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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung zur Erzeugung einer Lichtverteilung auf einer Oberfläche eines Untersuchungsobjekts zur Ausrichtung eines medizinischen Objekts, ein Verfahren zur Projektion einer Lichtverteilung auf eine Oberfläche eines Untersuchungsobjekts, sowie ein Computerprogrammprodukt.
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Häufig ist eine genaue, insbesondere geführte, Ausrichtung eines medizinischen Objekts erforderlich, beispielsweise eines chirurgischen und/oder diagnostischen Instruments, insbesondere einer medizinischen Nadel und/oder eines Endoskops und/oder eines Ablationsinstruments, und/oder eines Markerobjekts. Eine genaue Ausrichtung des medizinischen Objekts, insbesondere eines chirurgischen und/oder diagnostischen Instruments, ist dabei insbesondere für eine zielgerichtete Behandlung und/oder Entfernung von Tumoren besonders wichtig. Ferner kann eine Schädigung umliegender Gewebe durch eine genaue Ausrichtung des chirurgischen Instruments minimiert werden, beispielsweise bei einer medizinischen Behandlung.
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Aus dem Stand der Technik sind röntgenbasierte Verfahren zur Überwachung und Registrierung der Ausrichtung von chirurgischen und/oder diagnostischen Instrumenten und/oder Markerobjekten gegenüber medizinischen Bildern von einem Untersuchungsobjekt bekannt. Der Nachteil besteht dabei jedoch häufig in der erhöhten Röntgenstrahlenbelastung des Untersuchungsobjekts während der Überwachung der Ausrichtung des medizinischen Objekts.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik Verfahren zur Projektion zweier sich an einer vorgegebenen Einstichstelle kreuzender Laserlinien auf die Oberfläche des Untersuchungsobjekts bekannt. Hierbei gibt es jedoch keinerlei Möglichkeit eine Abweichung zwischen der Ausrichtung des medizinischen Objekts und einer vorgegebenen Ausrichtung zu bestimmen und/oder zu erfassen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine besonders intuitive und genaue Ausrichtung eines medizinischen Objekts gegenüber der Oberfläche des Untersuchungsobjekts zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Projektionsvorrichtung zur Erzeugung einer Lichtverteilung auf einer Oberfläche eines Untersuchungsobjekts zur Ausrichtung eines medizinischen Objekts gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zur Projektion einer Lichtverteilung auf eine Oberfläche eines Untersuchungsobjekts gemäß Patentanspruch 10, sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 11. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Danach ist vorgesehen, dass die Projektionsvorrichtung dazu ausgebildet ist, die Lichtverteilung derart zu erzeugen, dass zwei verschiedene Lichtstrahlenbündel im Raum abhängig von einem vorgegebenen Pfad zur Ausrichtung des medizinischen Objekts erzeugt werden. Dabei kann durch jedes der beiden Lichtstrahlenbündel jeweils eine flächige Lichtverteilung auf die Oberfläche des Untersuchungsobjekts derart projizierbar sein, dass die flächige Lichtverteilung entlang jeweils einer Projektionsrichtung ein linienförmiges Kontrastobjekt aufweist. Hierbei kann erreicht werden, dass ein Schatten des medizinischen Objekts durch die beiden Lichtstrahlenbündel auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts nur bei einer mit dem vorgegebenen Pfad übereinstimmenden Ausrichtung des medizinischen Objekts auf den linienförmigen Kontrastobjekten verläuft.
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Das medizinische Objekt kann beispielsweise ein chirurgisches und/oder diagnostisches Instrument und/oder ein Markerobjekt umfassen. Ferner kann das medizinische Objekt ein Ausrichtelement umfassen und/oder als Ausrichtelement ausgebildet sein. Dabei kann das Ausrichtelement zumindest teilweise durch die Projektionsvorrichtung derart beleuchtbar sein, dass ein Schatten des Ausrichtelements durch die beiden Lichtstrahlenbündel auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts nur bei einer mit dem vorgegebenen Pfad übereinstimmenden Ausrichtung des medizinischen Objekts auf den linienförmigen Kontrastobjekten verläuft. Dabei kann das Ausrichtelement beispielsweise um das medizinische Objekt herum und/oder zumindest einseitig an dem medizinischen Objekt angeordnet und/oder befestigt sein. Vorteilhafterweise ist das Ausrichtelement derart ausgebildet, dass ein Schatten des Ausrichtelements bei einer Beleuchtung durch die beiden Lichtstrahlenbündel jeweils einen linienförmigen Teilschatten umfasst. Beispielsweise kann das Ausrichtelement parallel zu einer Längsrichtung des medizinischen Objekts an dem medizinischen Objekt angeordnet und/oder befestigt sein. Hierdurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass bei einer Ausrichtung des Ausrichtelements entlang des vorgegebenen Pfades das medizinische Objekt zumindest abschnittsweise parallel zum vorgegebenen Pfad ausrichtbar ist.
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Dabei kann die Projektionsvorrichtung vorteilhafterweise zumindest einen Projektor umfassen, beispielsweise einen Laserprojektor und/oder einen LED-Projektor (Licht emittierende Diode, LED) und/oder einen LCD-Projektor (engl. liquid crystal display, LCD) und/oder einen Lichtprojektor. Dabei kann der zumindest eine Projektor zumindest eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels umfassen. Vorteilhafterweise kann die Projektionsvorrichtung mehrere, insbesondere verschiedene, Projektoren umfassen. Dabei können die mehreren Projektoren an jeweils verschiedenen räumlichen Positionen, insbesondere um die Oberfläche des Untersuchungsobjekts herum, angeordnet sein. Ferner können die Projektoren an einer und/oder verschiedenen Vorrichtungen angeordnet sein, insbesondere an einem bildgebenden Gerät, beispielsweise einem C-Bogen-Röntgengerät und/oder einem Computertomographiegerät und/oder einer Magnetresonanzanlage, und/oder an einem Roboterarm, beispielsweise von einem Interventionsroboter und/oder einem Bildgebungsroboter, und/oder an einer Patientenlagerungsvorrichtung.
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Ferner kann die Projektionsvorrichtung zumindest eine Blendeneinheit umfassen, welche, insbesondere elektrisch und/oder elektromagnetisch und/oder mechanisch, verstellbar ist. Die Blendeneinheit kann vorzugsweise dazu ausgebildet sein, ein von dem Projektor ausgesendetes Lichtstrahlenbündel in seiner räumlichen Ausdehnung zu begrenzen. Ferner kann die Projektionseinheit vorteilhafterweise zumindest ein, insbesondere verstellbares, Linsenobjektiv umfassen. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine Fokussierung und/oder Scharfstellung einer Lichtverteilung ermöglicht werden, welche auf die Oberfläche des Untersuchungsobjekts projiziert wird.
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Dabei kann das Untersuchungsobjekt beispielsweise ein menschlicher Patient und/oder ein tierischer Patient und/oder ein Phantom und/oder Modell sein. Ferner kann das medizinische Objekt beispielsweise eine medizinische Nadel und/oder ein Endoskop und/oder ein Laparoskop und/oder ein Ablationsinstrument und/oder ein Markerobjekt umfassen. Die Oberfläche des Untersuchungsobjekts kann beispielsweise einen Hautbereich und/oder ein medizinisches Tuch und/oder einen Projektionsschirm umfassen.
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Die Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts kann vorteilhafterweise eine Kombination und/oder Überlagerung mehrerer auf die Oberfläche des Untersuchungsobjekts projizierter Lichtstrahlenbündel und/oder zumindest teilweise nicht beleuchteter flächiger und/oder linienförmiger Bereiche umfassen. Dabei wird die Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts insbesondere durch einen an der Oberfläche des Untersuchungsobjekts reflektierten Lichtanteil des jeweils projizierten Lichtstrahlenbündels erfassbar. Insbesondere kann die Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts durch den reflektierten Lichtanteil von einem Bedienpersonal beobachtbar und/oder von einer Kameraeinheit erfassbar sein.
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Dabei kann die Lichtverteilung auf einem flächigen Abschnitt der Oberfläche des Untersuchungsobjekts erzeugbar sein. Hierbei kann die Lichtverteilung insbesondere je nach Kombination und/oder Überlagerung der projizierten Lichtstrahlenbündel verschiedene Helligkeiten und/oder Wellenlängen aufweisen.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die zwei Lichtstrahlenbündel abhängig von dem vorgegebenen Pfad zur Ausrichtung des medizinischen Objekts erzeugbar sind. Dabei kann jedes der beiden Lichtstrahlenbündel durch jeweils eine Zentralebene und/oder einen Zentralstrahl und/oder einen Fächerwinkel beschreibbar und/oder vorbestimmbar sein. Vorteilhafterweise verläuft die Zentralebene von jeweils einem der beiden Lichtstrahlenbündel zumindest abschnittsweise parallel zum vorgegebenen Pfad. Ferner verläuft vorteilhafterweise keiner der Zentralstrahlen der beiden Lichtstrahlenbündel zumindest abschnittsweise auf dem vorgegebenen Pfad. Ferner kann ein Lichtstrahlenbündel durch mehrere, insbesondere zueinander parallel verlaufende, Lichtstrahlen erzeugbar sein.
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Ferner kann der vorgegebene Pfad vorteilhafterweise relativ zur Oberfläche des Untersuchungsobjekts vorgegeben sein. Beispielsweise kann eine Tangentialebene, welche tangential zur Oberfläche des Untersuchungsobjekts durch einen vorgegebenen Punkt, insbesondere einen Eintrittspunkt, verläuft, bestimmt sein. Dabei kann der vorgegebene Pfad relativ zur Tangentialebene vorgegeben werden. Des Weiteren kann der vorgegebene Pfad relativ, insbesondere absolut, zu einem Koordinatensystem des Untersuchungsobjekts und/oder einem Koordinatensystem der Projektionsvorrichtung und/oder einem Koordinatensystem einer Patientenlagerungsvorrichtung vorgegeben werden. Des Weiteren verläuft der vorgegebene Pfad vorteilhafterweise zumindest abschnittsweise geradlinig und/oder gekrümmt. Ferner kann der vorgegebene Pfad insbesondere zeitlich und/oder räumlich dynamisch anpassbar sein.
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Ein Lichtstrahlenbündel kann beispielsweise kegelförmig und/oder pyramidenförmig sein. Hierdurch kann vorzugsweise erreicht werden, dass beim Auftreffen des Lichtstrahlenbündels auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts eine flächige Lichtverteilung erzeugbar ist. Eine flächige Lichtverteilung beschreibt dabei eine, insbesondere streifenförmige, Lichtverteilung, welche ein zweidimensionales Muster und/oder eine zweidimensionale Fläche auf eine, insbesondere gekrümmte und/oder unebene, Oberfläche des Untersuchungsobjekts projiziert. Dabei kann die flächige Lichtverteilung entlang jeder der beiden Projektionsrichtungen jeweils ein linienförmiges Kontrastobjekt, beispielsweise eine linienförmige Grenze zwischen zwei verschiedenen Helligkeitsbereichen und/oder Wellenlängenbereichen aufweisen.
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Ferner kann ein linienförmiges Kontrastobjekt durch einen linienförmigen Schatten, welcher beispielsweise durch eine Spaltblende erzeugbar ist, gebildet werden. Dabei kann das medizinische Objekt bei einer Ausrichtung entlang des vorgegebenen Pfads zumindest teilweise durch die beiden Lichtstrahlenbündel im Bereich des linienförmigen Schattens unbeleuchtet sein. Sobald die Ausrichtung des medizinischen Objekts vom vorgegebenen Pfad abweicht, kann es wieder zu einer Beleuchtung durch zumindest eines der beiden Lichtstrahlenbündel kommen, wobei ein Schatten innerhalb der flächigen Lichtverteilung entsteht.
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Vorteilhafterweise kann die flächige Lichtverteilung zumindest eines der beiden Lichtstrahlenbündel beispielsweise ein Gitternetz und/oder Strahlenmuster und/oder eine Anordnung von Punkten und/oder eine geometrische Form umfassen. Ferner kann die flächige Lichtverteilung derart ausgebildet sein, dass eine Abweichung des Schattens des medizinischen Objekts von den linienförmigen Kontrastobjekten erfassbar, insbesondere beobachtbar und/oder messbar, ist.
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Ferner kann die Projektionsvorrichtung vorteilhafterweise zumindest einen Spiegel zur Reflektion, insbesondere Umlenkung, eines Lichtstrahlenbündels umfassen. Hierdurch kann eine räumlich flexible Anordnung eines Projektors und/oder eines weiteren Projektors ermöglicht werden.
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Jeder der beiden Teilschatten des Schattens auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts kann durch Beleuchtung des medizinischen Objekts durch jeweils eines der beiden Lichtstrahlenbündel entstehen. Dabei kann zumindest einer der beiden Teilschatten des Schattens des medizinischen Objekts außerhalb des linienförmigen Kontrastobjekts zumindest von einem der beiden Lichtstrahlenbündel verlaufen. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Schatten des medizinischen Objekts durch die beiden Lichtstrahlenbündel auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts vorteilhafterweise nur bei einer mit dem vorgegebenen Pfad übereinstimmenden Ausrichtung des medizinischen Objekts auf den linienförmigen Kontrastobjekten verläuft.
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Insbesondere bei der Ausrichtung eines biegsamen medizinischen Objekts, beispielsweise eines Katheters und/oder Endoskops und/oder einer medizinischen Nadel, und/oder eines medizinischen Objekts, welches zumindest ein Gelenk aufweist, kann es vorkommen, dass eine Verformung, insbesondere eine Durchbiegung und/oder ein Abknicken, des medizinischen Objekts bei einem Kontakt mit der Oberfläche des Untersuchungsobjekts und/oder einer dichteren Substanz und/oder einem dichteren Objekt auftritt. Eine derartige Verformung des medizinischen Objekts kann vorteilhafterweise durch eine Veränderung, insbesondere eine Durchbiegung und/oder ein Abknicken, des Schattens, insbesondere von zumindest einem der beiden Teilschatten, des medizinischen Objekts durch die beiden Lichtstrahlenbündel erfassbar und/oder beobachtbar sein. Hierdurch kann vorzugsweise eine Abweichung des medizinischen Objekts vom vorgegebenen Pfad durch eine Verformung des medizinischen Objekts besonders intuitiv erfassbar und/oder beobachtbar sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorgeschlagenen Projektionsvorrichtung kann die Projektionsvorrichtung weiterhin dazu ausgebildet sein, die Lichtverteilung derart zu erzeugen, dass zusätzlich zu jedem der beiden Lichtstrahlenbündel jeweils ein weiteres Lichtstrahlenbündel im Raum erzeugbar ist. Dabei können die beiden weiteren Lichtstrahlenbündel derart erzeugbar sein, dass durch jedes der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel jeweils eine linienförmige Lichtverteilung zusätzlich zur flächigen Lichtverteilung auf die Oberfläche des Untersuchungsobjekts projizierbar ist. Hierdurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass ein Schatten des medizinischen Objekts durch die beiden Lichtstrahlenbündel auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts nur bei einer mit dem vorgegebenen Pfad übereinstimmenden Ausrichtung des medizinischen Objekts auf der linienförmigen Lichtverteilung verläuft.
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Dabei kann jedes der weiteren Lichtstrahlenbündel vorteilhafterweise derart, insbesondere durch Blenden, räumlich begrenzt sein, dass es vorwiegend innerhalb einer räumlichen Ebene liegt. Hierdurch kann vorzugsweise erreicht werden, dass beim Auftreffen der weiteren Lichtstrahlenbündel auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts jeweils die linienförmige Lichtverteilung erzeugbar ist. Ein weiteres Lichtstrahlenbündel kann beispielweise durch einen Lichtfächer gebildet werden. Die linienförmige Lichtverteilung kann dabei insbesondere eine Lichtverteilung beschreiben, welche vorwiegend innerhalb derselben räumlichen Ebene verläuft wie das zugehörige weitere Lichtstrahlenbündel. Ferner kann die linienförmige Lichtverteilung entlang der Oberfläche des Untersuchungsobjekts gekrümmt verlaufen.
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Vorteilhafterweise kann zumindest eines der weiteren Lichtstrahlenbündel mittels eines Laserprojektors erzeugbar sein.
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Ferner kann zumindest eines der weiteren Lichtstrahlenbündel durch Anordnung einer Spaltblende im Strahlengang des Projektors erzeugbar sein. Des Weiteren kann zumindest eines der weiteren Lichtstrahlenbündel alternativ oder zusätzlich mittels einer Fokussiereinheit erzeugbar sein. Dabei kann die Fokussiereinheit vorteilhafterweise zur Fokussierung der linienförmigen Lichtverteilung auf die Oberfläche des Untersuchungsobjekts ausgebildet sein.
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Vorteilhafterweise umfasst die Projektionsvorrichtung zumindest zwei Projektoren, insbesondere Laserprojektoren, die zur Erzeugung der zwei weiteren Lichtstrahlenbündel ausgebildet sind. Dabei können die zumindest zwei Projektoren vorzugsweise an verschiedenen räumlichen Positionen angeordnet sein. Hierdurch kann eine verbesserte Projizierbarkeit der beiden linienförmigen Lichtverteilungen sichergestellt werden.
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Insbesondere kann eine Schnittgerade zwischen den zwei weiteren Lichtstrahlenbündeln entstehen. Dabei kann die Schnittgerade der zwei weiteren Lichtstrahlenbündel vorteilhafterweise abhängig von, insbesondere abschnittsweise parallel und/oder kongruent zu, dem vorgegebenen Pfad zur Ausrichtung des medizinischen Objekts sein. Ferner kann die Schnittgerade der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel durch einen Auftreffpunkt an der Oberfläche des Untersuchungsobjekts verlaufen. Dabei können sich die beiden linienförmigen Lichtverteilungen im Auftreffpunkt der Schnittgeraden der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel an der Oberfläche des Untersuchungsobjekts schneiden. Vorteilhafterweise verlaufen die beiden weiteren Lichtstrahlenbündel nicht tangential zur Oberfläche des Untersuchungsobjekts am Auftreffpunkt der Schnittgeraden.
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Des Weiteren können die beiden weiteren Lichtstrahlenbündel jeweils von einem der Projektoren zur Erzeugung der beiden Lichtstrahlenbündel erzeugbar sein und/oder von jeweils einem weiteren Projektor erzeugbar sein.
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Sofern zur Erzeugung der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel jeweils ein weiterer Projektor verwendet wird, kann der jeweils eine weitere Projektor vorteilhafterweise innerhalb der und/oder parallel zum jeweiligen weiteren Lichtstrahlenbündel angeordnet sein. Beispielsweise kann der jeweils eine weitere Projektor zur Erzeugung des jeweiligen weiteren Lichtstrahlenbündels relativ zur Schnittgeraden der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel gegenüber dem Projektor zur Erzeugung des korrespondierenden Lichtstrahlenbündels angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise ist das medizinische Objekt anhand des Auftreffpunkts der Schnittgeraden der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel an der Oberfläche des Untersuchungsobjekts zumindest grob positionierbar.
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Sofern zur Erzeugung der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel jeweils ein weiterer Projektor verwendet wird, welcher insbesondere gegenüber des Projektors zur Erzeugung des jeweils korrespondierenden Lichtstrahlenbündels angeordnet ist, kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass die linienförmige Lichtverteilung im Schatten des medizinischen Objekts durch die beiden Lichtstrahlenbündel auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts, insbesondere beobachtbar, bleibt. Des Weiteren kann jeweils eine der beiden linienförmigen Lichtverteilungen auf jeweils einem der beiden linienförmigen Kontrastobjekte verlaufen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorgeschlagenen Projektionsvorrichtung kann die Projektionsvorrichtung weiterhin dazu ausgebildet sein, die Lichtverteilung umfassend die zwei Lichtstrahlenbündel mit verschiedenen Wellenlängen, insbesondere zur Erzeugung verschiedener Lichtfarben, zu erzeugen. Dabei kann die Projektionsvorrichtung weiterhin dazu ausgebildet sein, die beiden Lichtstrahlenbündel mit verschiedener Helligkeit zu erzeugen. Ferner kann die Projektionsvorrichtung weiterhin dazu ausgebildet sein, die beiden weiteren Lichtstrahlenbündel mit einer gemeinsamen Wellenlänge oder zueinander verschiedenen Wellenlängen zu erzeugen.
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Vorteilhafterweise kann die Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts durch die Erzeugung der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel und/oder der beiden Lichtstrahlenbündel mit jeweils verschiedenen Wellenlängen verschiedene Lichtfarben aufweisen. Hierfür kann die Projektionsvorrichtung vorteilhafterweise zumindest zwei verschiedene Lichtquellen zur Erzeugung verschiedener Wellenlängen umfassen. Ferner kann die Projektionsrichtung weiterhin eine optische Filtereinheit, insbesondere einen Farbfilter, zur Filterung zumindest einer Wellenlänge aus den projizierten Lichtstrahlenbündeln und/oder den projizierten weiteren Lichtstrahlenbündeln umfassen.
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Insbesondere wenn die verschiedenen Wellenlängen im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums liegen, können verschiedene beobachtbare Lichtfarben in der flächigen und/oder linienförmigen Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts erzeugbar sein. Insbesondere wenn die beiden weiteren Lichtstrahlenbündel eine gegenüber den beiden Lichtstrahlenbündeln verschiedene Wellenlänge aufweisen, kann eine beobachtbare Unterscheidung zwischen der linienförmigen Lichtverteilung und der flächigen Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts anhand der verschiedenen Lichtfarben ermöglicht werden. Ferner kann eine Unterscheidung der beiden flächigen Lichtverteilungen außerhalb eines Überschneidungsbereichs der beiden Lichtstrahlenbündel durch Erzeugung der beiden Lichtstrahlenbündel mit jeweils verschiedenen Wellenlängen sichergestellt werden.
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Des Weiteren kann bei Verwendung verschiedener Wellenlängen zur Erzeugung der beiden Lichtstrahlenbündel und/oder der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel eine Überlagerung und/oder Mischung der flächigen und/oder linienförmigen Lichtverteilungen auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts vorteilhafterweise berücksichtigt werden.
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Ferner können die linienförmigen Lichtverteilungen der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel und die flächigen Lichtverteilungen der beiden Lichtstrahlenbündel mit derart verschiedenen Lichtfarben erzeugt werden, dass eine, insbesondere gegenüber Achromatopsie robuste, Unterscheidung durch Beobachtung der Lichtverteilung durch ein Bedienpersonal ermöglicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorgeschlagenen Projektionsvorrichtung kann das jeweils eine Lichtstrahlenbündel mit einem vorgegebenen Fächerwinkel erzeugbar sein. Dabei kann der Fächerwinkel insbesondere eine Auffächerung des Lichtstrahlenbündels, beispielsweise einen Öffnungswinkel gegenüber der Zentralebene des Lichtstrahlenbündels, beschreiben. Dabei kann das Lichtstrahlenbündel von Randstrahlen begrenzt sein, wobei der Fächerwinkel einen Winkel zwischen den Randstrahlen des Lichtstrahlenbündels beschreiben kann.
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Vorteilhafterweise kann der Fächerwinkel des jeweils einen Lichtstrahlenbündels in Abhängigkeit einer Entfernung zwischen der Projektionsvorrichtung und der Oberfläche des Untersuchungsobjekts, insbesondere dynamisch, anpassbar sein. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine perspektivische Verzerrung der flächigen Lichtverteilung durch Anpassung des Fächerwinkels korrigierbar sein. Hierfür kann die Projektionsvorrichtung vorzugsweise einen Entfernungssensor umfassen, beispielsweise einen ultraschallbasierten Entfernungssensor und/oder einen elektromagnetischen Abstandssensor und/oder einen optischen Entfernungssensor.
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Durch Vorgabe eines Fächerwinkels des jeweils einen Lichtstrahlenbündels kann eine räumliche Ausdehnung der flächigen Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts vorgegeben werden. Ferner kann durch die Vorgabe eines Fächerwinkels ein räumlicher Bereich, innerhalb dessen das medizinische Objekt, insbesondere auch bei einer Ausrichtung außerhalb einer der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel, durch das Lichtstrahlenbündel beleuchtet wird, begrenzbar sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorgeschlagenen Projektionsvorrichtung kann die Projektionsvorrichtung eine Blickrichtungserfassungseinheit (engl. Eye-Tracker) umfassen. Dabei kann die Blickrichtungserfassungseinheit zur Erfassung einer Blickrichtung eines Bedienpersonals ausgebildet sein, wobei die Lichtverteilung in Abhängigkeit der erfassten Blickrichtung anpassbar ist. Vorteilhafterweise kann die Blickrichtungserfassungseinheit die Blickrichtung des Bedienpersonals mittels aktiver optischer Sensoren und/oder einer Kameraeinheit zumindest eine Kamera umfassend erfassen. Dabei kann die Blickrichtungserfassungseinheit vorteilhafterweise weiterhin dazu ausgebildet sein, Blickrichtungserfassungsdaten zu erzeugen. Ferner kann die Projektionsvorrichtung dazu ausgebildet sein, die Lichtverteilung in Abhängigkeit der erfassten Blickrichtung des Bedienpersonals, insbesondere in Abhängigkeit der von der Blickrichtungserfassungseinheit erzeugten Blickrichtungserfassungsdaten, anzupassen. Hierdurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die linienförmigen Lichtverteilungen und/oder die flächigen Lichtverteilungen auch bei einer geänderten Blickrichtung des Bedienpersonals beobachtbar sind. Insbesondere kann dabei eine Sichtbehinderung durch das medizinische Objekt bei der Beobachtung der linienförmigen Lichtverteilungen und/oder der flächigen Lichtverteilungen durch das Bedienpersonal verringert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorgeschlagenen Projektionsvorrichtung kann zumindest eines der beiden Lichtstrahlenbündel einen Farbverlauf aufweisen. Insbesondere kann zumindest eines der beiden Lichtstrahlenbündel einen abgestuften oder stufenlosen Farbverlauf aufweisen. Insbesondere kann das linienförmige Kontrastobjekt zumindest eines der beiden Lichtstrahlenbündel durch eine Grenze zwischen zwei Farbbereichen, insbesondere Bereichen verschiedener Lichtfarben, gebildet werden. Des Weiteren kann bei einer Abweichung der Ausrichtung des medizinischen Objekts vom vorgegebenen Pfad eine Reflexion des Farbverlaufs an dem medizinischen Objekt erfolgen. Beispielsweise kann die Projektionsvorrichtung eine optische Filtereinheit, insbesondere einen Farbverlaufsfilter, und/oder eine Anordnung von zumindest zwei Lichtquellen, beispielsweise LEDs, verschiedener Wellenlängen zur Erzeugung verschiedener Lichtfarben umfassen. Vorteilhafterweise kann der Farbverlauf, insbesondere eine Richtung des Farbverlaufs, des zumindest einen Lichtstrahlenbündels in Abhängigkeit einer Ausrichtung des zu dem Lichtstrahlenbündel korrespondierenden weiteren Lichtstrahlenbündels erzeugbar sein. Insbesondere kann der Farbverlauf parallel und/oder senkrecht zu einem der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel erzeugbar sein. Ferner kann der Farbverlauf, insbesondere eine Richtung des Farbverlaufs, des zumindest einen Lichtstrahlenbündels strahlenförmig um den Auftreffpunkt der Schnittgeraden der zwei weiteren Lichtstrahlenbündel auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts herum erzeugbar sein. Hierdurch kann eine Abweichung der Ausrichtung des medizinischen Objekts vom vorgegebenen Pfad besonders intuitiv und genau erfassbar und/oder beobachtbar sein.
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Ferner kann eine Reflexion des Farbverlaufs des zumindest einen Lichtstrahlenbündels an dem medizinischen Objekt auftreten. Dabei kann es bei einer Änderung der Ausrichtung des medizinischen Objekts gegenüber dem vorgegebenen Pfad vorteilhafterweise zu einer Veränderung, insbesondere Verschiebung und/oder Verlagerung und/oder Verzerrung, des reflektierten Farbverlaufs kommen. Insbesondere kann das zumindest eine Lichtstrahlenbündel derart mit einem Farbverlauf erzeugbar sein, dass bei einer parallelen Ausrichtung des medizinischen Objekts zum vorgegebenen Pfad nur eine Farbe des Farbverlaufs an dem medizinischen Objekt reflektiert wird. Hierdurch kann eine Abweichung der Ausrichtung des medizinischen Objekts vom vorgegebenen Pfad besonders intuitiv und genau durch eine Beobachtung des an dem medizinischen Objekt reflektierten Farbverlaufs erfassbar sein.
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Ferner können insbesondere beide Lichtstrahlenbündel jeweils einen, insbesondere voneinander verschiedenen, Farbverlauf aufweisen. Hierdurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass das jeweilige linienförmige Kontrastobjekt der flächigen Lichtverteilung als eine linienförmige Grenze zwischen zwei verschiedenen Farbstufen und/oder Farben des Farbverlaufs des zugehörigen Lichtstrahlenbündels ausgebildet ist. Ferner kann im Bereich der Überlagerung der beiden flächigen Lichtverteilungen auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts durch geeignete Vorgabe der beiden Farbverläufe eine Unterscheidbarkeit der beiden linienförmigen Kontrastobjekte sichergestellt werden. Beispielsweise kann das erste Lichtstrahlenbündel mit einem abgestuften rot-grünen Farbverlauf ausgebildet sein, während das zweite Lichtstrahlenbündel mit einem abgestuften blau-gelben Farbverlauf ausgebildet sein kann. Im Überlagerungsbereich der zu den beiden Lichtstrahlenbündeln korrespondierenden flächigen Lichtverteilungen auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts können hierdurch insbesondere vier voneinander unterscheidbare Quadranten mit jeweils unterschiedlicher Lichtfarbe erzeugbar sein. Die linienförmigen Kontrastobjekte können dabei weiterhin entlang der linienförmigen Grenzen zwischen den verschiedenen Lichtfarben der flächigen Lichtverteilungen verlaufen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorgeschlagenen Projektionsvorrichtung kann ein Schnittpunkt der beiden linienförmigen Kontrastobjekte auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts mit einem vorgegeben Eintrittspunkt des medizinischen Objekts übereinstimmen. Insbesondere kann der vorgegebene Eintrittspunkt des medizinischen Objekts durch den Schnittpunkt der beiden linienförmigen Kontrastobjekte auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts markiert werden. Hierdurch kann eine verbesserte Genauigkeit bei der Ausrichtung des medizinischen Objekts hin zum Eintrittspunkt ermöglicht werden. Beispielsweise kann durch den Schnittpunkt eine Einstichstelle einer medizinischen Nadel vorgegeben und/oder markiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorgeschlagenen Projektionsvorrichtung kann die Projektionsvorrichtung eine Kameraeinheit umfassen. Dabei kann die Kameraeinheit vorteilhafterweise zur Erfassung zumindest eines Ausschnitts der Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts ausgebildet sein. Ferner kann eine dreidimensionale Oberflächenform der Oberfläche des Untersuchungsobjekts anhand des erfassten Ausschnitts der Lichtverteilung rekonstruierbar sein. Zudem kann die Lichtverteilung in Abhängigkeit der rekonstruierten dreidimensionalen Oberflächenform anpassbar sein. Dabei kann die Kameraeinheit vorteilhafterweise zumindest eine Kamera umfassen, die zur Erfassung der linienförmigen und/oder der flächigen Lichtverteilung in dem Ausschnitt auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts ausgebildet ist. Hierbei umfasst der von der Kamera erfassbare Ausschnitt auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts vorteilhafterweise den Schnittpunkt der beiden linienförmigen Kontrastobjekte.
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Ferner kann die zumindest eine Kamera zur Erfassung zumindest eines bestimmten Wellenlängenbereiches ausgebildet sein, beispielsweise im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums und/oder im Infrarotbereich. Dabei kann zumindest eines der beiden Lichtstrahlenbündel derart erzeugbar sein, dass die flächige Lichtverteilung eine Überlagerung, insbesondere verschiedener, weiterer flächiger Lichtverteilungen verschiedener Wellenlängenbereiche umfasst. Beispielsweise kann die flächige Lichtverteilung eine erste flächige Lichtverteilung umfassen, wobei die erste flächige Lichtverteilung besonders zur Erfassung einer Abweichung der Ausrichtung des medizinischen Objekts vom vorgegebenen Pfad ausgebildet ist. Ferner kann die flächige Lichtverteilung eine zweite flächige Lichtverteilung umfassen, wobei die zweite flächige Lichtverteilung besonders zur Erfassung der dreidimensionalen Oberflächenform der Oberfläche des Untersuchungsobjekts ausgebildet ist. Dabei kann beispielsweise die erste flächige Lichtverteilung insbesondere vollständig im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums erzeugbar sein. Ferner kann die zweite flächige Lichtverteilung zumindest teilweise im unsichtbaren Bereich, insbesondere Infrarotbereich, des Lichtspektrums erzeugbar sein.
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Anhand des erfassten Ausschnitts der, insbesondere zweiten flächigen, Lichtverteilung kann die dreidimensionale Oberflächenform der Oberfläche des Untersuchungsobjekts rekonstruierbar sein. Dabei kann vorteilhafterweise ein Abgleich zwischen der projizierten Lichtverteilung und der mittels der Kameraeinheit erfassten Lichtverteilung zur Rekonstruktion der dreidimensionalen Oberflächenform der Oberfläche des Untersuchungsobjekts erfolgen. Insbesondere kann mittels der Kameraeinheit ein zweidimensionales Bild des erfassten Ausschnitts der Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts erzeugbar sein. Anhand der Verformung der in dem zweidimensionalen Bild abgebildeten linienförmigen und/oder flächigen Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts gegenüber der bekannten projizierten Lichtverteilung kann eine Rekonstruktion der Oberflächenform der Oberfläche des Untersuchungsobjekts ermöglicht werden. Dabei kann vorteilhafterweise ein dreidimensionales Modell der Oberflächenform der Oberfläche des Untersuchungsobjekts erzeugt werden. Ferner kann eine Transformationsvorschrift zur Transformation der bekannten projizierten Lichtverteilung auf die dreidimensionale Oberflächenform der Oberfläche des Untersuchungsobjekts ermittelt werden.
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Des Weiteren ist die, insbesondere flächige und/oder linienförmige, Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts in Abhängigkeit der dreidimensionalen Oberflächenform der Oberfläche des Untersuchungsobjekts anpassbar. Beispielsweise kann die Lichtverteilung anhand des ermittelten dreidimensionalen Modells der Oberflächenform und/oder der Transformationsmatrix derart anpassbar sein, dass eine Entzerrung der Lichtverteilung bei Betrachtung durch ein Bedienpersonal auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts ermöglicht wird. Beispielsweise kann durch Anpassung der Lichtverteilung anhand der rekonstruierten dreidimensionalen Oberflächenform eine Krümmung und/oder Verzerrung korrigiert werden.
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Dabei kann die Korrektur der Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts vorteilhafterweise sowohl anhand der rekonstruierten dreidimensionalen Oberflächenform als auch anhand von Blickrichtungsdaten der Blickrichtungserfassungseinheit erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorgeschlagenen Projektionsvorrichtung kann die Projektionsvorrichtung zum Empfang eines Ausrichtungssignals ausgebildet sein. Dabei kann das Ausrichtungssignal vorteilhafterweise eine Information zur Ausrichtung des medizinischen Objekts umfassen. Ferner kann eine Abweichung der Ausrichtung des medizinischen Objekts vom vorgegebenen Pfad anhand des Ausrichtungssignals ermittelbar sein. Ferner kann die Projektionsvorrichtung weiterhin zur Erzeugung eines Lichtformobjekts auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts ausgebildet sein. Dabei kann das Lichtformobjekt in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung erzeugbar sein. Dabei kann ein Lichtformobjekt beispielsweise als Pfeil und/oder Textfeld und/oder graphischer Hinweis und/oder geometrische Form ausgebildet sein. Ein Lichtformobjekt kann beispielsweise mittels eines Laserprojektors und/oder eines LED-Projektors und/oder eines LCD-Projektors und/oder einer Formblende vor einem Projektor erzeugbar sein.
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Dabei kann das Ausrichtungssignal in Abhängigkeit einer Ausrichtung des medizinischen Objekts bezüglich der Oberfläche des Untersuchungsobjekts und/oder des vorgegeben Pfads und/oder einem räumlichen Koordinatensystem von einer Ausrichtungserfassungseinheit erzeugbar sein. Die Ausrichtungserfassungseinheit kann beispielsweise ein Gyroskop und/oder einen elektromagnetischen Sensor und/oder einen hydraulischen Sensor und/oder einen optischen Sensor und/oder Ultraschallsensor zur Erfassung einer Ausrichtung des medizinischen Objekts umfassen.
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Vorteilhafterweise ist die Abweichung der Ausrichtung des medizinischen Objekts vom vorgegebenen Pfad anhand des Ausrichtungssignals ermittelbar, beispielsweise anhand eines Vergleichs des Ausrichtungssignals mit einem Referenzausrichtungssignal.
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Vorteilhafterweise kann mittels des Lichtformobjekts auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts ein Hinweis zur Ausrichtung des medizinischen Objekts in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung erzeugbar sein. Hierdurch kann eine besonders intuitive Ausrichtung und direkte Rückmeldung an das Bedienpersonal ermöglicht werden. Dabei kann vorteilhafterweise eine Richtung zur Ausrichtung des medizinischen Objekts hin zum vorgegebenen Pfad durch ein Lichtformobjekt auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts anzeigbar sein. Ferner können weitere Informationen zur Ausrichtung des medizinischen Objekts mittels eines Lichtformobjekts darstellbar sein, beispielsweise eine Information zur ermittelten Abweichung.
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Nachstehend wird ein Verfahren zur Projektion einer Lichtverteilung auf eine Oberfläche eines Untersuchungsobjekts beschrieben. Die Vorteile des Verfahrens entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen der vorab beschriebenen beispielhaften Projektionsvorrichtung zur Erzeugung einer Lichtverteilung auf einer Oberfläche eines Untersuchungsobjekts zur Ausrichtung eines medizinischen Objekts. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände übertragen werden und umgekehrt.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts derart erzeugt werden, dass zwei verschiedene Lichtstrahlenbündel im Raum abhängig von einem vorgegebenen Pfad zur Ausrichtung eines medizinischen Objekts erzeugt werden. Dabei kann durch jedes der beiden Lichtstrahlenbündel jeweils eine flächige Lichtverteilung auf die Oberfläche des Untersuchungsobjekts projiziert werden, dass die flächige Lichtverteilung entlang jeweils einer Projektionsrichtung ein linienförmiges Kontrastobjekt aufweist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass ein Schatten des medizinischen Objekts durch die beiden Lichtstrahlenbündel auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts nur bei einer mit dem vorgegebenen Pfad übereinstimmenden Ausrichtung des medizinischen Objekts auf den linienförmigen Kontrastobjekten verläuft.
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Dabei kann das medizinische Objekt vorteilhafterweise ein Markerobjekt, beispielsweise einen Markerstab und/oder einen Markerstift umfassen. Ferner kann das vorgeschlagene Verfahren zur Kalibrierung einer Ausrichtungserfassungseinheit und/oder Bildgebungseinheit, beispielsweise einem C-Bogen-Röntgengerät und/oder einem Computertomographiegerät und/oder einer Magnetresonanzanlage, verwendet werden. Durch Ausrichtung des medizinischen Objekts entlang des vorgegebenen Pfades kann der Schatten des medizinischen Objekts auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts durch die beiden Lichtstrahlenbündel entlang der linienförmigen Kontrastobjekts ausgerichtet werden. Bei einer Kalibrierung kann anschließend vorteilhafterweise eine Registrierung der Ausrichtungserfassungsdaten der Ausrichtungserfassungseinheit und/oder der Bilddaten der Bildgebungseinheit zum vorgegebenen Pfad erfolgen.
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Das vorgeschlagene Verfahren zur Projektion einer Lichtverteilung auf eine Oberfläche eines Untersuchungsobjekts kann insbesondere zur Unterstützung eines Bedienpersonals bei einer Kalibrierung einer Ausrichtungserfassungseinheit und/oder Bildgebungseinheit dienlich sein. Ferner kann das vorgeschlagene Verfahren zur Unterstützung des Bedienpersonals bei einer Ausrichtung des medizinischen Objekts in Abhängigkeit des vorgegebenen Pfades dienlich sein.
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Des Weiteren wird eine Verarbeitungseinheit, insbesondere ein Mikroprozessor vorgeschlagen, welche dazu ausgebildet ist, Informationen und/oder Daten und/oder Signale von der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung und/oder weiteren Komponenten, beispielsweise der Kameraeinheit und/oder der Blickrichtungserfassungseinheit, zu verarbeiten. Ferner ist die Verarbeitungseinheit vorteilhafterweise dazu ausgebildet, Steuerbefehle an die erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung und/oder weitere Komponenten zu senden. Insbesondere kann die vorgeschlagene Projektionsvorrichtung die Verarbeitungseinheit umfassen.
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Ferner wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit ladbar ist und Programmmittel, z.B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, aufweist, um ein Verfahren zur Projektion einer Lichtverteilung auf eine Oberfläche eines Untersuchungsobjekts auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann dabei eine Software mit einem Quellcode, der noch kompiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder einen ausführbaren Softwarecode umfassen, der zur Ausführung nur noch in die Verarbeitungseinheit zu laden ist. Durch das Computerprogrammprodukt kann das ein Verfahren zur Projektion einer Lichtverteilung auf eine Oberfläche eines Untersuchungsobjekts schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Verarbeitungseinheit die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Verarbeitungseinheit muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können.
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Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in den Prozessor einer Verarbeitungseinheit geladen werden kann, der mit der Verarbeitungseinheit direkt verbunden oder als Teil der Verarbeitungseinheit ausgebildet sein kann. Weiterhin können Steuerinformationen des Computerprogrammprodukts auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein. Die Steuerinformationen des elektronisch lesbaren Datenträgers können derart ausgestaltet sein, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Verarbeitungseinheit ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Beispiele für elektronisch lesbare Datenträger sind eine DVD, ein Magnetband oder ein USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen von dem Datenträger gelesen und in eine Verarbeitungseinheit gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. So kann die Erfindung auch von dem besagten computerlesbaren Medium und/oder dem besagten elektronisch lesbaren Datenträger ausgehen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. In unterschiedlichen Figuren werden für gleiche Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es zeigen
- 1 und 2 schematische Darstellungen einer Lichtverteilung zur Ausrichtung eines medizinischen Objekts;
- 3 eine schematische perspektivische Darstellung einer vorgeschlagenen Projektionsvorrichtung;
- 4 eine schematische Seitenansicht einer vorgeschlagenen Projektionsvorrichtung;
- 5 eine schematische Darstellung einer Lichtverteilung mit Farbverlauf zur Ausrichtung eines medizinischen Objekts;
- 6 eine schematische Darstellung einer Lichtverteilung zur Ausrichtung eines medizinischen Objekts mit einem Ausrichtelement;
- 7 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Projektion einer Lichtverteilung auf eine Oberfläche eines Untersuchungsobjekts.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Lichtverteilung zur Ausrichtung eines medizinischen Objekts 16. Dabei ist die Projektionsvorrichtung (hier nicht gezeigt) vorteilhafterweise dazu ausgebildet, die Lichtverteilung derart zu erzeugen, dass zwei verschiedene Lichtstrahlenbündel im Raum abhängig von einem vorgegebenen Pfad 15 erzeugt werden. Dabei kann das medizinische Objekt 16 insbesondere eine medizinische Nadel umfassen. Ferner kann durch jedes der beiden Lichtstrahlenbündel jeweils eine flächige, insbesondere streifenförmige, Lichtverteilung 13 und 14 auf die Oberfläche des Untersuchungsobjekts derart projizierbar sein, dass die flächige Lichtverteilung 13 und 14 entlang jeweils einer Projektionsrichtung ein linienförmiges Kontrastobjekt 11 und 12 aufweist. Hierdurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass ein Schatten 23 des medizinischen Objekts 16 durch die beiden Lichtstrahlenbündel auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts nur bei einer mit dem vorgegebenen Pfad 15 übereinstimmenden Ausrichtung des medizinischen Objekts 16 auf den linienförmigen Kontrastobjekten 11 und 12 verläuft. Dabei können die beiden linienförmigen Kontrastobjekte 11 und 12 beispielsweise jeweils durch eine Grenze zwischen zwei verschiedenen Helligkeitsbereichen und/oder Wellenlängenbereichen 51, 53, 52 und 54 der flächigen Lichtverteilungen 13 und 14 gebildet werden.
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Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Lichtverteilung auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts zwei streifenförmige flächige Lichtverteilungen 13 und 14, sowie zwei linienförmige Kontrastobjekte 11 und 12. Des Weiteren verläuft der Schatten 23 des medizinischen Objekts 16 bei der vom vorgegebenen Pfad 15 abweichenden Ausrichtung des medizinischen Objekts im dargestellten Ausführungsbeispiel außerhalb der linienförmigen Kontrastobjekte 11 und 12. Dabei kann der Schatten 23 des medizinischen Objekts insbesondere zwei Teilschatten 21 und 22 umfassen, wobei jeder der Teilschatten 21 und 22 durch jeweils eines der beiden Lichtstrahlenbündel auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts erzeugbar ist.
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Ferner schneiden sich die beiden linienförmigen Kontrastobjekte 11 und 12 im Schnittpunkt AP an der Oberfläche des Untersuchungsobjekts. Dabei kann der Schnittpunkt AP der beiden linienförmigen Kontrastobjekte 11 und 12 auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts vorteilhafterweise mit einem vorgegebenen Eintrittspunkt EP des medizinischen Objekts 16 übereinstimmen.
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In der in 2 schematisch dargestellten Lichtverteilung zur Ausrichtung eines medizinischen Objekts 16 stimmt die Ausrichtung des medizinischen Objekts 16 mit dem vorgegebenen Pfad 15 überein. Dabei verlaufen die beiden Teilschatten 22 und 21 des Schattens 23 von dem medizinischen Objekt 16 entlang der linienförmigen Kontrastobjekte 11 und 12.
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Des Weiteren kann die Projektionsvorrichtung vorteilhafterweise dazu ausgebildet sein, die Lichtverteilung umfassend die zwei Lichtstrahlenbündel mit verschiedenen Wellenlängen, insbesondere zur Erzeugung verschiedener Lichtfarben, zu erzeugen.
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In 3 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer vorgeschlagenen Projektionsvorrichtung abgebildet. Dabei kann die Projektionsvorrichtung beispielsweise zwei Projektoren P1 und P2 umfassen. Ferner kann jeder der beiden Projektoren P1 und P2 jeweils zur Erzeugung eines weiteren Lichtstrahlenbündels zusätzlich zu jedem der beiden Lichtstrahlenbündel ausgebildet sein. Dabei können die beiden weiteren Lichtstrahlenbündel vorteilhafterweise derart im Raum erzeugbar sein, dass durch jedes der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel jeweils eine linienförmige Lichtverteilung (hier nicht gezeigt) zusätzlich zur flächigen Lichtverteilung 13 und 14 auf die Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 projizierbar ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein Schatten 23 des medizinischen Objekts 16 durch die beiden Lichtstrahlenbündel auf der Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 nur bei einer mit dem vorgegebenen Pfad 15 übereinstimmenden Ausrichtung des medizinischen Objekts 16 auf der linienförmigen Lichtverteilung verläuft.
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Beispielsweise können das linienförmige Kontrastobjekt 12 und die flächige Lichtverteilung 14 durch den Projektor P1 auf der Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 erzeugbar sein. Analog können das linienförmige Kontrastobjekt 11 und die flächige Lichtverteilung 13 durch den Projektor P2 auf der Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 erzeugbar sein.
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Vorteilhafterweise kann die Projektionsvorrichtung eine Verarbeitungseinheit 33 umfassen, die dazu ausgebildet ist, jeweils ein Signal an die Projektoren P1 und P2 zur Erzeugung der Lichtverteilung zu senden.
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Ferner kann die Projektionsvorrichtung eine Blickrichtungserfassungseinheit BE umfassen, die zur Erfassung einer Blickrichtung eines Bedienpersonals ausgebildet ist. Hierfür kann die Blickrichtungserfassungseinheit BE beispielsweise ein Signal mit einer Information zu den erfassten Blickrichtungserfassungsdaten an die Verarbeitungseinheit 33 senden. Dabei kann die Lichtverteilung vorteilhafterweise in Abhängigkeit der erfassten Blickrichtung anpassbar sein.
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Des Weiteren kann die Projektionsvorrichtung eine Kameraeinheit KE umfassen, die zur Erfassung zumindest eines Ausschnitts 34 der Lichtverteilung auf der Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts ausgebildet ist. Dabei kann eine dreidimensionale Oberflächenform der Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 anhand des erfassten Ausschnitts 34 der Lichtverteilung rekonstruierbar sein. Ferner kann die Lichtverteilung vorteilhafterweise in Abhängigkeit der rekonstruierten dreidimensionalen Oberflächenform anpassbar sein. Hierfür kann die Kameraeinheit beispielsweise ein entsprechendes Signal mit einer Information zum erfassten Ausschnitt 34 der Lichtverteilung an die Verarbeitungseinheit 33 senden.
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Ferner kann die Projektionsvorrichtung, insbesondere die Verarbeitungseinheit 33, zum Empfang eines Ausrichtungssignals (hier nicht gezeigt) ausgebildet sein. Dabei kann das Ausrichtungssignal vorteilhafterweise eine Information zur Ausrichtung des medizinischen Objekts 16 umfassen. Ferner kann eine Abweichung der Ausrichtung des medizinischen Objekts 16 vom vorgegebenen Pfad 15 anhand des Ausrichtungssignals ermittelbar sein. Die Projektionsvorrichtung kann weiterhin zur Erzeugung eines Lichtformobjekts 35 auf der Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 ausgebildet sein. Dabei kann das Lichtformobjekt 35 vorteilhafterweise in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung erzeugbar sein. Im in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Lichtformobjekt 35 auf der Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 als Pfeil ausgebildet. Dabei zeigt das Lichtformobjekt 35, insbesondere der Pfeil, eine Richtung hin zum vorgegebenen Pfad 15 zur Ausrichtung des medizinischen Objekts 16 an. Insbesondere kann eine Ausrichtung und/oder Form und/oder Größe des Lichtformobjekts 35 in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung anpassbar sein.
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4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer vorgeschlagenen Projektionsvorrichtung. Dabei verläuft die beispielhaft dargestellte Seitenansicht parallel zum vom Projektor P2 erzeugten weiteren Lichtstrahlenbündel und senkrecht zum vom Projektor P1 erzeugten weiteren Lichtstrahlenbündel. Ferner kann das vom Projektor P2 erzeugte Lichtstrahlenbündel LB2 vorteilhafterweise mit einem vorgegebenen Fächerwinkel α, insbesondere einem Öffnungswinkel gegenüber einer Zentralebene, erzeugbar sein. Beispielsweise kann zumindest eines der beiden Lichtstrahlenbündel LB1 und LB2 mit einem Fächerwinkel α von ±5° gegenüber der Zentralebene erzeugbar sein. Dabei kann die Zentralebene des Lichtstrahlenbündels LB2 vorzugsweise den vorgegebenen Pfad 15 zumindest abschnittsweise umfassen. Vorteilhafterweise verläuft kein Zentralstrahl der beiden Lichtstrahlenbündel LB1 und LB2 zumindest abschnittsweise auf dem vorgegebenen Pfad.
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In 5 ist eine schematische Darstellung einer Lichtverteilung mit Farbverlauf F zur Ausrichtung eines medizinischen Objekts 16 abgebildet. Insbesondere kann die durch das Lichtstrahlenbündel LB2 erzeugte flächige Lichtverteilung 13 einen Farbverlauf F aufweisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die flächige Lichtverteilung 13 einen zum linienförmigen Kontrastobjekt 11 spiegelsymmetrischen Farbverlauf mit beispielhaft jeweils fünf Farbzonen Z1 bis Z5 auf. Bei einer Abweichung der Ausrichtung des medizinischen Objekts 16 vom vorgegebenen Pfad 15 kann eine Reflexion des Farbverlaufs F an dem medizinischen Objekt 16 erfolgen. Gemäß der vorgeschlagenen Ausführungsform kann die Ausrichtung des medizinischen Objekts 16 zusätzlich zum Verlauf des Schattens 23 unter Berücksichtigung des an dem medizinischen Objekt 16 reflektierten Farbverlaufs F erfolgen. Dabei kann eine Abweichung der Ausrichtung des medizinischen Objekts 16 zum vorgegebenen Pfad 15 beispielsweise durch eine Anzahl der an dem medizinischen Objekt reflektierten Farbzonen Z1 bis Z5 und/oder der reflektierten Farbe bestimmbar sein.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer Lichtverteilung zur Ausrichtung eines medizinischen Objekts 16, wobei das medizinische Objekt 16 ein Ausrichtelement 16` aufweist. Dabei kann das Ausrichtelement 16` zumindest teilweise durch die Projektionsvorrichtung beleuchtbar sein. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein Schatten 23` des Ausrichtelements 16` durch die beiden Lichtstrahlenbündel LB1 und LB2 auf der Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 nur bei einer mit dem vorgegebenen Pfad 15 übereinstimmenden Ausrichtung des medizinischen Objekts 16 auf den linienförmigen Kontrastobjekten 11 und 12 verläuft. Dabei kann der Schatten 23' insbesondere zwei Teilschatten 21` und 22` umfassen, wobei jeder der Teilschatten 21` und 22` durch jeweils eines der beiden Lichtstrahlenbündel auf der Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 erzeugbar ist.
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Hierbei kann das Ausrichtelement 16` vorteilhafterweise an dem medizinischen Objekt 16 angeordnet und/oder befestigt sein. Ferner kann die Lichtverteilung derart erzeugbar sein, dass eine räumliche Distanz zwischen dem Ausrichtelement 16` und dem medizinischen Objekt 16, insbesondere einer Spitze des medizinischen Objekts 16, berücksichtigt wird.
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In 7 ist eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Projektion einer Lichtverteilung auf eine Oberfläche eines Untersuchungsobjekts abgebildet. Hierbei kann in einem ersten Schritt 41 eine Lichtverteilung auf der Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 derart erzeugt werden, dass zwei verschiedene Lichtstrahlenbündel LB1 und LB2 im Raum abhängig von einem vorgegebenen Pfad 15 zur Ausrichtung eines medizinischen Objekts erzeugt werden. Dabei kann durch jedes der beiden Lichtstrahlenbündel LB1 und LB2 jeweils eine flächige Lichtverteilung 13 und 14 auf die Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 derart projiziert werden, dass die flächige Lichtverteilung 13 und 14 entlang jeweils einer Projektionsrichtung ein linienförmiges Kontrastobjekt 11 und 12 aufweist. Dabei kann ein Schatten eines durch die beiden Lichtstrahlenbündel LB1 und LB2 medizinischen Objekts auf der Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 nur bei einer mit dem vorgegebenen Pfad 15 übereinstimmenden Ausrichtung des medizinischen Objekts auf den linienförmigen Kontrastobjekten 11 und 12 verlaufen.
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Des Weiteren kann zu jedem der beiden Lichtstrahlenbündel LB1 und LB2 jeweils zusätzlich ein weiteres Lichtstrahlenbündel 42 und 43 im Raum derart erzeugt werden, dass durch jedes der beiden weiteren Lichtstrahlenbündel 42 und 43 jeweils eine linienförmige Lichtverteilung auf die Oberfläche 8 des Untersuchungsobjekts 7 projiziert wird. Dabei kann ein Schatten des medizinischen Objekts durch die beiden Lichtstrahlenbündel LB1 und LB2 vorteilhafterweise nur bei einer mit dem vorgegebenen Pfad 15 übereinstimmenden Ausrichtung des medizinischen Objekts auf der linienförmigen Lichtverteilung verlaufen.
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Die in den beschriebenen Figuren enthaltenen schematischen Darstellungen bilden keinerlei Maßstab oder Größenverhältnis ab.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei den dargestellten Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe „Einheit“ und „Element“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
