CN111405866A - 用于眼部治疗的沉浸式显示系统 - Google Patents
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Abstract
用于眼部治疗的沉浸式显示系统,包括眼科显微镜(10),以及:‑至少一个双摄像机(20),其安装于眼科显微镜(10)上,有线或无线地连接至本地网络基础设施(400);所述双摄像机(20),其被定向用于拍摄外科手术的场景;‑至少一个计算机控制单元(300),其连接至所述本地网络基础设施(400),适于接收由所述双摄像机(20)拍摄的图像并且以三维数字格式处理这些图像;‑至少一个计算机控制器(350),其适于接收由所述计算机控制单元(300)处理的图像并且将这些图像发送至至少一个头盔(50),其适于在外科手术期间由外科医生穿戴在头上,所述头盔(50)配备有至少一个观察器(51),其适于布置在外科医生眼睛前方,适当地配置用于三维图像显示,从而向所述外科医生提供虚拟现实内容;所述观察器(51)适于允许外科医生专门观察由所述计算机控制单元(300)处理的三维图像;所述头盔(50)连接至所述本地网络基础设施(400),以便允许通过所述观察器(51)实时再现图像。
Description
技术领域
本发明以一种已知称为“虚拟现实”的方式在观察技术领域中进行操作。更具体地,本专利申请的对象是一种应用于眼部手术的虚拟现实观察系统。
背景技术
传统地,在眼部手术中,眼科显微镜的使用允许外科医生在手术过程中对眼睛进行详细观察。这种显微镜的最先进型号配备有同样大尺寸和非常高清晰度的监视器,由显微镜所拍摄的图像被实时报告在监视器上。
显微镜的这种实现旨在允许外科医生在检查监视器的同时,能够因此抬起他/她的头进行手术,这与旧式显微镜所必须的情况相反,旧式显微镜迫使他/她处于弯曲姿势并遭受视觉疲劳。
市场上也存在配备有3D屏幕的显微镜,这种显微镜与医生在手术期间必须佩戴的合适的偏光眼镜相关联,以便使用该技术来观察三维图像。
明显的是,外科手术领域的技术旨在促进医生工作,医生在手术期间,必须保持最大可能的专注而不疲劳。并且,在不放弃通过视频再现的图像质量的情况下,这对于尤其像是眼部手术这样的精细外科手术领域是至关重要的。
出于以上所说明的理由,3D屏幕技术无法帮助外科医生,为了更现实地使用图像,这些外科医生不得不连续调整眼镜,并遭受严重的眼睛疲劳。屏幕的体积也是要考虑的:通常为50英寸,其很难适应小型手术室。
此外,即使相对于显微镜中的屏幕显示有所改进,该屏幕显示也会迫使医生处于他/她必须看向侧面的不自然姿势,从长远来看,这会比正面显示的情况更令人疲劳。
这时关于眼部手术的另一个问题涉及患者。目前在市场上可获得的眼科显微镜实际上配备有可能具有光毒效应并且导致黄斑病的光。眼睛在这种光源下的长时间暴露以及眼内光学纤维的可能使用,甚至能够导致不可逆的损伤。
一些国际专利的对象涉及基于虚拟现实技术的医学手术系统,其近些年已经得到了很大的发展。其中一个示例为中国的专利CN 106 200 982,其描述了包括用于虚拟现实的头盔和向计算机发送数据的敏感手套的系统。虚拟现实软件被合并到计算机中,并且用于收集实际人体数据并以所治疗的人体的三维虚拟模型报告该数据。旨在解决的技术问题以及这项专利的目的与对学生的外科手术技术的教学相关。
本专利申请的对象所达成的目标是完全不同的。其专门针对眼部外科手术领域,并且具有治疗性而非说教性的应用。由于下文更详细描述的系统,通过利用增强现实的最先进技术,将消除损害患者视力的风险,并且将协助医生以准确的方式进行手术,而不会因为完全沉浸于手术场景中而疲劳,此外还将保护外科医生自身免受返回光不断暴露于眼睛的伤害。
发明内容
根据本发明,实现了一种硬件-软件集成系统,其有效地解决了上述问题。
除了在眼科领域中其使用已广为人知的传统眼科显微镜之外,本系统还至少包括:
-双摄像机;
-计算机控制单元;
-具有用于虚拟现实的观察器的头盔;
-计算机控制器;
-本地网络基础设施。
所述双摄像机有利地安装于眼科显微镜,以便以连续的方式拍摄外科手术的场景。由于借助于任何一种有线或无线技术连接至本地网络,因此图像被实时传送至所述计算机控制单元。通过使用虚拟现实软件,该图像被处理并且由于有线或无线网络基础设施,所述图像被实时传送至所述计算机控制器,所述计算机控制器将这些图像至少发送至由正在手术的外科医生所穿戴的头盔的观察器,并且也可能发送到由例如实习医生所穿戴的其它头盔。
这种头盔是由所谓的“头戴式显示器”构成的,并且根据“虚拟现实”新兴科学的规定,其配置为向外科医生提供完全沉浸式的图像观察体验。
在一个优选实施例中,在头盔的观察器内,存在两个显示器,一旦在头上戴上头盔,所述两个显示器就如下布置:一个位于外科医生左眼处,而另一个位于外科医生右眼处。
可能且优选地,观察器能够配备有变焦系统和/或为了在手术过程拍照按下的按键。
有利地,所述计算机控制单元充当与用户或外科医生自身的通信接口。即使所述计算机控制单元适于关于颜色、曝光度、亮度、对比度等方面自动控制双摄像机的设置,但是这些设置也能在手术开始之前,由设置双摄像机及观察器的操作参数的外科医生,根据他/她自身偏好而有利地设置。
另一个有利的实施例包括存储器,其中双摄像机所拍摄的所有图像以三维数字格式记录,并且与患者和/或执行手术的外科医生的名字相关联地保存。
明显的是,本发明在不损害图像使用/体验的情况下,完全消除了外科医生在手术期间的眼睛疲劳,所述图像使用/体验对于处于手术场景中心的观察者而言不仅是最佳质量的,而且是沉浸式的,并且没有分心的可能性。
由于图像的改善使用,一些外科手术,诸如例如那些影响前段的外科手术能够不使用同轴光来执行,随之消除了由于过度和长期暴露在光下而对患者的副作用。
根据到目前为止所说明的描述,本发明所提供的优点是显而易见的,并且由于附图及相关详细描述,该优点将更加明确。
附图说明
通过借助于附图的非限制性示例,本发明将在下文中在至少一个优选实施例中进行描述,其中:
图1示出了本发明的系统的组件之间的相互关系的方框图。由于网络基础设施400,由安装于眼科显微镜10上的双摄像机20所拍摄的图像被发送至连接于存储器320的计算机控制单元300,所述计算机控制单元300以数字形式将所述图像发送至计算机控制器350,并且从该处发送至外科医生所穿戴的头盔50中的观察器51。在所述观察器51中,左侧显示器52和右侧显示器52’协同递送由观察者以完全沉浸式的形式所感知的三维图像。
具体实施方式
本发明现在将参考附图仅被示出为非限制性的无约束力的示例,所述附图示出了涉及本发明概念的多个实施例。
参考图1,所有的技术组件都被示出,由于它们的交互,其使得正在执行手术的医生以及也可能由手术在场的其它用户的外科手术场景的虚拟现实观察成为可能。
除了已知并存在于本领域的每个手术室的眼科显微镜10之外,还有适合于图像以三维数字格式再现的双摄像机20。由于有线或无线的本地网络基础设施400,所述双摄像机20将所拍摄的图像发送至计算机控制单元300,所述计算机控制单元300将这些图像传送至外科医生所穿戴的头盔50中的观察器51。
这种观察器50是用于显示增强现实的数字内容的“头戴式显示器”,在这种情况下,所述增强现实的数字内容包括处于正在实时执行的外科手术场景的完全沉浸感。
仍然是在参考图中,所看到的观察器51的内部,即覆盖头盔50穿戴者(在这种情况下为外科医生)的眼睛的部分,由左侧显示器52和右侧显示器52’组成,当外科医生戴上头盔50时,左侧显示器52和右侧显示器52’将会自动定位在他/她的左眼和右眼的前面。
可能地,头盔50能够配备有按键或其它技术系统,用于如外科医生所期望地执行变焦和/或将定格保存于计算机控制单元300的存储器320中,以用于将来的手术分析。
计算机控制单元300处理左侧屏幕52的图像流和右侧屏幕52’的图像流,确保当两者结合时,外科医生的视野将尽可能的自然,使他/她感觉他/她处于手术场景的中心,与头部位置和他/她扫视/注视的方向无关,这是因为一个这样的图像再现形式是完全沉浸式的。
在优选实施例中,计算机控制单元300能够连接到其中保存由双摄像机20拍摄的所有图像的存储器320,其将所有图像与手术患者的名字和外科医生的名字二者相关联。
在进一步的优选实施例中,由于计算机控制单元300,在开始手术之前,根据外科医生的偏好,双摄像机20及头盔50的观察器51的设置是可设定的。
由于可能是有线或无线的所述网络基础设施400,图像被发送至计算机控制器350,其管理其到连接至系统的外科医生的头盔50和可能的观察者的其它头盔50的传输。
最后,明显的是,在不脱离所附权利要求提供的保护范围的情况下,可以对目前为止所描述的本发明进行修改、添加或变型,这对于本领域的技术人员是显而易见的。
Claims (8)
1.用于眼部治疗的沉浸式显示系统,其适于在任何一次眼科手术期间,向外科医生提供眼组织的三维图像,包括眼科显微镜(10),并且其特征在于包括:
-至少一个双摄像机(20),其安装于所述眼科显微镜(10)上,有线或无线地连接至本地网络基础设施(400);所述双摄像机(20)被定向以便连续拍摄外科手术的场景;
-至少一个计算机控制单元(300),其连接至所述本地网络基础设施(400),适于接收由所述双摄像机(20)拍摄的图像并且以三维数字格式处理这些图像;所述计算机控制单元(300)适于自动控制所述双摄像机(200)的设置,例如亮度、颜色、曝光度和对比度;
-至少一个计算机控制器(350),其连接至所述本地网络基础设施(400),适于接收由所述计算机控制单元(300)处理的图像并且将这些图像发送至以下:
-至少一个头盔(50),其适于在外科手术期间,由所述外科医生穿戴在头上,所述头盔(50)配备有至少一个观察器(51),所述至少一个观察器(51)适于布置在所述外科医生的眼睛前方,适当地配置用于三维图像显示,从而向所述外科医生提供虚拟现实内容;所述观察器(51)适于允许所述外科医生专门观察由所述计算机控制单元(300)处理的并由所述计算机控制器(350)传送的三维图像;所述头盔(50)连接至所述本地网络基础设施(400),以便允许通过所述观察器(51)实时再现图像。
2.根据前述权利要求1所述的用于眼部治疗的沉浸式显示系统,其特征在于,所述观察器在朝向所述外科医生的眼睛的一侧配备有左侧显示器(52)和右侧显示器(52’),其分别适于布置在所述外科医生的左眼前方和右眼前方;所述显示器(52-52’)协作用于以观察者的三维显示模式进行图像的再现。
3.根据前述权利要求1或2中任一项所述的用于眼部治疗的沉浸式显示系统,其特征在于,所述计算机控制单元(300)被配置用于允许所述外科医生设置所述双摄像机(20)和所述观察器(51)的操作参数。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于眼部治疗的沉浸式显示系统,其特征在于,所述计算机控制单元(300)被连接到至少一个存储器(320),其适于以三维数字模式记录由所述双摄像机(20)拍摄的所有图像。
5.根据权利要求4所述的用于眼部治疗的沉浸式显示系统,其特征在于,涉及每个外科手术的图像被保存于所述存储器(320)中,所述存储器(320)将所述图像与患者的名字相关联。
6.根据权利要求4或5所述的用于眼部治疗的沉浸式显示系统,其特征在于,涉及每个外科手术的图像被保存于所述存储器(320)中,所述存储器(320)将所述图像与执行手术的外科医生的名字相关联。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于眼部治疗的沉浸式显示系统,其特征在于,所述观察器(51)配备有变焦系统,以便允许所述外科医生按照需要放大手术的细节或特定区域。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于眼部治疗的沉浸式显示系统,其特征在于,所述观察器(51)配备有用于以照片的形式采集图像的采集系统,其适于允许所述外科医生在手术期间根据需要采集定格。
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