ES2225668T3 - Lampara para sala de operadciones, que incluye un sistema de camaras para referenciacion tridimensional. - Google Patents
Lampara para sala de operadciones, que incluye un sistema de camaras para referenciacion tridimensional.Info
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Abstract
Sistema para la iluminación combinada de una zona (A) prefijable y para la referenciación de coordenadas tridimensionales, en especial de instrumentos quirúrgicos o médicos, comprendiendo: una lámpara de operaciones (15) para la iluminación de la zona, una fuente de irradiación para la emisión de radiación infrarroja, y por lo menos dos cámaras (1-4) para la detección de señales ópticas infrarrojas, estando conjuntamente sujetas de tal modo la lámpara de operaciones (15) y las cámaras (1-4) que las señales ópticas infrarrojas par la referenciación de coordenadas tridimensionales pueden valorarse en la zona (A) iluminada.
Description
Lámpara para sala de operaciones, que incluye un
sistema de cámaras para referenciación tridimensional.
La presente invención se refiere a un sistema
para la iluminación combinada sin sombra de una zona prefijada y
para la referenciación de coordenadas tridimensionales, en especial
de instrumentos quirúrgicos o médicos, así como un sistema de
referenciación por reflectores.
Por ejemplo, por el documento DE 196 39 615 C2 se
conocen sistemas de referenciación en el sentido de esta solicitud
de patente. Este tipo de sistemas, conocidos también como sistemas
de navegación, establecen la comunicación entre los cirujanos
encargados de la operación, es decir la anatomía del paciente tal y
como se le aparece al cirujano durante la misma, y los datos de
diagnóstico obtenidos, por ejemplo, mediante una tomografía
computerizada y representados visualmente con una imagen por medio
de un ordenador. Para la obtención de coordenadas tridimensionales
se colocan múltiples marcadores de dimensiones conocidas, como se
describe, por ejemplo, en el documento DE 196 39 615 C2, línea 2.
Una fuente de radiación, especialmente una fuente de radiación
infrarroja, ilumina la zona en la que deben determinarse las
coordenadas tridimensionales, y la radiación reflejada por los
marcadores se detecta con ayuda de por lo menos dos cámaras con
unos ángulos de visión respectivos distintos. De forma alternativa,
los objetos a referenciar pueden también irradiar radiación de forma
activa, en especial radiación infrarroja, fijándose con este
objetivo fuentes de radiación en los objetos, por ejemplo, lámparas
LED, y detectándose la radiación del modo anteriormente descrito.
Las señales de la cámara se evalúan mediante un ordenador y por
medio de algoritmos conocidos.
Para la referenciación resulta necesario que por
lo menos dos cámaras controlen en todo momento y con dos ángulos de
visión distintos la zona en la que deben determinarse las
coordenadas tridimensionales, sin obstruir el campo de visión
relevante de la cámara. Resulta deseable que puedan ajustarse por lo
menos, dos cámaras del modo más sencillo posible para adaptarlas a
las correspondientes circunstancias.
El documento DE 196 39 615 C2 muestra, para esta
finalidad, dos cámaras sujetas a un bastidor común que deben
posicionarse lateralmente por encima de la escena a observar, por
ejemplo, la mesa de operaciones. Esto, en determinadas situaciones,
puede resultar dificultoso. Así, la posición adecuada de las
cámaras del sistema de referenciación en una sala de operaciones
depende básicamente de la posición en que se encuentre alrededor de
la mesa de operaciones el personal médico y de dónde se sitúen los
instrumentos que pudieran obstruir el campo de visión de las
cámaras. Acerca de esto debe tenerse en cuenta que distintas
operaciones pueden requerir distintos instrumentos y posiciones.
Por ello, el posicionamiento y orientación adecuados de las cámaras
resulta comparativamente laborioso.
Por este motivo, en otros sistemas de
referenciación las cámaras se cuelgan del techo de la sala de
operaciones o bien se fijan en otros puntos adecuados de dicha
sala, por ejemplo, sobre el propio ordenador o en las esquinas de la
habitación. Sin embargo, puede suceder que los campos de visión de
una o de varias cámaras se vea obstaculizado simultáneamente, lo
que hace imposible una referenciación precisa. En caso de
posicionarse las cámaras a una distancia elevada de la zona
relevante, en la que deben determinarse coordenadas
tridimensionales, se presenta, además, la desventaja de que las
cámaras recogen mucha información irrelevante, lo que puede afectar
a la precisión de la referenciación o, como mínimo, hacer aumentar
innecesariamente la complejidad de los cálculos para obtenerla.
El documento WO 99/27839 presenta un sistema de
posicionamiento quirúrgico en el que se dispone una fuente de luz
infrarroja para la detección de la luz reflejada por unos
marcadores junto con las cámaras sobre un soporte común.
La presente invención se propone el objetivo de
obtener un sistema para la referenciación de coordenadas
tridimensionales, en especial de instrumentos quirúrgicos o
médicos, más fácil de utilizar y ajustar.
Este objetivo se consigue con un sistema para la
iluminación combinada sin sombras de una zona prefijable y para la
referenciación simultánea de coordenadas tridimensionales con las
características según la reivindicación 1. En las
subreivindicaciones se tratan perfeccionamientos ventajosos de la
invención.
Según un primer punto de vista de la presente
invención, se dispone una combinación de dos sistemas individuales
ya conocidos, concretamente una fuente de luz para la iluminación
sin sombras de la zona de interés, en la que deberán determinarse
las coordenadas tridimensionales, y un sistema de cámaras montado
del modo conocido para la referenciación de coordenadas
tridimensionales, en especial para la referenciación de
instrumentos quirúrgicos y médicos. Según la invención, las fuentes
de luz y el sistema de cámaras se combinan entre sí de tal modo que
la fuente de luz y las cámaras se sujetan de tal modo conjuntamente
que las señales ópticas detectadas por las cámaras para la
referenciación de coordenadas tridimensionales pueden evaluarse en
una zona que comprende la zona iluminada sin sombras por la fuente
de luz o que coincide básicamente de forma idéntica con la
misma.
La fuente de luz para la iluminación sin sombras
de una zona consiste en una fuente de luz empleada en salas de
operaciones, aunque también en consultas de médicos o dentistas.
Una fuente de luz de este tipo puede disponer de uno o varios
elementos de iluminación en una disposición usual de simetría
puntual. Según la invención, y de un modo muy especialmente
preferente, el sistema de cámaras se combina con una lámpara de
operaciones corriente. Para la iluminación sin sombras de la zona
prefijada, este tipo de fuentes de luz acostumbran a sujetarse en
una construcción de brazo portante con varias articulaciones para
iluminar desde arriba la zona deseada. De este modo, desplazando la
construcción de brazo portante puede modificarse según se desee la
posición y/o orientación de la fuente de luz en función de la zona
a iluminar.
La presente invención se basa en el conocimiento
de que la fuente de luz, según la experiencia, se posiciona y/o
orienta en todo momento de tal modo que la zona a iluminar quede
iluminada de un modo óptimo, lo que significa en todo caso que la
línea de visión de la fuente de luz hasta la zona a iluminar no
queda bloqueada, ya sea por parte de los instrumentos o del
personal. La presente invención posibilita esta línea de visión no
obstaculizada de un modo sorprendentemente sencillo, y posiciona
las cámaras del sistema de referenciación dentro de la fuente de
luz o en las inmediaciones de la misma, como se explica a
continuación, de modo que también las cámaras que contribuyen a la
referenciación disfrutan de un campo de visión sin obstaculizar
hacia las zonas de interés. La presente invención aprovecha además
la circunstancia de que generalmente los procedimientos relevantes
para los que deben determinarse las coordenadas tridimensionales se
llevan a cabo en la zona iluminada sin sombras por la fuente de
luz. De este modo, y según la invención, se combina de un modo
sorprendentemente sencillo una iluminación, básicamente no
obstaculizada, con un campo de visión, básicamente no
obstaculizado, de las cámaras del sistema de referenciación.
Para hacer posible una referenciación precisa,
los campos de visión, de por lo menos dos cámaras, se superponen
por lo menos en la zona iluminada. La zona de superposición de los
campos de visión de las cámaras, sin embargo, puede ser mayor que
la zona iluminada, lo que resulta especialmente ventajoso en el caso
de que la fuente de luz pueda posicionarse y orientarse
independientemente de las cámaras de referenciación. Así, las dos
cámaras por lo menos controlan la zona iluminada desde, por lo
menos, dos ángulos de visión distintos, lo que con la ayuda de
ciertos algoritmos conocidos posibilita la determinación de las
coordenadas tridimensionales en la zona de solapamiento.
Mientras que los componentes individuales
conocidos por el estado de la técnica, concretamente la fuente de
luz y el sistema de cámaras, se proporcionan e instalan según el
estado de la técnica de modo independiente, la presente invención
se refiere a un sistema que incluye los dos componentes individuales
en el que dichos componentes se sujetan conjuntamente de tal modo
que resulta posible tanto una iluminación sin sombras de zonas
prefijables como la referenciación de coordenadas tridimensionales
en la zona así iluminada. Básicamente, la sujeción conjunta puede
llevarse a cabo de tal modo que tanto las cámaras como la fuente de
luz se cuelguen independientemente de un techo, por ejemplo, de una
sala de operaciones. Según una forma de realización preferente, sin
embargo, por lo menos dos cámaras del sistema de referenciación y
la fuente de luz se sujetan conjuntamente mediante un soporte
mecánico. De modo muy especialmente preferente, las dos cámaras por
lo menos del sistema de referenciación se sujetan en la proximidad
inmediata a la fuente de luz y junto con la misma. Como las fuentes
de luz para una iluminación sin sombras acostumbran a presentar una
sección transversal circular o elíptica, por lo menos dos cámaras
del sistema de referenciación se disponen cerca del borde
periférico de la fuente de luz, y de modo muy especialmente
preferente en el plano que sujeta la fuente de luz o sobresaliendo
ligeramente del mismo. Sin embargo, las cámaras pueden también
disponerse por detrás del plano que sujeta la fuente de luz.
Para facilitar la referenciación, por lo menos
dos cámaras se disponen de tal modo en la proximidad inmediata de
la fuente de luz que el respectivo campo de visión de las cámaras
no se ve obstaculizado por la fuente de luz ni por la carcasa de la
misma. Como los campos de visión de las cámaras en la zona
iluminada deben superponerse, las cámaras acostumbran a inclinarse
respecto al eje óptico de la fuente de luz. Así, en caso de que las
cámaras estén dispuestas detrás del plano que sujeta la fuente de
luz, las cámaras inclinadas radialmente hacia dentro se desplazan
radialmente hacia fuera, de modo que el campo de visión de las
mismas no queda tapado por el borde periférico de la fuente de
luz.
Según una forma de realización preferente de la
invención, se integran por lo menos dos cámaras en la carcasa de la
fuente de luz, y se orientan básicamente en paralelo al eje óptico
de la fuente de luz. Esta forma de realización se basa en el
conocimiento de que un cirujano o médico generalmente no se inclina
tanto hacia adelante como para obstaculizar la fuente de luz, sino
que normalmente dicho cirujano o médico opera en la zona iluminada
únicamente con las manos y con los instrumentos médicos. Resulta
ventajoso que las cámaras de referenciación se orienten
automáticamente de forma óptima, ya que las zonas a referenciar
deben iluminarse generalmente de modo óptimo.
De forma preferente, las cámaras integradas en la
fuente de luz se disponen en sectores de la fuente de luz en los
que no se prevé elemento de iluminación alguno. Normalmente, las
lámparas de operaciones poseen varios elementos de iluminación,
dispuestos típicamente con simetría puntual alrededor del centro de
la fuente de luz. Así, por ejemplo, pueden integrarse varios
emisores de radiación en una disposición con simetría puntual
dentro de una carcasa de lámpara básicamente redonda. Sobre la base
de la carcasa de lámpara existen unas aberturas, que pueden estar
tapadas con ventanillas de cristal, a través de las cuales se emite
luz sobre la mesa de operaciones. De este modo, sobre la base de la
carcasa de lámpara existen también zonas sin aberturas que pueden
ser aprovechadas por las cámaras de referenciación. De modo
preferente, en estas zonas se prevén las respectivas ventanillas
para las cámaras de referenciación, las cuales pueden igualmente
estar tapadas con ventanillas de cristal, para no modificar las
relaciones de convección en la lámpara de operaciones. En esta
forma de realización, las cámaras pueden dirigirse de forma
básicamente paralela al eje óptico de la fuente de luz, ya que la
separación entre las cámaras de referenciación puede escogerse
comparativamente pequeña. Esta construcción integrada hace posible,
de un modo especialmente sencillo, una orientación óptima de las
cámaras. A la vez, se asegura que donde sea que se coloque la
lámpara de operaciones haya disponibles cámaras de referenciación.
De este modo, la operación puede iniciarse más rápidamente, lo que
resulta especialmente ventajoso en el caso de lámparas de
operaciones. Al mismo tiempo, las cámaras de referenciación quedan
protegidas por la carcasa de la fuente de luz.
Naturalmente, en la forma de realización
mencionada anteriormente pueden disponerse también otras cámaras
por fuera de la carcasa de la fuente de luz, por ejemplo, del modo
descrito anteriormente. Estas cámaras se sujetan preferentemente
junto con la carcasa de la lámpara, o se fijan, por ejemplo, en su
borde periférico. Los pares de cámaras pueden alinearse en un eje
común o bien en ejes cruzados entre sí, por ejemplo, en ejes
ortogonales.
Según una forma de realización preferente, las
cámaras de referenciación están unidas de forma rígida con la
fuente de luz. Una vez correctamente ajustadas la posición y/o
orientación de las cámaras, las mismas no requieren un ajuste
posterior. De este modo se garantiza de modo óptimo que las cámaras
se encuentren bien posicionadas y orientadas en todo momento.
Según otra forma de realización de la invención,
sin embargo, la orientación y/o posicionamiento de una o por lo
menos, dos cámaras puede desplazarse respecto a la fuente de luz,
lo que hace posible una adaptación aún más flexible a las
correspondientes circunstancias, por ejemplo, en el empleo de
instrumentos especialmente altos o voluminosos en una sala de
operaciones, en caso de encontrarse personas especialmente grandes
alrededor de una mesa de operaciones o casos similares.
Básicamente pueden prefijarse las disposiciones
deseadas para las cámaras de referenciación respecto a la fuente de
luz. Según una forma de realización preferente, sin embargo, las
cámaras se disponen básicamente con una simetría puntual respecto
al centro de la fuente de luz. De modo muy especialmente preferente
se disponen respectivamente dos cámaras en lados opuestos de la
fuente de luz. En caso de preverse más de tres cámaras, las mismas
pueden disponerse, por ejemplo, con simetría puntual respecto al
centro de la fuente de luz.
Según otra forma de realización de la invención
se agrupan algunas cámaras, por ejemplo dos en cada grupo,
pudiéndose desplazar conjuntamente las cámaras de un grupo mediante
unos elementos de desplazamiento para adoptar una nueva posición
y/o orientación respecto a la fuente de luz. Los grupos pueden estar
alineados en un eje común o sobre ejes cruzados, por ejemplo, sobre
ejes mutuamente ortogonales.
Con este objetivo, las cámaras de un grupo pueden
fijarse sobre un grupo mecánico de desplazamiento conjunto. Según
una forma de realización preferente, los ángulos de inclinación,
alrededor de los cuales las cámaras se inclinan respecto al eje
óptico de la fuente de luz, se desplazan conjuntamente, estando
preferentemente inclinadas las cámaras de forma simétrica respecto
al eje óptico de la fuente de luz. Si, por ejemplo, se disponen dos
cámaras del grupo en lados opuestos de una fuente de luz
básicamente redonda, los ángulos de inclinación de las cámaras se
desplazan preferentemente en sentido contrario respecto al centro
de la fuente de luz, de modo que la zona de superposición de las
cámaras puede desplazarse de modo especialmente ventajoso y
sencillo, solapándose en todo momento el centro de gravedad de la
zona de superposición con el centro de gravedad de la zona
iluminada por la fuente de luz.
La mencionada movilidad conjunta de fuente de luz
y cámaras no excluye que la fuente de luz pueda moverse de forma
completamente independiente de las cámaras en casos concretos, por
ejemplo, en caso de tener que iluminarse lateralmente una zona o en
caso de tener que integrar una fuente de luz adicional. El experto
en la materia reconocerá sin problemas algunas sujeciones mecánicas
adecuadas al examinar la siguiente descripción de las formas de
realización preferentes.
Para la referenciación se emplean generalmente
cámaras que detectan señales ópticas únicamente en la zona
infrarroja del espectro. Con este objetivo, usualmente se excluye
el espectro visible por medio de filtros de transmisión infrarroja.
Como, por un lado, se desean elevadas potencias de salida para la
fuente de luz, especialmente en salas de operación, y por otro, en
cambio, debe evitarse una carga térmica excesiva de la zona
iluminada, según una forma de realización especialmente preferente
se filtra, por lo menos parcialmente, la parte de radiación
infrarroja de la fuente de luz con ayuda de filtros. De este modo
pueden evitarse los efectos negativos de las señales ópticas
detectadas por las cámaras. Las medidas para la filtración de la
luz de la fuente de luz son conocidas para el técnico especialista
en lámparas de operaciones.
De forma muy especialmente preferente, el sistema
según la invención comprende por lo menos tres cámaras para la
referenciación. Así, en caso de obstruirse el campo de visión de
una cámara, por ejemplo, por parte de aparatos o personas, puede
emplearse para la detección de señales ópticas otra cámara cuyo
campo de visión no se encuentre obstruido. Para llevar a cabo
automáticamente este cambio a otra cámara, se prevé, según esta
forma de realización preferente, un circuito de evaluación que
evalúa las señales electrónicas detectadas por las cámaras. Una
obstrucción del campo de visión de la cámara se distingue a menudo
por señales características dentro de las que analiza el circuito
de evaluación. Por ejemplo, una zona obstruida puede manifestarse
por una modificación repentina de la intensidad de la zona
detectada. Si se detectan señales características de este tipo, el
circuito de evaluación no transmite más las señales eléctricas de
las señales obstruidas al ordenador empleado en la referenciación,
sino que cambia automáticamente a otra cámara para la que no se
detecta obstrucción según las señales características.
Un segundo punto de vista de la presente
invención se refiere a un sistema de referenciación como el que se
conoce por ejemplo, por el documento DE 196 39615 C2. Según la
invención, este sistema se distingue porque para la iluminación sin
sombras de una zona se sujetan, por lo menos dos cámaras y la fuente
de luz conjuntamente de tal modo que las señales para la
referenciación de coordenadas tridimensionales pueden evaluarse en
la zona iluminada. Con este objetivo, el sistema de cámaras y la
fuente de luz están configurados según las formas de realización
escritas anteriormente en relación con el primer punto de vista. El
sistema de referenciación puede trabajar de forma activa o pasiva,
ya que la luz puede ser emitida por parte de fuentes de luz fijadas
a los objetos a referenciar o ser reflejada por parte de
reflectores fijados a los objetos a referenciar.
A continuación se describen, a modo de ejemplo y
haciendo referencia a las figuras adjuntas, formas de realización
preferentes de la presente invención. Las figuras muestran:
La figura 1a/1b, una vista inferior esquemática
de un sistema según una primera forma de realización de la presente
invención y una modificación de la misma;
La figura 2, una sección transversal a lo largo
de la primera forma de realización según la figura 1;
La figura 3, una vista lateral de una segunda
forma de realización del sistema según la presente invención.
En las figuras, los números de referencia
idénticos designan elementos o componentes idénticos o con idéntica
función.
Las figuras 1 y 2 muestran esquemáticamente, en
su vista inferior y en su sección transversal, un sistema según una
primera forma de realización de la presente invención. El sistema
comprende la fuente de luz 15 y cuatro cámaras 1 a 4 que se emplean
para la referenciación de coordenadas tridimensionales según el
proceso óptico de navegación descrito en el documento DE 196 39 615
C2. Con este objetivo, las señales detectadas por las cámaras 1 a 4
se transmiten a un ordenador subordinado (no representado). La
fuente de luz 15 posee una sección transversal redonda y comprende
un elemento de iluminación 5 central y seis elementos de iluminación
5 dispuestos con simetría puntual respecto al mismo,
respectivamente sujetos a la carcasa 9. Los elementos de iluminación
5 iluminan una zona A básicamente sin sombras. Con este objetivo,
los elementos de iluminación 5 pueden irradiar la luz de forma
básicamente perpendicular al plano sujetado por la base de la
carcasa 9, o pueden estar inclinados en cierto ángulo, lo que ya
conoce el técnico especialista en este ámbito. Generalmente, la
fuente de luz 15 se mantiene por encima de la zona A iluminada, para
cuyo objetivo se prevé una fijación de techo o similar no
representados, como sí se representa a modo de ejemplo en la figura
3. Con ayuda del asidero 6, dispuesto centrado o lateral, la fuente
de luz 15 puede posicionarse y/o orientarse como se desee respecto
a un objeto. Contra el desplazamiento se oponen unas fuerzas
suficientes como para que, una vez adoptada cierta posición, ésta no
cambie por sí sola.
Por motivos operacionales, la fuente de luz 15
presenta generalmente un diámetro comparativamente grande, por
ejemplo, entre 60 y 80 cm. La intensidad de luz y la orientación de
los elementos de iluminación se escogen preferentemente de tal modo
que, en la iluminación óptima de una zona, se garantiza una
separación de trabajo usual, por ejemplo, de aproximadamente 107 cm
o dentro de un intervalo de entre unos 91 y unos 123 cm, entre la
fuente de luz y la zona de trabajo a iluminar.
La parte infrarroja de la luz emitida por la
fuente de luz 15 puede filtrarse, por lo menos parcialmente, para
cuyo objetivo se prevén en las aberturas de la base de la carcasa
de la lámpara 9 visibles en la figura 1 unos elementos ópticos
adecuados, por ejemplo, unos reflectores dicroicos, los cuales
reflejan la parte infrarroja del espectro en función de la longitud
de onda con un absorbedor de calor no representado, mientras que la
parte visible se deja pasar a través de las aberturas de la carcasa
de la lámpara 9. Naturalmente, las aberturas pueden taparse con
ventanillas. En la base de la carcasa de la lámpara 9 pueden
preverse también aberturas de convección adicionales no
representadas, de modo que una corriente de aire que atraviese la
lámpara impida un sobrecalentamiento de los componentes internos de
la misma.
En las proximidades inmediatas del borde
periférico de la fuente de luz 15 se disponen dos cámaras 1, 2, las
cuales están inclinadas respecto al eje óptico de la fuente de luz
15 que discurre a lo largo del asidero 6 hacia dentro, como se
muestra en la figura 2. Las cámaras 1, 2 pueden montarse
inmediatamente sobre el borde periférico exterior de la carcasa de
la lámpara 9 o sobre un brazo conjunto fijado a la propia carcasa
de la lámpara 9 o en la proximidad inmediata de la misma. Con este
objetivo, el brazo sujetador no representado puede estar también
colgado del techo. Como puede verse en la figura 2, el campo de
visión de las cámaras 1, 2 se superponen en la zona A, lo que hace
posible una detección del espacio y, con ello, una detección de las
coordenadas tridimensionales por lo menos en la zona A. Los ejes
longitudinales de las cámaras 1, 2 se alinean básicamente con el
eje óptico de la fuente de luz 15. Esto significa que el plano que
sujeta los ejes longitudinales de las cámaras 1, 2 incluye el eje
óptico de la fuente de luz 15 que discurre básicamente a través del
asidero 6 o está situado en las proximidades del mismo.
En el interior de la lámpara se integran dos
cámaras 3, 4 adicionales que controlan la zona A a través de las
entalladuras de la base de la carcasa de la lámpara 9. En las
entalladuras pueden colocarse ventanillas y/o filtros de infrarrojo.
Como puede observarse en la figura 2, también las cámaras 3, 4 se
encuentran inclinadas respecto al eje óptico de la fuente de luz 15
y se superponen por lo menos en la zona A para hacer posible una
detección estereoscópica de la misma y, con ello, una
referenciación de sus coordenadas tridimensionales.
Debido a la sujeción conjunta de las cámaras 1 a
4 con la fuente de luz 15, las cámaras se orientan automáticamente
de tal modo que la zona A iluminada por la fuente de luz 15 también
puede referenciarse.
Naturalmente, las cámaras 1, 2 dispuestas en el
borde periférico exterior de la carcasa de la lámpara 9 pueden
también disponerse por encima de la fuente de luz. Para que los
campos de visión de estas cámaras no se vean obstruidos por la
carcasa de la lámpara 9, las cámaras 1, 2 se disponen desplazadas
radialmente hacia fuera, y concretamente por fuera de un tronco
cónico cuyas superficies limitadoras vienen determinadas básicamente
por los ejes longitudinales de las cámaras 1, 2 representadas en la
figura 2.
Básicamente, por lo menos las cámaras 1, 2 pueden
también posicionarse y/o orientarse independientemente de la fuente
de luz 15. Para este objetivo se prevé el asidero 8 adicional
representado esquemáticamente en la figura 2, el cual puede también
integrarse en el asidero 6. Desplazando el asidero 8 se llevan a
cabo movimientos adecuados de posicionamiento y/o orientación por lo
menos de las cámaras 1, 2, y eventualmente también de las cámaras
3, 4. Por ejemplo, puede modificarse el ángulo de inclinación de
las cámaras respecto al eje óptico de la fuente de luz 15, puede
modificarse el ángulo de inclinación de las cámaras
perpendicularmente al plano del dibujo de la figura 2 y puede
modificarse la posición radial de las cámaras. El desplazamiento
puede llevarse a cabo manualmente con ayuda del asidero 8.
Naturalmente, pueden preverse también uno o varios elementos de
servomotores, por ejemplo, servomotores eléctricos accionables
individualmente o por grupos desde el asidero 8. Los servomotores
pueden disponerse inalámbricos o conectados por cable con las
instrucciones de mando.
El experto en la materia en este ámbito podrá
observar sin problemas las sujeciones adecuadas para las cámaras al
leer esta descripción de patente. La desplazabilidad depende de los
requerimientos, y puede comprender un deslizamiento axial y/o una
rotación alrededor del eje longitudinal de las cámaras, y/o una
rotación alrededor del eje longitudinal de la cámara en una o dos
direcciones, etc.
Mientras que en la figura 1a los dos grupos de
cámaras 1, 2 y 3, 4 están dispuestos alineados sobre un mismo eje,
en la figura 1b los dos grupos de cámaras se disponen sobre ejes
mutuamente ortogonales que se cruzan en el centro de la fuente de
luz.
La figura 3 muestra esquemáticamente, en su vista
lateral, una segunda forma de realización del sistema según la
invención. Este comprende la fuente de luz 15 y las cámaras 1, 2
colgadas conjuntamente de una construcción de brazo portante del
techo. A partir de la fijación al techo 7, la construcción de brazo
portante incluye varios brazos 10a-f que pueden
girar axialmente por las articulaciones 11a, 11b y que pueden
hacerse girar en las articulaciones 11c y 11b perpendicularmente al
segundo plano de la figura 3, de modo que dentro del alcance de los
brazos 10a-f puede alcanzarse el posicionamiento y
orientación que se desee para la fuente de luz 15 en función del
objeto a iluminar. La propia fuente de luz 15 incluye tres
elementos de iluminación 5 que iluminan la zona A con una
disposición en estrella y con simetría puntual. Las cámaras 1, 2
están sujetadas por el brazo conjunto 12a, 12b de la suspensión de
cámaras 12a, 12b. Los brazos 12a, 12b pueden hacerse girar del modo
representado alrededor de las articulaciones 13a, 13b
perpendicularmente al plano del dibujo de la figura 3.
Naturalmente, puede preverse, en lugar de la sujeción orientable,
una suspensión de cámaras rígida respecto a la fuente de luz 15. La
separación entre el brazo 12b y la fuente de luz 15 es
preferentemente pequeña, por ejemplo, entre unos 5 y unos 50 cm,
preferentemente en un intervalo comprendido entre unos 5 y 30 cm y
de forma aún más preferente en un intervalo comprendido entre unos
5 y 15 cm.
Como se muestra en la figura 3, las cámaras 1, 2
están inclinadas radialmente hacia dentro, de modo que sus campos
de visión se superponen por lo menos en la zona A iluminada para
hacer posible una referenciación tridimensional.
Mediante el desplazamiento de los brazos 12a, 12b
de la suspensión de las cámaras y/o el ajuste de los motores de
desplazamiento no representados pueden modificarse de modo adecuado
los campos de visión de las cámaras 1, 2.
En la fuente de luz 15 puede preverse un elemento
detector que determine, a partir de la orientación de la fuente de
luz 15, la posición de la zona A iluminada. En la suspensión de las
cámaras 12a, 12b, por su parte, puede preverse un elemento detector
que detecte de forma automática la relación de posiciones de las
cámaras 1, 2 en función de la fuente de luz 15 y, con ello, en
función de la zona A iluminada. Desplazando la fuente de luz 15 y,
por tanto, al modificarse la zona a iluminada, un ordenador no
representado calcula si la zona detectada por las cámaras 1, 2, en
la que resulta posible llevar a cabo una referenciación (la zona de
solapamiento mencionada más arriba), contiene la zona A iluminada
actual. Si no es éste el caso, se calcula una señal de mando que
puede emplearse para el guiado motorizado de las cámaras 1, 2.
Como se muestra en la figura 3, las cámaras 1, 2
se orientan de tal modo que sus campos de visión no se ven
obstruidos, o sólo de modo inapreciable, por la fuente de luz 15.
Básicamente, las cámaras 1, 2 pueden desplazarse de forma
motorizada del modo anteriormente descrito en caso de que el campo
de visión de las cámaras se vea obstruido por la fuente de luz 15.
Para ello, el ordenador arriba mencionado debe disponer de
información referente a las dimensiones exteriores de la fuente de
luz.
Las cámaras acostumbran a ser videocámaras CCD,
de modo que las señales ópticas detectadas están disponibles para
su evaluación en formato digital. Según ciertos cambios de señal
característicos, como un cambio repentino de intensidad, puede
determinarse si el campo de visión de una cámara ha quedado
repentinamente obstaculizado. Para asegurar una referenciación
adecuada en todo momento, se prevé un circuito de evaluación no
representado que analiza las respectivas señales eléctricas de las
cámaras 1-4. En caso de detectarse un cambio de
señal característico que haga pensar en una obstrucción del campo de
visión de la cámara, el circuito de evaluación cambia
automáticamente a otra de las cámaras 1-4 y
transmite su señal al computador del sistema de referenciación. En
las señales electrónicas de las cámaras 1-4, el
ordenador puede también comprobar periódicamente en un esquema
predeterminado si el campo de visión respectivo está obstruido en
este momento. Entonces, el ordenador puede determinar, según cierto
algoritmo predeterminado, cuáles de las cámaras 1-4
deben utilizarse para la referenciación. Debido a la sujeción
conjunta del sistema de cámaras y la fuente de luz, las conexiones
necesarias para hacer funcionar la fuente de luz 15 y las
videocámaras 1-4 se requieren como cable de
conexiones conjunto a partir de la sujeción del techo 7.
Básicamente, los componentes individuales para el
sistema requerido pueden hacerse funcionar también individualmente.
Según una forma de realización preferente, el sistema según la
invención se distingue especialmente porque las fuentes de luz y
las videocámaras se sujetan de tal modo conjuntamente que resulta
posible una referenciación de coordenadas tridimensionales en la
zona iluminada por la fuente de luz 15. Con este objetivo, las
cámaras se disponen especialmente en la proximidad inmediata de la
fuente de luz 15.
Claims (9)
1. Sistema para la iluminación combinada de una
zona (A) prefijable y para la referenciación de coordenadas
tridimensionales, en especial de instrumentos quirúrgicos o médicos,
comprendiendo:
una lámpara de operaciones (15) para la
iluminación de la zona,
una fuente de irradiación para la emisión de
radiación infrarroja, y
por lo menos dos cámaras (1-4)
para la detección de señales ópticas infrarrojas,
estando conjuntamente sujetas de tal modo la
lámpara de operaciones (15) y las cámaras (1-4) que
las señales ópticas infrarrojas par la referenciación de
coordenadas tridimensionales pueden valorarse en la zona (A)
iluminada.
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que
se disponen por lo menos dos cámaras (1, 2) de tal modo por fuera
de una carcasa (9) de la lámpara de operaciones, cerca de un borde
periférico de la carcasa, que la visión de dichas cámaras sobre la
zona (A) iluminada no queda obstaculizada por secciones de la
propia carcasa.
3. Sistema según la reivindicación 1 ó 2, en el
que se integran por lo menos dos cámaras (3, 4) en una carcasa (9)
de la lámpara de operaciones, previéndose unas ventanillas
respectivas par las cámaras en sectores de la carcasa en los que no
existen elementos de iluminación (5) de la lámpara de operaciones
(15).
4. Sistema según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que la lámpara de operaciones (15) y por lo menos
dos cámaras están unidas entre sí de forma rígida, de modo que la
lámpara de operaciones y las cámaras pueden desplazarse
conjuntamente.
5. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a
3, en el que puede ajustarse la orientación y/o la posición de por
lo menos dos cámaras respecto a la lámpara de operaciones (15).
6. Sistema según la reivindicación 5, en el que
por lo menos dos cámaras (1, 2; 3, 4), dispuestas en lados
respectivamente opuestos de la lámpara de operaciones (15), pueden
desplazarse conjuntamente, pudiéndose ajustar un ángulo de
inclinación de las cámaras en sentido opuesto respecto a un centro
de la lámpara de operaciones.
7. Sistema según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que por lo menos dos cámaras se disponen
básicamente con una simetría puntual respecto al centro de la
lámpara de operaciones (15).
8. Sistema según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que las cámaras están provistas de filtros de
transmisión de infrarrojos para detectar la radiación infrarroja
reflejada por los reflectores o emitida por las fuentes de luz,
filtrándose, por lo menos parcialmente, el componente infrarrojo de
la luz emitida por la lámpara de operaciones (15).
9. Sistema según una de las reivindicaciones
anteriores comprendiendo por lo menos tres cámaras, en el que se
prevé un circuito de evaluación para evaluar las señales obtenidas
por las cámaras y detectar así el momento en el que el campo de
visión de por lo menos una cámara se ve obstruido, y cambiándose
ésta por otra cámara de las varias disponibles que no tenga el
campo de visión obstruido para referenciar la correspondiente cámara
con el campo de visión obstruido.
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