Хирургическая система стереовидения
SURGICAL STEREOVISION SYSTEM

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к хирургическим системам стереовидения для проведения микрохирургических операций, в частности в офтальмологии.
Известно, что на смену традиционно используемым в хирургии бинокулярным микроскопам пришли стереомикроскопы и различные системы с 3D визуализацией, позволяющие преобразовывать оптическое изображение от операционного поля в цифровое.
Представителем такого рода стереомикроскопов является LEICA М844 (Микроскоп LEICA М844 https://www.leica-microsystems.com/products/surgical-microscopes/p/leica-m844-f40/) с возможностью вывода изображения на экран монитора, который используется для наблюдения за ходом операции ассистирующим персоналом, а также для наглядности в процессе обучения.
Недостатком данного микроскопа является то, что цифровой вывод стереоскопического изображения с 3D визуализацией возможен только при его подключении к офтальмологическим системам, таким как True Vision 3D Visualization, NGENUITY и др.
Подобные цифровые системы преобразовывают оптическое изображение от операционного микроскопа в цифровое и позволяют вести работу в 3D очках или, глядя на монитор, что дает значительно меньшую нагрузку на мышцы шеи и глаз врача, чем при работе через окуляры. При использовании данных систем хирург может смотреть либо в окуляры микроскопа, либо на стереоскопический экран, находящийся в стороне от операционного стола. Недостатком использования окуляров является то, что они сильно ограничивают поле зрения хирурга и в фокусе находится только центральная часть изображения, а использование для вывода изображения монитора, находящегося на отдельной стойке в стороне от операционного стола, вызывает ряд неудобств в работе хирурга, связанных с анатомически неправильным и вызывающим усталость положением головы, а также может дезориентировать в пространстве и вызвать нарушение координации рук хирурга.
Из существующего уровня техники известен цифровой стереомикроскоп (Патент RU 2687800 С1, 16.05.2019 «Цифровой стереомикроскоп»), частично решающий недостатки ранее упомянутых устройств.
Отсутствие окуляров в цифровом стереоскопическом микроскопе позволяет располагать его за пределами рабочей зоны, на достаточной высоте от стола, что дает хирургу дополнительную свободу при манипуляциях руками и инструментами. Также такое расположение вдали от объекта наблюдения позволяет получить большую глубину резкости, не достижимую в традиционных микроскопах.
Однако работа оптического модуля на различном расстоянии от операционного поля обеспечивается за счет сложной прецизионной механики сведения каналов и фокусировки, из-за чего оптический модуль нуждается в сложной юстировке, имеет большой вес и большую технологическую сложность изготовления.
Наиболее близкой по существенным признакам к заявляемому устройству является хирургическая система стереовидения, включающая монитор и оптический модуль с двумя каналами получения изображения, описанная в патенте (Патент US 976641, 19.09.2017 «Surgical stereo vision systems and methods for microsurgery).
Данная система состоит из оптического модуля с установленным на одной его стороне дисплеем, а на другой - как минимум одного канала получения изображения (видеокамеры), системы обработки, связанной с оптическим модулем, и гибким кронштейном, на котором закреплен модуль и который позволяет вручную его перемещать и устанавливать над интересующей зоной между оператором и его руками и/или инструментами так, что модуль находится на линии взгляда между оператором и интересующей зоной, причем оператор смотрит двумя глазами в дисплей модуля.
Для отображения стереоизображения в инфракрасном диапазоне прототип предусматривает установку на оптический модуль отдельных инфракрасных воспринимающих элементов, а для измерения глубины - отдельных камер измерения глубины.
Прототип обладает следующими недостатками.
Так как оптический модуль расположен в пространстве, где хирург производит манипуляции руками и инструментами, то из-за риска задеть модуль создаются ограничения свободы движения рук, а также возникает вероятность случайного смещения положения модуля, которое может привести к потере настроек четкости стереоизображения.
При каждом изменении положения оптического модуля меняется угол стереоскопичности, что приводит к необходимости постоянной адаптации к стереоскопичному изображению: подстройке угла стереоскопичности и фокуса, что увеличивает время настройки.
Кроме того, наличие отдельно установленных на оптический модуль элементов усложняет конструкцию и приводит к отсутствию автономности работы системы как единого целого.
Задачей предлагаемого устройства является создание хирургической системы стереовидения, свободной от указанных недостатков.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение эргономических и технико-эксплуатационных характеристик.
Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве, содержащем 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 ΟΧ, ΟΥ, OZ и размещен под наклоном во фронтальной оси относительно хирурга под углом 3° с фиксированным расстоянием 600±10 мм до операционного поля; каналы получения изображения жестко закреплены на корпусе оптического модуля под углом 12°.
Существенность конструктивных отличий предлагаемой системы для достижения заявленного технического результата обоснована следующим:
Оптический модуль, снабженный устройством электронного управления изменением его положения, позволяет избежать ручного управления, которое затруднительно из-за размещения модуля на достаточно большой высоте. Также предлагаемая конструкция позволяет произвести настройку устройства в зависимости от антропометрических характеристик оперирующего хирурга.
Расстояние от оптического модуля до операционного поля фиксировано и составляет 600±10 мм, что значительно улучшает эргономичность рабочего места, давая больше свободы рукам хирурга, и позволяет исключить сложную механику внутри оптического модуля, при этом сохранив хорошее качество изображения.
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 (фиг. 1).
В предлагаемой хирургической системе стереовидения левый и правый каналы получения изображения жестко закреплены на корпусе оптического модуля под углом 12°, что позволяет производить однократную юстировку оптических осей и фокусировку обоих каналов. Дальнейшая регулировка фокусировки и сведение оптических осей происходит одновременно за счет моторизированного движения оптического модуля в вертикальной плоскости. Использование фоточувствительных матриц в качестве устройств приема позволяет снизить мощность подсветки, что снижает риск фототоксического повреждения сетчатки пациента.
Для устранения бликов в новом устройстве используется наклон оптического модуля во фронтальной оси относительно хирурга под углом в 3°, при котором отражения от горизонтальных участков операционного поля, дающих блик, не будут попадать во входные окна. Данный угол рассчитан по формуле ∝=atan(R/D), где R – радиус входного окна оптического модуля, D - расстояние от оптического модуля до операционного поля (600 мм).
На фигуре 2 представлена структурно-функциональная схема предлагаемой хирургической системы стереовидения, со следующими обозначениями:
1 – штатив, снабженный средством управления системой, позволяющей изменять положение оптического модуля по 3 координатам, настраивать изображение, изменяя настройки освещения, увеличения, цветокоррекции, а также переводить устройства в различные предустановленные режимы;
2 – оптический модуль;
3 – монитор.