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Die Erfindung geht aus von einem 3D-Video-Endoskop.
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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.
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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.
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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. Ein derartiges 3D-Endoskop ist aus der
EP 0 680 271 B1 bekannt. Dieses 3D-Endoskop umfasst einen Schaft, an dessen distalem Ende eine rechte Objektivlinse und eine linke Objektivlinse angeordnet sind. Am proximalen Ende des Schaftes befindet sich eine Stereobetrachtungseinrichtung insbesondere in Form einer rechten Videokamera und einer linken Videokamera. Die optische Bildübertragung vom distalen zum proximalen Ende erfolgt mittels eines Bündels von Lichtleitfasern. An dem proximalen Ende des Schaftes ist vor dem rechten Eingang der Stereobetrachtungseinrichtung ein Prisma angeordnet, welches manuell auf das proximale Ende des faseroptischen Bündels zu- oder von diesem wegbewegt werden kann, sodass der Betrachter die Bildtrennung gemäß seinem eigenen Augenabstand und seiner Konvergenzfähigkeit anpassen kann.
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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.
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Die
US 2004 / 0 215 061 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Visualisierung bei der endotrachealen Intubation. Die Vorrichtung umfasst einen Schaft, der an seinem distalen Ende mit einem Bildgeber oder mit zwei Bildgebern und mit einer LED-Lichtquelle ausgestattet ist. Die beiden Bildgeber sind nebeneinander in dem Schaft angeordnet, um ein stereoskopisches Bild zu erzeugen. Bei den Bildgebern handelt es sich um CCD-, CMOS- oder very large scale integrated (VLSI) Chip-Kameras. Die Vorrichtung wird in einem Endotrachealtubus angeordnet.
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Die
US 2006 / 0 162 730 A1 offenbart ein Kehlkopfmasken-Atemwegsgerät zur Erleichterung der Lungenbeatmung bei einem Patienten. Das Gerät umfasst einen Atemwegstubus, einen Maskenabschnitt am distalen Ende des Atemwegstubus, eine Manschette am Umfang des Maskenabschnitts, welche eine Abdichtung am Umfang des Kehlkopfeinlasses des Patienten bildet, und einen oder zwei Bildgeber, die innerhalb des Maskenteils angeordnet sind. Die beiden als CCD, CMOS und NMOS ausgebildete Bildgeber sind in den Maskenabschnitt eingebettet und mit diesem vergossen. Dazwischen befindet sich eine Lichtquelle. Das Sichtfeld der Bildgeber umfasst den Kehlkopfeinlass des Patienten, um das Maskenteil exakt positionieren zu können. Die Bildgeber sind so ausgerichtet, dass sich ihre Sichtfelder überlappen und eine stereoskopische Ansicht erzeugt wird.
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Die
US 2003 / 0 060 679 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung stereoskopischer Bilder, welche aus einem linken und einem rechten Bild zusammengesetzt sind. Die Vorrichtung wird bei Endoskopen eingesetzt. Ein optischer Adapter, der an dem distalen Ende eines Schaftes des Endoskops angeordnet wird, umfasst zwei Objektivlinsen und einen als CCD ausgebildeten Bildgeber. Der Einsatz von zwei Bildgebern am distalen Ende des Endoskops ist nicht offenbart.
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Aus der
US 5 689 365 A ist ein stereoskopisches Schrägblick-Endoskop mit einem optischen Objektiv-System bekannt, welches ein vorderes optisches System mit einer einzigen optischen Achse und einem optischen Feldumwandlungssystem und ein hinteres optisches System mit einem rechten und linken Objektiv und einem rechten und linken Bildwandler umfasst. In dem vorderen optischen System ist ein Prisma angeordnet. Das vordere optische System und das hintere optische System sind derart in einem Schaft aufgenommen, dass das hintere optische System anhand eines Griffs relativ zu dem vorderen optischen System mechanisch gedreht werden kann. Durch eine Drehung des hinteren optischen Systems wird die Parallaxe der mit dem rechten Bildgeber und mit dem linken Bildgeber aufgenommenen Bilder derart eingestellt, dass auf einem Monitor anhand dieser Bilder für einen Benutzer eine dreidimensionale Abbildung dargestellt wird. Derartige Endoskope weisen aufgrund der drehbaren Anordnung des hinteren optischen Systems einen relativ großen Schaftdurchmesser auf, weshalb sie für Anwendungen in kleinen Hohlräumen ungeeignet sind.
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Die
DE 44 24 114 C1 offenbart ein 3D-Endoskop mit zwei Objektivlinsen, deren optische Achsen sich unter einem Schielwinkel α schneiden. Jeder der beiden Objektivlinsen ist ein steuerbarer optischer Schalter im weiteren Strahlengang zugeordnet. Die Schalter werden abwechselnd im gleichen Rhythmus transparent und opak gesteuert. Eine Strahlumlenkungseinrichtung im weiteren optischen Strahlengang sorgt dafür, dass die optischen Achsen der beiden Objektivlinsen auf die optische Achse einer opto-elektronischen Aufnahmekamera zusammengeführt werden. Dabei umfasst die Strahlumlenkungseinrichtung ein Spiegelprisma und ein Prisma, so dass der Strahl der einen Objektivlinse zweimal reflektiert wird und der Strahl der anderen Objektivlinse unreflektiert durch das Spiegelprisma geht. Als nachteilig erweist sich, dass ein derartiges 3D-Endoskop abwechselnd ein rechtes und ein linkes Bild erzeugt und daher bei Anwendungen, bei denen gleichzeitig rechte und linke Bilder erfasst und verarbeitet werden, nicht zum Einsatz kommen kann.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung 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.
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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.
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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.
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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.
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Ferner 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 Benutzer kann auswählen, wie die Bilder der beiden Bildgeber auf dem Monitor dargestellt werden sollen. Er kann seine Auswahl über die Eingabeeinrichtung eingeben.
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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.
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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.
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Die optischen Achsen der beiden Bildgeber sind 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.
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In dem Strahlengang einer der beiden Bildgeber ist 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.
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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.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
- 1 schematische Darstellung eines 3D-Video-Endoskops.
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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 elektrischen Signale des ersten Bildgebers 2 einer ersten Prozessing-Einheit 6 zugeführt. Über eine zweite Signalleitung 7 werden die elektrischen 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.
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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 auch eine Verknüpfung der Daten der beiden Bildgeber statt.
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Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 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
