DE102010051882A1

DE102010051882A1 - 3D-Video-Endoskop

Info

Publication number: DE102010051882A1
Application number: DE102010051882A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Blazejewski
Original assignee: BLAZEJEWSKI MEDI-TECH GmbH; Blazejewski Medi Tech GmbH
Current assignee: BLAZEJEWSKI MEDI-TECH GmbH; Blazejewski Medi Tech GmbH
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2030-11-23
Also published as: DE102010051882B4

Abstract

Es wird ein 3D-Video-Endoskop vorgeschlagen mit einem ersten Bildgeber (2) und einem zweiten Bildgeber (3), welche nebeneinander am distalen Ende (1) angeordnet sind, und welche ein optisches Signal in ein elektrisches Signal umwandeln, mit einer Auswerteeinrichtung (9), welche die elektrischen Signale eines jeden Bildgebers jeweils für sich in visualisierbare Daten umwandelt, mit einer ersten und einer zweiten Signalleitung (5, 7), welche jeweils den ersten und den zweiten Bildgeber (2, 3) mit der Auswerteeinrichtung (9) verbinden, mit einem dreidimensionale Bilder anzeigenden Monitor (12), welcher mit der Auswerteeinrichtung (9) verbunden ist, und auf welchem die zu jedem der beiden Bildgeber (2, 3) gehörenden visualisierbaren Daten als separate Bilder oder als überlappende, dreidimensionale Bilder (13, 14) angezeigt werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem 3D-Video-Endoskop.
Video-Endoskope werden sowohl im technischen als auch im medizinischen Bereich eingesetzt. Sie dienen der Untersuchung von Strukturen an der Oberfläche oder in schwer zugänglichen Hohlräumen, Kanälen oder Vertiefungen. Diese Strukturen sind häufig mit bloßem Auge nicht aufzulösen. Im medizinischen Bereich werden Video-Endoskope in der minimalinvasiven Chirurgie zu Untersuchungszwecken oder in Kombination mit chirurgischen Instrumenten für Operationen unter Sichtkontrolle eingesetzt. Ein Beleuchtungssystem kann dazu dienen, die zu untersuchende Struktur zu beleuchten. Das durch eine externe Lichtquelle erzeugte Licht wird üblicherweise über Lichtleitfasern an die zu untersuchende Struktur herangeführt. Ein Bildgebungssystem dient dazu, die Information, welche in dem von der Struktur reflektierten Licht enthalten ist, als Bild aufzunehmen. Als Kamera oder Bildsensor dient häufig ein CCD-Bildwandlerchip. Dieser wandelt die optischen Signale in elektrische Signale um, welche anschließend auf einem Bildschirm oder einem Monitor optisch sichtbar gemacht werden.
Um dem Benutzer einen möglichst anschaulichen Eindruck von dem Einsatzort des distalen Endes des Endoskops zu vermitteln, sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Hierzu können unter anderem die auf dem Bildschirm angezeigten Bilder des Endoskops unter einem bestimmten Winkel ausgerichtet werden und der Einsatzort dreidimensional auf dem Bildschirm dargestellt werden.
Bei bekannten Endoskopen zur Erzeugung von dreidimensionalen Darstellungen sind der oder die Bildgeber häufig am proximalen Ende angeordnet. Das von einer zu untersuchenden Struktur reflektierte Licht wird am distalen Ende eingekoppelt und über zwei räumlich getrennte optische Systeme mit optischen Komponenten wie Linsen und Prismen oder durch eine Faseroptik dem oder den am proximalen Ende angeordneten Bildgebern zugeführt. Die beiden dabei aufgenommenen Bilder werden durch eine Bildbearbeitungseinrichtung zu einem dreidimensionalen Bild zusammengefügt und dargestellt. Als nachteilig erweist sich, dass das distale Ende aufgrund der optischen Komponenten einen Durchmesser aufweist, der zur Untersuchung von kleinen Strukturen zu groß ist. Ferner treten durch die optischen Komponenten beim Transport des von der zu untersuchenden Struktur reflektierten Lichtes vom distalen Ende zum Bildgeber am proximalen Ende Verluste auf, so dass die Lichtquelle zur Beleuchtung der zu untersuchenden Struktur eine hohe Intensität aufweisen muss. Die dabei entstehenden hohen Temperaturen sind sowohl bei medizinischen als auch bei technischen Einsatzgebieten unerwünscht, da sie zu einer Schädigung der zu untersuchenden Struktur oder seiner Umgebung führen können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ein mit mehreren hintereinander angeordneten optischen Komponenten ausgestattetes Endoskop nicht autoklavierbar ist, da eine hierfür notwendige Erwärmung zu einer Dejustierung oder Beschädigung der optischen Komponenten führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein 3D-Video-Endoskop zur Verfügung zu stellen, das ein kleines Baumaß aufweist, bei geringen Lichtintensitäten eine gute Bildqualität liefert und das autoklavierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein 3D-Video-Endoskop gelöst. Es zeichnet sich dadurch aus, dass es mit zwei nebeneinander angeordneten Bildgebern am distalen Ende ausgestattet ist, welche ein optisches Signal in ein elektrisches Signal umwandeln. Diese elektrischen Signale werden in einer Auswerteeinrichtung in visualisierbare, das heißt auf einem Monitor als Bild darstellbare Daten umgewandet. Um zu gewährleisten, dass die Daten jedes Bildgebers jeweils für sich an die Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden, ist der erste Bildgeber über eine erste Signalleitung und der zweite Bildgeber über eine zweite Signalleitung mit der Auswerteeinrichtung verbunden. Bei beiden Signalleitungen handelt es um Leitungen zum Transport elektrischer Signale. Somit werden die aufgenommenen Bilder durch die beiden Bildgeber am distalen Ende des Endoskops in elektrische Signale umgewandelt und über separate elektrische Signalleitungen zu einer Auswerteeinrichtung transportiert. Die von der Auswerteeinrichtung aus den elektrischen Signalen erzeugten visualisierbaren Daten werden von der Auswerteeinrichtung an einen Monitor ausgegeben, auf welchem die zu jedem der beiden Bildgeber gehörenden visualisierbaren Daten als separate Bilder oder als überlappende, dreidimensionale Bilder angezeigt werden. Hierzu ist der Monitor derart ausgestattet, dass er eine dreidimensionale Darstellung erlaubt. Der Benutzer kann entscheiden, ob die durch die beiden Bildgeber aufgenommenen Bilder jeweils für sich räumlich getrennt oder überlappend auf dem Monitor angezeigt werden. Da die zu den beiden Bildgebern gehörenden Daten in der Auswerteeinrichtung getrennt voneinander vorliegen und getrennt voneinander bearbeitbar sind, ist eine separate Bearbeitung der Daten möglich. Ferner kann der Benutzer zu beiden Bildern jeweils für sich eine Skalierung, Drehung oder Verschiebung veranlassen. Damit kann der Benutzer auswählen, wie die dreidimensionale Darstellung ausgestaltet sein soll.
Da die beiden Bildgeber am distalen Ende des Endoskops angeordnet sind, und die optischen Signale in elektrische Signale umwandeln, treten bei der Übermittelung der Signale zu der Auswertungseinrichtung keine oder nur vernachlässigbare Verluste auf. Es sind daher keine hohen Lichtintensitäten einer Beleuchtungseinrichtung notwendig um eine gute Bildqualität zu gewährleisten.
Die beiden Bildgeber und die Signalleitungen sind in einem zylindrischen Hohlkörper angeordnet. Dabei kann es sich je nach Einsatz des Endoskops um ein starres Rohr oder einen flexiblen Schlauch handeln. Der Hohlkörper schützt die Komponenten vor Verunreinigung und Beschädigung. Ferner ermöglicht er das Einführen des Endoskops in einen Hohlraum, ohne hierbei eine Beschädigung oder Beeinträchtigung der Umgebung des Hohlraums zu verursachen. Dank des Hohlkörpers ist der zugehörige Abschnitt des Endoskops autoklavierbar. Da die Bildgeber und die Signalleitung keine empfindliche optische Justierung benötigen, werden diese Komponenten im Autoklaven nicht beschädigt oder zerstört.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das 3D-Video-Endoskop mit einer Eingabeeinrichtung ausgestattet, in welche die gewünschte Bearbeitung und/oder Verknüpfung der visualisierbaren Daten der beiden Bildgeber durch einen Benutzer eingebbar ist. Der Bentuzer kann auswählen, wie die Bilder der beiden Bildgeber auf dem Monitor dargestellt werden sollen. Er kann seine Auswahl über die Eingabeeinrichtung eingeben.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Bildgeber CMOS-Bauelemente als bildgebende Komponente auf. Diese haben gegenüber bekannten CCD-Bildgebern den Vorteil, dass sie kleiner sind. Aufgrund des kleineren Baumaßes der beiden Bildgeber kann der Durchmesser des zylindrischen Hohlkörpers am distalen Ende klein sein, was das Einführen des Endoskops in Hohlräume erleichtert.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in den zylindrischen Hohlkörper eine Beleuchtungseinrichtung integriert. Dabei befindet sich der Lichtaustritt der Beleuchtungseinrichtung an dem distalen Ende des zylindrischen Hohlkörpers. Die Beleuchtungseinrichtung kann eine Lichtquelle am proximalen Ende des zylindrischen Hohlkörpers aufweisen und einen Lichtleiter, der das Licht an das distale Ende transportiert.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die optischen Achsen der beiden Bildgeber parallel. Dies erleichtert den Einbau der beiden Bildgeber in den zylindrischen Hohlkörper. Darüber hinaus können die Bildgeber mit einem von 0° verschiedenen Winkel zwischen ihren optischen Achsen angeordnet sein. Eine dreidimensionale Darstellung ist in jedem Fall aufgrund der räumlichen Trennung der Bildgeber möglich.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Strahlengang einer der beiden Bildgeber ein Prisma zur Verkippung der optischen Achse angeordnet. Damit können die beiden Bildgeber auch dann mit ihren optischen Achsen parallel zueinander angeordnet sein, wenn ein von 0° verschiedener Winkel gewünscht ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zylindrische Hohlkörper mit den darin angeordneten Bildgebern und den Signalleitungen autoklavierbar. Hierzu ist der zylindrische Hohlkörper entsprechend abgedichtet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
1 schematische Darstellung eines 3D-Video-Endoskops.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein 3D-Video-Endoskop schematisch dargestellt. An dem distalen Ende 1 sind zwei Bildgeber 2, 3 nebeneinander in einem zylindrischen Hohlkörper 4 angeordnet. Über eine erste Signalleitung 5 werden die elektrische Signale des ersten Bildgebers 2 einer ersten Prozessing-Einheit 6 zugeführt. Über eine zweite Signalleitung 7 werden die elektrische Signale des zweiten Bildgebers 3 einer zweiten Prozessing-Einheit 8 zugeführt. Die beiden Prozessing-Einheiten 6, 8 sind über Schnittstellen mit einer Auswerteeinrichtung 9 verbunden. Diese Auswerteeinrichtung wandelt die elektrischen Signale, welche durch die Prozessing-Einheit aufbereitet werden, in visualisierbare Daten um. Dabei werden die Wünsche eines Benutzers, die dieser in eine in der Zeichnung nicht dargestellte Eingabeeinrichtung eingibt, berücksichtigt. Die den beiden Bildgebern zugeordneten Daten können verschoben, skaliert, gedreht oder geneigt werden. Die durch den ersten Bildgeber 2 erzeugten Daten eines Bildes sind in der Auswerteeinrichtung 9 als Datenmenge 10 dargestellt. Die durch den zweiten Bildgeber 3 erzeugten Daten eines Bildes sind in der Auswerteeinrichtung 9 als Datenmenge 11 dargestellt. Der Benutzer kann auswählen, ob die zu den Datenmengen 10 und 11 gehörenden Bilder skaliert, verschoben oder gedreht werden sollen. Dies ist in 1 durch Pfeile in der Auswerteeinrichtung 9 dargestellt. Die entsprechend der Eingabe des Benutzers bearbeiteten Daten werden in durch einen Monitor 12 visualisierbare und damit dreidimensional darstellbare Daten umgewandelt und an den Monitor 12 ausgegeben. Das durch die Datenmenge 10 des ersten Bildgebers 2 erzeugte Bild 13 und das durch die Datenmenge 11 des zweiten Bildgebers 3 erzeugte Bild 14 sind auf dem Monitor schematisch dargestellt. Die beiden Bilder 13 und 14 überlappen, so dass eine dreidimensionale Darstellung möglich ist. Die Pfeile im Überlappungsbereich der beiden Bilder 13, 14 symbolisieren, dass der Benutzer durch seine Eingabe beeinflussen kann, wie groß der Überlappungsbereich ist.
Die elektrischen Signale des ersten Bildgebers 2 werden dank der separaten Signalleitungen 5 und 7 getrennt von den Signalen des zweiten Bildgebers 3 der Auswerteeinrichtung 9 zugeführt. Erst in der Auswerteeinrichtung findet eine Kombination, Bearbeitung und sofern gewünscht aus eine Verknüpfung der Daten der beiden Bildgeber statt.
Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: distales Ende
2: erster Bildgeber
3: zweiter Bildgeber
4: zylindrischer Hohlkörper
5: erste Signalleitung
6: erste Porzessing-Einheit
7: zweite Signalleitung
8: zweite Prozessing-Einheit
9: Auswerteeinrichtung
10: Datenmenge
11: Datenmenge
12: Monitor
13: Bild
14: Bild

Claims

3D-Video-Endoskop mit einem ersten Bildgeber (2) und einem zweiten Bildgeber (3), welche nebeneinander am distalen Ende (1) angeordnet sind, und welche ein optisches Signal in ein elektrisches Signal umwandeln, mit einer Auswerteeinrichtung (9) welche die elektrischen Signale eines jeden Bildgebers jeweils für sich in visualisierbare Daten umwandelt, mit einer ersten die elektrischen Signale des ersten Bildgebers (2) transportierenden Signalleitung (5), welche den ersten Bildgeber (2) zumindest mittelbar mit der Auswerteeinrichtung (9) verbindet und mit einer zweiten die elektrischen Signale des zweiten Bildgebers (3) transportierenden Signalleitung (7), welche den zweiten Bildgeber (3) zumindest mittelbar mit der Auswerteeinrichtung (9) verbindet, mit einem dreidimensionale Bilder anzeigenden Monitor (12), welcher mit der Auswerteeinrichtung (9) verbunden ist, und auf welchem die zu jedem der beiden Bildgeber (2, 3) gehörenden visualisierbaren Daten als separate Bilder oder als überlappende, dreidimensionale Bilder (13, 14) angezeigt werden, mit einem flexiblen oder starren zylindrischen Hohlkörper (4), in welchem am distalen Ende (1) die beiden Bildgeber (2, 3) angeordnet sind, und in welchem die erste Signalleitung (5) und die zweite Signalleitung (7) zumindest abschnittsweise angeordnet sind.
3D-Video-Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Eingabeeinrichtung ausgestattet ist, in welche die gewünschte Bearbeitung und/oder Verknüpfung der visualisierbaren Daten der beiden Bildgeber (2, 3) durch einen Benutzer eingebbar ist.
3D-Video-Endoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgeber (2, 3) CMOS-Bauelemente als bildgebende Komponente aufweisen.
3D-Video-Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den zylindrischen Hohlkörper (4) eine Beleuchtungseinrichtung integriert ist, und dass der Lichtaustritt der Beleuchtungseinrichtung an dem distalen Ende (1) des zylindrischen Hohlkörpers (4) ist.
3D-Video-Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Achsen der beiden Bildgeber (2, 3) parallel sind.
3D-Video-Endoskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem der beiden Bildgeber (2, 3) ein Prisma zur Verkippung der optischen Achse angeordnet ist.
3D-Video-Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper (4) mit den darin angeordneten Bildgebern (2, 3) und den Signalleitungen (5, 7) autoklavierbar ist.