Die
Endoskopie wird in zunehmendem Maße bei Operationen eingesetzt,
um die Belastung für
den Patienten zu verringern. Die Handhabung erfordert vom Operateur
höchste
Geschicklichkeit, da das Operationsfeld dem Auge nicht frei zugänglich ist, sondern
nur indirekt über
die Kamera des Endoskops betrachtet wird. Weiterhin liefert das
Endoskop nur einen eng umgrenzten, vergrößerten Gesichtsfeldausschnitt
und es bewegt sich im Innern von Körpern in komplexen Hohlräumen, in
denen die Navigation, insbesondere ohne die Verletzung sensibler
organischer Strukturen, ein komplexes Problem sein kann.
Es
besteht daher, wie auch bei anderen minimal-invasiven Operationsverfahren,
ständiger
Bedarf an die Navigation unterstützenden
Verfahren, wobei es sich oft um bildgebende und bildverarbeitende Verfahren
handelt, die auf Bilder zurückgreifen,
die vor oder während
der OP aufgezeichnet wurden.
Viele
Publikationen über
die Nutzung von Bildern in Computer Aided Surgery behandeln die
Registration präoperativer
3D-Daten (CT, MRI) mit der intraoperativen Situation (Cinquin, P.,
E. Bainville et al: Computer assisted medical interventions. IEEE Engineering
in medicine and biology (1995)). Hierbei können jedoch lediglich direkte
(also nicht-endoskopische) OPs unterstützt werden, in denen Operationsinstrumente
(z.B. ein starrer 3D-Stylus) in das Operationsfeld gehalten werden
und bei geeigneter Eichung seine Position im präoperativen 3D-Dätenfeld
angezeigt wird (Horstmann G.A., H.F. Reinhardt, Micro-stereometry:
a frameless computerized navigating system for open microsurgery.
Comput Med. Imaging Graph. 18, 229-233 (1994)). Die Integration eines
Navigationssystems in ein Mikroskop wurde ebenfalls realisiert und
gehört
inzwischen zur OP-Routine (Handers et al.: Mikrochirurgische Planung
und Durchführung
bei Großhirngliomen
und erste Erfahrungen mit dem Mehr-Koordinaten-Manipulator MKM.; DAG Aachen, Shaker
1995 s. auch DE-A 3717 871)
Der
Nachteil all dieser Verfahren ist, dass sie nicht auf die endoskopische
Operation übertragbar sind,
da dort der direkte Zugang zum Operationsfeld mit einem starren
Gerät verwehrt
ist. Weiterhin wird das Operationsfeld nur über die Kamera beobachtet, die
aufgrund der optischen Randbedingungen ein stark verzeichnetes und
vergrößertes Bild
der Situation liefert (s. 3).
Die oben beschriebenen Verfahren sind nicht in der Lage, eine 3D-Kalibrierung des
Systems (Patient – Kamera – Endo skop – Navigationssystem)
durchzuführen.
Ein verbessertes Verfahren zur Kamera- und Systemeichung ist daher
ein Kernpunkt der Erfindung.
In
US 5 776 050 (D.T. Chen
et al.) wird ein anatomisches Visualisierungssystem in Kopplung
mit einem Endoskop beschrieben. Hier wird das Endoskop zwar mit
einem Lagesensor in seiner 3D-Position verfolgt,
eine direkte Eichung auf das Kamerabild findet jedoch nicht statt.
Vielmehr wird die Endoskop-Position geeicht und damit ein virtuelles
Endoskop in andere 3D-Datenfelder (z.B. CT oder MRI) eingeblendet.
Nachteilig ist, dass man bei der Eichung mit der Endoskopspitze
Referenzpunkte berühren muss;
ein Verfahren, das sich in der Neuro- oder endonasalen Chirurgie
in der Regel wegen Verletzungsgefahr verbietet. Weiterhin läßt sich
so keine genaue 3D-Vermessung im Kamerabild erreichen.
Eine
der wenigen Publikationen, welche eine Eichung in Kombination mit
endoskopischen Verfahren beschreibt ist WO94/03100 (M. Truppe).
Hier wird ein Verfahren angegeben, bei dem Punkte aus einem 3D-Datenfeld
in das Kamerabild des Endoskopes eingeblendet werden und mit dem
bei Differenz zwischen Ist-Position und Soll-Position solcher Punkte
eine Eichung des Systems (vor oder während der OP) durchgeführt werden
kann, die diese Differenz zu beseitigen sucht. Dies ist vorteilhaft,
wenn man während
der OP eine Anpassung an geänderte
Bedingung (z.B. Gewebeverschiebung oder Resektion) vornehmen muss.
Ebenfalls wird eine grobe Entzerrung des Kamerabildes beschrieben.
Nachteilig an dem Verfahren ist, dass eine wiederholte Nacheichung
in der Regel die Ergebnisse vorheriger Nacheichungen überschreiben
wird und so keine Verrechnung verschiedener Ist-Soll-Differenzen zur Erhöhung der
Genauigkeit stattfindet und die Nacheichung nur lokal Gültigkeit
besitzt. Gleichermaßen wird
bei der Entzerrung nur von einem verzeichneten Bild ausgegangen,
woraus keine Eichung aller der die Kamera und das System betreffenden
11 Parameter (6 extrinsische, 5 intrinsische) möglich ist. Dem Fachmann geläufig sind
jedoch Verfahren (z. B. aus Tsai, R.Y.: A versatile Camera Calibration
Technique for High-Accuracy 3D Machine Vision, IEEE Journal of Robotics
and Automation, Vol. RA-3, No.4, 1987), mit denen alle diese Eichparameter
gleichzeitig bestimmt werden, was jedoch eine mehrfache Aufnahme
von Kalibrierpattern und deren Verrechnung erfordert.
Ein
weiterer Innovationsbereich der Erfindung betrifft die Nutzung der
aufgezeichneten Kamerabilder zusammen mit ihrer 3D-Aufnahmeposition für Anwendungen
der Virtual Reality und/oder Augmented Reality, insbesondere auch
außerhalb
der realen OP-Situation. In Kawamata, T., Iseki, H. et al, Endoscopic
Augmented Reality Navigation System, Neurosurgery, 50, No. 6, 2002
wird ein Verfahren beschrieben, mit dem sich im Sinne von Augmented Reality
3D-Strukturen (z.B. eines Tumors) in das reale Endoskopbild einblenden
lassen. Eine Generierung von virtuellen Endoskopbildern findet jedoch nicht
statt.
In
A.J. Lemke et al., Virtuelle MR-Ventrikelendoskopie vor neurochirurgischer
interventioneller Endoskopie – Evaluierung
verschiedener Darstellungstechniken, Fortschr. Röntgenstr. 176, 1106-1113, 2003
wird ein Verfahren beschrieben, bei dem aus hochaufgelösten MRI-Daten
virtuelle Endoskopbilder mittels Techniken der Computergraphik (Surface
und Volume Rendering) erzeugt werden. Dieses Verfahren hat seinen
Vorteil in der patientenbezogenen OP-Planung vor der eigentlichen
endoskopischen Operation. Für
die in dieser Erfindung beschriebenen Aufgabenbereiche der Virtual
Reali ty hat es jedoch verschiedene Nachteile: Die für die hochaufgelösten MRI-Daten
notwendige MR-Tomografie
ist aufwendig und teuer. Weiterhin erfordert das Surface und Volume
Rendering bei aller Automatisierbarkeit immer noch einen erheblichen
Bearbeitungsaufwand durch einen Fachmann. Schließlich spiegeln die erzeugten
endoskopischen Bilder in Bezug auf Material-, Oberflächen- und
Trübungseigenschaften
nicht die Gegebenheiten der realen endoskopischen OP wieder und
sind so nur bedingt zum allgemeinen endoskopischen Training einsetzbar.
Beschreibung
der Erfindung
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur endoskopischen Navigation im
Innern von Körpern,
dessen grundlegender Aufbau in 1 gezeigt
ist, bestehend aus den Schritten
- a. Bereitstellung
eines optischem Abbildungssystem bestehend aus Kamera und vorgeschaltetem Endoskop
(a) und nachgeschaltetem Monitor (e),
- b. Bereitstellung eines Lagesensors (3b) in starrer Verbindung
mit Kamera und Endoskop,
- c. laufende Erfassung der räumlichen
3D-Kameraposition durch Positionsmesssystem (c),
- d. fortgesetzter Speicherung von Kamerabildern und der zugehörigen 3D-Position
der Kamera in digitalem Format auf einem Computer (d)
in
Zusammenhang mit einem erfindungsgemäß entwickelten Eichverfahren.
Das
Einsatzgebiet der Erfindung betrifft hierbei sowohl die Nutzung
im OP durch den operierenden Arzt, als auch die Nutzung der fortgesetzt
aufgezeichneten Bilder in Zusammenhang mit Bildverarbeitungs- und
-generierungsverfahren ausserhalb des OPs zu Schulungszwecken (Demonstration, Training
für ärztliches
Personal).
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es zunächst, ein gegenüber dem
bekannten Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Kamera- und Systemeichung
für die
endoskopische Navigation zu gewinnen. Die Verbesserung erlaubte
erstmals eine exakte Vermessung von 3D-Landmarken. Die Verbesserung
betraf dabei sowohl die Genauigkeit der erzielten Eichung als auch
die einfachere Handhabbung und Durchführung der hierzu nötigen Messungen.
Eine
weitere Aufgabe der Erfindung war es, die Problematik zu lösen, dass
Bilder und 3D-Positionen nicht lückenlos
mit Videorate (25 Hz) gespeichert werden können, da hierzu die Datenrate
zu hoch ist und auch die Messungen des Positionsmesssystems nicht
in dieser Rate eintreffen. Deshalb werden die gespeicherten Bilder
nicht "ruckelfrei" abspielbar sein.
Die
die Erfindung beschreibenden Figuren zeigen:
1: Schematische Zeichnung
des intraoperativen Aufbaus. Das Endoskop (a) ist starr verbunden
mit dem LED-Positionsgeber (b), der seinerseits vom OPMS (c) beobachtet
wird. Die vom OPMS (c) gemessenen 3D-Positionen werden zum PC (d) übertragen.
Die von der Endoskopkamera aufgenommenen Bilder werden sowohl zum
PC (d) als auch zu einem Realbild-Endoskopmonitor (e) über tragen.
Auf dem VN-Monitor (f) wird das Realbild oder das virtuell erzeugte
Bild zusammen mit zusätzlichen
Informationen angezeigt.
2: Koordinatensysteme für die Systemeichung,
3, links: Kalibriermuster
als verzeichnetes Endoskopbild. Die eingezeichneten Geraden sind nicht
Teil des Endoskopbildes, sondern sind überlagert, um die Verzeichnung
zu zeigen.
3, rechts: Kalibriermuster
nach erfolgreicher Kamera-Eichung. Alle Ringe einer Reihe/Spalte berühren nun
passgenau die gezeigten Linien.
4: Schematische Zeichnung
zur Koagulation bei intraoperativer Blutung.
5: Schematische Zeichnung
zu Berührungsalarm
bei Verletzungsgefahr an Eintrittskanälen.
2 zeigt die verschiedenen
involvierten Koordinatensysteme und Koordinatentransformationen:
Das OPMS O (Optische Positions-Mess-System) beobachtet das Endoskop
E, welches starr mit der Kamera C verbunden ist, die wiederum den
Kalibrierkörper
W (oder den Patienten) betrachtet. Zwischen den Systemen bestehen
Koordinatentransformation DE, DC,
D, DO, mit 6 extrinsische Parametern, wie
sie dem Fachmann geläufig
ist. Zusätzlich
besitzt die Kamera weitere 5 intrinsische Parameter, darunter auch
die der Verzeichnung, wie sie ebenfalls dem Fachmann geläufig sind.
Diese Parameter müssen im
Prozess der Kamera- und Systemeichung bestimmt werden, was nur durch
eine Mehrzahl von Messungen möglich
ist.
Erfindungsgemäß wird dieses
Problem nun wie folgt in 3 Schritten gelöst:
- 1)
In der Kamera-Eichung, die außerhalb
des OP nur einmal für
jede Kamera zu erfolgen hat, werden Endoskop und Kamera in eine
Verschiebevorrichtung eingebaut, aus der sie den Kalibriekörper nach 3 beobachten. Der Kalibrierkörper besteht
aus einem auf planarer Ebene aufgebrachten Ringmuster. Erfindungsgemäß wurde ein
Mustererkennungsverfahren entwickelt, das automatisch aus dem Kamerabild
die Position aller Ringe ermittelt und im Computer zur weiteren Verrechnung
ablegt. Das Verfahren kann dabei automatisch erkennen, welche Ringe
im jeweiligen Kamerabild sichtbar sind. Durch diesen Automatisierungsschritt
wird die Arbeit der Kalibrierung ganz wesentlich erleichtert. Die
Verschiebevorrichtung kann präzise
in Submillimeterschritten verstellt werden und Aufnahmen werden
in verschiedenen Abständen
wiederholt. Ergebnis der Kamerakalibrierung, die nach dem dem Fachmann
geläufigen
Verfahren von Tsai, R.Y: A versatile Camera Calibration Technique
for High-Accuracy 3D Machine Vision, IEEE Journal of Robotics and
Automation, Vol. RA-3, No.4 , 1987 durchgeführt wird, sind die 5 intrinsischen
und 6 extrinsischen Kameraparameter D. Dabei wurde dieses Verfahren
erstmalig für
die endoskopische Bildgebung benutzt und erfindungsgemäß dahingehend
erweitert, dass die Liste der in je zwei Bildern gleichermaßen sichtbaren
Ringe durch das Mustererkennungsverfahren automatisch ermittelt
wird und nur die so korrespondierenden Punkte in die Rechnung einbezogen
werden. Die Verrechnung der mehrfachen Aufnahmen erfolgt durch das
Verfahren automatisch. Überraschenderweise
zeigte sich, dass dieses Verfahren, welches bisher vor allem für wenig
verzeichnende Objektive eingesetzt wurde, auch mit den stark verzeichneten
Bildern eines Endoskop arbeiten kann, dies allerdings nur, wenn
eine bestimmte Variante des Verfahren (non-coplanar) zum Einsatz
kam.
- 2) In der Systemeichung, die ebenfalls außerhalb des OP erfolgen kann,
betrachtet das Endoskop-Kamera-System
den Kalibrierkörper
aus verschiedenen Blickrichtungen. Auch hier werden die korrespondierenden
Punkte durch das Mustererkennungsverfahren automatisch ermittelt.
Der Anwender hat lediglich das Endoskop in verschiedene Blickrichtungen
zu bringen. Die Messung des OPMS liefert für jede Endoskop-Position die
6 Parameter DE. In einem erfindungsgemäß entwickelten
Verfahren, das die dem Fachmann geläufige Beschreibung von Koordinaten
durch Quaternionen und Verfahren der Ausgleichsrechnung erstmalig
auf die endoskopische Bildverarbeitung und endoskopische Eichung
anwendet, werden nun, gegeben DE und D (aus
Schritt 1) die unbekannten Transformationen DC und
DO (12 Parameter) ermittelt.
- 3) Falls nötig,
kann in einer Nacheichung direkt im OP, die nur eine oder wenige
Messungen umfassen muss und daher schnell durchführbar ist, einer Änderung
der relativen Lage OPMS zu Patient (Transformation DO)
Rechnung getragen werden.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird in Schritt 1) ein Kalibrierpattern mit 10 × 10 Ringen
verwendet, wovon einer der Ringe innen ausgefüllt ist, um die Korrespondenz
automatisch herstellen zu können
(s. 3). Die in 3 eingezeichneten Geraden
sind nicht Teil des Endoskopbildes, sondern sind überlagert,
um die Verzeichnung zu zeigen (links). Nach erfolgreicher Kalibrierung
berühren
alle Ringe einer Reihe/Spalte passgenau die gezeigten Geraden (rechts).
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden in Schritt 2) die verschiedenen Messungen aus
bis zu 30° unterschiedlichen Blickwinkeln
vorgenommen. Diese 30° haben
sich als bester Kompromiss zwischen der Forderung nach unterschiedlichen
Blickwinkeln zwecks guter Genauigkeit einerseits und Sichtbarkeit
genügend
korrespondierender Punkte andererseits erwiesen. In einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung werden 5-7 solcher Messungen durchgeführt. Überraschenderweise
zeigte sich hier, dass bei der Ermittlung der 12 unbekannten Parameter
fast nie Probleme mit lokalen Nebenminima auftraten, sondern die
Ausgleichsrechnung robust mit nur 5-7 solcher Messungen arbeitete.
Damit
ist das System geeicht. Es kann nun aufgrund verschiedener Faktoren
(Lageverschiebung des Patienten, Gewebeverschiebungen im Vergleich
zu vorherigen Messungen, Resektion von Gewebe oder anderen Faktoren)
auch während
der OP in situ zu Verschiebungen kommen, die insbesondere dann im
Endoskop stark sichtbar sind, wenn sie lateral erfolgen. In einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann daher in Schritt 3) auch während der OP eine Nacheichung
vorgenommen werden, bei der Ist- und Soll-Position einer oder mehrerer
Landmarken angeclickt werden und das System daraus eine Rekalibrierung
für die
lateralen Transformationsparameter der aktuellen Endoskoporientierung
vornimmt. Dadurch entsteht eine lokal gültige neue Eichung des Systems.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das geeichte System dazu genutzt, um im Kamerabild
sichtbare Landmarken in ihrer 3D-Position zu vermessen: Hierzu wird
eine Landmarke in aus verschiedenen Blickwinkeln erzielten Kamerabildern
markiert und erfindungsgemäß mit einem
dem Fachmann geläufigen
Verfahren der Triangulation die 3D-Position der Landmarke ermittelt
und neben dem Kamerabild angezeigt. In einem erfindungsgemäß entwickelten
Verfahren wird auf Basis des maximalen Öffnungswinkels zwischen den
Sehstrahlen eine Genauigkeit der 3D-Position errech net und die 3D-Position
dem Nutzer nur zur Anzeige gebracht, wenn die Genauigkeit besser
als ein geforderter Schwellwert ist.
Nachteil
der oben beschriebenen Landmarkenvermessung ist, dass der Nutzer
die Landmarke in mehreren Bildern wiederholt markieren muss. In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem der Nutzer nur
einmal eine Landmarke markieren muss. Danach wird diese Landmarke
vom System automatisch mittels dem Fachmann geläufiger Mustererkennungsmethoden
in den nachfolgenden Bildern verfolgt und so die für die Vermessung
notwendigen Information gesammelt. Bei Unterschreitung der oben
genannten Genauigkeitsschwelle wird die 3D-Position der Landmarke automatisch zur
Anzeige gebracht wird.
Eine
häufig
bei endoskopischen Operationen auftretende Problematik besteht darin,
dass das Endoskop durch enge, möglicherweise
verletzliche Eintrittskanäle
(z.B. Foramen Monroi in der Neurochirurgie, s. 5a)
zum Operationsfeld geführt
wird. Es besteht beim Arbeiten im Operationsfeld die Gefahr, durch
den Endoskopschaft und zu starke laterale Bewegung an den Eintrittskanälen Verletzungen
hervorzurufen. Mit dem geeichten und ständig in seiner 3D-Position
vermessenen Endoskop kann diese Gefahr vermieden werden. Mittels
eines erfindungsgemäß entwickelten
Verfahrens wird die 3D-Struktur des Eintrittskanals beim Eintritt
vermessen. Nachfolgend kann bei weiterer Bewegung des Endoskopes aufgrund
seiner bekannten Geometrie (Schaftform und -dicke) und aktuellen
3D-Position jederzeit
ermittelt werden, ob der Endoskopschaft einen festlegbaren Toleranzabstand
zum Eintrittskanal unterschreitet. Die Lage des Endoskopes in Bezug
auf diesen Eintrittskanal wird auf dem Monitor dem Operateur zur
Anzeige gebracht (s. 5b) und bei Unterschreiten
des Toleranzabstandes wird ein Alarm ausgelöst.
Ein
weiterer Erfindungsgegenstand ist eine Vorrichtung enthaltend (s. 1)
- a.
eine Kamera mit vorgeschaltetem Endoskop,
- b. einen am System Kamera-Endoskop befestigten Lagesensor,
- c. ein optisches Positionsmesssystem (OPMS) zur Ermittlung der
3D-Position von Lagesensoren,
- d. einen Computer mit Mitteln zur Erfassung und Speicherung
der 3D-Positionen und der Endoskopbilder
Diese
Vorrichtung ist so gestaltet, dass sie im OP einsetzbar ist (Sterilisierbarkeit
System Kamera-Endoskop).
Mittels dieser Vorrichtung können
nun in großem
Maßstab
während
der OP Kamerabilder und die zugehörigen 3D-Positionen gespeichert
werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
3-5 Bilder pro Sekunde gespeichert. Dabei können spezielle Verfahren zum
Einsatz kommen, die neue Bilder nur dann abspeichern, wenn sich
die 3D-Position des Endoskops um einen festgelegten Schwellwert
verändert
hat.
Es
stehen nun erstmals in großer
Zahl endoskopische Bilder aus einer OP zusammen mit den exakten
3D-Positionen der Kamera zur Verfühgung. Durch die vorliegende
Erfindung werden diese Informationen erstmalig in verschiedenen
erfindungsgemäßen Modulen
für die
virtuelle oder aber auch reale Handhabung bereitgestellt. Dies wird
nachfolgend beschrieben:
Zur Lösung der oben gestellten Aufgabe,
dass Bilder und 3D-Positionen nicht lückenlos mit Videorate (25 Hz)
gespeichert werden können
und die gespeicherten Bilder daher nicht "ruckelfrei" abspielbar sein werden, wurde nun erfindungsgemäß folgende
Neuerung entwickelt und die Lösung
für verschiedene
weitere innovative Module genutzt:
- • Zunächst ist
es mit dem Fachmann geläufigen Verfahren
der Mustererkennung und des Warping möglich, für gespeicherte Bilder Korrespondenzen
herzustellen und auf Basis solcher korrespondierenden Landmarken
die fehlenden Zwischenbilder zu berechnen. Auf diese Weise können zu jeder
3D-Position, die in der konvexen Hülle der gespeicherten 3D-Positionen
liegt, die "fehlenden" Bilder berechnet
werden. Es entsteht so erstmalig für endoskopische Operationen
eine volle Repräsentation
des Operationsfeldes, die wir nachfolgend als "Virtual Map" bezeichnen.
- • In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird diese Virtual Map dazu genutzt, um einem für diese
spezielle Art der OP trainierenden Arzt oder einem allgemein für endoskopische
OPs trainierenden Nutzer die virtuelle und damit gefahrlose Simulation
einer OP zu ermöglichen. Dazu
wird ein Endoskop vom OPMS in seiner 3D-Position verfolgt und auf
dem Monitor die zur aktuellen Position gehörigen Bilder der OP aus der
Virtual Map eingespielt. Dabei sieht der Nutzer im Gegensatz zur
virtuell synthetisierten Umgebung aus A.J. Lemke et al., Virtuelle
MR-Ventrikelendoskopie,
Fortschr. Röntgenstr.
176, 1106-1113, 2003, die realen Bilder aus einer OP mit all ihren
Stärken
und Schwächen
und ist damit mit Navigationsproblemen konfrontiert, wie sie auch
in der realen OP auftreten können.
Mit dem erfindungsgemäß entwickelten
Verfahren wird zu jeder 3D-Position ein approximiertes Bild zur
Verfügung
gestellt und der Nutzer erhält
so eine "ruckelfreie" Bildsequenz.
- • Eine
schwierige Situation bei endoskopischen Operationen ist der möglicherweise
eintretende Verlust der Sicht (durch Blutung oder Trübung). In einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die Virtual Map dazu genutzt, im realen OP in
solcher Situation dem Operateur eine neuartige Hilfe anzubieten,
indem er vom Realbild auf Virtual-Map-Bild umschalten kann und so
zur aktuellen Position des Endoskops ein approximatives Bild erhält. Dies
ermöglicht
ihm die gefährdungsminimale
Rücknavigation
des Endoskopes oder die aktive Einleitung von Maßnahmen, um die reale Sicht
wiederzuerlangen, wie nachfolgend beschrieben:
- • In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann bei einem Verlust der Sicht durch Blutung gezielt
eine Koagulation als blutstillende Maßnahme eingesetzt werden (s. 4). Durch ein erfindungsgemäß entwickeltes
Mustererkennungsverfahren wird die Quelle der Blutung, sofern sie
sich im Gesichtsfeld des Endoskopes befindet, durch Detektion des
Beginns einer Rot färbung
und seine schnelle Ausbreitung festgestellt und in ihrer 3D-Position
als Landmarke gespeichert. Oder in der Nähe des Gefäßes, das eine potentielle Quelle
darstellt, wird vom Operateur zuvor eine Landmarke gesetzt, um die 3D-Tiefe
des Gefäßes zu speichern
(markiertes Kreuz in 4a). Für beiden
Fällen
wurde erfindungsgemäß ein Verfahren
für das
geeichte System (Kamera-Endoskop) entwickelt, mit dem die Blutungsquelle
koaguliert werden kann. Kommt es nun zum Blutaustritt (s. 4b), so wird die Stelle der Blutung als
Marke eingeblendet und mit dem Zentrum des Kamerabildes zur Deckung
gebracht. Eine Koagulationsfiber (s. 4c)
wird durch den Arbeitskanal des Endoskopes eingebracht und der Operateur
enthält über entsprechende
Eichmarken einen Hinweis, wie tief die Koagulationsfiber einzuführen ist
(dies ist eine Neuheit der Erfindung und nur deshalb möglich, weil
die Landmarke in ihrer 3D-Position vermessen wurde). Nachdem die
Koagulationsfiber an der richtigen Position ist, kann durch Koagulation eine
Blutstillung eingeleitet werden.
- • Erfahrungsgemäß erfordert
eine solche Prozedur ein Training für den Operateur. In einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung wird dies dadurch trainiert, dass die Koagulationsprozedur in
der Virtuellen Map an virtuellen Blutungen durchgespielt wird und
die erreichte Positionierungsgenauigkeit und damit die Wahrscheinlichkeit
für den
Erfolg der Maßnahme
bei einer realen Blutung an den Nutzer zurückgemeldet wird.
- • Abschließend sei
die Funktion "Virtuelle
Bildausschnittsvergrößerung" beschrieben: In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Virtual Map in Kombination mit der in der Kamera-Eichung bestimmten
Verzeichnungskorrektur wird virtuell ein vergrößerter Bildausschnitt erzeugt.
Dies ermöglicht
dem Operateur entgegen dem engen Gesichtsfeld des realen Endoskopbildes
ein virtuell vergrößertes Gesichtsfeld
und damit einen verbesserten Überblick
für die
Navigation. Erfindungsgemäß werden
hierzu geeignete Sequenzen aus der Virtual Map ausgewählt, die
sich aufgrund der unterschiedlichen Blickrichtungen zu einem Panoramabild
aneinandersetzen lassen. Hierzu wird zunächst mit dem Fachmann geläufigen Verfahren
des Warping die Verzeichnung korrigiert. Dann werden mit weiteren,
dem Fachmann geläufigen
Verfahren der Mustererkennung die Korrespondenz anatomischer Strukturen
in den Sequenzbildern ermittelt. Schließlich wird auf Basis dieser
Korrespondenzen ein vergrößertes Panoramabild
mit größerem Gesichtsfeld
erzeugt und zur Anzeige gebracht.