DE10040498A1 - Vorrichtung zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts - Google Patents

Vorrichtung zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts

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Abstract

Bei einer Vorrichtung (1) zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts (3) mit einer Arbeitsobjektdateneinheit (7) und einer Anzeigeeinheit (5) zur Darstellung von Arbeitsobjektdaten aus der Arbeitsobjektdateneinheit (7) ermöglicht die Anzeigeeinheit (5) bei Kopfbewegungsfreiheit eine gleichzeitige visuelle Erfassung des momentanen Arbeitsobjekts (3) und der Arbeitsobjektdaten aus der Arbeitsobjektdateneinheit (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine derartige Vorrichtung zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts ist aus der US 5,383,454 (Bucholz) bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist das Arbeitsobjekt ein zu operierender Patient, von dem präoperativ erstellte Diagnosedaten, z. B. CT und MRI-Daten, in einer Arbeitsobjektdateneinheit gespeichert sind. Während der Bearbeitung des Arbeitsobjekts, d. h. während der Operation, werden als Arbeitsobjektdaten CT- oder MRI- Schnittbilder auf einem Monitor zusammen mit einer Markierung dargestellt, welche ein chirurgisches Instruments symbolisiert. Durch eine die relative Lage von chirurgischem Instrument und Patient erfassende Lageerfassungseinheit entspricht dabei die im Monitor zu erkennende Position der Markierung im Schnittbild der Relativposition von chirurgischem Instrument und Patient.
Die US 4,722,056 (Roberts et al.) beschreibt eine gattungsgemäße Vorrichtung für die bildgestützte Chirurgie, bei der die Anzeigeeinheit ein Operationsmikroskop ist. Aufgrund einer die relative Lage von Operationsmikroskop und Patient erfassenden Lageerfassungseinheit kann in das Bildfeld dieses Operationsmikroskops die Monitordarstellung eines CT-Schnittbilds eingespiegelt werden und dem momentanen Bild des Patienten lagerichtig überlagert werden.
Auch die DE 196 40 907 A1 der Anmelderin offenbart eine gattungsgemäße Vorrichtung für die bildgestützte Chirurgie mit einem Operationsmikroskop, in welchem zur jeweiligen OP- Situation passende Schnittbilder ergänzt durch präoperativ erzeugte Navigationsplanungsdaten dem momentanen Bild des Patienten überlagert werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte gattungsgemäße Vorrichtung zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale in Anspruch 1 gelöst. Denn durch eine Anzeigeeinheit, die bei Kopfbewegungsfreiheit eine gleichzeitige visuelle Erfassung des momentanen Arbeitsobjekts und der Arbeitsobjektdaten aus der Arbeitsobjektdateneinheit ermöglicht, kann der das Arbeitsobjekt Bearbeitende seinen Kopf im wesentlichen frei bewegen und dennoch stets mit der in den Arbeitsobjektdaten enthaltenen Information versorgt werden.
Insbesondere für den Anwendungsfall einer chirurgischen Operation erhält der Chirurg durch die Überlagerung des aktuellen Bilds der Operationswunde mit zusätzlichen Informationen, welche sowohl präoperativ als auch intraoperativ erzeugt sein können, wesentliche Zusatzinformationen, die sowohl die Genauigkeit der Operation steigern als auch mehr Sicherheit durch die derart ermöglichte zusätzliche räumliche Darstellung teilweise oder ganz verborgener Strukturen bieten.
So umfassen die bei vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung von der Anzeigeeinheit dargestellten Arbeitsobjektdaten Schnittbilder oder Schattenbilder bzw. C-Bogen-Bilder des Arbeitsobjekts bzw. Patienten.
Ferner können die von der Anzeigeeinheit dargestellten Arbeitsobjektdaten ein der momentanen Oberflächengestalt des Arbeitsobjekts entsprechendes, aus den Arbeitsobjektdaten erzeugtes Bild umfassen, wodurch sich das Überlagerungsbild auch unebenen Oberflächen des Arbeitsobjekts perfekt anpassen kann.
Zur weiteren Erleichterung der Bearbeitung des Arbeitsobjekts können die von der Anzeigeeinheit dargestellten Arbeitsobjektdaten Konturen von Teilstrukturen des Arbeitsobjekts umfassen, wobei die Teilstrukturen auch unterhalb der momentanen Oberfläche des Arbeitsobjekts liegen können.
Wenn die von der Anzeigeeinheit dargestellten Arbeitsobjektdaten farbkodiert sind, können Kontraste erhöht und zusätzliche Informationen bildlich dargestellt werden.
Eine dem natürlichen Seheindruck ähnliche Darstellung der Arbeitsobjektdaten wird durch eine Anzeigeeinheit erreicht, welche die Arbeitsobjektdaten als stereoskopische Bilder darstellt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist die Anzeigeeinheit kopfgestützt. d. h. zum Beispiel ein sogenanntes "Head-mounted-Display" mit Durchsichtfähigkeit oder ein die Arbeitsobjektdaten mittels eines ablenkbaren Laserstrahls direkt auf die Netzhaut eines Chirurgen schreibende Einheit. Wenn dann noch eine Lageerfassungseinheit die relative Lage von Arbeitsobjekt und kopfgestützter Anzeigeeinheit erfaßt, können die Arbeitsobjektdaten abhängig von der Entfernung und Blickrichtung des Chirurgen stets so formatiert werden, daß die Arbeitsobjektdaten dem durch die kopfgestützte Anzeigeeinheit hindurch oder an der kopfgestützten Anzeigeeinheit vorbei gesehenen realen Arbeitsobjekt in Hinsicht auf Größe und Lage der Arbeitsobjektdaten perfekt angepaßt sind.
Es kann aber auch der Anzeigeeinheit eine Bildaufnahmeeinheit zugeordnet sein, wobei die Anzeigeeinheit das von der Bildaufnahmeeinheit gelieferte Momentanbild des Arbeitsobjekts zusammen mit den Arbeitsobjektdaten darstellt. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform werden sowohl das momentane Bild des Arbeitsobjekts als auch die Arbeitsobjektdaten durch Hilfsmittel erzeugt. Dadurch kann aber auch das momentane Bild des Arbeitsobjekts bearbeitet, z. B. vergrößert, werden. Die Anzeigeeinheit ist dabei z. B. ein in bequemer Blickhöhe oder zwischen Patient und Operateur angebrachter Monitor bzw. Flachbildschirm.
Bei dieser Ausführungsform ist es für eine lagerichtige Überlagerung von Arbeitsobjekt und Arbeitsobjektdaten notwendig, daß eine Lageerfassungseinheit die relative Lage von Bildaufnahmeeinheit und Arbeitsobjekt erfaßt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts am Beispiel einer chirurgischen Operation, bei der das Arbeitsobjekt ein Patient 3 ist. Dabei werden patientenbezogene Daten, insbesondere Bilddaten, einer von einem Chirurgen 4 getragenen, als Head-mounted-Display 5 mit Durchsichtfähigkeit ausgebildeten Anzeigeeinheit von einer Arbeitsobjektdateneinheit 7 über eine Datenleitung 9 geliefert.
Eine Lageerfassungseinheit 11 erfaßt die relative Lage von Patient 3 und Anzeigeeinheit 5. Geeignete Lageerfassungseinheiten sind neben den bereits erwähnten Druckschriften z. B. auch in der US 5,920,395 oder der EP 0 501 993 B1 offenbart.
Über eine Datenleitung 13 wird die erfaßte Lageinformation zur Arbeitsobjektdateneinheit 7 geliefert, welche die Darstellung von Patientenschnittbildern etc. an diese Relativlage anpaßt.
Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 101 zur bildgestützten Chirurgie. Den Elementen in Fig. 1 entsprechende Elemente der Vorrichtung 101 tragen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 vermehrt um die Zahl 100.
Die Vorrichtung 101 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten durch die als deckengestützter stereoskopischer Flachbildschirm 105 ausgeführte Anzeigeeinheit und eine dieser Anzeigeeinheit zugeordnete Kamera 115, welche an einem gelenkigen Stativ 117 angeordnet ist.
Das von der Kamera 115 aufgenommene Bild des Patienten 103 wird über eine Datenleitung 113 an die Arbeitsobjektdateneinheit 107 übertragen. Zusammen mit dem Bild des Patienten 103 werden zur Bestimmung der Relativlage und Relativorientierung von Kamera 115 und Patient 103 über die Datenleitung 113 auch noch Winkelinformationen aus den Gelenken des Stativs 117 übertragen. Ein dazu geeignetes Stativ ist z. B. in der EP 0 554 711 B1 beschrieben.

Claims (13)

1. Vorrichtung (1; 101) zur bildgestützten Bearbeitung eines Arbeitsobjekts (3; 103) mit einer Arbeitsobjektdateneinheit (7; 107) und einer Anzeigeeinheit (5; 105) zur Darstellung von Arbeitsobjektdaten aus der Arbeitsobjektdateneinheit (7; 107), dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit (5; 105) bei Kopfbewegungsfreiheit eine gleichzeitige visuelle Erfassung des momentanen Arbeitsobjekts (3; 103) und der Arbeitsobjektdaten aus der Arbeitsobjektdateneinheit (7; 107) ermöglicht.
2. Vorrichtung (1; 101) nach Anspruch 1, wobei die von der Anzeigeeinheit (5; 105) dargestellten Arbeitsobjektdaten Schnittbilder des Arbeitsobjekts (3; 103) umfassen.
3. Vorrichtung (1; 101) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die von der Anzeigeeinheit (5; 105) dargestellten Arbeitsobjektdaten Schattenbilder des Arbeitsobjekts (3; 103) umfassen.
4. Vorrichtung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Arbeitsobjekt ein zu operierender Patient (3; 103) ist und die von der Anzeigeeinheit (5; 105) dargestellten Arbeitsobjektdaten C-Bogen-Bilder umfassen.
5. Vorrichtung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die von der Anzeigeeinheit (5; 105) dargestellten Arbeitsobjektdaten ein der momentanen Oberflächengestalt des Arbeitsobjekts (3; 103) entsprechendes, aus den Arbeitsobjektdaten erzeugtes Bild umfassen.
6. Vorrichtung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die von der Anzeigeeinheit (5; 105) dargestellten Arbeitsobjektdaten Konturen von Teilstrukturen des Arbeitsobjekts (3; 103) umfassen.
7. Vorrichtung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die von der Anzeigeeinheit (5; 105) dargestellten Arbeitsobjektdaten farbkodiert sind.
8. Vorrichtung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Anzeigeeinheit (5; 105) die Arbeitsobjektdaten als stereoskopische Bilder darstellt.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Anzeigeeinheit (5) kopfgestützt ist.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei eine Lageerfassungseinheit (11) die relative Lage von Arbeitsobjekt (3) und kopfgestützter Anzeigeeinheit (5) erfaßt.
11. Vorrichtung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Anzeigeeinheit (105) eine Bildaufnahmeeinheit (115) zugeordnet ist und die Anzeigeeinheit (105) das von der Bildaufnahmeeinheit (115) gelieferte Momentanbild des Arbeitsobjekts (103) zusammen mit den Arbeitsobjektdaten darstellt.
12. Vorrichtung (101) nach Anspruch 11, wobei das von der Bildaufnahmeeinheit (115) gelieferte Momentanbild des Arbeitsobjekts (103) stereoskopisch ist und die Anzeigeeinheit (105) das Momentanbild des Arbeitsobjekts (103) stereoskopisch darstellt.
13. Vorrichtung (101) nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine Lageerfassungseinheit (117) die relative Lage von Bildaufnahmeeinheit (115) und Arbeitsobjekt (103) erfaßt.
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