JP2010510549A - 立体ビデオ顕微鏡システム - Google Patents

Abstract

立体ビデオ顕微鏡システム１０であって、立体画像データを提供するための２つの出力チャネルを有すると共に、内部照明を備える立体ビデオ顕微鏡１１と、立体画像データを受信及び表示するための２つの入力チャネルを有する表示装置１４と、制御装置であって、当該制御装置が、立体ビデオ顕微鏡１１及び表示装置１４の動作、並びに立体ビデオ顕微鏡１１の２つの出力チャネルと表示装置１４の２つの入力チャネルとの間の立体画像データのフローを制御することができるように、立体ビデオ顕微鏡１１及び表示装置１４に動作可能に接続される、制御装置とを備える、立体ビデオ顕微鏡システム。一実施の形態では、制御装置は、画像回転を実行し且つ／又は出力チャネルを交換するように構成され、それによって立体画像は常に垂直である。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体ビデオ顕微鏡システム、特に、医療専門家並びに特に歯科医及び外科医によって使用される立体ビデオ顕微鏡システムに関する。

医療分野では、医療手術、診察、治療等のような作業を行う際に医療専門家を援助するために立体顕微鏡を使用することが益々一般的になってきている。従来の立体顕微鏡を使用する医療専門家は、立体顕微鏡の接眼レンズを通じて見て、それによって対象領域を観察しなければならない。これはしかしながら、医療専門家が立体顕微鏡の接眼レンズを通じて見ると共に対象領域内で手を用いて作業することを可能にするために身を置かなければならない位置が煩わしいため、多くの場合に非常に不便である。このような状況が、医療専門家又は診察及び／若しくは治療される患者に相当な不満を抱かせることは明らかである。

立体顕微鏡のステレオベース（basis）の位置は、立体画像の表示装置上への表示に関して、またさらに、医療専門家が表示装置上で気付いたものによって引き起こされる、医療専門家の動作に関して非常に要重である。しかしながら、固定された立体ベースを有する従来の立体顕微鏡は、顕微鏡の位置の変化が画像の回転を、またさらには画像が上下逆に表示される事態をもたらす可能性があるという問題を有する。これが、表示装置の２つの立体チャネルの交換をもたらすことは明らかである。医療専門家、すなわち観察者は、実際には盛り上がっている部分が窪んでいるように表示されしまい、また窪んでいる部分が盛り上がっているように表示されてしまっている、このような回転及び／又は交換に気付くであろう。このような状況もまた、相当な混乱を招くものであり、したがって、従来の立体顕微鏡を使用する医療専門家に不満を抱かせるものである。

歯科医は多くの場合に、時には手鏡によってしか視覚的にアクセスすることができない可能性がある、患者の歯領域の複数の離れた部分を診察しなければならない。したがって、このような鏡は、立体顕微鏡が使用される場合であっても依然として重要である。しかしながら、鏡を立体顕微鏡と組み合わせて使用することは、鏡を用いて診察されている患者の歯領域の部分から来るあらゆる光が、立体顕微鏡に入る前に鏡との或る付加的な相互作用（すなわち反射）を受けるというさらなる難題を伴う。従来の立体顕微鏡は、このような影響を補償する手段を一切有しない。

立体顕微鏡の視野のサイズは、他の要因の中でも特に、選ばれた倍率に依存する。たとえば、４：１の比を有するズームシステムでは、視野の直径は、たとえば１００ｍｍから２５ｍｍまで変化するであろう。従来の立体顕微鏡では、立体顕微鏡の内部照明によって照明される領域が固定されている。これは、従来の立体顕微鏡では、特別な設定の場合にのみ実際の視野が顕微鏡の内部照明によって照明されるエリアに一致するという結果を有する。他の全ての設定では、視野及び顕微鏡の内部照明によって照明されるエリアは一致しないため、実際の視野の一部のみが照明されるか、又は顕微鏡の内部照明によって照明されるエリアが実際の視野よりも大きくなってしまう。後者の場合では、顕微鏡の内部照明によって放出される光のわずかな部分のみが実際に「使用され」、一方、その光の大部分は無駄になる。

従来の立体顕微鏡では、焦点距離は一定の速度で変更される。これは、低倍率において焦点の変化が幾分遅いように感じられ、一方、高倍率では焦点の変化が幾分速いように感じられるという結果を有する。これはしたがって、従来の立体顕微鏡における高倍率での焦点距離の微調整を、不可能ではないにしても困難にする。

従来の立体顕微鏡の内部照明は概して、立体顕微鏡の光軸に対して固定された角度関係でこの立体顕微鏡の視野を照明する。しかしながら、既に上記で略述したように、医療専門家、及び特に歯科医は多くの場合に、固定された内部照明を有する従来の立体顕微鏡によって照明、ひいては結像するのが困難である領域を診察する必要がある。この状況が医療専門家に不満を抱かせるものであることは明らかである。

医療分野において使用される顕微鏡は多くの場合に外部光源と共に使用され、それぞれが別個の支持システムに取り付けられる。顕微鏡及び外部光源の別個の支持システムは、互いと衝突及び干渉する傾向があり、したがって、最適な内部照明及び外部照明を提供するためにこれらの別個の要素を操作及び調整することは多くの場合に非常に困難である。このような状況もまた、従来の顕微鏡を外部光源と共に使用する医療専門家に相当な不満を抱かせるものである。

本発明の課題は、上記で略述したような従来のシステムに関連付けられる問題を克服するか又は少なくとも軽減する立体ビデオ顕微鏡システムを提供することである。

上記の課題は、請求項１による立体ビデオ顕微鏡システムによって達成される。本発明による立体ビデオ顕微鏡システムは、立体画像データを提供するための２つの出力チャネルを有すると共に、内部照明を備える立体ビデオ顕微鏡と、立体画像データを受信及び表示するための２つの入力チャネルを有する表示装置と、制御装置とを備える。制御装置は、当該制御装置が、立体ビデオ顕微鏡及び表示装置の動作、並びに立体ビデオ顕微鏡の２つの出力チャネルと表示装置の２つの入力チャネルとの間の立体画像データのフローを制御することができるように、立体ビデオ顕微鏡及び表示装置に動作可能に接続される。

さらなる好ましい有益な実施の形態を従属請求項において規定する。

本発明による立体ビデオ顕微鏡システムの好ましい実施形態の概略図である。

本発明による立体ビデオ顕微鏡システム１０の好ましい実施形態を図１に示す。立体ビデオ顕微鏡システム１０は、自身の内部照明（図示せず）に加えて外部照明装置１２内に組み込まれている立体ビデオ顕微鏡１１を備える。本発明による立体ビデオ顕微鏡システム１０内で適切に使用することができる立体ビデオ顕微鏡１１は、たとえば、（本願と同じ出願人に譲渡される）欧州特許第０５ ０２６ ７７５号明細書に記載されている。

立体ビデオ顕微鏡１１及び外部照明装置１２は、共通の支持構造体１６に取り付けられる。支持構造体１６は図１において、床上に載っている基部１８に固定して取り付けられているように示されているが、支持構造体１６は同様に、壁又は天井に固定して取り付けることができる。また、支持構造体１６は可動基部１８上に載ることができ、それによって、本発明による立体ビデオ顕微鏡システム１０を任意の所望の場所へ移動することができる。当業者は、適切な支持構造体１６を、支柱又はテレスコープアーム、これらの要素を接続する蝶着接続部、安定化要素等のような様々な要素から作ることができることを理解するであろう。したがって、これらの要素の詳細は、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。

図１に示されているように、表示装置１４もまた、好ましくは支持構造体１６、たとえばこの支持構造体のさらなるアームに取り付けられる。立体ビデオ顕微鏡１１及び表示装置１４は、たとえば支持構造体１６の２本の別個のアームに、これらの２本のアームが互いに干渉することなく支持構造体１６に関して自由に回転することができるように接続されるべきである。たとえば、これは、立体ビデオ顕微鏡１１を支持構造体１６に接続するアームと、表示装置１４を支持構造体１６に接続するアームとをこの支持構造体の異なる高さにおいて位置決めすることによって容易に達成することができる。

立体ビデオ顕微鏡１１は制御装置（図示せず）に接続され、そしてこの制御装置は表示装置１４に接続される。このような制御装置は、立体ビデオ顕微鏡１１に一体化することができるか、又はこの立体ビデオ顕微鏡の外部に存在することができる。制御装置は、ユーザ入力が、立体ビデオ顕微鏡１１及び／又は表示装置１４を制御すると共に、立体ビデオ顕微鏡１１から表示装置１４への立体画像データのフローを管理するのを可能にするように構成される。したがって、立体ビデオ顕微鏡１１の２つのチャネルによって取得される立体画像データは、制御装置を介して表示装置１４に転送され、この表示装置の画面上に適切な形態で表示される。当業者は理解するように、自動立体視モニタ又は立体視モニタは、立体ビデオ顕微鏡１１の２つのチャネルによって提供される立体画像データを適切に表示することが可能な表示装置１４の実行可能な実施形態を表す。

自動立体視モニタ及び立体視モニタは、処理のために観察者の脳に伝達される左目画像及び右目画像を表示する。立体効果を知覚するために、各目がその目が見るべき画像を見る、すなわち観察者の左目が左目画像を見て、右目が右目画像を見ることを確実にするための幾つかの技法が開発されている。たとえば、観察者が立体視モニタにおける同期シャッタ眼鏡を通じて見るとき、眼鏡は、「開閉し」、左目には左目画像のみを、右目には右目画像のみを選択的に見せる。シャッタは、観察者の脳が２つの画像を単一の立体画像に「融合」するほど速く切り替わり、それによって３次元立体画像が知覚される。当業者には既知であるように、同様の効果を、たとえばパララックスバリア又はレンチキュラ板として知られている技法による自動立体視モニタの場合に提供することができる。

好ましくは、外部照明装置１２も制御装置に接続されると共に、制御装置によって制御可能である。外部照明装置１２は好ましくは、たとえば立体ビデオ顕微鏡１１を中心としたＬＥＤのリングとして配置することができる複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、立体ビデオ顕微鏡１１の視野を患者２０の方向に照明するための反射器とを備える。本発明によれば、外部照明装置１２のＬＥＤは、制御装置によって駆動及び制御することができる。この目的のために、外部照明装置１２と制御装置との間の適切なインタフェースを設けることができる。制御装置は、外部照明装置１２からの光のみを提供する動作モード、立体ビデオ顕微鏡１１の内部照明からの光のみを提供する動作モード、並びに外部照明装置１２及び立体ビデオ顕微鏡１１の内部照明からの光の組み合わせを提供する動作モードを可能にすべきである。これらの動作モードは、立体ビデオ顕微鏡１１及び外部照明装置１２に接続される制御装置によって選択することができる。

本発明のさらなる一態様によれば、立体ビデオ顕微鏡システム１０の制御装置は、立体ビデオ顕微鏡１１の特定の位置のための、画像回転、及び／又は立体ビデオ顕微鏡１１によって提供される２つの出力チャネルの交換を実行する手段を備えるか、又はそれらを実行するように構成され、それによって、表示装置１４上に表示される立体画像が常に垂直であり且つ横方向において反転していない（すなわち「左は左であり、右は右である」）ことが確実になる。画像回転は、たとえば、立体ビデオ顕微鏡１１の２つのチャネルによって提供される立体画像データを処理する、制御装置において実施される、適切に構成されるソフトウェアアルゴリズムによって提供することができる。代替的に、画像回転は、制御装置の制御下での立体ビデオ顕微鏡１１自体のその光軸を中心とした機械的回転によって達成することができる。好ましくは、制御装置は、たとえば制御装置に接続されるスイッチ若しくはキーパッド又は音声コマンドによって対応する命令がユーザによって発行されると、画像回転及び／又は２つの立体チャネルの交換を実行するようにさらに構成される。代替的に、表示装置１４による立体画像データの垂直であり且つ横方向において反転していない表示を提供するために、制御装置による画像回転及び／又は２つの立体チャネルの交換を必要とする、対象、たとえば患者２０に相対的な位置に立体ビデオ顕微鏡１１が配置されていることを位置決めセンサ（図示せず）が示す場合、制御装置は、そのような動作を自動的に開始する。

本発明の別のさらなる一態様によれば、制御装置はさらに、鏡が立体ビデオ顕微鏡システム１０と共に使用される場合に適切な画像修正を提供するように構成されるか、又はそのための手段を備える。表示装置１４によって表示される垂直であり且つ横方向において反転していない画像を提供するために、画像修正手順は好ましくは、立体ビデオ顕微鏡１１の２つのチャネルによって提供される画像のそれぞれの鏡像を生成すること、及び表示装置１４の２つのチャネルを交換することを含む。ここでもまた、制御装置は、たとえば制御装置に接続されるスイッチ若しくはキーパッド又は音声コマンドによってユーザによって発行される対応する命令によって、鏡が使用されているという情報を与えられると、このような画像修正を実行するように構成される。代替的に、制御装置は、鏡が使用されていることを自動的に確定するように構成される。これは、たとえば、立体ビデオ顕微鏡１１によって提供される立体画像データにおいて鏡の存在を確定することが可能な、制御装置において実施される、適切に構成されるソフトウェアアルゴリズムによって達成することができる。当業者は、しかしながら、対象領域内での鉄の鏡の存在を検出する磁界センサ、ミラーホルダ内の接触センサ等のような、鏡が使用されていると自動的に判断することが可能な幾つかの他の手段が存在するということを理解するであろう。

本発明のさらに別のさらなる一態様によれば、制御装置は、立体ビデオ顕微鏡１１の内部照明及び／又は外部照明装置１２によって照明されるエリアのサイズを、立体ビデオ顕微鏡１１の実際の視野のサイズに調整するように構成される。制御装置による、照明されるエリアのサイズのこのような調整は、立体ビデオ顕微鏡１１の内部照明及び／又は外部照明装置１２の照明力が一定に保たれる場合に、より良好な効率を提供する。代替的に、放出される光と照明されるエリアとの比を概ね一定に保つことによって、照明を劣化させることなく、立体ビデオ顕微鏡１１の内部照明及び／又は外部照明装置１２によって放出される光の強度を低減することが可能になる。後者の場合が、エネルギー消費の低減、及びしたがって、立体ビデオ顕微鏡１１の内部照明及び／又は外部照明装置１２の寿命の延長という理由から、有益であり好ましいことは明らかである。いずれにせよ、立体ビデオ顕微鏡１１の内部照明及び／又は外部照明装置１２によって照明されるエリアの、立体ビデオ顕微鏡１１の実際の視野への調整のおかげで、光エネルギーは、失われることも無駄になることもない。

本発明のさらなる一態様によれば、制御装置は、立体ビデオ顕微鏡１１の選ばれた倍率に応じて、焦点距離を変更する速度、すなわち合焦速度（focus speed）を連続して調整するように構成される。好ましくは、制御装置は、立体ビデオ顕微鏡１１の低い方の倍率の場合に、高い方の倍率の場合よりも高い合焦速度を自動的に選択するように構成される。たとえば、１０倍の倍率の場合、合焦速度は２０倍の倍率の場合の２倍となり得る。これは、たとえば以下の式に従って、合焦速度（ＦＳ）を選ばれた倍率（ＭＧ）に連続して調整することによって達成することができる。

ここで、ＦＳ_ＭＡＸ、ＦＳ_ＭＩＮ、ＭＧ_ＭＡＸ、及びＭＧ_ＭＩＮはそれぞれ、立体ビデオ顕微鏡１１の最大合焦速度、最小合焦速度、最大倍率、及び最小倍率である。当業者は、しかしながら、立体ビデオ顕微鏡１１の低い方の倍率の場合の合焦速度が高い方の倍率の場合よりも高いという要件を満たす、合焦速度と倍率との間の他の特定の関数関係を選ぶことができるということを理解するであろう。合焦速度と倍率との間の関係は好ましくは、ユーザの要求に最良に適合するために、制御装置又は立体ビデオ顕微鏡１１を介してユーザによって調整することができる。

ユーザが、焦点距離を変更する速度、すなわち合焦速度と、立体ビデオ顕微鏡１１の倍率とを同時に調整する場合、制御装置は、これらの量の最適なそれぞれのデフォルト値を選択するように構成される。これは、たとえば、これらの同時変更の方向を求める、制御装置又は立体ビデオ顕微鏡１１において実施される、適切に構成されるソフトウェアアルゴリズムによって達成することができる。

本発明のさらなる一態様によれば、立体ビデオ顕微鏡１１に、立体ビデオ顕微鏡の内部照明に接続される光照明ポートが設けられる。小さな可撓性光ファイバ（図示せず）が、立体ビデオ顕微鏡１１の内部照明及び／又は外部照明装置１２によって直接照明されることができない領域に光を提供するために当該小さな可撓性ファイバをユーザが握ると共に導くことができるように、照明ポートに取り付けられる。

本発明のさらなる一態様によれば、立体ビデオ顕微鏡１１の光軸と立体ビデオ顕微鏡１１の内部照明の対称軸との間の角度を変更することが可能である。これは、鏡の角度及び位置に関してユーザによって調整可能である内部鏡システムによって達成することができる。代替的に、外部照明装置１２は、ユーザが容易に立体ビデオ顕微鏡の視野を照明する光ビームの角度及び位置を変更することができるように、立体ビデオ顕微鏡１１に対して位置決め可能又は調整可能であるように構成することができる。

上記で詳細に説明された本発明は、記載された特定のデバイス、使用、及び方法論は変化することができるため、これらに限定されない。また、本明細書において使用される用語は、特定の実施形態を説明する目的のみのためにあり、本発明の範囲を限定するように意図されておらず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることを理解されたい。別途定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、当業者によって一般的に理解されているのと同じ意味を有する。

本明細書及び以下の特許請求の範囲の全体を通じて、文脈が別途の解釈を要求しない限り、語「含む（comprise：備える）」、並びに「含む（comprises）」及び「含む（comprising）」のような変形は、記載されている整数若しくはステップ又は整数若しくはステップのグループを含有するが、他の整数若しくはステップ又は整数若しくはステップのグループを一切除外しないことを暗示する。

幾つかの文書が本明細書の本文全体を通じて引用されている。本明細書に引用されている文書のそれぞれ（全ての特許、特許出願、科学刊行物、製造業者の仕様書、使用説明書等）は、上記又は下記を問わず、参照により本明細書にその全体が引用される。本明細書には、本発明が従来の発明に基づいてこのような開示に先行する資格を有しないということを認めるものとして解釈されるものは一切ない。

Claims (24)

1. 立体ビデオ顕微鏡システム（１０）であって、
   立体画像データを提供するための２つの出力チャネルを有すると共に、内部照明を備える立体ビデオ顕微鏡（１１）と、
   前記立体画像データを受信及び表示するための２つの入力チャネルを有する表示装置（１４）と、
   制御装置であって、該制御装置が、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）及び前記表示装置（１４）の動作、並びに前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の前記２つの出力チャネルと前記表示装置（１４）の前記２つの入力チャネルとの間の前記立体画像データのフローを制御することができるように、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）及び前記表示装置（１４）に動作可能に接続される、制御装置と、
   を備える、立体ビデオ顕微鏡システム。
2. 前記システムは外部照明装置（１２）をさらに備え、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）は該外部照明装置（１２）内に組み込まれる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記システムは支持構造体（１６）をさらに備え、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）及び／又は前記外部照明装置（１２）は前記支持構造体（１６）に取り付けられる、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記表示装置（１４）は前記支持構造体（１６）に取り付けられる、請求項３に記載のシステム。
5. 前記制御装置は前記立体ビデオ顕微鏡（１１）に一体化される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記表示装置（１４）は自動立体視モニタ、立体視モニタ、又は立体視デバイスである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記外部照明装置（１２）は、前記制御装置に接続されると共に、該制御装置によって制御可能である、請求項２に記載のシステム。
8. 前記外部照明装置（１２）は、複数の発光ダイオードと、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の視野を照明するための反射器とを備える、請求項７に記載のシステム。
9. 前記制御装置は、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の特定の位置のための、画像回転を実行する手段、及び／又は前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の前記２つの出力チャネルを交換する手段を備え、それによって、前記表示装置（１４）によって表示される立体画像は常に垂直であり且つ横方向において反転していない、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記画像回転を実行する手段、及び／又は前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の前記２つの出力チャネルを交換する手段は、前記制御装置内で実施されるソフトウェアアルゴリズムによって提供される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記画像回転を実行する手段は、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の、該立体ビデオ顕微鏡の光軸を中心とした機械的回転を制御することができる、請求項９に記載のシステム。
12. 前記画像回転を実行する手段、及び／又は前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の前記２つの出力チャネルを交換する手段は、ユーザによって発行される対応するコマンドによって制御される、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
13. 画像回転の実行、及び／又は前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の前記２つの出力チャネルの交換を必要とする位置に前記立体ビデオ顕微鏡（１１）が配置されていることを位置決めセンサが示す場合、前記画像回転を実行する手段、及び／又は前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の前記２つの出力チャネルを交換する手段は自動的にトリガされて、画像回転を実行し、且つ／又は前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の前記２つの出力チャネルを交換する、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
14. 前記制御装置は、鏡が前記立体ビデオ顕微鏡システム（１０）と共に使用されている場合に画像修正を実行する手段を備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
15. 前記画像修正を実行する手段は、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の前記２つのチャネルによって提供される前記画像のそれぞれの鏡像を生成すると共に、前記表示装置（１４）の前記２つのチャネルを交換するように構成される、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記画像修正を実行する手段は、ユーザによって発行される対応するコマンドによって制御される、請求項１４又は１５に記載のシステム。
17. 前記画像修正を実行する手段は、鏡の使用が確定される場合に、前記制御装置によって自動的にトリガされて画像修正を実行する、請求項１４又は１５に記載のシステム。
18. 前記制御装置は、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）によって提供される前記立体画像データにおいて鏡の存在を確定する手段を備える、請求項１７に記載のシステム。
19. 鏡の使用を確定するための少なくとも１つの磁界センサ及び／又は少なくとも１つの接触センサをさらに備える、請求項１７に記載のシステム。
20. 前記制御装置は、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の前記内部照明及び／又は前記外部照明装置（１２）によって照明されるエリアのサイズを、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の実際の視野のサイズに調整するように構成される、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のシステム。
21. 前記制御装置は、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の前記内部照明及び／又は前記外部照明装置（１２）によって放出される光の強度を低減することによって照明される前記エリアの前記サイズが低減する場合、前記強度を低減し、その逆も同様である、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記制御装置は、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の選ばれた倍率に応じて、焦点距離を変更する速度を調整するように構成される、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のシステム。
23. 前記制御装置は、前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の低い方の倍率の場合に、高い方の倍率の場合よりも高い前記焦点距離を変更する速度を自動的に選択するように構成される、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記立体ビデオ顕微鏡（１１）の照明ポートに取り付けられる可撓性光ファイバをさらに備える、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のシステム。

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