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Die Erfindung bezieht sich auf ein Operationsmikroskop, das aufweist: mindestens ein Okular, das bevorzugt als elektronisches Okular ausgebildet ist, mindestens eine Abbildungseinrichtung, die ein in einem Sichtfeld befindliches Objekt erfasst und im Okular ein Bild davon bereitstellt und die mindestens einen Automatikbildmodus aufweist, in dem sie selbsttätig das bereitgestellte Bild ändert oder selbsttätig Bilddaten aufnimmt, mindestens eine Bedieneinrichtung zur Eingabe von Benutzerbefehlen und eine Steuereinrichtung, welche die Abbildungseinrichtung ansteuert.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Betriebsverfahren für ein Operationsmikroskop, das mindestens ein Okular, das bevorzugt als elektronisches Okular ausgebildet ist, mindestens eine Abbildungseinrichtung, die ein in einem Sichtfeld befindliches Objekt erfasst und im Okular ein Bild davon bereitstellt, und mindestens eine Bedieneinrichtung zur Eingabe von Benutzerbefehlen aufweist.
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Im Stand der Technik sind Operationsmikroskope bekannt, die einem Benutzer, in der Regel einem Chirurgen, verschiedenste Informationen im Okular darbieten. Die
DE 10203215 A1 beschreibt beispielsweise ein Operationsmikroskop, das eine Kamera hat, welche ein elektronisches Bildsignal erzeugt. Das Bildsignal wird auf einem elektronischen Okular angezeigt, das eine entsprechende Anzeigevorrichtung für die elektronischen Bilddaten hat. In einer solchen Anzeigevorrichtung können die Bilddaten um verschiedene Informationen ergänzt werden.
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Weiter ist es für Operationsmikroskope bekannt, Kombinationsmikroskope verwenden, die zusätzlich zur herkömmlichen optischen Mikroskopie noch weitere Mikroskopieverfahren einsetzen. Beispiele hierfür finden sich in der
WO 2012/100030 A2 und
WO 2012/130449 A1 . Das letztgenannte Kombinationsmikroskop hat ein Okular, in das Zusatzinformation aus einer Anzeigeeinrichtung eingespiegelt wird. Das optische Mikroskop selbst arbeitet mit einer optischen Bildübertragung zum Okular. Aufgrund der elektronischen Anzeigeeinheit, deren Bild zusätzlich in das Okular eingespiegelt wird, ist auch dieses Okular ein elektronisches Okular.
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Der Begriff „elektronisches Okular“ wird hier so verstanden, dass er sowohl Okulare erfasst, die ausschließlich mit elektronischen Bilddaten gespeist werden, als auch Okulare, in die eine optische Abbildung erfolgt, wobei zusätzlich eine elektronisch gespeiste Bildanzeige eingespiegelt wird.
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Für die optische Mikroskopie ist die Fokussierung auf das Objekt von großer Bedeutung. Hierfür sind im Stand der Technik eine Vielzahl an Autofokus-Einrichtungen bekannt, die ohne Einwirkung eines Benutzers das Bild scharf stellen. Dieser Vorgang dauert jedoch gewisse Zeit und ist insbesondere für nichttechnisch Gebildete mitunter schwierig. Es ist deshalb im Stand der Technik bekannt, eine intermittierend selbsttätig arbeitende Autofokusfunktion für Mikroskope zu verwenden, beispielsweise aus der
DE 2246384 .
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Operationsmikroskop der eingangs genannten Art beziehungsweise ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die optimale Einstellung für einen Benutzer, insbesondere einen nichttechnisch gebildeten Benutzer, wie einen Chirurgen, erleichtert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Operationsmikroskop, das aufweist mindestens ein Okular, das bevorzugt als elektronisches Okular ausgebildet ist, mindestens eine Abbildungseinrichtung, die ein in einem Sichtfeld befindliches Objekt erfasst und im Okular ein Bild davon bereitstellt und die mindestens einen Automatikbildmodus aufweist, in dem sie selbsttätig das bereitgestellte Bild ändert oder selbsttätig Bilddaten aufnimmt, mindestens eine Bedieneinrichtung zur Eingabe von Benutzerbefehlen und eine Steuereinrichtung, welche die Abbildungseinrichtung ansteuert, wobei das Operationsmikroskop weiter eine Leerlaufdetektionseinrichtung aufweist, die ein Leerlaufsignal an die Steuereinrichtung abgibt, das anzeigt, ob das Mikroskop sich in einem Leerlaufzustand befindet, wobei ein Leerlaufzustand vorliegt, wenn mindestens eine der folgenden Leerlaufbedingungen erfüllt ist: keine Änderung in mindestens einem Teil des Sichtfeldes, keine Benutzung des Okulars, keine Betätigung der Bedieneinrichtung, keine laufende Messung/Anwendung, wobei die Steuereinrichtung bei Erhalt des Leerlaufsignals die Abbildungseinrichtung in den Automatikbildmodus schaltet.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst mit einem Betriebsverfahren für ein Operationsmikroskop, wobei mindestens ein Okular, das bevorzugt als elektronisches Okular ausgebildet ist, mindestens eine Abbildungseinrichtung, die ein in einem Sichtfeld befindliches Objekt erfasst und im Okular ein Bild davon bereitstellt, und mindestens eine Bedieneinrichtung zur Eingabe von Benutzerbefehlen aufweist, wobei im Betriebsverfahren überprüft wird, ob sich das Mikroskop in einem Leerlaufzustand befindet, der vorliegt, wenn mindestens eine der folgenden Leerlaufbedingungen erfüllt ist: keine Änderung in mindestens einem Teil des Sichtfeldes, keine Benutzung des Okulars, keine Betätigung der Bedieneinrichtung, keine laufende Messung/Anwendung, und wobei bei einem Leerlaufzustand mit der Abbildungseinrichtung das bereitgestellte Bild geändert wird oder selbsttätig Bilddaten aufgenommen werden.
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Erfindungsgemäß wird im Operationsmikroskop beziehungsweise bei dessen Betrieb überprüft, ob eine Phase mit einem Leerlaufzustand vorliegt. Ein Leerlaufzustand wird dann erkannt, wenn keine Einwirkung des Benutzers auf das Mikroskop festzustellen ist, und/oder keine Änderung im Sichtfeld, das vom Mikroskop erfasst wird. Während solch eines Leerlaufzustandes kann die Darstellung des Bildes optimiert beziehungsweise können zusätzliche Bilddaten erzeugt werden, die beispielsweise auf einer Analyse der Bildinformation beruhen. Störende Bewegungen durch Hände und chirurgische Instrumente im Sichtfeld liegen während der Phase mit dem Leerlaufzustand nicht vor, so dass Messungen zur Erzeugung weiter Bilddaten oder zum Optimieren des Bildes, beispielsweise durch einen Autofokus, fehlerfrei und ungestört möglich sind. Eine automatische Parameteroptimierung oder die Akquisition von Bildern für Assistenzfunktionen ist damit in den erkannten Leerlaufphasen möglich, so dass einem Chirurgen, wenn er das Operationsmikroskop wieder benutzt beziehungsweise Eingriffe innerhalb des Sichtfeldes des Operationsmikroskops vornimmt, aktualisierte Assistenzfunktionen beziehungsweise ein optimiertes Bild hinsichtlich Kontrast und Fokus etc. zur Verfügung steht. Der Benutzer muss sich nicht damit befassen, die Fokussierung und/oder die Bildgewinnung für Assistenzfunktionen aktiv auszulösen. Das Operationsmikroskop beziehungsweise das Betriebsverfahren für das Operationsmikroskop führen diese Tätigkeiten selbsttätig durch, wenn ein Leerlaufzustand erkannt wurde.
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Die Optimierung des Bildes beziehungsweise die Erzeugung zusätzlicher Bilddaten kann eine gewisse Mindestdauer in Anspruch nehmen. Es hat sich gezeigt, dass ein Leerlaufzustand üblicherweise länger dauert, sobald eine gewisse Mindestdauer überschritten ist. Es ist deshalb in einer Weiterbildung zu bevorzugen, dass der Leerlaufzustand erst dann erkannt wird beziehungsweise die Leerlaufdetektionseinrichtung das Leerlaufsignal erst dann abgibt, wenn mindestens eine der Leerlaufbedingungen über eine Mindestdauer erfüllt war. Der Betrieb des Operationsmikroskops wird im Übrigen durch diese Maßnahme robust.
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Die möglichen Leerlaufbedingungen knüpfen an die Benutzung des Operationsmikroskops an. Erfahrungsgemäß wird ein Operationsmikroskop nicht benutzt, wenn der Benutzer nicht in das Okular blickt. Autofokusverursachte, vorübergehende Bildstörungen sind dann keine Beeinträchtigung. In einer Ausgestaltung weist die Leerlaufdetektionseinrichtung deshalb einen Sensor auf, der erfasst, ob ein Benutzer in das Okular blickt. Analog wird im Betriebsverfahren mittels eines am Okular angebrachten Sensors erfasst, ob ein Benutzer in das Okular blickt.
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Eine weitere Leerlaufbedingung ist es, dass im Sichtfeld keine Bildänderung erfolgt, d. h. keine Tätigkeit eines Chirurgen im Sichtfeld des Operationsmikroskops vorliegt. Diese Leerlaufbedingung kann insbesondere auf zwei Varianten erkannt werden. Das Operationsmikroskop kann mindestens einen Bewegungssensor aufweisen, der die Änderung in mindestens einem Teil des Sichtfeldes in Form einer Bewegung im Sichtfeld erfasst. Analoges gilt für das Betriebsverfahren, dass den Bewegungssensor auswertet. In einer Alternative wird kein separater Bewegungssensor verwendet, sonders das vom Operationsmikroskop erfasste Sichtfeld wird auf eine Veränderung ausgewertet, z.B. mittels digitaler Bildverarbeitung.
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Die Detektion einer Bewegung und insbesondere in der Variante der Auswertung des Sichtfeldes, das vom Operationsmikroskop erfasst wird, hat den Vorteil, dass die Leerlaufbedingung auf einen Teil des Sichtfeldes beschränkt werden kann, beispielsweise einen Bereich, der für eine weitere Bildgebung oder eine Assistenzfunktion relevant ist. Diese Leerlaufbedingung erfasst Situationen, in denen beispielsweise in einem Teil des Sichtfeldes ein Chirurg tätig ist, in einem anderen Teil jedoch nicht. Dieser Teil kann dann beispielsweise für eine Assistenzfunktion oder eine weitere Bildgebung verwendet werden. Ein Beispiel für eine solche weitere Bildgebung ist die Erzeugung eines OCT-Bildes. Die eingangs genannte
WO 2012/130449 A1 beschreibt ein Operationsmikroskop, das zusätzlich zur optischen Bildgebung auch ein OCT-Bild erzeugen kann. Hinsichtlich der Funktionsweise und des Aufbaus eines OCT im Kombinationsmikroskop wird auf diese Druckschrift verwiesen. Ein OCT-Bild erfasst üblicherweise nur einen kleinen Ausschnitt des Sichtfeldes, den das Mikroskop hat. Die Erzeugung eines OCT-Bildes dauert eine gewisse Zeit. In dieser Zeit sollte keine Änderung im betroffenen Teil des Sichtfeldes vorliegen. Die Leerlaufbedingung kann im Hinblick auf die Bildgebung mittels OCT deshalb auch umfassen, dass in einem Teil des Sichtfeldes, z.B. in demjenigen Teil, in dem ein OCT-Bild gewonnen werden soll, keine Änderung vorliegt, beispielsweise keine Tätigkeit eines Chirurgen sich im Bild auswirkt.
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Eine weiter Leerlaufbedingung ist, ob eine laufende Messung/Anwendung aktiv ist. Falls das Operationsmikroskop eine aufwändigere Messung durchführt, z. B. eine entsprechende Software im Operationsmikroskop läuft, wird bevorzugt dieser Zustand nicht als Leerlaufphase erkannt, auch wenn zu dieser Phase z.B. ein Benutzer in ein Okular blickt und/oder im Sichtfeld keine Änderung auftritt.
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Für bestimmte Tätigkeiten, die das Operationsmikroskop ausführen soll oder die in dessen Betrieb ausgeführt werden soll, können unterschiedliche Leerlaufbedingungen genügen, damit das Operationsmikroskop selbsttätig aktiv werden kann beziehungsweise im Betrieb entsprechende Maßnahmen automatisch ergriffen werden. Je nach Ausführungsform kann deshalb eine einzige der genannten Leerlaufbedingungen oder eine beliebige Kombination aus den Leerlaufbedingungen zur Anwendung kommen, um einen Leerlaufzustand zu erkennen oder das Leerlaufsignal abzugeben. In einer Weiterbildung werden die Änderungen des bereitgestellten Bildes oder die selbsttätige Aufnahme von Bilddaten davon abhängig gemacht, welche der Leerlaufbedingungen erfüllt ist/sind.
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Die Erfindung ist umso vorteilhafter, je vielfältiger die Unterstützung eines Chirurgen durch das Operationsmikroskop ist, da damit üblicherweise auch die Zahl an einzustellenden technischen Parametern steigt. Die damit zunehmende technische Komplexität zum Erfassen und Einstellen der Parameter für eine optionale Funktionsweise wird dem Chirurgen durch die selbsttätige Arbeitsweise des Operationsmikroskops während des Leerlaufzustandes abgenommen.
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Unter „Bilddaten“ wird nicht ausschließlich ein vollständiges Bild verstanden. Bilddaten erfassen auch Informationen, die aus einer Bildanalyse gewonnen wurden und dem Chirurgen als Information zur Verfügung gestellt wurden, z.B. über eine Einblendung.
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Die Erfindung hat weiter den Vorteil, dass, da ein Chirurg nicht erkennen muss, dass die gegenwärtigen Einstellungen nicht optimal sind und nicht manuell zur Optimierung von Einstellungen eingreifen muss, der übliche Arbeitsablauf für den Chirurgen nicht unterbrochen ist. Somit ist zusätzlich zur besseren Unterstützung des Chirurgen auch ein leichteres und besseres Arbeiten erreicht, da der Benutzer sich nicht mit technischen Fragen der Mikroskopeinstellung und -optimierung befassen muss. Mit anderen Worten, er ist weniger abgelenkt und hat zugleich ein besseres Bild oder aktuellere zusätzliche Information zur Verfügung.
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Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schemadarstellung eines Operationsmikroskops, das beim chirurgischen Eingriff an einem Patienten verwendet wird,
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2 eine Schemadarstellung des modularen Aufbaus der Softwaresteuerung des Mikroskops 1 der 1 und
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3 ein Ablaufdiagramm eines Betriebsverfahrens für das Mikroskop der 1.
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1 zeigt schematisch ein Operationsmikroskop 1 für die Chirurgie. Das Operationsmikroskop 1 verfügt über ein Kombinationsmikroskop 2, das Bilder an ein Okular 3 liefert. Die Bilder stammen von einem Objekt, dass sich in einem Sichtfeld 4 des Kombinationsmikroskops 2 befindet. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um einen Patienten 5, der auf einer Patientenliege liegt.
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Das Kombinationsmikroskop 2 erzeugt Bilder auf unterschiedliche Art und Weise. Es enthält dazu ein optisches Mikroskop 6 sowie ein OCT 7, die beide über eine elektronische Datenverbindung an das elektronische Okular 3 die Bilddaten liefern. In einer nicht dargestellten Ausführungsform wird die Abbildung im Okular 3 vom optischen Mikroskop 6 auf optischem Wege vorgenommen.
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Nahe des Okulars 3 befindet sich eine Bedieneinrichtung 8, die beispielsweise als Handgriff oder Fußschalter ausgebildet sein kann. In der dargestellten Ausführungsform der 1 ist es ein Handgriff.
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Weiter ist für das Operationsmikroskop 1 eine Steuereinrichtung 9 vorgesehen, die den Betrieb des Kombinationsmikroskops und die Anzeige von Bildern sowie zusätzlichen Informationen und Daten im Okular 3 steuert.
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Das Steuergerät führt in der dargestellten Ausführungsform diverse Steuermodule aus, die insbesondere Softwareapplikationen umfassen, welche dem Chirurgen assistierend zur Seite stehen. Ein Beispiel für eine Softwareapplikation ist ein sogenannter Membranpeeling-Assistent.
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Die Steuereinrichtung 9 verfügt über einen Computer, der von Software gesteuert wird und der den Betrieb des Operationsmikroskops 1 steuert. Die Software weist Softwaremodule auf. Zur Steuerung des Betriebes kann beispielsweise die Steuerung eines Autofokus des optischen Mikroskops 6 zum Verbessern eines Bildes hinsichtlich Kontrast und Schärfe gehören. Ein solcher Autofokus ist ein Beispiel für ein Hilfsmittel, das Parameter der Bildaufnahme selbsttätig optimiert. Weitere mögliche Assistenzfunktionen analysieren Bildinformation des optischen Mikroskops 6 und/oder des OCT 7, extrahieren daraus Informationen und stellen diese dem Chirurgen über eine Einblendung am Okular 3 zur Verfügung. Der Autofokus oder auch die weiteren optionalen, Bildinformationen analysierenden Assistenzfunktionen führen Messungen beziehungsweise Bildinformationserfassungen im Sichtfeld des Kombinationsmikroskops 2 aus.
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Hierfür ist es notwendig, ein Messfeld im Sichtfeld 4 zu haben, das nicht gestört ist, beispielsweise durch chirurgische Instrumente, Hände des Chirurgen etc. Ferner ist es für beispielsweise den Autofokus kurzfristig nötig, das angezeigte Bild zu ändern. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Autofokus rein bildbasiert arbeitet. Dies wäre während eines Eingriffs für den Chirurgen störend.
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Die Steuereinrichtung 9 verfügt über eine Leerlaufdetektionseinrichtung 10, die feststellt, ob sich das Operationsmikroskop 1 in einem Leerlaufzustand befindet. Die Leerlaufdetektionseinrichtung 10 ist in der dargestellten Ausführungsform Bestandteil der Steuereinrichtung 9. Sie kann alternativ auch eigenständig, beispielsweise als eigenständiger Computer realisiert sein. Hinsichtlich eines möglichst geringen Bauaufwandes ist es vorteilhaft, die Leerlaufdetektionseinrichtung 10 als Softwaremodul der in der Steuereinrichtung 9 arbeitenden Software auszubilden.
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Wie bereits zuvor und auch im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert wurde, haben verschiedene Funktionen unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich des Zustands, in dem sich das Operationsmikroskop 1 befinden muss, damit die Funktionen automatisch arbeiten können. So ist beispielsweise für einen bildbasierten Autofokus ein unverändertes Sichtfeld 4, d. h. ein Sichtfeld, welches zum Beispiel frei von Eingriffen durch den Chirurgen ist, erforderlich ist es, zu erwarten, dass das Okular während der Arbeit des Autofokus vorübergehend nicht benutzbar ist. Für die Aufnahme eines OCT-Bildes mit dem OCT 7 muss hingegen nur der vor dem OCT-Bild zu erfassende Bereich (üblicherweise auch als „region of interest“ bezeichnet) im Sichtfeld 4 unverändert bleiben.
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Die Leerlaufdetektionseinrichtung 10 wendet deshalb je nach Ausführungsform andere Leerlaufbedingungen an, um einen Leerlaufzustand zu erkennen. Insgesamt können folgende Leerlaufbedingungen einzeln oder in Kombination angewendet werden: keine Änderung in mindestens einem Teil des Sichtfeldes 4, keine Änderung im gesamten Sichtfeld 4, keine Benutzung des Okulars 3, keine Betätigung der Bedieneinrichtung.
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Liegt ein Leerlaufzustand vor, gibt die Leerlaufdetektionseinrichtung 10 ein entsprechendes Leerlaufsignal an die Steuereinrichtung 9 ab. In einer Ausführungsform, in der mehrere Leerlaufbedingungen einen Leerlaufzustand anzeigen können, gibt die Leerlaufdetektionseinrichtung 10 ein qualifiziertes Leerlaufsignal ab, das die Art des Leerlaufzustandes (nachfolgend als Leerlaufmodus bezeichnet) kodiert. Auf Basis des qualifizierten Leerlaufsignals leitet die Steuereinrichtung 9 einen geeigneten selbsttätigen Betrieb des Operationsmikroskops 1 hinsichtlich Bildverbesserung (z.B. Autofokus) oder der Aufnahme von Bilddaten (z.B. zur Erzeugung von Zusatzinformationen und zum Anzeigen dieser Zusatzinformationen im Okular 3) ein.
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Es hat sich gezeigt, dass ein Leerlaufzustand in der Regel länger andauert, wenn eine gewisse Mindestdauer überschritten ist. Es ist deshalb in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Leerlaufdetektionseinrichtung 10 das Leerlaufsignal erst dann abgibt, wenn ein Leerlaufzustand über einen Mindestzeitraum vorlag. Das Verwenden einer Mindestdauer erreicht eine Robustheit des automatischen Betriebes im Leerlaufzustand. Gibt die Leerlaufdetektionseinrichtung das qualifizierte Leerlaufsignal ab, also ein Leerlaufsignal, das verschiedene Leelaufmodi anzeigt, ist es zu bevorzugen, für jeden Leerlaufmodus eine unterschiedliche Mindestzeit zu definieren.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Leerlaufdetektionseinrichtung das Leerlaufsignal aktiv abschalten oder ein Leerlaufendesignal abgeben, sobald kein Leerlaufzustand mehr vorliegt. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Steuereinrichtung 9 auch möglicherweise länger dauernde selbsttätige Prozesse des Operationsmikroskops 1 einleiten kann, ohne darauf Rücksicht nehmen zu müssen, ob möglicherweise der Leerlaufzustand bald endet. Sobald das Leerlaufsignal abgeschaltet ist oder das Leerlaufendesignal empfangen wird, beendet die Steuereinrichtung 9 den selbsttätigen Betrieb des Mikroskops zur Bildverbesserung oder zur Aufnahme weiterer Bilddaten. Nimmt ein Chirurg das Operationsmikroskop 1 wieder in Benutzung beziehungsweise greift er in Bereiche ein, welche den Leerlaufzustand betreffen und beenden, endet dann automatisch der selbstständige Betrieb des Operationsmikroskops 1 zur Bildverbesserung oder zur Aufnahme weiterer Bilddaten. Der Chirurg hat auf diese Weise das Operationsmikroskop 1 ständig zur Verfügung.
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Zum Erkennen des Leerlaufzustandes kann das Operationsmikroskop 1 mit mehreren, in 1 gestrichelt gezeichneten Elementen versehen sein. Diese Elemente sind je nach zu detektierendem Leerlaufzustand optional und deshalb in der Figur gestrichelt gezeichnet.
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Um zu erkennen, ob ein Benutzer in das Okular blickt, ist in einer Ausführungsform ein Okularsensor 11 am Okular 3 vorgesehen. Er detektiert, ob ein Benutzer in das Okular blickt. In der schematisch dargestellten Ausführungsform befindet sich der Okularsensor außerhalb des Okulareinblicks. Es ist aber im Stand der Technik auch bekannt, zu detektieren, ob ein Benutzer in ein Okular blickt, indem ein Sensor beziehungsweise eine Signalerfassung innerhalb des Okulars stattfindet. Die technische Ausführung kann zum Beispiel eine Reflex-Lichtschranke oder ein Reflexkoppler, im einfachsten Fall sogar ein Photowiderstand sein. Entsprechende Maßnahmen sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus dem Gebiet der Kameratechnik.
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Eine Detektion, ob eine Aktivität insgesamten oder teilweisen Sichtfeldes des Kombinationsmikroskops 2 vorliegt kann mittels eines Bewegungssensors 12 erfolgen, der am Kombinationsmikroskop 3 vorgesehen ist und das Sichtfeld 4 erfasst. In einer alternativen Ausgestaltung erfolgt eine Auswertung des vom Kombinationsmikroskop 2 gelieferten Bildes des Sichtfeldes 4. Beispielsweise kann der optische Fluss im Gesamtbild oder im interessierenden Bereich berechnet werden. Liegt das Maximum für eine gewisse Zeit unterhalb eines einstellbaren Schwellwertes, wird das Leerlaufsignal abgegeben. Unterstützend kann hierzu auch in einer Ausführungsform eine automatische bildbasierte Erkennung von chirurgischen Instrumenten, Händen des Chirurgen etc. ausgeführt werden.
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2 zeigt schematisch den modulhaften Aufbau der Steuersoftware der Steuereinrichtung 9. Die einzelnen Module kommunizieren über einen Kommunikationsbus 14. Neben einem Steuermodul 15 für das Kombinationsmikroskop umfasst der modulartige Aufbau der Software in der Steuereinrichtung 9 eine CCU (Capture and Compare Unit) mit einem Datenspeicher 17, ein Steuermodul 18 für den Okularsensor 11 (soweit dieser vorhanden ist), ein Steuermodul 19 für die Bedieneinrichtung 8 (sofern vorhanden), ein Steuermodul 20 für die Leerlauferkennung, ein Hauptsteuermodul 21 zur Koordination der Tätigkeiten der Steuereinrichtung 9, eine im Hauptsteuermodul 21 vorgesehene Queue 22 für Leerlaufaktivitäten und ein oder mehere Steuermodule 23 zum Ansteuern vorhandener Applikationen. Das Steuermodul 20 für die Leerlauferkennung hat lesenden Zugriff auf die Sensoren des Operationsmikroskops 1 (beispielsweise auf das erfasste Bild, den Okularsensor 11, die Bedieneinrichtung 8, laufende Applikationen, etc.). Es analysiert die dadurch vorliegenden Informationen und detektiert einen Leerlaufzustand. Dabei sind verschiedene Leerlaufmodi möglich, d. h. das Steuermodul 20 für die Leerlauferkennung gibt das qualifizierte Leerlaufsignal ab. Beginn, Art und Ende eines Leerlauszustandes werden über den Kommunikationsbus 14 an das Hauptsteuermodul 21 gesendet.
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Das Hauptsteuermodul 21 enthält die Queue 22 für Leerlaufaktivitäten. Hier werden die Anwendungen gesammelt, welche mit Beginn eines Leerlaufzustandes gestartet werden sollen. Jeder Anwendung (z.B. Optimierung oder Aufnahme weiterer Bilddaten) ist dabei neben einer eindeutigen Identifikation eine Angabe des für die Aktivität zuständigen Moduls auch der erforderliche Leerlaufmodus sowie ein Priorität zugeordnet. Am Kommunikationsbus 14 angeschlossenen Module können über eine definierte Schnittstelle ihre Anwendung bei der Queue 22 dahingehend anmelden, dass diese Anwendung im Falle eines Leerlaufzustandes selbsttätig ausgeführt werden sollen.
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Das Hauptsteuermodul 21 empfängt das qualifizierte Leerlaufsignal vom Steuermodul 20 für die Leerlauferkennung. Liegt dieses Signal vor, das anzeigt, dass ein bestimmter Leerlaufmodus besteht, prüft das Hauptsteuermodul 21 in der Queue 22, welche Anwendung für den aktuell gemeldeten Leerlaufmodus die höchste Priorität hat. Das entsprechende Modul wird dann über den Kommunikationsbus 14 benachrichtigt. Es startet daraufhin seine entsprechende Anwendung. Erfährt das Hauptsteuermodul 21, dass der aktuelle Leerlaufmodus beendet ist (dies muss nicht zwingend das Ende des Leerlaufzustandes sein – auch ein Wechsel des Leerlaufmodus ist möglich), meldet das Hauptsteuermodul 21 über den Kommunikationsbus 14 an das gegenwärtig tätigen Modul, dass die Anwendung gestoppt werden muss und – sofern sie noch nicht erfolgreich beendet wurde – der ursprüngliche Zustand des Operationsmikroskops betreffend der Anwendung wiederhergestellt werden muss.
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Es hat sich gezeigt, dass Leerlaufphasen nicht gehäuft auftreten. Es ist deshalb in einer Ausführungsform, wie bereits erwähnt, vorgesehen, dass die Leerlaufdetektionseinrichtung 10 das Leerlaufsignal so abgibt, dass es verschiedene Leerlaufmodi anzeigt. Auf diese Weise können auch partielle Leerlaufphasen (z.B. ein Chirurg blickt durch das Okular 3, aber im Sichtfeld 4 des Kombinationsmikroskops 2 sind keine Aktivitäten feststellbar) genutzt zu werden. Dies ist deshalb vorteilhaft, da nicht alle Optimierungen oder Erzeugung weiterer Bilddaten einen vollständigen Leerlauf des Operationsmikroskops 1 benötigen. Für die Aufnahme eines dreidimensionalen OCT-Bildes für eine assistierende Funktion genügt es beispielsweise, wenn keine Aktivität im vom OCT 7 erfassten Teil des Sichtfelds 4 vorhanden ist. Um automatisch den Autofokus auszuführen, sollte hingegen keine Aktivität im Okular 3 vorhanden sein, da das sich während Ablauf der Autofokusfunktion ändernde Bild den Chirurgen stören könnte.
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Die oben genannten Leerlaufbedingungen können hinsichtlich des Okulars bei einem Operationsmikroskop 1, das mehrere Okulare vorsieht, natürlich auch auf die einzelnen Okulare bezogen sein.
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Die Queue 22 für Leerlaufaktivitäten sammelt die Anwendung, die im Falle eines Leerlaufs gestartet werden sollen. Dazu führt die Queue 22 eine Liste mit den Anwendungen (beispielsweise identifiziert über eine eindeutige Nummer), dem für die Anwendungen erforderlichen Leerlaufmodus, einer Prioritätsangabe und dem zu benachrichtigenden Modul, das informiert werden soll. Optional können über eine Schnittstelle zum Kommunikationsbus 14 des Operationsmikroskops 4 ein oder mehrere Einträge hinzugefügt, geändert oder entfernt werden.
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Das Hauptsteuermodul 21 ist das zentrale Element in der Ausführungsform mit modularem Aufbau der Steuereinrichtung 9 hinsichtlich der Leerlaufdetektion. Um den Beginn eines Leerlaufzustandes zu bestimmen, überwacht das Hauptsteuermodul 21 die Signale auf dem Kommunikationsbus 14 des Operationsmikroskops 1. Wird über den Kommunikationsbus 14 vom Steuermodul 20 für die Leerlauferkennung ein Leerlaufmodus signalisiert, überprüft das Hauptsteuermodul 21 in der Queue 22, ob eine Anwendung für diesen Leerlaufmodus vorgesehen ist, d.h. wartet. Das Hauptsteuermodul 21 kann dies beispielsweise an einer Markierung in der Queue 22 erkennen, die eine Anwendung als wartend identifiziert (sogenannte Flag) und an einer Übereinstimmung zwischen dem gemeldeten und dem geforderten Leerlaufmodus. Ist dies für mehrere Anwendungen der Fall, wird diejenige mit der höchsten Priorität ausgewählt. Das Hauptsteuermodul 21 informiert über den Kommunikationsbus 14 das für die Anwendung zuständige Modul. In der Queue 22 wird eine entsprechende Markierung (sogenannte Flag) gesetzt, dass die Anwendung nun aktiv ist. Wird die Anwendung erfolgreich ausgeführt, meldet das Modul dies an das Hauptsteuermodul 21 zurück, welches den Eintrag aus der Queue 22 entfernt. Erfährt das Hauptsteuermodul 21 während der Ausführung, dass der Leerlaufmodus beendet wurde (entweder über das Ausbleiben des Leerlaufsignals oder über das Leerlaufendesignal), wird das entsprechende Modul sofort benachrichtigt, dass die Anwendung zu beenden ist und der ursprüngliche Systemzustand wieder hergestellt werden muss. Die Markierung in der Queue 22 wird dann von aktiv wieder auf wartend gesetzt, so dass die Anwendung bei einem erneuten passenden Leerlaufmodus wieder gestartet werden kann.
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Nachfolgend sind beispielshalber zwei Anwendungen geschildert, welche bei einem Leerlaufzustand ausgeführt werden können.
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1. Autofokus bei intraoperativem OCT
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Bedingt durch den Ablauf eines chirurgischen Eingriffes oder beispielsweise durch das Ausrichten auf neue Strukturen (Anatomien) kann sich der optimale Fokuswert im Sichtfeld 4 ändern. Ein Chirurg ist sich dessen in der Regel nicht bewusst, da er weiterhin ein OCT-Bild sieht ohne zu wissen, dass der Kontrast in diesem Bild durch einen besser gewählten Fokus optimiert werden könnte. Ein besserer Kontrast könnte es wiederum erleichtern, kleinere Strukturen zu erkennen, was sowohl auf eine manuelle Auswertung des Bildes als auch auf eine automatische Auswertung des Bildes mittels Algorithmen eine positive Auswirkung hätte. Es ist daher vorteilhaft, den OCT-Fokus regelmäßig automatisch zu optimieren. Während der Optimierung der Fokuslage für das OCT 7 verschlechtert sich das eingeblendete OCT-Bild im Okular 3 jedoch kurzzeitig. Das wäre für den Chirurgen störend. Deshalb wird die Optimierung der Fokuslage für das OCT-Bild 7 (analoges gilt auch für die Optimierung der Fokuslage des optischen Mikroskops 6) nur gestartet, wenn an dem Okular 3, an dem das OCT-Bild eingeblendet wird, eine Leerlaufphase vorliegt. Es kann also durchaus der Fall vorliegen, dass es genügt, dass an einem Okular eine Leerlaufphase vorliegt, an anderen Okularen (z.B. bei einem Nebenbeobachter) jedoch nicht. Dies ist dann der Fall, wenn nur an diesem einen Okular das OCT-Bild eingeblendet wird. Mit der oben geschilderten Leerlaufdetektion kann das OCT-Optimierungsmodul nun in der Queue 22 anmelden, dass es mit hoher Priorität benachrichtigt werden soll, wenn am betroffenen Okular 3 keine Aktivität vorliegt. Das Modul definiert den Leerlaufmodus, den es benötigt. Erhält nun das OCT-Modul, das hier als Beispiel für ein Applikationsmodul 23 steht, ein entsprechendes Signal vom Hauptsteuermodul 21, liest es zuerst die aktuellen Parameter (beispielsweise den Fokuswert) vom OCT 7 aus und speichert diesen. Anschließend optimiert es den Fokus. Sollte vor dem Abschluss dieses Prozesses der Fall eintreten, dass der erforderliche Leerlaufmodus beendet ist (beispielsweise weil der Chirurg in das betroffene Okular blickt), werden wieder die ursprünglichen Parameter gesetzt. Beim erfolgreichen Beenden der Optimierung werden die neuen Parameter für das OCT 7 verwendet und, sofern keine weitere Optimierung nötig ist, der entsprechende Eintrag auf der Queue 22 entfernt.
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2. OCT-Assistenzfunktion
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Für bildgestützte Assistenzfunktionen ist es notwendig, in kontinuierlichen Abständen Bilder des Sichtfeldes 4 (oder Details davon) aufzunehmen. Um beispielsweise ein Membran-Peeling zu unterstützen, muss der Ist-Zustand über ein dreidimensionales OCT-Bild kontinuierlich erfasst werden, um darauf aufbauend Informationen für den Chirurgen zu berechnen. Wichtig für diese Aufnahmen ist es, dass keine störenden Aktivitäten im betroffenen Teil des Sichtfeldes 4 vorliegen, d. h. die Aufnahme des OCT-Bildes soll nicht durch Hände oder chirurgische Instrumente gestört werden. Ferner sollte das OCT-Bild so häufig wie möglich aufgenommen werden, jedoch ohne den Chirurgen bei seiner Arbeit zu unterbrechen. Das oben geschilderte Vorgehen erlaubt es, dass das OCT-Assistenzmodul seinen Bedarf in der Queue 22 signalisiert, dass es mit einer voreingestellten Priorität benachrichtigt werden soll, wenn im betroffenen Teil des Sichtfeldes 4 keine störende Aktivität vorliegt. Erhält das OCT-Assistenzmodul, das ein weiteres Beispiel für ein Applikationsmodul 23 ist, vom Hauptsteuermodul 21 das entsprechende Signal, steuert es das OCT 7 so an, dass ein dreidimensionales OCT-Bild im gewünschten Bereich aufgenommen wird. Muss die Aufnahme vorzeitig beendet werden, da der Leerlaufmodus endete, werden etwaige unvollständige Aufnahmen verworfen oder nur ein Teilergebnis zurückgeliefert.
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3 zeigt schematisch einen Teil eines Ablaufs einer Ausführungsform eines Betriebsverfahrens für das Operationsmikroskop der 1.
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In einem Schritt S0 wird das Verfahren initialisiert. Anschließend wird in einem Schritt S1 der Zustand des Operationsmikroskops 1 abgefragt. Dabei werden Parameter ermittelt, die für eine spätere Leerlaufprüfung relevant sind.
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In einem Schritt S2 erfolgt die Abfrage, ob dieser Parameter einer oder mehrerer Leerlaufbedingungen genügen. („–“-Verzweigung), wird zum Schritt S1 zurückgesprungen, da kein Leerlaufzustand vorliegt.
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Ist hingegen ein Leerlaufzustand gegeben („+“-Verzweigung), wird im Schritt S3 eine Zeitspanne gewartet und dann noch einmal analog zum Schritt S1 eine Abfrage der leerlaufbedingungsrelevanten Parameter durchgeführt. Im Schritt S4 erfolgt dann eine erneute Abfrage, ob ein Leerlaufzustand vorliegt. Die Abfrage des Schrittes S4 entspricht dabei der des Schrittes S2.
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Die Wiederholung dieser Abfrage sowie die Zwischenschaltung des Schrittes S3 stellt sicher, dass nur dann das Verfahren weiterläuft, wenn ein Leerlaufzustand über eine gewisse Mindestdauer, die durch die in Schritt S3 abgewartete Zeit gegeben ist, vorliegt. Die Zeitdauer kann, wie bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnt, für verschiedene Leerlaufbedingungen unterschiedlich sein.
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Wurde durch die Abfolge der Schritte S2 bis S4 erkannt, dass ein Leerlaufzustand über eine Mindestdauer vorliegt („+“-Verzweigung des Schrittes S4), wird im Schritt S5 das Leerlaufsignal abgegeben. Andernfalls („–“-Verzweigung des Schrittes S4) wird zum Schritt S1 zurückgesprungen. Nach Abgabe des Leerlaufsignals im Schritt S5 ist die Leerlaufdetektion im Schritt S6 beendet. Das Leerlaufsignal, welches im Schritt S5 abgegeben wird, kann, wie bereits erwähnt, ein qualifiziertes Leerlaufsignal sein, das anzeigt, welcher Leerlaufmodus vorliegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10203215 A1 [0003]
- WO 2012/100030 A2 [0004]
- WO 2012/130449 A1 [0004, 0014]
- DE 2246384 [0006]
