DE102019134329B4

DE102019134329B4 - Aufhängung für digitales Operationsmikroskop mit Positionskorrektur, optisches Gerät und Verfahren zu dessen Betrieb

Info

Publication number: DE102019134329B4
Application number: DE102019134329.1A
Authority: DE
Inventors: André Müller; Daniel Kolster; Axel Lorenz; Joachim Steffen
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-11-25
Anticipated expiration: 2039-12-14
Also published as: DE102019134329A1; US20210177539A1; US11253334B2

Abstract

Aufhängung (10) für ein optisches Gerät (1), welches eine Bildaufnahmeeinheit (5) und eine Bildwiedergabeeinheit (6) umfasst, wobei die Aufhängung (10) eine erste Befestigungseinrichtung (7) für eine Bildaufnahmeeinheit (5) und eine zweite Befestigungseinrichtung (8) für eine Bildwiedergabeeinheit (6) umfasst, wobei die erste Befestigungseinrichtung (7) und die zweite Befestigungseinrichtung (8) mittels einer Verbindungsschiene (9) mechanisch miteinander verbunden sind, wobei sich die Verbindungsschiene (9) in einer y-Richtung erstreckt und die erste Befestigungseinrichtung (7) und die zweite Befestigungseinrichtung (8) in y-Richtung hintereinander angeordnet sind,dadurch gekennzeichnet dassdie Verbindungsschiene (9) in Bezug auf die zweite Befestigungseinrichtung (8) in y-Richtung verschiebbar angeordnet ist, wobei die Aufhängung (10) einen Linearaktuator (15) zum Verschieben der Verbindungsschiene (9) in Bezug auf die zweite Befestigungseinrichtung (8) in y-Richtung umfasst,die erste Befestigungseinrichtung (7) eine Dreh-Einrichtung umfasst, welche um eine in x-Richtung verlaufende Drehachse (11) drehbar angeordnet ist, wobei die x-Richtung senkrecht zu der y-Richtung verläuft, und wobei die Dreh-Einrichtung dazu ausgelegt ist, durch Drehung um die Drehachse (11) und eine Translation der Verbindungsschiene (9) in y-Richtung um eine in x-Richtung verlaufende Kippachse (14) gedreht zu werden, wobei die Kippachse (14) einen definierbaren Fokuspunkt (13) schneidet, welcher sich in einer Ausgangsposition der Dreh-Einrichtung in einem festlegbaren Abstand (f) in z-Richtung von der Dreh-Einrichtung befindet, wobei die z-Richtung senkrecht zu der x-Richtung und senkrecht zu der y-Richtung verläuft,und die Aufhängung (10) eine Steuervorrichtung umfasst, welche dazu ausgelegt ist, bei einer Drehung der ersten Befestigungseinrichtung (7) um die Kippachse (14) die Verbindungsschiene (9) in Bezug auf die zweite Befestigungseinrichtung (8) mittels des Linearaktuators (15) in y-Richtung zu verschieben, sodass der Abstand (22) zwischen dem Fokuspunkt (13) und der zweiten Befestigungseinrichtung (8) innerhalb eines bestimmten Intervalls konstant gehalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufhängung für ein optisches Gerät, welches eine Bildaufnahmeeinheit und eine Bildwiedergabeeinheit umfasst. Die Erfindung betrifft zudem ein optisches Gerät, insbesondere ein Operationsmikroskop, und ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen optischen Geräts.
In den Dokumenten WO 2010/059 045 A1 , DE 103 35 644 B3 und DE 603 05 413 T2 werden Stative, Ständer und Aufhängungen für Bilderfassungs- und/oder Bildwiedergabegeräte für medizinische Anwendungen beschrieben.
In der Mikrochirurgie und im Speziellen in der Ophthalmologie werden die Okulare des Mikroskops zur Beobachtung des Operationsfeldes immer häufiger durch zwei Videokameras und einen stereoskopischen Bildschirm ersetzt. Dabei nehmen die Videokameras das Operationsfeld durch die Abbildungsoptik des Mikroskops auf und der stereoskopische Bildschirm oder ein digitales Okular stellen die aufgenommenen Bilder dar. Diese digitalen Mikroskope, die auch als Digiskope bezeichnet werden, haben den Vorteil, dass sie ergonomisch bessere Bedingungen für den Operateur, vielfältige Möglichkeiten zur digitalen Bildbearbeitung und Augmentierung des Bildes, sowie bessere Möglichkeiten für die Ausbildung zukünftiger Operateure bieten. Allerdings ist der 3D-Eindruck eines 3D-Bildschirms nur in einer bestimmten räumlichen Lage, also einem bestimmten Abstand und bestimmten Winkel bezogen auf den Betrachter, optimal. Während der Benutzung des Bildschirms bzw. des digitalen Okulars sollte daher der Abstand und der Betrachtungswinkel von dem Operateur zu der Bildwiedergabeeinheit, also dem Bildschirm oder dem Okular, sowie die Lateral- und Vertikalwinkel (Schwenkung und Neigung) des Bildschirms zur Blickrichtung des Betrachters möglichst optimal eingehalten werden.
Prinzipiell wird angestrebt, kompakte digitale Operationsmikroskope zur Verfügung zu stellen, welche sich gleichzeitig durch einen hohen Bedienkomfort unter Berücksichtigung der Ergonomie auszeichnen. Digitale Operationsmikroskope umfassen üblicherweise ein Stativ, eine Aufhängung, eine Bildaufnahmeeinheit und eine kompakte Bildwiedergabeeinheit, zum Beispiel einen 3D-Monitor oder ein digitales Okular. Dabei sind die Bildaufnahmeeinheit und die Bildwiedergabeeinheit üblicherweise über eine mechanische Verbindung zueinander platziert. Dies ermöglicht es dem Bediener eine hinsichtlich der Beobachtung, also insbesondere im Hinblick auf den Abstand und den Beobachtungswinkel zu der Bildwiedergabeeinheit, und hinsichtlich der Ergonomie, also der Position des Bedieners, insbesondere des Chirurgen, und im Hinblick auf den Fokus, insbesondere dem zu operierenden Körperteil des Patienten, eine optimierte Anordnung einzurichten. Weiterhin kann abhängig von dem Arbeitsabstand der Bildaufnahmeeinheit ein optimaler Abstand derselben zum Patienten für eine einwandfreie Bilderfassung zu gewährleisten sein. Bei dem Arbeitsabstand, also der Abstand zwischen der Bildaufnahmeeinheit und dem Operationsfeld, handelt es sich bei den in der Ophthalmologie verwendeten festbrennweitigen Objektiven in der Regel um etwa die Brennweite des verwendeten Hauptobjektives.
Die Einstellung der gewünschten Anordnung zwischen dem Bediener, insbesondere dem Chirurgen, dem Operationsfeld, insbesondere dem Patienten, der Bildaufnahmeeinheit und der Bildwiedergabeeinheit erfolgt vorbereitend zu Beginn einer jeden Operation durch Manipulation an dem verwendeten Operationsstuhl des Chirurgen, an der Operationsliege des Patienten und dem Stativ des Operationsmikroskops, durch welches eine gemeinsame Position der Bildaufnahmeeinheit und der Bildwiedergabeeinheit festgelegt wird. Das Beobachtungsfeld kann zusätzlich noch durch eine Feinpositionierung der Bildaufnahmeeinheit hinsichtlich der optischen Qualität optimiert werden. Eine solche Feinpositionierung kann zum Beispiel durch eine horizontale Bewegung der Bildaufnahmeeinheit beispielsweise in einer x-y-Ebene zur Justierung der Bildmitte und/oder eine Bewegung der Bildaufnahmeeinheit entlang der optischen Achse zur Einstellung des Fokus erfolgen. Diese Bewegungen sind in der Regel klein und haben keinen oder einen nur sehr geringen Einfluss auf die Ergonomie, die Beobachtungsrichtung und den Beobachtungswinkel der verwendeten Bildwiedergabeeinheit.
Während eines chirurgischen Eingriffs ist es von Vorteil, wenn keine Änderungen am Operationsstuhl, der Operationsliege, sowie an dem Stativ, insbesondere der Stativstellung, vorzunehmen sind, weil dies die Arbeit des Chirurgen unterbricht und Risiken während einer Operation erhöht. Beispielsweise können die genannten Änderungen mit einer unsterilen Bedienung einhergehen, Kollisionspotenzial hervorrufen und sich insgesamt auf ein feinfühliges Operieren negativ auswirken. Eine Feinpositionierung der Bildaufnahmeeinheit zur Veränderung bzw. Korrektur der Bildmitte bzw. der Fokuslage wird in der Regel motorisiert, gegebenenfalls sogar automatisiert, durchgeführt und ist somit in einem eingeschränkten Betrieb und nur mit geringem Störpotential während der Operation auch durch den Operateur initiiert, beispielsweise über ein Fußschaltpult initiiert, möglich.
Bei den meisten Eingriffen in der Ophthalomikrochirurgie erfolgt die Beobachtung von oben, bei einer vertikal angeordneten optischen Achse der Bildaufnahmeeinrichtung. In einigen Fällen ist eine Verkippung der optischen Achse um eine horizontale Achse gewünscht. Hierzu wird das System in der Regel um eine entsprechende Kippvorrichtung ergänzt, welche die Kippung der Bildaufnahmeeinheit relativ zu dem restlichen System in einem eingeschränkten Bereich ermöglicht.
Da die Platzierung der Drehachse, um welche die Bildaufnahmeeinheit während des Kippvorgangs gedreht wird, in der Regel nicht durch den Schnittpunkt von Fokusebene und optischer Achse verläuft, resultiert aus der Kippung eine zum Teil massive Verschiebung des Bildausschnittes sowie eine Defokussierung. Die Bildaufnahmeeinheit muss deshalb bei Änderung der Kippung durch eine Manipulation der Stativachsen neu über dem Patienten positioniert werden und die Bildmitte und der Fokus anschließend fein nachpositioniert werden. In einigen Operationssituationen ist die temporäre Veränderung des Kippwinkels während des chirurgischen Eingriffes, insbesondere unter sterilen Bedingungen, gewünscht oder erforderlich. Selbst wenn die Verkippung motorisiert durchgeführt wird, ist der Ablauf der Operation durch die großen Korrekturbewegungen über das Stativ dennoch gestört oder zumindest unterbrochen. Falls die Bildaufnahmeeinheit und die Bildwiedergabeeinheit, wie dies häufig der Fall ist, an einem gemeinsamen Stativ befestigt sind, so kann sich bei der Verkippung der Bildaufnahmeeinheit auch die Position der Bildwiedergabeeinheit zum Teil erheblich ändern und somit die Beobachtung, insbesondere der Abstand und der Beobachtungswinkel, ändern und gegebenenfalls die Ergonomie beeinträchtigt sein, beispielsweise durch eine Neigung der Beobachtungsachse oder den geänderten Beobachtungsabstand. Diese Situation wird beispielhaft weiter unten anhand der 1 veranschaulicht.
In dem Dokument DE 600 23 015 T2 wird ein Adapter für eine Mikroskopkamera mit Steuerungsmotoren beschrieben.
Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufhängung für ein optisches Gerät, welches eine Bildaufnahmeeinheit und eine Bildwiedergabeeinheit umfasst, zur Verfügung zu stellen, welches den oben genannten Nachteilen in Verbindung mit einer Verkippung der Bildaufnahmeeinheit vorteilhaft begegnet. Weitere Aufgaben bestehen darin, ein entsprechend vorteilhaftes optisches Gerät und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen optischen Gerätes zur Verfügung zu stellen.
Die genannten Aufgaben werden durch eine Aufhängung gemäß Patentanspruch 1, ein optisches Gerät gemäß Patentanspruch 6 und ein Verfahren zum Betrieb eines optischen Gerätes gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Aufhängung ist für ein optisches Gerät, welches eine Bildaufnahmeeinheit und eine Bildwiedergabeeinheit umfasst, ausgelegt. Die Aufhängung umfasst eine erste Befestigungseinrichtung für eine Bildaufnahmeeinheit und eine zweite Befestigungseinrichtung für eine Bildwiedergabeeinheit. Dabei sind die erste Befestigungseinrichtung und die zweite Befestigungseinrichtung mittels einer Verbindungsschiene mechanisch miteinander verbunden. Die Verbindungsschiene erstreckt sich in einer y-Richtung. Die erste Befestigungseinrichtung und die zweite Befestigungseinrichtung sind in y-Richtung hintereinander angeordnet. Die zweite Befestigungseinrichtung ist relativ zur ersten Befestigungseinrichtung in y-Richtung entlang der Verbindungsschiene verschiebbar angeordnet. Die Aufhängung umfasst einen Linearaktuator zum Verschieben der Verbindungsschiene in Bezug auf die zweite Befestigungseinrichtung in y-Richtung.
Die erste Befestigungseinrichtung umfasst eine Dreh-Einrichtung, welche um eine in einer x-Richtung verlaufende Drehachse drehbar angeordnet ist, insbesondere eine Aufhängung oder Aufnahme. Mit anderen Worten kann eine an der Befestigungseinrichtung befestigte Bildaufnahmeeinheit mittels der Dreh-Einrichtung um eine in x-Richtung verlaufende Drehachse gedreht werden. Die x-Richtung verläuft senkrecht zu der y-Richtung. Die Dreh-Einrichtung ist dazu ausgelegt, durch Drehung um die Drehachse und durch eine Translation bzw. Verschiebung der Verbindungsschiene in y-Richtung um eine in x-Richtung verlaufende Kippachse gedreht zu werden. Die Kippachse schneidet einen definierbaren Fokuspunkt, zum Beispiel den Schnittpunkt der optischen Achse mit der Fokusebene. In einer Ausgangsposition der Dreh-Einrichtung befindet sich der Fokuspunkt in einem festlegbaren Abstand in einer z-Richtung von der Dreh-Einrichtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zu der x-Richtung und senkrecht zu der y-Richtung.
Die Aufhängung umfasst eine Steuervorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, bei einer Drehung der ersten Befestigungseinrichtung, insbesondere zusammen mit einer an ihr befestigten Bildaufnahmeeinheit, um die Kippachse die Verbindungsschiene in Bezug auf die zweite Befestigungseinrichtung mittels des Linearaktuators in y-Richtung zu verschieben, sodass der Abstand, beispielsweise ein bestimmter festgelegter oder festlegbarer Abstand, zwischen dem Fokuspunkt und der zweiten Befestigungseinrichtung innerhalb eines bestimmten Intervalls, beispielsweise innerhalb eines festgelegten oder festlegbaren Intervalls, konstant gehalten wird. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen dem Fokuspunkt und der zweiten Befestigungseinrichtung innerhalb eines Intervalls ± 50 mm, vorzugsweise innerhalb eines Intervalls von ± 20 mm zur Grobkorrektur, im Zusammenhang mit Anwendungen in der Ophthalmologie zum Beispiel von ± 10 mm, und von weniger als ± 1 mm zur Feinkorrektur, konstant gehalten werden. Die erfindungsgemäße Aufhängung kann insbesondere für vorhandene Operationsmikroskope verwendet werden, zum Beispiel auch im Rahmen einer Nachrüstung. Die Aufhängung ist vorteilhafterweise dazu ausgelegt, an einem Stativ oder Gestell befestigt zu werden. Dazu kann die zweite Befestigungseinrichtung eine Vorrichtung zur Befestigung der Aufhängung an einem Stativ oder Gestell umfassen.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung dazu ausgelegt, den Weg, um welchen die Verbindungsschiene in y-Richtung verschoben wird, in Abhängigkeit von einer Fokuslänge und einem Kippwinkel zu berechnen. Unter der Fokuslänge wird der Abstand zwischen dem Fokuspunkt und der ersten Befestigungseinrichtung in z-Richtung verstanden oder, falls eine konkrete Bildaufnahmeeinheit vorhanden ist, der Abstand zwischen dem Fokuspunkt und der Bildaufnahmeeinheit, insbesondere einem Objektiv, entlang einer optischen Achse einer Bildaufnahmeeinheit. Unter dem Kippwinkel wird der Drehwinkel der ersten Befestigungseinrichtung oder falls vorhanden der Bildaufnahmeeinheit um die Kippachse ausgehend von einer in z-Richtung verlaufenden Achse verstanden. Der Translationsweg I der Verbindungsschiene kann zum Beispiel in Abhängigkeit von der Fokuslänge f und dem Kippwinkel α bestimmt werden, insbesondere berechnet werden.
Vorzugsweise erfolgt die beschriebene Positionsveränderung in Abhängigkeit vom Kippwinkel automatisiert über eine entsprechende Linearbewegung der ersten Befestigungseinrichtung relativ zu der zweiten Befestigungseinrichtung, wobei die Verbindungsschiene in Bezug auf die zweite Befestigungseinrichtung bewegt wird. Durch die erfindungsgemäße Aufhängung werden die Absolutbewegungen der zweiten Befestigungseinrichtung bzw. einer daran befestigten Bildwiedergabeeinheit, insbesondere inklusive weiterer Bestandteile der Aufhängung oder daran befestigte Bestandteile, bei einer Verkippung der Bildaufnahmeeinheit deutlich reduziert und damit die Ergonomie des Beobachters oder Chirurgen nur noch minimal beeinflusst, insbesondere dessen Abstand, Einblick- und Beobachtungswinkel in Bezug auf die Bildwiedergabeeinheit.
Durch die mittels der erfindungsgemäßen Aufhängung ermöglichten Relativbewegungen der ersten Befestigungseinrichtung und der zweiten Befestigungseinrichtung zueinander können aus einer Verkippung der ersten Befestigungseinrichtung resultierende Verschiebungen der zweiten Befestigungseinrichtung so korrigiert werden, dass die zweite Befestigungseinrichtung bei jeder Verkippung ortsfest bleibt und dennoch eine präzise Verkippung realisiert werden kann. Die Ergonomie, insbesondere die Beobachtungsrichtung und der Beobachtungswinkel, sowie der Beobachtungsabstand werden für den Anwender nicht verändert. Wird im Falle eines Operationsmikroskops die Verkippung motorisch ausgeführt, so kann der Operateur jederzeit ohne Unterbrechung oder Störung des chirurgischen Eingriffs seine Beobachtung anpassen ohne dass manuell eine Korrektur an der Aufhängung oder am Stativ notwendig ist. Der Verzicht auf zusätzliche Korrekturbewegungen an der Aufhängung oder am Stativ und die auf diese Weise ortsfeste Platzierung der Bildwiedergabeeinheit und des Restsystems verbessern nicht nur die Ergonomie und reduzieren die Unterbrechungen während einer Operation, sondern minimieren auch das Risiko einer Kollision.
Die erfindungsgemäße Aufhängung hat weiterhin den Vorteil, dass mit seiner Hilfe Geräte und Systeme so kompakt wie möglich aufgebaut werden können, wobei die Stör- und Kollisionsräume beispielsweise in einem Operationsraum während einer Operation minimiert werden können. Dazu werden gleichzeitig die Bewegungsräume für entsprechende Kipp-Bewegungen der ersten Befestigungseinrichtung und Translationsausgleichsbewegungen der zweiten Befestigungseinrichtung minimiert.
Bei den genannten Richtungen, also der x-Richtung, der y-Richtung und der z-Richtung handelt es sich um drei jeweils senkrecht aufeinander stehende beliebige Richtungen, welche mit dem Buchstaben x, y und z bezeichnet worden sind. Vorzugsweise handelt es sich bei der x-Richtung und der y-Richtung um horizontal verlaufende Richtungen und bei der z-Richtung um eine vertikal verlaufende Richtung. Dabei müssen die genannten Richtungen sich nicht zwingend schneiden. Es ist also zum Beispiel auch möglich, dass die x-Richtung und die y-Richtung in einem konkreten Anmeldungsbeispiel in z-Richtung einen Abstand zueinander aufweisen und sich daher nicht schneiden. In diesem Fall existiert aber jeweils eine parallel zu der konkreten x-Richtung verlaufende Richtung, welche die konkret gewählte y-Richtung des Beispiels schneidet.
In einer vorteilhaften Variante ist die erste Befestigungseinrichtung relativ zur zweiten Befestigungseinrichtung in x-Richtung an der Verbindungsschiene verschiebbar angeordnet. Dabei umfasst die Aufhängung einen Linearaktuator zum Verschieben der ersten Befestigungseinrichtung an der Verbindungsschiene in x-Richtung. Der Linearaktuator kann eine Positionserfassungseinrichtung umfassen. Die Dreh-Einrichtung kann in dieser Variante um eine in y-Richtung verlaufende Drehachse drehbar angeordnet sein und dazu ausgelegt sein, durch Drehung der Dreh-Einrichtung um die Drehachse und eine Translation bzw. Verschiebung der Verbindungsschiene in x-Richtung um eine in y-Richtung verlaufende Kippachse, welche den Fokuspunkt schneidet, gedreht zu werden. Dabei kann die Steuervorrichtung dazu ausgelegt sein, bei einer Drehung der ersten Befestigungseinrichtung um die in y-Richtung verlaufende Kippachse die erste Befestigungseinrichtung relativ zur zweiten Befestigungseinrichtung an der Verbindungsschiene mittels des Linearaktuators in x-Richtung zu verschieben, sodass der Abstand zwischen dem Fokuspunkt und der zweiten Befestigungseinrichtung innerhalb eines bestimmten, insbesondere festgelegten oder festlegbaren Intervalls konstant gehalten wird, also beispielsweise innerhalb von ± 5 mm, insbesondere ± 1 mm, konstant gehalten wird. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass eine Verkippung der ersten Befestigungseinrichtung in zwei Richtungen bei einer gleichzeitigen Korrektur der Position der zweiten Befestigungseinrichtung möglich ist.
In einer besonders vorteilhaften Variante ist die erste Befestigungseinrichtung relativ zur zweiten Befestigungseinrichtung in z-Richtung an der Verbindungsschiene verschiebbar angeordnet, wobei die Aufhängung einen Linearaktuator zum Verschieben der ersten Befestigungseinrichtung an der Verbindungsschiene in z-Richtung umfasst, und die Steuervorrichtung dazu ausgelegt ist, bei einer Drehung der ersten Befestigungseinrichtung um die in x-Richtung oder in y-Richtung verlaufende Kippachse die erste Befestigungseinrichtung relativ zur zweiten Befestigungseinrichtung an der Verbindungsschiene mittels des Linearaktuators in z-Richtung zu verschieben, sodass der Abstand zwischen dem Fokuspunkt und der zweiten Befestigungseinrichtung innerhalb eines bestimmten Intervalls konstant gehalten wird.
Durch die genannten Linearaktuatoren können die zuvor genannten Translationsbewegungen der ersten und/oder zweiten Befestigungseinrichtung und/oder der Verbindungsschiene automatisch vorgenommen werden, insbesondere gesteuert über die Steuereinrichtung erfolgen. Eine Verschiebbarkeit der Verbindungsschiene und/oder der ersten und/oder zweiten Befestigungseinrichtung in einer oder mehreren der genannten Richtungen hat den Vorteil, dass die erste Befestigungseinrichtung und insbesondere eine an dieser befestigte Bildaufnahmeeinheit präzise um eine oder mehrere Kippachsen gedreht werden kann. Es lässt sich durch die Verschiebbarkeit in mehreren Richtungen die Fokuslänge konstant halten oder gegebenenfalls präzise korrigieren. Die genannten Linearaktuatoren ermöglichen zudem eine automatische, insbesondere über eine Steuervorrichtung gesteuerte, Translation der Verbindungsschiene und/oder der ersten und/oder zweiten Befestigungseinrichtung in eine oder mehrere der genannten Richtungen.
Die erfindungsgemäße Aufhängung kann beispielsweise für Abstände zwischen dem Fokuspunkt und der ersten Befestigungseinrichtung zwischen 100 mm und 300 mm, vorzugsweise zwischen 150 mm und 250 mm, ausgelegt sein. Die Aufhängung kann zusätzlich oder alternativ hierzu für Kippwinkel um eine oder mehrere Kippachsen zwischen -20 Grad und +50 Grad, beispielsweise zwischen -15 Grad und + 45 Grad, abhängig von der gewünschten Anwendung auch zwischen -10 Grad und +30 Grad, ausgehend von der Ausgangsposition der ersten Befestigungseinrichtung ausgelegt sein. Die genannten Kippwinkelbereiche haben den Vorteil, dass sie sich besonders für eine Anwendung für optische Geräte im medizinischen Bereich eignen.
Die erfindungsgemäße Aufhängung kann weiterhin für eine Verschiebbarkeit der Verbindungsschiene in Bezug auf die zweite Befestigungseinrichtung in y-Richtung von maximal 300 mm ausgelegt sein. Eine entsprechende Verschiebbarkeit in x-Richtung ist ebenfalls möglich. Vorzugsweise ist jedoch in x-Richtung eine Verschiebbarkeit von maximal 100 mm, also ±50 mm (jeweils 50 mm aus der Mittenposition nach rechts oder links), von Vorteil, um insbesondere die Stabilität der Aufhängung zu gewährleisten.
Das erfindungsgemäße optische Gerät umfasst eine Bildaufnahmeeinheit und eine Bildwiedergabeeinheit. Es erfasst zudem eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Aufhängung, wobei die Bildaufnahmeeinheit an der ersten Befestigungseinrichtung befestigt ist und die Bildwiedergabeeinheit an der zweiten Befestigungseinrichtung befestigt ist. Das erfindungsgemäße optische Gerät hat die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Aufhängung genannten Merkmale und Vorteile. Bei dem erfindungsgemäßen optischen Gerät kann es sich zum Beispiel um ein Operationsmikroskop handeln. Dabei kann es sich bei dem Operationsmikroskop um ein Augenoperationsmikroskop und/oder ein neurochirurgisches Operationsmikroskop und/oder ein zahnmedizinisches Operationsmikroskop und/oder ein mikrochirurgisches Operationsmikroskop handeln. Die Bildaufnahmeeinheit kann ein Digiskop umfassen. Die Bildwiedergabeeinheit kann einen Monitor und/oder ein digitales Okular umfassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen optischen Gerätes umfasst folgende Schritte: Ein Fokuspunkt, beispielsweise ein beliebiger Punkt einer Fokusebene, der Bildaufnahmeeinheit und eine Fokuslänge werden festgelegt. Eine Ausgangsposition der Bildwiedergabeeinheit und der Bildaufnahmeeinheit in Bezug auf die Verbindungsschiene der Aufhängung und den Fokuspunkt werden festgelegt, zum Beispiel indem die Koordinaten des Fokuspunktes und/oder der Bildwiedergabeeinheit und/oder der Bildaufnahmeeinheit und/oder der Verbindungsschiene in einem kartesischen Koordinatensystem bestimmt, insbesondere berechnet, werden. Weiterhin wird ein sich aus der Ausgangsposition und dem Fokuspunkt ergebener Abstand zwischen der Bildwiedergabeeinheit und dem Fokuspunkt festgelegt, insbesondere aus den Koordinaten berechnet.
Die Bildaufnahmeeinheit wird um einen festgelegten Winkel um eine durch den Fokuspunkt verlaufende Kippachse gedreht, also mit anderen Worten gekippt oder verkippt. Dabei wird die Bildaufnahmeeinheit mittels der Dreh-Einrichtung um eine parallel zur Kippachse verlaufende Drehachse gedreht. Die Verbindungsschiene wird in einer senkrecht zur Kippachse verlaufenden Richtung in Bezug auf die Bildwiedergabeeinheit um eine Weglänge in Abhängigkeit von der Fokuslänge und dem Kippwinkel bewegt, insbesondere verschoben, so dass der Abstand zwischen der Bildwiedergabeeinheit und dem Fokuspunkt innerhalb eines bestimmten Intervalls konstant gehalten wird. Das Intervall kann festgelegt sein oder festgelegt werden. Das Intervall kann beispielsweise maximal ± 5 mm, insbesondere maximal ± 1 mm oder auch 0 mm betragen. Im letztgenannten Fall wird der Abstand präzise konstant gehalten.
In einer vorteilhaften Variante liegt die Fokuslänge zwischen 100 mm und 300 mm, insbesondere zwischen 150 mm und 250 mm. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Kippwinkel zwischen -20 Grad und +50 Grad, beispielsweise zwischen -15 Grad und +45 Grad oder je nach Anwendungsanforderung in einem geringerem Winkelbereich liegen. Die Weglänge kann zwischen 0 mm und 300 mm liegen oder auch geringer sein.
Die Verbindungsschiene kann um eine Weglänge I verschoben werden, die falls die Kippachse auf der optischen Achse liegt proportional zum Abstand x zwischen dem Fokuspunkt und der Drehachse und dem Tangens des Kippwinkels α ist, die also gemäß $l \sim x * tan α$
bestimmt wird, insbesondere gemäß $l = x * tan α$
berechnet wird. Bei der genannten Weglänge kann es sich um eine Translationslänge der Verbindungsschiene in y-Richtung handeln.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat die oben bereits genannten Vorteile. Es ermöglicht insbesondere im Zusammenhang mit medizinischen Anwendungen, insbesondere im Zusammenhang mit Operationsmikroskopen, eine Verbesserung des ergonomischen Komforts eines Anwenders, insbesondere eines Chirurgen, und bietet zudem eine verbesserte Handhabbarkeit bei gleichzeitig erhöhter Präzision der Verkippung einer Bildaufnahmeeinheit unter gleichzeitiger Korrektur der Position der Bildwiedergabeeinheit.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insgesamt besonders für Anwendungen in der Augenchirurgie bzw. Ophthalmo-Mikrochirurgie, ist aber ansonsten auch für jede Anwendung geeignet, in welcher eine präzise Verkippung einer Bilderfassungseinrichtung bei einer gleichzeitigen Korrektur einer durch die Kippbewegung veränderten Position einer Bildwiedergabeeinheit erfordert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.

1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau und die Anordnung eines digitalen Operationsmikroskops bei einem mikrochirurgischen Eingriff in der Ophthalmologie.
2 zeigt schematisch eine Variante eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops in einer perspektivischen Ansicht.
3 zeigt schematisch eine Seitenansicht der in der 2 gezeigten Variante.
4 zeigt schematisch eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops in einer perspektivischen Ansicht.
5 zeigt schematisch eine Seitenansicht der in der 4 gezeigten Variante.
6 zeigt schematisch eine andere Variante eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops in einer perspektivischen Ansicht.
7 zeigt schematisch eine Seitenansicht der in der 6 gezeigten Variante.
8 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren in Form eines Flussdiagramms.

Die 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau und die Anordnung eines digitalen Operationsmikroskops bei einem mikrochirurgischen Eingriff in der Ophthalmologie. Das gezeigte digitale Operationsmikroskop 1 wird dabei durch einen Chirurgen 2 zur Durchführung einer Augenoperation an einem Patienten 3 verwendet. Eine erste, eine zweite und eine dritte Raumrichtung sind dabei durch ein Koordinatensystem 4 gekennzeichnet. Die z-Richtung kennzeichnet dabei die vertikale Richtung und die x-Richtung und die y-Richtung kennzeichnen horizontale Richtungen. Die x-Richtung, die y-Richtung und die z-Richtung stehen dabei jeweils senkrecht aufeinander.
Das digitale Operationsmikroskop 1 umfasst eine Bildaufnahmeeinheit 5, eine Bildwiedergabeeinheit 6 und eine Aufhängung 10. In der gezeigten Variante ist die Bildaufnahmeeinheit 5 als Digiskop ausgestaltet und die Bildwiedergabeeinheit als Monitor. Die Aufhängung 10 umfasst eine Verbindungsschiene 9. An der Verbindungsschiene 9, die sich in der gezeigten Variante in y-Richtung erstreckt, sind eine erste Befestigungseinrichtung 7, an welcher die Bildaufnahmeeinheit 5, vorliegend das Digiskop, befestigt ist, und eine zweite Befestigungseinrichtung 8, an welcher die Bildwiedergabeeinheit 6, beispielsweise der Monitor, befestigt ist, angeordnet. Die erste Befestigungseinrichtung 7 weist zudem eine Dreh-Einrichtung mit einer in x-Richtung verlaufenden Drehachse 11 auf, welche dazu ausgelegt ist, das an ihr befestigte Digiskop 5 um die Drehachse 11 zu drehen.
Das Digiskop 5 weist eine optische Achse 12 auf. Während einer Operation wird das Digiskop auf einen Fokuspunkt 13 fokussiert. Dieser befindet sich in einem festgelegten Abstand, üblicherweise der Fokuslänge f, von dem Digiskop 5 entlang der optischen Achse 12 beabstandet. Der sich aus dem festgelegten Fokuspunkt 13 und der Ausgangsposition des Operationsmikroskops 1 ergebende Abstand zwischen dem Fokuspunkt 13 und der zweiten Befestigungseinrichtung 8 ist mit der Bezugsziffer 22 gekennzeichnet.
Während einer Operation ist es unter Umständen erforderlich, das Digiskop 5 um eine in x-Richtung verlaufende Kippachse 14, welche durch den Fokuspunkt 13 verläuft, innerhalb eines festgelegten Winkelbereichs Δα zu verkippen. In der 1 sind die Absolutpositionen der einzelnen Bauteile des Operationsmikroskops für verschiedene Kippwinkel α durch gepunktete Linien schematisch gekennzeichnet. In der gezeigten Variante ist dabei ausgehend von einer vertikal angeordneten optischen Achse 12, also ausgehend von der z-Richtung eine Verkippung um einen minimalen Kippwinkel amin von -15 Grad und einen maximalen Kippwinkel α_max von +45 Grad möglich.
Um eine Fokussierung auf den Fokuspunkt 13 unter Einhaltung der Fokuslänge f zu realisieren, wird während der Verkippung das Digiskop 5 um die Drehachse 11 gedreht und die Aufhängung 10 in y-Richtung um relativ große Beträge und in z-Richtung um relativ kleine Beträge verschoben bzw. translatorisch bewegt. Durch die Bewegung der Aufhängung 10 verändert sich gleichzeitig die Absolutposition des Monitors 6 und damit auch der Abstand 22 zwischen dem Fokuspunkt 13 und der zweiten Befestigungseinrichtung 8. Zudem ändert sich einerseits der Beobachtungswinkel β des Beobachters bzw. Chirurgen 2 und der Beobachtungsabstand, also der Abstand zwischen Beobachter 2 und Monitor 6. Eine solche Veränderung des Beobachtungswinkels und/oder des Beobachtungsabstandes ist, wie in der Beschreibungseinleitung bereits dargelegt, unerwünscht, da insbesondere 3D-Monitore in der Regel einen festgelegten Beobachtungswinkel und Beobachtungsabstand für eine korrekte Wahrnehmung der 3D-Abbildung erfordern. Die Ausgleichs-/Korrektur-Bewegung in y- und z-Richtung erfolgt in diesem Falle üblicherweise händisch durch Veränderungen am Gestell/Stativ. Eine solche Grobpositionierung führt zu einer Unterbrechung der Operation und erfolgt unter Umständen unsteril. Neben den ergonomischen Einschränkungen ist die händische Ausgleichs-/Korrektur-Bewegung ein entscheidender Nachteil dieser Ausgestaltung.
Allgemein führt eine Verkippung des Digiskops 5 vor allem zu einer starken Positionsveränderung der Anordnung senkrecht zur Kippachse 14, beispielsweise in y-Richtung. Um die aus der Verkippung resultierende Verschiebung der Bildwiedergabeeinheit 6 zum Beobachter, insbesondere Chirurgen 2, zu reduzieren, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung diese Positionsveränderung in Abhängigkeit von dem Kippwinkel automatisiert über eine zusätzliche Linearbewegung in y-Richtung der Bildaufnahmeeinrichtung 5 relativ zur Bildwiedergabeeinrichtung 6 zumindest teilweise kompensiert. Hierzu wird ein separater Linearaktuator 15 vorgesehen oder aber der Verfahrbereich einer vorhandenen Lineareinheit einer x-y-Kupplung entsprechend erweitert. Damit werden die Absolutbewegungen der Bildwiedergabeeinheit 6 bei einer Verkippung der Bildaufnahmeeinheit 5 deutlich reduziert und die Ergonomie des Beobachters 2, insbesondere der Beobachtungsabstand und der Einblick und der Beobachtungswinkel, werden nur noch minimal beeinflusst.
Eine Korrektur der Stativstellung in z-Richtung ist jedoch, wenn auch nur in deutlich geringerem Ausmaß, bei einer Verkippung unter Umständen weiterhin notwendig. Durch eine weitere Relativbewegung der Bildaufnahmeeinheit 5 zur Bildwiedergabeeinheit 6 in z-Richtung kann die aus der Verkippung resultierende Verschiebung so korrigiert werden, dass die Bildwiedergabeeinheit 6 bei jeder Verkippung ortsfest bleibt. Ergonomie und Beobachtung werden für den Chirurgen 2 also nicht verändert. Wird die Verkippung motorisch ausgeführt, kann der Operateur 2 jederzeit ohne Unterbrechung oder Störung des chirurgischen Eingriffs seine Beobachtung, also beispielsweise die Beobachtungsrichtung und den Bildausschnitt anpassen, insbesondere ohne dass Korrekturen oder Bewegungen oder Veränderungen an der Aufhängung 10 oder einem Stativ notwendig sind. Der Verzicht auf zusätzliche Korrekturbewegungen an der Aufhängung 10 und die ortsfeste Platzierung der Bildwiedergabeeinheit 6 und des Restsystems verbessern nicht nur die Ergonomie und reduzieren die Unterbrechungen während einer Operation, sondern minimieren auch das Risiko von eingangs genannten Kollisionen.
Die 2 zeigt schematisch eine Variante eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops in einer perspektivischen Ansicht. Abweichend von der in der 1 gezeigten Ausgestaltung lässt sich über eine Verschiebung der Verbindungsschiene 9 in y-Richtung der relative Abstand der ersten Befestigungseinrichtung 7 zur zweiten Befestigungseinrichtung 8 manipulieren. Vorzugsweise ist die zweite Befestigungseinrichtung an einem Gestell befestigt, welches ortsfest im Raum platziert wird. Zur Durchführung einer entsprechenden Verschiebung sind ein Linearaktuator 15 und eine Positionserfassungseinrichtung 16 vorgesehen, wobei hiermit auch eine Feinpositionierung erfolgen kann. Weiterhin sind ein Aktuator 17 und eine Positionserfassungseinrichtung 18 zur Durchführung einer Rotation des Digiskops 5 um die Drehachse 11 vorgesehen. Optional kann auch ein weiterer Linearaktuator 19, gegebenenfalls mit einer Positionserfassungseinrichtung, zur Verschiebung bzw. translatorischen Bewegung des Digiskops 5 in x-Richtung zur Feinpositionierung vorgesehen sein. Zur Korrektur der Fokuslänge f bzw. zur Fokussierung können ein Linearaktuator 20 und eine Positionserfassungseinrichtung 21 im Rahmen der Dreh-Einrichtung vorgesehen sein, welche eine Verschiebung des Digiskops 5 in Richtung der optischen Achse ermöglicht.
Eine Seitenansicht dieser Ausführungsvariante ist schematisch in der 3 gezeigt. Die Ausgangsposition des Operationsmikroskops 1 ist mit durchgezogener Linie gekennzeichnet und die jeweiligen Absolutpositionen für verschiedene Kippwinkel α sind durch gepunktete Linien gekennzeichnet. Die Verschiebung der ersten Befestigungseinrichtung 7 und der Bildaufnahmeeinheit 5 relativ zur zweiten Befestigungseinrichtung 8 und des Monitors 6 in y-Richtung erfolgt dabei so, dass ein für eine Ausgangsposition festgelegter Abstand zwischen dem Fokuspunkt 13 und der zweiten Befestigungseinrichtung 8 oder dem Monitor 6 vorzugsweise konstant gehalten wird oder zumindest innerhalb eines festgelegten Fehlerintervalls bzw. innerhalb eines festgelegten Abstandsintervalls konstant gehalten wird. Der Abstand zwischen Fokuspunkt 13 und der zweiten Befestigungseinrichtung 8 für die Ausgangsposition ist in den Figuren mit der Bezugsziffer 22 gekennzeichnet. Während der Abstand 22 in der in der 1 gezeigten Ausgestaltung für verschiedene Kippwinkel α sehr stark variiert, ist er in der in der 3 gezeigten erfindungsgemäßen Variante nahezu konstant. Weitere Ausführungsvarianten, bei welchen der Abstand 22 zwischen dem Fokuspunkt 13 und der zweiten Befestigungseinrichtung 8 noch präziser konstant gehalten werden kann, sind in den folgenden Ausführungsvarianten beschrieben.
Um Geräte und Systeme so kompakt wie möglich aufzubauen, insbesondere um Stör- und Kollisionsräume in einem Operationssaal und während einer Operation zu minimieren, ist es von Vorteil, die Bewegungsräume für linear und Kippbewegungen einzuschränken. Basierend auf den Anforderungen des Anwenders, insbesondere den Verstellbereich einer x-y-Kupplung, der Brennweite und dem Fokussierbereich, sowie dem Verkippungsbereich, können bei entsprechender gerätetechnischer Anordnung die Verfahrbereiche für alle Linearaktuatoren entsprechend ausgewählt und festgelegt werden.
Prinzipiell ist zur Steuerung der Aufhängung 10, also konkret der Position der ersten Befestigungseinrichtung 7 und zweiten Befestigungseinrichtung 8 in Bezug auf die Verbindungsschiene 9 eine Steuervorrichtung vorgesehen, welche dazu ausgelegt ist, bei einer Drehung der ersten Befestigungseinrichtung 7 um die Kippachse 14, also mit anderen Worten einer Drehung der Dreh-Einrichtung um die Drehachse 11, die Verbindungsschiene 9, und damit die zweite Befestigungseinrichtung 8 in Bezug auf die erste Befestigungseinrichtung 7 entlang der Verbindungsschiene 9, in y-Richtung so zu verschieben, dass ein festgelegter Abstand 22 zwischen dem Fokuspunkt 13 und der zweiten Befestigungseinrichtung 8 innerhalb eines festgelegten Intervalls gehalten wird. Zum Beispiel kann der festgelegte Abstand 22 für eine Ausgangsposition, bei welcher es sich zum Beispiel um eine Einstellung zu Beginn einer Operation handeln kann, festgelegt sein. Das angestrebte Fehlerintervall kann zum Beispiel an die Anforderungen der jeweils durchzuführenden Maßnahme und die Bedürfnisse des Anwenders angepasst werden. Zum Beispiel kann ein Fehlerintervall von ± 5 mm oder ± 1 mm als ausreichend angesehen werden. Möglicherweise ist aber auch ein geringeres Intervall für spezielle Anwendungen erwünscht und kann mittels der vorliegenden Erfindung realisiert werden.
Analog zu der beschriebenen Korrektur der Position der ersten Befestigungseinrichtung 7 und der Bildaufnahmeeinheit 5 relativ zur zweiten Befestigungseinrichtung 8 und dem Monitor 6 in y-Richtung kann bei einer Verkippung der ersten Befestigungseinrichtung 7 und des Digiskops 5 um eine in y-Richtung verlaufende Kippachse eine Korrektur der Position der ersten Befestigungseinrichtung 7 und der Bildaufnahmeeinheit 5 relativ zur zweiten Befestigungseinrichtung 8 und des Monitors 6 in x-Richtung erfolgen. Für diese Variante kann die Dreh-Einrichtung der ersten Befestigungseinrichtung 7 eine in y-Richtung verlaufende Drehachse umfassen, welche eine Verdrehung des Digiskops 5 um diese Achse ermöglicht. Weiterhin kann zur Realisierung einer Verkippung um eine in y-Richtung verlaufende Kippachse, welche durch den Fokuspunkt 13 verläuft, die erste Befestigungseinrichtung 7 und/oder die Verbindungsschiene 9 während einer solchen Verkippung in x-Richtung verschiebbar ausgestaltet sein. Zur Korrektur der Position der ersten Befestigungseinrichtung 7 und der Bildaufnahmeeinheit 5 kann die erste Befestigungseinrichtung 7 relativ zur zweiten Befestigungseinrichtung 8 in diesem Fall an der Verbindungsschiene 9 in x-Richtung verschiebbar angeordnet sein.
In den 4 und 5 ist eine Ausführungsvariante gezeigt, welche zusätzlich eine Translation der ersten Befestigungsvorrichtung 7 in z-Richtung ermöglicht. Hierzu kann ein weiterer Linearaktuator 26 mit einer Positionserfassungseinrichtung 27 vorgesehen sein. Mit dieser Ausgestaltungsvariante lässt sich der Abstand 22 zwischen Fokuspunkt 13 und zweiter Befestigungseinrichtung 8 und/oder Monitor 6 sehr präzise konstant halten. Im Ergebnis wird also trotz Verkippung des Digiskops 5 der Beobachtungswinkel β und der Beobachtungsabstand des Nutzers, insbesondere Chirurgen 2, zum Monitor 6, also letztendlich die Absolutposition des Monitors 6, präzise konstant gehalten.
Die 6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem Anstelle des Monitors als Bildwiedergabeeinheit 6 ein digitales Okular verwendet wird. Weiterhin umfasst in der gezeigten Variante die Aufhängung 10 eine vertikale Befestigungseinrichtung 29 womit es sich beispielsweise an einem Stativ oder Gestell aufhängen lässt. Vorteilhafterweise ist die vertikale Befestigungseinrichtung 29, wie in der 7 gezeigt, so angeordnet, dass sie eine Mittelachse umfasst, welche für Kippwinkel von 0 Grad entlang der optischen Achse 12 der Bildaufnahmeeinheit 5, zum Beispiel des Digiskops, verläuft. Dadurch lässt sich über eine Drehung des Operationsmikroskops 1 um die Mittelachse der Aufhängung 29 gleichzeitig eine Drehung des Digiskops 5 um die optische Achse 12 realisieren. Wenn also beispielsweise eine Drehung um die Mittelachse erfasst wird, können dadurch verursachte Dezentrierungen auch über eine an der Aufhängung 29 angeordnete x-y-Kupplung kompensiert werden, so dass auch bei Drehung um eine in z-Richtung verlaufende Rotationsachse immer um die Bildmitte gedreht wird und somit keine Korrekturen über die Aufhängung 10 erforderlich werden. Im Übrigen lassen sich für ein digitales Okular alle im Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen und Varianten genannten Merkmale und Ausführungen analog zu einer Anordnung mit dem Monitor realisieren.
Im Folgenden wird eine mögliche Anwendung eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops 1 beschrieben. Die 8 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren in Form eines Flussdiagramms. In einem ersten Schritt 31 werden der Fokuspunkt 13 der Bildaufnahmeeinheit 5 und eine Fokuslänge f festgelegt. Dazu werden zum Beispiel vor der initialen Einrichtung und Platzierung des erfindungsgemäßen Operationsmikroskops 1 über dem Patienten 3 die vorhandenen Lineareinheiten auf eine definierte Initial- bzw. Mittenposition ausgerichtet und die Bildaufnahmeeinheit 5 vertikal, also mit einem Kippwinkel α von 0 Grad ausgerichtet. Dabei wird eine Lineareinheit in x-Richtung zur Manipulation der Bildmitte, eine Lineareinheit in y-Richtung zur Manipulation der Bildmitte und gegebenenfalls mit einem erweiterten Verstellbereich zur Ausgleichsbewegung bei Verkippung in eine Ausgangsposition gebracht. Gegebenenfalls wird eine zusätzliche Lineareinheit in y-Richtung zur Ausgleichsbewegung bei Verkippung in eine Ausgangsposition eingestellt. Eine Lineareinheit zur Fokussierung, also zur Manipulation der Fokusebene und eine Lineareinheit in z-Richtung zur Ausgleichsbewegung bei einer Verkippung werden in eine Ausgangsposition gebracht.
Wenn ein Fokusantrieb 20 mit Absolut-Positionserfassung 21, ein Antrieb 17 für eine Verkippung mit einer Absolut-Positionserfassung 18, ein Linearantrieb 15 für eine y-Ausgleichsbewegung mit einer Absolut-Positionserfassung 16 und ein Linearantrieb 26 für eine z-Ausgleichsbewegung mit Absolut-Positionserfassung 27 vorhanden sind, könnte dieser Schritt auch übersprungen und abhängig von der gewählten Stellung der Verkippung (Positionserfassung 18) und der Fokusstellung (Positionserfassung 21) eine entsprechende Position für einen y-Ausgleich (Antrieb 15) und einen z-Ausgleich (Antrieb 26) berechnet und beispielsweise hinterlegt werden und anschließend eingestellt oder angefahren werden.
In einem nächsten Schritt 32 werden eine Ausgangsposition der Bildwiedergabeeinheit 5 in Bezug auf die Verbindungsschiene 9 und den Fokuspunkt 13 festgelegt und ein sich daraus ergebender Abstand zwischen der Bildaufnahmeeinheit 5 und dem Fokuspunkt 13 bestimmt. Die Bildaufnahmeeinheit 5 und die Bildwiedergabeeinheit 6 werden zum Beispiel über dem Patienten 3 mit der Aufhängung 10 platziert. Dazu wird zunächst die Objektmitte und Objektebene grob ausgerichtet und anschließend mittels der x-y-Kupplung für die Objektmitte und den Fokus für die Objektebene die Bildaufnahmeeinheit 5 feinpositioniert. Die Bildwiedergabeeinheit 6, beispielsweise der Monitor oder das digitale Okular, werden angepasst an die Anforderungen des Beobachters 2 in Bezug auf diesen eingerichtet.
Anschließend kann der chirurgische Eingriff begonnen werden, wobei alle Positionsänderungen der Bildaufnahmeeinheit 5 durch den Chirurgen 2 unter sterilen Bedingungen initiiert werden können, zum Beispiel motorisch über ein Fußschaltpult, ohne dass er seine Arbeit für Korrekturbewegungen am Stativ oder der Aufhängung ähnlichem unterbrechen muss. In Schritt 33 wird die Bildaufnahmeeinheit 5 um einen festgelegten Winkel α um eine durch den Fokuspunkt 13 verlaufende Kippachse 14 gekippt, wobei die Bildaufnahmeeinheit 5 mittels der Dreh-Einrichtung um eine parallel zur Kippachse 14 verlaufende Drehachse 11 gedreht wird.
Anschließend oder gleichzeitig wird in Schritt 34 die Verbindungsschiene 9 in einer senkrecht zur Kippachse 14 verlaufenden Richtung in Bezug auf die Bildwiedergabeeinheit 6 um eine Weglänge I in Abhängigkeit von der Fokuslänge f und dem Kippwinkel α verschoben, sodass der Abstand 22 zwischen der Bildwiedergabeeinheit 6 und dem Fokuspunkt 13 innerhalb eines bestimmten Intervalls konstant gehalten wird. Konkret wird zum Beispiel die Bildaufnahmeeinheit 5 relativ zur Bildwiedergabeeinheit 6 automatisch über die Ausgleichsbewegungen, insbesondere Ausgleichsbewegungen in z- und y-Richtung, in Abhängigkeit von der Verkippung nachgestellt. Optional kann zusätzlich eine Verkippung um eine Kippachse parallel zur y-Richtung vorgenommen werden, wobei eine entsprechende Ausgleichsbewegung in z- und x-Richtung erfolgen kann.
Falls der Linearantrieb 26 für eine z-Ausgleichsbewegung, also der Verfahrbereich, entsprechend groß dimensioniert ist, kann im Fall eines Kippwinkels von 0 Grad über diesen auch die vertikale Position der Bildaufnahmeeinheit 5, insbesondere des Digiskops, und damit auch die Fokussierbewegung realisiert werden. Somit müssten mit dem Fokusantrieb 20 nur noch kleinere Korrekturbewegungen bei einer Verkippung durchgeführt werden. Der Fokus, der sich in dem kompakten Digiskop 5 befindet, könnte somit noch kompakter ausgeführt werden, ohne dass der Gesamtfokussierbereich zu stark limitiert wird. Weiterhin könnte über den Linearantrieb 26 mit einem erweiterten Verfahrbereich für die z-Ausgleichsbewegung außerdem ein schnelles Anheben und Absenken des Mikroskops 1 realisiert werden.
Bezugszeichenliste

1: digitales Operationsmikroskop
2: Chirurg
3: Patient
4: Koordinatensystem
5: Bildaufnahmeeinheit
6: Bildwiedergabeeinheit
7: erste Befestigungseinrichtung
8: zweite Befestigungseinrichtung
9: Verbindungsschiene
10: Aufhängung
11: Drehachse
12: optische Achse
13: Fokuspunkt
14: Kippachse
15: Linearaktuator
16: Positionserfassungseinrichtung
17: Aktuator
18: Positionserfassungseinrichtung
19: Linearaktuator, optional mit Positionserfassungseinrichtung
20: Linearaktuator
21: Positionserfassungseinrichtung
22: Abstand
26: Linearaktuator
27: Positionserfassungseinrichtung
29: vertikale Befestigung
31: Festlegen eines Fokuspunktes der Bildaufnahmeeinheit und einer Fokuslänge
32: Festlegen einer Ausgangsposition der Bildwiedergabeeinheit und der der Bildaufnahmeeinheit in Bezug auf die Verbindungsschiene der Aufhängung und den Fokuspunkt und Bestimmen eines sich daraus ergebenden Abstandes zwischen der Bildwiedergabeeinheit und dem Fokuspunkt,
33: Kippen der Bildaufnahmeeinheit um einen festgelegten Winkel um eine durch den Fokuspunkt verlaufende Kippachse, wobei die Bildaufnahmeeinheit mittels der Dreh-Einrichtung um eine parallel zur Kippachse verlaufende Drehachse gedreht wird,
34: Bewegen der Verbindungsschiene in Bezug auf die Bildwiedergabeeinheit in einer senkrecht zur Kippachse verlaufenden Richtung um eine Weglänge in Abhängigkeit von der Fokuslänge und dem Kippwinkel, sodass der Abstand zwischen der Bildwiedergabeeinheit und dem Fokuspunkt innerhalb eines bestimmten Intervalls konstant gehalten wird
f: Fokuslänge
α: Kippwinkel
amin: minimaler Kippwinkel
αmax: maximaler Kippwinkel
β: Beobachtungswinkel

Claims

Aufhängung (10) für ein optisches Gerät (1), welches eine Bildaufnahmeeinheit (5) und eine Bildwiedergabeeinheit (6) umfasst, wobei die Aufhängung (10) eine erste Befestigungseinrichtung (7) für eine Bildaufnahmeeinheit (5) und eine zweite Befestigungseinrichtung (8) für eine Bildwiedergabeeinheit (6) umfasst, wobei die erste Befestigungseinrichtung (7) und die zweite Befestigungseinrichtung (8) mittels einer Verbindungsschiene (9) mechanisch miteinander verbunden sind, wobei sich die Verbindungsschiene (9) in einer y-Richtung erstreckt und die erste Befestigungseinrichtung (7) und die zweite Befestigungseinrichtung (8) in y-Richtung hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet dass die Verbindungsschiene (9) in Bezug auf die zweite Befestigungseinrichtung (8) in y-Richtung verschiebbar angeordnet ist, wobei die Aufhängung (10) einen Linearaktuator (15) zum Verschieben der Verbindungsschiene (9) in Bezug auf die zweite Befestigungseinrichtung (8) in y-Richtung umfasst, die erste Befestigungseinrichtung (7) eine Dreh-Einrichtung umfasst, welche um eine in x-Richtung verlaufende Drehachse (11) drehbar angeordnet ist, wobei die x-Richtung senkrecht zu der y-Richtung verläuft, und wobei die Dreh-Einrichtung dazu ausgelegt ist, durch Drehung um die Drehachse (11) und eine Translation der Verbindungsschiene (9) in y-Richtung um eine in x-Richtung verlaufende Kippachse (14) gedreht zu werden, wobei die Kippachse (14) einen definierbaren Fokuspunkt (13) schneidet, welcher sich in einer Ausgangsposition der Dreh-Einrichtung in einem festlegbaren Abstand (f) in z-Richtung von der Dreh-Einrichtung befindet, wobei die z-Richtung senkrecht zu der x-Richtung und senkrecht zu der y-Richtung verläuft, und die Aufhängung (10) eine Steuervorrichtung umfasst, welche dazu ausgelegt ist, bei einer Drehung der ersten Befestigungseinrichtung (7) um die Kippachse (14) die Verbindungsschiene (9) in Bezug auf die zweite Befestigungseinrichtung (8) mittels des Linearaktuators (15) in y-Richtung zu verschieben, sodass der Abstand (22) zwischen dem Fokuspunkt (13) und der zweiten Befestigungseinrichtung (8) innerhalb eines bestimmten Intervalls konstant gehalten wird.
Aufhängung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die erste Befestigungseinrichtung (7) relativ zur zweiten Befestigungseinrichtung (8) in x-Richtung an der Verbindungsschiene (9) verschiebbar angeordnet ist, wobei die Aufhängung (10) einen Linearaktuator zum Verschieben der ersten Befestigungseinrichtung (7) an der Verbindungsschiene (9) in x-Richtung umfasst, die Dreh-Einrichtung um eine in y-Richtung verlaufende Drehachse drehbar angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, durch Drehung der Dreh-Einrichtung um die Drehachse und eine Translation der Verbindungsschiene (9) in x-Richtung um eine in y-Richtung verlaufende Kippachse, welche den Fokuspunkt (13) schneidet, gedreht zu werden, und die Steuervorrichtung dazu ausgelegt ist, bei einer Drehung der ersten Befestigungseinrichtung (7) um die in y-Richtung verlaufende Kippachse die erste Befestigungseinrichtung (7) relativ zur zweiten Befestigungseinrichtung (8) an der Verbindungsschiene (9) mittels des Linearaktuators in x-Richtung zu verschieben, sodass der Abstand (22) zwischen dem Fokuspunkt (13) und der zweiten Befestigungseinrichtung (8) innerhalb eines bestimmten Intervalls konstant gehalten wird.
Aufhängung (10) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die erste Befestigungseinrichtung (7) relativ zur zweiten Befestigungseinrichtung (8) in z-Richtung an der Verbindungsschiene (9) verschiebbar angeordnet ist, wobei die Aufhängung (10) einen Linearaktuator (26) zum Verschieben der ersten Befestigungseinrichtung (7) an der Verbindungsschiene (9) in z-Richtung umfasst, und die Steuervorrichtung dazu ausgelegt ist, bei einer Drehung der ersten Befestigungseinrichtung (7) um die in x-Richtung oder in y-Richtung verlaufende Kippachse die erste Befestigungseinrichtung (7) relativ zur zweiten Befestigungseinrichtung (8) an der Verbindungsschiene (9) mittels des Linearaktuators (26) in z-Richtung zu verschieben, sodass der Abstand (22) zwischen dem Fokuspunkt (13) und der zweiten Befestigungseinrichtung (8) innerhalb eines bestimmten Intervalls konstant gehalten wird.
Aufhängung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass es für Abstände zwischen dem Fokuspunkt (13) und der ersten Befestigungseinrichtung (7) zwischen 100 mm und 300 mm und Kippwinkel (α) zwischen -20 Grad und +50 Grad ausgehend von der Ausgangsposition der ersten Befestigungseinrichtung (7) und/oder eine Verschiebbarkeit der Verbindungsschiene (9) in y-Richtung von 300 mm ausgelegt ist.
Aufhängung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass die zweite Befestigungseinrichtung (8) eine Vorrichtung zur Befestigung der Aufhängung (10) an einem Stativ umfasst.
Optisches Gerät (1), welches eine Bildaufnahmeeinheit (5) und eine Bildwiedergabeeinheit (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet dass das optische Gerät (1) eine Aufhängung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst, wobei die Bildaufnahmeeinheit (5) an der ersten Befestigungseinrichtung (7) befestigt ist und die Bildwiedergabeeinheit (6) an der zweiten Befestigungseinrichtung (8) befestigt ist.
Optisches Gerät (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass es sich bei dem optischen Gerät (1) um ein Operationsmikroskop handelt.
Optisches Gerät (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass es sich bei dem Operationsmikroskop um ein Augenoperationsmikroskop und/oder ein neurochirurgisches Operationsmikroskop und/oder ein zahnmedizinisches Operationsmikroskop handelt.
Optisches Gerät (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass die Bildaufnahmeeinheit (5) ein Digiskop umfasst.
Optisches Gerät (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet dass die Bildwiedergabeeinheit (6) einen Monitor und/oder ein digitales Okular umfasst.
Verfahren zum Betrieb eines optischen Geräts (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Festlegen (31) eines Fokuspunktes (13) der Bildaufnahmeeinheit (5) und einer Fokuslänge (f), - Festlegen (32) einer Ausgangsposition der Bildwiedergabeeinheit (6) und der Bildaufnahmeeinheit (5) in Bezug auf die Verbindungsschiene (9) der Aufhängung (10) und den Fokuspunkt (13) und Bestimmen eines sich daraus ergebenden Abstandes (22) zwischen der Bildwiedergabeeinheit (6) und dem Fokuspunkt (13), - Kippen (33) der Bildaufnahmeeinheit (5) um einen festgelegten Winkel (α) um eine durch den Fokuspunkt (13) verlaufende Kippachse (14), wobei die Bildaufnahmeeinheit (5) mittels der Dreh-Einrichtung um eine parallel zur Kippachse (14) verlaufende Drehachse (11) gedreht wird, - Bewegen (34) der Verbindungsschiene (9) in einer senkrecht zur Kippachse (14) verlaufenden Richtung in Bezug auf die Bildwiedergabeeinheit (6) um eine Weglänge (I) in Abhängigkeit von der Fokuslänge (f) und dem Kippwinkel (a), sodass der Abstand (22) zwischen der Bildwiedergabeeinheit (6) und dem Fokuspunkt (13) innerhalb eines bestimmten Intervalls konstant gehalten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet dass die Fokuslänge (f) zwischen 100 mm und 300 mm liegt und/oder der Kippwinkel (α) zwischen -20 Grad und +50 Grad und/oder die Weglänge (I) zwischen 0 und 300 mm liegt.