WO2020230729A1 - 医療用顕微鏡装置 - Google Patents

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WO2020230729A1
WO2020230729A1 PCT/JP2020/018706 JP2020018706W WO2020230729A1 WO 2020230729 A1 WO2020230729 A1 WO 2020230729A1 JP 2020018706 W JP2020018706 W JP 2020018706W WO 2020230729 A1 WO2020230729 A1 WO 2020230729A1
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observation
image
display
solid
pixels
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PCT/JP2020/018706
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English (en)
French (fr)
Inventor
英司 小林
紘正 山下
哲 ▲高▼橋
丸山　純一
健吉 谷岡
敏雄 千葉
博 中▲辻▼
吉田　哲男
Original Assignee
エア・ウォーター・バイオデザイン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/20—Surgical microscopes characterised by non-optical aspects
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
    • A61F9/007—Methods or devices for eye surgery
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a medical microscope device.
  • Non-Patent Documents 1 to 3 ultra-high image quality 8K cameras have been medically applied by digital image technology. In particular, it has begun to be applied to various fields in arthroscopic surgery in which surgery is performed while watching television images. It is expected that ultra-high image quality can obtain an image comparable to that of a microscope because the enlargement on the screen can be extremely effective (Non-Patent Document 4).
  • Patent Document 1 includes a solid-state image pickup device having a solid-state image sensor and a lens optical system to image an observation target, and a display device for displaying image data captured by the solid-state image pickup device.
  • a microscope device for medical use the surgical site is photographed by an image sensor, and information about the captured image is transmitted to the display device so that the photographed image of the surgical site is displayed on the display device.
  • the microscope device is disclosed.
  • Non-Patent Document 4 the present inventors conducted a non-deterioration test with an optical microscope using an 8K high-quality microscope in the ophthalmic field with a pig eye model, and confirmed that it was not inferior (Non-Patent Document 4).
  • Non-Patent Document 5 it is also known that the learning effect is higher in 3D than in 2D (Non-Patent Document 5).
  • optical microscopes have clinically established the field of supermicrosurgery, which enables anastomosis of blood vessels and lymph vessels with a diameter of 0.5 mm or less because they can be super-magnified with binoculars.
  • An object of the present invention is to provide a medical microscope device that displays an image capable of performing anastomosis treatment on a single screen even if the minor axis diameter (caliber) of the treatment target is 500 ⁇ m or less.
  • a solid-state image sensor having an image pickup unit and a lens optical unit to capture an image including an observation target, and the image image pickup captured by the image pickup unit.
  • a medical microscope device including a display device for displaying, wherein the image pickup unit includes a solid-state image pickup device in which a plurality of pixels each having a photoelectric conversion element are arranged in a matrix on an imaging surface, and has a diameter of 20 mm.
  • the image pickup unit includes a solid-state image pickup device in which a plurality of pixels each having a photoelectric conversion element are arranged in a matrix on an imaging surface, and has a diameter of 20 mm.
  • the image of the observation area formed on the imaging surface of the solid-state image sensor has 4000 pixels.
  • the observation area is a circular shape having a diameter of one or more arranged side by side, and the observation area is a circular shape whose diameter is represented by 4000 or more display pixels on the display screen of the display device. ..
  • the medical suture used for performing the procedure of anastomosing the cut lymphatic vessel has a diameter of 20 ⁇ m to 29 ⁇ m, that is, a thread.
  • Threads with a thread diameter of USP (United States Pharmacopeia) No. 10-0 or less, which is approximately 25 ⁇ m in diameter, are suitable.
  • the imaging pixel density is such that the threads of Nos. 10-0 to 12-0 can be confirmed ("imaging" to distinguish the pixels of the solid-state image sensor ("display pixels”). (Also referred to as “pixel”) density) and display pixel density (display pixel density) are required.
  • the imaging pixel density can be defined by how large a circular observation region having a diameter of 20 mm is formed on the imaging surface of the solid-state image sensor as a circular image in relation to the imaging pixels.
  • the circular image formed on the image plane is located within the range of the solid-state image sensor in which a plurality of image pickup pixels are arranged in a matrix, and it is preferable that the circular image is large within that range.
  • the circular image on the imaging surface is a circle having a diameter of a length in which 4000 or more imaging pixels of the solid-state image pickup device are arranged.
  • 25 ⁇ m which is the approximate diameter of the 10-0 suture
  • the 12-0 suture having a thread diameter of 1 ⁇ m to 9 ⁇ m can also be imaged.
  • the lens optical system so that the number of pixels in the minor axis direction of the solid-state image sensor is 4000 or more and the length of the observation target to be imaged by one image sensor is 5 ⁇ m or less, the anastomosis is performed. While the observation area (circle with a diameter of 20 mm) required for the treatment is imaged by one solid-state image sensor, the suture thread of No. 12-0 can be imaged by a plurality of image pickup pixels.
  • the observation region having a circular shape with a diameter of 20 mm is a circular display image whose diameter is represented by 4000 or more display pixels on the display screen of the display device. Is displayed as. Therefore, the length of the observation target displayed by one display pixel on the display screen is 5 ⁇ m or less.
  • the width of the suture No. 12-0 imaged by a plurality of image pickup pixels in the solid-state image sensor is displayed on the display screen with a display pixel number equal to or larger than the number of image pickup pixels. Can be done.
  • the number of display pixels in the short axis direction on the display screen of the display device is preferably equal to or greater than the number of pixels in the short axis direction of the solid-state image sensor.
  • digital zoom and image complementation processing may be combined to enlarge the display on the display screen with a pixel density higher than the imaged pixel density.
  • the length of the observation target imaged by one imaging pixel is 5 ⁇ m or less as described above, even a thin suture (No. 12-0) having a diameter of about 10 ⁇ m has a plurality of thread width directions. It can be imaged by the image pickup pixel of. This means that there are imaging pixels in the width direction of the thread that capture only the thread as a whole.
  • the distance (working distance) between the observation target and the solid-state image sensor is preferably 200 mm or more from the viewpoint of ensuring the workability of the operator.
  • the image pickup optical axis of the solid-state image sensor is tilted at a predetermined tilt angle (first tilt angle ⁇ ) with respect to the vertical direction.
  • first tilt angle ⁇ the operating distance of the observation target (suture needle or suture) in the anastomosis procedure in the vertical direction is cos ⁇ times in the direction of the imaging optical axis. Therefore, the effective depth of field can be expanded to 1 / cos ⁇ times, and the possibility that the observation target is in the field of view but cannot be visually recognized during the anastomosis treatment can be reduced. From the viewpoint of making this effect particularly apparent, it may be preferable that the inclination angle (first inclination angle ⁇ ) is 15 degrees or more.
  • the tilt angle (first tilt angle ⁇ ) becomes excessively large, it becomes difficult for the movement of the observation target (for example, the suture needle) in the displayed image to reflect the actual movement, or the objects around the observation target interfere with each other. It may be difficult to properly display the observation target on the display screen of the display device. Therefore, it may be preferable that the inclination angle (first inclination angle ⁇ ) is 60 degrees or less.
  • the medical microscope device further includes an irradiation device that illuminates the observation target, and the tilt angle (second tilt angle ⁇ ) between the irradiation optical axis and the imaging optical axis of the irradiation device is the observation target and its
  • the tilt angle is such that the width of the shadow of the observation target due to the tilt of the irradiation optical axis and the imaging optical axis is equal to or less than the maximum length of the observation width of the observation target and is 1 ⁇ 2 or more of the maximum length. It is preferable to have.
  • the inclination angle is 60 degrees or more and 80 degrees or less, and the inclination angle decreases as the distance between the observation object and its surroundings in the vertical direction increases. It is preferable to set it.
  • the suture moves three-dimensionally in the field of view, and specifically, it can be displaced by at least ⁇ 10 mm in the direction of the imaging optical axis. Therefore, it is preferable that the suture of No. 12-0 can be visually recognized in the entire observation area consisting of a spherical space having a diameter of 20 mm.
  • a medical microscope device that displays an image capable of performing anastomosis treatment on a single screen even if the minor axis diameter of the treatment target is 500 ⁇ m or less.
  • FIG. 4 It is the schematic for demonstrating the structure of the medical microscope apparatus which concerns on one Embodiment of this invention.
  • a schematic diagram for explaining an image of an observation region formed on an imaging surface of a solid-state image sensor of a medical microscope according to an embodiment of the present invention, and (b) a display image of a display device will be described.
  • FIG. It is a partially enlarged image of the image shown in FIG. It is a schematic diagram for demonstrating another structure of the medical microscope apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is an image showing an observation area of 30.72 mm in width and 17.28 mm in length, which was taken by using the medical microscope device according to the embodiment of the present invention. It is an image which shows the result of suturing a lymphatic vessel with the suture of No. 12-0, which was imaged using the medical microscope apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is a schematic diagram for demonstrating the relationship between the image pickup optical axis and the vertical direction and the irradiation optical axis in the medical microscope which concerns on one Embodiment of this invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the scale pitch of the scale used for measuring the actual depth of field d'of Example 1 and the actual depth of field d'. It is a graph which shows the relationship between the observation angle ⁇ and the actual field of view w'in Example 1.
  • FIG. It is a figure which conceptually shows the relationship between the depth of field d, the actual depth of field d', and the actual field of view w'when the observation angle ⁇ is set.
  • (A) is a diagram conceptually showing the relationship between the tilt angle of the image pickup optical axis of the solid-state image sensor, the tilt angle of the irradiation optical axis of the irradiation device with respect to the image pickup optical axis, the observation target, and the width of the shadow with respect to the vertical direction.
  • (B) is a diagram conceptually showing a part of an image viewed from a solid-state image sensor with respect to an observation target, a rear wall around the observation target, and a shadow. This is a graph showing the change in the width of the shadow with respect to the angle of the irradiation optical axis with respect to the imaging optical axis when the observation object is illuminated under the conditions shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic view for explaining a configuration of a medical microscope device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic view for explaining an image of an observation region formed on an imaging surface of a solid-state image sensor of a medical microscope according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a schematic view for explaining a display image of a display device of a medical microscope according to an embodiment of the present invention.
  • the medical microscope device 100 includes a solid-state imaging device 10, a processing device 40, and a display device 50.
  • the solid-state imaging device 10 includes a lens optical unit 30 arranged along the image pickup optical axis OA, and an image pickup unit 20 having a solid-state image sensor 21 located on the image plane FS of the lens optical unit 30.
  • the observation area OR is a part of the treatment area SA of the object A
  • the imaging optical axis OA is arranged at an angle (first inclination angle ⁇ ) with respect to the vertical direction VL. ing. Details of this arrangement will be described later.
  • the observation region OR is a circle having a diameter of Dr, and a specific example of the diameter Dr is 20 mm.
  • the observation region OR captured by the lens optical system LS of the lens optical unit 30 forms an image on the image plane FS of the solid-state image sensor 21 to form an image image IM.
  • the imaged image IM is a circle with a diameter of Di.
  • the observation area OR is a part of an area that can be observed by the lens optical system LS (observable area OR0), and the observable area OR0 is inscribed in the imaged image IM0 formed on the image pickup surface FS.
  • the solid-state image sensor 21 is arranged. Therefore, an image outside the range of the observation area OR is also displayed on the display screen 51.
  • the solid-state imaging device 21 has a plurality of pixels (imaging pixels) Px, each of which has a photoelectric conversion element, and these imaging pixels Px are arranged in a matrix on the imaging surface FS. Lined up in.
  • the size (pixel size) Ds of the image pickup pixel Px of the solid-state image pickup device 21 according to the present embodiment is a square of 3.2 ⁇ m in both the X direction and the Y direction.
  • 7680 image pixels Px are arranged in the X direction and 4320 are arranged in the Y direction. Therefore, the size of the solid-state image sensor 21 is 24.6 mm in the X direction and 13.8 mm in the Y direction.
  • the diameter Di of the circular imaged image IM formed on the imaging surface FS by the observation region OR composed of a circle having a diameter of 20 mm is 12.8 mm. Since the size of the imaging pixel Px is 3.2 ⁇ m, the number of rows Ni of the imaging pixels Px corresponding to the diameter Di of the circular imaged image IM having the diameter Di is 4000.
  • the observation length per imaging pixel Px is 5 ⁇ m.
  • the suture AY of No. 10-0 is imaged by at least four or more imaging pixels Px arranged in succession. Even with the 12-0 suture, the arithmetic mean of the thread diameter of 5 ⁇ m is equivalent to the observation length per image pixel Px, so that the 12-0 thread is stably imaged. be able to.
  • the imaging pixels Px that image only the thread are always present in the width direction of the thread, and as a result, a plurality of the imaging pixels Px that image only the thread are in the long axis direction of the thread. Line up without interruption.
  • the electric signal including the information of the image captured by the solid-state image sensor 10 is input to the processing device 40 via the cable 41. Signal processing is performed in the processing device 40 to generate an image display signal.
  • the image display signal output from the processing device 40 is input to the display device 50 via the cable 42 and displayed as a display image on the display screen 51.
  • 7680 display pixels are arranged in the X direction and 4320 display pixels are arranged in the Y direction, and a display image is formed by these 33 million or more display pixels. Therefore, all of the circular image DI showing the circular observation region OR having a diameter Dr of 20 mm is displayed on the display screen 51.
  • an image showing a state in which a lymphatic vessel Ld having a diameter of 500 ⁇ m or less is being anastomosed by a suture AY is displayed. Both ends of the suture AY are held by tweezers T1 and tweezers T2, and the anastomosis procedure is completed by pulling these tweezers T1 and T2.
  • the observation area OR is displayed as a circular image DI whose diameter is represented by the number of display pixels Nd of 4000 or more. ..
  • the image captured by the solid-state image sensor 21 is displayed on the display screen 51 without degrading the resolution, and the suture No. 10-0 and the suture No. 12-0 are displayed on the display screen 51. Can be visually recognized at.
  • FIG. 4 is a diagram showing a specific example of an image observed using the medical microscope device according to the embodiment of the present invention.
  • the number of pixels of the solid-state image sensor 21 of the solid-state image sensor 10 of the medical microscope device 100 was 7680 in the horizontal direction and 4320 in the vertical direction, and the pixel size was 3.2 ⁇ m.
  • An image taken by the solid-state image sensor 10 is displayed on a display device 50 having a display screen 51 having 7680 horizontal pixels and 4320 vertical display pixels. Therefore, the observation length per display pixel on the display screen 51 is 5 ⁇ m, which is the same as the observation length per imaging pixel, and the display screen 51 includes a circular observation region OR having a diameter of 20 mm. An area of 38.4 mm and 21.6 mm in length can be displayed.
  • FIG. 4A is obtained by digitally zooming a part of the display image (observation length per display pixel: 5 ⁇ m) displayed on the display screen 51 by 4 times, and further performing the complement processing described below. It is an image that was made.
  • FIG. 4B is an enlarged image of a portion surrounded by a square shown by a two-dot chain line in FIG. 4A. This portion corresponds to the size of 8 mm in width and 11 mm in length in the observation area OR, and the black line extending in the vertical direction in FIG. 4B is the suture thread AY of No. 10-0.
  • the image of one original display pixel is displayed on 16 display pixels by zooming, so that the image displayed on the display screen 51 becomes coarse.
  • 16 colors after zooming are based on the color information of each display pixel before zooming and the color information of a plurality of display pixels around the display pixel. Color information is set for each of the display pixels. Therefore, the color information of the 16 display pixels formed by the complement processing includes not only the color information of one display pixel before enlargement to be processed but also the color information of the surrounding image. The capture of the color information of the surrounding image causes the display interruption of the suture thread AY described below.
  • the display pixel for displaying the suture thread AY includes not only the suture thread AY but also the color information of the image around the suture thread AY.
  • the color information of the display pixel displaying the suture AY becomes the color information obtained by diluting the original color information of the suture AY with the color information of the surrounding image.
  • the color information of the display pixels around the display pixels before zooming is used to generate the individual color information of the 16 display pixels.
  • the ratio of the color information of the suture thread AY included in the color information of the 16 display images obtained by the complement processing is lower than the ratio of the color information of the suture thread AY included in the display pixels before zooming.
  • the interruption of the display of the suture AY when the digital zoom is performed means that the suture AY is partially invisible for the operator performing the anastomosis procedure even though the display is enlarged in order to perform detailed work. It is an essential problem that makes it impossible to continue.
  • the length of the observation target displayed by one display pixel is less than or equal to the diameter of the suture thread AY as in the medical microscope device 100 according to the present embodiment, only the suture thread AY is used.
  • the displayed display pixels are continuously arranged side by side in the long axis direction of the suture AY. Therefore, even when the digital zoom is performed and the complement processing is performed, the 16 display pixels generated based on the display pixels in which only these suture threads AY are displayed are the color information of the image around the suture thread AY. The content ratio is unlikely to increase. Therefore, in the medical microscope device 100 according to the present embodiment, the display of the suture thread AY is less likely to be interrupted when the digital zoom is performed, and the anastomosis procedure can be stably performed.
  • the width of the suture thread AY is displayed in FIG. 4 (b)
  • the portion surrounded by the square chain line shown by the alternate long and short dash line in FIG. 4 (b) is enlarged in FIG. It is displayed, and the part surrounded by the square shown by the alternate long and short dash line in FIG. 5 is further enlarged.
  • the display image was displayed as an aggregate of a plurality of display pixels in which colors were individually set. From this image, the number of display pixels for displaying the width direction of the suture AY was obtained. As shown in FIG.
  • the width of the suture AY indicated by the double-headed arrow is about because the number of display pixels in the vertical direction is 13 and the number of display pixels in the horizontal direction is 16 as a diagonal line of a rectangle. It was confirmed that the display was performed by 20 display pixels. It was confirmed that this number of pixels was equal to the theoretical value, and that the suture thread AY of No. 10-0 was properly displayed even after digital zooming and complementary processing. That is, the diameter of the suture AY of No. 10-0 is 20 to 29 ⁇ m, which is about 25 ⁇ m on the arithmetic mean, and is displayed by one display pixel in the same size display image shown in FIG. 4 (a). Since the length of the observation target is 5 ⁇ m, the width of the suture AY of No. 10-0 is calculated to be represented by about 5 display pixels in the display image of FIG. 4A, and is magnified four times. In the display image of FIG. 6, it is calculated that the display image is represented by about 20 display pixels.
  • the medical microscope device 100 As described above, according to the medical microscope device 100 according to the present embodiment, not only the circular observation region OR having a diameter of 20 mm can be displayed on the display screen 51, but also a thin suture AY such as No. 10-0 can be displayed. It is possible to display stably. Specifically, even if the complement processing is performed by digitally zooming 4 times, the display of the suture is unlikely to be interrupted in the zoom image.
  • FIG. 7 is a schematic view for explaining another configuration of the medical microscope device according to the embodiment of the present invention.
  • the diameter Dr of the circular observation region OR is 25 mm.
  • the diameter Di of the imaged image IM formed on the image plane FS is also 25 mm.
  • the lens optical system LS of the lens optical unit 30 is a 1x magnification imaging system. Therefore, in the present embodiment, the number of rows Ni of the imaging pixels Px corresponding to the diameter of the circular imaged image IM having the diameter Di is 7680, and the observation length per imaging pixel Px is 3.2 ⁇ m. ..
  • the image of the observation region OR formed on the imaging surface FS of the solid-state image sensor 10 has a diameter of a length in which 6250 imaging pixels are lined up.
  • the observation area OR is displayed as a circle whose diameter is represented by 6250 display pixels on the display screen 51 of the display device 50. Since the resolution of this configuration is higher than the resolution of the configuration shown in FIG. 1, not only the suture of No. 10-0 but also the suture of No. 12-0 can be imaged and displayed particularly stably.
  • a part of the circular image DI corresponding to the circular observation region OR having a diameter Dr of 25 mm is displayed.
  • the number of display pixels is 4320 in the Y direction, which is the minor axis direction of the display screen 51
  • an area having an observation length of 13.8 mm is displayed on the display screen 51. Therefore, in the present embodiment, 68% of the circular image DI is displayed on the display screen 51, and this display area is the area of the circular image DI when the observation area OR is a circle having a diameter Dr of 20 mm. It is equal to or higher than 314 mm 2 ) (1.05 times). Therefore, the anastomosis procedure can be performed stably. Rather, since the observation length per display pixel is 3.2 ⁇ m, a clearer image than the image shown in FIG. 1 is displayed.
  • FIG. 8 is an image displaying an observation area of 30.72 mm in width and 17.28 mm in length using a medical microscope device 100.
  • the length of 5 mm can be confirmed accurately.
  • the observation length per imaged pixel is about 4 ⁇ m.
  • the lymphatic vessel Ld is displayed above the ruler, and the diameter of the lymphatic vessel Ld is represented by the number of display pixels of 45, which is about 180 ⁇ m.
  • the circular image DI when the observation region OR is a circle with a diameter of 20 mm is represented by a double broken line.
  • the image of the circular observation region OR having a diameter of 20 mm formed on the imaging surface FS of the solid-state image sensor 10 has a length in which 5000 imaging pixels are lined up.
  • the observation area OR is a circle having a diameter of, and the diameter is represented by 5000 display pixels on the display screen 51 of the display device 50.
  • FIG. 9A is an image obtained by digitally zooming 4 times and performing complementary processing on the display image of the observation area of 1.6 mm in width and 1.8 mm in length including the lymphatic vessel Ld in FIG. Therefore, in the image of FIG. 9A, the observation length per display pixel is 1 ⁇ m. From FIG. 9A, it can be confirmed that the lymphatic vessel Ld is anastomosed by the suture AY of No. 12-0. This image was partially enlarged to display the suture thread AY of No. 12-0 as an aggregate of a plurality of individually colored pixels as in the case of FIG. 6 (FIG. 9 (b)). ).
  • the line width in the width direction of the suture thread AY of No. 12-0 is a rectangle formed by 9 vertical display pixels and 5 horizontal display pixels. Since it is represented by the diagonal line of, the number of display pixels is about 10. When calculated from this number of display pixels, the width of the observed suture thread AY of No. 12-0 was about 10 ⁇ m. Since the image of FIG. 9 is a four-fold magnification of the image of FIG. 8, on the display screen 51 shown in FIG. 8, the suture thread AY of No. 12-0 has 2 to 3 display pixels in the width direction. Will be displayed by. Since the color of the suture AY is black, which is significantly different from the color of the tissue, the operator can sufficiently see it even if the width is about 2.5 pixels. Therefore, even when the suture AY of No. 12-0 is used, the lymphatic vessel Ld can be anastomosed while observing only the image displayed on the display screen 51.
  • FIG. 10 is a schematic view for explaining the relationship between the vertical direction and the imaging optical axis in the medical microscope according to the embodiment of the present invention.
  • the optical axis (imaging optical axis OA) of the solid-state imaging device 10 is predetermined with respect to the vertical VL. It is arranged so as to incline at an angle (first inclination angle) ⁇ . Therefore, when the member T such as tweezers is moved in the vertical direction by a predetermined length L1, the moving length L2 on the display screen 51 becomes L1 ⁇ cos ⁇ . In this way, since the moving length of the VL in the vertical direction is cos ⁇ times, the depth of field is effectively 1 / cos ⁇ times.
  • the first inclination angle ⁇ is preferably 15 degrees or more.
  • the first inclination angle ⁇ becomes excessively large, it becomes difficult for the movement of the observation target (for example, the suture needle) in the displayed image to reflect the actual movement, or the objects around the observation target interfere with each other to display the observation target. It may be difficult to properly display the display screen 51 of the device 50. Therefore, it may be preferable that the first inclination angle ⁇ is 60 degrees or less.
  • the first inclination angle ⁇ is preferably 20 degrees or more and 40 degrees or less, and is 30 degrees ⁇ 5 degrees. Is more preferable.
  • the angle (second tilt angle ⁇ ) formed by the optical axis of the irradiation light from the irradiation device 60 (irradiation optical axis LA) and the imaging optical axis OA is set according to the distance between the observation target and its surroundings in the vertical direction. It is preferable to do so.
  • the imaging optical axis OA and the irradiation optical axis LA are aligned so that shadows do not occur in the captured image.
  • the imaging pixel density is low, when the anastomotic object has a portion where the brightness is locally reduced, the decrease in brightness of that portion overlaps with the shadows of other members such as tweezers T1 and T2. It is not easy to visually determine whether it is derived from this or the local shape change of the anastomotic object itself. For this reason, the observation area OR has been made as shadowless as possible to reduce the factors that cause a change in brightness.
  • the observation area OR is displayed as a shadowless image.
  • the observation object is displayed in a shadowless state, it becomes difficult for the operator to grasp the stereoscopic effect.
  • the object to be observed is the lymphatic vessel Ld
  • the shape is tubular, so that the central part is convex compared to the periphery, and how much the central part protrudes. It becomes difficult to grasp.
  • the medical microscope device 100 has such a high resolution that even if the suture thread AY is No. 12-0, it can be appropriately displayed on the display screen 51. Therefore, even if the object located in the observation area OR has a locally reduced brightness portion, it is visually discriminated whether the portion is derived from the change in the surface texture of the object or the shadow. be able to. Therefore, in the medical microscope device 100, the imaging optical axis OA and the irradiation optical axis LA are positively shifted to generate a shadow in the observation region OR, making it easier to grasp the stereoscopic effect of the observation object.
  • the width of the shadow of the observation target is equal to or less than the maximum length of the observation width of the observation target. It is preferable that the angle is 1 ⁇ 2 or more of the maximum length. If the second inclination angle ⁇ is excessive, the irradiation light from the irradiation device 60 cannot illuminate the entire observation region OR. As a result, the change in brightness over the entire observation region OR becomes large, which rather hinders the grasp of the stereoscopic effect.
  • the irradiation optical axis LA is set based on the illuminance distribution composed of all of these light sources.
  • the distance from the solid-state image sensor 10 to the object A is preferably 200 mm or more from the viewpoint of appropriately ensuring the workability of the operator.
  • the working distance WD is shortened, the distance between the light source of the irradiation device 60 and the object A also tends to be short, so that the heat from the light source tends to reach the object A. From the viewpoint of suppressing the influence of this heat, it is preferable that the working distance WD is long.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the observation angle ⁇ and the actual depth of field d'in Example 1
  • FIG. 12 is the scale pitch of the scale used for measuring the actual depth of field d'in Example 1.
  • a graph showing the relationship between and the actual depth of field d' is a graph showing the relationship between the observation angle ⁇ and the actual field of view w'in Example 1.
  • FIG. 14 is a diagram conceptually showing the relationship between the depth of field d, the actual depth of field d', and the actual field of view w'when the observation angle ⁇ is set.
  • the F value is set to 8, 11 and 16 for each of the lenses I, II and III.
  • the observation angle ⁇ is an inclination angle (first inclination angle) of the image pickup optical axis OA of the solid-state image pickup device 10 with respect to the vertical direction VL.
  • the object A to be observed is arranged at the origin O, which is the intersection of the vertical VL and the horizontal HL.
  • the actual depth of field d' is an angle conversion of the depth of field d in the solid-state image sensor 10 so as to be along the vertical VL
  • the actual field of view w' is the depth of field d in the horizontal direction HL. This is the range of angle conversion along the line.
  • the irradiation device 60 is arranged so that the irradiation light travels along the vertical direction VL and irradiates the object A. Therefore, the angle (second tilt angle ⁇ ) formed by the irradiation optical axis LA of the irradiation device 60 and the imaging optical axis OA of the solid-state imaging device 10 is set to be the same as the observation angle ⁇ .
  • the actual depth of field d'and the actual field of view w'can be calculated based on the depth of field d in the solid-state image sensor 10, but in the examples, they were measured as follows.
  • the lens and converter are arranged so as to form an observation angle ⁇ with respect to the vertical VL, and the scale arranged so as to extend in the horizontal direction HL is photographed at 8K, and the actual depth of field d'is based on this photographed image.
  • the gradation value has an amplitude in each pixel. This amplitude is extremely different between the range in which the image is clear and the range in which the image is unclear. Therefore, if a threshold value is set for the magnitude of the amplitude so as to discriminate between these two ranges, the range in which the amplitude is equal to or greater than the above threshold value can be regarded as the actual depth of field d'.
  • the following relational expressions (1), (2), and (3) are established between the observation angle ⁇ , the actual depth of field d', and the actual field of view w'.
  • the actual field of view w' can be calculated from the observation angle ⁇ and the actually calculated actual depth of field d'.
  • 11 and 13 are graphs obtained based on the actually calculated actual depth of field d'.
  • FIG. 12 shows the change in the actual depth of field d'due to the difference in the scale pitch.
  • the actual depth of field d' is increased as the observation angle ⁇ increases in all of the configurations 1 to 3, and the larger the F value of the lens, the more the actual depth of field d. It turns out that'will increase. It was also found that the actual depth of field d'is larger in the configuration 1 (lens I) having a smaller focal length than in the configurations 2 and 3. Therefore, the desired actual depth of field d'can be set by changing the observation angle ⁇ , the focal length of the lens, and the F value of the lens according to the shape of the object A, the observation conditions, and the like.
  • the actual field of view w' changes as the observation angle ⁇ increases in all of the configurations 1 to 3, and in particular, in the case of the F value 11, it gradually decreases. It was also found that the larger the F value of the lens, the larger the actual field of view w'. It was also found that the actual field of view w'is larger in the configuration 1 (lens I) having a smaller focal length than in the configurations 2 and 3. Therefore, the desired actual field of view w'can be set by changing the observation angle ⁇ , the focal length of the lens, and the F value of the lens according to the shape of the object A, the observation conditions, and the like.
  • a more preferable observation angle ⁇ is set according to the shape of the object A, the observation conditions, and the like. Is possible.
  • FIG. 15A shows the inclination angle (first inclination angle ⁇ (observation angle)) of the image pickup optical axis OA of the solid-state image sensor 10 with respect to the vertical direction VL, and the inclination of the irradiation light axis LA of the irradiation device with respect to the image pickup light axis OA.
  • (b) shows the observation target SB, the rear wall SC around it, and the shadow SD.
  • Is a diagram conceptually showing a part of an image seen from the solid-state image sensor 10. As shown in FIG.
  • FIG. 16 to 18 show the width W10 of the shadow SD with respect to the angle (second inclination angle ⁇ ) (horizontal axis) of the irradiation optical axis LA with respect to the imaging optical axis OA when the observation target SB is illuminated under the conditions shown in FIG. (Vertical axis) is a graph showing the change (vertical axis) for each first inclination angle ⁇ .
  • FIG. 16 shows a case where the distance L10 between the lymphatic vessel as the observation target SB and the surrounding posterior wall SC in the vertical direction VL is 1.0 mm
  • FIG. 17 shows the distance between the observation target SB and the posterior wall SC.
  • the case where L10 is 0.5 mm is shown.
  • FIG. 18 shows a case where the distance L10 between the observation target SB and the rear wall SC is 0 mm. In this case, the lower end SB1 of the observation target SB in the vertical direction is in contact with the rear wall SC.
  • the simulation conditions shown in FIGS. 16 to 18 are as follows.
  • Diameter of lymphatic vessel as observation target SB 0.5 mm
  • the light emitted from the irradiation device is parallel light, and the irradiation direction LD is parallel to the irradiation optical axis LA.
  • Angle of irradiation optical axis LA with respect to imaging optical axis OA second tilt angle ⁇
  • 0 to 90 degrees deg
  • the stereoscopic effect of the observation target SB stands out by tilting the irradiation optical axis LA with respect to the imaging optical axis OA to generate a shadow SD.
  • the width W10 of the shadow SD is equal to or less than the maximum length of the observation width W20 of the observation target SB and is 1 ⁇ 2 or more of the maximum length. It turned out to be preferable to obtain. If the width W10 of the shadow SD is less than 1/2 of the maximum length, it becomes difficult to see it, and if it becomes larger than the maximum length, it deviates from the image of the actual observation target SB and it becomes difficult to obtain a stereoscopic effect. Is.
  • the diameter of the lymphatic vessel as the observation target SB that is, the maximum length of the observation width W20 of the observation target SB is 0.5 mm, so that the width W10 of the shadow SD (FIGS. 16 to 18).
  • the vertical axis of 18 is 0.25 mm or more and 0.5 mm or less, it is possible to obtain the above-mentioned preferable three-dimensional effect.
  • the second inclination angle ⁇ (horizontal axis) is about 20.
  • the range of about 42 degrees is preferable, and when the first inclination angle ⁇ is 45 degrees, the second inclination angle ⁇ is about 20 to 50 degrees, and when the first inclination angle ⁇ is 60 degrees, the second inclination angle ⁇ is about.
  • the range of 20 degrees to 55 degrees is preferable.
  • the second inclination angle ⁇ (horizontal axis) is about when the first inclination angle ⁇ is 30 degrees.
  • the range of 60 to 80 degrees is preferable, and when the first inclination angle ⁇ is 45 degrees, the second inclination angle ⁇ is preferably about 80 degrees to 90 degrees.
  • the first inclination angle ⁇ is 60 degrees, it is difficult to obtain the optimum shadow when the second inclination angle ⁇ is in the range of 0 degrees to 90 degrees.
  • the inclination angle (second inclination angle ⁇ ) between the irradiation optical axis LA and the imaging optical axis OA has the above-mentioned stereoscopic effect according to the distance in the vertical direction between the observation target SB and the surrounding rear wall SC.
  • a suitable range can be set to obtain.
  • the width W10 of the shadow SD of the observation target SB due to the inclination of the irradiation optical axis LA and the imaging optical axis OA is equal to or less than the maximum length of the observation width W20 of the observation target SB.
  • the range is set to correspond to 1/2 or more of the maximum length, it is possible to obtain an image that is easy to see and has a suitable stereoscopic effect.
  • the second inclination angle ⁇ is about 60 degrees or more and 80 degrees or less when the first inclination angle ⁇ is 30 degrees. Therefore, it is preferable to set the second inclination angle ⁇ to be smaller as the distance between the observation target SB and the rear wall SC around it in the vertical direction VL increases.

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Abstract

処置対象の短軸径が５００μｍ以下であっても、吻合処置を行うことが可能な画像を一画面で表示する医療用顕微鏡装置１００は、撮像部２０とレンズ光学部と３０を有し観察対象ＯＲを含む画像を撮像する本発明の固体撮像装置１０と、撮像部により撮像された画像を表示する表示装置５０と、を備え、撮像部２０は、各々が光電変換素子を有する複数の画素を結像面ＦＳ上にマトリクス状に並べた固体撮像素子２１を備え、直径２０ｍｍの円形の観察領域ＯＲを固体撮像装置１０で撮像して表示装置５０が備える表示画面５１に表示したときに、固体撮像装置１０の結像面ＦＳに形成される観察領域の像ＩＭは、画素Ｐｘが４０００個以上並んだ長さの直径を有する円形であり、観察領域ＯＲは、表示装置５０の表示画面５１において、４０００個以上の表示画素によりその直径が表される円形となる。

Description

医療用顕微鏡装置
　本発明は、医療用顕微鏡装置に関する。
　近年、デジタル画像技術により超高画質（８Ｋ）カメラが医療応用されてきた。特にテレビ画像を見ながら手術する鏡視下手術で種々の領域に応用され始めている（非特許文献１から３）。超高画質は、画面上の拡大が極めて有効にできるところから、顕微鏡に匹敵する画像が得られると期待されている（非特許文献４）。
　また、特許文献１には、固体撮像素子とレンズ光学系とを有して観察対象を撮像する固体撮像装置と、固体撮像装置により撮像された画像データを表示する表示装置と、を備えた医療用顕微鏡装置の一例として、術部を撮像素子により撮影し、撮影された画像についての情報が表示装置に送信されることにより、術部の撮影画像が表示装置に表示される構成を備える医療用顕微鏡装置が開示されいている。
　一方、本発明者らは、先行する研究で、眼科領域における８Ｋ高画質顕微鏡をブタ眼モデルで使って光学顕微鏡との非劣化試験を行い、遜色ないことを確認している（非特許文献４）が、２Ｄよりも３Ｄの方が学習効果が高いことも知られている（非特許文献５）。また近年の光学的顕微鏡は、双眼で超拡大が可能なことから０．５ｍｍ口径以下の血管やリンパ管などの吻合を可能としたスーパーマイクロサージャリーの分野を臨床で確立している。
国際公開ＷＯ２０１６／０１７５３２号公報
Yamashita H, Aoki H, Tanioka K, Mori T, ChibaT.　Ultra-highdefinition (8K UHD) endoscope: our first clinical success.　Springerplus. 2016 Aug 30;5(1):1445. doi: 10.1186/s40064-016-3135-z.eCollection 2016. Aoki Y, Matsuura M, Chiba T, Yamashita H.Effect of an 8K ultra-high-definition television system in a case oflaparoscopic gynecologic surgery. Wideochir Inne Tech Maloinwazyjne. 2017Sep;12(3):315-319. doi: 10.5114/wiitm.2017.68830. Epub 2017 Jul 7. Ohigashi S, Taketa T, Shimada G, Kubota K,Sunagawa H, Kishida A. Fruitful first experience with an 8Kultra-high-definition endoscope for laparoscopic colorectal surgery. Asian JEndosc Surg. 2018 Dec 13. doi: 10.1111/ases.12638. [Epub ahead of print] Yamashita H, Tanioka K, Miyake G, Ota I, NodaT, Miyake K, Chiba T. 8K ultra-high-definition microscopic camera forophthalmic surgery.　Clin Ophthalmol. 2018 Sep 19;12:1823-1828.doi: 10.2147/OPTH.S171233. eCollection 2018. Chhaya N, Helmy O, Piri N, Palacio A, SchaalS. COMPARISON OF 2D AND 3D VIDEO DISPLAYS FOR TEACHING VITREORETINALSURGERY.Retina. 2018 Aug;38(8):1556-1561. doi: 10.1097/IAE.0000000000001743
　上記のように、術者が双眼顕微鏡を直接のぞき込みながら行うことによってのみ実現されている数百μｍ程度の口径の血管やリンパ管を吻合する手術を、特許文献１に記載されるような医療用顕微鏡装置を用いて行うことへの期待が高まっている。しかしながら、超拡大画像は、焦点深度が浅くなることや一画面での３Ｄ画像を得るためには、入力電子画像データが、半減するといった双眼顕微鏡に劣る問題があった。このため、従来技術に係る医療用観察装置を用いて、このような細管を吻合する手術は、現在に至るまで行われていない。
　本発明は、処置対象の短軸径（口径）が５００μｍ以下であっても、吻合処置を行うことが可能な画像を一画面で表示する医療用顕微鏡装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために提供される本発明の一態様は、撮像部とレンズ光学部とを有し観察対象を含む画像を撮像する固体撮像装置と、前記撮像部により撮像された前記画像を表示する表示装置と、を備える医療用顕微鏡装置であって、前記撮像部は、各々が光電変換素子を有する複数の画素を結像面上にマトリクス状に並べた固体撮像素子を備え、直径２０ｍｍの円形の観察領域を前記固体撮像装置で撮像して前記表示装置が備える表示画面に表示したときに、前記固体撮像装置の結像面に形成される前記観察領域の像は、前記画素が４０００個以上並んだ長さの直径を有する円形であり、前記観察領域は、前記表示装置の表示画面において、４０００個以上の表示画素によりその直径が表される円形となる、医療用顕微鏡装置である。
　吻合処置を行う際には、縫合糸を結ぶ作業が行われるため、直径２０ｍｍの円形状またはその円形と同等以上の広さを有する観察領域が必要とされる。この観察領域を１つの表示画面に表示できることが、顕微鏡装置の表示画面のみを見ながら吻合処置を行うための必要条件である。
　例えば、直径が５００μｍ程度のリンパ管を処置対象とした場合には、切断されたリンパ管を吻合する処置を行うために用いられる医療用縫合糸は、その直径が２０μｍから２９μｍである、すなわち糸直径がおおよそ２５μｍであるＵＳＰ（米国薬局方）１０－０号またはそれ以下の糸直径を有する糸が適切である。顕微鏡装置を用いて吻合処置を行うためには、１０－０号から１２－０号の糸を確認できる程度の撮像画素密度（固体撮像素子の画素（「表示画素」と区別するために「撮像画素」ともいう。）の密度）および表示画素密度（表示画素の密度）が必要とされる。
　撮像画素密度は、直径２０ｍｍの円形の観察領域が固体撮像素子の結像面に、撮像画素との関係でどの程度の大きさの円形の像として結像されるかにより規定することができる。結像面に結像された円形の像は、複数の撮像画素がマトリクス状に並んでなる固体撮像素子の範囲内に位置し、その範囲内では大きい方が好ましい。本発明の一態様において、この結像面における円形の像は、固体撮像素子の撮像画素が４０００個以上並んだ長さの直径を有する円形とされる。このように結像すれば、１０－０号の縫合糸のおおよその直径である２５μｍを５個以上の撮像画素で撮像でき、糸直径が１μｍから９μｍである１２－０号の縫合糸についても、複数の撮像画素で撮像できる。このように、固体撮像素子の短軸方向の画素数を４０００個以上であって、撮像画素１つが撮像する観察対象の長さを５μｍ以下とするようにレンズ光学系を設定することにより、吻合処置に必要な観察領域（直径２０ｍｍの円）を１つの固体撮像素子で撮像しつつ、１２－０号の縫合糸を複数の撮像画素で撮像することができる。
　表示画面では、撮像された画像の画素密度が低下することなく表示されることが必要である。そこで、本発明の一態様に係る医療用顕微鏡装置では、直径２０ｍｍの円形状を有する観察領域は、表示装置の表示画面において、４０００個以上の表示画素によりその直径が表される円形の表示画像として表示される。したがって、表示画面において１個の表示画素によって表示される観察対象の長さは５μｍ以下である。このように表示画像を形成することにより、固体撮像素子において複数の撮像画素で撮像された１２－０号の縫合糸の幅を、表示画面において、撮像画素数以上の表示画素数で表示することができる。表示装置の表示画面における短軸方向の表示画素数は、固体撮像素子の短軸方向の画素数以上であることが好ましい。
　ここで、吻合処置を行う際には、デジタルズームと画像補完処理とを組み合わせて、撮像画素密度以上の画素密度で表示画面に拡大表示を行う場合がある。この場合において、上記のように撮像画素１つが撮像する観察対象の長さを５μｍ以下とすれば、直径１０μｍ程度の細い縫合糸（１２－０号）であっても、糸の幅方向を複数の撮像画素により撮像することができる。このことは、その全体が糸のみを撮像する撮像画素が糸の幅方向で存在することを意味する。このような撮像画素を有する場合には、その撮像画素に対応する表示画素がデジタルズームされて補完処理されたことにより色情報の異なる複数の表示画素が生成しても、それらの表示画素において糸の情報が失われにくい。それゆえ、表示画像をデジタルズームしたことにより糸が途切れて表示される不具合が生じにくい。
　観察対象と固体撮像装置との距離（ワーキングディスタンス）は２００ｍｍ以上であることが、術者の作業性を確保する観点から好ましい。
　固体撮像装置の撮像光軸は、鉛直方向に対して所定の傾斜角（第１傾斜角θ）で傾斜していることが好ましい。この場合には、吻合処置における観察対象（縫合針や縫合糸）の鉛直方向の動作距離が撮像光軸方向ではｃｏｓθ倍となる。このため、実効的な被写界深度を１／ｃｏｓθ倍に拡大することができ、吻合処置の際に観察対象が視野内にありながら視認できなくなる可能性を低下させることができる。この効果を特に顕在化させる観点から、傾斜角（第１傾斜角θ）は１５度以上であることが好ましい場合がある。一方、傾斜角（第１傾斜角θ）が過度に大きくなると、表示画像における観察対象（例えば縫合針）の動きが現実の動きを反映しづらくなったり、観察対象の周囲の物体が干渉して観察対象を表示装置の表示画面に適切に表示させることが困難となったりする。したがって、傾斜角（第１傾斜角θ）は６０度以下とすることが好ましい場合がある。
　本発明の一態様に係る医療用顕微鏡装置は、観察対象を照らす照射装置をさらに備え、照射装置の照射光軸と撮像光軸との傾斜角（第２傾斜角φ）は、観察対象とその周囲の鉛直方向における距離に応じて設定することにより、表示画像に適切な影を与え立体感を付与することができる。上記傾斜角は、照射光軸と撮像光軸を傾斜させたことによる、観察対象の陰影の幅が、観察対象の観察幅の最大長さ以下であって、最大長さの１／２以上であることが好ましい。また、観察対象とその周囲の鉛直方向における距離がゼロの場合、傾斜角は６０度以上８０度以下であり、観察対象とその周囲の鉛直方向における距離が増大するにしたがって、前記傾斜角を小さく設定することが好ましい。
　なお、吻合処置において縫合糸は視野内で３次元的に移動し、具体的には、撮像光軸方向で少なくとも±１０ｍｍは変位しうる。したがって、直径２０ｍｍの球形状の空間からなる観察領域の全域において、１２－０号の縫合糸を視認できることが好ましい。
　本発明によれば、処置対象の短軸径が５００μｍ以下であっても、吻合処置を行うことが可能な画像を一画面で表示する医療用顕微鏡装置が提供される。
本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡装置の構成を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡の、（ａ）固体撮像素子の結像面に形成された観察領域の像を説明するための概略図、（ｂ）表示装置の表示画像を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡装置を用いて観察された画像の具体例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡装置により得られた、（ａ）縫合糸の観察状態を示す画像、および（ｂ）図４（ａ）の一部の拡大画像である。 図４（ｂ）に示される画像の部分的に拡大表示した画像である。 図５に示される画像の部分的に拡大表示した画像である。 本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡装置の他の構成を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡装置を用いて撮像された、横３０．７２ｍｍ、縦１７．２８ｍｍの観察領域を表示している画像である。 本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡装置を用いて撮像された、リンパ管を１２－０号の縫合糸により縫合した結果を示す画像である。 本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡における撮像光軸と鉛直方向および照射光軸との関係を説明するための概略図である。 実施例１における観測角度θと実被写界深度ｄ’との関係を示すグラフである。 実施例１の実被写界深度ｄ’の測定に用いたスケールの目盛りピッチと実被写界深度ｄ’との関係を示すグラフである。 実施例１における観測角度θと実視野ｗ’との関係を示すグラフである。 観測角度θを設定したときの被写界深度ｄ、実被写界深度ｄ’、及び、実視野ｗ’の関係を概念的に示す図である。 （ａ）は、鉛直方向に対する、固体撮像装置の撮像光軸の傾斜角、撮像光軸に対する照射装置の照射光軸の傾斜角、観察対象、及び、陰影の幅の関係を概念的に示す図、（ｂ）は、観察対象、その周囲の後壁、及び、陰影について、固体撮像装置から見た画像の一部を概念的に示す図である。 図１５に示す条件で観察対象を照らしたときの、撮像光軸に対する照射光軸の角度に対する陰影の幅の変化を、第１傾斜角ごとに示したグラフであって、観察対象と、その周囲との鉛直方向における距離が１．０ｍｍの場合を示すグラフである。 図１５に示す条件で観察対象を照らしたときの、撮像光軸に対する照射光軸の角度に対する陰影の幅の変化を、第１傾斜角ごとに示したグラフであって、観察対象と、その周囲との鉛直方向における距離が０．５ｍｍの場合を示すグラフである。 図１５に示す条件で観察対象を照らしたときの、撮像光軸に対する照射光軸の角度に対する陰影の幅の変化を、第１傾斜角ごとに示したグラフであって、観察対象と、その周囲との鉛直方向における距離が０ｍｍの場合を示すグラフである。
　図１は、本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡装置の構成を説明するための概略図である。図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡の固体撮像素子の結像面に形成された観察領域の像を説明するための概略図である。図２（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡の表示装置の表示画像を説明するための概略図である。
　図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡装置１００は、固体撮像装置１０と、処理装置４０と、表示装置５０とを備える。固体撮像装置１０は、撮像光軸ＯＡに沿って配置されたレンズ光学部３０と、レンズ光学部３０の結像面ＦＳに位置する固体撮像素子２１を有する撮像部２０と、を備える。本実施形態では、観察領域ＯＲは、対象物Ａの処置エリアＳＡの一部であり、撮像光軸ＯＡは、鉛直方向ＶＬに対して所定の角度（第１傾斜角θ）で傾いて配置されている。この配置の詳細については後述する。
　本実施形態では、観察領域ＯＲは直径Ｄｒの円形であり、直径Ｄｒの具体例は２０ｍｍである。レンズ光学部３０のレンズ光学系ＬＳでとらえた観察領域ＯＲは、固体撮像素子２１の結像面ＦＳに結像して結像画像ＩＭを形成する。結像画像ＩＭは直径Ｄｉの円形である。なお、観察領域ＯＲは、レンズ光学系ＬＳにより観察可能な領域（観察可能領域ＯＲ０）の一部であり、観察可能領域ＯＲ０が結像面ＦＳに結像してなる結像画像ＩＭ０に内接するように、固体撮像素子２１は配置されている。したがって、表示画面５１には、観察領域ＯＲの範囲外の画像も表示される。
　図２（ａ）に示されるように、固体撮像素子２１は、各々が光電変換素子を有する複数の画素（撮像画素）Ｐｘを有し、これらの撮像画素Ｐｘは結像面ＦＳ上にマトリクス状に並んでいる。本実施形態に係る固体撮像素子２１の撮像画素Ｐｘのサイズ（画素サイズ）Ｄｓは、Ｘ方向、Ｙ方向いずれも３．２μｍの正方形である。本実施形態に係る固体撮像素子２１では、この撮像画素Ｐｘが、Ｘ方向に７６８０個並び、Ｙ方向に４３２０個並んでいる。したがって、固体撮像素子２１のサイズとしては、Ｘ方向の長さが２４．６ｍｍであり、Ｙ方向の長さが１３．８ｍｍである。
　本実施形態に係る固体撮像装置１０では、直径２０ｍｍの円形からなる観察領域ＯＲが結像面ＦＳに作る円形の結像画像ＩＭの直径Ｄｉは１２．８ｍｍである。撮像画素Ｐｘのサイズが３．２μｍであるから、直径Ｄｉの円形の結像画像ＩＭの直径Ｄｉに対応する撮像画素Ｐｘの並び数Ｎｉは４０００である。
　このように、４０００個の撮像画素Ｐｘによって観察領域ＯＲの２０ｍｍの長さを撮像することから、撮像画素Ｐｘの１個あたりの観察長さは５μｍとなる。観察領域ＯＲに位置する観察対象が１０－０号の縫合糸ＡＹである場合には、糸の直径は２０μｍから２９μｍであるが、上記のとおり撮像画素Ｐｘの１個あたりの観察長さは５μｍであるから、１０－０号の縫合糸ＡＹは、連続して並ぶ少なくとも４つ以上の撮像画素Ｐｘにより撮像される。１２－０号の縫合糸であっても糸の直径の算術平均である５μｍは、撮像画素Ｐｘの１個あたりの観察長さと同等であるから、１２－０号の糸を安定的に撮像することができる。すなわち、１２－０号の糸を撮像したときに、糸のみを撮像した撮像画素Ｐｘが糸の幅方向に常に存在し、結果、糸のみを撮像した撮像画素Ｐｘの複数が糸の長軸方向に途切れることなく並ぶ。
　固体撮像装置１０により撮像された画像の情報を含む電気信号は、ケーブル４１を介して処理装置４０に入力される。処理装置４０において信号処理が行われて、画像表示信号が生成する。処理装置４０から出力された画像表示信号は、ケーブル４２を介して表示装置５０に入力され、表示画面５１に表示画像として表示される。表示画面５１は、Ｘ方向に７６８０個の表示画素が並び、Ｙ方向には４３２０個の表示画素が並んでおり、これらの都合３３００万個以上の表示画素により表示画像が形成される。したがって、直径Ｄｒが２０ｍｍの円形の観察領域ＯＲを示す円形の画像ＤＩのすべてが表示画面５１に表示されている。
　表示装置５０の表示画面５１には、一例として、口径５００μｍ以下のリンパ管Ｌｄが縫合糸ＡＹにより吻合されつつある状態を示す画像が表示されている。縫合糸ＡＹはピンセットＴ１およびピンセットＴ２により両端が保持され、これらのピンセットＴ１、Ｔ２を引っ張ることにより、吻合処置が完了する。
　吻合処置では、図３に示されるように、直径Ｄｙの縫合糸ＡＹをピンセットＴ１によりつまむ作業が行われる。このため、表示画面５１に縫合糸ＡＹを表示できなければ、吻合処置を行うことができない。そこで、本実施形態に係る医療用顕微鏡装置１００の表示装置５０の表示画面５１において、観察領域ＯＲは、４０００個以上の表示画素数Ｎｄによりその直径が表される円形の画像ＤＩとして表示される。このように表示することにより、固体撮像素子２１において撮像された画像は解像度が低下することなく表示画面５１に表示され、１０－０号の縫合糸や１２－０号の縫合糸を表示画面５１において視認することができる。
　図４は、本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡装置を用いて観察された画像の具体例を示す図である。医療用顕微鏡装置１００の固体撮像装置１０の固体撮像素子２１の画素数は横７６８０個、縦４３２０個であり、画素サイズは３．２μｍであった。この固体撮像装置１０を用いて撮影した画像を、表示画素数が横７６８０個、縦４３２０個の表示画面５１を有する表示装置５０に表示した。したがって、表示画面５１における表示画素１個あたりの観察長さは、撮像画素１個あたりの観察長さと同じく、５μｍであり、この表示画面５１には、直径２０ｍｍの円形の観察領域ＯＲを含む横３８．４ｍｍ、縦２１．６ｍｍの領域が表示されうる。
　図４（ａ）は、表示画面５１に表示された表示画像（１表示画素あたりの観察長さ：５μｍ）の一部を４倍にデジタルズームし、さらに、次に説明する補完処理を行って得られた画像である。図４（ｂ）は、図４（ａ）において二点鎖線で示される四角で囲われた部分の拡大画像である。この部分は観察領域ＯＲにおいて横８ｍｍ、縦１１ｍｍの大きさに相当し、図４（ｂ）中縦方向に延びる黒い線が１０－０号の縫合糸ＡＹである。表示画像の一部を４倍にデジタルズームすると、元の表示画素１つの画像がズームにより１６個の表示画素に表示されるため、表示画面５１に表示される画像が粗くなる。この画質低下を改善するために行われる補完処理では、ズーム前の個々の表示画素の色情報と、その表示画素の周囲の複数の表示画素の色情報とに基づいて、ズーム後の１６個の表示画素のそれぞれに色情報が設定される。このため、補完処理により形成された１６個の表示画素の色情報には、処理対象となる拡大前の１表示画素の色情報だけでなく、周囲の画像の色情報が含まれている。この周囲の画像の色情報の取り込みは、次に説明する縫合糸ＡＹの表示途切れの原因となる。
　ズーム前の１個の表示画素によって表示される観察対象の長さが縫合糸ＡＹの直径よりも長い場合には、縫合糸ＡＹを表示したときに、縫合糸ＡＹのみを表示する表示画素が存在しない。このため、縫合糸ＡＹを表示する表示画素には、縫合糸ＡＹのみならずその周囲の画像の色情報も含まれる。その結果、縫合糸ＡＹを表示する表示画素の色情報は、本来の縫合糸ＡＹの色情報が周囲の画像の色情報により希釈化された色情報となる。
　この状態でデジタルズームおよび補完処理が行われると、前述のように補完処理ではズーム前の表示画素の周囲の表示画素の色情報を用いて１６個の表示画素の個別の色情報を生成するため、補完処理により得られた１６個の表示画像の色情報に含まれる縫合糸ＡＹの色情報の割合は、ズーム前の表示画素に含まれる縫合糸ＡＹの色情報の割合よりも低くなってしまう。この割合の低下が顕著になると、観察者（術者）にとって、１６個の表示画像が縫合糸ＡＹを表示していると認識できなくなり、表示画像において縫合糸ＡＹが長軸方向に連続的に表示されない「途切れ」が生じる。このデジタルズームしたときの縫合糸ＡＹの表示途切れは、吻合処置を行う術者にとっては、細かい作業をすべく拡大表示したのに縫合糸ＡＹが部分的に表示されなくなることであるから、吻合処置の継続を不可能とする本質的な問題である。
　これに対し、本実施形態に係る医療用顕微鏡装置１００のように、１個の表示画素によって表示される観察対象の長さが縫合糸ＡＹの直径以下である場合には、縫合糸ＡＹのみが表示された表示画素が縫合糸ＡＹの長軸方向に連続的に並んで存在する。このため、デジタルズームされて補完処理が行われた場合でも、これらの縫合糸ＡＹのみが表示された表示画素に基づき生成された１６個の表示画素は、縫合糸ＡＹの周囲の画像の色情報の含有割合が高くなりにくい。それゆえ、本実施形態に係る医療用顕微鏡装置１００では、デジタルズームしたときの縫合糸ＡＹの表示途切れが生じにくく、吻合処置を安定的に行うことが可能となる。
　図４（ｂ）において縫合糸ＡＹの幅がいくつの表示画素によって表示されているかを確認するために、図４（ｂ）で二点鎖線で示される四角で囲われた部分を図５に拡大表示し、さらに、図５において二点鎖線で示される四角で囲われた部分をさらに拡大した。その結果、図６に示されるように、表示画像は、個別に色が設定された複数の表示画素の集合体として表示された。この画像から縫合糸ＡＹの幅方向を表示する表示画素数を求めた。図６に示されるように、両矢印で示される縫合糸ＡＹの幅は、縦方向の表示画素数が１３であって横方向の表示画素数が１６の矩形の対角線として示されることから、約２０個の表示画素により表示されることが確認された。この画素数は理論値に等しく、デジタルズームおよび補完処理を行っても、１０－０号の縫合糸ＡＹが適切に表示されることが確認された。すなわち、１０－０号の縫合糸ＡＹの直径は２０から２９μｍであって算術平均すると約２５μｍであり、図４（ａ）に示される等倍の表示画像では１個の表示画素によって表示される観察対象の長さは５μｍであるから、１０－０号の縫合糸ＡＹの幅は、図４（ａ）の表示画像では約５個の表示画素により示されると算出され、４倍に拡大された図６の表示画像では約２０個の表示画素により示されると算出される。
　このように、本実施形態に係る医療用顕微鏡装置１００によれば、直径２０ｍｍの円形状の観察領域ＯＲを表示画面５１に表示できるだけでなく、１０－０号のような細い縫合糸ＡＹをも安定的に表示することが可能である。具体的には、４倍のデジタルズームして補完処理を行っても、ズーム画像において縫合糸の表示途切れが生じにくい。
　図７は、本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡装置の他の構成を説明するための概略図である。本実施形態に係る医療用顕微鏡装置１００では、円形の観察領域ＯＲの直径Ｄｒが２５ｍｍとなっている。そして、結像面ＦＳに形成される結像画像ＩＭの直径Ｄｉも２５ｍｍとなっている。すなわち、本実施形態では、レンズ光学部３０のレンズ光学系ＬＳは等倍結像系である。したがって、本実施形態では、直径Ｄｉの円形の結像画像ＩＭの直径に対応する撮像画素Ｐｘの並び数Ｎｉは７６８０であり、撮像画素Ｐｘの１個あたりの観察長さは３．２μｍである。したがって、観察領域ＯＲが直径２０ｍｍの円形状であった場合には、固体撮像装置１０の結像面ＦＳに形成される観察領域ＯＲの像は、撮像画素が６２５０個並んだ長さの直径を有する円形であり、観察領域ＯＲは、表示装置５０の表示画面５１において、６２５０個の表示画素によりその直径が表される円形として表示される。この構成の解像度は図１に示される構成の解像度よりも高いため、１０－０号の縫合糸はもちろん、１２－０号の縫合糸についても特に安定的に撮像・表示することができる。
　表示装置５０の表示画面５１には、直径Ｄｒが２５ｍｍの円形の観察領域ＯＲに対応する円形の画像ＤＩの一部が表示されている。具体的には、表示画面５１の短軸方向であるＹ方向において表示画素数は４３２０個であるから、観察長さとして１３．８ｍｍの範囲の領域が表示画面５１に表示されている。したがって、本実施形態では円形の画像ＤＩのうち６８％が表示画面５１に表示されており、この表示面積は、観察領域ＯＲが直径Ｄｒが２０ｍｍの円形である場合の円形の画像ＤＩの面積（３１４ｍｍ2）と同等以上（１．０５倍）である。それゆえ、吻合処置を安定的に行うことができる。むしろ、表示画素１個あたりの観察長さは３．２μｍとなるため、図１に示される画像よりも鮮明な画像が表示されている。
　図８は、医療用顕微鏡装置１００を用い、横３０．７２ｍｍ、縦１７．２８ｍｍの観察領域を表示している画像である。図８では表示画面５１に定規が表示されているため５ｍｍの長さを正確に確認することができる。この表示画像から計算すると、撮像画素１個あたりの観察長さは４μｍ程度となる。定規の上方にリンパ管Ｌｄが表示されており、リンパ管Ｌｄの管径は表示画素数４５個で表され、１８０μｍ程度である。なお、図８には、観察領域ＯＲが直径２０ｍｍの円形である場合の円形の画像ＤＩが二重破線により表されている。撮像画素１個あたりの観察長さは４μｍ程度であるから、固体撮像装置１０の結像面ＦＳに形成される直径２０ｍｍの円形の観察領域ＯＲの像は、撮像画素が５０００個並んだ長さの直径を有する円形であり、この観察領域ＯＲは、表示装置５０の表示画面５１において、５０００個の表示画素によりその直径が表される円形となる。
　このリンパ管Ｌｄを１２－０号の縫合糸ＡＹにより縫合した結果を示す画像が図９に示されている。図９（ａ）は、図８におけるリンパ管Ｌｄを含む横１．６ｍｍ、縦１．８ｍｍの観察領域の表示画像を、４倍にデジタルズームするとともに補完処理を行って得られた画像である。したがって、図９（ａ）の画像では、表示画素１個あたりの観察長さは１μｍとなる。図９（ａ）から、リンパ管Ｌｄが１２－０号の縫合糸ＡＹにより吻合されていることが確認できる。この画像を部分的に拡大して、図６の場合と同様に、１２－０号の縫合糸ＡＹを個別に色が設定された複数の画素の集合体として表示させた（図９（ｂ））。
　図９（ｂ）に示されるように、１２－０号の縫合糸ＡＹの幅方向の線幅は、縦方向の表示画素数が９個、横方向の表示画素数が５個で作られる矩形の対角線で表されるため、表示画素数が約１０個となった。この表示画素数から計算すると、観察された１２－０号の縫合糸ＡＹの幅は１０μｍ程度であった。図９の画像は図８の画像を４倍に拡大したものであるから、図８に示される表示画面５１では、１２－０号の縫合糸ＡＹは、幅方向が２から３個の表示画素により表示されることになる。縫合糸ＡＹの色は組織の色とは大きく異なる黒色であるから、２．５画素程度の幅であっても術者は十分に視認可能である。したがって、１２－０号の縫合糸ＡＹを用いた場合であっても、表示画面５１に表示される画像のみを観察しながら、リンパ管Ｌｄの吻合処置が可能である。
　図１０は、本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡における鉛直方向と撮像光軸との関係を説明するための概略図である。
　図１や図７に示されるように、本発明の一実施形態に係る医療用顕微鏡装置１００では、固体撮像装置１０は、その光軸（撮像光軸ＯＡ）が鉛直方向ＶＬに対して所定の角度（第１傾斜角）θで傾斜するように配置されている。このため、ピンセットなどの部材Ｔを鉛直方向に所定の長さＬ１だけ移動させると、表示画面５１での移動長さＬ２は、Ｌ１×ｃｏｓθとなる。このように、鉛直方向ＶＬの移動長さがｃｏｓθ倍となるため、被写界深度は実効的に１／ｃｏｓθ倍の深さとなる。
　この効果（被写界深度の実効的な拡大）を特に顕在化させる観点から、第１傾斜角θは１５度以上であることが好ましい。一方、第１傾斜角θが過度に大きくなると、表示画像における観察対象（例えば縫合針）の動きが現実の動きを反映しづらくなったり、観察対象の周囲の物体が干渉して観察対象を表示装置５０の表示画面５１に適切に表示させることが困難となったりする。したがって、第１傾斜角θは６０度以下とすることが好ましい場合がある。被写界深度の実効的な拡大と表示画像の適切な表示とのバランスを考慮すると、第１傾斜角θは、２０度以上４０度以下とすることが好ましく、３０度±５度とすることがより好ましい。
　また、照射装置６０からの照射光の光軸（照射光軸ＬＡ）と撮像光軸ＯＡとがなす角（第２傾斜角φ）は、観察対象とその周囲の鉛直方向における距離に応じて設定することが好ましい。通常、医療用顕微鏡装置では、撮影される画像に影が生じないように、撮像光軸ＯＡと照射光軸ＬＡとをそろえることが行われる。特に、撮像画素密度が低い場合には、吻合対象物に局所的に明度が低下した部分があったときに、その部分の明度の低下が、ピンセットＴ１，Ｔ２など他の部材の影が重なったことに由来しているか、吻合対象物そのものの局所的な形状変化に由来しているか、視覚的に判別することが容易でない。このため、観察領域ＯＲを可能な限り無影状態として、明度変化を与える要因を少なくすることが行われていた。
　しかしながら、観察対象物の立体感を確保する観点からは、観察領域ＯＲが無影状態の画像として表示されることはむしろ好ましいことでない。人間が物体を観察する際に、観察対象物の大きさや他の物体との重なり具合からだけでなく、観察対象物により生じる影や観察対象物に重なる影の配置から、観察対象物の立体感を把握する。このため、観察対象物が無影状態で表示されると、術者は立体感を把握しにくくなる。具体的に説明すれば、観察対象物がリンパ管Ｌｄである場合には、その形状は管状であるから中央部が周辺に比べて凸になっているところ、中央部がどの程度突出しているかを把握することが困難となる。このことはすなわち、吻合処置を行う際に針を突き刺す位置を把握しにくくなることを意味し、吻合処置を適切に行うことについて負の要因となる。また、表示画像が無影状態であると、ピンセットＴ１、Ｔ２を撮像光軸ＯＡに沿った方向の動きに対する感度が低下するため、術者のオーバーアクションの原因となる。
　本実施形態に係る医療用顕微鏡装置１００では、上記のとおり、縫合糸ＡＹが１２－０号であっても適切に表示画面５１に表示させることができるほど、高い解像度を有する。したがって、観察領域ＯＲ内に位置する物体に局所的に明度が低下した部分があっても、その部分がその物体の表面性状の変化に由来するのか影に由来するのかを、視覚的に識別することができる。それゆえ、医療用顕微鏡装置１００では、撮像光軸ＯＡと照射光軸ＬＡとを積極的にずらして観察領域ＯＲに影を生じさせ、観察対象物の立体感を把握しやすくしている。
　撮像光軸ＯＡと照射光軸ＬＡとが作る角度を第２傾斜角φとしたとき、この第２傾斜角φは、観察対象の陰影の幅が、観察対象の観察幅の最大長さ以下であって、最大長さの１／２以上となるような角度であることが好ましい。第２傾斜角φが過大であると、照射装置６０からの照射光が観察領域ＯＲ全域を照らすことができなくなる。その結果、観察領域ＯＲ全域での明度変化が大きくなり、むしろ立体感の把握の妨げになる。なお、照射装置６０が複数の光源を有している場合には、照射光軸ＬＡは、これらの光源全体により構成される照度分布に基づき設定される。
　固体撮像装置１０から対象物Ａまでの距離、すなわちワーキングディスタンスＷＤは、術者の作業性を適切に確保する観点から、２００ｍｍ以上あることが好ましい。ワーキングディスタンスＷＤが短くなると、照射装置６０の光源と対象物Ａとの距離も短くなる傾向があるため、光源からの熱が対象物Ａに到達しやすい。この熱の影響を抑える観点からも、ワーキングディスタンスＷＤは長いことが好ましい。
（実施例１）
　図１１は、実施例１における観測角度θと実被写界深度ｄ’との関係を示すグラフ、図１２は、実施例１の実被写界深度ｄ’の測定に用いたスケールの目盛りピッチと実被写界深度ｄ’との関係を示すグラフ、図１３は、実施例１における観測角度θと実視野ｗ’との関係を示すグラフである。図１４は、観測角度θを設定したときの被写界深度ｄ、実被写界深度ｄ’、及び、実視野ｗ’の関係を概念的に示す図である。各図において、レンズＩ、ＩＩ、ＩＩＩのそれぞれについてＦ値を８、１１、１６に設定している。
　図１４に示すように、観測角度θは、鉛直方向ＶＬに対する、固体撮像装置１０の撮像光軸ＯＡの傾斜角（第１傾斜角）である。観察の対象物Ａは、鉛直方向ＶＬと水平方向ＨＬの交点となる原点Ｏに配置される。実被写界深度ｄ’は、固体撮像装置１０における被写界深度ｄを鉛直方向ＶＬに沿うように角度変換したものであり、実視野ｗ’は、被写界深度ｄを水平方向ＨＬに沿うように角度変換した範囲である。
　照射装置６０は、照射光が鉛直方向ＶＬに沿って進行して対象物Ａに照射されるように配置されている。よって、照射装置６０の照射光軸ＬＡと固体撮像装置１０の撮像光軸ＯＡとがなす角（第２傾斜角φ）は、観測角度θと同一に設定されている。
　上述の通り、実被写界深度ｄ’と実視野ｗ’は、固体撮像装置１０における被写界深度ｄに基づいて算出できるが、実施例においては次のように測定した。
　まず、固体撮像装置１０のレンズとして、以下に示すレンズとコンバータの組み合わせの構成１～３を用いた。レンズとコンバータは、それぞれの光軸が固体撮像装置１０の撮像光軸ＯＡとして互いに重なるように配置した。
＜構成１＞
（ａ）レンズＩ
　開放Ｆ値２．８、最小Ｆ値３２、焦点距離６０ｍｍ、７群８枚構成、画角３９°４０′（ｂ）テレコンバータＴＡ
　倍率２倍、４群５枚、露出倍数４倍（２絞り分）
＜構成２＞
（ａ）レンズＩＩ
　開放Ｆ値２．８、最小Ｆ値３２、８群９枚、焦点距離１００ｍｍ、画角２４°３０′
（ｂ）テレコンバータＴＢ
　倍率１．４倍、２群３枚、露出倍数２倍（１絞り分）
＜構成３＞
（ａ）レンズＩＩＩ
型番：Ｍｉｌｖｕｓ　２／１００Ｍ　ＺＦ．２（カールツァイス株式会社製）
開放Ｆ値２．０、最小Ｆ値２２、８群９枚、焦点距離１００ｍｍ、画角２５°
（ｂ）テレコンバータＴＢ
　倍率１．４倍、２群３枚、露出倍数２倍（１絞り分）
　鉛直方向ＶＬに対して、観測角度θをなすようにレンズとコンバータを配置し、水平方向ＨＬに延びるように配置したスケールを８Ｋで撮影し、この撮影画像に基づいて実被写界深度ｄ’を算出した。この撮影画像においては、各画素において階調値に振幅が生じている。この振幅は、画像が鮮明である範囲と、不鮮明である範囲とでは、極めて大きな差異がある。このため、これら２つの範囲を判別するように、振幅の大きさについて閾値を設定すると、振幅が上記閾値以上となる範囲を実被写界深度ｄ’とみなすことが可能となる。
　さらに、図１４に示すように、観測角度θ、実被写界深度ｄ’、及び、実視野ｗ’との間には以下の関係式（１）、（２）、（３）が成り立つため、観測角度θと、実際に算出された実被写界深度ｄ’とから実視野ｗ’を算出することができる。図１１と図１３は、実際に算出された実被写界深度ｄ’に基づいて得られたグラフである。
　　ｗ’＝ｄ／ｓｉｎθ　　　　　　　（１）
　　ｄ’ｃｏｓθ＝ｄ　　　　　　　　（２）
　　ｗ’＝ｄ’ｃｏｓθ／ｓｉｎθ　　（３）
　また、スケールとしては、目盛ピッチが、０．０６７ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍの３種類を用いた。目盛ピッチの違いによる実被写界深度ｄ’の変化を示したのが図１２である。
　図１１に示すように、観測角度θを３０度、４５度、及び、６０度に設定した場合に、上記構成１～３のいずれにおいても、観測角度θに対して実被写界深度ｄ’を算出することができた。また、これらの実被写界深度ｄ’に基づいて、図１３に示すように、実視野ｗ’も算出することができた。
　図１１に示すように、実被写界深度ｄ’は、構成１～３のいずれにおいても観測角度θの増加に伴って大きくなっており、レンズのＦ値が大きいほど実被写界深度ｄ’が大きくなることが分かった。また、焦点距離が小さな構成１（上記レンズＩ）の方が、構成２と構成３よりも、実被写界深度ｄ’が大きくなることも分かった。よって、対象物Ａの形状、観察条件などに応じて、観測角度θ、レンズの焦点距離、レンズのＦ値を変更し、所望の実被写界深度ｄ’を設定することができる。
　図１２に示すように、同じレンズであっても、スケールの目盛ピッチが大きくなるほど、実被写界深度ｄ’が大きくなることが分かった。したがって、対象物Ａの形状などによって実被写界深度ｄ’が変動する可能性があることから、図１１の結果に基づいて、より最適な観測角度θ、レンズの種類、Ｆ値などを選択することとなる。
　図１３に示すように、実視野ｗ’は、構成１～３のいずれにおいても観測角度θの増加に伴って変化し、特にＦ値１１の場合には、順に小さくなっている。また、レンズのＦ値が大きいほど実視野ｗ’が大きくなることが分かった。また、焦点距離が小さな構成１（上記レンズＩ）の方が、構成２と構成３よりも、実視野ｗ’が大きくなることも分かった。したがって、対象物Ａの形状、観察条件などに応じて、観測角度θ、レンズの焦点距離、レンズのＦ値を変更し、所望の実視野ｗ’を設定することができる。
　図１１に示す実被写界深度ｄ’の変化と、図１３に示す実視野ｗ’の変化とから、対象物Ａの形状、観察条件などに応じた、より好ましい観測角度θを設定することが可能となる。
（実施例２）
　図１５（ａ）は、鉛直方向ＶＬに対する、固体撮像装置１０の撮像光軸ＯＡの傾斜角（第１傾斜角θ（観測角度））、撮像光軸ＯＡに対する照射装置の照射光軸ＬＡの傾斜角（第２傾斜角φ）、観察対象ＳＢ、及び、陰影ＳＤの幅Ｗ１０の関係を概念的に示す図、（ｂ）は、観察対象ＳＢ、その周囲の後壁ＳＣ、及び、陰影ＳＤについて、固体撮像装置１０から見た画像の一部を概念的に示す図である。図１５（ａ）に示すように、観察対象ＳＢに対して、照射光軸ＬＡに平行な照射方向ＬＤに沿って光が与えられ、撮像光軸ＯＡに平行な撮像方向ＯＤに沿って観測すると、鉛直方向ＶＬから見て観察対象ＳＢの周囲であって、後側に位置する後壁ＳＣには、図１５（ｂ）に示すように、幅Ｗ１０の陰影ＳＤが生じる。このとき、観察対象ＳＢは幅Ｗ２０で観察される。以下この幅Ｗ２０を観察幅Ｗ２０ともいう。
　図１６～図１８は、図１５に示す条件で観察対象ＳＢを照らしたときの、撮像光軸ＯＡに対する照射光軸ＬＡの角度（第２傾斜角φ）（横軸）に対する陰影ＳＤの幅Ｗ１０の変化（縦軸）を、第１傾斜角θごとに示したグラフである。図１６は、観察対象ＳＢとしてのリンパ管と、その周囲の後壁ＳＣとの鉛直方向ＶＬにおける距離Ｌ１０が１．０ｍｍの場合を示し、図１７は、観察対象ＳＢと後壁ＳＣとの距離Ｌ１０が０．５ｍｍの場合を示している。図１８は、観察対象ＳＢと後壁ＳＣとの距離Ｌ１０が０ｍｍの場合を示しており、この場合、観察対象ＳＢの鉛直方向の下端ＳＢ１が後壁ＳＣと接触している。
　図１６～図１８に示すシミュレーションの条件は次の通りである。
（１）観察対象ＳＢとしてのリンパ管の直径：０．５ｍｍ
（２）観察対象ＳＢ（リンパ管）と後壁ＳＣとの距離Ｌ１０（ｍｍ）：１．０（図１６）、０．５（図１７）、０（図１８）
（３）第１傾斜角θ（度（ｄｅｇ））：３０、４５、６０
（４）照射装置からの出射光は平行光であり、照射光軸ＬＡに対して照射方向ＬＤは平行である。
（５）撮像光軸ＯＡに対する照射光軸ＬＡの角度（第２傾斜角φ）：０～９０度（ｄｅｇ）（図１６～図１８の横軸）
　発明者らは、撮像光軸ＯＡに対して照射光軸ＬＡを傾け、陰影ＳＤを生じさせることにより観察対象ＳＢの立体感が際立つことを見いだした。さらに、固体撮像装置１０による画像において、上記陰影ＳＤの幅Ｗ１０が、観察対象ＳＢの観察幅Ｗ２０の最大長さ以下であって、最大長さの１／２以上であることが適切な立体感を得るためには好ましいことが分かった。陰影ＳＤの幅Ｗ１０が最大長さの１／２未満であると視認が難しくなり、最大長さよりも大きくなると、かえって実際の観察対象ＳＢの画像から乖離してしまって立体感が得づらくなるためである。
　図１６～図１８に示す例では、観察対象ＳＢとしてのリンパ管の直径、すなわち観察対象ＳＢの観察幅Ｗ２０の最大長さは０．５ｍｍであるから、陰影ＳＤの幅Ｗ１０（図１６～図１８の縦軸）が０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であると、上述のような好ましい立体感を得ることが可能となる。
　より具体的には、図１６に示すように、観察対象ＳＢ（リンパ管）と後壁ＳＣとの距離Ｌ１０が１．０ｍｍの場合（リンパ管の直径の２倍の場合）には、第１傾斜角θが３０度と４５度のときには、第２傾斜角φ（横軸）が約１０～２５度の範囲が好ましく、第１傾斜角θが６０度のときには、第２傾斜角φが約８度～２２度の範囲が好ましい。
　図１７に示すように、距離Ｌ１０が０．５ｍｍの場合（リンパ管の直径に等しい場合）には、第１傾斜角θが３０度のときには、第２傾斜角φ（横軸）が約２０～４２度の範囲が好ましく、第１傾斜角θが４５度のときには、第２傾斜角φが約２０度～５０度、第１傾斜角θが６０度のときには、第２傾斜角φは約２０度～５５度の範囲が好ましい。
　図１８に示すように、距離Ｌ１０が０ｍｍの場合（リンパ管が後壁ＳＣに接触する場合）には、第１傾斜角θが３０度のときには、第２傾斜角φ（横軸）が約６０～８０度の範囲が好ましく、第１傾斜角θが４５度のときには、第２傾斜角φが約８０度～９０度が好ましい。一方、第１傾斜角θが６０度のときには、第２傾斜角φが０度～９０度の範囲では、最適な陰影を得ることが難しい。
　以上述べたように、照射光軸ＬＡと撮像光軸ＯＡとの傾斜角（第２傾斜角φ）は、観察対象ＳＢとその周囲の後壁ＳＣの鉛直方向における距離に応じて、上記立体感を得るのに好適な範囲を設定することができる。さらに、第２傾斜角φは、照射光軸ＬＡと撮像光軸ＯＡを傾斜させたことによる、観察対象ＳＢの陰影ＳＤの幅Ｗ１０が、観察対象ＳＢの観察幅Ｗ２０の最大長さ以下であって、最大長さの１／２以上に対応する範囲に設定すると、視認しやすく、かつ、好適な立体感を有する画像を得ることが可能となる。また、観察対象ＳＢとその周囲の後壁ＳＣの鉛直方向ＶＬにおける距離Ｄ１０がゼロの場合、第２傾斜角φは、第１傾斜角θが３０度のときは、約６０度以上８０度以下であり、観察対象ＳＢとその周囲の後壁ＳＣの鉛直方向ＶＬにおける距離が増大するにしたがって、第２傾斜角φは小さく設定することが好ましい。
１００　：医療用顕微鏡装置
１０　　：固体撮像装置
２０　　：撮像部
２１　　：固体撮像素子
３０　　：レンズ光学部
４０　　：処理装置
４１　　：ケーブル
４２　　：ケーブル
５０　　：表示装置
５１　　：表示画面
６０　　：照射装置
Ａ　　　：対象物
ＡＹ　　：縫合糸
ｄ　　　：被写界深度
ｄ’　　：実被写界深度
ＤＩ　　：円形の画像
Ｄｒ　　：観察領域ＯＲの直径
Ｄｉ　　：結像画像ＩＭの直径
Ｄｓ　　：撮像画素のサイズ
Ｄｙ　　：縫合糸の直径
ＦＳ　　：結像面
ＩＭ、ＩＭ０　　：結像画像
Ｌ１０　：鉛直方向における観察対象とその周囲の距離
ＬＡ　　：照射光軸
ＬＤ　　：照射方向
ＬＳ　　：レンズ光学系
Ｌｄ　　：リンパ管
Ｎｄ　　：表示画素数
Ｎｉ　　：撮像画素の並び数
ＯＡ　　：撮像光軸
ＯＤ　　：撮像方向
ＯＲ　　：観察領域
ＯＲ０　：観察可能領域
Ｐｘ　　：撮像画素
ＳＡ　　：処置エリア
ＳＢ　　：観察対象
ＳＢ１　：観察対象の下端
ＳＣ　　：後壁（観察対象の周囲）
ＳＤ　　：陰影
Ｔ　　　：部材
Ｔ１、Ｔ２　　：ピンセット
ＶＬ　　：鉛直方向
ＨＬ　　：水平方向
Ｏ　　　：原点
ｗ’　　：実視野
Ｗ１０　：陰影の幅
Ｗ２０　：観察対象の幅（観察幅）
ＷＤ　　：ワーキングディスタンス
θ　　　：第１傾斜角（観測角度）
φ　　　：第２傾斜角

Claims (7)

  1. 　撮像部とレンズ光学部とを有し観察対象を含む画像を撮像する固体撮像装置と、前記撮像部により撮像された前記画像を表示する表示装置と、を備える医療用顕微鏡装置であって、
    　前記撮像部は、各々が光電変換素子を有する複数の画素を結像面上にマトリクス状に並べた固体撮像素子を備え、
    　直径２０ｍｍの円形の観察領域を前記固体撮像装置で撮像して前記表示装置が備える表示画面に表示したときに、
    　　前記固体撮像装置の結像面に形成される前記観察領域の像は、前記画素が４０００個以上並んだ長さの直径を有する円形であり、
    　　前記観察領域は、前記表示装置の前記表示画面において、４０００個以上の表示画素によりその直径が表される円形となる、医療用顕微鏡装置。
  2. 　前記表示装置の表示画面における短軸方向の表示画素数は、前記固体撮像素子の短軸方向の画素数以上である、請求項１に記載の医療用顕微鏡装置。
  3. 　前記観察対象と前記固体撮像装置との距離は２００ｍｍ以上である、請求項１または請求項２に記載の医療用顕微鏡装置。
  4. 　前記固体撮像装置の撮像光軸は、鉛直方向に対して１５度以上６０度以下で傾斜している、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の医療用顕微鏡装置。
  5. 　前記観察対象を照らす照射装置をさらに備え、前記照射装置の照射光軸と前記固体撮像装置の撮像光軸との傾斜角は、前記観察対象とその周囲の鉛直方向における距離に応じて設定される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の医療用顕微鏡装置。
  6. 　前記傾斜角は、前記照射光軸と前記撮像光軸を傾斜させたことによる、前記観察対象の陰影の幅が、前記観察対象の観察幅の最大長さ以下であって、前記最大長さの１／２以上である請求項５に記載の医療用顕微鏡装置。
  7. 　前記観察対象とその周囲の鉛直方向における距離がゼロの場合、前記傾斜角は６０度以上８０度以下であり、前記観察対象とその周囲の鉛直方向における距離が増大するにしたがって、前記傾斜角は小さく設定される請求項５に記載の医療用顕微鏡装置。
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