JP6704255B2 - 医療用観察装置、医療用観察システム及び画揺れ補正方法 - Google Patents

医療用観察装置、医療用観察システム及び画揺れ補正方法 Download PDF

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Description

本開示は、医療用観察装置、医療用観察システム及び画揺れ補正方法に関する。
外科手術において、顕微鏡部等の術部を拡大観察可能な観察用機器（以下、観察部ともいう）によって術部を観察しながら手術を行う手法が用いられている。その際、当該観察部の位置及び姿勢を高精度に移動、固定するために、当該観察部をアーム部（支持部）によって保持する医療用観察装置が用いられている。
ここで、医療用観察装置においては、例えば手術室内を移動する医療スタッフの歩行等により、観察部が振動してしまう場合がある。このような振動は、拡大観察における観察像の揺れ（画揺れ）を引き起こすため、この揺れが収まるまで作業を行えないこととなり、術者の精神的な負担を増加させるとともに、手術の効率を低下させる原因となっていた。
そこで、観察対象を拡大観察するための観察用機器においては、振動がより抑制された安定的な観察像を得るための技術が開発されている。例えば、特許文献１には、顕微鏡において、振動を検出するための加速度センサを備え、当該加速度センサによって検出された振動と逆位相で対物レンズを駆動させることにより、安定的な観察像を得ることを可能にする技術が開示されている。
特開平８−５９２２号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、アーム部によって支持される顕微鏡部を対象としたものではなく、また、手術時に術部を観察する用途を前提としたものでもない。このように、特許文献１に記載の技術は、必ずしも医療用観察装置に適したものとは言えなかった。
そこで、本開示では、より振動の影響の少ない安定的な観察像を得ることが可能な、新規かつ改良された医療用観察装置、医療用観察システム及び画揺れ補正方法を提案する。
本開示によれば、術部を拡大観察するための観察部と、前記観察部の振動を検出する振動センサと、前記観察部を支持する支持部と、前記振動センサによる検出値に基づいて、前記観察部によって観察される画像の揺れを補正する画揺れ補正を行う制御部と、を備える、医療用観察装置が提供される。
また、本開示によれば、術部を撮影する撮像部、前記撮像部の振動を検出する振動センサ、前記撮像部を支持する支持部、及び、前記振動センサによる検出値に基づいて前記撮像部によって撮影される画像の揺れを補正する画揺れ補正を行う制御部、を有する医療用観察装置と、前記医療用観察装置によって画揺れ補正が施された画像を表示する表示装置と、を備える、医療用観察システムが提供される。
また、本開示によれば、術部を拡大観察するための観察部、前記観察部の振動を検出する振動センサ、及び前記観察部を支持する支持部、を有する医療用観察装置において、前記振動センサによる検出値に基づいて、前記観察部によって観察される画像の揺れを補正する画揺れ補正を行う、画揺れ補正方法が提供される。
本開示によれば、振動センサによって観察部の振動が検出され、その検出値に基づいて、当該観察部によって得られる画像の揺れを補正する画揺れ補正が行われる。従って、より振動の影響の少ない安定的な観察像を得ることが可能になる。よって、手術時における術者の精神的負担を軽減するとともに、手術を円滑に進めることが可能になる。
以上説明したように本開示によれば、より振動の影響の少ない安定的な観察像を得ることが可能になる。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
本実施形態に係る観察システムの一構成例を示す図である。 各回転軸部に設けられ得る振動抑制機構の一構成例を示す図である。 各回転軸部に設けられ得る振動抑制機構の他の構成例を示す図である。 本実施形態に係る画揺れ補正処理を実現する制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。 本実施形態の一変形例に係る画揺れ補正処理を実現する制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。 本実施形態に係る画揺れ補正方法の処理手順の一例を示すフロー図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．観察装置の構成
２．画揺れ補正処理の詳細
３．画揺れ補正方法
４．補足
なお、以下では、本開示の実施形態に係る観察装置に対して各種の操作を行うユーザのことを、便宜的に術者と記載する。ただし、当該記載は観察装置を使用するユーザを限定するものではなく、観察装置に対する各種の操作は、他の医療スタッフ等、あらゆるユーザによって実行されてよい。
（１．観察装置の構成）
図１を参照して、本開示の好適な一実施形態に係る観察システムの構成について説明するとともに、当該観察システムを構成する観察装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る観察システムの一構成例を示す図である。
本実施形態に係る観察システム１は、手術や検査等の医療行為に用いられる医療用観察装置である。図１を参照すると、本実施形態に係る観察システム１は、顕微鏡部１１０を備え、当該顕微鏡部１１０によって患者の術部を撮影する観察装置１０と、観察装置１０によって撮影された術部の画像（静止画像及び動画像）を表示する表示装置２０と、から構成される。手術時又は検査時には、術者は、観察装置１０によって撮影され表示装置２０に表示された画像を参照しながら、術部を観察し、当該術部に対して各種の処置を行う。
（表示装置）
表示装置２０は、上述したように、観察装置１０によって撮影された患者の術部の画像を表示する。表示装置２０は、例えば手術室の壁面等、手術室内において術者によって視認され得る場所に設置される。表示装置２０の種類は特に限定されず、表示装置２０としては、例えばＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ装置等、各種の公知の表示装置が用いられてよい。また、表示装置２０は、必ずしも手術室内に設置されなくてもよく、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）や眼鏡型のウェアラブルデバイスのように、術者が身に付けて使用するデバイスに搭載されてもよい。
（観察装置）
観察装置１０は、患者の術部を拡大観察するための顕微鏡部１１０と、顕微鏡部１１０を保持する支持部１２０（アーム部１２０）と、支持部１２０の一端が接続され顕微鏡部１１０及び支持部１２０を支持するベース部１３０と、観察装置１０の動作を制御する制御装置１４０と、を備える。
（ベース部）
ベース部１３０は、顕微鏡部１１０及び支持部１２０を支持する。ベース部１３０は板状の形状を有する架台１３１と、架台１３１の下面に設けられる複数のキャスター１３２と、を有する。架台１３１の上面に支持部１２０の一端が接続され、架台１３１から延伸される支持部１２０の他端（先端）に顕微鏡部１１０が接続される。また、観察装置１０は、キャスター１３２を介して床面と接地し、当該キャスター１３２によって床面上を移動可能に構成されている。
なお、以下の説明では、観察装置１０が設置される床面に対して鉛直な方向をｚ軸方向と定義する。ｚ軸方向のことを上下方向又は垂直方向とも呼称する。また、ｚ軸方向と互いに直交する２方向を、それぞれ、ｘ軸方向及びｙ軸方向と定義する。ｘ−ｙ平面と平行な方向のことを水平方向とも呼称する。
（顕微鏡部）
顕微鏡部１１０は、患者の術部を拡大観察するための顕微鏡鏡体によって構成される。図示する例では、顕微鏡部１１０の光軸方向は、ｚ軸方向と略一致している。顕微鏡部１１０は、電子撮像式の顕微鏡に対応する構成を有しており、略円筒形状を有する筒状部１１２と、筒状部１１２内に設けられる撮像部１１１と、から構成される。また、撮像部１１１は、対物レンズ、ズームレンズ等の光学系と、当該光学系を通過した光により被写体（すなわち術部）の像を撮影する撮像素子と、から構成される。また、本実施形態では、顕微鏡部１１０に、撮像部１１１の振動を検出するための振動センサ１１３が設けられる。
筒状部１１２の下端の開口面には、撮像部１１１を保護するためのカバーガラスが設けられる。筒状部１１２の内部には、光源も設けられており、撮影時には、当該光源からカバーガラス越しに被写体に対して照明光が照射される。当該照明光の被写体からの反射光（観察光）が、カバーガラスを介して撮像部１１１に入射することにより、当該撮像部１１１によって術部の画像に係る信号（画像信号）が取得される。
撮像部１１１としては、各種の公知の電子撮像式の顕微鏡部に用いられている構成が適用されてよいため、ここではその詳細な説明は省略する。例えば、撮像部１１１の撮像素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等の各種の公知の撮像素子が適用されてよい。また、撮像部１１１は、１対の撮像素子を備えた、いわゆるステレオカメラとして構成されてもよい。また、撮像部１１１の光学系についても、各種の公知の構成が適用され得る。更に、撮像部１１１には、ＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）機能や光学ズーム機能等の、一般的に電子撮像式の顕微鏡部に備えられる各種の機能が搭載され得る。
振動センサ１１３は、撮像部１１１の振動（例えば、振動方向、振幅及び振動の周波数等）を検出するセンサである。振動センサ１１３としては、加速度センサ、ジャイロセンサ等、一般的に振動の検出に用いられる各種の公知のセンサが用いられてよい。ただし、後述するように、本実施形態では、振動センサ１１３の検出値に基づいて、撮像部１１１によって撮影された画像の揺れ（すなわち、観察像の揺れ）を補正する画揺れ補正処理が行われるため、振動センサ１１３としては、少なくとも撮像素子の受光面と平行な面内での振動を検出し得るものが用いられる。また、振動センサ１１３は、撮像部１１１の振動をより高精度に検出できるように、撮像部１１１の近傍に設置されることが好ましい。更に、顕微鏡部１１０の小型化のため、振動センサ１１３も、比較的小型であることが好ましい。
顕微鏡部１１０によって取得された画像信号は制御装置１４０に送信され、当該制御装置１４０において、当該画像信号に対して、例えばガンマ補正、ホワイトバランスの調整、電子ズーム機能に係る拡大及び画素間補正等、各種の画像処理が行われる。当該画像処理では、画像を表示するために一般的に行われる各種の画像処理が行われてよい。また、本実施形態では、振動センサ１１３による検出値も制御装置１４０に送信される。更に、制御装置１４０は、撮像部１１１の振動モードを決定する機能を有しており、当該制御装置１４０は、決定した振動モード、及び当該検出値に基づいて、画揺れ補正処理を実行する。なお、画揺れ補正処理の詳細については、下記（２．画揺れ補正処理の詳細）で改めて説明する。上記の画像処理が行われるとともに画揺れ補正が反映された画像信号が、手術室に設けられる表示装置２０に送信され、当該表示装置２０に術部の画像が、例えば光学ズーム機能及び／又は電子ズーム機能によって所望の倍率に適宜拡大されて表示される。なお、制御装置１４０と表示装置２０との間の通信は、有線又は無線の公知の各種の方式で実現されてよい。
なお、顕微鏡部１１０に、上記の画像処理を行うための処理回路が設けられていてもよく、上記の画像処理は、制御装置１４０によって行われず、顕微鏡部１１０の当該処理回路によって行われてもよい。この場合、顕微鏡部１１０に搭載される処理回路において適宜画像処理が施された後の画像情報が、顕微鏡部１１０から手術室に設けられる表示装置２０に送信され得る。また、この場合、顕微鏡部１１０と表示装置２０との間の通信は、有線又は無線の公知の各種の方式で実現されてよい。
顕微鏡部１１０には、顕微鏡部１１０の動作を制御するための各種のスイッチが設けられる。例えば、顕微鏡部１１０には、当該顕微鏡部１１０の撮影条件を調整するためのズームスイッチ１５１（ズームＳＷ１５１）及びフォーカススイッチ１５２（フォーカスＳＷ１５２）、並びに、支持部１２０の動作モードを変更するための動作モード変更スイッチ１５３（動作モード変更ＳＷ１５３）が設けられる。
術者は、ズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２を操作することにより、顕微鏡部１１０の倍率及び焦点距離を、それぞれ調整することができる。また、術者は、動作モード変更ＳＷ１５３を操作することにより、支持部１２０の動作モードを、固定モード及びフリーモードのいずれかに切り替えることができる。
ここで、固定モードは、支持部１２０に設けられる各回転軸における回転がブレーキにより規制されることにより、顕微鏡部１１０の位置及び姿勢が固定される動作モードである。フリーモードは、ブレーキが解除されることにより、支持部１２０に設けられる各回転軸における回転が自由に可能な状態であり、術者による直接的な操作によって顕微鏡部１１０の位置及び姿勢を調整可能な動作モードである。ここで、直接的な操作とは、術者が例えば手で顕微鏡部１１０を把持し、当該顕微鏡部１１０を直接移動させる操作のことを意味する。例えば、術者が動作モード変更ＳＷ１５３を押下している間は支持部１２０の動作モードがフリーモードとなり、術者が動作モード変更ＳＷ１５３から手を離している間は支持部１２０の動作モードが固定モードとなる。
なお、これらのスイッチは必ずしも顕微鏡部１１０に設けられなくてもよい。本実施形態では、これらのスイッチと同等の機能を有する、操作入力を受け付けるための機構が観察装置１０に設けられればよく、当該機構の具体的な構成は限定されない。例えば、これらのスイッチは、観察装置１０の他の部位に設けられてもよい。また、例えば、リモコン等の入力装置を用いて、これらのスイッチに対応する命令が、遠隔的に観察装置１０に対して入力されてもよい。
また、簡単のため、図１では顕微鏡部１１０の筒状部１１２を簡易的に単純な円筒形状の部材として図示しているが、筒状部１１２には、術者によって把持される把持部が設けられてもよい。当該把持部は、術者が把持する取っ手等の構造が、筒状部１１２の外周に形成されることによって実現され得る。あるいは、当該把持部は、筒状部１１２の形状が、術者によって把持されやすい形状に形成されることによって実現され得る。例えば、フリーモード時には、術者が筒状部１１２を直接手で握った状態で、顕微鏡部１１０を移動させる操作が想定され得る。この際、術者は、動作モード変更ＳＷ１５３を押下しながら、顕微鏡部１１０を移動させる操作を行うこととなるため、筒状部１１２の形状及び動作モード変更ＳＷ１５３の配置位置は、フリーモード時の術者の操作性を考慮して適宜決定され得る。また、ズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２の配置位置も、同様に、術者の操作性を考慮して適宜決定されてよい。
（制御装置）
制御装置１４０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｏｃｅｓｓｏｒ）等のプロセッサ、又はこれらのプロセッサと記憶素子等がともに搭載された制御基板等によって構成され、所定のプログラムに従った演算処理を実行することにより、観察装置１０の動作を制御する。
例えば、制御装置１４０は、上記動作モード変更ＳＷ１５３を介した術者の操作入力に応じて、支持部１２０の各関節部に設けられるブレーキの駆動を制御することにより、上述した支持部１２０の動作モードを切り替える機能を有する。また、例えば、制御装置１４０は、上記ズームＳＷ１５１及びフォーカスＳＷ１５２を介した術者の操作入力に応じて、顕微鏡部１１０の撮像部１１１の光学系を適宜駆動させ、顕微鏡部１１０の倍率及び焦点距離を調整する機能を有する。また、制御装置１４０は、顕微鏡部１１０によって取得された画像信号に対して、各種の画像処理を施し、処理後の画像信号を表示装置２０に表示させる機能を有する。この際、本実施形態では、制御装置１４０によって画揺れ補正処理が行われ、画揺れがより抑制された画像を表示装置２０に表示させる。
なお、図示する例では、制御装置１４０は、顕微鏡部１１０、支持部１２０及びベース部１３０とは異なる構成として設けられ、ケーブルによってベース部１３０と接続されているが、本実施形態はかかる例に限定されない。例えば、制御装置１４０と同様の機能を実現するプロセッサや制御基板等が、ベース部１３０内に配置されてもよい。また、制御装置１４０と同様の機能を実現するプロセッサや制御基板等が顕微鏡部１１０の内部に組み込まれることにより、制御装置１４０と顕微鏡部１１０とが一体的に構成されてもよい。
（支持部）
支持部１２０は、顕微鏡部１１０を保持し、顕微鏡部１１０を３次元的に移動させるとともに、移動後の顕微鏡部１１０の位置及び姿勢を固定する。本実施形態では、支持部１２０は、６自由度を有するバランスアームとして構成されている。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、支持部１２０は、用途に応じて顕微鏡部１１０を適宜移動し得るように構成されればよく、他の異なる数の自由度を有するように構成されてもよい。
支持部１２０には、６自由度に対応する６つの回転軸（第１軸Ｏ１、第２軸Ｏ２、第３軸Ｏ ３ 、第４軸Ｏ４、第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６）が設けられる。以下では、説明のため便宜的に、各回転軸を構成する部材をまとめて、回転軸部と呼称することとする。例えば、回転軸部は、軸受、当該軸受に回動可能に挿通されるシャフト、及び回転軸における回転を規制するブレーキ等によって構成され得る。後述する平行四辺形リンク機構２４０も、回転軸部の一つとみなすことができる。
支持部１２０は、各回転軸に対応する第１回転軸部２１０、第２回転軸部２２０、第３回転軸部２３０、第４回転軸部２４０、第５回転軸部２５０、第６回転軸部２６０と、これら第１回転軸部２１０〜第６回転軸部２６０によって互いに回動可能に接続される第１アーム部２７１、第２アーム部２７２、第３アーム部２７３及び第４アーム部２７４と、顕微鏡部１１０及び支持部１２０全体としてのモーメントの釣り合いを取るためのカウンターウエイト２８０と、によって構成される。なお、第４回転軸部２４０は、平行四辺形リンク機構２４０に対応する。
なお、以下の説明では、支持部１２０の構成について説明する際に、顕微鏡部１１０が設けられる側を先端側又は先端部等とも呼称し、ベース部１３０に近い側を基端側又は基端部等とも呼称することとする。
第１回転軸部２１０は、略円筒形状を有し、その中心軸が顕微鏡部１１０の筒状部１１２の中心軸と略一致するように、顕微鏡部１１０の筒状部１１２の基端部に接続される。第１回転軸部２１０は、顕微鏡部１１０の光軸と略一致する方向を回転軸方向（第１軸Ｏ１方向）として、顕微鏡部１１０を回動可能に支持する。図１に示す例では、第１軸Ｏ１は、ｚ軸と略平行な回転軸として設けられている。第１回転軸部２１０によって第１軸Ｏ１まわりに顕微鏡部１１０が回動することにより、顕微鏡部１１０による撮像画像の向きが調整されることとなる。
なお、図示する例では、第１回転軸部２１０を構成する円筒形状の筐体内に、顕微鏡部１１０の撮像部１１１の一部が格納されている。すなわち、顕微鏡部１１０及び第１回転軸部２１０が一体的な部材として構成されている。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、第１回転軸部２１０及び顕微鏡部１１０は、互いに別個の部材として構成されてもよい。
第１回転軸部２１０には、第１軸Ｏ１とは略垂直な方向に延伸する第１アーム部２７１の先端が接続される。また、第１アーム部２７１の基端には、当該第１アーム部２７１の延伸方向と略平行な方向を回転軸方向（第２軸Ｏ２方向）として第１アーム部２７１を回動可能に支持する第２回転軸部２２０が設けられる。第２軸Ｏ２は、第１軸Ｏ１とは略垂直な回転軸であり、図１に示す例ではｙ軸と略平行な回転軸として設けられている。第２回転軸部２２０によって、第２軸Ｏ２を回転軸として顕微鏡部１１０及び第１アーム部２７１が回動することにより、顕微鏡部１１０のｘ軸方向の位置が調整されることとなる。
第２回転軸部２２０には、第１軸Ｏ１及び第２軸Ｏ２と互いに略垂直な方向に延伸する第２アーム部２７２の先端が接続される。また、第２アーム部２７２の基端側は略Ｌ字状に屈曲しており、折り曲げられた短辺に当たる位置に、当該第２アーム部２７２の長辺に当たる部位の延伸方向と略平行な方向を回転軸方向（第３軸Ｏ３方向）として第２アーム部２７２を回動可能に支持する第３回転軸部２３０が設けられる。第３軸Ｏ３は、第１軸Ｏ１及び第２軸Ｏ２と略垂直な回転軸であり、図１に示す例ではｘ軸と略平行な回転軸として設けられている。第３回転軸部２３０によって、第３軸Ｏ３を回転軸として顕微鏡部１１０、第１アーム部２７１及び第２アーム部２７２が回動することにより、顕微鏡部１１０のｙ軸方向の位置が調整されることとなる。
このように、支持部１２０は、第２軸Ｏ２及び第３軸Ｏ３まわりの回転がそれぞれ制御されることにより、顕微鏡部１１０の姿勢が制御されるように構成される。つまり、第２回転軸部２２０及び第３回転軸部２３０は、顕微鏡部１１０の姿勢を規定する回転軸部であり得る。
第３回転軸部２３０の基端側には、平行四辺形リンク機構２４０の上辺の先端が接続される。平行四辺形リンク機構２４０は、平行四辺形の形状に配置される４つのアーム（アーム２４１、２４２、２４３、２４４）と、当該平行四辺形の略頂点に対応する位置にそれぞれ設けられる４つの関節部（関節部２４５、２４６、２４７、２４８）と、によって構成される。
第３回転軸部２３０に対して、第３軸Ｏ３と略平行な方向に延伸するアーム２４１の先端が接続される。アーム２４１の先端付近には関節部２４５が、基端付近には関節部２４６がそれぞれ設けられる。関節部２４５、２４６には、アーム２４１の延伸方向と略垂直な、互いに略平行な回転軸（第４軸Ｏ４）まわりに回動可能に、それぞれ、アーム２４２、２４３の先端が接続される。更に、アーム２４２、２４３の基端には、それぞれ、関節部２４７、２４８が設けられる。これら関節部２４７、２４８には、第４軸Ｏ４まわりに回動可能に、かつ、アーム２４１に対して略平行に、アーム２４４の先端及び基端がそれぞれ接続される。
このように、平行四辺形リンク機構２４０を構成する４つの関節部は、互いに略平行な略同一方向の回転軸（第４軸Ｏ４）を有し、当該第４軸Ｏ４まわりに互いに連動して動作する。図１に示す例では、第４軸Ｏ４は、ｙ軸と略平行な回転軸として設けられている。つまり、平行四辺形リンク機構２４０は、互いに異なる位置に配置され同一方向の回転軸で互いに連動して回転する複数の関節部を有するように構成され、一端での動作を他端に伝達する伝達機構として振る舞う。平行四辺形リンク機構２４０が設けられることにより、平行四辺形リンク機構２４０よりも先端側の構成（すなわち、顕微鏡部１１０、第１回転軸部２１０、第２回転軸部２２０、第３回転軸部２３０、第１アーム部２７１及び第２アーム部２７２）の動きが、平行四辺形リンク機構２４０の基端側に伝達されることとなる。
アーム２４２の基端から所定の距離離れた部位には、当該アーム２４２の延伸方向と垂直な方向を回転軸方向（第５軸Ｏ５方向）として、平行四辺形リンク機構２４０を回動可能に支持する第５回転軸部２５０が設けられる。第５軸Ｏ５は、第４軸Ｏ４と略平行な回転軸であり、図１に示す例ではｙ軸と略平行な回転軸として設けられている。第５回転軸部２５０には、ｚ軸方向に延設する第３アーム部２７３の先端が接続されており、顕微鏡部１１０、第１アーム部２７１、第２アーム部２７２及び平行四辺形リンク機構２４０は、第５回転軸部２５０を介して、第５軸Ｏ５を回転軸として第３アーム部２７３に対して回動可能に構成される。
第３アーム部２７３は略Ｌ字型の形状を有しており、その基端側は、床面と略平行になるように折り曲げられている。第３アーム部２７３の当該床面と略平行な面には、第５軸Ｏ５と直交する回転軸（第６軸Ｏ６）まわりに第３アーム部２７３を回動可能な第６回転軸部２６０が接続される。図１に示す例では、第６軸Ｏ６は、ｚ軸と略平行な回転軸として設けられている。
図示する例では、第６回転軸部２６０は、鉛直方向に延伸する第４アーム部２７４と一体的に構成されている。すなわち、第４アーム部２７４の先端が、第３アーム部２７３の基端の床面と略平行な面に接続される。また、第４アーム部２７４の基端は、ベース部１３０の架台１３１の上面に接続される。当該構成により、第６回転軸部２６０を介して、顕微鏡部１１０、第１アーム部２７１、第２アーム部２７２、平行四辺形リンク機構２４０及び第３アーム部２７３が、第６軸Ｏ６を回転軸としてベース部１３０に対して回動する。
平行四辺形リンク機構２４０の下辺を構成するアーム２４４は、上辺を構成するアーム２４１よりも長尺に形成されており、当該アーム２４２の、平行四辺形リンク機構２４０の第３回転軸部２３０が接続される部位と対角に位置する端は、平行四辺形リンク機構２４０の外部に延出されている。延出されたアーム２４４の端には、カウンターウエイト２８０が設けられる。カウンターウエイト２８０は、自身よりも先端側に配置される各構成（すなわち、顕微鏡部１１０、第１回転軸部２１０、第２回転軸部２２０、第３回転軸部２３０、第１アーム部２７１、第２アーム部２７２及び平行四辺形リンク機構２４０）の質量によって、第４軸Ｏ４まわりに発生する回転モーメント及び第５軸Ｏ５まわりに発生する回転モーメントを相殺可能なように、その質量及び配置位置が調整されている。
また、第５回転軸部２５０の配置位置は、当該第５回転軸部２５０よりも先端側に配置される各構成の重心が第５軸Ｏ５上に位置するように調整されている。更に、第６回転軸部２６０の配置位置は、当該第６回転軸部２６０よりも先端側に配置される各構成の重心が第６軸Ｏ６上に位置するように調整されている。
カウンターウエイト２８０の質量及び配置位置、第５回転軸部２５０の配置位置、及び第６回転軸部２６０の配置位置がこのように構成されることにより、支持部１２０は、顕微鏡部１１０及び支持部１２０全体としてモーメントの釣り合いが取れたバランスアームとして構成され得る。支持部１２０をバランスアームとして構成することにより、術者が顕微鏡部１１０を直接的な操作によって移動させようとした場合に、あたかも無重力下であるかのようなより小さい外力で当該顕微鏡部１１０を移動させることが可能となる。従って、ユーザの操作性を向上させることができる。
支持部１２０の第１回転軸部２１０〜第６回転軸部２６０には、それぞれ、第１回転軸部２１０〜第６回転軸部２６０における回転を規制するブレーキが設けられる。なお、平行四辺形リンク機構２４０は、４つの関節部（関節部２４５〜２４８）が互いに連動して回転するため、平行四辺形リンク機構２４０に対するブレーキは、これら４つの関節部の少なくともいずれかに設けられればよい。これらのブレーキの駆動は、制御装置１４０によって制御される。制御装置１４０からの制御により、これらのブレーキが一斉に解除されることにより、支持部１２０の動作モードがフリーモードに移行する。また、同じく制御装置１４０からの制御により、これらのブレーキが一斉に駆動されることにより、支持部１２０の動作モードが固定モードに移行する。
なお、第１回転軸部２１０〜第６回転軸部２６０に設けられるブレーキとしては、一般的なバランスアームに用いられる各種のブレーキが適用されてよく、その具体的な機構は限定されない。例えば、これらのブレーキは、機械的に駆動するものであってもよいし、電気的に駆動する電磁ブレーキであってもよい。
以上、図１を参照して、本実施形態に係る観察システム１及び本実施形態に係る観察装置１０の構成について説明した。以上説明したように、本実施形態に係る観察装置１０では、撮像部１１１の振動を検出するための振動センサ１１３が設けられる。また、制御装置１４０が、撮像部１１１の振動モードを検出する機能を有する。そして、制御装置１４０が、決定した振動モード及び振動センサ１１３による検出値に基づいて、画揺れ補正を行う。従って、より画揺れの少ない、安定的な画像を得ることが可能になる。
なお、本実施形態では、第１回転軸部２１０〜第６回転軸部２６０に、それぞれ、振動抑制機構が設けられてもよい。当該振動抑制機構は、例えば動吸振器であり、ダンパ等の制振部材からなり、各回転軸部における振動を抑制することができる。
ここで、図２及び図３を参照して、支持部１２０の各回転軸部に設けられ得る振動抑制機構の具体的ないくつかの構成例について説明する。図２は、各回転軸部に設けられ得る振動抑制機構の一構成例を示す図である。図２を参照すると、振動抑制機構４０１は、筒形状の第１の部材４０３と第２の部材４０５を接続する際にこれらの部材間に設けられ、これらの部材間における振動の伝達を抑制する機能を有する。具体的には、この構成例では、制振対象である筒形状の第１の部材４０３（制振対象部材４０３）の内部に、第２の部材４０５（錘側部材４０５）が軸方向（図中上下方向）に摺動可能に嵌め込まれることにより、両者が接続されている。この際、制振対象部材４０３と錘側部材４０５との間には、粘性抵抗要素として粘弾性部材４０７及びバネ４０９が設けられる。振動抑制機構４０１は、当該粘弾性部材４０７及び当該バネ４０９から構成される、動吸振器である。なお、粘弾性部材４０７は、例えばシリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム材からなる、機械的性質とバネ要素としての性質を併せ持つものである。
粘弾性部材４０７及びバネ４０９は、制振対象部材４０３及び錘側部材４０５の振動に応じて軸方向に伸縮し、この振動を減衰する機能を有する。粘弾性部材４０７及びバネ４０９の特性に応じて振動抑制機構４０１の固有振動数が決定されるが、この固有振動数が制振対象である支持部１２０の固有振動数と略一致する場合に、その制振効果を最も大きく発揮することができる。従って、振動抑制機構４０１は、粘弾性部材４０７及びバネ４０９を、異なる特性を有するものに交換可能に構成されてよい。これにより、支持部１２０の構成に応じて、振動抑制機構４０１の固有振動数が当該支持部１２０の固有振動数と略一致するように当該振動抑制機構４０１を適宜構成することができ、大きな制振効果を得ることができる。
また、図３は、各回転軸部に設けられ得る振動抑制機構の他の構成例を示す図である。図３を参照すると、振動抑制機構４５１は、略棒形状の第１の部材４５３と第２の部材４５５を接続する際にこれらの部材間に設けられ、これらの部材間における振動の伝達を抑制する機能を有する。具体的には、この構成例では、第１の部材４５３の接続端に、ゴム等の振動を吸収可能な弾性部材で形成される凹形状の受座４５９が設けられる。また、第２の部材４５５の接続端に、外径が他の部位よりも細く形成された軸部４５７が設けられる。そして、受座４５９の凹部にこの第２の部材４５５の軸部４５７が挿入された状態で、第１の部材４５３、受座４５９及び軸部４５７がねじ４６１によって固定されることにより、第１の部材４５３と第２の部材４５５が接続される。この受座４５９が、微振動を吸収する振動抑制機構４５１を構成し得る。なお、このとき、ねじ４６１と第１の部材４５３との間にも、ゴム等の振動を吸収可能な弾性部材（図示せず）が介在されてもよく、受座４５９及び当該弾性部材によって振動抑制機構４５１が構成されてもよい。
図示するように、受座４５９は凹形状を有するため、３軸方向の全ての振動を好適に抑制し得る。このように、振動抑制機構４５１によれば、第１の部材４５３及び第２の部材４５５のいずれか一方において生じた振動が他方に伝達されることが、より効果的に抑制され得る。
以上、図２及び図３を参照して、支持部１２０の各回転軸部に設けられ得る振動抑制機構のいくつかの構成例について説明した。なお、当該振動抑制機構としては、図示するもの以外にも、各種の公知のものを用いることができる。
当該振動抑制機構が設けられることにより、顕微鏡部１１０（すなわち、撮像部１１１）の振動が抑制されるため、更に画揺れの少ない画像を得ることができる。つまり、本実施形態では、画揺れの補正（抑制）について、上述した制御装置１４０によるいわばアクティブな画揺れの補正に加えて、第１回転軸部２１０〜第６回転軸部２６０に設けられる振動抑制機構によるいわばパッシブな画揺れの抑制が行われてもよい。このように、ソフトウェア的な方法及びハードウェア的な方法の２種類の方法を組み合わせることにより、画揺れ補正をより効果的に行うことが可能になる。
（２．画揺れ補正処理の詳細）
図４を参照して、以上説明した観察装置１０において実行される、本実施形態に係る画揺れ補正処理について詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る画揺れ補正処理を実現するための制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。
図４を参照すると、本実施形態に係る画揺れ補正処理を実現するための制御部３４０は、その機能として、画揺れ補正部３４１と、表示制御部３４６と、を有する。また、画揺れ補正部３４１は、その機能として、振動モード決定部３４２と、制御パラメータ算出部３４３と、補正量算出部３４４と、画像処理部３４５と、を有する。制御部３４０のこれらの機能が、図１に示す制御装置１４０に搭載されることにより、観察装置１０において画揺れ補正処理が実行される。
図４では、説明のため、制御部３４０以外の他の機能ブロックも図示している。撮像部３１０は、図１に示す顕微鏡部１１０の撮像部１１１に対応する。撮像部３１０は、撮影した術部の画像についての情報を、画像処理部３４５に提供する。
操作部３２０は、図１に示す顕微鏡部１１０に設けられるスイッチ類（ズームＳＷ１５１、フォーカスＳＷ１５２及び動作モード変更ＳＷ１５３）等、術者が観察装置１０に対して指示入力をするための入力装置に対応する。操作部３２０に対する術者の操作入力についての情報は、振動モード決定部３４２に提供される。
振動検出部３３０は、図１に示す顕微鏡部１１０に設けられる振動センサ１１３に対応する。振動検出部３３０は、撮像部１１１の振動の検出値を、補正量算出部３４４に提供する。
表示部３５０は、図１に示す表示装置２０に対応する。表示部３５０は、表示制御部３４６からの制御により、画揺れ補正が施された術部の画像を表示する。
制御部３４０の機能について詳細に説明する。振動モード決定部３４２は、操作部３２０に対する術者の操作入力についての情報に基づいて、撮像部１１１の振動モードを決定する。ここで、振動モードとは、撮像部１１１の振動の状態を、当該振動の特性に応じて分類したものである。
本実施形態では、手術中に撮像部１１１に生じ得る振動として、以下の３つの振動を想定している。
振動１：歩行床振動
医療スタッフ等が手術室内を歩行することにより生じる振動。当該振動の周波数は、例えば、１〜１００Ｈｚ程度である。
振動２：撮像部移動振動
フリーモードにおいて術者が顕微鏡部１１０（すなわち、撮像部１１１）を移動させることにより生じる振動。当該振動の周波数は、例えば、１〜１５Ｈｚ程度である。
振動３：撮像部固定振動
術者が顕微鏡部１１０（すなわち、撮像部１１１）を移動させ位置を決めた後、フリーモードから固定モードに移行し、顕微鏡部１１０から手を離すことにより生じる振動。当該振動の周波数は、例えば、０．１〜１０Ｈｚ程度である。
振動モード決定部３４２は、撮像部１１１にこれらのうちのいずれの振動が生じている可能性が高いかを判断し、これらの振動のいずれか、又はこれらの振動の組み合わせとして、撮像部１１１の振動モードを決定する。
具体的には、歩行床振動は、手術中に常時発生している可能性が高い。従って、振動モード決定部３４２は、操作部３２０に対する術者の操作入力にかかわらず、当該歩行床振動が撮像部１１１に生じている可能性が高いと判断する。
一方、撮像部移動振動及び撮像部固定振動は、上記のように、術者による顕微鏡部１１０に対する操作に応じて生じる。このとき、術者が動作モード変更ＳＷ１５３を押下している間は、支持部１２０の動作モードがフリーモードであるので、撮像部移動振動が生じている可能性が高い。また、術者が動作モード変更ＳＷ１５３から手を離した瞬間は、支持部１２０の動作モードがフリーモードから固定モードに移行した瞬間であるので、その後の所定の時間は撮像部固定振動が生じている可能性が高い。
従って、振動モード決定部３４２は、動作モード変更ＳＷ１５３が押下されている間（すなわち、操作部３２０から、術者の操作入力についての情報として、動作モード変更ＳＷ１５３が押下されている旨の情報が入力されている間）は、撮像部移動振動が撮像部１１１に生じている可能性が高いと判断する。また、振動モード決定部３４２は、動作モード変更ＳＷ１５３が押下された状態から解放された状態に移行した後の所定の時間（すなわち、操作部３２０から、術者の操作入力についての情報として、動作モード変更ＳＷ１５３が押下されている状態から解放された状態に移行した旨の情報が入力されてから、所定の時間）は、撮像部固定振動が撮像部１１１に生じている可能性が高いと判断する。
まとめると、本実施形態では、振動モード決定部３４２は、操作部３２０に対する術者の操作入力に応じて、以下の３種類の振動モードを決定する。
振動モード決定部３４２は、動作モード変更ＳＷ１５３が押下されている場合には、歩行床振動及び撮像部移動振動がともに撮像部１１１に生じている、という振動モードを決定する（以下、振動モード１とも呼称する）。
また、振動モード決定部３４２は、動作モード変更ＳＷ１５３が押下された状態から解放された状態に移行した場合には、その後の所定の時間、歩行床振動及び撮像部固定振動がともに撮像部１１１に生じている、という振動モードを決定する（以下、振動モード２とも呼称する）。なお、当該所定の時間は、実験やシミュレーション等に基づいて決定すればよい。例えば、顕微鏡部１１０の位置を固定して手を離した後に顕微鏡部１１０（撮像部１１１）に生じる振動を実際に測定し、又はシミュレーションによって計算し、その測定結果又は計算結果に対して周波数解析等を行い、撮像部固定振動と思われる振動が持続している時間を調べることにより、当該所定の時間を決定することができる。
また、振動モード決定部３４２は、上記以外の場合には、歩行床振動が撮像部１１１に生じている、という振動モードを決定する（以下、振動モード３とも呼称する）。
振動モード決定部３４２は、決定した撮像部１１１の振動モードについての情報を、制御パラメータ算出部３４３に提供する。なお、振動モードについての情報（例えば、振動モードの種類についての情報、及び各振動モードに含まれる振動の種類についての情報）は、観察装置１０に設けられる記憶部（図示せず）に予め格納されていてよい。例えば、当該振動モードについての情報としては、術者又は観察システム１の設計者等により、撮像部１１１に生じ得ることが予測される振動についての情報、及び予測され得る撮像部１１１の振動モードについての情報が、予め当該記憶部に入力され得る。振動モード決定部３４２は、当該記憶部を参照することにより、予め設定されているいくつかの振動モードの中から、術者の操作に応じた適切な振動モードを選択し、決定することができる。
制御パラメータ算出部３４３は、振動モード決定部３４２によって決定された撮像部１１１の振動モードに基づいて、画揺れ補正のための制御パラメータを算出する。
ここで、本実施形態では、画揺れ補正の方法として、電子式の補正方法及び光学式の補正方法のいずれかを用いることができる。電子式の補正方法とは、撮像素子によって取得された画像信号に対する画像処理の段階で、検出された振動状態に基づいて、撮像素子の画素ごとの観察光の取り込み位置を補正することにより、画揺れを補正する方法である。一方、光学式の補正方法とは、検出された振動状態に基づいて、撮像部３１０の光学系（例えばレンズ等）又は撮像素子の位置を移動させることにより、撮像素子における観察光の受光位置を調整し、画揺れを補正する方法である。
ただし、これらの方法を比較すると、光学式の補正方法では、レンズや撮像素子を移動させる駆動機構が必要となる。これに対して、電子式の補正方法は、画像信号に対する電子的な処理によって実行可能であるため、顕微鏡部１１０の構成をより簡易に、より小型にすることができる。そのため、本実施形態では、好適に電子式の補正方法が用いられる。なお、図４に示す制御部３４０の機能構成も、画揺れ補正処理において電子式の補正方法が用いられる場合に対応する機能構成を図示している。また、以降の制御部３４０についての説明も、電子式の補正方法が用いられる場合を例に挙げて説明することとする。
制御パラメータ算出部３４３は、撮像部１１１の振動モードに基づいて、撮像部１１１に生じているであろう振動の状態（例えば周波数特性等）についての情報を得ることができる。例えば、振動モード１が決定されている場合であれば、制御パラメータ算出部３４３は、歩行床振動（例えば周波数１〜１００Ｈｚ程度の振動）と撮像部移動振動（例えば周波数１〜１５Ｈｚ程度の振動）とが合成された振動が、撮像部１１１において生じていると判断することができる。制御パラメータ算出部３４３は、この振動を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等を用いて解析し、その振動の特性（例えば、ゲイン特性及び位相特性等）を取得する。
そして、制御パラメータ算出部３４３は、その振動モードに対応する振動の特性に基づいて、電子式の補正方法において補正量（具体的には、撮像素子における画素の取り込み位置、及び当該取り込み位置の時間変化等）を算出するために用いられる各種の制御パラメータを算出する。当該制御パラメータは、各種の公知な電子式の補正方法において用いられるパラメータと同様であってよい。例えば、制御パラメータ算出部３４３は、制御パラメータとして、各種フィルタ（ＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）及びＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ））のフィルタ特性、積分係数及び位相補償量等を算出する。
制御パラメータ算出部３４３は、算出した制御パラメータについての情報を、補正量算出部３４４に提供する。なお、制御パラメータ算出部３４３は、上述した振動モードについての情報が格納された記憶部を参照することにより、以上説明した制御パラメータの算出処理を実行することができる。
補正量算出部３４４は、制御パラメータ算出部３４３によって算出された制御パラメータ、及び振動検出部３３０から提供された撮像部１１１の振動の検出値に基づいて、画揺れ補正を行うための補正量を算出する。図４に示す構成例であれば、補正量算出部３４４は、電子式の画揺れ補正に係る補正量として、撮像素子における画素の取り込み位置、及び当該取り込み位置の時間変化等を算出する。補正量算出部３４４は、算出した補正量についての情報を、画像処理部３４５に提供する。
画像処理部３４５は、撮像部３１０によって取得された画像信号に対して、当該画像信号に基づく画像を表示部３５０に表示させるための各種の画像処理を施す。当該画像処理としては、例えば、ガンマ補正、ホワイトバランスの調整、電子ズーム機能に係る拡大及び画素間補正等、画像表示のために一般的に行われる各種の信号処理が行われてよい。これらの処理においては、各種の公知の手法が用いられてよいため、その詳細な説明は省略する。
また、画像処理部３４５は、当該画像処理において、補正量算出部３４４によって算出された補正量に基づいて、画揺れ補正を実行する。例えば、画像処理部３４５は、観察像の取り込み位置を補正量に応じてずらした画像を生成することにより、画揺れを補正する。
なお、制御パラメータ算出部３４３による制御パラメータの算出処理、補正量算出部３４４による補正量の算出処理、及び画像処理部３４５による画揺れ補正に係る画像処理においては、例えばデジタルカメラ等の撮像装置における手振れ補正の技術分野において、電子式の補正方法として一般的に用いられている各種の公知の方法を用いることができるため、その詳細な説明は省略する。
画像処理部３４５は、画揺れ補正を含む各種の画像処理を施した画像信号を、表示制御部３４６に提供する。表示制御部３４６は、表示部３５０を駆動させ、当該表示部３５０にこの画像処理が施された画像信号に基づいて術部の画像を表示させる。これにより、画揺れが補正された、より振動の影響の少ない安定的な画像が表示部３５０に表示されることとなり、術者による術部の視認性が向上する。従って、より安全で、円滑な手術の実行が実現され得る。
この際、本実施形態によれば、現在の支持部１２０の状態から撮像部１１１の振動モードを決定し、当該振動モードも加味して画揺れ補正処理が行われる。従って、撮像部１１１の振動モードに応じた最適な画揺れ補正処理を行うことができ、より高精度に画揺れの補正を行うことが可能になる。また、既存の観察装置に対して本実施形態に係る画揺れ補正機能を搭載する場合には、電子式の補正方法を採用すれば、ハードウェア的には、顕微鏡部１１０に振動センサ１１３を追加的に搭載するだけでよい。従って、比較的低コストで、本実施形態に係る画揺れ補正機能が搭載された観察装置１０を実現することが可能となる。
ここで、一般的なデジタルカメラ等には、手ぶれ補正機能が搭載されているものが多い。しかしながら、このようなデジタルカメラ等に搭載されている手ぶれ補正機能は、文字通り、ユーザが当該デジタルカメラを手で保持することにより生じる振動に起因する画揺れを補正するものである。従って、例えば三脚に固定している場合等、手で保持していない場合での撮影においては、手ぶれ補正機能を有効にすると、かえって画質が劣化する可能性がある。このように、従来のデジタルカメラ等の撮像装置に搭載されている手ぶれ補正機能では、撮影状況に応じた適切な画揺れの補正を行うことが困難であった。これに対して、本実施形態によれば、上述したように、撮像部１１１の振動モード、すなわち撮像部１１１の振動の状況も加味して画揺れ補正が行われるため、より適切な画揺れ補正を行うことが可能となる。
以上、図４を参照して、本実施形態に係る画揺れ補正処理を実行する制御部３４０の機能構成について説明した。
ここで、上述したように、本実施形態に係る画揺れ補正処理では、電子式の補正方法ではなく、光学式の補正方法が用いられてもよい。本実施形態の一変形例として、光学式の補正方法が用いられた場合における、制御部の構成について説明する。図５は、本実施形態の一変形例に係る画揺れ補正処理を実現する制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。
図５を参照すると、本変形例に係る制御部３４０ａは、その機能として、画揺れ補正部３４１ａと、表示制御部３４６と、を有する。また、画揺れ補正部３４１ａは、その機能として、振動モード決定部３４２と、制御パラメータ算出部３４３ａと、補正量算出部３４４ａと、画像処理部３４５ａと、駆動制御部３４７と、を有する。
なお、制御部３４０ａの機能構成は、以上説明した制御部３４０において、画揺れ補正の方法が光学式の補正方法に変更されたものに対応する。具体的には、制御部３４０ａの機能構成は、図４に示す制御部３４０において、制御パラメータ算出部３４３、補正量算出部３４４及び画像処理部３４５の機能が一部変更されるとともに、駆動制御部３４７が追加されたものに対応する。その他の機能の詳細は、制御部３４０の対応する機能と略同様であるため、ここではその説明を省略する。
本変形例では、制御パラメータ算出部３４３ａは、画揺れ補正のための制御パラメータとして、光学式の補正方法に対応するパラメータを算出する。光学式の補正方法としては、例えば、振動状態に基づいて撮像部３１０における撮像素子まで観察光を導光する光学系を移動させる方式（レンズシフト方式）や、振動状態に基づいて撮像部３１０における撮像素子を移動させる方式（イメージャシフト方式）等が知られている。
制御パラメータ算出部３４３ａは、上述した制御パラメータ算出部３４３と同様に、振動モードに対応する振動を高速フーリエ変換等を用いて解析し、その振動の特性（例えば、ゲイン特性及び位相特性等）を取得する。そして、制御パラメータ算出部３４３ａは、採用されている補正の方式に従って、その解析した振動の特性に基づいて、光学式の補正方法において補正量（具体的には、光学系の変位量及びその時間変化、又は撮像素子の変位量及びその時間変化等）を算出するために用いられる各種の制御パラメータを算出する。
当該制御パラメータは、各種の公知な光学式の補正方法において算出されるパラメータと同様であってよい。例えば、制御パラメータ算出部３４３ａは、制御パラメータとして、各種フィルタ（ＨＰＦ及びＬＰＦ）のフィルタ特性、積分係数及び位相補償量等を算出する。制御パラメータ算出部３４３ａは、算出した制御パラメータについての情報を、補正量算出部３４４ａに提供する。
補正量算出部３４４ａは、制御パラメータ算出部３４３ａによって算出された制御パラメータ、及び振動検出部３３０から提供された撮像部１１１の振動の検出値に基づいて、画揺れ補正を行うための補正量を算出する。図５に示す構成例であれば、補正量算出部３４４ａは、採用されている補正の方式に従って、光学式の画揺れ補正に係る補正量として、光学系の変位量及びその時間変化、又は撮像素子の変位量及びその時間変化等を算出する。補正量算出部３４４ａは、算出した補正量についての情報を、駆動制御部３４７に提供する。
本変形例では、撮像部３１０は、採用されている画揺れ補正の方式に応じて、光学系又は撮像素子の位置を移動させるためのアクチュエータ等の駆動機構を有している。駆動制御部３４７は、当該駆動機構の駆動を制御し、補正量算出部３４４ａによって算出された補正量に従って、光学系又は撮像素子を移動させる。本変形例では、これにより、術部の撮影時において画揺れ補正が施された画像信号が得られることとなる。つまり、撮像部３１０は、画揺れ補正が施された画像信号を、画像処理部３４５ａに提供する。
画像処理部３４５ａは、上述した画像処理部３４５と同様に、撮像部３１０によって取得された画像信号に対して、当該画像信号に基づく画像を表示部３５０に表示させるための各種の画像処理を施す。この際、本変形例では、上述した実施形態とは異なり、画像処理部３４５ａは、画揺れ補正に係る画像処理は行わず、一般的な画像表示のための各種の画像処理のみを行う。上記のように、本変形例では、術部の撮影時において画揺れ補正が施された画像信号が得られているからである。
なお、制御パラメータ算出部３４３ａによる制御パラメータの算出処理及び補正量算出部３４４ａによる補正量の算出処理においては、例えばデジタルカメラ等の撮像装置における手振れ補正の技術分野において、電子式の補正方法として一般的に用いられている各種の公知の方法を用いることができるため、その詳細な説明は省略する。
以降の処理は、上述した実施形態と同様である。すなわち、画像処理部３４５ａは、画像処理を施した画像信号を表示制御部３４６に提供し、表示制御部３４６は、表示部３５０を駆動させ、当該表示部３５０にこの画像処理が施された画像信号に基づいて術部の画像を表示させる。
以上、本実施形態の一変形例に係る制御部３４０ａの機能構成について説明した。本変形例に係る構成であっても、上述した実施形態と同様に、振動の影響の少ない、より安定的な画像を得ることが可能となる。上述したように、一般的には電子式の補正方法の方が光学式の補正方法に比べて低コストで実現可能であるという利点があると考えられるが、本実施形態に係る画揺れ補正を適用したい観察装置１０の構成等によっては、例えば光学式の補正方法の方が実装が容易である等、光学式の補正方法の方が採用しやすい場合も考えられる。あるいは、光学式の補正方法であっても、レンズシフト方式であれば、例えば光学系の駆動機構としてはムービングコイルと可動レンズを設ければよく、イメージャシフト方式に比べれば比較的安価に実現可能である。上述した実施形態に係る構成を採用するか、あるいは本変形例に係る構成を採用するかは、コストや実装の容易性等を考慮して、適宜選択されてよい。
なお、以上の説明では、撮像部１１１の振動について、３種類の振動、及びこれらに基づく３種類の振動モード（振動モード１〜３）を想定していた。しかし、これら３種類の振動、及び３種類の振動モードは、あくまで一例であり、本実施形態では、撮像部１１１に生じ得る他の各種の振動が考慮され、それに応じて振動モードが適宜決定されてもよい。例えば、手術室内に、コンプレッサ等の振動を生じ得る装置が存在する場合には、当該コンプレッサの振動により撮像部１１１に生じる振動も考慮して、振動モードが決定されてよい。あるいは、観察装置１０の支持部１２０の回転軸部のいずれかに、当該回転軸部を駆動するためのアクチュエータが設けられる場合には、当該アクチュエータのモータの振動に起因して撮像部１１１に生じる振動も考慮して、振動モードが決定されてよい。
また、上記の説明では、例えば、歩行床振動の周波数を１〜１００Ｈｚ程度と規定し、撮像部移動振動の周波数を１〜１５Ｈｚ程度と規定し、撮像部固定振動の周波数を０．１〜１０Ｈｚ程度と規定していた。しかし、これらの周波数帯域はあくまで一例である。想定している各振動の特性は、例えば支持部１２０の構成や、その振動源の種類によって変化し得る。従って、振動モードを構成する各振動の特性は、例えば実験やシミュレーション等によって、実態に則してそれぞれ規定されることが好ましい。
また、制御パラメータ算出部３４３、３４３ａにおける制御パラメータの算出処理、及び／又は補正量算出部３４４、３４４ａにおける補正量の算出処理において、顕微鏡部１１０の倍率及び／又は焦点距離が考慮されてもよい。顕微鏡部１１０の倍率及び焦点距離によって、補正の対象である観察像も変化するからである。この場合には、操作部３２０から、制御パラメータ算出部３４３、３４３ａ及び／又は補正量算出部３４４、３４４ａに、術者によるズームＳＷ１５１及び／又はフォーカスＳＷ１５２に対する操作についての情報が提供され得る。制御パラメータ算出部３４３、３４３ａ及び／又は補正量算出部３４４、３４４ａは、当該情報に基づいて、画像信号が取得された際の顕微鏡部１１０の倍率及び／又は焦点距離を把握し、これらを加味して制御パラメータ及び／又は補正量をそれぞれ算出することができる。
ここで、上述した制御部３４０、３４０ａの各機能は、ＣＰＵ等のプロセッサが所定のコンピュータプログラムに従って動作することによって実現される。この制御部３４０、３４０ａの各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
（３．画揺れ補正方法）
図６を参照して、本実施形態に係る画揺れ補正方法の処理手順について説明する。図６は、本実施形態に係る画揺れ補正方法の処理手順の一例を示すフロー図である。なお、図６に示す各処理は、図４に示す制御部３４０又は図５に示す制御部３４０ａによって行われる処理に対応している。これらの処理の内容については、図４又は図５を参照して既に説明しているため、ここではその詳細な説明は省略する。
図６を参照すると、本実施形態に係る画揺れ補正方法では、まず、術者による操作部への操作入力に応じて、振動モードが決定される（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１に示す処理は、図４又は図５に示す振動モード決定部３４２において行われる処理に対応している。
次に、決定された振動モードに基づいて、画揺れ補正の補正量を算出するための制御パラメータが算出される（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３に示す処理は、図４に示す制御パラメータ算出部３４３又は図５に示す制御パラメータ算出部３４３ａにおいて行われる処理に対応している。
次に、算出された制御パラメータ、及び振動の検出値に基づいて、画揺れ補正の補正量が算出される（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５に示す処理は、図４に示す補正量算出部３４４又は図５に示す補正量算出部３４４ａにおいて行われる処理に対応している。
次に、算出された補正量に基づいて、画揺れ補正が施された画像信号が生成される（ステップＳ１０７）。具体的には、電子式の補正方法に従った画揺れ補正が行われる場合には、ステップＳ１０７では、図４に示す撮像部３１０によって取得された画像信号に対して、画像表示のための各種の画像処理及び補正量に基づく画揺れ補正のための画像処理が行われ、画揺れが補正された画像信号が生成される。あるいは、光学式の補正方法に従った画揺れ補正が行われる場合には、ステップＳ１０７では、補正量に従って光学系又は撮像素子がシフトされた状態で撮像部３１０によって取得された画像信号に対して、画像表示のための各種の画像処理が行われ、画揺れが補正された画像信号が生成される。なお、ステップＳ１０７に示す処理は、図４に示す画像処理部３４５又は図５に示す画像処理部３４５ａにおいて行われる処理に対応している。
以上、本実施形態に係る画揺れ補正方法の処理手順について説明した。ステップＳ１０７において得られた画像信号に基づく画像が表示装置に表示されることにより、画揺れが抑制された、振動の影響のより少ない安定的な画像を得ることができる。従って、より安全で円滑な手術の実行が実現される。
（４．補足）
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的又は例示的なものであって限定的なものではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏し得る。
例えば、上記実施形態では、画揺れ補正処理を行う際に、撮像部１１１の振動モード、及び撮像部１１１の振動の検出値をともに用いて、補正量を算出していた。しかし、本技術はかかる例に限定されない。例えば、振動モードの決定処理は行われず、撮像部１１１の振動の検出値のみに基づいて、補正量を算出してもよい。この場合には、図４及び図５に示す機能構成において、振動モード決定部３４２及び制御パラメータ算出部３４３、３４３ａの機能が設けられず、補正量算出部３４４、３４４ａは、例えば一般的な制御パラメータを用いて、振動検出部３３０から提供される撮像部１１１の振動の検出値のみに基づいて補正量を算出することができる。このような構成であっても、画揺れ補正について一定の効果を得ることができる。
しかしながら、振動の検出値のみに基づいて画揺れ補正を行う場合には、概略的には、その検出された振動を打ち消すように補正が行われることとなる。つまり、検出値に基づくフィードバック的な制御が行われることとなるため、振動の特性によっては必ずしも高精度な画揺れ補正が行えるとは限らない。また、振動の検出値は、いわば複数の振動モードの総和を表すものであると言える。従って、振動の検出値のみに基づいて画揺れ補正を行う場合には、複数の振動モードを総和で捉え、その全体を低減するように画揺れ補正を行うこととなるが、低減の対象となる振動の周波数帯域が広帯域となるため、やはり振動の特性によっては、高精度な画揺れ補正を行えない可能性がある。
よって、より高精度な画揺れ補正を行うためには、上述した実施形態のように、振動モードに応じて制御パラメータを調整して、補正量を算出することが好ましいと考えられる。このように、上述した実施形態は、実際の振動の検出値と、支持部１２０の状態が反映された振動モードと、を組み合わせることにより、高精度な画揺れ補正を実現するものである。
また、以上説明した実施形態では、観察装置１０は、電子撮像式の顕微鏡部１１０を備える顕微鏡装置であったが、本技術はかかる例に限定されない。例えば、観察装置１０は、顕微鏡部１１０の代わりに光学式の顕微鏡部を備える顕微鏡装置であってもよい。なお、この場合には、当該光学式の顕微鏡部には撮像部は設けられないため、当該光学式の顕微鏡部自体を対象として、上述した実施形態における撮像部１１１と同様の画揺れ補正が行われればよい。具体的には、例えば、光学式の顕微鏡部を対象とする場合には、上述した実施形態における撮像部移動振動及び撮像部固定振動を、それぞれ顕微鏡部移動振動及び顕微鏡部固定振動と読み替えて画揺れ補正を行えばよい。あるいは、例えば、観察装置１０は、顕微鏡部１１０の代わりに内視鏡（鏡筒、及び当該鏡筒の基端が接続されるカメラヘッド）を備える内視鏡装置であってもよい。なお、この場合には、カメラヘッドが支持部１２０によって支持され、当該カメラヘッドの内部に、上述した撮像部１１１と同様の構成が設けられることとなる。このカメラヘッドの内部の撮像部を対象として、上述した実施形態における撮像部１１１と同様の画揺れ補正が行われればよい。このように、本技術は、患者の術部を拡大観察するための観察部をアーム部によって支持する観察装置であれば、各種の観察装置に対して適用可能であり、当該観察部の種類は限定されない。拡大観察時には観察部の揺れは視野の大きな搖動を招くため、観察部の種類によらず、本技術を適用することにより、観察像の揺れをより抑制し、円滑な手術の実行化が可能となる。
ただし、光学式の顕微鏡部を備える観察装置の場合には、画揺れ補正の方法として、光学式の補正方法であるレンズシフト方式しか採用することができない。逆に言えば、上述した実施形態のように電子撮像式の顕微鏡部１１０を備える観察装置１０に本技術を適用することにより、電子式の補正方法を用いることが可能となるため、本技術をより低コストで実現することが可能となる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
術部を拡大観察するための観察部と、
前記観察部の振動を検出する振動センサと、
前記観察部を支持する支持部と、
前記振動センサによる検出値に基づいて、前記観察部によって観察される画像の揺れを補正する画揺れ補正を行う制御部と、
を備える、医療用観察装置。
（２）
前記制御部は、前記支持部の状態に応じて前記観察部の振動モードを決定し、決定した前記振動モードに更に基づいて、前記画揺れ補正を行う、
前記（１）に記載の医療用観察装置。
（３）
前記支持部の動作モードを変更するための操作部、を更に備え、
前記振動モードは、前記操作部に対するユーザの操作に応じて決定される、
前記（２）に記載の医療用観察装置。
（４）
前記振動モードは、人が手術室内を歩行することよって生じる歩行床振動、前記観察部が移動することにより生じる観察部移動振動、及び前記観察部が移動した後その位置が固定されることにより生じる観察部固定振動、の少なくともいずれかの振動の特性を含む振動のモードとして、決定される、
前記（２）又は（３）に記載の医療用観察装置。
（５）
前記観察部は、撮像素子によって観察光を受光することにより画像を生成する撮像部を有し、
前記画揺れ補正は、前記撮像素子における画素ごとの観察光の取り込み位置を補正することにより画像の揺れを補正する、電子式の補正方法に従って行われる、
前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
（６）
前記画揺れ補正は、前記観察部において観察光を導光する光学系の位置を移動させることにより画像の揺れを補正する、レンズシフト方式での光学式の補正方法に従って行われる、
前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
（７）
前記観察部は、撮像素子によって観察光を受光することにより画像を生成する撮像部を有し、
前記画揺れ補正は、前記撮像素子の位置を移動させることにより画像の揺れを補正する、イメージャシフト方式での光学式の補正方法に従って行われる、
前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
（８）
前記観察部の筐体には、前記観察部を移動させる際にユーザによって把持される把持部が設けられる、
前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
（９）
前記支持部は複数の回転軸部を有し、
前記複数の回転軸部には、それぞれ、前記回転軸部における振動を抑制する振動抑制機構が設けられる、
前記（１）〜（８）のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
（１０）
前記観察部は、内視鏡と、前記内視鏡の基端に接続され内部に撮像素子によって観察光を受光することにより画像を生成する撮像部が設けられるカメラヘッドと、から構成され、
前記医療用観察装置は、前記カメラヘッドが前記支持部によって支持される内視鏡装置である、
前記（１）〜（７）のいずれか１項又は前記（９）に記載の医療用観察装置。
（１１）
術部を撮影する撮像部、前記撮像部の振動を検出する振動センサ、前記撮像部を支持する支持部、及び、前記振動センサによる検出値に基づいて前記撮像部によって撮影される画像の揺れを補正する画揺れ補正を行う制御部、を有する医療用観察装置と、
前記医療用観察装置によって画揺れ補正が施された画像を表示する表示装置と、
を備える、医療用観察システム。
（１２）
術部を拡大観察するための観察部、前記観察部の振動を検出する振動センサ、及び前記観察部を支持する支持部、を有する医療用観察装置において、前記振動センサによる検出値に基づいて、前記観察部によって観察される画像の揺れを補正する画揺れ補正を行う、
画揺れ補正方法。
１ 顕微鏡システム
１０ 顕微鏡装置
２０ 表示装置
１１０ 顕微鏡部
１１１ 撮像部
１１２ 筒状部
１１３ 振動センサ
１２０ 支持部（アーム部）
１３０ ベース部
１３１ 架台
１３２ キャスター
１４０ 制御装置
１５１ ズームＳＷ
１５２ フォーカスＳＷ
１５３ 動作モード変更ＳＷ
２１０ 第１回転軸部
２２０ 第２回転軸部
２３０ 第３回転軸部
２４０ 第４回転軸部（平行四辺形リンク機構）
２５０ 第５回転軸部
２６０ 第６回転軸部
２４１、２４２、２４３、２４４ アーム
２４５、２４６、２４７、２４８ 関節部
２７１ 第１アーム部
２７２ 第２アーム部
２７３ 第３アーム部
２７４ 第４アーム部
３１０ 撮像部
３２０ 操作部
３３０ 振動検出部
３４０、３４０ａ 制御部
３４１、３４１ａ 画揺れ補正部
３４２ 振動モード決定部
３４３、３４３ａ 制御パラメータ算出部
３４４、３４４ａ 補正量算出部
３４５、３４５ａ 画像処理部
３４６ 表示制御部
４０１、４５１ 振動抑制機構

Claims (11)

  1. 術部を拡大観察するための観察部と、
    前記観察部の振動を検出する振動センサと、
    前記観察部を支持する支持部と、
    前記支持部の状態が反映される前記観察部の振動の特性に応じた前記観察部の振動モードを決定し、決定した前記振動モードと、前記振動センサによる検出値とに基づいて、前記観察部によって観察される画像の揺れを補正する画揺れ補正を行う制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記観察部の振動として想定される複数の振動のうちのいずれの振動が生じている可能性が高いかを判断し、当該複数の振動のいずれか、または当該複数の振動の組み合わせとして前記振動モードを決定する、医療用観察装置。
  2. 前記支持部の動作モードを変更するための操作部、を更に備え、
    前記振動モードは、前記操作部に対するユーザの操作に応じて決定される、
    請求項１に記載の医療用観察装置。
  3. 前記振動モードは、人が手術室内を歩行することよって生じる歩行床振動、前記観察部が移動することにより生じる観察部移動振動、及び前記観察部が移動した後その位置が固定されることにより生じる観察部固定振動、の少なくともいずれかの振動の特性を含む振動のモードとして、決定される、
    請求項１又は２に記載の医療用観察装置。
  4. 前記観察部は、撮像素子によって観察光を受光することにより画像を生成する撮像部を有し、
    前記画揺れ補正は、前記撮像素子における画素ごとの観察光の取り込み位置を補正することにより画像の揺れを補正する、電子式の補正方法に従って行われる、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
  5. 前記画揺れ補正は、前記観察部において観察光を導光する光学系の位置を移動させることにより画像の揺れを補正する、レンズシフト方式での光学式の補正方法に従って行われる、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
  6. 前記観察部は、撮像素子によって観察光を受光することにより画像を生成する撮像部を有し、
    前記画揺れ補正は、前記撮像素子の位置を移動させることにより画像の揺れを補正する、イメージャシフト方式での光学式の補正方法に従って行われる、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
  7. 前記観察部の筐体には、前記観察部を移動させる際にユーザによって把持される把持部が設けられる、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
  8. 前記支持部は複数の回転軸部を有し、
    前記複数の回転軸部には、それぞれ、前記回転軸部における振動を抑制する振動抑制機構が設けられる、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の医療用観察装置。
  9. 前記観察部は、内視鏡と、前記内視鏡の基端に接続され内部に撮像素子によって観察光を受光することにより画像を生成する撮像部が設けられるカメラヘッドと、から構成され、
    前記医療用観察装置は、前記カメラヘッドが前記支持部によって支持される内視鏡装置である、
    請求項１〜６のいずれか１項又は請求項８に記載の医療用観察装置。
  10. 術部を撮影する撮像部、前記撮像部の振動を検出する振動センサ、前記撮像部を支持する支持部、及び、前記支持部の状態が反映される前記撮像部の振動の特性に応じた前記撮像部の振動モードを決定し、決定した前記振動モードと、前記振動センサによる検出値とに基づいて前記撮像部によって撮影される画像の揺れを補正する画揺れ補正を行う制御部、を有する医療用観察装置と、
    前記医療用観察装置によって画揺れ補正が施された画像を表示する表示装置と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記撮像部の振動として想定される複数の振動のうちのいずれの振動が生じている可能性が高いかを判断し、当該複数の振動のいずれか、または当該複数の振動の組み合わせとして前記振動モードを決定する、医療用観察システム。
  11. 術部を拡大観察するための観察部、前記観察部の振動を検出する振動センサ、及び前記観察部を支持する支持部、を有する医療用観察装置において、前記支持部の状態が反映される前記観察部の振動の特性に応じた前記観察部の振動モードを決定し、決定した前記振動モードと、前記振動センサによる検出値とに基づいて、前記観察部によって観察される画像の揺れを補正する画揺れ補正を行い、
    前記振動モードの決定では、
    前記観察部の振動として想定される複数の振動のうちのいずれの振動が生じている可能性が高いかを判断し、当該複数の振動のいずれか、または当該複数の振動の組み合わせとして前記振動モードを決定する
    画揺れ補正方法。
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