(57)【要約】  人体の内部空間（Ｒ）を三次元的に検出する内視鏡を提案する。ここでは、カラーパターンを、内部空間（Ｒ）の領域（Ｗ）上にカラーパターンを投影する投影装置（１）と、前記領域（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）とが、少なくとも部分的に、縦長の内視鏡延在の遠方側終端領域内に配置されており、当該遠方側終端領域は、１８０°まで、元来の長軸方向の内視鏡延在に対して折り曲げ可能である。このようにして、三角測量ベースが、領域（Ｗ）の３Ｄ画像を生成するアクティブ三角測量方式を用いて画像を評価するために、容易かつ効果的に拡張される。このような内視鏡は特に有利には、低侵襲手術または技術的な内視鏡内で使用される。
2016508765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載された内視鏡、殊に低侵襲手術のための内視鏡に関する。
【０００２】
しばしば、従来の、開口が大きい手術と比べて、低侵襲手術ないしは腹腔鏡手術、殊に傷痕の無い手術には、多数の方法上の技術的な制約がある。これらの制約は殊に、著しく低減された自由度の下での可視化、空間的な配向、組織の性質の評価および動作領域の空間的な狭さに関する。これらの理由から、殊に複雑な手術は今日まで、それが強く望まれているのにも係わらず、低侵襲で行うことができない。
【０００３】
従って、低侵襲手術の利用可能性を拡大するために、世界的に、集中的な研究努力および開発努力がはらわれている。
【０００４】
従来の低侵襲手術の実質的な欠点は、第３の次元に関する情報が欠如している、および、不正確である、ということである。なぜなら、臓器表面のみが観察され、例えば、臓器内部の腫瘍の位置を突き止めるために触覚を使用することができないからである。深さ情報は、基本的に、術前に得られた体積データセットの投影によって伝えられる。しかし、このような形態の拡張現実ないし拡大現実では従来、リファレンスは確実ではない。術前の診断と比べて、術中は常に、多かれ少なかれ、例えば腹腔内の解剖学的構造の特徴付けされた位置および形状が変化し得る。術前のデータセットはそれぞれ、これに合わせられなければならない。例えば腹腔内の臓器の現下の表面に関する、従来技術と比べてより正確な情報が存在する場合には、このような整合を、ソフトウェア技術を用いて行うことが可能であろう。さらに、従来では、視野が著しく制限されている。
【０００５】
多くのアプローチは、リアルタイムでの、正確な、継続的な深さ測定を前提としている。従来では、手術の各時点で、各解剖学的構造と使用されている各測定対象物との間の正確な距離を特定するのは不可能である。このような情報の欠如は、依然として現存する多くの問題の原因である。
【０００６】
元からある人体開口部を介した医療手術をさらに発展させるための、鍵となる技術は、正確な３Ｄ測定技術である。成功例の無い状態で、ＮＯＴＥＳ（自然開口部超経管腔的内視鏡手術: Natural Orifice Transluminal Endscopic Surgery）、ないしは、元からある人体開口部を通るアクセスを用いて手術が行われる、傷痕の無い低侵襲手術が、病院に導入されることはないだろう。ＮＯＴＥＳの場合には、メカトロニクスを用いた補助システムの使用が不可欠である。これは同様に、必ず、衝突回避のための確実に機能する深さ測定技術ないしは３Ｄ測定技術を、呼吸によって生じる臓器の変位を補償するため、および、多数の他の機能のために必要とする。
【０００７】
３Ｄ情報および相応する３Ｄ測定技術を提供するために、これまで他の技術分野で使用されてきた種々の解決策が使用可能である。
【０００８】
立体鏡検査法
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。
【０００９】
相三角測量法
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。
【００１０】
タイム・オブ・フライト法
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。
【００１１】
運動からの構造復元
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。
【００１２】
本発明の課題は、殊に、低い自由度の下で動作空間が狭い場合の、可視化、空間的な配向および／または対象物、殊に組織の評価が、従来のシステムと比べて改善され、かつ、容易にされた内視鏡を提供することである。殊に、低侵襲手術での利用可能性が拡張されるべきである。同様に、複雑な低侵襲手術も実施可能にされるべきである。正確な、継続的な深さ測定が、リアルタイムで可能になるべきであり、手術の各時点で、内視鏡と対象物との間の正確な距離が特定可能であるべきである。内視鏡装置が次のように準備されるべきである。すなわち、殊に、低侵襲手術の領域上の、表面の３Ｄ測定データが、従来技術と比べて高いデータの質によって生成されるように準備されるべきである。
【００１３】
殊に、低侵襲手術（ＭＩＣ）の領域上での光学システムの統合の場合には、光学システムが十分に小型化可能であり、それにもかかわらず、画像精度または測定精度において、その性能が失われていない、ということが重要である。克服されるべき欠点は、光学系におけるサイズの低減が、通常は、同様に、情報の伝送容量の損失も意味する、ということである。これによって、視界の大きさが小さくされるか、または、解像度が低減される。これは、殊に３Ｄ測定技術に関する。なぜならこれは、第３の次元を同様に、伝送しなければならないからである。
【００１４】
この課題は、独立請求項に記載されている内視鏡によって解決される。
【００１５】
１つの態様では、内部空間の領域の三次元的検出のための内視鏡が提案される。ここでこの内視鏡は、元来の長軸方向の内視鏡延在に沿って、遠方側終端領域を有する縦長の物体として延在している。この遠方側終端領域は１８０°まで、殊に１１０°まで、または、９０°まで、元来の長軸方向の内視鏡延在に対して折り曲げ可能である。ここでアクティブ三角測量方式によってこの領域を三次元的に検出する装置は、少なくとも部分的に遠方側終端領域内に形成されている。
【００１６】
提案された三次元測定光学システムを用いて、距離測定が、内部空間表面の個々の点で行われ、人体の内部空間に関するより正確な情報が形成される。内視鏡装置が提案される。これは殊に、低侵襲手術に対して、従来技術と比べてより高いデータの質で、表面の三次元測定データを提供する。特に有利には、従来のいわゆる、アクティブ三角測量法が使用される。これは、１つの方向から既知のパターン、または、例えば相三角測量法の場合のように、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。独国特許出願公開第１０２３２６９０号明細書等から公知の構成が特に有利である。
【００１７】
さらなる有利な構成は、従属請求項に記載されている。
【００１８】
有利な構成では、領域の三次元的検出のための装置は、投影装置と検出装置とを有している。投影装置は、殊に冗長的に符号化されたカラーパターンを領域上に投影し、検出装置は領域上に投影されたこのカラーパターンを画像する。
【００１９】
他の有利な構成では、伝送装置が形成され得る。この伝送装置は、検出装置によって形成された画像を評価装置へと伝送する。この評価装置は、この画像を三次元オブジェクト座標へと処理する。この三次元オブジェクト座標は、表示装置によって、３Ｄ画像として操作員に示される。
【００２０】
他の有利な構成では、投影装置および／または検出装置は少なくとも部分的に、遠方側終端領域内に形成される。
【００２１】
他の有利な構成では、投影装置と検出装置とは完全に遠方側終端領域内に形成可能である、または、投影装置と検出装置との一方が完全に遠方側終端領域内に形成可能であり、他方が部分的に遠方側終端領域内に形成可能である。これは、投影装置と検出装置とがそれぞれ、視線方向を実質的に、折り曲げられている遠方側終端領域の長軸方向の延在に対して垂直に有するように行われる。
【００２２】
他の有利な構成では、２つの視線方向は、遠方側終端領域の長軸方向の延在に沿って伸びる回転軸を中心に、殊に、遠方側終端領域の対称軸を中心に回転可能である。このようにして、制限された視野が拡大される。なぜなら、奥行き距離情報を用いて、内部空間の多数の個別画像を１つの仮想パノラマにまとめることができるからである。これは同様に、「モザイキング」または「スティッチ」とも称される。視野のこのような拡大は、例えば、手術の実行を格段に容易にし、安全なレベルを効果的に改善することができる。
【００２３】
他の有利な構成では、投影装置かまたは検出装置のいずれか一方が完全に遠方側終端領域内に形成され、他方が遠方側終端領域内に形成されず、両方とも折り曲げられている状態において、実質的に平行な視線方向を有している。
【００２４】
他の有利な構成では、２つの視覚方向が、実質的に、元来の長軸方向の内視鏡延在に沿って、伸びる。
【００２５】
他の有利な構成では、遠方側終端領域は、約９０°、元来の長軸方向の内視鏡延在に対して折り曲げ可能である。
【００２６】
他の有利な構成では、遠方側終端領域内に形成されていない、投影装置の一部および検出装置の一部が、縦長の物体内に、遠方側終端領域に接して形成される。
【００２７】
他の有利な構成では、遠方側終端領域内に形成されていない、投影装置の一部および検出装置の一部が、縦長の物体の外に、縦長の物体の近方側終端領域の側に形成される。
【００２８】
他の有利な構成では、検出装置または投影装置の一方が、縦長の物体の外側に形成され、他方が遠方側終端領域内に形成される。
【００２９】
他の有利な構成では、検出装置または投影装置からはじまって、画像伝送装置が、縦長の物体外から縦長の物体内で、縦長の物体内の遠方側終端領域に接している対物レンズにいたるまで形成されている。
【００３０】
他の有利な構成では、投影装置が遠方側終端領域内に形成されている場合には、投影装置へと向かう導光装置が、縦長の物体の外にある光源から縦長の物体の内へと形成される。
【００３１】
他の有利な構成では、内視鏡は堅硬である。かつ、遠方側終端領域は、継ぎ手によって折り曲げることが可能である。
【００３２】
他の有利な構成では、内視鏡は柔軟であり得る。かつ、遠方側終端領域は、柔軟な材料によって、または、継ぎ手によって折り曲げることが可能である。
【００３３】
他の有利な構成では、内視鏡は、機械式の機構または電気機械式の機構を有する。これによって、遠方側終端領域が折り曲げられる。
【００３４】
他の有利な構成では、伝送装置は、画像を、少なくとも１つの伝送媒体によって、検出装置から評価装置へと伝送する。
【００３５】
他の有利な構成では、光学的なまたは電気的な画像データが、伝送手段である鏡によって、電気的な線路によって、ライトガイドによって、または透過性層または導電性層によって、偏向可能である。
【００３６】
他の有利な構成では、位置決定装置が形成可能である。この位置決定装置によって、投影装置の位置と検出装置の位置とが求められる。
【００３７】
他の有利な構成では、投影装置は、カラーパターンと交互に、白色光を内部空間の領域上に投影し、検出装置は、この白色光を用いて較正可能な３Ｄ画像と交互に、領域のカラー画像を検出する。
【００３８】
他の有利な構成では、表示装置は、領域の３Ｄ画像とカラー画像とをリアルタイムで、操作員に提供することができる。
【００３９】
他の有利な構成では、３Ｄ画像の検出データレートとカラー画像の検出データレートは、それぞれ、２０〜４０Ｈｚの間であり、殊に２５Ｈｚであり得る。
【００４０】
他の有利な構成では、評価装置は、領域の三次元オブジェクト座標データを、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である少なくとも１つの他の測定装置によって得られた、領域の点群データと融合することができる。
【００４１】
本発明を、実施例に基づいて、図面に関連して、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１ａは第１の動作モードにおける本発明の内視鏡の第１の実施例であり、図１ｂは第２の動作モードにおける本発明の内視鏡の第１の実施例であり、図１ｃは従来の内視鏡の実施例である
【図２】本発明の内視鏡の第２の実施例である
【図３】本発明の内視鏡の第３の実施例である
【図４】図４ａは第１の動作モードにおける本発明の内視鏡の第４の実施例であり、図４ｂは第２の動作モードにおける本発明の内視鏡の第４の実施例である
【図５】本発明の内視鏡の第５の実施例である
【図６】本発明の内視鏡の第６の実施例である
【図７】従来の位置決定装置の実施例である
【図８】図８ａは、第１の時点での、内部空間における、本発明の内視鏡の実施例であり、図８ｂは、第２の時点での、図８ａに示された本発明の内視鏡の実施例である
【実施例】
【００４３】
図１ａは、第１の動作モードにおける本発明の内視鏡の第１の実施例を示している。ここで、この内視鏡は例えば、トロカールを通って、腹腔内に導入される。内部空間の三次元的検出のための図示された内視鏡は、遠方側終端領域を備えた縦長の物体が、元来の内視鏡延在に沿って延在している最初の状態においては、折り曲げられることなく延在している。縦長の物体の遠方側終端領域内に、この実施例では、投影装置１が配置されている。これは、例えばカラーパターンを投影するため、殊に一回または冗長的に符号化されたカラーパターンを対象物上に投影するプロジェクター、殊にスライド映写機である。投影装置１はここでは完全に、遠方側終端領域内に位置付けされている。投影装置１のさらなる構成部材は、光源（例えば少なくとも１つの発光ダイオードＬＥＤ）、駆動制御エレクトロニクスおよび他の従来のプロジェクター部材であり得る。対象物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（例えばカメラ）が、遠方側終端領域外に、縦長の物体内に、遠方側終端領域に接して配置されている。図１ａの実施例では、検出装置３と投影装置１とが、並んで、この順番で、内視鏡の遠方側終端へと向かう方向で位置付けされている。遠方側終端領域は、元来の長軸方向の内視鏡延在に対して、ここでは、９０°まで折り曲げることが可能である。１８０°までの曲げ、例えば、１１０°の曲げが基本的に同様に可能である。この実施例では、投影装置１は、内視鏡の折り曲げ可能な部分内に配置されている。検出装置３は、視線方向において、元来の長軸方向の内視鏡延在に沿って、内視鏡の折り曲げ可能でない部分内に配置されている。遠方側終端領域は、次のように、部分的に、元来の長軸方向の内視鏡延在に対して、折り曲げ可能に構成されている。すなわち、投影装置１が、元来の長軸方向の内視鏡延在に対して折り曲げ可能であるように、構成されている。本発明の全ての実施形態では、図示されていない伝送装置５が設けられている。この伝送装置５によって、殊に、検出装置３の画像データまたは画像が、ここでは図示されていない評価装置７へ伝送される。基本的に、本発明の全ての実施形態において、投影装置１と検出装置３との間のデータ伝送が提供可能である。このようにして、投影装置１および検出装置３の駆動制御および読み出しが実行可能である。
【００４４】
図１ｂは、第２の動作モードにある本発明の内視鏡の第１の実施例を示している。ここでは三次元のデータが得られる。ここでは、プロジェクターは、折り曲げられた領域内に位置し、カメラは、内視鏡の縦長の物体の長い軸ないしは折り曲げられていない部分に位置している。遠方側終端領域は次のように、元来の長軸方向の内視鏡延在に対して９０°、折り曲げられている。すなわち、同様に投影装置１が、元来の縦長の内視鏡延在に対して９０°曲げられているように、折り曲げられている。この動作モードでは、投影装置１と検出装置３はそれぞれ視線方向を、実質的に、元来の長軸方向の内視鏡延在に沿って有している。相応する配向では、殊に、対象物へと向かう方向、例えば、内部空間の表面へと向かう方向において、視線方向を有している。内視鏡が折り曲げ後に、特に有利には、ラッチされ、このようにして、機械的に固定または保持されるのが有利である。このようにして、高いデータの質で、表面の三次元測定データを提供する内視鏡装置が提供される。これは、内視鏡が所定の箇所で機械的に折り曲げ可能であることによって生じる。このようにして、使用されているアクティブ三角測量に対して、従来技術と比較して、相対的に長い三角測量基線、ひいては、深さに関する高い解像度が得られる。例えば、１０ｃｍの距離において、０.５ｍｍの深さ解像度が得られる。得られる深さ解像度に対する尺度である三角測量基線が、２−４ｃｍのオーダーにあるのは、本発明では有利である。従来の内視鏡と比較して、本発明の内視鏡では、深さの解像度は、約１０倍上昇する。
【００４５】
図１ｃは、従来の内視鏡の実施例を示している。このような従来の内視鏡ではプロジェクターもカメラ光学系も、前方の遠方側端面に配置されており、前方への視線方向を有している。従って約１０ｍｍの範囲にあるこのような内視鏡の典型的な直径では、三角測量基線は、約３−４ｍｍの範囲にある。
【００４６】
図２は、本発明の内視鏡の第２の実施例を示している。この実施例では、投影装置１と検出装置３とが完全に遠方側終端領域内に配置されており、元来の長軸方向の内視鏡延在に対して、９０°、折り曲げられている。図２では、投影装置１は、内視鏡の遠方側端部に配置されている。検出装置３は、内視鏡の、近方側終端部近傍に、投影装置１の隣に、遠方側終端領域内に位置付けされている。ここで示された、折り曲げられている動作モードでは、投影装置１と検出装置３とはそれぞれ視線方向を、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有している。図２ではプロジェクターとカメラは、内視鏡の、折り曲げ可能な部分内に配置されている。機械的に折り曲げることが可能な箇所には、例えば継ぎ手が配置されている。ここでは、光学的な信号および電気的な信号が、遠方側終端領域から、鏡、配線、ライトガイドまたは透過性層、導電性層を用いて偏向される。図２では、プロジェクターと、カメラとして構成されている受信部とが、内視鏡の折り曲げ可能な部分ないしは折り曲げられた遠方側終端領域に配置されている。付加的に、光学的な信号および電気的な信号を偏向する偏向装置との組み合わせが可能である。この場合には偏向は、検出装置３の部材によって行われる。交換された配置の場合には、偏向は、位置決定装置の部材によって行われる。
【００４７】
図３は、本発明の内視鏡の第３の実施例を示している。この第３の実施形態では、検出装置３は完全に、折り曲げ可能な遠方側終端領域内に配置されており、投影装置１は部分的に、折り曲げ可能な遠方側終端領域内に配置されている。投影装置１の、遠方側終端領域内に形成されていない部分は、縦長の物体内で、遠方側終端領域に接して形成されている。このために、例えばカメラを、折り曲げられた領域内に形成し、プロジェクターを部分的に、折り曲げられた領域内に形成し、さらに、部分的に、固定軸内に形成することが可能である。折り曲げ不可能の領域から、折り曲げ可能の領域への移行領域には、例えば、スライド４が配置可能である。全ての実施形態の場合のように、図示されていない伝送装置５が設けられており、これによって、殊に、検出装置３の画像データが評価装置７へと伝送される。基本的に、全ての実施形態では、次のようなデータ伝送が提供可能であるないしは実行される。すなわち、遠方側終端領域へのおよび遠方側終端領域からの、ないしは、折り曲げられた遠方側終端領域へのおよび折り曲げられた遠方側終端領域からのデータ伝送、並びに、投影装置１へのおよび投影装置１からの、および、検出装置３へのおよび検出装置３からのデータ伝送である。
【００４８】
図３では、投影装置１と検出装置３とはそれぞれ視線方向を、実質的に、遠方側終端領域の長軸方向の延在に対して垂直に有している。図３は、矢印で、検出装置３の左側で、次のことを示している。すなわち、投影装置１と検出装置３の２つの視線方向が、遠方側終端領域の長軸方向延在に沿って伸びる回転軸を中心として、殊に、遠方側終端領域の対称軸を中心として回転可能である、ということを示している。このようにして、内視鏡の視野を効果的に拡張することができる。多数の個別画像をまとめることによって、例えば、パノラマ画像を形成することができる。図３では、投影装置１は部分的に、折り曲げ可能な遠方側終端領域内に形成されている。ここで投影装置１の一部は、内視鏡の、折り曲げることができない領域内に留まっている。図３では、折り曲げ可能な遠方側終端領域は、プロジェクターの視野およびカメラの視野とともに、遠方側終端領域の円筒軸を中心に回転可能である。従って、内視鏡の測定フィールドまたは測定領域が重畳している場合には、連続した測定を用いて、データ融合および視野の拡大が可能になる。
【００４９】
図４ａは、第１の動作モードにある本発明の内視鏡の第４の実施例を示している。これは例えば、腹腔内または技術的な内部空間内に内視鏡を挿入するために用いられる。図４ａは、内視鏡の固定部分内にあるプロジェクターないしは投影装置１を示している。ここでこの近方側領域は内視鏡軸と称される。「近方側」とは、操作員に近い方の側を意味している。遠方側とは、操作員から離れている方の側を意味している。プロジェクターはスライド４を有することができ、投影鏡軸は参照番号２を有する。図４ａは、第１の動作状態にある本発明の内視鏡を示している。ここでは、折り曲げは行われていない。折り曲げは、継ぎ手６を用いて可能である。
【００５０】
図４ｂは、第２の動作状態にある本発明の内視鏡の第４の実施例を示している。これに際し、検出装置３であるカメラが、折り曲げ可能な遠方側終端領域内に位置付けされており、ここでは、第１の動作状態ないしは出発状態における位置から９０°回転されている。折り曲げは、ここでは、継ぎ手６を用いて可能である。他の実施形態も基本的に可能である。プロジェクターは、図４ｂでは、下方への視線方向を有している。カメラないし検出装置３は、図４ｂでは、同様に、下方への視線方向を伴って、内視鏡の折り曲げ可能な部分内に形成されている。
【００５１】
図５は、本発明の内視鏡の第５の実施例を示している。検出装置３は、縦長の物体の外に形成されており、投影装置１は遠方側終端領域内に形成されている。従って、遠方側終端領域内に形成されていない、投影装置１の部分および検出装置３の部分は、縦長の物体の外側に、縦長の物体の、近方側終端領域の側に形成されている。検出装置３から出発して、画像伝送装置１３が、縦長の物体の外側から縦長の物体体内へ、縦長の物体内の遠方側終端領域に接している対物レンズ１５まで形成されている。これによって、ライトガイドを用いて、対象物の画像が、対物レンズ１５を用いて、検出装置３によって検出される。投影装置１は、図５では、遠方側終端領域内に形成されており、縦長の物体の外の光源１７から、導光装置１９を用いて、カラーパターンを投影するための、および／または、対称物を白色光で照明するための光を得る。光源１７は外部にあるので、この光源は、高い光出力を提供することができる。損失熱は、容易に排出可能である。投影装置１はここでは、完全に遠方側終端領域内に形成されている。
【００５２】
図６は、本発明の内視鏡の第６の実施例を示している。投影装置１は、縦長の物体の外側に形成されており、検出装置３は遠方側終端領域内に形成されている。従って、遠方側終端領域内に形成されていない、投影装置１の部分および検出装置３の部分は、縦長の物体の外側に、縦長の物体の、近方側終端領域の側に形成されている。投影装置１から出発して、縦長の物体の外側から縦長の物体内へ、画像伝送装置１３が、縦長の物体内の遠方側終端領域に接している対物レンズ１５まで形成されている。ライトガイドを用いて、カラーパターンを、対物レンズ１５を用いて、対称物上へ投影することができる。検出装置３はここでは、完全に、遠方側終端領域内に形成されている。
【００５３】
図７は、本発明の内視鏡を加えることができる、従来の位置決定装置の実施例を示している。本発明の内視鏡が、トラッキング装置とも称される位置決定装置とともに形成される場合には、例えば手術の現場の、測定され、検出された表面を、得られた内視鏡位置と結合することができる。図７は、電磁的なまたは光学的なトラッキングを用いた従来の実施例を示している。他の選択肢は、内視鏡の外部領域における、目立つマーク、例えば、ボールの取り付け、または、光学的な三角測量方法を用いたトラッキングである。他の位置決定装置も可能である。
【００５４】
図８ａは、第１の時点での、内部空間内の本発明の内視鏡の実施例を示している。ここでは、この実施例に従って、内視鏡は、低侵襲手術の周辺条件に、最適に整合されている。このために、本発明の内視鏡Ｅは、固定された内視鏡として形成されており、トロカールを通じて、内部空間の例である、空気が充填されている腹腔内に挿入可能であり、ここに挿入される。ここでこの挿入は上方から行われる。ここでは手術は、肝臓Ｌで行われるべきである。本発明の内視鏡Ｅは、ここでは、第１の時点で、所定の折り曲げ箇所で、約９０°折り曲げられている。従って、プロジェクターの形態の投影装置１の視線方向、および、画像光学系の形態の検出装置３の視線方向は、ここでは下方へ、腹腔空間の内部内の手術領域へ向けられている。
【００５５】
本発明の内視鏡Ｅは、リアルタイムでの三角測量基線の拡張並びに表面およびその３Ｄ延在の測定を可能にする。本発明では、ここで、次のことが可能である。すなわち、本発明の内視鏡Ｅの光学部材のための利用可能な横断面を拡大することが可能である。ラグランジュ不変量が拡大可能である。これは、光学系では、光学的な情報伝達能力に対する尺度である。このようにして、殊に、３Ｄ領域において、内視鏡において、効果的な高い水平方向の解像度および深さ解像度が得られる。同様に、従来技術と比べて、図１ｃでは、光供給のための横断面が効果的に拡大される。これは、エタンデュの拡大に相当する。リアルタイムで検出可能な測定表面は、図８ａおよび８ｂにおいて、Ｍで表されている。位置決定装置９は、有利には、投影装置１および検出装置３の位置を検出する、並びに、殊に、三角測量基線の位置を検出し、このようにして、同様に、外側の座標系に対して相対的な検出された表面構造の位置の特定を可能にする。他の位置決定装置９を、付加的な器具Ｉに配置することが可能である。従って、この付加的な器具の位置が同様に、外部の座標系に対して特定可能である。これによって、器具に対して相対的に、測定システムを位置付けすることが可能になる。このようにして操作員に、内部空間内の状況に関する付加的な情報が供給可能である。参照符号Ｗは、内部空間の操作されるべき、または、処理されるべき領域を示している。ここには、内視鏡Ｅと器具Ｉとが入れられている。ここでは図示されていない伝送装置５は、検出装置３によって作成された画像を外部の評価装置７へと伝送する。この評価装置は、この画像を、三次元の対称物座標へと処理する。ここには図示されていない表示装置１１によって、操作員は、内部空間の領域Ｗの３Ｄ画像を見ることができる。投影装置１は、カラーパターンと交互に、白色光を内部空間の領域Ｗ上に投影し、検出装置３は相応して、白色光を用いて較正可能な３Ｄ画像と交互に、領域Ｗのカラー画像を検出する。このようにして、表示装置１１は、３Ｄ画像に対して付加的に、領域Ｗのカラー画像をリアルタイムで操作員に提供する。パターニングされた照明と、白色光による照明とによるこのような交互の画像撮影の場合に、深さデータを計算することが可能になる。ここで、白色光撮影は、カラーストリップの色修正のために用いられ、このようにして、対称物ないしは領域Ｗの色の、ノイズとなる影響が低減される。パターニングされた照明と白色光照明とによる、択一的な画像撮影は、同様に、カラー画像の表示によって、処理されるべき領域Ｗの視覚化を可能にする。これは、例えば手術現場の領域Ｗである。５０Ｈｚの画像レートの場合には、手術シーンないしは３Ｄ表面領域Ｗの表面がリアルタイムで、例えば２５Ｈｚで計算され、データセットとして、誘導のために、詳細には病巣へ外科医を誘導するために、ないしは、使用箇所へ操作員を誘導するために使用され、操作員のための表示装置１１上に表示される。同時に、カラー画像がリアルタイムで、例えば２５Ｈｚの画像レートの場合に、使用箇所ないしは腹腔内への操作員または外科医の誘導のために、例えば、モニタまたはヘッドアップディスプレイ上に示される。さらに、ナビゲーションないしは誘導のための情報、例えば矢印が、あるモニタまたは上記のモニタ上に挿入される。
【００５６】
図８ｂは、第２の時点の間の、図８ａに示された本発明の内視鏡の実施例を示している。図８ａと同じ参照符号は、同じ部材を表している。図８ｂでは、内視鏡Ｅの実施形態が使用可能である。ここで投影装置１は、符号化されたカラーパターンと交互に、白色光を、内部空間の領域Ｗ上に投影し、検出装置３は較正可能な３Ｄ画像と交互に、この領域Ｗのカラー画像データを検出する。
【００５７】
図８Ｂは、第２の時点を示している。ここでは、操作員（詳細にはここではオペレータ）は、画像および３Ｄ画像に対して付加的に、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、領域Ｗの点雲データを使用する。ここで、評価装置７は、領域Ｗの三次元オブジェクト座標データないしは三次元画像を、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、領域（Ｗ）の点雲データと融合させる。このような付加的な情報によって、処理されるべき領域、例えば肝臓Ｌが、次のように、検出装置３によって検出される。すなわち、障害を有する箇所ないしは病気の組織、例えば腫瘍Ｔの位置を定め、除去することが可能であるように、検出される。本発明の３Ｄ内視鏡を、臓器表面の三次元測定のための測定手段として使用する場合には、図８ｂに従って、付加的に、殊に、手術前に得られた点雲データとの融合が実行される。このような点雲は、例えば、核スピントモグラフィ装置または磁気共鳴トモグラフィ装置によって得られる。ここでは、点雲データでの術前に得られた臓器表面が特定され、データセットにおいて、次のように変形される。すなわち、点雲データが、本発明の内視鏡Ｅによって測定された表面形状の形態を有するように、変形される。ここでこの点雲データの点は、弾力性を伴って、相互に結合される。従って、臓器内部の領域は、表面変形時に相応に共に変形し、場合によっては、新たな位置をとる。臓器、例えば肝臓Ｌ内に腫瘍Ｔが存在し、この腫瘍Ｔの位置が術前に得られた点雲データにおいて特定可能である場合には、腫瘍Ｔの位置変化が３Ｄ／３Ｄデータ融合を用いて特定され、外科医を病巣へと誘導するための情報として使用される。本発明の内視鏡は、特に有利には、殊に、低侵襲手術用の高解像度３Ｄ内視鏡である。基本的に、本発明の内視鏡は、医療的な用途に制限されない。他の用途は、技術的な内視鏡または内部空間が検出される、検査される、監視されるまたは処理されるべき、その他のあらゆる箇所である。
【００５８】
人体の内部空間Ｒの三次元的検出のための内視鏡が提案される。ここでは、内部空間Ｒの領域Ｗ上にカラーパターンを投影する投影装置１と、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とが、少なくとも部分的に、長軸方向の内視鏡延在の遠方側終端領域内に位置付けされており、この遠方側終端領域は、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。このようにして、領域Ｗの３Ｄ画像を形成するアクティブ三角測量方式を用いた画像評価のための三角測量基線を、容易かつ効果的に拡大することができる。このような内視鏡は、特に有利には、低侵襲手術または技術的な内視鏡において使用される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年10月13日(2014.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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り、
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おり、
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）とを有しており、
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）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おり、
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内視鏡において、
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、
ことを特徴とする内視鏡。
【請求項２】
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１記載の内視鏡。
【請求項３】
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または２記載の内視鏡。
【請求項４】
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１から３までのいずれか一項記載の内視鏡。
【請求項５】
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１から４までのいずれか一項記載の内視鏡。
【請求項６】
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５記載の内視鏡。
【請求項７】
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６までのいずれか一項記載の内視鏡。
【請求項８】
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７までのいずれか一項記載の内視鏡。
【請求項９】
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８までのいずれか一項記載の内視鏡。
【請求項１０】
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２から９までのいずれか一項記載の内視鏡。
【請求項１１】
光学的または電気的な画像信号は、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１０記載の内視鏡。
【請求項１２】
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１から１１までのいずれか一項記載の内視鏡。
【請求項１３】
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１から１２までのいずれか一項記載の内視鏡。
【請求項１４】
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１３記載の内視鏡。
【請求項１５】
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１３または１４記載の内視鏡。
【請求項１６】
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２から１５までのいずれか一項記載の内視鏡。
【国際調査報告】
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