RU2757645C1 - Surgical stereovision system - Google Patents

Surgical stereovision system Download PDF

Info

Publication number
RU2757645C1
RU2757645C1 RU2021103769A RU2021103769A RU2757645C1 RU 2757645 C1 RU2757645 C1 RU 2757645C1 RU 2021103769 A RU2021103769 A RU 2021103769A RU 2021103769 A RU2021103769 A RU 2021103769A RU 2757645 C1 RU2757645 C1 RU 2757645C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical module
surgical
monitor
angle
image acquisition
Prior art date
Application number
RU2021103769A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Дмитриевич Чупров
Илья Николаевич Дмитриев
Иван Михайлович Ярцев
Original Assignee
Александр Дмитриевич Чупров
Илья Николаевич Дмитриев
Иван Михайлович Ярцев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Дмитриевич Чупров, Илья Николаевич Дмитриев, Иван Михайлович Ярцев filed Critical Александр Дмитриевич Чупров
Priority to RU2021103769A priority Critical patent/RU2757645C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757645C1 publication Critical patent/RU2757645C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/18Arrangements with more than one light path, e.g. for comparing two specimens
    • G02B21/20Binocular arrangements
    • G02B21/22Stereoscopic arrangements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

FIELD: medical technology.
SUBSTANCE: invention relates to medical technology, namely to surgical stereovision systems for microsurgical operations, in particular in ophthalmology. The claimed surgical stereo vision system includes a monitor and an optical module with two image acquisition channels. Wherein the monitor and the optical module are installed on a floor structure - a tripod; the optical module is equipped with an electronic control device for motorized movement by means of motors along the OX, OY, OZ axes and is positioned obliquely in the frontal axis relative to the surgeon at an angle of 3° with a fixed distance of 600±10 mm to the operating field; image acquisition channels are rigidly fixed to the optical module case at an angle of 12°.
EFFECT: improvement of ergonomic and technical and operational characteristics.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к хирургическим системам стереовидения для проведения микрохирургических операций, в частности в офтальмологии.The invention relates to medical technology, namely to surgical stereovision systems for microsurgical operations, in particular in ophthalmology.

Известно, что на смену традиционно используемым в хирургии бинокулярным микроскопам пришли стереомикроскопы и различные системы с 3D визуализацией, позволяющие преобразовывать оптическое изображение от операционного поля в цифровое.It is known that the binocular microscopes traditionally used in surgery have been replaced by stereomicroscopes and various systems with 3D visualization, which make it possible to convert an optical image from the operating field into a digital one.

Представителем такого рода стереомикроскопов является LEICA М844 (Микроскоп LEICA М844 https://www.leica-microsystems.com/products/surgical-microscopes/p/leica-m844-f40/) с возможностью вывода изображения на экран монитора, который используется для наблюдения за ходом операции ассистирующим персоналом, а также для наглядности в процессе обучения.A representative of this kind of stereomicroscopes is LEICA M844 (LEICA M844 microscope https://www.leica-microsystems.com/products/surgical-microscopes/p/leica-m844-f40/) with the ability to display an image on the monitor screen, which is used for observation for the course of the operation by the assisting personnel, as well as for clarity in the training process.

Недостатком данного микроскопа является то, что цифровой вывод стереоскопического изображения с 3D визуализацией возможен только при его подключении к офтальмологическим системам, таким как True Vision 3D Visualization, NGENUITY и др.The disadvantage of this microscope is that digital output of a stereoscopic image with 3D visualization is possible only when it is connected to ophthalmic systems such as True Vision 3D Visualization, NGENUITY, etc.

Подобные цифровые системы преобразовывают оптическое изображение от операционного микроскопа в цифровое и позволяют вести работу в 3D очках или, глядя на монитор, что дает значительно меньшую нагрузку на мышцы шеи и глаз врача, чем при работе через окуляры. При использовании данных систем хирург может смотреть либо в окуляры микроскопа, либо на стереоскопический экран, находящийся в стороне от операционного стола. Недостатком использования окуляров является то, что они сильно ограничивают поле зрения хирурга и в фокусе находится только центральная часть изображения, а использование для вывода изображения монитора, находящегося на отдельной стойке в стороне от операционного стола, вызывает ряд неудобств в работе хирурга, связанных с анатомически неправильным и вызывающим усталость положением головы, а также может дезориентировать в пространстве и вызвать нарушение координации рук хирурга.Such digital systems convert the optical image from the operating microscope into a digital one and allow working with 3D glasses or looking at the monitor, which puts much less stress on the neck and eye muscles of the doctor than when working through the eyepieces. When using these systems, the surgeon can look either through the eyepieces of the microscope or at the stereoscopic screen located away from the operating table. The disadvantage of using eyepieces is that they severely limit the surgeon's field of view and only the central part of the image is in focus, and the use of a monitor located on a separate stand away from the operating table for displaying the image causes a number of inconveniences in the surgeon's work associated with anatomically incorrect and fatigue-causing head position, and can also be disorienting in space and cause poor coordination of the surgeon's hands.

Из существующего уровня техники известен цифровой стереомикроскоп (Патент RU 2687800 С1, 16.05.2019 «Цифровой стереомикроскоп»), частично решающий недостатки ранее упомянутых устройств.A digital stereomicroscope is known from the current state of the art (Patent RU 2687800 C1, 16.05.2019 "Digital stereomicroscope"), which partially solves the disadvantages of the previously mentioned devices.

Отсутствие окуляров в цифровом стереоскопическом микроскопе позволяет располагать его за пределами рабочей зоны, на достаточной высоте от стола, что дает хирургу дополнительную свободу при манипуляциях руками и инструментами. Также такое расположение вдали от объекта наблюдения позволяет получить большую глубину резкости, не достижимую в традиционных микроскопах.The absence of eyepieces in a digital stereoscopic microscope allows it to be positioned outside the working area, at a sufficient height from the table, which gives the surgeon additional freedom when manipulating hands and instruments. Also, this location away from the object of observation allows you to obtain a greater depth of field, which is not achievable in traditional microscopes.

Однако работа оптического модуля на различном расстоянии от операционного поля обеспечивается за счет сложной прецизионной механики сведения каналов и фокусировки, из-за чего оптический модуль нуждается в сложной юстировке, имеет большой вес и большую технологическую сложность изготовления.However, the operation of the optical module at different distances from the operating field is ensured by the complex precision mechanics of converging channels and focusing, which is why the optical module requires complex alignment, has a large weight and great technological complexity of manufacturing.

Наиболее близкой по существенным признакам к заявляемому устройству является хирургическая система стереовидения, включающая монитор и оптический модуль с двумя каналами получения изображения, описанная в патенте (Патент US 976641, 19.09.2017 «Surgical stereo vision systems and methods for microsurgery).The closest in essential features to the claimed device is a surgical stereo vision system, including a monitor and an optical module with two image acquisition channels, described in the patent (US Patent 976641, 09.19.2017 "Surgical stereo vision systems and methods for microsurgery).

Данная система состоит из оптического модуля с установленным на одной его стороне дисплеем, а на другой - как минимум одного канала получения изображения (видеокамеры), системы обработки, связанной с оптическим модулем, и гибким кронштейном, на котором закреплен модуль и который позволяет вручную его перемещать и устанавливать над интересующей зоной между оператором и его руками и/или инструментами так, что модуль находится на линии взгляда между оператором и интересующей зоной, причем оператор смотрит двумя глазами в дисплей модуля.This system consists of an optical module with a display installed on one side of it, and on the other - at least one image acquisition channel (video camera), a processing system associated with the optical module, and a flexible arm, on which the module is fixed and which allows it to be manually moved. and set over the area of interest between the operator and his hands and / or tools so that the module is in the line of sight between the operator and the area of interest, with the operator looking at the display of the module with both eyes.

Для отображения стереоизображения в инфракрасном диапазоне прототип предусматривает установку на оптический модуль отдельных инфракрасных воспринимающих элементов, а для измерения глубины - отдельных камер измерения глубины.To display a stereo image in the infrared range, the prototype provides for the installation of separate infrared sensing elements on the optical module, and for measuring depth - separate depth measurement cameras.

Прототип обладает следующими недостатками.The prototype has the following disadvantages.

Так как оптический модуль расположен в пространстве, где хирург производит манипуляции руками и инструментами, то из-за риска задеть модуль создаются ограничения свободы движения рук, а также возникает вероятность случайного смещения положения модуля, которое может привести к потере настроек четкости стереоизображения.Since the optical module is located in the space where the surgeon manipulates his hands and instruments, the risk of touching the module creates restrictions on the freedom of hand movement, and also there is a possibility of an accidental displacement of the module position, which can lead to a loss of stereo image clarity settings.

При каждом изменении положения оптического модуля меняется угол стереоскопичности, что приводит к необходимости постоянной адаптации к стереоскопичному изображению: подстройке угла стереоскопичности и фокуса, что увеличивает время настройки.With each change in the position of the optical module, the stereoscopic angle changes, which leads to the need for constant adaptation to the stereoscopic image: adjusting the stereoscopic angle and focus, which increases the setup time.

Кроме того, наличие отдельно установленных на оптический модуль элементов усложняет конструкцию и приводит к отсутствию автономности работы системы как единого целого.In addition, the presence of elements separately installed on the optical module complicates the design and leads to the lack of autonomy of the system as a whole.

Задачей предлагаемого устройства является создание хирургической системы стереовидения, свободной от указанных недостатков.The task of the proposed device is to create a surgical stereovision system, free from these disadvantages.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение эргономических и технико-эксплуатационных характеристик.The technical result of the proposed invention is to improve ergonomic and technical and operational characteristics.

Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве, содержащем монитор, оптический модуль с двумя каналами получения изображения, монитор и оптический модуль установлены на напольной конструкции – штативе; оптический модуль снабжен устройством электронного управления моторизированным перемещением с помощью двигателей по осям ΟΧ, ΟΥ, OZ и размещен под наклоном во фронтальной оси относительно хирурга под углом 3° с фиксированным расстоянием 600±10 мм до операционного поля; каналы получения изображения жестко закреплены на корпусе оптического модуля под углом 12°.The technical result is achieved due to the fact that in the proposed device containing a monitor, an optical module with two image acquisition channels, the monitor and the optical module are installed on a floor structure - a tripod; the optical module is equipped with an electronic control device for motorized movement using motors along the ΟΧ, ΟΥ, OZ axes and is tilted in the frontal axis relative to the surgeon at an angle of 3 ° with a fixed distance of 600 ± 10 mm to the operating field; image acquisition channels are rigidly fixed to the optical module case at an angle of 12 °.

Существенность конструктивных отличий предлагаемой системы для достижения заявленного технического результата обоснована следующим:The significance of the structural differences of the proposed system to achieve the claimed technical result is justified by the following:

Оптический модуль, снабженный устройством электронного управления изменением его положения, позволяет избежать ручного управления, которое затруднительно из-за размещения модуля на достаточно большой высоте. Также предлагаемая конструкция позволяет произвести настройку устройства в зависимости от антропометрических характеристик оперирующего хирурга.The optical module, equipped with an electronic control device for changing its position, avoids manual control, which is difficult because the module is located at a sufficiently high height. Also, the proposed design allows you to adjust the device depending on the anthropometric characteristics of the operating surgeon.

Расстояние от оптического модуля до операционного поля фиксировано и составляет 600±10 мм, что значительно улучшает эргономичность рабочего места, давая больше свободы рукам хирурга, и позволяет исключить сложную механику внутри оптического модуля, при этом сохранив хорошее качество изображения.The distance from the optical module to the operating field is fixed at 600 ± 10 mm, which significantly improves the ergonomics of the workplace, giving more freedom to the surgeon's hands, and eliminates complex mechanics inside the optical module, while maintaining good image quality.

Монитор, регулируемый по высоте и наклону, закреплен на стойке штатива на уровне глаз хирурга. Выдержанное расстояние от глаз хирурга до экрана монитора обеспечивает улучшенную 3D визуализацию, а также позволяет достичь преимуществ в эргономике, удобства в работе и пониженной утомляемости хирурга (фиг. 1).The monitor, adjustable in height and tilt, is mounted on a tripod stand at the surgeon's eye level. The sustained distance from the surgeon's eyes to the monitor screen provides improved 3D visualization, as well as benefits in ergonomics, ease of use and reduced surgeon fatigue (Fig. 1).

В предлагаемой хирургической системе стереовидения левый и правый каналы получения изображения жестко закреплены на корпусе оптического модуля под углом 12°, что позволяет производить однократную юстировку оптических осей и фокусировку обоих каналов. Дальнейшая регулировка фокусировки и сведение оптических осей происходит одновременно за счет моторизированного движения оптического модуля в вертикальной плоскости. Использование фоточувствительных матриц в качестве устройств приема позволяет снизить мощность подсветки, что снижает риск фототоксического повреждения сетчатки пациента.In the proposed surgical stereovision system, the left and right image acquisition channels are rigidly fixed to the optical module body at an angle of 12 °, which allows one-time adjustment of the optical axes and focusing of both channels. Further focus adjustment and convergence of the optical axes occurs simultaneously due to the motorized movement of the optical module in the vertical plane. The use of photosensitive matrices as receiving devices allows to reduce the backlight power, which reduces the risk of phototoxic damage to the patient's retina.

Для устранения бликов в новом устройстве используется наклон оптического модуля во фронтальной оси относительно хирурга под углом в 3°, при котором отражения от горизонтальных участков операционного поля, дающих блик, не будут попадать во входные окна. Данный угол рассчитан по формуле ∝=atan(R/D), где R – радиус входного окна оптического модуля, D - расстояние от оптического модуля до операционного поля (600 мм).To eliminate glare, the new device uses the inclination of the optical module in the frontal axis relative to the surgeon at an angle of 3 °, at which reflections from the horizontal sections of the surgical field, giving glare, will not fall into the entrance windows. This angle is calculated by the formula ∝ = atan (R / D), where R is the radius of the entrance window of the optical module, D is the distance from the optical module to the operating field (600 mm).

На фигуре 2 представлена структурно-функциональная схема предлагаемой хирургической системы стереовидения, со следующими обозначениями:Figure 2 shows a structural and functional diagram of the proposed surgical system for stereo vision, with the following designations:

1 – штатив, снабженный средством управления системой, позволяющей изменять положение оптического модуля по 3 координатам, настраивать изображение, изменяя настройки освещения, увеличения, цветокоррекции, а также переводить устройства в различные предустановленные режимы;1 - a tripod equipped with a system control device that allows you to change the position of the optical module in 3 coordinates, adjust the image by changing the settings for lighting, magnification, color correction, as well as transfer the devices to various preset modes;

2 – оптический модуль;2 - optical module;

3 – монитор.3 - monitor.

Claims (1)

Хирургическая система стереовидения, включающая монитор, оптический модуль с двумя каналами получения изображения, отличающаяся тем, что монитор и оптический модуль установлены на напольной конструкции – штативе; оптический модуль снабжен устройством электронного управления моторизированным перемещением с помощью двигателей по осям OX, OY, OZ и размещен под наклоном во фронтальной оси относительно хирурга под углом 3° с фиксированным расстоянием 600±10 мм до операционного поля; каналы получения изображения жестко закреплены на корпусе оптического модуля под углом 12°.Surgical stereovision system, including a monitor, an optical module with two image acquisition channels, characterized in that the monitor and the optical module are mounted on a floor structure - a tripod; the optical module is equipped with a device for electronic control of motorized movement using motors along the axes OX, OY, OZ and is tilted in the frontal axis relative to the surgeon at an angle of 3 ° with a fixed distance of 600 ± 10 mm to the operating field; image acquisition channels are rigidly fixed to the optical module case at an angle of 12 °.
RU2021103769A 2021-02-15 2021-02-15 Surgical stereovision system RU2757645C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103769A RU2757645C1 (en) 2021-02-15 2021-02-15 Surgical stereovision system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103769A RU2757645C1 (en) 2021-02-15 2021-02-15 Surgical stereovision system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757645C1 true RU2757645C1 (en) 2021-10-19

Family

ID=78286443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021103769A RU2757645C1 (en) 2021-02-15 2021-02-15 Surgical stereovision system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757645C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802453C1 (en) * 2023-03-27 2023-08-29 Александр Дмитриевич Чупров Surgical stereo vision system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573043C2 (en) * 2011-06-27 2016-01-20 Уэйвлайт Гмбх Device and method for ocular surgery
US9766441B2 (en) * 2011-09-22 2017-09-19 Digital Surgicals Pte. Ltd. Surgical stereo vision systems and methods for microsurgery
RU181214U1 (en) * 2018-02-12 2018-07-06 Евгений Владимирович Эверт DEVICE FOR CREATING A STEREOSCOPIC IMAGE
US20190327394A1 (en) * 2017-04-24 2019-10-24 Truevision Systems, Inc. Stereoscopic visualization camera and integrated robotics platform
RU2720830C1 (en) * 2020-03-19 2020-05-13 Ассистирующие Хирургические Технологии (Аст), Лтд Assisting surgical complex

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573043C2 (en) * 2011-06-27 2016-01-20 Уэйвлайт Гмбх Device and method for ocular surgery
US9766441B2 (en) * 2011-09-22 2017-09-19 Digital Surgicals Pte. Ltd. Surgical stereo vision systems and methods for microsurgery
US20190327394A1 (en) * 2017-04-24 2019-10-24 Truevision Systems, Inc. Stereoscopic visualization camera and integrated robotics platform
RU181214U1 (en) * 2018-02-12 2018-07-06 Евгений Владимирович Эверт DEVICE FOR CREATING A STEREOSCOPIC IMAGE
RU2720830C1 (en) * 2020-03-19 2020-05-13 Ассистирующие Хирургические Технологии (Аст), Лтд Assisting surgical complex

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802453C1 (en) * 2023-03-27 2023-08-29 Александр Дмитриевич Чупров Surgical stereo vision system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11147443B2 (en) Surgical visualization systems and displays
US20210169606A1 (en) Surgical visualization systems and displays
US10028651B2 (en) Surgical visualization systems and displays
US7633676B2 (en) Stereomicroscope with coupling unit to swivel objective upon sensing movement of eyepiece
AU2018258089A1 (en) Stereoscopic visualization camera and platform
WO2019093426A1 (en) Observation device, observation unit, and observation method
CA2394003A1 (en) Visual aid in the form of telescopic spectacles with an automatic focussing device
JP5870162B2 (en) Imaging system
EP4212125A1 (en) Operating microscope for two surgeons
US20130295518A1 (en) Apparatus and Method for Achieving a Head Up Posture for a 3-D Video Image for Operative Procedures in Dentistry
RU2757645C1 (en) Surgical stereovision system
WO2021153572A1 (en) Operation microscope and ophthalmologic system
JP2023542384A (en) Microsurgical aid device
JP2021126428A (en) Ophthalmologic apparatus and ophthalmologic system
CN112190347A (en) Micro-endoscope and micro-endoscope system
JP2021129623A (en) Ophthalmologic apparatus and ophthalmologic system
RU2802453C1 (en) Surgical stereo vision system
CN116531110B (en) Imaging system of main control console of laparoscopic surgery robot and pupil distance adjusting method
US11504001B2 (en) Surgery 3D visualization apparatus
US20240000538A1 (en) 3d output device for stereoscopic image reproduction
JP6695463B2 (en) Medical observation device with movable beam deflector
EP4328648A1 (en) Digital microscope for medical procedure
JP4217650B2 (en) Surgical microscope
JP2021026026A (en) Surgical stereoscopic observation device
JP2021122547A (en) Ophthalmologic apparatus and ophthalmologic system