DE102015203956B4

DE102015203956B4 - Mikroskopisches Chirurgiesystem und durch optische Kohärenztomographie geführtes Navigationsverfahren

Info

Publication number: DE102015203956B4
Application number: DE102015203956.0A
Authority: DE
Inventors: Guohua Shi; Yi He; Xiqi Li; Zhibin Wang; Yudong Zhang
Original assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: CN103892919B; US20150272697A1; CN103892919A; US9693829B2; JP2015188757A; DE102015203956A1; JP6042468B2

Abstract

Mikroskopisches Chirurgiesystem, das umfasst:
ein Objektiv;
eine Operationsmikroskopeinheit, die ausgebildet ist, um über das Objektiv eine zweidimensionale Bildgebung an einem zu operierenden Bereich durchzuführen;
eine optische-Kohärenztomographie-Einheit, die ausgebildet ist, um über das Objektiv eine zweidimensionale Tomographiebildgebung an dem zu operierenden Bereich durchzuführen, wobei ein Bildgebungsfeld der optischen-Kohärenztomographie-Einheit gemäß einem Bildgebungsfeld der Operationsmikroskopeinheit kalibriert ist;
einen Prozessor, der ausgebildet ist, um basierend auf der zweidimensionalen Bildgebung durch die Operationsmikroskopeinheit und der zweidimensionalen Tomographiebildgebung durch die optische-Kohärenztomographie-Einheit eine Navigationsinformation zu erhalten, wobei die Navigationsinformation eine Positionsinformation eines zu operierenden Körperteils und eines chirurgischen Instruments zum Operieren des Körperteils umfasst; und
eine Ausgabeeinheit, die ausgebildet ist, um die Navigationsinformation zum Führen des chirurgischen Instruments zu dem Körperteil auszugeben,
wobei der Prozessor ferner dazu ausgebildet ist, das Bildgebungsfeld der optischen-Kohärenztomographie-Einheit zu kalibrieren, wobei
das Kalibrieren des Bildgebungsfeldes der optischen-Kohärenztomographie-Einheit umfasst:
Erstellen eines einheitlichen Koordinatensystems mit einem Mittelpunkt des Bildgebungsfeldes der Operationsmikroskopeinheit als einem Ursprung und optischen Abtastzeilen der optischen-Kohärenztomographie-Einheit als x-, y- und z-Achsen; und
Aufzeichnen in dem Koordinatensystem von Positionen der x- und y-Abtastzeilen der unter verschiedenen Abtastspannungen getriebenen optischen-Kohärenztomographie-Einheit und Erstellen einer Entsprechungsbeziehung zwischen verschiedenen Treiberspannungen und Abtastpositionen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Bildgebung und Bildverarbeitung in der mikroskopischen Chirurgie und insbesondere ein mikroskopisches Chirurgiesystem und ein durch optische Kohärenztomographie (OCT von engl. „Optical Coherence Tomography“) geführtes Navigationsverfahren.
Hintergrund
In der modernen Chirurgie ist es wünschenswert, einen zu operierenden Zielpunkt genau zu lokalisieren und gleichzeitig körperliche Verletzungen der Patienten soweit wie möglich zu verringern, um eine minimalinvasive Chirurgie zu erreichen und Mängel, wie große chirurgische Wunden, lange Genesungsphasen oder dergleichen, die in der Vergangenheit durch eine grobe offene Chirurgie bedingt waren, zu beheben sowie körperliche und seelische Verletzungen der Patienten zu minimieren. Die bildgeführte interventionelle Chirurgie erlaubt die genaue Lokalisierung eines zu operierenden Zielpunktes, die Verwirklichung von Merkmalen, wie etwa Überwachung und Navigation oder dergleichen im Verlauf des chirurgischen Eingriffs, und weist Vorteile auf wie kleine Wunden, kurze Genesungsphasen und eine gute Heilwirkung oder dergleichen. Daher stellt die Interventionschirurgie eine wichtige Entwicklungsrichtung für die moderne Chirurgie dar und verkörpert einen Trend, die herkömmliche offene Chirurgie allmählich zu ersetzen.
Die meisten Operationen sind auf tiefliegendes Gewebe gerichtet. Herkömmliche Verfahren bestehen darin, Oberflächengewebe aufzuschneiden und dann die relevante chirurgische Behandlung am tiefliegenden Gewebe durchzuführen. Um bildgeführte Operationen zu realisieren, damit ein sicherer und wirksamer Ablauf der Operationen sichergestellt wird, ist es daher wünschenswert, eine bildgebende Technik zu integrieren, um eine dreidimensionale Darstellung des tiefliegenden Gewebes zu erreichen. Bisher wurden zur Realisierung einer bildgeführten chirurgischen Navigation drei dreidimensionale Bildgebungstechniken, nämlich Ultraschall, CT und Magnetresonanztomographie, erfolgreich in chirurgische Systeme integriert und erfolgreich auf klinische Chirurgie im Brust-, Bauch- und Kopfbereich oder dergleichen angewendet.
Diese drei Bildgebungsansätze weisen jedoch niedrige Auflösungen auf. Konkret liegen die Auflösungen von klinischen Instrumenten, die diese Ansätze verwenden, im Millimeterbereich. Daher ist eine Navigation nur für Operationen realisierbar, die keine hohen Anforderungen an die Feinheit stellen. Ferner ist die derzeitige mikroskopische Chirurgie, die auf optischen Operationsmikroskopen basiert, z.B. Augenchirurgie, Neurochirurgie oder dergleichen, auf eine zweidimensionale (z.B. in einer x-y-Ebene) Bildgebung beschränkt. Zwar weist das optische Operationsmikroskop, das in der Chirurgie verwendet wird, eine Auflösung bis in den Mikrometerbereich auf, doch gibt es keine dreidimensionale Bildgebungstechnik (x-y-z-3D-Bildgebung) mit einer darauf abgestimmten Auflösung, um damit zusammenzuwirken. Darüber hinaus führen aufgrund der sehr geringen Größe eines in der mikroskopischen Chirurgie zu operierenden Bereichs Faktoren wie Deformationen bedingt durch Vibrationen und das Schneiden von Gewebe während der Operation unmittelbar zu einer Gesamtdeformation des zu operierenden Bereichs. Daher sind Nicht-Echtzeit-Bildgebungstechniken, wie Magnetresonanz und CT, nicht zur Navigation in der mikroskopischen Chirurgie geeignet. Aufgrund der vorstehenden Probleme wurde bislang noch keine Bildnavigation für Operationen in der mikroskopischen Chirurgie verwirklicht. Weiterer Stand der Technik ist in US 2012/0 184 846 A1 dargelegt.
Darstellung der Erfindung
Ziel der vorliegenden Offenbarung ist u.a. die Bereitstellung eines mikroskopischen Chirurgiesystems und eines durch OCT geführten Navigationsverfahrens für die mikroskopische Chirurgie, mit dem es möglich ist, eine Navigation in der mikroskopischen Chirurgie basierend auf einer Führung durch zwei- und dreidimensionale OCT-Bilder in Verbindung mit einem Operationsmikroskop zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung ist durch das mikroskopische Chirurgiesystem gemäß Anspruch 1 und das Navigationsverfahren für die mikroskopische Chirurgie gemäß Anspruch 6 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den weiteren Ansprüchen dargelegt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein mikroskopisches Chirurgiesystem vorgesehen, das umfasst: ein Objektiv; eine Operationsmikroskopeinheit, die ausgebildet ist, um über das Objektiv eine zweidimensionale Bildgebung an einem zu operierenden Bereich durchzuführen; eine OCT-Einheit, die ausgebildet ist, um über das Objektiv eine zweidimensionale Tomographie-Bildgebung an dem zu operierenden Bereich durchzuführen, wobei ein Bildgebungsfeld der OCT-Einheit gemäß einem Bildgebungsfeld der Operationsmikroskopeinheit kalibriert ist; einen Prozessor, der ausgebildet ist, um eine Navigationsinformation basierend auf der zweidimensionalen Bildgebung durch die Operationsmikroskopeinheit und der zweidimensionalen Tomographiebildgebung durch die OCT-Einheit zu erhalten, wobei die Navigationsinformation eine Positionsinformation eines zu operierenden Körperteils und eines chirurgischen Instruments zum Operieren des Körperteils umfasst; und eine Ausgabeeinheit, die ausgebildet ist, um die Navigationsinformation auszugeben, um das chirurgische Instrument zu dem Körperteil zu führen.
Das Objektiv kann ein mikroskopisches Objektiv umfassen. Die Operationsmikroskopeinheit kann ausgebildet sein, um über einen paraxialen Bereich des Objektivs eine Bildgebung durchzuführen, und die OCT-Einheit kann ausgebildet sein, um über einen auf der Achse liegenden Bereich des Objektivs eine Bildgebung durchzuführen.
Die Navigationsinformation kann ein zweidimensionales Bild von der Operationsmikroskopeinheit, ein zweidimensionales Tomographiebild der OCT-Einheit und/oder ein von dem zweidimensionalen Tomographiebild abgeleitetes dreidimensionales Bild umfassen. In diesem Fall kann die Ausgabeeinheit eine Anzeigeeinheit umfassen, die ausgebildet ist, um die Navigationsinformation anzuzeigen. Der Prozessor kann ausgebildet sein, um den zu operierenden Körperteil und/oder das chirurgische Instrument auf dem angezeigten zweidimensionalen Bild und/oder dreidimensionalen Bild hervorzuheben.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Navigationsverfahren für die mikroskopische Chirurgie vorgesehen, das umfasst: Kalibrieren eines Bildgebungsfeldes einer OCT-Einheit gemäß einem Bildgebungsfeld einer Operationsmikroskopeinheit; Durchführen durch die Operationsmikroskopeinheit einer zweidimensionalen Bildgebung an einem zu operierenden Bereich über ein Objektiv und Durchführen durch die OCT-Einheit einer zweidimensionalen Tomographiebildgebung an dem zu operierenden Bereich über das Objektiv; Erhalten einer Navigationsinformation basierend auf Ergebnissen der Bildgebung, wobei die Navigationsinformation eine Positionsinformation eines zu operierenden Körperteils und eines chirurgischen Instruments zum Operieren des Körperteils umfasst; und Ausgeben der Navigationsinformation zum Führen des chirurgischen Instruments zu dem Körperteil.
Das Kalibrieren eines Bildgebungsfeldes einer OCT-Einheit kann umfassen: Erstellen eines einheitlichen Koordinatensystems mit einem Mittelpunkt des Bildgebungsfeldes der Operationsmikroskopeinheit als Ursprung und optischen Abtastzeilen der OCT-Einheit als x-, y- und z-Achsen; und Aufzeichnen in dem Koordinatensystem von Positionen der x- und y-Abtastzeilen der OCT-getriebenen Einheit unter verschiedenen Abtastspannungen und Erstellen einer Entsprechungsbeziehung zwischen verschiedenen Treiberspannungen und Abtastpositionen.
Die Navigationsinformation kann ein zweidimensionales Bild von der Operationsmikroskopeinheit, ein zweidimensionales Tomographiebild von der OCT-Einheit und/oder ein von dem zweidimensionalen Tomographiebild abgeleitetes dreidimensionales Bild umfassen. In diesem Fall kann das Ausgeben der Navigationsinformation das Anzeigen der Navigationsinformation umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Hervorheben des zu operierenden Körperteils und/oder des chirurgischen Instruments auf dem angezeigten zweidimensionalen Bild und/oder dreidimensionalen Bild umfassen.
Das Verfahren kann ferner das Durchführen einer y-z-Ebenen-Tomographiebildgebung und einer x-z-Ebenen-Tomographiebildgebung in einem festgelegten Zeitintervall und das Erhalten einer aktuellen Position des chirurgischen Instruments basierend auf einem y-z-Tomographiebild und einem x-z-Tomographiebild in zwei aufeinanderfolgenden Frames umfassen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann das Führungsbild basierend auf der OCT-Technologie eine Auflösung im Mikrometerbereich aufweisen. Daher ist es möglich, Mängel in der Auflösung der bestehenden Bildgebungstechniken, wie Ultraschall, CT und Magnetresonanz, zu beheben und der von der optischen Mikroskopchirurgie geforderten Auflösung zu entsprechen, wodurch eine OCT-geführte Navigation der mikroskopischen Chirurgie erzielt wird.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird eine Optik als ein Bildgebungsmedium für das Führungsbild verwendet, anders als bei Bildgebungstechniken wie Ultraschall und Magnetresonanz, bei denen zusätzliche bildgebende Verbrauchsmaterialien (wie etwa Ultraschallemulsionen und Isotope) benötigt werden, wodurch zusätzliche körperliche Verletzungen der Patienten aufgrund der Bildnavigation verringert werden.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung lässt sich eine Echtzeitbildgebung an einem Körperteil eines Patienten in drei Ebenen, nämlich der x-z-, y-z- und x-y-Ebene, erreichen, und eine 3-dimensionale (3D) Koordinatenverteilung der zu operierenden Position ist schnell bestimmbar. Eine Echtzeitnavigation lässt sich anhand von 3D-Bildgebung mehrerer Frames pro Sekunde erreichen, womit auf effektive Weise verschiedene Probleme verringert werden können, die durch eine Deformation der zu operierenden Position bedingt sind.
Figurenliste
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser ersichtlich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen derselben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Es zeigt:

1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Ausgestaltung eines mikroskopischen Chirurgiesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
2 ist eine Detailansicht, die einen Aufbau eines mikroskopischen Chirurgiesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3 ist ein vereinfachtes Diagramm, das ein Grundprinzip der OCT veranschaulicht; und
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Navigationsverfahren für die mikroskopische Chirurgie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

Ausführliche Beschreibung
Die nachfolgenden Beschreibungen erfolgen unter Bezugnahme auf Ausführungsformen, die in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind. Es versteht sich jedoch, dass diese Beschreibungen der Veranschaulichung dienen und die vorliegende Offenbarung nicht beschränken sollen. Ferner werden bekannte Strukturen und Technologien im Folgenden nicht beschrieben, um die vorliegende Offenbarung nicht unnötig unklar werden zu lassen.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausgestaltung eines mikroskopischen Chirurgiesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Wie in 1 gezeigt, kann das mikroskopische Chirurgiesystem eine Operationsmikroskopeinheit 1, eine OCT-Einheit 2, ein Objektiv 3, einen Prozessor 4 und eine Ausgabeeinheit 5 beinhalten.
Die Operationsmikroskopeinheit 1 ist ausgebildet, um eine großflächige zweidimensionale (z.B. in einer x-y-Ebene) Bildgebung an einem zu operierenden Bereich eines Patienten durchzuführen. Ein Bildgebungsfeld der Operationsmikroskopeinheit 1 kann zum Kalibrieren eines Bildgebungsfeldes der OCT-Einheit 2 verwendet werden. Beispielsweise kann ein Ausleuchtstrahl der Operationsmikroskopeinheit 1 durch das Objektiv 3 auf den zu operierenden Bereich 6 übertragen und dann von dem zu operierenden Bereich reflektiert werden, um sich durch das Objektiv 3 zurück zu der Operationsmikroskopeinheit 1 auszubreiten. Eine Bedienperson (beispielsweise ein Chirurg) kann mit den Augen an einer Austrittspupillenposition der Operationsmikroskopeinheit 1 ein großflächiges zweidimensionales Abbild des zu operierenden Bereichs betrachten. Andererseits kann die Operationsmikroskopeinheit 1 ein erfasstes Bildgebungssignal in ein elektrisches Signal umwandeln und es an den Prozessor 4 zur Verarbeitung ausgeben.
Die OCT-Einheit 2 ist ausgebildet, um eine zweidimensionale Tomographiebildgebung (beispielsweise in einer x-z-Ebene) an dem zu operierenden Bereich des Patienten durchzuführen. Beispielsweise kann ein Bildgebungsstrahl der OCT-Einheit 2 durch das Objektiv 3 auf den zu operierenden Bereich 6 übertragen und dann von dem zu operierenden Bereich 6 reflektiert werden, um sich durch das Objektiv 3 zurück zu der OCT-Einheit 2 auszubreiten. Die OCT-Einheit 2 kann ein erfasstes (Interferenz-) Signal in ein elektrisches Signal umwandeln und es an den Prozessor 4 zur Verarbeitung ausgeben.
Wie vorstehend beschrieben, kann das Bildgebungsfeld der OCT-Einheit 2 gemäß dem Bildgebungsfeld der Operationsmikroskopeinheit 1 kalibriert werden. Beispielsweise kann das Bildgebungsfeld der OCT-Einheit 2 in einem Mittelpunkt des Bildgebungsfeldes der Operationsmikroskopeinheit 1 unter Bezugnahme auf das von der Operationsmikroskopeinheit 1 erhaltene, großflächige zweidimensionale (z.B. x-y-Ebenen-) Abbild des zu operierenden Bereichs des Patienten kalibriert werden.
In dieser Ausführungsform können sich die Operationsmikroskopeinheit 1 und die OCT-Einheit 2 das Objektiv 3 teilen, um die Strahlen der Operationsmikroskopeinheit 1 und der OCT-Einheit 2 gleichzeitig zu verbreiten und abzubilden. Das Objektiv 3 kann ein mikroskopisches Objektiv umfassen.
Der Prozessor 4 ist ausgebildet, um elektrische Signale, einschließlich einer von der Operationsmikroskopeinheit 1 und der OCT-Einheit 2 ausgegebenen Bildgebungsinformation, auf vielfältige Weise zu verarbeiten, beispielsweise Umwandeln der elektrischen Signale in Abbilder zur Ausgabe durch die Ausgabeeinheit 5. Konkret kann der Prozessor 4 die von der Operationsmikroskopeinheit 1 ausgegebenen elektrischen Signale sammeln, um ein großflächiges zweidimensionales (z.B. x-y-Ebenen-) Bild des zu operierenden Bereichs zu erhalten. Darüber hinaus kann der Prozessor die von der OCT-Einheit 2 ausgegebenen elektrischen Signale rekonstruieren, um ein zweidimensionales Tomographie- (beispielsweise x-z-Ebenen-) Bild des zu operierenden Bereichs zu erhalten, und kann ferner ein dreidimensionales (x-y-z-) Bild durch Verketten einer Sequenz von zweidimensionalen Tomographiebildern unter Verwendung eines Algorithmus erhalten.
Darüber hinaus kann der Prozessor 4 basierend auf der zweidimensionalen Bildgebung durch die Operationsmikroskopeinheit 1 und der zweidimensionalen Tomographiebildgebung durch die OCT-Einheit 2 eine Navigationsinformation erhalten. Dabei kann die Navigationsinformation eine Positionsinformation eines zu operierenden Körperteils und eine Positionsinformation eines chirurgischen Instruments (beispielsweise eines chirurgischen Messers) zum Operieren des Körperteils betreffen. Beispielsweise kann die Navigationsinformation eine genaue Positionsinformation des zu operierenden Körperteils und eine genaue Positionsinformation des chirurgischen Instruments oder eine relative Positionsinformation des chirurgischen Instruments in Bezug auf den Körperteil umfassen. Der Prozessor 4 kann in einem analogen Regelkreis oder einem digitalen Computer ausgeführt sein.
Die Navigationsinformation kann eine intuitive Bildinformation umfassen, beispielsweise das von der Operationsmikroskopeinheit 1 erhaltene zweidimensionale Bild und/oder das von der OCT-Einheit 2 erhaltene zweidimensionale Tomographiebild und/oder dreidimensionale Bild, auf dem der zu operierende Körperteil und das chirurgische Instrument intuitiv angezeigt werden. Die Bedienperson kann das chirurgische Instrument gemäß der intuitiven Anzeige, insbesondere der Anzeige des dreidimensionalen Bildes, zu dem zu operierenden Körperteil hinbewegen. Die Navigationsinformation kann ferner Positionskoordinaten des zu operierenden Körperteils und Positionskoordinaten des chirurgischen Instruments umfassen. Beispielsweise können diese Positionskoordinaten durch den Prozessor 4 erhalten werden, der eine Bilderkennung an dem Bild durchführt, und/oder durch die Bedienperson in den Prozessor 4 eingegeben werden, wie nachstehend ausführlicher beschrieben. Darüber hinaus kann die Navigationsinformation ferner eine Sprachinformation umfassen, beispielsweise Sprache, die die Bedienperson anleitet, das chirurgische Instrument zu bewegen (z.B. „vorwärts“, „rückwärts“, „nach links“, „nach rechts“, „nach unten“, „nach oben“, etc.). Eine solche Sprachinformation kann von dem Prozessor 4 basierend auf der Position des zu operierenden Körperteils und der Position des chirurgischen Instruments erhalten werden.
Die Ausgabeeinheit 5 kann ausgebildet sein, um die Navigationsinformation in Video- und/oder Audioform nach außen abzugeben. Beispielsweise kann die Ausgabeeinheit 5 eine Anzeigevorrichtung, wie eine Flüssigkristallanzeige- (LCD von engl. „Liquid Crystal Display“) Vorrichtung, eine Leuchtdioden- (LED von engl. „Light Emitting Diode“) Anzeigevorrichtung und eine organische Leuchtdioden- (OLED von engl. „Organic Light Emitting Diode“) Anzeigevorrichtung, umfassen. In diesem Fall kann die Anzeigevorrichtung die Navigationsinformation anzeigen, beispielsweise die genaue Position des zu operierenden Körperteils und die genaue Position des chirurgischen Instruments, und dadurch das chirurgische Instrument zu dem zu operierenden Körperteil führen. Darüber hinaus kann die Anzeigevorrichtung auch das großflächige zweidimensionale (z.B. x-y-Ebenen-) Bild, das zweidimensionale (z.B. x-z-Ebenen-) Tomographiebild und/oder das dreidimensionale Bild des zu operierenden Bereichs anzeigen und den zu operierenden Körperteil und das chirurgische Instrument in dem angezeigten Bild markieren. Beispielsweise kann die Markierung eine Hervorhebung (beispielsweise farblich unterlegte oder andersfarbige Anzeige), hinzugefügte Kennzeichen (beispielsweise ein Kreuz oder einen Stern) oder dergleichen umfassen.
Darüber hinaus kann die Ausgabeeinheit 5 zusätzlich oder alternativ eine Audioausgabevorrichtung, beispielsweise einen Lautsprecher, umfassen. Die Audioausgabevorrichtung kann basierend auf der Navigationsinformation Ton, wie „vorwärts“, „rückwärts“, „nach links“, „nach rechts“, „nach unten“ und „nach oben“, ausgeben, um das chirurgische Instrument zu dem zu operierenden Körperteil zu führen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das System ferner eine Eingabevorrichtung zum Eingeben in das System, insbesondere den Prozessor 4, von Befehlen und Daten umfassen, beispielsweise eine Mouse, eine Tastatur oder dergleichen. Beispielsweise kann die Eingabevorrichtung ein Touch Panel umfassen. Das Touch Panel kann in die Ausgabeeinheit 5 in Form einer Anzeigevorrichtung integriert sein (wodurch es der Ausgabeeinheit 5 ermöglicht wird, in Form eines Touch Screens ausgeführt zu sein).
Die Bedienperson kann den zu operierenden Körperteil auf dem Bild, das auf dem Touch Screen angezeigt wird, beispielsweise dem großflächigen zweidimensionalen (z.B. x-y-Ebenen-) Bild, das durch die Operationsmikroskopeinheit 1 erhalten wird, und dem zweidimensionalen (z.B. x-z-Ebenen-) Tomographiebild, das durch die OCT-Einheit 2 erhalten wird, berühren, so dass die Positionsinformation des zu operierenden Körperteils in den Prozessor 4 eingegeben wird. In einem Beispiel kann die Bedienperson in dem großflächigen zweidimensionalen (z.B. x-y-Ebenen-) Bild der Operationsmikroskopeinheit 1 eine Position des zu operierenden Körperteils auf der zweidimensionalen Ebene, z.B. (x1,y1), berühren. Der Prozessor 4 kann basierend auf der Berührung das zweidimensionale Tomographiebild der OCT-Einheit 2 an dieser Position, beispielsweise ein zweidimensionales Tomographiebild auf einer x1-z-Ebene, aufrufen und das zweidimensionale Tomographiebild auf der Ausgabeeinheit 5 anzeigen. Die Bedienperson kann eine Tiefe z1 des zu operierenden Körperteils an der Position (x1,y1) durch Berühren des zweidimensionalen Tomographiebildes angeben, so dass die dreidimensionalen Koordinaten (x1,y1,z1) des zu operierenden Körperteils eingegeben werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der zu operierende Körperteil als eine einzelne Position beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der zu operierende Körperteil nicht auf einen einzelnen Punkt beschränkt ist und stattdessen einen gewissen Bereich umfassen kann. Die Bedienperson kann die Position des Bereichs angeben. Alternativ kann die Bedienperson Positionen von einem oder mehreren Punkten in dem Bereich angeben.
Der Prozessor 4 kann die Positionsinformation des zu operierenden Körperteils basierend auf der Touch-Eingabe der Bedienperson in ein einheitliches Koordinatensystem umwandeln. Darüber hinaus kann der Prozessor 4 in Übereinstimmung mit der Positionsinformation des zu operierenden Körperteils den zu operierenden Körperteil auf dem zweidimensionalen Bild und/oder dreidimensionalen Bild, das auf der Ausgabeeinheit 5 angezeigt wird, hervorheben (beispielsweise in verschiedenen Farben oder farblich unterlegt).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Prozessor 4 die Positionsinformation des zu operierenden Körperteils durch Durchführen einer Bilderkennung an dem großflächigen zweidimensionalen (z.B. x-y-Ebenen-) Bild, das von der Operationsmikroskopeinheit 1 erhalten wird, und an dem zweidimensionalen (z.B. x-z-Ebenen-) Tomographiebild, das von der OCT-Einheit 2 erhalten wird, erhalten. Beispielsweise kann der zu operierende Körperteil aufgrund einer Erkrankung anders als das umgebende Gewebe angezeigt werden und lässt sich somit auf einfache Weise identifizieren. Alternativ kann eine bestimmte Markiersubstanz (wie etwa eine Substanz, die tendenziell Licht absorbiert oder reflektiert) vor der Operation in den zu operierenden Körperteil injiziert werden, um die Identifikation des zu operierenden Körperteils anschließend zu erleichtern.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Prozessor 4 die Positionsinformation des chirurgischen Instruments durch Durchführen einer Bilderkennung an dem großflächigen zweidimensionalen (z.B. x-y-Ebenen-) Bild, das von der Operationsmikroskopeinheit 1 erhalten wird, und an dem zweidimensionalen (z.B. x-z-Ebenen-) Tomographiebild, das von der OCT-Einheit 2 erhalten wird, erhalten. Beispielsweise besteht das chirurgische Instrument im Allgemeinen aus Metall und weist somit andere optische Eigenschaften auf als menschliches Gewebe. Deshalb lässt sich das chirurgische Instrument auf einfache Weise in dem Bild identifizieren. Alternativ kann zur Erleichterung der Identifizierung eine besondere Struktur oder ein besonderes Muster auf dem chirurgischen Instrument hergestellt oder diesem zusätzlich hinzugefügt werden. Darüber hinaus kann der Prozessor 4 das chirurgische Instrument auf dem zweidimensionalen Bild und/oder dreidimensionalen Bild, das auf der Ausgabeeinheit 5 angezeigt wird, auch basierend auf der Positionsinformation des chirurgischen Instruments hervorheben (beispielsweise in verschiedenen Farben oder farbig unterlegt).
2 ist eine Detailansicht, die einen Aufbau eines mikroskopischen Chirurgiesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Wie in 2 gezeigt, werden in einer Operationsmikroskopeinheit (beispielsweise der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Operationsmikroskopeinheit 1) divergente Strahlen, die von einer Beleuchtungsquelle 101 ausgesendet werden, durch eine Kollimator-Linse 102 in parallele Strahlen kollimiert und dann von einem Reflektor 103 reflektiert. Die reflektierten Strahlen werden durch einen paraxialen Bereich eines Objektivs 3 fokussiert, um einen zu operierenden Bereich 6 zu beleuchten. Der zu operierende Bereich 6 kann das auftreffende Licht reflektieren, und das reflektierte Licht, das eine Lichtstärkeinformation des zu operierenden Bereichs trägt, wird durch den paraxialen Bereich des Objektivs 3 reflektiert und dann von einem Reflektor 104 auf ein Zoomobjektiv 105 reflektiert. Das Zoomobjektiv 105 ist eine Kombination aus Objektiven mit unterschiedlichen Brennweiten und kann eine mikroskopische Abbildung des zu operierenden Bereichs in unterschiedlichen Multiplikationsfaktoren erreichen. Die Bildgebungsstrahlen werden fokussiert, dann durch das Zoomobjektiv 105 ausgesendet und von einem Dachkantprisma 106 eine gerade Anzahl von Malen reflektiert und breiten sich dann durch eine Übertragungslinse 107 aus. Dann wird durch ein Bildumkehrprisma 108 eine Umkehrabbildung und eine Strahlengangfaltung an den Bildgebungsstrahlen durchgeführt, die dann von einem Okular 109 auf einen Strahlenteiler 110 zur Strahlenteilung fokussiert werden. Ein Teil der Strahlen gelangt in menschliche Augen 111, so dass ein Betrachter den zu operierenden Körperteil unmittelbar mit seinen Augen betrachten kann; und der andere Teil der Strahlen trifft an einem flächenhaften Matrixdetektor 112 zur Erfassung eines Lichtstärkesignals ein.
Der flächenhafte Matrixdetektor 112 wandelt das empfangene Bildgebungslichtstärkesignal in ein elektrisches Signal um und gibt das elektrische Signal zur weiteren Verarbeitung an einen Prozessor aus (beispielsweise den unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Prozessor 4). Beispielsweise kann der Prozessor das elektrische Signal in ein Bildsignal rekonstruieren und das Bildsignal an eine Ausgabeeinheit (beispielsweise die unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Ausgabeeinheit 5) zur Ausgabe ausgeben.
In einer OCT-Einheit 2 (beispielsweise der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen OCT-Einheit 2) werden von einem frequenzgewobbelten Laser 201 ausgesendete Strahlen durch einen Zirkulator 202 ausgesendet und durch einen Koppler 203 in zwei Pfade geteilt. Ein Pfad ist ein Referenzarm. In dem Referenzarm werden von dem Koppler 203 ausgesendete Strahlen durch einen Faserkollimator 204 in parallele Strahlen kollimiert und treten dann durch einen Reflektor 205 und ein neutrales Filter 206 hindurch, um an einem Reflektor 207 einzutreffen und somit von diesem reflektiert zu werden. Die reflektierten Referenzstrahlen verbreiten sich zurück zum Koppler 203 durch das neutrale Filter 206, den Reflektor 205 und den Faserkollimator 204. Der andere Pfad wird als ein Abtastarm bezeichnet. In dem Abtastarm werden Abtaststrahlen, die von dem Koppler 203 ausgesendet werden, moduliert und dann von einem Polarisationsregler 208 ausgesendet und dann von einem Kollimator 209 in parallele Strahlen kollimiert, welche abgetastet und von einem die x-Achse abtastenden Oszillatorspiegel 210 und einem die y-Achse abtastenden Oszillatorspiegel 211 ausgesendet und dann von einem auf der Achse liegenden Bereich des Objektivs 3 auf den zu operierenden Bereich 6 fokussiert werden. Der zu operierende Bereich 6 kann die Abtaststrahlen reflektieren. Die reflektierten Strahlen, die eine Lichtstärkeinformation des zu operierenden Körperteils 6 tragen, werden durch den auf der Achse liegenden Bereich des Objektivs 3 übertragen und verbreiten sich dann zurück zu dem Koppler 203 durch den die y-Achse abtastenden Oszillatorspiegel 211, den die x-Achse abtastenden Oszillatorspiegel 210, den Kollimator 209 und den Polarisationsregler 208. Die Referenzstrahlen, die von dem Referenzarm reflektiert werden, und die Abtaststrahlen, die von dem Abtastarm reflektiert werden, werden durch Interferenz gekoppelt und dann von dem Koppler 203 ausgesendet. Ein Teil der ausgesendeten Strahlen gelangt in den Zirkulator 202 und wird dann an einen Gleichgewichtsdetektor 212 ausgesendet, und der andere Teil der ausgesendeten Strahlen gelangt unmittelbar in den Gleichgewichtsdetektor 212. Der Gleichgewichtsdetektor 212 führt eine Gleichgewichtsdetektion an dem Interferenzsignal durch.
Der Gleichgewichtsdetektor 212 wandelt das empfangene Interferenzsignal in ein elektrisches Signal um und gibt das elektrische Signal an einen Prozessor (beispielsweise den unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Prozessor 4) zur weiteren Verarbeitung aus. Beispielsweise kann der Prozessor das elektrische Signal in ein Tomographiebildsignal des zu operierenden Körperteils rekonstruieren und das Bildsignal an eine Ausgabeeinheit (beispielsweise die unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Ausgabeeinheit 5) zur Ausgabe ausgeben.
Zwar veranschaulicht 2 eine bestimmte Ausgestaltung der Operationsmikroskopeinheit und der OCT-Einheit, doch ist die vorliegende Offenbarung nicht hierauf beschränkt. Fachleute können andere Ausgestaltungen der Operationsmikroskopeinheit und der OCT-Einheit in Erwägung ziehen. Die in 2 veranschaulichten optischen Teile dienen lediglich der Veranschaulichung, und Fachleute können einige optische Teile für besondere Zwecke vorsehen/ersetzen/entfernen. Beispielsweise können zum Zweck der Ausgestaltung eines Strahlengangs einer oder mehrere Reflektoren, ein oder mehrere Prismen oder dergleichen hinzugefügt/entfernt werden.
3 ist ein vereinfachtes Diagramm, das ein Grundprinzip der OCT veranschaulicht.
Wie in 3 gezeigt, kann basierend auf Abtastzeilen der OCT ein x-y-z-Koordinatensystem erstellt werden. Beispielsweise kann ein Abtastvorgang in zwei Richtungen (x,y) für die OCT erfolgen und Informationen über eine Tiefe (z) können während des Abtastens erhalten werden. 3 veranschaulicht auch ein abzutastendes Objekt T (beispielsweise Gewebe, das eine Operation benötigt). Es wird darauf hingewiesen, dass das Objekt T lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung in einer hexaedrischen Form gezeigt ist. Darüber hinaus ist eine Position des Objekts in dem vorstehend erstellten x-y-z-Koordinatensystem nicht auf die in der Figur gezeigte Position beschränkt und kann stattdessen irgendeine Position sein.
In einem Beispiel kann, wenn die y-Abtastzeile der OCT festgelegt wird (beispielsweise bei einer Koordinate wie y₁ oder y₂ ) während der Abtastvorgang in der x-Richtung erfolgt, ein Tomographiebild der x-z- (beispielsweise x-z₁- oder x-z₂ -) Ebene erhalten werden. Eine Reihe von zweidimensionalen (x-z-Ebenen-) Bildern kann durch Erhalten von Tomographiebildern der x-z-Ebene an verschiedenen y-Koordinaten erhalten werden. Ein dreidimensionales (x-y-z-) Bild des Objekts T lässt sich durch Verketten dieser zweidimensionalen Bilder erhalten. Es gibt verschiedene Möglichkeiten in der Technik, um ein dreidimensionales Stereobild aus zweidimensionalen Tomographiebildern abzuleiten.
Auf ähnliche Weise lassen sich auch Tomographiebilder der y-z-Ebene durch Abtasten erhalten.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Navigationsverfahren für die mikroskopische Chirurgie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Dieses Verfahren kann beispielsweise durch das unter Bezugnahme auf die obige 1 und/oder 2 beschriebene mikroskopische Chirurgiesystem durchgeführt werden.
Das Verfahren beginnt bei 401. Beispielsweise sind ein Arzt und ein Patient bereit und das mikroskopische Chirurgiesystem ist eingeschaltet.
Dann fährt das Verfahren bei 402 fort. Bei 402 kann ein einheitliches Koordinatensystem für eine Operationsmikroskopeinheit und eine OCT-Einheit bestimmt werden. Beispielsweise, wie vorstehend beschrieben, kann basierend auf einem Mittelpunkt eines Bildgebungsfeldes der Operationsmikroskopeinheit ein Bildgebungsfeld der OCT-Einheit kalibriert werden.
Konkret kann ein Mittelpunkt einer großflächigen Bildgebung durch die Operationsmikroskopeinheit hinsichtlich eines zu operierenden Bereichs als ein Ursprung des Koordinatensystems verwendet werden und optische Abtastzeilen der OCT-Einheit können als x,y,z-Koordinatenachsen verwendet werden (auf 3 kann Bezug genommen werden), um das einheitliche Koordinatensystem zu bilden.
Ein x-y-Abtastfeld der OCT-Einheit kann den Mittelpunkt des Bildgebungsfeldes der Operationsmikroskopeinheit als einen Mittelpunkt verwenden, um Positionen von x-y-Abtastzeilen in dem Koordinatensystem unter verschiedenen Abtastspannungen aufzuzeichnen, so dass eine Entsprechungsbeziehung zwischen verschiedenen Treiberspannungen und Abtastpositionen erstellt wird, und kann die Entsprechungsbeziehung in einem Speicher (nicht gezeigt) speichern. Beispielsweise kann die Entsprechungsbeziehung in Form einer Nachschlagtabelle (LUT) gespeichert werden. Die LUT kann eine Entsprechungsbeziehung zwischen bestimmten (x,y) Abtastspannungen und Positionen von entsprechenden Abtastzeilen in dem Koordinatensystem aufzeichnen.
Dann fährt das Verfahren bei 403 fort. Bei 403 wird der zu operierende Bereich abgebildet, um zweidimensionale Bilder zu erhalten, beispielsweise ein großflächiges zweidimensionales (z.B. x-y-Ebenen-) Bild, das von der Operationsmikroskopeinheit erhalten wird, und zweidimensionale (z.B. x-z-Ebenen-) Tomographiebilder, die von der OCT-Einheit erhalten werden, und es kann ferner ein dreidimensionales (x-y-z-) Bild aus den zweidimensionalen Tomographiebildern abgeleitet werden. Einige oder alle dieser Bilder können von einer Ausgabeeinheit (beispielsweise einer Anzeige) ausgegeben (z.B. angezeigt) werden.
Konkret kann die Operationsmikroskopeinheit eine großflächige zweidimensionale (z.B. x-y-Ebenen-) Bildgebung an dem zu operierenden Bereich erreichen und das zweidimensionale Bild des zu operierenden Bereichs durch den Prozessor in Echtzeit an die Ausgabeeinheit zur Ausgabe ausgeben.
Die OCT-Einheit kann eine zweidimensionale (z.B. x-z-Ebenen-) Tomographiebildgebung an dem zu operierenden Bereich gemäß der Entsprechungsbeziehung zwischen den bei 402 kalibrierten Feldern durchführen und das erfasste Interferenzsignal an den Prozessor zur Verarbeitung ausgeben.
Der Prozessor kann das von der OCT-Einheit ausgegebene Bildgebungs-Interferenzsignal in ein zweidimensionales Tomographiebild rekonstruieren und kann unter Verwendung eines Algorithmus ein dreidimensionales (x-y-z-) Bild aus einer Reihe von zweidimensionalen Tomographiebildern ableiten und die zweidimensionalen Tomographiebilder und/oder das dreidimensionale Stereobild an die Ausgabeeinheit zur Ausgabe ausgeben.
Dann fährt das Verfahren bei 405 fort. Bei 405 navigiert die OCT-Einheit die Operation.
Beispielsweise kann die OCT-Einheit eine zweidimensionale Tomographie-Bildgebung an dem zu operierenden Bereich durchführen. Um den Abtastvorgang durch die OCT-Einheit zu reduzieren, kann der Abtastbereich der OCT-Einheit auf den zu operierenden Körperteil oder eine Umgebung desselben begrenzt sein, speziell auf eine Umgebung der Position des chirurgischen Instruments. Dadurch umfasst das resultierende aktuelle zweidimensionale Tomographiebild und/oder dreidimensionale Bild das chirurgische Instrument ganz oder teilweise. Dann lässt sich gemäß diesen Bildern die Echtzeitposition des chirurgischen Instruments, speziell die Tiefenposition, bestimmen. Der Prozessor kann das zweidimensionale Tomographiebild und/oder das dreidimensionale Bild an die Ausgabeeinheit zur Ausgabe ausgeben. Aufgrund dieser Vorgänge kann die Ausgabe auf der Ausgabeeinheit ein dynamisches Abbild des chirurgischen Instruments sein, das sich zu dem zu operierenden Körperteil hinbewegt.
Dann fährt das Verfahren bei 406 fort. Bei 406 wird beurteilt, ob das chirurgische Instrument das zu operierende Körperteil erreicht, und falls nicht, fährt das Verfahren bei 405 fort; andernfalls fährt das Verfahren bei 407 fort.
Beispielsweise kann eine Bedienperson beurteilen, ob das chirurgische Instrument das Körperteil gemäß dem bei 403 ausgegebenen Bild und dem bei 405 ausgegebenen Bild erreicht.
Bei 407 beendet die OCT-Einheit die Standortnavigation, und die Operation wird an dem zu operierenden Körperteil durchgeführt.
In den vorstehenden Ausführungsformen beurteilt die Bedienperson artifiziell, ob das chirurgische Instrument den zu operierenden Körperteil erreicht, indem sie die angezeigten Bilder (oder „Navigationsinformation“) mit den Augen betrachtet. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
In einem Beispiel kann das Verfahren wahlweise den Schritt 404 umfassen, bei dem erwartete Positionskoordinaten t(x,y,z) des zu operierenden Körperteils basierend auf den bei 403 erhaltenen Bildern bestimmt werden können.
Konkret können die erwarteten Positionskoordinaten t(x,y,z) des zu operierenden Körperteils anhand einer Nutzereingabe oder Bilderkennung bestimmt werden, wie vorstehend beschrieben. Im Allgemeinen ist der zu operierende Körperteil kein einzelner Punkt, sondern deckt stattdessen einen gewissen Bereich ab. Deshalb können die erwarteten Positionskoordinaten t(x,y,z) einen gewissen Bereich oder vorzugsweise einen Teil des Bereichs oder einige Punkte in dem Bereich abdecken. Beispielsweise können die erwarteten Positionskoordinaten t(x,y,z) durch die Bedienperson in den Prozessor eingegeben werden (beispielsweise durch eine Berührung, wie vorstehend beschrieben), und der Prozessor kann die Eingabe in das erstellte einheitliche Koordinatensystem umwandeln.
Ferner, wie vorstehend beschrieben, lassen sich durch eine Nutzereingabe oder eine Bilderkennung anfängliche Positionskoordinaten t₀(x,y,0) des chirurgischen Instruments bestimmen (zur Vereinfachung der Beschreibung sei hier angenommen, dass sich die anfängliche Position des chirurgischen Instruments auf einer Oberfläche des Gewebes befindet und somit die Tiefe 0 ist; die vorliegende Offenbarung ist aber natürlich hierauf nicht beschränkt). Beispielsweise lassen sich die anfänglichen Positionskoordinaten t₀(x,y,0) des chirurgischen Instruments basierend auf einem zweidimensionalen (z.B. x-y-Ebenen-) Bild bestimmen, das von der Operationsmikroskopeinheit erhalten wird. In einer Ausführungsform kann die Bedienperson (z.B. ein Chirurg) das chirurgische Instrument in den Bereich des zu operierenden Körperteils platzieren, indem er eine Austrittspupillenposition der Operationsmikroskopeinheit betrachtet. Das heißt, „x“ und „y“ in den anfänglichen Positionskoordinaten t₀(x,y,0) des chirurgischen Instruments wurden bereits so gehalten, dass sie im Wesentlichen „x“ und „y“ in den erwarteten Positionskoordinaten t(x,y,z) des zu operierenden Körperteils entsprechen. Dadurch braucht das chirurgische Instrument im Grunde nur nach unten in das Gewebe zu schneiden.
Der Prozessor kann die anfänglichen Koordinaten t₀(x,y,0) des chirurgischen Instruments und die erwarteten Positionskoordinaten t(x,y,z) des zu operierenden Körperteils auf dem von der OCT-Einheit erhaltenen dreidimensionalen (x-y-z-) Bild markieren und das Bild an die Ausgabeeinheit zur Ausgabe ausgeben.
In einem solchen Fall können in dem Navigationsvorgang bei 405 aktuelle Koordinaten t₁(x₁, y₁ , z₁ ) des chirurgischen Instruments anhand des zweidimensionalen Tomographiebildes in Verbindung mit beispielsweise einer Bilderkennung bestimmt werden. Der Prozessor kann die aktuellen Koordinaten t₁(x₁ ,y₁ , z₁ ) des chirurgischen Instruments auf dem von der OCT-Einheit erhaltenen dreidimensionalen (x-y-z-) Bild markieren und das Bild an die Ausgabeeinheit zur Ausgabe ausgeben.
In einem Beispiel kann eine Treiberspannung für einen x-abtastenden Oszillatorspiegel der OCT-Einheit auf 0 gesetzt werden, um eine Tomographiebildgebung der y-z-Ebene zu erreichen, und ein Tomographiebild kann durch den Prozessor rekonstruiert werden. Als Nächstes kann eine Treiberspannung für einen y-abtastenden Oszillatorspiegel der OCT-Einheit auf 0 gesetzt werden, um eine Tomographiebildgebung der x-z-Ebene zu erreichen, und ein Tomographiebild kann durch den Prozessor rekonstruiert werden. Beispielsweise kann sich ein mittiges Feld der Mikroskopeinheit annähernd an der richtigen Position des zu operierenden Körperteils befinden. Darüber hinaus ist es möglich, durch die obige Kalibrierung sicherzustellen, dass das x-y-Feld der OCT-Einheit dem mittigen Feld des Mikroskops entspricht. Dann, unabhängig davon, ob die Spannung für den x-abtastenden Oszillatorspiegel oder den y-abtastenden Oszillatorspiegel auf 0 gesetzt wird, kann sich das mittige Feld an dem zu operierenden Bereich befinden, d.h. an der Position des chirurgischen Instruments. Die beiden Bildgebungsansätze können in einem festgelegten Zeitintervall durchgeführt werden. Das Zeitintervall kann gewählt werden, um eine Abtastrate von mehreren Frames pro Sekunde zu erzielen und dadurch im Wesentlichen eine Echtzeitbildgebung zu realisieren. Die aktuelle Koordinatenposition t₁(x₁ , y₁ , z₁ ) des chirurgischen Instruments wird basierend auf y-z- und x-z-Bildern in zwei aufeinanderfolgenden Frames berechnet.
In dem obigen Fall, in dem die erwarteten Positionkoordinaten t(x,y,z) und die aktuellen Koordinaten t₁(x₁ , y₁ , z₁ ) des chirurgischen Instruments bestimmt werden, kann bei 406 durch den Prozessor beispielsweise durch einen Vergleich beurteilt werden, ob die aktuellen Positionskoordinaten t₁(x₁ ,y₁ , z₁ ) mit den erwarteten Positionskoordinaten t(x,y,z) übereinstimmen. Darüber hinaus kann der Prozessor gemäß dem Vergleich ferner einen Navigationspfad auf der Ausgabeeinheit oder eine Navigationsinformation in Tonform ausgeben.
Aus dem Vorstehenden versteht sich, dass konkrete Ausführungsformen der Offenbarung zum Zwecke der Veranschaulichung beschrieben worden sind, dass jedoch verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne von der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele der Elemente einer Ausführungsform mit anderen Ausführungsformen zusätzlich zu oder anstelle der Elemente der anderen Ausführungsformen kombiniert werden. Dementsprechend wird die Technologie außer durch die beiliegenden Ansprüche nicht beschränkt. Insbesondere können sämtliche vorangehend genannten Merkmale sowie sämtliche Merkmale aller Ausführungsformen und Ansprüche miteinander kombiniert werden, solange sie einander nicht widersprechen.

Claims

Mikroskopisches Chirurgiesystem, das umfasst: ein Objektiv; eine Operationsmikroskopeinheit, die ausgebildet ist, um über das Objektiv eine zweidimensionale Bildgebung an einem zu operierenden Bereich durchzuführen; eine optische-Kohärenztomographie-Einheit, die ausgebildet ist, um über das Objektiv eine zweidimensionale Tomographiebildgebung an dem zu operierenden Bereich durchzuführen, wobei ein Bildgebungsfeld der optischen-Kohärenztomographie-Einheit gemäß einem Bildgebungsfeld der Operationsmikroskopeinheit kalibriert ist; einen Prozessor, der ausgebildet ist, um basierend auf der zweidimensionalen Bildgebung durch die Operationsmikroskopeinheit und der zweidimensionalen Tomographiebildgebung durch die optische-Kohärenztomographie-Einheit eine Navigationsinformation zu erhalten, wobei die Navigationsinformation eine Positionsinformation eines zu operierenden Körperteils und eines chirurgischen Instruments zum Operieren des Körperteils umfasst; und eine Ausgabeeinheit, die ausgebildet ist, um die Navigationsinformation zum Führen des chirurgischen Instruments zu dem Körperteil auszugeben, wobei der Prozessor ferner dazu ausgebildet ist, das Bildgebungsfeld der optischen-Kohärenztomographie-Einheit zu kalibrieren, wobei das Kalibrieren des Bildgebungsfeldes der optischen-Kohärenztomographie-Einheit umfasst: Erstellen eines einheitlichen Koordinatensystems mit einem Mittelpunkt des Bildgebungsfeldes der Operationsmikroskopeinheit als einem Ursprung und optischen Abtastzeilen der optischen-Kohärenztomographie-Einheit als x-, y- und z-Achsen; und Aufzeichnen in dem Koordinatensystem von Positionen der x- und y-Abtastzeilen der unter verschiedenen Abtastspannungen getriebenen optischen-Kohärenztomographie-Einheit und Erstellen einer Entsprechungsbeziehung zwischen verschiedenen Treiberspannungen und Abtastpositionen.
Mikroskopisches Chirurgiesystem nach Anspruch 1, wobei das Objektiv ein mikroskopisches Objektiv umfasst.
Mikroskopisches Chirurgiesystem nach Anspruch 1, wobei die Operationsmikroskopeinheit ausgebildet ist, um über einen paraxialen Bereich des Objektivs eine Bildgebung durchzuführen, und die optische-Kohärenztomographie-Einheit ausgebildet ist, um über einen auf der Achse liegenden Bereich des Objektivs eine Bildgebung durchzuführen.
Mikroskopisches Chirurgiesystem nach Anspruch 1, wobei die Navigationsinformation ein zweidimensionales Bild von der Operationsmikroskopeinheit, ein zweidimensionales Tomographiebild von der optischen-Kohärenztomographie-Einheit und/oder ein von dem zweidimensionalen Tomographiebild abgeleitetes dreidimensionales Bild umfasst und die Ausgabeeinheit eine Anzeigeeinheit umfasst, die ausgebildet ist, um die Navigationsinformation anzuzeigen.
Mikroskopisches Chirurgiesystem nach Anspruch 4, wobei der Prozessor ausgebildet ist, um den zu operierenden Körperteil und/oder das chirurgische Instrument auf dem angezeigten zweidimensionalen Bild und/oder dreidimensionalen Bild hervorzuheben.
Navigationsverfahren für die mikroskopische Chirurgie, das umfasst: Kalibrieren eines Bildgebungsfeldes einer optischen-Kohärenztomographie-Einheit gemäß einem Bildgebungsfeld einer Operationsmikroskopeinheit; Durchführen durch die Operationsmikroskopeinheit einer zweidimensionalen Bildgebung an einem zu operierenden Bereich über ein Objektiv und Durchführen durch die optische-Kohärenztomographie-Einheit einer zweidimensionalen Tomographiebildgebung an dem zu operierenden Bereich über das Objektiv; Erhalten einer Navigationsinformation basierend auf Ergebnissen der Bildgebung, wobei die Navigationsinformation eine Positionsinformation eines zu operierenden Körperteils und eines chirurgischen Instruments zum Operieren des Körperteils umfasst; und Ausgeben der Navigationsinformation zum Führen des chirurgischen Instruments zu dem Körperteil, wobei das Kalibrieren eines Bildgebungsfeldes einer optischen-Kohärenztomographie-Einheit umfasst: Erstellen eines einheitlichen Koordinatensystems mit einem Mittelpunkt des Bildgebungsfeldes der Operationsmikroskopeinheit als einem Ursprung und optischen Abtastzeilen der optischen-Kohärenztomographie-Einheit als x-, y- und z-Achsen; und Aufzeichnen in dem Koordinatensystem von Positionen der x- und y-Abtastzeilen der unter verschiedenen Abtastspannungen getriebenen optischen-Kohärenztomographie-Einheit und Erstellen einer Entsprechungsbeziehung zwischen verschiedenen Treiberspannungen und Abtastpositionen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Navigationsinformation ein zweidimensionales Bild von der Operationsmikroskopeinheit, ein zweidimensionales Tomographiebild von der optischen-Kohärenztomographie-Einheit und/oder ein von den zweidimensionalen Tomographiebildern abgeleitetes dreidimensionales Bild umfasst und das Ausgeben der Navigationsinformation ein Anzeigen der Navigationsinformation umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst: Hervorheben des zu operierenden Körperteils und/oder des chirurgischen Instruments auf dem angezeigten zweidimensionalen Bild und/oder dreidimensionalen Bild.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst: Durchführen einer Tomographiebildgebung der y-z-Ebene und einer Tomographiebildgebung der x-z-Ebene in einem festgelegten Zeitintervall und Erhalten einer aktuellen Position des chirurgischen Instruments basierend auf einem y-z-Tomographiebild und einem x-z-Tomographiebild in zwei aufeinanderfolgenden Frames.