DE102016118441A1

DE102016118441A1 - Verfahren zur Verarbeitung elektronischer Bilddaten eines Endoskops, System bestehend aus einem Endoskop, einer Bildaufnahmeeinrichtung, einer Bildverarbeitungseinheit und einer Bildwiedergabevorrichtung, und Bildverarbeitungseinheit

Info

Publication number: DE102016118441A1
Application number: DE102016118441.1A
Authority: DE
Inventors: Ralf Kleemann
Original assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Current assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung elektronischer Bilddaten eines mit einem medizinischen Endoskop (10) während eines chirurgischen Eingriffes beobachteten Untersuchungsraumes (34), wobei, die während des chirurgischen Eingriffes erzeugten Bilddaten hinsichtlich einer Verschlechterung der Sichtverhältnisse durch Rauchentwicklung im Untersuchungsraum (34) analysiert werden, und wobei die Bilddaten bei Erkennung einer Verschlechterung der Sichtverhältnisse durch Rauchentwicklung derart manipuliert werden, dass ein durch die Rauchentwicklung in den Bilddaten abgebildeter Rauchschleier zur konturscharfen Darstellung des Untersuchungsraumes reduziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung elektronischer Bilddaten eines mit einem medizinischen Endoskop beobachteten Untersuchungsraumes gemäß Anspruch 1, ein System bestehend aus einem medizinischen Endoskop, einer Bildaufnahmeeinrichtung, einer Bildverarbeitungseinheit und einer Bildwiedergabevorrichtung gemäß Anspruch 11, sowie eine Bildverarbeitungseinheit gemäß Anspruch 13.
Gattungsgemäße Endoskope werden zur Beleuchtung und zur Beobachtung eines üblicherweise nur durch enge Zugangsöffnungen erreichbaren, innerhalb eines Patienten befindlichen Untersuchungsraumes verwendet. Solche Endoskope werden in den Körper des Patienten eingeführt, um dort Sichtkontrollen an Organen durchzuführen oder die Steuerung von chirurgischen Instrumenten zu überwachen bzw. die Manipulation von Gewebe im Untersuchungsraum zu beobachten.
Endoskopische Beobachtungen eines Untersuchungsraumes werden sowohl im Bereich der klassischen Endoskopie durchgeführt, also bei Untersuchungen und Behandlungen in Körperöffnungen wie zum Beispiel im Darm, in der Speiseröhre und im Magen, als auch im Bereich der Laparoskopie, also bei Untersuchungen und Behandlungen in der Bauchhöhle des Patienten. Bei laparoskopischen Eingriffen, werden das zur Beobachtung verwendete Laparoskop und die zur Behandlung von Gewebe verwendeten Instrumente durch einen künstlich angelegten Port hindurch in den Körper des Patienten eingeführt.
Insbesondere bei laparoskopischen Eingriffen im Abdomen des Patienten, wie zum Beispiel bei der Entfernung der Gallenblase, wird häufig Gewebe mit Hilfe eines hochfrequenten Stromes oder mit Hilfe von Ultraschall lokal erhitzt, um es gezielt zertrennen und/oder zu veröden.
Bei der Erhitzung von Gewebe kommt es zur Entwicklung eines chirurgischen Rauches, der den Untersuchungsraum vernebelt und damit die Beobachtungsmöglichkeit zumindest zeitweise einschränkt oder unmöglich macht. Um bei solchen Eingriffen die klaren Sichtverhältnisse wieder herzustellen, wird der Rauch üblicherweise unmittelbar nach seiner Entstehung abgesaugt. Gleichzeitig wird ein klares chirurgisches Gas, wie zum Beispiel CO₂ nachgeführt, um ein im Untersuchungsraum bestehendes Pneumoperitoneum aufrecht zu halten und damit das Zusammenfallen des Untersuchungsraumes zu verhindern. Manchmal wird auch nur abgewartet, bis sich der Rauch verzogen hat, bis sich also die Rauchpartikel ausreichend weit verteilt oder auch zum Teil abgesetzt haben. Bis zur Wiederherstellung klarer Sichtverhältnisse vergehen häufig mehrere Sekunden, in denen ein Fortführen des chirurgischen Eingriffes aus Sicherheitsgründen nicht möglich ist.
Häufig sind bei solchen Eingriffen mehrere zeitversetzte Hitzebehandlungen des Gewebes notwendig, was zu mehreren zeitlich getrennten Rauchphasen führt. Das macht jeweils einen Rauchabzug nötig und führt somit zu häufigen Unterbrechungen der Operation. Durch die Unterbrechungen der Operation wird der Eingriff zeitlich in die Länge gezogen und der Operateur kann die Wirkung seines Eingriffes wegen der eingeschränkten Beobachtungsmöglichkeit während der Rauchphase erst nach einer Wiederherstellung klarer Sichtverhältnisse beurteilen.
Immer häufiger werden für die Beobachtung eines Untersuchungsraumes Endoskope verwendet, die digitale Bilddaten zur Darstellung auf einer externen Anzeigegeräten liefern. Diese, auch als Videoendoskope bekannten Instrumente erlauben eine hochauflösende Darstellung des Untersuchungsraumes und ermöglichen die Anwendung von bildverarbeitenden Funktionen wie zum Beispiel eine einstellbare digitale Vergrößerung der Aufnahme oder die Erzeugung und Aufzeichnung von Standbildern. Allerdings sind auch die digitalen Bilddaten bei einer Rauchentwicklung im Untersuchungsraum mit einem Rauchschleier belegt, was die Sicht in den Untersuchungsraum in einem begrenzten Zeitraum erschwert oder unmöglich macht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Verarbeitung von elektronischen Bilddaten eines mit einem Endoskop beobachteten Untersuchungsraumes bereitzustellen, die die Beobachtungsmöglichkeit des Untersuchungsraumes bei einer Rauchentwicklung im Untersuchungsraum verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein System mit den Merkmalen des Anspruches 11 sowie durch eine Vorrichtung nach Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Verarbeitung elektronischer Bilddaten eines mit einem medizinischen Endoskop während eines chirurgischen Eingriffes beobachteten Untersuchungsraumes, wobei die während des chirurgischen Eingriffes erzeugten Bilddaten hinsichtlich einer Verschlechterung der Sichtverhältnisse durch Rauchentwicklung im Untersuchungsraum analysiert werden, und wobei die Bilddaten bei Erkennung einer Verschlechterung der Sichtverhältnisse durch Rauchentwicklung derart manipuliert werden, dass ein durch die Rauchentwicklung in den Bilddaten abgebildeter Rauchschleier zur konturscharfen Darstellung des Untersuchungsraumes reduziert wird.
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zur quasi verzögerungsfreien Verarbeitung, insbesondere zur Echtzeitverarbeitung, elektronischer Bilddaten eines mit einem medizinischen Endoskop während eines chirurgischen Eingriffes beobachteten Untersuchungsraumes bereitgestellt, bei dem die erzeugten Bilddaten hinsichtlich einer Verschlechterung der Sichtverhältnisse durch Rauchentwicklung im Untersuchungszeitraum analysiert und ausgewertet werden, so dass ein durch die Rauchentwicklung in den Bilddaten abgebildeter Rauchschleier zur konturscharfen, insbesondere kontrast- und konturscharfen, Darstellung des Untersuchungsraumes vermindert wird.
Die mit einem Endoskop aufgenommenen elektronischen Bilddaten werden in Verbindung mit wenigstens einem Bildsensor erzeugt, der zum Aufnehmen von Videodaten und/oder zum Aufnehmen von Einzelbildern ausgebildet ist. Bei einem Endoskop der gattungsgemäßen Art ist insbesondere an ein Videoendoskop gedacht, das einen distal oder proximal im Gehäuse des Endoskopes angeordneten elektronischen Bildsensor aufweist. Der Bildsensor eines Videoendoskopes ist üblicherweise ein lichtempfindlicher Sensor wie zum Beispiel ein CCD oder CMOS Sensor.
Im Rahmen der Erfindung sind neben den klassischen Videoendoskopen mit eingebauten Bildsensoren auch Endoskope umfasst, in deren proximalen Endbereich eine, digitale Bilder und/oder digitale Videos erzeugende Kamera an das Okular des Endoskopes anschließbar ist. Im Rahmen der Erfindung ist bei einem gattungsgemäßen Endoskop insbesondere an ein Laparoskop gedacht, das mit Lichtleiterelementen zur Lichtleitung in den Untersuchungsraum ausgestattet ist sowie optische Elemente aufweist, die zur Beobachtung des Untersuchungsraumes dienen.
Erfindungsgemäß werden die bei der Beobachtung des Untersuchungsraumes erzeugten Bilddaten hinsichtlich einer Rauchentwicklung analysiert. Die die Sichtverhältnisse störende Rauchentwicklung im Untersuchungsraum kann in den Bilddaten auf verschiedene Weise erkannt werden. Zum Beispiel kann dafür das Histogramm der aufgenommenen Bilddaten berechnet und ausgewertet werden. Das Histogramm gibt Aufschluss über die statistische Helligkeitsverteilung bzw. den statistischen Tonwertumfang im Bild. Es hat sich gezeigt, dass das Histogramm der Bilddaten bei einer Rauchentwicklung gestaucht wird, was auf einen reduzierten Tonwertumfang zurückzuführen ist. Die Abbildung des Untersuchungsraumes wird also kontrastärmer.
Bei einer Erkennung einer Rauchentwicklung werden die Bilddaten zur Reduzierung des damit in den Bilddaten entstehenden Rauchschleiers manipuliert. Zur Reduzierung des mit der Rauchentwicklung im Untersuchungsraum in den Bilddaten erzeugten Rauchschleiers kann zum Beispiel eine Tonwertkorrektur vorgenommen werden. Insbesondere kann das Histogramm bzw. der Tonwertumfang der Bilddaten dafür gespreizt werden. Das heißt die in den Bilddaten ermittelten Tonwerte werden in einen größeren Bereich aufgeteilt. Bei der Tonwertspreizung wird der Kontrast des Bildes durch Anpassung des Schwarz- und des Weißpunktes des Bildes erhöht. Es ist denkbar, für die Analyse der Bilddaten hinsichtlich einer Rauchentwicklung und/oder für die Reduzierung des Rauchschleiers allgemein aus dem Bereich der digitalen Bildbearbeitung bekannte Bildbearbeitungsverfahren einzusetzen. Solche, insbesondere in Bildbearbeitungsprogrammen zur Nachbearbeitung von digitalen Einzelbildern verwendete Verfahren sind zum Beispiel bekannt als „dehaze“ oder „Dunstfilter“ Funktionen.
Die Kantennachschärfung, insbesondere die Verdeutlichung der Kontrastübergänge, was Teil einer „dehaze“-Funktion sein kann, ist ein weiteres Werkzeug, um den Rauchschleier aus den Bilddaten zu reduzieren. Insbesondere wird dazu nicht der gesamte Tonwertumfang, sondern nur für bestimmte Kanten wird der Kontrast bzw. der Mikrokontrast angehoben. Im Histogramm entstehen dann sogenannte Spitzen.
Es ist im Übrigen denkbar, die Analyse und/oder die Manipulation der Bilddaten entweder auf die gesamte Bildfläche anzuwenden oder nur auf einen oder mehrere bestimmte Bereiche der Bildfläche anzuwenden.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist zur Verbesserung der Erkennung einer Verschlechterung der Sichtverhältnisse durch Rauchentwicklung daran gedacht, dass das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt umfasst, bei dem ein elektrisches Signal ausgewertet wird, welches angibt, ob ein Hochfrequenzstrom oder Ultraschall im Untersuchungsraum appliziert wird. Eine Rauchentwicklung kommt in der Regel erst in Betracht wenn ein im Untersuchungsraum platziertes Werkzeug zur Erhitzung benutzt wird. Das auszuwertende Signal kann also zum Beispiel ein von einer externen Versorgungsvorrichtung, wie zum Beispiel von einem Hochfrequenzgenerator oder von einer Stromquelle für die Speisung einer Ultraschallelektrode, erzeugtes Signal sein, das einen Aktivierungszustand des angeschlossenen Werkzeuges repräsentiert.
Denkbar ist dabei insbesondere auch, dass ein Trigger-Signal einer externen Versorgungseinrichtung, wie zum Beispiel eines Hochfrequenzgenerators, den Start und/oder das Ende für die Durchführung des Verfahrens zu markieren. Es kann zudem vorgesehen sein, bei Empfang eines Trigger-Signals die Sensitivität der Analyse der Bilddaten und/oder die Intensität der Manipulation der Bilddaten zu erhöhen bzw. zu reduzieren. Solche Trigger-Signale können beispielsweise die Dauer der Erhitzung und/oder die für die Hitzebehandlung verwendete Energiemenge repräsentieren. Durch Verarbeitung der Trigger-Signale kann eine Verbesserung der Ergebnisse der Analyse und/oder der Manipulation der Bilddaten ermöglicht werden, insbesondere wenn in Abhängigkeit eines Trigger-Signals die Sensitivität der Analyse und/oder die Intensität der Manipulation verändert, insbesondere erhöht oder verringert, wird.
In einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, dass die Analyse und/oder die Manipulation der Bilddaten mittels eines an einem Handgriff des Endoskopes und/oder an einer zum Endoskop externen Bedieneinheit angeordneten Bedienelementes einstellbar ist. Dabei ist daran gedacht, dass die Analyse und/oder die Manipulation der Bilddaten mittels eines oder mehrerer Bedienelemente ein- und ausschaltbar ist und/oder, dass Schwellwerte für die Analyse der Bilddaten und/oder die Intensität der Manipulation der Bilddaten einstellbar ist.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zur Reduzierung des Rauchschleiers mindestens eine Bilddateneigenschaft aus der Gruppe Weißabgleich, Kontrast, Klarheit, Schärfe, Sättigung, Farbton und Helligkeit verändert wird. Insbesondere ist daran gedacht zur Reduzierung des Rauchschleiers einzelne Werte aus der Gruppe oder eine Kombination mehrerer Bilddateneigenschaften der Gruppe zu verändern. Ohne Weiteres ist denkbar, dass zur Reduzierung des Rauchschleiers andere und/oder weitere Bilddateneigenschaften verändert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bilddaten während des chirurgischen Eingriffes, insbesondere in Echtzeit, analysiert und manipuliert werden. Somit können die Bilddaten des Untersuchungsraumes ohne oder mit nur sehr geringer zeitlicher Verzögerung auf einer Anzeigeeinheit dargestellt und vom Operateur bewertet werden.
Grundsätzlich ist denkbar, dass die mit dem Endoskop erzeugten elektronischen Bilddaten einzelne Standbilder sind. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die Bilddaten Videodaten sind. Videodaten im Rahmen der Erfindung sind insbesondere eine Abfolge von Einzelbildern, die bei ihrer Wiedergabe ein bewegtes Bild, insbesondere ein Livebild des Untersuchungsraumes erzeugen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung ist daran gedacht, dass zur Analyse der Bilddaten eine Veränderung mindestens eines in den elektronischen Bilddaten erwarteten Referenzwertes ausgewertet wird.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Referenzwert durch mindestens eine Markierung auf einer Oberfläche des Endoskopes und/oder eines im Untersuchungsraum platzierten Instrumentes vorgegeben wird, die bei der Erzeugung der Bilddaten zusammen mit dem Untersuchungsraum erfasst wird.
Solche Markierungen können Farbwerte oder Muster sein, die zur Erkennung von Rauchentwicklung in einer Bildverarbeitungseinheit elektronisch ausgewertet werden. Dabei ist in einem Speicher der Bildverarbeitungseinheit ein Vergleichswert abgelegt, der mit dem Referenzwert verglichen wird. Bei einer Abweichung zwischen dem in den aufgenommenen Bilddaten abgebildeten Referenzwert und dem Vergleichswert kann die Intensität einer Rauchentwicklung ermittelt werden. Der Vergleichswert repräsentiert dabei den Erwartungswert einer originalgetreuen Abbildung des aufgenommen Referenzwertes.
Vorteilhafter Weise befindet sich der Referenzwert unmittelbar im Sichtfeld des Endoskopes, sodass die elektronischen Bilddaten nicht nur eine Abbildung des Untersuchungsraumes sondern gleichzeitig auch eine Abbildung des Referenzwertes enthalten. Wie erläutert, kann der Referenzwert zum Beispiel auf einer Oberfläche des Schaftes des zur Beobachtung genutzten Endoskopes und/oder auf einer Oberfläche eines im Untersuchungsraum platzierten Instrumentes angeordnet sein, die von dem Endoskop bei der Beobachtung des Untersuchungsraumes mit erfasst wird.
Mit einer Anordnung des Referenzwertes auf einer Oberfläche des zur Beobachtung genutzten Endoskopes kann das Verfahren unabhängig von den für den Eingriff genutzten Instrumenten durchgeführt werden. Durch technische bzw. bauliche Beschränkungen kann die Verwendung von Referenzwerten auf dem zur Beobachtung eingesetzten Endoskop selbst allerdings eingeschränkt oder gar nicht möglich sein. Alternativ oder zusätzlich ist deshalb daran gedacht, Referenzwerte auf anderen, für den chirurgischen Eingriff verwendeten Instrumenten anzubringen. Die Instrumente und die darauf angeordneten Referenzwerte werden bei der Operation in den Bilddaten mit erfasst und können somit für die Analyse der Daten verwendet werden.
Insbesondere ist daran gedacht, dass als Referenzwert ein Farbwert verwendet wird, wobei als Farbwert insbesondere Schwarz verwendet wird. Bei der Manipulation der elektronischen Bilddaten zur Reduzierung bzw. Entfernung des abgebildeten Rauchschleiers ist in erster Linie daran gedacht, eine Farb- bzw. Helligkeitskalibrierung durchzuführen. Dabei werden bestimmte abgebildete Farb- bzw. Helligkeitswerte umnormiert, sodass die manipulierten Bilddaten eine konturschärfere Darstellung des Untersuchungsraumes erlauben. Diese Kalibrierung kann durch die Verwendung von Referenzwerten zu einer realitätsnäheren Darstellung des Untersuchungsraumes führen. Grundsätzlich kann eine Farb- bzw. Helligkeitskalibrierung aber auch ohne die Verwendung von Referenzwerten durchgeführt werden.
Denkbar ist darüber hinaus, dass mehrere unterschiedliche Referenzwerte verwendet werden, insbesondere Graustufen und/oder verschiedene Farbwerte.
Für das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere vorgesehen sein, dass bei einer in den aufgenommenen Bilddaten erkannten Veränderung des Referenzwertes die Bilddaten derart manipuliert werden, dass sich die Darstellung des Referenzwertes im manipulierten Bild einer originalgetreuen Abbildung des Referenzwertes annähert bzw. eine originalgetreue Abbildung erreicht. Eine originalgetreue Abbildung des Referenzwertes wird dabei vorzugsweise durch einen Vergleichswert repräsentiert, der in einem Speicher der die Bilddaten analysierenden bzw. manipulierenden Bildverarbeitungseinheit abgelegt ist.
In einer Ausgestaltung ist denkbar, dass eine Intensität der Manipulation der Bilddaten in Abhängigkeit der Intensität der erkannten Rauchentwicklung eingestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Intensität der Manipulation der Bilddaten mittels eines oder mehrerer von dem Operateur handhabbaren Bedienelementen steuerbar ist.
Erfindungsgemäß ist auch ein System bestehend aus einem medizinischen Endoskop mit einer Bildaufnahmeeinrichtung zur Erzeugung elektronischer Bilddaten eines mit dem Endoskop beobachteten Untersuchungsraumes, einer Bildverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der elektronischen Bilddaten und einer Bildwiedergabevorrichtung zur Darstellung der verarbeiteten elektronischen Bilddaten, wobei das System eingerichtet und ausgebildet ist, elektronische Bilddaten des Untersuchungsraumes während der Beobachtung des Untersuchungsraumes zu erzeugen, zu verarbeiten und darzustellen, und wobei die Bildverarbeitungseinheit ausgebildet ist, während der Beobachtung des Untersuchungsraumes die erzeugten Bilddaten zu analysieren und eine durch eine Rauchentwicklung erzeugte Veränderung der Sichtverhältnisse im Untersuchungsraum zu erkennen, und wobei die Bildverarbeitungseinheit ausgebildet ist, die Bilddaten derart zu manipulieren, dass der Rauchschleier in den Bilddaten zur konturscharfen Darstellung des Untersuchungsraumes reduziert wird.
In einer spezifischen Ausgestaltung ist daran gedacht, dass die Bildverarbeitungseinheit ausgebildet ist, das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Erfindungsgemäß ist ferner eine Bildverarbeitungseinheit zur Verwendung an einem medizinischen Endoskop, die eingerichtet und ausgebildet ist, die Schritte des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
Vorzüge und Details des erfindungsgemäßen Systems oder der erfindungsgemäßen Bildverarbeitungseinheit ergeben sich ohne Beschränkung auch aus den zuvor erläuterten Vorzügen und Details zum erfindungsgemäßen Verfahren.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung erbeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Systems,
2 eine schematische Detaildarstellung des distalen Schaft-Endbereiches aus 1,
3 eine stark vereinfachte Prinzipskizze von Bilddaten eines mit einem erfindungsgemäßen Endoskop beobachteten Untersuchungsraumes ohne Rauchentwicklung,
4. eine stark vereinfachte Prinzipskizze von Bilddaten eines mit einem erfindungsgemäßen Endoskop beobachteten Untersuchungsraumes mit Rauchentwicklung,
5 eine stark vereinfachte Prinzipskizze von erfindungsgemäß manipulierten Bilddaten des Untersuchungsraumes mit Rauchentwicklung gemäß 4 mit einem reduzierten Rauchschleier,
6 eine stark vereinfachte Prinzipskizze von Bilddaten eines mit einem erfindungsgemäßen Endoskop beobachteten Untersuchungsraumes ohne Rauchentwicklung in einer Variante,
7. eine stark vereinfachte Prinzipskizze von Bilddaten eines mit einem erfindungsgemäßen Endoskop beobachteten Untersuchungsraumes mit Rauchentwicklung gemäß der Variante aus 6, und
8 eine stark vereinfachte Prinzipskizze von erfindungsgemäß manipulierten Bilddaten des Untersuchungsraumes mit Rauchentwicklung gemäß 7 mit einem reduzierten Rauchschleier.
1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes System bestehend aus einem medizinischen Endoskop 10 zur Beobachtung eines Untersuchungsraumes, einer Bildverarbeitungseinheit 22 und einer Bildwiedergabevorrichtung 26. Ein erfindungsgemäßes Endoskop 10 umfasst einen Schaft 12, einen am proximalen Endbereich des Schaftes 12 angeordneten Handgriff 14 und eine im distalen Endbereich des Schaftes 12 angeordnete Objektiveinheit 16. An dem Handgriff 14 kann – wie schematisch dargestellt – ein Bedienelement 18 angeordnet sein, mittels dem Bildaufnahme- und/oder Bildwiedergabeeinstellungen des Endoskopes 10 bzw. der Bildverarbeitungseinheit 22 und/oder der Bildwiedergabevorrichtung 26 steuerbar sind.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Endoskop 10 mit in dem Endoskopgehäuse angeordneten, nicht näher erläuterten Bildaufnahmesensoren ausgestattet. Das erfindungsgemäße Endoskop kann insbesondere ein für laparoskopische Chirurgie verwendetes Laparoskop sein. Gattungsgemäße Endoskope dieser Art mit einer in dem Endoskopgehäuse verbauten Bildaufnahmeeinrichtung oder mit einer, an einem proximal am Endoskopschaft 12 angeordneten Okular anschließbaren Kamera (nicht dargestellt) zur Erzeugung elektronischer Bilddaten sind auch als Videoendoskope bekannt.
Das Endoskop 10 ist mit einem Verbindungskabel 20 mit einer Bildverarbeitungseinheit 22 verbunden. Ein weiteres Verbindungskabel 24 verbindet die Bildverarbeitungseinheit 22 mit einer Bildwiedergabevorrichtung 26. Die Bildverarbeitungseinheit 22 empfängt elektronische Bilddaten des Endoskopes 10 und analysiert diese hinsichtlich einer Verschlechterung der Sichtverhältnisse im mit dem Endoskop 10 beobachteten Untersuchungsraum 34 durch Rauchentwicklung. Bei der Erkennung einer Rauchentwicklung im Untersuchungsraum 34 anhand der Analyse der erzeugten Bilddaten können die Bilddaten derart manipuliert werden, dass der durch die Rauchentwicklung entstehende Rauchschleier in den Bilddaten reduziert wird.
Der Operateur richtet seinen Blick auf die Bildwiedergabevorrichtung 26 mittels der manipulierte und nicht manipulierte Bilddaten des Endoskopes 10 dargestellt werden. Üblicherweise sind die aufgenommenen und wiedergegebenen Bilddaten Videodaten, sodass der beobachtete Untersuchungsraum mittels der Bildwiedergabevorrichtung 26 als Livebild dargestellt wird. Der Operateur erhält somit einen Einblick in den Untersuchungsraume 34 in Echtzeit, d.h. ohne oder nur mit sehr geringem zeitlichen Versatz gegenüber dem realen Geschehen im Untersuchungsraum 34.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des proximalen Endbereiches des Schaftes 12 aus 1. Gestrichelt gezeichnet ist hier die im Inneren des Schaftes 12 angeordnete, zum Beispiel als Linse ausgebildete Objektiveinheit 16 zu erkennen. Wie zuvor erläutert, kann vorgesehen sein, dass zusammen mit dem Untersuchungsraum 34 auch Referenzwerte erfasst werden, die auf einer Oberfläche des zur Beobachtung des Untersuchungsraumes 34 verwendeten Endoskopes 10 aufgetragen sind.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Objektiveinheit 16 einen inneren Randbereich 32 des proximalen Endes des Schaftes 12 optisch erfasst. Angedeutet ist dafür der Blickwinkel 28, der den Randbereich 32 des Schaftes 12 einschließt. Die Referenzwerte können damit am Innenumfang im Randbereich 32 des Schaftes 12 aufgetragen sein und zusammen mit dem Untersuchungsraum 34 erfasst werden. Mit 30 ist der Blickwinkel der Objektiveinheit 16 angedeutet, der für die Beobachtung des Untersuchungsraumes 34 zur Verfügung steht.
3 zeigt eine Darstellung der mit dem Endoskop 10 aus 1 erzeugten Bilddaten eines beobachteten Untersuchungsraumes 34. Die Darstellung der 3 zeigt den Untersuchungsraum 34 schematisch ohne eine durch Rauchentwicklung verschlechterte Sicht. Zur Veranschaulichung ist angedeutet, dass sich im Untersuchungsraum 34 ein medizinisches Instrument 36 mit einem als Zangenmaul ausgebildeten Endeffektor zur Applikation eines Hochfrequenzstromes befindet. Das Instrument 36 ist bei einem Eingriff an Gewebe 38 gezeigt. Die Darstellung des Untersuchungsraumes 34 ist von einem ringförmigen Rand 40 begrenzt, der dem distalen Öffnungsrand des Endoskopes entspricht. Radial außerhalb des Öffnungsrandes 40 ist der Randbereich 32 des Endoskopes als schwarze innere Schaftoberfläche dargestellt.
4 zeigt den Untersuchungsraum 34 aus 3 bei einer durch Wärmebehandlung des mit dem Instrument 36 gegriffenen Gewebes 38 erzeugten Rauchentwicklung. Wie mit einer Schraffur in 4 angedeutet, ist das gesamte mit dem Endoskop aufgenommene Bild von einem Rauchschleier überzogen. Damit ist die Sicht auf das Instrument 36 und das Gewebe 38 deutlich verschlechtert. Auch der Randbereich 32 des Endoskopschaftes 12 ist von dem chirurgischen Rauch erfasst und in den Bilddaten mit einem Rauchschleier belegt.
Wie zuvor erläutert, kann bei der Analyse der Bilddaten vorgesehen sein, die in den aufgenommenen Bilddaten erkennbar veränderte Abbildung des Randbereiches 32 auszuwerten und die Veränderung für die gezielte Manipulation der Bilddaten zur Reduzierung des Rauchschleiers zu verwenden. Der im vorliegenden Fall geschwärzte Randbereich 32 des Endoskopschaftes 12 dient somit als Referenzwert, der mit einem Vergleichswert aus einem Speicher der Bildverarbeitungseinheit 22 verglichen werden kann. In erster Hinsicht könnte der von der Bildverarbeitungseinheit 22 im Randbereich 32 erkannte Tonwert als Schwarz oder als die in den Bilddaten verfügbare dunkelste Graustufe normiert werden. Eine Rekalibrierung der Farb- bzw. Helligkeitswerte in den elektronischen Bilddaten kann damit zu einer deutlich konturschärferen Abbildung des Untersuchungsraumes während der Anwesenheit eines chirurgischen Rauches führen.
5 deutet durch verschiedene Schraffierungen an, wie sich die Manipulation der Bilddaten in ihrer Darstellung mittels einer an die Bildverarbeitungseinheit 22 angeschlossenen Bildwiedergabevorrichtung 26 auswirkt. Gegenüber der Darstellung der unmanipulierten Bilddaten in 4 ist der Untersuchungsraum 34 zusammen mit dem chirurgischen Instrument 36 und dem Gewebe 38 in der Darstellung der manipulierten Bilddaten in 5 deutlich besser zu erkennen.
Der Referenzwert Schwarz, des Randbereiches 32 ist in 5 als dunkles Grau (angedeutet durch engmaschige Schraffuren) wiedergegeben. Die weit gefasste Schraffur im Darstellungsbereich des Untersuchungsraumes 34 zeigt, dass der Rauchschleier durch die Manipulation der Bilddaten aus den Bilddaten nicht vollständig aber größtenteils entfernt wurde, sodass der Operateur den Untersuchungsraum auch bei durch chirurgischen Rauch verschleierter Sicht deutlich und konturscharf erkennen kann.
In einer zusätzlichen oder alternativen Ausführung des Verfahrens, kann vorgesehen sein, Referenzwerte nicht oder nicht nur auf einer Oberfläche des zur Beobachtung genutzten Endoskopes 10 zu verwenden sondern auch oder ausschließlich auf einer Oberfläche eines in den Untersuchungsraum 34 eingeführten Instrumentes 36. Analog zur 4 zeigt die 6 diesbezüglich einen Untersuchungsraum 34 mit einem darin platzierten Instrument 36 in Eingriff mit einem Gewebe 38. In dieser Darstellung ist der Untersuchungsraum 34 zunächst ohne Rauchentwicklung gezeigt. Die Darstellung auf einer Bildwiedergabevorrichtung 26 ist klar und konturscharf, sodass alle Details für den Operateur deutlich erkennbar sind. Auf dem Schaftbereich des in den Untersuchungsraum 34 eingeführten Instrumentes 36 ist ein Referenzwert abgebildet, der zur Analyse und Manipulation der Bilddaten herangezogen werden kann. Vorliegend wird die farbliche Kennzeichnung des Schaftes des eingeführten medizinischen Instrumentes 36 als Referenzwert genutzt. In erster Hinsicht kann der Schaft des Instrumentes 36 einfarbig, zum Beispiel schwarz, gefärbt sein.
Analog zu den Erläuterungen für die 4 ist in 7 der Untersuchungsraum aus 6 einschließlich eines im Untersuchungsraum 34 durch den Einsatz des chirurgischen Instrumentes 36 erzeugten chirurgischen Rauches dargestellt. Die 7 zeigt rein schematisch die Darstellung der Bilddaten in nicht manipulierter Form. In dieser Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Bildverarbeitungseinheit 22 zusätzlich oder ausschließlich die auf dem medizinischen Instrument 36 angeordneten Referenzwerte zur Analyse der Bilddaten nutzt und damit eine Manipulation der Bilddaten vereinfacht.
8 zeigt – analog zu den Erläuterungen für die 5 – manipulierte Bilddaten des Untersuchungsraumes 34 mit Rauchschleier. Für die Analyse und Manipulation der Bilddaten wurde der in den Bilddaten veränderte Farb- bzw. Helligkeitswert des auf dem medizinischen Instrument 36 angeordneten und miterfassten Referenzwertes mit einem in einem Speicher der Bildbearbeitungseinheit 22 abgelegten Vergleichswert verglichen. Der sich von dem Vergleichswert unterscheidende Farb- bzw. Helligkeitswert des abgebildeten Referenzwertes wird als Grundlage für die Anpassung der Farb- bzw. Helligkeitswerte der zu manipulierenden Bilddaten verwendet. Die manipulierten Bilddaten erlauben eine vollständig oder größtenteils vom Rauchschleier entfernte Darstellung des Untersuchungsraumes trotz Rauchentwicklung.
Wie bereits eingangs erläutert, ist die Hinzunahme von Referenzwerten zur Erkennung einer Rauchentwicklung oder zur Manipulation der Bilddaten nicht zwingend notwendig. Ein Rauchschleier kann auch ohne Hinzunahme von Referenzwerten in den aufgenommenen Bilddaten erkannt werden, was zu einer entsprechenden Manipulation der Bilddaten führen kann. In einer Variante ist aber auch denkbar, dass zur Analyse und Manipulation der Bilddaten Referenzwerte sowohl auf einer Oberfläche des für die Beobachtung des Untersuchungsraumes verwendeten Endoskopes 10 als auch Referenzwerte auf einer Oberfläche eines in den Untersuchungsraum eingeführten Instruments 36 ausgewertet und verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Endoskop
12: Schaft
14: Handgriff
16: Objektiveinheit
18: Bedienelement
20: Verbindungskabel
22: Bildverarbeitungseinheit
24: Verbindungskabel
26: Bildwiedergabevorrichtung
28: Blickwinkel
30: Blickwinkel auf Untersuchungsraum
32: Randbereich
34: Untersuchungsraum
36: Instrument
38: Gewebe
40: Öffnungsrand des Endoskopes

Claims

Verfahren zur Verarbeitung elektronischer Bilddaten eines mit einem medizinischen Endoskop (10) während eines chirurgischen Eingriffes beobachteten Untersuchungsraumes (34), dadurch gekennzeichnet, dass die während des chirurgischen Eingriffes erzeugten Bilddaten hinsichtlich einer Verschlechterung der Sichtverhältnisse durch Rauchentwicklung im Untersuchungsraum (34) analysiert werden, und wobei die Bilddaten bei Erkennung einer Verschlechterung der Sichtverhältnisse durch Rauchentwicklung derart manipuliert werden, dass ein durch die Rauchentwicklung in den Bilddaten abgebildeter Rauchschleier zur konturscharfen Darstellung des Untersuchungsraumes reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung des Rauchschleiers mindestens eine Bilddateneigenschaft aus der Gruppe Weißabgleich, Kontrast, Klarheit, Schärfe, Sättigung, Farbton und Helligkeit verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddaten während des chirurgischen Eingriffes, insbesondere in Echtzeit, analysiert und manipuliert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddaten Videodaten sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Analyse der Bilddaten eine Veränderung mindestens eines in den elektronischen Bilddaten erwarteten Referenzwertes ausgewertet wird.
Verfahren nach 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert durch mindestens eine Markierung auf einer Oberfläche des Endoskopes (10) und/oder eines im Untersuchungsraum (34) platzierten Instrumentes (38) vorgegeben wird, die bei der Erzeugung der Bilddaten zusammen mit dem Untersuchungsraum (34) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzwert ein Farbwert verwendet wird, wobei als Farbwert insbesondere Schwarz verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere unterschiedliche Referenzwerte verwendet werden, insbesondere Graustufen und/oder verschiedene Farbwerte.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer in den aufgenommenen Bilddaten erkannten Veränderung des Referenzwertes die Bilddaten derart manipuliert werden, dass sich die Darstellung des Referenzwertes im manipulierten Bild einer originalgetreuen Abbildung der Referenzwerte annähert bzw. eine originalgetreue Abbildung erreicht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Intensität der Manipulation der Bilddaten in Abhängigkeit der Intensität der erkannten Rauchentwicklung eingestellt wird.
System bestehend aus einem medizinischen Endoskop (10) mit einer Bildaufnahmeeinrichtung zur Erzeugung elektronischer Bilddaten eines mit dem Endoskop (10) beobachteten Untersuchungsraumes (34), einer Bildverarbeitungseinheit (22) zur Verarbeitung der elektronischen Bilddaten und einer Bildwiedergabevorrichtung (26) zur Darstellung der verarbeiteten elektronischen Bilddaten, wobei das System eingerichtet und ausgebildet ist, elektronische Bilddaten des Untersuchungsraumes (34) während der Beobachtung des Untersuchungsraumes (34) zu erzeugen, zu verarbeiten und darzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinheit (22) ausgebildet ist, während der Beobachtung des Untersuchungsraumes (34) die erzeugten Bilddaten zu analysieren und eine durch eine Rauchentwicklung erzeugte Veränderung der Sichtverhältnisse im Untersuchungsraum (34) zu erkennen, und wobei die Bildverarbeitungseinheit (22) ausgebildet ist, die Bilddaten derart zu manipulieren, dass der Rauchschleier in den Bilddaten zur konturscharfen Darstellung des Untersuchungsraumes (34) reduziert wird.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinheit (22) ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Bildverarbeitungseinheit zur Verwendung an einem medizinischen Endoskop (10) die eingerichtet und ausgebildet ist, die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.