(57)【要約】  追加の費用及び複雑性を伴わずに手術用スコープと同程度に効果的な手術シミュレーション用カメラスコープを提供する。この手術シミュレーション用カメラスコープは、レンズを含むレンズマウントと、画像センサを含むセンサマウントとを有し、画像センサは、センサの位置がレンズの焦点深度内に存在してセンサを損傷させずに維持されることを確実にするようにセンサマウントとレンズマウントの間に配置される。【選択図】図６
2021510102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シミュレーション手術用カメラスコープであって、
ハンドルと、
前記ハンドルに結合された近位端と、センサマウント及びレンズマウントを含む遠位端とを有する細長いシャフトであって、前記レンズマウントが内部にポケットを有する近位部分を有する、細長いシャフトと、
前記レンズマウント内に配置されたレンズと、
前記レンズマウントの前記ポケット内に配置された画像センサであって、前記細長いシャフトの前記遠位端に面する遠位面を有する、画像センサと、
を備えることを特徴とするシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項２】
前記画像センサは、前記レンズマウントと前記センサマウントとの間に配置される、
請求項１に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項３】
前記レンズマウントは、前記細長いシャフトの前記遠位端と前記センサマウントとの間に配置される、
請求項１に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項４】
前記センサマウントは、一対の隆起面間に配置された平坦面を含む遠位部分を有し、前記一対の隆起面は、前記画像センサの圧壊を防ぐハードストップとして機能する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項５】
前記センサマウントの前記平坦面は、前記画像センサの幅以上の幅を有する、
請求項４に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項６】
前記センサマウントの前記平坦面は、前記画像センサの高さ以上の高さを有する、
請求項５に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項７】
前記一対の隆起面は、前記画像センサの厚みよりも短い長さを有する、
請求項４に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項８】
前記平坦面及び前記一対の隆起面は、前記画像センサの厚みよりも浅い深さを有するチャネルを定める、
請求項４に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項９】
前記レンズマウントはねじ部を有し、前記レンズは対応するねじ山を有し、前記レンズは、前記レンズマウントに螺入されるように構成される、
請求項４に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項１０】
前記レンズは近位面を有し、前記画像センサの前記遠位面は、前記レンズの前記近位面に面する、
請求項１に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項１１】
前記細長いシャフトの前記遠位端から前記細長いシャフトの前記近位端に延びる可撓性プリント基板であって、前記レンズマウントの遠位端から開始して、前記レンズマウントと前記センサマウントとの間、前記センサマウントの遠位端を通過して前記細長いシャフトの前記近位端に至る経路をたどる可撓性プリント基板をさらに備える、
請求項１から１０のいずれか１項に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項１２】
シミュレーション手術用カメラスコープであって、
ハンドルと、
前記ハンドルに結合された近位端と、センサマウント及びレンズマウントを含む遠位端とを有する細長いシャフトであって、該細長いシャフトの前記近位端から該細長いシャフトの前記遠位端に延びる長手方向軸を有する細長いシャフトと、
前記レンズマウント内に配置されたレンズと、
前記センサマウントと前記レンズマウントとの間の画像センサと、
を備え、前記レンズマウントは、近位端及び遠位端を有し、前記レンズマウントの前記近位端は、前記レンズマウントの前記遠位端と平行であり、前記センサマウントは、近位端及び遠位端を有し、前記センサマウントの前記近位端は、前記センサマウントの前記遠位端及び前記レンズマウントの前記近位端と平行であるとともに、前記細長いシャフトの前記長手方向軸と直交する、
ことを特徴とするシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項１３】
前記細長いシャフトは、前記ハンドルに対して回転できないように前記ハンドルに固定される、
請求項１２に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項１４】
前記レンズマウントの前記遠位端の手前の前記細長いシャフトの前記遠位端から前記センサとレンズマウントとの間に延びて前記細長いシャフトの前記近位端に至る可撓性プリント基板をさらに備える、
請求項１２に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項１５】
前記レンズマウントは、該レンズマウントの前記遠位端上の遠位面を有し、該遠位面は、平坦部分及び面取り部を有する、
請求項１４に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項１６】
前記センサマウントは、該センサマウントの前記近位端上の近位面を有し、該近位面は、平坦部分及び面取り部を有する、
請求項１５に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項１７】
前記レンズマウントの近位部分はポケットを有し、前記センサマウントの遠位部分は、一対の隆起面によって定められた空洞を有する、
請求項１６に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項１８】
前記画像センサは、前記レンズマウントと前記センサマウントとの間の、前記センサマウントの前記一対の隆起面間の、前記レンズの前記焦点深度内に前記センサを配置するための前記空洞内に配置される、
請求項１７記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項１９】
前記ポケットは、前記レンズマウントの中心に対してオフセットされる、
請求項１７に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項２０】
前記レンズマウントは、前記細長いシャフトの前記長手方向軸に対して前記センサマウントよりも高く配置される、
請求項１２に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項２１】
前記レンズマウントは直径を有し、前記センサマウントは、前記レンズマウントの前記直径に等しい直径を有する、
請求項１又は１２に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項２２】
前記細長いシャフトは、前記レンズマウントと前記可撓性回路基板の一部とを取り囲む内面を有する、
請求項１４に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項２３】
前記細長いシャフトは、前記センサマウントと前記可撓性回路基板の一部とを取り囲む内面を有する、
請求項１４に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項２４】
前記細長いシャフトは、前記センサマウントと、前記可撓性回路基板の第１の部分と、前記レンズマウントと、前記可撓性回路基板の第２の部分とを取り囲む内面を有し、前記可撓性回路基板の前記第１の部分は、前記レンズマウントに隣接して位置し、前記可撓性回路基板の前記第２の部分は、前記センサマウントに隣接して位置して前記可撓性回路基板の前記第１の部分から離れている、
請求項１４に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項２５】
前記画像センサは長さを有し、前記可撓性回路基板の前記第１の部分と前記可撓性回路基板の前記第２の部分との間の距離は、前記画像センサの前記長さよりも大きく、前記細長いシャフトの内径よりも小さい、
請求項２４に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項２６】
前記可撓性回路基板の前記第１の部分及び前記可撓性回路基板の前記第２の部分は互いに平行である、
請求項２５に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項２７】
前記細長いシャフトは、前記長手方向軸が通過する中心を有し、前記レンズマウントは、前記細長いシャフトの前記中心からオフセットされた中心を有する、
請求項１４に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項２８】
前記センサマウントは、前記細長いシャフトの前記中心からオフセットされた中心を有する、
請求項１４に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項２９】
前記センサマウントの前記中心は、前記レンズマウントの中心からオフセットされる、
請求項２８に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項３０】
シミュレーション手術用カメラスコープであって、
ハンドルと、
前記ハンドルに結合された近位端と、円筒形センサマウント及び円筒形レンズマウントを含む遠位端とを有する円筒形の細長いシャフトであって、前記円筒形レンズマウントは該円筒形レンズマウントの内面に配置されているねじ山を有する、円筒形の細長いシャフトと、
円筒形レンズであって、該円筒形レンズの外面に配置されて前記円筒形レンズマウントの前記ねじ山と噛合するように構成されたねじ山を有し、前記円筒形レンズマウントはポケット、中央開口部、及び前記ポケットに隣接して配置された少なくとも１つのピン穴を有する、円筒形レンズと、
前記円筒形レンズマウントの前記ポケット内で前記円筒形センサマウントと前記円筒形レンズマウントとの間に配置された画像センサと、
を備え、前記円筒形センサマウントは、一対の隆起面によって定められた空洞を有し、前記一対の隆起面の少なくとも一方は少なくとも１つのピン穴を有し、前記円筒形レンズマウントの前記少なくとも１つのピン穴は、前記円筒形センサマウントの少なくとも１つのピン穴と整列する、
ことを特徴とするシミュレーション手術用カメラスコープ。
【請求項３１】
前記円筒形の細長いシャフトの前記遠位端から前記ハンドル内に延びる可撓性回路基板をさらに備える、
請求項３０に記載のシミュレーション手術用カメラスコープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願との相互参照〕
この出願は、２０１８年１月４日に出願された米国仮特許出願第６２／６１３，６９６号、及び２０１８年８月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／７２４，７２０号の利益を主張するものであり、これらの文献の開示は、その全体が本明細書に完全に記載されているかのように引用により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本出願は、一般に手術シミュレーションシステム及び方法に関し、具体的には、手術シミュレーション用カメラスコープ、システム及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
内視鏡手術及び腹腔鏡手術では手術用スコープを使用し、小切開部を利用して、スコープと、ハサミ、解剖器具、捕捉器具などの器具とを手術部位の体腔内に挿通する。手術は、スコープが捕らえた部位を観察し、外科医が観察するビデオモニタ上にライブ画像フィードを表示しながら行われる。このように、外科医は臓器及び組織を直接肉眼で観察しないため、腹腔鏡手術を習得することは非常に困難である。視覚情報は、２次元画像を表示するモニタを介して間接的に取得される。２次元画像を介して３次元環境を提示する際には、情報損失が非常に大きい。特に、３次元で器具を操作するためのガイドとして２次元画像を見ている時には、奥行き知覚が低下する。さらに、小切開部にはトロカールが挿入されて腹壁に支えられる。この結果、器具／スコープに支点の作用（ｆｕｌｃｒｕｍ  ｅｆｆｅｃｔ）を及ぼす腹壁によって、器具／スコープの操作が制限される。従って、手の動きをツール先端の動きと相関させるために、視覚と手とを協調させる技能が必要であり、練習しなければならない。また、外科医は、組織を直接手で触診できないことによって触覚が低下するので、一連のコアハプティック技能（ｃｏｒｅ  ｈａｐｔｉｃ  ｓｋｉｌｌｓ）も養わなければならない。これらの全ての技能又はそれ以上を取得することが腹腔鏡訓練の課題であり、従って訓練環境において使用するのに適したスコープが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一般に、手術シミュレーション用カメラスコープを提供する。様々な実施形態では、手術シミュレーション用カメラスコープが、ハンドルと、ハンドルに接続された細長いシャフトとを含む。細長いシャフトは、レンズを含むレンズマウントと、画像センサを含むセンサマウントとを遠位端に有し、画像センサは、センサマウントとレンズマウントとの間に配置される。様々な実施形態では、画像センサが、画像センサからハンドルに延びる可撓性回路基板に接続される。
【０００５】
様々な実施形態では、手術シミュレーション用カメラスコープが、ハンドルと、ハンドルに接続された細長いシャフトとを含む。細長いシャフトは、ハンドルに結合された近位端と、センサマウント及びレンズマウントを含む遠位端とを有する。様々な実施形態では、レンズマウントが、内部にポケットを有する近位部分を有し、レンズマウント内にレンズが配置される。様々な実施形態では、レンズマウントのポケット内に、細長いシャフトの遠位端に面する遠位面を有する画像センサが配置される。
【０００６】
様々な実施形態では、手術シミュレーション用カメラスコープが、ハンドルと、ハンドルに接続された細長いシャフトとを含む。細長いシャフトは、ハンドルに結合された近位端と、センサマウント及びレンズマウントを含む遠位端とを有する。様々な実施形態では、細長いシャフトが、その近位端から遠位端に延びる長手方向軸を有する。様々な実施形態では、手術シミュレーション用カメラスコープが、レンズマウント内に配置されたレンズと、センサマウントとレンズマウントの間に配置された画像センサとをさらに含む。様々な実施形態では、レンズマウントが近位端及び遠位端を有し、センサマウントが近位端及び遠位端を有し、センサマウントの近位端は、レンズマウントの近位端及びセンサマウントの遠位端と平行であるとともに、細長いシャフトの長手方向軸と直交する。
【０００７】
様々な実施形態では、レンズマウント及び／又はセンサマウントの少なくとも一方を含むシミュレーション手術用カメラスコープを提供する。様々な実施形態では、シミュレーション手術用カメラスコープが、ハンドルと、ハンドルに結合された近位端及び遠位端を有する円筒形の細長いシャフトとを含む。様々な実施形態では、円筒形の細長いシャフトが、円筒形センサマウントと、内面にねじ山が配置された円筒形レンズマウントとを含む。様々な実施形態では、円筒形レンズの外面に、円筒形レンズマウントのねじ山と噛合するように構成されたねじ山が配置され、円筒形レンズマウントが、ポケット、ポケットに隣接して配置された中央開口部、及び／又は少なくとも１つのピン穴を有する。様々な実施形態では、円筒形レンズマウントのポケット内の円筒形センサマウントと円筒形レンズマウントとの間に画像センサが配置される。様々な実施形態では、円筒形センサマウントが、一対の隆起面によって定められた空洞を有し、及び／又は一対の隆起面の少なくとも一方が少なくとも１つのピン穴を有する。様々な実施形態では、円筒形レンズマウントの少なくとも１つのピン穴が、円筒形センサマウントの少なくとも１つのピン穴と整列する。
【０００８】
本発明の付随する特徴の多くは、上記の及び以下の説明を参照し、全体を通じて同じ参照記号が同じ部分を示す添付図面に関連して検討することによって本発明がよりよく理解されるにつれて、容易に認識されるようになるであろう。
【０００９】
本発明は、全体を通じて参照番号が同じ部品を指定する添付図面に関連して行う以下の説明を参照することによって理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の様々な実施形態による光学トレイン及び用語の概略図である。
【図２】本発明の様々な実施形態による手術シミュレーション用カメラスコープの側面図である。
【図３】本発明の様々な実施形態による手術シミュレーション用カメラスコープの上面図である。
【図４】本発明の様々な実施形態による手術シミュレーション用カメラスコープの、図３の線４−４に沿って切り取った断面図である。
【図５】本発明の様々な実施形態による手術シミュレーション用カメラスコープの、図４の詳細部５の部分的断面図である。
【図６】本発明の様々な実施形態による手術シミュレーション用カメラスコープの分解上面斜視図である。
【図７】本発明の様々な実施形態によるセンサマウントの上面斜視図である。
【図８】本発明の様々な実施形態によるセンサマウントの上面斜視図である。
【図９】本発明の様々な実施形態によるセンサマウントの端面図である。
【図１０】本発明の様々な実施形態によるセンサマウントの、図９の線１０−１０に沿って切り取った断面図である。
【図１１】本発明の様々な実施形態によるセンサマウントの端面図である。
【図１２】本発明の様々な実施形態によるセンサマウントの断面図である。
【図１３】本発明の様々な実施形態によるシャフト、センサアセンブリ及びレンズアセンブリの側面図である。
【図１４】本発明の様々な実施形態によるシャフト、センサアセンブリ及びレンズアセンブリの、図１３の線１４−１４に沿って切り取った断面図である。
【図１５】本発明の様々な実施形態によるシャフト、センサアセンブリ及びレンズアセンブリの、図１３の線１５−１５に沿って切り取った断面図である。
【図１６】本発明の様々な実施形態による、図１５のシャフト、センサアセンブリ及びレンズアセンブリの遠位端の詳細図である。
【図１７】本発明の様々な実施形態によるシャフト、センサ、ライト及び屈曲板の部分的断面図である。
【図１８】本発明の様々な実施形態によるセンサアセンブリ及びレンズアセンブリの部分的断面図である。
【図１９】本発明の様々な実施形態によるスコープの断面端面図である。
【図２０】本発明の様々な実施形態によるレンズマウントの上面斜視図である。
【図２１】本発明の様々な実施形態によるレンズマウントの底面斜視図である。
【図２２】本発明の様々な実施形態によるレンズマウントの上面図である。
【図２３】本発明の様々な実施形態によるレンズマウントの、図２２の線２３−２３に沿って切り取った断面図である。
【図２４】本発明の様々な実施形態によるレンズマウントの、図２２の線２４−２４に沿って切り取った断面図である。
【図２５】本発明の様々な実施形態によるレンズマウントの底面図である。
【図２６】本発明の様々な実施形態によるレンズマウントの、図２５の詳細部２６の詳細図である。
【図２７】本発明の様々な実施形態によるレンズマウントの、図２８の線Ｄ−Ｄに沿って切り取った断面図である。
【図２８】本発明の様々な実施形態によるレンズマウントの端面図である。
【図２９】本発明の様々な実施形態によるレンズ及びセンサ配列の部分的概略図である。
【図３０】本発明の様々な実施形態によるピンの斜視図である。
【図３１】本発明の様々な実施形態によるピンの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
一般に、腹腔鏡手術技能の訓練及びシミュレーションを支援するためのシミュレーション手術用カメラスコープを提供する。腹腔鏡手術技能を訓練する環境は、人間の腹部をシミュレートするように意図されたボックス型訓練機を含むことができる。様々な実施形態では、訓練機が、腹壁をシミュレートした貫通可能なカバーを含み、ここから手術器具及びスコープを挿入して、模擬外科手術を実行する対象の人工器官又は技能訓練モデルを収容した模擬体腔にアクセスする。訓練環境では、実際の手術スコープ又は手術等級スコープを使用することもできる。手術等級スコープは、高品質な較正された精密機器であり、光学的歪みが非常に制限され、体腔を完全に照明するのに十分な光を提供する。しかしながら、手術等級スコープは、数千ドルもする非常に高価なものでもある。手術等級スコープは高価であり、経験が浅いユーザでは取り扱いを誤って損傷を与え、傷を付け易いので、訓練環境で使用するための訓練用スコープが必要とされている。また、訓練環境だけでなく、あちこちで器具を紹介して新たな処置を実践するマーケティング環境においても、より安価なスコープ、及び持ち運びが容易なスコープが必要とされる。訓練環境又はマーケティング環境では、手術等級スコープと同じ口径のスコープは不要であり、移植するには手間と費用が掛かりすぎる。また、手術訓練及びシミュレーションセンターの予算は限られているので、訓練を目的として設計された、安価でありながら効果的なスコープが必要とされている。
【００１２】
シミュレーション用手術スコープの光学性能は、いくつかの特性に関して手術等級スコープと同様とすべきである。これらの特性は、以下に限定されるわけではないが、作動距離、被写界深度、視野、画像の色及び／又は画質を含む。これらの特性の一部を、先行技術の示唆又はその承認のためではなく説明を読みやすくするために図１に概略的に示す。画質は、画素数解像度及び対応するビデオフィードの毎秒フレーム数（ｆｐｓ）の観点からのビデオ画像の鮮明度を含むことができる。様々な実施形態によるシミュレーション用手術スコープは、約２４〜６０ｆｐｓで約６４０×４８０〜７２０×１０２４の画質を提供する。画像色について言えば、様々な実施形態によるシミュレーション用手術スコープは、裸眼で観察した時の物体の実際の色に近い色を提供する。従って、訓練用スコープの先端に採用される照明は、シミュレーションのリアルさが損なわれないように、臓器モデルの色を歪めないものとすべきである。図１には、レンズから最も焦点の合った平面である最適焦点面までの距離である作動距離を示す。引き続き図１を参照すると、被写界深度は、最適焦点面から画像の焦点が合い続けている両方向への距離として定義される。被写界深度は、できるだけ広くすべきである。視野は、作動距離において表示される画像の領域として定義される。これらの及びその他の特徴が協働して、本発明の様々な実施形態によるシミュレーション用手術スコープに適した画像を生み出す。また、これらのパラメータは、シミュレーション用手術スコープから手術等級スコープを使用することに切り替えた時に研修医が驚かないように、手術等級スコープに相当する画像、サイズ、倍率及び／又はその他の同様の特性を提供することができる。
【００１３】
図２〜図６を参照して分かるように、様々な実施形態によるスコープ１０は、細長いシャフト１４に接続されたハンドル１２を含む。スコープ１０の内部には、センサアセンブリ１６及びレンズアセンブリ１８が配置されて、細長いシャフト１４に接続される。センサアセンブリ１６は、ハンドル１２の内部に配置されたコントローラプリント基板アセンブリ（ＰＣＢＡ）２０に接続される。スコープ１０は、取り込んだビデオ画像を表示するように構成されたコンピュータ又はビデオモニタに無線で又はＵＳＢケーブルなどのケーブル２２を介して接続可能である。
【００１４】
とりわけ図４を参照すると、ハンドル１２は、内部を定めてコントローラＰＣＢＡ２０を収容する２部品クラムシェル設計である。ＰＣＢＡは、センサによって取り込まれてマイクロコントローラによって処理されたビデオ画像をコントローラＰＣＢＡ上に表示するために、センサアセンブリ１６と、コンピュータ又はビデオモニタに接続された出力ケーブル２２とに接続される。ハンドル１２の遠位端には、細長いシャフト１４が接続される。様々な実施形態では、ハンドル１２が、ＰＣＢＡ上のマイクロコントローラに接続された、スコープ１０の電力及び照明を制御するための１又は２以上のボタンを備える。細長いシャフト１４の管腔は、センサアセンブリ１６をＰＣＢＡ２０に接続するためにハンドル１２の内部に開口する。
【００１５】
細長いシャフト１４は、管腔を定める円筒形の側壁を含む。シャフト１４は、近位端及び遠位端を含む。シャフト１４の近位端はハンドル１２に接続され、シャフト１４の管腔がハンドル１２の内部に開口するように近位開口部を含む。シャフト１４の遠位端は、遠位開口部を含む。シャフト１４の直径は、約３ｍｍ〜約１５ｍｍである。外径は、対応するサイズのトロカールの内部に収まるようなサイズを有する。例えば、シャフト１４の外径が１０ｍｍである場合、トロカールの内径は１０ｍｍよりも大きい。１０ｍｍシャフト１４の内径は約８ｍｍである。従って、このような変形例では、センサの直径が、シャフトの内部に収まるように８ｍｍ未満である。対応するトロカールの内部に収まるようなサイズの外径だけでなく、シャフト１４の内径も、シャフト１４の内部にセンサを収容するようなサイズを有する。１つの変形例では、シャフト１４の内径が、大型のセンサを収容するために、シャフト１４の近位端に比べて遠位端の方が大きな内径を有する。例えば、内径が約８ｍｍのシャフト１４は、９ｍｍのセンサを収容するために、シャフト１４の遠位端が約９ｍｍのさらに大きなものになるように機械加工される。従って、図１６〜図１７で分かるように、シャフトの遠位端の内径は、近位端の内径と比べて大きな直径へと階段状になっている。シャフト１４の長さは、約３０ｃｍ〜約３６ｃｍである。ハンドル１２からシャフト１４の遠位端までの長さは約３３ｃｍである。
【００１６】
次に、図６〜図１３をさらに参照しながらセンサアセンブリ１６についてより詳細に説明する。センサアセンブリ１６は、電気コネクタ２６に取り付けられたセンサ２４及びライト２８を含む。センサアセンブリ１６は、センサマウント３０をさらに含む。センサマウント３０は、位置決め用（ｉｎｄｅｘｉｎｇ）取り付けピン３２を介して細長いシャフト１４に接続される。
【００１７】
次に、引き続き図６〜図１３を参照しながらセンサマウント３０についてさらに詳細に説明する。センサマウント３０は、センサ２４及びコネクタ２６の補助及び支持を行うようなサイズ及び構成を有する。センサマウント３０は、部分的に円筒形であり、細長いシャフト１４の管腔内にぴったりと収まるようなサイズを有する。センサマウント３０は、側壁によって相互接続された近位端及び遠位端を有する。シャフト１４の長手方向軸と平行に延びる２つのピン穴３４が設けられる。ピン穴３４は、近位端と遠位端との間に延び、各ピン穴３４にピン３６’又はダボ（ｄｏｗｅｌ）３６を受け入れるようなサイズ及び構成を有する。図８で分かるように、各ピン穴３４は、その遠位端に面取りされた（ｂｅｖｅｌｅｄ）入口３８を含む。面取りされた入口３８は、ピン穴３４へのピン３６’又はダボ３６の挿入を容易にする傾斜した又はテーパ状の入口通路である。様々な実施形態では、図１２で分かるように、ピン穴３４の遠位端が、近位端におけるピン穴３４の直径よりもわずかに大きな直径を有するピン穴３４の長さ４０を含む。
【００１８】
様々な実施形態では、ダボとピン穴との境界面が滑り嵌め構成であり、例えば穴３４の直径の方がダボ３６よりも大きい。これにより、センサマウント及びレンズマウントは、互いに半径方向に配置されるが、軸方向への移動が可能になる。アセンブリの準備が整うと、センサマウントの背面のダボと穴との境界面に接着剤を配置して、センサマウントがレンズマウントから分離するのを防ぐ。なお、接着剤の塗布前には、センサマウント及びレンズマウントが互いに永久固定される前に半径方向にも軸方向にも確実に整列するように注意する。最初にセンサとレンズマウントとの整列を半径方向などの一方向に固定し、次にセンサ及びレンズマウントを軸方向などの別の方向に調整すると、センサとレンズマウントとの最適な整列が確実になることが分かった。また、センサ及びレンズマウントの軸方向の移動又は調整を可能にすると、センサがレンズに対して正確に配置されてセンサが確実にレンズの焦点深度内に来ることも分かった。センサをこの範囲外に配置すると画質が低下し、又はスコープの操作性が低下する。同様に、センサを半径方向に斜めに配置した場合にも画質が低下する。また、弛緩構成又は滑り嵌め構成は、センサとレンズマウントとを結合する際の摩擦、特に急激な軸方向の動きを引き起こし得る摩擦を回避することによって、センサとレンズマウントとの結合を正確なものにすることができる。センサ及びレンズマウントが互いに突然軸方向に動き、又は不正確に軸方向に結合されると、センサが損傷し、従ってスコープが動作しなくなる恐れがある。
【００１９】
センサマウント３０には、細長いシャフト１４の長手方向軸を横断してセンサマウント３０の側壁間を貫通する別のピン穴４４が設けられる。図９で分かるように、横断ピン穴４４は、ピン３２の挿入と、細長いシャフト１４に対するセンサマウント３０の配列及び設定とを容易にする拡大された直径部分４６も含む。ピン３２は、ピン穴３４内で使用されるダボ３６又はピン３６’よりも長い。
【００２０】
センサマウント３０の近位端は、平頭ドライバなどの器具を受け取るようなサイズ及び構成を有するチャネル状の溝４２を含む。溝４２は、細長いシャフト１４内におけるセンサマウント３０の取り付けを支援する。組み立て時には、センサマウント３０を保持して細長いシャフト１４の管腔内に移動させ、センサマウント３０を細長いシャフト１４内の適所に保持し、センサマウント３０を細長いシャフト１４に対して回転させ、センサマウント３０を細長いシャフト１４に形成された対応するピン穴に対して整列させ、及び／又はセンサマウント３０を細長いシャフト１４に対して概ね静止状態に保持するのを支援するために、溝４２内に器具を挿入することができる。センサマウント３０の近位端は、センサマウント３０の遠位端と実質的に平行である。センサマウント３０の近位端は、側壁の平坦部分５０と相互接続された傾斜面４８も含む。傾斜面４８は、平坦部分５０と共に、ハンドル１２内に配置されたＰＣＢＡ２０まで細長いシャフト１４の内部を近位方向に延びるコネクタ２６の着地点（ｌａｎｄｉｎｇ）及び経路を提供する。センサマウント３０の遠位端は、遠位端と側壁の平坦部分５０との交点に面取り部（ｂｅｖｅｌ）５２を含む。面取り部５２は、コネクタ２６を滑らかに屈曲させてコネクタ２６の急な屈曲及び関連する応力集中を防ぐのに役立つ。
【００２１】
様々な実施形態では、センサマウントの遠位端が、中間の平坦な空洞又は表面４９の両側に配置された隆起面３９も含む。センサ及びコネクタ２６は、センサマウント３０の中間の平坦面４９に配置される。スコープの遠位端のサイズ及び寸法の制限と、センサをレンズに対して正確に配置する必要性とに起因して、しばしばセンサマウントとレンズマウントとの間でセンサが押し潰され又は損傷を受けてしまうことが分かっている。従って、隆起面３９は、センサマウントとレンズマウントとの間でセンサが押し潰されるのを防ぐハードストップとして機能する。従って、中間面に対する隆起面の寸法及び公差は、センサマウント及びレンズマウントが間にセンサ及びコネクタを有する状態で互いに結合又は接続した時にセンサが押し潰されないようなものとされる。また、屈曲板アセンブリとセンサマウントとの間には０．００１５インチ以下の間隙が存在し、様々な実施形態ではこの間隙も隆起面に収容される。従って、様々な実施形態によれば、センサ及び／又はレンズマウントは、レンズマウントとセンサマウントとの間の間隔がセンサ及び可撓性プリント基板の厚みよりも大きいと同時にレンズの焦点深度範囲よりも小さく又はこれを上回らず、これによってセンサが常に焦点深度内に位置し、画質が維持されてセンサが損傷を受けないことを確実にするように構成される。従って、様々な実施形態では、センサマウントの中間面に対する隆起面の高さがレンズの焦点深度範囲を上回らない。
【００２２】
他の様々な実施形態によれば、センサの光感知部分は、センサとレンズとの間の極めて重要な距離を一定に保つようにレンズマウントに対して位置決めされる。組み立て時には、隆起面を含まないセンサマウント及びレンズマウントが、センサを押し潰すよりも低い圧力で一体化される。力ゲージ又は圧力ゲージ、或いは他の同様の力又は圧力制限部品を利用して、センサの閾値圧壊圧を超えないことを確実にする。センサが適所に、すなわちレンズの焦点深度内に配置されると、これらのマウントを互いに固定し、例えばピンに接着して、マウントがセンサに対して軸方向に動くのを防ぐ。他の様々な実施形態では、隆起面が中間面からさらに延び、すなわち高さが高くなり又は軸方向に大きくなることによって、組み立てた時にレンズマウントとセンサマウントとの間の間隙又は間隔が大きくなる。レンズマウントに対してセンサを位置決めするために、隆起面によって形成された間隙又は間隔内に機械的ばね又はシリコーンのようなばねに似た属性の材料を配置し、従って結果としてもたらされる、中間の平坦面から隆起面を離している間隙を塞ぐ。様々な実施形態では、センサマウントの近位端から進入する止めねじ、又はシムストックを同様に使用して、センサをレンズマウントに押し付けてセンサを位置決めすることができる。
【００２３】
様々な実施形態では、コネクタ２６が可撓性回路基板又は屈曲板２６である。１つの実施形態では、屈曲板２６の長さが約１７インチであり、幅が約０．１０インチであり、厚みが約０．０１５インチである。屈曲板２６は、電気部品間の電気的接続を行う接続装置である。本発明では、屈曲板２６が、センサ２４及びライト２８に接続され、シャフト１４の長さに沿って延びて、ハンドル１２の内部のＰＣＢＡ２０に接続する。屈曲板２６は、組み立て中の誤配線を抑え、組み立ての時間及びコストを削減し、機械的コネクタを排除し、非常に複雑な構成を含む設計柔軟性をもたらし、表面実装デバイスの支持を行う。屈曲板２６は、使用中及び取り付け中に所望の形状に一致して屈曲するように形成することができる。屈曲板２６は、実質的に平面であり、その近位端がハンドル１２の内部でＰＣＢＡ２０に接続される。図１５で分かるように、屈曲板２６は、シャフト１４の内部を遠位方向に延びる。屈曲板２６は、遠位端におけるセンサアセンブリ１６との接続及び近位端におけるＰＣＢＡ２０との接続を容易にするように、シャフト１４内で約９０度ねじれている。
【００２４】
特に図１６及び図１８を参照して分かるように、屈曲板２６は、センサマウント３０の傾斜面４８に接触する。屈曲板２６は、側壁の平坦部分５０を通り越すように導かれる。図１６及び図１４で分かるように、平坦部分５０は、センサマウント３０の直径距離を有利に減少させて屈曲板２６の厚みに対応する。屈曲板２６は、平坦部分５０に接着剤で接着することができる。屈曲板２６は、平坦部分５０から向きを変えて、センサマウント３０の遠位端に沿って延びる。１つの実施形態では、屈曲板２６をセンサマウント３０の遠位端に接着することができる。センサマウント３０の遠位端及び近位端は、シャフト１４の長手方向軸と垂直である。屈曲板２６も、センサマウントの遠位端に沿ってシャフト１４の長手方向軸と実質的に垂直である。このセンサマウント３０の遠位端に沿った屈曲板２６の垂直な平坦部分はセンサ位置５４と呼ばれる。図１６〜図１７で分かるように、センサ２４はこの位置で屈曲板２６に接続される。センサ位置５４は、センサ位置５４の近傍の屈曲板２６と比べて広い平坦な領域を有する。屈曲板２６は、センサマウント３０の遠位端の後に約９０度曲がり、遠位方向に延びた後で約９０度曲がって、やはりシャフト１４の長手方向軸とほぼ垂直な照明又はＬＥＤ位置５６を形成する。屈曲板２６の照明又はＬＥＤ位置５６は、ライト／ＬＥＤ２８が屈曲板２６に接続される位置である。図６及び図１９で分かるように、ＬＥＤ位置５６は平坦であり、中央開口部５８を含む。中央開口部５８は、レンズアセンブリ１８を介して妨げられずに照明される視野を可能にする。１つの変形例では、ライト２８が、導電性はんだ又は接着剤で屈曲板２６に接続されて、残りのスコープ部品との組み立て前に中央開口部５８の周囲及びレンズの周囲に円形に配置された複数のＬＥＤである。図１６及び図１８で分かるように、屈曲板２６はＳ字形経路を形成する。
【００２５】
屈曲板２６は、ＬＥＤ２８及び画像センサ２４のための電気接点と、コントローラＰＣＢＡ２０への電力及びデータの送信を可能にするトレースとを含む。また、屈曲板２６は、ＬＥＤ２８及び画像センサ２４をシャフト１４内の残りの部品と組み立てられるように配置する。屈曲板２６は、ワイヤの使用を排除し、置換先の同等のワイヤ束よりも小さく平坦なものであり、シャフトの寸法及びアセンブリの部品の制約を満たすように設計及び構成することができる。さらに、スコープの遠位端に配置されたセンサ２４、スコープの近位端に位置するコントローラＰＣＢＡ２０、並びに送信されるデータの速度及び／又は量に起因して、部品間の信号完全性が悪化する恐れもある。しかしながら、様々な実施形態では、単一のモノリシック部品である屈曲板２６が、画像センサ２４からのデータ転送の信号完全性が損なわれないことを確実にする。様々な実施形態では、屈曲板が、信号完全性が維持されることを確実にするために銅のみの層などの金属層を含み、このような金属層に一体化され、又は取り付けられる。様々な実施形態では、金属層が、屈曲板上のトレースを通じて、特に高速データ回線を通じて送信される信号に干渉する恐れがある外部電気ノイズから屈曲板を保護するようなサイズ及び構成を有する。屈曲板２６は、複数の約９０度の屈曲部を形成するＳ字型経路を、センサアセンブリ１６及びレンズアセンブリ１８の設計を満たすようにナビゲートできるほど十分に柔軟なものである。
【００２６】
図１９で分かるように、センサアセンブリ１６ではリング状のＬＥＤ２８が採用され、レンズアセンブリの周囲に配列される。ＬＥＤ２８は、標的物体及び手術野を照明する役割を果たす。特定の用途に必要な輝度に応じて、又はより多くの照明を必要とし得る経肛門式低侵襲手術（ＴＡＭＩＳ）などの限られた手順を含む全ての条件において使用できるように、約４個〜８個の白色ＬＥＤ２８が使用される。ＬＥＤは、適切な色温度を有するように選択し、又は着色ガラス６７などを介して着色して、色合わせを最適化することができる。
【００２７】
１つの実施形態では、センサ２４が、ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社によって製造されたものなどのＣＭＯＳ画像センサである。このセンサは、１０ｍｍシャフト１４内に収まるようなサイズの１／４センサである。センサ２４は、６０ｆｐｓにおいて最大７２０画素のビデオ品質をサポートし、９０ｆｐｓにおいてＶＧＡハードウェアの特性である６４０×４８０の解像度を有する。センサ２４は、ＹＵＶ４２２のビデオ出力フォーマットをサポートし、マイクロプロセッサと通信するための集積回路間通信を有し、ビデオ通信のためのカメラシリアルインターフェイス２（ＣＳＩ−２）モバイル業界プロセッサインターフェイス（ＭＩＰＩ）を有する。５ｍｍ管に収まるほど十分に小型のセンサは、ＹＵＶ４２２において出力するための関連するマイクロプロセッサ、電子回路及びデモザイクアルゴリズムを有していない。従って、センサ外部のマイクロプロセッサ及び関連アルゴリズムをサポートするために別の回路基板が必要になる。様々な実施形態では、センサ２４が、アレイ状のフォトサイト（ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｐｈｏｔｏ  ｓｉｔｅｓ）を含むさらに小さなアクティブ画像領域６０を有する。ＣＭＯＳ型センサに限定されないセンサ２４は、屈曲板２６上の平坦なセンサ位置５４にはんだ又は導電性接着剤で接着される。
【００２８】
次に、図６及び図２０〜図２８を参照しながらレンズアセンブリ１８について説明する。様々な実施形態によるレンズアセンブリ１８は、レンズ６２、レンズハウジング６４、レンズマウント６６、着色ガラス６７、カバーガラス６８、及び／又はこれらの組み合わせを含む。様々な実施形態では、レンズ６２が、１又は２以上のレンズ及び光学素子を含むことができる。様々な実施形態では、レンズ６２が、４つのレンズと赤外線フィルタとを有する光学トレインを含む。レンズ６２は、３．８ｍｍの焦点距離を有し、非球面かつ無彩色である。この構成は、約５０ｍｍ〜約７０ｍｍの作動距離、約９０ｍｍ〜約１５０ｍｍの被写界深度、及び６０度〜６５度の視野をもたらす。また、この構成は、コストを低く抑えながら光学的歪みを最小化する。光学的歪みは、光学画像のエッジに限定される。センサ２４の画像領域６０の対角寸法はセンサに達する焦点光学画像の対角線よりも小さいので、歪んだエッジはセンサによって捕らえられず、モニタ上にはきれいな歪んでいない画像がもたらされる。レンズ６２は、レンズハウジング６４に接続されてその内部に配置される。レンズハウジング６４は円筒形であり、ねじ山が付いた外面を含む。これらのねじ山は、レンズマウント６６と螺合するように構成される。ねじ山を使用しているが、レンズがレンズマウント６６に対して長手方向軸に沿って軸方向に移動可能である限り、他のタイプの締結具も本発明の範囲内である。レンズハウジング６４は、対応して成形された器具の遠位端を受け取るように構成された１又は２以上のノッチ、ソケット、又は同様のもの８８をさらに含む。レンズハウジング６４のノッチ／ソケット８８には、レンズハウジング６４をレンズマウント６６に対して回転させてレンズアセンブリを光学的に調整するために器具が挿入される。
【００２９】
特に図２０〜図２８に関連してレンズマウント６６を示す。レンズマウント６６は、側壁によって相互接続された近位端及び遠位端を含む。レンズマウント６６は、近位端における開口部と遠位端における開口部との間に延びる中央管腔７０を含む。レンズマウント６６は一部が円筒形であり、細長いシャフト１４の管腔にぴったりと収まるようなサイズを有する。中央管腔７０は、レンズハウジング６４の外面上のねじ山と係合するねじ山付きの内面を含み、レンズハウジング６４をレンズマウント６６に螺入すると、レンズ６２が長手方向軸に沿って移動するようになる。レンズマウント６６は、近位端と遠位端との間に延びる２つのピン穴７２を含む。ピン穴７２は、各ピン穴７２にダボ３６又はピン３６’を受け入れるようなサイズ及び構成を有する。図２１及び図２４で分かるように、各ピン穴７２は、近位端に勾配付き入口７４を含む。勾配付き入口７４は、ピン穴７２内へのダボ３６又はピン３６’の挿入を容易にする傾斜した又はテーパ付けされた大きな直径の入口である。図２４で分かるように、ピン穴７２の長さのうちの部分７６は、それよりも遠位のピン穴７２の残りの長さに対して大きな直径を有する。勾配付き入口７４は、ピン穴７２の残り部分よりも大きな直径を有する部分７６の直径よりも大きな直径を有する。拡大直径部分７６は、ダボ３６又はピン３６’をピン穴７２内に深く挿入して細長いシャフト１４内の適所へのレンズマウント６６の配置及び設定を可能にする前に、ダボ３６又はピン３６’を拡大直径部分７６内に配置できるようにする。レンズマウント６６の側壁は、平坦部分７８を含む。平坦部分７８は、平坦部分７８と遠位端との交点において面取り部８０に移行する。屈曲板２６は、約９０度曲がって平坦部分７８に並んで延びているので、平坦部分７８及び面取り部８０は、共に屈曲板２６に余裕と滑らかな移行とをもたらす。レンズマウント６６の近位端は、ポケットとも呼ばれる凹所８２を含む。凹所８２は、近位端内にセンサ２４の形状に切り込まれた平坦な窪みであり、センサ２４の収容位置を形成するためにセンサ２４よりもわずかに大きなサイズを有する。凹所８２は、中央管腔７０の近位開口部を取り囲む。凹所８２は、センサ２６のアクティブ画像領域６０をレンズ６２の光学トレインの軸に整列させるために、中央体腔７０の近位開口部と同軸ではなく、わずかにオフセットされる。凹所８２の形状は、センサ２４の形状に一致する。凹所８２は、正方形、長方形、平行四辺形又はその他の形状である。図２５〜図２６に示すように、凹所８２は、外側に範囲が広がる丸くなった（ｒａｄｉｕｓｅｄ）隅部８４を含む。少なくとも１つの隅部は側壁周辺部の外側に存在するので、全ての隅部が丸くなっているわけではない。丸くなった隅部８４は、センサ２４が凹所８２内にぴったりと収まって、センサ２４の周縁部の少なくとも一部が凹所８２の４つの側面と並置されることを可能にする。図に示す１つの変形例では、凹所８２の４つの側面が全て真っ直ぐであるとは限らない。図２５で分かるように、凹所８２の少なくとも２つの側面は湾曲して、近位端における管腔開口部の曲率を共有する。凹所８２又はポケットの深さは、約０．０２４インチである。センサ２４が凹所８２の内部に配置されると、長手方向軸に対するセンサ２４の横方向への並進が防がれる。
【００３０】
引き続き図６を参照すると、レンズアセンブリ１８は、カバーガラス６８を含む。カバーガラス６８は、細長いシャフト１４の遠位開口部を覆うガラスディスクである。カバーガラスは、どのガラス特性の重要度が高いかに応じて、傷を防ぐためにはサファイアクリスタルで、衝撃を防ぐためにはゴリラガラス、アルカリアルミノケイ酸塩板ガラスで、反射を低減するためには被覆ホウケイ酸塩で形成することができる。例えば、サファイアクリスタルは、偶発的な引っかき傷は防ぐものの脆弱であり、衝撃時に破損する恐れがある。ゴリラガラスは、衝撃には耐えるが引っかき傷が付く恐れがある。被覆ホウケイ酸塩は、センサ内へのＬＥＤの反射を軽減することができる。カバーガラス６８は、細長いシャフト１４の内部部品への、特に引っかき傷が付きやすく遠位端に配置されているという理由でレンズへの損傷を防ぐ。カバーガラス６８は、細長いシャフト１４内に粒状物質が入り込んでレンズを不鮮明にするのも防ぐ。
【００３１】
様々な実施形態によれば、スコープ１０を組み立てるには、レンズマウント６６の２つのピン穴７２に２本のピン３６又はダボ３６’を挿入する。様々な実施形態では、各ピン穴７２の大径部分７６にピン３６のテーパ部分８６のみを挿入する。センサマウント３０の遠位端に形成されたピン穴３４の拡大部分４０にピン３６の両端が来るようにセンサマウント３０を整列させる。様々な実施形態では、センサマウント３０及びレンズマウント６６を適所に保持するピン整列治具を使用する。これらのマウントのそれぞれのピン穴３４、７２に部分的に挿入されたピン３６は、さらなる取り付け及び整列のためにセンサマウント３０及びレンズマウント６６を離れた状態に保つ。はんだ付けによってセンサ２４を屈曲板２６に電気的に接続する。次に、センサ２４が取り付けられた屈曲板２６の部分をセンサマウント３０とレンズマウント６６との間に配置する一方で、整列治具によってセンサマウント３０及びレンズマウント６６を離間した位置に保持する。レンズマウント６６の近位端に形成された凹所８２内にセンサ２４を整列させて配置する。ポケット８２内に配置されてレンズ６２に面するセンサ２４の遠位端にセンサマウント３０及びレンズマウント６６を結合する一方で、センサ２４の近位端を屈曲板２６のセンサ位置５４に取り付ける。センサ位置５４は平坦であるとともに、細長いシャフト１４の長手方向軸と実質的に垂直である。屈曲板２６のセンサ位置５４の近位端は、センサマウント３０の遠位端によって支持される。次に、センサマウント３０の側壁の平坦部分５０及び面取り部５２の周囲で屈曲板２６を折り曲げる。その遠位では、レンズマウント６６の平坦部分７８の下方及び面取り部８０の周囲で屈曲板２６を折り曲げる。
【００３２】
様々な実施形態では、センサマウント３０及びレンズマウント６６などの光学系を、屈曲板２６、センサ２４及びピン３６と共に細長いシャフト１４に挿入する。長いドライバなどを使用して、センサマウント３０の近位端の溝４２に係合させる。横断ピン穴４４をシャフト１４の開口部と整列させ、ピン穴４４にピン３２を挿入して、センサマウント３０及び関連するレンズマウント６６を適所にロックする。位置決めピン３２は、アセンブリの長手方向並進を防ぐだけでなく、シャフト１４の長手方向軸の周囲におけるアセンブリの回転も防ぐ。
【００３３】
様々な実施形態によれば、細長いシャフト１４をハンドル１２の片側に接続する。細長いシャフト１４の収容スロットを、ハンドル１２の内部に形成されたタブと整列させる。シャフト１４を覆ってクランプを配置し、シャフト１４がハンドル１２に対して移動できるように締め付ける。シャフト１４は、スコープ１０によって取り込まれた画像の水平線がハンドル１２の垂直配向に対して同じ高さで水平になることを確実にするために回転することができる。屈曲板２６及びその他の配線をＰＣＢＡ２０に接続して、機能するスコープを形成する。屈曲板２６をＰＣＢＡ２０に電気的に接続するために、屈曲板２６を３０ピンコネクタによってコントローラＰＣＢＡに取り付ける。コントローラＰＣＢＡ２０は、ＹＵＶ４２２画像フォーマットをサポートし、Ｉ２Ｃ通信を提供し、ＭＩＰＩカメラシリアルインターフェイス２をサポートするＣＸ３マイクロコントローラを有する。また、コントローラＰＣＢＡ２０は、モニタへのＵＳＢ通信を提供し、５つの電圧レベルを制御し、マイクロコントローラ及び画像センサのための３つの異なるクロック速度を提供する。ファームウェアは、ＵＳＢ通信を提供し、画像センサの設定値を行い、上述した画像要件を満たすように書かれたものである。その後、ビデオディスプレイ、腹腔鏡訓練機又はモニタに画像を出力するＵＳＢケーブルをスコープ１０に取り付ける。
【００３４】
様々な実施形態によれば、シャフト１４及びハンドル１２の片側は、光学的整列治具（ｏｐｔｉｃａｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｆｉｘｔｕｒｅ）内に配置される。様々な実施形態では、治具が、２つのタワー及びトグルクランプを有する。標的の画像を観察するために、標的を照明してスコープ１０をコンピュータモニタに接続する。水平線が同じ高さで水平になるまでシャフト１４をハンドル１２に対して回転させ、その後にトグルクランプを使用してシャフト１４の位置を固定する。次に、ハンドル１２を垂直になるまでシャフト１４に対して調整し、回転させる。その後、チューブクランプを完全に締め付ける。
【００３５】
様々な実施形態では、ハンドル１２の組み立てが完了した後に、ハンドル１２及びシャフト１４をプレス治具内に配置する。ハンドルクラムシェルの反対側を治具内で整列させ、ハンドル１２の２つの半分を互いに押し付けてハンドル及びシャフトアセンブリを完成させる。
【００３６】
様々な実施形態によれば、スコープ１０を光学的整列治具内に配置することによって光学的に調整する。光学的ターゲットを準備し、シャフト１２の長手方向軸に沿ったスコープ１０の遠位端の直前のレールに沿って移動可能なスライダ内に取り付ける。ターゲットを照明する。ターゲットを移動させ、レンズの作動距離と整列させる。次に、器具を使用してレンズハウジング６４の遠位端にソケット８８を係合させ、レンズハウジング６４及び内部のレンズ６２を回転させる。レンズハウジング６４は、回転すると、ねじ部によってレンズマウント６６に対して長手方向軸に沿って近位方向又は遠位方向に移動して画像に焦点を合わせる。レンズマウント６６に対するレンズハウジング６４の位置を、中間「０」ターゲット（ｍｉｄｄｌｅ  “０”  ｔａｒｇｅｔ）が許容可能な合焦状態になるまで長手方向軸に沿って調整する。焦点は、約１／３が最適焦点面の前方に存在して約２／３が最適焦点面の後方に存在する約１４０ｍｍの被写界深度範囲を通じて許容可能とすべきである。ターゲット画像に焦点が合うと、レンズハウジング６４の回転及び調整を終了する。
【００３７】
様々な実施形態によれば、スコープ１０を光学的に調整した後に、シャフト１４にカバーガラス６８を取り付ける。カバーガラス６８を、屈曲板２６に接続されたリング状のＬＥＤに接して配置する。次に、カバーガラス６８の４つの等間隔の位置をシャフト１４に接着する。紫外線を使用して接着剤を部分的に硬化させる。カバーガラス６８の位置をチェックし、位置が正しければ、接着剤をさらに多くの紫外線に曝して接着剤の硬化を終了する。カバーガラス６８の位置が正しくなければ、接着剤が部分的に硬化した状態の間にカバーガラス６８を再調整する。
【００３８】
様々な実施形態によれば、レンズマウント６６は、既知の深さを有する、凹所とも呼ばれる凹型ポケット８２を含む。センサ２４をポケット８２内に配置する際には、シャフト１４に対して半径方向に配置する。また、レンズマウント６６内のポケット８２の深さは、レンズマウント６６の前面に対して所定の距離を有する。この距離は、倍率要件、作動距離要件及び被写界深度要件を全て効果的に満たす。レンズマウント６６及びセンサマウント３０は、画像センサ２４及び電子機器を挟持しているため、センサ又はその電子機器に見られる公差は、レンズマウント６６とセンサマウント３０との間の可変距離によって調整される。これにより、部品が互いに対して一方向のみに嵌まり合い、センサ２４が常にレンズマウント６６の端部から既知の距離に存在するため、組み立てが単純になる。このため、システムを光学的に調整するためのレンズハウジング６４の調整が容易になる。そうでなければ、個々の部品は関連する公差を有するので、光学系を調整する必要性がアセンブリ毎に異なってしまう恐れがある。他の部品に関連して配置した場合、これらの公差が積み重なって調整が困難になり、画像の焦点がずれてしまう恐れがある。レンズの背面から画像センサまでの距離は、倍率、作動距離及び被写界深度に影響を及ぼすので、やはり調整が必要である。様々な実施形態によれば、スコープ１０は、公差の累積問題を軽減する。例えば、図２９に概略的に示すように、センサ２４及びレンズ６２が長手方向軸７２に関して示されており、部品間の公差７５が増大又は別様に最大化される。様々な実施形態によれば、センサの上部がレンズマウントのねじ山付き側面に対して同一点又は固定点に留まるため、センサ２４の厚み７１が公差の累積に影響を及ぼすことがなく、センサとレンズマウントとの間の厚み７３も累積に影響しない。様々な実施形態によれば、センサ及び／又はレンズマウントは、センサの位置がレンズの焦点深度内に存在しながらセンサを損傷することなく維持されることを確実にするように構成される。様々な実施形態では、センサマウントが、センサ及びコネクタが間に存在する状態でのレンズマウントとセンサマウントとの結合の予測不能性、困難性及び／又は複雑性を排除するように構成される。
【００３９】
図３０〜図３１に、本発明の様々な実施形態によるピン３２、３６’を示す。様々な実施形態では、ピン３６’がダボ３６に取って代わる。ピン３２、３６’は、それ自体が巻かれたばねピンであり、可変直径を有するほど十分に柔軟な材料で形成される。ロールピンとも呼ばれるばねピン３２、３６’は、圧縮されると、弛緩している時よりも小さな直径を有する。この直径の変化は、ピン穴３４及び４４、７２へのピン３２、３６’の挿入をそれぞれ支援する。ピン３２、３６’は、小さな直径の圧縮構成時にはピン穴３４、４４に容易に挿入することができ、弛緩時には、比較的大きな直径がピン３２、３６’を適所に固定するのに役立つ。各ピン３２、３６’の遠位端は、わずかなテーパ形状８６を含む。
【００４０】
様々な実施形態では、スコープが、近位端がハンドルに接続された細長いシャフトを有する。シャフトは、画像取得端部であるスコープの遠位端が体腔内に配置されてハンドルが患者の外部に存在するように十分に長い。スコープは、レンズの背後に配置された画像センサを含む。画像センサは、画像センサによって取得されたデータを処理してモニタ上に表示するように構成されたマイクロコントローラを含む、コントローラのプリント基板アセンブリ（ＰＣＢＡ）に接続される。ＰＣＢＡは、無線で、或いはワイヤ又はケーブルなどを使用してモニタ又はその他の装置に接続することができる。１又は２以上の光ファイバケーブルを通じてスコープの遠位端に光を伝えるＬＥＤ又は光ファイバ光源などのライトが含まれ、スコープ及び屈曲板及び／又はコントローラＰＣＢＡに接続されて手術野を照明する。通常、ライトは、スコープの画像取得端部の周囲に円形に配置される。光学アセンブリには、手術部位から反射された光を合焦させる１又は２以上のレンズが含まれる。
【００４１】
本発明の様々な実施形態によるシミュレーション用手術スコープは、訓練又はシミュレーション目的に適し又は効果的であるために、１又は２以上の特定の基準を満たすべきである。例えば、スコープの人間工学は、手術等級スコープと同様とすべきである。ハンドルのサイズ及び形状、シャフトの長さ、並びにスコープの重量は、手術等級スコープに近似すべきである。また、シミュレーション用手術スコープは、片手によって操作できるべきである。また、スコープは、偶発的な衝撃及び落下にも機能を中断し又は失うことなく耐えるべきである。また、ユーザが医療機器トロカールなどを習得して快適に使用できるには、シミュレーション用手術スコープが、手術で使用される医療機器トロカールとの互換性を有してその内部に収まるようなサイズ及び構成を有するべきである。通常、トロカールには１０ｍｍ及び５ｍｍという２つのサイズが存在し、これらはスコープを手術部位に通すためのポートとして使用される。従って、シミュレーション用手術スコープは、少なくとも１０ｍｍ及び／又は５ｍｍトロカールとの互換性を有するべきである。
【００４２】
様々な実施形態によるシミュレーション用手術スコープは、繰り返しの殺菌、洗浄及び加圧滅菌器サイクルに耐えるように形成する必要はない。従って、スコープを安価にすることができる。いくつかの手術シミュレーションでは、スコープ上の照明が必要とされることもあるが、いくつかの例では、スコープ先端の光源を、ボックス型訓練機の空洞内に設置された他の光源によって補うことができる。従って、手術シミュレーション用スコープの照明需要が低下し、これによってスコープの製造コストをさらに削減することができる。また、光学性能に関して言えば、様々な実施形態によるシミュレーション用手術スコープは、より安価な部品及びより単純なレンズアセンブリ設計を使用することにより、若干の画質を犠牲にし、画像エッジに若干の歪みを含むことがある。全体として、画質は、模擬生体構造の微妙な違いを区別するために適切な量の細部を提供できるほど十分なものとすべきである。手術シミュレーション用スコープは、画質要件及び先端の照明要件が手術等級スコープの要件ほど厳格ではなく、無菌性要件も存在しないので、手術等級スコープのものよりもコストを低く抑えることができる。様々な実施形態によるシミュレーション用手術スコープは、多数くの使用にわたって持続する画質、作動距離及び被写界深度、低コスト及び／又は堅牢性のバランスを有するべきである。これらの望ましい属性は関連し合うことができ、従ってスコープをこれらの属性のうちの１つについて最適に設計すると、別の属性を満たすことが困難になる場合もある。
【００４３】
様々な実施形態による手術シミュレーション用スコープは、医療専門家及び医学生を教育及び訓練するための腹腔鏡訓練機との併用に適する。様々な実施形態による手術シミュレーションスコープは、手術等級スコープにおいても採用できる大幅な改善をもたらす。
【００４４】
様々な実施形態では、レンズマウント及び／又はセンサマウントの少なくとも一方を含むシミュレーション手術用カメラスコープが提供され、様々な実施形態によれば、本明細書を通じて説明した他の実施形態、このような実施形態の一部及び／又はこれらのいずれかの組み合わせをこのようなシミュレーション手術用カメラスコープと組み合わせることができる。様々な実施形態では、シミュレーション手術用カメラスコープが、ハンドル、細長いシャフト、画像センサ、可撓性回路基板及びレンズのうちの少なくとも１つをさらに含む。様々な実施形態では、内部にポケットを有するレンズマウントを含むシミュレーション手術用カメラスコープが提供される。様々な実施形態では、平坦面を有するセンサマウントを含むシミュレーション手術用カメラスコープが提供される。様々な実施形態では、隆起面に隣接する平坦面を有するセンサマウントを含むシミュレーション手術用カメラスコープが提供される。様々な実施形態では、シミュレーション手術用カメラスコープが、レンズマウント、センサマウント、ハンドル、細長いシャフト、画像センサ、可撓性回路基板、レンズの少なくとも１つを含む。様々な実施形態では、シミュレーション手術用カメラスコープが、レンズマウント、センサマウント、ハンドル、細長いシャフト、画像センサ、可撓性回路基板、レンズ、又はこれらのいずれかの組み合わせを含む。
【００４５】
上記の説明は、当業者によるカメラスコープの作製及び使用、並びに本明細書で説明した方法の実行を可能にするように行ったものであり、本発明を行う発明者らが検討する最良の形態を記載したものである。しかしながら、当業者には依然として様々な修正が明らかであろう。これらの修正は、本開示の範囲に含まれるように企図される。様々な図には、異なる実施形態又はこのような実施形態の態様を示し、本明細書全体を通じて説明している場合もある。しかしながら、単独で図示又は説明した各実施形態及びその態様は、別途明示していない限り、他の実施形態及びその態様のうちの１つ又は２つ以上と組み合わせることもできる。各組み合わせを明示していないのは、本明細書の可読性を容易にするためにすぎない。
【００４６】
いくつかの特定の態様において本発明を説明したが、当業者には多くのさらなる修正及び変形が明らかであろう。従って、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、サイズ、形状及び材料の様々な変更を含む具体的に説明したもの以外の形で本発明を実施することもできると理解されたい。従って、本発明の実施形態は、全ての態様が例示的なものであって限定的なものではでないとみなすべきである。
【符号の説明】
【００４７】
１４  細長いシャフト
１６  センサアセンブリ
１８  レンズアセンブリ
２４  センサ
２６  電気コネクタ
２８  ライト
３０  センサマウント
３４  ピン穴
３６  ダボ
３９  隆起面
４８  傾斜面
５４  センサ位置
５６  ＬＥＤ位置
５８  中央開口部
６０  アクティブ画像領域
６２  レンズ
６４  レンズハウジング
６６  レンズマウント
６７  着色ガラス
６８  カバーガラス
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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