Головное устройство для освещения и съемки объектов, прежде всего для применения в медицине

Изобретение относится к головным светильникам для применения в медицине и прежде всего в хирургии. Головное устройство для освещения и съемки объектов, прежде всего для применения в медицине, имеет по меньшей мере один источник освещения, камеру, прежде всего электронную, держатель, с помощью которого по меньшей мере один источник освещения и камера удерживаются на голове человека, и оптическое устройство наведения на снимаемый объект, позволяющее проецировать по меньшей мере одну метку на освещенный источником освещения участок, находящийся в поле зрения камеры. Устройство освещения и съемки позволяет исключить появление в поле ее зрения посторонних объектов и теней, обеспечивает возможность прямой передачи изображения и беспроводной связи с удаленным рабочим местом, а также возможность многоракурсной съемки. 34 з.п. ф-лы.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к головному устройству для освещения и съемки объектов, прежде всего для применения в медицине.

Уровень техники

Головные светильники, которые крепятся, например, к надеваемому на голову обручу или шлему, соответственно каске, находят широкое применение в самых разнообразных областях. Лишь в качестве примера таких областей, в которых используются головные светильники, при этом можно назвать горнодобывающую промышленность, а также медицину и прежде всего хирургию. Помимо этого, подобные головные светильники находят применение при проведении монтажных или сборочных работ. Очевидно, что перечень возможных областей применения головных светильников не исчерпывается указанными выше.

Одно из основных преимуществ головных светильников состоит в том, что они позволяют освещать непосредственно тот участок, который находится или попадает в поле зрения человека, на голове которого находится такой светильник, благодаря чему отпадает необходимость использовать стационарные прожекторы или переносные светильники, удерживаемые в руке.

Вместе с тем в медицинской технике, а также в других областях с некоторого времени стали использовать системы протоколирования или документирования, которые получают все большее распространение. Цель использования подобных систем состоит в протоколировании или документировании хода выполнения тех или иных операций или процессов, во-первых, для разрешения возможных спорных ситуаций и, во-вторых, для сертификации на соответствие тем или иным стандартам ISO. В состав таких систем протоколирования или документирования, используемых при проведении хирургических операций, обычно входят видеокамеры, позволяющие снимать ход хирургической операции и записывать ее на видеомагнитофон или иное аналогичное видеозаписывающее устройство. Согласно уровню техники такие видеокамеры располагают, например, по центру операционного светильника либо в каком-либо ином месте над операционным столом. Недостаток подобного расположения видеокамеры состоит в том, что собственно оперируемая область (операционное поле) часто оказывается закрыта или заслонена наклоняющимся над пациентом оперирующим врачом либо его ассистентами.

Помимо этого, при размещении видеокамеры не по центру или не в центре операционного светильника возникают дополнительные проблемы, связанные с появлением попадающих в поле зрения видеокамеры теней, отбрасываемых находящимся в операционной персоналом или какими-либо предметами.

Аналогичные проблемы возникают и в иных случаях при использовании стационарных видеокамер.

С другой стороны, применение переносных или подвижных видеокамер связано с определенными неудобствами, поскольку работа с такими видеокамерами является сравнительно сложной процедурой и поэтому обычно требует участия оператора, занятого исключительно видеосъемкой.

Описание изобретения

В основу настоящего изобретения была положена задача разместить видеокамеру в таком месте, в котором практически во всех случаях, предусматривающих применение видеокамеры, исключалось бы попадание в поле ее зрения посторонних объектов, заслоняющих обрабатываемый участок и прежде всего операционное поле, а также исключалось бы появление в поле ее зрения теней от тех или иных объектов и/или исключалась бы съемка иного участка вместо требуемого.

Еще одна задача состояла в разработке таких головных устройств для освещения и съемки объектов, которые обеспечивали бы возможность прямой передачи снимаемого изображения и связи с другими рабочими местами.

Помимо этого, задача изобретения состояла также в том, чтобы обеспечить возможность многоракурсной съемки и прежде всего возможность стереосъемки.

Указанные задачи решаются согласно изобретению с помощью отличительных признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы.

Согласно изобретению было установлено, что при применении камеры в медицине попадание в ее поле зрения посторонних объектов, заслоняющих обрабатываемый участок и прежде всего операционное поле, можно исключить с достаточно высокой степенью вероятности в том случае, если разместить эту камеру, которая может представлять собой прежде всего электронную камеру, такую как видеокамера, на голове занятого выполнением той или иной работы человека, т.е., например, на голове оперирующего врача. Такой человек уже по той причине, чтобы обеспечить себе свободное поле зрения, будет при любых условиях следить за тем, чтобы в пространстве между его головой и объектом, с которым он работает, т.е., например, операционным полем, не находились никакие посторонние предметы или другие лица.

В соответствии с этим в изобретении предлагается головное устройство для освещения и съемки объектов, имеющее по меньшей мере один источник освещения и камеру, прежде всего электронную, которые закреплены на держателе, с помощью которого эти по меньшей мере один источник освещения и камера удерживаются на голове человека. При этом таким держателем может служить, например, надеваемый на голову обруч или шлем, соответственно каска.

Согласно изобретению было установлено далее, что одно только размещение камеры на голове и прежде всего на лбу занятого выполнением той или иной работы человека не гарантирует стопроцентно расположение представляющего основной интерес участка по центру поля снимаемого камерой изображения. Поэтому согласно изобретению предусмотрено оптическое устройство наведения на снимаемый объект (своего рода оптический "прицел"), с помощью которого на высвечиваемый источником(ами) освещения участок, попадающий в поле зрения камеры, проецируется по меньшей мере одна метка.

Благодаря этому оператор, на голове которого расположена камера, в любой момент может проверить, находится ли представляющий интерес участок по центру снимаемого камерой изображения. Если же по тем или иным причинам этот участок преднамеренно требуется сместить из центра снимаемого камерой изображения или же если в целях протоколирования или документирования требуется заснять в определенной последовательности окружающее пространство, то оператор достаточно просто может обеспечить такую возможность за счет соответствующего движения головы.

Иными словами, устройство наведения на снимаемый объект позволяет оператору, на голове которого расположена камера, целенаправленно снимать определенный план без необходимости отслеживать снимаемое изображение на экране монитора или использовать иные вспомогательные средства.

Для наиболее эффективного высвечивания попадающего в поле зрения камеры участка наиболее предпочтительно, чтобы светоизлучающая(ие) поверхность(и) источника(ов) освещения охватывала(и) объектив камеры.

Устройство наведения на снимаемый объект может иметь самое различное исполнение.

Так, например, такое устройство наведения на снимаемый объект может проецировать метку в центр участка, находящегося в поле зрения камеры. Тем самым оператор в любой момент знает, какое место находится в центре снимаемого камерой изображения. Преимущество этого варианта состоит в том, что на снимаемый участок требуется проецировать лишь одну метку.

Альтернативно или дополнительно к этому устройство наведения на снимаемый объект может проецировать и несколько меток.

Так, в частности, проецированием нескольких меток можно обозначить границы участка, находящегося в поле зрения камеры. Преимущество этого варианта состоит в том, что оператор в любой момент видит границы снимаемого участка.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения предусмотрена возможность слияния меток в одну точку в том случае, когда место, в которое они проецируются, попадает в фокальную плоскость камеры. Преимущество этого варианта состоит в том, что оператор прежде всего в том случае, когда камера не имеет функции автоматической фокусировки, всегда располагает информацией о том, находится ли снимаемый участок в области резко изображаемого камерой пространства.

Оптическое устройство наведения на снимаемый объект может иметь самое различное исполнение, например оно может иметь по меньшей мере один лазерный указатель, проецирующий на попадающий в поле зрения камеры участок - лазерное световое пятно (по типу лазерной указки).

В том случае, если метки, выполняющие по существу функцию ориентиров для оператора, создают помехи в отснятом изображении при его просмотре, то такие метки можно электронным или оптическим путем подавить или устранить в снимаемом камерой изображении.

В качестве осветительных устройств можно использовать устройства, аналогичные тем, которые используются, например, в эндоскопии. Очевидно, что при использовании ламп большой мощности можно применять инфракрасные заграждающие фильтры и аналогичные устройства.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения осветительное устройство имеет по меньшей мере один волоконный световод, в который вводится освещающий свет и на выходном, соответственно светоизлучающем, конце которого расположена линза, которая проецирует выходящий из световода световой конус на находящийся в поле зрения камеры участок. При этом наиболее предпочтительно предусматривать множество волоконных световодов и устанавливать на выходном конце каждого из них по линзе таким образом, чтобы световые пучки, выходящие из волоконных световодов, накладывались один на другой на находящемся в поле зрения камеры участке.

При этом особо предпочтительно использовать волоконные световоды, диаметр каждого из которых составляет порядка 0,5 мм. При обычном рабочем расстоянии до снимаемого объекта, составляющем от 60 до 80 см, диаметр светового луча, выходящего из подобных волоконных световодов, можно легко увеличить до 100 мм и более с помощью небольших по размеру линз, располагаемых вблизи выходного конца волоконных световодов. При этом каждая из таких линз может даже представлять собой интегральную часть выходного конца волоконного световода и в этом случае ее можно изготавливать оплавлением конца волоконного световода по соответствующей технологии.

При использовании, например, порядка 100 волоконных световодов их выходные концы можно достаточно просто расположить кольцом вокруг объектива камеры и направлять на находящийся в поле зрения камеры участок свет от осветительного устройства мощностью несколько сотен ватт. С этой целью осветительное устройство обычно снабжают по меньшей мере одной лампой, прежде всего газоразрядной лампой, излучаемый которой свет вводится в волоконный(ые) световод(ы).

В другом варианте осветительное устройство может быть оснащено по меньшей мере одним светодиодом. При этом такой по меньшей мере один светодиод может располагаться "дистально" и в этом случае непосредственно служить источником, соответственно источниками освещения. В качестве светодиодов можно использовать диоды, излучающие белый свет, либо диоды, испускающие излучение ультрафиолетовой либо инфракрасной области спектра. Очевидно, что светодиоды можно располагать и "проксимально" и вводить излучаемый ими свет в волоконный жгут.

Предлагаемое в изобретении решение позволяет получать на снимаемом камерой участке настолько яркое освещенное пятно, что оно остается видимым даже в свете операционного светильника. Благодаря этому появляется возможность отказаться от применения отдельного оптического устройства наведения на снимаемый объект, оснащенного собственным источником освещения, например лазерным указателем. При этом само яркое световое пятно, образующееся в результате наложения света, выходящего из отдельных волоконных световодов, выполняет функцию проецируемой на снимаемый участок метки даже при ярком окружающем освещении.

В качестве камеры можно использовать самые разнообразные камеры, например электронные камеры или обычные видеодиакамеры. Однако наиболее предпочтительно использовать в качестве камеры видеокамеру прежде всего с устройством автоматической фокусировки.

Используемые в предлагаемом в изобретении устройстве держатели, например надеваемые на голову обручи или шлемы, известны по их применению в самых различных областях и прежде всего в медицине. Равным образом широко известны и соответствующие миниатюрные камеры, включая используемые в комплекте с ними их устройства управления и считывания данных и осветительные устройства. В продаже имеются также кольцевые светильники, которые можно расположить кольцом вокруг объектива камеры и которые позволяют освещать находящийся в поле зрения камеры участок даже при условии, что камера оснащена вариообъективом и/или сменными объективами.

В другом предпочтительном варианте предусмотрена возможность согласования размеров высвечиваемого осветительным устройством пятна с размерами попадающего в поле зрения соответствующего объектива участка либо с установленным фокусным расстоянием вариообъектива.

С целью обеспечить фиксированное взаимное расположение камеры и по меньшей мере еще одного, закрепляемого на надеваемом на голову обруче или шлеме дополнительного устройства, согласно еще одному варианту осуществления изобретения держатель предлагается оснастить жестким элементом, к которому крепятся эти камера и дополнительное устройство.

Такой жесткий элемент можно закреплять на надеваемом на голову обруче, соответственно на шлеме. В другом варианте подобный жесткий элемент может представлять собой жесткое кольцо, являющееся частью надеваемого на голову обруча, соответственно шлема.

Поскольку жесткое кольцо в отличие от гибкого надеваемого на голову обруча не может принимать форму головы конкретного пользователя, с внутренней стороны такого жесткого кольца предпочтительно предусмотреть по меньшей мере одну надувную подкладку, которая в надутом состоянии принимает форму, соответствующую форме головы конкретного пользователя, и тем самым плотно облегает голову пользователя.

Указанное выше дополнительное устройство, закрепляемое на держателе, в принципе может представлять собой любое из большого разнообразия самых различных устройств, например обрабатывающий лазер. В предпочтительном варианте таким дополнительным устройством также является видеокамера. В этом случае появляется возможность получать изображения снимаемого объекта в различных ракурсах или получать стереоизображения.

Блоки питания источника(ов) освещения и камеры предпочтительно располагать отдельно от головного устройства и соединять с предлагаемым в изобретении головным устройством по меньшей мере одним кабелем. В такой кабель предпочтительно встроить множество волоконных световодов, по которым свет, излучаемый по меньшей мере одной лампой, передается к источнику или источникам освещения.

В кабель предпочтительно встраивать прежде всего множество волоконных световодов, по которым свет по меньшей мере от одного его источника передается к источнику(ам) освещения.

С целью свести к минимуму неудобства для пользователя при ношении головного устройства осветительное устройство и блок управления и электропитания камеры наиболее предпочтительно соединять с самой камерой и источником(ами) освещения одним единственным кабелем.

Значительно упростить конструкцию предлагаемого в изобретении головного устройства можно в том случае, если выполнить осветительное устройство и блок управления и электропитания камеры в виде модулей, размещенных в общем корпусе, и предусмотреть для подсоединения единого кабеля комбинированный штекерный разъем, в корпусе которого объединено множество штекеров различного назначения, которые предназначены для последовательного подсоединения, например, световодных кабелей, устройства управления лазерным модулем, соответственно видеомодулем, и иных устройств, и которые тем самым совместно можно вставлять в соответствующие ответные гнезда, имеющиеся у соответствующих модулей.

Предлагаемое в изобретении головное устройство может использоваться не только для протоколирования или документирования различного рода процессов, но и для передачи информации (видеоинформации) на другие рабочие места в режиме "он-лайн".

С целью обеспечить возможность связи пользователя головного устройства с третьими лицами предпочтительно далее предусмотреть аудиомодуль, обеспечивающий прежде всего двухстороннюю связь между пользователем головного устройства и удаленным рабочим местом. Благодаря этому лицо, находящееся на этом другом рабочем месте, может давать пользователю головного устройства при выполнении им соответствующей работы необходимые указания и/или оказывать помощь ("подстраховывать") при выполнении такой работы.

В этом отношении особое преимущество проявляется при наличии видеомодуля, позволяющего передавать снятое изображение на удаленное рабочее место.

В любом случае предпочтительно использовать беспроводную передачу аудио- и/или видеосигналов. Значительно упростить передачу видеосигналов позволяет их передача в сжатом виде, например в соответствии со стандартом MPEG-4.

С целью уменьшить нагрузку на пользователя головного устройства до минимально возможной различные модули предпочтительно размещать отдельно от этого головного устройства.

Связь между пользователем головного устройства и третьими лицами можно дополнительно улучшить, оснастив это головное устройство дисплеем типа мини-дисплея "для чтения на ходу". В альтернативном или дополнительном варианте находящийся на удаленном рабочем месте оператор может управлять оптическим устройством наведения на снимаемый объект и прежде всего направлять его на объект, представляющий интерес для этого оператора. Тем самым находящийся на удаленном рабочем месте оператор может с помощью оптического устройства наведения на снимаемый объект непосредственно руководить действиями пользователя головного устройства.

Как уже указывалось выше, различного рода модули предпочтительно не располагать на держателе. С целью предоставить пользователю головного устройства максимальную свободу движений наиболее предпочтительно предусмотреть портативный блок управления и электропитания. Подобный блок управления и электропитания можно поместить в рюкзак.

Блок управления и электропитания наиболее предпочтительно оснащать топливным элементом с емкостью для хранения сжиженного газа, что обеспечивает продолжительную автономную работу головного устройства.

Помимо этого, можно также предусмотреть систему архивации, устройство обработки изображений и/или видеоконтрольное устройство.

В заключение следует отметить, что предлагаемое в изобретении головное устройство для освещения и съемки объектов достаточно подробно рассмотрено в приведенном выше описании, основываясь на котором, специалист в соответствующей области техники может в любой момент реализовать такое устройство, что позволяет отказаться от рассмотрения конкретных примеров осуществления изобретения со ссылкой на чертежи.

1. Головное устройство для освещения и съемки объектов, прежде всего для применения в медицине, имеющее камеру, прежде всего электронную, такую как видеокамера, осветительное устройство по меньшей мере с одним источником освещения, выходящим из светоизлучающей поверхности которого светом освещается находящийся в поле зрения камеры участок, и держатель, с помощью которого по меньшей мере один источник освещения и камера удерживаются на голове человека, отличающееся тем, что предусмотрено оптическое устройство наведения на снимаемый объект, позволяющее проецировать по меньшей мере одну метку на освещенный источником освещения участок, находящийся в поле зрения камеры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическое устройство наведения на снимаемый объект выполнено с возможностью проецировать метку в центр снимаемого камерой и находящегося в ее поле зрения участка.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическое устройство наведения на снимаемый объект выполнено с возможностью проецировать несколько меток, которыми обозначаются границы участка, находящегося в поле зрения камеры.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что предусмотрена возможность слияния меток в одну точку в том случае, когда место, в которое они проецируются, попадает в фокальную плоскость камеры.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что осветительное устройство имеет по меньшей мере один волоконный световод, в который вводится освещающий свет и выходной, соответственно светоизлучающий конец которого совместно с линзой, которой выходящий из световода световой конус проецируется на находящийся в поле зрения камеры участок, образует светоизлучающую поверхность источника освещения.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что предусмотрено множество волоконных световодов и на выходном конце каждого из них установлено по линзе таким образом, что световые пучки, выходящие из волоконных световодов, накладываются один на другой на находящемся в поле зрения камеры участке.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что яркое световое пятно, образующееся в результате наложения света, выходящего из отдельных волоконных световодов, выполняет функцию проецируемой на снимаемый участок метки даже при ярком окружающем освещении.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что осветительное устройство оснащено по меньшей мере одним светодиодом.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что по меньшей мере один светодиод расположен "дистально" и непосредственно служит источником, соответственно источниками освещения.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник освещения или его светоизлучающая поверхность кольцом охватывает объектив камеры.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера представляет собой видеокамеру прежде всего с устройством автоматической фокусировки.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что видеокамера оснащена вариообъективом и/или сменными объективами.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что предусмотрена возможность согласования размеров высвечиваемого источником(ами) освещения пятна с размерами попадающего в поле зрения соответствующего объектива участка либо с установленным фокусным расстоянием вариообъектива.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что держателем служит надеваемый на голову обруч или шлем.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что для обеспечения фиксированного взаимного расположения камеры и по меньшей мере еще одного, закрепляемого на надеваемом на голову обруче или шлеме дополнительного устройства держатель оснащен жестким элементом, к которому крепятся эти камера и дополнительное устройство.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что жесткий элемент представляет собой жесткое кольцо, являющееся частью надеваемого на голову обруча, соответственно шлема.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что с внутренней стороны жесткого кольца предусмотрена по меньшей мере одна надувная подкладка, которая в надутом состоянии принимает форму, соответствующую форме головы конкретного пользователя, и тем самым плотно облегает голову пользователя.

18. Устройство по п.15, отличающееся тем, что дополнительным устройством также является видеокамера.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что обе видеокамеры позволяют вести стереосъемку.

20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что осветительное устройство и блок управления и электропитания камеры расположены отдельно от головного устройства и соединены с источником(ами) освещения и камерой по меньшей мере одним кабелем.

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что осветительное устройство и блок управления и электропитания камеры соединены с камерой и источником(ами) освещения одним единственным кабелем.

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что осветительное устройство и блок управления и электропитания камеры выполнены в виде модулей, размещенных в общем корпусе, и для подсоединения единого кабеля предусмотрен комбинированный штекерный разъем, в корпусе которого объединено множество штекеров различного назначения, которые предназначены для последовательного подсоединения, например, световодных кабелей, устройства управления лазерным модулем, соответственно видеомодулем и иных устройств и которые тем самым совместно вставляются в соответствующую ответную часть разъема.

23. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрен аудиомодуль, обеспечивающий прежде всего двухстороннюю связь между пользователем головного устройства и удаленным рабочим местом.

24. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрен видеомодуль, позволяющий передавать снятое изображение на удаленное рабочее место.

25. Устройство по п.23 или 24, отличающееся тем, что передача аудио- и/или видеосигналов происходит беспроводным путем.

26. Устройство по п.25, отличающееся тем, что видеосигналы передаются в сжатом виде, например в соответствии со стандартом MPEG-4.

27. Устройство по п.23 или 24, отличающееся тем, что модули размещены отдельно от головного устройства.

28. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрен модуль, обеспечивающий двухстороннюю связь между головным устройством и удаленным рабочим местом.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что находящийся на удаленном рабочем месте оператор имеет возможность передавать информацию пользователю головного устройства.

30. Устройство по п.29, отличающееся тем, что для выполнения указанной функции оно оснащено дисплеем типа минидисплея "для чтения на ходу".

31. Устройство по п.29 или 30, отличающееся тем, что находящийся на удаленном рабочем месте оператор имеет возможность управлять оптическим устройством наведения на снимаемый объект и прежде всего направлять его на объект, представляющий интерес для этого оператора.

32. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрен портативный блок управления и электропитания.

33. Устройство по п.32, отличающееся тем, что блок управления и электропитания размещен в рюкзаке.

34. Устройство по п.32 или 33, отличающееся тем, что блок управления и электропитания оснащен топливным элементом с емкостью для хранения сжиженного газа.

35. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрена система архивации.

Приоритет по пунктам:

29.11.2000 - пп.1-4,11 и 14;

30.11.2000 - пп. 5-7 и 10;

02.06.2001 - пп.8, 9, 12, 13 и 15-35.