JP2006223873A - 画像配向機能付き連結アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】スコープの向きを正確に観測し得るような、スコープによって取得された画像を配向させるためのアセンブリを提供すること。
【解決手段】スコープと画像センサハウジングとを連結するための連結アセンブリであって、画像配向ユニット（３６）と；回転可能な光学部材を備えている、光学的アセンブリと；回転センサと；加速度計と；回転センサと加速度計とに対して接続され、かつ、第１信号および第２信号を受領するとともに、第１信号および第２信号の少なくとも一部に基づき、重力方向に対しての画像の配向性を計算するプロセッサと；を具備している。
【選択図】図２Ａ

Description

本出願は、米国特許法第１１９（ｅ）条に基づき、２００５年２月１７日付けで出願された特許文献１の優先権を主張するものである。

本発明は、例えば内視鏡といったような視界器具によって取得された画像を配向させるためのアセンブリに関するものである。より詳細には、本発明は、内視鏡に対して、例えばカメラといったような、画像の水平化を自動的に行うことによりあるいは鉛直方向の表示を提供することにより使用者に対して画像を配向させるセンサハウジングを連結するための連結アセンブリに関するものである。

例えば内視鏡といったような視界器具は、当該技術分野においては周知である。一般に、内視鏡は、体内通路あるいは体内キャビティ内へと挿入することによって、患者の体内のサイトのところにおいて、操作者が見ることを可能としたり、また、操作者がある種の外科的処置を行うことを可能としたり、するような医療デバイスである。公知なように、内視鏡は、剛直なものともまたフレキシブルなものともすることができ、また、一般に、長いチューブ状部材を備えている。この長いチューブ状部材は、例えば、使用者に対して画像を伝達し得るようなあるタイプのシステムを備えている。長いチューブ状部材は、また、場合によっては、外科手術器具のための動作チャネルを備えている。

より詳細には、スコープ自体が、全体的に長尺のシャフトとされ、このシャフトは、先端部と、基端部と、先端部と基端部との間にわたって延在する少なくとも１つの内部通路と、を備えている。シャフトの先端部のところには、光学系が配置されている。この光学系は、シャフトの内部通路を通って延在している。これにより、光学系は、シャフトの先端部の近傍に位置した選択された領域の画像を取得し得るとともに、シャフトの基端部へと、その画像を伝えることができる。例えばカメラといったような画像撮影センサが、シャフトの基端部に隣接して配置される。これにより、光学系によって取得され伝達された画像を、外科医が見るべきディスプレイデバイスに対して搬送することができる。

しかしながら、そのようなシステムに関する１つの問題点は、外科医がカメラおよびスコープを操作する際に、カメラが対象物を忠実に追跡し、その際、カメラの直立軸をディスプレイ上における画像の直立軸として表示することであり、このため、多くの場合、対象をなす画像が回転してしまう。画像が回転した場合、外科医は、内視鏡キャビティ内においてどちらの方向が実際に上なのかといったように、方向の追従性を失う。この見当喪失は、内視鏡検査における主要な課題のうちの１つであって、場合によっては、手術時には異なる解剖学的部位に思えてしまうような例えば視神経を鋏で切ってしまうといったような深刻なミスを引き起こしかねない。したがって、外科医は、連続的に、自身で捉えている解剖学的部位の画像を、ディスプレイの内視鏡画像と関連させようとしなければならない。実際、どの方向が上であるかを確信することの必要性は、非常に重要なことであって、外科医が、内視鏡カバーウィンドウ上の流体液滴の流れ方向を観察するとか、あるいは、血液の溜まり方向を探すとか、いったことが、普通になってきている。その目的は、キャビティ内における方向感覚を得ることである。加えて、類似して見える解剖学的特徴物どうしを識別し得ることの重要性の他にも、周囲の解剖学的組織に対してのスコープの位置の理解を補助し得るためにも、上方向を確信していることは、重要である。

したがって、内視鏡がどのように操作されているかに関係なく、内視鏡画像の適切に上向きとされかつ重力によって水平化された配向性を維持し得るよう、多くのシステムが提案されている。そのようなシステムの例は、特許文献２〜８に開示されている。

重力によって水平化を行う内視鏡システムの基本的な公知構成が、図１Ａ〜図１Ｃに図示されている。図１Ａは、一体型シャフト１０とカメラヘッド１２とを備えてなる内視鏡を示している。画像センサ１４に加えて、カメラヘッド１２は、さらに、プロセッサ１６と。回転センサ１８と、を収容している。電力の供給と電子通信とは、ケーブル２０を介して行われている。画像を水平化するのに必要な画像回転は、個別のプロセッサ（図示せず）によって電子的に行われる。このカメラ一体型内視鏡が、単一のユニットであることにより、このカメラ一体型内視鏡は、手術室内において最も一般的に利用されている従来的な内視鏡およびカメラヘッドに対して、互換性を有していない。また、予想される使用者は、重力水平化能力を得るために、システムの全体を買わなければならない。

図１Ｂは、重力水平化システムを示している。このシステムは、カメラヘッド１２から着脱可能とされたシャフト１０を備えている。カメラヘッド１２は、さらに、プロセッサ１６と、回転センサ１８と、を収容している。画像の水平化は、モータ２２とギヤトレイン２４，２６とを使用して画像センサ１４を物理的に回転させることにより、実行される。このシステムの欠点は、カメラヘッド１２が、従来の内視鏡における標準的な接眼部材と適合していないことであり、また、カメラヘッドと内視鏡シャフトとの間において特別の連結を必要とすることである。

図１Ｃは、カメラヘッド１２を示している。このカメラヘッド１２は、接眼部材カプラ３０と、振り子２８と、を備えている。振り子２８は、自身の重量特性によって、カメラ位置の上方向を追求する。接眼部材３２とライトポスト３４とを備えた従来的内視鏡に対して互換性を有しているけれども、この解決手法の１つの欠点は、振り子２８が厄介なことであり、水平に近づくにつれて応答性が悪くなることである。加えて、従来的カメラヘッドが既に利用可能であっても、この特殊カメラヘッドを購入する必要がある。最後に、これらシステムは、典型的には、オフアクシス（off-axis）の視界ベクトルを有した剛直な内視鏡に関しては、重力水平化をもたらさない。

したがって、スコープの向きとは無関係に、スコープによって取得された画像を配向させ得るシステムが要望されている。さらに、標準的なカメラヘッドおよびスコープと一緒に使用し得るような、スコープによって取得された画像を配向させるためのシステムが要望されている。また、正確であるとともに、面倒なものではなく、オフアクシスの視界ベクトルを有したスコープと一緒に使用し得るような、スコープによって取得された画像を配向させるためのシステムが要望されている。
米国特許予備出願第６０／６５３，９２７号明細書 Bonnet 氏による米国特許第５，３０７，８０４号明細書 Koninckx 氏による米国特許第５，８９９，８５１号明細書 Mattsson−Boze 氏他による米国特許第６，０９７，４２３号明細書 Green 氏他による米国特許第６，４７１，６３７号明細書 Chatenever 氏他による米国特許出願第２００２／０１６１２８０号明細書 Hale 氏他による米国特許出願第２００４／０２１０１０５号明細書 Schara 氏他による米国特許出願第２００５／０２２８２３０号明細書

したがって、本発明の目的は、スコープがどのように操作されるかにかかわらず、スコープの向きを正確に観測し得るような、スコープによって取得された画像を配向させるためのアセンブリを提供することである。

本発明の他の目的は、標準的なカメラヘッドに対して従来的な内視鏡を連結し得るような、スコープによって取得された画像を配向させるためのアセンブリを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、コンパクトであるような、スコープによって取得された画像を配向させるためのアセンブリを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、オフアクシスの視界ベクトルに対して動作し得るような、スコープによって取得された画像を配向させるためのアセンブリを提供することである。

従来技術における様々な欠点を克服し得るよう、また、上記目的や利点の少なくともいくつかを達成し得るよう、本発明は、スコープと画像センサハウジングとを連結するための連結アセンブリであって、第１端部および第２端部を有している画像配向ユニットであるとともに、第１端部のところに位置しかつ画像配向ユニットとスコープとを連結するための第１連結部分と、第２端部のところに位置しかつ画像配向ユニットと画像センサハウジングとを連結するための第２連結部分と、を備えている画像配向ユニットと；少なくとも一部が画像配向ユニット内に収容されているとともに、内部を通して画像を伝達するための光学的アセンブリであり、光学的画像を回転させるための少なくとも１つの回転可能な光学部材を備えている、光学的アセンブリと；光学部材の回転を観測するとともに、光学部材を回転させるための第１信号を生成する回転センサと；画像配向ユニット内に配置され、かつ、画像配向ユニットの回転を観測するとともに画像配向ユニットを回転させるための第２信号を生成する加速度計と；回転センサと加速度計とに対して接続され、かつ、第１信号および第２信号を受領するとともに、第１信号および第２信号の少なくとも一部に基づき、重力方向に対しての画像の配向性を計算するプロセッサと；を具備しているアセンブリを提供する。

他の実施形態においては、本発明は、スコープと画像センサハウジングとを連結するための連結アセンブリであって、第１端部および第２端部を有している画像配向ユニットと；この画像配向ユニットの第１端部に対して連結されたスコープと；画像配向ユニットの第２端部に対して連結された画像センサハウジングと；少なくとも一部が画像配向ユニット内に収容されているとともに、内部を通して画像を伝達するための光学的アセンブリであり、光学的画像を回転させるための少なくとも１つの回転可能な光学部材を備えている、光学的アセンブリと；光学部材の回転を観測するとともに、光学部材を回転させるための第１信号を生成する回転センサと；画像配向ユニット内に配置され、かつ、画像配向ユニットの回転を観測するとともに画像配向ユニットを回転させるための第２信号を生成する加速度計と；回転センサと加速度計とに対して接続され、かつ、第１信号および第２信号を受領するとともに、第１信号および第２信号の少なくとも一部に基づき、重力方向に対しての画像の配向性を計算するプロセッサと；を具備しているアセンブリを提供する。

さらに他の実施形態においては、本発明は、内視鏡アセンブリであって、主要部分と、連結アセンブリ部分と、を備えているカメラと；このカメラ内に収容されているとともに、内部を通して画像を伝達するための光学的アセンブリであり、少なくとも１つの光学部材を備えている、光学的アセンブリと；カメラ内に収容されているとともに、光学部材の回転を観測し、さらに、光学部材を回転させるための第１信号を生成する回転センサと；連結アセンブリ部分内に配置され、かつ、連結アセンブリ部分の回転を観測するとともに連結アセンブリ部分を回転させるための第２信号を生成する加速度計と；回転センサと加速度計とに対して接続され、かつ、第１信号および第２信号を受領するとともに、第１信号および第２信号の少なくとも一部に基づき、重力方向に対しての画像の配向性を計算するプロセッサと；を具備しているアセンブリを提供する。

これら実施形態のいくつかにおいては、本発明は、さらに、光学部材を回転させるための例えばモータといったようなアクチュエータを具備し、このアクチュエータが、プロセッサに対して接続されていて、プロセッサから、画像を水平化するために必要とされる光学部材の回転量を表す信号を受領し得るものとされている。いくつかの実施形態においては、光学部材が、光学部材ハウジング内に配置され、第１ギヤが、モータに対して連結されかつモータによって回転駆動され得るものとされ、第２ギヤが、第１ギヤによって回転駆動され得るものとされ、光学部材ハウジングに対して連結され、これにより、第２ギヤの回転駆動によって光学部材を回転駆動し得るものとされる。

いくつかの実施形態においては、画像配向ユニットが、メインハウジングを備え、画像配向ユニットの第２連結部分が、メインハウジングに対して回転するものとされた回転可能部材を備え、光学部材ハウジングが、回転可能部材に対して連結され、これにより、光学部材が、メインハウジングに対して、回転可能部材と一緒に回転するものとされ、アクチュエータに設けられたモータが、光学部材ハウジングに対して連結された差動ギヤセットを駆動し、これにより、光学部材が、差動ギヤセットによって回転駆動され得るものとされている。

ある種の実施形態においては、光学的アセンブリが、回転可能な第２光学部材を備え、第２回転センサが、第２光学部材の回転を観測するとともに、第２光学部材を回転させるための第３信号を生成し、プロセッサが、第２回転センサに対して接続されていて、第３信号を受領するとともにこの第３信号を使用することによって、重力方向に対しての画像の配向性を計算し得るものとされている。

いくつかの実施形態においては、アクチュエータが、プロセッサに対して接続されていて、プロセッサから、画像を水平化するために必要とされる光学的アセンブリの回転量を表す信号を受領し得るものとされ、画像配向ユニットが、メインハウジングを備え、画像配向ユニットの第２連結部分が、メインハウジングに対して回転するものとされた回転可能部材を備え、光学的アセンブリが、回転可能部材に対して連結され、これにより、光学的アセンブリが、メインハウジングに対して、回転可能部材と一緒に回転するものとされている。

ある種の実施形態においては、本発明は、さらに、光学的アセンブリから伝達された画像を受領するための回転可能画像センサを具備し、画像センサが、プロセッサに対して接続されていて、第１信号および第２信号に基づきプロセッサによって回転駆動される。

いくつかの実施形態においては、画像配向ユニットが、加速度計によって提供された信号に基づいて鉛直方向を表す視覚的インジケータを備えている。このような実施形態のいくつかにおいては、視覚的インジケータが、複数のダイオードからなるアレイを備え、複数のダイオードが個別的に点灯することによって、鉛直方向の表示が行われるものとされている。

図１Ａ〜図１Ｃは、従来技術による画像配向システムを示す側面図である。

図２Ａは、本発明による画像配向機能付き連結アセンブリを示す側面図である。

図２Ｂは、図２Ａの本発明による画像配向機能付き連結アセンブリにおける画像配向ユニットを露出させて示す側面図である。

図３Ａ〜図３Ｃは、図２Ａおよび図２Ｂにおける画像配向アセンブリに関するさらなる詳細を示す側面図である。

図４は、本発明による画像配向ユニットを使用した内視鏡カメラを示す側面図である。

図５Ａおよび図５Ｂは、本発明による内視鏡システムを示す斜視図であって、鉛直方向に関する視覚的インジケータを使用している。

図５Ｃは、図５Ａおよび図５Ｂの内視鏡アセンブリにおける画像配向ユニットを示す側面図である。

図６は、図５Ａおよび図５Ｂの内視鏡システムを示す斜視図であって、内視鏡が、オフアクシスの視界ベクトルを有している。

本発明に基づく画像配向機能付き連結アセンブリの一実施形態における主要構成部材が、図２Ａおよび図２Ｂに示されている。本明細書においては、『頂』、『底』、『上』、『下』、『上方』、『下方』、『直上』、『直下』、『上に』、『下に』、『上向き』、『下向き』、『上側』、『下側』、『前』、『後』、『前方』、『後方』、『前向き』、『後ろ向き』といった用語は、参照した目的に関して、図面上において図示された向きを表している。本発明の目的を得るに際しては、そのような向きに制限されることはない。

画像配向ユニット３６は、連結部分３８を有した第１端部を備えている。連結部分３８は、従来の内視鏡の接眼部材３２に連結するための標準的カプラを有している。画像配向ユニット３６は、連結部分４０を有した第２端部を備えている。連結部分４０は、それ自身の接眼部材４０を備えることができる。この接眼部材４０は、接眼部材カプラ３０を介して、従来のカメラヘッド１２に対して連結される。画像配向ユニット３６は、後述するように、スコープからカメラに向けて内視鏡画像を送信し得るよう、内部に配置された光学的アセンブリを備えている。加速度計１８が、ユニット３６に設けられている。加速度計１８は、重力方向に対してのユニット３６のすべての回転を測定するものであり、さらに、ユニットの傾斜をも測定する。加速度計１８は、この加速度計が接続されているプロセッサ１６に対して、この回転を反映する信号を生成し送信する。

ある種の有利な実施形態においては、光学的アセンブリは、一連をなすレンズ４２，４４と、光学的画像回転部材４６と、光学的画像反転部材４８と、を備えている。画像回転部材４６は、例えばダブプリズムやＫプリズムといったような、回転可能な光学部材を備えている。光学部材４６は、少なくとも一部が、ハウジング５０内に配置されている。ハウジング５０は、ギヤ５６に対して連結されている。アクチュエータ５２によって回転駆動される他のギヤ５４が、ギヤ５６と噛合している。このようにして、例えばモータといったようなアクチュエータ５２は、一組をなすギヤ５４，５６を介して、光学部材４６を回転させることができる。例えばエンコーダ５８といったような回転センサが、プリズム４６の回転を観測する。回転センサは、加速度計１８の場合と同様に、この回転センサが接続されているプロセッサ１６に対して、回転信号を生成して送信する。プロセッサ１６は、光学部材４６およびユニット３６の回転に関するこれら第１信号および第２信号として受領した情報を使用することにより、内視鏡画像を水平化するのに必要な回転量を計算することができる。これにより、光学軸回りに部材４６を適切な量だけ回転させるための信号を、アクチュエータ５２に対して供給することができる。

いくつかの実施形態においては、配向ユニット３６は、ケーブルを介して電力が供給される。一方、他の有利な実施形態においては、電力は、充電用コネクタ６６を有した内蔵の２次電池６４によって供給される。

ある種の実施形態においては、配向ユニット３６は、内視鏡接眼部材３２に対して、緊密にクランプされる。これにより、ユニット３６の回転を観測することによって、加速度計１８は、また、内視鏡の回転を観測する。同様に、カメラヘッド１２は、接眼部材４０に対して、緊密にクランプされる。これにより、カメラヘッド１２と接眼部材４０との間には、相対回転は、存在しない。その結果、カメラヘッド１２は、常に、配向ユニット３６に対して既知の配向を有している。これにより、プロセッサ１６は、追加的なセンサを使用することなく、回転部材プリズム４６のための正確な調節量を計算することができる。内視鏡と配向ユニット３６とカメラヘッド１２とに関しての初期的な位置合わせは、各手順の最初の時点で、例えばノッチまたはラインといったような、外部校正マークあるいはインジケータに基づいて、行われる。

ある種の実施形態においては、図３Ａに示すように、配向ユニット３６は、接眼部材４０および光学的ハウジングチューブ６８を、配向ユニット３６とは独立に回転することを可能としている。いくつかの内視鏡操作において所望されるように、この独立した回転は、カメラヘッドに対して、内視鏡に対して回転し得るという自由度を付与する。例えば、外科医は、時によっては、カメラヘッドを保持しかつ内視鏡の光ケーブルを把持し、この状態で内視鏡を回転させることを好む。これには、カメラヘッドと内視鏡との間の相対回転が必要とされる。したがって、この増大した融通性を得るためには、第２エンコーダ７０を使用することによって、カメラヘッドと、内視鏡に対して堅固に連結された配向ユニット３６と、の間の相対回転を観測する。第２エンコーダ７０は、プロセッサ１６に対して接続されており、カメラヘッドとユニット３６との間の相対回転を反映した信号を、プロセッサ１６に対して送出する。また、プロセッサは、加速度計１８およびエンコーダ５８から受領した情報と一緒にこの情報を使用することにより、内視鏡画像を水平化させ得るよう、アクチュエータ５２が光学的部材ハウジング５０を回転させなければならない回転量を計算する。

図３Ｂに示すように、いくつかの実施形態においては、プリズム４６は、光学的ハウジングチューブ６８内においてユニット３６の後方側に配置されている。また、前方側のプリズムアセンブリ８０は、配向ユニット３６のハウジングに対して固定されたままとされる。したがって、プリズム４６は、カメラヘッド１２と一緒に回転する。第２エンコーダに代えて、差動ギヤ駆動機構を使用することができる。そのような差動駆動機構は、適切な数の組をなすギヤ７２，７４，７５，７６，７８を備えている。これらギヤのギヤ比を正確なものとすることにより、接眼部材４０とアクチュエータ５２とによって、回転部材プリズム４６を独立に駆動することができる。これにより、カメラヘッドに対してのユニットと内視鏡との組合せ体の位置にかかわらず、画像を水平に維持することができる。エンコーダ５８は、駆動ギヤ５４の回転を検出することにより、回転部材プリズム４６の回転を間接的に検出する。

図３Ｃに示すように、内視鏡に対してカメラヘッドを回転させることが要望されているようないくつかの実施形態においては、画像回転用のプリズムを使用することに代えて、光学系と接眼部材とからなるアセンブリ４０の全体を、回転させる。付設されたカメラヘッドが、アセンブリ４０の全体と一緒に回転することにより、画像の水平化は、光学的画像の代わりにカメラ自体を回転させることにより、実行される。この場合、使用者は、カメラの代わりに、内視鏡あるいは配向ユニットを保持する。モータ５２は、加速度計１８およびエンコーダ５８から受領した信号に基づきプロセッサ１６から指示を受けるものであって、上述したように、標準的ギヤセット５４，５６を介して、アセンブリ４０の全体を回転させる。

図４には、上述した画像水平化機能を備えた特殊なカメラヘッドが図示されている。カメラヘッドは、主要部分８２と、連結アセンブリ８４と、を備えている。連結アセンブリ８４は、連結ジョイント８６を介することによって主要部分８２に対して回転し得るものであって、内視鏡の接眼部材３２を堅固にクランプするとともに、加速度計１８を収容している。連結アセンブリ８４が内視鏡の接眼部材３２を堅固にクランプしていることにより、加速度計１８は、内視鏡の移動に追従してその移動を検出する。主要部分８２は、画像センサ１４とエンコーダ５８と支持エレクトロニクス（図示せず）とを備えているものであって、標準的なカメラヘッドの場合と同様にして、内視鏡に対して自由に回転することができる。エンコーダ５８は、光学的アセンブリ６８の回転を検出する。光学的アセンブリ６８は、その一部が、連結アセンブリ８４の中に配置されている。上述したように、プロセッサ１６は、加速度計１８およびエンコーダ５８からの信号に応答して、画像の上向き配向性を計算する。その後、画像の配向性が、電子的に調節される、あるいは、画像撮影センサ１４を回転させることによって調節される、あるいは、カメラヘッドの中に配置し得る回転部材プリズムを回転させることによって調節される。

いくつかの有利な実施形態においては、アセンブリは、重力方向に対する回転量に関する上記決定手法を使用することによって、画像を自動的に水平化するけれども、他の実施形態においては、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、上記決定手法を使用することによって、内視鏡画像を再配向させることなく、外科医に対して、垂直方向を表すインジケータを提供する。ここで、いくらかの外科医は、操作時にカメラを手動で再配向させることに順応しており、必ずしも画像を自動的に修正しなくても、画像を真に上向きとするために必要な回転量を決定するに際しての補助としてインジケータを使用することによって、カメラ自体を調整することができて、手術を継続することができる。

例えば、まず最初に、図５Ｃに示すように、配向ユニット８８は、複数の発光ダイオードからなるリング（あるいは、アレイ）９０を備えている。アレイ９０内の各ダイオードは、ハウジング内に配置された加速度計１８によって生成された信号に基づいて、互いに個別的に点灯することができる。図５Ａに示すように、特に明るく点灯したダイオード９２が、内視鏡画像の上方向９４を表すインジケータとして機能する。内視鏡の姿勢に応じて、この上方向９４は、一般に、カメラヘッド１２の物理的な上方向９６と一致するわけではない。したがって、図５Ｂに示すように、点灯したダイオード９２は、使用者に対して、画像を上向きとするためにはカメラヘッド１２をどれだけの角度分９８だけ回転させれば良いか、を伝える。発光ダイオードの他にも、鉛直方向を表す他のインジケータを使用することができる。例えば、加速度計１８から受領した信号に応じてアクチュエータによって回転駆動されるような、マーカーを使用することができる。このマーカーは、ユニットに対して取り付けられる。

典型的には、上述した配向ユニットは、内視鏡の接眼部材３２に緊密に連結される。これにより、加速度計１８が、内視鏡に対して直接的に対応して移動することとなる。しかしながら、他の実施形態においては、配向ユニットと接眼部材３２との間の回転は、配向ユニットが相対回転を検出するための他の回転センサを備えることによって、提供することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、内視鏡と配向ユニット（加速度計１８を備えている）との間の相対回転を観測し得るよう、エンコーダに対しての回転連結が、使用される。この加速度計は、配向ユニットの回転を検出する。そして、内視鏡ではなく、エンコーダが、配向ユニットに回転と、内視鏡の回転と、を関連づける。加速度計は、また、なおも内視鏡の傾斜（すなわち、ピッチ）に関する情報を提供する。なぜなら、このことは、内視鏡と配向ユニットとの双方に対して、なおも同じであるからである。また、回転を検出するために使用されている任意のロータリーエンコーダを、増分し得ること、また、絶対数とし得ること、に注意されたい。

上述したように、内視鏡と、配向ユニットと、カメラヘッドと、に関しての初期的配置を、決定しなければならない。これは、参照配置として機能し、操作時に生じた配置に関するすべての変化は、この参照配置に対する相対的なものとして、測定される。典型的には、使用者は、各使用の最初の時点で、内視鏡と配向ユニットとカメラとを、参照配置に基づいて配向させる。場合によっては、センサを使用することによって、インジケータまたはマーカーに基づいてシステム構成部材どうしの相対配置を自動的に検出することができる。これにより、使用者は、いかなる手動での位置合わせをも、行う必要がない。

固定された、例えば３０°や７０°といったようなオフ角度の視野方向を備えた内視鏡に関しては、配向ユニットによって行われる垂直方向の水平化やインジケータ表示は、オフ角度に特有なものとされる、あるいは、調整可能な設定値を有している。図６に示すように、使用者は、初期的参照配置に応じて配向ユニットを調整する。その場合、カメラヘッド１２および配向ユニット３６の上方向９４と、内視鏡のオフ角度視野方向９８とは、同じ平面１００内に存在する。上方向は、位置合わせノッチ１０２，１０４，１０６によって表示され、ユニット３６は、数学的フレームワークによって予め校正される。このことは、Schara氏他による米国特許出願第２００５／０１５４２６０号明細書および米国特許出願第２００５／０２２８２３０号明細書に記載されている。これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。ユニット３６が調整可能な設定値を有している場合、使用者は、一組をなすボタン１０８を使用することによって、内視鏡の角度を選択することができる。その後、プロセッサ１６は、選択された設定値に基づいて上記手法を使用して画像配向パラメータを調節する。

上記説明が例示に過ぎす、本発明を限定するものではないこと、また、本発明の精神を逸脱することなく、当業者に自明の修正を行い得ることは、理解されるであろう。したがって、本発明の範囲を規定するに際しては、上記説明ではなく、特許請求の範囲が使用されるべきである。

従来技術による画像配向システムを示す側面図である。 従来技術による画像配向システムを示す側面図である。 従来技術による画像配向システムを示す側面図である。 本発明による画像配向機能付き連結アセンブリを示す側面図である。 図２Ａの本発明による画像配向機能付き連結アセンブリにおける画像配向ユニットを露出させて示す側面図である。 図２Ａおよび図２Ｂにおける画像配向アセンブリに関するさらなる詳細を示す側面図である。 図２Ａおよび図２Ｂにおける画像配向アセンブリに関するさらなる詳細を示す側面図である。 図２Ａおよび図２Ｂにおける画像配向アセンブリに関するさらなる詳細を示す側面図である。 本発明による画像配向ユニットを使用した内視鏡カメラを示す側面図である。 本発明による内視鏡システムを示す斜視図であって、鉛直方向に関する視覚的インジケータを使用している。 本発明による内視鏡システムを示す斜視図であって、鉛直方向に関する視覚的インジケータを使用している。 図５Ａおよび図５Ｂの内視鏡アセンブリにおける画像配向ユニットを示す側面図である。 図５Ａおよび図５Ｂの内視鏡システムを示す斜視図であって、内視鏡が、オフアクシスの視界ベクトルを有している。

符号の説明

１２ カメラヘッド
１６ プロセッサ
１８ 加速度計
３０ 接眼部材カプラ
３２ 接眼部材
３６ 画像配向ユニット
３８ 連結部分
４０ 連結部分、接眼部材
４６ 光学的画像回転部材、光学部材、プリズム
４８ 光学的画像反転部材
５０ ハウジング
５２ アクチュエータ
５４ ギヤ
５６ ギヤ
５８ エンコーダ、回転センサ
６８ 光学的ハウジングチューブ
７０ 第２エンコーダ

Claims (33)

1. スコープと画像センサハウジングとを連結するための連結アセンブリであって、
   第１端部および第２端部を有している画像配向ユニットであるとともに、前記第１端部のところに位置しかつ前記画像配向ユニットとスコープとを連結するための第１連結部分と、前記第２端部のところに位置しかつ前記画像配向ユニットと画像センサハウジングとを連結するための第２連結部分と、を備えている画像配向ユニットと；
   少なくとも一部が前記画像配向ユニット内に収容されているとともに、内部を通して画像を伝達するための光学的アセンブリであり、光学的画像を回転させるための少なくとも１つの回転可能な光学部材を備えている、光学的アセンブリと；
   前記光学部材の回転を観測するとともに、前記光学部材を回転させるための第１信号を生成する回転センサと；
   前記画像配向ユニット内に配置され、かつ、前記画像配向ユニットの回転を観測するとともに前記画像配向ユニットを回転させるための第２信号を生成する加速度計と；
   前記回転センサと前記加速度計とに対して接続され、かつ、前記第１信号および前記第２信号を受領するとともに、前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一部に基づき、重力方向に対しての画像の配向性を計算するプロセッサと；
   を具備していることを特徴とするアセンブリ。
2. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   さらに、前記光学部材を回転させるためのアクチュエータを具備し、
   このアクチュエータが、前記プロセッサに対して接続されていて、前記プロセッサから、画像を水平化するために必要とされる前記光学部材の回転量を表す信号を受領し得るものとされていることを特徴とするアセンブリ。
3. 請求項２記載のアセンブリにおいて、
   前記アクチュエータが、モータを備え、
   さらに、
   前記光学部材の少なくとも一部を収容する光学部材ハウジングと；
   前記モータに対して連結されかつ前記モータによって回転駆動され得るものとされた第１ギヤと；
   前記第１ギヤによって回転駆動され得るものとされた第２ギヤであるとともに、前記光学部材ハウジングに対して連結され、これにより、前記第２ギヤの回転駆動によって前記光学部材を回転駆動し得るものとされた、第２ギヤと；
   を具備していることを特徴とするアセンブリ。
4. 請求項２記載のアセンブリにおいて、
   さらに、前記光学部材の少なくとも一部を収容する光学部材ハウジングを具備し、
   前記画像配向ユニットが、メインハウジングを備え、
   前記画像配向ユニットの前記第２連結部分が、前記メインハウジングに対して回転するものとされた回転可能部材を備え、
   前記光学部材ハウジングが、前記回転可能部材に対して連結され、これにより、前記光学部材が、前記メインハウジングに対して、前記回転可能部材と一緒に回転するものとされ、
   前記アクチュエータが、モータを備え、
   さらに、このモータによって駆動される差動ギヤセットを具備し、
   この差動ギヤセットが、前記光学部材ハウジングに対して連結され、これにより、前記光学部材が、前記差動ギヤセットによって回転駆動され得るものとされていることを特徴とするアセンブリ。
5. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   前記光学的アセンブリが、回転可能な第２光学部材を備え、
   さらに、前記第２光学部材の回転を観測するとともに、前記第２光学部材を回転させるための第３信号を生成する第２回転センサを具備し、
   前記プロセッサが、前記第２回転センサに対して接続されていて、前記第３信号を受領するとともにこの第３信号を使用することによって、重力方向に対しての画像の配向性を計算し得るものとされていることを特徴とするアセンブリ。
6. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   さらに、前記光学的アセンブリを回転させるためのアクチュエータを具備し、
   このアクチュエータが、前記プロセッサに対して接続されていて、前記プロセッサから、画像を水平化するために必要とされる前記光学的アセンブリの回転量を表す信号を受領し得るものとされ、
   前記画像配向ユニットが、メインハウジングを備え、
   前記画像配向ユニットの前記第２連結部分が、前記メインハウジングに対して回転するものとされた回転可能部材を備え、
   前記光学的アセンブリが、前記回転可能部材に対して連結され、これにより、前記光学的アセンブリが、前記メインハウジングに対して、前記回転可能部材と一緒に回転するものとされていることを特徴とするアセンブリ。
7. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   前記光学部材が、ダブプリズムを備えていることを特徴とするアセンブリ。
8. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   前記光学部材が、Ｋプリズムを備えていることを特徴とするアセンブリ。
9. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   前記光学的アセンブリが、さらに、画像反転部材を備えていることを特徴とするアセンブリ。
10. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
    前記画像反転部材が、プリズムを備えていることを特徴とするアセンブリ。
11. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
    さらに、前記光学的アセンブリから伝達された画像を受領するための回転可能画像センサを具備し、
    前記画像センサが、前記プロセッサに対して接続されていて、前記第１信号および前記第２信号に基づき前記プロセッサによって回転駆動されることを特徴とするアセンブリ。
12. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
    前記回転センサが、ロータリーエンコーダを備えていることを特徴とするアセンブリ。
13. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
    前記画像配向ユニットが、前記加速度計によって提供された信号に基づいて鉛直方向を表す視覚的インジケータを備えていることを特徴とするアセンブリ。
14. 請求項１３記載のアセンブリにおいて、
    前記視覚的インジケータが、複数のダイオードからなるアレイを備え、
    前記複数のダイオードが個別的に点灯することによって、鉛直方向の表示が行われるものとされていることを特徴とするアセンブリ。
15. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
    前記加速度計が、重力方向に対する前記画像配向ユニットの傾斜を検出するとともに、その傾斜に関する信号を前記プロセッサに対して送出することを特徴とするアセンブリ。
16. スコープと画像センサハウジングとを連結するためのアセンブリであって、
    第１端部および第２端部を有している画像配向ユニットと；
    この画像配向ユニットの前記第１端部に対して連結されたスコープと；
    前記画像配向ユニットの前記第２端部に対して連結された画像センサハウジングと；
    少なくとも一部が前記画像配向ユニット内に収容されているとともに、内部を通して画像を伝達するための光学的アセンブリであり、光学的画像を回転させるための少なくとも１つの回転可能な光学部材を備えている、光学的アセンブリと；
    前記光学部材の回転を観測するとともに、前記光学部材を回転させるための第１信号を生成する回転センサと；
    前記画像配向ユニット内に配置され、かつ、前記画像配向ユニットの回転を観測するとともに前記画像配向ユニットを回転させるための第２信号を生成する加速度計と；
    前記回転センサと前記加速度計とに対して接続され、かつ、前記第１信号および前記第２信号を受領するとともに、前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一部に基づき、重力方向に対しての画像の配向性を計算するプロセッサと；
    を具備していることを特徴とするアセンブリ。
17. 請求項１６記載のアセンブリにおいて、
    前記スコープが、内視鏡であることを特徴とするアセンブリ。
18. 請求項１７記載のアセンブリにおいて、
    前記画像センサハウジングが、カメラヘッドであることを特徴とするアセンブリ。
19. 請求項１６記載のアセンブリにおいて、
    前記スコープが、長手方向軸線を有し、
    視界ベクトルが、前記長手方向軸線から角度的にオフセットされていることを特徴とするアセンブリ。
20. 請求項１６記載のアセンブリにおいて、
    前記スコープが、視野方向が可変とされた視界ベクトルを有していることを特徴とするアセンブリ。
21. 請求項１６記載のアセンブリにおいて、
    前記スコープが、前記画像配向ユニットに対して堅固に連結されていることを特徴とするアセンブリ。
22. 請求項１６記載のアセンブリにおいて、
    前記カメラヘッドが、前記画像配向ユニットに対して堅固に連結されていることを特徴とするアセンブリ。
23. 請求項１６記載のアセンブリにおいて、
    さらに、前記光学部材を回転させるためのアクチュエータを具備し、
    このアクチュエータが、前記プロセッサに対して接続されていて、前記プロセッサから、画像を水平化するために必要とされる前記光学部材の回転量を表す信号を受領し得るものとされていることを特徴とするアセンブリ。
24. 請求項２３記載のアセンブリにおいて、
    前記アクチュエータが、モータを備え、
    さらに、
    前記光学部材の少なくとも一部を収容する光学部材ハウジングと；
    前記モータに対して連結されかつ前記モータによって回転駆動され得るものとされた第１ギヤと；
    前記第１ギヤによって回転駆動され得るものとされた第２ギヤであるとともに、前記光学部材ハウジングに対して連結され、これにより、前記第２ギヤの回転駆動によって前記光学部材を回転駆動し得るものとされた、第２ギヤと；
    を具備していることを特徴とするアセンブリ。
25. 請求項２３記載のアセンブリにおいて、
    さらに、前記光学部材の少なくとも一部を収容する光学部材ハウジングを具備し、
    前記画像配向ユニットが、メインハウジングを備え、
    前記画像配向ユニットの前記第２連結部分が、前記メインハウジングに対して回転するものとされた回転可能部材を備え、
    前記光学部材ハウジングが、前記回転可能部材に対して連結され、これにより、前記光学部材が、前記メインハウジングに対して、前記回転可能部材と一緒に回転するものとされ、
    前記アクチュエータが、モータを備え、
    さらに、このモータによって駆動される差動ギヤセットを具備し、
    この差動ギヤセットが、前記光学部材ハウジングに対して連結され、これにより、前記光学部材が、前記差動ギヤセットによって回転駆動され得るものとされていることを特徴とするアセンブリ。
26. 請求項１６記載のアセンブリにおいて、
    前記光学的アセンブリが、回転可能な第２光学部材を備え、
    さらに、前記第２光学部材の回転を観測するとともに、前記第２光学部材を回転させるための第３信号を生成する第２回転センサを具備し、
    前記プロセッサが、前記第２回転センサに対して接続されていて、前記第３信号を受領するとともにこの第３信号を使用することによって、重力方向に対しての画像の配向性を計算し得るものとされていることを特徴とするアセンブリ。
27. 請求項１６記載のアセンブリにおいて、
    さらに、前記光学的アセンブリを回転させるためのアクチュエータを具備し、
    このアクチュエータが、前記プロセッサに対して接続されていて、前記プロセッサから、画像を水平化するために必要とされる前記光学的アセンブリの回転量を表す信号を受領し得るものとされ、
    前記画像配向ユニットが、メインハウジングを備え、
    前記画像配向ユニットの前記第２連結部分が、前記メインハウジングに対して回転するものとされた回転可能部材を備え、
    前記光学的アセンブリが、前記回転可能部材に対して連結され、これにより、前記光学的アセンブリが、前記メインハウジングに対して、前記回転可能部材と一緒に回転するものとされていることを特徴とするアセンブリ。
28. 請求項１６記載のアセンブリにおいて、
    さらに、前記光学的アセンブリから伝達された画像を受領するための回転可能画像センサを具備し、
    前記画像センサが、前記プロセッサに対して接続されていて、前記第１信号および前記第２信号に基づき前記プロセッサによって回転駆動されることを特徴とするアセンブリ。
29. 請求項１６記載のアセンブリにおいて、
    前記画像配向ユニットが、前記加速度計によって提供された信号に基づいて鉛直方向を表す視覚的インジケータを備えていることを特徴とするアセンブリ。
30. 請求項２９記載のアセンブリにおいて、
    前記視覚的インジケータが、複数のダイオードからなるアレイを備え、
    前記複数のダイオードが個別的に点灯することによって、鉛直方向の表示が行われるものとされていることを特徴とするアセンブリ。
31. 請求項１６記載のアセンブリにおいて、
    前記加速度計が、重力方向に対する前記画像配向ユニットの傾斜を検出するとともに、その傾斜に関する信号を前記プロセッサに対して送出することを特徴とするアセンブリ。
32. 内視鏡システムであって、
    主要部分と、連結アセンブリ部分と、を備えているカメラと；
    このカメラ内に収容されているとともに、内部を通して画像を伝達するための光学的アセンブリであり、少なくとも１つの光学部材を備えている、光学的アセンブリと；
    前記カメラ内に収容されているとともに、前記光学部材の回転を観測し、さらに、前記光学部材を回転させるための第１信号を生成する回転センサと；
    前記連結アセンブリ部分内に配置され、かつ、前記連結アセンブリ部分の回転を観測するとともに前記連結アセンブリ部分を回転させるための第２信号を生成する加速度計と；
    前記回転センサと前記加速度計とに対して接続され、かつ、前記第１信号および前記第２信号を受領するとともに、前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一部に基づき、重力方向に対しての画像の配向性を計算するプロセッサと；
    を具備していることを特徴とするシステム。
33. 請求項３２記載のシステムにおいて、
    さらに、前記カメラの前記連結アセンブリ部分に対して連結された内視鏡を備えていることを特徴とするシステム。

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