(57)【要約】モニタ６が手術台１の反対側に配置されているため、同じく反対側に位置しているアシスタントＮ３等は、モニタ６に邪魔されることなく術部Ｇを直接見ることができる。カメラ３の作動距離ＷＤが６０ｃｍ以上あるため、メインドクターＤ１がモニタ６を見る視野Ｖよりも上方へ外れることとなり、モニタ６の視認性を阻害しない。また作動距離が１００ｃｍ以下のためカメラ３の解像度が低下し過ぎることもない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
手術台の上方に、術部との間に所定の作動距離を確保した状態で、術部の立体映像を撮像する光学系と撮像素子を備え且つ撮像した立体映像に関する映像信号を出力するカメラを配置し、
手術台の一方側にメインドクターが位置しており、該手術台の他方側で且つ手術台よりも高い位置に、カメラから出力された映像信号が入力されて該映像信号に基づく立体映像を表示するモニタが配置された手術用観察システムであって、
前記カメラの作動距離（ＷＤ）が以下の条件式を満足することを特徴とする手術用観察システム。
６０ｃｍ≦ＷＤ≦１００ｃｍ・・・（１）
【請求項２】
光学系が対物光学系と変倍光学系から構成され、光学系の光学倍率（ＯＭ）と、モニタに表示される立体映像のモニタ倍率（ＩＭ）から求められる総合倍率（ＴＭ）が、作動距離（ＷＤ）の選択と、モニタのサイズの選択により、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１記載の手術用観察システム。
３倍≦ＴＭ≦４４倍・・・（２）
ただし、ＴＭ＝ＯＭ×ＩＭであり、ＩＭ＝モニタの対角長さ／撮像素子の対角長さである。
【請求項３】
変倍光学系が、選択された作動距離及びモニタサイズにおける最小総合倍率と最大総合倍率との間を以下の条件を満足する時間（ＭＳ）内で変化可能な変倍性能を有することを特徴とする請求項２記載の手術用観察システム。
１秒≦ＭＳ≦２秒・・・（３）
【請求項４】
カメラが可視光用と非可視光用の２種類の撮像素子を備え、モニタに可視光と非可視光の立体映像をそれぞれ選択的且つ同時に重ねて表示可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の手術用観察システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は手術用観察システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ドクターが手術台の一方側に位置した状態で、手術台の上方にモニタを支持し、更にモニタの若干手前で術部の真上にカメラを支持し、カメラにより撮像された術部の立体映像をモニタに表示する手術用観察システムが知られている。【０００３】
ドクターはモニタに表示された術部の立体映像を頭を上げた状態で（ヘッドアップ状態で）観察しながら手術を行うことができる。そのため顕微鏡で行う手術のように、ドクターは顕微鏡の接眼部に目を付ける姿勢が強いられることはなく、楽な姿勢で手術を行うことができ、ドクターの疲労が大幅に軽減される。関連技術は日本国特許公開公報特開平１１−３１８９３６号（特許文献１）に例示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような関連技術にあっては、モニタが手術台の上方に支持されているため、手術台の反対側に位置しているアシスタント等は、このモニタが邪魔なって術部の状態を見ることができず、術部への十分な補助作業が行えない。【０００５】
また昨今、術部を特定範囲の倍率で観察するだけでなく、術部の周辺まで広範囲に観察する低倍率から、ルーペを使用する中倍率、さらには顕微鏡を使用する高倍率まで、あらゆる手術状況に対応できるように、１つのモニタで広範囲の倍率を連続的に途切れなく（ボーダレスで）観察したいという要請がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した状況に応じてなされたものであり、手術台の反対側のアシスタント等が確実に手術を補助でき且つ１つのモニタで広範囲の倍率を連続的に途切れなく（ボーダレスで）観察することができる手術用観察システムを提供するものである。【０００７】
本発明の第１の技術的側面によれば、手術台の上方に、術部との間に所定の作動距離を確保した状態で、術部の立体映像を撮像する光学系と撮像素子を備え且つ撮像した立体映像に関する映像信号を出力するカメラを配置し、手術台の一方側にメインドクターが位置しており、該手術台の他方側で且つ手術台よりも高い位置に、カメラから出力された映像信号が入力されて該映像信号に基づく立体映像を表示するモニタが配置された手術用観察システムであって、前記カメラの作動距離（ＷＤ）が以下の条件式を満足することを特徴とする。【０００８】
６０ｃｍ≦ＷＤ≦１００ｃｍ・・・（１）【０００９】
本発明の第２の技術的側面によれば、光学系が対物光学系と変倍光学系から構成され、光学系の光学倍率（ＯＭ）と、モニタに表示される立体映像のモニタ倍率（ＩＭ）から求められる総合倍率（ＴＭ）が、作動距離（ＷＤ）の選択と、モニタのサイズの選択により、以下の条件を満足することを特徴とする。【００１０】
３倍≦ＴＭ≦４４倍・・・（２）【００１１】
ただし、ＴＭ＝ＯＭ×ＩＭであり、ＩＭ＝モニタの対角長さ／撮像素子の対角長さである。【００１２】
本発明の第３の技術的側面によれば、変倍光学系が、選択された作動距離及びモニタサイズにおける最小総合倍率と最大総合倍率との間を以下の条件を満足する時間（ＭＳ）内で変化可能な変倍性能を有することを特徴とする。【００１３】
１秒≦ＭＳ≦２秒・・・（３）【００１４】
本発明の第４の技術的側面によれば、カメラが可視光用と非可視光用の２種類の撮像素子を備え、モニタに可視光と非可視光の立体映像をそれぞれ選択的且つ同時に重ねて表示可能であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】手術用観察システムを示す斜視図。
【図２】手術台に対するカメラとモニタの位置関係を示す説明図。
【図３】カメラの内部構造を示す斜視図。
【図４】カメラの内部構造を示す正面図。
【図５】カメラの内部構造を示す側面図。
【図６】総合倍率の変更速度を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜図６は本発明の好適な実施形態を示す図である。
【００１７】
手術台１には患者２が横たわっており、その腹部に手術を行う術部Ｇがある。手術台１の手前側には手術を行うメインドクターＤ１と、そのアシスタントＮ１、Ｎ２が２名いる。手術台１の反対側には手術を補助するサブドクターＤ２と、そのアシスタントＮ３が１名いる。
【００１８】
術部Ｇの上方にはカメラ３がスタンド装置４により支持されている。カメラ３の位置はスタンド装置４を動かすことにより上下に移動させることができる。カメラ３の作動距離ＷＤ（術部Ｇからカメラ３の下端までの距離）は６０〜１００ｃｍであり、この実施形態ではカメラ３は１００ｃｍの位置に支持されている。カメラ３は４Ｋで可視光の立体映像と、赤外蛍光などの非可視光（以下、蛍光）の立体映像を撮像することができる。
【００１９】
カメラ３は左右一対の操作ハンドル５を備えている。操作ハンドル５はここを持ってカメラ３を上下に移動させたり、或いは、向きを変えたりすることができる。また操作ハンドル５には複数のボタンが設けられており、ボタンを操作することにより、焦点合わせ、倍率変更、可視光像と蛍光像の切り換えや、可視光像中への蛍光像の重畳などを行うことができる。
【００２０】
手術台１の反対側におけるサブドクターＤ２の隣には、サイズが５５インチで、４Ｋで立体表示可能な液晶パネル型のモニタ６が設置されている。このモニタ６はメインドクターＤ１及びそのアシスタントＮ１、Ｎ２用で、メインドクターＤ１は手術台１を挟んで手前側からこのモニタ６に表示された立体映像を確認しながら手術することができる。
【００２１】
モニタ６はメインドクターＤ１から見やすくするために手術台１よりも２０ｃｍ高い位置ｈ１に設置されている。５５インチのモニタ６の高さｈ２が約７０ｃｍであるため、モニタ６の上端部は手術台１から約９０ｃｍの高さ位置にある。
【００２２】
手術で使用されるモニタ６のサイズは本実施形態のように手術台１の反対側に置くタイプとしては３２〜５５インチが一般的であり、５５インチは一般的に使用されるサイズのうち大型サイズに相当する。３２インチのモニタ７は小型サイズに相当し、そのサイズを図２中に点線で参考のために図示する。
【００２３】
手術台１における患者２の頭部側には別のモニタ８が設置されている。このモニタ８はサブドクターＤ２及びそのアシスタントＮ３用で、メインドクターＤ１用のモニタ６と同じサイズで、同じ高さに設置されている。
【００２４】
カメラ３とモニタ６、８はコントローラ９を介して接続されている。カメラ３からは撮像した術部Ｇの立体映像が映像信号Ｓとしてコントローラ９に出力される。映像信号Ｓはコントローラ９を介してモニタ６、８に出力され、モニタ６、８は映像信号Ｓに基づいた立体映像を表示する。メインドクターＤ１及びアシスタントＮ１、Ｎ２は専用メガネ１０を掛けることで、モニタ６に表示された立体映像を観察でき、サブドクターＤ２及びアシスタントＮ３も専用メガネ１０を掛けることで、別のモニタ８に表示された立体映像を観察することができる。
【００２５】
サブドクターＤ２とアシスタントＮ３は手術台１に対してモニタ６と同じ側に位置しているため、モニタ６に邪魔されることなく術部Ｇを直接見ることができ、手術の補助作業を確実に行うことができる。
【００２６】
コントローラ９はメインドクターＤ１の足下のフットスイッチ１１とも接続されており、このフットスイッチ１１により操作ハンドル５のボタンと同様の操作を行うことができ、フットスイッチ１１からコントローラ９に信号Ｆが出力される。
【００２７】
手術台１の反対側に配置されたモニタ６の上端位置は手術台１から約９０ｃｍの高さにあるが、カメラ３の作動距離ＷＤが１００ｃｍで、術部Ｇの上方１００ｃｍの位置に支持されているため、カメラ３がメインドクターＤ１の瞳からモニタ６を見る視野Ｖ内に入り込むことはない。カメラ３がモニタ６を見る視野Ｖよりも上方へ外れるため、モニタ６の視認性が阻害されることはない。
【００２８】
次にカメラ３の構造を図３〜図５に基づいて説明する。
【００２９】
カメラ３は立体的な撮影をするために、左右２本の光路が内部に形成されている。カメラ３の下部には３枚のレンズで構成された対物光学系１２が設けられている。対物光学系１２の光軸Ｋ上に観察対象である術部Ｇが位置している。対物光学系１２は一部のレンズを可動させることにより焦点距離を６０ｃｍから１００ｃｍまで可変できる。カメラ３の作動距離ＷＤが６０ｃｍ未満では、実施形態のようにモニタ６が大型の場合に、カメラ３がメインドクターＤ１の視野Ｖ内に入り込むおそれがある。また作動距離ＷＤは大きくなるほどカメラ３の解像度が低下するため、最大でも１００ｃｍを超えてはいけない。
【００３０】
対物光学系１２は前後がカットされた形状で、後側には遮光板により区切られた半円状の切欠部１３が形成されている。切欠部１３には照明手段１４が設けられている。照明手段１４は対物光学系１２の光軸Ｋに対して所定の角度で設置されている。
【００３１】
照明手段１４はＬＥＤ光源を内蔵しており、可視光と、蛍光用の特定波長の励起光の両方を照明光Ｅとして選択的且つ同時に照射可能である。また図示せぬ回転機構により照明手段１４の角度は対物光学系１２の焦点距離に連動して変化し、照明光Ｅが常に術部Ｇの中心を向くようになっている。この実施形態では照明手段１４をカメラ３の内部に設けているが、外部に設けて照明光Ｅを光ファイバーでカメラ３内に導き、それから術部Ｇへ向けて照射しても良い。
【００３２】
対物光学系１２の上部にはその範囲内に２本の変倍光学系１５が左右一対設けられている。カメラ３はこの変倍光学系１５と対物光学系１２により、作動距離ＷＤが６０ｃｍの場合に光学倍率（ＯＭ）が０．０３〜０．１９倍となり、作動距離ＷＤが１００ｃｍの場合に光学倍率（ＯＭ）０．０２〜０．１２倍となる。作動距離ＷＤを６０〜１００ｃｍの間で変化させることにより、総合的に０．０２〜０．１９倍の光学倍率（ＯＭ）となる。作動距離ＷＤが大きく、対物光学系１２の焦点距離が長いため、光学的倍率は小さくなる。
【００３３】
対物光学系１２を経て２本の変倍光学系１５を通過する光路がメイン光路Ａである。メイン光路Ａは結像レンズ１６を経て可視光用の撮像素子１７に導かれる。撮像素子１７は１／３インチサイズの４ＫＣＣＤイメージセンサである。
【００３４】
変倍光学系１５と結像レンズ１６の間には光分岐手段１８としてのダイクロイックミラーが設けられている。この光分岐手段１８により可視光がメイン光路Ａとして透過し、蛍光（赤外光）が分岐（反射）されてサブ光路Ｂとなる。サブ光路Ｂはプリズム１９で反射され、結像レンズ２０を経て蛍光用の撮像素子２１に導かれる。この撮像素子２１も１／３インチサイズの４ＫＣＣＤイメージセンサである。このように、左右一対のメイン光路Ａの他に、左右一対のサブ光路Ｂが形成され、蛍光の立体映像も撮像素子２１で撮像し、それをモニタ６、８に表示することができる。
【００３５】
モニタ６のサイズが５５インチ（対角長さ１３９７ｍｍ）で、撮像素子１７、２１のサイズが１／３インチ（対角長さ６ｍｍ）のため、モニタ倍率（ＩＭ）は２３２．８倍となる。尚、小型の３２インチのモニタ６の場合は、対角長さが８１３ｍｍのため、モニタ倍率（ＩＭ）は１３５．５倍となる。
【００３６】
手術用観察システムにおける総合倍率（ＴＭ＝ＯＭ×ＩＭ）は、作動距離ＷＤが６０〜１００ｃｍの範囲で、モニタ６のサイズが一般的な小型（３２インチ）から大型（５５インチ）の範囲において３〜４４倍となる。作動距離ＷＤとモニタサイズを選択することにより、３〜４４倍の倍率が得られるため、あらゆる手術台状況に対応することができる。そして各作動距離ＷＤ及びモニタ６、８のサイズから決定される総合倍率の最低倍率から最高倍率までボーダレスで術部を観察することができる。
【００３７】
この実施形態では、作動距離ＷＤが１００ｃｍで、モニタ６として５５インチを選択したため、４．７〜２７．９倍の総合倍率となる。そして、最小総合倍率（４．７倍）から最大総合倍率（２７．９倍）の間を、カメラ３の変倍光学系１５の設定により、１秒から２秒の間で変化させることができる。
【００３８】
図６はその変倍性能を示したグラフである。カメラ３は最小総合倍率から最大総合倍率まで、１秒で変更可能なモードＡと、１．５秒で変更可能なモードＢと、２．０秒で変更可能なモードＣを、操作ハンドル５で選択することができる。図６中のモードＤは従来の速度で、５．０秒で変更可能な変倍速度である。モードＤでは最小総合倍率から最大総合倍率まで変化させるのに時間がかかり操作性が良くない。本実施形態では１〜２秒の間で、メインドクターＤ１が選択した最適なモードで短時間のうちに変化させることができるため、様々な手術局面において瞬時に必要な総合倍率の立体映像をモニタ６、８に表示することができ操作性に優れる。
【００３９】
なお、この実施形態では光分岐手段１８により可視光と赤外光（非可視光）を分岐したが、これに限られるものではなく２つまたはそれ以上のスペクトル領域に分岐したものを、モニタ６、８上に選択的に重ねて表示してもよい。
【００４０】
本発明の第１の技術的側面によれば、モニタが手術台におけるメインドクターとは反対側に配置されているため、モニタと同じく手術台の反対側に位置しているアシスタント等は、モニタに邪魔されることなく術部を直接見ることができ、手術の補助作業を確実に行うことができる。
【００４１】
また低倍率から高倍率までボーダレスで術部を観察するために、場合によっては大型のモニタが必要となるが、モニタが大きくなりメインドクターからモニタを見る上下方向での視野が拡大されても、カメラの作動距離が６０ｃｍ以上あるため、カメラの位置はモニタを見る視野よりも上方へ外れることとなり、モニタの視認性が阻害されない。また作動距離が１００ｃｍ以下のためカメラの解像度が低下し過ぎることもない。
【００４２】
本発明の第２の技術的側面によれば、作動距離が６０〜１００ｃｍの場合に、モニタサイズを選択することにより、総合倍率（光学倍率×モニタ倍率）が３〜４４倍となるため、あらゆる手術状況に対応することができる。そして作動距離及びモニタサイズから決定された最小総合倍率から最大総合倍率までボーダレスで術部を観察することができる。モニタが手術台の反対側にあるため、メインドクターは術部を肉眼で観察することもできる。
【００４３】
本発明の第３の技術的側面によれば、選択された作動距離及びモニタサイズにおける最小総合倍率と最大総合倍率との間を１〜２秒の間で変化させることができるため、手術中に最小総合倍率から最大総合倍率までの倍率範囲をフルに使用しても、短時間で倍率変更でき、操作性に優れる。
【００４４】
本発明の第４の技術的側面によれば、可視光の立体映像から変えて非可視光の立体映像に切り換えることができ、或いは、可視光の立体映像中に非可視光の立体映像を重ねて表示することもできるため、非可視光の蛍光を利用した手術にも対応できる。
【００４５】
（米国指定）
本国際特許出願は米国指定に関し、２０１８年５月２４日に出願された日本国特許出願第特願２０１８−０９９３４１号について米国特許法第１１９条（ａ）に基づく優先権の利益を援用し、当該開示内容を引用する。
【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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【国際調査報告】
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