RU2839524C1 - System for intraoperative blood flow imaging during neurosurgical interventions - Google Patents
System for intraoperative blood flow imaging during neurosurgical interventions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2839524C1 RU2839524C1 RU2024121770A RU2024121770A RU2839524C1 RU 2839524 C1 RU2839524 C1 RU 2839524C1 RU 2024121770 A RU2024121770 A RU 2024121770A RU 2024121770 A RU2024121770 A RU 2024121770A RU 2839524 C1 RU2839524 C1 RU 2839524C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- video camera
- housing
- clamp
- lens
- Prior art date
Links
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000012800 visualization Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 claims description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 3
- 206010002329 Aneurysm Diseases 0.000 description 2
- 208000022211 Arteriovenous Malformations Diseases 0.000 description 2
- 230000005744 arteriovenous malformation Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 2
- 201000008450 Intracranial aneurysm Diseases 0.000 description 1
- 238000002583 angiography Methods 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 210000005013 brain tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000003727 cerebral blood flow Effects 0.000 description 1
- 210000001175 cerebrospinal fluid Anatomy 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- MOFVSTNWEDAEEK-UHFFFAOYSA-M indocyanine green Chemical compound [Na+].[O-]S(=O)(=O)CCCCN1C2=CC=C3C=CC=CC3=C2C(C)(C)C1=CC=CC=CC=CC1=[N+](CCCCS([O-])(=O)=O)C2=CC=C(C=CC=C3)C3=C2C1(C)C MOFVSTNWEDAEEK-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229960004657 indocyanine green Drugs 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000002271 resection Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится полезная модельThe field of technology to which the utility model relates
Изобретение относится к нейрохирургии, а именно к системам для интраоперационной оценки кровотока и может быть использовано при нейрохирургических вмешательствах.The invention relates to neurosurgery, namely to systems for intraoperative assessment of blood flow and can be used in neurosurgical interventions.
Уровень техникиState of the art
Визуализация мозгового кровотока является важным условием успешного проведения нейрохирургических операций, в частности, при клипировании артериальных аневризм, резекции артерио-венозных мальформаций, создании микроанастомозов и т.п., что вызвано повышенными требованиями к сохранению перфузии мозговой ткани.Visualization of cerebral blood flow is an important condition for the successful performance of neurosurgical operations, in particular, during clipping of arterial aneurysms, resection of arteriovenous malformations, creation of microanastomoses, etc., which is caused by increased requirements for maintaining perfusion of brain tissue.
Известна система [1] для интраоперационной оценки кровотока, включающая лазер, видеокамеру для приёма инфракрасного излучения, фиксатор лазера к операционному микроскопу и фиксатор видеокамеры к операционному микроскопу. В основе работы данной системы лежит метод лазерной спекл-контрастной визуализации (далее - ЛСКВ). Суть метода составляет статистический анализ интерференционных спекл-картин, образующихся на поверхности случайно-неоднородной мутной среды в результате рассеяния лазерного излучения [2].A system [1] for intraoperative blood flow assessment is known, including a laser, a video camera for receiving infrared radiation, a laser fixator for the operating microscope, and a video camera fixator for the operating microscope. The operation of this system is based on the laser speckle-contrast visualization (hereinafter referred to as LSCI) method. The essence of the method is the statistical analysis of interference speckle patterns formed on the surface of a randomly inhomogeneous turbid medium as a result of scattering of laser radiation [2].
Данная система имеет несколько недостатков. Во-первых, фиксатор видеокамеры к операционному микроскопу содержит оптический поляризатор и вращающуюся систему фильтров инфракрасного излучения, выполненные как два отдельных комплекса деталей, что усложняет и удорожает общую систему. Во-вторых, элементы конструкции лазера расположены открыто, что в условиях операционной недопустимо, т.к. приводит к преждевременному выходу деталей из строя вследствие загрязнения биологическими материалами (кровь, ликвор, костные опилки и т.д.). В-третьих, поток лазерного излучения от лазерного диода к операционному полю перенаправляется с помощью неподвижных зеркал, что ограничивает адаптивность системы. Операционное поле зачастую имеет сложную форму, которая требует возможности регулировать направление его освещения. В-четвёртых, данная система может быть установлена только на операционный микроскоп, что ограничивает диапазон её возможных применений. В современных операционных всё чаще используются экзоскопы, но указанная система с ними не совместима.This system has several disadvantages. Firstly, the video camera holder for the surgical microscope contains an optical polarizer and a rotating system of infrared radiation filters, made as two separate sets of parts, which complicates and increases the cost of the overall system. Secondly, the laser design elements are located openly, which is unacceptable in the operating room, since it leads to premature failure of parts due to contamination with biological materials (blood, cerebrospinal fluid, bone chips, etc.). Thirdly, the laser radiation flow from the laser diode to the surgical field is redirected using fixed mirrors, which limits the adaptability of the system. The surgical field often has a complex shape, which requires the ability to adjust the direction of its illumination. Fourthly, this system can only be installed on an surgical microscope, which limits the range of its possible applications. Exoscopes are increasingly used in modern operating rooms, but this system is not compatible with them.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение надёжности, адаптивности и простоты системы для оценки кровотока при нейрохирургических вмешательствах, а также обеспечение возможности интеграции системы в агрессивную среду операционной.The technical result of the proposed invention is an increase in the reliability, adaptability and simplicity of the system for assessing blood flow during neurosurgical interventions, as well as ensuring the possibility of integrating the system into an aggressive operating room environment.
Для достижения указанного технического результата разработана система, включающая лазер, видеокамеру для приёма инфракрасного излучения, фиксатор лазера к операционному микроскопу и фиксатор видеокамеры к операционному микроскопу, отличающаяся тем, что фиксатор видеокамеры включает корпус, выполненный с возможностью крепления к окуляру микроскопа с одной стороны и к объективу видеокамеры с другой стороны, и содержит фильтр инфракрасного излучения и оптический поляризатор, выполненный с возможностью вращения вокруг оптической оси корпуса, фиксатор лазера включает корпус, выполненный с возможностью крепления к боковой поверхности объектива микроскопа, содержащий лазерный диод, элемент Пельтье, асферическую линзу, два зеркала, установленные с возможностью регулируемого перенаправления лазерного излучения от лазерного диода на зону освещения, светорассеиватель, двояковогнутую линзу, ирисовую диафрагму с регулировочным кольцом со шкалой и вращающийся держатель оптики, при этом все детали конструкции фиксатора лазера расположены внутри корпуса,а фиксатор видеокамеры и фиксатор лазера выполнены с возможностью фиксации друг к другу и к операционному экзоскопу.In order to achieve the specified technical result, a system has been developed that includes a laser, a video camera for receiving infrared radiation, a laser clamp for an operating microscope and a video camera clamp for an operating microscope, characterized in that the video camera clamp includes a housing configured to be attached to the eyepiece of the microscope on one side and to the lens of the video camera on the other side, and contains an infrared radiation filter and an optical polarizer configured to rotate around the optical axis of the housing, the laser clamp includes a housing configured to be attached to the side surface of the lens of the microscope, containing a laser diode, a Peltier element, an aspherical lens, two mirrors installed with the possibility of adjustable redirection of laser radiation from the laser diode to the illumination zone, a light diffuser, a biconcave lens, an iris diaphragm with an adjustment ring with a scale and a rotating optics holder, wherein all the structural parts of the laser clamp are located inside the housing, and the video camera clamp and the clamp The lasers are designed with the ability to be fixed to each other and to the operating exoscope.
Предлагаемая система включает лазерный диод на длине волны 785 нм, мощностью 300 мВт, асферическую линзу с фокусным расстоянием 9,6 мм, на обе поверхности которой нанесено просветляющее покрытие на диапазон длин волн 600-1050 нм, два зеркала диаметром 1 дюйм, отражающих волны в диапазоны 750 - 1100 нм, угловой кинематический держатель зеркала KCB1EC/M, светорассеиватель диаметром 1 дюйм с углом расходимости 20°, двояковогнутую линзу диаметром 12,7 мм с фокусным расстоянием 15 мм, на обе поверхности которой нанесено просветляющее покрытие на диапазон длин волн 650-1050 нм.The proposed system includes a laser diode with a wavelength of 785 nm, a power of 300 mW, an aspherical lens with a focal length of 9.6 mm, on both surfaces of which an antireflective coating is applied for the wavelength range of 600-1050 nm, two mirrors with a diameter of 1 inch, reflecting waves in the ranges of 750 - 1100 nm, an angular kinematic mirror holder KCB1EC/M, a light diffuser with a diameter of 1 inch with a divergence angle of 20°, a biconcave lens with a diameter of 12.7 mm and a focal length of 15 mm, on both surfaces of which an antireflective coating is applied for the wavelength range of 650-1050 nm.
Корпус фиксатора видеокамеры и корпус фиксатора лазера могут содержать каналы для соединения друг с другом и с операционным экзоскопом с помощью штифтов.The housing of the video camera clamp and the housing of the laser clamp may contain channels for connection to each other and to the operating exoscope using pins.
Операционный экзоскоп представляет собой видеокамеру на штативе с возможностью регуляции фокуса, световой экспозиции и зума.The surgical exoscope is a video camera on a tripod with the ability to adjust focus, light exposure and zoom.
Выполнение фильтра инфракрасного излучения и оптического поляризатора с возможностью вращения в виде единого комплекса деталей упрощает конструкцию и повышает надёжность системы.The implementation of the infrared radiation filter and optical polarizer with the ability to rotate as a single set of parts simplifies the design and increases the reliability of the system.
Включение в состав фиксатора лазера указанных деталей (корпус с возможностью крепления к боковой поверхности объектива микроскопа, лазерный диод, элемент Пельтье, асферическая линза, два зеркала, установленные с возможностью регулируемого перенаправления лазерного излучения от лазерного диода на зону освещения, светорассеиватель, двояковогнутая линза, ирисовая диафрагма с регулировочным кольцом со шкалой и вращающийся держатель оптики) обеспечивает стабильную генерацию спекл-картин с возможностью гибкой настройки характеристик лазерного излучения при этом предложенное решение о включении всех важных деталей в единый закрытый корпус обеспечивает защиту от вредных для техники веществ, находящихся в операционной, и позволяет интегрировать предлагаемую систему.The inclusion of the specified parts in the laser clamp (a housing with the ability to attach to the side surface of the microscope objective, a laser diode, a Peltier element, an aspherical lens, two mirrors installed with the ability to adjust the redirection of laser radiation from the laser diode to the illumination zone, a light diffuser, a biconcave lens, an iris diaphragm with an adjustment ring with a scale and a rotating optics holder) ensures stable generation of speckle patterns with the ability to flexibly adjust the characteristics of laser radiation, while the proposed solution to include all important parts in a single closed housing provides protection from substances harmful to equipment located in the operating room and allows for the integration of the proposed system.
Выполнение фиксатора видеокамеры и фиксатора лазера с возможностью фиксации друг к другу и к операционному экзоскопу позволяет обойтись без использования микроскопа, что повышает адаптивность системы.The implementation of a video camera holder and a laser holder with the ability to be fixed to each other and to the operating exoscope allows one to do without the use of a microscope, which increases the adaptability of the system.
Предлагаемое изобретения поясняется схемами и чертежами.The proposed invention is explained by diagrams and drawings.
На фиг. 1 представлена предлагаемая система для интраоперационной оценки кровотока, установленная на операционный микроскоп, где: А - фиксатор видеокамеры, Б - фиксатор лазера.Fig. 1 shows the proposed system for intraoperative assessment of blood flow, installed on an operating microscope, where: A is a video camera holder, B is a laser holder.
На фиг. 2 представлен фиксатор видеокамеры, где: В - общая схема фиксатора, Г - схема фиксатора в разрезе на которой: 1 - поляризатор, Fig. 2 shows a video camera clamp, where: B is a general diagram of the clamp, G is a sectional diagram of the clamp, in which: 1 is a polarizer,
2 - инфракрасный фильтр, Д - фото фиксатора на котором: 3 - винт для вращения поляризатора.2 - infrared filter, D - photo lock on which: 3 - screw for rotating the polarizer.
На фиг. 3 представлен фиксатор лазера, где: 4 - держатель лазерных диодов и элемента Пельтье, 5 - держатель асферической линзы, Fig. 3 shows a laser clamp, where: 4 is a holder of laser diodes and a Peltier element, 5 is a holder of an aspherical lens,
6 - тубус, 7 - соединительные штифты, 8 - держатель первого зеркала, 6 - tube, 7 - connecting pins, 8 - first mirror holder,
9 - ирисовая диафрагма, 10 - вращающийся держатель второго зеркала, 9 - iris diaphragm, 10 - rotating holder of the second mirror,
11 - детали корпуса фиксатора лазера.11 - parts of the laser lock housing.
На фиг. 4 представлена схема предлагаемой системы, установленная на экзоскоп.Fig. 4 shows a diagram of the proposed system installed on an exoscope.
На фиг. 5 представлено изображение операционного поля, полученное с помощью предлагаемой изобреьтением системы. Fig. 5 shows an image of the surgical field obtained using the system proposed by the invention.
Предлагаемое изобретение работает следующим образом.The proposed invention operates as follows.
До операции систему собирают и присоединяют к операционному микроскопу или экзоскопу. Выбор средства визуализации зависит от предпочтения хирургов и оснащения операционной. После сборки и включения системы её вместе с рабочей зоной микроскопа или экзоскопа покрывают одноразовой стерильной плёнкой.Before the operation, the system is assembled and connected to the operating microscope or exoscope. The choice of visualization tool depends on the surgeons' preferences and the operating room equipment. After the system is assembled and turned on, it and the working area of the microscope or exoscope are covered with a disposable sterile film.
Выполняют нейрохирургический доступ к патологическому очагу (аневризма, артерио-венозная мальформация и т.п.). В поле зрения микро- или экзоскопа попадает вещество головного мозга и сосуды, расположенные в зоне хирургических манипуляций. Лазерное излучение, исходящее от диода, рассеивается и перенаправляется на операционное поле. Инфракрасная видеокамера фиксирует изображение операционного поля и передаёт последовательности видеокадров в ЭВМ, в которой происходит дальнейшая обработка зарегистрированного сигнала. Полученные в результате изображения имеют вид «тепловой карты», где сохранные мозговые зоны и сосуды окрашены в один цвет (например, красный), мозговые зоны и сосуды с нарушенной перфузией - в другой цвет (например, синий). Neurosurgical access to the pathological focus (aneurysm, arteriovenous malformation, etc.) is performed. The brain matter and vessels located in the surgical manipulation zone fall into the field of view of the micro- or exoscope. Laser radiation emitted by the diode is dispersed and redirected to the surgical field. An infrared video camera records the image of the surgical field and transmits a sequence of video frames to a computer, where further processing of the registered signal occurs. The resulting images have the form of a "heat map", where intact brain zones and vessels are colored in one color (e.g. red), brain zones and vessels with impaired perfusion - in another color (e.g. blue).
ЭВМ может быть реализована в виде отдельного портативного компьютера, а может быть встроена в микро- или экзоскоп, как одноплатный компьютер, так называемое встроенное решение. The computer can be implemented as a separate portable computer, or it can be built into a microscope or exoscope as a single-board computer, the so-called embedded solution.
Таким образом, предлагаемое изобретение расширяет диагностические возможности оценки кровотока при нейрохирургических вмешательствах, имеет простоту и лёгкости в исполнении, не требует специальных навыков у хирургического персонала операционной и позволяет повысить точность и расширить возможности диагностики.Thus, the proposed invention expands the diagnostic capabilities of assessing blood flow during neurosurgical interventions, is simple and easy to perform, does not require special skills from surgical personnel in the operating room, and allows for increased accuracy and expanded diagnostic capabilities.
Список использованной литературыList of references
1. Miller DR, Ashour R, Sullender CT, Dunn A (2021) Laser speckle contrast imaging for visualizing blood flow during cerebral aneurysm surgery: a comparison with indocyanine green angiography. medRxiv1. Miller DR, Ashour R, Sullender CT, Dunn A (2021) Laser speckle contrast imaging for visualizing blood flow during cerebral aneurysm surgery: a comparison with indocyanine green angiography. medRxiv
2. Сдобнов А.Ю., Кальченко В.В., Быков А.В., Попов А.П., Молодый Г., Меглинский И.В. Визуализация кровотока методом лазерных спекл-контрастных измерений в условиях неэргодичности. Оптика и спектроскопия. 2020. Т. 128. № 6. С. 778-786.2. Sdobnov A.Yu., Kalchenko V.V., Bykov A.V., Popov A.P., Molody G., Meglinsky I.V. Blood flow visualization by laser speckle-contrast measurements under non-ergodic conditions. Optics and Spectroscopy. 2020. Vol. 128. No. 6. P. 778-786.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2839524C1 true RU2839524C1 (en) | 2025-05-05 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070287899A1 (en) * | 2002-01-15 | 2007-12-13 | Orsan Medical Technologies Ltd. | Non-Invasive Intracranial Monitor |
| RU2589651C1 (en) * | 2015-08-13 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научный центр неврологии" (ФГБНУ НЦН) | Method for diagnosis of central ischemic vestibular disorders |
| RU196882U1 (en) * | 2019-07-29 | 2020-03-18 | Сергей Анатольевич Щекочихин | DEVICE FOR INTEGRATED ASSESSMENT OF THE STATE OF THE ARTERIAL BED |
| RU2766409C2 (en) * | 2017-06-14 | 2022-03-15 | Квантиум Медикал Сл | System and method for estimating blood volume in the brain, and/or blood flow in the brain, and/or depth of anesthesia of a patient |
| RU2782204C1 (en) * | 2022-03-15 | 2022-10-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Наука и Инновации" | Device for endoscopic examinations (options) |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070287899A1 (en) * | 2002-01-15 | 2007-12-13 | Orsan Medical Technologies Ltd. | Non-Invasive Intracranial Monitor |
| RU2589651C1 (en) * | 2015-08-13 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научный центр неврологии" (ФГБНУ НЦН) | Method for diagnosis of central ischemic vestibular disorders |
| RU2766409C2 (en) * | 2017-06-14 | 2022-03-15 | Квантиум Медикал Сл | System and method for estimating blood volume in the brain, and/or blood flow in the brain, and/or depth of anesthesia of a patient |
| RU196882U1 (en) * | 2019-07-29 | 2020-03-18 | Сергей Анатольевич Щекочихин | DEVICE FOR INTEGRATED ASSESSMENT OF THE STATE OF THE ARTERIAL BED |
| RU2782204C1 (en) * | 2022-03-15 | 2022-10-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Наука и Инновации" | Device for endoscopic examinations (options) |
| RU2804593C1 (en) * | 2023-03-28 | 2023-10-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр глазных болезней имени Гельмгольца" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ГБ им. Гельмгольца" Минздрава России) | Method for studying volumetric microvasculature in the macula and od |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Miller DR, Ashour R, Sullender CT, Dunn A (2021) Laser speckle contrast imaging for visualizing blood flow during cerebral aneurysm surgery: a comparison with indocyanine green angiography. (https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2021.04.29.21254954v1.full.pdf дата 12.08.2021, дата размещения подтверждена по адресу Интернет-архива: https://web.archive.org/web/20210812152731/https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2021.04.29.21254954v1.full.pdf. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8185176B2 (en) | Method and apparatus for vasculature visualization with applications in neurosurgery and neurology | |
| CN1232217C (en) | Ophtalmic photographic device | |
| NZ544810A (en) | Opthalmic camera, opthalmic camera adaptor and methods for determining a haemoglobin and glucose level of a patient | |
| US8132911B2 (en) | Fundus photo-stimulation system and method | |
| JP2007516009A (en) | Systems and methods for image processing of substrate reflections. | |
| JPH06205744A (en) | Inspection and/or treatment device for ophthalmology | |
| EP3598193A1 (en) | Optical sectioning apparatus using advanced optical interference microscopy | |
| US6540357B1 (en) | Glaucoma diagnosis apparatus | |
| RU2839524C1 (en) | System for intraoperative blood flow imaging during neurosurgical interventions | |
| ES2567592T3 (en) | Provision of a consistent output of an endoiluminator system | |
| KR101999224B1 (en) | Polarization beam splitter for prevention from internal reflection and ofnone-mydriatic fundus camera with linear polarization filter | |
| WO2010054510A1 (en) | Surgical microscope system having angiography function | |
| ES2634453T3 (en) | Procedure and measurement system for intraocular diffusion | |
| WO2020014999A1 (en) | Invisible light display device and optical guidance system for operations | |
| CN214342249U (en) | Lighting system of eye ground camera | |
| EP3649923A1 (en) | Polarizing fundus camera for effectively suppressing internal reflection | |
| RU2217038C1 (en) | Method for carrying out ophthalmologic examination of human vision field | |
| KR20200047547A (en) | Polarized lighting system | |
| US6814441B2 (en) | Apparatus for measurement of polarized distribution, polarizing filter for using therein and polarizing filter assembly | |
| JP7733201B2 (en) | Eye model and ophthalmic device | |
| CN209154017U (en) | A kind of black light for operation shows that equipment and optics instruct system | |
| CN111035359A (en) | Stereoscopic imaging fundus camera system | |
| BR112021017031B1 (en) | Light source device, light source system, medical camera, photodynamic diagnostic device and photodynamic therapeutic device | |
| RU2128464C1 (en) | Eyeground examination device | |
| Schalck | A New Optical Design Of A Fundus Imaging Device For Quantitative Retinal Analysis |