包括非白光总体照明器的外科手术系统技术方案

本申请涉及包括非白光总体照明器的外科手术系统。来自远程操作的外科手术系统(200)的内窥镜(201)的非白光被用来照明外科手术部位(203)。摄像机(220L)捕获外科手术部位的图像，并且该图像被显示在监控器(251)上。相对于利用白光照明捕获并被显示在监控器上的图像，非白光照明使得呈现在监控器上的外科手术部位的图像中的噪声最小化。

Surgical system including non white total illuminator

【技术实现步骤摘要】
包括非白光总体照明器的外科手术系统本申请是于2015年3月17日提交的名称为“包括非白光总体照明器的外科手术系统”的中国专利申请201580025496.0的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求以下申请的优先权和权益：美国专利申请号61/954,512(由JeffreyDiCarlo等人于2014年3月17日提交，其公开了“SurgicalSystemIncludingaNon-WhiteLightGeneralIlluminator”)，其通过引用并入本文。
本专利技术的一些方面涉及内窥镜成像，并且更具体地涉及用于远程操作的外科手术系统中的总体照明的非白光。
技术介绍
由加利福尼亚州森尼韦尔市的直观外科手术公司(IntuitiveSurgical,Inc.,Sunnyvale,California)商业化的da外科手术系统是为病人提供许多益处的微创遥控外科手术系统，这些益处是例如对身体减少的创伤、更快的恢复以及更短的住院期。da外科手术系统的一个特征是提供可见图像的双通道(即左通道和右通道)视频捕获和显示以便向外科医师提供立体观察的能力。这样的电子立体成像系统可以向外科医师输出高清晰度视频图像，并且可以允许诸如图像缩放(zoom)的特征从而提供“放大的”视图，该特征允许外科医生识别特定的组织类型和特性，并且以增加的精确度工作。然而，在典型的外科手术领域中，由电子立体成像系统中的摄像机捕获的图像的质量受摄像机的信噪比限制。当摄像机收集光时，捕获的光被转换为电子并被存储在图像传感器的阱中。每个像素有一个阱。图1是用于红色像素R的阱101、用于绿色像素G的阱102和用于蓝色像素B的阱103的示意性图示。随着摄像机将更多电子收集到其阱内，信号增长而噪声保持相对恒定，并且因此信噪比增加，即被捕获在阱中的信号相对于噪声增加。由摄像机捕获的光的物理性质是：摄像机像素捕获越多光，摄像机能够越好地估计光被捕获的速率。然而，如果摄像机像素收集太多光并将阱装得过满，则该像素的信号丢失并且不再有效。因此，摄像机的曝光时间被设定为试图收集光以尽可能高地填满其所有电子阱101、102、103而不将任何一个阱装得过满。在由白光照明用于总体观察的典型外科手术部位情况下，红色是在该情况下由摄像机捕获的主要颜色。这是因为相对于蓝色和绿色光谱，大部分反射光是在红色光谱中。通常，用于远程操作的外科手术系统中的颜色视频摄像机包括颜色滤光片阵列。颜色滤光片阵列是不同颜色的滤光片的镶嵌。理想地，每个不同的颜色滤光片仅使可见电磁光谱的对应于特定颜色的光谱的部分透过，例如，颜色滤光片阵列中的第一组滤光片主要使红色光透过，第二组滤光片主要使绿色光透过，并且第三组滤光片主要使蓝色光透过。摄像机包括图像传感器，所述图像传感器包括捕获穿过颜色滤光片阵列的光的像素。每个像素是当光被捕获时充满电子的阱。在摄像机中捕获穿过第一组滤光片的光的一组像素被包括在摄像机的第一颜色通道中。在摄像机中捕获穿过第二组滤光片的光的一组像素被包括在摄像机的第二颜色通道中。在摄像机中捕获穿过第三组滤光片的光的一组像素被包括在摄像机的第三颜色通道中。如本领技术人员所已知的，在一个示例中，白光照明由红色光谱光、绿色光谱光和蓝色光谱光的组合组成，在正常颜色感觉的情况下所述组合对于人的眼睛来说看起来是白色的。然而，由于红色光谱光被外科手术部位主要反射，红色像素阱101(图1)通常比绿色像素阱102或蓝色像素阱103更快地充满。为了防止红色像素阱101溢出，摄像机的曝光被限定为限制被收集的光以使得红色像素阱101不溢出。如图1中所示，当接收最多光的颜色通道的阱将要溢出时停止光的收集的后果是其他颜色通道的阱可能是不满的。在图1的示例中，当光的收集被停止时，绿色阱102和蓝色阱103小于百分之五十满。这些较不满的颜色通道的信噪比明显小于将要溢出的颜色通道或多个通道的信噪比。同样，对于图1的示例，红色通道的信噪比为大约六，而绿色和蓝色通道中的每一个的信噪比为大约三。当不是摄像机颜色通道的所有阱101、102、103都满时，摄像机具有较差的信噪比性能。来自较不满的阱102和103的信号必须具有作为外科手术系统的图像处理中的白平衡阶段的一部分被应用于信号的增益，以产生用于显示的图像。白平衡是必要的，以确保当摄像机捕获白色表面的图像时，白色表面在显示监控器上表现为是白色的。白平衡由放大较不满的颜色通道(图1中的蓝色和绿色颜色通道)(例如，应用数字增益)组成，使得当摄像机捕获白色表面的图像时，所有颜色通道都具有相等值。这些较不满的阱信号的放大增加了这些颜色信号相对于其他颜色信号的噪声，这进一步增加了最终图像中的噪声。
技术实现思路
在一个方面，来自远程操作的外科手术系统的内窥镜的非白光被用来照明外科手术部位。摄像机捕获外科手术部位的图像，并且图像被显示在监控器上。相对于利用白光照明捕获并被显示在监控器上的图像，非白光照明使被呈现在监控器上的外科手术部位的图像中的噪声最小化。虽然被用来照明外科手术部位的光的颜色是非白光(例如，具有紫色光晕的光)，但被显示在监控器上的图像不含有这种光晕。对于观察者来说，当在监控器中进行观察时，照明外科手术部位的光看起来是白色的。只有当内窥镜被从患者移除并且从内窥镜发射的光被直接观察时，观察者才确实看见非白光。非白光被用于总体照明，并且不同于例如被用于照亮特定解剖结构的仅两个窄谱光源的组合。在一个方面，一种设备包括摄像机和照明器。该摄像机被配置为将进入摄像机的光分为若干组像素。若干组像素中的每一组处于摄像机的不同的颜色通道中。在一个方面，该摄像机包括颜色滤光片阵列。该颜色滤光片阵列被配置为将进入摄像机的光分为若干组像素。该照明器被配置为使得照明器输出非白光，以便每个摄像机颜色通道对从完全反射表面反射的非白光具有大约相等的响应。如本文所用，完全反射表面是对跨过整个照明光谱的光谱均匀、相等衰减的照明光谱具有响应的表面。如本文所用，“大约相等”或“基本相等”意味着，由于反射表面的发射特性的差异(例如，反射表面不能在表面上的每一个地方在相同程度上精确地完全反射)并且由于图像传感器的电子阱的响应的正常差异，响应可以不精确地相等，但是这些响应在图像传感器与表面的组合公差内是相等的。在一个方面，照明器包括多个颜色分量照明源。多个颜色分量照明源被配置为使得照明器输出非白光。在另一方面，该设备还包括被耦接到多个颜色分量照明源的控制器。该控制器被配置为对多个颜色分量照明源中的每一个的输出进行加权，使得多个颜色分量照明源的输出的组合为非白光。在又一方面，一种设备包括摄像机、照明器和控制器。该摄像机被配置为将进入摄像机的光分为颜色分量。这些颜色分量被摄像机捕获为若干组像素。若干组像素中的每一组处于不同的摄像机颜色通道中。在一个方面，该摄像机包括颜色滤光片阵列。颜色滤光片阵列被配置为将进入摄像机的光分为若干组像素。控制器被耦接到照明器。控制器被配置为调整由照明器输出的光的特性，以针对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n存储器，其用于存储指令；以及/n处理器，其通信地耦接到所述存储器并且被配置为执行所述指令以：/n控制照明器以非白光照明手术部位；/n控制摄像机捕获从所述手术部位反射的光，所述摄像机被配置为将捕获的光分为视频流中的帧的多个颜色分量，每个颜色分量处于所述摄像机的不同的颜色通道中；并且/n基于由所述摄像机捕获的所述光的颜色分量特性控制所述照明器配置所述非白光，使得所述摄像机的每个颜色通道对由所述摄像机捕获的用于所述视频流中的随后捕获的帧的所述光具有大约相等的响应。/n

【技术特征摘要】
20140317 US 61/954,5121.一种系统，包括：
存储器，其用于存储指令；以及
处理器，其通信地耦接到所述存储器并且被配置为执行所述指令以：
控制照明器以非白光照明手术部位；
控制摄像机捕获从所述手术部位反射的光，所述摄像机被配置为将捕获的光分为视频流中的帧的多个颜色分量，每个颜色分量处于所述摄像机的不同的颜色通道中；并且
基于由所述摄像机捕获的所述光的颜色分量特性控制所述照明器配置所述非白光，使得所述摄像机的每个颜色通道对由所述摄像机捕获的用于所述视频流中的随后捕获的帧的所述光具有大约相等的响应。


2.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述照明器包括多个颜色分量照明源，并且
配置所述非白光包括对包括在所述多个颜色分量照明源中的每个颜色分量照明源的输出进行加权，使得所述多个颜色分量照明源的所述输出的组合为所述非白光。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述视频流包括多个帧，所述多个帧包括所述第一组连续帧和在所述第一组连续帧之后的第二组连续帧，
所述第一组连续帧包括所述视频流的所述帧，并且所述第二组连续帧包括随后捕获的帧，并且
所述处理器还被配置为执行所述指令，以基于由所述摄像机捕获的所述光的所述颜色分量特性来确定第一组颜色通道照明控制因子，所述第一组颜色通道照明控制因子包括所述多个颜色分量照明源中包括的每个颜色分量照明源的颜色通道照明控制因子，并且
配置所述非白光包括针对所述第二组连续帧中包括的每个帧，基于所述第一组颜色通道照明控制因子对所述多个颜色分量照明源的输出进行加权。


4.根据权利要求3所述的系统，其中基于所述视频流的所述帧的所述颜色分量特性来确定所述第一组颜色通道照明控制因子。


5.根据权利要求3所述的系统，其中基于所述第一组连续帧的时间加权的移动平均值来确定所述第一组颜色通道照明控制因子。


6.根据权利要求3所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述指令以：
监控所述摄像机的颜色通道的平均亮度，并且
响应于检测到所述颜色通道的所述平均亮度的预定变化，确定所述第一组颜色通道照明控制因子。


7.根据权利要求3所述的系统，其中：
所述多个帧还包括在所述第二组连续帧之后的第三组连续帧，
所述处理器还被配置为执行所述指令以：
基于在所述第二组连续帧期间由所述摄像机捕获的光的所述颜色分量特性，确定第二组颜色通道照明控制因子，并且
对于所述第三组连续帧中包括的每个帧，用所述第二组颜色通道照明控制因子对所述多个颜色分量照明源的所述输出进行加权，并且
所述第二组颜色通道照明控制因子不同于所述第一组颜色通道照明控制因子。


8.一种系统，包括：
照明器，其被配置为用非白光照明手术部位；
摄像机，被配置为捕获从所述手术部位反射的光，并且将捕获的光分为用于视频流中的帧的多个颜色分量，每个颜色分量处于所述摄像机的不同颜色通道中；以及
控制器，其通信地耦接到所述照明器并且被配置为基于由所述摄像机捕获的所述光的颜色分量特性来控制所述照明器配置所述非白光，使得所述摄像机的每个颜色通道对由所述摄像机捕获的用于所述视频流中的随后捕获的帧的所述光具有大约相等的响应。


9.一种方法，其包括：
通过控制系统控制照明器以非白光照明手术部位；
通过所述控制系统控制摄像机捕获从所述手术部位反射的光，所述摄像机被配置为将捕获的光分为视频流中的帧的多个颜色分量，每个颜色分量处于所述摄像机的不同颜色通道中；并且
通过所述控制系统基于由所述摄像机捕获的所述光的颜色分量特性来控制所述照明器配置所述非白光，使得所述摄像机的每个颜色通道对由所述摄像机捕获的用于所述视频流中的随...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·迪卡洛，T·赵，S·J·布鲁门克兰兹，B·D·霍夫曼，G·里士满，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国;US