DE102010044502A1

DE102010044502A1 - Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop

Info

Publication number: DE102010044502A1
Application number: DE102010044502A
Authority: DE
Inventors: Herbert Stüttler; Ulrich Sander
Original assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Current assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2012-03-08
Also published as: JP2012058733A; US20120056996A1

Abstract

Ein Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop mit zumindest einer Lichtquelle zur Beleuchtung eines in situ Objekts, wobei zumindest eine Video-Aufnahmeeinheit (104a) zur Aufnahme eines Fluoreszenzbildes des Objekts vorgesehen ist, wobei die spektrale Empfindlichkeit der zumindest einen Video-Aufnahmeeinheit (104a) in zumindest einem Licht-Wellenlängen-Bereich einer zu erwartenden Sonderlichtstrahlung z. B. Fluoreszenzstrahlung eine höhere spektrale Empfindlichkeit als in anderen Licht-Wellenlängen-Bereich aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop zur Erkennung und Unterstützung der Behandlung von Arealen eines Objektes in einem Objektfeld, vorzugsweise umfassend:
eine erste Weisslicht-Operationsmikroskop-Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle, welche das Objektfeld wenigstens während des Operationsbetriebs mit Weisslicht und wahlweise während eines Beobachtungsbetriebs in einem Sonder-Licht-Wellenlängen-Bereich bestrahlt;
einen Beobachtungs-Strahlengang zur Führung des vom Objekt im Objektfeld abgestrahlten Lichts und wenigstens
einen stereoskopischen Video-Beobachtungs-Strahlengang, mit wenigstens einer ersten Beobachtungs-Filtereinrichtung im Video-Beobachtungs-Strahlengang, welche im Benutzungszustand in erster Linie im Emissions-Licht Wellenlängen-Bereich (im Falle von Fluoreszenztechnik: Fluoreszenz-Licht-Wellenlängen-Bereich) voll transparent und im Sonder-Licht-Wellenlängen-Bereich (im Falle von Fluoreszenztechnik: Anregungs-Lichtwellenlängen-Bereich) gegebenenfalls teiltransparent ist, wobei der stereoskopische Video-Beobachtungs-Strahlengang eine photoelektronische Videoaufnahme-Einheit aufweist, die mit einer Video-Wiedergabeeinheit gekoppelt ist, die Videobilder aus der Videoaufnahme-Einheit im Beobachtungs-Strahlengang einem Beobachter mittels Dateneinspiegelung darzustellen vermag.
Begriffsdefinitionen
Im Folgenden wird die Definition einiger wichtiger Begriffe und Funktionen erläutert.
Eine Weisslicht-Operationsmikroskop-Beleuchtungseinrichtung ist dem Fachmann bekannt, da sie in verschiedensten Operationsmikroskopen angewendet wird. Sie deckt jedenfalls das gesamte Spektrum des weissen Lichts ab, da sie in der Hauptsache zur Beleuchtung des Operationsfelds eingesetzt wird und dort während einer Operation in der Regel möglichst naturgetreu beleuchten soll. Selbstverständlich beinhaltet der unter dem Begriff Beleuchtungseinrichtung fallende Gegenstand auch wenigstens eine (einzige) Lichtquelle, ist darauf aber nicht eingeschränkt und kann auch mehrere Lichtquellen umfassen. Die Weislicht-Operationsmikroskop-Beleuchtungseinrichtung kann auch noch weitere Gegenstände, wie lichtleitende Bauteile, Schutzfilter (z. B. IR- oder UV-Filter o. dgl.) aufweisen. Für die Erfindung ist es dabei grundsätzlich nicht wesentlich, welche Beleuchtungseinrichtung verwendet wird. So kann die Erfindung beispielsweise auch mit normaler Operationssaal-Beleuchtung funktionieren, im Extremfall sogar bei Tageslicht. Aus diesem Grund ist es für die Erfindung nicht zwingend, aber in der Regel anzunehmen, dass das Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop eine eigene Operationsmikroskop-Beleuchtungseinrichtung aufweist. In der Regel wird eine solche Beleuchtungseinrichtung jedoch vorhanden sein, um auch normale – nicht sonderbeleuchtungsgestützte, z. B. fluoreszenzgestützte und/oder nicht videogestützte Operationen durchführen zu können. Letztendlich zählt für die Erfindung die Tatsache, dass von irgend einer Stelle (die Natur eingeschlossen) Beleuchtungslicht auf ein Operationsfeld geliefert wird, so dass dieses beleuchtet und/oder zur Effekten z. B. zur Fluoreszenz angeregt wird.
Unter Sonder-Lichtwellenlängen-Bereich wird ein Lichtwellenlängen-Bereich verstanden, der spezielle Beobachtungs-Effekte an einem Objekt im Objektfeld hervorruft; das kann insbesondere Fluoreszenz, Autofluoreszenz, stimulierte Emission und Falschfarbenbeleuchtung etc. sein. Die Sonderbeleuchtung muss auch nicht zwingend von der genannten Weisslicht-Operationsmikroskop-Beleuchtungseinrichtung stammen, sondern könnte im Rahmen der Erfindung auch von einer weiteren Lichtquelle bzw. Beleuchtungseinrichtung in an sich bekannter Art und Weise zur Verfügung gestellt werden.
Der Begriff „Abstrahlen” umfasst in dieser Anmeldung jeweils sowohl „Reflektieren”, wie auch „Emittieren” – letzteres im Falle von Fluoreszenz oder stimulierter Emission.
Das Licht der optionalen Beleuchtungseinrichtung liegt im Betriebszustand in einem regulierbaren spektralen Bereich, indem es über wenigstens einen wahlweise einbringbaren Arbeitsfilter (z. B. Beleuchtungsfilter oder Anregungsfilter für Fluoreszenzanregung) verfügt (zu den einschränkenden, konkretisierenden Begriffen „Arbeitsfilter” und „Anregungsfilter” sowie „Anregung” wird später ausgeführt) und gegen ein zu betrachtendes Objekt bzw. auf das Objektfeld richtbar ist. Video-Operations-Stereomikroskope, die z. B. als Fluoreszenz-Video-Operations-Stereomikroskope ausgebildet sind, bilden eine relativ neue Gattung von Operationsmikroskopen, die nach der Entwicklung von entsprechenden fluoreszenzerzeugenden Medikamenten in der jüngeren Vergangenheit geschaffen wurden (geht zurück auf etwa 1962 Kleinwasser Laryngoskopie von Kehlkopftumoren). Sie geben dem Operateur die Möglichkeit, Patienten bei bestimmten Operationen, wie Tumoroperationen oder angiographischen Eingriffen besser zu behandeln. Mithilfe der Fluoreszenzerscheinung werden im Objektfeld Körpergewebe sichtbarer gemacht, die bis anhin dem Operateur verborgen blieben, oder nur schlecht erkennbar waren.
Wie auch der erweiterte Gattungsbegriff Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskopie ausdrückt und wie jedem Fachmann völlig klar ist, müssen solche Operationsmikroskope somit sowohl mit einer Ausrüstung für die Operation wie auch mit einer Ausrüstung für die Sonderbeleuchtungsmikroskopie (im Falle der Fluoreszenztechnik: Fluoreszenzmikroskopie) sowie für die Stereomikroskopie ausgerüstet sein, damit sie geeignet sind, den Zwecken der Sonderbeleuchtungs-Operations-Stereomikroskopie zu dienen.
Diese Gattung von Video-Operations-Stereomikroskopen verlangt bestimmte – dem Fachmann bekannte Eigenschaften und Bestandteile des Mikroskops, die diese Eigenschaften ermöglichen. Die herkömmliche Fluoreszenzmikroskopie (existierte bereits lange vor der Schaffung von Fluoreszenz-Operations-Stereomikroskopen) kennt:
Eine Anregungs-Lichtquelle bzw. eine Anregungs-Beleuchtungseinrichtung (Früher z. B. häufig eine Quecksilberdampflampe), ein Anregungsfilter zur Verbesserung der Qualität des Anregungslichts (spektrale Ausfilterung von jenen Licht-Wellenlängen-Bereichen, die nicht oder nicht besonders gut zur Fluoreszenzanregung beitragen) und ein Sperrfilter oder Beobachtungsfilter im Beobachtungs-Strahlengang des Fluoreszenz-Operations-Stereomikroskops. Letzteres dient wiederum der mehr oder weniger starken Ausfilterung des Anregungslichts, da dieses ja grundsätzlich eher nicht oder wenig, die Emission der Fluoreszenzerscheinung jedoch so gut wie möglich gesehen werden soll. Je nach Art des Anregungslichts ist dieses u. U. bei längerer Einwirkung sogar schädlich für die Beobachteraugen (z. B. UV). Insbesondere dient das Beobachtungsfilter jedoch dazu, zu verhindern, dass das Anregungslicht die oftmals schwachen Fluoreszenzerscheinungen überstrahlt und derart die Qualität und vor allem die Intensität der Fluoreszenzbeobachtung beeinträchtigt. Deshalb wird das Beobachtungsfilter auch fallweise als Sperrfilter bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einer besonderen Ausführungsform eines solchen Operations-Stereomikroskops, das – jedoch nicht zwingend – ebenso für Fluoreszenzmikroskopie geeignet ist. Alternativ zur Fluoreszenzmikroskopie sollen im Rahmen der Erfindung mit Hilfe der Videotechnik insbesondere die Sonderbeleuchtungsdarstellungen (Sonderbeleuchtungs-Operationsmikroskopie), wie z. B. Falschfarbendarstellungen, spektralselektierte Kontrastdarstellungen usw. angewendet werden können. Dabei wird zusätzlich oder alternativ zum visuellen Beobachtungs-Strahlengang ein VideoBeobachtungs-Strahlengang vorgesehen, der beim Objektfeld beginnt und an einer Video-Aufnahmeeinheit endet. Diesbezüglich wird auf die 4 und zugehörige Figurenbeschreibung der Patentanmeldung der Anmelderin L239PDE/P3073 verwiesen, die einen solchen VideoBeobachtungs-Strahlengang symbolisch darstellt, wobei am Ende des Beobachtungs-Strahlengangs ein Sensor (11) angeordnet ist. Die Offenbarung der L239PDE/P3073 hinsichtlich ihrer 4 und der zugehörigen Figurenbeschreibung wird hiermit per Referenz eingefügt. Der in dieser 4 dargestellte Beobachtungs-Strahlengang entspricht einem VideoBeobachtungs-Strahlengang im Sinne der Erfindung insofern, als er in einer Bildebene mit einen Bildsensor (11) abgeschlossen ist. Zu beachten ist, dass bei der vorliegenden Erfindung ebenso wie bei der zitierten 4 ein stereoskopischer Strahlengang vorliegt mit zwei getrennten, in der Zeichenebene der erwähnten 4 sich überdeckenden, monoskopischen Strahlengängen. Das dort vorgesehene Beobachtungsfilter ist für die Anregungswellenlängen wenigstens teilweise transparent. Es wird dort somit jedenfalls nicht nur das Emissionslicht der Fluoreszenzerscheinung sondern auch vom Objekt im Objektfeld reflektiertes Anregungslicht im Beobachtungs-Strahlengang sichtbar. Das Beobachtungsfilter gemäss L239PDE/P3073 ist somit kein vollständiges Sperrfilter gegen Anregungslicht.
Diese besondere Ausführungsform eines Beobachtungsfilters dient dazu, dem Beobachter bzw. Chirurgen gleichzeitig nichtangeregtes, nicht fluoreszierendes Gewebe und angeregtes, fluoreszierendes Gewebe im Objektfeld sichtbar zu machen, so dass sich diese Gewebe gegeneinander farblich kontrastieren können, da die Fluoreszenzerscheinung (Emissionslicht) grundsätzlich eine andere Farbe (Lichtwellenlänge) hat wie das Anregungslicht. Bei den anderen Formen der Sonder-Beleuchtungs-Mikroskopie sind die hierin erwähnten Fluoreszenzerscheinungen und -mechanismen sinngemäss durch die jeweiligen Effekte der jeweiligen Sonderbeleuchtung gedanklich zu ersetzen.
Ein Arbeitsfilter (Anregungsfilter im Zusammenhang mit Fluoreszenz) ist ein Filter, das ausschliesslich oder hauptsächlich Sonderwellenlängen passieren lässt und bei Bedarf im Beleuchtungsstrahlengang (Bei Fluoreszenztechnik auch Anregungsstrahlengang bezeichnet) angeordnet wird, falls die Sonderbeobachtungserscheinung z. B. die Fluoreszenzerscheinungen angeregt bzw. optimiert werden sollen.
Ein Beobachtungsfilter ist (im Zusammenhang mit Fluoreszenz) ein Filter, das im Wesentlichen nur das von dem auf die Sonderbeleuchtung reagierenden Objekt (bei Fluoreszenz der fluoreszierenden Substanz/Gewebe) im Objektfeld abgestrahlte Licht (ist jeweils in einem deutlich anderen Licht-Wellenlängen-Bereich wie das Anregungslicht bei Fluoreszenz) transmittieren lässt und alle anderen Lichtwellenlängen absorbiert, so dass eine optimierte photoelektronische Umwandlung an den photoelektronischen Sensoren des Videochips im Bereich des Fluoreszenz-Emissionslichts der Fluoreszenzerscheinung ermöglicht wird. Es wird bei Bedarf unmittelbar vor dem Videochip oder in diesen integriert im Video-Beobachtungs-Strahlengang angeordnet. Es ist somit im Zusammenhang mit einem Videochip ein Filter, das im Wesentlichen nur das von dem sonderbeleuchteten Areal (z. B. von der fluoreszierenden Substanz/von dem fluoreszierenden Gewebe im Objektfeld abgestrahlte Licht (ist bei Fluoreszenz jeweils in einem deutlich anderen Licht-Wellenlängen-Bereich wie das Anregungslicht) transmittieren lässt und so eine optimierte Beobachtung der Sonderbeleuchtungs- bzw. Fluoreszenzerscheinung ermöglicht.
Ein Videochip umfasst photoelektronische Sensoren, die beim Auftreffen von Licht dieses in elektronische Bildsignale umwandeln, welche in einem Videoframe (elektronische geordnete räumlich reproduzierbare Gruppierung von Bildsignalen) zusammengefasst werden.
Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei einem Videoframe somit um eine elektronisch codierte einzige vollständige Aufnahme eines Bildes des Objektfeldes aus einer Serie von aufeinanderfolgenden Bildern.
Ein Beleuchtungsfilter ist ein Filter, das der Verbesserung des Beleuchtungslichts zum Zwecke der (Nichtsonder-, Nichtanregungs-)Beleuchtung eines Objektfelds dient. Beleuchtungsfilter sind im Gesamtkontext somit Filter, die gegebenenfalls das Umgekehrte wie ein Arbeitsfilter oder Anregungsfilter machen und aus einem Lichtspektrum z. B. jene Spektralbereiche herausfiltern oder abschwächen, die eher einer Sonderbeleuchtungs- oder Fluoreszenzanregung dienen und aufgrund der Auslegung der Beleuchtungseinrichtung überproportional zur Verfügung stehen, für die Beleuchtung selbst aber wenig beitragen oder sich dort störend auswirken könnten. Jedes Beleuchtungsfilter in jeder Beleuchtungseinrichtung dient schlussendlich der Optimierung des Beleuchtungslichts. Im gegenständlichen Fall können somit gegebenenfalls für den Operationsfall Beleuchtungsfilter vor die Beleuchtungseinrichtung bzw. vor die Lichtquelle gesetzt werden, während im Anregungsfall Anregungsfilter an deren Stelle treten. Ein typisches Beleuchtungsfilter ist beispielsweise ein Weisslicht-Beleuchtungsfilter (oft verkürzt angegeben mit: Weisslichtfilter). Es ist so ausgelegt, aus dem Gesamtspektrum des zur Verfügung stehenden Lichts aus der jeweiligen Beleuchtungseinrichtung möglichst weisses Licht (optimierte Mischung aller Spektralfarben bzw. Lichtwellenlängen) auf das Objektfeld durchzulassen. Ein Beleuchtungsfilter kann je nach Ausgestaltung des Fluoreszenz-Operations-Stereomikroskop entfernbar oder fix in im Beleuchtungsstrahlengang angeordnet sein. Umfasst die Beleuchtungseinrichtung beispielsweise zwei Lichtquellen, eine für Anregungslicht und eine für Weisslicht, so kann das Beleuchtungsfilter permanent vor der Weisslichtquelle angeordnet sein. Gibt es jedoch nur eine Lichtquelle, kann das Beleuchtungsfilter mit dem Anregungsfilter auch austauschbar sein. Nicht zu übersehen ist, dass auch im Falle des Einsatzes eines Beleuchtungsfilters (insbesondere für Weisslicht) das im Beleuchtungsstrahlengang befindliche Licht Fluoreszenz-Anregungswellenlängen enthält und dadurch allfällig vorhandene Photosensibilisatoren zur Fluoreszenz anregt. Ohne besondere Einrichtungen, nämlich Beobachtungsfilter, können diese Fluoreszenzerscheinungen in der Regel visuell nicht wahrgenommen werden, da sie vom im Objektfeld reflektierten Weisslicht deutlich überstrahlt werden. Dies deshalb, weil die Emissionslichtstärke der Fluoreszenzerscheinung deutlich niedriger ist, als die zur Fluoreszenzanregung erforderlichen Beleuchtungsstärke. Herkömmliche Fluoreszenz-Operations-Mikroskope sind somit auf Beobachtungsfilter angewiesen, um sinnvoll Fluoreszenzerscheinungen ausnutzen zu können.
Ein Fluoreszenz-Mikroskop ist somit ein Mikroskop, das zur Betrachtung von Fluoreszenzerscheinungen geeignet ist und dafür im Besonderen eine Anregungs-Lichtquelle bzw. eine Anregungs-Beleuchtungseinrichtung mit einem Anregungsfilter und ein Beobachtungsfilter im Strahlengang aufweist.
Ein Operationsmikroskop ist demgegenüber ein Mikroskop mit relativ geringer Vergrösserung, bei dem die stereoskopischen Strahlengänge ein dreidimensionales Bild erzeugen und mit einer Operationsmikroskop-Beleuchtung zur möglichst naturnahen, lichtstarken Beleuchtung (in der Regel Weisslicht) des Objektfelds.
Ein Stereomikroskop ist ein Mikroskop mit stereoskopischem Strahlengang vom Hauptobjektiv bis zu den Okularen. Es erlaubt dem Beobachter eine dreidimensionale Betrachtung des Objektfelds und somit das Erkennen von dreidimensionalen Strukturen. Im Zusammenhang mit der Video-Operationsmikroskopie umfasst dieser Begriff auch die dreidimensionale Darstellung oder Darstellbarkeit von im Video-Beobachtungs-Strahlengang dreidimensional aufgenommenen (ein linker und ein rechter Video-Beobachtungs-Strahlengang) Bildern auf einem dreidimensional darstellenden Stereodisplay.
Ein Videomikroskop ist demgegenüber ein Mikroskop, das ohne visuellen Strahlengang auskommen kann, da die bildliche Darstellung des Objektfelds für einen Benutzer auf einem Display erfolgt. Häufig sind Videomikroskope in Form von Videostrahlengängen bei herkömmlichen Operationsmikroskopen integriert, um zusätzliche Informationen zu gewinnen oder um mehreren Beobachtern gleichzeitig das Geschehen im Operationsfeld vorzuführen, oder auch nur um Operationsvorgänge aufzuzeichnen. Manche dieser bekannten Video-Operationsmikroskope dienen auch einem Feedback zur automatischen Ansteuerung des Operationsmikroskops oder zur besseren Information des Benutzers, indem dieser beispielsweise Bildinformationen aus dem Videomikroskop eingespiegelt erhält, die ihm bei der visuellen Beobachtung verborgen bleiben.
Es ist bekannt, dass herkömmliche CCD-Videochips beispielsweise ausgezeichnet auf IR-(Infrarot-)Licht reagieren, während das menschliche Auge Infrarot nicht wahrnehmen kann. Somit können beispielsweise Infrarotbildinformationen über die Aufnahmeeinheit des Videomikroskops aufgenommen werden und dem Benutzer über Bildeinspiegelung über Strahlenteiler alternativ oder überlagernd in den visuellen Beobachtungs-Strahlengang eingespiegelt werden. Die Bezeichnung „Video” umfasst im Rahmen der Erfindung alle erdenklichen Bildsignal-Techniken, die mittels photoelektronischer Umwandlung aus einem Strahlengang gewonnene Bildinformationen in elektronische Signale und aus diesen wieder (z. B. über ein Display) visuell wahrnehmbare Bildinformationen umwandeln. Es ist also nicht eingeschränkt auf die Videotechnik im Hinblick auf elektronische Film-Aufzeichnungstechnik sondern umfasst auch die statische Aufzeichnung von statischen Bildern (Fotos), aber auch nur die elektronische Aufzeichnung, Weiterverarbeitung und Darstellung von Teilbildinformationen mit den verschiedensten jeweils verfügbaren Bild/Film-Aufzeichnungstechnologien.
Die Art (Software/Hardware) der Weiterverarbeitung der elektronischen Bildsignale ist dabei für die Erfindung sekundär. Entscheidend für die Erfindung sind die Art der Aufnahme (Umwandlung von optischen Signalen in elektronische Signale) sowie gegebenenfalls die Darstellung (Umwandlung von elektronischen Signalen in optische Bildinformation) für den oder die Benutzer.
Unter Videochip ist im Sinne der Erfindung eine Bildaufnahmeeinheit bzw. Bildwandler-Chip in allgemeinster Form zu verstehen. Erfindungsgemäss entscheidend ist, dass damit ein visuelles Bildsignal in korrelierte elektronische Bildsignale umwandelbar ist, welche im Anschluss daran über ein Display wieder einem Benutzer dargestellt werden können.
Operations-Stereomikroskope umfassen oftmals – um einem Assistenten ebenso Informationen aus dem Objektfeld zur Verfügung zu stellen – über zusätzliche Beobachtungsstrahlengänge (Assistentenausgang), die entweder von dem vorhanden Beobachtungs-Strahlengang mittels Strahlenteiler, Spiegel oder Prismen abgezweigt sind, oder die über einen eigenen stereoskopischen Beobachtungs-Strahlengang verfügen, der z. B. in Bezug auf das Hauptobjektiv um dessen Mittelachse um 90° verdreht zum eigentlichen Beobachtungs-Strahlengang des Hauptbenutzers angeordnet sind. Derart sieht ein Assistent, was der Operateur macht – im zweiten Fall – sogar noch aus einer anderen – um 90° gedrehten – Perspektive wie der Hauptbeobachter bzw. Operateur. Oftmals ist der Assistentenausgang auch als Video-Beobachtungs-Strahlengang ausgebildet.
Oftmals haben sowohl der Hauptbeobachtungs-Strahlengang wie auch der Assistenten-Beobachtungs-Strahlengang über Strahlenteiler (Strahlenteiler, Prismen o. dgl.) die Möglichkeit, Informationen in den Beobachtungs-Strahlengang einzuspiegeln, um dem Hauptbeobachter und dem Assistenten zusätzliche Informationen zur Verfügung zu stellen, ohne dass diese den Blick vom Mikroskop nehmen müssen.
Unter Stereodisplay ist ein Display zu verstehen, dass einem Benutzer ein videotechnisch erzeugtes dreidimensionales Bild vermittelt. Das kann ein flaches zweidimensionales Display sein (z. B. ein LCD Display) mit vorgeschaltetem Linsenraster oder mit zeitmodulierter Stereodarstellung über eine Shutterbrille oder über eine farbcodierte 3-D-Darstellung. Es umfasst jedoch auch jene Vorrichtungen, die monoskopisch des rechte und linke Teilbild reproduzieren und z. B. in den Beobachtungs-Strahlengang des Operationsmikroskops einspiegeln oder das 3-D-Bild dem Benutzer in Headup-Displays oder in geteilten Displays (vgl. US-A1-2009/0190209 6) o. dgl. stereoskopisch darstellen.
Unter regulierbarem spektralen Bereich ist ein Bereich zu verstehen, der durch die Anregungsfilter und/oder durch die Beobachtungsfilter in seinen spektralen Eigenschaften eingeschränkt (und damit – je nach Wahl des Anregungsfilters und/oder Beobachtungsfilters und oder der Video-Aufnahmeeinheit – reguliert) werden kann. Zum einen durch die Auswahl und oder Aktivierung von Anregungsfiltern und/oder Beobachtungsfiltern und/oder Video-Aufnahmeeinheiten und zum anderen durch den Einsatz oder Aktivierung oder die Entfernung oder Deaktivierung dieser Filter bzw. Aufnahmeeinheiten.
Als Nachweis für die Bekanntheit obiger Tatsachen beim Fachmann dienen u. a. die erwähnten folgenden Dokumente: US-A-6,510,338 und DE-A-195 48 913 .
Die heute gebräuchlichen Standard-Fluoreszenzmikroskope arbeiten nach dem Auflichtprinzip. Das bedeutet, dass das Präparat von oben durch das Objektiv, das gleichzeitig als Kondensor fungiert, beleuchtet wird. Als Beleuchtungseinrichtung, welche die Anregungswellenlänge des gewählten Fluorochroms enthalten muss, werden heute meist Quecksilberhöchstdrucklampen zwischen 50 und 400 Watt Leistung oder entsprechend leistungsfähige Xenon-Leuchten verwendet. Diese liefern ein breites Spektrum von nutzbaren Wellenlängen zwischen 360 nm und 700 nm. Aus dem gesamten Beleuchtungsspektrum wird zuerst mittels eines Eingangsbandfilters (Anregungsfilters) die anregende Wellenlänge des gewählten Fluorochroms herausgefiltert. Die Anregungsstrahlung gelangt auf einen dichromatischen Strahlenteiler. Dieser reflektiert das Erregerlicht von kleiner Wellenlänge und ist gleichzeitig durchlässig für das längerwellige Licht der Emissionsstrahlung. Die Anregungsstrahlung gelangt durch das Objektiv auf das Präparat und regt das Fluorochrom an, welches daraufhin längerwelliges Licht emittiert. Dieses passiert den dichromatischen Strahlenteiler und trifft auf den Ausgangssperrfilter (Emissionsfilter). Dieser filtert die gewünschte Emissionswellenlänge des Fluorochroms, das eigentliche Fluoreszenzbild. Das Fluoreszenzbild kann entweder durch das Okular betrachtet oder mit einer Foto- oder Videokamera aufgezeichnet werden.
Die DE-A-102 52 313 ist ein Familienmitglied (Prioritätsanmeldung) zu der im Erteilungsverfahren zur EP-A-1 691 229 zitierten US-A-2004 152987 . Auch sie gibt das Fachwissen eines Fachmanns an hinsichtlich des Zusammenspiels von Anregung-Fluoreszenz und Beobachtung. Das Besondere dort ist, dass zur Kontrastanpassung dadurch bewerkstelligt wird, dass die Anregungsfilter modifiziert oder z. B. durch ein Flüssigkristallfilter in ihrer Transmission variiert werden.
Die US-A1-2009/0190209 beschreibt eine vereinfachte stereoskopische Aufnahmeeinheit mit einer vereinfachten stereoskopischen Bildwiedergabeeinheit. Ein einziger Videochip befindet sich in einer Bildebene und wird gleichzeitig mit dem stereoskopischen Mikroskopbild bestehend aus zwei parallel angeordneten stereoskopischen Teilbildern beaufschlagt. Das elektronische Bild wird als einziger Videoframe weiterverarbeitet und auf einem Display dargestellt. Auf diesem Display werden somit gleichzeitig das linke und rechte stereoskopische Teilbild widergegeben. Geeignete Okularstrahlengänge ermöglichen einem Beobachter die stereoskopische Beobachtung. Dieses bekannte System bietet keine Hilfestellung für die Beobachtung von Objekten unter Sonderbeleuchtung.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung bezieht und beschränkt sich zunächst auf eine Kombination aller dieser Mikroskop-Arten zu einem stereoskopischen und mikroskopischen Video-Strahlengang, der zum einen der Operation und zum anderen der Sonderbeleuchtungs-Beobachtung z. B. Fluoreszenzbeobachtung dient, weshalb die vorhandenen Filtereinrichtungen (z. B. Arbeits-, Anregungs- und Beobachtungsfilter bzw. die noch später angegebenen erfindungsgemässen Video-Aufnahmeeinheiten) bei solchen Operationsmikroskopen wahlweise einsetz- und/oder abschaltbar und/oder entfernbar sind.
Die Patentansprüche sind jedoch breit auszulegen, sodass auch andere Vergrösserungs-Vorrichtungen wie z. B. Endoskope oder Laparoskope darunter fallen, sofern sie für die Operation und für die Sonder-Beleuchtungsbeobachtung gleichermassen dienen und entsprechend einsetzbar sind.
Dem Fachmann ist die Wirkungsweise der Fluoreszenzmikroskopie und die Fluoreszenzwirkung am Gewebe bekannt (vgl. z. B. US-A-6,510,338 Spalte 1 Zeile 38–49 und 60–62) Er weiss auch über den grundsätzlichen Aufbau Bescheid, bei dem meistens eine Beleuchtungseinrichtung mit grosser Bandbreite (Weisslicht) eingesetzt wird, um grundsätzlich Licht im Fluoreszenzanregungsbereich zur Fluoreszenzanregung zur Verfügung zu stellen ( US-A-6,510,338 Spalte 2 Zeile 32–33 und Anspruch 1 Zeile 4–5 und Anspruch 4 Zeile 54–55). Dabei wird ein Filtersystem benutzt, das ein Anregungsfilter im Beleuchtungsstrahlengang und ein Beobachtungsfilter im Beobachtungs-Strahlengang einsetzt. Auch die Auswahl das Filter und deren Zweck in Kombination bzw. Relation zueinander sind dem Fachmann bekannt und in dieser Publikation US-A-6,510,338 wiedergegeben. Das Anregungsfilter lässt aus dem breitbandigen Licht der Beleuchtungseinrichtung nur jenes transmittieren und auf das Objektfeld gelangen, das dort die Fluoreszenz anregt. Das Beobachtungsfilter blockt dann wiederum das Anregungslicht und lässt in erster Linie nur das Licht der Fluoreszenzerscheinung passieren. (Alles alte Prinzipien der Fluoreszenzmikroskopie; US-A-6,510,338 Spalte 2 Zeile 38–49). Auch die Zeichnungen von US-A-6,510,338 und deren Figurenbeschreibung unterstützen diese Angaben ( US-A-6,510,338 Spalte 6 Zeile 4–9).
Auch DE-A-195 48 913 enthält ähnliche Angaben zur Fluoreszenzbeobachtung bzw. photodynamischen Diagnose (PDD) mit Weisslicht (wenigstens 370–780 nm), einem Anregungs-Filter im Beleuchtungsstrahlengang und einem Beobachtungsfilter im Beobachtungs-Strahlengang für das Fluoreszenzspektrum (vgl. DE-A-195 48 913 Abstrakt und Spalte 3 Zeile 3–14))
Die EP-A1-1 691 229 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung die aus zwei verschiedenen Beleuchtungseinrichtungen zusammengesetzt ist, die gemeinsam einzusetzen sind, um jeweils lichtverstärkend zu wirken. Da beide Beleuchtungseinrichtungen aber zur Verstärkung voneinander bei der Fluoreszenz Anregungsbeleuchtung eingesetzt werden sollen, ist geoffenbart, dass jener Spektralbereich des Lichtspektrums, den beide Beleuchtungseinrichtungen grundsätzlich und zwingend gemeinsam haben, der Fluoreszenz-Anregungsbereich ist. Die Bereichsbreite der beiden Spektralbereiche mögen und sollen gemäss der EP-A1-1 691 229 unterschiedlich sein, solange sie jedoch den Fluoreszenz-Anregungsbereich gemeinsam haben. Für Rotlichtfluoreszenz wird die zweite Beleuchtungseinrichtung daher bevorzugt optimiert im Bereich rotes bis IR-Licht abstrahlen für Blaulichtfluoreszenz wird gemäss diesem Stand der Technik die zweite Beleuchtungseinrichtung demgegenüber eher im Blaulichtbereich bis UV-spektral schwergewichtig sein, während die erste Beleuchtungseinrichtung für Weisslicht optimiert ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung tritt für solche Fluoreszenz-Video-Operations-Stereomikroskope jedoch noch eine erfinderische neue – weiter unten erläuterte dritte Kombinationsmöglichkeit auf, nämlich die Kombination einer blau-UV-optimierten Beleuchtungseinrichtung mit einer rot-NIR oder IR-optimierten Beleuchtungseinrichtung, die wenn sie gemeinsam betrieben werden gegebenenfalls mittels Beleuchtungsfilter zu einer optimierten Weisslicht-Beleuchtungseinrichtung kombinieren.
Für die erfindungsgemässe Auslegung der vorliegenden Patentanmeldung ist es vom Schutzbereich des Hauptanspruchs her offen und gleichermassen umfasst, unabhängig davon, ob das Licht aus einer Lichtquelle, einer Beleuchtungsquelle, aus einem Beleuchtungskörper, aus einer einzigen Beleuchtungseinrichtung oder aus mehreren Beleuchtungseinrichtungen stammt.
Die Erfindung betrifft ein Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop beispielsweise entsprechend jenem nach der US-A1-2009/0190209 , das jedoch im Unterschied zu diesem bekannten Gerät zur Erkennung und Unterstützung der Behandlung von bestimmten unter Weisslicht schlecht sichtbaren Arealen eines Objektfelds ausgerüstet ist. Es umfasst einen Video-Beobachtungs-Strahlengang, in dessen Bildebene – wie an sich bekannt – eine spektralsensitive (Farb-)Video-Aufnahmeeinheit angeordnet ist.
Auf dem Gebiet der Operationsmikroskopie wird es zunehmend notwendig, dem Chirurgen bzw. dem Benutzer präoperative Daten des Patienten im Beobachtungs-Strahlengang des Mikroskops sichtbar zu machen. Aber auch während der Operation werden laufend neue Diagnosedaten angefordert, da der Operationssitus sich gegebenenfalls ebenso laufend verändert. Hierzu zählen insbesondere MNR-Daten, deren Gewinnung während der Operation mit einem narkotisierten Patienten extrem schwierig ist. Ebenso wäre es beispielsweise bei der Anwendung der Fluoreszenztechnik wünschenswert, die Veränderung des Operationssitus nach durchgeführten Eingriffen laufend nachzukontrollieren.
Die Gewinnung von gewebediagnostischen Daten (Gewebeunterschiede hinsichtlich ihrer biologischen und oder optischen Eigenschaften) soll daher weitgehend mit optoelektronischen Methoden mit dem neuen Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop gewonnen und dem Operateur während der Operation ins Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop bzw. in seinen visuellen Beobachtungs-Strahlengang zur Diagnosebeurteilung eingespiegelt werden. In diesem Zusammenhang sind vor allem diagnostische Verfahren basierend auf Falschfarbendarstellungen oder Fluoreszenzdarstellung von Tumorgewebe bekannt geworden, wie oben angegeben. Ein derartiges Fluoreszenz-Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop ist beispielsweise aus der DE-A1-10 2005 005 984 bekannt geworden.
Die US-A1-2009/0190209 beschreibt ein Video-Operations-Stereomikroskop, das ein erstes binokulares Operations-Stereomikroskop mit einem visuellen Beobachtungs-Strahlengang mit Okularen und ein erstes Display umfasst, das räumlich relativ verstellbar zum binokularen Operation-Stereomikroskop beim Operations-Stereomikroskop angeordnet ist. Das Display umfasst einen binokularen Display-Beobachtungs-Strahlengang und ein einteiliges Display auf dem der linke Teil des Displays monoskopische Bilddaten aus einem stereoskopischen linken Beobachtungs-Teilstrahlengang darstellt, während der rechte Teil des Displays monoskopische Bilddaten aus einem stereoskopischen rechten Beobachtungs-Teilstrahlengang anzeigt. Diese Beobachtungs-Teilstrahlengänge werden durch eine stereoskopische Video-Aufnahmeeinheit in der Bildebene eines Video-Beobachtungs-Strahlengangs aufgenommen. Das Besondere an diesem Stand der Technik ist, dass zum einen der Video-Beobachtungs-Strahlengang (FL2, FR2) um 90° relativ zum visuellen Beobachtungs-Strahlengang (FL, FR) gedreht ist (vgl. 6 der US-A1-2009/0190209 ) und dass zum anderen sowohl der Videochip der stereoskopischen Aufnahmeeinheit, wie auch das erwähnte Display einteilig ausgebildet sind, so dass rechte und linke stereoskopische Teilbildinformationen gleichzeitig elektronisch verarbeitet werden und elektronisch die separate Behandlung von linken und rechten Teilstrahlengängen entfällt. Weder erfolgt die Bearbeitung der Videosignale somit – wie früher üblich – zeitsequentiell noch erfolgt sie farbcodiert und gleichzeitig auf dem selben Display integriert dargestellt. Sie erfolgt über ein einziges (monoskopisches) Video-Bildsignal indem die linke und rechte Bildebene des linken und rechten Video-Beobachtungs-Strahlengangs auf einem einzigen einteiligen Videochip räumlich getrennt nebeneinander abgebildet werden. Der Videochip der Video-Aufnahmeeinheit ist somit hinsichtlich des linken und rechten Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang einteilig aber so angeordnet, dass auf seiner linken Hälfte die linke Teil-Bildinformation und auf seiner rechten Hälfte die rechte Teil-Bildinformation aus dem Stereoskopischen Video-Beobachtungs-Strahlengang abgebildet werden. Dem entsprechend wird das 3-D-Bild auf dem einteiligen Display so dargestellt, dass das einzige elektronisch verfügbare Videosignal – nach allfälliger elektronischer Bearbeitung auf dem einteiligen Display dargestellt wird, so dass auch auf dem Display die linke Hälfte dem linken Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang und die rechte Hälfte dem rechten Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung bedient sich auch dieser 3-D-Aufnahme und Widergabe-Technik. Sie ist darauf jedoch nicht eingeschränkt. Insbesondere kann der Videochip in zwei Aufnahmechips aufgeteilt sein (einer für den rechten und einer für den linken Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang) und kann das Display wie an sich bekannt zweiteilig ausgebildet sein, so dass jedem Beobachter Auge ein eigenes – an sich monoskopisches – Display zugeordnet ist und dass sich erst aus der Zusammenschau der beiden monoskopischen Bilder vom Display für den Beobachter ein 3-D-Bild ergibt.
Herkömmliche diagnostische Verfahren, basierend auf Fluoreszenzdarstellung von Tumorgewebe, benötigen in Spektralbereichen um 400 nm oder um 800 nm sehr starke Beleuchtungsstärken, die häufig mittels zusätzliche Beleuchtungseinrichtungen, die in dem Spektralbereich von 400–800 nm den Patienten unnötig belasten und gegebenenfalls sogar schädigen könnten. Gegen diese Schädigungen müssen aufwändige Maßnahmen ergriffen werden.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, diese Anforderungen zu vereinfachen, und mit möglichst einfachen Mitteln in einem einschlägigen Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop zu realisieren.
Diese Aufgabe wird mit einem Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eine Video-Aufnahmeeinheit zur Aufnahme eines Bildes des Objektfelds und damit gegebenenfalls auch zur Aufnahme des mittels Sonderbeleuchtung erzeugten Bildes (z. B. Fluoreszenzbildes) des Objekts im Objektfeld vorgesehen ist, deren spektrale Empfindlichkeit in zumindest einem Licht-Wellenlängen-Bereich eines zu erwartenden Lichtes aus bzw. von dem Objektfeld (z. B. Emissions- oder Reflexionslicht (z. B. Fluoreszenz-Emissionsstrahlung und reflektierte Hintergrundstrahlung) eine höhere spektrale Empfindlichkeit als in anderen Licht-Wellenlängen-Bereich aufweist.
Erfindungsgemäß wird die spektrale Empfindlichkeit der Video-Aufnahmeeinheit, insbesondere einer Videokamera, bevorzugt einer Video-Stereokamera, entsprechend den gewünschten selektiven Spektralbereichen insbesondere entsprechend den Sonderbeleuchtungs-Bedingungen z. B. Fluoreszenzbedingungen für das rechte und linke Teilbild unterschiedlich ausgelegt. Mit dieser neuen erfindungsgemässen Video-Kameratechnologie, bei der mit einem einzigen Videochip mit unterschiedlichen Eigenschaften der rechten und linken Videochiphälfte werden die Nachteile des Stands der Technik beseitigt und ein einfaches Video-Operationsmikroskop geschaffen, das unter Ausnutzung spezifischer Beleuchtung (Sonderbeleuchtung) Areale im Objektfeld besonders gut sichtbar macht. Wie schon erwähnt kann in Abwandlung der Erfindung auch für jeden Teilstrahlengang ein eigener Videochip vorgesehen sein. Die erfindungsgemässe Bedingungen ist dann jedoch die, dass die beiden Videochips spektral unterschiedlich ausgelegt sind, um entsprechend der Sonderbeleuchtung und allfälligen spektralen Effekten im bzw. aus dem Objektfeld Rechnung zu tragen. Bevorzugt ist jedoch der einteilige Videochip, der in einem einzigen Videoframe sowohl das rechte wie auch das linke Teilbild aufnimmt.
Durch hohe Empfindlichkeit in bevorzugten Spektralbereichen kann man erfindungsgemäss die Lichtbelastung durch die Beleuchtungseinrichtung des Video-Operations-Stereomikroskops für den Patienten reduzieren. Insgesamt erlaubt die erfinderische Idee ohne aufwändige Zusatzeinrichtungen wie Diagnose- oder Messgeräte eine patientenschonende Darstellung und intraoperative Abgrenzung von krankhaftem Gewebe. Damit einhergehend wird der Energieverbrauch des erfindungsgemässen Video-Operations-Stereomikroskops gesenkt und somit auch die thermische Belastung im Umfeld des Video-Operations-Stereomikroskops gesenkt. Dies ist nicht nur für den Patienten sondern auch für den Chirurgen und das übrige OP-Personal von Vorteil.
Ganz abgesehen davon wird die Video-Aufnahmeeinheit bei entsprechender Auslegung in den jeweiligen gewünschten Licht-Wellenlängen-Bereichen zwischen UV und IR photosensibler als das menschliche Auge. Somit können auch Videoinformationen aufgenommen und beispielsweise über Falschfarben-Darstellungen dem Benutzer visualisiert werden, die ihm bis anhin verschlossen waren. Dies betrifft insbesondere Emissionserscheinungen im NIR/IR oder UV-(nahem)Bereich. Letztere sind für den Beobachter nicht nur schlecht sichtbar sondern u. U. auch schädlich und wurden daher bis anhin sogar absichtlich durch Filterung absorbiert – also unsichtbar gemacht.
Die Erfindung verbessert also auf vielfältige Art den Komfort und die Effizienz eines herkömmlichen Video-Operations-Stereomikroskops.
Zur Erzielung einer Kontrastverbesserung kann die Video-Aufnahmeeinheit zumindest einen Videochip, insbesondere einen CCD oder CMOS Videochip, aufweisen, dem zumindest im linken und/oder rechten Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang ein Beobachtungsfilter vorgeschaltet ist, um zumindest einen der Licht-Wellenlängen-Bereich der erwarteten Emissionsstrahlung, bei gleichzeitiger (Teil-)Absorption anderer Licht-Wellenlängen-Bereiche im wesentlichen ungeschwächt transmittieren zulassen.
Alternativ können die bei herkömmlichen Videochips vorgesehenen Filter entfernt werden, um diese in ihre ursprünglichen spektralen Empfindlichkeit voll auszunutzen.
Alternativ kann die Video-Aufnahmeeinheit zur Kontrastverbesserung auch zumindest einen Videochip aufweisen, insbesondere einen CCD oder CMOS Videochip, dessen spektrale Empfindlichkeit durch Dotierung in zumindest einem von der angeregten Stelle im Objektfeld emittierten Licht-Wellenlängen-Bereich gegenüber anderen Licht-Wellenlängen-Bereichen erhöht ist.
Um einem Assistenten und/oder einem Operateur Informationen über die sonderbeleuchtete z. B. fluoreszierende Stelle im Objektfeld zur Verfügung stellen zu können, kann ein von der Video-Aufnahmeeinheit aufgenommenes Bild – insbesondere der Fluoreszenzerscheinung – über einen Einspiegelungs-Strahlengang (Image Injection) in einen Assistenten-Beobachtungs-Strahlengang und/oder in den Haupt-Beobachtungs-Strahlengang des Video-Operations-Stereomikroskops einspiegelbar sein. Diese Einspiegelung kann dabei erfindungsgemäss in nur einen der Beobachtungs-Teil-Strahlengänge (rechts oder links) oder in beide monoskopisch oder stereoskopisch erfolgen. Die Einspiegelung kann gegebenenfalls für den einen Teil-Beobachtungs-Strahlengang (z. B. links) mit einer bestimmten Darstellung erfolgen (z. B. reine Emissionserscheinung im NIR-Lichtwellenlängen-Bereich) und für den anderen mit einer anderen bestimmten Darstellung (z. B. Emissionserscheinung im NIR-Lichtwellenlängen-Bereich kontrastiert mit blauem Anregungslicht).
Diese Art unterschiedlicher Darstellung kann einerseits durch entsprechende Beobachtungs-Filter im jeweiligen Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang bewerkstelligt werden, die bewirken, dass die unterschiedlichen Licht-Wellenlängen-Bereiche in den unterschiedlichen Teil-Beobachtungsstrahlengängen unterschiedlich aufgenommen werden. Sie könnten aber gegebenenfalls auch elektronisch ausgefiltert werden. Erfindungsgemäss entscheidend ist, dass der Videochip aufgrund seiner erhöhten spektralen Empfindlichkeit im entscheidenden Bereich eine optimale Aufnahme der in der Regel eher schwachen Bildsignale aus dem Objektfeld ermöglicht.
Um gleichzeitig unterschiedliche Darstellungen der interessierenden Stelle im Objektfeld zu ermöglichen, kann somit ein erster Teil-Bereich der Video-Aufnahmeeinheit eine höhere spektrale Empfindlichkeit in einem ersten, von der angeregten interessierenden Stelle im Objektfeld emittierten oder reflektierten Licht-Wellenlängen-Bereich haben und ein zweiter Bereich der Video-Aufnahmeeinheit kann eine höhere spektrale Empfindlichkeit in einem zweiten, von der angeregten interessierenden Stelle im Objektfeld emittierten oder reflektierten Licht-Wellenlängen-Bereich aufweisen, sodass die spektrale Empfindlichkeit des zweiten Bereiches der Video-Aufnahmeeinheit in einem zweiten von der angeregten interessierenden Stelle im Objektfeld emittierten Licht-Wellenlängen-Bereich gegenüber dem ersten Bereich der Video-Aufnahmeeinheit erhöht ist. Dies kann bevorzugt mit einem einzigen einteiligen Videochip realisiert sein oder wie herkömmlich können die stereoskopischen linken und der rechten Video-Teil-Beobachtungsstrahlengänge in ihren Bildebenen je einen monoskopischen Videochip mit den angegebenen unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten aufweisen. Entscheidend ist, bei diesem Ausführungsbeispiel, dass jedem Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang eine andere spektrale Empfindlichkeit zugeordnet wird, so dass die Beobachtung in jedem der Video-Teil-Strahlengänge zu jeweils unterschiedliche Bild/Farb-Informationen und oder unterschiedliche Intensitäten bestimmter Lichtwellenlängen-Bereiche führt. Beispielswiese könnte der Videochip im linke Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang eine hohe spektrale Empfindlichkeit im Blauen Bereich haben und daher z. B. blaues Reflexionslicht mit besonders starker Intensität vermag aufzunehmen (also beispielsweise auch schwaches Anregungslicht ein starkes Videosignal erzeugt. – in der Einspiegelung dem Beobachter also hell erscheint).
Demgegenüber könnte der Videochip im rechten Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang, beispielsweise eine besonders hohe Empfindlichkeit für rotes Emissionslicht aufweisen, sodass auch schwaches Fluoreszenzemissionslicht ein starkes Videosignal ergibt und die schwache Fluoreszenzerscheinung hell erscheint. Im Ergebnis würde ein Beobachter, dem man die Aufnahmen des oder der Videochips auf einem Display widergeben würde, in einem stereoskopischen Beobachtungs-Strahlengang sowohl eine gute Hintergrundbeleuchtung wie auch ein starkes Emissionslicht wahrnehmen, die beide zudem noch gut zueinander kontrastiert wären. Ähnlich vorteilhafte Effekte liessen sich mit der Erfindung mit verschiedensten Lichtwellenlängen-Bereichen erzielenden, wie z. B. in der IR oder UV-Beobachtung von Objektfeldern.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann jedoch auch derart gestaltet sein, dass innerhalb eines Teilbildes pixelweise unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten vorgesehen sind. So könnten die Pixel beispielsweise schachbrettartig aufgeteilt sein, wobei an den geraden Seiten jeweils benachbarte Pixel jeweils eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit aufweisen. Elektronisch könnte somit entsprechend dieser Weiterbildung der Erfindung mit einer einzigen Aufnahme (dann allerdings mit reduzierter Auflösung) sowohl in einem Lichtwellenlängen-Bereich wie auch in einem dazu unterschiedlichen Bereich eine besonders gute Lichtausbeute erzielt werden. Bei der Darstellung auf einem Display könnte somit nicht nur zwischen rechtem und linkem Teilbild unterschieden werden sondern auch noch innerhalb eines Teilbilds verschiedene spektrale Sensitivitäten zum Ausschlag kommen. Mit einem solchen Aufbau wäre es möglich, mit ein und derselben Vorrichtung stereoskopische Bilder hoher Lichtstärke bzw. Sensitivität in unterschiedlichen Spektralbereichen aufzunehmen und darzustellen. Ein solcher schachbrettartiger Aufbau mit unterschiedlichen Spektralsensibilitäten kann auch unabhängig von den übrigen geoffenbarten Merkmalen mit Vorteil bei anderen Anwendungen eingesetzt werden. Die diesbezügliche Offenbarung bietet somit Prioritätsschutz für einen solchen neuartigen Videochip. Der herkömmliche Aufbau von Farb-Videoaufnahmeeinheiten (RGB-Struktur) der Videochips mit den entsprechenden unterschiedlichen Farbsensibilitäten der einzelnen RGB-Pixel ist durch diesen neuartigen Videochip mangels Neuheit nicht umfasst. Erfindungsgemäss geht es um die erwähnten andere Spektralsensibilitäten im Sonderbeleuchtungsbereich bzw. im Emmissionslicht-Bereich, und nicht um jene, die bloss der herkömmlichen Farbaufnahme dienen.
Eine bevorzugte Bildwidergabe lässt sich dadurch erzielen, dass das Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop mittels einteiligem Display dazu eingerichtet ist, ein von dem ersten Bereich (z. B. linken Bereich) der Video-Aufnahmeeinheit aufgenommenes Bild und ein von dem zweiten Bereich (z. B. rechten Bereich) der Video-Aufnahmeeinheit aufgenommenes Bild gleichzeitig in zumindest einen visuellen Beobachtungsausgang einzuspiegeln – entweder stereoskopisch oder monoskopisch überlagert.
Eine räumliche Darstellung der aufgenommenen Fluoreszenzbilder lässt sich gemäss einer Ausbildung der Erfindung auf einfache Weise dadurch erzielen, dass die Video-Aufnahmeeinheit eine Videokamera mit einem einteiligen Videochip, dessen beide Hälften je einem Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang zugeordnet sind und ein ebenso einteiliges Display zur Wiedergabe eingesetzt wird, dessen linke und rechte Bildhälfte je einem linken bzw. rechten Beobachtungs-Strahlengang zugeordnet ist, oder das eine herkömmliche Video-Stereokamera mit erfindungsgemäss modifizierten Videochips als Aufnahmeeinheit dient und deren stereoskopisches Bild – wie an sich bekannt – in einem stereoskopischen Beobachtungs-Strahlengang eingespiegelt dargestellt wird oder auf einem 3-D-Display.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen wird im Folgenden anhand einiger nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche in den Zeichnungen symbolisch dargestellt sind. In diesen zeigen schematisch:
1 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Video-Operations-Stereomikroskops;
2 eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Video-Operations-Stereomikroskops und
3 eine Video-Aufnahmeeinheit samt Auswerteelektronik und Display des Video-Operations-Stereomikroskops aus 1 und 2 im Detail.
Das in 1 dargestellte erfindungsgemäße Video Operationsmikroskop 100 ist als Stereomikroskop ausgebildet und weist zwei Video-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b auf. Bei jeder der Video-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b kann es sich beispielsweise um eine CCD- oder CMOS-Kamera bzw. einen CCD- bzw. CMOS-Videochip o. dgl. handeln. Die spektrale Empfindlichkeit der Video-Aufnahmeeinheit bzw. des Videochips ist erfindungsgemäß auf einen bestimmten Spektralbereich bzw. auf bestimmte Wellenlängen ausgelegt, wie sie der erwarteten, von einer betrachteten sonderbeleuchteten und interessierenden Stelle im Objektfeld bzw. Objekt 1 z. B. hinsichtlich emittierter Fluoreszenzstrahlung entspricht. Die Anregung der interessierenden Stelle im Objektfeld 1 erfolgt gegebenenfalls mit einer hier nicht dargestellten an sich bekannten Beleuchtungseinrichtung oder auch einfach nur durch Umgebungslicht z. B. aus einer herkömmlichen OP-Leuchte.
Mittels der Video-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b ist eine Beobachtung von dem Objekt 1 nach entsprechender Beleuchtung oder Anregung möglich, wie im Folgenden erläutert wird.
Die von dem Objekt 1 ausgehenden Beobachtungsstrahlengänge 54, 56 treffen nach Durchlaufen des Hauptobjektivs 3 im Mikroskopgehäuse 2 auf Umlenkelemente 80 bzw. 82. Der Beobachtungs-Strahlengang 54 wird über das Umlenkelement 80, welches vorzugsweise als Prisma oder Spiegel ausgebildet ist, in die erste Video-Aufnahmeeinheit 20a geleitet. Zwischen Umlenkelement 80 und der Stereoaufnahmeeinheit 20a sind ein Strahlteilerelement 18 und ein abbildendes System 19 (der Einfachheit halber als eine Linse dargestellt) ausgebildet. Die Funktion des Strahlteilerelements 18 wird weiter unten erläutert.
In analoger Weise hierzu wird die zweite Video-Aufnahmeeinheit 20b durch den weiteren vom Objekt 1 ausgehenden Beobachtungs-Strahlengang 56, der mittels eines weiteren Umlenkelements 82 umgelenkt wird, beaufschlagt. Zwischen dem Umlenkelement 82, der ebenfalls bevorzugt als Prisma oder Spiegel ausgebildet ist, und der zweiten Video-Aufnahmeeinheit 20b kann ebenfalls ein abbildendes System (wiederum vereinfacht als Linse dargestellt) vorgesehen sein.
Die durch die beiden Video-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b erzeugten elektronischen Bilder können digitalisiert und über Leitungen 27a, 27b einem Computer 28 zugeführt werden, wo sie zu einem stereoskopischen, auf einem Display 30 darstellbaren 3-D-Bild verarbeitbar sind.
Handelt es sich dabei um einen einteiligen Videochip in der Videoaufnahme-Einheit, so ist die elektronische Signalverarbeitung denkbar einfach, weil die Elektronik das stereoskopische Bild als einen einzigen Videoframe erfasst. In diesem ist jeder Bildpunkt einem entsprechenden Bildpunkt in einem Display zugeordnet, so dass bei der Darstellung auf einem Display im Wesentlichen das Bild (rechtes und linkes Teilbild) aus der Bildebene vergrössert dargestellt wird.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Beobachtung über die Beobachtungsstrahlengänge 102, 104 des Mikroskops 100 kann der Beobachter 29 somit das zu beobachtende Objekt 1 an dem Display 30 stereoskopisch betrachten, sofern ihm ein stereoskopischer Blick auf das Display gestattet wird. Dies wird am einfachsten dadurch bewerkstelligt, dass – wie schon in der US-A1-2009/0190209 6 angegeben – ein stereoskopischer Beobachtungs-Strahlengang auf das Display gerichtet wird, so das dem linken Auge der linke Teil des Displays und dem rechten Auge der rechte Teil des Displays zugeordnet wird.
Alternativ oder zusätzlich zu dieser stereoskopischen Bildverarbeitung und Darstellung auf einem Display mittels Computer 28 können die durch die beiden Video-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b erzeugten Bilder auch direkt und unmittelbar in die Beobachtungsstrahlengänge 102, 104 eingespiegelt werden. Hierdurch ist eine Überlagerung der in den Beobachtungsstrahlengängen 102, 104 entstehenden Bilder mit den durch die Video-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b erzeugten Bildern möglich. Selbstverständlich kann über die gleiche Vorrichtung – wie an sich bekannt – auch anderes Bildmaterial, wie etwa aus dem Computer oder aus anderen Diagnoseeinheiten zur verbesserten Diagnose oder Therapie eingespiegelt werden.
Vorteilhafterweise erfolgt diese Überlagerung mittels Überlagerungseinrichtungen 6, 7, denen die jeweiligen Signale und Bilder der Video-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b über Leitungen 37a, 37b zugeführt werden. Diese Überlagerungseinrichtungen weisen jeweils eine Bildverarbeitungs-Einrichtung 6 und einen in den Beobachtungsstrahlengängen 102, 104 bzw. den Strahlengängen 50, 52 positionierten Strahlenteiler 7 auf. Die Bildverarbeitungs-Einrichtungen 6 weisen jeweils ein darstellendes Display auf, welche die jeweils abzubildenden Bilder über weitere abbildende Systeme 19 (wiederum symbolisch als eine Linse dargestellt) auf die Strahlenteiler 7 übertragen. Da diese Überlagerung vom Objektiv 1 bzw. Hauptobjektiv 3 aus gesehen hinter dem Zoom-System 4 erfolgt, muss in den Bildverarbeitungs-Einrichtungen 6 die tatsächliche Vergrößerung durch das Zoom-System berücksichtigt werden, welche die Strahlengänge 50, 52 erfahren. Zu diesem Zwecke weist das Zoom-System 4 Sensoren auf, welche die aktuelle Vergrößerung des Zoom-Systems erfassen und damit die Regelung der Bildverarbeitungs-Einrichtungen 6 beeinflussen.
In 1 erkennt man somit, dass die visuellen Teil-Beobachtungsstrahlengänge 50 und 52 bzw. die Video-Teil-Beobachtungsstrahlengänge 54 und 56 jeweils eine unterschiedliche Vergrösserung aufweisen können, da die Teil-Beobachtungsstrahlengänge 50 und 52 das Zoom 4 durchlaufen, die Video-Teil-Beobachtungsstrahlengänge 54 und 56 jedoch nicht. In den Überlagerungseinrichtungen 6, 7 können diese Strahlengänge bzw. aus diesen erzeugte Bilder dennoch einander von der Grösse her richtig überlagert werden, indem zweckmäßigerweise auch diese Vergrösserungsunterschiede in den Bildverarbeitungs-Einrichtungen 6 elektronisch oder durch eine entsprechende (vorzugsweise rechner-)gesteuerte Abbildungsoptik kompensiert werden.
In diesem Zusammenhang ergeben sich mehrere alternative Möglichkeiten: Es ist beispielsweise denkbar, die Winkel zwischen den Strahlengängen 50 und 54 bzw. 52 und 56 möglichst zu minimieren, um die Abstände zwischen den jeweiligen Umlenkelementen und den durch das Zoom-System 4 verlaufenden Strahlengängen 50, 52 zu minimieren. Zu diesem Zwecke können die Umlenkeinrichtungen 80, 82 auch senkrecht zu den durch das Zoom-System 4 verlaufenden Strahlengängen 50, 52 verschiebbar ausgebildet sein, wie durch die Doppelpfeile 80a, 82a angedeutet.
Es ist ebenfalls vorteilhaft möglich, die durch die Video-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b erzeugten Bilder unterhalb des Zoomsystems, d. h. also beispielsweise zwischen Hauptobjektiv 3 und Zoom-System 4, in die Strahlengänge 50, 52 einzuspiegeln. In diesem Fall kann auf einen rechnerischen Ausgleich der Vergrößerung des Zoom-Systems 4 verzichtet werden.
In 1 erkennt man ferner, dass die Beobachtungswinkel der Beobachtungsstrahlengänge 50 und 54 bzw. 52 und 56 jeweils unterschiedlich sind. Da in den Überlagerungseinrichtungen 6, 7 diese Strahlengänge bzw. aus diesen erzeugte Bilder einander überlagert werden, werden zweckmäßigerweise diese Winkeldifferenzen bzw. Lagedifferenzen dadurch kompensiert, dass die Spiegel 80, 82 entlang der Pfeile in die Position 90, 92 verschoben werden.
Eine weitere Möglichkeit der Positionierung von Umlenkelementen bzw. Strahlenteilereinrichtungen zur wahlweisen Beaufschlagung der Beobachtungsstrahlengänge 102, 104 und/oder der Video-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b ist in 1 gestrichelt dargestellt und mit 90, 92 bezeichnet.
Hierbei kann es sich um Strahlenteilerelemente 90, 92 handeln, die in die visuellen Beobachtungsstrahlengänge 102, 104 einsetzbar sind, um einen Video-Beobachtungs-Strahlengang durch die Beobachtungsstrahlengänge 102, 104 hindurch und/oder eine Beaufschlagung der Video-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b bereitzustellen. Die Strahlenteilerelemente 90, 92 sind beispielsweise als halbdurchlässige Spiegel ausgebildet, welche die Strahlengänge 50 bzw. 52 in Teilstrahlengänge durch das Zoom-System 4 bzw. die Video-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b aufteilt. Eine derartige Lösung hat gegenüber der Bereitstellung der Spiegel 80, 82 den Vorteil, dass der Beobachtungswinkel für die Strahlengänge durch das Zoom-System bzw. die Video-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b jeweils von Anfang an gleich ist.
Die Strahlenteilerelemente 90, 92 können ferner beispielsweise auch als Mikrospiegelarrays ausgebildet werden, deren einzelne Mikrospiegel so positionierbar sind, dass sowohl eine vollständige Reflektivität als auch eine vollständige Transmissivität der Strahlenteilerelemente 90, 92 einstellbar ist. Bei vollständiger Reflektivität werden die gesamten Strahlengänge 50, 52 in die jeweiligen StereoVideo-Aufnahmeeinheiten 20a, 20b abgelenkt. Bei vollkommener Transmissivität werden die Strahlengänge 50, 52 vollständig in das Zoom-System 4 und in die sich diesem anschließenden optischen Komponenten geleitet.
Die Strahlenteilerelemente 90, 92 können im Rahmen der Erfindung auch selbst so beschichtet sein, dass Sie – einem Beobachtungsfilter gleich – spektralselektiv wirken und beispielsweise für weisses Licht in einem relativ engen Lichtwellen-Bereich transmissiv sind und andererseits für UV und UV-nahe Lichtwellenlängen-Bereiche und/oder für NIR- oder IR-Bereiche reflektiv. Auf diese Art könnte die erfindungsgemässe hohe Sensitivität der Videochips bewerkstelligt sein, da sie dann praktisch nicht mit Weisslicht sondern ausschliesslich mit den UV und UV-nahe Lichtwellenlängen-Bereiche und/oder NIR- oder IR-Lichtwellenlängen-Bereiche beaufschlagt werden. Dementsprechend können sie auch für diese Licht-Wellenlängen-Bereiche optimiert ausgestaltet sein bzw. ist das Videosignal in diesen Lichtwellenlängen-Bereichen maximal.
Es ist ebenfalls denkbar, die Umlenkelemente 80, 82 sowie die Strahlenteilerelemente 90, 92 gemeinsam in einem Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop vorzusehen, und alternativ oder auch gleichzeitig zu verwenden.
In 2 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Video-Operations-Stereomikroskops 100a schematisch dargestellt. Der Hauptoperateur H blickt über zwei Okulare 101a, 101b direkt in die beiden visuellen Teil-Beobachtungsstrahlengänge des Video-Operations-Stereomikroskops 100a. Gleichzeitig nimmt eine Video-Aufnahmeeinheit mit einem einteiligen Videochip, dessen beide Hälften je einem Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang zugeordnet sind oder eine Video-Stereokamera K1, das stereoskopische Mikroskopbild auf. Hierbei können ein linker und ein rechter von der interessierenden Stelle im Objektfeld 1 ausgehender Objektstrahl OL, OR über Strahlteiler 102a, 102b und Umlenkspiegel 103a, 103b in zwei Eingänge K1a, K1b der Video-Aufnahmeeinheit K1 eingespiegelt werden.
Eine weitere Video-Aufnahmeeinheit, eine Videokamera mit einem einteiligen Videochip, dessen beide Hälften je einem Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang zugeordnet sind oder eine Video-Stereokamera K2, nimmt das um 90° gedrehte Mikroskopbild auf und stellt es dem Assistenten A zur Verfügung. Die Video-Aufnahmeeinheit K2 kann einen Videochip 104a aufweisen, dessen spektrale Empfindlichkeit entsprechend den Fluoreszenzbedingungen der interessierenden Stelle im Objektfeld 1 ausgelegt ist. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Video-Aufnahmeeinheit K1 und die Video-Aufnahmeeinheit K2 aber auch gleichartig ausgebildet sein können. Die über Umlenkspiegel auf die Video-Aufnahmeeinheit K2 umgelenkten Objektstrahlen OaL, OaR können auf dem Videochip 104a auf dem linken Teil 104aL und auf dem rechten Teil 104aR aufgenommen bzw. in elektronische Videosignale umgewandelt werden. Die von dem Videochip 104a aufgenommenen Videosignale können an eine Steuerung 105a weitergeleitet werden, welche gegebenenfalls eine Überarbeitung der auf dem linken 104aL bzw. rechten Teil 104aR des Videochips 104a aufgenommenen Bilder – die jedoch elektronisch zunächst als ein einziges Bild (bestehend aus zwei Hälften) weiterverarbeitet werden, durchführt. Die Daten der (überarbeiteten bzw. berechneten) Bilder können von der Steuerung 105a über eine Leitung 108a an ein Display 106a übertragen werden. Entsprechend den in dem linken 104aL und in dem rechten Teil 104aR des Videochips 104a aufgenommenen Bildern kann die Wiedergabe auf dem Display 106a für jedes Auge des Assistenten A in den Teilbereichen 106aL, 106aR des Displays 106a erfolgen. Der Assistent A kann die einzelnen Teilebereiche 106aL, 106aR des Displays 106a über das Okular 107a bzw. über die einzelnen Display-Beobachtungsstrahlengänge 107aL, 107bR des Okulars 107a einsehen.
Die spektrale Empfindlichkeit des Videochips 104a kann – wie schon oben angegeben – so ausgelegt werden, dass die Teile 104aL und 104bR beide gemeinsam für die nach einer Anregung der interessierenden Stelle im Objektfeld 1 als Emission erwartete bzw. mögliche Fluoreszenzstrahlung beispielsweise für 400 nm oder 800 nm ausgelegt werden.
Dies kann entweder durch entsprechende Filterung mittels Filter F1, F2 unmittelbar vor dem Videochip 104a oder durch spektralselektive Strahlenteiler – wie oben angegeben – geschehen oder durch besondere Dotierung des Videochips 104a selber, wobei gleichzeitig zur Kontrastverbesserung die Empfindlichkeit im nicht benötigten, visuellen Spektralbereich reduziert werden kann. CCD-Videochips selbst sind erfindungsgemäss einzusetzen, wenn sie für eine bestimmte Farbe empfindlich sind. Um die gewünschte spektrale Abstimmung verbessert zu erreichen, können daher zusätzlich entsprechende Beobachtungsfilter zwischen eine eventuell vorgesehenes Abbildungsoptik der Video-Aufnahmeeinheit und dem CCD-Videochip der Video-Aufnahmeeinheit 104a eingebaut werden. Alternativ zur Verwendung von Beobachtungsfiltern kann die gewünschte spektrale Empfindlichkeit, wie bereits oben erwähnt, auch durch eine an sich bekannte entsprechende Dotierung des Videochips 104a erzielt werden, die gegebenenfalls sogar elektronisch veränderbar ausgerüstet sein kann. Der Fachmann für die Herstellung von Videochips kennt nach Kenntnis der Lehre dieser Erfindung Mittel und Wege, entsprechende Videochips herzustellen.
Weiterhin lässt sich gemäß 3 die gewünschte spektrale Empfindlichkeit der Video-Aufnahmeeinheit 104a so auslegen, dass z. B. Der Bereich 104aL für beispielsweise 400 nm und der Teil 104aR für beispielsweise 800 nm wirksam ist. Um unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten der Teile 104aL und 104aR zu realisieren, können auch zwei voneinander unabhängige CCD- bzw. CMOS-Videochips verwendet werden, denen entsprechende Filter vorgeschaltet sind und/oder die entsprechend unterschiedliche Dotierungen aufweisen. Vorteilhaft würde jedoch auch bei einem solchen Aufbau die beiden Videochips wie ein einziger ungeteilter Videochip ausgelesen werden oder wenigstens unmittelbar nach dem Auslesen in einen Videoframe integriert werden, so dass die nachfolgende Video-Datenverarbeitung vereinfacht und die Darstellung auf einem einteiligen Display ohne weitere Massnahmen problemlos möglich ist.
Mit einer unterschiedlichen spektralen Wirksamkeit der Video-Aufnahmeeinheit 104a lässt sich gleichzeitig eine 400 nm und 800 nm Darstellung erreichen und dem Operateur gleichzeitig oder wechselweise zu seinem visuellen Bild ins Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop einspiegeln. Dies wird in der speziell auf diese vorteilhafte Ausgestaltung ausgelegte Steuereinheit 105a – beispielsweise einen entsprechend programmierten Signalprozessor – erreicht. Somit hat man einerseits die Möglichkeit, beispielsweise ein stereoskopisches 400 nm oder beispielsweise ein stereoskopisches 800 nm Bilderpaar zu generieren oder gleichzeitig dem Beobachter pro Auge ein beispielsweise 400 nm oder beispielsweise 800 nm Bild zu zeigen. Durch entsprechende Schaltung im Modul 105a können zudem auf dem Display 106 sogenannte picture in picture Bilder, also beispielsweise 400 nm und beispielsweise 800 nm Bilder in einem Bildkanal L oder R erzeugt werden.
Die Daten der von der Stereo-Video-Aufnahmeeinheit aufgezeichneten Fluoreszenzstrahlung der interessierenden Stelle im Objektfeld werden in einer Datenverarbeitung aufbereitet und können bei Bedarf zusätzlich als Falschfarbenbild dem Operateur ins Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach bekannten Verfahren eingespiegelt werden, siehe 1.
An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, dass die genannten Spektralbereiche nur beispielhaft sind und natürlich auch in Abhängigkeit von der tatsächlichen Fluoreszenzerscheinung anders gewählt werden können.
Es ist bevozugt, dass die elektronische Bildverarbeitung an sich unsichtbare Lichtwellenlängen, die nun aufgrund der spektralen Empfindlichkeit der Videochips besonders gut aufgenommen werden können, mit Falschfarben darstellt. So könnte z. B. die 400 nm Farbe als 500 nm dargestellt werden und die 800 nm Farbe als 700 nm.
Weitere Ausbildungen und Details der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, die zusammen mit der Bezugszeichenliste und den Figuren zur Offenbarung der Beschreibungseinleitung beitragen.
Der Kern der Erfindung ist abschliessend darin zu sehen, dass anstelle von Bemühungen zur Verbesserung der Anregungsbeleuchtung durch spezielle Anregungsfilter, spezielle Beleuchtungseinrichtungen etc. jetzt mithilfe der erfindungsgemässen Videochips die Verbesserung auf der Aufnahmeseite erreicht wird.
Selbstverständlich ist die Erfindung dabei nicht darauf eingeschränkt, mit einfachen oder sogar ohne Beleuchtungseinrichtungen auszukommen, sondern kann vielmehr eine Verbindung guter Beleuchtungs- bzw. Anregungstechnologie zusammen mit der Erfindung zu noch weiter verbesserten Ergebnissen führen. Dabei wir ausdrücklich auf die Operations-Stereomikroskopie-Technologie der Anmelderin verwiesen, die unter den Bezeichnung FL400 und FL800 auf den Markt gebracht wurden. Ebenso wird ausdrücklich auf die Patentanmeldungen L239PDE/P3073 und die EP-A1-1 691 229 der Anmelderin verwiesen, deren Inhalt als per Referenz hier mitgeoffenbart gelten.
Ein erfindungsgemässes Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop ist wesentlich universeller einsetzbar, verbessert die Diagnosefähigkeit eines Chirurgen und dient letztlich der verbesserten Behandlung von Patienten. Neben herkömmlicher Fluoreszenz-Operationsmikroskopie-Techniken erlaubt es auch verbessert Autofluoreszenzen, Falschfarbendarstellungen etc. wahrzunehmen, benötigt weniger Sonderbeleuchtungs- oder Anregungslicht und erspart gegebenenfalls einen aufwendigen Sperrfilter im Beobachtungs-Strahlengang sowie gegebenenfalls aufwendige Anregungsfilter im Anregungs-Beleuchtungsstrahlengang. Durch hochempfindliche Videochips im IR-Bereich können damit auch selektiv für den rechten und linken Teil-Strahlengang bei monoskopischer Darstellung Thermostrahlungen des Gewebes erfasst werden, die bisher in einem Operationsmikroskop selbst nicht visualisiert werden konnten.
Indem bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Hälfte des Videochips wahlweise (schaltbar) unterschiedlich oder gleich empfindlich der anderen Chiphälfte ausgestaltbar ist, kann zwischen einer monoskopischen Betrachtung in einem Teilstrahlengang auf eine stereoskopische Betrachtung in beiden Teilstrahlengängen umgeschaltet werden.
Bei stereoskopischer Betrachtung eines bestimmten Objektortes ist zu beachten, dass bei unterschiedlicher spektraler Selektion der Videochip-Hälften die Bildinformationen von einem Beobachter stereoskopisch nicht wahrgenommen werden können. Deshalb zerfällt die an sich stereoskopische Bildinformation für den Beobachter in zwei monoskopische Teilbilder unterschiedlicher Farbe, so dass der Beobachter mit dem linken bzw. rechten Auge unterschiedliche monoskopische Bilder wahrnehmen kann. Dies kann für bestimmte Diagnosefragen von grosser Bedeutung sein. Wünscht er hingegen eine stereoskopische Sicht, so kann er erfindungsgemäss beide Teilstrahlengänge bzw. beide Chiphälften mit der spektral gleichen Eigenschaft belegen.
Bezugszeichenliste

1: Objekt
2: Mikroskopgehäuse
3: Hauptobjektiv
4: Zoom-System
6: Überlagerungseinrichtung
7: Überlagerungseinrichtung
18: Strahlenteilerelement
19: abbildendes System
20a: Video-Aufnahmeeinheit
20b: Video-Aufnahmeeinheit
27a: Leitung
27b: Leitung
28: Computer
29: Beobachter
30: Display (Monitor, ggf. 3-D)
37a: Leitung
37b: Leitung
50: Teil-Beobachtungs-Strahlengang
52: Teil-Beobachtungs-Strahlengang
54: Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang insbesondere für Fluoreszenz-Emissionsstrahlung
56: Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang insbesondere für Fluoreszenz-Emissionsstrahlung
80: Umlenkelement
82: Umlenkelement
90: Strahlenteilerelement
92: Strahlenteilerelement
100: Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop
100a: Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop
101a: Okular
101b: Okular
102: visueller Teil-Beobachtungs-Strahlengang
102a: Strahlteiler
102b: Strahlteiler
103a: Umlenkspiegel
103b: Umlenkspiegel
104: visueller Teil-Beobachtungs-Strahlengang
104a: Videochip
104aL: linker Teil
104aR: rechter Teil
105a: Steuerung
106a: Display
106aL: Teilbereich
106aR: Teilbereich
107a: Okular
107aL: Display-Beobachtungs-Strahlengang links
107aR: Display-Beobachtungs-Strahlengang rechts
108a: Leitung
OaR: Objektstrahl rechts
OaL: Objektstrahl links
A: Assistent
H: Hauptoperateur
K1: Videokamera mit einem einteiligen Videochip, dessen beide Hälften je einem Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang zugeordnet sind, oder Video-Stereokamera
K1a: Eingang rechts
K1b: Eingang links
K2: Videokamera mit einem einteiligen Videochip, dessen beide Hälften je einem Video-Teil-Beobachtungs-Strahlengang zugeordnet sind oder einer Video-Stereokamera
F1: Beobachtungsfilter
F2: Beobachtungsfilter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2009/0190209 A1 [0025, 0030, 0037, 0040, 0069]
US 6510338 A [0027, 0033, 0033, 0033, 0033, 0033, 0033]
DE 19548913 A [0027, 0034, 0034]
DE 10252313 A [0029]
EP 1691229 A [0029]
US 2004152987 A [0029]
EP 1691229 A1 [0035, 0035, 0092]
DE 102005005984 A1 [0039]
US 2009-0190209 A1 [0040]

Claims

Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop (100, 100a) zur Beobachtung eines Objekts, insbesondere zur Fluoreszenzbeobachtung eines Objekts (1) unter Sonderbeleuchtung, insbesondere aus einer Anregungs-Lichtquelle und mit wenigstens einem Video-Stereo-Beobachtungs-Strahlengang mit einem stereoskopischen Teilstrahlengangpaar aus zwei Teilstrahlengängen mit einer Videoaufnahme-Einheit (20a, 20b, K1, K2), dadurch gekennzeichnet, dass die Video-Aufnahmeeinheit (20a, 20b, K1, K2) zur Aufnahme eines stereoskopischen Videobildes wenigstens einen Videochip (104a) aus zwei Chiphälften umfasst, wobei jede Chiphälfte je einem anderen der Teilstrahlengänge zugeordnet ist und wobei die spektrale Empfindlichkeit in den beiden Chiphälften unterschiedlich ist und wobei jede Chiphälfte aus photoelektronischen Sensoren (Pixel) aufgebaut ist.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Chiphälfte in zumindest jenem Licht-Wellenlängen-Bereich einer zu erwartenden Sonderbeleuchtungsstrahlung insbesondere einer Emissionsstrahlung eine höhere spektrale Empfindlichkeit als in den anderen Licht-Wellenlängen-Bereichen aufweist.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsmodus einer oder beider Chiphälften gewechselt werden kann und beide Chiphälften auch im gleichen Betriebsmodus betrieben werden können.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop (100, 100a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Videochip (104a) der Video-Aufnahmeeinheit (20a, 20b, K1, K2) in einer Chiphälfte eine erhöhte spektrale Empfindlichkeit in allen Licht-Wellenlängen-Bereichen der zu erwartenden Emissionsstrahlungen aufweist, während seine spektrale Empfindlichkeit in den übrigen Licht-Wellenlängen-Bereichen reduziert ist.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die photoelektronischen Sensoren wenigstens einer Chiphälfte mit einstellbarer Sensorempfindlichkeit ausgerüstet sind.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Chiphälfte des Videochips (104a) der Video-Aufnahmeeinheit (20a, 20b, K1, K2), vorzugsweise als CCD oder CMOS Videochip ausgebildet ist, und dass ihm zumindest ein Beobachtungsfilter (F1, F2) oder ein spektralselektiver Strahlenteiler (90, 92) vorgeschaltet ist, um den zumindest einen Licht-Wellenlängen-Bereich der zu erwartenden Fluoreszenzstrahlung, bei gleichzeitiger Abschwächung der anderen Licht-Wellenlängen-Bereiche ungeschwächt auf die photoelektronischen Sensoren des Videochips (104a) durchzulassen.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Fluoreszenz-Beobachtungszustand die photoelektronischen Sensoren mit maximaler Sensorempfindlichkeit betreibbar sind.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Videochip (104a) der Video-Aufnahmeeinheit (20a, 20b, K1, K2) vorzugsweise als CCD oder CMOS Videochip ausgebildet ist, wobei wenigstens bei einer Chiphälfte die spektrale Empfindlichkeit durch Dotierung der photoelektronischen Sensoren gegenüber der anderen Chiphälfte verändert ist.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle eines einzigen Videochips (104a) der stereoskopischen Video-Aufnahmeeinheit (20a, 20b, K1, K2) zwei Videochips vorgesehen sind, von denen jeder einem der beiden Teilstrahlengänge zugeordnet ist und im Aufnahmezustand jeweils in einem Videoframe ausgelesen wird, wobei der linken Videochip und der rechte Videochip einem einzigen zweigeteilten Display zugeordnet sind und die beiden Videoframes elektronisch integriert werden, so dass auf dem Display links das linke und rechts das rechte stereoskopische Teilbild wiedergegeben wird und sich die stereoskopische 3-D-Betrachtung durch einen stereoskopischen Display-Beobachtungs-Strahlengang mit einem linken und einem rechten Display-Teil-Beobachtungs-Strahlengang ergibt.
Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Video-Aufnahmeeinheit (K1, K2) eine Video-Stereokamera ist und die stereoskopischen Teilbilder im Aufnahmezustand in getrennten Videoframes verarbeitet werden.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Video-Aufnahmeeinheit (20a, 20b, K1, K2) aufgenommenes Fluoreszenzbild in einen Assistentenausgang (A) und/oder in einen visuellen HauptBeobachtungs-Strahlengang (H) des Stereomikroskops (100, 100a) wahlweise stereoskopisch oder monoskopisch – gegebenenfalls überlagernd – einspiegelbar ist.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bereich (104aL) des Videochips (104a) der Video-Aufnahmeeinheit (K1, K2) eine höhere spektrale Empfindlichkeit in einem ersten von dem angeregten Objekt (1) emittierten Licht-Wellenlängen-Bereich als in einem zweiten Bereich (104aR) aufweist, wobei die spektrale Empfindlichkeit des zweiten Bereiches (104aR) der Video-Aufnahmeeinheit (K1, K2) in einem zweiten von dem angeregten Objekt emittierten Licht-Wellenlängen-Bereich gegenüber dem ersten Bereich (104aL) der Video-Aufnahmeeinheit (K1, K2) erhöht ist, sodass jeder erzeugte Videoframe aus dem Videochip (104a) räumlich getrennte, maximale elektronische Bildinformation zweier spektral verschiedener Fluoreszenzerscheinungen im Objektfeld (1) aufweist.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine der beiden Chiphälften Weisslicht-sensitiv und die andere Fluoreszenz-Emissionslicht-sensitiv ist.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtungsfilter vor dem Videochip (104a) der Video-Aufnahmeeinheit (K1, K2) austauschbar sind, vorzugsweise aus einem Set von Beobachtungsfiltern elektromechanisch auswählbar und einsetzbar bzw. entfernbar sind.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtungsfilter vor dem Videochip als verstellbare Mikroarray-Elemente ausgebildet sind.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Empfindlichkeit der optoelektronischen Sensorelemente mittels elektronischer – die Dotierung variierender – Steuersignale reversibel veränderbar ist.
Sonderbeleuchtungs-Video-Operations-Stereomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei alternativ oder gleichzeitig betreibbare Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sind, von denen eine Weisslicht-optimiert und die andere Anregungslicht-optimiert ist.