(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
手術野から反射される光の光学経路に配置された可動光学素子であって、前記光学経路に沿った方向に振動するように構成された可動光学素子と、
前記可動光学素子に結合され、かつ制御信号に応じて前記可動光学素子を移動させるように構成されたアクチュエータと、
前記アクチュエータと通信し、かつ前記可動光学素子を移動させるように前記制御信号を生成するように構成されたコンピューティングデバイスと、
前記光学経路に配置され、前記手術野から反射される光を受け取るように構成された画像センサと、
前記可動光学素子のｚ軸位置を検知するように構成されたセンサと、
を備え、
前記コンピューティングデバイスはさらに、前記可動光学素子のｚ軸位置に基づいて画像データから合焦画像データを選択することにより、受け取られた反射された光から生成された画像データを処理するように構成され、
前記可動光学素子は、対物レンズと前記手術野との間の前記光学経路に配置されている、眼科手術用顕微鏡。
【請求項２】
前記コンピューティングデバイスが、臨界フリッカ融合頻度より高い振動周波数で前記可動光学素子を移動させるように前記制御信号を生成するように構成されている、請求項１に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項３】
前記コンピューティングデバイスが、７０Ｈｚより高い振動周波数で前記可動光学素子を移動させるように前記制御信号を生成するように構成されている、請求項１に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項４】
前記可動光学素子が、前記光学経路に対して垂直でありかつ観察者によって立体画像として知覚可能な複数の焦点面を生成するように、前記光学経路に沿った前記方向に振動するように構成されている、請求項１に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項５】
前記コンピューティングデバイスが、前記光学経路に沿った前記方向における焦点面の変位が２００ミクロン〜３００ミクロンであるように、前記可動光学素子を移動させるように前記制御信号を生成するように構成されている、請求項１に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項６】
前記アクチュエータが、ボイスコイル、可動磁石アクチュエータ、圧電アクチュエータのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項７】
画像センサであって、前記可動光学素子が前記手術野と前記画像センサとの間に配置されるように前記光学経路に配置され、前記手術野から反射される光を受け取るように構成された画像センサをさらに備える、請求項１に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項８】
前記コンピューティングデバイスが前記画像センサと通信し、前記コンピューティングデバイスが、画像データを処理し、および前記処理した画像データを、前記コンピューティングデバイスと通信するディスプレイデバイスに提供するように構成されている、請求項７に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項９】
前記コンピューティングデバイスが、前記画像センサにおいて受け取られる前記光に基づいて生成される画像データを、前記光学経路に対して垂直な複数の焦点面に関連しかつ前記可動光学素子の振動によって生成される前記合焦画像データを選択しかつ重ね合わせることによって処理するように構成されている、請求項８に記載の眼科手術用顕微鏡。
【請求項１０】
眼科手術用顕微鏡を動作させる方法であって、
手術野から反射される光の光学経路に配置された可動光学素子であって、対物レンズと前記手術野との間の前記光学経路に配置されている可動光学素子を、前記光学経路に沿った方向に振動するように制御することと、
画像センサにおいて前記手術野から反射される前記光を受け取ることと、
前記画像センサにおいて受け取られる前記光に基づいて画像データを生成することであって、前記画像データが、前記光学経路に対して垂直でありかつ前記可動光学素子の振動によって生成される複数の焦点面を表すことと、
前記可動光学素子のｚ軸位置を検知することと、
前記可動光学素子のｚ軸位置に基づいて前記画像データから合焦画像データを選択することにより、前記画像データを処理することと、
前記処理された画像データをディスプレイデバイスに提供することと、
を含む方法。
【請求項１１】
可動光学素子を制御することが、臨界フリッカ融合頻度より高い周波数で振動するように前記可動光学素子を制御することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
可動光学素子を制御することが、前記光学経路に沿った前記方向における２００ミクロン〜３００ミクロンの変位で振動するように前記可動光学素子を制御することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記可動光学素子を制御することが、前記可動光学素子を移動させるように前記可動光学素子に結合されたボイスコイル、可動磁石アクチュエータおよび圧電アクチュエータのうちの少なくとも１つに制御信号を提供することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記画像データを処理することが、
前記処理された画像データを生成するように前記合焦画像データを重ね合わせることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
合焦画像データを選択することが、高周波数成分を含む画像データを、電子部品を用いてフィルタリングすることを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する実施形態は、眼科手術用顕微鏡に関する。より詳細には、本明細書に記載する実施形態は、可動光学素子を含む被写界深度拡大顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
医師は、眼科手術手技の間、手術用顕微鏡を用いて、患者の眼の細部を見ることができる。手技の成功は、医師が顕微鏡を用いて患者の眼を明確に観察し得ることによって決まる可能性がある。医師が患者の眼を観察し得ることの１つの尺度は、顕微鏡の被写界深度である。被写界深度は、観察者が、顕微鏡対象物から反射された光の光学経路の方向に沿って同時に焦点が合っているように知覚可能な対象物の範囲と述べることができる。たとえば、被写界深度は、顕微鏡の長手方向軸またはｚ軸に沿って医師に対して同時に焦点が合っている患者の眼の長手方向の範囲と述べることができる。被写界深度が大きいほど、手術手技の間に医師に対してより優れた空間認識が提供され、それは、同時に患者の眼のより多くの部分の焦点が合うためである。
【０００３】
被写界深度を拡大させるいくつかの従来の方法は、顕微鏡においてより大型の対物レンズを実装することを含む。しかしながら、大型の対物レンズは、費用がかかり、顕微鏡に望ましくないかさを追加する可能性がある。顕微鏡が被写界深度を拡大させるためにより小さい口径を有することができるようにする絞り口径を実装することも可能である。しかしながら、口径が小さくなると、顕微鏡光学系を通過する光の光子束または量が低減する。したがって、被写界深度を拡大させる従来の方法は不十分であった。
【０００４】
臨界フリッカ融合（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｆｌｉｃｋｅｒ  ｆｕｓｉｏｎ）（ＣＦＦ）頻度（ｒａｔｅ）は、連続的な画像の組において観察者がフリッカまたは個々の画像を独立して知覚可能でなくなる限界の周波数を表す、精神物理学における量である。ＣＦＦ頻度を超えると、観察者の脳は、個々の画像を単一画像に一体化するかまたは融合する。ＣＦＦ頻度は、線順次立体、面順次立体、線順次カラー、面順次カラー等に対するディスプレイ技術で使用されてきた。たとえば、面順次カラーシステムでは、赤色フレーム全体、緑色フレーム全体および青色フレーム全体が、ＣＦＦ頻度を超えて観察者に連続的に提供される。観察者の脳は、単色フレームを融合して、観察者が個々のフレームとは対照的にカラー画像を知覚するようにする。従来の顕微鏡はＣＦＦ頻度を利用しない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
提示する解決法は、観察者が手術野の立体画像を知覚するように臨界フリッカ融合頻度より高い周波数で振動する可動光学素子を備えた眼科手術用顕微鏡を提供する一意の解決法により、依然として対処されていない医学的必要を満たす。可動光学素子の結果として被写界深度が拡大することにより、手術野の医師の視野を改善することができる。
【０００６】
いくつかの実施形態と一貫して、眼科手術用顕微鏡は、手術野から反射される光の光学経路に配置された可動光学素子であって、光学経路に沿った方向に振動するように構成された可動光学素子と、可動光学素子に結合され、かつ制御信号に応じて移動するように構成されたアクチュエータと、アクチュエータと通信し、かつ可動光学素子を移動させるように制御信号を生成するように構成されたコンピューティングデバイスとを含むことができる。
【０００７】
いくつかの実施形態と一貫して、眼科手術用顕微鏡を動作させる方法は、手術野から反射される光の光学経路に配置された可動光学素子を、光学経路に沿った方向に振動するように制御するステップと、画像センサにおいて手術野から反射される光を受け取るステップと、画像センサにおいて受け取られる光に基づいて画像データを生成するステップであって、画像データが、光学経路に対して垂直でありかつ可動光学素子の振動によって生成される複数の焦点面を表す、ステップと、画像データを処理するステップと、処理された画像データをディスプレイデバイスに提供するステップとを含むことができる。
【０００８】
いくつかの実施形態と一貫して、眼科手術用顕微鏡は、手術野から反射される光の光学経路に配置された光学素子であって、光学経路に対して垂直な振動焦点面を生成するように制御可能な光学素子と、光学素子に結合され、かつ制御信号に応じて振動焦点面を移動させるように構成されたアクチュエータと、アクチュエータと通信し、かつ振動焦点面を移動させるように制御信号を生成するように構成されたコンピューティングデバイスとを含むことができる。
【０００９】
本開示のさらなる態様、特徴および利点は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】眼科手術用顕微鏡を示す図である。
【図２】眼科手術用顕微鏡を示す図である。
【図３】画像センサ／カメラを含む眼科手術用顕微鏡を示す図である。
【図４】デジタル顕微鏡を示す図である。
【図５】眼科手術用顕微鏡を動作させる方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面において、同じ符号を有する要素は、同じかまたは同様の機能を有する。
【００１２】
以下の説明では、いくつかの実施形態について記載する具体的な詳細が示されている。しかしながら、これらの具体的な詳細のうちのいくつかまたはすべてなしに、開示される実施形態を実施し得ることが当業者には明らかとなろう。提示する具体的な実施形態は、限定するものではなく例示するものとして意図されている。当業者は、本明細書には具体的に記載されていないが、本開示の範囲および趣旨にある他の材料を理解することができる。
【００１３】
本開示は、可動光学素子を備えた眼科手術用顕微鏡を記載する。可動光学素子は、ＣＦＦ頻度より高い周波数で、手術野から反射される光の光学経路の方向に沿って振動することができる。可動光学素子の振動は、顕微鏡に対して拡大被写界深度を提供することができる。顕微鏡光学系を使用する手術野の観察者は、立体画像を知覚することができる。いくつかの実施形態では、顕微鏡に画像センサ／カメラを実装することができる。画像センサ／カメラによって生成される画像データは、画像データの合焦部分を選択しかつ重ね合わせることによって画像の画質を向上させるように処理することができる。画質が向上した画像は、ディスプレイデバイスに提供することができる。
【００１４】
本開示の装置、システムおよび方法は、（１）医師に対するより優れた空間認識を提供することにより手術手技の効力を向上させることと、（２）拡大被写界深度を提供することにより顕微鏡光学系を改善することと、（３）拡大被写界深度を提供するように従来の技法を実施することに関連するコストを回避することと、（４）すべての医師に対して手術野の視界を最大限にすることにより手術用顕微鏡に対する有用性を増大させることとを含む、多数の利点を提供する。
【００１５】
図１および図２は、眼科手術用顕微鏡１００を示す。観察者１０２は、顕微鏡１００を用いて処置眼１０４等の手術野を観察することができる。観察者１０２は、診断、手術および／または他の医療処置を行う医師または外科医等、医療専門家であり得る。処置眼１０４は、医療処置を受けている患者のものであり得る。
【００１６】
１つまたは複数のレンズ、ミラー、フィルタ、回折格子および／または他の光学部品が、顕微鏡１００の光学トレインを構成することができる。光学部品は、手術野から反射される光の光学経路に配置することができる。たとえば、アイピース１０６は、光学部品１０８を含むことができ、顕微鏡１００の本体は光学部品１１０および対物レンズ１１２を含むことができる。光学部品１０８および１１０ならびに対物レンズ１１２は例示的なものであり、さまざまな実施形態において、顕微鏡１００は、より多くのもしくは少ないレンズ、および／または光を集束させかつ／もしくは画像を拡大する他の光学部品を含むことができる。
【００１７】
顕微鏡１００の１つまたは複数の構成部品を利用して、観察者１０２に対して顕微鏡光学系の粗焦点および／または微焦点を提供することができる。コース焦点は、たとえばフットペダルを使用して外科医が駆動し意図的に制御するモータ／ギアであり得る。コース焦点制御は、概して、比較的低速でありかつ振幅の大きい焦点変化を提供することができる。微焦点は、たとえば、サーボモータおよび／または他の好適なアクチュエータによって自動的に駆動することができる。微焦点制御は、概して、比較的高速でありかつ振幅の小さい焦点変化を提供することができる。
【００１８】
手術用顕微鏡１００は、光学素子１１４を含むことができる。光学素子１１４は、顕微鏡１００の微焦点制御の構成部品であり得る。光学素子１１４は、光学レンズ、ミラー等であり得る。たとえば、光学素子１１４は、低倍率の光学レンズであり得る。光学素子１１４は、手術野から反射される光の光学経路に配置することができる。いくつかの実施形態では、光学素子１１４は、顕微鏡１００内に配置される。異なる実施形態では、顕微鏡１００の光学トレインにおいて、光学素子１１４をさまざまに配置することができる。たとえば、光学部品１０８と光学部品１１０との間に、光学部品１１０と対物レンズ１１２との間に、対物レンズ１１２と手術野との間に、観察者１０２と対物レンズ１１２との間に等、光学素子１１４を配置することができる。顕微鏡１００は、たとえば顕微鏡１００の光学経路および／または光学トレインにおいて可動光学素子１１４が配置される場所に応じて、１つまたは複数の可動光学素子１１４を含むことができる。たとえば、図１に示すように、１つの光学素子１１４は、対物レンズ１１２と手術野との間に配置される。たとえば、図２に示すように、顕微鏡１００は２つの可動光学素子１１４を含む。（たとえば実体顕微鏡において）観察者１０２の各眼にそれぞれ関連する別個の光学経路に可動光学素子１１４を配置することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、光学素子１１４は、顕微鏡１００の外側に、たとえば別個の構成部品として配置される。光学素子１１４は、コンタクトレンズ等、処置眼１０４と接触して動作するように構成されるか、または非接触レンズ等、処置眼１０４から間隔を空けて配置された構成部品の一部であり得る。たとえば、顕微鏡１００の対物レンズ１１２の下方に、たとえば対物レンズ１１２と処置眼１０４との間に配置されたレンズ−患者インタフェースの一構成部品として、光学素子１１４を含めることができる。たとえば、手持ち式デバイス、レンズホルダ、アダプタまたは他の構成部品等、共通の構成部品または光学ブロックに、たとえば他の光学部品とともに、光学素子１１４を組み込むことができる。光学素子１１４、レンズ−患者インタフェースおよび／または光学ブロックは、顕微鏡１００に対して定義された光学的／光学機械的関係があってもなくても動作させることができる。いくつかの実施形態では、光学素子１１４、レンズ−患者インタフェースおよび／または光学ブロックは、顕微鏡に対して定義された光学的／光学機械的関係を有するように、顕微鏡１００に直接または間接的に結合することができる。たとえば、光学素子１１４、レンズ−患者インタフェースおよび／または光学ブロックと顕微鏡１００との間の直接または間接的結合としては、吊下げシステム、機械的フレーム、突出アーム、円錐状構造、磁気部材、弾性部材およびプラスチック部材のうちの１つまたは複数を挙げることができる。
【００２０】
光学素子１１４は、可動光学素子であり得る。手術野から反射される光の光学経路に沿った方向に振動するように、可動光学素子１１４を構成することができる。たとえば、光学素子１１４は、顕微鏡１００の長手方向軸またはｚ軸の方向に沿って振動することができる。振動中の光学素子１１４の変位は、たとえば、特に、およそ２００ミクロン、およそ２５０ミクロン、およそ３００ミクロン等の値を含む、およそ５０ミクロン〜およそ５００ミクロン、およそ１００ミクロン〜およそ４００ミクロン、およそ２００ミクロン〜およそ３００ミクロン、およびおよそ１００ミクロン〜およそ２００ミクロンであり得るが、より大きい変位およびより小さい変位が企図される。振動中の光学素子１１４の位置を図１〜図４に想像線で示す。（光学素子１１４の変位は、より理解されるように誇張されている。）光学素子１１４は、臨界フリッカ融合（ＣＦＦ）頻度より高い振動周波数で移動することができる。７０Ｈｚを超える振動周波数が、ＣＦＦ頻度を超過するものと理解することができる。さまざまな実施形態では、光学素子１１４は、およそ５０Ｈｚ〜およそ１００Ｈｚ、およそ６０Ｈｚ〜およそ９０Ｈｚ、およそ６０Ｈｚ〜およそ８０Ｈｚ、およそ６０Ｈｚを超える、およそ７０Ｈｚを超える等の振動周波数で移動することができるが、より高い周波数および低い周波数が企図される。いくつかの実施形態では、光学素子１１４は、より詳細に後述する、ユーザインタフェース１２０において受け取られるユーザ入力に応答して、ユーザ指定振動周波数で移動することができる。
【００２１】
顕微鏡１００の光学トレインは焦点面１２２を有することができる。焦点面１２２は、手術野から反射される光の光学経路に対して垂直である。光学素子１１４の振動は、異なる距離で複数の焦点面１２２を生成することができる。したがって、焦点面１２２は、振動していると述べることができる。光学経路に沿った方向における焦点面１２２の変位は、たとえば、特に、およそ２００ミクロン、およそ２５０ミクロン、およそ３００ミクロン等の値を含む、およそ５０ミクロン〜およそ５００ミクロン、およそ１００ミクロン〜４００ミクロン、およそ２００ミクロン〜およそ３００ミクロン、およそ１００ミクロン〜およそ２００ミクロンであり得るが、それより大きい変位および小さい変位が企図される。光学素子１１４の振動によって生成される焦点面１２２を図１〜図４において想像線で示す。（焦点面１２２の間の距離は、より理解されるように誇張されている。）さまざまな焦点面１２２において、手術野の種々の部分が、焦点が合い、焦点が外れる可能性がある。顕微鏡１００は、たとえば、観察者１０２に対して、顕微鏡１００のｚ軸に沿った方向において画像の集まりまたは積重ねとして、焦点面１２２における手術野の像を提示する。光学素子１１４がＣＦＦ頻度より高い振動周波数で振動する場合、観察者１０２の脳は、焦点面１２２の像を統合することができる。したがって、観察者１０２は、手術野を（個々の画像としてではなく）立体画像として知覚することができる。
【００２２】
顕微鏡１００はアクチュエータ１１６を含むことができる。アクチュエータ１１６は、可動光学素子１１４の移動をもたらすように、１つまたは複数の可動光学素子１１４に結合することができる。いくつかの実施形態では、アクチュエータ１１６は移動し、かつ可動光学素子１１４の対応する移動をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、各可動光学素子１１４に１つのアクチュエータ１１６が結合される。いくつかの実施形態では、２つ以上の可動光学素子１１４に１つのアクチュエータ１１６が結合される。アクチュエータ１１６は、ボイスコイル、可動磁石アクチュエータ等の非整流アクチュエータ、圧電アクチュエータまたは他の好適なアクチュエータであり得る。たとえば、アクチュエータ１１６は、ネオジム鉄ホウ素リング磁石等、環状可動磁石であり得る。たとえば、アクチュエータ１１６は、可動磁石リニアモータであり得る。コンピューティングデバイス１１８から受け取られる制御信号に応じて可動光学素子を移動させるように、アクチュエータ１１６を構成することができる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、光学素子１１４は移動しない。同様に、いくつかの実施形態では、アクチュエータ１１６は移動しない。たとえば、光学素子１１４は液体レンズとすることができ、アクチュエータ１１６は電圧源であり得る。コンピューティングデバイス１１８によって生成されかつアクチュエータ１１６に提供される制御信号は、電圧コマンドであり得る。液体レンズは、エレクトロウェッティング原理を利用することができる。液体レンズに印可される電圧により、その焦点距離、したがって焦点面１２２の位置を変更することができる。液体レンズに印可される電圧を変更することにより、光学素子１１４および／またはアクチュエータ１１６の対応する移動なしに、焦点面１２２を振動させることができる。本明細書に記載するように、異なる距離で複数の焦点面１２２を生成することができる。したがって、光学素子１１４は、手術野から反射される光の光学経路に対して垂直な振動する焦点面１２２を生成するように制御可能であり得る。アクチュエータ１１６を、光学素子１１４に結合し、制御信号に応答して振動する焦点面１２２を移動させるように構成することができる。コンピューティングデバイス１１８は、アクチュエータ１１６と通信し、振動する焦点面１２２を移動させるように制御信号を生成するように構成することができる。液体レンズはまた、光学画像安定化のために顕微鏡１１０に実装することも可能である。
【００２４】
コンピューティングデバイス１１８は、アクチュエータ１１６と通信し、可動光学素子１１４を移動させるように制御信号を生成するように構成することができる。たとえば、コンピューティングデバイス１１８は、アクチュエータ１１６がＣＦＦ頻度より高い振動周波数で光学素子１１４を移動させるように、制御信号を生成することができる。コンピューティングデバイス１１８は、制御信号を生成すること、ユーザインタフェース１２０からユーザ入力を受け取ること、画像センサ／カメラ１２４から画像データを受け取りかつそれを処理すること、処理した画像データをディスプレイデバイス１２６に提供すること、および本明細書に記載するかまたは本明細書に記載するステップを達成するために必要な他のステップのための任意の好適なプロセッサ、メモリ、または処理回路を含むことができる。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１１８は顕微鏡１００の一部である。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１１８は、顕微鏡１００自体の一部ではなく、アクチュエータ１１６および顕微鏡１００と通信する別個のコンポーネントである。
【００２５】
コンピューティングデバイス１１８は、ユーザインタフェース１０４と通信することができる。いくつかの実施形態では、ユーザインタフェース１０４は、顕微鏡１００の一部であるように、コンピューティングデバイス１１８のユーザに面するコンポーネントであり得る。いくつかの実施形態では、ユーザインタフェース１０４は、顕微鏡１００自体の一部ではなくコンピューティングデバイス１１８および顕微鏡１００と通信する別個のコンポーネントである。ユーザインタフェース１０４は、限定しない例として、他の入力デバイスもあるが特に、キーボード、マウス、ジョイスティック、ダイヤルおよびボタンを含む、入力デバイスまたはシステムを含むことができる。ユーザインタフェース１０４は、手術手技の間の手術野の画像等、画像または他のデータ（たとえば、顕微鏡設定、ディスプレイ設定等）をユーザに提示するように構成された（たとえばタッチスクリーンディスプレイを含む）ディスプレイであり得る。観察者１０２は、ユーザインタフェース１０４を介して光学素子１１４に対するユーザ指定振動周波数を提供することができる。たとえば、観察者１０２は、手術野を観察しているときに立体画像を知覚するように、光学素子１１４の移動を微調整するようにユーザ指定振動周波数を提供することができる。
【００２６】
図３は、画像センサ／カメラ１２４を含む眼科手術用顕微鏡１００を示す。図４は、デジタル顕微鏡１００を示す。図３および図４の顕微鏡１００は、可動光学素子１１４、アクチュエータ１１６およびコンピューティングデバイス１１８を含むことによる等、図１および図２の顕微鏡１００と同様であり得る。さらに、図３の顕微鏡１００は、観察者１０２が顕微鏡１００を通して手術野を観察するための顕微鏡光学系を含むことによる等、図１および図２の顕微鏡１００と同様であり得る。図４は、観察者１０２が顕微鏡１００を通して直接手術野を観察するための顕微鏡光学系を省略している。図３および図４の顕微鏡１００は、画像センサ／カメラ１２４によって取り込まれた手術野の画像を表示するディスプレイデバイス１２６を含む。
【００２７】
手術野から反射される光の光学経路に、画像センサ／カメラ１２４を配置することができる。たとえば、手術野と画像センサ／カメラ１２４との間の光学経路に光学素子１１４を配置することができる。顕微鏡１００は、光の少なくとも一部を撮像センサ／カメラ１２４に向ける１つまたは複数のビームスプリッタ１２８を含むことができる。画像センサ／カメラ１２４は、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサまたは他の好適な画像センサを含むことができる。手術野から反射される光を受け取るように、画像センサ／カメラ１２４を構成することができる。画像センサ／カメラ１２４は、反射光から電気データおよび／または画像データを生成する回路を含むことができる。画像センサ／カメラ１２４は、コンピューティングデバイス１１８と通信することができる。画像センサ／カメラ１２４は、コンピューティングデバイス１１８に画像データを提供することができる。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１１８は、画像センサ／カメラ１２４から電気データが受け取られると画像データを生成する。コンピューティングデバイス１１８は、画像データを処理し、処理した画像データをディスプレイデバイス１２６に提供することができる。
【００２８】
ディスプレイデバイス１２６は、コンピューティングデバイス１１８と通信することができる。ディスプレイデバイス１２６は、コンピューティングデバイス１１８から受け取られる処理された画像データを含む、画像センサ／カメラ１２４によって取り込まれた手術野の画像を表示することができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイデバイス１２６は顕微鏡１００の一部である。たとえば、ディスプレイデバイス１２６は、観察者１０２および／または他の観察者による観察を可能にするように、顕微鏡１００の上に配置されるかまたは顕微鏡１００に結合されたモニタであり得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイデバイス１２６は、顕微鏡１００自体の一部ではなくコンピューティングデバイス１１８および顕微鏡１００と通信する別個のコンポーネントであり得る。さまざまな実施形態では、ディスプレイデバイス１２６は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード液晶ディスプレイ（ＬＥＤ−ＬＣＤ）、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ヘッドアップディスプレイ、ニアツーアイ（ｎｅａｒ  ｔｏ  ｅｙｅ）ディスプレイおよび／または他の好適なディスプレイデバイスであり得る。たとえば、ディスプレイデバイス１２６は、透過素子（たとえばバックライトＬＥＤ−ＬＣＤ）または前面照射型反射素子を含むことができる。
【００２９】
図５は、眼科手術用顕微鏡を動作させる方法２００のフローチャートを提供する。方法１００は、図３および図４を参照してさらに理解することができる。方法２００は、ステップ２１０において、手術野から反射される光の光学経路に配置された可動光学素子を、光学経路に沿った方向に振動するように制御することを含み得る。例として、たとえば、顕微鏡１００の長手方向軸またはｚ軸に沿った方向に振動するように、光学素子１１４を制御することができる。いくつかの実施形態では、光学素子１１４は、ＣＣＦ頻度より高い周波数で振動することができる。いくつかの実施形態では、光学素子１１４は、光学経路に沿った方向に、たとえばおよそ２００ミクロン〜およそ３００ミクロンの変位で振動することができる。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１１８は、可動光学素子１１４を移動させるように光学素子１１４に結合されたアクチュエータ１１６（たとえば、ボイスコイル、可動磁石アクチュエータおよび圧電アクチュエータ等）に制御信号を提供することができる。
【００３０】
方法２００は、ステップ２２０において、画像センサにおいて手術野から反射される光を受け取ることを含み得る。たとえば、光は、画像センサ／カメラ１２４で受け取ることができる。方法２００は、ステップ２３０において、画像センサにおいて受け取られた光に基づいて画像データを生成することを含み得る。画像データは、光学経路に対して垂直でありかつ可動光学素子１１４の振動によって生成された複数の焦点面１２２を表すことができる。画像データは、画像センサ／カメラ１２４および／またはコンピューティングデバイス１１８によって生成することができる。
【００３１】
方法２００は、ステップ２４０において、画像データを処理することを含み得る。画像データを処理することは、ディスプレイデバイス１２６を介して表示するために画像データを準備する任意の１つまたは複数の信号処理ステップを含むことができる。たとえば、画像データを処理することは、雑音低減、フィルタリング、鮮鋭化、コントラスト操作等を含むことができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、画像データを処理することは、複数の焦点面に関連する合焦画像データを選択することによる画像の画質向上を含むことができる。たとえば、非合焦画像面を抑制するように、ｚ軸位置検知に結合された撮像処理を実施することができる。上述したように、光学素子１１４の振動によって生成される焦点面１２２の各々における画像の部分は、合焦部分および非合焦部分を含む可能性がある。ステップ２４０において、処理された画質が向上した画像データを生成するように、合焦部分を選択し重ね合わせることができる。いくつかの実施形態では、合焦画像データは、最初に、振動中の光学素子１１４の位置（たとえば変位）に画像データを関連づけることによって選択される。例として、たとえば、可動光学素子１１４のｚ軸位置を検知／追跡するために、レーザー干渉計、ホール効果センサまたは他の好適な原理／符号化方式を使用することができる。焦点面１２２の位置は、可動光学素子１１４の位置に基づいて求めることができる。さらに、焦点面１２２の位置に基づいて、画像データの合焦焦点部分および非合焦焦点部分を求めることができる。したがって、可動光学素子１１４の位置に基づいて、画像データの合焦部分を選択することができる。いくつかの実施形態では、高周波数成分を含む画像データを選択するために、１つまたは複数の電子部品を使用することができる。高周波数成分は合焦画像に関連する可能性があり、非合焦画像またはぼけた画像は、低周波数成分に関連する可能性がある。高周波数成分をフィルタリングするために、たとえばハイパスフィルタおよび／または他の電子部品を使用することができる。画像データの合焦部分を選択する他の好適な技法を実施することができる。さまざまな実施形態では、画像データを処理することは、複数の画像面１２２に関連する（たとえば、合焦画像データの選択ではなく）特定の画像データの他の選択を含むことができる。
【００３３】
方法２００は、ステップ２５０において、処理された画像データをディスプレイデバイスに提供することを含み得る。たとえば、処理された画像をディスプレイデバイス１２６に提供することができる。
【００３４】
本明細書で考察した顕微鏡１００は、単眼顕微鏡または双眼顕微鏡であり得る。顕微鏡１００は、１人または複数の観察者１０２の各眼に対して１つのアイピース（たとえば、外科医および助手各々に対して２つのアイピース）を含み得ることが理解される。本開示の教示は、１つまたは複数のアイピースを通して立体画像が知覚可能であるように実施することができる。顕微鏡１００は、複式顕微鏡、実体顕微鏡またはデジタル顕微鏡であり得る。本開示の教示は、顕微鏡１００の１つまたは複数の光路で実施することができる。たとえば、複式顕微鏡またはデジタル顕微鏡において、観察者１０２と手術野との間の単一の光学経路において１つの光学素子１１４を実装することができる。たとえば、実体顕微鏡において、観察者１０２と手術野との間の２つの光路の各々において、１つの光学素子１１４を実装することができる。いくつかの実施形態では、観察者２０２の各眼に対して、光学素子１１４を振動させることができる。いくつかの実施形態では、観察者１０２の眼に提供される前に、別個の立体画像セットが結合される。いくつかの実施形態では、複数の観察者１０２の各々に対して（たとえば、各観察者の１つの眼に対して、各観察者の両眼に対して、各観察者の各眼に対して別個に等）、立体画像セットが別個に生成される。
【００３５】
本明細書に記載した実施形態は、臨界フリッカ融合頻度より高い周波数で振動する可動光学素子を備えた被写界深度拡大顕微鏡を提供する、装置、システムおよび方法を提供することができる。上述した例は、単に例示的なものであり、限定するようには意図されていない。当業者は、本開示の範囲内にあるように意図される開示された実施形態と一貫する他のシステムを容易に考案することができる。したがって、本出願は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
本明細書に開示される発明は以下の態様を含む。
〔態様１〕
手術野から反射される光の光学経路に配置された可動光学素子であって、前記光学経路に沿った方向に振動するように構成された可動光学素子と、
前記可動光学素子に結合され、かつ制御信号に応じて前記可動光学素子を移動させるように構成されたアクチュエータと、
前記アクチュエータと通信し、かつ前記可動光学素子を移動させるように前記制御信号を生成するように構成されたコンピューティングデバイスと
を備える眼科手術用顕微鏡。
〔態様２〕
前記コンピューティングデバイスが、臨界フリッカ融合頻度より高い振動周波数で前記可動光学素子を移動させるように前記制御信号を生成するように構成されている、態様１に記載の眼科手術用顕微鏡。
〔態様３〕
前記コンピューティングデバイスが、およそ７０Ｈｚより高い振動周波数で前記可動光学素子を移動させるように前記制御信号を生成するように構成されている、態様１に記載の眼科手術用顕微鏡。
〔態様４〕
前記可動光学素子が、前記光学経路に対して垂直でありかつ観察者によって立体画像として知覚可能な複数の焦点面を生成するように、前記光学経路に沿った前記方向に振動するように構成されている、態様１に記載の眼科手術用顕微鏡。
〔態様５〕
前記コンピューティングデバイスが、前記光学経路に沿った前記方向における焦点面の変位がおよそ２００ミクロン〜およそ３００ミクロンであるように、前記可動光学素子を移動させるように前記制御信号を生成するように構成されている、態様１に記載の眼科手術用顕微鏡。
〔態様６〕
前記アクチュエータが、ボイスコイル、可動磁石アクチュエータ、圧電アクチュエータのうちの少なくとも１つを含む、態様１に記載の眼科手術用顕微鏡。
〔態様７〕
前記可動光学素子が、対物レンズと前記手術野との間の前記光学経路に配置されている、態様１に記載の眼科手術用顕微鏡。
〔態様８〕
前記手術野から反射される光のさらなる光学経路に配置されたさらなる可動光学素子であって、前記さらなる光学経路に沿った方向に振動するように構成されたさらなる可動光学素子をさらに備え、前記可動光学素子および前記さらなる可動光学素子が、観察者の各眼にそれぞれ関連する光学経路に配置されている、態様１に記載の眼科手術用顕微鏡。
〔態様９〕
前記可動光学素子および前記さらなる可動光学素子が、前記観察者と対物レンズとの間の前記それぞれの光学経路に配置されている、態様８に記載の眼科手術用顕微鏡。
〔態様１０〕
画像センサであって、前記可動光学素子が前記手術野と前記画像センサとの間に配置されるように前記光学経路に配置され、前記手術野から反射される光を受け取るように構成された画像センサをさらに備える、態様１に記載の眼科手術用顕微鏡。
〔態様１１〕
前記コンピューティングデバイスが前記画像センサと通信し、前記コンピューティングデバイスが、画像データを処理し、および前記処理した画像データを、前記コンピューティングデバイスと通信するディスプレイデバイスに提供するように構成されている、態様１０に記載の眼科手術用顕微鏡。
〔態様１２〕
前記コンピューティングデバイスが、前記画像センサにおいて受け取られる前記光に基づいて生成される画像データを、前記光学経路に対して垂直な複数の焦点面に関連しかつ前記可動光学素子の振動によって生成される合焦画像データを選択しかつ重ね合わせることによって処理するように構成されている、態様１１に記載の眼科手術用顕微鏡。
〔態様１３〕
眼科手術用顕微鏡を動作させる方法であって、
手術野から反射される光の光学経路に配置された可動光学素子を、前記光学経路に沿った方向に振動するように制御するステップと、
画像センサにおいて前記手術野から反射される前記光を受け取るステップと、
前記画像センサにおいて受け取られる前記光に基づいて画像データを生成するステップであって、前記画像データが、前記光学経路に対して垂直でありかつ前記可動光学素子の振動によって生成される複数の焦点面を表す、ステップと、
前記画像データを処理するステップと、
前記処理された画像データをディスプレイデバイスに提供するステップと
を含む方法。
〔態様１４〕
可動光学素子を制御するステップが、臨界フリッカ融合頻度より高い周波数で振動するように前記可動光学素子を制御することを含む、態様１３に記載の方法。
〔態様１５〕
可動光学素子を制御するステップが、前記光学経路に沿った前記方向におけるおよそ２００ミクロン〜およそ３００ミクロンの変位で振動するように前記可動光学素子を制御することを含む、態様１３に記載の方法。
〔態様１６〕
前記可動光学素子を制御するステップが、前記光学素子を移動させるように前記可動光学素子に結合されたボイスコイル、可動磁石アクチュエータおよび圧電アクチュエータのうちの少なくとも１つに制御信号を提供することを含む、態様１３に記載の方法。
〔態様１７〕
前記画像を処理するステップが、
前記複数の焦点面に関連する合焦画像データを選択することと、
前記処理された画像データを生成するように前記合焦画像データを重ね合わせることと
を含む、態様１３に記載の方法。
〔態様１８〕
合焦画像データを選択することが、
前記画像データを、振動中の前記可動光学素子の位置と関連づけることと、
前記可動光学素子の前記位置に基づいて前記画像データの合焦部分を選択することと
を含む、態様１７に記載の方法。
〔態様１９〕
合焦画像データを選択することが、高周波数成分を含む画像データを、電子部品を用いてフィルタリングすることを含む、態様１７に記載の方法。
〔態様２０〕
手術野から反射される光の光学経路に配置された光学素子であって、前記光学経路に対して垂直な振動焦点面を生成するように制御可能な光学素子と、
前記光学素子に結合され、かつ制御信号に応じて前記振動焦点面を移動させるように構成されたアクチュエータと、
前記アクチュエータと通信し、かつ前記振動焦点面を移動させるように前記制御信号を生成するように構成されたコンピューティングデバイスと
を備える眼科手術用顕微鏡。
【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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