DE4435426A1 - Auf ein Breitwand-Fernsehsystem abgestimmtes Mikroskop-System - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein auf ein Breitwand- Fernsehsystem abgestimmtes Mikroskop-System, bei dem eine Fern­ sehkamera mit einem horizontal verbreiterten Bildschirm (hierin nachfolgend "Breitwand-Fernsehsystem" genannt) mit beispiels­ weise einem Höhen-zu-Breiten-Verhältnis von 9 : 16 an einem Mikroskop angebracht ist, um ein Bild von dem Mikroskop als ein stereoskopisches Bild anzuzeigen.

In einem herkömmlichen Fall, bei dem bei einer Operation, wie beispielsweise in der Neurochirurgie, nur ein Mikroskop verwen­ det wird, hat es eine derartige Beschränkung gegeben, daß nur ein Haupt-Operateur bzw. erster Chirurg, der die medizinische Operation durchführt, und sein Assistent ein Bild des zu ope­ rierenden Bereichs sehen können. Jedoch wird in den letzten Jahren ein Fernsehbild dafür verwendet, einem Anästhesisten, dem Pflegepersonal bzw. einer Krankenschwester und einem Inter­ nisten, die an der Operation beteiligt sind, ein Bild davon zu liefern. Dies hilft, die Zusammenarbeit besser zu gestalten.

Desweiteren sind als Verfahren zum Erhalten eines stereoskopi­ schen Bildes jeweils Fernsehkameras auf den optischen Wegen der Seitenbereiche für den Assistenten aufgestellt, die rechts und links von dem Mikroskop vorgesehen sind. Die Ausgangssignale von den Kameras werden jeweils mit zwei Videoband-Rekordern aufgezeichnet und werden durch Verwenden eines Systems wieder­ gegeben, bei dem sie zu einer Anzeige ausgegeben werden, wäh­ rend die zwei Videoband-Rekorder synchron betrieben werden.

Jedoch ist bei dem obigen herkömmlichen Beispiel, da das her­ kömmliche Fernsehsystem verwendet wird, seine praktische An­ wendbarkeit begrenzt, und zwar beispielsweise aufgrund einer unzureichenden Bildinformation resultierend aus einer niedrigen Auflösung oder aufgrund einer Verschlechterung der Farb- Wiedergabemöglichkeit des mit den Videoband-Rekordern aufge­ zeichneten Bildes.

Verfahren zum Anzeigen eines solchen Bildes sind weiterhin fol­ gende: ein Verfahren, bei dem zwei Monitore oder Bildschirme und eine polarisierende Platte/Gläser verwendet werden; und ein Verfahren, bei dem die linken und rechten Bilder abwechselnd auf einem Monitor oder Bildschirm wiedergegeben werden und durch Flüssigkristall-Verschluß-Gläser ins linke und rechte Blickfeld genommen werden, um ein stereoskopisches Bild zu er­ halten. Daher hat es die folgenden Probleme gegeben:

• 1) Ein Zuschauen für eine lange Zeitperiode (5 bis 6 Stunden) ist aufgrund einer Ermüdung der Augen nicht auszuhalten, die ihre Ursache in der Tatsache hat, daß die in die Augen gelan­ gende Lichtmenge durch ein Filter oder einen Verschluß redu­ ziert wird, oder in der Tatsache, daß ein Flimmern erfaßt wird.
• 2) Es ist schwierig, identische Charakteristiken für die linken und rechten Abbildungs-Linsen/Kameras zu erhalten, und eine Einheitlichkeit bezüglich der Schattierung bzw. Farbe und der Helligkeit bzw. Leuchtkraft der linken und rechtens Monitore zum Erzeugen eines stereoskopischen Bildes.
• 3) Nur ein Fachmann kann einen synchronen Betrieb der zwei Videoband-Rekorder einstellen.

Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen der obigen Probleme gemacht worden. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein auf ein Breitwand-Fernsehsystem abgestimmtes Mikroskop-System zu schaf­ fen, bei dem ein Bild von dem Mikroskop, das durch eine Breitwand-Fernsehkamera abgenommen wird, als ein Bildsignal eines Systems übertragen wird und als ein stereoskopisches Bild angezeigt wird.

Zum Lösen der obigen Aufgabe hat ein auf ein Breitwand- Fernsehsystem abgestimmtes Mikroskop-System gemäß der vorlie­ genden Erfindung folgenden Aufbau.

Demgemäß ist ein auf ein Breitwand-Fernsehsystem abgestimmtes Mikroskop-System geschaffen, bei dem zum Anzeigen eines Bildes von dem Mikroskop als-ein stereoskopisches Bild eine Breitwand- Fernsehkamera an einem Mikroskop angebracht ist, wobei das Mikroskop-System folgendes aufweist: eine Abbildungs- Einrichtung mit dem Mikroskop, der Breitwand-Fernsehkamera und einem Adapter zum Anbringen der Kamera an dem Mikroskop; eine Zusammensetz-Einrichtung zum Kombinieren einer medizinischen Information mit einem durch die Abbildungs-Einrichtung abgenom­ menen Bildsignal; eine Aufzeichnungs-/Wiedergabe-Einrichtung zum Aufzeichnen/Wiedergeben des bei der Zusammensetz- Einrichtung zusammengesetzten Bildsignals; und eine Anzeige­ Einrichtung zum Anzeigen des zusammengesetzten Bildes als ein stereoskopisches Bild.

Bei dem obigen Aufbau wird ein durch die Abbildungs-Einrichtung mit einem Mikroskop, einer Breitwand-Fernsehkamera und einem Adapter zum Anbringen der Kamera an dem Mikroskop abgenommenes Bildsignal mit einer medizinischen Information kombiniert, und das zusammengesetzte Bildsignal wird zur Aufzeichnung/Wiederga­ be übertragen und das zusammengesetzte Bildsignal wird als ein stereoskopisches Bild angezeigt.

Andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus den bei­ gefügten Zeichnungen und der folgenden detaillierten Beschrei­ bung klar.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines auf ein Breitwand-Fernsehsystem abgestimmten Mikroskop- Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 2 stellt den Aufbau eines in Fig. 1 gezeigten optischen Adapters 2 dar.

Fig. 3 ist eine Ansicht von oben, die eine Verbindung zwi­ schen einem Monitor 10a und einem optischen Adapter 11 zeigt.

Fig. 4 ist eine Seitenansicht, die eine Verbindung zwischen dem Monitor 10a und dem optischen Adapter 11 zeigt.

Nun wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 stellt den Gesamtaufbau eines auf ein Breitwand- Fernsehsystem abgestimmtes Mikroskop-Systems gemäß dem vorlie­ genden Ausführungsbeispiel dar. In Fig. 1 ist ein chirurgisches Mikroskop 1 ein binokulares Mikroskop, das bei einer Operation wie beispielsweise einer neurochirurgischen Operation verwendet wird, bei der eine feine bzw. präzise und genaue Behandlung erforderlich ist. Ein optischer Adapter 2 eines Abbildungs- Systems gibt jeweils die Bilder für das rechte und das linke Auge von dem binokularen Mikroskop 1 aus. Eine Breitwand- Fernsehkamera 3 ist beispielsweise eine hochauflösende (HDTV-)Kamera mit einem Vertikal/Horizontal-Verhältnis V:H von 9 : 16 (hierin nachfolgend "Fernsehkamera" genannt). Die Bilder für das linke und das rechte Auge von dem angeschlossenen optischen Adapter 2 des Abbildungs-Systems werden als ein Bildsignal ab­ genommen, das durch Verbinden der zwei Bilder erhalten wird, die je ein Vertikal/Horizontal-Verhältnis V:H von 9 : 8 aufweisen.

Abtast-Umwandler 6a, 6b sind vorgesehen zum Umwandeln medizini­ scher Information 5 in der Form eines analysierten CG-Bildes von einer Röntgenstrahl-CRT, MRI, MFA, SAS (Oberflächen- Anatomie-Abtastung), DSA (Digitale Subtraktions-Angeographie), usw., und wie beispielsweise ein durch Ultraschall induziertes Bild von einem Ultraschall-Navigator 4, so daß sie mit dem Bildsignal von der Fernsehkamera 3 kombiniert werden können. Eine Zusammensetz-Einheit 7 liefert ein zusammengesetztes Aus­ gangssignal durch Kombinieren des Bildsignals von der Fernseh­ kamera 3 und des Bildsignals von den Abtast-Umwandlern 6a, 6b. Ein Verteiler 8 verteilt das Bildsignal, das bei der Zusammensetz-Einheit 7 zusammengesetzt ist, zu einem Aufzeichnungs-/Wiedergabe-System und zu einem Anzeige-System eines Breitwand-Fernsehsystems, das später beschrieben wird. Eine Aufzeichnungs-Einheit (wie beispielsweise ein Videoband- Rekorder) 9 dient als das Aufzeichnungs-/Wiedergabe-System.

Ein CRT-Monitor (Monitor) für den Haupt-Operateur einer Opera­ tion ist mit dem Bezugszeichen 10a bezeichnet. Durch ein Anzei­ gen entsprechend des ausgegebenen Signals werden linke und rechte Bilder mit einer Parallaxe, die einer rechten und einer linken Seite entspricht, jeweils auf Bildschirmbereichen ausge­ bildet, die durch Aufteilen des horizontal verbreiterten Anzei­ geschirms (V:H=9 : 16) in im wesentlichen zwei Teile auf der linken und der rechten Seite erhalten. Ein optischer Adapter 11 dient als ein Hilfseinheit zur Beobachtung, was ein stereosko­ pisches Bild dadurch zuläßt, daß veranlaßt wird, daß die jewei­ ligen Bilder der rechten und der linken Teile auf dem Bild­ schirm des Monitors 10a abgelenkt bzw. gebrochen werden, so daß sie im wesentlichen parallel zu dem linken und dem rechten Auge des Beobachters sind. Jeweilige Monitore, auf denen ein Assi­ stent der Operation, eine Krankenschwester und ein Internist das Bild wie es ist oder dasselbe Bild wie der Haupt-Operateur durch Verwenden des optischen Adapters 11 sehen können, sind mit den Bezugszeichen 10b bis 10d bezeichnet.

Bei dem obigen Aufbau werden die Bilder für das rechte und das linke Auge von dem binokularen Mikroskop 1 durch die Breitwand- Fernsehkamera 3 unter Verwendung des optischen Adapters 2 des Abbildungs-Systems auf eine Weise abgenommen, die sie in die linke und die rechte Seite eines Bildschirms einbindet. Die linken und rechten Bilder werden nebeneinander als ein Bildsi­ gnal eines Systems auf den Anzeigeschirmen der Monitore 10a-10d des Breitwand-Fernsehsystems angezeigt. Eine stereoskopisches Bild wird möglich durch den optischen Adapter 11, der als die Hilfseinheit zur Beobachtung dient, die den Bildschirm der lin­ ken Seite und den Bildschirm der rechten Seite jeweils dem lin­ ken und dem rechten Auge zuordnet.

Nun wird der Aufbau und die Funktion des optischen Adapters 2 des Abbildungs-Systems und des optischen Adapters 11, die oben beschrieben sind, detaillierter beschrieben.

Fig. 2 stellt den Aufbau des optischen Adapters 2 des Abbildungs-Systems zum Verbinden der einen Fernsehkamera 3, wie beispielsweise einer hochauflösenden (HDTV-)Kamera, mit dem chirurgischen binokularen Mikroskop dar.

Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, sind in dem optischen Adapter 2 des Abbildungs-Systems jeweils symmetrisch Spiegel 201, 202, 207, Linsen 203, 208, Prismen 205, 209, Irisblenden 206 und Rotations-Einheiten (Bild-Drehelement) 204 zum Korrigieren des Bildes in dem Blickfeld bzw. Sichtbereich zu einem auf rechten Bild angeordnet. Es ist vorgesehen, Bilder des Operationsbe­ reichs von dem chirurgischen binokularen Mikroskop 1 in den Abbildungsbereich der Fernsehkamera 3 zu bringen, und zwar durch Eingeben von ihnen durch die Aufnahme-Öffnung des binoku­ laren Mikroskops, wie es durch die unterbrochene Linie gezeigt ist.

Mit dem oben beschriebenen optischen Adapter 2 können die lin­ ken und rechten Bilder des zu operierenden Bereichs, die iden­ tisch zu jenen sind, die herkömmlicherweise von dem Haupt- Operateur durch das chirurgische binokulare Mikroskop 1 gesehen werden, miteinander auf einem Bildschirm mit einem Seitenver­ hältnis (9 zu 16) des Breitwand-Fernsehsystems verbunden wer­ den. Er kann derart eingestellt werden, daß die Zentren der jeweiligen Bilder auf der linken und der rechten (in dem Fall eines Verfahrens eines parallelen Anschauens mit dem bloßen Auge) oder auf der rechten und der linken Seite (in dem Fall eines Verfahrens eines gekreuzten Anschauens mit dem bloßen Auge) zu den Bildschirmzentren der linken und der rechten Seite des Bildschirms gebracht werden.

Es sollte beachtet werden, daß der optische Adapter 2 nicht nur auf ein chirurgisches binokulares Mikroskop sondern auch auf ein Endoskop usw. angewendet werden kann, das ein stereoskopi­ sches Bild benötigt.

Durch Projizieren des wie beschrieben ausgebildeten Bildes auf einen Monitor ist es möglich, ein stereoskopisches Bild zu er­ halten. Verfahren für ein Erhalten eines derartigen stereosko­ pischen Bildes sind ein Verfahren, das auf Beobachtung durch bloße Augen ohne Verwendung einer Hilfsvorrichtung, und ein Verfahren, das auf der Verwendung einer Hilfsvorrichtung zur Beobachtung beruht.

Das Verfahren zum Erhalten des stereoskopischen Bildes, das auf dem Anschauen durch bloße Augen beruht, enthält ein paralleles Verfahren und ein Kreuzverfahren. Bei dem parallelen Verfahren wird das Bild für das linke Auge auf der linken Seite angeord­ net, und das Bild für das rechte Auge wird auf der rechten Sei­ te angeordnet. Gegensätzlich dazu wird das Bild bei dem Kreuz­ verfahren für das linke Auge auf der rechten Seite angeordnet, und das Bild für das rechte Auge wird auf der linken Seite an­ geordnet. Verfahren dafür, dies zu erreichen sind: ein mechani­ sches Verfahren, das durch Drehen des Bild-Drehelements 204 des optischen Adapters 2 des Abbildungs-Systems und der Kamera 3 durchgeführt wird; und ein elektronisches Verfahren, das einen Rahmen- bzw. Datenübertragungsblock-Speicher, eine Bildzusammensetz-Einheit usw. verwendet.

Nun wird der optische Adapter 11 beschrieben, der als eine Hilfseinheit zum Beobachten dient. Fig. 3 ist eine Ansicht von oben, die den Monitor 10a zeigt, zu dem der optische Adapter 11 hinzugefügt ist, und Fig. 4 ist eine Seitenansicht davon. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, hat der optische Adapter 11 eine Öff­ nung 41 mit einer Fläche entsprechend dem Anzeigeschirm 31 des Monitors 10a und ein Okularteil 42, das in der Form eines Rohrs ausgebildet ist, das sich von der Öffnung 41 erstreckt und ein keilartiges Prisma und eine Linse 43 enthält, die später be­ schrieben werden. Eine Abtrennung 44 zum Teilen des Rohrs in die linke und rechte Seite ist in seinem Innenraum vorgesehen.

Es sollte beachtet werden, daß das Prisma und die Linse 44, die oben angegeben sind, derart vorgesehen sind, daß dann, wenn zwei Linien (typischerweise Blickachsen) 32, 33, die jeweils das linke und das rechte Auge des Beobachters und die Mitten­ punkte des linken Teils und des rechten Teils des Bildschirms des Monitors 10a verbinden, auf das rechte und das linke Auge des Beobachters treffen, ein angezeigtes Bild auf dem Bild­ schirm, das effektiv als der angeschaute Punkt bzw. Blickpunkt dient, innerhalb eines vorbestimmten Abstandsbereichs ange­ schaut werden kann.

Weiterhin entspricht der röhrenförmige optische Adapter 11 be­ züglich der Größe dem Anzeigeschirm 31 des Monitors 10a. Die Dimensionen zwischen dem Okular 42 und der Öffnung 41 werden verändert, während ihr Größenverhältnis beibehalten wird, so daß das Okular 42 mit derselben optischen Eigenschaft an ver­ schiedene Bildschirmabmessungen des Monitors 10a angepaßt wer­ den kann. Anders ausgedrückt kann der Monitor, selbst wenn er relativ klein ist, wie es in Fig. 4 durch einen Teil mit ges­ trichelter Linie gezeigt ist, durch Abschneiden der Bildschirm­ seite des optischen Adapters 11 angepaßt werden, um eine Öff­ nung zu schaffen, so daß ein Blickwinkel des Beobachters auch bei Änderungen der Abmessungen eines Bildschirms nicht geändert wird.

Auf diese Weise wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Bild­ schirmeigenschaft (V:H=9 : 16) des Breitwand-Fernsehens verwen­ det, so daß die linken und rechten Mikroskopbilder von dem bin­ okularen Mikroskop durch eine Breitwand-Fernsehkamera auf eine Weise abgenommen werden, daß sie nebeneinander (9 : 8×2) auf der linken und rechten Seite eines Bildschirms angeordnet sind. Das abgenommene Bild, auf dem medizinische Information kombiniert oder überlagert ist, wird auf einem Monitor des Breitwand- Fernsehsystems angezeigt. Ein stereoskopisches Bild kann von ihm wie es ist oder mittels eines an dem Monitor angebrachten optischen Adapters erhalten werden. Weiterhin kann das stereo­ skopische Bild durch einen einzelnen Videoband-Rekorder aufge­ zeichnet werden.

Somit können gemäß dem System dieses Ausführungsbeispiels fol­ gende Vorteile erhalten werden:

• 1) Wenn eine Operation während eines Beobachtens eines elek­ tronischen Bildes fortgeführt wird, kann auf eine für die Operation notwendige medizinische Information auf einem Bild der Operation zugegriffen werden, wenn es erforderlich ist, durch Öffnen eines Multimedia-Fensters, wodurch eine effiziente Operation durchgeführt werden kann. Weiterhin können während der Operation ein Ultraschallbild oder ein Endoskop-Bild in dem Mikroskopbild entweder makroskopisch (einen Zustand des Ultraschall-Anschlusses oder des Ortes des Anschlußendes des Endoskops zeigend) oder mikroskopisch (ein Ultraschallbild oder ein Endoskopiebild zeigend) angezeigt werden, wodurch der Ope­ rateur den gegenwärtigen Zustand auf eine mehrdimensionale Wei­ se kontrollieren kann.
• 2) Da die optische Achse des Mikroskops und die Blickachse des Chirurgs voneinander getrennt werden können, kann der Chi­ rurg bzw. Operateur die Operation durchführen, während er seine beste Position beibehält, ohne eine Beschränkung bezüglich sei­ ner Position aufgrund der Position des Patienten.
• 3) Zum geeigneten Unterstützen des Operateurs ist es sehr wichtig für das Personal bei der Operation (Assistent bei der Operation, Pflegepersonal bzw. Krankenschwester, Anästhesist usw.), die Details der gerade durchgeführten chirurgischen Ope­ ration in ausreichendem Maß zu verstehen. Bei dem vorliegenden System kann das Operationspersonal ein Monitorbild mittels ei­ nes stereoskopischen Bildes mit derselben hohen Auflösung wie jener anschauen, wie sie von dem Operateur gesehen wird. Es gibt einen weiteren Vorteil, daß dann, wenn der Operateur wäh­ rend der Operation auf notwendige medizinische Bilder Bezug nimmt, diese Bilder auch von dem Operationspersonal geteilt bzw. gesehen werden, so daß die Einzelheiten der Operation gut verstanden werden.
• 4) Eine Unterstützung des Operateurs während der Operation kann mittels einer Führung/eines Rats durch einen bekannten Spezialisten, der bei der Operation nicht dabei ist, vorgesehen werden.
• 5) Aufzeichnungen von Bildern über die Operation mit hoher Auflösung können gesammelt werden, um eine Datenbasis zu auf zu­ bauen, um sie als eine Bibliothek zu behalten, so daß sie bei einer Übertragung oder der Ausbildung für das Operationsverfah­ ren durch einen bekannten Spezialisten in bezug auf einen typi­ schen Fall verwendet werden können.
• 6) Wenn das vorliegende System in starkem Maß im Einsatz ist, kann der Operateur den Bereich der chirurgischen Operation mit­ tels eines Navigationssystem kontinuierlich erfassen. Während bei der Operation der Zustand des Gehirns mittels eines Ultra­ schallbildes überwacht wird, um ihn mit Bilddaten vor der Ope­ ration zu vergleichen, kann der Operateur die Operation unter Beibehaltung eines interaktiven Austauschs mit einer Person fortführen, die den Operateur durch die Operation führt.

Wie es beschrieben worden ist, kann gemäß diesem Ausführungs­ beispiel ein Bild von einem Mikroskop, das durch eine Breitwand-Fernsehkamera abgenommen wird, als ein stereoskopi­ sches Bild angezeigt werden.

Während die vorliegende Erfindung anhand eines ihrer bevorzug­ ten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist die Erfin­ dung nicht durch das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, und verschiedene Abänderungen davon sind innerhalb des durch den Anspruch definierten Schutzbereichs möglich.

Claims (1)

1. Auf ein Breitwand-Fernsehsystem abgestimmtes Mikroskop-System mit einer an einem Mikroskop angebrachten Breitwand- Fernsehkamera zum Anzeigen eines Bildes von dem Mikroskop als ein stereoskopisches Bild, wobei das auf ein Breitwand- Fernsehsystem abgestimmte Mikroskop-System folgendes aufweist:
   eine Abbildungs-Einrichtung (1, 2, 3) mit dem Mikroskop (1), der Breitwand-Fernsehkamera (3) und einem Adapter (2) zum An­ bringen der Kamera an dem Mikroskop;
   eine Zusammensetz-Einrichtung (7) zum Kombinieren einer medizi­ nischen Information mit einem durch die Abbildungs-Einrichtung abgenommenen Bildsignal;
   eine Aufzeichnungs-/Wiedergabe-Einrichtung (9) zum Aufzeich­ nen/Wiedergeben des bei der Zusammensetz-Einrichtung zusammen­ gesetzten Bildsignals; und
   eine Anzeige-Einrichtung (10a-10d) zum Anzeigen des zusammenge­ setzten Bildes als ein stereoskopisches Bild.