DE69206827T2

DE69206827T2 - Positionsmesseinrichtung für Endoskop

Info

Publication number: DE69206827T2
Application number: DE69206827T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Naha Okinawa Hatano
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1992-01-02
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2012-01-03
Also published as: DK0495351T3; EP0495351B1; DE69206827D1; ATE131707T1; JPH0495002U; EP0495351A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung, umfassend:
(a) eine Mehrzahl von Armen, die hintereinander mit einem ortsfesten Arm so verbunden sind, daß ein vorderes Ende der verbundenen Mehrzahl von Armen dreidimensional bewegbar ist;
(b) Winkelsensoren, die in einzelnen Armgelenken vorgesehen sind; und
(c) einen Computer, in welchen die vorher gemessene Länge der einzelnen Arme und die durch die Winkelsensoren abgefühlten Winkel eingegeben werden.
Weiterhin bezieht sich diese Erfindung auf ein Meßverfahren, umfassend:
(a) Messen der Länge einer Mehrzahl von Armen, die hintereinander mit einem ortsfesten Arm so verbunden sind, daß ein vorderes Ende der verbundenen Mehrzahl von Armen dreidimensional bewegbar ist;
(b) Messen der Winkel zwischen den einzelnen Armen durch Winkelsensoren, die mit einzelnen Gelenken verbunden sind; und
(c) Eingeben der vorher gemessenen Länge der einzelnen Arme und der durch die Winkelsensoren abgefühlten Winkel in einen Computer.
Eine Meßeinrichtung und ein Meßverfahren der vorerwähnten Art sind in US-A-4 763 652 beschrieben, worin ein an dem freien Ende einer Mehrzahl der verbundenen Arme angebrachter Ultraschallsensor zum Messen der Position eines Nierensteins und dergleichen verwendet wird.
Bisher sind verschiedene Arten von Endoskopen zum Beobachten von Räumen in dem menschlichen Körper, d.h. der inneren Oberfläche von hohlen Organen und des Inneren des thorakalen Hohlraums und des Abdominalhohlraums, verwendet worden. Das Endoskop spielt eine wichtige Rolle in der Diagnose, da es eine visuelle Beobachtung des Inneren des Körpers von außen her ermöglicht.
Jedoch haben Endoskope, obwohl sie die Vorteile der Ermöglichung einer direkten visuellen Identifikation des Vorhandenseins und der Form eines Objekts innerhalb des Körpers, wie von Tumoren, haben, Nachteile insofern gehabt, als sie die Größe und Position des beobachteten Objekts nicht numerisch messen können. Zum Beispiel wird die durch das Endoskop beobachtete Größe eines Tumors in hohem Maße durch die Entfernung zwischen dem Tumor und dem Endoskop beeinflußt, und es können keine detaillierten und objektiven Daten erhalten werden.
Es ist ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Beobachten eines Objekts unter Verwendung eines Endoskops und zum numerischen Messen der Größe und Position des Objekts zur Verfügung zu stellen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt, welche dadurch gekennzeichnet ist,
(1) ein Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskop mit dem vorderen Ende der verbundenen Arme verbunden ist;
(2) der Computer ein Mittel zum Speichern der vorher gemessenen Länge des Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops umfaßt; und
(3) der Computer weiter ein Mittel zum numerischen Bestimmen der dreidimensionalen Positionen des vorderen Endes des Endoskops aus den Längen der einzelnen Arme, den Winkeln zwischen den einzelnen Armen und der Länge des Direktzugangs- bzw.-einsichtsendoskops und dadurch zum Bestimmen der numerischen Größe und/oder Position und/oder Fläche und/oder Entfernung von einem speziellen Teil bzw. Bereich, eines mittels des Endoskops beobachteten Objekts umfaßt.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Meßverfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt, welches gekennzeichnet ist durch
(1) Messen der Länge eines Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops, das mit dem vorderen Ende der Arme verbunden ist;
(2) Eingeben der vorher gemessenen Länge des Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops in den Computer;
(3) numerisches Bestimmen der dreidimensionalen Positionen des vorderen Endes des Endoskops und/oder der numerischen Größe und/oder Position und/oder Fläche und/oder Entfernung von einem speziellen Teil bzw. Bereich, eines Objekts, das mittels des Endoskops beobachtet wird, mittels des Computers, durch:
(i) Ausfluchten des vorderen Endes des Endoskops mit einem Teil bzw. Bereich des zu messenden Objekts und Berechnen der numerischen dreidimensionalen Position jenes einen Teils bzw. Bereichs;
(ii) Ausfluchten des vorderen Endes des Endoskops mit einem anderen Teil bzw. Bereich des zu messenden Objekts oder einem speziellen Teil bzw. Bereich und Berechnen der numerischen dreidimensionalen Position jenes Teils bzw. Bereichs;
(iii) möglicherweise Wiederholen der Schritte (i) und (ii) zum Messen der dreidimensionalen Position von weiteren Teilen bzw. Bereichen des zu messenden Objekts und/oder der dreidimensionalen Position eines speziellen Teils bzw. Bereichs; und
(iv) Berechnen der numerischen Größe und/oder Fläche und/oder Position des Objekts und/oder der numerischen Entfernung des Objekts von dem speziellen Teil bzw. Bereich.
Um das vordere Ende der Arme nach der Verbindung dreidimensional bewegbar zu machen, wird die Mehrzahl der Arme hintereinander mit dem ortsfesten Arm unter Verwendung von wenigstens einem Gelenk, welches in der Horizontalrichtung relativ zu der Vertikalachse des Arms drehbar ist, und von wenigstens einem Gelenk, welches in der Vertikalrichtung drehbar ist, verbunden.
Alternativ werden, um das vordere Ende der Arme dreidimensional bewegbar zu machen, z.B. zwei Schienen individuell mit Schiebern versehen, wobei die Schieber durch zwei Schienen verbunden sind, wobei eine Basisplatte verschiebbar an den die Schieber verbindenden Schienen angebracht ist, und wobei ein vertikal erweiterbarer, drehbarer Arm unter der Basisplatte angebracht sein kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine schematische Anschicht der Positionsmeßeinrichtung für ein Endoskop gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beste Art und Weise für das Praktizieren der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, die eine Ausführungsform zeigt. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Haltevorrichtung, das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen ortsfesten Arm, die Bezugszeichen 3, 4, 5, 6 und 7 bezeichnen Arme, die Bezugszeichen 8, 9, 10, 11 und 12 bezeichnen Winkelsensoren, die an einzelnen Armgelenken vorgesehen sind, das Bezugszeichen 13 bezeichnet ein Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskop, das Bezugszeichen 13a bezeichnet ein Okular, und das Bezugszeichen 13b bezeichnet ein vorderes Ende.
Der ortsfeste Arm 2 ist an der Haltevorrichtung 1 angebracht. Das eine Ende des Arms 3 ist so mit dem ortsfesten Arm 2 verbunden, daß der Arm 3 in der Horizontalrichtung relativ zu der Vertikalachse des ortsfesten Arms 2 drehbar ist. Das andere Ende des Arms 3 ist mit dem einen Ende des Arms 4 so verbunden, daß der Arm 4 in der Vertikalachsenrichtung des Arms 3 drehbar ist. Das andere Ende des Arms 4 ist mit dem einen Ende des Arms 5 so verbunden, daß der Arm 5 in der Vertikalachsenrichtung des Arms 4 drehbar ist. Das andere Ende des Arms 5 ist mit dem einen Ende des Arms 5 so verbunden, daß der Arm 6 in der Vertikalrichtung des Arms 5 drehbar ist. Weiterhin ist das andere Ende des Arms 6 mit dem einen Ende des Arms 7 so verbunden, daß der Arm 7 in der Horizontalrichtung relativ zu der Vertikalachse des Arms 6 drehbar ist. Die drehbare Verbindung ist unter Verwendung von konventionellen Mitteln, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, bewerkstelligt. Das Direktzugangsbzw. -einsichtsendoskop 13 ist vertikal an dem anderen Ende des Arms 7 angebracht, und die Winkelsensoren 8, 9, 10, 11 und 12, welche von einer auf dem Fachgebiet bekannten konventionellen Art sind, sind an den einzelnen Gelenken angebracht.
Da die einzelnen Gelenke zwischen dem ortsfesten Arm und dem Arm 3 sowie zwischen dem Arm 6 und dem Arm 7 in der Horizontalrichtung relativ zu den Vertikalachsen der einzelnen Arme drehbar sind, und da die einzelnen Gelenke zwischen dem Arm 3 und dem Arm 4, zwischen dem Arm 4 und dem Arm 5 sowie zwischen dem Arm 5 und dem Arm 6 in der Vertikalachsenrichtung der einzelnen Arme drehbar sind, ist das an dem vorderen Ende des Arms 7 angebrachte Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskop in allen Richtungen bewegbar, d.h. dreidimensional. Die Bewegung, d.h. Änderungen im Winkel zwischen den einzelnen Armen, wird durch die einzelnen Winkelsensoren, die in den einzelnen Gelenken vorgesehen sind, abgefühlt und aufgezeichnet. Die Aufzeichnung wird in einen Computer eingegeben.
Dieses Beispiel verwendet fünf bewegbare Arme und fünf Gelenke und Winkelsensoren. Es wird bevorzugt, fünf oder mehr Arme zu verwenden, und je fünf oder mehr Gelenke und Winkelsensoren, um eine freie Bewegung des Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops in allen Richtungen zu erreichen. Jedoch sind die Relativpositionen zwischen einem Gelenk, das in der Horizontalrichtung relativ zu der Vertikalachse eines Arms drehbar ist, und einem Gelenk, das in der Vertikalachsenrichtung eines Arms drehbar ist, nicht speziell beschränkt.
Es wird nun ein Meßverfahren beschrieben, das die erfindungsgemäße Meßeinrichtung verwendet. Indem von dem Okular 13a des Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops aus gesehen wird, wird die Position des vorderen Endes 13b des Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops mit einem zu messenden Objekt, z.B. einem Ende eines Tumors, zur Fluchtung gebracht. Die einzelnen Winkel zwischen dem ortsfesten Arm 2 und dem Arm 3, dem Arm 3 und dem Arm 4, dem Arm 4 und dem Arm 5, dem Arm 5 und dem Arm 6 sowie dem Arm 6 und dem Arm 7 werden mittels der Winkelsensoren abgefühlt und in den Computer eingegeben, um eine dreidimensionale Position (dreidimensionale Koordinaten) des vorderen Endes 13b des Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops aufzuzeichnen. An der Spitze des Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops kann ein Vorsprung angebracht sein, welcher in Kontakt mit dem zu messenden Objekt gebracht wird, um eine einfache Messung und Präzisionsmessung zu erzielen.
Dann wird das vordere Ende 13b des Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops so bewegt, daß es mit dem anderen Ende des Tumors zur Fluchtung gebracht wird. Wenn sich das vordere Ende 13b bewegt, bewegen sich die einzelnen Arme, und die Winkel zwischen den einzelnen Armen werden verändert. Die Winkel nach der Bewegung werden mittels der Winkelsensoren abgefühlt und in den Computer eingegeben, um eine dreidimensionale Position (dreidimensionale Koordinaten) des vorderen Endes 13b des Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops nach der Bewegung aufzuzeichnen. Die Längen der einzelnen Arme und die Länge des Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops werden vorher gemessen und in den Computer eingegeben. Die dreidimensionale Position (dreidimensionale Koordinaten) des vorderen Endes des Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops kann aus den vorher gespeicherten Werten und den Winkeln zwischen den einzelnen Armen bestimmt werden. Dann wird unter Verwendung eines auf dem Fachgebiet bekannten konventionellen Verfahrens aus den beiden dreidimensionalen Positionen (dreidimensionalen Koordinaten) des vorderen Endes 13b des Direktzugangs- bzw. Einsichtsendoskops vor und nach der Bewegung eine aktuelle Länge von dem einen Ende zu dem anderen des Tumors berechnet.
Dieses Verfahren kann nicht nur die Größe des Tumors messen, sondern auch dessen Fläche und Entfernung von einem speziellen Teil bzw. Bereich. Das in der vorliegenden Erfindung benutzte Endoskop ist vom Direktzugangs- bzw. -einsichtstyp, welches eine Linse zum Beobachten eines Objekts von außerhalb des Körpers benutzt, jedoch ist ein Faserskop, wie es für die Beobachtung von Verdauungskanälen verwendet wird, für den Zweck nicht geeignet.
Mit der Positionsmeßeinrichtung für ein Endoskop gemäß der vorliegenden Erfindung kann z.B. ein Tumor in dem menschlichen Körper hinsichtlich seiner Form beobachtet und hinsichtlich seiner Größe, Position, Fläche u.dgl. gemessen werden, und die Ergebnisse werden als numerische Werte erhalten.

Claims

1. Meßeinrichtung, umfassend:

(a) eine Mehrzahl von Armen (3 bis 7), die hintereinander mit einem ortsfesten Arm (2) so verbunden sind, daß ein vorderes Ende der verbundenen Mehrzahl von Armen (3 bis 7) dreidimensional bewegbar ist;

(b) Winkelsensoren (8 bis 12), die in einzelnen Armgelenken vorgesehen sind; und

(c) einen Computer, in welchen die vorher gemessene Länge der einzelnen Arme (3 bis 7) und die durch die Winkelsensoren (8 bis 12) abgefühlten Winkel eingegeben werden;

dadurch gekennzeichnet, daß

(1) ein Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskop (13) mit dem vorderen Ende der verbundenen Arme (3 bis 7) verbunden ist;

(2) der Computer ein Mittel zum Speichern der vorher gemessenen Länge des Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops (13) umfaßt; und

(3) der Computer weiter ein Mittel zum numerischen Bestimmen der dreidimensionalen Positionen des vorderen Endes (13b) des Endoskops (13) aus den Längen der einzelnen Arme (3 bis 7), den Winkeln zwischen den einzelnen Armen (3 bis 7) und der Länge des Direktzugangs- bzw.-einsichtsendoskops (13) und dadurch zum Bestimmen der numerischen Größe und/oder Position und/oder Fläche und/oder Entfernung von einem speziellen Teil bzw. Bereich, eines mittels des Endoskops (13) beobachteten Objekts umfaßt.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der bewegbaren Arme (3 bis 7) wenigstens fünf hintereinander miteinander verbundene bewegbare Arme umfaßt.

3. Meßverfahren, umfassend:

(a) Messen der Länge einer Mehrzahl von Armen (3 bis 7), die hintereinander mit einem ortsfesten Arm (2) so verbunden sind, daß ein vorderes Ende der verbundenen Mehrzahl von Armen (3 bis 7) dreidimensional bewegbar ist;

(b) Messen der Winkel zwischen den einzelnen Armen durch Winkelsensoren (8 bis 12), die an einzelnen Gelenken angebracht sind; und

(c) Eingeben der vorher gemessenen Länge der einzelnen Arme (3 bis 7) und der durch die Winkelsensoren (8 bis 12) abgefühlten Winkel in einen Computer;

gekennzeichnet durch

(1) Messen der Länge eines Direktzugangs- bzw. -einsichtsendoskops (13), das mit dem vorderen Ende der Arme (3 bis 7) verbunden ist;

(2) Eingeben der vorher gemessenen Länge des Direktzugangsbzw. -einsichtsendoskops (13) in den Computer;

(3) numerisches Bestimmen der dreidimensionalen Positionen des vorderen Endes (13b) des Endoskops (13) und/oder der numerischen Größe und/oder Position und/oder Fläche und/oder Entfernung von einem speziellen Teil bzw. Bereich, eines Objekts, das mittels des Endoskops (13) beobachtet wird, mittels des Computers, durch:

(i) Ausfluchten des vorderen Endes (13b) des Endskops (13) mit einem Teil bzw. Bereich des zu messenden Objects und Berechnen der numerischen dreidimensionalen Position jenes einen Teils bzw. Bereichs;

(ii) Ausfluchten des vorderen Endes (13b) des Endskops (13) mit einem anderen Teil bzw. Bereich des zu messenden Objekts oder einem speziellen Teil bzw. Bereich und Berechnen der numerischen dreidimensionalen Position jenes Teils bzw. Bereichs;

(iii) möglicherweise Wiederholen der Schritte (i) und (ii) zum Messen der dreidimensionalen Position von weiteren Teilen bzw. Bereichen des zu messenden Objekts und/oder der dreidimensionalen Position eines speziellen Teils bzw. Bereichs; und

(iv) Berechnen der numerischen Größe und/oder Fläche und/oder Position des Objekts und/oder der numerischen Entfernung des Objekts von dem speziellen Teil bzw. Bereich.