DE102020102012B4 - Anordnung mit einer OCT-Einrichtung für das Ermitteln einer 3D-Rekonstruktion eines Objektbereichsvolumens sowie Computerprogramm und computerimplementiertes Verfahren hierfür - Google Patents

Anordnung mit einer OCT-Einrichtung für das Ermitteln einer 3D-Rekonstruktion eines Objektbereichsvolumens sowie Computerprogramm und computerimplementiertes Verfahren hierfür Download PDF

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Abstract

Anordnung (10, 10', 10'', 10''')mit einer OCT-Einrichtung (20) für das Abtasten eines Objektbereichsvolumens (22) in einem Objektbereich (18) mittels eines OCT-Abtaststrahls (21);mit einem Gegenstand (24, 24'), der einen in dem Objektbereichsvolumen (22) anordenbaren, mittels der OCT-Einrichtung (20) dort lokalisierbaren Abschnitt (84) hat, undmit einer Rechnereinheit (60), die mit der OCT-Einrichtung (20) verbunden ist und die ein Computerprogramm für das Ermitteln einer 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und das Ermitteln der Lage des Abschnitts (84) des Gegenstands (24, 24') in dem Objektbereichsvolumen (22) durch Verarbeiten von mittels der OCT-Einrichtung (20) durch Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) gewonnener OCT-Abtastinformation enthält,dadurch gekennzeichnet, dassdas Computerprogramm eine Rechenroutine für das Ermitteln eines Zielareals (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) aufweist, die zu dem Zielareal (90) eine Führungsgröße für den Gegenstand (24, 24') bestimmt, wobeider Gegenstand (24, 24') als ein Operationsinstrument ausgebildet ist, welches eine Kapillare (86) mit einer Öffnung (82) für das Ausbringen eines Mediums (88) aufweist, und wobeidie Rechenroutine des Computerprogramms dazu dient, einen Istwert des Volumens des in dem Zielareal (90) durch die Öffnung (82) der Kapillare (86) ausgebrachten Mediums (88) durch Vergleich von Daten des Zielareals (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und/oder durch Vergleich von mit der OCT-Einrichtung (20) durch Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) gewonnener Abtastinformation des Zielareals (90) vor und während des Ausbringens des Mediums (88) zu ermitteln.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer OCT-Einrichtung für das Abtasten eines Objektbereichsvolumens in einem Objektbereich mittels eines OCT-Abtaststrahls und mit einem Gegenstand, der einen in dem Objektbereichsvolumen anordenbaren, mittels der OCT-Einrichtung dort lokalisierbaren Abschnitt hat, und mit einer Rechnereinheit, die mit der OCT-Einrichtung verbunden ist und die ein Computerprogramm für das Ermitteln einer 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens und das Ermitteln der Lage des Abschnitts des Gegenstands in dem Objektbereichsvolumen durch Verarbeiten von mittels der OCT-Einrichtung durch Abtasten des Objektbereichsvolumens gewonnener Abtastinformation enthält. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm sowie ein computerimplementiertes Verfahren für das Ermitteln einer 3D-Rekonstruktion eines Objektbereichsvolumens.
  • Die Optical Coherence Tomography (OCT) ist ein Verfahren für das Erfassen von Volumendaten insbesondere von biologischem Gewebe durch Abtasten des Gewebes mittels eines OCT-Abtaststrahls aus zeitlich inkohärentem, jedoch räumlich kohärentem Laserlicht, das in einem Probenstrahlengang und einem Referenzstrahlengang geführt wird. OCT ermöglicht es, Objekte wie z. B. chirurgische Instrumente in einem Operationsbereich zu lokalisieren.
  • Aus der WO 2016 / 055 422 A1 und der US 2017 / 0 209 042 A1 ist jeweils eine Anordnung der eingangs genannten Art bekannt. In diesen Druckschriften ist ein Operationssystem mit einer OCT-Einrichtung und mit einem Operationsinstrument beschrieben, das einen mittels der OCT-Einrichtung lokalisierbaren Wirkabschnitt hat. Es ist angegeben, für das Operationsinstrument aus Referenzdaten ein Zielareal zu ermitteln und eine Ablage des Operationsinstruments zu dem Zielareal als ein Kriterium für das Auslösen einer Instrumentenfunktion zu benutzen.
  • In der US 2019 / 0 000 563 A1 ist ein System für das Bestimmen von Lage und Orientierung einer Instrumentenspitze in einer ophthalmologischen Operation beschrieben. Das Gewebe des Auges wird hier insbesondere mittels OCT erfasst und es wird die Lage und Orientierung der Instrumentenspitze in einem zu dem erfassten Gewebe referenzierten Koordinatensystem anhand eines auf dem Instrument angebrachten Markes mittels Bilderfassung, mittels magnetischer Sensoren, mittels Ultraschallsensoren oder mittels Trägheitssensoren bestimmt.
  • Die US 2016 / 0 249 989 A1 offenbart ein Visualisierungssystem, das an dem Körper eines Patienten zu diesem referenzierte virtuelle Strukturen sichtbar machen kann.
  • Aus der EP 3 461 411 A1 ist das Verarbeiten von OCT-Daten über unterschiedliche Objektbereiche hinweg zu einem Modell bekannt, indem OCT-Daten zu den unterschiedlichen Objektbereichen referenziert werden.
  • Die US 2018 / 0 263 706 A1 lehrt, mittels Durchleuchten erfasste Patientenbilder zu verarbeiten, die Schattenstrukturen enthalten.
  • Die US 2012 / 0 190 976 A1 beschreibt das geregelte Ausbringen von Wirksubstanzen mit einem in der Blutbahn eines Patienten eingeführten Mikrokatheter, indem mittels eines Drucksensors der Druck in einem Wirksubstanz-Reservoir erfasst und über ein Mikroventil der Wirksubstanz-Fluss aus dem Wirksubstanz-Reservoir gesteuert wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einem Operateur chirurgische Eingriffe in einem schwer zugänglichen Operationsbereich zu erleichtern.
  • Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Anordnung, das in Anspruch 14 angegebene Computerprogramm und das in Anspruch 15 angegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die in Anspruch 1 angegebene Anordnung weist eine OCT-Einrichtung für das Abtasten eines in einem Objektbereich angeordneten Objektbereichsvolumens mit einem OCT-Abtaststrahl sowie einen Gegenstand auf, der einen in dem Objektbereich anordenbaren, mittels der OCT-Einrichtung in dem Objektbereichsvolumen lokalisierbaren Abschnitt in dem Objektbereichsvolumen hat. Außerdem enthält die Anordnung eine Rechnereinheit, die mit der OCT-Einrichtung verbunden ist und die ein Computerprogramm für das Ermitteln einer 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens und das Ermitteln der Lage des Abschnitts des Gegenstands in dem Objektbereichsvolumen durch Verarbeiten von mit der OCT-Einrichtung durch Abtasten des Objektbereichsvolumens gewonnener OCT-Abtastinformation hat. Der Gegenstand ist als ein Operationsinstrument ausgebildet, welches eine Kapillare mit einer Öffnung für das Ausbringen eines Mediums aufweist. Die Rechenroutine des Computerprogramms dient dazu, einen Istwert des Volumens des in dem Zielareal ausgebrachten Mediums durch Vergleich von Daten des Zielareals in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens und/oder von mit der OCT-Einrichtung durch Abtasten des Objektbereichsvolumens gewonnener Abtastinformation des Zielareals vor und während des Ausbringens des Mediums zu ermitteln.
  • Das Computerprogramm weist dabei eine Rechenroutine für das Ermitteln eines Zielareals in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens auf, die zu dem Zielareal eine Führungsgröße für den Gegenstand bestimmt.
  • Eine OCT-Einrichtung in einer erfindungsgemäßen Anordnung enthält eine Quelle für zeitlich inkohärentes und räumlich kohärentes Laserlicht mit einer Kohärenzlänge Ic, das einem Probenstrahlengang und einem Referenzstrahlengang zugeführt wird. Der Probenstrahlengang ist auf das zu untersuchende Gewebe gerichtet. In der OCT-Einrichtung wird das Laserlicht, das aufgrund von Streuzentren im Gewebe in den Probenstrahlengang zurückgestrahlt wird, mit Laserlicht aus dem Referenzstrahlengang überlagert. Durch diese Überlagerung entsteht ein Interferenzsignal. Aus diesem Interferenzsignal lässt sich die Position von Streuzentren für die Laserstrahlung im untersuchten Gewebe bestimmen. Eine OCT-Einrichtung in einem erfindungsgemäßen Operationssystem kann insbesondere als ein „Time-Domain OCT“ oder als ein „Fourier-Domain OCT“ aufgebaut sein.
  • Insbesondere die Injektion von Stammzellen in das Gewebe der Retina zur Behandlung der sogenannten trockenen Makuladegeneration (AMD) ermöglicht das Reduzieren der Drusenneubildung und bewirkt, dass bereits beschädigtes retinales Pigmentepithel sowie beschädigte Photorezeptoren wieder gesunden. Hier ist es allerdings essentiell, dass die in das Gewebe der Retina injizierten Stammzellen von einem Operateur am richtigen Ort und in der richtigen Menge ausgebracht werden. Auch für die Platzierung von Implantaten an der Retina, etwa für die Platzierung von sogenannten Nano-Retina-Implantaten, ist eine exakte Positionierung wichtig. Für manche Operationen ist außerdem eine vorherige möglichst exakte Entfernung des Glaskörpers von Bedeutung.
  • Insbesondere eine möglichst genaue Lokalisierung von Gegenständen wie etwa Operationsinstrumenten, Implantaten aber auch Gewebe ist für den Erfolg einer solchen Operation deshalb wünschenswert.
  • Der Begriff 3D-Rekonstruktion bezeichnet vorliegend den Prozess der Erfassung der Form und des Aussehens von realen Objekten oder Teilen dieser. Die 3D-Rekonstruktion kann z. B. als Tiefenkarte, Punktewolke oder Mesh vorliegen. Der Prozess kann durch aktive oder passive Methoden durchgeführt werden. Aktive Methoden treten mechanisch oder radiometrisch unter Verwendung von Entfernungsmessern aktiv in Wechselwirkung mit dem zu rekonstruierenden Objekt. Passive Methoden verwenden dagegen nur einen Sensor, um die von der Oberfläche des Objekts reflektierte oder emittierte Strahlung zu messen und daraus durch Bildverständnis auf seine 3D-Struktur zu schließen.
  • Unter einem Zielareal versteht diese Erfindung ein Teilgebiet in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens, in welchem der Gegenstand zur Anwendung gebracht werden soll, indem eine Funktion des Gegenstands ausgeführt oder indem der Gegenstand dort platziert wird. Dafür kann dieses Teilgebiet eine Sollposition enthalten.
  • Das Ermitteln des Zielareals in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens sowie das Bestimmen der Führungsgröße für den Gegenstand durch das Computerprogramm ermöglicht eine Automatisierung der Führung von Operationsinstrumenten sowie weiterer Gegenstände während der Operation.
  • Unter einer Führungsgröße versteht die Erfindung eine durch das Computerprogramm ermittelte Größe, die zur Führung eines Gegenstands in dem Objektbereich dient. Eine solche Größe bezeichnet dabei eine quantitativ bestimmbare Eigenschaft eines Vorgangs oder Zustands bei der Führung des Gegenstands. Die Führungsgröße kann dabei die Führung des Gegenstands unmittelbar beschreiben, z. B. in Form von einer Richtung, einer Geschwindigkeit, einer Position oder einer zeitlichen Ausdehnung. Die Führungsgröße kann auch die Führung des Gegenstands mittelbar beschreiben z. B. in Form von einer Menge, einem Volumen oder einer räumlichen Ausdehnung eines Mediums, das in dem Objektbereich anhand des Gegenstands ausgebracht oder aus diesem entfernt werden soll. Die Führungsgröße wird dabei vorteilhafterweise durch eine Verarbeitung von Daten des Zielareals ermittelt.
  • Es ist von Vorteil, wenn in dem Abschnitt des Gegenstands und/oder in dem Objektbereich ein mit dem OCT-Abtaststrahl lokalisierbarer Marker angeordnet ist. Dies erleichtert die Bestimmung der Lage des Gegenstands in dem Objektbereichsvolumen und/oder der Bestimmung der 3D-Rekonstruktion und trägt dadurch zur Automatisierung des Operationsverfahrens bei.
  • Vorzugsweise enthält das Computerprogramm eine Routine für das Generieren einer Führungsgröße in Form von Steuersignalen für den Gegenstand, insbesondere ein Operationsinstrument. Alternativ kann das Computerprogramm basierend auf einer zu dem Zielareal ermittelten Führungsgröße Steuersignale für den Gegenstand generieren. Durch diese Maßnahmen kann die Führung des Gegenstands automatisiert werden. Außerdem kann die Genauigkeit der Gegenstand-Führung verbessert werden, was zu höheren Erfolgschancen der Operation und zu geringeren Risiken für Komplikationen, z. B. durch eine Verletzung von Gefäßen oder durch ein Handzittern des Operateurs, führt.
  • Bei dem Operationsinstrument handelt es sich z. B. um eine Injektionsnadel zur Injektion von Stammzellen zur Behandlung von AMD, welche anhand der erfindungsgemäßen Anordnung und dem Computerprogramm möglichst weitgehend automatisiert durchgeführt werden kann.
  • Weiter vorzugsweise dient die Rechenroutine des Computerprogramms dazu, als Führungsgröße einen Sollwert für das Volumen des ausgebrachten Mediums durch Verarbeitung des Zielareals in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens und/oder durch Verarbeitung prä-operativ ermittelter Daten und/oder durch Verarbeitung von mit der OCT-Einrichtung durch Abtasten des Objektbereichsvolumens gewonnener OCT-Abtastinformation und/oder durch Eingabe eines Sollwerts durch einen Operateur zu bestimmen. Der Sollwert für das Volumen des ausgebrachten Mediums kann z. B. mittels Bildverarbeitung aus den angegebenen Daten oder Kombinationen dieser Daten bestimmt werden. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Bestimmung des Sollwerts direkt durch das Computerprogramm automatisch vorgenommen werden kann. Bei einer Verwendung der 3D-Rekonstruktion oder von OCT-Abtastinformationen hat dies zusätzlich den Vorteil, dass der Sollwert an die gerade vorliegenden Gegebenheiten in dem Objektbereich des Patienten angepasst ist und nicht an zu einem früheren Zeitpunkt aufgenommene Daten.
  • Die Bestimmung des Istwerts des Volumens des in dem Zielareal ausgebrachten Mediums kann mittels Bildverarbeitung durchgeführt werden. Außerdem kann die Änderung des Volumens durch eine Auswertung von Differenzbildern, die sich als Differenz von zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten OCT-Daten und/oder von zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermittelten 3D-Rekonstruktionen ergeben, ermittelt werden. Anhand der Differenzbilder ist es außerdem möglich, auf die Position möglicherweise vorhandener Leckagen zu schließen.
  • Die Rechenroutine des Computerprogramms ist vorteilhafterweise dafür ausgelegt, als Führungsgröße für eine Nachregelung des Volumens des ausgebrachten Mediums eine Differenz zwischen einem Sollwert und einem Istwert des Volumens des in dem Zielareal ausgebrachten Mediums zu bestimmen. Dadurch wird automatisch das Volumen des noch in dem Zielareal von dem Operationsinstrument auszubringenden Mediums ermittelt. Dies ermöglicht eine automatische Nachregelung des Volumens des ausgebrachten Mediums anhand der vorliegenden Daten des Zielareals. Diese Maßnahmen berücksichtigen eventuell vorhandene Leckagen und stellen sicher, dass das vorgegebene Volumen an Medium tatsächlich auch im Zielareal appliziert wird. Falls nötig kann während des Ausbringens des Mediums das Zielareal oder eine Sollposition in dem Zielareal angepasst werden.
  • Das Computerprogramm kann anhand der ermittelten Führungsgröße zur Nachregelung des Volumens des ausgebrachten Mediums Steuersignale für das Operationsinstrument für das Ausbringen des Mediums und/oder ein Volumen-Anzeige-Signal für einen Operateur generieren.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft die Entfernung von Substanzen aus dem ermittelten Zielareal in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichs. Bei der Substanz kann es sich z. B. um Gewebe, Wasser oder Glaskörper handeln. Dabei dient die Rechenroutine des Computerprogramms dazu, als Führungsgröße die Position der zu entfernenden Substanz und/oder die zu entfernende Substanzmenge durch Verarbeitung des Zielareals in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens und/oder durch Verarbeitung prä-operativ ermittelter Daten und/oder durch Verarbeitung von mit der OCT-Einrichtung durch Abtasten des Objektbereichsvolumens gewonnener Abtastinformation und/oder durch Eingabe eines Sollwerts durch einen Operateur zu bestimmen. Mittels Bildverarbeitung des Zielareals in den gegebenen Daten können dabei Positionen in dem Objektbereichsvolumen ermittelt werden, an denen noch zu entfernende Substanz vorhanden ist. Alternativ kann auch für eine gegebene Position das Volumen der noch zu entfernenden Substanz ermittelt werden. Anhand dieser Führungsgrößen können dann Steuersignale für die automatische Verlagerung des Gegenstands in dem Objektbereich zu der noch zu entfernenden Substanz hin generiert werden.
  • Um eine restlose Entfernung der zu entfernenden Substanz zu ermöglichen, kann diese Substanz durch Injektion eines Markers, insbesondere Triamcino-Ion, kenntlich gemacht werden. Dadurch wird erreicht, dass die Substanz mit einer höheren Genauigkeit entfernt werden kann. Dies vergrößert die Erfolgschancen der Operation und schützt umliegende Gefäße.
  • Vorteilhafterweise weist das Computerprogramm eine Visualisierungsroutine für das Visualisieren der Position der zu entfernenden Substanz und/oder der Menge der zu entfernenden Substanz in dem Objektbereichsvolumen auf. Hierfür kann z. B. die 3D-Rekonstruktion augmentiert werden, indem Positionen markiert werden. Alternativ kann auch eine Höhenkarte zu dem Zielareal des Objektbereichsvolumens dargestellt werden, in der zu verschiedenen Positionen die Menge der zu entfernenden Substanz als Höhe angegeben ist. Alternativ kann zu der aktuellen Position des Gegenstands in dem Objektbereichsvolumen ein Anzeigebalken dargestellt werden, der die noch zu entfernende Menge der Substanz anzeigt.
  • Bei der zu entfernenden Substanz kann es sich z. B. um Material eines Glaskörpers handeln. Die Glaskörperentfernung wird anhand eines Gegenstands, z. B. eines Vitrektoms, durchgeführt. Eine exakte, restlose Glaskörperentfernung ist wichtig für den Erfolg von Retinaimplantat-Operationen, da sie ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis ermöglicht. Der zu entfernende Glaskörper wird dabei dem Operateur anhand einer Höhenkarte visualisiert, die für jeden Punkt auf der Retina die Menge des darüber liegenden zu entfernenden Glaskörpers anzeigt. Das Computerprogramm ist dabei vorteilhafterweise dafür ausgelegt, bei der Glaskörperentfernung fortlaufend die Grenze zwischen Glaskörper und einer Lösung zur Spülung des Operationsbereichs zu ermitteln und/oder diese dem Operateur zur Anzeige zu bringen. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Grenze zwischen Glaskörper und der Lösung zur Spülung des Operationsbereichs in einer Visualisierung des Operationsbereichs deutlich hervorgehoben werden kann. Die automatische Detektion der Glaskörperreste mittels Segmentierung ermöglicht die Messung der verbleibenden Dicke der Schicht. Die Glaskörperreste können einem Operateur dann in jeder Visualisierung des Operationsbereichs zur Anzeige gebracht werden, was die Durchführung der Operation vereinfacht und das Risiko für den Patienten verringert.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Computerprogramm dafür ausgelegt ist, als Führungsgröße eine räumliche Sollposition in dem Zielareal in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens unter Berücksichtigung von Beschaffenheitsmerkmalen des Gegenstands und/oder eines weiteren Gegenstands und/oder des Zielareals in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens und/oder von geometrischen Beziehungen, insbesondere Ablageinformationen, zwischen diesen zu bestimmen. Beschaffenheitsmerkmale bezeichnen dabei insbesondere Abmessungen, z. B. des Implantats oder von Teilbereichen des Implantats, aber auch Abmessungen des weiteren Gegenstands, z. B. in Form eines Operationsinstruments, oder von Bereichen des Zielareals. Beschaffenheitsmerkmale können auch Strukturen dieser beschreiben, z. B. 3D-Elektroden auf der Rückseite des Gegenstands in Form eines Implantats oder den Verlauf von Blutgefäßen in dem Objektbereichsvolumen. Geometrische Beziehungen beschreiben insbesondere die Lage von Bereichen zueinander, z. B. den Abstand eines Gegenstands von einem Blutgefäß in dem Objektbereichsvolumen. Die Berücksichtigung von Beschaffenheitsmerkmalen und/oder geometrischer Beziehungen bei der Bestimmung der Führungsgröße durch das Computerprogramm hat den Vorteil, dass das Anbringen des Gegenstands in dem Objektbereichsvolumen automatisch sowie mit höherer Genauigkeit und mit möglichst geringem Komplikationsrisiko durchgeführt werden kann. Vorteilhafterweise wird nach dem Anbringen des Gegenstands z. B. eines Implantats in dem Zielareal der Sitz des Gegenstands überprüft.
  • Vorzugsweise werden bei allen Ausführungsformen aus der mit der OCT-Einrichtung durch Abtasten des Objektbereichsvolumens gewonnenen Abtastinformation OCT-Angiographie-Daten des Objektbereichsvolumens generiert. Die OCT-Angiographie ist eine klinische Untersuchungsmethode, die eine nichtinvasive dreidimensionale Darstellung der vaskulären Strukturen der Netzhaut und Aderhaut erlaubt. Technisch handelt es sich bei der OCT-A um eine Weiterentwicklung der optischen Kohärenztomographie (OCT). Durch leistungsfähigere Soft- und Hardware ermöglicht die OCT-A neben morphologischen Analysen auch eine dreidimensionale retinale und choroidale Perfusionsanalyse. Das Computerprogramm ist dabei vorteilhafterweise für die Bestimmung der Position und/oder der Abmessungen von Blutgefäßen in dem Zielareal auf Basis der OCT-Angiographie-Daten ausgelegt. Die Darstellung und/oder Vermessung von Blutgefäßen in dem Zielareal mittels OCT-A hat den Vorteil, dass bei der Führung und Platzierung von Gegenständen sowie bei der Ermittlung des Zielareals oder von Sollpositionen innerhalb dieses die Rechenroutine des Computerprogramms, die zu dem Zielareal eine Führungsgröße für den Gegenstand bestimmt, den Verlauf, die Position und/oder die Abmessungen der Blutgefäße berücksichtigt. Dadurch werden Komplikationen durch eine Verletzung größerer Blutgefäße bei dem Eingriff vermieden.
  • Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn das Computerprogramm eine Positionsberechnungsroutine zur Bestimmung einer räumlichen Sollposition in dem Zielareal für den Gegenstand aufweist, welche dafür ausgelegt ist, die Anzahl der zu punktierenden Blutgefäße bei der Platzierung des Gegenstands an der räumlichen Sollposition zu minimieren. Auch diese Maßnahme minimiert die Wahrscheinlichkeit, größere Blutgefäße oder eine größere Anzahl als nötig bei der Operation zu verletzen.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung enthält eine Einrichtung für das Visualisieren der Lage des Abschnitts des Gegenstands in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens und/oder von prä-operativ ermittelten Daten und/oder der zu dem Zielareal bestimmten Führungsgröße und/oder aus der Führungsgröße abgeleiteter Größen. So kann ein Operateur permanent die Lage der Gegenstände, z. B. von Implantaten oder Operationsinstrumenten, innerhalb der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens überwachen. Prä-operativ ermittelte Daten können ebenfalls visualisiert werden, um dem Operateur z. B. das prä-operativ ermittelte Zielareal oder weitere vor der Operation geplante Informationen anzuzeigen. Auch ermittelte Führungsgrößen wie Steuersignale zur Verlagerung der Gegenstände sowie Mengen eines auszubringenden Volumens oder einer zu entfernenden Substanz können dem Operateur visualisiert werden. Dies gilt auch für aus einer Führungsgröße abgeleitete Größen, wie z. B. ein nachzuregelndes Volumen, das aus einer zuvor ermittelten Führungsgröße in Form eines Sollwerts für das auszubringende Volumen bestimmt wird. Auf Basis der zu dem Zielareal ermittelten Führungsgröße und/oder daraus abgeleiteter Größen kann das Computerprogramm akustische, optische oder haptische Anzeigesignale für den Operateur erzeugen.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Computerprogramm eine Abschattungsroutine für das Ermitteln einer korrigierten 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens enthält, die durch den Gegenstand abgeschattete Bereiche erkennt und die zu diesen Bereichen eine Ausgleichsvorschrift für die 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens angibt. Dadurch kann eine korrigierte 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens ohne Abschattungen, welche die Sichtbarkeit von Details in einzelnen Bereichen verringern, ermittelt werden. Dies gewährleistet eine bessere Handhabbarkeit der Anordnung für den Operateur durch einen besseren 3D-Eindruck des Objektbereichsvolumens sowie eine höhere Genauigkeit der zu ermittelnden Zielareale und/oder Sollpositionen in den Daten. Auch sinkt hierdurch das Risiko für Komplikationen bei der Operation, da wichtige Bereiche in den Daten nicht durch Abschattungen verdeckt werden.
  • Dabei kann die Abschattungsroutine für die Erkennung der durch den Gegenstand abgeschatteten Bereiche und/oder für das Angeben der Ausgleichsvorschrift für die 3D-Rekonstruktion OCT-Daten mit verschiedenen Aufnahmezeitpunkten verwenden wie in der EP 3 005 937 A1 beschrieben. Alternativ dazu kann die Abschattungsroutine für das Erkennen abgeschatteter Bereiche und/oder für das Angeben der Ausgleichsvorschrift Daten anderer Modalitäten, z. B. optische Daten, MRT-Daten, Ultraschallbilder oder CT-Daten verwenden. In diesen Daten können Schatten z. B. leichter erkennbar sein als in OCT-Daten oder sie können sogar frei von Schatten sein. Auch prä-operativ ermittelte Daten 92 können hierfür herangezogen werden. Alternativ kann die Abschattungsroutine für die Erkennung und Ersetzung von Schatten auch die aktuell berechnete 3D-Rekonstruktion 94 und/oder die aktuell aufgenommenen OCT-Daten berücksichtigen.
  • Für die Erkennung der abgeschatteten Bereiche können z. B. Grauwerte der erfassten OCT-Daten analysiert und mit den Grauwerten in der Umgebung oder zu anderen Zeitpunkten verglichen werden. Durch Festlegen eines Schwellwerts können Punkte mit Grauwerten unterhalb des Schwellwerts als Schatten identifiziert werden. Zur Erkennung von Schatten kann auch der Verlauf von Kanten in den Bildern berücksichtigt werden. Eine lange, gerade Kante deutet dabei auf einen Schattenwurf eines künstlichen Gegenstands hin, da lange gerade Kanten im Gewebe eines Körpers normalerweise nicht vorkommen. Alternativ kann bei bekannter Position der Lichtquelle und des Gegenstands während der Operation auch die Position eines Schattenwurfs mittels Ray-Tracing berechnet werden.
  • Alternativ dazu kann die Abschattungsroutine durch den Gegenstand abgeschattete Bereiche in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens durch Daten zu den abgeschatteten Bereichen ersetzen, die zur gleichen Zeit an Orten außerhalb eines Schattens eines Elements erfasst sind. Alternativ kann die Abschattungsroutine durch den Gegenstand abgeschattete Bereiche durch von dem Computerprogramm generierte Daten ersetzen, z. B. mittels Inpainting-Verfahren wie in der Publikation „Liu, Yaojie und Shu, Chang, A comparison of image inpainting techniques, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2015“ beschrieben, auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung in die Beschreibung dieser Erfindung einbezogen wird. Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass Informationen innerhalb der abgeschatteten Bereiche möglichst realitätsgetreu dargestellt werden können, was zur Sicherheit des Patienten beiträgt. Außerdem ermöglichen sie eine Darstellung der 3D-Rekonstruktion ohne störenden Elementschatten, die einfach umzusetzen ist und geringe Rechenzeit erfordert.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Computerprogramm dafür ausgelegt ist, eine räumliche Sollposition für den Gegenstand in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens zu bestimmen. Vorzugsweise wird die räumliche Sollposition für den Gegenstand dabei in dem Zielareal innerhalb des Objektbereichsvolumens bestimmt. Diese Maßnahme trägt zu einer Automatisierung des Operationsverfahrens sowie zu einer höheren Genauigkeit der Gegenstand-Führung bei.
  • Es ist vorteilhaft, wenn das Computerprogramm dafür ausgelegt ist, Ablageinformation über die räumliche Ablage des Abschnitts des Gegenstands von der räumlichen Sollposition zu ermitteln. Anhand der Ablageinformation kann das Computerprogramm automatisch Steuersignale für die Führung des Gegenstands generieren, sodass auch durch diese Maßnahme die Automatisierung des Operationsverfahrens sowie die Genauigkeit der Gegenstand-Führung unterstützt wird.
  • Vorzugsweise enthält das Computerprogramm eine Pfadplanungsroutine, die anhand eines Kriteriums einen optimalen Pfad des Gegenstands zu der räumlichen Sollposition in dem Zielareal berechnet. Dadurch wird die Automatisierung des Operationsverfahrens sowie die Genauigkeit der Gegenstand-Führung unter einer gleichzeitigen Steigerung der Flexibilität für den Operateur verbessert. Das Kriterium für die Pfadplanungsroutine kann dabei durch den Operateur vorgegeben werden, sodass dieser durch Auswahl des Kriteriums direkt Einfluss auf die automatische Durchführung der Operation nehmen kann.
  • Das Kriterium kann z. B. Pfadlängen von Pfaden minimieren, auf denen ein Gegenstand verlagert wird, es kann sensible Bereiche des Objektbereichsvolumens schützen, indem ein Minimalabstand der Gegenstände zu diesen Bereichen bei der Pfadplanung eingehalten wird, oder es kann Abschattungen in den Daten durch Gegenstände vermeiden. Durch die Formulierung eines Optimierungsproblem mit einer zu optimierenden Zielfunktion können auch mehrere Kriterien bei der Pfadplanung gleichzeitig berücksichtigt werden. Die Kriterien können dabei jeweils gewichtet mit ihrer Relevanz in die Zielfunktion eingehen.
  • Bei der Pfadplanung ist es insbesondere von Vorteil, wenn das Kriterium für die Berechnung des optimalen Pfades des Gegenstands ein das Auftreten von durch den Gegenstand verursachtem Schatten in der berechneten 3D-Rekonstruktion quantifizierendes Schattenmaß ist. Indem bei der Pfadplanung für den Gegenstand das Schattenmaß minimiert wird oder ein festgelegter Schwellwert nicht überschritten wird, können von vornherein Abschattungen in den Daten vermieden werden. Das Schattenmaß kann z. B. bei bekannter Lichtquellenposition und Position und Lage des Gegenstands in dem Objektbereich den durch den Gegenstand abgeschatteten Bereich in den Daten sowie die Stärke der Abschattung für einen bestimmten Pfad des Gegenstands zu der Sollposition in dem Zielareal vorausberechnen.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Computerprogramm eine Visualisierungsroutine für das Visualisieren eines optimalen Pfads des Gegenstands für einen Operateur enthält. Dieser kann dadurch schon vor der Bewegung eines Gegenstands dessen Pfad überprüfen und wenn notwendig korrigierend eingreifen.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Computerprogramm für das Ermitteln einer 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens aus Daten ausgebildet ist, die durch das Untersuchen des Objektbereichsvolumens mit einem bildgebenden Verfahren, insbesondere das Abtasten des Objektbereichsvolumens mittels des OCT-Abtaststrahls der OCT-Einrichtung gewonnen sind und/oder die präoperativ ermittelte Daten sind und/oder die Daten zu Sensorsignalen für das Ermitteln einer Position des Abschnitts des Gegenstands in dem Objektbereichsvolumen sind. Für die Berechnung der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens können dabei dem Fachmann geläufige Verfahren verwendet werden, wie z. B. in der Publikation „Justin A. Eichel, Kostadinka K. Bizheva, David A. Clausi, Paul W. Fieguth, Automated 3D Reconstruction and Segmentation from Optical Coherence Tomography, Proceedings of the European Conference on Computer Vision (ECCV), 2010, p. 44 - 57“ beschrieben oder Simultaneous Localization and Mapping Verfahren (SLAM), wie z. B. in der Publikation „Hugh Durrant-Whyte, Tim Bailey, Simultaneous Localization and Mapping (SLAM): Part I The Essential Algorithms, Robotics and Automation Magazine, 2006“ beschrieben. Auf beide vorstehend genannten Publikationen wird hiermit vollumfänglich Bezug genommen und es wird deren Offenbarung in die Beschreibung dieser Erfindung einbezogen. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die berechnete 3D-Rekonstruktion mit möglichst hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, sodass das Ergebnis möglichst realitätsgetreu ist. Dadurch wird die Sicherheit des Patienten erhöht.
  • Von Vorteil ist es auch, wenn das Computerprogramm für das Ermitteln der räumlichen Lage von Daten mittels eines Registrierungsverfahrens ausgelegt ist, die Daten aus der folgenden Gruppe umfassen: mit der OCT-Einrichtung durch Abtasten des Objektbereichsvolumens gewonnene Abtastinformation, das Objektbereichsvolumen, Daten weiterer bildgebender Verfahren, insbesondere optische Abbildungen, MRT-Daten, CT-Daten, Ultraschallbilder, Endoskopiebilder, eine Position des Abschnitts des Gegenstands, prä-operativ ermittelte Daten, Positionssensorsignale. Durch eine Verwendung verschiedener Arten von Daten können unterschiedliche Aspekte des Zielareals in dem Objektbereichsvolumen berücksichtigt und/oder dargestellt werden. Außerdem trägt die Verwendung redundanter Informationen in Daten verschiedener Modalitäten zu einer höheren Genauigkeit des Ergebnisses des Registrierungsverfahrens bei.
  • Als Registrierungsverfahren können dem Fachmann geläufige Verfahren, insbesondere Verfahren zur Registrierung medizinischer Daten verwendet werden, wie z. B. in der Publikation „F. Oliveira, J. Tavares, Medical Image Registration: a Review, Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 2014“, auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung in die Beschreibung dieser Erfindung einbezogen wird.
  • Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Computerprogramm für eine aufeinanderfolgende Registrierung der Daten ausgelegt ist. Dadurch ist das Ergebnis der Registrierung immer an die aktuell vorliegenden Gegebenheiten angepasst, was die Sicherheit des Patienten erhöht.
  • Vorzugsweise verläuft die Generierung der OCT-Daten sowie die Berechnung der 3D-Rekonstruktion und die Registrierung der verschiedenen Daten dabei in Echtzeit, um eine Visualisierung des Gegenstands in dem aktuellen Objektbereichsvolumen in Echtzeit für den Operateur zu ermöglichen, sodass der Operateur jederzeit den Verlauf der Operation überprüfen kann. Diese Maßnahme verbessert ebenfalls die Sicherheit des Patienten.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist die OCT-Einrichtung für ein aufeinanderfolgendes fortlaufendes Abtasten des Objektbereichsvolumens mittels des OCT-Abtaststrahls und/oder die OCT-Einrichtung für ein aufeinanderfolgendes fortlaufendes Abtasten eines den Abschnitt des Gegenstands enthaltenden Bereichs des Objektbereichsvolumens mittels des OCT-Abtaststrahls ausgebildet. Von Vorteil ist es auch, wenn das Computerprogramm für ein aufeinanderfolgendes fortlaufendes Ermitteln der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens und/oder für ein aufeinanderfolgendes fortlaufendes Ermitteln der Lage des Abschnitts des Gegenstands in dem Objektbereichsvolumen ausgelegt ist. Denn dadurch ist die OCT-Abtastinformation sowie die aus diesen Daten generierte 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens und die Lage des Gegenstands in dem Objektbereich immer an die aktuell vorliegenden Gegebenheiten angepasst, was die Handhabbarkeit des Systems und die Sicherheit des Patienten erhöht. Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn die OCT-Abtastinformation sowie das Ermitteln der 3D-Rekonstruktion und der Lage des Abschnitts des Gegenstands in dem Objektbereichsvolumen in Echtzeit ablaufen.
  • Von Vorteil ist es, wenn das Computerprogramm eine Abtastroutine für das Abtasten des Objektbereichsvolumens und/oder des Abschnitts des Gegenstands durch spezielle Scanmuster und/oder für das Einstellen einer Abtastrate, die das Objektbereichsvolumen im Vergleich zu der Position des Abschnitts des Gegenstands mit einer niedrigeren Rate abtastet, enthält. Dadurch wird sichergestellt, dass die sich schnell verändernden Bereiche, insbesondere der Gegenstand, mit einer höheren Rate abgetastet wird als die sich normalerweise nur langsam verändernden Bereiche. Diese Maßnahme spart Rechenzeit und führt zu einer höheren Genauigkeit der ermittelten Lage des Gegenstands.
  • Vorteilhaft ist das Bereitstellen prä-operativ ermittelter Daten in einer Operation in einem mit der Rechnereinheit verbundenen Speicher. Dabei können die prä-operativ ermittelten Daten aus der Gruppe umfassend Bilder des Objektbereichs, insbesondere weitere Bilder von Ausschnitten des Objektbereichs, Bilder oder Daten eines Zielareals, Abstände, Sollpositionen, geometrische Daten des Gegenstands, insbesondere dessen Abmessungen oder Materialeigenschaften wie z. B. Reflexionseigenschaften, Sensorsignale, biometrische Patientendaten, insbesondere biometrische Daten wie die Pupillengröße oder der Augenabstand, stammen. Das Computerprogramm enthält eine Routine für das Bestimmen eines Zielareals und/oder einer Sollposition für den Gegenstand in den prä-operativ ermittelten Daten und eine Registrierungsroutine für das Registrieren der prä-operativ ermittelten Daten mit der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens und eine Übertragungsroutine für das Übertragen des Zielareals und/oder der Sollposition in den prä-operativ ermittelten Daten auf die 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens. Dadurch können automatisch Informationen wie Zielareale und/oder Sollpositionen von den prä-operativ ermittelten Daten auf die vorliegende 3D-Rekonstruktion übertragen werden. Dies ermöglicht eine weitgehende Automatisierung des Operationsverfahrens sowie eine genaue Lokalisierung des Zielareals und/oder der Sollposition in der 3D-Rekonstruktion anhand der prä-operativen Daten.
  • Von Vorteil ist es außerdem, wenn das Computerprogramm dafür ausgelegt ist, Zielareale und/oder räumliche Sollpositionen in den prä-operativ ermittelten Daten oder in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens zu bestimmen, indem Verfahren zur Segmentierung von Gewebestrukturen und/oder Gewebeschichten angewendet werden. Diese Maßnahme trägt zu einem höheren Grad der Automatisierung des Operationsverfahrens bei.
  • Es ist von Vorteil, wenn das das Computerprogramm dafür ausgelegt ist, das Verfahren zur Berechnung der 3D-Rekonstruktion und/oder das Verfahren zur Berechnung der Lage des Abschnitts des Gegenstands in dem Objektbereichsvolumen auf Basis eines Kriteriums anzupassen. Weiter vorteilhaft ist es dabei, wenn die Anpassung des Verfahrens fortlaufend während der Operation durchgeführt wird. Vorzugsweise berücksichtigt das Kriterium bei der Anpassung Eigenschaften der Daten und/oder des Objektbereichs und/oder des Gegenstands und/oder der Anordnung und/oder des Registrierungsverfahrens und/oder der aktuell berechneten 3D-Rekonstruktion und/oder der aktuell berechneten Lage des Abschnitts des Gegenstands. Insbesondere berücksichtigt das Kriterium dabei die Verfügbarkeit der Daten und/oder die Messgenauigkeit der Daten und/oder die Anzahl der Daten und/oder die Art der Daten und/oder die Art oder Anzahl verschiedener Modalitäten der Daten und/oder Beschaffenheitsmerkmale des Objektbereichs in Form von der Art oder Beschaffenheit des Gewebes oder Materials in dem Objektbereich und/oder Beschaffenheitsmerkmale des Gegenstands in Form von dessen Abmessungen oder Materialeigenschaften und/oder Beschaffenheitsmerkmale von Einrichtungen der Anordnung in Form von Einstellungen oder Eigenschaften einzelner Bauteile oder der Beleuchtungseinstellung und/oder Eigenschaften des Verfahrens in Form von dessen Geeignetheit für die vorliegenden Daten oder dessen Geschwindigkeit oder Genauigkeit oder die Qualität der aktuell berechneten 3D-Rekonstruktion und/oder die Qualität der aktuell berechneten Lage des Abschnitts des Gegenstands. Diese Maßnahmen führen zu einer höheren Genauigkeit der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens und/oder des Gegenstands und/oder zu einer höheren Genauigkeit der Lage des Abschnitts des Gegenstands in der 3D-Rekonstruktion des Objektbereichsvolumens. Dies erlaubt eine weitreichendere Automatisierung des Verfahrens.
  • Nachfolgend werden anhand der schematischen Zeichnungen vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 eine erste Anordnung mit einem Operationsmikroskop, mit einer OCT-Einrichtung für das Abtasten eines Objektbereichs und mit einem Gegenstand in Form eines als eine Injektionsnadel ausgebildeten Operationsinstruments darin;
    • 2 eine vergrößerte Ansicht des Operationsinstruments;
    • 3 einen Schnitt eines Teilbereichs der Retina;
    • 4 eine Übertragung eines auf prä-operativ ermittelten Daten basierenden Zielareals auf eine 3D-Rekonstruktion eines Objektbereichsvolumens;
    • 5A, und 5B Bilddaten zu OCT-B-Scans eines Objektbereichsvolumens mit Inhomogenitäten bei der Stammzelleninjektion;
    • 6 eine zweite Anordnung mit einem Operationsmikroskop, mit einer OCT-Einrichtung für das Abtasten eines Objektbereichs, mit einem Gegenstand in Form eines Operationsinstruments und mit einer Bildbereitstellungseinrichtung;
    • 7 eine dritte Anordnung mit einem Operationsmikroskop, mit einer OCT-Einrichtung für das Abtasten eines Objektbereichs, mit einem Gegenstand in Form eines Operationsinstruments und mit einer Robotikeinheit;
    • 8 eine vierte Anordnung mit einem Operationsmikroskop, mit einer OCT-Einrichtung für das Abtasten eines Objektbereichs, mit einem Gegenstand in Form eines Operationsinstruments, mit einer Bildbereitstellungseinrichtung und mit einer Robotikeinheit;
    • 9 einen Gegenstand in Form eines Applikators für einen weiteren Gegenstand in Form eines Retinanagels;
    • 10A eine Vorderseite eines Implantats für die Retina;
    • 10B eine Rückseite eines Implantats für die Retina;
    • 10C eine vergrößerte Teilansicht eines Implantats mit 3D-Elektroden;
    • 11 ein erstes mittels einer Kamera erfasstes Bild eines Operationsbereichs im Augeninneren eines Patientenauges mit einem Applikator für einen Retinanagel und mit einem Implantat;
    • 12 ein weiteres mittels einer Kamera erfasstes Bild des Operationsbereichs im Augeninneren eines Patientenauges mit dem Applikator für einen Retinanagel und mit dem Implantat;
    • 13 ein mittels einer Kamera erfasstes Bild eines Operationsbereichs im Augeninneren eines Patientenauges mit einem Vitrektom zur Glaskörperentfernung, das einen abgeschatteten Bereich erzeugt;
    • 14 auf OCT-Angiographie-Daten für das Visualisieren von Blutgefäßen basierende Bilder des Augenhintergrunds eines Patientenauges; und
    • 15 ein mittels einer Kamera erfasstes Bild eines Operationsbereichs im Augeninneren eines Patientenauges mit einem Implantat und mit Blut, das aus einem verletzten Blutgefäß an der Retina des Patientenauges ausströmt.
  • Die in der 1 gezeigte Anordnung 10 enthält ein Operationsmikroskop 16 für das Visualisieren des Objektbereichs 18 mit Vergrößerung. Das Operationsmikroskop 16 kann z. B. das Operationsmikroskop OPMI® Lumera 660 Rescan der Carl Zeiss Meditec AG sein. Die Anordnung 10 hat eine OCT-Einrichtung 20, die einen OCT-Abtaststrahl 21 für das Abtasten des Objektbereichsvolumens 22 mit einem A-, B- und C-Scan an dem Patientenauge 14 bereitstellt, wie dies z. B. in A. Ehnes, „Entwicklung eines Schichtsegmentierungsalgorithmus zur automatischen Analyse von individuellen Netzhautschichten in optischen Kohärenztomographie - B-Scans“, Dissertation Universität Gießen (2013) in dem Kapitel 3 auf S. 45 bis 82 beschrieben ist.
  • Die Anordnung 10 weist einen als ein Operationsinstrument ausgebildeten Gegenstand 24 auf, der einen in dem Objektbereich 18 anordenbaren, anhand eines Markers 78 mittels der OCT-Einrichtung 20 in dem Objektbereichsvolumen 22 lokalisierbaren Abschnitt 84 hat.
  • Das Operationsmikroskop 16 weist einen stereoskopischen Beobachtungsstrahlengang 38, 40 auf, welcher die Untersuchung des Patientenauges 14 durch ein Mikroskophauptobjektiv 42 hindurch in dem Objektbereich 18 ermöglicht. Das Operationsmikroskop 16 hat weiter ein Zoomsystem 44 und einen Okulareinblick 46. Es umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 48, welche den Objektbereich 18 durch das Mikroskophauptobjektiv 42 hindurch für das stereoskopische Visualisieren des Patientenauges 14 in dem Okulareinblick 46 mit Beleuchtungslicht beleuchtet.
  • Die OCT-Einrichtung 20 stellt den OCT-Abtaststrahl 21 mit kurzkohärentem Licht bereit, der über verstellbare Scanspiegel 50, 52 und Stahlteiler 54 und 56 durch das Mikroskophauptobjektiv 42 hindurch zu dem Objektbereich 18 in ein Objektbereichsvolumen 22 geführt ist. Das in dem Objektbereichsvolumen 22 gestreute Licht des OCT-Abtaststrahls 21 gelangt wenigstens teilweise mit dem gleichen Lichtweg zu der OCT-Einrichtung 20 zurück. In der OCT-Einrichtung 20 wird dann der Laufweg des Abtastlichts mit einer Referenzstrecke verglichen. Damit kann die genaue Lage von Streuzentren in dem Objektbereich 18, insbesondere die Position von optisch wirksamen Flächen mit einer Genauigkeit erfasst werden, welche der Kohärenzlänge Ic des kurzkohärenten Lichts im OCT-Abtaststrahl 21 entspricht.
  • In dem Operationsmikroskop 16 gibt es eine Einrichtung 58 für das Steuern des OCT-Abtaststrahls 21 und das Einstellen der Position des mit dem OCT-Abtaststrahl 21 in dem Objektbereich 18 abgetasteten Objektbereichsvolumens 22. Die Einrichtung 58 enthält eine Rechnereinheit 60. Die Rechnereinheit 60 hat eine Eingabeschnittstelle 61 als ein Mittel zum Eingeben von Sollwerten und enthält ein Computerprogramm für das Steuern des OCT-Abtaststrahls 21 und das Einstellen der räumlichen Ausdehnung und der Position, d. h. der Lage und Orientierung des mit dem OCT-Abtaststrahl 21 abgetasteten Objektbereichsvolumens 22. Die Einrichtung 58 für das Steuern des OCT-Abtaststrahls 21 ist dabei für ein aufeinanderfolgendes fortlaufendes Abtasten des Objektbereichsvolumens 22 sowie des den Abschnitt 84 des Gegenstands 24 enthaltenden Bereichs des Objektbereichsvolumens 22 mittels des OCT-Abtaststrahls 21 ausgebildet. Der OCT-Abtaststrahl 21 weist dabei eine Bildrate von 10 ms bis 20 ms auf, um dem Operateur eine schnelle Hand-Auge-Koordination zu ermöglichen.
  • Die Einrichtung 58 für das Steuern des OCT-Abtaststrahls 21 enthält eine mit der Rechnereinheit 60 verbundene Anzeigeeinheit 28 in Form eines Displays für das Anzeigen einer Benutzeroberfläche, in der das mit dem OCT-Abtaststrahl 21 an dem Patientenauge 14 abgetastete Objektbereichsvolumen 22 mit dem Abschnitt 84 des Gegenstands 24 anhand eines Bildes 64 visualisiert werden kann. Darüber hinaus kann in der Anordnung 10 die OCT-Abtastinformation der OCT-Einrichtung 20 einem Operateur in dem Okulareinblick 46 des Operationsmikroskops 16 mit einer Einrichtung zur Dateneinspiegelung 34 visualisiert werden.
  • Die mit der OCT-Einrichtung 20 verbundene Rechnereinheit 60 generiert mittels eines Signalgenerators 30 zusätzlich Anzeigesignale. Bei der Stammzelleninjektion wird ein Anzeigesignal in Form eines akustischen Signals bei Erreichen des Injektionsorts generiert. Außerdem wird eine aus der Führungsgröße abgeleitete Größe in Form der noch zu injizierenden Stammzellenmenge anhand eines visuellen Anzeigesignals generiert.
  • Das Computerprogramm in dem Programmspeicher der Rechnereinheit 60 enthält weiter eine Steuerroutine, welche die Referenzlänge für den OCT-Abtaststrahl 21 und die Einstellung der verstellbaren Scanspiegel 50, 52 für das Abtasten des Objektbereichsvolumens 22 in dem Objektbereich mit dem Patientenauge 14 angibt. Für das Einstellen des mit dem OCT-Abtaststrahls 21 abgetasteten Objektbereichsvolumens 22 gibt es in der Einrichtung 58 ein von einer Bedienperson betätigbares Steuerorgan 62. Die Steuerroutine enthält darüber hinaus eine Abtastroutine für das Abtasten des Objektbereichsvolumens 22 und des Abschnitts 84 des Gegenstands 24 durch spezielle Scanmuster. Dabei wird das Objektbereichsvolumen 22 im Vergleich zu dem Abschnitt 84 des Gegenstands 24 mit einer niedrigeren Rate abgetastet, um die Datenmenge und damit die Rechenzeit möglichst gering zu halten.
  • Das Computerprogramm in dem Programmspeicher der Rechnereinheit 60 dient außerdem für das Ermitteln einer 3D-Rekonstruktion 94 des Objektbereichsvolumens 22 und der Lage des Abschnitts 84 des Gegenstands 24 in dem Objektbereichsvolumen 22 durch Verarbeiten von mit der OCT-Einrichtung 20 durch Abtasten des Objektbereichsvolumens 22 gewonnener Abtastinformation. Die Ermittlung der OCT-Abtastinformation, der 3D-Rekonstruktion 94 sowie der Lage des Abschnitts 84 des Gegenstands 24 in dem Objektbereichsvolumen 22 werden dabei in Echtzeit durchgeführt. Außerdem enthält das Computerprogramm eine Rechenroutine für das Ermitteln eines Zielareals 90 in der 3D-Rekonstruktion 94 des Objektbereichsvolumens 22. Zu dem Zielareal 90 wird eine Führungsgröße für den Gegenstand 24 bestimmt. Dabei wird vorliegend unter einer Führungsgröße eine durch das Computerprogramm ermittelte Größe verstanden, die zur Führung des Gegenstands 24 in dem Objektbereich 18 dient.
  • Bei der Stammzelleninjektion in der Retina 15 wird als Führungsgröße ein Sollwert für das Volumen der durch die Injektionsnadel auszubringenden Menge eines Mediums 88 in Form von Stammzellen ermittelt.
  • Die 2 ist eine vergrößerte Ansicht des als ein Operationsinstrument ausgebildeten Gegenstands 24.
  • Das Operationsinstrument ist eine Injektionsnadel für die Injektion von Stammzellen in der Retina 15 des Patientenauges 14. Die Injektionsnadel hat einen als Wirkabschnitt fungierenden Abschnitt 84 und weist einen Griffabschnitt 76 auf, der von einem Operateur oder alternativ hierzu auch von einem Mikroroboter 70 gehalten werden kann. Die Injektionsnadel enthält eine Kapillare 86 und hat eine Spitze 80 mit einer Öffnung 82 für das Ausbringen eines Mediums 88 in dem Zielareal 90. An der Injektionsnadel gibt es einen mit dem OCT-Abtaststrahl 21 lokalisierbaren Marker 78.
  • Zu bemerken ist, dass das Operationsinstrument auch als ein Applikator für einen Retinanagel zur Platzierung eines Implantats an der Retina 15 des Patientenauges 14 oder als ein Vitrektom zur Entfernung des Glaskörpers des Patientenauges 14 ausgebildet sein kann. Zu bemerken ist außerdem, dass die Anordnung 10 grundsätzlich auch für Operationen an anderen Körperteilen als einem Patientenauge 14 eingesetzt werden kann.
  • Die 3 zeigt den Aufbau der Retina 15 des Patientenauges 14 mit Blutgefäßen 108 sowie Fotorezeptoren 112 und Drusen 114.
  • Die 4 zeigt eine Übertragung eines auf prä-operativ ermittelten Daten 92 basierenden Zielareals 90' auf eine 3D-Rekonstruktion 94 eines Objektbereichsvolumens 22 in der Rechnereinheit 60. Für das Ermitteln eines Zielareals 90 und einer Sollposition 91 in der 3D-Rekonstruktion 94 des Objektbereichsvolumens 22 werden dort prä-operativ ermittelte Daten 92 des Objektbereichs 18 mit einer Sollposition 91' in einem Zielareal 90' verrechnet. Die Sollposition 91' bezeichnet dabei einen Ort in den prä-operativ ermittelten Daten 92 des Objektbereichsvolumens 22, an dem der Gegenstand 24 eine bestimmte Funktion ausführen soll. Bei der Stammzelleninjektion entspricht die Sollposition 91' in dem Zielareal 90' der prä-operativ ermittelten Daten 92 dem vorgesehenen Ort für die Stammzelleninjektion in der Retina 15.
  • Zur Bestimmung der Sollposition 91' und/oder des Zielareals 90' in den präoperativ ermittelten Daten 92 werden Verfahren zur Segmentierung der Gewebestrukturen und Gewebeschichten angewendet. Alternativ kann die Sollposition 91' und/oder das Zielareal 90' auch durch einen Operateur in den präoperativ ermittelten Daten 92 markiert werden.
  • Die Sollposition 91' und/oder das Zielareal 90' werden von dem Computerprogramm aus den prä-operativen Daten 92 des Objektbereichsvolumens 22 auf die aus durch Abtasten des Objektbereichsvolumens 22 gewonnener Abtastinformation sowie gegebenenfalls weiterer Daten ermittelte 3D-Rekonstruktion 94 des Objektbereichsvolumens 22 übertragen. Zur Übertragung dient dabei ein Registrierungsverfahren, das die Sollposition 91' in dem Zielareal 90' in den prä-operativ ermittelten Daten 92 auf die Sollposition 91 in dem Zielareal 90 des Objektbereichsvolumens 22 abbildet. Alternativ kann der Operateur die Sollposition 91 und/oder das Zielareal 90 auch direkt in der 3D-Rekonstruktion 94 des Objektbereichsvolumens 22 markieren.
  • Durch eine Verarbeitung von Daten des Zielareals 90' in den prä-operativ ermittelten Daten 92 oder der 3D-Rekonstruktion 94 des Objektbereichsvolumens 22 wird dann die Führungsgröße ermittelt. Bei der Stammzelleninjektion wird eine Führungsgröße in Form der Menge der noch auszubringenden Stammzellen ermittelt.
  • Die 5A und die 5B zeigen dazu jeweils einen OCT-B-Scan des Objektbereichsvolumens 22 mit an einer Sollposition 91 in einem Zielareal 90 ausgebrachten Stammzellen, wobei die OCT-B-Scans Injektionsinhomogenitäten aufweisen.
  • Um die injizierte Stammzellenmenge zu überwachen und zu steuern, wird ein Istwert des Volumens der an der Sollposition 91 in dem Zielareal 90 des Objektbereichsvolumens 22 ausgebrachten Stammzellenmenge durch Vergleich von mit der OCT-Einrichtung 20 durch Abtasten des Objektbereichsvolumens 22 gewonnener OCT-Abtastinformation des Zielareals 90 vor und während des Ausbringens der Stammzellen ermittelt. Die Bestimmung der injizierten Stammzellenmenge wird dabei mittels Bildverarbeitung durchgeführt. Um die Volumenänderung zu bestimmen können z. B. Differenzbilder, die sich als Differenz von zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfasster OCT-Abtastinformation und/oder von zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermittelten 3D-Rekonstruktionen 94 ergeben, ausgewertet werden. Mittels Differenzbildern könnte auch, falls die injizierte Stammzellenmenge für die OCT-Abtaststrahlung sichtbare Partikel enthält, die Lage von Leckagen in dem Objektbereichsvolumen 22 durch Bildverarbeitung ermittelt werden. Durch diese Maßnahmen werden möglicherweise vorhandene Leckagen berücksichtigt und es wird sichergestellt, dass die vorgegebene Menge an Stammzellen tatsächlich auch am Injektionsort injiziert wird. Falls nötig kann während des Injizierens der Stammzellen auch der Injektionsort, d. h. die Sollposition der Injektionsnadel, angepasst werden.
  • Anhand eines von dem Operateur vorgegebenen Sollwerts für die zu injizierende Stammzellenmenge wird aus der Differenz zwischen Sollwert und ermitteltem Istwert der ausgebrachten Stammzellenmenge die Führungsgröße in Form der noch auszubringenden Stammzellenmenge bestimmt. Zur Nachregelung der Stammzellenmenge generiert das Computerprogramm Anzeigesignale für einen Operateur und/oder Steuersignale für die Injektionsnadel, die an die Steuereinheit 72 eines die Injektionsnadel führenden Mikroroboters 70 weitergegeben werden, bis die vorgegebene Stammzellenmenge an der Sollposition 91 in dem Zielareal 90 erreicht ist.
  • Für den Operateur wird dabei ein Anzeigesignal von dem Signalgenerator 30 erzeugt, welches die noch auszubringende oder die schon ausgebrachte Stammzellenmenge angibt. Das Anzeigesignal wird in Form eines Balkens auf dem Display der Anzeigeeinheit 28 dargestellt. Der Operateur kann anhand des Signals selbst die Injektion der Stammzellen übernehmen oder den Injektionsvorgang durch den Mikroroboter 70 überwachen.
  • Die 6 zeigt eine zweite Anordnung 10' mit einem Operationsmikroskop 16, mit einer OCT-Einrichtung 20 für das Abtasten eines Objektbereichs 18, mit einem Gegenstand 24 in Form eines Operationsinstruments und mit einer Bildbereitstellungseinrichtung 65. Soweit die in der 6 gezeigten Baugruppen und Elemente der zweiten Anordnung 10' den in der 1 ersichtlichen Baugruppen und Elementen der ersten Anordnung 10 entsprechen, sind diese mit den gleichen Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht.
  • Die Bildbereitstellungseinrichtung 65 enthält eine Bilderfassungseinrichtung 66, mittels der Bilder des Patientenauges 14 in Echtzeit erfasst werden können. Zusätzlich oder alternativ enthält die Bildbereitstellungseinrichtung 65 einen Speicher 63, in dem prä-operativ ermittelte Daten 92 des Objektbereichs bereitgestellt werden. Die Bilder des Patientenauges 14 sowie die prä-operativ ermittelten Daten 92 werden zusätzlich zu den durch das Abtasten des Objektbereichsvolumens 22 mittels des OCT-Abtaststrahls 21 der OCT-Einrichtung 20 gewonnenen Daten zur Berechnung der 3D-Rekonstruktion 94 herangezogen, um dabei eine höhere Genauigkeit zu erzielen. Zu bemerken ist, dass grundsätzlich auch biometrische Patientendaten bei der Erstellung der 3D-Rekonstruktion 94 des Objektbereichsvolumens 22 verwendet werden können, z. B. eine Augenlänge, ein Augendurchmesser, White to White, eine Cornea-Dicke, eine Vorderkammertiefe oder ein Vorderkammerwinkel.
  • Für das Ermitteln der räumlichen Lage unterschiedlicher Daten zueinander und zur Kombination verschiedener Datenquellen wird ein Registrierungsverfahren verwendet, welches mit der OCT-Einrichtung 20 durch Abtasten des Objektbereichsvolumens 22 gewonnene Abtastinformation sowie prä-operativ ermittelte Daten 92, Sollpositionen 91 für die Gegenstände 24, 24' sowie, falls vorhanden, weitere Daten des Objektbereichsvolumens 22 verarbeitet. Dies erlaubt eine simultane Nutzung aller erfassten Daten in jeder Visualisierung des Objektbereichsvolumens 22.
  • Die 7 zeigt eine dritte Anordnung 10" mit einem Operationsmikroskop 16, mit einer OCT-Einrichtung 20 für das Abtasten eines Objektbereichs 18, mit einem Gegenstand 24 in Form eines Operationsinstruments und mit einer Robotikeinheit 68. Soweit die in der 8 gezeigten Baugruppen und Elemente der dritten Anordnung 10" den in der 1 ersichtlichen Baugruppen und Elementen der ersten Anordnung 10 oder den in der 6 ersichtlichen Baugruppen und Elementen der zweiten Anordnung 10' entsprechen, sind diese mit den gleichen Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht.
  • Die Robotikeinheit 68 weist einen Mikroroboter 70 mit einer Steuereinheit 72 auf. Der Mikroroboter 70 kann z. B. als ein Manipulator für chirurgische Instrumente ausgebildet sein, der motorische Antriebe aufweist, wie er in dem ophthalmochirurgischen Operationssystem R1.1 des Unternehmens Preceyes B.V vorgesehen ist.
  • Um eine möglichst weitgehende Automatisierung der Operation zu gewährleisten, wird hier eine Bewegung des hier als ein Operationsinstrument in Form einer Injektionsnadel ausgebildeten Gegenstands 24 mittels des Mikroroboters 70 eingestellt. Der Mikroroboter 70 der Robotikeinheit 68 wird hier aufgrund der von der Rechnereinheit 60 verarbeiteten Informationen gesteuert.
  • Die von der Rechnereinheit 60 für das Verstellen des Mikroroboters 70 in der Robotikeinheit 68 generierten Steuersignale sind Führungsgrößen für den als ein Operationsinstrument in Form einer Injektionsnadel ausgebildeten Gegenstand 24 in der dritten Anordnung 10'''.
  • Zu bemerken ist, dass anstelle eines Gegenstands 24, der als ein Operationsinstrument in Form einer Injektionsnadel ausgebildet ist, mittels des Mikroroboters grundsätzlich auch ein Gegenstand in Form eines als ein Applikator oder als ein Retinanagel oder ein Vitrektom ausgebildeten Operationsinstruments bewegt werden kann, um den Gegenstand zu einem Zielareal 90 in dem Objektbereichsvolumen 22 zu führen. Dazu können anhand des in dem Objektbereichsvolumen 22 bestimmten Zielareals 90 und der ermittelten Lage des Gegenstands 24 auch Ablageinformationen durch das Computerprogramm berechnet werden, welche die räumliche Ablage des Abschnitts 84 des Gegenstands 24 von einer räumlichen Sollposition 91 angeben. Aus den Ablageinformationen werden dann Steuersignale für die Verlagerung des Gegenstands 24 generiert und an die Steuereinheit 72 des Mikroroboters 70 weitergegeben.
  • Die 8 zeigt eine vierte Anordnung 10''' mit einem Operationsmikroskop 16, mit einer OCT-Einrichtung 20 für das Abtasten eines Objektbereichs 18, mit einem Gegenstand 24 in Form eines Operationsinstruments und mit einer Robotikeinheit 68 sowie mit einer Bildbereitstellungseinrichtung 65. Soweit die in der 9 gezeigten Baugruppen und Elemente der vierten Anordnung 10''' den in der 1, 6 und 7 ersichtlichen Baugruppen und Elementen der anhand dieser Figuren beschriebenen Anordnungen 10, 10', 10" entsprechen, sind diese mit den gleichen Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht. Die Bildbereitstellungseinrichtung 65 mit der Bilderfassungseinrichtung 66 ermöglicht hier wiederum eine Berechnung der 3D-Rekonstruktion 94 eines Patientenauges 14 mit einer Genauigkeit, die höher ist als eine 3D-Rekonstruktion, die ausschließlich auf mittels einer OCT-Einrichtung 20 gewonnener Abtastinformation basiert.
  • Zu bemerken ist, dass bei der Glaskörperentfernung mittels eines auch als ein Vitrektom ausgebildeten Operationsinstruments als eine Führungsgröße in den vorstehend beschriebenen Anordnungen die Menge des zu entfernenden Glaskörpers an der jeweiligen Stelle der Retina 15 vorgegeben werden kann.
  • Zu bemerken ist außerdem, dass wenn das Operationsinstrument auch als ein Vitrektom ausgebildet ist, als ein Anzeigesignal in den vorstehend beschriebenen Anordnungen 10, 10', 10'', 10''' eine aus einem Patientenauge 14 zu entfernende Glaskörpermenge zur Anzeige gebracht werden kann.
  • Die 9 zeigt einen als ein Operationsinstrument ausgebildeten Gegenstand 24 in Form eines Applikators zur Platzierung eines weiteren Gegenstands 24' in Form eines Retinanagels, welcher der Befestigung eines weiteren Gegenstands in Form eines Implantats an der Retina 15 dient.
  • In den 10A und 10B ist als ein Gegenstand 24 ein Implantat für die Retina 15 eines Patientenauges 14 gezeigt, das eine Stromquelle 116 mit einer Photovoltaik-Baugruppe und einer Bilderfassungs-Baugruppe 118 enthält. Die 10A ist dabei eine perspektivische Ansicht des Implantats bei einer auf die der Retina abgewandte Seite gerichteten Blickrichtung. Die 10B ist eine perspektivische Ansicht des Implantats bei einer Blickrichtung auf eine der Retina des Patientenauges 14 zugewandte Seite. Die 10C ist eine vergrößerte Teilansicht des Implantats. Das Implantat hat 3D-Elektroden 120, die in die Retina 15 eindringen und dort mit dem neuronalen Netz der Nervenbahnen interagieren.
  • In den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen 10, 10', 10'', 10''' kann für das Anbringen eines Implantats in einem Patientenauge 14 an der Anzeigeeinheit 28 die Sollposition 91 des vorgesehenen Orts der Befestigung des Retinanagels an der Retina 15 des Patientenauges und die Ist-Position des Implantats an der Retina 15 zur Anzeige gebracht werden.
  • Die 11 zeigt ein erstes mittels einer Kamera erfasstes Bild eines Operationsbereichs im Augeninneren eines Patientenauges 14 mit einem ersten Gegenstand 24 in Form eines Applikators für einen Retinanagel und mit einem weiteren Gegenstand 24' in Form eines Implantats unmittelbar vor dessen Platzierung an der Retina 15. Die 12 zeigt ein entsprechendes Bild des Operationsbereichs mit dem Implantat nach dessen Platzierung an der Retina 15. Nach dem Anbringen des Implantats an der Retina wird der Sitz des Implantats überprüft, z. B. indem der Operateur untersucht ob das Implantat die ihm zugedachte physiologische Funktion erfüllt. Bei der Anbringung eines Implantats an der Retina 15 eines Patientenauges 14 wird eine Führungsgröße in Form eines Steuersignals für die Verlagerung eines Applikators zur Anbringung eines Retinanagels zur Befestigung des Implantats von dem Computerprogramm generiert und an den Operateur oder die Steuereinheit 72 des Mikroroboters 70 weitergegeben.
  • Die 13 zeigt auf OCT-Angiographie-Daten für das Visualisieren von Blutgefäßen basierende Bilder 106 des Augenhintergrunds eines Patientenauges 14. In den vorstehend beschriebenen Anordnungen 10, 10', 10'', 10''' können entsprechende OCT-Angiographie-Daten aus der mit der OCT-Einrichtung 20 durch Abtasten des Objektbereichsvolumens 22 gewonnen Abtastinformation generiert und an der Anzeigeeinheit 28 zur Anzeige gebracht werden. Die Bilder 106 zeigen den Verlauf der Blutgefäße 108 in dem Objektbereich 18. Die Position und/oder die Abmessungen wie der Durchmesser oder die Länge der Blutgefäße 108 wird anhand der auf OCT-Angiographie-Daten basierenden Bilder 106 von dem Computerprogramm bestimmt, z. B. mittels Bildverarbeitung. Diese Informationen werden dann bei der Ermittlung der Sollpositionen 91 der Gegenstände 24, 24' in dem Zielareal 90 in der 3D-Rekonstruktion 94 des Objektbereichsvolumens 22 berücksichtigt. Insbesondere wird bei der Bestimmung einer räumlichen Sollposition 91 für einen Gegenstand 24, 24' in dem Zielareal 90 die Anzahl der zu punktierenden Blutgefäße 108 minimiert.
  • In der 14 ist ein mittels einer Kamera erfasstes Bild eines Operationsbereichs im Augeninneren eines Patientenauges 14 mit einem Implantat und mit Blut zu sehen, das aus einem verletzten Blutgefäß108 an der Retina 15 des Patientenauges 14 ausströmt.
  • OCT-Angiographie-Daten aus der mit der OCT-Einrichtung 20 durch Abtasten eines Objektbereichsvolumens 22 gewonnen Abtastinformation ermöglichen es, Einblutungen 110 durch eine Verletzung größerer Blutgefäße 108 bei ophthalmochirurgischen Operationen zu verhindern.
  • Die 15 ist ein mittels einer Kamera erfasstes Bild eines Operationsbereichs im Augeninneren eines Patientenauges 14, in dem ein Gegenstand 24 in Form eines Vitrektoms zur Glaskörperentfernung positioniert ist, wodurch ein Bereich 104 des Patientenauges 14 abgeschattet wird. Eine exakte, restlose Glaskörperentfernung ist wichtig für den Erfolg von Retinaimplantat-Operationen, da sie ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis ermöglicht.
  • In den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen 10, 10', 10'', 10''' kann deshalb für die Glaskörperentfernung in einer ophthalmochirurgischen Operation mittels eines Vitrektoms dessen Sollposition 91 in dem Zielareal 90 den Ort in der 3D-Rekonstruktion 94 eines Objektbereichsvolumens 22, in dem der Glaskörper entfernt werden soll, an der Anzeigeeinheit 28 angezeigt werden.
  • Die Rechenroutine der Computerprogramme in der Rechnereinheit 60 der vorstehend beschriebenen Anordnungen 10, 10', 10'', 10''' ist deshalb für die Gaskörperentfernung mittels eines Vitrektoms derart ausgebildet, dass als Führungsgröße eine zu entfernende Menge des Glaskörpers durch Verarbeitung des Zielareals 90 in der 3D-Rekonstruktion 94 des Objektbereichsvolumens 22 bestimmt wird. Alternativ kann die zu entfernende Menge des Glaskörpers auch durch Verarbeitung prä-operativ ermittelter Daten 92 oder durch Eingabe eines Sollwerts durch einen Operateur bestimmt werden. Dabei wird der Glaskörper durch Injektion des Markers Triamcinolon, wie in der 15 zu sehen, kenntlich gemacht, um eine genauere Erkennung des Glaskörpers und somit eine möglichst restlose Entfernung dieses zu ermöglichen. Der zu entfernende Glaskörper wird dabei dem Operateur anhand einer Höhenkarte visualisiert, die für jeden Punkt auf der Retina 15 die Menge des darüber liegenden zu entfernenden Glaskörpers anzeigt. Außerdem zeigt das Computerprogramm während der Glaskörperentfernung fortlaufend dem Operateur eine Grenze zwischen dem Glaskörper und einer Lösung (BSS) zur Spülung des Objektbereichs 18 an. Dadurch kann die zu entfernende Glaskörpermenge mittels Bildverarbeitung automatisch ermittelt und in der Visualisierung des Operationsbereichs durch die Anzeigeeinheit dargestellt werden.
  • Sowohl bei der Stammzelleninjektion als auch bei der Glaskörperentfernung werden weitere Führungsgrößen in Form von Steuersignalen zur Verlagerung des Operationsinstruments in Form der Injektionsnadel oder des Vitrektoms generiert und an den Operateur oder die Steuereinheit 72 des Mikroroboters 70 weitergegeben.
  • Die 15 zeigt außerdem einen durch einen Gegenstand 24 in Form eines Vitrektoms abgeschatteten Bereich 104 in einem Objektbereichsvolumen 22. Um die Abschattung von Bereichen in dem Objektbereichsvolumen 22 zu verhindern, enthält das Computerprogramm eine Abschattungsroutine. Diese erkennt durch den Gegenstand 24 abgeschattete Bereiche 104 und gibt zu diesen Bereichen eine Ausgleichsvorschrift für die 3D-Rekonstruktion 94 des Objektbereichsvolumens 22 an. Die Ausgleichsvorschrift sieht dabei vor, die abgeschatteten Bereiche zu ersetzen. Sowohl für die Erkennung als auch für die Ersetzung der abgeschatteten Bereiche 104 in einer in der 15 gezeigten 3D-Rekonstruktion 94 können OCT-Daten derselben Bereiche zu anderen Aufnahmezeitpunkten, insbesondere OCT-Daten kurz vor der Abschattung des abgeschatteten Bereichs 104 verwendet werden. Alternativ dazu kann die Abschattungsroutine für das Erkennen abgeschatteter Bereiche und/oder für das Angeben der Ausgleichsvorschrift die aktuelle 3D-Rekonstruktion 94 und/oder die aktuell aufgenommenen OCT-Daten und/oder Daten anderer Modalitäten derselben Bereiche, z. B. optische Daten, MRT-Daten, Ultraschallbilder oder CT-Daten verwenden. Auch prä-operativ ermittelte Daten 92 können herangezogen werden. Alternativ können auch die abgeschatteten Bereiche 104 in der 3D-Rekonstruktion 94 detektiert und durch in anderen Bereichen außerhalb von abgeschatteten Bereichen 104 erfasste Daten ersetzt werden. Alternativ können die abgeschatteten Bereiche 104 in den Daten oder der 3D-Rekonstruktion 94 detektiert und durch von dem Computerprogramm generierte Daten ersetzt werden, z. B. durch Inpainting-Verfahren.
  • In einer alternativen Ausführungsform wird eine Abschattung von Bereichen vermieden, indem das Computerprogramm eine Pfadplanungsroutine enthält, die anhand eines Kriteriums einen optimalen Pfad des Gegenstands 24 zu der räumlichen Sollposition 91 in dem Zielareal 90 des Objektbereichsvolumens 22 berechnet. Die Pfadplanungsroutine bestimmt dabei ein Schattenmaß in Form eines Werts, der das Auftreten von Schatten in den OCT-Daten quantifiziert. Bei bekannter Lichtquellenposition wird anhand der berechneten Lage des Gegenstands 24der abgeschattete Bereich 104 des Gegenstands 24 in den OCT-Daten für einen bestimmten Pfad des Gegenstands 24 vorausberechnet. Das Schattenmaß gibt dabei die Stärke der Abschattung an. Die Pfadplanungsroutine ermittelt dann anhand des Schattenmaßes den kürzesten Weg des Gegenstands 24 zu der Sollposition 91, der einen Schwellwert des Schattenmaßes nicht übersteigt. Alternativ minimiert die Pfadplanungsroutine ein Kriterium aus der Summe der Pfadlänge und dem gewichteten Schattenmaß, um einen Pfad zu bestimmen, der sowohl die Pfadlänge als auch das Schattenmaß möglichst minimiert. Das Computerprogramm enthält eine Visualisierungsroutine für das Visualisieren des optimalen Pfads des Gegenstands 24 für den Operateur anhand der Anzeigeeinheit 28. Die Planung des Pfads für einen Gegenstand 24 zu einem Zielareal 90 stellt dabei eine Führungsgröße dar.
  • Zu bemerken ist, dass sowohl die Eingabedaten des 3D-Rekonstruktions-Verfahrens als auch die Eingabedaten des Registrierungsverfahrens während der Operation an die Verfügbarkeit und Messgenauigkeit der bereitgestellten Daten nach Möglichkeit angepasst werden, um für die 3D-Rekonstruktion 94 des Objektbereichsvolumens 22 eine höhere Genauigkeit zu erzielen. Ist die Messgenauigkeit einzelner Daten zu gering, so werden diese von dem jeweiligen Verfahren nicht berücksichtigt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10, 10', 10'', 10'''
    Anordnung / Vorrichtung
    12
    Hornhaut
    14
    Patientenauge
    15
    Retina
    16
    Operationsmikroskop
    18
    Objektbereich
    20
    OCT-Einrichtung
    21
    OCT-Abtaststrahl
    22
    Objektbereichsvolumen
    24, 24'
    Gegenstand
    26
    optische Achse
    28
    Anzeigeeinheit
    30
    Signalgenerator
    34
    Dateneinspiegelung
    38, 40
    stereoskopischer Beobachtungsstrahlengang
    42
    Mikroskophauptobjektiv
    44
    Zoomsystem
    46
    Okulareinblick
    48
    Beleuchtungseinrichtung
    50, 52
    Scanspiegel
    54, 56
    Strahlteiler
    58
    Einrichtung
    60
    Rechnereinheit
    61
    Eingabeschnittstelle
    62
    Steuerorgan
    63
    Speicher
    64
    Bild
    65
    Bildbereitstellungseinrichtung
    66
    Bilderfassungseinrichtung
    68
    Robotikeinheit
    70
    Mikroroboter
    72
    Steuereinheit
    76
    Griffabschnitt
    78
    Marker
    80
    Spitze
    82
    Öffnung
    84
    Abschnitt
    86
    Kapillare
    88
    Medium
    90
    Zielareal
    90'
    Zielareal in prä-operativ ermittelten Daten
    91
    Sollposition
    91'
    Sollposition in prä-operativ ermittelten Daten
    92
    prä-operativ ermittelte Daten
    94
    3D-Rekonstruktion
    104
    abgeschatteter Bereich
    106
    Bilder zu OCT-Angiographie-Daten
    108
    Blutgefäß
    110
    Einblutung
    112
    Fotorezeptoren
    114
    Druse
    116
    Stromquelle
    118
    Bilderfassungs-Baugruppe
    120
    3D-Elektroden

Claims (15)

  1. Anordnung (10, 10', 10'', 10''') mit einer OCT-Einrichtung (20) für das Abtasten eines Objektbereichsvolumens (22) in einem Objektbereich (18) mittels eines OCT-Abtaststrahls (21); mit einem Gegenstand (24, 24'), der einen in dem Objektbereichsvolumen (22) anordenbaren, mittels der OCT-Einrichtung (20) dort lokalisierbaren Abschnitt (84) hat, und mit einer Rechnereinheit (60), die mit der OCT-Einrichtung (20) verbunden ist und die ein Computerprogramm für das Ermitteln einer 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und das Ermitteln der Lage des Abschnitts (84) des Gegenstands (24, 24') in dem Objektbereichsvolumen (22) durch Verarbeiten von mittels der OCT-Einrichtung (20) durch Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) gewonnener OCT-Abtastinformation enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm eine Rechenroutine für das Ermitteln eines Zielareals (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) aufweist, die zu dem Zielareal (90) eine Führungsgröße für den Gegenstand (24, 24') bestimmt, wobei der Gegenstand (24, 24') als ein Operationsinstrument ausgebildet ist, welches eine Kapillare (86) mit einer Öffnung (82) für das Ausbringen eines Mediums (88) aufweist, und wobei die Rechenroutine des Computerprogramms dazu dient, einen Istwert des Volumens des in dem Zielareal (90) durch die Öffnung (82) der Kapillare (86) ausgebrachten Mediums (88) durch Vergleich von Daten des Zielareals (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und/oder durch Vergleich von mit der OCT-Einrichtung (20) durch Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) gewonnener Abtastinformation des Zielareals (90) vor und während des Ausbringens des Mediums (88) zu ermitteln.
  2. Anordnung (10, 10', 10'', 10''') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm für das Ermitteln einer 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) aus Daten ausgebildet ist, die durch das Untersuchen des Objektbereichsvolumens (22) mit einem bildgebenden Verfahren, insbesondere das Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) mittels des OCT-Abtaststrahls (21) der OCT-Einrichtung (20) gewonnen sind und/oder die präoperativ ermittelte Daten (92) sind und/oder die Daten zu Sensorsignalen für das Ermitteln einer Position des Abschnitts (84) des Gegenstands (24, 24') in dem Objektbereichsvolumen (22) sind.
  3. Anordnung (10, 10', 10'', 10''') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm für das Ermitteln der räumlichen Lage von Daten zueinander mittels eines Registrierungsverfahrens ausgelegt ist, die Daten aus der folgenden Gruppe umfassen: mit der OCT-Einrichtung (20) durch Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) gewonnene Abtastinformation, das Objektbereichsvolumen (22), Daten weiterer bildgebender Verfahren, insbesondere optische Abbildungen, MRT-Daten, CT-Daten, Ultraschallbilder, Endoskopiebilder, eine Position des Abschnitts (84) des Gegenstands (24), prä-operativ ermittelte Daten (92), Positionssensorsignale.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die OCT-Einrichtung (20) für ein aufeinanderfolgendes fortlaufendes Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) mittels des OCT-Abtaststrahls (21) ausgebildet ist und/oder dass die OCT-Einrichtung (20) für ein aufeinanderfolgendes fortlaufendes Abtasten eines den Abschnitt (84) des Gegenstands (24, 24') enthaltenden Bereichs des Objektbereichsvolumens (22) mittels des OCT-Abtaststrahls (21) ausgebildet ist; und/oder dass das Computerprogramm für ein aufeinanderfolgendes fortlaufendes Ermitteln der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und/oder für ein aufeinanderfolgendes fortlaufendes Ermitteln der Lage des Abschnitts (84) des Gegenstands (24, 24') in dem Objektbereichsvolumen (22) ausgelegt ist; und/oder dass das Computerprogramm dafür ausgelegt ist, eine räumliche Sollposition (91) für den Gegenstand (24, 24') in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) zu bestimmen; und/oder dass die Rechnereinheit (60) mit einem Speicher (63) für das Bereitstellen prä-operativ ermittelter Daten (92) in einer Operation verbunden ist; und/oder dass das Computerprogramm dafür ausgelegt ist, Zielareale (90') und/oder räumliche Sollpositionen (91') in prä-operativ ermittelten Daten (92) und/oder Zielareale (90) und/oder räumliche Sollpositionen (91) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) zu bestimmen, indem Verfahren zur Segmentierung von Gewebestrukturen und/oder Gewebeschichten angewendet werden; und/oder dass das Computerprogramm eine Routine für das Generieren einer Führungsgröße in Form von Steuersignalen für den Gegenstand (24, 24') enthält; und/oder dass das Computerprogramm dafür ausgelegt ist, als Führungsgröße eine räumliche Sollposition (91) in dem Zielareal (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) unter Berücksichtigung von Beschaffenheitsmerkmalen des Gegenstands (24) und/oder eines weiteren Gegenstands (24') und/oder des Zielareals (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und/oder von geometrischen Beziehungen, insbesondere Ablageinformationen, zwischen diesen zu bestimmen; und/oder dass die Anordnung eine Einrichtung für das Visualisieren der Lage des Abschnitts (84) des Gegenstands (24) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und/oder für das Visualisieren von präoperativ ermittelten Daten (92) und/oder für das Visualisieren der zu dem Zielareal (90) bestimmten Führungsgröße und/oder für das Visualisieren von aus der Führungsgröße abgeleiteter Größen aufweist; und/oder dass das Computerprogramm basierend auf der zu dem Zielareal (90) ermittelten Führungsgröße und/oder daraus abgeleiteter Größen akustische, optische oder haptische Anzeigesignale für den Operateur generiert; und/oder dass das Computerprogramm eine Abschattungsroutine für das Ermitteln einer korrigierten 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) enthält, die durch den Gegenstand (24, 24') abgeschattete Bereiche (104) erkennt und die zu diesen Bereichen eine Ausgleichsvorschrift für die 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) angibt; und/oder dass in dem Abschnitt (84) des Gegenstands (24, 24') und/oder in dem Objektbereich (18) ein mit dem OCT-Abtaststrahl (21) lokalisierbarer Marker (78) angeordnet ist; und/oder dass das Computerprogramm eine Abtastroutine für das Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) und/oder des Abschnitts (84) des Gegenstands (24, 24') durch spezielle Scanmuster und/oder für das Einstellen einer Abtastrate, die das Objektbereichsvolumen (22) im Vergleich zu der Position des Abschnitts (84) des Gegenstands (24, 24') mit einer niedrigeren Rate abtastet, enthält; und/oder dass das Computerprogramm für ein Anpassen der Ermittlungsvorschrift für die 3D-Rekonstruktion (94) und/oder der Ermittlungsvorschrift für die Lage des Abschnitts (84) des Gegenstands (24, 24') in dem Objektbereichsvolumen (22) in Abhängigkeit von einem Kriterium ausgelegt ist.
  5. Anordnung (10, 10', 10'', 10''') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus der mit der OCT-Einrichtung (20) durch Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) gewonnenen Abtastinformation OCT-Angiographie-Daten des Objektbereichsvolumens (22) generiert werden.
  6. Anordnung (10, 10', 10'', 10''') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm für die Bestimmung der Position und/oder der Abmessungen von Blutgefäßen (108) in dem Zielareal (90) auf Basis der OCT-Angiographie-Daten ausgelegt ist, wobei die Rechenroutine des Computerprogramms für das Ermitteln des Zielareals (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) den Verlauf und/oder die Position und/oder die Abmessungen der Blutgefäße (108) in dem Zielareal (90) berücksichtigt.
  7. Anordnung (10, 10', 10'', 10''') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm eine Pfadplanungsroutine enthält, die anhand eines Kriteriums einen optimalen Pfad des Gegenstands (24, 24') zu der räumlichen Sollposition (91) berechnet.
  8. Anordnung (10, 10', 10'', 10''') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kriterium ein das Auftreten von durch den Gegenstand (24, 24') verursachtem Schatten in der berechneten 3D-Rekonstruktion (94) quantifizierendes Schattenmaß ist.
  9. Anordnung (10, 10', 10'', 10''') nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm eine Routine für das Bestimmen eines Zielareals (90') und/oder einer Sollposition (91') für den Gegenstand (24) in bereitgestellten prä-operativ ermittelten Daten (92) enthält und eine Registrierungsroutine für das Registrieren der prä-operativ ermittelten Daten (92) mit der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und eine Übertragungsroutine für das Übertragen des Zielareals (90') und/oder der Sollposition (91') in den präoperativ ermittelten Daten (92) auf die 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) aufweist.
  10. Anordnung (10, 10', 10'', 10''') nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenroutine des Computerprogramms dazu dient, als Führungsgröße einen Sollwert für das Volumen des ausgebrachten Mediums (88) durch Verarbeitung des Zielareals (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und/oder durch Verarbeitung prä-operativ ermittelter Daten (92) und/oder durch Verarbeitung von mit der OCT-Einrichtung (20) durch Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) gewonnener OCT-Abtastinformation und/oder durch Eingabe eines Sollwerts durch einen Operateur zu bestimmen.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenroutine des Computerprogramms dafür ausgelegt ist, als Führungsgröße für eine Nachregelung des Volumens des ausgebrachten Mediums (88) eine Differenz zwischen einem Sollwert und einem Istwert des Volumens des in dem Zielareal (90) ausgebrachten Mediums (88) zu bestimmen.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenroutine des Computerprogramms dazu dient, als Führungsgröße die Position einer zu entfernenden Substanz und/oder eine zu entfernende Substanzmenge durch Verarbeitung des Zielareals (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und/oder durch Verarbeitung prä-operativ ermittelter Daten (92) und/oder durch Eingabe eines Sollwerts durch einen Operateur zu bestimmen.
  13. Anordnung (10, 10', 10'', 10''') nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Visualisierungsroutine für das Visualisieren der Position der zu entfernenden Substanz und/oder der Menge der zu entfernenden Substanz in dem Objektbereichsvolumen (22).
  14. Computerprogramm für das Ermitteln einer 3D-Rekonstruktion (94) eines Objektbereichsvolumens (22) in einem Objektbereich (18) und das Ermitteln der Lage eines Abschnitts (84) eines Gegenstands (24) in dem Objektbereichsvolumen (22) durch Verarbeiten von mittels einer OCT-Einrichtung (20) durch Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) gewonnener OCT-Abtastinformation, gekennzeichnet durch eine Rechenroutine für das Ermitteln eines Zielareals (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und einer Führungsgröße für den Gegenstand (24) zu dem Zielareal (90), wobei der Gegenstand (24, 24') als ein Operationsinstrument ausgebildet ist, welches eine Kapillare (86) mit einer Öffnung (82) für das Ausbringen eines Mediums (88) aufweist, und wobei die Rechenroutine dazu dient, einen Istwert des Volumens des in dem Zielareal (90) ausgebrachten Mediums (88) durch Vergleich von Daten des Zielareals (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und/oder von mit der OCT-Einrichtung (20) durch Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) gewonnener Abtastinformation des Zielareals (90) vor und während des Ausbringens des Mediums (88) zu ermitteln.
  15. Verfahren zum Bestimmen des Volumens eines in einem Objektbereich (18) mittels eines Operationsinstruments mit einer Kapillare (86) durch eine Öffnung ausgebrachten Mediums (88), gekennzeichnet durch das Ermitteln einer 3D-Rekonstruktion eines Objektbereichsvolumens (22) in dem Objektbereich (18), das Ermitteln der Lage eines Abschnitts (84) des Operationsinstruments in dem Objektbereichsvolumen (22) durch Verarbeiten von mittels einer OCT-Einrichtung (20) durch Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) gewonnener OCT-Abtastinformation, das Ermitteln eines Zielareals (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22), und das Ermitteln eines Istwerts des Volumens des in dem Zielareal (90) ausgebrachten Mediums (88) durch Vergleichen von Daten des Zielareals (90) in der 3D-Rekonstruktion (94) des Objektbereichsvolumens (22) und/oder von mit der OCT-Einrichtung (20) durch Abtasten des Objektbereichsvolumens (22) gewonnener Abtastinformation des Zielareals (90) vor und während des Ausbringens des Mediums (88).
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