WO2001035826A1 - Endoskop-abbildungsverfahren und endoskop-system - Google Patents

Endoskop-abbildungsverfahren und endoskop-system Download PDF

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WO2001035826A1
WO2001035826A1 PCT/EP2000/011481 EP0011481W WO0135826A1 WO 2001035826 A1 WO2001035826 A1 WO 2001035826A1 EP 0011481 W EP0011481 W EP 0011481W WO 0135826 A1 WO0135826 A1 WO 0135826A1
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endoscope
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determined
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PCT/EP2000/011481
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Hans Rudolf Schwind
Robert Michaelides
Original Assignee
Hans Rudolf Schwind
Robert Michaelides
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002—Operational features of endoscopes
    • A61B1/00043—Operational features of endoscopes provided with output arrangements
    • A61B1/00045—Display arrangement
    • A61B1/0005—Display arrangement combining images e.g. side-by-side, superimposed or tiled
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/061—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body
    • A61B5/062—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body using magnetic field
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/31—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the rectum, e.g. proctoscopes, sigmoidoscopes, colonoscopes

Definitions

  • the invention relates to a method for imaging an endoscope according to the preamble of claim 1 and an endoscope system.
  • Endoscopy is a medical procedure for the diagnostic examination of body cavities and hollow organs, in which an endoscope is inserted into the examination object of the human body. Since the endoscope can only look a short distance "ahead", the examining doctor often no longer knows how the endoscope is positioned relative to the body. In itself, this is a disadvantage. The endoscope may also loop, causing pain and making it impossible to advance the device.
  • a known method for imaging the endoscope within the examination object is the x-ray fluoroscopy of the patient from the outside. Disadvantages of the method are only short possible fluoroscopy times due to the radiation exposure, so that continuous fluoroscopy is not possible during the insertion of the endoscope. It is also a time-consuming and costly examination procedure.
  • the object of the invention is to provide a method for imaging an endoscope within an examination object, which enables continuous monitoring of the endoscopic examination.
  • Another object of the invention is to provide an endoscope system with which the endoscope can be imaged within the examination object.
  • the method according to the invention for imaging the endoscope within the examination object comprises the steps of determining values which are influenced by the position of the endoscope, determining positions of different parts of the endoscope from the determined values and schematically displaying the endoscope on a screen as required of the determined positions.
  • the values mentioned can be determined from electrical, electromagnetic, magnetic and / or acoustic variables.
  • the positions can be determined, for example, by means of an ultrasound measurement of position-dependent acoustic values.
  • a magnetic field can be generated, for example, on the parts of the endoscope to be detected, the values of which are determined and which is used to determine the position and to display the endoscope. Signals can also be emitted from the parts of the endoscope to be determined.
  • the signal transmission can only take place by means of signal transmission devices arranged directly on or in the endoscope, such as e.g. optical or electrical conductors.
  • a major advantage of the method according to the invention is that the values can be generated and recorded continuously in the course of the endoscopic examination.
  • the endoscope can be displayed on the screen together with a display relating to the examination object.
  • the endoscope is preferably depicted in perspective in a three-dimensional representation.
  • the endoscope can be displayed in succession from different angles.
  • the respective positions of different parts of the endoscope can be continuously determined from the values determined during the endoscopic examination and displayed on the screen. This gives the examining doctor the opportunity to take short-term actions to correct the position of the endoscope in the examination object.
  • the invention includes an endoscope system that is suitable for performing the method.
  • This endoscope system comprises an endoscope that has several parts that can be determined in its position, and a monitoring device with one Value determination device for determining the values which depend on the position of different parts of the endoscope, a position determination unit for determining positions of the different parts of the endoscope from the determined values and a screen for displaying the endoscope on the basis of the determined positions.
  • a signal generating device in the endoscope of the endoscope system e.g. in the form of a device for generating a magnetic field.
  • the endoscope can have one or more transmitters and / or reflectors as a signal generating device on the parts that can be detected in their position.
  • the endoscope can comprise a flexible probe which can be inserted into a channel of the endoscope and which makes it possible to detect parts of the endoscope in their positions. This can be done, for example, via transmitters and / or reflectors present on certain parts of the probe or via a device integrated in the probe for generating a magnetic field.
  • the endoscope can have signal transmission devices through which the necessary information and energies for further processing are passed through the appropriate hardware, so that any radiation hazard to the patient is excluded.
  • the monitoring device of the endoscope system can include one or more sensors, which may be located at different locations, for detecting the generated values.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram illustrating the inventive method for
  • FIG. 2a shows an embodiment of an endoscope for performing the method according to the invention
  • 2b the examination tube of the endoscope shown in Fig. 2a
  • FIG. 4 shows the implementation of the method for imaging the endoscope during a coloscopic examination using an embodiment of an endoscope system according to the invention.
  • the method for imaging an endoscope within an examination object comprises the steps: determining values 1 which are influenced by the position of the endoscope within the examination object, determining positions 2 of different parts of the endoscope from the detected values and displaying the endoscope 3 in accordance with the determined position.
  • the determined values can be ascertained from electrical, electromagnetic, magnetic and / or acoustic quantities, whereby those quantities are selected which can be continuously regenerated in the course of the examination and which do not have any harmful influence on the human organism.
  • electromagnetic radiation it can have a frequency which is at least a factor 10 below that of X-rays.
  • the wavelength can be greater than 100 nm.
  • the determined values vary for different parts of the endoscope to be detected.
  • the method step of determining the values 1 depends on the generated values. When determining the values, various non-contact measuring principles, e.g. Echosounder, ultrasound, DF, transponder, transit time difference or induction methods can be used. If a magnetic field is generated around the endoscope when determining the values, e.g. the magnetic field strength can be converted into a measurable Hall voltage by Hall sensors.
  • the positions of the individual parts of the endoscope are continuously determined from the determined values using arithmetic methods.
  • the position of the endoscope within a reference system can be derived from the total amount of the individual positions of the corresponding parts of the endoscope.
  • the position information can be related to a reference system outside the examination object, whereby positional displacements of the endoscope and the examination object are recorded and also information about the position of the endoscope in relation to the three spatial directions are obtained that are necessary for a three-dimensional representation of the endoscope.
  • the endoscope 4 is displayed on a screen in accordance with the determined positions.
  • the endoscope can be represented in the form of a 3-D representation and representations from different viewing directions can be made side by side or one behind the other on the screen. This enables an exact topographic assignment of pathological findings to be achieved.
  • the body part to be examined can also be imaged if suitable measurement variables are selected, e.g. when using ultrasound waves.
  • the endoscope can be displayed together with that of the examination object.
  • the imaging process of Figure 1 can be used during the examination of various organs such as endoscopic examination of the bile, stomach, duodenum, rectum and small intestine are used.
  • the method is preferably used for colonoscopy (endoscopy of the entire large intestine and, if possible, the lower part of the small intestine) and for sigmoidoscopy (endoscopy of the rectum and bowel).
  • the method can also be used in conjunction with interventional surgery, such as Removal of polypous tumors, treatment of bleeding sources and recanalization of stenoses or in connection with taking tissue samples.
  • FIG. 2a shows an embodiment of an endoscope according to the invention which has parts 210, 216 which can be determined in their position in order to carry out the imaging method of FIG.
  • FIG. 2a illustrates the individual endoscope components
  • FIG. 2b shows an enlarged detail of the examination tube.
  • the endoscope 20 consists of the examination tube 21, a handle 22, a coupling 23 for electrical signals and energy as well as for fluids and a probe 24.
  • the examination tube 21 is introduced orally or rectally into the relevant body part depending on the examination to be carried out.
  • About the Coupling 23 is brought light into the fiberglass optics of the endoscope.
  • air and water can be introduced into the endoscope tube 21.
  • the handle 22 contains the coupling for the video optics and various mechanisms that control the functions (eg rinsing) and move the front end of the hose.
  • the probe 24 can be used as an instrument for various interventions and is inserted into a working channel of the endoscope tube 21.
  • the endoscope tube contains a light source 214, various working channels 212, a video camera 213 and a cable made of flexible glass fibers 215 for the light and image transport.
  • the endoscope tube 21 of the endoscope system can have transmitters 216 and / or reflectors 210 along its length on various parts, which can generate or reflect a magnetic and / or electromagnetic field.
  • the transmitters 216 can, for example, be permanent magnets for generating a magnetic field and / or direction finders in the individual parts of the examination tube 21.
  • a cable 217 can be integrated into the jacket of the examination tube 21, through which a current is passed in order to generate a magnetic field. If this current is pulsed, the structure is insensitive to interference from external magnetic fields.
  • sensors 220 can be located along a more or less extended section of the examination tube 25. be arranged, whereby curvatures of the examination tube, which occur in the course of the examination, can be detected and used for determining the position.
  • the sensors can be arranged axially parallel (FIG. 3c) and / or in a spiral (FIG. 3a) and / or in the circumferential direction in an annular manner (FIG. 3b) on the peripheral surface of the examination tube 25.
  • the sensors 220 can be embedded in the supporting structure of the endoscope.
  • the data recorded by the sensors can be conducted to the outside via a line 26 running in the examination tube to a position determination device.
  • the values can then be fed to a data processing device for further processing, which then processes them in a suitable form for the medical professionals or prepares and processes them for controlling further devices.
  • the sensors can be arranged on the examination tube 25. However, they can also be inserted as an accessory device into the working channel 212, 220 of the examination tube 21, 25. This has the advantage that conventional endoscopes with the appropriate devices such. B. sensor arrangements, optical fibers or other auxiliary devices for performing the method according to the invention can be retrofitted.
  • the illustrated embodiment of the endoscope system according to the invention consists of an endoscope 21 and a monitoring device 30 with a determination device 32, a position determination device 33 and a screen 34 for displaying the endoscope.
  • the determination device 32 can have a plurality of spatially distributed sensors, which can be attached, for example, to a bracket which is positioned on a body part or to a support under the patient.
  • the determination device 32 can be, for example, an ultrasound transducer, the piezoelectric element of which simultaneously performs a transmitting and receiving function for ultrasound.
  • the monitoring device 30 of the endoscope system comprises a position determining device 33, which is a computer with a microprocessor and a memory device which calculates the positions of the individual parts of the endoscope on the basis of the determined values.
  • the representation of the endoscope takes place together with the representation of the examination object on the screen 34.
  • the examining doctor can use the operating device 35 to select whether the representation of the endoscope, as shown in FIG. 4, should take place, for example, from different angles.
  • the computer as a position determining device 33, a 3D representation of the examination object and the endoscope is made possible. If the endoscope comes into an unsuitable position during the endoscopy, the doctor can easily correct the position of the endoscope. As a result, the treatment time can be shortened considerably and the burden on the patient can be reduced.

Abstract

Bei einem Verfahren zur Abbildung eines Endoskops, das sich innerhalb eines Untersuchungsobjektes 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

Endoskop-Nbbildungsverfahren und Endoskop-System
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbildung eines Endoskops gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Endoskop-System.
Die Endoskopie stellt ein medizinisches Verfahren zur diagnostischen Betrachtung von Körperhöhlen und Hohlorganen dar, bei dem ein Endoskop in das Untersuchungsobjekt des menschlichen Körpers eingeführt wird. Da das Endoskop nur ein kurzes Stück "voraus" blicken kann, weiß der untersuchende Arzt häufig 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 innerhalb des Untersuchungsobjekts ist die Röntgen-Durchleuchtung des Patienten von außen. Nachteile des Verfahrens sind nur kurze mögliche Durchleuchtungszeiten aufgrund der Strahlenbelastung, so daß eine kontinuierliche Durchleuchtung während der Einbringung des Endoskops nicht möglich ist. Außerdem handelt es sich um ein zeit- und kostenintensives Untersuchungsverfahren.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abbildung eines Endoskops innerhalb eines Untersuchungsobjekts anzugeben, das eine kontinuierliche Überwachung der endoskopischen Untersuchung ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Endoskop-System zu schaffen, mit dem eine Abbildung des Endoskops innerhalb des Untersuchungsobjekts vorgenommen werden kann.
Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen 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 beeinflußt sind, das Ermitteln von Positionen unterschiedlicher Teile des Endoskops aus den bestimmten Werten und das schematische Darstellen des Endoskops auf einem Bildschirm nach Maßgabe der ermittelten Positionen. Die genannten Werte können aus elektrischen, elektromagnetischen, magnetischen und/oder akustischen Größen bestimmt werden. Dabei können die Positionen beispielsweise über eine Ultraschallmessung von lageabhängigen, akustischen Werten ermittelt werden.
An den zu erfassenden Teilen des Endoskops kann beispielsweise ein Magnetfeld erzeugt werden, dessen Werte bestimmt werden und das zur Positionsermittlung und zur Darstellung des Endoskops herangezogen wird. Es können auch Signale von den zu bestimmenden Teilen des Endoskops ausgesendet werden.
Um die Gefährdung des Patienten durch Strahlung jeglicher Art so gering wie möglich zu halten, kann die Signalübertragung ausschließlich mittels direkt an oder in dem Endoskop angeordneter Signalübertragungsvorrichtungen erfolgen, wie z.B. optische oder elektrische Leiter.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können Formänderungen des Endoskops im Verlauf der Untersuchung, wie z.B. Krümmungen des Untersuchungsschlauchs, erfasst und ggf. zur Positionsermittlung herangezogen werden.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Werte kontinuierlich im Verlauf der endoskopischen Untersuchung erzeugt und erfaßt werden können.
Die Darstellung des Endoskops auf dem Bildschirm kann gemeinsam mit einer das Untersuchungsobjekt betreffenden Darstellung erfolgen. Vorzugsweise wird das Endoskop perspektivisch in einer dreidimensionalen Darstellung abgebildet. Die Darstellung des Endoskops kann nacheinander aus verschiedenen Blickwinkeln erfolgen.
Erfindungsgemäß können aus den während der endoskopischen Untersuchung bestimmten Werten fortlaufend die jeweiligen Positionen verschiedener Teile des Endoskops ermittelt und auf dem Bildschirm dargestellt werden. Dies eröffnet dem untersuchenden Arzt die Möglichkeit, kurzfristig Handlungen zur Korrektur der Lage des Endoskops in dem Untersuchungsobjekt durchführen zu können.
Die Erfindung beinhaltet ein Endoskop-System, das zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist. Dieses Endoskop-System umfasst ein Endoskop, das mehrere in ihrer Position ermittelbare 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 Werten 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 Erzeugung 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 vorhandenen Sendern und/oder Reflektoren oder über eine in die Sonde integrierte Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds erfolgen.
Das Endoskop kann Signalübertragungsvorrichtungen aufweisen, durch die die notwendigen Informationen und Energien zur Weiterverarbeitung durch die entsprechende Hardware geleitet werden, so daß jeglicher Strahlungsgefährdung des Patienten ausgeschlossen ist.
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 Ausfiihrungsformen der Erfindung anhand der Figuren beschrieben, es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockbild, das das erfindungsgemäße Verfahren zur
Abbildung eines Endoskops innerhalb eines Untersuchungsobjekts darstellt,
Fig. 2a eine Ausführungsform eines Endoskops zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2b den Untersuchungsschlauch des in Fig. 2a gezeigten Endoskops,
Fig. 3a-c weitere Ausführungsformen des Untersuchungsschlauchs mit unterschiedlichen Sensoranordnungen, und
Fig. 4 die Durchführung des Verfahrens zur Abbildung des Endoskops während einer coloskopischen Untersuchnung mittels einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Endoskop-Systems.
Das Verfahren zur Abbildung eines Endoskops innerhalb eines Untersuchungsobjekts umfaßt die Schritte: Bestimmen von Werten 1 , die von der Lage des Endoskops innerhalb des Untersuchungsobjekts beeinflußt sind, Ermitteln von Positionen 2 unterschiedlicher Teile des Endoskops aus den erfaßten Werten und Darstellen des Endoskops 3 nach Maßgabe der ermittelten Position.
Die bestimmten Werte können aus elektrischen, elektromagnetischen, magnetischen und/oder akustische Größen ermittelt werden, 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 Verfahrensschritt des Bestimmens der Werte 1 richtet sich nach den erzeugten Werten. Beim Bestimmen der Werte können verschiedene berührungsfreie Meßprinzipien, wie z.B. Echolot-, Ultraschall-, Peil-, Transponder-, Laufzeitunterschied- oder Induktionsverfahren 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 rechnerische Verfahren die Positionen der einzelnen Teile des Endoskops ermittelt. Aus der Gesamtmenge der Einzelpositionen der entsprechenden Teile des Endoskops kann die Lage des Endoskops innerhalb eines Bezugssystems abgeleitet werden. Die Positionsangaben können auf ein Bezugssystem außerhalb des Untersuchungsobjekts bezogen werden, wodurch Lageverschiebungen des Endoskops und des Untersuchungsobjekts erfaßt werden und außerdem Informationen über die Lage des Endoskops in bezug 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 Endoskop in Form einer 3-D-Darstellung abgebildet werden und es können Darstellungen aus verschiedenen Blickrichtungen nebeneinander oder hintereinander auf dem Bildschirm erfolgen. Hierdurch kann eine exakte topographische Zuordnung von pathologischen 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 Untersuchungsobjekts erfolgen.
Die einzelnen in Fig. 1 dargestellten Verfahrensschritte werden im Verlauf der Untersuchung fortlaufend wiederholt, so daß eine Überwachung der gesamten Untersuchung möglich wird.
Das Abbildungsverfahren der Fig.1 kann während der Untersuchung verschiedener Organe wie z.B. die endoskopische Untersuchung 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 Stück 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 Rekanalisierung 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. l in ihrer Position ermittelbare Teile 210, 216 aufweist. Fig. 2a veranschaulicht die einzelnen Endoskopkompo- nenten, Fig. 2b zeigt eine Detailvergrößerung des Untersuchungsschlauches. Das Endoskop 20 besteht aus dem Untersuchungsschlauch 21 , einem Handgriff 22, einer Kupplung 23 für elektrische Signale und Energie sowie für Fluide und einer Sonde 24. Der Untersuchungsschlauch 21 wird in Abhängigkeit der durchzuführenden Untersuchung oral oder rektal in die betreffende Körpeφartie eingeführt. Über die Kupplung 23 wird Licht in die Fiberglasoptik des Endoskops gebracht. Zusätzlich können Luft und Wasser in den Endoskopschlauch 21 eingeleitet 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 bewegen. Die Sonde 24 kann als Instrument für verschiedene Eingriffe genutzt werden und wird in einen Arbeitskanal des Endoskopschlauchs 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 seiner Länge an verschiedenen Teilen Sender 216 und/oder Reflektoren 210 aufweisen, die ein magnetisches und/oder elektromagnetisches 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 integriert sein, durch das zur Erzeugung eines Magnetfeldes ein Strom geleitet wird. Wird dieser Strom gepulst, ist der Aufbau unempfindlich gegenüber Störungen durch externe magnetische Felder.
Anstatt Sender 216, Reflektoren 210 oder Stromführung 217 in den Untersuchungsschlauch 21 zu integrieren ist es auch möglich, 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 Einfuhrvorgangs des Endoskops zu entfernen und den Arbeitskanal zur Einbringung eines weiteren Instrumentes zu nutzen. Außerdem können herkömmliche Endoskope durch Verwendung dieser Sonde für das erfindungsgemäße Abbildungsverfahren nutzbar gemacht werden.
Nicht nur der Sensortyp, sondern auch die Anordnung der Sensoren an, auf oder in dem Untersuchungsschlauch kann an die Werterfassung und/oder Abbildung und/oder die Hardwarekomponenten des Endoskopsystems angepaßt sein. Beispielsweise können, wie in Fig. 3a-c veranschaulicht, Sensoren 220 entlang eines mehr oder weniger ausgedehnten Abschnitts des Untersuchungsschlauchs 25 ange- ordnet sein, wodurch Krümmungen des Untersuchungsschlauchs, die im Verlauf der Untersuchung auftreten, erfaßt und zur Positionsermittlung genutzt werden können. Die Sensoren können dabei achsparallel (Fig. 3c), und/oder spiralförmig (Fig.3a) und/oder in Umfangsrichtung ringförmig (Fig. 3b) auf der Umfangsfläche des Untersuchungsschlauchs 25 angeordnet sein. Die Sensoren 220 können in die tragende Struktur des Endoskops eingelassen sein. Die durch die Sensoren erfassten Daten können über in dem Untersuchungsschlauch verlaufende Leitungen 26 zu einer Po- sitionsermittlungsvorrichtung nach außen geleitet werden. Hier können die Werte dann zur Weiterverarbeitung einem Datenverarbeitungsgerät zugeführt werden, das diese dann in geeigneter Form für die Mediziner aufarbeitet oder zur Steuerung weiterer Geräte vorbereitet und weiterverarbeitet.
Die Sensoren können, wie in Fig. 3a-c gezeigt, auf dem Untersuchungsschlauch 25 angeordnet sein. Sie können aber auch als Zubehöreinrichtung in den Arbeitskanal 212, 220 des Untersuchungsschlauchs 21,25 eingeführt werden. Dies hat den Vorteil, daß herkömmliche Endoskope mit den entsprechenden Vorrichtungen wie z. B. Sensorenanordnungen, Lichtwellenleitern oder anderen Hilfsvorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nachgerüstet werden können.
Fig. 4 zeigt die Durchführung des Abbildungsverfahrens des Endoskops mit einem erfindungsgemäßen Endoskop-System. Dabei wird die Anordnung des Endoskop- Systems während einer Coloskopie veranschaulicht. Die dargestellte Ausführungsform des erfϊndungsgemäßen Endoskop-Systems besteht aus einem Endoskop 21 und einer Überwachungsvorrichtung 30 mit einer Bestimmungsvorrichtung 32, einer Positionsermittlungsvorrichtung 33 und einem Bildschirm 34 zur Darstellung des Endoskops. Die Bestimmungsvorrichtung 32 kann mehrere räumlich verteilte Sensoren aufweisen, die z.B. an einem Bügel, der an einer Köφerpartie positioniert wird, oder an einer Unterlage unter dem Patienten abgebracht sein können. Bei der Bestimmungsvorrichtung 32 kann es sich beispielsweise um einen Ultraschall- Transducer handeln, dessen piezoelektrisches Element gleichzeitig eine Sende- und Empfängerfunktion für Ultraschall ausübt. In diesem Fall können auch herkömmliche Endoskope, die keine Werterzeugungsvorrichtungen, wie die oben beschriebenen Sender 216 oder Stromleiter 217 aufweisen, verwendet werden. Die Überwachungseinrichtung 30 des Endoskop-Systems umfaßt eine Positionsermittlungsvor- richtung 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 berechnet. Die Darstellung des Endoskops erfolgt gemeinsam mit der Darstellung des Untersuchungsobjekts auf dem Bildschirm 34. Dabei kann der untersuchende Arzt über die Bedienungsvorrichtung 35 auswählen, ob die Darstellung des Endoskops, wie in Fig. 4 gezeigt, beispielsweise aus verschiedenen Blickwinkeln erfolgen soll. Durch die Verwendung des Computers als Positionsermittlungsvorrichtung 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 Endoskops korrigieren. Hierdurch kann die Behandlungszeit erheblich verkürzt und die Belastung für den Patienten verringert werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Abbildung eines Endoskops, das sich innerhalb eines Untersuchungsobjekts befindet, durch Bestimmung von Werten, die von der Lage des Endoskops beeinflußt sind, gekennzeichnet durch
- Ermitteln von Positionen unterschiedlicher Teile des Endoskops aus den erfaßten Werten und
- schematisches Darstellen des Endoskops auf einem Bildschirm nach Maßgabe der ermittelten Positionen.
2. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmten Werte elektrische, elektromagnetische, magnetische und/oder akustische Größen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den zu erfassenden Teilen des Endoskop ein Magnetfeld erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen über eine Ultraschallmessung erfaßt werden.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragung an die Wertebestimmungsvorrichtung und/oder Po- sitionsermittlungsvorrichtung durch an oder in dem Endoskop angeordnete Signalübertragungsvorrichtungen erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop an den zu bestimmenden Teilen Signale aussendet.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Formänderungen des Endoskops im Verlauf der Untersuchung erfaßt und ggf. zur Positionsermittlung verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen der Teile des Endoskops zeitlich hintereinander ermittelt werden.
9. 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.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung des Endoskops gemeinsam mit einer das Untersuchungsobjekt betreffenden Darstellung erfolgt.
1 1. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung des Endoskops auf dem Bildschirm perspektivisch erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung des Endoskops nacheinander aus verschiedenen Blickwinkeln erfolgt.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wiederholtes Erzeugen und Erfassen der Werte, Ermitteln von Ortspositionen und Darstellen des Endoskops zu mehreren Zeitpunkten.
14. Endoskop-System, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit
- einem Endoskop, das in ihrer Position ermittelbare Teile hat, und
- einer Überwachungsvorrichtung mit einer Werterzeugungsvorrichtung zur
Erzeugung von Werten, die von der Lage des Endoskops beeinflußt sind, einer Wertbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung von Werten, die von der Lage unterschiedlicher Teile des Endoskops abhängen, einer Positions- ermittlungsvorrichtung zum Ermitteln von Positionen unterschiedlicher Teile des Endoskops aus den bestimmten Werten und einem Bildschirm zur Darstellung des Endoskops anhand der ermittelten Positionen.
15. Endoskop-System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop die Werterzeugungsvorrichtung umfaßt.
16. Endoskop-System nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop an den in ihrer Position erfaßbaren Teilen wenigstens einen Sender und/oder Reflektor aufweist.
17. Endoskop-System nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop eine in einen Kanal des Endoskops einführbare flexible Sonde umfaßt, die Teile des Endoskops in ihren Positionen erfaßbar macht.
18. Endoskop-System nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsvorrichtung einen Mikroprozessor und einen Speicher umfaßt.
19. Endoskop-System nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsvorrichtung mehrere an unterschiedlichen Orten angebrachte Sensoren zur Erfassung der Werte umfaßt.
20. Endoskopsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 19, gekennzeichnet durch eine oder mehrere an oder in einem Untersuchungsschlauch angeordnete Signalübertragungsvorrichtungen.
21. Endoskop zur Verwendung in einem Endoskop-System nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere in ihrer Position ermittelbare Teile hat.
22. Überwachungsvorrichtung zur Verwendung in einem Endoskop-System nach einem der Ansprüche 14 bis 20, gekennzeichnet durch eine Werterzeugungs- vorrichtung zur Erzeugung von Werten, die von der Lage des Endoskops beeinflußt sind, eine Werterfassungsvorrichtung zur Erfassung der Werte von unterschiedlichen Teilen des Endoskops, eine Positionsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln von Positionen unterschiedlicher Teile des Endoskops aus den erfaßten Werten und einen Bildschirm zur Darstellung des Endoskops anhand der ermittelten Positionen.
23. Sonde zum Einführen in einen Kanal eines Endoskops, insbesondere zum Einsatz in einem Endoskop nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine Vorrichtung aufweist, die Teile des Endoskops in ihren Positionen erfaßbar macht.
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