DE102020126029A1 - Surgical assistance system and display method - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Assistenzsystem (1) zur Verwendung bei einem chirurgischen Eingriff aufweisend: zumindest eine medizinische bildgebende Vorrichtung (2; 16; 17) mit einem Aufnahmekopf (4) und einem, insbesondere beabstandeten, Betätigungsabschnitt (3; 18; 19), welche dafür vorgesehen und angepasst ist, bei einem Patienten (P) eine intrakorporale Aufnahme (IA) zu erstellen, eine Erfassungsvorrichtung (5), vorzugsweise mit zumindest einer Kamera (6), welche dafür vorgesehen und angepasst ist, einen chirurgischen Eingriffsbereich des Patienten (P) zusammen mit dem Betätigungsabschnitt (3; 18; 19) der bildgebenden Vorrichtung (2; 16; 17) zumindest optisch zu erfassen und eine extrakorporale Aufnahme (EA) zu erstellen, eine Darstellungsvorrichtung, insbesondere einen OP-Monitor (7), zur Darstellung eines visuellen Inhalts, wobei das chirurgische Assistenzsystem (1) ferner eine Steuereinheit (8), welche dafür angepasst ist die extrakorporale Aufnahme (EA) der Erfassungsvorrichtung (5) und die intrakorporale Aufnahme (IA) der bildgebenden Vorrichtung (2; 16; 17) zu verarbeiten, durch den erfassten Betätigungsabschnitt (3; 18; 19) in Kombination mit einer definierten Relation zu dem Aufnahmekopf (4) eine Lage des Aufnahmekopfs (4) zu bestimmen, eine Überlagerungsdarstellung (U) der intrakorporalen Aufnahme (IA) in oder auf der extrakorporalen Aufnahme (EA) zu erzeugen, bei der auf Basis der Lage des Aufnahmekopfs (4) die intrakorporale Aufnahme (IA) positionskorrekt und orientierungskorrekt und damit lagekorrekt in der extrakorporalen Aufnahme (EA) dargestellt ist, und die Überlagerungsdarstellung (U) durch die Darstellungsvorrichtung visuell auszugeben. Daneben betrifft die Erfindung ein Aufnahmedarstellungsverfahren ein elektronisch lesbares Speichermedium sowie einen Sterilraum (100) mit einem Assistenzsystem (1) gemäß den nebengeordneten Ansprüchen.The invention relates to a surgical assistance system (1) for use in a surgical intervention, comprising: at least one medical imaging device (2; 16; 17) with a recording head (4) and an, in particular spaced, actuating section (3; 18; 19), which is intended and adapted to create an intracorporeal recording (IA) in a patient (P), a detection device (5), preferably with at least one camera (6), which is intended and adapted to capture a surgical intervention area of the patient ( P) together with the actuating section (3; 18; 19) of the imaging device (2; 16; 17) at least optically and to create an extracorporeal recording (EA), a display device, in particular an OP monitor (7), for Representation of a visual content, wherein the surgical assistance system (1) also has a control unit (8), which is adapted for the extracorporeal recording (EA) of the acquisition g device (5) and the intracorporeal recording (IA) of the imaging device (2; 16; 17) to determine a position of the recording head (4) by the detected actuating section (3; 18; 19) in combination with a defined relation to the recording head (4), a superimposition representation (U) of the intracorporeal recording (IA) in or to generate on the extracorporeal recording (EA), in which, based on the position of the recording head (4), the intracorporeal recording (IA) is displayed in the correct position and orientation and thus in the correct position in the extracorporeal recording (EA), and the overlay display (U) output visually through the display device. In addition, the invention relates to a recording display method, an electronically readable storage medium and a sterile room (100) with an assistance system (1) according to the independent claims.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein chirurgisches Assistenzsystem zur Verwendung bei einem chirurgischen Eingriff mit zumindest einer medizinischen, insbesondere chirurgischen, bildgebenden Vorrichtung mit einem bildgebenden Aufnahmekopf und einem, insbesondere beabstandeten, Betätigungsabschnitt. Der Betätigungsabschnitt kann insbesondere ein Handhabungsabschnitt / Handstück / Greifabschnitt für eine manuelle Handhabung als auch ein von einem Roboter geführter Abschnitt sein. Die bildgebende Vorrichtung ist dafür vorgesehen und angepasst, bei einem Patienten mit Hilfe des Aufnahmekopfs in einer Aufnahmerichtung eine intrakorporale Aufnahme zu erzeugen und digital (datentechnisch) bereitzustellen. Ferner weist das chirurgische Assistenzsystem eine Erfassungsvorrichtung auf, vorzugsweise mit oder bestehend aus zumindest einer Kamera, welche dafür vorgesehen und angepasst ist, einen definierten Bereich, hier einen chirurgischen Eingriffs-/Behandlungsbereich des Patienten zusammen mit dem Betätigungsabschnitt der medizinischen bildgebenden Vorrichtung zumindest optisch zu erfassen und eine extrakorporale Aufnahme zu erstellen und ebenfalls digital bereitzustellen. Das chirurgische Assistenzsystem hat zur Darstellung eines visuellen Inhalts eine Darstellungsvorrichtung / Anzeigevorrichtung, insbesondere einen OP-Monitor / ein OP-Display. Daneben betrifft die Erfindung ein Aufnahmedarstellungsverfahren, ein elektronisches Speichermedium sowie einen medizinischen Sterilraum gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.The present invention relates to a surgical assistance system for use in a surgical intervention with at least one medical, in particular surgical, imaging device with an imaging recording head and an, in particular spaced, actuating section. The actuating section can in particular be a handling section/handpiece/gripping section for manual handling as well as a section guided by a robot. The imaging device is intended and adapted to generate an intracorporeal recording in a recording direction in a patient with the aid of the recording head and to make it available digitally (data processing). The surgical assistance system also has a detection device, preferably with or consisting of at least one camera, which is provided and adapted for at least optically detecting a defined area, here a surgical intervention/treatment area of the patient, together with the operating section of the medical imaging device and to create an extracorporeal recording and also make it available digitally. To display visual content, the surgical assistance system has a display device/display device, in particular an OP monitor/OP display. In addition, the invention relates to a recording display method, an electronic storage medium and a medical sterile room according to the preambles of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind chirurgische Assistenzsysteme bekannt, die eine Darstellung einer intrakorporalen Aufnahme, also einer Aufnahme im Körperinneren, wie etwa einer Videoendoskop-Aufnahme, auf einem Monitor in einem Operationssaal erlauben. Ein Operationsbeteiligter (OP-Beteiligter), insbesondere ein Chirurg, muss bei seiner Arbeit einerseits den Monitor mit dem für ihn nicht sichtbaren Innengewebe im Blick halten und andererseits den Patienten und das Endoskop überwachen und justieren, um insbesondere eine Position und Ausrichtung des intrakorporal angeordneten Endoskopkopfes im Patienten nachzuverfolgen. Hierbei wird dem Chirurgen eine hohe Leistung einer gedanklichen Verbindung der beiden Modalitäten abverlangt, was ermüdend wirkt und eine Fehleranfälligkeit erhöht. Zwar existiert aktuell die technische Möglichkeit auf einem separaten, zweiten Monitor eine extrakorporale Aufnahme des Operationsumfeldes bzw. des chirurgischen Eingriffsbereichs und der Anatomie des Patienten anzeigen zu lassen, und so zumindest eine ermüdende Kopfbewegung des Chirurgen zu mindern, nichtsdestotrotz verbleibt die geistige Herausforderung und zu leistende Anstrengung einer Kombination der beiden Aufnahmen unter gedanklichen Verschmelzens der Informationen, insbesondere die der Position und Orientierung der intrakorporalen Aufnahme im Körper des Patienten relativ zu diesem. Aktuelle Visualisierungssysteme und -methoden in einem Operationssaal trennen also zwischen einer Visualisierung innerhalb des Patienten (intrakorporal) durch etwa ein Endoskop oder einem chirurgischen Mikroskop, und einer Visualisierung außerhalb des Patienten (extrakorporal). Dies stellt insbesondere für OP-Beteiligte mit für diese Zwecke unzureichend gut ausgebildeten räumlichen Vorstellungsvermögen eine hohe Herausforderung dar und erschwert eine Verbindung von Informationen.Surgical assistance systems are known from the prior art which allow an intracorporeal recording, ie a recording inside the body, such as a video endoscope recording, to be displayed on a monitor in an operating room. During his work, a person involved in an operation (OP participant), in particular a surgeon, must keep an eye on the monitor with the inner tissue that is not visible to him, on the one hand, and on the other hand monitor and adjust the patient and the endoscope, in particular to determine a position and alignment of the endoscope head arranged intracorporeally track in the patient. In this case, the surgeon is required to perform a great deal of mental connection between the two modalities, which is tiring and increases the susceptibility to errors. Although there is currently the technical possibility of displaying an extracorporeal recording of the operating environment or the surgical intervention area and the anatomy of the patient on a separate, second monitor, and thus at least reducing a tiring head movement of the surgeon, the mental challenge and the work to be done nevertheless remain Effort to combine the two recordings with mental merging of the information, in particular the position and orientation of the intracorporeal recording in the patient's body relative to this. Current visualization systems and methods in an operating theater thus separate between visualization within the patient (intracorporeal) using an endoscope or a surgical microscope, for example, and visualization outside of the patient (extracorporeal). This poses a great challenge, especially for those involved in the operation, who have insufficient spatial imagination for this purpose and makes it difficult to link information.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mindern und insbesondere ein chirurgisches Assistenzsystem sowie ein (Aufnahme-)Darstellungsverfahren und einen Sterilraum zur Verfügung zu stellen, das OP-Beteiligten, insbesondere dem (leitenden) Chirurgen, mit einem Blick eine intuitive und unterstützende Verschmelzung von Informationen einer extrakorporalen Aufnahme und intrakorporaler Aufnahme bietet, welches eine Hand-Augen-Koordination verbessert sowie einen sicheren Zugang zum Operationsumfeld gewährleistet, um insbesondere Gewebeschäden durch unachtsame und unbeabsichtigte Handlungen als auch eine Verlängerung eines chirurgischen Eingriffs zu vermeiden. Insbesondere soll möglichst allen OP-Beteiligten eine bislang nicht erreichte chirurgische Assistenzfunktion bereitgestellt werden.It is therefore the object of the invention to avoid or at least reduce the disadvantages of the prior art and in particular to provide a surgical assistance system as well as a (recording) display method and a sterile room that the OP participants, in particular the (leading ) surgeons, at a glance, provides an intuitive and supportive fusion of extracorporeal and intracorporeal imaging information that improves hand-eye coordination and ensures safe access to the surgical environment, specifically to detect tissue damage from careless and unintentional actions as well as prolong a to avoid surgical intervention. In particular, as far as possible, all those involved in the operation should be provided with a surgical assistance function that has not been achieved so far.

Diese Aufgabe und die Ziele der Erfindung werden bei einem gattungsgemäßen chirurgischen Assistenzsystem erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bei einem gattungsgemäßen Darstellungsverfahren erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 11, bei einem gattungsgemäßen Speichermedium erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 12 und bei einem medizinischen Sterilraum erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 13 erzielt.In a generic surgical assistance system, this task and the objectives of the invention are achieved according to the invention by the features of claim 1, in a generic presentation method, according to the invention by the features of claim 11, in the case of a generic storage medium, according to the invention by the features of claim 12, and in a medical sterile room, according to the invention the features of claim 13 achieved.

Grundsätzlich sieht die Erfindung bei einem chirurgischen Assistenzsystem also eine Aufnahme eines (von außen nicht sichtbaren) intrakorporalen Bereichs sowie eine Aufnahme eines (von außen sichtbaren) extrakorporalen Bereichs vor. Die Aufnahme des intrakorporalen Bereichs wird dann, bedingt durch die spezielle Konfiguration der Steuereinheit, welche über die Lage des Aufnahmekopfs relativ zur Aufnahme des extrakorporalen Bereichs die intrakorporale Aufnahme in die extrakorporale Aufnahme einbindet, lagerichtig in der Aufnahme des extrakorporalen Bereichs angezeigt. Hierfür wird ein (von außen) sichtbarer Betätigungsabschnitt der bildgebenden Vorrichtung (im Raum) lageerfasst und über eine bestimmbare oder bekannte Relation von Betätigungsabschnitt zu Aufnahmekopf die zugehörige Lage (also Position und Orientierung) des (insbesondere von außen nicht sichtbaren) Aufnahmekopfs bestimmt. Anhand dieser Informationen wird die intrakorporale Aufnahme lagerichtig in der extrakorporalen Aufnahme dargestellt, wie sie durch die Erfassungsvorrichtung bzw. etwa die Kamera der Erfassungsvorrichtung gesehen würde. Mit anderen Worten wird die intrakorporale Aufnahme, insbesondere ein intrakorporales Bild, in der extrakorporalen Aufnahme an seiner tatsächlichen, aktuellen Position im 3-dimensionalen Raum angezeigt, wie sie die Erfassungsvorrichtung, insbesondere die Kamera, sieht.In principle, the invention thus provides for a surgical assistance system to record an intracorporeal region (not visible from the outside) and to record an extracorporeal region (visible from the outside). The recording of the intracorporeal area is then, due to the special configuration of the control unit, which depends on the position of the recording head relative to the recording of the extracorporeal area integrates the intracorporeal exposure into the extracorporeal exposure, displayed in the correct position in the exposure of the extracorporeal area. For this purpose, the position of an actuating section of the imaging device that is visible (from the outside) is detected (in space) and the associated position (i.e. position and orientation) of the imaging head (in particular not visible from the outside) is determined via a determinable or known relationship between the actuating section and the imaging head. Based on this information, the intracorporeal recording is displayed in the correct position in the extracorporeal recording, as would be seen by the detection device or, for example, the camera of the detection device. In other words, the intracorporeal recording, in particular an intracorporeal image, is displayed in the extracorporeal recording at its actual, current position in 3-dimensional space, as seen by the detection device, in particular the camera.

Erfindungsgemäß ist also eine Steuereinheit (ECU) / Berechnungseinheit / Computereinheit speziell dafür angepasst bzw. konfiguriert die extrakorporale Aufnahme der Erfassungsvorrichtung und die intrakorporale Aufnahme der bildgebenden Vorrichtung digital zu erfassen und zu verarbeiten. Die intrakorporale und/oder extrakorporale Aufnahme kann etwa als zeitaktuelle (Live-)Videoaufnahme digital bereitgestellt, erfasst und verarbeitet werden. Die Steuereinheit ist ferner dafür angepasst, durch den lageerfassten Betätigungsabschnitt in Kombination mit einer definierten Relation zu dem Aufnahmekopf eine Lage des Aufnahmekopfs und damit seines Sichtfeldes zu bestimmen und über diesen letztlich die Lage der intrakorporalen Aufnahme. Die Steuereinheit erzeugt auf Basis der durch die Steuereinheit bestimmten Lage des Aufnahmekopfs sowie der beiden extrakorporalen und intrakorporalen Aufnahmen eine Überlagerungsdarstellung der intrakorporalen Aufnahme auf oder in der extrakorporalen Aufnahme, bei der die intrakorporale Aufnahme positionskorrekt / positionsrichtig und/oder orientierungskorrekt / orientierungsrichtig und damit lagekorrekt / lagerichtig in der extrakorporalen Aufnahme dargestellt ist. Diese erzeugte Überlagerungsdarstellung wird schließlich durch die Darstellungsvorrichtung, etwa dem OP-Monitor, visuell auszugeben.According to the invention, a control unit (ECU)/calculation unit/computer unit is specially adapted or configured to digitally record and process the extracorporeal recording of the recording device and the intracorporeal recording of the imaging device. The intracorporeal and/or extracorporeal recording can be digitally provided, recorded and processed as a current (live) video recording. The control unit is also adapted to use the position-detected actuation section in combination with a defined relation to the recording head to determine a position of the recording head and thus its field of view, and ultimately the position of the intracorporeal recording via this. On the basis of the position of the recording head determined by the control unit and the two extracorporeal and intracorporeal recordings, the control unit generates an overlay display of the intracorporeal recording on or in the extracorporeal recording, in which the intracorporeal recording is in the correct position / in the correct position and/or in the correct orientation / in the correct orientation and therefore in the correct position / is shown in the correct position in the extracorporeal recording. This overlay display that is generated is finally output visually by the display device, for example the surgical monitor.

Dadurch also, dass die Erfassungsvorrichtung den sichtbaren Part der bildgebenden Vorrichtung, nämlich den Betätigungsabschnitt, der unweigerlich außerhalb des Körpers des Patienten liegt, lageerfasst, ist die Steuereinheit dafür angepasst, eine Lage des Betätigungsabschnitts relativ zu der Erfassungsvorrichtung bzw. einem Referenzkoordinatensystem der Erfassungsvorrichtung bestimmen. Über eine bekannte oder bestimmbare Relation des Betätigungsabschnitts zu dem Aufnahmekopf berechnet bzw. bestimmt die Steuereinheit aus der erfassten Lage des Betätigungsabschnitts die Lage des insbesondere nicht sichtbaren, im körperinneren angeordneten Aufnahmekopfs. Somit ist auch eine Lage des Aufnahmekopfs relativ zu dem Referenzkoordinatensystem (Referenz-KOS) bestimmt. Auf Basis dieser Lage mit einer Position im 3D-Raum und einer (intrakorporalen) Aufnahmerichtung (was ein Sichtfeld angibt) zusammen mit der extrakorporalen Aufnahme erzeugt die Steuereinheit dann die Überlagerungsdarstellung.Because the detection device detects the position of the visible part of the imaging device, namely the actuation section, which inevitably lies outside the patient's body, the control unit is adapted to determine a position of the actuation section relative to the detection device or a reference coordinate system of the detection device. The control unit uses a known or determinable relation of the actuating section to the recording head to calculate or determine the position of the recording head, which is in particular not visible and is arranged inside the body, from the detected position of the operating section. A position of the recording head relative to the reference coordinate system (reference KOS) is thus also determined. Based on this location with a position in 3D space and an (intracorporeal) recording direction (indicating a field of view) together with the extracorporeal recording, the control unit then generates the overlay representation.

Mittels des Assistenzsystems kann beispielsweise der Chirurg ein Betätigungsabschnitt und über diesen den Aufnahmekopf um eine Längsachse drehen, wobei in der Überlagerungsdarstellung weiterhin die korrekte Orientierung angezeigt wird. Dadurch also, dass etwa der Aufnahmekopf mit beispielsweise einer Kamera gedreht wurde, und damit notwendigerweise auch das durch die Kamera aufgenommene intrakorporale Bild, jedoch die Steuereinheit durch die Erkennung des Betätigungsabschnitts und einhergehend der Bestimmung der Lage des Aufnahmekopfs das Bild wieder „zurückdreht“, wird die intrakorporale Aufnahme stets lagekorrekt in der extrakorporalen Aufnahme angezeigt. Dies verhilft dem Chirurgen sich nur auf die Darstellungsvorrichtung zu konzentrieren und die Informationen dort direkt ohne Weiteres zu entnehmen ohne selbst eine gedankliche Verdrehung und Positionierung vornehmen zu müssen.By means of the assistance system, the surgeon can, for example, rotate an actuating section and, via this, the recording head, about a longitudinal axis, with the correct orientation still being displayed in the overlay display. The fact that the recording head was rotated with a camera, for example, and thus necessarily also the intracorporeal image recorded by the camera, but the control unit "rotates back" the image again by recognizing the actuating section and, as a result, determining the position of the recording head the intracorporeal image is always displayed in the correct position in the extracorporeal image. This helps the surgeon to concentrate only on the display device and to extract the information directly from there without having to perform any mental twisting and positioning.

Es wurde erkannt, dass das erfindungsgemäße chirurgische Assistenzsystem die Möglichkeit bietet, lagerichtig die Informationen darzustellen und zwar auf einer einzigen Darstellungsvorrichtung, wie etwa einen OP-Monitor, wodurch jeder (OP-)Beteiligte unabhängig von seinem räumlichen Vorstellungsvermögen eine bislang nicht erreichte Übersicht über das Operationsgeschehen erlangt. In der zentralen Überlagerungsdarstellung sind also die relevanten Informationen der intrakorporalen als auch der extrakorporalen Aufnahme sinnergebend miteinander kombiniert, so dass auf einen Blick die Aufnahmen in korrekter Relation zueinander visuell erfassbar sind.It was recognized that the surgical assistance system according to the invention offers the possibility of displaying the information in the correct position on a single display device, such as an operating room monitor, which means that everyone involved in the operation, regardless of their spatial imagination, has an overview of the operational events obtained. In the central overlay display, the relevant information from the intracorporeal as well as the extracorporeal recording is combined with one another in a meaningful way, so that the recordings can be visually recorded in the correct relation to one another at a glance.

Mit anderen Worten werden also grundsätzlich die beiden Aufnahmen, die extra- und intrakorporale Aufnahme, mit Bezug zueinander erfasst, insbesondere durch Erfassung der 3D-Geometrie des Betätigungsabschnitts und einer bekannten Transformation von dem Betätigungsabschnitt zu dem optischen Sichtfeld der medizinischen bildgebenden Vorrichtung. Die Steuereinrichtung ist dafür angepasst diese beiden in Bezug zueinander erfassten Aufnahmen zu überlagern und die intrakorporale lagekorrekt in der extrakorporalen Aufnahme darzustellen.In other words, the two recordings, the extracorporeal and intracorporeal recordings, are recorded in relation to one another, in particular by recording the 3D geometry of the operating section and a known transformation from the operating section to the optical field of view of the medical imaging device. The control device is adapted to superimpose these two recordings recorded in relation to one another and to display the intracorporeal recording in the correct position in the extracorporeal recording.

Hierdurch wird den OP-Beteiligten ein chirurgisches Assistenzsystem zur Verfügung gestellt, dass eine intuitive, unterstützende Verschmelzung von Informationen einer sichtbaren (Patienten-)Körperaufnahme und einer für das Auge so nicht sichtbaren, intrakorporalen Aufnahme bietet. Dieses Assistenzsystem verbessert eine Hand-Augen-Koordination eines Chirurgen und gewährleistet einen sicheren Zugang zum Operationsumfeld. Durch die schnelle Informationsbereitstellung kann eine Eingriffszeit weiter reduziert und eine Behandlungsfehlerquote weiter verringert werden. In this way, a surgical assistance system is made available to those involved in the operation, which offers an intuitive, supportive merging of information from a visible (patient) body image and an intracorporeal image that is not visible to the eye. This assistance system improves a surgeon's hand-eye coordination and ensures safe access to the surgical environment. Due to the rapid provision of information, an intervention time can be further reduced and a treatment error rate can be further reduced.

Auch kann durch das chirurgische Assistenzsystem ferner eine Lernkurve für chirurgische Eingriffe deutlich verbessert und zudem eine Akzeptanz für etwa minimalinvasive chirurgische Eingriffe erhöht werden.The surgical assistance system can also significantly improve a learning curve for surgical interventions and also increase acceptance for minimally invasive surgical interventions.

Der Begriff positionskorrekt definiert, dass die intrakorporale Aufnahme an der tatsächlichen, korrekten Position in der extrakorporalen Aufnahme in der Überlagerungsdarstellung wiedergegeben wird. In einem einfachsten Beispiel wäre dies, wenn etwa eine Kamera der Erfassungsvorrichtung senkrecht von oben auf einen liegenden Patienten gerichtet ist und die Körperanatomie als extrakorporale Aufnahme bereitstellt und ein (Video-)Aufnahmekopf eines videofähigen Endoskops ebenfalls an einer Stelle des Körpers des Patienten senkrecht von oben in den Patienten hinein gerichtet ist, dass exakt an der Position des Aufnahmekopfs das durch den Aufnahmekopf aufgenommene Videobild als intrakorporale Aufnahme eingeblendet und so überlagert ist. Wird nun unter Beibehaltung der Aufnahmerichtung der Aufnahmekopf gegenüber der Körperoberfläche bewegt, so bewegt sich positionskorrekt die intrakorporale Aufnahme zusammen mit dieser mit. Wird der Aufnahmekopf um die Achse der Aufnahmerichtung gedreht, so dreht sich bei nur positionskorrekter Darstellung das Bild (intrakorporale Aufnahme) entsprechend mit.The term positionally correct defines that the intracorporeal recording is reproduced at the actual, correct position in the extracorporeal recording in the overlay display. In the simplest example, this would be the case if a camera of the detection device is aimed vertically from above at a lying patient and provides the body anatomy as an extracorporeal recording and a (video) recording head of a video-capable endoscope also at a point on the patient's body vertically from above is directed into the patient that exactly at the position of the recording head the video image recorded by the recording head is superimposed as an intracorporeal recording and is thus superimposed. If the recording head is now moved relative to the body surface while maintaining the recording direction, the intracorporeal recording moves with it in the correct position. If the recording head is rotated around the axis of the recording direction, the image (intracorporeal recording) rotates accordingly if the display is only correct in terms of position.

Der Begriff orientierungskorrekt definiert, dass die intrakorporale Aufnahme in der tatsächlichen, korrekten Orientierung in der extrakorporalen Aufnahme in der Überlagerungsdarstellung wiedergegeben wird. In dem vorstehenden angeführten Beispiel mit parallelen Aufnahmerichtungen kann bei einer orientierungskorrekten Darstellung die Ultraschallsonde zwar physisch um ihre Aufnahmeachse gedreht werden und damit auch das aufgenommene Bild, die Orientierung des Aufnahmekopfs ändert sich jedoch, so dass für eine orientierungskorrekte Darstellung das aufgenommene Bild entgegen der Drehung zurückgedreht wird. So verbleibt die intrakorporale Aufnahme stets in der richtigen Orientierung relativ zu der extrakorporalen Aufnahme.The term orientation-correct defines that the intracorporeal recording is reproduced in the actual, correct orientation in the extracorporeal recording in the overlay display. In the example given above with parallel recording directions, the ultrasound probe can be physically rotated about its recording axis and thus also the recorded image for an orientation-correct display, but the orientation of the recording head changes, so that the recorded image is rotated back against the rotation for an orientation-correct display will. In this way, the intracorporeal recording always remains in the correct orientation relative to the extracorporeal recording.

Der Begriff lagekorrekt definiert die Kombination aus positionskorrekt und orientierungskorrekt, bei der die intrakorporale Aufnahme sowohl an der richtigen Position als auch in der richtigen Orientierung in der extrakorporalen Aufnahme angezeigt wird. Bei einer parallelen Ausrichtung der Aufnahmerichtungen der extrakorporalen Aufnahme und der intrakorporalen Aufnahme, wird die überlagerte intrakorporale Aufnahme mit gleichbleibenden Seitenverhältnissen wie in der tatsächlichen intrakorporalen Aufnahme dargestellt. Wird in diesem Beispiel nun die Aufnahmerichtung der intrakorporalen Aufnahme gegenüber der Aufnahmerichtung der extrakorporalen Aufnahme angewinkelt, so wird eine Erstreckung bzw. eine Dimension der Aufnahme der zugehörigen Richtung entsprechend dem Winkel gestaucht, bis bei einem 90° Winkel zwischen den beiden Aufnahmerichtungen nur noch eine eindimensionale Linie in der Überlagerungsdarstellung erzeugt wird.The term position-correct defines the combination of position-correct and orientation-correct, in which the intracorporeal recording is displayed in the correct position as well as in the correct orientation in the extracorporeal recording. With a parallel alignment of the recording directions of the extracorporeal recording and the intracorporeal recording, the superimposed intracorporeal recording is displayed with the same aspect ratios as in the actual intracorporeal recording. If, in this example, the recording direction of the intracorporeal recording is angled in relation to the recording direction of the extracorporeal recording, an extension or a dimension of the recording of the associated direction is compressed according to the angle, until at a 90° angle between the two recording directions there is only one one-dimensional line is created in the overlay plot.

Diese lagekorrekte Darstellung kann mit etwa einer Art digitalen, den Körper durchdringenden bzw. in diesen hineinschauenden Lupenfunktion verglichen werden, bei der jedoch das intrakorporale Ausgabebild durch die bildgebende medizinische Vorrichtung (live) bereitgestellt wird. Je nach Ausrichtung der Lupe wird dann die entsprechende Überlagerungsdarstellung angezeigt, wobei vorliegend die Lupe durch den Betätigungsabschnitt gesteuert bzw. bewegt würde. Dies hat den Vorteil, dass der OP-Beteiligte direkt die Aufnahmen des Köperinneren in der Aufnahme des Körperäußeren sieht aus der unmittelbar hervorgeht, wo sich die aufgenommenen Organe oder Gewebe (in der gezeigten Lage) im Körper befinden.This position-correct display can be compared to a type of digital magnifying glass function that penetrates the body or looks into it, but in which the intracorporeal output image is provided by the imaging medical device (live). Depending on the orientation of the magnifying glass, the corresponding overlay display is then displayed, with the magnifying glass being controlled or moved by the actuating section in the present case. This has the advantage that the person involved in the operation sees the recordings of the inside of the body directly in the recording of the outside of the body, from which it is immediately apparent where the recorded organs or tissue (in the position shown) are located in the body.

Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.Advantageous designs are claimed in the dependent claims and are explained below.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinheit dafür angepasst sein, die lagekorrekte Darstellung der intrakorporalen Aufnahme in der extrakorporalen Aufnahme durch Methoden der erweiterten Realität (augmented reality, AR) zu erzeugen.In a preferred embodiment, the control unit can be adapted to generate the position-correct representation of the intracorporeal exposure in the extracorporeal exposure using augmented reality (AR) methods.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinheit dafür angepasst sein, die lagerichtige Darstellung der intrakorporalen Aufnahme in der extrakorporalen Aufnahme zu erzeugen, indem: die Erfassungsvorrichtung angepasst ist, die Position und Orientierung des Betätigungsabschnitts und damit eines lokales Koordinatensystems des Betätigungsabschnitts relativ zu einem Referenzkoordinatensystem der Erfassungsvorrichtung zu erfassen und der Steuereinheit in Form einer Koordinatentransformation bereitzustellen; eine bestimmbare oder vorbestimmte/bekannte Koordinatentransformation von dem Koordinatensystem des Betätigungsabschnitts zu dem Koordinatensystem des Aufnahmekopfs der Steuereinheit bereitzustellen oder in einer Speichereinheit der Steuereinheit zu hinterlegen; und die Steuereinheit angepasst ist, ausgehend von einem Referenzkoordinatensystem der Erfassungsvorrichtung über die erfasste Koordinatentransformation zu dem Betätigungsabschnitt und über die bestimmbare oder hinterlegte Koordinatentransformation zu dem Aufnahmekopf eine Position und eine Orientierung, des Aufnahmekopfs relativ zu dem Referenzkoordinatensystem zu bestimmen; die Erfassungsvorrichtung ferner dafür angepasst ist, die Position und Orientierung des Patienten und damit der extrakorporalen Aufnahme relativ zu dem Referenzkoordinatensystem zu erfassen und so eine relative Lage des Aufnahmekopfs und damit der intrakorporalen Aufnahme zu der extrakorporalen Aufnahme bestimmt; und die Steuereinheit angepasst ist, auf Basis der ermittelten relativen Lage des Aufnahmekopfs und damit der intrakorporalen Aufnahme zu der Lage der extrakorporalen Aufnahme eine Überlagerungsdarstellung zu erzeugen, in der die intrakorporale Aufnahme lagekorrekt in der extrakorporalen Aufnahme dargestellt ist.According to a further preferred embodiment, the control unit can be adapted to generate the correctly positioned representation of the intracorporeal exposure in the extracorporeal exposure by: adapting the detection device, the position and orientation of the operating section and thus a local coordinate system of the operating section relative to a reference coordinate system of the to detect the detection device and to provide it to the control unit in the form of a coordinate transformation; a determinable or predetermined/known coordinate transformation from the coordinate provide the system of the actuating section to the coordinate system of the recording head of the control unit or store it in a memory unit of the control unit; and the control unit is adapted, starting from a reference coordinate system of the detection device, to determine a position and an orientation of the recording head relative to the reference coordinate system via the recorded coordinate transformation to the actuating section and via the determinable or stored coordinate transformation to the recording head; the detection device is also adapted to detect the position and orientation of the patient and thus the extracorporeal exposure relative to the reference coordinate system and thus determine a relative position of the recording head and thus the intracorporeal exposure to the extracorporeal exposure; and the control unit is adapted to generate an overlay display based on the determined relative position of the recording head and thus the intracorporeal recording to the position of the extracorporeal recording, in which the intracorporeal recording is displayed in the correct position in the extracorporeal recording.

Insbesondere kann an der bestimmten Position des Aufnahmekopfs die intrakorporale Aufnahme orientierungskorrekt, senkrecht nach oben auf die Körperoberfläche projiziert und in der extrakorporalen Aufnahme überlagert werden.In particular, at the specific position of the recording head, the intracorporeal recording can be projected with the correct orientation, vertically upwards onto the body surface and superimposed in the extracorporeal recording.

Insbesondere kann die zumindest eine bildgebende medizinische Vorrichtung ein aufnahmefähiges Endoskop sein, insbesondere ein starres Videoendoskop. Ein starres Videoendoskop hat den Vorteil, dass eine geometrische Beziehung zwischen dem Handstück als Betätigungsabschnitt und dem frontseitigen Aufnahmekopf stets gleichbleibt und bekannt ist. Bei einer vorbekannten Geometrie des Handstücks, welches insbesondere nicht achsensymmetrisch ist, um auch eine Drehung um eine Aufnahmerichtung zu erfassen, kann somit mittels einer hinterlegten (statischen) Koordinatentransformation stets von dem lokalen Koordinatensystem des Betätigungsabschnitts auf das Koordinatensystem des Aufnahmekopfs und damit dessen Lage geschlossen bzw. bestimmt werden. Ausgehend von der Lage des Aufnahmekopfs mit zugehörigem Sichtfeld kann dann auf die Lage der intrakorporalen Aufnahme geschlossen werden. Insbesondere kann bei einem starren Videoendoskop ein Abstand von Aufnahmekopf zu der Aufnahme als gering angesehen werden, so dass dieser vernachlässigbar ist. Alternativ kann auch ein Abstand zu der intrakorporalen Aufnahme über den Aufnahmekopf bestimmt und entsprechend bei einer Transformation von Aufnahmekopf zu Aufnahme berücksichtiget werden. Wichtig ist insbesondere, dass die Orientierung des Aufnahmekopfs der Orientierung der Aufnahme entspricht, das heißt mit Drehung des Aufnahmekopfs dreht sich auch die intrakorporale Aufnahme. In einer Ausführungsform kann das Videoendoskop ein Stereokamerasystem aufweisen, um eine intrakorporale 3D-Aufnahme zu erstellen. Insbesondere liefert das Videoendoskop eine runde intrakorporale Aufnahme, welche entsprechend lagekorrekt in der Überlagerungsdarstellung angezeigt wird, etwa als Kreis oder als Ellipse. Alternativ oder zusätzlich kann die bildgebende Vorrichtung ein Mikroskop und/oder ein Ultraschallgerät sein. Alle medizinischen Geräte haben gemeinsam, dass sie (zumindest zweidimensionale) Aufnahmen aus dem Körperinneren erzeugen können, die für das Auge eines Operateurs so nicht sichtbar sind. Insbesondere liefern diese medizinischen bildgebenden Vorrichtungen reale digitale Aufnahmen, die computergestützt einfach manipulierbar und aufbereitbar sind.In particular, the at least one imaging medical device can be a receptive endoscope, in particular a rigid video endoscope. A rigid video endoscope has the advantage that a geometric relationship between the handpiece as the operating section and the recording head on the front always remains the same and is known. With a previously known geometry of the handpiece, which in particular is not axisymmetric in order to also detect a rotation about a recording direction, a stored (static) coordinate transformation can always be used to deduce or calculate the coordinate system of the recording head and thus its position from the local coordinate system of the actuating section . Based on the position of the recording head with the associated field of view, the position of the intracorporeal recording can then be inferred. In particular, in the case of a rigid video endoscope, a distance from the recording head to the recording can be regarded as small, so that this is negligible. Alternatively, a distance from the intracorporeal recording can also be determined via the recording head and correspondingly taken into account in a transformation from recording head to recording. It is particularly important that the orientation of the recording head corresponds to the orientation of the recording, ie the intracorporeal recording also rotates when the recording head is rotated. In one embodiment, the video endoscope can have a stereo camera system in order to create an intracorporeal 3D image. In particular, the video endoscope provides a round intracorporeal recording, which is displayed in the correct position in the overlay display, for example as a circle or as an ellipse. Alternatively or additionally, the imaging device can be a microscope and/or an ultrasound device. All medical devices have in common that they can produce (at least two-dimensional) images from inside the body that are not visible to the surgeon's eye. In particular, these medical imaging devices provide real digital recordings that can be easily manipulated and processed with computer support.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Erfassungsvorrichtung eine OP-Leuchte mit zentral eingebauter Kamera aufweisen und/oder eine separat an einem Ständer oder Ausleger angebrachte Kamera aufweisen, wobei die Kamera das Referenzkoordinatensystem der Erfassungsvorrichtung bildet. Eine OP-Leuchte ist in Sterilräumen, insbesondere in Operationsräumen / Operationssälen vorhanden und wird stets auf den chirurgischen Eingriffsbereich gerichtet, um diesen auszuleuchten. Wird nun zentral eine Kamera, wie eine 2D Kamera oder eine 3D-Stereokamera eingesetzt so ist die Aufnahmerichtung ebenfalls auf den chirurgischen Eingriffsbereich mit gutem Sichtfeld gerichtet. Zudem kann die OP-Leuchte zusammen mit der Kamera einfach verschoben und neu angeordnet werden, um ein neues Sichtfeld bzw. eine weitere, neue extrakorporale Aufnahme aus unterschiedlicher Perspektive bereitzustellen. Eine Integration in bestehende OP-Systeme ist besonders einfach und günstig. Alternativ oder zusätzlich kann eine Kamera an einem Ausleger oder an einem Ständer angebracht und insbesondere eine Aufnahmerichtung verstellbar sein.In a further preferred embodiment, the detection device can have an operating room light with a centrally built-in camera and/or have a camera attached separately to a stand or arm, the camera forming the reference coordinate system of the detection device. A surgical light is present in sterile rooms, in particular in operating rooms/operating theaters, and is always aimed at the surgical intervention area in order to illuminate it. If a camera, such as a 2D camera or a 3D stereo camera, is now used centrally, the recording direction is also directed towards the surgical intervention area with a good field of view. In addition, the surgical light can be easily moved and rearranged together with the camera to provide a new field of view or another, new extracorporeal image from different perspectives. Integration into existing OR systems is particularly easy and inexpensive. Alternatively or additionally, a camera can be attached to an extension arm or to a stand and, in particular, a recording direction can be adjustable.

Vorteilhafterweise kann in der Speichereinheit der Steuereinheit eine Geometrie des Betätigungsabschnitts hinterlegt sein, so dass mittels einer üblichen (2D-)Kamera der Erfassungsvorrichtung mit etwa einem CMOS Sensor und einem Auswerteverfahren eines maschinellen Sehens (machine vision), über den mit der Kamera erfassten Betätigungsabschnitt zusammen mit der hinterlegten Geometrie des Betätigungsabschnitts die Lage des Betätigungsabschnitts durch die Erfassungsvorrichtung erfassbar ist. Auf diese Weise kann eine Rekonstruktion des Betätigungsabschnitts von 2D auf 3D vorgenommen werden um letztlich dessen Lage im Raum relativ zu dem Referenzkoordinatensystem zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassungsvorrichtung auch eine 3D-Kamera etwa, eine Stereokamera, für die räumliche Erfassung des Betätigungsabschnitts aufweisen, die durch die Steuereinheit verarbeitet und interpretiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassungsvorrichtung eine Infrarotkamera (mit Infrarotsender und Infrarotempfänger) aufweisen, um eine dreidimensionale Erfassung des Betätigungsabschnitts durchzuführen oder zumindest zu unterstützen.Advantageously, a geometry of the actuating section can be stored in the memory unit of the control unit, so that using a standard (2D) camera of the detection device with a CMOS sensor and an evaluation method of machine vision (machine vision), for example, via the actuating section detected by the camera with the stored geometry of the actuating section, the position of the actuating section can be detected by the detection device. In this way, the operating section can be reconstructed from 2D to 3D in order to ultimately determine its position in space relative to the reference coordinate system. Alternatively or additionally, the detection device can also be a 3D camera, for example a stereo camera, for the spatial detection of the operating portion, which are processed and interpreted by the control unit. Alternatively or additionally, the detection device can have an infrared camera (with infrared transmitter and infrared receiver) in order to carry out or at least support a three-dimensional detection of the actuating section.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinheit ferner dazu angepasst sein, in der Überlagerungsdarstellung vordefinierte, insbesondere in der Speichereinheit hinterlegte, für einen gegebenen chirurgischen Eingriff (standardisierte) Schnittpunkte oder Schnittlinien zu erzeugen und darzustellen. Somit wird zusätzlich zu den zwei unterschiedlichen realen Aufnahmen dem Chirurgen eine virtuelle Hilfestellung gegeben, um etwa Eintrittspunkte für Endoskope zu definieren oder Schnitte durchzuführen.In a preferred embodiment, the control unit can also be adapted to generate and display in the overlay display predefined (standardized) intersection points or intersection lines, in particular those stored in the memory unit, for a given surgical intervention. Thus, in addition to the two different real recordings, the surgeon is given virtual assistance, for example in order to define entry points for endoscopes or to carry out incisions.

Besonders bevorzugt kann das chirurgische Assistenzsystem kombiniert in einem einzigen, vorzugsweise portablen, Assistenzmodul ausgebildet sein, so dass es je nach Bedarfsfall an unterschiedlichen Orten und in der Nähe von unterschiedlichen OP-Tischen positioniert werden kann. Vorzugsweise weist das Assistenzsystem eine eigene Energiequelle auf um autark zu agieren.Particularly preferably, the surgical assistance system can be combined in a single, preferably portable, assistance module, so that it can be positioned at different locations and in the vicinity of different operating tables as required. The assistance system preferably has its own energy source in order to act autonomously.

Insbesondere kann das chirurgische Assistenzsystem eine Schnittstelle aufweisen, um mit zumindest einem weiteren medizintechnischen Gerät zu kommunizieren. Vorzugsweise können in der Speichereinheit anatomische Daten des Patienten hinterlegt sein oder über die Schnittstelle anatomische Daten, etwa einer vorangegangenen Röntgenaufnahme, bereitgestellt und in der Überlagerungsdarstellung mit eingebunden werden. So können die beiden Aufnahmen zusätzlich noch mit anatomischen Daten des Patienten verbunden werden.In particular, the surgical assistance system can have an interface in order to communicate with at least one other medical device. Anatomical data of the patient can preferably be stored in the memory unit or anatomical data, for example from a previous X-ray exposure, can be provided via the interface and included in the overlay display. In this way, the two recordings can also be linked to the patient's anatomical data.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Steuereinheit dafür angepasst sein, einen für den Chirurgen oder OP-Beteiligten nicht sichtbaren, intrakorporalen Teil / Abschnitt der bildgebenden Vorrichtung, insbesondere einen innenliegenden, starren Endoskopschaft des Videoendoskops, in der Überlagerungsdarstellung mit anzuzeigen, um dem Operateur die Spitze des Endoskops in der Darstellungsvorrichtung anzugeben. Bei dem starren Videoendoskop beispielsweise ist die Geometrie des Betätigungsabschnitts bis hin zum Aufnahmekopf bekannt. Diese Geometrie kann in der Speichereinheit hinterlegt sein, so dass ausgehend von dem sichtbaren Betätigungsabschnitt der nicht sichtbare, aber bekannte Endoskopschaft mit Aufnahmekopf digital überlagert wird.According to one aspect of the invention, the control unit can be adapted to display an intracorporeal part / section of the imaging device that is not visible to the surgeon or the surgical participant, in particular an internal, rigid endoscope shaft of the video endoscope, in the overlay display in order to show the surgeon the Specify tip of the endoscope in the display device. In the case of the rigid video endoscope, for example, the geometry of the operating section up to the recording head is known. This geometry can be stored in the storage unit so that, starting from the visible operating section, the invisible but known endoscope shaft with recording head is digitally superimposed.

Vorzugsweise kann die Erfassungsvorrichtung eine Vielzahl an Kameras aufweisen, um Ansichten aus unterschiedlichen Positionen und Perspektiven bereitzustellen. Ein Chirurg kann dann entsprechend seinen Anforderungen die jeweils beste Ansicht auswählen, die dann als Überlagerungsdarstellung mit der durch die Steuereinheit berechneten lagekorrekten intrakorporalen Aufnahme(n) durch die die Darstellungsvorrichtung ausgegeben wird.The detection device can preferably have a plurality of cameras in order to provide views from different positions and perspectives. Depending on his requirements, a surgeon can then select the best view in each case, which is then output by the display device as a superimposition display with the positionally correct intracorporeal recording(s) calculated by the control unit.

Vorteilhafterweise kann das chirurgische Assistenzsystem zumindest zwei (eine Vielzahl an) bildgebenden Vorrichtungen aufweisen, insbesondere zumindest zwei Endoskope, um in der Überlagerungsdarstellung zumindest zwei intrakorporale Aufnahmen zu erzeugen und entsprechend darzustellen. Insbesondere können sich die intrakorporalen Aufnahmen sogar überschneiden und/oder überlagern, so dass ein zusammenhängender intrakorporaler Abschnitt dargestellt werden kann.Advantageously, the surgical assistance system can have at least two (a large number of) imaging devices, in particular at least two endoscopes, in order to generate at least two intracorporeal recordings in the superimposition display and display them accordingly. In particular, the intracorporeal recordings can even overlap and/or superimpose one another, so that a coherent intracorporeal section can be displayed.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Betätigungsabschnitt optische Marker / Landmarken aufweisen, um eine Erfassung bzw. Detektion seiner Lage im Raum weiter zu verbessern und in das Assistenzsystem mit einzubinden. Optional können an dem Patienten ebenfalls anatomische Landmarken angeordnet werden, um eine Position und Lage des Patienten noch besser zu erfassen. Zusätzlich kann auch ein Instrument mit Landmarken versehen sein, um eine Berechnung der Überlagerungsdarstellung weiter zu verbessern.According to a further aspect of the invention, the actuating section can have optical markers/landmarks in order to further improve the detection or detection of its position in space and to integrate it into the assistance system. Optionally, anatomical landmarks can also be arranged on the patient in order to better detect the position and location of the patient. In addition, an instrument can also be provided with landmarks in order to further improve calculation of the overlay representation.

Gemäß einer Ausführungsform kann das chirurgische Assistenzsystem dafür angepasst sein, eine Ausrichtung des Betätigungsabschnitts zu erfassen, um hierüber indirekt eine Ausrichtung einer Perspektive des Chirurgen zu erfassen.According to one embodiment, the surgical assistance system can be adapted to detect an orientation of the operating section in order to indirectly detect an orientation of a perspective of the surgeon.

Insbesondere kann mittels der Erfassungsvorrichtung der Patient im Raum dreidimensional erfasst werden, und für lagerichtige Darstellung vorzugsweise die intrakorporale Aufnahme senkrecht auf die Körperoberfläche mathematisch projiziert werden.In particular, the patient can be three-dimensionally recorded in space by means of the recording device, and the intracorporeal recording can preferably be mathematically projected perpendicularly onto the body surface for the correct position.

Insbesondere ist die medizinische bildgebende Vorrichtung dafür angepasst eine 3-Dimensionale intrakorporale Aufnahme zu erstellen, so dass sowohl die intrakorporale Aufnahme als auch die extrakorporale Aufnahme als 3-Dimensionale Aufnahme vorliegen. Die Steuereinheit ist dafür angepasst, auf Basis dieser 3-Dimensionalen Aufnahmen zusammen mit der bestimmten Lage des Aufnahmekopfes die lagekorrekte Darstellung der intrakorporalen Aufnahme in der extrakorporalen Aufnahme erzeugen. So wird eine Überlagerungsdarstellung noch genauer.In particular, the medical imaging device is adapted to create a 3-dimensional intracorporeal image, so that both the intracorporeal image and the extracorporeal image are available as a 3-dimensional image. The control unit is adapted to generate the position-correct display of the intracorporeal image in the extracorporeal image on the basis of these 3-dimensional images together with the determined position of the image-taking head. In this way, an overlay display becomes even more precise.

Mit anderen Worten kann also insbesondere ein OP-Monitor, der an einer Wand des Operationsraums oder an einem Ständer montiert ist, dazu verwendet werden, die extrakorporale Aufnahme mit der Anatomie des Patienten anzuzeigen. Auf bzw. über diese extrakorporale Aufnahme wird dann die intrakorporale Aufnahme, wie etwa ein (Live-)Bild, aus dem körperinneren gelegt oder überlagert, insbesondere durch Methoden der erweiterten Realität (augmented reality). Die intrakorporale Aufnahme wird also gegenüber der extrakorporalen Aufnahme in ihrer 3D-Position angezeigt, wie durch die Erfassungsvorrichtung erfasst.In other words, an operating theater monitor that is mounted on a wall of the operating room or on a stand can be used to display the extracorporeal recording with the patient's anatomy. The intracorporeal recording, such as a (live) image from the inside of the body, is then placed or superimposed on or over this extracorporeal recording, in particular using augmented reality methods. The intracorporeal exposure is thus displayed in its 3D position relative to the extracorporeal exposure, as detected by the detection device.

Hinsichtlich eines gattungsgemäßen Aufnahmedarstellungsverfahren zur zentralen Darstellung von zwei unterschiedlichen Aufnahmen werden die Aufgaben und Ziele der Erfindung durch die Schritte gelöst: Erstellen einer intrakorporalen Aufnahme durch zumindest eine medizinische bildgebende Vorrichtung, Erfassen eines chirurgischen Eingriffsbereichs und eines Betätigungsabschnitts der bildgebenden Vorrichtung und Erstellen einer extrakorporalen Aufnahme durch eine Erfassungsvorrichtung, bestimmen der Lage des Aufnahmekopfs mit Hilfe des erfassten Betätigungsabschnitts in Kombination mit einer definierten (geometrischen) Relation zu dem Aufnahmekopf, Erzeugen einer Überlagerungsdarstellung der intrakorporalen Aufnahme auf der extrakorporalen Aufnahme, wobei auf Basis der Lage des Aufnahmekopfs die intrakorporale Aufnahme lagerichtig in der extrakorporalen Aufnahme dargestellt ist, und Ausgeben der Überlagerungsdarstellung durch die Darstellungsvorrichtung. Durch dieses Darstellungsverfahren kann aus zwei Aufnahmen eine verschmolzene zentrale Aufnahme erstellt und ausgegeben werden, welche OP-Beteiligten eine nicht dagewesene Übersicht bieten.With regard to a generic recording display method for the central display of two different recordings, the objects and objectives of the invention are achieved by the steps: creating an intracorporeal recording by at least one medical imaging device, detecting a surgical intervention area and an operating section of the imaging device and creating an extracorporeal recording a detection device, determining the position of the recording head with the aid of the detected actuating section in combination with a defined (geometric) relation to the recording head, generating a superimposed representation of the intracorporeal recording on the extracorporeal recording, the intracorporeal recording being correctly positioned on the basis of the position of the recording head in the extracorporeal recording is shown, and outputting the overlay display by the display device. With this display method, a merged central recording can be created and output from two recordings, which offer those involved in the surgery an unprecedented overview.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sich sowohl auf das erfindungsgemäße chirurgische Assistenzsystem als auch umgekehrt übertragen lassen.At this point it is pointed out that features of the method according to the invention can be transferred both to the surgical assistance system according to the invention and vice versa.

Hinsichtlich eines gattungsgemäßen elektronischen Speichermediums wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass auf dem Speichermedium die Schritte des erfindungsgemäßen Darstellungsverfahrens abgespeichert sind.With regard to a generic electronic storage medium, the object of the invention is achieved in that the steps of the display method according to the invention are stored on the storage medium.

Hinsichtlich eines gattungsgemäßen Sterilraums wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass der medizinische Sterilraum ein erfindungsgemäßes chirurgisches Assistenzsystem aufweist.With regard to a generic sterile room, the object of the invention is achieved in that the medical sterile room has a surgical assistance system according to the invention.

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Hilfe der begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen chirurgischen Assistenzsystems einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
  • 2 in einer schematischen perspektivischen Ansicht das Videoendoskop aus 1,
  • 3 eine detaillierte Ansicht der Ausgabe über einen OP-Monitor der 1,
  • 4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen chirurgischen Assistenzsystems einer weiteren, zweiten bevorzugten Ausführungsform, und
  • 5 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Darstellungsverfahrens einer bevorzugten Ausführungsform.
The invention is explained below on the basis of preferred embodiments with the aid of the accompanying figures. Show it:
  • 1 a schematic view of a surgical assistance system according to the invention of a first preferred embodiment,
  • 2 shows the video endoscope in a schematic perspective view 1 ,
  • 3 a detailed view of the output via a surgical monitor 1 ,
  • 4 a perspective view of a surgical assistance system according to the invention of a further, second preferred embodiment, and
  • 5 a flowchart of a presentation method according to the invention of a preferred embodiment.

Die Figuren sind schematischer Natur und sollen nur dem Verständnis der Erfindung dienen. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.The figures are schematic in nature and are only intended to help understand the invention. Identical elements are provided with the same reference symbols. The features of the various embodiments are interchangeable.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed description of preferred embodiments

1 zeigt eine schematische Ansicht eines chirurgischen Assistenzsystems 1 (nachstehend nur Assistenzsystem genannt) einer ersten bevorzugten ausführungsform. Das Assistenzsystem 1 kommt in einem medizinischen Sterilraum in Form eines Operationssaals 100 einer bevorzugten Ausführungsform zum Einsatz um OP-Beteiligte durch geeignete Visualisierungen zu unterstützen. In einem mittigen, sterilen, chirurgischen Eingriffsbereich wird an einem Patienten P (hier nur schematisch dargestellt) ein chirurgischer Eingriff, vorliegend ein minimalinvasiver Eingriff, vorgenommen. 1 FIG. 12 shows a schematic view of a surgical assistance system 1 (referred to simply as assistance system below) of a first preferred embodiment. The assistance system 1 is used in a medical sterile room in the form of an operating room 100 in a preferred embodiment in order to support those involved in the operation with suitable visualization. A surgical intervention, in this case a minimally invasive intervention, is performed on a patient P (shown only schematically here) in a central, sterile surgical intervention area.

Ein starres Videoendoskop 2 (nachstehend nur Endoskop genannt) mit einem Handstück / Handgriff 3 und einem beabstandeten, frontseitigen Aufnahmekopf / Videokopf 4 steht dafür endoskopschaftseitig in das Körperinnere des Patienten P hinein. Der Aufnahmekopf 4 weist für eine Visualisierung eine Endoskop-Videokamera (hier nicht dargestellt) auf, welche in Richtung einer Längsachse des Endoskops 2 stirnseitig mittels eines CMOS-Sensors eine zweidimensionale intrakorporale Aufnahme IA des Körperinneren des Patienten P als zeitaktuelle (Live-Video-)Aufnahme erstellt und digital bereitstellt. Das Handstück 3 zum manuellen Ergreifen und Handhaben durch einen Chirurgen (in 1 ist nur die Hand des Chirurgen dargestellt) hingegen steht außerhalb des Körpers des Patienten P hervor und ist von außen, auch für die OP-Beteiligten, sichtbar.A rigid video endoscope 2 (hereinafter simply called endoscope) with a handpiece/grip 3 and a spaced, front recording head/video head 4 protrudes into the interior of the patient P's body on the endoscope shaft side. For visualization purposes, the recording head 4 has an endoscope video camera (not shown here), which uses a CMOS sensor to take a two-dimensional intracorporeal recording IA of the body interior of the patient P in the direction of a longitudinal axis of the endoscope 2 as an up-to-date (live video) Recording created and made available digitally. The handpiece 3 for manual grasping and handling by a surgeon (in 1 is only the hand of the surgeon is shown), however, protrudes outside the body of the patient P and is visible from the outside, also for those involved in the operation.

Für eine datentechnische und visuelle Erfassung des Operationsgeschehens außerhalb des Körpers des Patienten P weist das Assistenzsystem 1 ferner eine Erfassungsvorrichtung 5 auf, die in dieser Ausführungsform eine mittig in einer OP-Leuchte 10 und parallel zur Strahlrichtung angeordnete Kamera 6 hat, die sowohl den chirurgischen Eingriffsbereich des Patienten P als auch das Handstück 3 des Endoskops 2 optisch mittels eines CMOS-Sensors erfasst und ebenfalls als zweidimensionale extrakorporale Aufnahme EA in Form einer zeitaktuellen (Live-Video)-Aufnahme (als optisches digitales Bild) erstellt und digital bereitstellt. Neben der extrakorporalen Aufnahme EA wird durch die Kamera 6 mithilfe einer Auswertungsmethode eines maschinellen Sehens auch die geometrische Lage des Handstücks 3 relativ zu der Kamera 6 erfasst.The assistance system 1 also has a recording device 5 for data and visual recording of the surgical procedure outside the body of the patient P of the patient P as well as the handpiece 3 of the endoscope 2 is optically recorded by means of a CMOS sensor and also created as a two-dimensional extracorporeal recording EA in the form of a current (live video) recording (as an optical digital image) and makes it available digitally. In addition to the extracorporeal recording EA, the geometric position of the handpiece 3 relative to the camera 6 is also recorded by the camera 6 using an evaluation method of machine vision.

Zur Erfassung, Verarbeitung, Berechnung auf Basis dieser erstellten Aufnahmen sowie des erfassten Handstücks 3 und zur Steuerung weist das Assistenzsystem 1 eine spezielle elektronische Steuereinheit 8 (ECU) auf, die gegenüber dem Stand der Technik besonders konfiguriert ist. Konkret ist die Steuereinheit 8 dafür angepasst, die bereitgestellten (digitalen) Daten der intrakorporalen Aufnahme IA und der extrakorporalen Aufnahme EA zu empfangen, also die beiden „Video-Live-Übertragungen“ als auch die durch die Erfassungsvorrichtung 5 erfasste Lage des Betätigungsabschnitts 3 digital, datentechnisch einzubeziehen. In einer Speichereinheit 9 der Steuereinheit 8 ist zudem eine definierte geometrische Relation von dem Handgriff 3 zu dem Aufnahmekopf 4 in Form einer (fixen) Koordinatentransformation hinterlegt, da sich die geometrische Anordnung der beiden Abschnitte relativ zueinander nicht ändert. Anhand dieser Daten ist die Steuereinheit 8 in der Lage, wie nachstehend erläutert, eine intelligente Verschmelzung der intrakorporalen Aufnahme und der extrakorporalen Aufnahme durchzuführen und eine Überlagerungsdarstellung U zu erzeugen, in welcher die intrakorporale Aufnahme IA des Endoskops lagekorrekt in der extrakorporalen Aufnahme EA dargestellt ist.The assistance system 1 has a special electronic control unit 8 (ECU) for recording, processing, calculating on the basis of these recorded images and the recorded handpiece 3 and for controlling, which is specially configured compared to the prior art. Specifically, the control unit 8 is adapted to receive the provided (digital) data of the intracorporeal recording IA and the extracorporeal recording EA, i.e. the two “live video transmissions” as well as the position of the actuating section 3 digitally detected by the detection device 5, to include data. A defined geometric relationship between the handle 3 and the recording head 4 in the form of a (fixed) coordinate transformation is also stored in a memory unit 9 of the control unit 8, since the geometric arrangement of the two sections relative to one another does not change. Based on this data, the control unit 8 is able, as explained below, to carry out an intelligent merging of the intracorporeal exposure and the extracorporeal exposure and to generate an overlay display U in which the intracorporeal exposure IA of the endoscope is displayed in the correct position in the extracorporeal exposure EA.

Dafür wird durch die Steuereinheit 8 zunächst die (geometrische) Lage der intrakorporalen Aufnahme IA bestimmt. Das Handstück 3 des Endoskops 2 hat ein (zuvor) definiertes lokales Handstück-Koordinatensystem 11 (nachfolgend H-Koordinatensystem genannt), wobei über die in der Speichereinheit 9 hinterlegte Koordinatentransformation ausgehend von dem Handgriff 3 ein lokales Aufnahmekopf-Koordinatensystem 12 (nachfolgend AK-Koordinatensystem genannt) bestimmbar ist. Anders ausgedrückt weist das Endoskop 2 ein lokales H-Koordinatensystem 11 am Handstück 3 und ein AK-Koordinatensystem 12 an der Spitze des Endoskops 2 am Aufnahmekopf auf, wobei eine Relation zueinander über eine Koordinatentransformation eineindeutig vorgegeben ist. Die Steuereinheit 8 kann über die erfasste Lage des Handstücks 3 zusammen mit der Koordinatentransformation die Lage des Aufnahmekopfs 4 bestimmen. Da die intrakorporale Aufnahme IA im Bereich der Spitze und frontal des Endoskops 2 in Längsachsenrichtung des Endoskops 2 erstellt wird und ein Abstand zwischen dem Aufnahmekopf 4 und der intrakorporalen Aufnahme IA vernachlässigbar ist, kann angenommen bzw. angenähert werden, dass die Lage des AK-Koordinatensystems 12 der Lage der intrakorporalen Aufnahme IA entspricht. Über diese Transformationskette kann die Steuereinheit 8 die Lage, also die Position und die Orientierung der intrakorporalen Aufnahme IA relativ zu einem Referenzkoordinatensystem 13 der Erfassungsvorrichtung 5, hier in der Kamera 6 liegend, bestimmen.For this purpose, the (geometric) position of the intracorporeal exposure IA is first determined by the control unit 8 . The handpiece 3 of the endoscope 2 has a (previously) defined local handpiece coordinate system 11 (hereinafter referred to as the H coordinate system), with a local recording head coordinate system 12 (hereinafter referred to as the AK coordinate system called) can be determined. In other words, the endoscope 2 has a local H coordinate system 11 on the handpiece 3 and an AK coordinate system 12 on the tip of the endoscope 2 on the recording head, with a relation to one another being uniquely specified via a coordinate transformation. The control unit 8 can determine the position of the recording head 4 via the detected position of the handpiece 3 together with the coordinate transformation. Since the intracorporeal recording IA is created in the area of the tip and frontal of the endoscope 2 in the direction of the longitudinal axis of the endoscope 2 and a distance between the recording head 4 and the intracorporeal recording IA is negligible, it can be assumed or approximated that the position of the AK coordinate system 12 corresponds to the position of the intracorporeal recording IA. The control unit 8 can use this transformation chain to determine the location, ie the position and the orientation of the intracorporeal recording IA relative to a reference coordinate system 13 of the detection device 5 , here lying in the camera 6 .

Auf Basis der (Information der) Lage des Aufnahmekopfs 4 und damit der intrakorporalen Aufnahme IA erzeugt die Steuereinheit 8 dann die Überlagerungsdarstellung U, in welcher die intrakorporale Aufnahme IA des Endoskops lagekorrekt in der extrakorporalen Aufnahme EA dargestellt ist. Diese Überlagerungsdarstellung wird schließlich durch einen OP-Monitor 7, welchen der Chirurg gut überblicken kann, angezeigt.Based on the (information on) the position of the recording head 4 and thus the intracorporeal recording IA, the control unit 8 then generates the overlay display U, in which the intracorporeal recording IA of the endoscope is displayed in the correct position in the extracorporeal recording EA. This overlay display is finally displayed on an operating room monitor 7, which the surgeon can easily see.

Durch das vorliegende chirurgische Assistenzsystem 1 wird dem Chirurgen also zentral in einem einzigen Bild bzw. einer einzigen Aufnahme, die Aufnahme aus dem Inneren des Patienten lagekorrekt in der Aufnahme der äußeren Anatomie des Patienten angezeigt, so dass der Chirurg einfach und intuitiv erfassen kann, an welcher Stelle mit welcher Orientierung das angezeigte innere Gewebe im Köper ist. Durch das Assistenzsystem 1 wird eine Art Durchblickfunktion oder digitale Lupenfunktion durch eine Oberfläche des Körpers hindurch bereitgestellt, wobei als Bild der Lupe die tatsächliche intrakorporale Aufnahme IA verwendet wird. Hierdurch wird allen OP-Beteiligten eine bislang nicht erreichte Übersicht über das Operationsgeschehen bereitgestellt. Insbesondere wird eine Navigation des Endoskops 2 vereinfacht und Anforderungen an zusätzliche gedankliche Leistungen des Chirurgen minimiert, da der Chirurg intuitiv bildgebende Vorrichtungen navigieren kann.The present surgical assistance system 1 shows the surgeon the image from the inside of the patient in the correct position in the image of the external anatomy of the patient in a single image or a single image, so that the surgeon can grasp it easily and intuitively where and with what orientation the displayed inner tissue is in the body. The assistance system 1 provides a type of viewing function or digital magnifying glass function through a surface of the body, the actual intracorporeal recording IA being used as the image of the magnifying glass. This provides all those involved in the surgery with a hitherto unparalleled overview of what is happening in the surgery. In particular, navigation of the endoscope 2 is simplified and demands on the surgeon for additional intellectual effort are minimized, since the surgeon can navigate imaging devices intuitively.

Die Bestimmung der lagekorrekten Darstellung der Intrakorporalen Aufnahme IA in bzw. auf der extrakorporalen Aufnahme EA wird nachstehend unter Bezugnahme der 2 und 3 erläutert. 2 zeigt in einer detaillierten Ansicht das starre Videoendoskop 2 aus 1. Das Videoendoskop 2 nimmt die intrakorporale Aufnahme IA auf, welches in 2 lediglich schematisch als rechteckige Aufnahmeebene dargestellt ist. Diese Aufnahme IA weist ein intrakorporales Aufnahme-Koordinatensystem 14 (IA-Koordinatensystem) auf. Ebenfalls ist an der Spitze des Endoskops 2, also am Aufnahmekopf 4, das lokale AK-Koordinatensystem 12 gezeigt. Über eine Koordinatentransformation kann von dem intrakorporalen Aufnahme-Koordinatensystem 14 auf das AK-Koordinatensystem 12 und umgekehrt geschlossen werden. Insbesondere wird die Näherung angenommen, dass ein Abstand der beiden Koordinatensysteme beim Endoskop 2 so gering ist, dass angenommen werden kann, dass das intrakorporalen Aufnahme-Koordinatensystem 14 auf dem AK-Koordinatensystem 12 liegt. Ausgehend von dem AK-Koordinatensystem 12 kann mittels einer Koordinatentransformation von der Spitze, welche sich bei einem Einsatz des Endoskops 2 im Körper des Patienten befindet und somit von außen nicht sichtbar ist, das Koordinatensystem des Handstücks 11, welches sichtbar ist bestimmt werden und umgekehrt. Auf diese Weise wird eine Lage der intrakorporalen Aufnahme IA über drei Koordinatentransformationen ausgehend von dem Referenzkoordinatensystem 13 bestimmt:

  • Referenzkoordinatensystem 13 - Handstück-Koordinatensystem 11 - Aufnahmekopf-Koordinatensystem 12 - Intrakorporales Aufnahme-Koordinatensystem 14,
  • wobei in der vorliegenden Ausführungsform das IA-Koordinatensystem 14 mit dem AK-Koordinatensystem 12 gleichgesetzt wird. Alternativ kann natürlich auch ein Abstand zu einem Gewebe erfasst und entsprechend in die Berechnung mit eingebunden werden. Weiter alternativ kann auch ein fixer Abstandswert festgesetzt und als Koordinatentransformation berücksichtigt werden. Insbesondere kann auch die 3D-Struktur der intrakorporalen Aufnahme erfasst und bei einer Erzeugung der Überlagerungsdarstellung verarbeitet und berücksichtigt werden.
The determination of the position-correct display of the intracorporeal exposure IA in or on the extracorporeal exposure EA is described below with reference to FIG 2 and 3 explained. 2 shows the rigid video endoscope 2 in a detailed view 1 . The video endoscope 2 takes the intracorporeal recording IA, which in 2 is shown only schematically as a rectangular recording plane. This recording IA has an intracorporeal recording coordinate system 14 (IA coordinate system). The local AK coordinate system 12 is also shown at the tip of the endoscope 2, ie at the recording head 4. A coordinate transformation can be used to draw conclusions from the intracorporeal recording coordinate system 14 to the AK coordinate system 12 and vice versa. In particular, the approximation is assumed that the distance between the two coordinate systems in the endoscope 2 is so small that it can be assumed that the intracorporeal recording coordinate system 14 lies on the AK coordinate system 12 . Starting from the AK coordinate system 12, the coordinate system of the handpiece 11, which is visible, can be determined by means of a coordinate transformation from the tip, which is located in the patient's body when the endoscope 2 is used and is therefore not visible from the outside, and vice versa. In this way, a position of the intracorporeal exposure IA is determined via three coordinate transformations starting from the reference coordinate system 13:
  • Reference coordinate system 13 - handpiece coordinate system 11 - recording head coordinate system 12 - intracorporeal recording coordinate system 14,
  • in the present embodiment, the IA coordinate system 14 is equated with the AK coordinate system 12. Alternatively, of course, a distance to a tissue can also be recorded and included in the calculation accordingly. As a further alternative, a fixed distance value can also be established and taken into account as a coordinate transformation. In particular, the 3D structure of the intracorporeal recording can also be recorded and processed and taken into account when generating the overlay display.

Da die Erfassungsvorrichtung 5 die Lage des Handstücks 3 von außen her erfasst, kann hierdurch eindeutig die Lage der intrakorporalen Aufnahme IA bestimmt werden. Auf diese Weise kann eine relative Lage der intrakorporalen Aufnahme IA zu der extrakorporalen Aufnahme EA im Raum bestimmt werden. Über geeignete Bild-Transformationen von 3D in 2D (mit einhergehendem Verlust einer Raumdimension) mittels der Informationen der relativen Lage der intrakorporalen Aufnahme IA zu der extrakorporalen Aufnahme EA dann die lagekorrekte Darstellung der intrakorporalen Aufnahme in der Überlagerungsdarstellung U erzeugt werden. Hierfür können etwa geeignete mathematische (algebraische) oder informationstechnische Projektionsmethoden zur Erzeugung der Überlagerungsdarstellung U verwendet werden. Insbesondere wird auch der Körper des Patienten 3-Dimensional durch die Erfassungsvorrichtung 5 erfasst und bei einer Verarbeitung durch die Steuereinheit bei der Erzeugung der Überlagerungsdarstellung U entsprechend berücksichtigt. Insbesondere können sowohl die intrakorporale Aufnahme IA als auch die extrakorporale Aufnahme EA als 3-Dimensionale Aufnahme vorliegen und die Steuereinheit 8 auf Basis dieser Aufnahmen die lagekorrekte Darstellung der intrakorporalen Aufnahme IA in der extrakorporalen Aufnahme erzeugen. So wird eine Überlagerungsdarstellung U noch genauer.Since the detection device 5 detects the position of the handpiece 3 from the outside, the position of the intracorporeal receptacle IA can be clearly determined in this way. In this way, a position of the intracorporeal exposure IA relative to the extracorporeal exposure EA in space can be determined. The position-correct representation of the intracorporeal exposure in the overlay representation U is then generated via suitable image transformations from 3D to 2D (with the associated loss of a spatial dimension) using the information on the relative position of the intracorporeal exposure IA to the extracorporeal exposure EA. Suitable mathematical (algebraic) or information technology projection methods for generating the overlay representation U can be used for this purpose. In particular, the body of the patient is also recorded 3-dimensionally by the recording device 5 and is correspondingly taken into account in processing by the control unit when the superimposition representation U is generated. In particular, both the intracorporeal image IA and the extracorporeal image EA can be present as a 3-dimensional image and the control unit 8 can generate the position-correct representation of the intracorporeal image IA in the extracorporeal image on the basis of these images. In this way, an overlay representation U becomes even more precise.

3 zeigt in vergrößerter Darstellung die durch den OP-Monitor ausgegebene Überlagerungsdarstellung U aus 1, welche sich der zu 1 und 2 erläuterten erfassten Lage des Handstücks 3 und damit der Lage der intrakorporalen Aufnahme IA bedient. Die durch das Endoskop 2 erzeugte intrakorporalen Aufnahme IA ist bei Bereitstellung der Steuereinheit 8 zunächst kreisrund (schwarze Ränder bei einer rechteckigen Aufnahme werden nicht verarbeitet). Das starre Endoskop 2 ist nicht senkrecht oder horizontal, sondern mit einem Winkel von ca. 45° gegenüber der Horizontalen und damit der Bauch-Oberfläche des Körpers des Patienten P durch eine Eintrittsstelle in diesen eingeführt ist. Folglich ist auch eine Aufnahmerichtung des Endoskops 2 ebenfalls in einem Winkel von 45° geneigt. Da die extrakorporale Aufnahme im Wesentlichen von senkrecht dargestellt auf den Patienten dargestellt ist, muss die Neigung entsprechend berücksichtigt werden, um eine lagekorrekte Darstellung zu erhalten. Entscheidend ist nämlich die Ausrichtung der Aufnahmerichtung der intrakorporalen Aufnahme IA zu der Aufnahmerichtung der extrakorporalen Aufnahme EA und deren Winkel zueinander. 3 shows the overlay display U output by the surgical monitor in an enlarged view 1 , which is the to 1 and 2 explained detected position of the handpiece 3 and thus the position of the intracorporeal recording IA operated. The intracorporeal recording IA generated by the endoscope 2 is initially circular when the control unit 8 is provided (black edges in the case of a rectangular recording are not processed). The rigid endoscope 2 is not vertical or horizontal, but is introduced into the patient P through an entry point at an angle of approximately 45° to the horizontal and thus to the abdominal surface of the patient's body. Consequently, a recording direction of the endoscope 2 is also inclined at an angle of 45°. Since the extracorporeal recording is essentially shown perpendicular to the patient, the inclination must be taken into account accordingly in order to obtain a position-correct display. The decisive factor is the orientation of the recording direction of the intracorporeal recording IA to the recording direction of the extracorporeal recording EA and their angles to one another.

Für die Berücksichtigung der Neigung ist die Steuereinheit 8 angepasst, einen internen Algorithmus ablaufen zu lassen. Die Steuereinheit 8 positioniert zunächst die intrakorporale Aufnahme IA positionskorrekt an der Spitze des Endoskops 2 in der extrakorporalen Aufnahme EA. Auch wird durch die Steuereinheit 8 aufgrund der bestimmten Lage des Aufnahmekopfs 4 eine korrekte „Drehung“ der intrakorporalen Aufnahme IA durchgeführt und in der Überlagerungsdarstellung U wiedergegeben. Um jedoch eine „Verzerrung“ der intrakorporalen Aufnahme IA gegenüber der extrakorporalen Aufnahme EA auszugleichen, welche bei einer kreisförmigen Darstellung gleich der tatsächlichen Aufnahme entstehen würde, muss zudem eine Dimension gestaucht werden, in der Überlagerungsdarstellung die Dimension in die Aufnahmerichtung des Endoskops 2. In 3 sind eine erste Abmessung des intrakorporalen Bildes und eine senkrecht dazu stehende zweite Abmessung gezeigt. Sind also die Aufnahmerichtungen der intrakorporalen Aufnahme IA und der extrakorporalen Aufnahme EA parallel, so verbleiben die Dimensionen der intrakorporalen Aufnahme IA unverändert. Weisen die beiden Aufnahmerichtungen einen Winkel von 90° zueinander auf, so wird eine Dimension komplett auf 0 gestaucht (als mathematische Projektion) und es ist keine intrakorporale Aufnahme IA in der Überlagerungsdarstellung U gezeigt. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es Bildmethoden gibt, um auch eine Bildebene zu verzerren und zu ändern, so dass auch eine „angezeigte Bildrichtung“ anstelle einer Aufnahmerichtung Berücksichtigung finden kann.In order to take the inclination into account, the control unit 8 is adapted to run an internal algorithm. The control unit 8 initially positions the intracorporeal exposure IA in the correct position at the tip of the endoscope 2 in the extracorporeal exposure EA. A correct “rotation” of the intracorporeal recording IA is also carried out by the control unit 8 on the basis of the specific position of the recording head 4 and reproduced in the overlay representation U. However, in order to compensate for a "distortion" of the intracorporeal image IA compared to the extracorporeal image EA, which would arise with a circular display equal to the actual image, one dimension must also be compressed, in the overlay display the dimension in the recording direction of the endoscope 2. In 3 a first dimension of the intracorporeal image and a second dimension perpendicular thereto are shown. So are the up If the directions of taking of the intracorporeal exposure IA and the extracorporeal exposure EA are parallel, the dimensions of the intracorporeal exposure IA remain unchanged. If the two recording directions are at an angle of 90° to one another, then one dimension is compressed completely to 0 (as a mathematical projection) and no intracorporeal recording IA is shown in the overlay representation U. At this point it should be noted that there are image methods to also distort and change an image plane, so that a "displayed image direction" can also be taken into account instead of a recording direction.

Durch die Drehung und Stauchung ist die intrakorporale Aufnahme IA orientierungskorrekt dargestellt. Folglich ist die intrakorporale Aufnahme IA positionskorrekt und orientierungskorrekt und damit lagekorrekt in der extrakorporalen Aufnahme EA dargestellt. Zudem wird der nicht sichtbarer Endoskopschaft virtuell in der Überlagerungsdarstellung U mit eingeblendet, so dass dem Chirurgen eine noch bessere Übersicht bereitgestellt wird.Due to the rotation and compression, the intracorporeal exposure IA is displayed with the correct orientation. Consequently, the intracorporeal exposure IA is shown in the correct position and orientation and thus in the correct position in the extracorporeal exposure EA. In addition, the non-visible endoscope shaft is superimposed virtually in the overlay representation U, so that the surgeon is provided with an even better overview.

4 zeigt eine weitere, zweite bevorzugte Ausführungsform eines chirurgischen Assistenzsystems 1 bei dem neben einem starren Endoskop 2 noch ein Ultraschallgerät 16 als auch ein chirurgisches Mikroskop 17 als medizinische bildgebende Vorrichtungen eingesetzt sind. Die einzige Erfassungsvorrichtung 5 weist zur räumlichen Erfassung der jeweiligen Betätigungsabschnitte in Form des Handstücks 3 des starren Endoskops 2, eines Greifstücks 18 des Ultraschallgeräts 16 und eines Griffs 19 des chirurgischen Mikroskops 17, ein 3D-Stereokamerasystem mit zwei Kameras 6 auf. Zudem kann die Erfassungsvorrichtung 5 über das Stereokamerasystem eine extrakorporale Aufnahme EA vom chirurgischen Eingriffsbereich erstellen. 4 shows a further, second preferred embodiment of a surgical assistance system 1 in which, in addition to a rigid endoscope 2, an ultrasound device 16 and a surgical microscope 17 are also used as medical imaging devices. The single detection device 5 has a 3D stereo camera system with two cameras 6 for the spatial detection of the respective operating sections in the form of the handpiece 3 of the rigid endoscope 2, a gripping piece 18 of the ultrasound device 16 and a handle 19 of the surgical microscope 17. In addition, the detection device 5 can create an extracorporeal recording EA of the surgical intervention area via the stereo camera system.

Das Prinzip des chirurgischen Assistenzsystems 1 ist das Gleiche wie vorstehend zu 1 bis 3 erläutert. In der zweiten Ausführungsform in 4 werden jedoch anstelle nur eines Endoskops 2 nun drei bildgebenden Vorrichtung 2, 16, 17 eingesetzt. Alle drei bildgebenden Vorrichtungen 2, 16, 17 erzeugen auf ihre vorgesehene spezielle Funktionsweise jeweils eine intrakorporale Aufnahme IA stellen diese der Steuereinheit 8 bereit. Da die Steuereinheit 8 dafür angepasst ist, analog zu vorstehender Erläuterung, eine Lage des Aufnahmekopfs 4 und damit der intrakorporalen Aufnahme IA mittels der Erfassungsvorrichtung 5 zu bestimmen, kann sie dies vorliegend für alle drei bildgebenden Vorrichtungen 2, 16, 17 jeweils (separat) durchführen. Auf diese Weise werden in einer einzigen extrakorporalen Aufnahme drei intrakorporale Aufnahmen IA angepasst integriert. Hier werden also alle drei intrakorporalen Aufnahmen IA jeweils lagekorrekt in der Überlagerungsdarstellung U angezeigt, um dem Chirurgen eine noch bessere und umfassendere Übersicht zu dem Operationsgeschehen zu geben. Da die drei intrakorporalen Aufnahmen IA gewissermaßen eigene Überlagerungsdarstellungen bilden, kann man diese wie Ebenen übereinanderstapeln. Somit sind dem Assistenzsystem 1 hinsichtlich einer Anzahl an bildgebenden Vorrichtungen 2 keine Limits gesetzt. Insbesondere kann die Steuereinheit 8 dafür angepasst sein, die drei intrakorporalen Aufnahmen IA auch miteinander in Verbindung zu setzen und Informationen zu überlagern. Auch kann etwa eine Deckkraft verringert bzw. eine Transparenz der intrakorporalen Aufnahme erhöht werden, um keine Informationen zu verlieren.The principle of the surgical assistance system 1 is the same as above 1 until 3 explained. In the second embodiment in 4 However, instead of just one endoscope 2, three imaging devices 2, 16, 17 are now used. All three imaging devices 2 , 16 , 17 each generate an intracorporeal recording IA based on their intended special mode of operation and make these available to the control unit 8 . Since the control unit 8 is adapted, analogously to the above explanation, to determine a position of the recording head 4 and thus the intracorporeal recording IA by means of the detection device 5, it can carry this out (separately) for all three imaging devices 2, 16, 17 in the present case . In this way, three intracorporeal exposures IA are integrated in a single extracorporeal exposure. Here, all three intracorporeal recordings IA are displayed in the correct position in the overlay representation U in order to give the surgeon an even better and more comprehensive overview of what is happening in the operation. Since the three intracorporeal recordings IA form their own overlay representations, so to speak, they can be stacked on top of one another like planes. The assistance system 1 is therefore not subject to any limits with regard to the number of imaging devices 2 . In particular, the control unit 8 can be adapted to also connect the three intracorporeal images IA to one another and to overlay information. An opacity can also be reduced or a transparency of the intracorporeal recording can be increased in order not to lose any information.

In der zweiten Ausführungsform ist das Assistenzsystem als mobiles Assistenzsystem 1 ausgeführt, so dass es je nach Bedarfsfall an unterschiedlichen Orten und in der Nähe von unterschiedlichen OP-Tischen positioniert werden kann.In the second embodiment, the assistance system is designed as a mobile assistance system 1 so that it can be positioned at different locations and in the vicinity of different operating tables as required.

5 zeigt ein erfindungsgemäßes Darstellungsverfahren einer bevorzugten Ausführungsform. In Schritt S1 wird durch zumindest eine medizinische bildgebende Vorrichtung 2 eine intrakorporale Aufnahme IA erstellt. Hiernach folgt der Schritt S2, in welchem durch eine Erfassungsvorrichtung 5 ein chirurgischer Eingriffsbereich und ein Betätigungsabschnitt 3 der bildgebenden Vorrichtung 2 lageerfasst und eine extrakorporalen Aufnahme EA erstellt wird. In dem Verfahrensschritt S3 wird mit Hilfe des erfassten Betätigungsabschnitts 3 und damit der Lage des Betätigungsabschnitts 3 in Kombination mit einer definierten Relation zu dem Aufnahmekopf 4 die Lage des Aufnahmekopfs 4 der medizinischen bildgebenden Vorrichtung 2bestimmt. Hiernach folgt der Schritt S4 eines Erzeugens einer Überlagerungsdarstellung U der intrakorporalen Aufnahme IA auf der extrakorporalen Aufnahme EA, wobei auf Basis der ermittelten bzw. bestimmten Lage des Aufnahmekopfs 4 die intrakorporale Aufnahme IA lagerichtig in der extrakorporalen Aufnahme EA dargestellt wird. Schließlich wird in Schritt S5 die Überlagerungsdarstellung U durch die Darstellungsvorrichtung 7 ausgegeben. 5 shows a display method according to the invention of a preferred embodiment. In step S1 an intracorporeal recording IA is created by at least one medical imaging device 2 . This is followed by step S2, in which the position of a surgical intervention area and an actuating section 3 of the imaging device 2 is detected by a detection device 5 and an extracorporeal recording EA is created. In method step S3, the position of the recording head 4 of the medical imaging device 2 is determined with the aid of the detected operating section 3 and thus the position of the operating section 3 in combination with a defined relation to the recording head 4 . This is followed by step S4 of generating an overlay display U of the intracorporeal image IA on the extracorporeal image EA, the intracorporeal image IA being displayed in the correct position in the extracorporeal image EA on the basis of the determined or determined position of the image head 4 . Finally, the overlay display U is output by the display device 7 in step S5.

BezugszeichenlisteReference List

11
chirurgisches Assistenzsystemsurgical assistance system
22
starres Videoendoskoprigid video endoscope
33
Handstückhandpiece
44
Aufnahmekopfrecording head
55
Erfassungsvorrichtungdetection device
66
Kameracamera
77
OP-Monitorsurgical monitor
88th
Steuereinheitcontrol unit
99
Speichereinheitstorage unit
1010
OP-Leuchtesurgical light
1111
Handstück-KoordinatensystemHandpiece coordinate system
1212
Aufnahmekopf-KoordinatensystemRecording head coordinate system
1313
Referenzkoordinatensystemreference coordinate system
1414
Intrakorporale Aufnahme-KoordinatensystemIntracorporeal recording coordinate system
1515
Extrakorporale Aufnahme-KoordinatensystemExtracorporeal recording coordinate system
1616
Ultraschallgerätultrasonic device
1717
Chirurgisches MikroskopSurgical Microscope
1818
Greifstück UltraschallsondeGripper part ultrasonic probe
1919
(Mikroskop-)Griff(Microscope) handle
100100
Operationssaal operating room
S1S1
Schritt Erstellen intrakorporale AufnahmeStep Create intracorporeal exposure
S2S2
Schritt Erfassen und Erstellen extrakorporale AufnahmeStep Capture and create extracorporeal recording
S3S3
Schritt Bestimmen der Lage des AufnahmekopfsStep Determining the position of the recording head
S4S4
Schritt Erzeugen ÜberlagerungsdarstellungCreate Overlay Plot step
S5S5
Schritt Ausgabe Überlagerungsdarstellung Step Output Overlay Plot
PP
Patientpatient
IAi.a
Intrakorporale AufnahmeIntracorporeal recording
EAEA
Extrakorporale AufnahmeExtracorporeal recording
Uu
Überlagerungsdarstellungoverlay display

Claims (13)

Chirurgisches Assistenzsystem (1) zur Verwendung bei einem chirurgischen Eingriff aufweisend: zumindest eine medizinische bildgebende Vorrichtung (2; 16; 17) mit einem Aufnahmekopf (4) und einem, insbesondere beabstandeten, Betätigungsabschnitt (3; 18; 19), welche dafür vorgesehen und angepasst ist, bei einem Patienten (P) eine intrakorporale Aufnahme (IA) zu erstellen, eine Erfassungsvorrichtung (5), vorzugsweise mit oder bestehen aus zumindest einer Kamera (6), welche dafür vorgesehen und angepasst ist, einen chirurgischen Eingriffsbereich des Patienten (P) zusammen mit dem Betätigungsabschnitt (3; 18; 19) der bildgebenden Vorrichtung (2; 16; 17) zumindest optisch zu erfassen und eine extrakorporale Aufnahme (EA) zu erstellen, eine Darstellungsvorrichtung, insbesondere einen OP-Monitor (7), zur Darstellung eines visuellen Inhalts, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (8), welche dafür angepasst ist die extrakorporale Aufnahme (EA) der Erfassungsvorrichtung (5) und die intrakorporale Aufnahme (IA) der bildgebenden Vorrichtung (2; 16; 17) zu verarbeiten, durch den lageerfassten Betätigungsabschnitt (3; 18; 19) in Kombination mit einer definierten Relation zu dem Aufnahmekopf (4) eine Lage des Aufnahmekopfs (4) zu bestimmen, eine Überlagerungsdarstellung (U) der intrakorporalen Aufnahme (IA) in oder auf der extrakorporalen Aufnahme (EA) zu erzeugen, bei der auf Basis der Lage des Aufnahmekopfs (4) die intrakorporale Aufnahme (IA) positionskorrekt und orientierungskorrekt und damit lagekorrekt in der extrakorporalen Aufnahme (EA) dargestellt ist, und die Überlagerungsdarstellung (U) durch die Darstellungsvorrichtung visuell auszugeben.Surgical assistance system (1) for use in a surgical intervention, comprising: at least one medical imaging device (2; 16; 17) with a recording head (4) and an, in particular spaced, actuating section (3; 18; 19), which is provided for this and is adapted to create an intracorporeal recording (IA) in a patient (P), a detection device (5), preferably with or consisting of at least one camera (6), which is provided and adapted to capture a surgical intervention area of the patient (P ) together with the actuating section (3; 18; 19) of the imaging device (2; 16; 17) at least optically and to create an extracorporeal recording (EA), a display device, in particular an OP monitor (7), for display of a visual content, characterized by a control unit (8) adapted for the extracorporeal recording (EA) of the detection device (5) and the intracorporal le recording (IA) of the imaging device (2; 16; 17) to determine a position of the recording head (4) by the position-detected actuating section (3; 18; 19) in combination with a defined relation to the recording head (4), a superimposition representation (U) of the intracorporeal recording (IA) in or to generate on the extracorporeal recording (EA), in which, based on the position of the recording head (4), the intracorporeal recording (IA) is displayed in the correct position and orientation and thus in the correct position in the extracorporeal recording (EA), and the overlay display (U) output visually through the display device. Chirurgisches Assistenzsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) dafür angepasst ist, die lagekorrekte Darstellung der intrakorporalen Aufnahme (IA) in der extrakorporalen Aufnahme (EA) in der Überlagerungsdarstellung (U) durch Methoden der erweiterten Realität zu erzeugen.Surgical assistance system (1) according to claim 1 , characterized in that the control unit (8) is adapted to generate the position-correct representation of the intracorporeal exposure (IA) in the extracorporeal exposure (EA) in the overlay representation (U) by methods of augmented reality. Chirurgisches Assistenzsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) dafür angepasst ist, die lagerichtige Darstellung der intrakorporalen Aufnahme (IA) in der extrakorporalen Aufnahme (EA) zu erzeugen, indem die Erfassungsvorrichtung (5) dafür angepasst ist, die Position und Orientierung des Betätigungsabschnitts (3; 18; 19) und damit eines Koordinatensystems (11) des Betätigungsabschnitts (3; 18; 19) relativ zu einem Referenzkoordinatensystem (13) der Erfassungsvorrichtung (5) zu erfassen und der Steuereinheit (8) in Form einer Koordinatentransformation bereitzustellen, eine bestimmbare oder vorbestimmte Koordinatentransformation von dem Koordinatensystem (11) des Betätigungsabschnitts (3; 18; 19) zu dem Koordinatensystem (12) des Aufnahmekopfs (4) der Steuereinheit (8) bereitgestellt wird oder in einer Speichereinheit (9) der Steuereinheit (8) hinterlegt ist, und die Steuereinheit (8) dafür angepasst ist, ausgehend von einem Referenzkoordinatensystem (13) der Erfassungsvorrichtung (5) über die erfasste Koordinatentransformation zu dem Betätigungsabschnitt (3; 18; 19) und über die bestimmbare oder vorbestimmte Koordinatentransformation zu dem Aufnahmekopf (4) eine Position und eine Orientierung des Aufnahmekopfs (4) zu bestimmen, die Erfassungsvorrichtung (5) insbesondere ferner dafür angepasst ist, die Position und Orientierung des Patienten (P) und damit der extrakorporalen Aufnahme (EA) zu erfassen und der Steuereinheit (8) bereitzustellen, und die Steuereinheit (8) angepasst ist, auf Basis der ermittelten Lage des Aufnahmekopfs (4) und damit der relativen Lage der intrakorporalen Aufnahme (IA) zu der Lage der extrakorporalen Aufnahme (EA) eine Überlagerungsdarstellung (U) zu erzeugen, in der die intrakorporale Aufnahme (IA) lagekorrekt in der extrakorporalen Aufnahme (EA) dargestellt ist.Surgical assistance system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (8) is adapted to generate the positionally correct representation of the intracorporeal recording (IA) in the extracorporeal recording (EA) by the detection device (5) for this is adapted to detect the position and orientation of the operating section (3; 18; 19) and thus a coordinate system (11) of the operating section (3; 18; 19) relative to a reference coordinate system (13) of the detection device (5) and the control unit ( 8) in the form of a coordinate transformation, a determinable or predetermined coordinate transformation from the coordinate system (11) of the actuating section (3; 18; 19) to the coordinate system (12) of the recording head (4) of the control unit (8) is provided or in a memory unit (9) is stored in the control unit (8), and the control unit (8) is adapted for this, starting from a Reference coordinate system (13) of the detection device (5) via the detected coordinate transformation to the operating section (3; 18; 19) and to determine a position and an orientation of the recording head (4) via the determinable or predetermined coordinate transformation to the recording head (4), the detection device (5) is in particular also adapted to determine the position and orientation of the patient (P) and thus the extracorporeal recording (EA) and the control unit (8) and the control unit (8) is adapted, based on the determined position of the recording head (4) and thus the relative position of the intracorporeal recording (IA) to the position of the extracorporeal recording (EA) to an overlay display (U). generate in which the intracorporeal exposure (IA) is displayed in the correct position in the extracorporeal exposure (EA). Chirurgisches Assistenzsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine bildgebende medizinische Vorrichtung (2; 16; 17) ein aufnahmefähiges Endoskop, insbesondere ein starres Videoendoskop (2), und/oder ein chirurgisches Mikroskop (17) und/oder ein Ultraschallgerät (16) ist.Surgical assistance system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one imaging medical device (2; 16; 17) is a receptive endoscope, in particular a rigid video endoscope (2), and/or a surgical microscope (17) and / or an ultrasonic device (16). Chirurgisches Assistenzsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (5) eine in einer OP-Leuchte (10) zentral eingebaute Kamera (6) und/oder eine separat an einem Ständer oder Ausleger vorgesehene Kamera aufweist, bei der die Kamera (6) das Referenzkoordinatensystem (13) bildet.Surgical assistance system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the detection device (5) has a camera (6) installed centrally in an operating room light (10) and/or a camera provided separately on a stand or arm which the camera (6) forms the reference coordinate system (13). Chirurgisches Assistenzsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Speichereinheit (9) eine Geometrie des Betätigungsabschnitts (3; 18; 19) hinterlegt ist, so dass mittels einer 2D-Kamera (6) der Erfassungsvorrichtung (5) und einem Auswerteverfahren nach einer Maschinellen-Sehen-Methode, die Lage des Betätigungsabschnitts (3; 18; 19) durch die Erfassungsvorrichtung (5) erfassbar ist.Surgical assistance system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a geometry of the actuating section (3; 18; 19) is stored in the memory unit (9), so that by means of a 2D camera (6) the detection device (5) and an evaluation method using a machine vision method, the position of the actuating section (3; 18; 19) can be detected by the detection device (5). Chirurgisches Assistenzsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) dafür angepasst ist, einen nicht sichtbaren, intrakorporalen Teil der bildgebenden Vorrichtung (2; 16; 17), insbesondere des Videoendoskops, in der Überlagerungsdarstellung (U) zusätzlich anzuzeigen, um dem Operateur den Aufnahmekopf (4), insbesondere die Spitze des Videoendoskops, über die Darstellungsvorrichtung (7) anzuzeigen.Surgical assistance system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (8) is adapted to display a non-visible, intracorporeal part of the imaging device (2; 16; 17), in particular the video endoscope, in the overlay display (U ) additionally display in order to display the recording head (4), in particular the tip of the video endoscope, to the operator via the display device (7). Chirurgisches Assistenzsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (5) eine Vielzahl an Kameras (6) aufweist, um Ansichten aus unterschiedlichen Positionen und Perspektiven bereitzustellen.Surgical assistance system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the detection device (5) has a large number of cameras (6) in order to provide views from different positions and perspectives. Chirurgisches Assistenzsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das chirurgische Assistenzsystem (1) zumindest zwei bildgebende Vorrichtungen (2; 16; 17) aufweist, insbesondere zumindest zwei Endoskope aufweist, um in der Überlagerungsdarstellung (U) zumindest zwei intrakorporale Aufnahmen (IA) zu erzeugen und in der Überlagerungsdarstellung (U) darzustellen.Surgical assistance system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the surgical assistance system (1) has at least two imaging devices (2; 16; 17), in particular has at least two endoscopes, in order to show at least two intracorporeal To generate recordings (IA) and display them in the overlay display (U). Chirurgisches Assistenzsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsabschnitt (3; 18; 19) zumindest einen optischen Marker aufweist, um eine Erfassung seiner Lage im Raum zu verbessern.Surgical assistance system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating section (3; 18; 19) has at least one optical marker in order to improve detection of its position in space. Aufnahmedarstellungsverfahren zur zentralen Darstellung von zwei unterschiedlichen Aufnahmen gekennzeichnet durch die Schritte: (S1) Erstellen einer intrakorporalen Aufnahme (IA) durch zumindest eine medizinische bildgebende Vorrichtung (2; 16; 17), (S2) Erfassen eines chirurgischen Eingriffsbereichs und eines Betätigungsabschnitts (3; 18; 19) der bildgebenden Vorrichtung (2; 16; 17) und Erstellen einer extrakorporalen Aufnahme (EA) durch eine Erfassungsvorrichtung (5), (S3) Bestimmen der Lage eines Aufnahmekopfs (4) der bildgebenden Vorrichtung (2; 16; 17) mit Hilfe des erfassten Betätigungsabschnitts (3; 18; 19) in Kombination mit einer definierten Relation von diesem zu dem Aufnahmekopf (4), (S4) Erzeugen einer Überlagerungsdarstellung (U) der intrakorporalen Aufnahme (IA) auf der extrakorporalen Aufnahme (EA), wobei auf Basis der Lage des Aufnahmekopfs (4) die intrakorporale Aufnahme (IA) lagerichtig in der extrakorporalen Aufnahme (EA) dargestellt ist, und (S5) Ausgeben der Überlagerungsdarstellung (U) durch die Darstellungsvorrichtung (7).Image display method for the central display of two different images , characterized by the steps: (S1) creating an intracorporeal image (IA) by at least one medical imaging device (2; 16; 17), (S2) detecting a surgical intervention area and an operating section (3; 18; 19) of the imaging device (2; 16; 17) and creating an extracorporeal recording (EA) by a detection device (5), (S3) determining the position of a recording head (4) of the imaging device (2; 16; 17) with the aid of the detected actuation section (3; 18; 19) in combination with a defined relation of this to the recording head (4), (S4) generating an overlay representation (U) of the intracorporeal recording (IA) on the extracorporeal recording (EA), based on the position of the recording head (4), the intracorporeal recording (IA) is shown in the correct position in the extracorporeal recording (EA), and (S5) outputting the Überla ger representation (U) by the display device (7). Elektronisch lesbares Speichermedium, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Speichermedium die Verfahrensschritte des Aufnahmedarstellungsverfahrens nach Anspruch 11 abgespeichert sind.Electronically readable storage medium, characterized in that on the storage medium the method steps of the recording presentation method claim 11 are saved. Medizinischer Sterilraum, wie etwa ein Operationssaal (100), dadurch gekennzeichnet, dass der medizinische Sterilraum ein chirurgisches Assistenzsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.Medical sterile room, such as an operating room (100), characterized in that the medical sterile room has a surgical assistance system (1) according to one of Claims 1 until 10 having.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009037316A1 (en) 2009-08-14 2011-02-17 Karl Storz Gmbh & Co. Kg Control and method for operating a surgical light
US20150351860A1 (en) 2013-03-15 2015-12-10 Cameron Piron Systems and methods for navigation and simulation of minimally invasive therapy
DE102015212352A1 (en) 2015-07-01 2017-01-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method, arrangement and computer program product for the position detection of an object to be examined

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140112207A (en) * 2013-03-13 2014-09-23 삼성전자주식회사 Augmented reality imaging display system and surgical robot system comprising the same
US11071596B2 (en) * 2016-08-16 2021-07-27 Insight Medical Systems, Inc. Systems and methods for sensory augmentation in medical procedures
EP3412242A1 (en) * 2017-06-09 2018-12-12 Siemens Healthcare GmbH Dispensing of position information relating to a medical instrument
US11287874B2 (en) * 2018-11-17 2022-03-29 Novarad Corporation Using optical codes with augmented reality displays

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009037316A1 (en) 2009-08-14 2011-02-17 Karl Storz Gmbh & Co. Kg Control and method for operating a surgical light
US20150351860A1 (en) 2013-03-15 2015-12-10 Cameron Piron Systems and methods for navigation and simulation of minimally invasive therapy
DE102015212352A1 (en) 2015-07-01 2017-01-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method, arrangement and computer program product for the position detection of an object to be examined

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