DE102021118657A1

DE102021118657A1 - Operationsmikroskop mit verbessertem Autofokus und Fokussierverfahren

Info

Publication number: DE102021118657A1
Application number: DE102021118657.9A
Authority: DE
Inventors: Tim Beyl; Jean STAWIASKI
Original assignee: B Braun New Ventures GmbH
Current assignee: B Braun New Ventures GmbH
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2021-07-20
Publication date: 2023-01-26

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein medizinisches Operationsmikroskop (1) zur Verwendung bei einem chirurgischen Eingriff bei einem Patienten (P), aufweisend: einen beweglichen Mikroskopkopf (2) mit einem optischen System (4), welches ein Fokussystem (6) zur Fokusanpassung auf einen Fokuspunkt (8) aufweist und dafür angepasst ist, in Richtung einer optischen Mikroskopachse (10) eine optische Vergrößerung bereitzustellen und vorzugsweise mittels einer nachgeschalteten Mikroskopaufnahmeeinheit (12) eine digitale Mikroskopaufnahme (14) zu erstellen; einen mit einer Basis (18) verbundenen, insbesondere beweglichen, Mikroskoparm (16), an dem der bewegliche Mikroskopkopf (2) angebunden ist, sodass eine Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfes (2) und damit des optischen Systems (4) einstellbar ist; ein Trackingsystem (20), insbesondere ein Navigationssystem, das dafür vorgesehen und angepasst ist, eine Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2), insbesondere des optischen Systems (4), relativ zu einem definierten Zielbereich (B), zu erfassen und computerlesbar bereitzustellen; und eine Steuereinheit (22), die dafür angepasst ist, auf Basis der erfassten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) relativ zu dem Zielbereich (B) das Fokussystem (6) auf den Zielbereich (B) zu fokussieren. Daneben betrifft die Offenbarung ein chirurgisches Assistenzsystem, ein Fokusverfahren sowie ein computerlesbares Speichermedium gemäß den nebengeordneten Ansprüchen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein medizinisches Operationsmikroskop zur Verwendung bei einem chirurgischen Eingriff bei einem Patienten, aufweisend: einen (im Raum) beweglichen Mikroskopkopf mit einem, insbesondere starr angeordneten, optischen System, wobei das optische System ein aktuierbares bzw. steuerbares Fokussystem zur Fokusanpassung auf einen Fokus bzw. Fokuspunkt aufweist und dafür angepasst ist, in Richtung einer optischen Mikroskopachse eine optische Vergrößerung (eines vom optischen System anvisierten Bereichs) bereitzustellen und vorzugsweise mittels einer nachgeschalteten Mikroskopaufnahmeeinheit eine digitale Mikroskopaufnahme zu erstellen. Das Operationsmikroskop weist ferner einen mit einer Basis verbundenen, insbesondere beweglichen, Mikroskoparm auf, an dem der bewegliche Mikroskopkopf angebunden, insbesondere angelenkt oder gelagert ist, sodass eine Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfes und damit des optischen Systems gegenüber der Basis und damit im Raum einstellbar ist. Daneben betrifft die Offenbarung ein chirurgisches Assistenzsystem, ein Fokussierverfahren/ Fokusverfahren sowie ein computerlesbares Speichermedium gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.
Hintergrund der Offenbarung
Chirurgische Mikroskope bzw. Operationsmikroskope gehören insbesondere in der Neurochirurgie, der Wirbelsäulenchirurgie und der Mikrochirurgie zu den Standardgeräten, welche bei einem chirurgischen Eingriff zum Einsatz kommen. Diese verwendeten Operationsmikroskope verfügen dabei üblicherweise über ein optisches System inklusive Fokussystem, wobei ein Chirurg das Mikroskopbild/ das mikroskopische Bild/ die Mikroskopaufnahme etwa über eine Darstellungsvorrichtung, wie einen OP-Monitor, zur visuellen Darstellung des (digital) aufgenommenen Mikroskopbildes vergrößert ausgeben lassen kann.
Bei Verwendung von Operationsmikroskopen mit einem beweglichen Mikroskopkopf durch einen Chirurgen oder medizinisches Fachpersonal, muss, wenn der Mikroskopkopf entweder manuell oder aktiv durch einen Roboterarm bewegt wird, der Fokus stets nachgeführt und angepasst werden, da sich eine Distanz und Ausrichtung zu einem interessierenden Zielbereich bzw. Zielpunkt und damit der einzustellende Fokus ändert. Diese Fokussierung geschieht in der Regel anhand der erfassten optischen Mikroskopaufnahme unter Durchführung einer Kontrast- oder Phasenoptimierung zur Anpassung des Fokus/ Brennweite, um ein scharfes Bild zu erhalten. Diese Art der Fokussierung stellt einen iterativen Prozess dar und es werden hierfür üblicherweise Stellmotoren verwendet, um die automatische Fokussierung (Autofokussierung) durchzuführen. Der Nachteil dieser Fokussierungsart ist, dass der Fokussierungsvorgang üblicherweise 0,2 bis 2 Sekunden dauert und während der Fokuseinstellung mit einem instabilen Mikroskopbild sowie einem Rauschen einhergeht, das durch die Stellmotoren erzeugt wird.
Diese komplexe und relativ gesehen langwierige Fokussierung führt zu einer Unterbrechung der Operation und bei mehrmaliger Wiederholung zu einem Konzentrationsverlust des Operateurs. Ein weiteres Problem entsteht, wenn die direkte Sicht auf den chirurgischen Zielbereich zeitweise durch Instrumente oder Flüssigkeit blockiert wird. Dies hat unter anderem eine ungewollte Aktivierung des Autofokus zur Folge. Eine einmalige, initiale Fokussierung bzw. Scharfstellung ist zwar mit ein paar Sekunden, relativ gesehen, von kurzer Dauer, jedoch ist das Operationsmikroskop während des Eingriffs ständig in Bewegung, so dass ein stets wiederkehrender temporärer Schärfeverlust und die recht hohe Mindestzeit für die Fokuseinstellung sehr störend sind und zu einer deutlichen Beeinträchtigung des Chirurgen führen. Daher deaktivieren Chirurgen oftmals sogar den Autofokus oder stellen den Fokus selbst manuell ein, was wiederum eine zusätzliche Bedienung durch den Chirurgen erfordert und einen Eingriff zeitlich verzögert. Eine stete Fokusnachführung bei der Verwendung eines Operationsmikroskops ist daher aktuell noch mit vielen Komplikationen und mit einer Beeinträchtigung einer Patientensicherheit verbunden.
Zusammenfassung der Offenbarung
Es sind daher die Aufgaben und Ziele der vorliegenden Offenbarung, die Nachteile aus dem Stand der Technik vermeiden oder wenigstens zu mindern und insbesondere ein medizinisches Operationsmikroskop, ein chirurgisches Assistenzsystem, ein Fokussierverfahren sowie ein computerlesbares Speichermedium bereitzustellen, welches eine noch bessere, einfachere, sichere und zuverlässigere Fokussierung während eines Eingriffs ermöglichen. Eine weitere Teilaufgabe ist eine Fokusgeschwindigkeit weiter zu erhöhen und eine Eingriffszeit zu verkürzen. Auch kann eine weitere Teilaufgabe darin gesehen werden, einen noch störunanfälligeren Autofokus eines Operationsmikroskops bereitzustellen.
Die Aufgaben der vorliegenden Offenbarung werden hinsichtlich eines Operationsmikroskops durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich eines chirurgischen Assistenzsystems durch die Merkmale des Anspruchs 16, hinsichtlich eines Fokussierverfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 17 und hinsichtlich eines computerlesbaren Speichermediums durch die Merkmale des Anspruchs 18 gelöst.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Offenbarung ist darin zu sehen, dass ein Operationsmikroskop bzw. ein chirurgisches Assistenzsystem mit einem Trackingsystem, insbesondere einem Navigationssystem, ausgestattet ist, um eine präzise Lokalisierung eines Zielbereichs und damit eines zu setzenden Fokuspunktes relativ zu dem Mikroskopkopf und damit dem optischen System mit dem Fokussystem, und insbesondere ferner relativ zu dem Patienten, zu ermöglichen. Mit anderen Worten kann durch das vorgesehene Trackingsystem eine Distanz oder eine relative räumliche Anordnung und Ausrichtung zwischen dem Zielbereich bzw. einem (zu setzenden) Fokuspunkt einerseits und dem optischen System andererseits erfasst und bestimmt werden. Über diese bestimmbare (Fokus-)Distanz, insbesondere der Distanz entlang der optischen Mikroskopachse, kann das Fokussystem dann derart angesteuert werden, dass dieses den Fokus bei einer Veränderung der Distanz, insbesondere der auf die optische Mikroskopachse projizierten Distanz, entsprechend anpasst.
Während üblicherweise beim Stand der Technik ohne Wissen einer Distanz zu dem Zielbereich und damit dem räumlich gesehen zu setzenden Fokuspunkt die Fokussierung nur per Kontrast- oder Phasenoptimierung durchgeführt wird, wird bei der vorliegenden Offenbarung über das Trackingsystem die (Fokus-)Distanz zu dem Mikroskopkopf ermittelt und durch die Steuereinheit berechnet. Auf Basis dieser relativen räumlichen Anordnung zwischen dem Ziel-Fokuspunkt und dem optischen System und einhergehenden Fokusdistanz, wird das Fokussystem durch die Steuereinheit angesteuert und angepasst, um die Fokussierung auf den Zielbereich zu setzen bzw. bei Bewegung des Mikroskopkopfs oder des Zielbereichs beizubehalten. Es wird also kein iterativer Verfeinerungsprozess für eine Fokussierung bzw. zur Ermittlung des Fokus benötigt, sondern dem Fokussystem kann direkt ein absolut zu setzender Wert bereitgestellt werden, der bestimmt wurde.
Während der Operation kann so ein chirurgischer Eingriffsbereich bzw. Zielbereich, insbesondere Zielpunkt, ausgewählt werden. Das Trackingsystem ist dafür angepasst, die Position, insbesondere die Lage, des ausgewählten bzw. definierten Zielbereichs und damit des zu setzenden Fokuspunktes relativ zu dem Mikroskopkopf und damit zu dem optischen System, und insbesondere relativ zu dem Patienten räumlich zu lokalisieren. Wenn der Mikroskopkopf des Operationsmikroskops nun bewegt wird, erfasst das Trackingsystem die Abweichung zwischen dem (ersten) Fokuspunkt des Zielbereichs und dem aktuellen Fokuspunkt der neuen Position. Das Operationsmikroskop stellt dann den Fokus dann auf Basis der neu ermittelten (Fokus-)Distanz so ein, dass der Zielbereich mit dem ersten Fokuspunkt wieder scharf ist. Dies stellt einen direkten Fokussierungsprozess dar, der keine Bildanalyse oder iterative Optimierung erfordert. Die Fokussierung wird kontinuierlich und instantan innerhalb kürzester Zeit durchgeführt.
Diese neue Methode der Fokussierung bzw. Konfiguration des Operationsmikroskops ermöglicht es auch, den Fokus auf dem anvisierten Bereich bzw. Zielbereich zu halten, wenn der Patient anstelle des Mikroskops bewegt wird. Entscheidend ist nur die relative Anordnung bzw. der relative Abstand von dem Mikroskopkopf zu dem Zielbereich bzw. dem anzuvisierendem Fokuspunkt bezogen auf die optische Mikroskopachse. Da in der Optik mit einem Fokuspunkt nicht nur ein Punkt sondern eine ganze Fokusebene im Fokus ist, muss der Zielbereich mit dem zu setzenden Fokus nicht zwingend auf der optischen Mikroskopachse liegen, sondern kann sich auch in einem Randbereich befinden mit entsprechender Fokusebene. Die Fokusebene muss lediglich durch den definierten Zielbereich verlaufen. Dies ist etwa dann der Fall, wenn eine Distanz entlang der optischen Mikroskopachse zwischen der Fokusebene und (der Frontlinse) des optischen Systems, der eingestellten Brennweit des Fokussystems entspricht.
Mit anderen Worten kann ein Operationsmikroskop mit einem Trackingsystem bereitgestellt werden, das einen chirurgischen Zielbereich kontinuierlich im Fokus hält, indem es den Fokuspunkt des Operationsmikroskops für den bestimmten chirurgischen Zielbereich geometrisch im Raum lokalisiert und den Fokus in einer neuen Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs auf den Zielbereich einstellt.
Mit noch anderen Worten wird ein medizinisches Operationsmikroskop zur Verwendung bei einem chirurgischen Eingriff bei einem Patienten bereitgestellt, das neben dem Mikroskopkopf an dem Mikroskoparm noch ein Trackingsystem, insbesondere ein Navigationssystem, aufweist, das dafür vorgesehen und angepasst ist, eine Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs, insbesondere des optischen Systems, relativ zu einem definierten Zielbereich, insbesondere zu einem Ziel-Fokuspunkt, insbesondere zusätzlich relativ zu dem Patienten, (diskret oder kontinuierlich) zu erfassen und computerlesbar bereitzustellen; und eine Steuereinheit aufweist, die dafür angepasst ist, auf Basis der erfassten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs relativ zu (der räumlichen Position von) dem Zielbereich das Fokussystem auf den Zielbereich zu fokussieren.
Der Begriff „Zielbereich“ beschreibt hier einen Teil eines Eingriffsbereichs, der von Interesse ist und anzuvisiert und anzufokussiert werden soll. Insbesondere kann der Zielbereich ein einzelner Zielpunkt im Raum sein (mit X, Y, Z Koordinate) und kann auch als solche Koordinate angegeben werden. Der Zielbereich kann aber auch ein Ausschnitt aus einer zweidimensionalen Ebene, etwa ein kleiner Ausschnitt einer Gewebeoberfläche, sein. Insbesondere wird ein mittiger Punkt dieser Ebene als (durchschnittlicher) Fokuspunkt gewählt. Auch kann ein Zielbereich als ein kleines würfelförmiges oder kugelförmiges Volumen angegeben werden, wobei das Mikroskop etwa auf einen Mittelpunkt dieses Volumens (als Fokuspunkt) scharfstellt und damit eine „durchschnittliche“ Fokussierung gewährleistet.
Der Begriff „Fokuspunkt“ definiert einen Punkt im Raum, welcher in einer Fokusebene des optischen Systems liegt und insbesondere auf der optischen Mikroskopachse.
Der Begriff „Trackingsystem“ beschriebt etwa ein technisches System, das eine räumliche Lokalisierung ermöglicht und eine Position und/oder Orientierung erfassen kann.
Der Begriff „Position“ meint eine geometrische Position im dreidimensionalen Raum, der insbesondere mittels Koordinaten eines kartesischen Koordinatensystems angegeben wird. Insbesondere kann die Position durch die drei Koordinaten X, Y und Z angegeben werden.
Der Begriff „Orientierung“ wiederum gibt eine Ausrichtung (etwa an der Position) im Raum an. Man kann auch sagen, dass durch die Orientierung eine Ausrichtung angegeben wird mit Richtungs-bzw. Drehungsangabe im dreidimensionalen Raum. Insbesondere kann die Orientierung mittels drei Winkeln angegeben werden.
Der Begriff „Lage“ umfasst sowohl eine Position als auch eine Orientierung. Insbesondere kann die Lage mittels sechs Koordinaten angegeben werden, drei Positionskoordianten X, Y und Z sowie drei Winkelkoordinaten für die Orientierung.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden insbesondere nachfolgend erläutert. Die Merkmale für das Operationsmikroskop und das chirurgische Assistenzsystem können untereinander ausgetauscht werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Steuereinheit dafür angepasst sein, auf Basis eines ersten, insbesondere initialen, Fokuspunktes in dem Zielbereich mit erstem Fokus bei einer ersten, insbesondere initialen, Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs und auf Basis einer zweiten/ aktuellen Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs das Fokussystem in der zweiten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs auf Zielbereich zu fokussieren/ nachzuführen. In der ersten Position und/oder Orientierung ist der Fokus bekannt. Es ist mathematisch gesehen ein Vektor zwischen dem optischen System (insbesondere mit Ursprung Frontlinse) und dem ersten Fokuspunkt bekannt und wird der Steuereinheit bereitgestellt. Dieser Vektor kann mit einem Einheitsvektor der optischen Mikroskopachse multipliziert werden, um eine (Fokus-)Distanz mit entsprechendem Brennpunkt des Fokussystems zu bestimmen. Der Vektor wird sozusagen auf die optische Mikroskopachse projiziert. Verändert sich nun die Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs, so erfasst das Trackingsystem dies und kann auf Basis der zweiten Position und/oder Orientierung gegenüber der Ersten (diese Bewegung kann als Transformationsmatrix bestimmt werden) eine neue (Fokus-)Distanz zwischen dem ersten Fokuspunkt und dem optischen System berechnen. Wird beispielsweise von dem ersten Fokuspunkt das Mikroskop entlang der optischen Mikroskopachse wegbewegt, so vergrößert sich die Distanz und damit die einzustellende Brennweite. Das Trackingsystem erfasst eine Änderung der Position zwischen der ersten und zweiten Position. Die Steuereinheit bestimmt diese Änderung als Delta (Abstand) und bestimmt, dass die Fokusdistanz bzw. die Brennweite des Fokussystems um genau dieses Delta vergrößert werden muss. In Folge bleibt der erste Fokuspunkt stets scharf.
Insbesondere kann das Operationsmikroskop dafür angepasst sein, den Mikroskopkopf aktiv so zu bewegen, dass es senkrecht auf den gesetzten Zielbereich steht. Auf diese Weise kann etwa bei einem zweidimensionalen Zielbereich der gesamte Zielbereich im Fokus sein.
Vorzugsweise kann das Operationsmikroskop ferner eine Datenbereitstellungseinheit, insbesondere eine Speichereinheit, aufweisen, welche dafür angepasst ist, digitale 3D-Aufnahmedaten, insbesondere präoperative 3D-Aufnahmedaten, des Patienten bereitzustellen, und die Steuereinheit dafür angepasst sein, den Zielbereich, insbesondere den ersten Fokuspunkt, auf Basis der bzw. in den 3D-Aufnahmedaten zu setzen. Alternativ zur Bestimmung des anzuvisierenden Bereichs bzw. dem Zielbereich während der Operation kann der Zielbereich also auch in den 3D-Aufnahmedaten, insbesondere präoperativen 3D-Aufnahmedaten, des Patienten, wie beispielsweise CT-Aufnahmedaten oder MRT-Aufnahmedaten, definiert werden, die mit Hilfe des Trackingsystems des Operationsmikroskops registriert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Trackingsystem ferner dafür angepasst sein, eine Position und/oder Orientierung, insbesondere eine Lage eines Körperabschnitts des Patienten mit dem Zielbereich, insbesondere den gesamten Patienten zu erfassen, um kontinuierlich die Position und/oder Orientierung des Zielbereichs nachzuverfolgen und bei einer Veränderung der Position und/oder Orientierung des Zielbereichs den Fokuspunkt auf die neue Position und/oder Orientierung anzupassen. Nicht nur eine Änderung der Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs wird durch das Trackingsystem erfasst, sondern auch die Position und/oder Orientierung des Zielbereichs. Da nur die relative räumliche Anordnung zwischen dem optischen System und Zielbereich entscheidend ist, kann der Fokus auch bei einer Änderung der Lage des Zielbereichs und damit einer Änderung der räumlichen Anordnung zueinander mittels der angepassten Steuereinheit nachgeführt werden.
Insbesondere kann das Trackingsystem dafür angepasst sein, einen Navigationszeiger/ Navigations-Pointer zu erfassen, um mittels der Zeigerspitze des Navigationszeigers den Zielbereich, insbesondere den ersten Fokuspunkt, zu definieren/ zu setzen. Die Steuereinheit kann dafür angepasst sein, bei einer Befehlseingabe durch den Chirurgen, die Zeigerspitze mit erfassbaren Koordinaten, als Ziel-Fokuspunkt zu setzen. Der chirurgische Zielbereich bzw. der Ziel-Fokuspunkt kann also ganz einfach intraoperativ durch ein räumliches Zeigegerät definiert werden.
Insbesondere kann das Trackingsystem ein Infrarot-basiertes Tracking-Subsystem aufweisen, und der Mikroskopkopf Infrarotmarker aufweisen und/oder an dem Patienten Infrarotmarker vorgesehen sein, insbesondere zumindest drei, um eine Position und/oder Orientierung zu erfassen. Mit anderen Worten kann das Trackingsystem ein Infrarotbasiertes, optisches Navigationssystem mit Infrarot-Referenzmarkern aufweisen, die am Mikroskop befestigt sind, insbesondere am Mikroskopkopf, und ferner vorzugsweise am Patienten vorgesehen sind.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann das Trackingsystem ein Elektromagnetisches Tracking-Subsystem aufweisen, und der Mikroskopkopf Elektromagnetische Sensoren aufweisen und/oder an dem Patienten Elektromagnetische Sensoren vorgesehen sein, um eine Position und/oder Orientierung zu erfassen. Mit anderen Worten kann das Trackingsystem ein elektromagnetisch basiertes Navigationssystem mit Referenzsensoren aufweisen, die am Mikroskop, insbesondere am Mikroskopkopf, angebracht und ferner vorzugsweise am Patienten befestigt sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann das Trackingsystem ein IMU-Tracking-Subsystem aufweisen und der Mikroskopkopf zumindest einen IMU-Sensor aufweisen und/oder an dem Patienten zumindest ein IMU-Sensor vorgesehen sein, der eine Bewegung erfasst, so dass die Steuereinheit über eine erste Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs bzw. Patienten sowie der erfassten Bewegung eine zweite Position und/oder Bewegung bestimmt und hiernach die Fokussierung des Fokussystems anpasst. Mit anderen Worten kann das Trackingsystem ein IMU-basiertes Navigationssystem mit Referenzsensoren aufweisen, die am Mikroskop, insbesondere am Mikroskopkopf, und ferner vorzugsweise am Patienten befestigt sind.
Vorzugsweise kann das Trackingsystem ein mechanisch-sensorisches Tracking-Subsystem aufweisen und einen Sensor an zumindest einem Lager des Mikroskoparms aufweisen, um eine Bewegung des Mikroskopkopfs relativ zu der Basis zu erfassen und über die Steuereinheit eine Position und/oder Orientierung zu bestimmen.
Insbesondere kann das Trackingsystem ein mechanisches Trackingsystem aufweisen, das am Mikroskopkopf angebracht ist und die Bewegungen des Mikroskops relativ zu einem festen oder zu einem nachgeführten Ziel misst.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Trackingsystem ein Bildanalyse Tracking-Subsystem aufweisen, das dafür angepasst ist, auf Basis der kontinuierlichen digitalen Mikroskopaufnahme eine translatorische und/oder eine rotatorische Bewegung des Mikroskopkopfs oder des Zielbereichs zu erfassen, und mittels der Steuereinheit eine Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs oder eine Position und/oder Orientierung des Zielbereichs zu bestimmen. Insbesondere wird die Bewegung mittels Methoden des Maschinellen Sehens (Machine Vision) bestimmt. Mit anderen Worten kann das Trackingsystem auf Basis einer Bildanalyse der Mikroskopaufnahme selbst eine Translations- und/oder Rotationsbewegung inhärent bestimmen.
Insbesondere kann das Trackingsystem ein Bildanalyse Tracking-Subsystem aufweisen, das, insbesondere an dem Mikroskopkopf, eine externe Kamera hat, um eine translatorische und eine rotatorische Bewegung des Mikroskopkopfs oder des Zielbereichs (also eine relative translatorische und rotatorische Bewegung) zu erfassen, um mittels der Steuereinheit auf Basis der berechneten Bewegung eine aktuelle Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs zu bestimmen. Mit anderen Worten kann das Tracking-Subsystem darauf basieren, dass eine am Mikroskopkopf montierte Kamera mittels maschinellem Sehen die Bewegung relativ zum Patienten und damit zu dem Zielbereich ermittelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann der Mikroskoparm Aktuatoren, insbesondere Stellmotoren, aufweisen und dafür angepasst sein, aktiv steuerbar zu sein, insbesondere als Roboterarm ausgebildet sein, um die Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs zu steuern. Der Roboterarm selbst kann insbesondere als mechanisches Trackingsystem dienen. Üblicherweise sind an dem Roboterarm Sensoren angebracht, die einen Stellwinkel erfassen und über geeignete Rückberechnung kann die Steuereinheit eine Lage (also eine Position und eine Orientierung) des Endeffektors, hier den Mikroskopkopf, im Raum erfassen und bereitstellen.
Vorzugsweise kann ein Sensorsystem des Mikroskoparms als Trackingsystem dienen und die Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs bestimmen. Auch in diesem Fall können etwa über mehrere Sensoren an den Lagern, Stellwinkel erfasst und eine Lage rückberechnet werden. Bei einer manuellen oder einer aktiv gesteuerten Bewegung kann die Position und/oder Orientierung gegenüber der Basis bestimmt werden.
Insbesondere wird der chirurgische, anzuvisierende Zielbereich intraoperativ durch eine Eingabe an die Steuereinheit festgelegt.
Insbesondere kann die Steuereinheit dafür angepasst sein, die Distanz zu dem Zielbereich und damit des Fokuspunktes (als Brennweite) zu bestimmen und bei einer Bewegung des Mikroskopkopfs von der ersten Position und/oder Orientierung in die zweite Position und/oder Orientierung, das Fokussystem nachführen.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann das Operationsmikroskop dafür angepasst sein, zumindest zwei Bereiche als anzuvisierende Zielbereich zu definieren.
Das Operationsmikroskop kann vorzugsweise dafür angepasst sein, eine Kontrastfokussierung oder eine Phasenfokussierung durchzuführen. Die Steuereinheit kann insbesondere dafür angepasst sein, die Kontrastfokussierung oder Phasenfokussierung durchzuführen, um in einer ersten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs eine Fokussierung auf einen ersten Fokuspunkt durchzuführen. Mit anderen Worten kann ein Autofokussierungssystem, sei es ein Kontrast-, Phasen- oder ein anderes Autofokussierungssystem, das auf optischen Informationen basiert, durch das Trackingsystem kontinuierlich ein vorgewähltes Ziel bzw. definierten Zielbereich im Fokus halten.
Hinsichtlich eines chirurgischen Assistenzsystems werden die Aufgaben dadurch gelöst, dass dieses ein Operationsmikroskop mit beweglichem Mikroskopkopf aufweist und zudem ein Trackingsystem, insbesondere ein Navigationssystem, das dafür vorgesehen und angepasst ist, eine Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs, insbesondere des optischen Systems , relativ zu einem definierten Zielbereich, (kontinuierlich) zu erfassen und computerlesbar bereitzustellen; und eine Steuereinheit, die dafür angepasst ist, auf Basis der erfassten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs relativ zu dem Zielbereich das Fokussystem auf den Zielbereich zu fokussieren. Das Trackingsystem muss nicht in dem Operationsmikroskop integriert sein, sondern kann auch als externes Trackingsystem ausgeführt sein. Auch muss die Steuereinheit nicht direkt in dem Operationsmikroskop vorgesehen sein, sondern die Steuereinheit kann etwa eine zentrale Steuereinheit (in Art eines Servers) fungieren.
Die Aufgaben hinsichtlich eines Fokusverfahrens/ Fokussierverfahrens für ein medizinisches Operationsmikroskop wird gelöst durch die Schritte: Vorzugsweise Registrieren von 3D-Aufnahmedaten zu dem Patienten; Definieren eines Zielbereichs; Erfassen einer Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs relativ zu dem Zielbereich durch ein Trackingsystem; Steuern eines Fokussystems durch eine Steuereinheit derart, dass dieses auf Basis der erfassten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs relativ zu dem Zielbereich den Zielbereich fokussiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Fokusverfahren ferner folgende Schritte aufweisen: Setzen eines ersten Fokuspunktes mittels eines Fokussystems bei einer ersten, insbesondere initialen, Position und/oder Orientierung eines Mikroskopkopfs des Operationsmikroskops; Bewegen des Mikroskopkopfs; Bestimmen einer zweiten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs durch ein Trackingsystem; Bestimmen einer zweiten Fokussierung des Fokussystems durch eine Steuereinheit, bei der in der zweiten Position und/oder Orientierung auf Basis der ersten und zweiten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs auf den ersten Fokuspunkt fokussiert wird. Hierbei kann insbesondere über die erste Lage gegenüber der zweiten Lage eine Transformationsmatrix bestimmt werden, und die Steuereinheit kann auf Basis der Transformationsmatrix den neuen Fokus setzen.
Ein Fokusverfahren gemäß einer bevorzugten und ggf. unabhängig beanspruchbaren Ausführungsform kann insbesondere die Schritte aufweisen: Vorzugsweise Erfassen von präoperativen 3D-Aufnahmedaten; Registrieren von, insbesondere präoperativen, 3D-Aufnahmedaten relativ zu dem/ auf den Patienten; Definieren eines chirurgischen Zielbereichs; Tracken/ Verfolgen einer Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs durch ein Trackingsystem; Vorzugsweise Verfolgen der Position und/oder Orientierung des Patienten durch das Trackingsystem; Einstellen des Fokus auf den chirurgischen Zielbereich anhand der Tracking-Daten des Trackingsystems.
Hinsichtlich eines computerlesbares Speichermediums werden die Aufgaben gelöst, indem dieses Befehle umfasst, die bei einer Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Verfahrensschritte dem Fokusverfahren der vorliegenden Offenbarung auszuführen.
Jegliche Offenbarung im Zusammenhang mit dem Medizinischen Operationsmikroskop der vorliegenden Offenbarung gilt auch für das chirurgische Assistenzsystem und das Fokussierverfahren, ebenso wie jegliche Offenbarung im Zusammenhang mit dem chirurgischen Assistenzsystem auch für das Operationsmikroskop und das Fokussierverfahren der vorliegenden Offenbarung gilt, ebenso wie jegliche Offenbarung im Zusammenhang mit dem Fokussierverfahren auch für das Operationsmikroskop und das chirurgische Assistenzsystem gilt.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische, schematische Ansicht eines Operationsmikroskops gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
2 ein Operationsmikroskop gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform und ein chirurgisches Assistenzsystem einer bevorzugten Ausführungsform, bei dem eine Lage des Mikroskopkopfs und des Zielbereichs über eine 3D-Kamera erfasst wird, und
3 ein Flussdiagramm eines Fokusverfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.

Die Figuren sind schematischer Natur und sollen nur dem Verständnis der vorliegenden Offenbarung dienen. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein medizinisches Operationsmikroskop 1 (nachstehend nur Mikroskop genannt) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welches bei einem chirurgischen Eingriff bei einem Patienten P eingesetzt wird.
Das Mikroskop 1 weist einen Mikroskopkopf 2 auf, der im Raum beweglich ist, um von verschiedenen Lagen aus mikroskopieren zu können. Der Mikroskopkopf 2 weist ein optisches System 4 mit Linsen, wie einem Objektiv und einem Okular zur Multiplikation der Wirkungen der Linsen, auf, um eine hohe Vergrößerung zu erreichen. Das Optische System 4 weist ferner ein Fokussystem 6 auf, etwa ein mechanisches System, um die Linsen gegeneinander zu verschieben und einen Brennpunkt bzw. Fokus bzw. Fokuspunkt 8 einzustellen. Das optische System 4 stellt eine optische Vergrößerung eines Bereichs des Brennpunkts/ Fokus bereit und ein nachgeschalteter CMOS-Sensor als Mikroskopaufnahmeeinheit 12 erfasst die optische Vergrößerung und erstellt eine digitale Mikroskopaufnahme 14 (siehe 2).
Der bewegliche Mikroskopkopf 2 in 1 ist über einen schematisch dargestellten Mikroskoparm 16 in Form einer Strebe mit jeweils einem Kugellager an den Enden der Strebe, an einer Basis 18 angebunden, so dass einerseits der Mikroskoparm 16 gegenüber der Basis 18 bewegbar/ beweglich gelagert ist als auch der Mikroskopkopf 2 gegenüber dem Mikroskoparm 16 bewegbar gelagert ist und damit gegenüber der Basis 18. Durch diese Konfiguration lässt sich sowohl eine Position im Raum (drei Koordinaten im Raum) als auch eine Orientierung im Raum (Ausrichtung des Mikroskopkopfs 2) und damit die Lage des Mikroskopkopfs 2 einstellen. Da das optische System 4 mit seiner Frontlinse fix gegenüber dem Mikroskopkopf 2 befestigt ist, lässt sich so auch eine Lage des optischen Systems 4 einstellen.
Im Unterschied zum Stand der Technik wird die Fokusanpassung nicht per Kontrast- oder Phasenfokussierung durchgeführt, sondern das Mikroskop 1 weist ein Trackingsystem 20 auf, welches die Lage des Mikroskopkopfs 2 gegenüber der Position eines Zielbereichs B, hier ein Ziel-Fokuspunkt, erfasst und einer Steuereinheit 22 computerlesbar bereitstellt. Durch das Trackingsystem 20 wird also eine räumliche Anordnung von dem optischen System 4 mit der optischen Mikroskopachse 10 zu dem Zielbereich B bestimmt. Die Steuereinheit 22 kann auf Basis dieser Information der relativen Anordnung das Fokussystem 6 so ansteuern, dass das Fokussystem 6 auf genau diesen Zielbereich B scharfstellt. Konkret kann die Steuereinheit durch die Lage des Mikroskopkopfs 2 (Position und Orientierung) einen Vektor 24 des optischen Systems 4 bestimmen, der entlang der optischen Mikroskopachse 10 verläuft und vorliegend ein Einheitsvektor ist (mit Ursprung der erfassten Position des optischen Systems 4). Zudem kann die Steuereinheit 22 einen Vektor 26 zwischen dem optischen System 4 und dem Zielbereich B bzw. Zielpunkt bestimmen (mit Ursprung der erfassten Position des optischen Systems 4). Der Vektor 26 zwischen Zielbereich B und optischem System 4 wird auf die optische Mikroskopachse 10 projiziert d.h. mit dem Einheitsvektor 24 multipliziert. Die Länge dieses Ergebnis-Vektors/ Fokusvektors entspricht der einzustellenden Brennweite bzw. Fokus durch das Fokussystem 6. Der Fokus wird dadurch automatisch auf den Zielbereich B gesetzt.
Durch diese Konfiguration des Mikroskops 1 wird der Fokus direkt ermittelt und durch das Fokussystem 6 eingestellt. Ein iterativer Nachjustierungsprozess entfällt und die automatische Fokussierung erfolgt sozusagen sofort. Ein chirurgischer Eingriff kann noch schneller und sicherer durchgeführt werden.
In 1 ist beispielhaft eine Bewegung des Mikroskopkopfs 2 von einer ersten Lage L.1 (hier mit Mikroskop 1' und Mikroskopkopf 2`gekennzeichnet und gestrichelt dargestellt) hin zu einer zweiten Lage L.2 des Mikroskopkopfs 2 gezeigt, unter schematischer Darstellung von Vektoren 26 zwischen dem Zielbereich B und dem optischen System 4 bzw. Fokusvektoren entlang der Bewegungslinie.
Der Zielbereich B liegt in der ersten Lage L.1 auf der optischen Achse 10. Das Trackingsystem 20 erfasst die Lage des Mikroskopkopfs 2 relativ zu der Position des Zielbereichs B und der erste Vektor 26 entspricht dem Fokusvektor (da parallel). Die Länge des Vektors entspricht also dem Abstand zwischen dem Ziel und dem optischen System 4 (insbesondere der Frontlinse). Die Länge des Vektors 26 wird durch die Steuereinheit 20 als Brennweite für das Fokussystem 6 vorgegeben. Wird der Mikroskopkopf 2' nun in die zweite Lage L.2 bewegt, so erfasst das Trackingsystem 20 kontinuierliche die Lage des Mikroskopkopfs 2, berechnet kontinuierlich die Länge des Vektors 26 und damit des Fokusvektors und stellt das Fokussystem 6 auf Basis der Länge des Fokusvektors scharf. So wird selbst bei komplexen Bewegungen der Fokus auf den Zielbereich beibehalten und der Chirurg kann ermüdungsfrei seinen Eingriff durchführen. Zu jeder Zeit wird ein ausgewähltes Ziel im Fokus gehalten.
Da das Trackingsystem 20 in dieser Ausführungsform auch dafür angepasst ist, zudem die Position des Zielbereichs B kontinuierlich zu erfassen. Auf diese Weise kann auch bei einer Bewegung des Patienten P und damit des Zielbereichs B ein Fokus auf die neue Position des Zielbereichs B angepasst werden. Entscheidend ist nur die relative Anordnung von optischen System 4 zu dem Zielbereich B, der durch die entsprechenden Vektoren 24 und 26 erfasst wird.
Das Mikroskop 1 weist ferner eine Datenbereitstellungseinheit in Form einer Speichereinheit 28 auf, in der 3D-Aufnahmedaten 3DA (hier nicht dargestellt) hinterlegt sind. Auf diese Weise wird einem Chirurgen die Möglichkeit bereitgestellt, nach Registrierung der 3D-Aufnahmedaten 3DA gegenüber dem Patienten P, einen Zielbereich B mit gewünschtem Fokuspunkt in den digitalen 3D-Aufnahmedaten 3DA zu setzen (auf der digitalen Seite ist die Lage des Mikroskopkopfs 2 sowie des virtuell definierten Zielbereichs B, was dem realen Zielbereich aufgrund der vorherigen Registrierung entspricht, bekannt), sodass die Steuereinheit 22 den virtuell einzustellenden Fokus berechnet, in die reale Welt überträgt und das Fokussystem 6 entsprechend ansteuert, um genau diesen Fokus bzw. die zuvor berechnete Brennweite einzustellen. Auf diese Weise können präoperative dreidimensionale Aufnahmedaten 3DA, wie etwa MRT Aufnahmen oder CT Aufnahmen, für den Eingriff unter Verwendung des Mikroskops 1 herangezogen werden und ein Eingriff wird weiter verbessert. Der chirurgische Zielbereich B kann also in präoperativen 3D-Aufnahmedaten des Patienten definiert sein, wobei die präoperativen 3D-Aufnahmedaten 3DA vor der Operation auf den Patienten P registriert werden.
In 1 ist zudem ein weiterer, unterschiedlicher, beispielhafter Zielbereich B' definiert, der nicht auf der optischen Mikroskopachse 10 liegt. Auch dieser Zielbereich B` kann über die 3D-Aufnahmedaten gesetzt werden. Das Trackingsystem 20 erfasst auch hier wieder die Lage des Mikroskopkopfs 2' in der ersten Lage L. 1, wendet die vorstehende Berechnung des Fokusvektors an, der diesmal in der ersten Lage L.1 kürzer als der des Zielbereichs B ist, und stellt den Fokus bzw. die Fokusebene auf den Zielbereich B' scharf. Bei einer Bewegung in die zweite Lage L.2 wird der Fokus wieder kontinuierlich mitgeführt.
Das Trackingsystem 20 ist in der vorliegenden Ausführungsform als Navigationssystem ausgeführt, kann aber auch anders ausgeführt sein.
Das Mikroskop 1 weist an seinem Mikroskoparm 16 Stellmotoren für eine Einstellung der Lager auf, so dass der Mikroskopkopf 2 gesteuert bewegt werden kann. Er wird also von einem Roboterarm bewegt. Insbesondere kann der Fokus so mit Hilfe des Wissens über den Abstand zwischen dem Zielbereich B und dem Mikroskopkopf 2 gesetzt werden, der sich aus der gesteuerten Bewegung für den Roboterarm ergibt.
2 zeigt ein chirurgisches Assistenzsystem 100 einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Operationsmikroskop 1 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform weist das chirurgische Assistenzsystem 100 das Operationsmikroskop 1 und zusätzlich ein Trackingsystem 20 auf, das ein externes Sub-Trackingsystem in Form einer Stereokamera 32 hat. Diese Stereo-Kamera 32 kann dreidimensional die Lage des Mikroskopkopfs 2 und des definierten Zielbereichs B, der etwa durch zuvor durch einen Navigationszeiger gesetzt wurde, im Raum relativ zueinander erfassen. Die Stereokamera 32 gibt dann die erfasste Lage des Mikroskopkopfs 2 kabellos an das Mikroskop 1, genauer gesagt die Steuereinheit 22 weiter, und die Steuereinheit 22 berechnet wieder den einzustellenden Fokus, der dann durch das Fokussystem 6 eingestellt wird.
Zum anderen kann die Steuereinheit 22 optional ferner dazu angepasst sein, die digitale Mikroskopaufnahme 14 zu verarbeiten und eine Bildanalyse des Mikroskopaufnahme 14 dahingehend durchzuführen, dass sie eine translatorische oder rotatorische Bewegung ermittelt. Auf diese Weise kann das Trackingsystem 20 nicht nur über die Stereokamera 32 die Lage erfassen, sondern es kann zudem ein redundantes System mit zwei Sub-Trackingsystemen aufgebaut werden, um eine Genauigkeit noch weiter zu verbessern und beispielsweise bei Störungen (beispielsweise steht eine Person in dem optischen Weg der Stereokamera 32) auf das andere Tracking-Subsystem zurückgreifen. Auch können die Sub-Systeme dafür verwendet werden, dass die Steuereinheit 22 einen Mittelwert aus den zwei ermittelten Brennweiten bestimmt.
Der Chirurg kann mit dem chirurgischen Assistenzsystem 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf einem Monitor 34 in Echtzeit sich sowohl die Mikroskopaufnahme 14 mit stetem Fokus auf den Zielbereichs B anzeigen lassen. Bei einer Bewegung des Mikroskopkopfs 2 (komplexer, beweglicher Mikroskoparm 16) bleibt der Fokus immer auf dem Zielbereich B.
Alternativ oder zusätzlich kann das Mikroskop 1 in seinem Mikroskopkopf 2 eine inertiale Messeinheit (IMU) aufweisen und der Steuereinheit als Signal bereitstellen. Die Steuereinheit kann auf Basis der Intertialen Messeinheit, ausgehend von einer ersten Lage, eine Bewegung detektieren und damit auf die zweite Lage schließen.
Durch das chirurgische Assistenzsystem 100 mit dem mobilen Mikroskop und der mobilen Stereokamera 32 kann es flexibel an unterschiedlichen Orten eingesetzt werden. Das Trackingsystem kann auch dafür verwendet werden, 3D-Aufnahmedaten 3DA gegenüber dem Patienten P zu registrieren.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Fokusverfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zur Durchführung der direkten Fokussierung auf den chirurgischen Zielbereich B mit einem Trackingsystem.
In einem ersten Schritt S1 werden präoperative 3D-Aufnahmedaten 3DA erfasst und in einer Speichereinheit hinterlegt.
In einem darauffolgenden Schritt S2 wird eine Registrierung des präoperativen 3D-Datensatzes 3DA zu dem bzw. auf den Patienten P durchgeführt.
In einem weiteren Schritt S3 wird die Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs 2 durch ein Trackingsystem verfolgt bzw. getrackt. Es wird also kontinuierlich die Lage des Mikroskopkopfs 2 verfolgt.
In einem Schritt S4 wird zudem auch die Position, insbesondere die Lage, des Patienten P durch das Trackingsystem verfolgt.
Optional können die präoperativen 3D-Aufnahmedaten 3DA in einem Schritt S5 wieder zu dem Patienten registriert werden.
In Schritt S6 erfolgt die Definition des chirurgischen Zielbereichs B, der fokussiert werden soll.
In einem darauffolgenden Schritt S7 wird der Mikroskopkopf 2 bewegt, wobei die Lage des Mikroskopkopfs 2 weiter verfolgt/ getrackt wird.
Hiernach wird schließlich in einem Schritt S8 der Fokus auf den chirurgischen Zielbereich B anhand der Trackingdaten eingestellt, nämlich anhand der erfassten Lage des Mikroskopkopfs 2 relativ zu dem Zielbereich B.
Das Verfahren kann iterativ durchgeführt werden und schreitet wieder zu Schritt S3 der Verfolgung des Mikroskopkopfs.
Bezugszeichenliste

1,1': Operationsmikroskop
2, 2': Mikroskopkopf
4: optisches System
6: Fokussystem
8: Fokuspunkt
10: optische Mikroskopachse
12: Mikroskopaufnahmeeinheit
14: digitale Mikroskopaufnahme
16: Mikroskoparm
18: Basis
20: Trackingsystem
22: Steuereinheit
24: Vektor optisches System
26: Vektor zwischen optischen System und Zielbereich
28: Speichereinheit
30: Datenbereitstellungseinheit
32: Stereokamera
34: Monitor
100: Chirurgisches Assistenzsystem
P: Patient
B: Zielbereich
3DA: 3D-Aufnahmedaten
L.1: erste Lage Mikroskopkopf
L.2: zweite Lage Mikroskopkopf

Claims

Medizinisches Operationsmikroskop (1) zur Verwendung bei einem chirurgischen Eingriff bei einem Patienten (P), aufweisend: einen beweglichen Mikroskopkopf (2) mit einem optischen System (4), welches ein Fokussystem (6) zur Fokusanpassung auf einen Fokus (8) aufweist und dafür angepasst ist, in Richtung einer optischen Mikroskopachse (10) eine optische Vergrößerung bereitzustellen und vorzugsweise mittels einer nachgeschalteten Mikroskopaufnahmeeinheit (12) eine digitale Mikroskopaufnahme (14) zu erstellen; einen mit einer Basis (18) verbundenen, insbesondere beweglichen, Mikroskoparm (16), an dem der bewegliche Mikroskopkopf (2) angebunden ist, sodass eine Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfes (2) und damit des optischen Systems (4) einstellbar ist; gekennzeichnet durch ein Trackingsystem (20), insbesondere ein Navigationssystem, das dafür vorgesehen und angepasst ist, eine Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2), insbesondere des optischen Systems (4), relativ zu einem definierten Zielbereich (B), insbesondere einem Ziel-Fokuspunkt, zu erfassen und computerlesbar bereitzustellen; und eine Steuereinheit (22), die dafür angepasst ist, auf Basis der erfassten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) relativ zu dem Zielbereich (B) das Fokussystem (6) auf den Zielbereich (B) zu fokussieren.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) dafür angepasst ist, auf Basis eines ersten Fokuspunktes in dem Zielbereich (B) bei einer ersten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) und auf Basis einer zweiten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs das Fokussystem in der zweiten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs auf den Zielbereich (B) zu fokussieren.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das medizinische Operationsmikroskop (1) ferner eine Datenbereitstellungseinheit (30), insbesondere eine Speichereinheit (28), aufweist, welche dafür angepasst ist, digitale 3D-Aufnahmedaten (3DA), insbesondere präoperative 3D-Aufnahmedaten (3DA), des Patienten (P) bereitzustellen, das Trackingsystem (20) dafür angepasst ist, die 3D-Aufnahmedaten (3DA) auf den Patienten (P) zu registrieren; und die Steuereinheit (22) dafür angepasst ist, den Zielbereich (B), insbesondere den ersten Fokuspunkt, auf Basis der 3D-Aufnahmedaten (3DA) zu setzen, einen Fokus zu bestimmen und das Fokussystem (6) entsprechend zu fokussieren.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trackingsystem (20) ferner dafür angepasst ist, eine Position und/oder Orientierung eines Körperabschnitts des Patienten (P) mit dem definierten Zielbereich (B), insbesondere eine Lage des gesamten Patienten (P) zu erfassen, um kontinuierlich die Position und/oder Orientierung des definierten Zielbereichs (B) nachzuverfolgen und bei einer Veränderung der Position und/oder Orientierung des Zielbereichs (B) den Fokus des Fokussystems (6) auf die neue Position und/oder Orientierung anzupassen.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trackingsystem (20) dafür angepasst ist, einen Navigationszeiger zu erfassen, und die Steuereinheit dafür angepasst ist, insbesondere bei einer manuellen Eingabe, mittels einer Zeigerspitze des Navigationszeigers den Zielbereich (B), insbesondere den ersten Fokuspunkt, zu definieren.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trackingsystem (20) ein Infrarotbasiertes Tracking-Subsystem aufweist, und der Mikroskopkopf (2) Infrarotmarker aufweist, um eine Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) zu erfassen.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trackingsystem (20) ein Elektromagnetisches Tracking-Subsystem aufweist, und der Mikroskopkopf (2) Elektromagnetische Sensoren aufweist, um eine Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) zu erfassen.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trackingsystem (20) ein IMU-Tracking-Subsystem aufweist und der Mikroskopkopf (2) zumindest einen IMU-Sensor aufweist, der eine Bewegung erfasst, so dass über eine erste Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) sowie der erfassten Bewegung das Trackingsystem (20), insbesondere die Steuereinheit (22), eine zweite Position und/oder Orientierung bestimmt.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trackingsystem (20) ein mechanisch-sensorisches Tracking-Subsystem aufweist und einen Sensor an zumindest einem Lager des Mikroskoparms (16) aufweist, um die Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) zu bestimmen.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trackingsystem (20) ein Bildanalyse Tracking-Subsystem aufweist, das dafür angepasst ist, auf Basis der kontinuierlichen digitalen Mikroskopaufnahme (14) eine translatorische und/oder eine rotatorische Bewegung zu erfassen, und das Trackingsystem (20), insbesondere die Steuereinheit (22), dafür angepasst ist, auf Basis einer ersten Position und/oder Orientierung sowie der erfassten Bewegung eine zweite Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) zu bestimmen.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trackingsystem (20) ein Bildanalyse Tracking-Subsystem aufweist, welches, insbesondere an dem Mikroskopkopf (2), eine externe Kamera hat, um eine translatorische und eine rotatorische Bewegung zu erfassen, und die Steuereinheit (22) dafür angepasst ist, auf Basis einer ersten Position und/oder Orientierung sowie der erfassten Bewegung eine zweite Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) zu bestimmen.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroskoparm (16) Aktuatoren, insbesondere Stellmotoren, aufweist, und dafür angepasst ist, aktiv gesteuert zu werden, insbesondere als Roboterarm ausgebildet ist, um die Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) zu steuern und vorzugsweise die Steuereinheit (22) über ein vorgesehenes Sensorsystem des Mikroskoparms (16) die Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) bestimmt.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) dafür angepasst ist, eine Distanz zu einem ersten Fokuspunkt zu bestimmen und bei einer Bewegung des Mikroskopkopfs (2) von der ersten Position und/oder Orientierung in die zweite Position und/oder Orientierung, das Fokussystem (6) nachzuführen und den Fokus auf den ersten Fokuspunkt zu setzen.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das medizinische Operationsmikroskop (1) dafür angepasst ist, zumindest zwei Bereiche als Zielbereiche (B) zu definieren.
Medizinisches Operationsmikroskop (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, das medizinische Operationsmikroskop (1) dafür angepasst ist, eine Kontrastfokussierung oder eine Phasenfokussierung durchzuführen, und vorzugsweise die Steuereinheit (22) bestimmt, diese Kontrastfokussierung oder Phasenfokussierung durchzuführen, um in einer initialen Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) eine Fokussierung mit einem ersten Fokuspunkt durchzuführen.
Chirurgisches Assistenzsystem mit: einem medizinischen Operationsmikroskop (1) zur Verwendung bei einem chirurgischen Eingriff bei einem Patienten (P), aufweisend: einen beweglichen Mikroskopkopf (2) mit einem optischen System (4), welches ein Fokussystem (6) zur Fokusanpassung auf einen Fokus (8) aufweist und dafür angepasst ist, in Richtung einer optischen Mikroskopachse (10) eine optische Vergrößerung bereitzustellen und vorzugsweise mittels einer nachgeschalteten Mikroskopaufnahmeeinheit (12) eine digitale Mikroskopaufnahme (14) zu erstellen; einen mit einer Basis (18) verbundenen, insbesondere beweglichen, Mikroskoparm (16), an dem der bewegliche Mikroskopkopf (2) angebunden ist, sodass eine Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfes (2) und damit des optischen Systems (4) einstellbar ist; gekennzeichnet durch ein Trackingsystem (20), insbesondere ein Navigationssystem, das dafür vorgesehen und angepasst ist, eine Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2), insbesondere des optischen Systems (4), relativ zu einem definierten Zielbereich (B), zu erfassen und computerlesbar bereitzustellen; und eine Steuereinheit (22), die dafür angepasst ist, auf Basis der erfassten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) relativ zu dem Zielbereich (B) das Fokussystem (6) auf den Zielbereich (B) zu fokussieren.
Fokusverfahren für ein medizinisches Operationsmikroskop (1) gekennzeichnet durch die Schritte: Vorzugsweise Registrieren 3D-Aufnahmedaten (3DA) zu einem Patienten (P); Definieren eines Zielbereichs (B), insbesondere in den 3D-Aufnahmedaten (3DA); Erfassen einer Position und/oder Orientierung eines Mikroskopkopfes (2) und damit eines optischen Systems (4) relativ zu dem Zielbereich (B) durch ein Trackingsystem (20); Steuern des Fokussystems (6) durch eine Steuereinheit (22) derart, dass dieses auf Basis der erfassten Position und/oder Orientierung des Mikroskopkopfs (2) relativ zu dem Zielbereich (B), auf den Zielbereich (B) fokussiert.
Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Verfahrensschritte gemäß Anspruch 17 auszuführen.