手术用观察系统的制作方法

本发明涉及一种手术用观察系统。

背景技术：

已知一种手术用观察系统，该手术用观察系统在医生位于手术台的一侧的状态下，在手术台的上方支承有监视器，进一步在监视器的稍微跟前且在手术部的正上方支承有摄像机，将由摄像机捕获到的手术部的立体影像显示于监视器。

医生能够一边在抬起头的状态下(在抬头状态下)对显示在监视器的手术部的立体影像进行观察，一边进行手术。因此，不会像用显微镜进行手术那样，医生被强迫使用将眼睛贴在显微镜的目镜部的姿势，而是能够以轻松的姿势进行手术，从而大幅减轻了医生的疲劳。相关技术在日本专利公开公报特开平11－318936号(专利文献1)中例示。

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在这样的相关技术中，由于监视器支承在手术台的上方，因此位于手术台的相反一侧的助手等由于该监视器的干扰而无法查看手术部的状态，导致无法对手术部进行充分的辅助作业。

另外，近来存在以下要求：不仅能够以特定范围的倍率对手术部进行观察，而且希望以能够应对所有的手术状况的方式，从广范围地观察至手术部的周边的低倍率、使用放大镜的中倍率、进一步到使用显微镜的高倍率为止，用一个监视器连续地不间断地(无边界地)对广范围的倍率进行观察。

解决问题的技术手段

本发明是针对上述的状况而做出的，提供一种在手术台的相反一侧的助手等能够可靠地辅助手术且用一个监视器能够连续地不间断地(无边界地)对广范围的倍率进行观察的手术用观察系统。

根据本发明的第一技术侧面，提供一种手术用观察系统，在手术台的上方，在与手术部之间确保有规定的工作距离的状态下配置有摄像机，所述摄像机具备拍摄手术部的立体影像的光学系统和摄像元件且输出与拍摄到的立体影像相关的影像信号，主医生位于手术台的一侧，在该手术台的另一侧且比手术台高的位置配置有监视器，从摄像机输出的影像信号被输入到所述监视器，并在所述监视器显示基于该影像信号的立体影像，所述手术用观察系统的特征在于，所述摄像机的工作距离(wd)满足以下关系式：

60cm≤wd≤100cm···(1)

根据本发明的第二技术侧面的特征在于，光学系统由物镜光学系统和变倍光学系统构成，根据光学系统的光学倍率(om)和显示在监视器的立体影像的监视器倍率(im)求得的综合倍率(tm)通过工作距离(wd)的选择和监视器的尺寸的选择而满足以下条件：

3倍≤tm≤44倍···(2)

其中，tm＝om×im，im＝监视器的对角长度/摄像元件的对角长度。

根据本发明的第三技术侧面的特征在于，变倍光学系统具有能够使所选择的工作距离及监视器尺寸下的最小综合倍率与最大综合倍率之间在满足以下条件的时间(ms)内变化的变倍性能：

1秒≤ms≤2秒···(3)

根据本发明的第四技术侧面的特征在于，摄像机具备可见光用和不可见光用的两种摄像元件，能够将可见光和不可见光的立体影像分别选择性地且同时叠加显示于监视器。

附图说明

图1是表示手术用观察系统的立体图。

图2是表示摄像机和监视器相对于手术台的位置关系的说明图。

图3是表示摄像机的内部结构的立体图。

图4是表示摄像机的内部结构的主视图。

图5是表示摄像机的内部结构的侧视图。

图6是表示综合倍率的变更速度的图表。

具体实施方式

图1～图6是表示本发明的优选的实施方式的图。

患者2躺在手术台1上，在其腹部存在进行手术的手术部g。在手术台1的跟前侧有进行手术的主医生d1和他的两名助手n1、n2。在手术台1的相反一侧有辅助手术的副医生d2和他的一名助手n3。

在手术部g的上方，摄像机3由支架装置4支承。能够通过使支架装置4移动来使摄像机3的位置上下移动。摄像机3的工作距离wd(从手术部g至摄像机3的下端的距离)是60～100cm，在该实施方式中，摄像机3被支承在100cm的位置。摄像机3能够在4k下捕获可见光的立体影像和红外荧光等不可见光(以下称为荧光)的立体影像。

摄像机3具备左右一对的操作手柄5。操作手柄5能够通过把持而使摄像机3上下移动或者改变方向。另外，在操作手柄5上设有多个按钮，通过操作按钮，能够进行对焦、变更倍率、可见光影像和荧光影像的切换、荧光影像重叠到可见光影像中等。

在手术台1的相反一侧的副医生d2的旁边设置有尺寸为55英寸并且能够以4k立体显示的液晶面板型的监视器6。该监视器6供主医生d1及其助手n1、n2使用，主医生d1能够隔着手术台1一边从跟前侧确认显示在该监视器6的立体影像一边进行手术。

监视器6设置于比手术台1高20cm的位置h1，以便主医生d1容易地查看。由于55英寸的监视器6的高度h2大约为70cm，因此监视器6的上端部处于距离手术台1大约90cm的高度位置。

作为如本实施方式那样放置在手术台1的相反一侧的类型，手术中使用的监视器6的尺寸一般情况下为32～55英寸，55英寸在通常使用的尺寸中相当于大型尺寸。32英寸的监视器7相当于小型尺寸，并且在图2中用虚线图示了该尺寸以供参考。

在手术台1中的患者2的头部侧设置有另外的监视器8。该监视器8供副医生d2及其助手n3使用，并且是与主医生d1使用的监视器6相同的尺寸，且设置在相同的高度。

摄像机3和监视器6、8经由控制器9连接。从摄像机3拍摄到的手术部g的立体影像作为影像信号s被输出到控制器9。影像信号s经由控制器9而被输出到监视器6、8，监视器6、8显示基于影像信号s的立体影像。主医生d1及助手n1、n2通过佩戴专用眼镜10能够对显示在监视器6的立体影像进行观察，副医生d2及助手n3通过佩戴专用眼镜10也能够对显示在另外的监视器8的立体影像进行观察。

由于副医生d2和助手n3相对于手术台1位于与监视器6相同的一侧，因此能够直接查看手术部g而不会受到监视器6的干扰，从而能够可靠地进行手术的辅助作业。

控制器9还与主医生d1的脚边的脚踏开关11连接，通过该脚踏开关11能够进行与操作手柄5的按钮同样的操作，信号f从脚踏开关11被输出到控制器9。

配置在手术台1的相反一侧的监视器6的上端位置处于距离手术台1大约90cm的高度，但摄像机3的工作距离wd为100cm，且摄像机3被支承在手术部g的上方100cm的位置，因此，摄像机3不会进入从主医生d1的眼睛查看监视器6的视野v内。由于摄像机3与查看监视器6的视野v相比向上方偏离，因此不会妨碍监视器6的可视性。

接下来，基于图3～图5对摄像机3的结构进行说明。

摄像机3为了进行立体拍摄在内部形成有左右两条光路。在摄像机3的下部设置有由三个透镜构成的物镜光学系统12。作为观察对象的手术部g位于物镜光学系统12的光轴k上。物镜光学系统12通过使一部分透镜可移动，能够使焦距在60cm至100cm范围内可变。在摄像机3的工作距离wd小于60cm，且监视器6如实施方式那样为大型的情况下，可能会导致摄像机3进入主医生d1的视野v内。另外，由于工作距离wd越大，摄像机3的分辨率就会变得越低，因此工作距离wd最大不得超过100cm。

物镜光学系统12为前后被切割的形状，在后侧形成有由遮光板隔开的半圆状的切口部13。在切口部13设有照明单元14。照明单元14相对于物镜光学系统12的光轴k以规定的角度设置。

照明单元14内置有led光源，能够选择性地且同时将可见光和荧光用的特定波长的激发光双方作为照明光e照射。另外，照明单元14的角度通过未图示的旋转机构与物镜光学系统12的焦距联动地变化，照明光e始终朝向手术部g的中心。在该实施方式中，将照明单元14设置在摄像机3的内部，但也可以将照明单元14设置在外部，并用光纤将照明光e引导至摄像机3内，然后朝向手术部g照射。

在物镜光学系统12的上部，在其范围内设有左右一对的两个变倍光学系统15。通过该变倍光学系统15和物镜光学系统12，摄像机3在工作距离wd为60cm的情况下，光学倍率(om)为0.03～0.19倍，在工作距离wd为100cm的情况下，光学倍率(om)为0.02～0.12倍。通过使工作距离wd在60～100cm之间变化，整体上为0.02～0.19倍的光学倍率(om)。由于工作距离wd大且物镜光学系统12的焦距长，因此光学倍率小。

经过物镜光学系统12并通过两个变倍光学系统15的光路为主光路a。主光路a经过成像透镜16被引导至可见光用的摄像元件17。摄像元件17为1/3英寸尺寸的4kccd影像传感器。

在变倍光学系统15与成像透镜16之间设有作为光分支单元18的二向色镜。通过该光分支单元18，可见光作为主光路a透过，荧光(红外光)被分支(反射)而成为副光路b。副光路b通过棱镜19反射，并且经过成像透镜20而被引导至荧光用的摄像元件21。该摄像元件21也是1/3英寸尺寸的4kccd影像传感器。像这样，除了左右一对的主光路a之外，还形成有左右一对的副光路b，荧光的立体影像也能够由摄像元件21进行拍摄，并将其显示于监视器6、8。

监视器6的尺寸为55英寸(对角长度为1397mm)，摄像元件17、21的尺寸为1/3英寸(对角长度为6mm)，因此监视器倍率(im)为232.8倍。此外，在小型的32英寸的监视器6的情况下，由于对角长度为813mm，因此监视器倍率(im)为135.5倍。

在工作距离wd为60～100cm的范围、监视器6的尺寸从一般的小型(32英寸)至大型(55英寸)的范围内时，手术用观察系统中的综合倍率(tm＝om×im)就成为3～44倍。由于通过选择工作距离wd和监视器尺寸，可以得到3～44倍的倍率，因此能够应对所有的手术台状况。并且，能够根据各工作距离wd及监视器6、8的尺寸确定的综合倍率的最低倍率至最高倍率无边界地对手术部进行观察。

在该实施方式中，由于工作距离wd为100cm，并且选择55英寸作为监视器6，因此为4.7～27.9倍的综合倍率。并且，能够通过摄像机3的变倍光学系统15的设定使最小综合倍率(4.7倍)到最大综合倍率(27.9倍)之间在1秒到2秒之间变化。

图6是表示其变倍性能的图表。摄像机3能够通过操作手柄5选择如下模式：能够在1秒内从最小综合倍率变更至最大综合倍率的模式a、能够在1.5秒内从最小综合倍率变更至最大综合倍率的模式b和能够在2.0秒内从最小综合倍率变更至最大综合倍率的模式c。图6中的模式d为以往的速度，是能够在5.0秒内变更的变倍速度。在模式d下，使其从最小综合倍率变化至最大综合倍率需要花费时间且操作性差。在本实施方式中，由于在1～2秒之间，主医生d1能够在所选择的最佳的模式下在短时间内使其变化，因此能够在各种手术局面下瞬时将所需的综合倍率的立体影像显示于监视器6、8，从而操作性优异。

此外，在该实施方式中，通过光分支单元18分支成可见光和红外光(不可见光)，但并不限于此，也可以将分支到两个或两个以上的光谱区域的光选择性地叠加显示在监视器6、8上。

根据本发明的第一技术侧面，由于监视器配置于与手术台中的主医生相反的一侧，因此与监视器相同地位于手术台的相反的一侧的助手等能够直接查看手术部而不会受到监视器的干扰，从而能够可靠地进行手术的辅助作业。

另外，为了从低倍率至高倍率无边界地对手术部进行观察，根据情况需要大型的监视器，但即使监视器变大并且从主医生处查看监视器的上下方向的视野扩大，由于摄像机的工作距离为60cm以上，因此摄像机的位置与查看监视器的视野相比向上方偏离，从而不会妨碍监视器的可视性。另外，由于工作距离为100cm以下，因此不会导致摄像机的分辨率过于降低。

根据本发明的第二技术侧面，在工作距离为60～100cm的情况下，由于通过选择监视器尺寸，综合倍率(光学倍率×监视器倍率)为3～44倍，因此能够应对所有的手术状况。并且，能够从根据工作距离及监视器尺寸确定的最小综合倍率至最大综合倍率无边界地对手术部进行观察。由于监视器处于手术台的相反的一侧，因此主医生也能够用肉眼对手术部进行观察。

根据本发明的第三技术侧面，由于能够使所选择的工作距离及监视器尺寸下的最小综合倍率和最大综合倍率之间在1～2秒之间变化，因此即使在手术中充分使用从最小综合倍率至最大综合倍率的倍率范围，也能够在短时间内变更倍率，从而操作性优异。

根据本发明的第四技术侧面，由于能够从可见光的立体影像改变而切换到不可见光的立体影像，或者，能够在可见光的立体影像中叠加显示不可见光的立体影像，因此也能够应对利用了不可见光的荧光的手术。

(美国指定)

本国际专利申请涉及美国指定，关于2018年5月24日申请的日本专利申请第特愿2018－099341号，援用基于美国专利法第119条(a)的优先权的权益，并且引用该公开内容。

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