ITCS990002A1

ITCS990002A1 - MAP ENDOSCOPE

Info

Publication number: ITCS990002A1
Application number: IT99CS000002A
Authority: IT
Inventors: Guido A Danieli
Original assignee: Dipartimento Di Meccanica Univ
Priority date: 1999-02-11
Filing date: 1999-02-11
Publication date: 1999-05-11

Description

Endoscopio mappatore. Mapping endoscope.

Inventore: Guido A. Danieli Inventor: Guido A. Danieli

Descrizione generale del campo di intervento dell’ invenzione. General description of the field of intervention of the invention.

E’ noto che la movimentazione dei tip degli endoscopi flessibili è solitamente a controllo manuale. Sono stati presentati in passato altri brevetti di endoscopi flessibili, peraltro ancora non disponibili in commercio, in cui la suddetta movimentazione era attuata a mezzo di motori. Il principale difetto dei sistemi di tale tipo è la mancanza di percezione, da parte del medico, della posizione attuale assunta dall’ endoscopio. D’altra parte, gli endoscopi manuali consentono di muovere un unico segmento del tip dell’ endoscopio, limitando cosi le possibilità terapeutiche dello strumento; inoltre, l’unica possibilità di controllare la posizione dell’ endoscopio al’interno del corpo del paziente è quella del ricorso a radiografie. It is known that the handling of the tips of flexible endoscopes is usually manually controlled. Other patents of flexible endoscopes have been presented in the past, however not yet commercially available, in which the aforesaid movement was carried out by means of motors. The main defect of systems of this type is the lack of perception by the doctor of the current position taken by the endoscope. On the other hand, manual endoscopes allow you to move a single segment of the endoscope tip, thus limiting the therapeutic possibilities of the instrument; moreover, the only possibility to check the position of the endoscope inside the patient's body is through the use of radiographs.

La presente invenzione ha lo scopo di equipaggiare l’endoscopio robotizzato a doppio tip, come da brevetto Italia No 1235460 del 30/07/92, con un insieme di accessori tale da trasformarlo in uno strumento atto sia a svolgere le comuni operazioni degli endoscopi, sia a conoscere l’esatta posizione assunta dallo strumento stesso all’interno del paziente, consentendo così al medico un controllo di posizione fino ad oggi impossibile. A tal fine, vengono introdotti degli estensimetri per la misurazione della tensione dei cavi che realizzano il movimento del tip. Ciò ha sia il vantaggio di avvertire l'operatore se si raggiungono tensioni eccessive che possono portare alla rottura dei cavi interni, come avviene nel caso di comando manuale, sia conferisce al sistema la possibilità di autoconfigurarsi attraverso l'assunzione di una curvatura tendente a ridurre la tensione dei cavi (come nel caso in cui la curvatura del tip differisca da quella del canale in cui viene intro dotto). The present invention has the purpose of equipping the double tip robotic endoscope, as per Italian patent No 1235460 of 07/30/92, with a set of accessories such as to transform it into an instrument capable of both carrying out the common operations of endoscopes, and to know the exact position assumed by the instrument itself inside the patient, thus allowing the doctor a position control that was previously impossible. For this purpose, strain gauges are introduced for measuring the tension of the cables that carry out the movement of the tip. This has both the advantage of alerting the operator if excessive voltages are reached which can lead to breakage of the internal cables, as occurs in the case of manual control, and gives the system the possibility of self-configuring itself through the assumption of a curvature tending to reduce the tension of the cables (as in the case in which the curvature of the tip differs from that of the channel in which it is introduced).

Contemporaneamente, vengono memorizzati in maniera continuativa a partire da una configurazione nota, o accoppiando il sistema ad un sistema di trasduzione degli spostamenti, i movimenti impartiti al tip la cui configurazione attuale può cosi essere computata e visualizzata su monitor insieme alla vista interna dalla cavità gastrica o intestinale del paziente. Onde rendere più maneggevole l endoscopio (e meno costoso) il gruppo motore-misuratori, schede di controllo viene alloggiato in contenitore separato, mentre detto gruppo viene collegato all’endoscopio vero e proprio tramite un cavo flessibile contenente i diversi cavetti di comando dei tip. Ancora, onde permettere una più semplice introduzione del’ endoscopio, lo stesso viene anche munito delle tradizionali ruote di comando del tip, in modo che l’introduzione possa essere effettuata in modo manuale. At the same time, the movements imparted to the tip whose current configuration can thus be computed and displayed on the monitor together with the internal view from the gastric cavity are stored continuously starting from a known configuration, or by coupling the system to a displacement transduction system. or bowel of the patient. In order to make the endoscope more manageable (and less expensive), the motor-meters unit, control boards is housed in a separate container, while this unit is connected to the actual endoscope via a flexible cable containing the various control cables of the tip. Furthermore, in order to allow easier introduction of the endoscope, it is also equipped with the traditional tip control wheels, so that the introduction can be carried out manually.

Viene anche usato un elemento paradenti contenete un misuratore di avanzamento, anch’esso collegato al calcolatore. Infine, viene introdotta una nuova tecnologia che permette di dipingere o riportare degli estensimetri sul tubo esterno della parte flessibile dell’endoscopio. Ciò consente sia di ricostruire la conformazione della cavità esaminata, sia di conoscere l’esatta posizione del tip manovrato dell’endoscopio. A mouthguard element containing a progress meter, also connected to the computer, is also used. Finally, a new technology is introduced that allows you to paint or restore strain gauges on the outer tube of the flexible part of the endoscope. This allows both to reconstruct the conformation of the examined cavity and to know the exact position of the endoscope's maneuvered tip.

Un ulteriore aspetto dell’invenzione è costituito dall’introduzione di uno o più sensori ultrasonici che permettono la mappatura delle dimensioni e della conformazione della cavità esaminata. A further aspect of the invention consists of the introduction of one or more ultrasonic sensors that allow the mapping of the dimensions and conformation of the examined cavity.

L’invenzione è esposta in dettaglio qui di seguito con l’aiuto dei disegni che ne rappresentano esempi di esecuzione. In particolare, la Tavola 1 mostra gli estensimetri collegati ai cavi usati per la movimentazione del tip dell’endoscopio, mentre un sistema ottico provvede alla lettura della posizione attuale del tip. Tali estensimetri possono essere usati in modo da corredare il tip prossimale dell 'endoscopio, ed eventualmente anche quello distale, affinché esso possa controllare gli eccessi di carico e seguire e meglio adattarsi alla conformazione della cavità esaminata; infatti, lo strumento può essere inserito azionando i motori in modo da ridurre la tensione dei cavi, permettendo quindi di ridurre eventuali differenze di curvatura tra strumento e cavità esplorata. The invention is detailed below with the help of the drawings that represent examples of execution. In particular, Table 1 shows the strain gauges connected to the cables used for handling the tip of the endoscope, while an optical system reads the current position of the tip. These strain gauges can be used in order to equip the proximal tip of the endoscope, and possibly also the distal one, so that it can control the excess loads and follow and better adapt to the conformation of the examined cavity; in fact, the instrument can be inserted by activating the motors in order to reduce the tension of the cables, thus allowing to reduce any differences in curvature between the instrument and the cavity explored.

La Tavola 2a mostra, invece, un esempio di elemento paramenti incorporante un trasduttore di spostamento assiale e di rotazione torsionale dell 'endoscopio., che contiene tre sferette che, supportate da opportune molle, rimangono sempre adiacenti al tubo endoscopico. In particolare una delle tre sferette ha la funzione di misurare gli spostamenti assiali e le rotazioni torsionali dell’ endoscopio, e presenta una struttura interna simile ad un mouse per calcolatore (sfera tenuta a contatto con tre cilindri, due dei quali disposti a 90° tra di loro e collegati a encoders che misurano gli spostamenti assiali e torsionali, come da Tav. 2b), mentre le altre due hanno solo funzione di supporto. Table 2a, on the other hand, shows an example of a parametric element incorporating an endoscope axial displacement and torsional rotation transducer, which contains three spheres which, supported by suitable springs, always remain adjacent to the endoscopic tube. In particular, one of the three spheres has the function of measuring the axial displacements and the torsional rotations of the endoscope, and has an internal structure similar to a computer mouse (sphere held in contact with three cylinders, two of which are arranged at 90 ° between of them and connected to encoders that measure the axial and torsional displacements, as per Table 2b), while the other two have only a support function.

Sulla base delle informazioni acquisite dall'elemento paradenti ed integrando nel tempo gli spostamenti del tip (assumendo che il resto dell’ endoscopio segua, durante l’avanzamento, la configurazione del tip medesimo), si può pervenire ad una prima mappatura della configurazione assunta dall’ endoscopio all’ interno della cavità gastrica o intestinale del paziente. On the basis of the information acquired by the mouthguard element and integrating the tip movements over time (assuming that the rest of the endoscope follows, during the advancement, the tip configuration), it is possible to arrive at a first mapping of the configuration assumed by the endoscope inside the patient's gastric or intestinal cavity.

La Tavola 3 illustra un possibile schema degli estensimetri “riportati” sull’involucro esterno del tubo flessibile dell’ endoscopio, operazione che può essere compiuta modificando una stampante per personal computer ed introducendo, oltre all’avanzamento, anche la rotazione dell’ endoscopio. Come si vede, i segnali che alimentano gli estensimetri vengono riportati alla base dell’ endoscopio tramite un apposito colletto di contatto. Ovviamente, quella mostrata è solo una delle infinite possibilità di realizzazione del circuito, e deve essere considerata soltanto esemplificativa. Table 3 illustrates a possible scheme of the strain gauges "reported" on the outer envelope of the flexible tube of the endoscope, an operation that can be accomplished by modifying a printer for a personal computer and introducing, in addition to the advancement, also the rotation of the endoscope. As you can see, the signals that feed the strain gauges are brought back to the base of the endoscope through a special contact collar. Obviously, the one shown is only one of the infinite possibilities of realization of the circuit, and must be considered only as an example.

In Tavola 4 è mostrato un esempio di integrazione tra le immagini endoscopiche ed il plottaggio delle configurazioni attuali dei tip dell’endoscopio nei due piani, mentre in Tavola 5 è mostrato il plottaggio dell’intera configurazione dell’endoscopio, corrispondente a quella che risulterebbe visibile ad una radiografìa eseguita sul piano frontale, e che qui risulta derivata dalla ricostruzione integrale via software dei movimenti e delle uscite degli estensimetri. Table 4 shows an example of integration between the endoscopic images and the plotting of the current configurations of the endoscope tips in the two planes, while Table 5 shows the plotting of the entire endoscope configuration, corresponding to the one that would be visible. to a radiograph performed on the frontal plane, and which here results from the integral reconstruction via software of the movements and outputs of the strain gauges.

Infine la Tavola 6 mostra il plottaggio precedente nel caso in cui lo strumento sia munito di sensori ad ultrasuoni, che permette di “sentire” anche la presenza delle pareti della cavità esaminata. Finally, Table 6 shows the previous plotting in the case in which the instrument is equipped with ultrasonic sensors, which also allows to "feel" the presence of the walls of the examined cavity.

Claims

Claims. 1) Strain gauge systems designed to measure the tensions of the endoscope handling cables in such a way as to minimize them so as to facilitate the insertion of the endoscope itself into the cavity to be examined, while the current position is obtained by integration starting from the initial position .

2) Strain gauge systems and position transducers designed to measure tension and position of the endoscope handling cables in such a way as to minimize them so as to facilitate the insertion of the endoscope itself into the cavity to be examined, also allowing the determination of the current position.

3) Mouthguard element containing an axial and torsional displacement transducer of the endoscope that allows the reconstruction of the configuration assumed by the endoscope within the examined cavity by means of a computer.

4) Strain gauge systems "reported" on the outer surface of the endoscope flexible tube casing in order to determine the exact position taken by the endoscope within the examined cavity.

5) Use of ultrasonic sensors that allow both the mapping of the current position of the endoscope and the reconstruction via computer of the conformations and dimensions of the examined cavity.

6) Mapping endoscope comprising one or more of the systems listed above.