JP3540375B2

JP3540375B2 - 内視鏡を先に接続した観察及び／又は映像化装置並びにそれを動作させる方法

Info

Publication number: JP3540375B2
Application number: JP19271394A
Authority: JP
Inventors: ウーリヒ・ザンダー
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1994-07-26
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: CH689968A5; US5496261A; JPH0759723A; DE4422522B4; DE4422522A1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、観察及び／又は映像化手段に対して引伸ばし自在である内視鏡を先に接続した観察及び／又は映像化手段に関する。さらに、本発明の対象は、内視鏡を先に接続した観察及び／又は映像化手段を動作させる方法である。
【０００２】
【従来の技術】
侵入を最小限に抑えた外科の分野では、様々な医学的治療及び／又は診断機器の組合わせとして、内視鏡を先に接続した観察及び／又は映像化手段は有利である。そのような組合わせはドイツ特許第４１１６８１０号から既に知られている。この特許では、手術用顕微鏡として構成されている観察及び／又は映像化手段の先に内視鏡を接続することを提案している。手術用顕微鏡の対物レンズと内視鏡の接眼レンズとの間には、はさみ形の継手部材が配置されている。内視鏡は手術用顕微鏡に堅固に固定された案内柱に沿って直線状に移動自在である、すなわち、内視鏡は伸縮自在に配置されている。
【０００３】
ところが、ドイツ特許第４１１６８１０号による装置を適用した場合、一連の欠点が見られる。まず、そこで提案されているはさみ形の継手部材は広い動作スペースを要し、その結果として外科医の作業を著しく妨げる。さらに、内視鏡の引伸ばし長さを変更した後に、外科医は内視鏡から送られて来る中間像に手操作で焦点合わせし直すことが必要なので、手術の経過の中で作業の流れは妨害されてしまう。最後に、そのような装置を利用するときの視角の変更は、スタンドに装着されている手術用顕微鏡を完全に旋回させて初めて可能になる。
【０００４】
同様の問題は、観察及び／又は映像化手段として、手術用顕微鏡の代わりに、たとえば、電子光学撮像装置を内部に配設したアダプタが設けられている場合にも起こる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、内視鏡を先に接続した観察及び／又は映像化手段、並びに外科医に非常に都合の良い操作性を与え且つ外科医の作業ペースをできる限り妨げないようにその手段を動作させる方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、特許請求の範囲第１項に記載の内視鏡を先に接続した観察及び／又は映像化手段によって解決される。特許請求の範囲第７項の対象はその手段を動作させる方法である。
【０００７】
焦点距離が可変である対物レンズとして構成されている観察及び／又は映像化手段と、内視鏡を本発明に従って結合することによって、内視鏡で実現可能などの引伸ばし長さに対しても、内視鏡により形成される中間像に自動的に確実な焦点合わせがなされるため、手術中に場合によって不可欠であった煩わしい焦点合わせの修正を省略できる。先に接続すべき内視鏡としては、たとえば、出願人の特許出願第Ｐ４２２５５０７．４−５１号の中に記載されているように、立体部分光路を共通の１つの光学系を介して伝達してゆく立体内視鏡が特に有利であることがわかっている。そのような立体内視鏡を利用すると、三次元像の認識又は記録が可能になるので、侵入のできる限り少ない外科の分野における本質的な必要条件は満たされる。
【０００８】
本発明によれば、それにもかかわらず、通常の単眼内視鏡を使用することも可能である。
本発明に従って内視鏡と組合わせて使用することができる観察及び／又は映像化手段として、周知の手術用顕微鏡のみならず、電子光学撮像装置を内部に配設したアダプタも使用できる。
【０００９】
さらに、本発明によれば、内視鏡の引伸ばし長さを観察及び／又は映像化手段の倍率切替え手段の調整量としても使用することにより、観察者に対して、又はアダプタの内部に配設された電子光学撮像装置に対して常に一定の総倍率を達成することが可能である。その場合、倍率の設定は、その都度の引伸ばし長さに従って、常に一定の総倍率が得られるように調整される。そこで、観察者は、調整をやり直す必要なく、関心ある被検体の詳細を、たとえば、手術用顕微鏡を経て常に一定のままで総倍率をもって認識することになる。電子光学撮像装置を内部に配設した映像化手段にも同様のことが当てはまるのは自明である。
【００１０】
観察及び／又は映像化手段に対して１本の軸に沿って内視鏡を一方向に位置決めするのに加えて、本発明によれば、観察及び／又は映像化手段と内視鏡との間の１つ又は複数の継手結合を介して、内視鏡の観察及び／又は映像化手段に対する屈曲を実現することも可能である。これにより、観察スペースは大幅に広がる。この目的のために、最前に挙げた手段の代わりに又はそれに加えて、本発明による装置の中に観察者の視角の変更を可能にする多様な方向転換要素を配置することができる。引伸ばし長さが可変である内視鏡を先に接続した本発明による観察及び／又は映像化手段の利用により、引伸ばし長さを変化させて所定の長さ範囲を１つの内視鏡でカバーできるので、長さの異なるいくつもの内視鏡が必要になるという事態は緩和される。
内視鏡を先に接続した本発明による観察及び／又は映像化手段のその他の利点と詳細は、添付の図面に基づく以下の実施例の説明から明白になるであろう。
【００１１】
【実施例】
図１ａ及び図１ｂには、本発明による装置の第１の実施例を示す。この実施例では、観察及び／又は映像化手段として手術用顕微鏡１が設けられており、その先に引伸ばし長さが可変である内視鏡２が接続している。図１ａと図１ｂに示す内視鏡は異なる長さで引伸ばされている。この実施例において使用する内視鏡は、光学的な構造に関しては、出願人のまだ公開されていない出願番号Ｐ４２２５５０７．４−５１の特許出願の中に記載されている内視鏡に対応する。ここで、立体内視鏡というときは、２本の立体光路が１つの共通の光学系を経て伝達されてゆくような内視鏡を指す。観察者は、内視鏡から送られて来る全ての三次元情報を含み、従って、観察者に必要な立体的印象を確保しうる中間像を手術用顕微鏡によって観察する。
【００１２】
使用する手術用顕微鏡１の大部分は、原理上既に知られている構造を有する。焦点距離が可変である主対物レンズ４の次には、２本の立体観察光路に対する倍率切替え手段５ａ，６ａ，７ａ；５ｂ，６ｂ，７ｂが配置されている。図示した実施例では、この倍率切替え手段として、倍率が無段階で可変である周知のズームシステムを使用する。ズームシステムの代わりに、ガリレイ変換器も使用できることは自明である。倍率切替え手段５ａ，６ａ，７ａ；５ｂ，６ｂ，７ｂの次には、鏡筒レンズ８ａ，８ｂと、方向転換プリズム９ａ，９ｂと、接眼レンズ１０ａ，１１ａ；１０ｂ，１１ｂとが立体観察光路に沿って続いている。引伸ばし長さが可変である内視鏡２を先に接続した手術用顕微鏡１においては、適用分野に応じて、外科医が人間工学的に見てできる限りの都合の良い作業位置をとれるように、旋回自在の観察鏡筒を使用するか、あるいは、観察鏡筒を固定取付するかのいずれかが可能である。さらに、手術用顕微鏡１の観察光路に、観察光路の一部をＣＣＤカメラに向け、それにより、映像化を可能にする光路取出し素子を設けることができる。
【００１３】
２本の立体観察光路に共通する主対物レンズ４は、たとえば、出願人の実用新案第Ｇ９０１６８９２．５号から知られている手術用顕微鏡の主対物レンズと同様に、可変焦点距離を有する。以下、焦点距離が可変である主対物レンズ４を可変対物レンズ４という。この可変対物レンズ４は複数の独立したレンズ素子から構成されており、その素子としては固定した負のレンズ素子４ａと、負のレンズ素子に対して移動自在である正のレンズ素子４ｂとがある。正のレンズ素子４ｂの摺動によって、物体側焦点距離を１５０ｍｍから４５０ｍｍの範囲で変化させることができる。
【００１４】
内視鏡２は一方向に規定して引伸ばし可能であるが、その引伸ばしは伸縮自在の中間部材１２によって実現する。図示した実施例では、内視鏡２は中間部材１２に固定配置されている。この目的のために、たとえば、差込み継手などのはめ込み結合を使用できるが、ねじ込み結合を適用しても良い。手術用顕微鏡１のハウジングの内部では、中間部材１２は誘導部材（図示せず）に沿って直線状に移動自在である。
【００１５】
内視鏡２の可変引伸ばし長さを図１ａ及び図１ｂの実施例の場合とは異なる幅で実現できることは自明である。そこで、たとえば、自己戻り止め機能を備えたロッドガイドを設けるか、あるいは、手術用顕微鏡１のハウジングの中でねじを介して中間部材１２を摺動させることが可能である。
【００１６】
図示するように、手術用顕微鏡１として構成されている観察及び／又は映像化手段と、中間部材１２又は内視鏡２とを一方向に固定結合する他に、さらに、内視鏡２又は中間部材１２を観察及び／又は映像化手段に旋回挿入可能であるように配置することも可能である。そこで、外科医は本発明による装置の様々に異なる適用方式の中から１つを選択することができる、すなわち、手術用顕微鏡１のみを使用する観察か、又は内視鏡２を先に接続しての観察を選択できる。
【００１７】
本発明によれば、内視鏡２の望ましい引伸ばし長さと可変対物レンズ４の実際の焦点距離Ｓ_i の調整、すなわち、焦点合わせ位置を結び付けることができる。この場合の双方の結合部１３は、内視鏡２を可能な引伸ばし長さに設定するたびに手術用顕微鏡１が可変対物レンズ４を介して、内視鏡２から送られて来る中間像３に鮮鋭に焦点合わせされるように実現されている。従って、実際の引伸ばし長さは可変対物レンズ４を精密に焦点合わせするための調整量として利用されることになる。
【００１８】
図１ａ及び図１ｂに示す実施例においては、図面を見やすくするために、本発明による結合部１３をごく概略的に示している。結合部１３は、たとえば、第１の構成例では、機械的結合部として構成できる。その場合、適切な伝動装置によって内視鏡２の引伸ばしを可変対物レンズ４の可動レンズ素子４ｂの調整と結合する歯車が設けられる。第２の構成例では、その代わりに、制御回路又は調整回路を介する電動結合を設けることも可能であり、その場合には、内視鏡２の引伸ばし長さを経路センサ又はエンコーダによって検出し、可変対物レンズ４の可動レンズ素子の電動駆動装置を中間像への精密な焦点合わせが常に成立するように調整する。この実施形態においては、経路センサの信号を可変対物レンズ４の駆動装置の調整量として利用することになる。
【００１９】
場合によっては、さらに複雑な構造の可変対物レンズも使用できることは自明である。可変対物レンズの各々の焦点合わせ状態を内視鏡の引伸ばし長さと結合できるようにするという点のみが不可欠である。
【００２０】
以上説明したように、可変対物レンズ４の焦点合わせ状態が内視鏡２の引伸ばし長さと自動的に結合される方法を稼働させるのに加えて、内視鏡２を先に接続した観察及び／又は映像化手段を非結合状態で動作させることも可能である。まず、結合操作要素（図示せず）を介して内視鏡引伸ばし長さと、焦点合わせ状態との自動化結合を非活動とし、続いて、内視鏡２の引伸ばし長さを一定に調整した上で、可変対物レンズ４の焦点合わせ操作要素（図示せず）の操作によって異なる物体平面に焦点合わせする。
【００２１】
図１ｂには、内視鏡２を先に接続してあるが、内視鏡２の引伸ばしをさらに長くした同じ手術用顕微鏡１が示されている。この引伸ばし長さにおいて、本発明による結合部１３によって可変対物レンズ４のより長い焦点距離Ｓ₂ を自動的に調整してある。
【００２２】
可変対物レンズの焦点距離が変わると、その結果、通常は観察者に対して観察される物体詳細部の総倍率も変化するので、本発明によれば、観察者に対して常に一定の総倍率が得られるように、倍率切替え手段５ａ，６ａ、７ａ；５ｂ，６ｂ，７ｂを可変対物レンズ４又は内視鏡２の引伸ばし長さと結合することがさらに可能である。その目的のために、図１ａ及び図１ｂの実施例に示す通り、倍率切替え手段として、倍率を無段階で変化させることができるパンカラティシュ（ｐａｎｋｒａｔｉｓｃｈ）倍率切替えシステム、すなわち、ズームを使用する。従って、内視鏡２の実際の引伸ばし長さは倍率状態の調整量としても利用されることになる。この場合、可変対物レンズ４と倍率切替え手段を、同様に内視鏡２の引伸ばし長さと結合している単一の光学系として構成することも可能である。
【００２３】
外科医がより広い動作スペースを利用できるようにするために、内視鏡を一方向に引伸ばすのに加えて、内視鏡を先に接続した本発明による観察及び／又は映像化手段について一連の他の構成が可能である。そこで、たとえば、出願人の公開前の特許出願第４２０２９２２．８号の中に詳細に説明されているように、本発明による装置を電動支持システムに配置することができる。そのため、用途ごとにコンピュータ制御の下に三次元位置決めを行うことができる。そのような電動支持システムと組合わせて、所望の視線方向に従って、内視鏡を先に接続した観察及び／又は映像化手段を患者に対して規定通りに整列させることも可能である。患者に対して内視鏡を三次元整列させた後に、引伸ばし長さを変化させて、患者の体腔内部にある適切な作業位置を調整できる。
【００２４】
観察及び／又は映像化手段に対して内視鏡を一方向にのみ引伸ばすことに加えて、利用できる動作スペースを拡大するか又は手術スペースの観察部分を拡大すると共に、外科医の作業を一段と便利にするために、観察及び／又は映像化手段と内視鏡との間に、観察及び／又は映像化手段に対する内視鏡の屈曲を可能にする１つ又は複数の継手結合部を配置することもさらに可能である。
【００２５】
図２には、先の場合と同様に観察及び／又は映像化手段として手術用顕微鏡を使用している対応する実施例を概略的に示す。この場合、手術用顕微鏡２０１と、使用される内視鏡２０２とは、原則的には先に説明した図１ａ及び図１ｂの実施例と同じ構造を有する。手術用顕微鏡２０１と内視鏡２０２を結合するために、同様に伸縮自在の中間部材２１２が設けられており、内視鏡２０２の引伸ばし長さは、先に説明したように、手術用顕微鏡２０１の可変対物レンズ２０４の焦点合わせ位置と結合している。ところが、図１ａ及び図１ｂの実施例に加えて、内視鏡２０２の中間像平面２０３に内視鏡２０２の機械的回転中心点２５０があり、本発明による結合があるために、この回転中心点は主対物レンズ２０４の焦点面に位置している。図示する実施例においては、そのような屈曲能力は中間部材２１２にある玉受−回転継手２１５ａ，２１５ｂにより実現される。玉受−回転継手２１５ａ，２１５ｂは中間部材２１２にある案内部材２１５ａと、内視鏡と結合した対応して湾曲している対向部材２１５ｂとから構成されており、内視鏡２０２を中間像平面２０３で回転中心点２５０に関して所定の限度内で旋回させることができる。
【００２６】
最後に、観察ボリュームを拡大するために、内視鏡を先に接続した観察及び／又は映像化手段から成る本発明による組合わせの視角を、観察及び／又は映像化手段及び／又は内視鏡の観察光路の中に方向転換素子を配置することによって変化させることも可能である。この場合、方向転換ミラー又は方向転換プリズムの使用が可能である。尚、観察者が上下左右の正しい像を認識するように、使用される方向転換素子の数に合わせて必要に応じて像整列システムを使用しなければならないということに注意すべきである。
【００２７】
図３には、先に内視鏡を接続し且つ２つの方向転換素子を含む観察及び／又は映像化手段の一実施例を概略的に示す。観察及び／又は映像化手段として、再び手術用顕微鏡３０１が使用されている。この場合も、手術用顕微鏡３０１は図１ａ，図１ｂ及び図２の実施例と原理上は同じ構造を有する。さらに、手術用顕微鏡３０１と内視鏡３０２の接続のために伸縮自在の中間部材３１３が設けられており、内視鏡３０２の可変引伸ばし長さは、先に説明したように、手術用顕微鏡３０１の可変対物レンズ３０４の焦点合わせ位置と結合している。手術用顕微鏡３０１は側面図で示されており、図を見やすくするため、その結合部は図示されていない。内視鏡３０２は、玉受−回転継手３１５ａ，３１５ｂを介して中間部材３１２に屈曲自在に装着されている。この実施例でも同様に、玉受−回転継手３１５ａ，３１５ｂは案内部材３１５ａと、中間部材３１２にあって内視鏡３０２と結合する対向部材３１５ｂとから構成されている。中間部材で方向転換要素３２４を追加使用することによって、先に説明した実施例よりも広い範囲で手術用顕微鏡３０１と内視鏡３０２を屈曲させることができ、しかも、その際に口径食は発生しない。手術用顕微鏡３０１と内視鏡１０２を屈曲させるとき、観察者に対して正確な再生を保証するために、方向転換要素３２４は屈曲角度の２倍の角度だけ旋回する。内視鏡の先端部には、外科医の側で内視鏡３０２の光軸に関して回転させることができ、それに伴って可変視角の調整を可能にする別の方向転換要素３３５が設けられている。この場合、内視鏡の先端部の方向転換要素３３５を電動方式で作動しても良い。
【００２８】
観察する手術領域を拡大するための、以上説明したいくつかの実施例を様々に組合わせたり、相補したりすることができる。すなわち、本発明による装置について可能な実施形態は先に例示した組合わせの可能性には限定されないのである。
【００２９】
内視鏡を先に接続した本発明による観察及び／又は映像化手段のさらに別の実施態様を図４に示す。先に説明した実施例とは異なり、この場合には、観察及び／又は映像化手段として、双眼観察鏡筒の代わりに電子光学撮像装置４１０ａ，４１０ｂを内部に配設したアダプタ４０１が設けられている。この電子光学撮像装置４１０ａ，４１０ｂを介して、内視鏡４０２によって観察される被検体の映像化が可能になる。同様に、たとえば、監視している視野を適切なビデオモニタ４２０を介して再生することや、手術中に適切なシャッタ付き眼鏡又はアナグリフ眼鏡４３０を経て観察することができる。その他の点については、引伸ばし長さが可変対物レンズ４０４の焦点合わせ位置と結合している伸縮自在の中間部材４１２を伴う原則的な構造は先に説明した実施例の構造と合致している。
【図面の簡単な説明】
【図１】観察及び／又は映像化手段として手術用顕微鏡が設けられており、引伸ばし長さの相違に対して内視鏡を直線的にのみ調整可能である本発明による装置の第１の実施例をそれぞれ示す概略図。
【図２】手術用顕微鏡として構成されている観察及び／又は映像化手段と内視鏡との間に、内視鏡と手術用顕微鏡の屈曲を可能にする継手結合部を設けてある本発明による装置の第２の実施例を示す図。
【図３】手術用顕微鏡として構成されており、先に内視鏡を接続し且つ複数の方向転換要素を有する本発明による観察及び／又は映像化手段の一実施例を示す図。
【図４】観察及び／又は映像化手段として、電子光学撮像装置が内部に配設されているアダプタを設け、内視鏡を直線的にのみ調整可能である本発明による装置のさらに別の実施例を示す概略図。
【符号の説明】
１，２０１，３０１…手術用顕微鏡、２，２０２，３０２，４０２…内視鏡、４，２０４，３０４，４０４…主対物レンズ、５ａ，６ａ，７ａ，５ｂ，６ｂ，７ｂ…倍率切替え手段、１２，２１２，３１２，４１２…中間部材、４０１…アダプタ、４１０ａ，４１０ｂ…電子光学撮像装置。

Claims

焦点距離が可変の主対物レンズ（４；２０４；３０４；４０４）を有した観察及び／又は映像化手段（１；２０１；３０１；４０１）と、
中間像を生成するためのレンズシステムを有した内視鏡（２；２０２；３０２；４０２）と、
前記内視鏡が前記観察及び／又は映像化手段に対して所定の範囲内で所定の方向に引き伸ばし可能となるよう前記内視鏡と観察及び／又は映像化手段とを結合する結合手段であって、前記焦点距離が可変の主体物レンズと前記引き伸ばし可能に結合された内視鏡とを伝導装置により接続して前記内視鏡が前記所定の範囲内で所定の方向へ引き伸ばされた時前記伝導装置により前記主対物レンズの焦点距離が前記内視鏡の引き伸ばしに応じて可変されるよう構成してその引き伸ばし長さに関係なく常に前記中間像に前記観察及び／又は映像化手段が合焦するよう、前記内視鏡と観察及び／又は映像化手段とを結合する結合手段（１３、２１３、４１３）とを
有した観察及び／又は映像化装置。
焦点距離が可変である主対物レンズ（４；２０４；３０４；４０４）の後に、内視鏡（２；２０２；３０２；４０２）の引伸ばし長さと主対物レンズ（４；２０４；３０４；４０４）との距離を調整する調整手段と、常に一定の総倍率を得るように前記調整距離に対応して倍率を切り替える倍率切替え手段（５ａ，６ａ，７ａ，５ｂ，６ｂ，７ｂ；２０５ａ，２０６ａ，２０７ａ，２０５ｂ，２０６ｂ，２０７ｂ）が配置されていることを特徴とする請求項１記載の観察及び／又は映像化装置。
内視鏡（２；２０２；３０２；４０２）は屈曲可能な屈曲手段を有した中間部材（１２；２１２；３１２；４１２）を介して観察及び／又は映像化手段（１；２０１；３０１；４０１）に取り付けられている請求項１又は２記載の観察及び／又は映像化装置。
前記結合手段の伝導装置が機械的結合装置である請求項１記載の観察及び／又は映像化装置。
前記結合手段の伝導装置が電動結合装置である請求項１記載の観察及び／又は映像化装置。
屈曲手段は継手結合手段である請求項３記載の観察及び／又は映像化装置。
内視鏡（２；２０２；３０２；４０２）を先に接続した観察及び／又は映像化装置（１；２０１；３０１；４０１）を動作させる方法において、
内視鏡（２；２０２；３０２；４０２）は観察及び／又は映像化手段（１；２０１；３０１；４０１）に対して少なくとも１つの方向に移動自在に取り付けられ、内視鏡（２；２０２；３０２；４０２）の引伸ばし長さを変えたときに、観察及び／又は映像化手段（１；２０１；３０１；４０１）に設けられている焦点距離が可変である主対物レンズ（４；２０４；３０４；４０４）と前記内視鏡とを結合する伝導装置により前記主対物レンズ（４；２０４；３０４；４０４）の焦点距離が前記内視鏡（２；２０２；３０２；４０２）の引伸ばしに応じて変更されることにより、内視鏡（２；２０２；３０２；４０２）で実現可能な範囲内のいかなる引伸ばし長さに対しても観察及び／又は映像化手段（１；２０１；３０１；４０１）が内視鏡（２；２０２；３０２；４０２）により形成される中間像に焦点合わせされるようにした方法。