DD259265A1

DD259265A1 - STEREO OPERATION MICROSCOPE

Info

Publication number: DD259265A1
Application number: DD29494086A
Authority: DD
Inventors: Manfred Ludwig; Egon Luther
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1986-10-02
Filing date: 1986-10-02
Publication date: 1988-08-17

Abstract

Stereo-Operationsmikroskop, vorzugsweise anwendbar in der Mikrochirurgie, wobei in den Stereostrahlengaengen, mindestens einem Objektiv nachgeordnet, Systeme zur variablen Vergroesserung sowie Tubussysteme vorgesehen sind und den Tubussystemen Bildaufnahmeeinheiten fuer die Stereostrahlengaenge nachgeordnet sind, wobei ueber mit den Bildaufnahmeeinheiten verbundene Sender Monitore am Kopf des Operateurs fuer das rechte und linke Auge angesteuert werden.Stereo surgical microscope, preferably applicable in microsurgery, being provided in the stereo beam, at least one objective, systems for variable magnification and Tubussysteme and the tube systems image recording units are arranged downstream of the Stereostrahlengaengge, said about monitors connected to the image recording units monitors on the head of the surgeon be controlled for the right and left eye.

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung ist vorzugsweise in der Mikrochirurgie, aber auch überall, wo bei mikroskopischen Stereoeinblicken eine Zwangshaltung von Kopf und Körper als störend empfunden wird, anwendbar.The invention is preferably in microsurgery, but also everywhere, where in microscopic stereo views a forced posture of the head and body is bothersome applicable.

Characteristic of the known technical solutions

Vor allem in der Mikrochirurgie sind die Anforderungen an die Gewährleistung ergonomisch optimaler Beobachtungsbedingungen für den am Operationsmikroskop sitzenden Operateur aufgrund der langen, ununterbrochenen Beobachtungsdauer von oft mehreren Stunden nicht hoch genug anzusetzen.Especially in microsurgery, the requirements for ensuring ergonomically optimal observation conditions for the surgeon sitting on the surgical microscope due to the long, uninterrupted observation period of often several hours are not high enough to set.

Ein Großteil der bekannten technischen Lösungen versucht, dieses Problem durch die Art der Montierung des Mikroskopes am Tragarm und durch Schwehkokulare zu berücksichtigen. Eine befriedigende Lösung wurde dabei noch nicht gefunden. Der Operateur ist immer wieder Zwangshaltungen ausgesetzt.Much of the known technical solutions tries to take this problem into account by the way the microscope is mounted on the support arm and by means of crawlers. A satisfactory solution was not found yet. The surgeon is repeatedly exposed to forced postures.

Es wurde bereits vorgeschlagen (DD-WP 226399), Binokular- und Objektiveinheit voneinander unabhängig schwenk- und verschiebbar anzuordnen und über aus Faserbündeln bestehende Bildleitkabel zu verbinden. Dabei kann es durch die Masse der Bildleitkabel und mögliche Defekte (Faserbrüche) zu bewegungsmäßigen und optischen Einschränkungen kommen.It has already been proposed (DD-WP 226399), binocular and lens unit independently of each other to arrange pivotable and displaceable and connect via existing fiber bundles image guide cable. This may lead to movement and optical restrictions due to the mass of the image guide cables and possible defects (fiber breaks).

Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen (WP G 02 B/2792126), eine kopfhaltungsabhä/igige Nachführung des gesamten Mikroskopkörpers bzw. der Okulare bei optisch-elektronischer Ermittlung der Kopfhaltung zu realisieren. Diese Lösung ist mit erheblichem Aufwand verbunden, insbesondere, wenn die Nachführung ohne merkliche zeitliche Verzögerung erfolgen soll.Furthermore, it has already been proposed (WP G 02 B / 2792126) to realize a head posture dependent tracking of the entire microscope body or of the eyepieces in optical-electronic determination of the head posture. This solution is associated with considerable effort, especially if the tracking should be done without noticeable delay.

Herkömmliche Operationskopflupen, welche bei Einhaltung eines festen Arbeitsanstandes den Operateur größeren ergonomischen Komfort bieten, lassen sich nicht mit den vielfältigen Leistungen der Operationsmikroskope wie variable und hohe Vergrößerung (über 8fach), Einsatz von Dokumentationstechnik (Foto und Video) sowie Gewährleistung gleicher Betrachtungsbedingungen für Mitarbeiter und Mitbeobachter, ausrüsten.Conventional operation head loops, which provide the surgeon with greater ergonomic comfort while maintaining a fixed workload, can not be combined with the versatile features of surgical microscopes such as variable and high magnification (over 8x), use of documentation technology (photo and video) and ensure equal viewing conditions for employees and Co-watcher, equip.

Okularfreie mikroskopische Beobachtungssysteme mit Projektionssystemen bieten nicht die für mikrochirurgische Arbeiten nötige Bildhelligkeit. Diese Systeme sind außerdem mit Einschränkungen bezüglich Betragungsrichtung und optischer Qualität verbunden.Ocular-free microscopic observation systems with projection systems do not provide the image brightness necessary for microsurgical work. These systems are also associated with limitations in terms of direction of transfer and optical quality.

Ziel der Erfindung ;Aim of the invention;

Ziel der Erfindung ist es, ein ergonomisch optimales Operationsmikroskop unter Vermeidung der angeführten Nachteile des Standes der Technik zu realisieren.The aim of the invention is to realize an ergonomically optimal surgical microscope while avoiding the cited disadvantages of the prior art.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist ein Operationsmikroskop ohne gerätebedingte Fixierung der Kopfhaltung.The object of the invention is a surgical microscope without device-related fixation of the head posture.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Stereo-Operationsmikroskop, wobei in den Stereostrahlengängen, mindestens einem Objektiv nachgeordnet, Systeme zur variablen Vergrößerung sowie Tubussysteme vorgesehen sind, dadurch gelöst, daß den Tubussystemen Bildaufnahmeeinheiten für die Stereostrahlengänge nachgeordnet sind, wobei über mit den Bildaufnahmeeinheiten verbundene Sender Monitore am Kopf des Operateurs für das rechte und linke Auge angesteuert werden.The object is achieved by a stereo-surgical microscope, wherein in the stereo beam paths, at least one objective, systems for variable magnification and tube systems are provided, achieved in that the tube systems image recording units are arranged downstream of the stereo beam paths, via connected to the image recording units transmitter monitors be controlled at the head of the surgeon for the right and left eye.

Besonders vorteilhaft ist es, einen weiteren Sender vorzusehen, der die Monitore mit zusätzlichen'ßildinhalten ansteuert. Dazu gehören z. B. Begrenzungslinien, Höhenlinien, Linien konstanter spektraler Remission bzw. Temperatur, Marken,' Zusatzdaten u.a.It is particularly advantageous to provide a further transmitter which controls the monitors with additional information. These include z. B. boundary lines, contour lines, lines of constant spectral remission or temperature, brands, 'additional data u.a.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Bilder der Monitore über ein am Kopf befestigtes Spiegelsystem auf die Augen des Operateurs abgebildet werden, daß das Spiegelsystem einschwenkbar ist, daß zwischen den Monitoren und den Augen ein Vergrößerungssystem angeordnet ist und daß der Sender mit Mitteln zur Informationsverarbeitung und/oder Wiedergabe verbunden ist. .Furthermore, it is advantageous that the images of the monitors are imaged via a head-mounted mirror system on the eyes of the surgeon, that the mirror system is einschwenkbar, that between the monitors and the eyes, a magnification system is arranged and that the transmitter with means for information processing and / or playback is connected. ,

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the schematic drawings. Show it:

Fig. 1: Ein erfindungsgemäßes Operationsmikroskop mit stereoskopischer Beobachtungseinheit Fig. 2: Ein Schema der Verknüpfung erfindungsgemäßer ElementeFig. 1: A surgical microscope according to the invention with stereoscopic observation unit Fig. 2: A diagram of the combination of inventive elements

Fig.3: Eine Einrichtung zur automatischen Meridianisierung der StereobasisFig. 3: A device for automatic meridianization of the stereo base

Oberhalb einer Objektebene 0 befindet sich ein Operationsmikroskop mit einer Beleuchtungseinrichtung 1, beispielsweise einem Schrägilluminator, einem an einem Tragarm 36 befestigten Gehäuse 2, einem Objektiv 3, einer optischen Achse 4, die zugleich mechanische Achse für ein drehbares Gehäuse 2' ist, einem Vario-(Zoom)-System für einen linken Stereokanal 5L und einem rechten Stereokanal 5R sowie Tubusobjektiven 6L und 6R.Above an object plane 0 there is a surgical microscope with a lighting device 1, for example an oblique illuminator, a housing 2 fastened to a support arm 36, an objective 3, an optical axis 4 which is at the same time a mechanical axis for a rotatable housing 2 '. (Zoom) system for a left stereo channel 5L and a right stereo channel 5R and tube lenses 6L and 6R.

In den beiden Strahlengängen sind lichtelektrische Empfängermatrizen, vorzugsweise CCD-Matrizen 9L und 9R angeordnet, deren Bildsignale über einen zweikanaligen TV Sender 1OL und 10R in die Umgebung des Operationsmikroskopes abgestrahltArranged in the two beam paths are photoelectric receiver matrices, preferably CCD matrices 9L and 9R, whose image signals are emitted via a two-channel TV transmitter 1OL and 10R into the surroundings of the surgical microscope

werden. .become. ,

Für die Bildsignale sind am Kopf 23 des Betrachters Empfänger 11 L und 11 R vorgesehen, die Monitore 12L und 12R mit Monitoren 22 L und 22 R ansteuern. Weiterhin sind an einer am Kopf 23 befestigten Tragvorrichtung 20 ein fester Umlenkspiegel 13 und ein beweglicher Umlenkspiegel 14, der um eine Achse 15 klappbar ist, vorgesehen.For the image signals, receivers 11 L and 11 R are provided at the head 23 of the observer, and the monitors 12 L and 12 R are controlled by monitors 22 L and 22 R. Furthermore, a fixed deflecting mirror 13 and a movable deflecting mirror 14 which can be folded about an axis 15 are provided on a support device 20 fastened to the head 23.

Ein über ein federndes Element 12 mit einem Anker 18 eines Elektromagneten 19 verbundener Hebel 16 dient der Betätigung des Spiegels 14. Im Strahlengang der Monitore 22 L und 22 R sind abbildende Linsen 21 L und 21 R vorgesehen. Die hier dargestellte Tragvorrichtung 20 besteht aus einem am Kopf 23 des Operateurs befestigten Gurtband. Der Operateur kann in der dargestellten Stellung des Umlenkspiegels 14 den Monitor 12L mit dem linken Auge 24 und den Monitor 12R mit dem rechten Auge beobachten. Bei einer zweiten Beobachtungsperson 23', die dem Operateur gegenüber sitzt, wird in der zugeordneten Betrachtungseinheit die Zuordnung der Monitore zu rechtem und linkem Auge vertauscht.A lever 16 connected via a resilient element 12 to an armature 18 of an electromagnet 19 serves to actuate the mirror 14. Imaging lenses 21 L and 21 R are provided in the beam path of the monitors 22 L and 22 R. The support device 20 shown here consists of a strap attached to the head 23 of the surgeon. In the illustrated position of the deflection mirror 14, the surgeon can observe the monitor 12L with the left eye 24 and the monitor 12R with the right eye. In a second observation person 23 ', which sits opposite the surgeon, the assignment of the monitors to the right and left eye is reversed in the associated viewing unit.

An derTragvorrichtung 20 ist weiterhin frontal, zentrisch und in Längsrichtung derTragvorrichtung eine Lichtquelle 25, vorzugsweise eine Luminiszenzdiode mit einer flachen Strahlungsindikatrix, die in der Zeichenebene liegt, vorgesehen. Im Mikroskopgehäuse 2' befindet sich eine Richtungsgebereinheit 26, die mit der Lichtquelle 25 die in Fig. 3 erläuterte automatische Meridiansteuerung der Stereobasis bildet.Furthermore, a light source 25, preferably a luminescence diode with a flat radiation indicatrix lying in the plane of the drawing, is provided on the support device 20, frontally, centrally and in the longitudinal direction of the support device. In the microscope housing 2 ' is a direction indicator unit 26, which forms with the light source 25 in Fig. 3 explained automatic meridian control of the stereo base.

In Fig. 2 versorgt ein ortsfester Empfänger 27 L, R für die von den Sendern 10L, Rausgesandten Bildsignale Monitpre 28, Kameras 29, Stereomitbeobachtungseinrichtungen 30, Videorecorder 31 sowie einen Rechner 32. Ein ortsfester Sender 33 sendet Bildsignale in die Umgebung des Operationsmikroskopes, die durch Verarbeitungsprozeduren verändert sind. Im Mikroskop bzw. Tragarm sind Elektromotoren 34,35 zum Antrieb der Servosteuerungen vorgesehen. 36 und 37 sind ein fester und ein verstellbarerTeil des Mikroskoptragarmes, der eine x-y-Verstellung aufweist und eine Befestigung 38, z. B. an der Decke, aufweist.2, a stationary receiver 27 supplies L, R for the image signals monitor 28, cameras 29, stereo monitor 20, video recorder 31 and a computer 32 sent by the transmitters 10L. A fixed transmitter 33 transmits image signals to the surroundings of the surgical microscope are changed by processing procedures. In the microscope or support arm electric motors 34,35 are provided for driving the servo controls. Figures 36 and 37 are a fixed and an adjustable part of the microscope support arm which has an x-y adjustment and includes an attachment 38, e.g. B. on the ceiling, has.

An die Festigkeit und Steifigkeit dieser Tragarme und Befestigungen werden durch die Erfindung die Anforderungen verringert, da der Wegfall von Okularen, Umlenkprismen, Mitbeobachtereinblicken und Kameras die zu tragende Masse gegenüber herkömmlichen Operationsmikroskopen erheblich reduziert wird.The strength and rigidity of these brackets and fasteners are reduced by the invention, the requirements, since the elimination of eyepieces, deflecting prisms, Mitbeobachtereinblicken and cameras mass to be supported compared to conventional surgical microscopes is significantly reduced.

Das in Fig. 1 dargestellte Objekt in der Objektebene 0 wird durch die Beleuchtungseinrichtung 1 beleuchtet und über das Objektiv 3 nach unendlich abgebildet. Über das Zoomsystem 5 sowie die Tubuslinsen 6 wird das Objekt auf die Empfängermatrizen 9L und 9 R abgebildet. Das drehbare Gehäuseteil 2' ist durch Drehung um die optische Achse 4 so eingestellt, daß die aus den beiden Teilsystemen für links und rechts gebildete Stereobasis parallel zu der vom linken und rechten Auge des Beobachters 23 gebildeten Stereobasis orientiert ist. Das auf die Matrizen 9 L und 9 R abgebildete Stereobildpaar wird in Bildsignale umgewandelt und über die Sender 10L, R in den Raum unmittelbar um das Mikroskop herum angestrahlt. Die Bildsignale werden von den am Kopf 23 befestigten Empfängern 11 L, R in ein Farb-Stereobildpaar zurückverwandelt, welches über die Spiegel 13,14 mittels der als Lupen wirkenden Linsen 21 L, R aufrecht stehend und seitenrichtig zu beobachten ist.The object shown in Fig. 1 in the object plane 0 is illuminated by the illumination device 1 and imaged via the lens 3 to infinity. The object is imaged onto the receiver matrices 9L and 9R via the zoom system 5 and the tube lenses 6. The rotatable housing part 2 'is adjusted by rotation about the optical axis 4 so that the formed from the two subsystems for left and right stereo base is oriented parallel to the stereo base formed by the left and right eye of the observer 23. The stereo image pair imaged on the matrices 9 L and 9 R is converted into image signals and irradiated via the transmitters 10 L, R into the space immediately around the microscope. The image signals are reconverted by the attached to the head 23 receivers 11 L, R in a color stereo image pair, which is about the mirror 13,14 by means of acting as magnifying lenses 21 L, R standing upright and right side to observe.

Dabei wird die Bildaufrichtung und Seitenumkehr vorteilhafterweise elektronisch vorgenommen. Bei Direktbeobachtung wird über ein Steuersignal mittels des Elektromagneten 19 über Anker 18 sowie Hebel 16,17 der Spiegel 14 in die entsprechende Position gebracht. Das Steuersignal kann beispielsweise über einen Fußschalter oder ein Sprachkommando ausgelöstThe image erection and page reversal are advantageously carried out electronically. In direct observation, the mirror 14 is brought into the corresponding position via a control signal by means of the electromagnet 19 via armature 18 and lever 16, 17. The control signal can be triggered, for example via a footswitch or a voice command

werden. .become. ,

Vom ortsfesten Empfänger 27 werden die vom Sender 10 ausgesandten Bildsignale dem Monitor 28 oder einer Gruppe von Monitoren zugeführt, um die Mitbeobachtung für Lehr- und Kontrollzwecke zu ermöglichen. Dabei kann zum Zweck der Dokumentation der Monitor 28 von Kameras 29 fotografiert werden.From the fixed receiver 27, the image signals sent by the transmitter 10 are supplied to the monitor 28 or a group of monitors to allow co-observation for teaching and control purposes. In this case, the monitor 28 can be photographed by cameras 29 for the purpose of documentation.

Eine weitere Dokumentationsmöglichkeit bietet der Anschluß eines Videorecorders 31.Another option for documentation is the connection of a video recorder 31.

Der Rechner 32 dient der Eingabe und Abarbeitung besonderer Bidlauswerteprogramme, beispielsweise eines Programmes, welches aus der Auswertung des Kontrastes auf den Fokussierzustand schließt und in an sich bekannter Weise über Servomotor 34 die automatische Scharfeinstellung des Mikroskopes bewirkt.The computer 32 is used for the input and processing of special Bidlauswerteprogramme, for example, a program that closes from the evaluation of the contrast on the Fokussierzustand and causes in a conventional manner via servo motor 34, the automatic focus of the microscope.

Andere Programme erzeugen aus den primären Bildsignalen veränderte Bildinformationen, z. B. werden aus schwach sichtbaren farblichen oder strukturellen Merkmalen oder Merkmalsänderungen im Objekt bzw. im Primärbild deutlich sichtbare Begrenzungslinien erzeugt, die in die Monitore für den Operateur und die Mitarbeiter_eingegeben bzw. dem Primärbild überlagert werden.Other programs generate image information changed from the primary image signals, e.g. B. clearly visible color or structural features or feature changes in the object or in the primary image clearly visible boundary lines are generated, which are in the monitors for the surgeon and the staff_e entered or superimposed on the primary image.

Ferner sind mittels des Rechners und z. B. unter Nutzung der Lichtgriffel-Technik zusätzliche Daten und Markierungen in die Monitorbilder einsetzbar wie auch Steuersignale zur Bewegung des Mikroskopes auf einen markierten Bereich. In Fig.3 ist eine am drehbaren Gehäuse 2' angebrachte Richtungsgebereinheit 7 dargestellt, die das Gehäuse 2' ringförmig umgibt. Sie enthält lichtelektrische Empfänger 8, von denen einer, der Empfänger 8', radial unter 90° zur Stereobasis der Stereokanäle 5L, 5R sowie der Tubuslinsen 6L, 6R, liegt.Furthermore, by means of the computer and z. B. using the light pen technology additional data and markers in the monitor images used as well as control signals to move the microscope on a marked area. In Figure 3, a rotatable housing 2 'mounted direction indicator unit 7 is shown, which surrounds the housing 2' annular. It contains photovoltaic receivers 8, one of which, the receiver 8 ', lies radially below 90 ° to the stereo base of the stereo channels 5L, 5R and the tube lenses 6L, 6R.

Wendet sich der Operateur dem Operationsmikroskop zu und blickt in Richtung der Mitte des Operationsfeldes 0, so wird einer der Empfänger 8 vom Licht der Lichtquelle 25 getroffen.Turns the operator to the surgical microscope and looks towards the center of the surgical field 0, one of the receiver 8 is hit by the light of the light source 25.

Dadurch wird der Motor 34 angesteuert und der drehbare Gehäuseteil 2' gegen den festen Gehäuseteil 2 so lange um die optische Achse 4 verdreht, bis der Empfänger 8' in die Lichtebene der Lichtquelle 25 gelangt. In dieser Position ist die Stereobasis des Stereomikroskopes zur Stereobasis des Beobachters meridional richtig orientiert und dadurch werden Sterepsis und ergonomisch optimale Koordinierung der Manipulatoren des Operateurs gewährleistet.As a result, the motor 34 is driven and the rotatable housing part 2 'against the fixed housing part 2 so long rotated about the optical axis 4 until the receiver 8' enters the light plane of the light source 25. In this position, the stereo base of the stereomicroscope is oriented to the stereobase of the observer in a meridional way, thus ensuring stereopsis and ergonomically optimal coordination of the surgeon's manipulators.

Bei dem in Fig.3 gezeigten Positionsbeispiel würde die automatische Meridiansteuerung den Gehäuseteil 2' um 90° drehen. Durch die Meridiansteuerung werden gleichfalls für den in der 180°-Position arbeitenden Mitarbeiter 23' die gleichen Betrachtungsbedingungen geschaffen. In the position example shown in FIG. 3, the automatic meridian control would rotate the housing part 2 'by 90 °. The meridian control also creates the same viewing conditions for the operator 23 'working in the 180 ° position.

Claims

1. Stereo surgical microscope, wherein in the stereo beam paths, at least one objective downstream systems for variable magnification and tube systems are provided, characterized in that the tube systems image recording units are arranged downstream of the stereo beam paths, via connected to the image recording units transmitters on the head of the surgeon be controlled for the right and left eye.

2. Stereo surgical microscope according to claim 1, characterized in that at least one. further transmitter is provided, which drives the monitors with additional image content.

3. Stereo surgical microscope according to claim 1 or 2, characterized in that the images of the monitors are imaged via a head-mounted mirror system on the eyes of the surgeon.

4. Stereo surgical microscope according to claim 3, characterized in that the mirror system can be pivoted.

5. Stereo surgical microscope according to any one of claims 1-4, characterized in that a magnification system is arranged between the monitors and the eyes.

6. Stereo surgical microscope according to claim 2, characterized in that the transmitter is connected to means for information processing and / or reproduction.