JP2021512734A - 画像ベースの制御を備えた適応性照明アレイ - Google Patents

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Abstract

照明アセンブリは、外科手術室で手術領域を選択的に照射するように構成される。アセンブリは、光を放射するように構成された複数の光源を含む複数の照明モジュールを備える。アセンブリは、照明モジュールのうちの少なくとも一つに配置された、画像データを捕捉するように構成された少なくとも一つの撮像装置をさらに備える。関節式ヘッドアセンブリは、照明モジュールのそれぞれを支持するように構成される。関節式ヘッドアセンブリは、照明モジュールのそれぞれを第一の軸および第二の軸を中心に回転させるように構成された複数のアクチュエータを備える。アセンブリはコントローラをさらに備える。コントローラは、陰になった領域および汚染された領域のうちの少なくとも一つを含む少なくとも一つの関心領域の画像データをスキャンするように構成される。
【選択図】図5

Description

本開示は一般に、照明システムに関し、より具体的には、外科手術現場および外科手術室の照明システムに関する。
外科手術現場および外科手術室に提供される人工照明は、位置決め、影、光度およびグレアに関して多くの問題を呈しうる。医療専門家は多くの場合、外科手術手順を通して人員および機器を移し変えているため、静止しておらず、照明を動的にする必要がある。さらに、人員の物理的寸法の差異は、光源の位置決めを困難にする場合がある。したがって、外科手術室のための新しい照明システムは有利でありうる。
本開示の一態様によれば、照明アセンブリは、外科手術室で手術領域を選択的に照射するように構成される。アセンブリは、光を放射するように構成された複数の光源を含む複数の照明モジュールを備える。アセンブリは、照明モジュールのうちの少なくとも一つに配置された、画像データを捕捉するように構成された少なくとも一つの撮像装置をさらに備える。関節式ヘッドアセンブリは、照明モジュールのそれぞれを支持するように構成される。関節式ヘッドアセンブリは、照明モジュールのそれぞれを第一の軸および第二の軸を中心に回転させるように構成された複数のアクチュエータを備える。アセンブリはコントローラをさらに備える。コントローラは、陰になった領域および汚染された領域のうちの少なくとも一つを含む少なくとも一つの関心領域の画像データをスキャンするように構成される。コントローラは、一つまたは複数の照明モジュールからの光を関心領域に向けるように複数のアクチュエータを制御するようにさらに構成される。
本開示の別の態様によれば、照明アセンブリを制御するための方法が開示されている。方法は、複数の照明モジュールからの複数の光放射の複数の放射方向を制御することを含む。照明アセンブリのそれぞれは、複数の回転軸を中心とした放射方向を制御するように構成された関節式ヘッドアセンブリを備える。方法は、手術領域を複数の光放射で照射することと、少なくとも一つのカメラの視野において画像データを捕捉することとをさらに含み、画像データは複数の放射からの反射光を含む。方法は、画像データ内の照明の変化を識別することと、画像データ内の照明の変化を制限するように複数の照明モジュールを制御することとをさらに含む。
本開示のさらに別の態様によれば、手術領域を照射するように構成されたシステムが開示されている。システムは複数の照明アセンブリを備える。複数の照明アセンブリは、複数の光源および関節式ヘッドアセンブリを含む、複数の照明モジュールを備える。関節式ヘッドアセンブリは、照明モジュールのそれぞれと接続している。関節式ヘッドアセンブリは、照明モジュールのそれぞれを支持し、照明モジュールのそれぞれを第一の軸および第二の軸を中心に回転させるように構成される。システムは、手術領域内の光源から反射された光を含む画像データを捕捉するように構成された少なくとも一つの撮像装置をさらに備える。コントローラは、一つまたは複数の照明モジュールからの光を関心の領域に向けるように複数のアクチュエータを制御するように構成される。
本開示のこれらおよびその他の態様、目的、および特徴は、当業者が以下の明細書、特許請求の範囲、および添付図面を調べることによって理解および認識される。本明細書に開示する例それぞれの特徴は、他の例の特徴と共に、またはこれの代替として使用しうることも理解される。
以下は、添付図面の図の説明である。図面は必ずしも正確な縮尺ではなく、図面中の特定の特徴および特定の図は、明瞭とするために、縮尺が誇張されているか、概略的に示されている場合がある。
図1は、照明システムを利用する外科手術室の概略図である。
図2は、適応照明のために構成された照明システムを備えた外科手術室の概略図である。
図3は、照明システムの照明モジュールの概略図である。
図4は、適応照明のために構成された関節式ヘッドアセンブリを備えた照明システムを備えた外科手術室の概略図である。
図5は、照明モジュールのアレイを含む関節式ヘッドアセンブリを備える照明システムの概略図である。
図6は、それぞれが照明モジュールのアレイを含む、関節式ヘッドアセンブリのアレイを備える照明システムの概略図である。
図7は、本開示による照明システムのブロック図である。
本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な記述において記載され、この記述から当業者に明らかとなる、あるいは、特許請求の範囲および添付図面と共に以下の記述で記載されるように本発明を実行することで認識される。
本明細書で使用される、二つ以上の項目の列挙で使用される場合の「および/または」という用語は、列挙される項目のいずれか一つがそれだけで用いられ、または、列挙される項目のうち二つ以上の項目のあらゆる組み合わせが用いられ得ることを意味する。例えば、ある組成物が構成要素A、Bおよび/またはCを含有するとして記載される場合、当該組成物は、Aを単独で、Bを単独で、Cを単独で、AおよびBを組み合わせて、AおよびCを組み合わせて、BおよびCを組み合わせて、または、A、BおよびCを組み合わせて含有し得る。
この明細書では、関連する用語、例えば、第一および第二、上および下などは、一つの構成要素または動作を他の構成要素または動作と区別するために、単独で用いられるもので、そのような構成要素または動作の間での実際の相互関係または順序を必ずしも要求または暗示するものではない。用語「備える(comprises)」、「備える(comprising)」またはその用語の他の変形形態は、列挙される要素を含むプロセス、方法、物品、または装置がそれらの要素のみを含むものではなく、明白に列挙されていないか、またはそのようなプロセス、方法、物品、もしくは装置にとって固有のものではない他の要素を含んでもよいように、非排他的包含を網羅することを意図している。「...を備える」が前に付く要素は、それ以上の制約なしに、その要素を含むプロセス、方法、物品、または装置の追加的な同一要素の存在を除外しない。
図1を参照すると、照明システム10を利用する外科手術室の概略図が示されている。照明システム10は、外科手術室14に図示され、一つまたは複数の照明アセンブリ18を含む。照明アセンブリ18は、一つまたは複数の光源20を含みうる。照明システム10は、照明システム10の使用を補助するために示された一つまたは複数の撮像装置22を含みうる。撮像装置22は、照明アセンブリ18(例えば、ハンドルまたは本体)、テーブル26、ウェアラブル装置28、および/または外科手術室14の周りに位置付けられてもよく、またはそれらに結合されてもよい。撮像装置22は、電荷結合デバイス(CCD)撮像装置、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)撮像装置、その他のタイプの撮像装置および/またはそれらの組み合わせでありうる。さまざまな実施例によると、撮像装置22は、患者、テーブル26、または外科手術室14の他の特徴によって反射された光をコリメートおよび/または収束するための一つまたは複数のレンズを含みうる。
テーブル26は、術野30を少なくとも部分的に画定しうる。本開示では、術野30は、手術が実行される隔離された領域でありうる手術領域としうる。術野30のすべての家具および機器は、滅菌ドレープで覆われうる。外科手術室14内には、様々な手順で利用されうる一つまたは複数の機器34またはツールが位置付けられうる。外科手術室14に関連して説明するが、本開示の照明システム10は、さまざまな環境で利用されうることが理解されるであろう。例えば、照明システム10は、自動車修理領域、医師のオフィス、歯科医、写真スタジオ、製造現場、および動的照明ソリューションが有利でありうるその他の領域で利用されうる。
テーブル26は、外科手術手順の間に患者を支持するように構成されうる。さまざまな実施例によれば、テーブル26は、正方形、長方形および/または楕円形の構成を有しうる。テーブル26は、金属(例えば、ステンレス鋼)、ポリマーおよび/またはその組み合わせから構成されうる。さまざまな実施例によれば、滅菌カバー(例えば、布または紙)は、テーブル26の表面にわたって位置付けられうる。テーブル26は、傾斜、回転、および/または上昇または下降するように構成されうる。テーブル26の傾斜は、テーブル26の周りに位置付けられたユーザ(例えば、医療従事者)が、患者および/または術野30により簡単にアクセスできるようにするのに有利でありうる。傾斜に加えて、テーブル26は、X−Y面に対して上昇、下降、回転および/またはスライドするように構成されうることが理解されよう。
本開示のさまざまな実施形態によって提供されるように、照明システム10は、外科手術室14の照明レベルを検出するように構成された適応性を有する照明を提供しうる。例えば、一つまたは複数の機器34および/または医療従事者36の位置は、一つまたは複数の影38を形成しうる。システム10の一つまたは複数の撮像装置22は、影38を示す画像データを捕捉するように構成されうる。画像データは、外科手術室14および/または術野30の影38の位置を識別しうるコントローラ40に供給されうる。影38の識別に応答して、コントローラ40は、照明アセンブリ18を制御して、照明アセンブリ18から放射される光の強度、焦点、および/または基点を変更し、影38を照射するように構成されうる。例えば、光制御ルーチンは、別の光源20がブロックされるか、または影を生成し始める場合、一つまたは複数の光源20の強度を自動調整することができる。
いくつかの実施形態では、本開示は、外科手術室14および/または術野30の汚染された可能性のある領域42の検出および/または処理をさらに提供しうる。汚染された領域42は、外科手術室14のほこり、生物学的材料、および/または体液(例えば、粘液、血液、唾液、尿など)が堆積しうる領域に対応しうる。こうした材料は、外科手術室14における一つ以上の手順、または患者または人員によって放出された異物の結果として堆積しうる。こうした実施形態では、システム10は、約25 nm〜600 nmの範囲の検出放射光で、外科手術室14のさまざまな領域を選択的に照射するように構成されてもよい。検出放射の受け取りに応答して、汚染された領域42は、検出放射の一つまたは複数の波長帯域を吸収しうる。吸収の変化レベルに基づいて、一つまたは複数の撮像装置22は、汚染された領域42を識別するように構成されうる。
汚染された領域42を識別することに加えて、システム10は、汚染された領域42の消毒をさらに提供しうる。例えば、いくつかの実施形態では、照明アセンブリ18の一つまたは複数の光源20は、殺菌光の波長を放射するように構成されうる。したがって、外科手術室14の汚染された領域42を識別することに応答して、コントローラ40は、殺菌光の殺菌放射を起動して、汚染された領域42を占めうる細菌を減菌しうる。本明細書で論じるように、汚染された領域42が位置する外科手術室14の領域の選択的な照明は、光源20を選択的に起動し、強度、焦点、および/または殺菌放射が放射される基点を調整することによって照射されうる。殺菌放射は、約260nm〜270nmの範囲の光の波長を含みうる。こうした波長は、一つまたは複数の光源20から放射されてもよく、これは水銀系のランプ、紫外線発光ダイオード(UV−C LED)ランプ、および/またはパルスキセノンランプを含みうる。
照明アセンブリ18は、さまざまな構成を取りうる。照明アセンブリは、一つまたは複数の光源20を含みうる。第一の実施例では、照明アセンブリ18はモジュール式であり、相互接続され、トラックシステムによって支持されてもよい。例えば、照明アセンブリ18は、円形、卵形、楕円形、三角形、正方形、長方形、五角形または高次多角形形状を有しうる。異なる照明アセンブリ18は、異なる形状を取ることができ、照明システムは、さまざまな照明アセンブリ18を含みうることが理解されよう。照明アセンブリ18のトラックシステムは、一つまたは複数の照明アセンブリ18を他の照明アセンブリ18に対して移動させることを可能にしうる。照明アセンブリ18の形状は、照明アセンブリ18が、照明アセンブリ18の端に沿って「適合」または結合することを可能にするように構成されうる。例えば、正方形または三角形の照明アセンブリ18は、互いに接触してグループ化されてもよく、またはより大きな形状(例えば、十字、五角形、自由形状など)を形成するように分離されてもよい。さまざまな実施例によれば、照明アセンブリ18は、かみ合わせるか、またはさもなくば電気的および/または機械的に互いに接続するように構成されうる。例えば、照明アセンブリ18は、接続されると、互いに電力を共有してもよい。
さまざまな実施形態では、照明システム10の照明アセンブリ18は独立して動作してもよく、また互いに連動してもよい。例えば、照明アセンブリのそれぞれは、コントローラ40を含んでもよく、および/またはコントローラ40と連通してもよい。したがって、コントローラ40は、照明アセンブリ18の一つまたは複数の光源20を選択的に起動して、協働してコントローラ40によって制御される照明アセンブリ18のそれぞれによって形成されるスケーラブルなシステムを提供しうる。このようにして、照明システム10は、本開示に従って、さまざまな永久的または永久的な取り付けにスケール設定され、柔軟に実施されうる。
さらに別の実施例では、照明アセンブリ18は、ミラー41と連動するように構成されうる。ミラー41は、テーブル26の上方に位置付けられてもよい。図示の実施例では、ミラー41は、外科手術室14の天井に位置付けられているが、ミラー41は追加的にまたは代替的にテーブル26の上に懸架されうることが理解されよう。さまざまな実施例によれば、照明アセンブリ18によって放射される光がコリメートされ、テーブル26および/または患者に向かって反射されうるように、ミラー41は凹面でありうる。こうした実施例では、照明アセンブリ18は、リング内に位置付けられ、ミラー41に向かって光を放射するように構成された一つまたは複数の光源20を含みうる。光源20は、ミラー41の周囲に近接して、および/またはテーブル26に近接して位置付けられてもよい。照明アセンブリ18のこうした実施例は、光源20および/または照明アセンブリ18が、外科手術室14の天井から離れた非慣習的な場所に位置付けられることを可能にするのに有利でありうる。
上述のように、照明アセンブリ18は、可視光および/または不可視光を放射するように構成された一つまたは複数の光源20を含みうる。例えば、光源20は、可視光、赤外光(例えば、近赤外線および/または遠赤外線)および/または紫外線光を放射するように構成されうる。いくつかの実施例では、光源20は、制御された周波数でストロボ発光してもよい。光源20からの光の可視光の例は、約1,700K〜約27,000Kの色温度を有しうる。一つまたは複数の光源20の色温度は、色温度範囲にわたって変化しうる。赤外光を放射するように構成された光源20の実施例では、赤外光は、以下でより詳細に説明する通り、一つまたは複数のガイダンスシステム(例えば、スキャンおよび制御システム)と共に使用されうる。紫外線光を放射する光源20の実施例では、紫外線光単独または他の特徴との組み合わせ(例えば、TiO2塗装、フィルムおよび/または塗料)は、表面(例えば、テーブル26、機器34、照明アセンブリ18および/または外科手術室14のその他の部分)の洗浄、衛生および/または滅菌を提供するように構成されうる。例えば、紫外線光は、細菌、ウイルスを殺すため、および/またはほこりや汚れを除去するために、光触媒プロセスで使用されうる。
光源20は、発光ダイオード、白熱電球、またはその他の光放射源であってもよい。光源20はまた、蛍光染料を励起する光を放射するように構成されうる。こうした実施例では、光は励起放射と呼ばれうる。励起放射は、赤外光、可視光および/または紫外線光であってもよい。こうした実施例では、患者への励起放射の適用で、外科手術部位が可視光で蛍光を発生するように、蛍光染料は患者の外科手術部位(例えば、切開または開放腔)内に適用されうる。さらに、生分解性粉末を患者の外科手術部位に塗布し、蛍光染料を運んでもよく、および/または濡れた表面から光を散乱させることによってグレアを減少させるように構成してもよい。こうした実施例では、生分解性粉末は、下にある組織がまだ見えるように透明であってもよいが、光が鏡面反射してグレアと知覚されないように、光の反射を変化させることができる。
さまざまな実施例によると、一つまたは複数の光源20は、一つの回転の偏光されていないおよび/または偏光された光を生成可能な光エンジンであり、これは、特定の液晶表示(LCD)、レーザーダイオード、発光ダイオード(LED)、白熱光源、ハロゲン光源、および/または有機発光ダイオード(OLED)を含むがこれらに限定されない。光源20の偏光の実施例では、光源20は、第一の回転の偏光を放射するように構成される。さまざまな実施例によると、第一の回転の偏光は、円偏光および/または楕円偏光を有しうる。電気力学では、光の円偏光は、各ポイントにおいて、光波の電界が一定の大きさを有するが、その方向が、時間と共に、波の方向に対して垂直な平面において一定のレートで回転する、偏光状態である。円偏光波は、二つのとり得る状態、電界ベクトルが伝播方向に対して右回りに回転する右回転の円偏光、およびベクトルが左回りに回転する左回転の円偏光のうちの一つでありうる。回り慣習を使用し、左または右の親指を伝播の方向に向けてポイントし、その後に指の曲げを場の時間的な回転に一致させることで、左回りまたは右回りが判定される。また、楕円偏光された光は、円偏光の実施例の回りと実質的に類似した回りを有するが、電気ベクトルが回転中に大きさが変化するものと説明され得る。光の円偏光は、光源20からの直線偏光された光が一体または別個の1/4波長板を透過する場合に達成されうる。追加的または代替的に、反射偏光子を利用してもよい。吸収偏光子ではなく、反射偏光子が光源20上で使用される場合、光源20によって放射される「間違った」偏光(例えば、第二の回転の偏光)である光は、光源20に反射して返し、ここで「無偏光化」され、偏光子に反射して返される。
光源20の偏光した実施例では、患者の外科手術部位が、光源20からの光の第一の回転の偏光によって照射されるため、患者内に存在する水分または水は、光の第一の回転の偏光を、光の第二の回転の偏光として鏡面反射する傾向がありうる。以上で説明する通り、第一の回転の偏光は、患者から鏡面反射されると、回転が反転して第二の回転の偏光を形成し、人および/または機械(例えば、撮像装置22)の観察者によってグレアとして知覚されうる。一般的にグレアは、水の表面膜などの滑らかな表面からの反射光の鏡面反射によって生じる効果である。このグレアは、反射面の下にある物体の詳細を視覚的にマスクし、「グレア」画像が周囲の物体よりも明るく見えるために、周囲の物体を不明瞭にしうる。反射された第二の回転の偏光は、第一の回転の偏光とは逆でありうる。第一の回転の偏光が円形偏光される実施例では、第一の回転の偏光および第二の回転の偏光は、互い対して逆に円偏光される。言い換えると、第一の回転の偏光および第二の回転の偏光は、逆回転(例えば、左回転および右回転)を有しうる。以下でより詳細に説明するように、光学フィルタは、ウェアラブル装置28、ユーザと患者の間に位置するフィルタ、撮像装置22および/または照明アセンブリ18の移動可能な画面の実施例に組み込まれてもよい。
光源20は、発光ダイオード、白熱電球、またはその他の光放射源であってもよい。光源20はまた、蛍光染料を励起する光を放射するように構成されうる。こうした実施例では、光は励起放射と呼ばれうる。励起放射は、赤外光、可視光および/または紫外線光であってもよい。こうした実施例では、患者への励起放射の適用で、外科手術部位が可視光で蛍光を発生するように、蛍光染料は患者の外科手術部位(例えば、切開または開放腔)内に適用されうる。さらに、生分解性粉末を患者の外科手術部位に塗布し、蛍光染料を運んでもよく、および/または濡れた表面から光を散乱させることによってグレアを減少させるように構成してもよい。こうした実施例では、生分解性粉末は、下にある組織がまだ見えるように透明であってもよいが、光が鏡面反射してグレアと知覚されないように、光の反射を変化させることができる。
図2は、適応照明のために構成された照明システムを備えた外科手術室の概略図を示す。ここで図1および2を参照すると、照明システム10は、一つまたは複数の撮像装置22を含みうる。撮像装置22は、視野50内の画像データを捕捉し、外科手術室14の、および/または術野30からの少なくとも一部分を捕捉するように構成されうる。撮像装置22は、照明システム10のコントローラ40に視覚情報をリレーするように構成されうる。コントローラ40は、メモリおよびプロセッサを含みうる。メモリは、プロセッサによって制御される、コンピュータ実行可能コマンド(例えば、ルーチン)を格納してもよい。さまざまな実施例によれば、メモリは、光制御ルーチンおよび/または画像分析ルーチンを含みうる。画像分析ルーチンは、撮像装置22からのデータを処理するように構成される。例えば、画像分析ルーチンは、術野30の影および光度、ガイダンスシステムからの光、関心点の位置(例えば、テーブル26の周りのユーザ、ウェアラブル装置28)および/またはユーザからのジェスチャを識別するように構成されてもよい。コントローラ40は、システム10の例示的なブロック図を示す図7を参照してさらに説明する。
さまざまな実施例によると、画像分析ルーチンはまた、画像内の複数のマーカー42の位置を識別するように構成されてもよい。マーカー42は、画像の関心点を指定する、記号、コンピュータ可読コードおよび/またはパターンであってもよい。例えば、複数のマーカー42は、画像分析ルーチンが術野30の周囲を決定しうるように、術野30の周りに位置付けられてもよい。さらに、一つまたは複数のマーカー42は、外科手術室14および/または患者の機器34、ユーザ、関心点に位置付けられてもよい。画像分析ソフトウェアは、マーカー42および/または術野30によって示される周囲の外側にあるガイダンスシステムからの光を追跡しても、またはしなくてもよい。
画像分析ルーチンが、撮像装置22からのデータを処理すると、光制御ルーチンは、照明アセンブリ18がどのように動作するかを制御しうる。例えば、光制御ルーチンは、照明アセンブリ18を移動、方向付け、起動、またはさもなくば影響して、ユーザが見ているまたは作業している場所(例えば、ガイダンスシステムから測定される)に光を放射するように構成されてもよい。このような実施形態では、システム10は、一つまたは複数の光源20の位置およびまたは投影方向56を調整するように構成された電気機械システムに相当しうる、一つまたは複数の位置決め装置54(例えば、モーター、アクチュエータなど)を備えてもよい。光源20が静止したまたは固定された実施例では、光源20は、さまざまな所定の点(例えば、患者および/またはテーブル26上の)に焦点を当てるように割り当てられうる。
いくつかの実施形態では、コントローラ40は、システム10を処理および制御して、光制御ルーチンを完了する。光制御ルーチンは、光源20からの照明放射58を選択的に起動および/または方向付けて、影38または外科手術室14の照明の変化に基づいて照明放射の配向、位置、および/または基点の位置を調整しうる。光制御ルーチンは、照明放射58の位置または配向を段階的に調整して、照明の不快な急速な切り替えを最小化しうる。このようにして、システム10は、外科手術室のさまざまな部分の検出および選択的な照明を提供しうる。
光源20に関連して説明した任意およびすべての特徴が、任意およびすべての照明アセンブリ18の実施例に適用されうることが理解されよう。例えば、in situ照明アセンブリ18は、画素化したおよび/または独立して移動可能な光源20を含んでもよく、一方で移動可能な照明アセンブリ18は偏光された光を放射しうる。さらに、光源20の方向付け可能な実施例は、照明アセンブリ18のいずれかに適用されうる。
さまざまな実施例によれば、外科手術室14内に位置付けられた一人または複数のユーザは、ウェアラブル装置28を含みうる。ウェアラブル装置28は、アイウェア(例えば、ゴーグル、眼鏡)、ヘッドウェア(例えば、フェイスシールド、ヘルメット、バイザーなど)、衣類および/またはその組み合わせであってもよい。アイウェアの実施例では、ウェアラブル装置28は、光の一つまたは複数の波長または波長帯域を強化(例えば、透過率を高めることによって)または除去するように構成されてもよい。例えば、上述の蛍光染料を使用する場合、ウェアラブル装置28は、蛍光染料から放射される波長のすべての光が、ウェアラブル装置28を通過することを可能にしうる。こうした特徴は、外科手術部位のより高い知覚輝度をもたらしうる、蛍光染料のより高い視認性を可能にするのに有利でありうる。
別の実施例では、ウェアラブル装置28は、光の一つまたは複数の偏光を除去するように構成されうる。以上で説明する通り、鏡面反射した円偏光された光は、回転を反転させうる。ウェアラブル装置28は、光の第一の回転の偏光が通過することを可能にする一方で、光の第二の回転の偏光がグレアを最小化することを可能にするように構成されてもよい。さまざまな実施例によれば、偏光フィルタリングは、ウェアラブル装置28内の光学フィルタによって達成されうる。光学フィルタは、第二の回転の偏光を反射および/または吸収するように構成される。光学フィルタは、一つ以上の反射偏光子および/または吸収偏光子を含みうる。こうした実施例では、光学フィルタは偏光子と称されうる。反射偏光子の実施例は、ワイヤグリッド偏光子と1/4波長板または光学リターダ、1/4波長板、光学リターダおよび/または液晶材料を有する二重輝度向上フィルム(DBEF)偏光子などの多層プラスチックフィルムを含みうる。光学フィルタのDBEFフィルムまたは吸収偏光子の実施例は、約5%、10%、20%、30%、40%、45%、49%、50%、60%、70%、80%、90%または約99%の環境光および/または光学フィルタ上の第一の回転の偏光の入射光の透過率を有しうる。さらに、光学フィルタは、約5%、10%、20%、30%、40%、45%、49%、50%、60%、70%、80%、99%またはそれより大きい第二の回転の偏光の反射率および/または吸光度を有しうる。第二の回転の偏光の除去は、外科手術部位からの知覚されたグレアを低減および/または排除しうる。光学フィルタを透過する第一の回転の偏光の色は、天然の可視色に影響を及ぼすことを避けるためにかなり中性のグレーとしうる。
さまざまな実施例によれば、ウェアラブル装置28は、シャッターを切って、一つまたは複数の照明アセンブリ18および照明システム10に連結し、異なるユーザに対して異なる照明を提供することができる。例えば、光源20のストロボ発光する実施例では、異なるウェアラブル装置28は、異なるユーザにとって光の知覚強度が異なるように、異なるシャッター速度および遅延を提供しうる。こうした特徴は、ウェアラブル装置28内にプログラムされてもよく、または手術中に動的に調整されてもよい。
さまざまな実施例によれば、ウェアラブル装置28は、光を反射および/または放射するように構成されうる。反射する実施例では、ウェアラブル装置28は、一つまたは複数の照明アセンブリ18から光を収集、反射、転向および/またはコリメートするように構成されたミラー41または他の反射面を含みうる。例えば、ウェアラブル装置28の反射素子は、反射素子の反射軸を変化させて、着用者が見た場所に照明アセンブリ18からの光を転向させる、一つまたは複数の検流計および/またはジャイロスコープを含みうる。追加的または代替的に、ウェアラブル装置28は、一つまたは複数の光源20を含みうる。光源20の効率は、着用者が術野30を見ているかどうかに基づいて光源20をオンおよびオフすることによって、術野30に向けられた光源20のみをオンにすることによって(例えば、向けられていない光源20を遮断しつつ)、および/またはユーザが見ている領域の測定された照明および/または影に基づいて光の強度を調整することによって、高めることができる。さまざまな実施例によれば、ウェアラブル装置28は、従来的な照明システムと比較して、より軽くおよび/またはバッテリー時間の増加を有しうる。さらに、ウェアラブル装置28はコードレスであってもよい。さらに、ウェアラブル装置28は、アイウェアの実施例では、光の拡大を提供しうる。
さまざまな実施例によれば、ウェアラブル装置28は、一つまたは複数のガイダンスシステムを含みうる。ガイダンスシステムは、着用者が見ているおよび/または作業している場所を示す機能を含みうる。例えば、ガイダンスシステムは、可視光および/または不可視(例えば、赤外線)光を放射するレーザを含みうる。ガイダンスシステムから放射された光は、撮像装置22によって追跡され、照明システム10に中継されうる。ガイダンスシステムから放射される光のこうした追跡により、照明システム10が、照明アセンブリ18からの光を、ユーザが見ている場所に放射することを可能にしうる。
以上で説明した通り、照明システム10は、外科手術室14および/または術野30から画像データを捕捉する、一つまたは複数の撮像装置22を含みうる。撮像装置22は、照明システム10のコントローラに視覚情報をリレーするように構成されうる。コントローラ40は、メモリおよびプロセッサを含みうる。メモリは、プロセッサによって制御される、コンピュータ実行可能コマンド(例えば、ルーチン)を格納してもよい。さまざまな実施例によれば、メモリは、光制御ルーチンおよび/または画像分析ルーチンを含みうる。画像分析ルーチンは、撮像装置22からのデータを処理するように構成される。例えば、画像分析ルーチンは、術野30の影および光度、ガイダンスシステムからの光、関心点の位置(例えば、テーブル26の周りのユーザ、ウェアラブル装置28)および/またはユーザからのジェスチャを識別するように構成されてもよい。さまざまな実施例によると、画像分析ルーチンはまた、画像内の複数のマーカー42の位置を識別するように構成されてもよい。マーカー42は、画像の関心点を指定する、記号、コンピュータ可読コードおよび/またはパターンであってもよい。例えば、複数のマーカー42は、画像分析ルーチンが術野30の周囲を決定しうるように、術野30の周りに位置付けられてもよい。さらに、一つまたは複数のマーカー42は、外科手術室14および/または患者の機器34、ユーザ、関心点に位置付けられてもよい。画像分析ソフトウェアは、マーカー42および/または術野30によって示される周囲の外側にあるガイダンスシステムからの光を追跡しても、またはしなくてもよい。
画像分析ルーチンが、撮像装置22からのデータを処理すると、光制御ルーチンは、照明アセンブリ18がどのように動作するかを制御しうる。例えば、光制御ルーチンは、照明アセンブリ18を移動、方向付け、起動、またはさもなくば影響して、ユーザが見ているまたは作業している場所(例えば、ガイダンスシステムから測定される)に光を放射するように構成されてもよい。第一の実施例では、光制御ルーチンは、光源20から放射された光を方向付け、またはさもなくば移動させて、ユーザが見ている、および/または手および機器34が位置付けられている場所を追跡しうる。光制御ルーチンは、ユーザの注視の移動に対する光の移動の速度を遅くし、照明の急速な切り替えによる不快さを最小限にすることができる。第二の実施例では、ユーザの注視が術野30の外側で検出された時、照明アセンブリ18は、最後に知られている注視位置に向かって光を放射するように構成されうる。さらに、光制御ルーチンは、ウェアラブル装置28上に位置付けられた一つまたは複数の光源20を切り替えて、その電力を節約するように構成されうる。第三に、光制御ルーチンは、ジェスチャ制御に基づいて、一つまたは複数の照明アセンブリ18を制御しうる。例えば、異なる照明アセンブリ18からの光が向けられる場所は、ジェスチャによって示されてもよい(例えば、第一の光源20が光るべき点では一本指で、第二の光源20が光るべき場所では二本指で示す)。光制御ルーチンが反応しうる他の例示的なジェスチャは、光ビームを拡大または縮小するためにつまむことを含みうる。光源20からの光の方向付けは、上述の方法のいずれかによって達成されうる。第三の実施例では、光制御ルーチンは、ユーザに位置付けられたマーカーの位置および配向(例えば、頭または手/手袋)に応答しうる。
例えば、照明アセンブリ18からの照明は、ユーザの頭および/または手の配向に基づいて移動または変更されうる。さらに、光制御ルーチンは、一つまたは複数の光源20からウェアラブル装置28の反射鏡へ、光を向けるまたは方向付けるように構成されうる。例えば、ユーザおよびマーカーの移動を監視することによって、画像分析ルーチンは、反射鏡の場所を決定し、適切な角度でそれに向けて光を放射し、外科手術部位を照射しうる。第四の実施例では、一つまたは複数の撮像装置22は、影を検出できる可視光カメラであってもよく、それに応じて光制御ルーチンは照明を変更してもよい。例えば、光制御ルーチンは、別の光源20がブロックされるか、または影を生成し始める場合、一つまたは複数の光源20の強度を自動調整することができる。光制御ルーチンは、本明細書に提供される教示から逸脱することなく、音声または機械的入力(例えば、足)を介して制御されうることが理解されよう。第五の実施例では、光制御ルーチンは、一つまたは複数の光を自動的にオフにするように構成されうる。例えば、光源制御ルーチンが、光源20がユーザの目の中で光る、または光の角度およびユーザの位置決めのためにグレアを生じさせることを検出する場合、光制御ルーチンは、自動的に不快な光源をオフにし、他の光源20を起動および/または他の光源の輝度を増加させることによって埋め合わせる。
さらに図2を参照すると、いくつかの実施形態では、撮像装置22は、一つまたは複数の赤外線エミッタ60と共に使用されうる。図2では単一の赤外線エミッタとして示されるが、システム10は、照明アセンブリ18を通して分散された複数の赤外線エミッタを備えてもよい。動作中、赤外線エミッタ60は、外科手術室14への赤外線ドット64の領域を含む赤外線放射62を投影しうる。赤外線ドット64は、視野50を示す、撮像装置22によって捕捉された画像データに基づいて、コントローラ40の一つまたは複数の画像プロセッサによって検出されうる。検出に応答して、コントローラ40は、赤外線ドット64の相対位置を識別し、一つまたは複数の光源20および位置決め装置54を制御して、照明放射58を向けて外科手術室14の所望の位置を照射しうる。
コントローラ40は、一つまたは複数の画像分析ルーチンおよび外科手術室14の三次元マップを適用することによって、外科手術室14の赤外線ドット64の位置を識別しうる。三次元マップを用いて、上記の光制御ルーチン操作のいずれかを実行しうる。さらに、照明放射58(または本明細書で論じる様々な電磁放射)を向けるために、光源20のそれぞれの位置、および投影方向56の任意の範囲の動きが、コントローラ40に対して較正されうる。したがって、影38または任意の関心点の位置が赤外線ドット64に基づいてコントローラ40によって識別されると、コントローラ40は、一つまたは複数の照明放射58を選択的に向けて影38を照射しうる。このようにして、コントローラ40は、光源20の起動、配向、および/または基点を制御して、外科手術室14の所望の領域または部分を照射しうる。
コントローラ40はまた、一つまたは複数の画像認識技術を適用することによって、影38の位置、またはその他の様々な関心点(例えば、汚染された領域42)または外科手術室の任意の様々な部分または領域を識別するように構成されてもよい。例えば、照明システム10は、機器34の場所および使用を追跡するように構成されうる。例えば、機器34は、撮像装置22によって見ることができる(例えば、赤外線反射および/または蛍光)ことができる塗料、マーカー、および/またはインジケータを含みうる。さらに、コントローラ40は、視野50の画像データに捕捉された人員36、テーブル26、患者または様々な形状または文字の一つまたは複数の部分を検出するように構成されうる。機器34は、タイプ(例えば、消耗器具と非消耗)に基づいておよび/またはそれらを使用または配置するオペレータによってコード化されてもよい。機器34は、撮像装置22にそれらを示すことによって、それらが術野30に出入りするときに追跡されうる。いくつかの実施例では、一つまたは複数の機器34は、無線周波数識別追跡装置を含んでもよく、これは存在検出のためにコントローラ40によって識別され、三角測量またはその他の方法に基づいて位置する。
さらに図2を参照すると、システム10は、外科手術室14および/または術野30の汚染された可能性のある領域42を検出および/または滅菌するようにさらに構成されうる。汚染された領域42は、ほこり、生物学的材料、および/または体液(例えば、粘液、血液、唾液、尿など)が外科手術室14内に堆積されうる領域に相当しうる。こうした材料は、外科手術室14における一つ以上の手順、または患者または人員によって放出された異物の結果として堆積しうる。こうした実施形態では、システム10は、外科手術室14のさまざまな領域を検出放射72で選択的に照射するように構成された一つまたは複数の検出エミッタ70を備えうる。検出放射72は、約25nm〜600nmの範囲の光から成りうる。検出放射の受け取りに応答して、汚染された領域42は、検出放射72の一つ以上の波長帯域を吸収しうる。吸収の変化レベルに基づいて、一つまたは複数の撮像装置22は、汚染された領域42を識別するように構成されうる。撮像装置22は、汚染された領域42を強調または改善しうる一つまたは複数の色フィルタまたは色付きレンズ(例えば、黄色またはオレンジ色のレンズ)を含みうる。
汚染された領域42を識別することに加えて、システム10は、汚染された領域42の消毒をさらに提供しうる。例えば、いくつかの実施形態では、照明アセンブリ18の光源20は、殺菌光の波長を含む減菌放射82を放射するよう構成された一つまたは複数の滅菌エミッタ80を含みうる。したがって、外科手術室14の汚染された領域42を識別することに応答して、コントローラ40は、放射82が滅菌のために汚染された領域42に当たるように、殺菌光の滅菌放射82を起動しうる。滅菌放射82は、約250nm〜290nmの範囲の光の波長を含みうる。こうした波長は、一つまたは複数の光源20から放射されてもよく、これは水銀系のランプ、紫外線発光ダイオード(UV−C LED)ランプ、および/またはパルスキセノンランプを含みうる。
図3を参照すると、照明アセンブリの例示的な実施形態の照明モジュールの概略図が示されており、照明モジュール90と呼ばれる。照明モジュール90は、ハウジング91または筐体内に配置された複数の光源20を含みうる。ハウジング91は、光源20、一つまたは複数の撮像装置22を収容するように構成されてもよく、また一つまたは複数の位置決め装置54に懸架されるか、またはその他の方法で取り付けられるように構成されてもよい。この構成では、照明モジュール90は、さまざまな用途で利用されうるモジュール式アセンブリを提供しうる。
照明モジュール90の光源は、複数の可視光源92を含みうる。可視光源92は、異なる色温度の光を放射するように構成された二つ以上の異なる光源を含みうる。例えば、第一の可視光源92aは、暖かい光放射94a(例えば、およそ4000Kの色温度)を放射するように構成されうる。さらに、第二の可視光源92bは、冷たい光放射94b(例えば、およそ6500Kの色温度)を放射するように構成されうる。放射94aおよび94bのそれぞれは、本明細書で議論された特定の色温度に限定されない場合がある。したがって、暖かいおよび冷たいという用語は、例示的な実施形態における放射94aおよび94bの相対的な色温度を指しうる。したがって、コントローラ40は、光源92aおよび92bのそれぞれを選択的に起動して、放射94aおよび94bを放射しうる。このようにして、システム10は、望ましい照明強度、光ビームの程度または範囲、および色温度を制御して、動的照明を提供するよう動作可能な照明モジュールを提供しうる。
光源20は、赤外線エミッタ60、検出エミッタ70、および/または滅菌エミッタ80のうちの一つ以上をさらに含みうる。前述したように、赤外線エミッタ60は、外科手術室14への赤外線ドット64の領域を含む赤外線放射62を投影しうる。検出エミッタ70は、検出放射72を外科手術室14内に放射して、滅菌のために一つまたは複数の汚染された領域42を選択的に照射するように構成されうる。滅菌エミッタ80は、減菌放射82を放射して、汚染された領域42が識別される、コントローラ40によって識別された一つまたは複数の特定の位置を含む外科手術室14を減菌するように構成される。したがって、さまざまな実施形態において、本開示は、外科手術室14またはさまざまな類似の用途に実装されうる多目的のインテリジェントな適応照明システムを提供する。
図4は、関節式ヘッドアセンブリ100を組み込んだ照明システム10を備えた外科手術室14の概略図である。図3および4を参照すると、関節式ヘッドアセンブリ100は、本開示による一つまたは複数の位置決め装置54の例示的な実施形態としての役割を果たしうる。図4に示すように、複数の照明モジュール90は、ヘッドアセンブリ100によって外科手術室14の天井から懸架されて示されている。ヘッドアセンブリ100は、照明モジュール90のハウジング91と接続していてもよい。ヘッドアセンブリ100は、照明モジュール90を第一の軸104a(例えば、Y軸)を中心に回転させるように構成された第一のアクチュエータ102aを含みうる。ヘッドアセンブリ100は、照明モジュール90を第二の軸104b(例えば、X軸)を中心に回転させるように構成された第二のアクチュエータ102bを含みうる。この構成では、照明モジュール90は、外科手術室14のテーブル26の上方に懸架されてもよく、コントローラ40は、アクチュエータ102aおよび102bを制御して、放射のそれぞれ(例えば、60、70、80、94a、および/または94b)ならびに撮像装置22の視野50を外科手術室全体を通して照準を合わせる、または向けるように構成されうる。
ヘッドアセンブリ100は、アクチュエータ102aおよび102bの移動(例えば、回転作動)に応答して操作または調整されうる、一つまたは複数のジンバル式アームを含みうる。この構成では、コントローラ40は、第一の軸104aおよび第二の軸104bを中心とした照明モジュール90の回転を制御することによって、アクチュエータ102aおよび102bのそれぞれを制御して、ヘッドアセンブリ100上の照明モジュール90の配向を操作するように構成されうる。照明モジュール90のこうした操作により、コントローラ40が、光源20および撮像装置22を向けて外科手術室14の床表面106全体を照射、減菌、および/または検出することを可能にしる。このようにして、システム10は、本明細書で論じるように、一つまたは複数の照明アセンブリ18の動作範囲および手術領域の増大を提供しうる。
位置決め装置54およびアクチュエータ102aおよび102bは、本明細書で論じるように、一つまたは複数の電気モーター(例えば、サーボモーター、ステッパーモーターなど)に対応してもよい。したがって、位置決め装置54(例えば、アクチュエータ102)のそれぞれは、照明モジュールを360度、またはヘッドアセンブリ100もしくは照明アセンブリ18を支持しうる他の支持構造の境界制約内で、回転させるように構成されてもよい。コントローラ40は、位置決め装置54を制御して、光源20の放射のそれぞれ(例えば、60、70、80、94a、および/または94b)ならびに撮像装置22の視野50を向けて外科手術室14の所望の位置を標的としうる。照明モジュール90を所望の位置を標的とするように正確に配向するために、コントローラ40を較正して、照明モジュール90の位置を制御し、外科手術室14のグリッドまたは作業エンベロープ内の位置を標的としうる。こうしたシステムの較正は、経時的に起こりうる位置決め装置54およびアクチュエータ102a、102bの動作の変化による較正更新または補正の形態での保守を必要としうる。
いくつかの実施形態では、照明アセンブリ18はまた、トラックアセンブリ上に位置付けられてもよい。このような実施形態では、照明アセンブリ18はまた、第一の軸104aおよび第二の軸104bに沿って移動するよう構成されてもよい。照明システム10のこうした構成は、コントローラ40が、閉塞した、またはその他の方法で光源20の放射(例えば、60、70、80、94a、および/または94b)ならびに撮像装置22の視野50がアクセスできない場合がある外科手術室14の領域に到達することができるように、より広範な動きを提供しうる。
ここで図5を参照すると、照明モジュール90の照明モジュールアレイ112(lighting module array 112)を含む関節式ヘッドアセンブリ110を備える照明システム10の概略図が示されている。関節式ヘッドアセンブリ100と同様に、関節式ヘッドアセンブリ110は、本開示による一つまたは複数の位置決め装置54の例示的な実施形態としての役割を果たしうる。示される例示的な実施形態では、関節式ヘッドアセンブリ110は、五つの照明モジュール90を備える。照明モジュール90は、複数の支持アーム116を含む中央制御アーム114から懸架されうる。支持アーム116のそれぞれから延在する、横方向支持ビーム118a、118bまたはウィングは、アーム116のそれぞれから横方向外側に対向する方向に延在しうる。この構成では、照明モジュール90は、分散配置で中央制御アーム114によって支持される。
中央制御アーム114は、第一の軸122a(例えば、Y軸)に沿って支持ハウジング120から懸架されうる。支持ハウジング120は、コントローラ40および中央制御アーム114を第一の軸を中心に回転させるように構成された第一のアクチュエータ124aを含みうる。第一の照明モジュール90aは、支持アーム116の間に延在する第二の軸122b(例えば、X軸)に沿って懸架されてもよい。第二のアクチュエータ124bは、支持アーム116および第一の照明モジュール90aと接続しうる。第二のアクチュエータ124bは、第一の照明アセンブリ124aを第二の軸122bを中心に回転させるように構成されうる。この構成では、コントローラ40は、第一の照明モジュール90aの放射方向を、第一の軸122aおよび第二の軸122bを中心におよそ360度回転させうるように制御しうる。
横方向支持ビーム118のそれぞれは、一対の照明モジュール90を支持しうる。すなわち、第一の支持ビーム118aは、第一の側面126上に第二の照明モジュール90bおよび第二の側面128上に第三の照明モジュール90cを支持しうる。第一の支持ビーム118aの第一の側面126および第二の側面128は、第三の軸122cに沿って第一の支持ビーム118から対向する方向に延在しうる。第二の支持ビーム118bは、第一の側面126上に第四の照明モジュール90dおよび第二の側面128上に第五の照明モジュール90eを保持しうる。第二の支持ビーム118bの第一の側面126および第二の側面128は、第四の軸122dに沿って、第一の支持ビーム118から対向する方向に延在しうる。第三の軸122cおよび第四の軸122dは、第二の軸122bに対して垂直に延在しうる。
第一の支持ビーム118aおよび第二の支持ビーム118bのそれぞれは、支持アーム116のそれぞれに接続し、第一の照明モジュール90aと共に第二の軸122bを中心に回転しうる。さらに、横方向支持ビーム118a、118bのそれぞれは、照明モジュール90b、90c、90d、および90eを第三の軸122cおよび第四の軸122dを中心に回転させるように構成された少なくとも一つのアクチュエータを含みうる。例えば、第一の支持ビーム118aは、第三の軸122cに沿って第二の照明モジュール90bおよび第三の照明モジュール90cと接続する第三のアクチュエータ124cを含みうる。第二の支持ビーム118bは、第四の軸122dに沿って第四の照明モジュール90dおよび第五の照明モジュール90eと接続する第四のアクチュエータ124dを含みうる。この構成では、コントローラ40は、照明モジュール90b、90c、90d、および90eのそれぞれを第二の軸122bを中心に回転させるように第二のアクチュエータ124bを制御しうる。さらに、コントローラ40は、第二の照明モジュール90bおよび第三の照明モジュール90cを第三の軸122cを中心に回転させるように第三のアクチュエータ124cを制御しうる。最後に、コントローラ40は、第四の照明モジュール90dおよび第五の照明モジュール90eを第四の軸122dを中心に回転させるように第四のアクチュエータ124dを制御しうる。
前述したように、照明モジュール90のそれぞれは、撮像装置22を含みうる。いくつかの実施形態では、関節式ヘッドアセンブリ110は、単一の撮像装置22または撮像装置アレイ126を含みうる。例えば、撮像装置アレイ126は、以下のように形成されうる。第一の照明モジュール90aが第一の撮像装置22aを含んでもよく、第二の照明モジュール90bが第二の撮像装置22bを含んでもよく、第三の照明モジュール90cが第三の撮像装置22cを含んでもよく、第四の照明モジュール90dが第四の撮像装置22dを含んでもよく、および/または第五の照明モジュール90eが第五の撮像装置22eを含んでもよい。撮像装置22のそれぞれは、対応する視野50a、50b、50c、50d、および50e(明確にするために図示せず)における画像データを捕捉するように構成されうる。コントローラ40は、撮像装置22のそれぞれからの画像データを処理して関心領域を識別しうるが、関心領域は影38または汚染された領域42を含む場合がある。したがって、コントローラ40は、撮像装置22のそれぞれからの画像データをスキャンして、照明モジュール90のそれぞれの配向を調整し、外科手術室14における光を動的に制御しうる。
撮像装置22は、照明モジュール90それぞれに組み込まれるものとして説明したが、システム10は、外科手術室14における任意の位置から画像データを捕捉するように構成されてもよい。図6を参照してさらに説明するように、複数の関節式ヘッドアセンブリ110は、コントローラ40のそれぞれと連通している中央コントローラによって制御されうる。このような実施形態では、中央コントローラは、一つまたは複数の撮像装置22からの画像データを処理し、関節式ヘッドアセンブリ110の複数の照明モジュール90およびアクチュエータ124a、124b、124c、124dのそれぞれに対して制御信号を通信するように構成されてもよい。したがって、システム10は、本開示の精神から逸脱することなく、さまざまな有益な実施形態において実施されうる。
図6は、複数の関節式ヘッドアセンブリ110によって形成されるヘッドアセンブリアレイを備える照明システム10の概略図である。関節式ヘッドアセンブリ110のそれぞれは、照明モジュールアレイ112を備えうる。例証されているように、ヘッドアセンブリアレイ130は、第一のヘッドアセンブリ110a、第二のヘッドアセンブリ110b、第三のアセンブリ110c、および第四のヘッドアセンブリ110dを含む。ヘッドアセンブリ110のそれぞれは、対応する照明モジュールアレイ112を含む。例えば、第一のヘッドアセンブリ110aは第一の照明モジュールアレイ112aを含み、第二のヘッドアセンブリ110bは第二の照明モジュールアレイ112bを含み、第三のヘッドアセンブリ110cは第三の照明モジュールアレイ112cを含み、第四のヘッドアセンブリ110dは第四の照明モジュールアレイ112dを含む。
ヘッドアセンブリアレイ130のヘッドアセンブリ110のそれぞれは、コントローラ40(例えば、第一のコントローラ40a、第二のコントローラ40b、第三のコントローラ40c、および第四のコントローラ40d)を含みうる。コントローラ40は、図5を参照して論じるように、アクチュエータ124のそれぞれを独立して制御するように構成されうる。さらに、コントローラ40は、中央制御システムまたはコントローラ40のそれぞれに組み込まれた分散制御システムを介して連通してもよい。この構成では、コントローラ40のそれぞれは、アクチュエータ124の配向、および照明モジュール90の対応する位置を識別するように構成されうる。この情報に基づいて、システム10は、照明モジュール90の光源20から放射されうる放射のそれぞれの組み合わされた照明パターンまたは照明範囲をマップするように構成されうる。前述したように、組み合わされた照明モジュール90の組み合わされた照明または放射範囲のマップは、一つまたは複数の較正方法によってシステム10のコントローラ40内にプログラムされうる。このように、システム10は、本明細書で論じるように、ヘッドアセンブリ110の照明モジュール90それぞれを協働して制御して、光のさまざまな放射を発するように動作可能な、スケーラブルな動的照明システムを提供しうる。
前述したように、システム10は、一つまたは複数の撮像装置22を備えうる。例示的な実施形態では、コントローラ40a、40b、40c、および40dは、中央コントローラ131と連通している。中央コントローラ131は、一つまたは複数の撮像装置22を含んでもよく、またはこれらと連通していてもよい。こうした実施形態では、中央コントローラ131の撮像装置22は、関心領域132の一つまたは複数の障害物を識別するように構成されうる。関心領域132は、ジェスチャ、ユーザインターフェースを介した入力によって識別される、無線周波数識別追跡装置によって識別される、または特定の手順に関連させて中央コントローラ131内にプログラムされてもよい。中央コントローラ131を参照して説明してきたが、ヘッドアセンブリ110のコントローラ40のそれぞれは、代替的に、単一の撮像装置または複数の撮像装置を有してもよい。こうした実施形態では、ヘッドアセンブリ110のそれぞれのコントローラ40は、障害物を検出し、互いに連通して、関心領域132を照射するように照明モジュール90を調整するための最良の応答を識別するように構成されうる。
一つまたは複数の障害物136の識別は、画像データ内の物体の検出に基づいてもよい。障害物136は、照明モジュール90から放出される一つまたは複数のパルス赤外線放射62を検出することに応答して識別されてもよい。例えば、中央コントローラ131は、赤外線エミッタ60のそれぞれの位置がプログラム中に示されるように較正されてもよい。したがって、照明モジュールのそれぞれ(90a、90b、90c…90m)の赤外線エミッタ60を繰り返すことによって、コントローラ40は、赤外線放射62のそれぞれの定時検出に基づいて、障害物136の位置を識別しうる。このように、中央コントローラ131は、赤外線エミッタ62のそれぞれの投影軌道に対する障害物136の位置を検出して、クリアな、または遮るものがない軌道134を識別しうる。遮るものがない軌道134が識別されると、中央コントローラ131は、関心領域132を照射するように一つまたは複数の光源20を制御しうる。
いくつかの実施形態では、障害物136は、ステレオスコピック構成の撮像装置22によって捕捉されうる深度画像データに基づいて同様に識別されうる。前述のように、撮像装置22は、照明モジュール90および/またはシステム10のさまざまな構成要素のうちの一つ以上に組み込まれうる。深度画像データに基づいて、システム10は、一つまたは複数の照明モジュール90から放射された光が障害物136から反射され、一つまたは複数のその他の照明モジュール90とは異なる深度において深度画像データに反射して返ると識別するように構成されうる。深度の差異に基づいて、システム10のコントローラ40は、照明モジュール90の光源20からの一つまたは複数の放射が障害物136によって遮断されていると識別するように構成されうる。検出に応答して、コントローラ40は、追加の、または代替的な照明モジュール90を起動させて、障害物136に対して深度画像データにおける大きな深度を有する領域132を照射することによって確認されうる、関心領域132を照射しうる。
いくつかの実施形態では、コントローラ40は、システム10内で通信して、二つ以上の撮像装置22間の関心領域132を識別することができ、これは二つ以上の照明モジュール90に組み込まれうる。すなわち、それから関心領域132を識別するために画像データが処理される二つ以上の照明モジュール90は、単一のヘッドアセンブリ110に組み込まれてもよく、または撮像装置22によって二つ以上のヘッドアセンブリ110(例えば、110aおよび110b)に捕捉されてもよい。このようにして、システム10は、ヘッドアセンブリ110によって形成され、コントローラ40および/または中央コントローラの間の通信を介して統合システムとして動作するよう制御された、分散スキャンおよび照明システムとして動作しうる。
一般に、中央コントローラ131またはコントローラ40は、一つまたは複数の障害物136による干渉のない、関心領域132と整列している視線または投影軌道134を有する照明アセンブリまたは照明モジュール90の一つまたは複数の光源20を識別するように構成されうる。クリアな投影軌道134を有する一つまたは複数のヘッドアセンブリ110における照明モジュール90の少なくとも一つの照明アセンブリ18を識別すると、中央コントローラ131は、放射を関心領域132に向けるように少なくとも一つの照明アセンブリ18を位置付けるように一つまたは複数のコントローラ40を制御することによって対応しうる。この構成では、ヘッドアセンブリアレイ130は、経時的に変化する、遮るものがない領域を照射するときであっても、効果的な照明を提供しうる。
システム10の制御シーケンスの一例として、システム10は、可視光の第二の放射138を放射することによって、第二のヘッドアセンブリ110bの照明モジュールを介してテーブル26をまず照射しうる。システム10の初期動作の後、撮像装置22は視野50において、関心領域132内に一つまたは複数の影38をもたらしうる障害物136を検出する場合がある。障害物136の識別に応答して、中央コントローラ131は、可視光の第一の放射140を起動させることを介して、クリアな投影軌道134を有しうる第一のヘッドアセンブリ110aの照明モジュールを起動させるようにコントローラ40aおよび40bを制御しうる。第一の放射140が起動されると、システム10は画像データを監視し続けて、第一の放射140が遮るものがないままであることを確認しうる。このように、ヘッドアセンブリアレイ130は、複数のヘッドアセンブリ110を組み合わせて制御することによって、関心領域132を照射するように構成されうる。
画像データからの障害物136の位置およびクリアな投影軌道134の識別について具体的に参照してきたが、システム10は、予測または実験的アルゴリズムを介して光を識別してこれを関心領域132に投影するように構成された一つまたは複数のアルゴリズムを利用しうる。こうしたアルゴリズムは、さまざまな推定ならびに試行錯誤を適用して、一つまたは複数のヘッドアセンブリ110を段階的に移動させ、光源20を段階的に起動させて関心領域132を照射しうる。これらの方法、ならびに本明細書で論じる他の方法において、システムは、照明の変更または改善のために、関心領域132の領域または複数の領域を常時監視しうる。このようにして、システム10は、撮像装置22からの画像データによって示される光の投影軌道を改善する位置決め動作を続けるように構成されうる。こうしたルーチンは、単独で、または本明細書で論じる位置検出ベースの制御と組み合わせて適用されうる。
図7を参照すると、照明システム10のブロック図が示される。本明細書で説明するように、照明システム10は、外科手術室14および/または術野30から画像データを捕捉するように構成された、一つまたは複数の撮像装置22を含みうる。撮像装置22は、照明システム10のコントローラ40に視覚情報をリレーするように構成されうる。コントローラは、メモリ150およびプロセッサ152を含みうる。メモリ150は、プロセッサ152によって制御される、コンピュータ実行可能コマンド(例えば、ルーチン)を格納してもよい。さまざまな実施例によれば、メモリ150は、光制御ルーチンおよび/または画像分析ルーチンを含みうる。
画像分析ルーチンが、撮像装置22からの画像データを処理すると、コントローラ40は、一つまたは複数の制御命令を、モーターまたはアクチュエータコントローラ154に通信しうる。制御信号に応答して、モーターコントローラ154は、アクチュエータ102、124または位置決め装置54を制御して、照明アセンブリ18の配向を移動、方向付け、またはさもなくば調整しうる。このようにして、コントローラ40は、照明アセンブリ18に光を放射するように指示する、および/または視野50を所望の位置に向けうる。システム10は、さらに、一つまたは複数の電源156を備える。電源156は、照明アセンブリ18のさまざまな構成要素ならびにアクチュエータ104または位置決め装置54のために、一つまたは複数の電源またはバラストを提供しうる。
いくつかの実施形態では、システム10は、プロセッサ152と通信しうる一つまたは複数の通信回路158をさらに備えてもよい。通信回路158は、システム10を操作するためのデータおよび制御情報を、ディスプレイまたはユーザインターフェース160に通信するように構成されうる。インターフェース160は、システム10を制御し、ゲージシステム10によって識別されたデータを通信するように構成された一つまたは複数の入力または操作要素を含みうる。通信回路158は、さらに、照明アセンブリの配列として組み合わせて動作しうる、追加の照明アセンブリ18と通信しうる。通信回路158は、さまざまな通信プロトコルを介して、通信するよう構成されてもよい。例えば、通信プロトコルは、プロセス自動化プロトコル、産業システムプロトコル、車両プロトコルバス、消費者通信プロトコルなどに対応してもよい。追加のプロトコルには、MODBUS、PROFIBUS、CANバス、DATA HIGHWAY、DeviceNet、Digital multiplexing(DMX512)、またはさまざまな通信基準の形態が挙げられうる。
さまざまな実施形態では、システム10は、さまざまな追加の回路、周辺装置、および/または付属品を備えてもよく、これはさまざまな機能を提供するためにシステム10に組み込まれうる。例えば、いくつかの実施形態では、システム10は、モバイル装置164と通信するように構成された無線トランシーバ162を備えてもよい。このような実施形態では、無線トランシーバ162は、通信回路158と同様に動作し、システム10を動作させるためのデータおよび制御情報を、モバイル装置164のディスプレイまたはユーザインターフェース160に通信してもよい。無線トランシーバ162は、一つまたは複数の無線プロトコル(例えば、Bluetooth(登録商標)、Wi−Fi(802.11a、b、g、nなど)、Zigbee(登録商標)、およびZ−Wave(登録商標)など)を介してモバイル装置164と通信してもよい。このような実施形態では、モバイル装置164は、スマートフォン、タブレット、個人データアシスタント(PDA)、ラップトップなどに対応してもよい。
さまざまな実施形態では、光源20は、特定の液晶ディスプレイ(LCD)、レーザーダイオード、発光ダイオード(LED)、白熱光源、放電灯(例えば、キセノン、ネオン、水銀)、ハロゲン光源、および/または有機光発光ダイオード(OLED)を含むがこれに限定されない、一つの回転の偏光されていないおよび/または偏光された光を生成するように構成されうる。光源20の偏光の実施例では、光源20は、第一の回転の偏光を放射するように構成される。さまざまな実施例によると、第一の回転の偏光は、円偏光および/または楕円偏光を有しうる。電気力学では、光の円偏光は、各ポイントにおいて、光波の電界が一定の大きさを有するが、その方向が、時間と共に、波の方向に対して垂直な平面において一定のレートで回転する、偏光状態である。
論じたように、照明アセンブリ18は、一つまたは複数の光源20を含みうる。複数の光源20を含む実施例では、光源20は一列に配置されうる。例えば、光源20の配列は、約1×2〜約100×100の配列およびその間のすべての変形を含みうる。このように、光源20の配列を含む照明アセンブリ18は、画素化した照明アセンブリ18として知られうる。任意の照明アセンブリ18の光源20は、固定されていてもよく、または個別につながれていてもよい。光源20は、すべてつながれていても、一部分がつながれていても、または全くつながれていなくてもよい。光源20は、電気機械的に(例えば、モーター)および/または手動(例えば、ユーザによって)で、つながれていてもよい。光源20が静止したまたは固定された実施例では、光源20は、さまざまな所定の点(例えば、患者および/またはテーブル26上の)に焦点を当てるように割り当てられうる。
当業者や本開示の製作者または使用者は、開示の修正を思いつくであろう。したがって、図面に示した、および上で記載した実施形態は、単に例示的目的のためであって、本開示の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は、均等論を含む特許法の原則に従って解釈される以下の特許請求の範囲によって定義される。
記述された開示の構造および他の構成要素が、任意の特定材料に限定されないことは、当業者であれば理解するであろう。本明細書に開示された他の例示的実施形態は、本明細書に別段の記載がない限り、広範な材料から形成されうる。
本開示の目的で、「連結」(その全ての形態で、連結する、連結した、連結されたなど)という用語は、一般に、(電気的なまたは機械的な)二つの構成要素を直接的または間接的に相互に結合することを意味する。こうした結合は、本質的に静的とすることも、本質的に動的とすることもできる。こうした結合は、(電気的なまたは機械的な)二つの構成要素および任意の追加的な中間体部材が、互いにまたは二つの構成要素と一つの単一体として一体的に形成されて達成し得る。こうした結合は、特に明記されない限り、本質的に永久的とすることも、本質的に取り外し可能または分離可能とすることもできる。
例示的実施形態で図示されている本開示の要素の構成および配置は、例示にすぎないことに注意することも重要である。本開示では、本革新について少数の実施形態のみを詳細に記載してきたが、本開示を検討する当業者は、数多くの修正(例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状および比率、パラメータの値、取り付け配置、材料の使用、色、向きなどの変形形態)が、詳述されている主題に関する新規性のある教示および利点から大きく逸脱することなく、可能なことを簡単に認識するであろう。例えば、一体型で形成されているように表示されている要素を複数の部品で構成することができ、または複数の部品として表示されている要素を一体型で形成することができ、インターフェースの操作を逆にしたり、または別の方法で変化させたり、構造体および/または部材または結合装置またはシステムのその他の要素の長さまたは幅を変化させることができ、要素間に提供されている調節位置の性質または数を変化させることができる。注目すべきは、システムの要素および/または組立品は、十分な強度または耐久力を提供する任意の広範な材料から、広範な色、質感、および組み合わせの任意のもので構成し得ることである。したがって、こうしたすべての修正は、本革新の範囲内に含まれることが意図される。本革新の趣旨を逸脱することなく、所望の他の例示的実施形態の設計、動作条件、および配置において、他の置換、修正、変更、および省略がなされうる。
当然のことながら、任意の記載されたプロセスまたは記載されたプロセス内のステップは、開示された他のプロセスまたはステップと組み合わせて、本開示の範囲内での構造体を形成しうる。本明細書で開示されている例示的構造体およびプロセスは、例示を目的とし、限定するものとは解釈されない。
また当然のことながら、本開示の概念を逸脱することなく、前述の構造体および方法に対して変化および変形をすることができ、また当然のことながら、こうした概念は、それらの請求の範囲に文言で明示的に別段の定めをした場合を除き、下記の請求の範囲によって網羅されることが意図されている。さらに、以下に記載するように、特許請求の範囲は発明を実施するための形態に組み込まれ、その一部をなす。
本明細書に使用される「約(about)」という用語は、量、サイズ、公式、パラメータ、およびその他の数量および特徴が、ちょうどではないまたはちょうどである必要がないことを意味するが、必要に応じて、許容差、変換率、丸め、測定誤差など、および当業者に公知のその他の要因を反映する近似ならびに/または、より大きいもしくはより小さいであってもよい。「約」という用語が、値または範囲の終点を説明する際に使用されるとき、本開示は、引用される特定の値または特定の終点を含むことを理解されたい。本明細書の数値または範囲の終点が「約」を詳述するかどうかにかかわらず、数値または範囲の終点は、二つの実施形態、すなわち、「約」によって修正されるものと「約」によって修正されないものとを含むことが意図される。それぞれの範囲の終点は、他の終点と関係して、および他の終点から独立して、両方において重要であることがさらに理解されよう。
本明細書で使用される「実質的な」、「実質的に」という用語およびその変形は、記載された特徴が、値または説明に対して等しいまたはおよそ等しいことに注目することを意図する。例えば、「実質的に平坦な」表面は、平坦なまたはおよそ平坦な表面を示すことを意図する。さらに、「実質的に」は、二つの値が等しいまたはおよそ等しいと示すことを意図する。実施形態によっては、「実質的に」が、互いに約5%以内、または互いに約2%以内など、それぞれの約10%以内の値を示してもよい。

Claims (20)

  1. 外科手術室で手術領域を選択的に照射するように構成された照明アセンブリであって、前記照明アセンブリが、
    光を放射するように構成された複数の光源を含む複数の照明モジュールと、
    前記照明モジュールのうちの少なくとも一つに配置された、画像データを捕捉するように構成された少なくとも一つの撮像装置と、
    前記照明モジュールのそれぞれを支持するように構成された関節式ヘッドアセンブリであって、前記関節式ヘッドアセンブリが複数のアクチュエータを含み、前記アクチュエータが前記照明モジュールのそれぞれを第一の軸および第二の軸を中心に回転させるように構成される、前記関節式ヘッドアセンブリと、
    一つまたは複数の前記照明モジュールからの前記光を関心領域に向けるように前記複数のアクチュエータを制御するように構成される、コントローラと、を備える、照明アセンブリ。
  2. 前記照明モジュールが、中央制御アームを介して前記関節式ヘッドアセンブリに接続するアレイを形成する、請求項1に記載の照明アセンブリ。
  3. 前記関節式ヘッドアセンブリが、第一の軸を画定する中央制御アームを含み、前記中央制御アームが、前記複数の照明モジュールを前記第一の軸を中心に回転させるように構成された第一のアクチュエータと接続する、請求項2に記載の照明アセンブリ。
  4. 前記関節式ヘッドアセンブリが、前記中央支持アームから延在する複数の第二の支持アームをさらに含む、請求項3に記載の照明アセンブリ。
  5. 前記複数の第二の支持アームが第二の軸を画定し、前記第二の支持アームが、前記複数の照明モジュールを前記第二の軸を中心に回転させるように構成された第二のアクチュエータと接続する、請求項4に記載の照明アセンブリ。
  6. 前記第二の軸が前記第一の軸に対して実質的に垂直である、請求項5に記載の照明アセンブリ。
  7. 前記複数の照明モジュールの少なくとも一つを支持するように構成された横方向支持構造をさらに備える、請求項5または6に記載の照明アセンブリ。
  8. 前記複数の照明モジュールの前記少なくとも一つが、第三のアクチュエータを介して前記横方向支持構造と接続する、請求項7に記載の照明アセンブリ。
  9. 前記第三のアクチュエータが、前記複数の照明モジュールの前記少なくとも一つの照明モジュールを前記複数の照明モジュールに対して回転させるように構成される、請求項8に記載の照明アセンブリ。
  10. 前記少なくとも一つの照明モジュールの前記回転が、前記複数の照明モジュールの照明領域を調整する、請求項9に記載の照明アセンブリ。
  11. 照明アセンブリを制御するための方法であって、
    複数の照明モジュールからの複数の光放射の複数の放射方向を制御することであって、前記照明アセンブリのそれぞれが、複数の回転軸を中心とした前記放射方向を制御するように構成された関節式ヘッドアセンブリを含む、前記制御することと、
    前記複数の光放射で手術領域を照射することと、
    少なくとも一つのカメラの視野において画像データを捕捉することであって、前記画像データが前記複数の放射からの反射光を含む、前記捕捉することと、
    前記画像データ内の照明の変化を識別することと、
    前記画像データ内の前記照明の変化を制限するように前記複数の照明モジュールを制御することと、を含む、方法。
  12. 前記第一の照明モジュールの第一の関節式ヘッドアセンブリを第一の基点から、第二の照明モジュールの第二の関節式ヘッドアセンブリを第二の基点から制御することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
  13. 前記第二の基点が前記第一の基点から空間的に分離されている、請求項12に記載の方法。
  14. 前記画像データ内の前記照明の変化を閉塞領域として識別することであって、前記閉塞領域が前記第一の放射による透過が遮断された位置を含む、前記識別することをさらに含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記閉塞領域を前記第二の放射で照射することをさらに含む、請求項14に記載の方法。
  16. 前記第一の基点に対する前記第二の基点の前記空間的分離が、前記第二の放射による前記閉塞領域の照射を提供する、請求項15に記載の方法。
  17. 手術領域を照射するよう構成されたシステムであって、
    複数の照明アセンブリであって、
    複数の光源を含む複数の照明モジュール、および、
    前記照明モジュールのそれぞれと接続している関節式ヘッドアセンブリであって、前記関節式ヘッドアセンブリが、前記照明モジュールのそれぞれを支持し、前記照明モジュールのそれぞれを第一の軸および第二の軸を中心に回転させるように構成される、前記関節式ヘッドアセンブリ、を含む、前記複数の照明アセンブリと、
    前記手術領域内の前記光源から反射された光を含む画像データを捕捉するように構成された少なくとも一つの撮像装置と、
    一つまたは複数の前記照明モジュールからの前記光を関心領域に向けるように前記複数のアクチュエータを制御するように構成される、コントローラと、を備える、システム。
  18. 前記複数の照明アセンブリが、第一の照明モジュールから第一の放射を発するように構成された第一の照明アセンブリと、第二の照明モジュールから第二の放射を発するように構成された第二の照明アセンブリと、を含む、請求項17に記載のシステム。
  19. 前記第二の放射の第二の基点が、前記第一の放射の第一の基点から空間的に分離されている、請求項18に記載のシステム。
  20. 前記コントローラが、
    前記画像データ内の照明の変化を閉塞領域として識別することであって、前記閉塞領域が前記第一の放射による透過が遮断された位置を含む、前記識別することと、
    前記第二の放射を前記閉塞領域を照射するように配向することと、を行うようにさらに構成される、請求項19に記載のシステム。
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