TWI576649B - 手術用影像擷取裝置及其影像擷取方法 - Google Patents

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Description

手術用影像擷取裝置及其影像擷取方法
本發明係有關於一種手術用影像擷取裝置及其影像擷取方法，特別是指可進行影像校正的手術用影像擷取裝置及其影像校正方法。
由於光學影像擷取技術的進步，顯微手術得以在醫院中被大量操作。當醫生在進行顯微手術時，時常需要處理非常微小而肉眼不易觀察的硬或軟組織，例如血管、神經等直徑小於1毫米的組織，因此精準的光學影像放大設備對於顯微手術而言是非常重要的。
參閱第一圖及第二圖，分別顯示兩種常用的光學影像設備，包括醫療用光學放大鏡(binoculars surgical loupes)及醫療用光學顯微鏡(binoculars surgical microscope)。再參閱下表，係二者之比較：
然而，上述兩種光學影像設備仍有以下缺失：
1.在整個手術過程中，需要使用者(通常是外科醫生)維持固定的工作距離和姿勢，因此通常會引起骨骼肌肉的問題和疼痛。
2.持續的注視放大鏡或顯微鏡的鏡片所引起的眼睛的疲勞。
3.在高的放大倍率下，放大的畫面會隨著使用者的生理因素所造成的頭部無意識顫動而產生不穩定的抖動及偏移，此種動作會造成對焦的困難並影響畫面的清晰度。
上述的缺失不僅會傷害使用者的健康，也會影響手術執行的效果和品質。
為改善前述缺失，本發明提出一種手術用影像擷取裝置，包括：一穿戴架；一對旋轉模組，分別設置在該穿戴架兩側，且水平高度相同，所述旋轉模組包括一第一旋轉模組用以垂直旋轉，以及一第二旋轉模組用以水平旋轉；一對光學影像模組，分別設置在該旋轉模組上；一對顯示器，透過一伸縮式的連接件連接在該穿戴架上並位於該穿戴架前方；一控制單元，電連接前述旋轉模組、光學影像模組及顯示器，且該控制單元設定有一調整門檻。
該對光學影像模組首先擷取一基準影像，其中，該穿戴架二側之光學影像模組各擷取一畫面，該基準影像係為該二畫面重疊之部位，當該穿戴架產生偏轉位移時，該對光學影像模組會擷取到一偏移影像，該控制單元會根據座標位置比對該基準影像與該偏移影像，而計算該偏移影像的位移量及方向，當該偏移影像的位移量及方向超過該調整門檻時，該控制單元根據該偏移影 像的位移量及方向而啟動該第一旋轉模組與該第二旋轉模組作動，使該第一旋轉模組與該第二旋轉模組反向調整該光學影像模組的方向，使該對光學影像模組擷取符合該基準影像的一校正影像，或者該控制單元輸出該位移量及方向供操作該對旋轉模組作動，藉以反向調整該光學影像模組的方向，使該對光學影像模組擷取符合該基準影像的一校正影像，該對顯示器用以顯示各影像。
進一步，該穿戴架係呈眼鏡型態。
進一步，該第一旋轉模組設置一第一微型馬達電性連接該控制單元，該第二旋轉模組設置一第二微型馬達電性連接該控制單元。
進一步，所述光學影像模組包括一照明元件、一影像擷取元件及一感應器，該感應器用以接收一定位指令以確認該基準影像。
進一步，所述顯示器為虛擬視網膜顯示器(VRD)、LCD顯示器、LED顯示器、LCOS顯示器或玻璃顯示器(data glass)之一。
進一步，該控制單元為外接式，或者整合於該對光學影像模組或整合於該穿戴架上。
本發明再提出一種藉由上述手術用影像擷取裝置執行之手術用影像擷取方法，包括下列步驟：A.將該穿戴架穿戴於使用者頭部，並藉由該對光學影像模組擷取一患部之一影像，該控制單元將該影像顯示於該對顯示器，使用者選定基準位置後，設定該基準位置之影像為一基準影像，其中，該穿戴架二側之光學影像模組各擷取一畫面，該基準影像係為該二畫面重疊之部位；B.當使用者頭部顫動或移動，引致該穿戴架所對應之目標影像偏轉位移時，該對光學影像模組會擷取到一偏移影像；C.該控制單元會根據座標位置比對該基準影像與該偏移影像，而計算該偏移影像的位移量及方向；D.使用者在該控制單元設定一調整門檻，當該偏移影像的位移量及方向超過該調整門檻時，該控制單元即控制該第 一旋轉模組與該第二旋轉模組作動，使該第一旋轉模組與該第二旋轉模組反向調整該光學影像模組的方向，使該對光學影像模組擷取符合該基準影像的一校正影像，或者使用者根據該位移量及方向手動控制該對旋轉模組作動，藉以反向調整該光學影像模組的方向，使該對光學影像模組擷取符合該基準影像的一校正影像。
進一步，步驟A中，該穿戴架二側之光學影像模組各擷取一畫面，該基準影像係為該二畫面重疊之部位。
進一步，該控制單元係隨時更新該基準影像。
進一步，使用者在該控制單元設定一預設光強度，當照射該患部之光強度不足該預設光強度時，該控制單元控制該光學影像模組發出之光強度，直到該患部之光強度與該預設光強度相當。
進一步，所述顯示器係位在使用者下眼瞼處。
進一步，步驟A中，使用者藉由聲控、振動控制、壓力控制或光學控制之一，以輸入指令至該控制單元，藉以設定該基準影像。
本發明的功效在於： 藉由隨時校正影像的位置，確保影像隨時對焦在患部，使醫師能夠持續獲得清晰的患部影像。
(1)‧‧‧穿戴架
(2)‧‧‧第一旋轉模組
(21)‧‧‧第一微型馬達
(3)‧‧‧第二旋轉模組
(31)‧‧‧第二微型馬達
(4)‧‧‧光學影像模組
(41)‧‧‧照明元件
(42)‧‧‧影像擷取元件
(43)‧‧‧感應器
(5)‧‧‧顯示器
(6)‧‧‧連接件
(7)‧‧‧控制單元
[第一圖]係為習知醫療用光學放大鏡的示意圖。
[第二圖]係為習知醫療用光學顯微鏡的示意圖。
[第三圖]係為本發明裝置的前視圖。
[第四圖]係為本發明裝置的側視圖。
[第五圖]係為本發明裝置的上視圖。
[第六圖]係為本發明方法的流程圖。
綜合上述技術特徵，本發明手術用影像擷取裝置及其影像擷取方法的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
參閱第三圖至第五圖所示，本發明裝置包括：一穿戴架(1)，較佳的是呈眼鏡型態，方便使用者穿脫；一對旋轉模組，分別設置在該穿戴架(1)兩側，且水平高度相同，本實施例中，所述旋轉模組包括一第一旋轉模組(2)用以垂直旋轉，以及一第二旋轉模組(3)用以水平旋轉，並且，該第一旋轉模組(2)設置一第一微型馬達(21)，該第二旋轉模組(3)設置一第二微型馬達(31)；一對光學影像模組(4)，分別設置在該旋轉模組上，所述光學影像模組(4)包括一照明元件(41)、一影像擷取元件(42)及一感應器(43)；一對顯示器(5)，連接該穿戴架(1)並位於該穿戴架(1)前方，本實施例中，所述顯示器(5)透過一伸縮式的連接件(6)連接在該穿戴架(1)上，藉以調整該顯示器(5)在眼球前方視線可觀測之最佳位置，所述顯示器(5)可為虛擬視網膜顯示器(VRD)、LCD顯示器、LED顯示器、LCOS顯示器或玻璃顯示器(data glass)之一；一控制單元(7)，電連接前述旋轉模組之第一微型馬達(21)與第二微型馬達(31)、以及該光學影像模組(4)與該顯示器(5)，其中，該控制單元(7)可為外接式，或者整合於該對光學影像模組(4)或整合於該穿戴架(1)上，本實施例以該控制單元(7)整合於該對光學影像模組(4)其中之一為例。
參閱第六圖所示[各元件則請參閱第三圖至第五圖]，該裝置的影像擷取方法之步驟如下：
A.將該穿戴架(1)穿戴於使用者頭部，此時，所述顯示器(5)洽可位在使用者下眼瞼處，方便使用者觀示，並藉由該對光學影像模組(4)的影像擷取元件(42)擷取一病患之患部的影像，該控制單元(7)將該影像顯示於該對顯示 器(5)，使用者選定基準位置後，藉由聲控、振動控制、壓力控制或光學控制之一以下達一定位指令，透過該感應器(43)接收該定位指令並輸入至該控制單元(7)，藉以設定該基準位置之影像為一基準影像，並透過該感應器(43)在該控制單元(7)設定一調整門檻。其中要說明的是，該基準影像的選擇方式係該穿戴架(1)二側之光學影像模組(4)的影像擷取元件(42)各擷取一畫面，該基準影像係為該二畫面重疊之部位。同時，使用者根據清楚看清患部所需要的光強度[即清晰目標影像所需光強度]，透過該感應器(43)在該控制單元(7)設定一預設光強度。除此之外，使用者亦可透過該感應器(43)輸入顯微手術過程中需要該控制單元(7)配合處理的控制指令。
B.顯微手術進行時，當使用者因生理因素造成頭部無意識偏轉位移，使該穿戴架(1)產生偏轉位移時，會使得該對光學影像模組(4)的影像擷取元件(42)擷取到一偏移影像。
C.該控制單元(7)會根據預設好的座標系統，比對該基準影像與該偏移影像的座標位置，而計算該偏移影像的位移量及方向。
D.當該偏移影像的旋轉角度超過該調整門檻時，該控制單元(7)根據該旋轉角度而啟動該第一微型馬達(21)與第二微型馬達(31)作動，使該第一旋轉模組(2)與該第二旋轉模組(3)反向調整該光學影像模組(4)的方向，藉以由該對光學影像模組(4)的影像擷取元件(42)擷取符合該基準影像的一校正影像，避免影像偏離患部過多，以利於顯微手術順利進行。另外，當清晰目標影像之光強度不足該預設光強度時，該控制單元(7)控制該光學影像模組(4)的照明元件(41)提高光強度，直到清晰目標影像之光強度與該預設光強度相當。而除了自動控制的方式之外，亦可由該控制單元(7)輸出該位移量及方向，供使用者手動操作該第一旋轉模組(2)與該第二旋轉模組(3)作動。
進一步要說明的是，由於在顯微手術過程中，患部形態可能會變 化造成影像改變，因此該控制單元(7)在顯微手術過程中會隨時更新該基準影像，以利於影像比對之用。
透過本發明裝置及使用方法，可隨時校正顯微手術進行時之影像的位置，確保影像隨時對焦在患部，並可使醫師能夠持續獲得清晰的患部影像。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

Claims (11)

  1. 一種手術用影像擷取裝置，包括：一穿戴架；一對旋轉模組，分別設置在該穿戴架兩側，且水平高度相同，所述旋轉模組包括一第一旋轉模組用以垂直旋轉，以及一第二旋轉模組用以水平旋轉；一對光學影像模組，分別設置在該旋轉模組上；一對顯示器，透過一伸縮式的連接件連接在該穿戴架上並位於該穿戴架前方；一控制單元，電連接前述旋轉模組、光學影像模組及顯示器，且該控制單元設定有一調整門檻；該對光學影像模組首先擷取一基準影像，其中，該穿戴架二側之光學影像模組各擷取一畫面，該基準影像係為該二畫面重疊之部位，當該穿戴架產生偏轉位移時，該對光學影像模組會擷取到一偏移影像，該控制單元會根據座標位置比對該基準影像與該偏移影像，而計算該偏移影像的位移量及方向，當該偏移影像的位移量及方向超過該調整門檻時，該控制單元根據該偏移影像的位移量及方向而啟動該第一旋轉模組與該第二旋轉模組作動，使該第一旋轉模組與該第二旋轉模組反向調整該光學影像模組的方向，使該對光學影像模組擷取符合該基準影像的一校正影像，或者該控制單元輸出該位移量及方向供操作該對旋轉模組作動，藉以反向調整該光學影像模組的方向，使該對光學影像模組擷取符合該基準影像的一校正影像，該對顯示器用以顯示各影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之手術用影像擷取裝置，其中，該穿戴架係呈眼鏡型態。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之手術用影像擷取裝置，其中，該第一旋轉模組設置一第一微型馬達電性連接該控制單元，該第二旋轉模組設置一第二微型馬達電性連接該控制單元。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之手術用影像擷取裝置，其中，所述光學影像模組包括一照明元件、一影像擷取元件及一感應器，該感應器用以接收一定位指令以確認該基準影像。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之手術用影像擷取裝置，其中，所述顯示器為虛擬視網膜顯示器(VRD)、LCD顯示器、LED顯示器、LCOS顯示器或玻璃顯示器(data glass)之一。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之手術用影像擷取裝置，其中，該控制單元為外接式，或者整合於該對光學影像模組或整合於該穿戴架上。
  7. 一種藉由申請專利範圍第1項所述之手術用影像擷取裝置執行之手術用影像擷取方法，包括下列步驟：A.將該穿戴架穿戴於使用者頭部，並藉由該對光學影像模組擷取一患部之一影像，該控制單元將該影像顯示於該對顯示器，使用者選定基準位置後，設定該基準位置之影像為一基準影像，其中，該穿戴架二側之光學影像模組各擷取一畫面，該基準影像係為該二畫面重疊之部位；B.當使用者頭部顫動或移動，引致該穿戴架所對應之目標影像偏轉位移時，該對光學影像模組會擷取到一偏移影像；C.該控制單元會根據座標位置比對該基準影像與該偏移影像，而計算該偏移影像的位移量及方向；D.使用者在該控制單元設定一調整門檻，當該偏移影像的位移量及方向超過該調整門檻時，該控制單元即控制該第一旋轉模組與該第二旋轉模組作動，使該第一旋轉模組與該第二旋轉模組反向調整該光學影像模組的方向，使該對光學影像模組擷取符合該基準影像的一校正影像，或者使用者根據該位移量及方向手動控制該對旋轉模組作動，藉以反向調整該光學影像模組的方向，使該對光學影像模組擷取符合該基準影像的一校正影像。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之手術用影像擷取方法，其中，該控制單元係隨時更新該基準影像。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之手術用影像擷取方法，其中，使用者在該控制單元設定一預設光強度，當照射該患部之光強度不足該預設光強度時，該控制單元控制該光學影像模組發出之光強度，直到該患部之光強度與該預設光強度相當。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之手術用影像擷取方法，其中，所述顯示器係位在使用者下眼瞼處。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之手術用影像擷取方法，步驟A中，使用者藉由聲控、振動控制、壓力控制或光學控制之一，以輸入指令至該控制單元，藉以設定該基準影像。
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