JP2007229507A - 手術用顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】ブレーキやクラッチが同時に解放されて鏡体が不用意に移動するのを確実に防止できる手術用顕微鏡を提供する。
【解決手段】鏡体26を支持する支持機構と、支持機構の駆動部に設けられ、鏡体26を傾斜もしくは旋回させるために支持機構を駆動させるY軸、X軸モータ49、49xと、駆動部の駆動を固定する固定状態、もしくは駆動部の駆動を固定しない解除状態に選択的に切り替えるY軸、X軸ブレーキ43,43xと、Y軸、X軸モータ49、49xによる駆動力を駆動部に対して伝達する接続状態、もしくは伝達しない解放状態に選択的に切り替えるY軸、X軸クラッチ47、47xと、Y軸、X軸クラッチ47、47xの動作状態を検出するクラッチ電流用検出部163と、Y軸、X軸モータ49、49xの駆動開始時においてクラッチ電流用検出部163によりクラッチが接続状態であると検出された場合には、Y軸、X軸ブレーキ43,43xの固定状態から解除状態への切り替えを許容することを特徴とする。
【選択図】図12
【解決手段】鏡体26を支持する支持機構と、支持機構の駆動部に設けられ、鏡体26を傾斜もしくは旋回させるために支持機構を駆動させるY軸、X軸モータ49、49xと、駆動部の駆動を固定する固定状態、もしくは駆動部の駆動を固定しない解除状態に選択的に切り替えるY軸、X軸ブレーキ43,43xと、Y軸、X軸モータ49、49xによる駆動力を駆動部に対して伝達する接続状態、もしくは伝達しない解放状態に選択的に切り替えるY軸、X軸クラッチ47、47xと、Y軸、X軸クラッチ47、47xの動作状態を検出するクラッチ電流用検出部163と、Y軸、X軸モータ49、49xの駆動開始時においてクラッチ電流用検出部163によりクラッチが接続状態であると検出された場合には、Y軸、X軸ブレーキ43,43xの固定状態から解除状態への切り替えを許容することを特徴とする。
【選択図】図12
Description
本発明は微小部位の手術、特に脳神経外科において使用される手術用顕微鏡に関する。
近年手術手法、手術器具の発達に伴い微細手術、いわゆるマイクロサージャリーが頻繁に行われるようになってきている。特に脳神経外科においては観察位置、観察方向を頻繁に変えることが要求されるため、術者が鏡体部を軽い力で素早く、しかも確実に所望の位置角度に移動、固定する架台が望まれている。鏡体部の重量および回転モーメントを平衡重りで相殺し、鏡体部を軽い力量で傾斜、上下、水平移動可能な、傾斜機構ならびに平衡移動機構を有する、いわゆるカウンターバランス方式の架台が、例えば、特許文献1として開示されている。
このカウンターバランス方式の架台では、鏡体部に接続されている重量物、具体的には助手用の側視鏡の位置を変更した場合には、鏡体部の重心位置がずれてしまいバランスの調整が必要となる。このバランス調整方法として、例えば、特許文献2として開示されている。
また、一般的に鏡体部の重心を移動させバランス調整を行う方法として、例えば、特許文献3として開示されている。
特公昭53−23168号公報
特開昭56ー20448号公報
特公平7−47998号公報
しかしながら、特許文献2に開示されたバランスの調整は、平行クランク機構を移動し、水準器の気泡が中心になるように設定し、調整ネジをゆるめて玉継ぎ手の固定を解除し、顕微鏡の重心が鉛直に垂下した後、再度調整ネジにより玉継ぎ手を固定する作業を行わなければならない。手術中は、手術用顕微鏡が消毒、滅菌されている状態であり、かつ顕微鏡の下方に患者がいるのでこの作業を実施するのは非常に困難である。実際には、手術中にバランスが崩れても調整せずにそのまま使用しなければならず、顕微鏡の移動に大きな力を必要とし術者の疲労につながっていた。
また、調整ネジを回転し顕微鏡を上下方向に移動させて顕微鏡の傾斜に関するバランスを調整することが提案されているが、上下方向に顕微鏡を移動させる調整機構を備えることは重量の増加につながり顕微鏡を移動させる力の増加を招く。更に調整個所が増加するため調整作業は煩わしいものとなり、使用者により確実にバランス調整が行われていないと、手術中に顕微鏡を移動させようとした場合に術者の意図しない方向に顕微鏡が自然に移動し、操作しずらいものであった。
また、特許文献3のものは、バランスの調整は、各回転軸まわりに回転する部材を平行に移動し、重心を回転軸に一致させる方法である。この方式では調整部分の変位量と重心の変位量が同じであるため、調整機構部が大型化してしまう。手術中、顕微鏡周辺に大きな突出があると、術者の手が当ったり、肉眼で直接術部や周辺を観察しようとした時に、視野の妨げとなってしまい、効率よく手術を行うことができず、手術時間が長くなるという問題がある。
本発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、鏡体を傾斜もしくは旋回させるための支持機構を駆動させるモータ及びブレーキ、クラッチを備え、モータの駆動開始時においてクラッチが接続状態である場合には、ブレーキの固定状態から解除状態へ切り替えられ、その後、モータが駆動するようにし、ブレーキやクラッチが同時に解放されて鏡体が不用意に移動するのを確実に防止できる手術用顕微鏡を提供することである。
本発明は、前記目的を達成するために、請求項1は、鏡体と、前記鏡体を支持するとともに、前記支持した鏡体を少なくとも傾斜もしくは旋回可能に駆動させる駆動部を有する支持機構と、前記支持機構の駆動部に設けられ、前記鏡体を傾斜もしくは旋回させるために前記支持機構を駆動させるモータと、前記駆動部の駆動を固定する固定状態、もしくは前記駆動部の駆動を固定しない解除状態に選択的に切り替えるブレーキと、前記モータによる駆動力を前記駆動部に対して伝達する接続状態、もしくは伝達しない解放状態に選択的に切り替えるクラッチと、前記クラッチの動作状態を検出するクラッチ検出部と、前記モータの駆動開始時において前記クラッチ検出部により前記クラッチが接続状態であると検出された場合には、前記ブレーキの固定状態から解除状態への切り替えを許容する駆動制御部とを具備したことを特徴とする手術用顕微鏡にある。
請求項2は、請求項1において、さらに、前記ブレーキの動作状態を検出するブレーキ検出部を有し、前記駆動制御部は、前記モータの駆動終了時において前記ブレーキ検出部により前記ブレーキが接続状態であると検出された場合には、前記クラッチの接続状態から解放状態への切り替えを許容することを特徴とする。
請求項3は、請求項2において、さらに、前記モータを駆動操作するための駆動信号を出力する入力部を有し、前記駆動制御部は前記駆動信号に応じて前記クラッチを接続状態に切り替えるとともに、前記クラッチ検出部が前記クラッチの接続状態を検出するのに応じて前記ブレーキを解除状態に切り替えた後、前記モータを駆動させることを特徴とする。
請求項4は、請求項3において、前記モータはX軸モータ、Y軸モータからなり、
前記クラッチはそれぞれ前記X軸、Y軸モータに対応するX軸クラッチ、Y軸クラッチからなり、前記ブレーキはそれぞれ前記X軸、Y軸モータに対応するX軸ブレーキ、Y軸ブレーキからなり、前記入力部は前記X軸モータを駆動操作するためのX軸入力部、及び前記Y軸モータを駆動操作するためのY軸入力部を有することを特徴とする。
前記クラッチはそれぞれ前記X軸、Y軸モータに対応するX軸クラッチ、Y軸クラッチからなり、前記ブレーキはそれぞれ前記X軸、Y軸モータに対応するX軸ブレーキ、Y軸ブレーキからなり、前記入力部は前記X軸モータを駆動操作するためのX軸入力部、及び前記Y軸モータを駆動操作するためのY軸入力部を有することを特徴とする。
請求項5は、請求項4において、前記駆動制御部は、前記X軸モータ、Y軸モータの少なくとも一方の駆動開始に応じて、X軸クラッチ、Y軸クラッチの両方を接続状態にするとともに、前記X軸ブレーキ、Y軸ブレーキの両方を解除状態にすることを特徴とする。
本発明の構成によれば、駆動信号が入力されると、まずクラッチが接続され、クラッチが接続されたのを検知してからブレーキが解除されてモータが駆動して鏡体を傾斜もしくは旋回することができ、ブレーキやクラッチが同時に解放されて鏡体が不用意に移動するのを確実に防止できるという効果がある。
図1〜図5は手術用顕微鏡を示す。図1において、1は手術室内を移動可能な手術用顕微鏡のベースであり、このベース1には支柱2が立設されている。支柱2には該支柱2に対し鉛直軸A1まわりに回動可能に支持されたリンク座3が設けられている。
リンク座3には第一平行四辺形リンク4が設けられている。この第一平行四辺形リンク4は、複数のリンク5、6、7及び8をそれぞれ端部において、鉛直軸A1に対し直角をなしかつ互いに平行な軸A2、A3、A4、A5まわりに回動自在に接続され、前記リンク座3に対し、軸A2と平行な軸A6まわりに回動可能に支持されている。
また、第一平行四辺形リンク4を構成するリンク7の端部には後述する鏡体26、鏡体接続アーム25、第一平行四辺形リンク4、後述する第2平行四辺形リンク15の重量による回転モーメントを相殺し、平衡状態を保つための平衡重り31が設けられている。
前記支柱2には電装系を内蔵するコントロールボックス9が設けられており、このコントロールボックス9には後述する電動視野移動を操作可能なフットスイッチ10が接続されている。
さらに、支柱2の先端部にはリンク座3の支柱2に対する鉛直軸A1まわりの回動をロック可能な電磁ブレーキ11が設けられ、前記リンク6にはリンク座3に対する鉛直軸A6まわりの回動をロック可能な電磁ブレーキ12が設けられ、さらに前記リンク7にはリンク6に対する軸A5まわりの回動をロック可能な電磁ブレーキ13が設けられている。
第一平行四辺形リンク4を構成するリンク5には第二平行四辺形リンク15が設けられている。この第二平行四辺形リンク15は複数のリンク16、17、18、19、20及び21をそれぞれの端部、及びリンク18とリンク19の中間点において、それぞれ紙面に垂直な軸まわりに回動自在に接続することにより構成されている。
この第二平行四辺形リンク15は前記第1平行四辺形リンク4に対して軸A7まわりに回動可能かつリンク5に設置されたハウジング14内に内蔵された後述する電磁ブレーキにより固定可能に支持されている。ハウジング14内には図1中X+〜X−方向への電動視野移動機構が内蔵されている。さらに第二平行四辺形リンク15は、後述する鏡体接続アーム25をリンク21に対し旋回軸A8まわりに回動可能かつ電磁ブレーキ29により固定可能に支持している。
また、第二平行四辺形リンク15を構成するリンク17には該リンク17に対するリンク18の回動をロック可能な後述する電磁ブレーキ及び図1中のY+〜Y−方向への後述する電動視野移動機構を内蔵したハウジング22が設けられている。
本手術用顕微鏡では、第二平行四辺形リンク15により鏡体支持機構が構成され、第一平行四辺形リンク4により平衡移動機構が構成されている。
前記鏡体接続アーム25の下方には鏡体26が支持されている。また、図1中C点は旋回軸A8まわりに回動する部材すなわち鏡体26と鏡体接続アーム25の合成された重心を示している。C点は常に旋回軸A8上に一致すなわち旋回軸A8まわりに関して平衡状態になるように、後述する鏡体接続アーム25により調整可能である。
また、鏡体26には術者が把持するグリップ27が設けられ、グリップ27にはスイッチ28が設けられている。このスイッチ28はコントロールボックス9内の制御部に接続されている。また、鏡体26には助手用の観察鏡筒30が設けられ、この観察鏡筒30は手術中に鏡体26に対して位置角度を変更可能である。
次に、図1に示したハウジング22に内蔵されたY+〜Y−方向の電動視野移動機構の詳細な構成を図2に基づいて説明する。図2は図1の矢印B方向から見た軸A9における断面図である。
第二平行四辺形リンク15を構成するリンク18には回転シャフト40が固着され、この回転シャフト40はベアリング41a、41bによりリンク17に対し軸A9と同軸に回動可能に支持されている。そして、前記リンク17にハウジング22が固着されている。
回転シャフト40にはフランジ40aが一体に設けられ、このフランジ40aとリンク17との間で、回転シャフト40の基端部には無励磁作動型のY軸電磁ブレーキ43が設けられている。このY軸電磁ブレーキ43は、回転シャフト40のフランジ40aに板バネ43aを介して軸A9軸方向にのみ移動可能に接続されたアーマチュア43bと、図示しない永久磁石を内蔵し、非通電時はアーマチュア43bを吸引固定し、通電時に図示しない内部コイルにより発生する磁界により永久磁石の磁力を相殺し、アーマチュア43bの吸引を解除するステータ43cより構成されている。
また、前記回転シャフト40の先端部には細径部40bが形成され、この細径部40bにはベアリング45a、45bにより歯車リング44が軸A9まわりに回動可能に支持されている。歯車リング44の左端には平歯車44aが形成され、リング46により軸A9方向の移動が規制されている。
また、前記リンク17に固着されたハウジング22の内部にはY軸電磁クラッチ47が設けられている。このY軸電磁クラッチ47は、回転シャフト40の切欠き溝40cに圧入されたキー48にて回転シャフト40に一体的に固定されたローター47aと、前記歯車リング44に板バネ47bを介して軸A9方向のみ移動可能に接続されたアーマチュア47cと、通電時のみ図示しない内部コイルにより発生する磁界によりアーマチュア47cをローター47aに一体的に吸引固定するステーター47dより構成されている。
さらに、前記ハウジング22の内部にはエンコーダ51を有するY軸モータ49が固定されている。このY軸モータ49の出力軸49aには前記歯車リング44の平歯車44aと噛合する平歯車50が固着されている。
前述のY軸電磁ブレーキ43、Y軸電磁クラッチ47及びY軸モータ49は前記コントロールボックス9内の駆動回路にそれぞれ接続されている。なお、図1中のハウジング14に内蔵されたX+〜X−方向の電動視野移動機構の構成は、前述したY+〜Y−方向と同様であり、番号の後にxを付して説明は省略する。
次に、図3に従い鏡体接続アーム25の詳細な構成について説明する。本実施形態では鏡体接続アーム25がスライダクランク機構59を形成している。
前記第二平行四辺形リンク15を構成するリンク21に旋回軸A8まわりに回動可能に支持された第一アーム60が設けられている。この第一アーム60には旋回軸A8と直交する軸A10まわりに回動可能に接続されたL字形の第二アーム61が設けられている。この第二アーム61には旋回軸A8及び軸A10と直交する軸A11まわりに回動可能に接続された第三アーム62が設けられ、この第三アーム62には鏡体26が支持されている。図中D点は前記旋回軸A8、軸A10、軸A11の交点を示している。
前記第二アーム61には軸A10と直角方向に延長する第一溝61aが形成され、この第一溝61aにはその長手方向のみ移動自在な第一スライドブロック63が嵌挿されている。この第一スライドブロック63は、第二アーム61に対し軸A12まわり回動可能に支持され、かつ軸A12の軸線方向の移動を規制されているネジ64と螺合され、ネジ64にはハンドル65が一体に設けられている。
前記第二アーム61には軸A10と平行する方向に延長する第二溝61bが形成され、この第二溝61bにはその長手方向のみ移動自在な第二スライドブロック63aが嵌挿されている。この第二スライドブロック63aは、第一スライドブロック63と同様にネジ64aと螺合され、ネジ64aにはハンドル65aが一体に設けられている。
また、前記第一アーム60と第一スライドブロック63との間には軸A10に平行な軸A13及び軸A14まわりに回動可能な連結リンク66が連結されている。また、第三アーム62と第二スライドブロック63aとの間には連結リンク66aが連結されている。
さらに、図1において、軸A7まわりに回動する部材(第2平行四辺形リンク15、鏡体接続アーム25、鏡体26)の合成された重心Eは常に軸A7上ないし軸A7より下方に位置するように、鏡体接続アーム25の第一アーム60が構成されている。
次に、手術用顕微鏡の作用について説明する。術者がグリップ27のスイッチ28を押すと、スイッチ28より操作信号が制御部に入力され、6個の電磁ブレーキ11,12,13,29、ハウジング14、22内のY軸電磁ブレーキ43、X軸電磁ブレーキ43xに通電し、各軸まわりのロックが解除され、術者は鏡体26を任意の位置、角度に移動させることができる。
ここで助手用観察鏡筒30の位置を変更させた場合、前記重心Cが旋回軸A8上からずれてしまうので、鏡体接続アーム25を調整し再び重心Cを旋回軸A8上に一致させる必要がある。その作用を図3、図4(a)、(b)に従い説明する。
まず、ハンドル65を一方向に回転させると、第一スライドブロック63が第二アーム61の第一溝61aに沿って移動する。すなわち、軸A10、A13、A14にて接続された第一アーム60、第二アーム61、連結リンク66により形成された三角形のリンクの変形により軸A10を中心に鏡体26を左右方向に移動させることが可能である。
次に、ハンドル65aを回転させると、前述の左右方向と同様の作用により、第二アーム61、第三アーム62、連結リンク66aにより形成された三角形のリンクの変形により軸A11を中心に鏡体26を円弧状に移動させることが可能である。
これらX方向及びY方向の鏡体26の移動の組み合わせで鏡体26と鏡体接続アーム25の合成された重心Cを旋回軸A8上に一致させることが可能である。その際、重心Cを旋回軸A8上に一致させた場合、軸A7まわりに回動する部材(第2平行四辺形リンク15、鏡体接続アーム25、鏡体26)の合成された重心Eは常に軸A7上ないし軸A7より下方に位置するようになっているため、グリップ27のスイッチ28を押してY軸電磁ブレーキ43の固定を解除して、鏡体26を第二平行四辺形リンク15と一体に軸A7まわりに左右方向に傾斜させた場合、常に鏡体26は図1の状態(鏡体26を下方に垂下する方向)に傾斜を復元しようとする方向の力を受けるため、手術中に術者の意図しない方向に自然移動しない。
また前後方向においても鏡体26、鏡体接続アーム25、第二平行四辺形リンク15の合成された重心Eは軸A7より下方、すなわち軸A9より下方に位置している。したがって、左右方向と同様にY軸電磁ブレーキ43の固定を解除した時に、常に鏡体26は図1の状態(鏡体26を下方に垂下する方向)に傾斜を復元しようとする方向の力を受けるため、手術中に術者の意図しない方向に自然移動しない。
次に図2及び図5に従いフッとスイッチにより手を使わないで視野を移動できる電動視野移動機構の作用について説明する。図2はY軸電磁ブレーキ43によりアーム18の軸A9まわりの回転が固定され、電動視野移動機構の入力がされていない状態を示している。
フットスイッチ10により、術者から見て前後方向Y+〜Y−方向に電動視野移動の入力がされると、制御部に操作信号が入力され、制御部はY軸電磁クラッチ47に駆動信号を出力する。Y軸電磁クラッチ47はこの出力信号を受けて、ステーター47d内の図示しないコイルに通電し、板バネ47bの力に抗してアーマチュア47cをローター47aに吸着させる。この作用により歯車リング44は板バネ47b、アーマチュア47c、ローター47a、キー48を介して回転シャフト40と一体になり軸A9まわりに回動可能となる。
次に、制御部はY軸電磁ブレーキ43に駆動信号を出力する。Y軸電磁ブレーキ43はこの出力信号を受けて、ステーター43c内の図示しないコイルに通電し、図示しない永久磁石により吸引されているアーマチュア43bを板バネ43aの力によりステーター43cから引き離す。この作用により回転シャフト40がベアリング41a、41bを介してリンク17に対して回動可能となる。
続いて、制御部はY軸モータ49に駆動信号を出力し、Y軸モータ49を回転させ、平歯車49と歯車リング44に形成された平歯車44aの噛み合いにより歯車リング44が回転する。これらの作用によりY軸モータ49を回転させることにより、リンク17に対し軸A9まわりにリンク18が回転する。リンク18の回転により図5に示す第二平行四辺形リンク15の作用により鏡体26をY+〜Y−方向に傾斜させ、視野の移動が可能である。なお、術者から見てX+〜X−方向については、第二平行四辺形リンク15が軸A7まわりに回動可能して視野の移動が可能となり、Y+〜Y−方向と同様の作用であり説明は省略する。
本手術用顕微鏡では、鏡体接続アーム25のバランス調整は、回転軸A8、A10、A11の交点Dを中心に前後左右方向に傾斜可能であるため、左右方向にバランス調整を行っても前後方向のバランスは崩れないので調整作業が容易、確実に行え、術者の疲労の軽減、手術時間の短縮につながるという効果がある。
図6及び図7は、前述した手術用顕微鏡とは、鏡体接続アーム90のみ異なるためこの鏡体接続アーム90に関してのみ説明する。リンク21に対して旋回軸A8まわりに回動可能に支持された第一アーム80と、この第一アーム80に対し旋回軸A8と直交する軸A10まわりに左右方向に回動可能に接続されたL字形の第二アーム81と、この第二アーム81に対し旋回軸A8及び軸A10と直交する軸A11まわりに前後方向に回動可能に接続された第三アーム82からなり、この鏡体接続アーム90の下方に鏡体26が支持されている。図中、D点は旋回軸A8、軸A10、A11の交点を示している。C点は旋回軸A8まわりに回動する部材すなわち鏡体26、鏡体接続アーム90の合成された重心を示している。
第二アーム81にはハンドル83が設けられ、第三アーム82にはハンドル84が設けられている。第二アーム81の内部にはウォームホイール85が設けられ、これは軸A10と同軸に前記第一アーム80に一体的に固着された回転シャフト86に、キー87により軸A9と同軸に一体的に固着されている。
ハンドル83にはウォームホイール85と噛合するウォーム88が設けられ、これは第二アーム81に軸A20まわりに回動可能かつ軸A20の軸線方向の移動を規制された状態で支持されている。なお、第二アーム81と第三アーム82との連結部において、軸A11まわりに前後方向に回動する傾斜機構部の構成は前述の左右方向と同様であり、説明は省略する。
次に作用について説明する。手術中に鏡体26と鏡体接続アーム90の合成された重心Cの位置が旋回軸A8からはずれた場合は同様に、前後方向と左右方向にそれぞれ独立して重心あわせを行う。
ハンドル83を回転させると、ウォーム88が軸A20と同軸上を回転する。ウォーム88に噛合しているウォームホイール85は回転シャフト86、キー87により第一アーム80と一体的に固定されているため、第二アーム81はウォーム88と一体になり軸A10まわりに第一アーム80に対して回転する。鏡体26は第二アーム81の回転により第三アーム82と一体で左右方向に移動する。
ハンドル84を回転させると、前述の左右方向と同様に第二アーム81に対し軸A11まわりに第三アーム82と一体的に鏡体26を前後方向に移動可能である。
したがって、この前後、左右方向の鏡体26の傾斜の組み合わせにより、鏡体接続アーム90と鏡体26の合成された重心Cを軸A8上に一致させることができる。
本実施形態では、鏡体接続アーム90の鏡体26の傾斜機構をウォームホイール85とウォーム88により構成しているため、構造がシンプルで手術時に術者の邪魔にならないという効果がある。
図8は鏡体接続アーム100の回転軸の配置を変更したものである。第二平行四辺形リンク15を構成するリンク21に旋回軸A8まわりに回動可能に支持された第一アーム101と、第一アーム101に対し旋回軸A8と直角で交差しない軸A10まわりに回動可能に接続された第二アーム102とからなり、第二アーム102の下方に鏡体26を旋回軸A8及び軸A10と直角をなし且つ交差しない軸A11まわりに回動可能に支持している。なお、103、104はハンドルであり、第2の実施形態と同様にウォーム、ウォームホイール機構に接続されている。ウォーム、ウォームホイール機構の説明は省略する。
次に作用について説明する。手術中に鏡体26と鏡体接続アーム100の合成された重心Cの位置が旋回軸A8からはずれた場合、第1の実施形態と同様に、前後方向と左右方向にそれぞれ独立して重心あわせを行う。
すなわち、ハンドル103を回転させると、第二アーム102は軸A10まわりに第一アーム101に対して回転する。鏡体26は第二アーム102と一体で左右方向に傾斜する。
また、ハンドル104を回転させると、鏡体26は第二アーム102に対し軸A11まわりにすなわち前後方向に傾斜する。この前後、左右方向の鏡体26の傾斜の組み合わせにより、鏡体接続アーム100と鏡体26の合成された重心Cを旋回軸A8上に一致させることができる。
本手術用顕微鏡によれば、旋回軸A8、軸A10、軸A11がそれぞれ交差しない軸配置としたため、術者にとって鏡体接続アーム100を邪魔にならない形状で構成可能である。具体的には第二アーム102を術者の遠方(反対側)に配置したため、鏡体26の側方に突出がなく手術の妨げにならない。また、第二アーム102に対し直接鏡体26を前後方向に傾斜させるので、部品数が少なく鏡体接続アーム100の構成もシンプルである。
図9〜図11は、手術用顕微鏡の鏡体26は鏡体接続アーム25に支持され、旋回軸A8を軸心として回転自在である。リンク21に対する鏡体26の向きは図9に示すようにポテンショメータ152によって検出され、その検出信号はA/D変換器151を介して駆動方向判別回路150に入力される。
また、駆動方向判別回路150にはフットスイッチ10及びグリップスイッチ28の操作信号がインターフェ−ス回路154を介して入力され、フットスイッチ10の縦置きと横置きの向きはフットスイッチ設定部153から入力される。
駆動方向判別回路150はアーム制御回路155に接続され、このアーム制御回路155は電磁ブレーキ11, 12, 13、29及びY軸電磁ブレーキ43, Y軸電磁クラッチ47,Y軸モータ49, エンコーダ51及びX軸電磁ブレーキ43x, X軸電磁クラッチ47x,X軸モータ49x, エンコーダ51xに制御信号が入力される。
前記ポテンショメータ152は、図10に示すように、リンク21に対する鏡体26の軸A8まわりの位置関係を検出するようになっている。すなわち,360°を45°ずつ8等分してA〜H領域とすると、各領域は±22.5°の範囲では同一の駆動を行うように設定されている。
図11は、鏡体26が図10に示すA領域にある場合を例に示したもので、(イ)はフットスイッチ10が縦置きの場合であり、(ロ)はフットスイッチ10が横置きの場合である。フットスイッチ10が縦置きの場合、観察視野内での移動方向を操作する4つの操作部が上、右、下、左の順に丸数字1,2,3,4となり、術者が鏡体26を覗きながらフットスイッチ10を操作し、例えば、丸数字1の操作部を操作すると、Y+方向がONとなり、駆動方向判別回路150を介してアーム制御回路155に駆動信号が入力される。したがって、Y軸電磁クラッチ47に励磁信号が入力されて接続状態となり、アーム制御回路155からY軸電磁ブレーキ43に励磁信号が入力されてブレーキ解放状態となる。さらに、Y軸モータ49に駆動信号が入力される。
X軸モータ49に駆動信号が入力されるとX軸モータ49が回転し、平歯車50と歯車リング44に形成された平歯車44aの噛み合いにより歯車リング44が回転する。したがって、回転シャフト40が回転し、リンク17に対して軸A9まわりにリンク18が回転する。リンク18の回転により第二平行四辺形リンク15の作用により鏡体26をY+方向へ傾斜させ、視野の移動が可能となる。
また、操作部の丸数字1と丸数字2を同時に操作すると、X+とY+方向が同時にONとなり、X軸モータ49xとY軸モータ49が同時に駆動して鏡体26をX+とY+方向が合成された方向(右上方向)に移動させることが可能である。
また、フットスイッチ10が(ロ)に示すように、縦置きの場合、観察視野内での移動方向を操作する4つの操作部が上、右、下、左の順に丸数字4,1,2,3となり、術者が鏡体26を覗きながらフットスイッチ10を操作し、例えば、丸数字4の操作部を操作すると、X+方向がONとなり、駆動方向判別回路150を介してアーム制御回路155に駆動信号が入力される。したがって、X軸電磁クラッチ47xに励磁信号が入力されて接続状態となり、アーム制御回路155からX軸電磁ブレーキ43xに励磁信号が入力されてブレーキ解放状態となる。さらに、X軸モータ49xに駆動信号が入力される。
X軸モータ49xに駆動信号が入力されると、X軸モータ49xが回転し、平歯車50と歯車リング44に形成された平歯車44aの噛み合いにより歯車リング44が回転する。したがって、回転シャフト40が回転し、リンク17に対して軸A9まわりにリンク18が回転する。リンク18の回転により第二平行四辺形リンク15の作用により鏡体26をX+方向へ傾斜させ、視野の移動が可能となる。
また、操作部の丸数字1と丸数字2を同時に操作すると、X+とY−方向が同時にONとなり、X軸モータ49xとY軸モータ49が同時に駆動して鏡体26をX+とY−方向が合成された方向(右下方向)に移動させることが可能である。
したがって、術者はフットスイッチ10の操作部を操作することにより、電動により鏡体26を任意な方向に傾斜させて視野の移動が可能であり、フットスイッチ10を術者の好みによって縦置きにしても、横置きにしても、操作は同じであり、操作方向を変更する必要がなく、操作性を向上できる。
図12及び図13は、本発明の第1の実施形態を示すもので、図12は電動視野移動機構の制御回路、図13はタイミングチャートである。前記駆動方向判別回路150と接続するアーム制御回路155は電磁ブレーキ11,12,13及び29に接続されている。
また、アーム制御回路155にはY軸モータ制御回路161を介してY軸モータ49に接続されており、Y軸モータ49には回転量をY軸モータ制御回路161に入力するエンコーダ51が設けられている。
さらに、アーム制御回路155にはY軸クラッチ制御回路162を介してY軸電磁クラッチ47に接続されているとともに、電流検出部163が設けられ、実際に電流が流れているか否かをアーム制御回路155にフィードバックするようになっている。また、アーム制御回路155にはY軸ブレーキ制御回路164を介してY軸電磁ブレーキ43に接続されているとともに、電流検出部165が設けられ、実際に電流が流れているか否かをアーム制御回路155にフィードバックするようになっている。
アーム制御回路155にはX軸側のモータ、電磁クラッチ及び電磁ブレーキが接続されているが、Y軸側と同一であるため、番号の後にxを付して説明を省略する。
次に、第1の実施形態の作用について説明するが、Y軸側とX軸側は同一であり、Y軸側について説明する。図13に示すように、駆動信号が入力されると、Y軸電磁クラッチ47がON(接続状態)となり、クラッチ電流を電流検出部163が検出すると、Y軸電磁ブレーキ43がON(解放状態)となる。Y軸電磁ブレーキ43がONとなると同時にY軸モータ49がONとなり、Y軸モータ49が駆動する。また、駆動信号によってY軸モータ49がOFFとなると、Y軸電磁ブレーキ43がOFF(固定状態)となり、ブレーキ電流が切れたことを電流検出部165が検出すると、Y軸電磁クラッチ47がOFF(解放状態)となり、クラッチ電流が切れたことを電流検出部163が検出する。
このように、クラッチ電流を検出する電流検出部163とブレーキ電流を検出する電流検出部165を設けることにより、Y軸電磁クラッチ47を繋いだ状態であることを確認し、Y軸電磁ブレーキ43を切ることができ、またY軸電磁ブレーキ43を繋いだ状態であることを確認し、Y軸電磁クラッチ47を解放することができ、電磁ブレーキと電磁クラッチが同時に解放されることがない。すなわち、アンバランスな状態でも鏡体が不意に移動し、視野を見失うことがなく、手術の妨げにならない。
図14は第1の実施形態の変形例を示すもので、X軸側とY軸側の両方を示している。アーム制御回路155からX駆動信号とY駆動信号が時間差をもって入力された場合である。
まず、X駆動信号が入力されると、X軸電磁クラッチ47xがON(接続状態)となり、クラッチ電流を電流検出部163xが検出すると、X軸電磁ブレーキ43xがON(解放状態)となる。X軸電磁ブレーキ43xがONとなると同時にX軸モータ49xがONとなり、X軸モータ49xが駆動する。
これと同時に、X駆動信号の入力によってY軸電磁クラッチ47がONとなり、クラッチ電流を電流検出部163が検出すると、Y軸電磁ブレーキ43がONとなる。Y軸電磁ブレーキ43がONとなると、そのブレーキ電流を電流検出部165xが検出する。その後、Y駆動信号が入力されると、Y軸モータ49がONとなり、Y軸モータ49が駆動する。
また、X駆動信号によってX軸モータ49xがOFFとなると、X軸モータ49xが停止する。Y駆動信号によってY軸モータ49が停止すると、Y軸電磁ブレーキ43がOFF(固定状態)となる。ブレーキ電流が切れたことを電流検出部165が検出すると、Y軸電磁クラッチ47がOFF(解放状態)となり、クラッチ電流が切れたことを電流検出部163が検出する。これと同時にX軸電磁ブレーキ43xがOFFとなり、ブレーキ電流が切れたことを電流検出部165xが検出すると、X軸電磁クラッチ47xがOFFとなり、クラッチ電流が切れたことを電流検出部163xが検出する。
すなわち、前述と同様に、電磁クラッチと電磁ブレーキが同時に解放されることがない。さらに、X方向の駆動信号のみ入力された場合でもX方向と同様にY軸電磁ブレーキ及びY軸電磁クラッチも作動しているため、X方向駆動中にY方向への駆動を追加入力しても、Y軸電磁ブレーキ、Y軸電磁クラッチを新たに作動する必要もない。すなわち、電動視野移動中に電磁ブレーキ、電磁クラッチの動作による音及び振動による視野のずれ、ゆれが発生せず、スムーズな電動視野移動が行え、術者ヘの煩わしさがない。
前述した手術用顕微鏡によれば、次のような構成が得られる。
(付記1)鏡体と、前記鏡体を2つの傾斜軸まわりに傾斜可能かつ1つの旋回軸まわりに旋回可能に支持する鏡体支持機構と、前記鏡体および前記鏡体支持機構の重量を相殺し上下、水平方向に移動させる平衡移動機構と、前記旋回軸上に前記鏡体の重心を移動可能な調整機構とを備えた手術用顕微鏡において、前記調整機構は、前記旋回軸と直角をなし、かつ互いに直角をなす2つの軸まわりに前記鏡体を傾斜させて前記重心を移動可能な傾斜機構であることを特徴とする手術用顕微鏡。
(付記2)前記傾斜機構は、ウォームと前記ウォームに噛合するウォームホイールの組み合わせよりなることを特徴とする付記1記載の手術用顕微鏡。
(付記3)前記傾斜機構は、スライダクランク機構よりなることを特徴とする付記1記載の手術用顕微鏡。
(付記4)鏡体と、前記鏡体を2つの傾斜軸まわりに傾斜可能かつ1つの旋回軸まわりに旋回可能に支持する鏡体支持機構と、前記鏡体を上下、水平方向に移動させる移動機構と、前記旋回軸上に前記鏡体の重心を移動可能な調整機構を備えた手術用顕微鏡において、前記調整機構は、調整範囲内において前記鏡体の前記2つの傾斜軸まわりの傾斜に関し、前記鏡体を常に特定方向に復元をさせる付勢力を発生させる付勢力付加手段を有することを特徴とする手術用顕微鏡。
(付記5)前記調整機構は、前記旋回軸と直角をなし、かつ互いに直角をなす2つの軸まわりに前記鏡体を傾斜させて前記重心を移動可能な傾斜機構であることを特徴とする付記4記載の手術用顕微鏡。
(付記6)前記特定方向は前記鏡体を鉛直方向に垂下する方向であることを特徴とする付記4記載の手術用顕微鏡。
(付記7)前記付勢力付加手段は、前記2つの傾斜軸まわりに回動する部材の合成された重心が常に前記2つの傾斜軸に対して前記鏡体側に位置する重量配分であることを特徴とする付記4記載の手術用顕微鏡。
(付記8)前記付勢力付加手段は、前記2つの傾斜軸まわりに回動する部材の合成された重心が常に前記2つの傾斜軸の下方に位置する重量配分であることを特徴とする付記4記載の手術用顕微鏡。
(付記9)鏡体と、前記鏡体を2つの傾斜軸まわりに傾斜可能かつ1つの旋回軸まわりに旋回可能に支持する鏡体支持機構と、前記鏡体および前記鏡体支持機構の重量を相殺し上下、水平方向に移動させる平衡移動機構と、前記旋回軸上に前記鏡体の重心を移動可能な調整機構を備え、かつ各回転軸に固定及び解除を行なう電磁鎖錠を有する手術用顕微鏡において、前記2つの傾斜軸に、各々電動駆動機構部と電動駆動機能を選択接続する接続駆動部を備え、かつ、前記1つの旋回軸に、回転角度検出手段を設け、回転角度検出手段からの出力状態により、前記2つの傾斜軸に、設けられた各々電動駆動機構と、各々接続駆動部とを、選択駆動制御すべく制御回路手段とを有することを特徴とする手術用顕微鏡。
(付記10)前記制御回路手段が、操作入力装置の状態検出手段と、前記回転角度検出手段とにより、電動駆動機構部と接続駆動部と選択駆動することを特徴とする付記9記載の手術用顕微鏡。
(付記11)前記接続駆動部の動作検出手段を設け、その検出出力に従って、対応する回転軸の電磁鎖錠を解除、及び固定制御を行なう、駆動回路とを有することを特徴とする付記9記載の手術用顕微鏡。
26…鏡体、43…Y軸電磁ブレーキ、43x…X軸電磁ブレーキ、47…Y軸電磁クラッチ、47x…X軸電磁クラッチ、49…Y軸モータ、49x…X軸モータ、155…アーム制御回路(駆動制御部)、163…クラッチ電流の電流検出部、165…ブレーキ電流の電流検出部
Claims (5)
- 鏡体と、
前記鏡体を支持するとともに、前記支持した鏡体を少なくとも傾斜もしくは旋回可能に駆動させる駆動部を有する支持機構と、
前記支持機構の駆動部に設けられ、前記鏡体を傾斜もしくは旋回させるために前記支持機構を駆動させるモータと、
前記駆動部の駆動を固定する固定状態、もしくは前記駆動部の駆動を固定しない解除状態に選択的に切り替えるブレーキと、
前記モータによる駆動力を前記駆動部に対して伝達する接続状態、もしくは伝達しない解放状態に選択的に切り替えるクラッチと、
前記クラッチの動作状態を検出するクラッチ検出部と、
前記モータの駆動開始時において前記クラッチ検出部により前記クラッチが接続状態であると検出された場合には、前記ブレーキの固定状態から解除状態への切り替えを許容する駆動制御部とを具備したことを特徴とする手術用顕微鏡。 - 請求項1において、さらに、前記ブレーキの動作状態を検出するブレーキ検出部を有し、
前記駆動制御部は、前記モータの駆動終了時において前記ブレーキ検出部により前記ブレーキが接続状態であると検出された場合には、前記クラッチの接続状態から解放状態への切り替えを許容することを特徴とする手術用顕微鏡。 - 請求項2において、さらに、前記モータを駆動操作するための駆動信号を出力する入力部を有し、
前記駆動制御部は前記駆動信号に応じて前記クラッチを接続状態に切り替えるとともに、前記クラッチ検出部が前記クラッチの接続状態を検出するのに応じて前記ブレーキを解除状態に切り替えた後、前記モータを駆動させることを特徴とする手術用顕微鏡。 - 請求項3において、前記モータはX軸モータ、Y軸モータからなり、
前記クラッチはそれぞれ前記X軸、Y軸モータに対応するX軸クラッチ、Y軸クラッチからなり、
前記ブレーキはそれぞれ前記X軸、Y軸モータに対応するX軸ブレーキ、Y軸ブレーキからなり、
前記入力部は前記X軸モータを駆動操作するためのX軸入力部、及び前記Y軸モータを駆動操作するためのY軸入力部を有することを特徴とする手術用顕微鏡。 - 請求項4において、前記駆動制御部は、前記X軸モータ、Y軸モータの少なくとも一方の駆動開始に応じて、X軸クラッチ、Y軸クラッチの両方を接続状態にするとともに、前記X軸ブレーキ、Y軸ブレーキの両方を解除状態にすることを特徴とする手術用顕微鏡。
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