JP2020032168A - 手術用立体観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドクターからの口頭指示によりアシスタントがカメラをドクターの希望通りに操作することができる手術用立体観察装置を提供する。【解決手段】アシスタント３１は、ドクター５からの指示に基づいて、小型操作器３２のカメラ相当部３３をドクター５から指示された方向へ動かす。するとその回転量が小型操作器３２の回転検出部ＡＥ、ＢＥ、Ｃ２Ｅ、Ｃ６Ｅ、Ｃ７Ｅ、Ｃ８Ｅで検出され、検出された回転量がスタンド装置１の回転駆動部ＡＤ、ＢＤ、Ｃ２Ｄ、Ｃ６Ｄ、Ｃ７Ｄ、Ｃ８Ｄに伝達され、スタンド装置１の各回転軸Ａ、Ｂや代表的な関節Ｃ２、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８がそれぞれ小型操作器３２と同じ回転量で回転する。従って、ドクター５はカメラ１９に手を触れることなく、アシスタント３１に口頭で指示するだけで、カメラ１９の位置及び向きを希望通りに変更することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は手術用立体観察装置に関するものである。

脳神経外科等においてドクターが術部を拡大観察しながら手術する場合、最近では手術顕微鏡に代わり、カメラにより術部を立体的に撮影し、その立体映像をモニターに表示して３Ｄ用の専用メガネで観察する手術用立体観察装置が用いられている。この装置によれば、ドクターは手術顕微鏡のように接眼部に目を当てる必要がないため首の負担がなく、またドクターだけでなくアシスタントも同じモニターを見て手術状況を共有することができる。

スタンド装置は、フロアに設置されたベースと、ベースに対して水平回動自在なスタンド本体と、スタンド本体に対して水平な回転軸を中心に傾倒自在に取付けられ且つそれ自体が複数の関節を有する支持アームとから構成されている。カメラは支持アームの先端に取付けられ、モニターはスタンド本体に取付けられる（独立してフロアに設置される場合もあり）。

ドクターは手術中にカメラのハンドルを手で持ってカメラの位置や向きを変え、モニターに映し出されている術部の表示を手術に最適な状態に変更することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−９３７７３号公報

しかしながらドクターは手術中はなるべく術部から両手を離さずに、そのままの姿勢を維持したい。そのためカメラの位置や向きの変更作業は、自らの手で行うのでなく、出来ればアシスタントにより操作してほしい。但し、アシスタントがドクターの近くで直接カメラを操作するとドクターの邪魔になるため、カメラから離れた位置からリモート操作するのが好ましい。そこで、ドクターからの口頭指示により、アシスタントがリモート操作でカメラの位置や向きをドクターの希望通りに変更することが可能な手術用立体観察装置の提案が待たれている。

本発明は、このような要請に応じてなされたものであり、ドクターからの口頭指示によりアシスタントがカメラをドクターの希望通りに操作することができる手術用立体観察装置を提供することを目的としている。

本発明の第１の技術的側面によれば、フロアに設置されたベースと、ベースに対して垂直回転軸を中心に水平回転自在に支持されたスタンド本体と、スタンド本体に対して水平回転軸を中心に傾倒自在に取付けられ且つ複数の回転自在な関節を具備した支持アームとを備え、更に垂直・水平回転軸と支持アームの各回転方向を代表する各関節（以下、代表関節）のそれぞれに一方に対して他方を正逆転方向へ回転させる回転駆動部が設けられたスタンド装置を有し、支持アームの先端にカメラを取付けて該カメラにより術部の立体光学像を撮像して立体映像信号を出力し、スタンド本体と一体又は別体として設けられたモニターにカメラから出力された立体映像信号を入力して立体映像信号に基づいた立体映像を表示するドクター用の立体観察装置本体と、前記スタンド装置と機構的に同一の垂直・水平回転軸及び各関節を持ち卓上設置可能な大きさで、先端にカメラ相当部が支持され、前記各回転軸と各代表関節にその回転量を検出する回転検出部が設けられたアシスタント用の小型操作器と、から構成された手術用立体観察装置であって、前記小型操作器の各回転検出部と、スタンド装置の各回転駆動部とは、それぞれ対応する各回転軸及び各代表関節ごとに制御部を介して接続されており、ドクターからの指示でアシスタントがカメラ相当部を手で持って動かした際に、小型操作器の各回転検出部で検出された回転量に相当する分だけ、スタンド装置の対応する各回転駆動部が回転することを特徴とする。

本発明の第２の技術的側面によれば、小型操作器が、モニターと同一の立体映像を表示するアシスタント用のサブモニターを有していることを特徴とする。

本発明の第３の技術的側面によれば、小型操作器が、カメラのフォーカスとズームを調整可能な操作部を有していることを特徴とする。

本発明の第１の技術的側面によれば、アシスタントは、ドクターからの口頭指示に基づいて、小型操作器のカメラ相当部の位置及び向きをドクターから指示された通りに変更する。するとその回転量がスタンド装置に伝達されて、スタンド装置の各回転軸等がそれぞれ小型操作器の回転軸等と同一の回転量で回転し、カメラの位置及び向きは小型操作器のカメラ相当部と同じ状態となる。スタンド装置と小型操作器が機構的に同一のため、ドクターはカメラにより観察する方向性や向きの変更に関する指示を直感的に出しやすい。またアシスタントもその指示を理解しやすく、その指示通りの操作を行いやすい。そのためドクターはカメラに手を触れることなく、アシスタントに口頭で指示するだけで、カメラの位置及び向きを希望通りに変更することができる。

本発明の第２の技術的側面によれば、小型操作器がモニターと同一の立体映像を表示するサブモニターを有するため、アシスタントはドクターが見ている立体映像と同じ表示を近くのサブモニターで共有することができ、ドクターからの指示をより正確に理解しやすくなり、またドクターの指示に従いやすくなる。

本発明の第３の技術的側面によれば、小型操作器がカメラのフォーカスとズームを調整する操作部を有しているため、ドクターはカメラの光学的な調整もアシスタントに指示することができる。

手術用立体観察装置を示す斜視図。 スタンド装置と小型操作器との関係を示す側面図。 小型操作器を示す側面図。 吊下アーム及びカメラを示す正面図。 吊下アーム及びカメラを示す側面図。

図１〜図５は本発明の好適な実施形態を示す図である。以下の説明で前後方向は図２に示された通りである。

スタンド装置１はベース２により手術室のフロアに設置される。スタンド装置１は手術台３の近くに設置され、手術台３の上には患者４が横たわっている。ドクター５はこの患者４の術部６に対してスタンド装置１を利用して手術を行うことができる。

ベース２には垂直回転軸Ａを中心に水平方向で回転自在なスタンド本体７が取付けられている。スタンド本体７の側面には水平回転軸Ｂを中心に傾倒自在な支持アーム８が取付けられている。支持アーム８は、基本的に、縦アーム９と、横アーム１０と、下アーム１１と、後アーム１２と、吊下アーム１３とから構成され、複数の関節Ｃ１〜Ｃ８により回転自在に連結されている。水平回転軸Ｂは縦アーム９の途中に設けられ、この部分で支持アーム８はスタンド本体７に対して取付けられている。

横アーム１０は後端から少し離れた位置が関節Ｃ４により縦アーム９の上端に軸支され、そこから前方へ向けて延びている。縦アーム９の下端には別の関節Ｃ２により下アーム１１の前端が軸支されている。下アーム１１の後端にはカウンタウェイト１４が設けられている。横アーム１０の後端と下アーム１１とは縦アーム９と平行な後アーム１２が関節Ｃ１、Ｃ３により連結されている。

吊下アーム１３は、先端アーム１５と、ボックス１６と、２本の補助アーム１７、１８とから形成されている。先端アーム１５は下端付近が横アーム１０の前端に関節Ｃ５で軸支されている。先端アーム１５の下端には水平方向に回転自在な関節Ｃ６でボックス１６が取付けられている。

補助アーム１７は上端がボックス１６に固定され、他の補助アーム１８はＬ型に曲折しており、その上端が補助アー１７の下端に斜め方向で回転自在な関節Ｃ７で取付けられている。Ｌ型の補助アーム１８の下端にカメラ１９が水平方向で回転自在な関節Ｃ８で支持されている。このカメラ１９の重量は前述のカウンタウェイト１４により相殺される。

カメラ１９の左右両側にはカメラ１９の位置や向きを変更する際に握るハンドル２０が設けられている。またハンドル２０の表面側にはフォーカススイッチ２１とズームスイッチ２２が設けられ、ここをドクター５が操作することにより、カメラ１９の焦点と倍率を任意に変更することができる。

縦アーム９の上端の関節Ｃ４には直角に曲折したクランク部材２３が軸支されている。このクランク部材２３の後端とスタンド本体７とは縦アーム９と平行な縦サブアーム２４により連結されている。クランク部材２３の上端と先端アーム１５の上端とは横アーム１０と機構的に平行な横サブアーム２５により連結されている。

これにより平行リンク機構が構成され、カメラ１９の位置を前後方向に移動させるべく、縦アーム９を水平回転軸Ｂを中心に前後へ傾倒させても、またカメラ１９の位置を上下方向に移動させるべく、横アーム１０を関節Ｃ４を中心に上下に移動させても、先端アーム１５は常に垂直状態が維持され、カメラ１９は一定の向きを維持したまま空中での位置を変更することができる。ベース２の垂直回転軸Ａを中心にスタンド本体７全体を水平方向に回転させれば、スタンド本体７ごとカメラ１９の位置を左右方向へも移動することもできる。

先端アーム１５の下方でカメラ１９を支持する機構の３つの関節Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８に関する各回転軸はカメラ１９の重心に合致する一点で交差しており、カメラ１９は所謂ジンバル機構で支持された状態となる。従って、その位置でカメラ１９の左右両側に設けられたハンドル２０を持ってカメラ１９の向きを変更する際、その重心を中心して容易に変更することができる。ドクター５は手術前にハンドル２０を持ってカメラ１９の位置や向きを変更することができるが、手術後はこのハンドル２０に触ることはない。

以上のような構造のスタンド装置１で、カメラ１９の水平方向への移動に関与する垂直回転軸Ａ、傾倒方向への移動に関与する水平回転軸Ｂ、上下方向への移動及びカメラ１９の向きに関与する代表的な関節Ｃ２、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８には、それぞれ回転駆動部ＡＤ、ＢＤ、Ｃ２Ｄ、Ｃ６Ｄ、Ｃ７Ｄ、Ｃ８Ｄが設けられている。各回転駆動部ＡＤ、ＢＤ、Ｃ２Ｄ、Ｃ６Ｄ、Ｃ７Ｄ、Ｃ８Ｄはサーボモータ等の回転アクチュエータを含む。たとえば、関節Ｃ２は下アーム１１と縦アーム９を回転自在に連結するものであり、回転駆動部Ｃ２Ｄは信号により下アーム１１（一方のパーツ）と縦アーム９（他方のパーツ）の角度を所定の角度まで回転するように回転アクチュエータを動作させる。他の関節および回転駆動部も同様である。また回転駆動部ＡＤ、ＢＤ、Ｃ２Ｄ、Ｃ６Ｄ、Ｃ７Ｄ、Ｃ８Ｄは、無信号時または停電時には垂直回転軸Ａ、水平回転軸Ｂ、関節Ｃ２、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８での回転をロックすることができると共に、信号を受けた際に信号に応じてロックを解除して一方に対して他方を信号により受けた回転数だけ正逆転方向へ電動で回転させることができる。

スタンド本体７の上部には折りたたみ自在な保持アーム２６が設けられており、その先端にパネル型のモニター２７が支持されている。モニター２７にはカメラ１９で撮影された術部６の立体映像が表示される。ドクター５は専用メガネ２８を掛けることで、モニター２７に表示された立体映像を立体的に観察することができる。

モニター２７は本実施形態にようにスタンド本体７に取付けられても良いし、スタンド本体７とは別にフロア上に設置されても良い。この実施形態では、スタンド装置１とカメラ１９とモニター２７により立体観察装置本体２９が構成される。

ドクター５のすぐ近くにはデスク３０が設置され、そこにアシスタント３１が着座している。デスク３０上には小型操作器３２が設置されている。小型操作器３２にはカメラ１９に相当するカメラ相当部３３が取付けられており、カメラ相当部３３からはアシスタント３１が手で持って操作するためのピン３４が突出している。

小型操作器３２はスタンド装置１と機構的に同一な垂直回転軸Ａｓ、水平回転軸Ｂｓ、各関節Ｃ１ｓ〜Ｃ８ｓを有している。しかし小型操作器３２はスタンド装置１と形状が完全に一致している必要はなく、機構的に同じであれば良い。小型操作器３２のスタンド装置１に相当する部分には２ｓ、７ｓ、８ｓ・・の符号が付されている。小型操作器３２の各構成部品間には適度のフリクションが設けられており、動かした位置で停止するようになっている。従って、小型操作器３２にはカウンタウェイト１４に相当する部分が省略されている。

小型操作器３２の垂直回転軸Ａｓ、水平回転軸Ｂｓ、代表的な関節Ｃ２ｓ、Ｃ６ｓ、Ｃ７ｓ、Ｃ８ｓには、それぞれスタンド装置１の回転駆動部ＡＤ、ＢＤ、Ｃ２Ｄ、Ｃ６Ｄ、Ｃ７Ｄ、Ｃ８Ｄに対応する回転検出部ＡＥ、ＢＥ、Ｃ２Ｅ、Ｃ６Ｅ、Ｃ７Ｅ、Ｃ８Ｅが設けられている。

デスク３０の上にはノートパソコン３５が設置されている。ノートパソコン３５のキーボード部分は操作部３６として機能し、表示部はサブモニター３７として機能する。操作部３６の内部のＣＰＵは制御部３８として機能する。

スタンド装置１の回転駆動部ＡＤ、ＢＤ、Ｃ２Ｄ、Ｃ６Ｄ、Ｃ７Ｄ、Ｃ８Ｄと、小型操作器３２の回転検出部ＡＥ、ＢＥ、Ｃ２Ｅ、Ｃ６Ｅ、Ｃ７Ｅ、Ｃ８Ｅはこの制御部３８を介して接続されており、アシスタント３１が小型操作器３２のカメラ相当部３３の位置及び向きを変更させた場合に、その小型操作器３２の各回転検出部ＡＥ、ＢＥ、Ｃ２Ｅ、Ｃ６Ｅ、Ｃ７Ｅ、Ｃ８Ｅで検出された回転位置に一致するように、スタンド装置１の対応する各回転駆動部ＡＤ、ＢＤ、Ｃ２Ｄ、Ｃ６Ｄ、Ｃ７Ｄ、Ｃ８Ｄが回転するようになっている。

また、スタンド装置１の回転駆動部ＡＤ、ＢＤ、Ｃ２Ｄ、Ｃ６Ｄ、Ｃ７Ｄ、Ｃ８Ｄと、小型操作器３２の回転検出部ＡＥ、ＢＥ、Ｃ２Ｅ、Ｃ６Ｅ、Ｃ７Ｅ、Ｃ８Ｅと、制御部３８は１本のネットワークにより接続される構成としてもよい。

ノートパソコン３５のサブモニター３７にはスタンド装置１のモニター２７と同じ立体映像が表示されるようになっており、それをアシスタント３１が３Ｄ用の専用メガネ２８を掛けて立体的に観察できるようになっている。

カメラ１９のハンドル２０に設けられたフォーカススイッチ２１やズームスイッチ２２はノートパソコン３５の操作部３６と接続されており、操作部３６のキーボードによりカメラ１９の焦点と倍率をアシスタント３１が調整できるようになっている。

手術が始まると、ドクター５はカメラ１９の向きや位置をアシスタント３１に口頭で伝える。アシスタント３１はドクター５からの指示に基づいて、小型操作器３２のカメラ相当部３３を手で持ち、ドクター５から指示された方向へ動かす。

そうすると小型操作器３２の各回転軸Ａｓ、Ｂｓと関節Ｃ１ｓ〜Ｃ８ｓがそれぞれ回転することになり、その回転量を回転検出部ＡＥ、ＢＥ、Ｃ２Ｅ、Ｃ６Ｅ、Ｃ７Ｅ、Ｃ８Ｅが検出してスタンド装置１の各回転駆動部ＡＤ、ＢＤ、Ｃ２Ｄ、Ｃ６Ｄ、Ｃ７Ｄ、Ｃ８Ｄに伝達する。回転駆動部ＡＤ、ＢＤ、Ｃ２Ｄ、Ｃ６Ｄ、Ｃ７Ｄ、Ｃ８Ｄは伝達された回転量だけ回転するため、スタンド装置１は小型操作器３２と同じ状態となり、カメラ１９の位置及び向きは小型操作器３２のカメラ相当部３３と同じ状態となる。従って、その状態のカメラ１９で撮影された立体映像がモニター２７とサブモニター３７の両方に表示される。その表示がもしドクター５の希望するものと相違した場合は、ドクター５は追加の指示をアシスタント３１に出して、希望する状態の表示することができる。

表示の焦点や倍率に関する指示はノートパソコン３５の操作部３６を操作することにより対応することができるため、焦点や倍率に関してもドクター５の希望通りに変更することができる。

スタンド装置１と小型操作器３２が機構的に同一のため、ドクター５はカメラ１９により観察する範囲や観察する方向性に関する指示を直感的に出しやすい。またアシスタント３１もその指示を理解しやすく、その指示通りの操作を行うことができる。そのためドクター５はカメラ１９に手を触れることなく、カメラ１９の位置及び向きを希望通りに変更することができる。

１ スタンド装置
２ ベース
５ ドクター
７ スタンド本体
８ 支持アーム
１９ カメラ
２７ モニター
２９ 立体観察装置本体
３１ アシスタント
３２ 小型操作器
３３ カメラ相当部
３６ 操作部
３７ サブモニター
３８ 制御部
Ａ 垂直回転軸
Ｂ 水平回転軸
Ｃ１〜Ｃ８ 関節
ＡＤ、ＢＤ、Ｃ２Ｄ、Ｃ６Ｄ、Ｃ７Ｄ、Ｃ８Ｄ 回転駆動部
ＡＥ、ＢＥ、Ｃ２Ｅ、Ｃ６Ｅ、Ｃ７Ｅ、Ｃ８Ｅ 回転検出部

Claims (3)

1. フロアに設置されたベースと、ベースに対して垂直回転軸を中心に水平回転自在に支持されたスタンド本体と、スタンド本体に対して水平回転軸を中心に傾倒自在に取付けられ且つ複数の回転自在な関節を具備した支持アームとを備え、更に垂直・水平回転軸と支持アームの各回転方向を代表する各関節（以下、代表関節）のそれぞれに一方に対して他方を正逆転方向へ回転させる回転駆動部が設けられたスタンド装置を有し、
   支持アームの先端にカメラを取付けて該カメラにより術部の立体光学像を撮像して立体映像信号を出力し、スタンド本体と一体又は別体として設けられたモニターにカメラから出力された立体映像信号を入力して立体映像信号に基づいた立体映像を表示するドクター用の立体観察装置本体と、
   前記スタンド装置と機構的に同一の垂直・水平回転軸及び各関節を持ち卓上設置可能な大きさで、先端にカメラ相当部が支持され、前記各回転軸と各代表関節にその回転量を検出する回転検出部が設けられたアシスタント用の小型操作器と、
   から構成された手術用立体観察装置であって、
   前記小型操作器の各回転検出部と、スタンド装置の各回転駆動部とは、それぞれ対応する各回転軸及び各代表関節ごとに制御部を介して接続されており、ドクターからの指示でアシスタントがカメラ相当部を手で持って動かした際に、小型操作器の各回転検出部で検出された回転量に相当する分だけ、スタンド装置の対応する各回転駆動部が回転することを特徴とする手術用立体観察装置。
2. 小型操作器が、モニターと同一の立体映像を表示するアシスタント用のサブモニターを有していることを特徴とする請求項１記載の手術用立体観察装置。
3. 小型操作器が、カメラのフォーカスとズームを調整可能な操作部を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の手術用立体観察装置。

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