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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Bildern
für einen
Operateur während
einer chirurgischen Operation nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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In
der modernen Chirurgie, insbesondere der Neurochirurgie wird der
behandelte Chirurg durch unterschiedliche bildgebende Vorrichtungen
unterstützt.
Sogenannte Neuronavigationssysteme stellen beispielsweise die Verbindung
zwischen dem behandelnden Chirurgen, das heißt der Patientenanatomie, wie
er sie bei der Behandlung sieht, und diagnostischen Daten her, die
beispielsweise durch eine Computertomografie, durch Ultraschall,
durch Röntgenaufnahmen
oder dergleichen erhalten wurden und durch eine Recheneinheit in
einer Bildausgabe visuell dargestellt werden.
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Die
Referenzzierung eines solchen Neuronavigationssystems ist in der
Druckschrift
DE 196
39 615 A1 beschrieben.
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Durch
derartige Navigationssysteme kann die momentane Patientenanatomie
und Position sowie die reale Raumposition von chirurgischen Instrumenten
und Behandlungsapparaten auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden.
In der oben zum Stand der Technik genannten Druckschrift wird darüber hinaus
die Verwertung präoperativ
gewonnener Bilddaten sowie die Integration eines chirurgischen Mikroskops,
eines Ultraschalldiagnosesystems in ein Neuronavigationssystem beschrieben.
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Die
Integration des chirurgischen Mikroskops findet dabei dergestalt
statt, dass ein herkömmliches
Mikroskop mit einer beweglichen Halterung versehen wird, die an
das Navigationssystem gekoppelt ist. Durch gesteuerten Antrieb dieser
Halterung kann der Operateur die Position sowie die Tiefenschärfe des
Operationsmikroskops mit Hilfe des Navigationssystems verstellen.
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Nachteilig
hierbei ist jedoch, dass der Operateur mindestens zwei Bilddarstellung
während
der Operation beobachten muss. Zum einen wird die mikroskopische
Vergrößerung des
Operationsfeldes über
das Okular des Mikroskops beobachtet, während die über das Navigationssystem zur
Verfügung gestellte
Information auf einer eigenen Bildausgabe, in der Regel auf einem
Monitor dargestellt wird.
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Nachteilig
an diesem Stand der Technik ist weiterhin der Umstand, dass herkömmliche
chirurgische Mikroskope derart störend dimensioniert sind, dass
der Operateur keinen ungehinderten Zugang zum Operationsfeld hat.
Oftmals müssen
je nach Art der Operation die chirurgischen Instrumente über lange
Zeiträume
mit gestreckten Armen geführt
werden, während
der Chirurg in das Okular des zwischen ihm und dem Patienten angeordneten
Mikroskops schaut.
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Weiterhin
ist mit der Druckschrift
WO 2006/095027
A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt geworden,
bei dem über
die Kamera mikroskopische Bilder des Operationsfeldes erfasst und mit
virtuellen Daten kombiniert dargestellt wird. Zur Erkennung der
Kameraposition sowie weiterer Gegenstände ist ein Navigationssystem
herkömmlicher Art
vorgesehen.
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In
einer Veröffentlichung
auf einem Symposium (Eurographics Symposium an Virtual Environments
(2006)) wurde unter der Überschrift "Model-based Hybrid
Tracking for Medical Augmented Reality" eine Hybridvorrichtung vorgestellt,
bei der eine Navigation, insbesondere für das sogenannte "Tracking" der Kamera zur Bilddatenerfassung
mittels eines herkömmlichen
Navigationssystems unter Zuhilfenahme von Infrarotkameras vorgenommen wird.
Die Kameraposition und Orientierung wird somit über dieses externe Navigationssystem
erfasst. Weiterhin werden in diesem Hybrid-System Fehler beim "Tracking" durch das Navigationssystem,
die sich in geringfügige
Abweichungen der damit bestimmten Kameraposition und -orientierung
von der tatsächlichen
Position und Orientierung äußern können, durch
ein Abgleichverfahren eines aktuell aufgenommenen Kamerabildes mit
abgespeicherten Bildern, die signifikante Merkmale oder Referenzpunkte
enthalten, korrigiert. Das sogenannte "Tracking" wird jedoch nach wie vor über das
separate, herkömmliche Navigationssystem
vorgenommen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die bildgebenden Hilfsmittel für den Operateur
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Stand der Technik der einleitend
genannten Art durch die kennzeichneten Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
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Durch
die in den Unteransprüchen
genannten Maßnahmen
sind vorteilhafte Ausführungen
und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend
zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung
dadurch aus, dass wenigstens eine gemeinsame. Kamera für die Bilderfassung
des Operationsfeldes und für
das Navigationssystem vorgesehen wird. Diese Kamera, die beispielsweise
zur Erfassung mikroskopischer Daten auch mit einer hochauflösenden Optik
ausgestattet werden kann, ist dabei in vorteilhafter Weise zugleich für die Ortungsfunktion
des Navigationssystems verwendbar.
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Die
erfindungsgemäße Verwendung
dieser Kamera mit Doppelfunktion beinhaltet somit nicht nur eine
etwaige Fehlerkorrektur etwaiger, beim "Tracking" durch ein separates Navigationssystem
gewonnener Daten. Eine solche Kamera wird in Doppelfunktion nicht
nur zur Erfassung des Operationsfeldes, sondern vielmehr auch für das "Tracking" selbst verwendet.
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Die
Ortung, d.h. Bestimmung von Position und Orientierung kann dabei
z.B. in bekannter Weise dadurch geschehen, dass Markierungen an
unterschiedlichen Orten, beispielsweise ortsfest mit einem Operationstisch,
am Patienten, u.s.w. angebracht werden, die sodann rechnerisch durch
Bildauswertung in ihrer relativen Position bezüglich der Kamera bestimmbar
sind. Weiterhin können
auch signifikante Merkmale eines mit der Kamera erfassten Körpers bzw.
Gegenstandes im Vergleich mit abgespeicherten Bilddaten und/oder
Positionsdaten zur Ortung herangezogen werden. Ebenso können zu
ortende Gegenstände,
beispielsweise chirurgische Instrumente mit entsprechenden Markierungen
versehen werden, die wiederum über
optische Bilderfassung in ihrer Position bestimmbar sind und somit
auch in der Relativposition, z.B. zu dem Patienten bzw. zum Operationsfeld
darstellbar sind. Diese Kamera kann dabei im sichtbaren und/oder
nicht sichtbarem Frequenzbereich, z.B. im IR-Bereich arbeiten, durch
die erfindungsgemäße Doppelfunktion
der Kamera sowohl zu Zwecken der Bilderfassung des Operationsfeldes
als auch zur Ortung der Navigation separate, ausschließlich zur
Ortung für
die Navigation vorgesehene Kameras.
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Es
können
auch mehrere Kameras zur Erfassung des Operationsfeldes in Doppelfunktion
zur Erfassung der Kameraposition und/oder -orientierung bzw. zur
Erfassung der Position und der Orientierung weiterer Gegenstände im Blickfeld
einer solchen Kamera verwendet werden. Mit unterschiedlichen Kameras
gewonnene Daten bezüglich
Position und Orientierung sowohl der Kamera selbst als auch sonstiger
Gegenstände
im Blickfeld der Kameras können sich
mit Hilfe entsprechender Auswerteroutinen ergänzen.
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Die
Verwendung mehrerer Kameras zur Erfassung von Bildern des Operationsfeldes
kann neben einer Verbesserung der Ortungsfunktion beispielsweise
auch dazu sinnvoll sein, um Bilder mit unterschiedlicher Vergrößerung,
aus unterschiedlichen Lichtfrequenzen, insbesondere auch außerhalb des
sichtbaren Bereiches oder aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu
gewinnen. Insbesondere kann mit einer Bilderfassung zweier beabstandeter
Kameras auch eine dreidimensionale Darstellung ermöglicht werden.
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Derartige
Kameras können
in einer gemeinsamen, vorzugsweise beweglichen Kamerahalterung gewissermaßen in einem
Kamerakopf untergebracht oder aber in verschiedenen Kamerahalterungen montiert
werden.
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Durch
Digitalisierung der mikroskopisch erfassten Bilder ist eine Darstellung
des Mikroskopbildes gemeinsam mit weiteren als Bild dargestellten
Informationen für
den Operateur auf einer Bildausgabe, bzw. einem Display möglich.
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Ein
mikroskopisches Bild im Sinne der Erfindung ist dabei eine optisch
erfasste vergrößerte Darstellung
des Operationsfeldes in Echtzeit. Unter dem Begriff „Mikroskop" ist demnach jede
Vorrichtung zu verstehen, die derartige Echtzeitbilder erzeugt.
Derartige Darstellungen können
beispielsweise durch ein eigenes dafür vorgesehenes optisches System
in digitaler Form erzeugt werden. Auch durch ein herkömmliches
Operationsmikroskop, das mit einer digitalen Bilderfassungseinheit,
z.B. einer CCD-Matrix, versehen ist, können die digitalen Echtzeitbilder
bereitgestellt werden. Die als mikroskopisches Bild bezeichneten
Echtzeitbilder können
in besonderen Ausführungsformen
auch außerhalb
des sichtbaren Frequenzbereichs (z.B. im IR-Bereich) erfasst und sichtbar
dargestellt werden, wie dies z.B. beim sogenannten „optical
imaging" vorgenommen
wird, um funktionale Bereiche des Operationsfeldes darzustellen.
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Bei
der Erfindung können
beispielsweise präoperativ
gewonnene Patientendaten, beispielsweise Aufnahmen aus anderen bildgebenden
Verfahren, wie einer Ultraschalluntersuchung beispielsweise der
Computertomographie (CT), der Magnetresonanztomographie (MRT), der
Positronen-Emissionstomographie
(PET), der Magneto-Enzephalographie (MEG), usw. in die Echtzeit-Darstellung
des Mikroskopsbilds eingeblendet werden. Grundsätzlich können alle durch das Navigationssystem
zur Verfügung stehenden
Bilddarstellungen mit dem mikroskopischen Bild kombiniert werden.
So können
beispielsweise chirurgische Instrumente über das Navigationssystem und/oder
das Mikroskop in einem gemeinsamen Bild dargestellt werden. Die
mikroskopischen Echtzeit-Bilddaten
geben dabei das tatsächlich
während
der Operation sichtbare Operationsfeld wieder, während hingegen die über das
Navigationssystem gelieferten Bilder auch virtueller Natur sein können. So
kann beispielsweise ein chirurgisches Instrument, das aufgrund einer
gewissen Eindringtiefe in ein Gewebe mikroskopisch nur noch teilweise sichtbar
ist, virtuell mit Hilfe des Navigationssystems bis zu seinem Ende
verlängert
werden, wobei auch das sichtbare Operationsfeld durch virtuelle
Daten, beispielsweise präoperativ
gewonnene Daten ergänzt
werden kann.
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Die
verschiedenen Bildinformationen können dabei in einem oder aber
auch in mehreren Bildern kombiniert, beispielsweise überlagert
dargestellt werden. Vorteilhafterweise ist jedoch stets das reelle
mikroskopisch aufgenommene Bild zusammen mit den Umständen nach
gewünschten
weiteren Bildinformationen auf einem Display realisierbar, so dass
ein steter Wechsel zwischen einem Monitor und beispielsweise einem
Okular nicht mehr notwendig ist.
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Erfindungsgemäß können beispielsweise auch
sogenannte funktionelle Bilddaten mit dem reellen mikroskopischen
Bild kombiniert dargestellt werden. Funktionelle Bilddaten sind
z.B. Bilder von Gewebebestandteilen, die eine bestimmte Funktion
erfüllen,
die aber mikroskopisch unter Umständen von dem umgebenden Gewebe
nicht unterscheidbar sind. Für
den Operateur kann es nunmehr von entscheidender Bedeutung sein,
im mikroskopischen Bild die durch andere Methoden beispielsweise
der Computertomographie (CT), der Magnetresonanztomographie (MRT),
der Positronen-Emissionstomographie
(PET), der Magneto-Enzephalographie (MEG), usw. darstellbaren, funktionellen
Bereiche des entsprechenden Gewebes zu unterscheiden.
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Vorzugsweise
wird eine Recheneinheit vorgesehen, die zur Auswahl und/oder Anpassung
der gewünschten
Patientendaten an das Mikroskopbild vorgesehen ist. Um bildhafte
Patientendaten in ein Mikroskopbild zu integrieren, ist beispielsweise
die Bestimmung des Blickwinkels in der Mikroskopoptik, der Vergrößerung,
u.s.w. von Bedeutung. Um ein deckungsgleiches Bild der gleichen
räumlichen
Zonen mit aus unterschiedlichen Bildquellen bezogenen Daten zu erstellen,
ist eine rechnerische Anpassung bzw. Auswahl von Bildbereichen,
Perspektive, oder dergleichen unerlässlich.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird eine steuerbar angetriebene
zugehörige
Halterung für
die Kamera mit erfindungsgemäßer Doppelfunktion
und/oder die zugehörige Optik
vorgesehen. Eine solche steuerbare Halterung kann beispielsweise über ein
von dem Operateur positionierbares Zeige- oder Operationsinstrument
gesteuert werden. Der Blickwinkel, die Fokussierung, usw. der Kamera
bzw. Optik können
dabei entsprechend gesteuert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
stellt in dieser Ausführung
ein mechatronisches optisches Assistenzsystem für den Operateur dar. Die gesamte
Position der Kamera bzw. der zugehörigen Optik kann somit über ein
Zeigeinstrument, das auch ein chirurgisches Operationsinstrument
sein kann, steuerbar ausgestaltet werden. Dabei kann entweder die
gesamte Kamera samt Optik bewegt werden oder aber in einer anderen
Ausführungsform
lediglich die Mikroskopoptik, wobei sodann eine entsprechend positionsvariable
Bildübertragung
auf ein Detektorsystem vorzusehen ist. In Frage käme beispielsweise
ein Lichtleitsystem oder ein Spiegelsystem, vorzugsweise mit telezentrischem
Strahlengang, um den Abstand der Abbildungsebene von der Gegenstandsebene
variabel zu gestalten.
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Bei
Verwendung einer gemeinsamen Kamera für die Bilderfassung des Operationsfeldes
und für das
Navigationssystem kann auch eine gemeinsame Halterung der Kamera
bzw. der zugehörigen
Optik sowohl für
die Anwendung der Bilderfassung des Operationsfeldes als auch des
Navigationssystems vorgesehen werden. Zum einen wird hierdurch der apparative
Aufwand insgesamt reduziert, zum anderen wird die Bilderfassung
für die
Navigation aus einem optimalen Blickwinkel heraus in Bezug auf die Abbildung
der vom Operateur gebrauchten Instrumente gesteuert.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung wird eine solche steuerbar angetriebene Halterung
als Roboterarm ausgebildet. Roboterarme mit der entsprechenden Antriebssteuerung
und Positioniergenauigkeit sind in bewährter Bauweise im Handel erhältlich.
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Ein
solcher Roboterarm bietet neben den Vorteilen im Hinblick auf Ansteuerung
und Positionierung zusätzlich
den Vorteil, dass durch die bekannten Freiheitsgrade und Steilbewegungen
mittels des Roboterarms auch entsprechende Daten zur Erfassung der
aktuellen Kameraposition und/oder Orientierung gewonnen werden können. Diese
Daten können
in einer einfacheren Variante in Form der angesteuerten Positionskoordinaten
für die
einzelnen Antriebsachsen vorliegen. In weiteren Ausführungen
werden zudem in einem solchen Roboterarm entsprechende Positionssensoren
für die
einzelnen Achsen bzw. Freiheitsgrade vorgesehen, so dass die entsprechenden
Antriebe nicht nur gesteuert, sondern geregelt werden können. In
diesem Fall liegen die exakten Positionsdaten anhand der entsprechenden
Sensoren vor und können
zur Bestimmung der Kameraposition, d.h. deren Referenzierung genutzt
werden. Diese Möglichkeit
ergibt sich in einer vordefinierten Stellung des Roboterarms bei
einer anfänglichen
Referenzierung der Kamera ebenso wie während des Betriebs, d.h. z.B.
während
eines Eingriffs im Verlaufe einer Operation, da durch die Steuerung
bzw. Regelung des Roboterarms dessen definierte Stellungen als Positionsdaten
zur Verfügung
stehen und somit navigationsunterstützend genutzt werden können.
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Wie
bereits oben angedeutet, muss ein Navigationssystem zum angegebenen
Zweck referenziert werden. Hierzu empfehlen sich Referenzmarkierung an
wenigstens einem chirurgischen Instrument, am Patienten und/oder
in der Umgebung des Patienten, beispielsweise am Operationstisch.
Die ortsfeste Markierung, beispielsweise an einem Operationstisch
ermöglicht
eine genau Eichung des Ortungssystems, da die Relativposition zwischen
der das auszuwertende Bild erfassenden optischen Einheit und dem
Operationstisch präzise
bestimmbar ist. Markierungen am Patienten haben den Vorteil, dass
Patientenbewegungen miterfasst und rechnerisch, beispielsweise bei
der Einblendung virtueller Bilder berücksichtigt werden können. Darüber hinaus
sind Markierungen am Patienten sinnvoll, um einen Abgleich mit Referenzmarkierungen
während
der Gewinnung präoperativer
Daten zu ermöglichen.
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Referenzmarkierungen
am chirurgischen Instrument bzw. an einem Zeigeinstrument wiederum ermöglichen
eine präzise
Erfassung der Position und Orientierung dieses Instruments durch
Bildauswertung. Für
die rechnerische Bildauswertung muss dabei die genaue Ausrichtung
und Lage der Markierung an dem entsprechenden Instrument ebenso
bekannt sein, wie die exakte Formgebung des Instruments selbst,
um dieses über
das Navigationssystem in den bereitgestellten Bildern positionsgenau
abzubilden.
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Sowohl
für die
Erfassung der Position und Orientierung des Patienten als auch eines
chirurgischen Instruments kann eine erfindungsgemäße Kamera
zur Erfassung des Operationsfeldes in Doppelfunktion herangezogen
werden. Dies gilt auch für
andere zu ortende Gegenstände.
Somit können
auch für
diese Funktionen separate Navigationskameras entfallen.
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Für die Einblendung
präoperativer
Bilddaten werden diese vorzugsweise vorab in einer Speichereinheit
der Bildverarbeitung des Navigationssystems abgespeichert. Grundsätzlich können in
ein System, bei dem eine digitale mikroskopische Bilderfassung mit
einem Navigationssystem gekoppelt ist, auch weitere bildgebende
Vorrichtungen, beispielsweise Diagnosevorrichtungen wie CT-, MRT,
PET- oder MEG-Geräte,
Ultraschallgeräte
oder dergleichen angekoppelt werden. Dies ermöglicht die Verwendung von diagnostischen
Echtzeitbildern in Kombination mit mikroskopischen Echtzeit-Bildern als Hilfestellung
für den
Operateur. Derartige Bilder können
gegenüber
dem mikroskopischen Bild vorteilhafte Informationen, z.B. hinsichtlich
der dreidimensionalen Ausprägung
des Operationsfeldes, insbesondere auch in dem nicht sichtbaren
Bereich in der Tiefe des Operationsfeldes, funktionale Informationen,
usw. liefern.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
lässt sich
zudem mit einem Endoskop kombinieren. Auch endoskopische Bildaufnahmen
können
gemeinsam mit den erfindungsgemäß verwendeten
Bilddarstellungen in einer oder mehreren Bildanzeigen wertvolle Hilfe
für einen
Operateur bilden. Dies betrifft nicht nur die endoskopische Bilderfassung
aus dem Körperinneren,
sondern auch die Navigation eines Endoskops, die ebenfalls mit einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
kombinierbar ist. So können
beispielsweise in einer Bilddarstellung oder zumindest in verschiedenen
Bilddarstellungen auf einer gemeinsamen Anzeige, beispielsweise
auf einem Monitor die mikroskopischen Aufnahmen mit der Positionsdarstellung
des Endoskops und/oder der endoskopischen Bildaufnahme und/oder
mit funktioneller Bildinformation bzw. sonstigen präoperativen
Bildinformationen kombiniert dargestellt werden.
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In
jeder Ausprägung
der Erfindung genießt der
Operateur den ergonomischen Vorteil, durch kein störend dimensioniertes
Operationsmikroskop in seiner Tätigkeit
beeinträchtigt
zu werden und zur Betrachtung der für ihn wesentlichen Bildinformation den
Blick nicht zwischen einem Mikroskopokular und einer digitalen Bildanzeige
des Navigationssystem ständig
wechseln zu müssen.
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Für die mikroskopische
Bilderfassung werden vorzugsweise wenigstens zwei Wechselobjektive
für die
Mikroskopkamera vorgesehen. Hierdurch können unterschiedliche Auflösungen,
Vergrößerungen
und/oder Bildausschnitte ausgewählt
werden. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform wird zudem ein automatischer
Objektivwechsel vorgesehen. Die Steuerung einer solchen Vorrichtung
zum Objektivwechseln, die beispielsweise als Revolverhalterung ausgebildet
sein kann, ist wiederum mit Hilfe eines Zeigeinstruments, eines
chirurgischen Operationsinstrument oder dergleichen unter Zuhilfenahme des
Navigationssystems möglich.
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Hierzu
wird vorteilhafterweise eine automatische Objektiverkennung für das Navigationssystem vorgesehen.
Die Kenntnis der Abbildungseigenschaften des jeweiligen Objektivs
kann bei einem Objektivwechsel eine erneute Referenzzierung des
Ortungssystem erübrigen.
Der Objektivwechsel kann somit rechnerisch bei den für die Ortung
erforderlichen mathematischen Abbildungsalgorithmen berücksichtigt
werden.
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Neben
den Speichermitteln, die für
extern zuführbare
Bilddaten vorteilhafterweise vorgesehen werden, beispielsweise für das Einspeichern
präoperativ
gewonnenen Diagnosebildern und/oder Bildsequenzen, werden vorteilhafterweise
auch Speichermittel vorgesehen, die zur Aufzeichnung der mikroskopischen
Bilder bzw. Bildsequenzen geeignet sind, die während der Operation durch eine
erfindungsgemäße digitale
Bilddatenerzeugung ständig
anfallen. Auf diese Art und Weise kann die Operation anhand der
gespeicherten Bilder nachträglich,
z.B. zu Zwecken der Weiterentwicklung oder zur Lehre aufgearbeitet
werden.
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Weiterhin
wird vorteilhafterweise bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Schnittstelle
zur Datenübertragung
in eine Kommunikationsnetz (z.B. Internet, Intranet, Telefon, etc)
vorgesehen. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, einen
nicht anwesenden Arzt während
der Operation zur Konsultation hinzu zu ziehen und diesem in Echtzeit
die tatsächlichen
mikroskopischen Bilder und/oder alle anderen dem Operateur zur Verfügung stehenden
Bildinformationen zu übermitteln.
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Die
Bildanzeige bzw. das Display kann beispielsweise in herkömmlicher
Weise als Monitor ausgebildet werden. Auch andere Ausgestaltungen,
beispielsweise als Brille, Okular, als Helm oder dergleichen sind
denkbar. Es können
auch mehrere Displays der gleichen oder unterschiedlicher Art für einen
Operateur oder mehrere Operateure während der Operation vorgesehen
werden, so dass dieser bzw. diese jeweils die in der entsprechenden
Operationsphase günstigste
Variante zur Benutzung heranziehen kann. So ist es beispielsweise
denkbar, dass ein Operateur bei schwierigen Operationsphasen den
Blick durch ein Display in Okularform bevorzugt, da er dies durch
herkömmliche
Operationsmikroskope gewohnt ist. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
hätte der
Operateur zwar den Eindruck durch ein Okular einer Optik zu schauen,
er würde
jedoch erfindungsgemäß auf ein
elektronisches Display schauen, in dem das digitalisierte mikroskopische
Bild dargestellt wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der
Figur nachfolgend näher
erläutert.
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1 zeigt
eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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2 eine
schematische Darstellung eines Operationsinstruments zur Verwendung
in einer Vorrichtung gemäß 1.
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In 1 die
Vorrichtung 1 gemäß 1 umfasst
einen zentralen Rechner 2, einen teilweise dargestellten
Roboterarm 3 sowie eine daran befestigte Kamera 4 mit
hochauflösender
Optik in Form des Objektivs 5.
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Die
Kamera 4 stellt in diesem Ausführungsbeispiel eine Digitalkamera
dar, die über
eine Verbindungsleitung 6 mit dem Zentralrechner 2 verbunden ist.
Auch ein nicht näher
dargestellter Antrieb des Roboterarms 3 bzw. dessen Steuerung
ist über
eine Verbindungsleitung 7 mit dem Zentralrechner 2 verbunden.
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Ein
Patient 8 liegt auf einem Operationstisch 9. Die
Kamera 4 ist auf den Patient 8 gerichtet.
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Zwei
Displays in Form eines Monitors 10 sowie in Form eines
nur schematisch dargestellten mobilen Displays 11 stehen
mit dem Zentralrechner 2 in Verbindung. Das mobile Display 11 ist
drahtlos mit dem Zentralrechner 2 verbunden, was über die
entsprechenden Wellenlinien 12 angedeutet werden soll.
Das mobile Display 11 könnte
beispielsweise als Brille oder. aufsetzbares Okular ausgestaltet
sein.
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Im
Monitor 10 sind in drei Bildabschnitte unterteilte Bildbereiche 13, 14, 15 sowie
ein abgesetzt separat dargestelltes Bild 16 erkennbar.
Die Bildbereiche 13, 14, 15 bzw. das
Bild 16 sollen lediglich andeuten, das Bildinformationen
auf unterschiedliche Weise in einem erfindungsgemäßen Display
nebeneinander und/oder überlagert
darstellbar sind.
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In 2 ist
ein Operationsinstrument 17 dargestellt, das beispielsweise
ein Skalpell oder eine Pinzette sein kann. Das Operationsinstrument 17 ist mit
einer Markierung 18 versehen. Die Markierung 18 umfasst
drei optisch erkennbare Marker, z.B. LED, die über Stäbe 22 miteinander
verbunden sind. Die LED können
je nach Arbeitsbereich des Navigationssystems sichtbare oder nicht
sichtbare LED, z.B. IR-LED, sein.
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Die
Markierung 18 definiert gewissermaßen ein Koordinatensystem zur
Bestimmung der Position und Orientierung des Operationsinstrumentes 17. Die
Abbildung der Markierung 18 auf dem Detektor der digitalen
Kamera 4 ermöglicht
die permanente Ortung des Operationsinstrumentes 17. Entsprechende,
nicht dargestellte Markierungen am Patienten und/oder am Operationstisch
können
zur Referenzzierung des Systems herangezogen werden, insbesondere
auch um zusätzliche
Bildinformationen, beispielsweise präoperativ gewonnene Bilddaten
mit einer Abbildung des Operationsinstruments 17 positionsgenau
in Verbindung zu bringen.
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Die
Position der Kamera 4 bzw. des Objektivs 5 kann über den
Roboterarm 3 erfasst oder aber durch Eichung mittels eines
Eichkörpers
bekannter Lage und Form, einer Eichmarkierung oder dergleichen,
bestimmt werden. Derartige Vorrichtungen sind als Navigationssystem
für die
Navigation chirurgischer Instrumente in Verbindung mit bildhaften
Patientendaten, beispielsweise präoperativ gewonnenen Bilder
aus einer Computertomografie oder dergleichen bekannt.
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Erfindungsgemäß neu hingegen
ist nunmehr der Ersatz eines herkömmlichen Operationsmikroskops
durch ein System mit digitaler Bilddatenerzeugung, beispielsweise
der Kamera 4.
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Grundsätzlich können auch
verschiedene Kameras für
die Ortung durch das Navigationssystem einerseits und für die mikroskopische
Bilderfassung andererseits Verwendung finden. Das dargestellte Ausführungsbeispiel
mit gemeinsamer Verwendung einer Kamera für beide Systeme bietet naturgemäß verschiedene
Vorteile, wie beispielsweise einen geringeren apparativen Aufwand,
weniger Platzbedarf im Arbeitsbereich eines Operateurs, usw.
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Zu
dem wird die Kamera für
die mikroskopische Bilderfassung zwangsläufig stets auf das aktuell zu
behandelnde Operationsgebiet gerichtet, in dem sich selbstverständlich auch
die Handhabung der zu ortenden Operationsinstrumente 17 abspielt.
Insofern ist die Verwendung eines gemeinsamen Bilderfassungssystems
sowohl für
die mikroskopische Bilderfassung als auch für die Ortung des Navigationssystems
durchaus möglich.
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Dem
Operateur können
hierdurch in ein und demselben Display, beispielsweise auf dem Monitor 10 neben
den durch das Navigationssystem zur Verfügung stehenden Bilddaten auch
das mikroskopische Bild angeboten werden. Er braucht zur Betrachtung
aller dieser Bilddaten den Blick nicht mehr vom Monitor 10 auf
das Okular eines herkömmlichen
Mikroskops zu richten. Dabei können
verschiedene Bilder nebeneinander angeordnet werden, wie dies in 1 dargestellt
ist. Selbstverständlich
ist jedoch auch die Überlagerung
verschiedener Bildinformationen durch die entsprechende Bildverarbeitung
möglich.
So kann beispielsweise eine mikroskopische Bilddarstellung durch
eine dreidimensionale Aufnahme aus einer Computertomografie hinterlegt
werden, die entweder präoperativ
oder während
der Operation gewonnen wird. Zu diesem Zweck kann ein entsprechendes
Diagnosegerät
wie ein Computertomograf, ein Ultraschallgerät oder dergleichen ebenfalls an
den Zentralrechner 2 angeschlossen werden.
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Auch
andere vorteilhafte Nutzungen, beispielsweise die virtuelle Verlängerung
eines Operationsinstruments 17 in einem mikroskopischen
Bild kann in einem erfindungsgemäßen System
ohne weiteres vorgesehen werden. So können beispielsweise Gewebebereiche
als virtuelles Bild in dem realen mikroskopischen Bild dargestellt
werden und somit dem Operateur eine sinnvolle Unterstützung bieten.
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Alle
auf dem Monitor 10 darstellbaren Bildinformationen sind
grundsätzlich
auch in ein mobiles Display einspielbar.
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Vorzugsweise
wird ein mobiles Display zusätzlich
geortet, so dass die Blickrichtung der Kamera so weit als möglich mit
der Blickrichtung des Operateurs in das mobile Display übereinstimmt.
Dies wiederum erleichtert die Führung
von georteten und abgebildeten Operationsinstrumenten 17 im
Operationsgebiet.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Zentralrechner
- 3
- Roboterarm
- 4
- Kamera
- 5
- Objektiv
- 6
- Verbindungsleitung
- 7
- Verbindungsleitung
- 8
- Patient
- 9
- Operationstisch
- 10
- Monitor
- 11
- Mobiles
Display
- 12
- Wellenlinie
- 13
- Bildbereich
- 14
- Bildbereich
- 15
- Bildbereich
- 16
- Bild
- 17
- Operationsinstrument
- 18
- Markierung
- 19
- Markierungs-LED
- 20
- Markierungs-LED
- 21
- Markierungs-LED
- 22
- Stab