DE102022121504A1 - Verfahren, Computerprogramm und Datenverarbeitungseinheit zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild und optisches Beobachtungssystem - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild, das mit einem ein Beleuchtungssystem (40) und ein optisches Beobachtungsgerät (2) umfassenden optischen Beobachtungssystem (100) gewonnenen wird, zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte:- Ermitteln des Parameterwertes wenigstens eines die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters des optischen Beobachtungssystems (100); und- Generieren des wenigstens einen Korrekturwertes zum Korrigieren der Fluoreszenzintensitäten im Fluoreszenzbild anhand des ermittelten Parameterwertes und des Einflusses des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters auf die Fluoreszenzintensitäten;Aals der wenigstens eine die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussende Parameter findet ein Parameter des Beleuchtungssystems (40) Verwendung.Darüber hinaus werden ein Computerprogramm, ein computerimplementiertes Verfahren, eine Datenverarbeitungseinheit (6) und ein optisches Beobachtungssystem (100) zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild zur Verfügung gestellt

Description

• Es werden ein Verfahren, ein Computerprogramm sowie eine Datenverarbeitungseinheit zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus wird ein optisches Beobachtungssystem bereitgestellt, das zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist
• In modernen optischen Beobachtungssystemen, die optischen Beobachtungsgeräte wie beispielsweise Operationsmikroskope und Endoskopen umfassen können, lassen sich diverse Fluoreszenzoptionen integrieren, die eine Beobachtung von Fluoreszenz ermöglichen. Falls eine Fluoreszenzmessung erfolgen soll, beruhen diese häufig auf rein auf dem Farbeindruck und der wahrgenommenen Helligkeit bei der Beobachtung mit dem Auge. Dieser Farbeindruck und die Helligkeit sind jedoch sehr stark von den verschiedensten Parametern bei der Aufnahme abhängig, was keine zuverlässige quantitative Messung ermöglicht. Um Fluoreszenzmessungen besser vergleichbar zu machen, existieren daher Empfehlungen, den Arbeitsabstand und die Beleuchtungshelligkeit auf einen bestimmten Wert einzustellen.
• Beispielsweise Fluoreszenzaufnahmen während Neuro-OPs hängen von einer Vielzahl von Parametern ab, die die wahrnehmbare Fluoreszenzintensität beeinflussen. Dabei ist es oftmals nötig, Parameter wie etwa den Arbeitsabstand, die Zoomstellung, etc. während der Neuro-OP immer mal wieder zu verändern. Bei jeder Veränderung ändert sich aber auch die beobachtete bzw. gemessene Fluoreszenzintensität. Das führt dazu, dass ein durch einen Fluoreszenzfarbstoff markierter Tumor einmal heller und einmal dunkler leuchtet, je nach dem aktuellen Parametersatz. Da aber zumindest bei manchen Fluoreszenzmethoden die Leuchtstärke der Fluoreszenz in die Diagnosestellung eingeht, wird eine Vergleichbarkeit zwischen mehreren Fluoreszenzmessungen in unterschiedlichen OP-Situationen, von unterschiedlichen Benutzern und in unterschiedlichen Kliniken angestrebt. Insbesondere werden zudem quantitative Verfahren zur Fluoreszenzmessung angestrebt.
• Mit Kontaktmessungen an Gewebepunkten sind quantitative Messungen möglich, allerdings sind solche punktförmigen Messungen mit handgehaltenen Kontaktgeräten nicht praktikabel, um die Fluoreszenz in einem größeren Gebiet oder gar Live während der Resektion zu visualisieren. Derartige Kontakmessungen sind bspw. in Quantitative fluorescence in intracranial tumor: implications for ALA-induced PpIX as an intraoperative biomarker", Roberts et al, Neurosurg. 2011 July; 115(1): 11-17. doi:10.3171/2011.2.JNS101451.beschrieben
• Die US 2019/227288 A1 beschreibt ein Verfahren zur Normierung von Fluoreszenzintensitäten. In dem Verfahren werden Parameterwerte des Beobachtungsstrahlengangs eines optischen Beobachtungsgerätes, insbesondere die Einstellwerte der Vergrößerung und des Arbeitsabstandes, erfasst. Anhand der erfassten Parameterwerte und des Einflusses der entsprechenden Parameter auf die Fluoreszenzintensität wird ein Belichtungsparameter für Bildaufnahme so eingestellt, dass der Einfluss einer geänderten Vergrößerung oder eines geänderten Arbeitsabstandes auf die aufgenommenen Fluoreszenzintensitäten ausgeglichen wird.
• In US 2016/278678 A1 erfolgt eine Aufnahme von Fluoreszenzbildern, die anhand eines 3D-Oberflächenmodells korrigiert werden. Insbesondere erfolgt eine Aufnahme von Fluoreszenzbildern, mit denen eine Quantifizierung von oberflächlichen und oberflächennahen Farbstoffen möglich ist. Dabei werden Bilddeformationen, die auf Einstellungen der Bildaufnahme und der Oberflächenorientierung des Beobachtungsobjekts beruhen, ermittelt und mittels einer geeigneten Bildverzerrung berücksichtigt.
• Zwar sind bspw. mit dem in US 2019/227288 A1 und US 2016/278678 A1 beschriebenen Verfahren quantitative Fluoreszenzmessungen möglich, jedoch besteht ein Bedarf daran, die Beeinflussung der Fluoreszenzbeobachtung durch die für die Einstellparameter des optischen Beobachtungsgeräts eingestellten Parameterwerte weiter zu verringern.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, ein Computerprogramm und eine Datenverarbeitungseinheit zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild sowie ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes optisches Beobachtungssystem zur Verfügung zu stellen, mit denen sich die Abhängigkeit der Beobachtung der Fluoreszenz von den verwendeten Beobachtungsparametern weiter verringert lässt.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 10, ein Computerprogramm nach Anspruch 11, eine Datenverarbeitungseinheit nach Anspruch 12 sowie ein optisches Beobachtungssystem nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
• Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild, das mit einem ein Beleuchtungssystem und ein optisches Beobachtungsgerät umfassenden optischen Beobachtungssystems gewonnenen wird, zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte:
• - Ermitteln des Parameterwertes wenigstens eines die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters des optischen Beobachtungsystems, und
• - Generieren des wenigstens einen Korrekturwertes zum Korrigieren der Fluoreszenzintensitäten im Fluoreszenzbild anhand des ermittelten Parameterwertes und des Einflusses des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters auf die Fluoreszenzintensitäten.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren findet ein Parameter des Beleuchtungssystems als der wenigstens eine die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussende Parameter Verwendung.
• Das Ermitteln des Parameterwertes kann bspw. durch Erfassen des Parameterwertes mittels eines geeigneten Sensors oder durch Abrufen des Parameterwertes aus einer Steuerung erfolgen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Parameterwert zu ermitteln, indem er anhand eines Modells aus wenigstens einem anderen erfassten oder abgerufenen Parameterwert berechnet wird.
• Der Korrekturwert kann ein Korrekturwert zur Korrektur der Pixelwerte im Bild sein oder ein Korrekturwert zur Korrektur des Parameterwertes eines Einstellungsparameters des verwendeten optischen Beobachtungssystems. Der wenigstens eine Korrekturwert kann entsprechend an eine den Korrekturwert verwendende Einheit wie bspw. eine Bildverarbeitungseinheit oder eine Einstelleinheit ausgegeben der zum Abrufen bereitgehalten werden.
• Im Stand der Technik werden Parameterwerte des Beobachtungsstrahlengangs des zur Fluoreszenzbeobachtung verwendeten optischen Beobachtungsgerätes wie etwa die Einstellwerte für die Vergrößerung und den Arbeitsabstandes berücksichtigt und ggf. durch Anpassung von Parameterwerten korrigiert. Außerdem ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Oberflächenorientierung des Beobachtungsobjekts zu berücksichtigen. Damit können die Einflüsse der Beobachtungsparameter und der Oberflächengeometrie auf die beobachtete Fluoreszenzintensität verringert werden. Die beobachtbare Fluoreszenzintensität hängt jedoch nicht nur von den Beobachtungsparametern und der Oberflächengeometrie ab, sondern auch davon, wie hoch die Intensität der Anregungswellenlänge am Ort der Fluoreszenzanregung ist. Durch die Berücksichtigung des Parameterwertes wenigstens eines Parameters des Beleuchtungssystems kann die Kenntnis über die Intensität der Anregungswellenlänge am Ort der Fluoreszenzanregung verbessert werden, und es können Schwankungen in der Intensität der Anregungswellenlänge am Ort der Fluoreszenzanregung, die auf Einstellungen im Beleuchtungssystem beruhen, ausgeglichen werden. In Kombination mit der Berücksichtigung der Parameterwerte von Einstellparametern des Beobachtungsstrahlengangs und der Berücksichtigung der Position und der Orientierung des Beobachtungsobjekts lassen sich die wesentlichen Einflüsse auf die Fluoreszenzbeobachtung berücksichtigen und gegebenenfalls ausgleichen.
• Als Parameter des Beleuchtungssystems kann insbesondere einer der folgenden Parameter herangezogen werden:
• - Abstand eines Beleuchtungssystems vom Beobachtungsobjekt,
• - Orientierung des Beleuchtungssystems in Bezug auf die Objektbereiche,
• - Intensität der Beleuchtungslichtquelle,
• - spektrale Intensitätsverteilung der Beleuchtungslichtquelle,
• - Zoomstellung eines Beleuchtungs-Zooms,
• - Stellung einer Beleuchtungsblende.
• Mit zunehmendem Abstand zwischen dem Beleuchtungssystem und dem Beobachtungsobjekt verringert sich die am Beobachtungsobjekt ankommende Intensität der Anregungswellenlänge. Bei Kenntnis des Abstandes zwischen dem Beleuchtungssystem und dem Beobachtungsobjekt ist daher eine genaue Bestimmung der Intensität der Anregungswellenlänge am Ort der Fluoreszenzemission möglich. Ebenso spielt die Orientierung des Beobachtungsobjekts in Bezug auf das Beleuchtungssystem für die Intensität der Anregungswellenlänge am Ort der Fluoreszenzemission eine Rolle. Je nach Orientierung in Bezug auf das Beleuchtungssystem trifft die Beleuchtungsstrahlung senkrecht oder mehr oder weniger schräg auf einen Objektbereich des Beobachtungsobjektes auf. Je schräger die Beleuchtungsstrahlung auftrifft, desto geringer ist die pro Flächeneinheit für die Anregung der Fluoreszenz zur Verfügung stehende Intensität der Beleuchtungsstrahlung. Selbstverständlich bestimmt auch die Intensität der Beleuchtungslichtquelle, d. h. die Intensität der von der Beleuchtungslichtquelle abgegebenen Beleuchtungsstrahlung, die am Ort der Fluoreszenzanregung zur Verfügung stehende Intensität der Anregungswellenlänge. Ebenso spielt die spektrale Intensitätsverteilung der Beleuchtung Lichtquelle eine Rolle, die bestimmt, wie hoch die Intensität einer bestimmten Wellenlänge bei einer nominellen Helligkeitseinstellung des Beleuchtungssystems ist. Eine Änderung der Zoomstellung des Beleuchtung-Zooms führt im Falle einer Vergrößerung des Zoomfaktors zu einer Verminderung der Intensität der Anregungswellenlänge und im Falle einer Verringerung des Zoomfaktors zu einer Erhöhung der Intensität der Anregungswellenlänge. Auch die Stellung einer etwaigen Beleuchtungsblende bestimmt die an einem Ort des Beobachtungsobjekts zur Verfügung stehende Intensität der Anregungswellenlänge mit. So führt eine Blende möglicherweise zu einer Vignettierung, wodurch die Intensität der Anregungswellenlänge am Rand des Beleuchtungslichtflecks geringer ist als im Zentrum des Beleuchtungslichtflecks. Insbesondere, wenn alle genannten Parameter zum Generieren des Korrekturwerts Berücksichtigung finden, können Einflüsse des Beleuchtungssystems aus der Fluoreszenzbeobachtung herausgerechnet oder korrigiert werden.
• Typische zur Anregung von Fluoreszenz verwendete Beleuchtungsquellen wie Xenon-Lampen und LEDs sind Alterungseffekten unterworfen, die mit der Zeit zu einer Reduktion der Intensität der Beleuchtungslichtquelle führt. Zur Berücksichtigung der Alterungseffekte kann unter Verwendung eines Degradationsmodells für die Beleuchtungsquelle die aktuelle Intensität der Beleuchtungslichtquelle anhand des Wertes eines Lebensdauer-Zählers der Beleuchtungsquelle und der nominell für die Beleuchtungsquelle eingestellten Intensität ermittelt werden.
• Außer einer Reduktion der Intensität der Beleuchtungslichtquelle treten mit der Zeit auch Verschiebungen in der spektralen Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung auf, die dazu führen, dass der Grad, um den die aktuelle Intensität der Beleuchtungslichtquelle gegenüber der nominell eingestellten Intensität verringert ist, von der Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung abhängt. Um für die nominelle Intensitätsweinstellung der Beleuchtungslichtquelle die aktuelle Intensität der Anregungswellenlänge möglichst exakt zu ermitteln zu können, ist es daher vorteilhaft, wenn ein Degradationsmodell Verwendung findet, das neben der Änderung Gesamtintensität der Beleuchtungsquelle auch die mit der Zeit auftretenden Verschiebungen in der spektralen Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung berücksichtigt.
• Satt die Alterungseffekte auf der Basis der Lebensdauer und der nominellen Intensität der Beleuchtungslichtquelle zu ermitteln, besteht alternativ auch die Möglichkeit, die aktuelle Intensität der Beleuchtungslichtquelle anhand eines Kalibriertargets und der bei Verwendung des Kalibriertargets mit dem optischen Beobachtungsgerät erfassten Intensität des reflektieren Beleuchtungslichtes zu ermitteln. Als weitere Alternative besteht die Möglichkeit, die aktuelle Intensität der Beleuchtungslichtquelle mit Hilfe eines Intensitätssensors zu ermitteln, wobei der Intensitätssensor vorzugsweise nur oder hauptsächlich im Anregungsbereich der Fluoreszenz sensitiv ist. Diese beiden Verfahren können auch dann angewandt werden, wenn kein Lebensdauer-Zähler vorhanden ist und erfordern kein Änderung des optischen Beobachtungssystems oder lediglich das Anbringen eines Intensitätssensors. Der Intensitätssensor kann dabei am oder im optischen Beobachtungssystem angeordnet werden. Vorzugsweise wird er am oder im Beleuchtungssystem angeordnet, so dass die von ihm erfasste Intensität nicht von den Parameterwerten des Beobachtungsstrahlenganges abhängt.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Berechnung der von wenigstens einem Oberflächenbereich des Beobachtungsobjekts emittieren Fluoreszenzstrahlung, wobei in der Berechnung die spektrale Intensitätsverteilung der Beleuchtungslichtquelle mit der effektiven spektralen Anregungskurve der Fluoreszenz gewichtet wird. Anand einer solchen Gewichtung können beim Berechnen des wenigstens einen Korrekturwertes von der Wellenlänge abhängige Eigenschaften des Beobachtungsobjekts berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann bspw. die Absorption der Anregungswellenlänge beim Eindringen in das Beobachtungsobjekt Berücksichtigung finden.
• Neben dem Parameterwert des wenigstens einen Parameters des Beleuchtungssystems kann auch der Parameterwert wenigstens eines der folgenden Parameter ermittelt und berücksichtigt werden:
• - Abstand des optischen Beobachtungsgeräts vom Beobachtungsobjekt,
• - Orientierung des optischen Beobachtungsgeräts in Bezug auf das Beobachtungsobjekt,
• - Zoomeinstellung des optischen Beobachtungsgeräts,
• - Objektschnittweite des optischen Beobachtungsgeräts,
• - Blendeneinstellung des optischen Beobachtungsgeräts
• - Gain eines im optischen Beobachtungsgerät verwendeten Bildsensors,
• - Belichtungsdauer eines im optischen Beobachtungsgerät verwendeten Bildsensors,
• - Nichtlinearitäten eines im optischen Beobachtungsgerät verwendeten Bildsensors.
• All diese Parameter beeinflussen die beobachtbare Intensität der Fluoreszenz. Ihre Berücksichtigung erweitert daher den Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens erheblich.
• In noch einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit einem Referenzparameterwert für den wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameter wenigstens eine Referenzmessung mit einer Referenzkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes durchgeführt, um einen Referenzwert für die Fluoreszenzintensität bei der Referenzkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes zu erhalten. Dann erfolgt ein Simulieren der zu erwartenden Fluoreszenzintensität, wobei für eine Abweichung des Parameterwertes des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters von dem Referenzparameterwert eine Änderung der Fluoreszenzintensität im Vergleicht zur Referenzintensität ermittelt wird. Schließlich wird ein Ausgleichsfaktor ermittelt, mit dem sich in einem digitalen Bild die durch die Abweichung des Parameterwertes des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters von dem Referenzparameterwert verursachte Änderung der Fluoreszenzintensität ausgleichen lässt.
• Die Referenzmessung und der Ausgleichsfaktor ermöglichen es, Oberflächenbereiche mit derselben Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff unabhängig vom Abstand und der Orientierung eines Oberflächenbereiches in Bezug auf das Beleuchtungssystem und in Bezug auf das optische Beobachtungsgerät in einem digitalen Bild mit derselben Intensität der Fluoreszenzstrahlung darzustellen.
• Vorteilhafterweise wird die wenigstens eine Referenzmessung mit Referenzparameterwerten für jeden die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameter, welcher später bei der Beobachtung einer Fluoreszenzintensität relevant ist, vorgenommen. Auf diese Weise liefert die Referenzmessung genauere Ergebnisse. Die Referenzmessung kann bspw. an einem Referenzbeobachtungsobjekt mit einer bekannten Oberflächengeometrie, insbesondere mit einer ebenen Oberfläche, vorgenommen werden, wobei sich das optische Beobachtungsgerät und das Beleuchtungssystem jeweils in einer Referenzposition und einer Referenzorientierung in Bezug auf das Referenzbeobachtungsobjekt befinden. Im Rahmen der beschriebenen Weiterbildung ist es auch möglich, mehrere Referenzmessung mit mehreren, sich voneinander unterscheidenden Referenzkonzentrationen vorzunehmen, um Referenzwerte für die den unterscheidenden Referenzkonzentrationen zugeordneten Fluoreszenzintensitäten zu erhalten. Dadurch kann für die Berechnung der Ausgleichsfaktoren jeweils diejenige Referenzintensität Verwendung finden, von der die erfasste Fluoreszenzintensität die geringste Abweichung aufweist. Im Ergebnis kann die Genauigkeit der errechneten Ausgleichsfaktoren erhöht werden.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein computerimplementiertes Verfahren zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild, das mit einem ein Beleuchtungssystem und ein optisches Beobachtungsgerät umfassenden optischen Beobachtungssystem gewonnenen wird, zur Verfügung gestellt. Das computerimplementierte Verfahren umfasst die Schritte:
• - Empfangen oder Abrufen des Parameterwertes wenigstens eines die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters des optischen Beobachtungssystems; und
• - Generieren des wenigstens einen Korrekturwertes zum Korrigieren der Fluoreszenzintensitäten im Fluoreszenzbild anhand des empfangenen oder abgerufenen Parameterwertes und des Einflusses des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters auf die Fluoreszenzintensitäten;
• Im erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahren findet ein Parameter des Beleuchtungssystems als der wenigstens eine die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussende Parameter Verwendung.
• Der wenigstens eine Korrekturwert kann zur Verwendung durch eine andere Einheit wie bspw. eine Bildverarbeitungseinheit oder eine Einstelleinheit ausgegeben oder zum Abrufen bereitgehalten werden.
• Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild, das mit einem ein Beleuchtungssystem und ein optisches Beobachtungsgerät umfassenden optischen Beobachtungssystem gewonnenen wird, zur Verfügung gestellt. Das Computerprogramm umfasst Instruktionen, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen,
• - den Parameterwert wenigstens eines die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters des optischen Beobachtungsgssystems zu empfangen oder abzurufen; und
• - den wenigstens einen Korrekturwert zum Korrigieren der Fluoreszenzintensitäten im Fluoreszenzbild anhand des empfangenen oder abgerufenen Parameterwertes und des Einflusses des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters auf die Fluoreszenzintensitäten zu generieren; und
• Im erfindungsgemäßen Computerprogramm findet ein Parameter des Beleuchtungssystems als der wenigstens eine die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussende Parameter Verwendung.
• Das Computerprogramm kann zudem Instruktionen umfassen, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, den wenigstens einen Korrekturwert zur Verwendung durch eine andere Einheit wie bspw. eine Bildverarbeitungseinheit oder eine Einstelleinheit auszugeben oder zum Abrufen bereitzuhalten.
• Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Datenverarbeitungseinheit zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild, das mit einem ein Beleuchtungssystem und ein optisches Beobachtungsgerät umfassenden optischen Beobachtungssystem gewonnenen wird, zur Verfügung gestellt. Die Datenverarbeitungseinheit umfasst einen Speicher und einen Prozessor, wobei der Prozessor mittels eines im Speicher gespeicherten Computerprogramms dazu ausgestaltet ist,
• - den Parameterwert wenigstens eines die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters des optischen Beobachtungssystems zu empfangen oder abzurufen; und
• - den wenigstens einen Korrekturwert zum Korrigieren der Fluoreszenzintensitäten im Fluoreszenzbild anhand des empfangenen oder abgerufenen Parameterwertes und des Einflusses des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters auf die Fluoreszenzintensitäten zu generieren;
• In der erfindungsgemäßen Datenverarbeitungseinheit findet ein Parameter des Beleuchtungssystems als der wenigstens eine die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussende Parameter Verwendung.
• Die Datenverarbeitungseinheit kann zudem im Speicher gespeicherten Computerprogramms dazu ausgestaltet sein, den wenigstens einen Korrekturwert zur Verwendung durch eine andere Einheit wie bspw. eine Bildverarbeitungseinheit oder eine Einstelleinheit auszugeben oder zum Abrufen bereitzuhalten.
• Die Vorteile des erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahren, des erfindungsgemäßen Computerprogramms und der erfindungsgemäßen Datenverarbeitungseinheit sind aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ersichtlich und werden daher an dieser Stelle nicht weiter beschrieben. Das erfindungsgemäße computerimplementierte Verfahren, das erfindungsgemäße Computerprogramm und die erfindungsgemäße Datenverarbeitungseinheit können zudem derart weitergebildet sein, dass sie das Ausführen der Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen.
• Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein optisches Beobachtungssystem mit einem Beleuchtungssystem und einem optischen Beobachtungsgerät, das insbesondere ein Operationsmikroskop, ein Endoskop oder eine Kamera sein kann, zur Verfügung gestellt. Das optische Beobachtungssystem weist außerdem eine erfindungsgemäße Datenverarbeitungseinheit auf. Außerdem kann es wenigstens eines der folgenden Elemente umfassen:
• - einen Lebensdauer-Zähler zum Erfassen der bisherigen Lebensdauer der Beleuchtungsquelle,
• - einen Intensitätssensor,
• - eine Vorrichtung zum Ermitteln des Abstands des Beleuchtungssystems vom Beobachtungsobjekt und/oder der Orientierung des Beleuchtungssystems in Bezug auf das Beobachtungsobjekt,
• - eine Vorrichtung zum Ermitteln der Zoomstellung eines Beleuchtungs-Zooms,
• - eine Vorrichtung zum Ermitteln der Stellung einer Beleuchtungsblende.
• Die Vorteile des erfindungsgemäßen optischen Beobachtungssystems sind aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ersichtlich und werden daher an dieser Stelle nicht weiter beschrieben. Das erfindungsgemäße optische Beobachtungssystem kann zudem derart weitergebildet sein, dass es das Ausführen der Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen.
• Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das optische Beobachtungssystem eine Steuerung umfasst, die dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Parameterwert des optischen Beobachtungssystems automatisiert einzustellen, um die Verwendung eines vorteilhaft eingestellten Parameterwerts zu gewährleisten.
• Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung exemplarischer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
• 1 ein Ausführungsbeispiel für ein optisches Beobachtungssystem zur Beobachtung einer Fluoreszenzintensität von Fluoreszenzstrahlung.
• 2 zeigt ein die optischen Komponenten eines Operationsmikroskops, wie es als optisches Beobachtungsgerät im optischen Beobachtungssystem Verwendung finden kann, in einer schematischen Darstellung.
• 3 zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines Varioskopobjektivs.
• 4 zeigt die optischen Komponenten eines digitalen Operationsmikroskops, wie es als optisches Beobachtungsgerät im optischen Beobachtungssystem Verwendung finden kann, in einer schematischen Darstellung.
• 5 zeigt ein exemplarisches Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Vorbereitung der Beobachtung einer Fluoreszenzintensität.
• 6 zeigt ein Beispiel für ein Beobachtungsobjekt.
• 7 zeigt das Beobachtungsobjekt aus 6 mit einer Markierung, die anzeigt, wo die zu erwartende Fluoreszenzintensität nicht ausreicht, um mit der gegebenen Empfindlichkeit des optischen Beobachtungsgeräts von diesem detektiert werden zu können.
• 1 zeigt ein exemplarisches Ausführungsbeispiele für ein erfindungsgemäßes optisches Beobachtungssystem 100 in einer stark schematisierten Darstellung. Das optische Beobachtungssystem 100 umfasst im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel ein an einem Stativ 1, typischerweise einem robotischen Stativ, aufgehängtes Operationsmikroskop 2, das als optisches Beobachtungsgerät dient, mit dem ein Beobachtungsobjekt 3 beobachtet wird. Das Beobachtungsobjekt 3 weist unregelmäßige Struktur mit Objektbereichen 3A-H auf, die unterschiedliche Orientrungen aufweisenden und sich in unterschiedlichen Tiefenlage befinden. Infolgedessen weisen die Objektbereiche 3A-H unterschiedliche Abstände und unterschiedliche Orientierungen in Bezug auf das Operationsmikroskop 2 auf. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass in 1 die Objektbereiche der Übersichtlichkeit halber nur in einem Teil des Beobachtungsobjekts 3 dargestellt sind.
• Das optische Beobachtungssystem 100 umfasst eine Steuerung 4 und eine Datenverarbeitungseinheit 6, die mit einem im Operationsmikroskop 2 vorhandenen Bildsensor aufgenommene digitale Bilddaten zur Darstellung auf einem Monitor 8, der insbesondere ein 3D-Monitor sein kann, aufbereitet und an den Monitor 8 ausgibt. Statt des Monitors 8 oder zusätzlich zu dem Monitor können weitere Anzeigeeinheiten, beispielsweise ein HMD (Head Mounted Display) oder ein digitaler Einblick des Operationsmikroskops 2, vorhanden sein, an welche die Datenverarbeitungseinheit 6 die zur Darstellung aufbereiteten digitalen Bilddaten sendet. Die Datenverarbeitungseinheit 6 kann im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel durch Laden eines Computerprogramms dazu eingerichtet werden, ein Verfahren zur Vorbereitung der Beobachtung einer Fluoreszenzintensität von Fluoreszenzstrahlung eines Fluoreszenzfarbstoffes in dem Beobachtungsobjekt 3 auszuführen. Alternativ kann die Datenverarbeitungseinheit 6 eine Anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC) enthalten, in welcher die Schritte zum Ausführen des Verfahrens hinterlegt sind.
• Das optische Beobachtungssystem 100 umfasst außerdem ein Beleuchtungssystem 40, mit dem das Beobachtungsobjekt 3 mit Beleuchtungslicht beleuchtet werden kann. Das Beleuchtungssystem 40 ist im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel in der Lage, das Beobachtungsobjekt 3 mit einer speziellen Wellenlänge, im folgenden Anregungswellenlänge genannt, zu beleuchten, die einen in das Beobachtungsobjekt 3 eingebrachten Fluoreszenzfarbstoff zum Aussenden von Fluoreszenzstrahlung anregt. Das Operationsmikroskop 2 ist dazu eingerichtet, die vom Fluoreszenzfarbstoff ausgehende Fluoreszenzstrahlung zu detektieren. Hierzu kann das Operationsmikroskop 2 insbesondere einen digitalen Bildsensor mit einer hinreichenden Empfindlichkeit für die Wellenlänge der Fluoreszenz des Fluoreszenzfarbstoffes aufweisen. Zudem ist im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel wenigsten ein in den Beobachtungsstrahlengang einbringbarer Filter vorhanden, mit dem vom Beobachtungsobjekt 3 reflektiertes Licht mit der Anregungswellenlänge aus dem Beobachtungsstrahlengang entfernt werde kann. Die Anregung erfolgt in der Regel mit einer Intensität, die dazu führen würde, dass die Fluoreszenzstrahlung durch das Licht mit der Anregungswellenlänge überstrahlt wird. Mit dem wenigsten einen in den Beobachtungsstrahlengang einbringbarer Filter kann diese Überstrahlung verhindert werden.
• Selbstverständlich muss die Fluoreszenz nicht notwendigerweise über ein Display wie beispielsweise dem Monitor 8 beobachtet werden, sondern sie kann auch auf rein optischem Wege durch Okulare des Operationsmikroskops beobachtet werden. Unabhängig davon, ob die Fluoreszenz mittels Okularen oder mit Hilfe von Bildsensoren beobachtet wird, muss die Fluoreszenzintensität ein gewisses Mindestmaß überschreiten, um detektiert werden zu können. Bei einem Bildsensor muss die Detektionsschwelle im entsprechenden Wellenlängenbereich von der Fluoreszenzintensität überschritten werden. Aber auch bei der visuellen Beobachtung ist eine gewisse Mindestintensität der Fluoreszenzstrahlung vonnöten, damit das Auge als Detektor die Fluoreszenzstrahlung wahrnehmen kann. Das hauptsächliche Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Beobachtung der Fluoreszenz mithilfe digitaler Bildsensoren wie etwa CCD-Sensoren oder CMOS-Sensoren.
• Nachfolgend werden mit Bezug auf die 2 bis 4 die optischen Komponenten eines Operationsmikroskops 2, welches als optisches Beobachtungsgerät im optischen Beobachtungssystem 100 Verwendung finden kann, erläutert. Die Erfindung kann jedoch auch mit anderen optischen Beobachtungsgeräten wie bspw. Kameras oder Endoskopen realisiert werden.
• Das in 2 gezeigte Operationsmikroskop 2 umfasst als wesentliche optische Bestandteile ein einem Beobachtungsobjekt 3 zuzuwendendes Objektiv 5, das insbesondere als achromatisches oder apochromatisches Objektiv ausgebildet sein kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Objektiv 5 aus zwei miteinander verkitteten Teillinsen, die ein achromatisches Objektiv bilden. Das Beobachtungsobjekt 3 wird in der Brennebene des Objektivs 5 angeordnet, so dass es vom Objektiv 5 nach Unendlich abgebildet wird. Mit anderen Worten, ein vom Beobachtungsobjekt 3 ausgehendes divergentes Strahlenbündel 7 wird bei seinem Durchgang durch das Objektiv 5 in ein paralleles Strahlenbündel 9 umgewandelt. Dabei weit das Bild des Beobachtungsobjekts auch in einem Tiefenbereich um die Brennebene eine Schärfe auf, die ausreicht um mit dem Bildsensor oder dem Auge als scharf wahrgenommen zu werden. Dieser Tiefenbereich wird daher Tiefenschärfebereich genannt und ist in 1 mit dem Bezugszeichen „TS“ gekennzeichnet.
• Beobachterseitig des Objektivs 5 ist ein Vergrößerungswechsler 11 angeordnet, der entweder wie im dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiel als Zoom-System zur stufenlosen Änderung des Vergrößerungsfaktors oder als so genannter Galilei-Wechsler zur stufenweisen Änderung des Vergrößerungsfaktors ausgebildet sein kann. In einem Zoom-System, das bspw. aus einer Linsenkombination mit drei Linsen aufgebaut ist, können die beiden objektseitigen Linsen verschoben werden, um den Vergrößerungsfaktor zu variieren. Tatsächlich kann das Zoom-System aber auch mehr als drei Linsen, bspw. vier oder mehr Linsen aufweisen, wobei die äußeren Linsen dann auch fest angeordnet sein können. In einem Galilei-Wechsler existieren dagegen mehrere feste Linsenkombinationen, die unterschiedliche Vergrößerungsfaktoren repräsentieren und im Wechsel in den Strahlengang eingebracht werden können. Sowohl ein Zoom-System, als auch ein Galilei-Wechsler wandeln ein objektseitiges paralleles Strahlenbündel in ein beobachterseitiges paralleles Strahlenbündel mit einem anderen Bündeldurchmesser um. Der Vergrößerungswechsler 11 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel bereits Teil des binokularen Strahlengangs des Operationsmikroskops 2, d.h. er weist eine eigene Linsenkombination für jeden stereoskopischen Teilstrahlengang 9A, 9B des Operationsmikroskops 2 auf. Das Einstellen eines Vergrößerungsfaktors mittels des Vergrößerungswechslers 11 erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel über ein motorisch angetriebenes Stellglied (nicht dargestellt), das zusammen mit dem Vergrößerungswechsler 11 Teil einer Vergrößerungswechseleinheit zum Einstellen des Vergrößerungsfaktors ist.
• An den Vergrößerungswechsler 11 schließt sich im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel beobachterseitig eine Schnittstellenanordnung 13A, 13B an, über die externe Geräte an das Operationsmikroskop 1 angeschlossen werden können und die im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel Strahlteilerprismen 15A, 15B umfasst. Grundsätzlich können aber auch andere Arten von Strahlteilern Verwendung finden, bspw. teildurchlässige Spiegel. Die Schnittstellen 13A, 13B dienen im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel zum Auskoppeln eines Strahlenbündels aus dem Strahlengang des Operationsmikroskops 2 (Strahlteilerprisma 15B) bzw. zum Einkoppeln eines Strahlenbündels in den Strahlengang des Operationsmikroskops 2 (Strahlteilerprisma 15A). Sie können jedoch auch beide zum Auskoppeln eines Strahlenbündels aus dem Strahlengang des Operationsmikroskops 2 oder beide zum Einkoppeln eines Strahlenbündels in den Strahlengang des Operationsmikroskops 2 ausgebildet sein.
• Das Strahlteilerprisma 15A in dem Teilstrahlengang 9A dient im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel dazu, mit Hilfe eines Displays 37, bspw. einer Digital Mirror Device (DMD) oder eines LCD-Displays, und einer zugehörigen Optik 39 über das Strahlteilerprisma 15A Informationen oder Daten für einen Betrachter in den Teilstrahlengang 9A des Operationsmikroskops 1 einzuspiegeln. Im anderen Teilstrahlengang 9B ist an der Schnittstelle 13B ein Kameraadapter 19 mit einer daran befestigten Kamera 21 angeordnet, die mit einem elektronischen Bildsensor 23, bspw. mit einem CCD-Sensor oder einem CMOS-Sensor, ausgestattet ist. Mittels der Kamera 21 kann ein elektronisches und insbesondere ein digitales Bild des Beobachtungsobjekts 3 aufgenommen werden. Als Bildsensor kann insbesondere auch ein Hyper-Spektralsensor Verwendung finden, in dem nicht nur drei Spektralkanäle (bspw. rot, grün und blau) vorhanden sind, sondern eine Vielzahl von Spektralkanälen. Wenn beide Schnittstellen 13A, 13B zum Auskoppeln eines Strahlenbündels aus dem Strahlengang des Operationsmikroskops 2 ausgebildet sind, kann an beide Schnittstellen 13A, 13B jeweils ein Kameraadapter 19 mit einer daran befestigten Kamera 21 angeordnet sein. Auf diese Weise können stereoskopische Bilder aufgenommen werden.
• Im Operationsmikroskop kann zudem wenigsten eine weitere Schnittstellenanordnung mit wenigstens zwei Strahlteilern vorhanden sein, wobei bspw. die eine Schnittstellenanordnung zum Einkoppeln stereoskopischer Teilbilder dienen kann und die andere Schnittstellenanordnung zum Auskoppeln stereoskopischer Teilbilder dienen kann.
• An die Schnittstelle 13 schließt sich beobachterseitig ein Binokulartubus 27 an. Dieser weist zwei Tubusobjektive 29A, 29B auf, welche das jeweilige parallele Strahlenbündel 9A, 9B auf eine Zwischenbildebene 31 fokussieren, also das Beobachtungsobjekt 3 auf die jeweilige Zwischenbildebene 31A, 31 B abbilden. Die in den Zwischenbildebenen 31A, 31B befindlichen Zwischenbilder werden schließlich von Okularlinsen 35A, 35B wiederum nach Unendlich abgebildet, so dass ein Betrachter das Zwischenbild mit entspanntem Auge betrachten kann. Außerdem erfolgt im Binokulartubus mittels eines Spiegelsystems oder mittels Prismen 33A, 33B eine Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Teilstrahlenbündeln 9A, 9B, um diesen an den Augenabstand des Betrachters anzupassen. Mit dem Spiegelsystem oder den Prismen 33A, 33B erfolgt zudem eine Bildaufrichtung.
• Das Operationsmikroskop 2 ist außerdem mit einem Beleuchtungssystem 40 ausgestattet, mit dem der das Beobachtungsobjekt 3 mit Beleuchtungslicht beleuchtet werden kann. Hierzu weist das Beleuchtungssystem 40 im vorliegenden Beispiel eine Weißlichtquelle 41, etwa eine Halogenglühlampe oder eine Gasentladungslampe wie bspw. eine Xenonlampe, auf. Aber auch LEDs kommen als Lichtquellen in Betracht. Das von der Weißlichtquelle 41 ausgehende Licht wird über einen Umlenkspiegel 43 oder ein Umlenkprisma in Richtung auf das Beobachtungsobjekt 3 gelenkt, um dieses auszuleuchten. In dem Beleuchtungssystem 40 ist weiterhin eine Beleuchtungsoptik 45 vorhanden, die für eine gleichmäßige Ausleuchtung des gesamten beobachteten Beobachtungsobjektes 3 sorgt. Die Beleuchtungsoptik 45 kann dabei auch ein Zoom-System (beleuchtungs-Zoom) umfassen, mit dem sich die Größe des Beleuchtungslichtflecks verändern lässt, und/oder ein System, mit dem sich der Fokusabstand der Beleuchtungsoptik 45 variieren lässt. Außerdem kann das Beleuchtungssystem 40 einen Lichtquelle zum Aussenden von Licht einer Wellenlänge, die in einem in das Beobachtungsobjekt 3 eingebrachten Fluoreszenzfarbstoff eine Fluoreszenz anregt, ausgestattet sein. Alternativ kann wie in 2 dargestellt ein Spektralfilter 47 vorhanden sein, der in den Beleuchtungsstrahlengang eingebracht werden kann und der von dem Licht der Weißlichtquelle 41 im Wesentlichen nur diejenige Wellenlänge passieren lässt, die im Fluoreszenzfarbstoff die Fluoreszenz anregt. In den Beobachtungsstrahlengang werden zudem Filter 38A, 380B eingebracht, welche diejenige Wellenlänge, die im Fluoreszenzfarbstoff die Fluoreszenz anregt blockieren.
• Das Beleuchtungssystem 40 kann außerdem wenigstens eine Blende und/oder wenigstens eine Linse umfassen, mit der bzw. denen sich das Profil des von der Lichtquelle ausgehenden Beleuchtungslichtkegels beeinflussen lässt, bspw. um ein mittenbetontes Beleuchtungsprofil zu generieren. Die wenigstens eine Blende und/oder die wenigstens eine Linse 49 kann bzw. können bei Bedarf in den Beleuchtungsstrahlengang eingebracht werden. Weiterhin kann das Beleuchtungssystem 40 Blenden umfassen, mit denen sich eine scharfe Begrenzung des Leuchtfeldes im Beobachtungsobjekt 3 herbeiführen lässt.
• Es sei darauf hingewiesen, dass der in 2 dargestellte Beleuchtungsstrahlengang stark schematisiert ist und nicht notwendigerweise den tatsächlichen Verlauf des Beleuchtungsstrahlengangs wiedergibt. Grundsätzlich kann der Beleuchtungsstrahlengang als sogenannte Schrägbeleuchtung ausgeführt sein, die der schematischen Darstellung in 2 am nächsten kommt. In einer solchen Schrägbeleuchtung verläuft der Strahlengang in einem relativ großen Winkel (6° oder mehr) zur optischen Achse des Hauptobjektivs 5 und kann, wie in 2 dargestellt, vollständig außerhalb des Hauptobjektivs 5verlaufen. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Beleuchtungsstrahlengang der Schrägbeleuchtung durch einen Randbereich des Hauptobjektivs 5 hindurch verlaufen zu lassen. Eine weitere Möglichkeit zur Anordnung des Beleuchtungsstrahlengangs ist die sogenannte 0°-Beleuchtung, bei der der Beleuchtungsstrahlengang durch das Hauptobjektiv 5 hindurch verläuft und zwischen den beiden Teilstrahlengängen 9A, 9B, entlang der optischen Achse des Hauptobjektivs 5 in Richtung auf das Beobachtungsobjekt 3 in das Hauptobjektiv 5 eingekoppelt wird. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, den Beleuchtungsstrahlengang als sogenannte koaxiale Beleuchtung auszuführen, in der ein erster und ein zweiter Beleuchtungsteilstrahlengang vorhanden sind. Die Beleuchtungsteilstrahlengänge werden über einen oder mehrere Strahlteiler parallel zu den optischen Achsen der Beobachtungsteilstrahlengänge 9A, 9B in das Operationsmikroskop 2 eingekoppelt, so dass die Beleuchtung koaxial zu den beiden Beobachtungsteilstrahlengängen verläuft.
• In der in 2 gezeigten Ausführungsvariante des Operationsmikroskops 2 besteht das Objektiv 5 lediglich aus einer festbrennweitigen Achromatlinse. Es kann jedoch auch ein Objektivlinsensystem aus mehreren Linsen Verwendung finden, insbesondere ein so genanntes Varioskopobjektiv, mit dem sich der Arbeitsabstand des Operationsmikroskops 2, d.h. der Abstand der objektseitigen Brennebene vom Scheitel der ersten objektseitigen Linsenfläche des Objektivs 5, auch Objektschnittweite genannt, variieren lässt. Auch vom Varioskopobjektiv 50 wird das in der Brennebene angeordnete Beobachtungsobjekt 3 nach Unendlich abgebildet, so dass beobachterseitig ein paralleles Strahlenbündel vorliegt.
• Ein Beispiel für ein Varioskopobjektiv ist schematisch in 3 dargestellt. Das Varioskopobjektiv 50 umfasst ein Positivglied 51, also ein optisches Element mit positiver Brechkraft, das in 3 schematisch als Konvexlinse dargestellt ist. Darüber hinaus umfasst das Varioskopobjektiv 50 ein Negativglied 52, also ein optisches Element mit negativer Brechkraft, das in 3 schematisch als Konkavlinse dargestellt ist. Das Negativglied 52 befindet sich zwischen dem Positivglied 51 und dem Beobachtungsobjekt 3. Im dargestellten Varioskopobjektiv 50 ist das Negativglied 52 fix angeordnet, wohingegen das Positivglied 51 wie durch den Doppelpfeil 53 angedeutet entlang der optischen Achse OA verschiebbar angeordnet ist. Wenn das Positivglied 51 in die in 3 gestrichelt dargestellte Position verschoben wird, verlängert sich die Schnittweite, so dass sich der Arbeitsabstand des Operationsmikroskops 2 vom Beobachtungsobjekt 3 ändert.
• Obwohl in 3 das Positivglied 51 verschiebbar ausgestaltet ist, besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, das Negativglied 52 statt des Positivglieds 51 entlang der optischen Achse OA verschiebbar anzuordnen. Das Negativglied 52 bildet jedoch häufig die Abschlusslinse des Varioskopobjektivs 50. Ein feststehendes Negativglied 52 bietet daher den Vorteil, dass das Innere des Operationsmikroskops 2 leichter gegen äußere Einflüsse abgedichtet werden kann. Weiterhin sei angemerkt, dass, obwohl das Positivglied 51 und das Negativglied 52 in 3 lediglich als Einzellinsen dargestellt sind, jedes dieser Glieder statt in Form einer Einzellinse auch in Form einer Linsengruppe oder eines Kittglieds realisiert sein kann, bspw. um das Varioskopobjektiv 50 achromatisch oder apochromatisch auszubilden.
• 4 zeigt ein Beispiel für ein rein digitales Operationsmikroskop 48 in einer schematischen Darstellung. Bei diesem Operationsmikroskop 48 unterscheiden sich das Hauptobjektiv 5, der Vergrößerungswechsler 11 sowie das Beleuchtungssystem 40 nicht von dem in 2 dargestellten Operationsmikroskop 2. Der Unterschied liegt darin, dass das in 4 gezeigte Operationsmikroskop 48 keinen optischen Binokulartubus umfasst. Statt der Tubusobjektive 29A, 29B aus 2 umfasst das in 4 gezeigte Operationsmikroskop 48 Fokussierlinsen 49A, 49B mit denen die binokularen Beobachtungsstrahlengänge 9A, 9B auf digitale Bildsensoren 61A, 61B abgebildet werden. Die digitalen Bildsensoren 61A, 61B können dabei beispielsweise CCD-Sensoren oder als CMOS-Sensoren sein. Die von den Bildsensoren 61A, 61B aufgenommenen Bilder werden digital an eine Datenverarbeitungseinheit 6, wie sie in 1 dargestellt ist, gesendet, die sie zur Darstellung auf einem Monitor 8 oder auf digitalen Displays 63A, 63B aufbereitet und dann an den Monitor 8 oder die digitalen Displays 63A, 63B sendet. Die digitalen Displays 63A, 63B können als LED-Displays, als LCD-Displays oder als auf organischen Leuchtioden (OLEDs) beruhende Displays ausgebildet seien. Sie können wie im vorliegenden Beispiel Okularlinsen 65A, 65B zugeordnet sein, mit denen die auf den Displays 63A, 63B dargestellten Bildern nach unendlich abgebildet werden, so dass ein Betrachter sie mit entspannten Augen betrachten kann. Die Displays 63A, 63B und die Okularlinsen 65A, 65B können Teil eines digitalen Binokulartubus sein, sie können aber auch Teil eines am Kopf zu tragenden Displays (Head Mounted Display, HMD) wie etwa einer Datenbrille sein. Der Monitor bzw. die Displays 63A, 63B können insbesondere zur Betrachtung stereoskopische Bilder ausgebildet sein. Hierzu können die Displays 63A, 63B unterschiedlichen Augen des Nutzers zugeordnet sein und stereoskopische Teilbilder darstellen. Im Fall des Monitors 8 können die stereoskopischen Teilbilder zeitsequentiell dargestellt werden. Bspw. mittels einer synchronisierten Shutterbrille können die stereoskopischen Teilbilder dann dem jeweils ausschließlich dem passenden Auge dargeboten werden. Eine Alternative besteht darin, die stereoskopischen Teilbilder in unterschiedlich polarisiertem Licht darzustellen und den Betrachter mit einer Brille auszustatten, die für das rechte und das linke Auge jeweils nur das polarisierte Licht eines der stereoskopische Teilbild passieren lässt.
• Obwohl in 4 wie in 2 lediglich eine Achromatlinse 5 mit einer festen Brennweite dargestellt ist, kann das in 4 gezeigte Operationsmikroskop 48 wie das in 3 dargestellte Operationsmikroskop 2 ein Varioskopobjektiv statt der Objektivlinse 5 umfassen. Weiterhin ist in 4 eine Übertragung der von den Bildsensoren 61A, 61 B aufgenommenen Bilder an die Displays 63A, 63B mittels Kabeln 67A, 67B gezeigt. Statt Kabelgebunden können die Bilder jedoch auch drahtlos an die Displays 63A, 63B übertragen werden, insbesondere dann, wenn die Displays 63A, 63B Teil eines Head Mounted Displays sind.
• In dem in 1 gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel weisen das robotische Stativ 1, das Operationsmikroskop 2 sowie das Beleuchtungssystem 40 jeweils ein Tracking-Target 10 auf, mit dessen Hilfe ein Tracking-System 12 die Position und Orientierung der jeweiligen Komponente ermitteln kann. Ein Tracking-Target 12 ist außerdem auch unmittelbar oder mittelbar am Beobachtungsobjekt 3 angebracht, sodass die Position und Orientierung der jeweiligen Komponente in Bezug auf das Beobachtungsobjekt 3 ermittelt werden kann. Zur mittelbaren Anbringung am Beobachtungsobjekt 3 kann das Tracking-Target 12 bspw. an einer Schädelklemme fixiert sein.
• Ein erstes exemplarisches Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Vorbereitung der Beobachtung einer Fluoreszenzintensität mit dem in 1 dargestellten optischen Beobachtungssystem 100 wird nachfolgend mit Bezug auf 1 und 5, die ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zeigt, beschrieben.
• Das Beobachten von Fluoreszenz ist insbesondere bei der Tumorresektion von Bedeutung, da der behandelnde Chirurg anhand der Fluoreszenz beurteilt, welches Tumorgewebe ist und daher entfernt werden soll. Dies setzt jedoch voraus, dass die Fluoreszenzintensität des Tumorgewebes ausreicht, um sie im gesamten Tumorgewebe detektieren zu können. Manche Arten von Tumoren wie beispielsweise niedriggradige Gliome (Low Grade Glioma / LGG) nehmen jedoch nur sehr geringe Mengen von Kontrastmittel (bspw. PPIX im Falle von niedriggradigen Gliomen) auf, so dass die Fluoreszenzintensität sehr niedrig und entsprechend schwer zu messen ist. Selbst in sensitiven optischen Beobachtungsgeräten ist bspw. die Fluoreszenzintensität von PPIX in niedriggradigen Gliomen oftmals knapp an der Nachweisschwelle, so dass optimale Beobachtungsbedingungen sichergestellt werden müssen, um mit dem Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B ein zuverlässiges Fluoreszenzsignal detektieren zu können. Im Stand der Technik können daher Fälle auftreten, in denen näher am Operationsmikroskop 2 liegende Gewebebereiche (bspw. Objektbereiche 3A-C) als fluoreszierend erscheinen, da genug Anregungslicht zum Gewebe kommt und genug von der ausgestrahlten Fluoreszenz zu dem Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 6B geleitet wird. Tiefer liegende Gewebebereiche (bspw. Objektbereiche 3D-H) in der gleichen Szene werden dagegen trotz gleicher Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff aufgrund des größeren Abstandes der Beleuchtungslichtquelle 41 womöglich nicht mehr ausreichend hell mit der Anregungswellenlänge beleuchtet und/oder die Einsammeleffizienz nimmt aufgrund des größeren Abstandes des Operationsmikroskops 2 von den entsprechenden Objektbereichen 3D-H ab, z.B. insgesamt mit einer (1/Abstand)^4-Abhängigkeit. Liegt die Fluoreszenzintensität der höher liegenden Objektbereichen 3A-C knapp über der Empfindlichkeitsschwelle des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 6B, so kann die de gleiche die Fluoreszenzintensität bei tiefer liegenden Gewebebereichen 3D-H womöglich gerade nicht mehr vom Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 6B detektiert werden. Das heißt, es kann vorkommen, dass in dem mit dem Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 6B gewonnen Bild einige Objektbereiche 3A-C des im Bild dargestellten Beobachtungsobjekts 3, die effizienter beleuchtet und beobachtet werden können, als fluoreszierend dargestellt werden, während andere Objektbereiche 3D-H mit derselben Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff als nicht fluoreszierend dargestellt werden. Dies kann für den behandelnden Chirurgen zu großen Herausforderungen führen, welche die Behandlung unnötig verlängern können. Auch kann die Fluoreszenz nach einer Verstellung des Operationsmikroskops 2 (z.B. Zoomänderung, Bewegung des Operationsmikroskops und/oder des Beleuchtungssystems 40 relativ zum Beobachtungsobjekt 3) in dem mit dem Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 6B gewonnen Bild plötzlich verschwinden oder auftauchen, was eine zuverlässige Diagnostik erheblich erschwert.
• Die Datenverarbeitungseinheit 6 des optischen Beobachtungssystems 100 aus 1 umfasst daher eine Ermittlungseinrichtung 14 zum Ermitteln des Parameterwertes wenigstens eines die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters. Außerdem umfasst sie eine Simulationseinrichtung 16 zum Simulieren der für die jeweiligen Objektbereiche 3A-H zu erwartenden Fluoreszenzintensität auf der Basis der ermittelten Parameterwerte eines Modells für den Einfluss des wenigstens einen Parameters auf die Fluoreszenzintensität. Eine Auswerteeinrichtung 18 der Datenverarbeitungseinheit 6 ermittelt dann für jeden Objektbereich 3A-H die für eine vorgegebene Mindestkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes zu erwartende Fluoreszenzintensität. Dabei kann sie auch überprüfen, ob die ermittelte Fluoreszenzintensität ausreicht, um mit der gegebenen Empfindlichkeit des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61B von diesem bzw. von diesen detektiert werden zu können. Wenn die Auswerteeinrichtung 18 feststellt, dass Objektbereiche 3A-H vorliegen, für die die Mindestkonzentration an Fluoreszenzfarbstoff nicht zu einem vom Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61 A, 61 B detektierbaren Signal führt, gibt die Auswerteeinrichtung 18 im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Warnsignal aus, das dem Nutzer mitteilt, dass eine zuverlässige Detektion der Fluoreszenz für die Mindestkonzentration nicht gewährleistet ist.
• In einer optionalen Weiterbildung kann die Auswerteeinrichtung 18 eine grafische Darstellung generieren, aus der sich ablesen lässt, in welchen Objektbereichen 3A-H die zu erwartende Fluoreszenzintensität nicht ausreicht, um vom Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B detektiert werden zu können. Eine solche grafische Darstellung kann im einfachsten Fall eine Konturlinie 20 sein, die in ein Bild des Beobachtungsobjekts 3, wie es in 6 gezeigt ist, eingeblendet wird und diejenigen Objektbereiche, in denen die Fluoreszenzintensität nicht ausreicht, um vom Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61 B detektiert werden zu können, umgibt (vergleiche 7). Eine alternative grafische Darstellung kann in Form einer Karte erfolgen. In einer solchen Karte können beispielsweise Objektbereiche, in denen die Mindestkonzentration an Fluoreszenzfarbstoff am Bildsensor 23 oder an den Bildsensoren 61A, 61B zu einer detektiebaren Fluoreszenzintensität führt, anders eingefärbt sein, als solche Objektbereiche, für die die Mindestkonzentration an Fluoreszenzfarbstoff am Bildsensor 23 oder an den Bildsensoren 61A, 61B nicht zu einer detektierbaren Fluoreszenzintensität führt. Die Kartekann optional einen Farbübergang aufweisen, der angibt, wie weit die jeweiligen Objektbereiche noch von einer zuverlässigen Detektion der Fluoreszenzintensität durch den Bildsensor 23 oder die Bildsensoren 61A, 61 B „entfernt“ sind. Beispielsweise können Objektbereiche, deren Fluoreszenzintensität nur 10% unterhalb der für die Detektion durch den Bildsensor 23 oder die Bildsensoren 61A, 61B nötigen Fluoreszenzintensität liegt, grün dargestellt werden, während Objektbereiche mit 50% unter dem geforderten Wert liegender Fluoreszenzintensität rot eingefärbt werden. Anhand der grafischen Darstellung kann ein Nutzer entscheiden, ob die Objektbereiche, in denen die Fluoreszenzintensität nicht ausreicht, um vom Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61 B detektiert werden zu können, für den angestrebten Beobachtungszweck, etwa eine Tumorresektion, relevant sind. Falls der beobachtete Bereich des Beobachtungsobjekts 3 so groß ist, dass er Objektbereiche umfasst, für die bspw. aus Voruntersuchungen bekannt ist, dass sie kein Tumorgewebe enthalten, kann es hingenommen werden, wenn in diesen Bereichen die Mindestkonzentration an Fluoreszenzfarbstoff nicht zu einer von dem Bildsensor 23 oder von den Bildsensoren 61A, 61 B detektierbaren Fluoreszenzintensität führt.
• Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die Auswerteeinrichtung 18 unter Rückgriff auf die Simulationseinrichtung 16 für wenigstens einen Parameter des Operationsmikroskops 2 und/oder des Beleuchtungssystems 40 und/oder des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61B einen verbesserten Parameterwerte generiert, der dazu führt, dass die Zahl der Objektbereiche 3A-H, bei denen die Fluoreszenzintensität der Mindestkonzentration an Fluoreszenzfarbstoff am Bildsensor 23 oder an den Bildsensoren 61A, 61 B zu einem detektiertbaren Signal führt, größer wird. Der wenigstens eine verbesserte Parameterwert kann dann entweder automatisiert eingestellt werden oder dem Nutzer als Einstellungsempfehlung beispielsweise auf dem Monitor 8 dargeboten werden.
• Die Ermittlungseinrichtung 14, die Simulationseinrichtung 16 und die Auswerteeinrichtung 18 sind im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel als Softwaremodule in die Datenverarbeitungseinheit 6 integriert. Sie können aber auch in die Steuerung 4 des optischen Beobachtungssystems 1000 oder in einen zum optischen Beobachtungssystem 100 gehörenden PC integriert sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Ermittlungseinrichtung 14, die Simulationseinrichtung 16 und die Auswerteeinrichtung 18 in unterschiedliche Komponenten des optischen Beobachtungssystems 100 integriert sind. Beispielsweise kann die Ermittlungseinrichtung 14 in die Steuerung 4 integriert sein und die Simulationseinrichtung 16 sowie die Auswerteeinrichtung 18 in einen PC. Grundsätzlich besteht zudem die Möglichkeit, die Ermittlungseinrichtung 14 und/oder die Simulationseinrichtung 16 und/oder die Auswerteeinrichtung 18 als eigenständiges Hardwaremodul auszugestalten.
• Die Ermittlungseinrichtung 14, die Simulationseinrichtung 16 und die Auswerteeinrichtung 18 führen im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen drei Schritte aus. Diese sind das Erfassen von Parameterwerten für Parameter, welche die zum Bildsensor gelangende Fluoreszenzintensität beeinflussen (Ermittlungseinrichtung 14 in Schritt S1), das Simulieren der Fluoreszenzintensität, die vom jeweiligen Objektbereich 3A-H zum Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B gelangt, wobei ein von den Parametern, für die die Parameterwerte erfasst werden, abhängiges Modell der Fluoreszenzbeobachtung Verwendung findet (Simulationseinrichtung 16 in Schritt S2), um für die einzelnen Objektbereich 3A-H für eine vorgegebene Mindestkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes die zu erwartenden Fluoreszenzintensität am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61B zu ermitteln, und das Auswerten der Simulation von der (Auswerteeinrichtung 18 in Schritt S3), um zu ermitteln, bei welchen Objektbereichen 3A-H die zu erwartenden Fluoreszenzintensität am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61B für die vorgegebene Mindestkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes ausreicht, um vom Bildsensor 23 bzw. den Bildsensoren 61 A, 61 B detektiert zu werden. Wenn die Auswertung ergibt, dass Objektbereiche 3A-H vorliegen, für die die Mindestkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61 B nicht zu einer von diesem bzw. von diesen zu detektierenden Fluoreszenzintensität führt, kann die Auswerteeinrichtung 18 eine Warnung ausgeben. Die Auswerteeinrichtung 18 kann darüber hinaus weitere Aufgaben wahrnehmen wie beispielsweise das Erstellen der beschriebenen grafischen Darstellung oder das beschriebene Generieren wenigstens eines verbesserten Parameterwertes.
• In Schritt S1 werden die aktuellen Parameterwerte der in Schritt S2 für die Simulation verwendeten Parameter erfasst. Beispiele für Parameter, die im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel in die Simulation eingehen können sind der Abstand des Operationsmikroskops 2 von den Objektbereichen 3A-H des Beobachtungsobjekts 3, die Orientierung des Operationsmikroskops 2 in Bezug auf die Objektbereiche 3A-H des Beobachtungsobjekts 3, die Zoomeinstellung des Operationsmikroskops 2, die Objektschnittweite des Operationsmikroskops 2, die Blendeneinstellung des Operationsmikroskops 2, der Gain des im Operationsmikroskop 2 verwendeten Bildsensors 23 oder der im Operationsmikroskop verwendeten Bildsensoren 61A, 61B, die Belichtungsdauer des im Operationsmikroskop 2 verwendeten Bildsensors 23 oder der im Operationsmikroskop verwendeten Bildsensoren 61A, 61B, Nichtlinearitäten des im Operationsmikroskop 2 verwendeten Bildsensors 23 oder der im Operationsmikroskop verwendeten Bildsensoren 61A, 61B, der Abstand des Beleuchtungssystems 40 von den Objektbereichen 3A-H des Beobachtungsobjekts 3, die Orientierung des Beleuchtungssystems 40 in Bezug auf die Objektbereiche 3A-H des Beobachtungsobjekts 3, die Intensität einer Beleuchtungslichtquelle 41, die spektrale Intensitätsverteilung einer Beleuchtungslichtquelle 41, die Zoomstellung eines Beleuchtungs-Zooms, die Stellung einer Beleuchtungsblende.
• Zum Erfassen der Parameterwerte umfasst die Datenverarbeitungseinheit 6 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Parameterwert-Ermittlungseinrichtung 14, welche von der Steuerung 4 die am Operationsmikroskop 2, am Stativ 1 und am Beleuchtungssystem 40 eingestellten Parameterwerte abruft. Die Parameterwerte können alternativ aber auch durch Auslesen von Sensormesswerten erfasst werden. Es besteht zudem die Möglichkeit, Parameterwerte mittelbar aus anderen, unmittelbar erfassten Parameterwerten zu berechnen. Beispielsweise kann die relative Position und die relative Orientierung des Operationsmikroskops 2 in Bezug auf das Beobachtungsobjekt 3 aus der mittels des Trackingssystems 12 im Koordinatensystem des Trackingssystems 12 erfassten Position und Orientierung des Operationsmikroskops 2, sowie der ebenfalls mittels des Trackingssystems 12 im Koordinatensystem des Trackingssystems 12 erfassten Position und Orientierung des Beobachtungsobjekts berechnet werden. Alternativ können die Positionen und die Orientierung des Operationsmikroskops 2 in Bezug auf die Objektbereiche 3A-H des Beobachtungsobjekts 3 mittels stereografischer Methoden aus stereoskopischen Bildern des Beobachtungsobjekts ermittelt werden. Größen wie beispielsweise die Zoomstellung des Operationsmikroskops 2 oder des Beleuchtungssystems 40 können wie im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel von der Ermittlungseinrichtung 14 direkt aus der Steuerung 4 des Operationsmikroskops 2 und des Beleuchtungssystems ausgelesen werden oder von Sensoren im jeweiligen Zoomsystem erfasst werden. Auch die Intensität und die spektrale Intensitätsverteilung der Beleuchtungslichtquelle 41 lassen sich mittelbar erfassen, indem sie anhand des Wertes eines Lebensdauerzählers, welche die bisherige Lebensdauer der Beleuchtungslichtquelle erfasst, anhand von Kennlinien berechnen.
• Aufgrund einer mit der Zeit fortschreitenden Degradation der Beleuchtungslichtquelle 41 weicht die von der Beleuchtungslichtquelle 41 aktuell abgegebene Intensität der Anregungswellenlänge mit der Zeit von der nominell eingestellten Intensität der Anregungswellenlänge ab. Die nominell eingestellte Intensität der Anregungswellenlänge ergibt sich dabei aus der nominell eingestellten Intensität der Beleuchtungslichtquelle 41 und ihrer spektralen Intensitätsverteilung. Im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die von der Beleuchtungslichtquelle 41 aktuell abgegebene Intensität der Anregungswellenlänge mittels eines im Operationsmikroskop 2 oder im Beleuchtungssystem 40 verbauten Intensitätssensors 42 ermittelt werden. Der Intensitätssensor 42 ist vorzugsweise nur oder zumindest hauptsächlich auf die Anregungswellenlänge sensitiv, um eine möglichst genaue Erfassung der Intensität der Anregungswellenlänge für die Fluoreszenz zu erhalten. Optional kann mittels eines Intensitätssenaors auch die spektrale Intensitätsverteilung des Beleuchtungslichtes ermittelt werden, etwa mit Hilfe eines Multispektralsensors. Die mit der nominell eingestellten Intensität der Beleuchtungslichtquelle 41 von dieser aktuell abgegebenen Intensität der Anregungswellenlänge (oder die spektrale Intensitätsverteilung des Beleuchtungslichtes) kann alternativ oder zusätzlich aber auch dadurch ermittelt werden, dass ein vor der eigentlichen Beobachtung unter das Operationsmikroskop 2 gelegtes und fokussiertes Kalibriertarget (z.B. weißes Blatt Papier) mit dem Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B aufgenommen und das dabei im Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B generierte Signal ausgewertet wird. Vorzugsweise erfolgt dabei nur eine Auswertung des/derjenige Farbkanals/Farbkanäle des Bildsensors bzw. der Bildsensoren, die der Anregungswellenlänge am nächsten kommt bzw. kommen. Die ermittelte Intensität kann dann in Schritt S2 in der Simulation Verwendung finden. Aus der ermittelten Intensität der Anregungswellenlänge kann optional aber auch die Abweichung der aktuellen Intensität der Anregungswellenlänge von der sich aus der nominell eingestellten Intensität der Beleuchtungslichtquelle 41 ergebenden Intensität der Anregungswellenlänge bestimmt werden und ein Korrekturwert generiert werden, mit dem die die Einstellung der Beleuchtungslichtquelle 41 korrigiert werden muss, um eine der nominellen Intensität der Anregungswellenlänge entsprechende aktuelle Intensität der Anregungswellenlänge zu erhalten. Mit dem Korrekturwert kann also die Intensität der Beleuchtungslichtquelle 41 derart angepasst werden, dass die Degradation der Beleuchtungslichtquelle 41 bei der Fluoreszenzanregung gerade kompensiert wird.
• Eine weitere alternative oder zusätzliche Möglichkeit, die mit der nominell eingestellten Intensität der Beleuchtungslichtquelle 41 von dieser aktuell abgegebene Intensität der Anregungswellenlänge zu ermitteln, ist die Bestimmung über einen Lebensdauer-Zähler der Beleuchtungsquelle 41 (typischerweise Xenon-Lampe oder LED) und die für die Beleuchtungsquelle 41 nominell eingestellte Intensität. Mit zunehmender Lebensdauer der Beleuchtungslichtquelle nimmt die Intensität des von ihr emittierten Beleuchtungslichtes ab, so dass ihre tatsächliche Intensität von der nominell eingestellten Intensität abweicht. Anhand der bisherigen Lebensdauer der Beleuchtungsquelle 41 kann die aktuelle Intensität der Beleuchtungslichtquelle 41 aus der nominell eingestellten Intensität ermittelt und in der Simulation des Schrittes S2 verwendet werden. Optional kann auch hier aus dem Grad, um den die aktuelle Intensität der Beleuchtungslichtquelle 41 gegenüber der nominell eingestellten Intensität verringert ist, ein Korrekturwert generiert werden, um den die Intensität der Beleuchtungslichtquelle 41 korrigiert werden muss, um eine der nominell eingestellten Intensität entsprechende aktuelle Intensität zu erhalten. Mit dem Korrekturwert kann also die Intensität der Beleuchtungslichtquelle 41 derart angepasst werden, dass die Degradation der Beleuchtungslichtquelle 41 bei der Fluoreszenzanregung gerade kompensiert wird. Das verwendete Degradationsmodell für die Beleuchtungsquelle 41 kann optional neben der Änderung Gesamtintensität der Beleuchtungsquelle 41 auch die mit der Zeit auftretenden Verschiebungen in der spektralen Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung berücksichtigen. Die Verschiebung in der spektralen Intensitätsverteilung führt dazu, dass der Grad, um den die aktuelle Intensität der Beleuchtungslichtquelle 41 gegenüber der nominell eingestellten Intensität verringert ist, von der Wellenlänge abhängt. Anhand der Berücksichtigung der mit der Zeit auftretenden Verschiebungen in der spektralen Intensitätsverteilung kann für jede Wellenlänge des Beleuchtungslichtes die aktuelle Intensität ermittelt werden. Durch die Berücksichtigung der mit der Zeit auftretenden Verschiebungen in der spektralen Intensitätsverteilung lässt sich zudem ein genau auf die Anregungswellenlänge der Fluoreszenz abgestimmter Korrekturwert generieren. Auf der Basis der korrigieren Anregungswellenlänge kann eine Berechnung dahingehend erfolgen, wie viel Fluoreszenzstrahlung emittiert wird. Dabei kann in der Berechnung die spektrale Intensitätsverteilung der Beleuchtungslichtquelle 41 mit der effektiven spektralen Anregungskurve der Fluoreszenz gewichtet werden. Anand einer solchen Gewichtung können beim Berechnen des wenigstens einen Korrekturwertes von der Wellenlänge abhängige Eigenschaften des Beobachtungsobjekts 3 berücksichtigt werden, bspw. die Absorption der Anregungswellenlänge beim Eindringen in das Beobachtungsobjekt.
• Die optionale Korrektur der Einstellung der Beleuchtungslichtquelle 41 kann automatisiert erfolgen, so dass die tatsächliche Intensität der Beleuchtungslichtquelle immer der nominell eingestellten Intensität entspricht. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dem Nutzer mitzuteilen, wie er die Einstellung der Beleuchtungslichtquelle 41 anpassen muss, um eine gewünschte Intensität der Beleuchtungslichtquelle zu erzielen.
• In Schritt S2 erfolgt dann eine Simulation der Fluoreszenzemission anhand eines Modells für die Beobachtung der Fluoreszenzintensität, wobei für die Simulation eine Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff angenommen wird, die einer vorgegebenen Mindestkonzentration entspricht. In das Modell gehen Parameter des Beleuchtungssystems 40, Parameter des Operationsmikroskops 2 sowie Parameter des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61B ein, auf die nachfolgend im Einzelnen eingegangen wird. Die Simulation wird im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel von einer in die Datenverarbeitungseinheit 6 integrierten Simulationseinrichtung 16 ausgeführt.
• Die Parameter des Beleuchtungssystems 40 bestimmen unter anderem die Emissionsintensität der Beleuchtungslichtquelle 41 und die Emissionswellenlänge der Beleuchtungslichtquelle 41 und damit die Anregungswellenlänge. Darüber hinaus bestimmen der Abstand des Beleuchtungssystems 40 von den Objektbereichen 3A-H des Beobachtungsobjekts 3 und die Orientierung des Beleuchtungssystems 40 in Bezug auf die Objektbereiche 3A-H des Beobachtungsobjekts 3, die Zoomstellung des Beleuchtungssystems 40 und die Stellung von Blenden im Beleuchtungssystem 40, wie viel Anregungsstrahlung pro Flächeneinheit eines zu einem Objektbereich 3A-H gelangt. Dies beeinflusst der Intensität der Anregungswellenlänge am Ort der Fluoreszenzanregung und damit auch die Intensität der Fluoreszenzemission wodurch wiederum die in den Pixeln des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61B ankommende Fluoreszenzintensität beeinflusst wird.
• Die Parameter des Operationsmikroskops 2 bestimmen, wie viel von einem Objektbereich 3A-H des Beobachtungsobjekts 3 emittierte Fluoreszenzstrahlung zu dem Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61 B (oder in das Okular) gelangt. Hierbei sind für die zum Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61 B gelangende Fluoreszenzintensität und damit für die in den Pixeln des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61 B hervorgerufene Signalstärke insbesondere der Abstand des Operationsmikroskops 2 von den Objektbereichen 3A-H des Beobachtungsobjekts 3 und die Orientierung des Operationsmikroskops 2 in Bezug auf die Objektbereiche 3A-H des Beobachtungsobjekts 3, die Zoomstellung im Operationsmikroskops 2, das Transmissionsverhalten in den Beobachtungsstrahlengang eingebrachter Blenden (Vignettierung) und Filter (Transmissionsgrad) von Bedeutung.
• Bei einem Bildsensor beeinflussen der Gain (Verstärkungsfaktor), die Belichtungsdauer, Nichtlinearitäten des Bildsensors und sonstige variable Faktoren des Bildsensors die durch die eintreffende Fluoreszenzintensität in den Pixeln des Bildsensors hervorgerufene Signalstärke.
• Im Rahmen der Simulation des Schrittes S2 wird mittels eines Optik- und Systemmodells vorzugsweise der Einfluss aller genannten Parameter bei der Berechnung der bei Vorliegen der Mindestkonzentration an Fluoreszenzfarbstoff in den Pixeln des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61 B hervorgerufene Signalstärke berücksichtigt.
• Eins Beispiel für ein mögliches Optik- und Systemmodell wie folgt $$\begin{array}{l}Sensorsignal=\left(1/Beleuchtungsterm\right)*\left(1/Einsammelterm\right)*\\ \left(1/Sensorterm\right)*Rohsignal\end{array}$$

  
• Die Beleuchtungsterm ergibt sich dabei aus den Parameterwerten des Beleuchtungssystems 40, der Einsammelterm aus den Parameterwerten des Operationsmikroskops 2 und der Sensorterm aus den Parameterwerten des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61B.
• Ein möglicher Beleuchtungsterm ist: $$\begin{array}{l}Beleuchtungsterm=[{\left(ZoomfaktorBeleuchtung\right)}^{\wedge }2*(linearer\\ AbblendungsfaktorBeleuchtungsstärke)/(AbstandBeleuchtungzu\\ {Objektoberfläche)}^{\wedge }2]*Lichstärkenfaktor\_mit\_spektraler\\ Anregungsgewichtung*cos(WinkelBeleuchtungzurOberfläche\\ desBeobachtungsobjekts)\end{array}$$

  
• Ein möglicher Einsammelterm ist: $$\begin{array}{l}Einsammelterm=Einsammeleffizienz\left(Zoomfaktor,Fokussierung\right)/\\ \left(AbstandObjektivzurOberflächedesBeobachtungsobjekts\right)*\\ Richtcharateristikfunktion\_der\_Fluoreszenzemission(Winkel\\ BeobachtungzurOberflächedesBeobachtungsobjekts)*\\ Bildortabhängiger\_Vignettierungsfaktor\end{array}$$

  
• Ein möglicher Sensorterm ist: $$\begin{array}{l}Kameraterm=Kamera-Antwort\_Funktion(Belichtungszeit,Gain,\\ \text{gemessenes Rohsignal})\end{array}$$

  
• Vorzugsweise werden bei der Berechnung des Beleuchtungsterms und des Einsammelterms Abschattungseffekte durch das Beobachtungsobjekt 3 mit einbezogen. Dies kann bspw. mit Hilfe einer stereografisch gewonnenen 3D-Tiefenkarte erfolgen. Satt stereografisch kann die 3D-Tiefenkarte auch auf andere an sich bekannte Weisen generiert werden, bspw. unter Verwendung eines Tiefensensors, mittels strukturierter Beleuchtung, etc.
• Die Beleuchtungsterm, der Einsammelterm und das Rohsignal werden jeweils für einen Pixel des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61B und den darauf abgebildeten Objektbereich 3A-H des Beobachtungsobjektes 3 berechnet. Die Größe eines Objektbereiches 3A-H des Beobachtungsobjekts 3 ergibt sich daher im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel aus dem Abbildungsfaktor mit dem das Beobachtungsobjekt 3 auf den Bildsensor 23 oder die Bildsensoren 61A, 61B abgebildet wird, wobei der Abbildungsfaktor u.a. von Parametern des Operationsmikroskops 2 abhängt, bspw. von der Zoom-Einstellung, dem Arbeitsabstand, etc. Zudem kann die Größe der Objektbereiche 3A-H die auf einen Pixel des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61 B vergrößert werden, indem mehrere nebeneinander angeordnete Pixel zu einem größeren Pixel zusammengefasst werden (sog. Binning), um die effektive Pixelfläche zu vergrößern.
• Die Auswerteinrichtung 18 wertet anschließend in Schritt S3 das Ergebnis der Simulation aus Schritt S2 dahingehend aus, ob Objektbereiche 3A-H vorliegen, für die die mit der vorgegebenen Mindestkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes ermittelte Fluoreszenzintensität am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61B nicht ausreicht, um vom Bildsensor 23 bzw. den Bildsensoren 61 A, 61 B detektiert zu werden. Wenn die Auswertung ergibt, dass Objektbereiche 3A-H vorliegen, für die die Mindestkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61 B nicht zu einer von diesem bzw. von diesen zu detektierenden Fluoreszenzintensität führt, gibt die Auswerteeinrichtung 18 im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel eine Warnung aus (Schritt S4). Die Warnung kann optional mit einer grafischen Darstellung einhergehen, die anzeigt, welche Objektbereiche am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61B nicht zu einem vom Bildsensor 23 bzw. den Bildsensoren 61A, 61 B detektierbaren Fluoreszenzintensität führen, damit der Nutzer die Relevanz der Warnung abschätzen kann. Falls die Auswertung ergibt, dass Objektbereiche, die am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61B nicht zu einem vom Bildsensor 23 bzw. den Bildsensoren 61A, 61B detektierbaren Fluoreszenzintensität führen, nicht vorhanden sind, endet die Vorbereitung der Fluoreszenzbeobachtung und die Fluoreszenzbeobachtung kann durchgeführt werden (Schritt S5).
• Die Auswerteeinrichtung 18 kann darüber hinaus optional weitere Aufgaben wahrnehmen. Beispielsweise kann sie das bereits erwähnte Generieren wenigstens eines verbesserten Parameterwertes durchführen. Das optionale Generieren des wenigstens einen verbesserten Parameterwertes findet entweder automatisiert oder auf eine Anforderung des Nutzers hin in Schritt S6 statt, wenn die Auswertung in Schritt S3 ergibt, dass Objektbereiche 3A-H vorliegen, für die die Mindestkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61 B nicht zu einer von diesem bzw. von diesen zu detektierenden Fluoreszenzintensität führt. In Schritt S6 generiert die Auswerteeinrichtung 18 dann für wenigstens einen die Fluoreszenzintensität am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61 B beeinflussenden Parameter einen verbesserten Parameterwert, welcher dazu führt, dass die Zahl an Objektbereichen 3A-H, für die die Mindestkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61 B nicht zu einer von diesem bzw. von diesen zu detektierenden Fluoreszenzintensität führt, verringert wird. Zum Verbessern des Parameterwertes kann die Auswerteeinrichtung 18 beispielsweise den entsprechenden Parameterwert variieren und für jeden bei der Variation vorkommenden Wert des Parameters einen Qualitätswert berechnen. Als Qualitätswert kann dabei beispielsweise die Anzahl derjenigen Objektbereiche, für die die Mindestkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61B nicht zu einer detektierbaren Fluoreszenzintensität führt, herangezogen werden. Dabei kann optional auch eine Gewichtung dahingehend erfolgen, wo sich die verbleibenden Objektbereiche, für die die Mindestkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61 B nicht zu einer detektierbaren Fluoreszenzintensität führt, im Bild befinden. Bspw. können Objektbereiche im Zentrum des Bildes eine höhere Gewichtung erfahren als Objektbereiche am Rand des Bildes. Das Verbessern des wenigstens einen Parameters kann dann so lange fortgeführt werden, bis der Qualitätswert ein Minimum erreicht hat oder einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Alternativ kann als Qualitätswert die Anzahl derjenigen Bereiche, für die die Mindestkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes am Ort des Bildsensors 23 bzw. der Bildsensoren 61A, 61 B zu einer detektierbaren Fluoreszenzintensität führt, herangezogen werden. Das Verbessern des wenigstens einen Parameters kann dann so lange fortgeführt werden, bis der Qualitätswert ein Maximum erreicht hat oder einen mindestwert unterschreitet. Auch hierbei kann wieder eine unterschiedliche Gewichtung von Objektbereiche im Zentrum des Bildes und von Objektbereiche am Rand des Bildfeldes erfolgen. Der verbesserte Parameterwert des wenigstens einen Parameters kann dann entweder automatisiert eingestellt werden (Schritt S7), oder dem Nutzer als eine empfohlene Einstellung angezeigt werden. Bspw. kann wenigstens eine der folgenden Verbesserungen erfolgen:
• - Ausrichtung des Blickwinkels des Operationsmikroskops 2 und/oder des Beleuchtungssystems 40 über das Stativ 1,
• - Optimieren der Lichtstärke der Optik des Operationsmikroskops 2 (Zoomeinstellung, Arbeitsabstand)
• - Optimieren der Empfindlichkeit des Bildsensors 23 bszw. der Bildsensoren 61A, 61B
• - Erhöhung der Beleuchtungshelligkeit.
• Dem Nutzer kann im Rahmen des Verfahrens auch eine Möglichkeit geboten werden, bspw. in der Steuerung 4 oder in der Auswerteeinrichtung 18 einstellen, welche die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameter von der Auswerteeinrichtung 18 automatisch verbessert werden sollen und welche er selbst manuell verbessern möchte.
• Wenn in der nach der Vorbereitung der Fluoreszenzbeobachtung durchgeführten Fluoreszenzbeobachtung ein Ermitteln der oberflächennahen Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff erfolgen soll, muss das vom Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B detektierte Signal anhand eines Vorfaktors korrigiert werden. $$\begin{array}{l}KorrigiertesSignal=Vorfaktor*\left(1/Beleuchtungsterm\right)*\\ \left(1/Einsammelterm\right)*\left(1/Sensorterm\right)*Rohsignal\end{array}$$

  
• Der dabei in das Optik- und Systemmodell eingehende Vorfaktor lässt sich zu diesem Zweck für jeden Fluoreszenzfarbstoff und für eine angenommene Gewebeart durch Kalibration ermitteln. Vorzugsweise wird je nach Gewebeart ein anderer Vorfaktor verwendet. Falls lediglich für jeden Objektbereich die mit der Mindestkonzentration zu erwartende Fluoreszenzintensität ermittelt werden soll, kann ein geeigneter Vorfaktor anhand eines Modells des Emissionsvorgangs und der Eigenschaften des verwendeten optischen Systems ermittelt werden.
• Für die Kalibration finden Referenzobjekte Verwendung. Bei einem ersten Referenzobjekt handelt es sich z.B. um ein diffus reflektierendes weißes Objekt, das 50% der eingestrahlten Lichtintensität diffus zurückwirft. Bei einem zweiten Referenzobjekt handelt es sich beispielsweise um eine wässrige Lösung in einem Referenzgefäß, die eine Referenzkonzentration von 100nM des Fluoreszenzfarbstoffs beinhaltet. Außerdem werden Referenzlagen und - orientierungen des Operationsmikroskops 2 und des Beleuchtungssystems 40 in Bezug auf das jeweilige Referenzobjekt definiert. Für sämtliche in die Simulation eingehende Parameter des Operationsmikroskops 2, des Beleuchtungssystems 40 und des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61 B wird jeweils ein Referenzparameterwert definiert.
• Die Referenzparameterwerte können beispielsweise (müssen aber nicht) so gewählt sein, dass für die Kalibration folgende Referenzbedingungen vorliegen:
• - Senkrechte Beobachtung der Oberfläche des Referenzobjekts (Referenz-Beobachtungswinkel 90°),
• - Referenzort innerhalb des Bildes auf der dem Bildsensor: Das Objekt befindet sich im Zentrum des Bildes und wird auf den mittigen Pixel abgebildet,
• - Referenz-Arbeitsabstand zwischen Operationsmikroskop 2 und Objekt von 200mm,
• - Referenzstellung des Operationsmikroskops 2 (Referenz-Fokuslage = 200mm, Referenz-Zoomfaktor der Beobachtungsoptik gamma_Beobachtung = 1, Referenzblendenstellung: 100% geöffnete Blende),
• - Referenzhelligkeit der Beleuchtung von 50%, Referenzalter der Lampe: neue Xenon-Lampe,
• - Referenz-Einstellung von Beleuchtungsblende (vollständig offen) und Beleuchtungszoom (mittlere Stellung des Beleuchtungszooms, Zoomfaktor gamma_Beleuchtung = 1),
• - Referenzeinstellung der Bildsensorparameter: Gain=0, Belichtungszeit 20ms, usw.
• Durch die Kalibration unter den Referenzbedingungen wird ermittelt, welches Signal am Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B (d.h. im vorliegenden Beispiel dem mittigen Referenzpixel des Bildsensors) das vom ersten Referenzobjekt reflektierte Licht erzeugt, wenn die Beleuchtung des ersten Referenzobjekts mit der Referenzhelligkeit erfolgt und die übrigen Referenzeinstellungen vorliegen. Beispielsweise erzeugt das erste Referenzobjekt durch Reflektion des Beleuchtungslichts unter den genannten Referenzbedingungen ein Referenz-Roh-Signal von 100HE (Helligkeitseinheiten) auf dem Referenzpixel des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61B. Für den Fall des Vorliegens der Referenzbedingungen wird in der Datenverarbeitungseinheit daher eine Referenzintensität in Form eines Referenz-Signals von ebenfalls 100HE hinterlegt.
• Außerdem wird durch die Kalibration unter den Referenzbedingungen ermittelt, welches Signal am Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B (d.h. im vorliegenden Beispiel dem mittigen Referenzpixel des Bildsensors) vorlieget, wenn die Fluoreszenz im zweiten Referenzobjekt mit der Referenzintensität der Anregungswellenlänge erfolgt. Beispielsweise erzeugt das zweite Referenzobjekt unter Referenzbedingungen durch von der Anregungswellenlänge angeregte Fluoreszenzemission ein Referenz-Roh-Signal von 100HE (Helligkeitseinheiten) auf dem Referenzpixel des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61B. Für den Fall des Vorliegens der Referenzbedingungen wird in der Datenverarbeitungseinheit 6 daher ein eine Referenzintensität in Form eines Referenz-Signals von ebenfalls 100HE hinterlegt.
• Ziel der Kalibration ist nun, dass unabhängig davon, ob die tatsächlichen Parameterwerte von den Referenzparameterwerten abweichen, bei Beobachtung des Referenzobjekts mit dem erfindungsgemäßen optischen Beobachtungssystem 100 stets mit das gleiche Signal von 100HE detektiert wird. Weiterhin ist es Ziel der Kalibration, dass ein linearer Zusammenhang zwischen der diffusen Reflektivität eines Beobachtungsobjekts 3 und dem erfassten Signal bzw. zwischen der Fluoreszenzfarbstoff-Konzentration des Beobachtungsobjekts 3 und dem erfassten Signal besteht. Beispielsweise soll bei einer Fluoreszenzbeobachtung mit einer von der Referenzkonzentration von 100nM abweichenden Konzentration von 10nM, 50nM, 70nM, etc. an Fluoreszenzfarbstoff bei einem ansonsten gleichen zweiten Referenzobjekt ein korrigiertes Signal von 10HE, 50HE, 70HE, etc. detektiert werden. Für den Fall einer Beobachtung von reflektiertem Licht (z.B. Weißlicht-Beobachtung) soll beispielsweise ein erstes Referenzobjekt mit einer von der Referenzreflektivität von 50% abweichenden diffusen Reflektivität von 10%, 20%, 30%, etc. stets mit einem korrigierten Signal von 10 HE, 20 HE, 30 HE, etc. detektiert werden.
• Um dies zu gewährleisten, ist im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel in der Datenverarbeitungseinheit 6 für jeden die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameter durch Kalibration oder Vorausberechnung ein Zusammenhang zwischen der Abweichung des Ist-Wertes des jeweiligen Parameters von seinem Referenzwert und der Abweichung des die gemessene Intensität repräsentierenden Signals am Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B von dem die Referenzintensität repräsentierenden Referenz-Signal im Speicher der Signalverarbeitungseinheit hinterlegt. Beispielsweise kann in der Datenverarbeitungseinheit 6 hinterlegt sein, dass ein vom Referenz-Zoomfaktor gamma_Beobachtung = 1 der Beobachtungsoptik abweichender Ist-Zoomfaktor gamma_Beobachtung = 2 dazu führt, dass sich das Signal, und damit die gemessene Intensität, um den Faktor 0,25 verringert. Der Zusammenhang kann bspw. als Gleichung oder Gleichungssystem hinterlegt sein. Alternativ kann er in Form einer Wertetabelle oder mehrerer Wertetabellen hinterlegt sein. Es ist zudem möglich das der Zusammenhang für manche Parameter als Gleichung oder Gleichungssystem hinterlegt und für andere Parameter in Form einer Wertetabelle oder mehrerer Wertetabellen. Im Falle einer oder mehrerer Wertetabellen kann auch zwischen den hinterlegten Werten interpoliert oder extrapoliert werden.
• Mit Hilfe der in der Datenverarbeitungseinheit 6 hinterlegten Formel oder Formeln bzw. der in der Datenverarbeitungseinheit 6 hinterlegten Wertetabelle oder Wertetabellen kann eine gemessene Intensität, insbesondere eine gemessene Fluoreszenzintensität, in eine korrigierte Intensität, insbesondere eine korrigierte Fluoreszenzintensität umgewandelt werden. Falls beispielsweise bei ansonsten mit den Referenzbedingungen übereinstimmenden Ist-Bedingungen der Beobachtung lediglich der Ist-Zoomfaktor gamma_Beobachtung = 2 vom Referenz-Zoomfaktor gamma_Beobachtung = 1 abweicht, wird vom Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B für die Referenz-Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff ein Roh-Signal von 25HE, welches die gemessene erfasst. Zur Korrektur des Roh-Signals wird daher das Roh-Signal durch Abweichungsfaktor 0,25 geteilt, um ein korrigierte Signal von 100HE zu erhalten, das die Fluoreszenzintensität der Referenz-Konzentration des Fluoreszenzfarbstoffes von 100nM entspricht.
• In einem anderen Beispiel ist das Roh-Signal aufgrund von Vignettierung der Optik am Rand des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61B bei ansonsten gleichbleibenden Referenzbedingungen beispielsweise um den Abweichungsfaktor 0,2 verringert. Zur Korrektur des Roh-Signals wird dieses für Pixel am Rand des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61B durch den Abweichungsfaktor von 0,2 geteilt, so dass sich wiederum ein korrigiertes Signal von 100HE ergibt.
• In noch einem anderen Beispiel ist das Roh-Signal bei einem Beleuchtungs-Zoomfaktor gamma_Beleuchtung = 3 und ansonsten unveränderten Referenzbedingungen um den Faktor 9 auf Roh-Signal von 900HE erhöht. Zur Korrektur des Roh-Signals wird daher das Roh-Signal von 900HE durch Abweichungsfaktor 9 geteilt, um ein korrigiertes Signal von 100HE zu erhalten, das die Fluoreszenzintensität der Referenz-Konzentration des Fluoreszenzfarbstoffes von 100nM entspricht.
• Verschiedene die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameter können auch miteinander gekoppelt sein, z.B. kann die Vignettierung sowohl vom Ort auf dem Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B als auch von den optischen Beobachtungsparametern Zoom, Fokus und Blendenstellung abhängen. In diesem Fall sind entsprechende verknüpfte Wertetabellen bzw. Formeln für die Abweichungsfaktoren hinterlegt.
• Das Korrekturverfahren muss im Allgemeinen für jeden Pixel des Bildsensors 23 oder der Bildsensoren 61A, 61B separat ausgeführt werden, da einige Abweichungsfaktoren vom Ort auf dem Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B (bspw. Vignettierung). Ein Großteil der Abweichungsfaktoren sind allerdings vom Ort auf dem Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B unabhängig (z.B. Intensitätseinstellung der Lichtquelle), so dass globale, für alle Orte auf dem Bildsensor 23 oder den Bildsensoren 61A, 61B Abweichungsfaktoren darstellen.
• Als Ergebnis der beschriebenen Vorgehensweise hat das Referenzobjekt mit 100nM Konzentration des Fluoreszenzfarbstoffs somit immer einen korrigierten Messwert von 100HE, und ein nur in der Konzentration des Fluoreszenzfarbstoffes von 33nM vom Referenzobjekt abweichendes Ist-Objekt immer einen korrigierten Messwert von 33HE usw. Sind sämtliche aktuellen Parameterwerte der die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameter bekannt und die sich jeweils ergebenden Abweichungsfaktoren richtig im System hinterlegt, so hängt des korrigierte Signal einzig von den Eigenschaften des Beobachtungsobjekts 3 selbst ab (z.B. optische Eigenschaften, Konzentration des Fluoreszenzfarbstoffs im Objekt, ...) und nicht von den Einstellungen des Operationsmikroskops 2 oder der geometrischen Lage des Beobachtungsobjekts 3 relativ zum Operationsmikroskops 2.
• In einem realen System können nicht alle aktuellen Parameterwerte der die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameter bestimmt und geeignet korrigiert werden. Es können aber zumindest die Einflüsse möglichst vieler die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameter kompensiert werden, so dass das korrigierte Signal zumindest von den aktuellen Parameterwerten dieser Parameter (nahezu) unabhängig ist. Um dennoch zu einem zuverlässigen korrigierten Signal zu gelangen, sollte der Nutzer des Operationsmikroskops 2 dafür sorgen, dass sämtliche nicht vom System korrigierbaren, die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameter den Referenzbedingungen entsprechen. Ist beispielsweise der Einfluss der Beleuchtungsintensität auf das Signal nicht im System korrigierbar hinterlegt, so sollte vom Benutzer dafür gesorgt werden, dass die Referenz-Beleuchtungsintensität eingestellt ist.
• Selbstverständlich kann die Kalibration auch durchgeführt werden, wenn anhand der Simulation lediglich für jeden Objektbereich die mit der Mindestkonzentration zu erwartende Fluoreszenzintensität ermittelt werden soll.
• Fluoreszenzfarbstoffe wie PPIX bleichen bei Anregung langsam aus und verlieren nach und nach an Fluoreszenzintensität. In einer Weiterbildung des in 1 dargestellten optischen Beobachtungssystems 100 wird daher vorzugsweise für jeden Objektbereich 3A-H des Beobachtungsobjekts 3 von der Datenverarbeitungseinheit 6 registriert, für welche Zeitdauer der entsprechende Objektbereich 3A-H bereits mit der Anregungswellenlänge beleuchtet wurde. Das von dem jeweiligen Objektbereich 3A-H austretende Fluoreszenzsignal wird dann von der Datenverarbeitungseinheit 6 jeweils um einen auf der Basis der Zeitdauer ermittelten Ausbleichungsfaktor korrigiert oder aber es wird eine Warnung angezeigt, falls die Dauer und Intensität der Beleuchtung mit der Anregungswellenlänge ein als für den Fluoreszenzfarbstoff verträglich erachtetes Maß überschritten haben. Im Falle einer Bewegung des Operationsmikroskops 2 relativ zum Beobachtungsobjekt 3 ist vorzugsweise ein Trackingsystem und die Bestimmung einer Tiefenkarte vorgesehen, um die jeweiligen Objektbereiche 3A-H in der neuen Perspektive ortsrichtig den bisherigen Objektbereichen 3A-H zuordnen zu können. Für jeden Objektbereich 3A-H des Beobachtungsobjekts 3 wird dann sozusagen ein Zähler angelegt, der mitzählt, wieviel Anregungslicht schon auf diesen Punkt eingestrahlt wurde.
• Die vorliegende Erfindung wurde zu Erläuterungszwecken anhand exemplarischer Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben. Ein Fachmann erkennt jedoch, dass im Rahmen der Erfindung von den beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispielen abgewichen werden kann. Die Erfindung soll daher nicht durch die exemplarischen Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich besteht beigefügten Ansprüche.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 2019227288 A1 [0005, 0007]
• US 2016278678 A1 [0006, 0007]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• Quantitative fluorescence in intracranial tumor: implications for ALA-induced PpIX as an intraoperative biomarker", Roberts et al, Neurosurg. 2011 July; 115(1): 11-17 [0004]

Claims (15)

1. Verfahren zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild, das mit einem ein Beleuchtungssystem (40) und ein optisches Beobachtungsgerät (2) umfassenden optischen Beobachtungssystem (100) gewonnenen wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Ermitteln des Parameterwertes wenigstens eines die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters des optischen Beobachtungssystems (100); und - Generieren des wenigstens einen Korrekturwertes zum Korrigieren der Fluoreszenzintensitäten im Fluoreszenzbild anhand des ermittelten Parameterwertes und des Einflusses des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters auf die Fluoreszenzintensitäten; dadurch gekennzeichnet, dass als der wenigstens eine die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussende Parameter ein Parameter des Beleuchtungssystems (40) Verwendung findet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter des Beleuchtungssystems (40) wenigstens einer der folgenden Parameter herangezogen wird: - Abstand eines Beleuchtungssystems (40) vom Beobachtungsobjekt (3), - Orientierung des Beleuchtungssystems (40) in Bezug auf das Beobachtungsobjekt (3), - Intensität der Beleuchtungslichtquelle (41), - spektrale Intensitätsverteilung der Beleuchtungslichtquelle (41), - Zoomstellung eines Beleuchtungs-Zooms, - Stellung einer Beleuchtungsblende.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Wertes eines Lebensdauer-Zählers der Beleuchtungsquelle (41) und ihrer nominell eingestellten Intensität unter Verwendung eines Degradationsmodells für die Beleuchtungsquelle (41) die aktuelle Intensität der Beleuchtungslichtquelle (41) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Degradationsmodell Verwendung findet, das neben der Änderung Gesamtintensität der Beleuchtungsquelle (41) auch die mit der Zeit auftretenden Verschiebungen in der spektralen Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung berücksichtigt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer Kalibriertargets und der bei Verwendung des Kalibriertargets mit dem optischen Beobachtungsgerät (2) erfassten Intensität des reflektieren Beleuchtungslichtes die aktuelle Intensität der Beleuchtungslichtquelle (41) ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Intensitätssensors (42) die aktuelle Intensität der Beleuchtungslichtquelle (41) ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Berechnung der von wenigstens einem Oberflächenbereich (3A-H) des Beobachtungsobjekts (3) emittieren Fluoreszenzstrahlung erfolgt, wobei in der Berechnung die spektrale Intensitätsverteilung der Beleuchtungslichtquelle (41) mit der effektiven spektralen Anregungskurve der Fluoreszenz gewichtet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem wenigstens der Parameterwert eines der folgenden Parameter ermittelt und berücksichtigt wird: - Abstand des optischen Beobachtungsgeräts (2) vom Beobachtungsobjekt (3), - Orientierung des optischen Beobachtungsgeräts (2) in Bezug auf das Beobachtungsobjekt (3), - Zoomeinstellung des optischen Beobachtungsgeräts (2), - Objektschnittweite des optischen Beobachtungsgeräts (2), - Blendeneinstellung des optischen Beobachtungsgeräts (2), - Gain eines im optischen Beobachtungsgerät (2) verwendeten Bildsensors (23, 61A, 61B), - Belichtungsdauer eines im optischen Beobachtungsgerät (2) verwendeten Bildsensors (23, 61A, 61B), - Nichtlinearitäten eines im optischen Beobachtungsgerät (2) verwendeten Bildsensors (23, 61A, 61B).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass - mit einem Referenzparameterwert für den wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameter wenigstens eine Referenzmessung mit einer Referenzkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes durchgeführt wird, um einen Referenzwert für die Fluoreszenzintensität bei der Referenzkonzentration des Fluoreszenzfarbstoffes zu erhalten, - ein Simulieren der zu erwartenden Fluoreszenzintensität durchgeführt wird, in der für eine Abweichung des Parameterwertes des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters von dem Referenzparameterwert eine Änderung der Fluoreszenzintensität im Vergleicht zur Referenzintensität ermittelt wird, - und ein Ausgleichsfaktor ermittelt wird, mit dem sich in einem digitalen Bild die durch die Abweichung des Parameterwertes des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters von dem Referenzparameterwert verursachte Änderung der Fluoreszenzintensität ausgleichen lässt.
10. Computerimplementiertes Erzeugen zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild, das mit einem ein Beleuchtungssystem (40) und ein optisches Beobachtungsgerät (2) umfassenden optischen Beobachtungssystem (100) gewonnenen wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Empfangen oder Abrufen des Parameterwertes wenigstens eines die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters des optischen Beobachtungsystems (100); und - Generieren des wenigstens einen Korrekturwertes zum Korrigieren der Fluoreszenzintensitäten im Fluoreszenzbild anhand des empfangenen oder abgerufenen Parameterwertes und des Einflusses des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters auf die Fluoreszenzintensitäten; dadurch gekennzeichnet, dass als der wenigstens eine die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussende Parameter ein Parameter des Beleuchtungssystems (40) Verwendung findet.
11. Computerprogramm zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild, das mit einem ein Beleuchtungssystem (40) und ein optisches Beobachtungsgerät (2) umfassenden optischen Beobachtungssystem (100) gewonnenen wird, wobei das Computerprogramm Instruktionen umfasst, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, - den Parameterwert wenigstens eines die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters des optischen Beobachtungssystems (100) zu empfangen oder abzurufen; und - den wenigstens einen Korrekturwert zum Korrigieren der Fluoreszenzintensitäten im Fluoreszenzbild anhand des empfangenen oder abgerufenen Parameterwertes und des Einflusses des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters auf die Fluoreszenzintensitäten zu generieren; und dadurch gekennzeichnet, dass als der wenigstens eine die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussende Parameter ein Parameter des Beleuchtungssystems Verwendung findet.
12. Datenverarbeitungseinheit (6) zum Erzeugen wenigstens eines Korrekturwertes für die Korrektur von Fluoreszenzintensitäten in einem Fluoreszenzbild, das mit einem ein Beleuchtungssystem (40) und ein optisches Beobachtungsgerät (2) umfassenden optischen Beobachtungssystem (100) gewonnenen wird, wobei die Datenverarbeitungseinheit (6) einen Speicher und einen Prozessor umfasst und der Prozessor mittels eines im Speicher gespeicherten Computerprogramms dazu ausgestaltet ist, - den Parameterwert wenigstens eines die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters des optischen Beobachtungssystems (100) zu empfangen oder abzurufen; - den wenigstens einen Korrekturwert zum Korrigieren der Fluoreszenzintensitäten im Fluoreszenzbild anhand des empfangenen oder abgerufenen Parameterwertes und des Einflusses des wenigstens einen die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussenden Parameters auf die Fluoreszenzintensitäten zu generieren; und - den wenigstens einen Korrekturwert auszugeben; dadurch gekennzeichnet, dass als der wenigstens eine die Beobachtung der Fluoreszenzintensität beeinflussende Parameter ein Parameter des Beleuchtungssystems Verwendung findet.
13. Optisches Beobachtungssystem (100) mit einem Beleuchtungssystem (40) und einem optischen Beobachtungsgerät (2) dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem eine Datenverarbeitungseinheit (6) nach Anspruch 12 aufweist.
14. Optisches Beobachtungssystem (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem wenigstens eines der folgenden Elemente umfasst: - einen Lebensdauer-Zähler zum Erfassen der bisherigen Lebensdauer der Beleuchtungsquelle (41), - einen Intensitätssensor (42), - eine Vorrichtung zum Ermitteln des Abstands des Beleuchtungssystems vom Beobachtungsobjekt (3) und/oder der Orientierung des Beleuchtungssystems (40) in Bezug auf das Beobachtungsobjekt (3), - eine Vorrichtung zum Ermitteln der Zoomstellung eines Beleuchtungs-Zooms, - eine Vorrichtung zum Ermitteln der Stellung einer Beleuchtungsblende.
15. Optisches Beobachtungssystem (100) nach Anspruch 13, oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuerung (4) umfasst, die dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Parameterwert des optisches Beobachtungssystems (100) automatisiert einzustellen.

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