EP3027105A1 - Assistenzeinrichtung zur bildgebenden unterstützung eines operateurs während eines chirurgischen eingriffs - Google Patents

Assistenzeinrichtung zur bildgebenden unterstützung eines operateurs während eines chirurgischen eingriffs

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EP3027105A1
EP3027105A1 EP14755991.8A EP14755991A EP3027105A1 EP 3027105 A1 EP3027105 A1 EP 3027105A1 EP 14755991 A EP14755991 A EP 14755991A EP 3027105 A1 EP3027105 A1 EP 3027105A1
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EP
European Patent Office
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state
switching element
operating
switching
endoscope
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14755991.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Bernhart
Bastian IBACH
Kathrin ROBERTS
Holger BORCHERS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maquet GmbH
Original Assignee
Maquet GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Maquet GmbH filed Critical Maquet GmbH
Publication of EP3027105A1 publication Critical patent/EP3027105A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04N23/555—Constructional details for picking-up images in sites, inaccessible due to their dimensions or hazardous conditions, e.g. endoscopes or borescopes

Definitions

  • the invention relates to an assistant device for imaging assistance of an operator during a surgical procedure, comprising an endoscope with a camera for generating image data, a display device for displaying a moving image on the basis of the image data generated by the camera, a manipulator coupled to the endoscope for moving the endoscope Endoscope, and a control unit for selectively controlling the manipulator according to one of a plurality of operating states such that the displayed moving image can be influenced by moving the endoscope according to the selected operating state.
  • the surgeon views the moving image of the surgical site on a viewing device, e.g. a monitor.
  • the moving image shows the laparoscopic instruments with which the surgeon manipulates the anatomical structures and organs in the patient.
  • the moving image displayed on the viewing device in real time is recorded by a camera which is part of an endoscope introduced via a trocar into the patient's body and directed to the surgical site.
  • the endoscope is held by a wizard who is the surgeon during the procedure to the side.
  • the assistant attempts to direct the endoscope onto the surgical site in such a way that the target area, in which the instrument tips and the anatomical structures to be manipulated can be seen, is located a reference position of the moving image is located.
  • this reference position is located approximately in the middle of the moving image. If the viewed image section is to be changed, then the endoscope must be moved in order to bring the new target area back into the center of the moving image.
  • image movements are relevant.
  • these are two-dimensional changes in the image detail, namely up and down movements of the image section on the display device, right and left movements of the image section on the display device, as well as combined movements, e.g. from bottom left to top right.
  • the image section on the viewing device must be changed by a corresponding zoom operation in the third dimension, i. can be enlarged and reduced.
  • Document EP 1937177 B1 proposes, for the operation of an assistant device, an operating lever which is also referred to as a joystick and which is attached to a laparoscopic instrument. The surgeon can thus also control the endoscope movement with the hand with which he holds the instrument.
  • the object of the invention is to provide an assisting device which can be operated in a particularly simple and intuitive manner by the surgeon during the execution of a surgical procedure.
  • the invention solves this problem in a Assistenz thanks of the type mentioned by a coupled to the control unit control for selecting the respective operating state, wherein the control element is formed of a single, designed as a button switching element with exactly two switching states, of which a switching state an actuated state and the other switching state is a non-actuated state, and wherein, based on the two possible switching states of the switching element, the operating states are assigned to one another distinguishable switch patterns that can be generated with the aid of the switching element.
  • the switching element according to the invention thus constitutes a "one-dimensional" operating element by which the intraoperative operation of the assistance device can be kept as simple as possible.
  • easily learnable switching patterns can be predefined, which the surgeon can predefine by a corresponding actuation of the Can generate switching element to set the desired operating state.
  • the function of the switching element is not limited to the intraoperative operation of the Assistancez nails.
  • the switching element can additionally be used to carry out a setup or setup process prior to the actual start-up of the assistance device, in which, for example, control parameters are set and / or operating states are configured.
  • the surgeon Since the surgeon only needs to operate a single switching element, handling is simplified significantly. Thus, the surgeon can change the switching element without looking which does not disturb his concentration on the procedure to be performed.
  • the individual switching element can be easily and clearly positioned, for example on the medical instrument with which the surgeon performs the procedure, or on the hand or the fingers of the surgeon. This is not so easy with a control unit that has more than two controls.
  • a foot switch with a single pedal can be used for this purpose, for example. It is also possible to attach a correspondingly small sized switch or button on the handle of the instrument used for the intervention. In principle, however, any switching element which can be triggered in a sterile manner and without the medical instrument being removed can be used, which makes it possible to generate the switching patterns according to the invention.
  • a predefined control operation of the control unit is provided for operating-state-specific movement of the endoscope.
  • the control unit then executes, after selecting this operating state, the associated drive operation continuously while the switching element is in the actuated state.
  • a certain operating state is selected and, as long as the switching element is pressed is held, the predefined for this operating state driving operation executed. In this way, the surgeon with a single operation of the switching element can bring about a change between two operating states and at the same time cause the predefined control of the endoscope for the newly set operating state.
  • the control unit changes to a ground state when the switching element is in the non-actuated state for more than a predetermined time.
  • the surgeon knows that the assistant device is always in a well-defined ground state without actuation of the switching element, out of which the individual operating states can be selected. This also makes it easier for the surgeon to learn the operating concept according to the invention.
  • the switching patterns each include at least one pulse-like one-time operation of the switching element and / or at least one lasting over a certain actuation time actuation of the switching element.
  • the one-time release of the switching element is meant that leads from the non-actuated switching state only briefly in the actuated switching state and from there back to the non-actuated switching state.
  • these pulse-like operations can be predefined in a particularly simple manner sequences of trigger signals that are particularly easy to learn. These are particularly suitable for bringing the assistance device into the various operating states.
  • a prolonged operation of the switching element can be provided to perform within a set operating state, the drive operation associated with this state to continuously move the endoscope as long as the operation of the switching element is held.
  • the switching patterns assigned to at least one part of the operating states are preferably successively configured so that the associated operating states can be successively selected with the aid of the switching element in a predetermined sequence. As a result, the surgeon can successively guide the assistance device from one operating state to the next in an easily learned manner.
  • the control unit preferably contains an image processing module which, based on the image data generated by the camera, detects at least one medical instrument in the displayed moving image and determines a positional deviation of the medical instrument with respect to a reference position determined within the displayed moving image.
  • one of the operating states that can be selected using the switching element is preferably a tracking state in which the control unit determines a desired value based on the position deviation and controls the manipulator as a function of this target value such that the medical instrument detected in the displayed moving image by tracking the endoscope in the fixed reference position is brought.
  • the image processing module preferably detects a tip of the medical instrument and determines the positional deviation of this tip.
  • the instrument recognition performed by the image processing module which provides information about the position of the instrument tip in the moving image
  • the switching element according to the invention which serves as the release element here. So it is possible to use the instrument tip to move the moving image dynamically in any direction.
  • the moving image follows the recognized instrument as long as the switching element acting as a release switch is depressed.
  • conventional assistance facilities which are usually only movements in fixed directions, for example after up or down or to the right or left, allow to realize any direction of movement.
  • control unit with the state change from the non-actuated state to the actuated state of the switching element, the continuous activation of the manipulator for tracking the endoscope starts and this control with the subsequent state change from the actuated state in the non -activated state of the switching element ended.
  • the endoscope is tracked and moves the image detail displayed on the screen.
  • the image section stops and remains stationary.
  • one of the operating states selectable by the switching element is an instrument selection state in which, with the aid of the switching element, one of a plurality of medical instruments detected by the image processing module in the moving image is selectable as a guiding instrument which is in the tracking state by tracking the endoscope within the Moving image is to bring in the specified reference position.
  • a change of the guide instrument, to which reference is made during tracking of the endoscope can be made in a simple manner with the aid of the switching element.
  • a graphical user interface is provided, which ensures a superimposed on the moving image representation of a control information transmitted by the control unit on the display device. Thus, the surgeon can be brought to the attention relevant control information directly on the screen.
  • the control unit transmits control information identifying the selected guidance instrument, the graphical user interface providing a motion image superimposed representation of a marker by which the guidance instrument is marked in the motion picture.
  • the surgeon can be informed, for example, which instrument tip would be centered in the middle of the image when the tracking is released.
  • the marking thus indicates which of the instruments used currently represents the management instrument.
  • a marker that follows the movements of the management instrument dynamically, for example, serves a rectangular box or a wide line.
  • the marker overlies the distal shaft end of the instrument and has a subtle but clearly visible color.
  • the guide element is clearly identifiable, without distracting the surgeon from its actual activity. In contrast, it should rather be avoided to place the marking directly over the instrument tip, so that the surgeon has a clear view of the instrument tip.
  • control unit transmits to the graphical user interface a control information identifying the selected operating state, wherein the graphical user interface provides a representation of a symbol superimposed on the moving image, by means of which the selected operating state is indicated in the moving image.
  • the surgeon thus receives a feedback in which operating state the assistant device is currently located. Examples For example, it is conceivable to display Synnbole or pictograms at the edge of the moving image, which change depending on the selected operating state.
  • one of the operating states selectable by the switching element is a first zoom state, in which the control unit controls the manipulator such that one image section in the moving image is magnified, while another of the operating state selectable by the switching element is a second zoom state in which the control unit controls the manipulator such that an image section in the moving image is displayed in a reduced size.
  • a method of imaging assistance to an operator during a surgical procedure there is provided a method of imaging assistance to an operator during a surgical procedure.
  • Fig. 1 is a block diagram of an assistant device according to the invention.
  • FIG. 2 is a state diagram showing the operating states that can be generated by operating the switching element
  • Fig. 3 is a table in which the operating states provided in the embodiment are characterized in detail.
  • FIG. 1 shows an installation device 10 according to the invention in a block diagram.
  • the assistance device 10 comprises an endoscope 12, which is held by a manipulator 14, which is designed, for example, as a robot arm.
  • the manipulator 14 has mechanical degrees of freedom that allow tracking of the endoscope 12.
  • the endoscope 12 includes a camera 16 which takes a picture of the treated anatomical structure. Accordingly, it generates image data which is output to a camera controller 18 in the form of a data stream.
  • the camera controller 18 transmits this image data to a viewer 20, e.g. a screen on which a moving image corresponding to the image data of the treated anatomical structure is displayed.
  • the camera controller 18 supplies the image data stream via an image acquisition module (not shown in FIG. 1), for example a so-called frame grabber, to a control unit 22.
  • the control unit 22 includes an image processing module 24 which uses the image data stream supplied thereto as an input signal to perform instrument recognition.
  • the instrument recognition takes place in a manner known per se using image processing algorithms. In this case, visible medical instruments are recognized by the image processing module 24 in the moving image and their positions are recorded. In particular, the image processing module 24 determines a positional deviation for each detected instrument which the tip of this instrument has relative to the center of the moving image displayed on the screen 20.
  • the image processing module 24 outputs the determined position deviations of the instrument tips to a path controller 26, which determines therefrom setpoint values for the actuation of the manipulator 14. If necessary, the manipulator 14 is driven in response to these set points, to move the endoscope 12 so that the instrument tip of an instrument selected as a management instrument is placed in the center of the moving image.
  • the assistance device 10 also has a switching element 28, which is coupled to an interface controller 30 contained in the control unit 22.
  • the switching element 28 is in the present embodiment, a monostable, push-button actuated with exactly two switching states, namely an actuated state and a non-actuated state.
  • the assistance device 10 has further operating elements, which are generally designated 32 in FIG.
  • These other controls are used to input commands to configure the wizard 10 or to make changes to certain control parameters, e.g. Adjustment speeds to make. They can be in the form of a mobile input device with a touch-sensitive surface, a remote control or a control panel. In addition, they can be used as input elements, e.g. Switch, be arranged on the manipulator 14.
  • the assistant device 10 contains a graphical user interface 34, which is coupled on the one hand to the image processing module 24 and the interface controller 30 and on the other hand to the screen 20.
  • FIG. 2 it is illustrated by way of example how the operator with the aid of the single switching element 28 can select different operating states of the assistance device 10 and initiate the control operations assigned to the individual operating states.
  • the assistance device 10 is in a ground state "0." In this ground state, "0" is calculated.
  • the path controller 26 continuously supplies the setpoint values intended for actuating the manipulator 14, control of the manipulator 14 with these setpoint values does not yet take place.
  • the operator must press the switching element 28, whereby a follow-up state "1" is selected.
  • the switching element 28 remains pressed ("Hold” in Figure 2)
  • the tracking state "1" is activated "1”
  • the endoscope tracking is enabled, ie the path control 26 controls the manipulator 14 continuously with the setpoint values determined by it. Accordingly, the manipulator 14 moves the endoscope 12 so that the instrument tip is tracked.
  • the instrument tip in the moving image which is displayed on the screen 20, remains in the middle of the picture. The tracking is carried out until the surgeon relieves the switching element 28, so this changes to its non-actuated state.
  • the Assistenz coupled 10 returns to the ground state "0" back.
  • the operating state "2" is a first zoom state in which the manipulator 4 by a further actuation of the switching element 28 is so controlled that the endoscope 12 performs a zoomed-in the zoomed-in view zoom movement.
  • this zoom movement is actually only carried out when the surgeon actuates the switching element 28 again and keeps it depressed.
  • a control operation "2a" associated with the operating state "2” is performed, by which the zooming movement is caused. As long as the switching element 28 remains depressed, the zoom movement of the endoscope 12 is continuous.
  • the assistant device 10 changes from the operating state "2" into an operating state "3".
  • the operating state "3" is a second zoom state which allows a zooming movement of the endoscope 12, which enlarges the viewed image section, but this zooming movement of the endoscope 12 is not carried out until the operator actuates the switching element 28 again and keeps it pressed In this case, a control operation "3a" associated with the operating state "3" is performed, which causes the zooming movement to occur. As long as the switching element 28 remains depressed, the zooming movement of the endoscope 12 is continuous.
  • the wizard 10 If the operator relieves the switch element and then remains unloaded for a predetermined period of time (e.g., 2 seconds), the wizard 10 returns to the "0" ground state.
  • a predetermined period of time e.g. 2 seconds
  • the assistant device 10 changes from the operating state "3" into an operating state "4".
  • the operating state "4" allows a change of the guide instrument shown in the moving image, which is referred to in the endoscope tracking, however, this change of the guide instrument is performed only when the surgeon pushes and holds the switching element 28 again a the operating state "4" associated control operation "4a" performed, which causes the change of the management instrument.
  • the guide instrument visible in the moving image is marked. After lapse of a predetermined period of time (e.g., 1 second), the marker changes to the next recognized instrument. If the surgeon wishes to select a particular instrument as a guiding instrument, he keeps the switching element 28 pressed until the marker changes to this instrument. Once this is done, the surgeon relieves the switching element 28. If the switching element 28 then remains unloaded for a predetermined period of time (eg 2 seconds), then the assistant automatically returns to the ground state "0.” On the other hand, the surgeon takes over within this period impulsive one-time operation of the switching element 28 before, so he enforces the change to the ground state "0".
  • a predetermined period of time e.g. 1 second
  • the operations performed by the operator on the switching element 28 for selecting the individual operating conditions constitute predetermined switching patterns based solely on the two switching states of the switching element 28, namely the actuated state and the non-actuated state , are realized.
  • the above-mentioned switching patterns are again summarized in the table of Figure 3 for the described embodiment.
  • the individual operating conditions icons that are displayed at the edge of the moving picture to inform the operator about the currently selected operating state.
  • the graphical user interface 34 shown in FIG. 1 receives from the interface controller 30 coupled to the switching element 28 information about the current switching patterns with which the switching element 28 has been acted upon.
  • the graphical user interface 34 receives further information about the current operating states of the further operating elements 32. The graphical user interface 34 then ensures that this information is superimposed on the moving image displayed on the screen 20.
  • the presented operating concept can also be extended to include additional operating states in order to be able to trigger other control operations via the switching element 28 as well. It is also possible to combine zoom and tracking movements with each other. Thus, it is conceivable, for example, that when one of the two zoom states is released, the tip of the guide instrument is simultaneously centered in the center of the image. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Beschrieben ist eine Assistenzeinrichtung (10) zur bildgebenden Unterstützung eines Operateurs während eines chirurgischen Eingriffs. Die Assistenzeinrichtung umfasst ein Endoskop (12) mit einer Kamera (16) zum Erzeugen von Bilddaten; ein Sichtgerät (20) zum Darstellen eines Bewegtbildes auf Grundlage der von der Kamera (16) erzeugten Bilddaten; einen mit dem Endoskop (12) gekoppelten Manipulator (14) zum Bewegen des Endoskops (12); und eine Steuereinheit (22) zum wahlweisen Ansteuern des Manipulators (14) entsprechend einem von mehreren Bedienzuständen derart, dass das dargestellte Bewegtbild durch Bewegen des Endoskops (12) entsprechend dem jeweils gewählten Bedienzustand beeinflussbar ist. Vorgesehen ist ein mit der Steuereinheit (22) gekoppeltes Bedienelement zum Auswählen des jeweiligen Bedienzustands, wobei das Bedienelement aus einem einzigen, als Taster ausgeführten Schaltelement (28) mit genau zwei Schaltzuständen gebildet ist, von denen ein Schaltzustand ein betätigter Zustand und der andere Schaltzustand ein nichtbetätigter Zustand ist; und auf Grundlage der beiden möglichen Schaltzustände des Schaltelementes (28) den Bedienzuständen voneinander unterscheidbare, vordefinierte Schaltmuster zugeordnet sind, die mit Hilfe des Schaltelementes (28) generierbar sind und für mindestens einen der durch die Schaltmuster auswählbaren Bedienzustände eine vordefinierte Ansteueroperation der Steuereinheit (22) zur bedienzustandsspezifischen Bewegung des Endoskops (12) vorgesehen ist; und die Steuereinheit (22) nach Auswahl dieses Bedienzustands die zugehörige Ansteueroperation kontinuierlich durchführt, während sich das Schaltelement (28) in dem betätigten Zustand befindet.

Description

Assistenzeinrichtung zur bildgebenden Unterstützung eines Operateurs
während eines chirurgischen Eingriffs
Die Erfindung betrifft eine Assistenzeinrichtung zur bildgebenden Unterstützung eines Operateurs während eines chirurgischen Eingriffs, umfassend ein Endoskop mit einer Kamera zum Erzeugen von Bilddaten, ein Sichtgerät zur Darstellen eines Bewegtbildes auf Grundlage der von der Kamera erzeugten Bilddaten, einen mit den Endoskop gekoppelten Manipulator zum Bewegen des Endoskops, und eine Steuereinheit zum wahlweisen Ansteuern des Manipulators entsprechend einem von mehreren Bedienzuständen derart, dass das dargestellte Bewegtbild durch Bewegen des Endoskops entsprechend dem jeweils gewählten Bedienzustand beeinflussbar ist.
Während eines laparoskopischen Eingriffs betrachtet der Operateur das Bewegtbild des Operationssitus auf einem Sichtgerät, z.B. einem Monitor. In dem Bewegtbild sind die laparoskopischen Instrumente zu sehen, mit denen der Operateur die anatomische Strukturen und Organe im Patienten manipuliert. Das auf dem Sichtgerät in Echtzeit dargestellte Bewegtbild wird von einer Kamera aufgenommen, die Teil eines über einen Trokar in den Körper des Patienten eingeführten und auf den Operationssitus gerichteten Endoskops ist.
Üblicherweise wird das Endoskop von einem Assistenten gehalten, der dem Operateur während des Eingriffs zur Seite steht. Dabei versucht der Assistent das Endoskop so auf den Operationssitus richten, dass sich der Zielbereich, in dem die Instrumentenspitzen und die zu manipulierenden anatomischen Strukturen zu sehen sind, in einer Referenzposition des Bewegtbildes befindet. Üblicherweise liegt diese Referenzposition etwa in der Mitte des Bewegtbildes. Soll der betrachtete Bildausschnitt verändert werden, so muss das Endoskop bewegt werden, um den neuen Zielbereich wieder in die Mitte des Bewegtbildes zu bringen.
Für den auf das Sichtgerät blickenden Operateur sind verschiedene Bildbewegungen relevant. Zunächst sind dies zweidimensionale Veränderungen des Bildausschnitts, nämlich auf dem Sichtgerät nach oben und unten gerichtete Bewegungen des Bildausschnitts, auf dem Sichtgerät nach rechts und links gerichtete Bewegungen des Bildausschnitts, sowie kombinierte Bewegungen, z.B. von links unten nach rechts oben. Ferner muss der Bildausschnitt auf dem Sichtgerät durch eine entsprechende Zoomoperation auch in der dritten Dimension verändert, d.h. vergrößert und verkleinert werden können.
Aus dem Stand der Technik sind Assistenzeinrichtungen zur bildgebenden Unterstützung der Operateurs bekannt, die ohne einen menschlichen Assistenten auskommen. Dementsprechend müssen diese Assistenzeinrichtungen vom Operateur selbst über entsprechende Steuerbefehle bedient werden können.
Beispielsweise ist aus dem Stand der Technik ein Bedienkonzept bekannt, bei dem der Operateur die Bewegungsrichtung des auf dem Sichtgerät dargestellten Bildes über eine Kopfbewegung vorgeben kann. Mittels eines Aktivierungspedals wird die Endoskopbewegung freigegeben. Hierzu wird beispielhaft auf die Druckschriften EP 2169348 B8, EP 2052675 AI, US 2009/0112056 AI, EP 0761177 Bl und US 5766126 A verwiesen.
Andere Bedienkonzepte sehen eine Sprachsteuerung oder eine Steuerung der Endoskopbewegung mittels eines mit mehreren Schaltern ausgestatteten Fußpedals vor. Hierzu ist auf die Druckschriften US 6932089 Bl, US 2006/0100501 AI und US
2011/0257475 A zu verweisen.
Assistenzeinrichtungen, die eine automatische Verfolgung markierter Instrumente ermöglichen, sind in den Druckschriften US 6820545 AI und DE 19529950 Cl beschrieben.
Die Druckschrift EP 1937177 Bl schlägt zur Bedienung einer Assistenzeinrichtung einen auch als Joystick bezeichneten Bedienungshebel vor, der an einem laparoskopischen Instrument angebracht wird. Der Operateur kann so mit der Hand, mit der er das Instrument hält, auch die Endoskopbewegung steuern.
Ein vollautomatisch arbeitendes System, die eine automatische Verfolgung markierter Instrumente ermöglicht, ist schließlich in der DE 199 61 971 B4 beschrieben.
Trotz der vorstehend dokumentierten Vielzahl an technischen Lösungen besteht weiterhin der Wunsch, eine Assistenzeinrichtung so zu optimieren, dass sie auf der einen Seite eine möglichst weitgehende Automatisierung der Endoskopnachführung ermöglicht, um den Operateur so wenig wie nur möglich mit der Bedienung der Assistenzeinrichtung zu belasten, und die auf der anderen Seite jedes Risiko für den Patienten vermeidet. Zudem sollte die Bedienung einer solchen Assistenzeinrichtung leicht erlernbar sein und einfach durchzuführen sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Assistenzeinrichtung anzugeben, die der Operateur während der Durchführung eines chirurgischen Eingriffs besonders einfach und intuitiv bedienen kann. Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Assistenzeinrichtung eingangs genannter Art durch ein mit der Steuereinheit gekoppeltes Bedienelement zum Auswählen des jeweiligen Bedienzustands, wobei das Bedienelement aus einem einzigen, als Taster ausgeführten Schaltelement mit genau zwei Schaltzuständen gebildet ist, von denen ein Schaltzustand ein betätigter Zustand und der andere Schaltzustand ein nicht- betätigter Zustand ist, und wobei auf Grundlage der beiden möglichen Schaltzustände des Schaltelementes den Bedienzuständen voneinander unterscheidbare Schaltermuster zugeordnet sind, die mit Hilfe des Schaltelementes generierbar sind.
Durch das Vorsehen eines einzigen Schaltelementes, das nur genau zwei Schaltzustände aufweist, ist es dem Operateur auf besonders einfache Weise möglich, der Assistenzeinrichtung mitzuteilen, wohin sich das mit dem Manipulator gekoppelte Endoskop zu bewegen hat, um die gewünschte Bilddarstellung auf dem Sichtgerät zu bewirken. Das erfindungsgemäße Schaltelement bildet dabei gleichsam ein„eindimensionales" Bedienelement, durch das die intraoperative Bedienung der Assistenzeinrichtung so einfach wie möglich gehalten werden kann. Auf Grundlage der beiden möglichen Schaltzustände des Schaltelementes lassen sich leicht erlernbare Schaltmuster vordefinieren, die der Operateur durch eine entsprechende Betätigung des Schaltelementes generieren kann, um den gewünschten Bedienzustand einzustellen.
Die Funktion des Schaltelementes beschränkt sich dabei nicht auf die intraoperative Bedienung der Assistenzeinrichtung. So kann das Schaltelement beispielsweise zusätzlich genutzt werden, vor der eigentlichen Inbetriebnahme der Assistenzeinrichtung einen Setup- oder Einrichtungsprozess durchzuführen, in dem etwa Steuerparameter eingestellt und/oder Betriebszustände konfiguriert werden.
Da der Operateur nur ein einziges Schaltelement bedienen muss, vereinfacht sich die Handhabung deutlich. So kann der Operateur das Schaltelement ohne Hinsehen je- derzeit finden, wodurch seine Konzentration auf den durchzuführenden Eingriff nicht gestört wird. Das einzelne Schaltelement lässt sich einfach und eindeutig positionieren, etwa an dem medizinischen Instrument, mit dem der Operateur den Eingriff durchführt, oder an der Hand bzw. den Fingern des Operateurs. Dies ist mit einer Bedieneinheit, die mehr als zwei Bedienelemente aufweist, nicht so leicht möglich.
Da nur ein einziges Schaltelement zur Verfügung steht, über das sich alle während des Eingriffs erforderlichen Funktionen der Assistenzeinrichtung steuern lassen, muss zudem keine Zuordnung bestimmter Funktionen zu verschiedenen Bedienelementen erlernt werden. Es ist von vornherein klar, dass sämtliche Funktionen allein diesem einen Schaltelement zugeordnet sind.
Da für die erfindungsgemäße Realisierung des Bedienelementes ein einziges Schaltelement mit zwei Schaltzuständen ausreichend ist, kann hierfür beispielsweise ein Fußschalter mit einem einzigen Pedal, wie er zur Steuerung anderer technischer Systeme im Operationssaal üblich ist, verwendet werden. Ebenso ist es möglich, einen entsprechend klein bemessenen Schalter oder Taster am Handgriff des für den Eingriff genutzten Instrumentes anzubringen. Prinzipiell ist jedoch jedes steril und ohne Weglegen des medizinischen Instrumentes auslösbare Schaltelement verwendbar, das es gestattet, die erfindungsgemäßen Schaltmuster zu generieren.
Für mindestens einen der durch die Schaltmuster auswählbaren Bedienzustände ist eine vordefinierte Ansteueroperation der Steuereinheit zu bedienzustandsspezifi- schen Bewegung des Endoskops vorgesehen. Die Steuereinheit führt dann nach Auswahl dieses Bedienzustands die zugehörige Ansteueroperation kontinuierlich durch, während sich das Schaltelement in dem betätigten Zustand befindet. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform wird beispielsweise durch Drücken des Schaltelementes ein bestimmter Bedienzustand ausgewählt und, solange das Schaltelement gedrückt gehalten wird, die für diesen Bedienzustand vordefinierte Ansteueroperation ausgeführt. Auf diese Weise kann der Operateur mit einer einzigen Betätigung des Schaltelementes einen Wechsel zwischen zwei Bedienzuständen herbeiführen und zugleich die für den neu eingestellten Bedienzustand vordefinierte Ansteuerung des Endoskops veranlassen.
Vorzugsweise wechselt die Steuereinheit nach Auswahl des Bedienzustands in einen Grundzustand, wenn sich das Schaltelennent länger als eine vorbestimmte Zeit in dem nicht-betätigten Zustand befindet. Somit weiß der Operateur, dass sich die Assistenzeinrichtung ohne Betätigung des Schaltelementes stets in einem wohldefinierten Grundzustand befindet, aus dem heraus sich die einzelnen Bedienzustände auswählen lassen. Auch dies erleichtert dem Operateur das Erlernen des erfindungsgemäßen Bedienkonzeptes.
Vorzugsweise beinhalten die Schaltmuster jeweils mindestens eine impulsartige Einmalbetätigung des Schaltelementes und/oder mindestens eine über eine gewisse Betätigungszeit andauernde Betätigung des Schaltelementes. Unter einer impulsartigen Einmalbetätigung ist die einmalige Auslösung des Schaltelementes gemeint, die aus dem nicht-betätigten Schaltzustand nur kurzzeitig in den betätigten Schaltzustand und von dort zurück in den nicht-betätigten Schaltzustand führt. Mit diesen impulsartigen Betätigungen lassen sich auf besonders einfache Weise Folgen von Triggersignalen vordefinieren, die besonders einfach erlernbar sind. Diese sind insbesondere geeignet, die Assistenzeinrichtung in die verschiedenen Bedienzustände zu bringen. Demgegenüber kann eine länger andauernde Betätigung des Schaltelementes dafür vorgesehen sein, innerhalb eines einmal eingestellten Bedienzustands die diesem Zustand zugeordnete Ansteueroperation durchzuführen, um das Endoskop so lange kontinuierlich zu bewegen, wie die Betätigung des Schaltelementes gehalten wird. Vorzugsweise sind die zumindest einenn Teil der Bedienzustände zugeordneten Schaltmuster sukzessive aufeinander aufbauend konfiguriert, wodurch die zugehörigen Bedienzustände mit Hilfe des Schaltelementes in einer vorbestimmten Reihenfolge nacheinander auswählbar sind. Dadurch kann der Operateur die Assistenzeinrichtung in leicht erlernbarer Weise sukzessive von einem Bedienzustand in den nächsten führen.
Vorzugsweise enthält die Steuereinheit ein Bildverarbeitungsmodul, das auf Grundlage der von der Kamera erzeugte Bilddaten mindestens ein medizinisches Instrument in dem dargestellten Bewegtbild erfasst und eine Positionsabweichung des medizinischen Instrumentes gegenüber einer innerhalb des dargestellten Bewegtbildes festgelegten Referenzposition ermittelt. Dabei ist einer der mit dem Schaltelement auswählbaren Bedienzustände vorzugsweise ein Nachführzustand, in dem die Steuereinheit anhand der Positionsabweichung einen Sollwert ermittelt und den Manipulator in Abhängigkeit dieses Sollwertes derart ansteuert, dass das in dem dargestellten Bewegtbild erfasste medizinische Instrument durch Nachführen des Endoskops in die festgelegte Referenzposition gebracht wird. Dabei erfasst das Bildverarbeitungsmodul vorzugsweise eine Spitze des medizinischen Instrumentes und ermittelt die Positionsabweichung dieser Spitze. In dieser Ausführungsform lässt sich die durch das Bildverarbeitungsmodul durchgeführte Instrumentenerkennung, die eine Information über die Position der Instrumentenspitze in dem Bewegtbild liefert, besonders vorteilhaft mit der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Schaltelementes kombinieren, das hier als Freigabeelement dient. So ist es möglich, mit der Instrumentenspitze das Bewegtbild dynamisch in jede beliebige Richtung zu führen. Das Bewegtbild folgt dem erkannten Instrument, solange das als Freigabeschalter wirkende Schaltelement gedrückt ist. Somit lässt sich im Unterschied zu herkömmlichen Assistenzeinrichtungen, die in der Regel nur Bewegungen in fest vorgegebenen Richtungen, etwa nach oben oder unten bzw. nach rechts oder links, ermöglichen, beliebige Bewegungsrichtungen realisieren.
Die vorstehend erläuterte Funktion des Schaltelements im Sinne eines im Nachführzustand verwendeten Freigabeschalters lässt sich besonders einfach realisieren, wenn das Schaltmuster, mit dem der Nachführzustand auswählbar ist, aus einem einzigen Zustandswechsel besteht, der aus dem nicht-betätigten Zustand in den betätigten Zustand des Schaltelementes führt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinheit mit dem Zustandswechsel aus dem nicht-betätigten Zustand in den betätigten Zustand des Schaltelementes die kontinuierliche Ansteuerung des Manipulators zum Nachführen des Endoskops startet und diese Ansteuerung mit dem nachfolgenden Zustandswechsel aus dem betätigten Zustand in den nicht-betätigten Zustand des Schaltelementes beendet. Solange der Operateur das Schaltelement gedrückt hält, wird so das Endoskop nachgeführt und der auf dem Sichtgerät dargestellte Bildausschnitt bewegt. Sobald der Operateur das Schaltelement loslässt, stoppt der Bildausschnitt und bleibt ortsfest.
Vorzugsweise ist einer der mit dem Schaltelement auswählbaren Bedienzustände ein Instrumentenauswahlzustand, in dem mit Hilfe des Schaltelementes eines von mehreren medizinischen Instrumenten, die von dem Bildverarbeitungsmodul in dem Bewegtbild erfasst worden sind, als Führungsinstrument auswählbar ist, das in dem Nachführzustand durch Nachführen des Endoskops innerhalb des Bewegtbildes in die festgelegte Referenzposition zu bringen ist. In dieser Ausführungsform lässt sich mit Hilfe des Schaltelementes in einfacher Weise ein Wechsel des Führungsinstrumentes, auf das beim Nachführen des Endoskops Bezug genommen wird, vornehmen. Vorzugsweise ist eine grafische Benutzerschnittstelle vorgesehen, die für eine dem Bewegtbild überlagerte Darstellung einer von der Steuereinheit übermittelten Steuerinformation auf dem Sichtgerät sorgt. Somit kann dem Operateur eine relevante Steuerinformation unmittelbar auf dem Sichtgerät zur Kenntnis gebracht werden.
Vorzugsweise übermittelt die Steuereinheit in dem Instrunnentenauswahlzustand der grafischen Benutzerschnittstelle eine das ausgewählte Führungsinstrument identifizierende Steuerinformation, wobei die grafische Benutzerschnittstelle für eine dem Bewegtbild überlagerte Darstellung einer Markierung sorgt, durch die das Führungsinstrument in dem Bewegtbild markiert ist. Dadurch kann der Operateur beispielsweise darüber in Kenntnis gesetzt werden, welche Instrumentenspitze bei einer Freigabe der Nachführung in der Bildmitte zentriert werden würde. Über die Markierung wird somit angegeben, welches der verwendeten Instrumente aktuell das Führungsinstrument darstellt. Als Markierung, die den Bewegungen des Führungsinstrumentes dynamisch folgt, dient beispielsweise ein rechteckiger Kasten oder eine breite Linie. Vorzugsweise liegt die Markierung über dem distalen Schaftende des Instruments und hat eine dezente, jedoch deutlich sichtbare Farbe. Hierdurch ist das Führungselement eindeutig identifizierbar, ohne den Operateur von seiner eigentlichen Tätigkeit abzulenken. Demgegenüber sollte es eher vermieden werden, die Markierung direkt über die Instrumentenspitze zu legen, damit der Operateur freie Sicht auf die Instrumentenspitze hat.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung übermittelt die Steuereinheit der grafischen Benutzerschnittstelle eine den ausgewählten Bedienzustand identifizierende Steuerinformation, wobei die grafische Benutzerschnittstelle für eine dem Bewegtbild überlagerte Darstellung eines Symbols sorgt, durch das der ausgewählte Bedienzustand in dem Bewegtbild angegeben ist. Der Operateur erhält so eine Rückmeldung, in welchem Bedienzustand sich die Assistenzeinrichtung gerade befindet. Bei- spielsweise ist denkbar, am Rand des Bewegtbildes Synnbole oder Piktogramme anzuzeigen, die sich je nach gewähltem Bedienzustand verändern.
Vorzugsweise ist einer der mit dem Schaltelement auswählbaren Bedienzustände ein erster Zoomzustand, in dem die Steuereinheit den Manipulator derart ansteuert, dass ein Bildausschnitt in dem Bewegtbild vergrößert dargestellt wird, während ein anderer der mit dem Schaltelement auswählbaren Bedienzustände ein zweiter Zoomzustand ist, in dem die Steuereinheit den Manipulator derart ansteuert, dass ein Bildausschnitt in dem Bewegtbild verkleinert dargestellt wird.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zu bildgebenden Unterstützung eines Operateurs während eines chirurgischen Eingriffs vorgesehen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Assistenzeinrichtung;
Fig. 2 ein Zustandsdiagramm, das die durch Betätigen des Schaltelementes erzeugbaren Bedienzustände zeigt; und
Fig. 3 eine Tabelle, in der die in dem Ausführungsbeispiel vorgesehenen Bedienzustände näher charakterisiert sind.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Assistenzeinrichtung 10 in einem Blockdiagramm.
Die Assistenzeinrichtung 10 umfasst ein Endoskop 12, das von einem Manipulator 14, der beispielsweise als Roboterarm ausgeführt ist, gehalten wird. Der Manipulator 14 weist mechanische Freiheitsgrade auf, die eine Nachführung des Endoskops 12 ermöglichen.
Das Endoskop 12 enthält einer Kamera 16, die ein Bild der behandelten anatomischen Struktur aufnimmt. Dementsprechend erzeugt sie Bilddaten, die in Form eines Datenstroms an eine Kamerasteuerung 18 ausgegeben werden. Die Kamerasteuerung 18 übermittelt diese Bilddaten einem Sichtgerät 20, z.B. einem Bildschirm, auf dem ein den Bilddaten entsprechendes Bewegtbild der behandelten anatomischen Struktur dargestellt wird.
Die Kamerasteuerung 18 leitet den Bilddatenstrom über in Figur 1 nicht gezeigtes Bilderfassungsmodul, beispielsweise einen sogenannten Framegrabber, einer Steuereinheit 22 zu. Die Steuereinheit 22 enthält ein Bildverarbeitungsmodul 24, das den ihr zugeführten Bilddatenstrom als Eingangssignal nutzt, um eine Instrumentenerkennung durchzuführen. Die Instrumentenerkennung erfolgt in an sich bekannter Weise unter Anwendung von Bildverarbeitungsalgorithmen. Hierbei werden in dem Bewegtbild sichtbare medizinische Instrumente von dem Bildverarbeitungsmodul 24 erkannt und deren Positionen erfasst. Insbesondere ermittelt das Bildverarbeitungsmodul 24 für das jeweils erkannte Instrument eine Positionsabweichung, welche die Spitze dieses Instrumentes gegenüber dem Mittelpunkt des auf dem Bildschirm 20 dargestellten Bewegtbildes aufweist.
Das Bildverarbeitungsmodul 24 gibt die ermittelten Positionsabweichungen der Instrumentenspitzen an eine Bahnsteuerung 26 aus, die daraus Sollwerte zur Ansteue- rung des Manipulators 14 ermittelt. Bei Bedarf wird der Manipulator 14 in Abhängigkeit dieser Sollwerte angesteuert, das Endoskop 12 so zu bewegen, dass die Instrumentenspitze eines als Führungsinstrument ausgewählten Instrumentes in die Mitte des Bewegtbildes gebracht wird. Die Assistenzeinrichtung 10 weist ferner ein Schaltelennent 28 auf, das mit einer in der Steuereinheit 22 enthaltenen Schnittstellensteuerung 30 gekoppelt ist. Das Schaltelement 28 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein monostabiler, durch Drücken betätigbarer Taster mit genau zwei Schaltzuständen, nämlich einem betätigten Zustand und eine nicht-betätigten Zustand.
Neben dem Schaltelement 28, das der direkten Steuerung der Assistenzeinrichtung 10 durch den Operateur dient, weist die Assistenzeinrichtung 10 weitere Bedienelemente auf, die in Figur 1 allgemein mit 32 bezeichnet sind. Diese weiteren Bedienelemente dienen der Eingabe von Befehlen, um die Assistenzeinrichtung 10 zu konfigurieren oder Veränderungen an bestimmten Steuerparametern, z.B. Verstellgeschwindigkeiten, vorzunehmen. Sie können in Form eines mobilen Eingabegerätes mit berührungssensitiver Oberfläche, einer Fernbedienung oder eines Bedienpanels ausgeführt sein. Außerdem können sie als Eingabeelemente, z.B. Schalter, an dem Manipulator 14 angeordnet sein.
Ferner enthält die Assistenzeinrichtung 10 eine grafische Benutzerschnittstelle 34, die einerseits mit dem Bildverarbeitungsmodul 24 und der Schnittstellensteuerung 30 und andererseits mit dem Bildschirm 20 gekoppelt ist.
In einem Zustandsdiagramm nach Figur 2 ist beispielhaft veranschaulicht, wie der Operateur mit Hilfe des einzigen Schaltelementes 28 verschiedene Bedienzustände der Assistenzeinrichtung 10 auswählen und die den einzelnen Bedienzuständen zugeordneten Steueroperationen veranlassen kann.
Solange der Operateur das Schaltelement 28 nicht betätigt, befindet sich die Assistenzeinrichtung 10 in einem Grundzustand„0". In diesem Grundzustand„0" berech- net die Bahnsteuerung 26 zwar kontinuierlich die zur Ansteuerung des Manipulators 14 vorgesehenen Sollwerte, jedoch erfolgt noch keine Ansteuerung des Manipulators 14 mit diesen Sollwerten.
Soll die Endoskopnachführung freigegeben werden, so muss der Operateur das Schaltelement 28 drücken, wodurch ein Nachführzustand„1" ausgewählt wird. Solange das Schaltelement 28 gedrückt bleibt („Hold" in Figur 2), ist der Nachführzustand„1" aktiviert. Bei aktiviertem Nachführzustand„1" ist die Endoskopnachführung freigegeben, d.h. die Bahnsteuerung 26 steuert den Manipulator 14 kontinuierlich mit den von ihr ermittelten Sollwerten an. Dementsprechend bewegt der Manipulator 14 das Endoskop 12 so, dass die Instrumentenspitze nachgeführt wird. Durch diese Nachführung bleibt die Instrumentenspitze in dem Bewegtbild, das auf dem Bildschirm 20 dargestellt wird, in der Bildmitte. Die Nachführung wird so lange durchgeführt, bis der Operateur das Schaltelement 28 entlastet, dieses also in seinen nicht-betätigten Zustand wechselt. Unmittelbar nach der Entlastung des Schaltelements 28 kehrt die Assistenzeinrichtung 10 wieder in den Grundzustand„0" zurück.
Soll ausgehend von dem Grundzustand„0" ein Bedienzustand„2" ausgewählt werden, so nimmt der Operateur ein impulsartige Betätigung („Klick" in Figur 2) des Schaltelementes 28 vor. Der Bedienzustand„2" ist ein erster Zoomzustand, in dem der Manipulator 4 durch eine weitere Betätigung des Schaltelementes 28 so ansteuerbar ist, dass das Endoskop 12 eine den betrachteten Bildausschnitt verkleinernde Zoombewegung durchführt. Diese Zoombewegung wird tatsächlich jedoch erst dann ausgeführt, wenn der Operateur das Schaltelement 28 nochmals betätigt und gedrückt hält. In diesem Fall wird eine dem Bedienzustand„2" zugeordnete Steueroperation„2a" durchgeführt, durch welche die Zoombewegung veranlasst wird. Solange das Schaltelement 28 gedrückt bleibt, erfolgt eine kontinuierliche die Zoombewegung des Endoskops 12. Entlastet der Operateur das Schaltelement 28, so wird die Steueroperation„2a" beendet. Bleibt anschließend das Schaltelement 28 während einer vorbestimmten Zeitspanne (z.B. 2 Sekunden) unbetätigt, d.h. findet eine Zeitüberschreitung („Timeout" in Figur 2) ohne jegliche Betätigung des Schaltelementes 28 statt, so kehrt die Zustandseinrichtung 10 in den Grundzustand„0" zurück.
Nimmt dagegen der Operateur innerhalb der vorstehend genannten Zeitspanne eine impulsartige Einmalbetätigung des Schaltelementes 28 vor, so wechselt die Assistenzeinrichtung 10 aus dem Bedienzustand„2" in einen Bedienzustand„3".
Der Bedienzustand„3" ist ein zweiter Zoomzustand, der eine Zoombewegung des Endoskops 12 ermöglicht, durch die der betrachtete Bildausschnitt vergrößert wird. Diese Zoombewegung des Endoskops 12 wird jedoch erst dann ausgeführt, wenn der Operateur das Schaltelement 28 nochmals betätigt und gedrückt hält. In diesem Fall wird eine dem Bedienzustand„3" zugeordnete Steueroperation„3a" durchgeführt, durch welche die Zoombewegung veranlasst wird. Solange das Schaltelement 28 gedrückt bleibt, erfolgt eine kontinuierliche die Zoombewegung des Endoskops 12.
Entlastet der Operateur das Schaltelement und bleibt Letzteres anschließend während einer vorbestimmten Zeitspanne (z.B. 2 Sekunden) unbelastet, so kehrt die Assistenzeinrichtung 10 in den Grundzustand„0" zurück.
Nimmt dagegen der Operateur innerhalb der vorbestehend genannten Zeitspanne eine impulsartige Einmalbetätigung des Schaltelementes 28 vor, so wechselt die Assistenzeinrichtung 10 aus dem Bedienzustand„3" in einen Bedienzustand„4". Der Bedienzustand„4" ermöglicht einen Wechsel des in dem Bewegtbild dargestellten Führungsinstrumentes, auf das in der Endoskopnachführung Bezug genommen wird. Dieser Wechsel des Führungsinstrumentes wird jedoch erst dann ausgeführt, wenn der Operateur das Schaltelement 28 nochmals betätigt und gedrückt hält. In diesem Fall wird eine dem Bedienzustand„4" zugeordnete Steueroperation„4a" durchgeführt, die den Wechsel des Führungsinstrumentes veranlasst.
Während der Operateur das Schaltelement 28 gedrückt hält, wird das in dem Bewegtbild sichtbare Führungsinstrument mit einer Markierung versehen. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne (z.B. 1 Sekunde) wechselt die Markierung zu dem jeweils nächsten erkannten Instrument. Möchte der Operateur ein bestimmtes Instrument als Führungsinstrument auswählen, so hält er das Schaltelement 28 solange gedrückt, bis die Markierung auf dieses Instrument wechselt. Sobald dies geschehen ist, entlastet der Operateur das Schaltelement 28. Bleibt das Schaltelement 28 anschließend während einer vorbestimmten Zeitspanne (z.B. 2 Sekunden) unbelastet, so kehrt die Assistenzeinrichtung selbsttätig 10 in den Grundzustand„0" zurück. Nimmt dagegen der Operateur innerhalb dieser Zeitspanne ein impulsartige Einmalbetätigung des Schaltelementes 28 vor, so erzwingt er damit den Wechsel in den Grundzustand„0".
Wie das Zustandsdiagramm nach Figur 2 zeigt, bilden die Betätigungen, die der Operateur an dem Schaltelement 28 zur Auswahl der einzelnen Bedienzustände vornimmt, vorbestimmte Schaltmuster, die allein auf Grundlage der beiden Schaltzustände des Schaltelementes 28, nämlich des betätigten Zustands und des nicht- betätigten Zustands, realisiert sind. Dadurch ist die Bedienung der Assistenzeinrichtung einfach und intuitiv. Die vorstehend genannten Schaltmuster sind für das beschriebene Ausführungsbeispiel noch einmal in der Tabelle nach Figur 3 zusammengefasst. Dort sind für die einzelnen Bedienzustände zudem Symbole angegeben, die am Rand des Bewegtbildes angezeigt werden, um den Operateur über den gerade gewählten Bedienzustand in Kenntnis zu setzen. Hierzu empfängt die in Figur 1 gezeigte grafische Benutzerschnittstelle 34 von der mit dem Schaltelement 28 gekoppelten Schnittstellensteuerung 30 Informationen über die aktuellen Schaltmuster, mit denen das Schaltelement 28 beaufschlagt worden ist. Ferner empfängt die grafische Benutzerschnittstelle 34 weitere Informationen über die aktuellen Bedienzustände der weiteren Bedienelemente 32. Die grafische Benutzerschnittstelle 34 sorgt dann dafür, dass diese Informationen dem auf dem Bildschirm 20 dargestellten Bewegtbild überlagert werden.
Es versteht sich von selbst, dass die vorstehend beschriebene Ausführungsform rein beispielhaft zu verstehen ist. So kann die vorstehend erläuterte Belegung der Bedienzustände in ihrer Reihenfolge je nach Bedarf, Wichtigkeit und Anwenderwunsch angepasst werden.
Das vorgestellte Bedienkonzept kann auch um zusätzliche Bedienzustände erweitert werden, um auch andere Steueroperationen über das Schaltelement 28 auslösen zu können. Auch ist es möglich, Zoom- und Nachführbewegungen miteinander zu kombinieren. So ist es beispielsweise denkbar, dass bei einer Freigabe einer der beiden Zoomzustände gleichzeitig die Spitze des Führungsinstrumentes in der Bildmitte zentriert wird. Bezugszeichenliste
10 Assistenzeinrichtung
12 Endoskop
14 Manipulator
16 Kamera
18 Kamerasteuerung
20 Bildschirm
22 Steuereinheit
24 Bildverarbeitungsmodul
26 Bahnsteuerung
28 Schaltelement
30 Schnittstellensteuerung
32 weitere Bedienelemente
34 grafische Benutzerschnittstelle

Claims

Patentansprüche
1. Assistenzeinrichtung (10) zur bildgebenden Unterstützung eines Operateurs während eines chirurgischen Eingriffs, umfassend: ein Endoskop (12) mit einer Kamera (16) zum Erzeugen von Bilddaten; ein Sichtgerät (20) zum Darstellen eines Bewegtbildes auf Grundlage der von der Kamera (16) erzeugten Bilddaten; einen mit dem Endoskop (12) gekoppelten Manipulator (14) zum Bewegen des Endoskops (12); und eine Steuereinheit (22) zum wahlweisen Ansteuern des Manipulators (14) entsprechend einem von mehreren Bedienzuständen derart, dass das dargestellte Bewegtbild durch Bewegen des Endoskops (12) entsprechend dem jeweils gewählten Bedienzustand beeinflussbar ist; gekennzeichnet durch ein mit der Steuereinheit (22) gekoppeltes Bedienelement zum Auswählen des jeweiligen Bedienzustands, wobei das Bedienelement aus einem einzigen, als Taster ausgeführten Schaltelement (28) mit genau zwei Schaltzuständen gebildet ist, von denen ein Schaltzustand ein betätigter Zustand und der andere Schaltzustand ein nicht-betätigter Zustand ist; auf Grundlage der beiden nnöglichen Schaltzustände des Schaltelennentes (28) den Bedienzuständen voneinander unterscheidbare, vordefinierte Schaltmuster zugeordnet sind, die mit Hilfe des Schaltelementes (28) generierbar sind, für mindestens einen der durch die Schaltmuster auswählbaren Bedienzustände eine vordefinierte Ansteueroperation der Steuereinheit (22) zur bedi- enzustandsspezifischen Bewegung des Endoskops (12) vorgesehen ist; und die Steuereinheit (22) nach Auswahl dieses Bedienzustands die zugehörige Ansteueroperation kontinuierlich durchführt, während sich das Schaltelement (28) in dem betätigten Zustand befindet.
Assistenzeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) nach Auswahl des Bedienzustands in einen Grundzustand wechselt, wenn sich das Schaltelement (28) länger als eine vorbestimmte Zeit in dem nicht-betätigten Zustand befindet.
Assistenzeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuster jeweils mindestens eine impulsartige Einmalbetätigung des Schaltelementes (28) und/oder mindestens eine über eine gewisse Betätigungszeit andauernde Betätigung des Schaltelementes (28) beinhalten.
Assistenzeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest einem Teil der Bedienzustände zugeordneten Schaltmuster sukzessive aufeinander aufbauend konfiguriert sind, wodurch die zugehörigen Bedienzustände mit Hilfe des Schaltelementes (28) in einer vorbestimmten Reihenfolge nacheinander auswählbar sind.
5. Assistenzeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) ein Bildverarbeitungsmodul (24) enthält, das auf Grundlage der von der Kamera (16) erzeugten Bilddaten mindestens ein medizinisches Instrument in dem dargestellten Bewegtbild erfasst und eine Positionsabweichung des medizinischen Instrumentes gegenüber einer innerhalb des dargestellten Bewegtbildes festgelegten Referenzposition ermittelt; und einer der mit dem Schaltelement (28) auswählbaren Bedienzustände ein Nachführzustand ist, in dem die Steuereinheit (22) an Hand der Positionsabweichung einen Sollwert ermittelt und den Manipulator (14) in Abhängigkeit dieses Sollwertes derart ansteuert, dass das in dem dargestellten Bewegtbild erfasste medizinische Instrument durch Nachführen des Endoskops (12) in die festgelegte Referenzposition gebracht wird.
6. Assistenzeinrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildverarbeitungsmodul (24) eine Spitze des medizinische Instrumentes erfasst und die Positionsabweichung dieser Spitze ermittelt.
7. Assistenzeinrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmuster, mit dem der Nachführzustand auswählbar ist, aus einem einzigen Zustandswechsel aus dem nicht-betätigten Zustand in den betätigten Zustand des Schaltelementes (28) besteht.
8. Assistenzeinrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) mit dem Zustandswechsel aus dem nicht-betätigten Zu- stand in den betätigten Zustand des Schaltelementes (28) die kontinuierliche Ansteuerung des Manipulators (14) zum Nachführen des Endoskops (12) startet und diese Ansteuerung mit einem nachfolgenden Zustandswechsel aus dem betätigten Zustand in den nicht-betätigten Zustand des Schaltelementes (28) beendet.
9. Assistenzeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einer der mit dem Schaltelement (28) auswählbaren Bedienzustände ein Instrumentenauswahlzustand ist, in dem mit Hilfe des Schaltelementes (28) eines von mehreren medizinischen Instrumenten, die von dem Bildverarbeitungsmodul (24) in dem Bewegtbild erfasst worden sind, als Führungsinstrument auswählbar ist, das in dem Nachführzustand durch Nachführen des Endoskops (12) innerhalb des Bewegtbildes in die festgelegte Referenzposition zu bringen ist.
10. Assistenzeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine grafische Benutzerschnittstelle (34), die für eine dem Bewegtbild überlagerte Darstellung einer von der Steuereinheit (22) übermittelten Steuerinformation auf dem Sichtgerät (20) sorgt.
11. Assistenzeinrichtung (10) nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) in dem Instrumentenauswahlzustand der grafischen Benutzerschnittstelle (34) eine das ausgewählte Führungsinstrument identifizierende Steuerinformation übermittelt; und die grafische Benutzerschnittstelle (34) für eine dem Bewegtbild überlagerte Darstellung einer Markierung sorgt, durch die das Führungsinstrument in dem Bewegtbild markiert ist.
12. Assistenzeinrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) der grafischen Benutzerschnittstelle (34) eine den ausgewählten Bedienzustand identifizierende Steuerinformation übermittelt; und die grafische Benutzerschnittstelle (34) für eine dem Bewegtbild überlagerte Darstellung eines Symbols sorgt, durch das der ausgewählte Bedienzustand in dem Bewegtbild angegeben ist.
13. Assistenzeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der mit dem Schaltelement (28) auswählbaren Bedienzustände ein erster Zoomzustand ist, in dem die Steuereinheit (22) den Manipulator (14) derart ansteuert, dass ein Bildausschnitt in dem Bewegtbild verkleinert dargestellt wird; und ein anderer der mit dem Schaltelement (28) auswählbaren Bedienzustände ein zweiter Zoomzustand ist, in dem die Steuereinheit (22) den Manipulator (14) derart ansteuert, dass ein Bildausschnitt in dem Bewegtbild vergrößert dargestellt wird.
14. Verfahren zur bildgebenden Unterstützung eines Operateurs während eines chirurgischen Eingriffs, umfassend folgende Schritte: Erzeugen von Bilddaten mittels einer in einenn Endoskop (12) enthaltenen Kamera (16);
Darstellen eines Bewegtbildes auf Grundlage der von der Kamera (16) erzeugten Bilddaten auf einem Sichtgerät (20); und wahlweises Ansteuern eines mit dem Endoskop (12) gekoppelten Manipulators (14) entsprechend einem von mehreren Bedienzuständen derart, dass das dargestellte Bewegtbild durch Bewegen des Endoskops (12) entsprechend dem jeweils gewählten Bedienzustand beeinflussbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass zum Auswählen des jeweiligen Bedienzustands ein mit der Steuereinheit (22) gekoppeltes Bedienelementes vorgesehen wird; als Bedienelement ein einziges, als Taster ausgeführtes Schaltelement (28) mit genau zwei Schaltzuständen verwendet wird, von denen ein Schaltzustand ein betätigter Zustand und der andere Schaltzustand ein nicht-betätigter Zustand ist; auf Grundlage der beiden möglichen Schaltzustände des Schaltelementes (28) den Bedienzuständen voneinander unterscheidbare Schaltmuster zugeordnet werden, die mit Hilfe des Schaltelementes (28) generierbar sind; der jeweilige Bedienzustand ausgewählt wird, indem das diesem Bedienzustand zugeordnete Schaltmuster mit Hilfe des Schaltelementes (28) generiert wird, für mindestens einen der durch die Schaltmuster auswählbaren Bedienzustände eine vordefinierte Ansteueroperation der Steuereinheit (22) zur bedi- enzustandsspezifischen Bewegung des Endoskops (12) vorgesehen ist; und die Steuereinheit (22) nach Auswahl dieses Bedienzustands die zugehörige Ansteueroperation kontinuierlich durchführt, während sich das Schaltelement (28) in dem betätigten Zustand befindet.
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