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Die vorliegende Erfindung betrifft ein chirurgisches Assistenzsystem und insbesondere ein Assistenzsystem für die Mikrochirurgie.
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Bei chirurgischen Eingriffen und insbesondere bei mikrochirurgischen Eingriffen und Tumoroperationen werden intraoperativ Gewebeproben entnommen und diese dann mittels Schnellschnittdiagnostik von einem Pathologen analysiert. Diese Analyseergebnisse werden dann dem behandelnden Chirurgen telefonisch übermittelt und von ihm für den weiteren Behandlungsablauf ausgewertet. Für eine solche Schnellschnittdiagnostik werden die intraoperativ gewonnenen Gewebeproben an ein pathologisches Labor gesendet, wo die Analyse der Proben erfolgt. Dort werden die Gewebeproben gefroren und geschnitten, bevor sie vom Pathologen analysiert werden. Dieser Vorgang dauert für eine Gewebeprobe in der Regel ca. 15 Minuten. Bei mehreren Gewebeproben verlängert sich die Dauer bis zum Erhalt des Analyseergebnisses entsprechend. Hinzu kommt die Zeitdauer, die für den Transport der Gewebeproben zum pathologischen Labor benötigt wird.
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Da die Qualität von Schnitten, die an gefrorenen Gewebeproben gewonnen werden, schlechter ist als die Qualität von Schnitten an Formalin-fixiertem, Paraffin-eingebettetem Gewebe und da für die Analyse nur sehr beschränkt Zeit zur Verfügung steht, sind die Anforderungen an die Fähigkeiten des Pathologen sehr hoch. Aber auch sehr gute Pathologen können aufgrund der geringen Anzahl der Gewebeproben, der schlechteren Qualität der Gefrierschnitte und der kurzen Zeitdauer, die zur Analyse zur Verfügung steht, systembedingt relativ häufig fehlerhafte Analysen erstellen, auch wenn erfahrene Pathologen Trefferquoten von 90% oder mehr erreichen können.
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In
JP-H07-95556 A ist ein System beschrieben, welches es einem entfernt positionierten Betrachter ermöglicht, ein vergrößertes Bild von einer Probe auf dem Objekttisch eines im Operationssaal befindlichen Mikroskops zu betrachten. Außerdem besteht eine Telefonverbindung zwischen dem Operationssaal und dem entfernt positionierten Betrachter, so dass eine Kommunikation zwischen dem behandelnden Arzt und dem Betrachter möglich ist.
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US 2005/0033556 A1 beschreibt ein Diagnosesystem, das ein im Operationssaal befindliches Gerät zum Erfassen genetischer Daten von Patientengewebe sowie ein in einem anderen Raum angeordnetes Diagnosegerät aufweist. Die erfassten genetischen Daten werden an das Diagnosegerät gesendet, wo nach diagnostischer Information gesucht wird und die gefundene Information angezeigt wird, um sie von einem Pathologen verifizieren zu lassen. Die verifizierte Diagnose wird dann auf einer im Operationssaal befindlichen Anzeige wiedergegeben. Hierdurch kann die Zeit für eine Diagnose verkürzt werden.
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Die
US 2013/0324846 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur optischen Pathologie. In dem Verfahren wird eine optische Untersuchung von Gewebe in vivo durchgeführt. Hierzu erfolgt zuerst eine Färbung des Gewebes mit einem fluoreszierenden Farbstoff. Danach werden mit Hilfe einer konfokalen Abbildung zellulär aufgelöste Fluoreszenzbilder gewonnen und auf einem Monitor dargestellt. Anhand der dargestellten Bilder erfolgt eine pathologische Diagnose des Gewebes. Der Monitor kann dabei in einem anderen Raum als dem Operationssaal angeordnet sein. Zum Zuführen der die Fluoreszenz anregenden Strahlung zu dem zu untersuchenden Gewebe und zum Erfassen der vom Gewebe ausgehenden Fluoreszenzstrahlung kann ein Endoskop oder eine mit der Hand geführte Mikrofasersonde dienen. Zudem weist die Vorrichtung eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera auf, mit der ein makroskopischer Überblick über den interessierenden Gewebebereich gewonnen werden kann.
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Mit den im Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen ist eine pathologische Diagnose aus der Ferne möglich, ohne dass Gewebe in ein pathologisches Labor überführt werden muss. Die pathologische Diagnose kann dann über eine Telefonleitung oder über eine Datenverbindung und eine im Operationssaal befindliche Anzeige an den behandelnden Chirurgen weitergeleitet werden.
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Mit Bezug auf den geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes chirurgisches Assistenzsystem zur Verfügung zu stellen.
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Die genannte Aufgabe wird durch ein chirurgisches Assistenzsystem nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes chirurgisches Assistenzsystem umfasst eine Gruppe von Geräten, eine Pathologieeinheit und eine Datenverbindung zwischen der Pathologieeinheit und der Gruppe von Geräten. Die Gruppe von Geräten umfasst mindestens ein Endomikroskop zum Erfassen zellulär aufgelöster Bilddaten von einem Operationsfeld, eine Abbildungsvorrichtung zum Aufnehmen von Übersichtsbilddaten von dem Operationsfeld sowie eine Sendeeinheit zum Senden der erfassten zellulär aufgelösten Bilddaten und/oder der erfassten Übersichtsbilddaten. Die Abbildungsvorrichtung zum Aufnehmen von Übersichtsbilddaten von dem Operationsfeld ist hierbei vorzugsweise ein Operationsmikroskop.
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Die Pathologieeinheit umfasst eine Empfangseinheit zum Empfangen der zellulär aufgelösten Bilddaten und/oder der Übersichtsbilddaten sowie eine Darstellungseinheit zum Darstellen der empfangenen zellulär aufgelösten Bilddaten und/oder der empfangenen Übersichtsbilddaten. Die Pathologieeinheit ist vorzugsweise in einem anderen Raum als die Gruppe von Geräten angeordnet und umfasst typischerweise einen oder mehrere Rechner. Die Sendeeinheit der Gruppe von Geräten ist mit der Empfangseinheit der Pathologieeinheit über die Datenverbindung zwischen der Pathologieeinheit und der Gruppe von Geräten verbunden.
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Im erfindungsgemäßen chirurgischen Assistenzsystem enthält die Abbildungsvorrichtung wenigstens eine Funktionseinheit, oder ihr ist wenigstens eine Funktionseinheit zugeordnet. Zusätzlich oder alternativ enthält das Endomikroskop wenigstens eine Funktionseinheit, oder ihm ist wenigstens eine Funktionseinheit zugeordnet. Zudem ist der jeweiligen Funktionseinheit eine Funktionssteuereinheit zum Steuern der Funktionseinheit zugeordnet. Hierbei können die Funktionssteuereinheiten jeweils individuelle Steuereinheiten sein oder Untereinheiten einer gemeinsamen zentralen Steuereinheit, die jede der Funktionseinheiten steuern kann. Außerdem weist die Pathologieeinheit eine Eingabeeinheit zum Eingeben von Funktionssteuerdaten für die wenigstens eine Funktionseinheit sowie eine Sendeeinheit zum Senden der Funktionssteuerdaten an eine Datenempfangseinheit der Gruppe von Geräten über die Datenverbindung auf. Die Datenempfangseinheit der Gruppe von Geräten ist zur Weitergabe der empfangenen Funktionssteuerdaten an die wenigstens eine Funktionssteuereinheit ausgebildet.
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Als eine Funktionseinheit kann insbesondere eine motorisch angetriebene Positionier- und/oder Orientiervorrichtung zum Positionieren und/oder Orientieren der Abbildungsvorrichtung und/oder des Endomikroskops vorhanden sein. In diesem Fall enthalten die Funktionssteuerdaten Positions- und/oder Orientierungssteuerdaten für die vorzugsweise als Operationsmikroskop ausgebildete Abbildungsvorrichtung und/oder für das Endomikroskop.
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Wenn die Abbildungsvorrichtung als Operationsmikroskop ausgebildet ist, das wenigstens einen Beobachtungsstrahlengang zur Darstellung eines Beobachtungsbildes umfasst, kann als Funktionseinheit des Operationsmikroskops wenigstens eine der folgenden Einheiten vorhanden sein:
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1. Eine auf den Beobachtungsstrahlengang einwirkende Bildeinblendvorrichtung zum Überlagern des Beobachtungsbildes mit einem Einblendbild.
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Im Falle der Bildeinblendvorrichtung enthalten die Funktionssteuerdaten Bilddaten eines Einblendbildes. Diese Ausgestaltung ermöglicht es dem Pathologen Informationen direkt in den Beobachtungsstrahlengang des Operationsmikroskops einzublenden. Solche Daten können beispielsweise Bilddaten für einen Zeiger, mit dem der Pathologe den Ort anzeigt, an dem mit dem Endomikroskop ein zellulär aufgelöstes mikroskopisches Bild erfasst werden soll, umfassen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der Pathologe dem in der Darstellungseinheit der Pathologieeinheit angezeigten Übersichtsbild Bilddaten überlagert, die beispielsweise einen Tumorort markieren. Dabei kann dem mit dem Operationsmikroskop gewonnenen Übersichtsbild beispielsweise ein Einblendbild mit Grenzlinien, die die Lage des zu entfernenden Gewebes anzeigen, überlagert werden, oder es können bestimmte Bereiche des Übersichtsbildes mit einem Einblendbild so überlagert werden, dass beispielsweise zu entfernendes Gewebe farblich hervorgehoben ist.
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2. Eine Fokussiereinheit.
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Im Falle der Fokussiereinheit enthalten die Funktionssteuerdaten Fokussiersteuerdaten. Durch den Zugriff auf den Fokus des Operationsmikroskops besteht für den Pathologen die Möglichkeit, das Übersichtsbild auf einen interessierenden Gewebebereich zu fokussieren, um diesen näher zu untersuchen. Anhand einer solchen Untersuchung kann dann gegebenenfalls entschieden werden, ob in diesem Gewebebereich ein zellulär aufgelöstes mikroskopisches Bild gewonnen werden soll.
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3. Eine Vergrößerungswechseleinheit.
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Im Falle der Vergrößerungswechseleinheit enthalten die Funktionssteuerdaten Vergrößerungswechselsteuerdaten. Der Zugriff auf den Vergrößerungswechseler des Operationsmikroskops erlaubt es dem Pathologen, einen interessierenden Gewebebereich mit einer von ihm gewünschten Vergrößerung darzustellen.
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4. Eine Einrichtung zum Generieren von Fluoreszenzanregung im Operationsfeld.
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In diesem Fall enthalten die Funktionssteuerdaten Steuerdaten zum Steuern der Einrichtung zum Generieren einer Fluoreszenzanregung. Die Einrichtung zum Generieren einer Fluoreszenzanregung kann hierbei insbesondere eine Beleuchtung sein, die Licht mit einer Wellenlänge von ca. 400 nm generiert, etwa mittels eine geeignete Lichtquelle oder eines in den Beleuchtungsstrahlengang einschwenkbaren Spektralfilters. Eine solche Beleuchtung ermöglicht es, beispielsweise mit dem Endomikroskop Fluoreszenzdaten von dem zu untersuchenden Gewebe zu erfassen. Die pathologische Diagnose kann dann neben einer herkömmlichen zellulär aufgelösten Abbildung auch auf eine zellulär aufgelöste Fluoreszenzabbildung gestützt werden.
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5. Eine Einrichtung zum Aufnehmen von Fluoreszenzdaten.
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In diesem Fall enthalten die Funktionssteuerdaten Steuerdaten zum Steuern der Einrichtung zum Aufnehmen von Fluoreszenzdaten. Die Einrichtung zum Aufnehmen von Fluoreszenzdaten kann hierbei beispielsweise ein in den Beobachtungsstrahlengang einschwenkbarer Spektralfilter sein, welcher die Anregungsstrahlung aus dem Beobachtungsstrahlengang herausfiltert. Insbesondere kann der einschwenkbare Spektralfilter eine Filtercharakteristik aufweisen, die nicht nur die Anregungsstrahlung aus dem Beleuchtungsstrahlengang herausfiltert, sondern lediglich die Fluoreszenzstrahlung passieren lässt. Diese Ausgestaltung ermöglicht es dem Pathologen, Fluoreszenzdaten nicht nur mit dem Endomikroskop aufzunehmen, sondern sich auch ein Überblick über die Fluoreszenz im Operationsbereich zu verschaffen.
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6. Eine Laser-Doppler-Imaging-Einrichtung.
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Im Falle der Laser-Doppler-Imaging-Einrichtung enthalten die Funktionssteuerdaten Steuerdaten zum Steuern der Laser-Doppler-Imaging-Einrichtung. Mittels der Laser-Doppler-Imaging-Einrichtung kann der Pathologe beispielsweise Daten über den Blutfluss durch das zu untersuchende Gewebe erhalten.
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7. Eine Einrichtung zur Laser-Speckle-Interferometrie.
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Im Falle der Laser-Speckle-Interferometrie enthalten die Funktionssteuerdaten Steuerdaten zum Steuern der Einrichtung für die Laser-Speckle-Interferometrie. Mittels der Laser-Speckle-Interferometrie können Bewegungsdaten, wie etwa Daten zum Blutfluss innerhalb des Gewebes gewonnen werden.
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8. Eine einen Hyperspektral-Sensor aufweisende Bildaufnahmevorrichtung.
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In diesem Fall enthalten die Funktionssteuerdaten Steuerdaten zum Steuern der Bildaufnahmeeinrichtung mit dem Hyperspektral-Sensor. Ein derartiger Sensor ermöglicht dem Pathologen eine ausführliche spektrale Analyse des vom zu untersuchenden Gewebe reflektierten Lichtes.
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Wenn die Abbildungsvorrichtung eine oder mehrere der genannten Funktionseinheiten aufweist, werden dadurch die dem Pathologen zur Diagnose verfügbaren Informationen erheblich erweitert. Insbesondere wenn mehrere der genannten Funktionseinheiten vorhanden sind, bietet sich dem Pathologen die Möglichkeit, ein umfassendes Bild des zu untersuchenden Gewebes zu erhalten. Dadurch kann das Risiko einer Fehldiagnose stark reduziert werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen chirurgischen Assistenzsystems umfasst die Gruppe von Geräten auch eine Vorrichtung zum Erfassen von Positions- und/oder Orientierungsdaten wenigstens des distalen Endes des Endomikroskops. Diese Vorrichtung kann entweder ein Navigationssystem sein oder ein Bildverarbeitungsmodul des Operationsmikroskops, in dem die Positionsdaten und/oder die Orientierungsdaten des Endomikroskops anhand wenigstens eines mittels des Operationsmikroskops aufgenommenen und das distale Ende des Endomikroskops zeigenden Bildes ermittelt werden. Das Navigationssystem kann das distale Ende eines in den Körper eingeführten Gerätes „sehen“ und damit erfassen. Das OPMI kann üblicherweise auch das proximale Ende sehen und damit dessen Position relativ zu anatomischen Landmarken zeigen. Mit Hilfe der Vorrichtung zum Erfassen von Positions- und/oder Orientierungsdaten kann der Pathologe dann jederzeit die Position und die Orientierung des Endomikroskops in Bezug auf das zu untersuchende Gewebe ermitteln. Es besteht dann die Möglichkeit, dass der Pathologe dem behandelnden Chirurgen Positionsdaten und/oder Orientierungsdaten im Operationsfeld mitteilt. Er kann so dem Chirurgen unkompliziert mitteilen, wie das Endomikroskop zum Aufnehmen des für die pathologische Diagnose erforderlichen zellulär aufgelösten Bildes positioniert und/oder orientiert werden muss. Der Chirurg kann dann das Endomikroskop anhand der erhaltenden Positions- und/oder Orientierungsdaten positionieren und/oder orientieren.
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Weiterhin kann die Gruppe von Geräten des chirurgischen Assistenzsystems wenigstens ein chirurgisches Behandlungsgerät umfassen, wobei die Position und die Orientierung wenigstens eines Teils des chirurgischen Behandlungsgeräts mittels der Vorrichtung zum Erfassen von Positions- und/oder Orientierungsdaten erfasst werden. Dem chirurgischen Behandlungsgerät ist eine Positionier- und Orientiereinheit zum Positionieren und Orientieren wenigstens des Teils des chirurgischen Behandlungsgerätes zugeordnet, wobei der Positionier- und Orientiereinheit eine Positions- und Orientierungssteuereinheit zum Steuern des Positionierens und Orientierens des Teils des chirurgischen Behandlungsgeräts zugeordnet ist. Die Eingabeeinheit der Pathologieeinheit ist dann zum Eingeben von Positions- und Orientierungsdaten für die Positions- und Orientierungssteuereinheit ausgebildet. Weiterhin ist die Sendeeinheit der Pathologieeinheit zum Senden der Positions- und Orientierungsdaten über die Datenverbindung an die Datenempfangseinheit der Gruppe von Geräten ausgebildet. Schließlich ist die Datenempfangseinheit der Gruppe von Geräten zur Weitergabe der empfangenen Positions- und Orientierungssteuerdaten an die Positionier- und Orientiereinheit ausgebildet. In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen chirurgischen Assistenzsystems besteht für den Pathologen die Möglichkeit, das chirurgische Behandlungsgerät so zu positionieren und zu orientieren, wie er es anhand der pathologischen Diagnose für sinnvoll hält. Das chirurgische Behandlungsgerät kann insbesondere ein Absauger mit einer Saugspitze sein, wobei die Saugspitze den Teil des chirurgischen Behandlungsgerätes bildet, dessen Position und Orientierung erfasst werden. Aber auch andere chirurgische Behandlungsgeräte, beispielswiese chirurgische Laser, kommen in Betracht.
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Beim Positionieren und/oder Orientieren des Endomikroskops, des Operationsmikroskops oder des chirurgischen Behandlungsgerätes durch den Pathologen ist jedoch sicherzustellen, dass eine Positionierung und/oder Orientierung des nur dann erfolgen kann, wenn diese vom behandelnden Chirurgen vor Ort freigegeben worden ist und dass die Positionierung und/oder Orientierung vom Chirurgen jederzeit abgebrochen werden kann, um eine Schädigung von Gewebe rechtzeitig verhindern zu können.
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Im Rahmen der Erfindung kann das chirurgische Assistenzsystem auch derart ausgelegt sein, dass es eine automatisierte Diagnose erstellen kann. In diesem Fall umfasst die Pathologieeinheit eine Diagnosedatenbank, die eine Anzahl von gespeicherten Diagnosen sowie eine Anzahl von gespeicherten Bildinformationen beinhaltet und in der jeder aus der Anzahl von gespeicherten Diagnosen wenigstens eine für die jeweilige Diagnose charakteristische Bildinformation aus der Anzahl von gespeicherten Bildinformationen zugeordnet ist. Außerdem umfasst die Pathologieeinheit dann eine Bildauswerteeinheit zum extrahieren bestimmter Bildinformationen aus den empfangenen zellulär aufgelösten Bilddaten und/oder den empfangenen Übersichtsbilddaten sowie eine Diagnoseeinheit, die zum Empfangen der extrahierten Bildinformationen mit der Bildauswerteeinheit und zum Empfangen der gespeicherten Bildinformationen mit der Diagnosedatenbank verbunden ist. Die Diagnoseeinheit wählt auf der Basis eines Vergleichs der extrahierten Bildinformationen mit den empfangenen gespeicherten Bildinformationen eine Diagnose aus und stellt diese als Diagnosevorschlag auf der Darstellungseinheit dar. Auf diese Weise kann dem Pathologen rasch ein erster Diagnosevorschlag unterbreitet werden. Falls der Vergleich ergibt, dass die bestimmten Bildinformationen zu den charakteristischen Bildinformationen mehrerer Diagnosen passen, kann dem Pathologen eine Vorauswahl an möglichen Diagnosen angeboten werden. Der Pathologe kann dann in einem ersten Schritt die angebotenen Diagnosen überprüfen und entweder verifizieren oder verwerfen. Durch die Vorauswahl möglicher Diagnosen kann die für das Erstellen der pathologischen Diagnose benötigte Zeit verkürzt werden.
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Das erfindungsgemäße chirurgische Assistenzsystem bietet dem Pathologen eine Fülle von Möglichkeiten, mit denen er auf die Datenerfassung Einfluss nehmen kann und/oder dem behandelnden Chirurgen Informationen zukommen lassen kann. Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Diagnosesystemen erweitert das erfindungsgemäße chirurgische Assistenzsystem die Möglichkeiten der Zusammenarbeit zwischen dem Pathologen und behandelndem Chirurgen.
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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Bilddaten, die mit dem chirurgischen Assistenzsystem gewonnen werden können, auch zu anderen Zwecken als zum Erstellen einer pathologischen Diagnose an das Pathologiesystem gesendet werden können. Beispielsweise kann in dem Raum, in dem sich die Pathologieeinheit befindet, statt eines Pathologen oder zusätzlich zu einem Pathologen auch ein anderer Arzt, beispielsweise ein Spezialist für eine spezielle Behandlung anwesend sein, der den im Operationssaal befindlichen Chirurgen bei der speziellen Behandlung unterstützt. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass ein erfahrener Chirurg einen weniger erfahrenen Chirurgen aus der Ferne unterstützt, beispielsweise, indem er ihm in das Beobachtungsbild eines Operationsmikroskops Grenzen einzeichnet, bis zu denen der behandelnde Chirurg schneiden darf. Auch der Hinweis auf Besonderheiten im Operationsfeld kann so ohne Probleme aus der Ferne erfolgen. In diesem Sinne stellt der Begriff „Pathologiesystem“ im chirurgischen Assistenzsystem lediglich eine Bezeichnung dar, die nicht notwendigerweise impliziert, dass mit Hilfe des Pathologiesystems eine pathologische Diagnose erfolgt. Vielmehr ist der Begriff „Pathologiesystem“ so zu verstehen, dass dieses System einem außerhalb des Operationssaals befindlichen Arzt Bildinformationen über das Operationsfeld vermittelt, anhand derer er für den behandelnden Chirurgen nützliche Zusatzinformationen gewinnen kann, die er dann an den Chirurgen übermitteln kann.
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Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes chirurgisches Assistenzsystem in einer schematischen Darstellung.
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2 zeigt den typischen Aufbau eines Operationsmikroskops in einer schematischen Darstellung.
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3 zeigt ein Objektiv für ein Operationsmikroskop, das anstelle des in 2 dargestellten Objektivs Verwendung finden kann.
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4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße chirurgische Assistenzsystem.
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5 zeigt ein Stativ mit einer Mikroskophalterung und einem daran angeordnetem Operationsmikroskop.
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6 zeigt die Freiheitsgrade, die das Stativ und die Halterung aus 5 zur Verfügung stellen.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße chirurgische Assistenzsystem wird nachfolgend mit Bezug auf 1 beschrieben. Die Figur zeigt schematisch eine Gruppe von Geräten 1, die sich im Operationssaal befindet, sowie eine Pathologieeinheit 70, die sich außerhalb des Operationssaals befinden kann. Typischerweise befindet sich die Pathologieeinheit 70 vom Operationssaal entfernt in einem anderen Raum desselben Gebäudes. Sie kann sich aber grundsätzlich auch in einem anderen Gebäude oder sogar in einer anderen Stadt oder einem anderen Land befinden.
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Die Gruppe von Geräten 1 umfasst ein Operationsmikroskop 2, mit dem ein Operationsfeld 3 betrachtet werden kann. Mit dem Operationsmikroskop 2 wird im Wesentlichen ein Übersichtsbild über das Operationsfeld 3 gewonnen. Weiterhin umfasst die Gruppe von Geräten 1 ein Endomikroskop 4, mit dem an ausgewählten Orten des Operationsfeldes 3 zellulär aufgelöste Bilddaten erfasst werden können. Sowohl das Operationsmikroskop 2 als auch das Endomikroskop 4 weisen jeweils wenigstens eine elektronische Bildaufnahmeeinheit auf, mit der die erfassten optischen Bilder in elektronische Bilder umgewandelt werden können und die mit einer ebenfalls zu Gruppe von Geräten 1 gehörenden Sende- und Empfangseinheit 60 mit einem Sender 63 und einem Empfänger 64 verbunden sind.
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Die entfernt von der Gruppe von Geräten 1 angeordnete Pathologieeinheit 70 umfasst eine Sende- und Empfangseinheit 72 mit einem Sender 73 und einem Empfänger 74 sowie einem Computer 75, der mit einem Bildschirm 76 als Darstellungseinheit zum Darstellen von Bilddaten und einer Tastatur 77 zur Eingabe von Daten ausgestattet ist. Selbstverständlich können auch andere Vorrichtungen zum Eingeben von Daten vorhanden sein, die hier jedoch nicht gezeigt sind. Insbesondere kommen hierfür beispielsweise Schnittstellen in Betracht, über die Daten von externen Geräten auf den Computer 57 übertragen werden können. Als Schnittstelle kann hierbei beispielsweise eine USB-Schnittstelle vorhanden sein, über die ein USB-Stick mit Daten an den Computer angeschlossen werden kann. Aber auch Laufwerke, wie beispielsweise CD-ROM-Laufwerke oder DVD-Laufwerke können zum Eingeben von auf Datenträgern gespeicherten Daten Verwendung finden. Ein Fachmann wird ohne Weiteres auch andere Möglichkeiten zur Eingabe von Daten in den Computer 75 erkennen.
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Die Sende- und Empfangseinheit 72 der Pathologieeinheit 70 ist über eine Bidirektionale Datenleitung mit der Sende- und Empfangseinheit 60 der Gruppe von Geräten 1 verbunden.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf die 2 der grundsätzliche Aufbau des Operationsmikroskops 2 erläutert.
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Das in 2 gezeigte Operationsmikroskop 2 umfasst als wesentliche Bestandteile ein einem Objektfeld 3 zuzuwendendes Objektiv 5, das insbesondere als achromatisches oder apochromatisches Objektiv ausgebildet sein kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Objektiv 5 aus zwei miteinander verkitteten Teillinsen, die ein achromatisches Objektiv bilden. Das Objektfeld 3 wird in der Brennebene des Objektivs 5 angeordnet, so dass es vom Objektiv 5 nach Unendlich abgebildet wird. Mit anderen Worten, ein vom Objektfeld 3 ausgehendes divergentes Strahlenbündel 7 wird bei seinem Durchgang durch das Objektiv 5 in ein paralleles Strahlenbündel 9 umgewandelt.
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Beobachterseitig des Objektivs 5 ist ein Vergrößerungswechsler 11 angeordnet, der entweder wie im dargestellten Ausführungsbeispiel als Zoom-System zur stufenlosen Änderung des Vergrößerungsfaktors oder als so genannter Galilei-Wechsler zur stufenweisen Änderung des Vergrößerungsfaktors ausgebildet sein kann. In einem Zoom-System, das bspw. aus einer Linsenkombination mit drei Linsen aufgebaut ist, können die beiden objektseitigen Linsen verschoben werden, um den Vergrößerungsfaktor zu variieren. Tatsächlich kann das Zoom-System aber auch mehr als drei Linsen, bspw. vier oder mehr Linsen aufweisen, wobei die äußeren Linsen dann auch fest angeordnet sein können. In einem Galilei-Wechsler existieren dagegen mehrere feste Linsenkombinationen, die unterschiedliche Vergrößerungsfaktoren repräsentieren und im Wechsel in den Strahlengang eingebracht werden können. Sowohl ein Zoom-System, als auch ein Galilei-Wechsler wandeln ein objektseitiges paralleles Strahlenbündel in ein beobachterseitiges paralleles Strahlenbündel mit einem anderen Bündeldurchmesser um. Der Vergrößerungswechsler 11 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel bereits Teil des binokularen Strahlengangs des Operationsmikroskops 1, d.h. er weist eine eigene Linsenkombination für jeden stereoskopischen Teilstrahlengang 9A, 9B des Operationsmikroskops 1 auf. Das Einstellen eines Vergößerungsfaktors mittels des Vergrößerungswechslers 11 erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel über ein motorisch angetriebenes Stellglied, das zusammen mit dem Vergrößerungswechsler 11 Teil einer Vergrößerungswechseleinheit zum Einstellen des Vergrößerungsfaktors ist.
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An den Vergrößerungswechsler 11 schließt sich beobachterseitig eine Schnittstellenanordnung 13A, 13B an, über die externe Geräte an das Operationsmikroskop 1 angeschlossen werden können und die im vorliegenden Ausführungsbeispiel Strahlteilerprismen 15A, 15B umfasst. Grundsätzlich können aber auch andere Arten von Strahlteilern Verwendung finden, bspw. teildurchlässige Spiegel. Die Schnittstellen 13A, 13B dienen im vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Auskoppeln eines Strahlenbündels aus dem Strahlengang des Operationsmikroskops 2 (Strahlteilerprisma 15B) bzw. zum Einkoppeln eines Strahlenbündels in den Strahlengang des Operationsmikroskops 2 (Strahlteilerprisma 15A).
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Das Strahlteilerprisma 15A in dem Teilstrahlengang 9A dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu, mit Hilfe eines Displays 37, bspw. einer Digital Mirror Device (DMD) oder eines LCD-Displays, und einer zugehörigen Optik 39 über das Strahlteilerprisma 15A Informationen oder Daten für einen Betrachter in den Teilstrahlegang 9A des Operationsmikroskops 1 einzuspiegeln. Im anderen Teilstrahlengang 9B ist an der Schnittstelle 13B ein Kameraadapter 19 mit einer daran befestigten Kamera 21 angeordnet, die mit einem elektronischen Bildsensor 23, bspw. mit einem CCD-Sensor oder einem CMOS-Sensor, ausgestattet ist. Mittels der Kamera 21 kann ein elektronisches und insbesondere ein digitales Bild des Gewebebereichs 3 aufgenommen werden. Als Bildsensor kann insbesondere auch ein Hyperspektralsensor Verwendung finden, in dem nicht nur drei Spektralkanäle (bspw. rot, grün und blau) vorhanden sind, sondern eine Vielzahl von Spektralkanälen.
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An die Schnittstelle 13 schließt sich beobachterseitig ein Binokulartubus 27 an. Dieser weist zwei Tubusobjektive 29A, 29B auf, welche das jeweilige parallele Strahlenbündel 9A, 9B auf eine Zwischenbildebene 31 fokussieren, also das Beobachtungsobjekt 3 auf die jeweilige Zwischenbildebene 31A, 31B abbilden. Die in den Zwischenbildebenen 31A, 31B befindlichen Zwischenbilder werden schließlich von Okularlinsen 35A, 35B wiederum nach Unendlich abgebildet, so dass ein Betrachter das Zwischenbild mit entspanntem Auge betrachten kann. Außerdem erfolgt im Binokulartubus mittels eines Spiegelsystems oder mittels Prismen 33A, 33B eine Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Teilstrahlenbündeln 9A, 9B, um diesen an den Augenabstand des Betrachters anzupassen. Mit dem Spiegelsystem oder den Prismen 33A, 33B erfolgt zudem eine Bildaufrichtung.
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Das Operationsmikroskop 2 ist außerdem mit einer Beleuchtungsvorrichtung ausgestattet, mit der der das Objektfeld 3 mit breitbandigem Beleuchtungslicht beleuchtet werden kann. Hierzu weist die Beleuchtungsvorrichtung im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Weißlichtquelle 41, etwa eine Halogenglühlampe oder eine Gasentladungslampe, auf. Das von der Weißlichtquelle 41 ausgehende Licht wird über einen Umlenkspiegel 43 oder ein Umlenkprisma in Richtung auf das Objektfeld 3 gelenkt, um dieses auszuleuchten. In der Beleuchtungsvorrichtung ist weiterhin eine Beleuchtungsoptik 45 vorhanden, die für eine gleichmäßige Ausleuchtung des gesamten beobachteten Objektfeldes 3 sorgt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der in 2 dargestellte Beleuchtungsstrahlengang stark schematisiert ist und nicht notwendigerweise den tatsächlichen Verlauf des Beleuchtungsstrahlengangs wiedergibt. Grundsätzlich kann der Beleuchtungsstrahlengang als sogenannte Schrägbeleuchtung ausgeführt sein, die der schematischen Darstellung in 2 am nächsten kommt. In einer solchen Schrägbeleuchtung verläuft der Strahlengang in einem relativ großen Winkel (6° oder mehr) zur optischen Achse des Objektivs 5 und kann, wie in 1 dargestellt, vollständig außerhalb des Objektivs verlaufen. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Beleuchtungsstrahlengang der Schrägbeleuchtung durch einen Randbereich des Objektivs 5 hindurch verlaufen zu lassen. Eine weitere Möglichkeit zur Anordnung des Beleuchtungsstrahlengangs ist die sogenannte 0°-Beleuchtung, bei der der Beleuchtungsstrahlengang durch das Objektiv 5 hindurch verläuft und zwischen den beiden Teilstrahlengängen 9A, 9B, entlang der optischen Achse des Objektivs 5 in Richtung auf das Objektfeld 3 in das Objektiv eingekoppelt wird. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, den Beleuchtungsstrahlengang als sogenannte koaxiale Beleuchtung auszuführen, in der ein erster und ein zweiter Beleuchtungsteilstrahlengang vorhanden sind. Die Teilstrahlengänge werden über einen oder mehrere Strahlteiler parallel zu den optischen Achsen der Beobachtungsteilstrahlengänge 9A, 9B in das Operationsmikroskop eingekoppelt, so dass die Beleuchtung koaxial zu den beiden Beobachtungsteilstrahlengängen verläuft.
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In dem in 2 dargestellten Operationsmikroskop kann auf die Beleuchtung Einfluss genommen werden. Bspw. kann ein Filter 47 in den Beleuchtungsstrahlengang eingebracht werden, der von dem breiten Spektrum der Weißlichtquelle 41 nur einen schmalen Spektralbereich passieren lässt, bspw. einen Spektralbereich, mit dem Fluoreszenz eines im Objektfeld 3 befindlichen Fluoreszenzfarbstoffes angeregt werden kann. Zur Beobachtung der Fluoreszenz können in die Beobachtungs-Teilstrahlengänge Filter 37A, 37B eingebracht werden, die den zur Fluoreszenzanregung verwendeten Spektralbereich herausfiltern um die Fluoreszenz beobachten zu können.
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Die Beleuchtungsvorrichtung kann zudem mit einer Einheit zum Wechsel der Beleuchtungslichtquelle ausgestattet sein. Diese ist in 2 durch ein System zum Austausch der Weißlichtquelle 41 durch eine Laser 49 angedeutet. Mit einem Laser als Lichtquelle, insbesondere mit einem Infrarotlaser, wird in Verbindung mit einem geeigneten Bildsensor 23 bspw. Laser-Doppler-Imaging oder Laser-Speckle-Imaging ermöglicht. Die Einheit zum Wechsel der Beleuchtungslichtquelle ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel motorisch angetrieben und kann mittels geeigneter Steuerdaten von der Pathologieeinheit 70 aus gesteuert werden
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In der in 2 gezeigten Ausführungsvariante des Operationsmikroskops 2 besteht das Objektiv 5 lediglich aus einer Achromatlinse. Es kann jedoch auch ein Objektivlinsensystem aus mehreren Linsen Verwendung finden, insbesondere ein so genanntes Vario-Objektiv, mit dem sich der Arbeitsabstand des Operationsmikroskops 2, d.h. der Abstand der objektseitigen Brennebene vom Scheitel der ersten objektseitigen Linsenfläche des Objektivs 5, auch Objektschnittweite genannt, variieren lässt. Auch vom Vario-Objektiv 50 wird das in der Brennebene angeordnete Objektfeld 3 nach Unendlich abgebildet, so dass beobachterseitig eine paralleles Strahlenbündel vorliegt.
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Ein Beispiel für ein Vario-Objektiv ist schematisch in 3 dargestellt. Das Vario-Objektiv 50 umfasst ein Positivglied 51, also ein optisches Element mit positiver Brechkraft, das in 3 schematisch als Konvexlinse dargestellt ist. Darüber hinaus umfasst das Vario-Objektiv 50 ein Negativglied 52, also ein optisches Element mit negativer Brechkraft, das in 3 schematisch als Konkavlinse dargestellt ist. Das Negativglied 52 befindet sich zwischen dem Positivglied 51 und dem Objektfeld 3. Im dargestellten Vario-Objektiv 50 ist das Negativglied 52 fix angeordnet, wohingegen das Positivglied 51 wie durch den Doppelpfeil 53 angedeutet entlang der optischen Achse OA verschiebbar angeordnet ist. Wenn das Positivglied 51 in die in 3 gestrichelt dargestellte Position verschoben wird, verlängert sich die Schnittweite, so dass sich der Arbeitsabstand des Operationsmikroskops 2 vom Objektfeld 3 ändert.
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Obwohl in 3 das Positivglied 51 verschiebbar ausgestaltet ist, besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, das Negativglied 52 statt des Positivglieds 51 entlang der optischen Achse OA bewegbar anzuordnen. Das Negativglied 52 bildet jedoch häufig die Abschlusslinse des Vario-Objektivs 50. Ein feststehendes Negativglied 52 bietet daher den Vorteil, dass das Innere des Operationsmikroskops 2 leichter gegen äußere Einflüsse abgedichtet werden kann. Weiterhin sei angemerkt, dass, obwohl das Positivglied 51 und das Negativglied 52 in 3 lediglich als Einzellinsen dargestellt sind, jedes dieser Glieder statt in Form einer Einzellinse auch in Form einer Linsengruppe oder eines Kittglieds realisiert sein kann, bspw. um das Vario-Objektiv achromatisch oder apochromatisch auszubilden.
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Das Operationsmikroskop 2 ist mit einer Funktionssteuereinheit 65 verbunden. Diese weist eine Anzahl von Funktionssteueruntereinheiten auf, über die Funktionen des Operationsmikroskops 2 gesteuert werden können. Beispielsweise können über die Funktionssteueruntereinheiten die Stellung des Zoomsystems 11 zum Einstellen des Vergrößerungsfaktors des Operationsmikroskops, die Stellung der Filter 37A, 37B und 47 zum ermöglichen einer Fluoreszenzbeobachtung, die Art der verwendeten Lichtquelle 41, 49 zum ermöglichen eines Laser-Doppler-Imaging oder eines Laser-Speckle-Imaging, ect. eingestellt werden. Wenn das Operationsmikroskop 2 mit einem Varioskop-Objektiv ausgestattet ist, kann mit Hilfe einer Funktionssteueruntereinheit der Funktionssteuereinheit 65 auch der Arbeitsabstand des Operationsmikroskops vom Objektfeld 3 eingestellt werden.
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Das erfindungsgemäße chirurgische Assistenzsystem ermöglicht es, mit dem Operationsmikroskop 2 und dem Endomikroskop 4 aufgenommene Bilder mit Hilfe der Sendeeinheit 63 der Sende- und Empfangseinheit 60 der Gruppe von Geräten 1 an die Pathologieeinheit 70 zu senden. Dort werden die gesendeten Bilddaten von der Empfangseinheit 74 empfangen und an den Computer 57 zur Darstellung auf dem Monitor 76 weitergegeben. Ein Pathologe hat dann die Möglichkeit, die Bilder auf dem Monitor zu betrachten und eine pathologische Diagnose zu erstellen. Dadurch, dass eine bidirektionale Datenverbindung 69 zwischen der Sende- und Empfangseinheit 60 der Gruppe von Geräten 1 und der Sende- und Empfangseinheit 72 des Pathologiesystems 70 besteht, hat der Pathologe die Möglichkeit, Anweisungen, Daten und Informationen an die Gruppe von Geräten 1 zu senden. Diese können beispielsweise Funktionssteuerdaten umfassen, welche auf das Display 37 des Operationsmikroskops 2 einwirken, um Anweisungen, Daten oder Informationen in den Beobachtungsstrahlengang des Operationsmikroskops 2 einzublenden. Derartige Anweisungen, Daten oder Informationen können beispielsweise Textdaten sein, über die dem Chirurgen Anweisungen, etwa zum Positionieren des Operationsmikroskops oder des Endomikroskop gesendet werden können. Die Anweisungen oder Informationen können aber statt in Textform (oder zusätzlich zu einem Anweisungstext) auch in Form eines Zeigers, mit dem die Position, an der mit Hilfe des Endomikroskops weitere Aufnahmen gewonnen werden sollen, im Beobachtungsbild angezeigt werden kann, gegeben werden. Der behandelnde Chirurg kann dann das Endomikroskop zielgenau positionieren. Dies kann beispielsweise von Bedeutung sein, wenn der Pathologe weitere Aufnahmen von bestimmten Gewebebereichen benötigt, um eine pathologische Diagnose zu erstellen. Falls der Pathologe bereits eine pathologische Diagnose erstellt hat, besteht auch die Möglichkeit, durch geeignete Einspiegelung in den Beobachtungsstrahlengang beispielsweise diejenigen Gewebebereiche zu markieren, die operativ entfernt werden müssen. Dies kann etwa dadurch erfolgen, dass er anhand des auf dem Monitor 76 angezeigten Übersichtsbildes die Umrisse des zu entfernenden Gewebes festlegt und diese Umrisse dann in Form von Funktionssteuerdaten, welche Daten über die Umrisse enthalten, an die Funktionssteuereinheit 65 sendet. Die Funktionssteuereinheit steuert dann anhand der empfangenen Daten die Darstellung am Display 37. Statt mit Hilfe von Umrisslinien kann der Pathologe das zu entfernende Gewebe aber auch dadurch kennzeichnen, dass er den entsprechenden Stellen des Übersichtsbildes Farbbilder überlagert, die das zu entfernende Gewebe farblich kennzeichnen. Entsprechend würden die an die Funktionssteuereinheit 65 gesendeten Funktionssteuerdaten dann Bilddaten der farblichen Überlagerungsbilder enthalten. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, zusätzlich oder alternativ zur Dateneinspiegelung in den Beobachtungsstrahlengang des Operationsmikroskops die vom Pathologen gesendeten Daten auf einem Monitor im Operationssaal darzustellen.
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Neben der Informationsweitergabe an den behandelnden Chirurgen mittels Bilddaten besteht auch die Möglichkeit, Audiodaten an die Gruppe von Geräten 1 zu übertragen, sofern diese einen Lautsprecher umfasst. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Gruppe von Geräten 1 außerdem ein Mikrophon umfasst, sodass der behandelnde Chirurg und der Pathologe direkt miteinander sprechen können.
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Für den Fall, dass der Pathologe für seine Diagnose weitere Bilddaten benötigt, besteht außer dem Geben von Anweisungen an den Chirurgen auch die Möglichkeit, dass der Pathologe von der Ferne direkt auf Funktionen, beispielsweise des Operationsmikroskops 2 zugreift, um etwa die Vergrößerung des Übersichtsbildes zu verändern, oder verschiedene Beobachtungsmodi, wie etwa Fluoreszenzspektroskopie, Laser-Doppler-Imaging oder Laser-Speckle-Imaging, ein- und auszuschalten. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass der Pathologe aus der Ferne den Arbeitsabstand des Operationsmikroskops 2 ändert.
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Mit Hilfe des chirurgischen Assistenzsystems kann der Pathologe sehr schnell anhand von intraoperativ aufgenommenen Bildern eine pathologische Diagnose durchführen, insbesondere da mit dem Endomikroskop 4 die Aufnahme zellulär aufgelöster Bilder möglich ist. Eine Orientierung über das Objektfeld 3 kann der Pathologe dabei anhand des mit dem Operationsmikroskop 2 gewonnenen Übersichtsbildes erhalten. Auf diese Weise wird dem Pathologen nicht nur die Möglichkeit gegeben, eine pathologische Diagnose eines bestimmten Gewebes zu erstellen, sondern auch, den Ort des diagnostizierten Gewebes im Operationsfeld 3 zu berücksichtigen. Durch die Aufnahme weiterer Daten, wie beispielsweise Fluoreszenzdaten, Laser-Doppler-Daten, Laser-Speckle-Daten, etc. besteht zudem ein umfangreicherer Datensatz als bei einer Schnellschnittdiagnose oder den eingangs beschriebenen Systemen aus dem Stand der Technik zur Verfügung, die es zudem auch ermöglicht, weitere Fachärzte, wie etwa Radiologen, Neurologen, etc. zum Beurteilen des Gewebes hinzuzuziehen. Das chirurgische Assistenzsystem ermöglicht somit eine Echtzeitkonsultation zwischen einem behandelnden Chirurgen und einem sich an einem entfernten Ort befindenden Pathologen und/oder sich an entfernten Orten befindenden Fachärzten, wobei allen Beteiligten Ärzten im Wesentlichen dieselben Bildinformationen zur Verfügung stehen. Durch steuernde Eingriffe können die beteiligten Ärzte zudem jeweils die für ihre Diagnose benötigten Bilddaten gewinnen.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes chirurgisches Assistenzsystem ist in 4 dargestellt.
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Das zweite Ausführungsbeispiel für das chirurgische Assistenzsystem unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel in erster Linie dadurch, dass die Zahl der Geräte in der Gruppe von Geräten erhöht ist und dass die Sende- und Empfangseinheit der Gruppe von Geräten sowie die Sende- und Empfangseinheit in der Pathologieeinheit jeweils in einen Computer 160 bzw. 175 integriert sind. Die beiden Computer 160, 175 sind über eine bidirektionale Datenleitung 105 miteinander verbunden. Darüber hinaus ist im zweiten Ausführungsbeispiel auch die Pathologieeinheit um weitere Funktionalitäten ergänzt.
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Die Gruppe von Geräten 101 des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst außer einem Operationsmikroskop 102 und einem Endomikroskop 104 zum Gewinnen eines Übersichtsbildes bzw. eines zellulär aufgelösten Bildes von einem Objektfeld 103 auch einen chirurgischen Absauger 107 sowie ein Navigationssystem 109. Mittels des Navigationssystems 109 können die Positionsdaten und ggf. die Orientierungsdaten des Operationsmikroskops 102, der Spitze des Endomikroskops 104 sowie der Spitze 108 des Absaugers 107 in Bezug auf das Objektfeld 103 ermittelt werden. Die vom Endomikroskop 104 oder vom Operationsmikroskop 102 erfassten Bilddaten können dann mit Koordinaten versehen werden, anhand derer sich eine Position und ggf. auch eine Orientierung in Bezug auf das Objektfeld 103 ermitteln lässt. Diese Daten werden zusammen mit dem mit dem Operationsmikroskop 102 gewonnenen Übersichtsbild bzw. zusammen mit dem mit dem Endomikroskop 104 gewonnenen zellulär aufgelösten Bild an die Pathologieeinheit 170 übertragen, wo sie beispielsweise in das jeweilige Bild eingeblendet werden können. Damit besteht die Möglichkeit, die Koordinaten der Spitze des Endomikroskops 104 im Übersichtsbild anzuzeigen, sodass der Ort der zellulär aufgenommenen Bilder im Übersichtsbild markiert ist. Außerdem besteht die Möglichkeit, dem behandelnden Chirurgen neue Positionen, an denen beispielsweise zellulär aufgelöste Bilder aufgenommen werden sollen, in Form von Navigationsdaten zu übermitteln.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Operationsmikroskop 102 zudem an einem motorisch angetriebenen Stativ 201 befestigt. Durch die Eingabe von Navigationsdaten kann das Operationsmikroskop 102 daher in seiner Orientierung und seiner Position automatisch eingestellt werden, was es ermöglicht, das Operationsmikroskop 102 auch aus der Ferne so zu positionieren bzw. zu orientieren, dass ein bestimmter Ausschnitt aus dem Objektfeld 103 optimal dargestellt wird. Zu diesem Zweck ist dem Stativ 201 eine Funktionssteuereinheit 111 zugeordnet, die anhand von empfangenen Positions- und/oder Orientierungssteuerdaten die Positionierung bzw. Orientierung des Operationsmikroskops 102 mittels geeigneter Stellmotoren vornimmt. Positions- und/oder Orientierungsdaten kann die Funktionssteuereinheit 111 entweder von dem im Operationssaal 160 befindlichen Computer 160 oder von der Pathologieeinheit 170 empfangen. Nachfolgend werden das Stativ 201 und die vom Stativ für das Operationsmikroskop 102 ermöglichten Freiheitsgrade anhand der 5 und 6 näher beschrieben.
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In dem in 5 gezeigten Beispiel für ein Stativ 201 ruht das Stativ auf einem Stativfuß 205, an dessen Unterseite Rollen 206 vorhanden sind, die ein Verfahren des Stativs 201 ermöglichen. Um ein ungewolltes Verfahren des Stativs 201 zu verhindern, besitzt der Stativfuß 205 außerdem eine Fußbremse 207.
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Das eigentliche Stativ 201 umfasst als Stativglieder eine höhenverstellbare Stativsäule 208, einen Tragarm 209, einen Federarm 210, und eine Mikroskopaufhängung 211, welche ihrerseits ein Verbindungselement 213, einen Schwenkarm 215 und einen Haltearm 214 umfasst. Die Freiheitsgrade, welche die Stativglieder zum Positionieren des Operationsmikroskops 102 zur Verfügung stellen, sind in 6 gezeigt. Der Tragarm 209 ist an seinem einen Ende um eine Achse A drehbar mit der Stativsäule 208 verbunden. Am anderen Ende des Tragarms 209 ist ein Ende des Federarms 210 um eine zur Achse A parallele Achse B drehbar befestigt, so das der Tragarm 209 und der Federarm 210 einen Gelenkarm bilden. Das andere Ende des Federarms 210 ist von einem Kippmechanismus gebildet (nicht dargestellt), an dem die Mikroskopaufhängung 211 befestigt ist und der ein Verkippen der Mikroskopaufhängung 211 um die Achse C ermöglicht.
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Die Mikroskopaufhängung 211 weist eine Drehachse D, eine Schwenkachse E sowie eine Kippachse F auf, um die sich das Mikroskop 102 drehen, schwenken bzw. verkippen lässt. Mit einem Verbindungselement 213 ist die Mikroskopaufhängung 211 am äußeren Ende des Federarms 210 um die Drehachse D drehbar befestigt. Die Drehachse D erstreckt sich entlang des Verbindungselementes 213. An das Verbindungselement 213 schließt sich ein Schwenkarm 215 an, mit dessen Hilfe sich das Mikroskop 102, genauer gesagt ein am Schwenkarm 215 angebrachter Haltearm 214, an dem das Mikroskop 102 mittels einer Mikroskophalterung (nicht dargestellt) befestigt ist, um die Schwenkachse E schwenken lässt. Die Schwenkachse E erstreckt sich durch den Schwenkarm 215. Der Winkel zwischen Schwenkarm 215 und Verbindungselement 213, d.h. der Winkel zwischen der Schwenkachse E und der Drehachse D, kann mittels einem zwischen dem Verbindungsteil 213 und dem Schwenkarm 215 angeordneten Verstellmechanismus variiert werden.
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Durch den Haltearm 214 verläuft senkrecht zur Darstellungsebene die Kippachse F, die ein Verkippen des Operationsmikroskops 102 ermöglicht. Das Operationsmikroskop 102 ist mittels einer nicht dargestellten Mikroskophalterung am Haltearm 214 befestigt.
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Die Freiheitsgrade der Mikroskopaufhängung 211 sowie die Einstellmöglichkeiten des Operationsmikroskops 102, bspw. Fokussierung, Schärfe, Vergrößerungsfaktor, etc, können über eine Stelleinrichtung 202 eingestellt werden, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Fußschaltpult dargestellt ist. Es kann aber auch als Handschaltelement oder als Kombination von beiden realisiert sein. Zudem ist eine Fernsteuerung durch die Pathologieeinheit möglich.
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Um ein ungewolltes Verstellen des Mikroskops 102 aus einer gewählten Position zu verhindern, sind die Stativglieder bzw. die Gelenke zwischen den Stativgliedern mit Bremsen (nicht dargestellt) versehen, welche nach dem Positionieren des Mikroskops 102 fixiert werden. Als Bremsen kommen sowohl manuell als auch elektrisch zu betätigende Bremsen in Frage.
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Auch wenn das Stativ 201 anhand eines konkreten Beispiels beschrieben worden ist, wird ein Fachmann erkennen, dass auch anders geartete Stative Verwendung finden können. Ebenso besteht die Möglichkeit, auch das Endomikroskop 104 und/oder den Absauger 107 an einem motorisch angetriebenen Stativ anzubringen, sodass eine Positionierung und/oder Orientierung des jeweiligen Gerätes anhand von Positionssteuerdaten und/oder Orientierungssteuerdaten möglich wird.
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Dem Endomikroskop 104 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Funktionssteuereinheit 113 zugeordnet, mit der sich anhand geeigneter Funktionssteuerparameter Funktionen des Endomikroskops 104, beispielsweise die Art der Beleuchtung, eingestellt werden können. Wenn das Endomikroskop 104 an einem motorisch verfahrbaren Stativ angeordnet ist, besteht zudem die Möglichkeit, über die Funktionssteuereinheit anhand von Positions- und/oder Orientierungsdaten ein Positionieren und/oder Orientieren des distalen Endes des Endomikroskops 104 in Bezug auf das Objektfeld 103 vorzunehmen. Hierbei ist jedoch sicherzustellen, dass bei einer angetriebenen Positionierung keine Schädigung des Gewebes im Objektfeld 103 stattfindet. Die Positionierung sollte deshalb nur bei Freigabe durch den behandelnden Chirurgen möglich sein und vom Chirurgen überwacht werden. Dabei muss für den Chirurgen jederzeit die Möglichkeit bestehen, eine von der Pathologieeinheit 170 ausgehende ferngesteuerte Positionierung überschreiben zu können, sodass er die automatische Positionierung bei Bedarf jederzeit abrechen kann.
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Die Gruppe von Geräten 101 des chirurgischen Assistenzsystems umfasst gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auch einen chirurgischen Absauger 107, beispielsweise zur Tumorentfernung. Die Position der Saugspitze 108 des Absaugers 107 kann mit Hilfe des Navigationssystems 109 verfolgt werden. Zudem besteht die Möglichkeit, die Position der Saugspitze 108 vom Pathologiesystem aus 170 mittels Positions- und/oder Orientierungsdaten zu steuern. Diese Daten werden dann an eine Funktionssteuereinheit 115 weitergegeben, die das Positionieren und/oder Orientieren der Saugspitze 108 in Bezug auf das Objektfeld 103 mittels eines geeigneten motorisch angetriebenen Stativs ermöglicht.
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Wie bereits weiter oben erwähnt, befindet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Sende- und Empfangseinheit der Gruppe von Geräten 101 in einem im Operationsfeld befindlichen Rechner 160, mit dem auch vom Operationssaal aus Funktionssteuerdaten an die jeweiligen Funktionssteuereinheiten bzw. Funktionssteueruntereinheiten gesendet werden können. Zudem ermöglicht das Vorhandensein des Rechners 160 im Operationssaal auf seinem Monitor genau das Bild darzustellen, das der Pathologe auf dem Monitor 176 des Computers 175 in der Pathologie sieht.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich auch im Pathologiesystem 170 die Sende- und Empfangseinheit in einem Computer 175. Zudem weist die Pathologieeinheit 170 des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Diagnosedatenbank 117, eine Bildauswerteeinheit 119 sowie eine Diagnoseeinheit 121 auf. Die Bildauswerteeinheit 119 ist zum Empfangen der zellulär aufgelösten Bilddaten und der Übersichtsbilddaten mit der Empfangseinheit des Pathologiesystems 170 verbunden. Sie dient dazu, bestimmte Bildinformationen aus den empfangenen zellulär aufgelösten Bilddaten und/oder den empfangenen Übersichtsbilddaten zu extrahieren. Beispielsweise wenn die zellulär aufgelösten Bilddaten und/oder die Übersichtsbilddaten Fluoreszenzbilder beinhalten, kann die Bildauswerteeinheit 119 beispielsweise zum Auffinden von Orten mit charakteristischer Fluoreszenzstrahlung dienen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, bei Verwendung eines Hyperspektralsensors zum Aufnehmen der Bilder bestimmte spektrale Charakteristika zu extrahieren.
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Die Diagnoseeinheit 121 ist zum Empfangen der extrahierten Bildinformationen mit der Bildauswerteeinheit 119 verbunden. Sie ist außerdem mit der Diagnosedatenbank 117 verbunden, die eine Anzahl von gespeicherten Diagnosen und eine Anzahl von gespeicherten Bildinformationen enthält. Jeder Diagnose ist dabei in der Diagnosedatenbank 117 wenigstens eine gespeicherte und für die jeweilige Diagnose charakteristische Bildinformation zugeordnet. Die Diagnoseeinheit 121 vergleicht nun die charakteristischen Bildinformationen der Diagnosedatenbank 117 mit den aus den Bilddaten extrahierten Bildinformationen. Wenn der Vergleich der extrahierten Bildinformationen zu einer Übereinstimmung mit charakteristischen Bildinformationen aus der Diagnosedatenbank 117 führt, gibt die Diagnoseeinheit 121 die den charakteristischen Bildinformationen zugeordnete Diagnose als Diagnosevorschlag auf dem Bildschirm 176 aus. Der Pathologe hat nun die Möglichkeit, diese Diagnose zu verifizieren oder zu verwerfen. Falls die Diagnose verworfen wird, erstellt der Pathologe anhand der zellulär aufgelösten Bilder und des Übersichtsbildes eine neue Diagnose. Falls nötig, kann anhand der Echtzeitverbindung zwischen dem Operationssaal und dem Raum, in dem sich das Pathologiesystem befindet, in Zusammenarbeit zwischen Chirurg und Pathologe der Ort bestimmt werden, an dem eine herkömmliche Gewebeentnahme erfolgt. Wenn anhand des zellulär aufgelösten Bildes in Verbindung mit dem Übersichtsbild also keine pathologische Diagnose möglich ist, besteht wenigstens die Möglichkeit, dass der Pathologe anhand des Übersichtsbildes vorgibt, wo eine Probeentnahme zu erfolgen hat. Auf diese Weise kann dann die Wahrscheinlichkeit, anhand eines Schnellschnittes eine zutreffende Diagnose zu erstellen, erhöht werden. Wenn sich der Raum, in dem sich das Pathologiesystem befindet, in nicht allzu großer Entfernung vom Operationssaal befindet, kann das entnommene Gewebe an den Pathologen übersandt werden. Zur weiteren Untersuchung des Gewebes ist es dabei vorteilhaft, wenn das Pathologiesystem 170 Anschlüsse für weitere Geräte, wie beispielsweise ein herkömmliches Lichtmikroskop 123 oder eines herkömmlichen Laserscanmikroskops 125 als In-vitro-Diagnosesysteme aufweist. Alternativ besteht die Möglichkeit, derartige In-vitro-Diagnosesysteme in einem dem Operationssaal benachbarten Raum aufzustellen und die damit gewonnenen Bilddaten über die Datenleitung an das Pathologiesystem zu senden. In diesem Fall entfällt die Transportzeit für das Gewebe, da dieses nicht zum Pathologen transportiert werden muss.
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Im chirurgischen Assistenzsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann der Pathologe beispielsweise Navigationsdaten an die Funktionssteuereinheit 115 des chirurgischen Absaugers 107 senden, die die ermittelten Tumororte widerspiegeln. Diese Orte können dann mittels eines motorisierten Stativs angefahren werden. Sie können jedoch auch per Hand angefahren werden, wobei die aktuelle Position dann beispielsweise mittels der Einblendvorrichtung des Operationsmikroskops 102 in den Beobachtungsstrahlengang eingeblendet wird. Der Chirurg kann dann die Saugspitze 108 des chirurgischen Absaugers 107 derart positionieren, dass ihre Position mit den angezeigten Koordinaten übereinstimmt. Zusätzlich oder alternativ besteht auch die Möglichkeit, anstelle von Koordinaten eine Darstellung der Position und der Orientierung der Saugspitze 107, wie sie zum Absaugen der Tumorzellen zu positionieren und zu orientieren ist, in den Beobachtungsstrahlengang bildlich einzublenden. Der Chirurg kann dann die Saugspitze 108 positionieren, indem er sie mit der eingeblendeten Abbildung zur Deckung bringt.
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Falls präoperative Daten vorhanden sind und sich die intraoperativen Daten beispielsweise aufgrund von Gewebebewegungen wie bspw. dem sog. Brain-Shift von den präoperativen Daten unterscheiden, können die vom Pathologen festgestellten Tumororte auch dazu verwendet werden, die präoperativen Daten zu aktualisieren, also eine während der Operation auftretende Verschiebung von Gewebe (bspw. Brain-Shift) zu korrigieren.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der Pathologe aus der Ferne eine geeignete Beleuchtung auswählt, um die Sichtbarkeit der Tumororte zu erhöhen. Hier kommt beispielsweise eine Fluoreszenzanregung in Betracht, wenn der Tumor Fluoreszenzlicht in einer anderen Intensität emittiert als gesundes Gewebe.
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Das Pathologiesystem 170 kann auch einen tragbaren Computer oder ein Tablet 127 umfassen, auf dem die empfangenen zellulär aufgelösten Bilddaten und/oder die empfangenen Übersichtsdaten dargestellt werden können. Der Pathologe braucht sich dann nicht notwendigerweise am Ort des Pathologiesystems 170 zu befinden, wenn dieses beispielsweise über eine Funkverbindung mit dem tragbaren Computer bzw. dem Tablet 127 verbunden ist. Insbesondere besteht auch die Möglichkeit, dass das Pathologiesystem 170 als Monitor und als Eingabeeinheit lediglich den tragbaren Computer bzw. das Tablet 127 aufweist. Weitere Funktionen der Pathologieeinheit 170, wie beispielsweise die Sendeeinheit und die Empfangseinheit und gegebenenfalls die Diagnosedatenbank 117, die Bildauswerteeinheit 119 und die Diagnoseeinheit 121 können dann in einem Server untergebracht sein. Zudem besteht die Möglichkeit, ein verstreutes Ärzteteam zu Rate zu ziehen, wenn das Pathologiesystem 170 mehrere Tablets 127 umfasst, denen der Server des Pathologiesystems 170 die vom jeweiligen Arzt angeforderten Bildinformationen zur Verfügung stellt.
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Die vorliegende Erfindung ist anhand zweier Ausführungsbeispiele zu Illustrationszwecken erläutert worden. Für einen Fachmann ist es jedoch klar, dass Abweichungen von diesen Ausführungsbeispielen möglich sind. Beispielsweise kann die Diagnose grundsätzlich auch alleine anhand der Diagnosedatenbank, der Bildauswerteeinheit und der Diagnoseeinheit erfolgen. In diesem Fall kann das Pathologiesystem auch innerhalb des Operationssaales angeordnet sein. Weiterhin kann das Operationsmikroskop mehr als eine Bildeinblendvorrichtung aufweisen. Hier ist es beispielsweise wünschenswert, dass nicht nur einer der beiden Stereokanäle mit einer Bildeinblendvorrichtung versehen ist, sondern beide Stereokanäle. Dies ermöglicht es, stereoskopische Bilddaten in den Beobachtungsstrahlengang einzukoppeln, was insbesondere dann vorteilhaft sein kann, wenn solche Bilddaten zum Positionieren eines chirurgischen Gerätes oder des Endomikroskops herangezogen werden sollen. Wenn etwa als Positionierungshilfe ein Bild des Gerätes in der Position und der Orientierung, in die es gebracht werden soll, in den Beobachtungsstrahlengang eingeblendet wird und die Positionierung anhand eines zur Deckung bringens des realen Gerätes mit dem eingeblendeten Bild erfolgt, ist eine stereoskopische Einblendung des Bildes vorteilhaft. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass nicht nur aus einem stereoskopischen Teilstrahlengang ein Bild für den Pathologen ausgekoppelt wird, sondern aus beiden stereoskopischen Teilstrahlengängen. Der Pathologe kann dann ein stereoskopisches Bild vom Objektfeld erhalten. Als Display, auf dem das Bild dargestellt wird, kann hierbei beispielsweise ein Head-Mounted Display zur Verfügung stehen. Dadurch kann dem Pathologen exakt das gleiche Bild dargeboten werden, wie es sich dem Chirurgen beim Einblick in das Operationsmikroskop bietet. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, das Operationsmikroskop volldigital auszugestalten, d. h. anstatt eines optischen Einblicks in das Operationsmikroskop zwei Bildsensoren vorzusehen und dem Chirurgen das Bild mittels eines elektronischen Einblicks oder eines Head-Mounted Displays darzustellen. In diesem Fall kann von einer Strahlauskopplung für das Generieren des Übersichtsbildes für den Pathologen abgesehen werden, da dieses mit den Bildsensoren, mit denen das Bild für den Chirurgen aufgenommen wird, generiert werden kann. Auch auf die optische Vorrichtung zur Dateneinspiegelung kann dann verzichtet werden, da vom Pathologen übersandte Daten elektronisch in das dem Chirurgen dargebotene Bild eingeblendet werden können. Außerdem kann die Gruppe von Geräten zusätzlich oder alternativ andere, in den Ausführungsbeispielen nicht dargestellte Geräte umfassen. Denkbar wäre beispielsweise, dass die Gruppe von Geräten zusätzlich zur Saugspitze oder alternativ zur Saugspitze einen Behandlungslaser zur Koagulation von Gewebe oder zum Durchführen von Schnitten umfasst. Zudem besteht die Möglichkeit, auf das Navigationssystem zu verzichten und den Ort, an dem sich beispielsweise die Spitze des Endomikroskops oder die Saugspitze befindet, anhand der mit dem Operationsmikroskop erfassten Bilddaten zu ermitteln. Ein geeignetes System hierzu ist beispielsweise in der
US 2011/0178395 A1 beschrieben, auf deren Inhalt hinsichtlich des Ermittelns der Positionsdaten aus den Bilddaten des Operationsmikroskops Bezug genommen wird. Die vorliegende Erfindung soll daher nicht auf Merkmalskombinationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich durch den Inhalt der beigefügten Ansprüche.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gruppe von Geräten
- 2
- Operationsmikroskop
- 3
- Operationsfeld
- 4
- Endomikroskop
- 5
- Objektiv
- 7
- divergentes Strahlenbündel
- 9
- Strahlenbündel
- 9A, 9B
- stereoskopischer Teilstrahlengang
- 11
- Vergrößerungswechsler
- 13A, 13B
- Schnittstellenanordnung
- 15A, 15B
- Strahlteilerprisma
- 19
- Kameraadapter
- 21
- Kamera
- 23
- Bildsensor
- 27
- Binokulartubus
- 29A, 29B
- Tubusobjektiv
- 31A, 31B
- Zwischenbildebene
- 33A, 33B
- Prisma
- 35A, 35B
- Okularlinse
- 37
- Display
- 39
- Optik
- 40A, 40B
- Spektralfilter
- 41
- Weißlichtquelle
- 43
- Umlenkspiegel
- 45
- Beleuchtungsoptik
- 47
- Spektralfilter
- 49
- Laser
- 50
- Vario-Objektiv
- 51
- Positivglied
- 52
- Negativglied
- 53
- Verschiebeweg
- 60
- Sende- und Empfangseinheit
- 63
- Sendeeinheit
- 64
- Empfangseinheit
- 65
- Funktionssteuereinheit
- 69
- Datenverbindung
- 70
- Pathologieeinheit
- 72
- Sende- und Empfangseinheit
- 73
- Sendeeinheit
- 74
- Empfangseinheit
- 75
- Computer
- 76
- Monitor
- 77
- Tastatur
- 101
- Gruppe von Geräten
- 102
- Operationsmikroskop
- 103
- Objektfeld
- 104
- Endomikroskop
- 105
- Bidirektionale Datenleitung
- 107
- Chirurgische Absaugvorrichtung
- 108
- Saugspitze
- 109
- Navigationssystem
- 111
- Funktionssteuereinheit
- 113
- Funktionssteuereinheit
- 115
- Funktionssteuereinheit
- 117
- Diagnosedatenbank
- 119
- Bildauswerteeinheit
- 121
- Diagnoseeinheit
- 123
- Lichtmikroskop
- 125
- Laser-Scan-Mikroskop
- 127
- Tablet
- 201
- Stativ
- 202
- Fußschaltpult
- 205
- Stativfuß
- 206
- Rolle
- 207
- Fußbremse
- 208
- Stativsäule
- 209
- Tragarm
- 210
- Federarm
- 211
- Mikroskopaufhängung
- 213
- Verbindungselement
- 214
- Haltearm
- 215
- Schwenkarm
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 07-95556 A [0004]
- US 2005/0033556 A1 [0005]
- US 2013/0324846 A1 [0006]
- US 2011/0178395 A1 [0079]
