JP2016533796A - 光干渉断層撮影機能が組み込まれた手術用顕微鏡用のヘッドアップディスプレイ - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国仮出願第61/871,037号明細書(代理人整理番号第9526‐49PR号、出願日:2013年8月28日)に基づく優先権を主張するものであり、同文献の開示内容はすべて、引用により本願の開示内容に含まれるものとする。
本発明の思想の一部は、国立健康研究所、国立眼科研究所による承認申請番号 R44EY018021-03の政府支援による資金を受けたものである。米国政府は、本発明の思想について一定の権利を保有する。
本発明の思想は、手術用顕微鏡に関するものであり、具体的には、光干渉断層撮影法(OCT)を用いた眼科手術用顕微鏡に関するものである。
本発明の一部の実施形態は、光干渉断層撮影(OCT)システムを含む手術用顕微鏡システムに関するものであり、当該手術用顕微鏡システムは、対物レンズと、当該対物レンズに対して遠位にある観察対象を直接観察するための接眼レンズと、前記接眼レンズを介して見えるように少なくとも1つの接眼レンズのユーザに光学像を送るように構成されたヘッドアップディスプレイモジュールと、前記OCTシステムと前記ヘッドアップディスプレイモジュールと前記対物レンズとを結合する、前記手術用顕微鏡システムに接続された結合部品と、を含む。前記結合部品は、前記手術用顕微鏡システムの接眼レンズの方を向くように配置された第1面と、前記観察対象の方を向くように配置された第2面とを有する。結合部品は、当該結合部品の第1面にてヘッドアップ光学ディスプレイ信号を受け取り、前記ヘッドアップディスプレイモジュールの波長帯域の信号を反射するように構成されており、かつ、当該結合部品の第2面にて信号を受け取り、前記OCTシステムの波長帯域の信号を反射するように構成されている。
以下、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明の思想をより完全に説明する。しかし本発明は、他の択一的な態様で実施することも可能であり、ここで記載した実施形態に限定されると解してはならない。
観察対象の表面構造を正確に表現するため、真正にテレセントリックのスキャンであること
焦点深度にわたる照度分布を制御するため、かつ、焦点位置における横方向解像度を制御できるようにするため、開口数が可変であること
可視顕微鏡の接眼レンズ焦点に対して相対的なOCT焦点位置を独立して制御できるようにするため、可変焦点であること
生理的病変部をOCTの被写界深度以内に維持するため、かつ、走査野の視覚的ひずみを回避するため、走査光路長が最大限に一定に保持される、広幅の視野
手術上の複数の異なる処置に応じて外科医に対し多目的性を提供するため、顕微鏡の広幅の範囲の主対物レンズを遠近調節するために調整可能であること。
さらに、外科医が慣れ親しんでいる顕微鏡の物理的作動距離の如何なる変更も最小限にすることが望ましい。この作動距離には、主対物レンズと観察対象との間の距離、および、顕微鏡の接眼レンズと観察対象との間の距離が含まれる。
F=[1−2×T/(1+T)]
T=Tan(2×θ−π/2)×Tan(θ)
1)OCTシステムの射出ひとみが顕微鏡対物レンズの焦点面内にあること。
2)OCTの光軸と顕微鏡対物レンズの光軸とが同一直線上にあること。
NAo=(1.22×λ0)/(2×ρ)=sinβ
同式中、βはOCT焦点ビーム半角であり、λ0はOCT中心波長であり、ρはOCT横方向解像度であり、エアリーディスク半径に等しいと仮定される。φB はOCTコリメートビーム径、すなわち、射出ひとみと対物レンズとの間の無限空間内におけるOCTビームであり、このφBは、以下の数式(4)によって表される:
1)共用の対物レンズ
2)アフォーカルズームリレー系
3)中間像を形成するためのチューブレンズ
4)像の向きを補正するための正立プリズム系
各観察チャネルの中間像は、両眼接眼レンズ系を介して最終検出器(これは、外科医の眼またはカメラのいずれかとすることができる)に結像される。両眼接眼レンズ系はしばしば、交換可能なモジュールに構成されることが多いので、OCTシステムを手術用顕微鏡に組み込むことを検討する際には、これらの両眼接眼レンズ系について考慮する必要は無い。さらに、正立プリズム系およびチューブレンズは通常、同一シリーズの実体顕微鏡構成について標準化されており、よって、この正立プリズム系およびチューブレンズのパラメータによってOCTシステム組み込みの構成に悪影響が及ぼされることもない。このことにより、アフォーカルリレーズームレンズ系および対物レンズが、組み込まれるOCTシステム構成への影響について最も重要な光学系となる。
(1)最大倍率における動作開口数
(2)最小倍率における視野
(3)ズーム比、または、最大倍率と最小倍率との比
アフォーカルリレーズームレンズ系は対物レンズ上方の無限空間内において機能するので、当該アフォーカルリレーズームレンズ系が実現する倍率は純粋な角度式である。下掲の数式は、アフォーカルリレーズームレンズ系のパラメータと実体顕微鏡システムパラメータとがどのような関係にあるかを決定する式である。
NAm=(1.22×λm)/2・r=sinδ
同式中、δは顕微鏡観察チャネルの焦点ビーム半角であり、λmは顕微鏡観察チャネル中心波長であり、rは顕微鏡観察チャネルの横方向解像度であり、エアリーディスク半径に等しいと仮定される。
M=tanε/tanγ
同式中、γはアフォーカルリレーズームレンズの物体側の主光線角度であり、εはアフォーカルリレーズームレンズの像側の主光線角度である。
tanεm/tanε0=1(ズームが良好な設計である場合)
d1=(F−H)×tanα
同式中、Hは対物レンズより上方のARZLの高さである。
d4 = H tan γm
観察対象の表面構造を正確に表現するため、真正にテレセントリックの走査であること
焦点深度にわたる照度分布を制御するため、かつ、焦点位置における横方向解像度を制御できるようにするため、開口数が可変であること
可視顕微鏡の接眼レンズ焦点に対して相対的なOCT焦点位置を独立して制御できるようにするため、可変焦点であること
生理的病変部をOCTの被写界深度以内に維持するため、かつ、走査野の視覚的ひずみを回避するため、走査光路長が最大限に一定に保持される、広幅の視野
手術上の複数の異なる処置に応じて外科医に対し多目的性を提供するため、顕微鏡の広幅の範囲の主対物レンズを遠近調節するために調整可能であること。
さらに、外科医が慣れ親しんでいる顕微鏡の物理的作動距離の如何なる変更数も低減することが望ましい。この作動距離にはたとえば、主対物レンズと観察対象との間の距離、および、顕微鏡の接眼レンズと観察対象との間の距離が含まれる。たとえば、米国特許出願第13/836,576号(発明の名称:「Surgical Microscopes Using Optical Coherence Tomography and Related Systems and Methods」)に、これらの要求に対応した特殊なシステムが記載されている。同文献の記載内容はすべて、引用により本願の開示内容に含まれるものとする。
Claims (24)
- 手術用顕微鏡システムであって、
光干渉断層撮影(OCT)システムと、
対物レンズと、
前記対物レンズから遠位にある、観察対象を直接見るための接眼レンズと、
少なくとも1つの接眼レンズのユーザが見えるように、当該接眼レンズを介して光学像を送るように構成されたヘッドアップディスプレイモジュールと、
手術用顕微鏡に接続された結合部品であって、前記OCTシステムと、前記ヘッドアップディスプレイモジュールと、前記対物レンズとを結合する結合部品と
を有し、
前記結合部品は、前記手術用顕微鏡の前記接眼レンズの方を向くように配置された第1面と、前記観察対象の方を向くように配置された第2面とを有し、
前記結合部品は、
当該結合部品の第1面においてヘッドアップ光学ディスプレイ信号を受け取り、かつ、前記ヘッドアップディスプレイモジュールの波長帯域内の信号を反射し、
当該結合部品の第2面において信号を受け取り、かつ、前記OCTシステムの波長帯域内の信号を反射する
ように構成されていることを特徴とする、手術用顕微鏡システム。 - 前記結合部品はさらに、
当該結合部品の前記第1面にて前記ヘッドアップディスプレイ信号を前記顕微鏡に入力し、ユーザが少なくとも1つの前記接眼レンズを介して見るために前記手術用顕微鏡の当該少なくとも1つの接眼レンズに向けて前記ヘッドアップディスプレイを投影し、
当該結合部品の第2面にてOCTイメージングビームを前記顕微鏡に入力し、当該OCTビームを前記観察対象へ送る
ように構成されている、請求項1記載の手術用顕微鏡システム。 - 前記結合部品はダイクロイックビームスプリッタを含む、
請求項1記載の手術用顕微鏡システム。 - 前記結合部品の前記第1面は、ヘッドアップディスプレイの波長帯域では反射性であり、前記顕微鏡の観察帯域では透過性であり、
前記結合部品の前記第2面は、前記OCTシステムの波長帯域では反射性であり、前記顕微鏡の観察帯域では透過性である、
請求項3記載の手術用顕微鏡システム。 - 前記結合部品の前記第1面は、500nm未満の波長領域内の紫色または青色スペクトルでは反射性であり、少なくとも約500nmから約650nmまでの領域では透過性であり、
前記結合部品の前記第2面は、650nmを上回る波長領域内の赤外線スペクトルでは反射性であり、少なくとも約500nmから約650nmまでの領域内では透過性である、
請求項4記載の手術用顕微鏡システム。 - 前記第1面は、約450nmから約750nmまでの領域内では透過性であり、かつ、
前記第2面は、約450nmから約750nmまでの領域内では透過性である、
請求項5記載の手術用顕微鏡システム。 - 前記結合部品の前記第1面は、前記顕微鏡の観察帯域内の約50nm以下の帯域幅の反射ノッチを含む、
請求項3記載の手術用顕微鏡システム。 - 前記ノッチは、約510nmと520nmとの間に中心を有する、
請求項7記載の手術用顕微鏡システム。 - 前記ノッチは、約514nmに中心を有する、
請求項8記載の手術用顕微鏡システム。 - 前記ヘッドアップディスプレイは、前記顕微鏡のユーザが当該顕微鏡の接眼レンズを介して観察している前記観察対象の観察像に対して横方向に記録されたOCT像を含む、
請求項1記載の手術用顕微鏡システム。 - 前記ヘッドアップディスプレイにて提示される前記OCT像は、前記顕微鏡の倍率が変化したとき、前記ユーザが前記接眼レンズを介して観察している前記観察対象の観察像と一致する視野(FOV)を有する、
請求項10記載の手術用顕微鏡システム。 - 前記ヘッドアップディスプレイにて提示される前記OCT像は、前記顕微鏡の倍率が変化しても一定の視野(FOV)を提示する、
請求項10記載の結合部品。 - 手術用顕微鏡にて使用される結合部品であって、
前記結合部品は、前記手術用顕微鏡システムの接眼レンズの方を向くように配置された第1面と、前記観察対象の方を向くように配置された第2面とを有し、
前記結合部品は、OCTシステムと、ヘッドアップディスプレイモジュールと、対物レンズとに接続されており、
前記結合部品は、
当該結合部品の第1面にてヘッドアップ光学ディスプレイ信号を受け取り、前記ヘッドアップディスプレイモジュールの波長帯域の信号を反射し、かつ、
当該結合部品の第2面にて前記OCTシステムの波長帯域の信号を受け取り、前記OCTシステムの波長帯域の信号を反射する
ように構成されていることを特徴とする、結合部品。 - 前記結合部品はさらに、
当該結合部品の前記第1面にて前記ヘッドアップディスプレイ信号を前記顕微鏡に入力し、ユーザが少なくとも1つの前記接眼レンズを介して見るために前記手術用顕微鏡の当該少なくとも1つの接眼レンズに向けて前記ヘッドアップディスプレイを投影し、
当該結合部品の第2面にてOCTイメージングビームを前記顕微鏡に入力し、当該OCTビームを前記観察対象へ送る
ように構成されている、請求項13記載の結合部品。 - 前記結合部品はダイクロイックビームスプリッタを含む、
請求項13記載の結合部品。 - 前記結合部品の前記第1面は、ヘッドアップディスプレイの波長帯域では反射性であり、前記顕微鏡の観察帯域では透過性であり、
前記結合部品の前記第2面は、前記OCTシステムの波長帯域では反射性であり、前記顕微鏡の観察帯域では透過性である、
請求項15記載の結合部品。 - 前記結合部品の前記第1面は、500nm未満の波長領域内の紫色または青色スペクトルでは反射性であり、少なくとも約500nmから約650nmまでの領域では透過性であり、
前記結合部品の前記第2面は、650nmを上回る波長領域内の赤外線スペクトルでは反射性であり、少なくとも約500nmから約650nmまでの領域内では透過性である、
請求項16記載の結合部品。 - 前記第1面は、約450nmから約750nmまでの領域内では透過性であり、かつ、
前記第2面は、約450nmから約750nmまでの領域内では透過性である、
請求項17記載の結合部品。 - 前記結合部品の前記第1面は、前記顕微鏡の観察帯域内の約50nm以下の帯域幅の反射ノッチを含む、
請求項15記載の結合部品。 - 前記ノッチは、約510nmと520nmとの間に中心を有する、
請求項19記載の結合部品。 - 前記ノッチは、約514nmに中心を有する、
請求項20記載の結合部品。 - 前記ヘッドアップディスプレイは、前記顕微鏡のユーザが当該顕微鏡の接眼レンズを介して観察している前記観察対象の観察像に対して横方向に記録されたOCT像を含む、
請求項13記載の結合部品。 - 前記ヘッドアップディスプレイにて提示される前記OCT像は、前記顕微鏡の倍率が変化したとき、前記ユーザが前記接眼レンズを介して観察している前記観察対象の観察像と一致する視野(FOV)を有する、
請求項22記載の結合部品。 - 前記ヘッドアップディスプレイにて提示される前記OCT像は、前記顕微鏡の倍率が変化しても一定の視野(FOV)を提示する、
請求項23記載の結合部品。
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