DE102015000383B4

DE102015000383B4 - Chirurgisches Mikroskop

Info

Publication number: DE102015000383B4
Application number: DE102015000383.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hartkens
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2023-06-15
Anticipated expiration: 2035-01-14
Also published as: DE102015000383A1

Abstract

Chirurgisches Mikroskop, umfassend:eine Mikroskopieoptik (3);eine Kamera (15);eine Anzeigevorrichtung (41, 83); undeine Steuerung (29);wobei die Mikroskopieoptik (3) dazu konfiguriert ist, ein Bildfeld (7) auf die Kamera (15) abzubilden;wobei die Kamera (15) dazu konfiguriert ist, zweidimensionale Kamerabilder des Bildfelds (7) aufzunehmen und die Kamerabilder repräsentierende Bilddaten zu erzeugen;wobei die Steuerung einen Datenspeicher (171) umfasst, in welchem Objektdaten eines chirurgischen Greifwerkzeugs (103) in wenigstens einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand gespeichert sind;wobei die Steuerung (29) dazu konfiguriert ist,- die Bilddaten von der Kamera (15) zu empfangen und die durch die Bilddaten repräsentierten Kamerabilder zu verarbeiten;- durch Objekterkennung unter Berücksichtigung der Objektdaten des chirurgischen Greifwerkzeugs (103) in den Kamerabildern das chirurgische Greifwerkzeug (103) zu identifizieren;- den Zustand des identifizierten Greifwerkzeugs (103) zu bestimmen;- wenn der Zustand des Greifwerkzeugs (103) dessen geschlossener Zustand ist, eine Position der Spitze (105) des chirurgischen Greifwerkzeugs (103) repräsentierende Positionsdaten zu bestimmen und in dem Datenspeicher (171) zu speichern; und- das Bildfeld (7) und eine Darstellung (107, 109) von in dem Datenspeicher (171) gespeicherten Positionsdaten mit der Anzeigevorrichtung (41, 83) darzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft chirurgische Mikroskope, welche den Einsatz von chirurgischen Werkzeugen bei mikrochirurgischen Eingriffen unterstützen.
Bei mikrochirurgischen Eingriffen beobachtet ein Chirurg ein Operationsfeld durch ein Mikroskop und führt Manipulationen mit einem chirurgischen Werkzeug durch. Im Vergleich zu chirurgischen Eingriffen, welche unter Beobachtung mit dem nackten Auge vorgenommen werden, sind mikrochirurgische Eingriffe, bei denen der Chirurg das zu manipulierende Gewebe und das hierfür verwendete Werkzeug als ein Mikroskopbild wahrnimmt, schwierig durchzuführen. Es ist wünschenswert, das Mikroskop so auszustatten, dass dem Chirurgen die Arbeit erleichtert wird und beispielsweise ergänzende Informationen in das Mikroskopbild eingeblendet werden. Die zur Unterstützung des Eingriffs möglichen Maßnahmen hängen von einem Fortgang des Eingriffs ab, da sich das zu manipulierende Gewebe aufgrund des Eingriffs verändert und die Veränderungen an dem Gewebe unter Umständen in dem Mikroskopbild nur schwer zu erkennen sind. Darüber hinaus hängen die beispielsweise von einem Greifwerkzeug an dem Gewebe durchgeführten Manipulationen von dem Zustand des Greifwerkzeugs, wie beispielsweise dessen geöffnetem nicht greifendem Zustand und dessen geschlossenem greifendem Zustand ab.
Die US 2014 / 0 005 485 A1 offenbart ein Operationssystem mit einem Retraktor, mit dessen Hilfe der Zugang zu einem Operationsfeld offen gehalten werden kann. Der Retraktor hat eine Mehrzahl von Kameras, um aus verschiedenen Perspektiven Bilder des Operationsfelds zu gewinnen. Aus diesen Bildern wird eine Darstellung generiert, welche über Okulare betrachtet werden kann. Ferner wird eine Detektion und ein Tracken von Werkzeugen durchgeführt. Dies dient dazu, um in der generierten Darstellung des Operationsfelds die Werkzeuge transparent darzustellen, so dass sie das Objektfeld nicht verdecken.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Mikroskop vorzuschlagen, welches mit einem Greifwerkzeug durchgeführte mikrochirurgische Eingriffe unterstützt.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird ein chirurgisches Mikroskop vorgeschlagen, welches eine Mikroskopieoptik, eine Kamera, eine Anzeigevorrichtung und eine Steuerung umfasst. Die Mikroskopieoptik ist dazu konfiguriert, ein Bildfeld auf die Kamera abzubilden. Die Kamera ist dazu konfiguriert, zweidimensionale Kamerabilder des Bildfelds aufzunehmen und die Kamerabilder repräsentierende Bilddaten zu erzeugen. Die Steuerung umfasst einen Datenspeicher, welcher Objektdaten eines chirurgischen Greifwerkzeugs in dessen geöffnetem Zustand und Objektdaten des gleichen Greifwerkzeugs in dessen geschlossenem Zustand speichert. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, die Bilddaten von der Kamera zu empfangen und die durch die Bilddaten repräsentierten Kamerabilder zu verarbeiten und durch Objekterkennung unter Berücksichtigung der Objektdaten des chirurgischen Werkzeugs dieses in den Kamerabildern zu identifizieren. Die Objekterkennung kann beispielsweise in dem Kamerabild vorhandene Strukturen mit den Objektdaten des Greifwerkzeugs vergleichen und bei einer ausreichenden Übereinstimmung in einem bestimmten Bereich des Kamerabildes darauf schließen, dass das Greifwerkzeug in diesem Bereich des Kamerabilds angeordnet ist. Insbesondere kann durch eine solche Objekterkennung festgestellt werden, an welcher Position innerhalb des Kamerabildes ein bestimmtes Teil des Greifwerkzeugs angeordnet ist. Insbesondere ist es durch solche Objekterkennung auch möglich, die Position einer Spitze des Greifwerkzeugs, mit welcher die Manipulationen an dem zu manipulierenden Gewebe normalerweise durchgeführt werden, zu bestimmen.
Die Steuerung ist ferner dazu konfiguriert, den momentanen Zustand des Greifwerkzeugs zu bestimmen. Auch dies kann durch Verarbeitung der Kamerabilder und Durchführen einer Objekterkennung basierend auf den Kamerabildern und den Objektdaten des chirurgischen Greifwerkzeugs erfolgen, da sowohl die Objektdaten des Greifwerkzeugs in dessen geöffnetem Zustand und die Objektdaten des Greifwerkzeugs in dessen geschlossenem Zustand in dem Datenspeicher gespeichert sind. Gemäß beispielhaften weiteren Ausführungsformen wird der Zustand des Greifwerkzeugs durch die Steuerung nicht durch Objekterkennung auf der Grundlage der Kamerabilder bestimmt sondern auf der Grundlage von auf andere Weise gewonnenen Daten, welche die Geometrie von Strukturen innerhalb des Bildfelds repräsentieren. Derartige Daten können beispielsweise mit einem OCT-System gewonnen werden. Auch auf der Grundlage derartiger Daten kann eine Objekterkennung unter Berücksichtigung der Objektdaten des chirurgischen Greifwerkzeugs durchgeführt werden, um den Zustand des Greifwerkzeugs zu bestimmen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, dann, wenn der bestimmte Zustand des identifizierten Greifwerkzeugs dessen geschlossener Zustand ist, eine Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs innerhalb des Kamerabilds repräsentierende Positionsdaten zu bestimmen und in dem Datenspeicher zu speichern. Wenn basierend auf einem aktuell gewonnenen momentanen Kamerabild die Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs bestimmt wird, repräsentieren die zugehörigen Positionsdaten die momentane Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs. In zeitlich nachfolgend gewonnenen Kamerabildern kann die momentane Position der Spitze eine andere sein.
Diese Änderung der Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs in Abhängigkeit von der Zeit ist allerdings aus einem jeden momentanen Kamerabild nicht ersichtlich. Durch Betrachten des momentanen Kamerabilds kann der Chirurg lediglich die momentane Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs erkennen, Positionen innerhalb des Kamerabilds, an welchen die Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs zuvor angeordnet war und an denen mit dem Greifwerkzeug zuvor Manipulationen an dem Gewebe durchgeführt wurden, sind aus dem momentanen Kamerabild nicht unmittelbar ersichtlich. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die Steuerung deshalb ferner dazu konfiguriert, eine Darstellung von in dem Datenspeicher gespeicherten Positionsdaten zusammen mit dem durch die Bilddaten repräsentierten Kamerabild durch die Anzeigevorrichtung darzustellen. Die Gesamtheit der in dem Datenspeicher gespeicherten Positionsdaten repräsentiert eine Historie der Positionen der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs während eines durchgeführten Eingriffs. Die Gesamtheit dieser Positionen oder eine Teilmenge davon kann deshalb durch die Anzeigevorrichtung zusammen mit dem Bildfeld dargestellt werden. Die Darstellung der Positionsdaten kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass in dem Kamerabild an den den Positionen entsprechenden Orten Markierungen dargestellt werden, welche von den Strukturen des Kamerabildes verschieden sind. Derartige Markierungen können beispielsweise kleine Kreise oder Kreuze sein, welche in durch die Anzeigevorrichtung dem Bildfeld überlagert werden.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen werden die Positionen der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs repräsentierende Positionsdaten nur dann in dem Datenspeicher gespeichert und nachfolgend mit der Anzeigevorrichtung dargestellt, wenn der Zustand des Greifwerkzeugs bei dessen Bestimmung der geschlossene Zustand des Greifwerkzeugs ist. Wenn der bestimmte Zustand des Greifwerkzeugs dessen geöffneter Zustand ist, werden Positionen der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs repräsentierende Positionsdaten nicht zur nachfolgenden Darstellung mit der Anzeigevorrichtung in dem Datenspeicher gespeichert.
Bei einem fortgeschrittenen Eingriff ist es dem Chirurgen somit möglich, durch Betrachten der Darstellung der Anzeigevorrichtung unmittelbar zu erkennen, an welchen Orten innerhalb des Bildfelds bereits Manipulationen mit dem geschlossenen Greifwerkzeug durchgeführt wurden. Der Chirurg kann daraufhin entscheiden, an welchen weiteren Orten innerhalb des Bildfelds noch Manipulationen an dem Gewebe mit geschlossenem Greifwerkzeug durchzuführen sind, ohne Manipulationen an bereits manipulierten Gewebeteilen zu wiederholen, da dies nachteilig für den Erfolg des Eingriffs sein kann.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, in den Kamerabildern von dem chirurgischen Greifwerkzeug verschiedene Strukturen zu identifizieren und die Positionsdaten so zu bestimmen, dass sie die Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs relativ zu diesen identifizierten Strukturen repräsentieren. Die von dem chirurgischen Greifwerkzeug verschiedenen Strukturen können Strukturen des mit den Kamerabildern abgebildeten zu manipulierenden Gewebes, wie beispielsweise Blutgefäße oder dergleichen, sein. Indem die Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs relativ zu derartigen Strukturen bestimmt wird, erfolgt auch die Darstellung der gespeicherten Positionsdaten relativ zu diesen Strukturen auch dann, wenn sich das durch die Mikroskopieoptik abgebildete Gewebe innerhalb des Bildfelds verlagert hat.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, die gespeicherten Positionsdaten jeweils einer von mehreren Gruppen von Positionsdaten zuzuordnen, wobei nacheinander bestimmte Positionsdaten jeweils einer gleichen Gruppe zugeordnet werden, bis der identifizierte Zustand des chirurgischen Greifwerkzeugs dessen geöffneter Zustand ist. Sobald nachfolgend der bestimmte Zustand des chirurgischen Greifwerkzeugs wieder dessen geschlossener Zustand ist, werden die bestimmten Positionsdaten wenigstens einer hiervon verschiedenen weiteren Gruppe von Positionsdaten zugeordnet. Durch eine derartige Gruppierung von Positionsdaten werden die Möglichkeiten der Unterstützung des Chirurgen durch die Darstellung von Positionsdaten zusammen mit dem Bildfeld durch die Anzeigevorrichtung erweitert, wie dies nachfolgend erläutert wird.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen repräsentieren die Positionsdaten neben der Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs ferner einen Zeitpunkt, zu dem die durch die Positionsdaten repräsentierte Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs bestimmt wurde. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen hierin ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, die Darstellung der Positionsdaten zusammen mit dem Bildfeld nur dann durchzuführen, wenn die Positionsdaten einer Gruppe zugeordnet sind, welche die Eigenschaft hat, dass ein maximaler Wert der Differenz zwischen den repräsentierten Zeitpunkten sämtlicher Paare von Positionsdaten der Gruppe größer als ein vorbestimmter erster Schwellenwert ist. Der erste Schwellenwert kann beispielsweise eine Sekunde oder zwei Sekunden betragen. Dieser Ausführungsform liegt die Überlegung zugrunde, dass mit einem Greifwerkzeug üblicherweise mehrere Greifversuche unternommen werden, bevor ein solcher Greifversuch erfolgreich ist, und dann erst eine Manipulation an dem Gewebe mit dem Greifwerkzeug vorgenommen wird. Erfolglose Greifversuche können sich durch eine kleine Zeitdifferenz zwischen dem Schließen des Greifwerkzeugs und dem erneuten Öffnen des Greifwerkzeugs auszeichnen. Der erste Schwellenwert kann so gewählt werden, dass er der kurzen Zeitdifferenz zwischen dem Schließen des Greifwerkzeugs und dem erneuten Öffnen des Greifwerkzeugs bei einem erfolglosen Greifversuch entspricht. Hierdurch wird die Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs bei erfolglosen Greifversuchen nicht zusammen mit dem Kamerabild über die Anzeigevorrichtung dargestellt. Die Anzeigevorrichtung stellt somit nur die Positionen der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs bei erfolgreichen Greifversuchen dar und repräsentiert deshalb im Wesentlichen nur tatsächlich vorgenommene Manipulationen an dem Gewebe.
Ein ähnlicher Vorteil lässt sich auch gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform erreichen, bei der die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Darstellung der Positionsdaten nur dann darzustellen, wenn die Positionsdaten einer Gruppe zugeordnet sind, welche die Eigenschaft hat, dass ein maximaler Wert der Abstände zwischen den repräsentierten Positionen sämtlicher Paare von Positionsdaten der Gruppe größer als ein vorbestimmter zweiter Schwellenwert ist. Dieser Ausführungsform liegt die Überlegung zugrunde, dass die Spitze des Greifwerkzeugs nach dem Zugreifen bewegt wird, um eine Manipulation an dem Gewebe durchzuführen. Hierbei wird die Spitze des Greifwerkzeugs über eine gewisse Strecke bewegt. Erkennt der Chirurg allerdings, dass der Greifversuch erfolglos war, wird er die Bewegung der Spitze des Greifwerkzeugs abbrechen und dieses wieder öffnen. Ein erfolgloser Greifversuch kann deshalb auch daran erkannt werden, dass die Spitze des Greifwerkzeugs zwischen Schließen und Öffnen lediglich über eine kleine Strecke bewegt wird. Der zweite Schwellenwert kann derart bestimmt werden, dass er einer derartigen kleinen Strecke entspricht.
Ein ähnlicher Vorteil kann auch durch eine Ausführungsform erreicht werden, bei der die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Darstellung der Positionsdaten nicht mehr durchzuführen, wenn sie einer Gruppe zugeordnet sind, welche die Eigenschaft hat, dass ein Wert eines Abstands zwischen den durch die Positionsdaten der Gruppe repräsentierten Positionen und der momentan bestimmten Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs kleiner als ein vorbestimmter dritter Schwellenwert ist, wenn momentan eine Änderung des identifizierten Zustands des Greifwerkzeugs von dessen geöffnetem Zustand in dessen geschlossenen Zustand bestimmt wird. Dieser Ausführungsform liegt die Überlegung zugrunde, dass der Chirurg nur dann an einer Position innerhalb des Bildfelds das Greifwerkzeug wieder schließt, wenn an dieser Position eine Manipulation des Gewebes erfolgen soll. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn das Gewebe dort nicht zuvor schon manipuliert wurde. Falls an diesem Ort bereits zuvor Positionsdaten bestimmt und gespeichert wurden, so sind diese auf einen erfolglosen Greifversuch zurückzuführen und sollten deshalb in der Darstellung an der Anzeigevorrichtung nicht mehr sichtbar sein, wenn dort nur erfolgreiche Manipulationen dargestellt werden sollen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst die Anzeigevorrichtung ein Okular der Mikroskopieoptik, und die Mikroskopieoptik ist dazu konfiguriert, die Darstellung der gespeicherten Positionen in einen Strahlengang des Okulars einzublenden, so dass in dem Okular sowohl das Bildfeld als auch die Darstellung der Positionsdaten sichtbar sind.
Ausführungsformen der Erfindung schlagen ferner ein Verfahren zum Durchführen eines mikrochirurgischen Eingriffs mit Hilfe eines chirurgischen Mikroskops vor, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von Bilddaten, welche Bilder eines Bildfelds repräsentieren, und verarbeiten der Bilddaten; Identifizieren eines chirurgischen Greifwerkzeugs in den durch die Bilddaten repräsentierten Bildern; Bestimmen eines Zustands des identifizierten chirurgischen Greifwerkzeugs; Bestimmen einer Position einer Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs wenn der bestimmte Zustand des Greifwerkzeugs dessen geschlossener Zustand ist; und Darstellen der Bilder des Bildfelds und der zuvor bestimmten Positionen der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs. Weitere Ausführungsformen der Erfindung schlagen ein Verfahren zum Durchführen eines mikrochirurgischen Eingriffs mit Hilfe eines chirurgischen Mikroskops, wobei das Verfahren umfasst: Abbilden eines Bildfeldes auf eine Kamera mit Hilfen einer Mikroskopieoptik des chirurgischen Mikroskops; Erzeugen von Bilder des Bildfeldes repräsentierenden Bilddaten; Verarbeiten der Bilddaten; Identifizieren eines chirurgischen Greifwerkzeugs in den durch die Bilddaten repräsentierten Bildern; Bestimmen eines Zustands des identifizierten chirurgischen Greifwerkzeugs; Bestimmen einer Position einer Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs wenn der bestimmte Zustand des Greifwerkzeugs dessen geschlossener Zustand ist; und Darstellen der Bilder des Bildfelds und der zuvor bestimmten Positionen der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs.
Ausführungsformen der Erfindung schlagen ferner die Verwendung des vorangehend erläuterten chirurgischen Mikroskops zur Entfernung einer epiretinalen Membran eines Auges vor.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines chirurgischen Mikroskops;
2A bis 2D zeitlich aufeinanderfolgende Darstellungen eines Bildfelds des chirurgischen Mikroskops der 1 zur Erläuterung von Manipulationen an einem Gewebe; und
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Bestimmung eines Zustands eines Greifwerkzeugs mit einem OCT-System des chirurgischen Mikroskops der 1.

1 ist eine schematische Darstellung eines chirurgischen Mikroskops 1. Das chirurgische Mikroskop 1 umfasst eine Abbildungsoptik 3, welche dazu konfiguriert ist, Bilder eines Bildfelds 7 innerhalb eines Objektbereichs 11 zu erzeugen. Die Abbildung des Bildfelds 7 erfolgt mit der Abbildungsoptik 3 des dargestellten Ausführungsbeispiels zum einen über ein Paar von Okularen 13, in welche ein Chirurg mit seinen beiden Augen Einblick nehmen kann, und zum anderen auf eine Kamera 15, welche Bilder des Bildfelds 7 aufnehmen und die Bilder repräsentierende Daten erzeugen kann.
Hierzu umfasst die Optik 3 eine Objektivlinse 17, welche aus ein oder mehreren Linsenelementen bestehen kann und, in dem hier dargestellten Beispiel, insbesondere das Bildfeld nach unendlich abbildet. In dem Strahlengang hinter der Objektivlinse 17 werden zwei Teilstrahlenbündel 19 durch jeweils eine Zoomlinsenanordnung 21 geführt, welche einen Abbildungsmaßstab der Optik ändern können. Hierzu umfassen die beiden Zoomlinsenanordnungen 21 jeweils wenigstens zwei Linsengruppen 22 und 23, welche relativ zueinander in Strahlrichtung der Teilstrahlenbündel 19 verlagerbar sind, wie dies in 1 durch einen Pfeil 24 angedeutet ist. Die Verlagerung der beiden Linsengruppen 22 und 23 relativ zueinander wird durch einen Aktuator 25 gesteuert, welcher wiederum über eine Steuerleitung 27 zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs der Optik 3 von einer Steuerung 29 kontrolliert wird.
Nach Durchlaufen der Zoomlinsenanordnung 21 treten die Teilstrahlenbündel 19 in die Okulare 13 ein, wobei allerdings aus dem in 1 rechts gezeigten Teilstrahlenbündel 19 über einen teildurchlässigen Spiegel 31 ein Teil des Lichts des Teilstrahlenbündels 19 umgelenkt wird und über eine Kameraadapteroptik 33 auf die Kamera gerichtet wird, so dass diese das Bild des Bildfelds des Objektbereichs 11 detektieren kann. Die von der Kamera 15 erzeugten Daten werden über eine Datenleitung 35 an die Steuerung 29 übertragen.
Die Optik 3 umfasst ferner zwei elektronische Bildanzeigen 41, welche von der Steuerung 29 über eine Datenleitung 43 mit Bilddaten versorgt werden. Die von den Bildanzeigen 41 dargestellten Bilder werden jeweils über eine Projektionsoptik 45 und einen in dem Teilstrahlenbündel 19 angeordneten teildurchlässigen Spiegel 47 in die Strahlengänge hin zu den Okularen 13 projiziert, so dass ein Benutzer, der in die Okulare 13 Einblick nimmt, die durch die Anzeigen 41 dargestellten Bilder in Überlagerung mit dem Bild des Bildfelds 7 des Objektbereichs 11 wahrnehmen kann.
Das Chirurgie-System 1 umfasst ferner ein OCT-System 5 zur Durchführung von OCT-Messungen. Das OCT-System 5 umfasst ein OCT-Gerät 4 mit einer geeigneten kurzkohärenten Lichtquelle und einem Interferometer, welche in 1 nicht dargestellt sind, wobei von dem OCT-Gerät 4 OCT-Messlicht über eine Lichtleitfaser 51 ausgegeben wird, so dass das Messlicht auf ein zu vermessendes Objekt treffen kann und von dem Objekt zurückkommendes Messlicht wieder in die Faser eintreten kann, damit das OCT-Gerät 4 dieses zurückkommende Messlicht auswerten und die die Messung repräsentierenden Daten ausgeben kann. Insbesondere kann das OCT-Gerät 4 einen Tiefen-Scan durchführen, welcher auch als A-Scan bezeichnet wird, dessen Daten Intensitäten von rückgestreutem Messlicht in Abhängigkeit von der Tiefe repräsentieren. Das OCT-Gerät 4 wird von der Steuerung 29 über eine Steuer- und Datenleitung 53 kontrolliert, wobei die Steuerung 29 über diese Leitung 53 auch die von dem OCT-System 5 erzeugten Messdaten empfängt. Das OCT-System 5 umfasst ferner eine Kollimationsoptik 59, welche aus einem Ende 55 der Faser 51 austretendes OCT-Messlicht 57 zu einem Messlichtstrahl 58 kollimiert. Der Messlichtstrahl 58 wird an zwei Ablenkspiegeln 61 und 63 abgelenkt, durchläuft eine Projektionsoptik 65, trifft auf einen Spiegel 69 und wird von diesem durch die Objektivlinse 17 innerhalb des Bildfelds 7 auf den Objektbereich 11 gerichtet. In dem Objektbereich 11 kann ein Objekt 127 angeordnet sein, welches OCT-Messlicht zurückstreut, so dass das von dem Objekt 127 zurückgestreute Messlicht den umgekehrten Weg durch die Objektivlinse 17, die Projektionsoptik 65 und die Kollimationsoptik 59 durchläuft, so dass wenigstens ein Teil dieses Lichts in die Faser 51 eingekoppelt wird und zu dem OCT-Gerät 4 zurückgelangen kann, wo es mit dem Interferometer ausgewertet wird.
Die Spiegel 61 und 63 sind verschwenkbar angeordnet, um den OCT-Messstrahl abzulenken, so dass dieser innerhalb des Bildfelds durch Einstellen der Schwenkstellungen der Spiegel 61 und 63 auf auswählbare Orte innerhalb des Bildfelds treffen kann. Die Verschwenkbarkeit der Spiegel 61 und 63 ist in 1 durch Pfeile 71 angedeutet. Die Schwenkstellung der Spiegel 61 und 63 wird durch Aktuatoren 73 eingestellt, welche von der Steuerung 29 über Steuerleitungen 75 kontrolliert werden. Durch Ansteuern der Aktuatoren 73 kann die Steuerung 29 somit den Ort, an welchem der OCT-Messstrahl auf das Bildfeld 11 trifft, auswählen.
Die Steuerung 29 umfasst ferner eine Benutzerschnittstelle, welche einen Bildschirm 83 als ein Darstellungsmedium, eine Tastatur 84 und eine Maus 85 als Eingabemedien umfasst. Auch die Anzeigen 41 zur Einkopplung von Bildern, die von der Steuerung 29 erzeugt werden, in die Strahlengänge zu den Okularen 13 sind von der Benutzerschnittstelle umfasst.
In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Chirurgie-System dazu verwendet, einen mikrochirurgischen Eingriff mit Hilfe eines chirurgischen Werkzeugs an einem Gewebe vorzunehmen.
Die Arbeitsweise des chirurgischen Mikroskops 1 wird nachfolgend anhand der 2A bis 2D erläutert, welche Darstellungen des Bildfelds und in dieses eingeblendeter Positionsdaten zu vier aufeinanderfolgenden Zeitpunkten zeigen. Hierbei sei angenommen, dass ein Eingriff an einem Auge eines Menschen vorgenommen wird, um eine epiretinale Membran zu entfernen. Die epiretinale Membran, auch bekannt als Makular Pucker, epiretinale Gliose oder cellophane Retinopathie ist eine Erkrankung des Auges, die charakterisiert ist durch eine über der Makula des Auges wachsende Membran. Diese Membran kann sich kontrahieren und eine Deformation der zentralen Netzhaut verursachen, wodurch das Bild beim Sehen gestört wird. Bei fortschreitender Erkrankung kann die epiretinale Membran zu einer Netzhautablösung oder sogar zu einem Loch in der Makula führen. Eine mögliche Behandlung dieser Erkrankung sieht das sogenannte Peeling der epiretinalen Membran in einem mikrochirurgischen Eingriff vor. Ziel des Eingriffs ist die vollständige Entfernung der epiretinalen Membran. Hierzu wird zunächst das Glaskörpergel durch Vitrektomie entfernt, um freien Zugang zu Makula zu erhalten. Die epiretinale Membran wird dann mit einem geeigneten Greifwerkzeug, wie beispielsweise einer feinen Pinzette, unter Beobachtung durch ein chirurgisches Mikroskop entfernt. Wird die epiretinale Membran nicht vollständig entfernt, kann dies zu einer fortschreitenden Erkrankung mit einer Netzhautablösung oder gar einem Loch in der Netzhaut führen. Daher muss der Chirurg sicherstellen, dass die Membran vollständig entfernt wird. Herkömmlicherweise werden Farbstoffe, wie etwa „brillant blue G“, „Tripan-Blau“ oder „Indocyanin-Grün“, von Chirurgen in das Auge eingeführt, um die epiretinale Membran sichtbar zu machen. Allerdings sind derartige Farbstoffe zum Anfärben der epiretinalen Membran auch toxisch und sollten nur in geringen Mengen verwendet werden. Manche Chirurgen lehnen den Einsatz derartiger Farbstoffe aufgrund ihrer Toxizität ab. Die anhand der 2A bis 2D nachfolgend erläuterte Arbeitsweise des chirurgischen Mikroskops 1 unterstützt den Chirurgen bei der vollständigen Entfernung der epiretinalen Membran.
Vor Durchführung des Eingriffs werden Objektdaten des für den Eingriff zu verwendenden chirurgischen Werkzeugs in einem Datenspeicher 171 gespeichert. Der Datenspeicher 171 ist über eine Datenleitung 172 mit der Steuerung 29 verbunden (vgl. 1).
Der Datenspeicher speichert die Objektdaten des chirurgischen Greifwerkzeugs in dessen geöffnetem Zustand und dessen geschlossenem Zustand. Die Objektdaten umfassen Geometriedaten, welche die Geometrie des chirurgischen Greifwerkzeugs repräsentieren. Die Geometriedaten repräsentieren beispielsweise die körperliche Ausdehnung, wie Länge und Breite, und die Orientierung von Oberflächen des Werkzeugs an verschiedenen Orten desselben. Die Geometriedaten können beispielsweise CAD-Daten sein, wie sie im Prozess der Konstruktion des Werkzeugs mit einem Computer-Aided-Design (CAD)-Werkzeug erzeugt wurden. Ferner können die Objektdaten auch weitere Daten umfassen, welche das Werkzeug und dessen visuelle Erscheinung in den Kamera-Bildern charakterisieren. Dies können beispielsweise Daten sein, die eine Oberflächenbeschaffenheit, wie etwa eine Oberflächentextur, eine Kantenverteilung oder dergleichen repräsentieren. Die Objektdaten können beispielsweise vor Beginn eines Eingriffs in den Datenspeicher geladen werden. Hierbei können auch die Objektdaten von mehreren Werkzeugen, welche in dem Eingriff zum Einsatz kommen sollen, in dem Speicher gespeichert werden.
Die Steuerung kann durch Objekterkennung unter Berücksichtigung der Objektdaten das chirurgische Greifwerkzeug in den Kamerabildern identifizieren. Die Objekterkennung kann beispielsweise gemäß einer Template-Matching-Technik, einer Sliding-Window-Technik und einer Hough-Voting-Technik arbeiten.
2A zeigt ein Bildfeld des chirurgischen Mikroskops 1, in welchem die Netzhaut des Auges als das zu beobachtende Objekt 127 angeordnet und sichtbar ist. Die Netzhaut 127 enthält Strukturen 101, wie beispielsweise Blutgefäße. Die epiretinale Membran ist im Wesentlichen nicht sichtbar. Die 2A zeigt ferner ein in dem Bildfeld angeordnetes Greifwerkzeug 103, welches einen Schaft 104 und ein paar von pinzettenartigen Greifern 105 umfasst. Die Spitzen der Greifer 105 sind in der 2A mit Abstand voneinander angeordnet, sodass das Greifwerkzeug 105 in seinem geöffnetem Zustand ist.
Es sei nun angenommen, dass der Chirurg des Greifwerkzeugs 105 in der in 2A gezeigten Stellung, in welcher die Spitze des Greifwerkzeugs an einer Position 131 angeordnet ist, schließt, um die epiretinale Membran zu ergreifen und einen Teil der Membran durch Bewegen des Greifwerkzeugs 105 von der Netzhaut abzuziehen. 2B zeigt das Bildfeld der 2A zu einem späteren Zeitpunkt. Das Greifwerkzeug 103 wurde vom Chirurgen im Vergleich zu der Stellung der 2A nach rechts oben bewegt, in welcher die Spitze des Greifwerkzeugs an einer Position 135 angeordnet ist. Die Spitzen der Greifer 105 sind dort in Kontakt miteinander, sodass das Greifwerkzeug 103 mit seinem geschlossenen Zustand ist.
Die Steuerung hat die Bilddaten entsprechend der 2A verarbeitet und durch Objekterkennung unter Berücksichtigung der Objektdaten des chirurgischen Greifwerkzeugs dieses in dem Kamerabild in Echtzeit identifiziert. Ferner hat die Steuerung den Zustand des identifizierten Greifwerkzeugs in Echtzeit bestimmt. Sobald die Steuerung den Übergang des Zustands des identifizierten Greifwerkzeugs von dessen geöffnetem Zustand in dessen geschlossenen Zustand bestimmt hat, hat die Steuerung die Position der Spitze des Greifwerkzeugs bestimmt und entsprechende Positionsdaten in dem Datenspeicher 171 gespeichert. Zwischen dem in den 2A und 2B dargestellten Zeitpunkten wurde eine Vielzahl von Kamerabildern aufgenommen und verarbeitet. Durch Objekterkennung wurde in einem jenen der Bilder das Greifwerkzeug identifiziert, und es wurde jeweils der Zustand des Greifwerkzeugs bestimmt. Da hierbei das Greifwerkzeug kontinuierlich in seinem geschlossenen Zustand war, wurde in einem jeden Bild die Position der Spitze des Greifwerkzeugs bestimmt und in dem Datenspeicher gespeichert.
Die Steuerung erzeugt eine Darstellung 107 dieser gespeicherten Positionsdaten. Die Positionsdaten einer einzigen Position werden als ein kleiner Kreis dargestellt. Ein einziger solcher Kreis ist in 2B exemplarisch gezeigt und mit dem Bezugszeichen 109 versehen. Da während der Bewegung des Greifwerkzeugs von der Stellung der 2A zur Stellung der 2B eine Vielzahl von Bildern aufgenommen und verarbeitet wurde, erscheint die entsprechende Vielzahl von Positionen der Spitze des Greifwerkzeugs in der Darstellung der 2B als ein lang gezogener Strich 107.
2C zeigt das Greifwerkzeug 103, wie es im Vergleich zu der Stellung in 2B noch weiter im geschlossenen Zustand nach rechts oben bewegt wurde, so dass die Spitze des Greifwerkzeugs an einer Position 137 angeordnet ist. Dort wurde das Greifwerkzeug geöffnet.
In den Bildern, in denen die Steuerung den Zustand des Greifwerkzeugs als dessen geschlossenen Zustand bestimmt hat, wurden die Positionen der Spitze des Greifwerkzeugs repräsentierende Positionsdaten in dem Datenspeicher gespeichert. Die Darstellung 107 dieser Daten erfolgt als lang gezogener Strich bis zur Spitze des Greifwerkzeugs 103. Da das Greifwerkzeug 103 nun in seinem geöffnetem Zustand ist, werden die Position der Spitze des Greifwerkzeugs repräsentierende Positionsdaten nicht mehr bestimmt und gespeichert, sodass weitere Bewegung des Greifwerkzeugs zu keiner Veränderung der Darstellung 107 der Positionsdaten führen werden, solange das Greifwerkzeug in seinem geöffneten Zustand ist. Die Darstellung 107 der Positionsdaten markiert somit den Bereich der Retina, von welchem die epiretinale Membran entfernt wurde. Die Positionsdaten, welche zwischen dem Schließen des Greifwerkzeugs und dem nachfolgenden Öffnen des Greifwerkzeugs bestimmt werden, werden einer Gruppe zugeordnet. Die Positionsdaten, welche die Darstellung einer Linie zwischen deren Anfang und Ende bilden, sind somit einer Gruppen zugeordnet, und Positionsdaten, welche voneinander verschiedenen Linien angehören, werden voneinander verschiedenen Gruppen zugeordnet.
2D zeigt das Bildfeld nachdem die Spitze des Greifwerkzeugs im geöffneten Zustand von der Position 137 an eine Position 139 bewegt wurde und dort das Greifwerkzeug wieder geschlossen wurde und dann nach links unten bewegt wurde. Die bei geschlossenem Zustand des Greifwerkzeugs bestimmten Positionen der Spitze des Greifwerkzeugs sind als eine Darstellung in Form einer Linie 109 ebenfalls in der Darstellung der Anzeigevorrichtung sichtbar. Die Linie 109 repräsentiert wiederum eine Gruppe von gespeicherten Positionsdaten.
Die Linien 107 und 109 und im weiteren Fortgang des Eingriffs in der Darstellung hinzugefügte weitere Linien zeigen dem Chirurgen an, an welchen Stellen der Netzhaut die epiretinale Membran bereits entfernt ist. Die Linien geben dem Chirurgen damit eine Hilfestellung zur Planung des weiteren Fortgangs des Eingriffs, indem der Chirurg anhand der Linien Stellen der Netzhaut identifizieren kann, an welchen die epiretinale Membran noch nicht entfernt wurde, so dass er dort als nächstes mit dem Greifwerkzeug manipulieren kann.
Ferner ist die Steuerung so konfiguriert, dass nicht erfolgreiche Versuche des Ergreifens der epiretinalen Membran erfasst werden und die entsprechenden Bewegungen der Spitze des Greifwerkzeugs dann nicht dargestellt werden. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum einen kann davon ausgegangen werden, dass ein erfolgloser Greifversuch dadurch erfassbar wird, dass eine kurze Zeitspanne zwischen dem Schließen des Greifwerkzeugs und dem Öffnen des Greifwerkzeugs besteht. Da Positionen der Spitze des Greifwerkzeugs, welche zwischen dem Schließen des Greifwerkzeugs und dem unmittelbar nachfolgenden Öffnen des Greifwerkzeugs einer Gruppe von Positionsdaten zugeordnet werden, ist es möglich, solche Gruppen von Positionsdaten nicht darzustellen, bei denen ein maximaler Wert der Differenzen zwischen den Zeitpunkten an denen die Positionsdaten bestimmt wurden, für sämtliche Paare von Positionsdaten der Gruppe kleiner als ein Schwellenwert von beispielsweise 1 Sekunde ist. Ferner ist es möglich, eine Gruppe von Positionsdaten nur dann darzustellen, wenn die Positionsdaten einer Gruppe zugeordnet sind, welche die Eigenschaft hat, dass ein maximaler Wert der Abstände zwischen den Positionen sämtlicher Paare von Positionsdaten der Gruppe größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Dieser Variante liegt die Überlegung zu Grunde, dass die Spitze des Greifwerkzeugs nach dem Zugreifen bewegt wird, um die epiretinale Membran abzuziehen. Erkennt der Chirurg, dass ein Greifversuch erfolglos war, wird er die Bewegung der Spitze des Greifwerkzeugs nach einer kurzen Strecke wieder abbrechen. Der Schwellwert kann so gewählt werden, dass er einer derartigen kurzen Strecke entspricht.
Wie vorangehend erläutert, wird die Bildverarbeitung dazu eingesetzt, in den Kamerabildern sowohl das Greifwerkzeug zu identifizieren als auch dessen Zustand zu bestimmen. Da das Kamerabild ein zweidimensionales Bild des Bildfelds ist, könnte es passieren, dass der Chirurg das Greifwerkzeug so hält, dass die beiden Greifer 105 in der Projektion der zweidimensionalen Darstellung nicht klar voneinander separiert sind, obwohl das Greifwerkzeug in seinem geöffneten Zustand ist. Deshalb ist vorgesehen, dass die Steuerung 29 den Zustand des Greifwerkzeugs alternativ oder ergänzend basierend auf einer Messung mit dem OCT-System 5 bestimmt, wie dies nachfolgend anhand von 3 näher erläutert wird. Die Steuerung 29 veranlasst das OCT-System 5 Messungen entlang von Schnitten vorzunehmen, welche Teile des Greifwerkzeugs 103 enthalten. Hierzu kann die Steuerung das OCT-System insbesondere veranlassen, einen oder mehrere B-Scans durchzuführen. 3 zeigt exemplarisch einige Flächen 151, entlang welchen B-Scans durchgeführt werden. Zur Durchführung eines B-Scans wird der OCT-Messstrahl 58 nacheinander auf eine Mehrzahl von Orten 153 gerichtet, welche entlang einer Geraden 155 angeordnet sind. An einem jeden der Orte 155 wird ein Tiefenscan bzw. A-Scan ausgeführt. Die die Tiefenscans repräsentierenden Daten werden von dem OCT-System 5 an die Steuerung 29 übertragen.
Die Lage und die Orientierung der Ebenen 151, entlang welchen die B-Scans durchgeführt werden, werden von der Steuerung nach erfolgreicher Objekterkennung des Greifwerkzeugs bestimmt. Dann werden die Orte 155, an welchen die Tiefenscans ausgeführt werden, derart bestimmt, dass Tiefenscans sowohl an Orten durchgeführt werden, wo das Werkzeug 103 in dem Bildfeld angeordnet ist, als auch an solchen Ort, an denen das Werkzeug in dem Bildfeld nicht angeordnet ist. Damit enthalten einige der durchgeführten Tiefenscans das Werkzeug und andere Tiefenscans enthalten das Werkzeug nicht. Durch Analyse der B-Scans im Bereich der Greifer 105 des Greifwerkzeugs 103 ist es möglich, den Abstand der Greifer voneinander zu messen und aus diesem Abstand auf den Zustand des Greifwerkzeugs zu schließen. Es kann somit der Zustand des Greifwerkzeugs ebenfalls basierend auf den OCT-Daten bestimmt werden.

Claims

Chirurgisches Mikroskop, umfassend: eine Mikroskopieoptik (3); eine Kamera (15); eine Anzeigevorrichtung (41, 83); und eine Steuerung (29); wobei die Mikroskopieoptik (3) dazu konfiguriert ist, ein Bildfeld (7) auf die Kamera (15) abzubilden; wobei die Kamera (15) dazu konfiguriert ist, zweidimensionale Kamerabilder des Bildfelds (7) aufzunehmen und die Kamerabilder repräsentierende Bilddaten zu erzeugen; wobei die Steuerung einen Datenspeicher (171) umfasst, in welchem Objektdaten eines chirurgischen Greifwerkzeugs (103) in wenigstens einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand gespeichert sind; wobei die Steuerung (29) dazu konfiguriert ist, - die Bilddaten von der Kamera (15) zu empfangen und die durch die Bilddaten repräsentierten Kamerabilder zu verarbeiten; - durch Objekterkennung unter Berücksichtigung der Objektdaten des chirurgischen Greifwerkzeugs (103) in den Kamerabildern das chirurgische Greifwerkzeug (103) zu identifizieren; - den Zustand des identifizierten Greifwerkzeugs (103) zu bestimmen; - wenn der Zustand des Greifwerkzeugs (103) dessen geschlossener Zustand ist, eine Position der Spitze (105) des chirurgischen Greifwerkzeugs (103) repräsentierende Positionsdaten zu bestimmen und in dem Datenspeicher (171) zu speichern; und - das Bildfeld (7) und eine Darstellung (107, 109) von in dem Datenspeicher (171) gespeicherten Positionsdaten mit der Anzeigevorrichtung (41, 83) darzustellen.
Chirurgisches Mikroskop nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (29) dazu konfiguriert ist, den Zustand des identifizierten Greifwerkzeugs (103) unter Berücksichtigung der Objektdaten des chirurgischen Greifwerkzeugs (103) basierend auf den Kamerabildern zu bestimmen.
Chirurgisches Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerung (29) ferner dazu konfiguriert ist, in den Kamerabildern von dem chirurgischen Greifwerkzeug (103) verschiedene Strukturen (101), insbesondere Strukturen einer Retina (127) eines Auges, zu identifizieren und die Positionsdaten so zu bestimmen, dass sie die Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs (103) relativ zu diesen Strukturen (101) repräsentieren.
Chirurgisches Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerung (29) ferner dazu konfiguriert ist, - die gespeicherten Positionsdaten mehreren Gruppen von Positionsdaten zuzuordnen, - die bestimmten Positionsdaten jeweils einer gleichen Gruppe von Positionsdaten zuzuordnen, bis der bestimmte Zustand des chirurgischen Greifwerkzeugs (103) dessen geöffneter Zustand ist, und - nachfolgend die bestimmten Positionsdaten wenigstens einer weiteren Gruppe von Positionsdaten zuzuordnen.
Chirurgisches Mikroskop nach Anspruch 4, wobei die Positionsdaten jeweils ferner einen Zeitpunkt repräsentieren, zu dem die durch die Positionsdaten repräsentierte Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs (103) bestimmt wurde.
Chirurgisches Mikroskop nach Anspruch 5, wobei die Steuerung (29) ferner dazu konfiguriert ist, die Darstellung der Positionsdaten nur dann darzustellen, wenn sie einer Gruppe zugeordnet sind, welche die Eigenschaft hat, dass ein maximaler Wert der Differenzen zwischen den repräsentierten Zeitpunkten sämtlicher Paare von Positionsdaten der Gruppe größer als ein vorbestimmter erster Schwellenwert ist.
Chirurgisches Mikroskop nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Steuerung (29) ferner dazu konfiguriert ist, die Darstellung der Positionsdaten nur dann darzustellen, wenn sie einer Gruppe zugeordnet sind, welche die Eigenschaft hat, dass ein maximaler Wert der Abstände zwischen den repräsentierten Positionen sämtlicher Paare von Positionsdaten der Gruppe größer als ein vorbestimmter zweiter Schwellenwert ist.
Chirurgisches Mikroskop nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Steuerung (29) ferner dazu konfiguriert ist, die Darstellung der Positionsdaten nicht mehr darzustellen, wenn sie einer Gruppe zugeordnet sind, welche die Eigenschaft hat, dass ein Wert eines Abstands zwischen den repräsentierten Positionen der Positionsdaten der Gruppe und der momentan bestimmten Position der Spitze des chirurgischen Greifwerkzeugs (103) kleiner als ein vorbestimmter dritter Schwellenwert ist, wenn eine Änderung des identifizierten Zustands des Greifwerkzeugs (103) von dessen geöffnetem Zustand in dessen geschlossenen Zustand bestimmt wird.
Chirurgisches Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Anzeigevorrichtung ein Okular (13) der Mikroskopieoptik (3) umfasst, und wobei die Mikroskopieoptik (3) dazu konfiguriert ist, das aktuelle Kamerabild und die Darstellungen der früheren gespeicherten Positionen in einen Strahlengang des Okulars (13) einzublenden.
Verwendung des chirurgischen Mikroskops nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Entfernung einer epiretinalen Membran.