DE4134481A1 - Operationsmikroskop zur rechnergestuetzten, stereotaktischen mikrochirurgie, sowie verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Operationsmikroskop zur rechner­ gestützten stereotaktischen Mikrochirurgie nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 1, sowie ein Verfahren zu dessen Be­ trieb.

Innerhalb der konventionellen Mikrochirurgie mit Hilfe eines Operationsmikroskopes ergeben sich häufig Probleme bei der Interpretation des durch das Operationsmikroskop betrachteten Sehfeldes, bzw. der momentan betrachteten anatomischen Situa­ tion. So stellt sich oft die Aufgabe Diagnosedaten, welche über verschiedene bildgebende Untersuchungsverfahren (Compu­ ter-Tomographie CT, Kernspinresonanz NMR, . . .) gewonnen wurden, mit dem momentan eingesehenen Sehfeld zu korrelieren, um einen gezielten Eingriff vornehmen zu können. Die Inter­ pretation und Analyse des Mikroskop-Sehfeldes ist demzufolge für den Chirurgen schwierig und zeitaufwendig.

Ein Lösungsansatz zu dieser Problematik beruht auf dem Ein­ satz stereotaktischer Methoden, um eine rasche intraoperative Nutzung der Diagnosedaten zu ermöglichen. So ist aus der US-Patentschrift US 47 22 056 ein Operationsmikroskop bzw. ein Verfahren zu dessen Betrieb bekannt, bei dem mit Hilfe einer Einspiegelungsvorrichtung dem betrachteten Sehfeld Bilder aus einem präoperativen Diagnoseverfahren überlagert werden kön­ nen. Die Korrelation zwischen Operationsmikroskop und Pa­ tient, d. h. die Ermittlung der Koordinaten des eingesehenen Sehfeldes, erfolgt hier durch die Bestimmung der Operations­ mikroskop-Raumkoordinaten mit Hilfe eines Ultraschall­ geber-Systemes. Aus den Raumkoordinaten des Operationsmikroskopes wird dann über die jeweiligen aktuellen optischen Systemdaten auf die Lage des Sehfeldes im Raum geschlossen, wobei davon ausgegangen wird, daß das interessierende Objektdetail in der Sehfeldebene liegt.

Dieses Verfahren zur Sehfeld-Lokalisation und Korrelation mit den entsprechenden Diagnosedaten weist jedoch entscheidende Nachteile auf. So ist die Abbildung durch das optische System des Operationsmikroskopes immer mit einer gewissen Tiefen­ schärfe behaftet, die bei Vergrößerungen, die in der Neuro­ chirurgie beispielsweise üblich sind, im Bereich weniger zehntel Millimeter bis hin zu einigen Zentimetern reichen kann. Interessiert nun den Chirurgen im Verlauf einer Opera­ tion ein anatomisches Detail, so fokussiert er das Mikroskop auf die entsprechende Stelle, muß aber aufgrund der erwähnten Tiefenschärfe, der seinerseits möglichen Akkomodation, sowie optischer Toleranzen im System mit einer gewissen Ungenauig­ keit zwischen interessierendem Objektdetail und Fokusebene rechnen. Eine derartige Vorrichtung erlaubt damit keine hoch­ genaue direkte Vermessung des interessierenden Objektdetails. Ebensowenig ist eine zuverlässige Zielfindung mit Hilfe des Operationsmikroskopes gewährleistet. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung ist der umständliche Aufbau des Ultraschall­ gebersystems am Operationsmikroskop, der den Chirurgen wäh­ rend der Operation behindert.

Eine ähnliche Lösung dieser Problematik beschreibt auch die DE-OS 40 32 207. Hier wird die exakte Raumposition des Opera­ tionsmikroskopes, das von einem Mehr-Gelenk-Mechanismus ge­ tragen wird, über die Detektoren in diesem Mehr-Gelenk-Mecha­ nismus ermittelt, die Bewegungsrichtungen und -abstände der beweglichen Elemente erfassen. Die exakte Lage des eingesehe­ nen Sehfeldes im Raum wird hier über die Ermittlung der Operationsmikroskop-Koordinaten aus den Detektorsignalen, sowie durch die erfaßten Daten des optischen Systems, wie etwa der momentane Fokussierzustand, berechnet. Die Bestim­ mung der Sehfeldlage allein aus den Daten des optischen Systems nach erfolgtem Fokussieren auf das interessierende Objektdetail ist hier mit denselben Ungenauigkeiten verbun­ den, wie vorab bereits beschrieben wurde. Die Tiefenschärfe­ problematik, physiologische Wahrnehmungseigenschaften sowie optische Toleranzen im System gestatten auch hier keine exak­ te Positionsbestimmung des eingesehenen Sehfeldes, insbeson­ dere keine direkte Vermessung desselben.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Opera­ tionsmikroskop sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb zu schaffen, das es erlaubt das eingesehene Sehfeld koordinaten­ mäßig exakt zu erfassen und somit die Korrelation mit den entsprechenden Diagnosedaten aus bildgebenden Diagnoseverfah­ ren ermöglicht. Dabei soll sich die Genauigkeit der Koordi­ natenerfassung nach der Auflösungsgrenze des jeweiligen bild­ gebenden Diagnoseverfahrens richten. Außerdem sollen die wesentlichen Komponenten in die Optik des Operationsmikro­ skopes integriert sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Operationsmikroskop mit den Merkmalen des Anspruches 1. Ein geeignetes Verfahren zu dessen Betrieb ist Gegenstand des Anspruches 8, sowie der folgenden Unteransprüche.

Wesentliches Kennzeichen der Erfindung ist, daß über ein Anvisierverfahren versucht wird, ein ausgewähltes und mar­ kiertes Objektdetail mit der jeweiligen Sehfeldebene zur Überlagerung zu bringen. Ist dies gewährleistet, so läßt sich aus den optischen Systemdaten des Operationsmikroskopes die relative Lage des Objektdetails vor dem Operationsmikroskop bestimmen. Dazu ist zusätzlich noch die Kenntnis der exakten Raumkoordinaten und der Orientierung des Operationsmikrosko­ pes nötig. Zweckmäßig ist hierzu die Anordnung des erfin­ dungsgemäßen Operationsmikroskopes an einem Mehrgelenk-Sta­ tiv, wobei geeignete Weg- und Winkeldetektoren in diesem Mehrgelenk-Stativ zur präzisen Erfassung der Operationsmikro­ skop-Position und -Orientierung dienen. Ist somit die exakte Raumposition des Operationsmikroskopes bekannt, so kann zu­ sammen mit dem Ergebnis einer vorherigen Eichmessung auf die Lage des betrachteten Objektdetails bzw. des eingesehenen Sehfeldes im Patienten-Koordinatensystems geschlossen werden. Bei einer derartigen Eichmessung werden bekannte, durch das bildgebende Diagnoseverfahren ebenfalls erfaßte Punkte im Patientenkoordinatensystem über das beschriebene Anvisierver­ fahren vermessen. Ein der Lage und Größe des erfaßten Sehfel­ des entsprechendes Diagnosebild aus dem präoperativ erstell­ ten Diagnosedatensatz kann dann über eine entsprechende Ein­ spiegelungsvorrichtung in den Beobachtungs-Strahlengang ein­ gespiegelt werden. Damit ist eine Überlagerung von Diagnose­ bild und betrachtetem Sehfeld möglich. Alternativ kann eine derartige Darstellung auch auf einem separaten Diagnose-Moni­ tor erfolgen. Somit ist der rechnergestützte stereotaktische Einsatz eines Operationsmikroskopes gewährleistet.

Ein derartiges Anvisierverfahren wird ermöglicht, indem in den Beobachtungsstrahlengang Markierungen eingespiegelt werden, welche die relative Lage der Sehfeldebene, sowie die Lage eines auf ein Objektdetail projizierten Laserstrahles vergegenständlichen. Dazu wird die exakte Lage der Opera­ tionsmikroskop-Sehfeldebene, mit Hilfe eines Positionserken­ nungssystemes auf optischer Basis, beispielsweise nach dem Lasertriangulations-Prinzip, ermittelt. Die Position eines von der Objektoberfläche gestreuten Laserstrahles wird hierzu auf einem ortsauflösenden Positionsdetektor ausgewertet. Jede Änderung im Abstand Objekt - Mikroskop, bzw. Fokussieren desselben, führt zu einer lateralen Verschiebung des abgebil­ deten Laserstrahles auf dem Positionsdetektor. Die mit Hilfe einer speziellen Prozeßsteuerung erfaßte Ist-Position des Laserstrahles auf dem Positionsdetektor, sowie die Soll-Posi­ tion bei Übereinstimmen von Sehfeldebene und Objektdetail wird über eine Bildverarbeitungseinrichtung auf einem TV-Display dargestellt und in den Beobachtungsstrahlengang des Operationsmikroskopes eingespiegelt.

Durch Fokussieren oder Defokussieren des Operationsmikrosko­ pes wird nun versucht, diese beiden Markierungen zur Deckung zu bringen, womit eine definierte Sehfeldmarkierung, d. h. die eindeutige Lage eines Objektdetails, gewährleistet ist. Dabei kann die Fokussierung über eine Schnittweitenvariation des verwendeten Objektivsystemes erfolgen. Möglich ist jedoch auch, das komplette Operationsmikroskop entlang der optischen Achse zu verschieben. Erst nach diesen Anvisier-Verfahren wird die exakte Position des so markierten Objektdetails aus den optischen Systemdaten ermittelt. Die optischen Systemda­ ten insbesondere die aktuelle Vergrößerung des Vergrößerungs­ systems und die eingestellte Brennweite des Hauptobjektives lassen sich mit geeigneten Weg- bzw. Winkeldetektoren an den Antriebseinheiten für die jeweilige Verstellung erfassen. Somit ist die relative Lage des betrachteten Objektdetails zum Operationsmikroskop definiert bestimmt. Zusammen mit den Operationsmikroskop-Raumkoordinaten und einer notwendigen vorhergehenden Eichmessung am Patienten läßt sich somit die exakte Objektdetail-Lage im Patienten-Koordinatensystem er­ mitteln.

Eine vorteilhafte Verarbeitung der so ermittelten Informa­ tionen besteht in der Korrelation des nun positions- und orientierungsmäßig definiert erfaßten Sehfeldes mit ent­ sprechenden Diagnosebildern (CT, NMR, . . .). Diese können z. B. unter Berücksichtigung der aktuellen Operationsmikroskop-System­ daten wie Vergrößerungsfaktor etc., dem betrachteten Bildausschnitt überlagert werden, indem diese in den Beobach­ tungsstrahlengang eingespiegelt werden.

Weiterhin erweist es sich als zweckmäßig, die mechanischen Toleranzen des Vergrößerungssystemes, der Fokussierung sowie Justagefehler des optischen Systemes, beispielsweise bei der Montage eines derartigen Operationsmikroskopes in einer Refe­ renzmessung, zu erfassen und in der Prozeßsteuerung zu berück­ sichtigen. Während des Anvisierens, d. h. dem Fokussieren des optischen Systemes werden beim Ermitteln der Koordinaten von aktueller Sehfeldebene und markiertem Objektdetail laufend die in der Referenzmessung erfaßten Fehler berücksichtigt und bei der graphischen Darstellung entsprechend korrigiert.

Ebenfalls vorteilhaft erweist sich, die Einspiegelung der graphischen Markierungen zwischen Binokulartubus und Ver­ größerungswechsler vorzunehmen.

Das Positionserkennungssystem nach dem Lasertriangulations-Prin­ zip arbeitet am zweckmäßigsten im nicht-sichtbaren Spek­ tralbereich, beispielsweise im nahen Infrarot. Dadurch wird vermieden einen Laser mit hoher Leistung einsetzen zu müssen, der angesichts der hohen Beleuchtungsstärke im Operationsmi­ kroskop-Sehfeld nötig gewesen wäre, um den projizierten La­ serstrahl auf dem Objekt eindeutig zu lokalisieren. Weiterhin ist damit bei einem entsprechend empfindlichen Positionsde­ tektor gewährleistet, daß dieser nur die Information des interessierenden Laserstrahles weiterverarbeitet und nicht etwa Falschinformationen durch Streulicht auswertet.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beigefügten Zeichnungen.

Dabei zeigt

Fig. 1 die Anordnung des erfindungsgemäßen Operations­ mikroskopes an einem geeigneten Mehrgelenk-Stativ;

Fig. 2 den Aufbau des erfindungsgemäßen Operationsmikro­ skopes in Frontansicht;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Positionserkennungssystemes nach dem Lasertriangulations-Prinzip im unteren Teil des erfindungsgemäßen Operationsmikroskopes aus Fig. 2;

Fig. 4a und 4b verschiedene Fokussierstellungen; sowie

Fig. 5a und 5b die dazugehörigen graphischen Darstellungen auf einem TV-Display oder im Beobachtungsstrahlengang.

In Fig. 1 ist eine Anordnungsmöglichkeit für den Einsatz des erfindungsgemäßen Operationsmikroskopes (1) innerhalb der rechnergestützten stereotaktischen Mikrochirurgie darge­ stellt. Das erfindungsgemäße Operationsmikroskop (1) ist hierbei an einem speziellen Mehrgelenk-Stativ (2) befestigt, welches die Manipulation des Operationsmikroskopes (1) in allen sechs Freiheitsgraden erlaubt. Entscheidend für das verwendete Mehrgelenk-Stativ (2) ist, daß anhand von einge­ bauten Weg- und Winkeldetektoren stets die Erfassung der aktuellen Raumkoordinaten, sowie die Orientierung des daran befestigten Operationsmikroskopes (1) möglich ist. Die Er­ mittlung der Operationsmikroskop-Raumkoordinaten und -Orien­ tierung aus den gelieferten Detektorsignalen übernimmt ein Rechner, der als Prozeßsteuereinrichtung (3) dient und in der dargestellten Anordnung im Sockelteil des Mehrgelenk-Statives (2) untergebracht ist. Mit der Prozeßsteuereinrichtung (3) verbunden ist eine Bildverarbeitungseinrichtung (4), welche für die graphische Umsetzung der Signale des Positionserken­ nungssystemes auf einem in dieser Figur nicht dargestellten TV-Display sorgt. Dieses TV-Display kann dabei in den Beob­ achtungsstrahlengang des Operationsmikroskopes integriert sein. Auf einem Diagnosemonitor (5) kann das eingesehene Sehfeld desweiteren über einen entsprechenden Kameraausgang des Operationsmikroskopes (1) dargestellt und nach der Koor­ dinaten- und Lagebestimmung des Sehfeldes beispielsweise mit einem entsprechenden intraoperativ rekonstruierten Diagnose­ bild überlagert werden. Dieses rekonstruierte Diagnosebild kann alternativ, wie bereits erwähnt, über das TV-Display im Beobachtungsstrahlengang des Operationsmikroskopes (1) darge­ stellt werden. Dabei übernimmt die Bildverarbeitungseinrich­ tung (4) desweiteren die Rekonstruktion des anzuzeigenden Diagnosebildes aus dem präoperativ erstellten Diagnosedaten­ satz. Damit ist eine intraoperative On-line-Nutzung von Dia­ gnosedaten während des chirurgischen Eingriffes gegeben. Um bei einer derartigen Operation eine reproduzierbare Position des Patientenkopfes, beispielsweise bei Gehirnoperationen, zu gewährleisten wird der Patientenkopf (6) des auf einem Opera­ tionstisch (8) liegenden Patienten mit einem speziellen Ste­ reotaxierahmen (7) fixiert, der seinerseits mit dem Opera­ tionstisch (8) fest verbunden werden kann. Dieser Stereo­ taxierahmen (7) wird zudem als Lokalisationshilfe bei der Erstellung eines präoperativen Diagnosedatensatzes benutzt und ermöglicht damit die Korrelation dieser Diagnosedaten mit dem eingesehenen Sehfeld.

In Fig. 2 ist die Frontansicht eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Operationsmikroskopes (1) dargestellt. Ebenso dargestellt sind schematisch die nötigen Auswerteein­ heiten für den Betrieb eines derartigen Operationsmikroskopes (1) innerhalb der stereotaktischen rechnergestützten Mikro­ chirurgie. Das erfindungsgemäße Operationsmikroskop (1) be­ sitzt in diesem Ausführungsbeispiel ein zweiteiliges Hauptob­ jektiv, bestehend aus einer Sammel- (9) und einer Zer­ streuungslinse (10) für die beiden stereoskopisch getrennten Beobachtungsstrahlengänge. Die beiden Hauptobjektiv-Linsen (9, 10) können zur Fokussierung entlang der optischen Achse (18) relativ zueinander versetzt werden. Weiterhin ist ein Zoom-System (11a, 11b) für jeden der beiden Beobachtungs­ strahlengänge zum Wechseln der Vergrößerungseinstellung vor­ gesehen. In den beiden Beobachtungstuben sind desweiteren Tubuslinsen (12a, 12b), sowie Okularlinsen (13a, 13b) für jeden Beobachtungsstrahlengang angeordnet. Zum Ermitteln der aktuellen optischen Systemdaten dienen Detektoren (15, 16), welche die aktuelle Einstellung von Zoom (11a, 11b) und Hauptobjektiv (9, 10) an den dazugehörigen jeweiligen Ver­ stellelementen (33, 34) erfassen und an den Rechner der Pro­ zeßsteuereinrichtung (3) übergeben. Zwischen Hauptobjektiv (9, 10) und Zoom-System (11a, 11b) ist ein Positionserken­ nungssystem nach dem Lasertriangulations-Prinzip angeordnet. Der von einer Laser-Diode, die in dieser Darstellung nicht sichtbar ist, erzeugte Laserstrahl wird über einen Umlenk­ spiegel (17) durch das Hauptobjektiv (9, 10) auf die Objekt­ oberfläche (19) projiziert. Das von der Objektoberfläche (19) gestreute Laserlicht wird in einem der beiden stereoskopi­ schen Beobachtungsstrahlengänge mit Hilfe eines Auskoppel­ elementes (20) aus dem Beobachtungsstrahlengang ausgekoppelt und über einen Filter (21) und eine Projektionslinse (22) auf einen geeigneten ortsauflösenden Positionsdetektor (23) abge­ bildet. Als Positionsdetektoren kommen beispielsweise CCD-Zeilen-, Flächenarrays oder positionsempfindliche Detektoren PSDs in Frage. Das hier dargestellte Positionserkennungs­ system auf optischer Basis ist nicht erfindungsspezifisch. Möglich sind auch Alternativen in der Anordnung der ein- und ausgekoppelten Strahlengänge bzw. andere bekannte optische Positionserkennungssysteme, die in die Operationsmi­ kroskop-Optik integriert werden können.

Die Ist-Position des reflektierten Laserstrahles auf dem Positionsdetektor (23) wird nach Auswertung der Detektorsig­ nale im Rechner (3) der Prozeßsteuerungseinrichtung und Wei­ terverarbeitung in der Bildverarbeitungseinrichtung (4) auf einem TV-Display (31) graphisch dargestellt. Ebenso graphisch dargestellt wird auf dem TV-Display (31) die Soll-Position des gestreuten Laserstrahles auf dem Positionsdetektor (23), die dieser einnimmt, wenn Sehfeldebene (24) und markiertes Objektdetail (19) in einer Ebene liegen. Um nun eine defi­ nierte Vermessung eines Objektdetails zu gewährleisten, müs­ sen die beiden graphischen Markierungen von Ist-Position und Soll-Position des gestreuten Laserstrahles auf dem Positions­ detektor (23) zur Deckung gebracht werden, was durch Fokus­ sieren des Operationsmikroskopes (1) erfolgt. Hierbei ist nicht erfindungswesentlich wie diese Fokussierung erfolgt, d. h. neben dem Fokussieren eines Objektives variabler Brenn­ weite ist auch ein Verschieben des kompletten Operationsmi­ kroskopes (1) entlang der optischen Achse (18) möglich, wenn ein Objektiv mit fester Brennweite verwendet wird. Um dem Chirurgen die zum Fokussieren erforderliche Hilfestellung zu geben, wird die graphische Darstellung auf dem TV-Display (31) über eine Einspiegelungsvorrichtung in mindestens einen der beiden Beobachtungsstrahlengänge eingespiegelt. Diese Einspiegelung der Soll- und Ist-Position des Laserstrahles auf dem Positionsdetektor (23) erfolgt über eine Projektions­ linse (25), ein Einkoppelelement (26) und eine Tubuslinse (12b) in die Zwischenbildebene (32) eines Binokulartubus. Hier überlagern sich nun das eingesehene Mikroskop-Sehfeld und die graphische Darstellung von Soll- und Ist-Position des gestreuten Laserstrahles auf dem Positionsdetektor (23) für den Beobachter. Erst nachdem diese beiden Markierungen durch entsprechendes Durchfokussieren des Operationsmikroskopes (1) zur Deckung gebracht worden sind, erfolgt die definierte Positionsbestimmung des markierten Objektdetails auf der optischen Achse (18). Dazu werden die Detektoren (15, 16) an den optischen System-Einheiten Zoom (11a, 11b) und Hauptob­ jektiv (9, 10) ausgelesen und von der Prozeßsteuereinrichtung (3) weiter verarbeitet. Zusammen mit den gleichzeitig fest­ gehaltenen Raum- und Orientierungskoordinaten des Operations­ mikroskopes (1) über die Weg- und Winkeldetektoren des Mehr­ gelenk-Statives ist somit die definierte Lagebestimmung des markierten Objektdetails bzw. des eingesehenen Sehfeldes möglich.

Eine Steigerung der Auswertegenauigkeit wird weiterhin er­ reicht, indem bei der Montage eines derartigen Operations­ mikroskopes in einer Referenz-Messung die optischen und mechanischen Abweichungen des Systemes beim Durchfokussieren erfaßt und gespeichert werden, um bei der eigentlichen Mes­ sung zur Auswertung herangezogen zu werden.

Über ein zweites Auskoppelelement (33) im zweiten Beobach­ tungsstrahlengang ist es zusätzlich möglich, das eingesehene Sehfeld mit einer geeigneten Kamera zur erfassen und auf einem Diagnose-Monitor darzustellen. Nach der beschriebenen Koordinatenbestimmung des eingesehenen Sehfeldes kann auf dem Diagnose-Monitor ein entsprechendes vorher erstelltes Diagno­ sebild überlagert werden. Ebenso ist es möglich, mit Hilfe von Bildverarbeitungseinrichtung (4) und TV-Display (31) dem koordinatenmäßig erfaßten Sehfeld im Beobachtungsstrahlengang ein derartiges Diagnosebild zu überlagern.

In Fig. 3 ist eine Seitenansicht des unteren Teiles des Operationsmikroskopes aus Fig. 2 dargestellt. Eine Laserdio­ de (28), die über den Rechner (3) der Prozeßsteuereinrichtung gesteuert wird, projiziert über zwei Linsen (27a, 27b), wel­ che zur Strahlaufweitung und -formung dienen, einen Laser­ strahl auf einen Umlenkspiegel (17), der den Laserstrahl durch das Hauptobjektiv (9, 10) auf die Objektoberfläche (19) lenkt. Die Anordnung des Positionserkennungssystemes nach dem Lasertriangulations-Prinzip in diesem Ausführungsbeispiel ist nicht erfindungswesentlich. Im dargestellten Ausführungsbei­ spiel in Fig. 2 und 3 wird eine Laserdiode (28) verwendet, die im infraroten Spektralbereich emittiert. Dies bringt insofern Vorteile bei der Detektion des gestreuten Laser­ strahles, da mit Hilfe eines wellenlängenselektiven Auskop­ pelelementes (20) der gestreute Laserstrahl definiert aus dem Beobachtungsstrahlengang separiert werden kann. Durch einen entsprechenden Filter (21) vor dem Positionsdetektor (23), der nur für die verwendete Laser-Wellenlänge durchlässig ist, wird zudem gewährleistet, daß kein Streulicht aus der Umge­ bung auf den Positionsdetektor (23) gelangt, was Falschinfor­ mationen zur Folge hätte.

In Fig. 4a, 4b sowie 5a und 5b werden verschiedene Fokus­ sier-Zustände eines derartigen Systemes sowie die entspre­ chende graphische Darstellung auf dem TV-Display bzw. im eingespiegelten Zwischenbild veranschaulicht. Im Falle der Fig. 4a liegen markierte Objekt-Oberfläche (19) und Opera­ tionsmikroskop-Sehfeldebene (24) nicht in einer Ebene. Der Laserstrahl wird über den Umlenkspiegel (17) entlang der optischen Achse (18) auf die Objektoberfläche (19) proji­ ziert. Der gestreute Laserstrahl (40), der über Hauptobjektiv (9, 10), Auskoppelelement (20), Filter (21) und Projektions­ linse (22) auf dem Positionsdetektor (23) registriert wird, weist noch nicht die Position auf, die zum exakten Vermessen der Sehfeldebene erforderlich ist. Ein Beispiel einer graphi­ schen Umsetzung dieses Zustandes über die Bildverarbeitungs­ einrichtung auf einem TV-Display bzw. das eingespiegelte Zwischenbild wird in Fig. 5a dargestellt. In der Sehfeldmit­ te markiert ein offenes Visier-Strichkreuz (29) den Soll-Zu­ stand für die Position des gestreuten Laserstrahles auf dem Positionsdetektor (23), wenn markiertes Objektdetail (19) und Operationsmikroskop-Sehfeldebene (24) übereinstimmen. Die aktuelle Ist-Position des gestreuten Laserstrahles auf dem Positionsdetektor (23) wird durch die Lage des Kreuzes (30) auf dem TV-Display bzw. im eingespiegelten Zwischenbild mar­ kiert. Über Durchfokussieren des optischen Systemes versucht der Chirurg nun, diese beiden Markierungen zur Deckung zu bringen, um somit eine definierte Lage des markierten Objekt­ details auf der optischen Achse (18) zu erreichen. Dieser Zustand wird in Fig. 4b dargestellt, ebenso wie die zur Deckung gebrachten Markierungen (29, 30) in Fig. 5b. Sobald diese Übereinstimmung erreicht ist, wird anhand der optischen Systemdaten, die aus den entsprechenden Detektoren (15, 16) ausgelesen werden, die Lage der Sehfeldebene (24) relativ zum Operationsmikroskop (1) bestimmt. Zusammen mit den dann er­ mittelten Raum- und Orientierungskoordinaten des Operations­ mikroskopes (1) und einer vorhergehenden Eichmessung ist dann die definierte Bestimmung des betrachteten Objektdetails im Patienten-Koordinatensystem möglich. Bei der vorher durchge­ führten Eichmessung wird die Lage mehrerer bekannter Punkte im Patientenkoordinatensystem mit Hilfe des erfindungsgemäßen Operationsmikroskops (1) bestimmt. Anhand dieser vermessenen Punkte kann die Position und Orientierung des Patienten im Raum bestimmt werden. Zusammen mit den anschließend über das erfindungsgemäße Verfahren ermittelten Sehfeld-Koordinaten ist nach einer geeigneten Koordinatentransformation die Kor­ relation des eingesehenen Sehfeldes mit den entsprechenden Diagnosedaten möglich.

Alternativ zum manuellen Durchfokussieren des Operationsmi­ kroskopes ist es möglich, das beschriebene Anvisierverfahren in Form einer automatischen Fokussierung durchführen zu las­ sen, wobei die Prozeßsteuereinrichtung (3) über einen ent­ sprechenden Antrieb das Durchfokussieren übernimmt.

Claims (14)

1. Operationsmikroskop (1) zur rechnergestützten stereotak­ tischen Mikrochirurgie mit einer Vorrichtung zur Ein­ spiegelung von Zwischenbildern in mindestens einen der beiden Stereo-Beobachtungsstrahlengänge, Detektoren (15, 16) zum Erfassen der optischen Systemdaten, einem Posi­ tionserkennungssystem, sowie einer Prozeßsteuerungsein­ richtung (3) zur Auswertung der Signale des Positionser­ kennungssystemes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Posi­ tionserkennungssystem (28, 27a, 27b, 17, 20, 21, 22, 23) auf optischer Basis vorgesehen ist, das in die Optik des Operationsmikroskopes (1) integriert ist, sowie eine Bildverarbeitungseinrichtung (4), die die von der Prozeß­ steuerungseinrichtung (3) gelieferten Signale in eine für den Beobachter sichtbare zweidimensionale graphische Darstellung umsetzt.

2. Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Positionserkennungssystem (28, 27b, 27a, 17, 20, 21, 22, 23) auf optischer Basis nach dem Lasertriangulationsprinzip aufgebaut ist.

3. Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bildverarbeitungseinrichtung (4) ein TV-Display (31) umfaßt, welches zur graphischen Darstel­ lung der verarbeiteten Signale dient.

4. Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in mindestens einem der beiden Stereo-Beob­ achtungsstrahlengänge eine Einspiegelungsvorrichtung vorgesehen ist, die ein Einkoppelelement (26) mit einer davor angeordneten Projektionsoptik (25) umfaßt und zum Einspiegeln der graphischen Darstellung auf dem TV-Display (31) in den Beobachtungsstrahlengang dient.

5. Operationsmikroskop (1) nach mindestens einem der An­ sprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Positions­ erkennungssystem nach dem Lasertriangulations-Prinzip (28, 27a, 27b, 17, 20, 21, 22, 23) zwischen Objektiv (9, 10) und Vergrößerungssystem (11a, 11b) des Operations­ mikroskopes (1) angeordnet ist.

6. Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Positionserkennungssystem nach dem Lasertriangulations-Prinzip (28, 27a, 27b, 17, 20, 21, 22, 23) sendeseitig eine Strahlquelle (28), eine Strahl­ aufbereitungsoptik (27a, 27b), sowie ein Umlenkelement (17) umfaßt.

7. Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Positionserkennungssystem nach dem Lasertriangulations-Prinzip (28, 27a, 27b, 17, 20, 21, 22, 23) empfangsseitig ein Auskoppelelement (20), eine Abbildungsoptik (21, 22) und einen ortsauflösenden Posi­ tionsdetektor (23) umfaßt.

8. Operationsmikroskop (1) nach mindestens einem der An­ sprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Opera­ tionsmikroskop (1) an einem Mehrgelenk-Stativ (2) be­ festigt ist, das Weg- und Winkeldetektoren zur exakten Ermittlung der Operationsmikroskop-Raumkoordinaten und -Orientierung aufweist.

9. Verfahren zum Betrieb eines Operationsmikroskopes (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• - die Raumkoordinaten des Operationsmikroskopes (1), so­ wie dessen Orientierung laufend ermittelt und an die Prozeßsteuereinheit (3) übergeben werden,
• - die aktuelle Position der Objektebene über das Posi­ tionserkennungssystem (28, 27a, 27b, 17, 20, 21, 22, 23) auf optischer Basis laufend mit Hilfe der Prozeß­ steuereinrichtung (3) erfaßt und über die Bildverar­ beitungseinrichtung (4) auf einem TV-Display (31) gra­ phisch dargestellt wird,
• - die aktuelle Position der Bildebene über das Positions­ erkennungssystem (28, 27a, 27b, 17, 20, 21, 22, 23) auf optischer Basis ebenfalls graphisch auf dem TV-Display (31) dargestellt wird,
• - durch Fokussieren oder Defokussieren des optischen Systemes des Operationsmikroskopes (1) die beiden gra­ phischen Darstellungen auf dem TV-Display (31) zur Deckung gebracht werden,
• - mit Hilfe der anschließend anhand der Detektoren (15, 16) ermittelten optischen Systemdaten die Relativ­ lage des Objektdetails zum Operationsmikroskop (1) bestimmt wird,
• - aus den Koordinaten des Objektdetails relativ zum Operationsmikroskop (1), sowie den Raumkoordinaten des Operationsmikroskopes und dessen Orientierung nach einer Koordinatentransformation die Objektdetail-Koor­ dinaten im Raum bestimmt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die graphische Darstellung auf dem TV-Display (31) in mindestens einen der beiden Beobachtungsstrahlengänge eingespiegelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Ermittlung der Koordinaten des betrachteten Objektes im Raum und Berücksichtigung der Operationsmi­ kroskop-Vergrößerung dem eingesehenen Sehfeld ein diesen Koordinaten entsprechendes Bild aus einem präoperativen Diagnoseverfahren überlagert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die graphische Darstellung der Lage der Position der Bildebene in der Sehfeld-Mitte des betrachteten Bildaus­ schnittes erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einer vorhergehenden Referenzmessung optische und mecha­ nische Abweichungen des optischen Systemes beim Durchfo­ kussieren erfaßt, gespeichert und bei der graphischen Darstellung jeweils berücksichtigt werden, um die momen­ tan erfaßten Meßwerte zu korrigieren.

14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung oder Defokussierung des optischen Systemes automatisch über die Prozeßsteuereinheit erfolgt.