WO2008058520A2

WO2008058520A2 - Vorrichtung zur bereitstellung von bildern für einen operateur

Info

Publication number: WO2008058520A2
Application number: PCT/DE2007/002048
Authority: WO
Inventors: Frank Duffner
Original assignee: Universitätsklinikum Tübingen
Current assignee: Universitätsklinikum Tübingen
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2008-05-22
Anticipated expiration: 2009-05-13
Also published as: WO2008058520A3; DE102007054450A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Bildern für einen Operateur während einer chirurgischen Operation mit einem Navigationssystem zur Ortung und Darstellung chirurgischer Instrumente und/oder bildhafter Patientendaten vorgeschlagen, mittels der die bildgebenden Hilfsmittel für den Operateur verbessert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass wenigstens eine gemeinsame Kamera für die Bilderfassung des Operationsfeldes und für die Ortung, d.h. für die Bestimmung der Kameraposition und -Orientierung durch das Navigationssystem vorgesehen ist.

Description

„Vorrichtung zur Bereitstellung von Bildern für einen Operateur"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Bildern für einen Operateur während einer chirurgischen Operation nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der modernen Chirurgie, insbesondere der Neurochirurgie wird der behandelte Chirurg durch unterschiedliche bildgebende Vorrichtungen unterstützt. Sogenannte Neuronavigationssysteme stellen beispielsweise die Verbindung zwischen dem behandelnden Chirurgen, das heißt der Patientenanatomie, wie er sie bei der Behandlung sieht, und diagnostischen Daten her, die beispielsweise durch eine Computertomografie, durch Ultraschall, durch Röntgenaufnahmen oder dergleichen erhalten wurden und durch eine Recheneinheit in einer Bildausgabe visuell dargestellt werden.

Die Referenzzierung eines solchen Neuronavigationssystems ist in der Druckschrift DE 196 39 615 Al beschrieben.

Durch derartige Navigationssysteme kann die momentane Patientenanatomie und Position sowie die reale Raumposition von chirurgischen Instrumenten und Behandlungsapparaten auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden. In der oben zum Stand der Technik genannten Druckschrift wird darüber hinaus die Verwertung präoperativ gewonnener Bilddaten sowie die Integration eines chirurgischen Mikroskops, eines Ultraschalldiagnosesystems in ein Neuronavigationssystem beschrieben.

Die Integration des chirurgischen Mikroskops findet dabei dergestalt statt, dass ein herkömmliches Mikroskop mit einer beweglichen Halterung versehen wird, die an das Navigationssystem gekoppelt ist. Durch gesteuerten Antrieb dieser Halterung kann der Operateur die Position sowie die Tiefenschärfe des Operationsmikroskops mit Hilfe des Navigationssystems verstellen.

Nachteilig hierbei ist jedoch, dass der Operateur mindestens zwei Bilddarstellung während der Operation beobachten muss. Zum einen wird die mikroskopische Vergrößerung des Operationsfeldes über das Okular des Mikroskops beobachtet, während die über das Navigationssystem zur Verfügung gestellte Information auf einer eigenen Bildausgabe, in der Regel auf einem Monitor dargestellt wird.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist weiterhin der Umstand, dass herkömmliche chirurgische Mikroskope derart störend dimensioniert sind, dass der Operateur keinen ungehinderten Zugang zum Operationsfeld hat. Oftmals müssen je nach Art der Operation die chirurgischen Instrumente über lange Zeiträume mit gestreckten Armen geführt werden, während der Chirurg in das Okular des zwischen ihm und dem Patienten angeordneten Mikroskops schaut.

Weiterhin ist mit der Druckschrift WO 2006/095027 Al eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt geworden, bei dem über die Kamera mikroskopische Bilder des Operationsfeldes erfasst und mit virtuellen Daten kombiniert dargestellt wird. Zur Erkennung der Kameraposition sowie weiterer Gegenstände ist ein Navigationssystem herkömmlicher Art vorgesehen. In einer Veröffentlichung auf einem Symposium (Eurographics Symposium on Virtual Environments (2006) ) wurde unter der Überschrift "Model-based Hybrid Tracking for Medical Augmented Reality" eine Hybridvorrichtung vorgestellt, bei der eine Navigation, insbesondere für das sogenannte "Tracking" der Kamera zur Bilddatenerfassung mittels eines herkömmlichen Navigationssystems unter Zuhilfenahme von Infrarotkameras vorgenommen wird. Die Kameraposition und Orientierung wird somit über dieses externe Navigationssystem erfasst. Weiterhin werden in diesem Hybrid-System Fehler beim "Tracking" durch das Navigationssystem, die sich in geringfügige Abweichungen der damit bestimmten Kameraposition und -Orientierung von der tatsächlichen Position und Orientierung äußern können, durch ein Abgleichverfahren eines aktuell aufgenommenen Kamerabildes mit abgespeicherten Bildern, die signifikante Merkmale oder Referenzpunkte enthalten, korrigiert. Das sogenannte "Tracking" wird jedoch nach wie vor über das separate, herkömmliche Navigationssystem vorgenommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bildgebenden Hilfsmittel für den Operateur zu verbessern.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Stand der Technik der einleitend genannten Art durch die kennzeichneten Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass wenigstens eine gemeinsame Kamera für die Bilderfassung des Operationsfeldes und für das Navigationssystem vorgesehen wird. Diese Kamera, die beispielsweise zur Erfassung mikroskopischer Daten auch mit einer hochauflösenden Optik ausgestattet werden kann, ist dabei in vorteilhafter Weise zugleich für die Ortungsfunktion des Navigationssystems verwendbar.

Die erfindungsgemäße Verwendung dieser Kamera mit Doppelfunktion beinhaltet somit nicht nur eine etwaige Fehlerkorrektur etwaiger, beim "Tracking" durch ein separates Navigationssystem gewonnener Daten. Eine solche Kamera wird in Doppelfunktion nicht nur zur Erfassung des Operationsfeldes, sondern vielmehr auch für das "Tracking" selbst verwendet.

Die Ortung, d.h. Bestimmung von Position und Orientierung kann dabei z.B. in bekannter Weise dadurch geschehen, dass Markierungen an unterschiedlichen Orten, beispielsweise ortsfest mit einem Operationstisch, am Patienten, u.s.w. angebracht werden, die sodann rechnerisch durch Bildauswertung in ihrer relativen Position bezüglich der Kamera bestimmbar sind. Weiterhin können auch signifikante Merkmale eines mit der Kamera erfassten Körpers bzw. Gegenstandes im Vergleich mit abgespeicherten Bilddaten und/oder Positionsdaten zur Ortung herangezogen werden. Ebenso können zu ortende Gegenstände, beispielsweise chirurgische Instrumente mit entsprechenden Markierungen versehen werden, die wiederum über optische Bilderfassung in ihrer Position bestimmbar sind und somit auch in der Relativposition, z.B. zu dem Patienten bzw. zum Operationsfeld darstellbar sind. Diese Kamera kann dabei im sichtbaren und/oder nicht sichtbarem Frequenzbereich, z.B. im IR-Bereich arbeiten, durch die erfindungsgemäße Doppelfunktion der Kamera sowohl zu Zwecken der Bilderfassung des Operationsfeldes als auch zur Ortung der Navigation separate, ausschließlich zur Ortung für die Navigation vorgesehene Kameras. Es können auch mehrere Kameras zur Erfassung des Operationsfeldes in Doppelfunktion zur Erfassung der Kameraposition und/oder -Orientierung bzw. zur Erfassung der Position und der Orientierung weiterer Gegenstände im Blickfeld einer solchen Kamera verwendet werden. Mit unterschiedlichen Kameras gewonnene Daten bezüglich Position und Orientierung sowohl der Kamera selbst als auch sonstiger Gegenstände im Blickfeld der Kameras können sich mit Hilfe entsprechender Auswerteroutinen ergänzen.

Die Verwendung mehrerer Kameras zur Erfassung von Bildern des Operationsfeldes kann neben einer Verbesserung der Ortungsfunktion beispielsweise auch dazu sinnvoll sein, um Bilder mit unterschiedlicher Vergrößerung, aus unterschiedlichen Lichtfrequenzen, insbesondere auch außerhalb des sichtbaren Bereiches oder aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu gewinnen. Insbesondere kann mit einer Bilderfassung zweier beabstandeter Kameras auch eine dreidimensionale Darstellung ermöglicht werden.

Derartige Kameras können in einer gemeinsamen, vorzugsweise beweglichen Kamerahalterung gewissermaßen in einem Kamerakopf untergebracht oder aber in verschiedenen Kamerahalterungen montiert werden.

Durch Digitalisierung der mikroskopisch erfassten Bilder ist eine Darstellung des Mikroskopbildes gemeinsam mit weiteren als Bild dargestellten Informationen für den Operateur auf einer Bildausgabe, bzw. einem Display möglich.

Ein mikroskopisches Bild im Sinne der Erfindung ist dabei eine optisch erfasste vergrößerte Darstellung des Operationsfeldes in Echtzeit. Unter dem Begriff „Mikroskop" ist demnach jede Vorrichtung zu verstehen, die derartige Echtzeitbilder erzeugt. Derartige Darstellungen können beispielsweise durch ein eigenes dafür vorgesehenes optisches System in digitaler Form erzeugt werden. Auch durch ein herkömmliches Operationsmikroskop, das mit einer digitalen Bilderfassungseinheit, z.B. einer CCD-Matrix, versehen ist, können die digitalen EchtZeitbilder bereitgestellt werden. Die als mikroskopisches Bild bezeichneten Echtzeitbilder können in besonderen Ausführungsformen auch außerhalb des sichtbaren Frequenzbereichs (z.B. im IR-Bereich) erfasst und sichtbar dargestellt werden, wie dies z.B. beim sogenannten „optical imaging" vorgenommen wird, um funktionale Bereiche des Operationsfeldes darzustellen.

Bei der Erfindung können beispielsweise präoperativ gewonnene Patientendaten, beispielsweise Aufnahmen aus anderen bildgebenden Verfahren, wie einer Ultraschalluntersuchung beispielsweise der Computertomographie (CT) , der Magnetresonanztomographie (MRT) , der Positronen- Emissionstomographie (PET), der Magneto-Enzephalographie (MEG) , usw. in die Echtzeit-Darstellung des Mikroskopsbilds eingeblendet werden. Grundsätzlich können alle durch das Navigationssystem zur Verfügung stehenden Bilddarstellungen mit dem mikroskopischen Bild kombiniert werden. So können beispielsweise chirurgische Instrumente über das Navigationssystem und/oder das Mikroskop in einem gemeinsamen Bild dargestellt werden. Die mikroskopischen Echtzeit- Bilddaten geben dabei das tatsächlich während der Operation sichtbare Operationsfeld wieder, während hingegen die über das Navigationssystem gelieferten Bilder auch virtueller Natur sein können. So kann beispielsweise ein chirurgisches Instrument, das aufgrund einer gewissen Eindringtiefe in ein Gewebe mikroskopisch nur noch teilweise sichtbar ist, virtuell mit Hilfe des Navigationssystems bis zu seinem Ende verlängert werden, wobei auch das sichtbare Operationsfeld durch virtuelle Daten, beispielsweise präoperativ gewonnene Daten ergänzt werden kann.

Die verschiedenen Bildinformationen können dabei in einem oder aber auch in mehreren Bildern kombiniert, beispielsweise überlagert dargestellt werden. Vorteilhafterweise ist jedoch stets das reelle mikroskopisch aufgenommene Bild zusammen mit den Umständen nach gewünschten weiteren Bildinformationen auf einem Display realisierbar, so dass ein steter Wechsel zwischen einem Monitor und beispielsweise einem Okular nicht mehr notwendig ist.

Erfindungsgemäß können beispielsweise auch sogenannte funktionelle Bilddaten mit dem reellen mikroskopischen Bild kombiniert dargestellt werden. Funktionelle Bilddaten sind z.B. Bilder von Gewebebestandteilen, die eine bestimmte Funktion erfüllen, die aber mikroskopisch unter Umständen von dem umgebenden Gewebe nicht unterscheidbar sind. Für den Operateur kann es nunmehr von entscheidender Bedeutung sein, im mikroskopischen Bild die durch andere Methoden beispielsweise der Computertomographie (CT) , der Magnetresonanztomographie (MRT) , der Positronen- Emissionstomographie (PET), der Magneto-Enzephalographie (MEG) , usw. darstellbaren, funktionellen Bereiche des entsprechenden Gewebes zu unterscheiden.

Vorzugsweise wird eine Recheneinheit vorgesehen, die zur Auswahl und/oder Anpassung der gewünschten Patientendaten an das Mikroskopbild vorgesehen ist. Um bildhafte Patientendaten in ein Mikroskopbild zu integrieren, ist beispielsweise die Bestimmung des Blickwinkels in der Mikroskopoptik, der Vergrößerung, u.s.w. von Bedeutung. Um ein deckungsgleiches Bild der gleichen räumlichen Zonen mit aus unterschiedlichen Bildquellen bezogenen Daten zu erstellen, ist eine rechnerische Anpassung bzw. Auswahl von Bildbereichen, Perspektive, oder dergleichen unerlässlich.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird eine steuerbar angetriebene zugehörige Halterung für die Kamera mit erfindungsgemäßer Doppelfunktion und/oder die zugehörige Optik vorgesehen. Eine solche steuerbare Halterung kann beispielsweise über ein von dem Operateur positionierbares Zeige- oder Operationsinstrument gesteuert werden. Der Blickwinkel, die Fokussierung, usw. der Kamera bzw. Optik können dabei entsprechend gesteuert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt in dieser Ausführung ein mechatronisches optisches Assistenzsystem für den Operateur dar. Die gesamte Position der Kamera bzw. der zugehörigen Optik kann somit über ein Zeigeinstrument, das auch ein chirurgisches Operationsinstrument sein kann, steuerbar ausgestaltet werden. Dabei kann entweder die gesamte Kamera samt Optik bewegt werden oder aber in einer anderen Ausführungsform lediglich die Mikroskopoptik, wobei sodann eine entsprechend positionsvariable Bildübertragung auf ein Detektorsystem vorzusehen ist. In Frage käme beispielsweise ein Lichtleitsystem oder ein Spiegelsystem, vorzugsweise mit telezentrischem Strahlengang, um den Abstand der Abbildungsebene von der Gegenstandsebene variabel zu gestalten.

Bei Verwendung einer gemeinsamen Kamera für die Bilderfassung des Operationsfeldes und für das Navigationssystem kann auch eine gemeinsame Halterung der Kamera bzw. der zugehörigen Optik sowohl für die Anwendung der Bilderfassung des Operationsfeldes als auch des Navigationssystems vorgesehen werden. Zum einen wird hierdurch der apparative Aufwand insgesamt reduziert, zum anderen wird die Bilderfassung für die Navigation aus einem optimalen Blickwinkel heraus in Bezug auf die Abbildung der vom Operateur gebrauchten Instrumente gesteuert.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird eine solche steuerbar angetriebene Halterung als Roboterarm ausgebildet. Roboterarme mit der entsprechenden Antriebssteuerung und Positioniergenauigkeit sind in bewährter Bauweise im Handel erhältlich. Ein solcher Roboterarm bietet neben den Vorteilen im Hinblick auf Ansteuerung und Positionierung zusätzlich den Vorteil, dass durch die bekannten Freiheitsgrade und Stellbewegungen mittels des Roboterarms auch entsprechende Daten zur Erfassung der aktuellen Kameraposition und/oder Orientierung gewonnen werden können. Diese Daten können in einer einfacheren Variante in Form der angesteuerten Positionskoordinaten für die einzelnen Antriebsachsen vorliegen. In weiteren Ausführungen werden zudem in einem solchen Roboterarm entsprechende Positionssensoren für die einzelnen Achsen bzw. Freiheitsgrade vorgesehen, so dass die entsprechenden Antriebe nicht nur gesteuert, sondern geregelt werden können. In diesem Fall liegen die exakten Positionsdaten anhand der entsprechenden Sensoren vor und können zur Bestimmung der Kameraposition, d.h. deren Referenzierung genutzt werden. Diese Möglichkeit ergibt sich in einer vordefinierten Stellung des Roboterarms bei einer anfänglichen Referenzierung der Kamera ebenso wie während des Betriebs, d.h. z.B. während eines Eingriffs im Verlaufe einer Operation, da durch die Steuerung bzw. Regelung des Roboterarms dessen definierte Stellungen als Positionsdaten zur Verfügung stehen und somit navigationsunterstützend genutzt werden können.

Wie bereits oben angedeutet, muss ein Navigationssystem zum angegebenen Zweck referenziert werden. Hierzu empfehlen sich Referenzmarkierung an wenigstens einem chirurgischen Instrument, am Patienten und/oder in der Umgebung des Patienten, beispielsweise am Operationstisch. Die ortsfeste Markierung, beispielsweise an einem Operationstisch ermöglicht eine genau Eichung des Ortungssystems, da die Relativposition zwischen der das auszuwertende Bild erfassenden optischen Einheit und dem Operationstisch präzise bestimmbar ist. Markierungen am Patienten haben den Vorteil, dass Patientenbewegungen miterfasst und rechnerisch, beispielsweise bei der Einblendung virtueller Bilder berücksichtigt werden können. Darüber hinaus sind Markierungen am Patienten sinnvoll, um einen Abgleich mit Referenzmarkierungen während der Gewinnung präoperativer Daten zu ermöglichen.

Referenzmarkierungen am chirurgischen Instrument bzw. an einem Zeigeinstrument wiederum ermöglichen eine präzise Erfassung der Position und Orientierung dieses Instruments durch Bildauswertung. Für die rechnerische Bildauswertung muss dabei die genaue Ausrichtung und Lage der Markierung an dem entsprechenden Instrument ebenso bekannt sein, wie die exakte Formgebung des Instruments selbst, um dieses über das Navigationssystem in den bereitgestellten Bildern positionsgenau abzubilden.

Sowohl für die Erfassung der Position und Orientierung des Patienten als auch eines chirurgischen Instruments kann eine erfindungsgemäße Kamera zur Erfassung des Operationsfeldes in Doppelfunktion herangezogen werden. Dies gilt auch für andere zu ortende Gegenstände. Somit können auch für diese Funktionen separate Navigationskameras entfallen.

Für die Einblendung präoperativer Bilddaten werden diese vorzugsweise vorab in einer Speichereinheit der Bildverarbeitung des Navigationssystems abgespeichert. Grundsätzlich können in ein System, bei dem eine digitale mikroskopische Bilderfassung mit einem Navigationssystem gekoppelt ist, auch weitere bildgebende Vorrichtungen, beispielsweise Diagnosevorrichtungen wie CT-, MRT, PET- oder MEG-Geräte, Ultraschallgeräte oder dergleichen angekoppelt werden. Dies ermöglicht die Verwendung von diagnostischen Echtzeitbildern in Kombination mit mikroskopischen Echtzeit- Bildern als Hilfestellung für den Operateur. Derartige Bilder können gegenüber dem mikroskopischen Bild vorteilhafte Informationen, z.B. hinsichtlich der dreidimensionalen Ausprägung des Operationsfeldes, insbesondere auch in dem nicht sichtbaren Bereich in der Tiefe des Operationsfeldes, funktionale Informationen, usw. liefern.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich zudem mit einem Endoskop kombinieren. Auch endoskopische Bildaufnahmen können gemeinsam mit den erfindungsgemäß verwendeten Bilddarstellungen in einer oder mehreren Bildanzeigen wertvolle Hilfe für einen Operateur bilden. Dies betrifft nicht nur die endoskopische Bilderfassung aus dem Körperinneren, sondern auch die Navigation eines Endoskops, die ebenfalls mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kombinierbar ist. So können beispielsweise in einer Bilddarstellung oder zumindest in verschiedenen Bilddarstellungen auf einer gemeinsamen Anzeige, beispielsweise auf einem Monitor die mikroskopischen Aufnahmen mit der Positionsdarstellung des Endoskops und/oder der endoskopischen Bildaufnahme und/oder mit funktioneller Bildinformation bzw. sonstigen präoperativen Bildinformationen kombiniert dargestellt werden.

In jeder Ausprägung der Erfindung genießt der Operateur den ergonomischen Vorteil, durch kein störend dimensioniertes Operationsmikroskop in seiner Tätigkeit beeinträchtigt zu werden und zur Betrachtung der für ihn wesentlichen Bildinformation den Blick nicht zwischen einem Mikroskopokular und einer digitalen Bildanzeige des Navigationssystem ständig wechseln zu müssen.

Für die mikroskopische Bilderfassung werden vorzugsweise wenigstens zwei Wechselobjektive für die Mikroskopkamera vorgesehen. Hierdurch können unterschiedliche Auflösungen, Vergrößerungen und/oder Bildausschnitte ausgewählt werden. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform wird zudem ein automatischer Objektivwechsel vorgesehen. Die Steuerung einer solchen Vorrichtung zum Objektivwechseln, die beispielsweise als Revolverhalterung ausgebildet sein kann, ist wiederum mit Hilfe eines Zeigeinstruments, eines chirurgischen Operationsinstrument oder dergleichen unter Zuhilfenahme des Navigationssystems möglich.

Hierzu wird vorteilhafterweise eine automatische Objektiverkennung für das Navigationssystem vorgesehen. Die Kenntnis der Abbildungseigenschaften des jeweiligen Objektivs kann bei einem Objektivwechsel eine erneute Referenzzierung des Ortungssystem erübrigen. Der Objektivwechsel kann somit rechnerisch bei den für die Ortung erforderlichen mathematischen Abbildungsalgorithmen berücksichtigt werden.

Neben den Speichermitteln, die für extern zuführbare Bilddaten vorteilhafterweise vorgesehen werden, beispielsweise für das Einspeichern präoperativ gewonnenen Diagnosebildern und/oder Bildsequenzen, werden vorteilhafterweise auch Speichermittel vorgesehen, die zur Aufzeichnung der mikroskopischen Bilder bzw. Bildsequenzen geeignet sind, die während der Operation durch eine erfindungsgemäße digitale Bilddatenerzeugung ständig anfallen. Auf diese Art und Weise kann die Operation anhand der gespeicherten Bilder nachträglich, z.B. zu Zwecken der Weiterentwicklung oder zur Lehre aufgearbeitet werden.

Weiterhin wird vorteilhafterweise bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Schnittstelle zur Datenübertragung in eine Kommunikationsnetz (z.B. Internet, Intranet, Telefon, etc) vorgesehen. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, einen nicht anwesenden Arzt während der Operation zur Konsultation hinzu zu ziehen und diesem in Echtzeit die tatsächlichen mikroskopischen Bilder und/oder alle anderen dem Operateur zur Verfügung stehenden Bildinformationen zu übermitteln. Die Bildanzeige bzw. das Display kann beispielsweise in herkömmlicher Weise als Monitor ausgebildet werden. Auch andere Ausgestaltungen, beispielsweise als Brille, Okular, als Helm oder dergleichen sind denkbar. Es können auch mehrere Displays der gleichen oder unterschiedlicher Art für einen Operateur oder mehrere Operateure während der Operation vorgesehen werden, so dass dieser bzw. diese jeweils die in der entsprechenden Operationsphase günstigste Variante zur Benutzung heranziehen kann. So ist es beispielsweise denkbar, dass ein Operateur bei schwierigen Operationsphasen den Blick durch ein Display in Okularform bevorzugt, da er dies durch herkömmliche Operationsmikroskope gewohnt ist. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hätte der Operateur zwar den Eindruck durch ein Okular einer Optik zu schauen, er würde jedoch erfindungsgemäß auf ein elektronisches Display schauen, in dem das digitalisierte mikroskopische Bild dargestellt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figur nachfolgend näher erläutert .

Figur 1 zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Figur 2 eine schematische Darstellung eines

Operationsinstruments zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß Figur 1.

In Figur 1 die Vorrichtung 1 gemäß Figur 1 umfasst einen zentralen Rechner 2, einen teilweise dargestellten Roboterarm 3 sowie eine daran befestigte Kamera 4 mit hochauflösender Optik in Form des Objektivs 5.

Die Kamera 4 stellt in diesem Ausführungsbeispiel eine Digitalkamera dar, die über eine Verbindungsleitung 6 mit dem Zentralrechner 2 verbunden ist. Auch ein nicht näher dargestellter Antrieb des Roboterarms 3 bzw. dessen Steuerung ist über eine Verbindungsleitung 7 mit dem Zentralrechner 2 verbunden.

Ein Patient 8 liegt auf einem Operationstisch 9. Die Kamera 4 ist auf den Patient 8 gerichtet.

Zwei Displays in Form eines Monitors 10 sowie in Form eines nur schematisch dargestellten mobilen Displays 11 stehen mit dem Zentralrechner 2 in Verbindung. Das mobile Display 11 ist drahtlos mit dem Zentralrechner 2 verbunden, was über die entsprechenden Wellenlinien 12 angedeutet werden soll. Das mobile Display 11 könnte beispielsweise als Brille oder aufsetzbares Okular ausgestaltet sein.

Im Monitor 10 sind in drei Bildabschnitte unterteilte Bildbereiche 13, 14, 15 sowie ein abgesetzt separat dargestelltes Bild 16 erkennbar. Die Bildbereiche 13, 14, 15 bzw. das Bild 16 sollen lediglich andeuten, das Bildinformationen auf unterschiedliche Weise in einem erfindungsgemäßen Display nebeneinander und/oder überlagert darstellbar sind.

In Figur 2 ist ein Operationsinstrument 17 dargestellt, das beispielsweise ein Skalpell oder eine Pinzette sein kann. Das Operationsinstrument 17 ist mit einer Markierung 18 versehen. Die Markierung 18 umfasst drei optisch erkennbare Marker, z.B. LED, die über Stäbe 22 miteinander verbunden sind. Die LED können je nach Arbeitsbereich des Navigationssystems sichtbare oder nicht sichtbare LED, z.B. IR-LED, sein.

Die Markierung 18 definiert gewissermaßen ein Koordinatensystem zur Bestimmung der Position und Orientierung des Operationsinstrumentes 17. Die Abbildung der Markierung 18 auf dem Detektor der digitalen Kamera 4 ermöglicht die permanente Ortung des Operationsinstrumentes 17. Entsprechende, nicht dargestellte Markierungen am Patienten und/oder am Operationstisch können zur Referenzzierung des Systems herangezogen werden, insbesondere auch um zusätzliche Bildinformationen, beispielsweise präoperativ gewonnene Bilddaten mit einer Abbildung des Operationsinstruments 17 positionsgenau in Verbindung zu bringen.

Die Position der Kamera 4 bzw. des Objektivs 5 kann über den Roboterarm 3 erfasst oder aber durch Eichung mittels eines Eichkörpers bekannter Lage und Form, einer Eichmarkierung oder dergleichen, bestimmt werden. Derartige Vorrichtungen sind als Navigationssystem für die Navigation chirurgischer Instrumente in Verbindung mit bildhaften Patientendaten, beispielsweise präoperativ gewonnenen Bilder aus einer Computertomografie oder dergleichen bekannt.

Erfindungsgemäß neu hingegen ist nunmehr der Ersatz eines herkömmlichen Operationsmikroskops durch ein System mit digitaler Bilddatenerzeugung, beispielsweise der Kamera 4.

Grundsätzlich können auch verschiedene Kameras für die Ortung durch das Navigationssystem einerseits und für die mikroskopische Bilderfassung andererseits Verwendung finden. Das dargestellte Ausführungsbeispiel mit gemeinsamer Verwendung einer Kamera für beide Systeme bietet naturgemäß verschiedene Vorteile, wie beispielsweise einen geringeren apparativen Aufwand, weniger Platzbedarf im Arbeitsbereich eines Operateurs, usw.

Zu dem wird die Kamera für die mikroskopische Bilderfassung zwangsläufig stets auf das aktuell zu behandelnde Operationsgebiet gerichtet, in dem sich selbstverständlich auch die Handhabung der zu ortenden Operationsinstrumente 17 abspielt. Insofern ist die Verwendung eines gemeinsamen Bilderfassungssystems sowohl für die mikroskopische Bilderfassung als auch für die Ortung des Navigationssystems durchaus möglich.

Dem Operateur können hierdurch in ein und demselben Display, beispielsweise auf dem Monitor 10 neben den durch das Navigationssystem zur Verfügung stehenden Bilddaten auch das mikroskopische Bild angeboten werden. Er braucht zur Betrachtung aller dieser Bilddaten den Blick nicht mehr vom Monitor 10 auf das Okular eines herkömmlichen Mikroskops zu richten. Dabei können verschiedene Bilder nebeneinander angeordnet werden, wie dies in Figur 1 dargestellt ist. Selbstverständlich ist jedoch auch die Überlagerung verschiedener Bildinformationen durch die entsprechende Bildverarbeitung möglich. So kann beispielsweise eine mikroskopische Bilddarstellung durch eine dreidimensionale Aufnahme aus einer Computertomografie hinterlegt werden, die entweder präoperativ oder während der Operation gewonnen wird. Zu diesem Zweck kann ein entsprechendes Diagnosegerät wie ein Computertomograf, ein Ultraschallgerät oder dergleichen ebenfalls an den Zentralrechner 2 angeschlossen werden.

Auch andere vorteilhafte Nutzungen, beispielsweise die virtuelle Verlängerung eines Operationsinstruments 17 in einem mikroskopischen Bild kann in einem erfindungsgemäßen System ohne weiteres vorgesehen werden. So können beispielsweise Gewebebereiche als virtuelles Bild in dem realen mikroskopischen Bild dargestellt werden und somit dem Operateur eine sinnvolle Unterstützung bieten.

Alle auf dem Monitor 10 darstellbaren Bildinformationen sind grundsätzlich auch in ein mobiles Display einspielbar. Vorzugsweise wird ein mobiles Display zusätzlich geortet, so dass die Blickrichtung der Kamera so weit als möglich mit der Blickrichtung des Operateurs in das mobile Display übereinstimmt. Dies wiederum erleichtert die Führung von georteten und abgebildeten Operationsinstrumenten 17 im Operationsgebiet .

Bezugszeichenliste:

1 Vorrichtung

2 Zentralrechner

3 Roboterarm

4 Kamera

5 Objektiv

6 Verbindungsleitung

7 Verbindungsleitung

8 Patient

9 Operationstisch

10 Monitor

11 Mobiles Display

12 Wellenlinie

13 Bildbereich

14 Bildbereich

15 Bildbereich

16 Bild

17 Operationsinstrument

18 Markierung

19 Markierungs-LED

20 Markierungs-LED

21 Markierungs-LED

22 Stab

Claims

Ansprüche:

1. Vorrichtung zur Bereitstellung von Bilder für einen Operateur während einer chirurgischen Operation mit einem Navigationssystem zur Ortung und Darstellung chirurgischer Instrumente und/oder bildhafter Patientendaten sowie einer Einheit zur Bilderfassung des Operationsfeldes, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine gemeinsame Kamera für die Bilderfassung des Operationsfeldes und für die Ortung, d.h. für die Bestimmung der Kameraposition und -Orientierung durch das Navigationssystem vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vergrößerte Darstellung des Operationsfeldes in Echtzeit als mikroskopisches Bild vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddaten des Operationsfeldes und/oder die chirurgischen Instrumente und/oder die bildhaften Patientendaten in einem gemeinsamen Bilddisplay darstellbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Bilder in einem gemeinsamen Display überlagerbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass virtuelle und reelle Bilder kombiniert bzw. überlagert darstellbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass funktionale Bilddaten kombiniert mit mikroskopischen Bildern darstellbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rechnereinheit (2) zur Auswahl und/oder Anpassung von Patientendaten an das Mikroskopbild vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronisch ansteuerbar angetriebene Mikroskophalterung für die Mikroskopkamera und/oder eine Mikroskopoptik zur Abbildung eines mikroskopischen Bildes auf einem digitalen Bilddetektor vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroskophalterung als Roboterarm ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Erfassung der Position und/oder Orientierung eines chirurgischen Instruments und/oder eines Patienten und/oder dessen Umgebung auf der Basis eines oder mehrerer der mit der Kamera für die Erfassung des Operationsfeldes aufgenommenen Bilder vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Referenzmarkierungen an wenigstens einem chirurgischen Instrument (17) und/oder wenigstens eine Referenzmarkierung an dem Patienten und/oder dessen Umgebung vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Patientendaten präoperatisv gewonnene Daten aus Diagnoseuntersuchungen verwendbar sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bildgebende Diagnosevorrichtungen während der Operation an die Vorrichtung ankoppelbar sind.

14. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endoskop an eine erfindungsgemäße Vorrichtung anschließbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endoskop an der Mikroskophalterung anbringbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Wechselobjektive (5) für die Mikroskopkamera (4) vorgesehen sind.

17. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein automatischer Objektivwechsel vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationssystem Mittel zur Erkennung des aktuell verwendeten Objektivs umfasst.

19. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Speichermittel für extern zuführbare Bilddaten vorgesehen sind.

20. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Speichermittel zur Aufzeichnung der Mikroskopbilder bzw. der mikroskopischen Bildsequenzen vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnittstelle zur Datenübertragung in ein Kommunikationsnetz vorgesehen ist.

22. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Displays als Monitor, Brille, Okular und/oder Helm ausgebildet sind.