JP4734277B2 - 手術用観察システム。 - Google Patents

Description

本発明は、手術を行う際に、３次元方向に移動可能な支持アームを介して観察装置による所望の位置からの術部の観察を行う手術用観察システムに関する。

外科手術においては、例えば、脳神経外科手術において、脳表面部の微細な術部の詳細な状態を顕微鏡で観察し、手術が行われている。また、近年では、開頭を小さくする目的で、脳内に挿入した内視鏡を用いた手術も行われている。

しかし、手術用内視鏡と手術用顕微鏡の両方を別個に手術室に配置したのでは、手術室のスペースが狭くなってしまう。このため、脳神経外科等での外科手術においては、手術用内視鏡と手術用顕微鏡の両方を別個に設けることなく顕微鏡観察と内視鏡観察とを切替え可能な観察装置が必要となる。

従来、手術に際し顕微鏡観察と内視鏡観察とを切替え可能にした観察装置としては、例えば、次の特許文献１、２に記載の立体視観察装置がある。
特開平６−１６７６５８号公報 特開２００５−１３４５３７号公報

特許文献１、２に記載の観察装置は、顕微鏡本体に内視鏡を着脱することによって顕微鏡観察（内視鏡を取外したとき）と内視鏡観察（内視鏡を装着したとき）とが切替え可能に構成されている。

ところで、手術用観察システムにおいては、内視鏡や顕微鏡等の観察装置は、３次元方向に移動可能な支持アームに支持されており、手術状況に応じて手術者が観察装置を、支持アームを介して所望の位置及び方向に移動させて、観察することができるようになっている。また、手術用観察システムを用いて手術を行う際には、患者の周囲には、手術者の他に補助者が存在し、さらには、観察装置を介して得られた術部の画像を表示するための表示装置や、手術に用いる様々な装置及び器具等が存在する。このため、手術者が手術中に観察装置を所望の位置及び方向に移動させるときに、観察装置を手術補助者や器具等と干渉させ難くするには、観察装置が極力小型化されていることが重要となる。

しかし、特許文献１に記載の観察装置では、顕微鏡本体の先端部に内視鏡を取付けることによって顕微鏡観察から内視鏡観察へと切替わるように構成されており、内視鏡観察を行う場合に、内視鏡としては本来必要のない顕微鏡本体の光学構成がそのまま残ることになる。
このため、特許文献１に記載の観察装置を用いた手術用観察システムでは、内視鏡観察を行う際には、観察装置が観察方向に長く延びて大型化し、支持アームを介して移動するときの操作性が劣化してしまう。

また、特許文献２に記載の観察装置は、内視鏡の内部において中間結像面を形成する一部の光路を折り曲げている。このため、特許文献２に記載の観察装置によれば、特許文献１の観察装置と比較した場合、観察方向の大きさを、光路を折り曲げた分だけ小型化することができる。
しかし、特許文献２に記載の観察装置も、特許文献１の観察装置と同様、顕微鏡本体の先端部に内視鏡を取付けることによって顕微鏡観察から内視鏡観察へと切替わるように構成されており、内視鏡観察を行う場合に、内視鏡としては本来必要のない顕微鏡本体の光学構成がそのまま残ることになる。
このため、特許文献２に記載の観察装置を用いた手術用観察システムでも、内視鏡観察を行う際には、観察装置の観察方向が特許文献１の観察装置に比べて幾分短くなるものの、観察装置が観察方向に長く延びて大型化することに変わりはなく、支持アームを介して移動するときの操作性の劣化を解消することはできない。

さらに、手術用観察システムにおいて観察装置を用いて手術を行う際には、患者への菌の感染を防ぐための滅菌手段を観察装置に対して施す必要がある。通常、顕微鏡手術を行う場合には、顕微鏡及び顕微鏡を支持する支持アームを滅菌ドレープで覆う。一方、内視鏡手術を行う場合には、内視鏡を支持する支持アームを滅菌ドレープで覆い、内視鏡に対してはオートクレーブやＥＯＧなどの滅菌処理を施す。
しかし、特許文献１、２に記載の観察装置では、いずれも、上述のように、内視鏡観察を行う場合に顕微鏡本体に内視鏡を接続する構成となっている。このため、手術中に顕微鏡観察と内視鏡観察とを切替える際には、顕微鏡本体に対し内視鏡を着脱するために、顕微鏡本体の装着部を覆っている滅菌ドレープをその都度着脱しなくてはならず、その分、手術が中断されて手術時間が延長してしまうとともに、顕微鏡観察から内視鏡観察への切替え作業が煩雑化してしまう。このような手術の中断及び切替え作業の煩雑化は、手術者に対してストレス等の精神的負担を与え、また、患者に対しても肉体的な負担を与えてしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、顕微鏡観察と内視鏡観察とを切替えても、支持アームを介した操作性を良好に維持でき、しかも、顕微鏡観察と内視鏡観察との切替え操作を、手術を中断させないで円滑に行うことが可能な手術用観察システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による手術用観察システムは、内視鏡観察と顕微鏡観察とを切替え可能な観察装置と、前記観察装置を支持した状態で３次元方向に移動可能な支持アームを備えた手術用観察システムにおいて、前記観察装置は、管状の挿入部を有し且つ対物光学系を備えた内視鏡対物ユニットと、合焦光学系及び変倍光学系を有する対物光学系を備えた顕微鏡対物ユニットと、前記支持アームに設けられていて、前記内視鏡対物ユニットと前記顕微鏡対物ユニットとを互換性を持たせて着脱可能に構成された着脱口を備えた着脱部とを有して構成され、前記内視鏡対物ユニットと前記顕微鏡対物ユニットにそれぞれ備わる対物光学系は、前記着脱部側へ出射した光束がアフォーカル光束となるように構成され、前記着脱部は、一対の結像レンズ及び撮像素子を備え、さらに、前記着脱部の前記着脱口に当該対物ユニットが装着された状態において、当該対物ユニットから出射したアフォーカル光束が前記結像レンズ及び撮像素子と光学的に接続するように構成されていることを特徴としている。

また、本発明の手術用観察システムにおいては、前記支持アームは、前記着脱部における前記着脱口の外周に装着可能な開口部を備えた滅菌ドレープを着脱可能に備え、前記内視鏡対物ユニットと前記顕微鏡対物ユニットは、それぞれ、独立して滅菌手段を施すことができるように構成されているのが好ましい。

また、本発明の手術用観察システムにおいては、前記内視鏡対物ユニットに備わる対物光学系と、前記顕微鏡対物ユニットに備わる対物光学系は、出射瞳位置及び出射画角が略同一に構成されているのが好ましい。

本発明によれば、顕微鏡観察と内視鏡観察とを切替えても、支持アームを介した操作性を良好に維持でき、しかも、顕微鏡観察と内視鏡観察との切替え操作を、手術を中断させないで円滑に行うことが可能な手術用観察システムが得られる。

実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明の手術用観察システムでは、顕微鏡対物ユニットと内視鏡対物ユニットとを、結像光学系及び撮像素子を有する着脱部に互換性を持たせて着脱可能に構成している。
このようにすれば、内視鏡観察に切替えたときには、内視鏡観察に本来必要のない顕微鏡対物ユニットの光学構成は残らない。このため、本発明の手術用観察システムによれば、内視鏡観察を行う場合に、特許文献１、２に記載のような従来の観察装置に比べて観察方向の長さを大幅に短縮して小型化でき、支持アームを介して移動するときの操作性を格段に向上させることができる。

また、顕微鏡対物ユニットと内視鏡対物ユニットとを、結像光学系及び撮像素子を有する着脱部に互換性を持たせて着脱可能に構成すれば、前記着脱部における前記着脱口の外周に装着可能な開口部を備えた滅菌ドレープを着脱可能に備え、前記内視鏡対物ユニットと前記顕微鏡対物ユニットに対しては、それぞれ、独立して滅菌手段を施すことができる。
そして、このようにすれば、顕微鏡観察から内視鏡観察への切替えを行う場合、特許文献１、２に記載のような従来の観察装置とは異なり、着脱部を覆うドレープを外さなくて済むため、切替え作業が煩雑化せず、また、手術を中断させる必要もなくなる。
なお、滅菌手段としては、内視鏡対物ユニット、顕微鏡対物ユニットのそれぞれに対して、オートクレーブやＥＯＧなどの滅菌処理が考えられる。

また、内視鏡対物ユニットに対しては、オートクレーブやＥＯＧなどの滅菌処理を施すようにし、顕微鏡対物ユニットに対しては、滅菌用カバーを着脱可能に備えてもよい。
このようにしても、顕微鏡観察から内視鏡観察への切替えの際に、滅菌カバーが顕微鏡対物ユニットから取外すことなく装着されたままの状態で顕微鏡対物ユニットを着脱部から取外して内視鏡対物ユニットを着脱部に装着できるので、切替え作業を煩雑化することなく円滑に行うことができ、手術を中断させずに済む。

ところで、一般に、内視鏡の挿入部は、体内に挿入可能な小さな径を持つ管状に形成されており、内視鏡対物光学系は、その管状の挿入部の内部に光路を有している。光路内には、所定の光学部材が備えられている。ここで、三次元観察をするために視差のある一対の内視鏡対物光学系を備えた内視鏡では、一対の光路が径の小さな管状の挿入部の内部に設けられており、一対の光路に備わる光学部材は、光軸の間隔が非常に接近している。
一方、顕微鏡では、三次元観察するための視差のある一対の顕微鏡対物光学系は、体内に挿入させるものではないため、互いの光軸の間隔は内視鏡に比べて格段に離れている。
このため、内視鏡と顕微鏡とでは、三次元観察をするための一対の対物光学系同士の光軸の間隔が大きく異なる。

しかるに、本発明の手術用観察システムでは、前記着脱部の前記着脱口に当該対物ユニットが装着された状態において、当該対物ユニットから出射したアフォーカル光束が前記結像光学系及び撮像素子と光学的に接続できるようにしている。例えば、内視鏡対物ユニットにおける対物光学系を、前記管状の挿入部に一対の光路を有する一対の内視鏡対物光学系として構成するとともに、前記着脱部の前記着脱口に装着された状態において、該一対の内視鏡対物光学系から出射した一対のアフォーカル光束が前記着脱部に備わる一対の結像光学系及び撮像素子と光学的に接続するように、例えば、平行四辺形プリズムを前記管状の挿入部の着脱部側に配置して互いの光軸の間隔を広げるとよい。

一方、前記顕微鏡対物ユニットの対物光学系は、視差のある２光路に共通に配置された前記合焦光学系と視差のある２光路にそれぞれ配置された一対の前記変倍光学系とを有する一対の顕微鏡対物光学系として構成するとともに、前記着脱部の前記着脱口に装着された状態において、該一対の顕微鏡対物光学系から出射した一対のアフォーカル光束が前記着脱部に備わる一対の結像光学系及び撮像素子と光学的に接続するように構成するとよい。

また、一般に、内視鏡と顕微鏡とでは、対物光学系の作動距離、画角、対物光学系から出射されるアフォーカル光束の出射瞳位置及び出射角が異なる。
しかるに、本発明における内視鏡対物ユニットと顕微鏡対物ユニットにおける、それぞれの対物光学系から出射されるアフォーカル光束の出射瞳位置及び出射角が異なると、支持アームの着脱部に取付けたときの結像面積が異なり、撮像素子での撮像領域に一致せず、画像のロスを生じることになる。

そこで、そのようなロスが生じないようにするために、本発明の手術用観察システムにおいては、いずれの対物ユニットを支持アームに取付けた場合においても、撮像素子上に結像される面積が所定の大きさとなるように調整する手段を着脱部に備えて構成するとよい。例えば、前記着脱部には、前記一対の結像光学系よりも物体側に、一対のアフォーカル変倍光学系を備えて、前記内視鏡対物ユニットの対物光学系と、前記顕微鏡対物光学系の対物光学系とで倍率の異なるアフォーカル光束を、該一対の結像光学系を経て前記一対の撮像素子上に結像される面積が同じになるように、調整可能にするのが好ましい。

また、本発明において、前記内視鏡対物ユニットと前記顕微鏡対物ユニットに備わるそれぞれの対物光学系は、出射瞳位置及び出射画角が略同一となるように構成するのが好ましい。このようにすれば、上記のような着脱部にアフォーカル変倍光学系を設けて所望の対物ユニットを支持アームに取付けてもその都度撮像素子上に結像される面積が一致するように調整しなくて済み、顕微鏡観察と内視鏡観察との切替えをより円滑に行うことができるようになる。

さらに、本発明の手術用観察システムにおいては、前記内視鏡対物ユニットは、前記対物光学系が、観察範囲の大きさが異なる一対の対物光学系として構成されるとともに、該一対の対物光学系からへ出射した一対のアフォーカル光束が前記着脱部に備わる一対の結像光学系及び撮像素子と光学的に接続するように構成されているのが好ましい。
詳しくは、例えば、前記内視鏡対物ユニットに備わる前記観察範囲の大きさが異なる一対の対物光学系のうち、観察範囲の狭い対物光学系は、前記管状の挿入部を有する内視鏡対物光学系として構成するのがよい。また、観察範囲の広い対物光学系は、前記観察範囲の狭い内視鏡対物光学系における前記管状の挿入部先端を観察可能な画角を有し、且つ、該内視鏡対物ユニットにおける前記着脱部側近傍に設けて構成するのがよい。
このようにすれば、例えば、体内の患部に対する内視鏡の挿入部の相対的な位置関係と体内の患部の状態とを、同時に表示画面上に表示させて観察する等、２次元観察において体内のミクロな観察と体外のマクロな観察を行うことができる。

または、前記内視鏡対物ユニットに備わる前記観察範囲の大きさが異なる一対の対物光学系は、前記管状の挿入部に１つの光路を備えてなる１つの光学系と、該管状の挿入部よりも着脱部側に配置された光路分割部材と、該光路分割部材を介して分割される一方の光路上に配置された、観察範囲を狭くする光学系を備えて構成してもよい。
このようにすれば、例えば、観察可能な範囲内で、患部を観察範囲の大きさの異なる２つの画像でもって同時に表示画面上に表示させて観察する等、２次元観察において体内のミクロな観察と体外のマクロな観察を行うことができる。

第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態にかかる手術用観察システムの全体構成を示す模式図、図２は図１の手術用観察システムの要部をなす着脱部の構成を示す説明図であり、(a)は内部の光学配置を示す平面図、(b)は(a)のＡ−Ａ断面図である。図３は図１の手術用観察システムの要部をなす顕微鏡対物ユニットの構成を示す説明図であり、(a)は一対の光路が示される位置でみた断面図、(b)は(a)のＢ−Ｂ断面図である。図４は図１の手術用観察システムの要部をなす内視鏡対物ユニットの構成を示す説明図であり、(a)は一対の光路が示される位置でみた断面図、(b)は(a)のＣ−Ｃ断面図である。図５は第１実施形態の手術用観察システムにおいて着脱可能な内視鏡対物ユニットと顕微鏡対物ユニットのそれぞれの出射画角及び出射瞳位置を示す説明図である。図６は第１実施形態の手術用観察システムを用いて手術をする場合における菌の感染を防止する手段の一例を示す説明図である。

第１実施形態の手術用観察システムは、図１に示すように、着脱部１が設けられた支持アーム２と、着脱部１に対して着脱可能な顕微鏡対物ユニット３及び内視鏡対物ユニット４と、表示装置５と、照明光源６と、画像処理制御装置７と、駆動制御装置８を有している。
また、第１実施形態の手術用観察システムでは、顕微鏡対物ユニット３又は内視鏡対物ユニット４が着脱部１と相俟って観察装置をなし、顕微鏡対物ユニット３と内視鏡対物ユニット４を着脱部１に対して選択的に装着することによって、顕微鏡観察と内視鏡観察とを切替えることができるように構成されている。
支持アーム２は、複数の関節部２ａ〜２ｅを有しており、着脱部１に装着された顕微鏡対物ユニット３又は内視鏡対物ユニット４を３次元方向に移動可能に構成されている。

また、着脱部１は、図２(a)に示すように、一対の結像レンズ１ａＬ，１ａＲと一対の撮像素子１ｃＬ，１ｃＲを内部に備えている。撮像素子１ｃＬ，１ｃＲは、それぞれ、例えばＣＣＤで構成されている。そして、結像レンズ１ａＬと撮像素子１ｃＬとで左眼用撮像光学系が構成され、結像レンズ１ａＲと撮像素子１ｂＲとで右眼用撮像光学系が構成されている。なお、図２(a)中、１ｂは結像レンズ１ａＬ，１ａＲからの出射光軸を撮像素子１ｃＬ，１ｃＲ側へ折り曲げる光路折り曲げプリズムである。

また、着脱部１は、図２(b)に示すように、顕微鏡対物ユニット３と内視鏡対物ユニット４とを互換性を持たせて着脱可能に構成された着脱口１ｅを備えている。着脱口１ｅの側方には、顕微鏡対物ユニット３又は内視鏡対物ユニット４を着脱口１ｅに装着したときの装着状態を固定する固定ネジ１ｆが設けられている。着脱口１ｅの奥には、顕微鏡対物ユニット３が装着されたときに後述するオスコネクタ３ｊ（３ｋ）と接触することによって顕微鏡対物ユニット３の合焦駆動用モータ３ｅ、変倍駆動用モータ３ｇを通電状態にするためのメスコネクタ１ｇ（１ｈ）が設けられている。

また、着脱部１の内部には、図１に示した照明光源６から出射された照明光を観察対象に導くための導光手段としてのライトガイド６ａの一端部が配置されている。

顕微鏡対物ユニット３は、図３(a)に示すように、合焦光学系３ｂと、一対の変倍光学系３ｃＬ，３ｃＲを有して構成された一対の顕微鏡対物光学系３Ｌ，３Ｒを内部に備えている。そして、合焦光学系３ｂと左眼用変倍光学系３ｃＬとで左眼用顕微鏡対物光学系３Ｌが構成され、合焦光学系３ｂと右眼用変倍光学系３ｃＲとで右眼用顕微鏡対物光学系３Ｒが構成されている。なお、図３中、３ａ，３ｄはカバーガラスである。
一対の顕微鏡対物光学系３Ｌ，３Ｒは、それぞれアフォーカル光束を着脱部１側へ出射するように構成されている。
また、一対の変倍光学系３ｃＬ，３ｃＲは、顕微鏡対物ユニット３を着脱部１に装着し状態において、着脱部１における一対の結像レンズの１ａＬ，１ａＲと光軸位置を一致するように、配置されている。

また、顕微鏡対物ユニット３は、図３(b)に示すように、合焦光学系３ｂを駆動するための合焦駆動用モータ３ｅ及び合焦駆動用ギア３ｆを有している。合焦駆動用モータ３ｅは、通電状態において、図１に示した駆動制御装置８からの合焦制御信号を受けることによって、合焦駆動用ギア３ｆを所定量、所定方向に回転させる。合焦駆動用ギア３ｆは、合焦光学系３ｂのレンズ枠（図示省略）に設けられたカム等と歯合しており、回転することによってそのレンズ枠（図示省略）に保持された合焦光学系３ｂを構成する所定のレンズ（ここではレンズ３ｂ１）を光軸方向に所定量移動させる。

また、顕微鏡対物ユニット３は、合焦駆動用モータ３ｅ及び合焦駆動用ギア３ｆの奥に、一対の変倍光学系３ｃＬ，３ｃＲを駆動するための変倍駆動用モータ３ｇ及び変倍駆動用ギア３ｈを備えている。変倍駆動用モータ３ｇは、通電状態において、図１に示した駆動制御装置８からの変倍制御信号を受けることによって、変倍駆動用ギア３ｈを所定量、所定方向に回転させる。変倍駆動用ギア３ｈは、一対の変倍光学系３ｃＬ，３ｃＲのレンズ枠（図示省略）に設けられたカム等と歯合しており、回転することによってそのレンズ枠に保持された一対の変倍光学系３ｃＬ，３ｃＲを構成する所定のレンズを光軸方向に所定量移動させる。

また、顕微鏡対物ユニット３は、その一端部３ｉが着脱部１の着脱口１ｅに嵌合可能に構成されている。また、顕微鏡対物ユニット３の一端部３ｉには、メスコネクタ１ｇ（１ｈ）と接触することによって合焦駆動用モータ３ｅ、変倍駆動用モータ３ｇを通電状態にするためのオスコネクタ３ｊ（３ｋ）が設けられている。

また、顕微鏡対物ユニット３の内部には、図１に示した照明光源６から出射され、図２に示したライトガイド６ａを経た照明光を観察対象に導くための導光手段としてのライトガイド６ｂが設けられている。ライトガイド６ｂは、顕微鏡対物ユニット３を着脱口１に装着した状態において、ライトガイド６ａと光学的に接続し、ライトガイド６ｂの物体側端面から出射した照明光を合焦光学系３ｂに導くように配置されている。

内視鏡対物ユニット４は、図４(a)に示すように、管状の挿入部４ａを有して構成された一対の対物光学系４Ｌ，４Ｒを内部に備えている。
管状の挿入部４ａには一対のリレー光学系４ａＬ，４ａＲが配置されている。一対のリレー光学系４ａＬ，４ａＲは、それぞれアフォーカル光束を着脱部１側へ出射するように構成されている。また、リレー光学系４ａＬ，４ａＲの着脱部１側には一対の平行四辺形プリズム４ｂＬ，４ｂＲが配置されている。平行四辺形プリズム４ｂＬ，４ｂＲは、内視鏡対物ユニット４を着脱部１に装着した状態において、リレー光学系４ａＬ，４ａＲから出射されるアフォーカル光束の光軸が、着脱部１における一対の結像レンズ１ａＬ，１ａＲと光軸位置を一致するように、リレー光学系４ａＬ，４ａＲから着脱部１へ向けた出射光軸の間隔を広げている。そして、左眼用リレー光学系４ａＬと左眼用平行四辺形プリズム４ｂＬとで左眼用内視鏡対物光学系４Ｌが構成され、右眼用リレー光学系４ａＲと右眼用平行四辺形プリズム４ｂＬとで右眼用内視鏡対物光学系４Ｒが構成されている。なお、図４中、４ｃはカバーガラスである。

また、内視鏡対物ユニット４は、その一端部４ｄが着脱部１の着脱口１ｅに嵌合可能に構成されている。

また、第１実施形態の手術用観察システムでは、図５に示すように、顕微鏡対物ユニット３の一対の顕微鏡対物光学系３Ｌ，３Ｒにおける出射瞳位置ａ１及び出射画角θ１と、内視鏡対物ユニット４の一対の内視鏡対物光学系４Ｌ，４Ｒにおける出射瞳位置ａ２及び出射画角θ２とが、互いに等しくなるように構成されている。

さらに、第１実施形態の手術用観察システムでは、図６に示すように、着脱部１が設けられた支持アーム２には、滅菌ドレープ９が着脱可能に備えられている。
滅菌ドレープ９は、ドレープ部９ａと、ドレープキャップ９ｂとで構成されている。
ドレープ部９は、支持アーム２を覆うように構成されている。ドレープキャップ９ｂは、着脱部１における着脱口１ｅの外周部１ｉに嵌合可能な開口部９ｂ１を有している。また、ドレープ部９ａは、その一端がドレープキャップ９ｂに対して開口部９ｂ１の開口形状に沿って一体的に接続されている。
そして、ドレープキャップ９ｂを着脱部１の外周部１ｉに取付けるとともに、ドレープ部９で支持アーム２を覆うことで、着脱部１が設けられた支持アーム２には、滅菌手段が施されることになる。なお、ドレープキャップ９ｂには開口部９ｂ１が設けられていて、着脱部１の着脱口１ｅは覆わない。このため、ドレープ９を支持アーム２に装着した状態で、着脱部１に顕微鏡対物ユニット３又は内視鏡対物ユニット４を着脱することができる。

一方、顕微鏡対物ユニット３や内視鏡対物ユニット４に対しては、それぞれ別個に、オートクレーブやＥＯＧなどの滅菌処理を施すことで、手術用観察システムにおける観察装置周辺部位における患者への菌の感染を防ぐことができるようになっている。

なお、顕微鏡対物ユニット３は、内視鏡対物ユニット４とは異なり、患者の体内に挿入する挿入部を有していない。このため、顕微鏡対物ユニット３全体をオートクレーブやＥＯＧなどの滅菌処理を施す代わりに、顕微鏡対物ユニット３の外周に嵌合するように形成された滅菌カバー９ｃを、顕微鏡対物ユニット３に着脱可能に備えてもよい。

その他、表示装置５は、ケーブル１０内の配線を介して画像処理制御装置７と接続されており、撮像素子１ｃＬ，１ｃＲで撮像され、画像処理制御装置７で所定の信号処理が施された３次元画像を表示するように構成されている。
照明光源６は、観察対象を照明するための光を出射する光源であり、ケーブル１０内に設けられたライトガイド６ａに接続されている。
画像処理制御装置７は、撮像素子１ｃＬ，１ｃＲに対応して設けられた一対のカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）７Ｌ，７Ｒで構成されている。一対のカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）７Ｌ，７Ｒは、ケーブル１０内の配線を介して着脱部１内の撮像素子１ｃＬ，１ｃＲ及び表示装置５と接続されており、撮像素子１ｃＬ，１ｃＲを駆動すると共に撮像素子１ｃＬ，１ｃＲからの視差のある２つの撮像信号に対して所定の処理を施すとともに３次元画像に合成して表示装置５に表示させる機能を備えている。
駆動制御装置８は、ケーブル１０内の配線を介して着脱部１内のメスコネクタ１ｇ，１ｆと接続されており、例えば、着脱部１に顕微鏡対物ユニット３が装着されて通電状態となっている場合における合焦光学系３ｂの合焦駆動用モータ３ｅの駆動制御や、変倍光学系３ｃＬ，３ｃＲの変倍駆動用モータ３ｇの駆動制御を行う機能を備えている。

このように構成された第１実施形態の手術用観察システムによれば、顕微鏡対物ユニット３と内視鏡対物ユニット４の一方を選んで支持アーム２に設けられた着脱部１に装着することにより、顕微鏡観察と内視鏡観察との切替えを簡単に行うことができる。そして、内視鏡観察に切替えたときには、内視鏡観察に必要のない顕微鏡対物ユニット３の光学構成が光路上に残らない。このため、第１実施形態の手術用観察システムによれば、内視鏡観察を行う場合に、特許文献１、２に記載のような従来の観察装置に比べて観察方向の長さを大幅に短縮して小型化でき、支持アームを介して移動するときの操作性を格段に向上させることができる。

また、手術用観察システムにおいては、顕微鏡対物ユニット３と内視鏡対物ユニット４とを、結像光学系及び撮像素子を有する着脱部１に互換性を持たせて着脱可能に構成したので、図６に示したように、内視鏡対物ユニット４又は顕微鏡対物ユニット３を着脱部１の着脱口１ｅの外周１ｉに装着できるようにするための開口部９ｂ１を備えた滅菌用のドレープ９を、着脱可能に備え、内視鏡対物ユニット４又は顕微鏡対物ユニット３に対しては、それぞれ、独立して滅菌手段を施すことができる。
その結果、顕微鏡観察から内視鏡観察への切替えを行う場合、特許文献１、２に記載のような従来の観察装置とは異なり、着脱部を覆うドレープを外さなくて済むため、切替え作業が煩雑化せず、また、手術を中断させる必要もなくなる。

また、第１実施形態の手術用観察ユニットは、内視鏡対物ユニット４と顕微鏡対物ユニット３に備わるそれぞれの対物光学系を、出射瞳位置及び出射画角が略同一となるように構成したので、いずれの対物ユニットを着脱部１に取付けたときでも結像面積が同じとなり、撮像素子１ｃＬ，１ｃＲ上での撮像領域に一致させることができるので、画像のロスを生じない。
このため、撮像素子上に結像される面積が所定の大きさとなるように調整する手段を着脱部に備えずに済み、顕微鏡観察と内視鏡観察との切替えをより円滑に行うことができるようになる。

第２実施形態
図７は本発明の第２実施形態にかかる手術用観察システムにおける着脱部の構成を図２(b)と同じ側からみた断面図である。
第２実施形態の手術用観察システムは、着脱部１には、一対の結像レンズ１ａＬ（１ａＲ）よりも物体側に、一対のアフォーカル変倍光学系１ｊＬ（１ｊＲ）を備えている。なお、図７は一対の光学部材のうち左眼用の光学部材を見ている図であるため、図７では右眼用アフォーカル変倍光学系１ｊＲ及び右眼用結像レンズ１ａＲは示されていない。
一対のアフォーカル変倍光学系１ｊＬ（１ｊＲ）は、内視鏡対物ユニット４の一対の対物光学系４Ｌ，４Ｒと顕微鏡対物光学系３の一対の対物光学系３Ｌ，３Ｒとで倍率の異なるアフォーカル光束を、一対の結像レンズ１ａＬ，１ａＲを経て一対の撮像素子１ｃＬ，１ｃＲ上に結像される面積が同じ大きさになるように、調整可能に構成されている。
そして、第２実施形態の手術用観察システムでは、内視鏡対物ユニット４の一対の対物光学系４Ｌ，４Ｒと、顕微鏡対物ユニット３の一対の対物光学系３Ｌ，３Ｒは、互いに出射瞳位置及び出射画角が異なる構成のものも着脱部１に着脱可能に備えられている。
なお、図示省略したが、一対のアフォーカル変倍光学系１ｊＬ（１ｊＲ）を駆動するためのアフォーカル変倍駆動用モータとアフォーカル変倍駆動用ギアを備えている。これらの構成は、第一実施形態における顕微鏡対物ユニット３に設けられた変倍駆動用モータ３ｇ及び変倍駆動用ギア３ｈと略同じである。即ち、アフォーカル変倍駆動用モータは、駆動制御装置８からのアフォーカル変倍制御信号を受けることによって、アフォーカル変倍駆動用ギアを所定量、所定方向に回転させる。アフォーカル変倍駆動用ギアは、一対のアフォーカル変倍光学系１ｊＬ（１ｊＲ）のレンズ枠（図示省略）に設けられたカム等と歯合しており、回転することによってそのレンズ枠に保持された一対のアフォーカル変倍光学系１ｊＬ（１ｊＲ）を構成する所定のレンズを光軸方向に所定量移動させる。
その他の構成は、第１実施形態の手術用観察システムとほぼ同じである。

このように構成された第２実施形態の手術用観察システムでは、一対のアフォーカル変倍光学系１ｊＬ（１ｊＲ）が、内視鏡対物ユニット４と顕微鏡対物ユニット３とで倍率の異なるアフォーカル光束を同じ倍率になるように調整して、一対の結像レンズ１ａＬ，１ａＲに導くことができ、一対の結像光学系レンズ１ａＬ，１ａＲを経て一対の撮像素子１ｃＬ，１ｃＲ上に結像される面積を同じ大きさにすることができる。このため、第２実施形態の手術用観察システムによれば、内視鏡対物ユニット４と顕微鏡対物ユニット３におけるそれぞれの対物光学系の設計の自由度が増える。
その他の作用効果は第１実施形態の手術用観察システムとほぼ同じである。

第３実施形態
図８は本発明の第３実施形態にかかる手術用観察システムにおける要部を示す説明図であり、(a)は内視鏡対物ユニットの概略構成を示す断面図、(b)は内視鏡対物ユニットを着脱部に装着した場合におけるそれぞれの対物光学系を介して得られた観察画像を表示装置５上に表示した状態を示す説明図である。
第３実施形態の手術用観察システムでは、内視鏡対物ユニット４における一対の対物光学系４Ｌ’，４Ｒ’が、観察範囲の大きさが異なる２つの対物光学系として構成されている。
詳しくは、一方の対物光学系４Ｌ’は、第１実施形態及び第２実施形態における左眼用内視鏡対物光学系４Ｌと同様、管状の挿入部４ａに挿入されたリレー光学系４ａＬと平行四辺形プリズム４ｂＬを有する内視鏡対物光学系として構成されている。
他方の対物光学系４Ｒ’は、対物光学系４Ｌ’に比べて広い観察範囲を観察することが可能に構成されており、観察範囲の狭い内視鏡対物光学系４Ｌ’における管状の挿入部４ａ先端を観察可能な画角を有している。また、他方の対物光学系４Ｒ’は、内視鏡対物ユニット４において着脱部１側近傍に設けられている。
なお、第３実施形態では、画像処理制御装置７の一対のカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）７Ｌ，７Ｒは、撮像素子１ｃＬ，１ｃＲからの観察範囲の異なる２つの撮像信号に対して所定の処理を施すとともに撮像素子１ｃＬからの画像における一部の表示領域に撮像素子１ｃＲからの画像を重ね合わせて、表示装置５に表示させる機能を備えている。
その他の構成は第１及び第２実施形態の手術用観察システムとほぼ同じである。

このように構成された第３実施形態の手術用観察システムによれば、例えば、図８(b)に示すように、体内の術部に対する内視鏡の挿入部の相対的な位置関係と体内の術部の状態とを、同時に表示画面上に表示させて観察する等、２次元観察において体内のミクロな観察と体外のマクロな観察を行うことができる。
その他の作用効果は第１及び第２実施形態の手術用観察システムとほぼ同じである。

第４実施形態
図９は本発明の第４実施形態にかかる手術用観察システムにおける要部を示す説明図であり、(a)は内視鏡対物ユニットの概略構成を示す断面図、(b)は内視鏡対物ユニットを着脱部に装着した場合におけるそれぞれの対物光学系を介して得られた観察画像を表示装置５上に表示した状態を示す説明図である。
第４実施形態の手術用観察システムでは、内視鏡対物ユニット４における一対の対物光学系４Ｌ”，４Ｒ”が、観察範囲の大きさが異なる２つの対物光学系として構成されている。
詳しくは、２つの対物光学系は、管状の挿入部４ａに挿入されたリレー光学系４ａＬと、リレー光学系４ａＬよりも着脱部側に配置された、光路分割部材（例えばビームスプリッタ）４ｅと、光路分割部材４ｅを介して分割される一方の光路上に配置された、観察範囲を狭くする光学系４ｆと、光路偏向部材（例えば、プリズム）４ｇを備えて構成されている。そして、リレー光学系４ａＬと光路分割部材４ｅの透過側とで、相対的に観察範囲が広い対物光学系４Ｌ”が構成され、リレー光学系４ａＬと、光路分割部材４ｅの反射側と、観察範囲を狭くする光学系４ｆと、偏向部材４ｇとで、相対的に観察範囲が狭い対物光学系４Ｒ”が構成されている。

なお、第４実施形態では、画像処理制御装置７の一対のカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）７Ｌ，７Ｒは、撮像素子１ｃＬ，１ｃＲからの観察範囲の異なる２つの撮像信号に対して所定の処理を施すとともに撮像素子１ｃＲからの画像における一部の表示領域に撮像素子１ｃＬからの画像を重ね合わせて、表示装置５に表示させる機能を備えている。
その他の構成は第１及び第２実施形態の手術用観察システムとほぼ同じである。

このように構成された第４実施形態の手術用観察システムによれば、例えば、図９(b)に示すように、体内の術部近傍の詳細な状態と体内の術部周辺の状態とを、同時に表示画面上に表示させて観察する等、２次元観察において体内のミクロな観察と体外のマクロな観察を行うことができる。
その他の作用効果は第１及び第２実施形態の手術用観察システムとほぼ同じである。

以上のように、本発明の手術用観察システムは、特許請求の範囲に記載した発明の他に次のような特徴を備えている。

（１）前記内視鏡対物ユニットは、前記対物光学系が、前記管状の挿入部に一対の光路を有する一対の内視鏡対物光学系として構成されるとともに、前記着脱部の前記着脱口に装着された状態において、該一対の内視鏡対物光学系から出射した一対のアフォーカル光束が前記着脱部に備わる一対の結像光学系及び撮像素子と光学的に接続するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の手術用観察システム。

（２）前記顕微鏡対物ユニットは、前記対物光学系が、視差のある２光路に共通に配置された前記合焦光学系と視差のある２光路にそれぞれ配置された一対の前記変倍光学系とを有する一対の顕微鏡対物光学系として構成されるとともに、前記着脱部の前記着脱口に装着された状態において、該一対の顕微鏡対物光学系から出射した一対のアフォーカル光束が前記着脱部に備わる一対の結像光学系及び撮像素子と光学的に接続するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）のいずれかに記載の手術用観察システム。

（３）前記内視鏡対物ユニットは、前記対物光学系が、観察範囲の大きさが異なる一対の対物光学系として構成されるとともに、前記着脱部の前記着脱口に装着された状態において、該一対の対物光学系から出射した一対のアフォーカル光束が前記着脱部に備わる一対の結像光学系及び撮像素子と光学的に接続するように構成されていることを特徴とする請求項１〜２、請求項１〜２に従属する上記（２）のいずれかに記載の手術用観察システム。

（４）前記内視鏡対物ユニットに備わる前記観察範囲の大きさが異なる一対の対物光学系のうち、観察範囲の狭い対物光学系は、前記管状の挿入部を有する内視鏡対物光学系として構成されていることを特徴とする上記（３）に記載の手術用観察システム。

（５）前記観察範囲の広い対物光学系は、前記観察範囲の狭い内視鏡対物光学系における前記管状の挿入部先端を観察可能な画角を有し、且つ、該内視鏡対物ユニットにおける前記着脱部側近傍に設けられていることを特徴とする上記（４)に記載の手術用観察システム。

（６）前記内視鏡対物ユニットに備わる前記観察範囲の大きさが異なる一対の対物光学系は、前記管状の挿入部に１つの光路を備えてなる１つの光学系と、該管状の挿入部よりも着脱部側に配置された光路分割部材と、該光路分割部材を介して分割される一方の光路上に配置された、観察範囲を狭くする光学系とを備えて構成されていることを特徴とする上記（４）に記載の手術用観察システム。

（７）前記着脱部には、前記一対の結像光学系よりも物体側に、一対のアフォーカル変倍光学系を備えたことを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の手術用観察システム。

（８）前記顕微鏡対物ユニットが、滅菌カバーを着脱可能に備えたことを特徴とする請求項２に記載の手術用観察システム。

本発明は、例えば、脳神経外科等、手術の際に内視鏡観察と顕微鏡観察の両方の観察が必要な外科分野に有用である。

本発明の第１実施形態にかかる手術用観察システムの全体構成を示す模式図である。 図１の手術用観察システムの要部をなす着脱部の構成を示す説明図であり、(a)は内部の光学配置を示す上面図、(b)は(a)のＡ−Ａ断面図である。 図１の手術用観察システムの要部をなす顕微鏡対物ユニットの構成を示す説明図であり、(a)は一対の光路が示される位置でみた断面図、(b)は(a)のＢ−Ｂ断面図である。 図１の手術用観察システムの要部をなす内視鏡対物ユニットの構成を示す説明図であり、(a)は一対の光路が示される位置でみた断面図、(b)は(a)のＣ−Ｃ断面図である。 第１実施形態の手術用観察システムにおいて着脱可能な内視鏡対物ユニットと顕微鏡対物ユニットの出射画角及び出射瞳位置を示す説明図である。 第１実施形態の手術用観察システムを用いて実際に手術をする場合における菌の感染を防止する手段の一例を示す説明図である。 本発明の第２実施形態にかかる手術用観察システムにおける着脱部の構成を図２(b)と同じ側からみた断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる手術用観察システムにおける要部を示す説明図であり、(a)は内視鏡対物ユニットの概略構成を示す断面図、(b)は内視鏡対物ユニットを着脱部に装着した場合におけるそれぞれの対物光学系を介して得られた観察画像を表示装置５上に表示した状態を示す説明図である。 本発明の第４実施形態にかかる手術用観察システムにおける要部を示す説明図であり、(a)は内視鏡対物ユニットの概略構成を示す断面図、(b)は内視鏡対物ユニットを着脱部に装着した場合におけるそれぞれの対物光学系を介して得られた観察画像を表示装置５上に表示した状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 着脱部
１ａＬ，１ａＲ 結像レンズ
１ｂ プリズム
１ｃＬ，１ｃＲ 撮像素子
１ｅ 着脱口
１ｆ 固定ネジ
１ｇ，１ｈ メスコネクタ
１ｉ 外周部
１ｊＬ，１ｊＲ アフォーカル変倍光学系
２ 支持アーム
３ 顕微鏡対物ユニット
３ａ，３ｄ カバーガラス
３ｂ 合焦光学系
３ｂ１ レンズ
３ｃＬ，３ｃＲ 変倍光学系
３ｅ 合焦駆動用モータ
３ｆ 合焦駆動用ギア
３ｇ 変倍駆動用モータ
３ｈ 変倍駆動用ギア
３ｉ 一端部
３ｊ，３ｋ オスコネクタ
３Ｌ，３Ｒ 対物光学系
３ｊ，３ｋ オスコネクタ
４ 内視鏡対物ユニット
４ａ 管状の挿入部
４ａＬ，４ａＲ リレー光学系
４ｂＬ，４ｂＲ 平行四辺形プリズム
４ｃ カバーガラス
４ｄ 一端部
４ｅ 光路分割部材
４ｆ 観察範囲を狭くする光学系
４ｅ 光路偏向部材
４Ｌ，４Ｒ，４Ｌ’，４Ｒ’ 対物光学系
５ 表示装置
６ 照明光源
６ａ，６ｂ ライトガイド
７ 画像処理制御装置
７Ｌ，７Ｒ カメラコントロールユニット
８ 駆動制御装置
９ 滅菌用のドレープ
９ａ ドレープ部
９ｂ ドレープキャップ
９ｂ１ 開口部
９ｃ 滅菌用カバー
１０ ケーブル

Claims (3)

1. 内視鏡観察と顕微鏡観察とを切替え可能な観察装置と、前記観察装置を支持した状態で３次元方向に移動可能な支持アームを備えた手術用観察システムにおいて、
   前記観察装置は、管状の挿入部を有し且つ対物光学系を備えた内視鏡対物ユニットと、合焦光学系及び変倍光学系を有する対物光学系を備えた顕微鏡対物ユニットと、前記支持アームに設けられていて、前記内視鏡対物ユニットと前記顕微鏡対物ユニットとを互換性を持たせて着脱可能に構成された着脱口を備えた着脱部とを有して構成され、
   前記内視鏡対物ユニットと前記顕微鏡対物ユニットにそれぞれ備わる対物光学系は、前記着脱部側へ出射した光束がアフォーカル光束となるように構成され、
   前記着脱部は、一対の結像光学系及び撮像素子を備え、さらに、
   前記着脱部の前記着脱口に当該対物ユニットが装着された状態において、当該対物ユニットから出射したアフォーカル光束が前記結像光学系及び撮像素子と光学的に接続するように構成されていることを特徴とする手術用観察システム。
2. 前記支持アームは、前記着脱部における前記着脱口の外周に装着可能な開口部を備えた滅菌ドレープを着脱可能に備え、
   前記内視鏡対物ユニットと前記顕微鏡対物ユニットは、それぞれ、独立して滅菌手段を施すことができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の手術用観察システム。
3. 前記内視鏡対物ユニットに備わる対物光学系と、前記顕微鏡対物ユニットに備わる対物光学系は、出射瞳位置及び出射画角が略同一に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の手術用観察システム。

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