Endoscopio y dispositivo de captación de imagen.

Endoscopio (100) con un sensor (110) de imagen y un sensor (120) de inercia en el extremo (105)distal del mismo,

estando configurado el sensor (120) de inercia para detectar una basculación del sensor (110)de imagen, presentando el endoscopio además medios (130) de control, estando configurado el sensor (110)de imagen comprendiendo una disposición de píxeles de imagen, para generar datos de imagen, y estandoconfigurado el sensor (120) de inercia, para generar una señal de basculación que representa la basculación,caracterizado porque los medios (130) de control están configurados para combinar la señal de basculacióncon los datos de imagen sustituyendo una parte de los datos de imagen por la señal de basculación para daruna señal de combinación.

Endoscopio y dispositivo de captación de imagen.

La presente invención se refiere a un endoscopio y a un dispositivo de captación de imagen y en particular a un sistema de sensores de inercia integrado similar a un chip CCD para la corrección de la rotación de una imagen, en particular en la endoscopia flexible e inalámbrica.

Un sensor de inercia puede por ejemplo medir la rotación o aceleración que afecta al sensor (por ejemplo con respecto al campo gravitatorio) . Los sensores de inercia son en la mayoría de los casos sensibles en relación a una de las tres direcciones espaciales o direcciones de rotación con respecto a una de las tres direcciones espaciales, de modo que a través de la descomposición de la aceleración de la tierra sobre las tres direcciones espaciales puede indicarse la orientación actual con respecto al centro de la tierra. Los sensores de inercia pueden estar fabricados por ejemplo en forma de sistemas microelectromecánicos (MEMS) , de modo que la necesidad de espacio en comparación con los acelerómetros convencionales es claramente menor.

Los endoscopios sirven para detectar imágenes ópticas y presentan un extremo distal (=entrada óptica) y un extremo proximal. En los endoscopios flexibles, las orientaciones (=orientaciones espaciales) del extremo distal y del proximal son en su mayor parte independientes entre sí, mientras que en los endoscopios rígidos (laparoscopios) existe una relación fija entre las orientaciones de los dos extremos del endoscopio.

La cirugía endoscópica transluminal que usa los orificios naturales se ha convertido en uno de los mayores retos de los procedimientos quirúrgicos y tiene el potencial de desplazar a la cirugía mínimamente invasiva (MIS = Minimally Invasive Surger y ) . En la actualidad la cirugía mínimamente invasiva se realiza esencialmente por cirujanos usando laparoscopios rígidos, introduciéndose desde fuera los laparoscopios por ejemplo en la cavidad abdominal. Por otro lado, los gastroenterólogos usan videoendoscopios flexibles, para reconocer y eliminar por ejemplo lesiones en el tracto gastrointestinal (esófago, estómago, intestino, etc.) . Pero la cirugía endoscópica transluminal también requiere endoscopios flexibles, para entrar en la cavidad abdominal e introducir instrumentos quirúrgicos y medios auxiliares, de modo que puedan realizarse intervenciones.

Los gastroenterólogos tienen práctica y han recibido formación para explorar cavidades huecas tales como por ejemplo el intestino, el estómago o el esófago, haciendo rotar, introduciendo o tirando de un videoendoscopio flexible y, concretamente, de manera independiente de la orientación, la rotación y el ángulo de inclinación de la punta del endoscopio y de la orientación de la imagen que se representa en el monitor. Por otro lado, lo más probable es que los cirujanos estén familiarizados con los endoscopios rígidos, en los que existe una relación fija entre la punta del endoscopio y el interior del cuerpo del paciente, ya que su posición no cambia durante la intervención.

Por tanto, para ayudar a los cirujanos en la interpretación y el reconocimiento de imágenes de videoendoscopios flexibles, es necesario corregir automáticamente la imagen y reorientarla con respecto a un eje principal definido de manera fija. El problema de las “imágenes rotadas” es aún más importante en los exámenes endoscópicos híbridos, ya que en este caso además de los endoscopios deben introducirse además microinstrumentos a través de la pared del estómago, de modo que por un lado se representa el espacio interno y por otro lado se realizan las tareas en el marco de intervenciones extremadamente complejas.

El problema que debe solucionarse puede reformularse también de la siguiente manera. En medicina se utilizan en la gastroenterología y en la cirugía mínimamente invasiva imágenes de vídeo para realizar exámenes de diagnóstico e intervenciones quirúrgicas. Para ello se encuentran disponibles endoscopios rígidos y flexibles así como cápsulas endoscópicas inalámbricas. Mientras que en el caso de los endoscopios rígidos (laparoscopios) el médico aún tiene una referencia directa con la mano de guiado con respecto a la orientación de la imagen, esto ya no se produce en el caso de los endoscopios flexibles y las cápsulas endoscópicas. La orientación dentro del cuerpo sin conocer la orientación del chip de la cámara requiere un conocimiento excelente de las estructuras anatómicas visibles y una capacidad de imaginación tridimensional excelente. Puesto que para ello son necesarias una experiencia y una práctica correspondientes, esta falta de información representa un obstáculo especial en las intervenciones interdisciplinares, en las que por ejemplo un cirujano, que opera habitualmente con laparoscopios, debe emplear para determinados accesos transluminales un endoscopio flexible.

Durante una operación pueden obtenerse datos tridimensionales en tiempo real por ejemplo mediante las denominadas cámaras de tiempo de vuelo (time-of-flight) , que no requieren ningún procesamiento posterior de datos, pudiendo generarse imágenes con una frecuencia de más de 30 Hz. Sin embargo, el cálculo en tiempo real de parámetros de adaptación representa todavía un reto.

Hasta la fecha la orientación de imágenes endoscópicas se realiza por medio de denominados dispositivos de seguimiento electromagnéticos. Sin embargo, para ello debe construirse un campo externo, que se vería alterado por la utilización de instrumentos metálicos. Esto tiene como consecuencia limitaciones correspondientes.

Una posibilidad adicional es la obtención de datos tridimensionales durante la operación por medio de procedimientos tales como forma a partir de la sombra (shape-from-shading) , estructura a partir del movimiento (structure-from-motion) , triangulación a partir de imágenes estereoscópicas, iluminación con luz estructurada o sensores de tiempo de vuelo. Los datos tridimensionales así obtenidos se registran (o se adaptan) con tomógrafos computarizados preoperatorios o con conjuntos de datos de tomografía de resonancia magnética. Los parámetros de transformación correspondientes también pueden usarse para la corrección de la rotación. Sin embargo, el esfuerzo de cálculo para ello es tan grande, que actualmente no es posible en ningún caso una aplicación en tiempo real. En un futuro mediato, debido a las enormes cantidades de datos y condiciones previas que deben procesarse, tampoco será un escenario típico.

La utilización de un sistema de sensores de inercia en la endoscopia ya se describió en el documento US 7211042 B2, empleando el procedimiento descrito en el mismo un laparoscopio. Sin embargo, dado que el problema de la ausencia de orientación en la laparoscopia rígida es claramente menor que en la endoscopia flexible, la corrección de la rotación de la imagen tiene una importancia menor. Por ejemplo, en el caso de los endoscopios rígidos, la detección de las direcciones de rotación puede tener lugar mediante sensores de inercia fuera del cuerpo, de modo que no se plantea en absoluto o apenas la cuestión de la transmisión de las señales de sensor. Por otro lado, en el caso de los endoscopios flexibles, la orientación del extremo distal del endoscopio es en general totalmente independiente de la orientación del extremo proximal y, cuando se realiza o debe realizarse la detección de imagen en el extremo distal, se plantea el problema descrito anteriormente de cómo puede corregirse o establecerse la orientación.

El documento US2008/0159653 A1 describe un endoscopio según el preámbulo de la reivindicación 1, un dispositivo de captación de imagen según el preámbulo de la reivindicación 11 y un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 14. El documento US2005/0020883 A1 da a conocer un endoscopio y un procedimiento con los que, por medio de sensores de inercia, se detecta la basculación de un sensor de imagen para posibilitar una corrección de imagen con respecto a la orientación del extremo distal.

Partiendo de este estado de la técnica, la presente invención se basa en el objetivo de proporcionar un endoscopio que permita una detección de imagen en el extremo distal y posibilite al mismo tiempo, independientemente de la orientación del extremo proximal, una corrección de imagen con respecto a la orientación del extremo distal. Se pretende proporcionar además un dispositivo de captación de imagen que posibilita transmitir de la manera más eficaz posible datos, que describen la orientación del sensor de imagen en el extremo... [Seguir leyendo]

1. Endoscopio (100) con un sensor (110) de imagen y un sensor (120) de inercia en el extremo (105) distal del mismo, estando configurado el sensor (120) de inercia para detectar una basculación del sensor (110) de imagen, presentando el endoscopio además medios (130) de control, estando configurado el sensor (110) de imagen comprendiendo una disposición de píxeles de imagen, para generar datos de imagen, y estando configurado el sensor (120) de inercia, para generar una señal de basculación que representa la basculación, caracterizado porque los medios (130) de control están configurados para combinar la señal de basculación con los datos de imagen sustituyendo una parte de los datos de imagen por la señal de basculación para dar una señal de combinación.

2. Endoscopio (100) según la reivindicación 1, que presenta medios para transmitir la señal de combinación desde los medios (130) de control a un extremo proximal del endoscopio (100) .

3. Endoscopio (100) según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que los medios (130) de control están configurados para sustituir en los datos de imagen un valor de píxel de un píxel por la señal de basculación.

4. Endoscopio (100) según la reivindicación 3, en el que los medios (130) de control están configurados de tal manera que el píxel es un píxel de borde de la disposición de píxeles.

5. Endoscopio (100) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el sensor (110) de imagen presenta un convertidor analógico-digital, que está configurado para digitalizar valores de píxel de los píxeles de la disposición de píxeles, estando configurados el sensor (120) de inercia y los medios (130) de control de tal manera que la señal de basculación se emite en forma analógica desde el sensor (120) de inercia y se digitaliza en lugar de un valor de píxel de un píxel de la disposición de píxeles mediante el convertidor analógico-digital del sensor (110) de imagen.

6. Endoscopio (100) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los medios (130) de control y el sensor (120) de inercia presentan en cada caso un convertidor analógico-digital propio, para digitalizar los datos de imagen y la señal de basculación, y en el que los medios (130) de control están configurados además para sustituir bits de los datos de imagen digitales por bits de la señal de basculación digital.

7. Endoscopio (100) según la reivindicación 6, en el que la unidad (130) de control está configurada para sustituir una parte de orden inferior de los bits de un píxel por bits de la señal de basculación digital e incluir una parte de orden superior de los bits de los píxeles en la señal de combinación.

8. Endoscopio (100) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el sensor (110) de imagen está configurado para detectar una imagen a color con tres componentes de color y en el que el sensor (120) de inercia presenta un primer sensor de inercia (120a) , un segundo sensor de inercia (120b) y un tercer sensor de inercia (120c) , estando configurados los sensores (120a, 120b, 120c) de inercia primero, segundo y tercero de tal manera que cada uno de los mismos detecta una señal de basculación diferente para rotaciones con respecto a ejes de rotación espaciales diferentes.

9. Endoscopio (100) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el endoscopio (100) es un endoscopio flexible.

10. Endoscopio (100) según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el sensor (110) de imagen y el sensor (120) de inercia están integrados en un chip común.

11. Dispositivo de captación de imagen con:

un sensor (110) de imagen para generar datos de imagen;

un sensor (120) de inercia para detectar una basculación del dispositivo de captación de imagen, para obtener una señal de basculación; y caracterizado porque el dispositivo de captación de imagen contiene medios (130) de control para combinar la señal de basculación y los datos de imagen para dar una señal de combinación sustituyendo partes de los datos de imagen por la señal de basculación.

12. Dispositivo de captación de imagen según la reivindicación 11, siendo el dispositivo de captación de imagen alargado y presentando un primer y un segundo extremo, estando dispuestos el sensor (110) de imagen, el sensor (120) de inercia y la unidad (130) de control en un primer extremo, y estando configurados los medios (130) de control para transmitir la señal de combinación a través de una línea (135) de transmisión eléctrica o de manera inalámbrica al segundo extremo.

13. Dispositivo de captación de imagen según la reivindicación 11 o la reivindicación 11, en el que el sensor (120) de inercia está configurado para muestrear en el tiempo la basculación, para obtener una secuencia de valores de basculación, y en el que los medios (130) de control presentan un filtro y/o una unidad

de valor umbral, estando configurado el filtro para realizar un suavizado de la secuencia temporal de valores de basculación, y en el que la unidad de valor umbral está configurada para eliminar de la secuencia temporal de valores de basculación valores que se encuentran por debajo de un valor umbral predeterminado.

14. Procedimiento para captar una imagen, con las siguientes etapas: 5 generar datos de imagen mediante un sensor (110) de imagen;

detectar una basculación del sensor de imagen mediante un sensor (120) de inercia y proporcionar una señal de basculación; y caracterizado por combinar la señal de basculación con los datos de imagen para dar un flujo de datos ampliado sustituyendo partes de los datos de imagen por la señal de basculación.