微型智能手術(shù)照明攝像機的研制

湯博，呂毅,2，劉學(xué)民,2，李建輝,3，嚴小鵬,2，徐向華,2，馬鋒，史愛華

1.西安交通大學(xué) 先進外科技術(shù)與工程研究所，陜西 西安 710061；2.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 肝膽外科，陜西 西安 710061；3.陜西省人民醫(yī)院腫瘤外科，陜西 西安 710068

微型智能手術(shù)照明攝像機的研制

湯博1，呂毅1,2，劉學(xué)民1,2，李建輝1,3，嚴小鵬1,2，徐向華1,2，馬鋒1，史愛華1

1.西安交通大學(xué) 先進外科技術(shù)與工程研究所，陜西 西安 710061；2.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 肝膽外科，陜西 西安 710061；3.陜西省人民醫(yī)院腫瘤外科，陜西 西安 710068

本文研制了一種微型智能手術(shù)照明攝像機，該攝像機主要由U型卡扣固定單元、可定型柔性臂單元、智能照明攝像單元組成，可用環(huán)氧乙烷消毒，能夠應(yīng)用于無菌環(huán)境。該攝像機通過U型卡扣固定于手術(shù)床上，當(dāng)術(shù)中需要記錄手術(shù)過程時，可通過其可定型柔性臂調(diào)節(jié)智能照明攝像單元的角度，從而使智能攝像單元能夠按照醫(yī)師的要求進行錄像、拍照、補光。

手術(shù)記錄系統(tǒng)；智能攝像機；U型卡扣；可定型柔性臂

0 前言

手術(shù)是外科診治的重要手段，記錄并保存術(shù)中圖文資料對疾病診療技術(shù)的革新、年輕醫(yī)師的成長、患者對診療過程的了解以及醫(yī)療糾紛的解決具有重要意義。隨著醫(yī)學(xué)科技和電子信息化的發(fā)展，外科技術(shù)已經(jīng)有了長足的進步，但手術(shù)過程中的視頻采集仍不盡如人意。

目前，國內(nèi)外有關(guān)術(shù)中圖像記錄系統(tǒng)的研究主要圍繞傳統(tǒng)手術(shù)記錄系統(tǒng)的優(yōu)化，突破性的技術(shù)或設(shè)備報道較少。傳統(tǒng)手術(shù)記錄系統(tǒng)的攝像裝置多為通用型設(shè)備，大致分為頭戴式、手持式、固定式等，面對復(fù)雜的手術(shù)過程，在術(shù)中記錄過程中存在如下問題[1-2]：① 頭戴式裝置固定于術(shù)者頭部完成圖像采集，但在緊張的手術(shù)操作過程中，術(shù)者的精力集中于細微的操作中，很難保證所采集手術(shù)畫面的質(zhì)量；② 手持式由助手手持完成圖像采集，而長時間的手術(shù)會加大助手固定攝像頭的難度，同時會額外增加手術(shù)參與者，使手術(shù)臺變得擁擠；③ 現(xiàn)有固定式裝置主要是進行外圍拍攝，在進行復(fù)雜手術(shù)特別是深部手術(shù)時，攝像機只能遠距離拍攝，通過調(diào)節(jié)攝像頭的焦距以拍攝好局部操作的技術(shù)細節(jié)十分困難；且因為手術(shù)操作的需要，術(shù)者會不時地變換體位，拍攝鏡頭很容易被遮擋住，從而影響拍攝效果；④ 手術(shù)臺是無菌環(huán)境，上述設(shè)備多不能進行無菌操作，這使得外科手術(shù)過程中術(shù)者多不能按照自己的意愿進行術(shù)中圖像資料的采集[3-6]。因此，開發(fā)一種便捷、高清、可進行無菌操作的手術(shù)記錄裝置顯得尤為重要。針對當(dāng)前手術(shù)記錄系統(tǒng)攝像裝置的不足，本文研制了一種微型智能手術(shù)照明攝像機，報道如下。

1 微型智能手術(shù)照明攝像機的設(shè)計方案

針對當(dāng)前手術(shù)記錄系統(tǒng)攝像裝置的不足，結(jié)合前期對手術(shù)照明攝像系統(tǒng)的的研究，筆者設(shè)計了一種術(shù)者可直接操作的微型智能手術(shù)照明攝像機。該裝置主要由U型卡扣固定單元、可定型柔性臂單元、智能照明攝像單元3個核心部分組成，其中智能照明攝像單元置于可定型柔性臂單元的前端，可定型柔性臂單元通過U型卡扣固定單元固定于手術(shù)臺上，通過外力調(diào)整柔性臂單元的拍攝角度，從而捕獲優(yōu)質(zhì)的手術(shù)畫面。微型智能手術(shù)照明攝像機操作簡單、便于攜帶，且可以進行環(huán)氧乙烷消毒，術(shù)者在手術(shù)過程中可根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)拍攝角度及焦距，實現(xiàn)細微化、精準化的拍攝工作。

2 微型智能手術(shù)照明攝像機的構(gòu)成

該攝像機主要包括U型卡扣固定單元、可定型柔性臂單元、智能照明攝像單元，基本結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 微型智能手術(shù)照明攝像機的基本結(jié)構(gòu)圖

2.1 U型卡扣固定單元

U型卡扣固定單元由主臂與U型卡扣構(gòu)成，通過U型卡扣固定于手術(shù)臺上，通過主臂支撐整個裝置。該單元選用不銹鋼材質(zhì)加工而成，不銹鋼以其價格適宜、硬度強、材料來源廣、易加工等諸多優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)用器械當(dāng)中。

2.2 可定型柔性臂單元

可定型柔性臂單元由承載臂與懸掛裝置構(gòu)成。承載臂為長度500～800mm的不銹鋼金屬定形蛇皮管，內(nèi)徑4.5mm、外徑15～17mm，通過外力可以改變彎曲角度。懸掛裝置位于承載臂前端，用于固定智能照明攝像單元，懸掛裝置可進行360°旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)承載臂的彎曲角度以及懸掛裝置的旋轉(zhuǎn)角度，可使智能照明攝像單元獲得良好的視野。

2.3 智能照明攝像單元

智能照明攝像單元由視頻采集模塊與處理器模塊構(gòu)成。視頻采集模塊采用紫色濾鏡鏡頭模組（A級玻璃材質(zhì)），可組合實現(xiàn)最大176°±20°廣角，具有良好的摩爾紋，恒定大光圈為f1.6。處理器模塊采用獨創(chuàng)的WDR高動態(tài)渲染，處理器采用Nt96650芯片，內(nèi)存DDR3.1 Gb，并采用高度壓縮數(shù)字視頻編解碼器H.264，錄像時分辨率最高可達Full HD 1080P，最高像素達1600萬像素，可提供30幀/s的超高清畫質(zhì)。

2.4 手術(shù)視頻的后期制作

手術(shù)視頻后期制作通過惠普工作站（HP-Z800X5650 16G2TQuadro5000），使用Corel VideoStudio、Adobe After Effect軟件編輯完成，必要時可采用通過Autodesk MaYa軟件制作的三維動畫進行術(shù)前演示。手術(shù)視頻一般分為4部分：片頭、片名、手術(shù)操作視頻和結(jié)尾。可采用專業(yè)非線性編輯軟件對畫面進行標注，突出顯示關(guān)鍵步驟，還可以通過局部放大、慢放等特效，更清晰地將手術(shù)操作步驟突顯出來，并且能夠在片頭增加病人的影像素材，使觀看者可以熟知病人的病情[7-9]。另外，還能夠?qū)κ中g(shù)視頻進行配音和文字解說，進一步講解和闡述手術(shù)的關(guān)鍵步驟及技巧，真正做到形象直觀、通俗易懂。

3 實際應(yīng)用

手術(shù)開始前，先將整個裝置進行環(huán)氧乙烷消毒處理，而后根據(jù)患者手術(shù)部位通過U型卡扣固定單元將攝像機固定于手術(shù)臺上，通過調(diào)節(jié)可定型柔性臂單元，使智能照明攝像單元對準拍攝部位，通過調(diào)節(jié)變焦，使拍攝達到最佳狀態(tài)，從而獲得滿意的圖像質(zhì)量。

攝像機背部搭載2.7英寸LCD屏幕，術(shù)者可以靈活旋轉(zhuǎn)裝置，準確捕捉有價值的畫面。存儲卡最大支持32 GB的海量存儲空間，圖片文件格式為JPG，錄像文件格式為MOV；同時配有WIFI發(fā)送裝置，可實時傳輸術(shù)中畫面，方便交流與討論。此外，攝像機支持錄像時間的同步顯示，有助于后期的手術(shù)資料的查找。

以右半肝肝癌切除為例，采用該攝像機記錄的手術(shù)畫面見圖2。該攝像機拍攝角度全面，畫面清晰，實現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計目標。

圖2 微型智能手術(shù)照明攝像機記錄的手術(shù)畫面

4 結(jié)論

微型智能手術(shù)照明攝像機應(yīng)用于臨床具有以下優(yōu)勢：① 手術(shù)教學(xué)方面：通過錄制手術(shù)視頻可形象直觀地呈現(xiàn)手術(shù)操作過程，能夠幫助學(xué)生深入了解醫(yī)學(xué)知識，不斷熟悉規(guī)范性操作；并且能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使教學(xué)效果得到顯著提升[10-11]；② 醫(yī)患溝通方面：信息不對稱是阻擋醫(yī)患有效溝通的障礙，面對現(xiàn)代社會的“學(xué)習(xí)型患者”來說，高清的手術(shù)視頻資料可以作為足夠的證據(jù)來甄別，便于權(quán)威機構(gòu)迅速對醫(yī)療事故進行鑒定。

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Development of a Micro Intelligent Surgery Lighting Camera

TANG Bo1, LV Yi1,2, LIU Xue-min1,2, LI Jian-hui1,3, YAN Xiao-peng1,2, XU Xiang-hua1,2, MA Feng1, SHI Ai-hua1
1.Research Institute of Advanced Surgical Technology and Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an Shaanxi 710061, China；2.Department of Hepatobiliary Surgery, the First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University, Xi’an Shaanxi 710061, China；3.Department of Oncological Surgery, Shaanxi Provincial People’s Hospital, Xi’an Shaanxi 710068, China

The information of intro-operative pictures and texts has great significance in innovation of disease diagnosis and treatment techniques, the progress of young surgeons, the patients’ understanding of treatment process and solutions for medical disputes.In view of the disadvantages of the camera in the current surgery recording system, a micro intelligent surgery lighting camera is developed in this paper, which consists of a U-shape snap-fit unit, flexible arm and intelligent camera system.It can be disinfected with medical ethylene oxide and applied to the sterile environment.With fixation of the U-shape snapfit unit on the operating table, its flexible arm can be randomly adjusted to different angles according to the requirement of the surgeon.As a consequence, the intelligent camera system can record videos, take pictures and supplement light intro-operatively.

surgery recording systems；intelligent cameras；U-shape snap-fit unit；flexible arm

TH789

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.07.009

1674-1633（2015）07-0028-02

2015-04-14

國家自然科學(xué)基金科學(xué)儀器專項（81127005）。

呂毅，教授。

通訊作者郵箱：luyi169@126.com