CN110013220A - 一种机器人式红外热扫描医学镜系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人式红外热扫描医学镜系统，包括摄像系统和机器人系统；所述摄像系统包括红外线摄像头、显示器及数据处理主机；所述红外线摄像头包括用于收集被测对象反射的红外辐射的红外热扫描探头、用于信号转换的红外探测器以及信号处理模块；所述信号处理模块电连接所述数据处理主机，以在所述显示器上得到红外热图。本发明使得红外热扫描成像技术可以灵活应用于手术操作上，便于医生掌握整个手术环境和手术进程，有助于医生准确地判断病灶的性质，并可以在现场实时做出精确的治疗手术方案，以大大提高手术效率和手术精确度。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种机器人式红外热扫描医学镜系统。
背景技术
目前，在各类临床开放性手术中，医生一般凭借经验和各种侵入式的医疗诊断方法来诊断患者的病症，在诊断过程中常常对患者带来痛苦与不适，同时存在检测精度较低、诊断效率不高等缺点。
医用红外线成像来源于军工技术，使用已有40多年的历史，随着医学、红外线成像、及多媒体等多种技术的发展，红外线成像的温度分辨率已经达到0.05°，空间分辨能力已经达到0.8mrad，图像清晰度有了很大的提高，结果分析直观方便，其在临床上的应用范围正在扩大。目前红外线成像诊断在以下方面显示出一定优势：
1、判断急、慢性炎症的部位、范围、程度；
2、监测血管性病变的供血功能状态；
3、肿瘤预警指示、全程监视及疗效评估。
由此可见，红外线成像是对B超、CT、MR等其他形态学诊断方法的重要补充。
临床上一般采用术前诊断的方式对病人作出初步诊断，以确定手术方式；然而，现有医学临床应用中的红外线成像技术，多为结合单独设置的设备以进行使用，并且设备放置在与手术室不同的房间内，红外线成像技术无法同步应用在实际的手术操作过程中，使得在手术过程中遇突发情况或者病理改变时并没有诊断设备可供手术医生使用，不能及时调整手术方案。
发明内容
为了解决上述问题，本发明旨在提供一种机器人式红外热扫描医学镜系统，使得红外热扫描成像技术可以灵活应用于手术操作上，以提高手术效率和手术精确度。
为实现上述目的，本发明按以下技术方案予以实现：
一种机器人式红外热扫描医学镜系统，包括摄像系统和机器人系统；所述摄像系统包括红外线摄像头、显示器及数据处理主机；所述红外线摄像头包括用于收集被测对象反射的红外辐射的红外热扫描探头、用于信号转换的红外探测器以及信号处理模块；所述信号处理模块电连接所述数据处理主机，以在所述显示器上得到红外热图；所述机器人系统包括机械臂及机架，所述机械臂包括用于固定安装的固定端、以及用于进行位置调节的活动端；所述红外线摄像头、所述显示器搭载在所述机械臂的活动端。
作为优选，所述摄像系统还包括场景摄像头，所述场景摄像头设置在手术室的墙体上或设置在所述机械臂上；所述场景摄像头包括高清CCD光学系统，所述高清CCD光学系统包括若干个呈阵列设置的光学镜头，所述场景摄像头用于进行360°全景摄像。
作为优选，所述机械臂的固定端通过第一载体吊装设置在手术室的墙体上；所述机架通过第二载体吊装设置在手术室的墙体上。
作为优选，所述机械臂设置有两组，所述红外摄像头和所述显示器分别设置在所述机械臂的活动端上。
作为优选，所述机架包括箱体，所述箱体的底部设置有若干万向轮，所述机械臂的固定端设置在所述机架上。
作为优选，所述红外线摄像头的温度误差小于0.5°。
作为优选，所述数据处理主机包括操作面板、操作键盘或手持操作设备，所述操作面板、操作键盘或手持操作设备上设有控制按钮；所述控制按钮包括开关按钮、具有普通显示模式和夜视显示模式的模式选择按钮、红外强度微调功能按钮和显示器菜单按钮。
作为优选，所述机械臂设置有至少五个自由度，包括机械式控制或电动式控制；所述机械式控制包括设置在所述机械臂的关节上的机械传动结构或压力传动结构；所述电动式控制包括若干设置在所述机械臂的关节上的微型电机。
作为优选，所述摄像系统还包括高清摄像头或3D摄像头；所述显示器的数量小于或等于所述高清摄像头、3D摄像头、红外线摄像头的总数量。
作为优选，所述机械臂的活动端上设置有横杆，所述横杆上设置有至少两个摄像头放置座。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本方案中，巧妙地设置有机器人系统，并在机器人系统上搭载有摄像系统，其中，摄像系统中设置有红外线摄像头、显示器及数据处理主机，使得医生在进行手术的过程中，可以方便、快捷地得到观察部位处，清晰、准确的组织周围温度差、组织血管静态图像，通过分析和比较不同显示模式下的红外热图，可以准确地判断病灶的性质；避免了现有技术中，当术中出现病情变化或者怀疑病变时，需要依靠其它科室的检验、诊断设备来进行病理分析而不能及时作出诊断的问题，大大降低了诊断结果的等待时间，降低了病人的痛苦和手术风险。
2、本方案中的所述机器人系统可以设置为吊塔式，以便于适应各种手术室的内部环境，减少手术室内的地面占用空间，提高手术协作效率；该机器人系统也可以通过箱体设置为移动式的，以便于医护人员的使用及移动；使得多个手术室之间能共用一台设备，降低了医用设备的配置成本的同时，使得手术的进行更为科学、可靠；通过对机器人臂的摆动调节，便可便于对观察视野的调整，整个系统的设计合理并且操作简便。
3、本方案中还可搭载多种术野摄像头以进行搭配式的使用，在机器人臂的协助下，通过红外摄像头对手术处组织进行扫描以得到红外热图，通过高清摄像头获得更为清晰、精准的术野视像，通过3D摄像头获得更为具体化的观察对象；使得包括术野、病灶、病灶周围组织的温度差、组织立体血管静态图等信息可以一目了然地在显示器上展示出来，通过分析和比较不同显示模式下的诊断图像，以大大有助于医生准确地判断病灶的性质，并可以在现场实时做出精确的治疗手术方案，大大提高了手术效率和手术精确度。
4、本方案中还设置有场景摄像头对手术现场进行360°的全方位录像，通过场景摄像头与术野摄像头的搭配使用，能实现多种信息的整合、展示与集中控制，使得本系统能适用于各种类型的开放性手术，而且可以满足手术过程的直播、手术影像的保存备份、手术示教等要求，此外，还可以连接网络，以实现远程示教或远程会诊，充分展现了一个划时代的、先进科学技术的结晶，在医疗科技领域乃至全人类历史上都具有颠覆性意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明红外线摄像头的工作示意图；
图2为本发明红外线摄像头的成像示意图；
图3为本发明实施例1中机器人医学镜系统的结构示意图；
图4为本发明机械臂的侧视结构示意图；
图5为本发明机械臂的俯视结构示意图；
图6为本发明机械臂搭载红外线摄像头和高清摄像头时的结构示意图；
图7为本发明机械臂搭载红外线摄像头和3D摄像头时的结构示意图；
图8为本发明实施例2中机器人医学镜系统的结构示意图；
其中：
1-机架，11-第一载体，111-第一机械臂，12-第二载体，121-第二机械臂，13-固定柱，14-活动层板，15-万向轮；
2-机械臂，21-第一臂杆，22-第二臂杆，23-第三臂杆，24-横杆，25-摄像头放置座，26-把手；
31-红外线摄像头，311-红外热扫描探头，312-红外探测器，313-信号处理模块，314-红外辐射，32-高清摄像头，33-3D摄像头；
41-主动式眼镜，42-偏振镜，43-裸眼观察区域，5-场景摄像头，6-显示器，7-数据处理主机。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
如图1-7所示，本实施例中提供一种具有红外热扫描功能的机器人医学镜系统，主要以移动式机器人的形式呈现，包括可移动的机器人系统以及摄像系统。
所述机器人系统包括机械臂2及一设置呈矩形的机架1。
所述机架1的底座设置有带有锁定功能的四个万向轮15；具体地，所述机架1的底座为两根呈90°相互交叉而成的主杆，两根主杆相互交叉的位置位于该主杆的后段，所述机械臂2的固定柱13即垂直地固定在两根主杆的交叉部位上，所述机架1的后部凹陷设置，所述固定柱13即镶嵌在该凹陷内；此外，所述固定柱13内设置有线槽，其顶部铰接连接所述机械臂2的固定端。
所述摄像系统包括红外热扫描摄像系统和高清光学摄像系统或3D摄像系统；此外，还包括场景摄像头5、显示器6及数据处理主机7。其中，所述数据处理主机7可以根据所述摄像系统进行适应性调配，当所述摄像系统内设置有多种成像装置时，可设置多个所述数据处理主机7与之对应。
所述场景摄像头5用于进行360°全景摄像，所述场景摄像头5包括高清CCD光学系统，所述高清CCD光学系统包括若干个呈阵列设置的光学镜头。
如图1所示，所述红外热扫描摄像系统包括红外线摄像头31，所述红外线摄像头31包括红外热扫描探头311、红外探测器312、信号处理模块313。所述红外热扫描探头311接收和汇聚被测组织向外发射的红外辐射314，红外辐射314的能量分布图形通过红外探测器312的光敏元件将热辐射信号转换成电信号，所述信号处理模块313进一步整理数据信号，再传输到对应的数据处理主机7进行处理后，输出可见光图像到显示器6。以便于医生看到清晰的组织周围的温度差、组织血管静态图像等，通过分析和比较不同显示模式下的红外热图，可以准确地判断病灶的性质，并可以在现场实时做出精确的治疗手术方案。此外，所述红外热扫描探头311对应的数据处理主机7可以将组织的温度差异转换成实时的视频图像，输出到显示器6上，其温度精度小于0.5°。
所述高清光学摄像系统包括高清摄像头32，所述高清摄像头32的镜头分辨率至少为1280×720或者1920×1080，至少10倍光学变焦，至少200万有效像素。
所述3D摄像系统包括3D摄像头33，所述3D摄像头33由同一摄像机上相互独立的两个光学镜头构成，如图5所示，分别对应模拟人左、右眼的CCD摄像系统，CCD的双目镜头获得同一术野内的两套影像，经过对应的数据处理主机7合成处理后输出到显示器6。
其中，3D摄像头33的数据处理主机7的输出模式包括以下方式：
第一种方式为，显示器6配合主动式眼镜41，以普通频率两倍的速度显示图像。显示器6显示图像的同时，主动式眼镜41将遮住左眼或右眼：显示器6展示左眼图像时，主动式眼镜41遮住右眼，反之亦然；
第二种方式为，显示器6配合偏振镜42，这种显示器6用不同的偏振镜42同时显示两个图像，镜片过滤器的偏振不同，可让左眼只看到左眼图像，右眼只看到右眼图像；
第三种方式为，裸眼3D技术，不需要用户佩戴眼镜即可在裸眼观察区域43内看到显示器的三维图像，不需配置专门使用的眼镜。
由显示器6中显示的清晰的细胞组织3D图像，可以给医生提供手术诊断时的立体感受，有助于医生清晰地观察到术处的病变情况，进而准确地判断病灶的性质，并可以在现场实时做出精确的治疗手术方案。
作为一种优选的方案，所述场景摄像头5设置在所述机械臂2的固定端下方，并伸出固定设置在所述固定柱13的顶部；所述机架1的整体呈方形结构，可以是封闭式的，也可以是开放式的，所述机架1设计有柜门及至少三层活动层板14，以用于放置所述数据处理主机7，所述数据处理主机7通过数据线连接到所述显示器6。
如图5所示，所述机械臂2的活动端上设置有横杆24，所述横杆24上设置有至少两个摄像头放置座25。所述横杆24的下方设计有可耐高温消毒的把手26，能便于医护人员手动移动所述机械臂2和摄像系统上的摄像头以进行使用。
具体地，所述机械臂2还包括第一臂杆21、第二臂杆22及第三臂杆23，所述第一臂杆21铰接所述固定柱13，以实现在水平面上的摆动运动；所述第二臂杆22铰接所述第一臂杆21，以实现在水平面上的摆动运动；所述第三臂杆23铰接所述第二臂杆22，以实现在竖直面上的摆动运动。使得所述机械臂2具有至少五个自由度，所述机械臂2的第一臂杆21及第二臂杆22在水平方向上的旋转角度大于320°，所述机械臂2的臂展长度小于1800mm，所述机械臂2的第三臂杆23的上下摆动高度，以手术室的水平地面为参考面，摆动幅度在850-2400mm之间。
所述摄像系统上的摄像头、场景摄像头5通过通讯电缆连接到各自的数据处理主机7，通讯电缆置于机械臂2或固定柱13的线槽内，各种摄像头扫描得到的图像经过对应的数据处理主机7进行处理后，经过通讯线传输到显示器6。所述的数据处理主机7还包括与其连接的操作面板、操作键盘或手持操作设备，所述操作面板、操作键盘或手持操作设备上设有控制按钮，包括开关按钮、具有普通显示模式和夜视显示模式的模式选择按钮、红外强度微调功能按钮和显示器菜单按钮。
所述机械臂2的控制方式可以是手动控制、遥控控制或语音控制；如将机械臂2的控制方式设计为机械式或者电动式；机械式的控制方式是指机械臂2是机械或液压结构设计，通过人工手动操纵机械臂2的运动，带动所述摄像系统的摄像头进行运动；电动式的控制方式是指通过微型电机带动机械臂2运动，实现摄像系统的摄像头的运动。
此外，所述显示器6的数量与所述摄像系统中摄像头的数量一一对应，所述显示器6的数量也可以设置为小于所述摄像系统中摄像头的数量，视操作时的具体所需而定；所述显示器6具备多画面、多监护参数同屏显示的功能。
实施例2
如图8所示，与实施例1中的相同之处不作赘述，本实施例中提供的一种具有彩色多普勒超声功能的机器人医学镜系统，以吊塔式机器人外视镜的形式呈现，包括固定设置在天花板上的第一载体11和第二载体12、第一机械臂111和第二机械臂121。
所述第一载体11用于搭载所述摄像系统、场景摄像头5及显示器6，所述第二载体12用于承载存放数据处理主机7的机架1，所述第一载体11与所述第二载体12分别悬挂固定在手术室的天花板上。进一步地，所述第一载体11上分别对应显示器6和成像摄像头设置有两条所述第一机械臂111；设置的所述第二机械臂121同样具有转动调节的功能，所述机架1吊装在所述第二机械臂121的活动端。
本实施例中吊塔式机器人外视镜系统在手术时的步骤如下所述：
进行手术前，先把可调手术床调整至合适的位置，再手持机械臂2的把手26摆动机械臂2，使摄像系统中的摄像头对正手术床，开启相应的成像摄像头和场景摄像头5，并把摄像头的视野调到合适的状态；
然后，把患者转移到手术床上，对准手术部位进行成像摄像头的微调，使术野开阔、清晰；
最后，医生们可一边通过观察显示器6获得包括术野、病灶、细胞三维影像、血管血流动态在内的各种影像、以及患者生命体征等信息，通过各种摄像头的相互组合，医生可以快速、准确地判断病灶的性质，并可以在现场做出精确治疗的手术方案。
此外，还可以进行手术过程的直播、学术交流、临床教学、手术示教等，还可以连接网络实现远程示教和远程会诊。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种机器人式红外热扫描医学镜系统，其特征在于，包括摄像系统和机器人系统；
所述摄像系统包括红外线摄像头、显示器及数据处理主机；所述红外线摄像头包括用于收集被测对象反射的红外辐射的红外热扫描探头、用于信号转换的红外探测器以及信号处理模块；所述信号处理模块电连接所述数据处理主机，以在所述显示器上得到红外热图；
所述机器人系统包括机械臂及机架，所述机械臂包括用于固定安装的固定端、以及用于进行位置调节的活动端；所述红外线摄像头、所述显示器搭载在所述机械臂的活动端。
2.根据权利要求1所述的一种机器人式红外热扫描医学镜系统，其特征在于，所述摄像系统还包括场景摄像头，所述场景摄像头设置在手术室的墙体上或设置在所述机械臂上；所述场景摄像头包括高清CCD光学系统，所述高清CCD光学系统包括若干个呈阵列设置的光学镜头，所述场景摄像头用于进行360°全景摄像。
3.根据权利要求1所述的一种机器人式红外热扫描医学镜系统，其特征在于，所述机械臂的固定端通过第一载体吊装设置在手术室的墙体上。
4.根据权利要求3所述的一种机器人式红外热扫描医学镜系统，其特征在于，所述机械臂设置有两组，所述红外摄像头和所述显示器分别设置在所述机械臂的活动端上。
5.根据权利要求1所述的一种机器人式红外热扫描医学镜系统，其特征在于，所述机架包括箱体，所述箱体的底部设置有若干万向轮，所述机械臂的固定端设置在所述机架上。
6.根据权利要求1所述的一种机器人式红外热扫描医学镜系统，其特征在于，所述红外线摄像头的温度误差小于0.5°。
7.根据权利要求1所述的一种机器人式红外热扫描医学镜系统，其特征在于，所述数据处理主机包括操作面板、操作键盘或手持操作设备，所述操作面板、操作键盘或手持操作设备上设有控制按钮；所述控制按钮包括开关按钮、具有普通显示模式和夜视显示模式的模式选择按钮、红外强度微调功能按钮和显示器菜单按钮。
8.根据权利要求1所述的一种机器人式红外热扫描医学镜系统，其特征在于，所述机械臂设置有至少五个自由度，包括机械式控制或电动式控制；
所述机械式控制包括设置在所述机械臂的关节上的机械传动结构或压力传动结构；
所述电动式控制包括若干设置在所述机械臂的关节上的微型电机。
9.根据权利要求1所述的一种机器人式红外热扫描医学镜系统，其特征在于，所述摄像系统还包括高清摄像头或3D摄像头；
所述显示器的数量小于或等于所述高清摄像头、3D摄像头、红外线摄像头的总数量。
10.根据权利要求9所述的一种机器人式红外热扫描医学镜系统，其特征在于，所述机械臂的活动端上设置有横杆，所述横杆上设置有至少两个摄像头放置座。
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2019
- 2019-02-20 CN CN201910125149.5A patent/CN110013220A/zh active Pending
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