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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Augenchirurgiesystem sowie ein Verfahren zur Vorbereitung von Eingriffen im Rahmen von Augenoperationen.
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Im Zeitalter der minimal-invasiven Chirurgie wird auf große operative Zugänge verzichtet, was besonders schonend für die Patienten ist. Auch im Bereich der Augenchirurgie werden komplexe Eingriffe mit Hilfe von Augenchirurgie-Mikroskopiesystemen durchgeführt. Entscheidend für den Operationserfolg ist jedoch häufig die Erfahrung des Operateurs.
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Zur Durchführung einer Operation im Bereich des Augen-Hintergrunds müssen Zugänge zum Augen-Inneren geschaffen werden, die die Einführung chirurgischer Instrumente in das Auge ermöglichen. Dazu werden üblicherweise sogenannte Trokare verwendet. Dabei handelt es sich um kleine Röhrchen, beispielsweise aus Metall, die während der Operation die transconjunctivale Mikroinzision offen halten und somit das mühelose Einführen der Instrumente während der Operation ermöglichen. Die Trokare schützen auch die Glaskörperbasis beim Einführen der Instrumente und minimieren dadurch die Gefahr von Netzhautlöchern, die während der Operation sonst entstehen könnten. Durch die Verwendung von Trokaren kann die Operationszeit verkürzt werden, das Auge wird weniger traumatisiert und der Heilungsprozess kann sich dadurch rascher vollziehen.
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Die Positionen, an denen die Trokare gesetzt werden sollen, sind für den Erfolg eines operativen Eingriffs in das Augeninnere von Bedeutung und müssen genauestens bestimmt werden. Diese Positionen werden vom Chirurgen während des operativen Eingriffs mit Hilfe von Markierungs-Werkzeugen, wie beispielsweise Schablonen für den Abstand vom Limbus, bestimmt. Dies stellt jedoch einen zusätzlichen Arbeitsschritt während der Operation dar, was die Dauer der Operation verlängert und auch eine Ursache von Fehlern bilden kann.
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Darüber hinaus sind die Markierungen, die die Positionen der einzusetzenden Trokare anzeigen, nicht immer gut zu erkennen, was zu einer Erschwerung der Operationsbedingungen führt. Da der Chirurg die Winkelposition für das Einsetzen der einzelnen Trokare visuell durch ein Betrachten des Operationsfeldes bestimmt, ist diese Bestimmung auch ungenau und erfordert einen zusätzlichen Zeitaufwand, so dass sich die Operationsdauer weiterhin erhöht und nicht schonend für den Patienten ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Augenchirurgiesystem und Verfahren zum Vorbereiten einer Vorbereitung eines Eingriffs im Rahmen einer Augenoperation sowie zum Durchführen eines Eingriffs im Rahmen einer Augenoperation bereitzustellen, welche eine weitere Verbesserung des Erfolgs des durchzuführenden Eingriffs ermöglichen.
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Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Augenchirurgiesystem ein Operationsmikroskop, welches dazu konfiguriert ist, ein Mikroskopbild eines Auges darzustellen, und welches eine Kamera umfasst, um ein Kamerabild des Auges aufzunehmen. Des Weiteren weist das Augenchirurgiesystem einen Datenspeicher auf, der dazu vorgesehen ist, Daten zu speichern, die wenigstens eine vorbestimmte Position eines in das Auge einzusetzenden Trokars, der als ein Zugang für das Augeninnere dient und es ermöglicht, während eines operativen Eingriffs die notwendigen Instrumente einzuführen, und zwar relativ zu dem Auge, insbesondere relativ zu bestimmten augenspezifischen Merkmalen, repräsentieren.
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Das Augenchirurgiesystem weist auch einen Mustergenerator auf, welcher dazu konfiguriert ist, ein die vorbestimmte Position des Trokars repräsentierendes Muster basierend auf den in dem Datenspeicher gespeicherten Daten und dem von der Kamera aufgenommenen Kamerabild zu generieren, so dass die genaue Position jedes der einzusetzenden Trokare sowie die Winkelposition vor dem operativen Eingriff bestimmt werden kann. Dabei können die Daten während einer Untersuchung vom Arzt manuell aufgenommen, einer Datenverarbeitungsvorrichtung hinzugefügt und dem Augenchirurgiesystem übermittelt werden. Es kann aber auch ein Diagnosesystem verwendet werden, über welches mit Hilfe eines mathematischen Algorithmus die Position des Trokars bestimmt werden kann.
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Das Augenchirurgiesystem umfasst auch eine Anzeigevorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, das von dem Mustergenerator erzeugte Muster dem Mikroskopbild und/oder dem Kamerabild des Auges zu überlagern, so dass die genauen Positionen der einzusetzenden Trokare visualisiert und dem Operateur zur Verfügung gestellt werden. Die Überlagerung kann auch von einer Steuerung, welche ein Teil eines sogenannten Eyetrackers ist, generiert werden. Auf der Anzeigevorrichtung wird das mit der Kamera aufgenommene Bild des Auges in Überlagerung mit dem vom Mustergenerator erzeugten Muster angezeigt, so dass die genaue Position der einzusetzenden Trokare bildlich veranschaulicht werden kann. Die Muster der Positionen für die Trokare, die auf dem Bild angezeigt sind, entsprechen dann den genauen Positionen der einzusetzenden Trokare.
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Das Operationsmikroskop kann beispielsweise ein, zwei oder mehrere Objektive und ein oder mehrere einzelne Okulare oder Paare von Okularen umfassen. Die Kamera des Operationsmikroskops, die geeignet ist, ein Kamerabild des zu operierenden Auges aufzunehmen, kann in einem Strahlengang des Operationsmikroskops angeordnet sein, und beispielsweise Licht zur Erzeugung eines Bildes des Auges empfangen, welches ein Objektiv des Mikroskops durchsetzt hat.
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Die Anzeigevorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Bildprojektor aufweisen, um eine Darstellung von Markierungsmustern in den Strahlengang zum Okular des Operationsmikroskops einblenden zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Anzeigevorrichtung eine kopfgetragene Vorrichtung („Head Mounted Display“) und/oder einen Monitor umfassen, welcher durch eine Konsole oder ein Stativ getragen werden kann. Die Anzeigevorrichtung kann aber auch in einer sogenannten „intelligenten Brille“ enthalten sein.
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Durch diese Lösung wird auf eine einfache Weise erreicht, dass die Genauigkeit bei dem Einsetzen von Trokaren als Zugänge für die Durchführung von augenchirurgischen Instrumenten in das Augeninnere im Vergleich zu der bisherigen Vorgehensweise verbessert wird, wobei der Zeitaufwand, der besonders im Bereich der Augenchirurgie von großer Bedeutung ist, da das menschliche Auge eines der empfindlichsten Organe ist, deutlich reduziert wird.
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Da auch die Bestimmung der Winkelposition, welche die Ausrichtung des einzusetzenden Trokars im Umfangsrichtung bezeichnet, und zwar in Bezug auf vor dem operativen Eingriff bestimmte augenspezifische Merkmale, wie beispielsweise Blutadern, mit dem Augenchirurgiesystem genauer als bei dem bisher bekannten Stand der Technik erfolgen kann, kann der Operationserfolg verbessert werden. Auch die Gefahr iatrogener Netzhautschaden fällt durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Augenchirurgiesystems geringer aus als bisher.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform eines Augenchirurgiesystems der vorliegenden Erfindung umfasst dieses eine Eingabevorrichtung zur Eingabe der in dem Datenspeicher gespeicherten Daten. Das Augenchirurgiesystem kann ein Diagnosesystem aufweisen, welches von dem Abbildungssystem separat ausgebildet sein kann. Das Diagnosesystem kann eine Kamera zur Aufnahme des Bildes des zu operierenden Auges und eine Schnittstelle zum Ausgeben des Bildes, insbesondere in einem solchen Format, dass es unmittelbar zur Eingabe an die Eingabevorrichtung und zur Verarbeitung durch eine Bildverarbeitungsvorrichtung geeignet ist, enthalten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Mustergenerator des Augenchirurgiesystems ferner dazu konfiguriert, beispielsweise ein einen Umriss eines Limbus repräsentierendes Muster, basierend auf dem von der Kamera aufgenommenen Kamerabild, zu generieren. Es können aber auch weitere Muster generiert werden, die weitere augenspezifische Merkmale, insbesondere spezifische biometrische Parameter des Auges, sowie beispielsweise die Positionen von Blutadern, anzeigen können.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der einzusetzende Trokar eine im Wesentlichen rohrförmige Gestalt auf. Der Trokar kann aber auch halbkreisförmig ausgebildet sein, um die Führung eines in das Augeninnere einzuführenden Operationsinstruments zu erleichtern und welche die schnelle und leichte Herausnahme des Trokars nach Beenden des operativen Eingriffs erlauben kann. Ein Trokar, welcher in der Augenchirurgie Verwendung findet, kann beispielsweise aus Metall hergestellt sein. Der Trokar kann aber auch aus Keramik, Kunststoff oder Polymeren bestehen.
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Mit dem Augenchirurgiesystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ferner die genaue Position von mehreren einzusetzenden Trokaren, die voneinander verschiedene Abmessungen und voneinander verschiedene optisch wahrnehmbare Kennzeichnungen, insbesondere verschiedene Farben, aufweisen können, bestimmt werden. Somit können entsprechende Mustermarkierungselemente erzeugt und unterschiedliche Trokare mit unterschiedlichen Abmessungen und Formen eingesetzt werden. Durch diese bildlich darstellbare Unterscheidung der Trokare voneinander, ist die Gefahr von Fehlern bei der Einsetzung während eines operativen Eingriffs reduziert, da die einzelnen einzusetzenden Trokare Unterscheidungsmerkmale aufweisen, die dem von dem Mustergenerator im Voraus erstellte Muster genau entsprechen. Die Operationszeit kann somit verkürzt werden.
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Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird ein Verfahren zum Vorbereiten eines Eingriffs im Rahmen einer Augenoperation bereitgestellt, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst: ein präoperatives Bestimmen einer Position, an der ein Trokar in ein Auge einzusetzen ist; ein Erzeugen eines Bildes des Auges; und ein Darstellen der bestimmten Position, an der der Trokar in das Auge einzusetzen ist, in Überlagerung mit dem erzeugten Bild.
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Durch ein solches präoperativen Verfahren ist es möglich noch vor dem operativen Eingriff die Positionen der einzusetzenden Trokare im Voraus zu planen, indem spezifische biometrische Merkmale verwendet werden, um die bestmögliche Position eines später einzusetzenden Trokars zu bestimmen. Dabei können spezifische Augenmerkmale, wie ein Umriss des Limbus und der Rotationswinkel des Auges relativ zu einem Referenzbild bestimmt werden. Die derart bestimmten Positionen können dann vor dem operativen Eingriff an das Operationsmikroskop übertragen werden, wobei die vorher bestimmten Positionen, an denen die Trokare einzusetzen sind, in Überlagerung mit einem erzeugten Bild des Auges visualisiert werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform können die bestimmten Positionen, an denen mindestens ein oder mehrere Trokare einzusetzen sind, abgespeichert und während des operativen Eingriffs mittels einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden bei der Bestimmung von Positionen von Trokaren vordefinierte Muster von Positionen für Trokare verwendet und/oder neue Muster von Positionen definiert, die in einer Datenbank abgespeichert und bei späteren Eingriffen verwendet werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Durchführen eines Eingriffs im Rahmen einer Augenoperation bereitgestellt, welches folgende Verfahrensschritte aufweist: Bestimmen einer Position, an der ein Trokar in ein Auge einzusetzen ist; Erzeugen eines Bildes des Auges; Darstellen der bestimmten Position, an der der Trokar in das Auge einzusetzen ist, in Überlagerung mit dem erzeugten Bild; und Einbringen des Trokars in das Auge an der in dem Bild dargestellten bestimmten Position.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgen das Erzeugen des Bildes des Auges und das Darstellen der bestimmten Position in Überlagerung mit dem erzeugten Bild mit Hilfe eines Operationsmikroskops. Es ist aber auch denkbar, dass das Bild des Auges mittels einer mit dem Operationsmikroskop in Verbindung stehenden Vorrichtung erzeugt wird und dieses während des operativen Eingriffs an das Operationsmikroskop übermittelt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren zum Durchführen eines Eingriffs im Rahmen einer Augenoperation weiterhin umfassen: Erzeugen von mehreren Musterelementen, wobei ein jedes Musterelement die Position eines Trokars relativ zu dem Auge bezeichnet, und wobei die mehreren Musterelemente in verschiedenen Farben dargestellt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können mit dem Verfahren zum Durchführen eines Eingriffs im Rahmen einer Augenoperation mehrere Trokare eingesetzt werden, welche verschiedene, den Farben der Musterelemente entsprechende Farben und/oder wahrnehmbare Kennzeichnungen aufweisen, so dass der Operateur an einer bestimmten Position einen bestimmten Trokartyp, ohne weitere gedankliche Schritte einsetzen kann, was die Operationszeit weiterhin reduziert.
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Als besonders günstig bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Durchführen eines Eingriffs im Rahmen einer Augenoperation wird angesehen, wenn während des operativen Eingriffs das ganze Muster und/oder die einzelnen Musterelemente eingeschaltet oder ausgeschaltet werden kann bzw. können. Somit kann der Operateur einem nacheinander die Trokare einführen, indem lediglich das jeweilige Musterelement eingeblendet werden kann, so dass sich der Operateur nur auf den jeweiligen einzusetzenden Trokar konzentrieren kann.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Augenchirurgiesystems gemäß einer Ausführungsform;
- 2 eine schematische Darstellung eines von dem Augenchirurgiesystem der 1 aufgenommenen Bildes eines Patientenauges;
- 3 eine schematische Darstellung eines dem Bild der 2 entsprechenden Bildes, in welches ein Markierungsmuster als Hilfestellung zum Einsetzen von Trokaren in das zu operierende Auge eingeblendet ist; und
- 4 eine schematische Darstellung eines dem Bild der 3 entsprechendes Bild, in welches ein eingesetzter Trokar dargestellt ist.
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In 1 ist ein Augenchirurgiesystem 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Dieses umfasst ein Operationsmikroskop 2, welches ein Gehäusekörper 3, in dem eine Mikroskopieoptik 5 aufgenommen ist, aufweist. Die Mikroskopieoptik 5 umfasst ein Mikroskopieobjektiv 7, welches ein von einer Objektebene 9 des Objektivs 7 ausgehendes objektseitiges divergentes Strahlenbündel 11 in ein bildseitiges paralleles Strahlenbündel 13 überführt. Aus diesem greift ein doppelt ausgelegtes Zoomsystem 15 mit entlang einer optischen Achse 17 des Objektivs 7 verlagerbaren Linsengruppen 19 und 21 zwei Teilstrahlenbündel 23 und 24 heraus, welche Okularen 25 bzw. 26 zugeführt werden, in welche der Chirurg mit seinem linken und rechten Auge einblicken kann, um ein Bild der Objektebene 9 zu betrachten. Die Linsengruppen 19 und 21 des Zoomsystems 15 können mittels eines Motors 33 verlagert werden und damit kann eine Änderung einer Vergrößerung der Mikroskopieoptik 5 angesteuert werden. Kommandos zur Ansteuerung des Motors 33 erhält eine Steuerung 31 beispielsweise von einem Schalterpult 35 mit Drucktasten, welche vom Fuß des Operateurs oder der Person, die den Eingriff durchführt, betätigt werden.
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Das Operationsmikroskop 2 umfasst ferner eine Kamera 47, über welche ein Kamerabild des Auges 29 aufgenommen wird, sowie einen halbdurchlässigen Spiegel 41, welcher in dem Teilstrahlenbündel 23 angeordnet ist, um aus diesem ein Strahlenbündel 43 auszukoppeln, welches über eine Adapteroptik 45 auf einen Chip der Kamera 47 derart geleitet wird, dass auf diesem ein Bild der Objektebene 9 entsteht. Von der Kamera 47 aufgenommene Bilder werden von der Steuerung 31 ausgelesen und auf einem Bildschirm 49 dargestellt. Damit ist auf dem Bildschirm 49 das gleiche Bild der Objektebene 9 sichtbar, wie es ein Betrachter beim Einblick in die Okulare 25, 26 wahrnimmt.
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Das gleiche Bild, wie auf dem Bildschirm 49, wird ferner noch in einem Head Mounted Display 50, als Anzeigevorrichtung, dargestellt, welches der Operateur am Kopf tragen kann, um das gleiche Bild zu betrachten, wie er es beim Einblick in die Okulare 25 und 26 oder beim Blicken auf den Bildschirm 49 wahrnehmen kann.
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Das Augenchirurgiesystem 1 umfasst ferner einen Projektor 55 mit einer Anzeigevorrichtung 57, beispielsweise einer LCD-Anzeige, eine Projektionsoptik 59 und einem halbdurchlässigen Spiegel 61. Der halbdurchlässige Spiegel 61 ist in dem Teilstrahlenbündel 24 angeordnet und koppelt ein durch die Anzeigevorrichtung 57 dargestelltes und von der Optik 59 projiziertes Muster in das Teilstrahlenbündel 24 derart ein, dass es beim Einblick in die Okulare 25, 26 oder das Head Mounted Display 50 oder beim Betrachten der Anzeige 49 in überlagerter Darstellung mit dem Bild der Objektebene 9 wahrgenommen wird.
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Das von der Anzeigevorrichtung 57 dargestellte Muster wird durch einen Mustergenerator 64 des erfindungsgemäßen Augenchirurgiesystems 1 in der Steuerung erzeugt, wobei die Steuerung 31 dieses Muster auch dem Bild, welches auf dem Bildschirm 49 dargestellt wird, überlagert. Der Mustergenerator 64 ist dazu konfiguriert, ein die vorbestimmten Positionen eines oder mehrerer einzusetzender Trokare 70 repräsentierendes Muster basierend auf Daten, die in einem Datenspeicher 63 des Augenchirurgiesystems 1 gespeichert sind, und dem von der Kamera 47 aufgenommenen Kamerabild zu generieren. Im Datenspeicher 63 des Augenchirurgiesystem 1 werden die Daten, die wenigstens eine vorbestimmte, geplante Position des wenigstens einen in das Auge einzusetzenden Trokars relativ zu augenspezifischen Parameters, die die biometrischen Daten des zu behandelnden Auges repräsentieren, gespeichert. Diese gespeicherten Daten werden über eine Steuerung 31 von einer Eingabevorrichtung an den Mustergenerator 64 eingegeben, um die genaue Position des Trokars 70 anzugeben.
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Die Steuerung 31 ist ein Teil eines sogenannten Eyetrackers, zu dessen Implementierung die Steuerung 31 ein Softwaremodul aufweist, welches die von der Kamera 47 aufgenommenen Bilder analysiert. Eine repräsentative Darstellung eines solchen Bildes 100 ist, in 2 gezeigt. In dem Bild 101 sind Augenlider 103, Sklera 105, ein Außenrand 107 einer Iris 109 und ein Innenrand 111 der Iris 109 zu erkennen. Das Softwaremodul 63 analysiert das Bild und es wird der geometrische Schwerpunkt des größten zusammenhängenden dunklen Bereichs ermittelt, welcher in 2 mit dem Bezugszeichen 115 bezeichnet ist. Somit ist es möglich, mit Hilfe des Eyetrackers das Zentrum 115 der Iris in den Koordinaten des Bildes 101 zu ermitteln. Somit kann während des operativen Eingriffs in Echtzeit das erzeugte Muster für das Einsetzen der Trokare auf das Auge mit großer Genauigkeit überlagert werden. Vorzugsweise wird ein Adernmuster der Sklera 105 verwendet, um mit Hilfe des Eyetrackers ein Muster für das Einsetzen der Trokare zu erzeugen.
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3 zeigt das mikroskopische Bild der Objektebene (vergleiche 2), welchem das von dem Mustergenerator 64 erzeugte Muster überlagert ist. Das Muster besteht aus einer Vielzahl von kleinen Ringen 121, 122, 123 als Mustermarkierungselemente, die die Position eines einzusetzenden Trokars repräsentieren. Das Muster stellt auch schematisch einen Umriss des Limbus 120 dar, der als Orientierungshilfe für die Bestimmung der Positionen der einzelnen einzusetzenden Trokare dient. Bei der Planung der Trokar-Positionen wird beispielsweise der Abstand vom Limbus und auch die Winkelposition des jeweiligen einzusetzenden Trokar beispielsweise in Bezug auf die Iris, vorbestimmt.
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Die nächste 4 zeigt das mikroskopische Bild der Objektebene gemäß 3, wobei ein während des Eingriffs in das Auge eingesetzter Trokar 70 dargestellt ist. Es versteht sich, dass die weiteren Mustermarkierungselemente 122, 123 als Orientierung für das Einsetzen der weiteren Trokare 72, 74, die mit Strichlinien schematisch dargestellt sind, dienen, wobei dessen Einsetzen in einem späteren Verfahrensschritt, erfolgt. An dieser Stelle ist zu bemerken, dass die Mustermarkierungselemente 121, 122, 123 mit verschiedenen Farben gekennzeichnet werden können, so dass auch unterschiedliche Trokare eingesetzt werden können. Der hier schematisch dargestellte und eingesetzte Trokar 70 weist eine im Wesentlichen runde Form auf, wobei auch andere Formen für das bessere Unterscheiden der einzusetzenden Trokare 70, 72, 74 möglich sind.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Planen und Bestimmen von Positionen von Trokaren anhand von vordefinierten Mustern oder Teilmustern sowie durch das erfindungsgemäße Augenchirurgiesystem werden neue intraoperativen Anzeigen, was die genaue Position für das Einsetzen von Trokare und die genaue Planung dieser Positionen noch vor dem operativen Eingriff betrifft, geschaffen.
