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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Navigation eines endoskopischen
Instruments bei der technischen Endoskopie, des Weiteren eine Vorrichtung
zur Bilddarstellung bei einem mittels Bildübertragung überwachten Instrument.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildaufnahme bei einem
mittels Bildübertragung überwachten
endoskopischen Instrument für technische
Untersuchungs- und Manipulationszwecke, bei dem der Arbeitsbereich
des endoskopischen Instruments über
eine Optik beobachtet und von einem Monitor angezeigt wird und die
Position und Aktion des endoskopischen Instruments über den
Monitor überwacht
werden, wobei das endoskopische Instrument abhängig von der Monitoranzeige,
der jeweiligen Position und vorgesehenen Aktion von einer motorisch
angetriebenen Einrichtung gehaltert und bewegt wird.
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Die
nächstkommende
Druckschrift
DE
10 2008 017 111 A1 befasst sich mit der Positions- und Bewegungsüberwachung
eines chirurgischen Instrumentes oder Objektes im Zuge einer bildgeführten medizinischen
Prozedur (mit z. B. einem endoskopischen Instrument) relativ zu
Bildern, die mittels CT, MR, PET, etc. gewonnen wurden. Es können z.
B. CT- und MR-erzeugte Bilder kombiniert werden. Die hinzugefügten (akquirierten)
Bilder können
z. B. den Verlauf großer
Gefäße wiedergeben
und informieren den Chirurgen über
ein Gewebe, bevor er in dieses einschneidet, so dass es z. B. nicht
dazu kommt, dass dabei ungewünscht
ein Gefäß mit geschnitten wird.
Es erfolgt zu diesem Zweck die Fusion (auch als Verknüpfung oder
Verschmelzung bezeichnet) der bildgeführten Prozedur mit einem anderen,
dem statischen Bildgebungssystem, das die akquirierten Bilder liefert.
Zur Überlagerung
werden ein Navigationskoordinatensystem und ein Bildkoordinatensystem
benötigt.
Das heißt,
es wird ein räumlicher
Abgleich mit einer digitalisierten anatomischen Karte oder einem
entsprechenden Modell durchgeführt. Die
Fusion kann zeitlich versetzt oder auch on-line erfolgen. Das on-line
erfasste Bild, genauer die Position des Objekts wird mit einer Abbildung
des interessierenden aktuellen Bereichs (akquirierte Bilder) in räumliche
Beziehung gesetzt. Dabei werden Sender und Empfänger die elektromagnetisch,
per Infrarotlicht, HF etc. ein Signal erzeugen, das eine räumliche Beziehung
zwischen Sender und Einfänger
und damit eine Positionsinformation liefert (vgl. dort den Text in
den Absätzen
0017 und 0018). Bei dem bekannten Navigationsverfahren dient die
Steuerungseinrichtung zur Lokalisierung des Objekts. Die Lage des
Objekts oder auch dessen Bewegung kann in Echtzeit in räumlicher
Beziehung zu der anatomischen Landkarte angezeigt werden.
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Die
DE 199 61 971 A1 offenbart
ein Verfahren zur automatischen Nachführung eines Endoskops und Verfolgung
eines chirurgischen Instruments, genauer, von dessen Instrumentenspitze.
Die Nachführung
und Verfolgung des Endoskops bzw. Instruments können durch Beobachtung mit
einer Kamera ganz automatisch ablaufen oder ausgeschaltet sein.
Das Ziel der Nachführung
und Verfolgung ist es, die Instrumentenspitze in einem definierten
zentralen Bereich des Bildes auf einem Original-Monitor zu halten,
der das Videobild zeigt. Auf einem MMI-Monitor wird der Status des
automatischen Trackings angezeigt. Eine Führung des Endoskops durch die
Bedienungsperson ist indirekt offenbart für den Fall, dass die automatische
Nachführung
ausgeschaltet ist.
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Bei
einem in der
DE 195
29 950 C1 beschriebenen Verfahren zur Nachführung eines
Stereo-Laparaskops für
die minimal-invasive Chirurgie wird das Stereo-Laparaskop mittels
eines Roboters bewegt. Der Roboterantrieb wird über ein im Operationsbereich
befindliches monitorüberwachtes
Operationsbesteck gesteuert, das zu seiner Lagebestimmung farblich
markiert ist. Das Operationsbesteck wird stets im Zentralbereich
des Überwachungsmonitors angezeigt.
Diese Darstellungsweise beruht auf der Annahme, dass die farblich
markierte Spitze des monitorüberwachten
Operationsbestecks auch dem Zentralbereich der gewünschten
Bilddarstellung entspricht. Der Ausschnitt der Bilddarstellung wird
so über
die zentrierte Darstellung einer Farbmarkierung mittels einer biokularen
Optik definiert.
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Aus
der
DE 10 2004
063 566 A1 ist ein Steuerungssystem mit einem Bilderzeuger
und einer Augenerfassungsverarbeitung bekannt, mittels dessen eine
Vorrichtung, z. B. eine Lichtquelle, ein- oder ausgeschaltet oder
umgeschaltet werden kann. Das Steuerungssystem kann auch beispielsweise
zum Umschalten der Polarisierung eines Fensters benutzt werden.
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In
der
DE 197 31 301
A1 wird eine Mikroskopsteuerung für den Einsatz bei Augenoperationen beschrieben,
bei der eine Blickrichtungsanalyse des Mikroskopbenutzers für die Ansteuerung
von Geräten
benutzt wird. In einem Okulartubus werden in einer Zwischenbildebene
Blickpositionsdaten des Betrachters auf das Arbeitsfeld gewonnen
und in einem Prozessor kalibriert, wobei die Mikroskopvergrößerung und
die Größe des Arbeitsfels
umgerechnet werden. Die resultierenden Daten werden an eine Steuereinheit übertragen.
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Die
DE 199 83 513 B4 betrifft
ein Verfahren für
das Auswählen
eines auf einem Bildschirm eines Computers dargestellten, sich bewegenden
grafischen Objektes, bei dem die Augenbewegungen des Benutzers überwacht
und mit der Objektbewegung verglichen werden. Der Computer bestimmt
die Funktion, die der Benutzer ausführen möchte, und führt sie dann aus. Es kann sich
dabei um bildschirmgesteuerte Rechenanwendungen oder um Anwendungen
für Personen
mit Behinderungen handeln, um diesen ohne oder mit minimalem Einsatz
der Hände
Zugang zu Computerresourcen zu verschaffen. Weitere Anwendungen
sind die Steuerung und Bedienung von Luft- und Bodenfahrzeugen,
z. B. von Sichtanzeigen in Flugzeugen, ferner in Überwachungszentren
und auch in Simulatoren und Unterhaltungssystemen.
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Die
WO 2008/066460 A1 offenbart
eine Steuerung mit einer Bilderfassungseinrichtung und einer an
diese angeschlossenen Verarbeitungseinheit. Diese liefert ein Augenpositionssignal
zur Steuerung einer Lichtquelle. Die
WO 2007/050029 A2 derselben
Anmelderin befasst sich mit der durch Eye-Tracking gesteuerten Interaktion
mit einem Computer, bei der über
ein grafisches Datenmanipulationsfeld auf dem Computermonitor mittels Eye-Tracking Befehle
eingegeben werden und im Computer weiterverarbeitet werden. Auf
diese Weise kann ein Cursor bewegt oder Dateneingabe durchgeführt werden,
z. B. Text geschrieben oder bearbeitet werden.
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Im
Bereich der Medizin und der Technik sind Anwendungen üblich, in
denen Objekte mittels flexibler und starrer Endoskope gespiegelt
werden. Neben der direkten Sicht wird über innenliegende Arbeitskanäle oder
zusätzliche,
vom Endoskop unabhängige, eingebrachte
Arbeitsaktuatoren eine weitergehende Untersuchung oder Manipulation
der zu untersuchenden Region erfolgen. Es befinden sich flexible, durch
Bowdenzüge
gelenkte Endoskope im Einsatz, die ein Bild des Arbeitsbereichs
bzw. Untersuchungsobjekts liefern. 2 zeigt
beispielhaft das distale Ende eines Videoendoskops 120 mit
abwinkelbarem Arbeitskanälen 122, 124,
Video-Optik und Objektiv 82, Kanal (84) hinsichtlich
Lichtleiter 42 für
die Beleuchtung, Düsen 126, 128 zur
Insufflation und Spülung
oder Objektivreinigung.
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Im
Bereich der Technik sind zerstörungsfreie Inspektion
und Messung (Non-destructive Testing) mittels starrer und flexibler
Endoskope sowie auch durch zusätzlich
eingebrachte Sonden unterschiedlichster Testverfahren aus der Motoren-
und Turbinentechnik, Luft- und Raumfahrt, Qualitätssicherung, Baugewerbe und
Konstruktion bekannt.
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Die
Betrachtung eines Objekts beim Arbeiten mit Endoskop erfolgt in
der Regel über
eine Bildwandlerkette mit Sichtanzeige. Dabei kann der Betrachter
unter Verwendung einer Datenübertragung räumlich weit
entfernt über
einen Bildwandler das zu untersuchende Objekt betrachten.
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Exemplarisch
sei dies an einem minimal-invasiven operativen Eingriff in der Medizin
beschrieben: Der Anwender, d. h. die Bedienungsperson des Endoskops,
betrachtet das mit einem bildaufnehmenden Endoskop gewonnene Bild,
das auf einem Monitor wiedergegeben wird, wobei das Endoskop entweder
durch den Anwender selbst, durch einen Kameraassistenten, ein Haltesystem
oder einen Operationsroboter oder vergleichbar stabilisiert und nachgeführt wird.
Der Monitor kann dabei in der Nähe des
Untersuchungsgebietes positioniert oder unter Verwendung einer Datenübertragung
weit entfernt vom Geschehen aufgestellt sein. Assistenten des Anwenders
unterstützen
diesen, indem sie Teil- oder Zusatzfunktionen
bei der Endoskopführung
oder bei der Betätigung
zusätzlicher
Manipulatoren übernehmen,
um komplexe Arbeiten und Anwendungen durchführen zu können. Dies geschieht häufig rein manuell,
z. B. durch eine Assistenzperson. Die Assistenten arbeiten auf Aufforderung
oder selbstständig. Ermüdung, Konzentrations-
oder Kommunikationsprobleme können
dabei die Interaktion der Anwender erheblich behindern mit entsprechenden
Störungen des
Aktionsablaufes.
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Es
gibt unterschiedliche Systeme, die das Verstellen, Bewegen, Positionieren
und auch das Halten der gewünschten
Endposition des Endoskopes oder der Zusatzinstrumente bzw. Arbeitswerkzeuge
ermöglichen.
Diese werden entweder direkt manuell bewegt oder per Befehlseingabe
gesteuert, motorisch angetrieben. Zur Befehlseingabe bekannt sind
z. B. Tasten, Joystick, Bedienpad, oder auch Sprachsteuerung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Navigation
eines endoskopischen Instruments bei der technischen Endoskopie
zu schaffen, bei dem die Bilddarstellung, die zur Navigation im
Raum und zur Darstellung eines Untersuchungs- und Manipulationsbereichs
erforderlich ist, vorzugsweise auch zur Führung gesamt oder teilweise
automatisiert eines Teils des Instrumentariums genutzt wird, d.
h. die Darstellung des Untersuchungsraums nachzuführen oder
Instrumente oder Objekte zu bewegen, in Position zu bringen und
dort zu halten.
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Diese
Aufgabe ist durch die Erfindung bei einem Verfahren mit den Verfahrens-Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Erfindung ist des Weiteren auch eine Vorrichtung mit den
gegenständlichen
Merkmalen des Anspruchs 17 geschaffen worden, die zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendbar und auch bei medizinischen Applikationen einsetzbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gegenstand
der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Navigation eines endoskopischen
Instruments bei der technischen Endoskopie, bei dem das endoskopische
Instrument abhängig
von einer Anzeige, der jeweiligen Position und der vorgesehenen
Aktion bewegt wird. Die Augenbewegungen der Bedienungsperson bei
Beobachtung der Anzeige werden nach der Eye-Tracking-Methode erfasst
und zur Steuerung des endoskopischen Instruments und seiner Funktion
verwendet. Die Autofokuseinrichtung, die Vergrößerungseinstellung und/oder
die Abstandsmessung der Endoskopspitze zum beobachteten Objekt werden
mittels Eye-Tracking
ausgewählt und/oder
zugeschaltet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
dient zur Steuerung der Bildführung
und des endoskopischen Instruments durch den Anwender selbst. Das
heißt, der
Anwender betrachtet mittels Bildwandlerkette den Darstellungs- und
Arbeitsbereich oder ein Objekt, die auf einer Anzeige eines endoskopisch
erzeugten Bildes dargestellt sind. Die Augenbewegungen des Anwenders
werden bei der Betrachtung dieses Bildes automatisiert mittels Eye-Tracking verfolgt und
der Anwender kann mittels Eye-Tracking-Steuerung die Bilddarstellung und Endoskop-Navigation auf
die ihn interessierenden Ziele lenken.
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Zweckmäßig wird
bei einer bevorzugten Ausführungsvariante
des erfindungsgemäßen Verfahrens
für die
Bildaufnahme eine Kamera benutzt und über Eye-Tracking bewegt und/oder
ihre Einstellungen werden über
Eye-Tracking gesteuert. Im Falle eines flexiblen Videoendoskops
befindet sich das Kameraobjektiv in der flexiblen Endoskopspitze.
Die Bildaufnahme kann aber auch per Lichtleiter und nach diesem
angeordneter Kamera, CCD-Chip etc. erfolgen. Auch diese sollen mit
dem Begriff ”Kamera” miterfasst
sein. Mit der Kamera- bzw. Optiknachführung wird zugleich das endoskopische
Instrument bzw. dessen Spitze blickgesteuert der Augenbewegung nachgeführt, d.
h. vorgeschoben, zurückgezogen
und gegebenenfalls auch zur Seite verschwenkt. Vorteilhaft wird
die Bildaufnahme auf die Augenbewegung zentriert, d. h. die Hauptblickachse
ist auf den Arbeitsbereich bzw. das Objekt des Interesses gerichtet
und dieses befindet sich im wiedergegebenen Bild zentriert dargestellt.
Das Endoskop mit der bildgebenden Videokamera wird entsprechend
den Augenbewegungen des Anwenders so lange nachgeführt, bis
das angepeilte Objekt wieder im Zentrum des aufgenommenen und wiedergegebenen
Bildes liegt und die auf das Objekt des Interesses gerichteten Augen
des Anwenders bzw. die Blickachse wieder auf das Zentrum des Monitorbildes
gerichtet sind.
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Durch
die Anwendung der Eye-Tracking-Technologie ist es auf diese Weise
möglich, ohne
Zeitverzögerung
und Kommunikationsprobleme Endoskope und Zusatzinstrumente in direkter Kontrolle
der Fixation des Blickes eines Anwenders auf eine ”region
of interest” im
erzeugten Bild nachzuführen.
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Der
Betrachter kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens räumlich weit
entfernt vom betrachteten Objekt sein. Es ist bei Anwendung der
Endoskopie wie erwähnt
möglich,
Hohlräume, Oberflächen etc.
gegebenenfalls ganz aus der Ferne zu betrachten. Die Erfindung ermöglicht es
aber auch, in komplexen Eingriffen Zusatzinstrumente zu steuern.
An den betrachteten Objekten können
Tätigkeiten
so durchgeführt
oder Materialien und Gegenstände
eingebracht bzw. ortsständige
Dinge manipuliert oder verändert
werden, die sich an einem anderen Ort befinden. Hierzu gehören u. a.
Messsonden, insbesondere auch Tuben und andere Schläuche, Klappensysteme,
Clipverschlüsse
und andere Materialien.
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Es
kann zweckmäßig sein,
das Objektbild auf einem definierten Monitorbereich wiederzugeben,
der nicht zentral, sondern außermittig
im Monitorbild liegt, so dass es in diesem Fall zu einem Auseinanderfallen
von Bildaufnahmezentrum und Blickachse kommt. Das Objekt wird dann
in der Bildaufnahme exzentrisch erfasst und entsprechend exzentrisch
auf dem Monitor wiedergegeben. Auf diese Weise können im Bildaufnahmebereich
befindliche Applikatoren (Arbeitsinstrumente) etc. aufgenommen werden,
im Zentrum der Anzeige, d. h. dem Monitorbild, wiedergegeben werden
und hierdurch die Applikatoren gut beobachtet und/oder gehandhabt
werden. So wird bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt nicht
nur die Kamera gesteuert, sondern es werden auch einer oder mehrere Applikatoren
des endoskopischen Instruments mittels der Augenbewegungen gesteuert
gehaltert und nachgeführt.
Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, dass die Eye-Tracking-Steuerung
von der Steuerung des Bildes (Bildaufnahme und -nachführung) auf
ein beliebiges anderes Hilfsmittel umgeschaltet wird, z. B. zur
Instrumentennachführung,
zur Betätigung
des endoskopischen Instruments, auf einen Applikator, wobei dann
das andere Gerät
oder Instrument durch das Eye-Tracking gesteuert geführt und
betätigt
wird. Das heißt:
In diesem Fall wird zunächst
das Endoskop selbst durch Eye-Tracking gesteuert positioniert und
dann fixiert. Die Steuerung wird auf das Arbeitsinstrument umgeschaltet
und in der Folge dieser per Eye-Tracking positioniert und das betreffende
Instrument wird betätigt.
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Umgeschaltet
wird beispielsweise bei Erreichen der vorgesehenen Position des
endoskopischen Instruments, d. h. wenn auf dem Monitor das Objekt
des Interesses wie benötigt
wiedergegeben wird. Anschließend
können
die Position des endoskopischen Instruments und die Monitoranzeige
des betreffenden Arbeitsbereichs eingefroren werden. Das Eye-Tracking
kann dann zur Steuerung eines im Bildbereich befindlichen Instruments
angewendet werden.
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Nach
dem Umschalten der Eye-Tracking-Funktion von einem Gerät zum nächsten und auch
dem Einfrieren einer erreichten Position ist dann das nicht mehr
vom Eye-Tracking geführte/gesteuerte
Instrument in seiner Position fixiert, als ob es von einer Assistenzperson
sicher gehalten würde. Probleme
der Kommunikation entfallen dabei, der Anwender hat damit die Möglichkeit,
sowohl die Endoskop/Bildführung
als auch einzelne Aktuatoren selbständig zu steuern. Sobald der
Bildbereich verändert
benötigt
wird, ist das Eye-Tracking-System wieder für die Bilddarstellung zu aktivieren
und die Kamera bzw. Beobachtungsoptik, wie vorstehend erläutert, zu
bewegen. Da für
jeweils eingefrorene Positionen, während dieses Zustandes, das
Eye-Tracking-System
ungenutzt ist, besteht die Möglichkeit, mit
dem System verschiedene Instrumente nacheinander alternativ zu steuern.
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Bei
dem zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
benutzten Eye-Tracking-System kann die zur Erfassung der Augenbewegungen
bzw. der Blickachse der Augen notwendige Kamera an einem Headset,
am Monitor oder an einem für
die Erfassung der Augenbewegungen geeigneten Ort plaziert sein.
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Bei
einer Verfahrensvariante wird vom bildaufnehmenden Endoskop eine
Führungsmarkierung projiziert,
die das Zentrum der Bildaufnahmeoptik und damit des aufgenommenen
Bildes markiert. Auf diese eine Führungsmarkierung, die im Normalfall
im Zentrum der Monitoranzeige angezeigt wird, fokussiert das Eye-Tracking. Als Führungsmarkierung
können
ein Lichtpunkt oder Lichtstrahl z. B. durch einen Laser-Pointer
verwendet werden, der in der Fokusachse des Videoobjektivs liegt.
Der Laserstrahl kann auch gleichzeitig zur Messung des Abstands – etwa mit
einem optischen Abstandsmesssystem – zwischen dem Optiksystem
und dem Beobachtungsgegenstand/Instrument bzw. dem betrachteten
Bereich und damit zur dreidimensionalen Navigation benutzt werden.
Per Eye-Tracking kann die Markierung und damit die Kamera bzw. der
Bildbereich verfahren werden.
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Bei
einer bevorzugten Verfahrensvariante wird das Eye-Tracking-Steuersignal
mit einstellbarer Trägheit
verarbeitet. Dies ermöglicht
es, das Steuersignal nachteilig beeinflussende Effekte wie das Augenflackern
(Nystagmus) zu kompensieren.
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Vorzugsweise
wird vorgesehen, dass die Autofokuseinrichtung, die Vergrößerungseinstellung und/oder
die Abstandsmessung der Endoskopspitze zum beobachteten Objekt mittels
Eye-Tracking ausgewählt
und/oder zugeschaltet werden.
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Die
Befehlseingabe für
ein durch Eye-Tracking zu steuerndes Instrument, insbesondere die Auswahl
eines Instruments, die Umschaltung auf das Instrument oder Umschaltungen
der Instrumenteneinstellung, kann sprachgesteuert oder auch durch Bedienmittel,
insbesondere Joystick, Tasten, Bedienpad, durchgeführt werden.
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Beispielhaft
ergeben sich bei endoskopischen Untersuchungen und Manipulationen,
die von einer Bedienungsperson (Anwender) über den Bildschirm geführt erfolgen,
durch Eye-Tracking folgende Möglichkeiten:
- 1. Das bildaufnehmende Optiksystem kann, per Eye-Tracking
gesteuert, über
entsprechende Halterungs- und Führungseinheiten
positioniert werden. Über
Zusatzfunktionen kann definiert werden, dass die Blickerfassung
des Anwenders den betrachtenden Punkt/”region of interest” in die
Mitte des Bildbereichs rückt
und dieser somit mittig auf dem Monitor positioniert ist. Alternativ
kann der Ort des Interesses außerhalb
der Bildmitte liegen, d. h. er bleibt exzentrisch auf dem erzeugten Bild.
Die exzentrische Bilderfassung bietet sich an, wenn durch den Anwender
ein im Bildbereich befindliches Arbeitsmittel per Eye-Tracking gesteuert
werden soll. Die Kontrolle und Positionierung des Arbeitsmittels
in Bezug auf das im Bild exzentrische Objekt können so erleichtert werden.
- 2. Durch Umschalten der Steuerung von der Bild(nach)führung auf
ein Instrument oder ein anderes, zweites (oder drittes) Instrument
wird das Endoskop bzw. jeweils erste Instrument in seiner Position
fixiert. Das gewählte
Instrument kann ein beliebiges Hilfsmittel sein, das sich im Bildbereich des
Endoskops befindet und positioniert/manipuliert werden muss. Es
kann sich auch um zusätzliche
Untersuchungsinstrumente oder aber auch um Materialien oder Gegenstände handeln,
die über
Endoskope visualisiert und über
Eye-Tracking gesteuert in Höhlen
vorübergehend
oder permanent durch den Anwender kontrolliert eingebracht werden,
bzw. im Bereich der technischen Endoskopie um Untersuchungs- und
Manipulationstechniken im Sinne des Non-destructive Testing handeln.
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Der
Anwender kann per Eye-Tracking Abläufe direkt selbst steuern,
die bisher durch Assistenzpersonen erfolgten. Bei Teamarbeit mögliche Kommunikationsstörungen können vermieden
werden und ist kein oder weniger Assistenzpersonal nötig.
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Die
Erfindung wird im folgenden weiter anhand eines Ausführungsbeispiels
und der Zeichnungen beschrieben. Diese Darstellung dient lediglich
zu Veranschaulichungszwecken und soll die Erfindung nicht auf die
konkret angegebenen Merkmalskombinationen einschränken. Es
zeigen
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1 eine
schematische Ansicht eines Aufbaus für eine endoskopische Testung
und Manipulation unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine
schematische Teildarstellung des distalen Endes eines flexiblen
Endoskops und
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3 eine
schematische Darstellung des Kontrollkörpers des flexiblen Endoskops.
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Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand von 1 erläutert, die einen Endoskop-Arbeitsplatz
zeigt. Ein Anwender 2 steht in einem Untersuchungsraum 4,
in dem sich ein zu untersuchendes Objekt 6 befindet. Ein
mit verschiedenen Einrichtungen bestücktes Endoskop 8 und
ein dicht am Untersuchungsgegenstand dargestelltes Arbeitsinstrument 10 befinden
sich in Arbeitsposition an einem Arbeitsbereich und sind an einer
Halte- und Positioniereinrichtung 12, 14 angebracht,
die in Richtung von Pfeilen 16 bewegbar sind.
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Das
als Videoendoskop ausgeführte
Endoskop 8 wird im folgenden anhand von 2 und 3 mehr
im einzelnen beschrieben. Die Spitze des Endoskops 8 zeigt
zwei Kanäle 82, 84.
Der Kanal 82 enthält
ein nicht dargestelltes Videokabel und Objektiv mit Autofokus-Funktion
für die
Bildaufnahme. Im Kanal 84 befinden sich Lichtleitfasern
für die
Beleuchtung des Arbeits- bzw. Operationsbereichs 20 und
außerdem
Markierungseinrichtungen. Eine nicht dargestellte, z. B. projizierte,
Führungsmarkierung befindet
sich am Untersuchungsgegenstand (Objekt). Das Endoskop 8 umfasst
des weiteren zwei Arbeitskanäle 122, 124 und
eine Jet-Düse 126.
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An
dem in 3 dargestellten Kontrollkörper des flexiblen Endoskops
befinden sich die Betätigungsorgane
bzw. Anschlüsse
zu dessen Bedienung und Steuerung. Der Eye-Tracking-Antrieb 140, 142 ist
am Manipulationsende des Kontrollkörpers angeordnet und enthält eine
Rechts/Links- und Auf/Ab-Einheit. Eine Drucktaste 144 ist
für das
Umschalten zwischen manueller Steuerung und Eye-Tracking-Steuerung
vorgesehen. Funktionstasten 146, 148 sind für das Absaugen
bzw. Spülen
vorgesehen. Mittels Hebeln 150, 152 kann die Steuerung
auf/ab und rechts/links manuell durchgeführt werden. Mit 154 und 156 sind
Anschlüsse
zu Arbeitskanälen
bezeichnet.
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Die
Halte- und Positioniereinrichtung 12, 14 bzw.
deren Antrieb ist mit einer Steuerung 30 über Steuerleitungen 32, 34 für die Führung und
Positionierung des Endoskops 8 und dessen Betätigung verbunden.
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Das
Endoskop 8 ist über
eine Steuerleitung 38 mit einer Steuerungselektronik 36 verbunden. Eine
Kaltlichtquelle 40 ist über
Lichtleiter 42 mit dem Endoskop 8 bzw. dessen
Beleuchtungskanal 84 verbunden.
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Der
Anwender 2 blickt auf einen im gezeigten Ausführungsbeispiel über dem
Operationstisch aufgehängten
Monitor 18. Dieser zeigt ein Videobild des Operationsbereichs 20,
das über
eine Bildwandlerkette 86 vom Endoskop 8 geliefert
wird. Für
eine eventuelle Spracheingabe (Pfeil 44) und manuelle Eingabe
sind ein Audioeingang 46 und ein Eingabefeld 48 an
der Steuerzentrale vorgesehen, die auch die weiteren Steuereinheiten 30, 36, 40, 72 enthält. Die
Bewegungen des Endoskops 8 werden in der Regel jedoch nicht
manuell, sondern mittels Eye-Tracking gesteuert und durchgeführt. Zu
diesem Zweck befinden sich unterhalb des Monitors 18 eine Eye-Tracking-Beobachtungseinheit 60 mit
einer Infrarot-Lichtquelle 62 und einer Videokamera 64,
die auf die Augen 22 des Anwenders 2 gerichtet
sind (Pfeile 66, 68) als Teil eines handelsüblichen Eye-Tracking-Systems.
Der Anwender 2 beobachtet den dargestellten Bereich 20 auf
dem Monitor 18 (Pfeil 70), und die Videokamera 64 beobachtet
die Augenbewegungen, wobei die Auswertung in einem über eine
Steuerleitung 71 verbundenen Rechner der Eye-Tracking-Steuerung 72 erfolgt,
deren Ausgangssteuersignale auf die Steuerung 30 der Halte-
und Positioniereinrichtung 12, 14 gegeben werden.
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Dieser
Aufbau ermöglicht
es dem Anwender 2, zumindest bei relativ einfachen Manipulationen ohne
Assistenzpersonal zu arbeiten. Bei aufwendigen Eingriffen, bei denen
z. B. bildaufnehmende Endoskope mit multiplen Arbeitskanälen verwendet werden,
ist es so auch nicht mehr nötig,
3 bis 4 Assistenzpersonen für
die Bedienung der verschiedenen Instrumente einzusetzen, deren Tätigkeiten
genau aufeinander und auf den Anwender abgestimmt werden müssen. Vielmehr
kann beispielsweise der Anwender bei erreichtem Zielobjekt über zwei
Kontrollräder
die Endoskopspitze (eines flexiblen Endoskops) bewegen und das Bild
einstellen, während
Assistenzpersonen über
Arbeitskanäle
Untersuchungsinstrumente, Scheren etc. vorschieben, zurückziehen, öffnen und
schließen,
etc. mit den entsprechenden Koordinationsproblemen mehrerer Personen, die
am selben Objekt arbeiten.
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Die
verschiedenen operativen Arbeitsschritte des Anwenders können von
diesem nacheinander unter Einsatz der Eye-Tracking-Steuerung durchgeführt werden,
während
die Positionen der gerade nicht benötigten Instrumente und Ansichten
eingefroren werden.
