DE102019123742A1

DE102019123742A1 - Augenchirurgie-Operationssystem und computerimplementiertes Verfahren zum Bereitstellen der Lage wenigstens eines Trokarpunkts

Info

Publication number: DE102019123742A1
Application number: DE102019123742.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Voigt; Delbert Peter Andrews; Nancy Hecker-Denschlag; Holger Matz; Christoph Hauger
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2039-09-05
Also published as: JP7408504B2; JP2021037277A; US20210059857A1; DE102019123742B4

Abstract

Ein Augenchirurgie-Operationssystem (10) weist eine Visualisierungseinrichtung (84, 86, 88) zum Visualisieren der Lage wenigstens eines Trokarpunkts (74) für ein Trokar (76) auf der Sklera (63) eines Patientenauges (62) auf, das zum Einführen eines für chirurgische Eingriffe am Hintergrund des Patientenauges (62) ausgelegten Operationsinstruments (72) in das Patientenauge (62) dient. Das Augenchirurgie-Operationssystem (10) umfasst eine Rechnereinheit (82), die für das Bereitstellen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts (74) an die Visualisierungseinrichtung (84, 86, 88) ausgelegt ist. Die Rechnereinheit (82) enthält dabei eine Trokarpunkt-Berechnungsroutine, die zum Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts (74) aus der Lage wenigstens eines Operationssitus (60) in einem Modell des Patientenauges (62) und aus geometrischen Informationen zu wenigstens einem durch ein Trokar (76) in das Patientenauge (62) einführbares Operationsinstrument (72) eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Augenchirurgie-Operationssystem sowie ein computerimplementiertes Verfahren zum Bereitstellen der Lage wenigstens eines Trokarpunkts für ein Trokar auf der Sklera eines Patientenauges, das zum Einführen wenigstens eines für chirurgische Eingriffe am Hintergrund des Patientenauges ausgelegten Operationsinstruments in das Patientenauge dient. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Computerprogramm.
In der vitreoretinalen Chirurgie werden Operationsinstrumente eingesetzt, die durch ein Trokar in das Innere eines Patientenauges zugeführt werden. Z. B. werden für das Durchführen der sogenannten Retinal Vein Cannulation (RVC) Kanülen mit einem Schaftkörper eingesetzt, an dessen Ende ein Operationswerkzeug in Form einer feinen, zu dem Schaftkörper in der Regel mit einem Inklinationswinkel abgewinkelten Hohlnadel ausgebildet ist. Mit der Hohlnadel können in retinale Gefäße Medikamente eingebracht werden, um beispielsweise Koagulationen aufzulösen. Der Schaftkörper mit der Hohlnadel wird bei dieser Operation in das Innere des Patientenauges durch ein Trokar eingeführt, das durch die zwischen dem äußeren Rand der Netzhaut und dem Ziliarkörper liegende ringförmige Pars Plana des Patientenauges eingesetzt ist, um die Sklera bei der Operation zu schonen bzw. die Instrumente temporär zu fixieren.
Die Zufuhr von Medikamenten in ein retinales Gefäß gelingt nur, wenn die Hohlnadel unter einem Angriffswinkel zu einer Gefäßverlaufsrichtung in das Gefäß eindringt, der innerhalb eines eng begrenzten Toleranzbereichs liegt. Ist der Angriffswinkel zu flach, so kann die Hohlnadel das Lumen des Gefäßes nicht erreichen. Wenn die Hohlnadel unter einem Angriffswinkel an das Gefäß angesetzt wird, der zu steil ist, wird der Bereich, in dem das Ende der Hohlnadel in dem Lumen des Gefäßes liegt, sehr klein. Dann können schon kleinste Relativbewegungen von Hohlnadel und Augenhintergrund dazu führen, dass die Hohlnadel das Gefäß durchstößt oder aus dem Gefäß wieder herausrutscht.
Wenn aber eine Hohlnadel ein retinales Gefäß durchstößt oder aus einem solchen Gefäß herausrutscht, blutet das retinale Gefäß, das dann perforiert ist, in den Glaskörper des Patientenauges ein. In den Glaskörper gelangtes Blut kann in einer Augenoperation die Sicht des Operateurs auf den Augenhintergrund beeinträchtigen. Auch führt die Perforation eines retinalen Gefäßes dazu, dass Medikamente, die in das retinale Gefäß eingeführt werden, umgehend durch die Öffnungen in diesem wieder ausgespült werden. Das kann zur Folge haben, dass sich ein retinales Gefäß gar nicht mehr richtig behandeln lässt.
Wenn ein chirurgisches Instrument durch ein ortsfestes Trokar in das Innere eines Patientenauges eingeführt wird, so ist die Zahl der Bewegungsfreiheitsgrade, mit der das Operationswerkzeug des Operationsinstruments im Inneren des Patientenauges bewegt werden kann, gegenüber der Zahl der Bewegungsfreiheitsgrade eines frei beweglichen Operationsinstruments reduziert.
Schon bei Setzen eines Trokars für ein Operationsinstrument muss deshalb darauf geachtet werden, welcher Bereich im Inneren des Patientenauges mittels des Operationsinstruments operiert werden soll. Der Angriffswinkel für ein Operationswerkzeug des Operationsinstruments zu einer Struktur in dem Inneren des Patientenauges, z. B. eine spitze Kanüle, ein Messer oder eine Schere, kann dann nämlich nicht mehr beliebig variiert werden.
Bei chirurgischen Operationen in dem Inneren eines Patientenauges werden von einem Operateur oftmals Operationsinstrumente mit einem Operationswerkzeug unter Angriffswinkeln zu Strukturen im Inneren des Patientenauges gehandhabt, die sehr ungünstig sind und die deshalb Komplikationen verursachen können. Oftmals stellt sich erst nach dem Setzen eines Trokars heraus, dass sich ein geplanter Eingriff an der Retina nicht durchführen lässt, weil das durch den Trokar in das Innere des Patientenauges eingeführte Operationsinstrument die für den Eingriff erforderlichen Angriffswinkel des Operationswerkzeugs des Operationsinstruments nicht ermöglicht.
Dem kann zwar durch das Vorhalten einer Vielzahl von unterschiedlichen Operationsinstrumenten begegnet werden, die bei gegebener Position des Trokars verschiedene Angriffswinkel zu Strukturen im Inneren des Patientenauges ermöglichen. Das Ein- und Ausführen unterschiedlicher Operationsinstrumente durch ein gesetztes Trokar, um herauszufinden, mit welchem Operationsinstrument der chirurgische Eingriff am besten durchgeführt wird, verlängert jedoch die für das Durchführen des chirurgischen Eingriffs erforderliche Zeit. Darüber hinaus verursacht das Vorhalten bzw. Verwenden unterschiedlicher Operationsinstrumente erhebliche Anschaffungs- und Betriebskosten.
Zwar gibt es auch Operationsinstrumente mit Gelenken, die es ermöglichen, den Angriffswinkel des Operationswerkzeugs bei einem durch ein gesetztes Trokar in das Innere eines Patientenauges zugeführten Operationsinstrument zu variieren. Solche Operationsinstrumente haben jedoch hohe Herstellungskosten und lassen sich, wenn überhaupt, nur mit hohem Aufwand sterilisieren.
Wenn sich herausstellt, dass der geplante chirurgische Eingriff in dem Inneren des Patientenauges mit dem gesetzten Trokar gar nicht durchgeführt werden kann, so muss das Trokar neu gesetzt werden. Insbesondere wenn weitere Operationsinstrumente und Hilfseinrichtungen in Form von Stativen oder auch Roboter Verwendung finden, erfordert das viel Zeit, da gegebenenfalls auch die weiteren Operationsinstrumente neu positioniert und etwa Roboter zu dem neuen, sogenannten Remote Center of Motion (RCM) neu ausgerichtet und programmiert werden müssen. Ein Patient erfährt dann in der Operation unvermeidlich zusätzliche Verletzungen und aufgrund des dann erforderlichen Bedarfs an zusätzliche Verbrauchsmaterialien und der verlängerten Dauer der Operation nehmen die Kosten für das Durchführen des chirurgischen Eingriffs zu.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Augenchirurgie-Operationssystem bereitzustellen und ein Verfahren zum Bereitstellen der Lage wenigstens eines Trokarpunkts für ein Trokar auf der Sklera eines Patientenauges anzugeben, das optimierte Abläufe bei einem chirurgischen Eingriff im Inneren eines Patientenauges ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Augenchirurgie-Operationssystem und das in Anspruch 12 angegebene computerimplementierte Verfahren zum Bereitstellen der Lage wenigstens eines Trokarpunkts für ein Trokar auf der Sklera eines Patientenauges gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Augenchirurgie-Operationssystem weist eine Visualisierungseinrichtung zum Visualisieren der Lage wenigstens eines Trokarpunkts für ein Trokar auf der Cornea eines Patientenauges auf, das zum Einführen eines für chirurgische Eingriffe am Hintergrund des Patientenauges ausgelegten Operationsinstruments in das Patientenauge dient, und hat eine Rechnereinheit, die für das Bereitstellen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts an die Visualisierungseinrichtung ausgelegt ist. Diese Rechnereinheit enthält eine Trokarpunkt-Berechnungsroutine, die zum Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts aus der Lage wenigstens eines Operationssitus in einem Modell des Patientenauges und aus geometrischen Informationen zu wenigstens einem durch ein Trokar in das Patientenauge einführbares Operationsinstrument eingerichtet ist.
Ein Modell des Patientenauges im Sinne der Erfindung kann eine Kugel oder auch eine individuelle, patientenspezifische Nachbildung des Augapfels eines Patientenauges sein. Insbesondere kann das Modell eines Objekts im Sinne der Erfindung ein Durchschnittsauge von Gullstrad sein, das etwa im ABC der Optik, Verlag Werner Dausien, Hanau/Main 1961 auf den Seiten 83 - 85 beschrieben ist. Hier sind für ein „exaktes Augenmodell“ und ein „vereinfachtes Augenmodell“ die optisch wirksamen Flächen, deren Krümmung und Abstand sowie die Brechzahl von „optischen Elementen“ angegeben, für die ein Abbildungsstrahlengang in guter Näherung den natürlichen Gegebenheiten bei einem durchschnittlichen, gesunden Mensch mit emmetropen Auge entspricht. Indem bei dem „exakten Augenmodell“ nach Gullstrad oder dem „vereinfachten Augenmodell“ Abstände oder Krümmungen nicht als vorgegeben, sondern als auf ein bestimmtes Patientenauge anpassbare freie Parameter aufgefasst werden, ist es möglich, ein reales Patientenauge mit einem solchen Modell zu beschreiben.
Das Augenchirurgie-Operationssystem kann eine Einrichtung für das Referenzieren des Modells des Patientenauges zu dem Patientenauge enthalten. Auf diese Weise ist es möglich, einem Operateur an dem Patientenauge die korrekte Position der berechneten Lage des Trokars zu visualisieren und/oder das Modell des Patientenauges in Überlagerung zu einem mit einer Bilderfassungseinrichtung erfassten Bild des Patientenauges anzuzeigen.
Von Vorteil ist es, wenn die Trokarpunkt-Berechnungsroutine zum Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts unter Berücksichtigung einer für das Manipulieren des Operationsinstruments in einem chirurgischen Eingriff ergonomisch günstige Körperhaltung eines Operateurs eingerichtet ist. Auf diese Weise wird dem Operateur das ermüdungsfreie Arbeiten erleichtert.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Trokarpunkt-Berechnungsroutine für das Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts unter Maximieren eines Abstands des Operationsinstruments von einem Bereich kritischen Gewebes in dem Modell des Patientenauges eingerichtet ist. Diese Maßnahme verringert die Gefahr für Komplikationen bei einem chirurgischen Eingriff in dem Inneren des Patientenauges.
Zu bemerken ist, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine für das Berechnen mehrerer möglicher mittels der Visualisierungseinrichtung anzeigbarer Lagen von Trokarpunkten zu einem Operationsinstrument eingerichtet sein kann. Die Trokarpunkt-Berechnungsroutine kann dabei für das Berechnen mehrerer möglicher mittels der Visualisierungseinrichtung anzeigbarer Lagen von Trokarpunkten zu unterschiedlichen Operationsinstrumenten eingerichtet sein.
Insbesondere kann die Rechnereinheit für das Bereitstellen einer Operationsinstrumenten-Anzeigefunktion an die Visualisierungseinrichtung ausgelegt sein, um mittels der Visualisierungseinrichtung zu einem bestimmten Operationsinstrument gehörende Trokarpunkte kenntlich zu machen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine für das Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts durch Anwenden wenigstens eines mathematischen Optimierungskriteriums ausgelegt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Optimierungskriterium einen Operationsablauf berücksichtigt.
Das Optimierungskriterium kann z.B. einen Operationsablauf berücksichtigen, bei dem mehrere gleichwertige Operationsinstrumente mit Operationswerkzeugen in eine Operationsplanung einbezogen werden, wobei berücksichtigt wird, dass die Operationswerkzeuge der Operationsinstrumente unterschiedliche Inklinationswinkel β zu einer Längsachse eines Schafts des entsprechenden Operationsinstruments aufweisen.
Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine für das Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts einen vorgegebenen Soll-Angriffswinkel α_soll eines Operationswerkzeugs des Operationsinstruments zu dem wenigstens einen Operationssitus verarbeitet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine für das Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts einen vorgegebenen Toleranzbereich für den Soll-Angriffswinkel α_soll eines Operationswerkzeugs des Operationsinstruments zu dem wenigstens einen Operationssitus verarbeitet und zu einer berechneten Lage des wenigstens einen Trokarpunkts einen aus dem Toleranzbereich für den Soll-Angriffswinkel α_soll des Operationswerkzeugs ermittelten Toleranzbereich angibt.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine Behandlung mehrerer voneinander beabstandeter Areale auf dem Hintergrund des Patientenauges erfolgt und die Trokarpunkt-Berechnungsroutine Kombinationen unterschiedlicher Operationsinstrumente mit Operationswerkzeugen berücksichtigt, deren Inklinationswinkel β zu dem Schaft des Operationsinstruments variiert, um einen Trokarpunkt so zu bestimmen, dass die Operationsinstrumente durch ein einziges an dem Trokarpunkt angeordnetes Trokar den erforderlichen Angriffswinkel α des Operationswerkzeugs zu dem Operationssitus in den voneinander beabstandeten Arealen auf dem Hintergrund des Patientenauges gewährleisten, zumindest im Rahmen eines bestimmten Toleranzbereiches.
Bei dem erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahren zum Bereitstellen der Lage wenigstens eines Trokarpunkts für ein Trokar auf der Sklera eines Patientenauges, das zum Einführen wenigstens eines für chirurgische Eingriffe am Hintergrund des Patientenauges ausgelegten Operationsinstruments in das Patientenauge dient, wird die Lage des wenigstens einen Trokarpunkts aus der Lage wenigstens eines Operationssitus in einem Modell des Patientenauges und aus geometrischen Informationen über das wenigstens eine Operationsinstrument berechnet.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln für das Ausführen dieses Verfahrens auf einer Rechnereinheit.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Augenchirurgie-Operationssystem mit einem Patientenauge;
2 einen Abschnitt des Patientenauges mit einem Operationsinstrument und mit einem Trokar, das an dem Patientenauge an einem Trokarpunkt gesetzt ist;
3 eine in dem Augenchirurgie-Operationssystem visualisierte Lage des Trokarpunkts;
4 ein Flussdiagramm einer Trokarpunkt-Berechnungsroutine, die in einer Rechnereinheit des Augenchirurgie-Operationssystems abgespeichert ist;
5 ein Modell des Patientenauges;
6 das Modell des Patientenauges mit einem Operationssitus und mit einem Modell des Operationsinstruments;
7 das Ermitteln eines Trokarpunkts in dem Modell des Patientenauges anhand des Modells des Operationsinstruments; und
8 einen Abschnitt des Patientenauges mit einem weiteren Operationsinstrument und mit einem Trokar, das an dem Patientenauge an einem Trokarpunkt gesetzt ist.

Das in der 1 gezeigte Augenchirurgie-Operationssystem 10 enthält ein Operationsmikroskop 12, das für das stereoskopische Betrachten eines Objektbereichs 14 dient. Das Operationsmikroskop 12 hat eine Abbildungsoptik 16 mit einem Mikroskophauptobjektivsystem 18, die in einem Grundkörper 20 aufgenommen ist. In dem Operationsmikroskop 12 gibt es eine Beleuchtungseinrichtung 22, die das Beleuchten des Objektbereichs 14 mit einem Beleuchtungsstrahlengang 24 ermöglicht, der das Mikroskophauptobjektivsystem 18 durchsetzt. Das Operationsmikroskop 12 weist ein afokales Vergrößerungssystem 26 auf, durch das ein erster stereoskopischer Teilbeobachtungsstrahlengang 28 und ein zweiter stereoskopischer Teilbeobachtungsstrahlengang 30 geführt ist. Das Operationsmikroskop 12 hat einen an eine Schnittstelle 32 des Grundkörpers 20 angeschlossenen Binokulartubus 34, der einen ersten Okulareinblick 36 und einen zweiten Okulareinblick 38 für ein linkes und ein rechtes Auge 40a, 40b eines Operateurs aufweist. Das Mikroskophauptobjektivsystem 18 in dem Operationsmikroskop 12 wird von dem ersten stereoskopischen Teilbeobachtungsstrahlengang 28 und dem zweiten stereoskopischen Teilbeobachtungsstrahlengang 30 durchsetzt. In dem Operationsmikroskop 12 gibt es eine erste Bilderfassungseinrichtung 42 mit einem ersten Objektivlinsensystem 44 und mit einem ersten Bildsensor 46. Die Bilderfassungseinrichtung 42 dient für das Erfassen von Bildinformation aus dem ersten stereoskopischen Teilbeobachtungsstrahlengang 28. Mit einer zweiten Bilderfassungseinrichtung 48 kann in dem Operationsmikroskop 12 Bildinformation aus dem zweiten stereoskopischen Teilbeobachtungsstrahlengang 30 erfasst werden. Die zweite Bilderfassungseinrichtung 48 weist ein zweites Objektivlinsensystem 50 auf und enthält einen zweiten Bildsensor 52.
An das Operationsmikroskop 12 ist ein Ophthalmoskopievorsatzmodul 54 mit einer in einem Ophthalmoskopierlupenträger 56 aufgenommenen Ophthalmoskopierlupe 58 angeschlossen. Die Ophthalmoskopierlupe 58 dient dazu, einen Operationssitus 60, das in dem Inneren eines Patientenauges 62 liegt, durch dessen natürliche Linse 64 und dessen Cornea 66 hindurch in eine Zwischenbildebene 68 abzubilden, die zu der Abbildungsebene 69 auf dem ersten Bildsensor 46 und zu der Abbildungsebene 70 auf dem zweiten Bildsensor 52 konjugiert ist.
In dem Patientenauge 62 ist ein Operationsinstrument 72 angeordnet, das durch ein in die Sklera 63 in Bereich der Pars plana 67 des Patientenauges 62 an einem Trokarpunkt 74 gesetztes Trokar 76 in das Innere des Patientenauges 62 eingeführt ist. Das Operationsinstrument 72 dient beispielsweise zum Einbringen eines die Blutgerinnung auflösenden Medikaments in ein Gefäß 78, das an dem Hintergrund 80 des Patientenauges 62 verläuft.
Um dem Operateur die Lage des Trokarpunkts 74 anzuzeigen, an dem das Trokar 76 gesetzt werden kann, um mittels des Operationsinstruments 72 in dem Operationssitus 60 einen chirurgischen Eingriff vorzunehmen, gibt es in dem Augenchirurgie-Operationssystem 10 eine Rechnereinheit 82, die eine Eingabeschnittstelle 83 hat und die mit einer als Monitor ausgebildeten Visualisierungseinrichtung 84 sowie mit Visualisierungseinrichtungen 86, 88 verbunden ist, die Displays 90, 92 enthalten.
Die Visualisierungseinrichtung 84 ermöglicht das Visualisieren der Lage des Trokarpunkts 74 in dem Objektbereich 14 des Operationsmikroskops 12 in einem dreidimensionalen Bild des Objektbereichs 14, das in der Rechnereinheit 82 aus der mittels der ersten Bilderfassungseinrichtung 42 und der zweiten Bilderfassungseinrichtung 48 berechnet wird.
Die Displays 90, 92 der Visualisierungseinrichtungen 86, 88 ermöglichen das Anzeigen von Displayinformation in dem ersten und zweiten stereoskopischen Teilbeobachtungsstrahlengang 28, 30 in Überlagerung zu einem in dem Binokulartubus 34 wahrnehmbaren Bild des Objektbereichs 14.
Die 2 zeigt einen Abschnitt des Patientenauges 62 mit dem Operationsinstrument 72 und mit dem Trokar 76, das in das Patientenauge 62 an dem Trokarpunkt 74 gesetzt ist, der mittels der Visualisierungseinrichtungen 84, 86, 88 in dem Augenchirurgie-Operationssystem 10 angezeigt werden kann.
Das Operationsinstrument 72 hat ein an einem Schaft 94 angeordnetes Operationswerkzeug 96. Es durchsetzt dens Trokar 76 und kann in diesem in der Richtung des Doppelpfeils 97 sowie entsprechend dem Doppelfeil 98 um seine Längsachse 100 gedreht werden. Das Trokar 76 ermöglicht außerdem das Verschwenken des Operationsinstruments 72 um den Trokarpunkt 74 in einem auf den Trokarpunkt 74 bezogenen Raumwinkelbereich entsprechend der Doppelpfeile 102, 104. Durch das Trokar 76 kann der Angriffswinkel α des Operationswerkzeugs 96 zu einem Gefäß 78 nur durch Verlagern des Operationsinstruments 72 entsprechend der mittels der Doppelpfeile 97, 98, 102 und 104 eingestellt werden, wobei der Angriffsort für das Operationswerkzeug 96 an dem Gefäß 78 dann allerdings ebenfalls verändert wird. Zu einer gegebenen Stelle des Situs 60 in dem Patientenauge 62 ergibt sich der mögliche Angriffswinkel α für das Operationswerkzeug 96 aus der Geometrie des Operationsinstruments 72 und die Lage des Trokarpunkts 74 für das Trokar 76 in der Pars plana 67 der Sklera 63 des Patientenages 62.
Die Rechnereinheit 82 in dem Augenchirurgie-Operationssystem 10 enthält deshalb eine Trokarpunkt-Berechnungsroutine. Die Trokarpunkt-Berechnungsroutine berechnet zu einem Operationssitus 60 in einem Patientenauge 62 und zu einem für den operativen Eingriff geeigneten Operationsinstrument 72 eine für den operativen Eingriff günstige Lage eines Trokarpunkts 74, an dem ein Trokar 76 an das Patientenauge 62 angesetzt werden kann, durch das sich das Operationsinstrument 72 derart in das Innere des Patientenauges 62 einführen lässt, dass mittels des Operationswerkzeugs 96 des Operationsinstruments 72 der Eingriff in das Gefäß 78 unter einem für den Eingriff günstigen Angriffswinkel α erfolgen kann.
Das in der 2 gezeigte Operationswerkzeug 96 des Operationsinstruments 72 ist ein Operationswerkzeug, das bei gleichem Angriffswinkel α eine Varianz der Orientierung des Schafts 94 zum Operationssitus 60 erlaubt, denn das Operationinstrument 96 kann grundsätzlich um die Inklinationsachse 99 gedreht werden, ohne dass der Angriffswinkel α dabei verändert wird.
Vorliegend besteht deshalb grundsätzlich zu dem vorgegebenen Angriffswinkel α desOperationswerkzeugs 96 des Operationsinstruments 72 eine Vielzahl von für den geplanten chirurgischen Eingriff geeigneter Trokarpunkte, die auf einer Kurve auf der Oberfläche der Sklera liegen, die sich aus der Orientierungsvarianz des entsprechenden Operationsinstruments ergibt, soweit die Kurvenpunkte dieser Kurve in der Pars plana der Sklera angeordnet sind.
Wenn dagegen ein Operationsinstrument keine Varianz der Orientierung seines Operationswerkzeugs zu dem Operationssitus ermöglicht, ergibt sich die Lage eines für den geplanten chirurgischen Eingriff geeigneten Trokarpunkts schon aus dem vorgegebenen Angriffswinkel α desOperationswerkzeugs 96 des Operationsinstruments 72 zu dem Operationssitus 60. Hier verbleibt lediglich die Möglichkeit, innerhalb einer ggf. vorhandenen Toleranz einen passenden, d.h. innerhalb der Pars-Plana liegenden Durchstoßpunkt der Sklera zu ermitteln.
Zu bemerken ist, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine vorsehen kann, dass eine Nutzung eines bestimmten, von dem Operateur ausgewählten Operationsinstruments an dem Operationssitus des operativen Eingriffes in dem Patientenauge 62 nicht möglich ist. Auf diese Weise wird dem Operateur ermöglicht, eine Planung der chirurgischen Operation bereits in der Planungsphase zu korrigieren.
Die 3 zeigt eine in dem Augenchirurgie-Operationssystem 10 mittels eines Kreuzsymbols 106 visualisierte Lage des Trokarpunkts 74. Die Lage des Trokarpunkts 74 ist in der Rechnereinheit 82 mittels der Trokarpunkt-Berechnungsroutine berechnet. In dem Augenchirurgie-Operationssystem 10 wird die Lage des Trokarpunkts 74 auf der Pars plana 67 der Sklera 63 des Patientenauges 62 in dem ersten und zweiten Okulareinblick 36, 38 einem Operateur in Überlagerung zu einem Bild des in der 1 kenntlich gemachten Objektbereichs 14 zur Anzeige gebracht.
In der 4 ist ein Flussdiagramm 108 über eine Trokarpunkt-Berechnungsroutine zu sehen, die in einer Rechnereinheit 82 des Augenchirurgie-Operationssystems 10 abgespeichert ist. Mittels der Trokarpunkt-Berechnungsroutine wird in der Rechnereinheit 82 die Lage des Trokarpunkts 74 aus der Lage wenigstens eines Operationssitus 60 in einem Modell des Patientenauges und aus geometrischen Informationen zu wenigstens einem durch ein Trokar 76 in das Patientenauge 62 einführbares Operationsinstrument 72 berechnet, die in der Trokarpunkt-Berechnungsroutine aus einem Modell über das Operationsinstrument 72 ermittelt werden.
Die Trokarpunkt-Berechnungsroutine in der Rechnereinheit 82 weist eine Augenmodell-Ermittlungsstufe 110 auf, die aus präoperativ erfassten Messdaten 112 zu dem Patientenauge 62 ein Augenmodell ermitteln, das durch einen Vergleich mit der Rechnereinheit 82 zugeführten Bilddaten aus den Bilderfassungseinrichtungen 42, 48 in dem Operationsmikroskop 12 dieses Augenmodell zu dem in dem Objektbereich 14 des Operationsmikroskops 12 angeordneten Patientenauge 62 referenziert. In derAugenmodell-Ermittlungsstufe 110 können dabei Daten 111 über mögliche Lagen eines Trokars 76 an einem Patientenauge 62 berücksichtigt werden. Solche Daten können z. B. auf Vorwissen und/oder dem ermittelten Modellauge oder auch einem anderen Modellauge basieren.
Zu bemerken ist, dass in einer modifizierten Ausführungsform der Trokarpunkt-Berechnungsroutine vorgesehen sein kann, dass das Augenmodell in der Augenmodell-Ermittlungsstufe ausschließlich oder auch zusätzlich aus intraoperativ erfassten Messdaten zu dem Patientenauge ermittelt wird. Zu bemerken ist insbesondere, dass Messdaten für das ermitteln eines Augenmodells des Patientenauges OCT-Daten sein können.
Das in der Augenmodell-Ermittlungsstufe 110 ermittelte Augenmodell umfasst die in der 1 gezeigte Sklera 63 und die Retina 81 sowie deren räumliche Beziehung zueinander.
Die Trokarpunkt-Berechnungsroutine verwertet dann einen Datensatz 114 zu Operationsinstrument-Modellen und einen Datensatz 116 über Diagnosedaten, aus denen in einer Diagnosedatenauswertestufe 118 ein Operationssitus 60 in dem Patientenauge 62 ermittelt wird. Zu dem ermittelten Augenmodell sowie dem Datensatz 114 zu Operationsinstrument-Modellen und der Information der in der Diagnosedatenauswertestufe 118 ermittelten Lage des Operationssitus 60 wird dann in einer Trokarlageplanungsstufe 120 die räumliche Lage des Trokarpunkts 74 des Trokars 76 berechnet. Zu der berechneten räumlichen Lage des Trokarpunkts 74 wird dann in einer Augmentierungsstufe 122 der Trokarpunkt-Berechnungsroutine ein Bilddatensatz mit Bilddaten generiert, welche die Information einer für den geplanten operativen Eingriff günstigen Lage des Trokars 76 in einem zu dem Patientenauge 62 in dem Objektbereich 14 des Operationsmikroskops 12 in dem Augenchirurgie-Operationssystem 10 referenzierten Augenmodell des Patientenauges 62 enthalten. In dem Augenchirurgie-Operationssystem 10 kann damit die Information der gesuchten günstigen Lage des Trokars 76 mittels der Visualisierungseinrichtungen 86, 88 in dem Operationsmikroskop 12 zur Anzeige gebracht werden oder an dem Monitor der Visualisierungseinrichtung 84 angezeigt werden.
Die 5 zeigt ein auf OCT-Daten basierendes Modell 121 des Patientenauges 62, in dem das Patientenauge 62 als eine Kugel abstrahiert wird, die eine der Blickrichtung des Patientenauges 62 entsprechende Orientierung hat, die mittels des Pfeils 124 kenntlich gemacht ist. Das Modell 121 enthält eine räumliche Beziehung der Retina 81 und zu der Pars plana 67.
Die 6 zeigt das Modell 121 des Patientenauges 62 mit einem Operationssitus 60 und mit einem Modell 125 des Operationsinstruments 72.
In der 7 ist das Modell 121 des Patientenauges 62 mit dem in der Trokarlageplanungsstufe 120 berechneten Trokarpunkt 74 und dem Modell 125 des Operationsinstruments 72 zu sehen.
Die 8 zeigt einen Abschnitt des Patientenauges 62 mit einem weiteren Operationsinstrument 72' und mit einem Trokar 76, das an dem Patientenauge 62 an einem Trokarpunkt 74 gesetzt ist. Das Operationsinstrument 72' weist als Operationswerkzeug 96 eine Schere auf.
Auch das Operationsinstrument 72' durchsetzt das Trokar 76 und kann in diesem in der Richtung des Doppelpfeils 97 sowie entsprechend dem Doppelfeil 98 um seine Längsachse 100 gedreht werden. Das Trokar 76 ermöglicht außerdem das Verschwenken des Operationsinstruments 72 um den Trokarpunkt 74 in einem auf den Trokarpunkt 74 bezogenen Raumwinkelbereich entsprechend der Doppelpfeile 102, 104. Durch die Lage des Trokarpunkts 74 des Trokars 76 ist der Angriffswinkel α desOperationswerkzeugs 96 zu einem Gefäß 78 vorgegeben.
Mittels der vorstehend anhand der 4 beschriebenen Trokarpunkt-Berechnungsroutine kann in der Rechnereinheit 82 die Lage des Trokarpunkts 74 aus der Lage wenigstens eines Operationssitus 60 in einem Modell des Patientenauges 62 und aus geometrischen Informationen zu wenigstens einem durch das Trokar 76 in das Patientenauge 62 einführbares Operationsinstrument 72' berechnet werden, die in der Trokarpunkt-Berechnungsroutine aus einem Modell über das Operationsinstrument 72' ermittelt werden.
Zu bemerken ist, dass eine zu der vorstehend beschriebenen Trokarpunkt-Berechnungsroutine alternative Trokarpunkt-Berechnungsroutine vorsehen kann, dass mehrere gleichwertige Operationsinstrumente mit Operationswerkzeugen in eine Operationsplanung einbezogen werden, wobei berücksichtigt wird, dass die Operationswerkzeuge der Operationsinstrumente für unterschiedliche Angriffswinkel an dem Operationssitus ausgelegt sind. Zu bemerken ist, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine alternativ oder zusätzlich auch berücksichtigen kann, dass der Angriffswinkel des Operationswerkzeugs eines Operationsinstruments einstellbar ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Trokarpunkt-Berechnungsroutine vorsehen, dass einem Operateur in dem Augenchirurgie-Operationssystem 10 Wahlmöglichkeiten für Trokarpunkte 74 bereitgestellt werden, an denen ein Trokar 76 gesetzt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Trokarpunkt-Berechnungsroutine dazu ausgelegt sein, einem Operateur aufzuzeigen, welche Operationsinstrumente 72, 72' mit Operationswerkzeugen 96 bei bestimmten Trokarpunkten 74 einsetzbar sind. Insbesondere kann die Trokarpunkt-Berechnungsroutine derart ausgelegt sein, dass anhand eines Optimierungskriteriums für den Operateur besonders vorteilhafte Operationsinstrumente für das Durchführen des chirurgischen Eingriffs angezeigt werden oder dass Trokarpunkte 74 mittels eines Optimierungsverfahrens eine ergonomisch günstige Haltung des Operateurs berücksichtigen oder so gewählt werden, dass die Gefahr der Verletzung von kritischen Gewebe in einem Patientenauge 62 durch Maximierung des Abstands des Operationswerkzeugs 96 des Operationsinstruments 72 zu dem kritischen Gewebe minimiert wird.
Zu bemerken ist, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine dazu ausgelegt sein kann, Kombinationen des Operationswerkzeugs 96 eines Operationsinstruments 72 und des Operationssitus 60 in dem Patientenauge 62 als eine Punkteschar mit Trokarpunkten 74 anzugeben, die für das Durchführen eines geplanten chirurgischen Eingriffs herangezogen werden können und die zueinander grundsätzlich gleichwertig sind und aus denen ein Operateur dann auswählen kann. Darüber hinaus ist zu bemerken, dass eine Trokarpunkt-Berechnungsroutine zusätzlich auch vorsehen kann, dass aus der Trokarpunkt-Berechnungsroutine anhand eines Optimierungsverfahrens besonders vorteilhafte Trokarpunkte ermittelt werden.
Außerdem ist zu bemerken, dass, sollte die Behandlung mehrerer Areale auf der Retina erforderlich sein, diese Kombinationen des Operationswerkzeugs 96 eines Operationsinstruments 72 und des Operationssitus in dem Patientenauge 62 in einer Trokarpunkt-Berechnungsroutine berücksichtigt werden können, um einen Trokarpunkt 74 so zu bestimmen, dass die Angriffswinkel des Operationswerkzeugs 96 eines Operationsinstruments 72 zu dem Operationssitus 60 in einem bestimmten vorgegebenen Winkelbereich liegen oder z.B. minimal sind. Dabei kann die Anzahl berechneter Trokarpunkte verringert werden, wenn aufgrund eines Kontrollkriteriums das Ergebnis der Berechnung als nicht tragfähig angesehen wird.
Zusammenfassend ist insbesondere folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein Augenchirurgie-Operationssystem 10 mit einer Visualisierungseinrichtung 84, 86, 88 zum Visualisieren der Lage wenigstens eines Trokarpunkts 74 für ein Trokar 76 auf der Sklera 63 eines Patientenauges 62, das zum Einführen eines für chirurgische Eingriffe am Hintergrund des Patientenauges 62 ausgelegten Operationsinstruments 72 in das Patientenauge 62 dient, und mit einer Rechnereinheit 82, die für das Bereitstellen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts 74 an die Visualisierungseinrichtung 84, 86, 88 ausgelegt ist. Die Rechnereinheit 82 enthält dabei eine Trokarpunkt-Berechnungsroutine, die zum Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts 74 aus der Lage wenigstens eines Operationssitus 60 in einem Modell des Patientenauges 62 und aus geometrischen Informationen zu wenigstens einem durch ein Trokar 76 in das Patientenauge 62 einführbares Operationsinstrument 72 eingerichtet ist.
Bezugszeichenliste

10: erstes Augenchirurgie-Operationssystem
12: Operationsmikroskop
14: Objektbereich
16: Abbildungsoptik
18: Mikroskophauptobjektivsystem
20: Grundkörper
22: Beleuchtungseinrichtung
24: Beleuchtungsstrahlengang
26: afokales Vergrößerungssystem
28: erster stereoskopischer Teilbeobachtungsstrahlengang
30: zweiter stereoskopischer Teilbeobachtungsstrahlengang
32: Schnittstelle
34: Binokulartubus
36, 38: Okulareinblick
40a, 40b: Auge
42: erste Bilderfassungseinrichtung
44: erstes Objektivlinsensystem
46: erster Bildsensor
48: zweite Bilderfassungseinrichtung
50: zweites Objektivlinsensystem
52: zweiter Bildsensor
54: Ophthalmoskopievorsatzmodul
56: Ophthalmoskopierlupenträger
58: Ophthalmoskopierlupe
60: Operationssitus
62: Patientenauge
63: Sklera
64: natürliche Linse
66: Cornea
67: Pars plana
68: Zwischenbildebene
69: Abbildungsebene auf dem ersten Bildsensor
70: Abbildungsebene auf dem zweiten Bildsensor
72, 72': Operationsinstrument
74: Trokarpunkt
76: Trokar
78: Gefäß
80: Hintergrund des Patientenauges 62
81: Retina
82: Rechnereinheit
83: Eingabeschnittstelle
84, 86, 88: Visualisierungseinrichtungen
90, 92: Display
94: Schaft
96: Operationswerkzeug
97, 98: Doppelpfeil
99: Inklinationsachse
100: Längsachse
102, 104: Doppelpfeil
106: Kreuzsymbol
108: Flussdiagramm
110: Augenmodellermittlungsstufe
111: Daten
112: Messdaten
114: Datensatz zu Operationsinstrument-Modellen
116: Datensatz über Diagnosedaten
118: Diagnosedatenauswertestufe
120: Trokarlageplanungsstufe
121: Modell des Patientenauges
122: Augmentierungsstufe
124: Pfeil
125: Modell des Operationsinstruments

Claims

Augenchirurgie-Operationssystem (10) mit einer Visualisierungseinrichtung (84, 86, 88) zum Visualisieren der Lage wenigstens eines Trokarpunkts (74) für ein Trokar (76) auf der Sklera (63) eines Patientenauges (62), das zum Einführen eines für chirurgische Eingriffe am Hintergrund des Patientenauges (62) ausgelegten Operationsinstruments (72) in das Patientenauge (62) dient, und mit einer Rechnereinheit (82), die für das Bereitstellen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts (74) an die Visualisierungseinrichtung (84, 86, 88) ausgelegt ist, wobei die Rechnereinheit (82) eine Trokarpunkt-Berechnungsroutine enthält, die zum Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts (74) aus der Lage wenigstens eines Operationssitus (60) in einem Modell des Patientenauges (62) und aus geometrischen Informationen zu wenigstens einem durch ein Trokar (76) in das Patientenauge (62) einführbares Operationsinstrument (72) eingerichtet ist.
Augenchirurgie-Operationssystem (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung für das Referenzieren des Modells des Patientenauges zu dem Patientenauge (62).
Augenchirurgie-Operationssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine zum Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts (74) unter Berücksichtigung einer für das Manipulieren des Operationsinstruments (72) in einem chirurgischen Eingriff ergonomisch günstige Körperhaltung eines Operateurs eingerichtet ist.
Augenchirurgie-Operationssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine für das Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts (74) unter Maximieren eines Abstands des Operationsinstruments (72) von einem Bereich kritischen Gewebes in dem Modell des Patientenauges (62) eingerichtet ist.
Augenchirurgie-Operationssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine für das Berechnen mehrerer möglicher mittels der Visualisierungseinrichtung (84, 86, 88) anzeigbarer Lagen von Trokarpunkten (74) zu einem Operationsinstrument (72) eingerichtet ist.
Augenchirurgie-Operationssystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine für das Berechnen mehrerer möglicher mittels der Visualisierungseinrichtung (84, 86, 88) anzeigbarer Lagen von Trokarpunkten (74) zu unterschiedlichen Operationsinstrumenten (72) eingerichtet ist.
Augenchirurgie-Operationssystem (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit (82) für das Bereitstellen einer Operationsinstrumentenanzeigefunktion an die Visualisierungseinrichtung (84, 86, 88) ausgelegt ist, um mittels der Visualisierungseinrichtung (84, 86, 88) zu einem bestimmten Operationsinstrument (72) gehörende Trokarpunkte (74) kenntlich zu machen.
Augenchirurgie-Operationssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine für das Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts (74) durch Anwenden wenigstens eines Optimierungskriteriums ausgelegt ist.
Augenchirurgie-Operationssystem (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Optimierungskriterium einen Operationsablauf berücksichtigt, bei dem mehrere gleichwertige Operationsinstrumente (72, 72') mit Operationswerkzeugen (96) in eine Operationsplanung einbezogen sind, wobei berücksichtigt ist, dass die Operationswerkzeuge (96) der Operationsinstrumente (72, 72') unterschiedliche Inklinationswinkel (β) zu einer Längsachse (100) eines Schafts (94) des Operationsinstruments (72) aufweisen und/oder wobei eine Behandlung mehrerer voneinander beabstandeter Areale auf dem Hintergrund des Patientenauges (62) erfolgt und die Trokarpunkt-Berechnungsroutine Kombinationen unterschiedlicher Operationsinstrumente (72) mit Operationswerkzeugen (96) berücksichtigt, deren Inklinationswinkel β zu dem Schaft (94) des Operationsinstruments (72) variiert, um einen Trokarpunkt (74) so zu bestimmen, dass die Operationsinstrumente (72) durch ein einziges an dem Trokarpunkt (74) angeordnetes Trokar (76) den erforderlichen Angriffswinkel α desOperationswerkzeugs (96) zu dem Operationssitus (60) in den voneinander beabstandeten Arealen auf dem Hintergrund (80) des Patientenauges (62) gewährleisten, zumindest im Rahmen eines bestimmten Toleranzbereiches.
Augenchirurgie-Operationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine für das Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts (74) einen vorgegebenen Soll-Angriffswinkel α_soll eines Operationswerkzeugs (96) des Operationsinstruments (72) zu dem wenigstens einen Operationssitus (60) verarbeitet.
Augenchirurgie-Operationssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trokarpunkt-Berechnungsroutine für das Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts (74) einen vorgegebenen Toleranzbereich für den Soll-Angriffswinkel α_soll eines Operationswerkzeugs (96) des Operationsinstruments (72) zu dem wenigstens einen Operationssitus (60) verarbeitet und zu einer berechneten Lage des wenigstens einen Trokarpunkts (84) einen aus dem Toleranzbereich für den Soll-Angriffswinkel α_soll des Operationswerkzeugs (96) ermittelten Toleranzbereich angibt.
Computerimplementiertes Verfahren zum Bereitstellen der Lage wenigstens eines Trokarpunkts (74) auf der Sklera (63) in Bereich der Pars plana (67) eines Patientenauges (62) für das Setzen eines Trokars (74), das zum Einführen wenigstens eines für chirurgische Eingriffe am Hintergrund (80) des Patientenauges (62) ausgelegten Operationsinstruments (72) in das Patientenauge (62) ausgebildet ist, bei dem die Lage des wenigstens Trokarpunkts (74) aus der Lage wenigstens eines Operationssitus (60) in einem Modell des Patientenauges (62) und aus geometrischen Informationen über das wenigstens eine Operationsinstrument (72) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für das Berechnen der Lage des wenigstens einen Trokarpunkts (74) ein vorgegebener Soll-Angriffswinkel α_soll eines Operationswerkzeugs (96) des Operationsinstruments (72) zu dem wenigstens einen Operationssitus (60) verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgegebener Toleranzbereich für den Soll-Angriffswinkel α_soll eines Operationswerkzeugs (96) des Operationsinstruments (72) zu dem wenigstens einen Operationssitus (60) verarbeitet und zu einer berechneten Lage des wenigstens einen Trokarpunkts (84) ein aus dem Toleranzbereich für den Soll-Angriffswinkel α_soll des Operationswerkzeugs (96) ermittelter Toleranzbereich angegeben wird.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln für das Ausführen des in Anspruch 12 angegebenen Verfahrens auf einer Rechnereinheit (82).