JP5743392B2 - 手術用照明、カメラおよびモニタを備えた装置 - Google Patents

Description

本発明は、手術用照明、カメラおよび画像処理機器から成るシステムに関する。ここでこの手術用照明の色温度は制御装置によって調整可能である。

ＬＥＤ技術の照明装置では、種々異なる組織タイプをより良好に区別するために、出力される光の色温度が、固定領域において調整される。これによって、種々異なる組織の種類をより良好に区別することができる。

ＬＥＤ技術における手術用照明は例えばＥＰ−Ａ−１７２２１５７号から知られている。ここでは出力される光の色温度は、異なるスペクトルを放射する光源を異なって重み付けすることによって生成される。色温度の変化は、３，５００Ｋ〜５，０００Ｋの領域において可能である。どの色温度が放射されるかという情報は、手術用照明の制御部内にある。色温度を変える際には、照明の照明強度はほぼ一定のままである。手術用照明の照明手段とその駆動制御ユニットは次のように校正される。すなわち、色温度に関する制御部の目標設定が正確に実際値に変えられるように校正される。

電子カメラでは、入射光はセンサ（ＣＣＤまたはＣＭＯＳ）によって電圧信号に変えられる。カラーの画像を検出するために、光は色固有に、異なるセンサによって捕らえられる。これによってその後それぞれ、色固有の電圧信号が得られる。電子的に撮影される画像またはビデオシーケンスを表示する際には、白色調整（Weissabgleich）を行うことが必要である。これによって、表示される画像または表示されるビデオシーケンスが実際の色であらわされる。

手術用照明の色温度の設定に応じて、白色調整が行われない場合には、青から赤の色味がかかった画像が生じてしまう。通常の電子カメラで用いられているような自動的な白色調整は、このような使用領域での使用は不可能である。従って、設定された色温度に関する情報が、手術用照明からカメラに伝送される。

請求項１の上位概念に記載されたシステムはＤＥ−２０２００７００７０５４Ｕ１号から公知である。この文献では照明体とカメラとの間の通信は、校正値を用いて行われる。この値は、バスシステムによって、照明体からカメラへ伝送される。校正値は、経験的に定められる。このようなデータ伝送によって、カメラは自身の白色調整パラメータを相応に設定することができる。これによって、結像された手術領域の色の正しい再現が保証される。この画像信号はカメラの制御装置に転送され、制御装置の信号出力側で、この画像信号は画像処理機器またはモニタのために取り出される。照明体で色温度を調整することによって、カメラの適合調整が、画像信号を画像処理機器またはモニタへ伝送する間に行われ、これによって、画像の色が忠実に再現される。

しかしこの場合には、このような調製手段を備えたカメラを使用することが必要である。

ＥＰ−Ａ−１７２２１５７号公報 ＤＥ−２０２００７００７０５４Ｕ１号公報

本発明の課題は、任意のカメラを使用した場合に、画像処理機器の白色調整を自動的に行うことを可能にすることである。

上述の課題は、手術用照明と、カメラと画像処理機器とを有するシステムであって、前記手術用照明の色温度は、制御装置によって設定される形式のものにおいて、前記画像処理機器に、前記設定された色温度を伝送するための手段を設けることによって解決される。

本発明の発展形態は従属請求項に記載されている。

手術用照明１、制御装置２および画像処理機器３（ここではモニタ）からなるシステムの概略図

冒頭に記載した様式のシステムが、設定された色温度を画像処理機器に伝送する手段が設けられるように構成されている。手術用照明の選択された色温度に関する情報は、画像処理器へ伝送される。この画像処理機器は、自身の白色調整パラメータを相応に呼び出すことができる。

本発明の別の特徴および有利な点を実施例に基づいて、添付の図面を参照して説明する。

照明用装置１は、図示されていない搬送システムによって、部屋の天井、壁部または移動可能なスタンドに固定されている。従って、行動領域内に、手術用照明１を位置付け、配向することができ、これによって、外科的介入時に手術箇所を最適に照明することができる。搬送システムのアーム部分にモニタ３が固定されている。しかしモニタ３を、医療的供給ユニット、台架または機器台車に取り付けることもできる。

手術用照明１は発光手段４を有している。ここでこの発光手段は、反射体を有するＬＥＤによって構成されている。これは、光ビーム５を形成することによって、手術箇所上の照明フィールド８を照明する。各発光手段４は、照明フィールド８全体を照明するように構成されている。種々異なる色の発光手段４（暖色系の白、寒色系の白、シアン、ブルー）が特定数使用され、自然な日中光のスペクトルが生成される。個々の発光手段４の出力データを設定することによって、放射される光の色温度は３，５００Ｋ〜５，０００の間で変わる。

発光手段４は、６つの外部モジュール６と、１つの内部モジュール７内に配置されている。ここで、小さい縁部領域を除いて光出射面を形成するモジュール６、７の下面は、光出射面全体の上で、発光手段４によって満たされている。外部モジュール６は、内部モジュール７に対して可動に固定されている。これによって、光ビーム５は手術用照明１に対して種々異なる間隔で、手術箇所上の照明フィールド８上に焦点合わせされる。

内部モジュール７の中心にはグリップ９が配置されている。これによって、手術用照明１の無菌で位置付けすることが可能になる。グリップ９は、無菌化可能なプラスチックから成るスリーブによって構成されている。これは、ロッキングノブ（Rastknopf）を伴うグリップキャッチ上に、回転可能に固定される。グリップ９を、約２０°だけ、異なる回転方向に回転させることによって、それぞれ１つのスイッチが操作され、駆動モータを介して、外部モジュール６が上方か、または下方に傾けられる。これによって、外部モジュール６が、照明フィールド８上に焦点合わせされる。グリップ９のスリーブの下面には、透明なガラス層が設けられる。これによって、グリップ９のスリーブ内にあるカメラ１０が透けて見える。

グリップスリーブ９内のカメラ１０は、ＣＣＤカメラとして構成されている。これはバヨネット接続を介して、手術用照明１のハウジングに固定されている。手術用照明１のハウジングに固定することによって自動的に、供給および信号線路１３の図示されていない区間接続部とビデオ線路１１とが接続される。

撮影された画像は、カメラ１０のＣＣＤセンサによって、電気信号に変えられる。この電気信号はその後、相応に増幅され、信号出力側から区間接続部およびビデオ線路１１を介して、手術用照明１のハウジングおよび搬送システムを通って、画像処理機器、この場合にはモニタ３へ導かれる。

カメラ１０内にはモータが設けられている。ここでこのモータは機能「ズーム」、「フォーカシング」および「画像配向（Bildaufrichten）」を可能にする。「ズーム」機能は、特定の拡大領域ないし縮小領域における画像部分の選択を可能にし、「フォーカシング」機能は、撮影される画像のシャープネス設定を可能にする。「画像配向」機能は、手術用照明１の回転に応じて、画像をモニタ３上に次のように配向する。すなわち、画像が再び標準配向（例えばオペレーターの視線方向）を有するように配向する。

制御装置２は、手術用照明１の照明機能およびカメラ１０の機能を制御するというタスクを有している。このために、制御装置２は、カメラ１０と、供給および信号線路１３を介して接続されており、手術用照明１と、制御線路１４を介して接続されている。

制御装置２には、操作部材が設けられている。ここでこの操作部材は、手術用照明１のスイッチオンおよびスイッチオフ、調光、すなわち輝度の調整、色温度の調整、カメラ１０のズーム機能の調整および「画像配向」のためのモータの駆動制御を行う。制御装置２内には、図示されてない電子制御部が設けられている。操作部材は電子制御部と接続されており、信号を電子制御部に与える。ここでこの電子制御部はその後、アクチュエータ、カメラ１０のモータおよび手術用照明１の発光手段４の出力制御部材に対して相応する命令を形成する。

制御装置２はここでは別個の構造グループとして示されている。しかし手術用照明１内に組み込み、線路の長さを短くすることが可能である。

制御装置２は画像処理機器３と、信号伝送区間、ここでは信号線路１２を介して接続されており、信号をインタフェース（ここではＲＳ２３２）を介してモニタ３に転送する。

モニタ３は、通常の表示装置の他に、ＬＣＤディスプレイ、およびＬＣＤディスプレイ上の可視の画像に対するカメラ１０からの画像信号を処理するための制御部、表示される画像の、色温度補正、白色調整のためのパラメータデータセット（セットアップ）を格納するための記憶領域を含んでいる。

手術用照明１で色温度が個々に調整される場合の色温度補正のためのパラメータは、経験的に求められ、記憶領域内に格納される。このパラメータは、伝送されるビデオ信号の色位置と、撮影された画像点の実際の色位置との差をあらわしている。

さらに、モニタ３はインタフェース（Ｒ３２３）を含んでいる。これによって、制御装置２から信号線路１２を介して受信された、制御装置２で設定された色温度の信号を再び、モニタ３の制御部によって識別可能なデータセットに変える。

この実施形態では、手術用照明１、制御装置２、カメラ１０およびモニタ３は、ＲＳ２３２バスで接続されている。択一的な実施形態では、個々の構造グループが、別個のデータ線路とも接続される。

作動中に、カメラ１０はビデオ信号を、ＹＵＶ信号の場合には画像点の輝度（Ｙ）および色位置（ＵＶ座標系）をビデオ線路１１を介してモニタ３に伝送する。受信された、色位置に対する画像信号は、設定された色温度に対する格納されている色補正値に相応して、モニタ３の制御部によって変えられる。ここでこの色補正値は、信号線路１２を介して伝送された、設定色温度に関するデータに基づいて選択されている。

設定された色温度は、Ｒ２３２に関する変化時にのみ、特別なプロトコルを介してモニタ３に伝送される。これによって、バスを通じて伝送されるデータ量が低減される。択一的にこの伝送が周期的に行われてもよい。これは、ノイズに対する安全性を高くする。

制御装置２とモニタ３との間の信号伝送はここでは信号線路１２を介して行われるが、データ伝送の別の形態を介して行われてもよく、例えば赤外線インタフェースまたは無線接続を介して行われてもよい。

モニタ３の輝度は、図示されていない輝度調整部によって調整される。輝度調整の別の方法は、モニタ輝度を手術用照明１の輝度調整と結合することである。この場合には、制御装置２は信号線路１２を介して、設定された輝度に相応する信号をモニタ３に送信する。モニタ３は、これに相応して、表示画像の輝度を変える。手術用照明１の照明が明るくなるほど、モニタ３の画像も明るく設定される。このような結合は、モニタ３の不所望の輝度変化を回避するために、オフ可能である。

別の方法では、手術用照明１のエンド（Endo）モードにおける設定が区別されるだけである。エンドモードでは、手術用照明１は、自身の最大照明強度の僅か約１０パーセントで作動される。これによって、オペレータは、モニタ３に表示される画像をより良好に識別することができる。制御部のこのような設定では、相応する信号が制御装置２から、信号線路１２を介してモニタ３に供給され、モニタ３は低減された輝度で作動される。これによって、オペレータの眩惑が阻止される。エンドモードから、より高い照明強度へ戻る場合には、相応する信号が制御装置２からモニタ３へ供給され、モニタ３の画像が再びより明るく調整される。

さらなる機能は、カメラ１０の接続時のモニタ３の自動スイッチオンである。カメラが区間接続部を介して接続されると、カメラ１０は供給および信号線路１３を介して制御装置２へ相応する信号を出力する。これによって、制御装置２は、カメラ１０が、手術用照明１に接続されていることを識別し、信号線路１２を介して相応する信号をモニタ３へ転送する。この場合には、スタンバイモードからのモニタ３の自動起動、並びに印加信号による相応する入力への切り替えが行われる。

手術用照明１がどの色温度で作動されるかの情報を伝送することに対して択一的に、放射された光の色温度を検出するためのセンサを設けることもできる。センサデータはこの場合には、制御装置２へ転送され、相応に処理され、信号線路１２を介してモニタ３に供給される。モニタはこれによって色温度補正を行う。オプショナルで、色温度センサが、相応に処理された信号をモニタ３に送ることもできる。モニタはこれによって色温度補正を行う。

カメラ１０が必ずしも手術用照明１に固定されている必要はない。手術用照明１の搬送システムへの取り付け、または別個の台架上への取り付けが同じように可能である。

任意のカメラ１０の使用が可能である。なぜなら、カメラ１０の白色調整は固定的に設定されたままで良く、照明される手術領域の色温度の変化が、直接的に手術用照明１から、モニタまたは画像処理機器３へ出力されるからである。

１ 手術用照明、 ３ モニタ、 ４ 発光手段、 ５ 光ビーム、 ６ 外部モジュール、 ７ 内部モジュール、 ９ グリップ、 １０ カメラ、 １１ ビデオ線路、 １２ 信号線路、 １３ 供給および信号線路、 １４ 制御線路

Claims (15)

1. 患者の体外から患者に向かって照らす手術用照明（１）と、カメラ（１０）と、モニタ（３）と、を有するシステムであって、
   発光手段（４）としてＬＥＤを有し、
   前記手術用照明（１）から放射される光の色温度は、個々の発光手段（４）の出力データを制御装置（２）によって設定することによって変化し、
   前記モニタ（３）に前記設定された色温度を伝送するための手段が設けられている、
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記モニタ（３）は、前記カメラ（１０）の信号出力側と接続されている、
   請求項１記載のシステム。
3. 前記色温度を検出するためのセンサが設けられている、
   請求項１または２記載のシステム。
4. 前記モニタ（３）は、補正値を前記色温度に依存して格納するための手段を有している、
   請求項１から３までのいずれか１項記載のシステム。
5. 前記モニタ（３）は、前記システムの搬送アームに配置されている、
   請求項１から４までのいずれか１項記載のシステム。
6. 前記色温度設定の伝送または検出は、周期的に行われる、
   請求項１から５までのいずれか１項記載のシステム。
7. 前記色温度設定の伝送または検出は、変化時に行われる、
   請求項１から５までのいずれか１項記載のシステム。
8. スタンバイモードからの前記モニタ（３）の自動起動を、前記システムによる前記カメラ（１０）の識別時に行う、
   請求項１から７までのいずれか１項記載のシステム。
9. 設定された輝度を前記モニタ（３）へ伝送するための手段が設けられている、
   請求項１から８までのいずれか１項記載のシステム。
10. 前記モニタ（３）は、前記手術用照明（１）の制御装置（２）に、インタフェースおよび信号伝送区間（１２）を介して接続されている、
    請求項１から９までのいずれか１項記載のシステム。
11. 前記信号伝送区間（１２）は、信号ケーブルである、
    請求項１０記載のシステム。
12. 前記信号伝送区間（１２）は、赤外線区間である、
    請求項１０記載のシステム。
13. 前記信号伝送区間（１２）は、無線区間である、
    請求項１０記載のシステム。
14. 前記カメラ（１０）は、前記制御装置（２）と接続されている、
    請求項１から１３までのいずれか１項記載のシステム。
15. 前記制御装置（２）、前記カメラ（１０）および前記モニタ（３）は、１つのバスを介して接続されている、
    請求項１から１４までのいずれか１項記載のシステム。

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