JP6778434B2 - 手術顕微鏡の重量バランス自動調整方法及び構造 - Google Patents

Description

本発明は手術顕微鏡の重量バランス自動調整方法及び構造に関する。

脳神経外科等において使用される手術顕微鏡はスタンド装置の支持アームにより支持される。手術顕微鏡は前側に左右一対の接眼部を備えた立体顕微鏡で、支持アームの取付部に設定された左右方向に沿う水平な回転軸を中心に回動自在に支持される。手術顕微鏡と回動軸との間には十字状の電動スライド機構が介在されており、この電動スライド機構により手術顕微鏡は回動軸に対して前後及び上下にスライドすることができる。

この電動スライド機構は手術顕微鏡の重心を回動軸に合致させるためのもので、重心を回動軸に合致させることにより、手術顕微鏡の回動軸回りの重量バランスが均等になり、手術顕微鏡の回動軸をフリーにして手術顕微鏡をどのような回転位置にして手を離しても、手術顕微鏡はその回転位置で停止する。手術顕微鏡をどのように回転させても抵抗がなく、手術顕微鏡の向きを変更しながら手術を行いやすい（例えば、特許文献１参照）。

手術顕微鏡の重心を支持アームの回動軸に合致させるには、２回の操作が必要になる。まず手術顕微鏡を横にしたまま回動軸を中心にした前後方向での重量バランスを電動スライド機構によりスライドさせて均等にする。次に手動により手術顕微鏡を９０度回転させて縦にして、その状態で再度回動軸を中心にした前後方向での重量バランスを電動スライド機構によりスライドさせて均等による。この２回の操作により手術顕微鏡の重心が完全に回動軸と合致するため、フリーにされた回動軸を中心に手術顕微鏡をいかなる角度にしても手術顕微鏡の重量バランスは図られ、手術顕微鏡から手を離しても手術顕微鏡が回転することはない。

特許第４５０４０８１号公報

しかしながら、このような従来の技術にあっては、手術顕微鏡の重心を回動軸に合わせるために２回の操作を必要とするため、その操作が面倒である。また２回目の操作として手術顕微鏡を９０度回転させて縦にするため、手術顕微鏡の後部に付属機器を取付けた場合にその付属機器が大きく上方に振られ、スタンド装置の支持アームの一部などと干渉するおそれがある。

本発明はこのような従来の技術に着目してなされたものであり、１回の操作で手術顕微鏡の重心を回動軸と自動的に合致させることができ且つ手術顕微鏡を９０度回転させる必要がない手術顕微鏡の重量バランス自動調整方法及び構造を提供するものである。

本発明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側に設置された取付部に、前側に左右一対の接眼部を有する手術顕微鏡が、手術顕微鏡自体の上下方向及び前後方向においてそれぞれスライド自在な電動スライド機構を介して、左右方向に沿う水平な回動軸を中心にしてクラッチ付きの電動駆動部により電動スライド機構ごと回動自在に取付けられる手術顕微鏡の重量バランス自動調整方法であって、スイッチ操作により手術顕微鏡を電動スライド機構ごと回動軸を中心に電動駆動部により回動させて水平状態にし、手術顕微鏡が水平状態になったら回動軸を回動フリーにして電動スライド機構を含む手術顕微鏡の前後重量バランスを検出し、前後重量バランスが不均衡な場合には電動スライド機構により手術顕微鏡を均衡する方向にスライドさせ、前後重量バランスが均衡状態になったら電動駆動部により電動スライド機構ごと手術顕微鏡を回動軸を中心に回動させて斜め状態にし、手術顕微鏡が斜め状態になったら回動軸を回動フリーにして電動スライド機構を含む手術顕微鏡の前後重量バランスを検出し、前後重量バランスが不均衡な場合には電動スライド機構により手術顕微鏡を斜め方向に沿って均衡する方向にスライドさせて電動スライド機構を含む手術顕微鏡の重心を回動軸に合致させることを特徴とする。

本発明の技術的側面によれば、スイッチ操作を行うだけで手術顕微鏡の重心を自動的に回動軸と合致させることができるため、手術顕微鏡の重量バランス調整が容易である。従来のように９０度回転させる方法でなく、斜めに回動させるだけなので自動化しても回動に要する時間が短くて済む。従来のように９０度回転させるのではなく、斜めにするだけなので、手術顕微鏡の一部が上方へ突出して手術顕微鏡を支持する構造の一部と干渉したりするおそれがない。

スタンド装置に支持された手術顕微鏡を示す側面図。 手術顕微鏡と対向鏡を示す斜視図。 手術顕微鏡の制御構造を示す図。 手術顕微鏡の電動スライド機構を示す側面図。 手術顕微鏡に対向鏡を付けた状態を示す図４相当の側面図。 手術顕微鏡を前後にスライドさせる状態を示す図４相当の図。 手術顕微鏡を上下にスライドさせる状態を示す図４相当の図。 手術顕微鏡を回動軸を中心に回動させる状態を示す図４相当の図。 重量バランス自動調整方法の手順を示すフローチャート。 手術顕微鏡を回動させて水平する状態を示す説明図。 手術顕微鏡を水平状態のまま前後方向にスライドさせる状態を示す説明図。 手術顕微鏡を斜めにした状態で縦スライダに沿ってスライドさせる状態を示す説明図。 手術顕微鏡を９０度回転させて手術顕微鏡をスライドさせる従来方法を示す手術顕微鏡の説明図。

以下、本発明の実施形態を図１〜図１３に基づいて説明する。尚、以上及び以下において、前方とは手術顕微鏡５の接眼部６側で後方とはその逆。左右は接眼部６側から見た左右である（図２参照）。

まず最初にスタンド装置１の説明をする。スタンド装置１の上部には横方向に延びる支持アーム２が形成されており、その先端側には吊下アーム３が設けられている。

この吊下アーム３は上部に水平部３ａを有する概略Ｌ形で下端に取付部４が設定されており、その取付部４に手術顕微鏡５が取付けられる。手術顕微鏡５は前方に左右一対の接眼部６を有する立体顕微鏡で、その後側に必要に応じて対向鏡７が取付けられる。

手術顕微鏡５はその右側面が電動スライド機構８を介して吊下アーム３の取付部４に取付けられている。電動スライド機構８は横スライダ９と縦スライダ１０から構成され、両者は互いに共通するコマ１１を介して連結されている。

横スライダ９は手術顕微鏡５の右側面に手術顕微鏡５自体の前後方向に沿って固定されており、縦スライダ１０は手術顕微鏡５自体の上下方向に沿っており、吊下アーム３の取付部４に取付けられる。但しこの縦スライダ１０は取付部４に対して完全に固定されるのではなく取付部４に設定された回動軸Ｓを中心に回動自在に取付けられている（図８参照）。回動軸Ｓは手術顕微鏡５の左右方向に沿った水平な軸である。

横スライダ９と縦スライダ１０を連結する共通のコマ１１には、それぞれ横スライダ９及び縦スライダ１０の長手方向に設けられたネジ棒１２、１３が螺合している。ネジ棒１２、１３はその端部に設けられた電動モータ１４、１５により正逆方向に回動することができる。横スライダ９側のネジ棒１２を回転させることにより、横スライダ９は手術顕微鏡５ごと縦スライダ１０に対して前後にスライドすることができる（図６参照）。縦スライダ１０のネジ棒１３を回転させることにより、横スライダ９は手術顕微鏡５ごと縦スライダ１０に沿って上下にスライドすることができる（図７参照）。

次に図３に基づいて手術顕微鏡５の制御構造を説明する。取付部４に設定された回動軸Ｓにはクラッチ付きの電動駆動部１６が組み付けられている。従って電動モータの駆動力により手術顕微鏡５を電動スライド機構８ごと必要な方向に必要な回動量だけ回動させることができると共に、回動軸Ｓをクラッチ機構により回動フリーにして手術顕微鏡５を電動スライド機構８ごと電動駆動部１６とは切り離された状態で自由に回動させることもできる。また回動軸Ｓには手術顕微鏡５の水平状態を検出する水平センサ１７と、回動軸Ｓを中心した手術顕微鏡５の前後方向での重量バランスを検出するバランスセンサ１８が設けられている。

以上の電動スライド機構８の各電動モータ１４、１５、水平センサ１７、電動駆動部１６、バランスセンサ１８はそれぞれ制御部１９に接続されている。制御部１９はバランス調整を開始するスイッチ２０とも接続されている。

次に手術顕微鏡５の重量バランスを自動で調整するための手順を説明する。

手術顕微鏡５の後部に対向鏡７を接続すると手術顕微鏡５全体の重心Ｇが大きく回動軸Ｓから外れる場合がある。この状態のまま回動軸Ｓをフリーにすると回動軸Ｓを中心にした重量バランスがくずれているため、手術顕微鏡５はどちらか一方側へ大きく回転しようとして使用できない。そのため手術顕微鏡５の使用に先だって手術顕微鏡５の重心Ｇを回動軸Ｓと一致させておく必要がある。

重心Ｇを回動軸Ｓと一致させるためには使用者はスイッチ２０を１回押すだけで良い。そうすることで以下にしますような重量バランスの自動調整が開始される。

水平化（図１０）
図１０は手術顕微鏡５の後部に対向鏡７を接続したことにより、手術顕微鏡５の重心Ｇが横方向にａ、縦方向にｂだけずれた状態を示している。対向鏡７は簡略に図示されており、初期状態では手術顕微鏡５は全体として水平でなく若干傾いた状態になっていることもある。

スイッチ２０が押されるとまず水平センサ１７が作動し、水平センサ１７により手術顕微鏡５が水平でないと検知した場合は電動駆動部１６により手術顕微鏡５を電動スライド機構８ごと回転させて水平状態にする。手術顕微鏡５が水平状態になるとその水平状態を水平センサ１７が検知して手術顕微鏡５の回転を停止する。

横スライダによるスライド（図１１）
手術顕微鏡５が水平状態なった後は、回動軸Ｓを電動駆動部１６から切り離して回動フリーにさせバランスセンサ１８を作動させる。するとバランスセンサ１８により回動軸Ｓを中心とした前後方向での重量バランスが検出される。前後方向での重量バランスが不均衡の場合は、横スライダ９により手術顕微鏡５を均衡する方向にスライドさせる。例えば図１１の場合は回動軸Ｓに対して重心Ｇが後方に位置し、後方の重量Ｗ２の方が前方の重量Ｗ１よりも大きいため、手術顕微鏡５を前方へ移動し、重心Ｇと回動軸Ｓの前後位置を合わせる。但しこの状態では前後位置だけが一致して上下位置はまだ一致していない。

４５度回転後の縦スライダによるスライド（図１２）
手術顕微鏡５の重心が前後方向で回動軸Ｓと一致した後は、電動駆動部１６により手術顕微鏡５を電動スライド機構８ごと前方へ４５度回転させる。

４５度回転させることにより回動軸Ｓに対する重心Ｇのずれも斜め方向になるが、縦スライダ１０も一緒に４５度回転しているため、重心Ｇのずれ方向は縦スライダ１０の方向性とは一致したままである。すなわち、手術顕微鏡５の重心と回動軸Ｓが前後方向で一致した状態を維持したまま手術顕微鏡５を電動スライド機構８とともに斜めに回転させる。

重心Ｇのずれ方向が垂直に対して斜めになることにより、図１２に示すように重心Ｇのずれには前後方向でのずれ成分ｃも表れる。そのため手術顕微鏡５の回動軸Ｓより前側の重量Ｗ３の方が後側の重量Ｗ４よりも大きくなっている。

次に回動軸Ｓを回動フリーにしてバランスセンサ１８を作動させる。バランスセンサ１８が前記ずれ成分ｃを検出して、手術顕微鏡５を縦スライダ１０に沿って重量の不均衡が是正される方向へスライドさせる。縦スライダ１０の角度が４５度で重心Ｇのずれ方向と一致しているため、縦スライダ１０に沿って斜めにスライドさせることにより、前後方向でのずれ成分ｃが無くなり、重心Ｇを回動軸Ｓと一致させることができる。

重心Ｇと回動軸Ｓが一致するため、回動軸Ｓを回動フリーにして手術顕微鏡５をどのような回動状態にしても重量バランスはとれており、手術顕微鏡５から手を離しても手術顕微鏡５はそのままの状態が維持される。最初にスイッチ２０を押すだけで自動的に手術顕微鏡５の重心Ｇを回動軸Ｓに一致させることができるため操作が大変に容易である。

上述したように、重心Ｇの回動軸Ｓの位置からのオフセットは横方向のずれａと縦方向のずれｂを合わせたものであるが、すでに横方向のずれａについては平衡しているためずれ成分ｃは縦方向のずれｂのみを反映している。そのため重心Ｇのずれ方向が回動軸Ｓに対して水平でない場合でも縦方向のずれｂの平衡を実現することができる。

この実施形態では、４５度だけ回転させるようにしたため、自動化しても回転に要する時間は少なくて済み短時間のうちに回転動作が完了する。また４５度だけの回転のため手術顕微鏡５の後部に接続された対向鏡７が上方へ突出して、吊下アーム３の水平部３ａと干渉したりすることはない。

例えば、図１３に示す如く手術顕微鏡５を従来のように９０度回転させる場合は、電動駆動部１６で回動させようとすると回動し終わるまでに時間が長く掛かってしまう。また手術顕微鏡５の後部に取付けられた対向鏡７が真上を向くため、吊下アーム３の水平部３ａと干渉するおそれもある。

この実施形態では４５度回動させる例を示したがこれに限定されない。角度は限定されないが３０度以上の方が前後方向のずれ成分が検出しやすいため好ましい。またこの実施形態では横スライダ９を手術顕微鏡５側、縦スライダ１０を回動軸Ｓ側にする例を示したが逆でも良い。

１ スタンド装置
４ 取付部
５ 手術顕微鏡
８ 電動スライド機構
９ 横スライダ
１０ 縦スライダ
１６ 電動駆動部
１７ 水平センサ
１８ バランスセンサ
１９ 制御部
２０ スイッチ
Ｓ 回動軸
Ｇ 重心

Claims (4)

1. スタンド装置の支持アームの先端側に設置された取付部に、前側に左右一対の接眼部を有する手術顕微鏡が、手術顕微鏡自体の上下方向及び前後方向においてそれぞれスライド自在な電動スライド機構を介して、左右方向に沿う水平な回動軸を中心にしてクラッチ付きの電動駆動部により電動スライド機構ごと回動自在に取付けられる手術顕微鏡の重量バランス自動調整方法であって、
   スイッチ操作により電動スライド機構ごと手術顕微鏡を回動軸を中心に電動駆動部により回動させて水平状態にし、
   手術顕微鏡が水平状態になったら回動軸を回動フリーにして電動スライド機構を含む手術顕微鏡の前後重量バランスを検出し、
   前後重量バランスが不均衡な場合には電動スライド機構により手術顕微鏡を均衡する方向にスライドさせ、
   前後重量バランスが均衡状態になったら電動駆動部により電動スライド機構ごと手術顕微鏡を回動軸を中心に回動させて斜め状態にし、
   手術顕微鏡が斜め状態になったら回動軸を回動フリーにして電動スライド機構を含む手術顕微鏡の前後重量バランスを検出し、
   前後重量バランスが不均衡な場合には電動スライド機構により手術顕微鏡を斜め方向に沿って均衡する方向にスライドさせて電動スライド機構を含む手術顕微鏡の重心を回動軸に合致させることを特徴とする手術顕微鏡の重量バランス自動調整方法。
2. 前側に左右一対の接眼部を有する手術顕微鏡の側面を、スタンド装置から横方向に延びる支持アームの先端側に設定された取付部に対して、該取付部に設定された左右方向に沿う水平な回動軸を中心に回転自在に支持すると共に、
   手術顕微鏡と取付部の間に回動軸に対して手術顕微鏡を手術顕微鏡自体の上下方向及び前後方向においてそれぞれスライド自在な電動スライド機構を介在させ、
   取付部には手術顕微鏡を電動スライド機構ごと回動軸を中心に回動自在で且つ必要時に回動フリーにすることができるクラッチ付きの電動駆動部が設けられ、
   回動軸には、手術顕微鏡の水平状態を検出する水平センサと、回動軸を中心した電動スライド機構を含む手術顕微鏡の前後方向での重量バランスを検出するバランスセンサが設けられ、
   水平センサ及びバランスセンサに基づいて、スイッチ操作により手術顕微鏡を電動スライド機構ごと回動軸を中心に回動させ且つ電動スライド機構により手術顕微鏡を回動軸に対してスライドさせながら手術顕微鏡の重心を回動軸に合致させる制御部が設けられた手術顕微鏡の重量バランス自動調整構造であって、
   前記制御部が、
   スイッチ操作により水平センサに基づいて手術顕微鏡を回動軸を中心に電動スライド機構ごと電動駆動部により回動させて手術顕微鏡を水平状態にし、
   手術顕微鏡が水平状態になったら回動軸を回動フリーにしてバランスセンサにより電動スライド機構を含む手術顕微鏡の前後重量バランスを検出し、
   前後重量バランスが不均衡な場合には電動スライド機構により手術顕微鏡を均衡する方向にスライドさせ、
   前後重量バランスが均衡状態になったら電動駆動部により電動スライド機構ごと手術顕微鏡を回動軸を中心に回動させて斜め状態にし、
   手術顕微鏡が斜め状態になったら回動軸を回動フリーにしてバランスセンサにより電動スライド機構を含む手術顕微鏡の前後重量バランスを検出し、
   前後重量バランスが不均衡な場合には電動スライド機構により手術顕微鏡を斜め方向に沿って均衡する方向にスライドさせて電動スライド機構を含む手術顕微鏡の重心を回動軸に合致させることを特徴とする手術顕微鏡の重量バランス自動調整構造。
3. 手術顕微鏡の斜め状態が水平に対して３０度以上の角度であることを特徴とする請求項２記載の手術顕微鏡の重量バランス自動調整構造。
4. 電動スライド機構が、手術顕微鏡自体の前後方向に沿う横スライダと、横スライダに直交する縦スライダから構成され、
   横スライダと縦スライダはいずれか一方が手術顕微鏡側に固定され、他方が取付部側に回動軸を中心にして回動自在に取付けられ、それぞれ横スライダが縦スライダに沿って移動自在で、縦スライダが横スライダに沿って移動自在であることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の手術顕微鏡の重量バランス自動調整構造。

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