JP2016508765A - 内視鏡、殊に低侵襲手術のための内視鏡 - Google Patents
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Abstract
Description
立体鏡三角測量が、距離測定の従来の原理である。ここでは、1つの対象物が、2つの観察方向でカメラを用いて画像される。2つの撮影において、目立つ点が再びそれと見分けられる場合、カメラの距離、いわゆる基線が既知であるならば、基線値と2つの角度によって明確に特定され、点の間隔の測定を可能にする三角形が形成される。しかし、ここでの欠点は、多くの場合に、対象物内に存在する目立つ点が少なすぎることによって、カメラ内の対応する、発見される点が極めて少ない、ということである。このような問題は、対応問題と称される。
このような対応問題を回避するために、従来では、いわゆるアクティブ三角測量法が使用されている。これは、1つの方向から既知のパターン、または、相三角測量法の場合と同様に、正弦関数的パターンのシーケンスを対象物上に投影する。1つの別の方向から対象物を画像することによって、このパターンは、パターン表面の形状に応じて歪む。ここで、位相シフトとも称されるこの歪みから同様に三次元表面が計算される。このような手法によって、完全に接触しておらず、かつ、マーカーの無い表面を測定することも可能になる。低侵襲手術分野での、このような様式の3D測定における欠点は、カメラを収容するための場所、および、パターンシーケンスを投影する、ある角度で取り付けられるプロジェクターを収容するための場所が僅かしかない、ということである。さらなる欠点は、投影シーケンスの間に、対象物に対するポジションが変えられてはならない、ということである。なぜなら、ポジションが変えられてしまうと、3D座標計算は著しく誤りを含むものになってしまうからである。
対象物運動に基づく、誤りを含む3D座標計算の欠点は、いわゆるタイム・オブ・フライト(TOF)法においても発生する。ここでも同様に、対象物表面の1つの箇所から、少なくとも4つの強度値が、強度変調された送信信号の異なる伝播時間のもとで測定される。このような強度値の計算によって、各間隔値が生じる。他の試みは、殊に、飛行時間差の測定である。飛行時間差は、間隔の差によって生じる。これは300.000km/秒の範囲における、極めて速い光速度の場合にはミリメートル領域にある。従来のシステムは、高度に発展した検出器と電子回路の使用によるミリメートルの解像度の場合に、唯一の対象物点の間隔を測定することができる。平面状のTOF間隔センサの場合には、手術に対して、センチメートル領域の不十分な値が得られるだけである。
この方法は、次のことをベースにしている。すなわち原理的には、対象物前のカメラの運動によって多くの画像が種々の方向から撮影され、基本的にこのような方法でも三角測量が可能である、ということをベースにしている。しかしここでも同様に、いわゆる対応問題が生じる。すなわち、目立つ点が、各一連の画像において、再びそれと見分けられなければならない。さらに、絶対値を計算するのが不可能なのではなく、単に相対値を計算するのが不可能である。なぜなら、一時的な撮影の間の三角測量基線、間隔および配向は既知ではないから、または、付加的にトラッキングシステムによって測定されなければならないからである。
Claims (24)
- 内部空間(R)の領域(W)を三次元的に検出する内視鏡であって、
当該内視鏡は、遠方側終端領域を有する縦長の物体として、元来の長軸方向の内視鏡延在に沿って延在し、
当該遠方側終端領域は、前記元来の長軸方向の内視鏡延在に対して180°まで折り曲げ可能である内視鏡において、
アクティブ三角測量方式を用いて前記領域(W)を三次元的に検出する装置が、少なくとも部分的に、前記遠方側終端領域内に形成されている、
ことを特徴とする内視鏡。 - 前記領域(W)を三次元的に検出する前記装置は、殊に符号化されたカラーパターンを当該領域(W)上に投影する投影装置(1)と、当該領域(W)上に投影されたカラーパターンの画像を検出する検出装置(3)とを有している、請求項1記載の内視鏡。
- 前記検出装置(3)によって作成された画像を、当該画像を処理して三次元オブジェクト座標にする評価装置(7)に伝送する伝送装置(5)が形成されており、
当該三次元オブジェクト座標は、表示装置(11)によって、3D画像として操作員に示される、請求項2記載の内視鏡。 - 前記投影装置(1)および/または前記検出装置(3)は、少なくとも部分的に、前記遠方側終端領域内に形成されている、請求項2または3記載の内視鏡。
- 前記投影装置(1)と前記検出装置(3)の各々の視線方向が、折り曲げられている前記遠方側終端領域の長軸方向の延在に対して実質的に垂直になるように、前記投影装置(1)と前記検出装置(3)の両方が完全に前記遠方側終端領域内に形成されている、
または、
前記投影装置(1)及び前記検出装置(3)の各々の視線方向が、折り曲げられている前記遠方側終端領域の長軸方向の延在に対して実質的に垂直になるように、前記投影装置(1)及び前記検出装置(3)のうちの一方が完全に前記遠方側終端領域内に形成されており、かつ、他方が部分的に前記遠方側終端領域内に形成されている、請求項4記載の内視鏡。 - 前記2つの視線方向は、前記遠方側終端領域の前記長軸方向の延在に沿って伸びる回転軸を中心に、殊に、前記遠方側終端領域の対称軸を中心に回転可能である、請求項5記載の内視鏡。
- 前記投影装置(1)と前記検出装置(3)のうちの一方は完全に前記遠方側終端領域内に形成されており、かつ、他方は前記遠方側終端領域内に形成されておらず、
前記投影装置(1)及び前記検出装置(3)は、折り曲げられた状態において、実質的に平行な視線方向を有している、請求項4記載の内視鏡。 - 前記2つの視線方向は、実質的に、前記元来の長軸方向の内視鏡延在に沿って伸びている、請求項7記載の内視鏡。
- 前記遠方側終端領域は、前記元来の長軸方向の内視鏡延在に対して約90°折り曲げ可能である、請求項1から8までのいずれか一項記載の内視鏡。
- 前記遠方側終端領域内に形成されていない、前記投影装置(1)の一部および前記検出装置(3)の一部が、前記縦長の物体内に、前記遠方側終端領域に接して形成されている、請求項4から9までのいずれか一項記載の内視鏡。
- 前記遠方側終端領域内に形成されていない、前記投影装置(1)の一部および前記検出装置(3)の一部が、前記縦長の物体の外に、当該縦長の物体の近方側終端領域の側に形成されている、請求項4から10までのいずれか一項記載の内視鏡。
- 前記検出装置(3)及び前記投影装置(1)のうちの一方が、前記縦長の物体の外に形成されており、前記検出装置(3)及び前記投影装置(1)のうちの他方が、前記遠方側終端領域内に形成されている、請求項11記載の内視鏡。
- 前記縦長の物体の外に形成されている前記検出装置(3)または前記投影装置(1)から始まって、前記縦長の物体内の、前記縦長の物体内の前記遠方側終端領域に接している対物レンズにいたるまで画像伝送装置(13)が形成されている、請求項12記載の内視鏡。
- 前記投影装置(1)が前記遠方側終端領域内に形成されている場合には、前記投影装置(1)へと向かう導光装置(19)が、前記縦長の物体の外にある光源(17)から前記縦長の物体の内へ形成されている、請求項12または13記載の内視鏡。
- 前記内視鏡は堅硬であり、前記遠方側終端領域は、継ぎ手を用いて折り曲げられる、請求項1から14までのいずれか一項記載の内視鏡。
- 前記内視鏡は柔軟であり、前記遠方側終端領域は柔軟な材料を用いて、または、継ぎ手を用いて折り曲げられる、請求項1から15までのいずれか一項記載の内視鏡。
- 前記内視鏡は機械式の機構または電気機械式の機構を有しており、当該機構によって、前記遠方側終端領域が折り曲げられる、請求項1から16までのいずれか一項記載の内視鏡。
- 前記伝送装置(5)は前記画像を、少なくとも1つの伝送媒体を用いて、前記検出装置(3)から前記評価装置(7)へと伝送する、請求項3から17までのいずれか一項記載の内視鏡。
- 光学的または電気的な画像データは、伝送媒体としての、ミラー、電気的な線路、ライトガイドまたは透過性層または導電性層を用いて偏向可能である、請求項18記載の内視鏡。
- 位置決定装置(9)を有しており、当該位置決定装置(9)によって、前記投影装置(1)の位置と前記検出装置(3)の位置とが求められる、請求項2から19までのいずれか一項記載の内視鏡。
- 前記投影装置(1)は前記カラーパターンと交互に、白色光を前記内部空間の領域(W)上に投影し、
前記検出装置(3)は前記白色光によって較正可能な3D画像と交互に、前記領域(W)のカラー画像を検出する、請求項3から21までのいずれか一項記載の内視鏡。 - 前記表示装置(11)は、前記領域(W)の前記3D画像と前記カラー画像とを、リアルタイムで操作員に提供する、請求項21記載の内視鏡。
- 前記3D画像の検出データレートと前記カラー画像の検出データレートとはそれぞれ、20〜40Hzの間、殊に25Hzである、請求項21または22記載の内視鏡。
- 前記評価装置(7)は、前記領域(W)の三次元オブジェクト座標を、少なくとも1つの他の測定装置、殊に、核スピントモグラフィ装置またはコンピュータトモグラフィ装置によって得られた、前記領域(W)の点雲データと融合させる、請求項3から23までのいずれか一項記載の内視鏡。
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