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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”).
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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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DE 1 122 738 A offenbart eine Linsenfassung, die aus zwei im montierten Zustand eine geschlossen Einheit bildenden Teilen besteht, deren Schnittflächen parallel zur optischen Achse verlaufen, so dass in den Teilen senkrecht zur optischen Achse liegende Nuten für eine Aufnahme einer Linse gebildet werden.
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DE 102 52 446 A1 offenbart eine Kameravorrichtung bei welcher optische Elemente sowie eine Bildsensoranordnung an vorbestimmen Positionen in einem Chassis eingepasst sind.
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DE 103 44 768 B3 offenbart ein optisches Modul mit federndem Element zwischen einem Linsenhalter und einem Schaltungsträger und ein zugehöriges optisches System. Die Linsen sowie eine Blende sind so ausgebildet, dass sie innerhalb des Linsenhalters eine definierte Lage zueinander einnehmen.
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US 4,905,670 offenbart eine Vorrichtung zur Gebärmutterhalsendoskopie mit einer integrierten Videokamera. Die Kamera ist auf einem von zwei Zangenschenkeln befestigt, die zum Öffnen des Gebärmutterhalses bestimmt sind.
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Kurze Darstellung der Erfindung
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Der Erfindungsgegenstand überwindet Probleme des Standes der Technik dadurch, dass eine Kamera für ein chirurgisches Instrument gemäß Anspruch 1 bereitgestellt wird. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche
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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. 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.
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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.
