DE102017131171A1

DE102017131171A1 - Videoendoskop

Info

Publication number: DE102017131171A1
Application number: DE102017131171.8A
Authority: DE
Inventors: Alrun Thümen
Original assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Current assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-06-27
Also published as: JP2021506497A; EP3727127A1; WO2019121042A1; US11426057B2; JP6960538B2; US20200390317A1

Abstract

Es wird ein Videoendoskop vorgestellt, aufweisend einen langgestreckten Schaft (2,101,201) mit einem distalen Ende (3) und einem proximalen Ende (4), einem am distalen Ende (4) des Schafts (2,101,201) angeordneten Objektiv, sowie wenigstens einem Bildwandler (18,105,106), der proximal zum Objektiv in dem Schaft (2,101,201) angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Bildwandler (18,105,106) von einer rohrförmigen Hülse (15,102,202) umgeben ist, welche um eine Längsachse des Schafts (2,101,201) drehbar in dem Schaft (2,101,201) angeordnet ist, und wobei der wenigstens eine Bildwandler (18,105,106) über eine flexible Signalleitung (19,112,113,212,213) mit einem am proximalen Ende (4) des Schafts (2,101,201) angeordneten Anschlusselement (20) verbunden ist.Das Videoendoskop zeichnet sich dadurch aus, dass die flexible Signalleitung (19,112,113,212,213) mittels eines Lagesicherungselements (25,115,215) lösbar in der rohrförmigen Hülse (102,202) befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Videoendoskop, aufweisend einen langgestreckten Schaft mit einem distalen Ende und einem proximalen Ende, einem am distalen Ende des Schafts angeordneten Objektiv, sowie wenigstens einem Bildwandler, der proximal zum Objektiv in dem Schaft angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Bildwandler von einer rohrförmigen Hülse umgeben ist, welche um eine Längsachse des Schafts drehbar in dem Schaft angeordnet ist, und wobei der wenigstens eine Bildwandler über eine flexible Signalleitung mit einem am proximalen Ende des Schafts angeordneten Anschlusselement verbunden ist.
Videoendoskope werden in der Medizin und in der Technik eingesetzt, um schwer zugängliche Hohlräume zu untersuchen. Dazu weisen Endoskope einen langgestreckten Schaft auf mit einem proximalen, also nah beim Benutzer angeordneten, Ende und einem distalen, also vom Benutzer entfernten Ende, auf. Der Schaft kann dabei flexibel oder starr sein.
Am distalen Ende des Schafts ist ein Objektiv angeordnet, welches ein Bild des zu untersuchenden Hohlraums auf einen elektronischen Bildwandler abbildet. Der Bildwandler setzt dieses Bild in elektrische Videosignale um. Bei dem Bildwandler kann es sich beispielsweise um einen CCD- oder CMOS-Chip handeln.
Die von dem Bildwandler erzeugten Videosignale werden über eine Signalleitung an das proximale Ende des Schafts geleitet, wo sie, ggf. nach einer elektronischen Vorverarbeitung, über ein Anschlusselement ausgegeben werden.
Wird der Endoskopschaft während des Einsatzes um seine Längsachse gedreht, um beispielsweise einen besseren Blickwinkel auf ein interessierendes Detail zu erhalten, so verdreht sich die Horizontlage eines aus den Videodaten reproduzierten Videobildes. Dadurch wird es dem Benutzer des Videoendoskops erschwert, sich auf dem Videobild zu orientieren. Dieses Problem tritt verschärft auf, wenn das Videoendoskop eine seitliche oder gar veränderliche Blickrichtung aufweist.
Um hier Abhilfe zu schaffen, ist der Bildwandler in dem Schaft oftmals um die Längsachse des Schafts drehbar gelagert. Dazu ist der Bildwandler in einer rohrförmigen Hülse befestigt, welche ihrerseits drehbar in dem Schaft gelagert ist. Die Drehung der Hülse kann beispielsweise über eine magnetische Kupplung erfolgen, welche die Drehung eines außerhalb des Schafts angeordneten Drehrings durch den Schaft auf die rohrförmige Hülse überträgt.
Das Anschlusselement am proximalen Ende des Schafts ist in der Regel hermetisch dichtend mit dem proximalen Ende des Schafts verbunden und kann sich somit nicht mit der rohrförmigen Hülse mitdrehen. Daher wird zwischen dem Bildwandler und dem Anschlusselement eine flexible Signalleitung eingesetzt.
Ein entsprechendes Videoendoskop ist beispielsweise aus der DE102007009292A1 bekannt.
Bei entsprechenden Videoendoskopen besteht das Problem, dass die flexible Signalleitung verschiedenen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Dies sind zum einen in Längsrichtung des Schafts wirkende Druck- und/oder Zugkräfte, welche durch unterschiedlichen Temperaturausdehnung der einzelnen Komponenten entstehen können. Zum anderen entstehen bei der Verdrehung der rohrförmigen Hülse in dem Schaft Torsionskräfte.
Die entsprechenden Kräfte wirken auf die Verbindungsstelle der Signalleitung mit dem Bildwandler, bzw. weiterer mit dem Bildwandler in Verbindung stehender Schaltungen. Da solche Verbindungsstellen angesichts der engen Platzverhältnisse am distalen Ende eines Videoendoskops klein und empfindlich sind, besteht die Gefahr, dass die Verbindungsstellen beschädigt werden. Hierdurch wird im ungünstigsten Fall das Videoendoskop unbenutzbar.
Es besteht daher die Aufgabe der Erfindung darin, ein Videoendoskop bereitzustellen, welches hinsichtlich der oben beschriebenen Problematik verbessert ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Videoendoskop, aufweisend einen langgestreckten Schaft mit einem distalen Ende und einem proximalen Ende, einem am distalen Ende des Schafts angeordneten Objektiv, sowie wenigstens einem Bildwandler, der proximal zum Objektiv in dem Schaft angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Bildwandler von einer rohrförmigen Hülse umgeben ist, welche um eine Längsachse des Schafts drehbar in dem Schaft angeordnet ist, und wobei der wenigstens eine Bildwandler über eine flexible Signalleitung mit einem am proximalen Ende des Schafts angeordneten Anschlusselement verbunden ist, welches dadurch weitergebildet ist, dass die flexible Signalleitung mittels eines Lagesicherungselements lösbar in der rohrförmigen Hülse befestigt ist.
Durch die Befestigung der Signalleitung in der rohrförmigen Hülse wird erreicht, dass auf die Signalleitung wirkende Kräfte über das Lagesicherungselement in die rohrförmige Hülse abgeleitet werden, ohne Verbindungsstellen der Signalleitung am distalen Ende des Schafts zu belasten. Die Gefahr einer Beschädigung der Verbindungsstellen kann somit nahezu vollständig ausgeschlossen werden.
In einer möglichen Ausführung eines Videoendoskops gemäß der Erfindung kann die flexible Signalleitung eine flexible Leiterplatte umfassen. Flexible Leiterplatten sind leichter zu kontaktieren als beispielsweise Kabel, und weisen gleichzeitig ein gleichmäßigeres Biegeverhalten auf.
Ein Videoendoskop gemäß der Erfindung kann zwei Bildwandler aufweisen, welche in einer gemeinsamen rohrförmigen Hülse angeordnet sind. Zwei Bildwandler werden beispielsweise in 3D-Videoendoskopen eingesetzt, um stereoendoskopische Aufnahmen zu ermöglichen. Bei solchen 3D-Videoendoskopen sind die Verbindungsstellen der Bildwandler mit den Signalleitungen wegen des beengten Bauraums besonders empfindlich.
Entsprechend kann die flexible Signalleitung eines entsprechenden Videoendoskops für jeden Bildwandler eine separate flexible Leiterplatte umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung eines Videoendoskops nach der Erfindung ist das Lagesicherungselement von außen in die rohrförmige Hülse einführbar. Dadurch kann das Lagesicherungselement besonders einfach nach der Verbindung der flexiblen Signalleitung mit dem Bildwandler eingebracht werden, um die Signalleitung zu fixieren.
In einer vorteilhaften Variante eines Videoendoskops gemäß der Erfindung kann das Lagesicherungselement eine schlitzförmige Aufnahme für die wenigstens eine flexible Leiterplatte aufweisen. Das Lagesicherungselement kann dann so in die rohrförmige Hülse eingeführt werden, dass die schlitzförmige Aufnahme über die flexible Leiterplatte gleitet und diese dabei fixiert.
In einer besonders bevorzugten Ausführung eines Videoendoskops nach der Erfindung kann das Lagesicherungselement aus zwei Teilelementen bestehen, welche sich beim Einführen in die rohrförmige Hülse so, vorzugsweise gegenseitig, elastisch verformen, dass die wenigstens eine flexible Leiterplatte in der schlitzförmigen Aufnahme kraftschlüssig befestigt wird. Dabei können beispielsweise sich gegenüberliegende Wände der schlitzförmigen Aufnahme eines Teilelements durch das andere Teilelement zusammengedrückt werden, wodurch die flexible Leiterplatte zwischen den Wänden eingeklemmt wird.
Jedes der beiden Teilelemente kann dabei eine schlitzförmige Aufnahme für eine flexible Leiterplatte aufweisen. Es kann dann zunächst das erste Teilelement so in die rohrförmige Hülse eingesetzt werden, dass die schlitzförmige Aufnahme des ersten Teilelements über eine erste flexible Leiterplatte greift. Anschließend kann das zweite Teilelement so eingesetzt werden, dass die schlitzförmige Aufnahme des zweiten Teilelements über eine zweite flexible Leiterplatte greift.
Alternativ kann eines der beiden Teilelemente zwei schlitzförmige Aufnahmen für jeweils eine flexible Leiterplatte aufweisen. Das zweite Teilelement dient in diesem Fall nur zur elastischen Verformung des ersten Teilelements, um die flexiblen Leiterplatten in diesem zu fixieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger exemplarischer Darstellungen näher erläutert. Diese Darstellungen dienen nur zum besseren Verständnis der Erfindung, und stellen keine Einschränkung des Erfindungsgegenstandes dar.
Es zeigen:

1: Ein Videoendoskop,
2: den inneren Aufbau eines Videoendoskops,
3: den inneren Aufbau eines weiteren Endoskops,
4a - 4d: Schnittdarstellungen des Videoendoskops nach 3,
5: eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Videoendoskop.

In 1 ist ein Videoendoskop 1 dargestellt. Das Videoendoskop 1 weist einen langgestreckten Schaft 2 mit einem distalen Ende 3 und einem proximalen Ende 4 auf. Am proximalen Ende 4 des Schafts 2 ist ein Handgriff 5 angeordnet, mittels dessen das Videoendoskop 1 gehalten und bedient werden kann.
Am distalen Ende 3 des Schafts 2 ist ein nicht dargestelltes Objektiv angeordnet, dessen Blickrichtung in Richtung des Pfeils 6 ausgerichtet ist. Durch Drehen des Videoendoskops 1 kann die Blickrichtung des Objektivs um dessen Längsachse rotiert werden. Ein Drehring 7 dient dazu, die Horizontlage eines vom Videoendoskop 1 aufgenommenen Bildes zu kontrollieren. Die von dem Videoendoskop 1 erzeugten Videosignale werden über ein Kabel 8 ausgegeben.
In 2 ist der innere Aufbau des Videoendoskops 1 schematisch dargestellt.
Das distale Ende 3 des Schafts 2 ist durch ein Fenster 10 hermetisch verschlossen. Hinter dem Fenster 10 befindet sich eine distale Objektivbaugruppe 11, welche eine Prismenbaugruppe 12 sowie eine Linse 13 umfasst. Die distale Objektivbaugruppe 11 ist drehfest mit dem Schaft 2 verbunden.
Weiterhin ist in dem Schaft 2 eine rohrförmige Hülse 15 vorgesehen, welche um eine Längsachse des Schafts 2 drehbar ist. Die rohrförmige Hülse ist über Magnete 16 mit dem Drehring 7 dergestalt gekoppelt, dass eine Drehung des Drehrings 7 um de Längsachse des Videoendoskops 1 auf die rohrförmige Hülse 15 übertragen wird.
Am distalen Ende der rohrförmigen Hülse 15 ist ein proximaler Objektivteil 17 sowie ein elektronischer Bildwandler 18 drehfest in der rohrförmigen Hülse 15 befestigt. Eine flexible Signalleitung 19 verbindet den Bildsensor 18 mit einem Anschlusselement 20 am proximalen Ende 4 des Schafts 2. Das Anschlusselement 20 ist hermetisch dichtend in den Schaft 2 eingesetzt.
Elektrische Signale des Bildsensors 18 werden über die flexible Signalleitung 19 zum Anschlusselement 20 übertragen und dort aus dem Schaft 2 herausgeführt. Eine Signalverarbeitungseinheit 21 verarbeitet die Signale und gibt diese über ein Kabel 8 aus.
Um die Blickrichtung des Videoendoskops anzupassen, kann der Benutzer den Handgriff 5 drehen. Dabei dreht sich auch der fest mit diesem verbundene Schaft 2 sowie die distale Objektivbaugruppe 11. Um dabei die Horizontlage des Bildes nicht zu verlieren, hält der Benutzer den Drehring 7 fest, so dass dieser sich nicht mitdreht. Entsprechend wird auch die rohrförmige Hülse 15 mit der proximalen Objektivbaugruppe 17 und dem Bildwandler 18 nicht gedreht, und die Horizontlage des aufgenommenen Bildes bleibt konstant.
Die relative Drehung zwischen der rohrförmigen Hülse 15 und dem Schaft führt zu einer Torsion der Signalleitung 19. Dadurch werden die Verbindungen der Signalleitung 19 mit dem Bildwandler 18 mechanisch belastet.
Um diese Belastung zu reduzieren ist ein Lagesicherungselement 25 vorgesehen, welches die Signalleitung 19 lösbar in der rohrförmigen Hülse 15 befestigt. Dadurch werden die Torsionskräfte in der Signalleitung 19 von dem Lagesicherungselement 25 aufgenommen und an die rohrförmige Hülse 15 abgegeben, ohne dass Verbindungsstellen der Signalleitung mit dem Bildwandler belastet werden.
Das Lagesicherungselement 25 ist dabei lösbar ausgeführt, um eine Demontage des Videoendoskops 1, beispielsweise zu Wartungszwecken, zu ermöglichen.
Die Verbindungsstellen der Signalleitung 19 mit dem Anschlusselement 20 werden ebenfalls durch die Torsion der Signalleitung 19 belastet. Allerdings ist im Bereich des Anschlusselements 20 deutlich mehr Bauraum verfügbar, so dass diese Verbindungsstellen mechanisch stabiler ausgeführt werden können.
In 3 ist der innere Aufbau eins weiteren Videoendoskops 100 gemäß der Erfindung ausschnittsweise dargestellt. Die 4a bis 4d zeigen Schnittdarstellungen des in 3 dargestellten Videoendoskops entlang der Ebenen A - A (4a), B - B (4b), C - C (4c) und D -D (4d).
Das Videoendoskop 100, welches als Stereo-Videoendoskop ausgeführt ist, umfasst wiederum einen Schaft 101 und eine in dem Schaft 101 drehbar gelagerte rohrförmige Hülse 102. In der rohrförmigen Hülse 102 sind als proximale Objektivabschnitte zwei Prismenblöcke 103,104 parallel zueinander angeordnet, von denen nur der Prismenblock 103 in 3 sichtbar ist. Die Prismenblöcke lenken aus einem nicht dargestellten distalen Objektivabschnitt kommende Strahlengänge um 90° auf zwei Bildwandler 105,106 ab, von denen in 3 nur Bildwandler 105 sichtbar ist.
Die Prismenblöcke 103,104 und die Bildwandler 105,106 sind an einem Tragelement 107 befestigt, welches drehfest mit der rohrförmigen Hülse 102 verbunden ist. Das Tragelement 107 wirkt zusätzlich als Wärmesenke und Wärmeableiter für die elektrische Verlustwärme der Bildwandler 105,106.
Die Bildaufnehmer 105,106 sind mit Vorschaltungen 108,109 verbunden, welche Bildinformationen aus den Bildwandlern 105,106 auslesen und in Videosignale umsetzen. Die Videosignale werden über Übergangs-Leiterplatinen 110,111 zu flexiblen Signalleitern 112,113 geleitet, welche sich bis zum nicht dargestellten proximalen Ende des Schafts 101 erstrecken. Von den Signalleitern 112,113 ist nur der Signalleiter 113 in 3 sichtbar. Die Signalleiter 112,113 sind als flexible Leiterplatten ausgeführt.
Die Übergangs-Leiterplatinen 110,111 und die Signalleiter 112,113 tragen jeweils eine Mehrzahl von einzelnen Leiterbahnen, die der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.
In einem Verbindungsbereich 114 sind die Leiterbahnen der Signalleiter 112,113 über Lötungen mit den Leiterbahnen der Übergangs-Leiterplatinen 110,111 verbunden.
Die Übergangs-Leiterplatinen 110,111 sind in ihrem proximalen Bereich um einen Winkel von etwa 90° zum Längsachse des Videoendoskops 100 hin abgewinkelt. Dadurch können die Signalleiter 112,113 möglichst dicht an Längsachse des Videoendoskops 100 angeordnet werden.
Wenn die Hülse 102 in dem Schaft 101 gedreht wird, werden die Signalleiter 112,113 verdrillt. Um zu verhindern, dass daraus resultierende Torsionskräfte die Lötstellen im Verbindungsbereich 114 schädigen, sind die Signalleiter 112,113 proximal von dem Verbindungsbereich 114 durch ein Lagesicherungselement 115 fixiert. Das Lagesicherungselement 115 besteht aus zwei Teilelementen 116,117, welche von entgegengesetzten Seiten in die Hülse 102 eingeführt sind.
Die Teilelemente 116,117 weisen jeweils eine schlitzförmige Aufnahme 118,119 auf, welche jeweils einen der Signalleiter 112,113 aufnehmen. Dabei sind die Teilelemente 116,117 so ausgeführt, dass sie sich bei dem Einsetzen in die Hülse 102 gegenseitig elastisch verformen. Hierdurch werden die Signalleiter 112,113 in den schlitzförmigen Aufnahmen 118,119 kraftschlüssig fixiert.
An den äußeren Enden weisen die Teilelemente 116,117 pilzförmige Erweiterungen 120,121 auf, welche zum einen ein zu tiefes Einschieben der Teilelemente 116,117 in die Hülse 102 verhindern, und zum anderen ein Entfernen der Teilelemente 116,117 aus der Hülse 102 vereinfachen, wenn das Videoendoskop 100 zu Wartungs- oder Reparaturzwecken demontiert werden soll.
Die Teilelemente 116,117 können beispielsweise im Spritzguss aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Dabei sollte das Kunststoffmaterial möglichst wenig abrasiv sein, um eine Beschädigung der Signalleiter 112,113 bei der Montage bzw. Demontage des Videoendoskops 100 zu vermeiden.
In 5 ist ein weiteres Videoendoskop 200 im Schnitt dargestellt, welches weitestgehend dem Videoendoskop 100 entspricht. 5 zeigt dabei einen Schnitt durch eine Ebene, welche der Ebene D - D der 3 entspricht. Sich entsprechende Elemente sind in der Figur mit einem um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut im Detail erläutert.
Das Videoendoskop 200 unterscheidet sich vom Videoendoskop 100 dadurch, dass hier das Teilelement 216 zwei schlitzförmige Aufnahmen 218,219 aufweist, welche die Signalleiter 212,213 aufnehmen. Das Teilelement 217 hingegen weist eine breite Aufnahme 225 auf, welche das komplette Teilelement 216 umgreift und dadurch die Signalleiter 212,213 kraftschlüssig fixiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007009292 A1 [0008]

Claims

Videoendoskop, aufweisend - einen langgestreckten Schaft (2,101,201) mit einem distalen Ende (3) und einem proximalen Ende (4), - einem am distalen Ende (4) des Schafts (2,101,201) angeordneten Objektiv, sowie - wenigstens einem Bildwandler (18,105,106), der proximal zum Objektiv in dem Schaft (2,101,201) angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Bildwandler (18,105,106) von einer rohrförmigen Hülse (15,102,202) umgeben ist, welche um eine Längsachse des Schafts (2,101,201) drehbar in dem Schaft (2,101,201) angeordnet ist, und wobei der wenigstens eine Bildwandler (18,105,106) über eine flexible Signalleitung (19,112,113,212,213) mit einem am proximalen Ende (4) des Schafts (2,101,201) angeordneten Anschlusselement (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Signalleitung (19,112,113,212,213) mittels eines Lagesicherungselements (25,115,215) lösbar in der rohrförmigen Hülse (102,202) befestigt ist.
Videoendoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Signalleitung wenigstens eine flexible Leiterplatte (112,113,212,213) umfasst.
Videoendoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Videoendoskop zwei Bildwandler (105,106) aufweist, welche in einer gemeinsamen rohrförmigen Hülse (102,202) angeordnet sind.
Videoendoskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Signalleitung für jeden Bildwandler (105,106) eine separate flexible Leiterplatte (112,113,212,213) umfasst.
Videoendoskop nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagesicherungselement (115,215) von außen in die rohrförmige Hülse (102,202) einführbar ist.
Videoendoskop nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagesicherungselement (115,215) eine schlitzförmige Aufnahme (118,119,218,219) für die wenigstens eine flexible Leiterplatte (112,113,212,213) aufweist.
Videoendoskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagesicherungselement (115,215) aus zwei Teilelementen (116,117,216,217) besteht, welche sich beim Einführen in die rohrförmige Hülse (102,202) so, vorzugsweise gegenseitig, elastisch verformen, dass die wenigstens eine flexible Leiterplatte (112,113,212,213) in der schlitzförmigen Aufnahme (118,119,218,219) kraftschlüssig befestigt wird.
Videoendoskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der beiden Teilelemente (116,117) eine schlitzförmige Aufnahme (118,119) für eine flexible Leiterplatte (112,113) aufweist.
Videoendoskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Teilelemente (216) zwei schlitzförmige Aufnahmen (218,219) für jeweils eine flexible Leiterplatte (212,213) aufweist.