JP4121845B2

JP4121845B2 - Surgical microscope

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Publication number: JP4121845B2
Application number: JP2002362467A
Authority: JP
Inventors: 昌章植田; 徹新村; 純一野澤; 元一中村; 聡司大塚; 健二大町; 朝規石川; 浩二安永; 正和溝口; 敬司塩田; 知暁山下
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: JP2004188086A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に脳神経外科等で腫瘍摘出手術において使用される手術用顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から脳神経外科手術において微細な術部の拡大観察を行うために手術用顕微鏡が使用されている。手術用顕微鏡は左右独立した観察光路と、それに対応する左右一対の接眼レンズとを有する。そして、各々の接眼レンズを左右眼で観察することにより、術部を拡大かつ立体観察ができる、いわゆる実体顕微鏡を構成している（特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
また、特許文献１には、１つの対物レンズに対し、左右一対の独立した観察光路が対向配置されている。これにより、主観察者の左右眼によって観察対象物を立体観察する主観察光学系が構成されている。さらに、左右の観察光路のいずれか一方に観察光束を２分割するための光分割用光学体が介設されている。この光分割用光学体によって分割される観察光路には副観察光学系が構成されている。そして、主観察光学系を通して主観察者である術者が観察すると同時に、副観察光学系を通して助手や介助者も一緒に観察できるようにすることにより、複数人の術部観察を可能にした構成が示されている。
【０００４】
また、一般に、手術用顕微鏡での拡大立体観察を行う場合、術者はその接眼レンズを覗き込むといった動作を強いられる。そのため、手術用顕微鏡での拡大立体観察時には術者は観察位置や観察姿勢の制限を受ける（特許文献２の従来技術の項参照）。
【０００５】
その制限を緩和し、自由な位置、姿勢での観察を可能にするために術部の画像を一旦ＣＣＤ等の撮像素子で電子画像化し、それをモニターなどの表示手段で表示するいわゆる電子画像顕微鏡が開発されている。そのような手術用顕微鏡として、特許文献２や３がある。
【０００６】
特許文献２には、２つの撮像素子（ＣＣＤ）が内蔵された顕微鏡部の顕微鏡本体部と、この顕微鏡本体部とは別体の独立したファインダーとが設けられている。そして、顕微鏡部の顕微鏡本体部内の２つの撮像素子で撮像された電子画像を顕微鏡本体部とは別の場所のファインダーで観察可能になっている。これにより、術者は顕微鏡部の顕微鏡本体部とは別の自由な位置、姿勢で、独立したファインダーによる術部観察が可能になる。さらに、顕微鏡の配置位置も自由度が広がるため、広い術作業空間が確保できる。（特許文献２の第１および第２の実施の形態参照）
また、特許文献３には、特許文献２の構成に加え、顕微鏡に対する術者の立ち位置を検出する位置検出手段が設けられている。そして、位置検出手段からの検出結果に応じて各々の観察方向に一致した顕微鏡の観察画像（電子画像）をファンダー部に表示する構成になっている。
【０００７】
また、特許文献４には、顕微鏡本体内に３つの撮像素子が配置されている。そのうち、１つの撮像素子を主副観察光路として共有し、他の２つの撮像素子を主副それぞれのもう一方の観察光路に対応させている。そして、副観察者側のファインダーは主観察者側のファインダーに対して共通の撮像素子を中心に回転移動可能になっている。このとき、副観察者側のファインダーの移動に伴って、対応する撮像素子も移動させ、それに合わせて観察画像を回転させて副観察者側の表示モニターに表示させるようになっている。これにより、副側観察者は術部に対して回転方向に移動しても、自然な観察像で立体視が可能となる電子画像手術用顕微鏡が開示されている（特許文献４の第１の実施の形態参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭５５−７５６５号公報
【０００９】
【特許文献２】
特許第３０３２２１４号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２００１−１４５６４０号公報
【００１１】
【特許文献４】
特許第３０４５２０１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示すような光学観察式の手術用顕微鏡を用いる場合、術者はその接眼レンズを覗き込むといった動作を強いられる。そのため、術者はその観察姿勢や観察位置に非常に大きな制限が発生する。
【００１３】
また、接眼レンズを覗き込む都合上、術者の立つ位置は顕微鏡本体に隣接する必要がある。しかしながら、術部と顕微鏡との配置状態は、顕微鏡の光学焦点距離にて決まるため、術部の周囲には広い作業空間が取れない問題がある。そのため、手術作業空間が狭く、術部の処置作業にも制限を及ぼしてしまう問題がある（特許文献２の課題の項参照）。
【００１４】
さらに、副観察者の立ち位置も制限される。そのため、時には、副観察者が主術者の邪魔になったり、さらには、手術室で使用される様々な機器との干渉により、観察できない状況が発生する可能性がある。
【００１５】
また、特許文献２、３では、顕微鏡本体内に撮像素子を内蔵することで、いわゆる電子画像化し、かつ顕微鏡本体とは独立したファインダーで立体観察可能とすることで、術者の術部に対する位置、姿勢を自由に変更可能にしている。
【００１６】
しかし、特許文献２では、観察画像を生成する顕微鏡本体に対して観察者が位置を移動した際、その観察位置に対して撮像画像を生成する撮像素子の向きにズレが生じる。すなわち、実際の術者の観察方向と、ファインダーに表示される画像の向きにズレが生じる。従って、術者が術部を処置する際に、術部内でその手（処置具）を動かす作業時に、実際に手が動く方向と、ファインダーで観察している電子画像に表示される手（処置具）が動く方向とにズレが生じる。そのため、実際にはファインダーに表示される電子画像を観察しながら目的の方向に正確に手（処置具）を動かす作業は難しく、術者が術部を処置する作業に時間がかかる問題がある。
【００１７】
また、特許文献３では、術者の顕微鏡本体に対する位置を検出し、その観察方向に合わせファインダーに表示される電子画像を回転させることを可能にしている。
【００１８】
しかしながら、この場合は、電子画像を生成している撮像素子に入射される左右一対の観察光軸を含む平面と、ファインダーに表示される画像の向き（回転方向）にズレがある。そのため、撮像素子による術部の立体観察時の左右視差の方向と、ファインダーに表示される観察画像の向き（回転方向）とにズレがあるので、実際には左右像の融像が行えないといった問題がある。
【００１９】
また、特許文献４では、副観察者側の側ファインダーの移動に伴って、対応する撮像素子も移動させ、それに合わせて観察画像を回転させて副観察者用の表示モニターに表示させている。そのため、副側観察者は術部に対して回転方向に移動しても、自然な観察像で立体視が可能となっている。
【００２０】
しかしながら、この特許文献４では、特許文献１と同様に、顕微鏡本体と表示モニターとが一体で構成されているため、仮に本構成を主側観察光路に用いたとしても、術部に対する観察位置、姿勢の自由度が乏しい。また、主副ともに本構成を用いた場合には、両者が干渉する可能性が生じるので、さらに、その観察姿勢、位置の自由度が制限されるおそれがある。
【００２１】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、顕微鏡本体の配置に制限されることなく、術者が術部に対して自由な位置、姿勢での術部の拡大観察を行なうことができ、さらに、その観察画像が常に、観察姿勢に対応した自然な像の向きでかつ、自然な立体感を得ることができる手術用顕微鏡を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固定ハウジングに取り付けられ、物体からの光を入射する対物光学系と、この対物光学系に対向配置され、前記対物光学系から出射される光束から左右の眼に対応する左右一対の観察像をそれぞれ結像する左右一対の結像光学系と、前記左右の結像光学系の各観察光軸上における結像面に配置される左右一対の撮像手段と、を有する顕微鏡部と、前記左右一対の撮像手段によって生成される物体の観察像を表示する画像表示手段と、を具備する手術用顕微鏡において、前記左右の各観察光軸から等距離離間した中心軸を中心として、前記結像光学系および前記撮像手段を前記固定ハウジングに対して回転可能に保持する回転保持手段と、前記顕微鏡部に対する前記画像表示手段の相対位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段によって得られる検出結果に基いて前記画像表示手段に表示される表示画像の表示形態を制御する表示画像制御手段とを具備したことを特徴とする手術用顕微鏡である。
そして、本発明では、回転保持手段によって左右の各観察光軸から等距離離間した中心軸を中心として、結像光学系および撮像手段を前記固定ハウジングに対して回転可能に保持し、観察時には位置検出手段によって顕微鏡部に対する画像表示手段の相対位置を検出し、この位置検出手段によって得られる検出結果に基いて表示画像制御手段によって画像表示手段に表示される表示画像の表示形態を制御するようにしたものである。
【００２３】
また、本発明は、被検体の光学像を得るための左右両眼に対応する２つの観察光軸を形成する観察光学系を有する光学顕微鏡と、前記観察光学系を保持する保持手段と、前記光学顕微鏡に設けられ、前記２つの観察光軸から等距離離間した中心軸を回転軸として前記保持手段を前記光学顕微鏡の鏡体に対して回転可能に支持する回転支持手段と、前記回転支持手段を回転するための動力を前記回転支持手段に伝達する動力伝達手段と、前記２つの観察光軸に対応するように前記保持手段に設けられて前記２つの観察光軸に対応する前記被検体の光学像を撮像する撮像手段と、前記光学顕微鏡と離間して設けられて前記撮像手段で撮像される前記被検体の光学像を観察可能な左右両眼に対応する表示部を有する第１の観察手段と、前記中心軸に関して前記第１の観察手段と異なる角度で前記光学顕微鏡と離間して設けられて前記撮像手段で撮像される前記被検体の光学像を観察可能な左右両眼に対応する表示部を有する第２の観察手段と、前記第１の観察手段および前記第２の観察手段の前記中心軸に対する位置を検出可能な観察位置検出手段と、前記保持手段の前記光学顕微鏡の鏡体に対する回転に応じて回転する前記撮像手段の位置を検出可能な回転検出手段と、前記観察位置検出手段及び前記回転位置検出手段で得られる検出結果に基づいて、前記第１の観察手段及び前記第２の観察手段の各々から前記被検体の光学像を観察する位置と前記撮像手段の回転位置との一致を検出する一致検出手段と、前記一致検出手段の検出結果に応じて前記撮像手段で撮像された前記被検体の光学像を前記第１の観察手段の表示部及び前記第２の観察手段の表示部に供給する光学像供給手段と、を備えることを特徴とする手術用顕微鏡である。
そして、本発明では、保持手段によって観察光学系を保持し、光学顕微鏡の回転支持手段によって２つの観察光軸から等距離離間した中心軸を回転軸として保持手段を光学顕微鏡の鏡体に対して回転可能に支持する。観察時には、２つの観察光軸に対応する被検体の光学像を撮像手段によって撮像し、さらに、回転支持手段を回転するための動力を動力伝達手段によって回転支持手段に伝達する。このとき、第１の観察手段および第２の観察手段の中心軸に対する位置を観察位置検出手段によって検出し、さらに保持手段の光学顕微鏡の鏡体に対する回転に応じて回転する撮像手段の位置を回転検出手段によって検出する。この観察位置検出手段及び回転位置検出手段で得られる検出結果に基づいて、第１の観察手段及び第２の観察手段の各々から被検体の光学像を観察する位置と撮像手段の回転位置との一致を一致検出手段によって検出し、この一致検出手段の検出結果に応じて撮像手段で撮像された被検体の光学像を光学像供給手段によって第１の観察手段の表示部及び第２の観察手段の表示部に供給するようにしたものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１乃至図７（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。図１は本実施の形態の手術用顕微鏡のシステム全体の概略構成を示すものである。図１に従い手術用顕微鏡のシステム全体の構成について説明する。
【００２５】
本実施の形態の手術用顕微鏡のシステムには物体の観察像を撮像する光学顕微鏡である手術用顕微鏡の鏡体（顕微鏡部）１と、物体の観察像を表示する画像表示手段としてのヘッドマウントディスプレー（以下、ＦＭＤと記載する）２とが設けられている。
【００２６】
手術用顕微鏡の鏡体１は３次元的に自由な位置に配置固定可能な自在アーム３に支持されている。この自在アーム３は図示しない架台によって保持されている。
【００２７】
さらに、図２に示すように鏡体１には大径な略円筒状の固定ハウジング４と、この固定ハウジング４よりも小径な可動ハウジング５とが設けられている。固定ハウジング４の図２中で下面には軸心位置に対物レンズ６が配設されている。
【００２８】
また、固定ハウジング４の内部には対物レンズ６の上方に左右一対のズーム光学系７ａ，７ｂが配置されている。これら左右のズーム光学系７ａ，７ｂの各中心光軸上には、同じく左右一対の結像レンズ（結像光学系）８ａ，８ｂが配置されており、さらに、各結像レンズ８ａ，８ｂによる結像面上には左右一対の撮像素子（撮像手段）９ａ，９ｂが設けられている。これにより、左右両眼に対応する２つの観察光学系１０ａ，１０ｂが形成されている。そして、左側の観察光学系１０ａのズーム光学系７ａと、結像レンズ８ａと、撮像素子９ａとの各中心光軸によって左側の観察光軸ＯＬが形成されている。同様に、右側の観察光学系１０ｂのズーム光学系７ｂと、結像レンズ８ｂと、撮像素子９ｂとの各中心光軸によって右側の観察光軸ＯＲが形成されている。さらに、左側の観察光軸ＯＬと右側の観察光軸ＯＲとは対物レンズ６の中心軸Ｏ１から等距離に配置されている。
【００２９】
また、これらズーム光学系７ａ，７ｂ、結像レンズ８ａ，８ｂ、撮像素子９ａ，９ｂは可動ハウジング５内に配置固定されている。固定ハウジング４と可動ハウジング５との間には、回転保持手段としてのベアリング１１が介設されている。そして、可動ハウジング５はベアリング１１を介して固定ハウジング４に対物レンズ６の中心軸Ｏ１回りに回動可能に保持されている。
【００３０】
また、可動ハウジング５の外周面にはギヤ１２が一体的に取付けられている。このギヤ１２には駆動ギヤ１３が噛合されている。この駆動ギヤ１３はモータ１４の中心軸に固定されている。さらに、駆動ギヤ１３の中心軸にはこの駆動ギヤ１３の回転角度を検出するエンコーダー１５が取付けられている。
【００３１】
また、固定ハウジング４の上端部には外周面に複数個の受光素子１６が周方向に沿って等間隔に配置されている。この受光素子１６は、ＦＭＤ２の後述する発光ダイオード（ＬＥＤ）１７と共に本実施の形態における鏡体１に対するＦＭＤ２の相対位置を検出する位置検出手段を構成している。
【００３２】
また、図３に示すように複数個の受光素子１６は表示画像制御手段である制御回路１８に各々接続されている。そして、この制御回路１８によって複数個の受光素子１６のどれが発光ダイオード１７からの照射光を受光したかを判別するようになっている。さらに、制御回路１８にはモータ１４の駆動回路１９およびエンコーダー１５がそれぞれ接続されている。そして、この制御回路１８からの制御信号によって駆動回路１９を介してモータ１４が駆動されるようになっている。
【００３３】
また、ＦＭＤ２には左右一対のＬＣＤ等の表示素子２０ａ，２０ｂが設けられている。これらの表示素子２０ａ，２０ｂには鏡体１の左右の撮像素子９ａ，９ｂによって得られる左右一対の術部画像がそれぞれ表示されるようになっている。なお、図４に示すように左右の撮像素子９ａ，９ｂは画像コントロールユニット２１に接続されている。さらに、この画像コントロールユニット２１は生成した電子画像を表示するためにＦＭＤ２に電気的に接続されている。
【００３４】
また、ＦＭＤ２には、左右の表示素子２０ａ，２０ｂ間に発光ダイオード１７が取付けられている。さらに、ＦＭＤ２内には図５に示すように発光ダイオード１７を駆動させるための電源２２および駆動回路２３が内蔵されている。
【００３５】
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の手術用顕微鏡の使用時には、術者は初めにＦＭＤ２を装着し、鏡体１に対して図１中で、矢印Ａ１の観察方向から術部Ｐを観察する。この時、術者が装着したＦＭＤ２の発光ダイオード１７は受光素子１６に向かって赤外光を発する。
【００３６】
この状態で、固定ハウジング４の外周面の複数の受光素子１６のうち、発光ダイオード１７に対向する位置の受光素子１６が、発光ダイオード１７からの赤外光を受光し、その結果を制御回路１８に出力する。このとき、制御回路１８はＦＭＤ２の発光ダイオード１７からの赤外光を受光した受光素子１６の位置を判断する。これにより、図６に示す概念図のように可動ハウジング４内に保持されている左右一対の観察光軸ＯＬ，ＯＲを含む平面ＰＬに対する観察光軸ＯＬ，ＯＲ間の中心軸Ｏ１と発光ダイオード１７、すなわちＦＭＤ２との間を結ぶ直線Ｌとのズレ角度αを算出する。
【００３７】
続いて、制御回路１８は該ズレ角度αが“０”になるのに必要な可動ハウジング５の回転角度および回転方向を計算した後、駆動信号をモータ１４に出力する。これにより、モータ１４により駆動ギヤ１３が回転され、可動ハウジング５に一体的に取付けられたギヤ１２にその駆動力が伝達される。例えば、ギヤ１２と駆動ギヤ１３のギヤ比を２：１とし、ズレ角度α＝３０°の場合、モータ１４すなわち駆動ギヤ１３の必要回転角度は６０°となる。
【００３８】
ここで、可動ハウジング５はベアリング１１を介して固定ハウジング４に保持されているため、可動ハウジング５は固定ハウジング４に対して、その中心軸Ｏ１の軸回りに回転される。このとき、駆動ギヤ１３の中心軸に設けられたエンコーダー１５により、駆動ギヤ１３の回転角度が常に検出され、制御回路１８にフィードバックされている。
【００３９】
その後、可動ハウジング５の回転により、駆動ギヤ１３の回転角度が前述の計算結果（例えば６０°）の回転角度に達した状態が検出されると、制御回路１８はその駆動信号の出力を停止する。これにより、ＦＭＤ２の左右の表示素子２０ａ，２０ｂ間を結ぶ直線（平面）と左右の観察光軸ＯＬ，ＯＲを含む平面ＰＬとは平行な状態となる。
【００４０】
また、術部Ｐを発した光は、固定ハウジング４内の対物レンズ６を通過した後、左右一対のズーム光学系７ａ，７ｂを介して所望の観察倍率に変換され、結像レンズ８ａ，８ｂによって、撮像素子９ａ，９ｂに結像される。この時、ＦＭＤ２の左右の表示素子２０ａ，２０ｂ間を結ぶ直線（平面）と左右観察光軸ＯＬ，ＯＲを含む平面ＰＬは前述の如く、平行に配置されているため、撮像される術部画像は常に術者側から見た画像の向きで、かつ術者の左右眼による視差の方向と一致した向きで撮像される。さらに、撮像素子９ａ，９ｂで観察画像が電気信号に変換された後、各撮像素子９ａ，９ｂから出力される撮像信号が画像コントロールユニット２１に入力される。
【００４１】
これにより、左右の各撮像素子９ａ，９ｂからの入力信号に従い、画像コントロールユニット２１が術部Ｐの左右一対の術部観察画像を生成する。そして、この画像コントロールユニット２１からは左右一対の術部観察画像にそれぞれ対応する画像信号が出力され、術者が装着しているＦＭＤ２の左右の表示素子２０ａ，２０ｂにそれぞれ表示される。
【００４２】
よって、術者は鏡体１に対して所望の観察位置、および姿勢で術部Ｐの立体拡大観察像を観察することができる。図７（Ａ）はこのときのＦＭＤ２による術部観察画像の状態の一例を示す。図７（Ａ）中で、２４はＦＭＤ２による術部観察画像の観察視野であって、２５はその観察画像、例えば血管の走行状態を示している。
【００４３】
また、術者が図１中で、矢印Ａの観察方向の位置から矢印Ｂ方向に移動し、次に矢印Ａ２の観察方向の位置から観察する場合には、次の通りとなる。すなわち、矢印Ａ２の観察方向の位置でＦＭＤ２の発光ダイオード１７からの赤外光が、その位置に対向する受光素子１６で受光される。その受光結果によって、前述の制御回路１８が同様の処理を行ない、可動ハウジング５を回転させる。これにより、ＦＭＤ２による術者の観察画像は図７（Ｂ）に示すように変更され、矢印Ａ２方向からの画像としてＦＭＤ２の左右の表示素子２０ａ，２０ｂにそれぞれ表示される。
【００４４】
さらに、術者が上記Ａ１、Ａ２以外の方向に移動した場合にも、同様の処理が行われ、ＦＭＤ２の術部観察画像２５は常に術者の観察方向と対応する方向からの画像として表示される。
【００４５】
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態においては、ＦＭＤ２に赤外ダイオード１７を装着し、鏡体１の固定ハウジング４の複数の受光素子１６によって赤外ダイオード１７の位置を検出する。これにより、鏡体１に対するＦＭＤ２の回転角度を検出するといった比較的簡単な構成により、術者の立ち位置を検出し、左右観察光軸ＯＬ，ＯＲを含む平面ＰＬを常にその術者の向きに合わせることができる。そのため、ＦＭＤ２によって表示される画像は術者の観察方向から見た観察画像であり、術部Ｐを処置する際にも、術者の手や処置具が動く方向と、ＦＭＤ２に表示される手や処置具が動く方向とを一致させることができるため、確実な術部処置が可能となる。
【００４６】
また、ＦＭＤ２の左右の表示素子２０ａ，２０ｂに表示される画像は術者の左右眼による肉眼観察時と同じ視差での表示が可能となるので、術者による融像が可能となり、自然な立体感が得られる効果がある。
【００４７】
したがって、本実施の形態では従来のように術者が手術用顕微鏡の接眼レンズを覗き込むことなく、自由な立ち位置で術者が術部Ｐの顕微鏡観察が可能となる。
【００４８】
また、図８乃至図１０は本発明の第２の実施の形態を示すものである。本実施の形態は第１の実施の形態（図１乃至図７（Ａ），（Ｂ）参照）の手術用顕微鏡の構成を次の通り変更したものである。なお、本実施の形態の手術用顕微鏡の鏡体１の内部の光学系の部分の構成は第１の実施の形態の手術用顕微鏡と同一構成になっている。そのため、第１の実施の形態の手術用顕微鏡と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略し、ここでは第１の実施の形態の手術用顕微鏡と異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図８は本実施の形態における手術用顕微鏡のシステム全体の概略構成を示すものである。本実施の形態の手術用顕微鏡の鏡体１には鏡体アーム３０が一体的に取付けられている。この鏡体アーム３０は自在アーム３に取付けられ、第１の実施の形態と同様に鏡体１を３次元的に自由な位置に配置固定できるようになっている。さらに、本実施の形態の手術用顕微鏡のシステムには、術者が装着する第１のＦＭＤ３１と、助手等の第２の術者である副術者が装着する第２のＦＭＤ３２とが設けられている。
【００５０】
また、鏡体アーム３０には複数個の第１の発光ダイオード３３が固定ハウジング４に対して所定（既知）の距離離れて取付けられている。さらに、第１のＦＭＤ３１には複数個の第２の発光ダイオード３４、同様に第２のＦＭＤ３２には複数個の第３の発光ダイオード３５がそれぞれ取付けられている。
【００５１】
さらに、本実施の形態の手術用顕微鏡のシステムには、鏡体１および第１，第２の各ＦＭＤ３１，３２の３次元的な位置を検出する位置検出手段としてのナビゲーション装置３６が設けられている。このナビゲーション装置３６にはセンサアーム３７と、ワークステーション３８とが設けられている。
【００５２】
センサアーム３７には２つの赤外カメラ３９ａ，３９ｂが内蔵されている。そして、これらの赤外カメラ３９ａ，３９ｂによって各発光ダイオード３３，３４，３５からの赤外光を受光するようになっている。さらに、センサアーム３７はワークステーション３８に電気的に接続されている。そして、赤外カメラ３９ａ，３９ｂから出力される受光信号はワークステーション３８に送信されるようになっている。そして、これら、発光ダイオード３３，３４，３５、センサアーム３７およびワークステーション３８により、ナビゲーション装置３６が構成されている。
【００５３】
また、図１０は本実施の形態の手術用顕微鏡における画像表示制御部４３を示すものである。この画像表示制御部４３には演算回路４０と、画像制御回路４１とが設けられている。演算回路４０にはモータ１４と、エンコーダー１５と、ワークステーション３８と、画像制御回路４１とがそれぞれ電気的に接続されている。そして、演算回路４０ではワークステーション３８からの出力信号に基いて鏡体１と第１，第２の各ＦＭＤ３１，３２との相対位置から、鏡体１の２つの観察光軸ＯＬ，ＯＲを含む平面ＰＬの向きを演算するようになっている。さらに、この演算回路４０からモータ１４に駆動信号を出力するようになっている。
【００５４】
さらに、画像制御回路４１には２つの画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂが接続されている。一方の画像コントロールユニット４２ａには左側の撮像素子９ａ、他方の画像コントロールユニット４２ｂには右側の撮像素子９ｂがそれぞれ接続されている。そして、撮像素子９ａ，９ｂからの撮像信号が各画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂにそれぞれ入力され、各々画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂにより、左右一対の観察画像を生成するようになっている。
【００５５】
また、画像制御回路４１には各画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂから出力される画像信号がそれぞれ入力されるとともに、演算回路４０からの出力信号が入力されるようになっている。そして、演算回路４０からの入力信号に応じて、該画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂによって生成される観察画像から、平面ＰＬの指定位置に応じた観察画像を切り出し、第１，第２の各ＦＭＤ３１，３２にそれぞれの観察画像を出力（供給）するようになっている。
【００５６】
次に、上記構成の本実施の形態の作用について説明する。本実施の形態の手術用顕微鏡の使用時には、術者は第１の実施の形態と同様に第１のＦＭＤ３１を装着し、顕微鏡による術部Ｐの拡大観察を行う。さらに、これに合わせて、助手等の第２の術者も、第２のＦＭＤ３２を装着して顕微鏡による術部Ｐの拡大観察を行う。
【００５７】
この顕微鏡観察時には、鏡体アーム３０に取付けられた、発光ダイオード３３が図示しない駆動回路によって点灯される。この発光ダイオード３３の光はセンサアーム３７に内蔵された赤外カメラ３９ａ，３９ｂによって検出される。この赤外カメラ３９ａ，３９ｂからの検出結果はワークステーション３８に入力される。これにより、ナビゲーション装置３６によって鏡体１、すなわち固定ハウジング４の３次元的空間位置が算出される。
【００５８】
次に、術者が装着した第１のＦＭＤ３１の発光ダイオード３４が図示しない駆動回路によって点灯される。この発光ダイオード３４の光も同様にセンサアーム３７に内蔵された赤外カメラ３９ａ，３９ｂによって検出され、ナビゲーション装置３６によって第１のＦＭＤ３１の３次元的空間位置が鏡体１と同様に算出される。
【００５９】
さらに、同様に第２の術者が装着した第２のＦＭＤ３２の３次元的空間位置も同様に、その発光ダイオード３５の光がセンサアーム３７に内蔵された赤外カメラ３９ａ，３９ｂによって検出されることにより、ナビゲーション装置３６によって算出される。
【００６０】
ここで、発光ダイオード３３，３４，３５はそれぞれ発光パターンにそれぞれ違いを持たせて発光するため、固定ハウジング４、第１のＦＭＤ３１、第２のＦＭＤ３２はそれぞれ識別されて、その３次元位置が検出される。
【００６１】
続いて、ワークステーション３８は前述の算出結果から、図９に示すように中心軸Ｏ１を中心とした固定ハウジング４に対する第１のＦＭＤ３１、第２のＦＭＤ３２の相対角度、例えば図９のαおよびβを算出し、その算出結果を演算回路４０に出力する。
【００６２】
また、顕微鏡観察中、モータ１４は図示しない駆動回路によって駆動され、駆動ギヤ１３が高速回転される。この駆動ギヤ１３の回転に連動してギヤ１２を介して可動ハウジング５もその中心軸Ｏ１の軸まわりに高速回転される。このとき、駆動ギヤ１３の回転角度がエンコーダー１５によって検出され、演算回路４０に入力される。
【００６３】
さらに、演算回路４０は駆動ギヤ１３とギヤ１２のギヤ比から、可動ハウジング５、すなわち左右の観察光軸ＯＬ，ＯＲを含む平面ＰＬの固定ハウジング４に対する回転角度をリアルタイムで算出する。そして、可動ハウジング５の回転中に演算回路４０は固定ハウジング４に対する平面ＰＬの相対角度が、ワークステーション３８から入力される固定ハウジング４に対する第１のＦＭＤ３１の相対角度αに一致した時点で、画像制御回路４１に第１の画像出力信号を、また、第２のＦＭＤ３２の相対角度βに一致した時点で、画像制御回路４０に第２の画像出力信号をそれぞれ出力する。
【００６４】
また、顕微鏡観察中、左右の撮像素子９ａ，９ｂからの撮像信号がそれぞれ画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂに入力される。そして、各画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂによって左右一対の術部観察画像が生成され、該観察画像は画像制御回路４１に入力される。この画像制御回路４１は演算回路４０からの第１の画像出力信号に連動して第１のＦＭＤ３１に観察画像を出力（供給）する。また、演算回路４０からの第２の画像出力信号に連動して第２のＦＭＤ３２に観察画像を出力（供給）する。
【００６５】
すなわち、顕微鏡観察中、第１のＦＭＤ３１および第２のＦＭＤ３２には断続的に画像が表示されることになるが、実際には可動ハウジング５が高速回転されているため、観察者（術者および第２の術者）は連続的な画像として術部の立体拡大観察を行うことができる。
【００６６】
そこで、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、術者は常に自然な立体感および画像の向きで術部の拡大観察が可能となる。さらに、本実施の形態ではこれに加え、術者に対して例えば助手等の第２の術者にも自然な立体感および第２の術者から見た向きの画像を提供できるため、２人での手術作業が可能となり、手術の効率向上につながる効果がある。
【００６７】
また、本実施の形態では、第１および第２の術者にそれぞれＦＭＤを装着し、合計２名で観察する場合について説明したが、更に別のＦＭＤを使用し、例えばその発光ダイオードの発光パターンを変えることで、同時観察者を増やすことができる。
【００６８】
また、図１１は本発明の第３の実施の形態を示すものである。本実施の形態は第１の実施の形態（図１乃至図７（Ａ），（Ｂ）参照）の手術用顕微鏡における図２のズーム光学系７ａ，７ｂを取り除き、観察光学系のズーム機能を画像コントロールユニットによる電子ズームに変更したものである。この変更部分以外の構成は第１の実施の形態の手術用顕微鏡と同一構成になっている。そのため、第１の実施の形態の手術用顕微鏡と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略し、ここでは第１の実施の形態の手術用顕微鏡と異なる部分についてのみ説明する。
【００６９】
すなわち、本実施の形態では可動ハウジング５内には左右一対の結像レンズ８ａ，８ｂと、撮像素子９ａ，９ｂとが内蔵されている。これにより、左右両眼に対応する２つの観察光学系５１ａ，５１ｂが形成されている。そして、左側の観察光学系５１ａの結像レンズ８ａと、撮像素子９ａとの各中心光軸によって左側の観察光軸ＯＬが形成されている。同様に、右側の観察光学系５１ｂの結像レンズ８ｂと、撮像素子９ｂとの各中心光軸によって右側の観察光軸ＯＲが形成されている。
【００７０】
また、画像コントロールユニット２１内には、生成された観察画像を所望の倍率に変換する、いわゆる電子ズーム回路が内蔵されている。なお、第２の実施の形態に本実施の形態を適用し、２つの画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂに電子ズーム回路を内蔵する構成にしてもよい。
【００７１】
次に、上記構成の本実施の形態の作用について説明する。本実施の形態の基本的な作用は第１の実施の形態と同様である。そして、本実施の形態では、顕微鏡観察時に術部Ｐを発した光は、対物レンズ６、結像レンズ８ａ，８ｂを介して、撮像素子９ａ，９ｂ上に結像される。さらに、撮像素子９ａ，９ｂで観察画像が電気信号に変換された後、各撮像素子９ａ，９ｂから出力される撮像信号が画像コントロールユニット２１にそれぞれ入力され、観察画像として生成される。そして、この画像コントロールユニット２１からは左右一対の術部観察画像にそれぞれ対応する画像信号が出力され、術者が装着しているＦＭＤ２の左右の表示素子２０ａ，２０ｂにそれぞれ表示される。
【００７２】
また、術者が観察画像を所望の倍率に変更する場合には、図示しない入力スイッチを操作する。このとき、入力スイッチの操作にともない画像コントロールユニット２１内の電子ズーム回路によって観察画像が所望の倍率に変換され、術者が装着しているＦＭＤ２の左右の表示素子２０ａ，２０ｂにそれぞれ表示される。
【００７３】
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態においては、第１の実施の形態の手術用顕微鏡における図２のズーム光学系７ａ，７ｂに代えて、観察光学系のズーム機能を画像コントロールユニット２１による電子ズームに変更したため、可動ハウジング５内の重量を軽減することができる。従って、可動ハウジング５自体を小型軽量化できる。
【００７４】
さらに、モータ１４への負荷も小さくなることから、可動ハウジング５の回転数を更に速くすることができる。そのため、第２の実施の形態に本実施の形態を適用した場合には、第１，第２の各ＦＭＤ３１，３２により連続的な観察画像を表示させることができる効果がある。
【００７５】
さらに、術部Ｐ上に配置される鏡体１自体を小型化できるため、更なる術作業空間の拡大につながる効果もある。
【００７６】
また、図１２および図１３は本発明の第４の実施の形態を示すものである。本実施の形態は第２の実施の形態（図８乃至図１０参照）の鏡体１の内部構成（図２参照）と、第１のＦＭＤ３１および第２のＦＭＤ３２への観察画像の表示制御方法を次の通り変更したものである。なお、これ以外の部分は第２の実施の形態の手術用顕微鏡と同一構成になっており、第２の実施の形態の手術用顕微鏡と同一部分には同一の符号を付してここではその説明を省略する。
【００７７】
図１２は本実施の形態の鏡体１の内部構成を示す斜視図である。本実施の形態の鏡体１の内部には対物レンズ６の上方に単一のズーム光学系６１が固定ハウジング４内にその中心軸を対物レンズ６の中心軸Ｏ１と一致させるように配置されている。
【００７８】
また、ズーム光学系６１の上方には２組の観察光学ユニット６２ａ，６２ｂが設けられている。ここで、一方の観察光学ユニット６２ａは第２の実施の形態の左右一対の結像レンズ８ａ，８ｂと、撮像素子９ａ，９ｂとによって構成されている。これにより、左右両眼に対応する２つの観察光学系１０ａ，１０ｂが形成されている。そして、左側の観察光学系１０ａの結像レンズ８ａと、撮像素子９ａとの各中心光軸によって左側の観察光軸Ｏ１Ｌが形成されている。同様に、右側の観察光学系１０ｂの結像レンズ８ｂと、撮像素子９ｂとの各中心光軸によって右側の観察光軸Ｏ１Ｒが形成されている。
【００７９】
また、他方の観察光学ユニット６２ｂは新たな左右一対の結像レンズ６３ａ，６３ｂと、左右の結像レンズ６３ａ，６３ｂの各結像位置にそれぞれ配置された撮像素子６４ａ，６４ｂとによって構成されている。これにより、左右両眼に対応する新たな２つの観察光学系６５ａ，６５ｂが形成されている。そして、左側の観察光学系６５ａの結像レンズ６３ａと、撮像素子６４ａとの各中心光軸によって左側の観察光軸Ｏ２Ｌが形成されている。同様に、右側の観察光学系６５ｂの結像レンズ６３ｂと、撮像素子６４ｂとの各中心光軸によって右側の観察光軸Ｏ２Ｒが形成されている。
【００８０】
また、２組の観察光学ユニット６２ａ，６２ｂの各結像レンズ８ａ，８ｂ、６３ａ，６３ｂおよび撮像素子９ａ，９ｂ、６４ａ，６４ｂは可動ハウジング５内に固定されている。そして、ズーム光学系６１および対物レンズ６は２組の観察光学ユニット６２ａ，６２ｂの左右一対の各観察光軸Ｏ１Ｌ，Ｏ１Ｒ、およびＯ２Ｌ，Ｏ２Ｒを包含する大きさに設定されている。
【００８１】
さらに、可動ハウジング５は、第２の実施の形態と同様にその中心軸Ｏ１回りに回転可能に固定ハウジング４に取付けられている。
【００８２】
また、図１３は本実施の形態における画像表示制御部６６の回路構成を示すブロック図である。この画像表示制御部６６の主要部分は第２の実施の形態の画像表示制御部４３（図１０参照）と同様である。そして、本実施の形態の画像表示制御部６６にはそれぞれ演算回路４０に接続された２つの画像制御回路６７ａ，６７ｂが設けられている。
【００８３】
一方の画像制御回路６７ａの入力端には２つの撮像素子９ａ，９ｂからの撮像信号が入力される２つの画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂがそれぞれ接続されている。さらに、この画像制御回路６７ａの出力端には第１のＦＭＤ３１が接続されている。
【００８４】
また、画像制御回路６７ａには各画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂから出力される画像信号がそれぞれ入力されるとともに、演算回路４０からの出力信号が入力されるようになっている。そして、演算回路４０からの入力信号に応じて、該画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂによって生成される観察画像から、平面ＰＬの指定位置に応じた観察画像を切り出し、第１のＦＭＤ３１にそれぞれの観察画像を出力（供給）するようになっている。
【００８５】
また、他方の画像制御回路６７ｂの入力端には２つの撮像素子６４ａ，６４ｂからの撮像信号が入力される２つの画像コントロールユニット６８ａ，６８ｂがそれぞれ接続されている。さらに、この画像制御回路６７ｂの出力端には第２のＦＭＤ３２が接続されている。
【００８６】
また、画像制御回路６７ｂには各画像コントロールユニット６８ａ，６８ｂから出力される画像信号がそれぞれ入力されるとともに、演算回路４０からの出力信号が入力されるようになっている。そして、演算回路４０からの入力信号に応じて、該画像コントロールユニット６８ａ，６８ｂによって生成される観察画像から、平面ＰＬの指定位置に応じた観察画像を切り出し、第２のＦＭＤ３２にそれぞれの観察画像を出力（供給）するようになっている。
【００８７】
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の手術用顕微鏡では顕微鏡観察時には、術部Ｐを発した光はズーム光学系６１によって所望の観察倍率に変換された後、第２の実施の形態と同様に、結像レンズ８ａ，８ｂによって撮像素子９ａ，９ｂ上に結像される。さらに、術部Ｐを発した光は結像レンズ６３ａ，６３ｂによって撮像素子６４ａ，６４ｂ上にも同様に結像される。
【００８８】
ここで、撮像素子９ａ，９ｂからの撮像信号は画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂに入力される。そして、各画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂによって左右の観察画像が生成される。
【００８９】
このとき、演算回路４０はナビゲーション装置３６を構成するワークステーション３８からの入力により、第１のＦＭＤ３１を装着した術者および、第２のＦＭＤ３２を装着した第２の術者の固定ハウジング４に対する相対的な角度ズレをαおよびβとして算出する。
【００９０】
続いて、演算回路４０は可動ハウジング５が、角度αに一致した際、画像制御回路６７ａに第１の画像出力信号を出力する。よって、第１のＦＭＤ３１には、その術者の立ち位置に対応した視差および向きの画像が表示される。
【００９１】
また、撮像素子６４ａ，６４ｂからの撮像信号は画像コントロールユニット６８ａ，６８ｂに入力される。そして、各画像コントロールユニット６８ａ，６８ｂによって左右の観察画像が生成される。
【００９２】
このとき、演算回路４０は可動ハウジング５が角度βに一致した際、画像制御回路６７ｂに第２の画像出力信号を出力する。よって、第２の術者が装着している第２のＦＭＤ３２には、第１のＦＭＤ３１と同様に、第２の術者の立ち位置に対応した視差および向きの画像が表示される。
【００９３】
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の手術用顕微鏡では、術者が装着している第１のＦＭＤ３１と、第２の術者が装着している第２のＦＭＤ３２にそれぞれ対応した左右一対の撮像素子９ａ，９ｂ、６４ａ，６４ｂ、画像コントロールユニット４２ａ，４２ｂ、６８ａ，６８ｂおよび画像制御回路６７ａ，６７ｂを設けている。そのため、術者が装着している第１のＦＭＤ３１と、第２の術者が装着している第２のＦＭＤ３２にそれぞれ対応した画像を比較的簡単に表示することができる。
【００９４】
さらに、固定ハウジング４内に単一のズーム光学系６１を設けたので、第３の実施の形態と同様に可動ハウジング５を小型化でき、該可動ハウジング５の高速回転が可能となる。また、本実施の形態では電子ズームを行う必要が無いため、画像の劣化を防止できる効果がある。
【００９５】
さらに、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。
記
（付記項１）物体からの光を入射する対物光学系と該対物光学系から出射される光束を左右眼像として左右一対の観察光軸を各々の中心軸に結像する左右一対の結像光学系と該結像光学系による結像面上に配置される左右一対の撮像手段とを有する顕微鏡部と、該撮像手段によって生成される物体の観察像を表示する画像表示手段とからなる手術用顕微鏡において、前記左右一対の観察光軸から等距離離間した中心軸を中心として、前記結像光学系および撮像手段を回転可能に保持する回転保持手段と、前記顕微鏡部に対する画像表示手段の相対位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段によって得られる検出結果に基づいて前記画像表示手段に表示する表示画像の表示形態を制御する表示画像制御手段を有したことを特徴とする手術用顕微鏡。
【００９６】
（付記項２）物体からの光を入射する対物光学系と該対物光学系から出射される光束を左右眼像として左右一対の観察光軸を各々の中心軸に結像する左右一対の結像光学系と該結像光学系による結像面上に配置される左右一対の撮像手段とを有する顕微鏡部と、該撮像手段によって生成される物体の観察像を表示する２つ以上の画像表示手段とからなる手術用顕微鏡において、前記左右一対の観察光軸から等距離離間した中心軸を中心として、前記結像光学系および撮像手段を回転可能に保持する回転保持手段と、前記顕微鏡部に対する２つ以上の画像表示手段の相対位置を各々検出する位置検出手段と、該位置検出手段によって得られる検出結果に基づいて前記２つ以上の画像表示手段に表示する表示画像の表示形態を制御する表示画像制御手段を有したことを特徴とする手術用顕微鏡。
【００９７】
（付記項３）前記位置検出手段が発光素子および受光素子からなることを特徴とする付記項１に記載の手術用顕微鏡。
【００９８】
（付記項４）前記位置検出手段が３次元位置観測手段からなることを特徴とする付記項１または２に記載の手術用顕微鏡。
【００９９】
（付記項５）前記表示画像制御手段が前記位置検出手段による検出結果に応じて前記撮像手段による撮影画像の一部を切り出す、画像切り出し手段を有することを特徴とする付記項１または２に記載の手術用顕微鏡。
【０１００】
（付記項６）被検体の光学像を得るための左右両眼に対応する２つの観察光軸を形成する観察光学系を有する光学顕微鏡と、
前記観察光学系を保持する保持手段と、
前記光学顕微鏡に設けられて前記２つの観察光軸から等距離離間した中心軸を回転軸として前記保持手段を前記光学顕微鏡の鏡体に対して回転可能に支持する回転支持手段と、
前記回転体を回転するための動力を前記回転体に伝達する動力伝達手段と、
前記２つの観察光軸に対応するように前記保持手段に設けられて前記２つの観察光軸に対応する前記被検体の光学像を撮像する撮像手段と、
前記光学顕微鏡と離間して設けられて前記撮像手段で撮像される前記被検体の光学像を観察可能な左右両眼に対応する表示部を有する第１の観察手段と、
前記中心軸に関して前記第１の観察手段と異なる角度で前記光学顕微鏡と離間して設けられて前記撮像手段で撮像される前記被検体の光学像を観察可能な左右両眼に対応する表示部を有する第２の観察手段と、
前記第１の観察手段および前記第２の観察手段の前記中心軸に対する位置を検出可能な観察位置検出手段と、
前記保持手段の前記光学顕微鏡の鏡体に対する回転に応じて回転する前記撮像手段の位置を検出可能な回転検出手段と、
前記観察位置検出手段及び前記回転位置検出手段で得られる検出結果に基づいて、前記第１の観察手段及び前記第２の観察手段各々から前記被検体の光学像を観察する位置と前記撮像手段の回転位置との一致を検出する一致検出手段と、
前記一致検出手段の検出結果に応じて前記撮像手段で撮像された前記被検体の光学像を前記第１の観察手段の表示部及び前記第２の観察手段の表示部に供給する光学像供給手段と、を備える光学顕微鏡装置。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、顕微鏡本体の配置に制限されることなく、術者が術部に対して自由な位置、姿勢での術部の拡大観察を行なうことができ、さらに、その観察画像が常に、観察姿勢に対応した自然な像の向きでかつ、自然な立体感を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における手術用顕微鏡全体のシステムを示す概略構成図。
【図２】第１の実施の形態の手術用顕微鏡における鏡体の内部の詳細構成を示す縦断面図。
【図３】第１の実施の形態の手術用顕微鏡における可動ハウジングの駆動モータの制御部の回路構成を示すブロック図。
【図４】第１の実施の形態の手術用顕微鏡における左右の撮像素子の画像信号の送信状態を説明するための説明図。
【図５】第１の実施の形態の手術用顕微鏡における発光ダイオードの駆動部の回路構成を示すブロック図。
【図６】第１の実施の形態の手術用顕微鏡におけるヘッドマウントディスプレーと鏡体内の左右一対の観察光軸を含む平面のズレ角度を示す概念図。
【図７】第１の実施の形態の手術用顕微鏡におけるヘッドマウントディスプレーによる観察画像の状態を示すもので、（Ａ）は第１の観察位置における術部観察画像を示す平面図、（Ｂ）は第２の観察位置における術部観察画像を示す平面図。
【図８】本発明の第２の実施の形態における手術用顕微鏡全体のシステムを示す概略構成図。
【図９】第２の実施の形態の手術用顕微鏡における鏡体部を上方から見た状態を示す平面図。
【図１０】第２の実施の形態の手術用顕微鏡における画像表示制御部を示すブロック図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の手術用顕微鏡における顕微鏡鏡体部の内部の詳細構成を示す縦断面図。
【図１２】本発明の第４の実施の形態の手術用顕微鏡における顕微鏡鏡体部の内部の詳細構成を示す縦断面図。
【図１３】第４の実施の形態の手術用顕微鏡における画像表示制御部を示すブロック図。
【符号の説明】
１鏡体（顕微鏡部）
８ａ，８ｂ結像レンズ（結像光学系）
９ａ，９ｂ撮像素子（撮像手段）
１０ａ，１０ｂ観察光学系
１１ベアリング（回転保持手段）
１６受光素子（位置検出手段）
１８制御回路（表示画像制御手段）
ＯＬ，ＯＲ観察光軸
Ｏ１中心軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surgical microscope used in tumor extraction surgery, particularly in neurosurgery and the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a surgical microscope has been used for performing magnified observation of a fine surgical site in neurosurgery. The surgical microscope has an independent observation optical path and a pair of left and right eyepieces. Then, by observing each eyepiece lens with the left and right eyes, a so-called stereomicroscope is configured in which the surgical site can be enlarged and stereoscopically observed (see Patent Document 1 and Patent Document 2).
[0003]
Further, in Patent Document 1, a pair of left and right independent observation optical paths are disposed opposite to one objective lens. Thus, a main observation optical system for stereoscopically observing the observation object with the left and right eyes of the main observer is configured. Furthermore, a light splitting optical body for splitting the observation light beam into two is interposed in either one of the left and right observation light paths. A sub-observation optical system is configured in the observation optical path divided by the light dividing optical body. In addition, the main observer can observe the surgeon as the main observer, and at the same time, the assistant and the assistant can observe together through the auxiliary observation optical system. It is shown.
[0004]
In general, when performing a stereoscopic observation with a surgical microscope, the operator is forced to look into the eyepiece. For this reason, the operator is limited in the observation position and the observation posture at the time of magnified stereoscopic observation with a surgical microscope (see the section of the prior art in Patent Document 2).
[0005]
A so-called electronic image microscope that relaxes the restriction and makes an image of the surgical site once an electronic image with an image sensor such as a CCD and displays it on a display means such as a monitor in order to allow observation at a free position and posture. Has been developed. As such a surgical microscope, there are Patent Documents 2 and 3.
[0006]
Patent Document 2 includes a microscope main body portion of a microscope portion in which two image pickup devices (CCD) are incorporated, and an independent finder separate from the microscope main body portion. And the electronic image imaged with the two image pick-up elements in the microscope main-body part of a microscope part can be observed with the finder of a place different from a microscope main-body part. Thereby, the surgeon can observe the surgical part with an independent finder at a free position and posture different from the microscope main body part of the microscope part. Furthermore, since the degree of freedom of the arrangement position of the microscope is widened, a wide surgical work space can be secured. (Refer to the first and second embodiments of Patent Document 2)
Further, in Patent Document 3, in addition to the configuration of Patent Document 2, position detecting means for detecting the operator's standing position with respect to the microscope is provided. And according to the detection result from a position detection means, it has the structure which displays the observation image (electronic image) of the microscope which corresponded to each observation direction on a funder part.
[0007]
In Patent Document 4, three image sensors are arranged in the microscope body. Among them, one image sensor is shared as the main / sub observation optical path, and the other two image sensors are associated with the other observation optical paths of the main / sub. The finder on the sub-observer side can be rotated about the common image sensor with respect to the finder on the main observer side. At this time, with the movement of the finder on the side of the sub-observer, the corresponding image sensor is also moved, and the observation image is rotated accordingly and displayed on the display monitor on the side of the sub-observer. As a result, an electronic imaging surgical microscope is disclosed that enables stereoscopic viewing with a natural observation image even when the secondary observer moves in the rotational direction with respect to the surgical site (the first in Patent Document 4). Refer to the embodiment).
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No.55-7565
[0009]
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3032214
[0010]
[Patent Document 3]
JP 2001-145640 A
[0011]
[Patent Document 4]
Japanese Patent No. 3045201
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
When using an optical observation type surgical microscope as shown in Patent Document 1, the surgeon is forced to look into the eyepiece. For this reason, the surgeon is extremely limited in the observation posture and the observation position.
[0013]
Also, for the sake of looking into the eyepiece, the position where the operator stands needs to be adjacent to the microscope body. However, since the arrangement state of the surgical site and the microscope is determined by the optical focal length of the microscope, there is a problem that a large work space cannot be taken around the surgical site. Therefore, there is a problem that the operation work space is narrow and restricts the operation work of the surgical site (see the section of the problem in Patent Document 2).
[0014]
Furthermore, the standing position of the sub-observer is also limited. For this reason, sometimes the sub-observer gets in the way of the main operator, and further, a situation in which observation is not possible may occur due to interference with various devices used in the operating room.
[0015]
Further, in Patent Documents 2 and 3, by incorporating an imaging element in the microscope body, so-called electronic imaging is possible, and stereoscopic observation is possible with a viewfinder independent of the microscope body, so that the position of the operator relative to the surgical site The posture can be changed freely.
[0016]
However, in Patent Document 2, when the observer moves the position with respect to the microscope main body that generates the observation image, the orientation of the imaging element that generates the captured image is shifted from the observation position. That is, there is a difference between the actual viewing direction of the surgeon and the orientation of the image displayed on the viewfinder. Therefore, when the surgeon treats the surgical site, when moving the hand (treatment tool) within the surgical site, the direction of the actual movement of the hand and the hand (procedure displayed in the electronic image observed with the viewfinder) Deviation occurs in the direction of movement. Therefore, in practice, it is difficult to move the hand (treatment tool) accurately in the target direction while observing the electronic image displayed on the viewfinder, and there is a problem that it takes time for the surgeon to treat the surgical site.
[0017]
Moreover, in patent document 3, the position with respect to a microscope main body of an operator is detected, and it is possible to rotate the electronic image displayed on a finder according to the observation direction.
[0018]
However, in this case, there is a difference between the plane including the pair of left and right observation optical axes incident on the image sensor that generates the electronic image and the orientation (rotation direction) of the image displayed on the viewfinder. For this reason, there is a difference between the direction of the left-right parallax during the stereoscopic observation of the surgical site by the image sensor and the direction (rotation direction) of the observation image displayed on the viewfinder, so that the right and left images cannot actually be fused. There's a problem.
[0019]
Further, in Patent Document 4, as the side finder on the sub-observer side is moved, the corresponding image sensor is also moved, and the observation image is rotated in accordance with the movement to be displayed on the display monitor for the sub-observer. Therefore, even if the secondary observer moves in the rotational direction with respect to the surgical site, stereoscopic viewing is possible with a natural observation image.
[0020]
However, in Patent Document 4, since the microscope main body and the display monitor are configured integrally as in Patent Document 1, even if this configuration is used for the main-side observation optical path, the observation position with respect to the surgical site, Poor freedom of posture. Further, when this configuration is used for both the main and the sub, there is a possibility that both may interfere with each other, and there is a possibility that the degree of freedom of the observation posture and position is further limited.
[0021]
The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and its purpose is not limited to the placement of the microscope main body, and the operator can perform an enlarged observation of the surgical site at a free position and posture with respect to the surgical site. It is another object of the present invention to provide a surgical microscope which can be performed, and the observation image can always have a natural image orientation corresponding to the observation posture and a natural stereoscopic effect.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The present invention Attached to a fixed housing, An objective optical system that receives light from an object, and a pair of left and right eyes that are opposed to the objective optical system and that respectively form a pair of left and right observation images corresponding to the left and right eyes from a light beam emitted from the objective optical system. Generated by a microscope unit having an imaging optical system, and a pair of left and right imaging means disposed on an imaging plane on each observation optical axis of the left and right imaging optical systems, and the pair of left and right imaging means An operation display microscope for displaying an observation image of an object, wherein the imaging optical system and the imaging means are arranged around a central axis equidistant from the left and right observation optical axes. Against the fixed housing Rotation holding means for holding rotatably, position detection means for detecting the relative position of the image display means with respect to the microscope unit, and display displayed on the image display means based on a detection result obtained by the position detection means A surgical microscope characterized by comprising display image control means for controlling a display form of an image.
In the present invention, the imaging optical system and the imaging means are arranged around the central axis that is equidistantly spaced from the left and right observation optical axes by the rotation holding means. Against the fixed housing The display is held on the image display means by the display image control means based on the detection result obtained by the position detection means. The display form of the image is controlled.
[0023]
The present invention also provides an optical microscope having an observation optical system for forming two observation optical axes corresponding to the left and right eyes for obtaining an optical image of a subject, a holding means for holding the observation optical system, A rotation support unit provided in the optical microscope and configured to rotatably support the holding unit with respect to a mirror body of the optical microscope, with a central axis that is equidistant from the two observation optical axes as a rotation axis; and the rotation support unit Power transmission means for transmitting power for rotating the rotation support means to the rotation support means, and the holding means so as to correspond to the two observation optical axes, and the object corresponding to the two observation optical axes. 1st observation which has an image pick-up part which picturizes an optical image, and a display part corresponding to right and left eyes which can be observed apart from the optical microscope and can observe the optical image of the subject imaged by the image pick-up means Means and said central axis And a display unit corresponding to the left and right eyes that is provided apart from the optical microscope at an angle different from that of the first observation unit and that can observe the optical image of the subject imaged by the imaging unit. Two observation means, an observation position detection means capable of detecting positions of the first observation means and the second observation means with respect to the central axis, and rotation of the holding means with respect to the body of the optical microscope. Based on the detection results obtained by the rotation detection means capable of detecting the position of the rotating imaging means, the observation position detection means and the rotation position detection means, the first observation means and the second observation means A coincidence detecting unit for detecting a coincidence between a position at which an optical image of the subject is observed and a rotational position of the imaging unit; and the subject imaged by the imaging unit according to a detection result of the coincidence detecting unit of An optical image supply means for supplying to the display portion of the display unit and the second observation means of the first observation means Gakuzo a surgical microscope, characterized in that it comprises a.
And in this invention, an observation optical system is hold | maintained by a holding means, and the holding means is made with respect to the mirror body of an optical microscope by making the central axis equidistant from two observation optical axes by the rotation support means of an optical microscope into a rotation axis. Support for rotation. At the time of observation, an optical image of the subject corresponding to the two observation optical axes is picked up by the image pickup means, and further, power for rotating the rotation support means is transmitted to the rotation support means by the power transmission means. At this time, the position of the first observation means and the second observation means relative to the central axis is detected by the observation position detection means, and the position of the imaging means that rotates in accordance with the rotation of the holding means relative to the optical microscope body is further rotated. Detect by detection means. Based on the detection results obtained by the observation position detection means and the rotation position detection means, the position of observing the optical image of the subject from each of the first observation means and the second observation means and the rotation position of the imaging means The coincidence detection unit detects the coincidence, and the optical image of the subject imaged by the imaging unit according to the detection result of the coincidence detection unit is displayed by the display unit of the first observation unit and the second observation unit by the optical image supply unit. It is made to supply to the display part.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7A and 7B. FIG. 1 shows a schematic configuration of the entire system of the surgical microscope according to the present embodiment. The overall configuration of the surgical microscope system will be described with reference to FIG.
[0025]
The surgical microscope system according to the present embodiment has a surgical microscope body (microscope unit) 1 which is an optical microscope for capturing an observation image of an object, and a head mount as an image display means for displaying the observation image of the object. A display (hereinafter referred to as FMD) 2 is provided.
[0026]
The microscope body 1 of the surgical microscope is supported by a free arm 3 that can be arranged and fixed at a free position in three dimensions. The universal arm 3 is held by a gantry (not shown).
[0027]
Further, as shown in FIG. 2, the mirror body 1 is provided with a large-diameter substantially cylindrical fixed housing 4 and a movable housing 5 having a smaller diameter than the fixed housing 4. An objective lens 6 is disposed on the lower surface of the fixed housing 4 in FIG.
[0028]
A pair of left and right zoom optical systems 7 a and 7 b are disposed above the objective lens 6 inside the fixed housing 4. Similarly, a pair of left and right imaging lenses (imaging optical systems) 8a and 8b are arranged on the central optical axes of the left and right zoom optical systems 7a and 7b. A pair of left and right imaging elements (imaging means) 9a and 9b are provided on the imaging plane. Thus, two observation optical systems 10a and 10b corresponding to the left and right eyes are formed. The left observation optical axis OL is formed by the central optical axes of the zoom optical system 7a of the left observation optical system 10a, the imaging lens 8a, and the image sensor 9a. Similarly, the right observation optical axis OR is formed by the central optical axes of the zoom optical system 7b of the right observation optical system 10b, the imaging lens 8b, and the image sensor 9b. Further, the left observation optical axis OL and the right observation optical axis OR are arranged at an equal distance from the central axis O1 of the objective lens 6.
[0029]
The zoom optical systems 7a and 7b, the imaging lenses 8a and 8b, and the image sensors 9a and 9b are arranged and fixed in the movable housing 5. Between the fixed housing 4 and the movable housing 5, a bearing 11 as a rotation holding means is interposed. The movable housing 5 is held by the fixed housing 4 via a bearing 11 so as to be rotatable around the central axis O1 of the objective lens 6.
[0030]
A gear 12 is integrally attached to the outer peripheral surface of the movable housing 5. A driving gear 13 is engaged with the gear 12. The drive gear 13 is fixed to the central axis of the motor 14. Further, an encoder 15 for detecting the rotation angle of the drive gear 13 is attached to the central axis of the drive gear 13.
[0031]
A plurality of light receiving elements 16 are arranged on the outer peripheral surface of the upper end portion of the fixed housing 4 at equal intervals along the circumferential direction. This light receiving element 16 constitutes position detecting means for detecting the relative position of the FMD 2 with respect to the mirror body 1 in the present embodiment together with a light emitting diode (LED) 17 to be described later of the FMD 2.
[0032]
Further, as shown in FIG. 3, the plurality of light receiving elements 16 are respectively connected to a control circuit 18 which is a display image control means. The control circuit 18 determines which of the plurality of light receiving elements 16 has received the irradiation light from the light emitting diode 17. Furthermore, a drive circuit 19 and an encoder 15 for the motor 14 are connected to the control circuit 18. The motor 14 is driven via a drive circuit 19 by a control signal from the control circuit 18.
[0033]
The FMD 2 is provided with a pair of left and right display elements 20a and 20b such as an LCD. On these display elements 20a and 20b, a pair of left and right surgical part images obtained by the left and right imaging elements 9a and 9b of the mirror body 1 are respectively displayed. As shown in FIG. 4, the left and right imaging elements 9 a and 9 b are connected to the image control unit 21. Further, the image control unit 21 is electrically connected to the FMD 2 in order to display the generated electronic image.
[0034]
In the FMD 2, a light emitting diode 17 is attached between the left and right display elements 20a and 20b. Further, the FMD 2 includes a power source 22 and a drive circuit 23 for driving the light emitting diode 17 as shown in FIG.
[0035]
Next, the operation of the above configuration will be described. When using the surgical microscope of the present embodiment, the operator first wears the FMD 2 and observes the surgical site P from the observation direction indicated by the arrow A1 in FIG. At this time, the light emitting diode 17 of the FMD 2 worn by the surgeon emits infrared light toward the light receiving element 16.
[0036]
In this state, among the plurality of light receiving elements 16 on the outer peripheral surface of the fixed housing 4, the light receiving element 16 at a position facing the light emitting diode 17 receives the infrared light from the light emitting diode 17, and the result is obtained from the control circuit 18. Output to. At this time, the control circuit 18 determines the position of the light receiving element 16 that has received the infrared light from the light emitting diode 17 of the FMD 2. As a result, as shown in the conceptual diagram of FIG. 6, the central axis O1 between the observation optical axes OL and OR and the light emitting diode 17 between the plane PL including the pair of left and right observation optical axes OL and OR held in the movable housing 4. That is, a deviation angle α from the straight line L connecting with the FMD 2 is calculated.
[0037]
Subsequently, the control circuit 18 calculates a rotation angle and a rotation direction of the movable housing 5 necessary for the deviation angle α to be “0”, and then outputs a drive signal to the motor 14. As a result, the drive gear 13 is rotated by the motor 14, and the driving force is transmitted to the gear 12 that is integrally attached to the movable housing 5. For example, when the gear ratio between the gear 12 and the drive gear 13 is 2: 1 and the deviation angle α = 30 °, the required rotation angle of the motor 14, that is, the drive gear 13 is 60 °.
[0038]
Here, since the movable housing 5 is held by the fixed housing 4 via the bearings 11, the movable housing 5 is rotated around the central axis O <b> 1 with respect to the fixed housing 4. At this time, the rotation angle of the drive gear 13 is always detected by the encoder 15 provided on the central axis of the drive gear 13 and fed back to the control circuit 18.
[0039]
Thereafter, when the rotation of the movable housing 5 detects that the rotation angle of the drive gear 13 has reached the rotation angle of the calculation result (for example, 60 °), the control circuit 18 stops outputting the drive signal. . Thereby, the straight line (plane) connecting the left and right display elements 20a, 20b of the FMD 2 and the plane PL including the left and right observation optical axes OL, OR are in a parallel state.
[0040]
The light emitted from the surgical part P passes through the objective lens 6 in the fixed housing 4 and is then converted into a desired observation magnification via the pair of left and right zoom optical systems 7a and 7b, thereby forming the imaging lenses 8a and 8b. Thus, an image is formed on the image sensors 9a and 9b. At this time, since the straight line (plane) connecting the left and right display elements 20a, 20b of the FMD 2 and the plane PL including the left and right observation optical axes OL, OR are arranged in parallel as described above, an operation part image to be captured is captured. Is always imaged in the direction of the image viewed from the operator side and in the same direction as the parallax direction by the left and right eyes of the operator. Further, after the observation images are converted into electric signals by the image sensors 9 a and 9 b, the image signals output from the image sensors 9 a and 9 b are input to the image control unit 21.
[0041]
Thereby, the image control unit 21 generates a pair of left and right surgical site observation images of the surgical site P in accordance with input signals from the left and right imaging elements 9a and 9b. The image control unit 21 outputs image signals corresponding to the pair of left and right surgical site observation images, and displays them on the left and right display elements 20a and 20b of the FMD 2 worn by the operator.
[0042]
Therefore, the surgeon can observe the stereoscopic enlarged observation image of the surgical part P at the desired observation position and posture with respect to the mirror body 1. FIG. 7A shows an example of the state of the surgical site observation image by the FMD 2 at this time. In FIG. 7A, reference numeral 24 denotes an observation visual field of the surgical part observation image by the FMD 2, and reference numeral 25 denotes the observation image, for example, the running state of the blood vessel.
[0043]
Further, in the case where the surgeon moves from the position in the observation direction indicated by the arrow A in the direction indicated by the arrow B in FIG. That is, infrared light from the light emitting diode 17 of the FMD 2 is received by the light receiving element 16 facing the position at the position in the observation direction indicated by the arrow A2. Based on the light reception result, the control circuit 18 performs the same processing to rotate the movable housing 5. Thereby, the observation image of the operator by FMD2 is changed as shown in FIG. 7B, and is displayed on the left and right display elements 20a and 20b of FMD2 as images from the direction of arrow A2.
[0044]
Further, when the surgeon moves in a direction other than A1 and A2, the same processing is performed, and the surgical part observation image 25 of FMD2 is always displayed as an image from a direction corresponding to the observation direction of the surgeon. The
[0045]
Therefore, the above configuration has the following effects. That is, in the present embodiment, the infrared diode 17 is mounted on the FMD 2 and the position of the infrared diode 17 is detected by the plurality of light receiving elements 16 of the fixed housing 4 of the mirror body 1. Thus, the operator's standing position is detected by a relatively simple configuration such as detecting the rotation angle of the FMD 2 with respect to the mirror 1, and the plane PL including the left and right observation optical axes OL, OR is always in the direction of the operator. Can be matched. Therefore, the image displayed by the FMD 2 is an observation image viewed from the operator's observation direction. Even when the surgical site P is treated, the direction of the surgeon's hand or treatment tool and the hand displayed on the FMD 2 are displayed. And the direction in which the treatment tool moves can be matched, so that a reliable surgical operation can be performed.
[0046]
Further, the images displayed on the left and right display elements 20a and 20b of the FMD 2 can be displayed with the same parallax as in the case of the naked eye observation by the operator's left and right eyes. There is an effect to get a feeling.
[0047]
Therefore, in the present embodiment, the operator can observe the surgical site P with a microscope at a free standing position without the operator looking into the eyepiece of the surgical microscope as in the prior art.
[0048]
8 to 10 show a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the configuration of the surgical microscope according to the first embodiment (see FIGS. 1 to 7A and 7B) is changed as follows. Note that the configuration of the optical system inside the body 1 of the surgical microscope of the present embodiment is the same as that of the surgical microscope of the first embodiment. Therefore, the same parts as those in the surgical microscope of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Here, only parts different from the surgical microscope of the first embodiment will be described.
[0049]
FIG. 8 shows a schematic configuration of the entire system of the surgical microscope in the present embodiment. A mirror arm 30 is integrally attached to the mirror body 1 of the surgical microscope according to the present embodiment. The mirror arm 30 is attached to the free arm 3 so that the mirror body 1 can be arranged and fixed in a three-dimensional free position as in the first embodiment. Furthermore, the surgical microscope system of the present embodiment is provided with a first FMD 31 worn by an operator and a second FMD 32 worn by a secondary operator who is a second operator such as an assistant. ing.
[0050]
A plurality of first light-emitting diodes 33 are attached to the mirror arm 30 at a predetermined (known) distance from the fixed housing 4. Further, a plurality of second light emitting diodes 34 are attached to the first FMD 31, and similarly, a plurality of third light emitting diodes 35 are attached to the second FMD 32.
[0051]
Furthermore, the surgical microscope system of the present embodiment is provided with a navigation device 36 as position detecting means for detecting the three-dimensional positions of the lens body 1 and the first and second FMDs 31 and 32. Yes. The navigation device 36 is provided with a sensor arm 37 and a workstation 38.
[0052]
The sensor arm 37 incorporates two infrared cameras 39a and 39b. The infrared cameras 39a and 39b receive infrared light from the light emitting diodes 33, 34, and 35. Further, the sensor arm 37 is electrically connected to the workstation 38. The light reception signals output from the infrared cameras 39 a and 39 b are transmitted to the workstation 38. The light emitting diodes 33, 34, 35, the sensor arm 37 and the workstation 38 constitute a navigation device 36.
[0053]
FIG. 10 shows the image display control unit 43 in the surgical microscope of the present embodiment. The image display control unit 43 is provided with an arithmetic circuit 40 and an image control circuit 41. The arithmetic circuit 40 is electrically connected to the motor 14, the encoder 15, the workstation 38, and the image control circuit 41. The arithmetic circuit 40 includes the two observation optical axes OL and OR of the mirror 1 from the relative positions of the mirror 1 and the first and second FMDs 31 and 32 based on the output signal from the workstation 38. The direction of the plane PL is calculated. Further, a drive signal is output from the arithmetic circuit 40 to the motor 14.
[0054]
Further, two image control units 42 a and 42 b are connected to the image control circuit 41. The left image sensor 9a is connected to one image control unit 42a, and the right image sensor 9b is connected to the other image control unit 42b. The imaging signals from the imaging elements 9a and 9b are input to the image control units 42a and 42b, respectively, and a pair of left and right observation images are generated by the image control units 42a and 42b, respectively.
[0055]
The image control circuit 41 is supplied with image signals output from the image control units 42a and 42b, and also receives output signals from the arithmetic circuit 40. Then, in accordance with an input signal from the arithmetic circuit 40, an observation image corresponding to the designated position of the plane PL is cut out from the observation images generated by the image control units 42a and 42b, and the first and second FMDs 31, Each observation image is output (supplied) to 32.
[0056]
Next, the operation of the present embodiment having the above configuration will be described. When using the surgical microscope of the present embodiment, the operator wears the first FMD 31 as in the first embodiment, and performs magnified observation of the surgical site P using a microscope. In accordance with this, a second operator such as an assistant also wears the second FMD 32 and performs magnified observation of the surgical part P using a microscope.
[0057]
During this microscope observation, the light emitting diode 33 attached to the mirror arm 30 is turned on by a drive circuit (not shown). The light from the light emitting diode 33 is detected by infrared cameras 39 a and 39 b built in the sensor arm 37. Detection results from the infrared cameras 39 a and 39 b are input to the workstation 38. Thereby, the navigation device 36 calculates the three-dimensional spatial position of the mirror body 1, that is, the fixed housing 4.
[0058]
Next, the light emitting diode 34 of the first FMD 31 worn by the surgeon is turned on by a drive circuit (not shown). Similarly, the light from the light emitting diode 34 is detected by infrared cameras 39 a and 39 b built in the sensor arm 37, and the three-dimensional spatial position of the first FMD 31 is calculated by the navigation device 36 in the same manner as the mirror 1. .
[0059]
Further, similarly, the three-dimensional spatial position of the second FMD 32 worn by the second operator is also detected by the infrared cameras 39a and 39b incorporated in the sensor arm 37. Thus, the calculation is performed by the navigation device 36.
[0060]
Here, since the light emitting diodes 33, 34, and 35 emit light with different light emission patterns, the fixed housing 4, the first FMD 31, and the second FMD 32 are identified and their three-dimensional positions are detected. Is done.
[0061]
Subsequently, the workstation 38 determines the relative angles of the first FMD 31 and the second FMD 32 with respect to the fixed housing 4 around the central axis O1, as shown in FIG. 9, for example, α and β in FIG. And the calculation result is output to the arithmetic circuit 40.
[0062]
During microscope observation, the motor 14 is driven by a drive circuit (not shown), and the drive gear 13 is rotated at a high speed. In conjunction with the rotation of the drive gear 13, the movable housing 5 is also rotated at high speed around the center axis O1 via the gear 12. At this time, the rotation angle of the drive gear 13 is detected by the encoder 15 and input to the arithmetic circuit 40.
[0063]
Further, the arithmetic circuit 40 calculates, in real time, the rotation angle with respect to the movable housing 5, that is, the fixed housing 4 on the plane PL including the left and right observation optical axes OL and OR, from the gear ratio between the drive gear 13 and the gear 12. During the rotation of the movable housing 5, the arithmetic circuit 40 displays the image when the relative angle of the plane PL with respect to the fixed housing 4 matches the relative angle α of the first FMD 31 with respect to the fixed housing 4 input from the workstation 38. The first image output signal is output to the control circuit 41, and the second image output signal is output to the image control circuit 40 when the relative angle β of the second FMD 32 coincides.
[0064]
Further, during microscope observation, imaging signals from the left and right imaging elements 9a and 9b are input to the image control units 42a and 42b, respectively. Then, a pair of left and right surgical part observation images are generated by the image control units 42 a and 42 b, and the observation images are input to the image control circuit 41. The image control circuit 41 outputs (supplies) an observation image to the first FMD 31 in conjunction with the first image output signal from the arithmetic circuit 40. The observation image is output (supplied) to the second FMD 32 in conjunction with the second image output signal from the arithmetic circuit 40.
[0065]
That is, during the microscope observation, images are intermittently displayed on the first FMD 31 and the second FMD 32. However, since the movable housing 5 is actually rotated at a high speed, The second operator) can perform stereoscopic magnification observation of the surgical site as a continuous image.
[0066]
Therefore, in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the operator can always observe the enlarged operation part with a natural stereoscopic effect and image orientation. Furthermore, in this embodiment, in addition to this, since the operator can be provided with a natural three-dimensional effect and an image viewed from the second operator, for example, to a second operator such as an assistant. This makes it possible to perform surgical operations in the field, and has the effect of improving the efficiency of surgery.
[0067]
Further, in the present embodiment, a case has been described in which FMDs are respectively attached to the first and second surgeons and observed by a total of two persons. However, another FMD is used, for example, a light emission pattern of the light emitting diode. By changing, the number of simultaneous observers can be increased.
[0068]
FIG. 11 shows a third embodiment of the present invention. This embodiment removes the zoom optical systems 7a and 7b in FIG. 2 in the surgical microscope of the first embodiment (see FIGS. 1 to 7A and 7B), and has a zoom function of the observation optical system. This is a change to electronic zoom by the image control unit. The configuration other than the changed portion is the same as that of the surgical microscope according to the first embodiment. Therefore, the same parts as those in the surgical microscope of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Here, only parts different from the surgical microscope of the first embodiment will be described.
[0069]
That is, in the present embodiment, the movable housing 5 includes a pair of left and right imaging lenses 8a and 8b and imaging elements 9a and 9b. Thereby, two observation optical systems 51a and 51b corresponding to both the left and right eyes are formed. The left observation optical axis OL is formed by the central optical axes of the imaging lens 8a of the left observation optical system 51a and the image sensor 9a. Similarly, the right observation optical axis OR is formed by the central optical axes of the imaging lens 8b of the right observation optical system 51b and the image sensor 9b.
[0070]
The image control unit 21 incorporates a so-called electronic zoom circuit that converts the generated observation image into a desired magnification. The present embodiment may be applied to the second embodiment, and the electronic zoom circuit may be built in the two image control units 42a and 42b.
[0071]
Next, the operation of the present embodiment having the above configuration will be described. The basic operation of this embodiment is the same as that of the first embodiment. In the present embodiment, the light emitted from the surgical site P during microscopic observation is imaged on the image sensors 9a and 9b via the objective lens 6 and the imaging lenses 8a and 8b. Further, after the observation images are converted into electric signals by the image pickup devices 9a and 9b, the image pickup signals output from the image pickup devices 9a and 9b are respectively input to the image control unit 21 and are generated as observation images. The image control unit 21 outputs image signals corresponding to the pair of left and right surgical site observation images, and displays them on the left and right display elements 20a and 20b of the FMD 2 worn by the operator.
[0072]
In addition, when the surgeon changes the observation image to a desired magnification, an input switch (not shown) is operated. At this time, the observation image is converted to a desired magnification by the electronic zoom circuit in the image control unit 21 in accordance with the operation of the input switch, and is displayed on the left and right display elements 20a and 20b of the FMD 2 worn by the operator. .
[0073]
Therefore, the above configuration has the following effects. That is, in the present embodiment, the zoom function of the observation optical system is changed to the electronic zoom by the image control unit 21 instead of the zoom optical systems 7a and 7b of FIG. 2 in the surgical microscope of the first embodiment. The weight in the movable housing 5 can be reduced. Therefore, the movable housing 5 itself can be reduced in size and weight.
[0074]
Furthermore, since the load on the motor 14 is also reduced, the rotational speed of the movable housing 5 can be further increased. Therefore, when this embodiment is applied to the second embodiment, there is an effect that continuous observation images can be displayed by the first and second FMDs 31 and 32.
[0075]
Furthermore, since the mirror 1 itself disposed on the surgical part P can be reduced in size, there is an effect that further expands the surgical work space.
[0076]
12 and 13 show a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the internal configuration (see FIG. 2) of the mirror body 1 of the second embodiment (see FIGS. 8 to 10) and the display control method of the observation image on the first FMD 31 and the second FMD 32 are described. Is changed as follows. The other parts have the same configuration as the surgical microscope of the second embodiment, and the same parts as those of the surgical microscope of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and here Description is omitted.
[0077]
FIG. 12 is a perspective view showing the internal configuration of the mirror body 1 of the present embodiment. In the mirror body 1 of the present embodiment, a single zoom optical system 61 is disposed above the objective lens 6 in the fixed housing 4 so that its central axis coincides with the central axis O1 of the objective lens 6. Yes.
[0078]
Two sets of observation optical units 62 a and 62 b are provided above the zoom optical system 61. Here, one observation optical unit 62a is constituted by a pair of left and right imaging lenses 8a and 8b and imaging elements 9a and 9b of the second embodiment. Thus, two observation optical systems 10a and 10b corresponding to the left and right eyes are formed. The left observation optical axis O1L is formed by the central optical axes of the imaging lens 8a of the left observation optical system 10a and the image sensor 9a. Similarly, the right observation optical axis O1R is formed by the central optical axes of the imaging lens 8b of the right observation optical system 10b and the image sensor 9b.
[0079]
The other observation optical unit 62b is composed of a new pair of left and right imaging lenses 63a and 63b and imaging elements 64a and 64b arranged at the imaging positions of the left and right imaging lenses 63a and 63b, respectively. Yes. Thereby, two new observation optical systems 65a and 65b corresponding to the left and right eyes are formed. The left observation optical axis O2L is formed by the central optical axes of the imaging lens 63a of the left observation optical system 65a and the image sensor 64a. Similarly, the right observation optical axis O2R is formed by the center optical axes of the imaging lens 63b of the right observation optical system 65b and the image sensor 64b.
[0080]
Further, the imaging lenses 8a, 8b, 63a, 63b and the image sensors 9a, 9b, 64a, 64b of the two sets of observation optical units 62a, 62b are fixed in the movable housing 5. The zoom optical system 61 and the objective lens 6 are set to a size that includes a pair of left and right observation optical axes O1L and O1R and O2L and O2R of the two sets of observation optical units 62a and 62b.
[0081]
Furthermore, the movable housing 5 is attached to the fixed housing 4 so as to be rotatable around its central axis O1 as in the second embodiment.
[0082]
FIG. 13 is a block diagram showing a circuit configuration of the image display control unit 66 in the present embodiment. The main part of the image display control unit 66 is the same as the image display control unit 43 (see FIG. 10) of the second embodiment. The image display control unit 66 of the present embodiment is provided with two image control circuits 67a and 67b connected to the arithmetic circuit 40, respectively.
[0083]
Two image control units 42a and 42b to which image pickup signals from two image pickup devices 9a and 9b are input are connected to the input end of one image control circuit 67a. Further, the first FMD 31 is connected to the output end of the image control circuit 67a.
[0084]
The image control circuit 67a is supplied with the image signals output from the image control units 42a and 42b, and the output signal from the arithmetic circuit 40. Then, in accordance with an input signal from the arithmetic circuit 40, an observation image corresponding to the designated position of the plane PL is cut out from the observation images generated by the image control units 42a and 42b, and each observation image is displayed on the first FMD 31. Is output (supplied).
[0085]
Two image control units 68a and 68b to which image pickup signals from two image pickup devices 64a and 64b are input are connected to the input end of the other image control circuit 67b. Further, the second FMD 32 is connected to the output terminal of the image control circuit 67b.
[0086]
The image control circuit 67b is supplied with the image signals output from the image control units 68a and 68b and the output signal from the arithmetic circuit 40. Then, in accordance with an input signal from the arithmetic circuit 40, an observation image corresponding to the designated position on the plane PL is cut out from the observation image generated by the image control units 68a and 68b, and each observation image is displayed on the second FMD 32. Is output (supplied).
[0087]
Next, the operation of the above configuration will be described. In the surgical microscope of the present embodiment, at the time of microscopic observation, the light emitted from the surgical part P is converted into a desired observation magnification by the zoom optical system 61, and then the imaging lens 8a as in the second embodiment. , 8b form images on the image sensors 9a, 9b. Further, the light emitted from the surgical site P is similarly imaged on the image sensors 64a and 64b by the imaging lenses 63a and 63b.
[0088]
Here, the imaging signals from the imaging elements 9a and 9b are input to the image control units 42a and 42b. Then, left and right observation images are generated by the image control units 42a and 42b.
[0089]
At this time, the arithmetic circuit 40 receives the input from the workstation 38 that constitutes the navigation device 36, so that the operator wearing the first FMD 31 and the second operator wearing the second FMD 32 are relative to the fixed housing 4. A typical angle shift is calculated as α and β.
[0090]
Subsequently, the arithmetic circuit 40 outputs a first image output signal to the image control circuit 67a when the movable housing 5 coincides with the angle α. Therefore, the first FMD 31 displays an image with parallax and orientation corresponding to the operator's standing position.
[0091]
In addition, imaging signals from the imaging elements 64a and 64b are input to the image control units 68a and 68b. Then, left and right observation images are generated by the image control units 68a and 68b.
[0092]
At this time, the arithmetic circuit 40 outputs a second image output signal to the image control circuit 67b when the movable housing 5 coincides with the angle β. Therefore, similarly to the first FMD 31, the parallax and orientation images corresponding to the standing position of the second operator are displayed on the second FMD 32 worn by the second operator.
[0093]
Therefore, the above configuration has the following effects. That is, in the surgical microscope of the present embodiment, a pair of left and right imaging elements 9a corresponding to the first FMD 31 worn by the operator and the second FMD 32 worn by the second operator, respectively. 9b, 64a, 64b, image control units 42a, 42b, 68a, 68b and image control circuits 67a, 67b are provided. Therefore, images corresponding to the first FMD 31 worn by the operator and the second FMD 32 worn by the second operator can be displayed relatively easily.
[0094]
Furthermore, since the single zoom optical system 61 is provided in the fixed housing 4, the movable housing 5 can be reduced in size as in the third embodiment, and the movable housing 5 can be rotated at a high speed. Further, in the present embodiment, since there is no need to perform electronic zoom, there is an effect of preventing image degradation.
[0095]
Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
Next, other characteristic technical matters of the present application are appended as follows.
Record
(Additional Item 1) A pair of left and right images formed by forming an objective optical system that receives light from an object and a light beam emitted from the objective optical system as left and right eye images and a pair of left and right observation optical axes on respective central axes. Surgery comprising an optical system and a microscope unit having a pair of left and right imaging means arranged on an imaging surface by the imaging optical system, and an image display means for displaying an observation image of an object generated by the imaging means A rotation holding means for rotatably holding the imaging optical system and the imaging means around a central axis equidistant from the pair of left and right observation optical axes, and a relative relationship between the image display means and the microscope section. Surgery comprising: position detection means for detecting a position; and display image control means for controlling a display form of a display image displayed on the image display means based on a detection result obtained by the position detection means Microscope.
[0096]
(Additional Item 2) A pair of left and right images forming an objective optical system that receives light from an object and a light beam emitted from the objective optical system as left and right eye images, and a pair of left and right observation optical axes on the respective central axes. A microscope unit having an optical system and a pair of left and right imaging units arranged on an imaging plane by the imaging optical system, and two or more image display units for displaying an observation image of an object generated by the imaging unit A rotation holding means for rotatably holding the imaging optical system and the imaging means about a central axis that is equidistantly spaced from the pair of left and right observation optical axes, and 2 for the microscope section. A position detection unit for detecting the relative positions of the two or more image display units, and a display for controlling a display form of a display image displayed on the two or more image display units based on a detection result obtained by the position detection unit. Image system A surgical microscope characterized by having a control means.
[0097]
(Additional Item 3) The surgical microscope according to Additional Item 1, wherein the position detecting unit includes a light emitting element and a light receiving element.
[0098]
(Additional Item 4) The surgical microscope according to Additional Item 1 or 2, wherein the position detection unit includes a three-dimensional position observation unit.
[0099]
(Additional Item 5) The additional image item 1 or 2, wherein the display image control unit includes an image cutout unit that cuts out a part of a photographed image by the imaging unit in accordance with a detection result by the position detection unit. Surgical microscope.
[0100]
(Additional Item 6) An optical microscope having an observation optical system that forms two observation optical axes corresponding to the left and right eyes for obtaining an optical image of a subject;
Holding means for holding the observation optical system;
A rotation support unit that is provided in the optical microscope and rotatably supports the holding unit with respect to a mirror body of the optical microscope with a central axis that is equidistant from the two observation optical axes as a rotation axis;
Power transmission means for transmitting power for rotating the rotating body to the rotating body;
An imaging unit that is provided in the holding unit so as to correspond to the two observation optical axes and that captures an optical image of the subject corresponding to the two observation optical axes;
First observation means having a display unit corresponding to the left and right eyes, which is provided separately from the optical microscope and capable of observing an optical image of the subject imaged by the imaging means;
A display unit corresponding to the left and right eyes, which is provided at a different angle from the first observation unit with respect to the central axis and is capable of observing an optical image of the subject imaged by the imaging unit. A second observation means comprising:
Observation position detection means capable of detecting positions of the first observation means and the second observation means relative to the central axis;
A rotation detecting means capable of detecting a position of the imaging means rotating according to the rotation of the holding means with respect to the mirror body of the optical microscope;
Based on the detection results obtained by the observation position detection means and the rotation position detection means, the position at which the optical image of the subject is observed from each of the first observation means and the second observation means, and the imaging means A coincidence detecting means for detecting a coincidence with the rotational position;
An optical image supply unit that supplies an optical image of the subject imaged by the imaging unit to the display unit of the first observation unit and the display unit of the second observation unit according to the detection result of the coincidence detection unit. And an optical microscope apparatus.
[0101]
【The invention's effect】
According to the present invention, without being limited to the arrangement of the microscope main body, the operator can perform magnified observation of the surgical site at a free position and posture with respect to the surgical site, and the observation image is always It is possible to obtain a natural stereoscopic effect with a natural image orientation corresponding to the observation posture.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an entire system of a surgical microscope according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a detailed configuration inside a mirror body in the surgical microscope according to the first embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of a control unit of a drive motor of a movable housing in the surgical microscope according to the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a transmission state of image signals of left and right imaging elements in the surgical microscope according to the first embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing a circuit configuration of a drive unit of a light emitting diode in the surgical microscope according to the first embodiment.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a deviation angle of a plane including a head mount display and a pair of left and right observation optical axes in the lens body in the surgical microscope according to the first embodiment.
FIGS. 7A and 7B show a state of an observation image by a head-mounted display in the surgical microscope according to the first embodiment. FIG. 7A is a plan view showing a surgical part observation image at a first observation position. FIG. 7 is a plan view showing a surgical part observation image at a second observation position.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a system for an entire operation microscope according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing a state in which a lens body portion of the surgical microscope according to the second embodiment is viewed from above.
FIG. 10 is a block diagram showing an image display control unit in the surgical microscope according to the second embodiment.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a detailed configuration inside a microscope body in a surgical microscope according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a detailed configuration of the inside of a microscope body in a surgical microscope according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing an image display control unit in the surgical microscope according to the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Mirror body (microscope part)
8a, 8b Imaging lens (imaging optical system)
9a, 9b Image sensor (imaging means)
10a, 10b Observation optical system
11 Bearing (Rotation holding means)
16 Light receiving element (position detecting means)
18 Control circuit (display image control means)
OL, OR Observation optical axis
O1 center axis

Claims

An objective optical system that is attached to a fixed housing and receives light from an object, and a pair of left and right observation images corresponding to the left and right eyes from a light beam emitted from the objective optical system, facing each objective optical system. A microscope unit having a pair of left and right imaging optical systems for imaging, and a pair of left and right imaging means disposed on an imaging surface on each observation optical axis of the left and right imaging optical systems;
Image display means for displaying an observation image of the object generated by the pair of left and right imaging means;
In a surgical microscope comprising:
Rotation holding means for holding the imaging optical system and the imaging means rotatably with respect to the fixed housing around a central axis that is equidistantly spaced from the left and right observation optical axes;
Position detecting means for detecting a relative position of the image display means with respect to the microscope unit;
And a display image control means for controlling a display form of a display image displayed on the image display means based on a detection result obtained by the position detection means.

An optical microscope having an observation optical system that forms two observation optical axes corresponding to the left and right eyes for obtaining an optical image of the subject;
Holding means for holding the observation optical system;
Rotation support means provided in the optical microscope and rotatably supporting the holding means with respect to a fixed housing of the optical microscope with a central axis spaced equidistant from the two observation optical axes as a rotation axis;
Power transmission means for transmitting power for rotating the rotation support means to the rotation support means;
An imaging unit that is provided in the holding unit so as to correspond to the two observation optical axes and that captures an optical image of the subject corresponding to the two observation optical axes;
First observation means having a display unit corresponding to the left and right eyes, which is provided separately from the optical microscope and capable of observing an optical image of the subject imaged by the imaging means;
A display unit corresponding to the left and right eyes, which is provided at a different angle from the first observation unit with respect to the central axis and is capable of observing an optical image of the subject imaged by the imaging unit. A second observation means comprising:
Observation position detection means capable of detecting positions of the first observation means and the second observation means relative to the central axis;
A rotation detecting means capable of detecting a position of the imaging means rotating according to the rotation of the holding means with respect to the mirror body of the optical microscope;
Based on detection results obtained by the observation position detection means and the rotation position detection means, a position for observing the optical image of the subject from each of the first observation means and the second observation means, and the imaging means A coincidence detecting means for detecting a coincidence with the rotational position of
An optical image supply unit that supplies an optical image of the subject imaged by the imaging unit to the display unit of the first observation unit and the display unit of the second observation unit according to the detection result of the coincidence detection unit. And a surgical microscope characterized by comprising: