DE4207901C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung eines Arbeitsbereiches in einer dreidimensionalen Struktur - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung eines Arbeitsbereiches in einer dreidimensionalen StrukturInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung eines
Arbeitsbereiches in einer dreidimensionalen Struktur, bei dem
man den Arbeitsbereich mit einem Betrachtungsgerät abbildet
und die relative Positionierung des Betrachtungsgeräts rela
tiv zu der Struktur bestimmt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Dar
stellung eines Arbeitsbereiches in einer dreidimensionalen
Struktur mit einem Betrachtungsgerät zur Abbildung des Ar
beitsbereiches und mit einer Meßeinrichtung zur Bestimmung
der Position des Betrachtungsgeräts relativ zur Struktur.
Bei der Betrachtung von dreidimensionalen Strukturen mit Be
trachtungsgeräten, also beispielsweise mit Endoskopen oder
Mikroskopen, wird von den Betrachtungsgeräten eine senkrecht
auf der optischen Achse des Betrachtungsgerätes stehende, in
der Brennebene des Betrachtungsgerätes angeordnete Ebene
scharf abgebildet, so daß ein Betrachter entweder unmittelbar
oder unter Zwischenschaltung einer Kamera und eines Monitors
mittelbar eine Ebene der dreidimensionalen Struktur
betrachten kann (DE-OS 34 05 909). Die dreidimensionale Struk
tur kann dabei beliebig sein, es kann sich beispielsweise um
das Innere einer Maschine, eines biologischen Präparates oder
eines menschlichen oder tierischen Körpers handeln. Diese
Strukturen sind oft außerordentlich kompliziert, so daß es
günstig ist, nicht erst bei der eigentlichen Betrachtung der
Struktur zu entscheiden, wie das Betrachtungsgerät oder ein
Instrument in der Struktur vorgeschoben werden soll, um eine
bestimmte Stelle zu erreichen, sondern es erweist sich als
günstig, den Vorschubweg vorher zu planen.
Aus der US-PS 4,722,056 sind ein Verfahren und eine Vorrich
tung bekannt zum Überlagern zweier Bilder, wobei ein
Computertomographiebild in den Strahlengang eines Operations
mikroskops eingespiegelt wird. Hierzu wird mit Hilfe eines
Ultraschall-Positionierungssystems die relative Lage des Ope
rationsmikroskops zu einem Patienten und damit auch die Lage
der Brennebene des Operationsmikroskops ermittelt. In einem
vorherigen Untersuchungsverfahren aufgenommene Computertomo
graphiebilder werden so reformatiert, daß sie eine Computer
tomographieaufnahme zeigen, die in dieser Brennebene des Ope
rationsmikroskops liegt. Die Computertomographieaufnahme wird
dann in den Strahlengang des Operationsmikroskops eingekop
pelt, so daß der Chirurg zwei übereinanderliegende Bilder be
trachten kann.
In einem Artikel von Bruce A. Kall et al., der unter dem Ti
tel "The computer as a stereotactic surgical instrument" auf
den Seiten 201 bis 208 der Zeitschrift "Neurological
Research" 1986 veröffentlicht wurde, wird die Verarbeitung
von Computertomographiebildern beschrieben. Hierbei wird vor
geschlagen, anhand von präoperativ aufgenommenen Computer
tomographiebildern im Wege der Operationsplanung einen Ver
schiebeweg für ein Instrument auszuwählen. Der geplante Ver
schiebeweg wird den Computertomographiebildern überlagert, so
daß der Verschiebeweg zusammen mit den Computertomogra
phieaufnahmen auf einem Monitor sichtbar wird.
Weitere Verfahren und Vorrichtungen, bei denen ein geplanter
Verschiebeweg Computertomographiebildern überlagert wird,
sind in den Offenlegungsschriften WO 91/14397 und WO 90/05494
beschrieben. Wird der geplante Verschiebeweg einer präopera
tiv aufgenommenen Computertomographieaufnahme überlagert, so
hat dies den Nachteil, daß Veränderungen des Arbeitsbereichs
zwischen dem Zeitpunkt der Erstellung der präoperativ aufge
nommenen Computertomographieaufnahme und der tatsächlichen
Operation keinen Einfluß auf die Darstellung des geplanten
Verschiebeweges haben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und
eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so auszugestalten,
daß bei der Betrachtung einer dreidimensionalen Struktur der
vorgeplante Verschiebeweg für das Betrachtungsgerät oder für
ein Instrument für den Betrachter unmittelbar sichtbar wird,
so daß er bei der Betrachtung der Struktur unmittelbar die
Vorschiebebewegung des Betrachtungsgerätes oder eines
Instrumentes steuern kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs be
schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die
Koordinaten eines Verschiebeweges für ein Instrument oder für
das Betrachtungsgerät in der Struktur vorbestimmt, sie mit
der jeweiligen Positionierung vergleicht und daß man in der
Abbildung des Arbeitsbereiches den Verschiebeweg ortsrichtig
als Durchstoßpunkt des Verschiebewegs durch die jeweils beo
bachtete Ebene der Struktur darstellt.
Durch eine genaue Messung der relativen Positionierung des
Betrachtungsgerätes relativ zu der Struktur kann man genau
bestimmen, welche Ebene in der Struktur im Betrachtungsgerät
abgebildet wird, nämlich eine senkrecht durch die optische
Achse des Betrachtungsgerätes verlaufende und in der Brenn
ebene des Betrachtungsgerätes liegende Ebene. Für jede belie
bige Relativposition des Betrachtungsgerätes relativ zu der
Struktur wird also eine andere Ebene scharf abgebildet.
Nach der Bestimmung dieser Ebene kann man den Schnittpunkt
dieser Ebene mit einem vorbestimmten Verschiebeweg in der
Struktur berechnen und dadurch genau bestimmen, in welcher
Position der abgebildeten Ebene der vorbestimmte Verschie
beweg diese Ebene durchstößt. Wenn die optische Achse des
Betrachtungsgerätes genau im Durchstoßpunkt des vorbestimmten
Verschiebeweges angeordnet ist, befindet sich dieser
Durchstoßpunkt in der Mitte der beobachteten Fläche, bei ei
ner seitlichen Abweichung des Verschiebeweges von der opti
schen Achse im Abstand zum Mittelpunkt der Abbildung. Es ist
üblich, bei der Beobachtung der Ebenen die Position der op
tischen Achse beispielsweise durch ein Fadenkreuz anzudeuten,
so daß mit anderen Worten aufgrund der Bestimmung der Lage
der beobachteten Ebene und des Vergleiches der Koordinaten
dieser Ebene mit den Koordinaten des vorbestimmten
Verschiebeweges der Abstand und die Richtung bestimmt werden
können, die von dem Fadenkreuz aus zurückgelegt werden müs
sen, um zum Durchstoßpunkt des Verschiebeweges in der beo
bachteten Ebene zu gelangen.
Dieser Durchstoßpunkt in der beobachteten Ebene wird bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich dargestellt, bei
spielsweise durch Überlagerung auf einem Monitor oder durch
Einblenden eines entsprechend positionierten Bildes in den
Strahlengang des Mikroskopes. Der Beobachter kann also
gleichzeitig das tatsächlich durch das Betrachtungsgerät
übermittelte Bild der abgebildeten Ebene beobachten und eine
Markierung, die den Durchstoßpunkt des vorbestimmten Ver
schiebeweges durch diese Ebene anzeigt.
Wenn der Verschiebeweg für die Verschiebebewegung des Be
trachtungsgerätes selbst bestimmt ist, kann durch seitliche
Verschiebung des Betrachtungsgerätes dieses relativ zu der
Struktur so positioniert werden, daß der Durchstoßpunkt in
der optischen Achse angeordnet wird, d. h. der Beobachter
verschiebt das Betrachtungsgerät relativ zur Struktur so
lange, bis die Markierung des Durchstoßpunktes mit dem Fa
denkreuz in der Abbildung übereinstimmt. Erfolgt dies in je
der Ebene, so ist sichergestellt, daß das optische Betrach
tungsgerät längs des vorbestimmten Verschiebeweges verschoben
wird.
Ist der Verschiebeweg für ein Instrument bestimmt, so beo
bachtet der Benutzer die tatsächliche Position des Instru
mentes in der beobachteten Ebene und verschiebt das Instru
ment seitlich so, daß es mit der Markierung des Durchstoß
punktes in Deckung kommt. Erfolgt dies in allen Ebenen, so
ist sichergestellt, daß das Instrument längs des vorbestimm
ten Verschiebeweges geführt wird. Dabei ist wesentlich, daß
eine solche Führung des Instrumentes längs des Verschiebe
weges unabhängig davon ist, wie das Beobachtungsgerät relativ
zu der Struktur genau angeordnet ist, da durch die dauernde
Messung der Relativposition des Betrachtungsgerätes relativ
zu der Struktur und durch Vergleich des so gewonnenen
Datensatzes mit den Koordinaten des vorbestimmten Ver
schiebeweges auch eine entsprechende Änderung des Abstandes
und der Richtung des markierten Punktes vom Fadenkreuz er
folgt, so daß immer die relative Lage des Durchstoßpunktes
relativ zum momentanen Fokuspunkt des Betrachtungsgerätes
angezeigt wird.
Bei dem beschriebenen Verfahren muß zur Korrektur der Ver
schiebebewegung eines Instrumentes oder des Betrachtungsge
rätes eine Ebene nach der anderen beobachtet werden, wobei
die Durchstoßpunkte entsprechend dem vorbestimmten Verschie
beweg wandern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist
vorgesehen, daß man in jeder dargestellten Ebene neben den
Durchstoßpunkten des Verschiebeweges zusätzlich den oder die
Durchstoßpunkte des Verschiebeweges mindestens einer der Be
trachtungsebene benachbarten Ebene darstellt. Es werden also
in der beobachteten Darstellung nicht nur die Durchstoßpunkte
in der beobachteten Ebene dargestellt, sondern auch
Durchstoßpunkte beispielsweise in einer darüber und einer
darunter liegenden Parallelebene. Wenn der Verschiebeweg
senkrecht zu den Ebenen verläuft, ergibt sich nach wie vor
nur eine Markierung, wenn er jedoch gegenüber den beobachte
ten Ebenen geneigt ist, liegen die entsprechenden Markie
rungspunkte in der Darstellung nebeneinander. Die Betrach
tungsperson kann daher auch erkennen, in welcher Richtung
beispielsweise ein Instrument bewegt werden muß, wenn das In
strument senkrecht zur beobachteten Ebene in eine tieferlie
gende oder eine höherliegende Ebene verschoben wird. Dies
kann für eine größere Anzahl von Ebenen der Fall sein, so daß
in die beobachtete Ebene praktisch der Verschiebeweg proji
ziert wird.
Dabei ist es günstig, wenn die Durchstoßpunkte verschiedener
Ebenen in der Darstellung durch eine Linie verbunden werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der oder die Durchstoß
punkte durch die beobachtete Ebene verschieden von Durch
stoßpunkten in anderen Ebenen dargestellt sind. Dies er
leichtert die Verschiebung des Instrumentes oder des Beo
bachtungsgerätes.
Bei dem vorstehend näher erläuterten Verfahren wird die vom
Betrachtungsgerät abgebildete Ebene der Arbeitsstruktur
zweidimensional abgebildet, dementsprechend werden Durch
stoßpunkte des Verschiebeweges durch diese Ebene oder die
Projektion des geplanten Verschiebeweges in diese Ebene dar
gestellt.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist vorgesehen, daß
man den Arbeitsbereich stereoskopisch betrachtet und dreidi
mensional abbildet und daß man den Verschiebeweg als dreidi
mensionale Darstellung der dreidimensionalen Abbildung des
Arbeitsbereiches ortsrichtig überlagert. Dies kann bei
spielsweise durch an sich bekannte stereoskopische Betrach
tung erfolgen, bei der zwei getrennte Abbildungen überlagert
werden, die beim Betrachter einen dreidimensionalen Eindruck
erwecken. In den Strahlengang kann in geeigneter Weise ein
Bild eingelagert werden, das ebenfalls dreidimensional den
gewünschten Verschiebeweg darstellt, der in der dreidi
mensionalen tatsächlichen Abbildung ortsrichtig gesehen wird.
Dabei kann in ähnlicher Weise vorgegangen werden, wie dies
beispielsweise von Anzeigeinstrumenten für Flugzeuge bekannt
ist, mit denen auch im Blickfeld des Betrachters an einer
bestimmten Position dreidimensional erscheinende Bilder
erzeugt werden.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn man den Verschiebeweg im
Durchstoßpunkt der durch den Brennpunkt des Betrachtungs
gerätes laufende Betrachtungsebene kennzeichnet, beispiels
weise durch andere Farbgebung oder andere Helligkeit. Dies
zeigt dem Betrachter die Lage der scharf abgebildeten Ebene
des Arbeitsbereiches an, gleichzeitig kann er darüber und
darunter liegende Bereiche des Arbeitsbereiches dreidimen
sional sehen und den Verlauf des Verschiebeweges in diesem
Bereich.
Die Koordinaten des Verschiebeweges kann man beispielsweise
mittels einer Vielzahl von Schnittebenendarstellungen der
Struktur und in diesen festgelegten Durchstoßpunkten des
Verschiebeweges bestimmen.
So können in herkömmlicher Weise mit Hilfe eines Röntgen
strahlungs- oder eines Kernspintomographen die entsprechenden
Strukturen voruntersucht werden, d. h. es werden Schnitt
bilddarstellungen der Struktur angefertigt. In diesen
Schnittbilddarstellungen oder in den entsprechenden Daten
sätzen werden die gewünschten Verschiebewege festgelegt, d. h.
es werden in diesen Ebenen die Koordinaten der Durch
stoßpunkte des Verschiebeweges bestimmt. Nimmt man diese Da
ten zusammen, so erhält man einen dreidimensionalen Daten
satz, der den Verschiebeweg innerhalb der Struktur vom Anfang
bis zum Ende beschreibt.
Dieser Datensatz wird in der beschriebenen Weise mit den Da
ten verglichen, die die jeweilige Positionierung des Be
trachtungsgerätes relativ zu der Struktur und damit die Lage
der beobachteten Ebene in der Struktur beschreiben.
Die genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung
der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gekennzeichnet ist
durch eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der für jede
beobachtete Ebene geltenden Positionsdaten des Betrachtungs
gerätes (1) mit den Koordinaten eines vorbestimmten Ver
schiebeweges im beobachteten Arbeitsbereich sowie durch eine
Darstellungseinheit (6) und einen Datenspeicher (12), in dem
ein Datensatz für den Verschiebeweg relativ zur Struktur ge
speichert ist, wobei die Darstellungseinheit (6) ausgehend
von diesem Datensatz den Durchstoßpunkt (17) dieses Verschie
beweges in der jeweils beobachteten Ebene des Arbeitsbereichs
ortsrichtig abbildet.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Darstellungseinheit in je
der dargestellten Ebene neben den Durchstoßpunkten des Ver
schiebeweges zusätzlich den oder die Durchstoßpunkte des Ver
schiebeweges mindestens einer der Betrachtungsebene benach
barten Ebene darstellt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Darstellungseinheit
die Durchstoßpunkte verschiedener Ebenen in der Darstellung
durch eine Linie verbindet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß
die Darstellungseinheit den oder die Durchstoßpunkte durch
die beobachtete Ebene verschieden von Durchstoßpunkten in
anderen Ebenen darstellt.
Bei einer anderen Ausführungsart ist vorgesehen, daß das Be
trachtungsgerät einen Arbeitsbereich dreidimensional abbildet
und daß der vorbestimmte Verschiebeweg als dreidimensionale
Darstellung der dreidimensionalen Abbildung des Ar
beitsbereiches ortsrichtig überlagert ist.
Dabei ist es günstig, wenn der Verschiebeweg den Durchstoß
punkt der durch den Brennpunkt des Betrachtungsgerätes lau
fende Betrachtungsebene gekennzeichnet ist, beispielsweise
durch eine abweichende Farbgebung oder eine abweichende Hel
ligkeit.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgese
hen, daß die Vergleichseinrichtung einen Datenspeicher
aufweist, in dem ein Datensatz für den Verschiebeweg
relativ zur Struktur gespeichert ist.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammen
hang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es
zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beobach
tungsgerätes mit einer Positionsmeßeinrichtung und ei
ner Vorrichtung zur ortsrichtigen Abbildung des ge
wünschten Verschiebeweges und
Fig. 2 eine Darstellung der für die Beobachtungsper
son beobachtbaren Abbildung mit einer Darstellung des
vorbestimmten Verschiebeweges und einer Darstellung
eines Instrumentes.
In der Darstellung der Fig. 1 wird ein Endoskop 1
verwendet, um eine zu untersuchende Struktur, die in
der Zeichnung nicht dargestellt ist, zu betrachten. Das
Endoskop 1 weist dazu in einem Rohr 2 eine nicht näher
dargestellte Optik auf, die in einem bestimmten Abstand
vor dem Ende des Rohres 2 eine Brennebene aufweist.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel
ist an das Rohr 2 ein Instrument 3 in Form einer Spitze
gehalten, welches in der Brennebene endet. Das Instru
ment 3 markiert also mit seinem vorderen Ende den
Brennpunkt der Betrachtungsoptik und wird gleichzei
tig als Tastinstrument, als Elektrode, als Sonde oder
dergleichen, verwendet.
Das vom optischen System des Endoskops 1 übertra
gene Licht wird in einem Bildumsetzer 4 in elektrische
Signale umgewandelt, die nach entsprechender Bildver
arbeitung in einer Bildverarbeitungseinheit 5 über eine
Leitung 7 einem Monitor 6 zugeführt werden, auf dem
die mittels des Endoskops 1 betrachtete Fläche darge
stellt wird.
In der Bildverarbeitungseinheit 5 kann das Bild in an
sich bekannter Weise elektronisch verarbeitet werden,
beispielsweise durch Konstrastverstärkung, durch spe
zielle Einfärbungstechniken oder durch Vergrößerun
gen etc.
Die exakte Positionierung des Endoskopes 1 relativ
zu der zu betrachtenden Struktur wird über geeignete
Sensoren 8 bestimmt, und die dabei erzeugten Posi
tionssignale werden über eine Leitung 9 einem Posi
tionsspeicher 10 zugeführt. Die Sensoren 8 können bei
spielsweise Ultraschallsender sein, die mit entsprechen
den Ultraschallmikrophonen an der Struktur zusam
menwirken, so daß durch verschiedene Laufzeitmessun
gen die Relativpositionierung feststellbar ist.
Die die jeweilige Positionierung bestimmenden Si
gnale werden aus dem Positionsspeicher 10 einer Ver
gleichseinrichtung 11 zugeführt, die außerdem von ei
nem Datenspeicher 12 aus mit Datensätzen versorgt
wird, durch die die Koordinaten des gewünschten Ver
schiebeweges des Endoskopes oder eines Instrumentes
in der zu beobachtenden Struktur beschrieben werden.
Diese Datensätze werden durch vorherige Struktur
bestimmungen und durch Vorgabe des gewünschten
Verschiebeweges in der so bestimmten Struktur gewon
nen.
In der Vergleichseinrichtung 11 werden die Positions
daten des Endoskops 1 mit diesen Datensätzen des ge
wünschten Verschiebeweges verglichen, so daß genau
festgestellt werden kann, an welcher Stelle der betrach
teten Ebene der Verschiebeweg diese Ebene durchsetzt.
Ebenso können in der Vergleichseinrichtung 11 entspre
chende Daten für die Ebenen bestimmt werden, die über
bzw. unter der betrachteten Ebene liegen, so daß für die
verschiedenen Durchstoßpunkte des Verschiebeweges
und dieser Ebenen entsprechende Koordinaten zur Ver
fügung stehen. Diese Koordinaten werden über eine
Leitung 13 auf den Monitor 6 übertragen und führen
dort zur Markierung der entsprechenden Koordinaten
des Durchstoßpunktes in der dargestellten Ebene, d. h.
es wird ein Bild einer solchen Markierung mit der un
mittelbar vom Endoskop 1 gewonnenen Abbildung er
zeugt.
In Fig. 2 ist ein mögliches Bild einer Monitordarstel
lung gezeigt. Der gesamte, durch das Endoskop 1 er
reichbare Sichtbereich ist in einen Kreis 14 eingefaßt,
dessen Mittelpunkt 15 durch ein Fadenkreuz 16 mar
kiert ist.
Der Mittelpunkt 15 fällt mit der optischen Achse des
Endoskops 1 zusammen, so daß innerhalb des Kreises 14
eine Abbildung der Struktur in der Ebene erzeugt wird,
die senkrecht auf der optischen Achse steht und mit der
Brennebene des Endoskops 1 zusammenfällt. Dabei
markiert der Mittelpunkt 15 den Durchstoßpunkt der
optischen Achse durch diese Ebene.
Außerdem erkennt man in dem durch den Preis 14
umschriebenen Bereich mehrere zusätzliche Markie
rungen, nämlich einen ausgefüllten Punkt 17 und mehre
re kreisförmige Punkte 18, die alle untereinander durch
eine Linie 19 verbunden sind.
Der ausgefüllte Punkt 17 markiert den Durchstoß
punkt der vorbestimmten und gewünschten Verschiebe
linie durch die betrachtete Ebene, die Kreise 18 auf der
einen Seite des Punktes 17 entsprechende Durchstoß
punkte in oberhalb der betrachteten Ebene liegenden
Parallelebenen und die Kreise auf der anderen Seite des
Punktes 17 entsprechende Durchstoßpunkte in unter
halb der betrachteten Ebene liegenden Parallelebenen.
Durch die Kreise 18 und den Punkt 17 wird also eine
Projektion des Verschiebeweges auf die betrachtete
Ebene dargestellt, wobei der Durchstoßpunkt des Ver
schiebeweges durch den Punkt 17 markiert wird.
Die Lage, in der die Kreise und Punkte auf dem Moni
tor dargestellt werden, ergibt sich aus dem Datensatz
des vorbestimmten Verschiebeweges. Durch die Posi
tionsmessung des Endoskopes 1 läßt sich die Lage der
beobachteten Ebene mathematisch beschreiben, so daß
man durch ein mathematisches Schneiden des Verschie
beweges und dieser Ebene den Durchstoßpunkt errech
nen kann, d. h. den Abstand von der optischen Achse
und den Winkel gegenüber einer bestimmten Richtung.
Diese Daten reichen aus, um den Durchstoßpunkt auf
dem Monitor abzubilden.
Wenn der Benutzer beispielsweise das Instrument 3
längs des vorbestimmten Verschiebeweges führen will,
erkennt er aus der Darstellung der Fig. 2, daß die Spitze
des Instrumentes, die mit der optischen Achse zusam
menfällt und damit durch das Fadenkreuz 16 markiert
wird von dem Durchstoßpunkt des gewünschten Ver
schiebeweges entfernt ist. Der Benutzer kann durch
Verschiebung des Endoskopes und des daran gehalte
nen Instrumentes erreichen, daß der Punkt 17 auf dem
Monitorbild in das Fadenkreuz verschoben wird. Wird
dies erreicht, so ist sichergestellt, daß die Spitze des
Instrumentes die beobachtete Ebene genau im Durch
stoßpunkt des Verschiebeweges durchsetzt, also in der
gewünschten Weise positioniert ist. Schiebt man das
Endoskop tiefer in die Struktur ein, erreicht man darun
terliegende Ebenen, die dann dargestellt werden, wobei
die Kreise 18 dem Benutzer bereits vor dem Verschie
ben des Endoskops in eine tiefere Lage angeben, in
weicher Richtung des Endoskops seitlich zu verschieben
ist, um längs des Verschiebeweges weitergeführt zu
werden. Der Benutzer kann also beim Einschieben des
Endoskops die Spitze des Instrumentes 3 längs des Ver
schiebeweges bewegen, wenn er sich bemüht, den je
weiligen Punkt 17, der selbstverständlich für jede beob
achtete Ebene verschieden ist, immer im Fadenkreuz zu
halten.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem ein
separates Instrument benutzt wird, wird der Durchstoß
punkt dieses Instrumentes durch die beobachtete Ebene
auf dem Monitor beobachtbar. Dieser Durchstoßpunkt
ist in der Darstellung der Fig. 2 mit dem Bezugszeichen
20 gekennzeichnet.
Um sicherzustellen, daß dieses Instrument immer
längs des gewünschten Verschiebeweges verschoben
wird, muß das Instrument so lange seitlich verschoben
werden, bis der Durchstoßpunkt mit dem markierten
Punkt 17 in der Darstellung zur Deckung gelangt. Damit
ist gewährleistet, daß der Durchstoßpunkt des Instru
mentes durch die beobachtete Ebene auf dem ge
wünschten Verschiebeweg liegt. Allerdings ist damit
noch nicht gewährleistet, daß auch die Einschubtiefe des
Instrumentes stimmt, hierzu müßten gegebenenfalls zu
sätzliche Maßnahmen gefunden werden, beispielsweise
eine bestimmte Ausbildung des Instrumentes nur in sei
nem Endbereich, so daß diese bestimmte Formgebung
in der beobachteten Ebene überwacht werden kann, da
sich das Ende des Instrumentes gerade in der jeweils
beobachteten Ebene befindet.
Bei dieser Art der Verwendung muß das Endoskop
nicht unbedingt dem Verschiebeweg folgen, sondern es
kann auch einen anderen Weg einschlagen, da durch die
jeweilige Positionsmessung des Endoskops und durch
den Vergleich der Datensätze gewährleistet ist, daß bei
jeder Positionierung des Endoskops in der jeweils be
trachteten Ebene der Durchstoßpunkt des Verschiebe
weges an der örtlich richtigen Stelle angezeigt wird.
Verwendet man die beschriebene Vorrichtung bei
spielsweise bei der Operation an einem Menschen, so
wird zunächst vor der Operation bei noch nicht geöffne
tem Körper durch konventionelle Techniken, beispiels
weise durch übliche Computertomographie oder durch
Kernspintomographie durch eine Vielzahl von Schnitt
bildern die dreidimensionale Formgebung des Körpers
bestimmt, also die zu beobachtende Struktur. In die ent
sprechenden Schnittbilder kann in jede Ebene der ge
wünschte Verschiebeweg, d. h. der jeweilige Durchstoß
punkt des Verschiebeweges, eingefügt werden, so daß
man auf diese Weise durch Interpolation einerseits ei
nen Datensatz für die Beschreibung der dreidimensio
nalen Struktur und andererseits einen weiteren Daten
satz für die Koordinaten des Verschiebeweges in dieser
Struktur erhält.
Bei der eigentlichen Operation wird das Endoskop
und gegebenenfalls ein zusätzliches Instrument durch
Körperöffnungen in den Körper eingeführt. Auf dem
Monitor wird jeweils die in der Brennebene des Endo
skops liegende Ebene der Struktur abgebildet. Außer
dem erkennt man auf dem Monitor den Durchstoß
punkt des vorbestimmten Verschiebeweges durch die
beobachtete Ebene, d. h. der Operateur kann beispiels
weise durch seitliche Verschiebung des Endoskopes ge
währleisten, daß dieses genau auf dem vorbestimmten
Verschiebeweg in die Struktur eingeführt wird. Diese
Korrektur kann anhand des Punktes 17 in jeder beliebi
gen Ebene erfolgen, die Kreise 18 zeigen dem Opera
teur weiter, in welcher Richtung des Endoskops beim
weiteren Eintauchen zu verschieben ist, um auch in dar
unterliegenden Ebenen längs des gewünschten Ver
schiebeweges zu bleiben.
Vorstehend ist die Erfindung anhand einer zweidi
mensionalen Darstellung des Arbeitsbereiches be
schrieben worden, bei der also jeweils eine in der Brenn
ebene des Betrachtungsgerätes liegende Ebene des Ar
beitsbereiches scharf abgebildet wird. Bei einem in der
Zeichnung nicht eigens dargestellten Ausführungsbei
spiel läßt sich dies so abwandeln, daß beispielsweise
mittels einer stereoskopischen Betrachtung durch
Überlagerung von zwei geringfügig unterschiedlichen
Teilbildern eine dreidimensional erscheinende Abbil
dung des Arbeitsbereiches erzeugt wird. Dieser dreidi
mensional erscheinenden Abbildung wird dann der vor
bestimmte Verschiebeweg ebenfalls dreidimensional
überlagert, so daß der Betrachter den Verlauf des Ver
schiebeweges im Arbeitsbereich über eine bestimmte
Schichtdicke desselben beobachten kann. Vorteilhafter
weise wird dabei der Durchstoßpunkt des Verschiebe
weges durch die in der Brennebene des Betrachtungsge
rätes liegende Ebene markiert, sei es durch eine abwei
chende Farbe, eine abweichende Helligkeit oder eine
unterschiedliche Form, z. B. eine Verdickung. Grund
sätzlich ist bei dieser Ausführung der Erfindung jedoch
in gleicher Weise wesentlich, daß die Positionierung des
Betrachtungsgerätes gegenüber der dreidimensionalen
Struktur laufend gemessen und in Abhängigkeit von
dieser Messung die in einem Speicher abgelegten Daten
des Verschiebeweges ortsrichtig in die Darstellung
übertragen werden.
Claims (13)
1. Verfahren zur Darstellung eines Arbeitsbereiches in einer
dreidimensionalen Struktur, bei dem man den Arbeits
bereich mit einem Betrachtungsgerät abbildet und die re
lative Positionierung des Betrachtungsgerätes relativ zu
der Struktur bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Koordinaten eines Verschiebeweges für ein Instrument
oder für das Betrachtungsgerät in der Struktur vorbe
stimmt, sie mit der jeweiligen Positionierung vergleicht
und daß man in der Abbildung des Arbeitsbereiches den
vorbestimmten Verschiebeweg ortsrichtig als Durchstoß
punkt des Verschiebeweges durch die jeweils beobachtete
Ebene der Struktur darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man in jeder dargestellten Ebene neben den Durchstoß
punkten des Verschiebeweges zusätzlich den oder die
Durchstoßpunkte des Verschiebeweges mindestens einer der
Betrachtungsebene benachbarten Ebene darstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Durchstoßpunkte verschiedener Ebenen in der Darstel
lung durch eine Linie verbunden werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der oder die Durchstoßpunkte durch die
beobachtete Ebene verschieden von Durchstoßpunkten in an
deren Ebenen dargestellt sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man den Arbeitsbereich dreidimensional abbildet und daß
man den Verschiebeweg als dreidimensionale Darstellung
der dreidimensionalen Abbildung des Arbeitsbereiches
ortsrichtig überlagert.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
man den Verschiebeweg im Durchstoßpunkt der durch den
Brennpunkt des Betrachtungsgerätes laufenden Beobach
tungsebene kennzeichnet.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß man die Koordinaten des Ver
schiebeweges mittels einer Vielzahl von Schnittebenen
darstellungen der Struktur und in diesen festgelegten
Durchstoßpunkten des Verschiebeweges bestimmt.
8. Vorrichtung zur Darstellung eines Arbeitsbereiches in ei
ner dreidimensionalen Struktur mit einem Betrachtungs
gerät zur Abbildung des Arbeitsbereiches und mit einer
Meßeinrichtung zur Bestimmung der Position des Betrach
tungsgerätes relativ zu der Struktur, gekennzeichnet
durch eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der für
jede beobachtete Ebene geltenden Positionsdaten des Be
trachtungsgeräts (1) mit den Koordinaten eines vorbe
stimmten Verschiebewegs im beobachteten Arbeitsbereich
sowie durch eine Darstellungseinheit (6) und einen Daten
speicher (12), in dem ein Datensatz für den Verschiebeweg
relativ zur Struktur gespeichert ist, wobei die Darstel
lungseinheit (6) ausgehend von diesem Datensatz den
Durchstoßpunkt (17) dieses Verschiebeweges in der jeweils
beobachteten Ebene des Arbeitsbereichs ortsrichtig abbil
det.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Darstellungseinheit (6) in jeder dargestellten Ebene
neben den Durchstoßpunkten (17) des Verschiebeweges zu
sätzlich den oder die Durchstoßpunkte (18) des Verschie
beweges mindestens einer der Betrachtungsebene benachbar
ten Ebene darstellt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Darstellungseinheit (6) die Durchstoßpunkte (17, 18)
verschiedener Ebenen in der Darstellung durch eine Linie
(19) verbindet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich
net, daß die Darstellungseinheit (6) den oder die Durch
stoßpunkte (17) durch die beobachtete Ebene verschieden
von Durchstoßpunkten (18) in anderen Ebenen darstellt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das Betrachtungsgerät (1) einen Arbeitsbereich dreidi
mensional abbildet und daß der vorbestimmte Verschiebeweg
als dreidimensionale Darstellung der dreidimensionalen
Abbildung des Arbeitsbereiches ortsrichtig überlagert
ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
der Verschiebeweg im Durchstoßpunkt der durch den Brenn
punkt des Betrachtungsgerätes (1) laufenden Betrach
tungsebene gekennzeichnet ist.
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