手术室补充照明系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种手术室补充照明系统及其控制方法，包括子光源、全向云台等，使用时通过多个子光源与手术室无影灯配合或单独使用为手术过程提供照明，通过术野与各子光源之间的初始相对位置关系的识别判断，当子光源和术野之间被障碍物遮挡时，电机可带动子光源在轨道上改变位置，在子光源运动过程中全向云台不断调整子光源的水平摆角和俯仰角度，使子光源的出光面始终朝向术野的相对坐标所在位置，直至子光源摆脱障碍物的阻挡，重新找到术野图像。本发明专利技术采用多个子光源编队分布，由上位机统一指挥布局。未点亮的子光源实时朝向术野，可及时亮起，和被遮挡光源无缝衔接，避免因照明问题影响手术。

Supplementary Lighting System in Operating Room and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
手术室补充照明系统及其控制方法
本专利技术涉及一种手术室辅助设备，特别涉及一种手术室补充照明系统。
技术介绍
目前在手术室环境，术野上方设备繁多，设备交叉严重。围绕术野周围，主刀医生、助手，有多个人员。多种设备，很容易遮挡上方的光线，导致术野亮度不够，极其影响主刀操作。影响操作效率，增加手术风险。鉴于这种情况，必须调节无影灯的照射角度及所处位置，但手术过程中无论是设备还是人员站位只要稍有变动，便需要重新调整调整灯光，过程频繁，手动调节难度大，极易影响手术进程及手术效果。针对上述情况，现有技术中出现了一种手术室用的主辅式无影灯，如2012年7月25日公开、公开号为CN102606946A的中国专利技术专利申请文件中公开的一种主辅式手术室无影灯，在手术使用中，辅无影灯可+围绕主无影灯运动，从而对主无影灯进行光源补充，减少手术中对主无影灯的移动操作。但是该照明系统存在的问题如下：1.该辅助照明系统的辅无影灯需手动操作对其角度进行调节，虽然较调节主无影灯的操作轻便，但是由于手术过程中对术野亮度的需求，对辅无影灯的操作依然是及其平凡的，操作效率低下，还是会对手术进程及手术效果产生影响。2.该辅助照明系统的辅无影灯的调节只是借助于悬臂绕主无影灯做圆周运动，辅无影灯的调节空间有限；且对无影灯光线阻挡的主要因素为手术台两侧的医护人员，其绕至对应手术台两侧位置几乎毫无意义。3.其辅无影灯需借助滚轮作为支撑在主无影灯的灯罩上，增加了主无影灯的负重和机械应力，导致主无影灯的使用寿命降低。
技术实现思路
针对
技术介绍
中指出的缺点和不足，本专利技术的第一目的是提供一种手术室补充照明系统，以解决现有主辅式照明装置自动化程度低、手动作业频繁介入，影响手术环境的问题。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种手术室补充照明系统，包括子光源，包括至少两个较无影灯直径小的冷光源；全向云台，与子光源数量相同，用于承载子光源，驱动子光源进行水平摆角和俯仰角度的调节；图像识别单元，与子光源固定装配，采集术野图像数据，指导全向云台驱动子光源的发光面朝向术野；测距仪，与子光源固定装配；轨道，铺设于天花板，全向云台通过滑块悬挂安装在轨道上，通过电机驱动滑块在轨道上运动。控制单元，与子光源、全向云台、图像识别单元、测距仪和电机控制板通信连接，用于发送和接收信号；存储单元，存储有初始术野图像数据，供图像识别单元进行比对。优选地，所述图像识别单元为CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器与控制单元通信连接；CMOS图像传感器的感光面朝向与子光源的出光面朝向相同，CMOS图像传感器与子光源同步运动。优选地，在子光源的出光面前方设置有至少两层透光镜，两层透光镜相互平行且间隔设置，每层透光镜的至少一个镜面为曲面，至少一层透光镜通过调节装置驱动其相对另一层透光镜平行运动。优选地，还包括亮度调节装置，所述亮度调节装置与控制单元电路连接，与子光源电路连接。优选地，所述图像识别单元为红外热成像仪，所述红外热成像一与控制单元通信连接；红外热成像仪的光机扫描机构与子光源的出光面朝向相同，红外热成像仪与子光源同步运动。优选地，还包括位移传感器，所述位移传感器安装于所述滑块上，与控制单元通信连接；所述轨道为直线电机的导轨，所述全向云台与直线电机的滑块固定连接。优选地，所述子光源的数量为4-12个，每个子光源对应一条轨道，轨道分别铺设于对应手术台头部和尾部的天花板上，两个位置的轨道均成扇形分布，扇形分布的多条轨道延长线的交汇点位于手术台上方空间。优选地，对应手术台头部的天花板上呈扇形铺设有3条或5条轨道，位于中间的轨道与手术台头部和尾部连线平行；对应手术台尾部的天花板上呈扇形铺设有3条或5条轨道，位于中间的轨道与手术台头部和尾部连线平行。本专利技术的第二目的在于提供一种上述手术室补充照明系统的控制方法。第二目的是通过以下技术方案得以实现的：一种手术室补充照明系统的控制方法，包括如下步骤：S1，通过上位机向控制单元传送初始术野图像数据，并存储于存储单元内；S2，各全向云台分别调整子光源的朝向，同时与子光源同步运动的图像识别单元随着子光源的移动寻找术野图像，并实时与存储单元内的初始术野图像数据进行重合度进行配对，配对成功后，全向云台停止动作，固定子光源的朝向，测距仪获取子光源与术野之间的间距；S3，以子光源位置为初始坐标，结合测距仪获取的子光源与术野之间的间距以及全向云台此时的水平摆角和俯仰角度，获得术野的相对坐标；S4，当一个或多个子光源被遮挡，导致图像识别单元无法找到术野图像时，电机带动子光源在轨道上改变位置；在子光源运动过程中全向云台不断调整子光源的水平摆角和俯仰角度，使子光源的出光面始终朝向术野的相对坐标所在位置，直至图像识别单元重新找到术野图像，电机停止驱动滑块，全向云台停止动作，固定子光源的朝向。优选地，当子光源被遮挡后，重复进行步骤S4；当完成一次手术过程中的子光源调整后，获取各子光源的调整频次及在轨道上的运动轨迹，根据神经网络算法输出各子光源根据当前术野位置时的最佳初始位置，使手术过程中的调整频次降低。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用多个子光源编队分布，由上位机统一指挥布局。未点亮的子光源实时朝向术野，可及时亮起，和被遮挡光源无缝衔接，避免因照明问题影响手术。自动记录运动轨迹，通过深度学习逐渐积累经验，作为后续子光源初始位置设定的基础。通过手动或自动方式控制子光源开关及照度。可作为传统无影灯的照明补充，亦可单独使用。自动识别术野，自动调节光斑大小和亮度。应用场合包含但不限于手术室。附图说明图1是本专利技术手术室补充照明系统应用于手术室时的示意图；图2是本专利技术手术室补充照明系统的结构示意图；图3是本专利技术手术室补充照明系统的仰视图；图4是本专利技术手术室补充照明系统的侧视图；图5是本专利技术手术室补充照明系统的子光源通过全向云台设置在轨道上的结构示意图；图6是本专利技术手术室补充照明系统的子光源上设置的两层透光镜的配合关系示意图；图7是本专利技术手术室补充照明系统的亮度调节装置的电路原理图。图中，1、无影灯；2、术野；3、手术台；4、子光源；5、全向云台；6、轨道；7、天花板；8、滑块；9、透光镜。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本实施例中所提到的如图像识别单元及测距仪均与子光源一体式装配，图中未单独示出。如图1和图2所示，一种手术室补充照明系统，包括子光源4，包括至少两个较无影灯1直径小的冷光源；全向云台5，与子光源4数量相同，用于承载子光源4，驱动子光源4进行水平摆角和俯仰角度的调节；图像识别单元，与子光源4固定装配，采集术野2图像数据，指导全向云台5驱动子光源4的发光面朝向术野2；测距仪，与子光源4固定装配；轨道6，铺设于天花板7，全向云台5通过滑块8悬挂安装在轨道6上，通过电机驱动滑块8在轨道6上运动。控制单元，与子光源4、全向云台5、图像识别单元、测距仪和电机控制板通信连接，用于发送和接收信号；存储单元，存储有初始术野2图像数据，供图像识别单元进行比对。图像识别单元为CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器与控制单元通信连接；CMOS图像传感器的感光面朝向与子光源4的出光面朝向相同，CMOS图像传感器与子光源4同步运动。CMOS图像传感器采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术室补充照明系统，其特征在于，包括子光源(4)，包括至少两个较无影灯(1)直径小的冷光源；全向云台(5)，与子光源(4)数量相同，用于承载子光源(4)，驱动子光源(4)进行水平摆角和俯仰角度的调节；图像识别单元，与子光源(4)固定装配，采集术野(2)图像数据，指导全向云台(5)驱动子光源(4)的发光面朝向术野(2)；测距仪，与子光源(4)固定装配；轨道(6)，铺设于天花板(7)，全向云台(5)通过滑块(8)悬挂安装在轨道(6)上，通过电机驱动滑块(8)在轨道(6)上运动；控制单元，与子光源(4)、全向云台(5)、图像识别单元、测距仪和电机控制板通信连接，用于发送和接收信号；存储单元，存储有初始术野(2)图像数据，供图像识别单元进行比对。

【技术特征摘要】
1.一种手术室补充照明系统，其特征在于，包括子光源(4)，包括至少两个较无影灯(1)直径小的冷光源；全向云台(5)，与子光源(4)数量相同，用于承载子光源(4)，驱动子光源(4)进行水平摆角和俯仰角度的调节；图像识别单元，与子光源(4)固定装配，采集术野(2)图像数据，指导全向云台(5)驱动子光源(4)的发光面朝向术野(2)；测距仪，与子光源(4)固定装配；轨道(6)，铺设于天花板(7)，全向云台(5)通过滑块(8)悬挂安装在轨道(6)上，通过电机驱动滑块(8)在轨道(6)上运动；控制单元，与子光源(4)、全向云台(5)、图像识别单元、测距仪和电机控制板通信连接，用于发送和接收信号；存储单元，存储有初始术野(2)图像数据，供图像识别单元进行比对。2.根据权利要求1所述的手术室补充照明系统，其特征在于，所述图像识别单元为CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器与控制单元通信连接；CMOS图像传感器的感光面朝向与子光源(4)的出光面朝向相同，CMOS图像传感器与子光源(4)同步运动。3.根据权利要求1所述的手术室补充照明系统，其特征在于，在子光源(4)的出光面前方设置有至少两层透光镜(9)，两层透光镜(9)相互平行且间隔设置，每层透光镜(9)的至少一个镜面为曲面，至少一层透光镜(9)通过调节装置驱动其相对另一层透光镜(9)平行运动。4.根据权利要求1所述的手术室补充照明系统，其特征在于，还包括亮度调节装置，所述亮度调节装置与控制单元电路连接，与子光源(4)电路连接。5.根据权利要求1所述的手术室补充照明系统，其特征在于，所述图像识别单元为红外热成像仪，所述红外热成像一与控制单元通信连接；红外热成像仪的光机扫描机构与子光源(4)的出光面朝向相同，红外热成像仪与子光源(4)同步运动。6.根据权利要求1-5中任一项所述的手术室补充照明系统，其特征在于，还包括位移传感器，所述位移传感器安装于所述滑块(8)上，与控制单元通信连接；所述轨道(6)为直线电机的导轨，所述全向云台(5)与直线电机的滑块(8)固定连接。7.根据权利要求6所述的手术室补充照明系统，其特征在于，所述子光源(4)的数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建军，杨军，刘丽，王涛，
申请(专利权)人：北京大学第三医院北京大学第三临床医学院，
类型：发明
国别省市：北京,11