DE9413512U1

DE9413512U1 - Operationsmikroskop

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Publication number: DE9413512U1
Application number: DE9413512U
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1994-08-23
Publication date: 1994-10-13
Anticipated expiration: 2004-08-24
Also published as: DE9314058U1

Description

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Operat ionsmikroskop

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Operationsmikroskop mit einem beweglichen binokularen Beobachtungstubus, wobei das Operationsmikroskop derart aufgehängt ist, daß ein Verschwenken um mindestens zwei Achsen möglich ist.

Aus der. Firmendruckschrift 30-259.8d der Anmelderin ist ein Operationsmikroskop bekannt, das um zwei zueinander senkrechte Achsen verschwenkt werden kann. Diese beiden Achsen werden üblicherweise als Kipp- bzw. Schwenk-Achsen des Operationsmikroskopes bezeichnet.

Wird im Verlauf einer Operation nunmehr das Operationsmikroskop je nach Operations-Gegebenheit um eine dieser Achsen gekippt oder verschwenkt, so resultiert daraus auch eine Änderung der räumlichen Ausrichtung des binokularen Beobachtungstubus. Nach dem erfolgten Verkippen bzw. Verschwenken des kompletten Operationsmikroskopes muß der operierende Chirurg demnach den üblicherweise ebenfalls um mehrere Achsen verschwenkbaren Binokulartubus, wie er etwa aus der DE 26 54 778 der Anmelderin bekannt ist, wieder gemäß seiner neuen Arbeitshaltung ausrichten. Hierbei wird der binokulare Beobachtungstubus vom Chirurgen üblicherweise horizontal ausgerichtet. Eine derartige manuelle Ausrichtung im Verlauf einer Operation ist jedoch störend und unterbricht den Arbeitsablauf für eine gewisse Zeitdauer.

Aus der US 5,074,651 ist nunmehr bekannt, ein Operationsmikroskop an einem Stativ um eine einzige horizontale Achse verschwenkbar anzuordnen und den Verschwenkwinkel um diese Achse zu erfassen. Der Binokulartubus wird über einen Regelkreis mit dem jeweils aktuell erfaßten Verschwenkwinkel als Eingangsgröße stets in

einer horizontalen Position motorisch ausgerichtet. Für ein Verschwenken um mehrere Achsen bzw. in beliebigen räumlichen Freiheitsgraden ist dieses Operationsmikroskop jedoch nicht geeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Operationsmikroskop mit einem beweglichen binokularen Beobachtungstubus zu schaffen, das um mehrere räumliche Achsen verschwenkbar ist und einen erhöhten Bedienkomfort für den Chirurgen während einer Operation gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Operationsmikroskop mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Das erfindungsgemäße Operationsmikroskop ist nunmehr um mindestens zwei Achsen definiert verschwenkbar, wobei die jeweiligen Verschwenk-Winkel des Operationsmikroskopes über geeignete Detektoren erfaßt werden. Hierbei ist es nunmehr unerheblich, um wieviele Achsen eine derartiges Verschwenken des Operationsmikroskopes erfolgt. Die erfaßten Verschwenk-Winkel des Operationsmikroskopes dienen als Stellgröße für die gewünschte räumliche Ausrichtung des beweglichen binokularen Beobachtungstubus. Dieser ist vorteilhafterweise um ebensoviele Achsen beweglich, d.h. verschwenkbar, wie das Operationsmikroskop.

Das erfindungsgemäße Operationsmikroskop erlaubt im Gegensatz zur Vorrichtung aus der US 5,074,651 ein räumliches Positionieren in mehreren Freiheitsgraden bzw. ein Verschwenken um mehrere Achsen, so daß ein vergrößertes Beobachtungsvolumen für den Chirurgen zur Verfugung steht.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nunmehr möglich, vor der Operation einen gewünschten Einblickswinkel des binokularen Beobachtungstubus zu definieren, der im Verlauf der Operation aufgrund der erfindungsgemäßen Kopplung

mit den Verschwenk-Winkeln des Operationsmikroskopes stets konstant gehalten wird. Für den operierenden Chirurgen resultiert ein bedeutend komfortableres Arbeiten, da das lästige manuelle Nachkorrigieren der Beobachtungstubus-Position nach einem räumlichen Verändern des Operationsmikroskopes entfällt.

In einer geeigneten Steuereinrichtung können desweiteren verschiedenste Einblickwinkel des binokularen Beobachtungstubus für mehrere Chirurgen abgespeichert werden, die jeweils individuellen Arbeits-Stellungen entsprechen. Diese gewünschten, individuellen Einblickwinkel werden vor der eigentlichen Operation vom jeweiligen Chirurgen ausgewählt und während der Operation erfindungsgemäß konstant beibehalten.

Eine besonders vorteilhafte Verwendung findet das erfindungsgemäße Operationsmikroskop auch in Verbindung mit einem motorischen Trägersystem, wie es etwa in der DE 42 02 922 der Anmelderin beschrieben ist. So kann mit Hilfe des motorischen Trägersystemes ein beliebiges räumliches Ausrichten des Operationmikroskopes erfolgen und über die erfaßten Verschwenkbewgungen um diverse Achsen der binkulare Beobachtungstubus konstant ausgerichtet beibehalten werden.

Ferner kann das erfindungsgemäße Stereomikroskop vorteilhaft in Kombination mit einem, dem Operationsmikroskop vorgeschalteten stereoskopischen Endoskop eingesetzt werden, wie es etwa in der Patentanmeldung P 42 25 507.4-51 beschrieben wird.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Figuren.

Dabei zeigt

Fig. 1 die Vorderansicht eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Operationsmikroskopes;

Fig. 2 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Operationsmikroskopes aus Figur 1;

Fig. 3 ein schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der prinzipiellen Signalverarbeitung innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Figur 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Operationsmikroskopes {1) in verschiedenen Ansichten dargestellt. Identische Elemente sind in Figur 1 und 2 dabei mit den selben Bezugszeichen versehen. Das Operationsmikroskop (1) weist vom optischen Aufbau her einen weitgehend bekannten Aufbau auf. Hierzu gehört ein im Mikroskop-Gehäuse {4) angeordnetes Hauptobjektiv mit nachgeordnetem Vergrößerungswechsel-System sowie ein verschwenkbarer binokularer Beobachtungstubus {5a, 5b). Über eine Schnittstelle {7) ist das Operationsmikroskop (1) an einer Aufhängung (2) angeordnet. Die im dargestellten Ausführungsbeispiel winkelförmige Aufhängung {2) wiederum ist über ein Anschlußelement (3) an einem - nicht dargestellten Stativ angeordnet.

Das Operationsmikroskop (1) dieses Ausführungsbeispieles kann um zwei Achsen (Al, A2) verschwenkt werden. Die Achse Al ist in der Darstellung von Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene orientiert und wird üblicherweise als Schwenk-Achse bezeichnet. Achse A2 liegt in der Darstellung nach Figur 1 in der Zeichenebene und wird als Kipp-Achse bezeichnet. Die Achsen Al und A2 sind somit in diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zueinander orientiert. Das Verschwenken des

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Operationsmikroskopes (1) um die beiden Achsen Al und A2 erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel manuell. Ebenso kann jedoch eine motorische Verstellmöglichkeit bzw. Verschwenkmöglichkeit mit geeigneten Schrittmotoren realisiert werden, die über Bedienelemente vom Chirurgen betätigbar sind.

Den beiden Achsen Al und A2 des Operationsmikroskopes (1) ist jeweils ein Detektor (7a, 7b) zugeordnet, der den eingestellten Verschwenk- oder Verkippwinkel um die jeweilige Achse erfaßt. Als geeignete Detektoren (7a, 7b) kommen handelsübliche Winkel-Encoder in Frage, wie sie etwa von der Firma HEIDENHAIN in großer Auswahl angeboten werden. Möglich ist dabei sowohl der Einsatz inkrementeller als auch absoluter Winkel-Encoder.

Neben der Verkipp- und Verschwenkmöglichkeit um A2 und Al kann das Operationsmikroskop ferner motorisch entlang der Aufhängung (2) in Richtung des Pfeiles (20) verfahren werden, d.h. hiermit ist eine sogenannte Außen-Fokussierung des Operationsmikroskopes (1) möglich. Die Aufhängung (2) wird üblicherweise auch als Fokussierkasten bezeichnet und weist vorteilhafterweise verschiedenste - nicht dargestellte Bedienelemente - für diverseste Mikroskopfunktionen auf.

Ebenfalls um zwei zueinander senkrechte Achsen Bl und B2 verschwenkbar ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der binokulare Beobachtungstubus (5a, 5b). Hierbei ist den beiden Achsen Bl und B2 jeweils ein Antrieb {9a, 9b) in Form eines geeigneten Schrittmotors sowie ein Detektor (8a, 8b) zur Erfassung des Verschwenk-Winkels um die jeweilige Achse Bl und/oder B2 zugeordnet. Die Detektoren (8a, 8b) können dabei ebenso wie die den Achsen Al und A2 des Operationsmikroskopes zugeordneten Detektoren, sowohl als inkrementelle wie auch als absolute Winkel-Encoder ausgeführt sein.

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In der Darstellung von Figur 2 ist insbesondere die Orientierung der beiden Achsen Bl und B2 ersichtlich, um die der binokulare Beobachtungstubus {5a, 5b) verschwenkbar ist. Wie bereits angedeutet sind für die Verschwenkbewegungen des binokularen Beobachtungstubus {5a, 5b) den Verschwenkachsen Bl und B2 zugeordnete Detektoren (8a, 8b) vorgesehen, die den jeweiligen Verschwenk-Zustand des Beobachtungstubus erfassen. Ferner sind den beiden Verschwenkachsen Bl und B2 des binokularen Beobachtungstubus (5a, 5b) jeweils motorische Antriebe {9a, 9b) zugeordnet, die ein definiertes, motorisches Verstellen des Beobachtungstubus um diese beiden Achsen ermöglichen.

Die Antriebe (9a, 9b) werden hierbei durch die erfaßten Verschwenk-Winkel des Operationsmikroskopes um die Verschwenkachsen Al und/oder A2 gesteuert bzw. geregelt. Nicht unbedingt ist dabei ein separater Detektor zum Erfassen des Verschwenkwinkel um Al und/oder A2 wie im dargestellten Ausführungsbeispiel erforderlich, vielmehr kann diese Funktion auch durch den als Schrittmotor ausgeführten Antrieb erfüllt werden. Wesentlich ist lediglich die Möglichkeit, den aktuellen Verschwenkzustand um die jeweilige Achse Al und/oder A2 definiert erfassen zu können.

Vor der eigentlichen Operation wählt der Chirurg einen definierten Einblickwinkel des binokularen Beobachtungstubus {5a, 5b) aus. Über einen geeigneten Regel- oder Steuerkreis wird dieser Einblickswinkel während der eigentlichen Operation dann konstant gehalten, indem die erfaßten Verschwenkwinkel des Operationsmikroskopes (1) als Stellgrößen für die Antriebe (9a, 9b) des Beobachtungstubus (5a, 5b) herangezogen werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform können hierbei verschiedenste Einblickswinkel, je nach Chirurg, in einer

Steuereinheit abgespeichert und während der Operation erfindungsgemäß konstant beibehalten werden.

Neben der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Möglichkeit, das Operationsmikroskop um zwei oder mehr Achsen zu verschwenken bzw. räumlich zu positionieren, ist es erfindungsgemäß ebenfalls möglich, das Operationsmikroskop an einem motorischen Trägersystem gemäß der DE 42 02 922 anzuordnen und hiermit zu positionieren. Analog zum vorab beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt das Erfassen der Verschwenkbewegungen um zwei oder mehr Achsen mittels diesen Achsen zugeordneten Detektoren und die Verwendung der erfaßten Winkelmeßwerte als Stellgrößen für das konstante Ausrichten des binokularen Beobachtungstubus.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel für die prinzipielle Signalverarbeitung innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisiert dargestellt. Hierbei sei insbesondere darauf hingewiesen, daß sowohl ein Verschwenken des Operationsmikroskopes als auch des binokularen Beobachtungstubus nicht auf zwei Achsen beschränkt sein muß, vielmehr können je nach Anforderung prinzipiell &eegr; verschiedene Achsen vorgesehen sein.

Die von den Detektoren (18a, 18b, ..18n) der Verschwenk-Achsen Al¹ - An' des Operationsmikroskopes erfaßten Winkelwerte werden dabei an eine zentrale Steuereinheit (25) übergeben. Diese kannn beispielsweise über einen Rechner softwaremäßig realisiert werden. Hierbei sind zum Einlesen der von den Detektoren (18a,.. 18n) gelieferten Winkelmeßwerte entsprechende A/D-Wandler als Eingabeschnittstelle der Steuereinheit (25) vorzusehen. Anhand der übergebenen Winkelmeßwerte bestimmt die Steuereinheit die erforderlichen Stellgrößen für die Antriebe (19a, 19b, ..19n) des binokularen Beobachtungstubus, um

diesen in einer definierten Einblicksrichtung stets konstant zu orientieren.

Hierbei kann die Steuereinheit (25) erfindungsgemäß sowohl nach dem Steuerungs- als auch nach dem Regelungsprinzip arbeiten.

Die von der Steuereinheit (25) bestimmten Stellgrößen werden anschließend über ein oder mehrere Ausgabeschnittstellen in Form von D/A-Wandlern an die Antriebe (19a,..19n) des binokularen Beobachtungstubus übergeben.

Im Falle einer realisierten Regelung sind für die Achsen des Binokulartubus ferner noch - nicht dargestellte - Detektoren vorzusehen, die die jeweils aktuelle Verschwenk-Stellung des Binokulartubus an die Steuereinheit übergeben.

Die Steuereinheit (25) weist ferner vorteilhafterweise eine Eingabe-Schnittstelle (26), z.B. in Form einer Tastatur, auf, über die der Chirurg eine gewünschte Einblickrichtung des binokularen Beobachtungstubus definieren kann. Diese, vor der Operation definierte Einblicksrichtung wird während der Operation in der beschriebenen Art und Weise anschließend konstant gehalten.

Die Steuereinheit (25) umfaßt desweiteren einen Speicher, in dem mehrere derartige Einblickrichtungen des binokularen Beobachtungstubus, z.B. für unterschiedliche Chirurgen, abgelegt werden können. Über die Eingabeschnittstelle (26) kann dann der Chirurg seine jeweilige individuelle Einblickrichtung vor der Operation auswählen.

Claims

Ansprüche:

1. Operationsmikroskop (1) mit einem verschwenkbaren binokularen Beobachtungstubus (5a, 5b), das um mindestens zwei Achsen (Al, A2) verschwenkbar ist, wobei diesen Achsen (Al, A2) jeweils ein oder mehrere Detektoren (7a, 7b) zum Erfassen eines Verschwenk-Winkels zugeordnet sind,

der Binokulartubus (5a, 5b) um mindestens ebensoviele Achsen (Bl, B2) motorisch verschwenkbar ist wie das Operationsmikroskop (1), und die erfaßten Verschwenk-Winkel des Operationsmikroskopes (1) als Stellgrößen für eine definierbare räumlich-konstante Ausrichtung des Beobachtungstubus (5a, 5b) dienen.

2. Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 1, wobei das Operationsmikroskop (1) um zwei zueinander senkrechte Achsen (Al, A2) verschwenkbar ist und die eine Achse (A2) in der Ebene liegt, die durch die beiden Beobachtungs-Strahlengänge des Operationsmikroskopes (1) definiert wird und eine weitere Achse (Al) hierzu senkrecht orientiert ist.

3. Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Operationsmikroskop (1) manuell oder motorisch um mindestens zwei Achsen (Al, A2) verschwenkbar ist.

4. Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 1, wobei der binokulare Beobachtungstubus (5a, 5b) um die gleichen Achsen (Bl, B2) verschwenkbar ist wie das Operationsmikroskop (1).

5. Operationsmikroskop nach Anspruch 1, wobei der binokulare Beobachtungstubus (5a, 5b) mittels eines oder mehrerer Antriebe (9a, 9b) motorisch verschwenkbar ist.

6. Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 5, wobei jeder Achse (Bl, B2), um die der binokulare Beobachtungstubus (5a, 5b) motorisch verschwenkbar ist, mindestens ein Detektor (8a, 8b) zum Erfassen der jeweiligen winkelmäßigen Ausrichtung des binokularen Beobachtungstubus (5a, 5b) zugeordnet ist.

7. Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 6, wobei eine Steuereinheit (25) mit mindestens einem Steuer- oder Regelkreis vorgesehen ist, die ferner eine Eingangsschnittstelle zum Registrieren der Signale der Detektoren sowie eine Ausgabeschnittstelle zum Ausgeben der erforderlichen Stellgrößen für die Antriebe (9a, 9b) des Beobachtungstubus (5a, 5b) aufweist.

8. Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (25) desweiteren einen Speicher umfaßt, in der verschiedene individuelle Ausrichtungen des Beobachtungstubus abspeicherbar und definiert aufrufbar sind.

9. Operationsmikroskop (1) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (25) ferner eine Eingabeschnittstelle (26) zum Definieren separater Einblickrichtungen des binokularen Beobachtungstubus (5a, 5b) aufweist.

10. Operationsmikroskop (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, wobei inkrementelle Winkel-Encoder als Detektoren zum Erfassen der Verschwenk-Winkel vorgesehen sind.

11. Operationsmikroskop (1) nach mindestestens einem der Ansprüche 1-9, wobei absolute Winkel-Encoder als Detektoren zum Erfassen der Verschwenk-Winkel vorgesehen sind.

12. Operationsmikroskop (1) nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, angeordnet an einem motorischen Trägersystem zum definierten räumlichen Positionieren des Operationsmikroskopes um zwei oder mehr Achsen.

13. Operationsmikroskop {1) nach mindestens einem der vorngehenden Ansprüche mit einem vorgeordneten stereoskopischen Endoskop.