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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Endoskop nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Endoskops.
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Endoskope werden heute für vielerlei Anwendungen in Medizin und Technik verwendet. Ein Endoskop umfasst typischerweise einen starren, halbstarren oder flexiblen lang erstreckten Schaft, der zur Einführung in einen Hohlraum geeignet ist. Im distalen (d.h. beobachterfernen) Endbereich des Schafts ist zur Erzeugung eines Bildes eines Objektfelds in dem Hohlraum ein Endoskopobjektiv angeordnet, das mindestens eine Linse umfasst. Das endoskopische Bild kann über im Innern des Schafts angeordnete optische oder elektronische Mittel zum proximalen (beobachternahen) Ende des Endoskops weitergeleitet werden, wo es zur Betrachtung bzw. Anzeige für einen Benutzer zur Verfügung steht. Da in der Regel in dem beobachteten Hohlraum nicht ausreichend Licht vorhanden ist, ist ferner innerhalb des Schafts ein Beleuchtungslichtleiter angeordnet, um Beleuchtungslicht an das distale Ende des Endoskops zu transportieren, wo es zur Beleuchtung des Hohlraums genutzt wird. Zur Einleitung des Beleuchtungslichts in das Endoskop ist oft in der Nähe des proximalen Endes ein Anschluss zum Anschließen eines Lichtleitkabels vorhanden, mit dem das Beleuchtungslicht von einer separaten Lichtquelle zugeführt werden kann. Ein derartiges Endoskop wird auch als „Endoskopoptik“ bezeichnet.
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Bei der Durchführung einer endoskopischen Operation, wie auch zu diagnostischen Zwecken, kann es erforderlich sein, den Druck eines Fluids in der mit dem Endoskop beobachteten Körperhöhle zu messen. So kann beispielsweise ein Insufflationsgas oder eine Spülflüssigkeit in die Körperhöhle eingeleitet werden, um einen ausreichenden Arbeitsraum für endoskopische Manipulationen zu schaffen bzw. ein Operationsgebiet zu säubern und eine ungehinderte endoskopische Sicht zu ermöglichen. Für die sichere und schonende Durchführung der Insufflation bzw. Spülung ist die Messung des dabei in der Körperhöhle herrschenden Drucks vorteilhaft. Ebenso kann bei technischen Anwendungen die Erfassung eines Drucks in dem Hohlraum, in den der Schaft eingeführt ist, wünschenswert sein.
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Aus
US 5 419 312 A ist ein multifunktionales Endoskop bekannt, das eine flexible Sonde umfasst, die eine mit einer Laserlichtquelle verbundene optische Faser, ein mit einer Beleuchtungslichtquelle verbundenes optisches Faserbündel und ein weiteres Faserbündel mit einer darauf angeordneten fokussierenden Linse, das mit einem Betrachtungssystem verbunden ist, aufweist. Um Druckmessungen in der Körperhöhle durchzuführen, umfasst die Sonde weiterhin eine optische Faser mit einem am distalen Ende angeordneten Flüssigkristall, dessen Reflektivität sich in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck in der Körperhöhle verändert. Die optische Faser ist in einem in der Sonde verlaufenden Durchgangskanal geführt und innerhalb des Durchgangskanals verschiebbar, wobei das distale Ende der optischen Faser um etwa 1 bis 10 mm über die distale Endfläche der Sonde hinausgeschoben werden kann. Aufgrund des Durchgangskanals, in dem die optische Faser verschiebbar ist, ist dabei jedoch die Reinigung und Sterilisation des Endoskops nach einer Verwendung erschwert. Ferner kann insbesondere bei einem dünnen Endoskop die durch den Durchgangskanal geführte optische Faser zu einer spürbaren Vergrößerung des Außendurchmessers führen. Andererseits ist der maximal zulässige Außendurchmesser des Endoskopschafts in der Regel durch die vorgesehene Anwendung eng begrenzt, etwa durch die Größe einer Körperöffnung oder durch die lichte Weite einer Öffnung in einem technischen Gegenstand, durch die das Endoskop in den Hohlraum eingeführt werden soll. Ein größerer Außendurchmesser des Endoskops kann eine Einschränkung der Anwendungsmöglichkeiten oder, aufgrund der Notwendigkeit einer größeren Zugangsöffnung bei einem endoskopischen Eingriff, eine höhere Belastung eines Patienten zur Folge haben.
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Schließlich ist der faseroptische Sensor bei der Benutzung und Aufbereitung des Endoskops erheblichen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt, die zu einer Beschädigung führen können.
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In
US 4 569 335 A ist ein Fiberskop zur Durchführung von Beobachtungen in Blutgefäßen oder im Herz offenbart. Dabei sind in einem Endabschnitt Lichtleitfasern um ein bildübertragendes System herum angeordnet, das durch eine Bildfaser und eine Linse gebildet wird. Nahe bei den Lichtleitfasern ist ein Drucksensor angeordnet, der eine lichtübertragende optische Faser, eine lichtaufnehmende optische Faser und eine durch Druck verformbare Membran umfasst. Bei der Herstellung wird der Drucksensor mit den optischen Fasern gemeinsam mit den Lichtleitfasern eingesetzt.
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In
US 2011/0190760 A1 wird eine endoskopische Sonde beschrieben, die zur Anwendung von RF-induzierter Hyperthermie zusammen mit faseroptischer Spektroskopie dient. Die Sonde umfasst u.a. eine Anzahl von Beleuchtungsfasern, die sichtbares Licht zu einem Zielgewebe transportieren, sowie eine Anzahl von IR-Sensor-Fasern, die zum Transportieren von infraroter Emission von dem erwärmten Zielgewebe zu einem Temperatursensormodul ausgebildet sind.
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Gemäß
US 2009/0204009 A1 ist bei einem diagnostischen System zur Detektion abnormer physikalischer Eigenschaften von Gewebe aufgrund von optischen Eigenschaften des Gewebes an einer distalen Spitze einer Sonde eine Scheibe angeordnet, die Bohrungen für Lichtzuführungsfasern, für lichtaufnehmende oder Bildfasern sowie für einen Drucksensor aufweist. Bei der Herstellung der Scheibe werden die Fasern in die entsprechenden Bohrungen eingeklebt, und eine wasserlösliche Plastikfaser wird in die Bohrung für den Drucksensor eingeführt. Nach dem Polieren der Fläche der Scheibe, dem Aufsetzen von Polarisatoren und dem Reduzieren des Durchmessers der Scheibe wird die wasserlösliche Faser aus der betreffenden Bohrung herausgelöst und durch den Drucksensor ersetzt.
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In
DE 103 07 903 A1 ist ein Verfahren zum Montieren eines Endoskops offenbart, das einen Kanal zur Aufnahme von Lichtleitern aufweist. Dabei werden die Lichtleiter zunächst in einen flexiblen Schlauch eingebracht, und der Zusammenbau aus flexiblem Schlauch und Leitleitern wird in den Kanal eingebracht.
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Gemäß
DE 10 2007 002 042 A1 weist eine Endoskopoptik ein Schaftrohr auf, das in seiner Länge von einem Bildleiter und von einem im Zwischenraum zwischen dem Bildleiter und dem Schaftrohr angeordneten Lichtleitfaserbündel durchlaufen ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Endoskop mit einem faseroptischen Sensor zur Erfassung einer physikalischen oder chemischen Messgröße sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Endoskops anzugeben, wobei die oben genannten Nachteile möglichst vermieden werden können. Insbesondere soll ein Endoskop mit einem faseroptischen Sensor geschaffen werden, bei dem der Schaftaußendurchmesser bzw. Schaftumfang gegenüber einem entsprechenden Endoskop, das keinen solchen Sensor aufweist, möglichst nicht vergrößert und die Bildqualität nicht wesentlich verringert ist. Ferner soll bei dem Endoskop der faseroptische Sensor gegen die bei der Benutzung und Aufbereitung des Endoskops auftretenden mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen weitgehend geschützt sein.
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Diese Aufgabe wird durch ein Endoskop gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein erfindungsgemäßes Endoskop umfasst einen langerstreckten Schaft, der starr, halbstarr oder flexibel ausgebildet sein kann. Der Schaft ist zur Einführung in einen Hohlraum, beispielsweise in einen körperinneren Hohlraum eines menschlichen oder tierischen Körpers oder in einen Hohlraum eines technischen Gegenstands, ausgebildet und weist insbesondere eine hierfür geeignete Länge und einen entsprechenden Durchmesser auf. Der Schaft des Endoskops umfasst einen Beleuchtungskanal, der in axialer Richtung von einem proximalen zu einem distalen Endbereich des Schafts durchgehend ausgebildet ist. Weiter umfasst das Endoskop einen Beleuchtungslichtleiter, der zur Weiterleitung von Beleuchtungslicht vom proximalen zum distalen Endbereich des Schafts ausgebildet ist und der in dem durchgehenden Beleuchtungskanal verläuft. Der Beleuchtungslichtleiter kann insbesondere durch ein Bündel von Lichtleitfasern gebildet werden.
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Das Endoskop umfasst typischerweise weiterhin eine Beobachtungsoptik, die zur Aufnahme und Weiterleitung eines endoskopischen Bilds eines Objektfelds in dem Hohlraum, in den der Schaft des Endoskops eingeführt ist, zum proximalen Endbereich des Endoskops ausgebildet ist und insbesondere ein im distalen Endbereich des Schafts angeordnetes Objektiv sowie einen innerhalb des Schafts verlaufenden Bildweiterleiter umfasst. Der Bildweiterleiter kann durch ein geordnetes Glasfaserbündel oder, bei einem starren Endoskop, durch hintereinander angeordnete Relaislinsensysteme gebildet werden. Es kann aber auch etwa ein elektronischer Bildaufnehmer im Bereich des distalen Endes des Schafts in einer Bildebene des Endoskopobjektivs angeordnet sein, wobei über innerhalb des Schafts verlaufende elektrische Leitungen das vom elektronischen Bildaufnehmer aufgenommene Bild zum proximalen Ende des Schafts übertragen werden kann. Die Blickrichtung des Objektivs bzw. der Beobachtungsoptik kann in distaler axialer Richtung des Schafts geradeaus gerichtet oder gegenüber einer axialen Richtung abgewinkelt sein. Entsprechend der Blickrichtung der Beobachtungsoptik kann der Beleuchtungskanal im distalen Endbereich des Schafts axial durchgehend oder abgewinkelt sein. Entsprechend kann der Beleuchtungslichtleiter bzw. das Bündel von Lichtleitfasern im distalen Endbereich in axialer Richtung oder abgewinkelt verlaufen, um das Beleuchtungslicht zur Beleuchtung eines beobachteten Objektfelds entsprechend der Blickrichtung des Endoskops abzustrahlen.
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Weiterhin umfasst das Endoskop erfindungsgemäß mindestens einen faseroptischen Sensor, der zur Erfassung einer physikalischen oder chemischen Messgröße eines Mediums ausgebildet ist. Faseroptische Sensoren dieser Art sind an sich bekannt. Zur Erfassung einer Messgröße eines Mediums in einer Umgebung des distalen Endbereichs des Schafts, etwa eines in dem Hohlraum, in den der Schaft des Endoskops eingeführt ist, befindlichen Mediums, ist insbesondere ein Sensorabschnitt des faseroptischen Sensors im distalen Endbereich des Endoskopschafts angeordnet, und ein Faserabschnitt des faseroptischen Sensors verläuft innerhalb des Endoskopschafts bis zu dessen proximalem Endbereich. Weiter kann der Faserabschnitt mit einer Versorgungs- und Auswertungseinrichtung des faseroptischen Sensors verbunden oder verbindbar sein, die zur Versorgung des faseroptischen Sensors und zur Auswertung eines vom Faserabschnitt übertragenen optischen Signals dient und das optische Signal in einen Messwert umwandelt.
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Erfindungsgemäß ist der mindestens eine faseroptische Sensor zumindest abschnittsweise in einer Kanüle, d.h. in einer rohr- oder schlauchförmigen Hülle aufgenommen; sofern mehrere faseroptische Sensoren vorhanden sind, können diese jeweils in einer Kanüle aufgenommen sein. Hierdurch wird eine besonders einfache Herstellung des Endoskops ermöglicht. Bei einem gemäß dem Verfahren gemäß Anspruch 9 hergestellten Endoskop kann der mindestens eine faseroptische Sensor aber auch ohne eine solche Kanüle in dem Beleuchtungskanal aufgenommen sein.
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Weiterhin ist der mindestens eine faseroptische Sensor bzw. die Kanüle des mindestens einen faseroptischen Sensors erfindungsgemäß zumindest in einem distalen Endabschnitt des Schafts mit den Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters verklebt. Die Verklebung ist insbesondere derart ausgeführt, dass in einer Querschnittsfläche die Zwischenräume zwischen den Lichtleitfasern untereinander sowie zwischen den Lichtleitfasern und dem mindestens einen faseroptischen Sensor bzw. der Kanüle lückenlos mit Klebstoff ausgefüllt sind. Ferner sind vorzugsweise auch die Zwischenräume zwischen einer Wand des Beleuchtungskanals, die beispielsweise durch die Innenwand des Außenrohrs und die Außenwand des Innenrohrs gebildet werden kann, und den Lichtleitfasern sowie ggf. dem mindestens einen faseroptischen Sensor bzw. der Kanüle mit Klebstoff angefüllt. Hierdurch wird eine sichere Fixierung der Lichtleitfasern und des mindestens einen faseroptischen Sensors bzw. der Kanüle des mindestens einen faseroptischen Sensors im Schaft des Endoskops ermöglicht.
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Am proximalen Ende des Schafts ist in der Regel ein Endoskopkopf angeordnet, der einen Anschluss zum Anschließen einer externen Beleuchtungslichtquelle zur Einkopplung von Beleuchtungslicht in den Beleuchtungslichtleiter aufweist sowie ein Okular oder einen Anschluss für eine endoskopische Videokamera. Der Endoskopkopf kann weitere Anschlüsse und/oder Bedienelemente aufweisen. Ferner kann das Endoskop weitere innerhalb des Schafts verlaufende Kanäle umfassen, etwa Spül-, Saug-, Insufflations- und/oder Arbeitskanäle. Das Endoskop kann zur Verwendung mit endoskopischen Arbeitsinstrumenten ausgebildet sein. Das Endoskop kann als medizinisches Endoskop ausgebildet sein, kann aber auch für andere Anwendungen, etwa zur Untersuchung technischer Gegenstände, bestimmt sein.
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Erfindungsgemäß ist der mindestens eine faseroptische Sensor in dem durchgehenden Beleuchtungskanal angeordnet. Der mindestens eine faseroptische Sensor ist somit zusätzlich zum Beleuchtungslichtleiter im Beleuchtungskanal aufgenommen oder ist in den Beleuchtungslichtleiter integriert. Insbesondere kann der Faserabschnitt des faseroptischen Sensors parallel zu den Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters innerhalb des Beleuchtungskanals vom proximalen Endbereich des Schafts zu dessen distalem Endbereich, wo der Sensorabschnitt des faseroptischen Sensors angeordnet ist, verlaufen.
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Dadurch, dass der mindestens eine faseroptische Sensor in dem durchgehenden Beleuchtungskanal angeordnet ist, wird die Erfassung einer physikalischen oder chemischen Messgröße in einer Umgebung des distalen Endbereichs des Endoskops ermöglicht, ohne dass hierfür ein zusätzlicher Kanal erforderlich ist. Auf diese Weise kann ein Endoskop mit einem integrierten faseroptischen Sensor zur intrakavitären Messung einer physikalischen oder chemischen Messgröße geschaffen werden, bei dem der Schaft den gleichen oder nahezu den gleichen Schaftaußendurchmesser bzw. Schaftumfang aufweist wie ein entsprechendes Endoskop ohne einen solchen Sensor, ohne dass andere Eigenschaften des Endoskops wesentlich eingeschränkt werden müssten. Insbesondere führt ein Verzicht auf eine solche Anzahl von Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters, deren Raum für den mindestens einen faseroptischen Sensor benötigt wird, in der Regel nicht zu einer spürbaren Beeinträchtigung der Helligkeit des aufgenommenen endoskopischen Bilds. Ferner wird dadurch, dass der mindestens eine faseroptische Sensor in dem Beleuchtungskanal aufgenommen ist, auf einfache Weise eine Reinigung und Sterilisation des Endoskops gemeinsam mit dem faseroptischen Sensor ermöglicht, und weiterhin wird der faseroptische Sensor insbesondere gegen mechanische Einwirkungen, die etwa zu einem Bruch einer Lichtleitfaser des Sensors führen können, geschützt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schaft des Endoskops einen Außenschaft und einen in diesem aufgenommenen Innenschaft, wobei der Beleuchtungskanal in einem Zwischenraum zwischen dem Außenschaft und dem Innenschaft angeordnet ist oder durch den Zwischenraum oder einen Teil des Zwischenraums gebildet wird. Im Innenschaft kann insbesondere die Beobachtungsoptik aufgenommen sein. Vorzugsweise ist der Schaft starr ausgebildet und umfasst ein starres Außenrohr sowie ein vorzugsweise ebenfalls starres Innenrohr, die insbesondere zylindrisch geformt sind, wobei der Außendurchmesser des Innenrohrs kleiner als der Innendurchmesser des Außenrohrs ist und wobei der Beleuchtungskanal in dem Zwischenraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr verläuft oder durch diesen bzw. einen Teil des Zwischenraums gebildet wird. Das Innenrohr kann insbesondere das Optikrohr des Endoskops sein, in dem die Beobachtungsoptik, d.h. das Objektiv und der Bildweiterleiter, der insbesondere aus einer Mehrzahl von Relaislinsensystemen besteht, angeordnet ist, oder das Innenrohr kann einen im distalen Endbereich angeordneten Bildaufnehmer und elektrische Versorgungs- und Signalleitungen aufnehmen. Der Zwischenraum kann beispielsweise ringförmig oder teilringförmig ausgebildet sein, zumindest im distalen Endbereich des Schafts des Endoskops. Vorzugsweise ist der Beleuchtungskanal zumindest teilweise direkt von der Innenwand des Außenschafts bzw. Außenrohrs und der Außenwand des Innenschafts bzw. Innenrohrs begrenzt. Der mindestens eine faseroptische Sensor verläuft somit gemeinsam mit dem Beleuchtungslichtleiter in dem zwischen dem Außenschaft und dem Innenschaft bzw. dem Außenrohr und dem Innenrohr gebildeten Zwischenraum. Hierdurch wird ein einfacher und robuster Aufbau geschaffen, der zusätzlich zum Beleuchtungslichtleiter den mindestens einen faseroptischen Sensor umfasst, bei dem jedoch der Außendurchmesser des Schafts praktisch unverändert ist.
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In vorteilhafter Weise ist der Beleuchtungskanal zumindest in einem distalen Endbereich des Schafts näherungsweise in Form eines Rings mit nicht einheitlicher Breite oder eines Halbmonds ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Innenschaft bzw. das Innenrohr achsenparallel zum Außenschaft bzw. Außenrohr, jedoch mit einer gegenüber dessen Mittellängsachse versetzten Mittellängsachse angeordnet ist, so dass ein Zwischenraum mit einem asymmetrischen ringförmigen oder auch einem etwa halbmondförmigen Querschnitt entsteht, der ganz oder teilweise vom Beleuchtungskanal eingenommen wird. Als „halbmondförmig“ wird hier eine Querschnittsform bezeichnet, die durch zwei Kreise mit unterschiedlichen Radien oder zwei nahezu kreisförmige Kurven, die sich in zwei Punkten schneiden, begrenzt wird; zusätzlich können weitere Begrenzungslinien vorhanden sein, die beispielsweise die den Schnittpunkten benachbarten schmalen Bereiche abschneiden. Die beiden Kreise bzw. nahezu kreisförmigen Kurven sind insbesondere die Innenkontur des Außenschafts bzw. Außenrohrs und die Außenkontur des Innenschafts bzw. Innenrohrs. Vorzugsweise ist der mindestens eine faseroptische Sensor in einem Bereich angeordnet, in dem der Ring bzw. der Halbmond eine maximale Breite aufweist. Wenn der Außen- und der Innenschaft bzw. das Außen- und das Innenrohr jeweils einen kreisförmigen Querschnitt haben, ist der Bereich maximaler Breite auf derjenigen Seite des Außenschafts bzw. Außenrohrs angeordnet, die dem Versatz der Mittellängsachse des Innenschafts bzw. -rohrs gegenüber der des Außenschafts bzw. -rohrs entgegengesetzt ist. Hierdurch kann der verfügbare Raum innerhalb des Außenschafts bzw. - rohrs optimal ausgenutzt werden, insbesondere wird es ermöglicht, auch bei einem Endoskop mit einem dünnen Schaft einen faseroptischen Sensor, der einen im Verhältnis zum Schaftdurchmesser nicht vernachlässigbaren Durchmesser hat, bis zum distalen Ende des Schafts zu führen, ohne dass der Außendurchmesser des Schafts vergrößert werden müsste.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Beleuchtungslichtleiter eine Mehrzahl von Lichtleitfasern, und der mindestens eine faseroptische Sensor ist zumindest im distalen Endbereich des Schafts zwischen die Mehrzahl von Lichtleitfasern eingebettet. Vorzugsweise ist der faseroptische Sensor über seine gesamte oder nahezu seine gesamte innerhalb des Schafts verlaufende Länge zwischen die Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters eingebettet. Dabei können die Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters unmittelbar an dem faseroptischen Sensor oder an einer Kanüle oder Hülle des faseroptischen Sensors anliegen oder es kann ein Zwischenraum zwischen den Lichtleitfasein und dem faseroptischen Sensor bzw. der Kanüle bestehen, der beispielsweise von einem Klebstoff ausgefüllt sein kann. Der mindestens eine faseroptische Sensor ist insbesondere im Querschnitt des Schafts gesehen auf mehreren Seiten oder auf allen Seiten von den Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters umgeben. Dadurch, dass der faseroptische Sensor in seinem distalen Endbereich oder über seine gesamte bzw. nahezu seine gesamte innerhalb des Schafts verlaufende Länge zwischen die Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters eingebettet ist, wird eine besonders platzsparende Bauweise ermöglicht, ebenso wie eine besonders einfache Montage. Ferner kann der faseroptische Sensor hierdurch gegen mechanische Einwirkungen geschützt werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zumindest an einer distalen Endfläche des Beleuchtungslichtleiters die Zwischenräume zwischen den Lichtleitfasern sowie zwischen den Lichtleitfasern und dem mindestens einen faseroptischen Sensor bzw. der Kanüle des mindestens einen faseroptischen Sensors lückenlos und somit fluiddicht mit Klebstoff verfüllt. Ebenso sind vorzugsweise zumindest an der distalen Endfläche die Zwischenräume zwischen einer Wand des Beleuchtungskanals, die insbesondere durch eine Innenwand des Außenrohrs und eine Außenwand des Innenrohrs gebildet werden kann, und den Lichtleitfasern sowie ggf. dem mindestens einen faseroptischen Sensor bzw. der Kanüle lückenlos mit Klebstoff angefüllt. Sofern der Sensor in einer Kanüle aufgenommen ist, ist ferner vorzugsweise zumindest im distalen Endbereich ein Zwischenraum zwischen dem Sensor und der Kanüle lückenlos und somit fluiddicht mit Klebstoff verfüllt. Die distale Endfläche des Beleuchtungslichtleiters kann insbesondere als ebene Endfläche durch planes Überschleifen der Endflächen der miteinander verklebten Lichtleitfasern geschaffen werden. Hierdurch wird ein verlustarmer Austritt des Beleuchtungslichts aus dem Beleuchtungslichtleiter zur Beleuchtung des zu beobachtenden Objektfelds sowie ein dichter Abschluss des Beleuchtungskanals ermöglicht und eine Endfläche geschaffen, die besonders widerstandsfähig gegen aggressive Medien ist und leicht zu reinigen ist. Ferner können auf diese Weise die Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters und der faseroptische Sensor gegen chemische Einflüsse bei der Benutzung und der Reinigung und Sterilisierung des Endoskops geschützt werden. Durch eine entsprechende Abdichtung eines Optikrohrs kann ein fluiddichter distalseitiger Abschluss des Endoskopschafts erreichbar sein. Insbesondere kann das Endoskop mit dem integrierten faseroptischen Sensor sterilisierbar, vorzugsweise autoklavierbar ausgebildet sein.
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In vorteilhafter Weise schließt das distale Ende des faseroptischen Sensors bündig mit den distalen Endflächen der diesen umgebenden Lichtleitfasern ab. Insbesondere schließt die distale Endfläche des faseroptischen Sensors bündig mit einer planen distalen Endfläche des Beleuchtungslichtleiters ab. Das distale Ende des faseroptischen Sensors kann insbesondere eine Messfläche des Sensorabschnitts des faseroptischen Sensors sein oder diese umfassen, über die eine physikalische oder chemische Messgröße der Umgebung erfassbar ist; die Messfläche kann somit in die Endfläche des Beleuchtungslichtleiters integriert sein, vorzugsweise fluiddicht in die ebenfalls fluiddichte distale Endfläche des Beleuchtungslichtleiters. Hierdurch wird ein robuster und leicht zu reinigender Aufbau der distalen Endfläche des Beleuchtungslichtleiters, die das distale Ende des faseroptischen Sensors enthält, geschaffen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Endoskop einen Endoskopkopf, der an dem proximalen Endbereich des Schafts angeordnet ist, wobei der Endoskopkopf einen Sensoranschluss zum Verbinden des faseroptischen Sensors mit einer Versorgungs- und Auswertungseinrichtung aufweist. Der Sensoranschluss kann etwa eine plane Endfläche des Faserabschnitts des mindestens einen faseroptischen Sensors umfassen und beispielsweise als Steckverbinder ausgebildet sein, auf den ein Steckverbinder mit einer entsprechenden Endfläche eines Verbindungslichtleiter aufgesteckt werden kann, über den die Verbindung mit der Versorgungs- und Auswertungseinrichtung des faseroptischen Sensors hergestellt werden kann. Über diese Verbindung kann sowohl eine Versorgungsstrahlung in den mindestens einen faseroptischen Sensor eingekoppelt als auch eine Signalstrahlung bzw. ein Lichtsignal, das mit der vom Sensor erfassten physikalischen oder chemischen Messgröße korreliert ist, zur Versorgungs- und Auswertungseinrichtung ausgekoppelt werden. Sofern mehrere faseroptische Sensoren vorgesehen sind, können beispielsweise mehrere Sensoranschlüsse am Endoskopkopf angeordnet sein. Hierdurch wird die Handhabbarkeit des Endoskops verbessert und eine Reinigung und Sterilisierung des Endoskops unabhängig von der Versorgungs- und Auswertungseinrichtung ermöglicht.
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Vorzugsweise ist der mindestens eine faseroptische Sensor als Drucksensor ausgebildet und ermöglicht somit die Erfassung des Drucks eines in der Umgebung des distalen Endbereichs des Endoskops befindlichen flüssigen oder gasförmigen Mediums. Hierdurch wird insbesondere die Messung eines intrakavitären Drucks in einer Körperhöhle und damit eine verbesserte Regelung einer Insufflation oder Spülung der Körperhöhle oder auch die Ermittlung physiologischer Druckparameter ermöglicht. Faseroptische Drucksensoren sind etwa aus
US 6,842,254 B2 ,
US 7,689,071 B2 und
WO 2012/119237 A1 bekannt. Geeignete faseroptische Drucksensoren werden beispielsweise von FISO Technologies Inc. unter der Bezeichnung FOP-F125 und von Opsens Inc. unter den Bezeichnungen OPP-M25 und OPP-M40 angeboten. Alternativ kann der faseroptische Sensor zur Erfassung einer Temperatur, eines pH-Werts oder einer oder mehrerer anderer physikalischer oder chemischer Eigenschaften des das distale Ende des Endoskops umgebenden Mediums oder der Oberfläche des Hohlraums, in den der Schaft eingeführt ist, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Drucksensor unempfindlich gegen Änderungen der Temperatur, des pH-Werts oder anderer physikalischer oder chemischer Größen des innerhalb des Hohlraums befindlichen Mediums.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Endoskops werden ein Außenrohr und ein Innenrohr bereitgestellt, wobei das Außenrohr als Außenrohr des Schafts des Endoskops und das Innenrohr insbesondere als Optikrohr des Endoskops ausgebildet sind. Vorzugsweise sind sowohl das Innen- als auch das Außenrohr zylindrisch geformt, wobei ein Außendurchmesser des Innenrohrs kleiner als ein Innendurchmesser des Außenrohrs ist.
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Das Innenrohr wird in das Außenrohr eingeführt, so dass die distalen Enden des Innen- und des Außenrohrs im Wesentlichen in einer gemeinsamen distalen Endfläche liegen, und eine Mehrzahl von Lichtleitfasern, die einen Beleuchtungslichtleiter bilden, werden in den durch den Zwischenraum zwischen dem Außen- und dem Innenrohr gebildeten ringförmigen oder halbmondförmigen Kanal zumindest bis zur distalen Endfläche des Innen- und des Außenrohrs eingeführt. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass zunächst die Lichtleitfasern in das Außenrohr und sodann das Innenrohr in das Außenrohr eingeführt werden. Gemeinsam mit den Lichtleitfasern oder zuvor oder auch danach wird eine Kanüle oder ein Platzhalterdraht in den zwischen dem Außen- und dem Innenrohr gebildeten Kanal zumindest bis zur distalen Endfläche eingeführt. Die Kanüle ist eine rohr- oder schlauchförmige Hülle, die zur Aufnahme eines faseroptischen Sensors geeignet ist und insbesondere einen Innendurchmesser aufweist, der geringfügig größer als der Außendurchmesser des faseroptischen Sensors ist. Der Platzhalterdraht hat einen Außendurchmesser, der ebenfalls geringfügig größer als der Außendurchmesser des faseroptischen Sensors ist. Um das spätere Entfernen des Platzhalterdrahts zu erleichtern, kann dieser in vorteilhafter Weise eine nichtklebende oder verklebungshemmende Oberfläche aufweisen und beispielsweise mit einer entsprechenden Beschichtung versehen sein. Die Kanüle bzw. der Platzhalterdraht ist nach diesem Schritt insbesondere zwischen die Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters eingebettet.
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Der Zusammenbau aus dem Außenrohr, dem Innenrohr, den Lichtleitfasern und der Kanüle bzw. dem Platzhalterdraht wird sodann fixiert, insbesondere werden die Zwischenräume zwischen den Lichtleitfasern, der Kanüle bzw. dem Platzhalterdraht, der Innenwand des Außenrohrs und der Außenwand des Innenrohrs mit einem Klebstoff verfüllt. Der Klebstoff wird ausgehärtet bzw. aushärten gelassen.
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Sofern eine Kanüle für den faseroptischen Sensor verwendet worden ist, wird das Lichtleitfaserbündel an seiner distalen Endfläche einschließlich der Kanüle plan überschliffen und sodann der faseroptische Sensor in die Kanüle eingeführt. Sofern ein Platzhalterdraht verwendet worden ist, wird dieser vor oder nach dem Überschleifen der distalen Endfläche der Lichtleitfasern entfernt, und in die entstehende Passage wird der faseroptische Sensor eingeführt. Insbesondere wird der faseroptische Sensor aus proximaler Richtung so weit in die Kanüle bzw. die Passage eingeschoben, bis eine distale Endfläche des Sensors mit der distalen Endfläche des Lichtleitfaserbündels bündig abschließt. Der faseroptische Sensor wird sodann durch Verkleben fixiert. Dabei wird ein Spalt zwischen dem Sensor und der Innenwand der Kanüle bzw. der Passage mit Klebstoff ausgefüllt und dadurch abgedichtet. Durch lückenloses Verkleben des Sensors bzw. der Kanüle und der Lichtleitfasern kann ein fluiddichter Abschluss des Beleuchtungskanals erzielt werden.
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Weiterhin kann an das proximale Ende des Schafts ein Endoskopkopf angesetzt werden, in den die proximalen Enden der Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters und das proximale Ende des mindestens einen faseroptischen Sensors geführt werden. Die Lichtleitfasein des Beleuchtungslichtleiters werden in einem Lichtanschluss zum Anschließen einer externen Beleuchtungslichtquelle gefasst und durch Verkleben fixiert, während die Faser des faseroptischen Sensors in einen optischen Steckverbinder zur Verbindung über einen hieran anschließbaren Verbindungslichtleiter mit einer Versorgungs- und Auswertungseinrichtung geführt und dort ebenfalls fixiert werden kann. Es können auch mehrere faseroptische Sensoren vorgesehen sein und hierfür mehrere zwischen die Lichtleitfasern eingebettete Kanülen bzw. Platzhalterdrähte verwendet werden. Die proximalen Enden der Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters und der Faser des faseroptischen Sensors können ebenfalls plan geschliffen werden. Ferner können in üblicher Weise weitere Herstellungsschritte erfolgen, die vor, zwischen oder nach den genannten Verfahrensschritten durchgeführt werden können, etwa der Einbau der Beobachtungsoptik und die Abdichtung des Endoskopinnenraums.
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Hierdurch kann auf einfache und kostengünstige Weise ein Endoskop hergestellt werden, das zusätzlich zur endoskopischen Beobachtung eines Objektfelds in einem Hohlraum die Erfassung einer physikalischen oder chemischen Messgröße in dem Hohlraum erlaubt und das dabei einen geringstmöglichen Außendurchmesser aufweist, robust und leicht handhabbar ist und zudem einfach zu reinigen und zu sterilisieren ist.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die 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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Weitere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnung. Es zeigen:
- 1 in vereinfachter Form ein Endoskop gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt;
- 2 eine Ansicht des distalen Endes des Endoskops aus 1, entgegen der Blickrichtung des Endoskops gesehen, in schematischer Form.
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Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Endoskops weist das Endoskop 1 einen langerstreckten Schaft 2 auf, der zur Einführung durch eine natürliche oder künstliche Körperöffnung in einen körperinneren Hohlraum bemessen ist. Der Schaft 2 umfasst ein Außenrohr 3 und ein innerhalb des Außenrohrs 3 angeordnetes Innenrohr 4. Innerhalb des Innenrohrs 4, das auch als Optikrohr bezeichnet wird, sind abbildende optische Elemente aufgenommen, insbesondere ein Objektiv und ein aus einer Mehrzahl von Stablinsen bestehendes Bildübertragungssystem (in 1 nicht dargestellt). Am distalen Ende 5 des Schafts 2 ist das Innenrohr 4 mit einem distalen Fenster 6 dicht abgeschlossen. Wie in 1 gezeigt, ist der Außendurchmesser des Innenrohrs 4 kleiner als der Innendurchmesser des Außenrohrs 3, und das Innenrohr 4 ist im Wesentlichen achsenparallel, jedoch außermittig, d.h. mit einer zur Längsachse des Außenrohrs 3 versetzten Achse, in dem Außenrohr 3 angeordnet. In dem zwischen dem Außenrohr 3 und dem Innenrohr 4 gebildeten, zur Längsachse des Schafts 2 asymmetrischen Zwischenraum verläuft ein Beleuchtungslichtleiter 7, der eine Mehrzahl von in 1 nicht einzeln dargestellten Lichtleitfasern umfasst. Die Lichtleitfasern enden in einer distalen Endfläche 8, die in einer Ebene mit dem distalen Fenster 6 liegt. Aus der distalen Endfläche 8 tritt Beleuchtungslicht, das vom Beleuchtungslichtleiter 7 zum distalen Ende 5 des Schafts 2 transportiert worden ist, zur Beleuchtung eines Objektfelds aus.
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Gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Endoskop als Schrägblickoptik mit einer zu einer Längsachse des Schafts 2 abgewinkelten Blickrichtung des Objektivs ausgebildet. Die distale Endfläche des Schafts 2, die durch das distale Fenster 6 und die distale Endfläche 8 des Beleuchtungslichtleiters sowie durch die Stirnflächen des Außenrohrs 3 und des Innenrohrs 4 gebildet wird, steht entsprechend schräg zur Längsachse des Schafts 2. Um ein in Blickrichtung des Objektivs befindliches Objektfeld auszuleuchten, verlaufen die Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters 7 in ihrem distalen Endbereich entsprechend gekrümmt. Ferner sind am distalen Ende 5 des Schafts 2 sowohl das Innenrohr 4 als auch das Außenrohr 3 gekrümmt und enden im Wesentlichen senkrecht zur distalen Endfläche 8 und dem Fenster 6.
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Zwischen die Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters
7 ist eine Sensorfaser
9 eines faseroptischen Drucksensors eingebettet. Am distalen Ende der Sensorfaser
9 ist ein in
1 nicht näher dargestelltes druckempfindliches Element
10 angeordnet, das die Erzeugung eines vom Druck in der Umgebung des distalen Endes
5 befindlichen Mediums abhängigen optischen Signals in der Sensorfaser
9 ermöglicht. Das druckempfindliche Element
10 ist zwischen die distalen Enden der Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters
7 eingebettet. Die Lichtleitfasern sind zumindest im Bereich des distalen Endes
5 des Endoskops miteinander, mit dem druckempfindlichen Element
10 bzw. der Sensorfaser
9 und mit dem Außenrohr
3 und dem Innenrohr
4 verklebt und dadurch fixiert. Vorzugsweise erstreckt sich die Verklebung über die gesamte innerhalb des Schafts
2 verlaufende Länge der Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters
7 bzw. der Sensorfaser
9. Insbesondere kann der Zwischenraum zwischen dem Außenrohr
3 und dem Innenrohr
4 im Wesentlichen vollständig mit einem Klebstoff ausgegossen sein, wie dies in
DE 10 2005 051 207 A1 beschrieben ist, welches Dokument hiermit diesbezüglich durch Verweisung aufgenommen wird.
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Weiter umfasst das Endoskop
1 einen Endoskopkopf
11, der ein Gehäuse
12 umfasst, in das ein Lichtanschluss
13 eingesetzt ist, an den ein Lichtkabel einer externen Beleuchtungslichtquelle angeschlossen werden kann, um Beleuchtungslicht in den in den Lichtanschluss
13 geführten Beleuchtungslichtleiter
7 einzukoppeln. Weiter ist in das Gehäuse
12 ein Sensoranschluss
14 eingesetzt, in dem die Sensorfaser
9 gefasst ist und an dem ein Verbindungslichtleiter angeschlossen werden kann, über den der durch die Sensorfaser
9 und das druckempfindliche Element
10 gebildete faseroptische Sensor mit einer externen Versorgungs- und Auswertungseinrichtung verbunden werden kann. Innerhalb des Gehäuses
12 ist eine Okularoptik
15 aufgenommen, die eine Betrachtung des von der innerhalb des Innenrohrs
4 angeordneten Beobachtungsoptik weitergeleiteten endoskopischen Bilds ermöglicht. Hierfür weist das Gehäuse
12 ferner eine Okularmuschel
16 auf, die den visuellen Einblick erleichtert bzw. an die eine endoskopische Videokamera angeschlossen werden kann. Wie in
DE 10 2005 051 207 A1 beschrieben, kann ein Klebstoff, mit dem die Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters
7 fixiert sind, auch einen Teil des Innenraums des Gehäuses
12, in dem der Beleuchtungslichtleiter
7 geführt ist, ausfüllen; ebenso kann der Klebstoff den Teil des Innenraums des Gehäuses
12, in dem die Sensorfaser
9 verläuft, ausfüllen (in
1 nicht dargestellt).
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Das distale Ende 5 des Schafts 2 des in 1 dargestellten Endoskops 1 ist in 2 in vergrößerter Darstellung, senkrecht auf das distale Fenster 6 bzw. die Endfläche 8 gesehen, gezeigt. Das distale Ende des Innenrohrs 4, von dem in 2 die distale Stirnfläche 17 zu erkennen ist, ist durch das distale Fenster 6 abgeschlossen, wobei das Fenster 6 die Eintrittsfläche des Beobachtungsstrahlengangs darstellt und fluiddicht in das Innenrohr 4 eingesetzt ist. In 2 ist weiterhin die Stirnfläche 18 des Außenrohrs 3 gezeigt, wobei zwischen dem Außenrohr 3 und dem Innenrohr 4 ein Zwischenraum besteht, in dem die Lichtleitfasern 20 des Beleuchtungslichtleiters 7 in der distalen Endfläche 8 enden. Die distale Endfläche 8 ist etwa teilring- oder halbmondförmig geformt. Zwischen die Lichtleitfasern 20 des Beleuchtungslichtleiters 7 ist der faseroptische Sensor eingebettet, von dem in 2 die distale Endfläche des druckempfindlichen Elements 10 zu erkennen ist. Das druckempfindliche Element ist im Bereich maximaler Breite der teilring- oder halbmondförmigen Endfläche 8 angeordnet und füllt deren Breite im Wesentlichen aus. Die Lichtleitfasein 20 sind in 2 der Übersichtlichkeit halber nur in einer Umgebung des druckempfindlichen Elements 10 und mit Abständen zueinander dargestellt, füllen aber die gesamte Endfläche 8 aus und liegen in der Regel zumindest teilweise aneinander an. Die Zwischenräume zwischen den Lichtleitfasern 20, dem druckempfindlichen Element 10 und den Stirnflächen 17 und 18 des Innenrohrs 4 bzw. des Außenrohrs 3 sind lückenlos und fluiddicht mit einem Klebstoff 21 ausgefüllt. Die in 2 nicht gezeigte Sensorfaser 9 kann im Verhältnis zum druckempfindlichen Element 10 den gleichen oder auch beispielsweise einen kleineren Außendurchmesser haben. Ferner kann die Sensorfaser 9 in einem proximalen Abschnitt einen größeren Außendurchmesser als in einem distalen Abschnitt aufweisen.
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Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zwischenraum zwischen dem Außenrohr 3 und dem Innenrohr 4 in zwei Bereiche geteilt, wovon der eine, der den Beleuchtungskanal bildet, neben dem druckempfindlichen Element 10 weitgehend oder vollständig mit den Lichtleitfasern 20 angefüllt ist. Der Beleuchtungskanal weist hierbei einen teilring- oder halbmondförmigen Querschnitt auf. Im anderen Bereich 19 verlaufen keine Lichtleitfasern des Beleuchtungslichtleiters 7; der Bereich 19 ist zur Abdichtung und Fixierung des Zusammenbaus ebenfalls mit Klebstoff 21 ausgefüllt (nicht dargestellt). Es ist jedoch auch möglich, dass auch im Bereich 19 Lichtleitfasern 20 angeordnet sind und somit zumindest im Bereich des distalen Endes 5 des Schafts 2 der gesamte oder nahezu der gesamte Zwischenraum zwischen dem Außenrohr 3 und dem Innenrohr 4 den Beleuchtungskanal bildet und mit miteinander verklebten Lichtleitfasern 20 ausgefüllt ist. In diesem Fall weist der Beleuchtungskanal eine ringförmige Querschnittsfläche mit eine nicht einheitliche Breite auf, nämlich die Endfläche 8 zusammen mit dem Bereich 19.
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Der faseroptische Drucksensor kann beispielsweise vom oben erwähnten Typ FOP-F125, OPP-M25 oder OPP-M40 sein und etwa einen Außendurchmesser von 0,125 mm, 0,25 mm oder 0,4 mm aufweisen. Wie in 1 und 2 ersichtlich ist, wird nur ein geringer Teil der Endfläche 8 des Beleuchtungslichtleiters 7 bzw. des Zwischenraums zwischen dem Außenrohr 3 und dem Innenrohr 4 von dem druckempfindlichen Element 10 des faseroptischen Drucksensors eingenommen. Der faseroptische Drucksensor kann auch bei einem Endoskop mit einem kleinen Außendurchmesser, der beispielsweise im Bereich von etwa 1 mm oder wenigen Millimetern liegen kann, bis zum distalen Ende 5 geführt werden, ohne dass der Durchmesser des Schafts 2 erhöht werden müsste. Dies wird dadurch ermöglicht, dass der faseroptische Sensor in dem durch den Zwischenraum zwischen dem Außenrohr 3 und dem Innenrohr 4 oder einen Teil des Zwischenraums gebildeten Beleuchtungskanal und insbesondere im breitesten Bereich des halbmondförmigen Zwischenraums aufgenommen ist. Dadurch, dass der hierdurch der zur Verfügung stehende Raum für die Lichtleitfasern 20 des Beleuchtungslichtleiters 7 geringfügig verringert wird und daher eine geringfügig kleinere Anzahl von Lichtleitfasern 20 zur Beleuchtung des Objektfelds zur Verfügung steht, tritt nur eine unwesentliche Verringerung der Beleuchtungsstärke ein. Die durch das Fenster 6 gegebene Lichteintrittsfläche und der Durchmesser der im Endoskopobjektiv enthaltenen Linsen sind gegenüber einem Endoskop gleichen Schaftdurchmessers unverändert, so dass eine praktisch unveränderte Bildqualität erhalten wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Endoskop
- 2
- Schaft
- 3
- Außenrohr
- 4
- Innenrohr
- 5
- Distales Ende
- 6
- Fenster
- 7
- Beleuchtungslichtleiter
- 8
- Distale Endfläche
- 9
- Sensorfaser
- 10
- Druckempfindliches Element
- 11
- Endoskopkopf
- 12
- Gehäuse
- 13
- Lichtanschluss
- 14
- Sensoranschluss
- 15
- Okularoptik
- 16
- Okularmuschel
- 17
- Stirnfläche
- 18
- Stirnfläche
- 19
- Bereich
- 20
- Lichtleitfasern
- 21
- Klebstoff
