DE102014106865A1

DE102014106865A1 - Bediensystem für ein Operationsmikroskop mit automatischer Folge- oder Ausrichtungsvorrichtung, Verfahren und Operationsmikroskop

Info

Publication number: DE102014106865A1
Application number: DE102014106865.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Saur; Marco Wilzbach
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG; Carl Zeiss AG
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-11-19

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum berührungslosen Bedienen eines Operationsmikroskops (100), welches eine mittels einer Optik erfasste medizinische Bildinformation in einem Display, Displayinhalt (205) oder in einem Bildinhalt abbildet und welches eine Verstell- oder Positioniervorrichtung (800) für die Optik aufweist, mit den Schritten: Erfassen der Position eines Zeigerelements in der erfassten Bildinformation; Ermitteln eines Abstands zwischen der Position des Zeigerelements von einer vorbestimmten Position des Displays, Displayinhalts (205) oder Bildinhalts; Steuern oder Regeln der Verstell- oder Positioniervorrichtung (800) für die Optik derart, dass der Abstand verringert wird. Ferner betrifft sie ein Betriebssystem (200) und ein Operationsmikroskop (100).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen Bedienen eines Operationsmikroskops gemäß Anspruch 1, ein Bediensystem für ein von einem Operateur bedientes Operationsmikroskop gemäß Anspruch 7 und ein Operationsmikroskop gemäß Anspruch 14.
Aus der DE 103 54 747 A1 ist ein Steuerungssystem für Operationsmikroskope bekannt. Das Steuerungssystem weist einen Sensor zum Erfassen von Bewegungen des Operateurs im Bereich seiner Stirn.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren und ein entsprechendes Bediensystem zum berührungslosen Verstellen und/oder räumlichen Positionieren eines Operationsmikroskops durch einen Operateur vorzuschlagen. Zudem soll ein mit wenigstens einem solchen Bediensystem ausgestattetes Operationsmikroskop vorgeschlagen werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe kann durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Bediensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst werden. Sie kann ferner durch ein Operationsmikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst werden.
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zum berührungslosen Bedienen eines Operationsmikroskops vorgeschlagen, wobei das Operationsmikroskop eine Optik zum Erfassen von medizinischer Bildinformation in einem Display, Display- oder Bildinhalt oder Projektion (im Folgenden jeweils auch kurz als Displayinhalt bezeichnet, gleich ob bildlich dargestellt oder nicht), was dem von der Optik erfassten Gesichtsfeld des Operateurs entsprechen kann, und eine – vorzugsweise motorisch oder hydraulisch betriebene – Verstell- oder Positioniervorrichtung (im Folgenden auch kurz als Positioniervorrichtung bezeichnet) zum Verstellen der Optik aufweist.
Das Verfahren umfasst ein Erfassen der Position eines Zeigerelements, hierin z. B. der Spitze oder eines anderen Abschnittes eines Instruments oder eines Fingers oder einer Markierung, in der erfassten Bildinformation. Es umfasst ferner ein Ermitteln eines Abstands zwischen der Position des Zeigerelements, oder seiner Projektion, von einer vorbestimmten Position des Displayinhalts hierin. Zudem umfasst das Verfahren ein Steuern oder Regeln der Verstell- oder Positioniervorrichtung für die Optik derart, dass der überwachte Abstand verringert wird.
Das erfindungsgemäße Bediensystem dient dem Verstellen und/oder räumlichen Positionieren eines Operationsmikroskops mit einer Optik und wenigstens eine Erfassungsvorrichtung, welche konfiguriert ist zum Erfassen der Position oder der Ausrichtung des Zeigerelements im Displayinhalt. Ferner weist das Bediensystem wenigstens eine Ermittlungsvorrichtung, konfiguriert zum Ermitteln eines Signals, welches den Abstand und ggf. dessen Orientierung zwischen der Position des Zeigerelements und einer vorbestimmten Position innerhalb des Displayinhalts angibt, auf. Zudem weist das Bediensystem wenigstens eine Auswerteeinheit zum Umsetzen des Signals in ein oder mehrere Steuer- oder Regelkommandos auf. Schließlich weist es wenigstens eine Steuer- oder Regelvorrichtung auf, welche konfiguriert ist zum Steuern oder Regeln einer Verstell- oder Positioniervorrichtung des Operationsmikroskops derart, dass der Abstand verringert wird.
Das erfindungsgemäße Operationsmikroskop weist wenigstens ein erfindungsgemäßes Bediensystem auf oder ist hiermit in Funktionswirkung und/oder Signalkommunikation verbunden.
Hierin werden alle für die Bedienung des Operationsmikroskops in Frage kommenden Personen kurz als Operateur bezeichnet.
Ferner werden hierin „Steuern“ und „Regeln“ kurz als „Steuern“ bezeichnet. Was hierin zu „Steuern“ („open loop“, ohne Rückkoppelung) gesagt wird, gilt daher, sofern sich für den Fachmann kein Widerspruch ergibt, auch für „Regeln“ („closed loop“, mit Rückkoppelung).
Erfindungsgemäße Ausführungsformen können eines oder mehrere der im Folgenden genannten Merkmale aufweisen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen sind zudem Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei allen folgenden Ausführungen ist der Gebrauch des Ausdrucks „kann sein“ bzw. „kann haben“ usw. synonym zu „ist vorzugsweise“ bzw. „hat vorzugsweise“ usw. zu verstehen und soll erfindungsgemäße Ausführungsformen erläutern.
Wenn hierin von einem Gegenstand oder einem Signal im Singular die Rede ist, so liest der Fachmann hierunter auch stets den Plural als offenbart mit, sofern dies nicht zu technischen Widersprüchen führt.
Wann immer hierin Zahlenworte genannt werden, so versteht der Fachmann diese als Angabe einer zahlenmäßig unteren Grenze. Sofern dies zu keinem für den Fachmann erkennbaren Widerspruch führt, liest der Fachmann daher beispielsweise bei der Angabe „ein“ oder „einem“ stets „wenigstens ein“ oder „wenigstens einem“ mit. Dieses Verständnis ist ebenso von der vorliegenden Erfindung mit umfasst wie die Auslegung, dass ein Zahlenwort wie beispielsweise „ein“ alternativ als „genau ein“ gemeint sein kann, wo immer dies für den Fachmann erkennbar technisch möglich ist. Beides ist von der vorliegenden Erfindung umfasst und gilt für alle hierin verwendeten Zahlenworte.
In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Bediensystem derart konfiguriert, dass das Verstellen des Operationsmikroskops mittels der Positioniervorrichtung einer Berührung des Operationsmikroskops oder eines Abschnitts hiervon nicht bedarf. Das Bediensystem verringert den Abstand somit, ohne dass der Operateur einen Abschnitt des Operationsmikroskops anfassen müsste.
In manchen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist unter einem Verringern des Abstands ein Nachfahren der Optik in Richtung auf das Zeigerelement hin zu verstehen. Die Optik bemüht sich in diesen Ausführungsformen vereinfacht gesprochen also dem Zeigerelement mittels Verändern ihrer Ausrichtung im Raum derart folgen, dass dieses nach erfolgter Veränderung in einem vorbestimmten Bereich des von der Optik erfassten Displayinhalts zu liegen kommt bzw. nach erfolgter Umpositionierung von der Optik im vorbestimmten Bereich erfasst wird.
In einigen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen erfolgt die Auswertung und/oder die Steuerung im 2- oder im 3-dimensionalen Raum.
In manchen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist das Bediensystem wenigstens einen 3-dimensionalen Sensor auf.
In bestimmten beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen gibt die Auswerteeinheit nach einer mittels der Aktivierungsvorrichtung erfolgten Aktivierung eines Nachfahrmodus ein, vorzugsweise Dauer-, Signal aus, welches ein Abstandssignal sein kann. Dieses dient zum Betätigen der Positioniervorrichtung derart, dass das Operationsmikroskop oder ein Abschnitt hiervon vorzugweise andauernd auf die Spitze ausgerichtet wird. Dies geschieht vorzugweise, indem der Abschnitt der veränderlichen Position der Spitze ständig nachgeführt wird, beispielsweise, falls vorgesehen, bis zu einer Beendigung der Aktivierung, also bis zur Deaktivierung des Nachfahrmodus.
In gewissen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Bediensystems gibt die Auswerteeinheit nach einer erfolgten Aktivierung eines Verstellmodus mittels der Aktivierungsvorrichtung ein, vorzugsweise Dauer-)Signal aus zum Betätigen der Positioniervorrichtung derart, dass das Operationsmikroskop oder ein Abschnitt hiervon verstellt wird, bis zu einer Beendigung der Aktivierung, also der Deaktivierung des Verstellmodus.
Die Erfassungsvorrichtung oder die Optik ist oder umfasst in bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen eine Bildkamera, eine Optik, einen optischen Strahlengang, oder ein Bildaufnahmesystem, zum Erfassen eines Bildinhalts. Das Signal gibt in diesen Ausführungsformen an, an welcher Stelle des Bildinhalts die Spitze positioniert ist.
Die Erfassungsvorrichtung ist oder umfasst in manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen eine oder mehrere Kameras oder Sensoren zum Erfassen eines 3-dimensionalen Rauminhalts, und das Signal gibt an, wie das Zeigerelement im erfassten Raum ausgerichtet ist, d. h. in welche Richtung das Zeigerelement zeigt oder welchen Vektor das Zeigerelement im Raum aufspannt.
Die Positioniervorrichtung ist in bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen die Kinematik des Operationsmikroskops.
In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird die Positioniervorrichtung mittels der Steuer- oder Regelvorrichtung derart angesteuert oder geregelt, dass die Optik so zur Spitze des Zeigerelements ausgerichtet ist, dass die Spitze in einem vorbestimmten Bereich des Displayinhalts, und insbesondere in einem zentralen Bereich hiervon, zum Liegen kommt, bzw. umgekehrt.
In einigen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen berücksichtigt das Verfahren alternativ zur Position eine Projizierung eines Zeigerelements in oder auf das Display.
In manchen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird der ermittelte Abstand zwischen der Position oder Projektion des Zeigerelements und einer vorbestimmten Position des Displays mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Ein Steuern oder Regeln der Verstell- oder Positioniervorrichtung erfolgt in diesen Ausführungsformen nur bei Überschreiten des Schwellenwerts. Letzteres kann den Vorteil einer vergleichweise ruhigen Optik für den Chirurgen haben.
In gewissen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann das „Verringern“ des Abstands einen Abstand von 0 mm anstreben; es kann allerdings alternativ ein Unterschreiten des Schwellenwerts sein und sich hierauf beschränken. Auch dies kann den Vorteil einer vergleichweise ruhigen Optik für den Chirurgen bieten.
In einigen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Verfahrens ist die vorbestimmte Position des Displayinhalts dessen Mittelpunkt oder -bereich.
In bestimmten beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Ermitteln einer Veränderung der räumlichen Ausrichtung des Zeigerelements, vorzugsweise relativ oder in einem ortsfesten Bezugssystem oder hierauf bezogen, beispielsweise mittels eines Sensorsystems, oder einer Veränderung dessen Projektion im Displayinhalt. Es umfasst ferner ein Steuern oder Regeln der Verstell- oder Positioniervorrichtung und/oder wenigstens einer Funktion des Operationsmikroskops in Abhängigkeit von der ermittelten Veränderung.
In manchen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Verfahrens entspricht die Ausrichtung z. B. dem Vektor, den das Zeigerelement im Raum aufspannt.
In gewissen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist mit Steuern oder Regeln der Verstell- oder Positioniervorrichtung in Abhängigkeit von der Veränderung gemeint, dass die Optik mittels der Verstell- oder Positioniervorrichtung derart verstellt wird, dass die unmittelbar vor der Veränderung erfasste räumliche Ausrichtung zwischen Zeigerelement und Optik, etwa dessen Sensorsystem, durch Neupositionieren der Optik im Raum wiederhergestellt wird.
In einigen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist mit Steuern oder Regeln der Verstell- oder Positioniervorrichtung in Abhängigkeit von der Veränderung der räumlichen Ausrichtung des Zeigerelements gemeint, dass die Optik mittels der Positioniervorrichtung derart verstellt wird, dass die unmittelbar vor der Veränderung erfasste Ausrichtung oder Projektion im Displayinhalt wiederhergestellt wird.
In bestimmten beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Verfahrens erfolgt das Ermitteln des Abstands oder der Ausrichtung mittels wenigstens eines 3-dimensionalen Sensors.
In manchen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Verfahrens wird die Ausrichtung durch Bezugsnahme auf die Geometrie und/oder die Ersteckung des Instruments oder durch Auswerten des Schattens des Zeigerelements, vorzugsweise perspektivisch, oder dessen Projektion ermittelt.
In gewissen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen heißt „ermittelt“ berechnet, gemessen, geschätzt, angenähert oder dergleichen.
In einigen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Überführen des Operationsmikroskops in einen Aktivierungsmechanismus. Letzterer muss betätigt sein, damit das erfindungsgemäße Verfahren abläuft und beispielsweise der Abstand oder die Veränderung der räumlichen Ausrichtung des Zeigerelements ermittelt wird oder das Steuern oder Regeln erfolgt. Das erfindungsgemäße Bediensystem umfasst in bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen – wie auch zu jedem anderen der hierin genannten Verfahrensschritte – die zu seinem Ausführen erforderliche, entsprechend konfigurierte Vorrichtung.
In bestimmten beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist das Bediensystem eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Veränderung der räumlichen Ausrichtung des Zeigerelements, vorzugsweise in einem ortsfesten Bezugssystem, mittels eines Sensorsystems, oder einer Veränderung dessen Projektion im Displayinhalt auf. Dabei ist die Steuer- oder Regelvorrichtung konfiguriert, um jeweils in Abhängigkeit von der ermittelten Veränderung die Verstell- oder Positioniervorrichtung anzusteuern oder eine Funktionsvorrichtung zum Betätigen oder Verändern wenigstens einer Funktion des Operationsmikroskops anzusteuern.
In gewissen beispielhaften Ausführungsformen weist das Bediensystem eine Vorrichtung zum Ermitteln oder Bestimmen eines Vektors im Raum basierend auf oder entsprechend der Ausrichtung des Zeigerelements auf.
In einigen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist das Bediensystem wenigstens eine vom Operateur aktivierbare und deaktivierbare Aktivierungsvorrichtung auf, welche in ihrem aktivierten Zustand wenigstens einer der Erfassungsvorrichtung, der Auswerteeinheit oder der Steuer- oder Regelvorrichtung aktiviert und in ihrem deaktivierten Zustand deaktiviert. Dabei laufen die hierin beschriebenen mittels der vorgenannten Vorrichtungen ausgeführten Schritte im aktivierten Zustand – vorzugsweise automatisch – ab, im deaktivierten Zustand hingegen nicht.
In manchen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist vorgesehen, den aktivierten Zustand mittels vorbestimmter Geste(n) einzuleiten und optional mittels Geste(n) auch wieder zu beenden. Die Geste kann eine vorbestimmte Bewegung des Fingers sein, welcher am Instrument anliegt und dieses beispielsweise zu Aktivierung oder Deaktivierung antippt.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen des Bediensystems ist die Auswerteeinheit konfiguriert, um bei Erkennen einer in geschlossener Linie, etwa im Kreis oder kreisförmig geführten Geste oder einer Geste, die etwa eine mehr oder weniger runde geschlossene Fläche beschreibt, welche jeweils etwa mittels der Spitze oder einer Markierung auf dem Zeigerelement ausgeführt wird, ein Steuer- oder Regelkommando an die Steuer- oder Regelvorrichtung derart abzugeben, dass mittels einer Zoomvorrichtung des Operationsmikroskops, etwa mittels der Positioniervorrichtung, auf die umschlossene Fläche oder einen Abschnitt hiervon gezoomt wird.
In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist das Bediensystem eine Ausrichtungsvorrichtung zum Erfassen einer Ausrichtung des Zeigerelements und eine Vergleichsvorrichtung auf zum Vergleichen der erfassten Ausrichtung mit einem Referenzsystem und zum Ausgeben eines Vergleichssignals auf. In Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs oder vom Vergleichssignal wird an die Positioniervorrichtung ein Verstellsignal abgegeben, auf dessen Basis letztere das Operationsmikroskop oder einen Abschnitt hiervon verstellt oder positioniert.
In einigen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird das Operationsmikroskop oder ein Abschnitt hiervon kontinuierlich, oder in vorbestimmten Zeitintervallen wiederholt, verstellt.
In bestimmten beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Bediensystems betrifft oder ist die Funktionalität oder Funktion des Operationsmikroskops eine Eigenschaft des Operationsmikroskops oder eines Abschnitts hiervon, beispielsweise die Beleuchtungsintensität einer Beleuchtungsvorrichtung des Operationsmikroskops, den Zoomfaktor einer Zoomvorrichtung des Operationsmikroskops und dergleichen. So kann beispielsweise eine Bewegung des Zeigerelements nach links eine Verringerung des entsprechenden Wertes, etwa der Lichtintensität, bewirken, eine Bewegung nach rechts einen Vergrößerung. Kombinationen von mehreren Funktionen, die mittels des Zeigerelements betätigt werden können, sind ebenfalls von der vorliegenden Erfindung umfasst. So kann rein exemplarisch eine links-rechts-Bewegung die Helligkeit steuern, eine vor-zurück-Bewegung hingegen die Zoomfunktion.
In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen arbeitet die Erfassungsvorrichtung, die Ermittlungsvorrichtung und/oder die Auswerteeinheit kontinuierlich oder stetig, in anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen stufenweise. Bei kontinuierlicher Arbeitsweise wird beispielsweise ein Abstandssignal ausgegeben, welches eine genaue Aussage über den Abstand, etwa in cm oder mm, macht. Bei stufenweiser Arbeitsweise gibt die Ermittlungsvorrichtung beispielsweise ein Abstandstandssignal aus, welches z. B. allein angibt, ob ein Mindestabstand oder eine andere Schwelle vom erfassten Abstand über- oder unterschritten ist (z. B. „ja/nein“) oder in welchen Clustern von Abständen der erfasst Abstand liegt (z. B. „mehr als 5 cm aber weniger als 10 cm“, „mehr als 10 cm aber weniger als 15 cm“, usw.).
In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Signal (Messsignal) digital, in anderen analog.
In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Positioniervorrichtung des Operationsmikroskops vorzugsweise motorisiert und über eine Steuerspannung, die von einer Elektronik oder von einem Rechner kommt, in ihren Positionssollwerten veränderbar.
In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfasst die Elektronik einen oder mehrere digitale Regelkreise oder weist solche auf, denen eine Verstellgröße als Digitalbetrag oder -signal zugeführt wird.
In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist wenigstens das erfindungsgemäß verwendete Sensorsystem oder ein Bestandteil hievon Operationsmikroskop, insbesondere in einem Gehäuseabschnitt hiervon, befestigt oder angeordnet.
In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die Erfassungsvorrichtung oder Abschnitte hiervon derart in den Gehäuseabschnitt integriert oder in diesem aufgenommen, dass zwischen einer Gehäuseoberfläche und einer Oberfläche der Erfassungsvorrichtung Feuchtigkeit nicht oder allenfalls in – beispielsweise für unter der Gehäuseoberfläche vorhandene Elektrik – vernachlässigbarem Umfang eindringen kann. Die Erfassungsvorrichtung ist in diesen erfindungsgemäßen Ausführungsformen gegenüber dem Gehäuseabschnitt abgedichtet.
In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die Erfassungsvorrichtung oder Teile hiervon in einem festen Relativabstand zu einem, insbesondere bewegbaren, Abschnitt des Operationsmikroskops angeordnet. Bewegt sich der bewegbare Abschnitt, so bewegen sich mit diesem auch die Erfassungsvorrichtung oder Teile hiervon.
In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Erfassungsvorrichtung des Operationsmikroskops wenigstens eine Signalquelle, beispielsweise eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht, und/oder einen Signalempfänger, beispielsweise einen Sensor zum Erfassen der Position der Finger- oder Instrumentenspitze, auf. Neben oder alternativ zu Sensoren, welche nach optischen Prinzipien arbeiten, sind erfindungsgemäß jedoch auch Sensoren vorgesehen, welche auf Basis anderer Prinzipien zur berührungslosen Positionsmessung geeignet sind. Hierzu zählen beispielsweise Ultraschallsensoren.
Die Auswerteeinheit weist in einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen sog. ICs („integrated circuits“ oder Schaltungen) zum Auswerten der von der Erfassungsvorrichtung empfangenen Signale auf, gleich ob es sich um Lichtsignale oder andere Signale handelt.
In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Lichtquelle eine Infrarot-(IR)-Lichtquelle. In diesen Ausführungsformen ist der Lichtempfänger ein IR-Sensor.
In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Auswerteeinheit ein Mikrokontroller oder ein Rechner. Beide können konfiguriert sein, um der Steuervorrichtung nur dann ein Steuersignal zu übermitteln, wenn das ausgewertete Signal, etwa ein Positionssignal, eine Mindestgröße oder einen Mindestabstand zu einem Referenzsignal aufweist. Letzteres ist ein Zeichen dafür, dass ein Mindestabstand zwischen Soll-Position und Ist-Position des Zeigerelements, etwa der Finger- oder Instrumentenspitze, überschritten ist. Gleichzeitig wird das Operationsmikroskop nicht bereits bei geringsten Abweichungen zwischen Soll-Position und Ist-Position nachjustiert sondern erst ab Überschreiten einer gewissen Größenordnung der Abweichung. Dies erlaubt es, die Position und Ausrichtung des Operationsmikroskops über die größte Zeit unverändert beizubehalten. Daher kann der Operateur über die meiste Zeit durch das Okular auf ein ruhiges Operationsgebiet (kurz auch: OP-Gebiet) blicken.
In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Bediensystem konfiguriert, um dem Zeigerelement nachzufahren, wenn die Position des Zeigerelements innerhalb des Displayinhalts von einer Vorgabe abweicht. Hierbei wird die Vorgabe erneut angefahren.
In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Bediensystem konfiguriert, um dem Zeigerelement erst dann nachzufahren, wenn der Aktivierungsmodus deaktiviert wurde oder ein „Beendet-“Kommando gegeben wird. Dabei bringt sich die Optik automatisch in eine vorbestimmte Position. Die vorbestimmte Position kann jene sein, welche die Optik inne hatte zu einem Zeitpunkt, in welchem ein „Aktiviert“-Kommando gegeben wurde.
In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die Bauteile der Erfassungsvorrichtung, beispielsweise der Sensor, derart am Operationsmikroskop oder dem Bediensystem, oder in einem Gehäuseabschnitt jeweils hiervon, vorgesehen, dass zwischen einer Verbindung von Signalempfänger und/oder Signalquelle mit einem Äußeren des Bediensystems oder dem Gehäuseabschnitt einerseits und dem Operationsmikroskop oder dem Gehäuseabschnitt andererseits eine Abdichtung vorgesehen ist. Die Verbindung kann beispielsweise als transparente Abdeckung ausgestaltet sein, beispielsweise als eine Glas- oder Kunststofffläche. Die Abdichtung kann ausgestaltet sein, um ein Eintreten von Schmutz, Feuchtigkeit, Mikroben oder dergleichen über die Verbindung hinweg in ein Inneres des Operationsmikroskops zu verhindern. Insbesondere kann die Abdichtung wasserdicht oder wasserabweisend ausgestaltet sein. Die Abdichtung kann als Gummidichtung, als Labyrinth oder als Kombinationen hiervon ausgestaltet sein. Die Abdichtung kann zu einem Äußeren des Operationsmikroskops hin eben zu einer äußeren Oberfläche des sie aufnehmenden Gehäuseabschnitts ausgestaltet sein. Dies vermeidet vorteilhaft Kanten und Ecken, welche nur schwer oder mühsam zu reinigen sind, und trägt vorteilhaft zu verbesserter Hygiene bei.
In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Auswerteeinheit für die Verarbeitung des Signals eine konventionelle Elektronik, einen Mikrokontroller, oder einen Rechner auf oder besteht hieraus.
Die Erfassungsvorrichtung kann ein 2- oder 3-dimensional messenden Sensor sein oder aufweisen. Wenn hierin von einem oder mehreren Sensoren die Rede ist, so sind hierunter daher auch stets eine oder mehrere Erfassungsvorrichtungen zu verstehen, es sei denn, dass diese Verallgemeinerung aus Sicht des Fachmanns im Einzelfall technisch unsinnig ist.
In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die Bewegungsachsen des Operationsmikroskops motorisiert. Alternativ ist die Positioniervorrichtung ausgestaltet und angeordnet, um das Operationsmikroskops oder Abschnitte hiervon in ihren Bewegungsachsen zu verfahren. Da unter einem Verfahren mittels der Positioniervorrichtung erfindungsgemäß ein Verfahren, Verstellen, Verdrehen, Entfernen, Annähern oder dergleichen sowie beliebige Kombinationen hiervon verstanden kann, kann die Positioniervorrichtung daher auch eine Vorrichtung zum Verfahren, Verstellen, Verdrehen, Entfernen, Annähern oder dergleichen sein. Der Begriff “Positioniervorrichtung” muss keinesfalls keinesfalls eine Vorrichtung sein, mittels welcher das Operationsmikroskop oder sein Abschnitte bei einmaliger Aktivierung eine festgelegte Endposition annehmen würden.
In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Positioniervorrichtung konfiguriert, um über eine Steuerspannung, die von einer Elektronik oder von einem Rechner kommen kann, in ihren Positionssollwerten veränderbar zu sein. Ergänzend oder alternativ kann wenigestens ein digitaler Regelkreis vorgesehen sein, dem eine Verstellgröße als Digitalbetrag zugeführt wird.
In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Positioniervorrichtung zum Verfahren des Operationsmikroskops oder von Abschnitten hiervon eine Positioniermechanik, eine Postionierhydraulik oder dergleichen.
Manche, einige oder bestimmte erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen einen, manche oder alle der folgenden und/oder der vorstehend genannten Vorteile auf:
Nimmt man beispielsweise an, dass ein Operationsmikroskop, mit welchem ein Operationsgebiet betrachtet wird, neu positioniert werden müsste, weil das aktuell für den Operateur Relevante nicht oder nur ungenügend und beispielsweise am Rand des Displays gezeigt ist, so greift der Operateur bei Vorrichtungen des Standes der Technik beispielsweise an die Handgriffe des Operationsmikroskops und positioniert dieses wie gewünscht um.
Ein Vorteil bestimmter erfindungsgemäßer Ausführungsformen besteht nun darin, dass aufgrund des (ggf. erst nach Aktivierung der entsprechenden Funktion) selbsttätigen oder automatischen Nachfahrens ein Tätigwerden des Operateurs nicht mehr erforderlich ist. Letzteres kann erkennbar Mühen und Aufwand ersparen.
Die erneute Ausrichtung der Optik basierend auf einer Veränderung der Ausrichtung des Zeigerelements im Raum bzw. im Operationsgebiet kann den Vorteil bieten, dass am Beispiel der Instrumentenspitze als Zeigerelement die Spitze des Instruments zum gewünschten Ausrichten der Optik nicht vom konkreten Punkt im Operationsgebiet entfernt werden muss. So muss der Operateur, der beispielsweise ein Gefäß mittels anatomischer Pinzette oder den Fingern gefasst hat, das Gefäß nicht loslassen, um eine für ihn günstigere Ausrichtung der Optik einstellen zu können. Es genügt, die Pinzette oder den Finger als solche im Sinne eines Neigens oder Kippens zu bewegen, wobei die Spitze, also die Klemmbacken an Ort und Stelle oder die Fingerspitze, hier am gefassten Gefäß, bleiben können. Der Operateur kann nach erfolgter Neuausrichtung seine Arbeit also dort fortsetzen, wo er diese zum Neuausrichten der Optik unterbrochen hat. Er muss sich somit, um im Bild zu bleiben, nicht bemühen, das Gefäß erneut zu fassen.
Da ein Eingreifen des Operateurs im Sinne eines Umpositionierens oder erneuten Ausrichtens von Hand, etwa durch Berühren eines Handgriffs, erfindungsgemäß vorteilhaft nicht mehr erforderlich ist, kann die vorliegende Erfindung ferner zu verbesserter Hygiene und Sterilität beitragen. Da zudem eine Fläche, wie etwa ein Handgriff, die nicht berührt wird, nicht durch Berührung unrein (d. h. unsteril) werden kann, kann auch ein Reinigen solcher Flächen erfindungsgemäß vorteilhaft unterbleiben. Auch dies kann zur Einsparung von Zeit und Mühe beitragen. Zudem sinkt die Fehlerquelle, was Sterilität betrifft, sollte ein Sterilisieren beispielsweise einmal vergessen oder nur unzureichend ausgeführt werden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren rein exemplarisch beschrieben. In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen gleiche oder identische Elemente. Es gilt:
1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops in Gesamtansicht;
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops, und einige seiner Bewegungsachsen;
3 zeigt ein Diplay mit einem Displayinhalt;
4 zeigt die Spitze eines Zeigerelements in einem Operationsgebiet;
5 zeigt eine Steuerung des Bediensystem in einer ersten exemplarischen erfindungsgemäßen Ausführungsform;
6 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des erfindungsgemäßen Bediensystems in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform; und
7 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des erfindungsgemäßen Bediensystems in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops 100 in Gesamtansicht. Das Operationsmikroskop 100 basiert exemplarisch auf einem erweiterten Operationsmikroskop OPMI Pico mit S100 Stativ der Firma Carl Zeiss, Deutschland. Das Operationsmikroskop 100 weist rein exemplarisch einen Fuß 101, einen – optional höhenverstellbaren – Ständer 103 und einen Oberbau 105 mit einer Mikroskopeinheit oder Optik 107 auf.
Der Fuß 101 kann wie im Beispiel der 1 zur Verfahrbarkeit des Operationsmikroskops 100 zwei, drei, vier oder mehr Rollen 109 aufweisen.
Die Optik 107 weist wenigstens ein Okular oder wie in 1 beispielhaft gezeigt zwei Okulare 111 auf.
Die Optik 107 ist vorzugsweise mittels eines oder mehrerer Gelenke in ihrer räumlichen Ausrichtung für den Untersucher verstellbar.
Die Optik 107 weist zu ihrer einfachen Positionierbarkeit im Raum vorzugsweise wenigstens einen Handgriff oder – wie in 1 beispielsweise gezeigt – zwei Handgriffe 113 auf.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops 100, und einige seiner Bewegungsachsen. Aus 2 ist beispielsweise ersichtlich, dass der Kopf des Operationsmikroskops 100 z. B. um mehrere Achsen geschwenkt werden kann. Zum Verfahren (was grundsätzlich auch ein Verdrehen sein, siehe oben) entlang oder um jede dieser Bewegungsachsen können Positioniervorrichtungen mit zugehörigen Erfassungsvorrichtungen vorgesehen und entsprechend konfiguriert sein, welche der 2 nicht zu entnehmen sind.
3 zeigt ein Diplay mit einem Displayinhalt 205 mit anatomischen Strukturen 207 des Operationsgebiets 211, wie der Operateur dieses durch die Okulare 111 sieht. 3 zeigt somit den Displayinhalt 205.
Am rechten unteren Rand des Displayinhalts 205 ist die Spitze 209 eines Schneideinstruments mit zwei Klingen, hier als Beispiel eines Zeigeinstruments, zu erkennen. Die Spitze 209 liegt erkennbar nicht im zentralen Bereich des Displayinhalts 205 und damit nicht dort, wo sich der Operateur wünschen würde. Denn käme die Spitze 209 im zentralen Bereich zu liegen, welcher in 3 mittels Strichlinie kreisförmig angedeutet ist, so wäre nicht nur ein ermüdungsfreies Betrachten des relevanten Geschehens im Bereich der funktionellen Spitze 209 möglich, sondern der Operateur könnte auch die weitere Umgebung der Spitze 209 beim Operieren mit im Auge behalten. Überdies würde ein Heranzoomen der Optik in das dargestellte Operationsgebiet 211 nicht dazu führen, dass die Spitze 209 aufgrund ihrer Randlage aus dem dem Displayinhalt 205 fallen und der Operateur die Optik erneut auf die Spitze 209 ausrichten müsste.
3 zeigt eine typische Ausgangssitution, in welcher die vorliegende Erfindung, automatisch oder nach Aktivieren, vorteilhaft zum Einsatz kommen kann. 4 zeigt das mittels der vorliegenden Erfindung in manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielbare Ergebnis.
4 zeigt die räumlich unverändert gehaltente Spitze 209 nun im zentralen Bereich des Displayinhalts 205. Sie wird dort angezeigt, da die Optik sich auf die Spitze 205 eingestellt hat bzw. Der Spitze 205 nachgefahren ist.
5 zeigt die Spitze 209 im Operationsgebiet 211. Das zugehörige Instrument 213 ist in einer ersten Stellung 213’ und einer zweiten Stellung 213’’ gezeigt. Die zweite Stellung 213’’ ergibt sich bei Drehen des Instrument 213 um einen Winkel α. Die dabei vorgenommene Änderung der Ausrichtung des Instruments 213 im Raum (also 3-dimensional), welche sich durch Änderungen der in 5 angedeuteten, zur jeweiligen Stellung 213’, 213’’ gehörenden Vektoren, auszeichnet, kann zur Steuerung oder Regelung des Operationsmikroskops 100 verwendet werden. Die Änderung der Ausrichtung kann entweder relativ oder absolut erfasst und/oder ausgewertet werden. Für eine Erfassung der absoluten Änderung der Ausrichtung kann ein ortsfestes Bezugssystem 215 vorbestimmt sein.
6 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des erfindungsgemäßen Bediensystems 200 in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform sowie das Zusammenwirken von Komponenten hiervon.
Das Bediensystem 200 weist eine Optik 300 auf, welche ein Operationsgebiet 211 erfasst und als Displayinhalt 205 bildlich darstellt.
Das Bediensystem 200 weist ferner wenigstens eine Erfassungsvorrichtung 400 auf, welche die Position des im Displayinhalt 205 erfassten Zeigerelements innerhalb des Displayinhalts 205 oder dessen Ausrichtung erfasst.
Des weiteren umfasst das Bediensystem 200 eine Ermittlungsvorrichtung 500, welche den Abstand oder die Abweichung des Zeigerelements von einem vorbestimmten Bereich des Displayinhalts 205 ermittelt.
Das Ergebnis der Ermittlung durch die Ermittlungsvorrichtung 500 wird der Auswerteeinheit 600 in Form eines Abstandsignals übermittelt. Die Auswerteeinheit 600 setzt das Abstandssignal in ein oder mehrere Steuer- oder Regelkommandos um, welche die Steuer- oder Regelvorrichtung 700 erhält. Basierend auf dem wenigstens einen Steuer- oder Regelkommando veranlasst die Steuer- oder Regelvorrichtung 700 die Positioniervorrichtung 800, die Optik 300 des Operationsmikroskops 100 (in 6 nicht gezeigt) zu verfahren. Durch das Verfahren des Operationsmikroskops 100 ändert auch die Optik 300 ihre Position im Raum. Der letztgenannte Zusammenhang ist mittels der Strichlinie angedeutet.
7 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des erfindungsgemäßen Bediensystems 200 in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform sowie das Zusammenwirken von Komponenten hiervon. Der Aufbau der 7 unterscheidet sich von jener der 6 dadurch, dass anstelle der Ermittlungsvorrichtung 500 zum Ermitteln eines Abstands eine Vorrichtung 1000 vorgesehen ist, welche eine Veränderung der räumlichen Ausrichtung der mittels der Erfassungsvorrichtung 400 erfassten räumlichen Ausrichtung des Zeigerelements ermittelt.
Bezugszeichenliste

100: Operationsmikroskop
101: Fuß
103: Ständer
105: Oberbau
107: Optik oder Mikroskopiereinheit
109: Rollen
111: Okulare
113: Handgriffe
200: Bediensystem
205: Displayinhalt
207: anatomischen Strukturen
209: Spitze
211: Operationsgebiet
213: Instrument
213’: erste Stellung 213’
213’’: zweite Stellung
215: ortsfestes Bezugssystem
300: Optik
400: Erfassungsvorrichtung
500: Ermittlungsvorrichtung
600: Auswerteeinheit
700: Steuer- oder Regelvorrichtung
800: Verstell- oder Positioniervorrichtung
1000: Vorrichtung zum Ermitteln einer Veränderung der räumlichen Ausrichtung
α: Winkel

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

DE 10354747 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum berührungslosen Bedienen eines Operationsmikroskops (100), welches eine mittels einer Optik erfasste medizinische Bildinformation in einem Display, Displayinhalt (205) oder in einem Bildinhalt abbildet und welches eine Verstell- oder Positioniervorrichtung (800) für die Optik aufweist, mit den Schritten: – Erfassen der Position eines Zeigerelements in der erfassten Bildinformation; – Ermitteln eines Abstands zwischen der Position des Zeigerelements von einer vorbestimmten Position des Displays, Displayinhalts (205) oder Bildinhalts; – Steuern oder Regeln der Verstell- oder Positioniervorrichtung (800) für die Optik derart, dass der Abstand verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Position des Displays oder Bildinhalts dessen Mittelpunkt oder -bereich ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit dem weiteren Schritt: – Ermitteln einer Veränderung der räumlichen Ausrichtung des Zeigerelements mittels eines Sensorsystems, oder einer Veränderung dessen Projektion im Display- oder Bildinhalt; – Steuern oder Regeln der Verstell- oder Positioniervorrichtung (800) und/oder wenigstens einer Funktion des Operationsmikroskops (100) in Abhängigkeit von der ermittelten Veränderung.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Ermitteln des Abstands oder der Ausrichtung mittels wenigstens eines 3-dimensionalen Sensors erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ausrichtung durch Bezugsnahme auf die Geometrie und/oder die Ersteckung des Instrument oder durch Auswerten des Schattens des Zeigerelements, vorzugsweise perspektivisch, ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit dem weiteren Schritt: – Aktivieren eines Aktivierungsmechanismus, welcher betätigt sein muss, um das Operationsmikroskop (100) in einen Aktiviertmodus zu versetzen als Voraussetzung dafür, dass der Abstand oder die Veränderung der räumlichen Ausrichtung des Zeigerelements ermittelt wird oder das Steuern oder Regeln erfolgt.
Bediensystem (200) zum Verstellen und/oder räumlichen Positionieren eines Operationsmikroskops (100) mit einer Optik zum Erfassen von Bildinformation und einem Display, wobei das Operationsmikroskop (100) wenigstens eine Verstell- oder Positioniervorrichtung (800) aufweist, wobei das Bediensystem (200) aufweist: – wenigstens eine Erfassungsvorrichtung (400) zum Erfassen der Position oder der Ausrichtung eines Zeigerelements in einem Display oder mittels der Optik erfassten Bildinhalts wiedergibt; – wenigstens eine Ermittlungsvorrichtung (500) zum Ermitteln eines Signals, welche den Abstand zwischen der Position des Zeigerelements und einer vorbestimmten Position jeweils innerhalb des Displayinhalts (205) angibt; – wenigstens eine Auswerteeinheit (600) zum Umsetzen des Signals in ein oder mehrere Steuer- oder Regelkommandos; und – wenigstens eine Steuer- oder Regelvorrichtung (700) konfiguriert zum Steuern oder Regeln der Verstell- oder Positioniervorrichtung (800) des Operationsmikroskops (100) derart, dass der Abstand verringert wird.
Bediensystem (200) nach Anspruch 7, ferner aufweisend – eine Vorrichtung (1000) zum Ermitteln einer Veränderung der räumlichen Ausrichtung des Zeigerelements mittels eines Sensorsystems, oder einer Veränderung dessen Projektion im Displayinhalt (205) oder Bildinhalt; – wobei die Steuer- oder Regelvorrichtung (700) konfiguriert ist, um die Verstell- oder Positioniervorrichtung (800) in Abhängigkeit von der ermittelten Veränderung anzusteuern oder um eine Funktionsvorrichtung anzusteuern zum Betätigen oder Verändern wenigstens einer Funktion des Operationsmikroskops (100).
Bediensystem (200) nach Anspruch 7 oder 8, aufweisend wenigstens einen 3-dimensionalen Sensor.
Bediensystem (200) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, aufweisend eine Vorrichtung zum Ermitteln oder Bestimmen eines Vektors im Raum basierend auf der Ausrichtung des Zeigerelements.
Bediensystem (200) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, aufweisend wenigstens eine vom Operateur aktivierbare und deaktivierbare Aktivierungsvorrichtung, welche in ihrem aktivierten Zustand wenigstens eine der Erfassungsvorrichtung (400), der Auswerteeinheit (600) oder der Steuer- oder Regelvorrichtung (700) aktiviert und in ihrem deaktivierten Zustand deaktiviert.
Bediensystem (200) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Auswerteeinheit (600) konfiguriert ist, um bei Erkennen einer mittels des Zeigerelements in geschlossener Linie oder unter Umschreiben einer geschlossenen Fläche geführten Geste ein Steuer- oder Regelkommando an die Steuer- oder Regelvorrichtung (700) abzugeben, um mittels einer Zoomvorrichtung des Operationsmikroskops (100) mittels der Verstell- oder Positioniervorrichtung (800) in die umschlossene Fläche oder einen Abschnitt hiervon zu zoomen.
Bediensystem (200) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Funktion eine Eigenschaft des Operationsmikroskops (100) oder eines Abschnitts hiervon betrifft, welche ausgewählt ist aus der Gruppe, welche aus der Beleuchtungsintensität einer Beleuchtungsvorrichtung des Operationsmikroskops (100), einer Positionierung der Optik (107) und eines Zoomfaktors einer Zoomvorrichtung der medizinischen Vorrichtung besteht.
Operationsmikroskop (100), welches wenigstens ein Bediensystem (200) nach einem der Ansprüche 7 bis 13 aufweist oder hiermit in Funktionswirkung verbunden ist.