CN110772211A - 一种用于腔镜手术的视觉随动显示*** - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,包括头戴设备、控制模块、驱动机构、腔镜镜体、腔镜支架构成,头戴设备可以实时感知手术操作者头部运动,通过传感器将手术操作者头部位姿信息转化为电信号传输给控制模块,控制模块控制驱动机构驱动腔镜镜头运动,完成摄像头角度的跟随变化,并将摄像头所拍摄影像实时传送至头戴设备显示屏上,本发明可实现通过手术操作者头部运动控制腔镜摄像头实时跟随动作的功能,增加了镜头前端观察的灵活度及可视范围,方便手术操作者的观察,增强手术操作者对手术操作区域的快速感知及空间分辨力。
Description
技术领域
本发明专利涉及医疗器械技术领域,特别是涉及一种腔镜手术的成像***。
背景技术
随着微创手术的发展及成熟,腔镜技术越来越多的被应用于临床手术中。目前,腔镜手术使用的腔镜图像***多采用硬质杆状摄像头,其活动度及观察角度有限,使用过程中需要专门一名手术人员来操作摄像头,且常常会遇到观察盲区,视角与手术操作者不一致的情况会使得手术操作困难,当有紧急情况出现时,这种被动的视觉获取方式就会产生极大的风险。主要表现在:控制的滞后性,即眼睛跟不上手、脑的速度,从而延误手术时机;控制的不稳定性,摄像***对手术视野的获取受腔镜摄像头操作人员的影响较大,镜头的旋转及晃动不仅会干扰手术操作者的观察,还会产生“手眼分离”的错觉,手术操作者无法方便的按照自己的意愿及时的观察手术操作区域,降低了风险的预判能力。目前,国内暂无相关的腔镜手术显示***。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,设计一种可以通过感知手术操作者头部运动并通过获得的位姿信号控制腔镜摄像头跟随动作的新型腔镜手术显示***。
一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,包括:
头戴设备,集成有显示屏、传感器,所述头戴设备通过可调节的固定带固定于手术操作者头部;
控制模块,包括处理器、光源,所述控制模块通过无线连接或者数据线连接方式与所述头戴设备连接;
驱动机构,包括有驱动电机,所述驱动电机通过数据线连接于所述控制模块;
腔镜镜体,包括有腔镜摄像头、水平支架、腔镜镜体主干、腔镜镜体基座,所述腔镜镜体主干为中空结构,所述腔镜摄像头设置于腔镜镜体的前端;
腔镜支架,包括有球头关节、套筒固定器、滑轨、滑块,所述腔镜支架一端通过所述套筒固定器固定于手术台上,另一端与所述腔镜镜体基座通过滑轨连接。
在其中一个实施方式中,所述头戴设备内部设置有陀螺仪、加速度传感器、重力传感器,可以获取手术操作者头部的实时位姿信息,并将位姿信息转化为电信号传递给所述控制模块。
在其中一个实施方式中,所述头戴设备包含一块微型的显示屏,所述微型显示屏被设置于所述头戴设备前方,所述头戴设备接收控制模块发送的实时图像,并将图像显示于显示屏上。
在其中一个实施方式中,所述驱动机构包含3部驱动电机,所述驱动电机2部被设置于所述腔镜镜体基座,1部被设置于所述腔镜支架滑轨的一端,所述驱动电机通过数据线连接于所述控制模块,受所诉控制模块调控,带动所述腔镜摄像头及所述腔镜支架滑块运动。
在其中一个实施方式中,腔镜镜体内部设置有光导纤维、第二数据线、传动线、传动件,所述光导纤维一端连接所述腔镜镜体主干上的光源窗,另一端由所述腔镜镜体基座引出,连接于所述控制模块光源上;所述第二数据线一端连接于所述腔镜摄像头,所述第二数据线另一端连接所述控制模块;所述传动线一端固接于驱动电机驱动轮上,另一端绕过所述引导滑轮及腔镜摄像头滑轮后固接于所述驱动电机驱动轮上;所述传动件一端可旋转连接于驱动电机偏心轴上,另一端可旋转连接于所述水平支架上。
在其中一个实施方式中,手术操作者头部做偏转运动时,所述腔镜摄像头可以实时的跟随手术操作者头部动作而偏转,且偏转方向相同。
在另一个实施方式中,所述视觉随动***不仅能够用于微创腔镜手术,还可应用于手术机器人的图像***。
上述腔镜手术的视觉随动显示***至少具有以下优点:
当手术操作者头部水平转动时(即左右方向),头戴设备感知手术操作者头部运动,通过数据线向控制模块发送电信号,控制模块通过驱动机构控制水平支架水平转动;当手术操作者头部俯仰转动时(即上下方向),头戴设备感知手术操作者头部运动,通过数据线向控制模块发送电信号,控制模块通过驱动机构控制腔镜摄像头俯仰转动;当手术操作者头部前后平移运动时,头戴设备感知手术操作者头部运动,通过数据线向控制模块发送电信号,控制模块控制腔镜摄像头调节焦距;当手术操作者踏下保险踏板的同时头部前后平移运动时,头戴设备感知手术操作者头部运动,通过数据线向控制模块发送电信号,控制模块通过驱动机构控制腔镜镜体伸缩运动。实现了腔镜摄像头的图像跟随手术操作者头戴设备实时随动的功能,提高了对腔镜图像***的操控,改善了手术操作的安全性及舒适度,使得手术操作者有更强的沉浸感。
附图说明
图1为本发明专利一种用于腔镜手术的视觉随动显示***的整体示意图;
图2为腔镜镜体结构一种实施方式示意图;
图3为腔镜镜体前端结构一种实施方式示意图;
图4为腔镜摄像头结构一种实施方式示意图;
图5为腔镜镜体前端结构另一种实施方式示意图;
图6为腔镜镜体一种实施方式的横剖面示意图;
图7为腔镜镜体基座一种实施方式示意图;
图8为腔镜支架结构一种实施方式示意图;
具体实施方式
为了使本发明上述目的、特征和优点更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。本文使用的术语“垂直”、“水平”、“左”、“右”、“前”、“后”以及类似的表述只是为了说明目的,并不是唯一的实施方式。
除非另有定义,本文所使用的技术和科学术语与属于本发明领域的技术人员通常理解的含义相同,本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
请参阅图1,在一种实施方式中,头戴设备100为帽状,内设有陀螺仪、加速度传感器、重力传感器,头戴设备100穿戴于手术操作者(外科医生等)头部,可以获取手术操作者头部的实时位姿信息,并将位姿信息转化为电信号通过第一数据线501传递给控制模块200。头戴设备100包含一块显示屏101,显示屏101被设置于头戴设备100前方,显示屏101正对手术操作者双眼位置。
请一并参阅图2、图3、图4、图6、图7,在一种实施方式中,腔镜镜体主干340为中空结构。腔镜镜体主干340前端形成有1对连接耳345,连接耳345上下平行设置并开设有通孔。腔镜摄像头342的一端形成有1对连接耳343,连接耳343左右平行设置并开设有通孔。水平支架341前后两端分别形成有连接耳,后端连接耳346上下平行设置并开设有两对通孔,后端连接耳346搭接于腔镜镜体主干340前端连接耳345并可以绕第二转轴322转动。水平支架341前端连接耳344左右平行设置并开设有通孔,水平支架341前端连接耳344搭接于腔镜摄像头连接耳343并可以绕第一转轴324转动。
进一步的,传动杆332由腔镜镜体340中空内部穿行,传动件332一端可旋转的连接于水平支架341上,并可绕轴325旋转,传动件332的另一端可旋转的连接于驱动电机313的偏心轴315上,并可绕偏心轴315旋转。
进一步的,腔镜摄像头342一端成型有一滑轮237,滑轮237开有线槽及中孔327,组装时,第一转轴324由滑轮237的中孔327中穿过,使得腔镜摄像头342可以绕第一转轴324转动。
进一步的,第二转轴322及引导柱323上分别套有2个引导滑轮326,传动线331绕行于引导滑轮326及滑轮237。
进一步的,传动线331布设于腔镜镜体主干340内部,传动线331一端固接于电机驱动轮314上,另一端绕过引导滑轮326及滑轮237后,固接于电机驱动轮314上。
进一步的,腔镜摄像头滑轮处有止动销316,止动销316使得传动线331及滑轮237之间不发生滑动。
当腔镜摄像头342需要左右偏转时,驱动电机偏心轴315带动传动件332运动,传动件332带动水平支架341绕第二转轴322转动;当腔镜摄像头342需要上下偏转时,电机驱动轮314带动传动线331运动,传动线331带动滑轮237绕第二转轴324旋转,腔镜摄像头342实现上下偏转。
请参阅图7,在一种实施方式中,腔镜镜体基座320还设置有引导轮326及引导柱321,引导轮326套设于引导柱321上,传动线331绕设于引导轮326上。
请参阅图5,描述了另一种实施方式,在此实施方式中,腔镜镜体前端采用多关节结构347,腔镜镜体主干340内部布设有2对(4条)传动线331,其中1对传动线垂直对称布设,1对传动线水平对称布设。传动线一端固接于电机驱动轮314上,另一端固接于腔镜摄像头342上。当腔镜摄像头342需要左右偏转时,其中水平组传动线在驱动电机313带动下收紧或放松,传动线带动腔镜摄像头342左右偏转;当镜头需要上下偏转时,垂直组传动线在驱动电机312带动下收紧或放松,传动线带动腔镜摄像头342上下偏转。
请一并参阅图1、图3、图4、图6、图7,在一种实施方式中,腔镜摄像头342发出第二数据线503,第二数据线503走行于腔镜镜体300内部,第二数据线503由腔镜镜体基座320处引出,连接于控制模块处理器202上。
请一并参阅图1、图3、图6、图7,在一种实施方式中,腔镜镜体主干340内布设有光导纤维602,光导纤维602一端连接于腔镜镜体主干340上的光源窗603,光导纤维602的另一端由腔镜镜体基座320处引出,并连接于控制模块光源201上。
请一并参阅图1、图2、图8,在一种实施方式中,所述腔镜支架包含球头关节402,旋紧螺栓401,套筒固定器404。套筒固定器404可以套于手术台边缘,并通过旋紧螺栓401旋紧固定,通过调节球头关节402,使得腔镜镜***于一个合适的角度,然后通过旋紧螺栓401旋紧固定。
进一步的,腔镜镜体基座320固定于滑块412上,滑块412与滑轨411滑动连接,滑轨411一端设置有驱动电机311,驱动电机311通过丝杆333连接滑块412,滑块412设有同丝杆333配套螺纹,驱动电机311可以带动丝杆333旋转,丝杆333拉动滑块412沿滑轨411滑动,从而实现腔镜镜体的伸缩功能。
当然,在其他实施方式中,腔镜支架400还可以是其他种类机械臂或手术机器人的机械臂。
综上,当手术操作者头部左右偏转时,头戴设备100感知手术操作者头部运动信息,将采集的电信号发送给控制模块200,控制模块200控制驱动电机313运作,驱动电机313通过传动件332带动水平支架341左右摆动,实现腔镜摄像头342的左右随动;当手术操作者头部俯仰偏转时,头戴设备100将采集的运动电信号发送给控制模块200,控制模块200控制驱动电机312运作,驱动电机312通过传动线331带动滑轮237及腔镜摄像头342俯仰偏转,实现腔镜摄像头的俯仰随动;当手术操作者头部做前后位移时,头戴设备100感知手术操作者头部运动,并将位移信息发送给控制模块200,控制模块200根据位移大小调节摄像头焦距,实现对焦功能;当手术操作者踏下保险踏板203的同时头部做前后位移动作,控制模块控制滑轨411处驱动电机311运作,驱动电机311通过丝杆333带动滑块412滑动,实现了腔镜镜体300的伸缩功能。综上,实现了通过手术操作者头部运动控制腔镜摄像头随动的功能。
以上所述实施方式仅表达了本发明几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.本发明专利,一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,其特征在于,包括:
头戴设备,集成有显示屏、传感器,所述头戴设备通过可调节的固定带固定于手术操作者头部;
控制模块,包括处理器、光源,所述控制模块通过无线连接或者数据线连接方式与所述头戴设备连接;
驱动机构,包括驱动电机,所述驱动电机通过数据线连接于所述控制模块;
腔镜镜体,包括腔镜摄像头、水平支架、腔镜镜体主干、腔镜镜体基座,所述腔镜镜体主干为中空结构,所述腔镜摄像头设置于腔镜镜体的前端;
腔镜支架,包括球头关节、旋紧固定结构、滑轨、滑块,所述腔镜支架一端通过所述旋紧固定结构固定于手术台上,另一端与所述腔镜镜体基座通过滑轨连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,其特征在于,所述头戴设备设置有一块或两块显示屏,所述显示屏位于所述头戴设备前方,正对手术操作者双眼位置。
3.根据权利要求2所述的一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,其特征在于,所述显示屏显示2D或3D图像。
4.根据权利要求1所述的一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,其特征在于,所述头戴设备内部设置有陀螺仪、加速度传感器、重力传感器,可实时获取手术操作者头部的位姿信息。
5.根据权利要求1所述的一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,其特征在于,所述控制模块还设置有保险踏板。
6.根据权利要求1所述的一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,其特征在于,所述驱动机构包含2至4部驱动电机,所述驱动电机设置于所述腔镜镜体基座以及腔镜支架滑轨的一端。
7.根据权利要求1所述的一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,其特征在于,所述驱动电机通过带动所述腔镜摄像头偏转或者驱动腔镜镜体整体偏转的方式实现摄像角度的偏转。
8.根据权利要求1所述的一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,其特征在于,所述腔镜摄像头及所述水平支架可以绕第一转轴、第二转轴转动,并具备2自由度的活动度。
9.根据权利要求1所述的一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,其特征在于,所述腔镜镜体主干内部设置有光导纤维、第二数据线、传动线、传动件,所述光导纤维一端连接于所述腔镜镜体上的光源窗,另一端由所述腔镜镜体基座引出,连接于所述控制模块光源上;所述第二数据线一端连接于所述腔镜摄像头,另一端由所述腔镜镜体基座引出并连接于所述控制模块;所述传动线一端固接于驱动电机驱动轮上,另一端绕过引导滑轮及腔镜摄像头滑轮后固接于所述驱动电机驱动轮上;所述传动件一端可旋转连接于驱动电机偏心轴上,另一端可旋转连接于所述水平支架上。
10.根据权利要求8所述的一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,其特征在于,手术操作者头部做偏转运动时,所述腔镜摄像头可以实时的跟随手术操作者头部动作而偏转,且偏转方向相同。
11.根据权利要求1所述的一种用于腔镜手术的视觉随动显示***,其特征在于,所述视觉随动***不仅能够用于微创腔镜手术,还可应用于手术机器人的图像***。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200211 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |