KR101481905B1 - 수술 현미경용 일체형 입체 화상 획득 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대물렌즈와 좌, 우 줌렌즈 모듈 및 좌, 우 접안렌즈로 구성되는 수술 현미경과, 상기 수술 현미경의 줌렌즈 모듈과 접안렌즈 사이에 배치되며, 한 쌍의 빔 스플리터, 한 쌍의 제1미러, 한 쌍의 제2미러, 한 쌍의 아이리스 조절장치, 한 쌍의 포커스 조절 장치 및 한 쌍의 카메라를 포함하는 비디오 어댑터 장치와, 상기 한 쌍의 카메라로부터 영상을 전달받아 입체 영상을 구현하는 디스플레이를 포함하여 구성되는 수술 현미경용 일체형 입체 화상 획득 시스템을 제공한다.

Description

수술 현미경용 일체형 입체 화상 획득 시스템 {Integrated stereoscopic imaging system for surgical microscope}

본 발명은 수술 현미경에서 접안렌즈와 동일한 좌, 우 화상을 카메라를 이용해 획득하고 이를 3차원 디스플레이를 통해 입체로 보여주는 장치에 관한 것으로, 상세하게는 수술 현미경 장치에 장착하여 입체 화상을 디스플레이할 수 있는 비디오 어댑터 장치를 제안한다.

의료 수준 및 의료 기술의 발달에 따라 각종 첨단 제품의 의료 장비가 의료 행위에 많이 이용되고 있다.

의료 장비 중 수술용 현미경은 의료 기관의 외과, 안과, 신경외과, 이비인후과, 척추외과, 산부인과 등에서 육안으로 쉽게 확인할 수 없는 인체 내부를 확대하여 보면서 수술할 수 있도록 한 의료기기의 일종으로, 대물렌즈를 통해 입사되는 피사체를 줌 렌즈를 거쳐 접안렌즈에서 확인할 수 있다.

수술용 현미경에서 접안렌즈에만 의존하는 경우, 수술이 진행되는 장시간 동안 접안렌즈에 눈을 고정하고 있어야 하기 때문에 시술자인 의사는 목 또는 허리의 고통이 동반되며, 눈의 깜빡임이 줄어 눈의 피로 또한 가중되어 수술 과정에서 집중력이 저하될 수 있다. 또한, 함께 수술을 진행하는 수술 보조원의 경우에는 현재 수술의 진행 상황 파악이 어려운 단점이 있다.

한편 수술용 현미경에 시술자의 수술 진행과정을 영상, 즉 모니터를 통해서 볼 수 있는 영상시스템이 구비된 장비가 있다. 이 경우, 시술자는 수술용 현미경의 접안렌즈를 통해서 환자의 환부를 관찰하면서 수술을 진행하고, 시술자 이외의 보조자와 참관자, 또는 환자와 관련된 보호자는 영상시스템을 통해서 수술실이나 외부에서 환자의 환부 및 수술 진행 과정을 관찰할 수 있도록 되어 있다.

그러나 이러한 영상시스템은 수술용 현미경으로부터 입사된 영상을 영상신호로 변환하여 모니터로 디스플레이하게 되는데, 이때 모니터로 디스플레이되는 영상은 단순히 2차원 영상으로 디스플레이하도록 되어 있다.

따라서 시술자는 물론 이를 보조하는 보조자 및 참관자 역시 모니터를 통해서 디스플레이되는 2차원 영상으로는 수술부위를 정확하게 관찰 및 확인하는데 어려움이 있고, 시술자는 영상시스템을 통해서 수술을 진행할 수 없고 이 경우에도 여전히 수술용 현미경을 통해서 수술 환부를 관찰하면서 수술을 할 수밖에 없으며, 장시간 수술을 요하는 경우 시술자는 눈의 피로는 물론 신체적으로도 많은 피로를 느끼게 되는 어려움이 그대로 존재한다.

한편, 기존의 입체 영상시스템의 경우, 정적인 수술엔 문제가 되지 않으나, 현미경의 움직임이 많은 동적 수술일 경우 좌, 우 화상의 축 틀어짐이 발생되기 쉬우며, 이로 인한 눈의 피로가 가중되는 문제가 있다. 또한, 좌, 우 화상의 정합이 어렵고, 수술 전과 수술 이후의 화상이 동일한 광축을 유지하지 않을 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 수술 현미경 장치에 장착하여 입체 화상을 디스플레이할 수 있는 비디오 어댑터 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 수술 현미경의 접안렌즈에서 보여주는 동일한 화상을 입체 화상 모니터를 통해서도 볼 수 있게 하는 입체 화상 획득 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수술 전과 수술 후의 입체 화상의 차이가 발생하지 않으며, 다양한 상용 수술 현미경에 장착 가능한 비디오 어댑터 장치를 제공하는 것이다.

기타, 본 발명의 또 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 상세한 설명에서 보다 구체적으로 제시될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 대물렌즈와 좌, 우 줌렌즈 모듈 및 좌, 우 접안렌즈로 구성되는 수술 현미경과, 상기 수술 현미경의 줌렌즈 모듈과 접안렌즈 사이에 배치되며, 한 쌍의 빔 스플리터, 한 쌍의 제1미러, 한 쌍의 제2미러, 한 쌍의 아이리스 조절장치, 한 쌍의 포커스 조절 장치 및 한 쌍의 카메라를 포함하는 비디오 어댑터 장치와, 상기 한 쌍의 카메라로부터 영상을 전달받아 입체 영상을 구현하는 디스플레이를 포함하여 구성되는 수술 현미경용 일체형 입체 화상 획득 시스템을 제공한다.

상기 비디오 어댑터 장치의 한 쌍의 빔 스플리터를 통해 좌, 우 접안렌즈와 한 쌍의 카메라 방향으로 광 경로가 나누어지며, 상기 한 쌍의 빔 스플리터에서 한 쌍의 카메라로 향하는 각각의 광 경로에는 한 쌍의 미러, 아이리스 조절장치, 포커스 조절 장치가 순차적으로 배치된다.

상기 비디오 어댑터 장치의 한 쌍의 카메라에 각각 좌, 우 광이 입사되도록 상기 한 쌍의 제1미러 및 한 쌍의 제2미러의 간격을 조정한다.

상기 비디오 어댑터 장치의 한 쌍의 제1미러 및 한 쌍의 제2미러는 X-Y 스태이지에 장착되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 제1미러 및 제2미러의 X축 또는 Y축 상의 위치를 이동시켜 비디오 어댑터 장치에서 얻어지는 좌, 우 화상의 틀어짐을 교정할 수 있다.

상기 비디오 어댑터 장치의 한 쌍의 카메라의 회전을 통해 비디오 어댑터 장치에서 얻어지는 좌, 우 화상의 회전축을 교정할 수 있다.

본 발명은 또한, 대물렌즈를 통해 입사되는 빔의 광 경로를 변경시키는 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터와, 상기 제1 빔 스플리터를 통해 입사되는 광 경로 상에 배치되어 광 경로를 변경시키는 한 쌍의 제1미러와, 상기 제1미러의 광 경로 상에 배치되는 제1 아이리스 조절장치 및 제1 포커스 조절 장치와, 상기 제1 포커스 조절 장치를 통과한 광이 입사되어 제1 영상을 획득하는 제1 카메라와, 상기 제2 빔 스플리터를 통해 입사되는 광 경로 상에 배치되어 광 경로를 변경시키는 한 쌍의 제2미러와, 상기 제2미러의 광 경로 상에 배치되는 제2 아이리스 조절장치 및 제2 포커스 조절 장치와, 상기 제2 포커스 조절 장치를 통과한 광이 입사되어 제2 영상을 획득하는 제2 카메라를 포함하는 수술 현미경용 비디오 어댑터 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 수술 현미경의 접안렌즈에서 보여주는 동일한 화상을 입체 화상 모니터를 통해서도 볼 수 있다.

또한, 수술 현미경의 움직임이 적은 정적인 경우 뿐만 아니라 동적인 경우에도 일체형 비디오 어댑터 구조에 의해 화상의 어긋남의 원인이 되는 대물렌즈와 카메라 사이 광축의 틀어짐이 없어 안정적인 입체 화상을 획득할 수 있다.

뿐만 아니라, 수술 전과 수술 후의 입체 화상의 차이가 발생하지 않으며, 다양한 상용 수술 현미경에 장착하여 입체 영상을 획득할 수 있어 각종 의료 현장에서 효과적으로 활용될 수 있고, 의료 기관에서 진행되는 수술 행위의 수준을 높이는데 크게 기여할 수 있을 것이다.

도 1은 수술 현미경의 광학계에 대한 개략도
도 2는 수술 현미경의 일체형 입체 화상 획득 시스템의 평면 구조를 보인 개략도

본 발명은 수술 현미경 장치에 좌, 우 카메라가 장착된 비디오 어댑터 장치를 장착하여 입체 화상을 획득하고, 이를 입체 화상 모니터 장치에 보여줌으로써 수술 효과를 극대화시킬 수 있는 새로운 입체 화상 획득 시스템을 제안한다.

본 발명에 따른 수술용 현미경의 입체 화상 획득 시스템은 대물렌즈, 줌렌즈, 그리고 접안렌즈로 구성되는 기존의 수술용 현미경 장치에서 줌렌즈와 접안렌즈 사이에 비디오 어댑터 장치를 부가하여 접안렌즈로 보이는 좌안 및 우안의 상과 동일한 좌안 및 우안 화상 데이터를 획득하고, 이 화상 데이터로부터 3차원 디스플레이를 통해 입체 화면을 보여줄 수 있다.

도 1을 참조하면, 수술 현미경의 광학계에 대한 개략적인 구성이 도시되어 있다.

수술 현미경(100)은 대물렌즈(110)와 줌 렌즈(120), 접안렌즈(130)로 구성되며, 줌 렌즈는 여러 개의 렌즈 모듈로 구성될 수 있고, 접안 렌즈는 좌안과 우안에 필요한 한 쌍의 렌즈를 포함한다. 줌 렌즈와 접안렌즈 사이에는 입체 화상을 획득하기 위한 비디오 어댑터 장치(200)가 포함된다. 도 1은 본 발명의 기술적 구성을 설명하기 위하여 편의상 구성 요소를 개략적으로 배치하였으며, 실제 수술 현미경에 있어서 상기 비디오 어댑터 장치는 빔 스플리터만 수술 현미경의 광 경로 상에 배치되면 충분하다.

피사체(P)에 대한 광이 대물렌즈(110)를 거쳐 2 개의 광 경로(BI, BII)로 분리되며, 분리된 광은 각각 좌, 우 줌 렌즈 모듈(120)을 통과한 후 비디오 어댑터 장치의 빔 스플리터를 통과하면서, 접안 렌즈(130)로 입사되는 광과, 비디오 어댑터 장치의 카메라(250a, 250b)로 입사되는 광으로 나뉘어지게 된다.

대물렌즈와 줌렌즈 모듈 사이에 배치되는 비디오 어댑터 장치는 좌안 및 우안 화상 데이터 획득을 위한 광학계 및 이들 광학계의 이동 및 위치 조절 등을 통해 화상 데이터의 품질을 높일 수 있는 기계장치로 구성된다.

도 2는 수술 현미경의 일체형 입체 화상 획득을 위한 비디오 어댑터 장치(200)의 구성을 보인 모식도이다.

비디오 어댑터 장치는 광학계로서 대물렌즈를 통해 입사되는 빔의 광 경로를 변경시키는 제1 빔 스플리터(210a) 및 제2 빔 스플리터(210b)와, 상기 제1 빔 스플리터를 통해 입사되는 광 경로 상에 배치되어 광 경로를 변경시키는 한 쌍의 제1미러(220a1,220a2)와, 상기 제1미러의 광 경로 상에 배치되는 제1 아이리스 조절장치(230a) 및 제1 포커스 조절 장치(240a)와, 상기 제1 포커스 조절 장치를 통과한 광이 입사되어 제1 영상을 획득하는 제1 카메라(250a)를 포함한다.

또한, 상기 제2 빔 스플리터를 통해 입사되는 광 경로 상에 배치되어 광 경로를 변경시키는 한 쌍의 제2미러(220b1,220b2)와, 상기 제2미러의 광 경로 상에 배치되는 제2 아이리스 조절장치(230b) 및 제2 포커스 조절 장치(240b)와, 상기 제2 포커스 조절 장치를 통과한 광이 입사되어 제2 영상을 획득하는 제2 카메라(250b)를 포함한다.

대물렌즈를 통해 좌, 우 광 경로가 만들어지면, 입체 화상 획득용 비디오 어댑터 장치의 빔 스필리터에 의해 좌, 우 각각의 광이 접안렌즈 쪽 제1 광 경로와 접안렌즈 쪽 광 경로와는 다른 방향, 예를 들어 현미경의 뒷 부분으로 제2 광 경로가 나누어지게 된다. 이와 같이 빔스플리터를 통해 현미경 후면으로 광 경로를 보냄으로써 입체 화상 시스템을 수술 현미경에 일체형으로 구현할 수 있다.

제2 광 경로를 통해 입사되는 좌, 우 광은 각각 광 경로 상에 배치되는 2 개의 미러 장치, 아이리스 조절장치, 및 미세 초점 조절용 포커스 렌즈를 통과한 후, 최종적으로 카메라를 통해 좌, 우 화상 데이터로 변화된다. 얻어지는 좌, 우 화상 데이터는 별도의 디스플레이(미도시)로 전달되며, 이 디스플레이에서 화상 데이터를 입체 영상으로 변화시켜 디스플레이하게 된다.

빔 스플리터(210a, 201b)를 통해 카메라 방향으로 나눠진 광은 빔 스플리터에서 좌, 우 카메라로 향하는 각각의 광 경로에 설치된 2 개의 미러를 통과하게 되는데, 상기 비디오 어댑터 장치의 한 쌍의 카메라에 각각 좌, 우 광이 입사되도록 상기 한 쌍의 제1미러 및 한 쌍의 제2미러의 간격을 조정한다. 장착 카메라의 크기가 수술 현미경의 광축 간격보다 크기 때문에 좌, 우 각각의 한 쌍의 미러를 통해 두 카메라 사이에 충분한 간격을 유지할 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 미러는 X-Y 스태이지(미도시)에 장착되며, 스태이지를 작동시켜 미러의 상, 하, 좌, 우 위치를 미세하게 이동시킬 수 있다. 따라서, 비디오 어댑터를 통해 획득되는 좌, 우 화상이 틀어지는 경우, 스태이지에 장착된 미러를 x 축과 y 축으로 미세 이동시켜 화상의 정합이 가능하다.

미러를 통과하는 광은 아이리스 장치를 통해 밝기가 조절되며, 미세 포커스 렌즈를 통해 화상의 포커스가 조절된다. 또한, 획득되는 좌, 우 화상의 회전축의 교정은 카메라의 회전을 통해 교정할 수 있다.

따라서, 수술 현미경의 움직임이 적은 정적인 경우는 물론, 동적인 경우에도 비디오 어댑터 장치에 의해 화상의 어긋남의 원인이 되는 대물렌즈와 카메라 사이 광축의 틀어짐이 없어 안정적인 입체 화상을 획득할 수 있다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

100:수술 현미경 110:대물렌즈
120:줌 렌즈 130:접안렌즈
200:비디오 어댑터 장치 210a,201b:빔 스플리터
220a1,220a2,220b1,220b2:미러
230a,230b:아이리스 조절장치 240a,240b:포커스 조절장치
250a,250b:카메라

Claims (8)

1. 대물렌즈와 좌, 우 줌렌즈 모듈 및 좌, 우 접안렌즈로 구성되는 수술 현미경과,
   상기 수술 현미경의 줌렌즈 모듈과 접안렌즈 사이에 배치되며, 한 쌍의 빔 스플리터, 한 쌍의 제1미러, 한 쌍의 제2미러, 한 쌍의 아이리스 조절장치, 한 쌍의 포커스 조절 장치 및 한 쌍의 카메라를 포함하는 비디오 어댑터 장치와,
   상기 한 쌍의 카메라로부터 영상을 전달받아 입체 영상을 구현하는 디스플레이를 포함하여 구성되며,
   상기 각 빔 스플리터는 상기 줌렌즈 모듈 통해 입사되는 빛을 상기 접안렌즈로 보내는 제1 경로와, 상기 한 쌍의 카메라 중 어느 하나의 카메라로 보내는 제 2 경로로 분기시키고,
   상기 한 쌍의 빔 스플리터에서 한 쌍의 카메라로 향하는 각각의 광 경로에는 한 쌍의 미러, 아이리스 조절장치, 포커스 조절 장치가 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 수술 현미경용 일체형 입체 화상 획득 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 비디오 어댑터 장치의 한 쌍의 빔 스플리터를 통해 좌, 우 접안렌즈와 한 쌍의 카메라 방향으로 광 경로가 나누어지는 것을 특징으로 하는 수술 현미경용 일체형 입체 화상 획득 시스템.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 비디오 어댑터 장치의 한 쌍의 카메라에 각각 좌, 우 광이 입사되도록 상기 한 쌍의 제1미러 및 한 쌍의 제2미러의 간격을 조정하는 것을 특징으로 하는 수술 현미경용 일체형 입체 화상 획득 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 비디오 어댑터 장치의 한 쌍의 제1미러 및 한 쌍의 제2미러는 X-Y 스태이지에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 수술 현미경용 일체형 입체 화상 획득 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 X-Y 스태이지에 장착되어 있는 제1미러 및 제2미러의 X축 또는 Y축 상의 위치를 이동시켜 비디오 어댑터 장치에서 얻어지는 좌, 우 화상의 틀어짐을 교정하는 것을 특징으로 하는 수술 현미경용 일체형 입체 화상 획득 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 비디오 어댑터 장치의 한 쌍의 카메라의 회전을 통해 비디오 어댑터 장치에서 얻어지는 좌, 우 화상의 회전축을 교정하는 것을 특징으로 하는 수술 현미경용 일체형 입체 화상 획득 시스템.
   
8. 삭제

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