JP7296437B2 - 非白色光の一般的な照明装置を含む手術システム - Google Patents
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Description
本願は、(2014年3月17日に出願された、Jeffrey DiCarloらの”Surgical System Including a Non-White Light General Illuminator”を開示する)米国特許出願第61/954,512号について優先権及びその利益を主張するものであり、この文献は、参照により本明細書に組み込まれる。
この態様では、非白色光モードは、カメラ220Lの複数のカラーチャンネルの全てが、白色(完全反射)面に向けられた(viewing)ときに、同量の反射光を受け取るように、照明制御装置215によって、光源211における複数の色成分の照明源212からの照明強度を変化させるように動作する。白色面を撮像するときに、カメラ220Lが、カラーチャンネル亘って均等に光に応答するという2の有益な効果がある。第1に、全てのカラーチャンネルは、それらのウェル容量を完全に利用することができる、すなわち、1つのチャンネルは、別のチャンネルがそのウェルを最初に充填するによって、そのウェル容量の割合に制限されない。これは、全ての画素の信号対雑音比を増大させる。第2に、カメラは、ノイズ増幅を排除するデジタル・ホワイトバランス・ゲインをいくつかのカラーチャンネルに適用する必要がない。これらの両方の効果によって、立体視ディスプレイ251上に表示される最終的な外科手術の画像を向上させる。
tは、M×1列ベクトルとして表される内視鏡の照明チャンネルの分光透過率であり、
diag(x)は、他の全ての要素がゼロである行列の対角にベクトルxを配置することを示し、
wは、P×1の単一の列重みベクトルであり、重みベクトルwの各要素は、複数のP個のLEDの対応するLEDの強度を決定するために、非白色光モジュール217によって使用される。
Vnは、N×(P-N)行列の(P-N)ゼロ空間の列ベクトルを規定する、すなわち、カメラの応答を変更することなく、解wを変化させることができる方向性が存在し、
αは、wに対する1つの特定解を(P-N)×1ベクトルとして規定する。
1つの重みベクトルwに対する解法を制限するには、別の制約を解法に与えなければならない、すなわち、我々は、単一のα値を決定することにより、ゼロ空間の値を指定する必要がある。
diag(x)は、xの対角行列であり、
2及び3のインデックスは、それぞれ緑色及びシアン色のLEDに対応する。
ここでは、U,S,Vは、特異値分解(svd)の出力である。特異値分解(svd)は、行列を3つの別々の行列に分割するための一般的な方法である:X=USVT、ここでU及びVは、正規直交行列であり、Sは、対角行列である。XのU,S,Vへのこの分解によって、擬似逆及びゼロ空間の成分を見つけることができる。
従来例では、非白色光モジュール217は、照明装置210が非白色光で手術部位203を照明するように、光源211を駆動するように構成されていたので、カメラ220Lにより取り込まれたカラー画像の白色光の色のバランス調整は、非白色光が白色面で反射されたときに、不要であった。これは、通常の白色光照明を用いて取り込まれ且つディスプレイ251上に表示される画像と比較して、ディスプレイ251上に表示される画像の信号対雑音比を改善した。
CCIWは、P×1の列ベクトルであり、各要素が、光源211の色成分の照明源のうちの1つのカラーチャンネル照明制御因子を表す。
L0=[L01,...,L0P]Tは、P×1の光パワー出力行列である。
K=B*A=[kr,kg,kb]
ビデオカメラを使用して、高ダイナミックレンジ画像を形成するための標準的な方法は、ビデオカメラによって、異なる露出レベルで連続した画像を撮影することである。異なって露出された画像は、単一の高解像度画像にマージされる。この技術は、ビデオカメラが、フレーム毎に露出設定を切り替える機能を有する必要がある。これは、取り込まれた各フレームから表示画像を生成するビデオカメラと比較して、効果的に低減したフレームレートをもたらす。また、シーンに動きがある場合に、経時的に取り込まれた画像が、単一の高解像度画像にマージされたときに、動きアーチファクトが観察される可能性がある。
[実施例1]
機器であって、当該機器は、
カメラであって、該カメラは、該カメラに入射する光を画素のセットに分離するように構成され、前記画素のセットの各セットは、前記カメラの異なるカラーチャンネルにある、カメラと、
照明装置であって、該照明装置は、非白色光を出力し、それによって前記カメラの各カラーチャンネルが、完全な反射面から反射した前記非白色光に対して略等しい応答を有するよう構成される、照明装置と、を備える、
機器。
[実施例2]
前記照明装置は、複数の色成分の照明源を有しており、該複数の色成分は、前記照明装置が前記非白色光を出力するように構成される、実施例1に記載の機器。
[実施例3]
前記複数の色成分の照明源に結合された制御装置をさらに有しており、該制御装置は、前記複数の色成分の照明源の出力の組合せが非白色となるように、前記複数の色成分の照明源のそれぞれの出力に重み付けするように構成される、実施例2に記載の機器。
[実施例4]
機器であって、当該機器は、
カメラと、
照明装置と、
該照明装置に結合された制御装置と、を備えており、
前記カメラは、該カメラに入射する光を色成分に分離するように構成され、前記色成分は、前記カメラにより画素のセットとして取り込まれ、前記画素のセットの各セットは、別のカメラ・カラーチャンネルにあり、
前記制御装置は、前記カメラによって取り込まれたカラー画像のための1つのカメラ・カラーチャンネルの画素の信号対雑音比を増大させるために、前記照明装置によって出力された光の特性を調整するように構成される、
機器。
[実施例5]
前記照明装置は、複数の色成分の照明源を有する、実施例4に記載の機器。
[実施例6]
前記制御装置は、前記複数の色成分の照明源に結合され、前記制御装置は、前記カメラによって取り込まれた前記カラー画像のための前記1つのカメラ・カラーチャンネルの前記画素の信号対雑音比を増大させるために、前記複数の色成分の照明源のうちの少なくとも1つの特性を調整するように構成される、実施例5に記載の機器。
[実施例7]
前記複数の色成分の照明源は、複数の発光ダイオードである、実施例5に記載の機器。
[実施例8]
前記複数の色成分の照明源は、複数のレーザダイオードである、実施例5に記載の機器。
[実施例9]
前記制御装置は、前記照明装置が非白色光を出力するように、前記照明装置の複数の色成分の照明源の出力を制御するように構成され、それによって、各カメラ・カラーチャンネルは、完全な反射面から反射された前記非白色光に対して略等しい応答を有する、実施例4に記載の機器。
[実施例10]
前記制御装置は、前記照明装置が非白色光を出力するように、前記照明装置の複数の色成分の照明源のうちの少なくとも1つの照度レベルを変えるように構成される、実施例4に記載の機器。
[実施例11]
前記制御装置は、前記カメラによって取り込まれた単色画像から高ダイナミックレンジ画像を形成するようにさらに構成される、実施例4に記載の機器。
[実施例12]
前記制御装置は、前記照明装置の複数の色成分の照明源のうちの少なくとも1つの照度レベルを変えるように構成される、実施例11に記載の機器。
[実施例13]
前記制御装置に結合された、複数のセクションを有する回転ホイールをさらに含み、前記複数のセクションのそれぞれは、前記複数の色成分のうちの1つの色を有しており、前記複数のセクションのそれぞれは、異なる光減衰レベルを有する、実施例12に記載の機器。
[実施例14]
前記制御装置に結合された液晶装置をさらに含む、実施例12に記載の機器。
[実施例15]
前記液晶装置は、オン/オフ時間の変動比がカメラの画像フレームキャプチャあたりの1つ又は複数のオン/オフサイクルを含む、オン/オフ・パルス幅変調シャッターモードに設定される、実施例14に記載の機器。
[実施例16]
前記液晶装置は、調整可能な減衰器として構成される、実施例14に記載の機器。
[実施例17]
前記液晶装置は、波長可変フィルタとして構成される、実施例14に記載の機器。
[実施例18]
前記制御装置に結合された音響光学光変調器をさらに含む、実施例12に記載の機器。
[実施例19]
方法であって、当該方法は、
非白色光でシーンを照明するステップであって、前記非白色光は、カメラの各カメラ・カラーチャンネルが、完全な反射面から反射した光に対して略等しい応答を有するように構成される、照明するステップと、
前記カメラを用いて前記シーンの画像を取り込むステップと、
該取り込まれた画像のホワイトカラーバランス調整をせずに、前記取り込まれた画像に基づいて表示用の画像を出力するステップと、を含む、
方法。
[実施例20]
方法であって、当該方法は、
画素のセットを含むカラー画像を取り込むステップであって、前記画素のセットの各セットは、カメラの異なるカラーチャンネルにある、取り込むステップと、
前記画素のセットから高ダイナミックレンジ画像を構成するステップと、を含む、
方法。
[実施例21]
方法であって、当該方法は、
非白色光で部位を照明するステップであって、前記非白色光は、カメラの各カメラ・カラーチャンネルが前記部位から反射した非白色光に対して略等しい応答を有するように構成される、照明するステップと、
前記カメラを用いて前記部位の画像を取り込むステップと、
該取り込んだ画像に基づいて表示用の画像を出力するステップと、を含む
方法。
Claims (13)
- システムであって、当該システムは、
1つ又は複数のプロセッサと、
実行可能命令を格納するメモリと、を含み、
前記命令が前記1つ又は複数のプロセッサによって実行されると、機器に、
シーンを非白色光で照らすように照明装置を構成することであって、該照明装置は複数の色成分の照明源を含み、前記非白色光は白色光以外の光を含み、前記シーンを前記非白色光で照らすように前記照明装置を構成することには、前記複数の色成分の照明源によって出力される光の組合せが前記非白色光となるように、前記複数の色成分の照明源に含まれる各色成分照明源の出力される照度レベルに重み付けすることが含まれる、こと、
カメラを制御して、前記非白色光で照らされた前記シーンのフレームを前記カメラの複数のカラーチャンネルで取り込むこと、及び
前記カメラの前記カラーチャンネルに対応する色成分の照明源の前記出力される照度レベルの前記重み付けに基づいて、前記シーンの前記フレームにおける前記カメラのカラーチャンネルの画素値を調整すること、を行わせる、
システム。 - 前記シーンを前記非白色光で照らすように前記照明装置を構成することは、前記シーンの以前に取り込んだフレームにおける前記カメラの前記カラーチャンネルの信号レベルに基づいている、請求項1に記載のシステム。
- 前記カメラによって取り込まれたビデオストリームは、前記シーンの複数のフレームを含み、該複数のフレームは、第1セットのフレームと、該第1セットのフレームに続いて取り込まれる第2セットのフレームとを含み、
該第2セットのフレームは前記シーンの前記フレームを含み、前記第1セットのフレームは前記シーンの以前に取り込んだフレームを含み、
前記シーンを前記非白色光で照らすように前記照明装置を構成することは、
前記ビデオストリーム内の前記第1セットのフレームについての前記複数のカラーチャンネルの信号レベルに基づいて、第1セットのカラーチャンネル照明制御因子を決定することであって、該第1セットのカラーチャンネル照明制御因子は、前記複数の色成分の照明源の各色成分の照明源についてのカラーチャンネル照明制御因子を含む、こと、及び
前記第2セットのフレームに含まれる各フレームについて、前記第1セットのカラーチャンネル照明制御因子に基づいて、前記複数の色成分の照明源の出力される照度レベルに重み付けすること、を含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記第1セットのカラーチャンネル照明制御因子は、前記シーンの前記以前に取り込んだフレームの前記複数のカラーチャンネルの信号レベル、又は前記第1セットのフレーム内の各フレームについてのカラーチャンネル照明制御因子の時間加重移動平均に基づいて決定される、請求項3に記載のシステム。
- 前記命令が前記1つ又は複数のプロセッサによって実行されると、前記機器に、
前記カメラのカラーチャンネルの平均輝度を監視すること、及び
前記カラーチャンネルの前記平均輝度の所定の変化の検出に応答して、前記第1セットのカラーチャンネル照明制御因子を決定すること、をさらに行わせる、請求項3に記載のシステム。 - 前記シーンの前記フレームにおける前記カメラの前記カラーチャンネルの前記画素値を調整することは、前記第1セットのカラーチャンネル照明制御因子に基づいている、請求項3に記載のシステム。
- 前記シーンの前記フレームにおける前記カメラの前記カラーチャンネルの前記画素値を調整することには、前記シーンの前記フレームにおける前記カメラの前記カラーチャンネルの信号対雑音比を増大させることが含まれる、請求項1に記載のシステム。
- 方法であって、当該方法は、
コンピュータ装置が、シーンを非白色光で照らすように照明装置を構成するステップであって、該照明装置は複数の色成分の照明源を含み、前記非白色光は、白色光以外の光を含み、前記シーンを前記非白色光で照らすように前記照明装置を構成するステップには、前記複数の色成分の照明源によって出力される光の組合せが前記非白色光となるように、前記複数の色成分の照明源に含まれる各色成分照明源の出力される照度レベルに重み付けするステップが含まれる、ステップと、
前記コンピュータ装置が、カメラを制御して、前記非白色光で照らされた前記シーンのフレームを前記カメラの複数のカラーチャンネルで取り込むステップと、
前記コンピュータ装置が、前記カメラの前記カラーチャンネルに対応する色成分の照明源の前記出力される照度レベルの前記重み付けに基づいて、前記シーンの前記フレームにおける前記カメラのカラーチャンネルの画素値を調整するステップと、を含む、
方法。 - 前記シーンを前記非白色光で照らすように前記照明装置を構成するステップは、前記シーンの以前に取り込んだフレームにおける前記カメラの前記カラーチャンネルの信号レベルに基づいている、請求項8に記載の方法。
- 前記カメラによって取り込まれたビデオストリームは、前記シーンの複数のフレームを含み、該複数のフレームは、第1セットのフレームと、該第1セットのフレームに続いて取り込まれる第2セットのフレームとを含み、
前記第2セットのフレームは前記シーンの前記フレームを含み、前記第1セットのフレームは前記シーンの以前に取り込んだフレームを含み、
前記シーンを前記非白色光で照らすように前記照明装置を構成するステップは、
前記ビデオストリーム内の前記第1セットのフレームについての前記複数のカラーチャンネルの信号レベルに基づいて、第1セットのカラーチャンネル照明制御因子を決定するステップであって、該第1セットのカラーチャンネル照明制御因子は、前記複数の色成分の照明源の各色成分の照明源についてのカラーチャンネル照明制御因子を含む、ステップと、
前記第2セットのフレームに含まれる各フレームについて、前記第1セットのカラーチャンネル照明制御因子に基づいて、前記複数の色成分の照明源の出力される照度レベルに重み付けするステップと、を含む、請求項8に記載の方法。 - 前記第1セットのカラーチャンネル照明制御因子は、前記シーンの前記以前に取り込んだフレームの前記複数のカラーチャンネルの信号レベル、又は前記第1セットのフレーム内の各フレームについてのカラーチャンネル照明制御因子の時間加重移動平均に基づいて決定される、請求項10に記載の方法。
- 前記コンピュータ装置が、前記カメラのカラーチャンネルの平均輝度を監視するステップと、
前記コンピュータ装置が、前記カラーチャンネルの前記平均輝度の所定の変化の検出に応答して、前記第1セットのカラーチャンネル照明制御因子を決定するステップと、をさらに含む、請求項10に記載の方法。 - 前記シーンの前記フレームにおける前記カメラの前記カラーチャンネルの前記画素値を調整するステップは、前記第1セットのカラーチャンネル照明制御因子に基づいている、請求項10に記載の方法。
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