Система визуализации для медицинских целей
IMAGING SYSTEM FOR MEDICAL PURPOSES

Область техники
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам съемки и визуализации медицинских манипуляций.
Уровень техники
Известна медицинская система визуализации (патент РФ на изобретение №2575781, кл. МПК A61В 6/00, опубл. 20.02.2016), которая содержит устройство получения рентгеновского изображения с источником излучения и модулем детектирования рентгеновского изображения, блок обработки данных и устройство вывода, причем блок обработки данных выполнен с возможностью получения набора данных трехмерного изображения и возможностью формирования второй двухмерной проекции набора данных трехмерного изображения, при этом устройство вывода выполнено с возможностью вывода комбинации первого вида и второго вида в одинаковом масштабе рядом друг с другом.
Известна система медицинской визуализации (патент РФ на изобретение №2595628, кл. МПК G06T 7/00, опубл. 27.08.2016), которая содержит: устройство ввода для приема от пользователя команды навигации по последовательности для ввода в систему запроса на отображение изображений из последовательности медицинских изображений в виде части пиксельных данных, показываемых на дисплее, и генератор сигналов для выдачи пользователю невизуального сенсорного сигнала отдельно от пиксельных данных, который изменяется в зависимости от разности между положением изображения из последовательности медицинских изображений, отображаемого в настоящий момент, в последовательности и положением интересующего изображения в последовательности.
Недостатком известных систем является относительно низкое качество трансляции и записи медицинских манипуляций, а также достаточно сложный процесс смены инструментов и изменения ракурса съемки.
Приведенные технические решения по существенным признакам и области использования достаточно далеки от заявленной системы визуализации для медицинских целей.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является повышение качества трансляции и записи медицинских манипуляций, в которых рабочая часть инструмента всегда находится в центре кадра и соответственно в фокусе. Преимуществами заявленной системы также являются: расширение области использования для различных видов медицинских манипуляций; упрощение и оптимизация процесса съемки и визуализации; ускорение и упрощение смены инструментов и изменения ракурса съемки, а также значительное снижение влияния человеческого фактора на контроль и настройку процесса видеосъемки.
Указанный технический результат достигается тем, что система визуализации для медицинских целей включает по крайней мере, одну миниатюрную камеру, размещенную на объекте для съемки, и передающую информацию на устройство обработки, и далее, по крайней мере, на одно устройство отображения видеосигнала, система содержит также устройство управления, причем каждая миниатюрная камера содержит гироскоп, акселерометр, систему освещения и закреплена на объекте съемки с помощью артикуляционного шарнира.
Система визуализации может дополнительно содержать камеру общего плана, передающую информацию на устройство обработки.
Камера общего плана может быть расположена над головой пациента и, в зависимости от угла обзора, может показывать как действия врача, так и общую обстановку в операционной. Камера общего плана может быть закреплена на штативе или операторском кране или на отдельной стойке или на потолочном креплении.
В качестве миниатюрной камеры может быть использована камера модели Protium.
Артикуляционный шарнир может представлять собой артикулирующую штангу, состоящую из двух прижимных пластин, прижимного винта и двух болтов со сферическими шляпками.
Для крепления миниатюрной камеры на объекте для съемки дополнительно может быть использована универсальная ручка со сменными рабочими насадками. Универсальная ручка может быть снабжена резьбовыми пазами для фиксации артикуляционного шарнира и камеры, а также поворотной фиксирующей гайкой для смены рабочей насадки.
Для крепления миниатюрной камеры на объекте для съемки дополнительно может быть использовано быстросъемное крепление в виде фиксирующего кольца.
Устройство управления может быть выполнено в виде ножного переключателя.
Устройство отображения видеосигнала может быть выполнено в виде монитора и/или проектора.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена функциональная схема системы визуализации для медицинских целей.
На фиг. 2 представлена схема варианта реализации системы визуализации.
На фиг. 3-4 представлена схема крепления миниатюрной камеры на универсальной ручке со сменными рабочими насадками.
На фиг. 5 представлены варианты конструкции сменных насадок.
На фиг. 6 представлен вид артикуляционного шарнира.
На фиг. 7-8 представлена схема варианта крепления миниатюрной камеры при помощи фиксирующего кольца на микромотор физиодиспенсера.
На фиг. 9 представлено фото варианта расположения камеры общего плана.
На фиг. 10-12 представлены фото вариантов применения системы визуализации для проведения стоматологических манипуляций.
На фигурах приняты следующие обозначения: 1 – камера общего плана, 2.1…2.n – миниатюрная камера, 3 – устройство управления, 4 – устройство обработки видеосигнала, 5.1…5.n – устройство отображения видеосигнала, 6 – сменная рабочая насадка, 7 – артикуляционный шарнир: 7.1 – прижимной винт шарнира, 7.2 – прижимная пластина, 7.3 – болт со сферической шляпкой, 8 – поворотная фиксирующая гайка, 9 – универсальная ручка, 10 – угол обзора, 11 – область резко изображаемого пространства, 12 – рабочий отрезок сменной насадки 6, 13 – шестигранный индекс, 14 – фиксирующее кольцо, 15 – микромотор физиодиспенсера.
Осуществление изобретения
Система визуализации для медицинских целей включает, по крайней мере, одну миниатюрную камеру 2.1…2.n, размещенную на объекте для съемки, передающую информацию на устройство обработки 4, и далее, по крайней мере, на одно устройство отображения 5 видеосигнала, причем система содержит также устройство управления 3.
Система визуализации может дополнительно содержать камеру 1 общего плана, передающую информацию на устройство 4 обработки. Камера 1 может быть расположена над головой пациента и, в зависимости от угла обзора, может показывать как действия врача, так и общую обстановку в операционной. Допустимы различные варианты ее крепления: штатив, операторский кран, отдельная стойка (см. фото на фиг. 9), потолочное крепление и др.
Миниатюрная камера 2 также передает видеосигнал и данные с датчиков на устройство 4 обработки видеосигнала. Каждая миниатюрная камера 2.1…2.n содержит гироскоп, акселерометр, систему освещения, сменные объективы и закреплена на объекте съемки с помощью артикуляционного шарнира 7. В качестве такой миниатюрной камеры может быть использована, например, камера модели Protium.
Артикуляционный шарнир 7 представляет собой (см. фиг. 6) артикулирующую штангу, состоящую из двух прижимных пластин 7.2, прижимного винта 7.1 и двух болтов 7.3 со сферическими шляпками. При разжатом прижимном винте 7.1 болты 7.3 получают большую степень свободы за счет возможности вращаться в соответствующих пазах прижимных пластин 7.2. После подбора подходящего ракурса для съемки прижимной винт 7.1 затягивается, болты 7.3 фиксируются в выбранных положениях и надежно фиксируют камеру 2.
Варианты объекта для съемки могут быть следующие: основание наконечника, быстросъемное крепление, микромотор, рукоятка инструмента и т.п. На фигурах показаны следующие варианты: крепление с помощью универсальной ручки 9 со сменными рабочими насадками 6 (см. фиг. 3-4) и быстросъемное крепление в виде фиксирующего кольца 14, которое крепится к микромотору 15 физиодиспенсера (см. фиг. 7-8).
Универсальная ручка 9 (см. фиг. 3-4) снабжена резьбовыми пазами для фиксации артикуляционного шарнира 7 и камеры 2. Смена рабочей насадки 6 осуществляется поворотом фиксирующей гайки 8.
Сменные рабочие насадки 6 имеют идентичный рабочий отрезок 12 (см. фиг. 5), то есть при установке в ручку 9 рабочая часть инструмента всегда будет удалена от него на одинаковое расстояние. Эта особенность позволяет при смене насадки не перестраивать фокусное расстояние камеры 2. Рабочая часть любой сменной насадки 6 всегда будет в фокусе. Шестигранный индекс 13 в основании насадки позволяет устанавливать инструмент в воспроизводимое положение, обеспечивая таким образом повторяемость положения инструментов при смене.
Для фиксации камеры 2 к микромотору 15 физиодиспенсера или микромотору другого инструмента может быть использовано фиксирующее кольцо 14 (см. фиг. 7-8), которое представляет собой две металлические детали в форме полуколец со специальными монтажными отверстиями и пазами. При помощи болтов два полукольца соединяются между собой, надежно обхватывая область прикрепления на выбранном инструменте. Далее в одно или несколько монтажных отверстий и/или пазов могут быть установлены артикуляционные шарниры 7 и/или переходники для установки непосредственно камеры 2.
Камеры 2 могут быть зафиксированы либо на два наконечника одновременно (на хирургический микромотор и на ультразвуковой наконечник, например), либо на наконечник и на специальный ручной инструмент, либо любым другим сочетанием.
На фиг. 4 и 7 схематически показан угол обзора 10 объектива камеры 2, а также область 11 резко отображаемого пространства. На фиг. 4 показана насадка «градуированный пародонтологический зонд», фокус камеры 2 настроен на рабочую часть насадки. При установке любой другой насадки ее рабочая часть также оказывается в фокусе. Например, на фиг. 7 фокус камеры настроен на головку наконечника с установленым «шаровидным бором» – его рабочая часть также находится в фокусе.
Устройство управления 3 передает управляющий сигнал на устройство обработки 4 и может быть выполнено в виде ножного переключателя (см. фиг. 2).
Устройство обработки 4 обеспечивает обработку видеосигнала, обработку сигналов с датчиков, запись информации на внутренние карты памяти, а также вывод HDMI + SDI видеосигнала на устройство отображения 5 видеосигнала. Устройство обработки 4 управляет трансляцией и записью камер с применением сенсоров положения в пространстве, ускорения и модуля обработки сигналов сенсоров.
Устройство отображения 5 видеосигнала может быть представлено монитором 5.1 и/или проектором 5.2 в лекционном зале (см. фиг. 2).
Работа системы визуализации для медицинских целей показана на примере использования камеры 1 общего плана и двух миниатюрных камер 2.
Миниатюрные камеры 2 фиксируются к инструментам/наконечникам. Врач работает инструментами поочередно. Таким образом одна камера 2 активно перемещается в пространстве, в то время как вторая камера 2 лежит. Устройство обработки 4 считывает сигналы с сенсоров обеих камер 2, распознавая какая из них находится в руках врача и автоматически переключает трансляцию и запись на «активную» камеру 2. Если лежат обе миниатюрные камеры 2, то устройство управления 3 подключает к трансляции камеру 1 общего плана.
Таким образом врачу, либо другому персоналу не нужно отвлекаться и следить за переключением трансляции в учебный класс, останавливать запись камеры неактивного инструмента, переключать запись и т.д.
Все это позволяет доктору работать более вовлечено, не привлекать дополнительный персонал в операционную, производить трансляции более высокого качества, получать более детальные записи манипуляций.
При использовании в системе визуализации двух миниатюрных камер 2, закрепленных таким образом, что записанное/транслируемое видео образует стереопару, указанное видео может быть использовано для создания 3D-видео.
Примеры реализации
Система визуализации была использована для съемки и записи различных стоматологических манипуляций (см. фото на фиг. 10-12). На фиг. 10 виден градуированный зонд, указывающий на центральную фиссуру зуба 37. Все объекты интереса находятся в фокусе, что позволило врачу во время демонстрационного приема показать крупным планом мельчайшие нюансы работы, не отвлекаясь на техническую составляющую.
Особенности заявленной системы визуализации
Благодаря малому размеру камеры и вышеописанной системе крепления получен ряд преимуществ при съемке медицинских манипуляций:
- не требуется дополнительный персонал в операционной для контроля и настройки процесса видеосъемки;
- врач не отвлекается от выполнения операции;
- обеспечивается уникальный ракурс съемки, рабочая часть инструмента всегда в центре кадра;
- на итоговой записи нет таких помех как перчатки и т.д.;
- широкая область использования для различных медицинских манипуляций за счет использования артикуляционного шарнира для промежуточного крепления миниатюрной камеры;
- быстрая смена инструментов, вследствие использования дополнительных приспособлений: универсальной ручки и фиксирующего кольца;
- сочетание артикуляционного шарнира и сменных насадок позволяет добиться того, что при смене насадки головка рабочей насадки всегда находится в фокусе.
Таким образом, использование заявленной системы обеспечивает повышение качества трансляции и записей медицинских манипуляций, расширение области использования для различных видов медицинских манипуляций; упрощение процесса съемки и визуализации; ускорение и упрощение смены инструментов и изменения ракурса съемки, а также значительное снижение влияния человеческого фактора на контроль и настройку процесса видеосъемки.
Сопоставительный анализ заявленной системы визуализации показывает, что совокупность ее существенных признаков неизвестна из уровня техники и, значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».
В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленной системы и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Приведённые сведения подтверждают возможность применения заявленной системы для съемки и визуализации медицинских манипуляций, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».