[發明專利]尤其用于微創手術的內窺鏡

在審

• 申請號: 201380074815.8
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN105188503A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: H.福伊斯納;A.希克;P.倫奇勒;P.威斯曼
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: A61B1/00
• 分類號: A61B1/00;A61B1/005;A61B5/107;G01B11/25;G02B23/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 侯宇

本發明涉及一種按照獨立權利要求的前序部分所述的尤其用于微創手術的內窺鏡。

與通常是傳統的開放式手術相比，對于微創手術或者腹腔鏡檢查和尤其對于無疤手術來說，存在大量方法技術上的限制。它們主要涉及可視化顯示、空間定位、對組織性質的評估和在自由度顯著減小時的工作區域的空間局限性。出于此原因，尤其是復雜的手術迄今尚不能微創地進行，盡管這是非常值得期待的。

因此，在世界范圍內致力于深入的研究和開發，以便擴展微創手術的可應用性。

傳統的微創手術的主要缺點在于，關于第三維度的信息缺乏或者不準確，因為只能觀察器官表面并且例如不能采用觸覺來定位在器官內部的腫瘤。深度信息例如原則上可通過術前得到的體數據組的投影確定，但這種增強或增大現實性的方式向來在可靠參考性方面落空。與術前診斷相比，在手術中總是出現或多或少形成的位置和形狀改變，例如腹腔內解剖，術前數據組必須分別與其適配。如果與現有技術相比，存在關于例如腹腔內器官的當前表面的更準確的信息，這種適配可通過軟件技術實現。此外，在傳統上也強烈限制了視線。

大量方法的前提是實時的準確的連續的深度測量。傳統上不能針對手術的每個時間點確定各解剖結構與應用的測量對象之間的準確距離。這種信息的缺乏是現在還存在大量問題的原因。

為了繼續開發通過自然身體孔的醫療手術，精確的3D測量技術是核心科技。如果不能成功地實施，則NOTES(NaturalOrificeTransluminalEndoscopicSurgery：自然孔穿腔內窺鏡手術)或者無疤微創手術(其中借助通過自然身體孔的入口進行手術)不能引入臨床。對于NOTES，使用機電一體化的輔助系統是不可缺少的。這又必然需要可靠運行的深度或3D測量技術以避免碰撞，用于補償呼吸造成的器官偏轉和大量其它功能。

為了提供3D信息和相應的3D測量技術，可使用不同的迄今應用在其它技術領域的解決方案。

立體鏡術

立體鏡三角測量是距離測量的傳統原理。在此，對象在兩個觀察方向下借助攝像機成像。如果在兩個圖像中均識別出顯著點，則在攝像機(所謂的基礎)的距離已知的情況下，形成三角形，其通過基礎值和兩個角度明確確定并且實現了點距離的計算。然而在此的缺點是，在大多數情況下在對象中存在的顯著點過少并且因此在攝像機中找到的對應點過少。這種問題稱為對應問題。

相位三角測量

為了避開這種對應問題，傳統上使用所謂的主動三角測量，其將在一個方向上已知的圖案或者如在相位三角測量中的正弦圖案序列投影在對象上。通過對象在其它方向上的成像，圖案根據圖案表面的形狀扭曲，其中，由這種也稱為相位移動的扭曲又能夠計算三維表面。通過這種方式，也能夠測量完全沒有對比和不顯著的表面。這種3D測量在微創手術領域的缺點在于，用于安裝攝像機和以一定角度安裝的用于投射圖案序列的投影機的空間很小。另一個缺點在于，在投影序列期間對象的位置不允許改變，因為否則3D坐標計算會出現較大錯誤。

飛行時間

由于對象運動造成的錯誤較大的3D坐標計算的缺點同樣出現在所謂的飛行時間(TOF)方法中。在此，同樣在對象表面的一個位置在強度調制的發送信號的不同運行時間下測量至少四個強度值。對強度值的計算產生相應的距離值。然而另一挑戰尤其是在300000km每秒范圍內的極大光速時通過毫米范圍內的距離差引起光運行時間差的測量。傳統的系統可以在分辨率為1毫米時通過使用高度發展的探測器的電子器件測量單個對象點的距離。對于面狀的TOF距離傳感器，對于手術只能實現厘米范圍內的不夠準確的值。

運動結構(StructurefromMotion)

這種方法的基礎是，原則上借助攝像機在對象前的運動從不同方向拍攝多個圖像并且以此方式原則上又實現了三角測量。然而在此又出現了所謂的對應問題，也就是又必須在相應的系列圖像中識別顯著點。此外，不能計算絕對值，而是只能計算相對值，因為三角測量基礎、按照時間的拍攝之間的定向和距離不是已知的或者附加地必須通過追蹤系統測量。

本發明所要解決的技術問題在于，這樣提供內窺鏡，從而相對于傳統的系統改善和簡化可視化顯示、空間定位和/或對尤其是組織的對象的評估、尤其是在自由度減小時的工作體積的空間局限性。尤其應擴展在微創手術中的可應用性。同樣應能夠實施復雜的微創手術。應實時地實現精確的連續的深度測量并且針對手術的每個時間點能夠確定內窺鏡與對象之間的準確距離。應這樣提供內窺鏡設備，從而以相對現有技術更高的數據質量產生表面、尤其是微創手術領域的3D數據。