TWI766898B

TWI766898B - ３ｄ醫療顯微鏡

Info

Publication number: TWI766898B
Application number: TW106138529A
Authority: TW
Inventors: 吳智孟
Original assignee: 創新服務股份有限公司
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2022-06-11
Also published as: US20190137748A1; EP3483643A1; US10866399B2; TW201918232A

Abstract

一種3D醫療顯微鏡，包含有一控制顯微鏡所需運作的控制單元、一具有一內容室的殼體，及置於該內容室的一第一鏡頭、一第二鏡頭、一反射單元、一驅動單元。該第一鏡頭及第二鏡頭呈同軸設置，該反射單元具有一第一反射面及一第二反射面，且位於該第一、二鏡頭之間，該第一反射面對應於該第一鏡頭，促使該第一鏡頭之一光軸轉折而朝向一垂直方向投射，該第二反射面對應於該第二鏡頭，促使該第二鏡頭之一光軸轉折而朝向該垂直方向投射。該驅動單元是由一驅動馬達驅動該反射單元，使該反射單元沿著該垂直方向位移。

Description

3D醫療顯微鏡

本創作是有關於一種顯微鏡，特別是有關於一種運用在醫學上可調整眼間距並消除視覺暗角，而且在切換倍率或鏡頭拍攝距離的過程中，整個畫面能保持完全清晰與對位的3D醫療顯微鏡。

以往用於醫療手術上的顯微鏡，主要是在機體前端的設置有一物鏡組及至少兩個接目鏡組，該物鏡組係用以對於人體或組織進行影像的擷取，而各該接目鏡組是與該物鏡組相連接，透過各該接目鏡組讓使用者觀察到該物鏡組所擷取的影像。

然而，由於該物鏡組內的鏡頭是一單一且固定型態的結構，因此，以往的顯微鏡只能提供同一深度的立體影像，並無法將人體某些區域的病變組織或血管清楚地呈現出來，導致醫生僅能透過手動調整該顯微鏡機體的位置，或者只能憑藉著經驗及有限的影像資料進行顯微手術，如此一來，不僅會影響手術操作的順暢性，也會增加手術時間，也可能會在手術中產生誤切其它部分，造成手術失誤而引發醫療糾紛等問題。

基此，公告第I580405號「輕量型3D立體手術顯微鏡裝置」發明專利案，即揭露一種用於手術立體顯微鏡的可調變角度之雙鏡頭裝置，其包含有一外殼體、一影像組及一調整組。其中，該影像組設於該外殼體內且設有兩鏡頭及一影像處理晶片，前述鏡頭是分別朝下且可轉動地間隔設於該外殼體內，該影像處理晶片設於該外殼體內且與兩個鏡頭電性連接，用以處理前述鏡頭所擷取的影像資料。而該調整組設於該外殼體內且設有兩個調整單元，兩個調整單元設於該外殼體內且位於兩鏡頭的外側，且兩調整單元分別與兩鏡頭相結合，各調整單元設有一驅動馬達、一凸輪及一限位件，該驅動馬達設有一驅動軸，該凸輪以偏心方式套設於該驅動馬達的驅動軸上，且與一靠近該驅動馬達的鏡頭之外表面相抵靠，該限位件與該外殼體及其中一鏡頭相結合，使該鏡頭可保持與該凸輪相抵靠而不分離。因此，當該凸輪相對應於該驅動軸轉動時，該鏡頭會以其軸承座為軸心相對該外殼體轉動，即可方便且即時地對於兩鏡頭的角度進行調整，使調整後的兩鏡頭產生不同景深，進而對於不同深度的三維複雜組織(器官)進行影像擷取，讓醫生能於手術過程中，能即時且清楚看到不同深度的三維複雜組織(器官)上病變的組織及血管，讓醫生在手術過程中可獲得動態即時且具有不同深度影像的3D立體影像。

然而，現有的3D立體手術顯微鏡，固然已使用了雙鏡頭來擷取影像，而且也可以切換倍率與調整拍攝角度，但是兩個鏡頭是直接向下拍攝，所以能切換的倍率有限，也容易產生視覺上的暗角。更重要的是，經由偏擺鏡頭的方式雖然可以調整拍攝的角度，但是擺動式的鏡頭也造成對焦不易，進而影響對位與影像之清晰度(畫面模糊)，且在每一次調整後，還要利用定位器來校正鏡頭傾角，操控上相當不容易且麻煩。此外，現有的3D立體手術顯微鏡為了控制兩個鏡頭，還設置了兩組調整單元，不但會佔用手術空間，更造成顯微鏡整個體積相對擴增，容易遮擋醫師的操作視線，而不利於手術的進行。

本創作的3D醫療顯微鏡，是將左右方位的第一、二鏡頭採一直線設置，再經由反射單元將光軸向下投射，故在切換倍率時，鏡頭固定不需移動或傾斜，即可調整不同景深，並且達到調整眼間距並消除視覺暗角的使用功效。

本創作的3D醫療顯微鏡，由於鏡頭採水平設置，整體機組採扁平架構，不僅較不佔空間，且不會遮擋操作視線。

本創作的3D醫療顯微鏡，只使用一組驅動單元即能控制兩各鏡頭之運作，結構簡潔，可節省空間之外，還兼具有降低成本之效。

本創作的3D醫療顯微鏡，藉由遙控單元以遙控方式調整倍率及顯微鏡的所有控制功能，操作簡易又便利，相較於以往3D醫療顯微鏡採手動調整倍率，本創作較不影響手術之進行。

因此，本創作所提出之一種3D醫療顯微鏡，包含一控制單元、一殼體、一第一鏡頭、一第二鏡頭、一反射單元及一驅動單元。該控制單元，控制顯微鏡所需之運作。該殼體，具有一內容室。該第一鏡頭，安置在前述內容室，並與該控制單元電連接。該第二鏡頭，安置在前述內容室，並與該控制單元電連接，該第二鏡頭與該第一鏡頭是呈同軸設置。該反射單元，具有一第一反射面及一第二反射面，安置在前述內容室，並位於該第一鏡頭及該第二鏡頭中間，該第一反射面對應於該第一鏡頭，促使該第一鏡頭之一光軸轉折而朝向一垂直方向投射，該第二反射面對應於該第二鏡頭，促使該第二鏡頭之一光軸轉折而朝向該垂直方向投射。該驅動單元，與該控制單元電連接，並具有一驅動該反射單元的驅動馬達，使該反射單元的第一反射面及該第二反射面沿著該垂直方向同步位移。

依照本創作上述之3D醫療顯微鏡，其中，該驅動單元更包含一滑軌及一滑座，該第一反射面及該第二反射面是安置在該滑座上，該驅動馬達帶動該滑座使其在該滑軌上沿垂直方向作線性位移，以使該第一反射面及該第二反射面分別相對於該第一鏡頭的光軸及該第二鏡頭的光軸，產生不同景深。

依照本創作上述之3D醫療顯微鏡，其中，該驅動單元更包含一齒輪及一齒條，該齒輪與該驅動馬達連結，該齒條固定於該滑座上，以藉該驅動馬達帶動齒輪轉動，並連動該齒條，致使該滑座、該第一反射面及該第二反射面作相對之線性位移。

依照本創作上述之3D醫療顯微鏡，其中，該驅動單元更包含一凸輪及一推塊，該凸輪與該驅動馬達連結，該推塊接觸於凸輪且固定於該滑座上，以藉該驅動馬達帶動凸輪轉動，並連動該推塊，致使該滑座、該第一反射面及該第二反射面作相對之線性位移。

依照本創作上述之3D醫療顯微鏡，其中，該驅動單元更包含一渦輪、渦桿及一組接座，該渦輪與該驅動馬達連結，該渦桿組裝於該組接座上，該組裝座則固定於該滑座上，以藉該驅動馬達帶動渦輪轉動，並連動該渦桿、組裝座，致使該滑座、該第一反射面及該第二反射面作相對之線性位移。

依照本創作上述之3D醫療顯微鏡，其中，該反射單元的第一反射面及第二反射面分別是一反射鏡，兩者組成V形而安置在該滑座上，以使得該第一反射面傾斜對應於該第一鏡頭，而該第二反射面傾斜對應於該第二鏡頭。

依照本創作上述之3D醫療顯微鏡，其中，該反射單元是一稜鏡，該第一反射面及第二反射面呈V形安置在該滑座上，以使得該第一反射面傾斜對應於該第一鏡頭，而該第二反射面傾斜對應於該第二鏡頭。

依照本創作上述之3D醫療顯微鏡，其中，該驅動馬達為伺服馬達、步進馬達或超音波馬達的任一種。

依照本創作上述之3D醫療顯微鏡，其中，更包含一照明燈組，該照明燈組裝設在該第一反射面及該第二反射面的下方。

依照本創作上述之3D醫療顯微鏡，其中，更包含一遙控單元及一接收單元，該接收單元安置於該殼體上並與該控制單元電連接，該遙控單元經由藍牙傳輸方式操控該驅動單元運行，以連動該第一反射面及該第二反射面作線性位移，並控制第一鏡頭及第二鏡頭的倍率。

依照本創作上述之3D醫療顯微鏡，其中，更包含一安置在前述內容室的固定板，該驅動單元載設在該固定板上。

依照本創作上述之3D醫療顯微鏡，其中，更包含至少一握把，該握把是固定在該殼體的一外側面。

如上所述，相較於現有技術在調控鏡頭角度之不易與不便；在本創作的3D醫療顯微鏡中，由於該第一鏡頭及第二鏡頭採水平一直線架設，且透過位於左右兩側的第一反射面及第二反射面光軸轉折向下投射，以使切換倍率與拍攝距離的過程中，第一鏡頭第二鏡頭完全固定不動，不需移動或傾斜，所以左右影像整個畫面可以完全清晰與對位，而透過該遙控單元操控3D醫療顯微鏡作倍率切換時，使用遙控單元作遙控操作不僅操作簡易又便利，更藉由驅動馬達傳動齒輪、齒條，即能連動該滑座致使第一反射面及第二反射面沿垂直方向作線性位移，其控制方式只是透過由上下位移之調整，即可調變不同深淺之景深，結構簡潔且操控容易，不但能達到調整眼間距之效，還能有效消除視覺之暗角，故發揮出極大的使用效益。此外，在本案中，藉由單一驅動單元即可控制兩個鏡頭之光軸角度以調整倍率，故可縮減整體組件及佔用空間，並且兼具節省成本之效。

10‧‧‧殼體

11‧‧‧內容室

12‧‧‧外側面

20‧‧‧第一鏡頭

21‧‧‧CCD

22‧‧‧光軸

30‧‧‧第二鏡頭

31‧‧‧CCD

32‧‧‧光軸

40‧‧‧反射單元

41‧‧‧第一反射面

42‧‧‧第二反射面

50‧‧‧反射單元

51‧‧‧第一反射面

52‧‧‧第二反射面

60‧‧‧驅動單元

61‧‧‧驅動馬達

62‧‧‧滑軌

63‧‧‧滑座

64‧‧‧齒輪

65‧‧‧齒條

66‧‧‧凸輪

67‧‧‧推塊

68‧‧‧渦輪

69‧‧‧渦桿

691‧‧‧組接座

70‧‧‧固定板

71‧‧‧第一側面

72‧‧‧第二側面

80‧‧‧照明燈組

90‧‧‧握把

100‧‧‧控制單元

200‧‧‧遙控單元

210‧‧‧接收單元

第1圖為本創作3D醫療顯微鏡一較佳實施例的組合圖。

第2圖為該3D醫療顯微鏡的局部組合圖，是顯示該滑輪及該滑條的位於上始點的組合狀態。

第3圖為相類似於第2圖的視圖，是顯示該滑條的沿著垂直方向線性位移的組合狀態。

第4圖為該反射單元之第一反射面及第二反射面產生淺景深投射的示意圖。

第5圖該反射單元之第一反射面及第二反射面產生深景深投射的示意圖。

第6圖為是一局部放大圖，是顯示該反射單元是一稜鏡。

第7圖為相類似於第2圖的視圖，是顯示以該凸輪傳動該滑座及反射單元的示意圖。

第8圖為相類似於第2圖的視圖，是顯示以該渦輪、渦桿傳動該滑座及反射單元的示意圖。

第9圖為該3D醫療顯微鏡的外觀圖。

第10圖為該3D醫療顯微鏡的底視圖。

參照第1圖所示，本創作3D醫療顯微鏡的一較佳實施例，包含有一控制單元100、一殼體10、一第一鏡頭20、一第二鏡頭30、一反射單元40及一驅動單元60。

該控制單元100，是一控制電路，並控制3D醫療顯微鏡所需之運作。

該殼體10，具有一內容室11。

該第一鏡頭20，安置在前述內容室11，並與該控制單元100電連接。

該第二鏡頭30，安置在前述內容室11，並與該控制單元100 電連接。該第二鏡頭30與該第一鏡頭20位於同一水平軸線L1上。本實施例中，該第一鏡頭20及第二鏡頭30呈相對設置，且兩者均是內變焦的鏡頭，內部各設有一CCD(Charge-coupled Device，電荷耦合元件)21、31，分別讓該第一鏡頭20及第二鏡頭30產生一光軸22、32。

該反射單元40，具有一第一反射面41及一第二反射面42，安置在前述內容室11，並位於該第一鏡頭20及該第二鏡頭30中間，該第一反射面41對應於該第一鏡頭20，促使該第一鏡頭20之光軸22轉折而朝向一垂直方向L2投射，該第二反射面42對應於該第二鏡頭30，促使該第二鏡頭30之光軸32轉折而朝向該垂直方向L2投射。

參照第1圖及第2圖，該驅動單元60，與該控制單元100電連接，並由一驅動馬達61驅動該第一反射面41及該第二反射面42，使兩者沿著該垂直方向L2同步位移。本實施例中，該驅動馬達61為伺服馬達、步進馬達或超音波馬達的任一種，且該驅動單元60更包含一滑軌62、一滑座63、一齒輪64及一齒條65，該齒輪64與該驅動馬達61連結，該齒條65固定於該滑座63上，該反射單元40的第一反射面41及第二反射面42分別是一各自獨立的反射鏡，該第一反射面41及該第二反射面42組合成V形而安置在該滑座63上，當該驅動馬達61受動而運轉，則帶動該滑座63使其在該滑軌62上沿垂直方向L2作線性位移，以使該第一反射面41及該第二反射面42分別相對於該第一鏡頭20的光軸22及該第二鏡頭30的光軸32，產生不同景深(見第4圖及第5圖)。

另外，如第6圖所示，該反射單元50可由一V型的稜鏡所取代，該第一反射面51及第二反射面52呈V形安置在該滑座63上，以使得該第一反射面51傾斜對應於該第一鏡頭20，而該第二反射面52傾斜對應於該第二鏡頭30，以產生與前述相同之使用效果，不再贅述。

進一步，如第1、2圖，本創作之3D醫療顯微鏡，更包含有一固定板70、一照明燈組80，及至少一握把90，該固定板70是安置在該殼體10的內容室11，提供載設各個組件，本實施例中，該控制單元100、該第一鏡頭20、該第二鏡頭30、該反射單元40之第一反射面41及該第二反射面42、該驅動馬達61、該滑軌62、該滑座63是載設於該固定板70的一第一側面71上，而該齒輪64及齒條65則載設於該固定板70的一第二側面72上。如第10圖所示，該照明燈組80是裝設在該第一反射面41及該第二反射面42的下方，由多數個燈具呈環狀排列，以致使照明燈組80的光源環繞在光軸22、32外側(如第4、5圖)，以提供作為輔助燈具來使用。而該握把90是固定在該殼體10的一外側面12，本實施例中，是繪示出兩個握把90，分別固定在該殼體10左右兩側的外側面12上，以方便於操作者抓握。

其次，如第1圖及第9圖所示，本創作之3D醫療顯微鏡，更包含一遙控單元200及一接收單元210，該接收單元210安置於該殼體10上並與該控制單元100電連接，該遙控單元200經由藍牙(Bluetooth)傳輸方式操控該驅動單元60運行，以連動該第一反射面41及該第二反射面42作線性位移，並控制第一鏡頭20及第二鏡頭30的倍率。實際上，該遙控單元200主要是以無線操控方式控制3D醫療顯微鏡的所有運作，還包含能控制照明燈組之亮滅等功能，由於遙控單元的控制方式並非本案主要訴求重點，故不再詳述其操作功能。

至於，本創作的重要特徵及操作模式，如第2圖及第4圖所示，該第一反射面41及該第二反射面42位於初始位置時，該第一鏡頭20及第二鏡頭30的光軸22、32沿水平軸線L1分別照射在該第一反射面41及第二反射面42上，經由該第一反射面41及第二反射面42將光軸22、32朝向該垂直方向L2投射，此時為3D醫療顯微鏡處於淺景深的使用模式，這時該齒條65位於上始點位置。如第3圖及第5圖所示，當該驅動馬達61 受控而產生旋轉，該齒輪64同步運轉並且傳動該齒條65沿者垂直方向L2位移，此時，該齒條65同時帶動該滑座63、該反射單元40的第一反射面41及該第二反射面42向下位移，此時，該第一鏡頭20及第二鏡頭30的光軸22、32受到該第一反射面41及第二反射面42更寬廣的鏡面所投射之下，光軸22、32的景深會加大，若該第一反射面41及該第二反射面42被位移至下始點位置，則會獲得最深景深的使用模式。

其次，在如第2、3圖中，該驅動單元60是以齒輪64及齒條65來連動反射單元，如第7圖所示，該驅動單元60亦可使用一凸輪66及一推塊67來作連動，將該凸輪66連結於該驅動馬達61連結，該推塊67接觸於凸輪66且固定於該滑座63上，以藉該驅動馬達61帶動凸輪66轉動，並連動該推塊67，致使該滑座、該第一反射面及該第二反射面作相對之線性位移。再如第8圖所示，該驅動單元60還可使用一渦輪68、一渦桿69及一組接座691來作連動，將該渦輪68與該驅動馬達61連結，該渦桿69組裝於該組接座691上，該組裝座691則固定於該滑座63上，以藉該驅動馬達61帶動渦輪68轉動，並連動該渦桿69、組裝座691，致使該滑座、該第一反射面及該第二反射面作相對之線性位移，並達到與前述相同的使用功效。

歸納上述，相較於現有技術在調控鏡頭角度之不易與不便；在本創作的3D醫療顯微鏡中，由於該第一鏡頭20及第二鏡頭30採水平一直線架設，且透過位於左右兩側的第一反射面41(51)及第二反射面42(52)光軸轉折向下投射，以使顯微鏡在切換倍率與拍攝距離的過程中，第一鏡頭20及第二鏡頭30完全固定不動，不需移動或傾斜，所以左右影像整個畫面可以完全清晰與對位，而透過該遙控單元200操控3D醫療顯微鏡作倍率切換時，使用遙控單元200作遙控操作不僅操作簡易又便利，更藉由驅動馬達61傳動齒輪64、齒條65，即能連動該滑座63致使第一反射面41(51) 及第二反射面42(52)沿垂直方向L2作線性位移，其控制方式只是透過由上下位移之調整，即可調變不同深淺之景深，結構簡潔且操控容易，不但能達到調整眼間距之效，還能有效消除視覺之暗角，故發揮出極大的使用效益。此外，在本案中，藉由單一驅動單元即可控制兩個鏡頭之光軸角度以調整倍率，故可縮減整體組件及佔用空間，並且兼具節省成本之效。

值得一提的是，本創作之3D醫療顯微鏡之第一鏡頭及第二鏡頭位於水平軸線上的設置方式，促使整個機組呈現扁平架構，當使用在手術室時，不論是被活動式的支撐架所架設，或是裝設在手術室的天花板上，均較不佔空間，不會遮擋操作視線，而且還可增加上下位置的操作空間，讓景深之調整拉得更大，以發揮最大的使用效能。

以上所述，僅為本創作之一個較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。