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Die
Erfindung betrifft ein Videoendoskopsystem zur Fluoreszenzbetrachtung
basierend auf von lebendem Gewebe abgegebener Autofluoreszenzstrahlung.
Ferner betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsoptik, die für ein solches
Videoendoskopsystem verwendet wird.
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Ein
herkömmliches
Videoendoskopsystem nimmt Bilder auf Grundlage von Fluoreszenzstrahlung
auf, die von mit Anregungslicht wie ultraviolettem Licht bestrahltem
lebendem Gewebe ausgesendet wird, um es so einer Bedienperson zu
ermöglichen,
ein Fluoreszenzbild des Gewebes zu betrachten. Die Intensität dieser
sogenannten Autofluoreszenzstrahlung, die von erkranktem Gewebe
ausgesendet wird, ist geringer als die Intensität der von gesundem Gewebe ausgesendeten
Autofluoreszenzstrahlung. Die Bedienperson, welche die Fluoreszenzbilder
des Objektes betrachtet, kann einen Bereich, der sich durch geringere
Autofluoreszenzintensität
von anderen Bereichen unterscheidet, mit hoher Wahrscheinlichkeit
als einen befallenen, Abnormalitäten
aufweisenden Bereich erkennen.
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Ein
solches Videoendoskopsystem hat eine Lichtquelleneinheit, die abwechselnd
sichtbares Licht und Anregungslicht aussendet, eine Lichtleitoptik,
die das ausgesendete sichtbare Licht und Anregungslicht als Beleuchtungslicht
weiterleitet, und eine CCD zum Einfangen des Bildes des mit dem
Beleuchtungslicht beleuchteten oder bestrahlten Objektes. Während das
durch die Lichtleitoptik geleitete sichtbare Licht das Objekt beleuchtet,
empfängt
die CCD das an der Objektoberfläche
reflektierte sichtbare Licht und gibt dieses als Referenzbildsignal
aus. Bestrahlt dagegen das durch die Lichtleitoptik geleitete Anregungslicht
das Objekt, so sendet letzteres Autofluoreszenzstrahlung aus, die
dann von der CCD eingefangen und in ein Fluoreszenzbildsignal gewandelt wird.
Auf Grundlage des Referenzbildsignals und des Fluoreszenzbildsignals
wird ein Diagnosebildsignal für
das Objekt erzeugt. Beispielsweise wird das Fluoreszenzbildsignal
von einem der drei, auf die drei Primärfarben bezogenen Bildsignale
subtrahiert, wobei dieses Signal das Referenzbildsignal bildet,
um so ein Diagnosebildsignal zu erzeugen. Mit dem Diagnosebildsignal
wird auf dem Bildschirm einer Anzeigevorrichtung ein Diagnosebild
dargestellt. In dem so dargestellten Diagnosebild wird der Teil
des Objektes, der keine Autofluoreszenzstrahlung abgibt, als ein
Bild dargestellt, das identisch mit dem Bild ist, das man durch
Normalbetrachtung erhält
(Monochrombild oder Farbbild). Dagegen wird der Teil des Objektes,
der Autofluoreszenzstrahlung aussendet, derart eingefärbt dargestellt,
dass der Färbungsgrad
proportional zur Autofluoreszenzintensität ist, durch die die Bedienperson
in die Lage versetzt wird, durch Betrachten dieses Diagnosebildes
die Objektform zu erfassen und die Autofluoreszenzintensität dieses
Teils zu erkennen.
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23 zeigt schematisch die
Lichtleitoptik und die Lichtquelleneinheit, die das vorstehend beschriebene
herkömmliche
Videoendoskopsystem bilden. Wie in 23 gezeigt,
enthält
die Lichtleitoptik dieses Videoendoskopsystems ein Lichtleitfaserbündel 72,
das aus mehreren in einem Bündel
zusammengefassten Lichtleitfasern besteht und im Folgenden als Lichtleiter
bezeichnet wird, sowie eine Zerstreuungslinse 73, die das
von dem Lichtleiter 72 abgestrahlte Beleuchtungslicht zerstreut.
Die Lichtquelleneinheit hat eine Kondensorlinse 71, die
das von einer in 23 nicht
gezeigten Lichtquellenlampe ausgesendete Beleuchtungslicht auf eine
proximale Endfläche
des Lichtleiters 72 bündelt.
Bei einem solchen Aufbau sorgt die Lichtquelleneinheit dafür, dass das
sichtbare Licht und das Anregungslicht in kollimierte, d.h. parallele
Lichtstrahlen umgesetzt werden und anschließend auf die Kondensorlinse 71 treffen. Die
Kondensorlinse 71 bündelt
das sichtbare Licht und das Anregungslicht derart, dass die beiden
genannten Lichtarten unter im Wesentlichen identischen maximalen
Eintrittswinkeln α auf
die proximale Endfläche
des Lichtleiters 72 treffen. Der Lichtleiter 72 strahlt
das sichtbare Licht und das Anregungslicht durch seine distale Endfläche ab.
Das so abgestrahlte sichtbare Licht und das Anregungslicht werden durch
die Zerstreuungslinse 73 zerstreut, um so das Objekt zu
beleuchten. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Öffnungswinkel einer Lichtleitfaser
mit kürzer
werdender Lichtwellenlänge
zunimmt. Der Lichtleiter 72 strahlt deshalb das Anregungslicht
unter einem größeren Öffnungswinkel
ab als das sichtbare Licht. Infolgedessen ist der Bereich δ, der durch
die Zerstreuungslinse 73 mit dem Anregungslicht bestrahlt
wird, weiter als der Bereich γ,
der mit dem sichtbaren Licht beleuchtet wird. In dem Bereich des Diagnosebildes,
der den mit dem Anregungslicht bestrahlten Bereich δ darstellt,
jedoch außerhalb
des mit dem sichtbaren Licht beleuchteten Bereichs γ liegt, wird
deshalb der Zustand des Objektes nicht korrekt wiedergegeben, wodurch
es der Bedienperson schwierig oder gar unmöglich gemacht wird, auf Grundlage
dieses Diagnosebildes den Zustand des Objektes zu erfassen.
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Eine
Beleuchtungsoptik nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
Druckschrift
US 5 769
792 A bekannt. In der Druckschrift WO 00/42910 A1 wird
darauf hingewiesen, daß eine
für Videoendoskopsystem
bestimmte Beleuchtungsoptik so ausgebildet sein sollte, dass ein
Anregungslichtstrahl und ein Referenzlichtstrahl an der Austrittsfläche eines Lichtleiters
dieselbe Ausleuchtungsapertur aufweisen. Schließlich wird auf die Druckschrift
DE 199 19 943 A1 verwiesen,
in der ein Videoendoskopsystem beschrieben ist, das neben einer
Beleuchtungsoptik eine Objektivoptik, eine Bildaufnahmevorrichtung
sowie einen Prozessor zur Erzeugung eines Referenzbildsignals und
eines Fluoreszensbildsignals aufweist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Videoendoskopsystem anzugeben, bei dem
der Bereich des Objektes, der mit sichtbarem Licht beleuchtet wird,
so eingestellt werden kann, dass er dem mit Anregungslicht bestrahlten
Bereich entspricht. Ferner soll eine Beleuchtungsoptik für solch
ein Videoendoskopsystem angegeben werden.
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Die
Erfindung löst
die vorstehend genannte Aufgabe durch die Gegenstände der
Ansprüche
1 und 6. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Videoendoskopsystems,
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2 ein
Blockdiagramm einer externen Einheit, die eine Lichtquelle und einen
Prozessor enthält,
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3A eine
Vorderansicht eines rotierenden Blendenelementes,
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3B eine
Vorderansicht eines weiteren rotierenden Blendenelementes,
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4A, 4B und 4C Darstellungen einer
Einstelloptik,
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5 eine
Seitenansicht eines Verstellmechanismus,
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6 ein Zeitdiagramm der Beleuchtung und
der Datenerfassung,
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7 den
Aufbau des Prozessors an Hand eines Blockdiagramms,
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8A und 8B Darstellungen
einer auf einer Karte bestrahlten Fläche,
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9 eine
Darstellung zur Erläuterung
eines von einer Digitalisierschaltung ausgegebenen Ausgangssignals,
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10 die
Bestrahlungsbereiche von Weißlicht
und Anregungslicht nach der Einstellung des Bestrahlungsbereichs,
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11 ein
Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Videoendoskopsystems,
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12 den
Aufbau des Prozessors an Hand eines Blockdiagramms,
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13 eine
schematische Darstellung eines Normalbildes und eines Referenzbildes,
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14 eine
schematische Darstellung eines Fluoreszenzbildes,
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15 eine
schematische Darstellung eines spezifischen Bildes,
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16 eine
schematische Darstellung eines Diagnosebildes,
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17 eine
Darstellung des optischen Aufbaus in einem abgewandelten Beispiel,
das eine Zerstreuungslinse einsetzt,
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18 eine
Darstellung des optischen Aufbaus in einem abgewandelten Beispiel,
das eine zweite Kondensorlinse einsetzt,
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19 ein
Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Videoendoskopsystems,
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20 ein
Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Videoendoskopsystems,
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21 den
optischen Aufbau der Beleuchtungsoptik in dem Videoendoskopsystem
gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel,
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22 den
optischen Aufbau der Beleuchtungsoptik in dem Videoendoskopsystem
gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel,
und
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23 eine
Darstellung herkömmlicher
Bestrahlungsbereiche von sichtbarem Licht und Anregungslicht.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
des Videoendoskopsystems nach der Erfindung unter Bezugnahme auf
die Figuren erläutert.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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1 ist
ein Blockdiagramm des Videoendoskopsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie in 1 gezeigt, hat das Videoendoskopsystem ein Videoendoskop 1 und
eine externe Einheit (Lichtquelle und Videoprozessor) 2.
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Das
Videoendoskop 1, dessen konkrete Form in 1 nicht
dargestellt ist, hat einen aus einem flexiblen Rohr bestehenden
Einführteil,
der in den lebenden Körper
eingeführt
wird, einen Bedienteil, der einstückig an das proximale Ende
des Einführteils
angeschlossen ist, sowie ein flexibles Lichtleitrohr, das einstückig an
den Bedienteil angeschlossen und lösbar mit der externen Einheit 2 verbunden ist.
Ein in 1 nicht dargestellter Biegemechanismus ist in
einem vorbestimmten Bereich nahe dem distalen Ende des Einführteils
eingebaut. Dieser Biegemechanismus wird durch Betätigen eines
an dem Bedienteil montierten Rades gebogen. An dem distalen Ende
des Einführteils
ist ein in 1 nicht gezeigtes Endstück befestigt,
das aus einem harten Material besteht. In diesem Endstück sind
mindestens drei Durchgangsbohrungen ausgebildet, wobei in zwei dieser
drei Durchgangsbohrungen jeweils am distalen Ende eine Zerstreuungslinse 11 bzw.
eine Objektivlinse 12 vorgesehen sind und die andere Durchgangsbohrung
als Instrumentenkanal dient. Der Bedienteil hat neben dem vorstehend
genannten Rad verschiedene Arten von Bedienschaltern. Das Videoendoskop 1 enthält ferner
ein Lichtleitfaserbündel 13, das
aus mehreren in einem Bündel
zusammengefassten Lichtleitfasern besteht und im Folgenden als Lichtleiter
bezeichnet wird. Der Lichtleiter 13 ist so durch den Einführteil,
den Bedienteil und das flexible Lichtleitrohr geführt, dass
seine distale Endfläche
der Zerstreuungslinse 11 zugewandt und seine proximale
Endfläche
in die externe Einheit 2 eingesetzt ist. Der Lichtleiter 13 und
die Zerstreuungslinse 11 bilden die Lichtleitoptik. Ferner
hat das Videoendoskop einen CCD-Flächensensor 14 als
Bildaufnahmevorrichtung. CCD steht hierbei für ladungsgekoppelte Vorrichtung.
Die Bildaufnahmeebene dieses im Folgenden kurz als CCD bezeichneten
CCD-Flächensensors 14 befindet
sich an einer Stelle, an der die Objektivlinse 12 ein Bild
des untersuchten Objektes erzeugt, wenn das distale Ende des Einführteils
diesem Objekt zugewandt ist. Ein in 1 nicht
gezeigtes Anregungslicht-Sperrfilter befindet sich in dem Strahlengang
zwischen Objektivlinse 12 und CCD 14. Das Anregungslicht-Sperrfilter
blockiert das Anregungslicht, d.h. das ultraviolette Licht, welches
das lebende Gewebe zur Autofluoreszenz anregt, während es sichtbares Licht durchlässt. Die
Objektivlinse 12 und das Anregungslicht-Sperrfilter bilden
die Objektivoptik. In 1 ist mit 15 einer
von mehreren Bedienschaltern angedeutet, die an dem Bedienteil des Videoendoskops 1 montiert
sind. Dieser Bedienschalter 15 dient dazu, den Bestrahlungsbereich
in später
erläuterter
Weise einzustellen.
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Wie
in 2 gezeigt, besteht die externe Einheit 2 aus
einer Lichtquelleneinheit 20 und einem Prozessor T.
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Die
Lichtquelleneinheit 20 enthält eine Weißlichtquelle 21 und
eine Anregungslichtquelle 22. Die Weißlichtquelle 21 enthält eine
Xenonlampe und einen Reflektor, die in 2 nicht
dargestellt sind. Die Weißlichtquelle 21 sendet
das von der Xenonlampe erzeugte Weißlicht durch Reflexion an dem
Reflektor in Form eines kollimierten, d.h. parallelen Lichtstrahls aus.
Die Weißlichtquelle 21 bildet
also eine Quelle für sichtbares
Licht. Eine Kondensorlinse 23, die in dem Strahlengang
des von der Weißlichtquelle 21 ausgesendeten
Weißlichtes
angeordnet ist, bündelt
das als kollimiertes Licht auftreffende Weißlicht auf ihren hinteren Brennpunkt.
Da die proximate Endfläche
des Lichtleiters 13 am hinteren Brennpunkt der Kondensorlinse 23 angeordnet
ist, ist der maximale Eintrittswinkel α° des Weiß lichtes bezüglich des
Lichtleiters 13 gegeben durch α° = tan–1(d1/f), worin die Brennweite f der Kondensorlinse 23 mit
f und der Strahlradius des Weißlichtes
mit d1 bezeichnet ist.
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Ein
erstes rotierendes Blendenelement 24 ist unmittelbar hinter
der Weißlichtquelle 21 in
dem Strahlengang des von dieser ausgesendeten Weißlichtes
angeordnet. Das erste rotierende Blendenelement 24 bildet
ein erstes Sperrelement. Wie in 3A gezeigt,
ist das erste Blendenelement 24 eine Scheibe. Längs des
Umfangs des ersten Blendenelementes 24 ist eine fächerförmige Ausnehmung
ausgebildet. In dieser Ausnehmung ist ein aus einer Parallelplatte
bestehendes transparentes Element untergebracht. Dieses transparente
Element dient als Durchlassteil (Durchlassteil für sichtbares Licht) 24a,
der das Weißlicht
durchlässt.
Wie in 2 gezeigt, ist das Blendenelement 24 an
einen Motor 24m gekoppelt, der das Blendenelement 24 um
dessen Mittelachse dreht, die parallel zur optischen Achse des Weißlichtes
eingestellt ist. Während
der Drehung des Blendenelementes 24 wird der Durchlassteil 24a intermittierend
in den Strahlengang des Weißlichtes
eingeführt.
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Die
Anregungslichtquelle 22 enthält eine UV-Lampe 22a und
einen Reflektor 22b, wie 4A zeigt.
Die UV-Lampe 22a sendet im Ultraviolettspektrum liegendes
Anregungslicht aus, welches das Gewebe zur Autofluoreszenz anregt.
Die Anregungslichtquelle 22 strahlt das von der UV-Lampe 22a erzeugte
Anregungslicht durch Reflexion an dem Reflektor 22b als
kollimierten, d.h. parallelen Lichtstrahl aus. Der Strahldurchmesser
des Anregungslichtes ist gleich dem Strahldurchmesser des von der
Weißlichtquelle 21 ausgesendeten
Weißlichtes.
Eine Einstelloptik 29 zum Einstellen des Durchmessers des Anregungslichtstrahls
ist in dem Strahlengang des von der Anregungslichtquelle 22 ausgesendeten
Anregungslichtes angeordnet. Die Einstelloptik 29 besteht
aus einer ersten Linse 25, die eine positive Linse ist
und der Anregungslichtquelle 22 unmittelbar nachgeordnet
ist, und einer zweiten Linse 26, die eine negative Linse
ist und der ersten Linse 25 unmittelbar koaxial nachgeordnet
ist. Die zweite Linse 26 ist an einem Tisch oder Schlitten
E1 gehalten, der in Richtung der optischen Achse verschiebbar ist.
Der Tisch E1 wird über
einen Verstellmechanismus E2 angetrieben. Die zweite Linse 26 kann
so über
den Verstellmechanismus E2 der ersten Linse 25 angenähert und
von dieser entfernt werden. 5 zeigt den
konkreten Aufbau des Verstellmechanismus E2 in einer Seitenansicht.
Der Verstellmechanismus E2 hat eine Linearführung L, die dafür sorgt,
dass der Tisch E1 ausschließlich
in Richtung der optischen Achse der zweiten Linse 26 geführt wird,
einen Motor E21 und eine Kugelrollspindel E22 als Stellelement. Ein
Innengewindeteil der Kugelrollspindel E22 ist an einer unteren Fläche des
Tisches E1 befestigt, während
ein Schraubenspindelteil der Kugelrollspindel E22 mit einer Antriebswelle
des Motors E21 verbunden ist. Die Kugelrollspindel E22 ist so angeordnet, dass
die Mittelachse ihrer Schraubenspindel parallel zur Verschieberichtung
des Tisches E1 ist. Die Einstelloptik 29, der Tisch E1
und der Verstellmechanismus E2 bilden einen Strahleinstellteil.
Befindet sich die zweite Linse 26 in ihrer Standardposition,
in der ihr vorderer Brennpunkt mit dem hinteren Brennpunkt der ersten
Linse 25 zusammenfällt,
so wandelt die Einstelloptik 29 den von der Anregungslichtquelle 22 ausgesendeten
kollimierten Lichtstrahl in einen kollimierten Lichtstrahl, dessen
Strahldurchmesser kleiner als der des ausgesendeten Lichtstrahls
ist, wie in 4A gezeigt ist. Der Strahlengang
des durch die Einstelloptik 29 getretenen Lichtes kreuzt
an einem Punkt zwischen dem rotierenden Blendenelement 24 und
der Kondensorlinse 23 senkrecht den Strahlengang des Weißlichtes.
Ein halbdurchlässiger
Spiegel 27 ist an dem Punkt, an dem die beiden vorstehend genannten
Strahlengänge
einander senkrecht kreuzen, sowohl gegenüber dem Weißlicht als auch gegenüber dem
Anregungslicht um 45° geneigt.
Der halbdurchlässige
Spiegel 27 lässt
das Weißlicht durch,
während
er das Anregungslicht so reflektiert, dass dieses längs demselben
Strahlengang wie das Weißlicht
weiterläuft.
Das an dem halbdurchlässigen Spiegel 27 reflektierte
Anregungslicht gelangt dann in die Kondensorlinse, die es auf die
proximale Endfläche
des Lichtleiters 13 bündelt.
Der Radius d2 des in die Kondensorlinse 23 gelangenden
Anregungslichtes ist durch den Durchgang durch die Einstelloptik 29 so
verringert, dass er kleiner als der Strahlradius d1 des
Weißlichtes
ist. Der maximale Eintrittswinkel β° des Anregungslichtes bezüglich des
Lichtleiters 13 ist so gegeben durch β° = tan–1(d2/f) und damit kleiner als der maximale Eintrittswinkel α° des Weißlichtes.
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Ein
zweites rotierendes Blendenelement 28 ist in dem Strahlengang
des Anregungslichtes zwischen der Einstelloptik 29 und
dem halbdurchlässigen
Spiegel 27 angeordnet. Das zweite rotierende Blendenelement
bildet ein zweites Sperrelement. Wie in 3B gezeigt,
ist das zweite Blendenelement 28 eine Scheibe, längs deren
Umfang eine fächerförmige Ausnehmung
ausgeschnitten ist. Ein aus einer Parallelplatte bestehendes transparentes Element
ist in dieser Ausnehmung untergebracht. Das transparente Element
dient als Durchlassteil (Anregungslicht-Durchlassteil) 28a, der das
Anregungslicht durchlässt.
Wie in 2 gezeigt, ist das Blendenelement 28 an
einen Motor 28m gekoppelt, der das Blendenelement 28 um
dessen Mittelachse dreht, die parallel zum Strahlengang des Anregungslichtes
eingestellt ist. Während
des Drehens des Blendenelementes 28 wird der Durchlassteil 28a intermittierend
in den Strahlengang des Anregungslichtes eingeführt.
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Der
Prozessor T besteht aus einer Zeitsteuerung T1, einer Bildsignalverarbeitungsschaltung
T2, einer Systemsteuerung T3 und einer Tischsteuerschaltung T4,
die miteinander verbunden sind. Wie in 1 gezeigt,
ist die Systemsteuerung T3 mit dem Bedienschalter 15 verbunden.
Wird der Bedienschalter 15 betätigt, so veranlasst die Systemsteuerung
T3 die Tischsteuerschaltung T4 eine Einstellung des Bestrahlungsbereichs
vorzunehmen, wie weiter unten beschrieben wird.
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Die
Tischsteuerschaltung T4 steuert den Motor E21 des Verstellmechanismus
E2 so, dass dieser den Tisch E1 bewegt, um die zweite Linse 26 längs deren
optischer Achse vor und zurück
zu bewegen. Bewegt sich der Tisch E1 in 2 nach oben,
so zieht sich die zweite Linse 26 von der ersten Linse 25 zurück, d.h.
entfernt sich von dieser, wodurch der Strahldurchmesser des von
der zweiten Linse 26 ausgesendeten Anregungslichtes kleiner
wird, wie in 4B gezeigt ist. Der maximale
Eintrittswinkel β1° des
durch die Kondensorlinse 23 gebündelten Anregungslichtes bezüglich des
Lichtleiters 13 wird so kleiner als in dem Betriebszustand,
in dem die zweite Linse 26 in ihrer Standardposition nach 4A angeordnet
ist. Bewegt sich dagegen der Tisch E1 in 2 in vertikaler
Richtung nach unten, so nähert sich
die zweite Linse 26 der ersten Linse 25 an, wodurch
der Strahldurchmesser des von der zweiten Linse 26 ausgesendeten
Anregungslich tes größer wird,
wie 4C zeigt. Der maximale Eintrittswinkel β2° des durch
die Kondensorlinse 23 gebündelten Lichtes bezüglich des
Lichtleiters 13 wird so größer als in dem Betriebszustand,
in dem die zweite Linse 26 in ihrer in 4A gezeigten
Standardposition angeordnet ist. Die Tischsteuerschaltung T4 kann
so dafür
sorgen, dass der mit Anregungslicht bestrahlte Bereich und der mit
Weißlicht
beleuchtete Bereich miteinander zur Deckung gebracht werden, indem die
Position der zweiten Linse 26 durch die weiter unten beschriebene
Einstellung des Bestrahlungsbereichs entsprechend eingestellt wird.
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Die
Zeitsteuerung T1 ist mit den oben genannten Motoren 24m und 28m verbunden,
die den Umschaltantriebsmechanismus bilden. Die Zeitsteuerung T1
sorgt dafür,
dass die beiden Motoren 24m, 28m synchron zueinander
mit konstanter Geschwindigkeit drehen. In der Lichtquelleneinheit 20 gelangt das
von der Weißlichtquelle 21 ausgesendete
Weißlicht
nur in der Zeit zu dem halbdurchlässigen Spiegel 27,
in der der Durchlassteil 24a des ersten rotierenden Blendenelementes 24 in
den Strahlengang gebracht ist. Das von der Anregungslichtquelle 22 ausgesendete
Anregungslicht gelangt dagegen nur in der Zeit zu dem halbdurchlässigen Spiegel 27,
in der der Durchlassteil 28a des zweiten rotierenden Blendenelementes 28 in
den Strahlengang gebracht ist. Die Zeitsteuerung T1 sorgt dafür, dass
die beiden Motoren 24m, 28m synchron zueinander
mit konstanter Geschwindigkeit so drehen, dass der Durchlassteil 28a in
der Zeit in den Strahlengang gebracht ist, in der der Durchlassteil 24a nicht
in den Strahlengang eingeführt
ist, und dass der Durchlassteil 24a in der Zeit in den
Strahlengang gebracht ist, in der der Durchlassteil 28a nicht
in den Strahlengang eingeführt
ist. Auf diese Weise treffen das Weißlicht und das Anregungslicht
abwechselnd und wiederholt auf den halbdurchlässigen Spiegel 27.
Das durch den halbdurchlässigen
Spiegel 27 getretene Weißlicht wird durch die Kondensorlinse 13 auf
die proximale Endfläche
des Lichtleiters 13 gebündelt.
Dagegen wird das an dem halbdurchlässigen Spiegel 27 reflektierte
Anregungslicht durch die Kondensorlinse 23 in den Bereich
nahe der proximalen Endfläche
des Lichtleiters 13 gebündelt.
Das Weißlicht
und das Anregungslicht werden dann abwechselnd so durch den Lichtleiter 13 geführt, dass
sie zur Zerstreuungslinse 11 gelangen. Das Weißlicht und
das Anregungslicht werden so abwechselnd und wiederholt durch die Zerstreuungslinse 11 abgestrahlt.
Während
das Objekt mit Weißlicht
beleuchtet wird, wird das an der Objektoberfläche reflektierte Licht durch
die Objektivlinse so fokussiert, dass in der Bildebene der CCD 14 ein
Objektbild erzeugt wird. Dieses Objektbild wandelt die CCD 14 in
ein Bildsignal. Während
dagegen das Objekt mit Anregungslicht bestrahlt wird, sendet es
Autofluoreszenzstrahlung aus. Die von dem Objekt abgegebene Autofluoreszenzstrahlung
sowie das an der Objektoberfläche
reflektierte Anregungslicht gelangen in die Objektivlinse 12.
Da jedoch das Anregungslicht durch das nicht gezeigte Anregungslicht-Sperrfilter
blockiert wird, wird in der Bildebene der CCD 14 das Objektbild
lediglich aus der Autofluoreszenzstrahlung erzeugt. Die CCD 14 ist
an die Zeitsteuerung T1 sowie die Bildsignalverarbeitungsschaltung
T2 angeschlossen und gibt das Bildsignal aus, das der Bildsignalverarbeitungsschaltung
T2 in Abhängigkeit
des von der Zeitsteuerung T1 übertragenen
Treibersignals zugeführt
wird. 6 zeigt ein auf die Beleuchtung
des Gewebes sowie die Bilderfassung bezogenes Zeitdiagramm, worin
mit A ein von der Zeitsteuerung T1 ausgegebenes Treibersignal für die CCD 14 und
mit B eine Bestrahlungszeit bezeichnet ist, innerhalb der das Anregungslicht
(UV) oder das Weißlicht
(W) zur Bestrahlung des Objektes durch die Zerstreuungslinse 11 ausgesendet
wird. Wie in 6 gezeigt, entspricht
die Zeit der "UV-Bestrahlung", während der
das Anregungslicht durch die Zerstreuungslinse 11 ausgesendet
wird, der auf die CCD 14 bezogenen Zeit der "F-Speicherung". In dem Betriebszustand,
in dem das Objekt mit Anregungslicht bestrahlt wird, werden so in
jedem Pixel der CCD 14 elektrische Ladungen entsprechend
dem aus der Autofluoreszenzstrahlung erzeugten Objektbild angesammelt.
Die so angesammelten elektrischen Ladungen werden während der
nachfolgenden Zeit des "F-Transfers" als Fluoreszenzbildsignal oder
kurz F-Bildsignal an die Signalverarbeitungsschaltung T2 übertragen.
Eine Zeit der "W-Beleuchtung", während der
das Weißlicht
durch die Zerstreuungslinse 11 ausgesendet wird, entspricht
einer auf die CCD 14 bezogenen Zeit der "W-Speicherung". In dem Betriebszustand,
in dem das Objekt mit dem Weißlicht
beleuchtet wird, werden in jedem Pixel der CCD 14 elektrische
Ladungen entsprechend dem aus dem Weißlicht erzeugten Objektbild
gesammelt. Die so gesammelten elektrischen Ladungen werden während der
anschließenden
Zeit des "W-Transfers" als W-Bildsignal
(Referenzbildsignal) an die Bildsignalverarbeitungsschaltung T2 übertragen.
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Die
Bildsignalverarbeitungsschaltung T2 erzeugt auf Grundlage des F-Bildsignals
und des W-Bildsignals ein das Objekt darstellendes Diagnosebildsignal
und stellt dann auf Grundlage dieses Diagnosebildsignals das Diagnosebild
auf einem Monitor 3 dar. Im Folgenden wird unter Bezugnahme
auf 7, die die Bildsignalverarbeitungsschaltung T2 und
die Tischsteuerschaltung T4 in einem detaillierten Blockdiagramm
zeigt, die konkrete Signalverarbeitung beschrieben, die in der Bildsignalverarbeitungsschaltung
T2 durchgeführt
wird. Wie in 7 gezeigt, enthält die Bildsignalverarbeitungsschaltung T2
eine Vorverarbeitungsschaltung T21, einen A/D-Wandler T22, ein Paar
Speichereinheiten T23, T24, ein Paar D/A-Wandler T25, T26, die an die Zeitsteuerung
T1 angeschlossen sind, sowie drei Verstärker T27 bis T29. Die Vorverarbeitungsschaltung T21
ist mit der CCD 14 verbunden, die abwechselnd und wiederholt
das F-Bildsignal und das W-Bildsignal ausgibt.
Die Vorverarbeitungsschaltung T21 empfängt das von der CCD 14 ausgegebene
Bildsignal, führt
an diesem eine Verstärkung
und eine γ-Korrektur durch und
gibt das Bildsignal schließlich
aus. Genauer gesagt, verstärkt
die Vorverarbeitungsschaltung T21 das F-Bildsignal und das W-Bildsignal
auf Grundlage der von der Zeitsteuerung T1 stammenden Signale, indem
sie den Verstärkungsfaktor
für das
F-Bildsignal und den Verstärkungsfaktor
für das W-Bildsignal dynamisch
so schaltet, dass die Pegel der Spitzenwerte des W-Bildsignals und des
F-Bildsignals aneinander angeglichen werden, d.h. gleichen Wert
annehmen. Der A/D-Wandler T22 nimmt eine Analog-Digital-Wandlung
an dem von der Vorverarbeitungsschaltung T21 ausgegebenen Bildsignal
vor und erzeugt so digitale Bilddaten, die er dann ausgibt. Das
F-Bildsignal und das W-Bildsignal
werden so durch die von der Vorverarbeitungsschaltung T21 und dem
A/D-Wandler T22 vorgenommene Signalverarbeitung in F-Bilddaten und
W-Bilddaten gewandelt.
Der A/D-Wandler T22 gibt so die F-Bilddaten und die W-Bilddaten abwechselnd
aus. Jede der Speichereinheiten T23, T24 hat einen Speicherbereich,
in dem Daten für
alle Pixel der CCD 14 gespeichert werden können. Die
auf ein Pixel bezogenen Daten bestehen jeweils aus einer vorbestimmten Zahl
von Bits. Die Speichereinheit T23, T24 sind jeweils mit dem A/D-Wandler T22 verbunden.
In jeder der Speichereinheiten T23, T24 werden Bilddaten gespeichert,
die der A/D-Wandler T22 für
eine von der Zeitsteuerung T1 festgelegte Zeit ausgibt. Während der
A/D-Wandler T22 die F-Bilddaten ausgibt, werden also diese in der
ersten Speichereinheit T23 gespeichert. Während dagegen der A/D-Wandler T22
die W-Bilddaten ausgibt, werden diese in der zweiten Speichereinheit
T24 gespeichert. Der D/A-Wandler T25 ist an die Speichereinheit
T23 und der D/A-Wandler T26 an die Speichereinheit T24 angeschlossen.
Der erste D/A-Wandler T25 wandelt die von der ersten Speichereinheit
T23 ausgegebenen F-Bilddaten in ein analoges F-Bildsignal und gibt
dieses aus. Der zweite D/A-Wandler T26 wandelt die von der zweiten
Speichereinheit T24 ausgegebenen W-Bilddaten in ein analoges W-Bildsignal
und gibt dieses aus.
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Die
Differenz zwischen dem von dem zweiten D/A-Wandler T26 ausgegebenen
W-Bildsignal und dem von dem ersten D/A-Wandler T25 ausgegebenen
F-Bildsignal wird
dem ersten Verstärker
T27 zugeführt.
Dem ersten Verstärker
T27 wird also ein Signal zugeführt,
dass sich durch Subtrahieren des F-Bildsignals von dem W-Bildsignal
ergibt. Dagegen wird das von dem zweiten D/A-Wandler T26 ausgegebene
W-Bildsignal dem zweiten Verstärker
T28 und dem dritten Verstärker
T29 zugeführt.
Der den Verstärkern
T27 bis T29 zugeführte
Satz von Signalen entspricht dem Diagnosebildsignal. Dieses Diagnosebildsignal
enthält
deshalb ein Signal, das eine zwischen die beiden D/A-Wandler T25
und T26 und den ersten Verstärker
T27 geschaltete Subtraktionsschaltung liefert, sowie das von dem
zweiten D/A-Wandler T26 ausgegebene W-Bildsignal. Die Verstärker T27
bis T29 verstärken
dann die ihnen zugeführten
Signale mit vorbestimmten Verstärkungsfaktoren
und geben sie anschließend
an Ausgangsanschlüsse
P1 bis P3 aus, die an einen Monitor anzuschließen sind. Der Monitor 3 hat
demnach einen Eingangsanschluss für die B-Signalkomponente, einen
Eingangsanschluss für
die G-Signalkomponente und
einen Eingangsanschluss für
die R-Signalkomponente. Der erste Ausgangsanschluss P1 ist mit dem
für die
B-Signalkomponente bestimmten Eingang, der zweite Ausgangsanschluss
P2 mit dem für die
G-Signalkomponente
bestimmten Eingangsanschluss und der dritte Ausgangsanschluss P3
mit dem für
die R-Signalkomponente bestimmten Eingangsanschluss des Monitors 3 verbunden.
Die Bildsignalverarbeitungsschaltung T2 hat einen in 7 nicht
dargestellten Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines Synchronisationssignals,
das die Darstellung bewegter Bilder entsprechend einem vorbe stimmten
Format ermöglicht.
Der Monitor 3 hat einen in 7 nicht
gezeigten Eingangsanschluss für
dieses Synchronisationssignal. Der Ausgangsanschluss für das Synchronisationssignal
der Bildsignalverarbeitungsschaltung T2 und der entsprechende Eingangsanschluss
für dieses
Signal des Monitors 3 sind miteinander verbunden. Der Monitor 3 stellt
das Diagnosebild des Objektes auf seinem Bildschirm als bewegtes
Bild dar, und zwar auf Grundlage der ihm über seine Eingangsanschlüsse zugeführten Signale.
Würden
nur die W-Bilddaten über
die Ausgangsanschlüsse
P1 bis P3 ausgegeben, so würde
auf dem Monitor 3 ein Monochrombild des mit dem Weißlicht beleuchteten
Objektes dargestellt. Jedoch wird, wie oben erläutert, über den ersten Ausgangsanschluss
P1 ein Bildsignal ausgegeben, das sich aus Subtraktion des F-Bildsignals
von dem W-Bildsignal ergibt. Deshalb wird in dem auf dem Monitor 3 dargestellten
Diagnosebild ein Bereich, der einem keine Autofluoreszenzstrahlung
abgebenden Teil des Objektes entspricht, als Monochrombild dargestellt, während ein
Bereich, der einem Autofluoreszenzstrahlung abgebenden Teil des
Objektes entspricht, als spezifisches Farbbild entsprechend der
Autofluoreszenzintensität
dargestellt. Dies versetzt die Bedienperson in die Lage, durch Betrachten
des auf dem Monitor 3 dargestellten Diagnosebildes die
Form des Objektes richtig zu erkennen und die Intensitätsverteilung
der Autofluoreszenzstrahlung zu erfassen. Die Bedienperson kann
also einen Bereich des Objektes, der starke Autofluoreszenz zeigt
und demnach gesund ist, von einem Bereich unterscheiden, der nur
schwache Autofluoreszenz zeigt und demnach erkrankt ist.
-
Stimmen
jedoch der mit den Anregungslicht bestrahlte Bereich und der mit
dem Weißlicht
beleuchtete Bereich des Objektes nicht miteinander überein,
so gibt der Teil des Diagnosebildes, der innerhalb des mit dem Anregungslicht
bestrahlten Bereichs, jedoch außerhalb
des mit dem Weißlicht
beleuchteten Bereichs liegt, den Zustand des Objektes nicht korrekt
wieder. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Einstellung des
Bestrahlungsbereichs vor der tatsächlichen Betrachtung des Objektes
vorzunehmen, so dass der mit dem Anregungslicht bestrahlte Bereich
mit dem mit dem Weißlicht
beleuchteten Bereich übereinstimmt.
Diese Einstellung des Bestrahlungsbereichs wird vor der Betrachtung
des Objektes vorgenommen, indem das distale Ende des Videoendoskops 1 einer
Karte 4 zugewandt wird, wie 8A zeigt.
Die Karte 4 ist eine Tafel mit der in 8B gezeigten
ebenen Geometrie. Auf die Oberfläche
der Karte 4 ist ein fluoreszierender Anstrich aufgebracht,
der so beschaffen ist, dass die Intensität des an der Karte 4 reflektierten
Weißlichtes
bei Beleuchtung der Karte 4 mit Weißlicht vorbestimmter Intensität gleich
der Intensität
des reflektierten Weißlichtes
bei Beleuchtung des Objektes mit dem Weißlicht ist und dass die Intensität der von
der Karte 4 ausgesendeten Fluoreszenzstrahlung bei Bestrahlung
der Karte 4 mit Anregungslicht vorbestimmter Intensität gleich
der Intensität
der Autofluoreszenzstrahlung bei Bestrahlung des Objektes ist. Die
Bedienperson beginnt die Einstellung, indem sie den Bedienschalter 15 betätigt, während das
distale Ende des Videoendoskops 1 der Karte 4 zugewandt
ist. Die Systemsteuerung T3 weist die Tischsteuerschaltung T4 an,
den bestrahlten Bereich entsprechend dieser Anweisung einzustellen.
-
Die
Tischsteuerschaltung T4 enthält,
wie in 7 gezeigt, eine Digitalisierschaltung T41, eine
Integrationsschaltung T42, einen Referenzspannungsblock T43, eine
Verstärkerschaltung
T44 und einen Treiber T45. Die Tischsteuerschaltung T4 subtrahiert für jedes
Pixel das von dem zweiten D/A-Wandler T26 ausgegebene W-Bildsignal
von dem von dem ersten D/A-Wandler T25 ausgegebenen F-Bildsignal mittels
einer zwischen die Ausgangsanschlüsse der beiden D/A-Wandler T25, T26
und die Digitalisierschaltung T41 geschalteten Subtraktionsschaltung und
sendet den durch die Subtraktion erhaltenen Differenzwert an die
Digitalisierschaltung T41. Die Digitalisierschaltung T41 ist ferner
mit der Zeitsteuerung T1 verbunden, so dass sie nur den Differenzwert
zwischen F-Bildsignal und W-Bildsignal entsprechend einer vorgegebenen
Zeile in der CCD 14 hält
und den so gehaltenen Differenzwert unter Bezugnahme auf einen vorbestimmten
Schwellwert digitalisiert. 9 zeigt
das von der Digitalisierschaltung T41 ausgegebene Differenzsignal.
Wie in 9 gezeigt, werden das bei Bestrahlung des Objektes
mit dem Anregungslicht aus der Autofluoreszenzstrahlung erzeugte
Objektbild und das bei Bestrahlung desselben Objektes mit dem Weißlicht abwechselnd
in der Bildebene der CCD 14 erzeugt. Ist der mit dem Anregungslicht
bestrahlte Bereich des Objektes breiter als der mit dem Weißlicht beleuchtete
Bereich, so wird das Differenzsignal F-W zwischen F-Bildsignal und W-Bildsignal, das
mit einer der beiden Lichtarten, nämlich dem Anregungslicht oder
dem Weißlicht
bestrahlt bzw. beleuchtet wird, nicht gleich Null. Fallen der beleuchtete
Bereich und der bestrahlte Bereich zusammen, so bleibt das Differenzsignal
zwischen F-Bildsignal und W-Bildsignal gleich Null. Die Integrationsschaltung
T42 nach 7 integriert das Differenzsignal
zwischen F-Bildsignal und W-Bildsignal über eine Linie in der CCD 14.
Ist der Wert des Differenzsignals zwischen F-Bildsignal und W-Bildsignal über eine
Zeile hinweg gleich Null, so wird auch der Wert des von der Integrationsschaltung
T42 ausgegebenen Integrationssignals gleich Null. Jedoch kann es
vorkommen, dass die Integrationsschaltung T42 tatsächlich eine
Ausgangscharakteristik derart hat, dass sie im vorstehend erläuterten
Fall eine Wert ungleich Null ausgibt, der als Offset-Wert bezeichnet wird.
Um mit einer solchen Charakteristik zurecht zu kommen, wird der
Offset-Wert kompensiert, indem eine von dem Referenzspannungsblock
T43 gelieferte vorbestimmte Referenzspannung von dem von der Integrationsschaltung
T42 ausgegebenen Integrationssignal subtrahiert wird. Infolgedessen
wird, wenn der Wert des Differenzsignals zwischen F-Bildsignal und
W-Bildsignal über
eine Zeile hinweg Null ist, der Wert der als Fehlersignal bezeichneten
Differenz zwischen dem von der Integrationsschaltung T42 ausgegebenen
Integrationssignal und dem von dem Referenzspannungsblock T43 ausgegebenen
Signal gleich Null. Wann immer der mit Anregungslicht bestrahlte
Bereich des Objektes weiter als der mit Weißlicht beleuchtete Bereich
ist, wird also der Wert dieses Fehlersignals positiv. Ist dagegen
der mit Anregungslicht bestrahlte Bereich des Objektes kleiner als
der mit Weißlicht
beleuchtete Bereich, so wird der Wert des Fehlersignals negativ.
Das Fehlersignal wird von der Verstärkerschaltung T44 verstärkt und dann
dem Treiber T45 zugeführt.
Der Treiber T45 ist zusammen mit dem Motor E21 des Verstellmechanismus
E2 an die Systemsteuerung T3 angeschlossen. Wird der Bedienschalter 15 betätigt, so
steuert die Systemsteuerung T3 den Treiber T45 auf Grundlage des
von der Verstärkerschaltung
T44 verstärkten
Signals so an, dass der Treiber T45 den Motor E21 vorwärts oder
rückwärts dreht.
Ist das Fehlersignal positiv, so dreht der Treiber T45 den Motor
E21 in positiver Richtung. Die Schraubenspindel der Kugelrollspindel
E22 rotiert in diesem Fall in positiver Richtung, so dass der Tisch
E1 die zweite Linse 26 von der ersten Linse 25 weg,
d.h. in 2 nach oben bewegt. Ist dagegen
das Fehlersignal negativ, so dreht der Treiber T45 den Motor E21
in Rückwärtsrichtung. Die
Schraubenspindel der Kugelrollspindel E22 rotiert in diesem Fall
in Rückwärtsrichtung,
so dass der Tisch E21 die zweite Linse 26 an die erste
Linse 25 annähert,
d.h. in 2 nach unten bewegt. Die Systemsteuerung
T3 überwacht
das Fehlersignal und aktiviert den Treiber T45 ab dem Zeitpunkt,
zu dem der Bedienschalter 15 betätigt wird, bis zu dem Zeitpunkt,
zu dem der Wert des Fehlersignals Null wird. Erreicht das Fehlersignal
den Wert Null, so stoppt die Systemsteuerung T3 den Betrieb des
Treibers T45, und der Tisch E1 wird in der Position fixiert, in
der das Fehlersignal Null wird.
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10 zeigt
den bestrahlten Bereich, wenn das Fehlersignal Null wird. Wie in 10 gezeigt,
ist in diesem Moment der maximale Eintrittswinkel β des Anregungslichtes
bezüglich
des Lichtleiters 13 kleiner als der maximale Eintrittswinkel α des Weißlichtes.
Der Lichtleiter 13 strahlt das Weißlicht, das unter dem maximalen
Eintrittswinkel α auf
seine proximale Endfläche
trifft, durch seine distale Endfläche unter einem vorbestimmten
ersten Divergenzwinkel ab. Das so abgestrahlte Weißlicht wird
durch die Zerstreuungslinse 11 unter dem maximalen Divergenzwinkel γ weiter zerstreut,
d.h. aufgeweitet. Dagegen fällt
das Anregungslicht unter dem maximalen Eintrittswinkel β, der kleiner
als der Winkel α ist,
auf die proximate Endfläche
des Lichtleiters 13 und wird anschließend durch die distale Endfläche unter
einem vorbestimmten zweiten Divergenzwinkel abgestrahlt, der kleiner
ist als der vorstehend genannte erste Divergenzwinkel. Das so abgestrahlte
Anregungslicht wird durch die Zerstreuungslinse 11 weiter
zerstreut, d.h. aufgeweitet. Die Zerstreuungslinse 11 besitzt eine
chromatische Aberration bezüglich
des Abbildungsmaßstabes,
so dass sie das Anregungslicht, das unter demselben Eintrittswinkel
wie das Weißlicht
in die Zerstreuungslinse 11 gelangt ist, mit einem größeren Austrittswinkel
als das Weißlicht
divergieren, d.h. zerstreuen würde.
Da jedoch in dem erläuterten
Ausführungsbeispiel
das Anregungslicht von dem Lichtleiter 13 unter einem kleineren
Divergenzwinkel als das Weißlicht
abgestrahlt wird, sendet die Zerstreuungslinse 11 das Anregungslicht
unter dem gleichen Divergenzwinkel γ wie das Weißlicht aus. Der mit dem Anregungslicht
bestrahlte Bereich des Objektes fällt deshalb mit dem mit dem
Weißlicht
beleuchteten Bereich zusammen.
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Wie
vorstehend erläutert,
kann die Bedienperson leicht für
die Übereinstimmung
zwischen dem mit dem Weißlicht
beleuchteten Bereich und dem mit dem Anregungslicht bestrahlten
Bereich sorgen, indem sie den Bedienschalter 15 drückt, während das distale
Ende des Videoendoskops 1 der Karte 4 zugewandt
ist. Indem die Bedienperson das Objekt in einem Zustand aufnimmt,
in dem die beiden vorstehend genannten Bereiche oder Flächen miteinander zur
Deckung gebracht sind, erhält
sie ein Diagnosebild, das den Zustand des Objektes richtig wiedergibt. Die
Genauigkeit der auf diesem Diagnosebild beruhenden Diagnose ist
somit verbessert.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
zeichnet sich gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel
dadurch aus, dass das Referenzbildsignal kein Monochromsignal, sondern
ein Farbsignal ist. 11 zeigt das Videoendoskopsystem
gemäß zweitem
Ausführungsbeispiel
an Hand eines Blockdiagramms. Wie in 11 gezeigt,
hat das Videoendoskopsystem ein Videoendoskop 30 und eine
externe Einheit 40.
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In 11 ist
die konkrete Form des Videoendoskops 30 nicht dargestellt.
Das Videoendoskop 30 hat einen aus einem flexiblen Rohr
bestehenden Einführteil,
einen Bedienteil, der einstückig
mit dem proximalen Ende des Einführteils
verbunden ist, und ein flexibles Lichtleitrohr, das einstückig mit
dem Bedienteil verbunden und lösbar
an die externe Einheit 40 angeschlossen ist. Ein in 11 nicht
gezeigter Biegemechanismus ist in einem vorbestimmten Bereich nahe
dem distalen Ende des Einführteils
untergebracht. Er wird durch Betätigung
eines Rades gebogen, das an dem Bedienteil vorgesehen ist. An dem distalen
Ende des Einführteils
ist ein in 11 nicht gezeigtes Endstück befestigt,
das aus einem harten Material besteht. In diesem Endstück sind
mindestens drei Durchgangsbohrungen ausgebildet. In zwei von diesen
drei Durchgangsbohrungen sind am jeweiligen distalen Ende ein Deckglas 35,
das ein aus einer Parallelplatte bestehendes transparentes Element
ist, bzw. eine Objektivlinse (Objektivoptik) 31 vorgesehen.
Die andere Durchgangsbohrung dient als Instrumentenkanal. Zusätzlich zu
dem vorstehend genannten Rad sind an dem Bedienteil verschiedene
Arten von Bedienschaltern vorgesehen. Das Videoendoskop 30 hat
ferner ein Lichtleitfaserbündel 34,
das aus mehreren in einem Bündel
zusammengefassten Lichtleitfasern besteht und im Folgenden als Lichtleiter
bezeichnet wird. Der Lichtleiter 34 ist so durch den Einführteil,
den Bedienteil und das flexible Lichtleitrohr geführt, dass
seine distale Endfläche
dem Deckglas 35 zugewandt und seine proximale Endfläche in die
externe Einheit 40 eingesetzt ist. Ferner hat das Videoendoskop 30 ein
Anregungslicht-Sperrfilter 32 und eine CCD 33 als
Bildaufnahmevorrichtung. Die Bildaufnahmeebene dieser CCD 33 befindet
sich an einer Stelle, an der die Objektivlinse 31 ein Bild
des untersuchten Objektes erzeugt, wenn das distale Ende des Einführteils
diesem Objekt zugewandt ist. Das Anregungslicht-Sperrfilter 32 ist
in dem Strahlengang zwischen Objektivlinse 31 und CCD 33 angeordnet
und blockiert das das lebende Gewebe zur Autofluoreszenz veranlassende
Anregungslicht (ultraviolettes Licht), während es sichtbares Licht durchlässt.
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Die
externe Einheit 40 enthält
eine Weißlichtquelle 41 und
eine Anregungslichtquelle 42. In der Weißlichtquelle 41 befinden
sich eine Xenonlampe 41a zum Aussenden von Weißlicht und
ein Reflektor 41b. Die Innenfläche des Reflektors 41b,
d.h. dessen Reflexionsfläche
ist als Rotationsparaboloid ausgebildet. Die Xenonlampe 41a befindet
sich im Brennpunkt des Rotationsparaboloids des Reflektors 41b. Das
von der Xenonlampe 41a ausgesendete Licht wird durch Reflexion
an dem Reflektor 41b kollimiert, d.h. parallel gerichtet.
Die Anregungslichtquelle 42 enthält eine UV-Lampe 42a zum
Aussenden von ultraviolettem Licht enthaltendem Licht und einen
Reflektor 42b. Die Innenfläche dieses Reflektors 42b, d.h.
dessen Reflexionsfläche
ist als Rotationsparaboloid ausgebildet. Die UV-Lampe 42a befindet sich im Brennpunkt
des Rotationsparaboloids des Reflektors 42b. Das von der
UV-Lampe 42a ausgesendete Licht wird durch Reflexion an
dem Reflektor 42b kollimiert, d.h. parallel gerichtet.
Die beiden Reflektoren 41b, 42b haben gleiche
Größe. Dadurch
ist der Strahldurchmesser des von der Weißlichtquelle 41 ausgesendeten
Weißlichtes
gleich dem Strahldurchmesser des von der Anregungslichtquelle 42 ausgesendeten Anregungslichtes.
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In
dem Strahlengang des von der Weißlichtquelle 41 ausgesendeten
kollimierten Lichtstrahls sind ein Infrarot-Sperrfilter 43,
ein erstes Blendenelement 45 und ein dichroitischer Spiegel 44 in
dieser Reihenfolge angeordnet. Das Infrarot-Sperrfilter 43 blockiert
im Infrarotspektrum liegende Wellenlängenkomponenten des von der
Weißlichtquelle 41 ausgesendeten
Weißlichtes,
während
es im sichtbaren Spektrum liegende Wellenlängenkomponenten durchlässt. Das
erste Blendenelement 45 ist an einen ersten Antriebsmechanismus 45m gekoppelt,
der das erste Blendenelement 45 so antreibt, dass das durch
das Infrarot-Sperrfilter 43 tretende Weißlicht intermittierend
blockiert oder durchgelassen wird. Der dichroitische Spiegel 44 lässt im sichtbaren
Spektrum des auf ihn treffenden Lichtes liegende Wellenlängenkomponenten
durch, während
er die im Ultraviolettspektrum liegenden Wellenlängenkomponenten reflektiert.
Das im sichtbaren Spektrum liegende Weißlicht, das durch das erste
Blendenelement 45 getreten ist, tritt so durch den dichroitischen
Spiegel 44.
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Die
Anregungslichtquelle 42 ist so angeordnet, dass das von
ihr abgestrahlte Licht den Strahlengang des durch den dichroitischen
Spiegel 44 gehenden Weißlichtes an der Reflexionsfläche des
dichroitischen Spiegels 44 senkrecht kreuzt. In dem Strahlengang
zwischen der Anregungslichtquelle 42 und dem dichroitischen
Spiegel 44 sind eine Einstelloptik 50, ein Anregungslichtfilter 46 und
ein zweites Blendenelement 47 in dieser Reihenfolge angeordnet. Die
Einstelloptik, die zum Einstellen des Strahldurchmessers des Anregungslichtes
dient, besteht aus einer positiven ersten Linse 49, die
der Anregungslichtquelle 42 unmittelbar nachgeordnet ist
und als konvergente Optik fungiert, und einer negativen zweiten Linse 48,
die der ersten Linse 49 koaxial unmittelbar nachgeordnet
ist und als divergente Optik fungiert. Die zweite Linse 48 ist
derart an einem Schiebemechanismus 43 gehalten, dass sie
in Richtung der optischen Achse verschiebbar ist. Die Standardposition der
zweiten Linse 48 ist derart eingestellt, dass der vordere
Brennpunkt der zweiten Linse 48 mit dem hinteren Brennpunkt
der ersten Linse 49 zusammenfällt, so dass die zweite Linse 48 zusammen
mit der ersten Linse 49 eine afokale Optik bilden. Der
von der Anregungslichtquelle 42 ausgesendete kollimierte Lichtstrahl
wird von der ersten Linse 49 gebündelt. Der von der ersten Linse 49 gebündelte Lichtstrahl gelangt
in die zweite Linse 48 und wird durch diese in einen kollimierten
Lichtstrahl umgesetzt. Der Durchmesser des von der zweiten Linse 48 ausgesendeten kollimierten
Lichtstrahls ist deshalb kleiner als der Durchmesser des von der
Anregungslichtquelle 42 ausgesendeten Lichtstrahls. Das
Anregungslichtfilter 46 lässt in dem von der Anregungslichtquelle 42 abgestrahlten
Licht nur Wellenlängenkomponenten durch,
die in einem als Anregungslicht genutzten Wellenlängenbereich
liegen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das Anregungslicht ultraviolettes Licht, welches lebendes Gewebe
zur Autofluoreszenz anregt. Das zweite Blendenelement 47 ist
an einen zweiten Antriebsmechanismus 47m gekoppelt. Der
zweite Antriebsmechanismus 47m treibt das zweite Blendenelement 47 so
an, dass das durch das Anregungslichtfilter 46 getretene
Anregungslicht intermittierend blockiert oder durchgelassen wird.
Das durch das zweite Element 47 getretene Anregungslicht
wird an dem dichroitischen Spiegel 44 reflektiert. Der
Strahlengang des an dem dichroitischen Spiegel 44 reflektierten
Anregungslichtes liegt auf einer Achse, die dem Strahlengang des
durch den dichroitischen Spiegel 44 tretenden Weißlichtes
gemein ist. Die Blendenelemente 45, 47, die Antriebsmechanismen 45m, 47m und
der dichroitische Spiegel 44 bilden den Umschaltmechanismus.
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In
dem Strahlengang hinter dem dichroitischen Spiegel 44 sind
ein Rad 54 und eine Kondensorlinse 55 in dieser
Reihenfolge angeordnet. Das Rad 54 ist eine Scheibe, längs deren
Umfang vier Ausnehmungen ausgebildet sind. In diesen Ausnehmungen
sind ein nur blaues Licht (B) durchlassendes Blau-Filter, ein nur
grünes
Licht (G) durchlassendes Grün-Filter,
ein nur rotes Licht (R) durchlassendes Rot-Filter und ein das Anregungslicht
durchlassendes transparentes Element untergebracht. Das Rad 54 ist
an einen Motor 54m gekoppelt, der das Rad 54 so
dreht, dass das Blau-Filter, das Grün-Filter, das Rot-Filter und
das transparente Element wiederholt und nacheinander in den Strahlengang
eingeführt werden.
In der Zeit, in der eines der Filter des Rades 54 in den
Strahlengang eingeführt
ist, lässt
das erste Blendenelement 45 das Weißlicht durchtreten, während das
zweite Blendenelement 47 das Anregungslicht blockiert.
So gelangt nur das Weißlicht
zu dem dichroitischen Spiegel 44. Das Weißlicht wird
nacheinander durch das Blau-Filter
in blaues Licht, durch das Grün-Filter
in grünes
Licht und durch das Rot- Filter
in rotes Licht gewandelt und läuft
dann zu der Kondensorlinse 55 weiter. In der Zeit, in der
das transparente Element des Rades 54 in den Strahlengang
eingeführt
ist, blockiert das erste Blendenelement 45 das Weißlicht,
während
das zweite Blendenelement 47 das Anregungslicht durchlässt. So
gelangt nur das Anregungslicht zu dem dichroitischen Spiegel 44,
um daran reflektiert zu werden. Das Anregungslicht tritt dann durch
das transparente Element des Rades 54 und läuft anschließend zu
der Kondensorlinse 55 weiter. Die Kondensorlinse 55 bündelt das
Licht auf die proximate Endfläche
des Lichtleiters 34. So gelangen wiederholt das blaue Licht,
das grüne
Licht, das rote Licht und das Anregungslicht in derselben Reihenfolge
in den Lichtleiter 34. Das eintretende Licht wird durch
den Lichtleiter 34 geführt
und vom distalen Ende des Videoendoskops auf das Objekt abgestrahlt.
So wird das Objekt wiederholt mit dem blauen Licht, dem grünen Licht, dem
roten Licht und dem Anregungslicht in derselben Reihenfolge bestrahlt.
Das sichtbare Licht, d.h. das blaue, das grüne und das rote Licht, das
durch den dichroitischen Spiegel 44 getreten ist, wird
durch die Kondensorlinse 55 so gebündelt, dass der maximale Eintrittswinkel α° des sichtbaren
Lichtes bezüglich des
Lichtleiters 34 gleich oder kleiner als der Öffnungswinkel
des Lichtleiters 34 für
das rote Licht wird, und tritt dann in den Lichtleiter 34 ein.
Da der Strahldurchmesser des an dem dichroitischen Spiegel 44 reflektierten
Anregungslichtes kleiner als der des sichtbaren Lichtes ist, wird
dagegen das Anregungslicht derart gebündelt, dass sein maximaler Eintrittswinkel β° kleiner
als der Winkel α° wird, und gelangt
dann in den Lichtleiter 34. Das durch den Lichtleiter 34 geführte rote
Licht wird von dessen distaler Endfläche unter dem Divergenzwinkel γ° als divergenter
Lichtstrahl ausgesendet. Dagegen wird das durch den Lichtleiter 34 geführte Anregungslicht von
dessen distaler Endfläche
unter dem Divergenzwinkel γ° als divergenter
Strahl ausgesendet.
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Stimmen
der mit sichtbarem Licht (rotem Licht) bestrahlte Bereich des Objektes
und der mit Anregungslicht bestrahlte Bereich infolge geometrischer
Fehler nicht miteinander überein,
so wird von dem Hersteller oder Bedienperson erwartet, dass er die
Position der zweiten Linse 48 in Richtung der optischen
Achse durch Steuerung des Schiebemechanismus 53 über einen
Steuerteil 51 so einstellt, wie dies in dem ersten Ausführungsbeispiel
der Fall ist. Durch diese Einstellung nimmt der maximale Eintrittswinkel β° des Anregungslichtes
bezüglich
des Lichtleiters 34 für
den Fall, dass die zweite Linse 48 zur ersten Linse 49 hin
versetzt ist, zu, oder für
den Fall, dass die zweite Linse 48 von der ersten Linse 49 weg
versetzt ist, ab, so dass der Divergenzwinkel des von dem Lichtleiter 34 abgestrahlten
Anregungslichtes in Übereinstimmung
mit dem Divergenzwinkel des sichtbaren Lichtes (rotes Licht) gebracht
wird. Wenn das Videoendoskop 30 von der externen Einheit 40 abgenommen
und durch ein anderes Videoendoskop ersetzt wird, so kann der Hersteller
oder die Bedienperson den Divergenzwinkel des von dem Lichtleiter 34 abgestrahlten
Anregungslichtes in Übereinstimmung
mit dem Divergenzwinkel des sichtbaren Lichtes (rotes Licht) bringen,
indem er die Position der zweiten Linse 48 entsprechend
den Eigenschaften des neu angebrachten Videoendoskops einstellt.
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Wenn
der Lichtleiter 34 blaues, grünes oder rotes Licht auf das
Objekt abstrahlt, erzeugt die Objektivlinse 31 des Videoendoskops 30 aus
dem blauen, dem grünen
oder dem roten Licht jeweils ein Objektbild in der Bildebene der
CCD 33 oder in deren Nähe.
Diese Bilder wandelt die CCD 33 in die Bildsignale um.
So wird das aus dem blauen Licht erzeugte Objektbild in das B-Bildsignal,
das aus dem grünen Licht
erzeugte Objektbild in das G-Bildsignal und das aus dem roten Licht
erzeugte Objektbild in das R-Bildsignal gewandelt. Strahlt dagegen
der Lichtleiter 34 das Anregungslicht auf das Objekt ab,
so sendet letzteres Autofluoreszenzstrahlung, d.h. Licht im Grünbereich
des sichtbaren Spektrums aus. So gelangen sowohl die von dem Objekt
ausgesendete Autofluoreszenzstrahlung als auch das an der Objektfläche reflektierte
Anregungslicht in die Objektivlinse 31. Das Anregungslicht-Sperrfilter 32 blockiert
dann im Bereich des Anregungslichtes liegende Wellenlängenkomponenten
des von der Objektivlinse ausgesendeten konvergenten Strahls, während es
die Autofluoreszenzstrahlung durchlässt. Die Autofluoreszenzstrahlung,
die durch das Anregungslicht-Sperrfilter 32 getreten ist,
erzeugt ein Objektbild in der Bildebene der CCD 33 oder
in deren Nähe.
Die CCD 33 wandelt das aus der Autofluoreszenzstrahlung
erzeugte Objektbild in ein Bildsignal (F-Bildsignal).
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Die
externe Einheit 40 enthält
einen Prozessor, der einen Steuerteil 51 und einen Bildverarbeitungsteil 25 enthält, die
miteinander verbunden sind. Der Steuerteil 51 ist mit den
Antriebsmechanismen 45m, 47m, dem Schiebemechanismus 53 und
dem Motor 54m verbunden. Der Steuerteil 51 stellt,
indem er den Schiebemechanismus 53 steuert, den Strahldurchmesser
des Anregungslichtes mit der Einstelloptik 50 so ein, dass
der mit sichtbarem Licht bestrahlte Bereich des Objektes und der
mit Anregungslicht bestrahlte Bereich in Übereinstimmung miteinander
gebracht werden, schaltet durch Steuern der Antriebsmechanismen 45m, 47m zwischen
dem sichtbaren Licht und dem Anregungslicht um, so dass jeweils
eines dieser Lichter zu dem Rad 54 gelangt, und dreht durch
Steuern des Motors 54m das Rad 4 mit konstanter
Geschwindigkeit synchron zu den beiden Blendenelementen 45, 47.
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Der
Bildverarbeitungsteil 52 ist mit der CCD 33 verbunden
und verarbeitet das von dieser empfangene Bildsignal. 12 zeigt
den Aufbau des Bildverarbeitungsteils 52 in einem Blockdiagramm. Wie
in 12 gezeigt, hat der Bildverarbeitungsteil 52 einen
Verstärker 56,
einen A/D-Wandler 57, einen Normalbildspeicher 58 und
einen Fluoreszenzbildspeicher 59. Der Verstärker 56 verstärkt das
B-Bildsignal, das G-Bildsignal und das R-Bildsignal, die ihm von
der CCD 33 geliefert werden, mit einem vorbestimmten Normalverstärkungsfaktor.
Die verstärkten Signale
werden von dem A/D-Wandler 57 einer Analog/Digital-Wandlung
unterzogen und in dem Normalbildspeicher 58 als synthetisierte
Normalbilddaten gespeichert, die Farbbilddaten bestehend aus einer vorbestimmten
Anzahl von Pixeln darstellen. Dagegen verstärkt der Verstärker 56 das
ihm von der CCD 33 gelieferte F-Bildsignal mit einem vorbestimmten Fluoreszenzverstärkungsfaktor.
Dieses verstärkte
Signal wird von dem A/D-Wandler 57 einer Analog/Digital-Wandlung
unterzogen und in dem Fluoreszenzspeicher 59 als Fluoreszenzbilddaten
gespeichert. Da das F-Bildsignal schwächer als die anderen Bildsignale
ist, ist der Fluoreszenzverstärkungsfaktor größer als
der Normalverstärkungsfaktor.
Die Fluoreszenzbilddaten werden in dem Fluoreszenzbildspeicher 59 als
Monochrombilddaten bestehend aus einer vorbestimmten Anzahl von
Pixeln gespeichert.
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Der
Bildverarbeitungsteil 52 enthält weiterhin einen Bildvergleicher 60,
eine Bildmischschaltung 61, einen D/A-Wandler 62 und
einen Codierer 63. Der Bildvergleicher 60 ist
an den Normalbildspeicher 58 und den Fluoreszenzbildspeicher 59 angeschlossen. Der
Bildvergleicher 60 extrahiert aus den in dem Normalbildspeicher 58 gehaltenen
Normalbilddaten einen dem R-Bildsignal entsprechenden Teil als Referenzbilddaten.
Diese Referenzbilddaten sind Monochrombilddaten, die aus einer vorbestimmten
Anzahl von Pixeln bestehen. Der Bildvergleicher 60 liest
die Fluoreszenzbilddaten aus dem Fluoreszenzbildspeicher 59 aus
und erzeugt spezifische Bilddaten, indem er die Referenzbilddaten
von Fluoreszenzbilddaten subtrahiert. Diese spezifischen Bilddaten
enthalten ausschließlich
Information über
die Teile des Objektes, die möglicherweise
abnormal sind, d.h. über
Teile mit schwacher Autofluoreszenz. Die Bildmischschaltung 61 ist
mit dem Normalbildspeicher 58 und dem Bildvergleicher 60 verbunden.
Die Bildmischschaltung 61 liest die Normalbilddaten aus
dem Normalbildspeicher 58 aus und empfängt die in dem Bildvergleicher 60 erzeugten
spezifischen Bilddaten. Die Bildmischschaltung 61 erzeugt
Diagnosebilddaten, indem sie die spezifischen Bilddaten, die auf
eine vorbestimmte Farbe, z.B. Blau bezogen sind, den Normalbilddaten überlagert
und anschließend
ausgibt. Der D/A-Wandler 62 ist an die Bildmischschaltung 61 angeschlossen.
Der D/A-Wandler 62 unterzieht die von der Bildmischschaltung 61 empfangenen
Diagnosebilddaten einer Digital/Analog-Wandlung und gibt ein Diagnosebildsignal
aus. Der Codierer 63 ist mit dem D/A-Wandler 62 verbunden
und zudem an eine Anzeigevorrichtung 64, z.B. einen Fernsehmonitor,
einen Personalcomputer oder dergleichen angeschlossen. Der Codierer 63 empfängt das von
dem D/A-Wandler 62 ausgegebene Diagnosebildsignal, fügt diesem
zur Bilddarstellung auf einem Bildschirm der Anzeigevorrichtung 64 bestimmte
Signale wie ein Synchronisationssignal etc. hinzu und gibt es aus.
Die Anzeigevorrichtung 64 stellt das Diagnosebild entsprechend
den von dem Codierer 63 empfangenen Signalen als bewegtes
Bild dar. Das auf den Normalbilddaten beruhende Normalbild kann auch
als bewegtes Bild neben dem Diagnosebild auf demselben Bildschirm
dargestellt werden.
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13 zeigt
schematisch das Normalbild, das auf Grundlage der in dem Normalbildspeicher 58 gespeicherten
Normalbilddaten darzustellen ist. 14 zeigt schematisch
das Fluoreszenzbild, das auf Grundlage der in dem Fluoreszenzbildspeicher 59 gespeicherten
Fluoreszenzbilddaten darzustellen ist. In dem Normalbild und dem
Fluoreszenzbild wird das mit Ta bezeichnete Lumen in einer sehr
dunklen Farbe dargestellt, da dort keine Substanz vorhanden ist,
die Licht reflektiert oder Fluoreszenzstrahlung aussendet. Dagegen
wird die Röhrenwand
Tb in einer hellen Farbe dargestellt. In dem Fluoreszenzbild nach 14 wird
zudem erkranktes Gewebe Tc der Röhrenwand
Tb dargestellt, in dem die Autofluoreszenzstrahlung schwach ist.
Die aus den Normalbilddaten gewonnenen Referenzbilddaten bestehen
aus den in den Normalbilddaten vorhandenen R-Bildsignalkomponenten. Deshalb zeigt 13 schematisch das
Referenzbild, das auf Grundlage der Referenzbilddaten darzustellen
ist. Tatsächlich
sind jedoch die Normalbilddaten Farbbilddaten, während die Referenzbilddaten
Monochrombilddaten sind. 15 zeigt
schematisch ein spezifisches Bild, das auf Grundlage der von dem
Bildvergleicher 60 ausgegebenen spezifischen Bilddaten
darzustellen ist. Das spezifische Bild nach 15 erhält man durch
Subtrahieren des in 13 gezeigten Referenzbildes von
dem in 14 gezeigten Fluoreszenzbild.
Wie in 15 gezeigt, enthält da spezifische
Bild lediglich das erkrankte Gewebe Tc, nicht jedoch die gesunden Bereiche
der Röhrenwand
Tb und des Lumens Ta. 16 zeigt schematisch das Diagnosebild,
das auf Grundlage der von der Bildmischschaltung 61 ausgegebenen
Diagnosebilddaten darzustellen ist. Das Diagnosebild nach 16 erhält man,
indem das spezifische Bild nach 15 dem
Normalbild nach 13 überlagert wird. In diesem Diagnosebild
ist das erkrankte Gewebe Tc in einer spezifischen Farbe eingefärbt, z.B.
Blau. Die Bedienperson kann deshalb die Position und die Form des
erkrankten Gewebes richtig erfassen, indem sie das auf dem Bildschirm
der Anzeigevorrichtung 64 dargestellte Diagnosebild betrachtet.
Wie oben erläutert,
werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
des Videoendoskopsystems der Durchmesser des von der Weißlichtquelle 41 ausgesendeten
Strahls und der Durchmesser des von der Anregungslichtquelle 42 ausgesendeten
Strahls so eingestellt, dass der Divergenzwinkel des roten Lichtes
und der Divergenzwinkel des Anregungslichtes miteinander übereinstimmen, wenn
sich die zweite Linse 48 in der Referenzposition befindet,
wobei sowohl das rote Licht als auch das Anregungslicht von dem
Lichtleiter 34 ausgesendet wird. Selbst wenn sich der Divergenzwinkel
des roten Lichtes und der des Anregungslichtes aufgrund geometrischer
Fehler, eines Austausches des Videoendoskops oder anderer Fehlerquellen
voneinander unterscheiden, obgleich sich die zweite Linse 48 in
der Referenzposition befindet, können
die beiden genannten Divergenzwinkel in Übereinstimmung miteinander
gebracht werden, indem die Position der zweiten Linse 48 geändert und
damit der Durchmesser des von der Anregungslichtquelle 42 abgestrahlten
Strahls eingestellt wird. Durch diese Einstellung entsprechen der
mit dem roten Licht beleuchtete Bereich des Objektes und der mit
dem Anregungslicht bestrahlte Bereich einander. Unter diesen Bestrahlungsbedingungen
stellen das auf dem R-Bildsignal beruhende Referenzbild und das
auf dem F-Bildsignal beruhende Fluoreszenzbild denselben Bereich des
Objektes dar. Die spezifischen Bilddaten enthalten somit keine Rauschanteile,
die durch eine Abweichung zwischen dem beleuchteten Bereich und
dem bestrahlten Bereich verursacht werden. Auf diese Weise erhält man ein
korrektes Diagnosebild.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
kann an Stelle des Deckglases 35 eine Zerstreuungslinse 65 eingesetzt
werden, wie 17 zeigt. Die Zerstreuungslinse 65 ist
eine negative Linse, die an dem distalen Ende des Einführteils
des Videoendoskops 1 angebracht ist. Die distale Endfläche des
Lichtleiters 34 ist der Zerstreuungslinse 65 zugewandt.
Ein von der distalen Endfläche
des Lichtleiters 34 ausgesendeter divergenter Strahl wird
durch die Zerstreuungslinse 65 noch weiter divergiert,
d.h. zerstreut und bestrahlt das Objekt. Unter der Annahme, dass
der maximale Eintrittswinkel des Anregungslichtes (UV) und der maximale
Eintrittswinkel des roten Lichtes (R) bezüglich der proximalen Endfläche des
Lichtleiters 34 einander entsprechen, ist der Divergenzwinkel
des von der distalen Endfläche
des Lichtleiters 34 ausgesendeten Anregungslichtes (UV)
größer als
der des roten Lichtes (R). Besteht die Zerstreuungslinse 65 aus
einer einzigen negativen Linse, so tritt zudem eine Abweichung der
Divergenzwinkel infolge der chromatischen Aberration des Abbildungsmaßstabes der
Zerstreuungslinse 65 auf. Da das Anregungslicht (UV) eine
kürzere
Wellenlänge
hat als das rote Licht (R), wird das Anregungslicht durch die Zerstreuungslinse 65 mit
stärkerer
Brechkraft divergiert, d.h. zerstreut als das rote Licht. Der Hersteller
hat deshalb den Strahldurchmesser des auf die Kondensorlinse 55 treffenden
Anregungslichtes so einzustellen, dass er kleiner ist als der Strahldurchmesser
des oben erläuterten,
in 11 gezeigten Aufbaus. Durch eine solche Einstellung
wird der maximale Eintrittswinkel des Anregungslichtes bezüglich der
proximalen Endfläche
des Lichtleiters 34 weiter verengt, wodurch der durch die
Zerstreuungslinse 65 mit dem Anregungslicht bestrahlte
Bereich und der mit dem roten Licht beleuchtete Bereich miteinander
in Übereinstimmung gebracht
werden.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
kann eine zweite Kondensorlinse 66 am proximalen Ende des
in der Figur nicht gezeigten flexiblen Lichtleitrohrs des Videoendoskops 30 angebracht
werden. Für
den Fall, dass diese zweite Kondensorlinse 66, wie in 18 gezeigt,
eine einzelne positive Linse ist, muss die chromatische Aberration
des Abbildungsmaßstabs
für die
zweite Kondensorlinse 66 berücksichtigt werden. Da das Anregungslicht
eine kürzere
Wellenlänge
als das rote Licht hat, wird ersteres durch die zweite Kondensorlinse 66 mit
einer stärkeren
Brechkraft gebündelt
als das rote Licht. Unter der Annahme, dass das Anregungslicht und
das rote Licht unter demselben Eintrittswinkel in die zweite Kondensorlinse 66 eintreten,
wird dann der Eintrittswinkel des Anregungslichtes bezüglich der
proximalen Endfläche
des Lichtleiters 34 größer als
der Eintrittswinkel des roten Lichtes. Der Hersteller muss deshalb
den Strahldurchmesser des auf die Kondensorlinse 55 treffenden
Anregungslichtes durch Steuern des Verstellmechanismus 53 über den
Steuerteil 51 so einstellen, dass dieser gegenüber dem
Strahldurchmesser des roten Lichtes weiter verkleinert wird. Mit
einer solchen Einstellung werden der durch die Zerstreuungslinse 65 mit
dem Anregungslicht bestrahlte Bereich und der mit dem roten Licht
beleuchtete Bereich miteinander in Übereinstimmung gebracht.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
kann die zweite Linse 48 der Einstelloptik 50 als
negative Linsengruppe ausgebildet sein, die aus mehreren Linsen
besteht. Ist die Einstelloptik 50 derart aufgebaut und
der Verstellmechanismus 53 so ausgebildet, dass die gesamte
negative Linsengruppe zur ersten Linsengruppe 49 bewegbar
ist, während
die Relativabstände
zwischen den in der negativen Linsengruppe vorgesehenen Linsen synchron
mit der Bewegung der gesamten Linsengruppe variieren, so kann der
durch die Einstelloptik 50 ausgesendete Strahl so eingestellt
werden, dass er seinen Strahldurchmesser als kollimierter Strahl ändert.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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19 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel des
Videoendoskopsystems an Hand eines Blockdiagramms. Das Videoendoskopsystem
des dritten Ausführungsbeispiels
unterscheidet sich von dem des zweiten Ausführungsbeispiels lediglich dadurch, dass
die Größe einer
Anregungslichtquelle 67 verschieden von der Größe der Anregungslichtquelle 42 ist
und dass die Einstelloptik 50 weggelassen wurde. Die anderen
Komponenten sind gleich denen des zweiten Ausführungsbeispiels. Die Anregungslichtquelle 67 hat
eine UV-Lampe 67a, die ultraviolettes Licht enthaltendes
Licht erzeugt, und einen Reflektor 67b. Die Innenfläche des
Reflektors 67b ist als Rotationsparaboloid ausgebildet,
dessen Durchmesser kleiner als der des Reflektors 41b der
Weißlichtquelle 41 ist.
Die UV-Lampe 67a befindet sich innerhalb des Reflektors 67b im
Brennpunkt des Rotationsparaboloids. Das von der UV-Lampe 67a erzeugte
Licht wird von der Anregungslichtquelle 67 durch Reflexion
an dem Reflektor 67b als kollimierter, d.h. paralleler Lichtstrahl
ausgesendet. Der Durchmesser des von der Anregungslichtquelle 31 ausgesendeten
kollimierten Lichtstrahls ist deshalb von vornherein kleiner als
der Durchmesser des von der Weißlichtquelle 41 ausgesendeten
kollimierten Lichtstrahls. Das Anregungslichtfilter 46 lässt nur
Wellenlängenkomponenten
des Anregungslichtes durch, die in dem von der Anregungslichtquelle 67 ausgesendeten
kollimierten Lichtstrahl enthalten sind. Das von dem Anregungslichtfilter 46 ausgesendete
Anregungslicht wird an dem dichroitischen Spiegel 44 reflektiert
und läuft
weiter zu dem Rad 54, wann immer es durch das zweite Blendenelement 47 getreten
ist. Das Anregungslicht tritt durch eine transparente Komponente des
Rades 54 und läuft
dann weiter zur Kondensorlinse 55. Der Strahldurchmesser
des auf die Kondensorlinse 55 treffenden Anregungslichtes
ist kleiner als der des sichtbaren Lichtes, d.h. des roten, des
grünen
und des blauen Lichtes. Deshalb wird der maximale Eintrittswinkel β des Anregungslichtes
bezüglich
des Lichtleiters 34 kleiner als der maximale Eintrittswinkel α des roten
Lichtes. Es ist darauf hinzuweisen, dass die maximalen Eintrittswinkel α und β gleich denen
des ersten Ausführungsbeispiels
sind, wenn die zweite Linse 26 der Einstelloptik 29 in
der Standardposition angeordnet ist. Der Divergenzwinkel γ des von
dem Lichtleiter 34 ausgesendeten roten Lichtes entspricht
deshalb dem Divergenzwinkel γ des
von dem Lichtleiter 34 ausgesendeten Anregungslichtes.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Das
Videoendoskopsystem des vierten Ausführungsbeispiels unterscheidet
sich von dem des zweiten Ausführungsbeispiels
lediglich dadurch, dass es eine zum Aussenden eines konvergenten Strahls
ausgebildete Anregungslichtquelle 69 an Stelle der zum
Aussenden eines kollimierten Strahls ausgebildeten Anregungslichtquelle 67 sowie
eine als Einstelloptik dienende Strahleinstelllinse 68 an Stelle
der Einstelloptik 50 hat. Die übrigen Komponenten sind gleich
denen des zweiten Ausführungsbeispiels. 20 zeigt
die Anregungslichtquelle 69 und die Strahleinstelllinse 68.
Die Anregungslichtquelle 69 hat eine UV-Lampe 69a,
die ultraviolettes Licht enthaltendes Licht erzeugt, und einen Reflektor 69b.
Der Reflektor 69b ist ein konkaver Spiegel, dessen als
Reflexionsfläche
dienende Innenfläche
als Rotationsellipsoid ausgebildet ist, genauer gesagt, als Fläche, die äquivalent
zu einem Rotationsellipsoid ist, das durch eine Ebene geteilt wird,
die seine Rotationsachse halbiert. Die UV-Lampe 69a ist
im Brennpunkt des Rotationsellipsoids innerhalb des Reflektors 69b,
d.h. dem Brennpunkt angeordnet, der sich näher am Reflektor 69b befindet.
Die Strahleinstelllinse 68 ist eine negative Linse und
bildet damit eine divergente Optik. Sie ist so angeordnet, dass ihr
hinterer Brennpunkt mit dem anderen Brennpunkt des Rotationsellipsoids
innerhalb des Reflektors 69b zusammenfällt. Ein von der UV-Lampe 60a erzeugter divergenter
Strahl wird durch Reflexion an dem Reflektor 69b in Richtung
des anderen Brennpunktes als konvergenter Strahl ausgesendet. Dieser
konvergente Strahl wird durch die Strahleinstelllinse 68 in
einen kollimierten, d.h. parallelen Lichtstrahl überführt. Es ist darauf hinzuweisen,
dass der Durchmesser des von der Strahleinstelllinse 68 ausgesendeten kollimierten
Lichtstrahls dem Durchmesser des von der Einstelloptik 50 gemäß zweitem
Ausführungsbeispiel
ausgesendeten kollimierten Lichtstrahls entspricht, wenn sich die
zweite Linse 48 in der Standardposition befindet.
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Fünftes Ausführungsbeispiel
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Das
Videoendoskopsystem des fünften
Ausführungsbeispiels
unterscheidet sich von dem des zweiten Ausführungsbeispiels lediglich dadurch, dass
es eine zum Aussenden eines divergenten Strahls ausgebildete Lichtquelle 70 an
Stelle der zum Aussenden eines kollimierten Strahls ausgebildeten Lichtquelle 67 und
eine Einstelloptik 73 an Stelle der Einstelloptik 50 enthält. Die übrigen Komponenten sind
gleich denen des zweiten Ausführungsbeispiels. 21 zeigt
die Anregungslichtquelle 70 und die Einstelloptik 73.
Die Anregungslichtquelle 70 hat eine UV-Lampe 70a, die ultraviolettes
Licht enthaltendes Licht erzeugt, und einen Reflektor 70b.
Der Reflektor 70b ist ein konkaver Spiegel, dessen als
Reflexionsfläche
dienende Innenfläche
als sphärische
Fläche ausgebildet
ist. Die UV-Lampe 70a befindet sich im Mittelpunkt der
sphärischen
Fläche
des Reflektors 70b. Die Einstelloptik 73 besteht
aus einer ersten Linse 71, die von einer positiven Linse
gebildet wird, und einer zweiten Linse 72, die eine negative
Linse ist. Die erste Linse 71 und die zweite Linse 72 sind
so angeordnet, dass ihre optischen Achsen mit dem Mittelpunkt des
Reflektors 70b zusammenfallen. Die erste Linse 71 ist
vor der zweiten Linse 72 angeordnet. Die Einstelloptik 73 ist
eine konvergente Optik mit insgesamt positiver Brechkraft. Der von
der UV-Lampe 70a erzeugte divergente Strahl wird an dem
Reflektor 70b auf die UV-Lampe 70a reflektiert.
Der reflektierte Strahl, der durch die UV-Lampe 70a getreten
ist, und dann als divergenter Strahl weiterläuft, wird durch die erste Linse 71 in
einen konvergenten Strahl umgesetzt und gelangt dann zu der zweiten
Linse 72. Die zweite Linse 72 wandelt den konvergenten
Strahl in einen kollimierten, d.h. parallelen Lichtstrahl. Es ist darauf
hinzuweisen, dass der Durchmesser des von der zweiten Linsen 72 ausgesendeten
kollimierten Lichtstrahls dem Durchmesser des von der Einstelloptik 50 des
zweiten Ausführungsbeispiels
ausgesendeten kollimierten Lichtstrahls entspricht, wenn sich die
zweite Linse 48 in der Standardposition befindet.
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Sechstes Ausführungsbeispiel
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Das
Videoendoskopsystem des sechsten Ausführungsbeispiels unterscheidet
sich von dem des zweiten Ausführungsbeispiels
lediglich dadurch, dass es eine zum Aussenden eines divergenten Strahls
ausgebildete Anregungslichtquelle 74 an Stelle der zum
Aussenden eines kollimierten Strahls ausgebildeten Anregungslichtquelle 67 und
eine als Einstelloptik dienende Strahleinstelllinse 75 an
Stelle der Einstelloptik 50 enthält. Die übrigen Komponenten sind gleich
denen des zweiten Ausführungsbeispiels. 22 zeigt
die Anregungslichtquelle 74 und die Strahleinstelllinse 75.
Die Anregungslichtquelle 74 hat eine UV-Lampe, die ultraviolettes
Licht enthaltendes Licht erzeugt, und einen Reflektor 74b.
Der Reflektor 74b ist ein konkaver Spiegel, dessen als Reflexionsfläche dienende
Innenfläche
als sphärische
Fläche
ausgebildet ist. Die UV-Lampe 74a ist im Mittelpunkt der
sphärischen
Fläche
des Reflektors 74b angeordnet. Die Strahleinstelllinse 75 ist
eine positive Linse und bildet somit eine konvergente Optik. Sie
ist so angeordnet, dass der vordere Brennpunkt mit der Position
der UV-Lampe 74a zusammenfällt. Ein von der UV-Lampe 74a erzeugter
divergenter Strahl wird an dem Reflektor 74b auf die UV-Lampe 74a reflektiert.
Der reflektierte Strahl, der durch die UV-Lampe 74a getreten ist und
als divergenter Strahl weiterläuft,
wird durch die Strahleinstelllinse 75 in einen kollimierten
Lichtstrahl umgesetzt. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Durchmesser
des von der Strahleinstelllinse 75 ausgesendeten kollimierten Lichtstrahls
dem Durchmesser des von der Einstelloptik 50 des zweiten
Ausführungsbeispiels
ausgesendeten Lichtstrahls für
den Fall entspricht, dass die zweite Linse 48 in der Standardposition
angeordnet ist.
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Das
eben erläuterte
Videoendoskopsystem nach der Erfindung bringt die mit Anregungslicht
bestrahlte Objektfläche
zur Deckung mit der mit sichtbarem Licht beleuchteten Objektfläche. Das
Fluoreszenzbildsignal und das Referenzbildsignal werden somit in
einem Zustand erfasst, in dem die beiden vorstehend genannten Objektbereiche
einander entsprechen. Auf diese Weise erhält man auf Grundlage des Fluoreszenzbildsignals
und des Referenzbildsignals ein Diagnosebild, das den Zustand des
Objektes richtig wiedergibt.