DE3623394C2 - Operationsmikroskop - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Operationsmikroskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits bekannt, im Abbildungsstrahlengang eines Stereomikroskopes Strahlenteiler vorzusehen, um Zusatzinformationen für den Betrachter einzuspiegeln, bzw. auch, um einen zusätzlichen Beobachtungsstrahlengang zu schaffen. Allerdings müssen Zusatzinformationen und Orientierungshilfen, insbesondere mit Mitteln der Röntgen- und Ultraschalltechnik gewonnene, die schon vor der Operation vorliegen, im Gedächtnis des Operateurs gespeichert werden. Bei mikrochirurgischen Arbeitsmethoden ist jedoch die räumliche Orientierung nach dem im Gedächtnis gespeicherten Informationen nicht ausreichend möglich.

Aus der JP 51-144654 A2 ist ein Video-Mikroskop bekannt, bei dem das zu untersuchende Objektfeld zunächst mit einer ersten Kamera niedriger Auflösung abgetastet wird. Anschließend erfolgt ein hochauflösendes Abtasten mit einer zweiten Kamera auf Grundlage der Abtast-Informationen des ersten, niedrigauflösenden Abtastvorganges.

Die EP 0 088 985 A1 beschreibt ein bekanntes Photomikroskop, bei dem in die Zwischenbildebene ein transparentes Multifunktions- Anzeigefeld über einen Durchlicht-Projektionsstrahlengang eingespiegelt wird. Die einzuspiegelnden Informationen umfassen diverseste Informationen über den Zustand des Mikroskop-Systems mit entsprechenden Symbolen und Ziffern.

Ein Vergleichsmikroskop ist aus der CH-PS 578 741 bekannt, bei der zugleich mit dem mikroskopisch beobachteten Objektbild eine Vergleichsbild-Vorlage dargestellt wird.

Aus der US 4,389,669 ist ein videooptisches Inspektions-System bekannt, bei dem zwei Stereomikroskope nebeneinander angeordnet sind, über die ein Vergleich von Halbleiter-Bauelementen mit einer Vergleichsprobe durchgeführt wird. Ferner umfassen beide Vergleichsmikroskope eine TV-Kamera.

Die US 4,202,037 beschreibt ein Computer-Mikroskop, das zum Einspiegeln von elektronisch-generierten Bildern in die Zwischenbildebene eines Mikroskopes geeignet ist. Jedoch sind hierbei keinerlei Maßnahmen vorgesehen, dem gerade betrachteten Objektfeld korrespondierende Bilder zuzuordnen, um dergestalt etwa eine verbesserte Orientierung des Beobachters zu gewährleisten.

Zusatzinformationen, die sich aus den spektralen Remissionseigenschaften freigelegter Oberflächen, aus Temperaturverteilungen an diesen Oberflächen und topologischen Merkmalen sowie mathematisch ableitbaren Funktionen der genannten Größen und Merkmale ergeben, lassen sich mit den herkömmlichen Mitteln nicht in einer vom Operateur unmittelbar auswertbaren Weise darbieten. Das trifft auch für Bilder zu, die mit nicht-optischen Mitteln gewonnen werden, wie z. B. mit Mitteln der Computertomografie und Ultraschalltomografie.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, dem Beobachter eine Mehrzahl von Informationen zur Verfügung zu stellen, auch und vor allem wenn diese der direkten Beobachtung nicht oder nur schwer zugänglich sind, sowie seine Orientierung während der Operation zu verbessern.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.

Anhand der schematischen Zeichnung in Fig. 1 wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In einem Operationsmikroskop, bestehend aus Objektebene 1, Stereo­ objektiv 2, Anordnung zur Vergrößerungsänderung 3, realisiert durch zwei Galilei- oder ZOOM-Systeme, binokularem Einblickssystem 4 mit einer Zwischenbildebene 5 zwischen Tubuslinse und Okular, ist ein Strahlenteilerprisma 6 vorgesehen, welches derart in einem der beiden Strahlengänge des Operationsmikroskopes angeordnet ist, daß ca. 50% der vom Objekt ausgehenden Strahlen aus dem System des Operationsmikroskopes herausgelenkt werden. Über einen wahlweise mittels Filterrevolver ausschwenkbaren Farbfilter 7 und das Abbildungsobjekt 8 gelangen die herausgelenkten Strahlen auf eine Videokamera 9, die über einen Rechner 10 mit Speicher mit einem Farbbildschirm 11 verbunden ist.

Über ein Abbildungsobjektiv 12, dessen Brennebene mit dem Bildschirm 11 zusammenfällt, sowie ein weiteres einschwenkbares Farbfilter 13 gelangen vom Bildschirm 11 ausgehende Strahlen auf das Strahlenteilerprisma 6. Das Strahlenteilerprisma 6 lenkt die vom Bildschirm 11 ausgehenden Strahlen zusammen mit ca. 50% der vom Objekt 1 ausgehenden Strahlen in das Binokularsystem 4. Dabei werden Bilder des Objektes 1 und des Bildschirmes 11 in der gemeinsamen Zwischenbildebene 5 erzeugt. Ein zweiter Bildschirm 11′ in einem Monitor und ein Lichtgriffel 14 zur interaktiven Ansteuerung des Rechners 10 ist vorgesehen. Bildschirm 11, Objektiv 12 und Filter 13 können zu einer kompakten Baueinheit vereinigt werden, die mit üblichen mechanischen Mitteln, vorzugsweise Ringschwalbe, in das Operationsmikroskop einzufügen ist.

Die direkte mikroskopische Abbildung von Objekt 1 in die Zwischenbildebene 5 einerseits und die Abbildung des Objektes 1 über das Objektiv 8, die Videokamera 9, den Bildschirm 11 und das Objektiv 12 in die Zwischenbildebene 5 sind so eingerichtet, daß beide Bilder miteinander korrespondieren. Ein Beleuchtungssystem, bestehend aus einem Kondensor 15 und einer Lichtquelle 16 dient der Beleuchtung des Objektes 1. Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert wie folgt: Das Objekt 1 wird mit dem Beleuchtungssystem 14, 15 beleuchtet, mit dem Objektiv 2 des Operationsmikroskopes abgebildet, mit dem Vergrößerungswechsler 3 wahlweise vergrößert und über den Okulareinblick 4 dem Operateur dargeboten; dabei beobachtet dieser das Zwischenbild 5. Über das Teilerprisma 6 wird der Strahlengang geteilt und mit dem Objektiv 8 wird ein Bild des Objektes 1 auf der lichtempfindlichen Schicht der Videokamera erzeugt und in der Rechner- und Speichereinheit 10 abgespeichert. Das gespeicherte Bild wird auf dem Bildschirm 11 wiedergegeben und durch das Objektiv 12 zu 50% über das Teilerprisma 6 in das Mikroskopsystem eingespiegelt so, daß ein Bild des Bildschirmes 11 in der Zwischenbildebene 5 entsteht. Zur Herstellung der Korrespondenz zwischen dem optisch direkt erzeugtem Bild und dem über Videokamera und Bildschirm erzeugten Bild wird folgendes Verfahren angewendet:

Es werden Interferenzfilter 7 mit der Schwerpunktwellenlänge λ₁ und der Bandbreite Δλ₁ in den kameraseitigen und Filter 13 mit der Schwerpunktwellenlänge λ₂ und der Bandbreite Δλ₂ in den bildschirmseitigen Strahlengang eingeschaltet, wobei die Bedingung

λ₁ < λ₂ und λ₁ + λ₁ < λ₂ -

eingehalten ist.

Nach Einschalten der Interferenzfilter 7 und 13 wird in einem ersten Schritt mittels der Videokamera 9 ein Bild des Objektes 1 aufgenommen und abgespeichert, wobei durch die eingeschalteten Filter 7 und 13 und obige Wellenlängenbedingung das Bild des Bildschirmes nicht auf die Kamera 9 gelangt.

Ein zweiter Schritt besteht darin, daß die Interferenzfilter 7 und 13 wieder ausgeschwenkt werden und die Lichtquelle 16 ausgeschaltet wird.

Es wird mitels der Videokamera 9 das Bild des Bildschirmes 11, auf dem das im ersten Schritt gespeicherte Bild dargeboten wird, aufgenommen und in der Rechner- und Speichereinheit 10 abgespeichert.

Aus der Differenz zwischen den Bildern aus dem ersten und aus dem zweiten Schritt, welche durch die optischen und elektronischen Abbildungseigenschaften der Bildröhre und des nachfolgenden Objektivs verursacht wird, ist die Trans­ formation abzuleiten, welche auf den Speicherinhalt anzuwenden ist, damit direktes optisches Bild und eingespiegeltes Bildschirm-Bild miteinander korrespondieren. Diese Transformation wird im eigentlichen Arbeitsregime vom Rechner 10 permanent auf die von der Kamera 9 abgegebenen Signale angewandt.

Das Interferenzfilter 7 ist in einem Filterwechsler angebracht, der es ermöglicht, schmalbandige Spektralbereiche mit der Kamera aufzunehmen und einem Spektralauszug entsprechende Signale dem Rechner zur Verarbeitung zuzuführen. Nach der rechentechnischen Verarbeitung werden auf dem Bildschirm 11 beispielsweise Linien gleicher Leucht­ dichte oder Linien gleicher Farbvalenz oder lokale mathematische Ableitungen dieser Größen als farbige Linien dargeboten, die, über das Teilerprisma 6 eingespiegelt, dem direkten optisch erzeugten Zwischenbild korrespondierend überlagert sind. Der Operateur erhält so die Möglichkeit, sich an zusätzlichen, insbesondere pathologischen Merkmalen unmittelbar im Operationsfeld zu orientieren. In einer anderen Ausführungsform wird die Infrarot-Eigenstrahlung des Objektes in bekannter Weise lokal gemessen und durch Linien konstanter Temperatur auf dem Bildschirm dargestellt. In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist für den Beginn des Betriebes der Vorrichtung eine schrittweise motorische Abstandsänderung über den gesamten optisch zugänglichen Tiefenbereich des Objektes vorgesehen mit einer Schrittweite, die kleiner ist als der optische Schärfen­ tiefenbereich; die Gesamtheit der so gewonnenen und in 10 gespeicherten Bilder wird mit den an sich bekannten Mitteln der elektronischen Bildverarbeitung auf charakteristische Kanten reduziert, die auf dem Bildschirm 11 dargestellt und über das Teilerprisma 6 dem optisch erzeugten Bild der momentanen Arbeitsebene 1 des Objektes überlagert werden.

In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Eingabe von Daten und bildmäßigen Informationen aus externen Systemen, z. B. Röntgen-, Ultraschall- oder Kernspin-Computertomografen in den Rechner 10 und die Einspiegelung korrespondierender Bilder in das Operationsmikroskop vorgesehen.

In einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Anschluß eines interaktiven Displays 11′ mit einem Lichtgriffel 14 vorgesehen. Mit diesem Lichtgriffel können im Zwischenbild ein­ gespiegelte Marken gesetzt werden, die der Vermessung von Objektstruk­ turen (z. B. Gefäßdurchmesser, Abstände) oder der Unterweisung des Operateurs dienen.

Claims (5)

1. Operationsmikroskop,

• - mit einer Rechnereinheit (10), die mit einer Speichereinheit (10) und einer Bildwiedergabeeinheit (11) verbunden ist und ein in der Speichereinheit (10) elektronisch abgelegtes Bild auf der Bildwiedergabeeinheit (11) zur Anzeige bringt und dessen Bildbearbeitung ermöglicht,
• - und mit einem Strahlteiler (6) im Abbildungsstrahlengang des Operationsmikroskops, der das in der Speichereinheit (10) abgelegte Bild über die Bildwiedergabeeinheit (11) in eine Zwischenbildebene (5) des Okulars (4) einspiegelt und dem Beobachter somit eine Überlagerung des Bildes des Operationsfeldes und des in der Speichereinheit (10) abgelegten Bildes anbietet,
• - wobei das in der Speichereinheit (10) abgelegte Bild Zusatzinformationen für den Beobachter enthält und dem Bild des Operationsfeldes angepaßt ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - das das Operationsmikroskop mit einer Bildaufnahmeeinheit (9) ausgestattet ist, welche über den Strahlteiler (6) das Operationsfeld registriert und dessen Bild an die Rechnereinheit (10) übermittelt,
• - die dieses Bild verarbeitet und als elektronisches Bild in der Speichereinheit (10) ablegt.

2. Operationsmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Bild auf charakteristische Konturen reduziert ist.

3. Operationsmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (10) mit einem interaktiven Display (11) mit zugehörigem Lichtgriffel (14) verbunden ist, welche es dem Beobachter gestatten, kommentierende Daten, insbesondere Konturlinien oder Marken in das elektronische Bild einzutragen, die zusammen mit dem elektronischen Bild in die Zwischenbildebene (5) mit Hilfe des Strahlteilers (6) eingespiegelt werden.

4. Operationsmikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Bild das Operationsfeld vor einer Operation wiedergibt und mit dem Operationsmikroskop optisch oder mit einer anderen Untersuchungsmethode, insbesondere mit Röntgen- oder Kernspintomographie oder mit Ultraschallsonographie, aufgezeichnet wurde.