JP6619996B2

JP6619996B2 - 手術用立体観察装置

Info

Publication number: JP6619996B2
Application number: JP2015228401A
Authority: JP
Inventors: 勝之中村
Original assignee: Mitaka Kohki Co Ltd
Current assignee: Mitaka Kohki Co Ltd
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2035-11-24
Also published as: CN106886087A; CN106886087B; US10527833B2; US20170146780A1; JP2017093773A

Description

本発明は手術用立体観察装置に関するものである。

脳神経外科等においてドクターが術野を拡大観察しながら手術する場合、一般的には手術顕微鏡が用いられる。ドクターは手術顕微鏡の接眼部に目を当て、手術顕微鏡の光学系を介して患部を拡大観察する。

このように手術顕微鏡により術野を拡大観察する方法は、常に目を接眼部に当てる必要があるため、観察のために顕微鏡を斜めにするとドクターの首も斜めになり手術中に無理な姿勢を強いられる。

そのため最近では手術用の立体観察装置として、手術顕微鏡の代わりに、カメラを内蔵した鏡筒により患部の立体電子映像を撮影し、それをモニター装置に表示して３Ｄ用の専用メガネで立体的に観察する方法が提案されている。

鏡筒はスタンド装置により吊り下げた状態で移動自在に支持され、ドクターは鏡筒を手で持って鏡筒の位置及び向きを自由に変え、最適の観察方向を選ぶことができる。

接眼部に目を当てる必要がないため、ドクターは自由な姿勢で手術することができ、ドクターだけでなくアシスタントも同じモニター装置を見ることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３１８９３６号公報

しかしながらこのような立体観察装置にあっては、手術顕微鏡のように接眼部に目を付ける必要がないため、ドクターが鏡筒を動かす範囲は手術顕微鏡の場合よりも大きい。鏡筒は動かした後に焦点が合っていれば良いが、焦点が合っていない場合にはモニター装置を見ながら再度焦点調整をする必要がある。モニター装置に表示される術野のフォーカス状態を確認しながらの焦点調整となるため面倒である。

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、鏡筒を動かした先で容易に焦点を合わせることができる手術用立体観察装置を提供するものである。

本発明の第１の技術的側面によれば、術野の立体光学像を得る光学手段及び該光学手段から得られた立体光学像を撮像して立体映像信号を出力する撮像手段を収納した鏡筒と、該鏡筒を支持した状態で任意の位置に移動自在なスタンド装置と、前記撮像手段から出力された立体映像信号に基づく立体映像を表示するパネル型のモニター装置とを備えた手術用立体観察装置であって、光学手段が、１つの対物光学系と、該対物光学系の光軸と平行に通過した左右一対の光束がそのまま或いは反射されて通過する変倍光学系を少なくとも備え、鏡筒内に対物光学系の光軸と平行な２本の光ビームを対物光学系に照射自在な光ビーム照射手段を設け、該２本の光ビームが対物光学系の焦点距離で一点に収束することを特徴とする。

本発明の第２の他の技術的側面によれば、光ビームが対物光学系において変倍光学系を通過する光束とは異なる位置に照射されることを特徴とする。

本発明の第３の技術的側面によれば、鏡筒を支持するスタンド装置の可動部に該可動部をロック自在な電磁クラッチが設けられ、該電磁クラッチは解除スイッチの操作によりロック解除状態となり、ロック解除時にスタンド装置が可動状態となって鏡筒を任意の位置及び向きに移動自在であり、光ビーム照射手段が解除スイッチの操作時に光ビームを照射することを特徴とする。

本発明の第４の技術的側面によれば、フォーカススイッチの操作により対物光学系の焦点距離を変更自在で、光ビーム照射手段がフォーカススイッチの操作時に光ビームを照射することを特徴とする。

本発明の第１の技術的側面によれば、対物光学系に光軸と平行な２本の光ビームを照射するため、術野に焦点が合った状態では２本の光ビームが１点のスポットとして収束する。そして焦点が合っていない状態では、２点のスポットとして表れる。肉眼でもモニター装置上でもスポットの状態により焦点が合っているかどうか瞬時に判別できるため、２つのスポットの状態を確認しながらスポットが１つになるまで鏡筒を上下に移動させることで焦点合わせを容易に行うことができる。

本発明の第２の技術的側面によれば、光ビームが対物光学系において変倍光学系を通過する光束とは異なる位置に照射されるため、光ビームの照射位置を変倍光学系と干渉することなく確保することができる。

本発明の第３の技術的側面によれば、鏡筒を移動するために解除スイッチを操作してスタンド装置の電磁クラッチを解除すると光ビームが自動的に照射されるため、光ビームを照射するためにわざわざ別のスイッチを設ける必要がなく、焦点状況の確認が必要な時に必ず光ビームを照射することができる。

本発明の第４の技術的側面によれば、対物光学系の焦点距離を変更するためにフォーカススイッチを操作すると光ビームが自動的に照射されるため、光ビームを照射するためにわざわざ別のスイッチを設ける必要がなく、焦点状況の確認が必要な時に必ず光ビームを照射することができる。

手術用立体観察装置を示す正面図。手術用立体観察装置を示す側面図。鏡筒を示す斜視図。鏡筒を示す正面図。鏡筒を示す側面図。ハンドルの側面と正面を示す図。鏡筒の内部構造を示す斜視図。鏡筒の内部構造を示す正面図。鏡筒の内部構造を示す側面図。

図１〜図９は本発明の好適な実施形態を示す図である。以下の説明で図１のＸを左右方向（水平方向）、図２のＹを前後方向として説明する。

スタンド装置１は手術室内に設置されるもので、ベース２とスタンド本体３を備えている。

スタンド本体３はベース２上に設置され垂直軸Ｖ１を中心にして回転自在である。ベース２には電磁クラッチＣ１が設けられスタンド本体３の回転をロックできるようになっている。スタンド本体３には左側の側面に縦アーム５の途中部分が軸支点ａで構成される水平軸Ｈ１を中心に前後傾動自在に軸支されている。軸支点ａにも電磁クラッチＣ２が設けられ縦アーム５の回転をロックできるようになっている。

縦アーム５の上端には横アーム６の基端側が軸支点ｂにより上下回動自在に軸支されている。横アーム６は横方向に延びる湾曲状の金属管により形成されている。縦アーム５の下側には後方に延びる底アーム７が設けられ、底アーム７の端部にはカウンタウェイトＷが取付けられている。横アーム６の端末と底アーム７の途中部分は縦サブアーム８により連結されている。これにより縦アーム５と縦サブアーム８を含む縦方向の平行リンクが形成される。縦アーム５と底アーム７の連結軸にも電磁クラッチＣ３が設けられ横アーム６の回転をロックできるようになっている。

縦アーム５の上方の軸支点ｂには基端アーム９の下端が軸支され、横アーム６の先端には先端アーム１０の途中部分が軸支されている。基端アーム９の上端と先端アーム１０の上端はまっすぐな横サブアーム１１により連結されている。これにより横アーム６と横サブアーム１１を含む横方向の平行リンクが形成される。基端アーム９は縦アーム５の内部構造により常に垂直状態が維持されるようになっている。

先端アーム１０の下部には垂直軸Ｖ２を中心に回転自在なボックス１２が設けられている。ボックス１２には２つの補助アーム１３、１４を介して鏡筒１５が支持されている。ボックス１２にも電磁クラッチＣ４が設けられ回転をロックできるようになっている。

補助アーム１３は上端がボックス１２に固定され、他の補助アーム１４はＬ型で補助アーム１３の下端に斜め軸Ｔを中心に回転自在に支持されている。Ｌ型の補助アーム１４の下端に鏡筒１５が水平軸Ｈ２を中心に回転自在に支持されている。斜め軸Ｔ及び水平軸Ｈ２にも電磁クラッチＣ５、Ｃ６が設けられロックできるようになっている。尚、斜め軸Ｔ及び水平軸Ｈ２の電磁クラッチＣ５、Ｃ６は図示せぬ回転モータに設置されており、ロックされた状態でその先の構造を回転できるようになっている。

垂直軸Ｖ２、斜め軸Ｔ、水平軸Ｈ２は鏡筒１５の略重心に合致する一点で交差する。鏡筒１５は３本の回転軸により所謂ジンバル機構で支持された状態となり、その位置で鏡筒１５の左右両側に設けられたハンドル１６を操作をすることにより向きを自由に変化させて、任意の術野Ｒを自由な高さ及び方向から撮影することができる。

ハンドル１６には表面側にフォーカススイッチ１７とズームスイッチ１８とジョイスティック４が設けられ、裏側に解除スイッチ２３が設けられている。

フォーカススイッチ１７は上下一対設けられ、後述する対物光学系２２の焦点距離を変更するためのものである。ズームスイッチ１８も上下一対設けられ後述する変倍光学系２６の倍率を変更するためのものである。解除スイッチ２３は前述の電磁クラッチＣ１〜Ｃ６のロックを解除するためのものである。

電磁クラッチＣ１〜Ｃ６は常時ロック状態で、解除スイッチ２３を押している間だけ解除状態となる。ジョイスティック４は左右に操作すると斜め軸Ｔに設置されている回転モータ（図示省略）が倒した方向に回転し、上下に操作すると水平軸Ｈ２に設置されている回転モータ（図示省略）が倒した方向に回転する。ジョイスティック４は観察している術野Ｒをそのままの状態で上下左右に僅かだけ移動させたい場合に利用される。

スタンド本体３の上部には折りたたみ自在なアーム１９が設けられており、その先端にパネル型のモニター装置２０が支持されている。モニター装置２０には鏡筒１５で撮影された術野Ｒの立体映像が表示される。術者及びアシスタント等は専用メガネ２１を掛けることで、モニター装置２０に表示された立体映像を立体的に観察することができる。

次に鏡筒１５の内部構造を説明する。

鏡筒１５は立体撮影可能な構造で、左右２本の光路Ｌが内部に形成されている。鏡筒１５の下部には３枚のレンズで構成された対物光学系２２が設けられている。対物光学系２２の光軸Ｋ上に観察対象である術野Ｒがある。対物光学系２２は一部のレンズを可動させることにより焦点距離を３００ｍｍから１０００ｍｍまで可変することができる。

対物光学系２２の上部には光軸Ｋと平行な２本の光路Ｌ上に左右一対の変倍光学系２６が設けられている。変倍光学系２６では４０倍までの拡大が可能である。変倍光学系２６は対物光学系２２を通る光路Ｌ上に配置されるのであれば対物光学系２２の光軸Ｋと平行に配置される必要はなく、ミラー等で光路を曲げて横向きにしても良い。光路Ｌは結像レンズ２７を経て撮像素子（ＣＣＤ）２８に導かれる。撮像素子２８は典型的にはＣＣＤエリアイメージセンサである。したがって、光路Ｌ上に対物光学系２２、変倍光学系２６、結像レンズ２７および撮像素子２８の順に光学要素が配置される。この実施形態では、対物光学系２２及び変倍光学系２６及び結像レンズ２７により「光学手段」が、撮像素子２８により「撮像手段」が構成される。

術野Ｒには鏡筒１５内に設けられた図示せぬ照明手段から照明光が照射される。そして術野Ｒからの反射光が対物光学系２２に導入される。対物光学系２２に導入された反射光は光路Ｌに沿って変倍光学系２６を通過し、その後に２つの撮像素子２８により受光され、互いに視差を有する左目用の像と右目用の像が得られる。その両眼視差を有する左右の像は立体映像信号としてコントローラー２９により合成されモニター装置２０に表示される。モニター装置２０の表示を専用メガネ２１を掛けて見ることにより術野Ｒの立体観察が行える。

鏡筒１５内における対物光学系２２の上部には光路Ｌが通る変倍光学系２６の配列方向と向きが９０度相違する交差方向に一対の光ビーム照射手段３０が設けられている。光ビーム照射手段３０が変倍光学系２６の光路Ｌと異なる位置に設けられているため、変倍光学系２６と干渉する心配がない。すなわち、光路Ｌと２本の光ビームＢの光路は１つの対物光学系２２において光軸Ｋに平行かつ相互に干渉しないように規定される。

光ビーム照射手段３０は小型半導体レーザ照射装置で光軸Ｋに平行な光ビームＢとして半導体レーザを照射することができる。光ビームＢは対物光学系２２を通過することにより、対物光学系２２の焦点距離で一点に収束する。対物光学系２２の焦点距離を変更してもそれに連動した焦点Ｆで一点に収束する。すなわち、２つの光ビーム照射手段３０から照射された光ビームＢはそれぞれ焦点Ｆで収束し、かつ光ビームＢが規定する２つの光路は所定の角度をもって焦点Ｆで交差する。したがって、光軸Ｋに平行な光路Ｌおよび光ビームＢの光路を構成する光線は１つの対物光学系２２を介して全て焦点Ｆを通る。また、光ビーム照射手段３０はコントローラ３１を介してハンドル１６の解除スイッチ２３及びフォーカススイッチ１７と連動しており、それらを押している間だけ光ビーム照射手段３０から光ビームＢが照射されるようになっている。

次にこの立体観察装置の手術室内での実際の操作方法を説明する。

術野Ｒを撮影してモニター装置２０に表示するために、術者はハンドル１６を持って解除スイッチ２３を押し、全ての電磁クラッチＣ１〜Ｃ６をロック解除する。解除スイッチ２３を押している間は電磁クラッチＣ１〜Ｃ６が解除されるので、スタンド装置１の軸支点ａ等の可動部は自由に回転し、鏡筒１５を必要な位置まで移動させることができる。

解除スイッチ２３を押している間は光ビーム照射手段３０から光ビームＢが照射されているので、鏡筒１５を移動させて希望する位置に移動させるとその術野Ｒには光ビームＢのスポットＰが表れる。スポットＰは肉眼でも確認できるし、モニター装置２０上でも確認できる。

図９に示すように、焦点Ｆが合っている時はスポットＰは１つだが、焦点Ｆがずれている場合にはスポットＰが２つ表れる。またスポットＰが２つ表れる場合も、その間隔により焦点Ｆからのずれ量が分かる。２つのスポットＰの間隔が大きい場合にはずれ量が大きく、小さい場合はずれ量が小さい。

また鏡筒１５を上下に少し動かすことにより、鏡筒１５の焦点Ｆが遠い方にずれているのか、近い方向にずれているかも知ることができる。例えば、鏡筒１５を下げて間隔が小さくなるなら焦点Ｆが術野Ｒの手前（上側）にあり、間隔が大きくなるなら焦点Ｆが術野Ｒよりも遠く（下側）にある。鏡筒１５を上げた場合はその逆である。このように術野Ｒに表れるスポットＰの数或いは２つのスポットＰ間の距離から、焦点Ｆの状態を瞬時に把握して合わせることができる。焦点Ｆが合ったら解除スイッチ２３から指を離す。すると光ビームＢの照射が停止し、電磁クラッチＣ１〜Ｃ６がロックされ、そのままモニター装置２０で立体観察を始めることができる。

観察中に焦点距離を変更したい場合にはフォーカススイッチ１７を押す。フォーカススイッチ１７を押した場合も光ビームＢが照射されるため、術野Ｒに表れたスポットＰの状態に応じて焦点Ｆを合わせることができる。このように焦点Ｆの位置を瞬時に合わせることができるため、術者は安心して鏡筒１５を希望する位置に移動させることができる。

また光ビームＢを必要な時に照射するのに、専用のスイッチを設ける必要がなく、解除スイッチ２３やフォーカススイッチ１７の操作と連動して自動的に照射できるため便利である。

以上の実施形態では、２つの光ビーム照射手段３０からそれぞれ光ビームＢを照射する例を示したが、１つの光ビーム照射手段３０から照射された光ビームを２本に分岐して利用しても良い。

また、光ビームＢの光路を規定する光ビーム照射手段３０は対物光学系２２の範囲内（真上）に設ける必要はなく、対物光学系２２の範囲外に光ビーム照射手段３０を設け、そこから照射された光ビームＢをミラー等により反射しながら対物光学系２２の入射面に導いて光軸Ｋと平行な光ビームＢとしても良い。

解除スイッチ２３により電磁クラッチＣ１〜Ｃ６の全てがロック解除される例を示したが、第２の解除スイッチを設けてそれを操作した時に一部の電磁クラッチだけが解除されるようにしてもよい。その場合に光ビームＢが照射されるようにしても良い。

専用メガネ２を掛けて見るモニター装置２０を例にしたが、これに限定されず、裸眼で立体的に観察可能なモニター装置でも良い。

１スタンド装置
１５鏡筒
１６ハンドル
１７フォーカススイッチ
１８ズームスイッチ
２０モニター装置
２２対物光学系（光学手段）
２３解除スイッチ
２６変倍光学系（光学手段）
２７結像レンズ（光学手段）
２８撮像素子（撮像手段）
３０光ビーム照射手段
Ｂ光ビーム
Ｃ１〜Ｃ６電磁クラッチ
Ｆ焦点
Ｋ対物光学系の光軸
Ｐスポット
Ｒ術野

Claims

術野の立体光学像を得る光学手段及び該光学手段から得られた立体光学像を撮像して立体映像信号を出力する撮像手段を収納した鏡筒と、該鏡筒を支持した状態で任意の位置に移動自在なスタンド装置と、前記撮像手段から出力された立体映像信号に基づく立体映像を表示するパネル型のモニター装置とを備えた手術用立体観察装置であって、
光学手段が、１つの対物光学系と、該対物光学系の光軸と平行に通過した左右一対の光束がそのまま或いは反射されて通過する変倍光学系を少なくとも備え、
鏡筒内に対物光学系の光軸と平行な２本の光ビームを対物光学系に照射自在な光ビーム照射手段を設け、該２本の光ビームが対物光学系の焦点距離で一点に収束し、
鏡筒を支持するスタンド装置の可動部に該可動部をロック自在な電磁クラッチが設けられ、該電磁クラッチは解除スイッチの操作によりロック解除状態となり、ロック解除時にスタンド装置が可動状態となって鏡筒を任意の位置及び向きに移動自在であり、
光ビーム照射手段が解除スイッチの操作時に光ビームを照射することを特徴とする手術用立体観察装置。