一种手环导向的智能无影灯系统技术方案

一种手环导向的智能无影灯系统，包括无影灯及其灯架、摄像机、手环遥控装置和控制中心；无影灯通过灯架安装设置在手术台上方，并通过控制中心与手环遥控装置通讯连接，摄像机安装在无影灯以及手术台的一侧；手环遥控装置内含陀螺仪、输入装置和信号发射装置，输入装置和陀螺仪分别和信号发射装置电性连接。本系统通过手势识别实现无影灯位置和照射角度以及亮度的调整，操作简单方便，同时通过摄像机采集图像避免了无影灯移动过程中碰到术者或被术者遮挡光线，实现照明效果好；基于手环实现，精度可以得到保证，成本低便于推广。成本低便于推广。成本低便于推广。

【技术实现步骤摘要】
一种手环导向的智能无影灯系统


[0001]本专利技术涉及医疗设备和手术器械领域，具体涉及一种手环导向的智能无影灯系统。

技术介绍

[0002]手术无影灯在术中用来照明手术部位，能最大限度地降低照射部位的阴影，并以最佳地观察处于切口和体腔中不同深度的小的、对比度低的物体。但目前手术室使用的无影灯，需要通过巡回护士的协助调节，或者手术医生通过无菌灯柄来调整照射位置。在手术过程中，需要根据采取的手术体位，手术部位的不同而调整无影灯的位置和方向，而反复调整无影灯的位置，存在因调整位置偏差而造成的照明效果不佳，调整过程中连接杆碰撞以及身体碰到有菌区域等问题。目前研发的无影灯，如CN202110774333.X一种遥控调节手术无影灯，虽然能够遥控调节无影灯的位置，但存在调节位置不够精确，机械装置不够灵活的问题。CN202010224828.0能自动跟踪手术刀的智能无影灯控制系统及方法，虽然能够实现灯光对于手术刀的追踪，但无法精确地使灯光通过特定角度照射较深的手术切口。CN202020288516.1，一种语音无影灯，也有通过语音进行调节的无影灯，但存在对于描述的精确度要求极高，很难在手术中精准定位。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在设计一款新的手环导向的智能无影灯系统，能够通过手环遥控装置配合摄像机通过控制中心智能规划运动轨迹，最终到达指定位置以特定角度照亮所需的位置，且运行中不存在与术者接触或者被术者阻挡光线的的问题。
[0004]一种手环导向的智能无影灯系统，包括无影灯及其灯架、摄像机、手环遥控装置和控制中心；
[0005]无影灯通过包含机械关节的灯架安装设置在手术台上方，并通过控制中心与手环遥控装置通讯连接，摄像机安装在无影灯以及手术台的一侧；控制中心连接机械关节，负责接收遥控装置的输出信号，然后转换成对应的坐标输出至机械关节，根据坐标通过伺服电机驱动机械关节将无影灯调节至指定位置；
[0006]手环遥控装置内含陀螺仪、输入装置和信号发射装置，输入装置和陀螺仪分别和信号发射装置电性连接。
[0007]摄像机采集手术台上受术者以及周围术者的位置图像，并传输至控制中心。
[0008]手环遥控装置的陀螺仪采集用户的手腕处的移动以及转动信息，并由信号发射装置将移动信息和转动信息传输至控制中心。
[0009]控制中心将移动信息转换为无影灯位置指令，将转动信息转换为无影灯角度指令，进而通过灯架调整无影灯的位置和角度。
[0010]无影灯位置指令包括照射位置和照射方向及无影灯目标位姿。
[0011]控制中心处理移动信息和转动信息后，结合摄像机给出的位置图像，采用人工势
场法进行实时路径规划以避免无影灯与术者碰撞，同时避免术者遮挡无影灯光线。
[0012]手环遥控装置的输入装置接收亮度调整信息，并由信号发射装置传输至控制中心进行无影灯亮度的调整。
[0013]本专利技术达到的有益效果为：
[0014](1)提出一种基于手环操控的智能无影灯系统，通过手势识别实现无影灯位置和照射角度以及亮度的调整，操作简单方便，提高了手术效率，同时避免手动调整灯架时碰触有菌区域导致发生意外感染；
[0015](2)通过摄像机采集图像，基于人工势场法设计无影灯调整移动路径的规划，避免了无影灯移动过程中碰到术者或被术者遮挡光线，实现更好的照明效果；
[0016](3)基于手环实现，设计照射位置和照射方向及无影灯目标位姿的计算方法，调整精度可以得到保证，成本低便于推广。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例中所述的智能无影灯系统的应用示意图。
[0018]图2为本专利技术实施例中所述的智能无影灯系统的应用俯视图。
[0019]图3为本专利技术实施例中所述的智能无影灯系统的应用侧视图。
[0020]图4为本专利技术实施例中所述的智能无影灯系统的应用正视图。
[0021]图5为本专利技术实施例中所述的机械关节的一侧视图。
[0022]图6为本专利技术实施例中所述的机械关节的另一侧视图。
[0023]图7为本专利技术实施例中所述的手环遥控装置内部电路图。
[0024]图8为本专利技术实施例中所述的照射位置计算示意图。
[0025]图9为本专利技术实施例中所述的照射方向及无影灯目标位姿计算示意图。
[0026]图中，1
‑
手环遥控装置，2
‑
无影灯，3
‑
灯架，4
‑
控制中心，5
‑
摄像机。
具体实施方式
[0027]下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。
[0028]一种手环导向的智能无影灯系统，参考图1包括无影灯2及其灯架3、摄像机5、手环遥控装置1和控制中心4。
[0029]无影灯2通过灯架3安装设置在手术台上方，并通过控制中心4与手环遥控装置通讯连接，摄像机5安装在无影灯2以及手术台的一侧。参考图1，本实施例中将控制中心4设置为一控制终端，安装在手术室顶部，其中包含灯架3的驱动电机，控制灯架的前后、左右、上下的移动，实现对于无影灯2位置的控制。此外无影灯2和灯架3可通过机械关节连接，该机械关节也由控制中心4进行控制，进而控制无影灯2的照射角度。
[0030]手环遥控装置1内含陀螺仪、输入装置和信号发射装置，定位装置，亮度调节按钮，，输入装置和陀螺仪分别和信号发射装置电性连接。手环遥控装置1的陀螺仪采集手腕处的移动以及转动信息，并由信号发射装置将移动信息和转动信息传输至控制中心4。
[0031]摄像机5采集手术台上受术者以及周围术者的位置图像，并传输至控制中心4。
[0032]控制中心4将移动信息转换为无影灯位置指令，将转动信息转换为无影灯角度指令，进而通过灯架3调整无影灯2的位置和角度。控制中心4处理移动信息和转发信息，结合
摄像机给出的位置图像，规划灯架3运动轨迹，避免无影灯2移动过程中与受术者和术者发生接触，同时避免术者遮挡无影灯光线。
[0033]手环遥控装置1的输入装置接收亮度调整信息，并由信号发射装置传输至控制中心4进行无影灯2亮度的调整。输入装置可以为触摸屏。
[0034]本系统具体的工作流程如下：
[0035](1)手术者佩戴手环，并设定原始参数。参数包括手术灯高度亮度及光斑位置，手环遥控装置1与手指之间的距离。手环内有定位装置，可定位手环位于手术台上的空间位置，在手环上可输入手环至示指的距离(如：20cm)，将手环的空间位置再加上手环与示指间的距离，可确定示指位于手术台上的空间位置，并以空间坐标的数据表达传输，即示指所在的位置作为术者理想的照射点。
[0036](2)当手术过程中(病人体位改变时)需要调节光斑位置时，唤醒手环调节功能；唤醒可以采用点击手环遥控装置1的输入装置，或语音唤醒等其他形式。
[0037](3)根据之前设定的示指位置可确定术者理想的照射点；手环与手掌及手指关节位于同一直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手环导向的智能无影灯系统，其特征在于：所述系统包括无影灯及其灯架、摄像机、手环遥控装置和控制中心；所述无影灯通过包含机械关节的灯架安装设置在手术台上方，并通过控制中心与手环遥控装置通讯连接，所述摄像机安装在无影灯以及手术台的一侧；控制中心连接机械关节，负责接收遥控装置的输出信号，然后转换成对应的坐标输出至机械关节，根据坐标通过伺服电机驱动机械关节将无影灯调节至指定位置；所述手环遥控装置内含陀螺仪、输入装置和信号发射装置，输入装置和陀螺仪分别和信号发射装置电性连接。2.根据权利要求1所述的一种手环导向的智能无影灯系统，其特征在于：所述摄像机采集手术台上受术者以及周围术者的位置图像，并传输至控制中心。3.根据权利要求1所述的一种手环导向的智能无影灯系统，其特征在于：所述手环遥控装置的陀螺仪采集用户的手腕处的移动以及转动信息，并由信号发射装置将移动信息和转动信息传输至控制中心。4.根据权利要求3所述的一种手环导向的智能无影灯系统，其特征在于：手环遥控装置包括单片机、惯性测量单元IMU及Zigbee模块；IMU中内置三轴陀螺仪与加速度计、磁力计，经坐标转换标定后得到手环坐标系相对于全局坐标系的三维位置(x,y,z)及欧拉角(α,β,γ)；单片机接收到手环坐标系三维位置和欧拉角的信息后将其通过串口协议发送给Zigbee模块，Zigbee模块再通过Zigbee通信协议以无线传输的方式将手环坐标系位姿信息实时发送给控制中心。5.根据权利要求4所述的一种手环导向的智能无影灯系统，其特征在于：所述控制中心将移动信息转换为无影灯位置指令，将转动信息转换为无影灯角度指令，进而通过灯架调整无影灯的位置和角度。6.根据权利要求5所述的一种手环导向的智能无影灯系统，其特征在于：无影灯位置指令包括照射位置P
f
和照射方向及无影灯目标位姿。7.根据权利要求6所述的一种手环导向的智能无影灯系统，其特征在于：照射位置P
f
的计算：考虑手环坐标系的原点P
wrist
与示指方向起点P
hand
不重合，且示指方向与手环坐标系X轴存在一定夹角，需进行相应补偿，从而获得示指方向及示指方向起点位置；首先，根据欧拉角计算出手环坐标系对应的旋转矩阵为：其中，旋转矩阵R的第一列为手环坐标系的X轴对应的单位向量：旋转矩阵R的第三列为手环坐标系的Z轴对应的单位向量：示指方向与无影灯坐标系X轴方向夹角θ1、手环坐标系原点P
wrist
与示指指节点P
hand
之间的距离偏差d1与d2均为术前设定的补偿量；手环坐标系X轴与示指方向夹角为θ1，计算出示指方向单位向量为：
示指方向起点P
hand
坐标为：根据示指方向起点P
hand
、示指方向对应的单位向量手术台平面高度h1计算出术者食指指向的照射点P
f
的三维坐标：8.根据权利要求6所述的一种手环导向的智能无影灯系统，其特征在于：照射方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑朋飞，唐凯，郭若宜，庄汉杰，
申请(专利权)人：南京市儿童医院，
类型：发明
国别省市：