JP2022086201A

JP2022086201A - Surgical microscope system

Info

Publication number: JP2022086201A
Application number: JP2020198089A
Authority: JP
Inventors: 勝之中村; Katsuyuki Nakamura
Original assignee: Mitaka Kohki Co Ltd
Current assignee: Mitaka Kohki Co Ltd
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-06-09

Abstract

To provide a surgical microscope system capable of reliably recognizing the original position of a marker even when the surface of the marker is cut away and when applied infrared radiation is reflected by a portion other than the marker.SOLUTION: As a marker A is formed of an infrared fluorescent resin which emits infrared fluorescence when receiving infrared radiation with a specific wavelength, even when the surface of the marker A is cut away, the marker A is capable of emitting infrared fluorescence by receiving infrared radiation. Furthermore, as a camera 14 has a structure which detects only infrared fluorescence emitted from the marker A, the camera 14 is capable of reliably detecting only the marker A without detecting another infrared radiation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は手術顕微鏡システムに関する。 The present invention relates to a surgical microscope system.

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をする場合に手術顕微鏡が用いられる。手術顕微鏡は手術室に設置されたスタンド装置の支持アームの先端に支持され、手術顕微鏡の位置や向きを変更しながら、術部をあらゆる方向から拡大観察することができる。 A surgical microscope is used when a doctor performs surgery while magnifying and observing the surgical site in neurosurgery or the like. The operating microscope is supported by the tip of the support arm of the stand device installed in the operating room, and the surgical site can be magnified and observed from all directions while changing the position and orientation of the operating microscope.

手術顕微鏡はナビゲーションシステムにより空間上の位置及び姿勢が検出され、事前に撮影した患者のＣＴやＭＲＩ等の映像中に手術顕微鏡による観察点（フォーカス点）を表示させることができる。すなわち手術顕微鏡には赤外線を反射するマーカーが取付けられ、そのマーカーに赤外線をフラッシュ照射し、マーカーから反射された赤外線をカメラで検出することにより、手術顕微鏡の位置と姿勢を認識し、その観察点（フォーカス点）をモニターの映像中に表示することができる。マーカーはボール状の基材の表面に赤外線の反射材をコーティングした構造をしている（例えば、特許文献１参照）。 The position and posture in the space of the surgical microscope are detected by the navigation system, and the observation point (focus point) by the surgical microscope can be displayed in the image of the patient such as CT and MRI taken in advance. That is, a marker that reflects infrared rays is attached to the operating microscope, the marker is irradiated with infrared rays, and the infrared rays reflected from the markers are detected by the camera to recognize the position and orientation of the operating microscope and its observation point. (Focus point) can be displayed in the image on the monitor. The marker has a structure in which the surface of a ball-shaped base material is coated with an infrared reflective material (see, for example, Patent Document 1).

米国特許第９３９２９３１号明細書U.S. Pat. No. 9392931

しかしながら、このような従来の関連技術にあっては、マーカーがボール状の基材の表面に赤外線の反射材をコーティングした構造のため、マーカーの取扱いが悪いと表面の反射材が削れてしまい、赤外線を良好に反射しなくなるおそれがある。 However, in such a conventional related technique, since the marker has a structure in which the surface of a ball-shaped base material is coated with an infrared reflective material, if the marker is not handled properly, the reflective material on the surface will be scraped off. Infrared rays may not be reflected well.

またカメラがマーカーで反射された赤外線を検出する構造のため、赤外線がマーカー以外の部分で反射されると、その反射された赤外線をカメラがマーカーと誤認するおそれもあった。 Further, since the camera detects the infrared rays reflected by the marker, if the infrared rays are reflected by a part other than the marker, the camera may mistake the reflected infrared rays as the marker.

本発明は、このような従来の関連技術に着目してなされたものであり、マーカーの表面が削れた場合も、照射した赤外線がマーカー以外の部分で反射された場合も、本来のマーカーの位置を確実に認識することができる手術顕微鏡システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made by paying attention to such a conventional related technique, and the original position of the marker is obtained regardless of whether the surface of the marker is scraped or the irradiated infrared rays are reflected by a portion other than the marker. It is an object of the present invention to provide a surgical microscope system capable of reliably recognizing.

本発明の第１の技術的側面によれば、スタンド装置の支持アームの先端に支持された顕微鏡本体の一端に接眼部が設けられた手術顕微鏡と、該手術顕微鏡の顕微鏡本体に取付けられ且つ複数のボール状のマーカーを一体的に有するアレイと、該アレイのマーカーを検出するカメラと、該カメラで検出されたマーカーの位置情報から手術顕微鏡の位置及び向きを認識するコントローラとを備えた手術顕微鏡システムであって、前記アレイのマーカーが特定波長の赤外線を受けて赤外蛍光を発する赤外蛍光樹脂で形成され、カメラがその赤外蛍光だけを検出することを特徴とする。 According to the first technical aspect of the present invention, a surgical microscope having an eyepiece provided at one end of a microscope body supported by the tip of a support arm of a stand device, and a microscope body attached to the microscope body of the surgical microscope. Surgery equipped with an array having a plurality of ball-shaped markers integrally, a camera for detecting the markers in the array, and a controller for recognizing the position and orientation of the surgical microscope from the position information of the markers detected by the cameras. It is a microscope system, characterized in that the marker of the array is formed of an infrared fluorescent resin that receives infrared rays of a specific wavelength and emits infrared fluorescence, and a camera detects only the infrared fluorescence.

本発明の第２の技術的側面によれば、接眼部は変位自在なアイピースを有し、該アイピースの表面に赤外蛍光樹脂製のシール状又は塗装膜状の補助マーカーが設けられ、カメラが補助マーカーの位置を検出して、コントローラがアイピースの顕微鏡本体に対する位置を認識することを特徴とする。 According to the second technical aspect of the present invention, the eyepiece has a displaceable eyepiece, and the surface of the eyepiece is provided with an auxiliary marker in the form of a seal or a coating film made of an infrared fluorescent resin, and the camera. Detects the position of the auxiliary marker and the controller recognizes the position of the eyepiece with respect to the microscope body.

本発明の第１の技術的側面によれば、マーカーが特定波長の赤外線を受けて赤外蛍光を発する赤外蛍光樹脂で形成されているため、マーカーの表面が削れても、マーカーは赤外線を受光することにより赤外蛍光を発光することができる。 According to the first technical aspect of the present invention, since the marker is made of an infrared fluorescent resin that receives infrared rays of a specific wavelength and emits infrared fluorescence, the marker emits infrared rays even if the surface of the marker is scraped. Infrared fluorescence can be emitted by receiving light.

またカメラがマーカーから発光された赤外蛍光だけを検出する構造のため、カメラはその他の赤外線を検出することがなく、マーカーだけを確実に検出することができる。 Further, since the camera has a structure that detects only the infrared fluorescence emitted from the marker, the camera does not detect other infrared rays, and can reliably detect only the marker.

本発明の第２の技術的側面によれば、アイピースの位置も検出することができるため、手術顕微鏡に内蔵された機能をアイピースの位置と連動させることができる。 According to the second technical aspect of the present invention, since the position of the eyepiece can also be detected, the function built in the surgical microscope can be linked with the position of the eyepiece.

支持アームの先端に支持された手術顕微鏡を示す斜視図。A perspective view showing a surgical microscope supported by the tip of a support arm. 接眼部を示す側面図。A side view showing the eyepiece. マーカーの断面図。Sectional view of the marker. 図２中矢示ＳＡ－ＳＡ線に沿うアイピース表面の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the surface of the eyepiece along the SA-SA line shown by Nakaya.

図１～図４は本発明の好適な実施形態を示す図である。前後左右の方向性は図１に記載された通りである。 1 to 4 are views showing a preferred embodiment of the present invention. The front-back and left-right directions are as shown in FIG.

手術室内にはスタンド装置が設置され、そのスタンド装置には横方向に延びる支持アーム１が設けられている。支持アーム１の先端には吊下アーム２が設けられ、吊下アーム２の下端に手術顕微鏡３が支持されている。手術顕微鏡３は、顕微鏡本体４と接眼部５とから構成されており、顕微鏡本体４部分が吊下アーム２に取付けられている。支持アーム１自体が前後左右及び上下に移動自在で、更に顕微鏡本体４は吊下アーム２の下端に対して前後左右に角度変更できるように取付けられている。従って手術顕微鏡３は自由に位置と姿勢を変更することができる。 A stand device is installed in the operating room, and the stand device is provided with a support arm 1 extending laterally. A suspension arm 2 is provided at the tip of the support arm 1, and a surgical microscope 3 is supported at the lower end of the suspension arm 2. The surgical microscope 3 is composed of a microscope main body 4 and an eyepiece portion 5, and the microscope main body 4 portion is attached to the hanging arm 2. The support arm 1 itself is movable back and forth, left and right, and up and down, and the microscope main body 4 is attached so that the angle can be changed back and forth and left and right with respect to the lower end of the hanging arm 2. Therefore, the surgical microscope 3 can freely change its position and posture.

手術顕微鏡３の下方には図示せぬ患者の術部が位置しており、術部で反射された光束を顕微鏡本体４内に取り込み、その光束を顕微鏡本体４から接眼部５へ導き、ドクターは接眼部５から術部を立体的に観察することができる。 A patient's surgical site (not shown) is located below the operating microscope 3, and the light flux reflected by the surgical site is taken into the microscope main body 4, and the light flux is guided from the microscope main body 4 to the eyepiece 5 to be a doctor. Can observe the surgical site three-dimensionally from the eyepiece 5.

接眼部５はドクターが楽な姿勢で観察できるように左右方向（回転方向）及び上下方向で角度が変更できるようになっている。顕微鏡本体４の前端の光束の取出口にはまず接眼部５の固定鏡筒部６が回転自在に取付けられ、接眼部５全体がθ方向へ回転できるようになっている（図２参照）。 The angle of the eyepiece 5 can be changed in the left-right direction (rotational direction) and the up-down direction so that the doctor can observe in a comfortable posture. First, the fixed lens barrel portion 6 of the eyepiece portion 5 is rotatably attached to the light flux outlet at the front end of the microscope main body 4, so that the entire eyepiece portion 5 can rotate in the θ direction (see FIG. 2). ).

固定鏡筒部６の左右両側には一端がそれぞれ回動自在に取付けられた可動鏡筒部７が設けられている。可動鏡筒部７の他端間には左右両端が連結された中間鏡筒部８が設けられ、中間鏡筒部８の前面には左右一対の接眼鏡筒部９の各一端が回動自在に取付けられている。接眼鏡筒部９の他端にはアイピース１０が直角に形成されている。可動鏡筒部７の両端が回動自在であるため、アイピース１０は上下方向に移動することができる。 Movable lens barrels 7 with one ends rotatably attached are provided on both the left and right sides of the fixed lens barrel. An intermediate lens barrel 8 in which both left and right ends are connected is provided between the other ends of the movable lens barrel 7, and one ends of a pair of left and right eyepiece barrels 9 are rotatable on the front surface of the intermediate lens barrel 8. It is attached to. An eyepiece 10 is formed at a right angle at the other end of the eyepiece tube 9. Since both ends of the movable lens barrel portion 7 are rotatable, the eyepiece 10 can move in the vertical direction.

顕微鏡本体４の左側面にはナビゲーション用のアレイ１１が支持バー１２を介して取付けられている。アレイ１１はＸ型で各先端にボール状のマーカーＡが取付けられている。マーカーＡはアレイ１１とともに顕微鏡本体４と一体であり顕微鏡本体４に対して位置固定されている。アレイ１１自体は金属製で、マーカーＡは赤外蛍光樹脂で形成されている。赤外蛍光樹脂は特定波長の赤外線を受光して赤外蛍光を発する赤外蛍光色素を樹脂に混練したもので、赤外蛍光の発光強度が高い。マーカーＡは表面だけでなく全体がこの赤外蛍光樹脂により形成されている（図３参照）。 An array 11 for navigation is attached to the left side surface of the microscope main body 4 via a support bar 12. The array 11 is X-shaped, and a ball-shaped marker A is attached to each tip. The marker A is integrated with the microscope main body 4 together with the array 11, and is fixed in position with respect to the microscope main body 4. The array 11 itself is made of metal, and the marker A is made of an infrared fluorescent resin. The infrared fluorescent resin is obtained by kneading an infrared fluorescent dye that receives infrared rays of a specific wavelength and emits infrared fluorescence into the resin, and has a high emission intensity of infrared fluorescence. The entire marker A, not only the surface, is formed of this infrared fluorescent resin (see FIG. 3).

また接眼部５の左右のアイピース１０のうち、左側にはその円筒表面を覆うように赤外蛍光樹脂製でシール状の補助マーカーＢが貼着されている。補助マーカーＢはアイピース１０と一体でありアイピース１０に対して位置固定されている。赤外蛍光樹脂製のマーカーＡと補助マーカーＢは、手術室内にフラッシュ照射された特定波長の赤外線を受光して、その赤外線から所定の波長分だけシフトした波長の赤外蛍光を発する。 Further, of the left and right eyepieces 10 of the eyepiece 5, a seal-shaped auxiliary marker B made of an infrared fluorescent resin is attached to the left side so as to cover the surface of the cylinder. The auxiliary marker B is integrated with the eyepiece 10 and is fixed in position with respect to the eyepiece 10. The marker A and the auxiliary marker B made of an infrared fluorescent resin receive infrared rays of a specific wavelength irradiated in the operating room with a flash, and emit infrared fluorescence having a wavelength shifted from the infrared rays by a predetermined wavelength.

手術室内にはモニター１３とカメラ１４が設置されており、モニター１３とカメラ１４はコントローラ１５を介して接続されている。モニター１３は事前に撮影された患者のＣＴやＭＲＩ等の映像を表示するものである。カメラ１４は内蔵されたフィルターによりマーカーＡ及び補助マーカーＢから発せられた波長の赤外蛍光だけを検出可能で、それ以外の波長の赤外線は検出しない。 A monitor 13 and a camera 14 are installed in the operating room, and the monitor 13 and the camera 14 are connected to each other via a controller 15. The monitor 13 displays images such as CT and MRI of the patient taken in advance. The camera 14 can detect only infrared fluorescence of wavelengths emitted from the marker A and the auxiliary marker B by the built-in filter, and does not detect infrared rays of other wavelengths.

カメラ１４が検出したマーカーＡの位置情報をコントローラ１５に出力することにより、コントローラ１５ではマーカーＡが一体的に取付けられた手術顕微鏡３の空間上での位置及び姿勢を認識することができる。またカメラ１４が検出した補助マーカーＢの位置情報をコントローラ１５に出力することにより、アイピース１０の顕微鏡本体４に対する位置も認識することができる。 By outputting the position information of the marker A detected by the camera 14 to the controller 15, the controller 15 can recognize the position and posture of the surgical microscope 3 to which the marker A is integrally attached in space. Further, by outputting the position information of the auxiliary marker B detected by the camera 14 to the controller 15, the position of the eyepiece 10 with respect to the microscope main body 4 can also be recognized.

手術をする前には、カメラ１４でマーカーＡ及び補助マーカーＢと、図示せぬ患者のマーカーを検出することにより、手術顕微鏡３と患者との位置関係、および顕微鏡本体４とアイピース１０との位置関係を登録しておく。カメラ１４はマーカーＡ及び補助マーカーＢから発せられた赤外蛍光だけを検出するため、カメラ１４がマーカーＡ及び補助マーカーＢ以外のものを誤認識することはない。 Before the surgery, the camera 14 detects the marker A and the auxiliary marker B, and the marker of the patient (not shown), so that the positional relationship between the surgical microscope 3 and the patient, and the position between the microscope body 4 and the eyepiece 10 Register the relationship. Since the camera 14 detects only the infrared fluorescence emitted from the marker A and the auxiliary marker B, the camera 14 does not erroneously recognize anything other than the marker A and the auxiliary marker B.

手術が始まると、カメラ１４がマーカーＡを検出することで手術顕微鏡３の位置及び姿勢が認識され、その情報がコントローラ１５を介してモニター１３に送られ、モニター１３で表示されている患者のＣＴやＭＲＩ等の映像中に手術顕微鏡３による観察点（フォーカス点）を表示させることができる。そのためドクターは手術顕微鏡３による観察点の周囲の情報をモニター１３の映像から確認することができる。 When the surgery starts, the camera 14 detects the marker A to recognize the position and posture of the surgical microscope 3, and the information is sent to the monitor 13 via the controller 15 and the CT of the patient displayed on the monitor 13 is displayed. The observation point (focus point) by the surgical microscope 3 can be displayed in the image such as MRI or MRI. Therefore, the doctor can confirm the information around the observation point by the surgical microscope 3 from the image of the monitor 13.

そして手術顕微鏡３にはモニター１３に表示されている映像を接眼部５の視野内に表示したりする各種のイメージ機能が設けられている。この手術顕微鏡３ではこのようなイメージ機能をアイピース１０の位置と連動させることができる。すなわち、アイピース１０の顕微鏡本体４に対する位置をその補助マーカーＢから認識することができるため、手術顕微鏡３内に設けられたイメージ機能をアイピース１０の位置（ドクターの見る方向）に合わせて変更することができる。 The surgical microscope 3 is provided with various image functions such as displaying the image displayed on the monitor 13 in the field of view of the eyepiece portion 5. In this surgical microscope 3, such an image function can be linked with the position of the eyepiece 10. That is, since the position of the eyepiece 10 with respect to the microscope main body 4 can be recognized from the auxiliary marker B, the image function provided in the surgical microscope 3 is changed according to the position of the eyepiece 10 (the direction in which the doctor sees). Can be done.

アレイ１１はナビゲーションを使用しない場合は、顕微鏡本体４から取り外されて収納される。その際アレイ１１の取扱いが悪く、マーカーＡの表面が削れても、マーカーＡは全体が赤外蛍光樹脂で形成されているため、その赤外蛍光発光性能が影響を受けることはない。 When the navigation is not used, the array 11 is removed from the microscope main body 4 and stored. At that time, even if the surface of the marker A is scraped due to poor handling of the array 11, the infrared fluorescence emission performance of the marker A is not affected because the entire marker A is made of an infrared fluorescent resin.

尚、以上の実施形態では、アイピース１０の表面にシール状の補助マーカーＢを貼着する例を示したが、アイピース１０の表面に施される塗料に赤外蛍光色素を含有させ、塗装膜自体を補助マーカーとしても良い。 In the above embodiment, the example in which the seal-shaped auxiliary marker B is attached to the surface of the eyepiece 10 is shown, but the paint applied to the surface of the eyepiece 10 contains an infrared fluorescent dye and the coating film itself. May be used as an auxiliary marker.

１支持アーム
３手術顕微鏡
４顕微鏡本体
５接眼部
１０アイピース
１１アレイ
１３モニター
１４カメラ
１５コントローラ
Ａマーカー
Ｂ補助マーカー 1 Support arm 3 Operating microscope 4 Microscope body 5 Eyepiece 10 Eyepiece 11 Array 13 Monitor 14 Camera 15 Controller A Marker B Auxiliary marker

Claims

スタンド装置の支持アームの先端に支持された顕微鏡本体の一端に接眼部が設けられた手術顕微鏡と、該手術顕微鏡の顕微鏡本体に取付けられ且つ複数のボール状のマーカーを一体的に有するアレイと、該アレイのマーカーを検出するカメラと、該カメラで検出されたマーカーの位置情報から手術顕微鏡の位置及び向きを認識するコントローラとを備えた手術顕微鏡システムであって、
前記アレイのマーカーが特定波長の赤外線を受けて赤外蛍光を発する赤外蛍光樹脂で形成され、カメラがその赤外蛍光だけを検出することを特徴とする手術顕微鏡システム。 An operating microscope having an eyepiece at one end of the microscope body supported by the tip of the support arm of the stand device, and an array attached to the microscope body of the operating microscope and integrally having a plurality of ball-shaped markers. A surgical microscope system including a camera that detects markers in the array and a controller that recognizes the position and orientation of the surgical microscope from the position information of the markers detected by the camera.
A surgical microscope system in which the markers of the array are formed of an infrared fluorescent resin that receives infrared rays of a specific wavelength and emits infrared fluorescence, and the camera detects only the infrared fluorescence.

接眼部は変位自在なアイピースを有し、該アイピースの表面に赤外蛍光樹脂製のシール状又は塗装膜状の補助マーカーが設けられ、カメラが補助マーカーの位置を検出して、コントローラがアイピースの顕微鏡本体に対する位置を認識することを特徴とする請求項１記載の手術顕微鏡システム。 The eyepiece has an eyepiece that can be displaced, and an auxiliary marker made of infrared fluorescent resin in the form of a seal or a coating film is provided on the surface of the eyepiece, the camera detects the position of the auxiliary marker, and the controller detects the position of the auxiliary marker. The surgical microscope system according to claim 1, wherein the surgical microscope system recognizes the position of the eyepiece with respect to the main body of the microscope.