KR20200130257A - 이미지 기반 제어를 구비한 적응형 조명 어레이 - Google Patents

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KR20200130257A
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light
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KR1020207024390A
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제이슨 디. 할랙
조슈아 디. 린츠
데이비드 엠. 팔브
커티스 엘. 기어링스
윌리엄 엘. 토나
브래들리 알. 햄린
제레미 에이. 슈트
마크 에이. 반부렌
스티븐 제이. 빈만
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젠텍스 코포레이션
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Abstract

광 어셈블리는 수술실 내 작동 영역을 선택적으로 비추도록 구성된다. 어셈블리는 광을 방출하도록 구성된 복수의 광원을 포함하는 복수의 조명 모듈을 포함한다. 어셈블리는 조명 모듈들 중 적어도 하나에 배치된 이미지 데이터를 캡처하도록 구성된 적어도 하나의 이미저를 더 포함한다. 관절형 헤드 어셈블리는 각각의 조명 모듈을 지지하도록 구성된다. 관절형 헤드 어셈블리는 제1 축 및 제2 축을 중심으로 각각의 조명 모듈을 회전시키도록 구성된 복수의 액추에이터를 포함한다. 어셈블리는 컨트롤러를 더 포함한다. 컨트롤러는 음영 영역 및 오염된 영역 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 관심 영역에 대한 이미지 데이터를 스캔하도록 구성된다.

Description

화상 기반 제어에 의한 적응 조명 어레이
본 개시는 일반적으로 조명 시스템, 보다 구체적으로 중앙 수술실 및 수술실 조명 시스템에 관한 것이다.
중앙 수술실 및 수술실에 제공된 인공 조명은 위치 설정, 그림자, 광도 및 눈부심에 관해 다수의 문제점을 줄 수 있다. 의료진은 자주 움직이고, 조명은 수술 절차 전반에 걸쳐 인력 및 기기의 위치변경으로 인해 동적일 필요가 있다. 또한, 인력의 물리적 치수에서의 차이는 광원의 위치 설정을 도전과제로 만들 수 있다. 따라서, 수술실용 신규 조명 시스템이 유리할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 광 어셈블리는 수술실 내 작동 영역을 선택적으로 비추도록 구성된다. 상기 어셈블리는 광을 방출하도록 구성된 복수의 광원을 포함하는 복수의 조명 모듈을 포함한다. 상기 어셈블리는 상기 조명 모듈들 중 적어도 하나에 배치된 이미지 데이터를 캡처하도록 구성된 적어도 하나의 이미저를 더 포함한다. 관절형 헤드 어셈블리는 각각의 조명 모듈을 지지하도록 구성된다. 관절형 헤드 어셈블리는 제1 축 및 제2 축을 중심으로 각각의 조명 모듈을 회전시키도록 구성된 복수의 액추에이터를 포함한다. 상기 어셈블리는 컨트롤러를 더 포함한다. 상기 컨트롤러는 음영 영역 및 오염된 영역 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 관심 영역에 대한 이미지 데이터를 스캔하도록 구성된다. 상기 컨트롤러는 복수의 액추에이터를 제어해서 하나 이상의 조명 모듈로부터의 광을 관심 영역 상에 유도하도록 추가로 구성된다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 조명 어셈블리를 제어하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 복수의 조명 모듈로부터 복수의 광 방출의 복수의 방출 방향을 제어하는 단계를 포함한다. 조명 어셈블리 각각은 복수의 회전 축을 중심으로 방출 방향을 제어하도록 구성된 관절형 헤드 어셈블리를 포함한다. 상기 방법은 복수의 광 방출로 작동 영역을 비추고 적어도 하나의 카메라의 시계(field of view) 내의 이미지 데이터를 캡처하는 단계를 더 포함하며, 상기 이미지 데이터는 복수의 방출로부터 반사된 광을 포함한다. 상기 방법은 이미지 데이터의 조명 변화를 식별하고, 복수의 조명 모듈을 제어해서 이미지 데이터의 조명 변화를 제한하는 단계를 더 포함한다.
본 개시의 또 다른 일 측면에 따르면, 작동 영역을 비추도록 구성된 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 복수의 조명 어셈블리를 포함한다. 복수의 조명 어셈블리는 복수의 광원을 포함하는 복수의 조명 모듈 및 관절형 헤드 어셈블리를 포함한다. 관절형 헤드 어셈블리는 각각의 조명 모듈과 연결되어 있다. 관절형 헤드 어셈블리는 각각의 조명 모듈을 지지하고 각각의 조명 모듈을 제1 축 및 제2 축을 중심으로 회전시키도록 구성된다. 시스템은 작동 영역 내의 광원으로부터 반사된 광을 포함하는 이미지 데이터를 캡처하도록 구성되는 적어도 하나의 이미저를 더 포함한다. 컨트롤러는 복수의 액추에이터를 제어해서 하나 이상의 조명 모듈로부터의 광을 관심 영역으로 유도하도록 구성된다.
하기 명세서, 청구범위 및 첨부 도면을 검토할 때 본 개시의 이들 및 다른 측면, 목적 및 특징부가 당업자에 의하여 이해되고 인식될 것이다. 본원에 개시된 각 실시예의 특징부는 다른 실시예의 특징부와 함께 또는 이의 대체물로서 사용될 수 있음을 또한 이해할 것이다.
다음은 첨부 도면에서의 도면을 설명한 것이다. 도면은 반드시 축척에 비례할 필요가 없으며, 도면의 특정 특징부와 특정 도면은 명확성 및 간결함을 갖는 방식으로 개략적이거나 축적상 과장되게 나타낼 수 있다.
도면에서,
도 1은 조명 시스템을 이용하는 수술실의 개략도이고;
도 2는 적응 조명(adaptive lighting)을 위해 구성된 조명 시스템을 포함하는 수술실의 개략도이고;
도 3은 조명 시스템의 개략도 조명 모듈이고;
도 4는 적응 조명을 위해 구성된 관절형 헤드 어셈블리를 포함하는 조명 시스템을 포함하는 수술실의 개략도이고;
도 5는 조명 모듈의 어레이를 포함하는 관절형 헤드 어셈블리를 포함하는 조명 시스템의 개략도이고;
도 6은 조명 모듈의 어레이를 각각 포함하는, 관절형 헤드 어셈블리의 어레이를 포함하는 조명 시스템의 개략도이고; 그리고
도 7은 본 개시에 따른 조명 시스템의 블록도이다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 다음의 구체적인 설명으로 제시될 것이고, 상기 설명으로부터 당업자에게 명백하거나 청구범위 및 첨부된 도면과 함께 다음의 설명에 기술되는 바와 같이 본 발명을 실시함으로써 인식될 것이다.
여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 2개 또는 그 이상의 품목 리스트에 사용되는 경우 리스트의 품목들 중 어느 하나가 그 자체로 채택될 수 있거나, 리스트의 품목들 중 2개 또는 그 이상의 조합이 채택될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 한 조성이 구성요소 A, B, 및/또는 C를 포함하는 것으로 설명되어 있다면, 그 조성은 A 단독; B 단독; C 단독; A 및 B의 조합; A 및 C의 조합; B 및 C의 조합; 또는 A, B 및 C의 조합을 포함할 수 있다.
본 문헌에서, 관계 용어들, 예를 들면 제1 및 제2, 상부 및 하부 등은 이러한 실체 또는 동작 간에 임의의 실제 이러한 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 시사함이 없이, 하나의 실체 또는 동작을 다른 실체 또는 동작과 구별하는 데에만 사용된다. 용어 "포함하다", "포함하는", 또는 그의 임의의 다른 변형은 요소들의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품, 또는 장치가 이들 요소들만을 포함할 뿐만 아니라 이러한 공정, 방법, 물품, 또는 장치에 대하여 명확히 열거되거나 고유하지 않은 다른 요소들을 포함할 수 있도록, 비-배타적인 포함을 포괄하도록 의도된 것이다. 　 "...를 포함한다"는 표현이 선행하는 요소는 추가 제약 없이, 그 요소를 포함하는 공정, 방법, 물품 또는 장치에 추가적인 동일한 요소들의 존재를 배제하지 않는다.
도 1을 참조하면, 조명 시스템(10)을 이용하는 수술실의 개략도가 보여진다. 조명 시스템(10)은 수술실(14)에 도시되고, 하나 이상의 광 어셈블리(18)를 포함한다. 광 어셈블리(18)는 하나 이상의 광원(20)을 포함할 수 있다. 조명 시스템(10)은, 조명 시스템(10)의 사용을 보조하기 위해 도시된 하나 이상의 이미저(22)를 포함할 수 있다. 이미저(22)는, 광 어셈블리(18) (예, 핸들 또는 몸체 내), 테이블(26), 웨어러블 장치(28) 내부 또는 이에 결합되어 위치하거나 그리고/또는 수술실(14) 주위에 위치할 수 있다. 이미저(22)는 전하 결합 소자(CCD)형 이미저, 상보적 금속 산화물 반도체(CMOS)형 이미저, 다른 유형의 이미저 및/또는 이들의 조합일 수 있다. 다양한 예시에 따라, 이미저(22)는, 환자, 테이블(26), 또는 수술실(14)의 다른 특징부에 의해 반사된 광을 집속하고/집속하거나 집중하기 위해 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.
테이블(26)은 수술 필드(surgical field, 30)를 적어도 부분적으로 정의할 수 있다. 본 개시의 목적을 위해, 수술 필드(30)는 수술이 수행되는 격리된 구역일 수 있는, 작동 필드일 수 있다. 수술 필드(30) 내의 모든 가구 및 장비는 멸균 드레이프로 덮일 수 있다. 수술실(14) 내에 위치하는 것은, 다양한 절차에 이용될 수 있는 하나 이상의 기기(34) 또는 도구일 수 있다. 수술실(14)과 연관하여 설명되었지만, 본 개시의 조명 시스템(10)을 다양한 환경에서 사용할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 조명 시스템(10)은 자동차 정비 구역, 의사 진료실, 치과 병원, 사진 스튜디오, 제조 세팅뿐만 아니라 동적인 조명 솔루션이 유리할 수 있는 다른 구역에서 이용될 수 있다.
테이블(26)은 수술 절차 중에 환자를 지지하도록 구성될 수 있다. 다양한 예에 따라, 테이블(26)은 정사각형, 직사각형 및/또는 타원형 구성을 가질 수 있다. 테이블(26)은 금속(예, 스테인리스 스틸), 고분자 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 다양한 예에 따라, 멸균 덮개(예, 천 또는 종이)가 테이블(26)의 표면에 걸쳐 위치할 수 있다. 테이블(26)은 기울어짐, 회전 및/또는 상승 또는 하강되도록 구성될 수 있다. 테이블(26)의 기울어짐은 테이블(26) 주위에 위치하는 사용자(예, 의료진)가 환자 및/또는 수술 필드(30)에 더욱 쉽게 접근시키는 데 유리할 수 있다. 기울어짐에 더하여, 테이블(26)은 X-Y 평면에 대해 상승 또는 하강, 회전 및/또는 활주하도록 구성될 수 있음을 이해할 것이다.
본 개시의 다양한 구현예에 의해 제공되는 바와 같이, 조명 시스템(10)은 수술실(14) 내의 조명 레벨을 검출하도록 구성된 적응 조명을 제공할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 기기(34) 및/또는 의료 인력(36)의 위치는 하나 이상의 그림자(38)가 형성하도록 할 수 있다. 시스템(10)의 하나 이상의 이미저(22)는 그림자(38)를 나타내는 이미지 데이터를 캡처하도록 구성될 수 있다. 이미지 데이터는 수술실(14) 및/또는 수술 필드(30)에서의 그림자(38)의 위치를 식별할 수 있는, 컨트롤러(40)에 공급될 수 있다. 그림자(38)를 식별하는 것에 응답하여, 컨트롤러(40)는 광 어셈블리(18)를 제어해서 광 어셈블리(18)로부터 방출된 광의 세기, 초점 및/또는 기점을 변경하여 그림자(38)를 비추도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 제어 루틴은, 다른 광원(20)이 차단되거나 그림자를 만들기 시작하는 경우에 광원(20) 중 하나 이상의 세기를 자동 조정할 수 있다.
일부 실시예에서, 본 개시는 수술실(14) 및/또는 수술 필드(30)의 잠재적으로 오염된 영역(42)의 검출 및/또는 처리를 추가로 제공할 수 있다. 오염된 영역(42)은, 먼지, 생물학적 물질, 및/또는 체액(예, 점액, 혈액, 타액, 소변 등)이 수술실(14) 내에 침착될 수 있는 영역에 대응할 수 있다. 이러한 물질은 수술실(14) 내의 환자 또는 인력이 흘린 하나 이상의 절차 또는 외래 오염물의 결과로서 침착될 수 있다. 이러한 실시예에서, 시스템(10)은 대략 25nm 내지 600nm 범위의 광의 검출 방출을 가지고 수술실(14) 내의 다양한 영역을 선택적으로 비추도록 구성될 수 있다. 검출 방출을 수신하는 것에 응답하여, 오염된 영역(42)은 검출 방출에서 하나 이상의 파장 밴드를 흡수할 수 있다. 다양한 흡수 레벨에 기초하여, 하나 이상의 이미저(22)는 오염된 영역(42)을 식별하도록 구성될 수 있다.
오염된 영역(42)을 식별하는 것 이외에, 시스템(10)은 오염된 영역(42)의 소독을 추가로 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 광 어셈블리(18)의 광원(20) 중 하나 이상은 살균 광(germicidal light)의 파장을 방출하도록 구성될 수 있다. 따라서, 수술실(14)에서 오염된 영역(42)을 식별하는 것에 응답하여, 컨트롤러(40)는 오염된 영역(42)을 차지할 수 있는 세균을 멸균하기 위해 살균 광의 살균 방출을 활성화시킬 수 있다. 본원에서 논의된 바와 같이, 오염된 영역(42)이 위치되는 수술실(14)의 영역의 선택적 조사는 광원(20)을 선택적으로 활성화시키고 살균 방출이 방출되는 곳으로부터 세기, 초점 및/또는 기점을 조정함으로써 조사될 수 있다. 살균 방출은 대략 260nm 내지 270nm 범위의 광의 파장을 포함할 수 있다. 이러한 파장은 수은계(Mercury-based) 램프, 자외선 발광 다이오드(Ultraviolet Light-Emitting Diode, UV-C LED) 램프, 및/또는 펄스형-제논 램프를 포함할 수 있는, 하나 이상의 광원(20)으로부터 방출될 수 있다.
광 어셈블리(18)는 다양한 구성을 취할 수 있다. 광 어셈블리는 하나 이상의 광원(20)을 포함할 수 있다. 제1 예에서, 광 어셈블리(18)는 모듈형이고 상호 연결되고 트랙 시스템에 의해 지지될 수 있다. 예를 들어, 광 어셈블리(18)는 원형, 타원형, 장방형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형 또는 고차 다각형 형상을 가질 수 있다. 상이한 광 어셈블리(18)가 상이한 형상을 취할 수 있고, 조명 시스템이 다양한 광 어셈블리(18)를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 광 어셈블리(18)의 트랙 시스템은 하나 이상의 광 어셈블리(18)를 다른 광 어셈블리(18)에 대해 이동시킬 수 있다. 광 어셈블리(18)의 형상은 광 어셈블리(18)가 광 어셈블리(18)의 에지를 따라 함께 "끼워맞춰"지거나 짝지을 수 있게 구성될 수 있다. 예를 들어, 정사각형 또는 삼각형 광 어셈블리(18)는 서로 접촉하여 군으로 되거나 분리되어 더 큰 형상(예, 크로스, 오각형, 자유 형태 등)을 형성할 수 있다. 다양한 예에 따라, 광 어셈블리(18)는 함께 스냅 맞춰지거나, 또는 이와 달리 전기적으로 및/또는 기계적으로 서로 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 어셈블리(18)는 일단 연결되면 서로 전력을 공유할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 조명 시스템(10)의 광 어셈블리(18)는 독립적으로 작동할 수 있고 서로 함께 작동할 수 있다. 예를 들어, 각각의 광 어셈블리는 컨트롤러(40)를 포함할 수 있고/있거나 컨트롤러(40)와 연통할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(40)는 일제히 컨트롤러(40)에 의해 제어되는 각각의 광 어셈블리(18)에 의해 형성되는 확장가능한(scalable) 시스템을 제공하는 광 어셈블리(18)의 광원(20) 중 하나 이상을 선택적으로 활성화시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 조명 시스템(10)은 본 개시에 따라 다양한 영구적 또는 영구적 설치물에서 스케일링(scale)되고 유연하게 구현될 수 있다.
또 다른 예에서, 광 어셈블리(18)는, 미러(41)와 함께 작동하도록 구성될 수 있다. 미러(41)는 테이블(26) 위에 위치할 수 있다. 도시된 예에서, 미러(41)는 수술실(14)의 천장에 위치하지만, 미러(41)는 추가적으로 또는 대안적으로 테이블(26) 위에 매달릴 수 있음을 이해할 것이다. 다양한 예에 따라, 광 어셈블리(18)에 의해 방출된 광이 테이블(26) 및/또는 환자를 향해 집속되고 반사될 수 있도록 미러(41)는 오목할 수 있다. 이러한 예에서, 광 어셈블리(18)는, 고리형으로 위치하고 미러(41)를 향해 광을 방출하도록 구성된 하나 또는 복수의 광원(20)을 포함할 수 있다. 광원(20)은 미러(41)의 주변부 및/또는 테이블(26)에 근접하여 위치할 수 있다. 광 어셈블리(18)의 이러한 예는, 광원(20) 및/또는 광 어셈블리(18)가 수술실(14)의 천장으로부터 떨어진, 일반적이지 않은 장소에 위치할 수 있게 하는 데 유리할 수 있다.
전술한 바와 같이, 광 어셈블리(18)는 가시광 및/또는 비가시광을 방출하도록 구성된 하나 이상의 광원(20)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원(20)은 가시광, 적외선 광(예, 근적외선 및/또는 원적외선) 및/또는 자외선 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 광원(20)은 제어된 주파수에서 스트로브될 수 있다. 광원(20)으로부터의 광의 가시광 예는 약 1,700K 내지 약 27,000K의 색 온도를 가질 수 있다. 광원(20) 중 하나 이상의 색 온도는 색 온도 범위에 걸쳐 가변적일 수 있다. 적외선을 방출하도록 구성된 광원(20)의 예에서, 적외선 광은 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 하나 이상의 안내 시스템(예, 스캐닝 및 제어 시스템)과 함께 사용될 수 있다. 자외선 광을 방출하는 광원(20)의 예에서, 자외선 광 단독, 또는 다른 특징부(예, TiO2 코팅, 필름 및/또는 페인트)와 조합하여 표면(예, 테이블(26), 기기(34), 광 어셈블리(18) 및/또는 수술실(14)의 다른 부분)의 세정, 위생 및/또는 멸균을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 자외선 광은, 세균, 바이러스를 죽이고/죽이거나 먼지 및 때를 제거하기 위한 광촉매 공정에서 사용될 수 있다.
광원(20)은 발광 다이오드, 백열등, 및 또는 기타 발광원일 수 있다. 광원(20)은 또한 형광 염료를 여기시키는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 이러한 예에서, 광은 여기 방출로 지칭될 수 있다. 여기 방출은 적외선, 가시광 및/또는 자외선 광일 수 있다. 이러한 예에서, 환자의 수술 부위(예, 절개 또는 개방된 체강) 내에 형광 염료를 적용하여, 환자에게 여기 방출을 인가함으로써 수술 부위가 가시광으로 형광을 낼 수 있도록 한다. 또한, 형광 염료를 운반할 수 있고/있거나 촉촉한 표면에서 광을 산란시킴으로써 눈부심을 감소시키도록 구성될 수 있는 환자의 수술 부위에 생분해성 분말을 적용할 수 있다. 이러한 예에서, 생분해성 분말은, 아래에 놓인 조직이 보여질 수 있을 만큼 투명할 수 있지만, 광이 정반사되지 않고 눈부심으로서 인식되지 않도록 광의 반사를 변경시킨다.
다양한 예에 따라, 광원(20) 중 하나 이상은, 하나의 회전성을 갖는 비 편광의 광 및/또는 편광의 광을 생성할 수 있는 광 엔진으로, 특정 액정 디스플레이(LCD), 레이저 다이오드, 발광 다이오드(LED), 백열 광원, 할로겐 광원 및/또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 광원(20)의 편광된 광의 예에서, 광원(20)은 광의 제1 회전성 편광을 방출하도록 구성된다. 다양한 예에 따라, 광의 제1 회전성 편광은 원형 편광 및/또는 타원형 편광을 가질 수 있다. 전자기학에서, 광의 원형 편광은, 각각의 지점에서 광파의 전기장은 일정한 크기를 가지나 이의 방향은 시간에 따라 광파의 방향에 수직인 평면에서 일정한 속도로 회전하는 편광 상태이다. 원형으로 편광된 파는, 2개의 가능한 상태, 전파 방향에 대해 오른손 방향으로 전기장 벡터가 회전하는 우 회전성 원형 편광, 그리고 왼손 방향으로 벡터가 회전하는 좌 회전성 원형 편광 중 한 상태일 수 있다. 회전성 관례를 사용하여, 전파 방향을 역행해 광원을 향해 왼쪽 또는 오른쪽 엄지 손가락을 지시한 다음 나머지 손가락이 말리는 쪽을 전기장의 일시 회전 방향에 일치시킴으로써, 좌 또는 우 회전성은 결정된다. 타원형으로 편광된 광은, 원형으로 편광된 실시예의 것과 실질적으로 유사한 방식으로 회전성을 갖는 것으로 또한 설명될 수 있지만, 전기 벡터는 회전하는 중에 크기가 변한다. 광의 원형 편광은, 광원(20)으로부터 선형으로 편광된 광이 일체식 또는 분리식 1/4 파장판을 통과하는 경우에 달성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 반사형 편광기를 사용할 수 있다. 반사형 편광기가 광원(20)에 사용되는 경우, 흡수형 편광기와는 대조적으로, 광원(20)에 의해 방출되는 "잘못된" 편광(예, 광의 제2 회전성 편광)인 광은 광원(20) 내로 다시 반사되고 여기서 편광기를 향해 다시 반사되고 "탈편광"될 수 있다.
광원(20)의 편광된 예에서, 환자의 수술 부위가 광원(20)으로부터의 광의 제1 회전성 편광에 의해 비추어짐에 따라, 환자의 내부에 존재하는 수분 또는 물은 광의 제1 회전성 편광을 광의 제2 회전성 편광으로서 정반사하는 경향이 있을 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 회전성 편광은 환자로부터 일단 정반사되면, 광의 제2 회전성 편광을 형성하도록 회전성이 역전될 수 있고, 인간 및/또는 기계 관찰자(예, 이미저(22))에 의해 눈부심으로서 인지될 수 있다. 일반적으로, 눈부심은, 수막 표면과 같은 매끄러운 표면에서 조명광의 정반사에 의해 야기되는 효과이다. 이러한 눈부심은, "눈부심" 이미지가 주변 물체보다 밝게 보이기 때문에, 반사 표면 아래에 있는 물체의 세부 사항을 시각적으로 가릴 수 있고 주변 물체를 모호하게 할 수 있다. 반사된 광의 제2 회전성 편광은 광의 제1 회전성 편광과 반대일 수 있다. 광의 제1 회전성 편광이 원형으로 편광된 예에서, 광의 제1 및 제2 편광은 서로 반대인 원형으로 편광된다. 즉, 광의 제1 및 제2 편광은 반대의 회전성(예, 좌 회전성 및 우 회전성)을 가질 수 있다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 광학 필터는 웨어러블 장치(28) 내에, 사용자와 환자 사이에 위치한 필터에, 이미저(22) 내에 그리고/또는 광 어셈블리(18)의 이동식 스크린 실시예에 통합될 수 있다.
광원(20)은 발광 다이오드, 백열등, 및 또는 기타 발광원일 수 있다. 광원(20)은 또한 형광 염료를 여기시키는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 이러한 예에서, 광은 여기 방출로 지칭될 수 있다. 여기 방출은 적외선, 가시광 및/또는 자외선 광일 수 있다. 이러한 예에서, 환자의 수술 부위(예, 절개 또는 개방된 체강) 내에 형광 염료를 적용하여, 환자에게 여기 방출을 인가함으로써 수술 부위가 가시광으로 형광을 낼 수 있도록 한다. 또한, 형광 염료를 운반할 수 있고/있거나 촉촉한 표면에서 광을 산란시킴으로써 눈부심을 감소시키도록 구성될 수 있는 환자의 수술 부위에 생분해성 분말을 적용할 수 있다. 이러한 예에서, 생분해성 분말은, 아래에 놓인 조직이 보여질 수 있을 만큼 투명할 수 있지만, 광이 정반사되지 않고 눈부심으로서 인식되지 않도록 광의 반사를 변경시킨다.
도 2는 적응 조명을 위해 구성된 조명 시스템을 포함하는 수술실의 개략도를 도시한다. 이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 조명 시스템(10)은 하나 이상의 이미저(22)를 포함할 수 있다. 이미저(22)는 수술실(14) 및/또는 수술 필드(30)의 적어도 일부분을 캡처하는 시계(50)에서 이미지 데이터를 캡처하도록 구성될 수 있다. 이미저(22)는, 조명 시스템(10)의 컨트롤러(40)에 시각 정보를 전달(relay)하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(40)는 메모리 및 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리는 프로세서에 의해 제어되는 컴퓨터 실행가능 명령어(예, 루틴)를 저장할 수 있다. 다양한 예에 따라, 메모리는 광 제어 루틴 및/또는 이미지 분석 루틴을 포함할 수 있다. 이미지 분석 루틴은 이미저(22)로부터 데이터를 처리하도록 구성된다. 예를 들어, 이미지 분석 루틴은, 수술 필드(30)의 그림자 및 광도, 안내 시스템으로부터의 광, 관심 지점 (예, 테이블(26) 주위의 사용자, 웨어러블 장치(28)) 위치 및/또는 사용자로부터의 제스처를 식별하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(40)는 시스템(10)의 예시적인 블록도를 도시하는, 도 7을 참조하여 더 논의된다.
다양한 예에 따라, 이미지 분석 루틴은, 이미지 내에서 복수의 마커(42)의 위치를 식별하도록 또한 구성될 수 있다. 마커(42)는, 이미지에서 관심 지점을 지정하는 기호, 컴퓨터 판독 가능 코드 및/또는 패턴일 수 있다. 예를 들어, 복수의 마커(42)는 수술 필드(30) 주위에 위치할 수 있어서, 이미지 분석 루틴은 수술 필드(30)의 주변부를 결정할 수 있다. 또한, 하나 이상의 마커(42)는 기기(34), 사용자, 수술실(14) 내의 관심 지점 및/또는 환자 위에 위치할 수 있다. 이미지 분석 소프트웨어는 마커(42) 및/또는 수술 필드(30)에 의해 표시된 주변부 외부의 안내 시스템으로부터의 광을 추적할 수도 있고 추적하지 않을 수도 있다.
이미지 분석 루틴이 이미저(22)로부터의 데이터를 일단 처리하면, 광 제어 루틴은 광 어셈블리(18)의 작동 방법을 제어할 수 있다. 예를 들어, 광 제어 루틴은, 광 어셈블리(18)를 이동시키거나, 운전하거나, 활성화하거나, 또는 달리 영향을 끼쳐서 (예를 들어, 안내 시스템으로부터 측정되는 바와 같이) 사용자가 보고 있거나 일하는 곳에 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 시스템(10)은 하나 이상의 광원(20)의 위치 및/또는 투사 방향(56)을 조정하도록 구성된 전자-기계 시스템에 해당할 수 있는, 하나 이상의 위치설정 장치(54)(예, 모터, 액추에이터 등)를 포함할 수 있다. 광원(20)의 정적, 또는 고정된 예에서, 광원(20)은 다양한 소정의 지점(예, 환자 및/또는 테이블(26) 상에)에 집중할 수 있도록 할당될 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(40)는 시스템(10)을 처리하고 제어해서 광 제어 루틴을 완료할 수도 있다. 광 제어 루틴은 광원(20)으로부터 조명 방출(58)을 선택적으로 활성화 및/또는 조종(steer)하여 수술실(14) 내의 그림자(38) 또는 조사 변화에 기초하여 조명 방출의 배향, 위치 및/또는 기원 지점을 조정할 수 있다. 광 제어 루틴은 조명 방출(58)의 위치 또는 배향을 점진적으로 조정하여 불편하게 빠른 조명의 스위칭을 최소화할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템(10)은 수술실의 다양한 부분의 검출 및 선택적 조명을 제공할 수 있다.
광원(20)과 연관하여 설명된 임의의 특징부 및 모든 특징부는 광 어셈블리(18)의 예시 중 임의의 것 및 전부에 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 원 위치 광 어셈블리(18)는, 픽셀화 및/또는 독립적으로 이동 가능한 광원(20)을 포함할 수 있는 반면, 이동식 광 어셈블리(18)는 편광된 광을 방출할 수 있다. 또한, 광원(20)의 조종 가능한 예는, 광 어셈블리(18) 예 중 어느 하나에 적용될 수 있다.
다양한 예에 따라, 수술실(14) 내에 위치한 한 명 이상의 사용자는 웨어러블 장치(28)를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치(28)는 안경류(예, 보안경, 안경), 헤드웨어(예, 안면 보호대, 헬멧, 바이저 등), 의복 및/또는 이들의 조합일 수도 있다. 안경류 예에서, 웨어러블 장치(28)는 광의 하나 이상의 파장 또는 파장 밴드를 (예를 들어, 증가된 투과율에 의해) 향상시키거나 제거하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전술한 형광 염료를 사용하는 경우, 웨어러블 장치(28)는 형광 염료로부터 방출된 파장의 모든 광이 웨어러블 장치(28)를 통과하도록 할 수 있다. 이러한 특징부는, 수술 부위의 인지된 휘도를 더 높게 생성할 수 있는 형광 염료의 가시성을 더 크게 허용하는 데 유리할 수 있다.
다른 예에서, 웨어러블 장치(28)는 광의 하나 이상의 편광을 제거하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 정반사된 원형 편광된 광은 회전성을 뒤집을 수 있다. 웨어러블 장치(28)는, 눈부심을 최소화하기 위해 광의 제2 회전성 편광을 제거하면서 광의 제1 회전성 편광을 통과시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 다양한 예에 따라, 편광 필터링은 웨어러블 장치(28) 내의 광학 필터에 의해 달성될 수 있다. 광학 필터는 광의 제2 회전성 편광을 반사 및/또는 흡수하도록 구성된다. 광학 필터는 하나 이상의 반사형 편광기 및/또는 흡수형 편광기를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 광학 필터는 편광기로서 지칭될 수 있다. 반사형 편광기 예는, 1/4 파장판 또는 광학 리타더를 더한 선형 그리드 편광기, 1/4 파장판, 광학 리타더 및/또는 액정 재료를 갖는 이중 밝기 향상 필름(DBEF) 편광기와 같은 다층 플라스틱 필름을 포함할 수 있다. 광학 필름의 DBEF 필름 또는 흡수형 편광기 예는, 광학 필터 상에 입사하는 광의 제1 회전성 편광 및/또는 주변 광의 투과율을 약 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 45%, 49%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 또는 약 99% 초과해서 가질 수 있다. 또한 광학 필터는, 광의 제2 회전성 편광의 약 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 45%, 49%, 50%, 60%, 70%, 80%, 99% 이상의 반사율 및/또는 흡광도를 가질 수 있다. 광의 제2 회전성 편광을 제거하면 수술 부위에서 인지된 눈부심을 감소하고/감소하거나 제거할 수 있다. 광학 필터를 통과한 광의 제1 회전성 편광의 색상은, 가시적인 자연 색상에 영향을 미치지 않도록 상당히 중립적인 회색일 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 웨어러블 장치(28)는, 상이한 사용자에게 상이한 조명을 제공하도록 광 어셈블리(18)와 조명 시스템(10) 중 하나 이상에 셔터링되고 연결될 수 있다. 예를 들어, 광원(20)의 스트로브 예에서, 상이한 웨어러블 장치(28)는 상이한 셔터 속도 및 지연을 제공할 수 있어, 광의 인지된 세기가 상이한 사용자에게 상이하도록 한다. 이러한 특징부는 웨어러블 장치(28) 내에 프로그래밍될 수 있거나 수술하는 동안 동적으로 조정될 수 있다.
다양한 예에 따라, 웨어러블 장치(28)는 광을 반사하고/반사하거나 방출하도록 구성될 수 있다. 반사 예에서, 웨어러블 장치(28)는 광 어셈블리(18) 중 하나 이상으로부터의 광을 수집, 반사, 방향 재설정 및/또는 집속하도록 구성된 미러(41) 또는 다른 반사성 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치(28)의 반사 요소는, 반사 요소의 반사 축을 변화시켜서 광 어셈블리(18)로부터 착용자가 보고 있는 곳으로 광의 방향을 재설정하는 하나 이상의 검류계 및/또는 자이로스코프를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 웨어러블 장치(28)는 하나 이상의 광원(20)을 포함할 수 있다. 광원(20)의 효율은, 착용자가 수술 필드(30)를 보고 있는지 유무에 기초하여 광원(20)을 켜고 끔으로써, (예를 들어, 멀리 가리키는 광원(20)을 끄면서) 필드(30)에서 가리키는 광원(20)만 켬으로써, 그리고/또는 사용자가 보고 있는 구역의 측정된 조명 및/또는 그림자에 기초하여 광의 세기를 조정함으로써, 증가될 수 있다. 다양한 예에 따라, 웨어러블 장치(28)는 종래의 조명 시스템에 비해 경량이고/경량이거나 배터리 시간이 증가될 수 있다. 또한, 웨어러블 장치(28)는 무선일 수 있다. 또한, 안경류 예에서의 웨어러블 장치(28)는 광의 배율을 제공할 수 있다.
다양한 예에 따라, 웨어러블 장치(28)는 하나 이상의 안내 시스템을 포함할 수 있다. 안내 시스템은, 착용자가 보고 있고/있거나 일하는 곳을 나타낼 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 안내 시스템은, 가시광 및/또는 비 가시광(예, 적외선)을 방출하는 레이저를 포함할 수 있다. 안내 시스템으로부터 방출된 광은 이미저(22)에 의해 추적될 수 있고 조명 시스템(10)에 전달될 수 있다. 안내 시스템으로부터 방출된 광의 이러한 추적은, 조명 시스템(10)으로 하여금 사용자가 보고 있는 광 어셈블리(18)로부터 광을 방출시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 조명 시스템(10)은, 수술실(14)로부터 및/또는 수술 필드(30)로부터 이미지 데이터를 캡처하는 하나 이상의 이미저(22)를 포함할 수 있다. 이미저(22)는 조명 시스템(10)의 컨트롤러에 시각 정보를 전달하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(40)는 메모리 및 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리는 프로세서에 의해 제어되는 컴퓨터 실행가능 명령어(예, 루틴)를 저장할 수 있다. 다양한 예에 따라, 메모리는 광 제어 루틴 및/또는 이미지 분석 루틴을 포함할 수 있다. 이미지 분석 루틴은 이미저(22)로부터 데이터를 처리하도록 구성된다. 예를 들어, 이미지 분석 루틴은, 수술 필드(30)의 그림자 및 광도, 안내 시스템으로부터의 광, 관심 지점 (예, 테이블(26) 주위의 사용자, 웨어러블 장치(28)) 위치 및/또는 사용자로부터의 제스처를 식별하도록 구성될 수 있다. 다양한 예에 따라, 이미지 분석 루틴은, 이미지 내에서 복수의 마커(42)의 위치를 식별하도록 또한 구성될 수 있다. 마커(42)는, 이미지에서 관심 지점을 지정하는 기호, 컴퓨터 판독 가능 코드 및/또는 패턴일 수 있다. 예를 들어, 복수의 마커(42)는 수술 필드(30) 주위에 위치할 수 있어서, 이미지 분석 루틴은 수술 필드(30)의 주변부를 결정할 수 있다. 또한, 하나 이상의 마커(42)는 기기(34), 사용자, 수술실(14) 내의 관심 지점 및/또는 환자 위에 위치할 수 있다. 이미지 분석 소프트웨어는 마커(42) 및/또는 수술 필드(30)에 의해 표시된 주변부 외부의 안내 시스템으로부터의 광을 추적할 수도 있고 추적하지 않을 수도 있다.
이미지 분석 루틴이 이미저(22)로부터의 데이터를 일단 처리하면, 광 제어 루틴은 광 어셈블리(18)의 작동 방법을 제어할 수 있다. 예를 들어, 광 제어 루틴은, 광 어셈블리(18)를 이동시키거나, 조종하거나, 활성화하거나, 또는 이와 달리 영향을 끼쳐서 (예를 들어, 안내 시스템으로부터 측정되는 바와 같이) 사용자가 보고 있거나 일하는 곳에 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 제1 예에서, 광 제어 루틴은 광원(20)으로부터의 방출 광을 조종하거나 이와 달리 이동시켜, 사용자가 보고 있는 곳, 및/또는 손과 기기(34)가 위치하는 곳을 추적하도록 할 수 있다. 광 제어 루틴은 사용자 시선의 움직임에 대한 광의 이동 속도를 느리게 해서, 불편하게 빠른 조명의 스위칭을 최소화할 수 있다. 제2 예에서, 사용자의 시선이 수술 필드(30)의 외부에서 검출되는 경우, 광 어셈블리(18)는 마지막으로 알려진 시선 위치를 향해 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 또한, 광 제어 루틴은, 웨어러블 장치(28) 상에 위치한 하나 이상의 광원(20)을 끄도록 구성되어 자신의 전력을 보존할 수 있다. 제3 예에서, 광 제어 루틴은 제스처 제어에 기초하여 조명 어셈블리(18) 중 하나 이상을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상이한 조명 어셈블리(18)로부터의 광이 유도되는 곳을 제스처로 표시할 수 있다(예, 제1 광원(20)이 빛나야 하는 지점에는 손가락 하나, 제2 광원(20)이 빛나야 하는 위치에 손가락 둘을 표시함). 광 제어 루틴이 반응할 수 있는 다른 예시적인 제스처는, 광 빔을 확대하거나 수축하기 위해 손가락으로 꼬집는 것을 포함할 수 있다. 광원(20)으로부터의 광을 조종하는 것은 전술한 방법 중 어느 하나에 의해 달성될 수 있다. 다른 예에서, 광 제어 루틴은 사용자 위(예, 머리 또는 손/장갑 위)에 위치하는 마커의 지점 및 배향에 반응할 수 있다.
예를 들어, 광 어셈블리(18)로부터의 비춤은 사용자의 머리 및/또는 손 위의 배향에 기초하여 이동되거나 변경될 수 있다. 또한, 광 제어 루틴은, 광원(20) 중 하나 이상으로부터 웨어러블 장치(28)의 반사기로 광을 유도하거나 조종하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자, 및 마커 움직임을 모니터링함으로써, 이미지 분석 루틴은 반사기의 위치를 결정할 수 있고, 이를 향해 적당한 각도로 광을 방출하여 수술 부위를 비출 수 있다. 제4 예에서, 이미저(22) 중 하나 이상은 그림자를 검출할 수 있는 가시광 카메라일 수 있고, 광 제어 루틴은 이에 따라 조명을 변경할 수 있다. 예를 들어, 광 제어 루틴은, 다른 광원(20)이 차단되거나 그림자를 만들기 시작하는 경우에 광원(20) 중 하나 이상의 세기를 자동 조정할 수 있다. 광 제어 루틴은 또한 본원에서 제공된 교시로부터 벗어나지 않으면서 음성(voice) 또는 기계적 입력(예, 풋(foot))을 통해 제어될 수도 있음을 이해할 것이다. 제5 예에서, 광 제어 루틴은 하나 이상의 광을 자동으로 끄도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원(20)이 사용자의 눈에서 빛나거나 조명 각도 및 사용자 위치 때문에 눈부심을 만드는 것을 광 제어 루틴이 검출하는 경우, 광 제어 루틴은 자동적으로 불쾌감을 유발하는 광원을 끄고, 다른 광원(20)을 활성화 및/또는 다른 광원의 휘도를 증가시킴으로써 보상한다.
여전히 도 2를 참조하면, 일부 실시예에서, 이미저(22)는 하나 이상의 적외선 방출기(60)와 함께 사용될 수 있다. 도 2에서 단일 적외선 방출기로서 입증되었지만, 시스템(10)은 광 어셈블리(18) 전체에 분포된 복수의 적외선 방출기를 포함할 수 있다. 작동시, 적외선 방출기(60)는 적외선 도트들(64)의 필드를 포함하는 적외선 방출(62)을 수술실(14) 내로 투사할 수 있다. 적외선 도트들(64)은 시계(50)를 나타내는 이미저(22)에 의해 캡처된 이미지 데이터에 기초하여 컨트롤러(40)의 하나 이상의 이미지 프로세서에 의해 검출될 수 있다. 검출에 응답하여, 컨트롤러(40)는 적외선 도트들(64)의 상대적 위치를 식별하고 광원(20) 및 위치결정 장치(54) 중 하나 이상을 제어하여 조명 방출(58)을 유도해서 수술실(14)에서 원하는 위치를 비추도록 할 수 있다.
컨트롤러(40)는 하나 이상의 이미지 분석 루틴 및 수술실(14)의 3차원 맵을 적용하여 수술실(14)에서 적외선 도트들(64)의 위치를 식별할 수 있다. 3차원 맵을 이용하여, 전술한 광 제어 루틴 작동 중 어느 하나가 수행될 수 있다. 추가적으로, 조명 방출(58)(또는 본원에서 논의된 다양한 전자기 방출)을 유도하기 위해서, 광원(20) 각각의 위치 및 투사 방향(56)의 임의의 움직임이 컨트롤러(40)에 보정될 수 있다. 따라서, 그림자(38)의 위치 또는 임의의 관심 지점이 적외선 도트들(64)에 기초하여 컨트롤러(40)에 의해 식별되면, 컨트롤러(40)는 조명 방출(58) 중 하나 이상을 선택적으로 유도하여 그림자(38)를 비출 수 있다. 이러한 방식으로, 컨트롤러(40)는, 수술실(14)의 원하는 영역 또는 일부를 조명하기 위해 광원(20)의 활성화, 배향 및/또는 기점을 제어할 수 있다.
컨트롤러(40)는 또한 하나 이상의 이미지 인식 기술을 적용하여 그림자(38)의 위치 또는 다양한 다른 관심 지점(예, 오염된 영역(42)) 또는 수술실의 임의의 다양한 부분 또는 영역을 식별하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조명 시스템(10)은 기기(34)의 위치 및 사용을 추적하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 기기(34)는 이미저(22)에 의해 보일 수 있는 페인트, 마커 및/또는 표시자(예를 들어, 적외선 반사체 및/또는 형광물)를 포함할 수 있다. 또한, 컨트롤러(40)는, 시계(50) 내의 이미지 데이터에 캡처된 인력(36), 테이블(26), 환자, 또는 다양한 형상 또는 캐릭터들의 하나 이상의 부분을 검출하도록 구성될 수 있다. 기기(34)는, 유형(예, 소모성 대 비 소모성) 및/또는 이를 사용하거나 위치시키는 조작자에 의해 코딩될 수 있다. 기기(34)는, 이미저(22)에 보여짐으로써 수술 필드(30)에 진입하고 빠져나갈 시 추적될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 기기(34)는, 존재 검출를 위해 컨트롤러(40)에 의해 식별될 수 있고 삼각측량 또는 다른 방법에 기초하여 위치될 수 있는, 무선 주파수 식별 추적 장치를 포함할 수 있다.
여전히 도 2를 참조하면, 시스템(10)은 수술실(14) 및/또는 수술 필드(30)의 잠재적으로 오염된 영역들(42)을 검출 및/또는 멸균하도록 추가로 구성될 수 있다. 오염된 영역(42)은, 먼지, 생물학적 물질, 및/또는 체액(예, 점액, 혈액, 타액, 소변 등)이 수술실(14) 내에 침착될 수 있는 영역에 대응할 수 있다. 이러한 물질은 수술실(14) 내의 환자 또는 인력이 흘린 하나 이상의 절차 또는 외래 오염물의 결과로서 침착될 수 있다. 이러한 실시예에서, 시스템(10)은 검출 방출(72)을 갖는 수술실(14) 내의 다양한 영역을 선택적으로 비추도록 구성된 하나 이상의 검출 방출기(70)를 포함할 수 있다. 검출 방출(72)은 약 25nm 내지 600nm 범위의 광으로 구성될 수 있다. 검출 방출을 수신하는 것에 응답하여, 오염된 영역(42)은 검출 방출(72)에서 하나 이상의 파장의 밴드를 흡수할 수 있다. 다양한 수준의 흡수에 기초하여, 하나 이상의 이미저(22)는 오염된 영역(42)을 식별하도록 구성될 수 있다. 이미저(22)는 검출 오염된 영역(42)을 강조하거나 개선할 수 있는 하나 이상의 색 필터 또는 유색 렌즈(예, 노랑색 또는 오렌지색 렌즈)를 포함할 수 있다.
오염된 영역(42)을 식별하는 것 이외에, 시스템(10)은 오염된 영역(42)의 소독을 추가로 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 광 어셈블리(18)의 광원(20)은 살균 광의 파장을 포함하는 방출(82)을 멸균하도록 구성된 하나 이상의 멸균 방출기(80)를 포함할 수 있다. 따라서, 수술실(14)에서 오염된 영역(42)을 식별하는 것에 응답하여, 컨트롤러(40)는 살균 광의 멸균 방출(82)을 활성화시켜서 방출(82)이 멸균을 위해 오염된 영역(42)에 충돌하게 할 수 있다. 멸균 방출(82)은 약 250nm 내지 290nm 범위의 광의 파장을 포함할 수 있다. 이러한 파장은 수은계(Mercury-based) 램프, 자외선 발광 다이오드(Ultraviolet Light-Emitting Diode, UV-C LED) 램프, 및/또는 펄스형-제논 램프를 포함할 수 있는, 광원(20) 중 하나 이상으로부터 방출될 수 있다.
도 3을 참조하면, 조명 어셈블리의 예시적인 실시예의 개략도 조명 모듈이 보여지고 조명 모듈(90)로 지칭될 것이다. 조명 모듈(90)은 하우징(91) 또는 인클로저에 배치된 복수의 광원(20)을 포함할 수 있다. 하우징(91)은 광원(20), 하나 이상의 이미저(22)를 수용하도록 구성될 수 있고, 위치결정 장치(54) 중 하나 이상에 매달리거나 그렇지 않으면 장착되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 조명 모듈(90)은 다양한 응용예에서 이용될 수 있는 모듈형 어셈블리를 제공할 수 있다.
조명 모듈(90)의 광원들은 복수의 가시광 광원(92)을 포함할 수 있다. 가시광 광원(92)은 광의 상이한 색 온도를 방출하도록 구성된 둘 이상의 상이한 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 가시광 광원(92a)은 따뜻한 광 방출(94a)(예, 대략 4000K 색온도)을 방출하도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 가시광 광원(92b)은 차가운 광 방출(94b)(예, 대략 6500K 색온도)을 방출하도록 구성될 수 있다. 각각의 방출(94a 및 94b)은 본원에서 논의된 특정 색 온도로 한정되지 않을 수 있다. 따라서, 따뜻하고 차다는 용어는 예시적인 실시예에서 방출(94a 및 94b)의 상대적 색 온도를 지칭할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(40)는 각각의 광원(92a, 92b)을 선택적으로 활성화시켜 방출(94a 및 94b)을 방출할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템(10)은, 원하는 조명 세기, 광 빔 정도 또는 범위, 및 색 온도를 제어하여 동적 조명을 제어하도록 작동 가능한 조명 모듈을 제공할 수 있다.
광원(20)은 적외선 방출기(60), 검출 방출기(70) 및/또는 멸균 방출기(80) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 적외선 방출기(60)는 적외선 도트들(64)을 포함하는 적외선 방출(62)을 수술실(14) 내로 투사할 수 있다. 검출 방출기(70)는 멸균을 위해 하나 이상의 오염된 영역(42)을 선택적으로 비추기 위해 수술실(14) 내로 검출 방출(72)을 방출하도록 구성될 수 있다. 멸균 방출기(80)는 오염된 영역(42)이 식별되는 컨트롤러(40)에 의해 식별된 하나 이상의 특정 위치를 포함하는 수술실(14)을 멸균하기 위해 멸균 방출(82)을 방출하도록 구성된다. 따라서, 다양한 실시예에서, 본 개시는 수술실(14) 또는 다양한 유사한 적용예들에서 구현될 수 있는 다목적 지능형 적응 조명 시스템을 제공한다.
도 4는 관절형 헤드 어셈블리(100)를 포함하는 조명 시스템(10)을 포함하는 수술실(14)의 개략도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 관절형 헤드 어셈블리(100)는 본 개시에 따른 하나 이상의 위치결정 장치(54)의 예시적인 실시예로서 기능할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 조명 모듈(90)은 헤드 어셈블리(100)에 의해 수술실(14)의 천장에 매달려 있는 것으로 도시되어 있다. 헤드 어셈블리(100)는 조명 모듈(90)의 하우징(91)과 연결될 수 있다. 헤드 어셈블리(100)는 제1 축(104a)(예, Y 축)을 중심으로 조명 모듈(90)을 회전시키도록 구성된 제1 액추에이터(102a)를 포함할 수 있다. 헤드 어셈블리(100)는 제2 축(104b)(예, X 축)을 중심으로 조명 모듈(90)을 회전시키도록 구성된 제2 액추에이터(102b)를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 조명 모듈(90)은 수술실(14) 내의 테이블(26) 위에 매달릴 수 있고, 컨트롤러(40)는, 방출(예, 60, 70, 80, 94a, 및/또는 94b) 각각뿐만 아니라, 수술실 전체에 걸쳐 이미저(22)의 시계(50)를 조준하거나 유도하기 위해 액추에이터(102a 및 102b)를 제어하도록 구성될 수 있다.
헤드 어셈블리(100)는 액추에이터(102a 및 102b)의 이동(예, 회전 작동)에 반응하여 조작되거나 조정될 수 있는, 하나 이상의 짐발형 아암을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 컨트롤러(40)는, 제1 축(104a) 및 제2 축(104b)을 중심으로 조명 모듈(90)의 회전을 제어함으로써 액추에이터(102a, 102b)의 각각을 제어하여 헤드 어셈블리(100) 상의 조명 모듈(90)의 배향을 조작하도록 구성될 수 있다. 조명 모듈(90)의 이러한 조작은 컨트롤러(40)가 광원(20)과 이미저(22)를 유도해서 수술실(14)의 전체 바닥 표면(106)을 조사, 멸균 및/또는 검출하게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템(10)은 본원에서 논의된 바와 같이 하나 이상의 광 어셈블리(18)에 대해 증가된 운동 범위 및 증가된 작동 영역을 제공할 수 있다.
본원에서 논의된 위치설정 장치(54) 및 액추에이터(102a, 102b)는 하나 이상의 전기 모터(예, 서보 모터, 스텝퍼 모터 등)에 대응할 수 있다. 따라서, 각각의 위치설정 장치(54)(예, 액추에이터(102))는, 광 모듈(18)을 지지할 수 있는 다른 지지 구조체 또는 헤드 어셈블리(100)의 경계 제약 조건 내에서 또는 360도로 조명 모듈을 회전하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(40)는 위치설정 장치(54)를 제어하여 광원(20)의 각각의 방출(예, 60, 70, 80, 94a 및/또는 94b) 뿐만 아니라 이미저(22)의 시계(50)를 유도해서 수술실(14) 내의 원하는 위치를 타겟팅할 수 있다. 원하는 위치를 타겟팅하도록 조명 모듈(90)을 정확하게 유도하기 위해서, 컨트롤러(40)는, 수술실(14)의 그리드 또는 작업 테두리 내의 위치를 타겟팅하도록 조명 모듈(90)의 위치를 제어하기 위해 교정될 수 있다. 이러한 시스템의 교정은, 시간이 지남에 따라 발생할 수 있는 위치설정 장치(54)와 액추에이터(102a, 102b)의 작동시 변동에 기인한 교정 업데이트 또는 보상 형태의 유지 보수를 요구할 수 있다.
일부 실시예에서, 광 어셈블리(18)는 또한 트랙 어셈블리 상에 위치될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 광 어셈블리(18)는 또한 제1 축(104a) 및 제2 축(104b)을 따라 병진되도록 구성될 수 있다. 이러한 조명 시스템(10)의 구성은, 컨트롤러(40)가 광원(20)의 방출(예, 60, 70, 80, 94a, 및/또는 94b)에 의해 폐색되거나 이와 달리 도달할 수 없는 수술실(14)의 영역, 뿐만 아니라 이미저(22)의 시계(50)에 도달할 수 있도록 더 큰 범위의 이동을 제공할 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 조명 모듈(90)의 조명 모듈 어레이(112)를 포함하는 관절형 헤드 어셈블리(110)를 포함하는 조명 시스템(10)의 개략도가 도시된다. 관절형 헤드 어셈블리(100)와 유사하게, 관절형 헤드 어셈블리(110)는 본 개시에 따른 하나 이상의 위치결정 장치(54)의 예시적인 실시예로서 기능할 수 있다. 도시된 예시적 실시예에서, 관절형 헤드 어셈블리(110)는 조명 모듈(90) 중 5개를 포함한다. 조명 모듈(90)은 복수의 지지 아암(116)을 포함하는 중앙 제어 아암(114)으로부터 매달려 있을 수 있다. 지지 아암(116)의 각각으로부터 연장되는 경우, 측방향 지지 빔(118a, 118b) 또는 날개(wing)는 대향하는 방향으로 아암(116)의 각각으로부터 측방향으로 바깥쪽으로 연장될 수 있다. 이러한 구성에서, 조명 모듈(90)은 분포된 배열로 중앙 제어 아암(114)에 의해 지지된다.
중앙 제어 아암(114)은 제1 축(122a)(예, Y 축)을 따라 지지 하우징(120)으로부터 매달려 있을 수 있다. 지지 하우징(120)은 컨트롤러(40) 및 제1 축을 중심으로 중앙 제어 아암(114)을 회전시키도록 구성된 제1 액추에이터(124a)를 포함할 수 있다. 제1 조명 모듈(90a)은 지지 아암들(116) 사이에서 연장되는 제2 축(122b)(예, X축)을 따라 현탁될 수 있다. 제2 액추에이터(124b)는 지지 아암(116) 및 제1 조명 모듈(90a)과 연결될 수 있다. 제2 액추에이터(124b)는 제2 축(122b)을 중심으로 제1 조명 어셈블리(124a)를 회전시키도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 컨트롤러(40)는 제1 조명 모듈(90a)의 방출 방향을 제어하여 제1 축(122a) 및 제2 축(122b)을 중심으로 약 360도 회전할 수 있다.
각각의 측방향 지지 빔(118)은 한 쌍의 조명 모듈(90)을 지지할 수 있다. 즉, 제1 지지 빔(118a)은 제1 측부(126) 상의 제2 조명 모듈(90b) 및 제2 측부(128) 상의 제3 조명 모듈(90c)을 지지할 수 있다. 제1 지지 빔(118a)의 제1 측부(126) 및 제2 측부(128)는 제3 축(122c)을 따라 제1 지지 빔(118)으로부터 대향하는 방향으로 연장될 수 있다. 제2 지지 빔(118b)은 제1 측부(126) 상의 제4 조명 모듈(90d) 및 제2 측부(128) 상의 제5 조명 모듈(90e)을 지지할 수 있다. 제2 지지 빔(118b)의 제1 측부(126) 및 제2 측부(128)는 제4 축(122d)을 따라 제1 지지 빔(118)으로부터 대향하는 방향으로 연장될 수 있다. 제3 축(122c) 및 제4 축(122d)은 제2 축(122b)에 수직으로 연장될 수 있다.
제1 지지 빔(118a) 및 제2 지지 빔(118b) 각각은 지지 아암들(116)의 각각에 연결될 수 있고 제1 조명 모듈(90a)과 제2 축(122b)을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 각각의 측방향 지지 빔(118a, 118b)은 제3 축(122c) 및 제4 축(122d)을 중심으로 조명 모듈들(90b, 90c, 90d, 90e)을 회전시키도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 지지 빔(118a)은 제3 축(122c)을 따라 제2 조명 모듈(90b) 및 제3 조명 모듈(90c)과 연결되어 있는 제3 액추에이터(124c)를 포함할 수 있다. 제2 지지 빔(118b)은 제4 축(122d)을 따라 제4 조명 모듈(90d) 및 제4 조명 모듈(90e)과 연결되어 있는 제4 액추에이터(124d)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 컨트롤러(40)는 제2 액추에이터(124b)를 제어하여 제2 축(122b)을 중심으로 각각의 조명 모듈(90b, 90c, 90d, 90e)을 회전시킬 수 있다. 추가적으로, 컨트롤러(40)는 제3 액추에이터(124c)를 제어하여 제3 축(122c)을 중심으로 제2 및 제3 조명 모듈들(90b, 90c)을 회전시킬 수 있다. 마지막으로, 컨트롤러(40)는 제4 액추에이터(124d)를 제어하여 제4 축(122d)을 중심으로 제4 및 제5 조명 모듈들(90d, 90e)을 회전시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 각각의 조명 모듈(90)은 이미저(22)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 관절형 헤드 어셈블리(110)는 단일 이미저(22) 또는 이미저 어레이(126)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미저 어레이(126)는 다음과 같이 형성될 수 있다: 제1 조명 모듈(90a)은 제1 이미저(22a)를 포함할 수 있고, 제2 조명 모듈(90b)은 제2 이미저(22b)를 포함할 수 있고, 제3 조명 모듈(90c)은 제3 이미저(22c)를 포함할 수 있고, 제4 조명 모듈(90d)은 제4 이미저(22d)를 포함할 수 있고, 및/또는 제5 조명 모듈(90e)은 제5 이미저(22e)를 포함할 수 있다. 각각의 이미저(22)는 대응하는 시계(50a, 50b, 50c, 50d, 및 50e)(명료화를 위해 도시되지 않음) 내의 이미지 데이터를 캡처하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(40)는 이미저(22) 각각으로부터 이미지 데이터를 처리하여, 그림자(38) 또는 오염된 영역(42)을 포함할 수 있는 관심 영역을 식별할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(40)는 각각의 이미저(22)로부터 이미지 데이터를 스캔하고 조명 모듈(90) 각각의 배향을 조정하여 수술실(14) 내의 광을 동적으로 제어할 수 있다.
이미저(22)는 각각의 조명 모듈(90) 상에 통합되는 것으로 논의되지만, 시스템(10)은 수술실(14) 내의 임의의 위치로부터 이미지 데이터를 캡처하도록 구성될 수 있다. 도 6을 참조하여 추가로 논의된 바와 같이, 복수의 관절형 헤드 어셈블리(110)가 컨트롤러(40)의 각각과 연통하는 중앙 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 중앙 컨트롤러는 하나 이상의 이미저(22)로부터 이미지 데이터를 처리하고, 관절형 헤드 어셈블리(110)의 복수의 조명 모듈(90) 및 액추에이터(124a, 124b, 124c, 124d) 각각에 대한 제어 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 따라서, 시스템(10)은 본 개시의 사상을 벗어나지 않고 다양한 유익한 실시예에서 구현될 수 있다.
도 6은 복수의 관절형 헤드 어셈블리(110)에 의해 형성된 헤드 어셈블리 어레이를 포함하는 조명 시스템(10)의 개략도이다. 각각의 관절형 헤드 어셈블리(110)는 조명 모듈 어레이(112)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 헤드 어셈블리 어레이(130)는 제1 헤드 어셈블리(110a), 제2 헤드 어셈블리(110b), 제3 어셈블리(110c), 및 제4 헤드 어셈블리(110d)를 포함한다. 헤드 어셈블리(110)의 각각은 대응하는 조명 모듈 어레이(112)를 포함한다. 예를 들어, 제1 헤드 어셈블리(110a)는 제1 조명 모듈 어레이(112a)를 포함하고, 제2 헤드 어셈블리(110b)는 제2 조명 모듈 어레이(112b)를 포함하고, 제3 헤드 어셈블리(110c)는 제3 조명 모듈 어레이(112c)를 포함하고, 제4 헤드 어셈블리(110d)는 제4 조명 모듈 어레이(112d)를 포함한다.
헤드 어셈블리 어레이(130)의 헤드 어셈블리(110) 각각은 컨트롤러(40)(예, 제1 컨트롤러(40a), 제2 컨트롤러(40b), 제3 컨트롤러(40c), 및 제4 컨트롤러(40d))를 포함할 수 있다. 컨트롤러(40)는 도 5를 참조하여 논의된 바와 같이 액추에이터(124) 각각을 독립적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 컨트롤러(40)는, 중앙 제어 시스템 또는 컨트롤러(40) 각각에 통합되는 분산 제어 시스템을 통해 통신할 수 있다. 이러한 구성에서, 컨트롤러(40)의 각각은 액추에이터(124)의 배향 및 조명 모듈(90)의 대응하는 위치를 식별하도록 구성될 수 있다. 이 정보에 기초하여, 시스템(10)은 조명 모듈(90)의 광원(20)으로부터 방출될 수 있는 방출의 각각의 조합된 조명 패턴 또는 조명 커버리지를 매핑하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 조합된 조명 모듈(90)의 조합된 조명 또는 발광 커버리지의 맵은 하나 이상의 교정 방법에 의해 시스템(10)의 컨트롤러(40)에 프로그래밍될 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템(10)은 헤드 어셈블리(110)의 각각의 조명 모듈(90)을 제어하여 본원에서 논의된 다양한 광 방출을 방출하도록 작동 가능한 확장 가능한, 동적 조명 시스템을 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 시스템(10)은 하나 이상의 이미저(22)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 컨트롤러(40a, 40b, 40c, 및 40d)는 중앙 컨트롤러(131)와 연통한다. 중앙 컨트롤러(131)는 하나 이상의 이미저(22)를 포함하거나 이와 연통할 수 있다. 이러한 실시예에서, 중앙 컨트롤러(131)의 이미저(22)는 관심 영역(132)에서 하나 이상의 장애물을 식별하도록 구성될 수 있다. 관심 영역(132)은, 제스처(gesture)에 의해 식별되거나, 사용자 인터페이스를 통해 입력되거나, 무선 주파수 식별 추적 장치에 의해 식별되거나, 특정 절차와 관련하여 중앙 컨트롤러(131) 내로 프로그래밍될 수 있다. 중앙 컨트롤러(131)를 참조하여 논의되었지만, 헤드 어셈블리(110)의 각각의 컨트롤러(40)는 대안적으로 단일 이미저 또는 다수의 이미저를 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 각각의 헤드 어셈블리(110)의 컨트롤러(40)는, 장애물을 검출하고 서로 통신하여 조명 모듈(90)을 조정하기 위해 최상의 응답을 식별하여 관심 영역(132)을 비추도록 구성될 수 있다.
하나 이상의 장애물(136)의 식별은 이미지 데이터에서의 물체의 검출에 기초할 수 있다. 장애물(136)은 조명 모듈(90)로부터 방출된 하나 이상의 펄스 적외선 방출(62)을 검출하는 것에 응답하여 식별될 수 있다. 예를 들어, 중앙 컨트롤러(131)는 각각의 적외선 방출기(60)의 위치가 프로그래밍에 표시되도록 보정될 수 있다. 따라서, 각각의 조명 모듈(90a, 90b, 90c?? 90m)의 적외선 방출기(60)를 사이클링함으로써, 컨트롤러(40)는 각각의 적외선 방출(62)의 시변 검출에 기초하여 장애물(136)의 위치를 식별할 수 있다. 이러한 방식으로, 중앙 컨트롤러(131)는 각각의 적외선 방출기(62)의 투영 궤적과 관련하여 장애물(136)의 위치를 검출하여 투명하거나 차단되지 않은 궤적(134)을 식별한다. 일단 차단되지 않은 궤적(134)이 식별되면, 중앙 컨트롤러(131)는 관심 영역(132)을 비추기 위해 광원(20) 중 하나 이상을 제어할 수 있다.
일부 실시예에서, 장애물(136)은, 입체 구성에서 이미저(22)에 의해 캡처될 수 있는 깊이 이미지 데이터에 기초하여 유사하게 식별될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이미저(22)는 조명 모듈(90)의 하나 이상 및/또는 시스템(10)의 다양한 구성요소에 통합될 수 있다. 깊이 이미지 데이터에 기초하여, 시스템(10)은 조명 모듈(90)의 하나 이상으로부터 방출된 광이 장애물(136)로부터 반사되고 다른 조명 모듈(90)의 하나 이상과는 다른 깊이로 깊이 이미지 데이터에 다시 반사되는 것을 식별하도록 구성될 수 있다. 깊이 차이에 기초하여, 시스템(10)의 컨트롤러(40)는 조명 모듈(90)의 광원(20)으로부터의 방출이 장애물(136)에 의해 차단되는 것을 식별하도록 구성될 수 있다. 검출에 응답하여, 컨트롤러(40)는 관심 영역(132)을 비추기 위해 추가적인 또는 대안적인 조명 모듈(90)을 활성화할 수 있으며, 이는 장애물(136)에 대하여 깊이 이미지 데이터에서 더 큰 깊이를 갖는 영역(132)을 비춤으로써 확인될 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(40)는 2개 이상의 이미저(22) 사이의 관심 영역(132)을 식별하도록 시스템(10) 내에서 통신할 수 있고, 둘 이상 또는 조명 모듈(90)에 포함될 수 있다. 즉, 관심 영역(132)을 식별하기 위해 이미지 데이터가 처리되는 둘 이상의 조명 모듈(90)은 단일 헤드 어셈블리(110)에 포함되거나 두 개 이상의 헤드 어셈블리(110)(예를 들어, 110a 및 110b)에서 이미저(22)에 의해 캡처될 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템(10)은 헤드 어셈블리(110)에 의해 형성된 분산형 스캐닝 및 조명 시스템으로서 작동할 수 있고 컨트롤러(40) 및/또는 중앙 제어부 간의 통신을 통해 통합 시스템으로서 동작하도록 제어된다.
일반적으로, 중앙 컨트롤러(131) 또는 컨트롤러(40)는 하나 이상의 장애물(136)에 의한 간섭 없이 관심 영역(132)과 정렬된 시선 또는 투영 궤적(134)을 가진 조명 어셈블리 또는 조명 모듈(90)의 하나 이상의 광원(20)을 식별하도록 구성될 수 있다. 투명한 투영 궤적(134)을 가진 헤드 어셈블리(110) 중 하나 이상에서 적어도 하나의 조명 어셈블리(18) 또는 조명 모듈(90)을 식별하면, 중앙 컨트롤러(131)는 하나 이상의 컨트롤러(40)를 제어하여 관심 영역(132)에 방출을 유도하도록 적어도 하나의 조명 어셈블리(18)를 위치시킴으로써 응답할 수 있다. 이러한 구성에서, 헤드 어셈블리 어레이(130)는 시간 경과에 따라 변하는 차단된 영역을 조사하면서 작업될 때에도 효과적인 조명을 제공할 수 있다.
시스템(10)의 제어 순서의 일례로서, 시스템(10)은 초기에 가시광의 제2 방출(138)을 방출함으로써 제2 헤드 어셈블리(110b)의 조명 모듈을 경유하여 테이블(26)을 비출 수 있다. 시스템(10)의 초기 동작 후, 이미저(22)는 시계(50) 내의 장애물(136)을 검출할 수 있으며, 이는 관심 영역(132)에 하나 이상의 그림자(38)를 초래할 수 있다. 장애물(136)을 식별하는 것에 응답하여, 중앙 컨트롤러(131)는 가시광의 제1 방출(140)을 활성화하는 것을 통해 투명한 투영 궤적(134)을 가질 수 있는 제1 헤드 어셈블리(110a)의 조명 모듈을 활성화하는 컨트롤러(40a 및 40b)를 제어할 수 있다. 일단 제1 방출(140)이 활성화되면, 시스템(10)은 제1 방출(140)이 차단되지 않은 채로 유지되는지 검증하기 위해 이미지 데이터를 계속 모니터링할 수 있다. 이러한 방식으로, 헤드 어셈블리 어레이(130)는 복수의 헤드 어셈블리(110)를 조합하여 제어함으로써 관심 영역(132)을 비추도록 구성될 수 있다.
이미지 데이터로부터의 장애물(136) 및 투명한 투영 궤적(134)의 위치를 식별하는 것을 구체적으로 참조하였지만, 시스템(10)은 예측 또는 실험 알고리즘을 통해 관심 영역(132)에 대한 광을 식별하고 투영하도록 구성된 하나 이상의 알고리즘을 이용할 수 있다. 이러한 알고리즘은, 헤드 어셈블리(110) 중 하나 이상을 점진적으로 이동시키고 관심 영역(132)을 비추도록 광원들(20)을 점진적으로 활성화시키기 위해, 다양한 간섭 뿐만 아니라 시행착오를 가할 수도 있다. 이들 방법뿐만 아니라 본원에서 논의된 바와 같은 다른 방법들에서, 시스템은 조명의 변경 또는 개선을 위해서 영역 또는 관심 영역(132)을 지속적으로 모니터링할 수도 있다. 이러한 방식으로, 시스템(10)은 이미저(22)로부터 이미지 데이터로 나타낸 바와 같이 광의 투영 궤적을 개선하는 위치설정 동작을 지속하도록 구성될 수 있다. 이러한 루틴은 단독으로 또는 본원에서 논의된 위치 검출 기반 제어와 조합하여 적용될 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 조명 시스템(10)의 블록도가 나타나 있다. 본원에서 논의된 바와 같이, 조명 시스템(10)은, 수술실(14) 및/또는 수술 필드(30)로부터 이미지 데이터를 캡처하도록 구성된 하나 이상의 이미저(22)를 포함할 수 있다. 이미저(22)는, 조명 시스템(10)의 컨트롤러(40)에 시각 정보를 전달하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 메모리(150) 및 프로세서(152)를 포함할 수 있다. 메모리(150)는, 프로세서(152)에 의해 제어되는 컴퓨터 실행가능 명령어(예, 루틴)를 저장할 수 있다. 다양한 예에 따라, 메모리(150)는 광 제어 루틴 및/또는 이미지 분석 루틴을 포함할 수 있다.
일단 이미지 분석 루틴이 이미지 데이터를 이미저(22)로부터 처리했으면, 컨트롤러(40)는 하나 이상의 제어 명령을 모터 또는 액추에이터 컨트롤러(154)에 전달할 수 있다. 제어 신호에 반응하여, 모터 컨트롤러(154)는 액추에이터(102, 124) 또는 위치설정 장치(54)를 제어하여 광 어셈블리(18)의 배향을 이동시키거나, 조종하거나, 또는 달리 조정할 수 있다. 이 방식으로, 컨트롤러(40)는 광 어셈블리(18)를 유도해서 광을 방출하고/방출하거나 시계(50)를, 원하는 위치로 유도할 수 있다. 시스템(10)은 하나 이상의 전력 공급부(156)를 더 포함할 수 있다. 전력 공급부(156)는, 조명 어셈블리(18)뿐만 아니라 액추에이터(104) 또는 위치설정 장치(54)의 다양한 구성요소에 대해 하나 이상의 전력 공급부 또는 발라스트를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(10)은, 프로세서(152)와 통신할 수 있는 하나 이상의 통신 회로(158)를 추가로 포함할 수 있다. 통신 회로(158)는, 데이터 및 제어 정보를 디스플레이 또는 사용자 인터페이스(160)에 전달하여 시스템(10)을 작동시키도록 구성될 수 있다. 인터페이스(160)는, 시스템(10)을 제어하고 게이지 시스템(10)에 의해 식별된 데이터를 전달하도록 구성된 하나 이상의 입력부 또는 작동 요소를 포함할 수 있다. 통신 회로(158)는, 조명 어셈블리의 어레이로서 조합되어 작동할 수 있는 추가 조명 어셈블리(18)와 추가로 통신할 수 있다. 통신 회로(158)는 다양한 통신 프로토콜을 통하여 통신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 통신 프로토콜은 공정 자동화 프로토콜, 산업 시스템 프로토콜, 차량 프로토콜 버스, 소비자 통신 프로토콜 등에 대응할 수 있다. 추가 프로토콜은 MODBUS, PROFIBUS, CAN bus, DATA HIGHWAY, DeviceNet, 디지털 멀티플렉싱(DMX512), 또는 다양한 형태의 통신 표준을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 시스템(10)은, 다양한 기능을 제공하도록 시스템(10) 내에 통합될 수 있는 다양한 추가 회로, 주변 장치, 및/또는 부속품을 포함할 수 있다. 예를 들어 일부 실시예에서, 시스템(10)은, 모바일 디바이스(164)와 통신하도록 구성된 무선 트랜시버(162)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 무선 트랜시버(162)는 통신 회로(158)와 유사하게 작동할 수 있고, 시스템(10)을 동작시키기 위한 데이터 및 제어 정보를 모바일 디바이스(164)의 디스플레이 또는 사용자 인터페이스(160)로 전달할 수 있다. 무선 트랜시버(162)는 하나 이상의 무선 프로토콜(예, 블루투스®; Wi-Fi(802.11a, b, g, n 등); ZigBee®; 및 Z-Wave®; 등)를 통해 모바일 디바이스(164)와 통신할 수 있다. 이러한 실시예에서, 모바일 디바이스(164)는 스마트폰, 태블릿, 개인 데이터 보조기(PDA), 랩톱 등에 해당할 수 있다.
다양한 실시예에서, 광원(20)은 특정한 액정 디스플레이(LCD), 레이저 다이오드, 발광 다이오드(LED), 백열광원, 가스 방전 램프(예, 제논, 네온, 수은), 할로겐 광원, 및/또는 유기 발광 다이오드(OLED)를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 임의 회전성의 비 편광되고/되거나 편광된 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 광원(20)의 편광된 광의 실시예에서, 광원(20)은 광의 제1 회전성 편광을 방출하도록 구성된다. 다양한 예에 따라, 광의 제1 회전성 편광은 원형 편광 및/또는 타원형 편광을 가질 수 있다. 전자기학에서, 광의 원형 편광은, 각각의 지점에서 광파의 전기장은 일정한 크기를 가지나 이의 방향은 시간에 따라 광파의 방향에 수직인 평면에서 일정한 속도로 회전하는 편광 상태이다.
논의된 바와 같이, 광 어셈블리(18)는 하나 이상의 광원(20)을 포함할 수 있다. 복수의 광원(20)을 포함하는 예에서, 광원(20)은 어레이로 배열될 수 있다. 예를 들어, 광원(20)의 어레이는 약 1x2 내지 약 100x100의 어레이 및 그 사이의 모든 변형을 포함할 수 있다. 이와 같이, 광원(20)의 어레이를 포함하는 광 어셈블리(18)는 픽셀화된 광 어셈블리(18)로 알려질 수 있다. 임의의 광 어셈블리(18)의 광원(20)은 고정형이거나 개별적으로 관절형일 수 있다. 광원(20)은 모두 관절형일 수 있거나, 일부가 관절형일 수 있거나, 또는 모두 관절형이지 않을 수 있다. 광원(20)은 전기 기계적으로(예, 모터) 및/또는 수동적으로(예, 사용자에 의해) 관절형일 수 있다. 광원(20)의 정적, 또는 고정된 실시예에서, 광원(20)은 다양한 소정의 지점(예, 환자 및/또는 테이블(26) 상에)에 집중할 수 있도록 할당될 수 있다.
당업자 및 본 발명을 만들고 사용하는 자에 의해 본 발명의 변형이 나타날 것이다. 따라서, 도면에 도시되고 전술한 실시예는 단지 예시의 목적을 위한 것이며 본 개시의 범주를 제한하려는 것이 아님을 이해해야 하며, 본 개시의 범주는 균등론을 포함한 특허법의 원칙에 따라 해석되는 대로의 다음 청구범위에 의해 정해진다.
기술된 본 발명의 구성 및 다른 부품들은 임의의 특정 재료에 한정되지 않는다는 것을 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 이해할 것이다. 본원에서 달리 설명되지 않는 한, 본원에서 개시된 개시 내용의 다른 예시적인 실시예는 매우 다양한 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, 용어 "결합된"(결합, 결합의, 결합되는 등과 같은 모든 형태의)은 일반적으로 두 개의 구성 요소를 직접적 또는 간접적으로(전기적 또는 기계적) 연결하는 것을 의미한다. 이러한 연결은 본래 고정적일 수 있고 본래 동적일 수 있다. 이러한 연결은 (전기적인 또는 기계적인) 두 개의 구성 요소, 및 서로 또는 두 개의 구성 요소와 하나의 단일체로서 일체로 형성되는 임의의 추가 중간 부재들에 의해 달성될 수 있다. 이와 같은 연결은 달리 명시되지 않는 한 본래 영구적일 수 있고 본래 제거 가능하거나 해제 가능할 수 있다.
예시적인 구현예에 도시된 바와 같이, 본 발명의 요소의 구성 및 배열은 단지 예시적인 것임을 주목하는 것이 또한 중요하다. 본 발명의 단지 몇몇 구현예들이 본 개시에서 상세히 설명되었지만, 본 개시를 검토하는 당업자라면 인용된 주제의 신규한 교시 및 이점을 실질적으로 벗어나지 않고 많은 변형(예를 들어, 다양한 요소들의 크기, 치수, 구조, 모양 및 비율, 파라미터 값, 장착 배열, 재료의 사용, 색상, 방향 등의 변동)이 가능하다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 예를 들어, 일체형으로 형성된 요소들은 다수의 부분으로 구성될 수도 있고 또는 다수의 부분으로 도시된 요소들은 일체형으로 형성될 수도 있으며, 인터페이스들의 동작은 반전되거나 그렇지 않으면 변화될 수도 있으며, 구조 및/또는 부재 또는 연결기 또는 시스템의 다른 구성 요소들의 길이 또는 폭은 변화될 수 있고, 그리고 요소들 사이에 제공된 조정 위치들의 성질 또는 부호가 변경될 수도 있다. 시스템의 요소 및/또는 어셈블리는 임의의 매우 다양한 색상, 질감, 및 이들의 조합으로 충분한 강도나 내구성을 제공하는 임의의 매우 다양한 재료로부터 구성될 수 있음을 주목해야 한다. 따라서, 그러한 모든 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 다른 치환, 변형, 변화, 및 생략은 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 원하는 그리고 다른 예시적인 실시예들의 설계, 작동 상태 및 배열에서 이루어질 수 있다.
임의의 기술된 공정, 또는 기술된 공정 내의 임의의 단계는 본 발명의 범위 내에서 구조물을 형성하기 위해 다른 개시된 공정 또는 단계와 결합될 수도 있음을 이해할 것이다. 본원에 개시된 예시적인 구조 및 공정은 예시적인 목적을 위한 것이며 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
또한 본 개시의 개념을 벗어나지 않고 변형 및 수정이 전술한 구조 및 방법에서 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 하며, 또한 그러한 개념은 아래의 청구범위가 그들의 언어로 명시적으로 달리 언급되지 않는 한 아래의 청구범위에 의해 포괄되도록 의도되는 것으로 이해해야 한다. 게다가, 이하에서 제시될 청구범위는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용의 일부로 포함되어 이들을 구성한다.
본원에 사용된 용어 "약"은, 양, 크기, 조제, 파라미터 및 기타 양 및 특성이 정확하지는 않으며 정확할 필요는 없지만, 바라건대 허용 오차, 변환 인자, 반올림, 측정 오차 등 그리고 당업자에게 알려진 다른 인자처럼 근사치이고/근사치이거나 더 크거나 더 작을 수 있음을 의미한다. 범위의 값 또는 종점을 설명할 때의 "약"이라는 용어를 사용하는 경우에, 본 개시는 언급된 특정 값 또는 종점을 포함하는 것으로 이해해야 한다. 명세서에서 범위의 수치 또는 종단점이 "약"을 암시하든 안하든, 범위의 수치 또는 종점은 두 개의 구현예를 포함하는 것으로 의도된다: "약"으로 수정된 하나와 "약"으로 수정되지 않은 하나. 범위 각각의 종점은 다른 종점과 관련하여, 그리고 다른 종점과는 독립적으로 모두 중요함을 더 이해할 것이다.
본원에서 사용된 용어 "실질적", "실질적으로", 및 이들의 변형은 기술된 특징이 값 또는 설명과 동일하거나 거의 동일함을 나타내기 위한 것이다 예를 들어, "실질적으로 평면인" 표면은 평면 또는 거의 평면인 표면을 나타내는 것으로 의도된다. 또한, "실질적으로"는 2개의 값이 동일하거나 거의 동일하다는 것을 나타내는 것으로 의도된다. 일부 실시예에서, "실질적으로"는 서로 약 5% 이내 또는 서로 약 2% 이내와 같이 서로 약 10% 이내의 값을 나타낼 수 있다.

Claims (20)

  1. 수술실 내의 작동 영역을 선택적으로 비추도록 구성된 조명 어셈블리로서, 상기 어셈블리는
    광을 방출하도록 구성된 복수의 광원을 포함하는 복수의 조명 모듈;
    상기 조명 모듈들 중 적어도 하나에 배치된 이미지 데이터를 캡처하도록 구성된 적어도 하나의 이미저;
    상기 조명 모듈들 각각을 지지하도록 구성된 관절형 헤드 어셈블리로서, 여기서 상기 관절형 헤드 어셈블리는 복수의 액추에이터를 포함하되, 상기 액추에이터는 제1 축 및 제2 축을 중심으로 상기 조명 모듈들의 각각을 회전시키도록 구성된, 상기 관절형 헤드 어셈블리; 및
    상기 복수의 액추에이터를 제어해서 상기 조명 모듈들 중 하나 이상으로부터 관심 영역에 광을 유도하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는, 조명 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조명 모듈은 중앙 제어 아암을 경유하여 상기 관절형 헤드 어셈블리와 연결된 어레이를 형성하는, 조명 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 관절형 헤드 어셈블리는 제1 축을 정의하는 중앙 제어 아암을 포함하되, 상기 중앙 제어 아암은 상기 제1 축을 중심으로 상기 복수의 조명 모듈을 회전시키도록 구성된 제1 액추에이터와 연결되어 있는, 조명 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서, 상기 관절형 헤드 어셈블리는 상기 중앙 지지 아암으로부터 연장되는 복수의 이차 지지 아암을 더 포함하는, 조명 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 이차 지지 아암은 제2 축을 정의하되, 상기 이차 지지 아암은 상기 제2 축을 중심으로 상기 복수의 조명 모듈을 회전시키도록 구성된 제2 액추에이터와 연결되어 있는, 조명 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 축은 상기 제1 축에 실질적으로 수직인, 조명 어셈블리.
  7. 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 조명 모듈 중 적어도 하나를 지지하도록 구성된 측방향 지지 구조체를 더 포함하는, 조명 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 조명 모듈 중 적어도 하나는 제3 액추에이터를 경유하여 상기 측방향 지지 구조체와 연결되어 있는, 조명 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제3 액추에이터는 상기 복수의 조명 모듈에 대하여 상기 복수의 조명 모듈의 상기 적어도 하나의 조명 모듈을 회전시키도록 구성되는, 조명 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 조명 모듈의 회전은 상기 복수의 조명 모듈의 조명 영역을 조정하는, 조명 어셈블리.
  11. 조명 어셈블리를 제어하기 위한 방법으로,
    복수의 조명 모듈로부터 복수의 광 방출의 복수의 방출 방향을 제어하는 단계로서, 상기 조명 어셈블리의 각각은 복수의 회전 축을 중심으로 상기 방출 방향을 제어하도록 구성된 관절형 헤드 어셈블리를 포함하는, 단계;
    상기 복수의 광 방출로 작동 영역을 조사하는 단계;
    적어도 하나의 카메라의 시계 내의 이미지 데이터를 캡처하되, 상기 이미지 데이터는 복수의 방출로부터 반사된 광을 포함하는, 단계;
    상기 이미지 데이터 내의 조명 변화를 식별하는 단계; 및
    상기 복수의 조명 모듈을 제어해서 상기 이미지 데이터 내의 조명 변화를 제한하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 기점으로부터 상기 제1 조명 모듈의 제1 관절형 헤드 어셈블리 및 제2 기점으로부터 상기 제2 조명 모듈의 제2 관절형 헤드 어셈블리를 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 기점은 상기 제1 기점으로부터 공간적으로 분리되는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이미지 데이터 내의 조명 변화를 폐색된 영역으로서 식별하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 폐색된 영역은 상기 제1 방출에 의한 전송으로부터 차단된 위치를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 방출로 상기 폐색된 영역을 비추는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 기점에 대한 상기 제2 기점의 공간적 분리는 상기 제2 방출로 상기 폐색된 영역의 조명을 제공하는, 방법.
  17. 작동 영역을 비추도록 구성된 시스템으로서,
    복수의 광원을 포함하는 복수의 조명 모듈; 및
    상기 조명 모듈들의 각각과 연결되어 있는 관절형 헤드 어셈블리로서, 상기 조명 모듈들의 각각을 지지하고 제1 축 및 제2 축을 중심으로 상기 조명 모듈들의 각각을 회전시키도록 구성된, 상기 관절형 헤드 어셈블리;를 포함하는,
    복수의 조명 어셈블리;
    상기 작동 영역 내의 광원으로부터 반사된 광을 포함하는 이미지 데이터를 캡처하도록 구성된 적어도 하나의 이미저;
    상기 복수의 액추에이터를 제어해서 상기 조명 모듈들 중 하나 이상으로부터 관심 영역에 광을 유도하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는, 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 복수의 조명 어셈블리는 제1 조명 모듈로부터 제1 방출을 방출하도록 구성된 제1 조명 어셈블리 및 제2 조명 모듈로부터 제2 방출을 방출하도록 구성된 제2 조명 어셈블리를 포함하는, 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제2 방출의 제2 기점은 상기 제1 방출의 제1 기점으로부터 공간적으로 분리되는, 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 이미지 데이터 내의 조명 변화를 폐색된 영역으로서 식별하고, 여기서 상기 폐색된 영역은 상기 제1 방출에 의한 전송으로부터 차단된 위치를 포함하고; 그리고
    상기 제2 방출을 유도해서 상기 폐색된 영역을 비추도록 추가로 구성되는, 시스템.
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