DE19750698A1 - Three=dimensional surveying apparatus especially for organic cavities - Google Patents

Three=dimensional surveying apparatus especially for organic cavities

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DE19750698A1
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Karl-Heinz Dipl Phys Gaida
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Andreas Dr Med Mueller
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Primed Halberstadt Medizintechnik 38820 Halberstadt De GmbH
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Abstract

The apparatus uses a flexible endoscope to the end of which a measuring probe is fitted. The measuring probe has an optical fibre bundle (11) enclosed by an outer sheath provided with equal-distant markings, with an optical imaging unit (14) and a beam deflector (15), for directing light onto the interior of the body aperture (3) at its distal end. A second imaging unit (6) is provided at the proximal and of the endoscope for providing an image at a detector (4). Image coordinate points corresponding to lumen markings (10) are stored and processed for controlling a display.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur dreidimensionalen Vermessung und Bilderfassung von Hohlräumen, insbesondere organischen Hohlräumen. The invention relates to an arrangement for three-dimensional measurement and imaging of cavities, in particular organic cavities. Auch findet die Erfindung Verwendung zur definierten Überwachung von Veränderungen der zu vermessenden Hohlräume nach längeren Zeiträumen oder zur Vermessung von von Normwerten abweichender Strukturen. Also, the invention using the defined monitoring changes of the to be measured cavities after longer periods, or for the measurement of normal values ​​differing structures may be found.

Der mit der Erfindung realisierbare Hohlraumscan gibt Auskunft über die exakten Lumenmaße, welche absolut (die Querschnittsfläche), relativ (im Vergleich zu Bezugsflächen) und dynamisch in zeitlicher Änderung angegeben werden können. The realizable with the invention cavity scan provides information on the exact dimensions lumen, which may be absolute (the sectional area) is relatively (compared to reference surfaces) and dynamically change with time. Andererseits können nach anatomischen Vorbild medizinische Hilfsmittel gefertigt und Hohlraummodelle geschaffen werden. On the other hand, medical devices can be manufactured according to the anatomical model and the cavity model to be created.

Nach dem bekannten Stand der Technik sind auf einem schwarzen Kunststoffmantel handelsüblicher flexibler Endoskope unterschiedlicher Hersteller in 5 oder 10 cm Abstand weiße Ringe als Maß für die Eindringtiefe aufgebracht. According to the known prior art white rings are applied as a measure of the depth of penetration on a black plastic sheath commercially available flexible endoscopes of different manufacturers in 5 or 10 cm distance. Neben anderen Nachteilen ist mit diesen groben Markierungsabständen eine medizinisch interessante und vor allem präzise Distanz- und Längenmessung im Körperinneren nicht möglich. Among other drawbacks with these rough marking distances a medically interesting and above all accurate distance and length measurements inside the body impossible. Eine Röntgenbildwandlerkontrolle der Endoskop- bzw. Sondenlage ermöglicht eine exaktere Bestiminung der aktuellen Geräteposition, die allerdings erst eineindeutig bei einer Darstellung in zwei Ebenen ist. An X-ray image intensifier of the endoscope or probe position allows a more accurate Bestiminung the current device position, however, only one-one at a presentation in two levels. Diese Methode hat jedoch den Nachtteil der damit verbundenen Strahlenbelastung. However, this method has the disadvantage of the associated radiation exposure. In US-PS 5,297,346 ist eine Vorrichtung zur Abstandsmessung und relativen Positionsbestimmung der Eindringtiefe eines Endoskops beschrieben, bei der Zahnräder mit der Endoskopoberfläche in Verbindung stehen und durch die bewirkte Drehung bei Vorschub oder Verdrehung des Endoskops ein Signal für dessen Position ableitbar ist. In US-PS 5,297,346 an apparatus for measuring the distance and relative position determining the penetration depth of an endoscope is described, are provided in the gears to the endoscope surface in connection, and a signal for which the position is derivable by the induced rotation in advancement or twisting of the endoscope. Ferner ist bei einer derartigen Ausführung eine mechanische Beschädigung des Endoskops zu verzeichnen und die Zahn- und Reibradgetriebe können nicht desinfiziert werden, woraus sich eine nur einmalige Verwendungsmöglichkeit ergibt. Furthermore, in such a design, mechanical damage of the endoscope is recorded and the friction gear tooth and can not be disinfected, resulting in only a one-time use possibility. Eine Vermessung des jeweils aktuellen Hohlraumquerschnitts ist mit dieser Vorrichtung jedoch nicht möglich. However, a measurement of the current cross-section of the cavity is not possible with this apparatus.

Zur Sondierung des Querschnitts eines Hohlorgans werden nach dem Stand der Technik als einfachste Methode Katheter mit zunehmender Dicke solange eingeführt, bis der zu vermessende Querschnitt erreicht ist. Probing of the cross section of a hollow organ catheters are inserted with increasing thickness until the cross-section to be measured is reached according to the prior art as the simplest method. Diese Art der Sondierung birgt eine hohe Verletzungsgefahr in sich und ist nicht zur Abbildung des exakten Querschnittsbildes geeignet. This type of probe carries a high risk of injury and is not suitable for mapping the precise cross-sectional image. In US-PS 5,436,655 ist eine Ausbildung einer Lichtleitfasern enthaltenden Endoskopspitze angegeben, mit der eine dreidimensionale Oberflächenbewertung einer Hohlraumoberfläche ermöglicht wird. In US Patent 5,436,655 a formation of optical fibers is indicated containing endoscope tip, with a three-dimensional surface evaluation of a cavity surface is made possible. Die detektierenden Faserenden sind dort senkrecht zur zu vermessenden Oberfläche zu richten, so daß die Endoskopspitze abgewinkelt ausgeführt sein muß, was zum einen ebenfalls eine diffizile Handhabung des Gerätes erfordert, um mechanische Wandreizungen oder Verletzungen auszuschließen zum anderen aber von vornherein die Detektion von Hohlraumquerschnitten, die unterhalb der Sondenausdehnung liegen, ausschließt. The detecting fiber ends are to be sent there perpendicular to the surface to be measured, so that the endoscope tip must be designed angled, which also requires a difficult handling of the device on the one hand, to eliminate mechanical wall irritation or injury on the other hand from the start the detection of the cavity cross-sections below the probe extension excludes.

Letzteres Problem wird durch die US-PS 5,381,786 behoben. The latter issue is addressed by US Patent No. 5,381,786. Dort sind mehrere konzentrisch verteilte einzelne Lichtleitfasern vorgesehen, die einen Lichtaustritt auf einen vorgelagerten Kegel mit reflektierender Oberfläche bewirken, von der aus das Licht senkrecht auf die Hohlraumoberfläche abgelenkt, von dort reflektiert und von einer zusätzlichen, neben der Beleuchtungsfaser angeordneten weiteren Lichtleitfaser empfangen wird. There, a plurality of concentrically distributed individual optical fibers are provided to cause a light exit on an upstream cone with a reflective surface, is deflected from which the light is perpendicular to the cavity surface, reflected therefrom and received by an additional, arranged next to the illumination fiber further optical fiber. Bei dieser Lösung wird die Intensität des empfangenen Lichtes verwendet, um über eine relativ ungenaue Beziehung auf den jeweiligen Lumenquerschnitt zu schließen. In this solution, the intensity of the received light is used to close on a relatively imprecise relationship to the respective lumen cross-section. Durch diese Ausbildung der Vorrichtung wird jedoch ein Teil des Lumenbildes verdeckt, so daß nicht die gesamte, der aktuellen Position des Sondenkopfes entsprechende Hohlraumquerschnittsfläche erfaßbar ist. This configuration of the device, however, a part of the lumen of the image is hidden, so that not all, corresponding to the current position of the probe head cavity cross-sectional area can be detected. Um auch den verdeckten Hohlraumbereich erkennen zu können, bedürfte es einer Verdrehung der Vorrichtung, was jedoch die Gefahr einer anderen lateralen Position als auch eine nicht exakte Beibehaltung der Meßachse zur vorhergehenden Stellung und zusätzlich auch eine zwischenzeitliche Bewegung des biologischen Hohlraums einschließt, wodurch mit dieser Vorrichtung ebenfalls keine präzisen Meßwerte für einen definierten Lumenquerschnitt erhaltbar sind. also in order to detect the hidden cavity area, it would require a rotation of the device, but this includes a risk of other lateral position and a non-exact maintaining of the measurement axis to the previous position, and in addition, an interim movement of the biological cavity, whereby with this device also no precise measurement values ​​for a defined luminal area are obtainable. Eine definierte Vorschubmessung ist bei dieser Vorrichtung ebenfalls nicht vorgesehen. A defined feed measurement is also not provided in this device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur präzisen dreidimensionalen Vermessung von Hohlräumen, insbesondere organischen Hohlräumen anzugeben, die insbesondere als Zusatzeinrichtung zu bekannten flexiblen Endoskopen zur Verwendung gelangen kann und somit auch über längere Zeiten Hohlraumveränderungen definiert zu überwachen gestattet. The invention has the object of providing an arrangement for the precise three-dimensional measurement of cavities, indicating in particular organic cavities can pass as an optional feature to known flexible endoscopes for use in particular and allows thus defined, even over longer periods cavity changes to be monitored.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. The object is solved by the features of the first claim. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen sind durch die nachgeordneten Ansprüche erfaßt. Advantageous further embodiments are covered by the dependent claims.

Die Erfindung soll nachstehend anhand schematischer Ausführungs beispiele und Zeichnungen näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail with reference to schematic execution examples and drawings. Es zeigen: Show it:

Fig. 1 wesentliche Merkmale einer zum Einsatz gelangenden Sondenausbildung, Fig. 1 essential features of a probe for use reaching education,

Fig. 2 den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung zur Hohlraumvermessung und Fig. 2 shows the basic structure of the inventive arrangement for measuring cavity, and

Fig. 3 einen detaillierteren Aufbau der Gesamtanordnung. Fig. 3 shows a more detailed structure of the overall arrangement.

Die vorgeschlagene Anordnung beinhaltet als erste wesentliche Baugruppe, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Aufsteckeinheit AE, die eine dünne Sonde 1 beinhaltet, welche durch ein geordnetes Lichtleitfaserbündel 11 , vorzugsweise aus Monomodelichtleitfasern bestehend, welches von einem Mantel 12 umfaßt ist, gebildet ist. The proposed arrangement includes a first main assembly, as shown in Fig. 1, a creel of AE, which includes a thin probe 1, which is by an ordered bundle of optical fibers 11, preferably from Monomodelichtleitfasern consisting, which comprises a jacket 12, is formed. Die Länge und der Durchmesser der Sonde 1 sind so festgelegt, daß sie über eine in einem Anschlußstück 20 vorgesehene Öffnung 21 in den Arbeitskanal 22 eines flexiblen Endoskopes 2 einführbar ist und über dessen distalen Ende 23 (vgl. Fig. 2) hinaus in einer des lateral zu vermessenden Hohlraums 3 entsprechenden Länge hinaus verschiebbar ist. The length and diameter of the probe 1 are set so that they can be inserted through an opening provided in a connecting piece 20 opening 21 into the working channel 22 of a flexible endoscope 2 and the distal end 23 (see. Fig. 2) out into a the laterally displaceable to be measured 3 corresponding to the cavity length. Zumindest in einer dieser vorgebbaren Verschiebungslänge entsprechenden Länge ist der Mantel 12 im Bereich des proximalen Endoskopendes 24 (vgl. Fig. 2) der Sonde 1 mit zirkulär angeordneten Markierungen 13 versehen, die eine exakte Vorschublängenmessung in Zusammenhang mit weiteren Meßmitteln ermöglichen. At least in one of these predetermined shift length corresponding length of the sheath (Fig. 2 comp.) 12 in the region of the proximal endoscope end 24 of the probe 1 is provided with circularly arranged markings 13, which allow precise feed length measurement in conjunction with other measuring means. Die Markierungen 13 erstrecken sich mindestens über einen Bereich, der der maximalen Vorschublage der Sonde 1 über das distale Endoskopende 23 hinaus entspricht. The marks 13 extend at least over a range corresponding to the maximum feed position of the probe 1 on the distal end of the endoscope 23 also. Die Art der Markierungen 13 kann vielgestaltig sein. The type of markings 13 can take many forms. So können sie z. So they can be,. B. als optisch erfaßbare Streifenmuster, in Form von äquidistanten schwarzen Ringen, ausgebildet sein, welche mittels optischer Abtast- oder Auslesemittel 5 bei Bewegung entlang in Richtung eines Pfeils p 1 detektierbar sind und so eine exakte Vorschubmessung ermöglichen. B. an optically detectable stripe pattern, in the form of equidistant black rings may be formed, which are by means of optical scanning or reading means 5 along with movement in the direction of an arrow p 1 detected, thus enabling an exact feed measurement. Ebenso können für die Markierungen in regelmäßigen Abständen Magnetstreifen bzw. -ringe in den Mantel 13 eingebracht sein, welche bspw. mittels Hallsensoren bezüglich ihrer Vorschublage detektierbar sind. Can also for the marks at regular intervals magnetic strips or rings to be inserted, which by means of Hall sensors feed their position can be detected, for example. In respect to the jacket 13. In jedem Fall sollen die Markierungen aus Gründen der medizinischen Hygiene berührungslos erfaßbar und der Sensor desinfizierbar sein. In any case, the markings are detected without contact for reasons of medical hygiene and the sensor can be disinfected. Die Lichtschranken bzw. Hallsensoren oder vergleichbare Mittel liefern, unterstützt durch eine elektronische Schaltung, ein Signal (z. B. ein TTL-Rechtecksignal), welches Informationen über Bewegungsgröße und Bewegungsrichtung bereitstellen. provide the photocells or Hall sensors or similar means, supported by an electronic circuit providing a signal (z. B. a TTL square wave signal) which is information about motion size and direction of movement. Entsprechend dem Kantenabstand der Meßsondenmarkierungen, der im Beispiel 2 mm beträgt, kann der digitale Meßwert mit einem Umrechnungsfaktor multipliziert und das so gewonnene Längen- bzw. Vorschubmaß auf einem Zahlenstrahl, einer Computerbildschirmmaske oder auf einem Videomonitor bzw. einem separaten Display zur Anzeige gebracht werden. According to the edge spacing of the Meßsondenmarkierungen which is 2 mm in the example, the digital measurement value can be multiplied by a conversion factor and the length or Vorschubmaß thus obtained are placed on a number line, a computer screen mask or on a video monitor or a separate display for display. Alle vorstehend beschriebenen funktionellen Baugruppen sind in Fig. 2 blockschaltbildartig in einer ersten Baugruppe S zusammengefaßt dargestellt. All the functional modules described above are shown combined in FIG. 2 of a block diagram in a first assembly S. Weiterhin ist den in der Aufsteckeinheit AE integrierten Abtast- oder Auslesemitteln 5 wenigstens ein Tastmittel T als elektronischer Signalgeber (die zugehörigen Schaltungsbausteine sind in Fig. 1 lediglich als nicht näher bezeichneter Block dem Tastmittel zugeordnet) zur Markierung eines definierten Vorschubs der Sonde 1 zugeordnet. Furthermore, the integrated in the creel AE scanning or reading means 5 at least one sensing means T as an electronic signal generator (the corresponding circuit blocks are merely unspecified block associated with the sensing means in Fig. 1) for marking a defined advance of the probe 1 assigned. Damit lassen sich zum einen der Nullpunkt des Beginns der Vermessung festlegen, als auch den während der endoskopischen Betrachtung gefundenen interessanten Lumenbereichen Landmarken zuordnen, so daß diese bei späteren Wiederholungsmessungen gezielt wieder auffindbar sind. Thus, the zero point of the beginning of the survey can be the one set, and assign those found during endoscopic observation interesting lumen areas landmarks, so that they can be found in subsequent repeat measurements targeted again.

In den Fig. 2 und 3 ist dargestellt, daß die Sonde 1 an ihrem, den zu vermessenden Hohlraum zugewandten Ende weiterhin mit einem optischen Kollimator 14 , bspw. auch in Form einer GRIN-Linse, versehen ist, der das aus dem geordneten Lichtleitfaserbündel 11 austretende Licht parallel auf ein Strahlablenkmittel 15 weiterleitet. In FIGS. 2 and 3 it is shown that the probe 1 is further provided at its, to be measured cavity facing end with an optical collimator 14, for example. In the form of a GRIN lens, that the from the parent fiber optic bundle 11 exiting light passes parallel to a beam deflection 15th Das Strahlablenkmittel 15 kann durch einen mit der Spitze auf die faserseitige Lichtaustrittsebene gerichteten und an seiner Oberfläche zumindest in einem Ringbereich reflektierenden Kegel als auch durch ein entsprechendes Hologramm gebildet sein. The beam deflecting means 15 can be directed by the tip of the fiber side light exit plane and on its surface at least in a ring area reflective cone and by a corresponding hologram be formed. Der Kegel oder vergleichbare Baugruppen als auch der Kollimator sind vorteilhaft in eine durchsichtige Hülse 16 eingebracht und mit dem Lichtleitfaserende verbunden. The cone or comparable assemblies and the collimator 16 are advantageously incorporated and connected to the optical fiber end in a transparent sleeve. Entweder durch von vornherein nur in einen Ringbereich des Lichtleitfaserbündels oder difraktiv ringförmig, z. Either through a priori only in an annular region of the optical fiber bundle or difraktiv annular, z. B. von einem Halbleiterlaser 9 und über einen Lichteinkoppler 7 , generiertes Licht, oder durch das Vorsehen einer lediglich in einem Ringbereich reflektierenden Oberfläche des Kegels oder vergleichbare Maßnahmen ist zu gewährleisten, daß das auf das Strahlablenkmittel 15 gelangende Licht ringförmig und rechtwinklig zur Einstrahlrichtung auf die Oberfläche des zu untersuchenden Hohlraums 3 abgebildet wird. B. from a semiconductor laser 9 and a Lichteinkoppler 7, generated light, or by providing a reflective only in an annular region surface of the cone or similar measures is to ensure that the reaching of the beam deflecting means 15 light annular and perpendicular to the direction of incidence on the surface of the cavity 3 to be examined is imaged. Im zu untersuchenden Hohlraum 3 resultiert dabei eine umschriebene Lichtmarkierung des Hohlraumlumens am Ort des Auftreffens des durch den Kegel 15 ausgelenkten Laserstrahlenbündels. In the cavity 3 to be examined, thereby resulting in a marking of the cavity circumscribed light lumen at the location of incidence of the deflected laser beam 15 through the cone. Diese Markierung dient einerseits als Ausgangspunkt für eine nachstehend beschriebene Querschnittsmessung des Hohlraums und andererseits als Definition einer ersten Meßebene für die Längen-, Distanz- und Vorschubmessung. This flag is used both as a starting point for a below-described cross-sectional measurement of the cavity and the other as a definition of a first measuring plane for the length, spacing and feed measurement. Der an der Hohlrauminnenwandung entstehende Lichtring 10 ist durch das optische Abbildungssystem 14 erfaßbar und wird durch das geordnete Lichtleitfaserbündel 11 zurück zu einer im nachstehenden beschriebenen Auswerteeinheit gesandt (vgl. Fig. 2). The resulting at the Hohlrauminnenwandung light ring 10 is detected by the imaging optical system 14 and is sent through the higher-level fiber optic bundle 11 back to a method described in the following evaluation (see. Fig. 2).

Das Abbild der Lumenmarkierung LM wird auf eine matrixförmige Empfangseinheit 4 , wie eine monochrome CCD-Kamera, in eine Auswerteeinheit außerhalb des Endoskops übertragen. The image of the lumen mark LM is transferred to a matrix-type receiving unit 4, such as a monochrome CCD camera in an analysis unit outside the endoscope. Nach Digitalisierung des Videosignals durch eine an sich bekannte Frame- Grabber Karte wird mittels einer eigens dafür entwickelten Software aus dem Bild die Kontur der Lumenmarkierung herausgefiltert. After digitization of the video signal by a per se known frame grabber card, the contour of the lumen marker is filtered out by means of a specially developed software from the image. Die jeweiligen Bildschirm-xy-Koordinaten der jeweiligen Lumenmarkierung LM werden zusammen mit der von den Markierungen 13 erhaltenen Längen-Vorschub-Meßkomponente (z-Koordinate) in einem nicht näher bezeichneten elektronischen Speicher abgelegt und können zur Anzeige gebracht werden. The respective screen-xy-coordinates of the respective lumen mark LM, together with the information obtained from the markings 13 lengths feed-measuring component (z coordinate) is stored in an unspecified electronic memory and can be displayed.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßsondenspitze, bestehend aus dem Verbund aus dem Lichtleitfaserbündelende, dem Kollimator 14 und dem Strahlablenkmittel 15 , einer aktiven Verstellung im Sinne einer definierten Abwinkelung unterwerfbar ist. In a further embodiment of the invention it is provided that the probe tip consisting of the composite of the Lichtleitfaserbündelende, the collimator 14 and the beam deflecting means 15, an active adjustment in terms of a defined bend is unterwerfbar. Dazu kann die Meßsondenspitze mit Mitteln zur Übertragung von Zug- und Druckkräften 8 in Verbindung gebracht sein, bspw mit zwei Bowdenzügen, wodurch ein zweidimensional lenkbarer Katheter gebildet ist, der mittels Schrittmotoren M ansteuerbar ist. For this purpose, the probe tip may be associated with means for the transmission of tensile and compressive forces 8, for example with two Bowden cables, whereby a two-dimensional steerable catheter is formed which can be controlled by means of stepping motors M. Behelfsweise kann durch Achsendrehung des Katheters mittels einer mit einem Schrittmotor angesteuerten Verdrehungseinrichtung V und mit nur einem Bowdenzug, der eine Kraft in Richtung von Doppelfeilen p 2 überträgt und eine Auslenkung der Meßsondenspitze in Richtung des in Fig. 3 angedeuteten Doppelpfeile p 3 bewirkt, der gewünschte Bewegungsradius erreicht werden. Provisionally, by axial rotation of the catheter by means of a driven with a stepping motor rotation means V, and with only one Bowden cable which transmits a force in the direction of double filing p 2 and a deflection of the probe tip in the direction of in Fig. 3, indicated double arrows p 3 causes the desired range of motion can be achieved.

Sind letztere Maßnahmen vorgesehen, kann wie folgt vorgegangen werden: Bei einer definiert festgehaltenen z-Koordinate, durch Fixierung der Einschubtiefe der Sonde 1 in das Endoskop 2 , werden bei verschiedenen Abwinkelungen der Sondenspitze jeweils die dabei erhaltenen Bilder der Lumenmarkierung in nicht näher bezeichneten Baugruppen gespeichert und die jeweiligen Schnittflächen berechnet. If the latter action provided one can proceed as follows: At a defined held z-coordinate, by fixing the insertion depth of the probe 1 in the endoscope 2, the probe tip the images thereby obtained, the lumen mark are respectively stored in unspecified components at different angular deflections and the respective cut surfaces calculated. Bei Erreichen des kleinsten Flächeninhalts ist sichergestellt, daß die Hohlrauminnenwand tatsächlich in 90° von den von dem Kegel 15 abgelenkten Lichtstrahlen getroffen wird. Upon reaching the smallest surface area ensures that the cavity inner wall is actually made in 90 ° from the deflected from the cone 15 light beams. Diese Fläche ist die gesuchte Querschnittsfläche, deren Umriß-xy-Koordinaten der weiteren Speicherung und Auswertung zugeführt werden. This surface is the required cross-sectional area whose outline xy coordinates of the further storage and analysis are fed. Außerdem ist als optisches Hilfsmittel zur schnellen Auffindung der gesuchten Querschnittsfläche der Umstand nutzbar, daß sich bei Achsenknickungen das Lumenbild LM des zu untersuchenden Hohlraums gegenüber dem Mittelpunkt MP der CCD-Matrix verschiebt, wodurch sich der Flächenschwerpunkt der Querschnittsflächen zu MP beim Vorschub entsprechend dem Ausmaß der Knickung um jeweils einen x- und y- Betrag verändert, der an der Verschiebung zwischen MP und Lumenmarkierung abgelesen werden kann, wie es in Fig. 3 angedeutet ist. Moreover, the fact is used as a visual aid for quick retrieval of the desired cross-sectional area that at Achsenknickungen the lumen image shifts LM of the to be tested cavity opposite the midpoint MP of the CCD array, causing the centroid of the cross sectional areas of at MP in advance according to the degree buckling at each change a x and y amount that can be read on the shift between MP and lumen marking, as is indicated in Fig. 3. Gesteuert wird die Auslenkung über eine intelligente elektronische Schaltung OP, die ausgehend von der bisher erreichten minimalen Fläche, der aktuellen Schnittfläche und der Mittelpunktabweichung die neue Position bestimmt. the deflection of an intelligent electronic circuit OP, the determined starting from the previously reached minimum area, of the current sectional area and the center deviation, the new position is controlled. Durch Veränderung des Vorschubs der Meßsonde 1 lassen sich so bei mehreren aufeinanderfolgenden Vorschubstellungen (z-Koordinaten) jeweils xy-Koordinaten eines Lumenabbildes LM zuordnen, so daß man nach der Speicherung der selektierten Daten und geeigneter Auswertung zumindest über den zu untersuchenden Hohlraumabschnitt ein exaktes Abbild des gesamten untersuchten Hohlraums 3 erhält, wie es schematisch in Fig. 3 anhand eines perspektivisch dargestellten Hohlraumausschnitts HS angedeutet ist. By varying the advance of the probe 1 (z-coordinate) can be so for several consecutive feed positions in each xy-coordinates of a lumen image LM assign, so that after the storage of the selected data and appropriate evaluation of at least about to be examined cavity portion an exact image of entire investigated cavity 3 is obtained, as is indicated schematically in Fig. 3 with reference to an illustrated perspective cavity section HS. Auf diese Weise ist eine schrittweise 3D-Ausmessung des gesamten zu untersuchenden Hohlraums 3 möglich. In this way, a gradual 3D measurement of the total to be examined cavity 3 is possible. Das Stellmaß der genannten Schwerpunktkorrektur dient gemeinsam mit den x-, y- und z-Koordinaten zur 3D-Rekonstruktion des vermessenen Hohlraums. The Stellmaß said focus correction is used together with the x-, y- and z-coordinate for 3D reconstruction of the measured cavity. Nach Umwandlung der Daten in Standard-Datenformate können beliebige Darstellungen und Modellfertigungen vorgenommen werden. After converting the data into standard data formats any representations and model manufacturing can be made. Zudem bieten die mit der Anordnung gewonnenen Daten die Möglichkeit für eine anatomisch angepaßte Herstellung medizinischer Hilfsmittel, wie z. In addition, the data obtained with the arrangement provide the opportunity for an anatomically adapted production of medical aids such. B. eines Platzhalters nach ausgemessener 3D-CAD-Vorlage. As a placeholder to be premeasured 3D CAD template.

Aufbauend auf dem oben zu Meßzwecken beschriebenen Lasermarkierungsprinzip für endoskopisch untersuchte Hohlräume ergibt sich die Möglichkeit ein Hohlorgan innerlich einzuscannen und das Gesamtorgan quasi aufgeschnitten als zweidimensionales Bild oder als 3D-Animation darzustellen. Based on the above measurement purposes Laser marking principle for endoscopically examined voids the opportunity arises scan a hollow organ internally and represent the total organ quasi cut as a two-dimensional image or 3D animation. Hierzu wird im zu scannenden Organ ein scharf gebündelter Ring aus weißem Licht an der Spitze der durch den Kegel radiär reflektierenden Faser abgestrahlt. To this end, a sharply focused ring is radiated from white light at the top of the reflective radially through the cone in the fiber to be scanned organ.

Durch Verwendung eines mit den oben beschriebenen Markierungen 13 versehenen Mantels 12 und des Abtast- oder Auslesemittels 5 kann in gleicher Weise die Vorschubbewegung gemessen werden. By using a provided with the above-described marks 13 and jacket 12 of the scanning or reading means 5 in the same way the forward movement can be measured. Für jeden Vorschubwert der Sonde können mittels Color-CCD-Kamera vom Objektiv des Endoskops die Bildpunkte des beleuchteten Lumenrings aufgenommen werden. For each feed rate of the probe, the pixels of the illuminated ring lumen can be recorded by means of color-CCD camera the lens of the endoscope.

Durch eine komplexe Bildbearbeitung sind die einzelnen Scans zu einem Gesamtbild zusammensetzbar und stehen für eine Bilddokumentation bzw. 3D-Animation zur Verfügung. Through a complex image processing, the individual scans can be combined to form an overall picture and are available for image documentation and 3D animation are available.

Die gesamte Auswerteeinheit ist in einer endoskopabseitigen, nicht näher dargestellten Geräteaufnahme untergebracht und mit der Meßsonde galvanisch entkoppelt verbunden, was bei Untersuchungen am lebenden Objekt wünschenswert ist. The total evaluation unit is connected housed in a endoskopabseitigen, not shown devices receiving and electrically isolated with the measurement probe, which is desirable in studies on living object. Wahlweise besteht die Möglichkeit der Ausgabe der Meßergebnisse über einen Monitor, einer handelsüblichen Videokette bzw. über eine Digitalanzeige am Meßgerät. Alternatively, it is possible the output of the measurement results via a monitor, a standard video chain or a digital display on the meter. Die Meßwertspeicherung sowie die Ausgabe der ermittelten x-, y- und z-Koordinaten kann in Datenformaten erfolgen, die eine weitere Bearbeitung und Nutzung durch Standardsoftware gestatten. Saving the measured values ​​and the issue of the x determined, y and z coordinates can be done in data formats that allow for further processing and use by standard software.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1

Sonde probe

11 11

geordnetes Lichtleitfaserbündel ordered optical fiber bundle

12 12

Mantel des Lichtleitfaserbündels Coat the optical fiber bundle

13 13

Markierungen im oder auf dem Mantel Marks in or on the cladding

12 12

14 14

Abbildungsmittel (Kollimator) Imaging means (collimator)

15 15

Strahlablenkmittel beam deflection

16 16

Hülse shell

2 2

flexibles Endoskop flexible endoscope

20 20

Anschlußstück connector

21 21

Einführöffnung im Anschlußstück Insertion in the connecting piece

22 22

Arbeitskanal working channel

23 23

distales Endoskopende distal end of the endoscope

24 24

proximales Endoskopende proximal end of the endoscope

3 3

Hohlraum cavity

4 4

matrixförmige Empfangseinheit (CCD-Kamera) matrix-shaped receiving unit (CCD camera)

5 5

Abtast- oder Auslesemittel (z. B. Lichtschranken) Scanning or reading means (z. B. photocells)

6 6

Abbildungseinheit imaging unit

7 7

Lichteinkoppler Lichteinkoppler

8 8th

Mitteln zur Übertragung von Zug- und Druckkräften Means for transmitting tensile and compressive forces

9 9

Halbleiterlaser Semiconductor laser

10 10

Lichtring (Lumenmarkierung) Ring of light (lumen mark)
AE Aufsteckeinheit AE creel
V Mittel zur Drehung Means for rotating V
S Mittel zur Steuerung, Speicherung und Verarbeitung der Daten des Sondenvorschubs S means for controlling, storing and processing the data of the probe feed
T Tastmittel T feeler
B Mittel zur Speicherung und Verarbeitung der Bildkoordinatenpunkte B means for storing and processing the image coordinate points
LM Abbild der Lumenmarkierung LM image of the lumen mark
MP Mittelpunkt der CCD-Matrix MP center of the CCD matrix
M Schrittmotor M stepping motor
OP Baugruppe zur Steuerung der Meßsondenspitzenauslenkung Surgical assembly for controlling the Meßsondenspitzenauslenkung
HS Hohlraumausschnitt HS cavity recess
p 1 p 1

, p 2 , P 2

, p 3 , P 3

Pfeile arrows

Claims (10)

  1. 1. Anordnung zur dreidimensionalen Vermessung von Hohlräumen, insbesondere organischen Hohlräumen, bestehend aus einer auf ein flexibles Endoskop ( 2 ) mit einem Anschlußstück ( 20 ) und einer Aufnahmeöffnung ( 21 ) aufsetzbaren Aufsteckeinheit (AE), in welche eine Sonde ( 1 ), die in den Arbeitskanal ( 22 ) des Endoskops ( 2 ) einführbar ist, und welche ein geordnetes Lichtleitfaserbündel ( 11 ) mit einem Mantel ( 12 ) beinhaltet, aufweist, wobei 1. An arrangement for three-dimensional measurement of cavities, in particular organic cavities, consisting of one to a flexible endoscope (2) with a connecting piece (20) and a receiving opening (21) which can be placed on unit (AE), in which a probe (1) into the working channel (22) of the endoscope (2) is insertable, and which an ordered bundle of optical fibers (11) with a jacket (12) includes, said
    • - die Sonde ( 1 ) in einer Länge ausgeführt ist, die einen Vorschub über das distale endoskopseitige Ende ( 23 ) gewährleistet und - the probe (1) is carried out at a length that ensures a feed beyond the distal end of endoscope-side (23) and
    • - der Mantel ( 12 ) in einem zum proximalen Endoskopende ( 24 ) vorverlagerten Bereich zumindest über eine Länge, die dem maximal einstellbaren Vorschub der Sonde ( 1 ) entspricht, mit äquidistanten, durch berührungslose, in der Aufsteckeinheit (AE) integrierte Abtast- oder Auslesemittel ( 5 ) erfaßbare Markierungen ( 13 ) versehen ist, - a casing (12) in a to the proximal end of the endoscope (24) vorverlagerten area corresponds to at least over a length corresponding to the maximum adjustable feed of the probe (1) with equidistant, by non-contact, in the creel (AE) integrated scanning or reading means (5) detectable marks (13) is provided,
    • - dem geordneten Lichtleitfaserbündel ( 11 ) am distalen endoskopseitigen Ende ( 23 ) ein optisches Abbildungsmittel ( 14 ) zugeordnet ist und diesem nachgeordnet, in einem starren Abstand zum Lichtleitfaserende, - the parent fiber optic bundle (11) at the distal end of the endoscope (23), an optical imaging means (14) is associated with and arranged downstream of this, in a rigid distance from the optical fiber end,
    • - ein Strahlablenkmittel ( 15 ) zugeordnet ist, das eine rechtwinklige allseitige Lichtstrahlablenkung auf die Oberfläche des zu vermessenden Hohlraums ( 3 ) ermöglicht, - a beam deflection means (15) is associated, which allows a rectangular all-round light beam deflection to be measured on the surface of the cavity (3),
    • - dem Lichtleitfaserbündelende am proximalen Endoskopende ( 24 ) eine Abbildungseinheit ( 6 ) zugeordnet ist, die eine Abbildung der das Lichtleitfaserbündel verlassenden Lichtstrahlen auf eine matrixförmige Empfangseinheit ( 4 ) gewährleistet - an imaging unit (6) is assigned to the Lichtleitfaserbündelende at the proximal end of the endoscope (24) having a map of the optical fiber bundle exiting light beams on a matrix-shaped receiving unit (4) ensures
    • - und Mittel zur Speicherung und Verarbeitung (B) der den jeweiligen Lumenmarkierungen ( 10 ) entsprechenden Bildkoordinatenpunkte als auch der jeweils zu einem Bild zugehörigen, durch die Abtast- oder Auslesemittel ( 5 ) ermittelten zugehörigen Vorschubdaten vorgesehen sind, deren Ausgangsdaten einer Anzeigevorrichtung zuführbar sind. - and means for storing and processing (B) of are provided to the respective lumen markings (10) corresponding image coordinate points as well as the particular to an image associated, by scanning or reading means (5) determined the associated feed data, the output data of a display device can be fed.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lichtleitfaserbündelende wenigstens ein Mittel ( 8 ) zur Übertragung von Zug- und Druckkräften zugeordnet ist. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the Lichtleitfaserbündelende at least one means (8) is associated for the transmission of tensile and compressive forces.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lichtleitfaserbündel Mittel (V) zur Drehung um die Lichtaustrittsachse zugeordnet sind. associated 3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the fiber optic bundle means (V) for rotation about the light output axis.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen ( 13 ) durch äquidistante optisch erfaßbare Ringe gebildet sind. 4. The arrangement according to claim 1, characterized in that the markings (13) are formed by equidistant optically detectable rings.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Ringe gebildeten Markierungen ( 13 ) durch zwei Reflexionslichtschranken ( 5 ) abtastbar sind. 5. An arrangement according to claim 4, characterized in that the marks formed by rings (13) by two reflection light barrier (5) can be scanned.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen ( 13 ) durch äquidistante in den Mantel ( 12 ) eingebettete magnetisch detektierbare Elemente, wie magnetische Streifen, gebildet sind. 6. An arrangement according to claim 1, characterized in that the markings (13) are formed by equidistant in the casing (12) embedded magnetically detectable elements, such as magnetic strips.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlablenkmittel ( 15 ) durch einen zumindest in einem Ringbereich mit einer reflektierenden Oberfläche versehenen Kegel gebildet ist. 7. An arrangement according to claim 1, characterized in that the beam deflection means (15) is formed by a provided at least in an annular area having a reflective surface cone.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlablenkmittel ( 15 ) durch ein optisches Hologramm gebildet ist. 8. An arrangement according to claim 1, characterized in that the beam deflection means (15) is formed by an optical hologram.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 und ( 7 oder 8 ), dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlablenkmittel ( 15 ) und das Abbildungsmittel ( 14 ) in einer optisch transparenten Hülse ( 16 ) aufgenommen sind. 9. An arrangement according to claim 1 and (7 or 8), characterized in that the beam deflection means (15) and the imaging means (14) in an optically transparent sleeve (16) are accommodated.
  10. 10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den in der Aufsteckeinheit (AE) integrierten Abtast- oder Auslesemitteln ( 5 ) wenigstens ein Tastmittel (T) als elektronischer Signalgeber zur Markierung eines definierten Vorschubs der Sonde ( 1 ) zugeordnet ist. 10. An arrangement according to claim 1, characterized in that the in the creel (AE) integrated scanning or reading means (5) at least one feeler (T) associated with an electronic signal generator for marking a defined advance of the probe (1).
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