DE102021202384B3 - Mikroskopsystem, medizinisches Instrument sowie Kalibrierverfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop (1) mit einem optischen Modul (2), einem OCT-Modul (3), und einer Steuereinrichtung (12). Das optische Modul (2) ist dazu eingerichtet, optische Abbildungen zu generieren. Das OCT-Modul (3) ist dazu eingerichtet, tomographische Aufnahmen zu generieren. Die Steuereinrichtung (12) ist dazu eingerichtet ist, aus einer optischen Abbildung eines Markierungselements (20) und aus einer tomographischen Aufnahme desselben Markierungselements (20) jeweils die räumliche Lage des Markierungselements (20) zu ermitteln.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System aus einem Mikroskop und einem Markierungselement sowie ein medizinisches Instrument. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kalibrierung eines Mikroskops.
  • Um beispielsweise in der Ophthalmologie oder in der Gehirnchirurgie besonders zuverlässige Untersuchungsergebnisse zu erzielen und besonders präzise Behandlungen zu ermöglichen, weisen hierfür eingesetzte Mikroskope mitunter zusätzlich zu den Komponenten zur Erzeugung einer vergrößerten Abbildung eines Untersuchungsbereichs ein OCT-Modul zur Erzeugung einer tomographischen Aufnahme innerhalb des Untersuchungsbereichs auf. Die vergrößerte Abbildung wird im Folgenden auch als Mikroskop-Bild bezeichnet. Die tomographische Aufnahme wird im Folgenden auch als OCT-Bild bezeichnet.
  • OCT stellt eine Abkürzung für Optical Coherence Tomography, d. h. für optische Kohärenztomographie dar. Bei der optischen Kohärenztomographie wird Körpergewebe mit Licht im Infrarotbereich bestrahlt, das in der Regel einige Millimeter tief in das Körpergewebe eindringt. Das aus unterschiedlichen Tiefen des Körpergewebes zurückgestreute Licht wird detektiert und es wird daraus eine tomographische Aufnahme erzeugt.
  • Sowohl das Mikroskop-Bild als auch das OCT-Bild können auf einem Bildschirm dargestellt werden und dem behandelnden Arzt Informationen über den Untersuchungsbereich liefern. Darüber hinaus können das Mikroskop-Bild und das OCT-Bild auch Informationen bzgl. eines medizinischen Instruments enthalten, das bei der Untersuchung oder Behandlung eingesetzt wird.
  • So ist es aus der US 2014/0221822 A1 bekannt, die Tiefenkoordinate eines medizinischen Instruments durch OCT zu ermitteln und insbesondere eine Position des medizinischen Instruments relativ zu einem Ziel zu bestimmen. Aus der EP 3603484A1 ist eine Informationsverarbeitungseinrichtung bekannt, die Informationen bezüglich eines Markierungselements erfasst, das in einer tomographischen Aufnahme dargestellt ist. Aus den Informationen wird eine Position oder Ausrichtung eines medizinischen Instruments ermittelt, welches das Markierungselement enthält und bei einer medizinischen Behandlung verwendet wird.
  • Die DE 10 2011 015 149 A1 zeigt ein Mikroskopiesystem mit einer Abbildungsoptik, um einen Teil eines Objektfelds auf einen Kamerasensor abzubilden, und mit einem OCT-System, um mit diesem optische Kohärenztomografiemessungen durchzuführen. Um eine Kalibrierung zwischen der Abbildungsoptik und dem OCT-System durchzuführen, wird bei der DE 10 2011 015 149 A1 ein Kalibrierobjekt verwendet, das Strukturen aufweist, die sowohl von dem Kamerasensor als auch dem OCT-System detektierbar sind.
  • Aus der US 2018/0168737 A1 ist ein ophthalmologisches Chirurgiesystem bekannt, bei dem zwei bildgebende Systeme verwendet werden, um die Spitze eines chirurgischen Instruments zu erfassen und während der Operation zu „tracken“. Ein erstes System kann dabei beispielsweise als chirurgisches Mikroskop gebildet sein, während das zweite als OCT-System gebildet sein kann. Um das Erfassen und Nachverfolgen der Spitze zu erleichtern können auf an dieser unterschiedliche Markierungen angebracht sein, wie beispielsweise in der US 2015/0173644 A1 beschrieben, auf die in der US 2018/0168737 A1 verwiesen wird.
  • Um die Lokalisierung eines Chirurgie-Gegenstandes in einem Patientenauge über einen großen Bereich zu ermöglichen, werden bei der nachveröffentlichten DE 10 2020 102 011 A1 fortlaufend mehrere Datensätze erfasst, die jeweils unterschiedliche Teilbereiche des Patientenauge erfassen, die sich jedoch teilweise überlappen. Hierbei können die Teilbereiche durch unterschiedliche Modalitäten aufgenommen werden, beispielsweise mittels eines Operationsmikroskop, einer Bilderfassungseinrichtung oder einer OCT-Einrichtung.
  • Die WO 2013/059719 A2 zeigt eine Patientenschnittstelle, die an einem Patientenauge befestigt werden kann und an der mehrere Referenzmarken ausgebildet sind, die mittels OCT und bildgebender Verfahren erfasst werden können.
  • Die US 2016/0324593 A1 offenbart unter anderem ein Verfahren zur Kalibrierung eines stereoskopischen Tracking-Systems für ein OCT-System mithilfe eines Modells, das mehrere Markierungselemente aufweist, deren Positionen ermittelt werden.
  • Aus der US 2015/0342460 A1 ist ein Verfahren zur OCT-Bilderfassung bekannt, bei dem zunächst die Position eines interessierenden Merkmals innerhalb eines Operationsfeldes und dann eine relative Positionierung zwischen dem interessierenden Merkmal und einer OCT-Abtaststelle erfasst werden. Außerdem umfasst das in der US 2015/0342460 A1 beschriebene Verfahren die Aufnahme eines OCT-Bildes an einer festgelegten Position relativ zu dem interessierenden Merkmal basierend auf der relativen Positionierung.
  • Um eine definierte Zuordnung zwischen dem Mikroskop-Bild und dem OCT-Bild zu ermöglichen, kann bei der Herstellung des Mikroskops eine Kalibrierung zwischen den Komponenten zur Erzeugung der Abbildung und dem OCT-Modul durchgeführt werden. Allerdings können nach der Kalibrierung durch unterschiedliche Einflüsse Fehler auftreten, die sich im Lauf der Zeit zu erheblichen Diskrepanzen zwischen dem Mikroskop-Bild und dem OCT-Bild aufsummieren können.
  • Hier können sich unberücksichtigte externe Faktoren wie beispielsweise die Einwirkung der Umgebung während des Transports, Änderungen der Betriebstemperatur und Langzeiteffekte des Gebrauchs des Mikroskops auswirken. Außerdem wird bei Anwendungen in der Ophthalmologie die Kalibrierung in der Regel auf Basis eines Standard-Modells des Auges durchgeführt, so dass individuelle optische Abweichungen des Auges des Patienten in der Regel unberücksichtigt bleiben.
  • Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich dadurch, dass bei den Mikroskopen immer häufiger extern angeordnete OCT-Module zum Einsatz kommen, die nicht starr mit dem Mikroskop verbunden sind und verglichen zu integrierten OCT-Modulen anfälliger gegenüber äußeren mechanischen Einflüssen sind, so dass es vermehrt zu Dejustagen kommen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Mikroskop eine zuverlässige Zuordnung zwischen einem Mikroskop-Bild und einem OCT-Bild oder damit zusammenhängenden Daten dauerhaft zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 sowie der nebengeordneten Ansprüche gelöst
  • Das Mikroskop eines erfindungsgemäßen Systems weist ein optisches Modul, ein OCT-Modul und eine Steuereinrichtung auf. Das optische Modul ist dazu eingerichtet, optische Abbildungen zu generieren. Das OCT-Modul ist dazu eingerichtet, tomographische Aufnahmen zu generieren. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, aus einer optischen Abbildung eines Markierungselements und aus einer tomographischen Aufnahme desselben Markierungselements jeweils die räumliche Lage des Markierungselements zu ermitteln.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie eine zuverlässige Zuordnung zwischen einem Mikroskop-Bild und einem OCT-Bild oder damit zusammenhängenden Daten dauerhaft ermöglicht. Diese Zuordnung wird über ein Markierungselement hergestellt, dessen räumliche Lage das Mikroskop einerseits aus einer optischen Abbildung, d. h. einem Mikroskop-Bild und andererseits aus einer tomographischen Aufnahme, d. h. einem OCT-Bild, ermittelt.
  • Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein auf Basis der optischen Abbildung und der tomographischen Aufnahme des Markierungselements eine Kalibrierung zwischen dem optischen Modul und dem OCT-Modul durchzuführen. Dadurch ist auch noch nach einer langen Einsatzzeit des Mikroskops eine präzise Zuordnung zwischen Mikroskop-Bildern und OCT-Bildern oder den damit zusammenhängenden Daten möglich.
  • Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument gemäß Anspruch 1. Dieses medizinische Instrument weist ein Markierungselement auf, das eine Vertiefung und/oder eine Erhöhung aufweist. Die Vertiefung und/oder die Erhöhung ist so ausgebildet, dass aus einer optischen Abbildung der Vertiefung und/oder der Erhöhung die räumliche Lage des Markierungselements ermittelbar ist und aus einer tomographischen Aufnahme der Vertiefung und/oder Erhöhung ebenfalls die Lage des Markierungselements ermittelbar ist.
  • Das erfindungsgemäße medizinische Instrument hat den Vorteil, dass es eine Kalibrierung eines Mikroskops mit sehr geringem Aufwand und zu nahezu jeder beliebigen Zeit insbesondere auch während der Verwendung des medizinischen Instruments bei einer medizinischen Behandlung ermöglicht. Dadurch kann eine etwaige Dejustage zwischen dem optischen Modul des Mikroskops und dem OCT-Modul schnell und zuverlässig ermittelt werden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein System aus einem Mikroskop und einem Markierungselement gemäß Anspruch 2. Das Mikroskop weist ein optisches Modul auf, mit dem eine optische Abbildung des Markierungselements generierbar ist. Weiterhin weist das Mikroskop ein OCT-Modul auf, mit dem eine tomographische Aufnahme des Markierungselements generierbar ist. Das Markierungselement ist so ausgebildet, dass sowohl aus der optischen Abbildung des Markierungselements als auch aus der tomographischen Aufnahme des Markierungselements die räumliche Lage des Markierungselements ermittelbar ist. Das System weist weiterhin eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, sowohl aus der optischen Abbildung des Markierungselements als auch aus der tomographischen Aufnahme des Markierungselements die räumliche Lage des Markierungselements zu ermitteln.
  • Mit einem derartigen System lässt sich eine hohe Präzision bei der Zuordnung von Bildern und/oder Daten erreichen, die einerseits mit dem optischen Modul und andererseits mit dem OCT-Modul des Mikroskops generiert werden. Außerdem weist das System eine hohe LangzeitStabilität auf.
  • Die Steuereinrichtung kann als eine Komponente des Mikroskops ausgebildet sein. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau.
  • Insbesondere kann im Mikroskop ein Betriebszustand implementiert sein, bei dem sowohl aus der optischen Abbildung des Markierungselements als auch aus der tomographischen Aufnahme des Markierungselements die räumliche Lage des Markierungselements ermittelt wird. Das bedeutet, dass die komplette Funktionalität zur Ermittlung der Lage des Markierungselements intrinsisch im Mikroskop angelegt sein kann.
  • Das Markierungselement kann eine örtlich variierende Charakteristik aufweisen, die sowohl mit dem optischen Modul als auch mit dem OCT-Modul detektierbar ist. Eine solche Charakteristik ermöglicht eine Ermittlung der räumlichen Lage des Markierungselements mit vergleichsweise geringem Aufwand.
  • Die Charakteristik kann ein Merkmal aufweisen, das sowohl in der optischen Abbildung des Markierungselements als auch in der tomographischen Aufnahme des Markierungselements erkennbar ist. Das ermöglicht eine besonders einfache und kompakte Ausbildung des Markierungselements. Ebenso ist es auch möglich, dass die Charakteristik ein erstes Merkmal aufweist, das in der optischen Abbildung des Markierungselements erkennbar ist und ein zweites Merkmal, das in der tomographischen Aufnahme des Markierungselements erkennbar ist. Diese Ausführungsvariante ermöglicht eine optimale Abstimmung des jeweiligen Merkmals auf die jeweilige Detektionsmethode.
  • Die örtlich variierende Charakteristik des Markierungselements kann streng monoton ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass eine eindeutige Zuordnung zwischen jedem Wert, der für die Charakteristik ermittelt wurde und dem zugehörigen Ort des Markierungselements existiert und Mehrdeutigkeiten bei der Ermittlung der räumlichen Lage vermieden werden können.
  • Die Charakteristik kann von einem Ende des Markierungselements zu einem entgegengesetzten Ende des Markierungselements variieren. Insbesondere kann die Charakteristik kontinuierlich variieren. Beides trägt zur Erzielung einer hohen Genauigkeit bei.
  • Das Markierungselement kann eine äußere Form aufweisen, die so ausgebildet ist, dass aus der tomographischen Aufnahme der äußeren Form des Markierungselements die räumliche Lage des Markierungselements ermittelbar ist. Eine derartige Ausbildung ist vergleichsweise einfach herzustellen und zudem zuverlässig mit dem OCT-Modul detektierbar.
  • Die äußere Form des Markierungselements weist wenigstens eine Vertiefung und/oder wenigstens eine Erhöhung auf. Eine derartige Struktur hat Vorteile bei der Fertigung und ist sehr robust. Die Vertiefung und/oder die Erhöhung weisen eine variierende Breite auf. Insbesondere kann die Breite der Vertiefung und/oder der Erhöhung von einem Ende bis zu einem entgegengesetzten Ende der Vertiefung und/oder Erhöhung streng monoton variieren. Dadurch können Mehrdeutigkeiten bei der Ermittlung der räumlichen Lage des Markierungselements aus der tomographischen Aufnahme des Markierungselements vermieden werden.
  • Weiterhin können die Breite der Vertiefung und die Breite der Erhöhung gleichsinnig variieren. Die Vertiefung weist von einem Ende der Vertiefung bis zum entgegengesetzten Ende eine konstante Maximaltiefe auf. Die Erhöhung weist von einem Ende der Erhöhung bis zum entgegengesetzten Ende eine konstante Maximalhöhe auf. Die Vertiefung und/oder die Erhöhung können eine langgestreckte Form aufweisen. Der laterale Abstand zwischen den Orten des Markierungselements, an denen die Maximaltiefe vorliegt und den Orten des Markierungselements, an denen die Maximalhöhe vorliegt, kann konstant sein. Ein derart ausgebildetes Markierungselement stellt einen guten Kompromiss zwischen einfacher Fertigbarkeit auf der einen Seite und Präzision und Zuverlässigkeit der damit erzielbaren Ergebnisse auf der anderen Seite dar.
  • Das Markierungselement kann Bereiche unterschiedlicher Reflektivität aufweisen. Insbesondere kann die Vertiefung eine andere Reflektivität aufweisen als die Erhöhung. Dies stellt eine einfach zu realisierende Möglichkeit für eine zuverlässige Detektion der einzelnen Bereiche mit dem optischen Modul dar.
  • Das Markierungselement kann als ein Segment eines Hohlzylinders ausgebildet ist. Eine derartige Form eignet sich besonders gut für das Anordnen des Markierungselements an einem medizinischen Instrument, das in der Regel einen zylindrischen Schaft aufweist.
  • Insbesondere kann das Markierungselement an einem medizinischen Instrument angeordnet sein. Da bei vielen medizinischen Behandlungen, bei denen das Mikroskop verwendet wird, ohnehin ein medizinisches Instrument zum Einsatz kommt, ergibt sich somit kaum ein Mehraufwand für die Bereitstellung des Markierungselements in einem Bereich, der sowohl mit dem optischen Modul als auch mit dem OCT-Modul detektierbar ist.
  • Das Markierungselement kann beispielsweise in das medizinische Instrument eingraviert sein. Insbesondere kann die Markierung mittels Laserbeschriftung ausgebildet sein. Ebenso kann das Markierungselement als eine separate Komponente ausgebildet und am medizinischen Element befestigt sein. Das Markierungselement kann stoffschlüssig am medizinischen Instrument befestigt. Insbesondere kann das Markierungselement mittels einer Klebeverbindung am medizinischen Instrument befestigt sein. Ebenso kann das Markierungselement formschlüssig oder kraftschlüssig am medizinischen Element befestigt sein. Welche Ausführungsvariante jeweils optimal ist hängt beispielsweise vom Anwendungsbereich, von der Ausbildung des medizinischen Instruments, von der geforderten Genauigkeit, vom zulässigen Aufwand usw. ab.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kalibrierungsverfahren gemäß Anspruch 6. Dieses Verfahren dient zur Kalibrierung eines Mikroskops, das ein optisches Modul und ein OCT-Modul aufweist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird mit Hilfe des optischen Moduls eine optische Abbildung eines Markierungselements generiert und mit Hilfe des OCT-Moduls eine tomographische Aufnahme des Markierungselements generiert. Auf Basis der optischen Abbildung des Markierungselements wird eine erste Ermittlung der räumlichen Lage des Markierungselements durchgeführt, die zu einem ersten Ergebnis führt. Auf Basis der tomographischen Aufnahme des Markierungselements wird eine zweite Ermittlung der räumlichen Lage des Markierungselements durchgeführt, die zu einem zweiten Ergebnis führt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine sehr effiziente Möglichkeit einer Kalibrierung eines Mikroskops dar, das ein optisches Modul und ein OCT-Modul aufweist. Es sind keine aufwendigen Kalibriervorrichtungen erforderlich und die Nutzung des Mikroskops wird nicht oder lediglich geringfügig eingeschränkt.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Abweichung zwischen dem ersten Ergebnis und dem zweiten Ergebnis ermittelt werden.
  • Abhängig von der ermittelten Abweichung kann geprüft wird, ob eine unzulässig starke Dejustage zwischen dem optischen Modul und dem OCT-Modul vorliegt. Beispielsweise kann die ermittelte Abweichung mit einem vorgegebenen Maximalwert für die Abweichung verglichen werden. Dabei kann auf eine unzulässig starke Dejustage geschlossen werden, wenn die ermittelte Abweichung den vorgegebenen Maximalwert für die Abweichung überschreitet. Im Falle einer unzulässig starken Dejustage kann die Dejustage durch ein Nachjustieren verringert werden. Insbesondere kann das optische Modul und/oder das OCT-Modul nachjustiert werden. Ebenso ist es auch möglich aus der Dejustage Korrekturwerte zu ermitteln, die bei der Darstellung oder der Auswertung der optischen Abbildung und/oder der tomographischen Aufnahme berücksichtigt werden. Bei dieser Vorgehensweise ist kein mechanischer Eingriff erforderlich.
  • Die Kalibrierung kann jeweils beim Vorliegen einer vorgegebenen Bedingung veranlasst werden. Dies ermöglicht eine optimal auf den Einsatz des Mikroskops zugeschnittene Kalibrierungsstrategie.
  • Bei der vorgegebenen Bedingung kann es sich beispielsweise um die Inbetriebnahme des Mikroskops handeln, insbesondere um die jeweilige Inbetriebnahme vor einer medizinischen Behandlung oder einer Serie von medizinischen Behandlungen. Dies hat den Vorteil, dass die Behandlung bzw. die Behandlungsserie mit einem frisch kalibrierten Mikroskop gestartet wird.
  • Ebenso kann es sich bei der vorgegebenen Bedingung um das Verstreichen einer vorgegebenen Zeit seit der letzten Kalibrierung handeln. Dadurch wird eine fortwährende Kalibrierung in vorgegebenen Zeitintervallen erreicht und dauerhaft eine gute Kalibrierung gewährleistet. Die vorgegebene Bedingung kann auch darin bestehen, dass die Kalibrierung manuell veranlasst wird. Das erlaubt eine bedarfsgerechte Kalibrierung.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Möglichkeit, dass die Kalibrierung während einer medizinischen Behandlung durchgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Kalibrierung unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wird, unter denen auch die medizinische Behandlung durchgeführt wird und somit besonders präzise Ergebnisse liefert. Insbesondere besteht dadurch auch die Möglichkeit einer anwendungsspezifischen Kalibrierung. Beispielsweise kann die Kalibrierung spezifisch für jeden Patienten durchgeführt werden, der mit Hilfe des Mikroskops behandelt wird. Bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Ophthalmologie besteht der Vorteil, dass bei der Kalibrierung individuelle optische Gegebenheiten wie beispielsweise die Brechkraft der Linse des behandelten Auges berücksichtigt werden können, so dass sich eine sehr hohe Genauigkeit erzielen lässt.
  • Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur medizinischen Behandlung und/oder Untersuchung mit Hilfe eines Mikroskops, wobei während der medizinischen Behandlung und/oder Untersuchung eine Kalibrierung zwischen einem optischen Modul und einem OCT-Modul des Mikroskops durchgeführt wird. Die Kalibrierung kann in der vorstehend beschriebenen Weise durchgeführt werden.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen
    • 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Mikroskops in einer typischen Anwendungssituation in einer schematischen Aufsicht,
    • 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Markierungselements in einer schematischen Aufsicht,
    • 3 das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Markierungselements in einer Seitenansicht,
    • 4 das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Markierungselements in einer weiteren Seitenansicht,
    • 5 ein Ausführungsbeispiel des medizinischen Instruments mit dem erfindungsgemäßen Markierungselement in einer schematischen Aufsicht und
    • 6 eine Darstellung eines mit dem OCT-Modul erzeugten B-Scans.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Mikroskops 1 in einer typischen Anwendungssituation in einer schematischen Aufsicht. Die Darstellung ist stark abstrahiert und es sind nur Komponenten dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung von Bedeutung sind.
  • Das Mikroskop 1 weist ein optisches Modul 2 und ein OCT-Modul 3 auf. OCT stellt dabei eine Abkürzung für Optical Coherence Tomography, d. h. für optische Kohärenztomographie dar.
  • Bei der optischen Kohärenztomographie wird Körpergewebe mit Licht im Infrarotbereich bestrahlt, das in der Regel einige Millimeter tief in das Körpergewebe eindringt. Das Licht hat eine vergleichsweise kurze Kohärenzlänge von typischerweise einigen Mikrometern. Auf seinem Weg durch das Körpergewebe wird das Licht abhängig von den örtlich variierenden Eigenschaften des Körpergewebes gestreut, wobei jeweils ein kleiner Anteil des Lichts zum OCT-Gerät zurückreflektiert und dort mit Referenzlicht überlagert wird. Das durch die Überlagerung erzeugte Interferenzmuster wird detektiert und ausgewertet. Dabei kann eine Tiefeninformation für das jeweils detektierte Licht dadurch ermittelt werden, dass das Referenzlicht beispielsweise mittels eines halbdurchlässigen Spiegels aus dem eingestrahlten Licht abgezweigt wird und vor der Überlagerung einer variierenden Verzögerung unterworfen wird. Da eine Interferenz durch eine kohärente Überlagerung nur innerhalb der Kohärenzlänge des Lichts stattfindet, kann die jeweils zugehörige Tiefe, in der das Licht zurückreflektiert wurde, sehr präzise ermittelt werden. Die erzielbare Genauigkeit liegt in der Regel im Bereich der halben Kohärenzlänge des verwendeten Lichts. Das Ergebnis der Auswertung kann z. B. als ein Bild dargestellt werden, das einen Schnitt durch das untersuchte Körpergewebe repräsentiert. Um ein zweidimensionales Bild zu erhalten, kann das Licht so über das Körpergewebe gescannt werden, dass das Körpergewebe innerhalb eines linienförmigen Auftreffbereichs bestrahlt wird. Dies wird im Folgenden auch als B-Scan bezeichnet. Mittels mehrerer B-Scans mit nebeneinanderliegenden Auftreffbereichen ist es auch möglich, die einzelnen Schnitte zu einer dreidimensionalen Darstellung zusammenzusetzen.
  • Das optische Modul 2 weist eine erste Mikroskop-Kamera 4 und eine zweite Mikroskop-Kamera 5 auf, die in einem Abstand voneinander so an einem Rahmen 6 befestigt sind, dass sie einen kleinen Winkel miteinander einschließen. Mit anderen Worten, die Orientierung der ersten Mikroskop-Kamera 4 und der zweiten Mikroskop-Kamera 5 zueinander weicht nur geringfügig von einer parallelen Ausrichtung ab. Weiterhin weist das optische Modul 2 eine erste Beleuchtungseinrichtung 7 und eine zweite Beleuchtungseinrichtung 8 auf. Die erste Beleuchtungseinrichtung 7 ist an die erste Mikroskop-Kamera 4 angebracht. Die zweite Beleuchtungseinrichtung 8 ist an die zweite Mikroskop-Kamera 5 angebracht. Die Beleuchtungseinrichtungen 7, 8 können auch in die Mikroskop-Kameras 4, 5 integriert sein oder an anderen Orten angeordnet sein. Außerdem weist das optische Modul 2 eine Optik 9 auf.
  • Das OCT-Modul 3 weist einen OCT-Detektor 10 und eine OCT-Beleuchtungseinrichtung 11 auf. Der OCT-Detektor 10 ist zwischen der ersten Mikroskop-Kamera 4 und der zweiten Mikroskop-Kamera 5 am Rahmen 6 befestigt und so orientiert, dass der OCT-Detektor 10 den Winkel zwischen der ersten Mikroskop-Kamera 4 und der zweiten Mikroskop-Kamera 5 halbiert. Die OCT-Beleuchtungseinrichtung 11 ist an den OCT-Detektor 10 angebracht. Alternativ dazu kann die OCT-Beleuchtungseinrichtung 11 auch in den OCT-Detektor 10 integriert sein oder an einem sonstigen Ort angeordnet sein.
  • Die erste Mikroskop-Kamera 4, die zweite Mikroskop-Kamera 5 und der OCT-Detektor 10 sind jeweils elektrisch mit einer Steuereinrichtung 12 verbunden, die beispielsweise als ein Computersystem ausgebildet sein kann und einen Prozessor aufweisen kann, der ein Programm ausführt. Die Steuereinrichtung 12 ist wiederum mit einem Bildschirm 13 verbunden.
  • In 1 ist weiterhin ein Auge 14 dargestellt, das mit dem Mikroskop 1 untersucht und/oder behandelt wird und das eine Linse 15 aufweist. Das optische Modul 2 und das OCT-Modul 3 sind relativ zum Auge 14 so angeordnet, dass damit durch die Linse 15 des Auges 14 hindurch eine Beobachtung des Innenraums des Auges 14 und insbesondere eines Behandlungsbereichs 16, innerhalb dessen eine medizinische Untersuchung und/oder Behandlung durchgeführt wird, möglich ist. Dabei ist die Optik 9 zwischen dem Auge 14 und den Mikroskop-Kameras 4, 5 angeordnet. Die Optik 9 kann als eine Vergrößerungsoptik für die Mikroskop-Kameras 4, 5 ausgebildet sein und beispielsweise ein vergrößertes Bild eines gewünschten Bereichs des Auges 14 generieren. Hierzu kann die Optik 9 so ausgebildet sein, dass für jede Mikroskop-Kamera 4, 5 eine separate Teiloptik vorgesehen ist. Es ist aber auch möglich, die Optik 9 so auszubilden, dass für beide Mikroskop-Kameras 4, 5 eine gemeinsame Optik vorgesehen ist. Ebenso ist es möglich, zwei Teiloptiken und eine gemeinsame Optik zu kombinieren. Bei allen Varianten ist es möglich, für die Messungen mit dem OCT-Detektor 10 die Optik 9 mitzubenutzen oder den OCT-Detektor 10 mit einer separaten OCT-Optik auszustatten.
  • In das Auge 14 ist ein medizinisches Instrument 17 eingeführt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist das medizinische Instrument 17 einen zylindrischen Schaft 18 auf. Im Bereich eines Endes des Schafts 18, das außerhalb des Auges 14 angeordnet ist, ist ein Handgriff 19 angebracht. In der Nähe seines anderen Endes des Schafts 18 weist das medizinische Instrument 17 ein Markierungselement 20 auf. Das Ende des Schafts 18, in dessen Nähe das Markierungselement 20 angeordnet ist, ist gemäß der dem medizinischen Instrument 17 zugedachten Funktionalität ausgebildet. Das Ende des Schafts 18 kann starr ausgebildet sein und beispielsweise eine Schneide, einen Haken usw. aufweisen. Ebenso ist es auch möglich, das Ende des Schafts 18 beweglich auszubilden, beispielsweise als eine Zange, eine Schere usw. Demgemäß kann das medizinische Instrument beispielsweise als eine Endoilluminationssonde, eine Vitreoretinal-Zange, eine Vitreoretinal-Schere usw. ausgebildet sein.
  • Zur Durchführung einer medizinischen Untersuchung oder eines medizinischen Eingriffs bei einem Patienten mit Hilfe des Mikroskops 1 werden das Mikroskop 1 und der Patient relativ zueinander in eine Position gebracht, dass das zu behandelnde Auge 14 des Patienten in der in 1 dargestellten Weise gegenüber dem Mikroskop 1 angeordnet ist. Dann wird das Auge 14 mit Hilfe der ersten Beleuchtungseinrichtung 7, der zweiten Beleuchtungseinrichtung 8 und der OCT-Beleuchtungseinrichtung 11 beleuchtet. Mit der Optik 9 wird der Behandlungsbereich 16 des Auges 14 oder ein Ausschnitt davon abgebildet und zusammen mit den Mikroskop-Kameras 4, 5 werden vergrößerte Abbildungen des Behandlungsbereichs 16 generiert, die im Folgenden auch als Mikroskop-Bilder bezeichnet werden. Dabei wird in Regel auch das in der Nähe des Behandlungsbereichs 16 angeordnete medizinische Instrument 17 und insbesondere das daran angeordnete Markierungselement 20 abgebildet.
  • Außerdem wird mit Hilfe des OCT-Detektors 10 ein B-Scan entlang einer Linie innerhalb des Behandlungsbereichs 16 generiert. Ebenso ist es auch möglich mehrere B-Scans innerhalb des Behandlungsbereichs 16 zu generieren. Die B-Scans werden im Folgenden auch als OCT-Bilder bezeichnet.
  • Die Daten der Mikroskop-Bilder werden von den Mikroskop-Kameras 4, 5 an die Steuereinrichtung 12 weitergeleitet. Weiterhin werden die Daten der OCT-Bilder vom OCT-Detektor 10 an die Steuereinrichtung 12 weitergeleitet. Die Steuereinrichtung 12 erzeugt aus den Daten der Mikroskop-Bilder und den Daten der OCT-Bilder Daten für eine kombinierte Darstellung und leitet diese an den Bildschirm 13 weiter. Der Bildschirm 13 zeigt eine kombinierte Darstellung die sowohl Informationen aus den Mikroskop-Bildern als auch Informationen aus den OCT-Bildern enthält.
  • Auf dem Bildschirm 13 können sowohl Mikroskop-Bilder und/oder daraus abgeleitete Informationen als auch OCT-Bilder und/oder daraus abgeleitete Informationen, d. h. beispielsweise B-Scans oder dreidimensionale OCT-Bilder, dargestellt werden. Insbesondere können die OCT-Bilder den Mikroskop-Bildern überlagert oder in einer sonstigen Weise dazu in Beziehung gesetzt werden und/oder die jeweils zugehörigen Informationen dargestellt werden.
  • Beispielsweise zeigt der Bildschirm 13 ein kombiniertes Bild, das sowohl das Mikroskop-Bild als auch das OCT-Bild enthält. Dabei sind das Mikroskop-Bild und das OCT-Bild in der Darstellung des Bildschirms 13 so bearbeitet, dass trotz der unterschiedlichen Natur der Daten, aus denen sie erzeugt werden, eine gemeinsame Darstellung möglich ist, die einen Mehrwert für den Arzt darstellt. Die unterschiedliche Natur der Daten beruht darauf, dass das Mikroskop-Bild eine Aufsicht auf den Behandlungsbereich 16 und das dort positionierte medizinische Instrument 17 repräsentiert, wogegen das OCT-Bild einen Schnitt durch das Gewebe und das medizinische Instrument 17 innerhalb des Behandlungsbereichs 16 repräsentiert.
  • Die kombinierte Darstellung ermöglicht es dem Arzt mit einem Blick gleichermaßen beispielsweise die Oberfläche des Gewebes im Behandlungsbereich 16 als auch einen Schnitt durch das Gewebe innerhalb des Behandlungsbereichs 16 zu erfassen.
  • Zur Erzielung eines optimalen Nutzens ist es jeweils von Vorteil oder sogar unerlässlich, dass das optische Modul 2 und das OCT-Modul 3 zueinander kalibriert sind. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass das OCT-Bild für eine Stelle eines zu untersuchenden Bereichs aufgenommen wird, die im Mikroskop-Bild identifizierbar ist.
  • Eine Erstkalibrierung kann beispielsweise durch eine Justage der Mikroskop-Kameras 4, 5 und des OCT-Detektors 10 bei der Herstellung des Mikroskops 1 erfolgen. Je nach Ausführungsform kann in die Justage auch die Optik 9 einbezogen werden. Allerdings kann diese Justage durch äußere Einflüsse wie z. B. Stöße, Temperaturänderungen und Langzeitdrifts im Laufe der Zeit zunehmend verloren gehen. Außerdem können bei dieser Justage die individuellen optischen Eigenschaften der Augen 14 des jeweiligen Patienten nicht berücksichtigt werden. Aus diesem Grund werden im Rahmen der Erfindung nach der Erstkalibrierung weitere Kalibrierungen durchgeführt. Diese Kalibrierungen können beispielsweise jeweils zu Beginn einer Behandlung eines Patienten durchgeführt werden. Ebenso ist es auch möglich, die Kalibrierungen in vorgegebenen Zeitabständen oder beim Eintreten sonstiger vorgegebener Bedingungen oder auch auf Veranlassung des behandelnden Arztes durchzuführen. Es ist auch eine kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Kalibrierung während der Behandlung des Patienten möglich.
  • Die Kalibrierung wird mit Hilfe des Markierungselements 20 durchgeführt. Dabei liegt der Kalibrierung das Prinzip zugrunde, dass bei einer perfekten Kalibrierung des Mikroskops 1 eine mit Hilfe des optischen Moduls 2 ermittelte räumliche Lage des Markierungselements 20 und eine mit Hilfe des OCT-Moduls 3 ermittelte räumliche Lage des Markierungselements 20 exakt übereinstimmen. Unter der räumlichen Lage des Markierungselements 20 ist dabei dessen Position und Orientierung zu verstehen. Eine Abweichung zwischen den ermittelten Werten für die räumliche Lage deutet auf eine Dejustage zwischen dem optischen Modul 2 und dem OCT-Modul 3 hin und kann durch ein Nachjustieren und in manchen Fällen auch durch Verwendung eines oder mehrerer Korrekturwerte bei der Verarbeitung der Daten des Mikroskop-Bildes und/oder des OCT-Bildes korrigiert werden. Da das Markierungselement 20 am medizinischen Instrument 17 angeordnet ist, kann die Kalibrierung durchgeführt werden, wenn sich das Markierungselement 20 in unmittelbarer Umgebung des Behandlungsbereichs 16 befindet. Somit können bei der Kalibrierung die Verhältnisse in der Umgebung des Behandlungsbereichs 16 berücksichtigt werden. Beispielsweise kann die Kalibrierung bei einem Einsatz des Mikroskops 1 in der Ophthalmologie durch die Linse 15 des Auges 14 hindurch erfolgen und demgemäß die Brechkraft der Linse 15 bei der Kalibrierung patientenindividuell berücksichtigt werden. Das ermöglicht eine sehr präzise Kalibrierung. Außerdem kann die Kalibrierung problemlos gleichermaßen vor, während oder nach der Behandlung sowie in Behandlungspausen durchgeführt werden. Im Folgenden wird noch näher erläutert, wie die Kalibrierung im Einzelnen durchgeführt wird.
  • Zunächst wird ein Ausführungsbeispiel für die Ausbildung des Markierungselements 20 im Detail beschrieben und es wird dann anhand dieses Ausführungsbeispiels erläutert, wie die Kalibrierung durchgeführt werden kann.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Markierungselements 20 in einer schematischen Aufsicht. Zugehörige Seitenansichten sind in den 3 und 4 dargestellt, wobei 3 eine Ansicht der in 2 links dargestellten Seite und 4 eine Ansicht der in 2 rechts dargestellten Seite des Markierungselements 20 zeigt.
  • Das Markierungselement 20 kann beispielsweise als ein Etikett ausgebildet sein, das am Schaft 18 des medizinischen Instruments 17 angebracht, insbesondere angeklebt, wird. Ebenso ist es auch möglich, das Markierungselement 20 beispielsweise mittels eines Lasers in den Schaft 18 des medizinischen Instruments 17 einzugravieren.
  • Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Markierungselement 20 als ein Zylindersegment eines Hohlzylinders ausgebildet und kann somit leicht an einen zylindrisch ausgebildeten Schaft 18 angebracht werden. Parallel zur Achse des zugrundeliegenden Zylinders, d.h. in der Darstellung der 2 in horizontaler Richtung, weist das Markierungselement 20 beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine deutlich größere Erstreckung auf als in Umfangsrichtung des zugrundeliegenden Zylinders. Die Erstreckung des Markierungselements 20 parallel zur Achse des Zylinders wird im Folgenden auch als Längserstreckung bezeichnet. Die Erstreckung des Markierungselements 20 in Umfangsrichtung des Zylinders wird im Folgenden auch als Quererstreckung bezeichnet. Diese Bezeichnungen sollen auch für Ausführungsbeispiele des Markierungselements 20 gelten, bei denen die Erstreckung parallel zur Achse des zugrundeliegenden Zylinders geringer ist als die Erstreckung in Umfangsrichtung des zugrundeliegenden Zylinders.
  • Das Markierungselement 20 weist eine über seine gesamte Längserstreckung verlaufende Vertiefung 21 und eine über seine gesamte Längserstreckung verlaufende Erhöhung 22 auf, d. h. die Vertiefung 21 und die Erhöhung 22 weisen jeweils eine längliche Form auf und besitzen die gleiche Längserstreckung wie das Markierungselement 20. Demgemäß sind die Vertiefung 21 und die Erhöhung 22 auch in den 3 und 4 sichtbar und aus diesen Figuren ist entnehmbar, dass sowohl die Vertiefung 21 als auch die Erhöhung 22 beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen V-förmigen Querschnitt aufweist. Im Falle der Vertiefung 21 ist das V so orientiert, dass sich eine konkave Form ergibt und im Falle der Erhöhung 22 ist das V so orientiert, dass sich eine konvexe Form ergibt.
  • Die Vertiefung 21 weist eine über ihre gesamte Längserstreckung konstante Maximaltiefe d auf. Die Maximaltiefe d wird im Folgenden auch als Tiefe d bezeichnet. Die Erhöhung 22 weist eine über ihre gesamte Längserstreckung konstante Maximalhöhe h auf. Die Maximalhöhe h wird im Folgenden auch als Höhe h bezeichnet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Tiefe d und die Höhe h den gleichen Wert auf, d. h. h = d.
  • Weiterhin weist die Vertiefung 21 eine Breite wd und die Erhöhung 22 eine Breite wh auf. Die Breite wd der Vertiefung 21 wird jeweils dort ermittelt, wo die Vertiefung 21 in die zylindrische Mantelfläche des Markierungselements 20 mündet. In analoger Weise wird die Breite wh der Erhöhung 22 jeweils am Fuß der Erhöhung 22 ermittelt, d. h. dort, wo die Erhöhung 22 damit beginnt, über die zylindrische Mantelfläche des Markierungselements 20 überzustehen. Es ist daher zu beachten, dass die in 2 dargestellte Aufsicht nicht die tatsächlichen Abmessungen für die Breite wd der Vertiefung 21 oder für die Breite wh der Erhöhung 22 oder für die damit zusammenhängenden Größen wd1, wd2, wh1, wh2, die im Folgenden noch näher diskutiert werden, zeigt, sondern infolge der durch die Aufsicht vorgenommenen Projektion dieser Größen jeweils geringfügig kleinere Abmessungen. Die tatsächlichen Abmessungen können den 3 und 4 entnommen werden.
  • Die Breite wd der Vertiefung 21 und die Breite wh der Erhöhung 22 nehmen von einem Ende der Längserstreckung des Markierungselements 20 zum entgegengesetzten Ende hin jeweils kontinuierlich ab. Im Bereich des in 2 links dargestellten Endes der Längserstreckung des Markierungselements 20 ist die Breite wd der Vertiefung 21 maximal und weist einen Wert wd1 auf. Dieser Bereich ist auch in 3 dargestellt. Die Breite wh der Erhöhung 22 ist dort ebenfalls maximal und weist einen Wert wh1 auf. Die Breite wd der Vertiefung 21 und die Breite wh der Erhöhung 22 sind im Bereich des in 2 links dargestellten Endes der Längserstreckung des Markierungselements 20 gleich, d. h. wd1 = wh1.
  • Im Bereich des in 2 rechts dargestellten Endes der Längserstreckung des Markierungselements 20 ist die Breite wd der Vertiefung 21 minimal und weist einen Wert wd2 auf. Dieser Bereich ist auch in 4 dargestellt. Die Breite wh der Erhöhung 22 ist dort ebenfalls minimal und weist einen Wert wh2 auf, der identisch zum Wert wd2 ist, d. h. wd2 = wh2.
  • Von dem in 2 links dargestellten Ende der Längserstreckung des Markierungselements 20 zu dem in 2 rechts dargestellten Ende der Längserstreckung des Markierungselements 20 hin nehmen die Breite wd der Vertiefung 21 und die Breite wh der Erhöhung 22 jeweils kontinuierlich ab. Dabei weisen die Vertiefung 21 und die Erhöhung 22 jeweils in der gleichen Entfernung von dem in 2 links dargestellten Ende der Längserstreckung des Markierungselements 20 die jeweils gleiche Breite wd = wh auf.
  • Die Vertiefung 21 und die Erhöhung 22 sind quer zur Längserstreckung des Markierungselements 20 in einem Abstand p zueinander angeordnet. Der Abstand p ist als die lichte Entfernung zwischen dem Grund der Vertiefung 21 und dem Gipfel der Erhöhung 22 definiert. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel das eine Vertiefung 21 und eine Erhöhung 22 mit einem jeweils V-förmigen Querschnitt aufweist, entspricht der Abstand p zudem der quer zur Längserstreckung gemessenen Entfernung von der Mitte der Vertiefung 21 bis zur Mitte der Erhöhung 22. Dies gilt auch für sonstige Ausführungsbeispiele, die eine zur Längsrichtung des Markierungselements 20 symmetrische Ausbildung der Vertiefung 21 und der Erhöhung 22 aufweisen. Der Abstand p zwischen der Vertiefung 21 und der Erhöhung 22 ist über die gesamte Längserstreckung des Markierungselements 20 konstant.
  • Das Markierungselement 20 ist so ausgebildet, dass es sowohl mit dem optischen Modul 2 als auch mit dem OCT-Modul 3 detektiert werden kann.
  • Für die Detektion mit dem optischen Modul 2 weist das Markierungselement 20 unterschiedliche Reflektivitäten im Bereich der Vertiefungen 21 und der Erhöhungen 22 auf. Beispielsweise kann das Markierungselement 20 so ausgebildet sein, dass es im Bereich der Erhöhungen 22 spiegelnd reflektiert und im Bereich der Vertiefungen 21 diffus streut. Somit ergibt sich in den mit Hilfe des optischen Moduls 2 generierten Mikroskop-Bildern des Markierungselements 20 ein deutlicher Kontrast zwischen den Vertiefungen 21 und den Erhöhungen 22.
  • Da die geometrische Formgebung des Markierungselements 20 und insbesondere die Ausbildung der Vertiefung 21 und der Erhöhung 22 im Detail bekannt ist, kann aus den Mikroskop-Bildern die räumliche Lage des Markierungselements 20, d. h. dessen Position und Orientierung, durch Geometrie-Überlegungen eindeutig ermittelt werden. Auch die Lage des medizinischen Instruments 17, an dem das Markierungselement 20 angeordnet ist, kann auf diese Weise eindeutig ermittelt werden.
  • Für die Detektion mit dem OCT-Modul 3 ist das Markierungselement 20 aus einem Material hergestellt, das eine hohe Absorption für die Messstrahlung des OCT-Moduls 3 aufweist. Anders als das optische Modul 2 generiert das OCT-Modul 3 keine Abbildung des Markierungselements 20, d. h. keine Aufsicht auf das Markierungselement 20, sondern einen Schnitt durch das Markierungselement 20. Aus diesem Schnitt kann die räumliche Lage des Markierungselements 20 ebenfalls eindeutig ermittelt werden. Hierfür ist es wichtig, dass das Markierungselement 20 eine dreidimensionale Struktur aufweist, damit sich in der Schnittdarstellung ein erkennbares Muster ergibt. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert.
  • 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des medizinischen Instruments 17 mit dem erfindungsgemäßen Markierungselement 20 in einer schematischen Aufsicht.
  • In 5 ist eine Linie 23 eingezeichnet, die im Bereich des Markierungselements 20 schräg durch den Schaft 18 des medizinischen Instruments 17 verläuft. Die Linie 23 gib im Sinne einer Schnittlinie an, welcher Bereich des medizinischen Instruments 17 vom OCT-Modul 3 mit dem B-Scan erfasst wird, d. h. sie kennzeichnet einen Scanbereich. Demgemäß wird das Messlicht des OCT-Moduls 3 innerhalb einer Ebene eingestrahlt, welche in 5 senkrecht zur Zeichenebene verläuft und durch die Linie 23 repräsentiert wird.
  • 6 zeigt eine Darstellung eines mit dem OCT-Modul 3 erzeugten B-Scans. Der B-Scan wurde in der in 5 dargestellten Geometrie aufgenommen und entspricht einem Schnitt durch das medizinische Instrument 17 im Bereich des Markierungselements 20 entlang der in 5 eingezeichneten Linie 23. Die Umrisse der Vertiefung 21 und der Erhöhung 22 des Markierungselements 20 sind deutlich zu erkennen.
  • Da die Geometrie des Markierungselements 20 bekannt ist und sich die Breite wd der Vertiefung 21 und die Breite wh der Erhöhung 22 entlang der Längserstreckung des Markierungselements 20 kontinuierlich und in bekannter Weise, insbesondere linear, ändern, kann aus dem in 6 dargestellten Schnittbild die räumliche Lage des Markierungselements 20 in eindeutiger Weise ermittelt werden. Insbesondere kann aus dem im B-Scan detektierten Abstand px zwischen dem Grund der Vertiefung 21 und dem Gipfel der Erhöhung 22 eine Winkelkoordinate für die Orientierung des Markierungselements 20 im Raum ermittelt werden, da der detektierte Abstand px relativ zum tatsächlichen Abstand p abhängig von der Winkelkoordinate mehr oder weniger gestreckt ist.
  • Eine weitere Winkelkoordinate kann aus der Orientierung der Vertiefung 21 und der Orientierung der Erhöhung 22 ermittelt werden.
  • Außerdem kann noch eine Winkelkoordinate aus der Verzerrung der Form der Vertiefung 21 und der Verzerrung der Form der Erhöhung 22 ermittelt werden.
  • Die Positionskoordinaten des Markierungselements 20 können aus der im B-Scan detektierten Breite wdx der Vertiefung 21 und der Breite whx der Erhöhung 22 sowie aus der Anordnung des Markierungselements 20 innerhalb des in 6 dargestellten Ausschnitts bzw. der benötigten Verschiebung für eine mittige Anordnung ermittelt werden.
  • Um die Ermittlung der räumlichen Lage des Markierungselements 20 jeweils mit ausreichender Genauigkeit vornehmen zu können, sollte sich die Breite wd der Vertiefung 21 und die Breite wh der Erhöhung 22 über die Längserstreckung des Markierungselements 20 möglichst stark ändern. Je größer der Unterschied zwischen den maximalen Breiten wd1, wh1 und den minimalen Breiten wd2, wh2 ist, desto größer ist die Genauigkeit der Lageermittlung. Dabei ist darauf zu achten, dass die minimale Breite wd2 der Vertiefung 21 und die minimale Breite wh2 der Erhöhung 22 nicht kleiner ist als die laterale Auflösung des OCT-Moduls 3. Auch der Abstand p zwischen der Vertiefung 21 und der Erhöhung 22 sollte nicht kleiner als die laterale Auflösung des OCT-Moduls 3 sein. Analoges gilt jeweils im Hinblick auf die laterale Auflösung des optischen Moduls 2. Weiterhin sollten die Tiefe d der Vertiefung 21 und die Höhe h der Erhöhung 22 jeweils nicht kleiner als die axiale Auflösung des OCT-Moduls 3 sein.
  • Da mit Hilfe des optischen Moduls 2 und mit Hilfe des OCT-Moduls 3 jeweils die räumliche Lage desselben Markierungselements 20 ermittelt wird, sollten beide Arten der Ermittlung jeweils zum identischen Ergebnis führen. Eine Abweichung zwischen den Ergebnissen deutet auf eine Dejustage des optischen Moduls 2 und des OCT-Moduls 3 relativ zueinander hin. Falls die Abweichung einen unzulässig hohen Wert annimmt, kann auf Basis der Ergebnisse eine Nachkalibrierung durchgeführt werden. Dies kann durch eine Änderung der Ausrichtung des optischen Moduls 2 und des OCT-Moduls 3 relativ zueinander erfolgen, die dann abgeschlossen ist, wenn die Abweichung bei der Ermittlung der räumlichen Lage des Markierungselements 20 unterhalb einer zulässigen Toleranz liegt. Ebenso ist es auch möglich die Nachkalibrierung mittels wenigstens eines Korrekturwertes für die Weiterverarbeitung der vom optischen Modul 2 und/oder vom OCT-Modul 3 an die Steuereinrichtung 12 ausgegebenen Daten durchzuführen.
  • Es besteht auch die Möglichkeit, aus den Ergebnissen für die Ermittlung der räumlichen Lage des Markierungselements 20 lediglich zu ermitteln, ob das optische Modul 2 und das OCT-Modul 3 noch ausreichend kalibriert sind oder ob für die weitere Verwendung des Mikroskops 1 für eine medizinische Untersuchung oder medizinische Behandlung eine Kalibrierung erforderlich ist. Eine solche Kalibrierung kann dann auch in anderer Weise vorgenommen werden als die vorstehend beschriebene Vorgehensweise, bei der die Kalibrierung auf Basis der mit dem optischen Modul 2 und mit dem OCT-Modul 3 ermittelten räumlichen Lage des Markierungselements 20 durchgeführt wird. Beispielsweise kann die Kalibrierung in analoger Weise durchgeführt werden wie im Rahmen des Herstellungsprozesses des Mikroskops 1.
  • Die geschilderte Überprüfung der Kalibrierung kann beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen oder bei jeder Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Systems oder für jeden Patienten oder sogar mehrmals während einer Untersuchung oder fortwährend oder auf Veranlassung des Arztes usw. durchgeführt werden.
  • Da das Markierungselement 20 fest am medizinischen Instrument 17 angeordnet ist kann aus der räumlichen Lage des Markierungselements 20 unmittelbar auch die räumliche Lage des medizinischen Instruments 17 ermittelt werden. Dieser Zusammenhang kann beispielsweise dazu genutzt werden, die räumliche Lage des medizinischen Instrument 17 während einer medizinischen Behandlung zu ermitteln, um beispielsweise zu ermöglichen, dass das medizinische Instrument 17 mit hoher Präzision in eine gewünschte Position gebracht wird.
  • Nach der Kalibrierung kann das Mikroskop 1 zur Unterstützung der medizinischen Behandlung eingesetzt werden ohne dass hierzu aufwendige Umstellungen erforderlich werden. Es kann somit problemlos und sehr schnell zwischen einer Kalibrierung des Mikroskops 1 und der medizinischen Behandlung umgeschaltet werden, so dass sogar eine Kalibrierung während der medizinischen Behandlung möglich ist. Wenn sich das Markierungselement 20 während der medizinischen Behandlung innerhalb eines Bereichs befindet, der sowohl vom optischen Modul 2 als auch vom OCT-Modul 3 detektiert werden kann, ist es möglich, die Kalibrierung während der gesamten medizinischen Behandlung im Hintergrund laufen zu lassen und dadurch das Mikroskop 1 fortwährend neu zu kalibrieren.
  • Das Markierungselement 20 kann auch in anderer Weise ausgebildet sein als vorstehend beschrieben. Wichtig ist, dass das Markierungselement 20 sowohl mit dem optischen Modul 2 als auch mit dem OTC-Modul 3 detektierbar ist und eine Geometrie aufweist, die jeweils eine eindeutige Ermittlung der räumlichen Lage des Markierungselements 20 sowohl mittels des optischen Moduls 2 als auch mittels des OCT-Moduls 3 ermöglicht.
  • Es ist auch möglich das Markierungselement 20 so abzuwandeln, dass es einen ersten Markierungsbereich aufweist, der für eine Detektion durch das optische Modul 2 vorgesehen ist und einen zweiten Markierungsbereich, der für eine Detektion durch das OCT-Modul 3 vorgesehen ist. Wenn die relative Lage der beiden Markierungsbereiche zueinander fest und bekannt ist, lassen sich damit analoge Ergebnisse erzielen wie bei der Verwendung eines einzigen Markierungsbereichs. Allerdings sollten die beiden Markierungsbereiche nicht weit voneinander entfernt sein, damit zur Detektion des einen Markierungsbereichs durch das optische Modul 2 und zur Detektion des anderen Markierungsbereichs durch das OCT-Modul 3 keine Verlagerung des Markierungselements 20 erforderlich ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Mikroskop
    2
    Optisches Modul
    3
    OCT-Modul
    4
    Erste Mikroskop-Kamera
    5
    Zweite Mikroskop-Kamera
    6
    Rahmen
    7
    Erste Beleuchtungseinrichtung
    8
    Zweite Beleuchtungseinrichtung
    9
    Optik
    10
    OCT-Detektor
    11
    OCT- Beleuchtungseinrichtung
    12
    Steuereinrichtung
    13
    Bildschirm
    14
    Auge
    15
    Linse
    16
    Behandlungsbereich
    17
    Medizinisches Instrument
    18
    Schaft
    19
    Handgriff
    20
    Markierungselement
    21
    Vertiefung
    22
    Erhöhung
    23
    Linie zur Darstellung des Scanbereichs

Claims (10)

  1. Medizinisches Instrument mit einem Markierungselement (20), das eine Vertiefung (21) und/oder eine Erhöhung (22) aufweist, wobei die Vertiefung (21) von einem Ende der Vertiefung (21) bis zum entgegengesetzten Ende eine konstante Maximaltiefe (d) aufweist und/oder wobei die Erhöhung (22) von einem Ende der Erhöhung (22) bis zum entgegengesetzten Ende eine konstante Maximalhöhe (h) aufweist und wobei die Vertiefung (21) und/oder die Erhöhung (22) so ausgebildet ist, dass aus einer optischen Abbildung der Vertiefung (21) und/oder der Erhöhung (22) die räumliche Lage des Markierungselements (20) ermittelbar ist und aus einer tomographischen Aufnahme der Vertiefung (21) und/oder Erhöhung (22) ebenfalls die Lage des Markierungselements (20) ermittelbar ist, wobei die Vertiefung (21) und/oder die Erhöhung (22) entlang der Längserstreckung des Markierungselements (20) eine variierende Breite aufweisen, und wobei die Breite der Vertiefung (21) und/oder der Erhöhung (22) von dem einen Ende bis zu dem entgegengesetzten Ende der Vertiefung (21) und/oder Erhöhung (22) streng monoton variieren.
  2. System aus einem Mikroskop (1) und einem Markierungselement (20), wobei - das Mikroskop (1) ein optisches Modul (2) aufweist, mit dem eine optische Abbildung des Markierungselements (20) generierbar ist, - das Mikroskop (1) ein OCT-Modul (3) aufweist, mit dem eine tomographische Aufnahme des Markierungselements (20) generierbar ist, - das Markierungselement (20) eine äußere Form mit einer Vertiefung (21) und/oder einer Erhöhung (22) aufweist, wobei die Vertiefung (21) von einem Ende der Vertiefung (21) bis zum entgegengesetzten Ende eine konstante Maximaltiefe (d) aufweist und/oder wobei die Erhöhung (22) von einem Ende der Erhöhung (22) bis zum entgegengesetzten Ende eine konstante Maximalhöhe (h) aufweist, und wobei das Markierungselement (20) so ausgebildet ist, dass sowohl aus der optischen Abbildung des Markierungselements (20) als auch aus der tomographischen Aufnahme des Markierungselements (20) die räumliche Lage des Markierungselements (20) ermittelbar ist, - das System eine Steuereinrichtung (12) aufweist, die dazu eingerichtet ist, sowohl aus der optischen Abbildung des Markierungselements (20) als auch aus der tomographischen Aufnahme des Markierungselements (20) die räumliche Lage des Markierungselements (20) zu ermitteln, wobei die Vertiefung (21) und/oder die Erhöhung (22) entlang der Längserstreckung des Markierungselements (20) eine variierende Breite aufweisen, und wobei die Breite der Vertiefung (21) und/oder der Erhöhung (22) von dem einen Ende bis zu dem entgegengesetzten Ende der Vertiefung (21) und/oder Erhöhung (22) streng monoton variieren.
  3. System nach Anspruch 2, wobei das Markierungselement (20) eine äußere Form aufweist, die so ausgebildet ist, dass aus der tomographischen Aufnahme der äußeren Form des Markierungselements (20) die räumliche Lage des Markierungselements (20) ermittelbar ist.
  4. System nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Markierungselement (20) als ein Segment eines Hohlzylinders ausgebildet ist.
  5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Markierungselement (20) an einem medizinischen Instrument (17) angeordnet ist.
  6. Verfahren zur Kalibrierung eines Mikroskops (1), das ein optisches Modul (2) und ein OCT-Modul (3) aufweist, wobei - mit Hilfe des optischen Moduls (2) eine optische Abbildung eines Markierungselements (20) generiert wird, - mit Hilfe des OCT-Moduls (3) eine tomographische Aufnahme des Markierungselements (20) generiert wird und - auf Basis der optischen Abbildung des Markierungselements (20) eine erste Ermittlung der räumlichen Lage des Markierungselements (20) durchgeführt wird, die zu einem ersten Ergebnis führt, - auf Basis der tomographischen Aufnahme des Markierungselements (20) eine zweite Ermittlung der räumlichen Lage des Markierungselements (20) durchgeführt wird, die zu einem zweiten Ergebnis führt, wobei das Markierungselement (20) eine Vertiefung (21) und/oder eine Erhöhung (22) aufweist, wobei die Vertiefung (21) von einem Ende der Vertiefung (21) bis zum entgegengesetzten Ende eine konstante Maximaltiefe (d) aufweist und/oder wobei die Erhöhung (22) von einem Ende der Erhöhung (22) bis zum entgegengesetzten Ende eine konstante Maximalhöhe (h) aufweist und wobei die Vertiefung (21) und/oder die Erhöhung (22) entlang der Längserstreckung des Markierungselements (20) eine variierende Breite aufweisen, und wobei die Breite der Vertiefung (21) und/oder der Erhöhung (22) von dem einen Ende bis zu dem entgegengesetzten Ende der Vertiefung (21) und/oder Erhöhung (22) streng monoton variieren.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Abweichung zwischen dem ersten Ergebnis und dem zweiten Ergebnis ermittelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei abhängig von der ermittelten Abweichung geprüft wird, ob eine unzulässig starke Dejustage zwischen dem optischen Modul (2) und dem OCT-Modul (3) vorliegt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Kalibrierung jeweils beim Vorliegen einer vorgegebenen Bedingung veranlasst wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Kalibrierung während einer medizinischen Behandlung durchgeführt wird.
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