CN111999879A - 显微镜系统和用于控制手术显微镜的方法 - Google Patents

显微镜系统和用于控制手术显微镜的方法 Download PDF

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Abstract

一种显微镜系统包括手术显微镜、被配置为由用户操作的操作设备、以及处理器，处理器被配置为响应于用户操作从操作设备接收命令信号以及基于命令信号控制手术显微镜，其中操作设备包括传感器单元，传感器单元被配置为检测用户操作以及基于检测到的用户操作生成命令信号，其中传感器单元还被配置为由用户穿戴。

Description

显微镜系统和用于控制手术显微镜的方法
技术领域
本发明涉及一种显微镜系统和用于控制手术显微镜的方法。
背景技术
手术显微镜已经广泛用于对患者进行外科手术。当使用这种手术显微镜时，显微镜的每次操作，例如重新定位、聚焦、缩放等，都需要外科医生与显微镜进行物理交互。例如，外科医生必须按压按钮并抓住手柄以致使手术显微镜执行预期的操作。手动操作手术显微镜特别麻烦，因为外科医生通常需要中断他的工作并将他的手从手术器械上解放出来以如预期地操作手术显微镜。在调整了手术显微镜之后，外科医生必须拿起手术工具，并在手动操作显微镜之前再次找到他正在工作的目标点。这种中断导致延迟与次优显微镜设置的组合，因为外科医生例如更倾向于以次优的设置(例如聚焦不良)继续工作，而不是为了优化设置而中断工作。另外，尽管可以使用另一专家作为助手来手动操作显微镜，但是这种方法在成本和手术室中的有限空间方面具有其缺点。
最近，在文献EP3285107A1中已经提出了使用姿势控制的显微镜系统。然而，本发明人已经发现，这种姿势控制具有其限制，因为姿势是与用户相距一定距离处检测的。因此，发明人发现，在某些检测角度和/或位置处，姿势识别可能是不可能的。例如，将相机定位在手术台下方以检测用户的腿或脚的位置和移动是不适合的。另外，发明人发现，在诸如当用户的身体被衣服覆盖并且由此细微移动可能不可见的一些情况下，姿势识别可能是不准确的。另外，发明人发现，通常对于用户姿势的光学识别易于出现由外科医生的意外移动或由手术室中的其他人的移动而导致的错误。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种显微镜系统和用于控制手术显微镜的方法，使得用户能够在不中断手术过程或至少仅最小程度地中断手术过程的情况下高效地操作手术显微镜。
上述目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中限定有益的实施例。
提出的显微镜系统包括手术显微镜、被配置为由用户操作的操作设备、以及处理器，处理器被配置为响应于用户操作从操作设备接收命令信号以及基于命令信号控制手术显微镜。操作设备包括传感器单元，传感器单元被配置为检测用户操作，以及基于所检测到的用户操作生成命令信号。传感器单元还被配置为由用户穿戴。
由于显微镜系统包括被配置为由用户(例如，操作显微镜的外科医生或护士)穿戴的传感器单元，因此显微镜系统允许在现场，即在用户对操作设备进行操作以控制显微镜系统的位置处，检测用户操作。因此，避免了与从远处检测用户操作相关联的缺点。特别地所提议的显微镜系统使得能够识别用户操作，而不管用户的位置如何，也不管用户或手术室中的任何其他人是否正在移动。因此，与先前技术相比，使得用户能够更容易、更快速并且更精确和更可靠地控制显微镜系统。
包括在操作设备中的传感器单元的配置不限于特殊的实施例，只要该配置使得传感器单元能够由用户穿戴。为此，传感器单元可以被形成为使得其可以被附着到用户身体的一部分，例如手指、手、手臂、头、腿和/或脚。例如，传感器单元可以形成为指环、手镯、腕带、头带、脚带、膝带等。特别地，显微镜系统可包括被配置为穿戴在用户的身体的一部分上的用户可穿戴设备，所述用户可穿戴设备包括传感器单元。在这个方面，可穿戴设备可以被配置为专门用于检测在操作设备上执行的用户操作。可替换地，用户可穿戴设备还可以被配置为提供除了预期的传感器功能之外的额外的功能，使得传感器单元仅形成用户可穿戴设备的多个不同的功能元件中的一个。
优选地，传感器单元包括从包括陀螺仪、加速度计、肌肉活动传感器、按钮、压力传感器、磁场传感器、电场传感器、感应传感器和麦克风的组中选择的至少一个传感器。陀螺仪和加速度计可以用于例如在包括前述组件的操作设备是穿戴在用户手臂上的手镯的一部分的情况下，检测用户的手臂的转动移动。通过检测手臂移动，例如可能如预期地调整手术显微镜的光学系统的焦点。不用说的是，可以以这种方式控制任何其它类型的显微镜操作。
在优选实施例中，传感器单元包括来自所述组的至少两个传感器，所述两个传感器被配置为彼此相互作用。例如，压力传感器可以与肌肉活动传感器组合，以提高检测用户操作的准确性。
在另外的优选实施例中，两个传感器中的一个传感器被配置为检测传感器单元的激活，以及另一个传感器被配置为在检测到传感器单元的激活之后基于用户输入生成命令信号。通过使用如上所述的两个传感器，可以避免意外地调用命令信号。
优选地，传感器单元可以被配置为独立的传感器单元，即，不需要配对(counterpart)设备的单元。这种独立的传感器单元可以例如由加速度计形成。可替换地，传感器单元可以被配置为包括配对设备的传感器系统的一部分。例如，传感器单元可以是电场传感器，其将由用户穿戴并且被配置为测量由配对设备创建的电场的改变。
优选地，显微镜系统包括另外的、即额外的传感器单元，其被配置为与所述传感器单元相互作用以生成命令信号。此额外的传感器单元可以用于提高检测用户操作的准确性。另外，用户所要穿戴的传感器单元可以与所述另外的传感器单元组合以执行完整的任务。例如，用户可以使用语音命令以激活陀螺仪或加速度计的使用，来调整手术显微镜的焦点。根据另一示例，陀螺仪的激活可以通过按压按钮完成，其中此按钮由穿戴在用户的一只脚上的鞋携带并且由另一只脚按压。
在优选实施例中，传感器单元包括反馈模块，反馈模块被配置为提供关于操作状态的反馈信息。这种反馈模块可以用于确认待由用户穿戴的传感器单元现在正被用于将命令信号发送到处理器。
优选地，反馈信息包括传感器单元的激活状态和手术显微镜的操作状态中的至少一个。例如，反馈模块可以确认用于生成命令信号的模式结束，并且传感器单元现在是不活动的。作为另外的示例，反馈模块可以向用户提供指示启动传感器单元的尝试不成功的信息。另外，来自手术显微镜的任何消息可以由反馈模块转化为关于要引起用户注意的操作状态的对应的反馈信息。例如，这种操作状态可以是不能进一步增加变焦或者发生光源过热的状态。
反馈模块可以被配置为以振动、机械压力、电脉冲、声音和光中的至少一个的形式提供所述反馈。
优选地，传感器单元还包括控制元件，控制元件被配置为以与所述命令信号的生成无关的方式来控制手术显微镜，即以超出在手术期间由用户例如为了变焦、聚焦、重新定位等而引起的手术显微镜的操作的方式，来控制手术显微镜。
优选地，控制元件被配置为检测用户标识。例如，用于检测用户标识的控制元件可包括RFID(非接触式)芯片。在这种情况下，用于识别用户的RFID芯片还可包括传感器单元，传感器单元检测用户操作并生成命令信号，基于命令信号，手术显微镜按照用户的意图被控制。传感器单元可以例如被配置为检测电场或磁场以识别姿势。通过将RFID芯片和传感器单元组合，可能增加显微镜系统的功能性。特别地，显微镜系统能够区分来自多个用户的输入，甚至允许多个用户之间的协作动作。
在优选实施例中，传感器可以被配置为检测用户的身体状况。例如，传感器单元可以被形成为测量疲劳、压力、震颤、稳定性，并且由此评估外科医生的健康状况、继续手术的能力等。
根据另一方面，提供了一种用于控制手术显微镜的方法，包括以下步骤：通过由用户穿戴的传感器单元检测用户操作，基于所检测到的用户操作生成命令信号，以及基于命令信号控制手术显微镜。
根据另外的方面，提供了一种具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，所述程序代码用于执行所述方法。
附图说明
在下文中，参考附图描述优选实施例，其中：
图1是示出根据实施例的显微镜系统的配置的图；以及
图2是示出用于控制图1的显微镜系统中包括的手术显微镜的示例性方法的流程图。
具体实施方式
图1是示出包括手术显微镜102和处理器104的显微镜系统100的图。处理器104可被包括在诸如与手术显微镜102物理分离的计算机之类的控制设备中。可替换地，处理器104可以与手术显微镜102集成。
显微镜系统100还包括操作设备106，设备106由用户108在对患者进行手术时操作。例如，用户108可以操作设备106以在重新定位、聚焦、变焦等方面控制手术显微镜102。为此，操作设备106被配置为响应于用户操作以生成命令信号S，并将命令信号S发送到处理器104。优选地，通过无线通信将命令信号S从操作设备106传输到处理器104。因此，操作设备106和处理器104可以分别包括对应的无线通信装置110和112。
操作设备106包括被配置为检测用户操作并且基于检测到的用户操作生成命令信号S的至少一个传感器单元。为了说明的目的，图1示出多个传感器单元114、116、118、120、122，它们可以单独使用或组合使用，以检测用户操作并生成命令信号。特别地，仅使用传感器单元114至122中的一个就足够了。然而，可以设想的是，使用多于一个的单个传感器单元可以具有一些益处的情况，特别是当要由用户108执行的手术显微镜102的控制变得相对复杂时。
根据图1中所示的示例，可以提供不同的类型的传感器，例如陀螺仪、加速度计和按钮。传感器单元114至122中的每一个可包括这些传感器类型中的一个或多个。在图1中，不同的传感器类型由不同的后缀“a”、“b”和“c”表示，其中“a”表示陀螺仪传感器类型，“b”表示加速度计传感器类型，以及“c”表示按钮传感器类型。因此，例如，附图标记114a和114b将示出传感器单元114可以分别由陀螺仪和加速度计形成。这同样适用于其它传感器单元116至122。
传感器单元114至122中的每一个被配置为由用户108穿戴。例如，传感器单元114被包括在被配置为穿戴在用户108的手腕上的用户可穿戴设备124中。因此，用户可穿戴设备124可以由腕带形成。
对应地，传感器单元116被包括在待被穿戴在用户108的上臂上的用户可穿戴设备126中。因此，用户可穿戴装置126可以由手镯形成。传感器单元118被包括在待被穿戴在用户108的脚踝上的用户可穿戴设备128中。因此，用户可穿戴装置128可以由脚带形成。传感器设备120被包括在待被穿戴在用户108的膝盖上的用户可穿戴设备130中。因此，用户可穿戴装置130可以由膝带形成。最后，传感器单元122被包括在待被穿戴在用户108的头部上的用户可穿戴设备132中。因此，用户可穿戴设备132可以由头带形成。
如图1中可见，传感器单元114可包括陀螺仪114a和/或加速度计114b。同样地，传感器单元116可包括按钮116c，传感器单元118可包括陀螺仪118a、加速度计118b和/或按钮118c。传感器单元120可包括按钮120c。传感器单元122可包括陀螺仪122a和/或加速度计122b。
图1中所示的传感器仅作为示例理解。可以使用其他传感器类型，例如肌肉活动传感器、压力传感器、磁场传感器、电场传感器、感应传感器和麦克风。
如图1所示的实施例中所示，可以组合不同的传感器类型，以提高检测用户操作的准确性。例如，在传感器单元114使用陀螺仪114a和加速度计114b两者的情况下，可以增加检测手移动的准确性。同样，上述传感器中的一个可以被配置为检测传感器单元114的激活，而另一个传感器可以在已经检测到传感器单元114的激活之后生成命令信号S。
图1所示的传感器单元114至122被配置为独立的传感器单元。然而，传感器单元114至122中的每一个可以被配置为与对应的配对设备相互作用。
另外，传感器单元114至122中的每一个可包括反馈模块，反馈模块提供反馈信息，基于反馈信息，使得用户108能够检测手术显微镜102的特定操作状态。例如，这样的反馈模块可以通知用户108启动对应的传感器单元的尝试失败。
另外，传感器单元114至122可以被配置为测量用户108的身体状况，例如疲劳、压力、震颤和稳定性。
图2显示示出用于控制手术显微镜102的方法的示例的流程图。对于图2中所示的示例，假设用户108的手移动由包括在腕带124中的陀螺仪114a检测。
在步骤S1中，用户108移动他的手，以便以特殊的方式控制手术显微镜102，例如用于聚焦到待检查的患者的目标区域上。
在步骤S2中，陀螺仪114a检测用户108执行的手移动，并且基于检测到的手移动生成指令信号S。
在步骤S3中，陀螺仪114a使用通信装置110和112经由无线通信将命令信号S发送到处理器104。
在步骤S4中，处理器生成控制信号C并将控制信号C发送到手术显微镜。
在步骤S5中，手术显微镜102基于控制信号C执行用户意图执行的手术，例如手术显微镜102会致动驱动机构，用于将光学系统聚焦于所述目标区域。
尽管已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是清楚的是，这些方面还表示对对应的方法的描述，其中块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面还表示对对应的装置的对应的块或项目或特征的描述。方法步骤中的一些或全部可以由(或使用)硬件装置执行，例如处理器、微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的一些或多个可以由这样的装置执行。
取决于某些实现要求，本发明的实施例可以用硬件或软件实现。实现可以使用非暂时性存储介质执行，非暂时性存储介质诸如其上存储有电可读控制信号的数字存储介质，例如软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM和EPROM、EEPROM或FLASH存储器，这些电可读控制信号与可编程计算机系统协作(或能够协作)，使得执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体，其能够与可编程计算机系统协作，以执行本文所述的方法中的一个。
通常，本发明的实施例可以被实现为具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，程序代码可操作用于执行所述方法中的一个。程序代码可以例如存储在机器可读载体上。
其它实施例包括存储在机器可读载体上的用于执行本文所述的方法中的一个的计算机程序。
因此，换句话说，本发明的实施例是一种具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，程序代码用于执行本文所述的方法中的一个。
因此，本发明的另外的实施例是一种存储介质(或数据载体，或计算机可读介质)，包括存储在其上的计算机程序，当由处理器执行时，计算机程序用于执行本文所述的方法中的一个。数据载体、数字存储介质或记录介质通常是有形的和/或非过渡性的。本发明的另外的实施例是一种如本文所述的装置，其包括处理器和存储介质。
因此，本发明的另外的实施例是表示用于执行本文所述的方法中的一个的计算机程序的数据流或信号序列。数据流或信号序列例如可以被配置为经由数据通信连接(例如经由因特网)被传送。
另外的实施例包括处理装置，例如计算机或可编程逻辑设备，其被配置为或适于执行本文所述的方法中的一个。
另外的实施例包括一种计算机，其上安装有用于执行本文所述的方法中的一个的计算机程序。
根据本发明的另外的实施例包括一种装置或系统，其被配置为将用于执行本文所述方法中的一个的计算机程序传送(例如，电子地或光学地)到接收器。例如，接收器可以是计算机、移动设备、存储器设备等。例如，装置或系统可包括用于将计算机程序传送到接收器的文件服务器。
在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)可以用于执行本文所述的方法的一些或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作以执行本文所述的方法中的一个。通常，优选地，由任何硬件装置执行所述方法。
附图标记列表
100 显微镜系统
102 手术显微镜
104 处理器
106 操作设备
108 用户
110，112 无线通信装置
114 传感器装置
114a 陀螺仪
114b 加速度计
116 传感器装置
116c 按钮
118 传感器装置
118a 陀螺仪
118b 加速度计
118c 按钮
120 传感器单元
120c 按钮
122 传感器装置
122a 陀螺仪
122b 加速度计
124 腕带
126 手镯
128 脚带
130 膝带
132 头带
S 命令信号
C 控制信号

Claims (15)

1.一种显微镜系统(100)，包括：
手术显微镜(102)，
操作设备(106)，被配置为由用户(108)操作，以及
处理器(104)，被配置为响应于用户操作从所述操作设备(106)接收命令信号(S)以及基于所述命令信号控制所述手术显微镜(102)，
其中所述操作设备(106)包括传感器单元(114至122)，所述传感器单元被配置为检测所述用户操作，以及基于所检测到的用户操作生成所述命令信号(S)，
其中所述传感器单元(114至122)还被配置为由所述用户(108)穿戴。
2.如权利要求1的显微镜系统(100)，其中所述传感器单元(114至122)包括从包括陀螺仪、加速度计、肌肉活动传感器、按钮、压力传感器、磁场传感器、电场传感器、感应传感器和麦克风的组中选择的至少一个传感器。
3.如权利要求2所述的显微镜系统(100)，其中所述传感器单元(114至122)包括来自所述组的至少两个传感器，所述两个传感器被配置为彼此相互作用。
4.如权利要求3所述的显微镜系统(100)，其中所述两个传感器中的一个传感器被配置为检测所述传感器单元(114至122)的激活，另一个传感器被配置为在检测到所述传感器单元(114至122)的激活之后基于所述用户输入生成所述命令信号。
5.如前述权利要求中的一项所述的显微镜系统(100)，其中所述传感器单元(114至122)被配置为独立的传感器单元。
6.如权利要求1至4中的一项所述的显微镜系统(100)，包括被配置为与所述传感器单元(114至122)相互作用以生成所述命令信号的另外的传感器单元。
7.如前述权利要求中的一项所述的显微镜系统(100)，其中所述传感器单元(114至122)包括反馈模块，所述反馈模块被配置为提供关于操作状态的反馈信息。
8.如权利要求7所述的显微镜系统(100)，其中所述反馈信息包括所述传感器单元(114至122)的激活状态和所述手术显微镜(102)的操作状态中的至少一个。
9.如权利要求7或8所述的显微镜系统(100)，其中所述反馈模块被配置为以振动、机械压力、电脉冲、声音和光中的至少一个的形式提供所述反馈。
10.如前述权利要求中的一项所述的显微镜系统(100)，其中所述传感器单元(114至122)还包括控制元件，所述控制元件被配置为以与所述命令信号的生成无关的方式控制所述手术显微镜。
11.如权利要求10所述的显微镜系统(100)，其中所述控制元件被配置为检测用户标识。
12.如前述权利要求中的一项所述的显微镜系统，其中所述传感器单元(114至122)还被配置为检测所述用户的身体状况。
13.如前述权利要求中的一项所述的显微镜系统(100)，包括被配置为穿戴在所述用户(108)的身体的一部分上的用户可穿戴设备(124、126、128、130、132)，所述用户可穿戴设备包括所述传感器单元(114至122)。
14.一种用于控制手术显微镜(102)的方法，包括以下步骤：
通过由用户(108)穿戴的传感器单元(108)检测用户操作，
基于所检测到的用户操作生成命令信号(S)，以及
基于所述命令信号(S)控制所述手术显微镜(102)。
15.一种具有程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在处理器(104)上运行时，所述程序代码用于执行如权利要求14所述的方法。
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