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Verwandte Anmeldungen
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Diese
Anmeldung beansprucht den Vorteil und die Priorität der
am 17.04.2007 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr.
60/912 337 mit dem Titel „Methods and Instruments for Imaging
in Medical or Surgical Procedures" („Verfahren und Instrumente
zur Bildgebung bei medizinischen oder chirurgischen Eingriffen")
und den Vorteil und die Priorität der am 24.12.2007 eingereichten
vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/016 557 mit dem Titel „Compact
Camera" („Kompakte Kamera"), deren Inhalte hierein im Wege
der Benzugnahme vollumfänglich aufgenommen werden.
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Hintergrund der Erfindung
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Dieser
Erfindungsgegenstand betrifft allgemein bildgebende Systeme und
Verfahren für chirurgische oder andere medizinische Eingriffe.
Insbesondere betrifft er kompakte bildgebende Systeme zur Verwendung
an Instrumenten für offene Operationen.
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Wenn
ein Chirurg eine offene Operation durchführt, kann der
interessierende Bereich für die Beobachtung durch mehr
als einen Chirurgen zu klein sein. Oder der Bereich des OP-Tisches
ist möglicherweise zu voll und nicht problemlos von anderem medizinischen
Personal einzusehen, das an der Beobachtung der Operationsstelle
und des Eingriffs interessiert sein kann. Einige Operationssäle
haben Deckenkameras, die es anderen ermöglichen, die Operationsstelle
zu betrachten, aber die Bewegung von Personen um den Tisch und der
Betrachtungswinkel können sie an der Betrachtung des interessieren
Bereichs hindern. Daher besteht eine Nachfrage nach verbesserten
bildgebenden Systemen und Verfahren zur Verbreitung von Bildgebungsdaten,
die die Zusammenarbeit, Teilnahme und chirurgische und medizinische
Ausbildung erleichtern.
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Es
gibt mehrere Arten von chirurgischen Eingriffen. Die erste ist der
endoskopische Eingriff, wie etwa der laparoskopische Eingriff, bei
dem ein kleiner Schnitt gelegt wird, um Arbeitsinstrumente und ein endoskopisches
Betrachtungsinstrument einzuführen. Bildgebende Systeme
für endoskopische Eingriffe sind gut bekannt und werden
normalerweise am distalen Ende des Einführungsteils eines
Instruments oder an seinem proximalen Ende (unter Verwendung einer
Stablinse oder eines Fibroskops) platziert. Eine zweite Art von
chirurgischen Eingriffen ist der endoluminale Eingriff (Eingriff
unter Verwendung einer natürlichen Öffnung), bei
dem kein äußerer Schnitt erforderlich ist. Das
US-Patent Nr. 4 905 670 von
Adair beschreibt einen Zervikalspiegel mit einer Anklemm-Kamera
und gehört daher zu dieser zweiten Kategorie von chirurgischen
Eingriffen. Der weitere Stand der Technik umfasst die
US-Patente Nr. 5 667 473 ,
5 667 478 und
5 735 792 . In diesen Patenten sind
die Instrumente endoskopische Instrumente und keine Instrumente
für offene Eingriffe, und eine oder mehrere Glasfasern
verlaufen entlang den Instrumenten, um die Operationsstelle zu betrachten,
ohne dass ein gesondertes Endoskop benötigt wird.
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Eine
dritte Art von chirurgischen Eingriffen ist der offene chirurgische
Eingriff, bei dem ein größerer Schnitt gelegt
wird, um die Stelle direkt zu betrachten und die Arbeitsinstrumente
zu manövrieren. Diese Art von Eingriffen kann ohne Einführung
eines bildgebenden Systems beobachtet werden.
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Es
sind zwar zahlreiche Videokameras und bildgebende Systeme für
endoskopische Anwendungen entwickelt worden, aber der Bereich der
bildgebenden Videosysteme für Anwendungen bei offenen Eingriffen
ist viel begrenzter. Beispielsweise haben zwar einige Operationssäle
Deckenkameras, aber die Sicht, die die Kamera ermöglicht,
kann durch die Hände oder Instrumente des Operationspersonals versperrt
werden. Außerdem hat die Kamera möglicherweise
keine ausreichende Vergrößerung, um Beobachtern
und anderen Mitgliedern des Operationsteams ein klares Bild von
der Operationsstelle zu vermitteln.
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Somit
beschreibt oder schlägt der Stand der Technik keine bildgebenden
Systeme oder Verfahren vor, die zur Verwendung bei der Betrachtung
der Umgebung des offenen Eingriffs geeignet sind. Auch beschreibt
der Stand der Technik keine Möglichkeiten zum Vergrößern
des Publikums bei offenen Operationen oder Verfahren zur Verbreitung
von Bildgebungsdaten oder Möglichkeiten zur Zusammenarbeit in
Reaktion auf Bildgebungsdaten.
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Kurze Darstellung der Erfindung
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Der
Erfindungsgegenstand überwindet Probleme des Standes der
Technik dadurch, dass er ein Kamerasystem und Verfahren mit den
folgenden Merkmalen allein oder in Kombination bereitstellt.
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In
bestimmter Hinsicht betrifft der Erfindungsgegenstand fest oder
abnehmbar angebrachte Kameras, die an einem Nicht-Einführungsteil
eines medizinischen Instruments angebracht sind, und Verfahren zu
ihrer Herstellung und Verwendung. Das medizinische Instrument kann
bei offenen Operationen eingesetzt werden. Die offene Operation
ist ein Verfahren der Chirurgie, bei dem ein Schnitt gelegt wird,
um eine direkte Betrachtung der Operationsstelle und einen direkten
Zugang dazu zu ermöglichen, ein Instrument in die Operationsstelle
eingeführt wird und eine Kamera, die an dem Instrument angebracht
ist oder in das Instrument eingebaut ist, verwendet wird, um zusätzlich
zu der direkten Betrachtung der Stelle durch den Chirurgen ein angezeigtes
Bild bereitzustellen. Gelegentlich verhindert die Strukturpathologie
eine direkte Visualisierung, und das einzige Mittel zum Betrachten
der Operationsstelle wäre über eine Kamera, die
an einem Instrument angebracht ist. Durch Platzieren der Kamera
an dem Instrument kann die interessierende Stelle deutlich und direkt
in Sicht bleiben, und diese Sicht wird nicht durch Krankenhauspersonal
oder Gegenstände versperrt. Dadurch gestattet der Erfindungsgegenstand
bessere Beurteilungen durch beartendes Personal, wie etwa Fachärzten
oder Chirurgen, oder eine bessere Schulung beispielsweise von Studenten
im Rahmen ihrer Ausbildung. Der Erfindungsgegenstand ist insofern
besonders vorteilhaft, als er die Teilnahme von Personen an fernen
Orten ermöglicht, die über ein Telekommunikations-
oder Datennetzwerk teilnehmen können.
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Es
liegen verschiedene Verfahren innerhalb des Umfangs und des Grundgedankens
des Erfindungsgegenstands. Beispielsweise betrifft bei einer möglichen
Ausführungsform der Erfindungsgegenstand ein bildgebendes
Verfahren bei offenen Operationen, das das Bereitstellen eines Instruments
mit einem zugehörigen bildgebenden System und das Erfassen
von Bildgebungsdaten mit einer Kamera und das Darstellen der Bildgebungsdaten
an einer Darstellungsvorrichtung, wie etwa einem Computermonitor
oder einem Fernsehgerät, oder über einen Drucker
umfasst.
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Bei
einer weiteren möglichen Ausführungsform betrifft
der Erfindungsgegenstand ein Verfahren zum Übertragen von
Bildgebungsdaten, das das Bereitstellen eines medizinischen Instruments
aufweist, wobei das Instrument einen distal angeordneten Arbeitsteil
zum Arbeiten bei einem chirurgischen oder medizinischen Eingriff
und einen proximal angeordneten Nicht-Arbeitsteil mit einem zugehörigen
bildgebenden System aufweist, wobei sich der Nicht-Arbeitsteil an
einem Teil des Instruments, der nicht eingeführt wird,
(Nicht-Einführungsteil) befindet.
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Bei
weiteren Ausführungsformen betrifft der Erfindungsgegenstand
eine kompakte Videokamera, die besonders dafür geeignet
ist, die Operationsstelle bei einer offenen Operation nah und ungehindert
zu betrachten. Die Kamera kann an einem Schaft eines chirurgischen
Instruments angebracht sein, um den Bereich eines Arbeitselements
an dem distalen Ende des Instruments abzubilden. Die Kamera kann
in sich abgeschlossen sein, sodass keine dazwischen befindliche
Faseroptik oder Modifikation des Instruments erforderlich ist, an
dem sie angebracht werden soll.
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Bei
einigen Ausführungsformen wird die Kamera unter Verwendung
von neuartigen Komponenten und Herstellungsverfahren hergestellt,
die eine geringe Größe, hohe Zuverlässigkeit
und niedrige Kosten ermöglichen. Zwar wird die Kamera nachstehend
unter besonderer Bezugnahme auf chirurgische Einsatzmöglichkeiten
beschrieben, aber die neuen Merkmale, die nachstehend beschrieben
werden, können ebenso bei Kameras und bildgebenden Systemen
für andere Zwecke implementiert werden.
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Bei
einer weiteren möglichen Ausführungsform betrifft
der Erfindungsgegenstand eine elektronische bildgebende Vorrichtung,
die Folgendes aufweist: ein Chassis mit einer darin ausgebildeten
offenen zylindrischen Nut; eine an dem Chassis angebrachte Bildsensoranordnung
mit einem elektronischen Bildsensor; mehrere Linsen, die an entsprechenden
Positionen so in die Nut eingepasst sind, dass sie ein Bild auf
dem Bildsensor erzeugen; und eine Abdeckung, die die Bildsensoranordnung
und die Linsen in dem Chassis abdeckt.
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Bei
einer weiteren möglichen Ausführungsform betrifft
der Erfindungsgegenstand ein Verfahren zur Herstellung einer Kamera
mit den Schritten: Bereitstellen eines Chassis mit einer darin ausgebildeten
offenen zylindrischen Nut; Montieren, in dem Chassis, einer Bildsensoranordnung
mit einem elektronischen Bildsensor; Einpassen mehrerer Linsen an entsprechenden
Positionen in die Nut so, dass sie ein Bild auf dem Bildsensor erzeugen;
und Abdecken der Bildsensoranordnung und der Linsen in dem Chassis
mit einer Abdeckung.
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Bei
einer weiteren möglichen Ausführungsform betrifft
der Erfindungsgegenstand eine Kamera für ein chirurgisches
Instrument, die Folgendes aufweist: ein Chassis mit einer darin
ausgebildeten offenen zylindrischen Nut; eine Bildsensoranordnung, die
einen elektronischen Bildsensor aufweist und in dem Chassis angeordnet
ist; mehrere Linsen, die an entsprechenden Positionen so in die
Nut eingepasst sind, dass sie ein Bild auf den Bildsensor richten;
und eine Abdeckung, die die Bildsensoranordnung und die Linsen in
dem Chassis abdeckt, wobei die Kamera Mittel zum Verbinden mit einem
Schaftteil eines vorgegebenen chirurgischen Instruments hat, das
einen distal angeordneten Arbeitsteil zum Arbeiten bei einem chirurgischen
oder medizinischen Eingriff und einen proximal angeordneten Nicht-Arbeitsteil
aufweist, der sich an einem Nicht-Einführungsteil des Instruments
befindet, und wobei das Chassis eine kompakte Gestalt hat, damit
es den Gebrauch des chirurgischen Instruments nicht wesentlich behindert,
wobei die Gestalt eine Länge, die nicht größer
als die Länge des Nicht-Arbeitsteils des chirurgischen
Instruments ist, und eine Breite oder einen Durchmesser hat, die/der
nicht größer als etwa das Dreifache der Breite
oder des Durchmessers des Schaftteils ist.
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Bei
den Ausführungsformen der Verfahren, Systeme und Vorrichtungen,
die hier beschrieben sind, können ein oder mehrere Abstandshalter
vorhanden sein, die in der Nut zwischen den Linsen angeordnet sind;
mindestens einer der Abstandshalter kann zusammen mit den Linsen
in die Nut eingepasst werden; einer der Abstandshalter kann eine
Stufe sein, die in die Nut integriert ist; die Nut kann halbzylindrisch
sein; die Bildsensoranordnung kann ein nichtleitendes Substrat aufweisen,
das eine Vorder- und eine Rückseite hat und durchgehende
Leitungen aufweist, die so in das Substrat eingeformt sind, dass sie
durch das Substrat von der Vorderseite zu der Rückseite
verlaufen, wobei der Bildsensor an der Vorderseite des Substrats
angebracht ist und mit den durchgehenden Leitungen an der Vorderseite
des Substrats elektrisch verbunden ist; die Verbindungsmittel können
ein Halter zum Befestigen der Kamera an dem Schaft sein; es kann
eine Festkörper-Lichtquelle zum Beleuchten einer Operationsstelle
vorhanden sein; der Bildsensor des bildgebenden Systems kann ein
CMOS- oder CCD-Bildsensor sein; und es kann eine Kommunikationsschnittstelle
zum Senden von Bildgebungsdaten an einen fernen Ort vorhanden sein.
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Diese
und weitere Ausführungsformen werden in der nachstehenden
detaillierten Beschreibung und den Figuren näher beschrieben.
Das Vorstehende soll keine erschöpfende Liste von Ausführungsformen
und Merkmalen des vorliegenden Erfindungsgegenstands sein. Fachleute
können weitere Ausführungsformen und Merkmale
aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit
den Zeichnungen erkennen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
folgenden Figuren zeigen Ausführungsformen entsprechend
dem Erfindungsgegenstand, wenn nicht angegeben ist, dass sie den
Stand der Technik zeigen.
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1 ist
eine bildliche schematische Darstellung eines Systems für
Operationen unter Verwendung eines Instruments für offene
Operationen mit einer integrierten kompakten Kamera.
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2 ist
eine bildliche schematische Darstellung einer Videokamera, die an
einem medizinischen Instrument angebracht ist.
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3 ist
eine bildliche schematische Darstellung einer Videokamera, die mit
einem medizinischen Instrument für offene Operationen verwendet werden
kann.
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4 ist
eine schematische transparente Darstellung der Videokamera von 3.
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5 ist
eine schematische Explosionsdarstellung der Videokamera von 3.
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6 ist
eine schematische Schnittansicht der Videokamera von 3.
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7 ist
eine schematische Explosionsdarstellung einer Videokamera nach einer
weiteren Ausführungsform des Erfindungsgegenstands.
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8 ist
eine schematische Schnittansicht der Videokamera von 7.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In
den 1 bis 8 sind typische Ausführungsformen
entsprechend dem Erfindungsgegenstand gezeigt.
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Allgemein
betrifft der Erfindungsgegenstand die Verwendung eines bildgebenden
Systems. Der hier verwendete Begriff „bildgebendes System"
bedeutet normalerweise ein optisches Objektivelement oder -elemente
und eine Vorrichtung, an der die Objektivoptik das Bild zum Aufnehmen überträgt.
Es gibt zahlreiche bekannte Kameras, die für bildgebende Systeme
typisch sind. Das in den Figuren dargestellte bildgebende System
ist ein elektronisches bildgebendes System, das eine Objektivlinse
und einen pixelierten elektronischen Bildsensor, wie etwa einen CCD-
oder CMOS-Sensor, aufweist.
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Das
bildgebende System kann ein Bild bei einer offenen Operation aufnehmen,
um zusätzliche Betrachtungsmöglichkeiten über
die beschränkte Betrachtung hinaus zu bieten, die in der
Regel nur dem operierenden Chirurgen möglich ist.
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Die
Kamera kann an eines der bei der Operation verwendeten Instrumente
so angebracht, in dieses eingebaut oder in anderer Weise mit diesem verbunden
werden, dass es ein technisches Verfahren, das mit dem Instrument
von einem Ende her durchgeführt wird, nicht verkompliziert,
und es einer Person in dem Operationssaal oder an einem fernen Ort
gestattet, den Arbeitsbereich aus einem anderen Winkel oder von
einem anderen Standpunkt auf einem Monitor oder über eine
andere Ausgabevorrichtung, wie etwa einen Drucker, zu sehen. Die
hierin verwendete Formulierung „Instrument, das mit einer Kamera
,assoziiert' ist", bedeutet ein Instrument mit einer Kamera, die
mit dem Instrument in einer abnehmbaren oder nicht-abnehmbaren Weise
physisch verbunden ist, wie etwa durch Befestigen oder Anbringen
der Kamera an oder in einem bekannten Instrument oder durch Herstellen
eines Instruments mit einer Kamera-Funktion, die an oder in das
Instrument integriert ist.
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Normalerweise
hat das Instrument, an dem das bildgebende System angebracht ist,
einen distal angeordneten Arbeitsteil zum Arbeiten bei einem chirurgischen
oder medizinischen Eingriff und einen proximal angeordneten Nicht-Arbeitsteil
mit einem zugehörigen bildgebenden System, wobei sich der Nicht-Arbeitsteil
an einem Nicht-Einführungsteil des Instruments befindet.
Der hier benutzte Begriff „Nicht-Einführungsteil"
ist ein Teil, der in der Regel über der Ebene einer Körperoberfläche
gehalten wird, aber bei einer großen Öffnung oder
Vertiefung unterhalb der Ebene kann der Nicht-Einführungsteil auch
unterhalb der Ebene der Körperoberfläche verwendet
werden, wenn diese Verwendung mit der offenen Operation vereinbar
ist.
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Die
Kamera kann mit einer Batterie konfiguriert sein oder mit einer
Fern-Stromquelle verbunden sein. Die Stromquelle kann die Gleiche
wie die sein, die mit einem medizinischen Instrument assoziiert
ist, an dem die Kamera angebracht ist oder das in anderer Weise
verwendet wird. Die Kamera kann mit einer Konfiguration zum drahtlosen
Senden von Bilddaten an einen Empfänger, wie etwa eine
Kamera-Steuereinheit (CCU), gestaltet sein, wobei diese Kommunikationsschnittstellen
Hardware- und/oder Software-Komponenten und -Protokolle umfassen,
wie sie Fachleuten bekannt sind.
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Bei
einigen Ausführungsformen können die Kamera und/oder
das Instrument medizinische Wegwerfartikel sein, also eine Kamera,
die für den Einmalgebrauch bestimmt ist. Der hier benutzte
Begriff „Kamera" bedeutet eine Videokamera oder ein Fotoapparat.
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Im
Allgemeinen können bekannte Kamerasysteme zur Verwendung
in dem Erfindungsgegenstand geeignet sein. Beispielhafte Kamerasysteme sind
in
WO 2006066022 ,
US 2006173242 und
US 20050250983 beschrieben,
deren Inhalt hiermit im Rahmen dieser Anmeldung vollumfänglich
als geoffenbart gilt. Weitere bekannte Systeme, die eine Form haben,
die zur Verwendung in dem hier beschriebenen Erfindungsgegenstand
geeignet ist, sind kapselförmige Endoskopkameras wie etwa
die, die in
US 2006253004 und
US 2006004256 beschrieben sind,
deren Inhalt hiermit im Rahmen dieser Anmeldung vollumfänglich
als geoffenbart gilt.
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Die
folgenden Abschnitte liefern Einzelheiten eines beispielhaften Kamerasystems
entsprechend dem Erfindungsgegenstand. Die Beispiele dienen einzig
und allein der Erläuterung und sollen den Schutzumfang
des Erfindungsgegenstands nicht beschränken, es sei denn,
darauf (sowie auf Entsprechungen) wird in einem Anspruch, der jetzt
oder künftig hier angefügt wird, ausdrücklich
hingewiesen.
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Die 1 und 2 stellen
ein System 10 für chirurgische Eingriffe nach
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch
dar. 1 zeigt einen Chirurgen 12, der einen
Patienten 14 in einer offenen Operation unter Verwendung
eines chirurgischen Instruments 21 operiert. 2 ist
eine bildliche Darstellung des Instruments 21, die eine
Miniaturkamera 20 zeigt, die an einem Schaft 22 des
Instruments angebracht ist. Der hier benutzte Begriff „Schaft"
bedeutet im Allgemeinen ein Teil des Instruments zwischen einem
proximalen Ende 23 des Instruments, das normalerweise von
dem Operateur gehalten wird, und einem Arbeitselement 25 an
dem distalen Ende. Der Schaft weist normalerweise eine längliche
Struktur proximal zu dem Arbeitselement auf. Der Schaft kann wie
in 2 zylindrisch sein, kann aber alternativ ein anderes
geeignetes Profil haben. Der Schaft selbst kann so gestaltet sein,
dass er Platz zum Aufnehmen einer Kamera bietet. Alternativ kann
die Kamera 20 an dem Schaft 22 mit geeigneten
Verbindungsmitteln, wie etwa einem Halter 27, oder alternativ
mit einer anderen geeigneten Befestigungsform befestigt werden,
wie etwa einer Schraube, Klebstoffen oder Klebstreifen, Schellen,
Haken-Ösen-Verbindungselementen (z. B. VelcoTM).
Die Befestigung kann so sein, dass die Kamera abgenommen werden
kann oder an anderen Instrumenten angebracht werden kann, oder sie
kann fest und im Wesentlichen dauerhaft sein.
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Die
Kamera 20 wird, wie in den Figuren zu sehen ist, so positioniert,
dass sie Bilder eines Bereichs in der Nähe des Arbeitselements 25 in
dem Körper des Patienten 14 aufnimmt. Die Kamera
kann eine Kommunikationsschnittstelle zum Kommunizieren mit fernen
Systemen haben. Beispielsweise überträgt ein Kabel 24 Signale
von der Kamera zu einer Videokonsolen- und Anzeigevorrichtung 16.
Normalerweise legt der Chirurg 12 während des
Gebrauchs des Instruments 21 bei einer offenen Operation
einen Schnitt in den Körper des Patienten, um einen direkten
Zugang zu der Operationsstelle zu haben. Der Chirurg führt über
den Schnitt das Arbeitselement 25 in den Körper
des Patienten ein, wobei er das proximale Ende 23 außerhalb
des Körpers hält, und verwendet das Arbeitselement
beim Operieren des Gewebes in dem Körper. Die Kamera 20 kann während
des Eingriffs außerhalb des Körpers bleiben. Am
Ende des Eingriffs verschließt der Chirurg den Schnitt.
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Im
Gegensatz zu endoskopischen Eingriffen bleibt das Arbeitselement 25 beim
offenen Eingriff für den Chirurgen während der
Operation direkt sichtbar. Andererseits können andere Mitglieder
des Operationsteams sowie Beobachter den Bereich des Arbeitselements
möglicherweise nicht sehen, da ihre Sicht durch den Chirurgen
selbst oder durch Gegenstände oder andere Personen versperrt
ist. Diese Teammitglieder sind nun in der Lage, die von der Kamera 20 aufgenommenen
Bilder in Echtzeit an der Anzeigevorrichtung 16 zu verfolgen.
Die Anzeigevorrichtung kann sich an einem von dem Patienten entfernten
Ort befinden, unter anderem an Orten in dem Operationssaal, die
nicht direkt an den Operationstisch angrenzen, sowie an Orten in
anderen Räumen oder Gebäuden.
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Zusätzlich
oder alternativ kann das Ausgangssignal der Kamera 20 über
ein Kommunikationsnetzwerk übertragen werden oder kann
einem Videorekorder oder einer anderen Videoverarbeitungsvorrichtung
(nicht dargestellt) zugeführt werden. Die von der Kamera
erzeugten Bilddaten können auf verschiedene Weise verwendet
werden, unter anderem zur medizinischen oder chirurgischen Ausbildung; Teilnahme
oder Mitarbeit an dem laufenden Eingriff oder an einem nachfolgenden
Eingriff an demselben Patienten; Prüfung der aufgezeichneten
Eingriffe; Editieren, Verbessern, Bildextraktion oder andere Modifikationen
der Bilddaten; Archivierung; und Gewährleistung der Einhaltung
von Regeln oder Grundsätzen, wie etwa bei Durchführungsvorlagen.
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Bei
offenen Operationen wird in der Regel ausreichend Licht von Deckenleuchten
und in einigen Fällen von der Stirnleuchte des Chirurgen
geworfen, damit die Kamera 20 deutliche Bilder ohne zusätzliche
Beleuchtung aufnehmen kann. Wahlweise kann die Kamera 20 auch
eine integrierte Lichtquelle, wie etwa eine geeignete Leuchtdiode
(LED), zum Beleuchten des betrachteten Bereichs aufweisen. Alternativ
kann eine gesonderte Lichtquelle an einem der Schäfte des
Instruments 21 angebracht werden. (Diese optionalen zusätzlichen
Lichtquellen sind in den Figuren nicht dargestellt.)
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Die 3 bis 6 zeigen
schematisch Einzelheiten der Kamera 20 nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine
bildliche Außenansicht der Kamera, während 4 einige
der inneren Elemente der Kamera in einer transparenten Darstellung
zeigt. 5 ist eine Explosionsdarstellung, und 6 ist
eine Schnittansicht in einer Vertikalebene, die die Linie VI-VI
von 3 enthält. Nebenbilder in 6 zeigen
außerdem vergrößerte Darstellungen bestimmter
Einzelheiten des Aufbaus der Kamera.
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Die
Komponenten der Kamera 20 sind in einem Gehäuse
untergebracht, das ein Chassis 26 aufweist, das mit einer
Abdeckung 28 abgedeckt ist. Beispielsweise kann für
die in 2 dargestellte Anwendung das Gehäuse
einen Außendurchmesser von ungefähr 5 mm und eine
Länge von 15 mm haben, aber in Abhängigkeit von
den Einsatzbedingungen sind auch kleinere oder größere
Abmessungen möglich. Das Chassis 26 enthält
eine Linsenanordnung 30, die ein Bild des interessierenden
Bereichs an einer Sensoranordnung 40 erzeugt. Die Sensoranordnung weist
einen elektronischen Bildsensor 44, wie etwa einen pixelierten
integrierten CCD- oder CMOS-Schaltkreis, auf, der ein Array 42 aus
Sensorelementen aufweist. Bei der in 2 gezeigten
Konfiguration kann die Linsenanordnung 30 ein Gesamtsehfeld
von etwa 60° im Objektraum bei einem Arbeitsabstand (Tiefe
des Felds) von 100 bis 250 mm haben, aber alternativ können
gegebenenfalls auch andere optische Konfigurationen verwendet werden.
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Die
Linsenanordnung 30 in diesem Beispiel weist Linsen 32, 34 und 36 auf.
Diese Linsen haben normalerweise einen Durchmesser von etwa 2 mm oder
weniger. Eine exakte Montage dieser kleinen Optik innerhalb der
zulässigen Toleranzen ist verständlicherweise
schwierig, wenn herkömmliche Montageverfahren verwendet
werden. Normalerweise sind eine sorgfältige Ausrichtung
und Prüfung erforderlich, um zu gewährleisten,
dass die Linsen richtig positioniert sind.
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Bei
der Kamera 20 weist jedoch das Chassis 26 zur
einfachen und exakten Montage einen Linsenhalter 52 auf,
der eine offene zylindrische Nut 58 zum Aufnehmen der Linsen
hat. In Verbindung mit der vorliegenden Patentanmeldung und in den
Ansprüchen bedeutet der Begriff „offene zylindrische
Nut" eine Nut, deren Innenfläche die Form eines Zylinders
hat, die aber in einem Winkel um nur einen Teil des Umfangs des
Zylinders verläuft, sodass auf einer Seite des Zylinders
eine Öffnung zum Einsetzen der Linsen zurückbleibt.
Die Nut kann vorzugsweise halbzylindrisch sein, wie in den Figuren
dargestellt. Die Nut ist genau so gestaltet und bemessen, dass sie
die Linsen aufnimmt. Der richtige Abstand zwischen den Linsen entsprechend
der optischen Konstruktion der Anordnung 30 wird mit Abstandshaltern 38 und 56 aufrechterhalten.
Diese Abstandshalter können gesonderte Komponenten sein,
wie etwa der Abstandshalter 38, die in die Nut 58 eingeführt
werden, oder sie können alternativ wie der Abstandshalter 56 in Form
einer Stufe in dem Nutdurchmesser in die Nut integriert werden.
Der Abstandshalter 56 erzeugt effektiv einen Schlitz 54 zum
Aufnehmen der Linse 32.
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Somit
ist alles, was zum Montieren der optischen Anordnung 30 in
der Kamera 20 notwendig ist, die Linse 32 in den
Schlitz 54 einzupassen und die Linsen 34 und 36,
die durch den Abstandshalter 38 getrennt werden, in die
Nut 58 hinter dem Abstandshalter 56 einzupassen.
Alternativ kann der Abstandshalter 38 durch einen fest
eingebauten stufenartigen Abstandshalter 56 ersetzt werden.
Der Linsenhalter 52 wird mit einer solchen Genauigkeit
hergestellt, dass die Linsen, nachdem sie auf diese Weise eingesetzt
worden sind, an den richtigen Positionen sind, ohne dass eine weitere
Ausrichtung oder Prüfung erforderlich ist. Die Linsen können
mit Klebstoff an diesen Positionen in dem Linsenhalter befestigt
werden. Wenn dann die Abdeckung 28 das Chassis 26 verschließt,
hält sie die Linsen sicher an der richtigen Stelle.
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Der
Bildsensor 44 wird auf ein nichtleitendes Substrat 46 montiert.
Um den Durchmesser der Kamera 20 zu minimieren, sollte
der Durchmesser des Substrats 46 möglichst klein
sein und dabei immer noch so viele durchgehende Leitungen 48 enthalten, dass
die erforderlichen Signale an den und von dem Sensor 44 übertragen
werden können. Aus diesem Grund halten es die Erfinder
für vorteilhaft, das Substrat 46 aus Glas herzustellen,
wobei die durchgehenden Leitungen 48 bei der Herstellung
des Substrats in das Glas eingeformt werden. Mit anderen Worten,
anstatt Löcher durch das Substrat zu bohren und die Löcher
dann mit Metall zu füllen, wie es bei auf dem Fachgebiet
bekannten Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten üblich
ist, werden die durchgehenden Leitungen 48 beim Formen
des Substrats 46 an der richtigen Position gehalten, sodass
kein nachfolgendes Bohren erforderlich ist. Dadurch können die
durchgehenden Leitungen einen kleineren Durchmesser, normalerweise
in der Größenordnung von 100 μm, haben
und können dicht nebeneinander angeordnet werden, ohne
die Festigkeit und Funktionstüchtigkeit des Substrats zu
gefährden.
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Um
eine Bildsensoranordnung 40 herzustellen, wird der Bildsensor 44 zur
Vorderseite des Substrats 26 ausgerichtet und dort beispielsweise
mit einem geeigneten Klebstoff fixiert. Der Bildsensor wird dann
mit den Leitungen 48 durch Bonden von Drähten 60 zwischen
Kontaktstellen (nicht dargestellt) an dem Sensor 44 und
vorderen Enden 50 der Leitungen 48 verbunden,
die normalerweise so abgeschnitten werden, dass sie geringfügig über
die Oberfläche des Substrats 46 überstehen.
Alternativ können Leiterplatten-Leiterbahnen (nicht dargestellt)
an der Vorderseite des Substrats ausgebildet werden, um den Sensor
mit den Leitungen 48 zu verbinden. Die hinteren Enden der
Leitungen 48 an der Rückseite des Substrats 46 werden
mit den entsprechenden Adern in dem Kabel 24 (2)
verbunden. Wahlweise können eine oder mehrere weitere Schaltkreiskomponenten 62 an
der Rückseite des Substrats angebracht werden und durch
Drahtbonden oder Leiterplatten-Leiterbahnen mit den Leitungen 48 verbunden
werden.
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Wie
in den 5 und 6 gezeigt, werden die Gestalt
und der Innendurchmesser des Chassis 26 so gewählt,
dass das Substrat 46 gut in das Chassis passt. Um die Montage
der Kamera 20 abzuschließen, wird die montierte
Sensoranordnung 40 in das Chassis eingebaut und wird so
ausgerichtet, dass die Linsenanordnung 30 ein fokussiertes
Bild auf das Array 42 wirft. Das Substrat wird dann an
der richtigen Position festgeklebt oder auf andere Weise befestigt,
und die Linsenanordnung und die Sensoranordnung werden mit der Abdeckung 28 verschlossen.
Zusätzlich kann der Halter 27 (2)
(an dem Chassis 26 oder der Abdeckung 28) angebracht
werden, und die Kamera ist einsatzbereit.
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Die
Verwendung eines Substrats mit eingeformten durchgehenden Leitungen
ist nicht nur zum Montieren von Bildsensoren vorteilhaft, sondern auch
zum Montieren aller Arten von Schaltkreiskomponenten in engen Räumen.
Vorstehend wird zwar das Substrat 46 als Substrat mit Glas
beschrieben, aber alternativ können zu diesem Zweck auch
andere Arten von nichtleitenden formbaren Materialien, wie etwa
bestimmte Kunststoffe, verwendet werden.
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Die 7 und 8 zeigen
eine Kamera 70 nach einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 7 ist eine
Explosionsdarstellung, während 8 eine Schnittansicht
ist, ähnlich den Darstellungen der Kamera 20,
die in den 5 und 6 gezeigt
sind. Die Kamera 70 weist ein Chassis 72 und eine
Abdeckung 74 sowie weitere optische und Bildabtastkomponenten
wie bei der Kamera 20 auf. Das Chassis 72 weist
jedoch einen Linsenhalter 76 auf, der eine glatte offene
zylindrische Nut ohne integrierte Abstandshalter enthält.
Stattdessen verwendet die optische Anordnung in der Kamera 70 einen
zusätzlichen Abstandshalter 78 zwischen den Linsen 32 und 34.
Diese Anordnung vereinfacht die Herstellung des Chassis 72 auf
Kosten einer etwas komplizierteren Montage der Kamera.
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Vorstehend
sind die Kameras 20 und 70 zwar unter besonderer
Berücksichtigung des chirurgischen Systems 10 und
des Instruments 21 beschrieben worden, aber die Grundsätze
der Gestaltung und Konstruktion dieser Kameras können gleichermaßen
bei anderen bildgebenden Anwendungen und insbesondere bei Anwendungen
verwendet werden, die eine kompakte Kamera erfordern. Ebenso können,
obwohl das in den 1 und 2 dargestellte
Verfahren der intraoperativen Videobildgebung für offene
Operationen unter besonderer Berücksichtigung der Kamera 20 beschrieben
worden ist, andere Typen von Miniatur-Videokameras genauso an dem
Schaft eines chirurgischen Instruments zum Zweck dieses Verfahrens
angebracht werden. Darüber hinaus ist das Instrument 21 einzig
und allein zur Veranschaulichung dargestellt, und Kameras können
in dieser Weise auch an anderen Arten von chirurgischen Instrumenten
angebracht werden.
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Bei
einer möglichen Ausführungsform betrifft der Erfindungsgegenstand
eine Kamera für ein chirurgisches Instrument, wobei die
Kamera eine kompakte Gestalt hat, damit sie den Gebrauch des chirurgischen
Instruments nicht wesentlich behindert. Diese Gestalt hat eine Länge,
die nicht größer als die Länge des Nicht-Arbeitsteils
des chirurgischen Instruments ist, mit dem die Kamera verbunden
ist, und eine Breite oder einen Durchmesser, die/der nicht größer
als das Dreifache der Breite oder des Durchmessers des Schaftteils
des Instruments ist, an dem die Kamera befestigt ist oder mit dem
sie auf andere Weise verbunden ist.
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Verwendungsverfahren
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Es
liegen verschiedene Verfahren innerhalb des Schutzumfangs und des
Grundgedankens des Erfindungsgegenstands. Beispielsweise betrifft
bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindungsgegenstand
ein Verfahren zur Bildgebung bei offenen Operationen, das das Bereitstellen
eines Instruments mit einem zugehörigen bildgebenden System
und das Erfassen von Bildgebungsdaten mit einer Kamera und das Darstellen
dieser Daten über eine normale Datenkommunikationsschnittstelle
an einer Darstellungsvorrichtung, wie etwa einem Computermonitor oder
einem Fernsehgerät, oder über einen Drucker umfasst.
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Bei
einer weiteren möglichen Ausführungsform betrifft
der Erfindungsgegenstand ein Verfahren für offene Operationen
mit den folgenden Schritten: Legen eines Schnitts bei einem Patienten,
um einen direkten Zugang zu einer Operationsstelle zu ermöglichen;
Einführen eines chirurgischen Instruments in die Operationsstelle,
wobei das chirurgische Instrument einen Gewebebehandlungsteil für
die Modifikation oder Manipulation von Gewebe an der Operationsstelle
und einen Nicht-Arbeitsteil proximal von dem Gewebebehandlungsteil
und ein mit dem Nicht-Arbeitsteil assoziiertes bildgebendes System aufweist;
Anzeigen eines von dem bildgebenden System erhaltenen Bilds der
Operationsstelle; Modifizieren oder Manipulieren des Gewebes an
der Operationsstelle mittels des chirurgischen Instruments; und
Verschließen des Schnitts bei dem Patienten am Ende des
Eingriffs. Die Schritte dieses und anderer Verfahren, die hier beschrieben
sind, brauchen nicht genau in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt zu
werden. Beispielsweise kann der Schritt des Anzeigens des Bilds
nach der Modifikation oder Manipulation des Gewebes sowie davor
ausgeführt werden.
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Bei
einer weiteren möglichen Ausführungsform betrifft
der Erfindungsgegenstand ein Verfahren für offene Operationen
mit den folgenden Schritten: Legen eines Schnitts bei einem Patienten,
um einen direkten Zugang zu einer Operationsstelle zu ermöglichen;
Einführen eines chirurgischen Instruments in die Operationsstelle,
wobei das chirurgische Instrument einen Gewebebehandlungsteil für
die Modifikation oder Manipulation von Gewebe an der Operationsstelle
und einen Nicht-Arbeitsteil proximal von dem Gewebebehandlungsteil
und ein mit dem Nicht-Arbeitsteil assoziiertes bildgebendes System aufweist;
Aufnehmen eines Bilds der Operationsstelle in Form von Bilddaten
unter Verwendung des bildgebenden Systems; Modifizieren oder Manipulieren des
Gewebes an der Operationsstelle mittels des chirurgischen Instruments;
und Verschließen des Schnitts bei dem Patienten am Ende
des Eingriffs.
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Bei
einer weiteren möglichen Ausführungsform betrifft
der Erfindungsgegenstand ein Verfahren zum Übertragen von
Bildgebungsdaten, das das Bereitstellen eines medizinischen Instruments,
wobei das Instrument einen distal angeordneten Arbeitsteil zum Arbeiten
bei einem chirurgischen oder medizinischen Eingriff und einen proximal
angeordneten Nicht-Arbeitsteil mit einem zugehörigen bildgebenden
System aufweist, wobei sich der Nicht-Arbeitsteil an einem Nicht-Einführungsteil
des Instruments befindet; und das Senden der Bildgebungsdaten an
einen von dem Operationstisch entfernten Ort aufweist, damit andere
Personen, die sich in einer Entfernung von dem unmittelbaren Bereich
des Operationstisches (oder einer anderen Plattform) befinden, sie
betrachten oder nutzen können. „In einer Entfernung
von dem unmittelbaren Bereich des Operationstisches" bedeutet im
Allgemeinen ein Bereich, der so weit von dem Operationstisch entfernt
ist, dass das Betrachten von Einzelheiten der Operationsstelle für
das bloße Auge erschwert oder unmöglich ist.
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Bei
den vorstehenden Ausführungsformen kann das bildgebende
System abnehmbar an dem Instrument angebracht sein; das bildgebende
System kann einen pixelierten bildgebenden Sensor, wie etwa einen
CCD- oder CMOS-Sensor, aufweisen; und/oder das Instrument kann eine
Festkörper-Lichtquelle, wie etwa eine LED, zum Beleuchten
einer interessierenden Stelle aufweisen.
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Bei
den vorstehenden Ausführungsformen können die
Daten, die aufgenommene Bilder darstellen, an eine Anzeigevorrichtung
gesendet werden und (z. B. auf einem Computer- oder Fernsehmonitor oder über
einen Drucker) im Wesentlichen in Echtzeit für eine oder
mehrere Personen in einer Entfernung vom Operationstisch für
den Patienten mit der interessierenden Operationsstelle dargestellt
werden; die eine oder mehreren Personen befinden sich nicht in dem
gleichen Raum wie der Patient; und/oder die Daten werden über
ein digitales Daten- oder Telekommunikationsnetzwerk übertragen.
Typische Beispiele für solche Netzwerke sind LANs, WANs,
Intranets und das Internet.
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Bei
den vorstehenden Ausführungsformen können die
Daten, die aufgenommene Bilder darstellen, auf ein Datenspeichermedium übertragen
werden, um sie bei Bedarf einem Betrachter zu zeigen.
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Bei
den vorstehenden Ausführungsformen können die
Daten für einen oder mehrere der folgenden Zwecke verwendet
werden: medizinische oder chirurgische Ausbildung; Teilnahme oder
Mitarbeit an dem laufenden Eingriff; Teilnahme oder Mitarbeit an einem
medizinischen Eingriff an demselben Patienten, der sich an den gerade
durchgeführten Eingriff anschließt; Modifikation
der Bildgebungsdaten, wie etwa Editieren, Verbesserungen oder Ableitungen; Archivierung
von Eingriffen; zur Einhaltung von geltenden Regeln oder Grundsätzen;
zur Verwendung bei Durchführungsvorlagen.
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Es
ist wohlverstanden, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
beispielhaft angegeben sind und dass die vorliegende Erfindung nicht
auf das beschränkt ist, was vorstehend detailliert dargestellt
und beschrieben worden ist. Vielmehr umfasst der Schutzumfang der
vorliegenden Erfindung sowohl Kombinationen als auch Teilkombinationen
der vorstehend beschriebenen Merkmale sowie deren Abwandlungen und
Modifikationen, die Fachleute beim Lesen der vorstehenden Beschreibung
erkennen werden und die nicht im Stand der Technik beschrieben sind.
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Der
Inhalt der gesamten hier angeführten Patent- und Nicht-Patentliteratur
wird hiermit im Wege der Bezugnahme in dieser Anmeldung vollumfänglich
aufgenommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4905670 [0004]
- - US 5667473 [0004]
- - US 5667478 [0004]
- - US 5735792 [0004]
- - WO 2006066022 [0035]
- - US 2006173242 [0035]
- - US 20050250983 [0035]
- - US 2006253004 [0035]
- - US 2006004256 [0035]