ITRM20130601A1 - Dispositivo di ripresa video - Google Patents

Description

DISPOSITIVO DI RIPRESA VIDEO

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per la ripresa video, da utilizzarsi in particolare durante interventi di chirurgia o microchirurgia.

In modo più specifico, la presente invenzione si riferisce ad un dispositivo (videocamera e/o fotocamera) che può essere installato su un casco indossabile dal chirurgo durante l’intervento.

Oggi è diffusa l’abitudine/necessità di effettuare riprese video durante gli interventi chirurgici, e ciò per svariati motivi che vanno da motivazioni scientifiche, quali il training didattico, corsi, meeting, congressi scientifici, a motivazioni medicolegali, oggi sempre più importanti nelle attività chirurgiche.

Ad oggi, tuttavia, è possibile effettuare riprese solo attraverso i microscopi operatori utilizzati dai chirurghi per operare.

La ripresa è in questi casi garantita da una videocamera direttamente applicata al microscopio operatorio.

E’ però oramai tecnica operatoria consolidata quella che prevede l’utilizzo di occhiali (o Loopes) indossati direttamente dal chirurgo e quindi senza l’utilizzo del microscopio operatorio il cui uso è orami riservato a condizioni particolari, come collegamenti vascolari sotto il millimetro di diametro, ecc.

Diviene dunque fondamentale la documentazione video e fotografica dell’attività microchirurgica e chirurgica, attuata con occhiali o Loopes.

L’unico ausilio in tal senso è oggi quello derivante dall’uso di una videocamera posta in posizione fissa rispetto al tavolo operatorio, orientata e regolata in maniera tale da riuscire a riprendere, con una lunghezza focale fissa, un’inquadratura dell’intero quadro operatorio.

E’ però evidente che ciò costituisce un importante limite, dovuto al fatto che la ripresa effettuata è frutto di un compromesso tra il posizionamento della videocamera e le sue prestazioni.

Inoltre, è altresì evidente che trattandosi di immagini riprese da un’angolazione fissa, non sempre potranno riprodurre un contenuto utile, ad esempio perché può accadere che il chirurgo stesso e/o suoi assistenti, coprano il campo di ripresa. Esiste quindi un’esigenza per un dispositivo che dia soluzione a tali problematiche e che al contempo possa consentire di effettuare riprese utili agli scopi prefissati.

Scopo della presente invenzione è dunque quello di superare le problematiche sopra esposte e ciò è ottenuto attraverso un dispositivo di ripresa video come definito dalla rivendicazione 1.

Ulteriore oggetto della presente invenzione è un casco chirurgico come definito nella rivendicazione 17.

La presente invenzione, superando i problemi della tecnica nota, comporta numerosi ed evidenti vantaggi.

In particolare, la presente invenzione consente di inquadrare e riprendere l’area operatoria dallo stesso punto di vista della visione oculare del chirurgo, con lo stesso ingrandimento degli occhiali utilizzati dal chirurgo o microchirurgo.

Ulteriormente, la versatilità e le caratteristiche tecniche fanno del dispositivo secondo la presente invenzione uno degli strumenti più avanzati tecnologicamente, nell’ambito del video professionale dedicato in chirurgia e microchirurgia.

Ancora un altro vantaggio è dato dal fatto che l’utilizzo di questo sistema potrà essere importante in tutti settori delle chirurgie attuate anche ad occhio nudo, senza sistemi di ingrandimento (come ad esempio gli occhiali), poiché la ripresa può essere effettuata con un ingrandimento regolabile, con la possibilità di registrazione continua o personalizzata su decisione del chirurgo, istante per istante durante l’intervento chirurgico in corso.

In ambiente microchirurgico, va sottolineata infine la possibilità di mostrare, per uno stesso intervento sul medesimo campo operatorio, le differenze tra visione ad occhio nudo e visione ingrandita.

Non va inoltre sottovalutato il vantaggio economico della gestione diretta individuale/personale da parte del chirurgo, dell’immagine diretta e coincidente con la sua visione del campo operatorio, senza ausilio di operatori video esterni di supporto che, eventualmente dotati di videocamera esterna, sarebbero assolutamente impossibilitati a garantire una ottimale e fedele registrazione dell’intervento chirurgico stesso, rispetto a quanto reso possibile da un dispositivo secondo la presente invenzione.

Altri vantaggi, assieme alle caratteristiche ed alle modalità di impiego della presente invenzione, risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione preferite, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo.

Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

• la figura 1 è una vista schematica di un dispositivo secondo la presente invenzione, nelle sue principali componenti;

le figure 2 e 3 sono viste di un dispositivo secondo la presente invenzione montato su un casco chirurgico;

le figure 4, 5 e 6 sono dei particolari del dispositivo di figura 3;

la figura 7 è una vista prospettica frontale di un dispositivo secondo la presente invenzione;

la figura 8 è una vista di un telecomando per il controllo remoto di un dispositivo secondo la presente invenzione;

la figura 9 è una vista di un casco chirurgico e di un dispositivo di ripresa secondo la presente invenzione, in condizione disassemblata; e

le figure 10 e 11 illustrano a titolo esemplificativo l’utilizzazione della presente invenzione da parte di un chirurgo.

La presente invenzione sarà di seguito descritta facendo riferimento alle figure suindicate.

In particolare la figura 1, mostra un dispositivo di ripresa video 100, per riprendere immagini video di un area operativa, ad esempio durante un’operazione chirurgica.

Sebbene nel seguito di questa descrizione si continuerà a far riferimento al settore chirurgico, è da intendersi che la presente invenzione potrà trovare validamente applicazione anche in altri ambiti e/o settori, ove ci siano le medesime necessità e/o problematiche.

Il dispositivo 100 comprende innanzitutto una videocamera digitale che dispone di un sensore di immagine 40 ed un’ottica comprendente un obiettivo 41 con sistema di stabilizzazione integrato.

Preferibilmente, il sensore è un sensore di tipo CMOS da 1/5, con una risoluzione di almeno 8 Mpixel, adatto alla ripresa di filmati e/o foto in formato 16:9.

Sulla base delle prestazioni richieste al dispositivo, l’obiettivo sarà opportunamente selezionato. Ad esempio può essere utilizzato un obiettivo con ingrandimento ottico (ZOOM) 30X, con apertura (F) da 1,8 a 3,2 e lunghezza focale (f) da 2,5 mm a 3,2 mm. Preferibilmente potrà essere utilizzato un obiettivo Carl Zeiss Vario Tessar®.

L’obiettivo, secondo la presente invenzione, è dotato di un sistema di stabilizzazione integrato. Rispetto al sistema standard comunemente in uso negli obiettivi commerciali, detto stabilizzatore integrato secondo la presente invenzione è stato modificato nell’elettronica, sul circuito di pilotaggio, cambiando la frequenza di lavoro del gruppo elettro-ottico di stabilizzazione, inserendo un trimmer da 10K nel circuito e variandone il valore, sino ad ottenere, con certe vibrazioni simulate, (utilizzando un sistema che produce vibrazioni previste per l’utilizzo) una migliore stabilizzazione per la specifica applicazione, ottenendo un notevole guadagno di stabilizzazione delle immagini.

Il dispositivo 100 comprende inoltre un gruppo ottico 36, presentante un corpo principale all’interno del quale sono montati due o più specchi 43, 44 la cui posizione è regolabile in maniera tale che da consentire la ripresa lungo un asse di ripresa SA diverso dall’asse ottico OA dell’obiettivo 41 della videocamera.

Il gruppo ottico 36, montato in modo solidale all’obiettivo della camera, monta preferibilmente uno primo specchio piano 43, assialmente allineato rispetto all’asse ottico (OA) dell’obiettivo ed inclinato di circa 45° rispetto all’asse ottico (OA) dell’obiettivo.

Per lo specchio 43 è previsto vantaggiosamente un supporto dotato di microregolazioni (ad esempio pari a /- 2°) principalmente utili in fase di taratura del gruppo stesso. Tale primo specchio 43, una volta regolato sui due assi, si trova ad essere perfettamente allineato con l’asse ottico OA dell’obiettivo 41.

All’interno del corpo principale del gruppo ottico 36, è inoltre previsto un secondo specchio piano 44, assialmente allineato rispetto ad un asse di riflessione RA ortogonale all’asse dell’obiettivo OA e montato in maniera regolabile attorno ad un asse di rotazione PA ortogonale sia all’asse di riflessione RA che all’asse ottico AO. Vantaggiosamente il dispositivo comprende mezzi di regolazione 14, 45 di un angolazione di almeno uno degli specchi 43, 44.

In particolare, l’angolazione del secondo specchio 44 è regolabile tra 10° e -5° intorno alla posizione centrale di 45° rispetto all’asse di riflessione RA.

I mezzi di regolazione comprendono primi meccanismi di regolazione micrometrica, ad esempio un perno 45 ed un nottolino esterno 14. Sul perno 45 è vantaggiosamente montata una micro-frizione, che consente di lasciare lo specchio 44 nella posizione decisa dal chirurgo, in maniera tale che il primo specchio 43 possa raccogliere tutta l’immagine trasmessa dal secondo specchio 44.

Preferibilmente, gli specchi sono specchi di alta qualità, alluminati, lavorati ad 1/8 di lambda.

Secondo una forma di realizzazione, il dispositivo comprende inoltre un filtro 20 montato in allineamento con l’asse di ripresa SA. Preferibilmente, tale filtro 20 è un filtro neutro del tipo ND 4 HR, preferibilmente multistrato ad alta risoluzione. Illuminazione minima = 3 lux. Dovendo invece illuminare il soggetto con valori 100 volte maggiori, questa alta sensibilità è stata portata al valore ottimale aggiungendo un filtro neutro ND 4 HR, che ne riduce di 4 spot la luminosità, questo per poter fare rientrare in tutti i parametri di regolazioni possibili senza sovraesporre le immagini, in considerazione del fatto che la videocamera possiede anche l’esposizione automatica o manuale.

Inoltre, preferibilmente, il dispositivo può comprendere anche un doppietto ottico 42, per la correzione del campo di ripresa, che preveda almeno due lenti L1, L2, preferibilmente una lente L1 piano-convessa ed una lente L2 biconvessa, montato in allineamento con l’asse ottico OA dell’obiettivo 41.

Vantaggiosamente, la videocamera può essere contenuta in un contenitore 2 interamente realizzato in Carbonio dallo spessore di 0,3 mm. Allo stesso modo, il corpo principale del gruppo ottico 36 può essere interamente realizzato in Carbonio dallo spessore di 0,3 mm, per un peso complessivo di soli 18 g.

Il dispositivo secondo la presente invenzione comprende inoltre mezzi per il suo montaggio su un supporto e mezzi per la regolazione di una posizione del dispositivo stesso, una volta montato su detto supporto.

In particolare, tale supporto può essere un casco chirurgico, indossabile dal chirurgo durante un’operazione, oppure un supporto da terra.

I mezzi di regolazione di una posizione del dispositivo montato su detto supporto comprendono secondi meccanismi di regolazione micrometrica.

Preferibilmente, il dispositivo 100 è rimovibile dal casco in modo rapido utilizzando un solo nottolino 27 e può ad esempio essere montato su altro supporto e fissato tramite un foro filettato da 1⁄4“ adattabile quindi a qualsiasi supporto foto/video di tipo standard. Il dispositivo 100 è mostrato smontato dal casco in figura 9.

Il collegamento tra il casco e le microregolazioni è costituito dal pezzo 18 (si veda ad es. fig.4) che possiede appunto due fori da 4 mm per il fissaggio al casco e due fori da 6 mm per il passaggio di un perno 46 che deve sostenere un sistema di micro regolazione assiale e angolare 21 del dispositivo.

Tale sistema di regolazione è costituito dal pezzo 21 con cava per gli anelli 28 , 29 che, inseriti nella stessa contrapposti, scorrono lungo questa, con inserito il perno 46.

Questo perno ha un foro, al centro della sua lunghezza, filettato con la stessa filettatura passo 0,3 mm di una vite micrometrica 31.

Con il nottolino 11, provvisto di vite micrometrica passo 0,3 mm, è possibile regolare e bloccare la posizione angolare ed il movimento assiale del dispositivo. Ruotando il nottolino 10 si ottiene invece uno spostamento assiale del dispositivo.

Come visibile in figura 2, il dispositivo 100 è stata montato su di un casco 3 dal peso di soli 130 g. Tale casco consente tramite regolazione ad ingranaggi, di adattarsi alla testa dell’operatore chirurgo stringendo un anello orizzontale 5 e tramite un sistema 4 a step di stingere il casco sulla parte superiore della testa.

Nella parte anteriore del casco sono fissati tutti i supporti e le parti con le microregolazioni sia della camera che delle luci a led.

Tutto quanto sopra descritto, consente dunque di raggiungere prestazioni di assoluto rilievo e funzionalità fino ad oggi non ottenibili nel settore delle riprese per chirurgia.

In particolare, il dispositivo secondo la presente invenzione

1) Riprendere in FULL HD

2) Possibilità di essere montata sul casco del chirurgo.

3) Riprendere un campo di 4 cm. di diametro ad una distanza di 30 cm.

4) Avere un ingrandimento ottico e non digitale da 0 a 30 X.

5) Poter essere smontata dal casco facilmente e rapidamente e montata su di uno stativo esterno, riprendendo anche fino a 2m. di distanza potendo inquadrare lo stesso campo di 4 cm.

6) Mettere a fuoco in automatico e in manuale per distanze da 1cm a 2 metri.

7) La camera doveva essere di peso e dimensioni estremamente ridotte adatte ad un caschetto altrettanto leggero, senza così doverlo controbilanciare.

8) Non essere di ingombro per gli occhiali o Loopes indossati in abbinamento al sistema di ripresa indossati di consuetudine dal chirurgo

.9) Poter regolare con controlli micrometrici, sia la distanza assiale, che quella angolare, per

consentire il corretto posizionamento.

10) Una volta posizionata in maniera ottimale per non ostruire il campo visivo, doveva avere la possibilità, senza muovere alcuna regolazione micrometrica, verticale o angolare, di spostare facilmente il campo inquadrato con una sola regolazione dell’ultimo componente del sistema ottico frontale della stessa, a cura del chirurgo.

11) Avere la possibilità di inquadrare dallo stesso punto di vista della visione oculare del chirurgo

con lo stesso ingrandimento o altro, degli occhiali o Loopes di qualsiasi modello utilizzato da chirurgo o microchirurgo.

Inoltre, ad esempio, se utilizzando occhiali o Loopes con ingrandimento di 4,5 X ad una distanza di 30 cm. dovrà avere la possibilità di mettere a fuoco da 0 X fino a 4,5 X alla medesima distanza di 30 cm.

12) Registrare per 3/4 ore in diretta in FULL HD continua su scheda sd card o su supporto esterno.

13) Avere uscita poter riprodurre su monitor o videoproiettori, l’intervento anche in diretta.

14) Avere il sistema di illuminazione integrato al movimento assiale della camera e indipendente invece per quanto riguarda il posizionamento angolare del sistema stereoscopico di illuminazione a led di alta potenza a luce fredda.

15) Avere un telecomando a filo sterile con tutte le funzioni principali: Start / Stop, Zoom e Foto, e da poter essere gestito da collaboratori al tavolo operatorio o dal chirurgo/ microchirurgo stesso.

16) Avere un avanzato e adeguato sistema di stabilizzazione ottica atta a garantire immagini il piu possibile ferme, considerati gli alti ingrandimenti in gioco, e le inevitabili micro/macro vibrazioni indotte dal microchirurgo stesso.

17) Il sistema di ripresa non doveva avere la necessità di alcun operatore esterno o di esperto nel settore video riprese, in quanto, oltre possedere il vantaggio di avere una ripresa in diretta e coassiale alla visione del microchirurgo, doveva poter essere gestita autonomamente in sala operatoria con l’auito di un solo assistente. Garantendo oltremodo una notevole riduzione dei costi.

Preferibilmente, il dispositivo secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, comprende inoltre un sistema di illuminazione 6, 7, 12, 32 atto ad essere reso solidale con il dispositivo stesso e generare un fascio luminoso, in maniera tale che tale fascio sia collimato sull’area operativa durante l’intervento e la ripresa delle immagini.

Vantaggiosamente, il sistema di illuminazione comprende due illuminatori spot 6 a LED, con relativa ottica collimatrice 7, ha la possibilità di spostare lo spot proiettato a diverse distanze tramite 3 viti a 120° (si veda elemento 12 di figura 3) di regolazione per ogni proiettore consentendo così di fa coincidere i due spot a diverse distanze.

Tramite la regolazione e serraggio di un nottolino 13 è possibile far coincidere lo spot dei proiettori 6 con l’immagine inquadrata dalla videocamera sempre con fissaggio dentato 22 per garantire stabilità dopo la regolazione. Il contenitore dei proiettori illuminatori 6 è in Carbonio di 0,5 mm di spessore.

Il sistema di illuminazione a led 6 viene montato utilizzando un supporto 25 con tramite un perno 48 con anello dentato 26 e nottolino di regolazione a step di 4°. Detto supporto 25, dovendo essere solidale al movimento assiale del dispositivo, viene montato sul supporto 21 nel foro con anello dentato 22.

Naturalmente, il dispositivo secondo la presente invenzione sarà vantaggiosamente dotato di mezzi di acquisizione e memorizzazione delle immagini video riprese e mezzi per la trasmissione di dette immagini video ad apparati di riproduzione video.

La scheda elettronica del dispositivo inoltre consente di avere tutte le regolazioni e impostazione della videocamera tramite un joystick 37 (si veda figura 5), mentre con un pulsante 38 è possibile entrare nel menu di riproduzione ed editing della videocamera.

Vantaggiosamente la scheda elettronica monta anche:

Un ingresso 15 per l’alimentazione stabilizzata e protetta della videocamera; Una presa 16 per un telecomando (mostrato in figura 8).

Un’uscita video HDMI mini 39.

Ciò consente tutte le connessioni necessarie per l’acquisizione, memorizzazione e riproduzione delle immagini riprese.

La riproduzione può ad esempio avvenire su monitor 200, come esemplificato in figura 11.

Le figure 10 e 11, illustrano esemplificativamente, l’utilizzo di un casco chirurgico 3 secondo la presente invenzione.

In particolare, un tale casco comprendere mezzi per una connessione amovibile di un dispositivo di ripresa video secondo quanto finora descritto, e può, preferibilmente, comprendere uno di tali dispositivi.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a sue forme di realizzazione preferite. È da intendersi che ciascuna delle soluzioni tecniche implementate nelle forme di realizzazione preferite qui descritte a titolo esemplificativo, potranno vantaggiosamente essere combinate diversamente tra loro, per dar forma ad altre forme di realizzazione, che afferiscono al medesimo nucleo inventivo e tutte comunque rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di ripresa video (100), per riprendere immagini video di un area operativa, comprendente: - una videocamera digitale presentante un sensore di immagine (40) ed un’ottica comprendente un obiettivo (41) con sistema di stabilizzazione integrato; - un gruppo ottico (36) comprendente due o più specchi (43, 44) la cui posizione è regolabile in maniera tale che da consentire la ripresa lungo un asse di ripresa (SA) diverso da un asse ottico (OA) dell’obiettivo (41) della videocamera; e - mezzi di regolazione (14) di un angolazione di almeno uno di detti due o più specchi (43, 44).
2. 2. Dispositivo di ripresa secondo la rivendicazione 1, in cui detti due o più specchi (43, 44) comprendono un primo specchio piano (43), assialmente allineato rispetto all’asse ottico (OA) dell’obiettivo ed inclinato di circa 45° rispetto all’asse ottico (OA) dell’obiettivo.
3. 3. Dispositivo di ripresa secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti due o più specchi (43, 44) comprendono un secondo specchio piano (44), assialmente allineato rispetto ad un asse di riflessione (RA) ortogonale all’asse ottico dell’obiettivo (OA) e montato in maniera regolabile su un asse di rotazione (PA) ortogonale sia a detto asse di riflessione (RA) che a detto asse ottico (OA).
4. 4. Dispositivo di ripresa secondo la rivendicazione 3, in cui l’angolazione di detto secondo specchio (44) è regolabile tra 10° e -5° intorno alla posizione centrale di 45° rispetto all’asse di riflessione (RA).
5. 5. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detti due o più specchi sono specchi alluminati, lavorati ad 1/8 di lambda.
6. 6. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui detto obiettivo è un obiettivo con ingrandimento ottico (ZOOM) 30X, con apertura (F) da 1,8 a 3,2 e lunghezza focale (f) da 2,5 mm a 3,2 mm.
7. 7. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, comprendente inoltre un filtro (20) montato in allineamento con l’asse di ripresa (SA).
8. 8. Dispositivo di ripresa secondo la rivendicazione 7, in cui detto filtro (20) è un filtro neutro del tipo ND 4 HR.
9. 9. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, comprendente inoltre un doppietto ottico (42) comprendente almeno due lenti (L1, L2), montato in allineamento con l’asse ottico (OA) dell’obiettivo (41).
10. 10. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui detti mezzi di regolazione (14) di un angolazione di almeno uno di detti due o più specchi (43, 44) comprendono primi meccanismi di regolazione micrometrica.
11. 11. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, comprendente inoltre un sistema di illuminazione atto ad essere reso solidale con detto dispositivo e generare un fascio luminoso, in maniera tale che tale fascio sia collimato su detta area operativa.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 11, in cui detto sistema di illuminazione comprende due illuminatori spot a LED.
13. 13. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 12, comprendente inoltre mezzi di acquisizione e memorizzazione delle immagini video riprese e mezzi per la trasmissione di dette immagini video ad apparati di riproduzione video.
14. 14. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13, comprendente inoltre mezzi per il suo montaggio su un supporto e mezzi per la regolazione di una posizione del dispositivo montato su detto supporto.
15. 15. Dispositivo secondo la rivendicazione 14, in cui detti mezzi di regolazione di una posizione del dispositivo montato su detto supporto comprendono secondi meccanismi di regolazione micrometrica.
16. 16. Dispositivo secondo la rivendicazione 14 o 15, in cui detto supporto è un casco chirurgico.
17. 17. Casco chirurgico, caratterizzato dal fato di comprendere mezzi per una connessione amovibile di un dispositivo di ripresa video secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
18. 18. Casco chirurgico secondo la rivendicazione 17, comprendente un dispositivo di ripresa video secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 16.