WO2012089529A1 - Optical indicator for a surgical assistance system - Google Patents

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WO2012089529A1
WO2012089529A1 PCT/EP2011/072934 EP2011072934W WO2012089529A1 WO 2012089529 A1 WO2012089529 A1 WO 2012089529A1 EP 2011072934 W EP2011072934 W EP 2011072934W WO 2012089529 A1 WO2012089529 A1 WO 2012089529A1
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pointer
imaging
image
light sources
computer unit
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PCT/EP2011/072934
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Johannes Reinschke
Lydia Reinschke
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computerised tomographs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
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    • A61B90/13—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis with guides for needles or instruments, e.g. arcuate slides or ball joints guided by light, e.g. laser pointers
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    • A61B2090/366—Correlation of different images or relation of image positions in respect to the body using projection of images directly onto the body

Definitions

  • the present invention relates to a device with an optical pointer.
  • an arrangement and its use for robotic surgery is given.
  • 3D imaging techniques are used to assist in surgical surgeries during manual surgical procedures.
  • a computed tomography scanner used pre and intraoperatively in the operating room.
  • robot-assisted surgical assist systems are known in which a robot-guided guide laser is used.
  • the display of process steps by such a guide laser is not verifiable error.
  • the surgeon as a user of such a surgical assistence system, can not conclude that his patient is correctly positioned to the guide laser.
  • the correct position of the examination object relative to the pointer must be checked at regular time intervals.
  • the device according to the invention serves to display the position, in particular the position display of an operating step during a surgical procedure. It can done manually or robotically ⁇ to the chirur ⁇ cal intervention.
  • the device according to the invention has an optical pointer, wherein the pointer has at least two light sources of different colors.
  • the light sources are ⁇ staltet to emit light beams, the light beams are made ⁇ directable by at least two light sources to at least one vorgeb ⁇ cash point of a surface of a Jardinsob ect. It turns the Informsob ect at the same time the surgical object.
  • the apparatus is so madestal ⁇ tet that a point can be displayed in a three dimensional coordinate system. This has the advantage that the visual display of the next operation step directly undertakes depth control, which consists in a surgeon or an imaging control unit shifting the at least two images of the light sources on the surface of the examination or operating object can determine.
  • the light sources have colors that are not naturally present in the human body, such as green and blue light.
  • each of the light sources ⁇ is independently switchable.
  • the intensity of each of the light sources can be modulated.
  • the light sources are designed such that they generate lines as a pointer image on the surface of the examination object. In particular, the light sources generate mutually parallel lines as a pointer image. The lines can thus directly indicate a desired cutting profile.
  • the generated line images on the surface of the examination subject are broken lines or dotted lines.
  • Individual points arranged on a line as a pointer image offer the advantage of even easier visual inspection of the match of the pointer images, with a match being made when the pointer images are superposed so that they appear as an image.
  • the arrangement according to the invention for robot-assisted process step display and / or automated visual inspection of the process step display during a surgical procedure comprises a table for depositing an examination object and a device with an optical pointer according to the invention.
  • the device can be designed such that the at least two light sources are movable relative to the table independently of one another.
  • the light sources in a fixed position to each other, for example, arranged on a manipulator, wherein a movability of Manipu ⁇ lator, relative to the table, in three spatial directions allowed to display any predetermined point in a three-dimensional workspace.
  • the manipulator can also be pivotable in three axial directions, so that a total of six degrees of freedom of motion ⁇ arise.
  • the device with the optical pointer is brought, for example, in a known position and orientation to the table, which serves to deposit a subject to be examined. In particular, based on the generated image, a basic position tion of the device is set with the optical pointer relative to the table.
  • the light sources or the manipulator actuators may be included.
  • At least one first imaging device is included.
  • this may be a device for 3D imaging.
  • a picture of the examination object is generated.
  • Device for 3D imaging may be a CT scanner.
  • the means for 3D imaging is a C-arm.
  • a stereo camera can be used for 3D imaging.
  • the examination subject is positioned on the intended table.
  • a computer unit said computer unit is removables ⁇ taltet to perform image processing to calculate with the addition of the image information from said first means for imaging a process step, in particular a surgical procedure.
  • the computer unit is further configured to control the pointer of the position display device. For example, sent from the computer unit an actuation ⁇ signal to the pointer.
  • the computer unit is in particular ⁇ sondere part of an expert system that rurgen the work of chi in traditional open surgery, minimally invasive surgery as well as in robot-assisted minimally invasive surgical procedures supported.
  • a depth control can additionally be carried out.
  • guidance or navigation through an expert system can enable the surgical procedure to be carried out faster, avoid errors and ensure automatic documentation of the course of the surgery.
  • An expedient embodiment of the arrangement additionally has a monitor.
  • Wenig preferably ⁇ least comprises a second device for imaging.
  • these is in particular a camera and serves to detect the surface of the examination object with the pointer image of the optical pointer.
  • the computer unit is designed to display on the monitor an overlay of at least one image of the first imaging device and one image of the second imaging device.
  • the camera for detecting the surface of the examination subject detects a surface section of the examination object which comprises the pointer image of the optical pointer.
  • the arrangement of the computer unit is configured in the depth direction to perform a position control, insbesonde ⁇ r.
  • a position control insbesonde ⁇ r.
  • the depth control comprises at least the simple checking of a match of the pointer images or a mismatch of the pointer images on the surface of the examination subject.
  • ⁇ indicates a match
  • the pointer images lie one above the other so that they appear as a pointer image and non-coincidence, that the two pointer images are at a distance greater than zero. If the match pointer images of the light sources of the optical pointer to the surface of theomme ⁇ chung properties not, that is, are the pointer images not above one another so that they appear as a pointer image, may be made of the distance of the pointer images of the two light sources of the pointer on the surface of the a shift in the examination subject can be determined.
  • the computer unit is designed such that in case of non-conformity of pointer images of the light sources of the optical pointer on the surface of Letsob ect ⁇ a warning signal is given.
  • the second the means for imaging an object under examination, a mono-camera or a Stereokame ⁇ ra.
  • the optical pointer is integrated together with the laparoscopic camera in a laparoscopic instrument.
  • the laparoscopic camera can be designed as a monocamera or as a stereo camera.
  • one, in particular the first, of the devices for imaging an examination subject is a computed tomography scanner.
  • this imaging device may be a C-arm.
  • the assembly comprises two imaging means, one of the imaging means detecting the surface of the examination subject and one of the imaging means for 3D imaging, such as a stereo camera and a computed tomography scanner.
  • a computed tomography scanner a magnetic resonance tomograph or a stereo camera can also be used for 3D imaging.
  • any 3D imaging method can be used, in particular medical imaging methods such as X-ray computed tomography, magnetic resonance imaging ⁇ or positron emission tomography.
  • a method for medically monitored computer Surgery may comprise a first step for planning a surgical procedure in which a 3D image of a Letsobj ek- tes is generated and in the suchungsob with the addition of the image Informa ⁇ tion of the 3D image process steps of an intervention on the lower ⁇ ect can be virtually determined and / or calculated.
  • the method conveniently includes a second step in the preparation of the surgical procedure, in which the Letsob is ect prepared and positioned and in which - for a fixed positioning of the examination object - a second 3D image of the Letsobjek ⁇ tes is generated and then the compliance of the second 3D image with the first 3D image checked or a correspondence relationship between the two images is made. Based on this correspondence relation, the virtual process steps planned in the first step are adapted to the second 3D image. Furthermore, the method comprises a third step for carrying out the surgical intervention, in which a defined and / or calculated process step is first displayed, namely as a virtual process step, for example, on a monitor and as a real process step on the examination object with the aid of of the pointer. The validity of the real process step can be monitored and / or controlled by checking the correspondence of the position of the virtual process step with the position actually displayed on the examination object. Furthermore, the third step comprises the implementation of the Pro ⁇ zess Kunststoffs after confirmation by the doctor.
  • the first step has the advantage that planning of the course of the operation outside of the operating room can be carried out, in particular the identification of the type of operation to be made and the detailed planning of all successive process steps of the surgical procedure.
  • the planning involves the use of an expert system.
  • the second step has the advantage that the surgical planning to which the adjustment of the examination subject during the operation.
  • the third step has the advantage that each individual process step can be monitored and / or controlled by the position indicator with the pointer before the process step is carried out. In particular, the verification of the coincidence of the position is carried out automatically, for. B. by means of an image evaluation software. In particular, a warning can be given in case of non-compliance.
  • the third step comprises a camera monitoring of the surgical intervention, wherein the camera image can be output to a monitor.
  • the individual process steps are also displayed on the monitor in addition to the display on the examination subject by means of the optical pointer.
  • the monitor can display a camera image, in particular a stereo camera image or a 3D image. If the process step by an incision into the examination subject, the position indicator may, on the object under examination or on the monitor, indicating the position and the focal distance of the to be set into the lower section ⁇ suchungsmony.
  • the monitor used to control the surgical procedure shows a dreidi ⁇ dimensional image, in particular a kind of virtual reality in the form of a superimposition of a 3D image from a device for 3D imaging and a second image of the examination ⁇ object, which also the pointer image on the surface of the Un ⁇ tersuchungsucces includes.
  • this overlay of images also includes an indication of the next process step to be performed.
  • an instruction can be given, for.
  • the form of text which is additionally output on the monitor, or alternatively as audio information. That is, for example, an audio guide may be included that provides the information and instructions necessary for the process step to be performed.
  • the instructions may also include which surgical instruments to use.
  • a video for example a stereo video
  • the process step is, for example, automatically Runaway ⁇ leads.
  • a plurality of predetermined and / or calculated process steps are included, which are carried out automatically.
  • the process steps are performed by the robot-controlled manipulator, which can be controlled by means of the computer unit. Insbesonde- re the guide to be ⁇ calculated by the computer unit process steps relates.
  • An automatically performed process step can be captured by a video camera and displayed on ei ⁇ nem monitor.
  • the video camera can be a stereo video camera.
  • a query Prior to the automatic execution of a process step by the robot or manipulator, a query must necessarily go to the user of the arrangement, in particular to the surgeon, if he agrees with the displayed next process step. Only after confirmation by the user, the process step is performed by the robot.
  • an arrangement for physician-supervised robotic surgery thus, for example, includes a first step, which is used for planning a surgical procedure, wherein by means of a device for 3D imaging, a 3D image of a Letsob ektes generated and by means of a computer unit, which is designed a Image processing, with the addition of the image information from the 3D image, a process step of an intervention at the examination object is determined and / or calculated.
  • a second step in the preparation of the surgical procedure comprises, in the preparing the object under examination and bring on a table specifies ⁇ and positioned. Thereafter, a second 3D image of the examination object is generated by means of the device for SD imaging and its relation to the first 3D image is calculated. Furthermore, by means of the computer unit, the current positions of the process steps from the first
  • Step determined. Furthermore, a third step is to Carrying out the surgical procedure comprises, wherein each process step, in particular its position on or in the examination subject, is first indicated by a pointer image by means of the optical pointer on the surface of the examination subject, the optical pointer being of the
  • the position of the process step at the object under examination is monitored over ⁇ and / or controlled by a second device for imaging detects a surface portion of the inspection object with the pointer image, and by the computer ⁇ unit the consistency of the image of doctorsnab ⁇ section checked with the 3D image and / or makes a depth control based on the Zei ⁇ ger image. Furthermore, in the third step, the process step is performed.
  • the use comprises a second
  • a user eg a surgeon
  • the video film in particular reproducing a virtual reality in the sense that a superposition of at least two images is output on the monitor, which in particular is 3D Image and an image of the Ober ⁇ surface of the examination object are.
  • the image of the surface of the object to be examined comprises egg ⁇ NEN surface portion which is affected by the operation to be performed.
  • a surface portion is included which holds the pointer to the image display process step by ⁇ , which is visible on the surface of the examination subject.
  • a guide to the next process step is given, which in particular as text additionally displayed on the monitor who ⁇ can.
  • the instructions as Played audio information.
  • the robot is z. B. realized by the computer unit and the manipulator.
  • Insbeson ⁇ particular may include the optical pointer and said second means for imaging the manipulator.
  • the manipulator may include robotic surgical instruments.
  • a review of all robot-controlled process steps by the user, in particular the surgeon, provided by the agreement is queried before each process step.
  • the arrangement for robot-assisted process step display and / or automated visual inspection of the process step display during a surgical procedure therefore initially expediently comprises a device with an optical pointer for position indication.
  • the operation of the position ⁇ and / or process step investigation is ongoing particularly automated.
  • the position and process step display is carried out, for example, robotically.
  • the visual control is automated in which the second imaging device either robotically designed the optical pointer trackable configured or mechanically connected to the optical pointer.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the arrangement for robot-assisted operation of a surgical procedure.
  • Figure 2 shows a side view of the light sources, the light beams ⁇ ect and the surface of the Letsob.
  • Figure 3 shows a plan view of the light sources
  • a device with an optical pointer 10 is arranged together with a plurality of system components to form a CT-based surgical assistance system.
  • a manipulator 11 and two light sources 12 and a table 20 on which a patient can be positioned there are shown a computer unit 40, a monitor 41 and a CT scanner 30 for 3D imaging.
  • the pointer images 13 generated by the two light sources 12 are shown on the table 20 and can be seen on the patient during use of the system, in particular on the organs affected by the surgical procedure.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device for position display 10, in which the manipulator 11 and both light sources 12 are movable.
  • the illustrated table 20 is retractable into the CT scanner 30 for 3D imaging.
  • the monitor 41 is mounted so that the surgeon can see from his Ulpositi ⁇ on the monitor 41.
  • the computer unit 40 is connected to the CT scanner for 3D imaging 30, to the monitor 40 and to the position indicator 10.
  • the computer unit 40 is arranged ⁇ outside the operating room.
  • the computer unit 40 is in particular part of an Ar ⁇ beitsstation an expert system with an input device and a second monitor.
  • SUC ⁇ gen can. This can be a generated 3D image to be evaluated.
  • Surgery assistance systems be improved particularly by the invention it ⁇ device according to an optical pointer 10, since such a position and in particular Tie ⁇ fenkontrolle over the two pointer images of the user can be directly perceived.
  • the Visual inspection automatable by means of a second imaging device.
  • the table 20, on which the patient is positioned is adjustable in height and horizontally, relative to CT scanner 30 and manipulator 11, movable. Alternatively or additionally, the CT scanner 30 can also be moved.
  • the positioning and orientation of table 20 and CT scanner 30 are registered and evaluated by the computer unit 40, so that this position information is available for the position display.
  • the position indicator 10 is calibratable to a basic setting relative to the table 20.
  • Figure 2 shows a side view of the two light sources 12, the emitted light rays and the surface 50, such as the skin of the patient or the surface of an organ or bone.
  • Fig. 2 shows the case of coincidence of the images.
  • the light beams of the two light sources intersect exactly at a point on the surface 50 and are superimposed on the surface 50 so that they appear as a point on the surface 50.
  • Incorrect calibration or movement of the patient relative to the light sources 12 shifts the surface 50, resulting in two dots being visible on the surface 50 instead of one dot. From the different colors of the two
  • Light sources 12 is thus also readable, whether the surface 50 has been moved vertically upwards or downwards.
  • Figure 3 shows a plan view of the two light sources 12, the connecting line 51 and the line images formed from the two Lichtquel ⁇ len 12 13 which do not match in the case shown in Figure 3, but parallel to each other in a evaluable distance from the center line 52 to the Surface 50 hit. If the light rays intersect above the surface 50, the green line image 13 lies to the left of the second blue line image 13 from the observer. From this it can already be qualitatively recognized whether the surface surface 50 was moved up or down from the home position.

Abstract

The device according to the invention comprises an optical indicator and serves to indicate the position of a surgical step. The indicator is provided with at least two sources of light of different colour, wherein the light beams can be directed to at least one predeterminable point of a surface of an examination object, such that a point in a three-dimensional coordinates system can be indicated. The device according to the invention can be included in an arrangement for robot-aided performance of a surgical procedure, with at least one means for imaging, in particular for 3D imaging, and with a computer unit, wherein the computer unit is configured to carry out image processing, to calculate a process step, in particular of a surgical procedure, and to guide the indicator of the device.

Description

Beschreibung description
Optischer Zeiger für ein Chirurgieassistenzsystem Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem optischen Zeiger. Daneben wird eine Anordnung und deren Verwendung zur robotergestützten Chirurgie angegeben. Optical Pointer for a Surgery Assistance System The present invention relates to a device with an optical pointer. In addition, an arrangement and its use for robotic surgery is given.
Im Bereich der Chirurgieassistenzsysteme sind Vorrichtungen bekannt, die manuelle laparoskopische Eingriffe verbessern, indem der Operateur nicht mehr direkt die laparoskopischen oder endoskopischen Instrumente bedient, sondern diese Bedie¬ nung der Instrumente über roboterähnliche Kinematiken mit elektromechanischen Aktuatoren erfolgt. Die Aktuatoren und damit die Kinematiken und laparoskopischen oder endoskopischen Instrumente werden von einer Bedienstation aus gesteuert . In the field of surgery assistance systems, devices are known to improve the manual laparoscopic procedures by the surgeon no longer directly operates the laparoscopic or endoscopic instruments but instead takes these operating ¬ voltage of the instruments on robot-like kinematics with electromechanical actuators. The actuators and thus the kinematics and laparoscopic or endoscopic instruments are controlled from an operator station.
Weiterhin werden zur Chirurgieassistenz bei manuellen chirur- gischen Eingriffen 3D-Bildgebungsverfahren zu Hilfe genommen. Dabei wird z.B. ein Computertomographie-Scanner (CT-Scanner) prä- und intraoperativ im Operationssaal benutzt. In addition, 3D imaging techniques are used to assist in surgical surgeries during manual surgical procedures. In doing so, e.g. a computed tomography scanner (CT scanner) used pre and intraoperatively in the operating room.
Prinzipiell sind robotergestützte Chirurgieassistenzsysteme bekannt, in denen ein robotergeführter Führungslaser eingesetzt wird. Die Anzeige von Prozessschritten durch einen solchen Führungslaser ist jedoch nicht fehlerüberprüfbar. Insbesondere kann der Chirurg, als Anwender eines derartigen Chirurgieassistenzsystems, nicht auf eine korrekte Lage seines Patienten zum Führungslaser schließen. Besonders für Eingriffe an Untersuchungsob ekten mit weichem, leicht beweglichem Gewebe muss die korrekte Position des Untersuchungsobjektes relativ zum Zeiger in regelmäßigen zeitlichen Abständen kontrolliert werden. In principle, robot-assisted surgical assist systems are known in which a robot-guided guide laser is used. However, the display of process steps by such a guide laser is not verifiable error. In particular, the surgeon, as a user of such a surgical assistence system, can not conclude that his patient is correctly positioned to the guide laser. Especially for interventions on examination surfaces with soft, easily movable tissue, the correct position of the examination object relative to the pointer must be checked at regular time intervals.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Positionsanzeige eines Operationsschritts be¬ reitzustellen, wodurch insbesondere eine bessere Kontrolle über die Positionsanzeige gewährleistet ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur roboterge¬ stützten Chirurgie anzugeben. It is an object of the present invention to provide an improved apparatus for position display of an operation step be ¬ riding determine which particular better control guaranteed by the position indicator. Another object of the invention is to provide an arrangement for roboterge ¬ assisted surgery.
Die Aufgabe ist durch eine Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 und durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. The object is achieved by a device according to claim 1 and by an arrangement according to claim 6. Further developments and advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Positionsanzeige, insbesondere der Positionsanzeige eines Operationsschrittes während eines chirurgischen Eingriffs. Dabei kann der chirur¬ gische Eingriff manuell oder robotergestützt vorgenommen wer¬ den. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen optischen Zeiger auf, wobei der Zeiger mindestens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Farbe aufweist. Die Lichtquellen sind ausge¬ staltet, Lichtstrahlen auszusenden, wobei die Lichtstrahlen von mindestens zwei Lichtquellen auf mindestens einen vorgeb¬ baren Punkt einer Oberfläche eines Untersuchungsob ektes aus¬ richtbar sind. Dabei stellt das Untersuchungsob ekt zugleich das Operationsobjekt dar. Die Vorrichtung ist so ausgestal¬ tet, dass ein Punkt in einem dreidimensionalen Koordinatensystem anzeigbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die optische Anzeige des nächsten Operationsschrittes direkt eine Tiefen¬ kontrolle vornimmt, die darin besteht, dass ein Chirurg oder eine bildgebende Kontrolleinheit einen Versatz der mindestens zwei Bilder der Lichtquellen auf der Oberfläche des Untersu- chungs- bzw. des Operationsobjektes feststellen kann. The device according to the invention serves to display the position, in particular the position display of an operating step during a surgical procedure. It can done manually or robotically ¬ to the chirur ¬ cal intervention. The device according to the invention has an optical pointer, wherein the pointer has at least two light sources of different colors. The light sources are ¬ staltet to emit light beams, the light beams are made ¬ directable by at least two light sources to at least one vorgeb ¬ cash point of a surface of a Untersuchungsob ect. It turns the Untersuchungsob ect at the same time the surgical object. The apparatus is so ausgestal ¬ tet that a point can be displayed in a three dimensional coordinate system. This has the advantage that the visual display of the next operation step directly undertakes depth control, which consists in a surgeon or an imaging control unit shifting the at least two images of the light sources on the surface of the examination or operating object can determine.
Zweckdienlich haben die Lichtquellen Farben, die nicht natürlicherweise im menschlichen Körper vorkommen, beispielsweise grünes und blaues Licht. Conveniently, the light sources have colors that are not naturally present in the human body, such as green and blue light.
In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist jede der Licht¬ quellen unabhängig voneinander schaltbar. In einer weiteren Aus führungs form ist die Intensität jeder der Lichtquellen mo- dulierbar . In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Lichtquellen so ausgestaltet, dass diese auf der Oberfläche des Untersuchungsob ektes Linien als Zeiger-Bild erzeugen. Insbesondere erzeugen die Lichtquellen zueinander parallele Linien als Zeiger-Bild. Die Linien können somit direkt einen Soll-Schnittverlauf anzeigen. In one embodiment of the device, each of the light sources ¬ is independently switchable. In a further embodiment, the intensity of each of the light sources can be modulated. In a further embodiment of the device, the light sources are designed such that they generate lines as a pointer image on the surface of the examination object. In particular, the light sources generate mutually parallel lines as a pointer image. The lines can thus directly indicate a desired cutting profile.
Beispielsweise sind die erzeugten Linienbilder auf der Oberfläche des Untersuchungsob ektes unterbrochene Linien oder gepunktete Linien. Einzelne auf eine Linie angeordnete Punkte als Zeiger-Bild bieten den Vorteil einer noch einfacheren Sichtprüfung der Übereinstimmung der Zeiger-Bilder, wobei eine Übereinstimmung dann vorliegt, wenn die Zeiger-Bilder so übereinander liegen, dass sie als ein Bild erscheinen. For example, the generated line images on the surface of the examination subject are broken lines or dotted lines. Individual points arranged on a line as a pointer image offer the advantage of even easier visual inspection of the match of the pointer images, with a match being made when the pointer images are superposed so that they appear as an image.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur robotergestützten Prozessschrittanzeige und/oder automatisierten Sichtkontrolle der Prozessschrittanzeige bei einem chirurgischen Eingriff um- fasst einen Tisch zur Ablage eines Untersuchungsobjektes und eine Vorrichtung mit einem optischen Zeiger gemäß der Erfindung . The arrangement according to the invention for robot-assisted process step display and / or automated visual inspection of the process step display during a surgical procedure comprises a table for depositing an examination object and a device with an optical pointer according to the invention.
Insbesondere kann die Vorrichtung so ausgestaltet sein, dass die mindestens zwei Lichtquellen unabhängig voneinander rela- tiv zum Tisch bewegbar sind. Alternativ sind die Lichtquellen in einer festen Position zueinander, beispielsweise auf einem Manipulator angeordnet, wobei eine Verfahrbarkeit des Manipu¬ lators, relativ zum Tisch, in drei Raumrichtungen gestattet, jeden beliebigen vorgebbaren Punkt in einem dreidimensionalen Arbeitsraum anzuzeigen. Zusätzlich zur Verfahrbarkeit in drei Raumrichtungen kann der Manipulator auch in drei Achsrichtungen schwenkbar sein, so dass insgesamt sechs Bewegungsfrei¬ heitsgrade entstehen. Die Vorrichtung mit dem optischen Zeiger wird beispielsweise in eine bekannte Position und Orientierung zu dem Tisch gebracht, der zur Ablage eines Untersuchungsobjektes dient. Insbesondere wird anhand des erzeugten Bildes eine Grundposi- tion der Vorrichtung mit dem optischen Zeiger relativ zum Tisch eingestellt. In particular, the device can be designed such that the at least two light sources are movable relative to the table independently of one another. Alternatively, the light sources in a fixed position to each other, for example, arranged on a manipulator, wherein a movability of Manipu ¬ lator, relative to the table, in three spatial directions allowed to display any predetermined point in a three-dimensional workspace. In addition to the mobility in three spatial directions, the manipulator can also be pivotable in three axial directions, so that a total of six degrees of freedom of motion ¬ arise. The device with the optical pointer is brought, for example, in a known position and orientation to the table, which serves to deposit a subject to be examined. In particular, based on the generated image, a basic position tion of the device is set with the optical pointer relative to the table.
Zur Bewegung der Lichtquellen oder des Manipulators können Aktuatoren umfasst sein. To move the light sources or the manipulator actuators may be included.
In einer Ausgestaltung der Anordnung ist mindestens eine erste Einrichtung zur Bildgebung umfasst. Insbesondere kann diese eine Einrichtung zur 3D-Bildgebung sein. Damit kann z.B. ein Bild von dem Untersuchungsob ekt erzeugt werden. EineIn one configuration of the arrangement, at least one first imaging device is included. In particular, this may be a device for 3D imaging. Thus, e.g. a picture of the examination object is generated. A
Einrichtung zur 3D-Bildgebung kann ein CT-Scanner sein. Vorzugsweise ist die Einrichtung zur 3D-Bildgebung ein C-Bogen. Alternativ kann eine Stereokamera zur 3D-Bildgebung eingesetzt werden. Zweckdienlicherweise ist das Untersuchungsob- jekt auf dem vorgesehenen Tisch positioniert. Zusätzlich ist eine Rechnereinheit umfasst, wobei die Rechnereinheit ausges¬ taltet ist, eine Bildverarbeitung vorzunehmen, unter Hinzunahme der Bildinformation aus der ersten Einrichtung zur Bildgebung einen Prozessschritt zu berechnen, insbesondere einen chirurgischen Eingriff. Die Rechnereinheit ist weiter ausgestaltet, den Zeiger der Vorrichtung zur Positionsanzeige zu steuern. Z.B. wird von der Rechnereinheit ein Betätigungs¬ signal an den Zeiger gesendet. Die Rechnereinheit ist insbe¬ sondere Teil eines Expertensystems, das die Arbeit des Chi- rurgen bei klassischer offener Chirurgie, in minimal- invasiven chirurgischen Eingriffen sowie in robotergestützten minimal-invasiven chirurgischen Eingriffen unterstützt. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Positionsanzeige kann zusätzlich eine Tiefenkontrolle erfolgen. Besonders bei schwierigen chirurgischen Eingriffen kann durch die Führung bzw. Navigation durch ein Expertensystem eine schnellere Durchführung des chirurgischen Eingriffs ermöglicht werden, Fehler vermieden werden sowie eine automatische Dokumentation des Operationsverlaufs gewährleistet werden. Device for 3D imaging may be a CT scanner. Preferably, the means for 3D imaging is a C-arm. Alternatively, a stereo camera can be used for 3D imaging. Conveniently, the examination subject is positioned on the intended table. In addition, a computer unit, said computer unit is ausges ¬ taltet to perform image processing to calculate with the addition of the image information from said first means for imaging a process step, in particular a surgical procedure. The computer unit is further configured to control the pointer of the position display device. For example, sent from the computer unit an actuation ¬ signal to the pointer. The computer unit is in particular ¬ sondere part of an expert system that rurgen the work of chi in traditional open surgery, minimally invasive surgery as well as in robot-assisted minimally invasive surgical procedures supported. By means of the device according to the invention for indicating the position, a depth control can additionally be carried out. Particularly in the case of difficult surgical interventions, guidance or navigation through an expert system can enable the surgical procedure to be carried out faster, avoid errors and ensure automatic documentation of the course of the surgery.
Eine zweckdienliche Ausgestaltung der Anordnung weist zusätzlich einen Monitor auf. Des Weiteren ist vorzugsweise wenigs¬ tens eine zweite Einrichtung zur Bildgebung umfasst. Diese ist insbesondere eine Kamera und dient zur Erfassung der Oberfläche des Untersuchungsob ektes mit dem Zeiger-Bild des optischen Zeigers. Dabei ist die Rechnereinheit ausgestaltet, auf dem Monitor eine Überlagerung von zumindest einem Bild der ersten Einrichtung zur Bildgebung und einem Bild der zweiten Einrichtung zur Bildgebung darzustellen. Die Kamera zur Erfassung der Oberfläche des Untersuchungsob ektes er- fasst einen Oberflächenabschnitt des Untersuchungsobjektes, der das Zeiger-Bild des optischen Zeigers umfasst. Somit kön- nen zusätzlich zum Operateur weitere Nutzer der Anordnung, insbesondere die Operationsassistenten, die Operationsschrit¬ te auf dem Monitor überwachen und die Übereinstimmung der Operationsschritte mit der Navigation durch den optischen Zeiger kontrollieren. An expedient embodiment of the arrangement additionally has a monitor. Furthermore, Wenig preferably ¬ least comprises a second device for imaging. These is in particular a camera and serves to detect the surface of the examination object with the pointer image of the optical pointer. In this case, the computer unit is designed to display on the monitor an overlay of at least one image of the first imaging device and one image of the second imaging device. The camera for detecting the surface of the examination subject detects a surface section of the examination object which comprises the pointer image of the optical pointer. Thus, in addition to the surgeon, further users of the device, in particular the surgical assistants, can monitor the operation steps on the monitor and check the correspondence of the surgical steps with the navigation through the optical pointer.
In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung ist die Rechnereinheit ausgestaltet, eine Positionskontrolle, insbesonde¬ re in Tiefenrichtung, vorzunehmen. Dazu erfolgt zunächst eine Auswertung des Bildes der zweiten Einrichtung zur Bildgebung, das zweckdienlicherweise einen Oberflächenabschnitt des Un¬ tersuchungsobjektes zeigt, der das Zeiger-Bild des optischen Zeigers umfasst mittels eines Bildauswerteprogramms. Anhand der von den Lichtquellen des optischen Zeigers erzeugten Zeiger-Bilder auf der Oberfläche des Untersuchungsobjektes wird eine Tiefenkontrolle vorgenommen. Die Tiefenkontrolle umfasst mindestens die einfache Überprüfung einer Übereinstimmung der Zeiger-Bilder oder einer Nicht-Übereinstimmung der Zeiger- Bilder auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts. Dabei be¬ deutet eine Übereinstimmung, dass die Zeiger-Bilder so über- einander liegen, dass sie als ein Zeiger-Bild erscheinen, und Nicht-Übereinstimmung, dass die zwei Zeiger-Bilder einen Abstand größer Null haben. Stimmen die Zeiger-Bilder der Lichtquellen des optischen Zeigers auf der Oberfläche des Untersu¬ chungsobjektes nicht überein, das heißt, liegen die Zeiger- Bilder nicht so übereinander, dass sie als ein Zeiger-Bild erscheinen, kann aus dem Abstand der Zeiger-Bilder der zwei Lichtquellen des Zeigers auf der Oberfläche des Untersu- chungsob ektes eine Verschiebung des Untersuchungsob ektes ermittelt werden. In a further embodiment of the arrangement of the computer unit is configured in the depth direction to perform a position control, insbesonde ¬ r. For this purpose, first an evaluation of the image of the second means for imaging, which conveniently shows a surface portion of the Un ¬ tersuchungsobjektes comprising the pointer image of the optical pointer by means of a Bildauswerteprogramms. Based on the pointer images generated by the light sources of the optical pointer on the surface of the examination subject, a depth control is performed. The depth control comprises at least the simple checking of a match of the pointer images or a mismatch of the pointer images on the surface of the examination subject. Here be ¬ indicates a match, the pointer images lie one above the other so that they appear as a pointer image and non-coincidence, that the two pointer images are at a distance greater than zero. If the match pointer images of the light sources of the optical pointer to the surface of the investi ¬ chung properties not, that is, are the pointer images not above one another so that they appear as a pointer image, may be made of the distance of the pointer images of the two light sources of the pointer on the surface of the a shift in the examination subject can be determined.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung ist die Rechnereinheit so ausgestaltet, dass bei Nicht-Übereinstimmung der Zeiger-Bilder der Lichtquellen des optischen Zeigers auf der Oberfläche des Untersuchungsob ektes ein Warnsignal aus¬ gegeben wird. In a further embodiment of the arrangement, the computer unit is designed such that in case of non-conformity of pointer images of the light sources of the optical pointer on the surface of Untersuchungsob ect ¬ a warning signal is given.
In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung ist eine, insbesondere die zweite, der Einrichtungen zur Bildgebung eines Untersuchungsobjektes eine Mono-Kamera oder eine Stereokame¬ ra. Insbesondere ist die zweite Einrichtung zur Bildgebung eine Videokamera oder eine spezielle laparoskopische Videoka¬ mera. Vorteilhafterweise ist der optische Zeiger zusammen mit der laparoskopischen Kamera in einem laparoskopischen Instrument integriert. Insbesondere kann die laparoskopische Kamera als eine Monokamera oder als eine Stereokamera ausgebildet sein . In a further embodiment of the arrangement is, in particular, the second, the means for imaging an object under examination, a mono-camera or a Stereokame ¬ ra. In particular, the second means for imaging a video camera or a special laparoscopic Videoka ¬ ra. Advantageously, the optical pointer is integrated together with the laparoscopic camera in a laparoscopic instrument. In particular, the laparoscopic camera can be designed as a monocamera or as a stereo camera.
In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung ist eine, insbesondere die erste, der Einrichtungen zur Bildgebung eines Untersuchungsobjektes ein Computertomographie-Scanner. Alternativ kann diese Einrichtung zur Bildgebung ein C-Bogen sein. Zweckdienlicherweise umfasst die Anordnung zwei Einrichtungen zur Bildgebung, wobei eine der Einrichtungen zur Bildgebung die Oberfläche des Untersuchungsobjektes erfasst und eine der Einrichtungen zur Bildgebung zur 3D-Bildgebung dient, beispielsweise eine Stereokamera und ein Computertomographie- Scanner. Anstelle eines Computertomographie-Scanners ist zur 3D-Bildgebung auch ein Magnetresonanztomograph oder eine Stereokamera einsetzbar. Insbesondere kann jedes 3D-Bild- gebungsverfahren eingesetzt werden, insbesondere medizinische Bildgebungsverfahren wie Röntgencomputertomographie, Magnet¬ resonanztomographie oder Positronen-Emissionstomographie. An¬ stelle der laparoskopischen Kamera kann eine beliebige Kamera eingesetzt werden, die die Oberfläche des Untersuchungsobjek¬ tes mit dem Zeiger-Bild erfassen kann. Ein Verfahren zur ärztlich überwachten Computerchirurgie kann einen ersten Schritt zur Planung eines chirurgischen Eingriffs umfassen, in dem ein 3D-Bild eines Untersuchungsobj ek- tes erzeugt wird und in dem unter Hinzunahme der Bildinforma¬ tion des 3D-Bildes Prozessschritte eines Eingriffs am Unter¬ suchungsob ekt virtuell festgelegt und/oder berechnet werden. Des Weiteren umfasst das Verfahren zweckdienlicherweise einen zweiten Schritt zur Vorbereitung des chirurgischen Eingriffs, in dem das Untersuchungsob ekt vorbereitet und positioniert wird und in dem - bei fester Positionierung des Untersuchungsobjektes - ein zweites 3D-Bild des Untersuchungsobjek¬ tes erzeugt wird und anschließend die Übereinstimmung des zweiten 3D-Bildes mit dem ersten 3D-Bild überprüft bzw. eine Korrespondenz-Relation zwischen beiden Bildern hergestellt wird. Auf Basis dieser Korrespondenz-Relation werden die im ersten Schritt geplanten virtuellen Prozessschritte an das zweite 3D-Bild angepasst. Des Weiteren umfasst das Verfahren einen dritten Schritt zur Durchführung des chirurgischen Ein- griffs, in dem je ein festgelegter und/oder berechneter Prozessschritt zunächst angezeigt wird, und zwar als virtueller Prozessschritt beispielsweise auf einem Monitor und als rea¬ ler Prozessschritt auf dem Untersuchungsobjekt mit Hilfe des Zeigers. Die Gültigkeit des realen Prozessschritts kann über- wacht und/oder kontrolliert werden, indem die Übereinstimmung der Position des virtuellen Prozessschritts mit der real am Untersuchungsobjekt angezeigten Position überprüft wird. Des Weiteren umfasst der dritte Schritt die Durchführung des Pro¬ zessschritts nach Bestätigung durch den Arzt. In a further embodiment of the arrangement, one, in particular the first, of the devices for imaging an examination subject is a computed tomography scanner. Alternatively, this imaging device may be a C-arm. Conveniently, the assembly comprises two imaging means, one of the imaging means detecting the surface of the examination subject and one of the imaging means for 3D imaging, such as a stereo camera and a computed tomography scanner. Instead of a computed tomography scanner, a magnetic resonance tomograph or a stereo camera can also be used for 3D imaging. In particular, any 3D imaging method can be used, in particular medical imaging methods such as X-ray computed tomography, magnetic resonance imaging ¬ or positron emission tomography. Instead of the laparoscopic camera, any camera can be used which can detect the surface of the examination object with the pointer image. A method for medically monitored computer Surgery may comprise a first step for planning a surgical procedure in which a 3D image of a Untersuchungsobj ek- tes is generated and in the suchungsob with the addition of the image Informa ¬ tion of the 3D image process steps of an intervention on the lower ¬ ect can be virtually determined and / or calculated. Furthermore, the method conveniently includes a second step in the preparation of the surgical procedure, in which the Untersuchungsob is ect prepared and positioned and in which - for a fixed positioning of the examination object - a second 3D image of the Untersuchungsobjek ¬ tes is generated and then the compliance of the second 3D image with the first 3D image checked or a correspondence relationship between the two images is made. Based on this correspondence relation, the virtual process steps planned in the first step are adapted to the second 3D image. Furthermore, the method comprises a third step for carrying out the surgical intervention, in which a defined and / or calculated process step is first displayed, namely as a virtual process step, for example, on a monitor and as a real process step on the examination object with the aid of of the pointer. The validity of the real process step can be monitored and / or controlled by checking the correspondence of the position of the virtual process step with the position actually displayed on the examination object. Furthermore, the third step comprises the implementation of the Pro ¬ zessschritts after confirmation by the doctor.
Der erste Schritt hat insbesondere den Vorteil, dass eine Planung des Operationsverlaufs außerhalb des Operationssaals vorgenommen werden kann, insbesondere die Identifikation der vorzunehmenden Operationsart sowie die detaillierte Planung aller aufeinanderfolgenden Prozessschritte des chirurgischen Eingriffs. Insbesondere umfasst die Planung die Verwendung eines Expertensystems. Der zweite Schritt hat insbesondere den Vorteil, dass die Operationsplanung an die die Positio- nierung des Untersuchungsob ekts während der Operation ange- passt wird. Der dritte Schritt hat den Vorteil, dass jeder einzelne Prozessschritt durch die Positionsanzeige mit dem Zeiger überwachbar und/oder kontrollierbar ist, bevor der Prozessschritt durchgeführt wird. Insbesondere erfolgt die Überprüfung der Übereinstimmung der Position automatisch, z. B. mittels einer Bildauswerte-Software. Insbesondere kann bei Nicht-Übereinstimmung eine Warnung erfolgen. Beispielsweise umfasst der dritte Schritt eine Kameraüberwa¬ chung des chirurgischen Eingriffs, wobei das Kamerabild auf einen Monitor ausgegeben werden kann. Insbesondere werden die einzelnen Prozessschritte zusätzlich zu der Anzeige auf dem Untersuchungsobjekt mittels des optischen Zeigers auch auf dem Monitor angezeigt. Dafür kann der Monitor ein Kamerabild, insbesondere ein Stereokamerabild oder ein 3D-Bild, zeigen. Handelt es sich bei dem Prozessschritt um einen Einschnitt in das Untersuchungsobjekt, kann die Positionsanzeige, auf dem Untersuchungsobjekt oder auf dem Monitor, die Position und auch die Schnittweite des zu setzenden Schnitts in das Unter¬ suchungsobjekt anzeigen. Insbesondere zeigt der Monitor, der zur Kontrolle des chirurgischen Eingriffs dient, ein dreidi¬ mensionales Bild, insbesondere eine Art virtuelle Realität in Form einer Überlagerung eines 3D-Bildes aus einer Einrichtung zur 3D-Bildgebung und eines zweiten Bildes des Untersuchungs¬ objektes, das auch das Zeiger-Bild auf der Oberfläche des Un¬ tersuchungsobjektes beinhaltet. Vorzugsweise enthält diese Überlagerung von Bildern auch eine Anzeige des nächsten durchzuführenden Prozessschrittes. Dazu kann auch eine Anlei- tung gegeben werden, z. B. in Form von Text, der zusätzlich auf dem Monitor ausgegeben wird, oder alternativ als Audioinformation. D.h., beispielsweise kann ein Audioguide umfasst sein, der die für den durchzuführenden Prozessschritt notwendigen Informationen und Anleitungen gibt. Insbesondere kann die Anleitung auch beinhalten, welche chirurgischen Instrumente zu verwenden sind. Insbesondere kann auch ein Video, beispielsweise ein Stereovideo, den nächsten durchzuführenden Prozessschritt anzeigen. In einem Verfahren für die ärztlich überwachte Roboter- Chirurgie wird der Prozessschritt z.B. automatisch durchge¬ führt. Zweckdienlicherweise sind in dem dritten Schritt zur Durchführung des chirurgischen Eingriffs mehrere festgelegte und/oder berechnete Prozessschritte umfasst, die automatisch durchgeführt werden. Insbesondere werden die Prozessschritte durch den robotergeführten Manipulator durchgeführt, der mittels der Rechnereinheit kontrolliert werden kann. Insbesonde- re bezieht sich die Führung auf von der Rechnereinheit be¬ rechneten Prozessschritten. Ein automatisch durchgeführter Prozessschritt kann von einer Videokamera erfasst und auf ei¬ nem Monitor ausgegeben werden. Die Videokamera kann eine Stereovideokamera sein. Vor der automatischen Durchführung eines Prozessschritts durch den Roboter bzw. Manipulator muss zwingend eine Abfrage an den Anwender der Anordnung gehen, insbesondere an den Chirurgen, ob er mit dem angezeigten nächsten Prozessschritt einverstanden ist. Erst nach der Bestätigung durch den Anwender wird der Prozessschritt von dem Roboter durchgeführt. In particular, the first step has the advantage that planning of the course of the operation outside of the operating room can be carried out, in particular the identification of the type of operation to be made and the detailed planning of all successive process steps of the surgical procedure. In particular, the planning involves the use of an expert system. In particular, the second step has the advantage that the surgical planning to which the adjustment of the examination subject during the operation. The third step has the advantage that each individual process step can be monitored and / or controlled by the position indicator with the pointer before the process step is carried out. In particular, the verification of the coincidence of the position is carried out automatically, for. B. by means of an image evaluation software. In particular, a warning can be given in case of non-compliance. By way of example, the third step comprises a camera monitoring of the surgical intervention, wherein the camera image can be output to a monitor. In particular, the individual process steps are also displayed on the monitor in addition to the display on the examination subject by means of the optical pointer. For this, the monitor can display a camera image, in particular a stereo camera image or a 3D image. If the process step by an incision into the examination subject, the position indicator may, on the object under examination or on the monitor, indicating the position and the focal distance of the to be set into the lower section ¬ suchungsobjekt. In particular, the monitor used to control the surgical procedure shows a dreidi ¬ dimensional image, in particular a kind of virtual reality in the form of a superimposition of a 3D image from a device for 3D imaging and a second image of the examination ¬ object, which also the pointer image on the surface of the Un ¬ tersuchungsobjektes includes. Preferably, this overlay of images also includes an indication of the next process step to be performed. For this purpose, an instruction can be given, for. In the form of text which is additionally output on the monitor, or alternatively as audio information. That is, for example, an audio guide may be included that provides the information and instructions necessary for the process step to be performed. In particular, the instructions may also include which surgical instruments to use. In particular, a video, for example a stereo video, can also indicate the next process step to be performed. In a method for the medically supervised robotic surgery the process step is, for example, automatically Runaway ¬ leads. Conveniently, in the third step for carrying out the surgical procedure, a plurality of predetermined and / or calculated process steps are included, which are carried out automatically. In particular, the process steps are performed by the robot-controlled manipulator, which can be controlled by means of the computer unit. Insbesonde- re the guide to be ¬ calculated by the computer unit process steps relates. An automatically performed process step can be captured by a video camera and displayed on ei ¬ nem monitor. The video camera can be a stereo video camera. Prior to the automatic execution of a process step by the robot or manipulator, a query must necessarily go to the user of the arrangement, in particular to the surgeon, if he agrees with the displayed next process step. Only after confirmation by the user, the process step is performed by the robot.
Die Verwendung einer Anordnung zur ärztlich überwachten Roboterchirurgie, umfasst also z.B. einen ersten Schritt, der zur Planung eines chirurgischen Eingriffs dient, worin mittels einer Einrichtung zur 3D-Bildgebung ein 3D-Bild eines Untersuchungsob ektes erzeugt und mittels einer Rechnereinheit, die ausgestaltet ist, eine Bildverarbeitung vorzunehmen, unter Hinzunahme der Bildinformation aus dem 3D-Bild, ein Prozessschritt eines Eingriffs am Untersuchungsob ekt festgelegt und/oder berechnet wird. Des Weiteren ist ein zweiter Schritt zur Vorbereitung des chirurgischen Eingriffs umfasst, in dem das Untersuchungsobjekt vorbereitet und auf einem Tisch abge¬ legt und positioniert wird. Danach wird ein zweites 3D-Bild des Untersuchungsobjektes mittels der Einrichtung zur SD- Bildgebung erzeugt und dessen Relation mit dem ersten 3D-Bild berechnet. Des Weiteren werden mittels der Rechnereinheit die aktuellen Positionen der Prozessschritte aus dem ersten The use of an arrangement for physician-supervised robotic surgery, thus, for example, includes a first step, which is used for planning a surgical procedure, wherein by means of a device for 3D imaging, a 3D image of a Untersuchungsob ektes generated and by means of a computer unit, which is designed a Image processing, with the addition of the image information from the 3D image, a process step of an intervention at the examination object is determined and / or calculated. Further, a second step in the preparation of the surgical procedure comprises, in the preparing the object under examination and abge on a table specifies ¬ and positioned. Thereafter, a second 3D image of the examination object is generated by means of the device for SD imaging and its relation to the first 3D image is calculated. Furthermore, by means of the computer unit, the current positions of the process steps from the first
Schritt bestimmt. Des Weiteren ist ein dritter Schritt zur Durchführung des chirurgischen Eingriffs umfasst, worin je ein Prozessschritt, insbesondere seine Position am oder im Untersuchungsob ekt, zunächst durch ein Zeiger-Bild mittels des optischen Zeigers auf der Oberfläche des Untersuchungsob- jektes angezeigt wird, wobei der optische Zeiger von derStep determined. Furthermore, a third step is to Carrying out the surgical procedure comprises, wherein each process step, in particular its position on or in the examination subject, is first indicated by a pointer image by means of the optical pointer on the surface of the examination subject, the optical pointer being of the
Rechnereinheit betätigt wird. In dem dritten Schritt wird die Position des Prozessschrittes am Untersuchungsobjekt über¬ wacht und/oder kontrolliert, indem eine zweite Einrichtung zur Bildgebung einen Oberflächenabschnitt des Untersuchungs- Objektes mit dem Zeiger-Bild erfasst, und indem die Rechner¬ einheit die Übereinstimmung des Bildes des Oberflächenab¬ schnitts mit dem 3D-Bild überprüft und/oder anhand des Zei¬ ger-Bildes eine Tiefenkontrolle vornimmt. Des Weiteren wird in dem dritten Schritt der Prozessschritt durchgeführt. Computer unit is actuated. In the third step, the position of the process step at the object under examination is monitored over ¬ and / or controlled by a second device for imaging detects a surface portion of the inspection object with the pointer image, and by the computer ¬ unit the consistency of the image of Oberflächenab ¬ section checked with the 3D image and / or makes a depth control based on the Zei ¬ ger image. Furthermore, in the third step, the process step is performed.
Vorteilhafterweise umfasst die Verwendung einen zweiten Advantageously, the use comprises a second
Schritt, in dem die Positionen der Prozessschritte von der Rechnereinheit automatisch eingestellt werden, und einen dritten Schritt, in dem die Prozessschritte von einem Roboter durchgeführt werden, wobei der Roboter von der Rechnereinheit betätigt wird. Step in which the positions of the process steps are automatically set by the computer unit, and a third step in which the process steps are performed by a robot, wherein the robot is operated by the computer unit.
Insbesondere kann ein Anwender, z.B. ein Chirurg, über einen Monitor einen Videofilm des nächsten durchzuführenden Pro- zessschritts ansehen, wobei der Videofilm insbesondere eine virtuelle Realität wiedergibt in dem Sinne, dass am Monitor eine Überlagerung von wenigstens zwei Bildern ausgegeben wird, welche insbesondere ein 3D-Bild und ein Bild der Ober¬ fläche des Untersuchungsobjektes sind. Zweckdienlicherweise umfasst das Bild der Oberfläche des Untersuchungsobjektes ei¬ nen Oberflächenabschnitt, der von der durchzuführenden Operation betroffen ist. Insbesondere ist ein Oberflächenabschnitt umfasst, der das Zeiger-Bild zur Prozessschrittanzeige um¬ fasst, das auf der Oberfläche des Untersuchungsobjektes sichtbar ist. Vorzugsweise wird zusätzlich zu dem Videofilm eine Anleitung zum nächsten Prozessschritt gegeben, die insbesondere als Text zusätzlich auf dem Monitor angezeigt wer¬ den kann. Alternativ oder zusätzlich wird die Anleitung als Audioinformation wiedergegeben. Der Roboter ist z. B. durch die Rechnereinheit und den Manipulator realisiert. Insbeson¬ dere kann der Manipulator den optischen Zeiger und die zweite Einrichtung zur Bildgebung umfassen. Zusätzlich kann der Ma- nipulator robotergeführte chirurgische Instrumente umfassen. Vorzugsweise ist eine Überprüfung aller robotergeführten Prozessschritte durch den Anwender, insbesondere den Chirurgen, vorgesehen, indem dessen Einverständnis vor jedem Prozessschritt abgefragt wird. In particular, a user, eg a surgeon, can view a video film of the next process step to be performed via a monitor, the video film in particular reproducing a virtual reality in the sense that a superposition of at least two images is output on the monitor, which in particular is 3D Image and an image of the Ober ¬ surface of the examination object are. Conveniently, the image of the surface of the object to be examined comprises egg ¬ NEN surface portion which is affected by the operation to be performed. In particular, a surface portion is included which holds the pointer to the image display process step by ¬, which is visible on the surface of the examination subject. Preferably, in addition to the video, a guide to the next process step is given, which in particular as text additionally displayed on the monitor who ¬ can. Alternatively or additionally, the instructions as Played audio information. The robot is z. B. realized by the computer unit and the manipulator. Insbeson ¬ particular may include the optical pointer and said second means for imaging the manipulator. In addition, the manipulator may include robotic surgical instruments. Preferably, a review of all robot-controlled process steps by the user, in particular the surgeon, provided by the agreement is queried before each process step.
Die Anordnung zur robotergestützten Prozessschrittanzeige und/oder automatisierten Sichtkontrolle der Prozessschrittanzeige bei einem chirurgischen Eingriff umfasst also zunächst zweckdienlicherweise eine Vorrichtung mit einem optischen Zeiger zur Positionsanzeige. Der Vorgang der Positions¬ und/oder Prozessschrittermittlung läuft insbesondere automatisiert ab. Die Positions- und Prozessschrittanzeige erfolgt beispielsweise robotergestützt. Vorzugsweise ist auch die Sichtkontrolle automatisiert in dem die zweite Einrichtung zur Bildgebung entweder robotergestützt dem optischen Zeiger nachführbar ausgestaltet oder mit dem optischen Zeiger mechanisch verbunden ist. The arrangement for robot-assisted process step display and / or automated visual inspection of the process step display during a surgical procedure therefore initially expediently comprises a device with an optical pointer for position indication. The operation of the position ¬ and / or process step investigation is ongoing particularly automated. The position and process step display is carried out, for example, robotically. Preferably, the visual control is automated in which the second imaging device either robotically designed the optical pointer trackable configured or mechanically connected to the optical pointer.
Anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Figu¬ ren wird die Erfindung näher vorgestellt. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar : Figur 1 zeigt eine Aus führungs form der Anordnung zur robotergestützten Vornahme eines chirurgischen Eingriffs. Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der Lichtquellen, der Licht¬ strahlen sowie der Oberfläche des Untersuchungsob ektes . Reference to an embodiment and the associated Figu ¬ ren the invention is presented in more detail. The figures are schematic and do not represent true to scale figures: FIG. 1 shows an embodiment of the arrangement for robot-assisted operation of a surgical procedure. Figure 2 shows a side view of the light sources, the light beams ¬ ect and the surface of the Untersuchungsob.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Lichtquellen, die Figure 3 shows a plan view of the light sources, the
Lichtstrahlen sowie das erzeugte Zeiger-Bild der Lichtquelle auf der Oberfläche des Untersuchungsob- j ektes . Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher vorgestellt . Bei der in Figur 1 gezeigten Aus führungs form der Anordnung ist eine Vorrichtung mit einem optischen Zeiger 10 zusammen mit mehreren Systemkomponenten zu einem CT-basierten Chirurgieassistenzsystem angeordnet. Es sind ein Manipulator 11 und zwei Lichtquellen 12 gezeigt sowie ein Tisch 20, auf dem ein Patient positioniert werden kann, eine Rechnereinheit 40, ein Monitor 41 sowie ein CT-Scanner 30 zur 3D-Bildgebung . Zusätzlich sind auf dem Tisch 20 die von den zwei Lichtquellen 12 erzeugten Zeiger-Bilder 13 dargestellt, wobei diese während der Nutzung des Systems auf dem Patienten zu sehen sind, ins- besondere auf den von dem chirurgischen Eingriff betroffenen Organen . Light rays and the generated pointer image of the light source on the surface of the examination subject. Reference to an embodiment of the invention will be presented in more detail. In the embodiment of the arrangement shown in FIG. 1, a device with an optical pointer 10 is arranged together with a plurality of system components to form a CT-based surgical assistance system. There are shown a manipulator 11 and two light sources 12 and a table 20 on which a patient can be positioned, a computer unit 40, a monitor 41 and a CT scanner 30 for 3D imaging. In addition, the pointer images 13 generated by the two light sources 12 are shown on the table 20 and can be seen on the patient during use of the system, in particular on the organs affected by the surgical procedure.
Figur 1 zeigt eine Aus führungs form der Vorrichtung zur Positionsanzeige 10, in der der Manipulator 11 sowie beide Licht- quellen 12 beweglich sind. Der gezeigte Tisch 20 ist in den CT-Scanner zur 3D-Bildgebung 30 einfahrbar. Der Monitor 41 ist so angebracht, dass der Chirurg aus seiner Arbeitspositi¬ on den Monitor 41 einsehen kann. Die Rechnereinheit 40 ist mit dem CT-Scanner zur 3D-Bildgebung 30, mit dem Monitor 40 und mit der Vorrichtung zur Positionsanzeige 10 verbunden.FIG. 1 shows an embodiment of the device for position display 10, in which the manipulator 11 and both light sources 12 are movable. The illustrated table 20 is retractable into the CT scanner 30 for 3D imaging. The monitor 41 is mounted so that the surgeon can see from his Arbeitspositi ¬ on the monitor 41. The computer unit 40 is connected to the CT scanner for 3D imaging 30, to the monitor 40 and to the position indicator 10.
Die Rechnereinheit 40 ist außerhalb des Operationssaals ange¬ ordnet. Die Rechnereinheit 40 ist insbesondere Teil einer Ar¬ beitsstation eines Expertensystems, mit einer Eingabeeinrichtung sowie einem zweiten Monitor. An der Rechnereinheit 40 kann der detaillierte Plan des chirurgischen Eingriffs erfol¬ gen. Dazu kann ein erzeugtes 3D-Bild ausgewertet werden. The computer unit 40 is arranged ¬ outside the operating room. The computer unit 40 is in particular part of an Ar ¬ beitsstation an expert system with an input device and a second monitor. On the computer unit 40 of the detailed plan of surgery SUC ¬ gen can. This can be a generated 3D image to be evaluated.
Chirurgieassistenzsysteme werden ganz besonders durch die er¬ findungsgemäße Vorrichtung mit einem optischen Zeiger 10 ver- bessert, da eine derartige Positions- und insbesondere Tie¬ fenkontrolle über die zwei Zeiger-Bilder vom Anwender direkt wahrgenommen werden kann. Zusätzlich und gleichzeitig ist die Sichtkontrolle automatisierbar mittels einer zweiten Einrichtung zur Bildgebung. Surgery assistance systems be improved particularly by the invention it ¬ device according to an optical pointer 10, since such a position and in particular Tie ¬ fenkontrolle over the two pointer images of the user can be directly perceived. In addition and at the same time is the Visual inspection automatable by means of a second imaging device.
Der Tisch 20, auf dem der Patient positioniert wird, ist in der Höhe verstellbar sowie horizontal, relativ zu CT-Scanner 30 und Manipulator 11, verfahrbar. Alternativ oder zusätzlich ist auch der CT-Scanner 30 verfahrbar. Die Positionierung und Orientierung von Tisch 20 und CT-Scanner 30 werden von der Rechnereinheit 40 registriert und ausgewertet, so dass diese Positionsinformation für die Positionsanzeige zur Verfügung steht. Die Vorrichtung zur Positionsanzeige 10 ist auf eine Grundeinstellung relativ zum Tisch 20 kalibrierbar. The table 20, on which the patient is positioned, is adjustable in height and horizontally, relative to CT scanner 30 and manipulator 11, movable. Alternatively or additionally, the CT scanner 30 can also be moved. The positioning and orientation of table 20 and CT scanner 30 are registered and evaluated by the computer unit 40, so that this position information is available for the position display. The position indicator 10 is calibratable to a basic setting relative to the table 20.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der zwei Lichtquellen 12, die ausgesendeten Lichtstrahlen sowie die Oberfläche 50, wie etwa die Haut des Patienten oder die Oberfläche eines Organs oder Knochens. Figur 2 zeigt den Fall der Übereinstimmung der Bilder. Die Lichtstrahlen der beiden Lichtquellen schneiden sich genau auf einem Punkt der Oberfläche 50 und liegen auf der Oberfläche 50 übereinander, so dass sie als ein Punkt auf der Oberfläche 50 erscheinen. Bei falscher Kalibrierung oder Bewegung des Patienten relativ zu den Lichtquellen 12 verschiebt sich die Oberfläche 50, was darin resultiert, dass anstatt eines Punktes zwei Punkte auf der Oberfläche 50 sichtbar sind. Aus den unterschiedlichen Farben der beidenFigure 2 shows a side view of the two light sources 12, the emitted light rays and the surface 50, such as the skin of the patient or the surface of an organ or bone. Fig. 2 shows the case of coincidence of the images. The light beams of the two light sources intersect exactly at a point on the surface 50 and are superimposed on the surface 50 so that they appear as a point on the surface 50. Incorrect calibration or movement of the patient relative to the light sources 12 shifts the surface 50, resulting in two dots being visible on the surface 50 instead of one dot. From the different colors of the two
Lichtquellen 12 ist somit auch ablesbar, ob die Oberfläche 50 vertikal nach oben oder nach unten verschoben wurde. Light sources 12 is thus also readable, whether the surface 50 has been moved vertically upwards or downwards.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die beiden Lichtquellen 12, deren Verbindungslinie 51 sowie die von den beiden Lichtquel¬ len 12 erzeugten Linienbilder 13, die in dem gezeigten Fall in Figur 3 nicht übereinstimmen, sondern parallel zueinander in einem auswertbaren Abstand zur Mittenlinie 52 auf die Oberfläche 50 treffen. Schneiden sich die Lichtstrahlen ober- halb der Oberfläche 50, liegt das grüne Linienbild 13 vom Betrachter aus links von dem zweiten blauen Linienbild 13. Daraus kann schon qualitativ erkannt werden, ob die Oberflä- che 50 nach oben oder nach unten aus der Grundposition bewegt wurde . Figure 3 shows a plan view of the two light sources 12, the connecting line 51 and the line images formed from the two Lichtquel ¬ len 12 13 which do not match in the case shown in Figure 3, but parallel to each other in a evaluable distance from the center line 52 to the Surface 50 hit. If the light rays intersect above the surface 50, the green line image 13 lies to the left of the second blue line image 13 from the observer. From this it can already be qualitatively recognized whether the surface surface 50 was moved up or down from the home position.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung mit einem optischen Zeiger (10) zur Positionsanzeige, wobei der Zeiger mindestens zwei Lichtquellen (12) unterschiedlicher Farbe aufweist, die Lichtquellen (12) ausgestaltet sind, Lichtstrahlen auszusenden, wobei die Licht¬ strahlen der Lichtquellen (12) auf mindestens einen vorgebbaren Punkt einer Oberfläche (50) eines Untersuchungsob ektes ausrichtbar sind, so dass ein Punkt in einem dreidimensiona- len Koordinatensystem anzeigbar ist. 1. Device having an optical pointer (10) for position display, wherein the pointer has at least two light sources (12) of different color, the light sources (12) are adapted to emit light rays, wherein the light rays ¬ the light sources (12) on at least one predeterminable point of a surface (50) of a Untersuchungsob ekt are aligned, so that a point in a three-dimensional coordinate system can be displayed.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Lichtquellen (12) unabhängig schaltbar ist. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that each of the light sources (12) is independently switchable.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität jeder Lichtquelle (12) modulierbar ist. 3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the intensity of each light source (12) is modulated.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Lichtquellen (12) auf der Oberfläche (50) des Untersuchungsobjektes Linien als Zeiger-Bild (13) erzeugbar sind, insbesondere zueinander parallele Li¬ nien . 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that with the light sources (12) on the surface (50) of the examination object lines as a pointer image (13) are generated, in particular mutually parallel Li ¬ lines .
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Lichtquellen (12) erzeugbaren Zeiger-Bilder (13) auf der Oberfläche (50) des Untersuchungsobjektes unterbro¬ chene Linien sind, insbesondere auf einer Linie angeordnete Punkte sind. 5. The device according to claim 4, characterized in that the light sources (12) can be generated pointer images (13) on the surface (50) of the examination object interrupted ¬ chene lines are, in particular arranged on a line points.
6. Anordnung zur robotergestützten Prozessschrittanzeige und/oder automatisierten Sichtkontrolle der Prozessschrittanzeige bei einem chirurgischen Eingriff, mit einem Tisch (20) zur Ablage eines Untersuchungsobjektes und einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche. 6. Arrangement for robot-assisted process step display and / or automated visual inspection of the process step indication during a surgical procedure, comprising a table (20) for depositing an examination object and a device according to one of the preceding claims.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einrichtung zur Bildgebung (30), insbesondere zur 3D-Bildgebung, von dem Untersuchungsob ekt, das auf dem Tisch (20) positionierbar ist, sowie eine Rechnereinheit (40) umfasst ist, wobei die Rechnereinheit (40) ausgestaltet ist eine Bildverarbeitung vorzunehmen, unter Hinzunahme der Bild- Information aus der Einrichtung zur Bildgebung einen Prozessschritt, insbesondere eines chirurgischen Eingriffs, zu be¬ rechnen und den Zeiger (10) der Vorrichtung zur Positionsanzeige zu betätigen. 7. Arrangement according to claim 6, characterized in that at least one means for imaging (30), in particular for 3D imaging, from the examination subject, which can be positioned on the table (20), and a computer unit (40), wherein the computer unit (40) is configured to perform image processing, with the addition of the image information from the device for imaging a process step, in particular a surgical procedure, to be ¬ to calculate and to actuate the pointer (10) of the device for displaying the position.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Monitor (41) und mindestens zwei Einrichtungen zur Bildgebung umfasst sind, wobei mindestens eine der Einrich¬ tungen zur Bildgebung eine Einrichtung zur 3D-Bildgebung ist und mindestens eine der Einrichtungen zur Bildgebung eine Ka- mera, zur Erfassung der Oberfläche des Untersuchungsob ektes mit dem Zeiger-Bild des optischen Zeigers, ist, und wobei die Rechnereinheit ausgestaltet ist, auf dem Monitor (41) eine Überlagerung von zumindest einem 3D-Bild der Einrichtung zur 3D-Bildgebung und einem Bild der Kamera zur Erfassung der Oberfläche des Untersuchungsobjektes, wobei das Bild der Ka¬ mera einen Oberflächenabschnitt des Untersuchungsobjektes er- fasst, der das Zeiger-Bild des optischen Zeigers umfasst, auszugeben . 8. Arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that a monitor (41) and at least two means for imaging are included, wherein at least one of the Einrich ¬ lines for imaging is a device for 3D imaging and at least one of the means for imaging a camera, for detecting the surface of the examination object with the pointer image of the optical pointer, and wherein the computer unit is designed, overlays at least one 3D image of the device for 3D imaging on the monitor (41) and an image of the camera for detecting the surface of the inspection object, wherein the image of the Ka ra ¬ summarizes a surface portion of the examination object ER- comprising the pointer image of the optical pointer output.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit (40) ausgestaltet ist eine Positionskon¬ trolle, insbesondere eine Tiefenkontrolle, vorzunehmen mit¬ tels eines Bildauswerteprogramms anhand der von den Licht¬ quellen (12) des optischen Zeigers (10) erzeugten Zeiger- Bilder (13) auf der Oberfläche (50) des Untersuchungsobjektes . 9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the computer unit (40) is designed a position control ¬ , in particular a depth control to make with ¬ means of a Bildauswerteprogramms based on the light sources ¬ (12) of the optical pointer (10) generated Pointer images (13) on the surface (50) of the examination subject.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit (40) ausgestaltet ist, bei Nichtüberein- Stimmung der Zeiger-Bilder (13) der Lichtquellen (12) des optischen Zeigers (10) auf der Oberfläche (50) des Untersu¬ chungsobjektes, ein Warnsignal auszugeben. 10. Arrangement according to claim 9, characterized in that the computer unit (40) is configured, when not agree mood of the pointer images (13) of the light sources (12) of the optical pointer (10) on the surface (50) of the Untersu ¬ object to output a warning signal.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Einrichtungen zur Bildgebung (30) eines Untersuchungsob ektes eine Mono-Kamera oder eine Ste¬ reokamera, insbesondere eine Videokamera oder eine laparosko¬ pische Videokamera, ist, und eine der Einrichtungen zur Bild- gebung (30) eines Untersuchungsob ektes ein Computertomogra¬ phie-Scanner oder ein C-Bogen ist. 11. Arrangement according to one of claims 8 to 10, characterized in that one of the means for imaging (30) of a Untersuchungsob ectes a mono-camera or a Ste ¬ reocamera, in particular a video camera or a laparosko ¬ pical video camera is, and a the means for image gebung (30) of a Untersuchungsob ect a Computertomogra ¬ tomography scanner or a C-arc.
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