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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Visualisierung eines Objektfeldes während eines chirurgischen Eingriffs und ein chirurgisches Mikroskop zur Ausführung dieses Verfahrens.
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Bei mikrochirurgischen Eingriffen beobachtet ein Chirurg das 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, ein Mikroskop so auszustatten, dass dem Chirurgen die Arbeit erleichtert wird und die Visualisierung des Objektfeldes verbessert wird.
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Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Visualisierung eines Objektfeldes während eines chirurgischen Eingriffs und ein dieses Verfahren erlaubendes chirurgisches Mikroskop vorzuschlagen, welche dem Benutzer die Arbeit erleichtern.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Visualisierung eines Objektfeldes während eines chirurgischen Eingriffs vorgeschlagen, welches umfasst: Aufnehmen eines Bildes des Objektfeldes mit einer Kamera; Identifizieren eines Werkzeugs in dem aufgenommenen Bild; Bestimmen eines Bildbereichs in dem aufgenommenen Bild, welcher nahe einem vorbestimmten Teil des identifizierten Werkzeugs angeordnet ist; Erzeugen einer Darstellung des Objektfeldes und Erzeugen einer Darstellung des bestimmten Bildbereichs derart, dass die Darstellung des bestimmten Bildbereichs der Darstellung des Objektfeldes überlagert erscheint, wobei eine Vergrößerung, mit der Strukturen des Objekts in der Darstellung des bestimmten Bildbereichs erscheinen, größer ist als eine Vergrößerung, mit der Strukturen des Objekts in der Darstellung des Objektfeldes erscheinen.
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Bei herkömmlichen chirurgischen Mikroskopen besteht ein Problem darin, dass die eingestellte Vergrößerung des Mikroskops die Größe des abgebildeten Objektfeldes definiert. Das Erhöhen der Vergrößerung beispielsweise mittels eines Zoom-Systems, verkleinert das abgebildete Objektfeld, und es ist für den Benutzer nicht möglich, ein großes Objektfeld mit einer großen Vergrößerung zu betrachten.
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Mit dem obigen Verfahren ist es möglich, ein großes Objektfeld mit einer gegebenen Vergrößerung zu betrachten und gleichzeitig einen interessierenden Bereich des Objektfeldes mit einer größeren Vergrößerung zu betrachten. Dieser interessierende Bereich kann vom Benutzer durch Bewegen des Werkzeugs innerhalb des Objektfeldes ausgewählt werden. Das Werkzeug kann beispielsweise eine Nadel oder eine Pinzette oder dergleichen sein, welche ohnehin zur Manipulation des Gewebes im Objektfeld während des chirurgischen Eingriffs verwendet wird. Dieses Werkzeug wird mithilfe eines Bildverarbeitungsverfahrens in dem aufgenommenen Kamerabild identifiziert. Als geeignetes Bildverarbeitungsverfahren zum Identifizieren von Werkzeugen kann beispielsweise ein Verfahren verwendet werden, wie es in der
deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2014 007 909.0 beschrieben ist.
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Ein vorbestimmtes Teil des identifizierten Werkzeugs, beispielsweise die Spitze einer Nadel oder eine der beiden Spitzen einer Pinzette, wird dazu verwendet, den Bildbereich festzulegen, welcher mit größerer Vergrößerung erscheint. Der Bildbereich in dem aufgenommenen Bild, welcher mit größerer Vergrößerung dargestellt wird, weist eine vorbestimmte Lage zu einem Ort auf, an welchem das vorbestimmte Teil des identifizierten Werkzeugs in dem aufgenommenen Bild angeordnet ist. Beispielsweise kann dieser Bildbereich das vorbestimmte Teil des identifizierten Werkzeugs selbst enthalten oder er kann neben dem vorbestimmten Teil des identifizierten Werkzeugs im Bild angeordnet sein. Wenn das identifizierte Werkzeug selbst in dem Bildbereich angeordnet ist, kann ferner festgelegt werden, ob das vorbestimmte Teil des identifizierten Werkzeugs im Zentrum des Bildbereichs oder unter einem vorbestimmten Winkel und Abstand vom Zentrum des Bildbereichs angeordnet ist. Ebenso ist es möglich, dass der vorbestimmte Bildbereich unter vorbestimmten Winkeln in Umfangsrichtung um das vorbestimmte Teil des identifizierten Werkzeugs und mit vorbestimmten Abständen von diesem angeordnet ist, wenn der Bildbereich das vorbestimmte Teil des identifizierten Werkzeugs nicht enthält. Die Parameter, welche den Bildbereich relativ zu dem vorbestimmten Teil des identifizierten Werkzeugs definieren, können vom Benutzer festgelegt werden. Beispiele für derartige Parameter sind Breite, Höhe und/oder Durchmesser des Bildbereichs, beispielsweise relativ zu einer Breite und/oder Höhe des dargestellten Objektfeldes, ein Abstand eines Zentrums des Bildbereichs von dem vorbestimmten Teil des identifizierten Werkzeugs in dem aufgenommenen Bild und/oder ein Winkel, welcher die Position in Umfangsrichtung um das vorbestimmte Teil des identifizierten Werkzeugs angibt, an welcher beispielsweise das Zentrum des Bildbereichs relativ zu dem vorbestimmten Teil des identifizierten Werkzeugs angeordnet ist.
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Der auf diese Weise bestimmte Bildbereich wird derart dargestellt, dass er der erzeugten Darstellung des Objektfeldes überlagert erscheint. Auch hierbei kann vorbestimmt sein, an welcher Stelle die vergrößerte Darstellung des bestimmten Bildbereichs innerhalb der Darstellung des Objektfeldes erscheint. Beispielsweise kann diese Stelle in Bezug auf die Darstellung des Objektfeldes festgelegt sein und beispielsweise immer links oben oder rechts unten erfolgen, unabhängig davon, wo der bestimmte Bildbereich selbst bzw. der vorbestimmte Teil des identifizierten Werkzeugs innerhalb des aufgenommenen Bildes angeordnet sind. Ferner ist es möglich, dass die Stelle, an der die vergrößerte Darstellung des bestimmten Bildbereichs innerhalb der Darstellung des Objektfeldes erscheint, relativ zu dem vorbestimmten Teil des identifizierten Werkzeugs selbst oder relativ zu dem bestimmten Bildbereich festgelegt ist. Auch hier können Parameter, welche die Stelle beschreiben, beispielsweise als Winkel in Umfangsrichtung und/oder Abstand bezüglich dem vorbestimmten Teil des identifizierten Werkzeugs oder bezüglich beispielsweise dem Zentrum des bestimmten Bildbereichs gegeben sein.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Erzeugen der Darstellung des Objektfeldes ein optisches Abbilden des Objektfeldes über ein Okular. Gemäß einer Ausführungsform hierin, umfasst das Erzeugen der Darstellung des bestimmten Bildbereichs ein Darstellen des bestimmten Bildbereichs durch eine Bildanzeigevorrichtung und ein optisches Abbilden eines Bildes der Bildanzeigevorrichtung über das Okular.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst das Erzeugen der Darstellung des Objektfeldes eine Darstellung des bestimmten Bildbereichs durch eine Bildanzeigevorrichtung. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform hierin, umfasst das Erzeugen der Darstellung des bestimmten Bildbereichs ein Darstellen des bestimmten Bildbereichs durch die Bildanzeigevorrichtung.
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Die Bildanzeigevorrichtung kann ein Tischmonitor oder eine kopfgetragene Bildanzeigevorrichtung sein.
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Ausführungsformen der Erfindung stellen ferner ein chirurgisches Mikroskop bereit, welches eine Mikroskop-Optik, eine Kamera, eine Bildanzeigevorrichtung und/oder ein Okular und eine Steuerung umfasst, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, das vorangehend erläuterte Verfahren zur Visualisierung eines Objektfeldes während eines chirurgischen Eingriffs auszuführen.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines chirurgischen Mikroskops;
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2 eine Darstellung eines Objektfeldes über eine Bildanzeigevorrichtung;
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3 eine der 2 entsprechende Darstellung des Objektfeldes mit überlagerter vergrößerter Darstellung eines interessierenden Bereichs;
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4 eine der 2 entsprechende, schematisch vereinfachte Darstellung, in welcher in 2 sichtbare Elemente mit Bezugszeichen versehen sind; und
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5 eine der 3 entsprechende, schematisch vereinfachte Darstellung, in welcher in 3 sichtbare Elemente mit Bezugszeichen versehen sind.
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1 ist eine schematische Darstellung eines chirurgischen Mikroskops 1. Das chirurgische Mikroskop 1 umfasst eine Abbildungsoptik 3, welche dazu konfiguriert ist, Bilder einer Retina 7 eines Auges 11 zu erzeugen. Die Abbildung der Retina 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 der Retina 7 aufnehmen und die Bilder repräsentierende Daten erzeugen kann.
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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.
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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 der Retina 7 detektieren kann. Die von der Kamera 15 erzeugten Daten werden über eine Datenleitung 35 an die Steuerung 29 übertragen.
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Die Optik 3 umfasst ferner eine Anzeigevorrichtung mit zwei elektronischen Bildanzeigen 41, welche von der Steuerung 29 über eine Datenleitung 43 mit Bild-Daten 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.
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2 zeigt ein Bild einer Bildanzeigevorrichtung, beispielsweise eines an die Steuerung 29 angeschlossenen Tischmonitors 83 (siehe 1), welcher zur Erzeugung der Darstellung eines Objektfeldes verwendet wird. Die 4 ist eine der 2 entsprechende, schematisch vereinfachte Darstellung, in welcher in 2 sichtbare Elemente mit Bezugszeichen versehen sind.
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In einem Bildbereich 51 des Tischmonitors 83 erfolgt die Darstellung des Objektfeldes, welches im vorliegenden Beispiel ein Teil der Retina 7 des Auges 11 ist. Strukturen der Retina, wie beispielsweise Adern 53 sind in der erzeugten Darstellung erkennbar. In der Darstellung des Objektfeldes ist ferner ein chirurgisches Werkzeug in Form einer Pinzette 55 mit einer ersten Spitze 56 und einer zweiten Spitze 57 erkennbar. Das chirurgische Werkzeug 55 wird von dem Benutzer des chirurgischen Mikroskops mit der Hand geführt.
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Der Bildschirm 83 zeigt ferner Steuerelemente einer Benutzerschnittstelle der Steuerung 29 des chirurgischen Mikroskops 1, welche mit eine an die Steuerung 29 angeschlossene Maus 85 betätigt werden können.
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In dem Bereich 51 der Bildanzeigevorrichtung wird im Wesentlichen das gesamte Objektfeld des Mikroskops dargestellt, wie es durch die Kamera 15 detektiert wird. Eine Vergrößerung dieser Darstellung kann beispielsweise dadurch berechnet werden, indem ein Abstand von zwei Strukturen innerhalb des Bildes im Bereich 51 der Bildanzeigevorrichtung geteilt wird durch einen Abstand, den diese Strukturen auf der Retina 11 des Auges aufweisen. Diese Vergrößerung kann durch Betätigen des Zoom-Systems 21 geändert werden und wird vom Benutzer so eingestellt, dass er ein ausreichend großes Objektfeld mit einer ausreichend großen Vergrößerung betrachten kann. Diese soweit herkömmliche Betriebsweise des chirurgischen Mikroskops hat allerdings den Nachteil, dass nicht gleichzeitig ein großes Objektfeld mit einer großen Vergrößerung betrachtet werden kann. Deshalb sieht das hier erläuterte Verfahren zur Visualisierung eines Objektfeldes während eines chirurgischen Eingriffs die Erzeugung einer Darstellung des Objektfeldes und die Erzeugung einer Darstellung eines bestimmten Bildbereichs derart vor, dass die Darstellung des bestimmten Bildbereichs der Darstellung des Objektfeldes überlagert erscheint, wobei eine Vergrößerung, mit der Strukturen des Objekts in der Darstellung des bestimmten Bildbereichs erscheinen, größer ist als eine Vergrößerung, mit der Strukturen des Objekts in der Darstellung des Objektfeldes erscheinen.
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Ein Beispiel für die Erzeugung derartiger Darstellungen ist in 3 gezeigt. 5 ist wiederum eine der 3 entsprechende, schematisch vereinfachte Darstellung, in welcher in 3 sichtbare Elemente mit Bezugszeichen versehen sind.
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Eine durch die Steuerung 29 betriebene Bildverarbeitungssoftware identifiziert in dem durch die Kamera 15 aufgenommenen Bild das verwendete chirurgische Werkzeug 55 und bestimmt dann eine Position eines vorbestimmten Teils des Werkzeugs 55 in dem Bild 51. Im vorliegenden Beispiel wird das distale Ende der Spitze 56 des Werkzeugs 55 als das in 4 mit einem Kreuz 59 versehene vorbestimmte Teil des Werkzeugs 55 verwendet. Ein durch unterbrochene Linie in 4 repräsentierter Bildbereich 61 entspricht einem interessierenden Bereich (”region of interest”, ROI), welcher der Benutzer mit einer erhöhten Vergrößerung betrachten möchte.
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Die Position und Ausdehnung des interessierenden Bereichs 61 innerhalb des Objektfeldes 51 kann durch verschiedene Parameter bestimmt sein. Geeignete Parameter sind ein Winkel α, welcher den Winkel angibt, unter welchem ein Zentrum des interessierenden Bereichs 61 in Umfangsrichtung um das vorbestimmte Teil 59 des Werkzeugs 55 angeordnet ist. Ferner ist hierfür geeignet ein Abstand a zwischen dem Zentrum des interessierenden Bereichs 61 und dem vorbestimmten Teil 59 des Werkzeugs 55. Weiterhin ist hierfür geeignet beispielsweise der Durchmesser des interessierenden Bereichs. Diesen Parameter kann der Benutzer beispielsweise über eine an die Steuerung 29 angeschlossene Tastatur 84 und die Maus 85 eingeben und ändern.
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3 und die entsprechende 5 zeigen die überlagerte Darstellung des Objektfeldes und des interessierenden Bereichs 61, wie sie in dem Bereich 51 der Bildanzeigevorrichtung erzeugt wird. Hierbei wird eine vergrößerte Darstellung 63 des interessierenden Bereichs 61 innerhalb der Darstellung des Objektfeldes erzeugt, welche ansonsten gleich der Darstellung des Objektfeldes in 2 ist. Die Darstellung 63 des interessierenden Bereichs 61 innerhalb der Darstellung des Objektfeldes erfolgt mit einer größeren Vergrößerung als die Darstellung des Restes des Objektfeldes. Dies ist daran ersichtlich, dass ein Durchmesser der Darstellung 63 etwa doppelt so groß ist wie der Durchmesser des interessierenden Bereichs 61 in 4. Die Darstellung 63 des interessierenden Bereichs erfolgt an einer Stelle innerhalb des Bereichs 51 der Bildanzeigevorrichtung, welche durch Parameter vom Benutzer festgelegt werden kann. 5 zeigt als geeignete Parameter einen Abstand b zwischen dem vorbestimmten Teil 59 und einem Zentrum 64 der Darstellung 63 des interessierenden Bereichs und einen Winkel β, welcher die Position in Umfangsrichtung des Zentrums 64 der Darstellung 63 des interessierenden Bereichs 61 um den vorbestimmten Teil 59 des identifizierten Werkzeugs 55 angibt. Somit kann der Benutzer in der erzeugten überlagerten Darstellung zum einen ein großes Objektfeld erkennen, was es ihm ermöglicht, die Übersicht über einen ausreichend großen Bereich der Retina zu bewahren, an welcher der Eingriff vorgenommen wird. Gleichzeitig kann der Benutzer eine vergrößerte Darstellung des Bereichs 61 um die Spitze 56 des Werkzeugs 55 wahrnehmen, was es ihm erlaubt, feine Manipulationen an der Retina des Auges vorzunehmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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