DE10040498A1 - Vorrichtung zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts - Google Patents
Vorrichtung zur bildgestützten Bearbeitung eines ArbeitsobjektsInfo
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Abstract
Bei einer Vorrichtung (1) zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts (3) mit einer Arbeitsobjektdateneinheit (7) und einer Anzeigeeinheit (5) zur Darstellung von Arbeitsobjektdaten aus der Arbeitsobjektdateneinheit (7) ermöglicht die Anzeigeeinheit (5) bei Kopfbewegungsfreiheit eine gleichzeitige visuelle Erfassung des momentanen Arbeitsobjekts (3) und der Arbeitsobjektdaten aus der Arbeitsobjektdateneinheit (7).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine derartige Vorrichtung zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts ist aus der US
5,383,454 (Bucholz) bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist das Arbeitsobjekt ein zu
operierender Patient, von dem präoperativ erstellte Diagnosedaten, z. B. CT und MRI-Daten,
in einer Arbeitsobjektdateneinheit gespeichert sind. Während der Bearbeitung des
Arbeitsobjekts, d. h. während der Operation, werden als Arbeitsobjektdaten CT- oder MRI-
Schnittbilder auf einem Monitor zusammen mit einer Markierung dargestellt, welche ein
chirurgisches Instruments symbolisiert. Durch eine die relative Lage von chirurgischem
Instrument und Patient erfassende Lageerfassungseinheit entspricht dabei die im Monitor zu
erkennende Position der Markierung im Schnittbild der Relativposition von chirurgischem
Instrument und Patient.
Die US 4,722,056 (Roberts et al.) beschreibt eine gattungsgemäße Vorrichtung für die
bildgestützte Chirurgie, bei der die Anzeigeeinheit ein Operationsmikroskop ist. Aufgrund
einer die relative Lage von Operationsmikroskop und Patient erfassenden
Lageerfassungseinheit kann in das Bildfeld dieses Operationsmikroskops die
Monitordarstellung eines CT-Schnittbilds eingespiegelt werden und dem momentanen Bild
des Patienten lagerichtig überlagert werden.
Auch die DE 196 40 907 A1 der Anmelderin offenbart eine gattungsgemäße Vorrichtung für
die bildgestützte Chirurgie mit einem Operationsmikroskop, in welchem zur jeweiligen OP-
Situation passende Schnittbilder ergänzt durch präoperativ erzeugte
Navigationsplanungsdaten dem momentanen Bild des Patienten überlagert werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte gattungsgemäße Vorrichtung zur
bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale in Anspruch 1 gelöst. Denn durch eine
Anzeigeeinheit, die bei Kopfbewegungsfreiheit eine gleichzeitige visuelle Erfassung des
momentanen Arbeitsobjekts und der Arbeitsobjektdaten aus der Arbeitsobjektdateneinheit
ermöglicht, kann der das Arbeitsobjekt Bearbeitende seinen Kopf im wesentlichen frei
bewegen und dennoch stets mit der in den Arbeitsobjektdaten enthaltenen Information
versorgt werden.
Insbesondere für den Anwendungsfall einer chirurgischen Operation erhält der Chirurg durch
die Überlagerung des aktuellen Bilds der Operationswunde mit zusätzlichen Informationen,
welche sowohl präoperativ als auch intraoperativ erzeugt sein können, wesentliche
Zusatzinformationen, die sowohl die Genauigkeit der Operation steigern als auch mehr
Sicherheit durch die derart ermöglichte zusätzliche räumliche Darstellung teilweise oder ganz
verborgener Strukturen bieten.
So umfassen die bei vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung von der Anzeigeeinheit
dargestellten Arbeitsobjektdaten Schnittbilder oder Schattenbilder bzw. C-Bogen-Bilder des
Arbeitsobjekts bzw. Patienten.
Ferner können die von der Anzeigeeinheit dargestellten Arbeitsobjektdaten ein der
momentanen Oberflächengestalt des Arbeitsobjekts entsprechendes, aus den
Arbeitsobjektdaten erzeugtes Bild umfassen, wodurch sich das Überlagerungsbild auch
unebenen Oberflächen des Arbeitsobjekts perfekt anpassen kann.
Zur weiteren Erleichterung der Bearbeitung des Arbeitsobjekts können die von der
Anzeigeeinheit dargestellten Arbeitsobjektdaten Konturen von Teilstrukturen des
Arbeitsobjekts umfassen, wobei die Teilstrukturen auch unterhalb der momentanen
Oberfläche des Arbeitsobjekts liegen können.
Wenn die von der Anzeigeeinheit dargestellten Arbeitsobjektdaten farbkodiert sind, können
Kontraste erhöht und zusätzliche Informationen bildlich dargestellt werden.
Eine dem natürlichen Seheindruck ähnliche Darstellung der Arbeitsobjektdaten wird durch
eine Anzeigeeinheit erreicht, welche die Arbeitsobjektdaten als stereoskopische Bilder
darstellt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist die Anzeigeeinheit kopfgestützt.
d. h. zum Beispiel ein sogenanntes "Head-mounted-Display" mit Durchsichtfähigkeit oder ein
die Arbeitsobjektdaten mittels eines ablenkbaren Laserstrahls direkt auf die Netzhaut eines
Chirurgen schreibende Einheit. Wenn dann noch eine Lageerfassungseinheit die relative Lage
von Arbeitsobjekt und kopfgestützter Anzeigeeinheit erfaßt, können die Arbeitsobjektdaten
abhängig von der Entfernung und Blickrichtung des Chirurgen stets so formatiert werden, daß
die Arbeitsobjektdaten dem durch die kopfgestützte Anzeigeeinheit hindurch oder an der
kopfgestützten Anzeigeeinheit vorbei gesehenen realen Arbeitsobjekt in Hinsicht auf Größe
und Lage der Arbeitsobjektdaten perfekt angepaßt sind.
Es kann aber auch der Anzeigeeinheit eine Bildaufnahmeeinheit zugeordnet sein, wobei die
Anzeigeeinheit das von der Bildaufnahmeeinheit gelieferte Momentanbild des Arbeitsobjekts
zusammen mit den Arbeitsobjektdaten darstellt. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform
werden sowohl das momentane Bild des Arbeitsobjekts als auch die Arbeitsobjektdaten durch
Hilfsmittel erzeugt. Dadurch kann aber auch das momentane Bild des Arbeitsobjekts
bearbeitet, z. B. vergrößert, werden. Die Anzeigeeinheit ist dabei z. B. ein in bequemer
Blickhöhe oder zwischen Patient und Operateur angebrachter Monitor bzw. Flachbildschirm.
Bei dieser Ausführungsform ist es für eine lagerichtige Überlagerung von Arbeitsobjekt und
Arbeitsobjektdaten notwendig, daß eine Lageerfassungseinheit die relative Lage von
Bildaufnahmeeinheit und Arbeitsobjekt erfaßt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit
den beigefügten Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts am
Beispiel einer chirurgischen Operation, bei der das Arbeitsobjekt ein Patient 3 ist. Dabei
werden patientenbezogene Daten, insbesondere Bilddaten, einer von einem Chirurgen 4
getragenen, als Head-mounted-Display 5 mit Durchsichtfähigkeit ausgebildeten
Anzeigeeinheit von einer Arbeitsobjektdateneinheit 7 über eine Datenleitung 9 geliefert.
Eine Lageerfassungseinheit 11 erfaßt die relative Lage von Patient 3 und Anzeigeeinheit 5.
Geeignete Lageerfassungseinheiten sind neben den bereits erwähnten Druckschriften z. B.
auch in der US 5,920,395 oder der EP 0 501 993 B1 offenbart.
Über eine Datenleitung 13 wird die erfaßte Lageinformation zur Arbeitsobjektdateneinheit 7
geliefert, welche die Darstellung von Patientenschnittbildern etc. an diese Relativlage anpaßt.
Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 101 zur bildgestützten Chirurgie.
Den Elementen in Fig. 1 entsprechende Elemente der Vorrichtung 101 tragen die gleichen
Bezugszeichen wie in den Fig. 1 vermehrt um die Zahl 100.
Die Vorrichtung 101 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten durch die als
deckengestützter stereoskopischer Flachbildschirm 105 ausgeführte Anzeigeeinheit und eine
dieser Anzeigeeinheit zugeordnete Kamera 115, welche an einem gelenkigen Stativ 117
angeordnet ist.
Das von der Kamera 115 aufgenommene Bild des Patienten 103 wird über eine Datenleitung
113 an die Arbeitsobjektdateneinheit 107 übertragen. Zusammen mit dem Bild des Patienten
103 werden zur Bestimmung der Relativlage und Relativorientierung von Kamera 115 und
Patient 103 über die Datenleitung 113 auch noch Winkelinformationen aus den Gelenken des
Stativs 117 übertragen. Ein dazu geeignetes Stativ ist z. B. in der EP 0 554 711 B1
beschrieben.
Claims (13)
1. Vorrichtung (1; 101) zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts (3;
103) mit einer Arbeitsobjektdateneinheit (7; 107) und einer Anzeigeeinheit (5;
105) zur Darstellung von Arbeitsobjektdaten aus der Arbeitsobjektdateneinheit
(7; 107),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Anzeigeeinheit (5; 105) bei Kopfbewegungsfreiheit eine gleichzeitige
visuelle Erfassung des momentanen Arbeitsobjekts (3; 103) und der
Arbeitsobjektdaten aus der Arbeitsobjektdateneinheit (7; 107) ermöglicht.
2. Vorrichtung (1; 101) nach Anspruch 1, wobei die von der Anzeigeeinheit (5;
105) dargestellten Arbeitsobjektdaten Schnittbilder des Arbeitsobjekts (3; 103)
umfassen.
3. Vorrichtung (1; 101) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die von der
Anzeigeeinheit (5; 105) dargestellten Arbeitsobjektdaten Schattenbilder des
Arbeitsobjekts (3; 103) umfassen.
4. Vorrichtung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das
Arbeitsobjekt ein zu operierender Patient (3; 103) ist und die von der
Anzeigeeinheit (5; 105) dargestellten Arbeitsobjektdaten C-Bogen-Bilder
umfassen.
5. Vorrichtung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die von der
Anzeigeeinheit (5; 105) dargestellten Arbeitsobjektdaten ein der momentanen
Oberflächengestalt des Arbeitsobjekts (3; 103) entsprechendes, aus den
Arbeitsobjektdaten erzeugtes Bild umfassen.
6. Vorrichtung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die von der
Anzeigeeinheit (5; 105) dargestellten Arbeitsobjektdaten Konturen von
Teilstrukturen des Arbeitsobjekts (3; 103) umfassen.
7. Vorrichtung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die von der
Anzeigeeinheit (5; 105) dargestellten Arbeitsobjektdaten farbkodiert sind.
8. Vorrichtung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die
Anzeigeeinheit (5; 105) die Arbeitsobjektdaten als stereoskopische Bilder
darstellt.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Anzeigeeinheit
(5) kopfgestützt ist.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei eine Lageerfassungseinheit (11) die
relative Lage von Arbeitsobjekt (3) und kopfgestützter Anzeigeeinheit (5)
erfaßt.
11. Vorrichtung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Anzeigeeinheit
(105) eine Bildaufnahmeeinheit (115) zugeordnet ist und die Anzeigeeinheit
(105) das von der Bildaufnahmeeinheit (115) gelieferte Momentanbild des
Arbeitsobjekts (103) zusammen mit den Arbeitsobjektdaten darstellt.
12. Vorrichtung (101) nach Anspruch 11, wobei das von der Bildaufnahmeeinheit
(115) gelieferte Momentanbild des Arbeitsobjekts (103) stereoskopisch ist und
die Anzeigeeinheit (105) das Momentanbild des Arbeitsobjekts (103)
stereoskopisch darstellt.
13. Vorrichtung (101) nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine
Lageerfassungseinheit (117) die relative Lage von Bildaufnahmeeinheit (115)
und Arbeitsobjekt (103) erfaßt.
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