CN105898217B - 全息操作设备及控制设备、全息操作方法及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种全息操作设备、全息医疗控制设备、全息操作方法、全息图像控制方法以及远程医疗系统。所述全息操作设备包括：全息图像生成装置，生成包括被操作对象在内的全息图像信息；操作装置，对所述被操作对象进行操作；图像发送装置，发送所述全息图像信息；信息接收装置，接收控制信号，并将所述控制信号发送给所述操作装置以控制所述操作装置的操作。全息医疗控制设备包括：图像接收装置，接收全息图像信息；全息图像再现装置，基于所述全息图像信息以再现全息图像；操作控制装置，产生操作控制信号；信息输出装置，接收所述操作控制信号，并输出所述操作控制信号。可减小因平面显示造成的操作误差。
Description
技术领域
本公开的实施例涉及一种全息操作设备、全息控制设备、全息操作方法、全息控制方法以及远程医疗系统。
背景技术
目前，远程医疗可以计算机技术、遥测、遥控技术为依托，通过互联网远程对医疗条件较差的边远地区、海岛或舰船上的伤病员进行远距离咨询、诊断和治疗。
目前，远程医疗技术已经从最初的电视监护、电话远程诊断发展到利用高速网络进行数字、图像、语音的综合传输，并且实现了利用语音和高清图像的实时交流。但是目前的远程医疗技术(例如远程手术)只能通过显示屏平面显示患者的病患部位，然后医生针对显示屏上的病患部位操纵手术仪器，由于平面显示的图像不能全面反映病患部位的体积、深度等三维信息，极易造成操作误差，手术中的一个微小的偏差都有可能对病人造成伤害，甚至危及生命。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种全息操作设备，包括：全息图像生成装置，配置为生成包括被操作对象在内的全息图像信息；操作装置，配置为对所述被操作对象进行操作；图像发送装置，配置为发送所述全息图像信息；信息接收装置，配置为接收控制信号，并将所述控制信号发送给所述操作装置以控制所述操作装置的操作，其中，所述控制信号是根据发送的所述全息图像信息得到的。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作设备中，所述全息图像生成装置包括：光源组件、光学组件、全息存储材料以及图像获取装置。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作设备中，所述光源组件能够发出第一光束和照射所述被操作对象的第二光束，所述第二光束被所述光学组件引导至所述被操作对象，从所述被操作对象反射或透射的光与所述第一光束相干涉后照射到所述全息存储材料上以在其中存储所述全息图像信息；所述光源组件还发出第三光束，所述第三光束照射所述全息存储材料，由此产生自所述全息存储材料出射的成像光束，所述成像光束照射到所述图像获取装置，所述图像获取装置产生对应于所述全息图像信息的数据并发送给所述图像发送装置。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作设备中，所述光源组件包括第一激光器，所述光学组件包括分光装置，所述分光装置将所述第一激光器发出的初始光束分为所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作设备中，所述光源组件包括第一激光器和第二激光器，所述光学组件包括分光装置，所述分光装置将所述第一激光器发出的初始光束分为所述第一光束和所述第二光束，所述第二激光器发出所述第三光束。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作设备中，所述全息存储材料包括光折变晶体、光致变色材料或光致聚合物。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作设备中，所述全息存储材料设置在一个移动装置上，在所述全息操作设备工作时，所述移动装置能够将所述全息存储材料的不同位置朝向由从所述被操作对象反射或透射的光与所述第一光束相干涉后所产生的光束。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作设备中，所述移动装置为转台。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作设备中，所述第三光束的发射位置可绕所述全息存储材料变换。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作设备中，所述图像获取装置包括CCD或CMOS成像装置。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作设备中，所述操作装置包括机械臂，在所述机械臂上可设置手术器械。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作设备中，所述图像发送装置和信息接收装置分别通过网络与外部设备信号连接。
根据本发明的另一个方面，提供了一种全息操作方法，所述方法包括：生成包括被操作对象在内的全息图像信息；发送所述全息图像信息至外部设备；从所述外部设备接收控制信号，其中，所述控制信号是根据发送的所述全息图像信息得到的；根据所述控制信号来控制对所述被操作对象的操作。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作方法中，生成包括被操作对象在内的全息图像信息的步骤包括：生成第一光束和照射所述被操作对象的第二光束；将所述第二光束引导至所述被操作对象；将从所述被操作对象反射或透射的光与所述第一光束相干涉后照射到全息存储材料上以在其中存储所述全息图像信息；生成第三光束照射所述全息存储材料，由此产生自所述全息存储材料出射的成像光束；将所述成像光束照射到图像获取装置，以产生对应于所述全息图像信息的数据。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作方法中，将第一激光器发出的初始光束分为所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作方法中，将第一激光器发出的初始光束分为所述第一光束和所述第二光束，使用第二激光器发出所述第三光束。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作方法中，所述全息存储材料包括光折变晶体、光致变色材料或光致聚合物。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作方法中，将所述全息存储材料的不同位置朝向由从所述被操作对象反射或透射的光与所述第一光束相干涉后所产生的光束。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作方法中，所述第三光束的发射位置可绕所述全息存储材料变换。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作方法中，根据所述控制信号来控制对所述被操作对象的操作的步骤包括：根据所述控制信号来控制操作装置上的机械臂的运动；在所述机械臂运动时，所述机械臂上设置的手术器械对所述被操作对象进行操作。
例如，在本公开一实施例提供的全息操作方法中，所述图像发送和信息接收步骤包括：通过网络发送所述全息图像信息至外部设备；通过网络从所述外部设备接收控制信号。
根据本发明的再一个方面，提供了一种全息控制设备，包括：图像接收装置，配置为接收全息图像信息；全息图像再现装置，基于所述全息图像信息以再现全息图像；操作控制装置，配置为产生操作控制信号；信息输出装置，配置为接收所述操作控制信号，并输出所述操作控制信号；其中，所述操作控制信号是基于所述全息图像而产生的。
例如，在本公开一实施例提供的全息控制设备中，所述图像再现装置包括：光源，配置为发射再现光束；空间光调制器，配置为接收所述全息图像信息，并且在被所述再现光束照射时，能够将所述全息图像信息转换为光信号，成像装置，配置为将所述光信号呈现为所述全息图像。
例如，在本公开一实施例提供的全息控制设备中，所述光源包括激光器。
例如，在本公开一实施例提供的全息控制设备中，所述空间光调制器包括液晶光阀、MEMS空间光调制器、数字微镜器件、光折变晶体或声光调制器。
例如，在本公开一实施例提供的全息控制设备中，所述操作控制装置包括触摸装置、操作杆或体感控制装置。
根据本发明的又一个方面，提供了一种全息控制方法，包括：接收全息图像信息；基于所述全息图像信息再现全息图像；产生操作控制信号；接收所述操作控制信号，并输出所述操作控制信号；其中，所述操作控制信号是基于所述全息图像而产生的。
例如，在本公开一实施例提供的全息控制方法中，所述基于所述全息图像信息以再现全息图像包括：向空间光调制器发射再现光束；所述空间光调制器接收所述全息图像信息，并且在被所述再现光束照射时，将所述全息图像信息转换为光信号；将所述光信号呈现为所述全息图像。
例如，在本公开一实施例提供的全息控制方法中，发射再现光束的步骤包括：使用激光器来发射再现光束。
例如，在本公开一实施例提供的全息控制方法中，所述空间光调制器包括液晶光阀、MEMS空间光调制器、数字微镜器件、光折变晶体或声光调制器。
例如，在本公开一实施例提供的全息控制方法中，产生操作控制信号的步骤包括：通过操作触摸装置、操作杆或体感控制装置产生操作控制信号。
根据本发明的再一个方面，提供了一种远程医疗系统，包括本公开任一实施例所述的全息操作设备以及本公开任一实施例所述的全息控制设备。
本公开实施例提供的技术方案，例如在医疗领域，医生可以根据患者的全息影像，对患者进行远程诊断或医疗，减小了现有远程医疗方法中因平面显示造成的操作误差，提高了远程医疗的准确度。在其他技术领域，同样可以减小因平面显示造成的操作误差，提高了操作准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1是一种全息医疗设备的组成架构示意图；
图2是一种全息医疗设备结构示意图；
图3是一种全息操作方法的流程图；
图4是一种全息医疗控制设备的组成架构示意图；
图5是一种全息医疗控制设备结构示意图；
图6是一种全息医疗控制方法的流程图；
图7是一种远程医疗系统的组成架构示意图；以及
图8是一种远程医疗系统结构示意图。
附图标记
100全息医疗设备，110全息图像生成装置，111光源组件，1111第一激光器，1112第二激光器，112光学组件，1121第一狭缝、1122分光装置，1123滤波器，1124第一扩束准直器，1125反射镜、1126第一透镜，1127第二狭缝，1128第二扩束准直器，1129第二透镜，113全息存储材料，114图像获取装置115移动装置，120操作装置，130图像发送装置，140信息接收装置，150被操作对象，160第一控制装置，400全息医疗控制设备，410图像接收装置，420全息图像再现装置，421光源，4211第三激光器，422空间光调制器，423成像装置，4231第三狭缝，4232第三扩束准直器，430操作控制装置，440信息输出装置，460第二控制装置，700远程医疗系统
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
本发明实施例提供了一种全息操作设备、全息控制设备、全息操作方法、全息控制方法以及远程医疗系统，例如用于医疗领域的全息医疗设备、全息医疗控制设备、全息操作方法、全息医疗控制方法，显然本发明的实施例可不限于医疗领域，还可以用于其他领域，例如制造业、采矿业、农业、畜牧业等，相应的被操作对象可以是被制造的产品、挖掘的矿物、种植的农作物、喂养的牲畜等。下面以医疗领域为例进行非限制性说明，其中，全息医疗设备应用于患者端，全息医疗控制设备应用于医生端，医生可以通过使用全息医疗控制设备来控制全息医疗设备，从而对患者进行医疗操作。全息操作方法是对应于全息医疗设备的操作方法；全息医疗控制方法是对应于全息医疗控制设备的控制(操作)方法。远程医疗系统包括前述的全息医疗设备以及全息医疗控制设备。下面将分别对上述设备、系统以及方法进行介绍。
根据本发明的第一个实施例，提供了一种全息医疗设备。下面将结合图1和图2来介绍本发明第一个实施例提供的全息医疗设备。图1是根据本发明第一个实施例的全息医疗设备的组成架构示意图；图2是该全息医疗设备结构示意图。
如图1所示，全息医疗设备100包括：全息图像生成装置110、操作装置120、图像发送装置130和信息接收装置140。全息图像生成装置110配置为生成包括被操作对象在内的全息图像信息。操作装置120配置为对被操作对象进行操作。图像发送装置130配置为发送全息图像信息。信息接收装置140配置为接收控制信号，并将该控制信号发送给操作装置120以控制操作装置120的操作。该控制信号是根据发送的全息图像信息得到的。
全息图像生成装置110用于生成包括被操作对象在内的全息图像信息，在该实施例中，被操作对象为患者等，因此例如生成患者或病患部位的全息图像信息。如图1所示，全息图像生成装置110可以包括：光源组件111、光学组件112、全息存储材料113以及图像获取装置114。
如图2所示，光源组件111用于发射光线，为能够实现全息记录的相干光源。例如激光、红外光或近红外光、白光等等。光源组件111例如可以通过一个或多个激光器、一个或多个红外发生器或者它们的组合来实现。另外，光源组件111也可为其它能够实现全息记录的相干光源，例如白光光源等。可选地，光源组件111可以通过近红外可调谐光纤激光器、红外线发射管来实现。红外线发射管由红外发光二级管矩阵组成发光体。红外发射二级管由红外辐射效率高的材料制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。
根据本发明的一个示例，光源组件111可以发出第一光束和第二束光。其中，第二光束照射所述被操作对象，例如，患者。所述第二光束可以直接照射患者，也可以被光学组件112引导至所述被操作对象。这样，从所述被操作对象反射或透射的光与第一光束相干涉后照射到全息存储材料113上，以在全息存储材料113中存储被操作对象的全息图像信息。
根据本发明的另一个示例，光源组件111除了发射第一光束和第二光束之外，还可以发出第三光束。第三光束用于照射所述全息存储材料，由此可以产生从所述全息存储材料出射的成像光束，该成像光束照射到图像获取装置114中形成图像。
可替换地，光源组件111包括第一激光器1111和第二激光器1112。第一激光器1111用于发射前述第一光束和第二光束；第二激光器1112用于发射前述的第三光束。例如，第一激光器1111发射的光束通过分光装置分成第一光束和第二光束。当然，可选地，光源组件111也可以包括三个激光器，分别发射前述的第一光束、第二光束和第三光束。
可替换地，光源组件还可以仅包括第一激光器1111，通过分光装置将第一激光器1111发出的初始光束分为第一光束、第二光束和第三光束。
光学组件112用于在全息医疗设备中进行导光、分光、滤波等操作。例如，参见图2，光学组件112可以包括分光装置1122(例如分光器)，用于将光源组件111中的第一激光器1111分成第一光束和第二光束。
可选地，为了使滤掉第一光束中的某个波段的光线，光学组件112还可以包括滤波器，用于对光线进行滤波。例如图2中的滤波器1123，用于对第一光束进行滤波。
可选地，为了改变光束的直径和发散角，光学组件112还可以包括扩束装置。为了使光最大效率地耦合进入接收光的器件中，光学组件112还可以包括准直装置。例如，图2中的第一扩束准直器1124以及第二扩束准直器1128，能够实现扩束和准直的功能。
可选地，为了调整光路，使光束发散或汇聚后导向被操作对象，光学组件112还可以根据光路导向需要，包括一个或多个透镜、反射镜或平面镜或它们之间的任意组合。例如图2所示的反射镜1125、第一透镜1126以及第二透镜1129，分别用于实现光反射或透射功能。
可选地，为了有效确定光谱带宽、决定出射光束强度，光学组件112还可以在光源组件111的发射端使用狭缝，来设定出合适的缝隙。狭缝的最大宽度可以为2毫米(mm)。狭缝是光谱仪的主要部件，可以通过光谱仪来设计适合光源组件111的狭缝。例如图2所示，第一狭缝1121、第二狭缝1127可以分别设置在第一激光器1111和第二激光器1112的发射端。
需要说明的是，在第一光束、第二光束或第三光束的光路中可根据实际应用需求增加或减少上述光学组件112，例如透镜组、反射镜等光学元件，实现例如光线方向或发散角的调整。
全息存储材料113用于存储光信息，如图2所示，在本发明的一个示例中，全息存储材料113存储第一光束和第二光束的干涉信息。全息存储材料113可以包括光折变晶体、光致变色材料或光致聚合物等。其中，光折变晶体通过光折变效应来存储全息图，即当受到非均匀的光强度照射时，光折变晶体局部折射率的变化与入射光强成正比。光折变晶体具有动态范围大、存储持久性长、可以固定以及生长工艺成熟等优点。光折变晶体例如为掺铁铌酸锂晶体(KiNbO3:Fe)、铌酸锶钡(SNB)和钛酸钡(BaTiO3)等；有机光致聚合物例如为PMMA:DTNB:C60和PQ/PMMA等。
图像获取装置114用于产生对应于所述全息图像信息的数据，例如将光线转换成电信号。如图2所示，在本公开实施例的一个示例中，图像获取装置114将从全息存储材料113透射出的第三光束转换成电信息。图像获取装置114例如可以通过电荷耦合元件(Charge coupled Device，CCD)或金属氧化物半导体元件(Complementary Metal-OxideSemiconductor，CMOS)成像装置来实现。CCD和CMOS均能感应光线，并将光学信号转变成数字信号。
如图2所示，根据本发明的一个示例，全息图像生成装置110生成图像的过程例如可以是如下方式。光源组件111发出第一光束和照射被操作对象150的第二光束，第二光束被光学组件112引导至被操作对象150，第二光束照射被操作对象150，并且从被操作对象150反射或透射的光与第一光束相干涉后照射到全息存储材料113上，以在其中存储全息图像信息。
此外，光源组件111还可以发出第三光束，第三光束照射全息存储材料113，由此产生自全息存储材料113出射的成像光束，成像光束照射到图像获取装置114，图像获取装置114基于成像光束，产生对应于全息图像信息的电信号数据。然后，可以将该数据发送给图像发送装置130。
根据本发明的另一个示例，全息图像生成装置110生成图像的过程例如可以是如下方式。如图2所示，第一激光器1111发出的光通过第一狭缝1121后被分光装置1122分为第一光束和第二光束。第一光束可以作为参考光束，第二光束可以作为物光束。第二光束通过滤波器1123进行滤波，再通过第一扩束准直器1124进行扩束和准直，之后通过第一反射镜1125反射到被操作对象150(例如病人)处并发生例如漫反射。之后，从被操作对象150反射或透射的光线通过第一透镜1126汇聚以被照射到全息存储材料113上。同时，第一光束直接射入或导入全息存储材料113中。第一光束和第二光束叠加产生干涉，干涉信息被全息存储材料113存储。
此外，为了将全息存储材料113中的光信息读出，可以通过使用第二激光器1112发出光线，该光线通过第二狭缝1127和第二扩束准直器1128进行扩束准直后射向全息存储材料113。从全息存储材料113出射的光线通过第二透镜1129后射入图像获取装置114，从而将全息存储材料113中存储信息转换成电信号而读出。
为了尽可能减少存储的多幅全息图之间的串扰，每写入一幅全息图像后将全息存储材料113转动一个角度，再写入下一幅全息图像。根据本发明的一个示例，全息存储材料113可以设置在一个移动装置115上。在全息医疗设备100工作时，移动装置115能够移动全息存储材料113，使其以不同角度、不同位置朝向从被操作对象150反射或透射的光与第一光束相干涉后所产生的光束。
可替换地，第三光束的发射位置可绕全息存储材料113变换。例如，第二激光器1112被设置在一个移动光学平台上，该移动光学平台可带动第二激光器1112围绕全息存储材料113运动，从而实现第三光束的发射位置可绕全息存储材料113变换。
可选地，移动装置115为转台。转台例如为单轴转台、双轴转台或三轴及以上多轴转台。多轴转台有利于提高转台及设置在其上全息存储材料113指向的精度，有利于全息图像的存储和读取。
在本公开一实施例提供的全息医疗设备100中，操作装置120被配置为对被操作对象进行操作。例如对患者进行诊断、手术等。操作装置120例如包括机械臂，在机械臂上可设置手术器械。机械臂可在三维空间中进行多轴运动，手术器械例如包括麻醉器械、手术刀、血管钳、体征监测设备等。可选地，全息医疗设备100还可以包括第一控制装置160，第一控制装置160例如用于控制第一激光器1111、第二激光器1112、移动装置115的操作。
另外，图像发送装置130用于发送全息图像信息给其他设备。例如，如图2所示，图像发送装置130接收到图像生成装置110发送的包含被操作对象在内的全息图像信息后，将该全息图像信息向外发送，例如发送给全息医疗控制设备，或者进行存储。
此外，信息接收装置140用于接收根据发送的全息图像信息而得到的控制信号，并将控制信号发送给操作装置120以控制操作装置120的操作，例如图2中，信息接收装置140可以接收全息医疗控制设备发送的控制信号。
信息接收装置140、图像发送装置130可以分别通过网络与外部设备信号连接。网络例如包括有线、无线网络中的一种或其组合。外部设备例如为全息医疗控制设备。
可选地，图像发送装置130、信息接收装置140和第一控制装置160的功能可以由一台计算机实现或多台计算机分别实现，该计算机可以是通用计算装置或专用计算装置。
根据本发明的一个示例，全息医疗设备100的工作流程可以是如下方式。全息图像生成装置110生成包括被操作对象在内的全息图像信息，例如，生成病人或病患部位的全息图像。之后将该全息图像信息传输到图像发送装置130中。图像发送装置130接收到该全息图像信息后，将该全息图像信息发送给外部设备，例如，发送给图2所示的全息医疗控制设备。全息医疗控制设备接收到的全息图像信息后，根据该信息生成控制信号，例如，对病人的手术操作控制信号，并发送给全息医疗设备100，全息医疗设备100的信息接收装置140，接收控制信号，并将控制信号发送给操作装置120，操作装置120根据该控制信号对被操作对象进行操作，例如对病人进行手术。
本发明实施例的全息医疗设备，通过生成被操作对象的全息图像，然后发送给医疗控制设备，并根据医疗控制设备发送的控制信号对被操作对象进行医疗诊断或手术。由于控制信号是根据被操作对象的全息图像生成的，因此，该控制信号和医生在现场发出的控制指令相当，从而使得医疗操作更精准，极大的减小了操作误差，同时也提高了医疗效率。
以上是根据本发明第一个实施例的全息医疗设备，下面将介绍根据本发明第二个实施例的全息操作方法，全息操作方法是与全息医疗设备对应的操作方法，为了说明书的简洁，以下仅作简要介绍。
如图3所示，该全息操作方法300包括如下步骤。
在步骤S11中：生成包括被操作对象在内的全息图像信息。根据本发明的一个示例，生成全息图像信息的过程如下：首先生成第一光束和照射被操作对象的第二光束。然后将第二光束引导至被操作对象。之后将从被操作对象反射或透射的光与第一光束相干涉后照射到全息存储材料上以在其中存储全息图像信息。同时还可以生成第三光束来照射全息存储材料，由此产生自全息存储材料出射的成像光束。然后再将成像光束照射到图像获取装置，以产生对应于全息图像信息的数据。
可选地，可以利用第一激光器发出的初始光束，然后将该初始光速分为第一光束、第二光束和第三光束。
可选地，还可以将第一激光器发出的初始光束分为第一光束和第二光束，使用第二激光器发出第三光束。
可选地，上述的全息存储材料可以采用光折变晶体、光致变色材料或光致聚合物等材料制成。
可选地，可以将全息存储材料的不同位置朝向由从被操作对象反射或透射的光与第一光束相干涉后所产生的光束，从而可以在全息存储材料中写入多幅图像，并减少存储的多幅全息图之间的串扰。例如，可以在全息存储材料每写入一幅全息图像后，将全息存储材料113转动一个角度，再写入下一幅全息图像。可替换地，也可以移动光源组件111，例如移动第一激光器1111或第二激光器1112，或使用导光部件来改变光路，从而使第三光束的发射位置可绕全息存储材料113变换。
根据本发明的一个示例，参见图2-3所示，生成全息图像的过程可以是如下方式。首先，利用第一激光器1111发出的光通过第一狭缝1121后被分光装置1122分为第一光束和第二光束。第一光束可以作为参考光束，第二光束可以作为物光束。然后对第二光束通过滤波器1123进行滤波，再通过第一扩束准直器1124进行扩束和准直，之后通过第一反射镜1125反射到被操作对象150(例如病人)处并发生例如漫反射。之后，从被操作对象150反射或透射的光线通过第一透镜1126汇聚到全息存储材料113上。同时，第一光束直接射入或导入全息存储材料113中。第一光束和第二光束叠加产生干涉，干涉信息从而被全息存储材料113存储。
此外，为了将全息存储材料113中的光信息读出，可以通过使用第二激光器1112发出光线，该光线通过第二狭缝1127和第二扩束准直器1128进行扩束准直后射向全息存储材料113。从全息存储材料113出射的光线通过第二透镜1129后射入图像获取装置114，从而将全息存储材料113中存储信息转换成电信号而读出。
在步骤S12中：发送全息图像信息至外部设备。在步骤S13中：从外部设备接收控制信号，其中，控制信号是根据发送的全息图像信息得到的。根据本发明的一个示例，在步骤S11生成全息图像信息后，在步骤S12中将该全息图像信息通过网络发送给外部设备，例如，通过光纤网络、无线通信网络等通信介质，将该图像信息发送至外部设备，例如，如图2所示，将该图像信息发送给全息医疗控制设备。之后，全息医疗控制设备会根据接收到的全息图像信息生成控制信号，例如对病人进行手术操作的控制信号，并通过网络传送过来。那么此时，在步骤S13中，全息医疗设备就可以从外部设备接收控制信号。
在步骤S14中：根据控制信号来控制对被操作对象的操作。根据本发明的一个示例，当全息医疗设备从外部设备接收到控制信号后，可以根据控制信号来控制对被操作对象的操作。例如，根据控制信号来控制操作装置120上的机械臂的运动；在机械臂运动时，机械臂上设置的手术器械可以对被操作对象(例如病人)进行操作。
本发明实施例提供的全息操作方法，通过将生成的包括被操作对象在内的全息图像发送给外部设备，并从外部设备接收基于发射的全息图像所产生的控制信号，根据控制信号对被操作对象进行操作。使得控制信号的产生更加精准，极大的提高了医疗操作的准确性和效率。
以上介绍了本发明第一个实施例的全息医疗设备以及第二个实施例的全息操作方法，上述设备和方法可以应用在接受医疗的患者端。下面将进一步介绍根据本发明第三个实施例的全息医疗控制设备以及本发明第四个实施例的全息医疗控制方法，全息医疗控制设备以及全息医疗控制方法可以应用于提供医疗服务的医生端，用来控制患者端的设备的操作。
下面将参照图4和图5来介绍本发明第四个实施例的全息医疗控制设备。图4示出了根据本发明第三个实施例的全息医疗控制设备400的组成架构图；图5示出了该全息医疗控制设备400的结构示意图。
参见图4，全息医疗控制设备400包括：图像接收装置410、全息图像再现装置420、操作控制装置430和信息输出装置440。
图像接收装置410被配置为接收全息图像信息。图像接收装置410例如可以是与外部设备进行通信的计算机、平板电脑、笔记本电脑、移动终端等电子设备。参见图5，该装置可以通过有线或无线网络从全息医疗设备接收包括被操作对象在内的全息图像信息。
全息图像再现装置420被配置为基于全息图像信息来再现全息图像。全息图像再现装置将图像接收装置410接收到的全息图像信息转换成人眼可以看到的全息图像。参见图4，在本发明的一个示例中，全息图像再现装置420包括：光源421、空间光调制器422和成像装置423。
光源421被配置为发射再现光束，该光源例如可以是激光器、红外发生器、或者也可为其它能实现全息再现的光源，例如白光光源等。如图5所示，光源421例如为第三激光器4211。
空间光调制器422被配置为接收全息图像信息，并且在被再现光束照射时，能够将全息图像信息转换为光信号。例如，空间光调制器422可以是可用于全息再现的液晶光阀或MEMS(Micro-Electro-Mechanical System微机电系统)空间光调制器等，还可以为数字微镜器件(DMD)、光折变晶体、声光调制器(AOM)等。
成像装置423被配置为将光信号呈现为全息图像。成像装置423可以与光源421以及空间光调制器422配合，使用透镜、反射镜等光学元件，将光信号成像成肉眼可以看到的全息图像。例如，如图5所示，成像装置423例如包括第三狭缝4231和第三扩束准直器4232。第三狭缝4231可以利用光谱仪自带的功能实现，第三扩束准直器4232可以通过扩束镜和准直器或它们的组合来实现。
根据本发明的一个示例，在全息再现装置420中，第一激光器4211发出的再现光束通过第三狭缝4231和第三扩束准直器4232进行扩束准直后，照射到空间光调制器422上，从而使被操作对象的影像再现出来。例如，可以设置一个平台，使被操作对象的影像在平台上显示，这样医生看到平台上的全息影像，就如同看到病人躺在病床上一样。医生可以根据病人的全息图像精准地确定如何操作，并产生相应的控制信号，方便了医生的医疗方案制定，也提高了医疗准确度。
操作控制装置430用于产生操作控制信号。操作者(例如医生)在确定了医疗方案后，在观看了被操作对象的全息影像之后，根据被操作对象的影像使用操作控制装置430进行操作。例如，在本公开一个示例中，操作控制装置430包括触摸装置、操作杆或体感控制装置等。操作者对操作控制装置430进行操作后，操作控制装置430将产生控制信号。可替换地，操作者也可以根据看到的被操作者的全息影像信息，使用全息医疗控制设备400的输入装置进行操作控制信息的输入，来产生操作控制信号。之后，操作控制装置430进一步将该操作信息的控制信号发送给信息输出装置440。
信息输出装置440从操作控制装置430接收到的操作控制信号，并输出操作控制信号给其他设备。例如如图5所示的，通过有线或无线网络将操作控制信号输出给全息医疗设备。
此外，全息医疗控制设备400还可以包括第二控制装置460，第二控制装置460被配置为控制图像再现装置420进行图像的再现，例如控制第三激光器4211发射光线以及控制空间光调制器422的信号处理。
可选地，如图5所示，图像接收装置410、信息输出装置440和第二控制装置460可以由一台计算机一并实现，或是由多台计算机分别实现，该计算机可以是通用计算装置或专用计算装置。
本发明实施例提供的全息医疗控制设备，通过接收被操作体的全息影像并再现该影像，使得医生可以根据病人的全息图像精准地确定医疗方案，并根据全息影像产生相应的控制信号，由于全息影像可以全方位的反映被操作体的图像，医生对影像进行操作就如同对病人本身操作一样，方便了医生的医疗方案的制定，也提高了医疗准确度。
以上介绍了本发明第三个实施例的全息医疗控制设备，以下进一步介绍本发明第四个实施例的全息医疗控制方法，全息医疗控制方法是与全息医疗控制设备对应的方法，为了说明书的简洁，以下仅作简要描述。
下面将参照图6并结合图4-5介绍本发明第四个实施例的全息医疗控制方法。图6示出了根据本发明实施例的全息医疗控制方法的流程图。
如图6所示，在步骤S601中，接收全息图像信息。例如，可以利用计算机、平板电脑、笔记本电脑、移动终端等电子设备，通过有线或无线网络从全息医疗设备接收包括被操作对象在内的全息图像信息。
在步骤S602中，基于全息图像信息再现全息图像。也就是说，全息图像再现装置420将图像接收装置410接收到的全息图像信息转换成人眼可以看到的全息图像。根据本发明的一个示例，利用第一激光器4211向空间光调制器422发射再现光束，空间光调制器422接收到全息图像信息后，在被再现光束照射时，将全息图像信息转换为光信号，并将光信号呈现为全息图像。例如，还可以设置一个平台，使被操作对象的影像在平台上显示，这样医生看到平台上的全息影像，就如同看到病人躺在病床上一样。医生可以根据病人的全息图像精准地确定如何操作，并产生相应的控制信号。
根据本发明的另一个示例，还可以将第一激光器4211发出的再现光束进行预处理后，照射到空间光调制器422上。例如，参见图5，第一激光器4211发生的光束先通过第三狭缝4231进行发散角度调整，再通过第三扩束准直器4232进行扩束准直后，照射到空间光调制器422上，从而使被操作对象的影像再现出来。
可选地，可以使用液晶光阀或MEMS空间光调制器等作为空间光调制器，来接收全息图像信息，并且在被再现光束照射时，将全息图像信息转换为光信号。
在步骤S603中，产生操作控制信号。例如通过操作触摸装置、操作杆或体感控制装置产生操作控制信号。可替换地，也可以直接利用全息医疗控制设备的输入装置进行操作控制信号的输入。
在步骤S604中，接收操作控制信号，并输出操作控制信号。例如图5所示的，通过有线或无线网络接收步骤S603产生的操作控制信号，并将该控制信号输出给全息医疗设备。此外，还可以利用全息医疗控制设备400的第二控制装置460，对图像再现装置420进行图像再现控制。例如控制第三激光器4211发射光线以及控制空间光调制器422的信号处理。
本发明实施例提供的全息医疗控制方法，通过接收被操作体的全息影像并再现该影像，使得医生可以根据病人的全息图像精准地确定医疗方案，并根据全息影像产生相应的控制信号，由于全息影像可以全方位的反映被操作体的图像，医生对影像进行操作就如同对病人本身操作一样，方便了医生的医疗方案的制定，也提高了医疗准确度。
根据本发明第五个实施例，还提供了一种远程医疗系统。图7是本发明远程医疗系统的组成架构示意图。图8是本发明远程医疗系统结构示意图。参见图7、图8，远程医疗系统700包括本发明第一个实施例的全息医疗设备以及本发明第三个实施例的全息医疗控制设备。该远程医疗系统700例如可以实现远程诊断、远程手术等功能。但本发明实施例不局限于此。
在远程医疗系统700中，全息医疗设备100发送包括被操作体在内的全息图像信息，全息医疗控制设备接收到被操作体在内的全息图像信息后，根据该图像信息生成操作控制信号，并将该操作控制信号发送给全息医疗设备，全息医疗设备根据接收到的操作控制信号对被操作体进行医疗操作。为了说明书的简洁，不再详细描述，具体结构和功能请参考本发明第一个实施例的全息医疗设备以及本发明第三个实施例的全息医疗控制设备。
本发明实施例提供的远程医疗系统，通过生成并传递包括被操作体在内的全息图像信息，实现医生的远程医疗，由于全息影像能够精准全面地反映病人的图像，提高了远程医疗的精准度，减小了操作误差。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (27)
1.一种全息操作设备，包括：
全息图像生成装置，配置为生成包括被操作对象在内的全息图像信息；
操作装置，配置为对所述被操作对象进行操作；
图像发送装置，配置为发送所述全息图像信息；
信息接收装置，配置为接收控制信号，并将所述控制信号发送给所述操作装置以控制所述操作装置的操作，
其中，所述控制信号是根据发送的所述全息图像信息得到的；
其中，所述全息图像生成装置包括：光源组件、光学组件以及全息存储材料；
所述光源组件能够发出第一光束和照射所述被操作对象的第二光束，
所述光源组件还发出第三光束，所述第三光束照射所述全息存储材料，由此产生自所述全息存储材料出射的成像光束，
所述光源组件包括第一激光器，所述光学组件包括分光装置，所述分光装置将所述第一激光器发出的初始光束分为所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束。
2.根据权利要求1所述的操作设备，其中，所述全息图像生成装置还包括图像获取装置。
3.根据权利要求2所述的操作设备，其中，所述第二光束被所述光学组件引导至所述被操作对象，从所述被操作对象反射或透射的光与所述第一光束相干涉后照射到所述全息存储材料上以在其中存储所述全息图像信息；
所述成像光束照射到所述图像获取装置，所述图像获取装置产生对应于所述全息图像信息的数据并发送给所述图像发送装置。
4.根据权利要求1所述的操作设备，其中，所述全息存储材料包括光折变晶体、光致变色材料或光致聚合物。
5.根据权利要求3所述的操作设备，其中，所述全息存储材料设置在一个移动装置上，在所述全息操作设备工作时，所述移动装置能够将所述全息存储材料的不同位置朝向由从所述被操作对象反射或透射的光与所述第一光束相干涉后所产生的光束。
6.根据权利要求5所述的操作设备，其中，所述移动装置为转台。
7.根据权利要求3所述的操作设备，其中，所述第三光束的发射位置可绕所述全息存储材料变换。
8.根据权利要求2-3、5-7任一所述的操作设备，其中，所述图像获取装置包括CCD或CMOS成像装置。
9.根据权利要求1-7任一所述的操作设备，其中，所述操作装置包括机械臂，在所述机械臂上可设置手术器械。
10.根据权利要求1-7任一所述的操作设备，其中，所述图像发送装置和所述信息接收装置分别通过网络与外部设备信号连接。
11.一种全息操作方法，所述方法包括：
生成包括被操作对象在内的全息图像信息；
发送所述全息图像信息至外部设备；
从所述外部设备接收控制信号，其中，所述控制信号是根据发送的所述全息图像信息得到的；
根据所述控制信号来控制对所述被操作对象的操作；
其中，生成包括被操作对象在内的全息图像信息的步骤包括：
使用第一激光器生成第一光束和照射所述被操作对象的第二光束，生成第三光束照射全息存储材料，由此产生自所述全息存储材料出射的成像光束；
将所述第一激光器发出的初始光束分为所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束。
12.根据权利要求11所述的操作方法，其中，生成包括被操作对象在内的全息图像信息的步骤还包括：
将所述第二光束引导至所述被操作对象；
将从所述被操作对象反射或透射的光与所述第一光束相干涉后照射到所述全息存储材料上以在其中存储所述全息图像信息；
将所述成像光束照射到图像获取装置，以产生对应于所述全息图像信息的数据。
13.根据权利要求12所述的操作方法，其中，所述全息存储材料包括光折变晶体、光致变色材料或光致聚合物。
14.根据权利要求12所述的操作方法，其中，将所述全息存储材料的不同位置朝向由从所述被操作对象反射或透射的光与所述第一光束相干涉后所产生的光束。
15.根据权利要求12所述的操作方法，其中，所述第三光束的发射位置可绕所述全息存储材料变换。
16.根据权利要求11所述的操作方法，其中，根据所述控制信号来控制对所述被操作对象的操作的步骤包括：
根据所述控制信号来控制操作装置上的机械臂的运动；
在所述机械臂运动时，所述机械臂对所述被操作对象进行操作。
17.根据权利要求11所述的操作方法，其中，发送所述全息图像信息至所述外部设备，从所述外部设备接收所述控制信号，包括：
通过网络发送所述全息图像信息至所述外部设备；
通过网络从所述外部设备接收所述控制信号。
18.一种全息控制设备，包括：
图像接收装置，配置为接收全息图像信息；
全息图像再现装置，基于所述全息图像信息以再现全息图像；
操作控制装置，配置为产生操作控制信号；
信息输出装置，配置为接收所述操作控制信号，并输出所述操作控制信号；
其中，所述操作控制信号是基于所述全息图像而产生的；其中，所述全息图像信息的生成包括：使用第一激光器生成第一光束和照射被操作对象的第二光束，生成第三光束照射全息存储材料，由此产生自所述全息存储材料出射的成像光束；将所述第一激光器发出的初始光束分为所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束；
其中，所述全息图像再现装置包括：成像装置，配置为将光信号呈现为所述全息图像。
19.根据权利要求18所述的控制设备，其中，所述全息图像再现装置还包括：
光源，配置为发射再现光束；
空间光调制器，配置为接收所述全息图像信息，并且在被所述再现光束照射时，能够将所述全息图像信息转换为光信号。
20.根据权利要求19所述的控制设备，其中，所述光源包括激光器。
21.根据权利要求19所述的控制设备，其中，所述空间光调制器包括液晶光阀、MEMS空间光调制器、数字微镜器件、光折变晶体或声光调制器。
22.根据权利要求18所述的控制设备，其中，所述操作控制装置包括触摸装置、操作杆或体感控制装置。
23.一种全息控制方法，包括：
接收全息图像信息；
基于所述全息图像信息再现全息图像；
产生操作控制信号；
接收所述操作控制信号，并输出所述操作控制信号；
其中，所述操作控制信号是基于所述全息图像而产生的；其中，所述全息图像信息的生成包括：使用第一激光器生成第一光束和照射被操作对象的第二光束，生成第三光束照射全息存储材料，由此产生自所述全息存储材料出射的成像光束；将所述第一激光器发出的初始光束分为所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束；
所述基于所述全息图像信息以再现全息图像包括：
使用激光器向空间光调制器发射再现光束。
24.根据权利要求23所述的全息控制方法，其中，所述基于所述全息图像信息以再现全息图像还包括：
所述空间光调制器接收所述全息图像信息，并且在被所述再现光束照射时，将所述全息图像信息转换为光信号；
将所述光信号呈现为所述全息图像。
25.根据权利要求24所述的全息控制方法，其中，所述空间光调制器包括液晶光阀、MEMS空间光调制器、数字微镜器件、光折变晶体或声光调制器。
26.根据权利要求23所述的全息控制方法，其中，产生操作控制信号的步骤包括：通过操作触摸装置、操作杆或体感控制装置产生所述操作控制信号。
27.一种远程医疗系统，包括权利要求1-10任一所述的全息操作设备以及权利要求18-22任一所述的全息控制设备。
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