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Die Erfindung betrifft ein Endoskopsystem, mit dem OCT(optische Kohärenz-Tomografie)-Bilder eines Objekts wie z. B. Biogewebe sowie Normallichtbilder und/oder fluoreszente Oberflächenbilder des Objekts aufgenommen werden können.
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Mit Endoskopsystemen können Objekte im Inneren der Körperhöhle des Menschen untersucht werden. Ein Endoskopsystem besteht allgemein aus einem Endoskop, das in die Körperhöhle einzuführen ist, und einer externen Beleuchtungsvorrichtung, die mit dem Endoskop zu verbinden ist. Diese enthält eine Lichtquelleneinheit zum Beleuchten des Objekts und einen Prozessor zum Verarbeiten von Bildsignalen.
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Das Endoskop enthält:
Ein optisches Beleuchtungssystem in Verbindung mit der Lichtquelleneinheit der externen Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten eines Objekts (z. B. der Wand der Körperhöhle);
ein Objektivsystem zum Aufnehmen von Objektlicht und zum Erzeugen eines Objektbildes; und
ein CCD-Element in der Bildebene des Objektivsystems zum Aufnehmen des Objektbildes. Dieses Element ist mit dem Prozessor des externen Geräts elektrisch verbunden.
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An der Spitze des Endoskops befindet sich eine Instrumentenöffnung. Endoskopiezangen oder verschiedene Behandlungsinstrumente können durch das Endoskop hindurchgeschoben werden, so daß die Spitze des eingeführten Instruments aus der Instrumentenöffnung hervorsteht und in die Körperhöhle ragt.
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Mit einem Endoskopsystem dieser Art kann das Innere der Körperhöhle betrachtet werden, wie noch beschrieben wird.
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Die Bedienperson führt zunächst das Endoskop in die Körperhöhle ein. Das von der Lichtquelleneinheit des externen Geräts abgegebene Licht wird auf ein zu betrachtendes Objekt durch das Beleuchtungssystem projiziert. Ein Lichtbild des beleuchteten Objekts wird über das Objektivsystem auf der Lichtaufnahmefläche des CCD-Elements erzeugt. Dieses setzt das Lichtbild in ein elektronisches Bild (d. h. Bildsignale) um, das zu dem Prozessor des externen Geräts übertragen wird. Dieser verarbeitet die empfangenen Bildsignale und stellt das Objektbild auf einem Sichtgerät dar. Der Benutzer kann daher beispielsweise die Innenwand der Körperhöhle eines Patienten untersuchen, indem er die auf dem Sichtgerät dargestellten Bilder betrachtet.
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Wenn der Benutzer entscheidet, daß in dem betrachteten Teil der Körperhöhle möglicherweise Krebs oder ein Tumor vorliegt, wird eine Pinzette oder Biopsiezange in den Instrumentenkanal im Endoskop eingeführt. Die Spitze des Instruments ragt aus der Instrumentenöffnung heraus, und das Gewebe des in Betracht kommenden Teils kann entnommen werden. Das so erhaltene Gewebe kann pathologisch untersucht werden, und abhängig davon wird eine Diagnose erstellt.
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Bei einem konventionellen Endoskopsystem vorstehend beschriebener Art kann nur die Oberfläche der Körperhöhle betrachtet werden. Um den Zustand des Gewebes unter der Oberfläche zu prüfen, muß eine Biopsieoperation durchgeführt werden. Insbesondere zum Auffinden eines frühen Krebses oder eines kleinen Tumors ist die Biopsieoperation unverzichtbar. Die pathologische Untersuchung erfordert jedoch Zeit, und daher wird die Diagnose relativ spät erstellt.
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Im Hinblick auf die Belastung des Patienten kann die Biopsie nur in einem begrenzten Bereich und in begrenzter Anzahl durchgeführt werden. Erkrankte Bereiche können auch außerhalb des durch den Benutzer identifizierten Teils vorliegen. Ein solcher Bereich kann aber übersehen werden, und daher wird die Diagnose ungenau, auch wenn eine pathologische Untersuchung durchgeführt wird.
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Aus der nachveröffentlichten Druckschrift
DE 100 31 818 A1 ist ein Endoskopsystem bekannt, das die Erzeugung eines Normalbildes durch Beleuchten des Objektes mit weißem Licht und die Erzeugung eines Fluoreszenzbildes durch Beleuchten des Objektes mit Anregungslicht ermöglicht. Zudem enthält dieses System ein OCT-Bildaufnahmesystem, das die Aufnahme eines OCT-Bildes ermöglicht. Das dem Normalbild entsprechende Normalbildsignal und das dem Fluoreszenzbild entsprechende Fluoreszenzbildsignal werden in einem RGB-Speicher gespeichert. Dagegen wird das OCT-Bildsignal in einem separaten Speicher gespeichert.
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Aus der
JP H 06-154228 A ist die Erzeugung eines Normalbildes und eines OCT-Bildes bekannt.
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Aus der
WO 98/38907 A1 ist die Erzeugung eines Normalbildes und eines Fluoreszenzbildes bekannt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Endoskopsystem anzugeben, das eine genaue Diagnose in relativ kurzer Zeit ermöglicht.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 5. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand jeweiliger Unteransprüche.
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Die Erfindung gemäß Anspruch 1 ermöglicht das gleichzeitige Betrachten dreier unterschiedlicher Bilder, so daß eine genaue Diagnose in relativ kurzer Zeit vorliegt.
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Bei der Weiterbildung nach Anspruch 3 kann der Benutzer die Positionsbeziehung zwischen dem Normalbild oder dem Fluoreszentbild des Objekts und dessen Tomogramm bestimmen. Somit ist eine genaue Untersuchung zu erwarten.
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Bei der Lösung gemäß Anspruch 5 werden Videosignale des Bildes der Objektoberfläche und des entsprechenden Tomogramms ausgegeben, und daher kann das Bild der Objektoberfläche sowie das OCT-Bild durch Überwachen der Positionsbeziehung dieser Bilder betrachtet werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
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1 das Blockdiagramm der elektrischen Schaltung eines Endoskopsystems als erstes Ausführungsbeispiel,
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2 die Konstruktion der Spitze des Endoskops,
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3 eine perspektivische Darstellung der Spitze des Endoskops,
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4 die optischen Wege in einer OCT-Einheit,
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5A bis 5D Schirmbilder verschiedener Darstellungsarten,
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6A bis 5J Zeitdiagramme für eine Normalbilddarstellung,
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7A bis 7J Zeitdiagramme für eine Normalbilddarstellung,
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8A bis 8J Zeitdiagramme für eine Fluoreszenzbilddarstellung,
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9A bis 9J Zeitdiagramme für eine Fluoreszenzbilddarstellung,
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10A bis 10J Zeitdiagramme für eine Dreifensterdarstellung A,
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11A bis 11J Zeitdiagramme für eine Dreifensterdarstellung A,
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12A bis 12J Zeitdiagramme für Dreifensterdarstellungen A und B,
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13A bis 13J Zeitdiagramme für eine Dreifensterdarstellung B,
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14A bis 14J Zeitdiagramme für eine Dreifensterdarstellung B, und
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15 das Flußdiagramm einer Umschaltung von Darstellungsarten.
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1 zeigt das Blockdiagramm der elektrischen Schaltung eines Endoskopsystems 1000 als Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Wie 1 zeigt, enthält das Endoskopsystem 1000 ein Endoskop 1, ein externes Gerät 2 in Verbindung mit dem Endoskop 1, ein mit dem externen Gerät 2 verbundenes Sichtgerät 3 und eine Eingabevorrichtung 4.
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Das Endoskop 1 enthält ein Einführrohr 11 (2 und 3) und eine (nicht dargestellte) Bedieneinheit, die an das proximale Ende des Einführrohrs 11 angeschlossen ist. Verschiedene Betriebsschalter sind an der Bedieneinheit vorgesehen. 2 zeigt schematisch die Konstruktion der Spitze (d. h. des distalen Endes) des Einführrohrs 11, 3 zeigt schematisch die Spitze des Einführrohrs 11 in perspektivischer Darstellung.
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Wie 3 zeigt, hat das Einführrohr 11 einen zylindrischen Teil 11a, der von dem proximalen Ende des Endoskops 1 absteht, und einen abgeflachten Teil 11b mit etwa elliptischem Querschnitt an der Spitze des zylindrischen Teils 11a. Der abgeflachte Teil 11b steht vom zylindrischen Teil 11a ab, und zwischen beiden ist eine Schräge 11c ausgebildet. Diese Schräge 11c enthält mindestens drei Öffnungen. Eine der Öffnungen ist eine Instrumentenöffnung H, die beiden anderen Öffnungen enthalten eine Beleuchtungslinse 12a zum Beleuchten eines Objekts und eine Objektivlinse 13a zum Betrachten des Objekts. An dem abgeflachten Teil 11b ist ein Abtastfenster S zur OCT-Abtastung ausgebildet, die noch beschrieben wird.
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In dem Einführrohr 11 befinden sich ein optisches Beleuchtungssystem 12, ein Objektivsystem 13, ein CCD-Element 14 und ein OCT-Abtastsystem 15.
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Das Beleuchtungssystem 12 hat die Beleuchtungslinse 12a und ein Lichtleitfaserbündel 12b (im folgenden als Lichtleiter bezeichnet), wie 1 zeigt. Der Lichtleiter 12b ist durch das Endoskop 1 geschoben und an seinem proximalen Ende mit dem externen Gerät 2 verbunden. Die Spitze des Lichtleiters 12b steht der Beleuchtungslinse 12a gegenüber.
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Das Objektivsystem 13 enthält die Objektivlinse 13a, ein Sperrfilter zum Abschirmen der UV-Komponente des einfallenden Lichts, ein Prisma und mehrere Linsen. Das Objektivsystem 13 konvergiert das einfallende Licht auf die Bildaufnahmefläche des CCD-Elements 14 und erzeugt darauf ein Objektbild. Das CCD-Element 14 gibt Bildsignale des Objektbildes ab und ist hierzu mit dem externen Gerät 2 über eine Signalleitung 14a verbunden.
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Die OCT-Abtasteinheit 15 steht einem Lichtleiter 236 gegenüber, der noch zu beschreiben ist. Das aus dem Lichtleiter 236 austretende Licht wird an einem Abtastprisma 15a zu dem Abtastfenster S abgelenkt. Das Abtastprisma 15a dreht sich um die Achse des Lichtleiters 236 in einem vorbestimmten Winkelbereich mittels einer Antriebseinheit 15b hin und her.
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Das in dieser Weise aufgebaute Endoskop ist mit dem externen Gerät 2 verbunden. Dieses wird im folgenden eingehend beschrieben.
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Wie 1 zeigt, enthält das externe Gerät 2 eine Lichtquelleneinheit 21, einen Prozessor 22 und eine OCT-Einheit 23. Die Lichtquelleneinheit 21 enthält eine Weißlichtquelle 211, die sogenanntes weißes Licht abgibt, und eine UV-Lichtquelle 212, die UV-Licht abgibt. Das UV-Licht dient als Anregungslicht für menschliches Gewebe, so daß es fluoresziert. Die Wellenlänge des Anregungslichtes ist etwa 350 nm bis 400 nm, die Wellenlänge des fluoreszenten Lichtes, das von dem menschlichen Gewebe bei Einfallen des Anregungslichtes abgegeben wird, ist etwa 420 nm bis 600 nm.
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Im Strahlengang des von der Weißlichtquelle 211 abgegebenen weißen Lichtes befinden sich eine Sammellinse La, ein Schaltspiegel 213, eine Blende D, eine Kondensorlinse Lc und ein Drehfilter C in dieser Reihenfolge. Der Schaltspiegel 213 ist mit einem Lichtquellen-Schaltmechanismus 214 verbunden. Dieser schaltet den Schaltspiegel 213 in eine rückgezogene Stellung, bei der er aus dem Strahlengang des Weißlichtes entfernt ist, und in eine Betriebsstellung, bei der er das weiße Licht abschirmt (d. h. der Schaltspiegel 213 verhindert, daß das weiße Licht zu der Blende D gelangt).
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Die Blende D ist mit einem Blendensteuermechanismus 215 verbunden. Dieser ändert die Blendengröße und damit die Menge des hindurchgelassenen Lichtes. Das Drehfilter C ist scheibenförmig und hat vier flügelartige Filter, nämlich drei Farbfilter für Rot, Grün und Blau und ein transparentes Filter. Das Drehfilter C ist mit einem Filtersteuermechanismus 216 verbunden. Es wird mit diesem so gedreht, daß die vier Filter nacheinander in den Strahlengang kommen. Der Drehfilter-Steuermechanismus 216 kann die Drehung stillsetzen und das transparente Filter in dem Strahlengang halten.
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Das von der Weißlichtquelle 211 abgegebene weiße Licht wird mit der Sammellinse La gesammelt. Ist der Schaltspiegel 213 in seiner rückgezogenen Stellung, so wird der Blende D das weiße Licht zugeführt. Dessen Menge wird mit der Blende D eingestellt, und es wird mit der Kondensorlinse Lc konvergiert und fällt dann durch das Drehfilter C. Wie oben beschrieben, wird dieses Drehfilter C mit dem Filtersteuermechanismus 216 so gedreht, daß die vier Farbfilter nacheinander in den Strahlengang kommen. Das weiße Licht wird damit nacheinander in blaues, grünes, rotes und weißes Licht umgesetzt und fällt dann auf das proximale Ende des Lichtleiters 12b.
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Im Strahlengang des Anregungslichtes des UV-Lichtquelle 212 sind die Kollimationslinse Lb und ein Prisma P nacheinander angeordnet. Das von der UV-Lichtquelle 212 abgegebene Anregungslicht wird mit der Kollimationslinse Lb kollimiert, an dem Prisma P reflektiert und auf den Schaltspiegel 213 gerichtet. Befindet sich dieser in seiner Betriebsstellung (1), so reflektiert er das Anregungslicht zu der Blende D. Das Anregungslicht, dessen Menge mit der Blende D eingestellt wird, wird dann mit der Kondensorlinse Lc konvergiert und auf das Drehfilter C gerichtet. In diesem Fall schaltet der Drehfilter-Steuermechanismus 216 das transparente Filter in den Strahlengang und setzt das Drehfilter C still. Dann fällt das Anregungslicht durch das transparente Filter des Drehfilters C und wird auf die proximale Fläche des Lichtleiters 12b konvergiert.
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Die rückgezogene und die Betriebsstellung des Schaltspiegels 213 entsprechen also einem Normalbildzustand, bei dem das von der Weißlichtquelle 210 abgegebene weiße Licht auf die Blende D gerichtet wird, und einem Fluoreszenzbildzustand, bei dem das von der UV-Lichtquelle 212 abgegebene Anregungslicht der Blende D zugeführt wird. Das Drehfilter C dreht sich, um nacheinander seine Filter in den Strahlengang zu bringen, so daß bei dem Normalbildzustand das einfallende weiße Licht in blaues, grünes, rotes und weißes Licht nacheinander umgesetzt wird. Bei dem Fluoreszenzbildzustand ist das transparente Filter fest in den Strahlengang eingeschaltet.
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Im folgenden wird der Prozessor 22 beschrieben. Dieser enthält eine CPU 221 und einen Zeitsignalgenerator 222. Die CPU 221 ist mit dem Lichtquellen-Schaltmechanismus 214 und mit dem Filtersteuermechanismus 216 der Lichtquelleneinheit 21, dem Zeitsignalgenerator 222 und der Eingabevorrichtung 4 verbunden. Der Zeitsignalgenerator 222 erzeugt verschiedene Referenztaktsignale. Die mit dem Prozessor 22 und mit der OCT-Einheit 23 durchgeführten Signalverarbeitungen werden von Referenztaktsignalen des Zeitsignalgenerators 222 gesteuert.
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Die CPU 221 steuert den Lichtquellen-Schaltmechanismus 214 zum Schalten des Schaltspiegels 213 zwischen dem Normalbildzustand und dem Fluoreszenzbildzustand und steuert den Filtersteuermechanismus 216 so, daß das Drehfilter C in den Normalbildzustand oder den Fluoreszenzbildzustand geschaltet wird. Ein Schalter zum Wählen der Normalbildbetrachtung und der Fluoreszenzbildbetrachtung befindet sich an der Bedieneinheit des Endoskops 1. Die CPU 221 erfaßt den Betriebszustand des Wahlschalters, steuert den Lichtquellen-Schaltmechanismus 214 und den Filtersteuermechanismus 216 so, daß der Schaltspiegel 213 und das Drehfilter C in den Normalbildzustand bzw. den Fluoreszenzbildzustand kommen, der mit dem Wahlschalter gewählt wurde. Ferner steuert die CPU 221 den Blendensteuermechanismus 215 mit einem Signal eines RGB-Speichers 225, der noch beschrieben wird, um die Öffnungsgröße der Blende D einzustellen.
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Die CPU 221 steuert andererseits die Funktionen des Prozessors 22 und der OCT-Einheit 23 über den Zeitsignalgenerator 222.
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Der Prozessor 22 hat einen Vorprozessor 223, einen ersten Schalter SW1, eine Bildverkleinerungsschaltung 224, den RGB-Speicher 225, einen zweiten Schalter SW2, einen Kursorgenerator 226 und einen Videosignalprozessor 227. In 1 sind der RGB-Speicher 225 und der zweite Schalter SW2 sowie eine die CPU 221 mit dem Zeitsignalgenerator 222 verbindende Signalleitung gezeigt. Der Vorprozessor 223, der erste Schalter SW1 und der Videosignalprozessor 227 sind, obwohl in 1 nicht gezeigt, mit der CPU 221 und dem Zeitsignalgenerator 222 verbunden.
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Der Vorprozessor 223 ist mit dem CCD-Element 14 über eine Signalleitung 14a sowie mit dem RGB-Speicher 225 verbunden. Er kann das Signal des CCD-Elements 14 mit vorbestimmter Zeitlage aufnehmen und festhalten.
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Wenn der Schaltspiegel 213 und das Drehfilter C in den Normalbildzustand geschaltet sind, so werden das blaue, das grüne, das rote und das weiße Licht nacheinander von der Beleuchtungslinse 12a mit vorbestimmter Zeitlage abgegeben. Der Vorprozessor 223 empfängt das Signal des CCD-Elements 14 mit vorbestimmter Zeitlage und halt dieses Signal. Wird das blaue Licht abgegeben, so halt der Vorprozessor 223 das Bildsignal für ein Bildfeld, das sich durch das blaue Licht ergibt und auf der Bildaufnahmefläche des CCD-Elements 14 erzeugt wird. Wird das grüne Licht abgegeben, so hält der Vorprozessor 223 das Bildsignal für ein weiteres Bildfeld, das sich mit dem grünen Licht ergibt, und wenn das rote Licht abgegeben wird, hält der Vorprozessor 223 ein weiteres Bildsignal für ein Bildfeld, das sich mit dem roten Licht ergibt. Das von dem CCD-Element 14 jeweils abgegebene Signal, das sich bei Abgabe des weißen Lichtes von der Beleuchtungslinse 12a ergibt, wird nicht festgehalten und gelöscht.
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Der Vorprozessor 223 verarbeitet die Bildsignale für ein Bildfeld, die von dem CCD-Element 14 abgegeben werden, indem er sie verstärkt, einen Weißabgleich und eine Gamma-Korrektur vornimmt und durch ND-Wandlung ein Normalbildsignal erzeugt. Die so verarbeiteten Signale werden für blaues Licht, grünes Licht und rotes Licht nacheinander dem ersten Schalter SW1 zugeführt. Das Normalbildsignal wird so übertragen, daß ein Signalsatz (entsprechend einem Bildfeld des CCD-Elements 14) in 1/30 Sekunde übertragen wird, dann wird die Übertragung wiederholt.
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Wenn der Schaltspiegel 213 und das Drehfilter C auf Fluoreszenzbild eingestellt sind, wird das Anregungslicht von der Beleuchtungslinse 12a abgegeben. In diesem Fall hält der Vorprozessor 223 das Bildsignal, das ihm von dem CCD-Element 14 zugeführt wird. Dann verarbeitet der Vorprozessor 223 das gehaltene Bildsignal, d. h. er verstärkt es, führt den Weißabgleich und die Gamma-Korrektur durch und wandelt das Bildsignal in ein digitales Signal, das dem ersten Schalter SW1 als das Fluoreszenzbildsignal zugeführt wird. Die Übertragung des Fluoreszezbildsignals erfolgt einmal in 1/30 Sekunde (entsprechend einem Bildfeld des CCD-Elements 14), und die Übertragung wird wiederholt.
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Der erste Schalter SW1 wird durch die CPU 221 in einen ersten Zustand gebracht, in dem das von dem Vorprozessor 223 abgegebene Signal (d. h. das Normalbildsignal oder das Fluoreszenzbildsignal) direkt dem RGB-Speicher zugeführt wird, oder in einen zweiten Zustand, in dem das Bildsignal (über nicht dargestellte Signalwege) der Bildverkleinerungsschaltung 224 zugeführt wird. Diese wandelt das erhaltene Signal so, daß es ein verkleinertes Bild wiedergibt, und überträgt dieses Signal dann an den RGB-Speicher 225.
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Der RGB-Speicher 225 enthält Speicherbereiche für Blau, Grün und Rot (nicht dargestellt). Jeder dieser Bereiche kann die Bilddaten eines Bildfeldes und des CCD-Elements 14 speichern. Die Bereiche haben vorbestimmte Adressen.
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Der RGB-Speicher 225 ist mit dem Zeitsignalgenerator 222 verbunden und kann das erhaltene Signal mit vorbestimmter Zeitlage speichern. Ferner überträgt er das gespeicherte Signal an den zweiten Schalter SW2 bei vorbestimmter Zeitlage. Der zweite Schalter SW2 ist mit dem Zeitsignalgenerator 222 verbunden und wählt das Signal aus dem RGB-Speicher 225 oder das Signal der Kursor-Generatorschaltung 226 mit vorbestimmter Zeitlage und überträgt das jeweils gewählte Signal an den Videosignalprozessor 227.
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Die Kursorgenerator 226 erzeugt ein Signal, das eine helle, weiße Linie (Kursor) auf dem Sichtgerät 3 wiedergibt. Dieses Signal wird mit dem Videosignalprozessor 227 verarbeitet, und der Kursor wird auf dem Sichtgerät als weiße Linie dargestellt.
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Der Video-Signalprozessor 227 ist mit dem Sichtgerät 3 verbunden und führt eine D/A-Wandlung und eine Codierung für ein TV-System mit dem von dem zweiten Schalter SW2 kommenden Signal durch. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das von dem Videosignalprozessor 227 an das Sichtgerät 3 übertragene Signal ein NTSC-Signal. Die Erfindung ist darauf nicht beschränkt, in gleicher Weise kann auch ein PAL-System wahlweise oder alternativ eingesetzt werden.
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Der Prozessor 22 enthält einen OCT-Vorprozessor 228, der mit der OCT-Einheit 23 verbunden ist, und einen OCT-Speicher 229, der mit dem OCT-Vorprozessor 228, dem RGB-Speicher 225 und dem Zeitsignalgenerator 222 verbunden ist. Der OCT-Vorprozessor 228 verarbeitet das von der OCT-Einheit 23 kommende Signal, führt eine A/D-Wandlung durch und überträgt das verarbeitete Signal als OCT-Bildsignal auf dem OCT-Speicher 229. Dieser empfängt das OCT-Bildsignal und speichert es. Das in dem OCT-Speicher 229 gespeicherte Bildsignal wird dem RGB-Speicher 225 mit vorbestimmter Zeitlage zugeführt.
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Die oben genannte Bildverkleinerungsschaltung 224, der RGB-Speicher 225, der OCT-Speicher 229 und der Videosignalprozessor 227 arbeiten als Videosignalgeneratorsystem. Dies bedeutet, daß die Bildverkleinerungsschaltung 224, der RGB-Speicher 225, der OCT-Speicher 229 und der Videosignalprozessor 227 das Normalbild, das Fluoreszenzbild und das OCT-Bild entsprechend der jeweils gewählten Darstellungsart editieren und die Bilder auf dem Sichtgerät 3 darstellen.
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Die CPU 221 enthält ein Register zum Speichern der Darstellungsarten. In dem Register sind drei Merker FG1, FG2 und FG3 gespeichert, und die jeweils gewählte Darstellungsart wird durch Setzen der Merker festgelegt.
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An der Bedieneinheit des Endoskops 1 befindet sich ein Darstellungsartschalter (nicht dargestellt). Dieser ist mit der CPU 221 über eine nicht dargestellte Schaltung verbunden, und bei seiner Betätigung werden die Merker FG1, FG2 und FG3 aktualisiert. Die CPU 221 erfaßt die jeweils gewählte Darstellungsart mit den Werten der Merker FG1, FG2 und FG3.
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im folgenden wird die OCT-Einheit 23 im einzelnen beschrieben. 4 zeigt die optischen Wege in der OCT-Einheit 23. Diese dient zum Aufnehmen von OCT-Bildern der Wand der Körperhöhle, Die OCT-Einheit 23 enthält eine Super-Leuchtdiode (SLD) 231, eine Lichterfassungsvorrichtung 232, einen Referenzspiegel 233, einen Spiegelantrieb 234 und eine Abtast-Steuerschaltung 235.
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Die SLD 231 ist eine Lichtquelle, die schwach kohärentes Licht im nahen Infrarotbereich abgibt. Die Kohärenzbreite des Lichtstrahls der SLD 231 ist sehr kurz, z. B. in der Größenordnung von 10 μm bis 1000 μm. Die Lichterfassungsvorrichtung 232 ist mit dem OCT-Vorprozessor 228 des Prozessors 22 verbunden.
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Der Spiegelantrieb 234 bewegt den Referenzspiegel 233 mit hoher Geschwindigkeit. Er ist mit dem Zeitsignalgenerator 222 des Prozessors 22 verbunden. Die Abtast-Steuerschaltung 232 ist mit einem Drehantrieb 15b der OCT-Abtasteinheit 15 des Endoskops 1 und mit dem Zeitsignalgenerator 222 verbunden.
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Die OCT-Einheit 23 enthält einen ersten Lichtleiter 236, einen zweiten Lichtleiter 237, einen Optokoppler 238 und ein Piezo-Modulationselement 239. Jeder Lichtleiter 236 und 237 ist eine Lichtleitfaser im Einzelmode.
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Der erste Lichtleiter 236 ist so angeordnet, daß sein proximales Ende der SLD 231 gegenübersteht. Der erste Lichtleiter 236 ist durch das Endoskop 1 geführt, und seine Spitze steht der OCT-Abtasteinheit 15 gegenüber. Der zweite Lichtleiter 237 ist so angeordnet, daß sein proximales Ende der Lichterfassungsvorrichtung 232 gegenübersteht. Die Spitze des zweiten Lichtleiters 237 steht dem Referenzspiegel 233 gegenüber. Dieser wird längs der Achse des zweiten Lichtleiters 237 hin und her bewegt.
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Die Lichtleiter 236 und 237 sind über den Optokoppler 238 optisch gekoppelt. Die optische Weglänge im ersten Lichtleiter 236 von dem Optokoppler 238 zur Spitze stimmt mit der optischen Weglänge in dem zweiten Lichtleiter 237 von dem Optokoppler 238 bis zur Spitze überein. Ferner ist der erste Lichtleiter 236 um das Piezo-Modulationselement 239 herumgewickelt, das Zylinderform hat und zwischen dem Optokoppler 238 und der Spitze des Lichtleiters 236 angeordnet ist. Es wird in radialer Richtung mit hoher Geschwindigkeit gedehnt und geschrumpft, so daß dadurch die Frequenz und die Phasenlage des über den Lichtleiter 236 übertragenen Lichtes moduliert wird.
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Die SLD 231, die Lichterfassungsvorrichtung 232, der Referenzspiegel 233, die Lichtleiter 236 und 237 und der Optokoppler 238 bilden in der vorstehend beschriebenen Anordnung ein Michelson-Interferometer.
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Die OCT-Einheit 23 kann OCT-Bilder eines Objekts (d. h. der Wand der Körperhöhle) aufnehmen, wobei das Abtastfenster S an der Spitze des Einführrohrs 11 dem Objekt gegenübersteht.
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Das von der SLD 231 abgegebene schwach kohärente Licht fällt auf den ersten Lichtleiter 236 und wird mit dem Optokoppler 238 in einen Anteil, der über den ersten Lichtleiter 236 bis zu dessen Spitze übertragen wird, und in einen Anteil, der über den zweiten Lichtleiter 237 bis zu dessen Spitze übertragen wird, geteilt. Das durch den ersten Lichtleiter 236 geleitete Licht wird mit dem Abtastprisma 15a der OCT-Abtasteinheit 15 des Endoskops 1 abgelenkt und tritt als Abtast-Lichtstrahl aus. Dieser wird an den verschiedenen Geweben an und in der Wand der Körperhöhle reflektiert. Das reflektierte Licht tritt in das Endoskop 1 durch das Abtastfenster S wieder ein und wird über das Abtastprisma 15a und den ersten Lichtleiter 236 dem Optokoppler 238 zugeführt.
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Der durch den zweiten Lichtleiter 237 übertragene Lichtstrahl tritt aus dessen Spitze aus und wird an dem Referenzspiegel 233 reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl fällt dann wieder auf den zweiten Lichtleiter 237 und wird als Referenzlichtstrahl dem Optokoppler 238 zugeführt.
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Das über den ersten Lichtleiter 236 übertragene Erfassungslicht und das über den zweiten Lichtleiter 237 übertragene Referenzlicht kommen am Optokoppler 238 zur Interferenz. Der Erfassungsstrahl ist aber ein an jeder Schicht des Biogewebes, das die Körperhöhle bildet, reflektierter Strahl und erreicht den Optokoppler mit einer gewissen Verzögerung. Andererseits wird der Referenzstrahl an dem Referenzspiegel 233 reflektiert und erreicht deshalb den Optokoppler 238 mit fester Zeitlage. Unter den verschiedenen an den Schichten des Biogewebes reflektierten Erfassungsstrahlen hat nur ein Strahl längs der optischen Achse einen Weg zurückgelegt, der mit dem Weg übereinstimmt, den ein Strahl von dem Optokoppler 238 bis zu dem Referenzspiegel 233 über den zweiten Lichtleiter 237 und dann zurück zum Optokoppler 238 zurücklegt. Aus den Erfassungsstrahlen interferiert mit dem Referenzstrahl also nur derjenige, der an einer bestimmten Schicht unter der Wand der Körperhöhle reflektiert wird.
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Die interferierenden Strahlen laufen von dem Optokoppler 238 über den zweiten Lichtleiter 237 und werden mit der Lichterfassungsvorrichtung 232 erfaßt. Wenn der Spiegelantrieb 234 die Position des Referenzspiegels 233 längs der Achse des zweiten Lichtleiters 237 ändert, so ändert sich auch die optische Weglänge des Referenzstrahls. In diesem Fall interferiert ein Erfassungsstrahl mit den Änderungen des Referenzstrahls, d. h. die jeweils erfaßte Schicht ändert sich. Es ändert sich also die Tiefe unter der Wand der Körperhöhle, die jeweils erfaßt wird.
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Die Abtast-Steuerschaltung 235 und der Spiegelantrieb 234 arbeiten synchron mit den Taktsignalen des Zeitsignalgenerators 222. Insbesondere steuert die Abtast-Steuerschaltung 235 die Antriebseinheit 15b der OCT-Abtasteinheit 15, um das Abtastprisma 15a in einem vorbestimmten Winkelbereich hin und her zu drehen. Dann trifft der aus dem Abtastprisma 15a austretende Lichtstrahl auf die Wand der Körperhöhle, und die Beleuchtungsposition wird längs einer vorbestimmten Linie (OCT-Abtastlinie) bewegt. Bei jedem vorbestimmten Intervall, in dem der auftretende Strahl dieselbe Position einnimmt, bewegt der Spiegelantrieb 234 den Referenzspiegel 233 mit hoher Geschwindigkeit hin und her.
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Somit werden viele Punkte auf der OCT-Abtastlinie an der Wand der Körperhöhle in Richtung der Tiefe abgetastet. Abhängig von dem Zustand des Biogewebes unter der Wand ändert sich die Intensitätsverteilung des Lichtes. Abhängig von dieser Verteilung kann so ausgehend von der jeweiligen Position über einen Bereich zwischen der Oberfläche und einer Schicht mit bestimmter Tiefe ein Tomogramm erzeugt werden.
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Wie oben beschrieben, gibt die Lichterfassungsvorrichtung 232 die interferierenden Lichtstrahlen als elektrisches Signal ab, während nicht mit dem Referenzlicht interferierende Strahlen ein Störsignal veranlassen. Ist das Signal-Störverhältnis relativ klein, so ist eine genaue Signalerfassung nicht möglich. Deshalb wird zum Anheben des Signal-Störverhältnisses ein sogenanntes Heterodyn-Erfassungsverfahren angewendet. Der über den ersten Lichtleiter 236 laufende Lichtstrahl wird durch das Piezo-Modulationselement 239 hinsichtlich Frequenz und Phasenlage geändert. Dadurch werden die Frequenz und die Phasenlage des Erfassungsstrahls gegenüber der entsprechenden Größe des Referenzstrahls leicht verschoben. Dadurch enthält das Interferenzlicht eine Zwischenfrequenz. Wenn die Erfassungsvorrichtung 232 dieses die Zwischenfrequenz enthaltende Licht empfängt, so gibt sie ein Zwischenfrequenzsignal ab.
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Der Vorprozessor 228 des Prozessors 22 demoduliert das Zwischenfrequenzsignal der Lichterfassungsvorrichtung 232 und leitet die Signalkomponente genau daraus her. Das demodulierte Signal wird mit dem Vorprozessor 228 analogdigital-gewandelt und in dem OCT-Speicher 229 gespeichert. Dieser gibt die gespeicherten Daten mit vorbestimmter Zeitlage ab und überträgt sie an den RGB-Speicher 225 als OCT-Bildsignal.
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Im folgenden wird das Schreiben von Daten in den RGB-Speicher 225 beschrieben.
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Die CPU 221 kann Schreibsignale, die das Schreiben von Daten in den Rot-, den Grün- und den Blau-Speicherbereich veranlassen, über den Zeitsignalgenerator 225 an den RGB-Speicher 225 abgeben. Empfängt er ein Schreibsignal für den Blau-Speicherbereich zusammen mit dem Bildsignal, so speichert er das Bildsignal in dem Blau-Speicherbereich. Empfängt er das Schreibsignal zusammen mit dem Bildsignal für den Grün-Speicherbereich, so speichert er das Bildsignal in dem Grün-Speicherbereich. Empfängt er das Schreibsignal für den Rot-Speicherbereich zusammen mit dem Bildsignal, so speichert er das Bildsignal in dem Rot-Speicherbereich.
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Der RGB-Speicher 225 enthält ein Register, das die Adressen für Rot, Grün und Blau enthält, unter denen die Daten zu speichern sind. Die CPU 221 gibt Adressenzählsignale an die Speicherbereiche des RGB-Speichers 225 über den Zeitsignalgenerator 222 ab. In jedem Speicherbereich für Rot, Grün und Blau wird die Adresse, unter der die empfangenen Daten zu speichern sind, bei Empfang eines Adressenzählsignals erhöht.
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Der RGB-Speicher 225 erhöht den Zählwert der Adresse in den Registern, wenn die Adressenzählsignale für die Speicherbereiche für Rot, Grün und Blau empfangen werden. Der RGB-Speicher 225 erhöht die Adresse des Blau-Speicherbereichs, in dem Daten gespeichert werden, wenn er das Adressenzählsignal für den Blau-Speicherbereich empfängt. Ähnlich erhöht er die Adresse des Grün-Speicherbereichs, auf den Daten übertragen werden, wenn er das Adressenzählsignal für den Grün-Speicherbereich empfängt. Er erhöht die Adresse des Rot-Speicherbereichs, in dem Daten zu speichern sind, wenn er das Adressenzählsignal für den Rot-Speicherbereich empfängt.
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Die CPU 221 steuert das Schreiben von Daten in den RGB-Speicher 225, indem sie den Lichtquellen-Schaltmechanismus 214 und die Filtersteuerung 216 so ansteuert, daß die vier Darstellungsarten realisiert werden. Die Bilder werden auf dem Sichtgerät 3 entsprechend der jeweils gewählten der vier Darstellungsarten dargestellt.
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In 5A bis 5D sind Schirmbilder für die verschiedenen Darstellungsarten angezeigt. 5A zeigt Schirmbild bei Normalbilddarstellung (Animation), 5B zeigt das Schirmbild der Fluoreszenzbilddarstellung, 5C zeigt einen Dreifensterbetrieb A, bei dem das Normalbild (Standbild), das Fluoreszenzbild (Animation) und das OCT-Bild (Animation) gleichzeitig dargestellt werden. 5D zeigt einen Dreifensterbetrieb B, bei dem das Normalbild (Animation), das Fluoreszenzbild (Standbild) und das OCT-Bild (Animation) gleichzeitig dargestellt werden.
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Bei dem Dreifensterbetrieb A und B ist der Bildschirm in obere und ein unteres Fenster unterteilt, das obere Fenster ist in ein rechtes und ein linkes Fenster unterteilt. Das obere linke, das obere rechte und das untere Fenster werden auf dem Bildschirm des Sichtgeräts 3 dargestellt. Das obere linke Fenster zeigt das Normalbild, das obere rechte Fenster zeigt das Fluoreszenzbild, das untere Fenster zeigt das OCT-Bild. Bei dem Dreifensterbetrieb A zeigt das obere linke Fenster das Normalbild als Standbild, das obere rechte Fenster das Fluoreszenzbild als Animationsbild. Bei dem Dreifensterbetrieb B zeigt das obere linke Fenster das Normalbild als Animationsbild, das obere rechte Fenster das Fluoreszenzbild als Standbild. Bei dem Betrieb A und dem Betrieb B wird das OCT-Bild als Animationsbild dargestellt.
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Jede Darstellungsart wird unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme in 6A bis 14J beschrieben. Die Zeitdiagramme zeigen Datenschreibprozeduren des RGB-Speichers 225 des Prozessors 22. Diese sind abhängig von der Darstellungsart unterschiedlich.
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Das Sichtgerät 3 arbeitet in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel nach dem NTSC-System (National Television System Committee), und der Prozessor 22 gibt das NTSC-Signal an das Sichtgerät 3 ab. Bei dem NTSC-System wird das Feld eines Bildes nach jeweils 1/30 Sekunde aktualisiert. Ein Vollbild besteht aus zwei Teilbildern (ungerade und gerade Zeilenzahlen), die abwechselnd nach jeweils 1/60 Sekunde synchron mit einem Vertikal-Synchronsignal aktualisiert werden, das nach jeweils 1/60 Sekunde erzeugt wird.
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Das Abtasten eines jeden Teilbildes erfolgt synchron mit einem Horizontal-Synchronsignal. Bei Auftreten dieses Signals wird eine Abtastzeile auf dem Bildschirm des Sichtgeräts 3 erzeugt.
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Der Zeitsignalgenerator 222 erzeugt das Horizontal- und das Vertikal-Synchronsignal, bei denen jeweils ein Bild auf dem Bildschirm des Sichtgeräts 3 dargestellt wird. Ferner wird auch die Schreibprozedur des RGB-Speichers 225 durch die beiden Synchronsignale gesteuert. Im folgenden wird die Schreibprozedur für jede Darstellungsart beschrieben.
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Normalbilddarstellung
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6A bis 6J zeigen Zeitdiagramme für die Normalbilddarstellung mit dem Maßstab des Horizontal-Synchronsignals. 7A bis 7J zeigen Zeitdiagramme der Normalbilddarstellung mit dem Maßstab des Vertikal-Synchronsignals. Dieses wird bei jeweils 1/60 Sekunde erzeugt. 7A bis 7J zeigen zwei Perioden (d. h. 1/30 Sekunde). In dieser Periode gibt der Vorprozessor 223 die Bildsignale für ein Bildfeld mit den Anteilen Blau, Grün und Rot sequentiell ab.
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Bei der Normalbilddarstellung verbindet der erste Schalter SW1 den Vorprozessor 223 direkt mit dem RGB-Speicher 225 (ohne die zwischengeschaltete Bildverkleinerungsschaltung 224). Der zweite Schalter SW2 ist so gestellt, daß das Ausgangssignal des RGB-Speichers 225 immer an den Videosignalprozessor 227 übertragen wird. Der Schaltspiegel 213 und das Drehfilter C befinden sich in dem Normalbildbetrieb. Somit wird von der Beleuchtungslinse 12a des Beleuchtungssystems 12 blaues, grünes, rotes und weißes Licht sequentiell abgegeben.
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Der Vorprozessor 223 empfängt sequentiell die Bildsignale für ein Bildfeld, wenn das blaue Licht, das grüne Licht und das rote Licht abgegeben wird, und hält die empfangenen Signale. Wie bereits ausgeführt, wird das dem weißen Licht entsprechende Signal nicht genutzt und daher auch hier nicht gehalten. Abhängig von den empfangenen Signalen erzeugt der Vorprozessor 223 das Normalbildsignal mit dem blauen, dem grünen und dem roten Licht. Die Normalbildsignale werden sequentiell über den ersten Schalter SW1 an den RGB-Speicher 225 abgegeben.
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Der Vorprozessor 223 überträgt in einer Horizontal-Abtastperiode das aus zwei Zeilen des CCD-Elements 14 erhaltene Signal. 6A bis 6J zeigen den Fall, daß der Vorprozessor 223 das Normalbildsignal entsprechend dem blauen Licht für zwei Horizontal-Abtastperioden abgibt.
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Zu diesem Zeitpunkt ist in dem RGB-Speicher 225 der Blau-Speicherbereich wirksam. Daher wird das Normalbildsignal in den Blau-Speicherbereich eingeschrieben. Ist das entsprechende Schreibsignal wirksam, so ist auch das entsprechende Adressenzählsignal vorhanden. Deshalb wird in den RGB-Speicher 225 das Bildsignal der Blaukomponente eingeschrieben, wobei die entsprechende Adresse des Blau-Speicherbereichs erhöht wird. Während die Daten in den Blau-Speicherbereich eingeschrieben werden, sind das Grün-Schreibsignal und das Rot-Schreibsignal abgeschaltet, weshalb keine Daten in diese Speicherbereiche eingeschrieben werden.
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Der in den 6A bis 6J gezeigte Zustand wird fortgesetzt, und in den RGB-Speicher 225 werden die Bilddaten entsprechend einem Vollbild des CCD-Elements 14 eingeschrieben. Dann startet der Vorprozessor 223 die Übertragung des Normalbildsignals mit der Grünkomponente. Dann speichert der RGB-Speicher 225 die entsprechend einem Vollbild mit der Grünkomponente entsprechenden Daten. Zu diesem Zeitpunkt ist in dem RGB-Speicher 225 das Grün-Schreibsignal wirksam. Deshalb wird das Normalbildsignal in dem Grün-Speichersignal eingeschrieben. Gleichzeitig ist das entsprechende Adresszählsignal wirksam. Daher schreibt der RGB-Speicher 225 das Normalbildsignal mit der Grünkomponente ein und erhöht gleichzeitig die entsprechende Adresse des Grün-Speicherbereichs. Während die Daten in den Grün-Speicherbereich eingeschrieben werden, sind das Blau-Schreibsignal und das Rot-Schreibsignal abgeschaltet, so daß keine Daten in diese Speicherbereiche eingeschrieben werden.
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Sind die Bilddaten mit der Grünkomponente gespeichert, so wird ein ähnlicher Vorgang für die Rotkomponente ablaufen.
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Wie in 7A bis 7J gezeigt wird das Einschreiben der Daten in die Speicherbereiche für Blau, Grün und Rot in jeweils 1/30 Sekunde ausgeführt und nach jeweils 1/30 Sekunde wiederholt. Die Daten in dem RGB-Speicher 225 werden nach jeweils 1/30 Sekunde also aktualisiert. Der Videosignalprozessor 227 erhält die Daten aus dem RGB-Speicher 225, führt eine D/A-Wandlung durch, codiert sie entsprechend dem NTSC-System und überträgt die sich ergebenden Signale auf das Sichtgerät 3. Dann wird das Normalbild im gesamten Bereich des Bildschirms dargestellt, wie es 5A zeigt.
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Fluoreszenzbilddarstellung
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8A bis 8J zeigen Zeitdiagramme für die Fluoreszenzbilddarstellung mit dem Maßstab des Horizontal-Synchronsignals. 9A bis 9J zeigen Zeitdiagramme der Fluoreszenzbilddarstellung mit dem Maßstab des Vertikal-Synchronsignals.
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Bei der Fluoreszenzbilddarstellung haben der erste und der zweite Schalter die Stellung wie bei Normalbilddarstellung. Der Schaltspiegel 213 und das Drehfilter C sind auf die Fluoreszenzbilddarstellung gestellt.
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Von der Beleuchtungslinse 12a wird das Anregungslicht auf die Wand der Körperhöhle gestrahlt, die das fluoreszierende Licht abgibt. Dieses und das an der Wand reflektierte Anregungslicht sind auf das Objektivsystem 13 gerichtet. Dieses trennt die Anregungslichtkomponente aus dem einfallenden Licht und konvergiert des Licht auf der Bildaufnahmefläche des CCD-Elements 14 so, daß darauf das Fluoreszenzbild entsteht. Das CCD-Element 14 setzt das aufgenommene Bild in ein Bildsignal um und überträgt dieses an den Vorprozessor 223.
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Der Vorprozessor 223 empfängt und halt das Signal eines Vollbildes des CCD-Elements 14 und erzeugt das Fluoreszenzbildsignal. Dann überträgt er dieses Signal an den RGB-Speicher 225 über den ersten Schalter SW1.
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Der Vorprozessor 223 überträgt zwei Zeilen des Bildsignals in einer Horizontal-Abtastperiode. In 8A bis 8J sind die Signale der beiden Abtastzeilen dargestellt.
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In dem RGB-Speicher 225 sind das Blau-Schreibsignal, das Grün-Schreibsignal, das Rot-Schreibsignal, das Blau-Adressenzählsignal, das Grün-Adressenzählsignal und das Rot-Adressenzählsignal eingeschaltet. Daher schreibt der RGB-Speicher 225 das aufgenommene Signal in den Blau-Speicherbereich, in den Grün-Speicherbereich und den Rot-Speicherbereich gleichzeitig und erhöht die jeweilige Adresse.
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Diese Schreibprozedur für ein Vollbild wird in dem RGB-Speicher 225 jeweils in 1/30 Sekunde ausgeführt. Die in dem RGB-Speicher 225 gespeicherten Daten werden also in 1/30 Sekunde einmal aktualisiert. Der Videosignalprozessor 227 erhält die Daten aus dem RGB-Speicher 225, führt eine D/A-Wandlung und eine NTSC-Codierung durch und überträgt das daraus erhaltene Signal an das Sichtgerät 3. Dieses empfängt das Signal und stellt das Fluoreszenzbild auf dem gesamten Bildschirm dar, wie es 5B zeigt. Da in den drei Speicherbereichen für Rot, Grün und Blau übereinstimmende Daten gespeichert sind, ist das auf dem Sichtgerät 3 dargestellte Bild ein Einfarbenbild.
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Dreifensterbetrieb A
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Der Dreifensterbetrieb A stellt das Fluoreszenzbild in dem oberen rechten Fenster des Sichtgeräts 3 als Animationsbild dar, und das OCT-Bild wird im unteren Bereich des Bildschirms als Animationsbild dargestellt. Im oberen linken Bereich wird das Normalbild als Standbild dargestellt.
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10A bis 10J zeigen die Zeitdiagramme für das obere Fenster des Dreifensterbetriebs A mit dem Maßstab des Horizontal-Synchronsignals. 11A bis 11J zeigen die Zeitdiagramme des Dreifensterbetriebs A mit dem Maßstab des Vertikal-Synchronsignals:
Für den unteren Bereich des Bildschirms wird für den Dreifensterbetrieb A und den Dreifensterbetrieb B ein übereinstimmendes Verfahren angewendet. 12A bis 12J zeigen Zeitdiagramme für das untere Fenster des Dreifensterbetriebs A (oder B) mit dem Maßstab des Horizontal-Synchronsignals.
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Bei dem Dreifensterbetrieb A ist der erste Schalter SW1 so gestellt, daß die von dem Vorprozessor 223 abgegebenen Daten der Bildverkleinerungsschaltung 224 zugeführt werden. Der zweite Schalter SW2 ist so gestellt, daß das von dem RGB-Speicher 225 abgegebene Signal und das von dem Kursorgenerator 226 abgegebene Signal mit vorbestimmter Zeitlage geschaltet und dem Videosignalprozessor 227 zugeführt werden. Der Schaltspiegel 213 und das Drehfilter C sind auf Fluoreszenzbildbetrieb gesetzt.
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Von dem Vorprozessor 223 wird das Fluoreszenzbildsignal wie bei der Fluoreszenzbilddarstellung abgegeben. Der erste Schalter SW1 empfängt dieses Signal und gibt es an die Bildverkleinerungsschaltung 224 ab. Diese setzt das empfangene Signal so um, daß die Bildgröße auf 1/4 (1/2 in vertikaler oder horizontaler Richtung) verringert wird. Dann wandelt die Bildverkleinerungsschaltung das empfangene Bildsignal so, daß es im oberen rechten Bereich des Bildschirms wiedergegeben wird und gibt dieses Signal dann an den RGB-Speicher 225 ab.
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Wie 10A und 10C zeigen, empfängt der RGB-Speicher 225 das Fluoreszenzbildsignal für zwei Abtastzeilen in einer Horizontal-Abtastperiode (zwischen zwei aufeinanderfolgenden Horizontal-Synchronsignalen). Wie beschrieben, wird das Fluoreszenzbildsignal in der Bildverkleinerungsschaltung 224 umgesetzt und enthält deshalb nur Daten der rechten Hälfte einer Abtastzeile.
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Die Adressenzählsignale für die drei Farbbereiche des Speichers sind für eine gesamte Abtastzeile eingeschaltet. Wenn jedes Adressenzählsignal eingeschaltet ist und eine Zeit entsprechend einer halben Abtastzeile abgelaufen ist, sind die Schreibsignale für Blau, Grün und Rot eingeschaltet. Daher schreibt der RGB-Speicher 225 das Fluoreszenzbildsignal in die drei Speicherbereiche für Rot, Grün und Blau.
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Wie 11A bis 11J zeigen wird das Fluoreszenzbildsignal dem RGB-Speicher 225 nur während einer Zeit zugeführt, die der oberen Hälfte des Bildschirms des Sichtgeräts 3 entspricht und nicht während einer Zeit, die der unteren Hälfte entspricht. Die Schreibsignale für die Speicherbereiche Blau, Grün und Rot sind nur dann eingeschaltet, wenn das Fluoreszenzbild zugeführt wird. Die Adressenzählsignale für Blau, Grün und Rot sind eingeschaltet, wenn das Fluoreszenzbild zugeführt wird und bleiben danach noch eingeschaltet. Daher sind Adressenzählsignale auch für die untere Hälfte des Bildschirms des Sichtgeräts 3 eingeschaltet. Die Adressenzählsignale sind also während eines gesamten Bildfeldes eingeschaltet.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird in dem RGB-Speicher 225 in einem der oberen rechten Seite des Bildschirms des Sichtgeräts 3 entsprechenden Bereich das Bildsignal des Fluoreszenzbildes gespeichert. In den Bereichen des RGB-Speichers 225, die dem oberen linken Teil und dem unteren Teil des Bildschirms entsprechen, werden keine Bilddaten gespeichert.
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Mit dem oben beschriebenen Verfahren wird das OCT-Bildsignal gespeichert. Der OCT-Vorprozessor 228 empfängt das Ausgangssignal der OCT-Einheit 23 und bildet daraus ein Tomogramm sowie anschließend das OCT-Bildsignal. Dieses wird dem OCT-Speicher 229 zugeführt und darin gespeichert.
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Wie 11A bis 11J zeigen, werden in dem RGB-Speicher 225 zu einer vorbestimmten Zeit nach dem Schreiben eines Bildfeldes des Fluoreszenzbildes die Adressenzählsignale für Blau, Grün und Rot eingeschaltet. Während der Zeit der oberen Hälfte des Bildschirms des Sichtgeräts 3 bleibt das Schreibsignal für jeden Speicherbereich abgeschaltet.
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Ist die Zeit für die obere Hälfte des Bildschirms abgelaufen, so beginnt der OCT-Speicher 229 die Übertragung des OCT-Bildsignals. Gleichzeitig sind die Schreibsignale für Blau, Grün und Rot eingeschaltet. Dann speichert der RGB-Speicher 225 das OCT-Bildsignal in den Speicherbereich von Blau, Grün und Rot entsprechende dem unteren Teil des Bildschirms des Sichtgeräts 3. Wenn die Zeit für den unteren Teil des Bildschirms abgelaufen ist, wird die Übertragung des OCT-Bildsignals beendet. Gleichzeitig werden die Adressenzählsignale und die Schreibsignale für jeden Speicherbereich abgeschaltet.
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Mit diesem Verfahren wird in dem Bereich des RGB-Speichers 225, der dem oberen rechten Teil des Bildschirms entspricht, das Fluoreszenzbild geschrieben und in dem Bereich, der dem unteren Teil des Bildschirms entspricht, das OCT-Bild geschrieben.
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Eine Folge der vorstehend beschriebenen Datenspeicherung in dem RGB-Speicher 225 wird in jeweils 1/30 Sekunde durchgeführt. Somit werden die in dem RGB-Speicher 225 enthaltenen Daten nach jeweils 1/30 Sekunde aktualisiert.
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Der zweite Schalter SW2 überträgt die Daten aus dem RGB-Speicher 225 an den Videosignalprozessor 227. Wenn die Daten entsprechend dem mittleren geraden Teil des oberen rechten Teils des Bildschirms verarbeitet sind, überträgt der Schalter SW2 die von dem Kursorgenerator 226 abgegebenen Daten an den Videosignalprozessor 227 anstelle der Daten des RGB-Speichers 225. Mit diesem Verfahren wird in dem oberen rechten Teil des Bildschirms im Bereich des Fluoreszenzbildes ein Kursor als horizontale weiße Linie dargestellt. Diese repräsentiert eine Position einer OCT-Abtastlinie auf der Wand der Körperhöhle.
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Der Videosignalprozessor 227 erhält die Daten aus dem RGB-Speicher 225 und führt eine D/A-Wandlung sowie eine Codierung für das NTSC-System durch, um das Fluoreszenzbild und das OCT-Bild auf dem Bildschirm des Sichtgeräts 3 darzustellen (d. h. mit Dreifensterdarstellung A), wie es 5C zeigt. Wie bereits ausgeführt, ist das Fluoreszenzbild ein einfarbiges Animationsbild, das im oberen rechten Teil des Bildschirms dargestellt wird. Das OCT-Bild ist ein einfarbiges Animationsbild, das im unteren Bereich des Bildschirms des Sichtsgeräts 3 dargestellt wird.
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Mit diesem Verfahren werden in den Speicherbereich des RGB-Speichers 225, der dem oberen linken Teil des Bildschirms des Sichtgeräts 3 entspricht, keine Daten eingeschrieben. In diesem Bereich des Bildschirms wird das zuvor erhaltene Normalbild als verkleinertes Standbild dargestellt.
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Dreifensterbetrieb B
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Bei dem Dreifensterbetrieb B wird das Normalbild im oberen linken Teil des Bildschirms des Sichtgeräts 3 als Animationsbild dargestellt, während das OCT-Bild im unteren Teil des Bildschirms als Animationsbild dargestellt wird.
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13A bis 13J zeigen Zeitdiagramme für die oberen Fenster der Dreifensterdarstellung B mit dem Maßstab des Horizontal-Synchronsignals. 14A bis 14J zeigen Zeitdiagramme für die Dreifensterdarstellung B mit dem Maßstab des Vertikal-Synchronsignals. Wie bereits ausgeführt, wird dasselbe Verfahren für den unteren Bereich des Bildschirms in dem Dreifensterbetrieb A und in dem Dreifensterbetrieb B durchgeführt, wie 12A bis 12J zeigen.
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In dem Dreifensterbetrieb B wird der erste Schalter SW1 so eingestellt, daß die von dem Vorprozessor 223 abgegebenen Daten der Bildverkleinerungsschaltung 224 zugeführt werden. Der zweite Schalter SW2 wird so eingestellt, daß die von dem RGB-Speicher 225 abgegebenen Daten und die von dem Kursorgenerator 226 abgegebenen Daten mit vorbestimmter Zeitlage geschaltet und dem Videosignalprozessor 227 zugeführt werden. Der Schaltspiegel 213 und das Drehfilter C werden in den Zustand für Normalbildbetrachtung gebracht.
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Der Vorprozessor 223 gibt sequentiell Normalbildsignale der blauen, der grünen und der roten Komponente ab. Der erste Schalter SW1 empfängt die Normalbildsignale und führt sie der Bildverkleinerungsschaltung 224 zu. Diese setzt die empfangenen Bildsignale in Signale für ein Bild im oberen linken Teil des Bildschirms um und überträgt sie dann auf den RGB-Speicher 225.
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Dieser empfängt die Normalbildsignale entsprechend zwei Abtastzeilen in einer Horizontal-Abtastperiode, wie 13A und 13B zeigen. Wie oben beschrieben, enthalten die Normalbildsignale, die dem RGB-Speicher 225 zugeführt werden, nur die linke Hälfte einer jeden Abtastzeile, da die Normalbildsignale mit der Bildverkleinerungsschaltung 224 umgesetzt wurden. In 13A bis 13J sind die Signale des Normalbildes für die blaue Komponente dargestellt, die dem RGB-Speicher 225 zugeführt werden, daher wird bei diesem Zeitdiagramm nur das Schreiben für den Blau-Speicherbereich dargestellt.
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Wenn die Datenübertragung zum RGB-Speicher 225 beginnt, werden das Schreibsignal und das Adressenzählsignal für den Blau-Speicherbereich gleichzeitig eingeschaltet. Dann wird das Normalbildsignal übertragen, bis die Zeit einer halben Abtastzeile abgelaufen ist. Während dieser Zeit schreibt der RGB-Speicher 225 das Normalbildsignal unter Vorgabe durch die Adresse in den Blau-Speicherbereich. Wenn die Zeit für die halbe horizontale Abtastung abgelaufen ist, wird das Schreibsignal für den Blau-Speicherbereich abgeschaltet und das Schreiben beendet. Wie 13F zeigt, bleibt aber das Adressenzählsignal für den Blau-Speicherbereich bis zum Ende einer Horizontal-Abtastung eingeschaltet. Daher wird das Normalbildsignal in den RGB-Speicher 225 für den oberen linken Teil des Bildschirms eingeschrieben.
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Ist dieses Verfahren beendet, wird während einer Zeit, die der oberen Hälfte des Bildschirms des Sichtgeräts 3 entspricht, das Schreiben des Normalbildes für die blaue Komponente ausgeführt. Während der Zeit, die der unteren Hälfte des Bildschirms entspricht, werden keine Daten in den Speicherbereich des RGB-Speichers 225 für den unteren Teil des Bildschirms eingeschrieben, da nur das Adressenzählsignal für den Blau-Speicherbereich eingeschaltet ist.
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Mit einem vorbestimmten Intervall beginnt die Übertragung des Normalbildes für die grüne Komponente. Gleichzeitig werden die Adressenzählsignale für den Blau-, den Grün- und den Rot-Speicherbereich eingeschaltet. Außerdem wird das Schreibsignal für den Grün-Speicherbereich eingeschaltet. Die Schreibsignale für die beiden anderen Bereiche bleiben aber abgeschaltet. Somit wird das Normalbildsignal nur in den Grün-Speicherbereich eingeschrieben. Dieses Schreiben wird nur für den oberen linken Teil des Bildschirms des Sichtgeräts 3 durchgeführt, wie es auch für die blaue Komponente der Fall ist.
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Ist die Zeit entsprechend der oberen Hälfte des Bildschirms abgelaufen, so wird die Übertragung des Normalbildsignals beendet. Gleichzeitig startet die Übertragung des OCT-Bildsignals, und die Schreibsignale für den Blau- und den Rot-Speicherbereich werden eingeschaltet. Alle Schreibsignale sind also eingeschaltet, wenn die Übertragung des OCT-Bildsignals beginnt. Das OCT-Bildsignal wird gleichzeitig in die Speicherbereiche für Rot, Grün und Blau des RGB-Speichers 225 entsprechend der unteren Hälfte des Bildschirms des Sichtsgeräts 3 eingeschrieben.
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Wenn die Zeit für die untere Hälfte des Bildschirms abgelaufen ist, wird die Übertragung des OCT-Bildsignals beendet, und die Schreibsignale sowie die Adressenzählsignale für jeden Speicherbereich werden abgeschaltet. Damit ist das Schreiben des OCT-Bildsignals beendet.
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Ist eine vorbestimmte Zeit abgelaufen, so startet die Übertragung des Normalbildsignals für die rote Komponente. Das Schreibsignal und das Adressenzählsignal für den Rot-Speicherbereich werden eingeschaltet. Es wird dann in den Rot-Speicherbereich des RGB-Speichers 225 das Normalbild eingeschrieben. Ähnlich wie bei dem Blau- und dem Grün-Speicherbereich wird die rote Komponente für den oberen linken Teil des Bildschirms des Sichtgeräts 3 eingeschrieben.
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Ist die Zeit für die untere Hälfte des Bildschirms abgelaufen, so wird die Übertragung des Normalbildsignals beendet. Gleichzeitig wird das Schreibsignal für den Rot-Speicherbereich abgeschaltet. Das Adressenzählsignal für diesen Speicherbereich bleibt während der Zeit für die untere Hälfte des Bildschirms des Sichtgeräts 3 eingeschaltet. Es werden aber keine Daten in den RGB-Speicher 225 während dieser Zeit eingeschrieben.
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Wie 14A bis 14J zeigen, werden während zweier Vertikal-Synchronperioden (d. h. 1/30 Sekunde) in dem Bereich des RGB-Speichers 225 für den oberen linken Teil des Bildschirms die Normalbildsignale eingeschrieben, während in den Bereich des RGB-Speichers 225 für die untere Hälfte des Bildschirms das OCT-Bildsignal eingeschrieben wird. Daher werden die in dem RGB-Speicher 225 gespeicherten Daten nach jeweils 1/30 Sekunde aktualisiert.
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Der zweite Schalter SW2 überträgt die in dem RGB-Speicher 225 enthaltenen Daten an den Videosignalprozessor 227. Der zweite Schalter SW2 überträgt die Daten des Kursorgenerators 226 anstelle der Daten des RGB-Speichers 225, wenn der zentrale lineare Bereich des oberen linken Teils des Bildschirms darzustellen ist. Mit dieser Operation wird im oberen linken Teil des Bildschirms ein horizontaler Kursor (d. h. eine Linie) im Normalbild dargestellt. Der Kursor gibt die Position einer OCT-Abtastzeile an der Wand der Körperhöhle an.
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Der Videosignalprozessor 227 erhält die Daten aus dem RGB-Speicher 225, führt eine D/A-Wandlung und eine NTSC-Codierung durch und stellt das Normalbild und das OCT-Bild als Animationsbilder (Dreifensterbetrieb B) dar, wie es 5D zeigt. Im oberen linken Teil des Bildschirms erscheint also ein Normalbild als Animationsbild (Farbbild), im unteren Teil des Bildschirms erscheint ein einfarbiges OCT-Bild als Animationsbild.
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Bei diesem Verfahren werden in dem Bereich des RGB-Speichers 225, der dem oberen rechten Teil des Bildschirms des Sichtgeräts 3 entspricht, keine Daten eingeschrieben. Im oberen rechten Teil des Bildschirms wird ein zuvor erhaltenes Fluoreszenzbild als verkleinertes Standbild dargestellt.
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Aus den vier vorstehend beschriebenen Darstellungsarten wählt der Benutzer die jeweils gewünschte. Diese Wahl wird im folgenden beschrieben.
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Der Prozessor
22 enthält drei Merker FG1, FG2 und FG3. Mit diesen Merkern wird die jeweils gewählte Darstellungsart angezeigt. Der Zusammenhang zwischen dem gesetzten und dem nicht gesetzten Zustand der Merker und dem gewählten Betriebsarten ist in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
| Darstellung | FG1 | FG2 | FG3 |
| NORMAL | AUS | (AUS) | (AUS) |
| FLUORESZENT | EIN | AUS | (AUS) |
| DREIFENSTER A | EIN | EIN | AUS |
| DREIFENSTER B | EIN | EIN | EIN |
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In der Tabelle 1 beeinflußt der jeweils in Klammern angegebene Zustand die Wahl der Darstellungsart nicht, so daß hier entweder EIN oder AUS erscheinen kann.
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Bei Betätigen eines Schalters an der Bedieneinheit des Endoskops 1 ändert sich der EIN/AUS-Zustand der Merker FG1, FG2 und FG3 so, daß die vier Darstellungsarten nacheinander und zyklisch gewählt werden können. ist gerade die Normalbilddarstellung gewählt und wird der Schalter betätigt, so wird die Fluoreszenzbilddarstellung gewählt. Wird der Schalter bei gesetztem Dreifensterbetrieb B betätigt, so wird die Normalbilddarstellung gewählt.
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Die CPU 221 des Prozessors 22 prüft den Zustand der Merker FG1, FG2 und FG3, um die gerade gewählte Darstellungsart zu bestimmen. Dann setzt die CPU 221 das Endoskopsystem derart, daß die gewählte Darstellungsart realisiert wird.
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15 zeigt ein Flußdiagramm für das Einstellen der Darstellungsart, das beim Einschalten des Hauptschalters des Endoskops und der Weißlichtquelle 21 startet. Der in 5 gezeigte Ablauf wird durch die CPU 221 gesteuert.
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Bei Schritt S1 führt die CPU 221 eine Initialisierung durch. Dabei werden die Merker FG1, FG2 und FG3 auf einen vorgegebenen Zustand gesetzt, d. h. den Zustand AUS. Bei Schritt S2 bestimmt die CPU 221, ob der erste Merker FG1 den Zustand EIN hat. Ist der Merker FG1 im Zustand AUS (S1: NEIN), so setzt die CPU 221 die Darstellungsart auf Normalbilddarstellung in Schritt S3. Ist der Merker FG1 im Zustand EIN (S1: JA), so geht die Steuerung zu Schritt S4, bei dem die CPU 221 prüft, ob der zweite Merker FG2 den Zustand EIN hat. Hat er den Zustand AUS (S4: NEIN), so geht die Steuerung zu Schritt S5, wo die Darstellungsart auf Fluoreszenzbilddarstellung gesetzt wird. Ist der Merker FG2 im Zustand EIN (S4: JA), so geht die Steuerung zu Schritt S6, bei dem die CPU 221 prüft, ob der dritte Merker FG3 im Zustand EIN ist. Hat er den Zustand AUS (S6: NEIN), so wird bei Schritt S7 die Dreifensterdarstellung A gesetzt. Hat der Merker FG3 den Zustand EIN (S6: JA), so wird bei Schritt S8 die Dreifensterdarstellung B eingeschaltet.
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Bei Schritt S7 wird zunächst die Dreifensterdarstellung B einmal gewählt. Dann wird im oberen linken Teil des Bildschirms des Sichtfensters 3 das Normalbild dargestellt, und im unteren Bereich des Bildschirms wird das OCT-Bild dargestellt. Im oberen rechten Teil wird kein Bild dargestellt. Dann wird die Darstellungsart auf Dreifensterdarstellung A umgeschaltet. Im oberen rechten Teil des Bildschirms wird das Fluoreszenzbild als Animationsbild und im unteren Bereich des Bildschirms das OCT-Bild als Animationsbild dargestellt. In den Bereich des RGB-Speichers 225, der dem oberen linken Teil des Bildschirms entspricht, werden keine neuen Daten eingeschrieben. Deshalb wird im oberen linken Teil des Bildschirms das Normalbild, das eingestellt wurde, als die Dreifensterdarstellung B vorübergehend gewählt war, weiter als Standbild dargestellt. Wird die Darstellungsart schließlich auf Dreifensterdarstellung A gesetzt, kann der Benutzer gleichzeitig das Normalbild (Standbild), das Fluoreszenzbild (Animationsbild) und das OCT-Bild (Animationsbild) auf ein und demselben Bildschirm betrachten.
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Ähnlich wird bei Schritt S8 vor der Wahl der Dreifensterdarstellung B die Dreifensterdarstellung A vorübergehend gewählt. Dann wird im oberen rechten Teil des Bildschirms des Sichtgeräts 3 das Fluoreszenzbild dargestellt, im unteren Teil des Bildschirms wird das OCT-Bild dargestellt. Im oberen linken Teil wird kein Bild dargestellt. Dann wird die Darstellungsart auf Dreifensterdarstellung B umgeschaltet. Dabei werden im oberen linken Teil des Bildschirms das Normalbild als Animationsbild und im unteren Teil des Bildschirms das OCT-Bild als Animationsbild dargestellt. In den Bereich des RGB-Speichers 225, der dem oberen rechten Teil des Bildschirms entspricht, werden keine neuen Daten eingeschrieben. Deshalb wird in dem oberen rechten Teil des Bildschirms das Fluoreszenzbild, das bei der vorübergehenden Wahl der Dreifensterdarstellung A vorlag, weiter als Standbild dargestellt. Wird die Darstellungsart schließlich auf Dreifensterdarstellung B gesetzt, so kann der Benutzer gleichzeitig das Normalbild (Animationsbild), das Fluoreszenzbild (Standbild) und das OCT-Bild (Animationsbild) auf ein und demselben Bildschirm betrachten.
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Es wird nun die Betriebsweise des so aufgebauten Endoskopsystems beschrieben. Schaltet der Benutzer das externe Gerät 2 ein, so werden die Weißlichtquelle 211 und die Anregungslichtquelle 212 der Lichtquelleneinheit 21 eingeschaltet. Dann startet die CPU 221 die in 15 dargestellte Prozedur.
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Der Benutzer führt das Einführrohr 11 des Endoskops 1 in die Körperhöhle eines Patienten ein und richtet die Objektivlinse 13a des Objektivsystems 13 und das Abtastfenster S so ein, daß sie einem Teil der zu betrachtenden Wand der Körperhöhle gegenüberstehen. Die Darstellungsart wird zunächst auf Normalbilddarstellung gesetzt. Auf dem Sichtgerät 3 wird also das Normalbild des relevanten Teils der Wand der Körperhöhle auf dem gesamten Bildschirm dargestellt. Der Benutzer kann die Darstellungsart durch Betätigen eines Schalters in vorstehend beschriebener Weise ändern.
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Wird die Dreifensterdarstellung A gewählt, so werden das Normalbild als Standbild und das Fluoreszenzbild sowie das OCT-Bild als Animationsbilder dargestellt. Bei dem Fluoreszenzbild wird ein Kursor dargestellt, um die OCT-Abtastzeile anzuzeigen. Durch Positionieren des Kursors auf einem Teil, der durch Betrachten des Fluoreszenzbildes als erkrankt anzusehen ist, kann die Spitze des Endoskops 1 an eine Stelle gebracht werden, die sich zum Betrachten des möglicherweise erkrankten Teils eignet. Das OCT-Bild entspricht dann dem Teil, wo sich der Kursor in dem Fluoreszenzbild befindet. Der Benutzer kann dann die Spitze des Endoskops 1 bewegen und das Fluoreszenzbild (Animationsbild) betrachten. Außerdem kann er das OCT-Bild an einer gewünschten Position betrachten. Ferner kann er gleichzeitig das Normalbild betrachten.
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Wählt der Benutzer die Dreifensterdarstellung B, so wird das Fluoreszenzbild als Standbild dargestellt, und das Normalbild und das OCT-Bild werden als Animationsbilder dargestellt. In dem Normalbild wird ein Kursor dargestellt, um die OCT-Abtastzeile anzuzeigen. Durch Positionieren des Kursors auf einem Teil, der durch Betrachten des Normalbildes als erkrankt erfaßt wird, kann die Spitze des Endoskops 1 an eine Position gebracht werden, die sich zum Betrachten des möglicherweise erkrankten Teils eignet. Das OCT-Bild entspricht dann dem Teil, wo sich der Kursor in dem Normalbild befindet. Der Benutzer kann dann die Spitze des Endoskops 1 bewegen und das Normalbild als Animationsbild sowie das OCT-Bild an gewünschter Position betrachten. Außerdem kann er gleichzeitig das Fluoreszenzbild als Standbild betrachten.
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Der Benutzer kann das Normalbild, das Fluoreszenzbild und das OCT-Bild gleichzeitig betrachten. Außerdem kann er leicht erkennen, welcher Teil der Wand der Körperhöhle als OCT-Bild genau darzustellen ist. Deshalb wird die Genauigkeit der Diagnose verbessert.
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Ferner kann der Benutzer einen Krebs im Frühstadium, einen relativ kleinen Tumor o. ä. mit dem Endoskop feststellen. Da die Untersuchung mit dem Endoskop stattfindet, ist auch eine erforderliche Behandlung möglich. Wird ein erkrankter Teil aufgefunden, so kann eine Zange, ein Behandlungsinstrument o. ä. durch den Instrumentenkanal des Endoskops hindurch eingeführt werden, und es ist eine endoskopische Behandlung möglich, wodurch die Belastung des Patienten verringert wird.
