JP2017106994A - 手術用立体観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像手段による撮影でも焦点深度を大きくすることができる手術用立体観察装置を提供する。
【解決手段】補助対物光学系により左右の光路Ｌの焦点距離をそれぞれの焦点深度ｄが不連続とならない範囲で独立して変更することができるため、左右の焦点距離ｄを相違させることにより、左右の焦点深度ｄの範囲がずれて合成された焦点深度Ｄmaxが大きくなる。
【選択図】図８

Description

本発明は手術用立体観察装置に関するものである。

脳神経外科等においてドクターが術野を拡大観察しながら手術する場合、一般的には手術顕微鏡が用いられる。ドクターは手術顕微鏡の接眼部に目を当て、手術顕微鏡の光学系を介して術野を拡大観察する。

このように手術顕微鏡により術野を拡大観察する方法は、常に目を接眼部に当てる必要があるため、観察のために顕微鏡を斜めにするとドクターの首も斜めになり手術中に無理な姿勢を強いられる。

そのため最近では手術用の立体観察装置として、手術顕微鏡の代わりに、撮像手段（ＣＣＤ等）を内蔵した鏡筒により術野の立体電子映像を撮影し、それをモニター装置に表示して３Ｄ用の専用メガネで立体的に観察する方法が提案されている。

鏡筒はスタンド装置により吊り下げた状態で移動自在に支持され、ドクターは鏡筒を手で持って鏡筒の位置及び向きを自由に変え、最適の観察方向を選ぶことができる。

接眼部に目を当てる必要がないため、ドクターは自由な姿勢で手術することができ、ドクターだけでなくアシスタントも同じモニター装置を見ることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３１８９３６号公報

しかしながらこのような立体観察装置にあっては、撮像手段により術野を撮影して、それをモニター装置により確認する方式を採用しているが、同じ光学手段を用いても、撮像手段による撮影の場合は肉眼観察に比べて焦点深度が半分以下に小さくなる。それは肉眼観察の場合は観察者の眼の光学系と脳により焦点深度を補っているが、撮像手段による機械的観察ではそれが行われないためである。

本発明は、このような関連技術に着目してなされたものであり、撮像手段による撮影でも焦点深度を大きくすることができる手術用立体観察装置を提供するものである。

本発明の第１の技術的側面によれば、術野の立体光学像を得る光学手段及び該光学手段から得られた立体光学像を撮像して立体映像信号を出力する撮像手段を収納した鏡筒と、該鏡筒を支持した状態で任意の位置に移動自在なスタンド装置と、前記撮像手段から出力された立体映像信号に基づく立体映像を表示するパネル型のモニター装置とを備えた手術用立体観察装置であって、光学手段が、１つの対物光学系と、該対物光学系の光軸と平行に通過した左右一対の光束がそのまま或いは反射されて通過する２つの変倍光学系と、該変倍光学系を通過した左右一対の光束が通過する２つの補助対物光学系とを備え、該補助対物光学系により左右の光路の焦点距離をそれぞれの焦点深度が不連続とならない範囲で独立して変更自在であることを特徴とする。

本発明の第２の技術的側面によれば、補助対物光学系が光路上で移動自在なレンズであることを特徴とする。

本発明の第３の技術的側面によれば、補助対物光学系が光路上に出し入れ自在なレンズであることを特徴とする。

本発明の第１の技術的側面によれば、補助対物光学系により左右の光路の焦点距離をそれぞれの焦点深度が不連続とならない範囲で独立して変更することができるため、左右の焦点距離を相違させることにより、左右の焦点深度の範囲がずれて合成された焦点深度が大きくなる。そのためモニター装置に表示される立体映像の合焦点範囲も拡大して肉眼に近い状態で立体観察することが可能になる。

本発明の第２の技術的側面によれば、補助対物光学系が光路上で移動自在なレンズであるため、左右の焦点深度を任意の範囲で重複させることができ、希望する合成焦点深度を得ることができる。

本発明の第３の技術的側面によれば、補助対物光学系が光路上に出し入れ自在なレンズであるため、左右の焦点深度を予め決まった範囲で重複させることができ、最大範囲で合成された焦点深度にすることも容易である。

本発明の第１実施形態に係る手術用立体観察装置を示す正面図。 手術用立体観察装置を示す側面図。 鏡筒を示す斜視図。 鏡筒の内部構造を示す斜視図。 鏡筒の内部構造を示す正面図。 鏡筒の内部構造を示す側面図。 焦点距離変更前の状態を示す焦点深度の説明図。 焦点距離変更後の状態を示す焦点深度の説明図。 本発明の第２実施形態に係る手術用立体観察装置を示す図５相当の正面図。

図１〜図８は本発明の本発明の第１実施形態を示す図である。

スタンド装置１は手術室内に設置されるもので、ベース２とスタンド本体３を備えている。

スタンド本体３はベース２上に設置され垂直軸Ｖ１を中心して回転自在である。スタンド本体３には左側の側面に縦アーム５の途中部分が軸支点ａで構成される水平軸Ｈ１を中心に前後傾動自在に軸支されている。

縦アーム５の上端には横アーム６の基端側が軸支点ｂにより上下回動自在に軸支されている。横アーム６は横方向に延びる湾曲状の金属管により形成されている。縦アーム５の下側には後方に延びる底アーム７が設けられ、底アーム７の端部にはカウンタウェイトＷが取付けられている。横アーム６の端末と底アーム７の途中部分は縦サブアーム８により連結されている。これにより縦アーム５と縦サブアーム８を含む縦方向の平行リンクが形成される。

縦アーム５の上方の軸支点ｂには基端アーム９の下端が軸支され、横アーム６の先端には先端アーム１０の途中部分が軸支されている。基端アーム９の上端と先端アーム１０の上端はまっすぐな横サブアーム１１により連結されている。これにより横アーム６と横サブアーム１１を含む横方向の平行リンクが形成される。また、基端アーム９は縦アーム５の内部構造により縦アーム５が軸支点ａのまわりに傾動しても常に垂直状態が維持されるように構成されている。したがって、基端アーム９に平行な先端アーム１０も常に垂直状態が維持される。

先端アーム１０の下部には垂直軸Ｖ２を中心に回転自在なボックス１２が設けられている。ボックス１２には２つの補助アーム１３、１４を介して鏡筒１５が支持されている。

補助アーム１３は上端がボックス１２に固定され、他の補助アーム１４はＬ型で補助アーム１３の下端に斜め軸Ｔを中心に回転自在に支持されている。Ｌ型の補助アーム１４の下端に鏡筒１５が水平軸Ｈ２を中心に回転自在に支持されている。

垂直軸Ｖ２、斜め軸Ｔ、水平軸Ｈ２は鏡筒１５の略重心に合致する一点で交差する。鏡筒１５は３本の回転軸により所謂ジンバル機構で支持された状態となり、その位置で鏡筒１５の左右両側に設けられたハンドル１６を操作をすることにより向きを自由に変化させて、任意の術野Ｒを自由な高さ及び方向から撮影することができる。

スタンド本体３の上部には折りたたみ自在なアーム１９が設けられており、その先端にパネル型のモニター装置２０が支持されている。モニター装置２０には鏡筒１５で撮影された術野Ｒの立体映像が表示される。術者及びアシスタント等は専用メガネ２１を掛けることで、モニター装置２０に表示された立体映像を立体的に観察することができる。

次に鏡筒１５の内部構造を説明する。

鏡筒１５は立体撮影可能な構造で、左右２本の光路Ｌが内部に形成されている。鏡筒１５の下部には３枚のレンズで構成された１つの対物光学系２２が設けられている。対物光学系２２の光軸Ｋ上に観察対象である術野Ｒがある。対物光学系２２は一部のレンズを可動させることにより焦点距離を３００ｍｍから１０００ｍｍまで可変することができる。

対物光学系２２は前後がカットされた形状で、後側には遮光板により区切られた円弧状の切欠部２４が形成されている。切欠部２４には照明手段２５が鏡筒１５内に内蔵された状態で設けられている。照明手段２５はＬＥＤ光源を内蔵しており白色の照明光Ｅを術野Ｒに対して斜め方向から照射可能である。

対物光学系２２の上部には光軸Ｋと平行な２本の光路Ｌに沿った左右一対の変倍光学系２６が設けられている。変倍光学系２６では４０倍までの拡大が可能である。変倍光学系２６は対物光学系２２を通る光路Ｌ上に配置されるのであれば対物光学系２２の光軸Ｋと平行に配置される必要はなくミラー等で光路を曲げて横向きにしても良い。

変倍光学系２６の上部の２本の光路Ｌにはレンズにて構成された２つの補助対物光学系２７が配置されている。補助対物光学系２７はそれぞれ駆動部２８に連結されており、該駆動部２８により光路Ｌに沿って移動し、その位置を変更することができる。

光路Ｌは補助対物光学系２７を通過した後に結像レンズ２９を経て撮像素子（ＣＣＤ）３０に至る。撮像素子３０は典型的にはＣＣＤエリアイメージセンサである。この実施形態では、対物光学系２２、変倍光学系２６、補助対物光学系２７、結像レンズ２９により「光学手段」が、撮像素子３０により「撮像手段」が構成される。

術野Ｒからの反射光はまず対物光学系２２に導入される。対物光学系２２に導入された反射光は光路Ｌに沿って変倍光学系２６を通過し、その後に補助対物光学系２７と結像レンズ２９を経て２つの撮像素子３０により受光され、互いに視差を有する左目用の像と右目用の像が得られる。その両眼視差を有する左右の像は立体映像信号としてコントローラー３１により合成されモニター装置２０に立体映像として表示される。モニター装置２０の表示を専用メガネ２１を掛けて見ることにより術野Ｒの立体観察が行える。

モニター装置２０に表示される立体映像の焦点を合わせる場合はハンドル１６に設けられたスイッチを操作して対物光学系２２により両方の光路Ｌの焦点Ｆを同時に変更する。左右の光路Ｌには焦点Ｆの前後に所定範囲の焦点深度ｄが存在する。この範囲内では術野Ｒの位置が焦点Ｆから外れてもフォーカスの合った状態が得られる。

図７に示す通常状態では補助対物光学系２７は両方とも同じ中立位置にあり、光路Ｌのフォーカスに影響を与えず、左右の光路Ｌの合成焦点深度Ｄはそれぞれの焦点深度ｄと一致する。

手術の途中で更に広い焦点深度を必要する場合には、ハンドル１６のスイッチを操作して補助対物光学系２７を駆動部２８によりそれぞれ逆方向へ移動させる。補助対物光学系２７はハンドル１６のスイッチを操作している間だけ連続して移動する。

そうすると図８に示すように左右の光路Ｌの焦点深度ｄの範囲が互いにずれて合成焦点深度Ｆmaxが大きくなる。左右の焦点深度ｄの重なり合う範囲は任意に調整可能で必要な合成焦点深度を得ることができる。補助対物光学系２７は互いに逆方向へ移動させても両方の焦点深度ｄの範囲が離れて間隔が生じることがないように予め駆動部２８の駆動範囲が設定されている。図８は両方の焦点深度ｄが不連続にならないように最大限に移動させた状態を示している。

この実施形態によれば、合成焦点深度Ｄmaxが大きくなるためモニター装置２０に表示される立体映像の合焦点範囲も拡大し肉眼に近い状態で立体観察することが可能になる。

尚、補助対物光学系２７を駆動部２８により無段で連続的に移動させる代わりに、ハンドル１６のスイッチ操作により、予め設定された範囲だけ移動するようにしても良い。また補助対物光学系２７を設ける代わりに結像レンズ２９に補助対物光学系の機能を持たせても良い。

図９は本発明の第２実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それらと同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

この実施形態では、移動自在なレンズによる補助対物光学系に代えて、予め左右の焦点深度が最大にずれる（図８参照）ように位置が設定されたレンズによる補助対物光学系３２を光路Ｌに対して出し入れ自在に配置している。つまり一方の補助対物光学系３２は焦点Ｆを先に移動させる光学性能を有し、他方の補助対物光学系３２は焦点Ｆを手前に移動させる光学性能を有している。補助対物光学系３２の光路Ｌへの出し入れは図示せぬアクチュエータにより行われる。

通常時は補助対物光学系３２は光路Ｌから外されており、合成焦点深度を最大にしたい場合に光路Ｌ上へ進入させる。この実施形態によれば、左右の焦点深度を予め決まった範囲で重複させることができるため、この実施形態のように最大の合成焦点深度にすることも容易である。

１ スタンド装置
２０ モニター装置
２２ 対物光学系（光学手段）
２６ 変倍光学系（光学手段）
２７ 補助対物光学系（光学手段）
２８ 結像レンズ（光学手段）
３０ 撮像素子（撮像手段）
ｄ 焦点深度
Ｄ、Ｄmax 合成焦点深度
Ｌ 光路
Ｆ 焦点
Ｋ 対物光学系の光軸
Ｒ 術野

Claims (3)

1. 術野の立体光学像を得る光学手段及び該光学手段から得られた立体光学像を撮像して立体映像信号を出力する撮像手段を収納した鏡筒と、該鏡筒を支持した状態で任意の位置に移動自在なスタンド装置と、前記撮像手段から出力された立体映像信号に基づく立体映像を表示するパネル型のモニター装置とを備えた手術用立体観察装置であって、
   光学手段が、１つの対物光学系と、該対物光学系の光軸と平行に通過した左右一対の光束がそのまま或いは反射されて通過する２つの変倍光学系と、該変倍光学系を通過した左右一対の光束が通過する２つの補助対物光学系とを備え、
   該補助対物光学系により左右の光路の焦点距離をそれぞれの焦点深度が不連続とならない範囲で独立して変更自在であることを特徴とする手術用立体観察装置。
2. 補助対物光学系が光路上で移動自在なレンズであることを特徴とする請求項１記載の手術用立体観察装置。
3. 補助対物光学系が光路上に出し入れ自在なレンズであることを特徴とする請求項１記載の手術用立体観察装置。

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