JP2013502939A - 内視鏡および内視鏡の使用法 - Google Patents

Abstract

本発明は、互いに離間して配置され、視野が重なっている２つの入射光学系（９、９ａ）と案内装置とを備える内視鏡（１）に関するものであり、この内視鏡では、前記入射光学系（９、９ａ）が、その外縁部が案内装置の断面を越えて突き出るように互いに離間されており、入射光学系と案内装置との間には軸光線に対してずらされた光学系（８、８ａ）が挿入されている。本発明はさらに内視鏡および内視鏡の使用法に関する。
【選択図】図９

Description

本発明は、互いに離間して配置され、視野が重なっている２つの入射光学系と案内装置とを備える内視鏡に関する。とりわけ本発明は、とりわけ外科学での医学的適用のための可変のベースと、対象物上側の照明部と、構造化された光を対象物上側に投影するオプションとしての投影部とを備える立体幾何学的内視鏡に関する。

侵襲性が最小である手術技術のために、内視鏡はもはや忘れることができない。内視鏡により非常に小さな皮膚開口部を通して、ヒトまたは動物の身体に光学システムを導入することができる。

特別な技術により、光学システム（画像導体および照明）と機械的器具とを組み合わせることができる。たとえば腹腔鏡には、患者の腹部への管が取り付けられる。腹壁に対して密閉された管を通してガス（ＣＯ_２）が腹部に注入されることがしばしばあり、これにより腹壁が器官から浮き上がる。これにより中空空間が発生し、この中間空間内を適切な光学システムにより方向付けすることができる。機械的器具ならびに照明システムおよび画像形成システムが管に導入される。外科医は患者に最小の侵襲性介入だけを行うことができる。

内視鏡は、画像導体の遠位端部に入射光学系を、画像導体の他方の端部に出射光学系を有する画像導体である。方向付けできるようにするために、入射光学系に大きな開口角が必要なことがしばしばある。深部情報は、たとえば既知の構造を介してのみ、または外部に取り付けられたナビゲーションシステムを用い内視鏡をナビゲートして使用することによってのみ推測することができる。

立体幾何学的に動作する内視鏡は、内視鏡管内に存在する２つの光軸に基づく。この二重システムにより、基本的に立体幾何学的に動作することができる。２つの光軸は直接並置されている。対象物への第１の画像導体の光軸と第２の画像導体の光軸との間の視角は小さい。したがって深部情報は非常に不正確にしか得ることができない。

特許文献１には、遠位端部に配置されたビデオ装置を備える内視鏡が記載されている。この内視鏡は、少なくとも１つの対物レンズと画像記録器が１つのビデオユニットにまとめられており、このビデオユニットが被検中空空間に導入されると、内視鏡シャフトの遠位端部に対して全体として可動であることを特徴とする。このような２つのビデオユニットにより、拡張されたベースによって立体観察が可能である。

特許文献２には、対象物に取り付けられたパターンと組み合わされた立体内視鏡が紹介されている。立体画像の写真測量的分析は、測定された対象物の表面トポロジーを、前もって表面に取り付けられたパターンを用いて３次元で記述する。パターンが完全に付与されていない一般的な表面自由形状は、この構成では制限付きでしか測定できない。

本発明は、立体的に配置された内視鏡により、入射対物レンズの間隔を拡大することによって深部情報の格段の改善が達成されるという基本思想から出発する。さらに測定体積を追加で照明することにより、天然の構造および／または前もって対象物表面に取り付けられたフレキシブルなパターンおよび／または剛性のパターンを３次元で測定することができる。さらに構造化された光を対象物表面上にオプションで投影することにより、対象物表面の３次元トポロジーが求められ、天然の構造および／またはパターンに関連付けられる。

ドイツ特許公開公報第３９２１２３３号 国際公開第２０１０／０２０３３９７号

本発明の基礎とする課題は、とりわけ空洞にある対象物の表面トポロジーの測定ができるように内視鏡をさらに開発することである。

この課題の本発明による解決手段は請求項１に記載されている。本発明の改善形態は、従属請求項に記載されている。

有利な構成では、構造化された光を送出する照明装置が内視鏡に組み込まれている。

好ましくは入射光学系と案内装置との間に、軸光線に対して平行にずらされた光学系が挿入されている。軸光線に対して平行にずらされた光学系は、たとえば長斜方形プリズムまたはミラーペアである。

好ましくは光学系の少なくとも一部には、表面張力を減少する被覆が施されている。

とくに好ましい構成では、入射光学系が互いに可変の間隔で規定どおりに、案内装置に組み込まれた機構によって配置可能である。

本発明の別の構成では、必要に応じて、入射光学系と軸光線に対して平行にずらされた光学系とが面を占有し、その面の外縁部は案内装置の断面を越えて突き出ない。

とくに有利な構成では、入射光学系の光軸が、案内装置の最も細い個所における断面の直径の少なくとも２．５倍で互いに離間している。

好ましくは構造化された光は、レーザ光および回折光学素子（ＤＯＥ）によって形成される。

好ましくは構造化された光は、入射光学系および出射光学系が装備された画像導体内を規定どおりに案内されるレーザ光によって形成される。レーザ光は必要に応じて白色または有色である。

本発明のさらなる構成では、軸光線に対してずらされた光学系が共通の画像形成センサに配置されている。

本発明では、請求項１およびさらなる従属請求項に記載された、請求項１１の特徴を備える内視鏡の使用法が紹介される。ここでは、照明された対象物表面および／または構造化された光により照射された対象物表面の画像が写真測量的に分析され、この対象物表面が３次元散布図として使用可能になる。

本方法では、少なくとも１つの対象物部分の表面トポロジーを座標系を基準にして正確に測定できるようにするため、内視鏡により光学的設定が行われ、この座標系は対象物上の天然の構造により、または対象物表面に取り付けられたフレキシブルなパターンおよび／または剛性のパターンにより規定される。

本発明では、入射光学系と軸光線に対して平行にずらされた光学系とがブッシング管により測定個所に位置決めされ、ただし前記軸光線に対して平行にずらされた光学系の外縁部は案内装置の断面を越えて突き出ておらず、その後、入射光学系が互いに規定どおりに離間され、入射光学系の外縁部が案内装置の断面を越えて突き出し、パターンおよび／または天然の構造が照明され、および／または対象物表面上に構造化された光が投影され、対象物表面から反射された光が写真測量的に分析され、パターンおよび／または天然の構造を基準にした３次元散布図として提供される。対象物表面は白色光により照明することができる。

本発明のさらなる構成では、少なくとも１つのパターンが対象物表面に取り付けられる。

好ましくは対象物表面トポロジーの測定の際に内視鏡が手動で案内される。

本発明はその適用において医学的適用にだけ適するものではない。狭い穴を通して内視鏡を挿入しなければならない場所、および本来の測定空間に多くのスペースが存在する場所であればどこでも、表面と形状の正確な測定結果を得るためにこのシステムを使用することができる。

本発明を以下に、一般的な本発明の思想を制限することなく、図面に例として記述され、その他の点では文中には詳しく説明されない本発明のすべての詳細の開示を参照して実施例に基づき教示する。

部位内で開いた状態にある内視鏡の概略的側面図である。 入射光学系ペアの大きさの異なる２つの間隔の概略図である。 閉じた状態にある内視鏡の概略的側面図である。 閉じた状態にある個別のコンポーネントの概略的側面図である。 照明装置用のコンポーネントの概略的側面図である。 閉じた状態にある光学システムの概略的平面図である。 開いた状態にある光学システムの概略的平面図である。 付加的な器具のための開放されたブッシングを備える、開いた状態にある光学システムの概略的平面図である。 天然の構造を備え、パターンが取り付けられた対象物を照明するための、および回折光学素子とレーザ光線によって発生された構造化された光のための照明装置の概略的側面図である。 画像導体軸に対して平行な２つの光線を備える照明装置の別の実施例の概略的側面図である。 画像導体軸に対して平行に延在しない２つの光線を備える照明装置の別の実施例の概略的側面図である。 光学ヘッドに画像形成センサが組み込まれた、開いた状態にある内視鏡の別の実施例の概略的側面図である。

以下では例として、腹腔鏡適用のための内視鏡を説明する。腹腔鏡（Ｂａｕｃｈｓｐｉｅｇｅｌｕｎｇとも称される）は、腹腔とその中にある器官を（剛性の内視鏡用の）特別なロッドレンズ光学系により、腹壁に外科的に形成された小さな開口部を通して可視化する方法を特徴とする。剛性のロッドレンズを備える内視鏡の代わりに、フレキシブルな画像導体を備える内視鏡も可能である。

図１は、部位内で開いた状態にある内視鏡１の概略的側面図である。光学システム５が、被検対象物４の前方に配置されている。光学系５と外部の供給モジュール１２との間にある案内装置の画像導体および光導体６、６ａ、１１ａが管１３内に組み込まれている。管１３は、腹壁３を通して案内されるブッシング管２内にある。

２つの光学ヘッド７および７ａの各々は、軸光線に対して平行にずらされた光学系８ないし８ａおよび入射光光学系９ないし９ａからなる。軸光線に平行にずらされた光学系８ないし８ａは、たとえばミラーペアまたは長斜方形プリズムである。入射光学系９と９ａの光軸間の間隔１０は、測定のために案内装置に組み込まれた機械的機構により規定どおりに調整可能である。光学ヘッド７および７ａの位置決めは、たとえば画像導体６および６ａの回転および／またはスライドによって行うことができる。開いた状態では、内視鏡１をブッシング管２から取り外すことができない。開いた状態は、光学ヘッド７と７ａが測定準備位置にあることを意味する。

照明装置１１は対象物表面４を照明する。照明装置１１はオプションとして、入射光学系９と９ａと同じ高さに位置決めすることができる。照明装置１１は対象物表面４の照明および／または構造化された光による表面走査および表面検出のために用いられる。照明装置１１は、案内装置内に組み込まれた光および／または画像導体１１ａによって外部の供給モジュール１２と接続されている。

外部の供給モジュール１２は、照明装置１１に必要な光を供給し、入射光学系９および９ａの画像信号を受信するために用いられる。画像は直接視覚的に観察することができる。画像信号を画像形成センサによって検出し、写真測量的に分析することができる。さらに外部の供給モジュール１２は、光学ヘッド７と７ａを機械的に運動させるための機構を含んでいる。

図２ａと２ｂは、入射光学系ペア９と９ａの間隔１０と１０ｂが深部情報の精度に及ぼす影響を概略的に示す。図２ａは、間隔１０と距離２０により規定される鋭角２１による測定技術的に不利な状況を概略的に示す。距離２０は、入射光学系ペアから対象物表面４上の点２２までの平均間隔である。図２ｂは、大きな間隔１０ｂと、表面４ｂ上にある点２２ｂまでの前記間隔と比較して小さな距離２０ｂにより規定される大きな角度２１ｂによる測定技術的に有利な状況を概略的に示す。

図３は、閉じた状態にある内視鏡１の概略的側面図である。ここでは光学ヘッド７と７ａが角度３０と３０ａだけ回転される。オプションとして、２つの画像導体６または６ａの一方を、その軸に沿って区間３１だけスライドすることができる。閉じた状態では内視鏡１を、ブッシング管２はその位置に留めておいてそこから引き出すことができる。または測定位置まで挿入することができる。ブッシング管２内に進入する状態では、光学ヘッド７と７ａは、その外縁部が管１３により決められる案内装置の断面を越えて突き出ないように位置決めされる。動作状態、すなわち開いた状態では、２つの光学ヘッドが角度３０および３０ａだけ回転され、オプションとして区間３１だけ縦方向にスライドされる。角度３０および３０ａだけの２つの画像導体６と６ａの回転運動は典型的には、測定技術的に入射光学系ペア相互で最適の間隔を得るために１４０から１７０度の範囲にある。角度３０および３０ａだけの回転運動と、区間３１だけの縦方向運動の後、入射光学系９と９ａは照明装置１１に対して対称となる。

使用時に光学システム５はブッシング管２に、回転された光学ヘッド７および７ａとともに挿入される。光学ヘッド７と７ａは、腹部内で側方に角度３０および３０ａだけ回転され、区間３１だけ縦方向にスライドされる。これにより測定ヘッドの入射光学系９と９ａは測定技術的に入射光学系ペアに対して最適の間隔を互いに形成する。

画像導体の回転運動と、２つの画像導体の一方のオプションとしての縦方向運動は、そのために設けられた固有の機械的案内部のより遊びなしで精確に行うことができる。これにより、内視鏡を開いた状態について、光学的測定のために較正することができる。閉じた状態および新たに開いた状態での調整の後、システム較正はそのまま有効である。閉じた状態は、光学ヘッド７と７ａが測定準備位置にないことを意味する。閉じた状態では、光学ヘッド７と７ａの外縁部は案内装置の断面を突き出ていない。

図４は、図１と３で説明した内視鏡の個別のコンポーネントの概略的側面図である。

図５は、内視鏡の照明装置１１のさらなる詳細を示す概略的側面図である。対象物表面を好ましくは白色光により照明するために、出射光学系５０と光導体５２が用いられる。構造化された光を対象物表面に投影するために、レーザ光線を供給するための光導体５１を備える回折光学素子３０が用いられる。ブッシング管２内にあってすべての案内装置を含む管１３が概略的に図示されている。

図６は左に、閉じられた状態にある光学システム５の平面を概略的に示す。入射光学系９と９ａならびに照明装置１１の光軸は、平面図ではほぼ並んでいる。軸光線に対して平行にずらされた光学系８と８ａを備える光学ヘッド７と７ａは、閉じられた状態で外縁部が管１３内にある案内装置の断面を越えて突き出ないように構成されている。光学ヘッド７と７ａは、画像導体６または外皮のスリーブ６０と６０ａによって開いたり閉じたりすることができる。照明装置１１は、閉じられた状態では光学ヘッド７と７ａによって覆われている。

図６の右は、閉じた状態での概略的平面に、２つの画像導体６と６ａの中央軸と、照明装置１１および２つの入射光学系９と９ａの光軸を示す。

図７は左に、開いた状態にある光学システム５の平面を概略的に示す。画像導体６の軸を中心にする回転角３０が例として記入されている。入射光学系９と９ａの光軸の間隔１０は互いに最大である。

図７は右に、開いた状態にある光学システムの平面に、間隔１０で離間した２つの入射光学系９と９ａの光軸を概略的に示す。照明装置１１は、開いた状態では光学ヘッドによって覆われていない。

図８は、照明装置１１が別の実施形態にある、開いた状態の光学システム５の平面を概略的に示す。管１３内のブッシング８０を通して、対象物のある中空空間にたとえば別の器具を案内することができる。入射光学系９と９ａの光軸の間隔１０は互いに最大である。

図９は、回折光学素子９２を備える照明装置１１を有する光学システム５の概略的層面を示し、回折光学素子９２は光導体９０により導かれたレーザ光線を構造化された光９４に分割する。構造化された光９４は、表面４上に点および／または線のパターンを投影する。光学素子９３と画像導体９１により測定体積が、対象物表面にある天然の構造９６および／または取り付けられたフレキシブルなおよび／または剛性のパターン９５とともに照明される。有利には有色の構造化された光と白色光が証明に使用される。

図１０は、構造化された光のための照明装置１１の別の実施形態の概略的側面図である。例としてプロットされた２つの光線１０３と１０４が、画像導体１０２の光軸１００に対して平行に延在する。光学系１０１は平行の光線を偏向する。たとえば光線１０３は画像導体１０２の光軸１００に対して間隔１０６で光学系１０１を通り、角度１０５だけ偏向される。偏向角１０５は好ましくは間隔１０６に依存する。間隔１０６の変化とこれにより引き起こされる光線１０３の連続運動により、光学系１０１は空間内を連続的に移動する光パターンを形成する。これにより、測定すべき対象物表面１０７上を対称的に運動する光線が、内視鏡の運動なしで投影される。光軸１００に対して間隔１０６で平行光線を形成することは従来技術であり、ここではそれ以上説明しない。

図１１は、構造化された光のための別の照明装置１１の概略的側面図である。例としてプロットされた２つの光線１１０と１１１は、画像導体１０２の光軸１００に対して平行に延在していない。光学系１０１は光線を偏向する。たとえば光線１１０は画像導体１０２の光軸１００に対して間隔１１２で光学系１０１を通り、角度１１４だけ偏向される。偏向角１１４はこの実施例では、間隔１１２および角度１１３に依存する。これにより間隔および／または角度を連続的に変化することによって、測定すべき対象物表面１１５上を対称的に運動する光線が内視鏡の運動なしで投影される。画像導体１０２の光軸１００に対して、間隔１１２と角度１１３で平行でない光線を形成することは従来技術であり、ここではそれ以上説明しない。

図１２は、開いた状態にある内視鏡の光学ヘッド７と７ａを備える光学システム５の別の実施形態の概略的側面図を示す。画像形成センサ１２０とこれに割り当てられた電子モジュール１２１が光学システム５に組み込まれている。見ることのできる対象物表面が入射光学系９と９ａ、および軸光線に対して平行にずらされた光学系８と８ａを介して共通の画像形成センサ１２０に結像される。入射光学系９と９ａの光軸間の間隔１０は、測定のために規定どおりに調整可能である。内視鏡の管１３内にある案内装置１２２は、電子モジュール１２１を図面に図示しない供給モジュールと接続する。照明装置は図示されていない。

Claims (13)

1. 互いに離間して配置され、視野が重なっている２つの入射光学系と案内装置とを備える内視鏡において、前記入射光学系は、その外縁部が前記案内装置の断面を越えて突き出るように互いに離間されており、入射光学系と前記案内装置との間には軸光線に対してずらされた光学系が挿入されている、ことを特徴とする内視鏡。
2. 構造化された光を送出する照明装置を特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
3. 入射光学系と前記案内装置との間に、軸光線に平行にずらされた光学系が挿入されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡。
4. 前記入射光学系の少なくとも一部には、表面張力を減少する被覆が施されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内視鏡。
5. 前記入射光学系が互いに可変の間隔で規定どおりに、前記案内装置に組み込まれた装置によって配置可能である、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内視鏡。
6. 必要に応じて、前記入射光学系と前記軸光線に対して平行にずらされた光学系とが面を占有し、当該面の外縁部は前記案内装置の断面を越えて突き出ない、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の内視鏡。
7. 前記入射光学系の光軸が、前記案内装置の最も細い個所における断面の直径の少なくとも２．５倍で互いに離間している、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の内視鏡。
8. 構造化された光は、レーザ光および回折光学素子（ＤＯＥ）によって形成される、ことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の内視鏡。
9. 構造化された光は、入射光学系および出射光学系が装備された画像導体内を規定どおりに案内される光線によって形成される、ことを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載の内視鏡。
10. 前記軸光線に対してずらされた光学系は１つの共通の画像形成センサに配置されている、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の内視鏡。
11. 前記入射光学系と前記軸光線に対して平行にずらされた光学系とがブッシング管により測定個所に位置決めされ、ただし前記軸光線に対して平行にずらされた光学系の外縁部は案内装置の断面を越えて突き出ておらず、その後、前記入射光学系が互いに規定どおりに離間され、入射光学系の外縁部が前記案内装置の断面を越えて突き出し、パターンおよび／または天然の構造が照明され、および／または対象物表面上に構造化された光が投影され、対象物表面から反射された光が写真測量的に分析され、パターンおよび／または天然の構造を基準にした３次元散布図として提供される、ことを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項による内視鏡の使用法。
12. 少なくとも１つのパターンが対象物表面に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 対象物表面トポロジーの測定の際に前記内視鏡が手動で案内される、ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の方法。

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