Verfahren und Vorrichtung zur stereoskopischen Darstellung von Bilddaten

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur stereoskopischen Darstellung von Bilddaten, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur stereo ^¬ skopischen Darstellung von Bilddaten in der minimal invasiven Chirurgie .

Endoskopische Behandlungen und Untersuchungen im Bereich der Medizin ermöglichen im Vergleich zu einem offenen Eingriff am Patienten eine deutlich schonendere und weniger traumatisie- rende Behandlung. Daher gewinnt diese Behandlungsmethode zu ^¬ nehmend große Bedeutung. Bei einem minimal invasiven Eingriff werden von einem Operateur über einen oder mehrere relativ kleine Zugänge am Körper des Patienten optische und chirurgi ^¬ sche Instrumente (Endoskope) in den Körper eines Patienten eingeführt. Der Operateur kann somit mittels der chirurgischen Instrumente eine Untersuchung und Behandlung durchführen. Gleichzeitig kann dieser Vorgang durch die optischen Instrumente überwacht werden. Einfache Endoskope erlauben dabei entweder einen direkten Blick durch ein Okular des Endoskops oder eine Betrachtung des zu operierenden Bereichs über eine am Endoskop angebrachte Kamera und einen externen Monitor. Bei diesem einfachen Endoskop ist kein räumliches Sehen mög ^¬ lich. Verfügt das Endoskop darüber hinaus über einen zweiten Beobachtungskanal, der eine Betrachtung des Objektes aus ei ^¬ ner zweiten Richtung ermöglicht, so kann räumliches Sehen ermöglicht werden, indem beide Richtungen mittels zweier Okulare für das rechte und linke Auge nach außen geführt werden. Da bei einem einzelnen Endoskop der Abstand zwischen den Beobachtungskanälen in der Regel sehr klein ist (typischerweise maximal 6 mm) , liefert ein solches stereoskopisches Endoskop auch nur ein sehr eingeschränktes räumliches Sehen im mikro ^¬ skopischen Bereich. Für eine räumliche Betrachtung, die einem menschlichen Augenabstand von etwa 10 cm entspricht, ist es daher erforderlich, einen weiteren beabstandeten Zugangskanal zu schaffen. Da eine weitere Öffnung am Körper des Patienten für einen zusätzlichen Zugangskanal jedoch mit einer weiteren Traumatisierung des Patienten verbunden ist, sollte ein zu- sätzlicher Zugangskanal möglichst vermieden werden.

Soll in der minimal invasiven Chirurgie eine räumliche Visua ^¬ lisierung des Behandlungsbereichs durch ein einzelnes Endo ^¬ skop ermöglicht werden, so müssen daher entweder innerhalb des Querschnitts des Endoskops zwei Beobachtungsstrahlengänge nach außen geführt werden, oder alternativ an der Endoskop- spitze zwei voneinander beabstandete Kameras angeordnet wer ^¬ den, wie dies oben ausgeführt wurde. In beiden Fällen ist aufgrund des sehr begrenzten Querschnitts des Endoskops nur eine äußerst geringe räumliche Auflösung möglich, was zu ei ^¬ ner stark eingeschränkten Auflösung des Darstellungsbereiches führt .

Alternativ ist es auch möglich, mittels eines digitalen Sys- tems den Behandlungsbereich im Inneren des Patienten dreidimensional zu vermessen. Die Druckschrift DE 10 2006 017 003 AI offenbart zum Beispiel ein Endoskop mit einer optischen Tiefendatenaquisition . Hierbei wird moduliertes Licht in den Behandlungsbereich ausgesendet und basierend auf dem empfan- genen Lichtsignal werden Tiefendaten des Behandlungsraumes berechnet .

Dabei bleibt auch nach der Ermittlung der verfügbaren Tiefendaten im Inneren des Behandlungsraumes dem Operateur weiter- hin der unmittelbare räumliche Blick in den Behandlungsbe ^¬ reich verwehrt. Der Operateur muss basierend auf einem an ei ^¬ nem zweidimensionalen Bildschirm dargestellten Modell seine Behandlungsschritte planen und ausführen. Es besteht somit ein Bedarf nach einer verbesserten stereoskopischen Darstellung von Bilddaten, insbesondere besteht ein Bedarf nach einer stereoskopischen Darstellung von Bilddaten in der minimal invasiven Chirurgie. Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt ein Ver ^¬ fahren zur stereoskopischen Darstellung von Bilddaten in der minimal invasiven Chirurgie mit den Schritten des zumindest teilweisen dreidimensionalen Erfassens einer Oberfläche; des Erstellens einer Tiefenkarte der zumindest teilweise dreidi ^¬ mensional erfassten Oberfläche; des Texturierens der erstell ^¬ ten Tiefenkarte; des Berechnens von stereoskopischen Bildda ^¬ ten aus der texturierten Tiefenkarte; und des Visualisierens der berechneten stereoskopischen Bilddaten.

Gemäß eines weiteren Aspekts schafft die vorliegende Erfin ^¬ dung eine Vorrichtung zur stereoskopischen Darstellung von Bilddaten in der minimal invasiven Chirurgie mit einer Sen- sorvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine Oberfläche zu ^¬ mindest teilweise dreidimensional zu erfassen; einer Vorrich ^¬ tung zur Erstellung einer Tiefenkarte, die dazu ausgelegt ist, eine Tiefenkarte aus der zumindest teilweise dreidimen ^¬ sional erfassten Oberfläche zu erstellen; einer Texturie- rungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, die erstellte Tie ^¬ fenkarte zu texturieren; einem Bilddatengenerator, der dazu ausgelegt ist, stereoskopische Bilddaten aus der texturierten Tiefenkarte zu berechnen; und einer Visualisierungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, die berechneten stereoskopi- sehen Bilddaten zu visualisieren .

Es ist eine Idee der vorliegenden Erfindung, einen nicht unmittelbar zugänglichen Bereich durch einen Sensor zunächst dreidimensional zu erfassen und aus dieser dreidimensionalen Erfassung ein digitales Modell in Form einer Tiefenkarte zu erstellen. Aus dieser Tiefenkarte können daraufhin auf einfache Weise automatisch stereoskopische Bilddaten für einen Benutzer generiert werden, die optimal auf den Augenabstand des Benutzers angepasst sind.

Durch die dreidimensionale Vermessung des Beobachtungsbe ^¬ reichs mittels eines speziellen Sensorsystems kann dabei der unzugängliche Bereich, beispielsweise im Körperinneren eines Patienten durch einen Sensor mit nur sehr geringer Baugröße erfasst werden. Die so erfassten Daten können auf einfache Weise nach außen geleitet werden, ohne dass hierzu ein Endo ^¬ skop mit besonders großem Querschnitt erforderlich wäre.

Somit wird eine ausgezeichnete räumliche Erfassung des Be ^¬ handlungsbereiches erzielt, ohne dass hierzu ein Endoskop mit außergewöhnlich großem Querschnitt oder weitere Zugänge zu dem Operationsbereich im Körperinneren des Patienten erfor- derlich sind.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein solches Sensorsystem den zu erfassenden Bereich in einer sehr guten räumlichen Auflösung und einer entsprechend hohen Anzahl von Pixeln erfassen kann, da der Sensor am Endoskop nur eine einzelne

Kamera erfordert. Somit kann bei nur geringer Traumatisierung des Patienten der zu überwachende Operationsbereich in einer sehr guten Bildqualität dargestellt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aus dem vom Sensorsystem bereitgestellten dreidimensionalen Daten eine stereoskopische Visualisierung des zu überwachenden Bereiches gene ^¬ riert werden kann, die optimal auf den Augenabstand eines Be ^¬ nutzers angepasst ist. Somit kann die Visualisierung der Bilddaten so für einen Benutzer aufbereitet werden, dass eine optimale räumliche Erfassung möglich ist.

Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Berechnung der stereosko ^¬ pischen Bilddaten unabhängig von der dreidimensionalen Erfas- sung der Objektoberfläche durch den Sensor erfolgt. Somit kann einem Benutzer auch eine stereoskopische Darstellung des Behandlungsbereiches bereitgestellt werden, die von der aktu ^¬ ellen Position des Endoskops abweicht. Durch geeignete Aufbereitung der Tiefenkarte aus den dreidi ^¬ mensional erfassten Objektdaten kann somit einem Benutzer eine Darstellung des Behandlungsbereiches bereitgestellt wer ^¬ den, die den realen Gegebenheiten sehr nahe kommt. Gemäß einer Ausführungsform korrespondieren die berechneten stereoskopischen Bilddaten zu zwei Blickrichtungen zweier Augen eines Benutzers. Durch die Aufbereitung der stereoskopi- sehen Bilddaten entsprechend den Blickrichtungen der Augen des Benutzers kann eine für den Benutzer optimale stereosko ^¬ pische Visualisierung des Behandlungsbereiches ermöglicht werden . In einer Ausführungsform umfasst die Tiefenkarte Raumpunkte der zumindest teilweise dreidimensional erfassten Oberfläche. Eine solche Tiefenkarte ermöglicht eine sehr gute Weiterver ^¬ arbeitung der dreidimensional erfassten Oberfläche. Gemäß einer Ausführungsform wird die dreidimensionale Erfas ^¬ sung der Oberfläche kontinuierlich ausgeführt, und die Tie ^¬ fenkarte wird basierend auf der kontinuierlich dreidimensio ^¬ nal erfassten Oberfläche angepasst. Auf diese Weise ist es möglich, die Tiefenkarte kontinuierlich zu ergänzen und gege- benenfalls auch zu korrigieren, so dass sukzessive ein voll ^¬ ständig dreidimensionales Modell des zu beobachtenden Berei ^¬ ches aufgebaut wird. Somit können nach einiger Zeit auch Bildinformation über Bereiche bereitgestellt werden, die zu ^¬ nächst aufgrund von Abschattungen oder ähnlichem nicht er- fasst werden konnten.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte des Bereitstellens weiterer Bildin ^¬ formationen und des Kombinierens der weiteren Bildinformatio- nen mit der erfassten dreidimensionalen Oberfläche. Durch diese Kombination der dreidimensional erfassten Oberfläche mit weiteren Bilddaten kann eine besonders gute und realisti ^¬ sche Visualisierung der stereoskopischen Bilddaten ermöglicht werden .

In einer speziellen Ausführungsform sind die weiteren Bildinformationen diagnostische Bilddaten, insbesondere Daten aus einer Computertomographie, einer Magnetresonanztomographie, einer Röntgenaufnahme und/oder einer Sonographie. Solche dia ^¬ gnostischen Bilddaten, die vor oder während der Behandlung erstellt wurden und im Zusammenhang mit dem zu beobachtenden Behandlungsbereich stehen, liefern besonders wertvolle Infor- mationen für die Aufbereitung und Visualisierung des Behandlungsbereiches. Beispielsweise können diese Bilddaten direkt von den bildgebenden Diagnosevorrichtungen, oder einer Speichervorrichtung 21 bereitgestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform werden in dem Schritt zur Berechnung der stereoskopischen Bilddaten die Bilddaten für eine vorgegebene Blickrichtung berechnet. Diese Blickrichtung kann von der aktuellen Position des Endoskops mit dem Sensor zur dreidimensionalen Erfassung der Oberfläche verschieden sein. Somit kann eine besonders flexible Visualisierung des Behandlungsbereiches erreicht werden.

In einer speziellen Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner einen Schritt zum Erfassen einer Benut- zereingabe, wobei die vorgegebene Blickrichtung entsprechend der erfassten Benutzereingabe angepasst wird. Somit ist es dem Benutzer möglich, die Blickrichtung individuell an seine Bedürfnisse anzupassen. In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Sensorvorrichtung an oder in einem Endoskop angeordnet .

In einer speziellen Ausführungsform umfasst das Endoskop fer- ner mindestens ein chirurgisches Instrument. Somit ist es möglich, durch einen einzigen Zugang gleichzeitig einen chirurgischen Eingriff auszuführen und dabei diesen Eingriff optisch zu überwachen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Sensorvorrichtung mit einer Time-of-Flight-Kamera und/oder eine Vorrichtung zur Triangulation, insbesondere eine Vorrichtung zur aktiven Tri- angulation. Durch solche Sensorvorrichtungen kann eine besonders gute dreidimensionale Erfassung der Oberfläche erreicht werden . In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensorvorrichtung eine Kamera, vorzugsweise eine Farbkamera. Somit können durch die Sensorvorrichtung neben der dreidimensionalen Erfassung der Oberfläche auch gleichzeitig digitale Bilddaten gewonnen werden, die zur Visualisierung des Behandlungsberei- ches dienen.

In einer weiteren Ausführungsform berechnet der Bilddatengenerator die Bilddaten für eine vorgegebene Blickrichtung. In einer speziellen Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine Eingabevorrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine Eingabe eines Benutzers zu erfassen, wo ^¬ bei der Bilddatengenerator die stereoskopischen Bilddaten für eine Blickrichtung basierend auf der Eingabe des Benutzers berechnet.

In einer weiteren speziellen Ausführungsform erfasst die Eingabevorrichtung dabei eine Bewegung des Benutzers, insbesondere eine durch den Benutzer ausgeübte Geste. Vorzugsweise wird diese Bewegung oder Geste durch eine Kamera erfasst.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Er ^¬ findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen: Figur 1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur stereoskopischen Darstellung von Bilddaten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Figur 2: eine schematische Darstellung der Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Figur 3 und 4: schematische Darstellungen von Monitorelementen für eine stereoskopische Visualisierung; und Figur 5: eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur stereoskopischen Darstellung von Bilddaten, wie es einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines minimal in ^¬ vasiven Eingriffs mit einem Endoskop, das eine Vorrichtung zur stereoskopischen Darstellung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. In den Körper 2 eines Patienten ist dabei über einen Zugang 2d ein Endoskop 12 in den Körper 2b eingeführt. Dabei kann der Behandlungsraum 2a beispielsweise durch Einbringen eines geeigneten Gases geweitet werden, nachdem der Zugang 2d entsprechend abgedichtet wurde. Somit entsteht vor dem behandelnden Objekt 2c ein ausreichend großer Behandlungsraum. Durch das Endoskop 12 kann in dem Be- handlungsraum 2a einerseits eine Sensorvorrichtung 10 und darüber hinaus ein oder mehrere chirurgische Instrumente 11 in den Behandlungsraum eingebracht werden. Die chirurgischen Instrumente 11 können dabei durch eine geeignete Vorrichtung IIa von außen gesteuert werden, um die Behandlung im Innen- räum 2a durchzuführen.

Die optische Überwachung dieser Behandlung erfolgt dabei durch die Sensorvorrichtung 10. Diese Sensorvorrichtung 10 ist dabei ein Sensor, der die Oberfläche des Behandlungsraums 2a und dabei insbesondere auch die Oberfläche des behandeln ^¬ den Objekts 2c dreidimensional erfassen kann. Bei der Sensor ^¬ vorrichtung 10 kann es sich beispielsweise um einen Sensor handeln, der nach dem Prinzip einer Time-of-Flight-Kamera (ToF-Kamera) arbeitet. Dabei werden von einer Lichtquelle mo ^¬ dulierte Lichtpulse ausgesendet und das von der Oberfläche gestreute und zurückgeworfene Licht von einem entsprechenden Sensor, beispielsweise einer Kamera ausgewertet. Basierend auf der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes kann darauf ^¬ hin ein dreidimensionales Modell erstellt werden.

Alternativ kann die Sensorvorrichtung 10 beispielsweise auch eine Triangulation durchführen, um die dreidimensionale Lage der Oberfläche im Behandlungsraum 2a zu ermitteln. Grundsätzlich kann eine solche Triangulation beispielsweise mittels passiver Triangulation durch zwei separate Kameras erfolgen. Da jedoch bei passiver Triangulation bei kontrastarmen Oberflächen (z.B. die Leber) die Lösung des Korrespondenzproblems schwierig ist und die 3D-Datendichte sehr gering ist, erfolgt vorzugsweise eine aktive Triangulation. Hierbei wird von der Sensorvorrichtung 10 ein bekanntes Muster auf die Oberfläche im Behandlungsraum 2a projiziert und die Oberfläche dabei von einer Kamera aufgenommen. Vorzugsweise erfolgt die Projizie- rung des bekannten Musters auf der Oberfläche mittels sicht ^¬ baren Lichtes. Zusätzlich oder alternativ kann der Operationsbereich jedoch auch mit Licht außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereiches beleuchtet werden, beispielsweise mit infrarotem oder ultraviolettem Licht.

Durch einen Vergleich des von der Kamera aufgenommenen Musters an der Oberfläche des Behandlungsraums 2a mit dem be ^¬ kannten von dem Projektor ausgesendeten idealen Muster kann daraufhin die Oberfläche des Behandlungsraumes 2a dreidimen- sional erfasst und ausgewertet werden.

Dabei kann gleichzeitig oder alternierend zur dreidimensiona ^¬ len Erfassung der Oberfläche auch der Behandlungsraum 2a und dessen Oberfläche von der Kamera konventionell erfasst wer- den. Auf diese Weise kann ein entsprechendes Färb- oder

Schwarz/Weiß-Bild vom Behandlungsraum 2a erfasst werden. Vorzugsweise können dabei die Lichtquellen der Sensorvorrichtung 10 auch gleichzeitig zur Beleuchtung des Behandlungsraums 2a verwendet werden, um konventionelle Bilddaten zu erhalten.

Die von der Sensorvorrichtung 10 erfassten Daten über die dreidimensionale Lage der Oberfläche im Behandlungsraum 2a, sowie die von der Kamera erfassten Färb- oder Schwarz/Weiß- Bilddaten werden nach außen geführt und stehen somit für eine Weiterverarbeitung, insbesondere einer Visualisierung zur Verfügung .

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Visualisierung stereoskopischer Bilddaten, wie sie beispielsweise aus dem im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Beispiel generiert worden sind. Die Sensorvorrichtung 10 er- fasst dabei eine im Sichtbereich der Sensorvorrichtung 10 befindliche Oberfläche und deren dreidimensionale Lage einzel ^¬ ner Oberflächenpunkte im Raum. Wie zuvor beschrieben, kann dabei gleichzeitig oder alternierend zu der dreidimensionalen Erfassung der Raumpunkte auch eine konventionelle Erfassung von Bilddaten mittels Schwarz/Weiß- oder Farbkamera erfolgen. Die Information über die dreidimensionale Lage der Raumpunkte wird daraufhin einer Vorrichtung 20 zur Erstellung einer Tiefenkarte zugeführt. Diese Vorrichtung 20 zur Erstellung einer Tiefenkarte wertet die Informationen über die dreidimensiona- le Lage der Oberflächenpunkte von der Sensorvorrichtung 10 aus und erzeugt daraus eine Tiefenkarte, die Information über die dreidimensionale Lage der von der Sensorvorrichtung 10 erfassten Raumpunkte umfasst. Da die Sensorvorrichtung 10 nur einen eingeschränkten Sichtbereich besitzt und darüber hinaus auch beispielsweise auf ^¬ grund von Erhebungen im Behandlungsraum 2a einige Teilbereiche zunächst aufgrund von Abschattungen nicht erfasst werden können, wird zu Beginn der dreidimensionalen Erfassung der Oberfläche im Behandlungsraum 2a die Tiefenkarte zunächst noch mehr oder weniger große Lücken aufweisen. Durch weitere kontinuierliche Erfassung der Oberfläche im Behandlungsraum 2a durch die Sensorvorrichtung 10 wird sich im Laufe der Zeit und insbesondere dann, wenn die Sensorvorrichtung 10 sich innerhalb des Behandlungsraumes 2a bewegt, die erstellte Tie ^¬ fenkarte mehr und mehr vervollständigen. Somit liegen nach einiger Zeit in dieser Tiefenkarte auch Informationen über Raumpunkte vor, die aktuell nicht von der Sensorvorrichtung 10 erfasst werden können, weil sie beispielsweise außerhalb des Sichtbereiches oder hinter einer Verschattung liegen. Darüber hinaus kann durch die kontinuierliche Erfassung der Oberfläche durch die Sensorvorrichtung 10 auch eine Verände- rung der Oberfläche in der Tiefenkarte korrigiert werden. So ^¬ mit spiegelt die Tiefenkarte stets den aktuell vorliegenden Zustand der Oberfläche im Behandlungsraum 2a wider.

Die in der Tiefenkarte vorliegenden Raumpunkte der Oberfläche des Behandlungsraums 2a werden an eine Texturierungsvorrich- tung 30 weitergegeben. Gegebenenfalls kann die Texturierungs- vorrichtung 30 dabei die Informationen aus der Tiefenkarte mit den Bilddaten einer endoskopischen Schwarz/Weiß- oder Farbkamera kombinieren. Die Texturierungsvorrichtung 30 er- zeugt aus den Raumpunkten der Tiefenkarte ein dreidimensiona ^¬ les Objekt mit einer zusammenhängenden Oberfläche. Durch Kombination der dreidimensionalen Raumdaten der Tiefenkarte mit den endoskopischen Kameradaten kann dabei die Oberfläche bei Bedarf geeignet eingefärbt oder schattiert werden.

Weitergehend ist es darüber hinaus möglich, zusätzliche dia ^¬ gnostische Bilddaten mit einzubeziehen . Beispielsweise können bereits präoperativ von dem behandelnden Bereich Aufnahmen erstellt werden. Hierzu eignen sich beispielsweise bildgeben- de diagnostische Verfahren wie Computertomographie (CT) , Mag ^¬ netresonanztomographie (MR oder MRT) , Röntgenaufnahmen, Sonographie oder ähnliches. Ebenso ist es auch denkbar, gegebe ^¬ nenfalls während der Behandlung durch geeignete bildgebende diagnostische Verfahren zusätzliche Informationen zu erzeu- gen, die mit in den Bildgenerierungsprozess einfließen kön ^¬ nen . Nachdem aus den Raumdaten der Tiefenkarte und gegebenenfalls den weiteren Bilddaten in der Texturierungsvorrichtung 30 eine Texturierung der Oberfläche des Behandlungsraumes 2a durchgeführt wurde, werden die so aufbereiteten Informationen an einen Bilddatengenerator 40 weitergegeben. Dieser Bilddatengenerator 40 erzeugt aus den texturierten dreidimensiona ^¬ len Informationen stereoskopische Bilddaten. Diese stereosko ^¬ pischen Bilddaten umfassen zumindest zwei zueinander leicht versetzte Bilder, die den Augenabstand eines menschlichen Betrachters berücksichtigen. Üblicherweise beträgt dabei der verwendete Abstand zwischen den beiden Augen ca. 80 mm. Einen besonders guten räumlichen Eindruck erhält ein Betrachter dabei, wenn angenommen wird, dass das zu betrachtende Objekt sich ca. 25 cm vor seinen Augen befindet. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Parameter möglich, die für einen Betrachter einen räumlichen Eindruck des zu betrachtenden Objektes ermöglichen. Der Bilddatengenerator 40 berechnet somit aus einer vorgegebenen Blickrichtung heraus mindestens zwei Bilddatensätze, wobei sich die Blickrichtungen der beiden Bildda- tensätze um den Augenabstand eines Betrachters unterscheiden. Die so generierten Bilddaten werden daraufhin einer Visualisierungsvorrichtung 50 zugeführt. Sollte für die Visualisie ^¬ rungsvorrichtung 50 noch weitere Information oder Daten für eine räumliche Darstellung erforderlich sein, so können diese ebenfalls durch den Bilddatengenerator 40 erzeugt und bereit ^¬ gestellt werden.

Als Visualisierungsvorrichtung 50 eignen sich dabei alle Vorrichtungen, die dazu geeignet sind, den beiden Augen eines Betrachters jeweils unterschiedliche Bildinformationen be ^¬ reitzustellen. Beispielsweise kann es sich bei der Visuali ^¬ sierungsvorrichtung 50 um einen 3D-Monitor handeln, oder um eine spezielle Brille, die für die beiden Augen eines Benut ^¬ zers unterschiedliche Bilddaten anzeigt.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts von Pixeln für eine erste Ausführungsform eines 3D Monitors. Auf dem Bildschirm sind dabei nebeneinander abwechselnd Bild- punkte 51 für ein linkes Auge und Bildpunkte 52 für ein rech ^¬ tes Auge angeordnet. Aufgrund einer vor diesen Bildpunkten 51 und 52 angeordneten Schlitzblende 53 sehen dabei das linke und das rechte Auge jeweils nur die für sie bestimmten Bild- elemente, während die Bildpunkte für das jeweils andere Auge des Benutzers durch die Schlitzblende 53 aufgrund der jewei ^¬ ligen Blickrichtung verdeckt werden.

Figur 4 zeigt eine alternative Form eines 3D Monitors. Dabei sind vor den Bildpunkten 51 für das linke Auge und den Bild ^¬ punkten 52 für das rechte Auge jeweils kleine Linsen 54 ange ^¬ ordnet, die den Strahlengang für das linke und das rechte Au ^¬ ge so lenken, dass ebenfalls jedes Auge nur die für das ent ^¬ sprechende Auge bestimmten Bildpunkte sieht.

Grundsätzlich sind darüber hinaus auch alle anderen Arten von 3D-fähigen Monitoren denkbar und geeignet. So können beispielsweise auch Monitore eingesetzt werden, die für das lin ^¬ ke und das rechte Auge jeweils Licht mit einer unterschiedli- chen Polarisation aussenden. Hierbei muss der Benutzer jedoch eine Brille mit einem geeigneten Polarisationsfilter tragen. Auch bei Monitoren, die abwechselnd Bilddaten für das linke und das rechte Auge ausgeben, muss ein Benutzer eine geeigne ^¬ te Shutterbrille tragen, die synchron zu den abwechselnd an- gezeigten Bildern jeweils nur für das linke und das rechte

Auge abwechselnd den Blick auf den Monitor freigibt. Aufgrund der Komforteinbußen, die das Tragen einer Brille mit sich bringt, werden jedoch Visualisierungsvorrichtungen, die nach dem Prinzip der Figuren 3 und 4 arbeiten, von einem Benutzer eher akzeptiert werden, als Anzeigesysteme, die von einem Be ^¬ nutzer das Tragen spezieller Brillen erfordern.

Da die Tiefenkarte und die sich daran anschließende Texturie- rung, wie zuvor beschrieben, nach und nach sukzessive ver- vollständigt werden, liegt nach einiger Zeit ein nahezu voll ^¬ ständiges Modell des Behandlungsraumes 2a vor, der auch In ^¬ formationen über aktuell gerade nicht sichtbare und ver ^¬ schattete Bereiche enthält. Daher ist es für den Bilddatenge- nerator 40 auch möglich, Bilddaten aus einem Betrachtungswinkel zu generieren, der nicht mit der aktuellen Position der Sensorvorrichtung 10 übereinstimmt. Es kann somit beispiels ^¬ weise auch auf der Visualisierungsvorrichtung 50 eine Dar- Stellung des Behandlungsraums 2a angezeigt werden, die mehr oder weniger stark von der aktuellen Position der Sensorvorrichtung 10 und auch der ebenfalls am Endoskopende angeordne ^¬ ten chirurgischen Instrumente 11 abweicht. Nachdem die Tie ^¬ fenkarte ausreichend vervollständigt wurde, kann der Benutzer die gewünschte Blickrichtung nahezu beliebig vorgeben. Insbe ^¬ sondere durch die Kombination der räumlichen Informationen aus der Tiefenkarte mit den weiteren Bilddaten der endoskopi ^¬ schen Kamera und zusätzlichen diagnostischen Bildinformationen kann einem Benutzer somit auf der Visualisierungsvorrich- tung 50 eine Darstellung angezeigt werden, die einer Darstel ^¬ lung eines geöffnetem Körpers sehr nahe kommt.

Für eine bessere Orientierung während des chirurgischen Eingriffs kann der Benutzer daher die Blickrichtung nach seinen Wünschen beliebig vorgeben und ändern. Dies ist beispielswei ^¬ se insbesondere dann hilfreich, wenn an einem zu behandelnden Organ eine bestimmte Stelle gefunden werden soll, oder durch die Identifizierung bestimmter Blutgefäße oder ähnlichem eine Orientierung an dem entsprechenden Organ unterstützt werden soll.

Das Vorgeben der gewünschten Blickrichtung kann dabei durch eine geeignete Eingabevorrichtung 41 erfolgen. Bei dieser Eingabevorrichtung 41 kann es sich beispielsweise um eine Tastatur, eine Computermaus, einen Joystick, einen Trackball oder ähnliches handeln. Da der Benutzer während des chirurgischen Eingriffs jedoch normalerweise mit beiden Händen das Endoskop und die daran enthaltenen chirurgischen Mittel 11 bedienen muss, wird er in vielen Fällen keine Hand frei ha- ben, um die Eingabevorrichtung 41 zur Steuerung der vorzugebenden Blickrichtung zu bedienen. Daher kann die Steuerung der Blickrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform auch berührungslos erfolgen. Beispielsweise kann die Steuerung der Blickrichtung über eine Sprachsteuerung durchgeführt werden. Darüber hinaus ist auch eine Steuerung der Blickrichtung mittels spezieller, vorgegebener Bewegungen möglich. Beispielsweise kann der Benutzer durch Ausführen bestimmter Gesten die gewünschte Blickrichtung steuern. Insbesondere ist es denk ^¬ bar, dass die Augenbewegungen des Benutzers überwacht und ausgewertet werden. Basierend auf den erfassten Augenbewegungen wird daraufhin die Blickrichtung für die stereoskopische Darstellung angepasst. Eine Überwachung anderer Körperteile des Benutzers zur Steuerung der Blickrichtung ist jedoch ebenso möglich. Vorzugsweise werden solche Bewegungen oder Gesten des Benutzers durch eine Kamera überwacht und ausge ^¬ wertet. Alternativ kann im Falle einer Sprachsteuerung die Eingabevorrichtung 41 ein Mikrofon sein. Aber auch weitere Möglichkeiten zur Steuerung der vorgegebenen Blickrichtung sind denkbar, beispielsweise durch Bewegung eines Fußes oder ähnliches .

Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 100 zur stereoskopischen Darstellung von Bilddaten, wie es der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt. In einem ersten Schritt 110 wird zunächst eine Oberfläche eines Behandlungs ^¬ raumes 2a mindestens teilweise dreidimensional erfasst. Wie zuvor beschrieben, kann diese dreidimensionale Erfassung der Oberfläche des Behandlungsraumes 2a durch einen beliebigen geeigneten Sensor 10 erfolgen. Weiterhin wird in Schritt 120 basierend auf der dreidimensionalen Erfassung der Objektoberfläche eine Tiefenkarte erstellt. Diese erstellte Tiefenkarte enthält Raumpunkte der dreidimensional erfassten Oberfläche. Da die Sensorvorrichtung 10 nur einen begrenzten Blickwinkel aufweist und darüber hinaus gegebenenfalls Teilbereiche durch Verschattungen zunächst nicht erfasst werden können, kann die so erstellte Tiefenkarte zu Beginn zunächst unvollständig sein. Durch Bewegen des Endoskops und somit auch der Sensor- Vorrichtung 10 innerhalb des Behandlungsraums 2a können kon ^¬ tinuierlich weitere Raumpunkte der Oberfläche dreidimensional erfasst werden und diese Informationen in die Tiefenkarte mit integriert werden. Ebenso können bei Veränderungen an der er- fassten Oberfläche entsprechende Informationen in der Tiefenkarte korrigiert werden.

Nachdem eine Tiefenkarte mit einer zumindest teilweise drei- dimensional erfassten Oberfläche erstellt wurde, wird mit dem in der Tiefenkarte vorhandenen Raumpunkten in Schritt 130 eine Texturierung durchgeführt. Dieser Texturierung können gegebenenfalls vorhandene weitere Bilddaten aus einer Kamera der Sensorvorrichtung 10 und/oder weiteren diagnostischen Bildinformationen von bildgebenden Verfahren wie Computertomographie, Magnetresonanztomographie, Sonographie oder Rönt ^¬ gen mit integriert werden. Auf diese Weise entsteht zunächst ein dreidimensionales farbiges oder schwarz-weißes Bild der Oberfläche des Behandlungsraums 2a. Aus der so texturierten Tiefenkarte werden daraufhin in Schritt 140 stereoskopische Bilddaten errechnet. Diese stereoskopischen Bilddaten umfassen mindestens zwei Darstellungen aus einer vorgegebenen Blickrichtung, wobei sich die Darstellung entsprechend dem Augenabstand eines Betrachters unterscheiden. Abschließend werden in Schritt 150 die zuvor berechneten stereoskopischen Bilddaten auf einem geeigneten Anzeigegerät visualisiert .

Die Blickrichtung, die der Berechnung der stereoskopischen Bilddaten in Schritt 140 zugrunde liegt, kann dabei beliebig angepasst werden. Insbesondere kann die Blickrichtung für die Berechnung der stereoskopischen Bilddaten von der Blickrichtung der Sensorvorrichtung 10 verschieden sein. Zur Einstellung der Blickrichtung, die der Berechnung der stereoskopischen Bilddaten in Schritt 140 zugrunde liegt, kann das er- findungsgemäße Verfahren einen weiteren Schritt umfassen, in dem eine Benutzereingabe erfasst wird und daraufhin die

Blickrichtung für die Berechnung der stereoskopischen Bilddaten entsprechend der Benutzereingabe angepasst wird. Vorzugs ^¬ weise erfolgt die Benutzereingabe zur Anpassung der Blick- richtung dabei berührungslos. Beispielsweise kann die Benut ^¬ zereingabe durch Auswertung einer vorgegebenen Benutzergeste erfolgen . Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Vor ^¬ richtung und ein Verfahren zur stereoskopischen Darstellung von Bilddaten, insbesondere zur dreidimensionalen Darstellung von Bildinformationen bei einer minimal invasiven Chirurgie, die mittels eines Endoskops ausgeführt wird. Dabei wird zu ^¬ nächst der Operationsbereich eines Endoskops mittels einer Sensorvorrichtung dreidimensional erfasst. Aus den sensorisch gewonnenen 3D-Daten werden stereoskopische Bilddaten generiert und auf einer geeigneten Anzeigevorrichtung visuali- siert .