[发明专利]尤其用于微创手术的内窥镜

说明书

本发明涉及一种按照独立权利要求的前序部分所述的尤其用于微创手术的内窥镜。

与通常是传统的开放式手术相比，对于微创手术或者腹腔镜检查和尤其对于无疤手术来说，存在大量方法技术上的限制。它们主要涉及可视化显示、空间定位、对组织性质的评估和在自由度显著减小时的工作区域的空间局限性。出于此原因，尤其是复杂的手术迄今尚不能微创地进行，尽管这是非常值得期待的。

因此，在世界范围内致力于深入的研究和开发，以便扩展微创手术的可应用性。

传统的微创手术的主要缺点在于，关于第三维度的信息缺乏或者不准确，因为只能观察器官表面并且例如不能采用触觉来定位在器官内部的肿瘤。深度信息例如原则上可通过术前得到的体数据组的投影确定，但这种增强或增大现实性的方式向来在可靠参考性方面落空。与术前诊断相比，在手术中总是出现或多或少形成的位置和形状改变，例如腹腔内解剖，术前数据组必须分别与其适配。如果与现有技术相比，存在关于例如腹腔内器官的当前表面的更准确的信息，这种适配可通过软件技术实现。此外，在传统上也强烈限制了视线。

大量方法的前提是实时的准确的连续的深度测量。传统上不能针对手术的每个时间点确定各解剖结构与应用的测量对象之间的准确距离。这种信息的缺乏是现在还存在大量问题的原因。

为了继续开发通过自然身体孔的医疗手术，精确的3D测量技术是核心科技。如果不能成功地实施，则NOTES(NaturalOrificeTransluminalEndoscopicSurgery：自然孔穿腔内窥镜手术)或者无疤微创手术(其中借助通过自然身体孔的入口进行手术)不能引入临床。对于NOTES，使用机电一体化的辅助系统是不可缺少的。这又必然需要可靠运行的深度或3D测量技术以避免碰撞，用于补偿呼吸造成的器官偏转和大量其它功能。

为了提供3D信息和相应的3D测量技术，可使用不同的迄今应用在其它技术领域的解决方案。

立体镜术

立体镜三角测量是距离测量的传统原理。在此，对象在两个观察方向下借助摄像机成像。如果在两个图像中均识别出显著点，则在摄像机(所谓的基础)的距离已知的情况下，形成三角形，其通过基础值和两个角度明确确定并且实现了点距离的计算。然而在此的缺点是，在大多数情况下在对象中存在的显著点过少并且因此在摄像机中找到的对应点过少。这种问题称为对应问题。

相位三角测量

为了避开这种对应问题，传统上使用所谓的主动三角测量，其将在一个方向上已知的图案或者如在相位三角测量中的正弦图案序列投影在对象上。通过对象在其它方向上的成像，图案根据图案表面的形状扭曲，其中，由这种也称为相位移动的扭曲又能够计算三维表面。通过这种方式，也能够测量完全没有对比和不显著的表面。这种3D测量在微创手术领域的缺点在于，用于安装摄像机和以一定角度安装的用于投射图案序列的投影机的空间很小。另一个缺点在于，在投影序列期间对象的位置不允许改变，因为否则3D坐标计算会出现较大错误。

飞行时间

由于对象运动造成的错误较大的3D坐标计算的缺点同样出现在所谓的飞行时间(TOF)方法中。在此，同样在对象表面的一个位置在强度调制的发送信号的不同运行时间下测量至少四个强度值。对强度值的计算产生相应的距离值。然而另一挑战尤其是在300000km每秒范围内的极大光速时通过毫米范围内的距离差引起光运行时间差的测量。传统的系统可以在分辨率为1毫米时通过使用高度发展的探测器的电子器件测量单个对象点的距离。对于面状的TOF距离传感器，对于手术只能实现厘米范围内的不够准确的值。

运动结构(StructurefromMotion)

这种方法的基础是，原则上借助摄像机在对象前的运动从不同方向拍摄多个图像并且以此方式原则上又实现了三角测量。然而在此又出现了所谓的对应问题，也就是又必须在相应的系列图像中识别显著点。此外，不能计算绝对值，而是只能计算相对值，因为三角测量基础、按照时间的拍摄之间的定向和距离不是已知的或者附加地必须通过追踪系统测量。

本发明所要解决的技术问题在于，这样提供内窥镜，从而相对于传统的系统改善和简化可视化显示、空间定位和/或对尤其是组织的对象的评估、尤其是在自由度减小时的工作体积的空间局限性。尤其应扩展在微创手术中的可应用性。同样应能够实施复杂的微创手术。应实时地实现精确的连续的深度测量并且针对手术的每个时间点能够确定内窥镜与对象之间的准确距离。应这样提供内窥镜设备，从而以相对现有技术更高的数据质量产生表面、尤其是微创手术领域的3D数据。