DE112018001774T5 - Medizinisches Bildgebungssystem, Verfahren und Computerprogramm - Google Patents

Medizinisches Bildgebungssystem, Verfahren und Computerprogramm Download PDF

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Shigeru Mitarai
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Sony Corp
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Abstract

Es wird ein medizinisches Bildgebungssystem beschrieben, das ein Erwärmungselement, das dafür konfiguriert ist, an ein Material wenigstens ein Erwärmungsmusterelement anzulegen, um das Material lokal zu erwärmen; einen Sensor, der dafür konfiguriert ist, die Position des erwärmten Materials zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Anlegen des Erwärmungsmusterelements zu erfassen; und eine Schaltungsanordnung, die dafür konfiguriert ist, auf der Grundlage der erfassten Position des erwärmten Materials nach der vorgegebenen Zeit die Änderung des an das Material angelegten Erwärmungsmusters zu bestimmen, umfasst.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein medizinisches Bildgebungssystem, auf ein Verfahren und auf ein Computerprogramm.
  • Stand der Technik
  • Die hier gegebene „Hintergrund“-Beschreibung dient zur allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Arbeit der genannten Erfinder in dem Umfang, in dem sie in dem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die nicht auf andere Weise als Stand der Technik zum Zeitpunkt der Einreichung berechtigen, sind gegenüber der vorliegenden Offenbarung weder explizit noch implizit als Stand der Technik anerkannt.
  • Ein Problem bei der Ausführung einer Endoskopie (wie etwa einer medizinischen Endoskopie oder einer industriellen Endoskopie) ist das Identifizieren der Quelle eines Fluidlecks. Zum Beispiel kann es auf dem Gebiet der medizinischen Endoskopie eine Wunde geben, die die Quelle einer inneren Blutung ist, oder kann es in der industriellen Endoskopie einen Bruch in dem Rohr geben, der veranlasst, dass ein Fluid austritt.
  • In Abhängigkeit von der Schwere der Wunde oder des Bruchs kann das Ermitteln der Quelle des Lecks zeitkritisch sein. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, beim Ermitteln der Quelle eines Lecks in der Endoskopie zu helfen.
  • Außerdem ist es dort, wo in der Endoskopieumgebung viele unterschiedliche Materialien vorhanden sind, erwünscht, die Anwesenheit und Identität der unterschiedlichen Materialien zu bestimmen. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, beim Bestimmen der Anwesenheit und der Identität unterschiedlicher Materialien in der Endoskopie zu helfen.
  • Liste der Entgegenhaltungen
  • Nichtpatentliteratur
    • [NPL 1] ‚Contextual Point Matching for Video Stabilization‘, Meng u. a., NSF Prism Grant DMS-0928427.
    • [NPL 2] ‚Digital Video Stabilization and Rolling Shutter Correction Using Gyroscopes‘, Karpenko u. a., Stanford Tech Report CTSR 2011-03.
    • [NPL 3] ‚Video Stabilization Based on a 3D Perspective Camera Model‘, Zhang u. a., Vis Comput DOI 10.1007/s00371-00 9-0310-z.
  • Zusammenfassung
  • Ein medizinisches Bildgebungssystem umfasst ein Erwärmungselement, das dafür konfiguriert ist, an ein Material wenigstens ein Erwärmungsmusterelement anzulegen, um das Material lokal zu erwärmen; einen Sensor, der dafür konfiguriert ist, die Position des erwärmten Materials zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Anlegen des Erwärmungsmusterelements zu erfassen; und eine Schaltungsanordnung, die dafür konfiguriert ist, auf der Grundlage der erfassten Position des erwärmten Materials nach der vorgegebenen Zeit die Änderung des an das Material angelegten Erwärmungsmusters zu bestimmen.
  • Die vorstehenden Absätze sind als allgemeine Einleitung gegeben worden und sollen den Schutzumfang der folgenden Ansprüche nicht einschränken. Die beschriebenen Ausführungsformen, zusammen mit weiteren Vorteilen, werden am besten mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Ansprüchen verstanden.
  • Figurenliste
  • Eine umfassendere Würdigung der Offenbarung und vieler ihrer zugehörigen Vorteile wird leicht erhalten, während diese mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung bei Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden wird.
    • 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Endoskopchirurgiesystems zeigt.
    • 2 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel einer Funktionskonfiguration eines Kamerakopfs und einer Kamerasteuereinheit (CCU), die in 1 gezeigt sind, zeigt.
    • 3A bis 3C zeigen Erwärmungsmuster gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 4 zeigt eine in dem Speicher aus 1 oder 2 gespeicherte Tabelle.
    • 5 zeigt schematisch die Bewegung des Materials.
    • 6A bis 6E zeigen schematisch die Bewegung und die Zerstreuung von Material.
    • 7 und 8 zeigen weitere Darstellungen der Bewegung des Materials.
    • 9 zeigt weitere Darstellungen der Zerstreuung von Material.
    • 10 zeigt einen Ablaufplan, der Ausführungsformen der Offenbarung erläutert.
    • 11 zeigt einen Ablaufplan, der Ausführungsformen der Offenbarung erläutert.
    • 12 und 13 zeigen eine schematische Darstellung, die das Identifizieren der Quelle einer Fluidströmung erläutert.
    • 14 zeigt eine schematische Darstellung, die weitere Ausführungsformen der Offenbarung erläutert.
    • 15A-15C zeigen die Anmerkungen, die an dem Endoskopbild angebracht werden können.
    • 16A bis 16C zeigen eine schematische Darstellung, die die Materialunterscheidung unter Verwendung von Erwärmungsmustern erläutert.
    • 17 bis 19 zeigen schematische Darstellungen, die das Versehen von Bildern mit Anmerkungen gemäß Ausführungsformen der Offenbarung erläutert.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Es wird nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den mehreren Ansichten gleiche oder einander entsprechende Teile bezeichnen.
  • Anwendung
  • «4. Anwendung»
  • Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann auf verschiedene Produkte angewendet werden. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann z. B. auf ein Endoskopchirurgiesystem, auf ein chirurgisches Mikroskopie- oder auf ein medizinisches Bildgebungssystem oder auf eine andere Art industrieller Endoskopie, angenommen bei der Rohr- oder Röhrenverlegung oder Störungsermittlung, angewendet werden.
  • 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Endoskopchirurgiesystems 5000 zeigt, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann. In 1 ist ein Zustand dargestellt, in dem ein Chirurg (Arzt) 5067 das Endoskopchirurgiesystem 5000 verwendet, um für einen Patienten 5071 auf einem Patientenbett 5069 eine Chirurgie auszuführen. Wie gezeigt ist, weist das Endoskopchirurgiesystem 5000 ein Endoskop 5001, andere chirurgische Instrumente 5017, eine Stützarmeinrichtung 5027, die das Endoskop 5001 daran stützt, und einen Wagen 5037, auf dem verschiedene Einrichtungen für die Endoskopchirurgie montiert sind, auf.
  • In der Endoskopchirurgie werden anstelle eines Schnitts der Bauchwand, um eine Laparotomie auszuführen, mehrere rohrförmige Öffnungsvorrichtungen, die Trokare 5025a bis 5025d genannt werden, zum Durchlochen der Bauchwand verwendet. Daraufhin werden ein Objektivtubus 5003 des Endoskops 5001 und andere chirurgische Instrumente 5017 durch die Trokare 5025a bis 5025d in Körperlumen des Patienten 5071 eingeführt. In dem gezeigten Beispiel werden als die anderen chirurgischen Instrumente 5017 ein Pneumoperitoneumrohr 5019, ein Energiebehandlungsinstrument 5021 und eine Zange 5023 in Körperlumen des Patienten 5071 eingeführt. Ferner ist das Energiebehandlungsinstrument 5021 ein Behandlungsinstrument zum Ausführen eines Schnitts und des Abschilferns eines Gewebes, zum Abdichten eines Blutgefäßes oder dergleichen durch Hochfrequenzstrom oder Ultraschallschwingung. Allerdings sind die gezeigten chirurgischen Instrumente 5017 überhaupt lediglich Beispiele und können als die chirurgischen Instrumente 5017 verschiedene chirurgische Instrumente, die in der Endoskopchirurgie allgemein verwendet werden, wie etwa z. B. eine Zange oder Retraktor verwendet werden.
  • Auf eine Anzeigeeinrichtung 5041 wird ein durch das Endoskop 5001 abgebildetes Bild eines chirurgischen Gebiets in einem Körperlumen des Patienten 5071 angezeigt. Der Chirurg 5067 würde das Energiebehandlungsinstrument 5021 oder die Zange 5023 verwenden, während er das auf der Echtzeitgrundlage auf der Anzeigeeinrichtung 5041 angezeigte Bild des chirurgischen Gebiets beobachtet, um eine solche Behandlung wie z. B. eine Resektion eines betroffenen Bereichs auszuführen. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird angemerkt, dass das Pneumoperitoneumrohr 5019, das Energiebehandlungsinstrument 5021 und die Zange 5023 durch den Chirurgen 5067, durch einen Assistenten oder dergleichen während der Chirurgie gestützt sind.
  • (Stützarmeinrichtung)
  • Die Stützarmeinrichtung 5027 weist eine Armeinheit 5031, die von einer Basiseinheit 5029 ausgeht, auf. In dem gezeigten Beispiel weist die Armeinheit 5031 Gelenkabschnitte 5033a, 5033b und 5033c und Verbindungsglieder 5035a und 5035b auf und wird sie gemäß der Steuerung einer Armsteuereinrichtung 5045 angetrieben. Das Endoskop 5001 ist durch die Armeinheit 5031 gestützt, so dass die Position und die Stellung des Endoskops 5001 gesteuert werden. Folglich kann eine stabile Fixierung der Position des Endoskops 5001 implementiert werden.
  • (Endoskop)
  • Das Endoskop 5001 weist den Objektivtubus 5003, der ein Gebiet mit einer vorgegebenen Länge von einem distalen Ende davon ist, das in ein Körperlumen des Patienten 5071 eingeführt werden soll, und einen Kamerakopf 5005, der mit einem proximalen Ende des Objektivtubus 5003 verbunden ist, auf. In dem gezeigten Beispiel ist das Endoskop 5001 gezeigt, das einen harten Spiegel mit dem Objektivtubus 5003 vom harten Typ aufweist. Allerdings kann das Endoskop 5001 auf andere Weise als ein weicher Spiegel mit dem Objektivtubus 5003 vom weichen Typ konfiguriert sein.
  • Der Objektivtubus 5003 weist an einem distalen Ende davon eine Öffnung auf, in die eine Objektivlinse eingepasst ist. Mit dem Endoskop 5001 ist eine Lichtquelleneinrichtung 5043 in der Weise verbunden, dass durch die Lichtquelleneinrichtung 5043 erzeugtes Licht durch einen Lichtleiter, der im Inneren des Objektivtubus 5003 verläuft, in ein distales Ende des Objektivtubus eingeführt wird und durch die Objektivlinse in Richtung eines Beobachtungsziels in ein Körperlumen des Patienten 5071 eingestrahlt wird. Es wird angemerkt, dass das Endoskop 5001 ein Direktbetrachtungsspiegel sein kann oder ein Perspektivbetrachtungsspiegel oder ein Seitenbetrachtungsspiegel sein kann.
  • In dem Innenraum des Kamerakopfs 5005 sind ein optisches System und ein Bildaufnahmeelement vorgesehen, so dass reflektiertes Licht (Beobachtungslicht) von einem Beobachtungsziel durch das optische System auf dem Bildaufnahmeelement gebündelt wird. Das Beobachtungslicht wird durch das Bildaufnahmeelement fotoelektrisch umgesetzt, um ein elektrisches Signal, das dem Beobachtungslicht entspricht, d. h. ein Bildsignal, das einem Beobachtungsbild entspricht, zu erzeugen. Das Bildsignal wird als RAW-Daten an eine CCU 5039 gesendet. Es wird angemerkt, dass der Kamerakopf 5005 darin eine Funktion aufweist, um das optische System des Kamerakopfs 5005 geeignet anzutreiben, um die Vergrößerung und die Brennweite einzustellen.
  • Es wird angemerkt, dass an dem Kamerakopf 5005 mehrere Bildaufnahmeelemente vorgesehen sein können, um z. B. Kompatibilität mit einem Stereosehen (einer dreidimensionalen (3D-) Anzeige) herzustellen. In diesem Fall sind im Innenraum des Objektivtubus 5003 mehrere optische Weiterleitungssysteme vorgesehen, um Beobachtungslicht zu jedem der mehreren Bildaufnahmeelemente zu führen.
  • (Verschiedene Einrichtungen, die der Wagen aufweist)
  • Die CCU 5039 weist eine Zentraleinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) oder dergleichen auf und steuert integriert den Betrieb des Endoskops 5001 und der Anzeigeeinrichtung 5041. Insbesondere führt die CCU 5039 für ein von dem Kamerakopf 5005 empfangenes Bildsignal verschiedene Bildprozesse zum Anzeigen eines Bilds auf der Grundlage des Bildsignals wie etwa z. B. einen Entwicklungsprozess (Demosaikprozess) aus. Die CCU 5039 stellt das Bildsignal, für das die Bildprozesse ausgeführt worden sind, für die Anzeigeeinrichtung 5041 bereit. Ferner sendet die CCU 5039 ein Steuersignal zum Steuern des Ansteuerns des Kamerakopfs 5005 an den Kamerakopf 5005. Das Steuersignal kann Informationen aufweisen, die sich auf eine Bildaufnahmebedingung wie etwa eine Vergrößerung oder eine Brennweite beziehen.
  • Die Anzeigeeinrichtung 5041 zeigt auf der Grundlage eines Bildsignals, für das die Bildprozesse durch die CCU 5039 gemäß der Steuerung der CCU 5039 ausgeführt worden sind, ein Bild an. Falls das Endoskop 5001 zur Bildgebung mit hoher Auflösung wie etwa 4K (horizontale Pixelanzahl 3840 x vertikale Pixelanzahl 2160), 8K (horizontale Pixelanzahl 7680 x vertikale Pixelanzahl 4320) oder dergleichen bereit ist und/oder zur 3D-Anzeige bereit ist, kann als die Anzeigeeinrichtung 5041 eine Anzeigeeinrichtung verwendet werden, durch die die entsprechende Anzeige der hohen Auflösung und/oder 3D-Anzeige möglich sind. Falls die als die Anzeigeeinrichtung 5041 verwendete Anzeigeeinrichtung dort, wo die Einrichtung zur Bildgebung mit einer hohen Auflösung wie etwa 4K oder 8K bereit ist, eine Größe gleich oder nicht kleiner als 55 Zoll aufweist, kann eine stärker immersive Erfahrung erhalten werden. Ferner können gemäß den Zwecken mehrere Anzeigeeinrichtungen 5041 mit unterschiedlichen Auflösungen und/oder unterschiedlichen Größen vorgesehen sein.
  • Die Lichtquelleneinrichtung 5043 weist eine Lichtquelle wie etwa z. B. eine Leuchtdiode (LED) auf und führt dem Endoskop 5001 Einstrahlungslicht für die Bildgebung eines chirurgischen Gebiets zu.
  • Die Armsteuereinrichtung 5045 weist einen Prozessor wie etwa z. B. eine CPU auf und arbeitet gemäß einem vorgegebenen Programm, um das Ansteuern der Armeinheit 5031 der Stützarmeinrichtung 5027 gemäß einem vorgegebenen Steuerverfahren zu steuern.
  • Eine Eingabeeinrichtung 5047 ist eine Eingabeschnittstelle für das Endoskopchirurgiesystem 5000. Ein Benutzer kann über die Eingabeeinrichtung 5047 das Eingeben unterschiedlicher Arten von Informationen oder eine Anwendungseingabe in das Endoskopchirurgiesystem 5000 ausführen. Der Benutzer würde über die Eingabeeinrichtung 5047 z. B. verschiedene Arten von Informationen, die sich auf die Chirurgie beziehen, wie etwa physische Informationen eines Patienten, Informationen hinsichtlich einer chirurgischen Prozedur der Chirurgie usw. eingeben. Ferner würde der Benutzer über die Eingabeeinrichtung 5047 z. B. eine Anweisung zum Ansteuern der Armeinheit 5031, eine Anweisung zum Ändern einer Bildaufnahmebedingung (des Typs des Einstrahlungslichts, der Vergrößerung, der Brennweite oder dergleichen) durch das Endoskop 5001, eine Anweisung zum Ansteuern des Energiebehandlungsinstruments 5021 oder dergleichen eingeben.
  • Der Typ der Eingabeeinrichtung 5047 ist nicht beschränkt und kann der irgendeiner von verschiedenen bekannten Eingabeeinrichtungen sein. Als die Eingabeeinrichtung 5047 kann z. B. eine Maus, eine Tastatur, ein Touchpad, ein Schalter, ein Fußschalter 5057 und/oder ein Hebel oder dergleichen angewendet sein. Wo als die Eingabeeinrichtung 5047 ein Touchpad verwendet ist, kann es auf der Anzeigefläche der Anzeigeeinrichtung 5041 vorgesehen sein.
  • Andererseits ist die Eingabeeinrichtung 5047 eine Vorrichtung, die an einem Benutzer zu montieren ist, wie etwa z. B. eine am Körper tragbare Vorrichtung vom Brillentyp oder ein Datenhelm (HMD), wobei in Ansprechen auf eine Geste oder eine Sichtlinie des Benutzers, die durch irgendeine der erwähnten Einrichtungen detektiert wird, verschiedene Arten der Eingabe ausgeführt werden. Ferner weist die Eingabeeinrichtung 5047 eine Kamera, die eine Bewegung eines Benutzers detektieren kann, auf, wobei in Ansprechen auf eine Geste oder eine Sichtlinie eines Benutzers, die von einem durch die Kamera abgebildeten Video detektiert wird, verschiedene Arten der Eingabe ausgeführt werden. Ferner weist die Eingabeeinrichtung 5047 ein Mikrofon, das die Sprache eines Benutzers auffangen kann, auf, wobei durch die durch das Mikrofon aufgefangene Sprache verschiedene Arten der Eingabe ausgeführt werden. Dadurch, dass die Eingabeeinrichtung 5047 so konfiguriert ist, dass verschiedene Arten von Informationen auf diese Art auf kontaktlose Weise eingegeben werden können, kann insbesondere ein Benutzer, der zu einem reinen Bereich gehört (z. B. der Chirurg 5067), eine Einrichtung, die zu einem unreinen Bereich gehört, auf kontaktlose Weise betreiben. Da der Benutzer eine Einrichtung betreiben kann, ohne ein chirurgisches Instrument, das er besitzt, aus seiner Hand loszulassen, ist ferner die Zweckmäßigkeit für den Benutzer verbessert.
  • Eine Behandlungsinstrument-Steuereinrichtung 5049 steuert die Ansteuerung des Energiebehandlungsinstruments 5021 zum Ausbrennen oder zum Schnitt eines Gewebes, zum Abdichten eines Blutgefäßes oder dergleichen. Eine Pneumoperitoneumeinrichtung 5051 führt in ein Körperlumen des Patienten 5071 durch das Pneumoperitoneumrohr 5019 Gas zu, um das Körperlumen aufzublähen, um das Blickfeld des Endoskops 5001 sicherzustellen und um den Arbeitsraum für den Chirurgen sicherzustellen. Ein Aufzeichnungsgerät 5053 ist eine Einrichtung, die in der Lage ist, verschiedene Arten von Informationen in Bezug auf die Chirurgie aufzuzeichnen. Ein Drucker 5055 ist eine Einrichtung, die in der Lage ist, verschiedene Arten von Informationen in Bezug auf die Chirurgie in verschiedenen Formen wie etwa einen Text, ein Bild oder einen Grafen zu drucken.
  • Im Folgenden wird insbesondere eine charakteristische Konfiguration des Endoskopchirurgiesystems 5000 ausführlicher beschrieben.
  • (Stützarmeinrichtung)
  • Die Stützarmeinrichtung 5027 weist die Basiseinheit 5029, die als eine Basis dient, und die Armeinheit 5031, die von der Basiseinheit 5029 ausgeht, auf. In dem gezeigten Beispiel weist die Armeinheit 5031 mehrere Gelenkabschnitte 5033a, 5033b und 5033c und die mehreren Verbindungsglieder 5035a und 5035b, die durch den Gelenkabschnitt 5033b miteinander verbunden sind, auf. In Fig. A1 ist die Konfiguration der Armeinheit 5031 zur vereinfachten Darstellung in vereinfachter Form gezeigt. Tatsächlich können die Form, die Anzahl und die Anordnung der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c und der Verbindungsglieder 5035a und 5035b und die Richtung usw. der Drehachsen der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c geeignet eingestellt werden, so dass die Armeinheit 5031 einen gewünschten Freiheitsgrad aufweist. Zum Beispiel kann die Armeinheit 5031 vorzugsweise in der Weise konfiguriert sein, dass sie einen Freiheitsgrad gleich oder nicht kleiner als 6 Freiheitsgrade aufweist. Dies ermöglicht es, das Endoskop 5001 innerhalb des Bewegungsbereichs der Armeinheit 5031 frei zu bewegen. Folglich wird es möglich, den Objektivtubus 5003 des Endoskops 5001 aus einer gewünschten Richtung in ein Körperlumen des Patienten 5071 einzuführen.
  • In jedem der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c ist ein Aktuator vorgesehen und die Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c sind so konfiguriert, dass sie durch Ansteuern der jeweiligen Aktuatoren um vorgegebene Drehachsen davon drehbar sind. Das Ansteuern der Aktuatoren wird durch die Armsteuereinrichtung 5045 gesteuert, um den Drehwinkel jedes der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c zu steuern, um dadurch das Ansteuern der Armeinheit 5031 zu steuern. Folglich kann die Steuerung der Position und der Stellung des Endoskops 5001 implementiert werden. Daraufhin kann die Armsteuereinrichtung 5045 das Ansteuern der Armeinheit 5031 durch verschiedene bekannte Steuerverfahren wie etwa Kraftsteuerung oder Positionssteuerung steuern.
  • Falls der Chirurg 5067 z. B. geeignet eine Operation ausführt, die durch die Eingabeeinrichtung 5047 (einschließlich des Fußschalters 5057) eingegeben wird, kann das Ansteuern der Armeinheit 5031 durch die Armsteuereinrichtung 5045 in Ansprechen auf die Operationseinheit geeignet gesteuert werden, um die Position und die Stellung des Endoskops 5001 zu steuern. Nachdem das Endoskop 5001 bei dem distalen Ende der Armeinheit 5031 durch die eben beschriebene Steuerung aus einer beliebigen Position in eine beliebige andere Position bewegt worden ist, kann das Endoskop 5001 nach der Bewegung an der Position fixiert gestützt werden. Es wird angemerkt, dass die Armeinheit 5031 auf Master-Slave-Weise betrieben werden kann. In diesem Fall kann die Armeinheit 5031 über die Eingabeeinrichtung 5047, die an einem von dem Chirurgieraum fernen Ort angeordnet ist, durch den Benutzer fernbedient werden.
  • Wo eine Kraftsteuerung angewendet wird, kann die Armsteuereinrichtung 5045 ferner eine Servosteuerung ausführen, um die Aktuatoren der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c in der Weise anzusteuern, dass die Armeinheit 5031 durch den Benutzer eine äußere Kraft empfangen kann und sich der äußeren Kraft folgend problemlos bewegen kann. Dies ermöglicht es, die Armeinheit 5031 mit verhältnismäßig schwacher Kraft zu bewegen, wenn der Benutzer die Armeinheit 5031 direkt berührt und bewegt. Dementsprechend wird es für den Benutzer möglich, das Endoskop 5001 durch eine einfachere und leichtere Operation intuitiver zu bewegen, wobei die Zweckmäßigkeit für den Benutzer verbessert sein kann.
  • Das Endoskop 5001 ist hier allgemein in der Endoskopchirurgie durch einen Scopist genannten Arzt gestützt. Im Gegensatz dazu kann die Position des Endoskops 5001 ohne Hände sicherer fixiert werden, wo die Stützarmeinrichtung 5027 verwendet ist, und kann somit ein Bild eines chirurgischen Gebiets stabil erhalten werden und kann die Chirurgie problemlos ausgeführt werden.
  • Es wird angemerkt, dass die Armsteuereinrichtung 5045 nicht notwendig an dem Wagen 5037 vorgesehen zu sein braucht. Ferner braucht die Armsteuereinrichtung 5045 nicht notwendig eine einzelne Einrichtung zu sein. Zum Beispiel kann die Armsteuereinrichtung 5045 in jedem der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c der Armeinheit 5031 der Stützarmeinrichtung 5027 in der Weise vorgesehen sein, dass die mehreren Armsteuereinrichtungen 5045 zusammenwirken, um die Ansteuerungssteuerung der Armeinheit 5031 zu implementieren.
  • (Lichtquelleneinrichtung)
  • Die Lichtquelleneinrichtung 5043 führt dem Endoskop 5001 bei der Bildgebung eines chirurgischen Gebiets Einstrahlungslicht zu. Die Lichtquelleneinrichtung 5043 weist eine weiße Lichtquelle, die z. B. eine LED enthält, eine Laserlichtquelle oder eine Kombination von ihnen auf. In diesem Fall, in dem die weiße Lichtquelle eine Kombination einer roten, einer grünen und einer blauen (RGB-) Laserlichtquelle aufweist, kann die Einstellung des Weißabgleichs eines aufgenommenen Bilds durch die Lichtquelleneinrichtung 5043 ausgeführt werden, da die Ausgabeintensität und der Ausgabezeitpunkt für jede Farbe (jede Wellenlänge) mit einem hohen Grad an Genauigkeit gesteuert werden kann. Ferner können in diesem Fall Bilder, die der R-, der G- und der B-Farbe einzeln entsprechen, zeitmultiplexiert aufgenommen werden, falls die Laserbündel von den jeweiligen RGB-Laserlichtquellen auf ein Beobachtungsziel zeitmultiplexiert eingestrahlt werden und das Ansteuern der Bildaufnahmeelemente des Kamerakopfs 5005 synchron zu den Einstrahlungszeitpunkten gesteuert wird. Gemäß dem gerade beschriebenen Verfahren kann ein Farbbild erhalten werden, selbst wenn für das Bildaufnahmeelement kein Farbfilter vorgesehen ist.
  • Ferner kann das Ansteuern der Lichtquelleneinrichtung 5043 in der Weise gesteuert werden, dass die Intensität des auszugebenden Lichts für jede vorgegebene Zeit geändert wird. Dadurch, dass das Ansteuern des Bildaufnahmeelements des Kamerakopfs 5005 synchron zu dem Zeitpunkt der Änderung der Intensität des Lichts gesteuert wird, um Bilder zeitsynchronisiert zu erfassen und die Bilder zu synthetisieren, kann ein Bild mit einem hohen Dynamikbereich erzeugt werden, das frei von unterbelichteten versperrten Schatten und überbelichteten Glanzlichtern ist.
  • Ferner kann die Lichtquelleneinrichtung 5043 dafür konfiguriert sein, Licht eines vorgegebenen Wellenlängenbands zuzuführen, das für die Speziallichtbeobachtung bereit ist. Dieses kann Laserlicht wie etwa das von einem Oberflächenlaser mit vertikalem Resonator bereitgestellte oder irgendeine Art von Laserlicht, darauf aber nicht beschränkt, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Licht Infrarot- (IR-) Licht sein. In der Speziallichtbeobachtung wird z. B. durch Nutzung der Wellenlängenabhängigkeit der Absorption von Licht in einem Körpergewebe zum Einstrahlen von Licht eines schmaleren Bands im Vergleich zur Einstrahlung von Licht bei gewöhnlicher Beobachtung (d. h. weißem Licht) eine Beobachtung bei schmalbandigem Licht (Schmalbandbildgebung) der Bildgebung eines vorgegebenen Gewebes wie etwa eines Blutgefäßes eines oberflächlichen Abschnitts der Schleimhaut oder dergleichen in einem hohen Kontrast ausgeführt. Alternativ kann in der Speziallichtbeobachtung eine Fluoreszenzbeobachtung ausgeführt werden, um ein Bild von Fluoreszenzlicht zu erhalten, das durch Einstrahlung von Erregungslicht erzeugt wird. In der Fluoreszenzbeobachtung ist es möglich, die Beobachtung von Fluoreszenzlicht von einem Körpergewebe durch Einstrahlen von Erregungslicht auf das Körpergewebe (Autofluoreszenzbeobachtung) auszuführen oder ein Fluoreszenzlichtbild durch lokales Injizieren eines Reagens wie etwa Ingocyangrün (ICG) in ein Körpergewebe und Einstrahlen von Erregungslicht, das einer Fluoreszenzlichtwellenlänge des Reagens entspricht, auf das Körpergewebe zu erhalten. Die Lichtquelleneinrichtung 5043 kann dafür konfiguriert sein, solches schmalbandiges Licht und/oder Erregungslicht zuzuführen, das für die wie oben beschriebene Speziallichtbeobachtung geeignet ist. Außerdem kann die Lichtquelle ein Wärmemuster auf einen Bereich anwenden. Dieses Wärmemuster wird später anhand von 3A-C erläutert. In Ausführungsformen ist die Lichtquelleneinrichtung 5043 ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator (VCSEL), der Licht in dem sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums erzeugen kann und etwas Licht in dem Infrarotteil des elektromagnetischen Spektrums erzeugen kann. Diesbezüglich kann die Lichtquelleneinrichtung 5043 ebenfalls als eine Quelle für sichtbares Licht wirken, die den Bereich beleuchtet. Die Lichtquelleneinrichtung 5043 ist dafür konfiguriert, ein Lichtmuster zu erzeugen. Diese Muster sind in 3A bis 3C gezeigt.
  • (Kamerakopf und CCU)
  • Anhand von 2 werden Funktionen des Kamerakopfs 5005 des Endoskops 5001 und der CCU 5039 ausführlicher beschrieben. 2 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel einer Funktionskonfiguration des Kamerakopfs 5005 und der CCU 5039, die in 1 gezeigt sind, zeigt.
  • Anhand von 2 weist der Kamerakopf 5005 als Funktionen davon eine Linseneinheit 5007, eine Bildaufnahmeeinheit 5009, eine Ansteuereinheit 5011, eine Kommunikationseinheit 5013 und eine Kamerakopfsteuereinheit 5015 auf. Ferner weist die CCU 5039 als Funktionen davon eine Kommunikationseinheit 5059, eine Bildverarbeitungseinheit 5061 und eine Steuereinheit 5063 auf. Der Kamerakopf 5005 und die CCU 5039 sind durch ein Übertragungskabel 5065 in der Weise verbunden, dass sie bidirektional miteinander kommunikationsfähig sind.
  • Zunächst wird eine Funktionskonfiguration des Kamerakopfs 5005 beschrieben. Die Linseneinheit 5007 ist ein optisches System, das bei einem Verbindungsort des Kamerakopfs 5005 mit dem Objektivtubus 5003 vorgesehen ist. Das von einem distalen Ende des Objektivtubus 5003 eingelassene Beobachtungslicht wird in den Kamerakopf 5005 eingeführt und tritt in die Linseneinheit 5007 ein. Die Linseneinheit 5007 weist eine Kombination mehrerer Linsen, die eine Zoomlinse und eine Fokussierungslinse enthält, auf. Die Linseneinheit 5007 weist optische Eigenschaften auf, die so eingestellt sind, dass das Beobachtungslicht auf eine Lichtempfangsfläche des Bildaufnahmeelements der Bildaufnahmeeinheit 5009 gebündelt wird. Ferner sind die Zoomlinse und die Fokussierungslinse so konfiguriert, dass ihre Positionen auf ihrer optischen Achse zur Einstellung der Vergrößerung und des Brennpunkts des aufgenommenen Bilds beweglich sind.
  • Die Bildaufnahmeeinheit 5009 weist ein Bildaufnahmeelement auf und ist bei einer nachfolgenden Stufe zu der Linseneinheit 5007 angeordnet. Beobachtungslicht, das durch die Linseneinheit 5007 gegangen ist, wird auf der Lichtempfangsfläche des Bildaufnahmeelements gebündelt und durch fotoelektrische Umsetzung des Bildaufnahmeelements wird ein Bildsignal erzeugt, das dem Beobachtungsbild entspricht. Das durch die Bildaufnahmeeinheit 5009 erzeugte Bildsignal wird für die Kommunikationseinheit 5013 bereitgestellt.
  • Als das Bildaufnahmeelement, das die Bildaufnahmeeinheit 5009 aufweist, ist ein Bildsensor, z. B. der Komplementärmetalloxid-Halbleiter- (CMOS-) Typ, der eine Bayer-Anordnung aufweist und in der Lage ist, ein Bild in Farbe aufzunehmen, verwendet. Es wird angemerkt, dass als das Bildaufnahmeelement ein Bildaufnahmeelement verwendet werden kann, das z. B. für die Bildgebung eines Bilds mit einer hohen Auflösung gleich oder nicht kleiner als 4K bereit ist. Falls ein Bild eines chirurgischen Gebiets in einer hohen Auflösung erhalten wird, kann der Chirurg 5067 einen Zustand des chirurgischen Gebiets in verbesserten Einzelheiten verstehen und problemloser mit der Chirurgie fortfahren.
  • Ferner weist die Bildaufnahmeeinheit 5009 das Bildaufnahmeelement, das sie aufweist, in der Weise auf, dass es ein Paar Bildaufnahmeelemente zum Erfassen von Bildsignalen für das rechte Auge und für das linke Auge, die mit einer 3D-Anzeige kompatibel sind, aufweist. Wo die 3D-Anzeige angewendet wird, kann der Chirurg 5067 die Tiefe eines lebenden Körpergewebes in dem chirurgischen Gebiet genauer verstehen. Es wird angemerkt, dass mehrere Systeme von Linseneinheiten 5007 vorgesehen sind, die den einzelnen Bildaufnahmeelementen der Bildaufnahmeeinheit 5009 entsprechen, falls die Bildaufnahmeeinheit 5009 als die vom Mehrplattentyp konfiguriert ist.
  • Die Bildaufnahmeeinheit 5009 braucht nicht notwendig an dem Kamerakopf 5005 vorgesehen zu sein. Zum Beispiel kann die Bildaufnahmeeinheit 5009 direkt hinter der Objektivlinse im Inneren des Objektivtubus 5003 vorgesehen sein.
  • Die Ansteuereinheit 5011 weist einen Aktuator auf und bewegt die Zoomlinse und die Fokussierungslinse der Linseneinheit 5007 gemäß der Steuerung der Kamerakopfsteuereinheit 5015 um eine vorgegebene Strecke entlang der optischen Achse. Folglich können die Vergrößerung und der Brennpunkt eines durch die Bildaufnahmeeinheit 5009 aufgenommenen Bilds geeignet eingestellt werden.
  • Die Kommunikationseinheit 5013 weist eine Kommunikationseinrichtung zum Senden und Empfangen verschiedener Arten von Informationen zu und von der CCU 5039 auf. Die Kommunikationseinheit 5013 sendet ein von der Bildaufnahmeeinheit 5009 erfasstes Bildsignal über das Übertragungskabel 5065 als RAW-Daten an die CCU 5039. Daraufhin wird das Bildsignal vorzugsweise durch optische Kommunikation übertragen, um ein aufgenommenes Bild eines chirurgischen Gebiets mit niedriger Latenzzeit anzuzeigen. Dies ist so, da der Chirurg 5067 bei der Chirurgie die Chirurgie ausführt, während er den Zustand eines betroffenen Bereichs durch ein aufgenommenes Bild beobachtet wobei gefordert wird, dass ein Bewegtbild des chirurgischen Gebiets soweit wie möglich auf Echtzeitgrundlage angezeigt wird, um eine Chirurgie mit einem hohen Grad an Sicherheit und Gewissheit zu erreichen. Wo die optische Kommunikation angewendet ist, ist in der Kommunikationseinheit 5013 ein fotoelektrisches Umsetzmodul zum Umsetzen eines elektrischen Signals in ein optisches Signal vorgesehen. Nachdem das Bildsignal durch das fotoelektrische Umsetzmodul in ein optisches Signal umgesetzt worden ist, wird es über das Übertragungskabel 5065 an die CCU 5039 gesendet.
  • Ferner empfängt die Kommunikationseinheit 5013 von der CCU 5039 ein Steuersignal zum Steuern des Ansteuerns des Kamerakopfs 5005. Das Steuersignal weist Informationen hinsichtlich der Bildaufnahmebedingungen wie etwa z. B. Informationen, dass eine Bildfrequenz eines aufgenommenen Bilds bestimmt ist, Informationen, dass ein Belichtungswert bei Bildaufnahme bestimmt ist, und/oder Informationen, dass eine Vergrößerung und ein Brennpunkt eines aufgenommenen Bilds bestimmt sind, auf. Die Kommunikationseinheit 5013 stellt das empfangene Steuersignal für die Kamerakopfsteuereinheit 5015 bereit. Es wird angemerkt, dass das Steuersignal von der CCU 5039 ebenfalls durch optische Kommunikation übertragen werden kann. In diesem Fall ist in der Kommunikationseinheit 5013 ein fotoelektrisches Umsetzmodul zum Umsetzen eines optischen Signals in ein elektrisches Signal vorgesehen. Nachdem das Steuersignal durch das fotoelektrische Umsetzmodul in ein elektrisches Signal umgesetzt worden ist, wird es für die Kamerakopfsteuereinheit 5015 bereitgestellt.
  • Es wird angemerkt, dass die Bildaufnahmebedingungen wie etwa die Bildfrequenz, der Belichtungswert, die Vergrößerung oder der Brennpunkt durch die Steuereinheit 5063 der CCU 5039 auf der Grundlage eines erfassten Bildsignals automatisch eingestellt werden. Mit anderen Worten, in das Endoskop 5001 sind eine Belichtungsautomatik- (AE-) Funktion, eine Autofokus- (AF-) Funktion und eine automatische Weißabgleich- (AWB-) Funktion integriert.
  • Die Kamerakopfsteuereinheit 5015 steuert auf der Grundlage eines über die Kommunikationseinheit 5013 empfangenen Steuersignals von der CCU 5039 die Ansteuerung des Kamerakopfs 5005. Die Kamerakopfsteuereinheit 5015 steuert die Ansteuerung des Bildaufnahmeelements der Bildaufnahmeeinheit 5009 z. B. auf der Grundlage von Informationen, dass eine Bildfrequenz eines aufgenommenen Bilds bestimmt ist, und/oder Informationen, dass ein Belichtungswert bei der Bildaufnahme bestimmt ist. Ferner steuert die Kamerakopfsteuereinheit 5015 die Ansteuereinheit 5011 z. B. auf der Grundlage von Informationen, dass eine Vergrößerung und ein Brennpunkt eines aufgenommenen Bilds bestimmt sind, um die Zoomlinse und die Fokuslinse der Linseneinheit 5007 geeignet zu bewegen. Ferner kann die Kamerakopfsteuereinheit 5015 eine Funktion zum Speichern von Informationen zum Identifizieren des Objektivtubus 5003 und/oder des Kamerakopfs 5005 aufweisen.
  • Es wird angemerkt, dass der Kamerakopf 5005 dadurch, dass die Komponenten wie etwa die Linseneinheit 5007 und die Bildaufnahmeeinheit 5009 in einer abgedichteten Struktur mit hoher Luftdichte und Wasserdichte angeordnet sind, mit Beständigkeit für einen Autoklav-Sterilisierungsprozess versehen sein kann.
  • Es wird nun eine Funktionskonfiguration der CCU 5039 beschrieben. Die Kommunikationseinheit 5059 weist eine Kommunikationseinrichtung zum Senden und Empfangen verschiedener Arten von Informationen an den und von dem Kamerakopf 5005 auf. Die Kommunikationseinheit 5059 empfängt ein von dem Kamerakopf 5005 über das Übertragungskabel 5065 an ihn gesendetes Bildsignal. Daraufhin kann das Bildsignal vorzugsweise wie oben beschrieben durch optische Kommunikation übertragen werden. In diesem Fall weist die Kommunikationseinheit 5059 für die Kompatibilität mit der optischen Kommunikation ein fotoelektrisches Umsetzmodul, um ein optisches Signal in ein elektrisches Signal umzusetzen, auf. Die Kommunikationseinheit 5059 stellt das Bildsignal nach der Umsetzung in ein elektrisches Signal für die Bildverarbeitungseinheit 5061 bereit.
  • Ferner sendet die Kommunikationseinheit 5059 ein Steuersignal zum Steuern des Ansteuerns des Kamerakopfs 5005 an den Kamerakopf 5005. Das Steuersignal kann ebenfalls durch optische Kommunikation übertragen werden.
  • Die Bildverarbeitungseinheit 5061 führt für ein Bildsignal in Form von RAW-Daten, die von dem Kamerakopf 5005 an sie gesendet werden, verschiedene Bildprozesse aus. Die Bildprozesse weisen verschiedene bekannte Signalprozesse wie etwa z. B. einen Entwicklungsprozess, einen Bildqualitätsverbesserungsprozess (einen Bandbreitenerhöhungsprozess, einen Superauflösungsprozess, einen Rauschminderungs- (NR-) Prozess und/oder einen Bildstabilisierungsprozess) und/oder einen Vergrößerungsprozess (elektronischen Zoom-Prozess) auf. Ferner führt die Bildverarbeitungseinheit 5061 einen Detektionsprozess für ein Bildsignal aus, um eine AE, einen AF und einen AWB auszuführen.
  • Die Bildverarbeitungseinheit 5061 weist einen Prozessor wie etwa eine CPU oder eine GPU auf, wobei die oben beschriebenen Bildprozesse und der oben beschriebene Detektionsprozess ausgeführt werden können, wenn der Prozessor gemäß einem vorgegebenen Programm arbeitet. Es wird angemerkt, dass die Bildverarbeitungseinheit 5061 Informationen, die sich auf ein Bildsignal beziehen, geeignet teilt, so dass die Bildprozesse durch die mehreren GPUs parallel ausgeführt werden können, wo die Bildverarbeitungseinheit 5061 mehrere GPUs aufweist.
  • Die Steuereinheit 5063 führt in Bezug auf eine Bildaufnahme eines chirurgischen Gebiets durch das Endoskop 5001 verschiedene Arten der Steuerung und die Anzeige des aufgenommenen Bilds aus. Zum Beispiel erzeugt die Steuereinheit 5063 ein Steuersignal zum Steuern des Ansteuerns des Kamerakopfs 5005. Daraufhin erzeugt die Steuereinheit 5063 auf der Grundlage der Eingabe durch den Benutzer ein Steuersignal, falls die Bildaufnahmebedingungen durch den Benutzer eingegeben werden. Alternativ berechnet die Steuereinheit 5063 als Reaktion auf ein Ergebnis eines Detektionsprozesses durch die Bildverarbeitungseinheit 5061 geeignet einen optimalen Belichtungswert, eine optimale Brennweite und einen optimalen Weißabgleich und erzeugt sie ein Steuersignal, wo in das Endoskop 5001 eine AE-Funktion, eine AF-Funktion und eine AWB-Funktion integriert sind.
  • Ferner steuert die Steuereinheit 5063 auf der Grundlage eines Bildsignals, für das Bildprozesse durch die Bildverarbeitungseinheit 5061 ausgeführt worden sind, die Anzeigeeinrichtung 5041 zum Anzeigen eines Bilds eines chirurgischen Gebiets. Daraufhin erkennt die Steuereinheit 5063 unter Verwendung verschiedener Bilderkennungstechnologien verschiedene Objekte in dem Bild des chirurgischen Gebiets. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 5063 durch Detektieren der Form, der Farbe usw. von Rändern des Objekts, das das Bild des chirurgischen Gebiets aufweist, ein chirurgisches Instrument wie etwa eine Zange, ein besonderes Gebiet des lebenden Körpers, eine Blutung, Dunst, wenn das Energiebehandlungsinstrument 5021 verwendet wird, usw. erkennen. Die Steuereinheit 5063 veranlasst, dass auf überlappende Weise mit einem Bild des chirurgischen Gebiets unter Verwendung eines Ergebnisses der Erkennung verschiedene Arten von Chirurgieunterstützungsinformationen angezeigt werden, wenn sie die Anzeigeeinheit 5041 zum Anzeigen eines Bild des chirurgischen Gebiets steuert. Wo die Chirurgieunterstützungsinformationen auf überlappende Weise angezeigt und dem Chirurgen 5067 dargestellt werden, kann der Chirurg 5067 sicherer und gewisser mit der Chirurgie fortfahren.
  • Das Übertragungskabel 5065, das den Kamerakopf 5005 und die CCU 5039 miteinander verbindet, ist ein elektrisches Signalkabel, das für die Übermittlung eines elektrischen Signals bereit ist, eine Lichtleitfaser, die für die optische Kommunikation bereit ist, oder ein Verbundkabel, das sowohl für die elektrische als auch für die optische Kommunikation bereit ist.
  • Obwohl hier die Kommunikation in dem gezeigten Beispiel durch verdrahtete Kommunikation unter Verwendung des Übertragungskabels 5065 ausgeführt wird, kann die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 5005 und der CCU 5039 auf andere Weise durch drahtlose Kommunikation ausgeführt werden. Wo die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 5005 und der CCU 5039 durch drahtlose Kommunikation ausgeführt wird, besteht keine Notwendigkeit, das Übertragungskabel 5065 in dem Chirurgieraum zu verlegen. Somit kann eine solche Situation, dass die Bewegung von medizinischem Personal in dem Chirurgieraum durch das Übertragungskabel 5065 gestört wird, beseitigt sein.
  • Oben ist ein Beispiel des Endoskopchirurgiesystems 5000 beschrieben worden, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann. Obwohl das Endoskopchirurgiesystem 5000 als ein Beispiel beschrieben worden ist, wird hier angemerkt, dass das System, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann, nicht auf das Beispiel beschränkt ist. Zum Beispiel kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf ein soft-endoskopisches System zur Kontrolle oder auf ein Mikroskopchirurgiesystem angewendet werden.
  • Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann unter den oben beschriebenen Komponenten geeignet auf die CCU 5039 angewendet werden. Genauer wird die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf ein Endoskopiesystem, auf die chirurgische Mikroskopie oder auf die medizinische Bildgebung angewendet. Durch Anwendung der Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf diese Bereiche können Quellen von Lecks wie etwa Schnitte ermittelt werden. Dies verringert während Operationen das Risiko für die Sicherheit des Patienten. Zusätzlich können unterschiedliche Materialien identifiziert und dem Chirurgen angezeigt werden. Dies hilft beim Diagnostizieren kanzeröser Materialien, die biopsiert werden können. Dies verbessert die Erkennungsraten von Krebs.
  • Allgemein umfasst das Lichtmuster, das an den Patienten übertragen wird, ein oder mehrere Musterelemente, die aus dem Licht gebildet sind. Diese Musterelemente sind als unterschiedliche Anteile von Licht mit einer vorgegebenen Form und Position relativ zueinander definiert.
  • Anhand von 3A ist ein erstes Lichtmuster 400A gezeigt. Genauer besteht das erste Lichtmuster 400A aus Musterelementen 405A, die Punkte sind. Diese Punkte weisen einen definierten Durchmesser 408A auf und weisen Zentren, die in der vertikalen Richtung durch 407A und in der horizontalen Richtung durch 406A getrennt sind, auf. Der typische Punktabstand zum Erreichen von Auflösungen von einer feinen Gefäßanordnung bis zu größeren Arterien würde von 100 Mikrometer bis 5 mm betragen. Geeignete Punktdurchmesser würden von einem Zehntel bis zu einem Viertel des Punktabstands betragen.
  • Anhand von 3B ist ein zweites Lichtmuster 400B gezeigt. Genauer besteht das zweite Lichtmuster 400B aus Musterelementen 405B, die in diesem Fall horizontale Balken sind. Natürlich können die Balken vertikal oder diagonal orientiert sein. Die Balken weisen eine definierte Länge 408B auf und weisen Zentren, die in der vertikalen Richtung durch 407B getrennt sind, auf. Die Dicke jedes Balkens ist als 406B gezeigt. Die Lichtintensität innerhalb jedes linearen Balkens kann über die Länge und/oder über die Breite des Balkens gleichförmig sein. Alternativ kann die Intensität über die Länge oder die Breite des Balkens variieren. Zum Beispiel kann die Intensität über die Länge und/oder über die Breite des Balkens sinusförmig sein.
  • Anhand von 3C ist ein drittes Lichtmuster 400C gezeigt. Genauer besteht das dritte Lichtmuster 400C aus Musterelementen 405C, die sinusförmige Balken mit einer definierten Periode sind. Die sinusförmigen Balken weisen eine definierte Periode 408C auf und weisen Zentren auf, die in der vertikalen Richtung durch 407C getrennt sind. Die Dicke jedes Balkens ist als 406C gezeigt.
  • Die Bestimmung der Form des zu verwendenden Lichtmusters kann durch den Endoskopbetreiber oder durch die CCU 5039 vorgenommen werden. Faktoren, die die Form des Musters beeinflussen, können die Größe des zu erwärmenden Bereichs, die Form des zu erwärmenden Bereichs und/oder die Menge der auf das Material anzuwendenden Wärme aufweisen.
  • Genauer kann in einem Beispiel für ein Material, das hohe Niveaus der Erwärmung erfordert, das Muster aus 3B gewählt werden. Dies ist so, da die Menge des Lichts, das auf das Material übertragen wird, höher als bei dem Muster aus 3A ist. Andere Faktoren wie etwa die Form des zu erwärmenden Materials können die Bestimmung des zu verwendenden Musters ebenfalls beeinflussen.
  • Um das Lichtmuster zu erzeugen, kann die Lichtquelleneinrichtung 5047 eine Anordnung von Elementen aufweisen, wobei jedes Element ein entsprechendes Musterelement erzeugt. Zum Beispiel kann die Lichtquelleneinrichtung 5047 VCSEL-Elemente mit einer strukturierten Verteilung über die VCSEL-Anordnung aufweisen.
  • Die Lichtquelleneinrichtung 5047 kann ein beugendes optisches Element aufweisen, das auf die Lichtquelle 315 gelegt ist, um das geforderte Muster auf das projizierte Licht von der Lichtquelleneinrichtung 5047 zu übertragen.
  • Die Lichtquelleneinrichtung 5047 kann das Muster durch Modulieren des von der Lichtquelleneinrichtung 5047 emittierten Lichts an dem Patienten abtasten und das Licht unter Verwendung eines durch MEMs betätigten Spiegels lenken.
  • Der Zweck der Lichtquelleneinrichtung 5047 ist es, Wärme für einen lokalisierten Bereich bereitzustellen. Dies wird durch die Bereitstellung von Infrarotlicht an dem Musterelement erreicht. Die Größe und die Form des Musterelements sind vorgegeben, so dass der lokalisierte Bereich, der erwärmt wird, definiert ist.
  • Da die Größe und die Form des Musterelements definiert sind, wird die auf den lokalisierten Bereich angewendete Wärme durch die Intensität des Infrarotlichts und durch die Zeit, für die das Infrarotlicht auf den Patienten angewendet wird, bestimmt. Für irgendein gegebenes Material, auf das das Infrarotlicht angewendet wird, erhöht dies die Temperatur des Materials um einen definierten Betrag. Durch Nachführen der Größe und der Bewegung des erwärmten Bereichs des Materials können die Verlagerung des Materials und sogar das Material selbst bestimmt werden.
  • Wie später erläutert wird, werden das Muster des Infrarotlichts, die Intensität und die Dauer des angewendeten Infrarotlichts und das Material, auf das das Infrarotlicht angewendet wird, in einer wie in 5 dargelegten Tabelle gespeichert.
  • In 4 ist eine Tabelle 500 gezeigt. Die Tabelle 500 ist in einem Speicher gespeichert, der sich in Ausführungsformen in der CCU 5039 befindet. Natürlich kann die Tabelle 500 stattdessen an einem Ort in einem Netz gespeichert sein.
  • Die Tabelle 500 speichert Einzelheiten sowohl des ersten als auch des zweiten und des dritten Musters. Diese sind in der Spalte 502 gespeichert. Jedem Muster ist eine Materialspalte 504 zugeordnet. Diese Materialien sind in einem Patienten zu finden. Obwohl in der Materialspalte nur drei Materialien, die in dem Patienten zu finden sind, (Blut, Muskel, Organ) genau beschrieben sind, können mehr oder weniger Materialien definiert sein. Ferner können andere Kategorien eines in dem Patienten gefundenen Materials definiert sein. Zum Beispiel können andere Organe, Knorpel, Sehne oder dergleichen definiert sein.
  • Außerdem weist die Tabelle 500 eine Spalte 506 auf, die die Zeit ist, für die die Wärme an dem Material detektiert werden muss. Dies ermöglicht, dass die Verlagerung des Materials über diese Periode gemessen wird. In diesem Fall weist die Spalte 506 eine Wahl von 1, 2 oder 3 Sekunden auf, über die die Verlagerung des Materials nachgeführt werden soll. Natürlich sind längere, kürzere oder andere Zeiten als jene in der Spalte 506 denkbar.
  • Die Tabelle weist eine Spalte 508 auf, die die Intensität der angewendeten Wärme ist. Diese Intensität variiert in Abhängigkeit von dem Bereich, in dem die Wärme angewendet werden soll. In empfindlichen Bereichen innerhalb des Patienten ist eine Wärme mit niedrigerer Intensität geeigneter, um eine Beschädigung an dem Material zu vermeiden. Allerdings kann in Bereichen, die Bewegung unterliegen, Wärme mit hoher Intensität geeignet sein, so dass die Wärme auf einen sehr spezifischen Bereich des Materials über eine kurze Periode angewendet wird, um die Auswirkung der Bewegung zu verringern.
  • Die Tabelle weist eine Spalte 510 auf, die die Dauer ist. Diese Spalte ist die Zeitdauer, für die das Infrarotlicht (die Wärme) unter Verwendung der gewünschten Intensität und des gewünschten Musters auf das Material angewendet wird. Es ist denkbar, dass der Endoskopbetreiber den Mustertyp, das Material, die Zeit zum Nachführen der Verlagerung und die Intensität wählt und dass auf der Grundlage dieser vom Benutzer gewählten Kriterien die richtige Dauer gewählt wird, für die das Infrarotlicht (die Wärme) auf das Material angewendet werden muss. Daraufhin steuert die CCU 5039 die Lichtquelleneinrichtung 5047 zum Anwenden des Infrarotlichts auf das Material unter Verwendung des geeigneten Musters, der gewünschten Intensität und der geeigneten Dauer.
  • Obwohl dies in der Tabelle 500 nicht gezeigt ist, ist denkbar, dass zugeordnet zu dem Material ein Durchfluss pro Zeiteinheit gespeichert wird. Dieser Wert ist besonders nützlich, wo das Material Blut ist. Genauer wird in Ausführungsformen der Durchfluss pro Zeiteinheit zugeordnet zu Blut gespeichert und gibt er die Menge der Bewegung des Bluts pro Zeiteinheit von einem Schnitt einer Einheitsgröße bei einem bestimmten Teil eines menschlichen Körpers an. Dies ist so, da die Blutströmung von einem Schnitt bei einem bestimmten Teil des Patienten zwischen Patienten für irgendeine gegebene Größe des Schnitts gleichbleibend ist. Mit anderen Worten, die Blutströmung von einem Schnitt bei einem bestimmten Teil des Patienten pro Flächeneinheit des Schnitts ist zwischen Patienten (es sei denn, dass eine größere Arterie geschnitten worden ist) allgemein gleichbleibend. Wie später erläutert wird, wird dieser Durchflusswert zum Festsetzen der Quelle des Schnitts verwendet.
  • Obwohl oben der Durchfluss von Blut erwähnt ist, ist die Offenbarung natürlich nicht darauf beschränkt und kann dies auf irgendein Fluid entweder auf dem medizinischen oder auf dem industriellen Gebiet anwendbar sein. Es ist denkbar, dass die Tabelle 500 zur Zeit der Herstellung vorbelegt wird und dass die jeweiligen Dauern während klinischer Studien bestimmt werden.
  • Die in 5 erwähnte Tabelle ist für einen einzelnen Impuls von Infrarotlicht. Allerdings ist denkbar, dass das Infrarotlicht in regelmäßigen Abständen pulsiert. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen Impulsen von Infrarotlicht dort, wo das Material feststehend ist, länger sein, als wo sich das Material schnell bewegt. Dies ist so, da sich das Material stärker verlagert, falls die Bewegung des Materials hoch ist. Folglich kann der Abstand zwischen Impulsen in Abhängigkeit von der Bewegung des Materials gewählt werden. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen auf 100 ms eingestellt sein, falls der Betreiber des Endoskops den Ort eines großen Schnitts (wo Blut schnell strömt) in dem Patienten bestimmen möchte. Allerdings kann der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen auf 300 ms eingestellt sein, wo der Betreiber des Endoskops die Quelle eines sehr kleinen Schnitts (wo das Blut sehr langsam strömt) in dem Patienten ermitteln möchte.
  • Obwohl oben erwähnt ist, dass der Betreiber des Endoskops die Zeit zwischen jedem Impuls wählt, ist die Offenbarung darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel kann die CCU 5039 verwendet werden, um die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen automatisch zu bestimmen.
  • Zur Veranschaulichung werden nun mehrere beispielhafte Ausführungsformen beschrieben.
  • Zunächst wird der Fall beschrieben, dass sich der erwärmte Bereich auf dem Material bewegt. Dies tritt z. B. bei Organen während der Atmung auf. Zweitens wird der Fall beschrieben, dass sich das Material verteilt und bewegt und verteilt. Dies tritt z. B. auf, wenn ein Schnitt stattfindet und die Blutströmung von dem Schnitt nachgeführt werden soll.
  • Anhand von 4 ist die Bewegung des erwärmten Materials gezeigt. Genauer ist in dem Diagramm aus 5 zum Zeitpunkt t = 0 das erste Muster 400A von Infrarotlicht auf das Material eingestrahlt worden. Zum Beispiel ist das erste Muster 400A von Infrarotlicht für 150 ms mit hoher Intensität auf das Material eingestrahlt worden. Dies erwärmt das Material auf eine bestimmte Temperatur. Die CCU 5039 erfasst das Bild des erwärmten Materials an diesem Punkt unter Verwendung des Infrarotbildsensors, der sich in der Bildaufnahmeeinheit 5009 befindet.
  • Zum Zeitpunkt t = 100 ms bewegt sich der erwärmte Bereich des Materials zu einer neuen Position 605A, die durch die durchgezogene Kreislinie identifiziert ist. Die CCU 5039 erfasst das Bild des erwärmten Materials an diesem Punkt unter Verwendung des Infrarotbildsensors.
  • Ähnlich bewegt sich der erwärmte Bereich des Materials zum Zeitpunkt t = 200 ms an eine neue Position 605B, die durch die durchgezogene Kreislinie identifiziert ist. Die CCU 5039 erfasst das Bild des erwärmten Materials an diesem Punkt unter Verwendung des Infrarotbildsensors.
  • Zum Zeitpunkt t = 300 ms bewegt sich der erwärmte Bereich des Materials an eine neue Position 605C, die durch die durchgezogene Kreislinie identifiziert ist. Außerdem wendet die Lichtquelleneinrichtung 5047 das erste Muster 400A an dem ursprünglichen Ort für 150 ms mit hoher Intensität erneut auf das Material an. Mit anderen Worten, das Material an dem ursprünglichen Ort wird auf die gewünschte Temperatur erwärmt. Dies ist in 5 als 605'C gezeigt. Die CCU 5039 erfasst das Bild des erwärmten Materials an diesem Punkt unter Verwendung des Infrarotbildsensors.
  • Zum Zeitpunkt t = 400 ms bewegt sich der erste Bereich des erwärmten Materials zu 605D und hat sich der zweite (spätere) Bereich des erwärmten Materials zu 605'D bewegt. Die CCU 5039 erfasst das Bild des erwärmten Materials an diesem Punkt unter Verwendung des Infrarotbildsensors.
  • Da die Bilder alle 100 ms erfasst werden, zeigt 7 die Position des Zentrums des erwärmten Materials während des Zeitpunkts t = 0, 100 ms, 200 ms und 300 ms, die in 5 gezeigt sind. 8 zeigt diese Positionen mit einer gezeichneten Verbindungslinie. Wie aus 8 hervorgeht, zeigt die Verbindungslinie mit dem Infrarotbild, dass periodisch (in diesem Fall alle 100 ms) erfasst wird, die Richtung der Bewegung des erwärmten Materials.
  • Wieder zurück zu dem zweiten Fall, wo sich das Material bewegt und verteilt, wird Bezug genommen auf 6. In dem Diagramm (A) ist die Bewegung des erwärmten Materials ohne Verteilung gezeigt. Dies ist ähnlich der Beschreibung aus 5, 7 und 8 und wird so der Kürze halber nicht weiter beschrieben.
  • In dem Diagramm (B) bewegt sich das erwärmte Material nicht, sondern verteilt sich das erwärmte Material stattdessen. Diese Art des Verhaltens wird gezeigt, wo es eine kleine Blutung gibt (wie sie etwa durch ein Loch verursacht ist). Mit anderen Worten, die Menge des Bluts, das aus dem Loch strömt, ist klein, so dass es um den Schnitt einen Ring bildet, anstatt aus dem Schnitt zu strömen. Genauer ist in dem Diagramm aus 6(B) zum Zeitpunkt t = 0 das erste Muster 400A von Infrarotlicht auf das Material eingestrahlt worden. Zum Beispiel wird das erste Muster 400A von Infrarotlicht auf dem Material für 150 ms mit hoher Intensität eingestrahlt worden. Dies erwärmt das Material auf eine bestimmte Temperatur. Die CCU 5039 erfasst das Bild des erwärmten Materials an diesem Punkt unter Verwendung des Infrarotbildsensors.
  • Zum Zeitpunkt t = 100 ms verteilt sich das erwärmte Material um die Anfangsposition. Mit anderen Worten, das erwärmte Material hat sich nicht bewegt, hat sich aber um die Anfangserwärmungsposition verteilt. Die CCU 5039 erfasst das Bild des erwärmten Materials an diesem Punkt unter Verwendung des Infrarotbildsensors.
  • Ähnlich verteilt sich das erwärmte Material zum Zeitpunkt t = 200 ms weiter um die Anfangsposition. Die CCU 5039 erfasst das Bild des erwärmten Materials an diesem Punkt unter Verwendung des Infrarotbildsensors.
  • In dem Diagramm (C) ist ein vereinfachtes Diagramm gegeben, das das erwärmte Material zeigt, das sich bewegt und verteilt. Diese Art Verhalten wird gezeigt, wo es eine große Blutung (wie etwa eine Hämorrhagie) gibt. Mit anderen Worten, die Menge des aus der Hämorrhagie strömenden Bluts ist groß, so dass sich das Blut gleichzeitig bewegt und verteilt.
  • In dem Diagramm aus 6(C) wird zum Zeitpunkt t = 0 das erste Muster 400A von Infrarotlicht auf das Material eingestrahlt. Zum Beispiel wird das erste Muster 400A von Infrarotlicht für 150 ms mit hoher Intensität auf das Material eingestrahlt. Dies erwärmt das Material auf eine bestimmte Temperatur. Die CCU 5039 erfasst das Bild des erwärmten Materials an diesem Punkt unter Verwendung des Infrarotbildsensors.
  • Zu dem Zeitpunkt t = 100 ms hat sich das erwärmte Material entlang einer Bewegungslinie 700C bewegt und verteilt. Die CCU 5039 erfasst das Bild des erwärmten Materials an diesem Punkt unter Verwendung des Infrarotbildsensors.
  • Zu dem Zeitpunkt t = 200 ms hat sich das erwärmte Material erneut entlang der Bewegungslinie 700C bewegt und verteilt. Die CCU 5039 erfasst das Bild des erwärmten Materials an diesem Punkt unter Verwendung des Infrarotbildsensors.
  • Zu dem Zeitpunkt t = 300 ms hat sich das erwärmte Material entlang der Bewegungslinie 700C weiterbewegt und stärker verteilt. Die CCU 5039 erfasst das Bild des erwärmten Materials an diesem Punkt unter Verwendung des Infrarotbildsensors.
  • Aus dem in 6(C) gezeichneten Pfeil ist der Weg des erwärmten Materials zu sehen. Obwohl 6(C) ein vereinfachtes Diagramm zeigt, das die Strömung des erwärmten Materials nachführt, zeigt 9 ein realistischeres Diagramm der Strömung des erwärmten Materials. Obwohl 6 einzelne Kreise von erwärmtem Material zu einem gegebenen Zeitpunkt zeigt, ist das erwärmte Material in der Realität genauer ein Kontinuum. Dies ist in 9 gezeigt, wo die Verteilung des erwärmten Materials zu den jeweiligen Zeitpunkten t = 0, 100, 200 und 300 ms gezeigt ist.
  • 6(D) zeigt ein weiteres vereinfachtes Diagramm zum Zeitpunkt t = 0 ms, t = 100 ms, t = 200 ms und t = 300 ms. Wie zu sehen ist, wird das Wärmemuster auf einen Bereich angewendet und verläuft die Blutströmung entlang der Richtung des Pfeils, während sich das Blut von der Anfangsquelle zu verteilen beginnt. Dies gibt die Richtung der Blutströmung an und von der die Quelle des Schnitts oder Lecks ermittelt werden kann.
  • 6(E) zeigt ein vereinfachtes Diagramm, das erläutert, wie die Veränderung der Tiefe in der Blutansammlung unter Verwendung der Anwendung eines Wärmemusters festgesetzt werden kann. Die Seitenansicht 700E der Blutansammlung zeigt in 6(E) die Topologie des Gewebes, in dem sich die Blutansammlung gebildet hat. Wie aus dieser Figur zu sehen ist, ist die Blutansammlung an einem Ende 701E sehr flach, in der Mitte 702E tief und an dem zweiten Ende 703E geringfügig flacher.
  • Wenn das Wärmemuster angewendet und durch den Infrarotsensor kurz nach der Anwendung erfasst wird, zeigt es, dass die Größe der Punkte bei dem flacheren Ende 701E im Vergleich zu der Größe der Punkte bei dem zweiten Ende 703E größer ist. Die Größe der Punkte in dem Mittelbereich ist am kleinsten. Dieser Größenunterschied ist durch die Tiefe des Bluts an jedem Ort verursacht. Je tiefer das Blut ist, desto mehr Wärmeableitung tritt auf.
  • Dadurch, dass die relative Größe des Wärmemusters an jedem Ort identifiziert wird, kann die Tiefe der Blutansammlung an jedem Ort identifiziert werden und kann die Topografie des Gewebes unter der Ansammlung festgesetzt werden.
  • Es ist zu verstehen, dass die CCU das erfasste RGB-Bild mit der Richtung der Blutströmung mit Anmerkungen versieht, wenn die Richtung der Blutströmung ermittelt worden ist, da der Infrarotsensor zusätzlich zu dem Bildsensor ist, der den Rot-, den Grün- und den Blau- (RGB-) Wert von dem Endoskop erfasst und jedes Pixel in dem Infrarotsensor einem Pixel in dem RGB-Bildsensor entspricht. Mit anderen Worten, aus einer Kombination des erfassten RGB-Bilds und aus den Anmerkungen, die durch das durch den IR-Sensor erfassten Bild festgesetzt wurden, wird ein zusammengesetztes Bild gebildet.
  • Diese Anmerkungen können ebenfalls die relative Tiefe der Blutansammlung und die Topografie des Gewebes unter der Blutansammlung aufweisen. Dies sind für den Chirurgen nützliche Informationen, so dass sie in dem RGB-Bild ebenfalls angemerkt werden können.
  • 10 zeigt einen Ablaufplan 1100, der den Betrieb von Ausführungsformen der Offenbarung erläutert. Der Prozess beginnt bei 1105.
  • In Schritt 1110 wird das Muster von Infrarotlicht zum Erwärmen des Materials bestimmt. Diese Bestimmung kann z. B. auf der Grundlage der Form des Materials oder der Menge, um die das Material erwärmt werden soll, durch den Endoskopbetreiber oder durch die CCU 5039 vorgenommen werden.
  • In Schritt 1115 wird die Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen bestimmt. Wie oben erläutert wurde, kann diese z. B. durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Materials bestimmt werden.
  • In Schritt 1120 wird das Anfangsbild des Materials erfasst. Das erfasste Anfangsbild ist in dem Infrarotlichtgebiet. Mit anderen Worten, das Wärmeprofil des Materials unmittelbar vor der Anfangsanwendung des Impulses von Infrarotlicht wird erfasst. Dies bietet ein Referenzbild, unter Verwendung dessen, wie später erläutert wird, die Strömung des erwärmten Materials festgesetzt wird.
  • In Schritt 1125 wird der Lichtimpuls unter Verwendung des bestimmten Musters auf das Material angewendet.
  • In Schritt 1130 wird ein Bild des Materials erfasst. Das erfasste Bild ist in dem Infrarotgebiet von Licht. Mit anderen Worten, es wird das Wärmeprofil des Materials direkt (fast unmittelbar) nach Anwendung des Impulses von Infrarotlicht erfasst. Dies bietet ein Referenzbild, unter Verwendung dessen, wie später erläutert wird, die Strömung von erwärmtem Material festgesetzt wird. Dies stellt das Wärmeprofil des Materials bei der Anwendung des Impulses von Infrarotlicht bereit. In dieser ersten Iteration des Prozesses wird dieses Bild zum Zeitpunkt t = 0 erfasst. Auf das in Schritt 1130 erfasste Bild wird ein eindeutiger Identifizierer angewendet, der den Lichtimpuls von anderen Lichtimpulsen eindeutig identifiziert.
  • In Schritt 1135 wird die Blutströmung bestimmt. Natürlich ist die Offenbarung nicht auf die Bestimmung der Blutströmung beschränkt und ist irgendein Fluid, das aus einem Leck austritt, denkbar.
  • Die Blutströmung wird unter Verwendung eines Hintergrundsubtraktionsalgorithmus an den Wärmebildern durch Subtrahieren des Wärmeprofils des Anfangsbilds, das direkt, bevor der Lichtimpuls auf das Material angewendet wird (d. h. in Schritt 1120), erfasst wird, von dem Bild, das direkt, nachdem der Impuls auf das Material angewendet worden ist (d. h. in Schritt 1130), erfasst wird, bestimmt. Das Differenzbild wird verwendet, um die Anfangsblutströmung zu bestimmen.
  • Es ist denkbar, dass Wackeln und Kamerabewegungen unter Verwendung einer bekannten Technik wie etwa der mittleren Bewegung der Pixel in dem Infrarotbild korrigiert werden, bevor der Subtraktionsalgorithmus angewendet wird. Dies stellt sicher, dass die Differenz zwischen aufeinanderfolgend erfassten Bildern durch die Blutströmung anstatt durch die Kamerabewegung bereitgestellt wird.
  • In der Anfangsiteration des Prozesses aus 9 ist die Menge der Blutströmung wegen der kurzen Zeitperiode zwischen den Schritten 1120 und 1130 sehr klein.
  • Allerdings wird das durch den Endoskopbetreiber und/oder durch den Chirurgen betrachtete Bild, wie später erläutert wird, in Schritt 1140 mit Anmerkungen versehen.
  • In Schritt 1145 bestimmt die CCU 5039, ob die Zeitdauer, die seit dem vorhergehenden Lichtimpuls verstrichen ist, eine vorgegebene Periode zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen, wie anhand von 4 erläutert ist, erreicht hat. Falls die verstrichene Zeitdauer die vorgegebene Periode nicht erreicht hat, wird dem „Nein“-Weg gefolgt. Allerdings wird dem „Ja“-Weg gefolgt, falls die verstrichene Zeit die vorgegebene Periode erreicht hat.
  • In Schritt 1150 bestimmt die CCU 5039, ob der Ort des Schnitts ermittelt worden ist. Dies wird später erläutert.
  • Falls der Ort nicht ermittelt worden ist, wird dem „Nein“-Weg gefolgt und kehrt der Prozess zu Schritt 1125 zurück.
  • In der zweiten Iteration des Schritts 1125 wird ein zweiter Lichtimpuls auf das Material angewendet. In dieser Iteration wird der Lichtimpuls 100 ms, nachdem der vorhergehende Impuls angewendet worden ist, angewendet.
  • In der zweiten Iteration des Schritts 1130 wird ein Bild des Materials erfasst. Das erfasste Bild ist in dem Infrarotlichtgebiet. Mit anderen Worten, es wird das Wärmeprofil des Materials direkt (fast unmittelbar) nach Anwendung des zweiten Infrarotlichtimpulses erfasst. In dieser zweiten Iteration des Prozesses wird dieses Bild zum Zeitpunkt t = 100 erfasst. In Schritt 1130 wird auf das erfasste Bild ein eindeutiger Identifizierer angewendet, der den Lichtimpuls von anderen Lichtimpulsen eindeutig identifiziert.
  • In der zweiten Iteration des Schritts 1135 wird an den Bildern durch Subtrahieren des Wärmeprofils des in der ersten Iteration des Schritts 1130 erfassten Bilds von dem erfassten Bild, direkt nachdem der Impuls in der zweiten Iteration des Schritts 1125 auf das Material angewendet worden ist, eine Hintergrundsubtraktion ausgeführt. Das Differenzbild wird zum Bestimmen der Blutströmung über die letzten 100 ms verwendet.
  • Genauer weist das erfasste Bild in der zweiten Iteration des Schritts 1130 sowohl das erwärmte Material von dem in der zweiten Iteration des Schritts 1125 angewendeten Lichtimpuls als auch die Strömung von Material während der ersten Iteration auf. Wie in 9 zu sehen ist, werden somit z. B. durch Detektieren der Strecke, die das erwärmte Material gelaufen ist, und der Menge und der Form der Zerstreuung des erwärmten Materials die Strecke und die Verteilung des Bluts über diese Periode von 100 ms bestimmt.
  • Das dem Endoskopbetreiber und/oder dem Chirurgen angezeigte Bild wird auf ähnliche Weise wie in der ersten Iteration des Prozesses in Schritt 1140 mit Anmerkungen versehen.
  • Der Prozess geht wieder zu Schritt 1145, wo die CCU 5039, wie anhand von 4 erläutert ist, bestimmt, ob die Zeit, die seit dem vorhergehenden Lichtimpuls verstrichen ist, die vorgegebene Periode zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen erreicht hat. Falls die verstrichene Zeit die vorgegebene Periode nicht erreicht hat, wird dem „Nein“-Weg gefolgt. Allerdings wird dem „Ja“-Weg gefolgt, falls die verstrichene Zeit die vorgegebene Periode erreicht hat.
  • Auf ähnliche Weise wie in der ersten Iteration bestimmt die CCU 5039 in Schritt 1150, ob der Ort des Schnitts ermittelt worden ist.
  • Falls der Ort nicht ermittelt worden ist, wird dem „Nein“-Weg gefolgt und kehrt der Prozess für eine dritte Iteration zu Schritt 1125 zurück. Daraufhin wird der Prozess bis zu einem Schritt 1150 fortgesetzt, wo die Quelle des Schnitts ermittelt worden ist.
  • Falls die Quelle des Schnitts im Schritt 1150 ermittelt worden ist, wird dem „Ja“-Weg gefolgt und wird das dem Endoskopbetreiber und/oder Chirurgen angezeigte Bild in Schritt 1155 mit Anmerkungen versehen. Darauf verendet der Prozess in Schritt 1160.
  • Der Prozess 1200 zum Bestimmen des Orts des Schnitts (Schritt 1150) ist anhand von 11 und 12 beschrieben.
  • Der Prozess 1200 beginnt in Schritt 1205. Der Prozess geht zu Schritt 1210, wo die Blutströmung für jedes Musterelement 405A-C im Zeitverlauf bestimmt wird. Mit anderen Worten, es wird die Blutströmung für jedes Musterelement 405A-C seit dem Anfangsbild bestimmt. In einigen Ausführungsformen wird diese durch Modellieren der Bewegung der Blutströmung im Zeitverlauf z. B. unter Verwendung eines Kalman-Filters unter Verwendung der in Schritt 1135 aus 10 bestimmten inkrementellen Bewegung bestimmt. In einigen Ausführungsformen kann die Topografie des Gewebes, in dem der Schnitt stattfindet, die Geschwindigkeit der Wärmeverbreitung ändern. In diesem Fall können die Grobkörnigkeit der Geschwindigkeit und die Richtung irgendwelcher gespeicherter Muster verwendet werden, um die Unterschiede der Topografie zu überwinden. Zusätzlich oder alternativ können eine Anzahl allgemeiner Muster gespeichert sein und könnten die einzelnen Muster aus einer Gewichtung der Menge allgemeiner Muster konstruiert werden.
  • In dem Beispiel aus 12 ist der Bereich des Schnitts 1310 gezeigt. Wie in 12 zu sehen ist, wird die Blutströmung 1300 unter Verwendung der anhand von 10 erläuterten Technik festgesetzt. Genauer wird die Bewegung des erwärmten Bluts während der Iterationen des Prozesses aus 10 nachgeführt und wird die in 12 gezeigte resultierende Bewegung des Bluts festgesetzt. Zum Beispiel wird während der ersten Iteration des Prozesses aus 10 das Wärmemuster auf das Blut angewendet, was veranlasst, dass das Material in den kreisförmigen Bereichen, die in der punktierten Begrenzung 1305A und 1305B gezeigt sind, erwärmt wird. Während der zweiten Iteration des Prozesses hat sich das in der ersten Iteration erwärmte Material zu der punktierten Begrenzung 1310A und 1301B bewegt und wird das Wärmemuster auf das Blut in der punktierten Begrenzung 1305A und 1305B angewendet, was die lokalisierte Erwärmung des durch die Kreise innerhalb der punktierten Begrenzung 1305A und 1305B definierten Bluts veranlasst.
  • Die Blutströmung kann über die verschiedenen Iterationen des Prozesses aus 10 nachgeführt werden.
  • Daraufhin geht der Prozess zu Schritt 1215, wo der Ursprung der Blutströmung (der Schnitt) berechnet wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Blutströmung über eine vorgegebene Zeitperiode oder Anzahl von Iterationen analysiert wird. Wie aus 12 zu sehen ist, strömt aus dem Bereich des Schnitts 1310 Blut von dem Schnitt weg. Eine typische Eigenschaft eines Schnitts ist, dass entweder Blut von dem Bereich des Schnitts (wie in diesem Fall) wegströmt, wo die Bewegung des Bluts von dem Schnitt weg erfolgt (wo des zerstörte Gewebe mehr als das umgebende Gewebe ist), oder dass Blut in den Schnitt strömt und sich in dem Schnitt sammelt (wo das zerstörte Gewebe weniger als das umgebende Gewebe ist). Dies ist in 13 hervorgehoben, wo die Querschnitte entlang der Querschnitte X-X' und Y-Y' in 1300 bei den verschiedenen Iterationen in 1400 bzw. 1405 gezeigt sind. Somit kann durch Bestimmung der Strömung (Bewegung) des Fluids der Ursprung des Bluts, der in diesem Fall ein Schnitt ist, ermittelt werden.
  • Der Prozess geht zu Schritt 1220, wo das Bild mit Anmerkungen versehen wird, die die Position des Ursprungs des Bluts identifizieren. Dies hilft dem Chirurgen/Endoskopbetreiber beim schnellen Festsetzen des Orts des Schnitts oder des Ursprungs des Bluts.
  • In Schritt 1225 endet der Prozess.
  • Es ist denkbar, dass eine Bewegungskompensation ausgeführt wird, um die Musterelemententwicklung auf den abgebildeten Oberflächen im Zeitverlauf nachzuführen. Dies soll den Einfluss der Bewegung des Endoskops auf das Aussehen der betrachteten Bilder mildern. Um die erfassten Bilder, in denen sich die Musterelemente gemäß den Wirkungen der Blutströmung usw. bewegen, auszurichten, kann die geeignete Transformation aus den sichtbaren Daten von der Kamera berechnet werden, sofern die Optiken für beide Sensoren ausgerichtet und ähnlich sind. Hierfür sind eine Vielfalt von Operationen verfügbar, die verschiedene Komplexität aufweisen und über unterschiedliche Zeitskalen arbeiten:
  • Videostabilisierung unter Verwendung von Bildanpassung. In diesem Prozess werden angrenzende Bilder miteinander verglichen und wird eine globale Bildtransformation (x- und y-Verschiebung, Verdrehung, Skalierung) ermittelt, die diese Entsprechungen am besten erklärt, und werden die Bilder (z. B. unter Verwendung einer affinen Transformation) transformiert, um sie am besten in globale Ausrichtung zu bringen, wobei Elemente, die sich bewegt haben, ignoriert werden. Auf der Grundlage der Mittel, durch die sie angepasste Punkte ermitteln, um Entsprechungen zwischen Bildern zu erzeugen, sind unterschiedliche Verfahren verfügbar.
  • Dies ist in NPL 1 erläutert, deren Inhalt hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
  • Videostabilisierung unter Verwendung von Beschleunigungsmessern und Gyros. In diesem Fall sind 3-Achsen-Beschleunigungsmesser und/oder 3-Achsen-Gyros (der Kürze halber alle nicht gezeigt) mit dem Bildsensor ortsgleich, wobei ihre Messungen verwendet werden, um die Bilder über eine kurze Zeitdauer zu transformieren, um sie auszurichten. Diese Verfahren können ebenfalls Verzerrungen korrigieren, die durch ‚Rollverschluss‘-Kameras erzeugt werden. Dies ist in NPL 2 erläutert, deren Inhalt hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
  • Komplexere Operationen sollen aus der Struktur von Bewegungsalgorithmen Tiefenkarten erzeugen. Unter deren Verwendung, um Projektionen zu erhalten, die den Blickpunkt der Kamera durch Erhalten neuer Ansichten der erzeugten 3D-Szene geringfügig ändern, kann eine kurze Reihe von Bildern stabilisiert werden, damit sie so erscheint, als ob sich die Kamera während der Bildfolge nicht bewegen würde. Diese sind in NPL 3 erläutert, deren Inhalt hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
  • Die Stabilisierung über längere Zeitperioden erfordert die Erzeugung eines glatten Wegs über eine Reihe von Bildern, wobei diese hier aber nicht auf die Anforderung anwendbar sind, da SLUs innerhalb höchstens weniger Sekunden diffundieren und sich verteilen. Ein Beispiel eines geeigneten Typs der Stabilisierung ist Microsoft (R) Hyperlapse (R).
  • 14 zeigt eine weitere Ausführungsform der Offenbarung, bei der die Musterelemente verwendet sind, um den Autofokus des Endoskops in einem bestimmten Bereich, z. B. bei dem Ursprung des Fluidlecks (wie etwa dem Schnitt) zu verbessern. Insbesondere ist das erste Muster in 1500 gezeigt, das auf zwei Bereiche von wellenförmigem Gewebe geworfen ist. Da die Musterelemente in dem ersten Bereich 1505 eine ähnliche oder im Wesentlichen dieselbe Größe aufweisen und da das zentrale Muster der Musterelemente größer als die umgebenden Musterelemente ist, gibt dies an, dass das zentrale Muster dem Endoskop näher als die umgebenden Musterelemente ist. Umgekehrt ist das zentrale Muster der Musterelemente in dem zweiten Bereich 1510 kleiner als die umgebenden Musterelemente. Dies gibt an, dass das zentrale Muster weiter von dem Endoskop als die umgebenden Musterelemente ist.
  • Dementsprechend kann die Linse durch iteratives Einstellen des Linsenbrennpunkts und Beurteilen der Schärfe der Musterelemente autofokussiert werden.
  • Die 15A-15C zeigen die Anmerkungen, die an dem Endoskopbild angebracht werden können. Genauer ist in 15A ein Endoskopbild ohne irgendwelche Anmerkungen, die dem Endoskopbetreiber oder Chirurgen helfen, gezeigt. In 15B ist das Endoskopbild gezeigt, das Anmerkungen der Blutströmungen aufweist. Dies ist typisch die Ausgabe von dem Schritt 1140 in 10. In 15C weist das Endoskopbild Anmerkungen der Blutströmungen und des Ursprungs des Lecks (z. B. des Schnitts) auf. In diesem Fall ist zusätzlich zu der gezeigten Blutströmung ebenfalls der Schnitt gezeigt. Natürlich ist denkbar, dass der Schnitt ohne die Blutströmung gezeigt sein kann.
  • Materialunterscheidung
  • In Ausführungsformen der Offenbarung können die Musterelemente verwendet werden, um zwischen Materialien, die in dem Patienten (oder in einem Objekt für ein nichtmedizinisches Endoskopszenarium) zu finden sind, zu unterscheiden.
  • Verwendung zum Ermitteln von Dunst
  • Musterelemente, die auf Dunst gebildet sind, sind wahrscheinlich weniger gleichförmig als jene, die auf einer Flüssigkeit oder einem Festkörper gebildet sind (d. h. die Form des Musterelements selbst ist wahrscheinlich weniger gleichförmig). Außerdem sind Dunstpartikel weniger wahrscheinlich als Flüssigkeits- oder Festkörperpartikel beweglich, so dass die Ableitung von Wärme innerhalb des Dunsts von der Wärmeableitung ohne das Musterelement, das in Flüssigkeiten oder Festkörpern gebildet ist, wahrscheinlich merklich verschieden ist. Dementsprechend kann die Anwesenheit von Dunst durch Analysieren der Gleichförmigkeit des Musterelements, das auf das Material übertragen wird, und/oder der Wärmeableitung des erwärmten Materials festgesetzt werden.
  • Verwendung zum Ermitteln künstlicher Materialien
  • Während der Endoskopchirurgie werden Objekte (z. B. Instrumente für die Chirurgie) verwendet, die aus anorganischen Materialien hergestellt sind. Wo diese Materialien andere thermische Eigenschaften als das organische Material des Patienten zeigen, können Ausführungsverfahren verwendet werden, um sie zu detektieren.
  • Zum Beispiel ist die Wärmeableitung in statischer Flüssigkeit wahrscheinlich in allen Richtungen innerhalb der Flüssigkeit, bestimmt durch die Brownsche Bewegung, näherungsweise gleichförmig. Allerdings kann ein anorganisches Objekt gut eine andere Wärmeleitfähigkeit als das organische Material aufweisen, das in dem Endoskopbild üblicherweise zu finden ist. Falls diese Wärmeleitfähigkeit ausreichend anders ist, können die verschiedenen Materialien unterschieden werden. Außerdem kann das andere Material eine bestimmte Struktur aufweisen (z. B. geschichtet sein), was die Art und Weise beeinflusst, in der Wärme durch es ausgebreitet wird, wobei dies durch Detektieren des Wärmeflusses dieser Struktur (z. B. der Richtung, in der sich die Wärme ausbreitet) daraufhin als Unterscheidungsfaktor verwendet werden kann. Die Technik zum Detektieren der Wärmeausbreitung ist anhand von 10 beschrieben.
  • Verwendung zum Unterscheiden von Materialien
  • Anhand von 16A ist eine Endoskopansicht 2000 gezeigt. In dieser Ansicht 2000 sind Venen 2010 und 2015 zu sehen, die mit einem Muskel 2005 verbunden sind. Die Muskelfaser ist in Richtung des Pfeils 2220 orientiert. In der Vene 2010 strömt Blut in Richtung des Muskels 2005. In der Vene 2015 strömt Blut in den durch den Pfeil 20151 und durch den Pfeil 20151 angegebenen Richtungen.
  • 16B zeigt die Endoskopansicht aus 16A in dem Moment (d. h. bei t = 0), in dem das Muster der Wärme angewendet wird. Mit anderen Worten, die Endoskopansicht 2050 aus 16B zeigt die Endoskopansicht aus 16A, wenn das Erwärmungsmuster angewendet wird. In diesem Fall besteht das Erwärmungsmuster aus Punkten 2055 ähnlich den in 3A gezeigten.
  • 16C zeigt die Endoskopansicht von 16B ein Zeitintervall nach Anwendung des Wärmemusters. In der spezifischen Ausführungsform von 16C ist das Zeitintervall 100 ms später. Wie aus 16C zu sehen ist, ist das Wärmemuster in dem Muskel 2005 entlang der Länge der Muskelfaser diffundiert. Zusätzlich ist das Wärmemuster über die Venen entlang der Länge der Venen diffundiert. Insbesondere diffundiert das Wärmemuster über die Vene 2010 in der Richtung des Muskels. Dies gibt die Blutströmung dieser bestimmten Vene an. Ähnlich sind die Wärmemuster 2015A und 2015B in der Vene 2015 beide von dem Muskel weg diffundiert.
  • Es soll angemerkt werden, dass der Betrag der Diffusion über dieses Zeitintervall den Typ des Materials angibt, auf dem das Wärmemuster angeordnet ist. Genauer ist der Betrag der Diffusion in dem Muskel kleiner als der Betrag der Diffusion in den Venen. Dies ist so, da die Wärmeableitungseigenschaften eines Muskels von jenen von Blut verschieden sind. Diese Rate der Diffusion wird durch die Steuerschaltungsanordnung gemessen und mit gespeicherten Werten der Diffusion für verschiedene in dem Patienten gefundene Materialien verglichen. Diese gespeicherten Werte werden während klinischer Studien erhalten und in der Speichervorrichtung gespeichert oder über das Netz erhalten.
  • Durch Vergleichen der gemessenen Raten der Diffusion mit den während klinischer Studien erhaltenen Werten ist es möglich, den Typ des Materials zu identifizieren, auf dem das Wärmemuster bereitgestellt worden ist. Wie in 17 beispielhaft dargestellt ist, kann außerdem die Rate der Diffusion des Bluts in Abhängigkeit von dem Volumen des Bluts, das durch die Venen geht, zu irgendeiner gegebenen Zeit variieren. Zum Beispiel ist die Menge der Blutströmung und somit die Wärmeableitung klein, falls die Vene eine Kapillare wäre, da die Wärme nicht durch das Blut abgeleitet wird. Allerdings wäre die Wärmeableitung hoch, da die Wärme durch das Blut abgeleitet wird, falls die Vene tatsächlich eine Arterie wäre, bei der die Rate der Blutströmung im Vergleich zu einer Vene hoch ist. Dies gibt für den Chirurgen ein Risiko irgendeines Schnitts an; falls eine Kapillare geschnitten wird, ist das Risiko für den Patienten niedrig, dagegen ist das Risiko für den Patienten im Fall eines Schnitts in eine Arterie hoch.
  • Darüber hinaus ist es durch Festsetzen der Rate der Blutströmung in einem Material möglich, Krebse und Tumore zu detektieren. Dies ist so, da die Rate der Blutströmung in kanzerösem Material und Tumoren im Vergleich zu nicht kanzerösen Materialien hoch ist. Mit anderen Worten, da die Blutströmung durch kanzeröses Material und Tumore höher als in nicht kanzerösem Material und Tumoren ist, wäre die Rate der Wärmeableitung höher als erwartet. Dies kann auf zwei Arten gemessen werden. Zunächst kann das Erwärmungsmuster auf einen bekannten nicht kanzerösen Teil des Gewebes angewendet werden, um die Rate der Wärmeableitung festzusetzen und diese Rate der Wärmeableitung mit den potentiell kanzerösen Bereichen zu vergleichen. Zweitens kann die Rate der Wärmeableitung in dem potentiell kanzerösen Bereich mit gespeicherten Werten verglichen werden.
  • Zusammengefasst kann somit durch Messen der Rate der Wärmeableitung und durch Vergleichen der Rate der Wärmeableitung mit gespeicherten Referenzraten, die entweder vor der Chirurgie oder medizinischen Prozedur oder während der Chirurgie oder medizinischen Prozedur erhalten werden, der Typ des Materials festgesetzt werden. Außerdem ist es durch Identifizieren der Richtung der Ableitung, die aus der Form der Wärmeableitung festgesetzt wird, möglich, die Orientierung des Materials und sogar die Richtung der Blutströmung zu identifizieren. Ferner ist es durch Identifizieren der Rate der Wärmeableitung möglich, festzusetzen, ob ein Bereich des Gewebes kanzerös ist.
  • Die 17 und 18 zeigen Beispielanmerkungen, die an dem Endoskopbild angebracht werden können. Ferner können in 19 die verschiedenen unterschiedlichen Materialien in dem Endoskopbild ebenfalls mit Anmerkungen versehen werden. Diese können Bereiche der Blutströmung, Richtungen der Blutströmung und möglicherweise sogar kanzeröses Material aufweisen, um den Chirurgen auf einen Bereich zu lenken, an dem eine Biopsie oder dergleichen auszuführen ist. Ferner kann der Chirurg durch Identifizieren der Rate und Richtung der Blutströmungen zu dem Bereich das Patientenrisiko beim Ausführen einer solchen Biopsie kennen.
  • Obwohl der Prozess aus 10 und 11 oben als einer beschrieben ist, der in der CCU 5039 ausgeführt wird, ist die Offenbarung darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel können einer oder mehrere der Prozesse oder Teile der Prozesse in der Kamerakopfsteuereinheit 5015 ausgeführt werden.
  • Obwohl die Lichtquelle oben als eine VCSL beschrieben ist, ist die Offenbarung darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel kann die Lichtquelle nur Licht in dem Infrarotspektrum erzeugen oder, wie oben beschrieben wurde, sowohl in dem Infrarotspektrum als auch in dem Spektrum des sichtbaren Lichts oder nur in dem Spektrum des sichtbaren Lichts erzeugen.
  • Obwohl die Lichtquelle oben als eine beschrieben ist, die die Wärme zum lokalen Erwärmen des Materials bereitstellt, kann die Lichtquelle zum Bereitstellen von Licht in dem Infrarotspektrum zum lokalen Erwärmen des Lichts verwendet werden und wenn sie das Material nicht erwärmt zum Beleuchten des Bereichs mit sichtbarem Licht, um dem Endoskopbetreiber und/oder Chirurgen zu helfen, verwendet werden. Dies verringert die Anzahl der Lichtquellen, die in dem Endoskop erforderlich sind, und somit die Größe, die Kosten und die Komplexität der Endoskopvorrichtung.
  • Darüber hinaus kann die Lichtquelle Licht erzeugen, das (wie etwa LASER-Licht) kohärent ist oder (wie etwa das durch eine Leuchtdiode erzeugte) nicht kohärent ist. Außerdem kann die Lichtquelle Licht in verschiedenen Spektren erzeugen. Zum Beispiel kann die Lichtquelle eine einzelne Wellenlänge (oder ein schmales Band) von Licht wie etwa grünes Licht, das eine hohe Absorption durch den menschlichen Körper aufweist, erzeugen. Alternativ kann die Lichtquelle auf unterschiedliche Farben von Licht abgestimmt werden. In diesem Fall variiert die Zeit, um das Material um einen gegebenen Betrag zu erwärmen, in Abhängigkeit von dem Material und von der Wellenlänge des Lichts, da die Absorption des Lichts durch das Material variiert. Dementsprechend kann die Wellenlänge des zum Erzeugen der Erwärmungsmusterelemente verwendeten Lichts in der Tabelle aus 4 gespeichert sein.
  • Obwohl das Obige z. B. verwendet worden ist, um die Quelle eines Schnitts zu bestimmen, ist die Offenbarung darauf nicht beschränkt. Dadurch, dass die Strömung von Blut in Gewebe bestimmt wird, können dadurch, dass bestimmt wird, ob die Blutversorgung zu einem bestimmten Gebiet schlecht oder übermäßig ist, ebenfalls die Gefäßrichtung und die Durchspülung in dem Gewebe deduziert werden.
  • Obwohl das Obige in Bezug auf die Endoskopie erwähnt worden ist, ist die Offenbarung darauf nicht beschränkt. Tatsächlich sind Ausführungsformen der Offenbarung auf irgendeine Art chirurgischer Vorrichtung oder medizinischer Bildgebungsvorrichtung anwendbar. Beispiele weisen die chirurgische Mikroskopie zur Verwendung in Prozeduren wie etwa Neurochirurgie oder Reinigung einer Wunde oder andere medizinische Bildgebungsvorrichtungen wie etwa jene, die in der Gebärmutterspiegelung verwendet werden, auf, sind darauf aber nicht beschränkt.
  • Durch die folgenden nummerierten Absätze sind verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung definiert:
    1. 1. Medizinisches Bildgebungssystem, das ein Erwärmungselement, das dafür konfiguriert ist, an ein Material wenigstens ein Erwärmungsmusterelement anzulegen, um das Material lokal zu erwärmen; einen Sensor, der dafür konfiguriert ist, die Position des erwärmten Materials zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Anlegen des Erwärmungsmusterelements zu erfassen; und eine Schaltungsanordnung, die dafür konfiguriert ist, auf der Grundlage der erfassten Position des erwärmten Materials nach der vorgegebenen Zeit die Änderung des an das Material angelegten Erwärmungsmusters zu bestimmen, umfasst.
    2. 2. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 1, wobei das Erwärmungselement ferner dafür konfiguriert ist, an das Material mehrere Erwärmungsmusterelemente anzulegen, die als ein Erwärmungsmuster angeordnet sind.
    3. 3. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 2, wobei jedes Erwärmungsmusterelement mit dem Erwärmungsmuster im Wesentlichen dieselbe Größe aufweist.
    4. 4. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 1 bis 3, wobei das Erwärmungselement zum Emittieren von Infrarotstrahlung zum Erwärmen des Materials konfiguriert ist.
    5. 5. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 3, wobei das Erwärmungselement ferner zum Emittieren von Licht in dem sichtbaren Spektrum konfiguriert ist.
    6. 6. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 1 bis 5, wobei das Erwärmungselement eine Laserlichtemissionsvorrichtung ist.
    7. 7. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 6, wobei das Erwärmungselement ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator ist, der an einem distalen Ende der Endoskopvorrichtung angeordnet ist.
    8. 8. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 1 bis 7, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, durch Vergleichen des nach der vorgegebenen Zeit erfassten Bilds mit einem zuvor erfassten Bild die Bewegung des Materials zu bestimmen.
    9. 9. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 1 bis 8, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, auf das Bild vor der Erfassung durch den Sensor eine Bildstabilisation anzuwenden.
    10. 10. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 1 bis 9, wobei das Material ein Fluid ist und wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, die Bewegung des Fluids auf der Grundlage der Änderung des Erwärmungsmusters über eine definierte Zeitdauer zu bestimmen.
    11. 11. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 10, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, auf der Grundlage der Bewegung die Quelle des Fluids zu bestimmen.
    12. 12. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 1 bis 11, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, auf der Grundlage der Änderung des Erwärmungsmusters eine Diffusionsrate der Erwärmung zu bestimmen.
    13. 13. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 12, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, auf der Grundlage der Diffusionsrate eine Eigenschaft des Materials zu bestimmen.
    14. 14. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 1 bis 13, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, das erfasste Bild mit der Bewegung des Materials mit Anmerkungen zu versehen und das Bild mit Anmerkungen anzuzeigen.
    15. 15. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 10 bis 14, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, das erfasste Bild mit der Quelle des Fluids mit Anmerkungen zu versehen und das Bild mit Anmerkungen anzuzeigen.
    16. 16. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 2, das ferner eine Linsenanordnung umfasst und wobei die Schaltungsanordnung zum Einstellen der Brennweite der Linsenanordnung in der Weise, dass eine Teilmenge der mehreren Erwärmungselemente im Brennpunkt sind, konfiguriert ist.
    17. 17. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 1 bis 16, wobei das System ferner einen Bildsensor für die Bildgebung eines Endoskopbilds, das wenigstens eine rote, eine grüne und eine blaue Farbkomponente umfasst, umfasst.
    18. 18. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 1 bis 17, wobei der Sensor dafür konfiguriert ist, Infrarotwellenlicht zu detektieren.
    19. 19. Medizinisches Bildgebungssystem nach Bestimmung 18, wobei der Sensor dafür konfiguriert ist, das Licht mit sichtbaren Wellenlängen zu detektieren.
    20. 20. Verfahren in einem medizinischen Bildgebungssystem, wobei das Verfahren das Anwenden wenigstens eines Erwärmungsmusterelements auf ein Material, um das Material lokal zu erwärmen; das Erfassen der Position des erwärmten Materials eine vorgegebene Zeit nach dem Anwenden des Erwärmungsmusterelements; und das Bestimmen der Änderung des auf das Material angewendeten Erwärmungsmusters auf der Grundlage der erfassten Position des erwärmten Materials nach der vorgegebenen Zeit umfasst.
    21. 21. Computerprogrammprodukt, das computerlesbare Anweisungen umfasst, die den Computer, wenn sie in einen Computer geladen sind, zum Ausführen eines Verfahrens nach Bestimmung 20 konfigurieren.
  • Offensichtlich sind im Licht der obigen Lehren zahlreiche Abwandlungen und Änderungen der vorliegenden Offenbarung möglich. Somit kann die Offenbarung im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche selbstverständlich auf andere als die hier spezifisch beschriebe Weise verwirklicht werden.
  • Insofern Ausführungsformen der Offenbarung als wenigstens teilweise durch softwaregesteuerte Datenverarbeitungseinrichtungen implementiert beschrieben worden sind, wird gewürdigt werden, dass ein nichttransitorisches maschinenlesbares Medium, das Software trägt, wie etwa eine optische Platte, eine Magnetplatte, ein Halbleiterspeicher oder dergleichen, ebenfalls als Repräsentant einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angesehen wird.
  • Es wird gewürdigt werden, dass die obige Beschreibung zur Klarheit Ausführungsformen mit Bezug auf unterschiedliche Funktionseinheiten, Schaltungen und/oder Prozessoren beschrieben hat. Allerdings wird gewürdigt werden, dass irgendeine geeignete Verteilung der Funktionalität zwischen verschiedenen Funktionseinheiten, Schaltungen und/oder Prozessoren verwendet werden kann, ohne die Ausführungsformen zu beeinträchtigen.
  • Die beschriebenen Ausführungsformen können in irgendeiner geeigneten Form, einschließlich Hardware, Software, Firmware oder irgendeiner Kombination von diesen, implementiert werden. Die beschriebenen Ausführungsformen können optimal wenigstens teilweise als Computersoftware, die in einem oder mehreren Datenprozessoren und/oder digitalen Signalprozessoren ausgeführt wird, implementiert werden. Die Elemente und Komponenten irgendeiner Ausführungsform können physikalisch, funktional und logisch auf irgendeine geeignete Weise implementiert werden. Tatsächlich kann die Funktionalität in einer einzelnen Einheit, in mehreren Einheiten oder als Teil anderer Funktionseinheiten implementiert werden. Somit können die offenbarten Ausführungsformen in einer einzelnen Einheit implementiert werden oder können sie zwischen unterschiedlichen Einheiten, Schaltungen und/oder Prozessoren physikalisch und funktional verteilt sein.
  • Obwohl die vorliegende Offenbarung in Verbindung mit einigen Ausführungsformen beschrieben worden ist, soll sie nicht auf die spezifische hier dargelegte Form beschränkt sein. Obwohl ein Merkmal in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben zu sein scheinen kann, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet außerdem, dass verschiedene Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen auf irgendeine geeignete Weise kombiniert werden können, um die Technik zu implementieren.

Claims (21)

  1. Medizinisches Bildgebungssystem, das ein Erwärmungselement, das dafür konfiguriert ist, an ein Material wenigstens ein Erwärmungsmusterelement anzulegen, um das Material lokal zu erwärmen; einen Sensor, der dafür konfiguriert ist, die Position des erwärmten Materials zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Anlegen des Erwärmungsmusterelements zu erfassen; und eine Schaltungsanordnung, die dafür konfiguriert ist, auf der Grundlage der erfassten Position des erwärmten Materials nach der vorgegebenen Zeit die Änderung des an das Material angelegten Erwärmungsmusters zu bestimmen, umfasst.
  2. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei das Erwärmungselement ferner dafür konfiguriert ist, an das Material mehrere Erwärmungsmusterelemente anzulegen, die als ein Erwärmungsmuster angeordnet sind.
  3. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 2, wobei jedes Erwärmungsmusterelement mit dem Erwärmungsmuster im Wesentlichen dieselbe Größe aufweist.
  4. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei das Erwärmungselement zum Emittieren von Infrarotstrahlung zum Erwärmen des Materials konfiguriert ist.
  5. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 3, wobei das Erwärmungselement ferner zum Emittieren von Licht in dem sichtbaren Spektrum konfiguriert ist.
  6. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei das Erwärmungselement eine Laserlichtemissionsvorrichtung ist.
  7. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 6, wobei das Erwärmungselement ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator ist, der an einem distalen Ende der Endoskopvorrichtung angeordnet ist.
  8. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, durch Vergleichen des nach der vorgegebenen Zeit erfassten Bilds mit einem zuvor erfassten Bild die Bewegung des Materials zu bestimmen.
  9. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, auf das Bild vor der Erfassung durch den Sensor eine Bildstabilisation anzuwenden.
  10. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei das Material ein Fluid ist und wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, die Bewegung des Fluids auf der Grundlage der Änderung des Erwärmungsmusters über eine definierte Zeitdauer zu bestimmen.
  11. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 10, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, auf der Grundlage der Bewegung die Quelle des Fluids zu bestimmen.
  12. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, auf der Grundlage der Änderung des Erwärmungsmusters eine Diffusionsrate der Erwärmung zu bestimmen.
  13. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 12, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, auf der Grundlage der Diffusionsrate eine Eigenschaft des Materials zu bestimmen.
  14. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, das erfasste Bild mit der Bewegung des Materials mit Anmerkungen zu versehen und das Bild mit Anmerkungen anzuzeigen.
  15. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 10, wobei die Schaltungsanordnung dafür konfiguriert ist, das erfasste Bild mit der Quelle des Fluids mit Anmerkungen zu versehen und das Bild mit Anmerkungen anzuzeigen.
  16. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 2, das ferner eine Linsenanordnung umfasst und wobei die Schaltungsanordnung zum Einstellen der Brennweite der Linsenanordnung in der Weise, dass eine Teilmenge der mehreren Erwärmungselemente im Brennpunkt sind, konfiguriert ist.
  17. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei das System ferner einen Bildsensor für die Bildgebung eines Endoskopbilds, das wenigstens eine rote, eine grüne und eine blaue Farbkomponente umfasst, umfasst.
  18. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei der Sensor dafür konfiguriert ist, Infrarotwellenlicht zu detektieren.
  19. Medizinisches Bildgebungssystem nach Anspruch 18, wobei der Sensor dafür konfiguriert ist, das Licht mit sichtbaren Wellenlängen zu detektieren.
  20. Verfahren in einem medizinischen Bildgebungssystem, wobei das Verfahren das Anwenden wenigstens eines Erwärmungsmusterelements auf ein Material, um das Material lokal zu erwärmen; das Erfassen der Position des erwärmten Materials eine vorgegebene Zeit nach dem Anwenden des Erwärmungsmusterelements; und das Bestimmen der Änderung des auf das Material angewendeten Erwärmungsmusters auf der Grundlage der erfassten Position des erwärmten Materials nach der vorgegebenen Zeit umfasst.
  21. Computerprogrammprodukt, das computerlesbare Anweisungen umfasst, die den Computer, wenn sie in einen Computer geladen sind, zum Ausführen eines Verfahrens nach Anspruch 20 konfigurieren.
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