DE4321934C2 - Chirurgische Mikroskopapparatur - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer chirurgischen Mikroskopapparatur, die ein Mikroskop, ein Stütz- und Tragmittel zum Stützen und Tragen des Mikroskops aufweist, um eine Verschiebung des Mikroskops in drei Dimensionen zuzulassen, und mit einem Antriebsmittel, das in der Lage ist, das Stütz- und Tragmittel zu betätigen bzw. anzutreiben, wie sie aus der CH 48 24 39 bekannt ist.

Eine in der Mikrochirurgie verwendete Mikroskopapparatur besteht im allgemeinen aus einem Mikroskop, welches die Beobachtung eines zu operierenden Teiles zuläßt, und einer Tragvorrichtung, die es ermöglicht, das Mikroskop in die gewünschte Position zu bringen und es in der jeweiligen Position zu halten. Bisher ist eine Vielzahl verschiedener Mechanismen für die Tragvorrichtung hergestellt worden, damit sie durch einfache Handlungen während chirurgischer Operationen einem Operateur die gewünschten Gesichtsfelder liefert.

Die JP-PS Sho 53-23168 (= DE 23 20 266 A1) offenbart beispielsweise eine Tragvorrichtung, bei der ein Drehmoment eines Mikroskops M mit dem Drehmoment von Gegengewichten Ga und Gb ausbalanciert wird, während ein Verschiebemechanismus für das Mikroskop M mittels einer elektromagnetischen Verriegelung, die an den Lagern BL1 bis BL6 angebracht ist, befestigt ist. Diese Tragvorrichtung ermöglicht es einem Operateur, das Mikroskop M durch Anwendung einer sehr geringen Kraft in den gewünschten Neigungswinkel und an den gewünschten Ort zu schieben und das Mikroskop in dieser Position zu halten.

Die CH-PS 48 24 39 offenbart eine Tragvorrichtung, die so gestaltet ist, daß ein elektrisches Verschieben eines Mikroskops durch die Betätigung von Steuergliedern ermöglicht wird, die auf einer Kopfhalterung angebracht sind. Diese Tragvorrichtung gestattet es einem Operateur, das Mikroskop ohne Benutzung seiner Hände zu verschieben.

Weiterhin wird in der JP-OS Sho 61-172552 eine Tragvorrichtung vorgeschlagen, die die Blickrichtung eines Beobachters innerhalb eines Beobachtungssichtfeldes erkennt und ein Mittel zum Verschieben des Mikroskops auf der Grundlage des Ergebnisses dieser Erkennung so steuert, daß das Zentrum eines zu beobachtenden Objekts, das sich in Blickrichtung befindet, in das Zentrum des Beobachtungs­ sichtfeldes eines Mikroskops rückt. Diese Tragvorrichtung ermöglicht es einem Operateur, das Mikroskop in die gewünschte Richtung zu verschieben, indem einfach die Blickrichtung des Operateurs geändert wird.

Die in der JP-PS Sho 53-23168 offenbarte Tragvorrichtung zwingt einen Operateur, seine Hand zu benutzen, um das Mikroskop M zu verschieben, und zwingt ihn, eine chirurgische Operation zu unterbrechen, wenn er das Mikroskop während der chirurgischen Operation verschieben will. In einem solchen Fall ist es notwendig, Maßnahmen zur Unterbrechung der chirurgischen Operation zu treffen; eine solche Unterbrechung in einem ernsten Stadium einer chirurgischen Operation kann einen tödlichen Einfluß auf das Leben eines Patienten haben.

Eine Tragvorrichtung nach der CH-PS 482 439 ist so gestaltet, daß die Steuerglieder mittels des Kopfes eines Operateurs bestätigt werden und die Verschiebung eines Mikroskops zulassen, ohne eine chirurgische Operation zu unterbrechen. Wenn am Mikroskop jedoch eine starke Vergrößerung eingestellt ist, hat das Mikroskop einen kleinen Durchmesser der Beobachtungsöffnung, und eine leichte Abweichung des Auges eines Operateurs von der Okularlinse kann bewirken, daß er die Sicht auf das Beobachtungssichtfeld verliert, was eine Gefahr für den Patienten darstellt.

Die Tragvorrichtung nach der JP-OS Sho 61-172552 bewirkt zwar die Verschiebung eines Mikroskops zwecks Beobachtung eines zu operierenden Teils, der sich innerhalb eines Beobachtungssichtfeldes befindet, zwingt jedoch einen Operateur, seine Blickrichtung ständig nach außerhalb des Sichtfeldes zu lenken, wenn das Mikroskop auf einen zu operierenden Teil gerichtet werden soll, der sich außerhalb des Sichtfeldes befindet, was eine ziemlich lange Zeit für die Verschiebung des Mikroskops erfordert und die Tendenz zur Ermüdung des Operateurs mit sich bringt, so daß diese Vorrichtung nicht für den praktischen Einsatz geeignet ist.

Die Verwendung eines Ultraschall-Oszillators und von Ultraschallempfängern zur Positionserkennung bei Operationsmikroskopen ist aus der US-Z. "IEEE Transactions on Biomedical Engineering", Vol. 36, Nr. 6 (1989), Seite 608 bis 616 bekannt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine chirurgische Mikroskopapparatur der eingangs genannten Art zu schaffen, die keinen Handeinsatz zur Verschiebung eines Mikroskops erfordert und in der Lage ist -, ein Sichtfeld selbst bei Operationen, die eine Verschiebung des Mikroskops erfordern, fehlerfrei beizubehalten.

Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der nebengeordneten Ansprüche 1, 4 und 7 gelöst.

Die chirurgische Mikroskopapparatur gemäß Anspruch 1 besteht aus einem Mikroskop, einer Tragvor­ richtung, die eine Mikroskopverschiebevorrichtung zur Verschiebung des Mikroskops stützt, einem Mittel, um die Beobachtungsöffnung des Mikroskops mit der Augenöffnung eines Beobachters in Übereinstimmung zu bringen, einem Erkennungsmittel, das die Position der Augenöffnung eines Beobachters relativ zum Mikroskop erkennt, und einem Steuermittel zur Betätigung der Tragvorrichtung auf der Grundlage eines Ergebnisses, das von dem Erkennungsmittel erkannt wurde.

Die Mikroskopapparatur ist so gestaltet, daß sie zunächst die Objektivöffnung des Mikroskopes mit der Augenöffnung des Beobachters in Übereinstimmung bringt, eine Position der Augenöffnung des Beobachters speichert, eine Abweichung einer gegenwärtigen Position der Augenöffnung des Beobachters von der gespeicherten Position erkennt, das Mikroskop und die Tragvorrichtung durch Antrieb und Steuerung auf der Grundlage des Ergebnisses verschiebt, das vom Erkennungsmittel erkannt wurde, und die Mikroskopverschiebevorrichtung so verlagert, daß die Beobachtungsöffnung des Mikroskops mit der gegenwärtigen Position der Augenöffnung des Beobachters übereinstimmt. Da das Mikroskop und die Tragvorrichtung elektrisch auf der Grundlage eines Erkennungssignals verschoben werden, das durch die Erkennung der Abweichung der Augenöffnung des Beobachters von der Beobachtungsöffnung des Mikroskops gewonnen wird, ermöglicht es die chirurgische Mikroskopapparatur, das Mikroskop sicher und schnell an eine gewünschte Position zu verschieben, ohne daß der Beobachter dafür seine Hand einsetzen muß.

Alle drei Lösungen ermöglichen die Schaffung einer chirurgischen Mikroskopapparatur, die die Befürchtung, während der Ausführung von Handlungen zur Verschiebung des Mikroskops die Sicht auf das Sichtfeld zu verlieren, beseitigt und leicht zu bedienen ist.

Vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 ein Längsschnittbild der Hauptteile einer ersten Ausführungsform der chirurgischen Mikroskopapparatur,

Fig. 2 ein Schnittbild entlang einer Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Außenansicht der ersten Ausführungsform der chirurgischen Mikroskopapparatur,

Fig. 4 eine Außenansicht, die einen Teil einer Tragvorrichtung, einer Mikroskopverschiebevor­ richtung und eines Mikroskops darstellt, wie sie in einer dritten Ausführungsform der chirurgischen Mikroskopapparatur zu verwenden sind,

Fig. 5 ein Teilschnittbild, das eine innere Struktur des in der dritten Ausführungsform verwendeten Mikroskops in Vergrößerung darstellt,

Fig. 6 ein Blockdiagramm, das eine Antriebssteuer­ schaltung darstellt, die in der zweiten Ausführungsform der chirurgischen Mikroskopapparatur zu verwenden ist,

Fig. 7 ein Schnittbild, das eine innere Struktur eines Mikroskops darstellt, das in einer dritten Ausführungsform der chirurgischen Mikroskop­ apparatur zu verwenden ist,

Fig. 8 eine teilweise gebrochene perspektivische Ansicht einer Tragvorrichtung für eine Bildlinse, die in der dritten Ausführungsform der chirurgischen Mikroskopapparatur zu verwenden ist,

Fig. 9A ein Schnittbild, das ein optisches System zur Erkennung der Position der Augenöffnung eines Beobachters zeigt, wies in der dritten Ausführungsform der chirurgischen Mikroskopapparatur zu verwenden ist, und

Fig. 9B die Vorderansicht eines in Fig. 9A gezeigten Zerhackers.

Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der Erfindung anhand der Abbildungen Fig. 1 bis Fig. 3 beschrieben. In dieser Ausführungsform besteht ein Mikroskop 28 aus einem ersten Gehäuse 31, das eine Objektivlinse 29 und eine afokale vari-fokale Linse 30 aufweist; ein zweites Gehäuse 34, das mit dem ersten Gehäuse 31 in einer später zu beschreibenden Weise verbunden ist, weist eine Bildlinse 32 und eine Okularlinse 33 sowie eine Kopfhalterung 9 auf. Zur Verbindung des ersten Gehäuses 31 mit dem zweiten Gehäuse 34 ist in einer rückwärtigen Aussparung des ersten Gehäuses 31 ein ausgebohrter Zylinder 35 angebracht, der senkrecht zur optischen Achse gleitbar ist und in Kontakt zu einem Zylinder 34a steht, welcher an einem Ende des zweiten Gehäuses 34 geformt ist. Eine Anzahl von Druckfedern 36 befindet sich zwischen dem Endzylinder 34a und dem ausgebohrten Zylinder 35 sowie zwischen dem ersten Gehäuse 31 und dem angebohrten Zylinder 35, wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, so daß das zweite Gehäuse 34 in einer definierten Position (einer Position, in der das Beobachtungsobjektiv des Mikroskops mit der Augenöffnung des Operateurs übereinstimmt) relativ zum ersten Gehäuse 31 gehalten wird. Referenzzahl 37 bezeichnet einen Druckschalter, der sich gegenüber dem ausgebohrten Zylinder 35 befindet und durch einen Bund betätigt werden kann, der am Ende des Endzylinders 34a geformt ist.

Referenzzahl 38 bezeichnet einen weiteren Druckschalter, der sich innerhalb des ersten Gehäuses 31 befindet und durch eine äußere umlaufende Oberfläche am ausgebohrten Zylinder 35 betätigt werden kann; diese Schalter sind mit der an der Tragvorrichtung angebrachten Antriebssteuerung verbunden. Ein Mechanismus zum Aufhängen des Mikroskops 28 an einem Arm 39 der Tragvorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt, wobei die Referenzzahl 40 einen Stützarm bezeichnet, der am ersten Gehäuse 31 angebracht ist und an dessen einem Ende eine Zahnstange 40a geformt ist. Referenzzahl 41 bezeichnet ein Stützglied, dessen eines Ende am Arm 39 der Tragvorrichtung mittels einer Mikroskopverschiebevorrichtung 42 befestigt und dessen anderes Ende mittels eines Zahnstangen-Ritzel-Mechanismus mit dem Stützarm 40 verbunden ist. Als Mikroskopverschiebe­ vorrichtung 42 wird ein Mechanismus verwendet, der dem in der US-PS 4,714,328 (DE-PS 31 47 836) offenbarten Mechanismus entspricht und in der Lage ist, das Stützglied 41 mittels eines in die Mikroskopverschiebevorrichtung 42 eingebauten Motors in einer durch den Pfeil E gezeigten Richtung sowie in eine weitere Richtung senkrecht zur Papieroberfläche zu bewegen. Weiterhin ist der oben erwähnte Zahnstangen-Ritzel-Mechanismus so aufgebaut, daß ein motorgetriebenes Ritzel 43, das am Ende des Stützgliedes 41 mit Lagern, die gleitbar über dessen Ende geschoben sind, befestigt ist, in Kontakt zur Zahnstange 40a des Stützarms 40 steht, so daß das Mikroskop 28 in Richtung des Pfeiles D verschoben wird, wenn das Ritzel 43 gedreht wird.

Außerdem werden eine Dreheinrichtung eines in die Mikroskopverschiebevorrichtung 42 und eine Drehrichtung eines Motors für die Rotation des Ritzels 43 in Abhängigkeit von der gedrückten Position eines Fußschalters 45 bestimmt, wenn dieser mittels der Antriebssteuerung 44 niedergedrückt wird.

Im Folgenden werden die Funktionen der ersten Ausführungs­ form der chirurgischen Mikroskopapparatur beschrieben. Im Falle der ersten Ausführungsform wird eine Anfangsposition des Mikroskops 28 durch entsprechende Betätigung des Fußschalters 45 bestimmt, und der Operateur kann ein vergrößertes Bild des zu operierenden Teiles P betrachten, wobei ein Kopfriemen 9 am Kopf des Operateurs befestigt ist und seine Augenöffnung mit einer Eintrittsöffnung der Okularlinse 33 übereinstimmt. In dieser Ausführungsform befindet sich ein Lichtbündel afokal in einem Abschnitt zwischen der afokalen vari-fokalen Linse 30 und der Bildlinse 32.

Wenn der Operateur das zweite Gehäuse 34 schräg nach oben in Richtung des Pfeiles D verschiebt, um das Mikroskop 28 in die Anfangsposition zu bringen, ist der Schalter 37, der sich in der hinteren Aussparung des ersten Gehäuses 31 an der zum zweiten Gehäuse gerichteten Seite befindet, geschlossen, da er durch den Bund des Endzylinders 34a des zweiten Gehäuses 34 niedergedrückt wird. Beim Schließen des Schalters 37 schickt die Antriebssteuerung 44 ein Antriebssignal zu dem Motor, um das Ritzel 43 zu drehen, wodurch das Ritzel 43 im Uhrzeigersinn rotiert. Dementsprechend verschiebt der Stützarm 40 das erste Gehäuse 31 mittels der Zahnstange 40a schräg nach oben in Richtung des Pfeiles D. Damit folgt das erste Gehäuse 31 in seiner Verschiebung dem zweiten Gehäuse 34. Bei Freigabe des Schalters 37 aus seiner niedergedrückten Position wird der Druckschalter 37 abgeschaltet, und das Ritzel 43 dreht sich nicht mehr weiter, wodurch die Verschiebung des ersten Gehäuses 31 beendet wird. Wenn weiterhin das zweite Gehäuse 34 nach schräg unten in Richtung des Pfeiles D verschoben wird, wird der Druckschalter 37, der sich an der vom zweiten Gehäuse 34 entfernten Seite befindet, geschlossen, und das Ritzel 43 wird mittels der Antriebssteuerung 44 und des Ritzelan­ triebsmotors entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Dementsprechend verschiebt sich das erste Gehäuse 31 schräg nach unten in Richtung des Pfeiles D und beendet die Verschiebebewegung dann, wenn der Druckschalter 37 aus seinem niedergedrückten Zustand freigegeben wird.

Wenn weiterhin der Operateur mittels des Kopfriemens das zweite Gehäuse 34 in Richtung des Pfeiles E verschiebt, wird der Druckschalter 38, der sich auf einer Oberseite in Fig. 1 befindet, geschlossen, weil er durch den ausgebohrten Zylinder 35 niedergedrückt wird. Beim Schließen des Druckschalters 38 schickt die Antriebs­ steuerung 44 ein Antriebssignal zu dem in die Mikroskop­ verschiebevorrichtung eingebauten Motor, und das Stützglied 41 wird durch die Rotation des Motors schräg nach oben in Richtung des Pfeiles E verschoben. Damit folgt das erste Gehäuse 31 in seiner Verschiebung dem zweiten Gehäuse 34 mittels des Stützarms 40. Wenn der Druckschalter 38 aus seinem niedergedrückten Zustand freigegeben wird, wird der Druckschalter 38 abgeschaltet, und das erste Gehäuse 31 verschiebt sich nicht weiter. Die Funktionen der Mikroskopverschiebevorrichtung 42 werden hier nicht detailliert beschrieben, weil diese Funktionen in der oben erwähnten US-PS 4,714,328 (DE-PS 31 47 836) offenbart werden. Wenn das zweite Gehäuse 34 schräg nach unten in Richtung des Pfeiles E verschoben wird, wird der Druckschalter 38, der sich an einer Unterseite in Fig. 6 befindet, geschlossen, und das Stützglied 41 wird mittels der Antriebssteuerung 44 und der Mikroskopverschiebe­ vorrichtung 42 schräg nach unten in Richtung des Pfeiles E verschoben. Das Stützglied 41 beendet seine Verschiebebe­ wegung, wenn der Druckschalter 38 aus seiner niederge­ drückten Position freigegeben wird. Da der Druckschalter 38 in mehrfacher Ausführung in gleichmäßigen Abständen angebracht ist, wie in Fig. 2 zu ersehen ist, kann das erste Gehäuse 31 so verschoben werden, daß es dem zweiten Gehäuse 34 in der gleichen Weise wie oben beschrieben folgt, selbst wenn es in einer Richtung senkrecht zur Papieroberfläche verschoben wird.

Da diese zweite Ausführungsform so gestaltet ist, daß die Augenöffnung des Operateurs auf eine Eintrittsöffnung der Bildlinse 32 projiziert und deren Position relativ zu einer Austrittsöffnung der afokalen vari-fokalen Linse 30 mit den Schaltern 37 und 38 erkannt wird, besitzt diese Ausführungsform einen einfachen Aufbau und ist in der Lage, das Mikroskop so zu verschieben, daß es einer Verschiebung des Kopfes oder der Augenöffnung des Operateurs fehlerfrei folgt. Obgleich die Beschreibung dieser Ausführungsform zwei Fälle schilderte, in denen das Mikroskop linear in Richtung der Pfeile D und E verschoben wird, erübrigt es sich zu sagen, daß das erste Gehäuse 31 dem zweiten Gehäuse 34 auch folgen kann, wenn letzteres Gehäuse in zwei oder drei Dimensionen verschoben wird.

Im Folgenden wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Fig. 4 bis Fig. 6 beschrieben. In dieser Ausführungsform besteht ein Mikroskop 46 aus einem ersten Gehäuse 47, das an einer Tragvorrichtung angebracht ist, und einem zweiten Gehäuse 48, das mittels eines Kopfriemens 9 am Kopf eines Operateurs zu befestigen ist, wie in Fig. 4 dargestellt. Eingebaut in das erste Gehäuse 47 sind eine Objektivlinse 49, eine afokale vari-fokale Linse 50, eine Bildlinse 51 und ein Mittel 53 zur Erzeugung eines Videosignals, das die Funktion hat, ein von einem Bilderfassungselement 52 erfaßtes Bild in Videosignale umzuwandeln. Ein Ultraschall-Oszillator 54 ist an einer rückwärtigen Oberfläche des ersten Gehäuses 47 angebracht. Eingebaut in das zweite Gehäuse 48 sind ein Monitor 55 für die Darstellung eines vom Bilderfassungselement 52 mittels des videosignalerzeugenden Mittels 53 erfaßten Bildes und ein beweglicher Spiegel 56 für die Weiterleitung eines auf dem Monitor 55 dargestellten Bildes zum Auge des Operateurs, wobei der Spiegel durch einen (nicht dargestellten) Elektromagneten o. ä. in eine mit durchgezogenen Linien bezeichnete oder eine andere, mit unterbrochenen Linien bezeichnete Position bewegt wird. An einer rückwärtigen Oberfläche des zweiten Gehäuses 48 ist ein Paar von Ultraschallempfängern 57 angebracht. Außerdem unterscheidet sich die in Fig. 4 dargestellte Tragvorrichtung in einer Struktur ihres Endes leicht von der in Fig. 1 darge­ stellten Vorrichtung. Konkret gesagt, bezeichnet das Referenzsymbol DU₁ in Fig. 4 eine Antriebseinheit, die einen eingebauten Motor für das Drehen eines Arms R₁ um eine x-Achse aufweist, wobei von einer später zu beschreibenden Stützarm-Steuerschaltung ein Antriebssignal geliefert wird. Das Referenzsymbol DU₉ bezeichnet eine weitere Antriebseinheit mit einem eingebauten Motor für das Drehen eines Armes R₂ um eine y-Achse senkrecht zur Papieroberfläche, wobei von einer später zu beschreibenden Stützarm-Steuerschaltung ein Antriebssignal geliefert wird. Weiterhin bilden der Ultraschall-Oszillator 54 und der Ultraschallempfänger 57 eine Positionserkennungsvor­ richtung zum Erkennen einer Position und eines Winkels des zweiten Gehäuses 48 relativ zum ersten Gehäuse 47.

Fig. 6 zeigt die Schaltungen in einer Antriebssteuerung für das Mikroskop 46 und die Tragvorrichtung. In Fig. 6 bezeichnet die Referenzzahl 58 eine Positionserkennungs­ schaltung zum Erkennen einer räumlichen Position des zweiten Gehäuses 48 relativ zum ersten Gehäuse 47 unter Verwendung des Ultraschall-Oszillators 54 und des Ultraschallempfängers 57. Referenzzahl 59 bezeichnet eine Verschiebungsberechnungsschaltung, die Abweichungen des Mikroskops 46 von einer Ursprungsposition (Anfangsposition) in x-, y- und z-Richtung auf der Grundlage von dreidimensionalen Koordinatensignalen, die von der Positionserkennungsschaltung 58 geliefert werden, und von Ursprungskoordinaten, die in einem Speicher 61 durch Betätigung eines Einstellschalters 60 gespeichert wurden. Referenzzahl 62 bezeichnet eine Stützarm-Steuerschaltung, die Antriebssignale zu den Antriebseinheiten DU₁ und DU₂ schickt, um die Tragvorrichtung in eine Richtung zu bewegen, die einer Ausgabe der Verschiebungsberechnungs­ schaltung 59 entspricht.

Im Folgenden werden die Funktionen der zweiten Ausführungsform der chirurgischen Mikroskopapparatur beschrieben. In einem Zustand, bei dem der Operateur den Kopfriemen 9 an seinem Kopf befestigt, beobachtet er unter entsprechendem Bewegen des ersten Gehäuses 47 das vergrößerte Bild des zu operierenden Teils P mittels der Objektivlinse 49, der afokalen vari-fokalen Linse 50, der Bildlinse 51, des Monitors 55 und des beweglichen Spiegels 56. Bei Betätigung des Einstellschalters 60, nachdem der Operateur seinen Kopf in eine Position gebracht hat, die seine Arbeit am zu operierenden Teil P erleichtert, werden Ultraschallsignale vom Ultraschall-Oszillator 54 ausgesendet und von den Ultraschallempfängern 57 empfangen, und eine Information über Position und Winkel des zweiten Gehäuses 48 relativ zum ersten Gehäuse 47 wird zur Positionserkennungsschaltung 58 geschickt. Die Information über Position und Winkel, die zur Positionser­ kennungsschaltung 58 geschickt wird, wird in dieser in Koordinatensignale umgewandelt und temporär im Speicher 61 als Ursprung in einem dreidimensionalen Koordinatensystem gespeichert.

Wenn der Operateur seinen Kopf und damit das zweite Gehäuse 48 in einer beliebigen Richtung verschiebt, um das Mikroskop 46 zu verschieben, wird die Information über eine neue Position und einen neuen Winkel des zweiten Gehäuses 48 zur Positionserkennungsschaltung 58 geschickt und in dieser, wie oben beschrieben, in dreidimensionale Koordinatensignale umgewandelt. Eine Verschiebung im Koordinatensystem wird von der Verschiebungserkennungs­ schaltung 59 aus den umgewandelten Koordinatensignalen und den im Speicher 61 gespeicherten, oben erwähnten Ursprungssignalen errechnet; dieser Verschiebung entsprechende Antriebssignale werden von der Stützarm-Steuerschaltung 62 ausgegeben und zur Antriebseinheit DU₁ und/oder DU₂ usw. geschickt, um das erste Gehäuse 47 zu verschieben. Die Verschiebung des ersten Gehäuses 47 wird gestoppt, wenn die Verschiebungsberechnungsschaltung eine Verschiebung von 0 errechnet. Das Mikroskop 46 wird durch die oben beschriebenen Funktionen verschoben. Da die zweite Ausführungsform so konfiguriert ist, daß das erste Gehäuse 47 verschoben wird, unmittelbar bevor eine errechnete Verschiebung die zulässige Verschiebung überschreitet, kann die zweite Ausführungsform gegebenenfalls eine Vergleichsschaltung wie die der ersten Ausführungsform enthalten. Wenn des weiteren der bewegliche Spiegel 56 bei Bedarf in die durch unterbrochene Linien dargestellte Position gebracht wird, kann der Operateur das zu operierende Teil P und die Operationswerk­ zeuge direkt beobachten.

Da die zweite Ausführungsform so gestaltet ist, daß es dem Operateur möglich ist, das zu operierende Teil P, wie oben beschrieben, mittels des Monitors 55 zu beobachten, erlaubt es die zweite Ausführungsform einem chirurgischen Operateur, chirurgische Operationen in bequemer Haltung auszuführen, indem er freie Positionen seines Kopfes wählen und entsprechende Werte der zulässigen Verschiebung unabhängig von der Beobachtungsöffnung des Mikroskops 46 einstellen kann, wodurch ein sehr einfacher Einsatz gewährleistet ist. Darüber hinaus ist die zweite Ausführungsform sehr praktisch, da sie die direkte Betrachtung des zu operierenden Teiles P und der Operationswerkzeuge zuläßt.

Im Folgenden wird die dritte Ausführungsform der chirurgischen Mikroskopapparatur anhand der Abbildungen Fig. 7 bis Fig. 9 beschrieben. In Fig. 7 bezeichnet die Referenzzahl 63 ein Mikroskop der chirurgischen Mikroskopapparatur, das mittels eines Stützarms 40 von einer Tragvorrichtung gehalten wird, die der in Fig. 3 gezeigten entspricht, und das durch eine Motorantriebsvorrichtung in den Richtungen bewegt werden kann, die durch die Pfeile E und/oder D gekennzeichnet sind. Referenzzahl 64 bezeichnet eine Objektivlinse, Referenzzahl 65 eine afokale vari-fokale Linse, Referenzzahl 66 eine Bildlinse und Referenzzahl 67 eine Okularlinse; diese Linsen bilden ein optisches Beobachtungssystem des Mikroskops 63. Referenzzahl 68 bezeichnet einen ersten Halbspiegel, der im optischen Beobachtungssystem angebracht ist, Referenzzahl 69 einen zweiten Halbspiegel, Referenzzahl 70 eine Übertragungslinse, Referenzzahl 71 eine lichtdurchlässige Anzeige, Referenzzahl 72 eine Lichtquelle, Referenzzahl 73 eine Vorrichtung zum Erkennen der Position eines Auges eines Operateurs, die so gestaltet ist, wie es in der JP-PS Hei 3-5810 offenbart wurde. Referenzzahl 74 bezeichnet eine Linsenfassung, die durch einen Mechanismus wie den in Fig. 8 dargestellten in einer Richtung entlang einer optischen Achse und/oder senkrecht zur optischen Achse verschoben werden kann. Referenzzahl 75 bezeichnet zweite Schalter zur Erkennung einer Verschiebung der Linsenfassung 74 senkrecht zur optischen Achse, d. h. in einer durch den Pfeil E bezeichneten Richtung, Referenzzahl 76 erste Schalter zur Erkennung einer Verschiebung der Linsenfassung 74 entlang der optischen Achse, d. h. in einer durch den Pfeil D bezeichneten Richtung. Diese Bestandteile bilden ein optisches System zur Erkennung einer Position eines Auges eines Operateurs.

In Fig. 8 bezeichnet die Referenzzahl 77 einen festen Rahmen, an dem die zweiten Schalter 75 angebracht sind, Referenzzahl 78 einen beweglichen Rahmen, der mit einer Führungsschraube 79, die drehbar in den Feststellrahmen 77 eingebracht ist, verschraubt ist und gleitbar von einem Führungsstift 80 geführt wird, der in den Feststellrahmen eingenietet ist. Referenzzahl 81 bezeichnet einen beweglichen Rahmen, der verschiebbar auf dem beweglichen Rahmen 78 mit einer Führungsschraube 82 und einem Führungsstift 83 montiert ist, die drehbar am beweglichen Rahmen 78 angebracht sind. Die Linsenfassung 74 ist verschiebbar auf dem beweglichen Rahmen 81 mit einer Führungsschraube 84 und einem Führungsstift montiert, die drehbar am beweglichen Rahmen 81 angebracht sind. Die ersten Schalter 76 sind am beweglichen Rahmen 78 und am beweglichen Rahmen 81 angebracht und werden durch die Linsenfassung 74 bzw. den beweglichen Rahmen 81 betätigt. Weiterhin sind die Schalter 76 am festen Rahmen 77 angebracht und werden durch den beweglichen Rahmen 78 betätigt. Die Führungsschrauben 79, 82 und 84 werden von (nicht gezeigten) Motoren gedreht anhand von Ausgabe­ signalen, die von der in Fig. 3 gezeigten Antriebssteuerung 44 geliefert werden.

Fig. 9A zeigt ein optisches Erkennungssystem, das sich in der Vorrichtung 73 befindet. In dieser Zeichnung bezeichnen die Referenzzahlen 86, 87, 88 und 89 ein lichtaussendendes Element, einen Splintlochanschlag, eine fotografische Linse und einen Halbspiegel, die auf einer zentralen Achsenlinie des Auges eines Operateurs angebracht sind, die Referenzzahlen 90, 91, 92 und 93 eine Bildlinse, einen Anschlag, einen Zerhacker und ein zweidimensionales lichtempfangendes Element, die in einer optischen Reflexionsachse vom Halbspiegel 89 angebracht sind, und die Referenzzahlen 94 und 95 ein lichtaus­ sehendes Element bzw. ein lichtempfangendes Element für Standardsignale, angebracht zu beiden Seiten des Zerhackers 92. Der Zerhacker 92 besteht aus einer Scheibe mit einer Anzahl sektorartig angeordneter Öffnungen 92a, wie in Fig. 9B gezeigt, und ist um eine Welle 92b drehbar. Ein Abbild des Splintlochanschlages 87 wird mittels der fotografischen Linse 88 auf einem vorderen Teil 97 des Auges 96 des Operateurs mittels des Halbspiegels 89 erzeugt, von der Hornhaut des Auges 96 reflektiert und erneut auf dem zweidimensionalen lichtempfangenden Element 93 mittels des Halbspiegels 89, der Bildlinse 90, des Anschlags 91 und der Öffnungen 92a des Zerhackers 92 abgebildet. Die vierte Ausführungsform ist in der Lage, Richtung und Entfernung einer Abweichung des Scheitel­ punktes der Hornhaut des Auges 96 von einer Standard­ position auf der Grundlage einer Veränderung des Bildpunktes auf dem lichtempfangenden Element 93 zu erkennen, die durch das Rotieren des Zerhackers 92 verursacht wird.

Im Folgenden werden die Funktionen der dritten Ausführungsform erklärt. Der Operateur betrachtet ein vergrößertes Bild des zu operierenden Teiles P durch die Objektivlinse 64, die afokale vari-fokale Linse 65, den ersten Halbspiegel 68, die Bildlinse 66 und die Okularlinse 67, während er das Mikroskop 63 insgesamt mittels eines Fußschalters 45 und einer Mikroskopverschiebe­ vorrichtung 42, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, verschiebt. Andererseits wird ein Abbild der Vorderansicht des Auges des Operateurs durch die Okularlinse 67, die Bildlinse 66, den ersten Halbspiegel 68 und den zweiten Halbspiegel 69 zur Vorrichtung 73 geschickt, wodurch eine Position des Auges oder der Augenöffnung des Operateurs relativ zum Mikroskop 63 erkannt wird. Wenn die Position der Augenöffnung des Operateurs von der Beobachtungs­ öffnung des Mikroskops 63 abgewichen ist, sendet die Antriebssteuerung 44 (Fig. 3) motorantreibende Signale auf der Grundlage eines Abweichungssignals aus, das von der Vorrichtung 63 erkannt wurde, wodurch die Führungsschrauben 79, 82 und 84 entsprechend gedreht werden, um die Linsenfassung 74 zu verschieben, bis der Verschiebungswert Null wird. Der erste Schalter 76 und der zweite Schalter 75 sind an solchen Stellen angebracht, daß sie durch Verschieben der Linsenfassung 74 zur Nulleinstellung der Abweichung betätigt werden, unmittelbar bevor ein korrigierbarer Grenzpunkt erreicht ist. Wenn der erste Schalter 76 oder der zweite Schalter 75 aufgrund der Verschiebung der Linsenfassung 74 betätigt werden, werden die Mikroskopverschiebevorrichtung 42 und/oder die Ritzel- Zahnstangen-Vorrichtung 40a-43 (Fig. 3) durch die Ausgangssignale von der Antriebssteuerung 44 (Fig. 3) betätigt, wodurch die Beobachtungsöffnung des Mikroskops mit der Position der Augenöffnung des Operateurs in Übereinstimmung gebracht wird, indem das Mikroskop 63 insgesamt verschoben wird. In der dritten Ausführungsform leuchtet oder blinkt die Lichtquelle 72 beim Verschieben des Mikroskops 63, und Informationen auf der Anzeige 71 (zum Beispiel "Mikroskop wird verschoben") werden durch die Übertragungslinse 70, den zweiten Halbspiegel 69, den ersten Halbspiegel 68, die Bildlinse 66 und die Okularlinse 67 zum Auge des Operateurs übertragen, damit dieser über die Tatsache informiert wird, daß die Tragvorrichtung, d. h. das Mikroskop 63, verschoben wird.

Wie aus der obigen Beschreibung zu ersehen ist, gestattet es die dritte Ausführungsform der Mikroskopapparatur dem Operateur, seinen Kopf frei zu bewegen und die lästige Prozedur der Befestigung eines Kopfriemens um seinen Kopf zu eliminieren, wodurch ein chirurgischer Operateur in die Lage versetzt wird, seine Aufmerksamkeit auf eine chirurgische Operation zu konzentrieren.

Geschaffen wurde also eine chirurgische Mikroskopapparatur, die eine Tragvorrichtung (BL₁-BL₄, DU₁, DU₂, R₁, R₂, 39) zum Aufhängen eines Mikroskops (28, 46, 63), ein Erkennungsmittel (16a, 16b, 19, 29, 30, 32, 33, 35-38, 49-58, 64-68, 73-76) zum Erkennen einer Position einer Augenöffnung eines Beobachters relativ zu einer Beobachtungsöffnung des Mikroskops und eine Antriebs­ steuerung (44, 59-62) zum automatischen Bewegen des Mikroskops auf der Grundlage eines vom Erkennungsmittel erkannten Ergebnisses aufweist, so daß die Beobachtungs­ öffnung des Mikroskops mit der Augenöffnung des Beobachters übereinstimmt. Diese chirurgische Mikroskop­ apparatur erfordert kein manuelles Handeln zur Verschiebung des Mikroskops und gestattet die kontinuier­ liche und fehlerfreie Beobachtung eines Beobachtungssicht­ feldes.

Claims (7)

1. Chirurgische Mikroskopapparatur mit

• - einem Mikroskop (63),
• - einer Einrichtung (39, 40, 40a, 41, 42, 43) zum Stützen und Tragen des Mikroskops (63), die eine Verschiebung des Mikroskops (63) in drei Richtungen (D, E und senkrecht dazu) erlaubt, und
• - Antriebsmitteln (59-62), um diese Verschiebung durchzuführen, gekennzeichnet
• - durch Mittel zum Abbilden der Augenöffnung des Operateurs, um die Position der Augenöffnung relativ zu einer Beobachtungsöffnung zu ermitteln, und
• - durch eine Ansteuerung für die Antriebsmittel (59-62) derart, daß die Beobachtungsöffnung mit der Augenöffnung wieder in Übereinstimmung kommt.

2. Chirurgische Mikroskopapparatur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - eine Objektivlinse (64) und eine Okularlinse (67),
• - eine afokale vari-fokale Linse (65),
• - einen ersten Halbspiegel (68), der die Augenöffnung des Operateurs auf ein Augenerkennungsmittel (73) abbildet,
• - eine Bildlinse (66) in einer Linsenfassung (74), die entlang und senkrecht zur optischen Achse bis zu Endschaltern (75, 76) hin, entsprechend der Bewegung der Augenöffnung, verschiebbar ist, wobei bei Erreichen der Endschalter (75, 76) das Mikroskop (63) mittels der Ansteuerung für die Antriebsmittel (59-62) verschoben wird.

3. Chirurgische Mikroskopapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroskop (63) einen zweiten Halbspiegel (69), der neben dem ersten Halbspiegel (68) angebracht ist, eine Lichtquelle (72) zur Aussendung von Strahlen zum zweiten Halbspiegel (69), eine Anzeige (71) und eine Übertragungslinse (70) aufweist und daß die Lichtquelle (72) leuchtet oder blinkt, wenn die Ansteuerung betätigt wird.

4. Chirurgische Mikroskopapparatur mit

• - einem Mikroskop (46),
• - einer Einrichtung (BL₃, BL₄, DU₁, DU₂, R₁, R₂) zum Stützen und Tragen des Mikroskops (46), die eine Verschiebung des Mikroskops (46) in drei Richtungen (D, E und senkrecht dazu) erlaubt,
• - Antriebsmitteln (44), um diese Verschiebung durchzuführen,
• - Mitteln zum Feststellen von Bewegungen des Kopfes des Operateurs relativ zum Mikroskop (46), und
• - einer Ansteuerung für die Antriebsmittel derart, daß das Mikroskop (46) entsprechend den Bewegungen des Kopfes verfahren wird, dadurch gekennzeichnet,
• - daß das Mikroskopbild von einer Kamera (52) aufgenommen wird,
• - daß ein Monitor (55), der dieses Bild darstellt, getrennt vom Mikroskop (46) fest mit dem Kopf des Operateurs verbindbar ist und
• - daß die Mittel zum Feststellen von Bewegungen des Kopfes des Operateurs relativ zum Mikroskop (46) ein Ultraschallortungssystem sind, bestehend aus Oszillator (54) und Empfängern (57), die jeweils starr mit der Kamera (52) bzw. dem Monitor (55) verbunden sind.

5. Chirurgische Mikroskopapparatur nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch

• - ein erstes Gehäuse (47), das an der Einrichtung (BL₃, BL₄, DU₁, DU₂, R₁, R₂) zum Stützen und Tragen angebracht ist und das Mikroskop (46) mit einer Objektivlinse (49), einer afokalen vari­ fokalen Linse (50) und einer Bildlinse (51), sowie die Kamera (52) und den Ultraschalloszillator (54) aufweist,
• - und durch ein zweites Gehäuse (48), das den mit der Kamera (52) verbundenen Monitor (55) und einen Spiegel (56), der zur Weiterleitung des auf dem Monitor (55) gezeigten Bildes zum Auge des Opera­ teurs dient, enthält und an dem die Ultraschall­ empfänger (57) und eine Kopfhalterung (9) ange­ bracht sind.

6. Chirurgische Mikroskopapparatur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (56) bewegbar ausgebildet ist.

7. Chirurgische Mikroskopapparatur mit

• - einem Mikroskop (28),
• - einer Einrichtung (39, 40, 40a, 41, 42, 43) zum Stützen und Tragen des Mikroskops (28), die eine Verschiebung des Mikroskops (28) in drei Richtungen (D, E und senkrecht dazu) erlaubt,
• - Antriebsmitteln (59-62), um diese Verschiebung durchzuführen,
• - einer Kopfhalterung (9), und
• - Schaltmittel (37, 38) für die Antriebsmittel (59-62) derart, daß das Mikroskop (46) entsprechend den Bewegungen des Kopfes verfahren wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroskop (28) ein erstes Gehäuse (31) mit einer Objektivlinse (29) und einer afokalen vari-fokalen Linse (30) und ein zweites Gehäuse (34) mit einer Bildlinse (32), einer Okularlinse (33) und der Kopfhalterung (9) aufweist, daß das erste Gehäuse (31) und das zweite Gehäuse (34) über Kopplungsmittel (34a, 35, 36) so miteinander verbunden sind, daß die beiden Gehäuse (31, 34) relativ zueinander verschiebbar sind, daß die Kopplungsmittel (34a, 35, 36) die Schaltmittel (37, 38) aufweisen, die vom zweiten Gehäuse (34) betätigbar sind, und daß das erste Gehäuse (31) von den Antriebsmitteln (59-62) verschiebbar ist.