JP2019128598A - 顕微鏡用のスタンドの自動位置合わせ方法、顕微鏡用のスタンドおよび顕微鏡アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】手術中に再位置合わせを迅速に行える手術用顕微鏡を提供する。【解決手段】顕微鏡１４用のスタンド１２は、顕微鏡１４を位置決めするための制御可能な位置決め手段１６と顕微鏡１４を方向付けるための制御可能な方向付け手段１８とを備える。顕微鏡１４によって観察されるべき目標点２４を規定するステップであって、目標点２４がスタンド１２によってアクセス可能な座標範囲内に位置する、ステップと、スタンドの制御可能な位置決め手段１６によって自動化された方式でユーザ決定位置において顕微鏡１４を安定化させるステップと、スタンドの制御可能な方向付け手段１８を使用して自動化された方式でユーザ決定位置において顕微鏡１４の向きを目標点２４に調整するステップと、を含む。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、顕微鏡用のスタンドの自動位置合わせ方法、顕微鏡用のスタンドの制御ユニット、顕微鏡用のスタンド、顕微鏡アセンブリ、コンピュータプログラムおよびコンピュータ可読データ記憶装置に関する。したがって、本発明は、特に顕微鏡用のスタンド、とりわけ手術顕微鏡用、すなわち外科手術顕微鏡用のスタンドの分野に関する。

外科手術顕微鏡用の通常のスタンドは、外科医のような顕微鏡のユーザに、顕微鏡によって観察されるべき検査対象物に対して顕微鏡を動かし、かつ顕微鏡を機械的にバランス調整するために多くの自由度を提供することができる。例えば、顕微鏡を支持するスタンドは、顕微鏡を対象物に対して所望の位置にかつ所望の向きに位置決めおよび位置合わせするために３つの並進自由度および３つの回転自由度を提供することができる。これにより、一般的に、顕微鏡のユーザによって観察されるべき対象物の関心領域の良好な接近可能性および／または観察可能性が得られ、顕微鏡をその関心領域にフォーカシングさせるための好適な位置および向きに顕微鏡を誘導することが可能になる。

しかしながら、顕微鏡が対象物に対して異なる位置および／または向きにユーザによって動かされると、通常は関心領域へのフォーカシングが失われる。したがって、ユーザは、顕微鏡を動かした後、向きを変更し、かつ／または関心領域の適切なビューを再び得るために顕微鏡を再位置合わせすることが要求され得る。特に、高い光学倍率で関心領域を観察する場合、ユーザが関心領域を再度見つけ出し、顕微鏡を所望の関心領域に再フォーカシングするように再位置合わせすることは困難であることがある。これは、所望の関心領域を再度見つけることができ、それを見つけた後に顕微鏡の光学倍率およびフォーカシングパラメータを再調整することができるように、より大きい視野を得るために光学倍率を減少させることさえ要求し得る。いずれにせよ、顕微鏡が対象物に対して異なる位置および／または向きにユーザによって動かされるときはいつでも、顕微鏡を所望の関心領域に再フォーカシングするために通常は手間および／または時間のかかる再位置合わせ手順が必要である。特に緊急を要する手術の過程で、顕微鏡を再位置合わせする必要性があることによる時間の損失は、深刻な欠点をもたらし得る。

従来のスタンドおよび方法によって、顕微鏡を先に設定し保存した位置および／または向きから離れるように動かした後に、顕微鏡をその位置および向きに自動再位置合わせすることが可能となり、ユーザは、先に選択された視野に容易に戻ることが可能になる。しかしながら、そのような方法によって、ユーザは、顕微鏡を、例えばユーザにとって人間工学的により適していると思われる、異なる好ましい位置および／または向きに再位置付けすることができなくなり、かつ新しい位置において関心領域への顕微鏡の自動再位置合わせすることができなくなる。さらに、このような自動再位置決めおよび／または再位置合わせは、ユーザが関心領域を異なる視野角で観察することを望む場合には、ユーザにいかなる支援も提供しない。代わりに、この技術は顕微鏡を関心領域に対して先に選択された（そして保存された）設定に戻すだけに過ぎないであろう。

したがって、目的である、本発明の技術的課題は、従来技術で知られている当該技術のこれらの欠点を克服する、顕微鏡用スタンドの自動位置合わせ方法および顕微鏡用スタンドを提供することである。

この課題は、それぞれの独立請求項の特徴を有する、方法、顕微鏡用のスタンド、顕微鏡アセンブリ、制御ユニット、コンピュータプログラムおよびコンピュータ可読データ記憶装置によって解決される。好ましい実施形態は、従属請求項および以下の説明に記載の対象である。

一態様では、本発明は、顕微鏡用のスタンドの自動位置合わせ方法に関するものであり、顕微鏡用おスタンドは、顕微鏡を位置決めするための制御可能な位置決め手段と、顕微鏡を方向付けるための制御可能な方向付け手段とを備える。本方法は、顕微鏡によって観察されるべき目標点を規定するステップを含み、目標点は、スタンドによってアクセス可能な座標範囲内に位置する（ステップａ）。また、本方法は、スタンドの制御可能な位置決め手段によって自動化された方式でユーザ決定位置において顕微鏡を安定化させるステップを含む（ステップｂ）。さらに、本方法は、スタンドの制御可能な方向付け手段を使用して自動化された方式で規定された目標点にユーザ決定位置において顕微鏡の向きを調整するステップを含む（ステップｃ）。

別の態様において、本発明は、顕微鏡を目標点に自動位置合わせするための顕微鏡用のスタンドに関する。スタンドは、顕微鏡で観察されるべき対象物に対して顕微鏡を位置決めするための制御可能な位置決め手段と、対象物に対して顕微鏡を方向付けるための制御可能な方向付け手段と、制御ユニットとを備える。制御ユニットは顕微鏡によって観察されるべき目標点を規定するように構成されており、その場合、目標点がスタンドによってアクセス可能な座標範囲内に位置しており（ステップａ）、スタンドの制御可能な位置決め手段によって自動化された方式でユーザ決定位置において顕微鏡を安定化させるように構成されており（ステップｂ）、スタンドの制御可能な方向付け手段を使用して自動化された方式で規定された目標点にユーザ決定位置において顕微鏡の向きを調整するように構成されている（ステップｃ）。

別の態様では、本発明は、本発明によるスタンドと、スタンドに取り付けられた顕微鏡とを備える顕微鏡アセンブリに関する。

別の態様では、本発明は、本発明による方法を実行させるように構成されている、顕微鏡用のスタンドのための制御ユニットでありかつ任意選択的に顕微鏡のための制御ユニットに関する。

別の態様では、本発明は、スタンドのために制御ユニットによって実行されるとき、顕微鏡用スタンドにかつ任意選択的に顕微鏡に本発明による方法を実行させるように構成されているコンピュータプログラムに関する。

別の態様では、本発明は、本発明によるコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ可読データ記憶装置に関する。

好ましくは、顕微鏡は、外科手術用の顕微鏡である手術用顕微鏡であってよい。顕微鏡用のスタンドは、顕微鏡を支持するための、かつユーザが顕微鏡を所与の範囲内で動かして対象物に対する顕微鏡の向きおよび／または位置決めを変更することを可能にするための機械構造物であることが好ましい。スタンドは、顕微鏡を安定化させるように構成されていることが好ましく、その結果、ユーザによって能動的に動かされなければ、かつ／または自動化された方式でスタンドによって再位置決めおよび／または再方向付けされなければ顕微鏡が動いていないことが好ましい。好ましくは、スタンドは、３つの並進自由度および／または３つの回転自由度に関して顕微鏡を運動および／または旋回させることを可能にする。例えば、スタンドは、いくつかのリンク機構を含むことができ、それぞれがスタンドおよび／または顕微鏡を１つ以上の空間自由度に関して運動させることを可能にする。好ましくは、すべてのリンク機構が一緒になって顕微鏡を３つの並進自由度および／または３つの回転自由度に関して運動および／または旋回させることを可能にする。顕微鏡を安定化させるために、顕微鏡および／またはスタンドは、リンク機構に対してそれらの動きにおいて任意選択的にかつ機械的にバランス調整されかつ／またはブロックされる。

本発明の文脈における「自動位置合わせ」とは、位置合わせがユーザのいかなる補助も必要とせずに実行されることを特に意味する。言い換えれば、自動位置合わせは、スタンドおよび／または顕微鏡の自己位置合わせおよび／または自律位置合わせと見なされる。自動化による機械的バランス調整は、ユーザが顕微鏡をユーザ決定位置へ移動させている間および／またはその後に、行われてもよい。

制御可能な位置決め手段および／または制御可能な方向付け手段とは、位置決め手段および／または方向付け手段が能動的に制御可能であると理解されるべきである。例えば、位置決め手段および／または方向付け手段は電動化されてもよい。好ましくは、位置決め手段および／または方向付け手段は、制御可能に可変の位置および／または向きにあるスタンドの２つ以上のセグメントを互いに接続することができる、１つ以上のリンク機構を備えている。リンク機構は、例えば、２つのセグメントを接続する関節部を含んでもよく、かつ／または関節部によって提供される少なくとも１つの自由度に沿って２つのセグメントを動かすように電動化されてもよい。例えば、制御可能な位置決め手段は、スタンドに対する顕微鏡の位置を変えるように構成されてもよく、かつ／または方向付け手段は、対象物に対する顕微鏡の向きを変えるように構成されてもよい。しかしながら、位置決め手段によって顕微鏡の位置を変えるとき、任意選択的に、対象物に対する顕微鏡の向きも変わることがある。同様に、方向付け手段によって顕微鏡の向きを変えるとき、任意選択的に顕微鏡の位置（これは顕微鏡の重心の位置であり得る）も対象物に対して変わり得る。スタンドおよび／または制御可能な位置決め手段および／または制御可能な方向付け手段は、それぞれのリンク機構および／または関節部に対するスタンドおよび／または顕微鏡の動きをブロックすることを可能にする少なくとも１つの制動機構を任意選択的に備える。例えば、そのような制動機構は、リンク機構をブロックするときにそれぞれのリンク機構回りの動きの摩擦を増大させるように構成することができ、その結果、いかなる動きも可能でなく、または動きは強い力に応答してのみ可能である。

目標点は、関心点、すなわち顕微鏡を介して観察または検査されるべき点となるように選択される空間内の点であることが好ましい。しかしながら、目標点は、顕微鏡の焦点よりも大きいまたは小さい広がりを有してもよい。特に、目標点は、例えば関心領域全体を指してもよく、それは関心領域の範囲内の焦点にフォーカシングされるときに顕微鏡の視野より大きいかまたは小さい区域をカバーしてもよい。好ましくは、目標点は、その点に顕微鏡が位置合わせおよび／またはフォーカシングされるか、もしくは位置合わせおよび／またはフォーカシングされることが所望されてもよい空間内の点である。目標点は、ベース座標系において規定されてもよく、ベース座標系は、スタンドのベース部に対して静止していて、その結果、スタンドのベース部および好ましくは対象物は、少なくともスタンドの位置合わせ中にベース座標系に対して動かないようになっている。しかしながら、目標点は、代替的にまたは付加的に、位置決め手段および／または制御可能な方向付け手段のリンク機構に関連する１つ以上の座標系など、１つ以上の異なる座標系に変換されてもよい。例えば、Ｄｅｎａｖｉｔ−Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ変換を使用して、ベース座標系で提供された目標点の座標を、リンク機構の適切な構成を可能にするスタンドのリンク機構に関連する座標系に変換してもよい。Ｄｅｎａｖｉｔ−Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ変換を使用する場合、変換に必要なパラメータを計算するために、スタンドのリンク機構または関節部の各々の角度位置および／または直線変位に関する情報が必要となることがある。この目的のために、例えば、各リンク機構または関節部の角度位置を決定するための回転位置センサをリンク機構の各々に設けてもよい。さらに、例えば、線形位置エンコーダを、２つの隣り合うリンク機構または関節部間の各セグメントに設けて、それぞれのセグメントの変位位置パラメータを決定してもよい。例えば、線形位置デコーダを、スタンドのＡ−バランススライド、Ｂ−バランススライド、および／またはＣ−バランススライドのそれぞれに設けてもよい（例えば、図５Ａ〜図５Ｄ参照）。回転位置センサおよび／または線形位置デコーダは、制御ユニットに回転位置および／または線形位置に関する情報を提供することができるように、制御ユニットと接続および／または通信することができる。好ましくは、回転位置センサおよび／または線形位置エンコーダは、制御可能な位置決め手段および／または制御可能な方向付け手段に接続されてもよく、かつ／またはそれらに組み込まれてもよい。

本発明は、顕微鏡を支持するスタンドの構成および／または向きを変えることによって顕微鏡の位置をスタンドのアクセス可能範囲内の異なる位置に変えることができるという利点を提供し、本発明は、規定された目標点への顕微鏡の自動再位置合わせを実行することができる。顕微鏡および／またはスタンドを新しい位置に安定化させてもよい。言い換えれば、本発明は、顕微鏡を先に規定された目標点に再び位置合わせするように新しい位置で顕微鏡の再方向付けを実行することができる。これにより、外科医などのユーザは、例えば手動で顕微鏡を、例えば助手の位置にまたはより快適な位置に移動させることによって、顕微鏡を対象物に対して異なる位置に誘導して、かつユーザによって選択された新しい位置から目標点への顕微鏡の自動再位置合わせを達成することができる。したがって、好ましくは、顕微鏡は、ユーザ決定位置にユーザによって配置される。それゆえに、ユーザは、顕微鏡を、人間工学的に有利であり得る位置へ誘導することができ、かつ／または顕微鏡を手動でかつ／またはスタンドを手動で再位置合わせすることを必要とせずに、かつ／または手動で顕微鏡をバランス調整することを必要とせずに、異なる視野角から目標点において対象物を観察することができる。

それゆえに、本発明は、スタンドおよびそれに取り付けられた顕微鏡の使いやすさに関する利点を特に提供し、またその操作中の顕微鏡の移動可能性に関してユーザまたはオペレータの自由を増加させる。さらに、本発明は、目標点への再位置合わせを自動化された方式で実行することができるので、ユーザが再位置合わせ手順に気をつける必要がないという利点を提供する。したがって、本発明は、顕微鏡の、時間を節約する使用を可能にし、緊急を要する外科手術時に特に有益であり得る。

再位置合わせは、ユーザが顕微鏡を新しい位置および／または向きに動かしたときに座標の変化を追跡することに基づいてもよい。したがって、それはすべての座標がどれだけの量を変更されたかによって、自動化により決定することができる。例えば、この情報に基づいて、制御可能な位置決め手段および／または制御可能な方向付け手段によってスタンドおよび／またはリンク機構に対する好適な調整を決定してユーザによって選択された新しい位置から目標点に顕微鏡を再位置合わせするために変換を実行することができる。

好ましくは、ステップｃ）において顕微鏡の向きを目標点に調整するステップは、目標点が顕微鏡の光軸に沿って位置するように顕微鏡を方向付けるステップを含む。これにより、容易化されたおよび／または自動化による顕微鏡の目標点への再フォーカシングが可能になる。また、これにより、目標点を異なる視野角で観察することが可能となる。

好ましくは、ステップｃ）において顕微鏡の向きを目標点に調整するステップは、顕微鏡を目標点にフォーカシングさせるために顕微鏡の焦点パラメータを調整するステップをさらに含む。これにより、顕微鏡の目標点への自動再フォーカシングが可能になる。例えば、少なくとも１つの焦点パラメータは、少なくとも１つの焦点距離および／または顕微鏡に含まれるレンズなどの少なくとも１つの光学素子の位置を変えることによって調整されてもよい。したがって、好ましくは、顕微鏡アセンブリは、さらに顕微鏡のフォーカシングパラメータを自動化により制御するように成されている。

好ましくは、ステップｂ）およびｃ）は、少なくとも部分的に同時に実行され、かつ／またはステップｂ）は、ステップｃ）の前に実行され、かつ／またはステップｃ）は、ステップｂ）の前に実行される。言い換えれば、機械的バランス調整は、向きの自動調整の前および／または後にかつ／またはそれと同時に少なくとも部分的に実行されてもよい。より好ましくは、ステップｂ）およびｃ）は、開ループおよび／または閉ループで実行されてもよく、焦点を目標点に制御するかつ／または安定化させるためにも有利であり得る。

好ましくは、ステップｂ）において顕微鏡を安定化させるステップは、顕微鏡がユーザ決定位置に静止するように制御可能な位置決め手段および／または制御可能な方向付け手段を調整することによって顕微鏡を機械的にかつ任意選択的に自動化によりバランス調整するステップを含む。機械的にバランス調整することは、好ましくは、例えばユーザおよび／または制御可能な方向付け手段および／または制御可能な位置決め手段によって顕微鏡が能動的に動かされなければ、顕微鏡がその位置および向きを変えないようにスタンドが調整されることを意味する。より好ましくは、機械的にバランス調整することは、外力によって能動的に使用されなければ、顕微鏡が、特に重力に起因してその質量中心の位置を変えないことを意味する。顕微鏡を機械的にバランス調整するステップに対して代替的にまたは付加的に、顕微鏡を安定化させるステップは、例えば、それぞれのリンク機構に設けられた、それぞれの関節部および／または回転軸回りの動きをブロックさせ得る制動機構によって、制御可能な位置決め手段および／または制御可能な方向付け手段のリンク機構の少なくとも一部をブロックするステップを含むことができる。

好ましくは、目標点は、ユーザ入力に基づいて規定される。これにより、ユーザは、目標点を規定することが可能になり、それぞれの入力を提供することによって自動化された方式で顕微鏡を当該目標点に位置合わせ可能でなければならない。代替的にまたは付加的に、目標点は、提供された対象物データに基づいて規定される。対象物データは、例えばＭＲＴおよび／またはＣＴおよび／または超音波および／または他の従来の医療用撮像技術などの他の撮像技術によって取得された例えば撮像データに基づいて提供されてもよい。例えば、対象物における目標点は、ＣＴ撮像データの中で選択されてもよく、スタンドおよび顕微鏡は、その選択された目標点にフォーカシングさせるためにスタンドおよび／または顕微鏡を続いて位置決めおよび／または方向付けおよび／または位置合わせするように構成されてもよい。代替的におよび／または付加的に、目標点は、焦点を決定して保存することによって規定され、所定のユーザ入力が提供されたときに当該目標点に顕微鏡がフォーカシングされる。例えば、顕微鏡のユーザは、顕微鏡が目標点として目下フォーカシングされつつある焦点を保存してもよく、これにより、スタンドおよび／または顕微鏡の目下調査中の焦点への自動再位置合わせが可能になる。

好ましくは、少なくともステップｂ）およびｃ）は、連続的に自動化により実行される。特に、ステップｂ）およびｃ）は、自動化された方式で繰り返し実行することができる。これにより、顕微鏡の焦点を安定化させることができ、かつ目標点に位置合わせすることができるという利点が得られる。例えば、ユーザは、安定化および／または再位置合わせが作動している状態で顕微鏡の位置および／または向きを変更することができ、かつ、それゆえに、顕微鏡を安定化させかつ目標点に位置合わせした状態に維持するために少なくともステップｂ）およびｃ）が連続的に自動化により実行される。これによって、例えば３秒以下であってもよい、再位置合わせに必要とされる、考えられる時間が短時間であるにもかかわらず、目標点への位置合わせを恒久的に維持することができる。このモードは、例えば動的再位置合わせモードと見なすことができる。

代替的にまたは付加的に、少なくともステップｂ）およびｃ）は、顕微鏡の目標点への再位置合わせを要求するユーザ入力に応答して実行される。言い換えれば、別の好ましい実施形態によれば、安定化および再位置合わせは、恒久的に実行されるのではなく、例えばそれぞれのユーザ入力によって要求されたときにのみ実行される。これにより、例えば、ユーザは、顕微鏡を異なる位置および／または向きに自由に動かすことができ、かつ／またはユーザによって要求された場合に、顕微鏡の現在位置において、目標点に戻って自動再位置合わせすることなく、かつ好ましくは、目標点に戻って１回の自動再位置合わせすることなく、目標点以外の他の関心点を観察することができる。このモードは、例えば静的再位置合わせモードと見なすことができる。

本発明のさらなる利点および実施形態は、説明および添付の図面から明らかになる。

前述の特徴および以下でさらに説明される特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ指示された組合せだけでなく、さらなる組合せまたは単独でも使用可能であることに留意されたい。

好ましい実施形態による顕微鏡アセンブリを示す。 好ましい実施形態による顕微鏡アセンブリを示す。 好ましい実施形態によるスタンドを示す。 図２に示すスタンドのリンク機構にわたって異なる視点から見た概略図を示す。 図２に示すスタンドのリンク機構にわたって異なる視点から見た概略図を示す。 別の好ましい実施形態による顕微鏡アセンブリを示す。 それぞれの回転軸回りに顕微鏡をバランス調整するためのバランス調整手段を備える好ましい実施形態によるスタンドを示す。 それぞれの回転軸回りに顕微鏡をバランス調整するためのバランス調整手段を備える好ましい実施形態によるスタンドを示す。 それぞれの回転軸回りに顕微鏡をバランス調整するためのバランス調整手段を備える好ましい実施形態によるスタンドを示す。 それぞれの回転軸回りに顕微鏡をバランス調整するためのバランス調整手段を備える好ましい実施形態によるスタンドを示す。

図１Ａおよび図１Ｂは、スタンド１２および顕微鏡１４を備える好ましい実施形態による顕微鏡アセンブリ１０を示し、顕微鏡１４は、スタンド１２に取り付けられていて、かつスタンド１２により支持されている。顕微鏡１４は、顕微鏡１４が可動であるように、すなわち、顕微鏡１４の位置および／または向きが、スタンド１２によって規定される特定の範囲内で、スタンド１２のそれぞれの再構成によって変更され得るように、スタンド１２によって支持されている。特に、図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ２つの異なった位置および向きで位置決めおよび方向付けられた顕微鏡１４を示している。したがって、図１Ａおよび図１Ｂは、２つの顕微鏡１４をそれぞれ示しているが、単一の顕微鏡１４がスタンド１２に取り付けられている。ただし、顕微鏡１４は、説明を分かりやすくするために２つの異なる位置および向きで示されている。

スタンド１２は、対象物（図示せず）に対して顕微鏡１４を位置決めおよび／または方向付けるための制御可能な位置決め手段１６および制御可能な方向付け手段１８を備える。対象物は、好ましくはスタンド１２のベース部２０に対して定位置に配置される。例えば、対象物は、対象物テーブル（図示せず）に配置されかつ／または取り付けられてもよく、この場合、対象物テーブルおよびスタンド１２のベース部２０を、好ましくは基底面などの固い支持体に取り付けて、対象物テーブルとスタンド１２のベース部２０との間の相対的な動きを防止する。

制御可能な位置決め手段１６および制御可能な方向付け手段１８を移動および／または再配置および／または再構成することによって、顕微鏡１４を異なる位置および／または向きに誘導しかつ安定化させることができる。好ましくは、顕微鏡１４は、スタンド１２によって特定の位置に配置されかつ安定化されている場合、顕微鏡１４がバランス調整されかつ／またはそれぞれの動きがブロックされ得るため、例えば重力によって自ずから動かないことが好ましい。さらに、顕微鏡１４の動きが必要とされない場合、例えばユーザによるおよび／またはスタンド１２による顕微鏡１４の動きが意図されていない場合、制御可能な位置決め手段１６および制御可能な方向付け手段１８は、対象物に対して顕微鏡１４および／またはスタンド１２の意図しない動きを防止するために顕微鏡１４の動きをブロックできることが好ましい。例えば、好ましい実施形態では、ユーザが顕微鏡１４を動かすことを可能にするために、スタンド１２および／または顕微鏡１４をロック解除および／またはブロック解除することが必要である。これは、スタンドに設けられた少なくとも１つのブレーキでロックするかつ／または解放することにより実行することができる。

制御可能な位置決め手段１６および／または制御可能な方向付け手段１８は、アームおよび／またはレバーおよび／または伸縮自在のアームおよび／またはリンク機構（関節部および／またはヒンジなど）を備え、全部で３つの空間位置自由度および回転自由度での動きに関してスタンド１２の大きなフレキシビリティをもたらす。さらに、制御可能な位置決め手段１６および／または制御可能な方向付け手段１８は、顕微鏡１４を正確にかつ／または快適に、機械的にバランス調整を行うためのＣ−スライド２２を備える。

特に、スタンド１２は、顕微鏡１４を異なる位置に誘導し、好適な方式で異なる位置のそれぞれに顕微鏡１４を方向付けることを可能にして、顕微鏡１４を所定の目標点２４にフォーカシングさせることを可能にする。目標点２４は、関心領域を取り囲み、円２５によって強調される。円２５は、目標点２４を表すかまたは含んでもよい。異なる視点から見た図１Ａおよび図１Ｂで分かるように、両方の位置において、かつ両方の向きで、顕微鏡１４は、目標点２４に向かって位置合わせされていて、目標点２４にフォーカシングさせることができる。光錐体２６は、目標点２４から出射される光線を例示的に示し、顕微鏡１４の対物レンズによって集束され得る。さらに、図１Ａおよび図１Ｂから、顕微鏡アセンブリ１０が、ユーザが異なる視野角および／または異なる視点から目標点２４を観察することを可能にすることは明らかである。代替的にまたは付加的に、ユーザは、例えば人間工学的にさらに快適な方法で顕微鏡を取り扱うために顕微鏡１４をある位置から他の位置に誘導してもよく、その場合、顕微鏡１４を、新しい位置で自動的にまたはそれぞれのユーザ入力によってユーザにより要求された場合に目標点２４に再位置合わせすることができる。

既に述べたように、図１Ｂは、異なる視点から図１Ａと同じ好ましい実施形態を示す。加えて、図１Ｂに示されている破線２８は、２つの異なる位置および向きで表されている顕微鏡アセンブリ１０の構成要素を強調している。

図２は、制御可能な位置決め手段１６および制御可能な方向付け手段１８の利用可能なリンク機構３０ａ〜３０ｋを詳細に示して、好ましい実施形態によるスタンド１２を示している。スタンド１２は、リンク機構３０ａ〜３０ｋに対してスタンドを自動化により動かすように電動化されてもよい。

リンク機構３０ａ〜３０ｋによって、顕微鏡１４は、対象物に対して位置決めおよび／または方向付けされてもよく、かつ／またはバランス調整されてもよい。リンク機構３０ｋは、光錐体２６を描いており、これは、好ましい実施形態によれば、顕微鏡の少なくとも１つのフォーカシングパラメータが修正されてリンク機構として扱われてもよく、顕微鏡を目標点２４に自動化によりフォーカシングさせることを可能にすることを意味している。少なくともいくつかのリンク機構、好ましくはすべてのリンク機構は、それぞれのリンク機構に対して動きをブロックすることを可能にする少なくとも１つの制動機構を備えてもよい。

図３Ａおよび図３Ｂは、図２に示すスタンド１２のリンク機構を異なる視点から見た概略図を示している。リンク機構３０ａ〜３０ｈは、軸１０２〜１１２と組み合わせて示されており、それらの軸回りをそれぞれのリンク機構が運動または旋回されるように構成されている。加えて、制動要素４０ａ〜４０ｆが図示されており、これらは、関連する軸回りのスタンド１２またはそのセグメントの１つ以上の動きを制動するために、あるいはそれぞれの動きをロックまたはブロックするために使用され得る。リンク機構３０ａによって、スタンドを軸１０２回りに旋回または回転させることができる。リンク機構３０ｂは、スタンド１２を軸１０３回りに回転させることを可能にする。リンク機構３０ｃａおよび３０ｃｂは、スタンド１２を軸１０４および１０６回りに回転させることを可能にする。リンク機構３０ｄは、スタンド１２を軸１０８回りに回転させることを可能にする。また、リンク機構４０ｅによってスタンド１２を軸１１０回りに回転させることができ、リンク機構３０ｈによってスタンド１２を軸１１２回りに回転させることができる。スタンド１２が特定の軸回りに回転および／または旋回および／または運動され得るということは、スタンド１２全体がこの軸回りに揺動可能および／または旋回可能および／または運動可能でなければならないことを必ずしも意味するものではなく、スタンドのある特定の部品および／またはリンク機構だけがこの軸回りに揺動可能および／または旋回可能および／または運動可能であっても十分である。加えて、図３Ｂは、対象物および／またはベース座標系に対する案内および／または方向付けおよび／または位置決めに使用され得る、例示的なベース座標系２００を示す。例えば、目標点は、ベース座標系で選択および／または提供されてもよい。

以下に顕微鏡用スタンドを自動位置合わせするための好ましい実施形態による例示的な方法を提示するが、本発明は、この特定の実施形態に限定されるものではない。

第１のステップでは、ベース座標系は、基準座標系として設定され、これは図３Ｂの座標系２００に示されるようにｘ軸、ｙ軸およびｚ軸によって表すことができる。すべてのリンク機構の最大可動範囲および／またはゼロポジションは、ベース座標系のすべての次元で規定されてよい。特に、目標点は、ベース座標系で規定またはロックされている。

第２のステップにおいて、Ｄｅｎａｖｉｔ−Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ変換などといった変換が、ロックされるべき目標点の所望の座標に対してベース座標系からリンク機構座標系へと実行される。すべてのリンク機構３０ａ〜３０ｋをカバーして目標点２４に向かってスタンド１２のベース部２０から始まる後続のリンク機構のパラメータに関して３次元の同次変換が実行され、これは、顕微鏡１４を適切に位置決めおよび／または方向付けるために必要である。これは、多数の変換を必要とすることもあり、システム内のリンク機構の数または顕微鏡を目標点に位置合わせするのに要求されるリンク機構の数に依存し得る。特に、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、１つのリンク機構につき１つの変数が必要とされることがあり、その場合、リンク機構の動きは、回転運動および／または線形の並進移動を含み得る。結果的に顕微鏡１４が目標点２４に向けて位置合わせされる所望のパラメータまたは座標が見つかった場合、そのパラメータまたは座標が保存される。Ｄｅｎａｖｉｔ−Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ変換の場合、変換に必要なパラメータを計算するために、スタンドのリンク機構または関節部の各々の角度位置および／または線形変位に関する情報が必要となる場合がある。この目的のために、それぞれのリンク機構または関節部の角度位置を求めるために、例えば、回転位置センサをリンク機構の各々に設けてもよい。さらに、それぞれのセグメントの変位位置パラメータを求めるために、例えば、線形位置エンコーダを２つの隣り合うリンク機構または関節部間の各セグメントに設けてもよい。例えば、線形位置デコーダをスタンドのＡ−バランススライド、Ｂ−バランススライド、および／またはＣ−バランススライドのそれぞれに設けてもよい（例えば、図５Ａ〜図５Ｄ参照）。回転位置センサおよび／または線形位置デコーダは、制御ユニットに接続されてもよく、かつ／またはそれと通信してもよい。好ましくは、回転位置センサおよび／または線形位置エンコーダは、制御可能な位置決め手段および／または制御可能な方向付け手段に接続されてもよく、かつ／またはそれらに組み込まれてもよい。

第３のステップにおいて、顕微鏡１４のユーザまたはオペレータは、すべての変数、すなわちリンク機構のすべてのパラメータまたは設定を新しい位置に移動／変更自在である。新しい位置から、軸１０８の点まで３次元の同次変換が再度行われる。軸１０８におけるリンク機構３０ｄを設定するためのパラメータは、顕微鏡をＣ−スライド位置（バランス調整に起因）およびＸ軸に水平（角度：０°）の状態で目標点２４に向かって位置合わせするように計算されなければならない。Ｃ−スライド位置は、リンク機構３０ｅおよびＸ軸方向の軸１１０によって表されてもよい。

いくつかのバランス調整装置を有するスタンド１２の好ましい実施形態が、スタンドおよび顕微鏡の様々なスライドおよび軸を図示する、図５Ａ〜図５Ｄを参照して以下にさらに説明される。

第４のステップにおいて、軸１０８のパラメータの計算は、顕微鏡１４を現在の向きおよび位置から目標点２４に向かって旋回させるための所要回転角度が最小になるように計算される。好ましくは、パラメータをリンク機構３０ｄに設定した後に、少なくとも９０°の左方向および／または右方向の回転運動が利用できるままであるように計算が実行される。

第５のステップにおいて、リンク機構３０ｄおよび軸１０８の角度について、計算されたパラメータ、すなわち設定されるべき角度が、次の３次元同次変換において計算され、かつ顕微鏡が軸１１０に対して水平に位置合わせされていることが確認される。その後、顕微鏡１４が目標点２４に向かって確実に位置合わせされるように、軸１１２に対する所望のｙ軸角度が計算される。計算は、（軸１１２に対する）傾斜方向が水平な向きより上（角度＞９０°）または水平な向きより下のいずれかである、２つの可能なケースを見込んでおくことができる。光学キャリアがユーザに向かって傾く（角度＜０°）ことを回避するために他の可能性もあり得る。これは、光軸が顕微鏡のユーザに向かって傾くことがあり得ることを意味する。

第６のステップでは、対物レンズ界面から目標点までに必要とされる作動距離が計算される。必要なパラメータがリンク機構の範囲外および／または顕微鏡の光学性能の範囲外である場合、選択された位置および／または向きが目標点を観察するのに適していない可能性があることをユーザに知らせるためにフィードバックがユーザに提供され得る。

第７のステップでは、上述のステップ１〜６を静的または動的再位置合わせモードで適用することができる。静的モードの場合、システムは、「範囲内（ｉｎ−ｒａｎｇｅ）」の運動学的領域を離れた時点でその場に（ｉｎ ｓｉｔｕ）留まることを提案しなければならない。動的モードの場合、制御方法論およびシステムハードウェア（例えば、モータ速度および機械的利点）は、遅延を最小限に抑えるために好適な方式で提供されるべきであり、すなわち十分な計算能力を備えるべきである。

例えば、リンク機構３０ａ〜３０ｃｂをスタンド１２の制御可能な位置決め手段１６と見なしてもよく、リンク機構３０ｄ〜３０ｋを制御可能な方向付け手段１８と見なしてもよい。

図４は、別の好ましい実施形態による顕微鏡アセンブリ１０を示す。本実施形態によれば、顕微鏡アセンブリ１０は、原則として移動可能であり得る、すなわちアセンブリ１０のベース部は移動可能である。これにより、顕微鏡アセンブリ１０を必要に応じて外科手術台に設置し、必要でなければそれを取り外すことが可能になる。しかしながら、外科手術台に対して規定させかつ静止させることができる、目標点へ顕微鏡用のスタンド１２の自動位置合わせを行うためには、顕微鏡１４用のスタンド１２の自動位置合わせ方法が依然作動中である状態では、顕微鏡アセンブリ１０が目標点２４を基準にして、すなわち外科手術台に対して動かされないことが最も好ましい。

図５Ａ〜図５Ｄは、顕微鏡１４を支持する例示的なスタンド１２を示し、スタンド１２は、いくつかのバランス調整装置３２を備え、それぞれが特定の回転軸に対して顕微鏡１４をバランス調整するためのものである。図５Ａは、回転軸１０００ａに対して顕微鏡をバランス調整するためのバランス調整装置３２ａを示しており、バランス調整装置３２ａは、Ａ−バランススライドとして構成されている。図５Ｂは、Ｂ−バランススライドとして構成されたバランス調整装置３２ｂを示し、これはまた、異なる向きで回転軸１０００ａ回りに顕微鏡１４をバランス調整するように適合されている。バランス調整装置３２ａおよび３２ｂ、すなわちＡ−バランススライドおよびＢ−バランススライドは、共にＡ／Ｂバランス調整ユニットを形成することができる。図５Ｃは、顕微鏡１４を回転軸１０００ｃ回りでバランス調整させるためのバランス調整装置３２ｃを示しており、バランス調整装置３２ｃは、Ｃ−バランス調整装置として適合させることができる。図５Ｄは、スタンド１２全体、特に顕微鏡１４とスタンド１２とをＤ軸１０００ｄに沿ってバランス調整するためのバランス調整装置３２ｄを示し、バランス調整装置３２ｄは、Ｄ−バランス調整装置として適合されている。

１０ 顕微鏡アセンブリ
１２ スタンド
１４ 顕微鏡
１６ 位置決め手段
１８ 方向付け手段
２０ （スタンドの）ベース部
２２ Ｃ−スライド
２４ 円／目標点
２６ 光錐体
２８ 顕微鏡アセンブリの構成部品を示す破線
３０ａ〜３０ｋ リンク機構
３２ バランス調整装置
１０２〜１１２ 軸
２００ ベース座標系

Claims (15)

1. 顕微鏡（１４）用のスタンド（１２）の自動位置合わせ方法であって、
   前記顕微鏡（１４）用の前記スタンド（１２）は、前記顕微鏡（１４）を位置決めするための制御可能な位置決め手段（１６）と、前記顕微鏡（１４）を方向付けるための制御可能な方向付け手段（１８）とを備え、前記方法は、
   ａ）前記顕微鏡（１４）によって観察されるべき目標点（２４）を規定するステップであって、前記目標点（２４）は、前記スタンド（１２）によってアクセス可能な座標範囲内に位置する、ステップと、
   ｂ）前記スタンドの前記制御可能な位置決め手段（１６）によって自動化された方式でユーザ決定位置において前記顕微鏡（１４）を安定化させるステップと、
   ｃ）前記スタンドの前記制御可能な方向付け手段（１８）を使用して自動化された方式で前記規定された目標点（２４）に向けて前記ユーザ決定位置において前記顕微鏡（１４）の向きを調整するステップと、を含む、方法。
2. ステップｃ）において前記顕微鏡（１４）の前記向きを前記目標点（２４）に調整するステップは、前記目標点（２４）が前記顕微鏡（１４）の光軸に沿って位置するように前記顕微鏡（１４）を方向付けるステップを含む、請求項１記載の方法。
3. ステップｃ）において前記顕微鏡（１４）の前記向きを前記目標点（２４）に調整するステップは、前記顕微鏡（１４）を前記目標点（２４）にフォーカシングさせるために前記顕微鏡（１４）の焦点パラメータを調整するステップをさらに含む、請求項１または２記載の方法。
4. 前記ステップｂ）およびｃ）を少なくとも部分的に同時に実行し、かつ／または前記ステップｂ）を前記ステップｃ）の前に実行し、かつ／または前記ステップｃ）を前記ステップｂ）の前に実行する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記ステップｂ）において前記顕微鏡（１４）を安定化させるステップは、
   −前記顕微鏡（１４）が前記ユーザ決定位置に静止するように前記制御可能な位置決め手段（１６）および／または前記制御可能な方向付け手段（１８）を調整することにより、前記顕微鏡（１４）を機械的にバランス調整するステップ、および／または
   −前記制御可能な位置決め手段（１６）および／または前記制御可能な方向付け手段（１８）のリンク機構（３０ａ〜３０ｋ）の少なくとも一部をブロックするステップを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記顕微鏡（１４）を前記ユーザによって前記ユーザ決定位置に配置する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. ユーザ入力に基づいて、かつ／または提供された対象物データに基づいて、かつ／または所定のユーザ入力が提供されたときに前記顕微鏡（１４）をフォーカシングさせる焦点を決定しかつ保存することによって、前記目標点（２４）を規定する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 少なくとも前記ステップｂ）およびｃ）を連続的に自動化により実行する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 少なくとも前記ステップｂ）およびｃ）を前記目標点への前記顕微鏡（１４）の再位置合わせを要求するユーザ入力に応答して実行する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 顕微鏡用のスタンドに用いられる制御ユニットおよび任意選択的に顕微鏡に用いられる制御ユニットであって、顕微鏡（１４）用のスタンド（１２）に請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実行させるように構成されている、制御ユニット。
11. 前記スタンド（１２）のための制御ユニットによって実行されるとき、顕微鏡（１４）に用いられるスタンド（１２）にかつ任意選択的に顕微鏡（１４）に、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法を実行させるように構成されている、コンピュータプログラム。
12. 請求項１１に記載のコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ可読データ記憶装置。
13. 前記顕微鏡（１４）を目標点（２４）に自動位置合わせするための顕微鏡（１４）用のスタンド（１２）であって、
    −前記顕微鏡（１４）によって観察されるべき対象物に対して前記顕微鏡（１４）を位置決めするための制御可能な位置決め手段（１６）と、
    −前記対象物に対して前記顕微鏡（１４）を方向付けるための制御可能な方向付け手段（１８）と、
    ａ）前記顕微鏡（１４）によって観察されるべき目標点（２４）を規定するように構成されており、目標点（２４）は、前記スタンド（１２）によってアクセス可能な座標範囲内に位置しており、
    ｂ）前記スタンド（１２）の前記制御可能な位置決め手段（１６）によって自動化された方式でユーザ決定位置において前記顕微鏡（１４）を安定化させるように構成されており、
    ｃ）前記スタンド（１２）の前記制御可能な方向付け手段（１８）を使用して自動化された方式で前記ユーザ決定位置において前記顕微鏡（１４）の向きを前記目標点（２４）に調整するように構成されている、制御ユニットと、
    を備える、スタンド（１２）。
14. 請求項１２に記載のスタンド（１２）と、前記スタンド（１２）に取り付けられた顕微鏡（１４）と、を備える顕微鏡アセンブリ（１０）。
15. 前記顕微鏡アセンブリ（１０）は、さらに前記顕微鏡（１４）のフォーカシングパラメータを自動化により制御するように構成されている、請求項１３に記載の顕微鏡アセンブリ（１０）。

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