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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Inspizieren von Objekten und insbesondere zum Inspizieren von organischen Objekten. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Untersuchen von organischem Material, beispielsweise Messungen am offenen Cortex, an der Retina, an Gewebe im Bereich der plastischen und rekonstruktiven Chirurgie oder im Dentalbereich (beispielsweise am Zahnfleisch). Für einen Neurochirurgen sind intraoperative Informationen über einen Blutfluss in Gefäßen und auch die Gewebeperfusion wichtig, z.B. bei Gefäßeingriffen in der Neurochirurgie, bei denen z.B. ein Aneurysma (Ausstülpung) eines Blutgefäßes mit einem Clip verschlossen werden soll.
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Zur Blutflussdarstellung injiziert er beispielsweise den Fluoreszenzfarbstoff Indocyaningrün (ICG) und visualisiert die Fluoreszenz mithilfe einer geeigneten Mikroskopoption (d.h. es wird ein Farbstoff (ICG) injiziert und mittels Fluoreszenzmessung die Blutströmung durch das Gefäß detektiert). Diese Methode erlaubt eine temporäre Darstellung des Blutflusses in Gefä-ßen. Eine Darstellung einer Mikroperfusion ist auf diese Weise jedoch nicht möglich. Mit der ICG-Fluoreszenzmessung lassen sich nämlich keine quantitativen Aussagen über den Blutfluss in sehr kleinen Blutgefäßen innerhalb des „weißen“ Gehirngewebes treffen (Mikroperfusion). Durch einen „falsch sitzenden“, also beispielsweise in das Blutgefäß hineinragenden, Clip kann die Mikroperfusion beeinträchtigt werden, was zur Schädigung der nicht mehr ausreichend versorgten Bereiche des Gehirns führen kann.
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Um dies zu erreichen, d.h. zur Messung der Mikroperfusion, können beispielsweise Verfahren wie Laser-Doppler Imaging (LDI) oder Laser-Speckle Imaging eingesetzt werden. Diese erlauben die kontinuierliche Darstellung einer Gewerbeperfusion, sind jedoch andererseits nicht geeignet, den schnellen Blutfluss in größeren Gefäßen zu visualisieren.
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Zur Visualisierung von Blutfluss und Perfusion werden im Stand der Technik zwei getrennte Detektoren eingesetzt. Dabei ist ein Detektor mit einer hohen Auflösung und einem geringen Rauschen vorgesehen, der zur Blutflussdarstellung mittels ICG dient. Daneben ist ein Detektor mit sehr hoher Bildfrequenz und strukturierter Beleuchtung für eine kontinuierliche Perfusionsmessung vorgesehen.
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Zur optischen Messung der Durchblutung (Perfusion) beispielsweise subkutaner Blutgefäße ist das Laser-Doppler-Imaging (LDI) ein häufig verwendetes Verfahren. Dabei werden die Bereiche, in denen die Perfusion ermittelt werden soll, mit Licht, beispielsweise mit Laserstrahlung, bestrahlt, das einerseits von der statischen Haut und andererseits vom fließenden Blut reflektiert wird. Das fließende Blut verursacht dabei einen Doppler-Effekt, der zu einer Verschiebung in der Wellenlänge des von ihm zurückgestreuten Lichts führt. Da das Ausmaß der Wellenlängenverschiebung von der Geschwindigkeit des Blutflusses abhängt, kann aus der Verschiebung der Wellenlänge des vom Blut zurückgestreuten Lichts auf die Flussrate des Blutes zurückgeschlossen werden. Die Flussrate aber ist ein wichtiger Faktor beispielsweise bei chirurgischen Eingriffen, bei Gewebetransplantationen, bei Herzkrankheiten sowie auch im Rahmen von Krebstherapien.
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In der
EP 1 241 979 B1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der örtlichen Verteilung mehrerer Messgrößen in einem vorgegebenen, flächigen Messbereich einer biologischen Probe beschrieben. Dazu wird als erstes Messverfahren ein lumineszenzoptisches Verfahren, beispielsweise Fluoreszenz-Lifetime-Imaging, verwendet, bei welchem die Lumineszenzabklingzeit bezüglich der ersten Messgröße (z.B. eine örtliche Verteilung der Sauerstoffkonzentration) bildgebend erfasst wird, und gleichzeitig oder unmittelbar aufeinanderfolgend ein zweites bildgebendes, optisches Messverfahren, beispielsweise ein bildgebendes Laser-Doppler-Messverfahren, bei welchem eine zweite Messgröße (z.B. die Perfusionsrate) bezogen auf den selben Messbereich bestimmt wird. Für jedes Messverfahren ist ein separater Detektor vorgesehen.
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In der WO 2010/ 142 672 A1 ist ein Bildgebungssystem zur fluoreszenz-optischen Visualisierung eines Objekts mit einer Beleuchtungseinheit und einer Aufnahmeeinheit offenbart, die einerseits das Objekt beleuchten und andererseits ein in oder an dem Objekt infolge der Bestrahlung erzeugtes optisches Signal aufnehmen kann. Die Aufnahmeeinheit weist einen optoelektronischen Wandler zur Umwandlung eines Fluoreszenzsignals in ein erstes elektronisches Datensignal und des Signals sichtbaren Lichts in ein zweites elektronisches Datensignal auf. Dazu wird eine räumliche Aufspaltung des angeregten optischen Signals in ein Fluorenzenzsignal und ein Signal sichtbaren Lichts, beispielsweise durch ein mehrkanaliges dichroitisches Prisma, vorgenommen.
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In der
DE 10 2009 010 446 A1 ist eine Vorrichtung zur Quantifizierung des Blutflusses in einem Gewebebereich sowie ein medizinisches, optisches Beobachtungsgerät zur Realisierung einer zuverlässigen Quantifizierung des Blutflusses offenbart.
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Weitere aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen setzen vergleichsweise komplizierte Filtereinrichtungen ein, welche vor die einzelnen Sensorelemente einer Bildaufnahmeeinrichtung gelegt werden. Dies wiederum bedeutet einen relativ komplizierten Aufbau der Detektoreinrichtung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einerseits auf die Verwendung zweier Detektoren zu verzichten und andererseits auch den technischen Aufwand an Filtereinrichtungen gegenüber dem Stand der Technik zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum optischen Inspizieren von Objekten und insbesondere von Hautsegmenten weist eine Beleuchtungseinrichtung auf, welche das zu inspizierende Objekt beleuchtet und eine Detektoreinrichtung, welche von der Beleuchtungseinrichtung stammende und von dem Objekt reflektierte und/oder gestreute (allgemein zurückgeworfene bzw. weitergeleitete) Strahlung erfasst (und insbesondere ein Bild und bevorzugt eine Vielzahl von Bildern des Objekts aufnimmt). Dabei weist die Detektoreinrichtung eine Bildaufnahmeeinrichtung zur ortsaufgelösten Aufnahme von Bildern mit einer Vielzahl von Bildaufnahmeelementen (Pixel) auf. Diese Bildaufnahmeelemente können dabei besonders bevorzugt unabhängig voneinander ausgelesen werden. Bevorzugt sind die Bildaufnahmeelemente in einem Array angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist die Bildaufnahmeeinrichtung in wenigstens zwei unterschiedlichen Bildaufnahmemodi betreibbar, wobei sich diese Bildaufnahmemodi in wenigstens einem für die Bildaufnahme charakteristischen Parameter unterscheiden. Bei diesem charakteristischen Parameter kann es sich beispielsweise um eine Auflösung des aufzunehmenden Bildes bzw. der aufzunehmenden Bilder handeln und/oder um eine Wiederholrate, mit der die Bilder aufgenommen werden. Daneben oder zusätzlich kämen jedoch auch andere charakteristische Parameter in Betracht, wie Filtereinstellungen, insbesondere auch Einstellungen von Software-Filtern oder dergleichen. Bevorzugt handelt es sich bei dem charakteristischen Parameter um einen solchen Parameter, der die Wiedergabe der jeweiligen aufgenommenen Bilder bzw. der aus diesen Bildern gebildeten Sequenzen beeinflusst.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Schalteinrichtung auf, welche die Bildaufnahmeeinrichtung von dem ersten Bildaufnahmemodus in den zweiten Bildaufnahmemodus schaltet. Diese Schalteinrichtung kann dabei sowohl einen automatischen Wechsel zwischen den Bildaufnahmemodi ermöglichen als auch einen durch Eingriff des Benutzers ausgelösten Wechsel. Vorteilhaft handelt es sich bei der Schalteinrichtung um eine elektronische Schalteinrichtung und/oder eine durch eine Software realisierte Schalteinrichtung.
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Bevorzugt erfolgt der Wechsel von einem Bildaufnahmemodus in den anderen Bildaufnahmemodus durch eine Betätigung durch den Benutzer. Es wäre jedoch auch eine automatische Umschaltung denkbar. So wäre es denkbar, dass nach dem Injizieren des Farbstoffes in dem ersten Bildaufnahmemodus die Einströmphase detektiert wird. Nach einer bestimmten Zeitspanne tritt ein stationärer Zustand auf, der sehr gut mittels der Bildaufnahmeeinrichtung detektiert werden kann. In Reaktion auf diesen so festgestellten stationären Zustand kann automatisch in den zweiten Bildaufnahmemodus umgeschaltet werden, wobei es sich hier insbesondere um einen Bildaufnahmemodus mit höherer Bild- bzw. Framerate handelt. Bevorzugt weist die Vorrichtung daher eine Erfassungseinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, wenigstens einen Parameter zu erfassen, der für einen stationären oder im Wesentlichen stationären Zustand des inspizierten Objekts charakteristisch ist.
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Bevorzugt werden in dem ersten Bildaufnahmemodus und in dem zweiten Bildaufnahmemodus wenigstens teilweise unterschiedliche Bereiche des zu inspizierenden Objekts beleuchtet und/oder beobachtet. Dabei ist es jedoch auch denkbar, dass diese Bereiche sich überschneiden.
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Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Bildaufnahmeeinrichtung, beispielsweise eine Kamera, in wenigstens zwei unterschiedlichen Bildaufnahmemodi oder, allgemein formuliert, Betriebsmodi betrieben werden kann. Dabei können Betriebsparameter dieser Bildaufnahmemodi zu unterschiedlichen Zwecken dienen, insbesondere zur Aufnahme unterschiedlicher Eigenschaften des zu inspizierenden Objektes und insbesondere zur Aufnahme sich zeitlich unterschiedlich ändernder Eigenschaften.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform gibt die Beleuchtungseinrichtung Licht im sichtbaren Wellenlängenbereiche und/oder im Nahinfrarotbereich ab. Es wären jedoch auch andere Wellenlängenbereiche denkbar. Bevorzugt gibt die Beleuchtungseinrichtung gerichtete Strahlung ab. Es wäre jedoch auch zumindest zeitweise die Verwendung von diffuser Strahlung denkbar.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Auslesevorrichtung zum Auslesen der Bildaufnahmeelemente auf. Bevorzugt erlaubt dabei diese Auslesevorrichtung in Abhängigkeit von den wenigstens zwei Bildaufnahmemodi eine unterschiedliche Ausleserate der Bildaufnahmeelemente. Daneben wäre es auch möglich, dass in wenigstens einem Bildaufnahmemodus mehrere Bildaufnahmeelemente gemeinsam ausgelesen werden.
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Die Beleuchtungseinrichtung kann weiterhin das zu inspizierende Objekt mit einer gepulsten Beleuchtung beleuchten. Dabei kann die Bildaufnahme durch die Bildaufnahmeeinrichtung mit der gepulsten Beleuchtung synchronisiert sein.
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Insbesondere ist ein Bildaufnahmemodus dazu geeignet und bestimmt, eine Visualisierung eines Blutflusses und insbesondere eine fluoreszenzgestützte Visualisierung eines Blutflusses aufzunehmen. Besonders bevorzugt ist damit ein Bildaufnahmemodus dazu geeignet und bestimmt, schnell ablaufende Bewegungen zu erfassen. Bevorzugt ist der andere Bildaufnahmemodus dazu geeignet und bestimmt, eine Perfusionsmessung und insbesondere eine farbstoffunabhängige Perfusionsmessung aufzunehmen. Insbesondere weist eine entsprechende Vorrichtung ein Operationsmikroskop auf und mittels dieses Operationsmikroskops können die Messungen durchgeführt werden. Auf diese Weise ist eine Vorrichtung mit nur einer Bildaufnahmeeinrichtung realisierbar. So können wiederum auch die Herstellungskosten sowie auch die Betriebsgröße der Vorrichtung reduziert werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in ein Operationsmikroskop integriert sein und/oder steuerungsseitig mit einem Operationsmikroskop gekoppelt sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich - wie oben erwähnt - bei dem zu beobachtenden bzw. zu inspizierenden Objekt um ein organisches Objekt und insbesondere um einen Hautbereich, bevorzugt einen Bereich menschlicher Haut. Dieser Hautbereich weist dabei bevorzugt wenigstens ein und bevorzugt mehrere Blutgefäße auf.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Bildaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme einer Vielzahl von Bildern geeignet. Dabei kann auch eine Wiedergabeeinrichtung, wie insbesondere aber nicht ausschließlich ein Display vorgesehen sein, mittels dessen Bilder ausgegeben werden können. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Bildaufnahmeeinrichtung einen schmalbandigen Detektor auf und insbesondere aber nicht ausschließlich einen (schmalbandigen) CMOS-Detektor. Die Verwendung eines CCD-Chips wäre ebenso denkbar. Bevorzugt handelt es sich bei wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung um eine schmalbandige Beleuchtungseinrichtung wie inbesondere aber nicht ausschließlich um einen Laser. Dieser kann dabei Strahlung mit Wellenlängendifferenzen von etwa 5 - 30nm abgeben.
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Es ist daher möglich, dass die Detektoreinrichtung in zwei Betriebszuständen (im Rahmen dieser Anmeldung als Bildaufnahmemodi bezeichnet) betrieben wird. Für die Blutflussdarstellung wird die Detektoreinrichtung bzw. die Bildaufnahmeeinrichtung in einen Bildaufnahmemodus gesetzt. Die Detektoreinrichtung wird dabei bevorzugt derart konfiguriert, dass Bilder in einer hohen Auflösung (allerdings mit geringer Bildrate) generiert werden. Für die Anregung wird bevorzugt eine Beleuchtungseinrichtung verwendet, wobei es sich hierbei bevorzugt um eine mikroskopeigene Beleuchtungseinrichtung handeln kann.
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Für die Perfusionsdarstellung wird die Vorrichtung in einen zweiten Bildaufnahmemodus gesetzt, der eine geringere Auflösung, allerdings jedoch eine sehr hohe Bildwiederholrate aufweist. Auch hier ist bevorzugt wiederum eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, insbesondere eine strukturierte Beleuchtungseinrichtung, welche die zur Doppler-Messung erforderliche Beleuchtung erzeugt, beispielsweise mittels eines Lasers.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Detektoreinrichtung ein programmierbares Detektorelement (bzw. eine programmierbare Bildaufnahmeeinrichtung) auf und insbesondere ein programmierbares Detektorelement, welches in wenigstens zwei unterschiedlichen Bildaufnahmemodi betrieben werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Bildaufnahmeeinrichtung auf, welche die Detektoreinrichtung derart steuert, dass die Bildaufnahmeeinrichtung für einen ersten vorgegebenen Zeitraum in dem ersten Bildaufnahmemodus betrieben wird und in einem zweiten vorgegebenen Zeitraum in dem zweiten Bildaufnahmemodus betrieben wird.
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Bei dieser Ausführungsform weist bevorzugt die Vorrichtung einen Zeitgeber oder eine Zeitsteuerung auf, der/die eine zeitliche Steuerung bzw. eine zeitliche Abfolge der Bildaufnahmemodi ermöglicht. Dabei sind bevorzugt Parameter dieser zeitlichen Steuerung, etwa der Zeitpunkt, in dem von dem ersten Bildaufnahmemodus in den zweiten Bildaufnahmemodus geschalten wird, veränderbar. Daneben wäre es möglich und bevorzugt, dass Parameter des jeweiligen Bildaufnahmemodus veränderbar sind, wie etwa eine Bildwiederholrate oder eine Auflösung. So kann die Vorrichtung an die konkret durchzuführende Untersuchung angepasst werden.
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Auf diese Weise ist es möglich, dass die Vorrichtung zunächst in dem ersten und dann in dem zweiten Bildaufnahmemodus betrieben wird. Bevorzugt umfasst der erste Zeitraum eine Zeitspanne zwischen 1s und 60s, bevorzugt zwischen 5s und 50s, bevorzugt zwischen 10s und 40s, bevorzugt zwischen 20s und 40s. Diese Zeiträume haben sich als günstig erwiesen, da in diesen Zeiträumen noch keine Perfusion auftritt. Bevorzugt ist es denkbar, dass in einem ersten vorgegebenen Zeitraum, etwa den ersten 30 Sekunden nach der Injektion des ICG-Farbstoffes, die Bildaufnahmeeinrichtung ausschließlich in dem ersten Bildaufnahmemodus (einem ICG Modus) betrieben wird und anschließend (ausschließlich) in dem zweiten Bildaufnahmemodus (einem LDI-Modus). Bevorzugt wird daher in dem ersten Bildwiedergabemodus eine Blutfluss-Messung durchgeführt. Bevorzugt wird während des Betriebs in dem zweiten Bildwiedergabemodus eine Perfusionsmessung durchgeführt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Positioniereinrichtung auf, um zumindest die Bildaufnahmeeinrichtung in einer vorgegebenen Position gegenüber dem zu untersuchenden Objekt anzuordnen. Vorteilhaft erlaubt dabei die Positioniereinrichtung eine zumindest während einer Bildaufnahme stationäre Anordnung der Bildaufnahmeeinrichtung gegenüber dem zu inspizierenden Objekt.
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So können beispielsweise Fixiermittel vorgesehen sein, welche das zu inspizierende Objekt gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung fixieren. Beispielsweise kann die Vorrichtung ein Stativ oder ähnliches aufweisen, an dem die Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Dabei kann zumindest die Bildaufnahmeeinrichtung gegenüber dem zu inspizierenden Objekt bewegbar sein und bevorzugt in mehreren Richtungen bewegbar sein.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung einen Träger auf, an dem sowohl die Beleuchtungseinrichtung als auch die Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet sind. Vorteilhaft handelt es sich bei diesem Träger um ein (gemeinsames) Gehäuse, in dem die Beleuchtungseinrichtung und die Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet sind. Dabei kann dieses Gehäuse im Wesentlichen abgeschlossen sein und es kann bevorzugt eine Öffnung vorgesehen sein, durch welche hindurch von der Beleuchtungseinrichtung ausgehendes Licht auf das zu inspizierende Objekt gelangen kann und/oder durch welche hindurch Bilder von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen werden können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform unterscheiden sich der erste Bildaufnahmemodus und der zweite Bildaufnahmemodus hinsichtlich einer Wiederholrate der aufzunehmenden Bilder. Vorteilhaft weist dabei der erste Bildaufnahmemodus eine Wiederholrate auf, die zwischen 20Hz und 300Hz, bevorzugt zwischen 30Hz und 200Hz, bevorzugt zwischen 50Hz und 200Hz und besonders bevorzugt zwischen 50Hz und 150Hz liegt. Der zweite Modus weist bevorzugt eine Wiederholrate auf, die zwischen 100kHz und 500kHz, bevorzugt zwischen 100kHz und 400kHz und besonders bevorzugt zwischen 150kHz und 250kHz liegt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform unterscheiden sich der erste Bildaufnahmemodus und der zweite Bildaufnahmemodus hinsichtlich einer Auflösung der aufzunehmenden bzw. aufgenommenen Bilder. Bevorzugt unterscheiden sich der erste Bildaufnahmemodus und der zweite Bildaufnahmemodus sowohl hinsichtlich der Bildwiederholrate als auch hinsichtlich der Auflösung der aufgenommenen Bilder. So wäre es beispielsweise möglich, dass im Rahmen des zweiten Bildaufnahmemodus die Auflösung der Bilder gegenüber der Auflösung in dem ersten Bildaufnahmemodus reduziert wird. Dazu wäre es möglich, dass die Signale mehrerer Sensorelemente zusammengefasst werden. Auf diese Weise können andererseits auch höhere Bildwiederholraten erreicht werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die einzelnen Bildaufnahmeelemente der Bildaufnahmeeinrichtung gleichartig ausgebildet. Dies bedeutet, dass es sich insbesondere bei der Bildaufnahmeeinrichtung um einen Schwarz-Weiß- bzw. monochromen Sensor handelt. Auf diese Weise kann eine sehr hohe Auflösung erreicht werden, wobei darauf hingewiesen wird, dass für die hier beschriebene Anwendung eine Farbbildaufnahme nicht notwendig ist.
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Bevorzugt erlaubt die hier beschriebene Vorrichtung keine Aufnahme von Farbbildern und bevorzugt auch keine Aussage über farbliche Eigenschaften des inspizierten Objekts. Damit weist bevorzugt die Vorrichtung weder eine zur Farbbildaufnahme geeignete Bildaufnahmeeinrichtung auf noch eine Einrichtung zum Bewirken einer mehrfarbigen Beleuchtung, wie etwa mehrfarbige Lichtquellen oder Filterelemente, welche unterschiedliche Farbanteile passieren lassen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung vergleichsweise unkompliziert ausgeführt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Bildaufnahmeelemente gleichartig beleuchtet. So kann auch eine optische Einrichtung, wie etwa ein Linsensystem, vorgesehen sein, welches eine gleichmäßige Beleuchtung sämtlicher Bildaufnahmeelemente bewirkt. Bevorzugt werden jedoch in beiden Bildaufnahmemodi sämtliche Bildaufnahmeelemente angesprochen bzw. in die Bildausgabe eingebunden.
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Es wäre jedoch auch denkbar, dass bei der Bildauswertung mehrere Bildaufnahmeelemente, insbesondere benachbarte Bildaufnahmeelemente zusammengefasst werden, um so eine Empfindlichkeit zu erhöhen. Diese Vorgehensweise kann in beiden Bildaufnahmemodi Anwendung finden. Durch die Zusammenfassung von Bildaufnahmeelementen kann eine höhere Lichtempfindlichkeit pro virtuellem Bildpunkt erreicht werden. Daneben wäre es auch denkbar, dass zu Erzeugung einzelner Bilder Bildaufnahmeelemente mehrfach beleuchtet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in einem Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinrichtung und der Detektoreinrichtung wenigstens ein (optisches) Filterelement angeordnet. Bevorzugt ist dabei dieses Filterelement entfernbar angeordnet, so dass es beispielsweise bei dem Wechsel von einem Bildaufnahmemodus zu dem anderen Bildaufnahmemodus entfernt oder hinzugefügt werden kann. Vorteilhaft sind wenigstens zwei bezüglich einander wechselbare Filterelemente vorgesehen. Vorteilhaft werden bei einem Wechsel dieser Filterelemente auch die Bildaufnahmemodi gewechselt.
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Vorzugsweise sind die Filterelemente in einem Strahlengang zwischen dem zu inspizierenden Objekt und der Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet. Es wäre jedoch auch denkbar, dass die Filterelemente zwischen der Beleuchtungseinrichtung und dem zu inspizierenden Objekt angeordnet sind oder ein Filterelement zwischen der Beleuchtungseinrichtung und dem zu inspizierenden Objekt und das andere zwischen dem zu inspizierenden Objekt und der Bildaufnahmeeinrichtung.
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Vorteilhaft wird für die Messung mit dem ersten Bildaufnahmemodus eine erste Filtereinrichtung in den Strahlenpfad gefügt, beispielsweise ein Bandpassfilter, der einen Wellenlängenbereich von ca. 840nm passieren lässt, um die Fluoreszenz abzubilden (um so eine ICG-Messung durchzuführen). Für die LDI-Messung kann ein weiterer Bandpassfilter verwendet werden, etwa ein Bandpassfilter, der Wellenlängen im Bereich von 780nm für LDI passieren lässt, um die Doppler-Verschiebung des Anregungslaserlichtes zu messen, welches bei 780nm liegt.
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Vorteilhaft handelt es sich daher bei wenigstens einem Filterelement und bevorzugt bei beiden Filterelementen um ein wellenlängenselektives Filterelement und insbesondere um einen Bandpassfilter.
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Vorteilhaft weist die Vorrichtung ein zweites Filterelement auf, welches gegen das erste Filterelement eintauschbar ist. Dabei unterscheiden sich vorteilhaft diese Filterelemente bevorzugt hinsichtlich einer von ihnen transmittierten Wellenlänge des Lichtes.
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Mit einem Filterwechsel wird bevorzugt auch der Bildaufnahmemodus bzw. die Ausleserate an den Bildaufnahmemodus angepasst. Bevorzugt erfolgt daher eine Trennung der einzelnen Kanäle bzw. der Bildwiedergaben nicht wie zum Teil im Stand der Technik bekannt, örtlich, wie etwa mittels einer Filtermaske, sondern zeitlich und bevorzugt ausschließlich zeitlich.
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Bevorzugt nimmt jedes Bildaufnahmeelement bzw. jedes Pixel beide Signale bzw. das von dem zu inspizierenden Objekt reflektierte Licht auf.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Antriebseinrichtung auf, welche die Filterelemente in den Strahlengang einbringt oder aus dem Strahlengang entfernt. Dabei könnten beispielsweise zwei unterschiedliche Filterelemente, die zu den beiden Bildaufnahmemodi korrespondieren, an einem gemeinsamen Träger angeordnet sein und dieser Träger wiederum kann verschoben und/oder gedreht bzw. geschwenkt werden, um entsprechend die Filtereigenschaften zu ändern. Bevorzugt nimmt dabei jedes Bildaufnahmeelement der Sensoreinrichtung jeweils beide Signale auf. Auf diese Weise kann die Detektoreinrichtung wesentlich weniger kompliziert ausgeführt werden wie beispielsweise bei der Verwendung von Farbbildkameras oder dergleichen.
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Es wäre dabei möglich und bevorzugt, dass eine Änderung der Filtereigenschaften (insbesondere durch Austausch der Filterelemente) und der Wechsel in den Bildaufnahmemodi d.h. insbesondere die Änderung der Framerates im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen. Bevorzugt erfolgen die Änderung der Filtereigenschaften und der Wechsel der Bildaufnahmemodi innerhalb eines Zeitfensters, welches kleiner ist als 1s, bevorzugt kleiner als 0,5s, bevorzugt kleiner als 0,3s, bevorzugt kleiner als 0,2s und bevorzugt kleiner als 0,1s.
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Daneben kann auch ein einheitliches Filterelement (bzw. ein gemeinsamer Satz an Filterelementen) für beide Lichtquellen verwendet werden. Auch ist es bevorzugt möglich, beide Filterelemente aus dem Strahlengang zu entfernen. Dies kann beispielsweise zum Zweck eines Kalibrierens erfolgen. Allerdings sind bevorzugt keine Filterelemente vorgesehen, welche eine unterschiedliche Beleuchtung unterschiedlicher Bildaufnahmeelemente (Pixel) der Bildaufnahmeeinrichtung ermöglichen.
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Durch die hier beschriebene zeitliche Trennung der beiden Signale können bevorzugt auch höhere Ausleseraten für das LDI-Signal realisiert werden als bei einer gleichzeitigen Aufnahme zweier Bilder.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung derart gestaltet, dass sie das zu inspizierende Objekt strukturiert beleuchtet. Dies bedeutet, dass die Beleuchtungseinrichtung Strahlung mit örtlich variierender Intensität auf das Objekt aufbringt. So könnte beispielsweise ein Laser eingesetzt werden, um eine derartige strukturierte Beleuchtung zu erreichen. Es wäre jedoch auch möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung ihr Licht über optische Elemente, wie etwa Gitter, auf das Objekt wirft. Bevorzugt handelt es sich dabei bei dieser strukturierten Beleuchtung etwa um ein Interferenzmuster bzw. allgemein eine Strahlung mit örtlichen Intensitätsschwankungen oder Mustern. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Beleuchtungseinrichtung wenigstens einen Laser auf.
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So wäre es beispielsweis möglich, dass Muster auf ein Objekt projiziert werden und die entstehenden Abweichungen über Verzerrungen eines Musters erfasst und analysiert werden. Auf diese Weise kann die Form oder Größe eines Objektes berechnet werden.
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In der einfachsten Form wäre es möglich, eine Linie auf das Prüfobjekt bzw. das Objekt zu projizieren und unter einem definierten Winkel mit einer Kamera zu betrachten. Die Verzerrungen der Linie können beispielsweise in Höhenunterschiede umgerechnet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine zweite Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Objektes auf. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Xenonlampe handeln. Daneben könnten auch Weißlichtquellen oder breitbandige Lichtquellen zum Einsatz kommen.
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Bevorzugt ist die zweite Beleuchtungseinrichtung unabhängig von der ersten Beleuchtungseinrichtung steuerbar. Vorteilhaft ist dabei diese zweite Beleuchtungseinrichtung geeignet, einen vorgegebenen Farbstoff und insbesondere den Farbstoff ICG (Indocyaningrün) anzuregen. Die Verwendung einer Xenonlampe erlaubt eine besonders rauscharme Darstellung.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Operationsmikroskop auf. Mithilfe dieses Operationsmikroskops kann der Benutzer entsprechende Behandlungen durchführen.
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Die hier beschriebene Xenonbeleuchtung kann durch eine LED- oder Laseranregung ersetzt oder ergänzt werden. So wäre es beispielsweise möglich, dass derselbe Laser für eine strukturierte Beleuchtung und eine ICG-Anregung benutzt wird. Auch wäre es möglich, dass eine entsprechende Laserbeleuchtung zu einer Xenonanregung hinzugeschaltet wird, um die Anregungslichtmenge zu erhöhen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beleuchtet wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung die Oberfläche, während die Bildaufnahmeeinrichtung in dem ersten Bildaufnahmemodus arbeitet und auch, während die Bildaufnahmeeinrichtung in dem zweiten Bildaufnahmemodus arbeitet. Dies bedeutet, dass zumindest eine Beleuchtungseinrichtung für beide Bildaufnahmemodi bestimmt ist.
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Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum optischen Inspizieren von Objekten gerichtet, wobei mit einer ersten Beleuchtungseinrichtung das zu inspizierende Objekt beleuchtet wird und eine Detektoreinrichtung von der Beleuchtungseinrichtung stammende und von dem Objekt gestreute und/oder reflektierte Strahlung erfasst, wobei die Detektoreinrichtung mit einer Bildaufnahmeeinrichtung ortsaufgelöste Bilder mit einer Vielzahl von Bildaufnahmeelementen aufnimmt.
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Erfindungsgemäß wird die Bildaufnahmeeinrichtung in wenigstens zwei unterschiedlichen Bildaufnahmemodi betrieben, wobei sich diese Bildaufnahmemodi in wenigstens einem für die Bildaufnahme charakteristischen Parameter unterscheiden. Bei diesem charakteristischen Parameter kann es sich beispielsweise um eine Auflösung des aufzunehmenden Bildes bzw. der aufzunehmenden Bilder handeln und/oder um eine Wiederholrate, mit der die Bilder aufgenommen werden. Daneben oder zusätzlich kämen jedoch auch andere charakteristische Parameter in Betracht, wie Filtereinstellungen, insbesondere auch Einstellungen von Software-Filtern oder dergleichen. Bevorzugt handelt es sich bei dem charakteristischen Parameter um einen solchen Parameter, der die Wiedergabe der jeweiligen aufgenommenen Bilder bzw. der aus diesen Bildern gebildeten Sequenzen beeinflusst.
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Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden mit den beiden unterschiedlichen Bildaufnahmemodi unterschiedliche Messungen an dem zu inspizierenden Objekt vorgenommen. Bevorzugt unterscheiden sich die beiden Bildaufnahmemodi hinsichtlich einer Bildwiederholrate und/oder einer Auflösung der durch die Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bilder. Bevorzugt wird das von der Beleuchtungseinrichtung zu der Bildaufnahmeeinrichtung gelangende Licht in den beiden Bildaufnahmemodi unterschiedlich gefiltert.
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Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren ist die Bildrate (bzw. Framerate) in dem zweiten Bildaufnahmemodus höher als in dem ersten Bildaufnahmemodus.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus der beigefügten Figur:
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Dabei zeigt:
- 1 eine grob schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt eine grob schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Untersuchen von Objekten 10. Bei diesem Objekt 10 handelt es sich hier um einen Hautbereich bzw. ein Hautsegment. Genauer bezeichnet dabei das Bezugszeichen 10a einen Gewebeabschnitt und das Bezugszeichen 10b ein Blutgefäß. In dem Gewebeabschnitt 10a kann eine Perfusion bestimmt werden und in dem Bereich des Blutgefäßes 10b ein Blutfluss.
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Das Bezugszeichen 2 kennzeichnet eine erste Beleuchtungseinrichtung, welche zur Beleuchtung des gesamten Objektes 10 bzw. des Hautbereiches dient. Dabei ist bevorzugt diese Beleuchtungseinrichtung 2 zumindest während der Dauer der Inspektion stationär gegenüber dem Objekt 10 angeordnet. Der Pfeil P1 kennzeichnet die Beleuchtung des Objektes 10 durch die Beleuchtungseinrichtung 2. Das von dem Objekt 10 reflektierte Licht gelangt (Pfeil P2) zu einer Bildaufnahmeeinrichtung 42, welche wiederum eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen 44 (nur eines dargestellt) aufweist. Diese Bildaufnahmeelemente 44 sind dabei gleichartig ausgebildet, so dass keine Aufnahme eines Farbbildes möglich ist. Das Bezugszeichen 4 kennzeichnet in seiner Gesamtheit eine Detektoreinrichtung, welche als Bestandteil auch die Bildaufnahmeeinrichtung 42 aufweist. Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet ein Operationsmikroskop, welches zum Durchführen von Operationen an dem Objekt 10 eingesetzt werden kann.
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Das Bezugszeichen 12 kennzeichnet eine Steuerungseinrichtung, welche zum Steuern der Bildaufnahmeeinrichtung 42 dient und welche diese insbesondere zwischen zwei Bildaufnahmemodi B1, B2 schalten kann. In dem ersten Bildaufnahmemodus B1 werden (vgl. Pfeil P3) Daten von der Bildaufnahmeeinrichtung 42 (welche für aufgenommene Bilder charakteristisch sind) auf ein Display 18 geleitet und auf diese Weise eine Untersuchung von Perfusion ermöglicht. Ein Pfeil P4 kennzeichnet die Beleuchtung des Blutgefäßes 10b und ein Pfeil P5 die Reflektion bzw. Abbildung des Bildes auf die Bildaufnahmeeinrichtung 42. Diese kann hier in den zweiten Bildaufnahmemodus B2 geschaltet werden, der insbesondere zur Untersuchung von hohen Strömungsgeschwindigkeiten dient. Der ebenfalls gestrichelte Pfeil P6 veranschaulicht die Daten bzw. eine Weiterleitung an die Bildwiedergabeeinrichtung 18.
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Das Bezugszeichen 16 kennzeichnet grob schematisch eine Schalteinrichtung, welche die Bildaufnahmeeinrichtung 42 von dem ersten Bildaufnahmemodus B1 zu dem zweiten Bildaufnahmemodus B2 schalten kann. Neben den beiden dargestellten Bildaufnahmemodi können auch weitere Bildaufnahmemodi vorgesehen sein, welche sich untereinander insbesondere hinsichtlich der Bildwiederholraten und/oder der Bildauflösungen unterscheiden können. Die Schalteinrichtung 16 ist ebenso wie die Bildaufnahmeeinrichtung 42 ein Bestandteil einer in ihrer Gesamtheit mit 4 bezeichneten Detektoreinrichtung. Auch die Steuerungseinrichtung 12 könnte in diese Detektoreinrichtung integriert sein. Daneben könnte die Detektoreinrichtung 4 auch ein (nicht gezeigtes) Speichermittel aufweisen, um die aufgenommenen Bilder abzuspeichern.
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Das Bezugszeichen 30 kennzeichnet einen Träger, an dem hier zwei Filterelemente 32 und 34 angeordnet sind. Diese beiden Filterelemente können wahlweise in den Strahlengang zwischen dem Objekt 10 und die Bildaufnahmeeinrichtung 42 geschoben werden. Auf diese Weise kann beispielsweise das erste Filterelement 32 beim Betrieb in dem ersten Bildaufnahmemodus B1 eingesetzt werden und das Filterelement 34 beim Betrieb in dem zweiten Bildaufnahmemodus B2.
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Das Bezugszeichen 36 kennzeichnet eine Antriebseinrichtung, welche geeignet ist, um wahlweise das erste Filterelement 32 oder das zweite Filterelement 34 in den Strahlengang zwischen den Beleuchtungseinrichtungen 2, 6 und der Bildaufnahmeeinrichtung 42 zu versetzen. Anstelle des hier gezeigten Trägers, der entlang des Doppelpfeils P verschoben werden kann, wären auch andere Lösungen denkbar, etwa ein Trägerrad, an dem mehrere Filterelemente angeordnet sind. Bevorzugt steuert die Steuereinrichtung 12 auch die Antriebseinrichtung 36.
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Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet eine zweite Beleuchtungseinrichtung, wie hier insbesondere eine Xenonlichtquelle. Diese zweite Beleuchtungseinrichtung 6 dient insbesondere zum Beleuchten der Blutgefäße. Diese Lichtquelle kann dabei insbesondere den Farbstoff (ICG) anregen. Unter der Wirkung des Doppler-Effektes kommt es zu einer Frequenzverschiebung und anhand dieser Frequenzverschiebung kann die Strömungsgeschwindigkeit des Blutes in dem Blutgefäß 10b ermittelt werden.
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Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in der Figur auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in der Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in der Figur gezeigter Merkmale ergeben können.
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Bezugszeichenliste
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- B1
- erster Bildaufnahmemodus/Betriebsmodus
- B2
- zweiter Betriebsmodus/Bildaufnahmemodus
- P
- Pfeil P/Parameter
- P1
- Beleuchtung im Bildaufnahmemodus B1
- P2
- reflektierte Strahlung im Bildaufnahmemodus B1
- P3
- Datentransfer im Bildwiedergabemodus B1
- P4
- Beleuchtung im Bildaufnahmemodus B2
- P5
- reflektierte Strahlung im Bildaufnahmemodus B2
- P6
- Datentransfer im Bildwiedergabemodus B2
- 1
- Vorrichtung
- 2
- erste Beleuchtungseinrichtung
- 4
- Detektoreinrichtung
- 6
- zweite Beleuchtungseinrichtung
- 10
- Objekt
- 10a
- Gewebeabschnitt
- 10b
- Blutgefäß
- 12
- Steuerungseinrichtung
- 14
- Operationsmikroskop
- 16
- Schalteinrichtung
- 18
- Display/Bildwiedergabeeinrichtung
- 30
- Träger
- 32
- Filterelement
- 34
- Filterelement
- 36
- Antriebseinrichtung
- 42
- Bildaufnahmeeinrichtung
- 44
- Bildaufnahmeelemente
