Verfahren und Einrichtung zur Durchführung einer Untersuchung eines Körperhohlraumes eines Patienten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung einer Untersuchung eines Körperhohlraumes eines Patienten mit einer in den Körperhohlraum eingeführten Endo- skopkapsel .

Zur optischen Untersuchung der Innenoberfläche eines Körperhohlraumes, beispielsweise des Magens oder des Darmtrakts ei ^¬ nes Patienten werden Endoskopkapseln verwendet, die in den Körperhohlraum eingeführt werden und dann ohne feste Verbindung nach außen im Körperhohlraum frei manövrierbar sind. Die Ansteuerung der Endoskopkapsel erfolgt dabei über Magnetfel ^¬ der, die mit Hilfe von Spulensystemen derart erzeugt werden, dass die Kapsel in eine gewünschte Richtung gesteuert werden kann. Mittels einer oder mehrerer vorzugsweise an den Stirnseiten der Endoskopkapsel angeordneten Kameras können Bilder der im Gesichtsfeld der Kamera befindlichen Innenoberfläche des Körperhohlraumes erzeugt werden.

Durch die in der Endoskopkapsel bzw. Kamera verwendete Optik ist jedoch nur eine begrenzte Teilfläche der Innenoberfläche des Körperhohlraumes zu einem bestimmten Zeitpunkt von der Kamera erfassbar. Die Größe dieses Teilbereiches hängt dabei von der Lage der Systemachse der Kamera, des von der Kamera erfassten Raumwinkels und des Abstandes der Kamera zur Innen ^¬ oberfläche ab. Die Systemachse der Kamera ist die Achse, die durch die Richtung, in der die Kamera auf die Innenoberfläche des Körperhohlraums zielt, also deren Blickrichtung, festge ^¬ legt .

Ziel einer endoskopischen Untersuchung ist es, die Innenwand des Körperhohlraumes vollständig zu untersuchen. Dafür müssen mehrere Bilder von verschiedenen Teilbereichen mit Hilfe der Kamera angefertigt werden. Es liegt bisher jedoch im Geschick des Bedieners, die Endoskopkapsel entsprechend zu manövrie ^¬ ren, so dass eine Vielzahl von Bildern erzeugt wird, deren enthaltene Teilflächen die gesamte Innenoberfläche des Hohl ^¬ organs bilden. Dadurch besteht allerdings nach einer endosko- pischen Untersuchung die Unsicherheit, ob die Innenoberfläche des Körperhohlraumes tatsächlich vollständig betrachtet wor ^¬ den ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah- ren zur Durchführung einer Untersuchung eines Körperhohlraumes eines Patienten mit einer in den Körperhohlraum eingeführten Endoskopkapsel vorzuschlagen, bei dem eine möglichst vollständige Betrachtung der Innenoberfläche des Körperhohl ^¬ raumes sichergestellt wird. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens anzugeben.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gemäß der Erfin ^¬ dung gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen wird eine Teilfläche der Innenoberfläche des Körperhohlraumes mit zumindest einer in der Endoskopkapsel angeordneten Kamera erfasst und anhand der Lage einer Systemachse der Kamera, des von der Kamera erfassten Raumwinkels und des Abstands der Kamera zur Innenoberfläche des Körper- hohlraumes auf eine Innenoberfläche eines Referenzobjekts projiziert und der Anteil der Projektionsfläche von der Ge ^¬ samtfläche der Innenoberfläche des Referenzobjekts ermittelt.

Es wird also mittels der geometrischen Größen des Raumwinkels und des Abstands der Kamera zur Innenoberfläche des Referenz ^¬ objekts sowie aus dessen Lage der Systemachse der Kamera, welche durch die Ansteuerung der Endoskopkapsel mittels der erzeugten Magnetfelder bekannt ist, auf der Innenoberfläche eines Referenzobjekts durch Projektion zunächst ein Abbild dieser Teilfläche, nämlich die Projektionsfläche, erzeugt. Aus den besagten Daten kann dann die Größe dieser Projektionsfläche berechnet werden. Danach wird der Anteil der Pro ^¬ jektionsfläche von der bekannten Gesamtfläche der Innenober- fläche des Referenzobjekts ermittelt, indem die Fläche der Projektionsfläche zur Gesamtfläche ins Verhältnis gesetzt wird. Dieses Verhältnis stellt ein Maß für den Anteil der von der Kamera erfassten Teilfläche der Innenoberfläche des be- trachteten Körperhohlraums an der Gesamtfläche dar. Dieses Maß kann dann herangezogen werden, um sicherzustellen, dass nach einer endoskopischen Untersuchung die gesamte Innenoberfläche des Körperhohlraums von der Kamera erfasst wurde, die Untersuchung also vollständig ist.

Eine einfache Art der Ermittlung der Projektionsfläche und deren Anteil von der Gesamtfläche der Innenoberfläche des Re ^¬ ferenzobjekts ergibt sich, wenn als Referenzobjekt eine Kugel verwendet wird. Um eine genauere Abbildung zu erreichen wird als Referenzobjekt ein den Körperhohlraum repräsentierender Ellipsoid verwendet.

Wird als Referenzobjekt ein anatomisches Modell des Körper ^¬ hohlraumes verwendet, so entspricht die Projektion der Teil- fläche auf die Innenoberfläche des Referenzobjektes nahezu den tatsächlichen Gegebenheiten.

Um den Abstand der Endoskopkapsel von der Innenoberfläche des Körperhohlraumes zu ermitteln, kann die Intensität des von der Innenoberfläche des Körperhohlraumes reflektierten Lichts einer in der Endoskopkapsel angeordneten Lichtquelle, welche die Teilfläche beleuchtet, herangezogen werden.

Um einem Bediener aufzuzeigen, welchen Anteil er von der In- nenoberfläche des Körperhohlraumes erfasst hat, kann diesem das Referenzobjekt, also beispielsweise die Kugel oder auch das anatomische Modell des Körperhohlraumes auf einem Anzei ^¬ gegerät wie einem Monitor visualisiert und die Projektions ^¬ fläche auf dem Referenzobjekt markiert werden. Beispielsweise kann die Oberfläche des Referenzobjekts innerhalb der Projek ^¬ tionsfläche mit einer bestimmten Farbe eingefärbt oder diese schraffiert werden, während die noch nicht erfassten übrigen Flächen transparent dargestellt sind. Vorzugsweise kann dem Bediener aber auch das mit der Kamera erfasst Bild der Teilfläche des Körperhohlraumes in die ent ^¬ sprechende Projektionsfläche, also auf die Innenoberfläche des Referenzobjekts eingeblendet werden, so dass der Bediener ein tatsächliches Bild des Körperhohlraumes auf dem Referenz ^¬ objekt sieht. Diese Methode ist besonders geeignet, wenn als Referenzobjekt ein Modell des Körperhohlraums verwendet wird. Um genau betrachten zu können, welche Teilflächen von der Kamera bereits erfasst wurden, ist das Referenzobjekt durch den Bediener drehbar, so dass dieser neben den Projektionsflächen auch Flächen erkennen kann, die von der Kamera bereits noch nicht erfasst worden sind.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wir dieses für mehrere Projektionsflächen wiederholt durchge ^¬ führt und anschließend die Summe der Anteile der Projektions ^¬ flächen gebildet. Dies bedeutet, dass wenn der Bediener die Endoskopkapsel in dem Körperhohlraum manövriert und somit mehrere Teilflächen des Körperhohlraumes mit der Kamera er ^¬ fasst, die Summe der insgesamt abgedeckten Fläche gebildet wird und somit dieser Anteil von der Gesamtfläche des Refe ^¬ renzobjekts ermittelt wird. Der Bediener kann dann erkennen, welche Flächen er noch nicht erfasst hat und die Endoskopkap ^¬ sel entsprechend manövrieren, so dass er durch das erfindungsgemäße Verfahren zu dem Ziel geführt wird, den Körper ^¬ hohlraum vollständig zu untersuchen. Er kann dann auch beurteilen, wie weit die Untersuchung bereits fortgeschritten ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Endoskopkapsel in Abhängigkeit der bisher gebildeten Summe der Anteile der Projektionsflächen derart automatisch angesteuert, dass eine Erfassung der vollständigen Innenober- fläche des Körperhohlraumes erreicht wird. Dies bedeutet, dass entsprechende Signale der bisher gebildeten Summe der Anteile der Projektionsflächen an eine Auswerteeinrichtung übergeben werden und mit deren Hilfe so gerichtete Magnetfei- der erzeugt werden, dass die Endoskopkapsel in eine Lage ma ^¬ növriert wird, in der bisher noch nicht erfasste Teilflächen betrachtet werden, so dass eine vollständige Erfassung der Innenoberfläche des Körperhohlraumes erreicht wird.

Eine derartige vollständige Erfassung kann dann automatisch so durchgeführt werden, dass diese auf kürzestem Weg erreicht wird, d.h. die Endoskopkapsel wird mittels Magnetfelder auf minimalstem Raum bewegt, der notwendig ist, um sämtliche Teilflächen der Innenoberfläche des Körperhohlraums mit der in der Endoskopkapsel angeordneten Kamera erfassen zu können.

Hinsichtlich der Einrichtung wird die Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 12, die sinngemäß den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen entsprechen .

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen.

Es zeigen jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:

Fig. 1 Eine in einem Körperhohlraum eines Patienten befindliche Endoskopkapsel in einer ersten Position,

Fig. 2 eine in einem Körperhohlraum eines Patienten befindliche Endoskopkapsel in einer zweiten Position,

Fig. 3 ein Referenzobjekt mit markierten Projektionsflächen.

In Fig. 1 ist ein Körperhohlraum 2, in diesem Beispiel ein Magen eines Patienten dargestellt. Zur näheren Untersuchung des Körperhohlraumes 2 wurde in diesen eine Endoskopkapsel 4 eingebracht. Diese wurde durch den Bediener mit Hilfe eines durch nicht dargestellte Spulen erzeugtes Magnetfeld in eine Position P _a manövriert. Um von der Innenoberfläche 6 des Körperhohlraums Bilder an ^¬ fertigen zu können, umfasst die Endoskopkapsel 4 an einer ih ^¬ rer Stirnseiten eine Kamera 8, die in Richtung der Innenoberfläche 6 des Körperhohlraumes 2 gerichtet ist. Diese Blick- richtung definiert die Systemachse 10 der Kamera 8. Mit der Kamera 8 kann somit eine Teilfläche 12a des Körperhohlraumes 2 betrachtet werden, die im Gesichtsfeld 13 der Kamera 8 liegt, welches den bekannten Raumwinkel Ω aufweist. Zur Be ^¬ leuchtung des Gesichtsfeldes 13 ist in der Endoskopkapsel 4 ferner eine Lichtquelle 14 angeordnet, die entlang der Sys ^¬ temachse 10 in Richtung der Innenoberfläche 6 des Körperhohl ^¬ raums 2 Licht ausstrahlt, welches zumindest die Teilfläche 12a beleuchtet. In Fig. 2 ist nun eine Situation dargestellt, bei der die En ^¬ doskopkapsel 4 durch Änderung des auf sie wirkenden Magnet ^¬ feldes in eine Position P _b manövriert wurde. Unter diesen Be ^¬ dingungen wird von der Kamera 8 der Endoskopkapsel 4 die Teilfläche 12b erfasst.

Bisher wurde bei der Navigation der Endoskopkapsel 4 nicht festgehalten, ob die bereits mit der Kamera 8 erfassten Teil ^¬ flächen 12a, 12b der Innenoberfläche 6 des Körperhohlraums 2 auch tatsächlich zur vollständigen Abdeckung des zu untersu- chenden Körperhohlraumes 2 ausreichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt nun vor, den jeweili ^¬ gen Anteil einer Teilfläche 12a, b von der Gesamtinnenoberflä ^¬ che 6 zu bestimmen, um somit dem Bediener eine Information darüber zu geben, inwiefern eine vollständige Untersuchung der Innenoberfläche 6 des Körperhohlraums 2 erreicht ist.

Um eine derartige Information zu ermitteln und einem Bediener zu visualisieren, wird auf einem Monitor 16 ein Referenzob- jekt 18, im gezeigten Beispiel eine Kugel, dargestellt, wie es in Fig.3 gezeigt ist. Das Referenzobjekt 18 stellt dabei ein Modell des zu untersuchenden Körperhohlraumes 2 dar. Während der Anfertigung eines Bildes beispielsweise in der in Fig.l dargestellten Position P _a , ist die Ausrichtung der En- doskopkapsel 4, also die Lage der Systemachse 10 der Kamera 8 im Raum bekannt, da auf die Endoskopkapsel ein Magnetfeld be- kannter Ausrichtung wirkt. Ebenso ist der von der Kamera 8 erfasste Raumwinkel Ω durch die Geometrie der Kamera bekannt. Der Abstand a der Kamera zur Innenoberfläche 6 des Körper ^¬ hohlraums 2 kann aus der Intensität des von der Innenoberflä ^¬ che 6 des Körperhohlraums 2 reflektierten Lichts der Licht- quelle 14 ermittelt werden. Mit Hilfe dieser drei geometri ^¬ schen Größen kann dann die Teilfläche 12a auf die Innenoberfläche 20 des Referenzobjektes 18 projiziert werden, so dass man eine Projektionsfläche 22a erhält, die ein Abbild der Teilfläche 12a darstellt, wie es in Fig. 3 näher gezeigt ist. Diese Projektionsfläche 22a wird zur besseren Übersichtlich ^¬ keit markiert, indem diese schraffiert dargestellt wird. Für eine noch anschaulichere Darstellung kann in den Bereich der Projektionsfläche 22a auch das erfasste Bild der Teilfläche 12a eingeblendet werden. Um dem Bediener einen guten Über- blick über die bereits markierten Projektionsflächen 22a zu verschaffen, ist das Referenzobjekt 18 auf dem Monitor drehbar und kann somit von allen Seiten betrachtet werden.

Es kann dann der Anteil der Projektionsfläche 22a von der be ^¬ kannten Gesamtfläche der Innenoberfläche 20 des Referenzob- jekts 18, also der Kugel ermittelt werden. Entsprechend wird danach der Anteil der Projektionsfläche 22b von der Gesamt ^¬ fläche der Innenoberfläche 20 des Referenzobjekts 18 ermit ^¬ telt. Dieser Anteil ist dann ein Maß für die Vollständigkeit der Untersuchung, d.h. der Bediener kann anhand dieses An- teils einschätzen, inwieweit die Untersuchung fortgeschritten ist. Es wird also während einer Untersuchung eine Art Index erzeugt, der die Vollständigkeit einer Untersuchung abbildet.

Das Verfahren kann dann wiederholt für mehrere Projektions- flächen 22a, 22b durchgeführt werden und schließlich kann eine Summe der Anteile der Projektionsflächen 22a, 22b gebildet werden. Noch nicht von der Kamera erfasste Flächen 24 können dann erfasst werden, indem die Endoskopkapsel 4 durch den Be- diener an die geeignete Position im Körperhohlraum 2 manövriert wird. Dabei wird auch die Lage des Patienten und somit des Körperhohlraums 2 im Raum berücksichtigt. Typischerweise nimmt der Patient während einer Untersuchung mittels der En- doskopkapsel verschiedene Lagen ein. Die Untersuchung beginnt typischerweise in Rückenlage des Patienten und umfasst im weiteren Verlauf beispielsweise auch die Linksseitenlage und zur Erreichung bestimmter anatomischer Teilstrukturen auch Rechtsseitenlagen. Eine Veränderung der Lage des Patienten im Raum wird von einem Bediener in das Untersuchungssystem eingegeben und muss bei der Ermittlung der Vollständigkeitsana ^¬ lyse, also Summe der Anteile der bisher ermittelten Projekti ^¬ onsflächen 22a, 22b berücksichtigt werden. Somit wird vermie ^¬ den, dass bei der Summenbildung Projektionsflächen 22a, 22b doppelt erfasst werden.

In Abhängigkeit der bisher gebildeten Summe der Anteile der Projektionsflächen 22a, 22b kann die Endoskopkapsel auch au ^¬ tomatisch manövriert werden. Dazu werden in einer in Fig. 1 dargestellten Auswerteeinrichtung 26 die bisher ermittelten Daten der Projektionsflächen 22a, 22b ausgewertet und Steuersignale an die Magnetspulen übermittelt, so dass Magnetfelder erzeugt werden, die die Endoskopkapsel 4 so manövrieren, dass eine Erfassung der vollständigen Innenoberfläche 6 des Kör- perhohlraumes 2 vorzugsweise auf kürzestem Weg erreicht wird.