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Die Erfindung betrifft ein Stereo-Videoendoskop mit zwei optischen Sensoren sowie ein Verfahren zum Betreiben eines entsprechenden Stereo-Videoendoskops.
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Die Durchführung von minimalinvasiven Eingriffen am menschlichen oder tierischen Körper erfolgt mittels langgestreckter chirurgischer Instrumente, die durch eine kleine, zuvor erzeugte Öffnung, die durch einen Trokar offengehalten wird, in einen Körperhohlraum eingeführt werden. Da ein direkter Einblick in das Operationsfeld in einem Hohlraum des Körpers nicht möglich ist, ist eine videoendoskopische Überwachung notwendig. Hierzu werden Endoskope und Spezialformen wie Laparoskope, Tracheoskope und ähnliche verwendet.
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Beim Endoskopeinsatz ist für den ausführenden Chirurgen die Hand-Auge-Koordination von fundamentaler Bedeutung. Die meisten aktuellen Systeme bieten einen flächigen, zweidimensionalen Eindruck des Operationsgebietes, so dass die Erlernung der Hand-Auge-Koordination eingeschränkt möglich ist. Auch die Wahrnehmung und Abschätzung von Abständen und relativen Raumbezügen ist hierdurch gegenüber einer direkten Sicht eines Operationsfeldes erschwert.
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Daher ist es erwünscht, eine dreidimensionale Darstellung des Operationsgebietes auch im Bereich der Endoskopie zur Verfügung zu stellen. Bisherige Ansätze, eine dreidimensionale Sicht eines Operationsfeldes mittels eines einzelnen Endoskops zu erzeugen, basieren im Wesentlichen auf zwei Bildkanälen, die entweder komplett optisch oder mittels einer oder zweier Bildsensoren in einem Gerät integriert sind. Da die beiden Bildkanäle an der Endoskopspitze einen sehr geringen Abstand ausweisen bedingt durch die schmale Bauart von Endoskopen, ist es hierdurch möglich, einen Sichtbereich von einigen Millimetern vor der Spitze des Endoskops dreidimensional darzustellen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein größeres Sichtfeld dreidimensional abbilden zu können, wobei außerdem eine flexible Einstellung des dargestellten Gebiets bzw. Bereichs ermöglicht werden soll.
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Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Stereo-Videoendoskop mit zwei optischen Sensoren gelöst, das dadurch weitergebildet ist, dass zwei längserstreckte rohrförmige Schäfte vorgesehen sind, umfassend jeweils einen starren Abschnitt und wenigstens einen sich distal an den starren Abschnitt anschließenden distalen biegbaren Bereich, wobei an einem distalen Ende jedes der beiden rohrförmigen Schäfte jeweils eine optische Einheit mit jeweils einem optischen Sensor angeordnet ist, wobei die distalen biegbaren Bereiche der beiden rohrförmigen Schäfte aus einer parallel geführten Stellung in wenigstens eine Stellung bewegbar sind, in der die optischen Einheiten voneinander weiter beabstandet sind als in der parallel geführten Stellung, wobei am proximalen Ende jedes Schafts eine Biegesteuervorrichtung zur Biegung des wenigstens einen biegbaren Bereichs am distalen Endes des Schafts vorgesehen ist.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass mittels der Verwendung zweier längserstreckter rohrförmiger Schäfte mit jeweils einem biegbaren distalen Bereich, auf den eine optische Einheit aufgesetzt ist, es möglich ist, die optischen Einheiten flexibel voneinander zu beabstanden und somit einen gewünschten Abstand und eine gewünschte Neigung bzw. Kippung zwischen den beiden optischen Einheiten einzustellen. Auf diese Weise wird flexibel und in einem großen variablen Bereich das dreidimensional darzustellende Sichtfeld und der Blickwinkel darauf eingestellt. Unter „distal” wird in diesem Zusammenhang dasjenige Ende der rohrförmigen Schäfte verstanden, das zum Operationsfeld hin angeordnet ist, während das „proximale” Ende das beim Operateur oder Chirurgen angeordnete Ende bezeichnet.
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Entsprechende rohrförmige Schäfte mit biegbaren distalen Bereichen und mittleren starren Abschnitten sind im Stand der Technik bekannt. Ein entsprechender rohrförmiger Schaft mit mehreren aufeinanderfolgenden biegbaren Bereichen, die unabhängig voneinander eingestellt werden können und somit auch eine „S”-förmige Verbiegung erlauben, ist aus
WO 2009/127236 A1 bekannt, deren Inhalt vollständig in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen sein soll. Die mehreren voneinander unabhängig biegbaren Bereiche sind in diesem Fall einsetzbar, um zunächst einen Abstand zwischen den beiden optischen Einheiten einzustellen und anschließend einen Blickwinkel zwischen den beiden optischen Einheiten auf ein darzustellendes Sichtfeld hin einzustellen.
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Die optischen Einheiten verfügen insbesondere jeweils über ein Objektiv und einen Bildsensor, beispielsweise eine CCD oder einen CMOS-Sensor. Diese optischen Einheiten werden über flexible Elemente mit dem Hauptkörper eines Endoskops verbunden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung sind wenigstens der starre Abschnitt und der wenigstens eine distale biegbare Bereich jedes der beiden rohrförmigen Schäfte von biegbaren, zug- und druckfesten Stangen durchlaufen, von denen mehrere über den Umfang des jeweiligen Schafts verteilt angeordnet sind, wobei die Stangen längsverschiebbar und in Umfangsrichtung feststehend am Schaft gelagert sind und an den Enden jeweils an wenigstens einem parallel zur Achse des Schafts geführten distalen Endrohr befestigt sind. Die biegbaren, zug- und druckfesten Stangen, die über den Umfang des jeweiligen Schafts verteilt angeordnet sind, erlauben eine sehr flexible und gleichzeitig stabile Steuerung der biegbaren distalen Spitze eines solchen Schafts. Gleichzeitig erlaubt diese Konstruktion eine Verschwenkung der beiden optischen Einheiten, auch ohne dass die starren Abschnitte verschwenkt werden. So können die biegbaren Bereiche beider Schäfte gegenüber den jeweiligen starren Abschnitten nach oben, nach unten, nach rechts, nach links oder in eine beliebige Richtung verschwenkt werden, wobei gleichzeitig eine Synchronizität der Bewegungen und somit eine feste Relation der beiden optischen Einheiten zueinander gewahrt bleibt, so dass eine dreidimensionale Darstellung trotz der Verschwenkungen weiterhin durchgeführt wird.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass jeder der beiden rohrförmigen Schäfte aus wenigstens drei konzentrisch und mit engem Spiel gleitbar ineinander steckenden Rohren besteht, wobei ein inneres Rohr und ein äußeres Rohr im starren Abschnitt starr und in wenigstens einem distalen biegbaren Bereich ohne wesentliche Änderung der Umfangslänge biegbar ausgebildet sind und wobei wenigstens ein mittleres Rohr an seinem distalen Ende das wenigstens eine distale Endrohr ausbildet und im Bereich zwischen diesen mit schmalen Längsschlitzen in gleitbar aneinander liegende Stangen unterteilt ist. Diese Konstruktion stellt einen besonders geringen technischen Aufwand bei der Herstellung dar.
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Die Rohre liegend gleitend eng ineinander, so dass das mittlere Rohr durch das innere und das äußere Rohr gegen Ausweichbewegungen nach innen oder außen geschützt ist. Das mittlere Rohr bildet die Stangen aus, wobei sie sich gegenseitig abstützen und ein Ausweichen in Umfangsrichtung verhindern.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Biegesteuervorrichtung jedes der beiden rohrförmigen Schäfte so ausgebildet, dass der jeweilige rohrförmige Schaft an seinem proximalen Ende jeweils wenigstens einen biegbaren Bereich aufweist, der von den biegbaren, zug- und druckfesten Stangen durchlaufen ist, wobei die Stangen in ihrem proximalen Endbereich an wenigstens einem parallel zur Achse des Schafts geführten proximalen Endrohr befestigt sind, wobei insbesondere die Anzahl der proximalen biegbaren Bereiche gleich der Anzahl der distalen biegbare Bereiche ist.
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In dieser Weiterbildung sind die proximalen Bereiche im Wesentlichen spiegelbildlich biegbar zu den distalen biegbaren Bereichen ausgeführt. Für den Operateur hat dies den Vorteil, dass seine Steuerungsbewegungen am proximalen Ende der beiden Schäfte direkt in eine Positionsänderung der optischen Einheiten am distalen Ende der beiden längserstreckten rohrförmigen Schäfte resultiert. Damit ist eine sehr einfache Hand-Auge-Koordination auch für die Verbiegung und Einstellung von Abstand und Sichtwinkel der beiden optischen Einheiten geschaffen.
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Eine weitere vorteilhafte Einstellbarkeit ist dann gegeben, wenn die optischen Einheiten wenigstens teilweise gegenüber den rohrförmigen Schäften, auf deren distalen Spitzen sie angeordnet sind, abwinkelbar sind. Die optischen Einheiten sind in dem Zustand, in dem das Stereo-Videoendoskop beispielsweise durch einen Arbeitskanal eines Trokars hindurchgeführt wird, in der Verlängerung der rohrförmigen Schäfte und parallel zueinander angeordnet. Eine Abwinklung aus dieser Parallelposition führt dazu, dass auch bei einer geringen Anzahl von biegbaren Bereichen, beispielsweise nur einem biegbaren Bereich, durch die Abwinklung ein gemeinsames Sichtfeld der beiden optischen Einheiten eingestellt werden kann.
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Vorzugsweise ist am proximalen Ende eine Spreizungsvorrichtung zur Einstellung einer Spreizung der distalen Enden der beiden rohrförmigen Schäfte und/oder zur Einstellung einer Verkippung der distalen Enden der beiden rohrförmigen Schäfte vorgesehen. Damit können beide proximalen Enden und damit die distalen Enden der rohrförmigen Schäfte mit einer gemeinsamen Spreizungsvorrichtung bedient werden. Diese Spreizungsvorrichtung dient auch dazu, den Abstand und die Ausrichtung der optischen Einheiten während einer Operation einstellbar und nach erfolgter Einstellung konstant zu halten.
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In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Spreizungsvorrichtung wenigstens eine Spreizschraube mit zwei Gewindeabschnitten mit zueinander gegenläufigen Gewindeorientierungen, wobei die beiden rohrförmigen Schäfte jeweils in einem proximalen Endbereich mit jeweils wenigstens einer Gegenmutter mit einem Innengewinde verbunden sind, die zueinander gegenläufige Gewindeorientierungen aufweisen und jeweils auf einen Gewindeabschnitt mit wenigstens einer Spreizschraube aufgesetzt oder aufsetzbar sind. Mittels einer so ausgebildeten Spreizschraube kann am proximalen Ende ein Abstand zwischen den proximalen Enden der rohrförmigen Schäfte eingestellt werden, der über die biegbaren, zug- und druckfesten Stangen jeweils auf das distale Ende übertragen wird, so dass auch am distalen Ende des Stereo-Videoendoskops der Abstand zwischen den optischen Einheiten dem mit der Spreizschraube eingestellten Abstand entspricht.
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Wenn vorteilhafterweise die Spreizschraube ein Gelenk, insbesondere ein Kardangelenk, zwischen den zwei Gewindeabschnitten aufweist, um das die Spreizschraube zur Einstellung einer Verkippung der distalen Enden der rohrförmigen Schäfte verkippbar ist, kann mittels einer Verkippung der beiden Gewindeabschnitte der Spreizschraube gegeneinander außerdem eine Verkippung der distalen Spitzen und somit eine Verkippung der optischen Einheiten gegeneinander eingestellt werden.
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Es können auch zwei Spreizschrauben, die an zwei Stellen, beispielsweise am distalen und am proximalen Ende eines distalen biegbaren Bereichs, angeordnet sind und gegebenenfalls mit zwei Endrohren in den rohrförmigen Schäften übereinkommen, vorgesehen sein, mit denen die unabhängige Verbiegung der verschiedenen biegbaren Bereiche unabhängig voneinander einstellbar ist.
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Vorzugsweise sind die rohrförmigen Schäfte in ihren starren Abschnitten wenigstens abschnittsweise von einem gemeinsamen Hüllrohr umhüllt und gegen eine Lageänderung zueinander gesichert. Sie können an dieser Stelle auch miteinander verklebt sein oder anders miteinander kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sein und/oder ein gemeinsames Hüllrohr ausbilden. In diesem starren Bereich wird ein entsprechendes Stereo-Videoendoskop im Arbeitskanal eines Trokars während einer Operation verbleiben, wobei sich die distale Spitze im Körperhohlraum befindet und das proximale Ende vom Chirurgen außerhalb des Körpers bedient wird.
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Eine bevorzugte Ausbildung besteht darin, dass die optischen Einheiten im Querschnitt als zueinander komplementäre Halbkreise ausgebildet sind und in einem zusammengelegten Zustand eine zylindrische Form ergeben. Diese zusammengelegt zylindrische Form ist wiederum besonders einfach durch einen Arbeitskanal eines Trokars in einen Körperhohlraum, in dem eine minimalinvasive endoskopische Operation stattfinden soll, einführbar.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben, eines wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Stereo-Videoendoskops gelöst, dass sich dadurch auszeichnet, dass die distalen biegbaren Bereiche der rohrförmigen Schäfte mittels der Biegesteuervorrichtung parallel gestellt werden, durch eine Öffnung in einen Hohlraum eingebracht werden und im Hohlraum voneinander weg gespreizt werden, so dass der Abstand zwischen den optischen Einheiten vergrößert wird, und wobei die distalen Spitzen der rohrförmigen Schäfte aufeinander zu verkippt werden, so dass ein vor dem Stereo-Videoendoskop angeordneter Bereich von den beiden optischen Einheiten aus verschiedenen Blickwinkeln erfasst wird.
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Das erfindungsgemäße Stereo-Videoendoskop und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Stereo-Videoendoskops erlauben eine einfache Einführung des Endoskops in den Patienten, wenn die rohrförmigen Schäfte in einer gestreckten, parallel zueinander angeordneten Position sind. Weiterhin ist in einfacher und flexibel einstellbarer Weise die Einstellung des „Augenabstands” durch eine Einstellvorrichtung an der proximalen Seite des Endoskops ermöglicht. Durch die Vergrößerung des Augenabstandes und die Verkippung können in einem großen Abstandsbereich stereoskopische Aufnahmen eines Operationsfeldes gemacht werden, wobei der nutzbare Bereich von einigen Millimetern bis zu mehreren Zentimetern vor der Spitze des Endoskops betragen kann. Auch der Sichtwinkel zwischen den beiden einzelnen optischen Einheiten kann flexibel eingestellt werden, so dass das stereoskopische Bild optimal an die Anforderungen an eine stereoskopische Wiedergabe verschiedener Details während einer Operation angepasst werden kann.
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Die in Bezug auf das erfindungsgemäße Stereo-Videoendoskop und das erfindungsgemäße Verfahren genannten Eigenschaften, Merkmale und Vorteile gelten ohne Einschränkung auch für den jeweils anderen Erfindungsgegenstand, also für das Stereo-Videoendoskop und das Verfahren.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stereo-Videoendoskops und
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2a), b), c) schematische Detailansichten des distalen Bereichs des Stereo-Videoendoskops gemäß 1.
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In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
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In
1 ist ein erfindungsgemäßes Stereo-Videoendoskop
1 von oben betrachtet schematisch dargestellt. Ein starrer Abschnitt des Stereo-Videoendoskops
1 ist in einem Hüllrohr
2 angeordnet, das einen Griff
3 aufweist. Der Griff
3 ist am proximalen Ende des Hüllrohrs
2 angeordnet. Am distalen Ende des Hüllrohrs
2 sind zwei Schäfte
4,
4' mit jeweils steuerbarer Spitze gezeigt, wobei die distalen biegbaren Bereiche der Schäfte
4,
4' mit den Bezugsziffern
5,
5' gekennzeichnet sind. Die distalen biegbaren Bereiche
5,
5' weisen jeweils mehrere unabhängig voneinander biegbaren Bereiche auf, die an dieser Stelle noch nicht einzeln gekennzeichnet sind, die jedoch die dargestellte „S”-förmige Verbiegung erlauben. Entsprechende Schäfte sind aus
WO 2009/127236 A1 bekannt. Am distalen Ende des jeweiligen biegbaren Bereichs
5,
5' ist jeweils ein Videokopf bzw. eine Videoeinheit
6,
6' angeordnet.
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Am proximalen Ende befindet sich eine Struktur, die spiegelbildlich zu den biegbaren Bereichen 5, 5' der Schäfte 4, 4' am distalen Ende des Hüllrohrs 2 sind. Hier befinden sich zwei proximale biegbare Bereiche 7, 7', die ebenfalls mehrere unabhängig voneinander biegbare Bereiche umfassen und eine „S”-Form angenommen haben. Die proximalen Enden der proximalen biegbaren Bereiche 7, 7' münden in die Gewindemuttern 8, 8', die auf einer Spreizschraube 9 aufsitzen. Hierzu weist die Spreizschraube 9 zwei Gewindeabschnitte mit gegenläufigen Gewindeorientierungen auf.
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Auch die Gewinde der Gewindemuttern 8, 8' weisen zueinander gegenläufige Gewindeorientierungen auf, entsprechend den Gewindeorientierungen der beiden Abschnitte, die, in 1 dargestellt, oberhalb und unterhalb eines Kardangelenks 10 angeordnet sind, um das die Spreizschraube 9 in eine „V”-Form verkippbar ist. Eine Verkippung der beiden Abschnitte der Spreizschraube 9 gegeneinander um das Kardangelenk 10 resultiert darin, dass die Gewindemuttern 8, 8' zueinander verkippt werden. Dies resultiert darin, dass die proximalen und somit auch die distalen Enden der rohrförmigen Schäfte 4, 4' nicht mehr parallel sind, sondern zueinander verkippt werden. Auf diese Weise ist eine Verkippung der optischen Einheiten 6, 6' gegeneinander einstellbar.
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In 2 ist schematisch das distale Ende des Stereo-Videoendoskops 1 gemäß 1 im Detail dargestellt. In 2a) befinden sich die beiden distalen Enden der Schäfte 4, 4' in einer Parallelstellung zueinander. Auch die optischen Einheiten 6, 6' sind zueinander parallel angeordnet. In dieser langgestreckten Parallelanordnung nimmt der distale Bereich des Videoendoskops 1 den geringsten Platz ein und kann durch einen Arbeitskanal eines nicht dargestellten Trokars in einen Körperhohlraum eingeführt werden.
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In 2a) ist ebenfalls zu erkennen, dass jede Videoeinheit 6, 6' eine Optik bzw. eine Linse 11, 11', einen Videosensor 12, 12' und ein Signalkabel 13, 13' umfasst, das durch den jeweiligen Schaft 4, 4' zum proximalen Ende durchgeführt ist und dort zu einer nicht dargestellten Signalverarbeitungsanlage mit der Fähigkeit zur Erzeugung von stereoskopischen Darstellungen weitergeleitet wird.
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Im rechten Bereich von 2a) ist eine Frontalansicht der distalen Spitze des Stereo-Videoendoskops 1 dargestellt. Es ist sichtbar, dass die Videoeinheiten 6, 6' im Querschnitt als zueinander komplementäre Halbkreise ausgebildet sind, die zusammengesetzten einen Vollkreis ergeben, der durch einen Arbeitskanal eines Trokars durchführbar ist. Jede Videoeinheit 6, 6' verfügt dabei an zentraler Stelle über eine Optik 11, 11'.
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In 2b) ist auf der linken Seite dargestellt, dass die Schäfte 4, 4' über jeweils zwei unabhängig voneinander einstellbare biegbare Bereiche, nämlich einen ersten biegbaren Bereich 14, 14' und einen zweiten, distalen, biegbaren Bereich 15, 15' verfügen, die unabhängig voneinander biegbar sind. Auf diese Weise ist die dargestellte „S”-förmige Verbiegung einstellbar, die derjenigen, die in 1 dargestellt ist, entspricht.
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Auf der rechten Seite von 2b) ist dargestellt, dass auch in der Frontansicht die Videoeinheiten 6, 6' voneinander beabstandet sind.
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Es ist somit ein „Augenabstand” zwischen den optischen Einheiten 6, 6' eingestellt worden.
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In 2c) ist zusätzlich dargestellt, dass gegenüber der Situation in 2b) zusätzlich eine Verkippung der beiden optischen Einheiten 6, 6' zueinander stattgefunden hat. Dies ist vornehmlich darauf zurückzuführen, dass der jeweils zweite, distale, biegbare Bereich 15, 15' der beiden Schäfte 4, 4' stärker gebogen ist als in 2b) dargestellt. Die stärkere Biegung kann bei der Spreizvorrichtung gemäß 1 dadurch hergestellt werden, dass die Spreizschraube 9 um das Kardangelenk 10 eingeknickt wird, wobei das Kardangelenk 10 in Richtung auf den Griff 3 in 1 zubewegt wird. Hierdurch wird der jeweils endständige biegbare Bereich stärker gekrümmt als dies bei einer geraden Schraube 9, wie sie in 1 dargestellt ist, gegeben ist. Auf diese Weise wird der „Blickwinkel” der stereoskopischen Darstellung eingestellt.
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Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stereo-Videoendoskop
- 2
- Hüllrohr
- 3
- Griff
- 4, 4'
- Schaft mit steuerbarer Spitze
- 5, 5'
- distaler biegbarer Bereich
- 6, 6'
- Videoeinheit
- 7, 7'
- proximaler biegbarer Bereich
- 8, 8'
- Gewindemutter
- 9
- Spreizschraube
- 10
- Kardangelenk
- 11, 11'
- Optik
- 12, 12'
- Videosensor
- 13, 13'
- Signalkabel
- 14, 14'
- erster biegbarer Bereich
- 15, 15'
- zweiter biegbarer Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/127236 A1 [0008, 0029]
