一种基于多数据耦合的无影灯智能控制系统的制作方法

本技术涉及医疗器械，尤其涉及一种基于多数据耦合的无影灯智能控制系统。

背景技术：

1、手术无影灯是手术室核心照明设备，其照明质量直接影响术者视觉工效和手术安全性。现有无影灯智能控制系统已具备一定自动化能力，主要包括以下技术路径：通过图像采集单元捕捉术野光斑位置，驱动灯头移动实现光斑跟踪；通过烟雾传感器检测术野烟雾浓度，触发补偿算法提升照度或调整色温；通过控制面板预设深腔照明模式，切换时灯头按固定程序调整姿态。

2、上述现有技术存在以下缺陷：第一，现有系统仅实现光斑位置跟踪，未建立术者视角与无影灯光轴之间的空间关联，无影灯光轴方向与术者实际观察方向常存在空间偏差，导致深部组织表面产生镜面反射眩光，或术野边缘形成阴影遮蔽，降低深腔操作可视性；第二，现有烟雾补偿为被动响应机制，烟雾传感器检测到烟雾扩散至传感区域后系统才触发亮度补偿，存在视觉中断窗口，烟雾产生初期术野对比度已显著下降，术者被迫中断操作等待光场恢复，影响手术连续性；第三，现有深腔照明模式为静态预设，术者切换深腔模式时灯头按固定程序重新定位，光斑在术野表面跳动，需重新适应照明环境，且预设角度无法匹配实时操作意图，存在定位滞后。综上，现有无影灯控制系统尚未实现术者视角对准、烟雾主动预测补偿和深部操作区域动态预调，照明控制与手术进程、术者行为、术野物理环境之间缺乏有效耦合。

技术实现思路

1、本技术提出了一种基于多数据耦合的无影灯智能控制系统，具备术者视角主动对准、烟雾扩散提前预测、深部照明平滑过渡及多灯头双眼视差协同约束的优点，用以解决现有无影灯控制系统中光轴与术者视线存在偏差、烟雾补偿存在视觉中断、深腔切换存在光斑跳动以及多灯头入射差异导致双眼视差的技术问题。该系统通过术野感知模块识别主操作人员并演化视线方向，通过视角对准模块建立视线与光轴的空间几何配准关系，通过进程推演模块预演烟雾扩散并推演深部操作区域，通过协同调控模块依据手术进程阶段动态分配权重并耦合输出，实现了照明参数与手术进程、术者行为、术野物理环境及人眼视觉特性的协同预测与主动适配。

2、为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：一种基于多数据耦合的无影灯智能控制系统，包括术野感知模块、视角对准模块、进程推演模块以及协同调控模块；

3、术野感知模块包括区域摄像组件、全景摄像组件和操作行为感知组件，区域摄像组件和全景摄像组件用于采集术野图像识别主操作人员，重建站位演化视线，确定双眼基线，操作行为感知组件用于识别进入术野的手术器械类型及运动幅度；

4、视线对准模块与术野感知模块连接，以主操作目标为原点建局部基准，将修正视线与光轴配准，解算夹角生成视角补正参数，驱动灯头对准术者视线，计算双眼基线与灯头入射面夹角，生成双眼视差约束参数；

5、进程推演模块与术野感知模块和视线对准模块连接，包括光场预演组件和深度预驱组件，依据器械类型及运动幅度解析阶段，推演术野烟雾扩散对光散射系数的影响并输出光谱预调制参数，推演深部位置并生成预调指令；

6、协同调控模块与视线对准模块和进程推演模块连接，依手术进程阶段动态分配三路权重，对三路参数耦合运算，生成驱动指令并输出。

7、进一步，所述区域摄像组件安装于无影灯灯头侧向，用于采集术野区域图像，提取主操作目标的空间位置坐标，并监测术野区域的器械遮挡和烟雾扰动信息；

8、所述全景摄像组件包括两台安装于手术室顶部对角位置的摄像机，两台摄像机的光轴在水平面上交叉布置，视场重叠区域覆盖手术台台面及手术人员上半身区域；所述全景摄像组件基于双目立体视觉观测框架，对手术室内人员进行检测和身份识别。

9、进一步，所述全景摄像组件在单台摄像机视场被遮挡时，切换至未遮挡摄像机的单目模式，通过滤波预测维持视线追踪；在两台摄像机视场均被遮挡或面部被完全遮蔽时，基于头部姿态历史变化趋势进行外推预测，并在遮挡解除后恢复双目观测。

10、进一步，所述视线对准模块在所述局部空间基准框架内，建立所述修正后的主视角方向向量与灯头光轴基准向量的空间几何关系，解算二者对主操作目标的空间夹角以量化方位偏差；依据灯头机械结构的灵敏度系数，将所述方位偏差转换为视角差补正参数，驱动灯头使光轴对准主操作人员的实际观察方向，所述灵敏度系数通过离线标定实验确定。

11、进一步，所述视线对准模块接收所述双眼基线向量，获取灯头光轴基准向量和所述局部空间基准框架的局部轴方向向量，建立灯头入射平面并计算其法向量，计算所述双眼基线向量与所述灯头入射平面的夹角，当该夹角超过容许范围时，生成双眼视差约束参数并输出至所述协同调控模块。

12、进一步，所述光场预演组件从所述术野感知模块获取器械类型及运动幅度，解析当前手术进程阶段，根据器械类型查询产烟速率基准值，结合运动速度进行修正，将手术进程阶段映射为流体力学边界条件，将修正后的产烟速率映射为流体力学源项；调用流体力学简化模型推演术野烟雾扩散对光散射系数时空分布的影响，解算光散射系数预测值；在烟雾实际产生前，依据所述光散射系数预测值调制光源驱动电流配比，提升短波段蓝光成分输出比例，输出光谱预调制参数。

13、进一步，所述深度预驱组件接收所述主操作目标的空间位置坐标及运动幅度，获取所述视角差补正参数与所述光场预演组件输出的进程阶段判断，建立目标空间迁移模型，解算操作目标向深部区域的空间迁移趋势向量和迁移速率，结合当前操作目标坐标与进程阶段深部概率分布，通过时序预测方法推演下一时刻深部操作区域空间位置，解算边缘灯头对准深部区域的预偏转基准角，所述预偏转基准角的解算嵌入所述视角差补正参数中的俯仰补偿量作为修正项，依据操作幅度判定是否具备大角度移动可能以确定转角增益，生成姿态预调指令，在操作者实际深入前以预驱方式驱动边缘灯头完成姿态连续平滑过渡。

14、进一步，所述协同调控模块与视角对准模块和进程推演模块连接，汇聚视角差补正参数、双眼视差约束参数、光谱预调制参数及深部操作区域空间位置，接收当前手术进程阶段判断，依据当前阶段动态分配视角对准、进程预测和空间预调三路权重系数，生成最终驱动指令。

15、进一步，所述协同调控模块建立手术进程阶段与照明需求权重的映射关系，接收当前手术进程阶段判断，依据当前阶段动态分配视角对准、进程预测和空间预调三路权重系数，阶段切换时，通过一阶惯性滤波器对权重系数进行平滑过渡。

16、进一步，所述协同调控模块在输出最终驱动指令前，依据所述双眼视差约束参数调整边缘灯头的目标姿态，减少双眼深度感知偏差，对各灯头驱动指令进行冲突检测，当多个灯头的目标姿态存在机械干涉风险时，采用优先级调度策略优先保障主照明灯头的姿态调整。

17、本发明有益效果如下：

18、本技术提供的一种基于多数据耦合的无影灯智能控制系统，通过术野感知与视角对准模块协同，建立术者视线与灯头光轴的空间几何关系，消除光轴与术者视线的偏差，减少深部组织眩光；通过光场预演组件将烟雾补偿转为主动预测，在烟雾产生前预调光谱，消除视觉中断；通过深度预驱组件预调灯头姿态，消除深腔切换光斑跳动；通过双眼视差约束单元监控基线与入射面夹角，由协同调控模块调整边缘灯头，减少双眼视差；通过协同调控模块对多路参数加权耦合，使无影灯从单一跟踪升级为多物理场协同预测控制，实现视角对准、进程预测与空间预测的递进统一输出。