DE19955346A1 - Endoskop-Abbildungsverfahren und Endoskop-System - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Abbildung eines Endoskops, das sich innerhalb eines Unterbrechungsobjektes befindet, werden die Schritte: Bestimmen von Werten, die von der Lage des Endoskops beeinflußt sind, Ermitteln von Positionen unterschiedlicher Teile des Endoskops aus den erfaßten Werten und schematisches Darstellen des Endoskops auf einem Bildschirm nach Maßgabe der ermittelten Position durchgeführt. Ein Endoskop-System, das zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, umfaßt ein Endoskop, das mehrere in ihrer Position ermittelbare Teile hat, und eine Überwachungsvorrichtung mit einer Wertbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung von Werten, die von der Lage des Endoskops beeinflußt sind, eine Positionsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln von Positionen unterschiedlicher Teile des Endoskops aus den bestimmten Werten und einen Bildschirm zur Darstellung des Endoskops anhand der ermittelten Positionen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbildung eines En­ doskops gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Endo­ skop-System.

Die Endoskopie stellt ein medizinisches Verfahren zur diagno­ stischen Betrachtung von Körperhöhlen und Hohlorganen dar, bei dem ein Endoskop in das Untersuchungsobjekt des menschli­ chen Körpers eingeführt wird. Da das Endoskop nur ein kurzes Stück "voraus" blicken kann, weiß der untersuchende Arzt häu­ fig nicht mehr, wie das Endoskop relativ zum Körper liegt. Dies ist schon an sich ein Nachteil. Es kann darüber hinaus zur Schlingenbildung des Endoskops kommen, was zu Schmerzen führt und einen weiteren Vorschub des Geräts unmöglich machen kann. Ein bekanntes Verfahren zur Abbildung des Endoskops in­ nerhalb des Untersuchungsobjekts ist die Röntgen-Durchleuch­ tung des Patienten von außen. Nachteile des Verfahrens sind nur kurze mögliche Durchleuchtungszeiten aufgrund der Strah­ lenbelastung, so daß eine kontinuierliche Durchleuchtung wäh­ rend der Einbringung des Endoskops nicht möglich ist. Außer­ dem handelt es sich um ein Zeit- und kostenintensives Unter­ suchungsverfahren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abbildung ei­ nes Endoskops innerhalb eines Untersuchungsobjekts anzugeben, das eine kontinuierliche Überwachung der endoskopischen Un­ tersuchung ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Endoskop- System zu schaffen, mit dem eine Abbildung des Endoskops in­ nerhalb des Untersuchungsobjekts vorgenommen werden kann.

Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen An­ sprüche gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Aus­ führungsformen der Erfindung gerichtet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abbildung des Endoskops innerhalb des Untersuchungsobjekts umfaßt die Schritte des Bestimmens von Werten, die von der Lage des Endoskops beein­ flußt sind, das Ermitteln von Positionen unterschiedlicher Teile des Endoskops aus den bestimmten Werten und das schema­ tische Darstellen des Endoskops auf einem Bildschirm nach Maßgabe der ermittelten Positionen.

Die genannten Werte können aus elektrischen, elektromagneti­ schen, magnetischen und/oder akustischen Größen bestimmt wer­ den. Dabei können die Positionen beispielsweise über eine Ul­ traschallmessung von lageabhängigen, akustischen Werten er­ mittelt werden.

An den zu erfassenden Teilen des Endoskops kann beispielswei­ se ein Magnetfeld erzeugt werden, dessen Werte bestimmt wer­ den und das zur Positionsermittlung und zur Darstellung des Endoskops herangezogen wird. Es können auch Signale von den zu bestimmenden Teilen des Endoskops ausgesendet werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, daß die Werte kontinuierlich im Verlauf der en­ doskopischen Untersuchung erzeugt und erfaßt werden können.

Die Darstellung des Endoskops auf dem Bildschirm kann gemein­ sam mit einer das Untersuchungsobjekt betreffenden Darstel­ lung erfolgen. Vorzugsweise wird das Endoskop perspektivisch in einer dreidimensionalen Darstellung abgebildet. Die Dar­ stellung des Endoskops kann nacheinander aus verschiedenen Blickwinkeln erfolgen.

Erfindungsgemäß können aus den während der endoskopischen Un­ tersuchung bestimmten Werten fortlaufend die jeweiligen Posi­ tionen verschiedener Teile des Endoskops ermittelt und auf dem Bildschirm dargestellt werden. Dies eröffnet dem untersu­ chenden Arzt die Möglichkeit, kurzfristig Handlungen zur Kor­ rektur der Lage des Endoskops in dem Untersuchungsobjekt durchführen zu können.

Die Erfindung beinhaltet ein Endoskop-System, das zur Durch­ führung des Verfahrens geeignet ist. Dieses Endoskop-System umfasst ein Endoskop, das mehrere in ihrer Position ermittel­ bare Teile hat, und eine Überwachungsvorrichtung mit einer Wertbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Werte, die von der Lage unterschiedlicher Teile des Endoskops abhängen, eine Positionsermittlungseinheit zum Ermitteln von Positionen der unterschiedlichen Teile des Endoskops aus den bestimmten Wer­ ten und einen Bildschirm zur Darstellung des Endoskops anhand der ermittelten Positionen.

Dabei kann eine Signalerzeugungsvorrichtung in dem Endoskop des Endoskop-Systems, z. B. in Form einer Vorrichtung zur Er­ zeugung eines Magnetfeldes, integriert sein.

Das Endoskop kann als Signalerzeugungsvorrichtung an den in ihrer Position erfaßbaren Teilen einen oder mehrere Sender und/oder Reflektoren aufweisen.

Alternativ oder zusätzlich kann das Endoskop eine in einen Kanal des Endoskops einführbare flexible Sonde umfassen, die Teile des Endoskops in ihren Positionen erfaßbar macht. Dies kann beispielsweise über an bestimmten Teilen der Sonde vor­ handenen Sendern und/oder Reflektoren oder über eine in die Sonde integrierte Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds erfolgen.

Die Überwachungsvorrichtung des Endoskop-Systems kann einen oder mehrere, ggf. an unterschiedlichen Orten angebrachte Sensoren zur Erfassung der erzeugten Werte beinhalten.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfin­ dung anhand der Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockbild, das das erfindungsge­ mäße Verfahren zur Abbildung eines Endoskops inner­ halb eines Untersuchungsobjekts darstellt,

Fig. 2a eine Ausführungsform eines Endoskops zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2b den Untersuchungsschlauch des in Fig. 2a gezeigten Endoskops und

Fig. 3 die Durchführung des Verfahrens zur Abbildung des Endoskops während einer coloskopischen Untersuch­ nung mittels einer Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Endoskop-Systems.

Das Verfahren zur Abbildung eines Endoskops innerhalb eines Untersuchungsobjekts umfaßt die Schritte: Bestimmen von Wer­ ten 1, die von der Lage des Endoskops innerhalb des Untersu­ chungsobjekts beeinflußt sind, Ermitteln von Positionen 2 un­ terschiedlicher Teile des Endoskops aus den erfaßten Werten und Darstellen des Endoskops 3 nach Maßgabe der ermittelten Position.

Die bestimmten Werte können aus elektrischen, elektromagneti­ schen, magnetischen und/oder akustische Größen ermittelt wer­ den, wobei solche Größen ausgewählt werden, die im Verlauf der Untersuchung kontinuierlich neu erzeugt werden können und keinen schädigenden Einfluß auf den menschlichen Organismus ausüben. Soweit elektromagnetische Strahlung verwendet wird, kann diese eine Frequenz haben, die um mindestens den Faktor 10 unter der von Röntgenstrahlung liegt. Die Wellenlänge kann größer als 100 nm sein. Die bestimmten Werte variieren für verschiedene zu erfassende Teile des Endoskops. Der Verfah­ rensschritt des Bestimmens der Werte 1 richtet sich nach den erzeugten Werten. Beim Bestimmen der Werte können verschiede­ ne berührungsfreie Meßprinzipien, wie z. B. Echolot-, Ultra­ schall-, Peil-, Transponder-, Laufzeitunterschied- oder In­ duktionsverfahren eingesetzt werden. Wird beim Bestimmen der Werte ein magnetisches Feld um das Endoskop erzeugt, kann z. B. die magnetische Feldstärke durch Hall-Sensoren in eine meßbare Hallspannung umgewandelt werden.

Aus den bestimmten Werten werden fortlaufend über rechneri­ sche Verfahren die Positionen der einzelnen Teile des Endo­ skops ermittelt. Aus der Gesamtmenge der Einzelpositionen der entsprechenden Teile des Endoskops kann die Lage des Endo­ skops innerhalb eines Bezugssystems abgeleitet werden. Die Positionsangaben können auf ein Bezugssystem außerhalb des Untersuchungsobjekts bezogen werden, wodurch Lageverschiebun­ gen des Endoskops und des Untersuchungsobjekts erfaßt werden und außerdem Informationen über die Lage des Endoskops in be­ zug auf die drei Raumrichtungen gewonnen werden, die für eine dreidimensionale Darstellung des Endoskops notwendig sind.

Das Darstellen des Endoskops 4 nach Maßgabe der ermittelten Positionen erfolgt auf einem Bildschirm. Dabei kann das Endo­ skop in Form einer 3-D-Darstellung abgebildet werden, und es können Darstellungen aus verschiedenen Blickrichtungen neben­ einander oder hintereinander auf dem Bildschirm erfolgen. Hierdurch kann eine exakte topographische Zuordnung von pa­ thologischen Befunden realisiert werden.

Neben dem Endoskop kann bei Auswahl geeigneter Meßgrößen, z. B. bei der Verwendung von Ultraschallwellen, zusätzlich die zu untersuchende Körperpartie abgebildet werden. Dabei kann die Darstellung des Endoskops gemeinsam mit der des Untersu­ chungsobjekts erfolgen.

Die einzelnen in Fig. 1 dargestellten Verfahrensschritte wer­ den im Verlauf der Untersuchung fortlaufend wiederholt, so daß eine Überwachung der gesamten Untersuchung möglich wird.

Das Abbildungsverfahren der Fig. 1 kann während der Untersu­ chung verschiedener Organe wie z. B. die endoskopische Unter­ suchung der Galle, des Magens, des Zwölffingerdarms, des Mastdarms und des Dünndarms eingesetzt werden. Vorzugsweise wird das Verfahren zur Coloskopie (Endoskopie des gesamten Dickdarms und möglichst des unteren Stücks des Dünndarms) und zur Sigmoidoskopie (Endoskopie von Enddarm und Krummdarm) eingesetzt. Dabei kann das Verfahren auch in Verbindung mit interventionell-operativen Eingriffen, wie z. B. Abtragung von polypösen Tumoren, Behandlung von Blutungsquellen und Rekana­ lisierung von Stenosen oder in Verbindung mit einer Entnahme von Gewebeproben vorgenommen werden.

Fig. 2a zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Endoskops, das zur Durchführung des Abbildungsverfahrens der Fig. 1 in ihrer Position ermittelbare Teile 210, 216 aufweist. Fig. 2a veranschaulicht die einzelnen Endoskopkomponenten, Fig. 2b zeigt eine Detailvergrößerung des Untersuchungs­ schlauches. Das Endoskop 20 besteht aus dem Untersuchungs­ schlauch 21, einem Handgriff 22, einer Kupplung 23 für elek­ trische Signale und Energie sowie für Fluide und einer Sonde 24. Der Untersuchungsschlauch 21 wird in Abhängigkeit der durchzuführenden Untersuchung oral oder rektal in die betref­ fende Körperpartie eingeführt. Über die Kupplung 23 wird Licht in die Fiberglasoptik des Endoskops gebracht. Zusätz­ lich können Luft und Wasser in den Endoskopschlauch 21 einge­ leitet werden. Der Handgriff 22 enthält die Kupplung für die Videooptik und verschiedene Mechaniken, welche die Funktionen (z. B. Spülen) steuern und das vordere Ende des Schlauches be­ wegen. Die Sonde 24 kann als Instrument für verschiedene Ein­ griffe genutzt werden und wird in einen Arbeitskanal des En­ doskopschlauchs 21 eingeführt.

In Fig. 2b beinhaltet der Endoskopschlauch eine Lichtquelle 214, verschiedene Arbeitskanäle 212, eine Videokamera 213 und ein Kabel aus flexiblen Glasfasern 215 für den Licht- und Bildtransport.

Der Endoskopschlauch 21 des Endoskopsystems kann entlang sei­ ner Länge an verschiedenen Teilen Sender 216 und/oder Reflek­ toren 210 aufweisen, die ein magnetisches und/oder elektroma­ gnetisches Feld erzeugen bzw. reflektieren können. Bei den Sendern 216 kann es sich beispielsweise um Dauermagnete zur Erzeugung eines Magnetfeldes und/oder um Peilsender in den einzelnen Teilen des Untersuchungsschlauchs 21 handeln.

Zusätzlich oder alternativ kann, wie in Fig. 2b dargestellt, ein Kabel 217 in den Mantel des Untersuchungsschlauchs 21 in­ tegriert sein, durch das zur Erzeugung eines Magnetfeldes ein Strom geleitet wird. Wird dieser Strom gepulst, ist der Auf­ bau unempfindlich gegenüber Störungen durch externe magneti­ sche Felder.

Anstatt Sender 216, Reflektoren 210 oder Stromführung 217 in den Untersuchungsschlauch 21 zu integrieren, ist es auch mög­ lich, eine spezielle (nicht dargestellte) Sonde, die mit den entsprechenden Vorrichtungen 216, 210 und 217 ausgestattet ist, in einen Arbeitskanal 212 des Untersuchungsschlauchs 21 einzuführen. Dies eröffnet beispielsweise die Möglichkeit, die entsprechenden Vorrichtungen 210, 216 und 217 am Ende des Einführvorgangs des Endoskops zu entfernen und den Arbeitska­ nal zur Einbringung eines weiteren Instrumentes zu nutzen. Außerdem können herkömmliche Endoskope durch Verwendung die­ ser Sonde für das erfindungsgemäße Abbildungsverfahren nutz­ bar gemacht werden.

Fig. 3 zeigt die Durchführung des Abbildungsverfahrens des Endoskops mit einem erfindungsgemäßen Endoskop-System. Dabei wird die Anordnung des Endoskop-Systems während einer Co­ loskopie veranschaulicht. Die dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Endoskop-Systems besteht aus einem En­ doskop 21 und einer Überwachungsvorrichtung 30 mit einer Be­ stimmungsvorrichtung 32, einer Positionsermittlungsvorrich­ tung 33 und einem Bildschirm 34 zur Darstellung des Endo­ skops. Die Bestimmungsvorrichtung 32 kann mehrere räumlich verteilte Sensoren aufweisen, die z. B. an einem Bügel, der an einer Körperpartie positioniert wird, oder an einer Unterlage unter dem Patienten abgebracht sein können. Bei der Bestim­ mungsvorrichtung 32 kann es sich beispielsweise um einen Ul­ traschall-Transducer handeln, dessen piezoelektrisches Ele­ ment gleichzeitig eine Sende- und Empfängerfunktion für Ul­ traschall ausübt. In diesem Fall können auch herkömmliche En­ doskope, die keine Werterzeugungsvorrichtungen, wie die oben beschriebenen Sender 216 oder Stromleiter 217 aufweisen, ver­ wendet werden. Die Überwachungseinrichtung 30 des Endoskop- Systems umfaßt eine Positionsermittlungsvorrichtung 33, bei der es sich um einen Computer mit einem Mikroprozessor und einer Speichereinrichtung handelt, die die Positionen der einzelnen Teile des Endoskops anhand der bestimmten Werte be­ rechnet.

Die Darstellung des Endoskops erfolgt gemeinsam mit der Dar­ stellung des Untersuchungsobjekts auf dem Bildschirm 34. Da­ bei kann der untersuchende Arzt über die Bedienungsvorrich­ tung 35 auswählen, ob die Darstellung des Endoskops, wie in Fig. 3 gezeigt, beispielsweise aus verschiedenen Blickwinkeln erfolgen soll. Durch die Verwendung des Computers als Positi­ onsermittlungsvorrichtung 33 wird eine 3-D-Darstellung des Untersuchungsobjektes und des Endoskops ermöglicht. Falls das Endoskop während der Endoskopie in eine ungeeigneten Lage kommt, kann der Arzt in einfacher Weise die Lage des Endo­ skops korrigieren. Hierdurch kann die Behandlungszeit erheb­ lich verkürzt und die Belastung für den Patienten verringert werden.

Claims (20)

1. Verfahren zur Abbildung eines Endoskops, das sich inner­ halb eines Untersuchungsobjekts befindet, durch Bestim­ mung von Werten, die von der Lage des Endoskops beein­ flußt sind, gekennzeichnet durch

• - Ermitteln von Positionen unterschiedlicher Teile des Endoskops aus den erfaßten Werten und
• - schematisches Darstellen des Endoskops auf einem Bild­ schirm nach Maßgabe der ermittelten Positionen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmten Werte elektrische, elektromagnetische, ma­ gnetische und/oder akustische Größen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den zu erfassenden Teilen des Endoskops ein Magnetfeld er­ zeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen über eine Ultraschallmessung erfaßt wer­ den.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop an den zu bestimmenden Teilen Signale aussendet.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen der Teile des Endo­ skops zeitlich hintereinander ermittelt werden.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine flexible Sonde in einen Kanal des Endoskops eingeführt wird, die Teile des Endoskops in ihrer Position erfaßbar macht.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung des Endoskops gemein­ sam mit einer das Untersuchungsobjekt betreffenden Dar­ stellung erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung des Endoskops auf dem Bildschirm perspektivisch erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung des Endoskops nach­ einander aus verschiedenen Blickwinkeln erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch wiederholtes Erzeugen und Erfassen der Werte, Ermitteln von Ortspositionen und Darstellen des Endoskops zu mehreren Zeitpunkten.

12. Endoskop-System, insbesondere zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit

• - einem Endoskop, das in ihrer Position ermittelbare Tei­ le hat, und
• - einer Überwachungsvorrichtung mit einer Werterzeugungs­ vorrichtung zur Erzeugung von Werten, die von der Lage des Endoskops beeinflußt sind, einer Wertbestimmungs­ vorrichtung zur Bestimmung von Werten, die von der Lage unterschiedlicher Teile des Endoskops abhängen, einer Positionsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln von Posi­ tionen unterschiedlicher Teile des Endoskops aus den bestimmten Werten und einem Bildschirm zur Darstellung des Endoskops anhand der ermittelten Positionen.

13. Endoskop-System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop die Werterzeugungsvorrichtung umfaßt.

14. Endoskop-System nach einem der Ansprüche 12 oder 13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Endoskop an den in ihrer Position erfaßbaren Teilen wenigstens einen Sender und/oder Reflektor aufweist.

15. Endoskop-System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß das Endoskop eine in einen Ka­ nal des Endoskops einführbare flexible Sonde umfaßt, die Teile des Endoskops in ihren Positionen erfaßbar macht.

16. Endoskop-System nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungsvorrichtung ei­ nen Mikroprozessor und einen Speicher umfaßt.

17. Endoskop-System nach einem der Ansprüche 12 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungsvorrichtung mehrere an unterschiedlichen Orten angebrachte Sensoren zur Erfassung der Werte umfaßt.

18. Endoskop zur Verwendung in einem Endoskop-System nach ei­ nem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere in ihrer Position ermittelbare Teile hat.

19. Überwachungsvorrichtung zur Verwendung in einem Endoskop- System nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet durch eine Werterzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von Werten, die von der Lage des Endoskops beeinflußt sind, eine Werterfassungsvorrichtung zur Erfassung der Werte von unterschiedlichen Teilen des Endoskops, eine Positi­ onsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln von Positionen unterschiedlicher Teile des Endoskops aus den erfaßten Werten und einen Bildschirm zur Darstellung des Endoskops anhand der ermittelten Positionen.

20. Sonde zum Einführen in einen Kanal eines Endoskops, ins­ besondere zum Einsatz in einem Endoskop nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine Vorrich­ tung aufweist, die Teile des Endoskops in ihren Positio­ nen erfaßbar macht.