FR3018592A1

FR3018592A1 - SCIALYTIC LIGHTING DEVICE INCLUDING A DISTANCE MEASUREMENT FUNCTION BETWEEN TWO MARKERS

Info

Publication number: FR3018592A1
Application number: FR1452037A
Authority: FR
Inventors: Gabriel Peyras; Bertrand Guilleminot
Original assignee: Maquet SAS
Current assignee: Maquet SAS
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-09-18

Abstract

Un dispositif d'éclairage (1) scialytique comprend une lampe (3) orientable et mobile destinée à éclairer un champ opératoire (2), une caméra (8) placée dans la lampe pour former une image du champ opératoire (2) éclairé par la lampe (3) et une unité de traitement de données (12) reliée à la caméra (8) pour effectuer un traitement numérique de ladite image. Il est prévu deux marqueurs (9) indépendants qui peuvent être placés en position fixe l'un par rapport à l'autre sur le champ opératoire (2) et l'unité de traitement de données (12) est agencée pour détecter dans ladite image les deux marqueurs (9) et calculer une distance relative entre ces deux marqueurs (9).An operating light device (1) comprises a movable orientable lamp (3) intended to illuminate an operating field (2), a camera (8) placed in the lamp to form an image of the operating field (2) illuminated by the lamp (3) and a data processing unit (12) connected to the camera (8) for digitally processing said image. There are two independent markers (9) which can be placed in a fixed position relative to one another on the operating field (2) and the data processing unit (12) is arranged to detect in said image the two markers (9) and calculate a relative distance between these two markers (9).

Description

L'invention concerne un dispositif d'éclairage scialytique comprenant une lampe orientable et mobile destinée à éclairer un champ opératoire, une caméra placée dans la lampe pour former une image du champ opératoire éclairé par la lampe et une unité de traitement de données reliée à la caméra pour effectuer un traitement numérique de l'image. Ce type de dispositif d'éclairage est utilisé dans les salles ou blocs opératoires et permet notamment de retransmettre sur un écran d'affichage un agrandissement d'une zone spécifique du champ opératoire à partir d'un traitement numérique d'une image prise par la caméra. Ainsi la zone agrandie peut être visualisée par des chirurgiens en cours d'intervention ou par d'autres personnes éloignées du champ opératoire. Le but de l'invention est d'améliorer encore plus ce type de dispositifs d'éclairage en y apportant une nouvelle fonctionnalité. L'invention a donc pour objet un dispositif d'éclairage scialytique comprenant une lampe orientable et mobile destinée à éclairer un champ opératoire, une caméra placée dans la lampe pour former une image du champ opératoire éclairé par la lampe et une unité de traitement de données reliée à la caméra pour effectuer un traitement numérique de ladite image, caractérisé en ce qu'il comprend en outre deux marqueurs indépendants qui peuvent être placés en position fixe l'un par rapport à l'autre sur le champ opératoire, chaque marqueur comprenant une tête en forme de disque et un pied de fixation disposé sous la tête, et en ce que l'unité de traitement de données est agencée pour détecter dans ladite image les deux marqueurs et calculer une distance relative entre ces deux marqueurs. Il est connu qu'en chirurgie orthopédique et notamment lors d'une pose de prothèse de hanche, le risque de modification de la longueur des jambes n'est 5 pas négligeable. Habituellement, pour ce type d'opération chirurgicale, on mesure avant la pose de la prothèse et après la pose de la prothèse la distance entre un premier marqueur placé sur l'os iliaque et un second marqueur 10 placé sur le fémur. Cette mesure de distance est réalisée manuellement par le chirurgien avec un réglet. Dans le cas où on n'a pas la même distance avant et après l'opération, le chirurgien modifie la position de la prothèse afin de corriger l'écart de distance. Il 15 arrive que cette opération de mesure et correction se répète plusieurs fois. Cependant, la mesure au réglet n'est pas très fiable du fait du manque de précision dans la mesure. Il existe des systèmes de mesure électronique de 20 distance pour la chirurgie orthopédique tels que celui connu du document CN103519894. Ce système comprend deux caméras infrarouges et des marqueurs en forme de trièdre dont chaque axe est marqué par une sphère. Ces systèmes permettent de mesurer avec précision un 25 angle et une distance entre deux marqueurs. Ces systèmes sont encombrants et viennent s'ajouter aux autres matériels placés autour de la table d'opération, comme les lampes scialytiques entre autres. De plus, ces systèmes connus de mesure électronique sont souvent 30 déplacés sur des chariots dans les différentes salles opératoires et nécessitent donc d'être entièrement aseptisés à chaque fois pour prévenir tout risque d'infections nosocomiales. Ils sont donc couteux à l'utilisation. Le dispositif d'éclairage scialytique selon l'invention remédie à tous les inconvénients indiqués ci-5 dessus. La mesure électronique de distance se fait en utilisant un matériel déjà existant dans une salle d'opération. La mesure de distance peut être intégrée dans des dispositifs d'éclairage scialytiques déjà existant s'ils ont une unité de traitement de données 10 programmable. Le dispositif d'éclairage scialytique selon l'invention peut présenter les particularités suivantes : - un moyen pour déterminer l'orientation de l'axe optique de la caméra par rapport à un plan horizontal ; 15 - un écran d'affichage relié à l'unité de traitement de données et l'unité de traitement de données agencée pour afficher sur l'écran les marqueurs dans l'image du champ opératoire ; - l'unité de traitement de données est agencée pour 20 afficher sur l'écran en superposition deux ou plusieurs images du champ opératoire prises à différents intervalles de temps différents. La présente invention sera encore mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la 25 description détaillée du mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 illustre de façon très schématique le dispositif d'éclairage selon l'invention ; 30 - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un marqueur selon l'invention ; - la figure 3 montre de façon très schématique le dispositif d'éclairage selon l'invention avec un écran d'affichage. Le dispositif d'éclairage scialytique 1 selon l'invention est destiné à être utilisé dans des salles 5 d'opération plus particulièrement en chirurgie orthopédique. Le dispositif d'éclairage 1 selon l'invention peut être utilisé pour mesurer une distance relative dans un champ opératoire 2 montré sur la figure 1 et 10 correspondant ici à la hanche du corps d'un patient. Le dispositif d'éclairage 1 comprend une lampe scialytique 3 de type connu en soi, par exemple permettant d'éclairer le champ opératoire 2 tout en limitant au maximum la présence d'ombre dans la zone 15 éclairée. La lampe scialytique 3 est montée ici dans une coupole 4 pour concentrer l'éclairage dans une zone spécifique du champ opératoire 2. La coupole 4 est montée ici sur un support 5 mobile 20 et orientable, lui-même fixé ici au plafond 6 de la salle dans laquelle se déroule l'opération. Le support 5 pourrait être fixé à un mur de la salle d'opération ou bien à un socle fixe ou mobile reposant au sol de la salle d'opération. 25 Le support 5 comprend ici une paire de bras 7 articulés entre eux avec un bras qui porte à son extrémité libre la lampe scialytique 3 en forme de coupole. L'orientation des bras 7 peut être contrôlée 30 électroniquement ou manuellement par le chirurgien afin de positionner la lampe scialytique 3 au dessus du champ opératoire.A scialytic illumination device comprising a movable and orientable lamp for illuminating an operative field, a camera placed in the lamp to form an image of the operating field illuminated by the lamp, and a data processing unit connected to the lamp. camera to perform digital image processing. This type of lighting device is used in the rooms or operating theaters and allows in particular to retransmit on a display screen an enlargement of a specific area of the operative field from a digital processing of an image taken by the camera. Thus the enlarged area can be visualized by surgeons during surgery or by other people away from the surgical field. The object of the invention is to further improve this type of lighting devices by providing a new feature. The invention therefore relates to a surgical lighting device comprising an orientable and movable lamp for illuminating an operating field, a camera placed in the lamp to form an image of the operating field illuminated by the lamp and a data processing unit. connected to the camera for digital processing said image, characterized in that it further comprises two independent markers which can be placed in a fixed position relative to each other on the operating field, each marker comprising a disc-shaped head and a fixing foot disposed under the head, and in that the data processing unit is arranged to detect in said image the two markers and calculate a relative distance between these two markers. It is known that in orthopedic surgery and in particular during a hip prosthesis, the risk of changing the length of the legs is not negligible. Usually, for this type of surgical procedure, the distance between a first marker placed on the iliac bone and a second marker placed on the femur is measured before the prosthesis is placed and after the prosthesis has been placed. This distance measurement is performed manually by the surgeon with a ruler. In the case where one does not have the same distance before and after the operation, the surgeon modifies the position of the prosthesis in order to correct the distance difference. It happens that this measurement and correction operation is repeated several times. However, the ruler measurement is not very reliable because of the lack of precision in the measurement. There are electronic distance measurement systems for orthopedic surgery such as that known from CN103519894. This system includes two infrared cameras and markers in the shape of trihedron whose each axis is marked by a sphere. These systems make it possible to accurately measure an angle and a distance between two markers. These systems are bulky and are added to other materials placed around the operating table, such as surgical lights among others. In addition, these known electronic measurement systems are often moved on trolleys in the various operating rooms and therefore require to be completely sanitized each time to prevent any risk of nosocomial infections. They are therefore expensive to use. The operating light device according to the invention overcomes all the disadvantages indicated above. Electronic distance measurement is done using equipment already existing in an operating room. The distance measurement may be incorporated into existing surgical lighting devices if they have a programmable data processing unit. The operating light device according to the invention may have the following particulars: a means for determining the orientation of the optical axis of the camera with respect to a horizontal plane; A display screen connected to the data processing unit and the data processing unit arranged to display on the screen the markers in the image of the operating field; the data processing unit is arranged to display on the screen in superposition two or more images of the operating field taken at different different time intervals. The present invention will be better understood and other advantages will appear on reading the detailed description of the embodiment taken by way of non-limiting example and illustrated by the appended drawings, in which: FIG. very schematic lighting device according to the invention; Figure 2 is a schematic perspective view of a marker according to the invention; - Figure 3 shows very schematically the lighting device according to the invention with a display screen. The surgical lighting device 1 according to the invention is intended to be used in operating rooms more particularly in orthopedic surgery. The illumination device 1 according to the invention can be used to measure a relative distance in an operating field 2 shown in FIG. 1 and corresponding here to the hip of a patient's body. The lighting device 1 comprises a surgical light 3 of a type known per se, for example making it possible to illuminate the operating field 2 while limiting as much as possible the presence of shadow in the illuminated area. The operating light 3 is mounted here in a dome 4 to focus the illumination in a specific area of the operating field 2. The dome 4 is mounted here on a movable support 20 and adjustable, itself fixed here to the ceiling 6 of the room in which the operation takes place. The support 5 could be attached to a wall of the operating room or to a fixed or mobile base resting on the floor of the operating room. The support 5 here comprises a pair of arms 7 hinged together with an arm which carries at its free end the diagrammatic lamp 3 in the shape of a cupola. The orientation of the arms 7 can be controlled electronically or manually by the surgeon in order to position the operating light 3 above the operating field.

Le dispositif d'éclairage 1 selon l'invention comprend également une caméra 8 placée dans la lampe scialytique et conçue pour prendre des images du champ opératoire 2 de préférence selon un axe optique A orienté à la verticale du plan horizontal A' du champ opératoire 2. La caméra 8 est ici fixée au centre de la coupole comme cela est connu pour observer le champ opératoire 2 suivant un axe optique A perpendiculaire au plan de la coupole d'éclairage. Le positionnement à la vertical de l'axe optique de la caméra peut être vérifié par un accéléromètre placé dans l'éclairage. L'accéléromètre vérifie que l'éclairage et la caméra sont parfaitement horizontaux. L'axe optique de la caméra est donc vertical du fait que l'axe optique de la caméra est orthogonal au plan de l'éclairage. Un signal lumineux produit par exemple par une diode électroluminescente verte ou un signal sonore permet d'indiquer à l'utilisateur que la caméra est correctement 20 positionnée et que la mesure peut débuter. On peut aussi avantageusement prévoir un moyen qui détermine l'orientation de l'horizon de la caméra selon l'axe optique A. Pour cela, la lampe scialytique 3 peut être agencée pour projeter une lumière structurée sous la 25 forme d'une croix ou d'une ligne sur le champ opératoire 2. L'orientation de la caméra selon un axe optique perpendiculaire au plan A' peut être alors obtenue par une manipulation de la lampe scialytique 3 dans l'espace à l'aide des bras articulés 7 jusqu'à obtenir le motif et 30 l'orientation voulus de la croix ou de la ligne dans le champ opératoire 2. Selon l'invention, pour effectuer une mesure de distance relative dans le champ opératoire 2, le dispositif d'éclairage 1 comprend également deux marqueurs 9, représentés plus en détail sur la figure 2. Chaque marqueur 9 comprend une tête 10 en forme de 5 disque et un pied de fixation 11 disposé sous la tête 10. Le pied de fixation 11 est apte à être fixé sur un os, un muscle, la peau ou toute autre partie du corps du patient. Dans l'exemple des figures 1 et 3, on a représenté un marqueur 9 qui est fixé sur l'os iliaque du 10 patient et un autre marqueur 9 qui est fixé sur le fémur du patient en vue de pratiquer la pose d'une prothèse de hanche. La tête en forme de disque 10 peut avoir un diamètre d'un ou deux centimètres et présente une couleur vive 15 bien distincte de la couleur générale du champ opératoire 2. La forme discale et la couleur vive de la tête du marqueur simplifie sa localisation/identification automatique par un traitement numérique d'image. Cette localisation/identification automatique est 20 réalisée dans une unité de traitement de données 12 connectée à la caméra 8. Cette unité de traitement de données 12 est ici montrée intégrée dans le support 5 du dispositif d'éclairage. L'unité de traitement de données 12 est un 25 ordinateur qui récupère les images produites par la caméra 8, par exemple des images vidéo, et qui leur applique un traitement numérique d'image particulier pour réaliser la mesure de distance relative. Dans un premier temps l'unité de traitement de 30 données 12 effectue un seuillage automatique des pixels de couleur dans l'image pour faire ressortir les pixels d'image de la couleur de la tête des marqueurs.The lighting device 1 according to the invention also comprises a camera 8 placed in the operating light and designed to take images of the operating field 2 preferably along an optical axis A oriented vertically to the horizontal plane A 'of the operating field 2 The camera 8 is here fixed in the center of the cupola as is known to observe the operating field 2 along an optical axis A perpendicular to the plane of the lighting cupola. The vertical positioning of the optical axis of the camera can be checked by an accelerometer placed in the lighting. The accelerometer checks that the lighting and the camera are perfectly horizontal. The optical axis of the camera is vertical because the optical axis of the camera is orthogonal to the plane of illumination. A light signal produced for example by a green light emitting diode or a sound signal makes it possible to indicate to the user that the camera is correctly positioned and that the measurement can begin. It is also advantageous to provide a means which determines the orientation of the horizon of the camera along the optical axis A. For this purpose, the operating light 3 may be arranged to project a structured light in the form of a cross or 2. The orientation of the camera along an optical axis perpendicular to the plane A 'can then be obtained by manipulation of the operating light 3 in the space with the aid of the articulated arms 7 until in order to obtain the desired pattern and orientation of the cross or the line in the operating field 2. According to the invention, to perform a measurement of relative distance in the operating field 2, the lighting device 1 also comprises two markers 9, shown in more detail in FIG. 2. Each marker 9 comprises a disk-shaped head 10 and a fixing foot 11 placed under the head 10. The fixing foot 11 is able to be fixed on a bone , a muscle, skin or to another part of the patient's body. In the example of FIGS. 1 and 3, there is shown a marker 9 which is fixed on the patient's iliac bone and another marker 9 which is fixed on the patient's femur in order to practice the fitting of a prosthesis. hip. The disk-shaped head 10 may be one to two centimeters in diameter and have a bright color quite distinct from the general color of the operative field 2. The disc shape and the bright color of the marker head simplifies its location. automatic identification by digital image processing. This location / automatic identification is performed in a data processing unit 12 connected to the camera 8. This data processing unit 12 is here shown integrated in the support 5 of the lighting device. The data processing unit 12 is a computer which retrieves the images produced by the camera 8, for example video images, and which applies to them a particular digital image processing to perform the relative distance measurement. At first, the data processing unit 12 automatically thresholds the color pixels in the image to bring out the image pixels of the color of the marker head.

Ensuite, l'unité 12 réalise sur ces pixels de couleur une reconnaissance de forme pour identifier la forme caractéristique de la tête des marqueurs. Suivant l'orientation des marqueurs, l'unité peut identifier une forme circulaire ou une forme elliptique mais le diamètre de ces formes est invariant ce qui permet d'identifier un point central du marqueur à partir duquel est réalisée la mesure de distance. L'unité 12 est donc apte à mesurer précisément une distance relative entre les points centraux des deux marqueurs 9. Si la distance entre le champ opératoire et la caméra est connue, par exemple avec un capteur de distance déjà existant sur ce type de dispositif d'éclairage scialytique, l'unité 12 peut fournir une valeur de distance absolue entre les deux marqueurs 9. Sur la figure 3, on a illustré le dispositif d'éclairage scialytique 1 selon l'invention avec en outre un écran d'affichage 13 connecté à l'unité de traitement de données 12.Then, the unit 12 carries on these color pixels a shape recognition to identify the characteristic shape of the head of the markers. Depending on the orientation of the markers, the unit may identify a circular shape or an elliptical shape, but the diameter of these shapes is invariant, which makes it possible to identify a central point of the marker from which the distance measurement is made. The unit 12 is therefore able to accurately measure a relative distance between the central points of the two markers 9. If the distance between the operating field and the camera is known, for example with a distance sensor already existing on this type of device. The operating light 12 can provide an absolute distance value between the two markers 9. In FIG. 3, the operating light device 1 according to the invention is illustrated with a connected display screen 13. to the data processing unit 12.

L'écran d'affichage 13 est ici suspendu à une seconde paire de bras télescopique 14 indépendante de la paire de bras 7. L'écran d'affichage 13 permet de visualiser l'image du champ opératoire 2 dans laquelle apparaissent les deux 25 marqueurs 9. On peut prévoir que l'unité de traitement de données 12 peut être agencée pour afficher sur l'écran d'affichage 13 en superposition deux ou plusieurs images du champ opératoire 2 prises à différents intervalles de 30 temps pendant l'opération de façon à visualiser un écart de position entre les deux marqueurs 9 pour ces différentes intervalles de temps.The display screen 13 is here suspended from a second pair of telescopic arms 14 independent of the pair of arms 7. The display screen 13 makes it possible to visualize the image of the operating field 2 in which the two markers appear. 9. It can be provided that the data processing unit 12 can be arranged to display on the display screen 13 in superposition two or more images of the operating field 2 taken at different time intervals during the operation of to display a positional difference between the two markers 9 for these different time intervals.

Ainsi, le chirurgien peut évaluer au cours de l'opération une modification de la distance relative entre les marqueurs 9 ce qui permet un meilleur contrôle de l'intervention chirurgicale.Thus, the surgeon can evaluate during the operation a change in the relative distance between the markers 9 which allows better control of the surgical procedure.

L'unité 12 peut également être agencée pour afficher sur l'écran d'affichage 13 la distance relative ou absolue entre les marqueurs 9. Bien entendu, on peut avoir plus de deux marqueurs 9 dans le dispositif scialytique selon l'invention et on peut en outre afficher sur l'écran d'affichage 13 des lignes de couleur entre les marqueurs pour améliorer la visualisation des distances. De préférence, pour réaliser une mesure de distance entre les deux marqueurs 9, le chirurgien commencera par éclairer le champ opératoire 2 avec la coupole d'éclairage 3 en orientant l'axe d'éclairage de la coupole à a verticale. Le chirurgien déclenche ensuite une première mesure de distance DO entre les deux marqueurs 9, cette mesure 20 de distance étant enregistrée en mémoire dans l'unité 12. Une fois la prothèse placée chez le patient, le chirurgien réalise une seconde mesure de distance Dl. Dans le cas où la distance DO est différente de la distance D1, le chirurgien modifie le positionnement de 25 la prothèse et réalise une troisième mesure de distance D2 qui est mise en mémoire dans l'unité 12. Dans le cas où la distance D2 est suffisamment proche de la distance DO cela signifie que la longueur des membres après opération est équivalente à la longueur avant opération.The unit 12 may also be arranged to display on the display screen 13 the relative or absolute distance between the markers 9. Of course, there may be more than two markers 9 in the operating light device according to the invention and it is possible to in addition display on the display screen 13 color lines between the markers to improve the visualization of distances. Preferably, to perform a distance measurement between the two markers 9, the surgeon will first illuminate the operating field 2 with the lighting dome 3 by orienting the illumination axis of the dome to a vertical. The surgeon then triggers a first measurement of distance OD between the two markers 9, this distance measurement being stored in memory in unit 12. Once the prosthesis is placed in the patient, the surgeon makes a second measurement of distance D1. In the case where the distance OD is different from the distance D1, the surgeon modifies the positioning of the prosthesis and carries out a third measurement of distance D2 which is stored in the unit 12. In the case where the distance D2 is close enough to the distance DO, this means that the length of the limbs after operation is equivalent to the length before operation.

30 Le dispositif d'éclairage scialytique selon l'invention peut aussi s'utiliser en chirurgie esthétique, dentaire ou analogue pour contrôler des distances relatives sur le corps du patient avant et après l'intervention chirurgicale.The operating light device according to the invention can also be used in cosmetic, dental or similar surgery to control relative distances to the patient's body before and after the surgical procedure.

Claims

CLAIMS. 1. Lighting device (1) comprising a movable orientable operating light (3) intended to illuminate an operating field (2), a camera (8) placed in the lamp to form an illuminated field of view image (2) by the lamp (3) and a data processing unit (12) connected to the camera (8) for digitally processing said image, characterized in that it further comprises two independent markers (9) which can placed in a fixed position relative to each other on the operating field (2), each marker (9) comprising a disk-shaped head (10) and a fixing foot (11) arranged under the head ( 10), and in that the data processing unit (12) is arranged to detect in said image the two markers (9) and calculate a relative distance between these two markers (9). 20

2. Lighting device (1) according to claim 1, characterized in that it further comprises means for determining the orientation of the optical axis (A) of the camera (8) relative to a horizontal plane (AT'). 25

3. Lighting device (1) according to claim 1, characterized in that it further comprises a display screen (13) connected to the data processing unit (12) and in that the unit data processing apparatus (12) is arranged to display on the screen (13) the markers (9) in the image of the operating field (2).

4. Lighting device (1) according to claim 3, characterized in that the data processing unit (12) is arranged to display on the screen (13) in superposition two or more images of the operating field (2 ) taken at different time intervals.