ビデオシステムを備える外科用照明制御
【課題】自在な外科用照明システムを提供すること。
【解決手段】外科用照明システム１０は、手術室の表面１４に取り付けるために適合された吊り下げアームに連結されたライトヘッド４４を備える。電球は、このライトヘッド中に配置される。ライトヘッド中のプロセッサは、電球の光の強度を制御するために電球と作動的に連結され、そして、ライトヘッドの第一状態を示すライトヘッド状態信号を発するように適合されている。制御装置３２、３４は、ライトヘッド中のプロセッサと作動的に連絡している。制御装置は、ライトヘッド状態信号を受信し、そしてライトヘッドを制御するために、ライトヘッド状態信号に基づいて、一群のアルゴリズムから、制御アルゴリズムのセットを選択する。
【解決手段】外科用照明システム１０は、手術室の表面１４に取り付けるために適合された吊り下げアームに連結されたライトヘッド４４を備える。電球は、このライトヘッド中に配置される。ライトヘッド中のプロセッサは、電球の光の強度を制御するために電球と作動的に連結され、そして、ライトヘッドの第一状態を示すライトヘッド状態信号を発するように適合されている。制御装置３２、３４は、ライトヘッド中のプロセッサと作動的に連絡している。制御装置は、ライトヘッド状態信号を受信し、そしてライトヘッドを制御するために、ライトヘッド状態信号に基づいて、一群のアルゴリズムから、制御アルゴリズムのセットを選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、２００２年１月１５日に出願された、米国仮出願番号６０／３４８，９９９の利益を主張する。
【０００２】
（発明の背景）
本発明は、外科用照明、テーブル、および付属品に関し、そしてより具体的には、複数のユーザインターフェース、種々の機能のための集中型グラフィック制御、高度なカメラ検出／信号ルート割当て、およびランプ強度の閉ループ制御を提供する外科用照明制御システムに関する。これは、外科用手術室（ＯＲ）の現場のための包括的な制御システムの提供と組み合わせて、特定の適用を見出し、これに関する特定の参考文献によって記載される。しかし、本発明はまた、他のマルチタスク制御適用において用途を見出し、そして上記手術室の環境に限定されないことが、理解されるべきである。
【背景技術】
【０００３】
代表的に、手術室の状況において、大きい、高ルーメンの出力のライトヘッドが、手術部位を照射するために使用される。しばしば、ビデオカメラが、手術を記録するためにライトヘッドにとりつけられ、これによって、外科医がさらに最適な視界を達成することを補助する。いくつかのシステムは、カメラの制御を、ＯＲ内の人員に提供しない。カメラ／ライトヘッドを物理的に移動させなければ、このようなシステムは、単一のカメラ配向およびズーム因子のみを提供する。他のシステムは、ＯＲ中の人員に、カメラおよびライトヘッドの制御を与えるが、外科医には与えない。外科医は、必要な場合、滅菌されていない、動き回る看護士が、照明制御またはカメラ制御を調節することを要請しなければならない。
【０００４】
既存のシステムは、ライトヘッド内の電球に送達される電力をモニタリングしない。この結果、電球の偏差、電圧の変動、およびラインの抵抗に起因して、光の強度が変動する。ランプ電力の分散は、外科手順に対する潜在的な有害な影響を伴って光の強度を低下させ得るか、または光強度を増加させてランプの寿命を短縮し得る。
【０００５】
さらに、大部分の既存のシステムは、集中型制御を提供しない。従って、動き回る看護人員は、光強度制御を作動させるためにまず１つのパネルに移動し、次いで、カメラを回転させるために別の場所に移動しなければならない、などである。このことは、このシステムを作動させる場合に混乱を招き、そしてさらなるユーザインターフェースの位置に起因して、ＯＲを乱雑にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
集中型制御を使用するシステムにおいて、ハードウェアのアップデート／アップグレードは、困難である。なぜなら、この制御のソフトウェアは、しばしば、新たな設備を認識し、そして新たな設備で作動するようには、適合され得ないからである。ソフトウェアパラメータの単純なアップデートまたは設定を介して新たな設備と相互作用するように適合されるソフトウェアを備える、外科用照明およびビデオ制御システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上で参照された問題および他の問題を克服して、外科手術室適用における照明およびビデオシステムの、より良好な、より包括的な制御を提供する、新規な、かつ改善された方法および装置を提供する。
したがって、本発明は以下を提供する。
（１）外科用照明システム（１０）であって、以下：
手術室の表面（１４）に取り付けるために適合された吊り下げアーム（４１’）に連結されたライトヘッド（４４）；
該ライトヘッド中の電球（１３０）；
該電球の光の強度を制御するために該電球と作動的に連結された、該ライトヘッド中のプロセッサ（１２０）であって、該ライトヘッドの第一状態を示すライトヘッド状態信号を発するように適合されている、プロセッサ（１２０）；および
該ライトヘッド中のプロセッサと作動的に連絡している制御装置（３２、３４）であって、該制御装置は、該ライトヘッド状態信号を受信し、そして該ライトヘッドを制御するために、該ライトヘッド状態信号に基づいて、一群のアルゴリズムから、制御アルゴリズムのセットを選択する、制御装置（３２、３４）、
を備える、外科用照明システム（１０）。
（２）項目１に記載の外科用照明システムであって、ここで、前記ライトヘッドの第一状態は、以下：
前記ライトヘッドのサイズ；
前記電球からの光の強度（１５４）；
該電球の状態；
該電球に印加される電流のレベル；
該電球に印加される電圧のレベル；
該ライトヘッドの内部温度；
ビデオカメラの存在；
手動外科作業ライトの存在；および
制御可能な周囲ライトの存在、
、のうち少なくとも１つを含む、外科用照明システム。
（３）項目２に記載の外科用照明システム（１０）であって、ここで：
前記制御装置（３２、３４）が、問い合わせ信号を発するように適合されており；そして
前記プロセッサ（１２０）が、該問い合わせ信号の受信に応答して、前記ライトヘッド状態信号を発するように適合されている、
外科用照明システム。
（４）項目３に記載の外科用照明システム（１０）であって、前記プロセッサと前記制御装置との間で、前記問い合わせ信号および前記ライトヘッド状態信号を伝達するための、シリアルデータ連絡リンク（３６、８０、８２）をさらに備える、外科用照明システム。
（５）項目４に記載の外科用照明システム（１０）であって、前記制御装置（３２、３４）が、前記第一状態を表示するためのＬＣＤディスプレイ（１６０）を備える、外科用照明システム。
（６）項目１に記載の外科用照明システム（１０）であって、ここで：
前記制御装置が、命令信号を発するように適合されており；そして
前記ライトヘッド中の前記プロセッサが、該命令信号に従って前記光の強度を制御するように適合されている、
外科用照明システム。
（７）項目１に記載の外科用照明システムであって、ここで、前記ライトヘッド中の前記プロ
セッサが、以下：
前記制御装置からプログラムコードを受信し；そして
該プログラムコードを実行するように適合されている、
外科用照明システム。
（８）項目７に記載の外科用照明システムであって、ここで、
前記制御装置が、受信された前記ライトヘッド状態信号に基づいて、該外科用照明システム中の前記プロセッサの演算適合性を決定し；そして
該プロセッサが該外科用照明システムにおける使用に適合性でない場合に、該プロセッサに実行可能なプログラムコードをダウンロードするように適合されている、
外科用照明システム。
（９）項目１に記載の外科用照明システムであって、前記ライトヘッドと連絡し、そして前記制御装置と作動的に連結されたカメラをさらに備え、該カメラは、付属のビデオモニタデバイスによる、ヒトにより読み取り可能な画像への変換のために適合された画像信号を発し、該制御装置は、ホワイトバランス、画像静止、時間表示および日付表示を含む、該カメラの機能を制御するための手段を備える、外科用照明システム。
（１０）項目９に記載の外科用照明システムであって、ここで、前記制御装置は、前記カメラの存在を検出し、そして前記付属のビデオモニタデバイスへの接続のために適合された該制御装置上のポートへと前記画像信号を導くように適合されている、外科用照明システム。
（１１）項目１に記載の外科用照明システムであって、
前記ライトヘッド上の第一光強度制御ボタンおよび前記制御装置上の第二光強度制御ボタンをさらに備え、前記プロセッサが、該第一および第二の光強度制御ボタンの両方に対して応答性である、外科用照明システム。
（１２）項目１に記載の外科用照明システムであって、ビデオ信号を発するように適合された外科用ビデオカメラデバイス（１００）をさらに備え、ここで：
前記ライトヘッド中の前記プロセッサ（１２０）は、ビデオカメラ存在信号を発するように適合されており；そして
前記制御装置（３２、３４）は、該ビデオカメラ存在信号を受信し、そして該外科用ビデオカメラデバイス（１００）を制御するために、前記一群のアルゴリズムから、カメラ制御アルゴリズムを選択するように適合されている、
外科用照明システム。
（１３）項目１２に記載の外科用照明システムであって、前記ライトヘッド状態信号および前記ビデオカメラデバイスに関する情報を表示するためのヒト読み取り可能ディスプレイ（１６０）をさらに備える、外科用照明システム。
【０００８】
（発明の簡単な要旨）
本発明の好ましい実施形態は、プラグアンドプレイ制御インターフェースを提供し、これは、ユーザに、１つのステーションにおいて複数のデバイスへのアクセスを与え、滅菌場におけるより多くのデバイスの外科医による制御を与え、そしてこのシステムの制御をより単純に、かつより直感的にする。
【０００９】
本発明は、複数のデバイス（例えば、頭上照明、周囲の照明、カメラ、および他の手術室の付属物）を制御するために使用するための、グラフィカルＬＣＤディスプレイを提供することによって、システムへのユーザアクセスを改善する。外科医の制御は、音声インターフェースシステムによって改善され、外科医が、照明および他の局面を、単に話すことによって調節することを可能にする。フットペダルインターフェースおよび赤外線遠隔制御インターフェースは、カメラの外科医による制御を与え、このカメラの回転機能およびズーム機能の直接の制御を可能にする。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態は、プラグアンドプレイ適合性を提供し、その結果、カメラ、ライトヘッド全体、作業ライト、および他の外科付属物のようなデバイスは、アップデートシステムソフトウェアまたは制御プロトコルの必要なしに、必要な場合にシステムのインとアウトとを切り替え得る。このことは、さらなるライトヘッドまたは他のデバイスがこのシステムに追加される場合、あるいはこのデバイスがアップグレードなどによって交換される場合に生じ得る。
【００１１】
本発明のシステムの壁制御ユニットは、グラフィックＬＣＤディスプレイを提供し、これは、全ての制御についての集中型ユーザ入力／出力を可能にする。この壁制御はまた、システムオプション（例えば、ビデオ、記録デバイス、音声制御、光ファイバー作業ライト、およびカメラフット制御）のための入力／出力接続部を提供する。ＬＣＤインターフェースは、ビデオカメラ、光ファイバー作業ライト、周囲ライト、および複数のライトヘッドの、高レベルのユーザ制御を提供する。
【００１２】
全ての中間および大きいサイズのライトヘッドは、好ましくは、すぐ使えるカメラである。カメラモジュールは、所望により、これらのライトヘッドのいずれかに配置され得る。制御システムは、特定のライトヘッドを自動的に検出するように適合され、ここで、カメラがされ、そして「プラグアンドプレイ」様式の電子手段を介して配置壁制御に信号を指向する。
【００１３】
さらに、サービス機能がこのシステムに組み込まれ得、この機能は、サービス人員またはメンテナンス人員が、新たなライトヘッドとの交換のために、ライトヘッド全体を取り外すことを可能にする。この制御システムは、必要な場合に、新たなライトヘッドを検出し、そしてこのライトヘッド（プラグアンドプレイ）に適合可能なソフトウェエアをダウンロードする。このことは、サービスコールに起因する、製品の休止時間を減少させる。各ライトヘッドは、壁制御から制御情報を送信および受信するように適合され、そしてさらに、光ハンドル斜面上のスイッチに応答するように適合される、マイクロコントローラを備える。
【００１４】
マイクロコントローラはまた、ランプ電力にわたる厳密な制御についての閉ループ制御を提供する。このコントローラは、ランプの電圧および電流を測定し、そしてパルス幅調節（ＰＷＭ）回路についてのデューティーサイクルを設定する。このことは、ほとんど全ての変動の源を補償することによって、一貫した光を効果的に与える。
【００１５】
改善された制御は、システムにおける全てのライトヘッドが、このシステムにおける任意の光のスイッチ斜面入力からオン／オフを切り替えられることを可能にする。ライトヘッドハンドルの斜面における「−」強度低下ボタンを押し、そして選択された期間（好ましくは、４秒間）にわたって保持することによって、全てのライトヘッドをオフにし、そして好ましくは同時に、周囲ライトをオンにする。「＋」強度増加ボタンを押し、そして選択された期間（好ましくは、２秒間）にわたって保持することによって、全てのライトヘッドをオンにし、そして好ましくは同時に、周囲ライトをオフにする。
【００１６】
壁制御は、単純な、集中型のユーザインターフェースを提供し、これは、動き回る看護士の時間を節約する。光ハンドル斜面のスイッチの改善された制御は、外科医に対しても同様に、光の制御を提供する。これは、全人員の時間を節約する。
【００１７】
この制御システムは、外科手順の間の照明システムの制御の電位損失を最小にするために、いくつかのレベルの重複性を提供する。コントロールセンターの２つの電源のうちのいずれか一方が、マイクロコントローラの作動を維持するために十分である。壁制御ユニットのマイクロコントローラまたはスイッチが故障した場合、オン／オフおよび強度制御の機能性は、ライトヘッドに基づくマイクロコントローラおよびスイッチのみを使用して、実施され得る。
【００１８】
ビデオカメラ特徴は、ユーザインターフェースを介してアクセス可能であり、少なくとも電力、ならびにズーム、回転、輝度および焦点の制御を備える。改善されたカメラ制御もまたユーザインターフェースを介してアクセス可能であり、例えば、白色バランス、画面の静止、時間および日付の表示が挙げられる。カメラモジュールは、任意の媒体または大きなライトヘッドと組み合わせるために適合される。本発明のシステムの制御システムは、カメラモジュールの存在を自動的に検出し、そしてビデオ信号を壁制御に指向する。
【００１９】
多くの制御特徴が、本発明による外科用照明システムにおいて提供される。グラフィックユーザーインターフェースは、好ましくは、ＬＣＤディスプレイであり、このシステムにおける全ての構成要素の、集中型の制御を提供する。全てのライトヘッドのオン／オフの制御が、このシステムにおいて、光ハンドルスイッチ斜面の強度制御の単一の地点から提供され、一方で、滅菌技術を維持する。改善されたカメラ制御特徴が提供され、白色バランス、画面の静止、時間および日付の表示を含む。この制御システムは、カメラモジュールを検出し、そしてビデオ信号を壁制御に指向する。これは、システムがカメラモジュールを複数の位置において認容する能力と両立する。閉ループのランプ電力制御スキームが、時間にわたって、そして異なる設置条件にわたって、一貫した強度レベルを維持する。壁制御は、新たなライトヘッドを感知し、そして自動的にソフトウェアをダウンロードして、ライトヘッドをこのシステムにおいて適合性にする。
【００２０】
上記列挙は、本発明による外科用照明システムにおいて提供される制御特徴の、限定ではない。
【００２１】
本発明は、特定の方法、部品、および部品の配置において形態を採り得るが、本発明の好ましい実施形態が、本明細書中に詳細に記載され、そして本明細書の一部を形成する添付の図面に示される。
【００２２】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
ここで、図面の図（ここで、示されるのは、本発明の好ましい実施形態の説明の目的のみであり、そして本発明を限定する目的ではない）を参照すると、図１は、手術室の天井１４から一次スピンドルハブ１６によって支持されている、第一のセットの照明デバイス
１２、および第二のスピンドルハブ２０によって天井１４に支持されている、第二のセットの照明デバイス１８を備える、外科用照明システム１０を示す。照明制御装置３０は、第一のセットの照明デバイス１２を作動させるためのマスター制御ユニット３２、および第二のセットの照明デバイス１８の作動を制御するための第二制御ユニット３４を備える。通信および電力ライン３６のセットは、照明制御装置３０を、第一および第二のセットの照明デバイス１２、１８と接続し、これらのデバイスを、以下にさらに詳細に記載される様式で制御する。
【００２３】
一次スピンドルハブ１６によって支持される第一のセットの照明デバイス１２は、３つの頭上照明４０〜４４、外科作業ライト４６および手術室の周囲ライト４８を備える。外科用ライトヘッド４０〜４４の各々は、対応する吊り下げシステム４０’〜４４’によって支持される。同様に、外科作業ライトは、吊り下げアーム４６’に支持される。吊り下げアーム４０’〜４６’の各々は、適切な電力および通信ケーブルを備え、これらのケーブルは、以下に記載され、そしてさらに、ライトヘッド４０〜４４および作業ライト４６の、手術室適用に関して選択された位置への移動を可能にする。各ライトヘッドは、手動で作動可能な光強度制御ボタン１２４のセットを備え、これは好ましくは、各デバイスのライトヘッドハンドルに隣接して位置する。周囲ライト４８は、一次スピンドルハブ１６に対して固定された位置に取り付けられる。単一の補助的なライトヘッド５０は、補助的な周囲ライト５２と一緒になって、二次スピンドルハブ２０に、適切な吊り下げアーム５０’によって支持される。いくつかの照明デバイスが、第一のセット１２において提供され得、ほんの単一の照明デバイスが、第二のセット１８において見出されるが、より多いかまたはより少ない照明デバイスが、所望により使用され得ることがさらに理解されるべきである。さらに、より多いかまたはより少ないスピンドルハブ１６、２０が、所望により、このシステムに備えられ得る。
【００２４】
次に、図２を参照すると、本発明の照明システム１０が、機能的ブロック図の形態で示されている。このシステムは、高レベルの重複性を提供して、単一の点の欠陥が「停電」すなわち光のない状態を引き起こすことを防止するように、分割されていることが理解される。この目的で、各外科ライトヘッドは、別個のＡＣ／ＤＣ電源を備え、そしてさらに、２４ＶＤＣバッテリーバックアップ電源に切り替わる能力を備える。各外科用ライトヘッドはまた、その独自のエレクトロニクスコントローラおよび常駐作動ファームウェアを備え、これは、ライトヘッドにおいて実行可能である。
【００２５】
ライトヘッド４０〜４４および５０は、各々、所定のアルゴリズムに従ってプログラムを実行するための、エレクトロニクスモジュール６０〜６６をそれぞれ備える。対象のシステムの各ライトヘッドは、種々の照明機能を制御するための照明制御装置３０と連絡し、そしてプラグおよび遊び能力を提供するように、適合されている。連絡および電力ライン３６は、照明制御装置３０から個々のライトヘッドへと電力を送達するための、別個のライトヘッド電力ケーブル７０〜７６を備える。さらに、連絡および電力ライン３６は、照明デバイス１２、１８と照明制御装置３０との間で、命令および状態データを伝達するための、１対の連絡ケーブル８０、８２を備える。この目的のために、マスター制御ユニット３２は、制御ユニットと、ライトヘッド４０〜４４、５０および作業ライト４６との間の連絡ケーブル８０、８２上で伝達されるべき信号を発するための電子コントローラボード９０を備える。
【００２６】
続いて図２を参照すると、対象の外科用照明システム１０の実施形態が、ビデオカメラ１００を備えることが留意される。ビデオカメラ１００は、示されるような大きいライトヘッド４４によって保有される。カメラ１００からのビデオ信号は、大きいライトヘッド４４の吊り下げアーム４４’を通って、共通ハブエレクトロニクスボード１０４およびマスター制御ユニット３２の電子コントローラボード９０のビデオカード要素１０６へと至
る。ビデオカード要素１０６は、合成ビデオ信号１０８およびＳ−ビデオ信号１１０を発するように適合されている。
【００２７】
図３および図４は、ブロック図形態で、大きいライトヘッド４４のエレクトロニクスモジュール６４の機能的要素を示す。図３に示されるように、エレクトロニクスモジュール６４は、ランプコントローラボード１２０、カメラモジュール１２２、手動で操作可能な電球強度スイッチ１２４のセット、視覚出力ランプ１２６（好ましくはＬＥＤ）、一次電球１３０および二次電球１３２を保持する電球交換機構１２８、ならびに一次電球１３０の故障の際に電球交換をもたらすための電球交換ソレノイド１３４を備える。これらの要素は全て、ランプコントローラボード１２０と作動的に局所連絡している。照明制御装置３０との作動的連絡（図１および図２）は、差示的ビデオ信号ライン１４０、ランプシリアルポート信号ライン１４２およびシステム電力信号ライン１４４を備える、連絡および電力ライン３６のセットによって提供される。差示的ビデオ信号ライン１４０は、カメラモジュール１２２から、照明制御装置３０へとビデオ信号を送達する。しかし、ランプシリアル連絡ライン１４２は二方向性であり、そしてエレクトロニクスモジュール６４と照明制御装置３０との間で命令およびデータを伝達する。システム電力ライン１４４は、ライトヘッドへと電力を連絡する。
【００２８】
閉ループ制御は、ランプ電力を提供する。この目的のために、電球強度コントローラ１５２は、電球１３０に送達される電流および電球末端での電圧信号を検出する。電球フィードバック信号１５４は、コントローラ１５２によって発せられ、そしてＰＷＭ回路１５６についての所望のデューティサイクルを計算する際に使用されるマイクロコントローラ１５０に送達される。このように、一貫した照明作用力が実現される。
【００２９】
エレクトロニクスモジュール６４のランプコントローラボード１２０のさらなる詳細は、図４中に提供される。示されるように、マイクロコントローラ１５０は、上で以前に特定された全ての構成要素と作動的に連絡している。マイクロコントローラ１５０は、マイクロコントローラのメモリ部分に記憶されたプログラムコードに従って、照明制御装置と連絡するように、適合されている。より具体的には、マイクロコントローラ１５０は、対象の外科用照明システムのプラグおよび遊び能力を実施するために、プログラムコードを実行するように適合されている。
【００３０】
この制御システムは、外科的手順の間の照明システムの制御の電位の喪失を最小化するために、いくつかのレベルの重複性を提供する。制御中心における２つの電力供給のうちいずれか１つが、マイクロコントローラの作動を維持するために十分である。壁制御ユニットのマイクロコントローラまたはスイッチが故障した場合、オン／オフおよび強度制御の機能性が、ライトヘッドベースのマイクロコントローラおよびスイッチだけを使用して実行され得る。
【００３１】
図５は、好ましい実施形態のコントローラによって実施されるデバイスの自動検出シークエンスを示すフローチャートである。Ｓ１０で電源を入れると、ソフトウェア更新レベルを決定するためＳ１２およびシステムにおけるライトヘッドの品質、それらのサイズおよびスタイル、ならびに電力の上昇において誘導され得る任意の他の情報を決定するためＳ１６に、照明制御装置３０は、各マイクロコントローラ１５０および各ライトヘッドを問い合わせる。１つのこのような決定は、カメラ検出信号ライン１３６（図３）によって提供され、これは、パワーアップにおいてランプコントローラボード１２０のマイクロコントローラ１５０によって読み取られる。カメラモジュール１２２がエレクトロニクスモジュール６４中に設置される場合、このカメラ検出信号ライン１３６は、論理的グラウンドと結びつけられる。カメラモジュールの非存在下において、このカメラ検出信号ライン１３６は、浮揚され、そして論理的な高い値を示す。
【００３２】
マイクロコントローラ１５０は、ライトヘッド４４のエレクトロニクスモジュール６４内のカメラモジュール１２２の存在の状態を報告するためのプログラムコードを備える。他の情報もまた、マイクロコントローラ１５０によって、照明制御装置３０に報告される。この情報は、マイクロコントローラ１５０によって実行されるソフトウェアバージョンに関するデータを含む。対象の外科用照明システム１０は、この情報を有利に使用して、アップデートソフトウェアバージョンが利用可能になる場合に、マイクロコントローラＳ１４に新たな実行可能なコードをダウンロードする。この目的のために、新たなソフトウェアが、連絡および電力ライン３６を使用して、照明制御装置３０から別個のエレクトロニクスモジュール６０〜６６にダウンロードされる（Ｓ１４）。
【００３３】
インストールされた要素の決定（Ｓ１６）に基づいて、コントローラは、制御機能を実施するための一群のアルゴリズムの中から、１つのアルゴリズムを選択する。ビデオカメラが検出される場合、カメラ制御アルゴリズムが選択され（Ｓ１８）、作業ライトおよび周囲ライトがシステム内のコントローラによって検出される場合に、作業ライト制御アルゴリズムおよび周囲ライト制御アルゴリズムが、工程Ｓ２０および工程Ｓ２２にて選択される。外科用ライトヘッドに関して、上記のように、種々のサイズがシステムによって支持され、各々が、好ましくは、別個の同調アルゴリズムに別々に従って、制御される。この目的のために、ライトヘッドの型が工程Ｓ２４において決定され、そしてライトヘッド型決定工程Ｓ２４に基づいて、小さいライトヘッド制御アルゴリズムが選択され（Ｓ２６）、中間のライトヘッド制御アルゴリズムが選択され（Ｓ２８）、そして／または大きいライトヘッド制御アルゴリズムが選択される（Ｓ３０）。
【００３４】
図６は、対象の外科用照明システム１０の照明制御装置３０のマスター制御ユニット３２上に提示されたユーザディスプレイ１６０を示す。好ましくは、このマスター制御ユニットは、バックライトおよび膜接触スイッチ１６２のセットを備えるモノクログラフィックスのＬＣＤを備える。接触スイッチ１６２は、対象の外科用照明システムを制御するための手動ユーザ入力を得るために使用される。オンのプッシュボタン１６４およびオフのプッシュボタン１６６は、ユーザからの入力を求めるようにプログラムされたディスプレイ領域１７０に隣接して位置づけられた他の制御ボタン１６８のセットと共に提供される。ディスプレイ領域１７０は、本質的に、隣接ボタン１６８の機能に関してヒトユーザに視覚情報を提供する。視覚情報は、制御中にソフトウェアによって発せられ、そして必要に応じて物理的ボタンの機能を再評価するために有用である。
【００３５】
図６に示されるように、ディスプレイ領域１７０は、「ライト選択」印（すなわち標識領域）、「強度」領域、「周囲ライトオン／オフ」領域、「カメラ」領域、および「システム」領域を含む。上向き矢印１７２および下向き矢印１７４は、この群のなかからライトヘッドを選択するために、他の入力ボタンの間に提供される。上向き入力ボタン１７２または下向き入力ボタン１７４のいずれかの起動により、３つの選択可能な場１７８のうち１つの間の移行に対して、ユーザディスプレイ１６０上に矢印１７６が表示される。さらに、強度減少矢印１８０および強度増加矢印１８２は、照明制御装置３０において、ユーザが矢印１７６の位置によって選択される特定のライトヘッドの強度を制御できるように、提供される。図６に示されるように、ライトヘッド数３は、矢印１７６によって選択され、そして強度は、レベル３に設定される。
【００３６】
周囲ライト電力ボタン１９０もまた、ディスプレイ領域中に周囲ライトアイコンと一緒に接触スイッチ１６２上に提供され、その結果、ユーザは、周囲ライト４８を、所望に応じてオンまたはオフに切り替え得る。カメラ入力ボタン１９２もまた、カメラの作動を切り替えるために、ディスプレイ領域１７０中のカメラアイコンに隣接して提供される。最後に、システム問い合わせボタン１９４が、ユーザが情報について外科用照明システムに
問い合わせるように、備えられる。
【００３７】
ライトヘッドは、ライト選択ディスプレイの下のアップ／ダウンボタン１７２、１７４を使用して選択され、強度は、強度ディスプレイの下の左／右ボタン１８０、１８２によって調節される。７つの所定の電力レベルが、７つの光強度レベルの各々について、ライトヘッド中の持久メモリ中にハードコードされる。種々のワット数のランプ型についての電力レベル規定が、ライトヘッド中の電力レベルテーブルのセットに記憶される。図６に示される強度指示子２００〜２０８は、進行性の７つの棒状セグメントディスプレイ２１２が続く、ランプヘッド数２１０からなる。ランプがオフの場合、セグメントは表示されない。ランプが最大強度レベルである場合、７つ全てのセグメントが表示される。図中に示されるように、ランプ１は完全電力であり、ランプ２はオフであり、ランプ３は低い電力設定であり、そしてランプ４はランプ３よりも僅かに明るい。ユーザがランプ強度を上げるにつれて、全ての先行するセグメントが表示されたままで、引き続くセグメントが左から右へと表示される。
【００３８】
２つ以上のライトヘッドがシステムにおいて検出される場合、図中に示される全ライト指示子２１４は、ライト制御スクリーン上に表示される。全ライト指示子が、ライト選択ディスプレイの下のアップ／ダウンボタン１７２、１７４を使用して選択される場合、全ての検出されたライトヘッドの制御および強度は、予め規定された作動シークエンスに従う。本質的には、全ライト指示子が選択され、そして強度の右向きボタン１８２（または上向き矢印）が選択される場合、全てのランプが直ぐに次のより高い強度レベルまで増大する。逆に、左向き１８０（または下向き矢印）が押される場合、システム中の全てのランプは、次のより低いレベルまで、直ぐに強度を低下させる。
【００３９】
ライトヘッドについての一次ランプおよび二次ランプは、「Ａ」および「Ｂ」として示され、「Ａ」は、一次ランプの位置として理解される。上記のような好ましい実施形態のシステムにおいて、これらのランプは、オンに切り替えられるかオフに切り替えられるかに関わりなく、連続してモニタリングされる。ランプが失われているか燃え尽きた場合、ランプ故障指示子２２０が表示され、そして予め決定された速度（好ましくは、５０％のデューティサイクルで２秒の速度）でオンおよびオフを光らせる。
【００４０】
図面を続けて参照して、このシステムは、上記のように手動作業ライトの設置を自動的に検出する。この目的のために、作業ライト強度ディスプレイ２０８が、ランプ寿命指示子２３０と一緒に提供される。強度指示子は、ライトヘッドについて提供されたディスプレイと類似の棒グラフの形態での、７つのセグメントのディスプレイ２１２からなる。ユーザがランプ強度を上げるにつれ、全ての先行するセグメントが表示されたままで、引き続くセグメントが左から右へと表示される。
【００４１】
さらに、作業ライト寿命指示子２３０が、手動作業ライトにおいて使用されるランプについての残りの寿命を示すために、操作者に提示される。進行する棒状メーター２３２は、ランプの光が低下するにつれて、図面に示されるように、右へと移動する。この棒は、左側において０時間について好ましくは較正され、そして右側において５００時間の最大規模で較正される。棒グラフが４００時間の電球寿命に達した後、進行する棒は、予め決定された速度（好ましくは、５０％のデューティサイクルで２秒の速度）で光り始める。５００時間に達した後、ランプ上に×印のある図の表示が示され、そして作業者の注意を引くように、光り始める。５００時間で、故障ログの入力がなされ、これは、手動作業ライトにおいて使用されたランプ時間の数が、予め決定された操作限界を超えたことを示す。
【００４２】
さらに、バックアップバッテリーディスプレイアイコンが、バックアップバッテリーの残存寿命を表示するために示される。
【００４３】
図７は、「カメラ」アイコン２３４の下のボタン（図６）が操作される場合に、対象の制御システムによって示されるサブメニュー２５０を示す。示されるように、機能選択キー１７２、１７４は、矢印１７６の位置を変化させて、電力２５２、ズーム２５４、回転２５６、明るさ調節２５８およびカメラ焦点２６０を含む種々のカメラ制御選択肢を選択するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明に従う外科用照明システムの斜視図であり、一次スピンドルから吊り下げられる外科用照明設備の第一のセット、および二次スピンドルから吊り下げられる照明設備の第二のセット、ならびにシステム制御装置を示す。
【図２Ａ】図２は、本発明の照明制御装置の構成要素を示すブロック図である。
【図２Ｂ】図２は、本発明の照明制御装置の構成要素を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の外科用照明システムの電子モジュールの機能的ブロックを示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の外科用照明システムのランプコントローラボードを示す、機能的ブロック図である。
【図５】図５は、本発明の制御システムによって実行される、構成要素自動検出機能を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の外科用照明の照明制御装置によって表示される、ユーザスクリーンの図である。
【図７】図７は、本発明のシステムの照明制御装置によって提供される、サブメニューを表示している、ユーザスクリーンの図である。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、２００２年１月１５日に出願された、米国仮出願番号６０／３４８，９９９の利益を主張する。
【０００２】
（発明の背景）
本発明は、外科用照明、テーブル、および付属品に関し、そしてより具体的には、複数のユーザインターフェース、種々の機能のための集中型グラフィック制御、高度なカメラ検出／信号ルート割当て、およびランプ強度の閉ループ制御を提供する外科用照明制御システムに関する。これは、外科用手術室（ＯＲ）の現場のための包括的な制御システムの提供と組み合わせて、特定の適用を見出し、これに関する特定の参考文献によって記載される。しかし、本発明はまた、他のマルチタスク制御適用において用途を見出し、そして上記手術室の環境に限定されないことが、理解されるべきである。
【背景技術】
【０００３】
代表的に、手術室の状況において、大きい、高ルーメンの出力のライトヘッドが、手術部位を照射するために使用される。しばしば、ビデオカメラが、手術を記録するためにライトヘッドにとりつけられ、これによって、外科医がさらに最適な視界を達成することを補助する。いくつかのシステムは、カメラの制御を、ＯＲ内の人員に提供しない。カメラ／ライトヘッドを物理的に移動させなければ、このようなシステムは、単一のカメラ配向およびズーム因子のみを提供する。他のシステムは、ＯＲ中の人員に、カメラおよびライトヘッドの制御を与えるが、外科医には与えない。外科医は、必要な場合、滅菌されていない、動き回る看護士が、照明制御またはカメラ制御を調節することを要請しなければならない。
【０００４】
既存のシステムは、ライトヘッド内の電球に送達される電力をモニタリングしない。この結果、電球の偏差、電圧の変動、およびラインの抵抗に起因して、光の強度が変動する。ランプ電力の分散は、外科手順に対する潜在的な有害な影響を伴って光の強度を低下させ得るか、または光強度を増加させてランプの寿命を短縮し得る。
【０００５】
さらに、大部分の既存のシステムは、集中型制御を提供しない。従って、動き回る看護人員は、光強度制御を作動させるためにまず１つのパネルに移動し、次いで、カメラを回転させるために別の場所に移動しなければならない、などである。このことは、このシステムを作動させる場合に混乱を招き、そしてさらなるユーザインターフェースの位置に起因して、ＯＲを乱雑にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
集中型制御を使用するシステムにおいて、ハードウェアのアップデート／アップグレードは、困難である。なぜなら、この制御のソフトウェアは、しばしば、新たな設備を認識し、そして新たな設備で作動するようには、適合され得ないからである。ソフトウェアパラメータの単純なアップデートまたは設定を介して新たな設備と相互作用するように適合されるソフトウェアを備える、外科用照明およびビデオ制御システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上で参照された問題および他の問題を克服して、外科手術室適用における照明およびビデオシステムの、より良好な、より包括的な制御を提供する、新規な、かつ改善された方法および装置を提供する。
したがって、本発明は以下を提供する。
（１）外科用照明システム（１０）であって、以下：
手術室の表面（１４）に取り付けるために適合された吊り下げアーム（４１’）に連結されたライトヘッド（４４）；
該ライトヘッド中の電球（１３０）；
該電球の光の強度を制御するために該電球と作動的に連結された、該ライトヘッド中のプロセッサ（１２０）であって、該ライトヘッドの第一状態を示すライトヘッド状態信号を発するように適合されている、プロセッサ（１２０）；および
該ライトヘッド中のプロセッサと作動的に連絡している制御装置（３２、３４）であって、該制御装置は、該ライトヘッド状態信号を受信し、そして該ライトヘッドを制御するために、該ライトヘッド状態信号に基づいて、一群のアルゴリズムから、制御アルゴリズムのセットを選択する、制御装置（３２、３４）、
を備える、外科用照明システム（１０）。
（２）項目１に記載の外科用照明システムであって、ここで、前記ライトヘッドの第一状態は、以下：
前記ライトヘッドのサイズ；
前記電球からの光の強度（１５４）；
該電球の状態；
該電球に印加される電流のレベル；
該電球に印加される電圧のレベル；
該ライトヘッドの内部温度；
ビデオカメラの存在；
手動外科作業ライトの存在；および
制御可能な周囲ライトの存在、
、のうち少なくとも１つを含む、外科用照明システム。
（３）項目２に記載の外科用照明システム（１０）であって、ここで：
前記制御装置（３２、３４）が、問い合わせ信号を発するように適合されており；そして
前記プロセッサ（１２０）が、該問い合わせ信号の受信に応答して、前記ライトヘッド状態信号を発するように適合されている、
外科用照明システム。
（４）項目３に記載の外科用照明システム（１０）であって、前記プロセッサと前記制御装置との間で、前記問い合わせ信号および前記ライトヘッド状態信号を伝達するための、シリアルデータ連絡リンク（３６、８０、８２）をさらに備える、外科用照明システム。
（５）項目４に記載の外科用照明システム（１０）であって、前記制御装置（３２、３４）が、前記第一状態を表示するためのＬＣＤディスプレイ（１６０）を備える、外科用照明システム。
（６）項目１に記載の外科用照明システム（１０）であって、ここで：
前記制御装置が、命令信号を発するように適合されており；そして
前記ライトヘッド中の前記プロセッサが、該命令信号に従って前記光の強度を制御するように適合されている、
外科用照明システム。
（７）項目１に記載の外科用照明システムであって、ここで、前記ライトヘッド中の前記プロ
セッサが、以下：
前記制御装置からプログラムコードを受信し；そして
該プログラムコードを実行するように適合されている、
外科用照明システム。
（８）項目７に記載の外科用照明システムであって、ここで、
前記制御装置が、受信された前記ライトヘッド状態信号に基づいて、該外科用照明システム中の前記プロセッサの演算適合性を決定し；そして
該プロセッサが該外科用照明システムにおける使用に適合性でない場合に、該プロセッサに実行可能なプログラムコードをダウンロードするように適合されている、
外科用照明システム。
（９）項目１に記載の外科用照明システムであって、前記ライトヘッドと連絡し、そして前記制御装置と作動的に連結されたカメラをさらに備え、該カメラは、付属のビデオモニタデバイスによる、ヒトにより読み取り可能な画像への変換のために適合された画像信号を発し、該制御装置は、ホワイトバランス、画像静止、時間表示および日付表示を含む、該カメラの機能を制御するための手段を備える、外科用照明システム。
（１０）項目９に記載の外科用照明システムであって、ここで、前記制御装置は、前記カメラの存在を検出し、そして前記付属のビデオモニタデバイスへの接続のために適合された該制御装置上のポートへと前記画像信号を導くように適合されている、外科用照明システム。
（１１）項目１に記載の外科用照明システムであって、
前記ライトヘッド上の第一光強度制御ボタンおよび前記制御装置上の第二光強度制御ボタンをさらに備え、前記プロセッサが、該第一および第二の光強度制御ボタンの両方に対して応答性である、外科用照明システム。
（１２）項目１に記載の外科用照明システムであって、ビデオ信号を発するように適合された外科用ビデオカメラデバイス（１００）をさらに備え、ここで：
前記ライトヘッド中の前記プロセッサ（１２０）は、ビデオカメラ存在信号を発するように適合されており；そして
前記制御装置（３２、３４）は、該ビデオカメラ存在信号を受信し、そして該外科用ビデオカメラデバイス（１００）を制御するために、前記一群のアルゴリズムから、カメラ制御アルゴリズムを選択するように適合されている、
外科用照明システム。
（１３）項目１２に記載の外科用照明システムであって、前記ライトヘッド状態信号および前記ビデオカメラデバイスに関する情報を表示するためのヒト読み取り可能ディスプレイ（１６０）をさらに備える、外科用照明システム。
【０００８】
（発明の簡単な要旨）
本発明の好ましい実施形態は、プラグアンドプレイ制御インターフェースを提供し、これは、ユーザに、１つのステーションにおいて複数のデバイスへのアクセスを与え、滅菌場におけるより多くのデバイスの外科医による制御を与え、そしてこのシステムの制御をより単純に、かつより直感的にする。
【０００９】
本発明は、複数のデバイス（例えば、頭上照明、周囲の照明、カメラ、および他の手術室の付属物）を制御するために使用するための、グラフィカルＬＣＤディスプレイを提供することによって、システムへのユーザアクセスを改善する。外科医の制御は、音声インターフェースシステムによって改善され、外科医が、照明および他の局面を、単に話すことによって調節することを可能にする。フットペダルインターフェースおよび赤外線遠隔制御インターフェースは、カメラの外科医による制御を与え、このカメラの回転機能およびズーム機能の直接の制御を可能にする。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態は、プラグアンドプレイ適合性を提供し、その結果、カメラ、ライトヘッド全体、作業ライト、および他の外科付属物のようなデバイスは、アップデートシステムソフトウェアまたは制御プロトコルの必要なしに、必要な場合にシステムのインとアウトとを切り替え得る。このことは、さらなるライトヘッドまたは他のデバイスがこのシステムに追加される場合、あるいはこのデバイスがアップグレードなどによって交換される場合に生じ得る。
【００１１】
本発明のシステムの壁制御ユニットは、グラフィックＬＣＤディスプレイを提供し、これは、全ての制御についての集中型ユーザ入力／出力を可能にする。この壁制御はまた、システムオプション（例えば、ビデオ、記録デバイス、音声制御、光ファイバー作業ライト、およびカメラフット制御）のための入力／出力接続部を提供する。ＬＣＤインターフェースは、ビデオカメラ、光ファイバー作業ライト、周囲ライト、および複数のライトヘッドの、高レベルのユーザ制御を提供する。
【００１２】
全ての中間および大きいサイズのライトヘッドは、好ましくは、すぐ使えるカメラである。カメラモジュールは、所望により、これらのライトヘッドのいずれかに配置され得る。制御システムは、特定のライトヘッドを自動的に検出するように適合され、ここで、カメラがされ、そして「プラグアンドプレイ」様式の電子手段を介して配置壁制御に信号を指向する。
【００１３】
さらに、サービス機能がこのシステムに組み込まれ得、この機能は、サービス人員またはメンテナンス人員が、新たなライトヘッドとの交換のために、ライトヘッド全体を取り外すことを可能にする。この制御システムは、必要な場合に、新たなライトヘッドを検出し、そしてこのライトヘッド（プラグアンドプレイ）に適合可能なソフトウェエアをダウンロードする。このことは、サービスコールに起因する、製品の休止時間を減少させる。各ライトヘッドは、壁制御から制御情報を送信および受信するように適合され、そしてさらに、光ハンドル斜面上のスイッチに応答するように適合される、マイクロコントローラを備える。
【００１４】
マイクロコントローラはまた、ランプ電力にわたる厳密な制御についての閉ループ制御を提供する。このコントローラは、ランプの電圧および電流を測定し、そしてパルス幅調節（ＰＷＭ）回路についてのデューティーサイクルを設定する。このことは、ほとんど全ての変動の源を補償することによって、一貫した光を効果的に与える。
【００１５】
改善された制御は、システムにおける全てのライトヘッドが、このシステムにおける任意の光のスイッチ斜面入力からオン／オフを切り替えられることを可能にする。ライトヘッドハンドルの斜面における「−」強度低下ボタンを押し、そして選択された期間（好ましくは、４秒間）にわたって保持することによって、全てのライトヘッドをオフにし、そして好ましくは同時に、周囲ライトをオンにする。「＋」強度増加ボタンを押し、そして選択された期間（好ましくは、２秒間）にわたって保持することによって、全てのライトヘッドをオンにし、そして好ましくは同時に、周囲ライトをオフにする。
【００１６】
壁制御は、単純な、集中型のユーザインターフェースを提供し、これは、動き回る看護士の時間を節約する。光ハンドル斜面のスイッチの改善された制御は、外科医に対しても同様に、光の制御を提供する。これは、全人員の時間を節約する。
【００１７】
この制御システムは、外科手順の間の照明システムの制御の電位損失を最小にするために、いくつかのレベルの重複性を提供する。コントロールセンターの２つの電源のうちのいずれか一方が、マイクロコントローラの作動を維持するために十分である。壁制御ユニットのマイクロコントローラまたはスイッチが故障した場合、オン／オフおよび強度制御の機能性は、ライトヘッドに基づくマイクロコントローラおよびスイッチのみを使用して、実施され得る。
【００１８】
ビデオカメラ特徴は、ユーザインターフェースを介してアクセス可能であり、少なくとも電力、ならびにズーム、回転、輝度および焦点の制御を備える。改善されたカメラ制御もまたユーザインターフェースを介してアクセス可能であり、例えば、白色バランス、画面の静止、時間および日付の表示が挙げられる。カメラモジュールは、任意の媒体または大きなライトヘッドと組み合わせるために適合される。本発明のシステムの制御システムは、カメラモジュールの存在を自動的に検出し、そしてビデオ信号を壁制御に指向する。
【００１９】
多くの制御特徴が、本発明による外科用照明システムにおいて提供される。グラフィックユーザーインターフェースは、好ましくは、ＬＣＤディスプレイであり、このシステムにおける全ての構成要素の、集中型の制御を提供する。全てのライトヘッドのオン／オフの制御が、このシステムにおいて、光ハンドルスイッチ斜面の強度制御の単一の地点から提供され、一方で、滅菌技術を維持する。改善されたカメラ制御特徴が提供され、白色バランス、画面の静止、時間および日付の表示を含む。この制御システムは、カメラモジュールを検出し、そしてビデオ信号を壁制御に指向する。これは、システムがカメラモジュールを複数の位置において認容する能力と両立する。閉ループのランプ電力制御スキームが、時間にわたって、そして異なる設置条件にわたって、一貫した強度レベルを維持する。壁制御は、新たなライトヘッドを感知し、そして自動的にソフトウェアをダウンロードして、ライトヘッドをこのシステムにおいて適合性にする。
【００２０】
上記列挙は、本発明による外科用照明システムにおいて提供される制御特徴の、限定ではない。
【００２１】
本発明は、特定の方法、部品、および部品の配置において形態を採り得るが、本発明の好ましい実施形態が、本明細書中に詳細に記載され、そして本明細書の一部を形成する添付の図面に示される。
【００２２】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
ここで、図面の図（ここで、示されるのは、本発明の好ましい実施形態の説明の目的のみであり、そして本発明を限定する目的ではない）を参照すると、図１は、手術室の天井１４から一次スピンドルハブ１６によって支持されている、第一のセットの照明デバイス
１２、および第二のスピンドルハブ２０によって天井１４に支持されている、第二のセットの照明デバイス１８を備える、外科用照明システム１０を示す。照明制御装置３０は、第一のセットの照明デバイス１２を作動させるためのマスター制御ユニット３２、および第二のセットの照明デバイス１８の作動を制御するための第二制御ユニット３４を備える。通信および電力ライン３６のセットは、照明制御装置３０を、第一および第二のセットの照明デバイス１２、１８と接続し、これらのデバイスを、以下にさらに詳細に記載される様式で制御する。
【００２３】
一次スピンドルハブ１６によって支持される第一のセットの照明デバイス１２は、３つの頭上照明４０〜４４、外科作業ライト４６および手術室の周囲ライト４８を備える。外科用ライトヘッド４０〜４４の各々は、対応する吊り下げシステム４０’〜４４’によって支持される。同様に、外科作業ライトは、吊り下げアーム４６’に支持される。吊り下げアーム４０’〜４６’の各々は、適切な電力および通信ケーブルを備え、これらのケーブルは、以下に記載され、そしてさらに、ライトヘッド４０〜４４および作業ライト４６の、手術室適用に関して選択された位置への移動を可能にする。各ライトヘッドは、手動で作動可能な光強度制御ボタン１２４のセットを備え、これは好ましくは、各デバイスのライトヘッドハンドルに隣接して位置する。周囲ライト４８は、一次スピンドルハブ１６に対して固定された位置に取り付けられる。単一の補助的なライトヘッド５０は、補助的な周囲ライト５２と一緒になって、二次スピンドルハブ２０に、適切な吊り下げアーム５０’によって支持される。いくつかの照明デバイスが、第一のセット１２において提供され得、ほんの単一の照明デバイスが、第二のセット１８において見出されるが、より多いかまたはより少ない照明デバイスが、所望により使用され得ることがさらに理解されるべきである。さらに、より多いかまたはより少ないスピンドルハブ１６、２０が、所望により、このシステムに備えられ得る。
【００２４】
次に、図２を参照すると、本発明の照明システム１０が、機能的ブロック図の形態で示されている。このシステムは、高レベルの重複性を提供して、単一の点の欠陥が「停電」すなわち光のない状態を引き起こすことを防止するように、分割されていることが理解される。この目的で、各外科ライトヘッドは、別個のＡＣ／ＤＣ電源を備え、そしてさらに、２４ＶＤＣバッテリーバックアップ電源に切り替わる能力を備える。各外科用ライトヘッドはまた、その独自のエレクトロニクスコントローラおよび常駐作動ファームウェアを備え、これは、ライトヘッドにおいて実行可能である。
【００２５】
ライトヘッド４０〜４４および５０は、各々、所定のアルゴリズムに従ってプログラムを実行するための、エレクトロニクスモジュール６０〜６６をそれぞれ備える。対象のシステムの各ライトヘッドは、種々の照明機能を制御するための照明制御装置３０と連絡し、そしてプラグおよび遊び能力を提供するように、適合されている。連絡および電力ライン３６は、照明制御装置３０から個々のライトヘッドへと電力を送達するための、別個のライトヘッド電力ケーブル７０〜７６を備える。さらに、連絡および電力ライン３６は、照明デバイス１２、１８と照明制御装置３０との間で、命令および状態データを伝達するための、１対の連絡ケーブル８０、８２を備える。この目的のために、マスター制御ユニット３２は、制御ユニットと、ライトヘッド４０〜４４、５０および作業ライト４６との間の連絡ケーブル８０、８２上で伝達されるべき信号を発するための電子コントローラボード９０を備える。
【００２６】
続いて図２を参照すると、対象の外科用照明システム１０の実施形態が、ビデオカメラ１００を備えることが留意される。ビデオカメラ１００は、示されるような大きいライトヘッド４４によって保有される。カメラ１００からのビデオ信号は、大きいライトヘッド４４の吊り下げアーム４４’を通って、共通ハブエレクトロニクスボード１０４およびマスター制御ユニット３２の電子コントローラボード９０のビデオカード要素１０６へと至
る。ビデオカード要素１０６は、合成ビデオ信号１０８およびＳ−ビデオ信号１１０を発するように適合されている。
【００２７】
図３および図４は、ブロック図形態で、大きいライトヘッド４４のエレクトロニクスモジュール６４の機能的要素を示す。図３に示されるように、エレクトロニクスモジュール６４は、ランプコントローラボード１２０、カメラモジュール１２２、手動で操作可能な電球強度スイッチ１２４のセット、視覚出力ランプ１２６（好ましくはＬＥＤ）、一次電球１３０および二次電球１３２を保持する電球交換機構１２８、ならびに一次電球１３０の故障の際に電球交換をもたらすための電球交換ソレノイド１３４を備える。これらの要素は全て、ランプコントローラボード１２０と作動的に局所連絡している。照明制御装置３０との作動的連絡（図１および図２）は、差示的ビデオ信号ライン１４０、ランプシリアルポート信号ライン１４２およびシステム電力信号ライン１４４を備える、連絡および電力ライン３６のセットによって提供される。差示的ビデオ信号ライン１４０は、カメラモジュール１２２から、照明制御装置３０へとビデオ信号を送達する。しかし、ランプシリアル連絡ライン１４２は二方向性であり、そしてエレクトロニクスモジュール６４と照明制御装置３０との間で命令およびデータを伝達する。システム電力ライン１４４は、ライトヘッドへと電力を連絡する。
【００２８】
閉ループ制御は、ランプ電力を提供する。この目的のために、電球強度コントローラ１５２は、電球１３０に送達される電流および電球末端での電圧信号を検出する。電球フィードバック信号１５４は、コントローラ１５２によって発せられ、そしてＰＷＭ回路１５６についての所望のデューティサイクルを計算する際に使用されるマイクロコントローラ１５０に送達される。このように、一貫した照明作用力が実現される。
【００２９】
エレクトロニクスモジュール６４のランプコントローラボード１２０のさらなる詳細は、図４中に提供される。示されるように、マイクロコントローラ１５０は、上で以前に特定された全ての構成要素と作動的に連絡している。マイクロコントローラ１５０は、マイクロコントローラのメモリ部分に記憶されたプログラムコードに従って、照明制御装置と連絡するように、適合されている。より具体的には、マイクロコントローラ１５０は、対象の外科用照明システムのプラグおよび遊び能力を実施するために、プログラムコードを実行するように適合されている。
【００３０】
この制御システムは、外科的手順の間の照明システムの制御の電位の喪失を最小化するために、いくつかのレベルの重複性を提供する。制御中心における２つの電力供給のうちいずれか１つが、マイクロコントローラの作動を維持するために十分である。壁制御ユニットのマイクロコントローラまたはスイッチが故障した場合、オン／オフおよび強度制御の機能性が、ライトヘッドベースのマイクロコントローラおよびスイッチだけを使用して実行され得る。
【００３１】
図５は、好ましい実施形態のコントローラによって実施されるデバイスの自動検出シークエンスを示すフローチャートである。Ｓ１０で電源を入れると、ソフトウェア更新レベルを決定するためＳ１２およびシステムにおけるライトヘッドの品質、それらのサイズおよびスタイル、ならびに電力の上昇において誘導され得る任意の他の情報を決定するためＳ１６に、照明制御装置３０は、各マイクロコントローラ１５０および各ライトヘッドを問い合わせる。１つのこのような決定は、カメラ検出信号ライン１３６（図３）によって提供され、これは、パワーアップにおいてランプコントローラボード１２０のマイクロコントローラ１５０によって読み取られる。カメラモジュール１２２がエレクトロニクスモジュール６４中に設置される場合、このカメラ検出信号ライン１３６は、論理的グラウンドと結びつけられる。カメラモジュールの非存在下において、このカメラ検出信号ライン１３６は、浮揚され、そして論理的な高い値を示す。
【００３２】
マイクロコントローラ１５０は、ライトヘッド４４のエレクトロニクスモジュール６４内のカメラモジュール１２２の存在の状態を報告するためのプログラムコードを備える。他の情報もまた、マイクロコントローラ１５０によって、照明制御装置３０に報告される。この情報は、マイクロコントローラ１５０によって実行されるソフトウェアバージョンに関するデータを含む。対象の外科用照明システム１０は、この情報を有利に使用して、アップデートソフトウェアバージョンが利用可能になる場合に、マイクロコントローラＳ１４に新たな実行可能なコードをダウンロードする。この目的のために、新たなソフトウェアが、連絡および電力ライン３６を使用して、照明制御装置３０から別個のエレクトロニクスモジュール６０〜６６にダウンロードされる（Ｓ１４）。
【００３３】
インストールされた要素の決定（Ｓ１６）に基づいて、コントローラは、制御機能を実施するための一群のアルゴリズムの中から、１つのアルゴリズムを選択する。ビデオカメラが検出される場合、カメラ制御アルゴリズムが選択され（Ｓ１８）、作業ライトおよび周囲ライトがシステム内のコントローラによって検出される場合に、作業ライト制御アルゴリズムおよび周囲ライト制御アルゴリズムが、工程Ｓ２０および工程Ｓ２２にて選択される。外科用ライトヘッドに関して、上記のように、種々のサイズがシステムによって支持され、各々が、好ましくは、別個の同調アルゴリズムに別々に従って、制御される。この目的のために、ライトヘッドの型が工程Ｓ２４において決定され、そしてライトヘッド型決定工程Ｓ２４に基づいて、小さいライトヘッド制御アルゴリズムが選択され（Ｓ２６）、中間のライトヘッド制御アルゴリズムが選択され（Ｓ２８）、そして／または大きいライトヘッド制御アルゴリズムが選択される（Ｓ３０）。
【００３４】
図６は、対象の外科用照明システム１０の照明制御装置３０のマスター制御ユニット３２上に提示されたユーザディスプレイ１６０を示す。好ましくは、このマスター制御ユニットは、バックライトおよび膜接触スイッチ１６２のセットを備えるモノクログラフィックスのＬＣＤを備える。接触スイッチ１６２は、対象の外科用照明システムを制御するための手動ユーザ入力を得るために使用される。オンのプッシュボタン１６４およびオフのプッシュボタン１６６は、ユーザからの入力を求めるようにプログラムされたディスプレイ領域１７０に隣接して位置づけられた他の制御ボタン１６８のセットと共に提供される。ディスプレイ領域１７０は、本質的に、隣接ボタン１６８の機能に関してヒトユーザに視覚情報を提供する。視覚情報は、制御中にソフトウェアによって発せられ、そして必要に応じて物理的ボタンの機能を再評価するために有用である。
【００３５】
図６に示されるように、ディスプレイ領域１７０は、「ライト選択」印（すなわち標識領域）、「強度」領域、「周囲ライトオン／オフ」領域、「カメラ」領域、および「システム」領域を含む。上向き矢印１７２および下向き矢印１７４は、この群のなかからライトヘッドを選択するために、他の入力ボタンの間に提供される。上向き入力ボタン１７２または下向き入力ボタン１７４のいずれかの起動により、３つの選択可能な場１７８のうち１つの間の移行に対して、ユーザディスプレイ１６０上に矢印１７６が表示される。さらに、強度減少矢印１８０および強度増加矢印１８２は、照明制御装置３０において、ユーザが矢印１７６の位置によって選択される特定のライトヘッドの強度を制御できるように、提供される。図６に示されるように、ライトヘッド数３は、矢印１７６によって選択され、そして強度は、レベル３に設定される。
【００３６】
周囲ライト電力ボタン１９０もまた、ディスプレイ領域中に周囲ライトアイコンと一緒に接触スイッチ１６２上に提供され、その結果、ユーザは、周囲ライト４８を、所望に応じてオンまたはオフに切り替え得る。カメラ入力ボタン１９２もまた、カメラの作動を切り替えるために、ディスプレイ領域１７０中のカメラアイコンに隣接して提供される。最後に、システム問い合わせボタン１９４が、ユーザが情報について外科用照明システムに
問い合わせるように、備えられる。
【００３７】
ライトヘッドは、ライト選択ディスプレイの下のアップ／ダウンボタン１７２、１７４を使用して選択され、強度は、強度ディスプレイの下の左／右ボタン１８０、１８２によって調節される。７つの所定の電力レベルが、７つの光強度レベルの各々について、ライトヘッド中の持久メモリ中にハードコードされる。種々のワット数のランプ型についての電力レベル規定が、ライトヘッド中の電力レベルテーブルのセットに記憶される。図６に示される強度指示子２００〜２０８は、進行性の７つの棒状セグメントディスプレイ２１２が続く、ランプヘッド数２１０からなる。ランプがオフの場合、セグメントは表示されない。ランプが最大強度レベルである場合、７つ全てのセグメントが表示される。図中に示されるように、ランプ１は完全電力であり、ランプ２はオフであり、ランプ３は低い電力設定であり、そしてランプ４はランプ３よりも僅かに明るい。ユーザがランプ強度を上げるにつれて、全ての先行するセグメントが表示されたままで、引き続くセグメントが左から右へと表示される。
【００３８】
２つ以上のライトヘッドがシステムにおいて検出される場合、図中に示される全ライト指示子２１４は、ライト制御スクリーン上に表示される。全ライト指示子が、ライト選択ディスプレイの下のアップ／ダウンボタン１７２、１７４を使用して選択される場合、全ての検出されたライトヘッドの制御および強度は、予め規定された作動シークエンスに従う。本質的には、全ライト指示子が選択され、そして強度の右向きボタン１８２（または上向き矢印）が選択される場合、全てのランプが直ぐに次のより高い強度レベルまで増大する。逆に、左向き１８０（または下向き矢印）が押される場合、システム中の全てのランプは、次のより低いレベルまで、直ぐに強度を低下させる。
【００３９】
ライトヘッドについての一次ランプおよび二次ランプは、「Ａ」および「Ｂ」として示され、「Ａ」は、一次ランプの位置として理解される。上記のような好ましい実施形態のシステムにおいて、これらのランプは、オンに切り替えられるかオフに切り替えられるかに関わりなく、連続してモニタリングされる。ランプが失われているか燃え尽きた場合、ランプ故障指示子２２０が表示され、そして予め決定された速度（好ましくは、５０％のデューティサイクルで２秒の速度）でオンおよびオフを光らせる。
【００４０】
図面を続けて参照して、このシステムは、上記のように手動作業ライトの設置を自動的に検出する。この目的のために、作業ライト強度ディスプレイ２０８が、ランプ寿命指示子２３０と一緒に提供される。強度指示子は、ライトヘッドについて提供されたディスプレイと類似の棒グラフの形態での、７つのセグメントのディスプレイ２１２からなる。ユーザがランプ強度を上げるにつれ、全ての先行するセグメントが表示されたままで、引き続くセグメントが左から右へと表示される。
【００４１】
さらに、作業ライト寿命指示子２３０が、手動作業ライトにおいて使用されるランプについての残りの寿命を示すために、操作者に提示される。進行する棒状メーター２３２は、ランプの光が低下するにつれて、図面に示されるように、右へと移動する。この棒は、左側において０時間について好ましくは較正され、そして右側において５００時間の最大規模で較正される。棒グラフが４００時間の電球寿命に達した後、進行する棒は、予め決定された速度（好ましくは、５０％のデューティサイクルで２秒の速度）で光り始める。５００時間に達した後、ランプ上に×印のある図の表示が示され、そして作業者の注意を引くように、光り始める。５００時間で、故障ログの入力がなされ、これは、手動作業ライトにおいて使用されたランプ時間の数が、予め決定された操作限界を超えたことを示す。
【００４２】
さらに、バックアップバッテリーディスプレイアイコンが、バックアップバッテリーの残存寿命を表示するために示される。
【００４３】
図７は、「カメラ」アイコン２３４の下のボタン（図６）が操作される場合に、対象の制御システムによって示されるサブメニュー２５０を示す。示されるように、機能選択キー１７２、１７４は、矢印１７６の位置を変化させて、電力２５２、ズーム２５４、回転２５６、明るさ調節２５８およびカメラ焦点２６０を含む種々のカメラ制御選択肢を選択するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明に従う外科用照明システムの斜視図であり、一次スピンドルから吊り下げられる外科用照明設備の第一のセット、および二次スピンドルから吊り下げられる照明設備の第二のセット、ならびにシステム制御装置を示す。
【図２Ａ】図２は、本発明の照明制御装置の構成要素を示すブロック図である。
【図２Ｂ】図２は、本発明の照明制御装置の構成要素を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の外科用照明システムの電子モジュールの機能的ブロックを示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の外科用照明システムのランプコントローラボードを示す、機能的ブロック図である。
【図５】図５は、本発明の制御システムによって実行される、構成要素自動検出機能を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の外科用照明の照明制御装置によって表示される、ユーザスクリーンの図である。
【図７】図７は、本発明のシステムの照明制御装置によって提供される、サブメニューを表示している、ユーザスクリーンの図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書に記載の発明。
【請求項１】
明細書に記載の発明。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１６１７０１（Ｐ２００８−１６１７０１Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３５３５９（Ｐ２００８−３５３５９）
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【分割の表示】特願２００３−５５９４００（Ｐ２００３−５５９４００）の分割
【原出願日】平成１５年１月１５日（２００３．１．１５）
【出願人】（５０２０４２５０６）ステリス インコーポレイテッド (22)
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【分割の表示】特願２００３−５５９４００（Ｐ２００３−５５９４００）の分割
【原出願日】平成１５年１月１５日（２００３．１．１５）
【出願人】（５０２０４２５０６）ステリス インコーポレイテッド (22)
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