JP4046545B2

JP4046545B2 - 手術用顕微鏡

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Publication number: JP4046545B2
Application number: JP2002127247A
Authority: JP
Inventors: 一仁中西; 敬司塩田; 正和溝口
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2003322803A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に脳神経外科等で微細部位の手術に使用される手術用顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、脳神経外科領域では、より微細な手術を確実に行うために、術部を立体で拡大観察する手術用顕微鏡が多く利用されている。さらに、近年では手術を確実に行なうため、手術用顕微鏡観察下のみで行なっていた従来の手術に、内視鏡観察が併用されており、手術用顕微鏡観察像と内視鏡観撮像とを手術用顕微鏡視野内で同時に観察できることが望まれている。
【０００３】
従来技術としては、例えば、特開平５−３２３１９９号公報、特願平１１−３３０１８８が知られている。これらは、術部の画像を立体撮像手段により電子画像化し、電子画像化された立体映像をＬＣＤ等に表示する。表示された立体電子画像を術者が観察するようになっている。
【０００４】
また、特開平８−１９４１８９号公報のものは、対象物を撮影するための撮像手段と、撮像手段を操作するための操作盤が設けられている。操作者は、操作盤を操作することにより、撮像手段を移動させ、所望の対象物を撮影する。撮影された映像は操作者が装着しているＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）に映し出され、対象物を観察する。撮像手段は、対象物までの距離を測定し、距離データをＣＰＵで演算する。撮影された映像を遠近感があるように表示するために、ＨＭＤに配置された光学系の移動等を行い画像の虚像位置を変更する。
【０００５】
さらに、特開平６−２３０２８９号公報に示すように、鏡体の向きに合わせてフットスイッチを制御する例がある。観察方向を変更するために、術者は鏡体の向きを変更させる。この時に鏡体の向きが変更された量を検出する。その変更分に応じてフットスイッチのＸＹ制御スイッチを回転させる。これにより、鏡体の観察方向を変更した場合に、フットスイッチの操作方向を鏡体の向きに合わせることができるため、フットスイッチを設置し直すことなく、術者から見た前後左右方向と一致した方向に鏡体を移動させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した特開平５−３２３１９９号公報に記載された方法で、術部を電子画像で表示すると、観察光学系の焦点距離や観察倍率を変更しても、虚像位置は変化しないため、術者は距離が変更されたようには見えず、遠近感がつかみにくい。マイクロサージャリーのような微細な作業が必要な手術では遠近感をつかめることが術者にとって最も重要である。
【０００７】
また、特開平８−１９４１８９号公報においては、操作者が遠近感をつかめるように、撮影距離に応じて、ＨＭＤの光学系を制御し、虚像位置を変化させることで観察対象物をつかみやすくしているが、手術用顕微鏡を用いた手術においては、焦点距離を変更するのみではなく、様々な操作がなされる。例えば、フォーカス、ズーム操作、観察位置移動操作、観察方向の移動操作を頻繁に繰り返す。さらに、術部の処置、観察のために、術具や内視鏡が挿入される。微細な手術をする際には、上述の操作に連動して、電子画像表示手段の虚像位置を変化させることで、遠近感をつかみ易くすることが望まれる。
【０００８】
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、観察光学系の操作や術具、内視鏡の挿入に合わせて、術者が術部の遠近感を確実に把握しながら手術が実施できる手術用顕微鏡を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、術部の立体画像を撮影する立体画像撮影手段と、この立体画像撮影手段とは少なくとも観察方向が異なり前記術部の画像を撮影する第２の撮影手段と、前記立体画像撮影手段及び第２の撮影手段による画像を合成する画像合成手段と、この画像合成手段にて合成された画像を表示する立体画像表示手段と、前記立体画像撮影手段又は第２の撮影手段の撮影状態を変更操作する操作手段と、この操作手段の操作を検出する操作検出部と、前記立体画像撮影手段及び前記第２の撮影手段の相対位置を検出する位置検出手段と、前記操作検出部の検出結果又は前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記立体画像表示手段の表示画像における第２の撮影手段による画像の虚像位置を演算する演算手段と、この演算手段の演算結果に基づいて前記立体画像表示手段の表示画像における第２の撮影手段による画像の虚像位置を制御する虚像位置制御手段と、を有することを特徴とする手術用顕微鏡である。
【００１０】
請求項２の発明は、術部の立体画像を撮影する立体画像撮影手段と、この画像撮影手段とは少なくとも観察方向が異なり前記術部の画像を撮影する第２の撮影手段と、前記立体画像撮影手段及び第２の撮影手段による画像を合成する画像合成手段と、この画像合成手段にて合成された画像を表示する立体画像表示手段と、前記立体画像撮影手段又は第２の撮影手段の撮影状態を変更操作する操作手段と、この操作手段の操作を検出する操作検出部と、前記立体画像撮影手段及び前記第２の撮影手段の相対位置を検出する位置検出手段と、前記操作検出部の検出結果又は前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記立体画像表示手段の表示画像における第２の撮影手段による画像の位置を演算する演算手段と、この演算手段の演算結果に基づいて前記立体画像表示手段の表示画像における第２の撮影手段による２つの画像の位置が、前記立体画像撮影手段と前記第２の撮影手段の相対距離が離れるとそれに応じて前記第２の撮影手段による２つの表示画像を観察する輻輳角が大きくなるように制御する位置制御手段と、を有することを特徴とする手術用顕微鏡である。
【００１１】
請求項３の発明は、前記第２の撮影手段は、前記立体画像撮影手段とは少なくとも観察方向が異なり前記術部の立体画像を撮影する撮影手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の手術用顕微鏡である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図１１は第１の実施形態を示し、図１は手術用顕微鏡による観察システムを示し、手術用顕微鏡１は、架台２と、架台２の上部に設けられたバランスアーム３と、バランスアーム３の先端部に支持された鏡体４と、鏡体４に取付けられた表示部５から構成されている。
【００１５】
バランスアーム３には複数の可動アーム６ａ，６ｂ，６ｃと、６軸の回動軸７ａ〜７ｆとが設けられている。さらに、各回動軸７ａ〜７ｆにはバランスアーム３の各可動アーム６ａ，６ｂ，６ｃの回動位置を固定するロック状態と、この回動位置のロックを解除するロック解除状態とに切り換える電磁鎖錠（図示しない）が設けられている。そして、鏡体４の電磁鎖錠のロック／ロック解除の切り換え動作に伴いバランスアーム３の各可動アーム６ａ，６ｂ，６ｃの６軸の各回動軸７ａ〜７ｆを中心に空間的に位置移動自在に支持されている。
【００１６】
バランスアーム３の可動アーム６ａには図６に示すように、エンコーダ４２ａを有するモータ４２が内蔵されている。モータ４２の回転により鏡体４が図１のＸ方向に移動可能となるように鏡体４が保持されている。同様に、図６に示すように、可動アーム６ｂにはエンコーダ４３ａを有するモータ４３が内蔵されている。モータ４３の回転により鏡体４が図１のＹ方向に移動可能となるように鏡体４が保持されている。可動アーム６ａと鏡体４を接続する回動軸７ｆにはエンコーダ４２ｂが内蔵されている。
【００１７】
前記表示部５は、アーム１１により鏡体４に取付けられている。アーム１１の一端は軸１０ａを中心に回動可能に鏡体４に取付けられている。軸１０ａにはアーム１１の鏡体４に対する回転量を検知するためのアーム用エンコーダ４４が内蔵されている。また、アーム１１は、表示部５が上下移動可能なように関節部１１ａが設けられている。表示部５には術者が画像を観察するための接眼部５ａ，５ｂが設けられている。
【００１８】
架台２にはモータ４２、モータ４３を駆動し、鏡体４に内蔵された後述するフォーカス光学系１３、ズーム光学系１４を駆動するための操作スイッチが配置されたフットスイッチ１０が接続されている。
【００１９】
また、鏡体４には鏡体４の空間位置検出のための指標４ａが取付けられている。さらに、指標４ａを検出するためのデジタイザ２４はナビゲーション用ワークステーション２５が接続されている。このワークステーション２５は手術用顕微鏡１に内蔵された虚像位置演算部３７に接続されている。
【００２０】
次に、図２に基づいて鏡体４の内部構成を説明する。術部Ｐを観察するための観察光学系として、対物レンズ１２、フォーカス光学系１３、ズーム光学系１４、結像レンズ１５ａ，１５ｂが配置されている。この結像レンズ１５ａ，１５ｂの結像位置に観察光学系の像を撮影する撮像素子１６ａ，１６ｂが設けられている。フォーカス光学系１３にはエンコーダ１７ａを有したフォーカス用モータ１７が設けられている。ズーム光学系１４には、エンコーダ１８ａを有したズーム用モータ１８が設けられている。
【００２１】
次に、図３及び図４に基づいて表示部５の内部構成について説明する。図３は表示部５の上面図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。表示部５は、ベース１９と接眼部５ａ，５ｂとから構成されている。接眼部５ａには支持ロッド２０ａの一端が回転可能に取付けられ、この支持ロッド２０ａの中間位置にはギア２１ａが固定されている。支持ロッド２０ａの他端にはベース１９に対して固定されたエンコーダ２２ｘを有した輻輳角変更用モータ２２ａが設けられている。
【００２２】
さらに、ベース１９にはギア２１ａと噛合するラック２３ａが設けられている。また、接眼部５ａには回動軸２４ａが設けられており、ベース１９に対して回動可能に取付けられている。
【００２３】
同様に、接眼部５ｂには支持ロッド２０ｂの一端が回転可能に取付けられ、この支持ロッド２０ｂの中間位置にはギア２１ｂが固定されている。支持ロッド２１ｂの他端にはベース１９に対して固定されたエンコーダ２２ｘ’を有した輻輳角変更用モータ２２ｂが設けられている。
【００２４】
さらに、ベース１９にはギア２１ｂと噛合するラック２３ｂが設けられている。また、接眼部５ａには回動軸２４ｂが設けられており、ベース１９に対して回動可能に取付けられている。
【００２５】
次に、図５に基づいて接眼部５ａ，５ｂを説明するが、接眼部５ａ，５ｂは同一構成であるため、一方の接眼部５ａについてのみ説明する。
【００２６】
接眼部５ａにはＬＣＤ２７ａ及び接眼レンズ２８ａが内蔵されている。接眼レンズ２８ａは枠体２９ａにより保持されている。枠体２９ａにはねじ孔が設けられ、このねじ孔にはスクリューロッド３０ａの一端部が噛合されている。スクリューロッド３０ａの他端部には傘歯車３１ａが取付けられている。傘歯車３１ａにはこれを挟むように２つの傘歯車３２ａ，３３ａが噛合されている。
【００２７】
一方の傘歯車３２ａには視度調整つまみ３４ａが取付けられ、他方の傘歯車３３ａには傘歯車３３ａを回転駆動させるべくエンコーダ３５ｘを有した接眼レンズ用モータ３５ａが設けられている。
【００２８】
次に、図６に基づいて制御回路について説明する。
【００２９】
フォーカス用のエンコーダ１７ａ、ズーム用エンコーダ１８ａ、輻輳角変更用エンコーダ２２ｘ，２２Ｘ’、接眼レンズ用エンコーダ３５ｘ，３５Ｘ’は虚像位置演算部３７に接続されている。虚像位置演算部３７には表示部モータ制御部３８が接続されている。表示部モータ制御部３８には輻輳角変更用モータ２２ａ，２２ｂ、接眼レンズ用モータ３５ａ，３５ｂが接続されている。フォーカス用モータ１７、ズーム用モータ１８は、各々フォーカスモータ制御部３９、ズームモータ制御部４０に接続されている。
【００３０】
フォーカスモータ制御部４０はフットスイッチ１０に設けられたフォーカス用スイッチ４１に接続されている。ズームモータ制御部４０にはフットスイッチ１０に設けられたズーム用スイッチ４２が接続されている。
【００３１】
また、架台Ｘ軸用のモータ４２及びＹ軸用のモータ４３はアーム用モータ制御部４４に接続されている。アーム用エンコーダ４５、Ｘ軸用エンコーダ４２ａ，Ｙ軸用エンコーダ４３ａはＸＹ移動方向演算部４６に接続されている。ＸＹ移動方向演算部４６はアーム用モータ制御部４４及びフットスイッチ１０に設けられたＸＹ制御スイッチ４７に接続されている。さらに、ワークステーション２５にはデジタイザ２４と虚像位置演算部３７が接続されている。また、前記視線検出部３６ａ，３６ｂは視線演算部４８が接続され、視線演算部４８はワークステーション２５が接続されている。
【００３２】
図７はＬＣＤ２７ａ，２７ｂに撮像素子の映像を表示する構成を示し、撮像素子１６ａ，１６ｂはカメラコントロールユニット４９（以下ＣＣＵ４９という）に接続されている。ＣＣＵ４９にはＬＣＤ２７ａ，２７ｂが接続されている。
【００３３】
次に、第１の実施形態の作用について説明する。
【００３４】
術者は、手術用顕微鏡１による観察を始めるために、図示しない電源スイッチを入れる。電源スイッチを入れると、虚像位置演算部３７は輻輳角検出用のエンコーダ２２ｘ，２２ｘ’からエンコーダ値を受け取る。虚像位置演算部３７は虚像位置を術者から１ｍ先にセットすべくあらかじめ記録された輻輳角及び視度補正位置に対応した各エンコーダの目標値と前記エンコーダから取得したエンコーダ値の比較を行う。この結果、虚像位置演算部３７は輻輳角変更用モータ２２ａ，２２ｂ及び接眼レンズ用モータ３５ａ，３５ｂの回転方向及び回転量を演算する。さらに、虚像位置演算部３７は表示モータ制御部３８に対して駆動信号を出力する。この結果、各モータ３５ａ，３５ｂが駆動される。
【００３５】
駆動信号を受け取った輻輳角変更用モータ２２ａは回転を開始する。輻輳角変更用モータ２２ａが回転すると、支持ロッド２０ａが回転してギア２１ａが回転する。ギア２１ａが回転すると、これと噛合しているラック２３ａによってギア２１ａが図３の矢印Ｑ方向に移動する。ギア２１ａが移動することにより、接眼部５ａは回動軸２４ａを中心にギア２１ａと同方向に回動する。
【００３６】
輻輳角変更用モータ２２ｂは、輻輳角変更用モータ２２ａと逆方向に回転する。前述と同様に作用し、ギア２１ｂは図３の矢印Ｒ方向に移動して接眼部５ｂは回動軸２４ｂを中心にギア２１ａと同方向に回転する。接眼部５ａ，５ｂが移動しているときに、虚像位置演算部３７はエンコーダ２２ｘ，２２ｘ’はそれぞれのエンコーダ値を常に取得している。接眼部５ａ，５ｂの位置が図８の破線に示す位置まで移動したことを検出すると、虚像位置演算部３７は表示部モータ制御部３８に出力していた駆動信号を停止する。これにより、接眼部５ａ，５ｂの輻輳角は、１ｍに設定される。
【００３７】
次に、ＣＣＵ４９はＬＣＤ３７ａ，３７ｂに対して図９に示すような視度補正のためのレチクル画像Ｇを出力する。術者は、調整つまみ３４ａ，３４ｂを回すことにより視度補正を行う。調整つまみ３４ａを回転させると、傘歯車３２ａが回転する。傘歯車３２ａの回転により傘歯車３１ａが回転する。傘歯車３１ａの回転によりスクリューロッド３０ａが回転し、さらに、スクリューロッド３０ａと螺合している枠体２９ａが移動し、枠体２９ａに固定された接眼レンズ２８ａが移動する。調整つまみ３４ａを回すことにより、接眼レンズ２８ａの位置を術者に対して前後させ、視度補正を行う。
【００３８】
次に、術者は図示しない操作スイッチによりＬＣＤ３７ａ，３７ｂに表示されている画像を撮像素子１６ａ，１６ｂからの画像に切り換える。さらに、術者は、術部Ｐを観察すべく鏡体４を移動させ、鏡体４及び表示部５を例えば図１０の実線位置に配置する。術者は位置Ｃに立ち、接眼部５ａ，５ｂより術部Ｐの観察を行う。
【００３９】
虚像位置演算部３７は、この時点におけるフォーカス用のエンコーダ１７ａ、ズーム用エンコーダ１８ａからエンコーダ値を取得し、焦点位置ｆと総合倍率を演算する。さらに、虚像位置演算部３７は、この演算結果を元に、図１１に示すグラフに応じた視度変化量及び輻輳角を算出する。
【００４０】
虚像位置演算部３７は、この算出結果と輻輳角用のエンコーダ２２ｘ，２２ｘ’及び接眼レンズ用のエンコーダ３５ｘ，３５ｘ’の値と比較演算し、輻輳角変更用モータ２２ａ，２２ｂ及び接眼レンズ用モータ３５ａ，３５ｂの移動方向及び移動量を算出する。
【００４１】
虚像位置演算部３７は、この算出結果を元に表示部モータ制御部３８に対して駆動信号を出力し、輻輳角変更用モータ２２ａ，２２ｂ及び接眼レンズ用モータ３５ａ，３５ｂが駆動され、現在の観察点に対応した虚像位置に術部画像が表示される。
【００４２】
次に、術者は、手術を進めながらより深い術部Ｐを観察する場合、フットスイッチ１０のフォーカス用スイッチ４１を操作する。この操作信号はフォーカスモータ制御部３９に伝達され、フォーカス用モータ１７が焦点距離を伸ばす方向へ駆動される。これに伴いフォーカス用のエンコーダ１７ａの値も変化し、この情報が虚像位置演算部３７へ伝達される。虚像位置演算部３７は、図１１のグラフにしたがい、焦点位置の移動に追従して視度補正変化量及び輻輳角を算出し、輻輳角変更用モータ２２ａ，２２ｂ及び接眼レンズ用モータ３５ａ，３５ｂの駆動を行う。これにより、フォーカス移動に追従し、虚像位置が最適な位置に制御される。すなわち、焦点位置が遠くになるほど虚像位置は遠くに表示され、焦点位置が近くになるほど虚像位置も近くに表示される。
【００４３】
同様に、術者が観察倍率を変更する場合、フットスイッチ１０のズーム用スイッチ４２を操作する。この操作信号はズームモータ制御部４０に伝達され、ズーム用モータ１８が例えば倍率を大きくする方向へ駆動される。これに伴いズーム用のエンコーダ１８ａの値も変化し、この情報が虚像位置演算部３７へ伝達される。虚像位置演算部３７は図１１のグラフにしたがい、総合倍率の変化に追従して視度補正変化量及び輻輳角を算出し、輻輳角変更用モータ２２ａ，２２ｂ及び接眼レンズ用モータ３５ａ，３５ｂの駆動を行う。これによりズーム操作に追従し、虚像位置が最適な位置に制御される。すなわち、総合倍率が高くなるほど虚像位置は近くに表示され、総合倍率は小さくなるほど虚像位置は遠くに表示される。
【００４４】
術者は観察位置を移動するために、フットスイッチ１０に設けられたＸＹ制御スイッチ４７を操作する。術者が位置Ｃから術部Ｐを観察している場合には、例えば方向Ｘ’に鏡体４を移動させたい場合、フットスイッチ１０のＸＹ制御スイッチ４７をＸ’方向に操作する。この操作信号はＸＹ移動方向演算部４６に伝達される。ＸＹ移動方向演算部４６はアーム用エンコーダ４５及びエンコーダ４２ｂからエンコーダ値を取得しモータ４２，４３の各々の移動方向を算出する。
【００４５】
術者が位置Ｃより操作する場合、エンコーダ値のそれぞれは、例えば原点に設定されているため、可動アーム６ａに内蔵されたＸ方向のモータ４２のみが駆動され、鏡体４は図１のＸ方向に移動される。次に、術者が観察方向を変更し、図１０の位置Ｄより術部Ｐを観察する場合、表示部５を図１０の破線位置に移動する。この場合、フットスイッチ１０の操作をしやすくするために、フットスイッチ１０も図１０の破線位置に設置し直す。
【００４６】
術者は、さらに観察位置を移動するために、フットスイッチ１０に設けられたＸＹ制御スイッチ４７を操作する。術者が位置Ｄから術部Ｐを観察している場合には、例えば方向Ｘ”に鏡体４を移動させたい場合、フットスイッチ１０のＸＹ制御スイッチ４７をＸ”方向に操作する。この操作信号はＸＹ移動方向演算部４６に伝達される。ＸＹ移動方向演算部４６はアーム用エンコーダ４５及びエンコーダ４２ｂからエンコーダ値を取得する。エンコーダ値は、移動前とは例えば９０度変化しているため、ＸＹ移動方向演算部４６は、この変化量に基づき、モータ４２、４３に対する駆動方向を９０度補正して駆動信号を出力する。すなわち、可動アーム６ａに内蔵されたＹ方向のモータ４３のみが駆動され、鏡体４は、図１のＹ方向に移動される。これによって、表示部５の鏡体４に対する位置が変化しても、フットスイッチ１０の操作方向に対応した方向に観察位置を移動することができる。
【００４７】
前述した第１の実施形態によれば、手術用顕微鏡１の光学操作にともなって、接眼レンズ２８ａ，２８ｂが移動すること及び接眼部５ａ，５ｂの角度が変り、輻輳角が変更されることにより、術者は実際の光学系の移動にともなってより自然な遠近感を感じることができるため、微細な手術においても操作性がよい。また、虚像位置が変化するため、眼の疲労を軽減することができる。表示部５を移動させても、術者からみた前後左右方向にフットスイッチ１０を操作することで、観察点を同じ方向に移動させることができるため、鏡体４の移動がしやすくなる。
【００４８】
図１２及び図１３は第２の実施形態を示し、術者の好みにあわせた虚像位置に調整し、観察画像に自然な遠近感を持たせるようにしたものであり、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。
【００４９】
図１２は、虚像位置に調整した後の輻輳角の値を記録するための制御回路のブロック図である。表示用モータ制御部３８には輻輳角調整スイッチ５０が接続されている。輻輳角調整スイッチ５０は輻輳角変更用モータ２２ａ，２２ｂを駆動させるためのスイッチである。虚像位置演算部３７には設定記録部５１及び設定スイッチ５２が接続されている。設定記録部５１は輻輳角変更用エンコーダ２２ｘ，２２ｘ’及び接眼レンズ用のエンコーダ３５ｘ，３５ｘ’を記録するものである。虚像位置演算部３７にはワークステーション２５が接続されている。
【００５０】
次に、第２の実施形態の作用について説明する。
【００５１】
第１の実施形態と同様に、術者は、ＬＣＤ３７ａ，３７ｂに表示されたレチクル画像を元に、視度補正を行う。次に、輻輳角調整用スイッチ５０を操作する。この操作信号は表示部モータ制御部３８に伝達され、輻輳角変更用モータ２２ａ，２２ｂが駆動される。これによって、術者は好みの輻輳角に接眼部５ａ，５ｂを調整する。このときの輻輳角変更用のエンコーダ２２ｘ，２２ｘ’及び接眼レンズ用のエンコーダ３５ｘ，３５ｘ’のエンコーダ値は、虚像位置演算部３７へ伝達される。
【００５２】
ここで、術者が設定スイッチ３４を操作すると、虚像位置演算部３７は、先に取得した各エンコーダ２２ｘ，２２ｘ’及び３５ｘ，３５ｘ’のエンコーダ値を基準値として設定記録部５１へ記録する。
【００５３】
この基準値は、図１３に示すグラフの縦軸（視度変化量及び輻輳角）の中間値をシフトさせるものである。例えば、図１３に示すように設定される。術者は，術部を観察する場合、焦点位置移動、総合倍率変更を第１の実施形態と同様に行うが、これにともなう、輻輳角の変更及び視度の微調整は、図１３に示されたグラフにもとづいて行われる。
【００５４】
術者が観察位置又は観察方向を変化させるために、鏡体４に設けられたグリップにより鏡体４の位置を移動させる。ワークステーション２５は鏡体４に設置された指標４ａの位置を検出しており、この位置があらかじめ設定した移動範囲を超えた場合、虚像位置演算部３７に対して信号を出力する戯位置演算部３７は、ワークステーション２５からこの信号を受け取ると、図１３のグラフに示した基準位置に輻輳角と視度補正位置へ移動するように、表示部モータ制御部３８へ駆動信号を出力する。これにより、輻輳角変更用モータ２２ａ，２２ｂ及び接眼レンズ用モータ３５ａ、３５ｂが駆動され、術者が術前に設定した最も観察しやすい虚像位置に復帰される。
【００５５】
表示部５を鏡体４に対して移動させたときに、予め設定されたアーム用エンコーダ４５の移動範囲を超えると、前述と同様の作用で、術前に設定した虚像位置に復帰させても良い。また、本実施形態では、術者が術前に設定した虚像位置により図１３におけるグラフの縦軸の中間値をシフトさせたが、虚像位置の調整範囲を術者の好みに設定できるようにしてもよい。
【００５６】
本実施形態によれば、術者が、最も観察しやすい虚像位置を設定することができるため、さらに遠近感がつかみやすく、疲労も軽減される。また、観察位置を大きく動かした場合には、術者が最も観察しやすい位置に虚像位置が復帰するため、さらに観察しやすい。
【００５７】
図１４〜図１８は第３の実施形態を示し、内視鏡を併用した場合、もしくは単独で使用する場合に、術者が内視鏡の観察像に遠近感をもって観察することができるようにしたものであり、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。
【００５８】
図１４は鏡体４と内視鏡５３の配置構成を示し、術部Ｐを手術用顕微鏡１で観察するために、鏡体４を術部Ｐに対向させるとともに、手術用顕微鏡１の死角を観察するために内視鏡５３が術部Ｐに向かって斜めに挿入されている。内視鏡把持部５４には位置検出のための指標５５が設けられている。
【００５９】
図１５は、内視鏡５３により撮像された画像を処理するための制御回路のブロック図で、内視鏡５３と撮像装置５６が接続されている。撮像装置５６は内視鏡５３で撮影された電気信号を映像信号に変換するものである。撮像素子１６ａ，１６ｂには電気信号を映像信号に変換するＣＣＵ４９が接続されている。画像合成手段５７にはＣＣＵ４９と撮像装置５６が接続されている。画像合成手段５７にはＬＣＤ３７ａ，３７ｂ及びワークステーション２５が接続されている。
【００６０】
次に、第３の実施形態の作用について説明する。
【００６１】
術者は、内視鏡５３を併用して観察を行なうために、図１４に示すように、手術用顕微鏡１の鏡体４を配置し、内視鏡５３にて観察を行う。手術用顕微鏡１による画像は撮像素子１６ａ，１６ｂからＣＣＵ４９に送られ、画像合成手段５７に伝達されている。内視鏡５３により観察されている画像は撮像装置５６に送られ、撮像装置５６は映像信号を画像合成手段５７に伝達する。デジタイザ２４は手術用顕微鏡１の指標４ａと内視鏡５３の指標５５を検出し、ワークステーション２５に伝達する。
【００６２】
ワークステーション２５は、内視鏡５３の指標５５と手術用顕微鏡１の指標４ａの距離を演算する。演算された距離データは画像合成手段５７に伝達される。図１６の位置Ｊのように、内視鏡５３を浅い位置に挿入しているときには指標４ａと指標５５の距離が近く検出される。画像合成手段５７は受け取った距離データを元に撮像装置５６とＣＣＵ４９の画像を図１７のように合成する。画像５８Ａと５８Ｂは撮像素子１６ａ，１６ｂによる手術用顕微鏡１の観察画像あり、画像５９Ａと５９Ｂが内視鏡５３により撮影されている画像である。
【００６３】
画像５９Ａにおいて、内視鏡画像は右端に表示される。一方、画像５９Ｂには内視鏡画像が左端に表示される。術者から見ると内視鏡画像の輻輳角は小さくなり、虚像位置が遠くに設定される。
【００６４】
術者が内視鏡５３を操作し、図１６の位置Ｋまで挿入する。このときには、ワークステーション２５より手術用顕微鏡１と内視鏡５３の距離が遠く検出される。ワークステーション２５より距離データが画像合成手段５７へ伝達される。画像合成手段５７において、図１８に示すように、内視鏡像６０Ａの左端に内視鏡５３を表示し、内視鏡像６０Ｂの右端に内視鏡像を表示する。
【００６５】
術者には、内視鏡像６０Ａ、６０Ｂに対する輻輳角が大きくなり、内視鏡像の虚像位置が近くに設定される。鏡体４による撮影画像は６１Ａ、６１Ｂに表示されているが、この虚像位置は第１及び第２の実施形態と同様に、輻輳角変更用モータ２２ａ，２２ｂ及び接眼レンズ用モータ３５ａ，３５ｂにより制御されており、内視鏡５３の虚像位置とは異なる位置に設定されている。なお、本実施形態は、内視鏡５３に２次元の画像を使用したが、立体内視鏡を用いても同様の効果が得られることは明らかである。
【００６６】
本実施形態によれば、内視鏡を併用する際、手術用顕微鏡１の虚像位置に独立して内視鏡５３の虚像位置を変化させることができ、より遠近感を把握しやすい。
【００６７】
図１９〜図２２は第４の実施形態を示し、術部を撮影する鏡体と、撮影された鏡体と、撮影した像を表示する表示手段の位置を各々自由に変えられる構成において、術者の意図した方向に観察位置の移動操作を行えるようにしたものであり、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。
【００６８】
手術用顕微鏡１には表示モニタ７０が接続されている。表示モニタ７０にはＬＣＤ７１ａ，７１ｂが内蔵されている。ＬＣＤ７１ａ，７１ｂは鏡体４の撮像素子１６ａ，１６ｂで撮影された映像を表示するものである。また、表示モニタ７０にはデジタイザ２４による位置検出のための指標７２とフットスイッチ１０が設けられている。さらに、可動アーム６ａの先端部には指標７３が設けられている。
【００６９】
図２０は、ＸＹ移動操作及び表示モニタ７０での画像表示を行う制御回路のブロック図である。位置演算を行うワークステーション２５はＸＹ移動方向演算部４６が接続されている。鏡体４に内蔵された撮像素子１６ａ，１６ｂにはＣＣＵ４９が接続されている。ＣＣＵ４９にはＬＣＤ７１ａ，７１ｂが接続されている。
【００７０】
図２１は、表示モニタ７０の変形例である。位置検出兼用モニタ７４の片面にはＬＣＤ７１ａ，７１ｂが内蔵されており、もう一方の面にはデジタイザ２４と同様の機能を有したデジタイザ７５が設けられている。
【００７１】
次に、第４の実施形態の作用について説明する。
【００７２】
デジタイザ２４は指標７３の位置を検出する。デジタイザ２４による位置情報を受け取ったワークステーション２５は、表示モニタ７０及び視野移動機構を有する可動アーム６ａの相対位置を演算する。この演算された位置情報はＸＹ移動方向演算部４６に伝達される。図２２において、術者が位置Ｖから術部を観察しているときに、例えば方向Ｕに鏡体４を移動させたい場合、フットスイッチ１０のＸＹ制御スイッチ４７をＵ方向に操作する。この操作信号はＸＹ移動方向演算部４６に伝達される。ＸＹ移動方向演算部４６ではワークステーション２５から伝達された表示モニタ７０と可動アーム６ａの先端位置を元に、モータ４２、モータ４３の各々の移動方向を算出する。術者が位置Ｖより操作する場合、エンコーダ値は、例えば原点に設定されているため、可動アーム６ａに内蔵されたＸ方向のモータ４２のみが駆動され、鏡体４は図２２のＵ方向に移動される。
【００７３】
次に、術者が観察方向を変更し、位置Ｗより術部を観察する場合、表示モニタ７０を図２２の破線位置へ移動する。この位置移動はデジタイザ２４にて検出され、ワークステーション２５で位置演算が行う。さらに、表示モニタ７０と可動アーム６ａの先端位置の相対位置を演算する。位置演算結果は、ＸＹ移動方向演算部４６に伝達される。
【００７４】
術者は、さらに観察位置を移動するために、フットスイッチ１０に設けられたＸＹ制御スイッチ４７を操作する。例えば、方向Ｕ’に鏡体４を移動させたい場合、ＸＹ制御スイッチ４７をＵ’方向に操作する。この操作信号はＸＹ移動方向演算部４６に伝達される。
【００７５】
表示モニタ７０と可動アーム６ａの先端の相対位置は移動前とは例えば９０度変化しているため、ＸＹ移動方向演算部４６は、この変化量に基づきモータ４２、モータ４３に対する駆動方向を９０度補正して駆動信号を出力する。すなわち、可動アーム６ｂに内蔵されたＹ方向のモータ４３のみが駆動され、鏡体４は図２２のＵ’方向に移動される。また、可動アーム６ａの位置を移動させる場合でも前述と同様の作用を行う。
【００７６】
術者が表示モニタ７０を位置Ｖから位置Ｗに移動させ場合、術者の方向から見た術部が表示モニタ７０に表示されるように、撮像素子１６ａ，１６ｂの位置を移動させると、なお好ましい。
【００７７】
以上の作用は、図２１に示した位置検出兼用モニタ７４を使用した場合でも同様であることは明らかである。
【００７８】
前述した各実施の形態によれば、次のような構成が得られる。
【００７９】
（付記１）術部の立体画像を撮影する立体画像撮影手段と、この立体画像撮影手段による画像を表示する立体画像表示手段と、前記立体画像撮影手段の撮影状態又は前記立体画像表示手段の表示状態を変更操作する操作手段と、この操作手段の操作を検出する操作検出部と、この操作検出部の検出結果及び操作量に基づいて前記立体画像表示手段の表示画像の虚像位置を演算する演算手段と、この演算手段の演算結果に基づいて前記立体画像表示手段の虚像位置を制御する虚像位置制御手段とを有することを特徴とする手術用顕微鏡。
【００８０】
（付記２）前記操作手段は、以下の少なくとも一つを含む付記１記載の手術用顕微鏡。
【００８１】
（１）立体画像撮影手段の撮影焦点距離を変更操作する手段
（２）立体画像撮影手段の撮影倍率を変更操作する手段
（３）立体画像表示手段の表示倍率を変更操作する手段
（４）立体画像撮影手段の観察位置または観察方向を変更操作する手段
（５）立体画像表示手段の位置を変更操作する手段
（付記３）前記虚像位置制御手段は、以下の少なくとも一つを含む付記１又は２記載の手術用顕微鏡。
【００８２】
（１）立体画像表示手段の輻輳角を制御する手段
（２）立体画像表示手段の視度調整部を制御する手段
（３）立体画像表示手段の画像表示位置を制御する手段
（付記４）前記虚像位置制御手段の制御量を調整する調整手段を有することを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の手術用顕微鏡。
【００８３】
（付記５）前記虚像位置制御手段の制御量を調整する調整手段と、前記調整手段の調整結果を記録する記録手段とを有することを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の手術用顕微鏡。
【００８４】
（付記６）前記虚像位置制御手段は、以下の少なくとも一つの操作手段により、虚像位置を基準位置に復帰する復帰手段を含むことを特徴とする付記１〜５のいずかに記載の手術用顕微鏡。
【００８５】
（１）立体画像撮影手段の観察位置または観察方向を変更操作する手段
（２）立体画像表示手段の位置を変更操作する手段
（付記７）前記立体画像撮影手段は、３次元空間で移動自在なアームに保持されていることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の手術用顕微鏡。
【００８６】
（付記８）術部の立体画像を撮影する立体画像撮影手段と、この立体画像撮影手段とは少なくとも観察方向の異なる第２の撮影手段と、前記立体画像撮影手段及び第２の撮影手段による画像を合成する画像合成手段と、この画像合成手段にて合成された画像を表示する立体画像表示手段と、前記立体画像撮影手段及び第２の撮影手段の撮影状態を変更操作する操作手段と、この操作手段の操作を検出する操作検出部と、前記立体画像撮影手段及び第２の撮影手段の相対位置を検出する位置検出手段と、前記操作検出部の検出結果、操作量及び位置検出手段の検出結果に基づいて前記立体画像表示手段の立体画像撮影手段による表示画像と第２の撮影手段による表示画像との虚像位置を各々演算する演算手段と、この演算手段の演算結果に基づいて前記立体画像表示手段の立体画像撮影手段の表示画像と第２の撮影手段による表示画像と虚像位置を各々制御する虚像位置制御手段とを備えたことを特徴とする手術用顕微鏡。
【００８７】
（付記９）前記第２の撮影手段は、内視鏡であることを特徴とする付記８記載の手術用顕微鏡。
（付記１０）術部の画像を撮影する画像撮影手段と、この画像撮影手段にて撮影された画像を表示する画像表示手段と、前記画像撮影手段を３次元空間で移動自在に保持するアームと、前記画像撮影手段の撮影位置を略水平面内で移動を行う撮影位置移動手段と、この撮影位置移動手段に操作信号を出力する撮影位置移動スイッチと、前記画像表示手段と前記撮影位置移動手段との相対位置を検出する検出手段と、この検出手段の検出結果と前記撮影位置移動スイッチの操作信号に応じて、前記撮影位置移動手段の移動方向を制御する制御手段とを有することを特徴とする手術用顕微鏡。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、観察光学系の操作や術具、内視鏡の挿入に合わせて、術者が術部の遠近感を確実に把握しながら手術が実施できる手術用顕微鏡を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す手術用顕微鏡システムの斜視図。
【図２】同実施形態の鏡体の縦断側面図。
【図３】同実施形態の表示部の内部構成を示す上面図。
【図４】同実施形態を示し、図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図５】同実施形態の接眼部の内部構成を示す上面図。
【図６】同実施形態の制御装置のブロック図。
【図７】同実施形態の制御装置のブロック図。
【図８】同実施形態の表示部の作用説明図。
【図９】同実施形態のレチクル画像を示す図。
【図１０】同実施形態の鏡体の作用説明図。
【図１１】同実施形態を示し、総合倍率と視度変化量及び輻輳角の関係を示すグラフ。
【図１２】この発明の第２の実施形態の制御装置のブロック図。
【図１３】同実施形態を示し、総合倍率と視度変化量及び輻輳角の関係を示すグラフ。
【図１４】この発明の第３の実施形態を示し、鏡体と内視鏡との配置構造を示す正面図。
【図１５】同実施形態の制御装置のブロック図。
【図１６】同実施形態の作用説明図。
【図１７】同実施形態の合成画像を示す図。
【図１８】同実施形態の合成画像を示す図。
【図１９】この発明の第４の実施形態を示す手術用顕微鏡システムの斜視図。
【図２０】同実施形態の制御装置のブロック図。
【図２１】同実施形態の変形例を示す表示モニタの斜視図。
【図２２】同実施形態の作用説明図。
【符号の説明】
４…鏡体（立体画像撮影手段）
５…表示部（立体画像表示手段）
１７…フォーカス用モータ
１８…ズーム用モータ
２２ａ，２２ｂ…輻輳角変更用モータ
３５ａ，３５ｂ…接眼レンズ用モータ
３７…虚像位置演算部
３８…表示部モータ制御部
３９…フォーカスモータ制御部
４０…ズームモータ制御部
４６…ＸＹ移動方向演算部

Claims

術部の立体画像を撮影する立体画像撮影手段と、
この立体画像撮影手段とは少なくとも観察方向が異なり前記術部の画像を撮影する第２の撮影手段と、
前記立体画像撮影手段及び第２の撮影手段による画像を合成する画像合成手段と、
この画像合成手段にて合成された画像を表示する立体画像表示手段と、
前記立体画像撮影手段又は第２の撮影手段の撮影状態を変更操作する操作手段と、
この操作手段の操作を検出する操作検出部と、
前記立体画像撮影手段及び前記第２の撮影手段の相対位置を検出する位置検出手段と、
前記操作検出部の検出結果又は前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記立体画像表示手段の表示画像における第２の撮影手段による画像の虚像位置を演算する演算手段と、
この演算手段の演算結果に基づいて前記立体画像表示手段の表示画像における第２の撮影手段による画像の虚像位置を制御する虚像位置制御手段と、
を有することを特徴とする手術用顕微鏡。
術部の立体画像を撮影する立体画像撮影手段と、
この画像撮影手段とは少なくとも観察方向が異なり前記術部の画像を撮影する第２の撮影手段と、
前記立体画像撮影手段及び第２の撮影手段による画像を合成する画像合成手段と、
この画像合成手段にて合成された画像を表示する立体画像表示手段と、
前記立体画像撮影手段又は第２の撮影手段の撮影状態を変更操作する操作手段と、
この操作手段の操作を検出する操作検出部と、
前記立体画像撮影手段及び前記第２の撮影手段の相対位置を検出する位置検出手段と、
前記操作検出部の検出結果又は前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記立体画像表示手段の表示画像における第２の撮影手段による画像の位置を演算する演算手段と、
この演算手段の演算結果に基づいて前記立体画像表示手段の表示画像における第２の撮影手段による２つの画像の位置が、前記立体画像撮影手段と前記第２の撮影手段の相対距離が離れるとそれに応じて前記第２の撮影手段による２つの表示画像を観察する輻輳角が大きくなるように制御する位置制御手段と、
を有することを特徴とする手術用顕微鏡。
前記第２の撮影手段は、前記立体画像撮影手段とは少なくとも観察方向が異なり前記術部の立体画像を撮影する撮影手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の手術用顕微鏡。