RU2802453C1 - Surgical stereo vision system - Google Patents

Surgical stereo vision system Download PDF

Info

Publication number
RU2802453C1
RU2802453C1 RU2023107327A RU2023107327A RU2802453C1 RU 2802453 C1 RU2802453 C1 RU 2802453C1 RU 2023107327 A RU2023107327 A RU 2023107327A RU 2023107327 A RU2023107327 A RU 2023107327A RU 2802453 C1 RU2802453 C1 RU 2802453C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical module
monitor
tripod
axes
stereo vision
Prior art date
Application number
RU2023107327A
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
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Дмитриевич Чупров, Илья Николаевич Дмитриев, Иван Михайлович Ярцев filed Critical Александр Дмитриевич Чупров
Application granted granted Critical
Publication of RU2802453C1 publication Critical patent/RU2802453C1/en

Links

Abstract

FIELD: medical equipment.
SUBSTANCE: invention is related to surgical stereo vision systems for microsurgical operations, in particular in neurosurgery. The claimed surgical stereo vision system is comprised of a monitor, an optical module with image acquisition channels, an electronic control device for motorized movement of the optical module along the OX, OY, OZ axes, and a tripod. The monitor is located near the operating table on a rolling stand, the optical module is equipped with 2 additional image acquisition channels, each of which is equipped with an individual illumination module and is placed behind the operator’s head, the tripod is made in the form of two different-sized crossed arc platforms equipped with additional electric motors to enable the optical module to rotate about axes OX, OY.
EFFECT: improving the ergonomic and operational characteristics.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к хирургическим системам стереовидения для проведения нейрохирургических операций, в частности, в нейрохирургии.The invention relates to medical equipment, namely to surgical stereo vision systems for neurosurgical operations, in particular in neurosurgery.

Известно, что на смену стандартному оборудованию, используемому в хирургии (бинокулярным микроскопам) пришли стереосистемы, позволяющие преобразовывать оптическое изображение от операционного поля в цифровое.It is known that standard equipment used in surgery (binocular microscopes) has been replaced by stereo systems that make it possible to convert the optical image from the surgical field into a digital one.

Стандартное оборудование для увеличения можно описать схематично так: оператор смотрит через оптический блок на операционное поле, при этом оператор не контролирует ситуацию вне операционного поля, а соответственно отсутствует возможность использования дополнительного оборудования без вспомогательного персонала. При этом оптический блок является оборудованием приема и вывода информации, что увеличивает его габариты и уменьшает полезный объем над операционным полем, дополнительные отводы изображения снижают светочувствительность, а также создают трудности при командной работе и обучении.Standard magnification equipment can be described schematically as follows: the operator looks through the optical block at the surgical field, while the operator does not control the situation outside the surgical field, and accordingly there is no possibility of using additional equipment without support personnel. At the same time, the optical unit is equipment for receiving and outputting information, which increases its dimensions and reduces the useful volume above the surgical field; additional image bends reduce photosensitivity, and also create difficulties in team work and training.

В схеме с цифровой стереосистемой оператор использует средства вывода, которые не «закрывают» остальное пространство от оператора и при этом оптический блок является только средством приема информации и поэтому появляется возможность установки его в любой точке, которая не мешает проведению операционных действий. Средством вывода может являться монитор и различные гарнитуры (VR гарнитура, AR гарнитура).In a scheme with a digital stereo system, the operator uses output means that do not “close” the rest of the space from the operator, and at the same time, the optical unit is only a means of receiving information and therefore it becomes possible to install it at any point that does not interfere with operational actions. The output medium can be a monitor and various headsets (VR headset, AR headset).

Также преимуществом стереосистем является возможность отображения информации, которую не воспринимает человеческий глаз (информация с тепловизионной и инфракрасной камеры, данных с ультразвукового приемника и т.д.), а также обработка полученной информации (наложение разнородных изображений, яркостная и цветовая коррекция, обнаружение и распознавание объектов в операционном поле).Another advantage of stereo systems is the ability to display information that the human eye does not perceive (information from a thermal imaging and infrared camera, data from an ultrasonic receiver, etc.), as well as processing the received information (overlay of heterogeneous images, brightness and color correction, detection and recognition objects in the surgical field).

Из существующего уровня техники известна операционная система (микроскоп) для нейрохирургии ZEISS KINEVO 900 (https://zeiss-solutions.ru/press/news/zeiss-kinevo-900-polucheno-registratsionnoe-udostoverenie/), сочетающая в себе оптические и цифровые методы визуализации. Она дает хирургу возможность наблюдать в окулярах или на мониторе изображения субмиллиметровых размеров с четкой детализацией. Также система оснащена роботизированной системой управления, которая обеспечивает точное позиционирование и помогает сократить число манипуляций, выполняемых хирургом вручную.From the existing level of technology, an operating system (microscope) for neurosurgery ZEISS KINEVO 900 is known (https://zeiss-solutions.ru/press/news/zeiss-kinevo-900-polucheno-registratsionnoe-udostoverenie/), combining optical and digital visualization methods. It gives the surgeon the opportunity to observe submillimeter-sized images in eyepieces or on a monitor with clear detail. The system is also equipped with a robotic control system, which provides precise positioning and helps reduce the number of manual manipulations performed by the surgeon.

Известен цифровой хирургический микроскоп AESCULAP AEOS (https://www.bbraun.ru/ru/products-and-therapies/neurosurgery/aeos.htm который обеспечивает более эффективный рабочий процесс благодаря роботизированным функциям и высокому качеству изображения.The well-known digital surgical microscope AESCULAP AEOS (https://www.bbraun.ru/ru/products-and-therapies/neurosurgery/aeos.htm) provides a more efficient workflow thanks to robotic functions and high image quality.

Основным минусом данных систем является то, что оптический блок - приемник находится в зоне видимости оператора, то есть закрывает или рабочую область, или средство вывода.The main disadvantage of these systems is that the optical receiver unit is in the operator’s line of sight, that is, it covers either the work area or the output means.

Наиболее близкой по существенным признакам к заявляемому устройству является хирургическая система стереовидения (Патент RU №2757645, 19.10.2021).The closest in essential features to the claimed device is a surgical stereo vision system (RU Patent No. 2757645, 10.19.2021).

Данная система включает 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 OX, OY, OZ с фиксированным расстоянием 600±10 мм до операционного поля. Преимущества:This system includes a monitor, an optical module with two image acquisition channels, the monitor and optical module are installed on a floor-standing structure - a tripod; The optical module is equipped with an electronic control device for motorized movement using motors along the OX, OY, OZ axes with a fixed distance of 600±10 mm to the surgical field. Advantages:

Фиксированное расстояние в 600 мм от оптического модуля до операционного поля значительно улучшает эргономичность рабочего места, давая больше свободы рукам хирурга. Также такое расположение позволяет получить большую глубину резкости, недостижимую в традиционных микроскопах.The fixed distance of 600 mm from the optical module to the operating field significantly improves the ergonomics of the workplace, giving more freedom to the surgeon's hands. This arrangement also allows for a greater depth of field, unattainable in traditional microscopes.

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.The monitor, adjustable in height and tilt, is mounted on a tripod stand at the surgeon's eye level. The maintained distance from the surgeon's eyes to the monitor screen provides improved 3D visualization, and also allows for advantages in ergonomics, ease of use and reduced fatigue for the surgeon.

Недостатком данной системы является недостаточность степеней свободы для проведения нейрохирургических операционных вмешательств, т.е. оптический блок не имеет наклонов для визуализации оперируемой области, которая находится не перпендикулярно оптическому модулю.The disadvantage of this system is the insufficient degrees of freedom for neurosurgical surgical interventions, i.e. the optical block has no slopes to visualize the operated area, which is not perpendicular to the optical module.

Задачей предлагаемого устройства является создание хирургической системы стереовидения, свободной от указанных недостатков.The objective of the proposed device is to create a surgical stereo vision 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 каналами получения изображения, устройство электронного управления моторизированным перемещением оптического модуля по осям ОХ, OY, OZ и штатив; монитор располагается вблизи операционного стола на подкатной стойке, оптический модуль снабжен 2 дополнительными каналами получения изображения, каждый из которых оснащен индивидуальным модулем подсветки и размещен за головой оператора, штатив выполнен в форме двух разновеликих перекрещивающихся дуговых платформ, снабженных дополнительными электромоторами для обеспечения возможности поворотов оптического модуля относительно осей OX, OY.The technical result is achieved due to the fact that in the proposed device, which contains a monitor, an optical module with image acquisition channels, an electronic control device for the motorized movement of the optical module along the OX, OY, OZ axes and a tripod; the monitor is located near the operating table on a rolling stand, the optical module is equipped with 2 additional image acquisition channels, each of which is equipped with an individual backlight module and is located behind the operator’s head, the tripod is made in the form of two different-sized intersecting arc platforms equipped with additional electric motors to allow rotation of the optical module relative to the OX, OY axes.

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

Специфика нейрохирургических операций отличается тем, что не только расстояние от оптического модуля до операционного поля может значительно меняться, но и угол, под которым необходимо направлять камеры, что требует дополнительных технических усовершенствований устройства.The specificity of neurosurgical operations is different in that not only the distance from the optical module to the surgical field can vary significantly, but also the angle at which the cameras must be directed, which requires additional technical improvements to the device.

По сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве увеличено количество каналов получения изображения. Для передачи стереоизображения их должно быть минимум два, но в предлагаемом устройстве предусмотрено их увеличение до четырех: два оптических канала - для формирования стереоизображения и дополнительные каналы - для расширения принимаемых диапазонов (ультрафиолетовый, инфракрасный, тепловой, ультразвук и т.д.).Compared to the prototype, the number of image acquisition channels in the proposed device has been increased. To transmit a stereo image, there must be at least two of them, but the proposed device provides for their increase to four: two optical channels - to form a stereo image and additional channels - to expand the received ranges (ultraviolet, infrared, thermal, ultrasound, etc.).

Каждый канал оснащен индивидуальным модулем подсветки, т.к. для каждого типа приемника необходим свой тип подсветки. Также предусмотрено управление увеличением и фокусировкой каждого из каналов для оперативной подстройки изображения.Each channel is equipped with an individual backlight module, because... Each type of receiver requires its own type of backlight. It also provides control over the zoom and focus of each channel for quick image adjustment.

Оптический модуль установлен на штатив, который имеет две дуговые платформы для перемещения и поворота вокруг оси. Это позволяет быстро менять ракурс обзора при сохранении фокусного расстояния до объекта, что позволяет оперативно изменять положение оптического блока при перекрытии обзора препятствием (оборудованием или оператором). Перемещение оптического модуля по 5 степеням свободы (оси OX, OY, OZ и повороты относительно осей OX, OY) осуществляется с помощью электромоторов, расположенных на штативе и оптическом блоке. Расположение оптического модуля вне рабочей зоны оператора, а именно за его головой, позволяет достичь преимуществ в эргономике, удобства в работе и пониженной утомляемости оператора.The optical module is mounted on a tripod, which has two arc platforms for movement and rotation around an axis. This allows you to quickly change the viewing angle while maintaining the focal distance to the object, which allows you to quickly change the position of the optical unit when the view is blocked by an obstacle (equipment or operator). The optical module moves along 5 degrees of freedom (axes OX, OY, OZ and rotations relative to the axes OX, OY) using electric motors located on the tripod and the optical unit. The location of the optical module outside the operator's working area, namely behind his head, allows for advantages in ergonomics, ease of use and reduced operator fatigue.

Монитор, регулируемый по высоте и наклону, закреплен на подкатной стойке и расположен на уровне глаз оператора Такое расположение монитора обеспечивает улучшенную 3D визуализацию, а также позволяет достичь преимуществ в эргономике, удобства в работе и пониженной утомляемости оператора (Фиг. 1).The monitor, adjustable in height and inclination, is mounted on a trolley stand and located at eye level of the operator. This arrangement of the monitor provides improved 3D visualization, and also allows for advantages in ergonomics, ease of use and reduced operator fatigue (Fig. 1).

Управление микроскопом осуществляется с помощью беспроводного пульта управления, педали и тактильной панели, а именно: управление фокусировкой, сведением оптических осей, увеличением, подсветкой, а также режимами отображения. Средством вывода данной системы является монитор с возможностью стереовывода, гарнитуры дополненной и виртуальной реальности.The microscope is controlled using a wireless control panel, pedal and tactile panel, namely: control of focusing, convergence of optical axes, magnification, illumination, and display modes. The output medium of this system is a monitor with stereo output capability, augmented and virtual reality headsets.

На Фиг. 2. представлена структурно - функциональная схема предлагаемой хирургической системы стереовидения, со следующими обозначениями:In FIG. 2. The structural and functional diagram of the proposed surgical stereo vision system is presented, with the following symbols:

1 - штатив, снабженный средством управления системой, позволяющей изменять положение оптического модуля по 5 координатам, настраивать изображение, изменяя настройки освещения, увеличения, цветокоррекции, а также переводить устройства в различные предустановленные режимы;1 - a tripod equipped with a system control that allows you to change the position of the optical module along 5 coordinates, adjust the image by changing the lighting, magnification, color correction settings, and also switch the devices to various preset modes;

2 - дугообразные платформы;2 - arched platforms;

3 - оптический модуль;3 - optical module;

4 - монитор.4 - monitor.

Claims (1)

Хирургическая система стереовидения, содержащая монитор, оптический модуль с каналами получения изображения, устройство электронного управления моторизированным перемещением оптического модуля по осям OX, OY, OZ и штатив, отличающаяся тем, что монитор располагается вблизи операционного стола на подкатной стойке, оптический модуль снабжен 2 дополнительными каналами получения изображения, каждый из которых оснащен индивидуальным модулем подсветки и размещен за головой оператора, штатив выполнен в форме двух разновеликих перекрещивающихся дуговых платформ, снабженных дополнительными электромоторами для обеспечения возможности поворотов оптического модуля относительно осей OX, OY.A surgical stereo vision system containing a monitor, an optical module with image acquisition channels, an electronic control device for the motorized movement of the optical module along the OX, OY, OZ axes and a tripod, characterized in that the monitor is located near the operating table on a rolling stand, the optical module is equipped with 2 additional channels image acquisition, each of which is equipped with an individual backlight module and is placed behind the operator’s head, the tripod is made in the form of two different-sized intersecting arc platforms, equipped with additional electric motors to allow the optical module to rotate relative to the OX, OY axes.
RU2023107327A 2023-03-27 Surgical stereo vision system RU2802453C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802453C1 true RU2802453C1 (en) 2023-08-29

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10028651B2 (en) * 2013-09-20 2018-07-24 Camplex, Inc. Surgical visualization systems and displays
RU2720830C1 (en) * 2020-03-19 2020-05-13 Ассистирующие Хирургические Технологии (Аст), Лтд Assisting surgical complex
US20210169606A1 (en) * 2014-12-05 2021-06-10 Camplex, Inc. Surgical visualization systems and displays
EP3879328A1 (en) * 2020-03-11 2021-09-15 Leica Instruments (Singapore) Pte. Ltd. Systems, methods and computer programs for a microscope and microscope system
RU2757645C1 (en) * 2021-02-15 2021-10-19 Александр Дмитриевич Чупров Surgical stereovision system
US11147443B2 (en) * 2013-09-20 2021-10-19 Camplex, Inc. Surgical visualization systems and displays

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10028651B2 (en) * 2013-09-20 2018-07-24 Camplex, Inc. Surgical visualization systems and displays
US11147443B2 (en) * 2013-09-20 2021-10-19 Camplex, Inc. Surgical visualization systems and displays
US20210169606A1 (en) * 2014-12-05 2021-06-10 Camplex, Inc. Surgical visualization systems and displays
EP3879328A1 (en) * 2020-03-11 2021-09-15 Leica Instruments (Singapore) Pte. Ltd. Systems, methods and computer programs for a microscope and microscope system
RU2720830C1 (en) * 2020-03-19 2020-05-13 Ассистирующие Хирургические Технологии (Аст), Лтд Assisting surgical complex
RU2757645C1 (en) * 2021-02-15 2021-10-19 Александр Дмитриевич Чупров Surgical stereovision system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11147443B2 (en) Surgical visualization systems and displays
EP2903551B1 (en) Digital system for surgical video capturing and display
US20230122367A1 (en) Surgical visualization systems and displays
JP6521982B2 (en) Surgical visualization system and display
US20230255446A1 (en) Surgical visualization systems and displays
US11154378B2 (en) Surgical visualization systems and displays
US9766441B2 (en) Surgical stereo vision systems and methods for microsurgery
US7768702B2 (en) Medical stereo observation system
JP4398352B2 (en) Medical stereoscopic imaging device
EP3383247A1 (en) Surgical visualization systems and displays
JP2006158452A5 (en)
US20200030054A1 (en) Observation system for dental and medical treatment
JP4674094B2 (en) Stereoscopic observation device
CN115087413A (en) Method for operating a surgical microscope and surgical microscope
RU2802453C1 (en) Surgical stereo vision system
JPH0970406A (en) Observation device for operation
RU2757645C1 (en) Surgical stereovision system
CN110179550B (en) Medical viewing apparatus with movable beam deflector and method of operating the same
JP2017106994A (en) Surgical stereoscopic observation device
GB2552257A (en) Digital loupe device and its image stabilizing method
JPWO2021136777A5 (en)
Korge et al. The Three-Dimensional StereoSite Visualization and Information System Through Head-Mounted Displays and Its Use in Microsurgery of the Spine