DE102018206405B3

DE102018206405B3 - Mikroskopiesystem sowie Verfahren zum Betrieb eines Mikroskopiesystems

Info

Publication number: DE102018206405B3
Application number: DE102018206405.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Voigt; Stefan Saur; Marco Wilzbach; Christoph Hauger
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2038-04-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mikroskopiesystem, umfassend:
- ein Mikroskop,
- ein Stativ zur Halterung des Mikroskops, wobei das Stativ mindestens eine Antriebseinrichtung zur Bewegung des Mikroskops umfasst,
- mindestens eine Lageerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Lage eines Körperteils, insbesondere Kopfes, eines Benutzers, wobei die Lagererfassungseinrichtung mindestens ein Target mit mindestens einem Markerelement und mindestens eine Bilderfassungseinrichtung zur optischen Erfassung des Targets umfasst, wobei entweder das mindestens eine Target oder die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung am Mikroskop angeordnet ist,
- mindestens eine Steuereinrichtung zur Steuerung der mindestens einen Antriebseinrichtung in Abhängigkeit der erfassten Lage des Targets, wobei das mindestens eine Markerelement ein passives Markerelement ist sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Mikroskopiesystems (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroskopiesystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Mikroskopiesystems.
Zur vergrößernden Darstellung von Untersuchungsobjekten werden oft Mikroskope verwendet. In medizinischen Anwendungen, insbesondere zur Unterstützung von chirurgischen Eingriffen, werden so genannte Operationsmikroskope eingesetzt. Diese dienen u.a. zur vergrößernden Darstellung von Teilbereichen eines Körpers, um einem Chirurgen bei einem Eingriff eine bessere visuelle Orientierung zu ermöglichen. Diese Operationsmikroskope sind in der Regel beweglich gehaltert, insbesondere an einem Stativ. Dies ermöglicht es einem Benutzer unter anderem, eine Lage, also eine Position und/oder Orientierung, des Mikroskops zu verändern, beispielsweise um einen Blickwinkel auf einen Untersuchungsbereich zu verändern oder um andere Untersuchungsbereiche zu betrachten. Das Verändern der Lage erfolgt in vielen Anwendungsfällen durch eine manuelle Betätigung des Mikroskops durch den Benutzer selbst. Hierbei ist nachteilig, dass der Benutzer Instrumente, die er z.B. beim Eingriff benutzt, aus der Hand legen muss, um die Lageveränderung zu bewirken. Dies ist zeitaufwändig und nicht im gewünschten Maße bedienerfreundlich.
Bekannt sind auch Fußschalter oder Mundschalter zur Bedienung des Mikroskops. Diese sind jedoch in ihrer Bedienbarkeit entweder eingeschränkt, z.B. erlauben diese nur eine Bedienung in wenigen Freiheitsgraden, oder unangenehm oder unhygienisch für einen Benutzer.
Aus dem Stand der Technik ist die DE 42 25 505 A1 bekannt. Diese offenbart ein Führungssystem zum räumlichen Positionieren eines Instruments, welches an einer motorischen Positionier-Mechanik angeordnet ist. Hierbei beschreibt die Druckschrift, dass das Führungssystem eingesetzt werden kann, um ein Operationsmikroskop, das an einer motorischen Positionier-Mechanik angeordnet ist, in bis zu sechs räumlichen Freiheitsgraden der Kopfbewegung des Chirurgen nachzuführen. Das in der Druckschrift beschriebene Führungssystem umfasst eine Sende- und Empfangseinheit, wobei die Sendeeinheit mindestens eine Lichtquelle zur Erzeugung mindestens eines Sende-Strahlengangs umfasst und die Empfangseinheit mindestens einen positionsempfindlichen Detektor umfasst. Das beschriebene System nutzt also aktive optische Marker, um die Nachführung zu ermöglichen.
Die US 2017/258531 A1 offenbart ein optisches Trackingsystem und optische Trackingverfahren, basierend auf passiven Markern.
Die DE 10 2016 217 628 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Operationsmikroskopiesystems, ein Bewegungsmesssystem für ein Operationsmikroskopiesystem und ein Operationsmikroskopiesystem, das das Bewegungsmesssystem aufweist.
Die DE 20 2014 103 766 U1 offenbart eine Markeranordnung für die medizintechnische Navigation.
Die WO 2017/049 381 A1 offenbart ein optisches Abbildungssystem, umfassend optische Abbildungssysteme zur Nutzung in bildgestützten medizinischen Verfahren.
Die US 2007/0265495 A1 offenbart Verfahren und Vorrichtungen zur Bereitstellung eines visuellen Feedbacks für einen Chirurgen während endoskopgestützter oder mikroskopgestützter Operationen.
Die DE 10 2014 106 865 A1 offenbart ein Verfahren zum berührungslosen Bedienen eines Operationsmikroskops.
Es stellt sich das technische Problem, ein Mikroskopiesystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Mikroskopiesystems zu schaffen, welche eine insbesondere berührungslose Steuerung des Betriebs des Mikroskopiesystems, insbesondere der Nachführung eines Mikroskops in bis zu sechs räumlichen Freiheitsgraden, in genauer Weise und mit reduziertem Energieverbrauch ermöglichen. Ferner soll eine Anzahl der hierzu benötigten Komponenten und somit auch die Herstellungskosten und Bauraumanforderungen reduziert werden. Ein weiteres technisches Problem besteht darin, ein Mikroskopiesystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Mikroskopiesystems zu schaffen, welche die genannte Steuerung des Betriebs auch für verschiedene Relativlagen zwischen einem Okular und einem Mikroskopkörper zuverlässig ermöglichen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 18. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein Mikroskopiesystem. Das Mikroskopiesystem umfasst ein Mikroskop. Im Sinne dieser Erfindung zeichnet ein Mikroskop eine Einrichtung zur vergrößernden visuellen Darstellung eines Untersuchungsobjekts. Das Mikroskop kann ein klassisches Lichtmikroskop sein, welches ein vergrößertes Abbild durch Ausnutzung optischer Effekte erzeugt, insbesondere durch Mittel zur Strahlführung und/oder -formung und/oder -ablenkung, beispielsweise Linsen. Das Mikroskop kann aber auch ein Digitalmikroskop sein, wobei das von dem Mikroskop zu visualisierende Abbild mittels einer Bilderfassungseinrichtung erzeugt und auf einer entsprechenden Anzeigeeinrichtung, beispielsweise einem Display, zur Anzeige gebracht werden kann.
Das Mikroskop kann insbesondere mindestens ein Okular umfassen. Das Okular bezeichnet einen Teil des Mikroskops, durch den oder in den ein Benutzer schaut, um das vom Mikroskop erzeugte Abbildung visuell zu erfassen. Mit anderen Worten bildet ein Okular eine augenseitige optische Schnittstelle des Mikroskops. Das Okular kann einen Teil eines Tubus bilden. In diesem Fall kann das Mikroskop auch den Tubus umfassen. Es ist z.B. möglich, dass das Okular in den Tubus integriert ist, von dem Tubus ausgebildet wird oder an einem Tubusgrundkörper, insbesondere austauschbar, befestigbar ist. Im letzteren Fall können z.B. Okulare mit voneinander verschiedene Vergrößerungsfaktoren am Tubus befestigt werden.
Der Tubus kann hierbei mindestens ein optisches Element zur Strahlführung und/oder -formung und/oder -ablenkung umfassen, z.B. eine Linse oder ein Prisma. Es ist aber auch vorstellbar, dass der Tubus keine derartigen Elemente umfasst und z.B. als Rohr ausgebildet ist. Dieses mindestens eine optische Element kann eine optische Strecke zur optischen Verbindung des Okulars mit dem Mikroskop ausbilden. Das mindestens eine optische Element kann beispielsweise im Tubusgrundkörper integriert sein. Der Tubus kann weiter eine mechanische Schnittstelle zur, insbesondere lösbaren, Befestigung am Mikroskop, insbesondere an einem Mikroskopkörper aufweisen. Auch kann der Tubus eine mechanische Schnittstelle zur, insbesondere lösbaren, Befestigung eines Okulars aufweisen.
Das Okular kann optisch mit dem Objektiv verbunden werden, insbesondere über die erläuterten optischen Elemente.
Weiter kann das Mikroskop mindestens ein Objektiv umfassen. Dieses Objektiv kann eine reelle optische Abbildung eines Untersuchungsobjektes erzeugen. Das Objektiv kann hierbei optische Elemente zur Strahlführung und/oder -formung und/oder -ablenkung umfassen.
Weiter kann das Mikroskop einen Mikroskopkörper umfassen. Der Mikroskopkörper kann hierbei weitere optische Elemente zur Strahlführung und/oder -formung und/oder - ablenkung umfassen. Es ist möglich, dass das Objektiv lösbar, also auch austauschbar, an dem Mikroskopkörper befestigt ist. Allerdings ist es auch möglich, dass das Objektiv fest in den oder an den Mikroskopkörper integriert ist. Hierbei kann das Objektiv ortsfest relativ zum Mikroskopkörper angeordnet sein. Weiter kann der Mikroskopkörper mindestens eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung, insbesondere zur lösbaren Befestigung, eines Tubus aufweisen oder ausbilden. Dies ermöglicht die Befestigung von verschiedenen Tuben, insbesondere von Tuben mit verschiedenen Bauformen, an dem Mikroskopkörper. So kann z.B. ein so genannter Schwenktubus, ein so genannter Falttubus, ein so genannter Gradtubus oder weiteren Tuben an dem Mikroskopkörper befestigt werden. Es ist möglich, dass der Mikroskopkörper mehrere, insbesondere zwei, derartige Befestigungsschnittstellen aufweist oder ausbildet.
Es ist möglich, dass das Okular bzw. der Tubus mit dem Okular mechanisch fest und gegebenenfalls nicht austauschbar mit dem Mikroskopkörper verbunden ist. Auch kann das Okular bzw. der Tubus mit dem Okular ortsfest relativ zum Mikroskopkörper angeordnet sein. Wie nachfolgend noch näher erläutert, ist das Okular bzw. der Tubus mit dem Okular jedoch vorzugsweise ebenfalls lösbar, also austauschbar, an dem Mikroskopkörper und/oder beweglich relativ zum Mikroskopkörper an diesem befestigt.
Weiter umfasst das Mikroskopiesystem ein Stativ zur Halterung des Mikroskops. Das Mikroskop, insbesondere der Mikroskopkörper, kann somit an dem Stativ mechanisch befestigt sein. Es ist möglich, dass das Mikroskop an einem freien Ende des Stativs befestigt ist, insbesondere beweglich, z.B. schwenkbar. Das Stativ ist hierbei derart ausgebildet, dass es eine Bewegung des Mikroskops im Raum ermöglicht, insbesondere mit mindestens einem Freiheitsgrad, vorzugsweise mit sechs Freiheitsgraden. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass das Stativ derart ausgebildet ist, dass es eine Bewegung des Mikroskops im Raum mit einer beschränkten Anzahl von Freiheitsgraden ermöglicht, insbesondere also mit weniger als sechs Freiheitsgraden.
Ein Freiheitsgrad kann hierbei ein Translations- oder ein Rotationsfreiheitsgrad sein. Insbesondere kann eine Bewegung mit drei voneinander verschiedenen Translationsfreiheitsgraden und drei voneinander verschiedenen Rotationsfreiheitsgraden durch das Stativ ermöglicht werden.
Die Freiheitsgrade können sich hierbei auf ein Referenzkoordinatensystem beziehen. Eine Vertikalachse (z-Achse) dieses Referenzkoordinatensystems kann parallel zur Gravitationskraft und entgegengesetzt zu dieser orientiert sein. Eine Längsachse (x-Achse) des Referenzkoordinatensystems und eine Querachse (y-Achse) des Referenzkoordinatensystems können hierbei eine Ebene aufspannen, die senkrecht zur Vertikalachse orientiert ist. Weiter können auch die Längs- und die Querachse orthogonal zueinander orientiert sein. Somit kann das Referenzkoordinatensystem ein kartesisches Koordinatensystem sein.
Weiter umfasst das Stativ mindestens eine Antriebseinrichtung zur Bewegung des Mikroskops. Vorzugsweise umfasst das Stativ mehrere Antriebseinrichtungen. Eine Antriebseinrichtung bezeichnet hierbei eine Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebskraft bzw. eines Antriebsmoments. Eine solche Antriebseinrichtung kann beispielsweise ein Servomotor sein. Selbstverständlich kann das Stativ auch Mittel zur Kraft-/ Momentenübertragung, z.B. Getriebeeinheiten, umfassen. Insbesondere ist es möglich, die mindestens eine Antriebseinrichtung derart anzusteuern, dass das Mikroskop eine gewünschte Bewegung und somit eine gewünschte Lageänderung im Raum ausführt oder eine gewünschte Lage im Raum einnimmt. Hierbei bezeichnet eine Lage eine Position und/oder eine Orientierung. Es ist hierbei möglich, dass eine Geschwindigkeit der Bewegung auf eine vorbestimmte Maximalgeschwindigkeit beschränkt ist. Es ist weiter möglich, dass eine Größe des Arbeitsraums des Stativs beschränkt ist.
Beispielsweise kann die mindestens eine Antriebseinrichtung derart angesteuert werden, dass eine optische Achse des Objektivs eine gewünschte Orientierung einnimmt. Weiter kann die mindestens eine Antriebseinrichtung derart angesteuert werden, dass ein Referenzpunkt des Mikroskops, z.B. ein Fokuspunkt, an einer gewünschten Position im Raum positioniert wird.
Eine Soll-Lage kann hierbei von einem Benutzer oder einem anderen übergeordneten System vorgegeben werden. Verfahren zur Steuerung der mindestens einen Antriebseinrichtung in Abhängigkeit einer Soll-Lage und einer kinematischen Struktur des Stativs sind hierbei dem Fachmann bekannt. Der Benutzer kann hierbei eine Person bezeichnen, die das Mikroskop bedient, insbesondere die in/durch das Okular schaut, um ein Objekt vergrößert zu betrachten. Es ist möglich, dass das Mikroskop ein sogenanntes Operationsmikroskop ist. In diesem Fall kann der Benutzer insbesondere ein Chirurg sein.
Weiter umfasst das Mikroskopiesystem mindestens eine Lageerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Lage mindestens eines Targets. Die Lage kann hierbei in einem Koordinatensystem der Lageerfassungseinrichtung erfasst werden. Es ist dann möglich, die Lage im Koordinatensystem in eine Lage in dem vorhergehend erläuterten Referenzkoordinatensystem umzurechnen. So ist es z.B. möglich, dass eine geometrische Transformation von dem Koordinatensystem der Lageerfassungseinrichtung in das Referenzkoordinatensystem vorbekannt ist. Diese kann beispielsweise durch eine sogenannte Registrierung bestimmt werden.
Die Lageerfassungseinrichtung umfasst das mindestens eine Target, wobei dieses mindestens ein Markerelement umfasst oder aufweist. Es ist möglich, dass das Target genau ein oder zwei oder mehr als zwei Markerelemente umfasst. Vorzugsweise umfasst das Target drei Markerelemente. Die Markerelemente können hierbei ortsfest relativ zueinander angeordnet sein. Eine Relativlage zwischen den Markerelementen kann hierbei vorbekannt sein. Die Markerelemente können hierbei nicht kollinear angeordnet sein. Es ist vorstellbar, dass ein Target einen Trägerkörper umfasst, wobei das mindestens eine Markerelement an dem Trägerkörper befestigt ist. Ein Markerelement kann hierbei ein optisch erfassbar und somit auch im Abbild detektierbar sein, insbesondere ein optisch erfassbares Muster aufweisen.
Weiter umfasst die Lageerfassungseinrichtung eine Bilderfassungseinrichtung, insbesondere genau eine Bilderfassungseinrichtung, zur optischen Erfassung des Targets und somit auch des mindestens einen Markerelements. Die Bilderfassungseinrichtung kann hierbei eine Kamera sein, beispielsweise eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera. Es ist selbstverständlich möglich, dass die Bilderfassungseinrichtung auch ein Objektiv umfasst, welches zur Abbildung von Objekten in einem Erfassungsbereich dieser Bilderfassungseinrichtung dient. Der Erfassungsbereich kann ein Sichtfeld (Field of View) der Bilderfassungseinrichtung bezeichnen.
Das Target und die Bilderfassungseinrichtungen bilden somit Elemente der Lageerfassungseinrichtung.
Ein Element der Lageerfassungseinrichtung, bevorzugt das Target, ist hierbei patientenfern anordenbar. Dies kann bedeuten, dass das Element in einem Halbraum anordenbar ist, der durch eine Ebene begrenzt ist, die senkrecht zu einer optischen Achse des Mikroskops orientiert ist und durch einen Schnittpunkt zwischen der optischen Achse und einem optischen oder einem transparenten Element des Mikroskops verläuft und der entlang der optischen Achse vor dieser Ebene angeordnet ist. Ist das Mikroskop auf einen Patienten ausgerichtet, so ist die optische Achse vom Mikroskop hin zu dem Patienten orientiert. In diesem Fall kann ein Benutzer, wenn er bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Mikroskops in/durch das Okular schaut, in diesem Halbraum angeordnet sein.
Weiter ist ein Element der Lageerfassungseinrichtung, also entweder das mindestens eine Target oder, bevorzugt, die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung am Mikroskop angeordnet. Hierbei ist vorstellbar, dass dieses Element mechanisch starr mit dem Mikroskop, insbesondere einem Teil des Mikroskops, verbunden ist, z.B. über eine entsprechende Halteeinrichtung. Mit anderen Worten kann entweder das Target oder die Bilderfassungseinrichtung ortsfest relativ zu einem Teil des Mikroskops an diesem Teil befestigt sein. Z.B. kann das Target oder kann die Bilderfassungseinrichtung mechanisch mit dem Okular oder mit Tubus verbunden sein.
Das verbleibende Element, also die Bilderfassungseinrichtung oder das mindestens eine Target, kann dann an dem Körperteil, insbesondere dem Kopf, des Benutzers befestigt werden, beispielsweise mittels einer entsprechenden Halteeinrichtung. Das verbleibende Element kann hierbei insbesondere ortsfest relativ zum Körperteil an diesem befestigt oder befestigbar sein. Dem Fachmann ist in diesem Zusammenhang bewusst, dass diese Befestigung auf verschiedene Arten herstellbar ist.
Dem Fachmann ist in diesem Zusammenhang bewusst, dass ein Target oder eine Bilderfassungseinrichtung in verschiedenen Arten an dem Körperteil des Benutzers oder an dem Mikroskop, insbesondere dem Okular, befestigt werden kann.
Weiter ist es vorstellbar, fluoreszierende oder phosphorisierende Markerelemente zu nutzen.
Es ist möglich, dass die Lageerfassungseinrichtung zur Erfassung der Lage des Targets relativ zur Bilderfassungseinrichtung dient. Mit anderen Worten kann also eine Relativlage zwischen Target und Bilderfassungseinrichtung bestimmt werden, wobei in Abhängigkeit dieser Relativlage die Lage des Targets und/oder der Bilderfassungseinrichtung im Referenzkoordinatensystem bestimmt werden kann.
Zur Lageerfassung kann ein in das Abbild abgebildetes Target, insbesondere das mindestens eine Markerelement des Targets, bildbasiert, also durch Bildauswertung, im Abbild detektiert werden, wobei dann in Abhängigkeit der Lage des Targets im Bildkoordinatensystems, also dessen Bildposition, die Relativlage zwischen Target und Bilderfassungseinrichtung bestimmt werden kann. Hierzu kann die Bilderfassungseinrichtung entsprechend kalibriert sein. Es ist selbstverständlich möglich, dass mehrere Targets abgebildet, also gleichzeitig detektiert, werden. In diesem Fall ist es möglich, diese mehreren Targets voneinander zu unterscheiden und deren Lagen zu bestimmen. Eine resultierende Lage kann dann in Abhängigkeit dieser mehreren Lagen bestimmt werden.
Weiter ist dieses Target oder die Bilderfassungseinrichtung an dem Körperteil befestigbar und kann somit räumlich auch ortsfest relativ zum Körperteil angeordnet werden. In diesem Fall kann aus der Lage des Targets die Lage des Körperteils, insbesondere eines Referenzpunkts des Körperteils, bestimmt werden. Die Lage des Referenzpunkts des Körperteils relativ zum Target kann hierbei vorbekannt sein und insbesondere durch eine entsprechende Kalibration bestimmt werden. Dies ist aber nicht zwingend, da für die Steuerung nur die Lage des Targets und somit nicht zwingend des Körperteils erfasst wird. So kann, insbesondere beim Aktivieren eines entsprechenden Betriebsmodus, davon ausgegangen werden, dass sich das Target in einer gewünschten Relativlage relativ zum Körperteil befindet. Weiter kann davon ausgegangen werden, dass sich die Relativposition zwischen Körperteil und Target im normalen Betrieb nicht verändert.
Mit anderen Worten kann aus der Relativlage zwischen Target und Bilderfassungseinrichtung auch die Lage des Körperteils bestimmt werden, insbesondere im Referenzkoordinatensystem. Z.B. kann das Target oder die Bilderfassungseinrichtung an der Halteeinrichtung zur Halterung/Befestigung an einem Körperteil des Benutzers befestigt sein. Eine solche Halteeinrichtung kann beispielsweise ein Stirnband, eine Kopfabdeckung, eine Brille oder eine sonstige Halteeinrichtung sein.
Vorzugsweise wird die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung derart an dem Mikroskop oder einem Teil davon befestigt, dass der Körperteil des Benutzers oder ein Teil davon (und somit auch ein daran befestigtes Target) sich in einem Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung befindet, wenn der Benutzer bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Mikroskops in/durch das Okular schaut. Ist die Bilderfassungseinrichtung an einem Körperteil des Benutzers befestigt, so kann das mindestens eine Target insbesondere derart am Mikroskop oder einem Teil davon befestigt werden, dass sich das Target in dem Bilderfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung befindet, wenn der Benutzer bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Mikroskops in/durch das Okular schaut.
Die Einrichtung zur Lageerfassung ermöglicht selbstverständlich auch die Bestimmung einer Lageänderung des Targets und somit auch des Körperteils. Die Lage und/oder Lageänderung kann hierbei durch die Lageerfassungseinrichtung selbst oder durch eine mit dieser signal- und/oder datentechnisch verbundenen Auswerteeinrichtung bestimmt werden. Diese kann ebenfalls Teil des Mikroskopiesystems sein. Die Auswerteeinrichtung kann hierbei eine Recheneinrichtung sein, z.B. eine als Mikrocontroller ausgebildete Recheneinrichtung.
Weiter umfasst das Mikroskopiesystem mindestens eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs des Mikroskopiesystems in Abhängigkeit der erfassten Lage des Targets und somit auch des Körperteils. Die Steuereinrichtung kann die Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Lageänderung ausbilden. Die Lageerfassungseinrichtung kann signal- und/oder datentechnisch mit der Steuereinrichtung verbunden sein. Mit anderen Worten ist das Mikroskopiesystem lagebasiert steuerbar. Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise eine berührungslose Steuerung des Mikroskopiesystems.
Die Steuereinrichtung kann insbesondere eine Steuereinrichtung zur Steuerung der mindestens einen Antriebseinrichtung in Abhängigkeit der erfassten Lage, insbesondere in Abhängigkeit der bestimmten Lageänderung, des Targets sein. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung Steuersignale für die mindestens eine Antriebseinrichtung in Abhängigkeit der erfassten Lage des Targets erzeugen, wobei diese Steuersignale dann an die Antriebseinrichtung übertragen werden können. Beispielsweise kann ein Soll-Bewegungsparameter für die Bewegung des Mikroskops in Abhängigkeit der erfassten Lage oder -änderung des Targets bestimmt werden. Ein Bewegungsparameter kann hierbei eine Soll-Lage, eine Soll-Lageänderung, eine Soll-Bewegungsrichtung, eine Soll-Geschwindigkeit oder eine Soll-Beschleunigung, eine maximal zulässige Bewegungsgeschwindigkeit, eine maximal zulässige Beschleunigung oder ein weiterer Bewegungsparameter sein.
Insbesondere ist es möglich, dass die Steuereinrichtung die mindestens eine Antriebseinrichtung derart in Abhängigkeit der erfassten Lage des Körperteils ansteuert, dass das Mikroskop einer Bewegung des Targets nachgeführt wird. Dies kann insbesondere bedeuten, dass eine Lageänderung des Targets bestimmt wird, wobei das Mikroskop die gleiche oder eine skalierte Lageänderung ausführt.
Alternativ oder kumulativ kann die Steuereinrichtung eine Steuereinrichtung zur Einstellung, insbesondere zur Veränderung, eines Betriebsparameters und/oder eines Bewegungsparameters und/oder eines Betriebsmodus des Mikroskops in Abhängigkeit der erfassten Lage, insbesondere in Abhängigkeit der bestimmten Lageänderung, des Targets sein. Ein Betriebsparameter des Mikroskopiesystems kann beispielsweise eine gewünschte Vergrößerung, eine Fokuslage, ein Zoomfaktor, eine Beleuchtungsstärke oder ein weiterer Betriebsparameter sein. Beispielhafte Bewegungsparameter wurden vorhergehend bereits erläutert. Insbesondere kann beispielsweise eine maximal zulässige Bewegungsgeschwindigkeit eingestellt werden. Beispielhafte Betriebsmodi werden nachfolgend noch näher erläutert. Ein Betriebsmodus kann auch ein Visualisierungsmodus oder ein Bedienmodus sein.
Die Steuereinrichtung kann insbesondere als Recheneinrichtung, z.B. als Mikrocontroller, ausgebildet sein oder eine solche Recheneinrichtung umfassen.
Weiter ist das mindestens eine Markerelement ein passives Markerelement. Ein passiver Marker kann insbesondere ein Marker sein, der keine Energie verbraucht, um optisch erfassbar oder zuverlässig optisch erfassbar zu sein. Somit muss ein passiver Marker auch nicht mit Energie versorgt werden, z.B. aus einer Energiespeichereinrichtung wie einer Batterie oder aus einem Stromnetz. Dies wiederum ermöglicht eine Realisierung mit geringen Bauraumanforderungen.
Ein passiver Marker kann insbesondere kein Signal erzeugen und insbesondere emittieren, welches durch eine Empfangseinrichtung, insbesondere durch die Bilderfassungseinrichtung, empfangen wird. Insbesondere benötigten passive Marker also keine Energie, um die Erfassbarkeit durch die Bilderfassungseinrichtung zu ermöglichen.
Es ist weiter möglich, dass das mindestens eine Markerelement ein nicht-reflektierendes und/oder ein nicht phosphorisierendes und/oder nicht fluoriszierendes Markerelement ist.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein Mikroskopiesystem, mit dem ein Betrieb des Mikroskopiesystems, insbesondere eine Bewegung des Mikroskops und/oder die Einstellung von Betriebsparametern des Mikroskops, zuverlässig, genau und schnell in Abhängigkeit von den Bewegungen eines Körperteils, insbesondere eines Kopfes, eines Benutzers gesteuert werden kann, wobei gleichzeitig aufgrund der Verwendung eines oder mehrerer passiven/passiver Marker(n) ein Energieverbrauch bei der Steuerung minimiert oder überhaupt keine Energie verbraucht wird. Insbesondere wird eine berührungslose Steuerung ermöglicht, die einen Komfort bei der Bedienung des Mikroskops erhöht und Zeitverluste bei der Bedienung, insbesondere der Positionierung, reduziert sowie ein Infektionsrestrisiko für den Patienten bei einer manuellen Steuerung des Mikroskopiesystems weiter verringern kann. Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise ein leichtes Umpositionieren des Mikroskops, beispielsweise um die Sicht auf eine andere zu behandelnde Region zu ermöglichen, um eine Tiefenwahrnehmung eines Benutzers zu verbessern, um auf eine Umpositionierung des Patienten relativ zum Mikroskop zu reagieren oder um eine Bewegung des Situs, z.B. durch Brain-Shift oder Atmung, zu kompensieren.
So ergibt sich insbesondere die Möglichkeit, mit Hilfe von Kopfbewegungen das Mikroskopiesystem zu steuern. Allerdings kann nicht nur eine Bewegungssteuerung des Mikroskopiesystems erfolgen, sondern es können auch in einfacher Weise und ohne unerwünscht hohen Zeitverlust weitere Betriebsparameter des Mikroskopiesystems, beispielsweise ein Zoom, eingestellt werden.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Steuerung oder Regelung der Bewegung des Mikroskops in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters des Okulars.
Dies kann bedeuten, dass mindestens ein Bewegungsparameter des Mikroskops in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern des Okulars eingestellt wird. Hierbei können Bewegungsparameter von den Betriebsparametern verschieden sein. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass ein Parameter sowohl ein Bewegungs- als auch ein Betriebsparameter bildet. So kann beispielsweise eine Zuordnung oder eine weiterer vorbekannter Zusammenhang, z.B. eine funktionelle Zuordnung, zwischen verschiedenen Betriebsparametern oder -mengen und einem Bewegungsparameter oder eine Bewegungsparametermenge existieren, wobei diese Zuordnung oder dieser Zusammenhang genutzt wird, um die Bewegungsparameter einzustellen.
Ein Betriebsparameter des Okulars oder Tubus ist beispielsweis eine Relativlage zwischen Okular und Mikroskopkörper.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine erhöhte Betriebssicherheit sowie eine Verbesserung der Nutzerfreundlichkeit des Betriebs des Mikroskopiesystems.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung eine Steuereinrichtung zur Steuerung der mindestens einen Antriebseinrichtung in Abhängigkeit der erfassten Lage des Targets und/oder eine Steuereinrichtung zur Einstellung mindestens eines Betriebs- und/oder Bewegungsparameters und/oder zur Einstellung eines Betriebsmodus des Mikroskops. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert.
Weiter erfindungsgemäß ist das mindestens eine Target oder die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung an einem Okular oder an einem Tubus des Mikroskops befestigt. Insbesondere kann das Target oder die Bilderfassungseinrichtung mechanisch starr, also ortsfest, relativ zu dem Okular an dem Mikroskop, insbesondere an einem Okularteil oder Tubusteil des Mikroskops, angeordnet sein. Z.B. kann das Target oder die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung an einem Tubusgrundkörper befestigt sein. In diesem Fall kann das Okular auch als Tracking-Okular bzw. der Tubus auch als Tracking-Tubus bezeichnet werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Erfassung eines an einem Körperteil, insbesondere an dem Kopf, des Benutzers befestigten Targets durch eine am Okular befestigte Bilderfassungseinrichtung, da sich der Benutzer beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Mikroskopiesystems in der Nähe des Okulars befindet und somit das Risiko einer ungewollten Verdeckung des Benutzers und somit einer eingeschränkten Erfassung des Targets durch die Bilderfassungseinrichtung vermindert wird. Entsprechendes gilt für eine an dem Benutzer befestigbaren Bilderfassungseinrichtung und einem an dem Okular befestigten Target.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Okular oder ein Tubus mit dem Okular lösbar, also auch austauschbar, an dem Mikroskopkörper befestigt. Hierzu kann sowohl das Okular bzw. der Tubus als auch der Mikroskopkörper entsprechende Befestigungsschnittstellen aufweisen, beispielsweise ein Gewinde und eine Gewindebohrung. Selbstverständlich ist auch eine lösbare Befestigung durch andere Mittel, beispielsweise Rastmittel, Klemmmittel oder andere Mittel zur lösbaren Befestigung möglich. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das Mikroskopiesystem mit voneinander verschiedenen Okularen oder Tuben betrieben werden kann, insbesondere mit Tuben verschiedener Bauform. Dies erhöht in vorteilhafter Weise ein Anwendungsspektrum des Mikroskopiesystems, wobei gleichzeitig eine zuverlässige Steuerung des Mikroskopiesystems in Abhängigkeit der erfassten Lage des Körperteils gewährleistet werden kann. Sind voneinander verschiedene Okulare bzw. verschiedene Tuben an dem Mikroskopkörper befestigbar, so kann jedes dieser Okulare/Tuben eine Target oder eine Bilderfassungseinrichtung aufweisen.
Weiter erfindungsgemäß ist das Okular relativ zu dem Mikroskopkörper beweglich an dem Mikroskopkörper befestigt. Insbesondere kann das Okular beweglich an dem Mikroskopkörper gelagert sein. Ist das Okular Teil eines Tubus, so kann die Relativbewegung durch den Tubus ermöglicht werden. Insbesondere kann der Tubus eine kinematische Struktur ausbilden, die es ermöglicht, verschiedene Relativlagen zwischen Okular und Mikroskopkörper einzustellen. In diesem Fall kann eine Befestigungsschnittstelle des Tubus zur Befestigung am Mikroskopkörper ortsfest am Mikroskopkörper angeordnet sein.
Es ist z.B. vorstellbar, dass das Okular um eine Drehachse schwenkbar ist, wobei diese Drehachse ortsfest relativ zum Mikroskopkörper angeordnet ist. Auch ist es möglich, dass das Okular um mehrere Drehachsen drehbar ist, wobei mindestens eine, vorzugsweise genaue eine, dieser Drehachsen ortsfest relativ zu dem Mikroskopkörper angeordnet sind.
Die weiteren Drehachsen können dann relativ zu dieser ortsfesten Achse und gegebenenfalls um weitere Drehachsen dieser seriellen kinematischen Strecke rotierbar sein. Hierbei können mindestens zwei oder sogar alle der mehreren Drehachsen parallel zueinander orientiert sein. Dies ermöglicht z.B. insbesondere ein so genanntes Ein- und Ausfalten des Okulars.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine ergonomischere Benutzung des Mikroskops, da die Okularlage auch ohne Veränderung der Raumlage des Mikroskopkörpers verändert werden kann. Dies ermöglicht z.B. die Anpassung an einen durch das Okular schauenden Benutzer. Gleichzeitig ergibt sich jedoch - auch bei einer Veränderung der Okularlage - durch die Befestigung des Targets oder der Bilderfassungseinrichtung an dem Okular die vorhergehend erläuterte zuverlässige Erfassung des Targets durch die Bilderfassungseinrichtung.
Weiter erfindungsgemäß umfasst das Mikroskopiesystem mindestens eine Einrichtung zur Erfassung einer Okularlage. Die Einrichtung dient zur Erfassung einer Relativlage zwischen Okular und Mikroskopkörper. Diese Relativlage kann beispielsweise durch einen Drehwinkel um eine der vorhergehend erläuterten Drehachsen repräsentiert oder kodiert sein. Die Einrichtung kann beispielsweise mindestens einen Lagesensor umfassen, der insbesondere als optischer Lagesensor, induktiver Lagesensor, resistiver Lagesensor, kapazitiver Lagesensor oder gemäß einem anderen, dem Fachmann bekannten, Funktionsprinzip eines Lagesensors ausgebildet ist. Die Einrichtung zur Erfassung der Okularlage kann signal- und/oder datentechnisch mit der Steuereinrichtung verbunden sein.
In einer einfachen Ausführungsform kann die Einrichtung zur Erfassung einer Okularlage die Relativlage, insbesondere visuell, darstellen, beispielsweise über eine Skala. In diesem Fall kann ein Benutzer diese Okularlage visuell erfassen und diese Information über eine entsprechende Benutzerschnittstelle, z.B. in Form einer graphischen Benutzeroberfläche, für die Steuereinrichtung bereitstellen.
Umfasst der Mikroskopkörper mehrere Befestigungsschnittstelle für Okulare oder Tuben, so kann die Einrichtung zur Erfassung einer Okularlage auch eine Einrichtung zur Detektion der Befestigungsschnittstelle umfassen, an der ein Okular bzw. ein Tubus, insbesondere ein Tracking-Okular oder ein Tracking-Tubus, befestigt ist. Dies ermöglicht eine automatische Erfassung der Befestigungsschnittstelle und somit auch des Targets, dessen Lage erfasst werden soll. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Informationen über die Befestigungsschnittstelle, an der ein Okular bzw. ein Tubus, insbesondere ein Tracking-Okular oder ein Tracking-Tubus, befestigt ist über die erläuterte Benutzerschnittstelle für die Steuereinrichtung bereitzustellen. In Abhängigkeit dieser Detektion kann dann die Okularlage über diese Befestigungsschnittstelle befestigten Okulars bestimmt werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine vereinfachte geometrische Transformation der durch die Lageerfassungseinrichtung erfassten Lage des Körperteils in ein mikroskopiekörperfestes Koordinatensystem oder das Referenzkoordinatensystem. Verändert sich nämlich eine Relativlage zwischen Okular und Mikroskopkörper, so verändert sich auch eine Transformationsvorschrift für die Transformation der Lage des Körperteils von dem Koordinatensystem der Lageerfassungseinrichtung in das Referenzkoordinatensystem. Diese Veränderung und somit auch eine neue Transformationsvorschrift wird zuverlässig und in einfacher Weise in Abhängigkeit der erfassten Okularlage bestimmt. Insgesamt ergibt sich somit eine genaue Steuerung des Mikroskopiesystems, insbesondere der Bewegung des Mikroskops, bei einer Veränderung der Relativlage zwischen Okular und Mikroskopkörper.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs des Mikroskopiesystems in Abhängigkeit der erfassten Lage des Körperteils sowie der Okularlage ausgebildet. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung ein Steuersignal für die Antriebseinrichtung und/oder zur Einstellung eines Betriebsparameters des Mikroskopiesystems in Abhängigkeit der erfassten Lage des Körperteils sowie in Abhängigkeit der Okularlage erzeugen.
Wie vorhergehend bereits mit Bezug auf die erfasste Lage erläutert kann beispielsweise ein Bewegungsparameter für die Bewegung oder ein sonstigen Betriebsparameter in Abhängigkeit der erfassten Lage des Körperteils sowie in Abhängigkeit der erfassten Okularlage bestimmt werden. Somit ergibt sich eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Betriebs des vorgeschlagenen Mikroskopiesystems.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Erfassung der Lage des Targets durch Auswertung eines von der Bilderfassungseinrichtung der Lageerfassungseinrichtung erzeugten zweidimensionalen Abbilds, insbesondere durch Auswertung genau eines zweidimensionalen Abbilds. Es ist vorstellbar, dass die Lageerfassungseinrichtung genau eine Bilderfassungseinrichtung zur Erzeugung eines zweidimensionalen Abbilds umfasst, wobei die Lage durch Auswertung eines solchen zweidimensionalen Abbilds ermöglicht wird. Insbesondere kann also eine räumliche Lage, also eine dreidimensionale Position und/oder eine dreidimensionale Orientierung, durch Auswertung eines zweidimensionalen Abbilds, insbesondere genau eines zweidimensionalen Abbilds, durch die Lageerfassungseinrichtung bestimmt werden. Dies kann auch als sogenannte monoskopische Lageerfassung bezeichnet werden. Insbesondere kann zur Bestimmung der Lage eine Auswertung von Intensitätswerten von Pixeln (Bildpunkten) des zweidimensionalen Abbilds durchgeführt werden.
Ein beispielhaftes Verfahren zur Erfassung der Lage eines Targets oder eines Markerelements durch Auswertung (genau) eines zweidimensionalen Abbilds einer Bilderfassungseinrichtung ist beispielsweise in der einleitend angeführten US 2017/258531 A1 beschrieben.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine genaue und zeitlich schnelle Lageerfassung des Targets mit einer geringen Anzahl von Komponenten, insbesondere nur einer Bilderfassungseinrichtung, bzw. mit einem reduzierten Rechenaufwand, da nur ein zweidimensionales Abbild zur Lageerfassung ausgewertet werden muss. Dies ermöglicht wiederum in vorteilhafter Weise, die Herstellungskosten für das vorgeschlagene Mikroskopiesystem zu reduzieren sowie Bauraumanforderungen eines Mikroskopiesystems mit einer Lageerfassungsfunktion zu reduzieren, insbesondere im Vergleich zu stereoskopischen Lageerfassungseinrichtungen, die mindestens zwei Bilderfassungseinrichtungen benötigen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Mikroskopiesystem mindestens eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Targets. Insbesondere kann die Lageerfassungseinrichtung die mindestens eine Beleuchtungseinrichtung umfassen. Die Beleuchtungseinrichtung kann hierbei mit dem Stativ oder, vorzugsweise, mit dem Mikroskop mechanisch verbunden sein. Es ist z.B. möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung ortsfest relativ zu dem Okular oder ortsfest relativ zu dem Mikroskopkörper an diesem angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung an dem Körperteil des Benutzers angeordnet ist, insbesondere an einer vorhergehend erläuterten Halteeinrichtung. Es ist z.B. möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung ortsfest relativ zur Bilderfassungseinrichtung angeordnet ist. So kann die Beleuchtungseinrichtung z.B. auch an der Bilderfassungseinrichtung befestigt sein.
Bevorzugt ist die Beleuchtungseinrichtung hierbei derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass das Target bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Mikroskopiesystems in dem Beleuchtungsbereich der Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist. Insbesondere kann die Beleuchtungseinrichtung hierbei derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass sich der Beleuchtungsbereich dieser Einrichtung und der Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung der Lageerfassungseinrichtung vollständig oder zumindest teilweise überlappen.
Die Beleuchtungseinrichtung kann hierbei insbesondere mindestens eine LED umfassen. Vorzugsweise unterscheidet sich die Wellenlänge der von der Beleuchtungseinrichtung emittierten Strahlung von Wellenlängen anderer Einrichtungen im Umfeld, beispielsweise im Operationssaal, des Mikroskopiesystems.
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Zuverlässigkeit einer bildbasierten Erfassung/Detektion des Targets erhöht, insbesondere in Betriebsszenarien, in denen nur wenig Umgebungslicht zur Verfügung steht. Insbesondere kann auch in Beleuchtungsszenarien, in denen wenig Licht mit Wellenlängen aus dem sichtbaren Bereich zur Verfügung steht, beispielsweise in abgedunkelten Operationssälen, eine zuverlässige optische Erfassung des Targets gewährleistet werden.
In einer weiteren Ausführungsform erzeugt die Beleuchtungseinrichtung Licht mit einer Wellenlänge außerhalb des sichtbaren (Wellenlänge-)Bereichs. Vorzugsweise erzeugt die Beleuchtungseinrichtung Licht mit einer Wellenlänge aus dem Infrarotbereich. Es ist möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung hierbei kein Licht mit einer Wellenlänge aus dem sichtbaren Bereich erzeugt. Allerdings ist es auch möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung sowohl Licht mit einer Wellenlänge des sichtbaren Bereichs als auch Licht mit einer Wellenlänge außerhalb des sichtbaren Bereichs erzeugt. Beispielsweise kann die Beleuchtungseinrichtung Licht in einem Wellenlängenbereich von 780 nm (einschließlich oder ausschließlich) bis 1 mm (einschließlich oder ausschließlich) erzeugen.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die optische Erfassung der Markerelemente nicht durch Licht im sichtbaren Bereich, welches sich in verschiedenen Beleuchtungsszenarien der Umgebung des Mikroskopiesystems verändern kann, gestört wird. Somit kann beispielsweise die vorhergehend erläuterte Zuverlässigkeit der optischen Erfassung gewährleistet werden, ohne dass ein Benutzer des Mikroskopiesystems oder eine weitere Person durch sichtbares Licht der Beleuchtungseinrichtung gestört wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Intensität der Beleuchtung in Abhängigkeit des Abstands des Targets von der Bilderfassungseinrichtung einstellbar. Der Abstand kann beispielsweise in Abhängigkeit der erfassten Lage des Targets, mit anderen Worten also der Relativlage zwischen Bilderfassungseinrichtung und Target, bestimmt werden. Insbesondere kann also ein von der Bilderfassungseinrichtung erzeugtes Abbild genutzt werden, um den Abstand eines Targets oder eines Markerelements des Targets von der Bilderfassungseinrichtung zu bestimmen. Beispielsweise kann die Intensität der Beleuchtung proportional zum Abstand erhöht werden. Selbstverständlich sind jedoch auch andere funktionelle oder vordefinierte Zusammenhänge zwischen Abstand und Intensität der Beleuchtung vorstellbar, beispielsweise in Form einer Zuordnung. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Erfassung des Targets durch die Bilderfassungseinrichtung für verschiedene Abstände zwischen Target und Bilderfassungseinrichtung.
Alternativ oder kumulativ ist ein Arbeitsabstand, z.B. in Form einer Fokuslage, der Bilderfassungseinrichtung in Abhängigkeit des Abstands des Targets von der Bilderfassungseinrichtung, der auch als Targetabstand bezeichnet werden kann, einstellbar. Insbesondere kann der Arbeitsabstand derart proportional zum Targetabstand eingestellt werden, dass mit zunehmendem Targetabstand auch der Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung verkleinert wird. Vorzugsweise wird der Arbeitsabstand dem Targetabstand nachgeführt. Dies kann bedeuten, dass bei einer Veränderung des Targetabstands auch der Arbeitsabstand verändert wird, z.B. in proportionaler oder invers proportionaler Weise. Insbesondere erfolgt die Veränderung derart, dass das Target trotz begrenzter Tiefenschärfe der Bilderfassungseinrichtung scharf abgebildet werden kann. Der Arbeitsabstand kann hierbei elektronisch oder durch eine Veränderung der optischen Strecke, also von optischen Elementen zur Strahlführung und/oder -formung verändert werden. Auch hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Zuverlässigkeit der Erfassung des Targets verbessert.
Weiter alternativ oder kumulativ ist eine Belichtungszeit der Bilderfassungseinrichtung in Abhängigkeit des Targetabstands einstellbar. Insbesondere kann die Belichtungszeit derart proportional oder in potenzieller Abhängigkeit, z.B. mit einem Exponenten von 2 oder 4, zum Targetabstand eingestellt werden, dass mit zunehmendem Targetabstand auch die Belichtungszeit verlängert wird. Auch hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Zuverlässigkeit der Erfassung des Targets verbessert.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Mikroskopiesystem mindestens ein Mittel zur Filterung der durch die Bilderfassungseinrichtung erfassten Strahlung, also der Strahlung, die zur Erzeugung des Abbilds genutzt wird. Das Mittel zur Filterung kann beispielsweise ein Spektralfilter sein. Beispielsweise kann das Mittel zur Filterung durchlässig für Licht aus dem Infrarotlängenbereich und nicht oder weniger durchlässig für Licht mit Wellenlängen außerhalb des Infrarotwellenlängenbereichs sein. Durch das Mittel zur Filterung wird also die Strahlung gefiltert, die dann zur Erzeugung des Abbilds der Bilderfassungseinrichtung genutzt wird. Das Mittel zur Filterung kann hierbei an dem Mikroskop, insbesondere an dem Mikroskopkörper oder an dem Okular, oder an der Bilderfassungseinrichtung befestigt sein.
Alternativ oder kumulativ erfasst die Bilderfassungseinrichtung zur Erzeugung des Abbilds nur Strahlung einer bestimmten Wellenlänge oder eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs, insbesondere des vorhergehend erläuterten Infrarotlängenbereichs. In diesem Fall kann beispielsweise ein Sensor der Bilderfassungseinrichtung derart ausgebildet sein, dass dieser nur Licht des vorbestimmten Wellenlängenbereichs erfasst und in Abhängigkeit dieser erfassten Strahlung dann das Abbild erzeugt.
Alternativ oder kumulativ ist die Bilderfassungseinrichtung eine Monochrom-Bilderfassungseinrichtung. Diese kann Intensitäts-Abbilder, insbesondere Graustufen-Abbilder, aufgrund von Strahlung mit Wellenlängen aus einem großen Wellenlängenbereich, insbesondere allen erfassbaren Wellenlängen, erzeugen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass im Vergleich zu Farbkameras für den Sensor der Bilderfassungseinrichtung mehr Strahlungsleistung zur Erzeugung des Abbilds genutzt werden kann und dieser somit empfindlicher gegenüber Intensitätsänderungen ist. Auch kann in diesem Fall der Sensor der Bilderfassungseinrichtung mit einer geringeren Fläche als bei der Verwendung einer Farbkamera ausgebildet werden, was die Herstellungskosten reduziert.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, insbesondere in Verbindung mit der erläuterten Beleuchtungseinrichtung, eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit der Erfassung des Targets, da sich verändernde Lichtintensitäten von Licht im sichtbaren Bereich die Zuverlässigkeit der Erfassung und somit die Lageerfassung nicht beeinflussen. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise eine vereinfachte Datenverarbeitung zur Auswertung der erzeugten Abbilder.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Mikroskopiesystem ein Mittel zur Aktivierung einer lagebasierten Steuerung des Mikroskopiesystems. Das Mittel zur Aktivierung der lagebasierten Steuerung kann somit auch ein Mittel zur Aktivierung der berührungslosen Steuerung des Mikroskopiesystems bilden. Das Mittel zur Aktivierung kann eine Schnittstelle zur Eingabe eines Aktivierungssignals durch den Benutzer umfassen. Beispielsweise kann die Eingabe durch eine Betätigung, beispielsweise durch einen Fuß oder eine Hand, erfolgen. So kann das Mikroskopiesystem beispielsweise einen handbetätigbaren oder fußbetätigbaren Schalter umfassen. Auch vorstellbar ist ein Mundschalter zur Aktivierung. Auch vorstellbar ist eine akustische Eingabe, beispielsweise in Form eines Sprachbefehls. In diesem Fall kann das Mittel zur Aktivierung ein Mikrofon umfassen. Selbstverständlich sind auch andere Ausbildungen des Mittels zur Aktivierung vorstellbar.
Wird das Mittel zur Aktivierung betätigt, so wird das Mikroskopiesystem in einen lagebasiert steuerbaren Zustand versetzt. In diesem Zustand erfolgt dann die vorhergehend erläuterte lagebasierte Steuerung.
Selbstverständlich kann das Mikroskopiesystem auch ein Mittel zur Deaktivierung der lagebasierten Steuerung umfassen. Dieses Mittel zur Deaktivierung kann das Mittel zur Aktivierung bilden oder aber auch davon verschieden ausgebildet sein. Wird das Mittel zur Deaktivierung betätigt, so wird das Mikroskopiesystem in einen nichtlagebasiert steuerbaren Zustand versetzt. In dem nicht lagebasiert steuerbaren Zustand wird die Lage des Targets nicht zur Steuerung des Mikroskopiesystems genutzt. Selbstverständlich kann die Lageinformation jedoch für andere Anwendungen genutzt werden, z.B. zur raumrichtigen Darstellung eines Instruments in einem virtuellen Abbild des Situs.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das Mikroskopiesystem in verschiedenen Betriebsmodi bestrieben werden kann, wodurch in vorteilhafter Weise ein Anwendungsspektrum erhöht wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Bilderfassungseinrichtung eine Weitwinkelkamera. Eine Weitwinkelkamera kann hierbei eine Kombination aus Kamera und Weitwinkelobjektiv bezeichnen. Eine Weitwinkelkamera kann hierbei einen Bildwinkel aufweisen, der größer ist als ein Bildwinkel von 50° (ausschließlich) ist, insbesondere bei Brennweiten im Bereich zwischen 28 mm (einschließlich) bis 38 mm (einschließlich). Hierbei ist zu beachten, dass auch andere Brennweiten gewählt werden können.
Insbesondere ist der Bildwinkel einer Weitwinkelkamera größer als die einer Kamera mit einem Normalobjektiv, das einen Bildwinkel im Bereich von etwa 40° bis 50° aufweist, und deren Abbildung am ehesten der perspektivischen Wahrnehmung des Menschen entspricht. Weiter kann eine Brennweite einer Weitwinkelkamera kürzer als eine Brennweite einer Kamera mit Normalobjektiv sein. Weit entfernte Gegenstände werden durch eine Weitwinkelkamera kleiner abgebildet, insbesondere verkleinert also eine Weitwinkelkamera bei gleicher Motiventfernung den Bildmaßstab. Daraus ergibt sich in der Praxis auch die für Weitwinkelfotos charakteristische große Schärfentiefe. Ein Weitwinkelobjektiv hat somit die entgegengesetzten Eigenschaften des Teleobjektivs. Zu den Weitwinkelobjektiven zählen ebenfalls die Fischaugenobjektive.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte Erfassung der Lage des Targets und insbesondere des Abstands des Markers von der Bilderfassungseinrichtung entlang einer optischen Achse der Bilderfassungseinrichtung. Es kann nämlich davon ausgegangen werden, dass mit ansteigendem Bildwinkel der Bilderfassungseinrichtung sich auch die Größe des abgebildeten Markers im Abbild bei Abstandsänderungen stärker verändert, was zu einer genaueren Bestimmung des Abstands genutzt werden kann. Auch können in vorteilhafter Weise zuverlässig sehr nah an der Bilderfassungseinrichtung angeordnete Objekte erfasst werden. Dies ist vorteilhaft, da ein Target regelmäßig nah an der Bilderfassungseinrichtung angeordnet sein kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist einem Markerelement eine Identität, insbesondere eine eineindeutige Identität, zugeordnet, wobei diese Identität bildbasiert identifizierbar ist. Eine bildbasierte Identifizierung kann hierbei die Bestimmung der Identität durch Auswertung der Bilddaten bedeuten. Hierdurch können in vorteilhafter Weise verschiedene Markerelemente voneinander unterschieden werden. Dies wiederum vergrößert ein Anwendungsspektrum des Mikroskopiesystems bei Verwendung von Markerelementen mit solchen verschiedenen und bildbasiert bestimmbaren Identitäten. Beispielhafte Anwendungen werden nachfolgend näher erläutert.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Betrieb des Mikroskopiesystems in Abhängigkeit der identifizierten Identität steuerbar. Beispielsweise kann mindestens einer der vorhergehend bereits erläuterten Betriebsparameter des Mikroskopiesystems in Abhängigkeit der Identität eingestellt werden, z.B. auf einen vorbestimmten Wert. Alternativ oder kumulativ kann mindestens einer der vorhergehend bereits erläuterten Bewegungsparameter des Mikroskopiesystems in Abhängigkeit der Identität eingestellt werden, z.B. auf einen vorbestimmten Wert.
So kann beispielsweise eine Zuordnung zwischen Identität und dem mindestens einen einstellbaren Betriebs- und/oder Bewegungsparameter existieren. Diese Zuordnung kann beispielsweise in Form eines Nutzerprofils gegeben sein, welches einer vorbestimmten Identität eines Markerelements zugeordnet ist und welches z.B. durch eine Nutzereingabe erzeugt werden kann. In diesem Nutzerprofil können Parameter entsprechend den Präferenzen eines Benutzers gespeichert werden, die dann nach der Identifikation des entsprechenden Markerelements eingestellt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein komfortables und nur wenig Nutzereingaben erforderndes Einstellen von Parametern und somit ein verbesserter Betrieb des Mikroskopiesystems.
Alternativ kann ein vorbestimmter Betriebsmodus oder können mehrere vorbestimmte Betriebsmodi nur dann aktiviert werden, falls ein Markerelement mit einer vorbestimmten Identität identifiziert wird. Beispielsweise kann ein Lageverfolgungsmodus nur dann aktiviert werden, wenn ein entsprechendes Markerelement identifiziert wird. So kann beispielsweise eine Zuordnung zwischen Identität und dem mindestens einen zu aktivierenden Betriebsmodus existieren.
Auch kann ein Gesamtbetrieb des Mikroskopiesystems, z.B. also auch die vergrößerte Darstellung, nur dann aktiviert werden, wenn ein entsprechendes Markerelement identifiziert wird.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise die Verhinderung einer unautorisierten Benutzung des Mikroskopiesystems oder vorbestimmter Betriebsmodi oder sogar eine Art Diebstahlschutz. Insgesamt wird also eine Betriebssicherheit des Mikroskopiesystems in vorteilhafter Weise verbessert.
Weiter alternativ ist es möglich, dass vorbestimmten Identitäten von Markerelementen verschiedenen Benutzer, z.B. Chirurgen, zugeordnet sind. Dann kann die Identität eines identifizierten Markerelements gespeichert werden, insbesondere in Zusammenhang mit einem Zeitraum der Identifizierung. Dies ermöglicht wiederum in vorteilhafter Weise die Protokollierung der Benutzung des Mikroskopiesystems durch einen oder mehrere Benutzer. Beispielsweise kann im Nachhinein festgestellt werden, welcher Chirurg zu welchem Zeitpunkt das Mikroskopiesystem benutzt hat.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine Steuerung oder Regelung der Bewegung des Mikroskops in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters des Mikroskops. Alternativ oder kumulativ erfolgt eine Steuerung oder Regelung der Bewegung des Mikroskops in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters der Bilderfassungseinrichtung der Lageerfassungseinrichtung.
Dies kann bedeuten, dass mindestens ein Bewegungsparameter des Mikroskops in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern des Mikroskops und/oder der Bilderfassungseinrichtung eingestellt wird. Hierbei können Bewegungsparameter von den Betriebsparametern verschieden sein. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass ein Parameter sowohl ein Bewegungs- als auch ein Betriebsparameter bildet. So kann beispielsweise eine Zuordnung oder eine weiterer vorbekannter Zusammenhang, z.B. eine funktionelle Zuordnung, zwischen verschiedenen Betriebsparametern oder -mengen und einem Bewegungsparameter oder eine Bewegungsparametermenge existieren, wobei diese Zuordnung oder dieser Zusammenhang genutzt wird, um die Bewegungsparameter einzustellen. Selbstverständlich können auch andere Parameter der Steuerung oder Regelung, beispielsweise Reglerparameter, Grenzwerte oder sonstige Parameter der Bewegung in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Mikroskops eingestellt werden.
Betriebsparameter des Mikroskops wurde vorhergehend bereits erläutert. Ein Betriebsparameter der Bilderfassungseinrichtung ist beispielsweise ein einstellbarer Arbeitsabstand der Bilderfassungseinrichtung.
Beispielsweise kann eine Geschwindigkeit, insbesondere eine Maximalgeschwindigkeit oder eine maximal zulässige Geschwindigkeit, der Bewegung in Abhängigkeit einer aktuell eingestellten Vergrößerung des Mikroskops eingestellt werden. Insbesondere kann die Maximalgeschwindigkeit oder die maximal zulässige Geschwindigkeit einer Bewegung sich proportional zum Anstieg der Vergrößerung verringern.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine erhöhte Betriebssicherheit sowie eine Verbesserung der Nutzerfreundlichkeit des Betriebs des Mikroskopiesystems.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Anzahl der für die Bewegung des Mikroskops freigegebenen Freiheitsgrade einstellbar. Beispielsweise kann/können ein, zwei, drei, vier, fünf oder sechs Freiheitsgrade der Bewegung des Mikroskops freigegeben werden. Alternativ, vorzugsweise jedoch kumulativ, ist auch eine Art der freigegebenen Freiheitsgrade einstellbar. Beispielsweise kann ein ausgewählter Translationsfreiheitsgrad und/oder ein ausgewählter Rotationsfreiheitsgrad freigegeben werden. Ist ein solcher Freiheitsgrad freigegeben, so ist die Bewegung des Mikroskops mit einem solchen Freiheitsgrad möglich. Es ist möglich, dass nur Rotationsfreiheitsgrade oder nur Translationsfreiheitsgrade freigegeben werden. Weiter ist es möglich, dass auch ein freiheitsgradspezifisches Koordinatensystem einstellbar ist, wobei die Anzahl und/oder Art der für die Bewegung des Mikroskops freigegebenen Freiheitsgrade bezogen auf oder relativ zu diesem Koordinatensystem einstellbar ist. Das freiheitsgradspezifische Koordinatensystem kann insbesondere das vorhergehend erläuterte Referenzkoordinatensystem oder ein fokuspunktfestes Koordinatensystem sein. Selbstverständlich können auch andere Koordinatensysteme verwendet werden.
Beim fokuspunktfesten Koordinatensystem liegt ein Ursprung des Koordinatensystems im Fokuspunkt. Eine Vertikalachse kann entlang der optischen Achse des Mikroskops verlaufen. Die beiden verbleibenden Achsen können eine Ebene aufspannen und jeweils senkrecht zur Vertikalachse und zueinander orientiert sein. In diesem Fall ist z.B. ein so genannter Point-Lock-Betrieb möglich, wobei in diesem die Lage des Fokuspunkts im Referenzkoordinatensystem ortsfest ist und nur die für die Rotation um die Achsen des fokuspunktfesten Koordinatensystems benötigten Freiheitsgrade freigegeben werden. In diesem Fall müssen die Freiheitsgrade nicht mit mechanisch vom Stativ bereitgestellten Freiheitsgraden übereinstimmen und können somit auch als virtuelle Freiheitsgrade bezeichnet werden. So ist es vorstellbar, dass für eine Bewegung nur zwei virtuelle Freiheitsgrade freigegeben sind, aber trotzdem eine Bewegung des Stativs um alle für das Stativ möglichen Freiheitsgrade erfolgt.
Hierbei ist es möglich, dass die Anzahl und/oder Art der freigegebenen Freiheitsgrade in Abhängigkeit der erfassten Lage eingestellt werden. Beispielsweise ist vorstellbar, dass mittels des Targets eine vorbestimmte Bewegung ausgeführt wird, wobei diese Bewegung durch die Lageerfassung erfasst und dann die dieser Bewegung zugeordnete Anzahl und/oder Art von freizugebenden Freiheitsgraden freigegeben wird. Auch kann in Abhängigkeit der Lage ein vorbestimmter Betriebsmodus des Mikroskopiesystems aktiviert werden, wobei in diesem Betriebsmodus die Anzahl und/oder Art der freigegebenen Freiheitsgrade vorgeben ist. Ein solcher Betriebsmodus kann z.B. als eingeschränkter Bewegungsmodus bezeichnet werden.
Alternativ ist vorstellbar, dass die Anzahl und/oder Art der freigegebenen Freiheitsgrade in Abhängigkeit der identifizierten Identität zumindest eines Markerelements eingestellt wird. Hierbei können verschiedene Anzahlen und/oder verschiedene Arten von freigegebenen Freiheitsgraden verschiedenen Markerelementen zugeordnet sein.
Es ist auch möglich, dass Betriebsparameter und/oder Bewegungsparameter, insbesondere auch Steuer- oder Regelparameter für die Steuerung oder Regelung, der Bewegung des Mikroskops in Abhängigkeit der erfassten Lage oder in Abhängigkeit eines lagebasiert eingestellten Betriebsmodus eingestellt wird.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine erhöhte Betriebssicherheit des Mikroskopiesystems, da in vorbestimmte Betriebsszenarien die Anzahl und/oder die Art der freigegebenen Freiheitsgrade und somit auch die Bewegbarkeit des Mikroskops eingeschränkt werden kann. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise z.B. ein Kollisionsrisiko, insbesondere mit einem Menschen, reduziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Größe eines Arbeitsraums des Mikroskopiesystems einstellbar, insbesondere in Abhängigkeit der erfassten Lage und/oder in Abhängigkeit der identifizierten Identität mindestens eines Markerelements. Der Arbeitsraum kann hierbei einen räumlichen Bereich bezeichnen, in dem das Mikroskop des Mikroskopiesystems bewegt werden kann. Der Arbeitsraum kann hierbei einen Raum um einen Referenzpunkt sein, wobei der Referenzpunkt z.B. durch eine aktuelle Raumposition des Mikroskops (oder eines Referenzpunkts des Mikroskops) bei der Aktivierung eines Betriebsmodus mit einer vorgegebenen Größe des Arbeitsraums gebildet wird. Insbesondere kann der Referenzpunkt ein geometrischer Mittelpunkt des Arbeitsraums sein.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine weitere Verbesserung der Betriebssicherheit durch die Verringerung eines Kollisionsrisikos.
Alternativ oder kumulativ ist eine zulässige Maximalgeschwindigkeit der Bewegung einstellbar, insbesondere in Abhängigkeit der erfassten Lage und/oder der identifizierten Identität mindestens eines Markerelements. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorgehend bereits erläutert. Auch hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine erhöhte Betriebssicherheit, insbesondere da ungewünschte Bewegungen aufgrund der festgelegten maximal zulässigen Geschwindigkeit rechtzeitig durch einen Benutzer unterbrochen werden können.
Auch in diesem Fall kann in Abhängigkeit der Lage ein vorbestimmter Betriebsmodus des Mikroskopiesystems aktiviert werden, wobei in diesem Betriebsmodus die Größe des Arbeitsraums des Mikroskopiesystems und/oder die zulässige Maximalgeschwindigkeit vorgeben ist.
Weiter kann die lagebasierte Steuerung in Echtzeit erfolgen. Dies kann bedeuten, dass ein von der erfassten Lage abhängiges Steuersignal zur Steuerung des Betriebs in einen Zeitraum von weniger als 100 ms oder 10 ms oder 1 ms nach der Erfassung der Lage des Targets erzeugt wird oder eine durch ein solches Steuersignal bedingter Prozess in einen Zeitraum von weniger als 100 ms oder 10 ms oder 1 ms nach der Erfassung der Lage des Targets durchgeführt wird oder beendet ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zeitlich schnelle lagebasierte Steuerung.
Weiter kann die Lageerfassung bzw. die Lagebestimmung in Abhängigkeit einer Sequenz von mindestens oder genau zwei, vorzugsweise in Abhängigkeit von genau oder mindestens drei Abbildern, durchführbar sein. Die Abbilder bezeichnen hierbei zweidimensionale Abbilder, die zeitlich zu verschiedenen Zeitpunkten, insbesondere zeitlich nacheinander oder unmittelbar nacheinander, durch dieselbe Bilderfassungseinrichtung erzeugt werden. Vorzugsweise werden die Abbilder der Sequenz innerhalb eines (kurzen) Zeitraums aufgenommen, der nicht länger als eine Mikrosekunde oder nicht länger als eine Millisekunde ist. Auch kann ein zeitlicher Abstand zwischen zeitlich nacheinander oder unmittelbar nacheinander erzeugten Abbildern beispielsweise in einem Bereich von 10 ms bis 35 ms liegen. Allerdings ist zu beachten, dass dieser zeitliche Abstand von einer gewünschten Belichtungszeitdauer bei der Erzeugung eines Abbilds abhängt und somit von der Sensorgröße und anderen Rahmenbedingungen abhängig sein kann.
Insbesondere kann/können (ein) Markerelemente in jedem der Abbilder bildbasiert detektiert und somit für jedes Abbild eine abbildspezifische Lage in einem Bildkoordinatensystem bestimmt werden. Eine resultierende Lage eines Markerelements in einem Bildkoordinatensystem, die dann zur Bestimmung der Lage des Targets ausgewertet wird, in Abhängigkeit der abbildspezifischen Lagen bestimmt, z.B. durch eine Mittelung oder andere geeignete Datenfusionsverfahren. Da angenommen werden kann, dass sich die Lage der Markerelemente in dem Zeitraum der Erzeugung der Sequenz nicht oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß verändert hat, wird auch die Genauigkeit der Lageerfassung nicht oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß beeinflusst wird.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Genauigkeit der Lageerfassung auch bei für die Lageerfassung ungünstigen Beleuchtungsbedingungen gewährleistet werden kann.
So kann z.B. ein Erfassungsbereich des Mikroskops derart beleuchtet sein, dass dieser verschiedene Beleuchtungsbereiche, also Bereiche mit verschiedenen Beleuchtungsintensitäten, umfasst. So kann beispielsweise ein erster Beleuchtungsbereich ein Beleuchtungskegel sein, der mit einer Beleuchtungsintensität über einem ersten vorbestimmten Schwellwert ausgeleuchtet ist. Ein zweiter Beleuchtungsbereich kann ein Bereich außerhalb dieses ersten Beleuchtungsbereichs sein, der mit einer Beleuchtungsintensität unter einem weiteren vorbestimmten Schwellwert ausgeleuchtet wird. Ein dritter Beleuchtungsbereich kann ein Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Beleuchtungsbereich sein. Das Target, insbesondere Markerelemente des Targets, können hierbei in diesen verschiedenen Beleuchtungsbereichen angeordnet sein. Insbesondere ist es möglich, dass verschiedene Markerelemente eines Targets in verschiedenen Beleuchtungsbereichen angeordnet sind. Dies erschwert jedoch die Bildauswertung eines einzelnen Abbilds zur Bestimmung der Lage. Insbesondere kann in einem solchen Szenario die Wahl von bestimmten Bilderfassungsparametern, beispielsweise einer Beleuchtungszeit, einer Blende und weiteren Aufnahmeparametern, dazu führen, dass bestimmte Markerelemente aufgrund einer Überbelichtung oder einer Unterbelichtung bildbasiert nicht oder nur schwer detektierbar sind. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass in dem Übergangsbereich eine Identifikation von Markerelementen im Abbild, die z.B. auf einer Kantendetektion und -extraktion basieren kann, durch die aufgrund der Beleuchtung beeinflussten Intensitätsverläufe erschwert wird.
Es ist auch möglich, die verschiedenen Abbilder der Sequenz mit voneinander verschiedenen Bilderfassungsparametern und/oder mit verschiedenen Beleuchtungsparametern zu generieren.
Durch die Wahl verschiedener Bilderfassungsparametern und/oder Beleuchtungsparameter für die Erzeugung der einzelnen Abbilder der Sequenz kann es dann möglich sein, Markerelemente in den vorhergehend erläuterten verschiedenen Beleuchtungsbereichen zuverlässig zu identifizieren und die entsprechenden Informationen zur Lagebestimmung zu nutzen.
Weiter kann die Sequenz in einem HDR (High Dynamic Range)-Verfahren erzeugbar sein. Dies bedeutet, dass die Abbilder sogenannte HDR-Abbilder sind. Auch hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte Zuverlässigkeit der bildbasiert erfolgenden Identifizierung von Markerelementen, insbesondere in verschiedenen Beleuchtungsbereichen .
Weiter kann das Target ein Markerelement umfassen, wobei das Markerelement einen elliptischen Markerkörper oder eine elliptische Markerfläche und ein geometrisches Zentrum dieses Markerkörpers oder dieser Markerfläche aufweist. Hierbei umfasst der Begriff „elliptisch“ auch eine kreisförmige Ausbildung.
Der Markerkörper oder die Markerfläche, die auch als innerer Markerkörper bzw. als innerer Markerkörper bezeichnet werden kann, ist gefüllt mit Farbspektrumspunkten, die radial mit Bezug auf das geometrische Zentrum verteilt sind. Ein Farbwert von jedem Farbspektrumspunkt des Markerkörpers/der Markerfläche in Abhängigkeit eines Winkels zwischen einer horizontalen Linie durch das geometrische Zentrum und einer weiteren Linie durch das geometrische Zentrum und den entsprechenden Farbspektrumspunkt bestimmt. Mit anderen Worten kann eine Zuordnung, insbesondere eine eineindeutige Zuordnung, z.B. ein funktioneller Zusammenhang, zwischen dem Farbspektrumswert und dem Winkel sowie dem Abstand des Farbspektrumspunkt vom geometrischen Zentrum existieren. Der Winkel und Abstand können in Form von Polarkoordinaten gegeben sein.
Werden mindestens zwei derartig ausgebildete Markerelemente, insbesondere eines Targets, in dem Abbild abgebildet, so können in einem weiteren Verfahrensschritt bildbasiert Kanten dieser mindestens zwei Markerelemente, insbesondere der Markerkörper bzw. Markerflächen, detektiert werden. In einem weiteren Verfahrensschritt können dann Blobs in der Menge der detektierten Kanten detektiert werden. Blobs können hierbei zusammenhängende Regionen in dem Abbild bezeichnen.
Weiter können in der Menge von detektierten Blobs Ellipsen detektiert werden. In einem weiteren Verfahrensschritt können sinusförmige Muster in jeder detektierten Ellipse ausgewertet werden. Weiter kann dann auf Grundlage dieser Auswertung eine zweidimensionale Position der mindestens zwei Markerelemente bestimmt und dann eine dreidimensionale Position in Abhängigkeit der zweidimensionalen Dimensionen bestimmt werden.
In den notwendigen Schritten zur Detektion, insbesondere von Kanten, Blobs, Ellipsen und sinusförmigen Mustern, können Verfahren der Bildverarbeitung angewendet werden, die dem Fachmann bekannt sind.
Eine derartige Bestimmung der dreidimensionalen Position ist in der eingangs erläuterten US 2017/025853 A1 beschrieben, wobei auf die entsprechende Offenbarung vollumfänglich Bezug genommen wird. Mit anderen Worten ist der Offenbarungsgehalt der US 2017/025853 A1 vollumfänglich Bestandteil dieser Offenbarung.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache, zuverlässige, genaue und rechentechnische unaufwendige Lageerfassung.
Weiter beschrieben wird eine Ausführungsform in der eine grafische Benutzerschnittstelle in Abhängigkeit der Lage des Targets bedient wird. Dies kann insbesondere in einem Bedienmodus erfolgen. Wird ein solcher Bedienmodus aktiviert, z.B. in Abhängigkeit der Lage des Targets, so kann die grafische Benutzerschnittstelle in Abhängigkeit der Lage des Targets bedient werden.
Die grafische Benutzerschnittstelle kann eine Benutzerschnittstelle einer Anwendung sein, insbesondere einer computergestützt durchführbaren Anwendung. Z.B. kann die Benutzerschnittstelle eine Benutzerschnittstelle zur Steuerung des Mikroskopiesystems sein, z.B. zur Einstellung von Betriebs- und/oder Bewegungsparametern.
Die Benutzerschnittstelle kann durch eine Anzeigeeinrichtung, z.B. ein Display, angezeigt wird. Die Anzeigeeinrichtung kann hierbei simultan zur Darstellung des vom Mikroskop erzeugten (vergrößernden) Abbilds dienen. In diesem Fall können Verfahren zur Darstellung einer so genannten Augmented Reality eingesetzt werden. Allerdings ist es auch möglich, dass die Benutzerschnittstelle auf einer Anzeigeeinrichtung angezeigt wird, die nicht simultan zur Darstellung des vom Mikroskop erzeugten (vergrößernden) Abbilds dient.
Z.B. kann die Bedienung erfolgen, indem die Lage eines Bildelements in Abhängigkeit der Lage des Targets eingestellt wird. Das Bildelement kann z.B. ein Cursor sein. Das Bildelement kann hierbei Teil der Benutzerschnittstelle sein. Insbesondere kann eine Lage des Bildelements im Abbild in Abhängigkeit einer Lageveränderung des Targets verändert werden. So kann beispielsweise das Bildelement entlang einer vorbestimmten Bildrichtung, z.B. entlang einer Bildachse, bewegt werden, wenn das Target entlang einer vorbestimmten Raumrichtung bewegt wird. So kann beispielsweise eine Bewegung oder ein Anteil der Bewegung des Targets entlang einer Querachse des Referenzkoordinatensystems oder eines Koordinatensystems der Bilderfassungseinrichtung der Lageerfassungseinrichtung zu einer Bewegung des Bildelements entlang einer Querachse im Abbild führen.
Weiter ist es möglich, dass vorbestimmte Bedienbefehle, z.B. eine Aktivierung bzw. Ausführung einer ausgewählten Funktion oder eine Vergrößerung/Verkleinerung der Anzeige, in Abhängigkeit der Lage, insbesondere der Lageänderung, des Targets durchgeführt werden. Hierzu können Bedienbefehle zu Lagen bzw. Lageänderungen zugeordnet sein. Beispielsweise kann eine (ausgewählte) Funktion ausgeführt werden, wenn die Lageänderung des Targets einer Bewegung in Form eines Doppelklicks entspricht, also zwei Teilbewegungen umfasst, die sich nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander unterscheiden.
Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine interaktive Bedienung, z.B. eine Auswahl eines gewünschten Befehls aus einem Menü, von Computerprogrammen.
Es ist möglich, dass der aktivierte Modus oder die in dem aktivierten Modus durchgeführte Steuerung, z.B. die erläuterte Lageverfolgung, unterbrochen wird, falls das Target nicht mehr oder nicht mehr vollständig erfasst wird. Eine Wiederaufnahme des unterbrochenen Modus oder der entsprechenden Steuerung kann erfolgen, wenn das Target vor Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer wieder, insbesondere vollständig, erfasst wird. Erfolgt keine erneute Erfassung vor Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer, so kann eine erneute Aktivierung des unterbrochenen Modus erforderlich sein, wobei diese erneute Aktivierung nicht oder nicht ausschließlich durch eine erneute Erfassung des Targets erfolgt. Z.B. kann eine manuelle Aktivierung erforderlich sein. Es ist aber auch möglich, dass eine Wiederaufnahme des unterbrochenen Modus oder der entsprechenden Steuerung unabhängig von der vergangenen Zeit erfolgt, wenn das Target wieder, insbesondere vollständig, erfasst wird. Bei einer Wiederaufnahme kann es hierbei insbesondere nicht erforderlich sein, eine erneute Initialisierung durchzuführen, die z.B. bei der Anfangsaktivierung des entsprechenden Modus erfolgt.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betrieb eines Mikroskopiesystems gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. Somit ist das Mikroskopiesystem derart konfiguriert, dass ein solches Verfahren mit dem Mikroskopiesystem ausgeführt werden kann.
In dem Verfahren wird eine Lage des mindestens einen Targets relativ zu der mindestens einen Bilderfassungseinrichtung der Lageerfassungseinrichtung bestimmt. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Lage des Targets in dem vorhergehend erläuterten Referenzkoordinatensystem zu bestimmen, insbesondere unter Anwendung der ebenfalls vorhergehend erläuterten Transformationsvorschriften. In Abhängigkeit der derart bestimmten Lage kann auch eine Lage eines Körperteils eines Benutzers, insbesondere eines Kopfes, bestimmt werden. In dem Verfahren kann auch eine Lageänderung des Targets und somit auch des Körperteils bestimmt werden.
Weiter wird ein Betrieb des Mikroskopiesystems in Abhängigkeit der bestimmten Lage oder der derart bestimmten Lageänderung gesteuert. Insbesondere kann eine Bewegung, insbesondere des Mikroskops, in Abhängigkeit der bestimmten Lage gesteuert. Auch kann ein Betriebs- und/oder ein Bewegungsparameter des Mikroskops in Abhängigkeit der Lage einstellt werden. Auch kann ein Betriebsmodus des Mikroskops in Abhängigkeit der Lage aktiviert oder deaktiviert werden.
So können z.B. verschiedene Betriebsmodi des Mikroskopiesystems existieren. So kann z.B. ein Bewegungssteuerungsmodus existieren, wobei in diesem Bewegungssteuerungsmodus eine Bewegung in Abhängigkeit der bestimmten Lage gesteuert wird. Hierzu kann die mindestens eine Antriebseinrichtung derart angesteuert werden, dass das Mikroskop eine gewünschte Bewegung, d.h. eine Bewegung mit gewünschten Bewegungsparametern, ausführt. Ein spezieller Bewegungssteuerungsmodus kann der vorhergehend erläuterte Lageverfolgungsmodus sein. Insbesondere kann die mindestens eine Antriebseinrichtung in einem Lageverfolgungsmodus derart angesteuert werden, dass eine Relativbewegung zwischen dem Target und der Bilderfassungseinrichtung zur Lageerfassung kompensiert wird. Dies kann bedeuten, dass das Mikroskop eine Bewegung mit den gleichen Bewegungsparametern dieser Relativbewegung, insbesondere der gleichen Trajektorie, ausführt. Insbesondere kann eine Lageänderung der Relativlage bestimmt werden, wobei die Lage des Mikroskops entsprechend diesen Lageänderung verändert wird. Auch kann dies bedeuten, dass das Mikroskop in Abhängigkeit einer bestimmten Lage, insbesondere der bestimmten Lageänderung, derart angesteuert werden, dass die relative Lage zwischen dem Target oder dem Objekt, an dem das Target angeordnet ist, und dem Mikroskop konstant bleibt oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von einer gewünschten, beispielsweise einer Ausgangslage, abweicht. Auch kann dies bedeuten, dass eine so genannte Trajektorienfolgeregelung durchgeführt wird. Dies dient zum Ausgleich von Abweichungen. Bei einer Trajektorienverfolgung folgt das Mikroskop der Bewegung des Targets relativ zur Bilderfassungseinrichtung. In diesem Fall wird nicht zwangsläufig die Trajektorie dieser Bewegung kopiert. So kann z.B. eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung der Bewegung des Mikroskops beschränkt sein. Dies kann dazu führen, dass sich das Mikroskop bei der Trajektorienverfolgung entlang einer von der Trajektorie der Bewegung des Targets abweichenden Trajektorie bewegt wird, z.B. auf einer Kreisbahn mit einem geringeren Durchmesser als eine Kreisbahn entlang derer das Target bewegt wird.
Ein weiterer Bewegungsmodus kann der vorhergehend erläuterte eingeschränkte Bewegungsmodus sein.
In einem Lageverfolgungsmodus und auch in davon verschiedenen Bewegungssteuerungsmodi kann eine entsprechende Regelung erfolgen. Diese Regelung kann insbesondere durch eine entsprechende Rechnereinheit, die entsprechende Algorithmen durchführt, durchgeführt werden. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass ein Nutzer problemlos stets in gewünschter Weise in das Okular des Mikroskops schauen kann, auch wenn er seine Kopflage verändert.
Auch kann ein Parametereinstellmodus existieren, wobei in diesem Modus ein Betriebs- und/oder ein Bewegungsparameter des Mikroskops in Abhängigkeit der Lage eingestellt wird. Wie vorhergehend erläutert, kann in dem Verfahren ein Betriebsparameter und/oder ein Bewegungsparameter des Mikroskopiesystems auch in Abhängigkeit einer Identität eines identifizierten Markerelements eingestellt werden.
In einem weiteren Betriebsmodus können der Lageverfolgungsmodus und der Parametereinstellmodus kombiniert werden. Beispielsweise kann ein Bewegungsanteil des Targets, der parallel zu der optischen Achse des Mikroskops orientiert ist, zur Einstellung eines Betriebsparameters des Mikroskopiesystems, beispielsweise des Fokus, genutzt werden, wobei Bewegungsanteile senkrecht zu dieser optischen Achse für die Lageverfolgung genutzt werden. Ein weiterer Betriebsmodus kann der vorhergehend erläuterte Bedienmodus sein.
Ein Modus, insbesondere ein Bewegungsmodus, kann hierbei durch entsprechende Mittel zur Aktivierung aktiviert und durch entsprechende Mittel zur Deaktivierung deaktiviert werden. So ist z.B. eine manuelle Aktivierung und Deaktivierung möglich, z.B. über eine hand- oder fußbetätigbare Schnittstelle. Wie vorhergehend erläutert ist auch eine targetlagebasierte Aktivierung/Deaktivierung möglich.
Weiter beschrieben wird ein Programm, welches, wenn es auf oder durch einen Computer ausgeführt wird, den Computer veranlasst, einen, mehrere oder alle Schritte des in dieser Offenbarung dargestellten Verfahrens zum Betrieb eines Mikroskopiesystems durchzuführen. Alternativ oder kumulativ wird ein Programmspeichermedium beschrieben, auf oder in dem das Programm gespeichert ist, insbesondere in einer nicht vorübergehenden, z.B. in einer dauerhaften, Form. Alternativ oder kumulativ wird ein Computer beschrieben, der dieses Programmspeichermedium umfasst. Weiter alternativ oder kumulativ wird ein Signal beschrieben, beispielsweise ein digitales Signal, welches Informationen codiert, die das Programm repräsentieren und welches Code-Mittel umfasst, die adaptiert sind, einen, mehrere oder alle Schritte des in dieser Offenbarung dargestellten Verfahrens zum Betrieb eines Mikroskopiesystems durchzuführen. Das Signal kann ein physikalisches Signal, zum Beispiel ein elektrisches Signal sein, welches insbesondere technisch oder maschinell erzeugt wird.
Weiter kann das Verfahren zum Betrieb eines Mikroskopiesystems ein computerimplementiertes Verfahren sein. So können zum Beispiel ein, mehrere oder alle Schritte des Verfahrens durch einen Computer ausgeführt werden. Eine Ausführungsform für das computerimplementierte Verfahren ist die Benutzung des Computers zur Durchführung einer Datenverarbeitungsmethode. Der Computer kann zum Beispiel zumindest eine Recheneinrichtung, insbesondere ein Prozessor, und zum Beispiel zumindest eine Speichereinrichtung umfassen, um die Daten, insbesondere technisch, zu verarbeiten, zum Beispiel elektronisch und oder optisch. Ein Computer kann hierbei jede Art von Datenverarbeitungsgerät sein. Ein Prozessor kann ein halbleiterbasierter Prozessor sein. Die Recheneinrichtung kann hierbei die vorhergehend erläuterte Steuereinrichtung sein oder umfassen.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Mikroskopiesystems in einem Operationsumfeld,
2 eine schematische Ansicht eines Mikroskops in einer ersten Ausführungsform,
3 eine schematische Ansicht eines Mikroskops in einer weiteren Ausführungsform,
4 eine perspektivische Darstellung eines Targets,
5a-5d schematische Draufsichten auf verschiedene Markerelemente,
6 eine perspektivische Ansicht eines Mikroskops mit einem Schwenktubus,
7 eine perspektivische Ansicht eines Falttubus und
8 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform.

Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Mikroskopiesystem 1 bei einer Anwendung in einem Operationsumfeld dargestellt. Das Mikroskopiesystem 1 umfasst ein Operationsmikroskop 2, welches an einem Stativ 3 zur Halterung des Mikroskops 2 angeordnet ist, insbesondere an einem freien Ende des Stativs 3. Das Stativ 3 ermöglicht eine Bewegung des Mikroskops 2 zur Veränderung der Lage, also der Position und/oder Orientierung des Mikroskops 2. Dargestellt ist ein Referenzkoordinatensystem mit einer Vertikalachse z und einer Längsachse x. Die Vertikalachse z ist hierbei parallel zur Richtung einer Gravitationskraft und entgegengesetzt zu dieser orientiert. Die Längsachse x ist senkrecht zur Vertikalachse z orientiert. Eine nicht dargestellte Querachse des Referenzkoordinatensystem ist hierbei senkrecht zur Längs- und Vertikalachse x, z orientiert, wobei die Achsen x, z ein kartesisches Koordinatensystem bilden.
Das Stativ 3 umfasst nicht dargestellte Antriebseinrichtungen zur Bewegung des Mikroskops 2. Hierbei können die Antriebseinrichtungen beispielsweise eine Drehbewegung von beweglichen Teilen des Stativs 3 um Drehachsen 4, 5, 6 und eine Drehachse parallel zur Vertikalachse z ermöglichen. Weiter dargestellt ist eine Steuereinrichtung 7, die zur Steuerung der nicht dargestellten Antriebseinrichtungen dient. Mittels der Steuereinrichtung 7 können die Antriebseinrichtungen insbesondere derart angesteuert werden, dass das Mikroskop 2 eine gewünschte Bewegung ausführt, insbesondere im Referenzkoordinatensystem. Beispielsweise ist es möglich, das Mikroskop 2 in eine gewünschte Raumposition mit einer gewünschten Orientierung zu positionieren. Weiter kann die Steuereinrichtung 7 auch zur Einstellung von Betriebs- und/oder Bewegungsparametern des Mikroskops 2 dienen, beispielsweise von einem Zoom des Mikroskops 2. Hierzu kann die Steuereinrichtung 7 signal- und/oder datentechnisch mit dem Mikroskop 2 und/oder mit den Antriebseinrichtungen verbunden sein. Weiter kann die Steuereinrichtung 7 auch zur Einstellung eines gewünschten Betriebsmodus, beispielsweise eines Bewegungsmodus, des Mikroskops 2 dienen.
Das dargestellte Stativ 3 stellt eine exemplarische kinematische Struktur zur Halterung und Bewegung des Mikroskops 2 dar. Dem Fachmann ist selbstverständlich bekannt, dass auch andere kinematische Strukturen verwendet werden können.
Das Mikroskopiesystem 1 umfasst weiter eine Lageerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Lage eines Körperteils, nämlich eines Kopfes eines Benutzers 8. Der Benutzer 8 kann beispielsweise ein Chirurg sein. Die Lageerfassungseinrichtung umfasst mindestens ein Target 9 mit mindestens einem Markerelement 22 (siehe z.B. 4) und mindestens eine Bilderfassungseinrichtung 10 zur Erfassung des Targets. Mittels der Lageerfassungseinrichtung kann eine Lage des Targets 9 relativ zur Bilderfassungseinrichtung bestimmt werden, insbesondere in einem Koordinatensystem der Lageerfassungseinrichtung. Hierbei umfasst das Target 9 mindestens ein passives Markerelement 22, vorzugsweise drei passive Markerelemente 22. Ein Markerelement 22 des Targets 9 kann hierbei insbesondere, aber nicht zwingend, nicht-reflektierend, nichtfluoreszierend oder nicht-phosphorisierend ausgebildet sein.
In 1 ist dargestellt, dass das Target 9 an einem Kopf des Benutzers 8 befestigt ist. Zur Befestigung dient ein Stirnband 11, welches über den Kopf des Benutzers 8 gestülpt wird und an dem das Target 9 starr relativ zum Stirnband 11 befestigt ist. Somit ist das Target 9 auch ortsfest relativ zum Kopf des Benutzers 8 angeordnet.
Die Lage des Kopfes kann mit der Lagerfassungseinrichtung erfasst werden, indem die Lage des Targets 9, insbesondere bildbasiert, bestimmt wird, wobei dann aufgrund der ortsfesten Anordnung des Targets 9 an dem Kopf auch die Lage des Kopfes bestimmt werden kann. Eine Relativlage zwischen Target 9 und Kopf kann hierbei vorbekannt sein und z.B. durch eine Registrierung bestimmt werden. Sollen nur Lageänderungen des Kopfes erfasst werden, ist diese Registrierung nicht zwingend notwendig.
Weiter dargestellt ist, dass die Bilderfassungseinrichtung 10, beispielsweise eine CCD-Kamera, an dem Mikroskop 2 angeordnet ist. Insbesondere ist die Bilderfassungseinrichtung 10 mechanisch starr an einem Teil des Mikroskops 2 und somit ortsfest relativ zu diesem Teil angeordnet.
Weiter dargestellt ist eine signal- und/oder datentechnische Verbindung 12 zwischen der Bilderfassungseinrichtung 10 und der Steuereinrichtung 7. Mittels der Steuereinrichtung 7 oder mittels einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung, die beispielsweise Teil der Lageerfassungseinrichtung sein kann, kann eine Relativlage zwischen Target 9 und Bilderfassungseinrichtung 10 in einem dreidimensionalen Koordinatensystem der Lageerfassungseinrichtung bestimmt werden. So kann z.B. die Lage des Targets 9 in einem Koordinatensystem der Bilderfassungseinrichtung 10 bestimmt werden, welche dem Koordinatensystem der Lageerfassungseinrichtung entsprechen kann. Hierbei kann sowohl eine Position als auch eine Orientierung in dem dreidimensionalen Koordinatensystem der Lageerfassungseinrichtung bestimmt werden. Durch die Befestigung des Targets 9 an dem Kopf des Benutzers 8 kann somit auch eine Lage des Kopfes im Koordinatensystem der Lageerfassungseinrichtung und somit auch im Referenzkoordinatensystem bestimmt werden. Insbesondere kann mittels der Lageerfassungseinrichtung auch eine Lageänderung des Targets 9 und somit auch eine Lageänderung des Kopfes des Benutzers 8 erfasst werden.
Zeitlich vor dem Betrieb des Mikroskopiesystems 1 kann das Koordinatensystem der Lageerfassungseinrichtung mit dem dargestellten Referenzkoordinatensystem registriert werden. Mit anderen Worten kann eine Transformationsvorschrift zur Transformation der Lage im Koordinatensystem der Lageerfassungseinrichtung in das Referenzkoordinatensystem bestimmt werden.
Es ist hierbei bevorzugt, dass die Erfassung der Lage des Targets 9 durch Auswertung genau eines zweidimensionalen Abbilds der Bilderfassungseinrichtung 10 erfolgt.
Weiter ist die dargestellte Steuereinrichtung 7, die beispielsweise einen Mikrocontroller umfassen kann, derart ausgebildet, dass diese die mindestens eine Antriebseinrichtung des Stativs 3 in Abhängigkeit der erfassten Lage des Targets 9 bzw. in Abhängigkeit der erfassten Lageänderung des Targets 9 und somit des Kopfes ansteuern kann. Alternativ oder kumulativ kann mindestens ein Betriebs- und/oder eine Bewegungsparameter des Mikroskops 2 in Abhängigkeit der erfassten Lage des Targets 9 bzw. in Abhängigkeit der erfassten Lageänderung des Targets 9 und somit des Kopfes eingestellt werden.
Weiter dargestellt ist ein Patient 13, der auf einem Operationstisch 14 liegt. Weiter dargestellt ist, dass das Mikroskop 2 ein Tubus 15 mit einem Okular 24 (siehe z.B. 7) umfasst, in welches der Benutzer 8 hineinschaut, um durch das Mikroskop 2 einen Teilbereich des Patienten 13 zu betrachten, insbesondere in vergrößernder Art und Weise.
Weiter dargestellt ist eine Ebene E, die einen Halbraum HB begrenzt. Diese Ebene E ist senkrecht zu der optischen Achse 26 des Mikroskops 2 orientiert und verläuft durch einen Schnittpunkt zwischen der optischen Achse 26 und einer Glasscheibe 25 des Mikroskops 2. Der Halbraum HB ist entlang der optischen Achse 26 vor dieser Ebene E angeordnet ist, wobei die optische Achse 17 vom Mikroskop 2 hin zu dem Patienten 13 orientiert ist. Der Kopf des Benutzers 8 als auch das Target 9 sind in diesem Halbraum HB angeordnet. Dies kann als patientenferne Anordnung des Targets 9 bezeichnet werden.
In 1 ist dargestellt, dass das Target 9 mit dem mindestens einen Markerelement 22 am Kopf des Benutzers 8 und die Bilderfassungseinrichtung 10 an dem Mikroskop 2 befestigt ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Bilderfassungseinrichtung 10 an dem Kopf des Benutzers 8 und das Target 9 an dem Mikroskop 2 zu befestigen. In diesem Fall kann die Verbindung 12 beispielsweise als drahtlose Verbindung ausgebildet sein.
Aus 1 ist ersichtlich, dass ein Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung 10 zur Lageerfassung sich nicht mit einem Erfassungsbereich des Mikroskops 2 zur vergrößerten Darstellung des Patienten oder Körperbereichen des Patienten 13 überlappt.
Es ist möglich, dass der Benutzer 8 durch die Bewegung seines Kopfes das Target 9 bewegt und somit dessen Lage ändert. Die Lageänderung kann hierbei durch die Lageerfassungseinrichtung erfasst werden, wobei dann die Steuereinrichtung 7 einen Betrieb des Mikroskopiesystems 1, insbesondere der mindestens einen Antriebseinrichtung und/oder des Mikroskops 2, in Abhängigkeit der erfassten Lage des Targets 9 steuert. Insbesondere kann die Bewegung des Mikroskops 2 der Bewegung des Kopfes nachgeführt werden.
In 2 ist eine schematische Ansicht eines Mikroskops 2 eines erfindungsgemäßen Mikroskopiesystems 1 dargestellt. Das Mikroskop 2 umfasst einen Mikroskopkörper 16 sowie ein Tubus 15 mit einem Okular 24, durch welches ein Benutzer 8 schaut, um durch das Mikroskop 2 ein ihn interessierendes Objekt in vergrößernder Art und Weise zu betrachten.
Dargestellt ist, dass eine Bilderfassungseinrichtung 10 einer Lageerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Lage des Kopfes des Benutzers 8 an dem Tubus 15 oder dem Okular 24 des Mikroskops 2 befestigt ist, insbesondere ortsfest relativ zum Okular 24. Es ist möglich, dass das der Tubus 15 mit dem Okular 24 mechanisch starr und somit ortsfest relativ zu dem Mikroskopkörper 16 an diesem befestigt ist. Weiter ist schematisch ein Erfassungsbereich 17 dieser Bilderfassungseinrichtung 10 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass ein Target 9 der Lageerfassungseinrichtung im Erfassungsbereich 17 angeordnet ist, wenn der Benutzer 8 bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Mikroskops 2 durch das Okular 24 hindurchschaut.
Somit kann in zuverlässiger Weise eine Lage des Targets 9 relativ zu der Bilderfassungseinrichtung 10 und - wie vorhergehend bereits erläutert - in einem dreidimensionalen Referenzkoordinatensystem erfasst werden.
In 3 ist eine schematische Darstellung eines Mikroskops 2 in einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen Mikroskopiesystems 1 dargestellt. Das Mikroskop 2 umfasst einen Mikroskopkörper 16 sowie ein Tubus 15 mit einem Okular 24, welches beweglich, insbesondere um eine Drehachse 18, drehbar an dem Mikroskopkörper 16 gelagert ist. Die Drehachse 18 ist hierbei ortsfest relativ zum Mikroskopkörper 16 angeordnet. An dem Tubus 15 ist, wie in Bezug auf 2 bereits erläutert, eine Bilderfassungseinrichtung 10 ortsfest relativ zum Okular 24 angeordnet.
Weiter dargestellt ist eine Lageerfassungseinrichtung 19 zur Erfassung der Relativlage zwischen Okular 24 und Mikroskopkörper 16. Insbesondere kann die Lageerfassungseinrichtung 19 einen Drehwinkel um die Drehachse 18 erfassen und somit die Bestimmung einer Relativlage zwischen Okular 24 und Mikroskopkörper 16 ermöglichen.
Die Lageerfassungseinrichtung 19 kann hierbei signal- und/oder datentechnisch, insbesondere drahtlos oder drahtgebunden, mit der in 1 dargestellten Steuereinrichtung 7 verbunden sein. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 7 einen Betrieb des Mikroskopiesystems 1, insbesondere einer Antriebseinrichtung des Stativs 3, sowohl in Abhängigkeit der erfassten Lage des Targets 9 als auch in Abhängigkeit der Relativlage zwischen dem Okular 24 und dem Mikroskopkörper 16 steuern.
So verändert sich bei einer Veränderung der Relativlage zwischen Okular 24 und Mikroskopkörper 16 auch eine Lage der Bilderfassungseinrichtung 10 relativ zum Mikroskopkörper 16 und somit auch im Referenzkoordinatensystem. Konsequenterweise ändert sich somit auch eine Transformationsvorschrift der Transformation von dem Koordinatensystem der Bilderfassungseinrichtung 10 in das Referenzkoordinatensystem. Die Lageerfassung der Relativlage zwischen Bilderfassungseinrichtung 10 und dem Mikroskopkörper 16 ermöglicht eine Anpassung der Transformationsvorschrift.
Weiter kann sich bei einer Lageveränderung zwischen Okular 24 und Mikroskopkörper 16 auch eine Relativlage zwischen Target 9 und Bilderfassungseinrichtung 10 ändern, wobei diese Lageänderung jedoch nicht durch eine Bewegung des Kopfes des Benutzers 8 (siehe z.B. 1) verursacht wird. Da eine Bewegung der Bilderfassungseinrichtung 10 relativ zum Mikroskopkörper 16 erfasst werden kann, kann vermieden werden, dass die Steuereinrichtung in Abhängigkeit der okularbedingten Lageänderung zwischen Target 9 und Bilderfassungseinrichtung 10 die Antriebseinrichtung(en) ansteuert oder den Betrieb des Mikroskopiesystems 1 in anderweitiger Weise beeinflusst.
Es ist vorstellbar, dass die in 1, 2 und 3 dargestellten Tuben 14 mit den Okularen 24 (und somit auch die Okulare 24) lösbar, also austauschbar, an dem Mikroskopkörper 16 befestigt sind. Hierzu können sowohl der Tubus 15 als auch der Mikroskopkörper 16 entsprechende Befestigungsschnittstellen aufweisen.
Weiter ist in 3 eine Beleuchtungseinrichtung 21 dargestellt. Diese Beleuchtungseinrichtung 21 dient zur Beleuchtung eines Targets 9 (siehe z.B. 1). In 3 ist dargestellt, dass die Beleuchtungseinrichtung 21 an der Bilderfassungseinrichtung 10 mechanisch starr und somit ortsfest relativ zu dieser Bilderfassungseinrichtung 10 befestigt ist. Dies ist jedoch nur eine exemplarische Darstellung eines Befestigungsorts. Es ist selbstverständlich möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung 21 auch an dem Tubus 15 oder dem Mikroskopkörper 16 befestigt sein kann.
Schematisch dargestellt ist ein Beleuchtungsbereich 20 der Beleuchtungseinrichtung 21. Es ist dargestellt, dass sich der Beleuchtungsbereich 20 und der Bilderfassungsbereich 17 der Bilderfassungseinrichtung 10 zumindest teilweise überschneiden. Somit kann insbesondere ein im Erfassungsbereich 17 angeordnetes Target 9 durch die Beleuchtungseinrichtung 21 beleuchtet werden.
Es ist möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung 21 Licht in einem Wellenlängenbereich außerhalb des sichtbaren Bereichs, beispielsweise in einem Wellenlängenbereich mit Wellenlängen größer als 780 nm, erzeugt.
Es ist weiter möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung 20 durch die in 1 dargestellte Steuereinrichtung 7 oder eine weitere Steuereinrichtung gesteuert werden kann. Hierzu kann die Beleuchtungseinrichtung 21 daten- und/oder signaltechnisch mit der entsprechenden Steuereinrichtung 7 verbunden sein.
Dies ermöglicht, dass eine Intensität der Beleuchtung in Abhängigkeit eines Abstands des Targets 9 von der Bilderfassungseinrichtung 10 einstellbar ist. Beispielsweise kann durch Auswertung eines zweidimensionalen Abbilds der Bilderfassungseinrichtung 10 ein Abstand, beispielsweise in Form einer Relativlage, zwischen dem Target 9 und der Bilderfassungseinrichtung 10 bestimmt werden, wobei die Intensität proportional zum Abstand verändert wird.
Auch ist es möglich, einen Arbeitsabstand der Bilderfassungseinrichtung 10 in Abhängigkeit des Abstands des Targets 9 von der Bilderfassungseinrichtung 10 einzustellen.
Es ist weiter möglich, jedoch nicht dargestellt, dass das Mikroskopiesystem 1 (siehe 1) mindestens ein Mittel zur Filterung, beispielsweise ein Spektralfilter, der durch die Bilderfassungseinrichtung 10 erfassten Strahlung zur Erzeugung des Abbilds umfasst.
Alternativ oder kumulativ ist es möglich, dass mittels der Bilderfassungseinrichtung 10 nur Strahlung in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich, insbesondere dem vorhergehend erläuterten Infrarotwellenlängenbereich, erfassbar ist.
Weiter ist es möglich, dass die in 1, 2 und 3 dargestellte Bilderfassungseinrichtung 10 eine Weitwinkelkamera ist.
In 4 ist perspektivisch ein Target 9 mit drei Markerelementen 22 dargestellt. Hierbei ist dargestellt, dass die Markerelemente 22 auf einem Trägerkörper 23 angeordnet sind. Insbesondere sind die Markerelemente 22 nicht kollinear angeordnet. Die Markerelemente 22 sind hierbei kreisförmig ausgebildet bzw. weisen eine kreisförmige innere Markerfläche sowie ein geometrisches Zentrum dieser Markerfläche auf.
Die innere Markerfläche weist variierende Farb- oder Grauwerte auf. Insbesondere ist diese gefüllt mit Farbspektrumspunkten, die radial mit Bezug auf das geometrische Zentrum verteilt sind. Ein Farb- oder Grauwert von jedem Farbspektrumspunkt der Markerfläche ist in Abhängigkeit eines Winkels zwischen einer horizontalen Linie durch das geometrische Zentrum und einer weiteren Linie durch das geometrische Zentrum und den entsprechenden Farbspektrumspunkt festgelegt und somit bestimmbar.
Die 5a, 5b, 5c, 5d zeigen verschiedene Ausführungsformen von Markerelementen 22, nämlich ein erstes Markerelement 22a, ein zweites Markerelement 22b, ein drittes Markerelement 22c und ein viertes Markerelement 22d. Diese Markerelemente 22a,..., 22d weisen jeweils voneinander verschiedene Farb- oder Grauwertverteilungen auf. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass einem Markerelement 22, 22a, ..., 22d eine Identität, insbesondere eine eindeutige Identität, zugeordnet werden kann, die bildbasiert, also durch Auswertung des von der Bilderfassungseinrichtung 10 erzeugten Abbilds, identifizierbar ist.
Es ist dann weiter möglich, das in 1 dargestellte Mikroskopiesystem 1 in Abhängigkeit der identifizierten Identität des Markerelements 22, 22a, ..., 22d zu steuern. Beispielsweise können durch die Steuereinrichtung 7 Betriebs- und/oder Bewegungsparameter des Mikroskops 2 und/oder ein Betriebsmodus des Mikroskops 2 eingestellt werden, die/der einem identifizierten Markerelement 22a,..., 22d zugeordnet sind/ist. Hierbei können verschiedenen Markerelementen 22a,..., 22d verschiedene Parameterwerte zugeordnet sein.
6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Mikroskops 2 mit zwei daran beweglich befestigten Tuben 15, wobei jeder Tubus 15 ein Okular 24 aufweist. Über die Tuben 15 sind diese Okulare 24 um eine Drehachse drehbar an dem Mikroskopkörper 16 des Mikroskops 2 gelagert, wobei diese Drehachse ortsfest relativ zum Mikroskopkörper 16 angeordnet ist. Weiter dargestellt ist ein Teil des Stativs 3, an dem das Mikroskop 2 gehaltert ist. Schematisch dargestellt ist eine Bilderfassungseinrichtung 10, die an einem dieser beiden drehbar gelagerten Tuben 15 ortsfest relativ zu dem Okular 24 angeordnet ist, welches an dem entsprechenden Tubus 15 befestigt ist.
7 zeigt eine perspektivische Darstellung eines weiteren Tubus 15 mit einem Okular 24, welches über den Tubus 15 beweglich an einem Mikroskopkörper 16 (siehe z.B. 3) befestigt werden kann. Dargestellt ist, dass das Okular 24 um zwei Drehachsen drehbar an dem Mikroskopkörper 16 befestigt werden kann. Diese beiden Drehachsen sind hierbei parallel zueinander ausgerichtet, wobei eine der Drehachsen im befestigten Zustand ortsfest relativ zum Mikroskopkörper 16 angeordnet ist und die weitere Drehachse um die erste Drehachse rotierbar ist. Somit kann das Okular 24 durch Drehung um die Drehachsen in einen eingefalteten und einen ausgefalteten Zustand versetzt werden. Schematisch dargestellt ist eine Bilderfassungseinrichtung 10, die im Bereich des das Okular 24 aufweisenden Abschnitts des Tubus 15 angeordnet ist und somit ebenfalls drehbar um zwei Achsen an dem Mikroskopkörper 16 befestigbar ist.
8 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform. In einem ersten Schritt S1 wird eine Lage mindestens eines Targets 9 (siehe z.B. 1) relativ zu mindestens einer Bilderfassungseinrichtung 10 des in 1 dargestellten Mikroskopiesystems 1 erfasst. Es ist möglich, dass hierbei auch eine Lageänderung erfasst wird. In Abhängigkeit dieser Lage kann dann eine räumliche Lage eines an dem Kopf befestigten Targets 9 bestimmt werden. Die räumliche Lage kann hierbei in einem Referenzkoordinatensystem (siehe Erläuterungen zu 1) bestimmt werden. In einem zweiten Schritt S2 kann dann ein Betrieb der Mikroskopieeinrichtung 1 in Abhängigkeit der derart bestimmten Lage gesteuert werden. Dies wurde vorhergehend erläutert.
In einem Parametereinstellmodus kann z.B. Abhängigkeit der erfassten Relativlage ein Zoom des Mikroskops 2 eingestellt werden. In einem Bewegungssteuerungsmodus kann eine Antriebseinrichtung eines Stativs 3 des Mikroskopiesystems 1 derart angesteuert, dass das Mikroskop 2 mit einer gewünschten Bewegung gesteuert wird. Insbesondere kann eine Lageänderung des Targets 9 bestimmt werden, wobei dann die Antriebseinrichtung derart angesteuert werden kann, dass das Mikroskop 2 die gleiche Lageänderung ausführt (Lageverfolgungsmodus).
Weiter kann auch ein Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung 21 (siehe 3), beispielsweise eine Intensität der erzeugten Strahlung, und/oder ein Betrieb der Bilderfassungseinrichtung 10 gesteuert werden. So ist es möglich, dass ein Abstand zwischen Target 9 und Bilderfassungseinrichtung 10 in dem zweiten Schritt S2 bestimmt wird, wobei eine Intensität der Beleuchtung durch die Beleuchtungseinrichtung 10 und/oder ein Arbeitsabstand der Bilderfassungseinrichtung 10 in Abhängigkeit des Abstands verändert wird.
Weiter ist es möglich, dass im zweiten Schritt S2 eine Identität eines Markerelements identifiziert wird, wobei dann der Betrieb des Mikroskopiesystems 1, insbesondere auch die Bewegung, in Abhängigkeit der identifizierten Identität gesteuert wird.
Es ist weiter möglich, dass der Betrieb, insbesondere die Bewegung, des Mikroskopiesystems 1 auch in Abhängigkeit der Relativlage zwischen der Bilderfassungseinrichtung 10 und dem Mikroskopkörper 16, also in Abhängigkeit der Relativlage zwischen Okular 24 und Mikroskopkörper 16, gesteuert wird, insbesondere wenn die Bilderfassungseinrichtung 10 an einem beweglichen Tubus 15 oder beweglichen Okular 24 befestigt ist.
9 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform. Hierbei wird in einem Initialschritt S0, der zeitlich vor dem ersten Schritt S1 ausgeführt wird, eine lagebasierte Steuerung des Mikroskopiesystems 1 aktiviert. Dies kann beispielsweise durch Betätigung eines Aktivierungsmittels, beispielsweise eines Fußschalters, erfolgen.
Es ist möglich, dass das in 1 dargestellte Mikroskopiesystem 1 hierzu ein nicht dargestelltes Aktivierungsmittel zur Aktivierung der lagebasierten Steuerung des Mikroskopiesystems 1 und/oder ein Mittel zur Aktivierung eines gewünschten Betriebsmodus umfasst.
Insbesondere in diesem Fall kann zeitlich vor oder in dem zweiten Schritt S2 ausgewertet werden, welcher Betriebsmodus aktiviert ist. Weiter kann ausgewertet werden, ob und welcher Betriebsmodus aktiviert ist. In Abhängigkeit des aktivierten Betriebsmodus können dann weitere Schritte des Verfahrens durchgeführt werden. Insbesondere wird im zweiten Schritt S2 eine Bewegungssteuerung nur dann durchgeführt, falls sich das Mikroskopiesystem 1 in einem lagebasiert steuerbaren Bewegungsmodus befindet.
Die Aktivierung der lagebasierten Steuerung oder eines gewünschten Betriebsmodus kann beispielsweise durch Betätigen eines Schalters, beispielsweise eines Fußschalters, durch den Benutzer 8 erfolgen, durch Auswertung einer Lage oder einer Lageänderung und/oder durch Identifizierung eines Markerelements 22.
Weiter kann im Initialschritt S0 eine Anzahl und/oder eine Art der für eine Bewegung des Mikroskops 2 freigegebenen Freiheitsgrade festgelegt werden.
Bezüglich des ersten und des zweiten Schritts S1, S2 kann auf die Erläuterungen zu 6 verwiesen werden. Soll keine lagebasierte Steuerung des Mikroskopiesystems 1 mehr erfolgen, so kann in einem dritten Schritt S3 die lagebasierte Steuerung des Mikroskopiesystems 1 deaktiviert werden, beispielsweise durch die Betätigung eines entsprechenden Deaktivierungsmittels. Das Deaktivierungsmittel kann hierbei gleich dem Aktivierungsmittel sein.
Es ist möglich, dass die Lageerfassung in Abhängigkeit einer Sequenz von mindestens zwei, vorzugsweise drei, zeitlich nacheinander durch die Bilderfassungseinrichtung 10 (siehe 1) erzeugten Abbildern durchgeführt wird. Hierzu kann im ersten Schritt S1 in einem ersten Teilschritt ein erstes Abbild, in einem zeitlich nachfolgenden zweiten Teilschritt ein zweites Abbild und in einem zeitlich nachfolgenden dritten Teilschritt ein drittes Abbild erzeugt werden. Diese Abbilder können mit voneinander verschiedenen Abbildungsparametern oder Betriebsparametern der Bilderfassungseinrichtung 10, beispielsweise mit verschiedenen Blenden, erzeugt werden.
Bezugszeichenliste

1: Mikroskopiesystem
2: Mikroskop
3: Stativ
4: Drehachse
5: Drehachse
6: Drehachse
7: Steuereinrichtung
8: Benutzer
9: Target
10: Bilderfassungseinrichtung
11: Stirnband
12: signal- und/oder datentechnische Verbindung
13: Patient
14: Operationstisch
15: Tubus
16: Mikroskopkörper
17: Erfassungsbereich
18: Drehachse
19: Lageerfassungseinrichtung zur Erfassung der Okularlage
20: Beleuchtungsbereich
21: Beleuchtungseinrichtung
22: Markerelement
22a: Markerelement
22b: Markerelement
22c: Markerelement
22d: Markerelement
23: Trägereinrichtung
24: Okular
25: Glasscheibe
26: optische Achse
S1: erster Schritt
S2: zweiter Schritt
E: Ebene
HB: Halbraum

Claims

Mikroskopiesystem, umfassend: - ein Mikroskop (2), - ein Stativ (3) zur Halterung des Mikroskops (2), wobei das Stativ (3) mindestens eine Antriebseinrichtung zur Bewegung des Mikroskops (2) umfasst, - mindestens eine Lageerfassungseinrichtung zur Erfassung einer räumlichen Lage mindestens eines Targets (9), wobei die Lagererfassungseinrichtung das mindestens eine Target (9) mit mindestens einem Markerelement (22, 22a, ..., 22d) und mindestens eine Bilderfassungseinrichtung (10) zur optischen Erfassung des Targets (9) umfasst, wobei entweder das mindestens eine Target (9) oder die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung (10) am Mikroskop (2) angeordnet ist, - mindestens eine Steuereinrichtung (7) zur Steuerung des Betriebs des Mikroskopiesystems (1) in Abhängigkeit der erfassten Lage des Targets (9), wobei das mindestens eine Markerelement (22, 22a, ..., 22d) ein passives Markerelement ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Target (9) oder die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung (10) ortsfest relativ zu einem Okular (24) an dem Okular (24) oder an einem Tubus (15) des Mikroskops (2) befestigt ist, wobei das Okular (24) relativ zu einem Mikroskopkörper (16) beweglich an dem Mikroskopkörper (16) befestigt ist, wobei das Mikroskopiesystem (1) mindestens eine Einrichtung zur Erfassung einer Relativlage zwischen Okular (24) und Mikroskopkörper (16) umfasst, wobei eine Steuerung oder Regelung der Bewegung des Mikroskops (2) in Abhängigkeit mindestens eines Betribsparameters des Okulars (24) oder Tubus (15) erfolgt, wobei eine Transformationsvorschrift für die Transformation von dem Koordinatensystem der Lageerfassungseinrichtung in ein Referenzkoordinatensystem oder ein mikroskopiekörperfestes Koordinatensystem in Abhängigkeit der erfassten Relativlage angepasst wird.
Mikroskopiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine Steuereinrichtung (7) zur Steuerung der mindestens einen Antriebseinrichtung in Abhängigkeit der erfassten Lage des Targets (9) und/oder eine Steuereinrichtung zur Einstellung mindestens eines Betriebs- und/oder Bewegungsparameters und/oder eines Betriebsmodus des Mikroskops (2) ist.
Mikroskopiesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Okular (24) oder ein Tubus (15) mit einem Okular (24) lösbar an einem Mikroskopkörper (16) befestigt ist.
Mikroskopiesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) zur Steuerung der mindestens einen Antriebseinrichtung in Abhängigkeit der erfassten Lage des Targets (9) sowie der Okularlage ausgebildet ist.
Mikroskopiesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Lage des Targets (9) durch Auswertung eines von der Bilderfassungseinrichtung (10) der Lageerfassungseinrichtung erzeugten Abbilds erfolgt.
Mikroskopiesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskopiesystem (1) eine Beleuchtungseinrichtung (21) zur Beleuchtung des Targets (9) umfasst.
Mikroskopiesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (21) Licht mit einer Wellenlänge außerhalb des sichtbaren Bereichs, insbesondere im Infrarotwellenlängenbereich, erzeugt.
Mikroskopiesystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Beleuchtung und/oder ein Arbeitsabstand und/oder eine Belichtungszeit der Bilderfassungseinrichtung (10) in Abhängigkeit des Abstands des Targets (9) von der Bilderfassungseinrichtung (10) einstellbar ist.
Mikroskopiesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskopiesystem (1) mindestens ein Mittel zur Filterung der durch die Bilderfassungseinrichtung (10) erfassten Strahlung umfasst und/oder dass die Bilderfassungseinrichtung (10) nur Strahlung einer vorbestimmten Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs, insbesondere des Infrarotwellenlängenbereichs, erfasst und/oder dass die Bilderfassungseinrichtung (10) eine Monochrom-Bilderfassungseinrichtung ist.
Mikroskopiesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskopiesystem (1) ein Mittel zur Aktivierung einer lagebasierten Steuerung des Mikroskopiesystems (1) umfasst.
Mikroskopiesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung (10) eine Weitwinkelkamera ist.
Mikroskopiesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem Markerelement (22, 22a, ..., 22d) eine Identität zugeordnet ist, wobei diese Identität bildbasiert identifizierbar ist.
Mikroskopiesystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrieb des Mikroskopiesystems (1) in Abhängigkeit der identifizierten Identität steuerbar ist.
Mikroskopiesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorbestimmter Bewegungsmodus des Mikroskopiesystems (1) in Abhängigkeit der identifizierten Identität aktiviert wird.
Mikroskopiesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung oder Regelung der Bewegung des Mikroskops (2) in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters des Mikroskops (2) und/oder mindestens eines Betriebsparameters der Bilderfassungseinrichtung (10) der Lageerfassungseinrichtung erfolgt.
Mikroskopiesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl und/oder eine Art der freigegebenen Freiheitsgrade der Bewegung des Mikroskops (2) einstellbar ist.
Mikroskopiesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe eines Arbeitsraums des Mikroskopiesystems (1) und/oder eine zulässige Maximalgeschwindigkeit der Bewegung einstellbar ist.
Verfahren zum Betrieb eines Mikroskopiesystems nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei eine Lage des mindestens einen Targets (9) relativ zu der mindestens einen Bilderfassungseinrichtung (10) der Lageerfassungseinrichtung bestimmt wird, wobei ein Betrieb des Mikroskopiesystems (1) in Abhängigkeit der bestimmten Lage gesteuert wird, wobei eine Steuerung oder Regelung der Bewegung des Mikroskops (2) in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters des Okulars (24) oder Tubus (15) erfolgt, wobei eine Relativlage zwischen Okular (24) und Mikroskopkörper (16) erfasst wird, wobei eine Transformationsvorschrift für die Transformation von dem Koordinatensystem der Lageerfassungseinrichtung in ein Referenzkoordinatensystem oder ein mikroskopiekörperfestes Koordinatensystem in Abhängigkeit der erfassten Relativlage angepasst wird.