(57)【要約】【課題】蛍光画像を検出可能な手術用顕微鏡検査方法を提供する。【解決手段】赤外蛍光を観察するための手術用顕微鏡は、３つのチップ３５、３６、３７を有するカメラシステム２５を含み、対象物９から発する赤外光は、ダイクロイックビームスプリッタ３３を介して３つのカメラチップのうちの１つのみに供給される。【選択図】図１
2010142641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外蛍光を観察するための手術用顕微鏡であって、
入力ポート、ダイクロイックビームスプリッタ、ならびに第１、第２および第３のカメラチップを有するカメラシステムを備え、前記ダイクロイックビームスプリッタは、前記入力ポートで受けた赤色光を、前記ビームスプリッタの第１の出力ポートを介して前記第１のカメラチップに主に導くように、かつ前記入力ポートで受けた緑色光を、前記ビームスプリッタの第２の出力ポートを介して前記第２のカメラチップに主に導くように、かつ前記入力ポートで受けた青色光を、前記ビームスプリッタの第３の出力ポートを介して前記第３のカメラチップに主に導くように、かつ前記入力ポートで受けた赤外光を、前記第１、第２および第３のカメラチップのうちの１つのみに主に導くように構成され、前記手術用顕微鏡はさらに、
対象領域を前記カメラシステムの前記カメラチップ上に光学的に撮像するように構成された顕微鏡光学部品と、
前記カメラシステムの前記カメラチップによって検出された光強度に基づいて画像を表示するように構成された表示システムとを備える、手術用顕微鏡。
【請求項２】
前記ビームスプリッタは、前記入力ポートで受けた前記赤外光を、前記第２および第３のカメラチップの一方のみに主に導くように構成される、請求項１に記載の手術用顕微鏡。
【請求項３】
赤外光を実質的に阻止し、前記対象領域と前記ダイクロイックビームスプリッタの前記入力ポートとの間の撮像ビーム経路の内側および外側に選択的に位置決めされ得る第１のブロックフィルタをさらに備える、請求項１または２に記載の手術用顕微鏡。
【請求項４】
赤色光、緑色光および青色光の少なくとも１つを実質的に阻止し、前記対象領域と前記ダイクロイックビームスプリッタの前記入力ポートとの間の撮像ビーム経路の内側および外側に選択的に位置決めされ得る第２のブロックフィルタをさらに備える、請求項１から３の１つに記載の手術用顕微鏡。
【請求項５】
前記第１および第２のブロックフィルタに結合され、所与の時間に前記第１および第２のブロックフィルタの一方のみが前記撮像ビーム経路内に位置決めされるように構成された作動システムをさらに備える、請求項３と組合された請求項４に記載の手術用顕微鏡。
【請求項６】
少なくとも１本の照明光ビームを前記対象領域に導くように構成された照明システムと、
赤色光、緑色光および青色光の少なくとも１つを実質的に阻止し、前記照明システムのビーム経路の内側および外側に選択的に位置決めされ得る第３のブロックフィルタとをさらに備える、請求項１から５の１つに記載の手術用顕微鏡。
【請求項７】
前記第１および第３のブロックフィルタに結合され、所与の時間に前記第１および第３のブロックフィルタの一方のみが前記撮像ビーム経路内および前記照明システムの前記ビーム経路内にそれぞれ位置決めされるように構成された作動システムをさらに備える、請求項３と組合された請求項６に記載の手術用顕微鏡。
【請求項８】
前記ダイクロイックビームスプリッタはさらに、前記第１のカメラチップに主に導かれる前記赤色光が前記ダイクロイックビームスプリッタの前記入力ポートに供給される場合、第１の検出器によって検出される光強度と、第２の検出器によって検出される光強度および第３の検出器によって検出される光強度の合計との比率が１．８、２．５および３．０のうちの１つよりも大きく、
前記ダイクロイックビームスプリッタはさらに、前記第２のカメラチップに主に導かれる前記緑色光が前記ダイクロイックビームスプリッタの前記入力ポートに供給される場合、前記第２の検出器によって検出される光強度と、前記第１の検出器によって検出される光強度および前記第３の検出器によって検出される光強度の合計との比率が１．８、２．５および３．０のうちの１つよりも大きく、
前記ダイクロイックビームスプリッタはさらに、前記第３のカメラチップに主に導かれる前記青色光が前記ダイクロイックビームスプリッタの前記入力ポートに供給される場合、前記第３の検出器によって検出される光強度と、前記第１の検出器によって検出される光強度および前記第２の検出器によって検出される光強度の合計との比率が１．８、２．５および３．０のうちの１つよりも大きい、請求項１から７の１つに記載の手術用顕微鏡。
【請求項９】
前記ダイクロイックビームスプリッタはさらに、前記第１、第２および第３のカメラチップのうちの１つのみに主に導かれる前記赤外光が前記ダイクロイックビームスプリッタの前記入力ポートに供給される場合、前記第１、第２および第３のカメラチップのうちの前記１つによって検出される光強度と、その他の前記第１、第２および第３のカメラチップによって検出される光強度の合計との比率が１．８、２．５および３．０のうちの１つよりも大きい、請求項１から８の１つに記載の手術用顕微鏡。
【請求項１０】
前記赤外光は、波長範囲が８００ｎｍから９３０ｎｍの光を含む、請求項１から９の１つに記載の手術用顕微鏡。
【請求項１１】
前記青色光は、波長範囲が４４０ｎｍから４９０ｎｍの光を含み、前記緑色光は、波長範囲が５２０ｍから５７０ｎｍの光を含み、前記赤色光は、波長範囲が６２５ｎｍから７４０ｎｍの光を含む、請求項１から１０の１つに記載の手術用顕微鏡。
【請求項１２】
顕微鏡検査方法であって、
顕微鏡を第１の動作モードで動作させるステップを備え、
前記第１の動作モードは、
赤色光、緑色光および青色光を含む光を対象物に供給するステップと、
前記対象物から発する赤色光を第１のカメラチップに供給するステップと、
前記対象物から発する緑色光を第２のカメラチップに供給するステップと、
前記対象物から発する青色光を第３のカメラチップに供給するステップとを含み、前記方法はさらに、
前記顕微鏡を第２の動作モードで動作させるステップを備え、
前記第２の動作モードは、
前記対象物において蛍光を励起するステップと、
前記蛍光によって生成された赤外光を、前記対象物から、前記第１、第２および第３のカメラチップのうちの１つのみに主に供給するステップとを含む、顕微鏡検査方法。
【請求項１３】
前記第１の動作モードにおいてのみ、赤外光が前記第１、第２および第３のカメラチップのうちの１つに供給されるのを阻止するステップをさらに備える、請求項１２に記載の顕微鏡検査方法。
【請求項１４】
前記第２の動作モードにおいて、波長が７００ｎｍよりも大きく８０５ｎｍよりも小さい光が前記第１、第２および第３のカメラチップのうちの１つに供給されるのを阻止するステップをさらに備える、請求項１２または１３に記載の顕微鏡検査方法。
【請求項１５】
前記第２の動作モードにおいて、赤色光、緑色光および青色光のうちの１つが前記第１、第２および第３のカメラチップのうちの１つに供給されるのを阻止するステップをさらに備える、請求項１２から１４の１つに記載の顕微鏡検査方法。
【請求項１６】
前記第２の動作モードにおいて、赤色光、緑色光および青色光のうち２つ以下のものを前記対象物に供給するステップをさらに備える、請求項１２から１５の１つに記載の顕微鏡検査方法。
【請求項１７】
請求項１２から１６の１つに記載の方法を実行するための、請求項１から１１の１つに記載の手術用顕微鏡の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、赤外蛍光を観察するための手術用顕微鏡、および赤外蛍光を観察するための顕微鏡検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
蛍光色素は、特定の種類の組織、組織構造、組織機能、組織灌流の視覚化や他の目的などのさまざまな目的で、医療用途および生物学において用いられる。ここでは、蛍光色素またはそのような蛍光色素の前駆体が、組織試料または検査中の患者に塗布される。色素または前駆体はそれぞれ、組織試料または患者の特定の種類の組織および組織構造に蓄積する。組織は、蛍光を励起するための励起光で照らされ、ここで蛍光色素内に発生する蛍光によって生成された蛍光光が検出されて、特定の組織構造、組織の種類および組織灌流を視覚化し得る。手術用顕微鏡を用いて、対象物を励起光で照らし、蛍光光を検出することができる。
【０００３】
従来の手術用顕微鏡は、対象物の標準の光画像を得るための第１のカメラシステム、および対象物の蛍光光画像を得るための第２のカメラシステムを含む。
【０００４】
蛍光色素の一例は、赤外光の範囲内の蛍光スペクトルを有するインドシアニングリーン（ＩＣＧ）である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明の要約
本発明は、上記の技術的課題を考慮して達成された。
【０００６】
本発明の目的は、蛍光画像を検出可能な手術用顕微鏡検査方法を提供することである。
本発明のさらなる目的は、蛍光画像および標準の光画像を検出可能な顕微鏡検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施例によると、カメラシステムは、入力ポート、ダイクロイックビームスプリッタ、ならびに第１、第２および第３のカメラチップを含み、ダイクロイックビームスプリッタは、入力ポートで受けた赤色光を、ビームスプリッタの第１の出力ポートを介して第１のカメラチップに主に導くように、かつ入力ポートで受けた緑色光を、ビームスプリッタの第２の出力ポートを介して第２のカメラチップに主に導くように、かつ入力ポートで受けた青色光を、ビームスプリッタの第３の出力ポートを介して第３のカメラチップに主に導くように、かつ入力ポートで受けた赤外光を、第１、第２および第３のカメラチップのうちの１つのみに主に導くように構成される。
【０００８】
標準の光画像を得るための３つのチップを含む従来のカメラシステムは同様の構造を有するが、上記の構造とは異なる。従来のカメラは、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれのカメラチップに導くように構成されたダイクロイックビームスプリッタを有する。従来のカメラはさらに、可視波長範囲外の赤外光を検出しないようにするための赤外ブロックフィルタを含む。従来のカメラのダイクロイックビームスプリッタの性質は、赤外光に関して規定されない。
【０００９】
しかし、上記の実施例では、ダイクロイックビームスプリッタの性質は、赤外光が３つのカメラチップのうちの１つのみに供給されるように規定される。赤外光がダイクロイックビームスプリッタを介して複数のカメラチップに供給される実施例と比較して、低強度の赤外光を検出する際に、赤外光を１つのカメラチップのみに供給することによって比較的良好な信号対ノイズ比が達成され得る。
【００１０】
本願の文脈においては、特定の波長の光が１つの特定のカメラチップに「主に」供給されるという定義は、特定の波長の光のみがダイクロイックビームスプリッタの入力ポートに供給される状況において、その特定のカメラチップが、他の２つのカメラチップによって検出される特定の波長の強度を合わせたものよりも実質的に高い強度を検出することを意味する。たとえば、特定のカメラによって検出される強度は、他の２つのカメラによって検出される強度の合計よりも１．８倍高いか、または２．５倍もしくは３．０倍高い場合がある。
【００１１】
ある実施例によると、ダイクロイックビームスプリッタは、赤外光が、赤色光が主に供給されないそれらのカメラチップのうちの１つに主に供給されるように構成される。本明細書中の例示的な実施例によると、赤外光は、緑色光も主に供給されるカメラチップに主に供給される。別の例示的な実施例によると、赤外光は、青色光も供給されるカメラチップに供給される。
【００１２】
本願の文脈においては、青色光は、波長範囲が約４４０ｎｍから約４９０ｎｍの光であり、緑色光は、波長範囲が約５２０ｎｍから約５７０ｎｍの光であり、赤色光は、波長範囲が約６２５ｎｍから約７４０ｎｍの光であり、赤外光は、波長範囲が約８００ｎｍから約９３０ｎｍの光である。
【００１３】
実施例によると、手術用顕微鏡は、ダイクロイックビームスプリッタの上流で撮像ビーム経路内に選択的に配置され得る第１のブロックフィルタを含む。第１のブロックフィルタは、赤外光に対する透過率よりも、赤色光、緑色光および青色光に対する透過率のほうが実質的に高い。たとえば、赤色光、緑色光または青色光に対する透過率は、赤外光に対する透過率よりも１０倍高い。赤外光は、第１のブロックフィルタによって実質的に阻止される。第１のブロックフィルタがビーム経路内に配置される第１の動作モードでは、カメラシステムは標準の光画像を得るのによく適しており、第１のブロックフィルがビーム経路内に配置されない第２の動作モードでは、カメラシステムは赤外画像を得るのに適している。
【００１４】
実施例によると、カメラシステムは、ダイクロイックビームスプリッタの上流でビーム経路内に選択的に配置され得る第２のブロックフィルタを含む。第２のブロックフィルタは、赤外光も供給されるカメラチップに主に供給される光を実質的に阻止する。
【００１５】
本明細書中の例示的な実施例では、手術用顕微鏡は、第１のブロックフィルタまたは第２のブロックフィルタのいずれか一方をビーム経路内に位置決めするように構成された作動システムを含む。第１のブロックフィルタがビーム経路内に位置決めされる第１の動作モードでは、カメラシステムは標準の光画像を得ることができ、第１のブロックフィルタがビーム経路内に配置されない第２の動作モードでは、カメラシステムは標準の光画像および赤外画像を同時に得ることができる。
【００１６】
実施例によると、手術用顕微鏡は、カメラシステムの少なくとも１つのカメラチップ上に対象領域を光学的に撮像して対象領域の画像を生成するための顕微鏡光学部品と、画像をユーザに表示するための表示システムと、少なくとも１本の照明光ビームを対象領域に供給するための照明システムとを含む。カメラシステムは上述のように構成され得る。顕微鏡光学部品は、可変拡大率および／または可変作動距離を提供する光学部品であり得る。顕微鏡光学部品はさらに、平面または立体のビーム経路を提供し得る。顕微鏡光学部品はさらに１つ以上の接眼レンズを含み得、ユーザはそれを覗いて対象領域の画像を知覚し得る。表示システムは、カメラシステムによって得られた画像を表示する。表示システムは、陰極線管、ＬＣＤディスプレイ、アクティブマトリクスディスプレイなどを含み得る。表示システムは、ユーザの頭に装着可能なヘッドマウントディスプレイであり得る。表示システムはさらに、顕微鏡光学部品の接眼レンズを介して画像を表示するように構成され得る。
【００１７】
ある実施例によると、顕微鏡は、照明ビームのビーム経路内に選択的に位置決めされ得る第３のブロックフィルタを含む。第３のブロックフィルタは、赤外光も供給されるカメラチップに主に供給される光を阻止する。本明細書中の例示的な実施例では、第１のブロックフィルタを撮像ビーム経路内に位置決めするように、または第３のブロックフィルタを照明ビームのビーム経路内に位置決めするように構成される作動システムが設けられる。
【００１８】
実施例によると、顕微鏡検査方法は、手術用顕微鏡を第１の動作モードおよび第２の動作モードで動作させるステップを含む。第１の動作モードでは、赤色光、緑色光および青色光を含む光が対象物に供給され、対象物から発する赤色光、緑色光および青色光が３つのカメラチップに供給されるため、３つのカメラチップはともに対象物の標準の光画像を得ることができる。ここで、赤外光を阻止するフィルタが光のビーム経路内に位置決めされ得るため、対象物から発する光に赤外光が含まれていたとしても、赤外光は３つのカメラチップのうちの１つに供給されない。
【００１９】
第２の動作モードでは、波長範囲が約７００ｎｍから約７９０ｎｍの光を含む光が対象物に供給され、対象物から発する赤外光が３つのカメラチップのうちの１つのみに主に供給される。赤外光を阻止するフィルタが第１の動作モードでビーム経路内に位置決めされている場合、このフィルタは第２の動作モードでビーム経路から取除かれる。
【００２０】
例示的な実施例によると、第２の動作モードにおいて、波長が約７００ｎｍよりも大きく約８０５ｎｍよりも小さい光が、３つのカメラチップの上流で阻止される。
【００２１】
例示的な実施例によると、第２の動作モードにおいて、赤色光、緑色光および青色光のうちの１つが、３つのカメラチップの上流で阻止される。
【００２２】
さらなる例示的な実施例によると、第２の動作モードにおいて、赤色光、緑色光および青色光のうち２つ以下のものが対象物に供給される。
【００２３】
例示的な実施例によると、第２の動作モードにおいて、蛍光色素または蛍光色素の前駆体の蛍光が観察される。蛍光色素またはその前駆体は、インドシアニングリーン（ＩＣＢ）を含み得る。
【００２４】
さらなる例示的な実施例によると、第２の動作モードにおいて、対象物から発する赤外光が、第１の動作モードにおいて青色光または緑色光が供給されるカメラチップに供給される。
【００２５】
さらなる例示的な実施例によると、顕微鏡検査方法は、第２の動作モードにおいてのみ実行される。
【００２６】
さらなる例示的な実施例によると、赤色光、緑色光および青色光は第１の光源によって生成され得、波長範囲が約７００ｎｍから約８０５ｎｍの光は、第１の光源とは異なる第２の光源によって生成され得る。第２の光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードを含み得る。これによって、第１の光源から対象物に供給される光の強度、および第２の光源から対象物に供給される光の強度を個別に調節することが可能となり、状況に応じて相対強度を調節することが可能となる。
【００２７】
以下の説明では、特別な実施例に関して添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施例に係る手術用顕微鏡のビーム経路の概略図である。
【図２】図１に示される手術用顕微鏡内で使用され得るカメラシステムのビーム経路の概略図である。
【図３】図１に示される手術用顕微鏡内に発生し得るスペクトルおよびスペクトル範囲の概略図である。
【図４】第２の実施例に係る手術用顕微鏡のビーム経路の概略図である。
【図５】第３の実施例に係る手術用顕微鏡のビーム経路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
例示的な実施例の説明
以下に説明する例示的な実施例では、機能および構造が同様の構成部品はできる限り同様の参照番号で示す。
【００３０】
図１は、光軸７を有する対物レンズ５を有する顕微鏡光学部品３を含む手術用顕微鏡１を概略的に示す。観察すべき対象物９は、対物レンズ５の対象領域内に位置決めされる。対象物９から発する光は対物レンズ５によって変形されて平行のビーム束１１を形成し、この中に２つのズームレンズシステム１２、１３が光軸７から横方向の距離を置いて配置される。ズームレンズシステム１２、１３は、平行のビーム束１１の部分的なビーム束１４、１５をそれぞれ取り込み、図１には示されない偏光プリズムを介して部分的なビーム束１３、１４を接眼レンズ１６および１７に供給し、ユーザは左目１８および右目１９でこれを覗いて対象物９の拡大画像を知覚し得る。
【００３１】
部分的なビーム束１５内に部分的な透過ミラー２１が配置されて、ビーム束１５の光の一部を分岐させてビーム２３を形成し、これがカメラシステム２５に供給される。
【００３２】
以下、図２を参照してカメラシステム２５をより詳細に説明する。ビーム２３は、ダイクロイックビームスプリッタ３３の入力ポート３１に入射し、入射光の波長に応じて３つのカメラチップ３５、３６および３７に供給される。各カメラチップ３５、３６、３７は感光性素子（画素）の領域を含み、当該素子は、受けた光の強度に応じて電子信号を提供する。カメラチップは、たとえばＣＣＤ画像センサおよびＣＭＯＳ画像センサなどのセンサのカメラチップを含み得る。
【００３３】
図２において、参照番号３９は赤色光の例示的なビームを示す。赤色光は、ダイクロイックビームスプリッタ３３の出力ポート３０を介してカメラチップ３５に供給されるため、カメラチップ３５は赤色光画像を検出することができる。図２において、参照番号４０は緑色光の例示的なビームを示し、これはダイクロイックビームスプリッタ３３の出力ポート３２を介してカメラチップ３６に供給されるため、カメラチップ３６は緑色光画像を検出することができる。図２において、参照番号４１は青色光の例示的なビームを示し、これはビームスプリッタ３３の出力ポート３４を介してカメラチップ３７に供給されるため、カメラチップ３７は青色光画像を検出することができる。ダイクロイックビームスプリッタ３３はさらに、図２において例示的な赤外光ビーム４２によって示されるように、赤外光をカメラチップ３６に供給するように構成され、赤外光ビーム４２はダイクロイックビームスプリッタ３３の出力ポート３２を介してカメラチップ３６に供給されるため、カメラチップ３６は赤外画像も検出することができる。
【００３４】
図１に示されるように、手術用顕微鏡１は、第１のブロックフィルタ２７を含むフィルタプレート２６を有する。第１のブロックフィルタ２７を含むフィルタプレート２６は、両方向の矢印４６によって示される方向にアクチュエータ４５によって移動可能であるため、第１のブロックフィルタ２７はビーム２３の内側またはビーム２３の外側のいずれか一方に位置決めされる。アクチュエータ４５は、信号線１２３を介してコントローラ１０１によって制御される。図示される例では、第１のブロックフィルタは赤外光を阻止する。
【００３５】
図１に示される手術用顕微鏡１の第１の動作モードにおいて、第１のブロックフィルタ２７はビーム２３内に位置決めされる。この第１の動作モードでは、手術用顕微鏡１は、カメラシステム２５によって対象物９の標準の光画像を得るように構成される。ここで、対象物９は、赤、緑および青の色成分を含有する光である白色光で照明システム５１によって照らされる。
【００３６】
照明システム５１は、たとえばハロゲンランプ、キセノンランプまたは何らかの他の好適なランプであり得る光源５３を含む。照明システム５１はさらに、反射器５４およびコリメータ５５を含み得、１つ以上のレンズ５９によって光ファイバ束６３の端６１に供給される光の平行ビーム５６を成形して、光源５３によって生成された光をファイバ束６３に結合させる。この光はファイバ束６３によって対物レンズ５近傍に伝送され、ファイバ束６３の端６５から発し、平行化光学部品６７によって平行にされて光ビーム６９を形成し、これが検査中の対象物９に導かれる。
【００３７】
照明システム５１はさらに、互いに隣接して配置される２つのフィルタ７３および７５を含むフィルタプレート７１を有する。２つのフィルタ７３および７５は、図１の両方向の矢印７９によって示される方向に沿ってアクチュエータ７７によって移動可能であるため、フィルタ７３またはフィルタ７５のいずれか一方がビーム５６内に位置決めされる。アクチュエータ７７は、信号線１２５を介してコントローラ１０１によって制御される。フィルタ７３は、手術用顕微鏡１の第１の動作モードにおいてビーム経路５６内に位置決めされる。フィルタ７３は、赤色光、緑色光および青色光を通すことができるため、対象物９は、ユーザによって実質的に白色光であると知覚される光で照らされる。
【００３８】
対象物９から発する光はカメラシステム２５によって検出され、カメラチップ３５、３６および３７はそれぞれ赤色光、緑色光および青色光を検出する。カメラチップ３５、３６および３７によって生成された画像信号は、線１２４を介してコントローラ１０１に供給される。コントローラ１０１は、供給された画像信号に基づいて合成色画像の画像データを生成する。これらの画像データがディスプレイに表示され得る。
【００３９】
ディスプレイはたとえば、コントローラ１０１に接続されて対象物９の平面色画像を表示するモニタ１０３を含み得る。ディスプレイはたとえば、画像表示を生成するＬＣＤディスプレイ１０４を含み得る。この表示は光学部品１０５によって伝送され、部分的な透過ミラー１０７を介して撮像光学部品３のビーム経路と重畳されるため、ユーザは接眼レンズ１７を覗くことによって、ビーム１５を介して対物レンズ５から接眼レンズ１７に伝送された対象物９の光学画像と重畳された、ディスプレイ１０４に表示される画像を見ることができる。
【００４０】
部分的な透過ミラー８１またはプリズムがビーム１４の光の一部を分岐させ、分岐した部分は次に第２のカメラシステム８３に供給され、カメラシステム８３は、ダイクロイックビームスプリッタ８４と、ダイクロイックビームスプリッタ８４によって赤色光、緑色光および青色光が供給される３つのカメラチップ８５、８６および８７とを含む。赤外ブロックフィルタ８８が、ダイクロイックビームスプリッタ８４の入力ポートの上流でビーム経路内に恒久的に位置決めされる。カメラチップ８５、８６および８７の出力信号は、信号線８９を介してコントローラ１０１に伝送される。
【００４１】
ディスプレイは、たとえばヘッドマウントディスプレイ１１３を含み得、これは、装着バンド１１１などによってユーザの頭に取付けることができ、ユーザの右目用のディスプレイ１１４およびユーザの左目用のディスプレイ１１５を含む。ヘッドマウントディスプレイは、信号線１１２を介してコントローラ１０１に接続される。コントローラ１０１は、カメラシステム２５によって得られた画像データをディスプレイ１１４に供給し、カメラシステム８３によって得られた画像データをディスプレイ１１５に供給するため、ユーザは、ディスプレイ１１３を介して対象物９の立体画像を知覚することができる。
【００４２】
ユーザは、好適な指令によって、第１の動作モードから第２の動作モードに動作モードを変更するようコントローラ１０１に指示し得る。指令は、ボタン１２１、キーボードもしくは対応の音声信号を受信するマイクなどの入力装置または何らかの他の入力装置および方法を介して、コントローラ１０１に供給され得る。
【００４３】
動作モードの所望の変更を指示する信号を受信すると、コントローラ１０１は線１２３を介してアクチュエータ４５を制御して、第１のブロックフィルタ２７をビーム２３から取除く。図示される例では、第１のブロックフィルタは赤外光を阻止し、第２の動作モードにおいて第１のブロックフィルタがビームから取除かれると、カメラシステム２５は赤外画像も得ることができる。
【００４４】
さらに、コントローラ１０１は、第２のブロックフィルタ７５がビーム２３の内側に位置決めされ、かつフィルタ７３がビーム５６の外側に位置決めされるようにアクチュエータ７７を制御する。図示される実施例では、ブロックフィルタ７５は、予め選択された蛍光色素またはその前駆体の蛍光を励起可能な光のみを横切らせることができるように構成された、蛍光励起フィルタである。そのような励起光は、光源５３によって生成される周波数スペクトルに含まれ、フィルタ７５を横切って対象物９に供給され得る。蛍光色素またはその前駆体は、一例によると、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）を含み得る。蛍光色素によって生成される蛍光光は、赤外波長範囲の光を含み、顕微鏡光学部品３によってカメラシステム２５のカメラチップ上に撮像される。図示される例では赤外ブロックフィルタであるフィルタ２７は、第２の動作モードではビーム２３から取除かれるため、カメラシステム２５への赤外光の供給が妨げられず、したがってカメラシステムは対象物９の蛍光画像を検出することができる。
【００４５】
上述のように、ダイクロイックビームスプリッタ３３は赤外光を１つのカメラチップ３６のみに供給するよう構成されるため、カメラチップ３６は対象物９の蛍光画像を検出することができる。検出される蛍光画像は、生成された赤外蛍光光の強度が低くても比較的高い信号対ノイズ比を有し得る。
【００４６】
蛍光画像は線１２４を介してコントローラ１０１に伝送され、ディスプレイ１０４を介して視像として表示され得るため、ユーザは接眼レンズ１７で見たときにこの赤外画像を視像として知覚することができる。同様に、コントローラ１０１は赤外画像を、ディスプレイ１０３またはヘッドマウントディスプレイ１１３のディスプレイ１１４、１１５に表示し得る。赤外画像はグレースケール画像として表示され得、グレー値で明るいものほど、表わされる赤外強度が高い。たとえば、最大赤外強度は白色によって表わされ得る。これを反転させた赤外画像を表示することも可能であり、この場合グレー値で暗いものほど、表わされる赤外強度が高い。
【００４７】
図３は、図１に示される手術用顕微鏡の光学素子の波長に依存した性質の概略図である。
【００４８】
図３の実線１５１は、任意の単位ごとの波長λに依存する蛍光色素ＩＣＧの励起効率を表わし、破線１５３は、任意の単位ごとの蛍光色素の蛍光スペクトルを表わす。
【００４９】
図３の線１５４は、青色光を検出するカメラチップ３７に向かう、入力ポート３１から出力ポート３４までのダイクロイックビームスプリッタ３３の青色光に対する透過特性を非常に概略的に表わす。図３の線１５５は、緑色光を検出するカメラチップ３６に向かう、入力ポート３１から出力ポート３２までのダイクロイックビームスプリッタ３３の緑色光に対する透過特性を非常に概略的に表わす。図３の線１５６は、赤色光を検出するカメラチップ３５に向かう、入力ポート３１から出力ポート３０までのダイクロイックビームスプリッタ３３の赤色光に対する透過特性を非常に概略的に表わす。
【００５０】
ダイクロイックビームスプリッタ３３のこれらの透過特性は、互いに重なり合わないように図３において線１５４、１５５および１５６によって非常に概略的に示される。したがって、赤色、緑色および青色は互いに異なる色であることが明確になっている。しかし実際には、ビームスプリッタは、特性１５４、１５５および１５６の波長範囲が部分的に重なり合うように構成され得る。これによって、たとえば、波長が４５０ｎｍの光の主要部がカメラチップ３７に入射する一方で、この波長の光のより小さな部分もカメラチップ３６が受けるという効果が得られ得る。同様に、たとえば波長が６００ｎｍの光を、カメラチップ３５および３６の両方が等分に受け得る。
【００５１】
図３において、線１５７は、第１の動作モードで照明光ビーム５６内に位置決めされるフィルタ７３の透過特性を非常に概略的に表わす。フィルタ７３は青色光、緑色光および赤色光を通すことができるため、ユーザが知覚する対象物９の色の印象は、白色光に対応する色の印象である。しかし、フィルタ７３は、たとえば約７０５ｎｍよりも高い比較的長い波長の可視光は通ることができないように構成される。この光は、線１５６で表わされる特性によって示されるように、赤色光を受けるカメラチップ３５によって検出され得る。照明光ビーム内の長波長の赤色光は対象物９を不必要に過熱し得るため、図示される例では、フィルタ７３を用いてこの光を妨げる。
【００５２】
図３において、線１５８は、第２の動作モードで蛍光を観察するために照明光ビーム５６のビーム経路内に位置決めされるフィルタ７５の透過特性を非常に概略的に表わす。フィルタ７５は、青色光（特性１５４を参照）および緑色光（特性１５５を参照）を通さないが、波長範囲が約６１５ｎｍから約７９０ｎｍの赤色光はフィルタ７５を通って対象物９に入射し、蛍光色素の蛍光を励起し得る。
【００５３】
図３において、線１５９は、緑色光がビームスプリッタ３３の入力ポート３１に供給される場合は緑色光も受けるカメラチップ３６に向かう、入力ポート３１から出力ポート３２までのダイクロイックビームスプリッタ３３の赤外光に対する透過特性を非常に概略的に表わす。
【００５４】
第２の動作モードではフィルタ７５が照明ビーム経路内に存在するため、蛍光を検出するための第２の動作モードでは、緑色光は照明光に実質的に含有されない。このため、緑色光はカメラチップ３６に実質的に供給されない。しかし、カメラチップ３６は、蛍光によって生成される赤外光を検出し得るため、コントローラ１０１は、カメラシステム２５によって対象物の赤外蛍光画像を得ることができる。赤外画像は、緑色光も検出するように配置されるカメラチップ３６によって主に検出される。
【００５５】
上述の実施例では、ダイクロイックビームスプリッタ３３は、緑色光も供給されるカメラチップ３６に赤外光を供給するように構成される。しかし、青色光も供給されるカメラチップ３７に赤外光を供給するようにダイクロイックビームスプリッタ３３を修正することも可能である。この結果、青色光は、ダイクロイックビームスプリッタ３３の入力ポート３１の上流でビーム経路２３から、または対象物９の上流でビーム経路から取除かれる。
【００５６】
図示される例では、第１のブロックフィルタ２７は、カメラシステム２５のダイクロイックビームスプリッタ３３の入力ポート３１の上流でビーム２３内に位置決めされる。しかし、第１のブロックフィルタは、手術用顕微鏡の他の例では省略してもよい。
【００５７】
図４は、さらなる実施例に係る手術用顕微鏡１のビーム経路を概略的に示す。
図４に示される手術用顕微鏡は、上述の図１および図３を参照して説明した手術用顕微鏡と同様の構成を有し、同様の機能を提供する。図４の手術用顕微鏡は、カメラシステム２５の上流でビーム経路内に配置されたフィルタプレート２６が第１のブロックフィルタ２７および第２のブロックフィルタ２８を含むという点で、上述の手術用顕微鏡と主に異なる。第１のブロックフィルタ２７は、赤外光がフィルタ２７を通るのを阻止するように構成される。第１のフィルタ２７は、対象物９の標準の光画像がカメラシステム２５で検出される手術用顕微鏡１の第１の動作モードにおいて、対象物９をカメラチップ３５、３６および３７上に撮像するビーム２３内に位置決めされる。このため、第１のブロックフィルタ２７は、カメラシステム２５によって検出される画像の形成に赤外光が寄与しないように、赤外光を阻止する。
【００５８】
第２のブロックフィルタ２８は、赤外画像がカメラシステム２５によって検出される第２の動作モードにおいて、ビーム２３内に位置決めされる。図１から図３を参照して説明したように、カメラシステム２５のダイクロイックビームスプリッタ３３は、ダイクロイックビームスプリッタ３３の入力ポートに入射する赤外光が、緑色光も供給されるカメラチップ３６にダイクロイックビームスプリッタ３３の出力ポートを介して供給されるような構成を有する。カメラチップ３６は、第１の動作モードでは緑色画像を検出し、第２の動作モードでは赤外光画像を検出する。
【００５９】
図４を参照して説明される実施例では、カメラチップ３６によって赤外蛍光画像が検出される第２の動作モードにおいて、蛍光を励起するための光が対象物９に供給される。しかし、第２の動作モードでは白色光も対象物９に供給されるため、カメラシステム８３などの好適なカメラによって、白色光画像も検出され得る。図１を参照して説明される実施例とは別に、図４に示される手術用顕微鏡１の第２の動作モードでは、第２のブロックフィルタ２８がビーム２３内に位置決めされる。第２のブロックフィルタ２８は赤外光、赤色光および青色光を横切らせることができるため、カメラチップ３５は対象物９の赤色光画像を検出することができ、カメラチップ３７は対象物９の青色光画像を検出することができ、カメラチップ３６は対象物の赤外光画像を検出することができ、緑色光のダイクロイックビームスプリッタ３３の入力ポートへの供給は第２のブロックフィルタ２８によって阻止されるため、緑色光は、この第２の動作モードでは赤外光画像を検出するカメラチップ３６に入射しない。したがって、図４に示されるカメラシステム２５は、対象物９の赤色光画像および対象物９の不完全な標準の光画像を検出することができる。不完全な標準の光画像は赤および青の２つの色成分のみから成り、緑色成分はこの不完全な標準の光画像から欠けている。しかしそのような不完全な標準の光画像であっても、３つのカメラチップ３５、３６および３７を有するたった１つのカメラシステム２５から赤外画像および不完全な標準の光画像の両方を受け得るユーザに価値のある情報が提供されることが見出されている。
【００６０】
このカメラシステム２５は、２つの異なる動作モードで使用可能である。ブロックフィルタ２７がダイクロイックビームスプリッタ３３の上流でビーム経路内に配置される第１の動作モードでは、カメラシステム２５は（完全な）標準の光画像を検出し、ブロックフィルタ２７は、赤外光がカメラチップ３６に供給されないようにする。第２のブロックフィルタ２８がダイクロイックビームスプリッタ３３の上流でビーム経路内に配置される第２の動作モードでは、カメラシステム２５は赤外画像および不完全な標準の光画像の両方を検出し、第２のブロックフィルタ２８は、緑色光がカメラチップ３６に供給されないようにする。
【００６１】
図５は、赤外画像２５および不完全な標準の光画像の両方が同一のカメラシステム２５によって記録され得るという点で図４を参照して説明した顕微鏡と同様の、手術用顕微鏡１のさらなる実施例を示す。カメラシステム２５は３つのカメラチップを含み、カメラチップ３５は対象物９の赤色光画像を検出するように配置され、カメラチップ３７は対象物９の青色光画像を検出するように配置され、カメラチップ３６は、手術用顕微鏡１の第１の動作モードでは緑色光画像を検出し、手術用顕微鏡１の第２の動作モードでは赤外光画像を検出するように配置される。
【００６２】
手術用顕微鏡１は、信号線１２２を介してコントローラ１０１によって制御されるアクチュエータ７８に接続されたフィルタ７６を含む。アクチュエータ７８は、コントローラ１０１の制御下で、フィルタ７６を第１の動作モードでは照明ビーム５６の外側に、第２の動作モードでは照明ビーム５６の内側に位置決めするように構成される。フィルタ７６は、緑色光を阻止し、かつ赤色光、青色光および蛍光を励起するのに好適な光を阻止しないように構成されるブロックフィルタである。
【００６３】
第１の動作モードでは、フィルタ７６はビーム５６内に位置決めされないため、白色光が対象物に供給される。フィルタ２７はカメラシステムの上流でビーム経路内に位置決めされ、赤外光がカメラチップ３６によって検出されないようにする。したがって、第１の動作モードでは、３つのカメラチップ３５、３６および３７は対象物９の（完全な）標準の光画像を検出する。
【００６４】
第２の動作モードでは、フィルタ７６がビーム５６内に位置決めされるため、緑色光は対象物９に供給されない。この動作モードでは、緑色光は対象物９から実質的に発することなく、カメラシステム２９に供給されるビーム２３の光に実質的に含有されない。したがって、カメラチップ３６は緑色光を実質的に全く受けない。カメラチップ３６はその後、上述のように赤外画像を検出し得る。
【００６５】
第２の動作モードにおいて標準の光画像を得るための、上記の図１を参照して説明した実施例において用いられるカメラシステム８３は、緑色光を阻止するフィルタをカメラシステムの上流でビーム経路内に、または照明光のビーム経路内に用いて得られた不完全な標準の光画像の質に満足できるのであれば、図５に示されるような実施例では省略してもよい。
【００６６】
上記の実施例において、第１の動作モードで緑色光画像を受けるカメラチップは、第２の動作モードで赤外画像を受けるカメラチップでもある。なお、第１の動作モードで青色光を受けるカメラチップおよび第１の動作モードで赤色光を受けるカメラチップなどの他のカメラチップも、第２の動作モードで赤外光も受けるように配置してもよく、この場合、第１の動作モードで緑色光を受けるカメラチップは第２の動作モードで赤外光を受けない。
【００６７】
以下、図１から図３を参照してさらなる実施例を説明する。本実施例に係る手術用顕微鏡は、上記の図１から図３を参照して説明した手術用顕微鏡と同様の構造を有する。
【００６８】
本実施例によると、第２の動作モードで蛍光を励起するために照明システム５１のビーム内に位置決めされたフィルタ７５は、図３の線１５８の透過特性とは異なる透過特性を有する。透過特性は、フィルタが波長範囲が約４００ｎｍから約７８０ｎｍの光を通すことができるように構成されるため、蛍光を励起するための励起光および標準の光の両方が対象物９に供給される。したがって、ユーザは、接眼レンズ１６および１７を通して対象物の標準の光画像を知覚することができる。同様に、ビームスプリッタ８４の入力ポートの上流でビーム経路内に赤外ブロックフィルタ８８を有するカメラシステム８３は、対象物の標準の光画像を検出し得、この画像はディスプレイ１０３、１０４、１１４および１１５または何らかの他のディスプレイに表示され得る。本実施例では、カメラシステム２５のビームスプリッタ３３の入力ポートの上流でビーム２３内に位置決めされた第１のブロックフィルタ２７は、図３の線１５９によって示されるような透過特性を有するように構成される。そして、カメラシステム２５は対象物の蛍光画像を得ることができ、この画像は白黒画像またはグレースケール画像としてディスプレイ１０３、１０４、１１４および１１５のうちの１つに表示され得る。標準の光画像に重畳された蛍光画像をディスプレイに表示することも可能である。さらに、蛍光画像は緑色などの１色で表示され得、この場合、蛍光光の強度が高いほど明るい緑色で表示され得、蛍光光の強度が低いほど暗い緑色で表示され、その逆の場合も同様である。
【００６９】
これまで説明した実施例の文脈において、カメラのいくつかの画素、たとえば２つ、４つまたはそれ以上の画素をグループにまとめ、グループ化された画素によって検出される放射強度を蓄積して、検出された画像の画像素子の強度値を得ることも可能である。従来、このような処置は「ピクセルビニング」と称され、カメラチップの各個別画素が受ける光強度が低い場合に、画像全体においてより良好な信号対ノイズ比を得るように作用する。
【００７０】
上記の実施例は、標準の照明光によって生成される光源とは異なる、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードなどの光源で蛍光色素を励起することによって修正してもよい。したがって、試験中の組織の蛍光部分および非蛍光部分の相対強度を互いに独立して制御することができ、ユーザの個別の要求に合わすことができる。
【００７１】
本発明は、最も実際的で好ましい実施例と思われるものを参照して本明細書中に図示および説明されたが、多くの代替肢、修正および変形が当業者にとって明らかになるであろうことが認識される。したがって、本明細書中に記載された本発明の例示的な実施例は、例示的であり、決して限定的でないことが意図される。添付の請求項において定義されているような本発明の範囲および思想から逸脱することなく、さまざまな変更が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  手術用顕微鏡、３  顕微鏡光学部品、５  対物レンズ、７  光軸、９  対象物、１１  平行のビーム束、１２、１３  ズームレンズシステム、１４、１５  部分的なビーム束、１６、１７  接眼レンズ、２５  カメラシステム、５１  照明システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2010142641000001.pdf