【発明の詳細な説明】
外科／診断撮像装置
発明の技術分野
本発明は人体における腹腔内、胸郭内の処置や他の外科及び診断処置に用いる
ための撮像装置に関する。
背景
内視鏡外科手術及び診断は通常の処置よりも著しく侵害性が低い。これは死亡
率を低くすることになり、また患者の病院滞在期間と回復時間とを最小にする。
普通の内視鏡は堅い細長部材と、レンズ組立体と、内視鏡上に又はその内部に
取付けられた撮像装置とを含んでいる。このような内視鏡の例は米国特許第4,69
7,210 号（トヨタ他）、第4,791,479 号（オギウ他）、及び第4,989,586 号（フ
ルカワ）に記載されている。
公知の内視鏡は広い視野を有するように構成することができるが、画像品質は
傷つくものとなる。実用的な事項として、公知の内視鏡の視野は比較的狭くなけ
ればならない。この結果、公知の内視鏡は処置の開始時に注意深く位置決めされ
、次に処置の全過程にわたって所定位置に保持されなければならず、これは一般
に手術チームの中の一員の全時間の注意を必要とする。米国特許第5,351,678 号
（クレイトン他）は内視鏡の長手方向の軸線から偏倚した末端部を有する内視鏡
を提供することにより当初の位置決めの問題に対処するものである。このクレイ
トン他の内視鏡により、外科医は内視鏡をその長手方向軸線の周りに回転するこ
とにより見える領域を容易
に変えることができる。しかし、このクレイトン他の内視鏡は手術チームの一員
により処置を通して終始所定位置に依然として保持されなければならない。
発明の概要
本発明を具体化した外科／診断撮像装置は荷電結合装置(“CCD”)とカメラハ
ウジングのカメラ穴の中に取付けられた関連のレンズとを含んでいる。カメラハ
ウジングは細長いカメラ支持体の末端に回動自在に取付けられている。高い輝度
の光源がまたカメラの穴と同軸の、したがってCCD の軸線と同軸のカメラハウジ
ングの穴の中に取付けられる。
使用の前に、カメラハウジングとカメラ支持管が使い捨て無菌シースの中に挿
入される。このシースの末端部分がついで患者の切開部を通って患者に挿入され
る。電気パルスモータと関連の構成部品とがカメラハウジング（としたがってま
たCCD と）を所定の仰角と方位角に動かすために設けられる。
この撮像装置は制御操作卓に電気的に接続される。制御操作卓はまた表示装置
と制御組立体に電気的に接続される。表示装置はCCD により受取られた画像を表
示しまた制御組立体は外科医がカメラハウジングの仰角と方位角を制御すること
ができるようにする。
この外科／診断撮像装置は外科医により患者の内部の対象領域に容易に狙いが
つけられる。さらに、外科／診断撮像装置は手術チームの一員によって患者の所
定位置に保持される必要がなくなる。
図面の簡単な記載
本発明の実施態様が添付図面を参照し実例を示すことにより以下に記載される
。
図１は本発明の外科／診断撮像装置の前面図である。
図２は図１の撮像装置の部分切欠き側面図である。
図３は図１の平面３−３に沿ったシースキャップの切欠き頂面図である。
図４は撮像装置の上方ハウジングと下方部分の拡大切欠き側面図である。
図５は図４の平面５−５に沿った上方ハウジングの切欠き頂面図である。
図６は図４の平面６−６による撮像装置の下方部分の切欠き頂面図である。
図７は図１の撮像装置を制御しまた撮像装置により伝送された像を表示する装
置のブロックダイヤグラムである。
図８は図１の撮像装置のための第２の制御及び表示装置のブロックダイヤグラ
ムである。
図９は本発明の第２の撮像装置の切欠き側面図である。
図10は図９に示されるカメラハウジングの前面図である。
図11は図10の平面11−11に沿ったカメラの切欠き側面図である。
詳細な記載
図１〜３は腹腔内、胸郭内の外科及び診断処置と他の外科及び診断処置に用い
るための外科／診断撮像装置１を示す。装置１は上方ハウジング３、カメラハウ
ジング５、及び左右のカメラハウジング支持体７，９を具備している。使用する
前に、装置１は無菌シース11に挿入される。装置１とシース11（集合して、“カ
メラ”）がついで切開部（図示しない）を通って患者の身体（図示しない）に挿
入される。カメラは、カメラハウジング５をこれが外科手術部位又は診断される
領域に向けられる位置に配置するように、挿入される
。切開部は財布のひも状の縫い目によりカメラの周りでシールされ、それにより
患者の腹部又は胸を手術中又は診断中に膨らませるのに用いられるCO2ガスの漏
れがないようにする。
この実施態様において、シース11は医療−等級のプラスチックで構成されまた
使用後に廃棄されるよう意図されている。これに代え、シース11は熱抵抗材料で
構成されオートクレーブを用いて殺菌され、再使用できるようにすることができ
る。
カメラハウジング５はCCD(図示しない)とズームレンズ組立体（図示しない）
とを収容している。複数の高輝度光源13がカメラハウジング５の外周面の周りに
延びる光源ハウジング15の中に取付けられている。光源13はCCD の焦点軸線17と
整列され、そしてこれら光源はカメラハウジング５としたがってまたCCD とが向
けられる領域の照明をもたらす。
装置１がシース11に挿入された時、左右のカメラハウジング支持体７，９はシ
ースキャップ23の内部の相補的なロック用キー19，21と係合する。この結果、カ
メラハウジング５はCCD の焦点軸線17が光学的に透明な窓25に直角に整列される
位置にロックされる。さらに、図４〜６に関連して以下に記載されるように、ロ
ック用キー19，21はカメラハウジング支持体７，９が前記軸線の周りに回転され
た時シースキャップ13をカメラの長手方向軸線27の周りに回転させる。
カメラケーブル29がカメラハウジング５と上方ハウジング３との間に延びてい
る。カメラケーブル29はCCD の信号を上方ハウジング３に運びまた電力をCCD と
光源13に供給する良導体を収容している。撮像装置ケーブル31が、制御信号を装
置１に送り電力を装置１に供給しまたCCD の信号を外部の処理及び表示装置（図
示しない）に送るために設けられる。
カメラハウジング支持体７，９の長さとシース11の長さは、患者の腹腔壁の厚
さの変化に適応しまたカメラが胸郭外科／診断に使用できるように変えることが
できる。３つの長さ、すなわち３，６及び11インチが上方ハウジング３の下方に
与えられる。
さて図４〜６を参照すると、持ち上げモータ51が歯車55，57により持ち上げシ
ャフト53を駆動する。持ち上げシャフト53は中空の左側カメラ支持体７を通って
下方に延びている。持ち上げシャフト53の下端のリングとピニオン歯車の装置59
が持ち上げシャフト53の回転運動をカメラハウジング15に伝達し、それによりカ
メラハウジング15を持ち上げモータ51の回転方向によって上昇させ又は下降させ
るようにする。本発明のこの実施態様では、カメラハウジング15が水平面の上方
に70度持ち上げられまた水平面の下方に90°下降されることができる。
持ち上げモータ51はプレート63に取付けられる。プレート63は上方ハウジング
３の内部で軸受65に回転自在に取付けられる。方位角モータ67がまたプレート63
に取付けられている。方位角モータ67は方位角歯車69を駆動する。方位角歯車69
は上方ハウジング３の内側表面に取付けられたハウジング歯車71に噛み合う。方
位角モータ67が回転すると、プレート63は上方ハウジング３の内部で回転する。
この実施態様では、プレート63はカメラケーブル21が捩られる量を最小にするた
めプラスマイナス 180度回転する。 360度の回転は公知のスリップリングを用い
ることにより容易に達成できる。
ズーム／焦点モータ72がズーム／焦点シャフト77を回転する歯車73，75を駆動
する。ズーム／焦点シャフトは右側カメラ支持体９を通って下方に延びている。
焦点シャフト77の底部で、リングとピニオンの装置79が焦点シャフト77の回転運
動をカメラハウジング５の内部のズームレンズ機構（図示しない）に伝達する。
ここで図７を参照すると、撮像装置１は撮像装置ケーブル31により制御操作卓
101 に接続されている。撮像装置１のCCD からの信号は制御操作卓101 の中の回
路により増幅されそして表示装置103 に導かれる。本発明のこの実施態様では、
表示装置103 は公知のテレビジョンセットである。
足踏み制御組立体105 が、外科医（図示しない）が撮像装置１を制御できるよ
うにする。足踏み制御組立体105 は４つの制御、すなわち（１）カメラの左及び
右の移動、（２）カメラハウジングの上下動、（３）ズームの出入運動、及び（
４）光源輝度の増減の制御を含んでいる。足踏み制御組立体105 からの信号は制
御操作卓101 に送られる。制御操作卓103 の回路（図示しない）は制御組立体の
信号を撮像装置１を制御するのに適した信号に変換し、そしてこの変換された信
号を撮像装置１に送る。
図８に示される本発明の実施態様においては、コンピュータ107 が制御操作卓
101 と表示装置103 との間に挿入される。コンピュータ107 に収容された複数の
コンピュータプログラムが、手術チームの人員が撮像装置１からの信号を操作及
び／又は蓄積できるようにする。
図９〜11は本発明の第２の外科／診断撮像装置を示す。まず図10を参照すると
、撮像装置は２つの主組立体、すなわちカメラ組立体150 と使い捨てシース組立
体152 とを具備している。
カメラ組立体150 において、回転パルスモータ154 が上方ハウジング156 に堅
く取付けられる。リニアパルスモータ158 と遊星歯車組立体162 の末端部がリニ
アパルスモータ164 に圧入される。遊星歯車組立体162 の基端部がねじ168 によ
り上方ハウジング156 に取付けられる。
３つの遊星歯車170(その２つだけが図９に示されている)が遊星
歯車組立体162 の内部でピン172 に回転自在に取付けられる。回転パルスモータ
154 が太陽歯車174 を介して遊星歯車170 を駆動する。
カメラ支持管178 の基端部はリニアパルスモータハウジング164 に圧入されて
いる。カメラハウジング180 がカメラ支持管178 の末端部と一体でこの末端部か
ら延びている対のアーム182(その一方だけが図９に示されている)の間に回動自
在に取付けられている。リニアパルスモータ158 は押し棒186 とフォーク188 を
介して作用しカメラハウジング180 の上昇を制御する。
使い捨てシース組立体152 はシース190 、シースハウジング192 及びリング歯
車194 を具備している。シース190 の末端部は光学的に透明である。シース190
の基端部はシースハウジング192 の末端部の内部に接着剤で取付けられる。リン
グ歯車194 はシースハウジング192 の基端部の内部に接着剤で取付けられる。
使用する前に、カメラ組立体150 がシース組立体152 に挿入され、遊星歯車17
0 がリング歯車に係合する。この結果、回転パルスモータ154 が作動されると、
カメラ組立体150 がシース組立体の長手方向軸線に対し回転する。
図10と11に最も良く示されるように、CCD 組立体204 とレンズ206 がカメラハ
ウジング180 のカメラ穴208 の中に取付けられている。一対の高い輝度の光源21
0 がカメラ穴208 と同軸の穴の中に取付けられる。
多導体可撓ケーブル212 が、CCD 組立体204 とカメラハウジング光源210 と押
し棒186 の穴の中に配設された３つの高い輝度の光源214 とにとって必要な接続
部を提供する。可撓ケーブル212 はカメラハウジング180 から上方ハウジング15
6 へと延びている。上方ハウジング156 において、可撓ケーブル212 は回転パル
スモータ154
とリニアパルスモータ158 のための電力及び制御ワイヤ（図示しない）と組合さ
れカメラ組立体ケーブル218 を形成する。カメラ組立体ケーブル218 は上方ハウ
ジング152 のオリフィス220 を通過する。図１〜８に示される本発明の実施態様
のように、カメラ組立体ケーブル218 はカメラ組立体150 を外部の表示及び制御
装置（図示しない）に接続する。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an imaging device for use in intraperitoneal and intrathoracic procedures and other surgical and diagnostic procedures in the human body. BACKGROUND Endoscopic surgery and diagnosis are significantly less intrusive than normal procedures. This results in lower mortality and minimizes patient hospital stay and recovery time. A common endoscope includes a rigid elongated member, a lens assembly, and an imager mounted on or within the endoscope. Examples of such endoscopes are described in U.S. Pat. Nos. 4,697,210 (Toyota et al.), 4,791,479 (Ogiu et al.), And 4,989,586 (Furukawa). Known endoscopes can be configured to have a wide field of view, but image quality is compromised. As a practical matter, the field of view of known endoscopes must be relatively narrow. As a result, known endoscopes must be carefully positioned at the start of the procedure and then held in place throughout the procedure, which generally requires the full attention of a member of the surgical team. And U.S. Pat. No. 5,351,678 (Clayton et al.) Addresses the initial positioning problem by providing an endoscope having a distal end offset from the longitudinal axis of the endoscope. The Clayton et al. Endoscope allows a surgeon to easily change the area of view by rotating the endoscope about its longitudinal axis. However, the Clayton et al. Endoscope must still be held in place throughout the procedure by a member of the surgical team. SUMMARY OF THE INVENTION A surgical / diagnostic imaging device embodying the present invention includes a charge coupled device ("CCD") and an associated lens mounted in a camera bore in a camera housing. The camera housing is pivotally mounted to the distal end of the elongated camera support. A high intensity light source is also mounted in the hole in the camera housing coaxial with the camera hole, and thus coaxial with the CCD axis. Prior to use, the camera housing and camera support tube are inserted into a disposable sterile sheath. The distal portion of the sheath is then inserted into the patient through the patient's incision. An electric pulse motor and associated components are provided to move the camera housing (and thus also the CCD) to a predetermined elevation and azimuth. This imaging device is electrically connected to a control console. The control console is also electrically connected to the display and control assembly. The display device displays the image received by the CCD and the control assembly allows the surgeon to control the elevation and azimuth of the camera housing. The surgical / diagnostic imaging device is easily targeted by a surgeon to a target area inside a patient. Further, the surgical / diagnostic imaging device does not need to be held in place on the patient by a member of the surgical team. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Embodiments of the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a front view of the surgical / diagnostic imaging apparatus of the present invention. FIG. 2 is a partially cutaway side view of the imaging device of FIG. FIG. 3 is a cutaway top view of the sheath cap along plane 3-3 of FIG. FIG. 4 is an enlarged cutaway side view of an upper housing and a lower portion of the imaging device. FIG. 5 is a cutaway top view of the upper housing along plane 5-5 of FIG. FIG. 6 is a cutaway top view of the lower portion of the imaging device according to plane 6-6 in FIG. FIG. 7 is a block diagram of an apparatus for controlling the imaging apparatus of FIG. 1 and displaying an image transmitted by the imaging apparatus. FIG. 8 is a block diagram of a second control and display device for the imaging device of FIG. FIG. 9 is a cutaway side view of the second imaging device of the present invention. FIG. 10 is a front view of the camera housing shown in FIG. FIG. 11 is a cutaway side view of the camera along plane 11-11 of FIG. DETAILED DESCRIPTION FIGS. 1-3 show a surgical / diagnostic imaging device 1 for use in intraperitoneal, intrathoracic and other surgical and diagnostic procedures. The device 1 comprises an upper housing 3, a camera housing 5, and left and right camera housing supports 7,9. Prior to use, device 1 is inserted into sterile sheath 11. The device 1 and sheath 11 (collectively, "camera") are then inserted through an incision (not shown) into the patient's body (not shown). The camera is inserted such that the camera housing 5 is positioned so that it is aimed at the surgical site or area to be diagnosed. The incision is sealed around the camera by corded seam wallet, thereby so that no leakage of CO 2 gas used to inflate during surgery or during diagnosing the abdomen or chest of the patient. In this embodiment, the sheath 11 is comprised of medical-grade plastic and is intended to be discarded after use. Alternatively, the sheath 11 can be constructed of a heat-resistant material and sterilized using an autoclave so that it can be reused. The camera housing 5 contains a CCD (not shown) and a zoom lens assembly (not shown). A plurality of high intensity light sources 13 are mounted in a light source housing 15 extending around the outer peripheral surface of the camera housing 5. Light sources 13 are aligned with the focal axis 17 of the CCD, and these light sources provide illumination of the area where the camera housing 5 and thus also the CCD are aimed. When the device 1 is inserted into the sheath 11, the left and right camera housing supports 7, 9 engage with complementary locking keys 19, 21 inside the sheath cap 23. As a result, the camera housing 5 is locked in a position where the focal axis 17 of the CCD is aligned perpendicular to the optically transparent window 25. Further, as described below in connection with FIGS. 4-6, the locking keys 19, 21 allow the sheath cap 13 to move the camera housing supports 7, 9 in the longitudinal direction of the camera when the camera housing supports 7, 9 are rotated about said axis. Rotate around axis 27. A camera cable 29 extends between the camera housing 5 and the upper housing 3. The camera cable 29 carries the CCD signal to the upper housing 3 and contains good conductors that supply power to the CCD and light source 13. An imaging device cable 31 is provided for sending control signals to the device 1 to supply power to the device 1 and for sending CCD signals to external processing and display devices (not shown). The length of the camera housing supports 7, 9 and the length of the sheath 11 can be varied to accommodate changes in the thickness of the patient's abdominal wall and to allow the camera to be used for thoracic surgery / diagnosis. Three lengths, 3, 6, and 11 inches, are provided below the upper housing 3. Referring now to FIGS. 4-6, a lifting motor 51 drives a lifting shaft 53 by gears 55,57. The lifting shaft 53 extends downward through the hollow left camera support 7. A ring 59 at the lower end of the lifting shaft 53 and a pinion gear mechanism 59 transmit the rotational movement of the lifting shaft 53 to the camera housing 15 so that the camera housing 15 is raised or lowered depending on the direction of rotation of the lifting motor 51. In this embodiment of the invention, the camera housing 15 can be raised 70 degrees above a horizontal plane and lowered 90 degrees below a horizontal plane. The lifting motor 51 is attached to the plate 63. The plate 63 is rotatably mounted on the bearing 65 inside the upper housing 3. An azimuth motor 67 is also mounted on plate 63. The azimuth motor 67 drives the azimuth gear 69. The azimuth gear 69 meshes with a housing gear 71 mounted on the inner surface of the upper housing 3. When the azimuth motor 67 rotates, the plate 63 rotates inside the upper housing 3. In this embodiment, plate 63 is rotated by plus or minus 180 degrees to minimize the amount by which camera cable 21 is twisted. 360 degree rotation can be easily achieved by using a known slip ring. A zoom / focus motor 72 drives gears 73, 75 that rotate a zoom / focus shaft 77. The zoom / focus shaft extends downward through the right camera support 9. At the bottom of the focal shaft 77, a ring and pinion device 79 transmits the rotational movement of the focal shaft 77 to a zoom lens mechanism (not shown) inside the camera housing 5. Referring now to FIG. 7, the imaging device 1 is connected to the control console 101 by an imaging device cable 31. The signal from the CCD of the imaging device 1 is amplified by a circuit in the control console 101 and guided to the display device 103. In this embodiment of the invention, display device 103 is a known television set. A foot control assembly 105 allows the surgeon (not shown) to control the imaging device 1. The foot control assembly 105 provides four controls: (1) left and right movement of the camera, (2) up and down movement of the camera housing, (3) movement in and out of the zoom, and (4) control of increasing or decreasing the light source brightness. Contains. The signal from the foot control assembly 105 is sent to the control console 101. A circuit (not shown) of the control console 103 converts the signal of the control assembly into a signal suitable for controlling the imaging device 1, and sends the converted signal to the imaging device 1. In the embodiment of the invention shown in FIG. 8, a computer 107 is inserted between the control console 101 and the display device 103. A plurality of computer programs housed in the computer 107 allow operating team personnel to manipulate and / or accumulate signals from the imaging device 1. 9 to 11 show a second surgical / diagnostic imaging device according to the present invention. Referring first to FIG. 10, the imaging device includes two main assemblies, a camera assembly 150 and a disposable sheath assembly 152. In the camera assembly 150, a rotary pulse motor 154 is rigidly mounted on the upper housing 156. The end portions of the linear pulse motor 158 and the planetary gear assembly 162 are pressed into the linear pulse motor 164. The proximal end of the planetary gear assembly 162 is attached to the upper housing 156 by screws 168. Three planetary gears 170 (only two of which are shown in FIG. 9) are rotatably mounted on pins 172 within planetary gear assembly 162. A rotary pulse motor 154 drives a planetary gear 170 via a sun gear 174. The base end of the camera support tube 178 is press-fitted into the linear pulse motor housing 164. A camera housing 180 is rotatably mounted between a pair of arms 182 (only one of which is shown in FIG. 9) integral with and distal from the distal end of the camera support tube 178. A linear pulse motor 158 operates via a push rod 186 and a fork 188 to control the elevation of the camera housing 180. The disposable sheath assembly 152 includes a sheath 190, a sheath housing 192, and a ring gear 194. The distal end of sheath 190 is optically transparent. The proximal end of the sheath 190 is adhesively mounted inside the distal end of the sheath housing 192. The ring gear 194 is attached to the inside of the proximal end of the sheath housing 192 with an adhesive. Prior to use, the camera assembly 150 is inserted into the sheath assembly 152 and the planet gears 170 engage the ring gears. As a result, when the rotary pulse motor 154 is actuated, the camera assembly 150 rotates about the longitudinal axis of the sheath assembly. As best shown in FIGS. 10 and 11, a CCD assembly 204 and a lens 206 are mounted in a camera hole 208 in a camera housing 180. A pair of high brightness light sources 210 are mounted in a hole coaxial with the camera hole 208. A multiconductor flexible cable 212 provides the necessary connections for the CCD assembly 204, the camera housing light source 210, and the three high intensity light sources 214 located in the holes of the push rod 186. Flexible cable 212 extends from camera housing 180 to upper housing 156. In upper housing 156, flexible cable 212 is combined with power and control wires (not shown) for rotary pulse motor 154 and linear pulse motor 158 to form camera assembly cable 218. Camera assembly cable 218 passes through orifice 220 in upper housing 152. As in the embodiment of the invention shown in FIGS. 1-8, a camera assembly cable 218 connects the camera assembly 150 to an external display and control device (not shown).
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