JP6456635B2 - 医療用観察装置および医療用観察システム - Google Patents

Description

本発明は、被観察体の微小部位を観察する医療用観察装置および医療用観察システムに関する。

従来、被観察体である患者の脳や心臓等における微小部位の手術を行う際に該微小部位を観察するための医療用観察システムとして、該微小部位を拡大する拡大光学系を備えた光学式の顕微鏡システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この顕微鏡システムを用いて手術を行う際、医師等の術者（ユーザ）は、接眼レンズを介して術部を観察しながら手術を行う。

図１０は、従来の光学式の顕微鏡システムを用いて術者が手術を行う状況を模式的に示す図である。図１０に示すように、術者４０１は、顕微鏡部５０１の接眼部５０２を介して患者４０２の術部を観察しながら手術を行う。このため、手術時間が長くなると、術者４０１の目への負担が大きくなるとともに、同じ姿勢を取り続けることによる術者４０１の身体への負担も大きくなる。

このような光学式の顕微鏡システムの問題を解決するための技術として、術部等の微小部位を撮像する撮像手段を備えたビデオ式の顕微鏡システムが知られている（例えば、特許文献２を参照）。図１１は、従来のビデオ式の顕微鏡システムを用いて手術を行う状況を模式的に示す図である。図１１に示すように、術者４０１は、撮像部６０１が撮像した患者４０２の術部の画像をモニタ６０２で観察しながら手術を行う。このようなビデオ式の顕微鏡システムによれば、光学式の顕微鏡システムと比較して、長時間の手術における術者の目および身体への負担を大幅に軽減することができる。

特開２００４−１１７５９６号公報 特開２００２−２７２７６０号公報

ところで、ビデオ式の顕微鏡システムの場合、光学式の顕微鏡システムとは異なり、術者がモニタを見る際の視野の妨げとなるものが少ないことが望ましい。しかしながら、例えば図１１に示す場合には、撮像部６０１が術者４０１とモニタ６０２との間に位置しており、術者４０１がモニタ６０２を見る際の妨げとなっている。図１１と同様の状況は、上述した特許文献２の図２等においても発生している。

このように、従来のビデオ式の顕微鏡システムにおいては、術者がモニタを見る際の視野を確保するための対策が十分に施されているとは言い難かった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被観察体を撮像して画像を表示する際、ユーザが表示された画像を観察するための視野を十分に確保することができる医療用観察装置および医療用観察システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る医療用観察装置は、被観察体の微小部位を拡大して撮像することによって撮像信号を出力する柱状の顕微鏡部と、前記顕微鏡部を該顕微鏡部の高さ方向と平行な第１軸のまわりに回動可能に保持する第１関節部、該第１関節部を保持し、前記顕微鏡部の高さ方向と異なる方向に延びる第１アーム部、該第１アーム部を前記第１軸と直交する第２軸のまわりに回動可能に保持する第２関節部、および該第２関節部を保持する第２アーム部を有する支持部と、を備え、前記第１および第２軸を通過する平面において、前記顕微鏡部の焦点位置を中心として該焦点位置からの距離が最大である前記第１関節部の端点を通過する円内に、前記顕微鏡部、前記第１および第２関節部、ならびに前記第１および第２アーム部の断面が含まれることを特徴とする。

本発明に係る医療用顕微鏡装置は、上記発明において、前記第２軸は、前記顕微鏡部および前記第１関節部からなる柱状部分の高さ方向の中心よりも前記第１関節部に近い側を通過することを特徴とする。

本発明に係る医療用顕微鏡装置は、上記発明において、前記支持部の内部に設けられ、前記顕微鏡部が出力した撮像信号を伝送する伝送手段をさらに備えたことを特徴とする。

本発明に係る医療用観察装置は、上記発明において、前記伝送手段は、前記第１関節部の内部を通過し、前記顕微鏡部が出力する撮像信号を伝送する複数の細線同軸ケーブルを有することを特徴とする。

本発明に係る医療用観察装置は、上記発明において、前記複数の細線同軸ケーブルの一部は、前記第１関節部の内部において、前記顕微鏡部の高さ方向の軸を通過する束状をなして延びることを特徴とする。

本発明に係る医療用観察装置は、上記発明において、前記複数の細線同軸ケーブルが束状をなして延びる部分の両端部をそれぞれ結束する２つの結束部をさらに備えたことを特徴とする。

本発明に係る医療用観察装置は、上記発明において、前記支持部の内部に設けられ、前記顕微鏡部が出力した撮像信号を光信号に変換して出力する光電変換手段をさらに備えたことを特徴とする。

本発明に係る医療用観察装置は、上記発明において、前記支持部の内部に設けられ、前記顕微鏡部が出力した撮像信号を伝送する伝送手段をさらに備え、前記伝送手段は、前記第１関節部の内部を通過し、各々の一端が前記顕微鏡部に接続されるとともに他端が前記光電変換手段に接続され、前記顕微鏡部が出力する撮像信号を前記光電変換手段に伝送する複数の細線同軸ケーブルを有することを特徴とする。

本発明に係る医療用観察装置は、上記発明において、前記光電変換手段は、前記第１アーム部の内部に配設されることを特徴とする。

本発明に係る医療用観察装置は、上記発明において、前記支持部の内部に設けられ、前記顕微鏡部が出力した撮像信号を伝送する伝送手段をさらに備え、前記伝送手段は、前記光電変換手段が変換した光信号を伝送する光ファイバをさらに有することを特徴とする。

本発明に係る医療用観察装置は、上記発明において、前記顕微鏡部の側面に設けられ、当該医療用観察装置に対する操作入力を受け付ける操作入力部をさらに備えたことを特徴とする。

本発明に係る医療用観察システムは、上記に記載の医療用観察装置と、前記顕微鏡部が出力した前記撮像信号に信号処理を施して表示用の画像データを生成する制御装置と、前記制御装置が生成した画像データに対応する画像を表示する表示装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、顕微鏡部の回転軸である第１軸および該第１軸に直交する軸であって第１アーム部の回転軸である第２軸を通過する平面において、顕微鏡部の焦点位置を中心として該焦点位置からの距離が最大である第１関節部の端点を通過する円内に、顕微鏡部、第１および第２関節部、ならびに第１および第２アーム部の断面が含まれるようにしたため、ユーザから見て、第１および第２アーム部ならびに第２関節部が、顕微鏡部および第１関節部の背後に隠れるように構成することができる。したがって、被観察体を撮像して画像を表示する際、ユーザが表示された画像を見るための視野を十分に確保することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る医療用観察システムの外観構成を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る医療用観察装置の顕微鏡部とその周辺の構成を示す拡大斜視図である。 図３は、図２の矢視Ａ方向の部分断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る医療用観察装置の先端部の特徴を説明する模式図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る医療用観察装置の顕微鏡部をユーザが操作する状況を模式的に示す図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係る医療用観察システムを用いて行われる手術の状況を模式的に示す図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係る医療用観察装置の要部の構成を示す部分断面図である。 図８は、本発明の実施の形態３に係る医療用観察システムが備える観察装置の要部の構成を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態４に係る医療用観察システムが備える観察装置の要部の構成を示す部分断面図である。 図１０は、従来の光学式の顕微鏡システムを用いて術者が手術を行う状況を模式的に示す図である。 図１１は、従来のビデオ式の顕微鏡システムを用いて術者が手術を行う状況を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、図面はあくまで模式的なものであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る医療用観察システムの構成を示す図である。同図に示す医療用観察システム１は、被観察体の微細構造を拡大して撮像する顕微鏡としての機能を有する医療用観察装置（以下、観察装置という）２と、医療用観察システム１の動作を統括して制御する制御装置３と、観察装置２が撮像した画像を表示する表示装置４とを備える。

観察装置２は、床面上を移動可能なベース部５と、ベース部５に支持される支持部６と、支持部６の先端に設けられて被観察体の微小部位を拡大して撮像する柱状の顕微鏡部７と、を備える。

支持部６は、第１関節部１１、第１アーム部２１、第２関節部１２、第２アーム部２２、第３関節部１３、第３アーム部２３、第４関節部１４、第４アーム部２４、第５関節部１５、第５アーム部２５、および第６関節部１６を有する。

支持部６は、２つのアーム部および２つのアーム部の一方（先端側）を他方（基端側）に対して回動可能に連結する関節部からなる組を４組有する。この４組は、具体的には、（第１アーム部２１、第２関節部１２、第２アーム部２２）、（第２アーム部２２、第３関節部１３、第３アーム部２３）、（第３アーム部２３、第４関節部１４、第４アーム部２４）、（第４アーム部２４、第５関節部１５、第５アーム部２５）である。

第１関節部１１は、先端側で顕微鏡部７を回動可能に保持するとともに、基端側で第１アーム部２１の先端部に固定された状態で第１アーム部２１に保持される。第１関節部１１は円筒状をなし、高さ方向の中心軸である第１軸Ｏ₁のまわりに回動可能に顕微鏡部７を保持する。第１アーム部２１は、第１関節部１１の側面から第１軸Ｏ₁と直交する方向に延びる形状をなす。第１関節部１１のより詳細な構成は、後述する。

第２関節部１２は、先端側で第１アーム部２１を回動可能に保持するとともに、基端側で第２アーム部２２の先端部に固定された状態で第２アーム部２２に保持される。第２関節部１２は円筒状をなしており、高さ方向の中心軸であって第１軸Ｏ₁と直交する軸である第２軸Ｏ₂のまわりに回動可能に第１アーム部２１を保持する。第２アーム部２２は略Ｌ字状をなし、Ｌ字の縦線部分の端部で第２関節部１２に連結する。

第３関節部１３は、先端側で第２アーム部２２のＬ字の横線部分を回動可能に保持するとともに、基端側で第３アーム部２３の先端部に固定された状態で第３アーム部２３に保持される。第３関節部１３は、円筒状をなしており、高さ方向の中心軸であって第２軸Ｏ₂と直交する軸であり、かつ第２アーム部２２が延びる方向と平行な軸である第３軸Ｏ₃のまわりに回動可能に第２アーム部２２を保持する。第３アーム部２３は先端側が円筒状をなしており、基端側に先端側の円筒の高さ方向と直交する方向に貫通する孔部が形成されている。第３関節部１３は、この孔部を介して第４関節部１４に回動可能に保持される。

第４関節部１４は、先端側で第３アーム部２３を回動可能に保持するとともに、基端側で第４アーム部２４に固定された状態で第４アーム部２４に保持される。第４関節部１４は円筒状をなしており、高さ方向の中心軸であって第３軸Ｏ₃と直交する軸である第４軸Ｏ₄のまわりに回動可能に第３アーム部２３を保持する。

第５関節部１５は、先端側で第４アーム部２４を回動可能に保持するとともに、基端側で第５アーム部２５に固定して取り付けられる。第５関節部１５は円筒状をなしており、高さ方向の中心軸であって第４軸Ｏ₄と平行な軸である第５軸Ｏ₅のまわりに第４アーム部２４を回動可能に保持する。第５アーム部２５は、Ｌ字状をなす部分と、Ｌ字の横線部分から下方へ延びる棒状の部分とからなる。第５関節部１５は、基端側で第５アーム部２５のＬ字の縦線部分の端部に取り付けられる。

第６関節部１６は、先端側で第５アーム部２５を回動可能に保持するとともに、基端側でベース部５の上面に固定して取り付けられる。第６関節部１６は円筒状をなしており、高さ方向の中心軸であって第５軸Ｏ₅と直交する軸である第６軸Ｏ₆のまわりに第５アーム部２５を回動可能に保持する。第６関節部１６の先端側には、第５アーム部２５の棒状の部分の基端部が取り付けられる。

以上説明した構成を有する支持部６は、顕微鏡部７における並進３自由度および回転３自由度の計６自由度の動きを実現する。

第１関節部１１〜第６関節部１６は、顕微鏡部７および第１アーム部２１〜第５アーム部２５の回動をそれぞれ禁止する電磁ブレーキを有する。各電磁ブレーキは、顕微鏡部７に設けられるアーム操作スイッチ７３（後述）が押下された状態で解除され、顕微鏡部７および第１アーム部２１〜第５アーム部２５の回動を許容する。なお、電磁ブレーキの代わりにエアブレーキを適用してもよい。

図２は、観察装置２の顕微鏡部７とその周辺の構成を示す拡大斜視図である。図３は、図２の矢視Ａ方向の部分断面図である。以下、図２および図３を参照して、顕微鏡部７の構成を説明する。

顕微鏡部７は、円筒状をなす筒状部７１と、筒状部７１の中空部に設けられ、被観察体の像を拡大して撮像する撮像部７２と、第１関節部１１〜第６関節部１６における電磁ブレーキを解除して各関節部の回動を許容する操作入力を受け付けるアーム操作スイッチ７３と、撮像部７２における拡大倍率および被観察体までの焦点距離を変更可能な十字レバー７４と、撮像部７２の上部の周囲に形成され、第１関節部１１に嵌入される上カバー７５と、上カバー７５から第１軸Ｏ₁に沿って延びる中空円筒状の軸部７６とを有する。

筒状部７１は、第１関節部１１よりも径が小さい円筒状をなしており、下端部の開口面には、撮像部７２を保護するカバーガラスが設けられている（図示せず）。なお、筒状部７１の形状は円筒状に限られるわけではなく、例えば高さ方向と直交する断面が楕円または多角形であるような筒状をなしていてもよい。

撮像部７２は、光軸が第１軸Ｏ₁と一致するようにそれぞれ配置される複数のレンズを有し、被観察体からの光を集光して結像する光学系７２１と、光学系７２１が集光した光を受光して光電変換することによって撮像信号をそれぞれ生成する２つの撮像素子７２２、７２３とを有する。なお、図２では、光学系７２１が有する複数のレンズを収容する筒状の筐体のみを記載している。

光学系７２１は、十字レバー７４の操作に応じて被観察体像の拡大倍率および被観察体までの焦点距離を変更可能である。

撮像素子７２２、７２３は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を用いてそれぞれ構成される。撮像素子７２２、７２３は、３次元画像生成用の撮像信号として、互いに視差を有する２つの撮像信号を生成する。これらの撮像信号は、デジタル信号として撮像素子７２２、７２３からそれぞれ出力される。

アーム操作スイッチ７３は、押しボタン式のスイッチである。ユーザがアーム操作スイッチ７３を押下している間、第１関節部１１〜第６関節部１６の電磁ブレーキが解除される。アーム操作スイッチ７３は、顕微鏡部７の操作時にユーザが向かい合う側面と反対側の側面、換言すると顕微鏡部７の操作時にユーザの死角となる側面に設けられる。アーム操作スイッチ７３は、観察装置２に対する操作入力を受け付ける操作入力部の一部をなす。

十字レバー７４は、筒状部７１の高さ方向および該高さ方向と直交する周方向に沿って操作可能である。十字レバー７４は、筒状部７１の側面であって筒状部７１の高さ方向に沿ってアーム操作スイッチ７３の下方の側面に設けられる。十字レバー７４も、アーム操作スイッチ７３と同様に、観察装置２に対する操作入力を受け付ける操作入力部の一部をなす。

図２に示す位置から筒状部７１の高さ方向に沿って十字レバー７４を操作すると拡大倍率が変更され、図２に示す位置から筒状部７１の周方向に沿って十字レバー７４を操作すると被観察体までの焦点距離が変更される。例えば、筒状部７１の高さ方向に沿って十字レバー７４を上方へ動かすと拡大倍率が大きくなり、筒状部７１の高さ方向に沿って十字レバー７４を下方へ動かすと拡大倍率が小さくなる。また、筒状部７１の周方向に沿って十字レバー７４を時計回りに動かすと被観察体までの焦点距離が遠くなり、筒状部７１の周方向に沿って十字レバー７４を反時計回りに動かすと被観察体までの焦点距離が近くなる。なお、十字レバー７４の移動方向と操作の割り当ては、ここで説明したものに限られるわけではない。

上カバー７５は、円筒部７５１と、円筒部７５１の上端部に設けられ、円筒部７５１と同径の中空円盤部７５２とを有する。中空円盤部７５２には、第１軸Ｏ₁に沿って延び、中空円盤部７５２の中空部７５２ａと連通する中空部７６ａが形成された円筒状の軸部７６が取り付けられる。

次に、図３を参照して、第１関節部１１の要部の構成を説明する。第１関節部１１は、上端部が有底の円筒状をなし、顕微鏡部７の上カバー７５を内周に嵌入する外郭１１１と、顕微鏡部７の軸部７６を回動可能に軸支する軸支部１１２と、外郭１１１に固定され、軸支部１１２の外周を固定して保持する保持部１１３とを有する。外郭１１１は第１アーム部２１の外郭２１１に固定して接続される。外郭１１１の外郭２１１との接続部分には、貫通孔１１１ａが形成されている。この貫通孔１１１ａは、外郭２１１に形成された貫通孔２１１ａと連通している。なお、図３では、電磁ブレーキ等の構成を省略している。

図４は、観察装置２の先端部の特徴を説明する模式図である。図４は、第１軸Ｏ₁および第２軸Ｏ₂を通過する平面を表している。ここで、観察装置２の先端部は、顕微鏡部７、第１関節部１１、第１アーム部２１、第２関節部１２、および第２アーム部２２からなる。観察装置２の先端部は、第１軸Ｏ₁および第２軸Ｏ₂を通過する平面上で見たとき、顕微鏡部７の焦点位置Ｏを中心として焦点位置Ｏからの距離が最大である第１関節部１１の端点Ｅ₁、Ｅ₂を通過する円Ｃの内部に、その先端部の断面が含まれる形状をなす。なお、顕微鏡部７の焦点位置Ｏは、可変であっても固定であってもよい。焦点位置Ｏが可変である場合、観察装置２の先端部は、変更可能な範囲における任意の焦点位置を中心として該焦点位置からの距離が最大である第１関節部１１の端点Ｅ₁、Ｅ₂を通過する円の内部に含まれる。

また、観察装置２の先端部において、第２軸Ｏ₂は、顕微鏡部７および第１関節部１１からなる柱状部分の高さ方向の中心位置よりも第１関節部１１に近い側を通過する。図３および図４では、柱状部分の高さをＨとしている。高さ方向の中心位置は、顕微鏡部７の下端からの距離がＨ／２の位置である。なお、図３および図４では、高さ方向の中心位置が顕微鏡部７と第１関節部１１の外周面における境界に位置しているが、これはあくまでも一例に過ぎない。

図５は、ユーザが顕微鏡部７を操作する状況を模式的に示す図である。ユーザは、筒状部７１の側面のうち、アーム操作スイッチ７３が設けられる側面（図５の右側面）と反対側の側面（図５の左側面）に対向して顕微鏡部７を操作する。この際、ユーザは、顕微鏡部７を右手１０１で把持した状態で、アーム操作スイッチ７３を人差し指（または中指または薬指）で押下しながら支持部６を操作する。

観察装置２の先端部は、図４を参照して説明した形状の特徴を有しているため、ユーザが顕微鏡部７を操作する場合、第１アーム部２１、第２関節部１２および第２アーム部２２の先端部が常にユーザから見て顕微鏡部７および第１関節部１１の背後に位置することとなり、ユーザの視野に入りにくくなる。したがって、観察装置２の先端部がユーザの視野に占める割合を小さくして、ユーザの視野の妨げとなるのを防止することができる。

観察装置２では、ユーザが顕微鏡部７を自然に握ったままアーム操作スイッチ７３を押下して支持部６を操作することができる。特に、アーム操作スイッチ７３が、顕微鏡部７の側面のうちユーザの死角となる側面（ユーザが向い合う側面と反対側の側面）に設けられるため、ユーザは顕微鏡部７を手で握った状態で、顕微鏡部７を回転したり傾斜させたりしても、アーム操作スイッチ７３を押し続ける操作や、アーム操作スイッチ７３を押したり離したりする操作を違和感なく行うことができる。

また、観察装置２では、アーム操作スイッチ７３を備えたグリップ部を別に設ける必要がなく、顕微鏡部７を小型に構成できるため、ユーザの視界を十分に確保することができる。

さらに、観察装置２では、ユーザが顕微鏡部７の周囲を手で握るため、光学系７２１の光軸の位置すなわち撮像視野の方向を直感的に認識することができ、顕微鏡部７を所望の位置へ容易に移動させることができ、操作性に優れている。

次に、撮像部７２が出力する撮像信号を伝送する構成について、図３を参照して説明する。撮像素子７２２、７２３からは、撮像信号を伝送する伝送手段である複数の細線同軸ケーブルがそれぞれ延びており、全体でケーブル群８１を構成している。ケーブル群８１は、軸部７６の中空部７６ａを通過する。ケーブル群８１は、軸部７６の両端側の外部で結束部８２、８３によってそれぞれ結束されている。このため、ケーブル群８１は、結束部８２と結束部８３との間で束状をなす。ケーブル群８１の束状部分は、第１軸Ｏ₁を通過する。また、ケーブル群８１は、外郭１１１の貫通孔１１１ａおよび外郭２１１の貫通孔２１１ａを介して、第１関節部１１から第１アーム部２１に延びる。

このように、ケーブル群８１を２つの結束部８２、８３によって結束することにより、結束された束状部分では、顕微鏡部７の第１関節部１１（第１アーム部２１）に対する回動に起因するねじれの発生が抑制される。

引き続き、医療用観察システム１の構成を説明する。
制御装置３は、観察装置２が出力した撮像信号を受信し、この撮像信号に所定の信号処理を施すことによって表示用の３次元画像データを生成する。制御装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を用いて構成される。なお、制御装置３をベース部５の内部に設置して観察装置２と一体化してもよい。

表示装置４は、制御装置３が生成した３次元画像データを制御装置３から受信し、該３次元画像データに対応する３次元画像を表示する。このような表示装置４は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）からなる表示パネルを備える。

次に、以上の構成を有する医療用観察システム１を用いて行われる手術の概要を説明する。図６は、医療用観察システム１を用いた手術の状況を模式的に示す図である。具体的には、図６は、ユーザである術者２０１が被観察体である患者２０２の頭部を手術している状況を模式的に示す図である。術者２０１は、３次元画像用の眼鏡３０１を装着して表示装置４が表示する３次元画像を目視しながら、顕微鏡部７のアーム操作スイッチ７３を押下した状態で顕微鏡部７を把持して所望の位置まで移動させ、顕微鏡部７の撮像視野を決定した後、アーム操作スイッチ７３から指を離す。これにより、第１関節部１１〜第６関節部１６では電磁ブレーキが動作し、顕微鏡部７の撮像視野が固定される。その後、術者２０１は、拡大倍率および被観察体までの焦点距離の調整等を行う。表示装置４は３次元画像を表示するため、術者２０１は３次元画像を通して術部を立体的に把握することができる。

術者２０１が顕微鏡部７を把持しやすく、かつ術者２０１が表示装置４または患者２０２の術部を見る際の視界の妨げとならないようにするには、例えば筒状部７１の外径が４０〜７０ｍｍ程度であり、顕微鏡部７の焦点位置Ｏと顕微鏡部７の下端との距離が１５０〜６００ｍｍ程度であり、顕微鏡部７と第１関節部１１を合わせた高さが１００〜２２０ｍｍ程度であればより好ましい。

以上説明した本発明の実施の形態１によれば、第１軸Ｏ₁および第２軸Ｏ₂を通過する平面において、顕微鏡部７の焦点位置Ｏを中心として該焦点位置Ｏからの距離が最大である第１関節部１１の端点Ｅ₁、Ｅ₂を通過する円Ｃ内に、顕微鏡部７、第１関節部１１、第１アーム部２１、第２関節部１２、および第２アーム部２２の断面が含まれるようにしたため、ユーザから見て、第１アーム部２１、第２関節部１２、および第２アーム部２２が、顕微鏡部７および第１関節部１１の背後に隠れるように構成することができる。したがって、被観察体を撮像して画像を表示する際、ユーザが表示された画像を見るための視野を十分に確保することができる。

また、本実施の形態１によれば、第２軸Ｏ₂は、顕微鏡部７および第１関節部１１からなる柱状部分の高さ方向の中心よりも第１関節部１１に近い側を通過するため、先端部を大きくすることなく、ユーザが把持する部分を十分に確保することができる。したがって、操作性に優れて小型化を実現する上でも好適な先端部の形状を有する観察装置２を提供することができる。

また、本実施の形態１によれば、ケーブル群８１の一部が束状をなして第１軸Ｏ₁を通過するようにしたため、この部分では顕微鏡部７の第１関節部１１に対する回動に起因するねじれの発生を抑制することができる。特に、２つの結束部８２、８３を用いて束状部分を形成した場合、束状部分にはねじれがほとんど発生しなくなる。

また、本実施の形態１によれば、ケーブル群８１が支持部６の内部に配設されているため、ケーブル群８１が支持部６の外部を引き回される場合と比較して、ユーザの視界の妨げにならず、ユーザの視界を十分に広く確保することができる。ところで、本実施の形態１において、観察装置２の滅菌状態を保持するために、観察装置２の表面を覆うように滅菌ドレープを設けることも考えられる。滅菌ドレープを適用する場合には、ケーブル群８１が支持部６の外部に露出していると、観察装置２の各部の外径がさらに大きくなり、ユーザと表示装置４との間の視野の妨げとなってユーザによる観察を困難にしてしまう。これに対して、本実施の形態１では、ケーブル群８１が支持部６の内部に配設されているため、滅菌ドレープを適用する場合であっても、ユーザの視野を十分に確保することができる。

また、本実施の形態１によれば、ユーザは顕微鏡部７を手で握って把持するため、光学系７２１の光軸の方向または顕微鏡部７の撮像視野を直感的に認識することができ、顕微鏡部７を所望の位置へ容易に移動させることができる。この点は、従来の手術用顕微鏡のように、操作信号入力用のスイッチが設けられたグリップが光学系の光軸から離れていて光軸方向を直感的に認識することができない場合と比較して、非常に有利な効果の１つである。

また、本実施の形態１によれば、支持部６を複数のアーム部と関節部を連結して構成しているため、従来のようなリンク機構と比べて簡易な構成で顕微鏡部７の多様な動きを実現することができる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る医療用観察システムが備える観察装置の要部の構成を示す図である。より具体的には、図７は、本実施の形態２に係る医療用観察システムが備える観察装置２Ａの要部の構成を示す図である。図７に示す以外の医療用観察システムの構成は、実施の形態１で説明した医療用観察システム１の構成と同様である。

観察装置２Ａでは、ケーブル群８１が、第１関節部１１の内部に設けられるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）基板８４に接続される。ＦＰＧＡ基板８４は、第１関節部１１の内部で、フレキシブル基板８５を介して光電複合モジュール８６に接続される。

光電複合モジュール８６は、ケーブル群８１を介して伝送されてきた撮像信号を光信号に変換して出力する光電変換素子を備える。また、光電複合モジュール８６は、制御信号や電力供給用の信号等の電気信号を中継する。このような光電複合モジュール８６は、円筒状をなし、先端側の底面にフレキシブル基板８５を接続するための接続部が設けられる。また、光電複合モジュール８６は、フレキシブル基板８５を介して伝送されてきた撮像信号を光信号に変換して出力する光電変換素子を実装した基板と、制御用および電力用の電気信号を中継するための基板とを有する。これらの基板は、円筒状のカバー部材の内部に収納される。なお、光電複合モジュール８６のカバー部材の形状は円筒状に限られるわけではなく、例えば高さ方向と直交する断面が楕円または多角形であるような筒状をなしていてもよい。

ＦＰＧＡ基板８４、フレキシブル基板８５および光電複合モジュール８６は、顕微鏡部７が出力した撮像信号を光信号に変換して出力する光電変換手段としての機能を有する。

光電複合モジュール８６の基端側には、光信号および電気信号を伝送する伝送手段である複合ケーブル８７の一端（先端）が接続される。複合ケーブル８７は、外郭１１１の貫通孔１１１ａおよび外郭２１１の貫通孔２１１ａ（図３を参照）を介して第１関節部１１から第１アーム部２１に延びる。複合ケーブル８７は、第１アーム部２１〜第５アーム部２５の内部に配設され、その他端（基端）は制御装置３に接続される。複合ケーブル８７は、１または複数の光ファイバが中心軸上に配置され、その周辺に複数のメタル線が配置されている。光ファイバは、光電複合モジュール８６の光電変換素子を実装した基板に接続され、撮像信号を光電変換した光信号を伝送する。一方、メタル線は、光電複合モジュール８６の電気信号中継用の基板に接続され、制御用および電力用の電気信号を伝送する。メタル線における信号伝送時の電圧降下を抑制するためには、メタル線の径をできるだけ太くするのが好ましい。

以上説明した本発明の実施の形態２によれば、実施の形態１と同様、被観察体を撮像して画像を表示する際、ユーザが表示された画像を見るための視野を十分に確保することができる。

また、本実施の形態２によれば、第１関節部１１の内部に、顕微鏡部７が出力した撮像信号を光信号に変換して出力する光電変換手段（ＦＰＧＡ基板８４、フレキシブル基板８５、光電複合モジュール８６を含む）を設けたため、光信号を用いることによって信号の劣化やなまりを防止するとともに不要輻射を抑制した大容量のデータ伝送が可能となる。したがって、撮像素子７２２、７２３の高画素化（細密化）にも対応することができる。

また、本実施の形態２によれば、光電変換手段を顕微鏡部７に最も近い第１関節部１１の内部に設けたため、電気信号の伝送による信号品質の劣化を最小限に抑えることができる。

また、本実施の形態２によれば、従来のメタル線より細径の複数の細線同軸ケーブルからなるケーブル群８１によって電気信号を伝送するようにしたので、従来のメタル線を使用する場合よりも先端部を小型化することができる。

また、本実施の形態２によれば、光信号を伝送する複合ケーブル８７が支持部６の内部に配設されているため、複合ケーブル８７が支持部６の外部を引き回される場合と比較して、ユーザの視界の妨げにならず、ユーザの視界を十分に広く確保することができる。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る医療用観察システムが備える観察装置の要部の構成を示す図である。より具体的には、図８は、本実施の形態３に係る医療用観察システムが備える観察装置２Ｂの要部の構成を示す図である。図８に示す以外の医療用観察システムの構成は、実施の形態１で説明した医療用観察システム１の構成と同様である。

観察装置２Ｂでは、ケーブル群８１が、第１アーム部２１の内部に設けられるＦＰＧＡ基板８４に接続される。ＦＰＧＡ基板８４は、第１アーム部２１の内部で、フレキシブル基板８５を介して光電複合モジュール８６に接続される。光電複合モジュール８６の基端側には、光信号および電気信号を伝送する伝送手段である複合ケーブル８７の一端（先端）が接続される。複合ケーブル８７は、第２アーム部２２〜第５アーム部２５の内部に配設され、その他端（基端）は制御装置３に接続される。

以上説明した本発明の実施の形態３によれば、実施の形態１と同様、被観察体を撮像して画像を表示する際、ユーザが表示された画像を見るための視野を十分に確保することができる。

また、本実施の形態３によれば、顕微鏡部７の撮像部７２と光電複合モジュール８６との間を複数の細線同軸ケーブルからなるケーブル群８１によって接続して電気信号を伝送するようにしたので、従来のメタル線を使用する場合と比較して、先端部を小型化することができる。

また、本実施の形態３によれば、第１アーム部２１の内部に、顕微鏡部７が出力した撮像信号を光信号に変換して出力する光電変換手段（ＦＰＧＡ基板８４、フレキシブル基板８５、光電複合モジュール８６を含む）を設けたため、光信号を用いた大容量のデータ伝送が可能となり、撮像素子７２２、７２３の高画素化（細密化）にも対応することができる。加えて、本実施の形態３によれば、第１関節部１１に光電変換手段を設けないため、図４を用いて説明した形状を満たす範囲で第１関節部１１をさらに小型化することができる。

（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４に係る医療用観察システムが備える観察装置の要部の構成を示す部分断面図である。より具体的には、図９は、本実施の形態４に係る医療用観察システムが備える観察装置の要部の構成を示す図である。図９に示す以外の医療用観察システムの構成は、実施の形態１で説明した医療用観察システム１の構成と同様である。

以下、図９を参照して、観察装置２Ｃが有する第１アーム部２１、第２関節部１２および第２アーム部２２の要部の構成を説明する。

観察装置２Ｃでは、第１関節部１１から第１アーム部２１に延びてきた複数の細線同軸ケーブルからなるケーブル群８１が、第１アーム部２１から第２関節部１２を介して第２アーム部２２の内部まで伸びる。第１アーム部２１は、第１関節部１１に固定して取り付けられる外郭２１１と、外郭２１１の基端側で第２軸Ｏ₂に沿って延び、外郭２１１の基端部に形成された中空部２１１ｂに連通する中空部２１２ａが形成された中空円筒状の軸部２１２とを有する。

第２関節部１２は、軸部２１２を回動可能に軸支する２つの軸支部１２１、１２２と、第２アーム部２２の外郭２２１に固定して取り付けられ、軸支部１２１、１２２の外周を固定して保持する保持部１２３と、を有する。なお、図７では、第２関節部１２が有する電磁ブレーキ等の構成を省略している。

ケーブル群８１は、第１アーム部２１の中空部２１２ａを通過して第２アーム部２２の内部へ延びる。ケーブル群８１は、軸部２１２の両端側の外部で結束部８８、８９によってそれぞれ結束されている。ケーブル群８１は、結束部８８と結束部８９との間で束状をなす。ケーブル群８１の束状部分は、第２軸Ｏ₂を通過する。

このように、ケーブル群８１を２つの結束部８８、８９によって結束することにより、結束された束状部分では、第１アーム部２１の第２関節部１２（第２アーム部２２）に対する回動に起因するケーブル群８１のねじれの発生が抑制される。

ケーブル群８１を構成する各細線同軸ケーブルは、第２アーム部２２の内部で結束部８９よりも基端側に配設されるＦＰＧＡ基板８４の電極に接続される。ＦＰＧＡ基板８４は、フレキシブル基板８５を介して光電複合モジュール８６に接続される。光電複合モジュール８６が撮像信号を変換した光信号は、複合ケーブル８７を介して制御装置３へ伝送される。本実施の形態４においても、ＦＰＧＡ基板８４、フレキシブル基板８５および光電複合モジュール８６が光電変換手段としての機能を有する。

以上説明した本発明の実施の形態４によれば、実施の形態１と同様、被観察体を撮像して画像を表示する際、ユーザが表示された画像を見るための視野を十分に確保することができる。

また、本実施の形態４によれば、第２アーム部２２の内部に、顕微鏡部７が出力した撮像信号を光信号に変換して出力する光電変換手段（ＦＰＧＡ基板８４、フレキシブル基板８５、光電複合モジュール８６を含む）を設けたため、光信号を用いた大容量のデータ伝送が可能となり、撮像素子７２２、７２３の高画素化（細密化）にも対応することができる。加えて、本実施の形態４によれば、第１関節部１１に光電変換手段を設けないため、図４を用いて説明した形状を満たす範囲で第１関節部１１をさらに小型化することができる。

また、本実施の形態４によれば、ケーブル群８１の一部が束状をなして第２軸Ｏ₂を通過するようにしたため、この部分では第１アーム部２１の第２関節部１２（第２アーム部２２）に対する回動に起因するねじれの発生を抑制することができる。特に、２つの結束部８８、８９を用いて束状部分を構成した場合、束状部分にはねじれがほとんど発生しなくなる。

また、本実施の形態４によれば、第１アーム部２１に光電変換手段を設けないため、第１アーム部２１を実施の形態３よりも短くすることができ、さらなる小型化を実現することができる。

（その他の実施の形態）
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態１〜４によってのみ限定されるべきものではない。例えば、撮像素子７２２、７２３にそれぞれ接続する２つの光電複合モジュール８６を支持部６の内部に配設してもよい。この場合には、２つの光電複合モジュール８６を第１アーム部２１または第２アーム部２２が延びる方向に沿って並べて配置してもよいし、第１アーム部２１または第２アーム部２２が延びる方向と直交する方向に並列に配置してもよい。

また、光電複合モジュール８６を第３アーム部２３〜第５アーム部２５のいずれかに配設してもよい。この場合には、顕微鏡部７の近くに位置する第１アーム部２１および第２アーム部２２を一段と小型化することが可能となる。なお、この場合には、複数の細線同軸ケーブルが通過する関節部に対して、実施の形態１等で説明した束状部分を形成することが望ましい。

また、ＦＰＧＡ基板８４、フレキシブル基板８５および光電複合モジュール８６を一体化することによって光電変換手段を構成してもよい。

また、支持部６は、２つのアーム部および該２つのアーム部の一方を他方に対して回動可能に連結する関節部からなる組を少なくとも１組有していればよい。

また、撮像部７２は、撮像素子を１つまたは３つ以上有する構成としてもよい。このうち、撮像部７２が撮像素子を１つだけ有する場合、表示装置４は２次元画像を表示することとなる。

また、筒状部７１に設ける操作入力部は上述したものに限られるわけではない。例えば、拡大倍率変更用の操作部と、被観察体までの焦点距離変更用の操作部とを別に設けてもよい。

また、医療用観察装置を、設置場所の天井から吊り下げて配置する構成としてもよい。

このように、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、さまざまな実施の形態等を含み得るものである。

（付記）
被観察体の微小部位を拡大して撮像する柱状の顕微鏡部と、
前記顕微鏡部に接続される第１関節部を有し、前記顕微鏡部を移動可能に支持する支持部と、
前記支持部のうち前記第１関節部よりも基端側の部分の内部に配設され、前記顕微鏡部が出力した撮像信号を光信号に変換して出力する光電変換手段と、
を備えたことを特徴とする医療用観察装置。

１ 医療用観察システム
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、９ 医療用観察装置
３ 制御装置
４ 表示装置
５ ベース部
６ 支持部
７、５０１ 顕微鏡部
１１ 第１関節部
１２ 第２関節部
１３ 第３関節部
１４ 第４関節部
１５ 第５関節部
１６ 第６関節部
２１ 第１アーム部
２２ 第２アーム部
２３ 第３アーム部
２４ 第４アーム部
２５ 第５アーム部
７１ 筒状部
７２ 撮像部
７３ アーム操作スイッチ
７４ 十字レバー
７５ 上カバー
７６、２１２ 軸部
７６ａ、２１１ｂ、２１２ａ、７５２ａ 中空部
８１ ケーブル群
８２、８３、８８、８９ 結束部
８４ ＦＰＧＡ基板
８５ フレキシブル基板
８６ 光電複合モジュール
８７ 複合ケーブル
１１１、２１１、２２１ 外郭
１１１ａ、２１１ａ 貫通孔
１１２、１２１、１２２ 軸支部
１１３、１２３ 保持部
５０２ 接眼部
６０１ 撮像部
６０２ モニタ
７２１ 光学系
７２２、７２３ 撮像素子
７５１ 円筒部
７５２ 中空円盤部

Claims (11)

1. 被観察体の微小部位を拡大して撮像することによって撮像信号を出力する柱状の顕微鏡部と、
   前記顕微鏡部を該顕微鏡部の高さ方向と平行な第１軸のまわりに回動可能に保持する第１関節部、該第１関節部を保持し、前記顕微鏡部の高さ方向と異なる方向に延びる第１アーム部、該第１アーム部を前記第１軸と直交する第２軸のまわりに回動可能に保持する第２関節部、および該第２関節部を保持し、前記第２軸と直交する方向に延びる第２アーム部を有する支持部と、
   前記支持部の内部に設けられ、前記顕微鏡部が出力した撮像信号を光信号に変換して出力する光電変換手段と、
   を備え、
   前記第１軸および前記第２アーム部を前記第２軸と直交する平面に投影したときに前記第２アーム部の延びる方向が前記第１軸と直交する場合、前記第１および第２軸を通過する平面において、前記顕微鏡部の焦点位置を中心として該焦点位置からの距離が最大である前記第１関節部の端点を通過する円内に、前記顕微鏡部、前記第１および第２関節部、ならびに前記第１および第２アーム部の断面が含まれることを特徴とする医療用観察装置。
2. 前記第２軸は、前記顕微鏡部および前記第１関節部からなる柱状部分の高さ方向の中心よりも前記第１関節部に近い側を通過することを特徴とする請求項１に記載の医療用観察装置。
3. 前記支持部の内部に設けられ、前記顕微鏡部が出力した撮像信号を伝送する伝送手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の医療用観察装置。
4. 前記伝送手段は、前記第１関節部の内部を通過し、前記顕微鏡部が出力する撮像信号を伝送する複数の細線同軸ケーブルを有することを特徴とする請求項３に記載の医療用観察装置。
5. 前記複数の細線同軸ケーブルの一部は、前記第１関節部の内部において、前記顕微鏡部の高さ方向の軸を通過する束状をなして延びることを特徴とする請求項４に記載の医療用観察装置。
6. 前記複数の細線同軸ケーブルが束状をなして延びる部分の両端部をそれぞれ結束する２つの結束部をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の医療用観察装置。
7. 前記支持部の内部に設けられ、前記顕微鏡部が出力した撮像信号を伝送する伝送手段をさらに備え、
   前記伝送手段は、前記第１関節部の内部を通過し、各々の一端が前記顕微鏡部に接続されるとともに他端が前記光電変換手段に接続され、前記顕微鏡部が出力する撮像信号を前記光電変換手段に伝送する複数の細線同軸ケーブルを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の医療用観察装置。
8. 前記光電変換手段は、
   前記第１アーム部の内部に配設されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の医療用観察装置。
9. 前記支持部の内部に設けられ、前記顕微鏡部が出力した撮像信号を伝送する伝送手段をさらに備え、
   前記伝送手段は、前記光電変換手段が変換した光信号を伝送する光ファイバをさらに有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の医療用観察装置。
10. 前記顕微鏡部の側面に設けられ、当該医療用観察装置に対する操作入力を受け付ける操作入力部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の医療用観察装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の医療用観察装置と、
    前記顕微鏡部が出力した前記撮像信号に信号処理を施して表示用の画像データを生成する制御装置と、
    前記制御装置が生成した画像データに対応する画像を表示する表示装置と、
    を備えたことを特徴とする医療用観察システム。
    

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