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Die
Erfindung betrifft ein Videoendoskop, mit einem eine Längsachse
aufweisenden langerstreckten Schaft und einem Handstück
am proximalen Ende des Schafts, wobei an einem distalen Ende des Schafts
ein Objektiv und proximalseitig des Objektivs ein elektronischer
Bildaufnehmer angeordnet sind, wobei der Bildaufnehmer über
eine sich längs des Schafts erstreckende elektrische Verbindung
mit einem im Bereich des Handstücks angeordneten elektrischen
Anschluss verbunden ist, und wobei der Bildaufnehmer und der Anschluss
relativ zueinander um die Längsachse des Schafts verdrehbar
sind.
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Ein
Videoendoskop ist ein Beobachtungsinstrument, das in der medizinischen
Endoskopie verwendet wird. Durch die Verwendung eines Videoendoskops
lassen sich im Rahmen der minimal-invasiven Chirurgie Körperregionen
sowohl über natürliche Körperöffnungen
als auch durch chirurgisch geschaffene künstliche Inzisionen
erreichen. Bei Endoskopen allgemein unterscheidet man zwischen solchen, deren
langerstreckter Schaft starr ist und solchen, deren langerstreckter
Schaft flexibel ist. Die vorliegende Erfindung lässt sich
sowohl bei starren Videoendoskopen als auch bei flexiblen Videoendoskopen einsetzen.
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Ein
Videoendoskop ist eine spezielle Gattung von Endoskopen, bei denen
die Bilderfassung und Bildweiterleitung anstatt über ein
Linsensystem oder ein geordnetes Glasfaserbündel über
einen elektronischen Bildaufnehmer und elektrische Leitungen realisiert
ist.
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Aufgrund
der heutigen Verfügbarkeit miniaturisierter elektronischer
Bildaufnehmer, beispielsweise in CCD- oder CMOS-Technik, ist es
möglich, den elektronischen Bildaufnehmer im distalen Ende
des Schafts anzuordnen. Die Abbildung des beobachteten Objekts auf
den Bildaufnehmer erfolgt dabei über ein distalseitig des
elektronischen Bildaufnehmers angeordnetes Objektiv. Der elektronische
Bildaufnehmer wandelt die empfangenen Photonen in elektrische Signale
um, die über eine oder mehrere elektrische Leitungen, die
sich vom Bildaufnehmer durch den Schaft hindurch bis zum Handstück
des Videoendoskops erstrecken, nach proximal zu einem elektrischen
Anschluss geleitet werden. Über den elektrischen Anschluss
wird das Videoendoskop mittels eines Kabels mit einer Bildverarbeitungseinheit
einschließlich Monitor verbunden, wobei auf dem Monitor
das vom Bildaufnehmer erfasste Bild dargestellt wird. Die elektrische
Verbindung, die sich durch den Schaft erstreckt, dient des Weiteren
auch zur Ansteuerung und zur Spannungsversorgung des distalen Bildaufnehmers.
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Bei
Videoendoskopen mit distalem elektronischem Bildaufnehmer ist die
Orientierung des Arztes hinsichtlich des auf dem Monitor dargestellten
Videobildes erschwert, wenn das Videoendoskop während der
Beobachtung eines Körperareals um seine Längsachse
gedreht wird. Wenn der Bildaufnehmer nämlich relativ zum
Schaft drehfest ist, wird der Bildaufnehmer bei einer Drehung des
Videoendoskops um seine Längsachse mitgedreht, was zwangsläufig zur
Drehung des Bildes auf dem Monitor führt.
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Dieses
Orientierungsproblem ist bei Videoendoskopen, deren Objektiv eine
Geradeausblick- oder sogenannte 0°-Optik aufweist, durch
Markierungen am Handgriff und im Monitorbild beherrschbar.
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Gravierender
stellt sich dieses Problem jedoch bei Videoendoskopen dar, deren
Objektiv eine Schrägblickoptik, beispielsweise eine 30°-,
45°- oder 90°-Optik aufweist. Bei einer Drehung
eines Videoendoskops mit Schrägblickoptik um seine Längsachse ändert
sich sowohl die Blickrichtung als auch die Orientierung des Gesichtsfeldes
in Bezug auf oben, unten, rechts und links. Selbst mit Markierungen
am Handgriff des Videoendoskops und im Monitorbild kann sich der
Arzt nicht sicher räumlich im beobachteten Körperareal
orientieren.
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Aus
diesem Grund wurden Konzepte vorgeschlagen, mit denen eine Bildaufrichtung
des Monitorbildes ermöglicht wird, so dass das Monitorbild stets
eine definierte Orientierung in Bezug auf oben, unten, rechts und
links besitzt.
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Eines
dieser Konzepte besteht darin, den Monitor selbst zu drehen. Eine
Monitordrehung ist zwar möglich, setzt aber aufwändige
elektromechanische Aufbauten voraus, die im Operationsumfeld kritisch
zu betrachten sind. Außerdem ist das übliche 4:3
bzw. 16:9 (HDTV)-Bildgrößenverhältnis
für eine mechanische oder auch eine analog-elektronische Drehung über
die Strahlablenkung, wie in
EP
7 12 289 A1 beschrieben, wenig geeignet.
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Ein
weiteres Konzept besteht darin, das auf dem Monitor dargestellte
Bild mittels Bildverarbeitung zu drehen, wie beispielsweise in
US 5,313,306 beschrieben
ist. Die Bildaufrichtung mittels digitaler Bildverarbeitung hat
jedoch den Nachteil, dass kein vollformatiges 4:3-Bild ohne Informationsverlust
gedreht werden kann. Nur der mittige Inkreis im 3:3-Quadrat kann
ohne Informationsverlust gedreht werden. Die mit Videoendoskopen
arbeitenden Ärzte sind jedoch mit formatfüllenden
Bildern, insbesondere in der Laparoskopie (Bauchraumchirurgie),
mit der entsprechenden formatfüllenden Bildinformation
vertraut und wollen auf diese nicht verzichten.
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Das
dritte Konzept zur Bildaufrichtung, von dem die vorliegende Erfindung
ausgeht, besteht darin, den elektronischen Bildaufnehmer verdrehbar auszugestalten.
Bei einer Drehung des Videoendoskops um seine Längsachse
kann der Bildaufnehmer zur Beibehaltung einer bestimmten Orientierung durch
eine Drehung relativ zum Schaft und zum schaftfesten Objektiv raumfest
gehalten werden. Der Bildaufnehmer ist dadurch von dem Objektiv
entkoppelt, was insbesondere bei einem Schrägblickobjektiv
von Vorteil ist.
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Die
Drehbarkeit des Bildaufnehmers relativ zum Schaft und damit auch
zum proximalen elektrischen Anschluss stellt jedoch andere Herausforderungen
an das Videoendoskop, insbesondere an die elektrische Verbindung
zwischen dem Bildaufnehmer und dem proximalen elektrischen Anschluss.
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Bei
einer Verdrehung des Bildaufnehmers relativ zum Schaft wird zwangsläufig
die zumindest eine elektrische Verbindung zwischen dem Bildaufnehmer
und dem elektrischen Anschluss verdreht, wenn der elektrische Anschluss
am proximalen Ende des Handstücks drehfest bezüglich
des Schafts ist.
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Bei
dem o. g. Dokument
DE
201 13 031 U1 ist die elektrische Verbindung zwischen dem
Bildaufnehmer und dem elektrischen Anschluss durch ein mehradriges
Kabel realisiert. Da bei einem Videoendoskop mit Schrägblickoptik
die Verdrehbarkeit des Bildaufnehmers im und entgegen dem Uhrzeigersinn um
180° möglich sein sollte, wird das mehradrige
Kabel entsprechend stark auf Torsion beansprucht. Nach einer gewissen
Anzahl an Lastwechseln und/oder nach mehreren Sterilisationen in
einem Autoklaven neigt das Kabel zum Brechen, wodurch die Lebensdauer
des Videoendoskops nachteilig verringert ist.
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Zur
Lösung dieses Problems wird in
DE 201 13 031 U1 vorgeschlagen,
am proximalen Ende des Kabels einen Schleifkontakt vorzusehen, so
dass das Kabel zusammen mit dem Bildaufnehmer torsionsfrei um seine
Längsachse relativ zu dem elektrischen Anschluss gedreht
werden kann. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass
sie konstruktiv sehr aufwändig ist und darüber
hinaus störanfällig ist.
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Ein
weiterer Nachteil der Ausgestaltung der elektrischen Verbindung
mittels eines mehradrigen Kabels ist der hohe Aufwand bei der Herstellung
des Videoendoskops, weil jede Ader einzeln mit dem Bildaufnehmer
kontaktiert werden muss, was sich insbesondere bei miniaturisierter
Ausgestaltung des Bildaufnehmers schwierig gestaltet.
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Aus
dem Dokument
US 6,488,631
B2 ist ein Ultraschallendoskop offenbart, bei dem die elektrische
Verbindung zwischen distal angeordneten Ultraschallwandlern und
proximalem Anschluss im Bereich einer distalen Biegestelle des Endoskops
durch eine Vielzahl von flexiblen Leiterplatten realisiert sind,
die aus einem Rohr geschnitten sind. Der elektronische Bildaufnehmer
dieses Endoskops ist dagegen mittels eines mehradrigen Kabels elektrisch
mit dem proximalen Anschluss verbunden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Videoendoskop der eingangs
genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die elektrische Verbindung
zwischen dem Bildaufnehmer und dem elektrischen Anschluss mit geringem
Aufwand und daher in kostengünstiger Weise ausgestaltet
ist, die darüber hinaus ermüdungssicher ist und
die Standzeit des Videoendoskops entsprechend erhöht ist.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Videoendoskops dadurch
gelöst, dass die elektrische Verbindung zumindest eine
in sich um ihre Längsrichtung verdrehbare flexible langerstreckte
schmale Leiterplatte aufweist, die zumindest eine Leiterbahn aufweist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Videoendoskop ist die elektrische
Verbindung zwischen dem Bildaufnehmer und dem proximalen elektrischen
Anschluss anstatt durch ein mehradriges Kabel durch zumindest eine
an einer flexiblen länglichen schmalen Leiterplatte ausgebildete
Leiterbahn realisiert. Durch die Flexibilität der zumindest
einen Leiterplatte ist gewährleistet, dass sich die Leiterplatte
bei einer Verdrehung des Bildaufnehmers relativ zum elektrischen
Anschluss in sich verdrehen bzw. verwinden kann, ohne – auch
nach einer Vielzahl von wechselseitigen Verdrehungen – zu
brechen, und ohne dass die zumindest eine Leiterbahn bricht. Die
zumindest eine Leiterbahn kann als sehr dünne Metallisierung auf
der im übrigen isolierend ausgebildeten Leiterplatte ausgebildet
werden. Diese zumindest eine Leiterbahn oder auch mehrere Leiterbahnen
können in oder nahe der bei einer Verwindung der Leiterplatte neutralen
Zone ausgebildet werden, in der sich eine Verwindung der Leiterplatte
nicht oder nahezu nicht in einer Verwindung der Leiterbahn äußert,
wodurch die Leiterbahn im wesentlichen nicht gestaucht oder gedehnt
wird.
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Die
Verwendung zumindest einer Leiterplatte als elektrische Verbindung
zwischen dem Bildaufnehmer und dem proximalen elektrischen Anschluss hat
des Weiteren den Vorteil, dass auf einer Leiterplatte eine Mehrzahl
von Leiterbahnen in Form von dünnen Metallisierungen, bspw.
Kupfer, aufgebracht werden können, die für die
Kontaktierung des Bildaufnehmers erforderlich sind, wie beispielsweise
bei CCD- oder CMOS-Chips. Die Verwendung einer Mehrzahl von Kabeln
oder eines mehradrigen Kabels entfällt somit vorteilhafterweise.
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Die
Leiterplatte hat des Weiteren den Vorteil, bei gleichzeitig hoher
Flexibilität eine hohe mechanische Stabilität
zu besitzen, ebenso eine Temperaturstabilität, die den
Bedingungen in einem Autoklaven gut Stand halten kann. Die Realisierung
der elektrischen Verbindung des Bildaufnehmers über zumindest
eine Leiterplatte ist im Vergleich zu Kabelsystemen hinsichtlich
der Gestehungskosten außerdem kostengünstig, weil
die längliche flexible Leiterplatte und auch die später
noch zu beschrei benden ggf. vorhandenen Leiterplattenteile aus einem
einzigen planaren Material hergestellt werden können.
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Auch
der Aufwand beim Zusammenbauen des erfindungsgemäßen
Videoendoskops ist durch die Verwendung zumindest einer Leiterplatte
geringer, weil nicht mehrere Adern einzeln mit dem Bildaufnehmer
kontaktiert werden müssen, sondern die Kontaktierung in
einem einzigen Vorgang bspw. mit einem Balkenlötgerät
erfolgen kann.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist die zumindest eine Leiterplatte
eine Mehrzahl an Leiterbahnen auf, die nebeneinander und höchstens
in zwei Ebenen der Leiterplatte angeordnet sind.
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Diese
Maßnahme hat den Vorteil, dass die zumindest eine Leiterplatte
bei einer höchstens zweilagigen Ausgestaltung sehr dünn
ausgebildet sein kann und die Leiterbahnen in der zentralen Zone
angeordnet werden können, in der sie durch die Biegebeanspruchung
der zumindest einen Leiterplatte weder wesentlich gedehnt noch wesentlich
gestaucht werden. Da die Leiterbahnen linienförmig auf
die Leiterplatte aufgebracht werden können, können
auf einer solchen Leiterplatte eine Mehrzahl von Leiterbahnen nebeneinander
angeordnet werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Leiterplatte eine
erste Leiterplatte, und die elektrische Verbindung weist eine zweite
in sich um ihre Längsrichtung verdrehbare flexible langerstreckte
schmale Leiterplatte auf, die zumindest eine Leiterbahn aufweist.
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Der
Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass zwei flexible
längliche Leiterplatten zusammen mehr Leiterbahnen tragen
können als eine Leiterplatte, und dabei beide Leiterplatten
im Sinne einer höheren Flexibilität schmal ausgebildet
werden können. Schmälere Leiterplatten haben wiederum
den Vorteil, dass sie sich einfacher über die Länge
im Rohr des Videoendoskops verdrehen lassen. Zwei Leiterplatten
lassen sich aufgrund ihrer schmäleren Ausgestaltung auch
einfacher in den Schaft des Videoendoskops integrieren, weil sie übereinanderliegend
angeordnet werden können. Darüber hinaus ist zu
berücksichtigen, dass elektrische Bildaufnehmer häufig zwei
Reihen von seitlichen Anschlussgins aufweisen, so dass eine elektrische
Verbindung über zwei Leiterplatten auch mechanisch besser
an die Gegebenheiten des Bildaufnehmers angepasst ist.
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In
diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn die erste und die zweite
Leiterplatte im Schaft übereinanderliegend und zueinander
beweglich angeordnet sind.
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Diese
Maßnahme hat den Vorteil, dass der Raum im Schaft des Videoendoskops
durch die übereinanderliegende Anordnung, bei der die Leiterplatten
demnach in zwei Ebenen angeordnet sind, besser genutzt werden kann.
Durch die Beweglichkeit der beiden Leiterplatten zueinander wird
die Flexibilität einer solchen Leiterplattenanordnung gegenüber einer
einzelnen Leiterplatte nicht verringert.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die zweite Leiterplatte
eine Mehrzahl an Leiterbahnen auf, die nebeneinander und in höchstens zwei
Ebenen der zweiten Leiterplatte angeordnet sind.
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Auch
hier ist wiederum von Vorteil, dass einlagige bzw. höchstens
zweilagige Leiterplatten eine optimale Flexibilität und
dennoch ausreichende Stabilität besitzen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die erste und die
zweite Leiterplatte im Bereich ihres proximalen Endes über
einen flexiblen Steg miteinander verbunden.
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Diese
Maßnahme hat den Vorteil, dass die beiden Leiterplatten über
den Steg, der dazu Leiterbahnen aufweist, miteinander elektrisch
verbunden werden können, so dass nur eine der Leiterplatten mit
dem Anschluss verbunden werden muss.
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Der
flexible Steg befindet sich vorzugsweise im Handstück des
Videoendoskops und ist dort nicht in dem Maße einer Verdrehbeanspruchung
unterworfen wie die Leiterplatten, die sich durch den Schaft hindurch
erstrecken.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung schließt sich
an die zumindest eine Leiterplatte proximalseitig zumindest ein
proximales, vorzugsweise starres, Leiterplattenteil an, das elektrische
Bauteile trägt.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass weitere elektronische Bauelemente zur Bildaufnehmersteuerung,
wie beispielsweise für die Identifikation des Bildaufnehmers,
Längenlaufzeitkompensation des Videoendoskops, Verstärkungsanpassung,
in die elektrische Verbindung integriert werden können.
Eine starre Ausgestaltung des Leiterplattenteils hat den Vorteil,
dass sie sich leichter mit den Bauteilen konfektionieren lässt.
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Dabei
ist es weiterhin bevorzugt, wenn das proximale Platinenteil mit
einem weiteren proximalen, vorzugsweise starren, Leiterplattenteil,
das elektrische Bauteile trägt, über einen flexiblen
Steg verbunden ist.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass die Anzahl an elektrischen Bauteilen, die
auf der Leiterplatte proximal angeordnet werden können,
erhöht werden kann, wobei die beiden proximalen Leiterplattenteile vorteilhafterweise über
den flexiblen Steg im Handstück elektrisch miteinander
verbunden sein können.
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In
einer vorteilhaft platzsparenden Anordnung sind die beiden proximalen
Leiterplattenteile im Handgriff übereinanderliegend angeordnet.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das zumindest eine
proximale Leiterplattenteil den elektrischen Anschluss auf.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass der elektrische Anschluss bereits bei der
Herstellung der gesamten elektrischen Verbindung aus Leiterplatte(n)
und proximalen Plattenteil(en) in diese integriert werden kann,
so dass die gesamte elektrische Verbindung als Baueinheit vorkonfektioniert
in das Handstück und den Schaft eingebaut werden kann,
was den Herstellungsaufwand des Videoendoskops reduziert.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die zumindest eine
Leiterplatte an ihrem distalen Ende ein distales, vorzugsweise starres,
Leiterplattenteil zur Kontaktierung mit dem Bildaufnehmer auf.
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Das
distale Leiterplattenteil dient als Schnittstelle zum Bildaufnehmer,
was den Vorteil einer einfach zu bewekstelligenden Kontaktierung
hat.
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Das
oder die starren Leiterplattenteile können, wie in einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen ist, einstückig
mit der flexiblen Leiterplatte aus einem planaren Trägermaterial
gefertigt sein. Damit das oder die distalen Leiterplattenteile starr
sind, können sie aus demselben Trägermaterial wie
die Leiterplatte bzw. Leiterplatten selbst gefertigt sein, das dann
im Bereich der distalen Leiterplattenteile verstärkt ist.
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Im
Fall von zwei Leiterplatten mit jeweils einem distalen starren Leiterplattenteil
können die beiden distalen Leiterplattenteile mechanisch
und elektrisch verbunden sein, beispielsweise durch zwei durchgesteckte
verlötete Drähte, um die mechanische Festigkeit
im Bereich der Kontaktierung mit dem Bildaufnehmer zu erhöhen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das distale Leiterplattenteil
dicker und/oder breiter als die sich an das distale Leiterplattenteil
anschließende Leiterplatte.
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Die
Flexibilität der elektrischen Verbindung muss im Wesentlichen
sich durch den Schaft erstreckenden Abschnitt, also im Bereich der
flexiblen Leiterplatte gewährleistet sein. Das distale
Leiterplattenteil ist dagegen vorzugsweise starr und kann daher auch
dicker und/oder breiter als der sich an das distale Leiterplattenteil
anschließen de Teil der Leiterplatte ausgebildet sein, wodurch
die zusätzliche Belegung des distalen Leiterplattenteils
mit elektrischen Bauteilen vorteilhafterweise ermöglicht
wird.
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Dabei
ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Breite des distalen Leiterplattenteils
und/oder die Breite der zumindest einen Leiterplatte in ihrem sich durch
den Schaft erstreckenden Abschnitt höchstens so groß ist
wie die Breite des Bildaufnehmers.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass sich die zumindest eine Leiterplatte mit ihrem
starren distalen Leiterplattenteil bzw. die zwei Leiterplatten mit
ihrem jeweiligen distalen starren Leiterplattenteil zur Montage
einfach von proximal nach distal durch den Schaft des Videoendoskops
schieben lassen, wonach sie mit dem Bildaufnehmer kontaktiert werden
können.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung nimmt die Flexibilität
der zumindest einen Leiterplatte von proximal nach distal bis zu
dem distalen Leiterplattenteil kontinuierlich oder in Stufen ab.
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Bei
dieser Ausgestaltung wird die zumindest eine Leiterplatte von distal
nach proximal zunehmend flexibler, was den Vorteil hat, dass die
Belastung bei der Verdrehung der zumindest einen Leiterplatte nicht
an der Übergangsstelle zu dem starren distalen Leiterplattenteil
wirkt, sondern sich über einen länglichen Bereich
nach proximal verteilt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zumindest eine
Leiterplatte einstückig aus einem planaren Trägermaterial
gefertigt.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass die Leiterplatte kostengünstig hergestellt
werden kann.
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Ebenso
bevorzugt ist es im Zusammenhang mit einer der o. g. Ausgestaltungen,
wonach zwei Leiterplatten vorgesehen sind, die über einen
flexiblen Steg miteinan der verbunden sind, wenn die erste und die
zweite Leiterplatte und der sie verbindende Steg einstückig
aus einem planaren Trägermaterial gefertigt sind.
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Ebenso
ist es bevorzugt, im Zusammenhang mit einer der o. g. Ausgestaltungen,
wonach die zumindest eine Leiterplatte ein proximales Leiterplattenteil
aufweist, wenn die zumindest eine Leiterplatte und das zumindest
eine proximale Leiterplattenteil einstückig aus einem planaren
Trägermaterial gefertigt sind.
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Im
Fall, dass wie in einer der o. a. Ausgestaltungen die zumindest
eine Leiterplatte ein distales Leiterplattenteil aufweist, ist es
bevorzugt, wenn die zumindest eine Leiterplatte und das zumindest
eine distale Leiterplattenteil einstückig aus einem planaren
Trägermaterial gefertigt sind.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das zuvor genannte
Trägermaterial ein polymerer Kunststoff, insbesondere Polyimid.
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Ein
polymerer Kunststoff, insbesondere Polyimid, hat den Vorteil einer
hohen Flexibilität bzw. In-Sich-Verdrehbarkeit, ebenso
wie guter Isolationseigenschaften und einer Gewichtsersparnis. Polyimid hat
insbesondere den Vorteil einer sehr hohen thermischen Stabilität
bei Temperaturen bis über 200°C, was für
eine Sterilisierung des Videoendoskops in einem Autoklaven sehr
vorteilhaft ist.
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Alternativ
zur insgesamt einstückigen Bauweise der zumindest einen
Leiterplatte und/oder der Leiterplattenteile ist es vorzugsweise
vorgesehen, dass die zumindest eine Leiterplatte aus einer Mehrzahl
von Leiterplattenabschnitten aufgebaut ist, die unterschiedliche
Flexibilitäten aufweisen.
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Dazu
kann die Leiterplatte abschnittsweise aus verschieden flexiblen
Trägermaterialien aufgebaut sein. Ebenso können
insbesondere das o. g. distale Leiterplattenteil und das proximale
Leiterplattenteil als starre Platten ausgebildet sein, die stabiler als
die Leiterplatte sind und sich somit besser für die Bestückung
speziell für elektrische Bauteile eignen. Insbesondere
lässt sich das zumindest eine proximale Leiterplattenteil
bei einer starren Ausgestaltung insbesondere im Handstück
leichter einbauen. Die Kontaktierung von elektrischen Bauteilen
ebenso wie die Kontaktierung des Bildaufnehmers am distalen Leiterplattenteil
sowie des elektrischen Anschlusses am proximalen Leiterplattenteil
gestalten sich über starre Leiterplattenteile einfacher.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zumindest eine
Leiterplatte in ihrem flexiblen Bereich aus mehreren, vorzugsweise
zwei Leiterplattenlagen aufgebaut.
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Während
einlagige Leiterplatten den Vorteil einer sehr hohen Flexibilität
besitzen, hat die Mehrlagigkeit der Leiterplatten, die auch abschnittsweise vorgesehen
sein kann, den Vorteil, dass komplexe Schaltungsaufbauten auf engstem
Raum realisiert werden können.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und der beigefügten Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung
verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug
auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Videoendoskops gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel, wobei Teile des Videoendoskops
weggelassen wurden, und wobei das Videoendoskop teilweise im Längsschnitt
dargestellt ist;
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1A einen
vergrößerten Ausschnitt eines Details des Videoendoskops
in 1;
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2 einen
Ausschnitt des Videoendoskops in 1 in vergrößertem
Maßstab und im Längsschnitt;
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3 eine
zu 1 vergleichbare Darstellung des Videoendoskops
in 1 in einem gegenüber 1 veränderten
Betriebszustand;
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4 eine
zu 2 vergleichbare Darstellung des Videoendoskops
in dem in 3 gezeigten Betriebszustand;
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5 eine
perspektivische Darstellung eines Videoendoskops gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel, wobei Teile des Videoendoskops
weggelassen sind und das Videoendoskop teilweise im Längsschnitt
dargestellt ist;
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6 einen
Ausschnitt des Videoendoskops in 5 im vergrößerten
Maßstab und im Längsschnitt;
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7 das
Videoendoskop in 5 in einer zu 5 vergleichbaren
Darstellung, jedoch in einem gegenüber 5 geänderten
Betriebszustand;
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8 das
Videoendoskop in 5 in einer zu 6 vergleichbaren
Darstellung in dem Betriebszustand des Videoendoskops gemäß 7; und
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9 ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Verbindung
für das Videoendoskop in 1 oder in 5.
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In 1 bis 4 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel eines mit dem allgemeinen
Bezugszeichen 10 versehenen Videoendoskops dargestellt. Ein
Detail des Videoendoskops 10 ist in 1A dargestellt.
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Das
Videoendoskop 10 wird beispielsweise im Rahmen der minimal-invasiven
Chirurgie zur Beobachtung eines Körperareals im Inneren
des Körpers verwendet.
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Das
Videoendoskop 10 weist gemäß 2 und 4 einen
langerstreckten Schaft 12 auf, der in 1 und 3 aus
Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurde.
Der Schaft 12 weist eine Längsachse 14 auf.
Am proximalen Ende des Schafts 12 weist das Videoendoskop 10 ein
Handstück 16 auf, mit dem der Schaft 12 verbunden
ist.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schaft 12 aus
mehreren ineinander geschobenen Rohren aufgebaut, und zwar einem äußeren
Rohr 18, einem darin angeordneten mittleren Rohr 20 und
einem inneren Rohr 22. Der Aufbau des Schafts 12 aus einer
Mehrzahl von Rohren, wie hier den Rohren 18, 20 und 22 ist
optional, und der Schaft 12 kann auch aus einem einzigen,
aus zwei oder mehr als drei Rohren aufgebaut sein. Das innere Rohr 22 ist
relativ zu den anderen Beiden Rohren 18, 20 um
die Längsachse 14 verdrehbar.
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Am
distalen Ende des Schafts 12 ist ein Objektiv 24 angeordnet,
das beispielhaft zwei optische Elemente 26 und 28 aufweist.
Das Objektiv 24 ist ein Schrägblickobjektiv, d.
h. eine Blickrichtung 30 des Objektivs 24 schließt
mit der Längsachse 14 des Schafts 12 einen
Winkel 32 von ≠ 0° ein, im gezeigten Ausführungsbeispiel
beträgt der Winkel 32 30°. Das Objektiv
ist drehfest mit dem mittleren und dem äußeren
Rohr 18, 20 des Schafts 12 verbunden.
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Proximalseitig
des Objektivs 24, jedoch immer noch am distalen Ende des
Schafts 12, ist weiterhin ein elektronischer Bildaufnehmer 34 angeordnet.
Der elektronische Bildaufnehmer 34 ist in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel mit dem distalen Ende des inneren Rohrs 22 fest
verbunden.
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Zwischen
dem Objektiv 24 und dem Bildaufnehmer 34 können
noch weitere optische Elemente, wie bspw. ein oder mehrere Filter,
angeordnet sein.
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Der
elektronische Bildaufnehmer 34 ist beispielsweise in Form
eines CCD- oder CMOS-Chips ausgebildet.
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Das
Objektiv 24 bildet das beobachtete Körperareal
auf den Bildaufnehmer 34 ab. Der Bildaufnehmer 34 wandelt
die empfangenen optischen Signale in elektrische Signale um.
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Der
elektronische Bildaufnehmer 34 ist über eine elektrische
Verbindung 36 mit einem elektrischen Anschluss 38,
der hier am proximalen Ende des Handstücks 16 angeordnet
ist, verbunden. Der elektrische Anschluss 38 ist als Steckbuchse
ausgebildet.
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Die
elektrische Verbindung 36 wird durch zumindest eine, in
dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 4 genau
eine flexible längliche schmale Leiterplatte 40 bewerkstelligt,
die in sich um ihre Längsrichtung, die der Richtung der
Längsachse 14 entspricht, verdrehbar ist.
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Wie
in dem vergrößerten Ausschnitt in 1A dargestellt
ist, trägt die Leiterplatte 40 eine Mehrzahl an
Leiterbahnen, hier beispielhaft vier Leiterbahnen 40a, 40b auf
einer ihrer Oberflächen, die beispielsweise als dünne
Kupferlinien ausgebildet sind. Auf der gegenüberliegenden
Seite kann die Leiterplatte 40 weitere Leiterbahnen tragen.
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An
einem distalen Ende 42 der Leiterplatte 40 schließt
sich distalseitig ein distales Leiterplattenteil 44 an,
das starr ist oder zumindest steifer als die flexible Leiterplatte 40.
Das distale Leiterplattenteil 44 dient zur Kontaktierung
mit dem elektronischen Bildaufnehmer 34. Wie aus 1 hervorgeht,
ist die Breite B der Leiterplatte 40 sowie des distalen
Leiterplattenteils 44 nicht größer als
die entsprechende Breite des Bildaufnehmers 34. Das distale
Leiterplattenteil 44 ist, wie aus 2 hervorgeht,
dicker bzw. stärker als die Leiterplatte 40, die
zur Erzielung einer hohen Flexibilität möglichst
dünn ausgebildet ist.
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Die
Leiterplatte 40 ist hier einlagig aus einem planaren Trägermaterial,
insbesondere Polyimid, aufgebaut, wobei die Leiterbahnen 40a,
bis 40b auf das Trägermaterial beispielsweise
aufgedampft sind.
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Die
Stärke oder Dicke der Leiterplatte 40 beträgt
vorzugsweise 0,02 bis 0,3 mm.
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Das
distale Leiterplattenteil 44 trägt elektrische
Bauteile, beispielsweise eine Verstärkerschaltung zur (Vor-)Verstärkung
der vom Bildaufnehmer 34 erzeugten elektrischen Videosignale.
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Die
Leiterplatte 40 erstreckt sich durch den Schaft 12 hindurch
bis in das Handstück 16, wobei sich an ein proximales
Ende 46 der Leiterplatte 40 ein proximales Leiterplattenteil 48 anschließt.
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Das
proximale Leiterplattenteil 48 trägt weitere elektrische
Bauteile 50 zur Steuerung des Bildaufnehmers 34.
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Das
proximale Leiterplattenteil 48 ist wiederum steifer als
die Leiterplatte 40 und kann insbesondere auch starr sein,
was die Aufbringung der elektrischen Bauteile 50 vereinfacht.
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Das
proximale Leiterplattenteil 48 weist proximalseitig den
elektrischen Anschluss 38 auf, der hier als Steckerkontaktierung
ausgebildet ist. Der elektrische Anschluss 38 ist mit dem
proximalen Leiterplattenteil 48 über einen flexiblen
Steg 52 verbunden.
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Die
Leiterplatte 40, das distale Leiterplattenteil 44 und
das proximale Leiterplattenteil 48 nebst dem Steg 52 können
insgesamt einstückig aus dem gleichen Trägermaterial gefertigt
sein, wobei die unterschiedlichen Flexibilitätsgrade zwischen
der Leiterplatte 40, dem distalen Leiterplattenteil 44 und dem
proximalen Leiterplattenteil 48 durch entsprechende Verstärkung
des Trägermaterials im Bereich des distalen Leiterplattenteils 44 und
des proximalen Leiterplattenteils 48 erhalten werden können.
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Die
Anordnung aus Leiterplatte 40, distalem Leiterplattenteil 44 und
proximalem Leiterplattenteil 48 kann jedoch auch als Hybridanordnung
ausgebildet sein, d. h. die distalen und proximalen Leiterplattenteile 44 und 48 können
aus einem Trägermaterial, insbesondere einem steifen Trägermaterial
gefertigt sein, während die Leiterplatte 40 aus
einem besonders flexiblen Trägermaterial, insbesondere
einem polymeren Kunststoff, insbesondere Polyimid, gefertigt sein
kann, wobei die einzelnen Plattenteile dann auf geeignete Weise,
beispielsweise durch Kleben, miteinander verbunden werden. Der Kunststoff
kann auch duroplastisch sein.
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Die
Leiterplatte 40 ist vorzugsweise einlagig, und die Leiterbahnen 40a bis 40d sind
in höchstens zwei Ebenen der Leiterplatte angeordnet, beispielsweise
auf den beiden gegenüberliegenden Breitseiten der Leiterplatte 40.
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Die
Leiterplatte 40 kann jedoch auch mehrlagig, vorzugsweise
aus zwei Leiterplattenlagen aufgebaut sein, die miteinander fest
verbunden werden. Im Sinne einer möglichst hohen Flexibilität
der Leiterplatte 40 ist jedoch darauf zu achten, dass die
Dicke bzw. Stärke der Leiterplatte 40 möglichst
gering gehalten wird.
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Es
kann auch vorgesehen sein, die Leiterplatte 40 zwischen
ihrem proximalen Ende 46 und ihrem distalen Ende 42 mit
unterschiedlichen Flexibilitätsgraden auszustatten, wobei
die Flexibilität dann vom proximalen Ende 46 zum
distalen Ende 42 hin abnimmt, d. h. im Bereich des distalen
Endes 42 ist die Leiterplatte 40 steifer als im
Bereich des proximalen Endes 46.
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Wie
aus 2 hervorgeht, ist das distale Leiterplattenteil 44 aus
zwei Leiterplattenteillagen 44a und 44b aufgebaut.
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Der
elektronische Bildaufnehmer 34 ist des Weiteren relativ
zu dem elektrischen Anschluss 38 und zu dem Objektiv 24 um
die Längsachse 14 des Schafts 12 verdrehbar.
Zur Verdrehbarkeit ist hier ein Stellglied 54 vorgesehen,
das auf das innere Rohr 22 wirkt und dieses um die Längsachse 14 des
Schafts dreht, wodurch der Bildaufnehmer 34, der mit dem
inneren Rohr 22 fest verbunden ist, ebenfalls um die Längsachse 14 gedreht
wird. Durch die Drehung des Bildaufnehmers 34 ist es möglich,
das auf dem Monitor (nicht dargestellt) dargestellte Videobild stets
in einer gewünschten Orientierung bezüglich oben,
unten, rechts und links zu halten, d. h. das Videobild in gewünschter
Weise auszurichten. Der Bildaufnehmer 34 ist dabei in beiden
Drehrichtungen (Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn) um die Längsachse 14 um
vorzugsweise 180° verdrehbar.
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Eine
Verdrehung des Bildaufnehmers 34 relativ zu dem elektrischen
Anschluss 38 bedingt nun eine Verdrehung der Leiterplatte 40 in
sich, wie in 3 und 4 dargestellt
ist.
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Diese
Verdrehung der Leiterplatte 40 wird dadurch ermöglicht,
dass die Leiterplatte 40 in sich verdrehbar flexibel ausgebildet
ist. In 3 ist der Zustand dargestellt,
in dem der Bildaufnehmer 34 gegenüber der Lage
in 1 um 180° um die Längsachse 14 verdreht
ist. Das proximale Leiterplattenteil 48 hat sich dabei
nicht oder im Wesentlichen nicht verdreht, während das
distale Leiterplattenteil 44 sich mit dem Bildaufnehmer 34 ebenfalls
um 180° verdreht hat. Die Leiterbahnen 40a bis 40d werden
aufgrund der schmalen Breite B der Leiterplatte 40 nicht oder
kaum auf Stauchung und Dehnung beansprucht, wodurch ein Bruch der
Leiterbahnen 40a bis 40d auch im Langzeitgebrauch
des Videoendoskops 10 nicht zu befürchten ist.
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Das
Videoendoskop 10 weist zwischen dem äußeren
Rohr 18 und dem mittleren Rohr 20 einen Kanal 56 auf,
in dem Lichtleitfasern für das Beleuchtungslicht verlaufen,
wobei am proximalen Ende ein Anschluss 58 für
ein nicht dargestelltes Lichtleitkabel vorgesehen ist, und wobei
das Licht am distalen Ende des Schafts 12 an einem Lichtaustritt 60 austritt.
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In 5 bis 8 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Videoendoskops 10' dargestellt, bei
dem in bezug auf das Videoendoskop 10 gleiche oder vergleichbare
Teile mit den gleichen Bezugszeichen, ergänzt durch einen',
versehen sind. Nachfolgend werden nur die Unterschiede zu dem Videoendoskop 10 beschrieben.
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Bei
dem Videoendoskop 10' ist die elektrische Verbindung 36' zwischen
dem Bildaufnehmer 34' und dem elektrischen Anschluss 38' durch
zwei Leiterplatten 40' und 41 realisiert, die
in dem Schaft 12' entlang der Längsachse 14' übereinander
liegend angeordnet sind.
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An
das distale Ende 42' bzw. 43' der Leiterplatten 40' und 41 schließt
sich wieder das distale Leiterplattenteil 44' an.
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Durch
die Verwendung von zwei Leiterplatten 40' und 41 lässt
sich ohne Verbreiterung der einzelnen Leiterplatten 40' oder 41' die
Anzahl an Leiterbahnen für die elektrische Verbindung zwischen
dem Bildaufnehmer 34' und dem Anschluss 38' erhöhen, ohne
dass die Dicke bzw. Stärke und damit die Steifigkeit der
Leiterplatten 40' und 41 erhöht wird.
Die Leiterplatte 41 ist ebenso wie die Leiterplatte 40' flexibel
und in sich um ihre Längsrichtung verdrehbar.
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Die
Leiterplatte 41 und die Leiterplatte 40' sind,
wie aus 6 hervorgeht, voneinander beabstandet
und somit zueinander beweglich, wodurch die Gesamtflexibilität
der beiden Leiterplatten 40' und 41 gegenüber
nur einer Leiterplatte nicht oder nicht wesentlich verringert ist.
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An
ihrem proximalen Ende 46' bzw. 47 sind die Leiterplatten 41 und 40' über
einen flexiblen Steg 62 miteinander verbunden, wobei der
Steg 62 außerdem eine elektrische Verbindung zwischen
den Leiterplatten 40' und 41 herstellt. Das proximale
Leiterplattenteil 48' muss somit nur mit der Leiterplatte 40' elektrisch
verbunden sein.
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Vor
dem Einbau der Leiterplatten 40' und 41 sind diese
vorzugsweise auseinandergeklappt (vgl. auch 9), so dass
sie in einer Ebene liegen. Dabei ist die Leiterplattenteillage 44'a mit
der Leiterplatte 41 und die Leiterplattenteillage 44'b des
distalen Leiterplattenteils 44' mit der Leiterplatte 40' verbunden. Zum
Einführen der Leiterplatten 40' und 41 werden diese
dann über den Steg 62 in übereinander
liegende Anordnung gebogen, wie in 6 dargestellt
ist, wobei die Leiterplattenteile 44'a und 44'b beim
Einführen gegeneinander verschoben sind, damit sie leichter
durch den Schaft (inneres Rohr 22) einschiebbar sind.
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7 zeigt
das Videoendoskop 10' in einem Zustand, in dem der Bildaufnehmer 34' um
180° aus seiner Lage in 6 verdreht
wurde. Wie aus 7 und 8 hervorgeht,
gewährleistet die übereinander liegende beabstandete
Anordnung der Leiterplatten 40' und 41, dass diese
sich relativ zueinander bewegen und jeweils in sich verdrehen können.
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Bei
der Ausgestaltung der elektrischen Verbindung 36' mittels
zwei Leiterplatten 40' und 41 können
diese zusammen mit den Leiterplattenteilen 44' und 48' und
dem Steg 62 aus demselben planaren Trägermaterial
in einstückiger Weise gefertigt sein, oder sie können
in Hybridbauweise aus unterschiedlichen Trägermaterialien
in Bezug auf die Leiterplattenteile 44' und 48',
die Leiterplatten 40', 41 ausgebildet sein.
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9 zeigt
eine weitere Abwandlung einer elektrischen Verbindung 36'',
die bei dem Videoendoskop 10 oder dem Videoendoskop 10' an
Stelle der dortigen elektrischen Verbindungen 36 und 36' verwendet
werden kann.
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Auch
hier wurden wiederum vergleichbare oder gleiche Teile wie in dem
Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 4 bzw. 5 bis 8 mit
den gleichen Bezugszeichen, ergänzt durch", versehen.
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Die
elektrische Verbindung 36'' weist hier zwei Leiterplatten 40'' und 41'' auf,
wobei die Leiterplatte 40'' an ihrem distalen Ende ein
distales Leiterplattenteil 44b'' und die Leiterplatte 41'' an
ihrem distalen Ende ein distales Leiterplattenteil 44a'' aufweist.
Insoweit entspricht die Anordnung der Ausgestaltung in 5 bis 8,
wobei die Leiterplatten 40'' und 41'' noch nebeneinander
liegend angeordnet sind. An ihrem proximalen Ende sind die Leiterplatten 40'' und 41'' über
den flexiblen Steg 62'' miteinander verbunden. Im Einbauzustand
in dem Videoendoskop 10 oder 10' wird die Leiterplatte 41'' mit
ihrem distalen Leiterplattenteil 44a'' um eine Spiegelachse 64 um
180° aus der Zeichenebene heraus auf die Leiterplatte 40'' umgeklappt,
so dass die daraus resultierende Anordnung der Anordnung der Leiterplatten 40' und 41 gemäß 5 bis 8 entspricht.
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Die
elektrische Verbindung 36'' unterscheidet sich von den
vorherigen elektrischen Verbindungen 36 und 36' dadurch,
dass das proximale Leiterplattenteil 48'' zweiteilig aufgebaut
ist, und zwar aus einem ersten Leiterplattenteil 48a'' und
einem zweiten Leiterplattenteil 48b''. Die Leiterplattenteile 48a'' und 48b'' sind über
einen flexiblen Steg 49 verbunden, der die Leiterplattenteil 48a'' und 48b'' nicht
nur mechanisch, sondern auch elektrisch miteinander verbindet.
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An
dem Leiterplattenteil 48a'' ist über den flexiblen
Steg 52'' der elektrische Anschluss 38'' vorgesehen.
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In
der Einbaulage der elektrischen Verbindung 36'' in dem
Videoendoskop 10 oder dem Videoendoskop 10' sind
die Leiterplattenteile 48a'' und 48b'' um eine
Achse 66 aufeinandergeklappt, d. h. sie liegen dann im
Handstück 16 oder 16' übereinander.
Beide Leiterplattenteile 48a'' und 48b'' tragen dabei
die elektrischen Bauteile 50a'' und 50b''.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 20113031
U1 [0002, 0015, 0016]
- - EP 712289 A1 [0010]
- - US 5313306 [0011]
- - US 6488631 B2 [0018]