ES2977087T3

ES2977087T3 - Dispositivo endoscópico y procedimiento para examen endoscópico

Info

Publication number: ES2977087T3
Application number: ES17740713T
Authority: ES
Inventors: Hans-Gerd Maas; Niklas Paul Conen; Thomas Luhmann
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2024-08-19
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: CN109561810B; EP3484338A2; US11213189B2; DE102016113000A1; WO2018011106A2; US20190142250A1; CN109561810A; EP3484338B1; JP2022062231A; JP2019521778A; WO2018011106A3

Abstract

La invención se refiere a un aparato endoscópico, en particular para usos médicos, que comprende un endoscopio (26; 100) que incluye un eje (30; 102) que puede introducirse en un sujeto (12) a examinar, que comprende además un procesador de datos. unidad (36) y tres o más unidades de imágenes ópticas (50, 52, 54), cada una de las cuales incluye un elemento de imágenes (56, 58, 60) y un sensor de imágenes (70, 72, 74), asociado con las respectivas imágenes elemento, para suministrar conjuntos de datos de imágenes (78, 80, 82) a la unidad de procesamiento de datos (36), estando dispuestos los elementos de imágenes (56, 58, 60) distalmente en el eje (30; 102); la unidad de procesamiento de datos (36) está diseñada y programada de tal manera que identifique, en base a los conjuntos de datos de imágenes (78, 80, 82), píxeles que se corresponden entre sí en los conjuntos de datos de imágenes (78, 80, 82) y crear un conjunto de datos de superficie 3D de un objeto (14) en el sujeto (12) a examinar, siendo capturado dicho objeto (14) por las unidades de imágenes (50, 52, 54). La invención también se refiere a un método para examen endoscópico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo endoscópico y procedimiento para examen endoscópico

La invención se refiere a un dispositivo endoscópico de formación de imágenes, en particular para aplicaciones médicas, que comprende un endoscopio con un vástago que puede ser introducido en un objeto que debe ser examinado y una unidad de procesamiento de datos, así como unidades de formación de imágenes ópticas para proporcionar conjuntos de datos de imágenes para la unidad de procesamiento de datos.

La invención también se refiere a un procedimiento para el examen endoscópico de un objeto técnico que debe ser examinado, en el que se introduce un vástago de un dispositivo endoscópico en el objeto que debe ser examinado y se obtiene una imagen de un objeto en el objeto que debe ser examinado, por lo que se proporcionan conjuntos de datos de imagen a una unidad de procesamiento de datos. También se divulga un procedimiento de examen endoscópico para aplicaciones médicas.

La presente invención se describe a continuación en particular con referencia a una aplicación médica, pero no se limita a este campo de aplicación. Los exámenes endoscópicos también se pueden llevar a cabo, por ejemplo, en el ámbito de la fabricación o del mantenimiento de objetos técnicos. Como ejemplo de una aplicación de este tipo cabe mencionar el examen endoscópico de turbinas de gas, tal como se describe en el documento WO 2013/045108 A1.

En el caso de las aplicaciones médicas, el eje del endoscopio se introduce en el cuerpo (humano o animal) como el objeto que debe ser examinado para obtener imágenes de objetos, tales como órganos internos dentro de cavidades, para apoyar el procedimiento quirúrgico. También pueden representarse los instrumentos quirúrgicos usados por el cirujano durante la intervención. En este contexto, es bien conocido el uso de endoscopios estereoscópicos para proporcionar al cirujano una representación espacial de un objeto.

En el documento WO 2006/005061 A2 se describe un dispositivo en el que se usan tres unidades ópticas de formación de imágenes. Se puede mostrar al cirujano una imagen estereoscópica en una unidad de visualización mediante dos unidades de formación de imágenes. También es posible crear una imagen adicional usando una tercera unidad de formación de imágenes y mostrarla como una inserción en la imagen estereoscópica, por ejemplo, para proporcionar información adicional al cirujano.

El documento US 2009/0268010 A1 describe un dispositivo y un procedimiento para el examen endoscópico. Se pueden usar dos sensores de imagen para crear imágenes individuales de un objeto en la sala de exploración para su visualización estereoscópica. Además, se puede proporcionar otro sensor de imagen con el que se crea una imagen de fluorescencia del objeto. La imagen de fluorescencia puede ser mostrada opcionalmente en una pantalla estereoscópica y superponerse en la pantalla estereoscópica. Una forma de realización prevé la creación de un par de imágenes de fluorescencia, cada una de las cuales puede superponerse opcionalmente al conjunto de datos de imágenes estereoscópicas.

En el documento US 2013/0331648 A1 se divulga un procedimiento y un dispositivo para exámenes endoscópicos. Es posible crear una representación tridimensional del interior de una cavidad corporal. El cirujano puede navegar digitalmente en la representación tridimensional para ver el interior de la cavidad corporal desde distintos puntos. Las representaciones tridimensionales pueden "abrirse" y mostrarse planas en función del tiempo.

Del documento DE 102008018636 A1 se conocen dispositivos y procedimientos para el registro endoscópico en 3D.

El documento DE 102011 087 357 A1 describe un procedimiento para actualizar datos de imagen 3D de un cuerpo registrados preoperatoriamente con respecto a la situación quirúrgica actual. Para ello, se registran datos 3<d>exoscópicos o endoscópicos intraoperatorios, preferentemente de manera intracorpórea y se usan para corregir los datos de la imagen 3D.

El documento US 2011/0228049 A1 se refiere a sistemas y procedimientos para la representación de imágenes en 3D.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo endoscópico y un procedimiento para el examen endoscópico, con los que se pueda obtener información adicional para un examen más completo del objeto que debe ser examinado.

Este objetivo se consigue mediante un dispositivo endoscópico según la invención con las características de la reivindicación 1.

En el dispositivo según la invención, está previsto que se usen por lo menos tres unidades de formación de imágenes, por lo que en una forma de realización ventajosa también pueden estar previstas cuatro o más unidades de formación de imágenes. Los elementos de formación de imágenes están dispuestos distalmente en el vástago, en cuyo campo de visión se encuentra un objeto del que hay que obtener una imagen. La luz enfocada por los elementos formadores de imágenes puede transmitirse a los sensores de imagen, que pueden estar dispuestos en el vástago o en una carcasa situada externamente al objeto que debe ser examinado. La unidad de procesamiento de datos analiza los conjuntos de datos de imagen en busca de elementos de imagen correspondientes (denominados homólogos), teniendo en cuenta los conjuntos de datos de imagen de tres o más sensores de imagen y, preferentemente, de todos los sensores de imagen. A diferencia de los dispositivos conocidos de la técnica anterior, la invención permite reconstruir en 3D la escena observada. Al proporcionar tres o más conjuntos de datos de imágenes, se pueden eliminar en gran medida las ambigüedades e imprecisiones que se sabe que se producen al analizar conjuntos de datos de imágenes estereoscópicas. De este modo, por medio del dispositivo se puede crear un conjunto de datos de superficie en 3D de los objetos fotografiados, que se caracteriza por una mayor precisión. El conjunto de datos de superficie 3D se puede usar como base para un examen endoscópico posterior y se tiene en cuenta, por ejemplo, para la detección dependiente del tiempo de cambios en la posición y/o en la forma de uno o más objetos, lo que se comentará más adelante.

El dispositivo según la invención es particularmente adecuado para exámenes médicos endoscópicos. Estas exploraciones se enfrentan al reto de que los dispositivos endoscópicos tienen que ser compactos para poder minimizar la invasividad para el paciente (por ejemplo, debe evitarse cualquier incisión adicional), sobre todo teniendo en cuenta el limitado espacio disponible en el cuerpo. El hecho de que las estructuras del propio cuerpo tengan predominantemente poca textura y, por lo tanto, pocas propiedades estructurales que resulten fáciles de analizar mediante la tecnología de procesamiento de imágenes, estas son especialmente difíciles de registrar, reconstruir e identificar. También resulta difícil que los reflejos emanen de las propias estructuras del cuerpo debido a la estructura poco pronunciada y al líquido adherido, tales como el agua o la sangre, que son difíciles de analizar en los conjuntos de datos de imágenes. La iluminación en el interior del cuerpo, que sin embargo es necesaria, favorece unos reflejos de por sí indeseables. Debido a las limitaciones de espacio, en la práctica también existe el problema de que se usan elementos de obtención de imágenes con grandes aperturas, que causan distorsiones en los conjuntos de datos de imagen y sólo permiten una profundidad de campo poco profunda, lo que también está causado por la pequeña distancia de base de los elementos de obtención de imágenes distales al vástago. Al usar al menos tres conjuntos de datos de imagen, la presente invención permite eliminar en gran medida las ambigüedades y obtener así una información más fiable sobre los objetos representados en general.

El conjunto de datos de superficie 3D puede crearse a partir de una denominada "nube de puntos" de un número finito de puntos o comprende dicho número finito de puntos determinados a partir de los elementos de imagen correspondientes identificados.

Para identificar y determinar los elementos de imagen correspondientes en los tres o más conjuntos de datos de imagen, el experto en la materia puede recurrir a algoritmos de correspondencia de imágenes múltiples conocidos que conozca, por ejemplo según el procedimiento de intersección de líneas del núcleo.

Es conveniente que la unidad de procesamiento de datos determine los elementos de imagen correspondientes para crear el conjunto de datos 3D en tiempo real, por ejemplo a intervalos de unos pocos segundos y preferentemente en el rango de los milisegundos. De este modo, al visualizar el conjunto de datos de superficie 3D en una unidad de visualización, se puede mostrar un objeto en cierta medida en tiempo real.

Es conveniente que los cambios de posición y/o de forma del objeto puedan ser determinados por el dispositivo en función del tiempo, con lo que se puede rastrear el objeto, al menos parcialmente. Un movimiento del objeto con un cambio de posición y/o de orientación y/o un cambio de forma de uno o más objetos puede ser detectado por la unidad de procesamiento de datos en la medida en que los sucesivos conjuntos de datos 3D presenten diferencias, por lo que el objeto u objetos pueden ser identificados (preferentemente de forma simultánea) en cada uno de los conjuntos de datos 3D y de este modo pueden ser rastreados de manera dependiente del tiempo. Esto supone un gran beneficio para el usuario. En el campo de la endoscopia médica, por ejemplo, se pueden reconocer y seguir las pulsaciones de los órganos.

Se puede prever que la unidad de procesamiento de datos use dos conjuntos de datos de imagen para crear un conjunto de datos de imagen estereoscópica, que se examina en busca de elementos de imagen correspondientes con al menos otro conjunto de datos de imagen.

Además, puede estar previsto que dos conjuntos de datos de imagen se combinen estereoscópicamente entre sí y se comparen con otro conjunto de datos de imagen. Por consiguiente, en una forma de realización preferente, es ventajoso que la unidad de procesamiento de datos genere un conjunto de datos de imagen estereoscópica a partir de cada uno de los dos conjuntos de datos de imagen, que se analiza para los elementos de imagen correspondientes con un conjunto de datos de imagen adicional respectivo.

Puede estar previsto que el dispositivo comprenda una unidad de visualización acoplada a la unidad de procesamiento de datos.

Es conveniente que la unidad de procesamiento de datos cree una imagen estereoscópica del objeto a partir de dos conjuntos de datos de imagen y la muestre en la unidad de visualización. Se puede mostrar al usuario, por ejemplo al cirujano, una imagen estereoscópica intuitivamente reconocible para guiar el endoscopio en el objeto que debe ser examinado.

Alternativa o adicionalmente, es conveniente que la unidad de procesamiento de datos muestre una imagen del conjunto de datos 3D de la unidad de visualización, en particular en función del tiempo. El conjunto de datos (de superficie) 3D creado por la unidad de procesamiento de datos con el objeto reconstruido usando la información de la imagen puede proporcionar al usuario una valiosa información adicional durante el procedimiento endoscópico. Es posible la visualización con colores diferentes para resaltar propiedades interesantes del objeto. La navegación en el conjunto de los datos 3D visualizados es posible ventajosamente para el usuario con el fin de poder ver el objeto desde diferentes lados sin tener que guiar el endoscopio para este fin.

En una forma de realización ventajosa, los elementos de imagen pueden estar dispuestos de manera colineal en el vástago. Vistos desde el extremo distal del eje, los elementos de imagen pueden estar situados uno al lado del otro, por ejemplo, de forma equidistante. Los ejes respectivos definidos por los elementos de imagen están dispuestos a lo largo de una línea recta que los atraviesa y/o están alineados en paralelo por pares.

En otra forma de realización ventajosa, es conveniente que uno de los elementos de imagen esté dispuesto simétricamente en el vástago con respecto a una base formada por otros dos elementos de imagen. Por ejemplo, dos elementos de imagen forman la base de un sistema estereoscópico, mientras que un tercer elemento de formación de imágenes está situado simétricamente con respecto a la base.

Convenientemente, los elementos de imagen, en particular en la última forma de realización ventajosa mencionada, están dispuestos en una disposición regular en el vástago, por ejemplo, según un triángulo isósceles y en particular equilátero, en cada caso con respecto a una vista superior del vástago en la dirección proximal. Si los elementos de imagen están dispuestos de forma regular, por ejemplo, tres elementos de imagen en un triángulo equilátero, el endoscopio puede ser lo más compacto posible.

Resulta conveniente que al menos dos elementos de imagen estén dispuestos de manera plana entre ellos. En el presente caso, el experto puede entender que esto significa en particular que los ejes ópticos de los elementos de imagen están alineados en paralelo entre ellos. Los planos ópticos de los elementos de imagen, en particular los planos de las lentes, preferentemente coinciden.

Alternativa o adicionalmente, puede estar previsto que al menos dos sensores de imagen estén dispuestos en una disposición plana uno con respecto al otro. En el presente caso, esto puede entenderse en particular en el sentido de que los planos formados por los sensores de imagen pueden coincidir o disponerse paralelos entre ellos.

En una forma de realización ventajosa, se prevé que todos los elementos de formación de imágenes y/o todos los sensores de imágenes estén dispuestos en una disposición plana unos con respecto a otros.

Las propiedades ópticas de imagen de los elementos de imagen (apertura, distancia focal, etc.) son preferentemente idénticas. Las propiedades de imagen de las unidades de formación de imágenes en su conjunto pueden ser idénticas.

En una forma de realización ventajosa, es conveniente si los sensores de imagen están dispuestos en el vástago y si están acoplados mediante líneas de señal a la unidad de procesamiento de datos, situada fuera del objeto que debe ser examinado. En particular, existe la posibilidad de que esté previsto un endoscopio denominado "chip-en-la-punta".

En una forma de realización ventajosa diferente, se prevé que los elementos de formación de imágenes se acoplen a los sensores de imagen a través de elementos de guía de ondas óptica conducidos en el vástago, que están dispuestos en una carcasa fuera del objeto que debe ser examinado. Los objetos se visualizan a través de los elementos de imagen en los elementos de guía de ondas óptica y a través de éstos en los sensores de imagen dispuestos externamente al objeto que debe ser examinado.

Resulta conveniente que el dispositivo comprenda una unidad de iluminación con al menos un elemento de iluminación que pueda ser introducido en el objeto que debe ser examinado. Esto permite iluminar la escena y crear imágenes de mayor calidad de los objetos.

Ventajosamente, está prevista una pluralidad de elementos de iluminación. Preferentemente, los elementos de iluminación pueden colocarse libremente unos en relación con otros y/o, de manera conveniente, se les puede activar o desactivar independientemente unos de otros, de tal modo que el dispositivo pueda ser usado por el operador de tantas maneras como sea posible.

Preferentemente, a cada unidad de formación de imágenes se le asigna un elemento de iluminación, por lo que el número de elementos de iluminación puede ser igual al número de unidades de formación de imágenes.

Es conveniente que el elemento de iluminación comprenda o forme al menos una guía de ondas óptica conducida en el vástago. La integración de la guía de ondas óptica en el vástago permite prescindir de un elemento de iluminación que, además del vástago, tenga que introducirse en el objeto que debe ser examinado. El manejo del dispositivo por parte del operador se simplifica por el hecho de que la guía de ondas óptica se mueve al mismo tiempo que el endoscopio. Si la guía de ondas óptica está adaptada para iluminar favorablemente el campo de visión de los elementos de imagen, se puede conseguir una imagen óptica de alta calidad. La guía de ondas óptica es o comprende, por ejemplo, un haz de fibras de vidrio conducidas en el vástago.

En el caso de una pluralidad de guías de ondas ópticas, se prevé preferentemente que las guías de ondas ópticas estén dispuestas simétricamente entre sí y/o simétricamente con respecto a los elementos de formación de imágenes en el vástago y, en particular, distalmente en el vástago, con respecto a una vista en planta. Es deseable que el campo de visión de los elementos de imagen se ilumine de la forma más homogénea posible.

Para minimizar las reflexiones, las guías de ondas ópticas pueden estar dispuestas radialmente en el exterior con respecto a los elementos de imagen, en relación con un eje del vástago. En el presente caso, esto significa en particular que las guías de ondas ópticas están más alejadas radialmente del eje del vástago que los ejes de los elementos de imagen.

El vástago puede ser rígido o flexible. En el caso de un eje flexible, se puede proporcionar una flexibilidad bloqueable.

A continuación, se discuten diferentes configuraciones de los sensores de imagen, ya que pueden estar presentes en diferentes formas de realización. En principio, es concebible sustituir los sensores de imagen, en cuyo caso su disposición en una carcasa externa al objeto que debe ser examinado puede resultar ventajosa, tal como se ha explicado anteriormente.

Puede estar previsto que al menos dos de los tres o más sensores de imagen difieran entre sí en términos de sensibilidad espectral y/o de resolución.

Por ejemplo, la sensibilidad espectral de al menos un sensor de imagen puede estar en el rango infrarrojo, en el rango del espectro visible o en el rango ultravioleta. Mediante el uso de sensores de imagen con capacidad IR o UV, se puede proporcionar al operador información que no está disponible con los endoscopios convencionales con sensibilidad en el espectro visible, incluidos los endoscopios estereoscópicos.

En una realización ventajosa del dispositivo, al menos dos de los tres o más sensores de imagen pueden ser configurados de la misma forma en términos de sensibilidad espectral y/o de resolución.

Por ejemplo, dos sensores de imagen son sensores monocromos en términos de escala de grises o de un valor de color (color monocromo). Dos sensores de imagen monocromos pueden combinarse, por ejemplo, con un sensor de imagen en color (por ejemplo, RGB). Los conjuntos de datos de imagen de los sensores monocromos se pueden usar para la visualización estereoscópica con alta resolución. Para las representaciones tridimensionales en color de alta resolución, los conjuntos de datos de imágenes monocromas pueden colorearse usando el conjunto de datos de imágenes en color. En este caso se puede usar, por ejemplo, un proceso de refinado pancromático o Pansharpening. El conjunto de datos de imágenes en color se puede usar alternativa o adicionalmente como imagen de control y/o para detectar valores atípicos en los conjuntos de datos de imágenes monocromas.

En otra forma de realización ventajosa, por ejemplo, se proporcionan dos sensores de imagen en color (por ejemplo RGB) y un tercer sensor de imagen cuya sensibilidad espectral está en un rango de longitud de onda diferente, como en el infrarrojo o el ultravioleta. Una posible resolución más baja de los conjuntos de datos de imagen en la otra gama espectral puede compensarse con los conjuntos de datos de imagen en color, por ejemplo, mediante refinado pancromático o Pansharpening .

Tal como se ha mencionado, dos sensores de imagen pueden ser sensores monocromos y el tercer sensor de imagen puede ser un sensor de imagen en color.

En una forma de realización ventajosa diferente, puede estar previsto que al menos un sensor de imagen sea o comprenda un sensor de tiempo de vuelo que proporcione un conjunto de datos de imagen de distancia, y que la unidad de procesamiento de datos use el conjunto de datos de imagen de distancia para determinar la información de distancia para su comparación con un conjunto de datos de imagen estéreo obtenido a partir de otros conjuntos de datos de imagen. De este modo, pueden determinarse valores aproximados de las superficies de los objetos para la correspondencia estereoscópica.

Es conveniente que la unidad de procesamiento de datos se pueda usar para comprobar las propiedades de imagen de las unidades de formación de imágenes y, si se produce una desviación de un estado objetivo, pueda emitirse preferentemente una indicación correspondiente. La unidad de procesamiento de datos puede, por ejemplo, supervisar los elementos de imagen correspondientes en función del tiempo y realizar así una especie de supervisión continua de los conjuntos de datos de imagen. Esto resulta ventajoso si influencias externas o, por ejemplo, el calentamiento del endoscopio, provocan un cambio en la orientación de las unidades de formación de imágenes y, por lo tanto, modifican las características de la imagen. Un operador puede ser informado de este hecho mediante un aviso.

Alternativa o adicionalmente, es conveniente si la unidad de procesamiento de datos puede compensar automáticamente las propiedades de imagen modificadas.

El dispositivo puede presentar al menos una herramienta para la manipulación en el objeto que debe ser examinado. La herramienta, por ejemplo un instrumento quirúrgico, comprende ventajosamente una marca que puede ser reconocida por la unidad de procesamiento de datos en los conjuntos de datos de imagen para identificar la herramienta. De este modo, la herramienta puede ser rastreada, en particular en lo que respecta a su posición en función de la localización y/o de la orientación. Una representación de la herramienta rastreada de este modo en un conjunto de datos 3D visualizados de un objeto es ventajosa para apoyar al operador durante la intervención.

El objetivo mencionado al principio se consigue mediante un procedimiento según la invención para el examen endoscópico de un objeto que debe ser examinado con las características de la reivindicación 15.

Las ventajas ya mencionadas en relación con la explicación del dispositivo según la invención también pueden lograrse usando el procedimiento. A este respecto, cabe remitirse a las explicaciones anteriores.

Los ejemplos de realización ventajosos del procedimiento resultan de las formas de realización ventajosas del dispositivo, de modo que también puede hacerse referencia a este respecto a las explicaciones anteriores.

La siguiente descripción de formas de realización preferentes de la invención, junto con el dibujo, sirve para explicar la invención con más detalle. El procedimiento según la invención puede llevarse a cabo con el dispositivo según la invención. Se muestra:

Figura 1: un dispositivo endoscópico según la invención para uso médico en un paciente por parte de un cirujano; Figura 2: esquema del dispositivo mostrado en la Figura 1;

Figura 3: una representación de un extremo distal del vástago de un endoscopio del dispositivo, en la dirección de la flecha "A" de la figura 2;

Figura 4: una representación según la figura 3 con una configuración diferente del endoscopio; y

Figura 5: una imagen estereoscópica de un instrumento quirúrgico y un objeto (órgano o similar) en el cuerpo de un paciente examinado.

Las figuras 1 y 2 muestran esquemáticamente una forma de realización ventajosa de un dispositivo endoscópico de formación de imágenes según la invención, marcado con el signo de referencia 10. El dispositivo 10 se usa para el examen endoscópico de un objeto que debe ser examinado 12 con el fin de examinar objetos presentes en el mismo, de los cuales la figura 5 muestra un ejemplo de un objeto 14. Se pueden proporcionar y analizar simultáneamente varios objetos de los que obtener imágenes.

El uso del dispositivo 10 se ilustra usando el ejemplo de un procedimiento quirúrgico, no limitándose la presente invención a aplicaciones médicas. Los dispositivos endoscópicos también se pueden usar, por ejemplo, para comprobar equipos técnicos durante la fabricación y el mantenimiento.

Tal como se explica a continuación, el dispositivo 10 consta de tres unidades de formación de imágenes. Otras formas de realización pueden comprender, como ya se ha mencionado, más de tres unidades de formación de imágenes. En la presente aplicación a modo de ejemplo, el objeto que debe ser examinado 12 es, por consiguiente, el cuerpo 16 de un paciente 18, y el objeto 14 es, por ejemplo, un órgano 20 que debe ser examinado en la cavidad abdominal 22. La persona que maneja el dispositivo 10 es un cirujano 24.

El dispositivo 10 comprende un endoscopio 26 guiado a mano por el cirujano 24 con un elemento de mango 28 y un vástago 30 sujeto al mismo y que se puede introducir al menos parcialmente en el cuerpo 16. El vástago 30 presenta un extremo distal 32, que está dispuesto en el lado opuesto al cirujano 24 cuando el endoscopio 26 se usa de la forma prevista. El elemento de asa 28 comprende o forma una carcasa 34.

El vástago 30 está realizado rígido en el presente caso, pero también podría ser flexible. Alternativa o adicionalmente, puede preverse que el vástago 30 se sujete en el elemento de empuñadura 28 de manera que se pueda ajustar su posición.

Además, el dispositivo 10 comprende una unidad de procesamiento de datos 36, que en el presente caso comprende dos componentes que están acoplados entre sí de manera que actúan mediante señales y están dispuestos en carcasas 38, 40. Una unidad de evaluación 42 de la unidad de procesamiento de datos 36 se aloja en la carcasa 38 y una unidad de cálculo 44 se aloja en la carcasa 40. Por supuesto, también es concebible que la unidad de procesamiento de datos 36 tenga una carcasa común que aloje tanto la unidad de evaluación 42 como la unidad de cálculo 44 acoplada a ella.

La unidad de procesamiento de datos 36 está acoplada a una unidad de visualización 46, que en particular comprende una pantalla de visualización de imágenes 48.

En el presente caso, el dispositivo 10 comprende tres unidades ópticas de formación de imágenes 50, 52 y 54. Cada unidad de formación de imágenes 50, 52, 54 comprende un elemento de formación de imágenes 56, 58 y 60, respectivamente, capturado en el vástago 30 en el extremo distal 32. Los elementos de formación de imágenes 56, 58, 60 pueden tener preferentemente la misma configuración y, por ejemplo, estar realizados en forma de lentes.

Los elementos de formación de imágenes 56, 58, 60 están dispuestos en una disposición plana entre sí en el extremo distal 32 del vástago 30, en la que los ejes 62, 64 y 66 definidos por cada uno de ellos se extienden paralelos entre sí y paralelos a un eje 68 definido por el vástago 30. Los planos de las lentes de los elementos de imagen 56, 58 y 60 coinciden.

Los elementos de formación de imágenes 56, 58 y 60 están situados simétricamente entre ellos según un triángulo equilátero en el vástago 30 (Figura 3, orientado axialmente en la dirección proximal hacia el extremo distal 32 del vástago 30).

Cada elemento de formación de imágenes 56, 58 y 60 define un campo de visión, no representado en el dibujo, en el que pueden disponerse regiones de la cavidad abdominal 22 y, en particular, el órgano 20. Los objetos situados en el campo de visión respectivo de un elemento de formación de imágenes 56, 58, 60 se visualizan en los sensores de imagen 70, 72 o 74 de las unidades de formación de imágenes 50, 52 o 54. Cada elemento de formación de imágenes 56, 58, 60 está asociado a un sensor de imagen 70, 72 y 74, respectivamente (es decir, 56-70, 58-72, y 60-74).

La luz recogida por los elementos de formación de imágenes 56, 58, 60 es conducida por elementos de guía de ondas ópticos conducidos en el vástago 30, no representados en el dibujo, hasta la carcasa 34 del elemento de asa 28, en la que están dispuestos los sensores de imagen 70, 72, 74. Se pueden proporcionar otros elementos de imagen (no mostrados) para visualizar la luz en uno de los sensores de imagen 70, 72, 74.

En otra forma de realización ventajosa, puede estar previsto que los sensores de imagen estén situados directamente en el vástago 30, por ejemplo en posición directamente proximal a los elementos de formación de imágenes 56, 58, 60, con lo que pueden ahorrarse elementos de guía de ondas ópticos.

Los sensores de imagen 70, 72, 74 están acoplados a la unidad de evaluación 42 a través de una línea de señal 76. Un conjunto respectivo de datos de imagen 78, 80 u 82 proporcionados por un sensor de imagen 70, 72, 74 puede ser preprocesado por un elemento de evaluación 84 de la unidad de evaluación 42 (mostrada esquemáticamente en la figura 2). Los conjuntos de datos de imagen 78, 80 y 82 y/o la información preprocesada pueden suministrarse a un elemento informático 85 de la unidad de cálculo 44.

En general, debido a la configuración y a la programación de la unidad de procesamiento de datos 36, es posible analizar los conjuntos de datos de imagen 78, 80 y 82 de los sensores de imagen 70, 72 y 74 respectivamente.

El dispositivo 10 comprende una unidad de iluminación 86 para iluminar la escena en el interior del cuerpo con el fin de mejorar las propiedades de imagen del dispositivo 10. La unidad de iluminación 86 comprende una fuente de luz 88, que en el presente caso se aloja en una carcasa 90 externa al endoscopio 26. Una línea de luz 92 se dirige desde la carcasa 90 a la carcasa 34 del endoscopio 26. A la línea de luz 92 se acoplan tres elementos de iluminación 94, 96 y 98, que en el presente caso están realizados como elementos de guía de ondas ópticos en forma de haces de fibra de vidrio.

Los elementos de iluminación 94, 96, 98 son conducidos desde la carcasa 34 a través del vástago 30 y se extienden hasta el extremo distal 32.

Al menos en la región del extremo distal 32, los elementos de iluminación 94, 96, 98 están dispuestos simétricamente entre sí según un triángulo equilátero (con respecto a una dirección de visión proximal hacia el extremo distal 32). Además, existe simetría en la disposición de los elementos de iluminación 94, 96, 98 en relación con los elementos de formación de imágenes 56, 58 y 60. Un elemento de iluminación 94, 96, 98 está dispuesto diametralmente opuesto a uno de los elementos de formación de imágenes 56, 58 o 60 con respecto al eje 68 del vástago 30.

De este modo, la escena en el interior del cuerpo se ilumina de la forma más uniforme posible. La disposición de los elementos de iluminación 94, 96, 98 radialmente en el exterior con respecto a los elementos de formación de imágenes 56, 58 y 60 resulta ventajosa para evitar reflejos en los objetos que hay que visualizar.

En una forma de realización ventajosa diferente de un dispositivo según la invención, puede estar previsto un endoscopio 100 con una configuración diferente a la del endoscopio 26, cuyo vástago 102 se muestra en la figura 4 de manera correspondiente a la figura 3.

En el endoscopio 100, los elementos de formación de imágenes 56, 58, 60 están posicionados de manera colineal, con sus ejes 62, 64 y 66, respectivamente, paralelos entre sí. El eje del elemento de formación de imágenes central coincide con el eje 68 del vástago 102.

En el tipo diferente de dispositivo, la unidad de iluminación 86 comprende dos elementos de iluminación 94, 96 situados lateralmente adyacentes a la disposición triple de elementos de formación de imágenes 56, 58 y 60.

Tal como ya se ha explicado, los sensores de imagen 70, 72 y 74 pueden configurarse de forma diferente. Por ejemplo, los sensores de imagen 70 y 72 son idénticos y están realizados como sensores monocromos y específicamente como sensores de escala de grises. Por consiguiente, los sensores de imagen 70, 72 pueden alcanzar una resolución comparativamente alta.

En el dispositivo 10, el sensor de imagen 74 puede diferir de los sensores de imagen 70, 72 en términos de resolución y/o de sensibilidad espectral. En el presente caso, el sensor de imagen 74 es, por ejemplo, un sensor de imagen en color para la visualización de imágenes en color, por ejemplo en formato RGB.

La unidad de procesamiento de datos 36 está configurada y programada para crear una imagen estéreo 104 usando los conjuntos de datos de imagen 78, 80 de los sensores de imagen 70 y 72, respectivamente. La imagen estereoscópica 104 puede visualizarse en la unidad de visualización 46 y muestra al cirujano 24 la escena en la cavidad abdominal 22 para facilitarle la conducción del endoscopio 26.

Además, la unidad de procesamiento de datos 36 está configurada y programada para analizar los conjuntos de datos de imagen 78, 80 y 82 en busca de elementos de imagen correspondientes (denominados homólogos) y para determinar los elementos de imagen correspondientes en los conjuntos de datos de imagen 78, 80 y 82. De este modo, teniendo en cuenta un tercer conjunto de datos de imagen, la unidad de procesamiento de datos 36 puede excluir con gran precisión cualquier ambigüedad, como la que puede producirse en el caso de sólo dos conjuntos de datos de imagen.

Por medio de los conjuntos de datos de imagen 78, 80 y 82, la unidad de procesamiento de datos 36 puede crear un conjunto de datos de superficie 3D de objetos fotografiados, tal como el órgano 20. Una imagen 3D 106 del conjunto de datos 3D se puede visualizar en la unidad de visualización 46. También es posible superponer la imagen 3D 106 con la imagen estereoscópica 104.

En particular, los conjuntos de datos de imágenes 78, 80 y 82 pueden ser analizados en tiempo real a intervalos de fracciones de segundo. El análisis continuo de los conjuntos de datos de imágenes 78, 80, 82 permite a la unidad de procesamiento de datos 36 determinar los cambios de posición y/o de forma del órgano 20 en función del tiempo. En consecuencia, el órgano 20 puede ser rastreado por la unidad de procesamiento de datos 36, por lo que la superficie del órgano 20 se reconstruye en tiempo casi real mediante el análisis continuo de los conjuntos de datos de imagen 78, 80, 82. Esto aumenta enormemente las ventajas y la facilidad de uso del dispositivo 10 para el cirujano 24. En particular, el cirujano 24 tiene acceso a información adicional que no está disponible con los dispositivos endoscópicos convencionales.

Teniendo en cuenta las tres unidades de formación de imágenes 50, 52 y 54, se pueden superar las dificultades que surgen al usar la tecnología convencional para la visualización, incluida la estereovisualización, en el entorno médico. Como ya se ha dicho, las ambigüedades pueden eliminarse en gran medida. Esto permite reconstruir la superficie de zonas del órgano 20 que son homogéneas o de escasa textura. Los reflejos en el órgano examinado 20 resultan menos molestos porque la información adicional de la imagen facilita la búsqueda de los elementos de imagen correspondientes en los conjuntos de datos de imagen 78, 80 y 82.

Además, la integración de todos los elementos de formación de imágenes 56, 58 y 60 así como los elementos de iluminación adicionales 94, 96 y 98 en el mismo vástago 30 da como resultado un diseño muy compacto. Es posible examinar al paciente 18 con una invasión mínima.

El dispositivo 10 puede comprender además al menos una herramienta 108, que en el presente caso está configurada como un instrumento quirúrgico 110. El instrumento 110 puede llevar una etiqueta 112. En la presente realización, la marca 112 comprende una pluralidad de anillos coaxiales 114 dispuestos axialmente espaciados entre sí en un vástago 116 del instrumento 110.

La unidad de procesamiento de datos 36 puede identificar el instrumento 110 usando la marca 112 y seguirlo como un objeto observado del mismo modo que el órgano 20.

Lista de símbolos de referencia:

10 Dispositivo

12 Objeto que debe ser examinado

14 Objeto

16 Cuerpo

18 Paciente

20 Órgano

22 Cavidad abdominal

24 Cirujano

26 Endoscopio

28 Elemento de asa

30 Vástago

32 Extremo distal

34 Carcasa

36 Unidad de procesamiento de datos

38 Carcasa

40 Carcasa

42 Unidad de evaluación

44 Unidad de cálculo

46 Unidad de visualización

48 Visualización de imágenes

50, 52, 54 Unidad de formación de imágenes

56, 58, 60 Elemento de formación de imágenes

62, 64, 66 Eje

68 Eje

70, 72, 74 Sensor de imagen

76 Cable de señal

78, 80, 82 Conjunto de datos de imágenes

84 Elemento de evaluación

85 Elemento de cálculo

86 Unidad de iluminación

88 Fuente de luz

90 Carcasa

92 Línea de luz

94, 96, 98 Elemento de iluminación

100 Endoscopio

102 Vástago

104 Imagen estereoscópica

106 imagen 3D

108 Herramienta

110 Instrumento

112 Marca

114 Anillo

116 Vástago

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo endoscópico, en particular para aplicaciones médicas, que comprende un endoscopio (26; 100) con un vástago (30; 102) que puede ser introducido en un objeto que debe ser examinado (12) y una unidad de procesamiento de datos (36), tres o más unidades ópticas de formación de imágenes (50, 52, 54), con sus respectivos elementos de formación de imágenes (56, 58, 60) dispuestos distalmente en el vástago (30; 102), y sensores de imágenes (70, 72, 74) asociados a ellas para proporcionar tres o más conjuntos de datos de imágenes (78, 80, 82) para la unidad de procesamiento de datos (36),

caracterizado porque

la unidad de procesamiento de datos (36) está configurada y programada:

- para analizar cada uno de los tres o más conjuntos de datos de imagen (78, 80, 82) y determinar los elementos de imagen correspondientes en cada uno de los tres o más conjuntos de datos de imagen (78, 80, 82);

- usando los elementos de imagen correspondientes determinados en los tres o más conjuntos de datos de imagen (78, 80, 82), para crear un conjunto de datos de superficie 3D de un objeto (14) visualizado por las unidades de formación de imágenes (50, 52, 54) en el objeto que debe ser examinado (12);

- para determinar las diferencias entre sucesivos conjuntos de datos de superficie 3D, identificando el objeto (14) en cada conjunto de datos de superficie 3D;

- para determinar los cambios de posición y/o de forma del objeto (14) en los sucesivos conjuntos de datos de superficie 3D en función del tiempo a fin de rastrear el objeto (14), al menos parcialmente.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la unidad de procesamiento de datos (36) determina en tiempo real los elementos de imagen correspondientes para crear el conjunto de datos 3D.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de procesamiento de datos (36) usa dos conjuntos de datos de imagen (78, 80) para crear un conjunto de datos de imagen estereoscópica que se examina en busca de elementos de imagen correspondientes con al menos otro conjunto de datos de imagen (82), en particular la unidad de procesamiento de datos (36) crea un conjunto de datos de imagen estereoscópica a partir de cada uno de los dos conjuntos de datos de imagen que se examinan en busca de elementos de imagen correspondientes con un respectivo conjunto de datos de imagen adicional.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo (10) comprende una unidad de visualización (46) acoplada a la unidad de procesamiento de datos (36) y la unidad de procesamiento de datos (36) crea una imagen estereoscópica (104) del objeto (14) sobre la base de dos conjuntos de datos de imagen (78, 80) y la muestra en la unidad de visualización (46) y/o la unidad de procesamiento de datos (36) muestra una imagen (106) del conjunto de datos 3D en la unidad de visualización (46).

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos de formación de imágenes (56, 58, 60) están dispuestos de manera colineal en el vástago (102) o uno de los elementos de formación de imágenes (56, 58, 60) está dispuesto simétricamente con respecto a una base formada por otros dos elementos de formación de imágenes (56, 58, 60) en el vástago (30).

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se aplica al menos una de las siguientes condiciones:

- los elementos de formación de imágenes (56, 58, 60) están dispuestos en una disposición regular en el vástago (30), por ejemplo según un triángulo isósceles y en particular equilátero;

- al menos dos elementos de formación de imágenes (56, 58, 60) están dispuestos de forma plana entre ellos y/o al menos dos sensores de imagen (70, 72, 74) están dispuestos de forma plana entre ellos.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los sensores de imagen están dispuestos en el vástago y están acoplados mediante líneas de señal a la unidad de procesamiento de datos situada fuera del objeto que debe ser examinado o los elementos de formación de imágenes (56, 58, 60) están acoplados mediante elementos de guía de ondas óptica conducidos en el vástago (30; 102) a los sensores de imagen (70, 72, 74), que están dispuestos fuera del objeto que debe ser examinado (12) en una carcasa (34).

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo (10) comprende una unidad de iluminación (86) con al menos un elemento de iluminación (94, 96, 98) que puede ser introducido en el objeto que debe ser examinado (12) y/o el vástago (30; 102) es rígido o flexible.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, en el que están previstos una pluralidad de elementos de iluminación (94, 96, 98), en donde preferentemente un elemento de iluminación (94, 96, 98) está asociado a cada unidad de formación de imágenes (50, 52, 54), y/o el elemento de iluminación (94, 96, 98) comprende o forma al menos una guía de ondas óptica conducida en el vástago (30; 102).

10. Dispositivo según la reivindicación 9, en el que las guías de ondas ópticas están dispuestas simétricamente entre sí y/o simétricamente con respecto a los elementos de formación de imágenes (56, 58, 60) en el vástago (30; 102) y, en particular, distalmente en el vástago (30; 102).

11. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que las guías de ondas ópticas están dispuestas radialmente en el exterior con respecto a los elementos de formación de imágenes (56, 58, 60), en relación con un eje (68) del vástago (30; 102).

12. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se aplica al menos una de las siguientes condiciones:

- al menos dos de los tres o más sensores de imagen (70, 72, 74) difieren entre sí en términos de sensibilidad espectral y/o de resolución;

- la sensibilidad espectral de al menos un sensor de imagen (70, 72, 74) está en la gama infrarroja, en el espectro visible o en la gama ultravioleta;

- al menos dos de los tres o más sensores de imagen (70, 72, 74) son idénticos en términos de resolución y/o de sensibilidad espectral, en particular como sensores monocromos o como sensores de imagen en color; - dos sensores de imagen (70, 72, 74) son sensores monocromos y el tercer sensor de imagen (70, 72, 74) es un sensor de imagen en color;

- al menos un sensor de imagen es un sensor de tiempo de vuelo o comprende un sensor de este tipo que proporciona un conjunto de datos de imagen de distancia, mediante el cual la unidad de procesamiento de datos usa el conjunto de datos de imagen de distancia para determinar la información de distancia para su comparación con un conjunto de datos de imagen estereoscópica obtenido a partir de otros conjuntos de datos de imagen.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de procesamiento de datos (36) puede realizar una comprobación de las propiedades de imagen de las unidades de formación de imágenes (50, 52, 54) y, en caso de desviación de un estado nominal de este tipo, se puede emitir preferentemente una indicación correspondiente.

14. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo (10) presenta al menos una herramienta (108) para la manipulación en el objeto que debe ser examinado (12), que comprende una marca (112) reconocible por la unidad de procesamiento de datos (36) en los conjuntos de datos de imagen (78, 80, 82) para identificar la herramienta (108).

15. Procedimiento para el examen endoscópico de un objeto técnico que se va a examinar, en el que un vástago de un dispositivo endoscópico según una de las reivindicaciones anteriores es introducido en el objeto que debe ser examinado y se obtiene una imagen de un objeto en el objeto que debe ser examinado, proporcionándose tres o más unidades de formación de imágenes ópticas con elementos de formación de imágenes respectivos dispuestos distalmente en el vástago y sensores de imagen asociados a los mismos para proporcionar tres o más conjuntos de datos de imágenes para la unidad de procesamiento de datos, estando la unidad de procesamiento de datos configurada y programada de tal manera que:

- analiza cada uno de los tres o más conjuntos de datos de imagen y determina los elementos de imagen correspondientes en cada uno de los tres o más conjuntos de datos de imagen;

- crea un conjunto de datos de superficie 3D del objeto representado por las unidades de formación de imágenes usando los elementos de imagen correspondientes determinados en los tres o más conjuntos de datos de imagen;

- detecta las diferencias entre sucesivos conjuntos de datos de superficie 3D, identificando el objeto en cada uno de los conjuntos de datos de superficie 3D;

- determina los cambios de posición y/o de forma del objeto en los sucesivos conjuntos de datos de superficie 3D y rastrea el objeto, al menos parcialmente.