Способ регулирования геометрической формы светового поля и хирургический светильник для его реализации
METHOD FOR REGULATING THE GEOMETRIC SHAPE OF THE LIGHT FIELD AND A SURGICAL LAMP FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к хирургическим светильникам.
Известен хирургический светильник с регулируемой геометрической формой светового поля (см. патент РФ №2749315, МПК А61В 90/30, Н05В 33/08, F21S 2/00, F21W 131/205, опубл. 08.06.202 г), содержащий несколько ламп, относящихся к группе ламп и создающих каждая световой луч, проходящий вдоль продольной оси, а также ориентированных и расположенных по отношению друг к другу таким образом, что продольные оси световых лучей указанных ламп пересекаются в общей фокальной плоскости, при этом лампы указанной группы ламп могут быть запитаны током независимо друг от друга с обеспечением возможности регулировки геометрической формы светового поля, формируемой указанными лампами в плоскости освещения, расположенной на расстоянии от фокальной плоскости.
Для управления отдельными лампами в хирургическом светильнике внутри плафона, имеется центральный блок управления, который электрически соединен с лампами. Кроме того, блок управления предпочтительно оборудован датчиками освещенности, расположенными в плафоне или в рукоятке хирургического светильника.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа и устройства, относится то, что известное изобретение не позволяет осуществлять регулировку пятна освещения по глубине, а также воспроизводить небольшое количество геометрических форм светового поля по ранее заданной программе, вследствие ограниченного числа ламп и неподвижного их крепления на осветительных модулях.
Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить индивидуальную регулировку геометрической формы как по площади, так и по глубине результирующего светового поля хирургического светильника, создаваемого световыми лучами отдельных ламп из группы всех ламп светильника, а также создать возможность сохранять варианты геометрической формы светового поля для повторного использования.
Сущность предлагаемого способа регулирования геометрической формы светового поля, создаваемого хирургическим светильником, заключается в том, что создание заданного светового поля обеспечивается путем формирования пучка света заданного размера за счет поворота группы источников света, причем блок управления производит регулировку как поворота группы источников света, так и их яркости и цветовой температуры посредством модуля центральной ручки и пультов управления, при этом указанная регулировка может быть проведена с использованием программ 1 и 2, причем в соответствии с программой 1 блок управления перед началом работы выполняет диагностику узлов группы источников света, затем формирует сигнал на наклон всех групп светильников до крайнего положения, причем крайние положения группы светильников определяют датчиками крайнего положения и только потом каждая группы светильников отклоняется на необходимый угол для формирования пучка света заданного размера и яркости, при этом в соответствии с программой 2 блок управления перед началом работы выполняет диагностику узлов группы светильников, затем сразу формирует нужный угол, при данном варианте угловое положение каждого сегмента определяется линейными энкодерами, кроме того, формирование светового пятна и расчет угла поворота осуществляют за счет нейронных сетей путем применения машинного обучения, нейронная сеть получает изображение от камеры, установленной в ручке светильника, обрабатывает изображение и делает необходимый расчет положения каждого сегмента и его яркости, а также цветовой температуры для исключения появления теней и бликов.
При включении режима эндоскопической хирургии включают только центральный источник света, при этом освещенность рабочего поля не превышает 4% от общей освещенности.
Сущность хирургического светильника заключается в том, что светильник содержит группы светильников, запитанных напряжением через блок управления, оборудовано датчиками освещенности, установленными в плафоне или в рукоятке светильника. При этом рукоятка выполнена в виде модуля центральной ручки, а группы светильников разделены на несколько подгрупп: одна подгруппа источников света состоит, как минимум из двух источников света, оснащенных большими линзами - рефлекторами, выполненных треугольной формы с светодиодной платой, причем половина из них оснащена светодиодами «теплой», а половина светодиодов - «холодной» цветовой температуры света; вторая подгруппа источников света состоит, как минимум двух источников света, оснащенных малыми линзами - рефлекторами, выполненных треугольной формы с светодиодной платой причем половина из них оснащена светодиодами «теплой», а половина светодиодов - «холодной» цветовой температуры света; третья подгруппа светильников закреплена жестко к основанию рамы и состоит, как минимум из двух источников света, причем один из них холодной цветовой температуры а другой «теплой» цветовой температуры и представляет собой центральный источник света.
На оси вращения модуля центральной ручки расположена камера оснащенная датчиками освещенности, яркости и цветовой температуры, а сам модуль центральной ручки оснащен полым неподвижным валом через который проходит электропроводка для подключения камеры к блоку управления, ручка модуля центральной ручки выполнена съемной и закреплена на крепежной втулке, которая при помощи оси закреплена на подшипниках с возможностью поворота вокруг оси, на корпусе модуля центральной ручки закреплен датчик энкодера, который считывает направление и угол поворота съемной ручки модуля центральной ручки.
Линзы источников света установлены отдельно и закреплены при помощи расплавления или развальцовки удерживающих выступов, кроме того, предусмотрено крепление с помощью миниатюрных саморезов или клея, причем саму группу светильников с помощью кронштейнов и винтов крепят на механизмах наклона где дополнительно крепят и датчики крайнего положения групп светильников.
Механизмы наклона групп светильников состоят из шагового двигателя, платы, датчика крайнего положения и разъемов, причем механизм наклона вверх закреплен на стойке с помощью винтов, а механизм наклона вниз закреплен на сегменте посредством кронштейна при помощи винтов.
Хирургический светильник содержит центральный источник света, который образуют светодиоды с малыми и большими линзами, и с равными долями светодиодов "теплой" и "холодной" цветовой температуры света, причем малые и большие линзы расположены на концентрических окружностях разных диаметров, а сам центральный источник света оснащен платой электропитания и имеет кольцевую форму, малые и большие линзы светодиодов расположены таким образом, чтобы исключить взаимное затенение.
При помощи поворотного шарнира светильник крепят к поворотным дугам на которых крепят и два пульта управления, при помощи которых оператор управляет работой светильника.
Конструкция изобретения представлена на фигурах.
Фиг. 1 - состав деталей хирургического светильника.
Фиг. 2 - вид сбоку.
Фиг. 3 - вид снизу
Фиг. 4 - состав деталей первой подгруппы светильников
Фиг. 5 - состав деталей второй подгруппы светильников.
Фиг. 6 - состав деталей третьей подгруппы светильников.
Фиг. 7 - состав деталей модуля центральной ручки.
Фиг. 8 - крепление деталей модуля центральной ручки к основе рамы.
Устройство состоит из рамы 1, поворотного шарнира 2, сегмента крепежного 3, модуля центральной ручки 4, сегмента 5, механизма 6 наклона вниз, стойки 7, источника света с 8 большой линзой, источника света 9 с малыми линзами, стойки 10, механизма 11 наклона вверх, осей 12, блока управления 13, центрального источника света 14, крепежных винтов 15, стойки 16, шаговых двигателей 17, разъемов 18, обода корпуса 19, крышки 20, стекла светильника 21, крепежных винтов 22, поручня 23, съемной ручки 24, поворотных дуг 25, пультов 26 и 27 оператора, корпуса модуля 28 центральной ручки, подшипников 29, оси вращения 30 центральной ручки, камеры 31 оснащенной датчиками освещенности, яркости и цветовой температуры, полого неподвижного вала 32, стойки крепежной 33 камеры, крепежных винтов 34 и 35 камеры 34 и 35, кронштейна 36 камеры, крепежной втулки 37 съемной ручки, проставочного кольца 38, датчика энкодера 39, крепежных винтов 40, 41, 42, 43 44 и 45, датчика крайнего положения 46, платы 47, крепежных винтов 48 и 49, кронштейна 50, крепежного шарнира 51.
Группы светильников, запитанных напряжением через блок управления, оборудовано датчиками освещенности, установленными в плафоне или в рукоятке хирургического светильника. Кроме того рукоятка выполнена в виде модуля центральной ручки 4, а группы светильников разделены на несколько подгрупп: одна подгруппа источников света 8 состоит, как минимум из двух источников света оснащенных большими линзами-рефлекторами, выполненных треугольной формы с светодиодной платой, причем половина из них оснащена светодиодами «теплой», а половина светодиодов - «холодной» цветовой температуры света; вторая подгруппа источников света 9 состоит, как минимум двух источников света оснащенных малыми линзами-рефлекторами, выполненных треугольной формы с светодиодной платой, причем половина из них оснащена светодиодами «теплой», а половина светодиодов - «холодной» цветовой температуры света; третья подгруппа светильников состоит, как минимум из двух источников света, причем один из них холодной цветовой температуры света, а другой «теплой» цветовой температуры света не регулируется по углу наклона и представляет собой центральный источник света 14.
На оси вращения модуля центральной ручки 4 расположена камера 31 оснащенная датчиками освещенности, яркости и цветовой температуры света, а сам модуль центральной ручки оснащен полым неподвижным валом 32 через который проходит электропроводка для подключения камеры 31 к блоку управления, ручка 24 модуля закреплена на крепежной втулке 37, которая при помощи оси 30 закреплена на подшипниках 29 с возможностью поворота вокруг оси, на корпусе модуля центральной ручки 28 закреплен датчик энкодера 39, который считывает направление и угол поворота съемной центральной ручки 24.
Линзы источников света установлены отдельно и закреплены при помощи расплавления или развальцовки специальных удерживающих выступов, кроме того, предусмотрено крепление с помощью миниатюрных саморезов или клея, причем саму группу светильников с помощью кронштейнов и винтов крепят на механизмах наклона где дополнительно крепят и датчики крайнего положения групп светильников.
Механизмы наклона 6 и 11 групп светильников состоят из шагового двигателя 17, платы 47, датчика крайнего положения 46 и разъемов 18, причем механизм наклона вверх закреплен на стойке 7 с помощью винтов 48, а механизм наклона вниз закреплен на сегменте 5 посредством кронштейна 50 при помощи винтов 49 и 48.
Хирургический светильник дополнительно содержит не регулируемый по углу наклона центральным источник света 14, представленный малыми и большими линзами, оснащенные равными долями светодиодов "теплой" и "холодной" цветовой температуры света, причем малые и большие линзы расположены на концентрических окружностях разных диаметров, а сам центральный источник света оснащен платой электропитания и имеет кольцевую форму, малые и большие линзы источников света со светодиодами расположены таким образом, чтобы исключить взаимное затенение.
При помощи поворотного шарнира 2 светильник крепят к поворотным дугам 25 на которых крепят и два пульта управления 26 и 27, при помощи которых оператор управляет работой светильника.
Сборку устройства осуществляют следующим образом. К сегменту крепежному 3 при помощи винтов 40 крепится сегмент 5. Также на крепежный сегмент 3 прикручивают при помощи винтов 22 шарнир поворота 2. Далее на каждый сегмент устанавливается стойки 7 и 1, также при помощи винтов 15. Затем устанавливают основу рамы 13, которая крепится при помощи винтов 40 к сегменту крепежному 3. Устанавливают в стойки 7 и 10 источники света с большими линзами 8 и источники света с малыми линзами 9. Крепление происходит при помощи осей 12. Каждый источник света перед установкой проходит тестирование на соответствие параметров силы света и тока потребления на специализированном стенде для проверки источников света. Далее присоединяют шаговые двигатели 17 к каждому источнику света посредством оси 12. Выводы каждого шагового двигателя 17 припаивают к соответствующим выводам платы 47 механизма наклона 11 заранее. Затем устанавливают при помощи винтов 48 на кронштейне 7 плату 47 механизма наклона 11, затем посредством кронштейна 50 и винтов 49 и 48 устанавливают механизм наклона 6 источника света с большой линзой.
Отдельно собирают модуль центральной ручки 4. В корпус модуля центральной ручки 28 вставляют подшипники 29, расположив между подшипниками 29 проставочное кольцо 38, затем запрессовывают ось вращения центральной ручки 30 в корпус модуля центральной ручки 28. с помощью винтов 35 к оси центральной ручки привинчивают переходную втулку съемной ручки 37, за которую впоследствии крепиться съемная ручка 24, после устанавливают полый вал 32 при помощи винтов 35 крепят его на корпусе модуля центральной ручки 28. На противоположный конец полого вала навинчивают кронштейн 36 камеры, к которому посредством стоек крепежных 33 винтами 34 крепят камеру 31.
На основу рамы 1 крепят модуль центральной ручки 4 при помощи винтов 41. Стойки 16 крепят к основе рамы 1 винтами 15. Два источника света 8 с большими линзами и один источник света 9 с малыми линзами закрепляют при помощи осей 12 на стойках 16. Модуль центрального источника света 14 крепится при помощи винтов 43 к основанию рамы 1. С обратной стороны основания рамы крепят блок управления 13 при помощи винтов 44.
Устройство работает следующим образом. Для взаимодействия с оператором светильник оснащен выносным блоком управления с клавиатурой и индикаторами. Подача питания на светильник осуществляется в дежурном режиме. Включение происходит посредством нажатия кнопки «включение питания» на внешнем пульте оператора 26 после чего загорается соответствующий индикатор на кнопке включения питания пульта оператора 26. После включения питания происходит поиск нулевой точки каждого источника света с линзой непосредственно, после чего источник света занимает последнее установленное положение. Блок управления 13 выдает команду на вращение шагового двигателя 17 каждого поворотного источника света 8 и 9. Шаговый двигатель вращается до тех пор, пока не сработает датчик нулевого положения, который находится на плате механизма наклона 11 и 6 каждого источника света 8 и 9. С этого момента лампа готова к работе. Оператору доступен выбор цветовой температуры и регулировка яркости освещения. Яркость освещения изменяется ступенчато, путем нажатия на кнопку пульта 27 «изменение яркости+» или «изменение яркости -» яркость увеличивается или уменьшается соответственно. Цветовая температура изменяется путем нажатия на кнопку пульта 26 «изменение «цветовой температуры +» или «изменение цветовой температуры -» цветовая температура изменяется от 3500 до 5000°К. Изменение цветовой температуры достигается за счет изменения яркости между «теплыми и холодными» светодиодами.
При регулировании геометрической формы светового поля в соответствии с программой 2 для уменьшения или увеличения диаметра светового поля оператору необходимо повернуть ручку модуля центральной ручки 4 по часовой или против часовой стрелки соответственно. Ось вращения центральной ручки 30 содержит зубчатое кольцо, зубцы которого считываются датчиком энкодера 39. При повороте ручки 4 в блок управления 13 поступают сигналы с датчика энкодера 39. Блок управления 13 рассчитывает коррекцию и выдает команду на смену угла наклона групп источников света 8 и 9 с тем, чтобы изменить диаметр светового поля. Шаговые двигатели 17 групп источников света 8 и 9 поворачиваются на определенное блоком управления 13 количество шагов.
После этого блок управления 13 считывает изображение с камеры 31 и проверяет с помощью нейронных сетей наличие бликов и теней в рабочей зоне освещения светильника. В случае выявления бликов и теней блок управления рассчитывает и выдает команду на смену угла наклона некоторых источников света, выдает команду на изменение яркости некоторых источников света.
Для включения режима эндоскопической хирургии включается только центральный источник света. При этом освещенность рабочего поля будет не выше 4% от общей освещенности. Для активации этого режима работы на пульте оператора 26 присутствует соответствующая кнопка и загорается индикатор, подтверждающий переход светильника в режим эндоскопического света. Блок управления 13 получает изображение от камеры 31, которая расположена в модуле центральной ручки 4, на неподвижном полом валу 32. Алгоритм на основе нейронных сетей анализирует полученное с камеры 31 изображение и рассчитывает необходимую коррекцию положения и яркости, каждого источника света. После расчета коррекции каждый источник света занимает такое положение, которое позволяет создать бестеневой свет в зоне операции и подавить возникающие блики. Благодаря наличию нейронных сетей блок управления может предугадывать возникновение теней и бликов и принимать меры по предотвращению появления теней и бликов в зоне освещения. При работе в режиме эндоскопической хирургии расчет коррекций и яркости источников света не происходит. Съемная ручка 24 может быть снята для стерилизации.
Функция «эндоскопической подсветки» или «фонового освещения» является весьма полезной опцией, позволяющая работать анестезиологической и хирургической бригадам, а также операционной сестре в условиях максимального комфорта. При задействовании функции «эндоскопической подсветки» светильник излучает освещение небольшой интенсивности с преобладанием зеленого спектра, что исключает образование бликов на мониторах эндоскопической стойки, и, следовательно, повышает безопасность пациента во время выполнения операции. Достаточно оборудовать лишь основной купол светильника этой функцией. Для специализированных эндоскопических операционных, на случай конверсии доступа, обязательным является наличие операционного светильника, позволяющего выполнить оперативное вмешательство, независимо от вида хирургического доступа.
Таким образом, использование в устройстве основного выносного пульта управления светильником с программным обеспечением, функциями памяти и воспроизводств произвольных форм светового поля указанных оператором обеспечивает индивидуальную регулировку геометрической формы как по площади, так и по глубине результирующего светового поля хирургического светильника, создаваемого световыми лучами отдельных ламп из группы всех ламп светильника, а также создать возможность сохранять варианты геометрической формы светового поля для повторного использования.
Вышеизложенное описание свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленного изобретения, при его осуществлении, предназначено для равномерного освещения области раны вне зависимости от формы соответствующей области раны на оперируемом теле;
- для заявленного устройства, в том виде как оно охарактеризовано в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем поставленных технических задач: обеспечение индивидуальной регулировки геометрической формы как по площади, так и по глубине результирующего светового поля хирургического светильника, создаваемого световыми лучами отдельных ламп из группы всех ламп светильника, а также создать возможность сохранять варианты геометрической формы светового поля для повторного использования.