DE69815260T2 - Bildanzeigevorrichtung - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bildwiedergabesystem, das ein Bildwiedergabegerät zum Wiedergeben eines Bildes enthält, wobei das Bild von der Position und/oder Orientierung des Bildwiedergabegerätes abhängig ist. Die Erfindung betrifft auch ein bildgeführtes chirurgisches System. Ein Bildwiedergabesystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus US-5 526 812 bekannt.
  • Ein Bildwiedergabesystem dieser Art ist aus dem Beitrag Virtual reality assisted surgery program von R. A. Robb und B. Cameron in Interactive technology and the new paradigm for healthcare (1995) (S. 309–320) bekannt.
  • Der Benutzer des bekannten Bildwiedergabesystems trägt das Bildwiedergabegerät auf dem Kopf. Das dem Benutzer von dem Bildwiedergabegerät gezeigte Bild ist insbesondere von der Orientierung des Kopfes des Benutzers abhängig. Es wird somit erreicht, dass der Benutzer zuvor aufgezeichnete Bildinformation sieht, während die Illusion erzeugt wird, dass der Benutzer diese Bildinformation direkt sieht.
  • Der genannte Artikel erwähnt, dass ein derartiges Bildwiedergabesystem vorteilhaft für medizinische Diagnose und Chirurgie verwendet werden kann. Bei einer solchen Anwendung zeigt das Bildwiedergabesystem dem Benutzer, in diesem Fall dem behandelnden Arzt oder Chirurgen, während der Behandlung eine zuvor aufgezeichnete Bildinformation eines zu untersuchenden und/oder zu behandelnden Patienten. Solche zuvor aufgezeichnete Bildinformation enthält beispielsweise Bilder, die mit Hilfe von Magnetresonanz-(MRI-)Verfahren oder Röntgencomputertomographie (CT) erstellt worden sind. Der Benutzer braucht während der Behandlung des Patienten keinen gesonderten Monitor zu betrachten, um die zuvor aufgezeichnete Bildinformation zu sehen, sondern statt einer direkten Sicht auf den Patienten sieht der Benutzer zuvor aufgezeichnete Bildinformation, die entsprechend der Blickrichtung des Benutzers wiedergegeben wird. Ein Nachteil des bekannten Bildwiedergabesystems ist, dass es nicht gut möglich ist, dass der Benutzer zuvor aufgezeichnete Bildinformation in Kombination mit einer direkten Sicht auf den Patienten zu sehen bekommt.
  • Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Bildwiedergabesystem zu verschaffen, wodurch zuvor aufgezeichnete Bildinformation eines Objektes wiedergegeben werden kann und trotzdem eine direkte Beobachtung des Objektes möglich bleibt.
  • Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines Bildwiedergabesystems nach Anspruch 1 gelöst.
  • Das Bildwiedergabegerät gibt die zuvor aufgezeichnete Bildinformation als Bild wieder, das von dem Ort und/oder der Orientierung des Bildwiedergabegerätes abhängt. Die Bildinformation wird insbesondere als Bild wiedergegeben, das von der Position und/oder Orientierung des Bildwiedergabegerätes relativ zu dem Objekt, beispielsweise einem zu untersuchenden oder zu behandelnden Patienten, abhängt. Dieses Bild gibt insbesondere Bildinformation wieder, die das Innere des Objekts betrifft, wie es direkt sichtbar wäre, wenn das Objekt in gewissem Maße durchsichtig wäre. Beispielsweise gibt das Bildwiedergabegerät ein Bild eines Teils des Inneren des Patienten in der Nähe der betreffenden Position wieder. Der Benutzer kann die Position und/oder Orientierung verändern, um am Bildwiedergabegerät entlang zu sehen, um so eine direkte Sicht auf das Objekt zu haben, ohne dass das Bild auf dem Bildwiedergabegerät geändert wird. Es somit möglich, das Bild auf dem Wiedergabegerät zu betrachten und gleichzeitig direkt auf das Objekt zu schauen oder schnell zwischen Betrachtung des Bildes und Betrachtung des Objektes zu wechseln. Gleichzeitig oder unmittelbar vor oder nach der Betrachtung des Bildes kann der Benutzer direkt das Objekt betrachten, indem er am Bildwiedergabegerät entlang sieht.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bildwiedergabesystems enthält ein Positionsdetektionssystem zum Messen einer Position und/oder Orientierung des Bildwiedergabegerätes.
  • Auf Basis der gemessenen Position und/oder Orientierung des Bildwiedergabegerätes wird zuvor aufgezeichnete Bildinformation von einer Bildverarbeitungseinheit des Bildwiedergabesystems verarbeitet, um daraus ein Bild abzuleiten, das der gemessenen Position und/oder Orientierung des Bildwiedergabegerätes entspricht. Dieses Bild wird auf dem Bildwiedergabegerät wiedergegeben. Zusammen mit der Bildinformation werden Positionsdaten einer Anzahl Positionen in oder auf dem Patienten aufgezeichnet. Beispielsweise können feste Marken verwendet werden, die beim Aufzeichnen der Bildinformation mit aufgezeichnet werden; deutlich erkennbare Positionen in der Anatomie können jedoch auch als Marken verwendet werden. Die Positionen dieser Marken werden gemessen und der Datenprozessor leitet aus den Positionen der genannten Marken und den Positionen der Wiedergabe dieser Marken in den aufgezeichneten Bildern eine Beziehung zwischen Positionen in dem Patienten und entsprechenden Positionen in den zuvor aufgezeichneten Bildern ab. Die Bildverarbeitungseinheit leitet auf Basis der Position und/oder Orientierung des Bildwiedergabegerätes, der Position des Patienten und der Beziehung zwischen Positionen in dem Patienten und in den zuvor aufgezeichneten Bildern aus der Bildinformation ein Bildsignal ab, das das Bild repräsentiert, das der Position des Bildwiedergabegerätes relativ zu dem Patienten entspricht. Dieses Bildsignal wird dem Bildwiedergabegerät zugeführt, um dieses Bild wiederzugeben. Das Bildwiedergabegerät kann somit verwendet werden, um Bildinformation, die das Innere des Patienten betrifft, in gleicher Weise zu betrachten, wie das Äußere eines Objektes mit Hilfe eines Vergrößerungsglases erforscht werden kann.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bildwiedergabesystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bildwiedergabegerät eine Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Positionssignals enthält, das die Position und/oder Orientierung des Bildwiedergabegerätes repräsentiert.
  • Das Positionsdetektionssystem empfängt das Positionssignal und leitet daraus die Position des Bildwiedergabegerätes ab. Das Positionsdetektionssystem leitet insbesondere die Position des Wiedergabegerätes relativ zum Patienten ab. Es ist verhältnismäßig einfach, die Position des Bildwiedergabegerätes zu messen, weil die Sendeeinrichtung die Position des Bildwiedergabegerätes dem Positionsdetektionssystem bekannt macht. Beispielsweise enthält die Sendeeinrichtung einige Licht emittierende oder Infrarotstrahlung emittierende Dioden (LEDs oder IREDs). Das Positionsdetektionssystem umfasst einen oder mehrere CCD-Sensoren und ist zum Empfangen des Lichtes oder der Infrarotstrahlung, die von der Sendeeinrichtung ausgesendet werden, geeignet. Der eine oder die mehreren CCD-Sensoren leiten aus einzelnen Bildern aus verschiedenen Richtungen der LEDs oder IREDs Bildsignale ab. Das Positionssystem enthält einen Computer zum Ableiten der Positionen der LEDs oder IREDs und somit der Position des Bildwiedergabegerätes aus den genannten Bildsignalen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bildwiedergabesystemsist dadurch gekennzeichnet, dass das Bildwiedergabegerät einen Flüssigkristallanzeigeschirm enthält.
  • Ein Flüssigkristallanzeigeschirm, d. h. ein so genanntes LCD-Display ist flach. Ein Bildwiedergabegerät einschließlich eines solchen LCD-Displays kann einen sehr kompakten, insbesondere flachen Aufbau haben. Ein solches Bildwiedergabegerät kann von dem Benutzer bequem in der Hand gehalten werden und somit auch in einfacher Weise von dem Benutzer über den Patienten hinweg bewegt werden. Immer wenn das Bildwiedergabegerät an einer neuen Position platziert ist, wird von dem Bildwiedergabegerät zu der betreffenden Position gehörende Bildinformation wiedergegeben.
  • Das erfindungsgemäße bildgeführte chirurgische System enthält ein Positionsmesssystem zum Messen einer Position eines Instrumentes und ein Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Wiedergeben eines Bildes, das Bildinformation und die Position des Instrumentes repräsentiert.
  • Das bildgeführte chirurgische System zeigt dem Benutzer, insbesondere einem Chirurgen, wo während der chirurgischen Behandlung, beispielsweise einer Operation, in dem Operationsgebiet das Instrument liegt. Vor oder während der Operation ist Bildinformation des Patienten, wie z. B. CT- und/oder MRI-Bilder, aufgezeichnet worden. In oder auf dem Patienten angebrachte Marken werden ebenfalls in den Bildern wiedergegeben.
  • Das Positionsmesssystem misst Positionen der Marken in oder auf dem Patienten. Das Positionsmesssystem enthält einen Computer, um aus den Positionen der genannten Marken und aus den entsprechenden Positionen von Abbildungen der genannten Marken in den aufgezeichneten Bildern eine Beziehung zwischen Positionen in dem Patienten und entsprechenden Positionen in den Bildern abzuleiten. Unter Verwendung dieser Beziehung berechnet der Computer auch die Position in einem oder mehreren der aufgezeichneten Bilder, die der gemessenen Position des Instrumentes entsprechen. Das bildgeführte chirurgische System enthält auch einen Bildprozessor zum Ableiten eines Bildsignals aus der aufgezeichneten Bildinformation und der Position des Instrumentes, welches Bildsignal ein aufgezeichnetes Bild repräsentiert, in dem die Position des Instrumentes dargestellt wird. Dieses Bild wird von dem Bildwiedergabegerät wiedergegeben. Das auf dem Bildwiedergabegerät wiedergegebene Bild zeigt dem Benutzer, wo das Instrument in dem Operationsgebiet in dem Patienten liegt, ohne dass der Benutzer direkt Sicht darauf hat.
  • Ein bildgeführtes chirurgisches System gemäß der Erfindung wird mit einem Bildwiedergabesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 verschafft. Damit wird erreicht, dass der Benutzer nicht oder kaum zur Seite sehen muss, um gleichzeitig das Instrument zu sehen und zu sehen, wo in dem Bild auf dem Wiedergabegerät das Instrument im Patienten liegt, und trotzdem direkte Sicht auf den Patienten oder sogar das Operationsgebiet zu behalten.
  • Das Positionsmesssystem des bildgeführten chirurgischen Systems ist zum Ausführen der Funktionen des Positionsdetektionssystems des Bildwiedergabesystems geeignet. Der Bildprozessor des bildgeführten chirurgischen Systems ist geeignet, um die Funktion der Bildverarbeitungseinheit des Bildwiedergabesystems auszuführen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bildwiedergabesystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bildwiedergabegerät einen Halter zum Tragen des Instrumentes enthält.
  • Weil das Instrument von dem Bildwiedergabegerät getragen wird, besteht eine feste Beziehung zwischen der Position des Instrumentes und der Position des Bildwiedergabegerätes. Bei Verwendung dieser Ausführungsform wird erreicht, dass das von dem Bildwiedergabegerät wiedergegebene Bild sich auf einen Teil des Patienten bezieht, in dem sich das Instrument befindet. Somit kann in dem genannten Bild die Position des Instrumentes in dem Patienten dargestellt werden. Wenn das Instrument sich (noch) nicht in dem Patienten befindet, ist es auch möglich, auf dem Wiedergabegerät zu zeigen, wo in dem Patienten das Instrument liegen wird, wenn es über den Halter in den Patienten eingebracht wird. Wenn ein Bildwiedergabegerät nach Anspruch 3 verwendet wird, das die Sendeeinrichtung enthält, repräsentiert das Positionssignal auch die Position des Instrumentes. Daher wird es nicht notwendig sein, die Position des Instrumentes gesondert zu messen. Beispielsweise ist es nicht notwendig, das Instrument mit einer gesonderten Sendeeinrichtung auszurüsten, weil die Sendeeinrichtung des Bildwiedergabegerätes verwendet werden kann.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Bildwiedergabesystem und
  • 2 schematisch ein bildgeführtes chirurgisches System, in dem Erfindung verwendet wird.
  • 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Bildwiedergabesystem. Das Bildwiedergabegerät 1 enthält einen LCD-Schirm 4, auf dem ein Bild wiedergegeben werden kann. Das Bildwiedergabegerät enthält auch eine Sendeeinrichtung in Form von drei IREDs 3, die infrarote Strahlung emittieren. Das Positionsdetektionssystem 2 enthält eine Kameraeinheit 10 mit zwei infrarotempfindlichen CCD-Sensoren 11. Jeder der CCD-Sensoren 11 nimmt Bilder der IREDs 3 auf und die von einzelnen CCD-Sensoren gelieferten Bildsignale repräsentieren die Position des Bildwiedergabegerätes. Bildsignale dieser Art sind insbesondere elektronische Videosignale. Die Bildsignale werden dem Computer 12 zugeführt, der die Position des Bildwiedergabegerätes aus den Bildsignalen ableitet. Der Computer 12 und die Kameraeinheit 10 stellen einen Teil des Positionsdetektionssystems 2 dar. Zuvor aufgezeichnete Bildinformation wird in einem Bildspeicher 13 gespeichert. Auf Basis der Position des Bildwiedergabegerätes 1, wie sie von dem Computer 12 abgeleitet worden ist, wird die Bildverarbeitungseinheit 14 gesteuert, um aus der gespeicherten Bildinformation ein Bildsignal zu bilden, das ein der Position des Bildwiedergabegerätes entsprechendes Bild repräsentiert. Der Computer 12 leitet insbesondere die Position des Bildwiedergabegerätes 1 in Bezug auf ein betrachtetes Objekt ab. Die Bildverarbeitungseinheit 14 wird auf Basis dieser Position gesteuert, um aus der gespeicherten Bildinformation ein Bildsignal abzuleiten, das ein Bild repräsentiert, in dem Bildinformation des Objektes in der Nähe des Bildwiedergabegerätes 1 zu sehen ist. Es ist insbesondere möglich, Bildinformation eines Teils des Inneren des Objektes in der Nähe des Bildwiedergabegerätes wiederzugeben. Das Bildsignal der Bildverarbeitungseinheit 14 wird dem Bildwiedergabegerät 1 zugeführt, um das Bild damit wiederzugeben. Vorzugsweise wird das Bildsignal dem Bildwiedergabegerät über eine drahtlose Verbindung zugeführt, sodass das Bildwiedergabegerät 1 bewegt werden kann, ohne durch Kabel gehindert zu werden. Es ist jedoch auch möglich, das Bildwiedergabegerät mit Hilfe eines Kabels mit dem Bildprozessor zu verbinden, um das Bildsignal dem Bildwiedergabegerät zuzuführen. In diesem Fall wird das Kabel vorzugsweise mit Hilfe einer Aufhängung außerhalb des Operationsgebietes gehalten, um dafür zu sorgen dass der Benutzer nicht durch das Kabel gehindert wird.
  • Das Bildwiedergabegerät umfasst auch einige Regler, wie z. B. eine Drucktaste 21 oder eine Rollkugel 22, mit deren Hilfe das wiedergegebene Bild eingestellt oder selektiert werden kann. Bei einer solche Einstellung kann es sich beispielsweise um Einzoomen oder Auszoomen in Bezug auf wichtige in dem Bild sichtbare Details handeln oder um die Einstellung der Helligkeit, des Kontrastes oder der Farbe des Bildes. Die Selektion des Bildes kann sich beispielsweise auf die Tiefe innerhalb des Objektes beziehen, von dem Bildinformation auf dem Bildwiedergabegerät wiedergegeben wird; der Benutzer kann auch ein zuvor wiedergegebenes Bild erneut aufrufen. Die Bedienungsglieder können auch als Software, als so genannte "Icons" in dem Bild implementiert sein. Solche Bedienungsglieder werden aktiviert, indem mit Hilfe eines Cursors auf das betreffende Icon in dem Bild gewiesen wird. Es ist insbesondere vorteilhaft, ein Zeigeglied, beispielsweise einen Stift, dessen Position durch das Positionsmesssystem gemessen wird, zu verwenden, um auf ein solches Icon zu weisen. Eine durch das betreffende Icon angegebene Funktion wird auf Basis der gemessenen Position des Stiftes aktiviert.
  • 2 zeigt schematisch ein bildgeführtes chirurgisches System, in dem die Erfindung verwendet wird. Das bildgeführte chirurgische System enthält ein Positionsmesssystem, das eine Kameraeinheit 10 mit zwei CCD-Bildsensoren 11 enthält. Die Kameraeinheit nimmt Bilder eines chirurgischen Instrumentes 20 aus verschiedenen Richtungen auf. Die CCD-Bildsensoren liefern Bildsignale, insbesondere elektronische Videosignale, die die einzelnen Bilder des Instrumentes 20 repräsentieren. Das Positionsmesssystem enthält auch einen Computer 12, um die Position des Instrumentes 20 aus den Bildsignalen abzuleiten. Bildinformation des zu untersuchenden oder zu behandelnden Patienten 19 wird in einem Bildspeicher 13 gespeichert. Die Bildinformation umfasst beispielsweise MRIund/oder CT-Bilder, die vor oder während der Behandlung aufgezeichnet worden sind. In den Bildern des Patienten werden auch Marken 23 auf oder in dem Patienten 19 wiedergegeben. Das Positionsmesssystem misst die Positionen der Marken 23, beispielsweise indem mit Hilfe des Instrumentes auf die Marken gewiesen wird. Der Computer 12 leitet die Beziehung zwischen den Positionen in oder auf dem Patienten 19 aus den Positionen der Marken und den Positionen der Abbildungen der Marken in den aufgezeichneten Bildern ab. Auf Basis der gemessenen Position des Instrumentes 20 und der genannten Beziehung bildet der Bildprozessor 14 ein Bildsignal, das ein Bild repräsentiert, das Bildinformation des Patienten zusammen mit der momentanen Position des Instrumentes 20 in dem Patienten darstellt. Das Bildsignal wird dem Bildwiedergabegerät mit Hilfe eines Senders 18 zugeführt. Das Bildwiedergabegerät gibt dann Bildinformation des Patienten wieder, in der zu sehen ist, wo sich das Instrument befindet. Der Benutzer kann somit das Instrument innerhalb des Patienten bewegen, ohne eine direkte Sicht darauf zu haben und ohne Risiko einer unnötigen Beschädigung von Gewebe.
  • Das Bildwiedergabegerät enthält eine Sendeeinrichtung 3 in Form einiger IREDs, die Infrarotstrahlung emittieren. Die Position des Bildwiedergabegerätes wird mit Hilfe der Kameraeinheit 10 und des Computers 12 gemessen. Auf Basis der Position des Bildwiedergabegerätes und der Position des Instrumentes erstellt der Bildprozessor ein Bildsignal, das ein Bild repräsentiert, das in Abhängigkeit von der Position und/oder der Orientierung des Bildwiedergabegerätes eine Bildinformation des Patienten zusammen mit der momentanen Position des Instrumentes 20 innerhalb des Patienten darstellt. Der Chirurg kann somit das Bild betrachten, um zu sehen, wo im Patienten sich das Instrument be findet, und kann gleichzeitig Sicht auf den Patienten behalten und eventuell auch auf das Instrument. Das Bildwiedergabegerät enthält einen Halter 5, in den das Instrument 20 passt. Wenn das Instrument 20 in den Halter 5 eingesetzt ist, bestimmt die Position des Bildwiedergabegerätes 1 auch die Position des Instrumentes 20. Somit können die Bildsignale der CCD-Bildsensoren 11 verwendet werden, um sowohl die Position des Bildwiedergabegerätes als auch die Position des Instrumentes abzuleiten.
  • Das mit einem LCD-Wiedergabeschirm 4 ausgerüstete Bildwiedergabegerät hat einen flachen Aufbau. Ein solches Bildwiedergabegerät hat eine Dicke von ungefähr 2 cm und eine Oberfläche von ungefähr 15 cm × 20 cm. Das Bildwiedergabegerät umfasst auch Griffe 24, beispielsweise in Form von Henkeln. Ein solches Bildwiedergabegerät kann in einfacher Weise von dem Chirurgen über den Patienten bewegt werden, insbesondere über das Operationsgebiet, wobei während dieser Bewegung in Abhängigkeit von der Position und/oder Orientierung des Bildwiedergabegerätes in Bezug auf den Patienten ständig Bildinformation des Patienten, zusammen mit der Position des Instrumentes, auf dem Wiedergabeschirm 4 wiedergegeben wird. Der Chirurg kann das Wiedergabegerät verwenden, als wenn es ein Vergrößerungsglas wäre, um in dem Patienten zu sehen, wo das sich das Instrument befindet, ohne direkte Sicht auf das Instrument zu haben. Das Bildwiedergabegerät kann jedoch auch auf einem gesonderten Stativ montiert werden, sodass der Chirurg die Hände frei hat, um das Instrument zu bedienen.

Claims (5)

  1. Bildwiedergabesystem, mit einem Bildwiedergabegerät (1), das einen Flüssigkristallanzeigeschirm (4) zum Wiedergeben eines Bildes enthält, wobei das Bild von der Position und/oder Orientierung des Bildwiedergabegerätes (1) abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildwiedergabesystem flach ist und in der Hand gehalten wird und so konfiguriert ist, dass das Bild bei einer Änderung der Position und/oder der Körperhaltung eines Benutzers des Bildwiedergabegerätes (1) unverändert bleibt.
  2. Bildwiedergabesystem nach Anspruch 1, das auch enthält – ein Positionsdetektionssystem (2) zum Messen einer Position und/oder Orientierung des Bildwiedergabegerätes (1).
  3. Bildwiedergabesystem nach Anspruch 2, in dem das Bildwiedergabegerät enthält – eine Sendeeinrichtung (3) zum Aussenden eines Positionssignals, das die Position und/oder Orientierung des Bildwiedergabegerätes (1) repräsentiert.
  4. Bildgeführtes chirurgisches System, mit – einem Positionsmesssystem (10, 11, 12) zum Messen einer Position eines Instrumentes (20) und – einem Bildwiedergabesystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Wiedergeben eines Bildes, das Bildinformation und die Position des Instrumentes repräsentiert.
  5. Bildgeführtes chirurgisches System nach Anspruch 4, in dem – das Bildwiedergabegerät (1) einen Halter (5) zum Tragen des Instrumentes (20) enthält.
DE69815260T 1997-01-24 1998-01-12 Bildanzeigevorrichtung Expired - Lifetime DE69815260T2 (de)

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