Способ дистанционной информационной поддержки оперирующего хирурга

Изобретение относится к области коммуникаций и медицины и касается способа дистанционной информационной поддержки в реальном времени оперирующих хирургов с помощью «цифровых операционных», оснащенных оборудованием для использования технологий аудио- и видеосвязи. Техническим результатом является повышение качества передачи стереоскопического изображения оперирующим хирургом. Способ содержит: регистрацию видеоизображения операционного поля, преобразование видеоизображения в цифровой видеопоток, передачу цифрового потока по каналам связи, преобразование цифрового видеопотока в видеоизображение и представление его консультирующему специалисту, осуществление дуплексной аудиосвязи между оперирующим хирургом и консультирующим специалистом, причем консультирующему специалисту представляют два видеопотока с камер, закрепленных на оголовье оперирующего хирурга над его глазами, в виде объемного изображения, осуществляя их синхронизацию с точностью до взаимных временных смещений не более интервалов, приводящих к нарушениям стереоскопического восприятия передаваемого видеоизображения. 9 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области коммуникаций и медицины и касается способа дистанционного консультирования в реальном времени оперирующих хирургов с помощью «цифровых операционных», оснащенных оборудованием для использования технологий аудио- и видеосвязи.

В настоящее время в хирургии, как и в любой области медицины, существует своя специализация, связанная со статистикой встречаемости патологий среди конкретного контингента населения и с оснащенностью конкретных медицинских учреждений. Можно утверждать, что абсолютное большинство хирургов практически не знакомо с технологией значительного количества операций (не имеет собственного практического опыта). Для больших городов эта проблема решается путем направления пациента в профильное лечебное учреждение. Чем меньше населенный пункт, тем меньше вероятность наличия хирурга, имеющего личный опыт оперативного вмешательства при редко встречающейся патологии. При этом пациент далеко не всегда транспортабелен (по крайней мере, существуют ограничения в транспортабельности) и время до проведения оперативного вмешательства обычно ограничено (кровопотерей, интоксикацией и т.п.), что сводит до минимума возможность транспортировки в удаленный медицинский центр.

Поддержать местного хирурга в сложном случае можно путем применения технологий дистанционного консультирования в ходе операции удаленным специалистом высокой квалификации. Для этого необходимо, как минимум, передавать консультанту видеоизображение операционного поля в реальном времени и обеспечивать дуплексную аудиосвязь между консультантом и оперирующим хирургом.

Известны способы дистанционного консультирования и управления операцией в реальном времени путем использования «цифровых операционных», оснащенных оборудованием, позволяющим использовать технологии аудио- и видеосвязи [http://www.divisy.ru, http://tele.med.ru/CARDIO/wvidc.htm. патент РФ на полезную модель №37918].

Упомянутый способ заключается в следующем:

- регистрируют изображение операционного поля видеокамерой, расположенной над операционным столом (например, встроенной в светильники);

- передают регистрируемое изображение консультирующему хирургу по кабельным или беспроводным каналам связи;

- передают аудиопоток с комментариями хода операции от оперирующего консультирующему хирургу по кабельным или беспроводным каналам связи;

- передают оперирующему хирургу аудиопоток с комментариями по корректировке его действий от консультирующего хирурга.

Наряду с целым рядом достоинств известный способ обладает следующими недостатками:

- камеры, установленные в рамках конструкции бестеневой лампы, направлены на конкретный участок операционного стола, относительно которого операционное поле может быть смещено, в том числе и в ходе проведения операции;

- части тела хирургов могут закрывать изображение операционного поля, исключая тем самым передачу достоверного видеоизображения консультанту;

- передача видеопотока с одной камеры дает «плоское» видеоизображение, что затрудняет восприятие консультантом взаимного расположения деталей операционного поля и инструментов.

Известны технические средства, регистрирующие объемное изображение операционного поля [патент US 5486948], которые могут быть использованы для дистанционного консультирования в реальном времени, однако и названным техническим средствам присущи недостатки, затрудняющие их применение.

Во-первых, системы автоматической наводки в них осуществляют автоподстройку резкости по объекту, находящемуся в поле зрения на оптической оси или вблизи нее. В качестве такого объекта в ходе операции может выступать не операционное поле, а объект между камерой и операционным полем: руки хирурга или его ассистента, фрагменты инструментов и т.п. При этом само операционное поле на некоторое время отображается не резко. Учитывая, что во время операции такие ситуации возникают довольно часто, консультант может не увидеть сюжетно-важные манипуляции или изменения состояния оперируемого органа.

Во-вторых, сложная оптико-механическая система названного устройства обладает значительным весом, и, при закреплении на голове хирурга, снижает работоспособность хирурга.

Существуют технические средства бинокулярного видения операционного поля с автоподстройкой, частично устраняющие вышеназванный недостаток скачков автоподстройки при пересечении оптической оси руками или иными предметами за счет введения инерционности механизма автоподстройки [патент РФ №2273871, европейский патент EP 1247133 B1]. Однако такое решение лишь частично снимает проблему, т.к. может быть настроено только на конкретное время задержки, при превышении которого произойдет настройка фокуса на мешающий предмет.

Существуют рекомендации Международного Союза Электросвязи - МСЭ (ITU-T) на информационный обмен между абонентами сетей с негарантированным качеством услуг связи (соответствующих рекомендациям ITU-T Н.323) двумя видеопотоками - Н.239. Однако в рамках названных рекомендаций не гарантируется синхронизация двух видеопотоков, следовательно, при их использовании для передачи стереоскопического видеоизображения с двух видеокамер путем передачи двух видеопотоков как автономных возможно нарушение стереовосприятия получателем передаваемого видеоизображения.

Существуют системы пространственного позиционирования объектов, используемые в различных целях, включая медицинские устройства [http://www.ascension-tech.com, http://www.5dt.com/downloads/3rdpaity/minibird-bmanual.pdf], однако авторам не удалось обнаружить в доступных источниках информации их использования для автоподстройки фокуса или параллакса в системах стереонаблюдения.

Сущность изобретения

Объектом настоящего изобретения является способ дистанционной информационной поддержки оперирующего хирурга, включающий регистрацию видеоизображения операционного поля, преобразование видеоизображения в цифровой видеопоток, передачу цифрового потока по каналам связи, преобразование цифрового видеопотока в видеоизображение и представление его консультирующему специалисту, осуществление дуплексной аудиосвязи между оперирующим хирургом и консультирующим специалистом, причем консультирующему специалисту представляют два видеопотока с камер, закрепленных на оголовье (шлеме) оперирующего хирурга над его глазами, в виде объемного изображения, осуществляя их синхронизацию с точностью до взаимных временных смещений не более интервалов, приводящих к нарушениям стереоскопического восприятия передаваемого видеоизображения.

В одном из вариантов осуществления изобретения цифровые видеопотоки и аудиопотоки объединяют при передаче по каналам связи в общий цифровой поток. Это позволяет снизить степень риска рассинхронизации цифровых видеопотоков при передаче по каналам связи, негарантированного качества (например, соответствие стандарту Н.323 Международного союза электросвязи).

Еще в одном из вариантов осуществления изобретения в процессе преобразования видеоизображения в цифровой видеопоток производят сжатие видеоизображения. Это позволяет снизить требования к каналам передачи информации, тем самым создать возможность использования способа в малонаселенной местности, не имеющей широкополосных каналов связи.

Еще в одном из вариантов осуществления изобретения применяют методы сжатия изображения без ухудшения визуального восприятия.

Еще в одном из вариантов осуществления изобретения производят непрерывную автоподстройку наводки на резкость оптической части системы регистрации видеоизображения операционного поля. Причем автоподстройку резкости, например, осуществляют с помощью системы трехмерного позиционирования камер относительно операционного поля. Это обеспечивает возможность расширения функциональных возможностей оперирующего хирурга при сохранении качества передаваемого видеоизображения консультирующему специалисту.

Еще в одном из вариантов осуществления изобретения производят непрерывную автоподстройку параллакса оптической части системы регистрации видеоизображения операционного поля. Причем автоподстройку параллакса осуществляют, например, с помощью системы трехмерного позиционирования камер относительно операционного поля. Такая автоподстройка позволяет расширить функциональные возможности оперирующего хирурга при сохранении качества передаваемого видеоизображения консультирующему специалисту.

Еще в одном из вариантов осуществления изобретения при резких колебаниях освещенности видимого поля производят непрерывную автоподстройку чувствительности электронной части системы регистрации видеоизображения операционного поля в широком динамическом диапазоне. Таким образом, происходит сохранение качества передаваемого видеоизображения консультирующему специалисту при резких колебаниях освещенности видимого поля (например, при пересечении оптической оси инструментом с высокой отражательной способностью).

Способ также включает возможность для консультирующего специалиста дистанционного плавного масштабирования изображения операционного поля.

С целью обучения или повышения квалификации хирургов в медицинских учебных заведениях стереоскопическое видеоизображение хода оперативного вмешательства и звуковой поток передают в учебную аудиторию, а также для этих целей стереоскопическое видеоизображение хода оперативного вмешательства и звуковой поток записывают для последующего воспроизведения в качестве учебного материала.

Пример осуществления способа

1) В операционной.

На начальном этапе операции закрепляют миниатюрные метки на краю операционного поля (миниатюрные метки на корпусе видеокамер, встроенных в оголовье (шлем) на голове оперирующего хирурга, закреплены постоянно).

Размещают в операционной чувствительные элементы системы трехмерного позиционирования таким образом, чтобы они обеспечивали максимальную точность в определении положения меток, но не препятствовали работе хирургической бригады.

Включают систему аудио/видеорегистрации, осуществляющую преобразование звука от микрофона оперирующего хирурга и видеоизображения от двух видеокамер в единый цифровой поток и его передачу в систему видео-конференц-связи, а также прием аудиопотока от системы видео-конференц-связи и воспроизведение звука в головном телефоне хирурга.

Включают систему трехмерного позиционирования, осуществляющую динамическое определение положения каждой из меток в пространстве, вычисление расстояний и углов и динамическую передачу команд коррекции подсистеме автоподстройки фокуса и параллакса системы аудио/видеорегистрации.

Включают систему видео-конференц-связи, осуществляющую установление сеанса связи с абонентским оборудованием консультанта, обмен аудио/видеопотоками по каналам связи и динамическую автоподстройку качества передаваемого видеоизображения в соответствии с текущими характеристиками канала связи (шириной полосы пропускания, временем задержки пакетов, аудио- и видеоджиттером).

В ходе операции осуществляют передачу аудио/видеопотоков удаленному консультанту и прием аудиопотока от удаленного консультанта.

2) На рабочем месте консультанта.

Включают систему видеоконференцсвязи и устанавливают сеанс связи с операционной. Включают систему отображения стереоизображения и аудиоподсистему. Включают подсистему удаленного манипулирования камерами хирурга (зуммирования).

В ходе операции осуществляют прием аудио/видеопотоков от удаленного хирурга и передачу аудиопотока удаленному хирургу.

3) Трансляция и запись

С целью обучения или повышения квалификации хирургов в медицинских учебных заведениях стереоскопическое видеоизображение хода оперативного вмешательства и звуковой поток передают в учебную аудиторию и/или записывают для последующего воспроизведения в качестве учебного материала.

1. Способ дистанционной информационной поддержки оперирующего хирурга, включающий регистрацию видеоизображения операционного поля, преобразование видеоизображения в цифровой видеопоток, передачу цифрового потока по каналам связи, преобразование цифрового видеопотока в видеоизображение и представление его консультирующему специалисту, осуществление дуплексной аудиосвязи между оперирующим хирургом и консультирующим специалистом, причем консультирующему специалисту представляют два видеопотока с камер, закрепленных на оголовье оперирующего хирурга над его глазами, в виде объемного изображения, осуществляя их синхронизацию с точностью до взаимных временных смещений не более интервалов, приводящих к нарушениям стереоскопического восприятия передаваемого видеоизображения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что цифровые видеопотоки и аудиопотоки объединяют при передаче по каналам связи в общий цифровой поток.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе преобразования видеоизображения в цифровой видеопоток производят сжатие видеоизображения.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что сжатие изображения осуществляют методами сжатия изображения без ухудшения визуального восприятия.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят непрерывную автоподстройку наводки на резкость оптической части системы регистрации видеоизображения операционного поля.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что автоподстройку резкости проводят с помощью системы трехмерного позиционирования камер относительно операционного поля.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют непрерывную автоподстройку параллакса оптической части системы регистрации видеоизображения операционного поля.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что автоподстройку параллакса осуществляют с помощью системы трехмерного позиционирования камер относительно операционного поля.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что при резких колебаниях освещенности видимого поля проводят непрерывную автоподстройку чувствительности электронной части системы регистрации видеоизображения операционного поля в широком динамическом диапазоне.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что консультирующий специалист дистанционно плавно масштабирует изображение операционного поля.