DE9301434U1

DE9301434U1 - Video-Stereomikroskop

Info

Publication number: DE9301434U1
Application number: DE9301434U
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2003-02-04

Description

Beschreibung: 93007 G

Video-Stereomikroskop

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Video-Stereomikroskop zur gleichzeitigen, perspektivisch richtigen Darstellung räumlicher Bilder für mehrere Beobachter.

Moderne Chirurgie-Techniken sehen zunehmend den Einsatz von Video-Technik innerhalb des Operationssaales vor. Hierbei werden üblicherweise Stereo-Bildpaare mit zwei Video-Kameras, die an Dokumentations-Schnittstellen des verwendeten Operationsmikroskopes angeordnet sind, aufgenommen und mittels geeigneter Vorrichtungen auf Monitoren dargestellt. Die Betrachter tragen Shutter-Brillen, die eine dreidimensionale Wahrnehmung dieser Bilder ermöglichen. Eine geeignete Vorrichtung zur Wiedergabe dreidimensionaler Bilder wird beispielsweise im deutschen Patent DE 41 34 033 der Anmelderin beschrieben. Wird nun eine derartige Vorrichtung in Verbindung mit einem herkömmlichen Stereomikroskop eingesetzt, so resultieren insbesondere dann Probleme, wenn neben einem Haupt-Operateur weiteres Assistenzpersonal bzw. ein Zweitchirurg erforderlich ist. Diese können zwar mit Hilfe der Shutter-Brillen ein räumliches Bild wahrnehmen, jedoch weist dieses eine feste Stereobasis und damit eine feste Perspektive auf. Diese Perspektive entspricht im Regelfall der Perspektive des Hauptoperateurs. Für erforderliche Manipulationen im Operationsfeld, die über die Video-Monitore kontrolliert werden müssen, ist diese feste Perspektive für jeden anderen Beteiligten als den Haupt-Operateur extrem umständlich. Wünschenswert ist, für jeden Beteiligten an der Operation ein räumliches Bild aus der jeweils richtigen Perspektive anzubieten.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 23 279 ist nunmehr bekannt, bei einem Operationsmikroskop drei

Beobachtungsstrahlenbündel durch ein gemeinsames Hauptobjektiv zu führen und eine Möglichkeit zur Wahl einer gewünschten Stereobasis anzubieten. Mit Hilfe der dargestellten Vorrichtung kann jedoch lediglich ein einziger Beobachter unterschiedliche Perspektiven wählen. Ferner enthält die DE 41 23 279 keinerlei Hinweise auf eine geeignete, perspektivisch richtige Darstellung dreidimensionaler Bilder, insbesondere eine geeignete Bildverarbeitungseinheit hierzu.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Video-Stereomikroskop zu schaffen, das eine gleichzeitige, perspektivisch-richtige Darstellung räumlicher Bilder für mehrere Betrachter ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Video-Stereomikroskop mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Das erfindungsgemäße Video-Stereomikroskop erlaubt nunmehr, dreidimensionale Bilder für den Hauptbeobachter ebenso perspektivisch-richtig darzustellen wie für weitere Beobachter. So ist beim Einsatz des erfindungsgemäßen Video-Stereomikroskopes bei Operationen für Assistenzpersonal, das anders orientiert zum Operationstisch arbeitet, gleichzeitig die perspektivisch-richtige Darstellung des Operationsgeschehens auf seperaten Monitoren möglich. Da die unterschiedlichen Video-Signale der einzelnen elektrooptischen Detektorelemente in separaten Teilspeichern abgelegt werden, ist insbesondere eine wahlweise Darstellung von Stereo-Bildpaaren aus unterschiedlichen Perspektiven möglich. Dies erfolgt durch die software-gesteuerte Kombination und ggf. erforderliche Ausrichtung je zweier Video-Teilbilder in einer Bildverarbeitungseinheit.

Vorteilhaft erweist sich desweiteren, eine Schnittstelle für die Bildverarbeitungseinheit vorzusehen, über die externe Daten auf den Monitoren einspiegelbar sind.

Weiterhin wird eine vielfältige Verwendung garantiert, wenn neben den Video-Kanälen, die ein gemeinsames Hauptobjektiv durchsetzen, mindestens eine weitere Durchtrittspupille für die Beleuchtung und/oder eine Autofokussier-Einrichtung im Hauptobjektiv vorgesehen bzw. freigehalten wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Video-Stereomikroskopes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beigefügten Figuren.

Dabei zeigt

Figur 1 eine schematisierte, perspektivische Teil-Darstellung des erfindungsgemäßen Video-Stereomikroskopes ;

Figur 2 eine Draufsicht auf das Hauptobjektiv des Video-Stereomikroskopes aus Figur 1;

Figur3 eine schematisierte Darstellung der Bildverarbeitungseinheit des erfindungsgemäßen Video-Stereomikroskopes.

Figur 1 zeigt eine schematisierte, perspektivische Teildarstellung des erfindungsgemäßen Video-Stereomikroskopes. Ein gemeinsames Hauptobjektiv (1) wird hierbei von drei Video-Strahlengängen (5c) durchsetzt, von denen in dieser Darstellung lediglich einer sichtbar ist. Die Video-Strahlengänge (5c) werden durch mindestens drei elektrooptische Detektorelemente (3a, 3b, 3c) definiert, die in fester Orientierung zum Hauptobjektiv (1) angeordnet sind.

Als geeignete elektrooptisch^ Detektorelemente (3a, 3b, 3c) kommen beispielsweise CCD-Chips in Frage, wie sie etwa aus Video-Kameras bekannt sind. Über Signalleitungen (4a, 4b, 4c) gelangen die mit I - III durchnummerierten Signale der elektrooptischen Detektorelemente (3a, 3b, 3c) zu einer im folgenden noch detaillierter erläuterten Bildverarbeitungseinheit. Zwischen dem Hauptobjektiv (1) und den elektrooptischen Detektorelementen (3a, 3b, 3c) ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine abbildende Optik mit einer Vergrößerungswechsel-Einrichtung (2)angeordnet. Möglich ist hierbei der Einsatz einer pankratischen Vergrößerungswechsel-Einrichtung mit großer Öffnung, welche die Vergrößerung gleichzeitig für alle Video-Kanäle variiert. Alternativ ist es möglich, unabhängige pankratische Vergrößerungswechsel-Einrichtungen einzusetzen, die für jeden einzelnen Video-Kanal eine Einstellung des Vergrößerungszustandes erlauben. Diese Vergrößerungswechsel-Einrichtungen können mechanisch miteinander gekoppelt sein, so daß mit einem einzigen Verstell-Element eine gleichzeitige Verstellung des Vergrößerungszustandes aller drei Videokanäle erfolgt. Anstelle der abbildenden Optik kann selbstverständlich die Vergrößerungswechsel-Einrichtung so dimensioniert werden, daß diese die abbildende Funktion übernimmt und eine seperate abbildende Optik überflüssig ist. Neben den drei, das Hauptobjektiv (1) durchsetzenden Video-Kanälen (5c) ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein weiterer Kanal vorgesehen, der eine Durchtrittspupille (6) durch das Hauptobjektiv (1) definiert und nicht durch die elektrooptischen Detektorelemente (3a, 3b, 3c) belegt ist. Dieser freie Kanal kann beispielsweise zur Beleuchtung oder aber für eine Autofokussier-Einrichtung eingesetzt werden.

Die Verwendung mindestens dreier elektrooptischer Detektorelemente (3a, 3b, 3c) gestattet nunmehr, das betrachtete Objektdetail (9) in der Objektebene (8) aus unterschiedlichen Perspektiven darzustellen. Mit den

Buchstaben A, B, C, und D sind unterschiedliche Beobachter-Standpunkte relativ zum betrachteten Objektdetail (9) gekennzeichnet. Für einen Beobachter an der Stelle A liefern die beiden elektrooptischen Detektorelemente (3a) und (3b) die beiden stereoskopischen Teilbilder, die in bekannter Weise auf einem in Figur 1 nicht dargestellten Monitor alternierend gezeigt werden. Der Beobachter trägt zur räumlichen Wahrnehmung eine elektrooptische Flüssigkristall-Shutter-Brille, die synchronisiert mit den Stereo-Teilbildern geschaltet wird und jedem Auge das richtige stereoskopische Teilbild zur Betrachtung anbietet. Für einen Beobachter an der Stelle B liefern entsprechend die beiden elektrooptischen Detektorelemente (3b) und (3c) die beiden erforderlichen stereoskopischen Teilbilder. Mit Hilfe einer im folgenden noch detaillierter erläuterten Bildverarbeitungseinheit kann die räumliche Darstellung des betrachteten Objektdetails (9) aus unterschiedlichen Perspektiven realisiert werden. Hierzu werden die Signale zweier elektrooptischer Detektorelemente (3a, 3b, 3c) passend zur jeweiligen Perspektive ausgewählt und weiterverarbeitet.

Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf das Hauptobjektiv (1) aus Figur 1. Ebenfalls dargestellt sind die elektrooptischen Detektorelemente (3a, 3b, 3c) in ihrer Relativ-Anordnung zu den Durchtrittspupillen (10a, 10b, 10c) durch das Hauptobjektiv (1). Neben den drei durch die Video-Strahlengänge belegten Durchtrittspupillen (10a, 10b, 10c) ist mindestens eine freie, nicht belegte Durchtrittspupille (6) des Hauptobjektives (1) vorteilhaft, die beispielsweise für einen Beleuchtungsstrahlengang und/oder eine Autofokussiereinrichtung verwendet werden kann.

Die Signale der elektrooptischen Detektorelemente (3a, 3b, 3c) werden durch die im folgenden beschriebene Bildverarbeitungseinrichtung je nach Betrachterperspektive (A, B, C oder D) derart kombiniert, daß eine perspektivisch

richtige Darstellung des betrachteten Objektdetails resultiert. Für eine derartige Wahlmöglichkeit stehen insgesamt drei unterschiedliche Stereobasen (11, 12, 13) zur Verfügung. Zu jeder dieser möglichen Stereobasen (11, 12, 13) kann ferner die Orientierung der beiden elektrooptischen Detektorelemente (3a, 3b, 3c) vertauscht werden. Insgesamt resultieren dann sechs verschiedene Betrachterperspektiven, die auf entsprechenden Monitoren dargestellt werden können.

Neben der in Fig. 2 dargestellten Relativanordnung der Videokanäle relativ zum gemeinsamen Hauptobjektiv sind selbstverständlich auch andere Relativanordnungen der Videokanäle und/oder Beleuchtungs- bzw. Autofokus-Kanäle möglich. So können beispielsweise die Videokanäle symmetrisch um die Mitte des Hauptobjektives angeordnet werden etc.

Anhand von Figur 3 wird im folgenden das Funktionsprinzip der Bildverarbeitungseinheit (15) sowie der daran angeschlossenen Monitore (16, 17, 18) prinzipiell erläutert. Die mit I, II, III gekennzeichneten Signale der drei elektrooptischen Detektoreinheiten (3a, 3b, 3c) gelangen auf die Bildverarbeitungseinheit (15) und werden in drei, den Signalen zugeordnete Teilspeicher (22a, 22b, 22c), eingelesen. Als geeignete Teilspeicher kommen beispielsweise bekannte Bildspeicher in Frage, wie sie in herkömmlichen TV-Geräten eingesetzt werden. Eine - nicht dargestellte Synchronisationseinheit innerhalb der Bildverarbeitungseinheit (15) sorgt für das bildsynchrone Einlesen der Signale in die drei Teilspeicher (22a, 22b, 22c), was in Fig. 3 durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen (24) symbolisiert wird. Ferner übernimmt die Synchronisationseinheit das entsprechend synchronisierte Auslesen der Signale aus den Teilspeichern (22a, 22b, 22c). Die Bildverarbeitungseinheit (15) umfaßt desweiteren eine Eingabeschnittstelle (21), die für die einzelnen Betrachter die Wahl einer gewünschten Perspektive ermöglicht. Für die

jeweiligen Betrachter, die von der Bildverarbeitungseinheit (15) gesteuerte Flüssigkristall-Shutter-Brillen (20) tragen, werden auf Monitoren (16, 17, 18) in alternierender Form die stereoskopischen Teilbilder der zugeordneten Perspektive ausgegeben. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind drei Monitore (16, 17, 18) dargestellt, die das betrachtete Objektdetail aus drei unterschiedlichen Perspektiven zeigen. Für die Bildverarbeitungseinheit (15) können so viele Ausgänge vorgesehen sein, wie mit Hilfe der Anzahl der Videokanäle Perspektiven realisiert werden können.

Über die Eingabeschnittstelle (21) ist es dem Betrachter möglich, eine bestimmte perspektivische Darstellung anzuwählen. Über die Bildverarbeitungseinheit (15) werden die, dieser Perspektive entsprechenden, Teilbilder bzw. die Signale der entsprechenden elektrooptischen Detektorelemente (3a, 3b, 3c) ausgewählt und die Ausgangs-Signale der entsprechenden Teilspeicher (22a, 22b, 22c) kombiniert. Vor der alternierenden Darstellung der Teilbilder auf dem Monitor (16, 17, 18) in bekannter Art und Weise erfolgt über mindestens einen geeigneten Prozessor der Bildverarbeitungseinheit (15) noch das "elektronische" Drehen bzw. Ausrichten der Stereo-Bildpaare, so daß die Bilder der fest orientierten elektrooptischen Detektorelemente (3a, 3b, 3c) passend zur gewählten Perspektive, d.h. zur entsprechenden Stereobasis orientiert sind.

Die Bildverarbeitungseinheit (15) weist eine weitere Schnittstelle (21) auf, über die externe Daten wie etwa Meßgrößen oder persönliche Daten im jeweils dargestellten räumlichen Bild eingeblendet werden können.

In einer vorteilhaften Av.eführungsform sind die Monitore (16, 17, 18) so im Raum orientiert, daß sie das momentan betrachtete Objektdetail aus der Perspektive zeigen, in der der Monitor aufgestellt ist.

Claims

Ansprüche:

1. Video-Stereomikroskop mit

- mindestens drei elektro-optischen Detektorelementen (3a, 3b, 3c), die Video-Strahlengänge definieren, die ein gemeinsames Hauptobjektiv (1) durchsetzen,

- sowie einer, den elektro-optischen Detektorelementen (3a, 3b, 3c) nachgeordneten Bildverabeitungseinheit (15), die ein wahlweises Darstellen von Stereo-Bildpaaren aus unterschiedlichen Beobachter-Perspektiven durch die wahlweise Kombination der Ausgangs-Signale zweier elektro-optischer Detektorelemente (3a, 3b, 3c) ermöglicht.

2. Video-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungseinheit (15) mindestens drei Teilspeicher (22a, 22b, 22c) zum Einlesen der Ausgangs-Signale der elektro-optischen Detektorelemente (3a, 3b, 3c) umfaßt.

3. Video-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungseinheit (15) eine Synchronisationseinheit umfaßt, die das Ein- und Auslesen der Teilspeicher (22a, 22b, 22c) entsprechend der gewählten Perspektive steuert.

4. Video-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungseinheit (15) mindestens einen Prozessor enthält, der ein elektronisches Ausrichten der stereoskopischen Teilbilder gemäß der gewählten Perspektive übernimmt.

5. Video-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem gemeinsamen Hauptobjektiv (1) und den elektro-optischen Detektorelementen (3a, 3b, 3c) eine abbildende Optik

und/oder eine Vergrößerungswechsel-Einrichtung für jeden einzelnen Video-Strahlengang (5c) angeordnet ist.

6. Video-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem gemeinsamen Hauptobjektiv (1) und den elektro-optischen Detektorelementen (3a, 3b) eine gemeinsame abbildende Optik und/oder eine gemeinsame Vergrößerungswechsel-Einrichtung für alle Video-Strahlengänge (5c) angeordnet ist.

7. Video-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungseinheit (15) eine Eingabeschnittstelle (21) umfaßt, die die Wahl unterschiedlicher Stereo-Basen (11, 12, 13) ermöglicht.

8. Video-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungseinheit (15) mindestens einen Monitor (16, 17, 18) umfaßt, auf dem stereoskopische Teilbilder in sequentieller Folge darstellbar sind.

9. Video-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungseinheit (15) mindestens eine Shutterbrille (20) umfaßt, die eine dreidimensionale Wahrnehmung der sequentiell dargestellten stereoskopischen Teilbilder ermöglicht.

10. Video-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungseinheit (15) eine weitere Schnittstelle (23) aufweist, über die weitere Daten einlesbar und auf mindestens einem Monitor (16, 17, 18) darstellbar sind.

11. Video-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptobjektiv (1) mindestens

eine weitere Durchtritts-Pupille (6) aufweist, die mit keinem der Video-Kanäle (5c) zusammenfällt.

12. Video-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede mögliche Perspektive der Stereo-Bildpaare ein Monitor (16, 17, 18) in räumlich richtiger Orientierung vorgesehen ist.