Система визуализации операционного поля для проведения нейрохирургических операций Российский патент 2025 года по МПК G02B21/00 A61B34/00 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к хирургическим системам для проведения операций, в частности, в нейрохирургии, которые требуют дополнительного освещения, использования видеокамеры, тепловизора, инфракрасной камеры, УФ-камеры и других приборов, не предусмотренных стандартным операционным оборудованием, установленным в области проведения операции.

Работа нейрохирурга часто требует использования большого количества операционного и вспомогательного оборудования, сужающего доступ к операционному полю. Использование дополнительных приборов требует условий, соблюдение которых может затруднять движения хирурга. Такое установленное отдельно от хирурга оборудование настраивается до операции, и изменение этих настроек во время операции требует присутствия у операционного стола дополнительного человека. Кроме того, такие конструкции обычно громоздкие и имеют массивную оптическую систему в качестве преграды между хирургом и операционным полем. Когда хирург смотрит в окуляры микроскопа, из обзора выпадают периферические поля зрения.

Известно устройство Хирургическая система стереовидения (патент RU 2802453 C1), содержащая монитор, оптический модуль с каналами получения изображения, устройство электронного управления и штатив. Плюсами данного устройства является расположение оптического модуля вне рабочей зоны хирурга, а именно за его головой, что дает преимущества в эргономике и снижении утомляемости хирурга. Однако такая система маломобильна, и передвинуть штатив во время операции не представляется возможным.

Существует устройство «Нейрохирургическая навигационная система на основе технологии дополненной реальности», представляющая собой очки дополненной реальности с встроенной камерой высокого разрешения (патент CN 109758230 B). Эта система включает в себя очки дополненной реальности, контроллер и рабочую станцию, устанавливаемую отдельно. Масса такого устройства, которая надевается на голову хирурга, равна приблизительно 380 грамм, а масса контроллера, который можно прикрепить к телу, 200 грамм. Использование оборудования с помощью крепления его к телу хирурга имеет большой недостаток в виде дополнительной нагрузки на мышцы, что приводит к быстрой утомляемости хирурга. У этого устройства в составе имеется камера, но отсутствует источник освещения, отсутствует возможность многократного увеличения изображения и нет возможности крепить дополнительное оборудование, к примеру, вариофокальный объектив, тепловизор, инфракрасную камеру и т.д.

Для облегчения нагрузки хирургов разработано устройство «Мягкий экзоскелет» Академии Ростеха (https://rt-vector.ru/tpost/shfhps2bx1-ekzoskelet-dlya-stomatologov-predstavili). Конструкция медицинской версии данного экзоскелета призвана снизить нагрузку на организм хирурга во время многочасовых операций. Он поддерживает мышцы спины, верхних и нижних конечностей. Однако с нагрузкой на голову и шею хирурга это устройство не справляется. Кроме того, оно не приспособлено для установки дополнительного оборудования.

Наиболее близким к изобретению является устройство «Хирургический налобный осветитель с камерой SUNOPTICS LX2+» (https://www.medicalexpo.ru/prod/sunoptics-surgical/product-75166-1058530.html). Конструкция устройства представляет собой наголовник с прикрепленной по центру области лба беспроводной камерой высокого разрешения и светодиодного осветительного прибора. Возможно дополнительное крепление бинокулярной линзы без возможности изменять фокус. Вся система работает от заряжаемой батареи, которая крепится на тело хирурга. Одна такая батарея позволяет работать системе на протяжении трех часов, ее вес составляет 431 грамм. В комплект также входит записывающее устройство. Вес, который хирург надевает на голову в случае применения такого устройства (без бинокулярной линзы), равен 294 грамма.

К преимуществам данного устройства относится то, что в конструкции имеется осветительный прибор, есть возможность крепления бинокулярной линзы. Вес устройства значительно снижен по сравнению с аналогами. Кроме того, хирург обладает значительной свободой движений.

К недостаткам данного устройства относится наличие только одного оптического потока, работа на протяжении только трех часов, тогда как нейрохирургические операции часто длятся дольше. Вес оборудования, который на протяжении долгого времени хирург должен удерживать на голове, достаточно высок, что повлияет на его утомляемость. Функциональное использование камеры данного устройства подходит для записи действий хирурга с последующим их изучением или демонстрацией. В момент операции она может выводить изображение на дополнительный экран. Навесить на систему иное оборудование технически невозможно.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение нейрохирурга дополнительным оборудованием для проведения операции без снижения видимости операционного поля и при снижении нагрузки на мышцы шеи и голову хирурга.

Технический результат достигается созданием устройства, которое представляет собой систему, состоящую из наголовника и экзоскелета. Наголовник состоит из очков дополненной реальности, двух оптических модулей и консоли крепления. Очки дополненной реальности необходимы для вывода изображения с оптических модулей и подключаются к вычислителю, который расположен на экзоскелете или вне всей системы. Оптические модули - это система из видеокамеры (или тепловизора, инфракрасной камеры, УФ-камеры и т.д.), вариофокального объектива и подсветки, которые установлены на поворотную платформу для автоматического сведения этих модулей. Консоль крепления - это несущая конструкция, на которую устанавливаются оптические модули и очки. Также к ней крепятся кабели питания и устройства для передачи данных. Консоль крепится к подвижной части экзоскелета для снятия нагрузки с хирурга. Подвижная часть позволяет переводить наголовник в рабочее состояние и убирать его из поля зрения хирурга. Экзоскелет в данной системе выполняет роль конструкции, позволяющей снять нагрузку с головы и шеи хирурга за счет перераспределения ее по всей конструкции. Управление движением оптических модулей по осям ОХ и OY происходит при помощи движений головы хирурга. Управление фокусом осуществляется при помощи устройства электронного управления в двух возможных модификациях. Управление возможно осуществлять при помощи голоса при наличии динамика в строении очков дополненной реальности, глубина фокуса позволяет системе использовать голосовое управление. При отсутствии в строении очков динамика система способна поддерживать управление фокусом при помощи жестов, распознаваемых оптическими модулями.

Существенность конструктивных отличий предлагаемой системы для достижения требуемого технического результата обусловлена следующим:

Нейрохирургические операции зачастую длятся несколько часов и требуют перемещения хирурга вокруг операционного поля. По сравнению с существующими устройствами изобретение имеет наименьшие габариты и его мобильность практически равна мобильности головы хирурга. По сравнению с прототипом крепление консоли устройства к подвижной части экзоскелета позволяет снять нагрузку с головы и шеи хирурга (Фиг. 1).

Устройство имеет два оптических модуля, что достаточно для получения стереоизображения, а также позволяет расширять диапазоны получаемого изображения за счет тепловизора, инфракрасной камеры, УФ-камеры и т.д.

Оптические модули установлены на поворотную платформу для автоматического сведения этих модулей.

По осям ОХ и OY оптические модули управляются движением головы хирурга, движение по оси OZ осуществляется при помощи устройства электронного управления в двух модификациях, в зависимости от технического оснащения очков дополненной реальности.

Оптические модули и очки дополненной реальности, кабели питания и устройства для передачи данных устанавливаются на несущую конструкцию - консоль крепления. Консоль крепится к подвижной части экзоскелета для распределения веса снятия нагрузки с мышц хирурга.

На Фиг. 2 представлено схематическое изображение предлагаемой системы визуализации операционного поля:

1 - экзоскелет;

2 - очки дополненной реальности;

3 - оптические модули;

4 - консоль крепления.

Научно-технический уровень изобретения обусловливается техническим усовершенствованием процесса крепления оптического оборудования на хирурга при проведении операций.

Новизна обусловлена тем, что по доступной научной и практической информации для решения поставленной задачи предлагаемое техническое решение в медицине не использовалось.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к хирургическим системам для проведения операций, в частности, в нейрохирургии. Система визуализации операционного поля для проведения нейрохирургических операций состоит из наголовника и экзоскелета. Наголовник состоит из очков дополненной реальности, двух оптических модулей и консоли крепления. Очки дополненной реальности необходимы для вывода изображения с оптических модулей и подключаются к вычислителю, который расположен на экзоскелете или вне всей системы. Оптические модули - это система из видеокамеры, вариофокального объектива и подсветки, которые установлены на поворотную платформу для автоматического сведения этих модулей. Видеокамера в системе выполнена в виде тепловизора, инфакрасной камеры или УФ-камеры. Консоль крепления - это несущая конструкция, на которую устанавливаются оптические модули и очки. Также к ней крепятся кабели питания и устройства для передачи данных. Консоль крепится к подвижной части экзоскелета для снятия нагрузки с хирурга. По осям ОХ и OY оптические модули управляются движением головы хирурга, а движение по оси OZ осуществляется при помощи устройства электронного управления. Подвижная часть позволяет переводить наголовник в рабочее состояние и убирать его из поля зрения хирурга. Технический результат - обеспечение нейрохирурга дополнительным оборудованием для проведения операции без снижения видимости операционного поля и при снижении нагрузки на мышцы шеи и голову нейрохирурга, что создаст возможность облегчить его работу. 2 ил.

Система визуализации операционного поля для проведения нейрохирургических операций, отличающаяся тем, что состоит из наголовника и экзоскелета, при этом наголовник состоит из очков дополненной реальности, двух оптических модулей и консоли крепления; очки дополненной реальности необходимы для вывода изображения с оптических модулей и подключаются к вычислителю, который расположен на экзоскелете или вне всей системы; оптические модули - это система из видеокамеры, вариофокального объектива и подсветки, которые установлены на поворотную платформу для автоматического сведения этих модулей; видеокамера в системе выполнена в виде тепловизора, инфакрасной камеры или УФ-камеры; оптические модули, очки, кабели питания и устройства для передачи данных устанавливаются на консоль крепления, которая является несущей конструкцией всего устройства и крепится к подвижной части экзоскелета; по осям ОХ и OY оптические модули управляются движением головы хирурга, движение по оси OZ осуществляется при помощи устройства электронного управления.