DE102019009010A1

DE102019009010A1 - Endoskop, Trokarhülle, endoskopisches System und Antibeschlagverfahren für ein Endoskop

Info

Publication number: DE102019009010A1
Application number: DE102019009010.1A
Authority: DE
Inventors: Markus Kupferschmid; Daniel Ulmschneider; Andreas Heni; Lawrence Natusch
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Ein Endoskop (1) umfasst einen langgestreckten Schaft (2) und ein Objektiv (20), das in einem distalen Endstück (4) des Schafts (2) angeordnet ist, wobei auf der distalen Seite des Objektivs (20) ein Abdeckglas (34) angeordnet ist, und das Endoskop (1) umfasst eine Antibeschlagoptik, wobei die Antibeschlagoptik konfiguriert ist, eine Antibeschlagstrahlung zur einer distalen Seite des Abdeckglases (34) weiterzuleiten, und wobei die Antibeschlagstrahlung eine UVC-Strahlung ist. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Trokarhülle (60), auf ein endoskopisches System und auf ein Antibeschlagverfahren für ein Endoskop (1).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Endoskop, welches einen langgestreckten Schaft besitzt, und ein Objektiv, das am distalen Ende des Schafts angeordnet ist, wobei ein Abdeckglas auf der distalen Seite des Objektivs angeordnet ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Trokarhülle, die konfiguriert ist, um mit einem solchen Endoskop zusammenzuarbeiten, auf ein endoskopisches System, das ein solches Endoskop enthält, und auf ein Antibeschlagverfahren für ein Endoskop.
Endoskopische Untersuchungsmethoden sind in einer Vielzahl von medizinischen und tiermedizinischen Bereichen zum Standard geworden, und ebenso in vielen nichtmedizinischen Bereichen. Bei solchen Untersuchungsmethoden wird ein Endoskop, das einen langgestreckten Schaft mit einem optischen Abbildungssystem besitzt, in eine menschliche oder tierische Körperhöhle oder einen Hohlraum eines anderen zu untersuchendem Objekt eingeführt. In einem distalen (d.h. vom Bediener entfernt liegenden) Endstück des langgestreckten Schafts ist ein Objektiv angeordnet, um ein Bild eines Objektfeldes in der Körperhöhle oder dem Hohlraum des Objektes zu erzeugen. Das durch das Objektiv erzeugte Bild kann zu einem proximalen (d.h. in Bedienernähe) Ende des Endoskops übertragen werden, um vom Bediener betrachtet oder durch einen elektronischen Bildsensor aufgenommen zu werden, oder das erzeugte Bild kann durch einen elektronischen Bildsensor aufgenommen werden, der an dem distalen Endstück des Schafts angeordnet ist. Ein transparentes Abdeckglas ist auf der distalen Seite des Objektivs platziert und lässt die vom Objektfeld herrührende Strahlung durch das Objektiv durchtreten. Das Abdeckglas ist abdichtend in ein distales Ende eines Rohrs eingefügt, das das Objektiv und, wenn es in das distale Endstück des Schafts eingeführt ist, den elektronischen Bildsensor umhüllt.
Wenn ein Endoskopschaft in eine menschliche oder tierische Körperhöhle eingeführt wird, beschlägt das Abdeckglas häufig und verbirgt damit den endoskopischen Blick. Dies wird durch die typischerweise in der Körperhöhle herrschende hohe Luftfeuchtigkeit und durch die Temperatur des Endoskops, die normalerweise niedriger ist als die Temperatur innerhalb der Körperhöhle, verursacht. Darüber hinaus kann bei einigen nichtmedizinischen Anwendungen ein Beschlagen des Abdeckglases aus ähnlichen Gründen auftreten. Um eine klare Sicht wiederherzustellen, wird das Endoskop normalerweise aus der Körperhöhle entfernt und das Glas manuell gereinigt. Auf diese Weise wird aber ein Eingriff oder eine Untersuchung, der/die mit einem Endoskop durchgeführt wird, verlängert, was beispielsweise zu erhöhtem Stress und/oder Risiko für einen Patienten und/oder höheren Kosten führt. Es sind daher mehrere Ansätze vorgeschlagen worden, um das Beschlagen des Abdeckglases eines Endoskops zu verhindern oder zu reduzieren.
Die Patentschrift US 4,279,246 offenbart eine Vorrichtung, die das Beschlagen eines Beobachtungsfensters unter Verwendung der Wärmestrahlen einer Lichtquelle verhindert. Licht wird zu einem Umwandler geleitet, der in Beobachtungsfensternähe bereitgestellt wird; der Umwandler verwandelt einen Teil des Lichts in Wärme und das Beobachtungsfenster wird durch die Wärme angewärmt, um die Trübung zu verhindern.
In der Patentschrift US 5,647,840 wird ein Laparoskop mit einer distal geheizten Linse vorgeschlagen, in dem ein Glasfaserbündel eine ausgewählte Anzahl von distalen Faserenden besitzt, die so behandelt sind, dass sie ein energieablenkendes Element für das Leiten von thermaler oder infraroter Energie von einer Lichtquelle in die Peripherie der distalen Linse bilden, um ihre Temperatur zu erhöhen, um das Beschlagen der distalen Linse zu verhindern. Das Laparoskop kann einen fluidischen Strömungskanal beinhalten, der mit einer Düse zur Lenkung einer fluidischen Strömung abschließt.
Gemäß der veröffentlichten Patentanmeldung US 2002/0135694 A1 besitzt das Gehäuse einer zahnärztlichen Videokamera innere Oberflächen, die als Reflektoren fungieren, um Wärme in Richtung eines optischen Fensters zu richten, um das optische Fenster vom Beschlag zu befreien.
Wie in DE 10 2007 044 663 B3 beschrieben besitzt ein Endoskop ein Lichtleitfaserbündel, das heizende Fasern enthält, die in einem aufgerauten Bereich einer Stirnseite enden, die sich in der Nähe eines distalen Fensters befindet, um das Fenster zur Vermeidung von Kondensation zu heizen.
In US 2008/0249355 A1 wird eine endoskopische Vorrichtung offenbart, die einen Schaft und eine Beleuchtungsvorrichtung besitzt, um Beleuchtungslicht für einen Bereich vor dem distalen Ende des Schafts bereitzustellen. Die endoskopische Vorrichtung kann weiterhin ein Fenster enthalten, das am distalen Ende des Schafts angeordnet ist, und die Beleuchtungsvorrichtung kann eine Leuchtdiode (LED) enthalten, wobei die LED in Fensternähe angeordnet ist, um das Fenster zu heizen und den Beschlag zu entfernen.
In US 2010/0309553 A1 wird eine Bildaufnahmevorrichtung eines Endoskops offenbart, das eine Heizvorrichtung besitzt, die einen Heizkörper, der ein Abdeckglas aufheizt, und einen Temperatursensor, der die Temperatur des Abdeckglases misst, umfasst. Der Heizkörper und der Temperatursensor sind mit einem Steuergerät verbunden. Wenn die Bildaufnahmevorrichtung in eine Körperhöhle eingeführt wird, wird die Temperatur des Abdeckglases auf einer geeigneten Einstelltemperatur gehalten.
Gemäß US 2011/0130627 A1 wird eine distale Oberfläche einer distalsten Linse einer Bildgebungsbaugruppe eines Visualisierungsinstruments beschichtet, um das Beschlagen zu reduzieren oder zu verhindern. Eine Beschlagbeseitigung kann auch erzielt werden, indem ein Heizelement mit der distalen Linse oder Abdeckplatte gekoppelt wird.
Wie in US 2014/0200406 A1 offenbart, umfasst ein Antibeschlagsystem für ein Endoskop ein Endoskop mit einem äußeren Gehäuse, eine Abbildungsanordnung und ein distales Fenster. Am distalen Fenster ist eine Filterlinse angebracht, wobei die Filterlinse einen ersten Teil des elektromagnetischen Lichts durchtreten lässt, während ein zweiter Teil des elektromagnetischen Lichts absorbiert wird, um so die Filterlinse zu heizen. Das Aufheizen des distal liegenden Fensters verhindert die Kondensation von Feuchtigkeit auf einer außenliegenden Oberfläche des distalen Fensters, und verhindert so das Beschlagen des Endoskops. Das Heizlicht kann aus einem beliebigen Bereich des ultravioletten, sichtbaren und IR-Bereichs des elektromagnetischen Spektrums ausgewählt werden. Verschiedene Mittel zur Temperaturbegrenzung des distalen Fensters werden vorgeschlagen.
Es hat sich aber herausgestellt, dass die Lösungen des bisherigen Stands der Technik unter einem oder mehreren Nachteilen leiden, wie zum Beispiel niedrige Wirksamkeit oder verzögerte Beschlagsentfernung. Weiterhin kann das Aufheizen des Abdeckglases oder des distalen Endes des Endoskops negative Einflüsse auf die Eingriffsprozedur insgesamt haben. Insbesondere wegen der geringen thermischen Leitfähigkeit von Glas dauert das Aufheizen von ausgewählten Teilen des Abdeckglases entweder eine vergleichsweise lange Zeit, um ein Aufheizen der vollständigen distalen Oberfläche des Abdeckglases zu bewirken, oder die ausgewählten Teile müssten auf eine hohe Temperatur geheizt werden, was eine beträchtliche Gefahr für den Patienten beinhaltet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Endoskop bereitzustellen, mit dem die obenstehenden Nachteile vermieden oder vermindert werden können. Eine Aufgabe der Erfindung ist insbesondere zu ermöglichen, dass das Beschlagen des Abdeckglases vermieden wird oder die Feuchtigkeit mit hoher Effizienz und einer kurzen Verzögerung vom Abdeckglas entfernt wird, während gleichzeitig das Risiko der Überhitzung der Endoskopoberfläche, insbesondere des Abdeckglases, vermieden oder verringert wird.
Diese Aufgaben werden durch ein Endoskop gemäß Anspruch 1, eine Trokarhülle gemäß Anspruch 13, ein endoskopisches System gemäß Anspruch 15 und ein Antibeschlagverfahren gemäß Anspruch 16 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angedeutet.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf medizinische Endoskope, d.h. Endoskope, die für medizinische Anwendungen konstruiert sind, wie beispielsweise die minimal-invasive Chirurgie und/oder medizinische Untersuchungen. Benutzer des Endoskops ist daher typischerweise ein Chirurg, der einen endoskopischen Eingriff durchführt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich aber auch auf Endoskope, die für nichtmedizinische Zwecke konstruiert sind, beispielsweise industrielle Endoskope oder Boroskope.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Endoskop einen langgestreckten Schaft und ein Objektiv, das in dem distalen Endstück des Schafts angeordnet ist. Der langgestreckte Schaft ist für die Einführung in eine menschliche oder tierische Körperhöhle oder in einen Hohlraum eines anderen Objekts konfiguriert und kann starr, halbstarr oder flexibel sein. Das proximale Endstück des Schafts kann mit einem Handgriff versehen sein oder kann mit einem Handgriff verbindbar sein. Das Objektiv kann Teil eines optischen Abbildungssystems sein. Das Objektiv ist insbesondere dafür konfiguriert, ein Bild eines zu beobachtenden Objektfeldes zu erzeugen. Das durch das Objektiv erzeugte Bild kann durch optische Mittel, wie eine Vielzahl von Relais-Linsensystemen oder ein kohärentes Bündel von Glasfasern, auf das proximale Endstück des Schafts übertragen werden, wobei das Bild visuell durch ein Okular betrachtet werden kann, oder das Bild kann mittels eines elektronischen Bildsensors aufgenommen werden. Andererseits kann ein elektronischer Bildsensor an dem distalen Endstück des Schafts so angeordnet sein, dass das durch das Objektiv erzeugte Bild durch den elektronischen Bildsensor aufgenommen und über elektrische Leitungen durch den Schaft zum proximalen Endstück des Schafts und weiter beispielsweise zu einem Bildschirm und/oder Bildverarbeitungssystem übertragen wird.
Auf einer distalen Seite des Objektivs ist ein Abdeckglas oder Abdeckelement angeordnet, das transparent ist, um die Bildstrahlen vom Objektfeld in das Objektiv eintreten zu lassen. Das Abdeckglas oder Abdeckelement bildet das erste optische Element, das die Bildstrahlen auf dem Weg in das optische Abbildungssystem passieren, wobei das Abdeckglas oder Abdeckelement mindestens in dem für die jeweilige endoskopische Untersuchung verwendeten Wellenlängenbereich transparent ist, beispielsweise in einem sichtbaren oder optischen Wellenlängenbereich für die optische endoskopische Bildgebung. In der vorliegenden Anwendung wird die Bezeichnung „Abdeckglas“ verwendet, um solche Abdeckelemente zu umfassen, die aus einem anderen Material als Glasmaterial hergestellt sind, beispielsweise aus kristallinem Material. Die Bezeichnung „Abdeckglas“, wie sie im Folgenden verwendet wird, ist daher nicht auf Glasmaterialien beschränkt. Das Abdeckglas kann durch eine plane Platte gebildet werden, aber die Bezeichnung „Abdeckglas“, wie sie im Folgenden verwendet wird, ist nicht beschränkt auf eine plane Platte, sondern kann auch das Linsenelement auf der distalen Seite des Objektivs bezeichnen, das beispielsweise eine plankonkave Linse sein kann. Das Abdeckglas kann auch als „distales Fenster“ bezeichnet werden, da es ein Fenster für die Bildstrahlen bildet, die vom Objektfeld kommen und in das Objektiv des Endoskops eintreten. Das Abdeckglas kann das Objektiv am distalen Endstück des Schafts einhüllen und dabei eine dichte Ummantelung formen, in der das Objektiv und möglicherweise weitere optische und/oder elektronische Elemente angeordnet ist oder sind.
Das Endoskop umfasst weiter eine Antibeschlagoptik oder Antibeschlagoptiksystem, wobei die Antibeschlagoptik konfiguriert ist, eine Antibeschlagstrahlung weiterzuleiten. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Antibeschlagoptik für die Weiterleitung der Antibeschlagstrahlung zu einer distalen Seite des Abdeckglases konfiguriert, insbesondere zu einer distalen Oberfläche oder einer distalseitigen Oberfläche des Abdeckglases, die eine objektseitige Oberfläche ist oder vom Objektiv aus gesehen eine außenliegende Oberfläche. Hier und im Folgenden bedeuten die Begriffe „distale Seite“ und „distale Oberfläche“ eine Objektseite des Abbildungssystems des Endoskops, und „distale Richtung“ bedeutet eine Richtung zum Objektfeld hin, obwohl bei einem Seitensichtendoskop diese Richtung einen Winkel zur distalen Richtung aufweisen kann. Die distale Oberfläche des Abdeckglases ist die distalste optische Oberfläche oder die von der Objektseite her gesehen erste optische Oberfläche, die die vom Objektfeld kommenden und in das Objektiv eintretenden Bildstrahlen durchlaufen. Die Antibeschlagoptik ist insbesondere konfiguriert, die distale Oberfläche des Abdeckglases und/oder eine Schicht, die sich in direkter Nähe der distalen Oberfläche auf der distalen oder Objektseite befindet, zu bestrahlen. Die Antibeschlagstrahlung wird daher durch die distale Oberfläche des Abdeckglases zur distalen Seite durchgeleitet oder wird auf die distale Oberfläche des Abdeckglases aus einer distalen Richtung her gestrahlt.
Weiterhin ist die Antibeschlagstrahlung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ultraviolett-C-Strahlung (UVC). Gemäß der gebräuchlichen Definition besitzt die UVC-Strahlung Wellenlängen im Bereich zwischen 100 nm und 280 nm. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher die Antibeschlagoptik des Endoskops für die Weiterleitung der UVC-Strahlung an die distale Seite konfiguriert, insbesondere zu einer distalen Oberfläche und/oder einer Schicht, die sich in direkter Nachbarschaft zur distalen Oberfläche des Abdeckglases befindet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat man festgestellt, dass durch UVC-Strahlung eine hocheffiziente Verdampfung kondensierten Wassers auf der distalen Oberfläche des Abdeckglases erzielt werden kann. Weil der Absorptionskoeffizient von Wasser zu kürzeren Wellenlängen von etwa 280 nm bis hinunter zu 200 nm oder kürzer beträchtlich steigt, kann ein signifikanter Teil der UVC-Strahlung durch das kondensierte Wasser absorbiert werden und erzeugt dadurch Wärme direkt in einer Feuchtigkeitsschicht oder in Wassertropfen, die sich auf der distalen Oberfläche des Abdeckglases niedergeschlagen haben. Die erzeugte Wärme kann ausreichen, die Feuchtigkeit schnell und effizient zu verdampfen. Durch die Weiterleitung der UVC-Strahlung zur distalen Seite des Abdeckglases wird daher eine Schicht kondensierten Wassers oder werden Wassertropfen auf der distalen Oberfläche des Abdeckglases mit der UVC-Strahlung bestrahlt und kann/können schnell und fast vollständig entfernt werden. Weil die Antibeschlagstrahlung direkt durch die zu entfernende Feuchtigkeit absorbiert wird, kann der Beschlagschutz daher in einer höchst effizienten Weise erreicht werden. Weiterhin ist Heizen des Abdeckglases oder anderer Komponenten am distalen Endstück des Endoskops nicht notwendig und allgemein wird keine nennenswerte Wärme durch die Bestrahlung des Abdeckglases erzeugt, was die Betriebssicherheit des Endoskops erhöht. Es besteht daher keine Notwendigkeit, das Abdeckglas manuell von Feuchtigkeit zu befreien und keine Notwendigkeit, das Endoskop vom Eingriffsort zur Beschlagsbefreiung zu entfernen.
Das Endoskop kann andere Elemente umfassen, wie zum Beispiel eine Beleuchtungsoptik zur Übertragung einer Beleuchtungsstrahlung auf das Objektfeld, und/oder Eingriffkanäle zur Einführung von endoskopischen Instrumenten durch den Endoskopschaft in die Körperhöhle oder inneren Hohlraum und/oder Irrigations- und Absaugkanäle.
Die UVC-Strahlung hat bevorzugt eine Wellenlänge oder beinhaltet einen signifikanten Teil von Strahlung in einem Bereich von 100 nm bis 250 nm, bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von etwa 150 nm bis 225 nm, oder noch bevorzugter in einem Bereich von 190 nm bis 210 nm, besonders bevorzugt bei einer Wellenlänge von etwa 200 nm. Die UVC-Strahlung kann nur Strahlung in einem entsprechenden Wellenlängenbereich oder bei einer Wellenlänge von etwa 200 nm umfassen. Da der Absorptionskoeffizient von Wasser von etwa 250 nm zu 200 nm steil ansteigt, ist die Effizienz der Verdampfung umso höher, je dichter die Wellenlänge der Antibeschlagstrahlung bei 200 nm liegt. Auf diese Weise kann ein höchst effizienter Beschlagschutz erreicht werden, ohne Oberflächen des Endoskops signifikant aufzuheizen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Antibeschlagoptik oder das optische Antibeschlagsystem einen Lichtleiter, der konfiguriert ist, die Antibeschlagstrahlung von einem proximalen Endstück des Schafts zum distalen Endstück des Schafts zu leiten. Der Lichtleiter reicht bevorzugt in den Schaft des Endoskops hinein und besitzt ein proximales Endstück, das in einem proximalen Endstück des Schafts angeordnet ist, und ein distales Endstück, das in dem distalen Endstück des Schafts angeordnet ist. In seinem distalen Endstück besitzt der Lichtleiter einen Austrittsabschnitt, der konfiguriert ist, die Antibeschlagstrahlung auf die distale Seite des Abdeckglases zu richten, insbesondere auf eine distalseitige Oberfläche oder auf eine Schicht, die sich in direkter Nachbarschaft der distalen Oberfläche des Abdeckglases befindet. Der Austrittsabschnitt des Lichtleiters ist bevorzugt am distalen Endstück des Endoskopschafts angeordnet und ist konfiguriert, die Antibeschlagstrahlung zum Abdeckglas zu richten, nachdem sie zum distalen Endstück des Schafts weitergeleitet wurde und aus dem Lichtleiter austritt. Zu diesem Zweck kann der Austrittsabschnitt konfiguriert werden, die Antibeschlagstrahlung direkt auf die distale Seite des Abdeckglases zu richten, oder die Antibeschlagstrahlung indirekt zur distalen Seite des Abdeckglases zu richten, indem die Antibeschlagstrahlung auf ein weiteres optisches Element gerichtet wird, das seinerseits konfiguriert ist, die Antibeschlagstrahlung auf die distale Seite des Abdeckglases zu richten. Insbesondere ist der Austrittsabschnitt des Lichtleiters konfiguriert, wenigstens einen Teil der UVC-Strahlung zu seinem distalen Endstück weiterzuleiten und aus dem Lichtleiter direkt oder indirekt zur distalen Seite des Abdeckglases hin auszutreten. Vorteilhaft kann der Lichtleiter der Antibeschlagoptik parallel zu oder integriert in einen Lichtleiter einer Beleuchtungsoptik des Endoskops angeordnet sein. Weil der Lichtleiter die Antibeschlagstrahlung von einem proximalen Endstück zum distalen Endstück des Schafts leitet, wo sie zur distalen Seite des Abdeckglases weitergeleitet wird, kann ein effizienter Beschlagschutz erzielt werden, wobei eine Antibeschlaglichtquelle von dem distalen Endstück des Schafts entfernt angeordnet sein kann. Dadurch kann eine übermäßige Wärmeentwicklung im distalen Endstück des Schafts vermieden werden und die Lichtquelle muss nicht den geometrischen Beschränkungen des im distalen Endstück des Endoskops verfügbaren Raums unterliegen.
Allgemein ist der Lichtleiter konfiguriert, elektromagnetische Strahlung im UVC-Bereich weiterzuleiten, insbesondere in wenigstens einem Teil der zuvor genannten Wellenlängenbereiche der Antibeschlagstrahlung. Zu diesem Zweck kann der Lichtleiter eine oder mehrere Glasfasern beinhalten oder daraus bestehen, die UVC-Strahlung in dem genannten Wellenlängenbereich durchlassen und dadurch Absorptionsverluste minimieren; in diesem Fall kann der Austrittsabschnitt des Lichtleiters Stirnflächen einer oder mehrere Glasfasern enthalten oder daraus gebildet sein. Eine für die Weiterleitung von UVC-Strahlung geeignete Glasfaser ist beispielsweise eine Quarzglasfaser; eine für die Durchleitung von UVC-Strahlung geeignete Polymicro-Quarzglas-/Quarzglas-Faser wird von Molex® bereitgestellt. Alternativ oder zusätzlich kann der Lichtleiter ein System von reflektierenden optischen Elementen, wie beispielsweise Spiegel oder andere spiegelnde optische Oberflächen, zur Weiterleitung der Antibeschlagstrahlung enthalten oder aus ihnen geformt sein; der Austrittsabschnitt des Lichtleiters kann auch durch ein geeignet angeordnetes spiegelndes optisches Element gebildet werden. Durch Verwendung spiegelnder optischer Elemente kann die optische Pfadlänge durch ein beliebiges optisches Material, das die Antibeschlagstrahlung durchqueren muss, minimiert und damit Absorptionsverluste verhindert oder minimiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Austrittsabschnitt des Lichtleiters proximal zum Abdeckglas angeordnet oder in einer proximalen Richtung vom Abdeckglas, und ist so konfiguriert, dass er die Antibeschlagstrahlung, die aus dem Lichtleiter austritt, in ein optisches Element des Objektivs richtet, das die durch das Abdeckglas weiterzuleitende Antibeschlagstrahlung auf die distale Seite des Abdeckglases richtet. Das optische Element des Objektivs, zu dem die Antibeschlagstrahlung weitergeleitet wird, kann beispielsweise ein Strahlteiler sein, der konfiguriert ist, die Antibeschlagstrahlung in eine distale Richtung zum Abdeckglas weiterzuleiten und Bildstrahlen, die vom Objektfeld kommen, in Richtung eines elektronischen Bildsensors zu reflektieren oder die Antibeschlagstrahlung zu reflektieren und die Bildstrahlen weiterzuleiten. Insbesondere kann der Strahlteiler ein dichroitischer Strahlteiler sein, der UVC-Strahlung reflektiert und optische Strahlung durchlässt, oder umgekehrt. Die Antibeschlagstrahlung, die von dem Objektiv zum Abdeckglas hin gerichtet wird, tritt durch die distale Oberfläche des Abdeckglases in eine distale Richtung hindurch, um Feuchtigkeit, die auf der distalen Oberfläche niedergeschlagen ist, zu bestrahlen. Weil sich der Austrittsabschnitt proximal zum Abdeckglas befindet und die Antibeschlagstrahlung aus einer proximalen Richtung zum Abdeckglas geleitet wird, kann eine besonders einheitliche Bestrahlung der distalen Oberfläche des Abdeckglases erzielt werden, um ein schnelles und gleichmäßiges Verdampfen der Feuchtigkeit auf der distalen Oberfläche zu veranlassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Austrittsabschnitt des Lichtleiters auf einer lateralen Seite, in Bezug zu einer optischen Achse gesehen, angeordnet oder an einer Peripherie des Abdeckglases, um die Antibeschlagstrahlung in das Abdeckglas weiterzuleiten, um durch das Abdeckglas hindurch zu seiner distalen Seite weitergeleitet zu werden, durch die distale Oberfläche des Abdeckglases hindurch zu treten, um die auf der distalen Oberfläche kondensierte Feuchtigkeit zu bestrahlen. Auf diese Weise kann eine besonders einfache und kompakte Anordnung für einen effizienten Beschlagschutz des Abdeckglases erzielt werden.
Allgemein besteht das Abdeckglas in den zuvor genannten Ausführungsformen, in denen die Antibeschlagstrahlung durch das Abdeckglas in Richtung seiner distalen Seite durchtritt, aus einem UVC-durchlässigem Material oder enthält mindestens einen solchen Bereich, insbesondere besteht es aus einem oder enthält ein Material, das in mindestens einem Teil des zuvor genannten Wellenlängenbereichs der Antibeschlagstrahlung durchlässig ist. Zu diesem Zweck kann das Abdeckglas aus beispielsweise Kalziumfluorid oder Saphir bestehen oder einen solchen Abschnitt enthalten, der eine ausreichende UVC-Durchlässigkeit besitzt. Im Fall, dass die Antibeschlagstrahlung durch ein oder mehrere optische Elemente des Objektivs passieren muss, sind die entsprechenden optischen Elemente des Objektivs ebenfalls UVC-durchlässig und können beispielsweise aus Kalziumfluorid oder Saphir bestehen oder diese enthalten. Auf diese Weise kann ein effizienter Beschlagschutz erzielt werden und dabei größtenteils Absorptionsverluste und entsprechende Wärmeentwicklung im distalen Endstück des Endoskops vermieden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Austrittsabschnitt des Lichtleiters distal vom Abdeckglas angeordnet und ist konfiguriert, die Antibeschlagstrahlung auf die distale Seite des Abdeckglases hin zu richten. Bevorzugt wird die Antibeschlagstrahlung direkt vom Austrittsabschnitt zur distalen Oberfläche des Abdeckglases weitergeleitet oder zu einer Schicht, die in der Nähe der distalen Oberfläche des Abdeckglases ist. Der Austrittsabschnitt des Lichtleiters kann durch eine Stirnfläche einer oder mehrerer Glasfasern geformt werden, die den Lichtleiter bilden, oder durch ein spiegelndes optisches Element wie einen Spiegel. Vorteilhaft kann der Austrittsabschnitt des Lichtleiters mit einem lateralen Versatz bezogen auf die optische Achse des Abdeckglases angeordnet sein, um das Gesichtsfeld des Endoskops nicht zu stören. Weil der Austrittsabschnitt des Lichtleiters in einer distalen Richtung von dem Abdeckglas angeordnet ist, können Transmissionsverluste, die durch den Durchtritt der Antibeschlagstrahlung durch das Abdeckglas oder durch optische Elemente des Objektivs auftreten, vermieden werden, und erlauben dadurch eine höchst effiziente Verdampfung der kondensierten Feuchtigkeit auf der distalen Oberfläche des Abdeckglases. Weiterhin können in dieser Ausführungsform das Abdeckglas und die optischen Elemente des Objektivs aus optischen Materialien gefertigt werden, ohne Rücksicht auf die UVC-Durchlässigkeit zu nehmen, beispielsweise aus einem standardmäßigen optischen Glasmaterial. Das Endoskop kann daher mit niedrigeren Kosten und/oder mit einer optimierten optischen Bildqualität hergestellt werden.
In dem proximalen Endstück des Lichtleiters besitzt der Lichtleiter bevorzugt einen Kopplungsteil für die Antibeschlagstrahlung, die von der Antibeschlaglichtquelle emittiert wird, um in den Lichtleiter eingekoppelt zu werden. Der Lichtleiter ist daher konfiguriert, wenigstens einen Teil der in den Lichtleiter in seinem proximalen Endstück eingekoppelten UVC-Strahlung zu seinem distalen Endstück weiterzuleiten. Die Antibeschlaglichtquelle kann Teil des Endoskops sein und in einem proximalen Endstück des Endoskops angeordnet sein, beispielsweise in einem Handgriff des Endoskops, und optisch mit dem Kopplungsteil des Lichtleiters gekoppelt sein. Andererseits kann die Antibeschlaglichtquelle eine externe Lichtquelle sein, die über ein Lichtkabel, das aus einem geeigneten UVC-durchlässigem Material gefertigt ist, beispielsweise aus einer oder mehreren Glasfasern besteht (siehe oben), optisch mit dem Endoskop und dem Kupplungsteil des Lichtleiters verbunden werden kann. Auf diese Weise kann die Handhabung des Endoskops verbessert werden. Die Antibeschlaglichtquelle, die im Endoskop enthalten sein kann oder extern zum Endoskop sein kann, kann in die Bildgebungslichtquelle des Endoskops integriert sein, die die Beleuchtungsstrahlung aussendet.
Die Antibeschlaglichtquelle kann ein Excimerlaser, eine Halbleiterlichtquelle oder eine Deuteriumlampe sein oder enthalten. Insbesondere kann ein Excimerlaser so konfiguriert sein, dass er Strahlung bei einer Wellenlänge von beispielsweise 193 nm aussendet. Weiterhin wurde in dem Artikel von S. M. Islam et al., Applied Physics Letters 111, 091104 (2017) eine Halbleiterlichtquelle offenbart, die Strahlung bei einer Wellenlänge von 219 nm generieren kann. Eine Deuteriumlampe, die zur Erzeugung von Strahlung in einem breiten Wellenlängenbereich zwischen 160 nm und 280 nm geeignet ist, ist die Heraeus Denteriumlampe D₂ ^plus, die durch Heraeus Noblelight GmbH, Hanau, Deutschland, vertrieben wird; eine weitere geeignete Deuteriumlampe wird durch StellarNet, Inc. bereitgestellt. Solche Lichtquellen ermöglichen die Erzeugung von ausreichenden Mengen an UVC-Strahlung, insbesondere bei den bevorzugten Wellenlängen der Antibeschlagstrahlung, um einen effizienten Beschlagschutz des Endoskops zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Endoskop eine Antibeschlaglichtquelle, die konfiguriert ist, die Antibeschlagstrahlung auszusenden, und distal vom Abdeckglas angeordnet ist, und die so konfiguriert ist, dass sie die Antibeschlagstrahlung zur distalen Seite des Abdeckglases aussendet, insbesondere direkt auf die distale Oberfläche des Abdeckglases oder auf eine Schicht in direkter Nachbarschaft zur distalen Oberfläche. Die Antibeschlagstrahlung wird daher aus einer distalen Richtung zur distalen Oberfläche des Abdeckglases weitergeleitet, ohne durch das Abdeckglas oder ein anderes Element des optischen Abbildungssystems hindurch zu treten. Insbesondere läuft die Antibeschlagstrahlung nicht durch einen Lichtleiter, sondern wird für die direkte Bestrahlung der distalen Seite des Abdeckglases erzeugt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Abdeckglas und alle optischen Elemente des Objektivs aus Materialien gebildet sein können, die zur Erzeugung eines Bilds des Objektfeldes von hoher Qualität optimiert sind, und kann aus preiswerten Materialien hergestellt sein, die aber nicht wegen ihrer UVC-Durchlässigkeit ausgewählt werden müssen. Die Lichtquelle kann beispielsweise eine Halbleiterlichtquelle sein, die Strahlung bei einer Wellenlänge von 219 nm emittiert, wie durch S. M. Islam et al., Applied Physics Letters 111, 091104 (2017) offenbart. Vorteilhaft kann die Antibeschlaglichtquelle mit einem lateralen Versatz in Bezug auf die optische Achse des Abdeckglases angeordnet sein, um das Gesichtsfeld des Endoskops nicht zu stören.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Endoskop ein Blockierelement, das die UVC-Strahlung, die aus dem Abdeckglas in eine distale Richtung austritt, blockiert, insbesondere um einen Teil der Antibeschlagstrahlung zu blockieren, der nicht durch Feuchtigkeit auf der distalen Oberfläche des Abdeckglases absorbiert wurde, und gestreut, reflektiert oder in eine distale Richtung durchgelassen wird. Das Blockierelement kann beispielsweise eine Blende oder Abdeckklappe sein, wobei die Blende oder Abdeckklappe distal vom Abdeckglas angeordnet ist und dazu konfiguriert, die Strahlung abzublocken. Insbesondere ist die Blende oder Abdeckklappe für UVC-Strahlung undurchlässig, und besitzt einen geschlossenen Zustand, in dem UVC-Strahlung gehindert wird, in eine distale Richtung zum Objektfeld durchzutreten, und einen geöffneten Zustand, in dem Bildstrahlen, die vom Objektfeld stammen, in das Abdeckglas und das Objektiv eintreten können, um ein Bild des Objektfelds zu erzeugen. Weil das Blockierelement so betrieben werden kann, dass die UVC-Strahlung in einem Antibeschlagmodus des Endoskops blockiert und die Bildstrahlung in einem Abbildungsmodus des Endoskops durchgelassen wird, kann ein möglicher schädlicher Effekt der Antibeschlagstrahlung auf menschliches oder tierisches Gewebe so verringert oder vermieden werden und gleichzeitig nahezu unbehindert ein Bild des Objektfelds erhalten werden.
Vorteilhaft enthält das Endoskop ein Reinigungssystem, wobei das Reinigungssystem eine Düse enthält, die ein Reinigungsfluid auf die distale Seite des Abdeckglases richtet. Das Endoskop kann einen Fluidkanal zur Führung eines Reinigungsfluids zum distalen Endstück des Endoskopschafts enthalten, und die Düse ist konfiguriert, einen Strahl eines Reinigungsfluids auf die distale Oberfläche des Abdeckglases zu richten. Auf diese Weise kann irgendein Material, das den endoskopischen Blick beeinträchtigt, wie beispielsweise Partikel oder Gewebe, vom Abdeckglas entfernt werden. In einer besonders vorteilhaften Weise ist das Reinigungsfluid Wasser oder enthält es, und die Antibeschlagstrahlung kann verwendet werden, eine Schicht oder Tröpfchen des Reinigungsfluids, die auf der distalen Oberfläche des Abdeckglases verbleiben, zu verdampfen. Auf diese Weise kann eine weitere Verbesserung erzielt werden, indem eine klare und unbehinderte endoskopische Sicht bereitgestellt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Trokarhülle bereitgestellt, die einen hohlen Schaft umfasst, der konfiguriert ist, ein Endoskop einzuführen, das wie oben beschrieben konfiguriert ist. Gemäß dieses Aspekts der Erfindung umfasst die Trokarhülle ein Blockierelement, um die UVC-Strahlung zu blockieren, die aus dem Abdeckglas in eine distale Richtung austritt, insbesondere um einen Teil der Antibeschlagstrahlung zu blockieren, der nicht durch Feuchtigkeit auf der distalen Oberfläche des Abdeckglases absorbiert wurde, und gestreut, reflektiert oder in eine distale Richtung durchgelassen wird. Das Blockierelement kann wie oben beschrieben konfiguriert sein, und kann beispielsweise eine Blende oder eine Abdeckklappe sein, die für UVC-Strahlung undurchlässig ist, und mindestens einen geschlossenen Zustand, in dem UVC-Strahlung gehindert wird, in eine distale Richtung zum Objektfeld zu passieren, und einen geöffneten Zustand besitzt, in dem Bildstrahlen, die von Objektfeld stammen, in eine proximale Richtung in das Abdeckglas und das Objektiv eintreten können. Wenn daher das Endoskop in die Trokarhülle eingeführt wird, kann ein schädlicher Effekt der Antibeschlagstrahlung auf menschliches oder tierisches Gewebe verringert oder vermieden werden, indem das Blockierelement betrieben werden kann, um die UVC-Strahlung in einem Antibeschlagmodus zu blockieren, die Bildstrahlung in einem Abbildungsmodus durchzulassen und gleichzeitig unbehindert ein endoskopisches Bild des Objektfelds erhalten zu können.
Vorteilhaft kann die Trokarhülle so konfiguriert sein, dass das Blockierelement durch eine Längsbewegung des Endoskops in dem hohlen Schaft der Trokarhülle bedient werden kann, d. h. geöffnet und/oder geschlossen werden kann. Insbesondere kann das Blockierelement mit Federdruck gelagert sein und die Trokarhülle kann so konfiguriert sein, dass das Blockierelement in einem offenen Zustand gehalten wird, wenn das Endoskop in den hohlen Schaft der Trokarhülle voll eingeführt ist, weil der Endoskopschaft das Blockierelement oder einen Bedienhebel des Blockierelements berührt, und es so aufdrückt; wenn das Endoskop relativ zum Schaft der Trokarhülle in eine proximale Richtung zurückgezogen wird, kehrt das Blockierelement unter der Wirkung der Federkraft in seinen geschlossenen Zustand zurück. Auf diese Weise kann ein einfacher Betrieb des Endoskops mit sich abwechselnden Beschlagbeseitigungs- und Abbildungsmodi erzielt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Kombination von einem Endoskop und einer Trokarhülle bereitgestellt, wobei sowohl das Endoskop wie auch die Trokarhülle wie oben beschrieben konfiguriert sind. Insbesondere sind das Endoskop und die Trokarhülle konfiguriert, um für das Öffnen und Schließen des Blockierelements, wie oben beschrieben, zusammenzuarbeiten.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein endoskopisches System ein Endoskop, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, und eine Steuereinheit zur Steuerung der Antibeschlagoptik mithilfe eines Kondensationssignals. Wenn insbesondere ein Kondensationssignal von der Steuereinheit erhalten wird, kann die Steuereinheit die Antibeschlaglichtquelle aktivieren und Antibeschlagstrahlung auf die distale Seite des Abdeckglases geleitet werden, sodass das kondensierte Wasser auf der distalen Oberfläche des Abdeckglases verdampft wird; wenn die Steuereinheit das Kondensationssignal nicht mehr empfängt, kann die Antibeschlaglichtquelle deaktiviert werden. Das Kondensationssignal kann beispielsweise durch einen optischen Kondensationssensor, der am oder nahe dem Abdeckglas angeordnet ist, durch ein Bildverarbeitungssystem, das zur Feststellung von Kondensation in dem endoskopischen Bild konfiguriert ist, oder durch ein Steuerelement, das durch einen Systemanwender bedient werden kann, erzeugt werden. Auf vorteilhafte Weise kann die Steuereinheit weiterhin konfiguriert sein, das Blockierelement so zu steuern, dass das Blockierelement geschlossen wird, wenn die Antibeschlaglichtquelle aktiviert wird, und das Blockierelement geöffnet wird, wenn die Antibeschlaglichtquelle deaktiviert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Antibeschlagverfahren für ein Endoskop. Das Endoskop umfasst einen langgestreckten Schaft und ein Objektiv, das in einem distalen Endstück des Schafts angeordnet ist, wobei ein Abdeckglas auf der distalen Seite des Objektivs angeordnet ist. Gemäß dem erfinderischen Verfahren wird eine Antibeschlagstrahlung zu einer distalen Seite des Abdeckglases übertragen, wobei die Antibeschlagstrahlung eine UVC-Strahlung ist. Das Endoskop kann eine Antibeschlagoptik enthalten, wobei diese konfiguriert ist, die Antibeschlagstrahlung zu der distalen Seite des Abdeckglases weiterzuleiten. Insbesondere ist das Endoskop wie oben beschreiben konfiguriert. Die Antibeschlagstrahlung ist oder enthält bevorzugt Strahlung einer Wellenlänge in einem Bereich von 100 nm bis 250 nm, bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von etwa 150 nm bis 225 nm, oder noch bevorzugter in einem Bereich von 190 nm bis 210 nm, besonders bevorzugt bei einer Wellenlänge von etwa 200 nm. Durch die Weiterleitung der UVC-Strahlung auf die distale Seite des Abdeckglases des Endoskops kann eine hocheffiziente Verdampfung kondensierten Wassers auf der distalen Oberfläche des Abdeckglases erreicht werden.
Bevorzugt umfasst das Endoskop oder die Trokarhülle, die zur Zusammenarbeit mit dem Endoskop angepasst ist, ein Blockierelement, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, wobei das Blockierelement betätigt wird, um UVC-Strahlung zu blockieren, die aus dem Abdeckglas in eine distale Richtung austritt, oder um die Abbildungsstrahlung durchzulassen. Besonders bevorzugt wird das Blockierelement durch eine Längsbewegung des Endoskops in einem hohlen Schaft der Trokarhülle bedient, oder durch eine Steuereinheit, die eine Antibeschlaglichtquelle auf Basis eines Kondensationssignals aktiviert oder deaktiviert. Auf diese Weise kann ein sehr effizienter Beschlagschutz des Abdeckglases auf eine höchst effiziente und sichere Art und Weise erzielt werden.
Die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu beschreibenden Merkmale der Erfindung gelten nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind aus den Abbildungen und der folgenden Beschreibung besonderer Ausführungsformen ersichtlich.

zeigt schematisch ein endoskopisches System gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
zeigt ein Abbildungssystem eines Endoskops und eine Lichtquelle für den Beschlagschutz gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer axialen Schnittansicht;
Die und zeigen schematisch das distale Endstück eines Endoskops, das in eine Trokarhülle eingesetzt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel, in einer axialen Schnittansicht;
zeigt ein Abbildungssystem eines Endoskops und eine Lichtquelle für den Beschlagschutz gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer axialen Schnittansicht;
zeigt ein Abbildungssystem eines Endoskops und eine Lichtquelle für den Beschlagschutz gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in einer axialen Schnittansicht.

zeigt in schematischer Form ein endoskopisches System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das endoskopische System umfasst ein Endoskop 1 mit einem langgestreckten Schaft 2, der in der beispielhaften Ausführungsform mit einem starren Schaftrohr 3 versehen ist; optional könnte ein Endoskop gemäß der Erfindung einen halbstarren oder flexiblen Schaft besitzen. Das distale Endstück des Schafts 2 ist in durch Bezugszeichen 4 gekennzeichnet. Das distale Endstück 4 des Schafts 2 enthält ein Objektiv, das zur distalen Seite hin durch ein Abdeckglas dichtend abgeschlossen ist (siehe unten). Am proximalen Ende des Schafts 2 angeordnet beinhaltet das Endoskop 1 weiterhin einen Handgriff 5. Ein elektronischer Bildsensor kann innerhalb des distalen Endstücks 4 angeordnet sein und über Elektroleitungen, die innerhalb des Schafts 2 angeordnet sind, mit dem Handgriff 5 verbunden sein. Alternativ kann das gesammelte Licht des Bildes durch Relaislinsen, wie beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannte Stablinsen, zu einem weiter proximal gelegenen Bildsensor übertragen werden, im Allgemeinen innerhalb des Handgriffs 5. Der Handgriff 5 ist durch ein Elektrokabel 6 mit einer Steuereinheit 7 verbunden, die dazu dient, die elektrischen und elektronischen Bauteile des Endoskops zu steuern und das endoskopische Bild, das durch den elektronischen Bildsensor des Endoskops 1 aufgenommen wird, zu verarbeiten und speichern. Ein Monitor 8 ist mit der Steuereinheit 7 verbunden, um das endoskopische Bild für den Anwender darzustellen.
Weiterhin umfasst das endoskopische System eine Lichtquelle 10, die mithilfe eines Lichtkabels 9, wie symbolische in angedeutet, mit dem Endoskop verbunden ist. Die Beleuchtungseinheit 10 umfasst eine Bildgebungslichtquelle, die Beleuchtungsstrahlung aussendet, die über Glasfasern des Kabels 9 zum Handgriff 5 übertragen wird und eingekoppelt in eine Beleuchtungsoptik des Endoskops 1 zur Beleuchtung eines zu beobachtenden Objektfelds zum distalen Endstück 4 des Schafts 2 übertragen wird. Die Bildgebungslichtquelle kann beispielsweise eine Xenonlampe sein. Das elektrische Kabel 6 und das Lichtkabel 9 können mit dem Handgriff 5 über ein Verbindungsstück (in nicht gezeigt) abnehmbar verbunden sein. Alternativ können Leuchtdioden (LEDs), oder andere in dem Stand der Technik bekannte Beleuchtungsmittel distal positioniert werden, um die Beleuchtungsstrahlung bereitzustellen, oder solche distal positionierten Beleuchtungsmittel können in Verbindung mit der Beleuchtungseinheit 10 und Lichtkabeln verwendet werden, um beispielsweise eine gleichmäßigere oder direkte Beleuchtung bereitzustellen.
Das endoskopische System enthält weiterhin eine Antibeschlaglichtquelle zur Erzeugung von UVC-Strahlung, beispielsweise bei einer Wellenlänge von etwa 200 nm oder etwa 219 nm. Die Antibeschlaglichtquelle kann ein Excimerlaser, eine Halbleiterlichtquelle oder eine Deuteriumlampe sein. Die von der Antibeschlaglichtquelle emittierte UVC-Strahlung dient zum Beschlagschutz des Abdeckglases, wie unten beschrieben, und wird deshalb als Antibeschlagstrahlung bezeichnet. Die Antibeschlaglichtquelle kann in der Beleuchtungseinheit 10 enthalten oder separat von der Beleuchtungseinheit 10 angeordnet sein, die Antibeschlagstrahlung kann über ein Lichtkabel 9 oder andere Übertragungsmittel zum Endoskop 1 weitergeleitet werden. Alternativ kann die Antibeschlaglichtquelle direkt an dem Handgriff 5 befestigt oder im Handgriff 5 enthalten sein. Mindestens ein Teil der von der Antibeschlaglichtquelle emittierten Strahlung wird in ein proximales Endstück des Antibeschlaglichtleiters einer Antibeschlagoptik (nicht in gezeigt), die im Schaft 2 des Endoskops 1 angeordnet ist, eingekoppelt und durch den Lichtleiter zum distalen Endstück 4 des Schafts 2 des Endoskops 1 weitergeleitet. Weiterhin alternativ kann die Antibeschlaglichtquelle in dem distalen Endstück 4 des Schafts 2 enthalten sein und dadurch beim oder nahe dem Objektiv und/oder Abdeckglas platziert sein.
Die Steuereinheit 7 ist konfiguriert, die Antibeschlaglichtquelle gemäß eines Kondensationssignals so zu steuern, dass die Antibeschlaglichtquelle aktiviert wird, wenn das Kondensationssignal die Notwendigkeit zur Beschlagentfernung auf dem Abdeckglas anzeigt. Das Kondensationssignal kann beispielsweise durch einen in einem distalen Endstück 4 des Endoskopschafts 2 angeordneten Kondensationssensor erzeugt werden, indem über eine bildverarbeitende Schaltungsanordnung der Steuereinheit 7 ein Verschwimmen oder eine Trübung des endoskopischen Bilds festgestellt wird, oder über einen am Handgriff 5 angeordneten Kontrollknopf 11.
Wie in gezeigt umfasst das Objektiv 20 des Endoskops 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform und aus der distalen Richtung gesehen eine plankonkave Linse 21, einen planen Block 22, eine plane Platte 23, eine plankonkave Linse 24, die auf eine bikonvexe Linse 25 zementiert ist, und, durch einen Luftspalt 26 getrennt, eine bikonvexe Linse 27, die auf eine konkavplane Linse 28 zementiert ist. Die genannten optischen Elemente sind von einer Objektivhülle 29 umgeben, die weiterhin ein Abstandselement 30 enthält. Auf der distalen Seite des Objektivs 20 sind eine Vielzahl von gestapelten planen Platten 31, 32, 33 angeordnet, die zusammen ein Abdeckglas 34 bilden. Ein Luftspalt kann zwischen der planen Platte 31 und der plankonkaven Linse 21 ausgebildet sein. Das Abdeckglas 34 bildet ein distales Fenster für die Lichtstrahlen, die von einem Objektfeld kommen und in das Objektiv 20 eintreten. Eine optische Achse des Objektivs ist mit Bezugszeichen 38 gekennzeichnet. Die Elemente 21-25, 27, 28, 31-33, wie auch der Strahlteilerwürfel 35 (siehe unten) sind aus einem Material hergestellt, das eine ausreichende Durchlässigkeit bei den Wellenlängen der Antibeschlagstrahlung besitzt.
Auf der proximalen Seite des Objektivs 20 ist ein Strahlteilerwürfel 35 angeordnet, der eine teilreflektierende oder dichroitische Spiegelfläche 36 besitzt. Auf der lateralen Seite des Strahlteilerwürfels 35 ist ein elektronischer Bildsensor 40 angeordnet, der eine Schutzabdeckung 41 und ein lichtempfindliches Sensorfeld 42 besitzt. Das Sensorfeld 42 ist auf einer Leiterplatte 43 montiert, die weitere elektrische und elektronische Bauteile besitzt, die durch elektrische Leitungen verbunden sind, um ein elektronisches Bildsignal zum proximalen Endstück des Schafts und über das Elektrokabel 6, das mit dem Handgriff 5 verbunden ist, zur Steuereinheit 7 (siehe ) weiterzuleiten.
Auf einer proximalen Seite des Strahlteilerwürfels 35 ist die Antibeschlaglichtquelle 50 angeordnet, symbolisch als eine Halbleiterlichtquelle dargestellt. Statt der Antibeschlaglichtquelle 50 selbst kann ein Austrittsabschnitt eines Lichtleiters der Antibeschlagoptik an derselben Stelle angeordnet sein. Die Antibeschlaglichtquelle 50 oder der Austrittsabschnitt ist konfiguriert, die Antibeschlagstrahlung (symbolisch durch Strahlen 51 dargestellt) in eine distale Richtung zu emittieren. Wie in gezeigt wird die Antibeschlagstrahlung in die distale Richtung durch den Strahlteilerwürfel 35 und durch das Objektiv 20 weitergeleitet, weiterhin durch das Abdeckglas 34 geleitet und durchdringt schließlich eine distalseitige Oberfläche 37 des Abdeckglases 34. Weiterhin ist das Objektiv 20 dafür konfiguriert, ein Bild eines Objektfeldes, das distal vom Abdeckglas 34 liegt, zu erzeugen. Die Bildstrahlen, die vom Bildfeld kommend in das Objektiv 20 eintreten, werden auf das Sensorfeld 42 des elektronischen Bildsensors 40 fokussiert. Zu diesem Zweck ist die spiegelnde Oberfläche 36 des Strahlteilerwürfels 35 konfiguriert, um mindestens einen Teil der Bildstrahlen in Richtung des elektronischen Bildsensors zu reflektieren, während mindestens ein Teil der Antibeschlagstrahlung (Strahlen 51) in eine distale Richtung weitergeleitet wird.
Das Abbildungssystem, wie es in gezeigt wird, ist in einem distalen Endstück 4 des Schafts 2 des Endoskops 1 (siehe ) angeordnet. Wenn das Endoskop in eine Körperhöhle eingeführt wird, ist die distalseitige Oberfläche 37 des Abdeckglases 34 einer Atmosphäre mit hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Wenigstens zu Beginn eines endoskopischen Eingriffs weist das Endoskop normalerweise eine Temperatur auf, die weit unterhalb der in der Körperhöhle vorherrschenden Temperatur ist. Daher kann Feuchtigkeit an äußeren Oberflächen kondensieren, insbesondere auf der distalen Oberfläche 37 des Abdeckglases 34, und somit eine Wasserschicht oder Wassertröpfchen bilden, die mindestens einen Teil der Bildstrahlen streuen und damit das endoskopische Bild verschwimmen lassen oder verbergen.
Wenn die Lichtquelle 50 betrieben wird, wird die Antibeschlagstrahlung (Strahlen 51) in Richtung der distalen Seite des Abdeckglases 34 weitergeleitet, dabei durch die distale Oberfläche 37 des Abdeckglases 34 durchtreten und die Schicht kondensierter Feuchtigkeit, die sich auf der distalen Oberfläche 37 gebildet hat, bestrahlen. Die Antibeschlagstrahlung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine UVC-Strahlung und wird mindestens teilweise von den Wassermolekülen der kondensierten Feuchtigkeit absorbiert. Energie von der Antibeschlagstrahlung wird daher von dem kondensierten Wasser absorbiert, verursacht dabei das Verdampfen des Wassers und entfeuchtet so das Abdeckglas. Da das die Feuchtigkeitsschicht bildende Wasser direkt erhitzt wird, ist das Aufheizen und das Verdampfen der Feuchtigkeit höchst effizient, kann fast sofort bewirkt werden und kein Aufheizen eines Oberflächenelements des Endoskops ist notwendig.
Bei einigen Anwendungen, wo keine Schädigung lebenden Gewebes durch die UVC Strahlung zu befürchten ist, kann die Antibeschlaglichtquelle immer aktiviert sein und verhindert somit, dass das Abdeckglas jemals beschlägt. In medizinischen endoskopischen Eingriffen ist es im Allgemeinen notwendig, lebendes Gewebe vor einem Teil der UVC-Strahlung zu schützen, der nicht durch eine Feuchtigkeitsschicht auf der distalen Oberfläche 37 des Abdeckglases 34 absorbiert und in Richtung des Objektfeldes emittiert wird.
Zu diesem Zweck wird gemäß einer beispielhaften, in den und gezeigten Ausführungsform eine schützende Trokarhülle 60 bereitgestellt, die zur Zusammenarbeit mit dem Endoskop 1 angepasst ist. Das Endoskop 1, von dem ein distales Endstück 4 des Endoskopschafts 2 in den und gezeigt wird, wird wie oben beschrieben konfiguriert, mit einer teilreflektierenden oder dichroitisch spiegelnden Oberfläche 36', die auf einem Strahlteilerprisma 35' bereitgestellt wird. Das Abdeckglas 34 ist abdichtend in ein distales Ende des Schaftrohrs 3 eingefügt und bildet eine hermetisch verschlossene Ummantelung, in der das Objektiv 20 und der Bildsensor 40 eingeschlossen sind. Die und zeigen ebenfalls eine distale Stirnseite 52 einer Beleuchtungsoptik, die Strahlung von einer Bildgebungslichtquelle zur Beleuchtung des Objektfelds weiterleitet.
Die schützende Trokarhülle 60 enthält einen Trokarschaft 61, der eine UVCundurchlässige Schutzklappe 62 besitzt, die am distalen Ende 63 des Trokarschafts 61 montiert ist. Die Schutzklappe 62 wird am distalen Ende 63 des Trokarschafts 61 durch ein Drehgelenk 64 gehalten, das eine Drehachse senkrecht zur Längsachse des Trokarschafts 61 besitzt. Der Trokarschaft 60 kann in eine menschliche oder tierische Körperhöhle eingeführt werden und ist so konfiguriert, dass der Endoskopschaft 2 in den Trokarschaft 61 bis zum distalen Ende 63 des Trokarschafts 61 eingeführt und etwas über sein distales Ende 63 hinaus verschoben werden kann. Durch Bewegung des Endoskopschafts 2 in eine distale Richtung in Bezug auf den Trokarschaft 61 kann die Schutzklappe 62 aufgestoßen werden, wie in gezeigt wird. Um die Schutzklappe 62 zu schließen, wird der Endoskopschaft 2 in eine proximale Richtung zurückgezogen, wobei die Schutzklappe 62 in die durch Federkraft bevorzugte geschlossene Stellung gebracht wird (siehe .
Daher hat das Endoskop gemäß der in den und gezeigten Ausführungsform zwei Hauptbetriebsweisen:

Bei einem Abbildungsmodus, wie in gezeigt, wird die Schutzklappe 62 offengehalten und die Antibeschlaglichtquelle ist deaktiviert. Gleichzeitig kann die Bildgebungslichtquelle aktiviert werden, um bildgebende Strahlung (Strahlen 53) zu erzeugen, die aus der Stirnseite 52 der Beleuchtungsoptik in Richtung Objektfeld emittiert wird. Reflektierte Strahlung kehrt in das Objektiv 20 zurück, sodass ein endoskopisches Bild des Objektfelds durch den Bildsensor 40 aufgenommen werden kann.

In einem wie in gezeigten Antibeschlagmodus ist die Antibeschlaglichtquelle 50 aktiviert, sodass die distale Oberfläche 37 des Abdeckglases 34 mit einer Antibeschlagstrahlung 51 bestrahlt wird, die durch die auf der distalen Oberfläche 37 kondensierte Feuchtigkeit absorbiert wird, um die Feuchtigkeit zu erhitzen und verdampfen. Gleichzeitig wird die Schutzklappe 62 durch Federkraft geschlossen gehalten und blockiert einen Teil der Antibeschlagstrahlung 51, der nicht durch die Feuchtigkeit auf der distalen Oberfläche 37 des Abdeckglases 34 absorbiert wurde. Die Bildgebungslichtquelle kann in dem Antibeschlagmodus deaktiviert sein; der Bildsensor 40 hat allgemein eine niedrige Empfindlichkeit für UVC-Strahlung, und kann zusätzlich durch einen geeigneten Filter geschützt sein und/oder in dem Antibeschlagmodus deaktiviert sein.
Die Umschaltung zwischen dem Abbildungsmodus und dem Antibeschlagmodus kann manuell erfolgen, indem der Endoskopschaft 2 in eine distale oder proximale Richtung geschoben wird, wie in den und gezeigt, während die Aktivierung und Deaktivierung der Bildgebungslichtquelle und die Antibeschlaglichtquelle bevorzugt durch die Steuereinheit 7 (siehe ) gesteuert wird, abhängig vom Sensorsignal, das eine Position des Endoskops 2 in Bezug auf den Trokarschaft 61 anzeigt, und/oder ob die Schutzklappe 62 sich in ihrem geöffneten oder geschlossenen Zustand befindet und/oder ob ein Beschlagen in dem endoskopischen Bild auftritt.
zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Wie in gezeigt ist die Antibeschlaglichtquelle 50' oder der Austrittsabschnitt des Lichtleiters der Antibeschlagoptik auf der lateralen Seite einer optischen Achse 38 des Objektivs 20 angeordnet, aber proximal zum Abdeckglas 34. Das Objektiv 20 ist wie oben beschrieben konfiguriert, aber anstelle des planen Blocks 22 wird ein Strahlteiler 22' bereitgestellt, der eine teilreflektierende oder dichroitisch spiegelnde Oberfläche 39 besitzt, um die Antibeschlagstrahlung, die von der Lichtquelle 50 oder dem Austrittsabschnitt in einer distalen Richtung zum Abdeckglas 34 austritt, während Bildstrahlen, die vom Objektfeld in proximaler Richtung eintreten, durchgelassen werden. Die Bildstrahlen werden durch eine spiegelnde Oberfläche 36" eines ablenkenden Prismas 35" auf den elektronischen Bildsensor 40 reflektiert, wobei das ablenkende Prisma 35" anstelle des Strahlteilerwürfels 35 angeordnet ist (siehe ). In der in gezeigten Anordnung müssen, im Gegensatz zu der in gezeigten, nur die Elemente 21, 22' und 31-33 aus einem Material gefertigt sein, das eine ausreichende Durchlässigkeit in dem Wellenlängenbereich der Antibeschlagstrahlung aufweist, während die Elemente 23-25, 17, 28 und 35 aus einem optischen Material gefertigt sein können, das nur ausgewählt wird, um ein endoskopisches Bild hoher Qualität bereitzustellen, ohne Rücksicht auf UVC-Durchlässigkeit, wie beispielsweise BK7 oder andere Arten optischen Glases.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, wie in schematisch gezeigt, ist die Antibeschlaglichtquelle 50" oder der Austrittsabschnitt des Lichtleiters der Antibeschlagoptik auf der lateralen Seite der optischen Achse 38 des Objektivs 20 angeordnet, aber distal zum Abdeckglas 34. Das Schaftrohr 3 reicht über das Abdeckglas 34 hinaus, um die Antibeschlaglichtquelle 50" oder den Austrittsabschnitt des Lichtleiters der Antibeschlagoptik entsprechend zu halten. Die Antibeschlaglichtquelle 50" oder der Austrittsabschnitt des Lichtleiters der Antibeschlagoptik ist so konfiguriert, dass die Antibeschlagstrahlung, die von ihr austritt, direkt auf die distalseitige Oberfläche 37 des Abdeckglases 34 auftrifft, und eine Feuchtigkeitsschicht 54, die sich auf der distalseitigen Oberfläche 37 gebildet hat, direkt bestrahlt. Die Antibeschlagstrahlung durchläuft daher keines der optischen Elemente des Objektivs 20, und tritt nicht durch die Platten 31-33 hindurch, die das Abdeckglas 34 bilden. Das Objektiv 20 ist wie mit Bezug auf beschrieben konfiguriert, aber anstelle des Strahlteilerwürfels 35 wird ein Ablenkprisma 35' bereitgestellt, wie mit Bezug auf beschrieben. In der in gezeigten Ausführungsform können die erwähnten optischen Elemente aus optischen Materialien gefertigt sein, die für die Erzeugung eines endoskopischen Bildes hoher Qualität auf dem Sensorfeld 42 des Bildsensors 40 gewählt werden, ohne Rücksicht auf ihre UVC-Durchlässigkeit.
Wie oben beschrieben kann mit den Ausführungsformen in und die Feuchtigkeitsschicht 54, die sich auf der distalseitigen Oberfläche 37 des Abdeckglases 34 bilden kann, durch die Antibeschlagstrahlung, die durch die Wassermoleküle absorbiert wird, verdampft werden. Die Feuchtigkeitsschicht 54 ist in nur symbolisch abgebildet, kann aber in entsprechender Weise auf der distalen Oberfläche 37 des Abdeckglases 34 in den in gezeigten Ausführungsformen vorhanden sein. Während das Endoskop gemäß den in den und gezeigten Ausbildungsformen konfiguriert werden kann, um in Verbindung mit einem schützenden Trokar 60 verwendet zu werden, wie mit Bezug zu und beschrieben, kann die Menge an UVC-Strahlung, die vom Endoskop in Richtung Objektfeld austritt, in der Ausführungsform gemäß signifikant kleiner sein, sodass andere Schutzmittel ausreichend sein können, um einen ernsthaften Gewebeschaden zu vermeiden.
Insbesondere in der in gezeigten Ausführungsform kann die distale Oberfläche 37 mit einem UVC-absorbierenden Filter oder einer geeigneten Antireflexionsbeschichtung ausgestattet sein, um den Teil der Antibeschlagstrahlung, der in Richtung Objektfeld austritt, zu vermeiden oder verringern. Alternativ oder zusätzlich kann die Aktivierung der Antibeschlaglichtquelle auf kurze Zeitintervalle begrenzt werden, um zu vermeiden, dass zu viel UVC-Strahlung in Richtung des Objektfeldes reflektiert wird. Ein solches Schutzmittel kann die Sicherheit weiter steigern.
Zur Übersichtlichkeit sind nicht alle Bezugszeichen in allen Abbildungen gezeigt. Wenn ein Bezugszeichen nicht explizit in der Beschreibung einer Abbildung aufgeführt wird, hat es dieselbe Bedeutung wie in den anderen Abbildungen.
Bezugszeichenliste

1: Endoskop
2: Schaft
3: Schaftrohr
4: distales Endstück
5: Handgriff
6: Elektrokabel
7: Steuereinheit
8: Monitor
9: Lichtkabel
10: Beleuchtungseinheit
11: Kontrollknopf
20: Objektiv
21: Linse
22: Block
22': Strahlteiler
23: Platte
24: Linse
25: Linse
26: Luftspalt
27: Linse
28: Linse
29: Objektivhülle
30: Abstandhalter
31: Platte
32: Platte
33: Platte
34: Abdeckglas
35': Strahlteilerwürfel
35': Strahlteilerprisma
35": Ablenkprisma
36, 36', 36": spiegelnde Oberfläche
37: distale Oberfläche
38: optische Achse
39: spiegelnde Oberfläche
40: Bildsensor
41: S chutzab deckung
42: Sensorfeld
43: Leiterplatte
50, 50', 50": Antibeschlaglichtquelle
51: Strahl
52: Stirnseite
53: Strahl
54: Feuchtigkeitsschicht
60: Trokarhülle
61: Trokarschaft
62: Schutzklappe
63: distales Ende
64: Drehgelenk

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4279246 [0004]
US 5647840 [0005]
US 2002/0135694 A1 [0006]
DE 102007044663 B3 [0007]
US 2008/0249355 A1 [0008]
US 2010/0309553 A1 [0009]
US 2011/0130627 A1 [0010]
US 2014/0200406 A1 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Wellenlänge von 219 nm emittiert, wie durch S. M. Islam et al., Applied Physics Letters 111, 091104 (2017) [0031]

Claims

Endoskop, aufweisend einen langgestreckten Schaft (2) und ein an einem distalen Endstück (4) des Schaftes (2) angeordnetes Objektivlinsensystem (20), wobei ein Abdeckglas (34) an einer distalen Seite des Objektivs (20) angeordnet ist und das Endoskop (1) eine Antibeschlagoptik aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antibeschlagoptik dazu eingerichtet ist, eine Antibeschlagstrahlung zur distalen Seite des Abdeckglases (34) weiterzuleiten, wobei die Antibeschlagstrahlung eine UVC-Strahlung ist.
Endoskop gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antibeschlagstrahlung eine Strahlung mit Wellenlängen unter 250 nm umfasst, bevorzugt eine Strahlung mit Wellenlängen in einem Wellenlängenbereich von etwa 150 nm bis 225 nm, bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 190 nm bis 210 nm, besonders bevorzugt bei einer Wellenlänge von etwa 200 nm.
Endoskop gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antibeschlagoptik einen Lichtleiter umfasst, der eingerichtet ist, die Antibeschlagstrahlung von einem proximalen Endstück des Schafts (2) zum distalen Endstück (4) des Schafts (2) weiterzuleiten, wobei der Lichtleiter in seinem distalen Endstück einen Austrittsabschnitt besitzt, welcher eingerichtet ist, die Antibeschlagstrahlung zur distalen Seite des Abdeckglases (34) zu lenken.
Endoskop gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter aus Quarzglasfasern und/oder einem System von spiegelnden optischen Elementen besteht oder sie aufweist.
Endoskop gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsabschnitt des Lichtleiters proximal zum Abdeckglas (34) angeordnet und so konfiguriert ist, dass der Austrittsabschnitt die Antibeschlagstrahlung in das Objektivlinsensystem (20) einkoppelt, um die Antibeschlagstrahlung auf die distale Seite des Abdeckglases (34) weiterzuleiten.
Endoskop gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsabschnitt des Lichtleiters auf einer lateralen Seite des Abdeckglases (34) angeordnet ist, um die Antibeschlagstrahlung in das Abdeckglas (34) hinein zu leiten.
Endoskop gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckglas aus Kalziumfluorid oder Saphir hergestellt ist.
Endoskop gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsabschnitt des Lichtleiters distal zum Abdeckglas (34) angeordnet und so eingerichtet ist, dass der Austrittsabschnitt die Antibeschlagstrahlung in Richtung der distalen Seite des Abdeckglases (34) richtet.
Endoskop gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter an seinem proximalen Ende einen Kopplungsteil aufweist, um die von einer Antibeschlaglichtquelle emittierten Antibeschlagstrahlung in den Lichtleiter einzukoppeln.
Endoskop gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endoskop (1) eine Antibeschlaglichtquelle aufweist, wobei die Antibeschlaglichtquelle zum Aussenden der Antibeschlagstrahlung eingerichtet und distal vom Abdeckglas (34) angeordnet ist, um die Antibeschlagstrahlung zur distalen Seite des Abdeckglases (34) auszusenden.
Endoskop gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endoskop (1) ein Blockierelement umfasst, um aus dem Abdeckglas (34) in eine distale Richtung austretende UVC-Strahlung zu blockieren.
Endoskop gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Reinigungssystem, wobei das Reinigungssystem eine Düse aufweist und die Düse ein Reinigungsfluid zur distalen Seite des Abdeckglases (34) lenkt.
Trokarhülle, aufweisend einen zum Einführen in ein Endoskop (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche eingerichteten hohlen Trokarschaft (61), , dadurch gekennzeichnet, dass die Trokarhülle (60) ein Blockierelement aufweist, wobei das Blockierelement eingerichtet ist, aus dem Abdeckglas (34) des Endoskops (1) in eine distale Richtung austretende UVC-Strahlung zu blockieren.
Trokarhülle gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trokarhülle (60) so eingerichtet ist, dass das Blockierelement durch eine Längsbewegung des Endoskops (1) in dem Trokarschaft (61) geöffnet und/oder geschlossen werden kann.
Endoskopisches System, aufweisend ein Endoskop (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Steuereinheit (7), wobei die Steuereinheit zum Steuern der Antibeschlagoptik gemäß eines Beschlagsignals eingerichtet ist.
Verfahren für ein Entfernen eines Beschlags bei einem Endoskop (1), wobei das Endoskop einen langgestreckten Schaft (2) und ein Objektivlinsensystem (20) aufweist und das Objektivlinsensystem (20) in einem distalen Endstücks (4) des Schafts (2) angeordnet ist, wobei ein Abdeckglas (34) auf einer distalen Seite des Objektivs (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antibeschlagstrahlung zu einer distalen Seite des Abdeckglases (34) weitergeleitet wird, wobei die Antibeschlagstrahlung eine UVC-Strahlung ist.