記記号的パターンは、第１の実施の形態では矢印
２１が該当するが、三角形や丸等の２次元幾何学図形や
円錐等の３次元幾何学図形や画像データ等視覚的に確認
できるものを含む。

【０１３０】この（１７）に記載の構成によれば、目標
物と被ナビゲーション対象物との相対的な距離と方向か
ら、上記情報表示手段の表示領域に対する位置関係を上
記情報算出手段にて算出し、例えば表示領域にモデル像
が描画されない場合は記号的パターンヘ切り替えること
で、使用者は、目標物や被ナビゲーション対象物の位置
や方向を見失うことなく把握することができる。

【０１３１】（１８） 上記目標物と上記被ナビゲーシ
ョン対象物の相対的な距離に応じて、目標物が存在する
方向を示す記号的パターンの大きさを変化させることを
特徴とする上記（１０）乃至（１２）の何れかに記載の
ナビゲーション装置。

【０１３２】この（１８）に記載の構成に関する実施の
形態は、上記第１の実施の形態が対応する。即ち、上記
記号的パターンは、第１の実施の形態では矢印２１が該
当するが、三角形や丸等の２次元幾何学図形や円錐等の
３次元幾何学図形や画像データ等視覚的に確認できるも
のを含む。

【０１３３】この（１８）に記載の構成によれば、パタ
ーンの大きさで上記目標物と上記被ナビゲーション対象
物の相対的な距離を表現することにより、使用者は、方
向だけでなく距離も視覚的に容易に把握することができ
る。

【０１３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
表示するナビゲーション情報を、目標物と被ナビゲーシ
ョン対象物との相対的な３次元的位置姿勢に応じて変化
させることにより、目標物と被ナビゲーション対象物と
の距離を視覚的に把握しやすくすること、及び必要な種
類のナビゲーション情報を使用者が容易に入手できるナ
ビゲーション装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るナビゲーショ
ン装置の構成を示す図である。

【図２】距離マップを説明するための図である。

【図３】距離マップを説明するための図である。

【図４】被検体のデータと被検体自身の関係を示す図で
ある。

【図５】被検体のデータと被検体自身を関連付ける座標
変換行列を説明するための図である。

【図６】内視鏡に取り付けられたセンシングプレートで
規定される座標系から内視鏡の光学系を表現するカメラ
モデルで使用される座標系への座標変換行列と、カメラ
モデル座標系から実際の液晶モニタ上の座標系への座標
変換行列とを説明するための図である。

【図７】被検体の頭部に取り付けられたセンシングプレ
ートから内視鏡に取り付けられたセンシングプレートへ
の座標変換行列を説明するための図である。

【図８】対象部位のデータの液晶モニタ上での位置デー
タヘの複数の座標変換行列を用いた変換を説明するため
の図である。

【図９】（Ａ）乃至（Ｄ）はそれぞれ液晶モニタの表示
例を示す図で、特に、（Ａ）は内視鏡の光学系からの映
像とナビゲーション情報としてのワイヤフレーム像とを
重畳した表示、（Ｂ）は内視鏡の光学系からの映像とナ
ビゲーション情報としての３次元ボリュームデータの内
部断層像とを重畳した表示、（Ｃ）は内視鏡の撮影範囲
内に対象部位が存在しない場合の表示、（Ｄ）は計測不
能時の表示、をそれぞれ示している。

【図１０】図９の（Ｃ）のような表示を行うための動作
フローチャートである。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るナビゲーシ
ョン装置の構成を示す図である。

【図１２】第２の実施の形態における表示例と、そのよ
うな表示を行うために用いられる座標変換行列とを示す
図である。

【図１３】内視鏡の正射影像の線の太さを、対象部位と
内視鏡の先端との相対的な距離に応じて変化させること
を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 被検体 ２，４ センシングプレート ３ 内視鏡 ５ センサ情報記憶部 ６ センサ制御部 ７ センサアセンブリ ８ ナビゲーション情報制御部 ９ ナビゲーション情報記憶部 １０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ ワイヤーフレーム３次
元モデルデータ １１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ ３次元ボリュームデー
タ １２ 距離マップ １３ 液晶モニタ １４，１５，１６，１７ 座標変換行列 １８，２０ ワイヤフレーム像 １９ 内部断層像 ２１ 矢印 ２２ 内視鏡映像の中心 ２３ 対象部位の代表点のモデルデータ座標系での座標
値 ２４ ベクトル ２５ 内視鏡の先端位置と後端位置の座標値 ２６ 三切断面像 ２７ 内視鏡の正射影像 ２８ 文字情報 ２９ 黄色で太さ６０ピクセルの枠 ３０ 患部への距離を示す棒 ３１ 患部への距離を示す数字

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 明人 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 松崎 弘 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 小坂 明生 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 浅野 武夫 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E501 AA24 AA25 AC15 BA03 CA03 CB14 FA14 FA27

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物と目標の３次元空間における位置
   姿勢を計測して、上記対象物を目標にナビゲートするた
   めのナビゲーション情報を生成するナビゲーション装置
   において、 上記ナビゲーション情報を、上記対象物と上記目標の位
   置姿勢関係に応じて異なる態様で表示する表示手段をさ
   らに具備することを特徴とするナビゲーション装置。
2. 【請求項２】 対象物と目標の３次元空間における位置
   姿勢を計測して、上記対象物を目標にナビゲートするた
   めのナビゲーション情報を生成するナビゲーション装置
   において、 上記３次元空間における位置姿勢が計測可能な場合に
   は、上記対象物又は上記目標のモデル画像、ナビゲーシ
   ョン方向情報、上記対象物と上記目標間の距離情報の少
   なくとも一つを表示し、計測不可能な場合には、計測不
   能であることを表す情報を表示する表示手段をさらに具
   備することを特徴とするナビゲーション装置。
3. 【請求項３】 上記対象物は撮像手段を具備し、上記撮
   像手段で撮像した画像を他の情報に重畳して上記表示手
   段に表示可能であることを特徴とする請求項１又は２に
   記載のナビゲーション装置。