DE102020123169A1

DE102020123169A1 - ENDOSCOPE DEVICE AND METHOD OF OPERATING THE SAME

Info

Publication number: DE102020123169A1
Application number: DE102020123169.5A
Authority: DE
Inventors: Dirk Plettemeier; Christoph Statz; Hui Zhang; Martin Laabs; Qiong Wang; Jochen Hampe
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2022-03-10

Abstract

In verschiedenen Ausführungsformen weist eine Endoskop-Vorrichtung (100) auf: Endoskop-Vorrichtung (100), aufweisend: einen Endoskopkopf (102) mit einem optischen System (114) und einer HF-Erfassungsvorrichtung (106), die zumindest teilweise in dem Endoskopkopf (102) integriert sind; wobei das optische System (114) eingerichtet ist, ein Endoskopiebild zu erzeugen; und wobei die HF-Erfassungsvorrichtung (106) eingerichtet ist, eine erste HF-Strahlung (1.HF) von dem Endoskopkopf (102) zu emittieren und zweite HF-Strahlung (2.HF) aus der Endoskopkopf-externen Umgebung (110) zu empfangen, wobei die zweite HF-Strahlung (2.HF) auf der ersten HF-Strahlung (1.HF) basiert, und wobei die HF-Erfassungsvorrichtung (106) eingerichtet ist, eine Ausgabe (112) basierend auf der zweiten HF-Strahlung (2.HF) bereitzustellen, wobei die Ausgabe (112) zu der Endoskopkopf-externen Umgebung (110) korrespondiert.

In various embodiments, an endoscope device (100) has: Endoscope device (100), comprising: an endoscope head (102) with an optical system (114) and an HF detection device (106), which is at least partially in the endoscope head ( 102) are integrated; wherein the optical system (114) is set up to generate an endoscopy image; and wherein the HF detection device (106) is set up to emit a first HF radiation (1.HF) from the endoscope head (102) and second HF radiation (2.HF) from the environment (110) external to the endoscope head received, wherein the second RF radiation (2.HF) is based on the first RF radiation (1.HF), and wherein the RF detection device (106) is arranged to output (112) based on the second RF radiation (2.HF) to provide, wherein the output (112) corresponds to the endoscope head-external environment (110).

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Endoskop-Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben derselben.Various exemplary embodiments relate to an endoscope device and a method for operating the same.

In einem herkömmlichen Endoskopkopf ist lediglich eine Kamera integriert, die nur Gewebeoberflächen, beispielsweise bei einer Koloskopie Dickdarmfalten oder die Darmwand, sehen können und daher keine Unterscheidung zwischen einer Falte und einer Wand zulassen. Bei einer Endoskopie-Untersuchung können bisher die Dickdarmfalten und die Darmwand nur durch Stoßen unterschieden werden, was das Risiko von Rupturen birgt. Herkömmliche Endoskopieverfahren bergen daher Risiken von Rissen beim Navigieren durch den Darm während der Endoskopie, da Kolonfalten und die Darmwand nicht sicher unterschieden werden können.Only one camera is integrated in a conventional endoscope head, which can only see tissue surfaces, for example the folds of the colon or the intestinal wall in a colonoscopy, and therefore does not allow any differentiation between a fold and a wall. In an endoscopy examination, the colon folds and the intestinal wall can only be distinguished by bumping, which carries the risk of ruptures. Conventional endoscopy methods therefore entail risks of tears when navigating through the bowel during endoscopy, since colonic folds and the bowel wall cannot be reliably distinguished.

Es ist somit eine Aufgabe eine Endoskop-Vorrichtung bereitzustellen, die ein oder mehrere der zuvor genannten Probleme reduziert oder behebt, sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben.It is thus an object to provide an endoscope device that reduces or eliminates one or more of the aforementioned problems, and a method of operating the same.

In einem Aspekt wird eine Endoskop-Vorrichtung bereitgestellt, aufweisend einen Endoskopkopf mit einem optischen System und einer HF-Erfassungsvorrichtung, die zumindest teilweise in dem Endoskopkopf integriert sind; wobei das optische System eingerichtet ist, ein Endoskopiebild zu erzeugen; und wobei die HF-Erfassungsvorrichtung eingerichtet ist, eine erste HF-Strahlung von dem Endoskopkopf zu emittieren und zweite HF-Strahlung aus der Endoskopkopf-externen Umgebung zu empfangen, wobei die zweite HF-Strahlung auf der ersten HF-Strahlung basiert, und wobei die HF-Erfassungsvorrichtung eingerichtet ist, eine Ausgabe basierend auf der zweiten HF-Strahlung bereitzustellen, wobei die Ausgabe zu der Endoskopkopf-externen Umgebung korrespondiert.In one aspect, an endoscope device is provided, comprising an endoscope head with an optical system and an HF detection device, which are at least partially integrated in the endoscope head; wherein the optical system is set up to generate an endoscopy image; and wherein the HF detection device is set up to emit a first HF radiation from the endoscope head and to receive second HF radiation from the environment external to the endoscope head, wherein the second HF radiation is based on the first HF radiation, and wherein the HF detection device is set up to provide an output based on the second HF radiation, wherein the output corresponds to the environment external to the endoscope head.

Anschaulich ist ein miniaturisiertes Antennenarray in dem Endoskopkopf integriert. Unter Verwendung des Radarprinzips und elektromagnetischer Wellen im Sub-mm-Bereich bis zum THz-Bereich kann beispielsweise bei einer Koloskopie der Abstand zur Darmwand und zu den Dickdarmfalten gemessen werden, und die Breite oder Dicke der Dickdarmfalten ermöglicht die Unterscheidung von Dickdarmfalten und Darmwand. Dies ermöglicht ein Erfassen, Unterscheiden und Lokalisieren von Kolonfalten und Darmwänden während Endoskopiesitzungen. Dadurch kann ein sicheres Navigieren des Endoskopkopfes durch Gewebe bzw. Körperöffnungen während der Endoskopie ermöglicht werden. Die HF-Erfassungsvorrichtung arbeitet berührungslos und ohne ionisierende Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlen.A miniaturized antenna array is clearly integrated in the endoscope head. Using the radar principle and electromagnetic waves in the sub-mm range to the THz range, for example, in a colonoscopy, the distance to the intestinal wall and the colonic folds can be measured, and the width or thickness of the colonic folds enables the colonic folds and the intestinal wall to be distinguished. This allows detection, differentiation and localization of colon folds and bowel walls during endoscopy sessions. This allows the endoscope head to be safely navigated through tissue or body openings during the endoscopy. The HF detection device works without contact and without ionizing radiation, for example X-rays.

Der Schaft, der Endoskopkopf und/oder die Befestigung des Endoskopkopfes an dem Schaft kann plastisch oder elastisch verformbar eingerichtet sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Endoskopkopf abnehmbar am Schaft befestigt eingerichtet sein, beispielsweise für den Fall, dass der Endoskopkopf als Einmalprodukt, als Ergänzungs- oder Austauschmodul (beispielsweise für eine Kabelverlängerung, beispielsweise eine Schwanenhalsverlängerung) oder zum separaten Reinigen eingerichtet ist.The shaft, the endoscope head and/or the attachment of the endoscope head to the shaft can be designed to be plastically or elastically deformable. In various embodiments, the endoscope head can be detachably attached to the shaft, for example if the endoscope head is designed as a single-use product, as a supplementary or replacement module (for example for a cable extension, for example a gooseneck extension) or for separate cleaning.

Die HF-Erfassungsvorrichtung kann anschaulich ein Sensor oder eine Gruppe von Sensoren sein oder aufweisen. Die HF-Erfassungsvorrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere Antennen aufweisen, beispielsweise eingerichtet in Funktion einer Dipolantenne oder einer Antennenspule; ein Antennen-Array mit einer Vielzahl von Antennen, beispielsweise in Funktion einer Gruppenantennen oder einer Phased-Array-Antenne oder als eine Vielzahl funktional separierter Antennen. Die HF-Strahlung (hochfrequente Strahlung) kann eine elektromagnetische Strahlung in einem Bereich von 100 MHz bis 10 THz sein oder aufweisen, beispielsweise in einem Bereich von 1 GHz bis 10 GHz. Die HF-Erfassungsvorrichtung bzw. deren Antennen können eingerichtet sein, HF-Strahlung in diesem Frequenzbereich zu senden bzw. zu emittieren und zu empfangen bzw. detektieren. Empfangen bzw. Detektieren bedeutet in diesem Sinne, dass die empfangenen HF-Strahlung hinsichtlich Frequenz, Einfallswinkel, Polarisation etc. von der HF-Erfassungsvorrichtung zumindest teilweise aufgenommen werden kann und in ein Datensignal umgewandelt werden kann.Clearly, the HF detection device can be or have a sensor or a group of sensors. The HF detection device can have, for example, one or more antennas, for example set up to function as a dipole antenna or an antenna coil; an antenna array with a large number of antennas, for example in the function of a group antenna or a phased array antenna or as a large number of functionally separate antennas. The HF radiation (high-frequency radiation) can be or have electromagnetic radiation in a range from 100 MHz to 10 THz, for example in a range from 1 GHz to 10 GHz. The HF detection device or its antennas can be set up to transmit or emit and receive or detect HF radiation in this frequency range. In this context, receiving or detecting means that the received HF radiation can be at least partially recorded by the HF detection device with regard to frequency, angle of incidence, polarization etc. and can be converted into a data signal.

Mit anderen Worten: Die HF-Erfassungsvorrichtung kann zweite HF-Strahlung empfangen, die zuvor zumindest teilweise von der HF-Erfassungsvorrichtung als erste HF-Strahlung emittiert wurde, beispielsweise indem die von der HF-Erfassungsvorrichtung emittierte erste HF-Strahlung in der Vorrichtung-externen Umgebung beispielsweise von einem Objekt vor der HF-Erfassungsvorrichtung, in Richtung der HF-Erfassungsvorrichtung rückgestreut wird. Die rückgestreute HF-Strahlung bildet in diesem Fall die zweite HF-Strahlung. Dementsprechend kann eine HF-Erfassungsvorrichtung zweite HF-Strahlung empfangen, die auf erste HF-Strahlung zurückführbar ist, die von einer oder mehreren Antennen der HF-Erfassungsvorrichtung gleichzeitig, nacheinander oder in einer Reihenfolge emittiert wurde. Die eine oder mehreren Antennen der HF-Erfassungsvorrichtung können zum Emittieren und Empfangen gleicher oder unterschiedlicher HF-Strahlung eingerichtet sein. Beispielsweise kann eine erste Antenne oder eine erste Gruppe von Antennen der HF-Erfassungsvorrichtung eingerichtet sein, HF-Strahlung eines ersten Frequenzbereiches zu emittieren und eine zweite Antenne oder eine zweite Gruppe von Antennen der HF-Erfassungsvorrichtung kann eingerichtet sein, HF-Strahlung eines zweiten Frequenzbereiches, der von dem ersten Frequenzbereich unterscheidbar beabstandet ist, zu emittieren. Die erste Antenne bzw. erste Gruppe von Antennen und die zweite Antenne bzw. zweite Gruppe von Antennen können die HF-Strahlung gleichzeitig oder nacheinander emittieren. Eine dritte Antenne bzw. eine dritte Gruppe von Antennen der HF-Erfassungsvorrichtung kann unteranderem eingerichtet sein, die HF-Strahlung des ersten und zweiten Frequenzbereiches zu empfangen. Mittels der unterschiedlichen ersten und zweiten Frequenzbereiche kann die HF-Erfassungsvorrichtung empfangene HF-Strahlung zuordnen und entsprechend auswerten. Alternativ kann die zweite Antenne bzw. die zweite Gruppe von Antennen die HF-Strahlung, die von der ersten Antenne bzw. ersten Gruppe von Antennen emittiert wurde, als zweite Signale empfangen.In other words: the HF detection device can receive second HF radiation, which was previously at least partially emitted by the HF detection device as first HF radiation, for example by the first HF radiation emitted by the HF detection device in the device-external Environment, for example, from an object in front of the HF detection device, is backscattered in the direction of the HF detection device. In this case, the backscattered HF radiation forms the second HF radiation. Accordingly, an RF sensing device may receive second RF radiation traceable to first RF radiation emitted from one or more antennas of the RF sensing device simultaneously, sequentially, or in a sequence. The one or more antennas of the HF detection device can be configured to emit and receive the same or different HF radiation. For example, can a first antenna or a first group of antennas of the HF detection device can be set up to emit HF radiation in a first frequency range and a second antenna or a second group of antennas of the HF detection device can be set up to emit HF radiation in a second frequency range that is distinguishably spaced from the first frequency range to emit. The first antenna or first group of antennas and the second antenna or second group of antennas can emit the HF radiation simultaneously or one after the other. A third antenna or a third group of antennas of the HF detection device can be set up, among other things, to receive the HF radiation of the first and second frequency range. Using the different first and second frequency ranges, the HF detection device can assign received HF radiation and evaluate it accordingly. Alternatively, the second antenna or the second group of antennas can receive the HF radiation that was emitted by the first antenna or the first group of antennas as second signals.

Die Antenne(n) der HF-Erfassungsvorrichtung bzw. die HF-Erfassungsvorrichtung können anwendungsspezifisch reversibel, beispielsweise abnehmbar, oder irreversibel, beispielsweise in dem Endoskopkopf eingebettet oder integriert, eingerichtet sein. Alternativ kann der Endoskopkopf anwendungsspezifisch reversibel, beispielsweise abnehmbar, oder irreversibel, beispielsweise mit dem Schaft einstückig, eingerichtet sein.The antenna(s) of the HF detection device or the HF detection device can be designed to be reversible, for example removable, or irreversible, for example embedded or integrated in the endoscope head, depending on the application. Alternatively, the endoscope head can be designed to be reversible, for example removable, for a specific application, or irreversible, for example in one piece with the shaft.

Die Ausgabe kann anwendungsspezifisch eingerichtet sein. Beispielsweise kann die Ausgabe als ein einfaches Hinweissignal, das ein vordefinierte Bedingung erfüllt ist, eingerichtet sein. Ein Hinweissignal ist beispielsweise ein akustisches Signal, beispielsweise ein Signalton, oder ein optisches Signal, beispielsweise eine Signalleuchte. Ein Hinweissignal als Ausgabe kann beispielsweise in einem Navigationsverfahren angewendet werden, wenn lediglich ein Mindestabstand zu einem organischen Gewebe eingehalten werden soll. Beispielsweise kann das Vorhandensein einer Gewebewand, beispielsweise einer Darmwand im Gegensatz zu einer Gewebeöffnung, beispielsweise einer Kolonfalte, qualitativ durch ein Hinweissignal angezeigt werden. Die Ausgabe kann jedoch auch ein Datensignal, eine Bilddatei, eine Videodatei bzw. eine Bildfolge, ein Live-Stream, eine Vektorgrafik, eine Datenmatrix oder ähnliches sein und eine Vielzahl von Datenpunkten aufweisen. Eine derartig detaillierte Ausgabe kann beispielsweise mit der Ausgabe des optischen Systems überlagert, verknüpft oder ergänzt werden, beispielsweise zur Erzeugung eines dreidimensionalen optischen Abbildes oder zum Darstellen von Material- und/oder Gewebeunterschieden.The output can be set up in an application-specific manner. For example, the output can be set up as a simple indication signal that a predefined condition is met. An information signal is, for example, an acoustic signal, for example a signal tone, or an optical signal, for example a signal light. An information signal as an output can be used in a navigation method, for example, if only a minimum distance from organic tissue is to be maintained. For example, the presence of a tissue wall, such as an intestinal wall, as opposed to a tissue opening, such as a colonic fold, can be qualitatively indicated by an alert signal. However, the output can also be a data signal, an image file, a video file or an image sequence, a live stream, a vector graphic, a data matrix or the like and have a large number of data points. Such a detailed output can, for example, be superimposed, linked or supplemented with the output of the optical system, for example to generate a three-dimensional optical image or to display material and/or tissue differences.

Die Endoskop-Vorrichtung kann für den Einsatz am Menschen oder im veterinärmedizinischen Bereich eingerichtet sein, beispielsweise für eine Koloskopie, eines Gastroskopie, eine endoskopische retrograde Cholangio-Pankreatikographie und/oder in Kombination mit einer operativen Maßnahme, beispielsweise Entfernung von Fremdkörpern, beispielsweise Gallensteinen, Dehnung (Bougierung) von Verengungen bzw. Schienung (Stenting), Entfernung von Polypen oder Stillen von Blutungen. Beispielsweise können im veterinärmedizinischen Bereich der Schaft und/oder der Endoskopkopf größer sein, beispielsweise für die Untersuchung von Pferden, oder kleiner sein, beispielsweise für die Untersuchung von Hunden, als beim Menschen. Alternativ kann der Endoskopkopf im veterinärzahnmedizinischen Bereich länglicher oder breiter ausgestaltet als im humanmedizinischen Bereich.The endoscope device can be set up for use on humans or in the veterinary field, for example for a colonoscopy, a gastroscopy, an endoscopic retrograde cholangiopancreatography and/or in combination with an operative measure, for example removal of foreign bodies, for example gallstones, stretching (bougienage) of constrictions or splinting (stenting), removal of polyps or stopping bleeding. For example, in the veterinary field, the shaft and/or the endoscope head can be larger, e.g. for examining horses, or smaller, e.g. for examining dogs, than in humans. Alternatively, the endoscope head can be made longer or wider in the field of veterinary dentistry than in the field of human medicine.

In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Endoskop-Vorrichtung. Die Endoskop-Vorrichtung kann gemäß dem zuvor beschriebenem Aspekt eingerichtet sein. Das Verfahren weist auf: Senden von HF-Strahlung in die Endoskopkopf-externe Umgebung mittels der HF-Erfassungsvorrichtung; Empfangen von HF-Strahlung mittels der HF-Erfassungsvorrichtung, wobei die empfangene HF-Strahlung auf der gesendeten HF-Strahlung basiert; Bereitstellen einer Ausgabe basierend auf der empfangenen HF-Strahlung mittels der HF-Erfassungsvorrichtung; und Ändern der Ausrichtung des optischen Systems relativ zur Endoskop-Vorrichtung-externen Umgebung basierend auf der Ausgabe.In a further aspect, a method for operating an endoscope device. The endoscope device can be set up according to the aspect described above. The method comprises: sending RF radiation into the environment external to the endoscope head by means of the RF detection device; receiving RF radiation by the RF sensing device, the received RF radiation being based on the transmitted RF radiation; providing an output based on the received RF radiation using the RF sensing device; and changing the orientation of the optical system relative to the endoscope device external environment based on the output.

Dies ermöglicht ein sicheres Navigieren des Endoskopkopfes durch Gewebe. Durch Variation der Frequenz der zu emittierenden HF-Strahlung und /oder Strahlformung kann die Eindringtiefe in das Gewebe und somit die Diagnosetiefe eingestellt werden.This enables the endoscope head to be safely navigated through tissue. By varying the frequency of the HF radiation to be emitted and/or beam shaping, the depth of penetration into the tissue and thus the depth of the diagnosis can be adjusted.

Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.Exemplary embodiments are shown in the figures and are explained in more detail below.

Es zeigen

1A und 1B schematisch Endoskop-Vorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 ein Ablaufdiagram eines Verfahrens zum Betreiben einer Endoskop-Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
3 ein Anwendungsbeispiel einer Endoskop-Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.

Show it

1A and 1B schematically endoscope devices according to various embodiments;
2 a flowchart of a method for operating an endoscope device according to various embodiments; and
3 an application example of an endoscope device according to various embodiments.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil der Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof and in which 1 are shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. It is understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It is understood that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another unless specifically stated otherwise. The following description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.

1A und 1B veranschaulichen schematisch Endoskop-Vorrichtungen 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Endoskop-Vorrichtungen 100 weist einen Endoskopkopf 102 befestigt an einem Schaft 104 bzw. einer Kabelverlängerung 104 (beispielsweise eine Schwanenhalsverlängerung) auf. Der Endoskopkopf 102 ist an einem Endabschnitt des Schafts 104 angeordnet. Die Kabelverlängerung kann zwischen dem Endoskopkopf 102 und dem Endabschnitt des Schafts 104 angeordnet sein. Nachfolgende Ausführungsformen werden lediglich zur einfacheren Beschreibung am Beispiel eines Endoskopkopfes 102, der direkt an einem Schaft 104 befestigt ist, beschrieben. 1A and 1B 12 schematically illustrate endoscope devices 100 according to various embodiments. The endoscope devices 100 have an endoscope head 102 attached to a shaft 104 or a cable extension 104 (for example a gooseneck extension). The endoscope head 102 is arranged at an end portion of the shaft 104 . The cable extension can be arranged between the endoscope head 102 and the end portion of the shaft 104 . The following embodiments are described using the example of an endoscope head 102 that is attached directly to a shaft 104 for the sake of a simpler description.

Der Endoskopkopf 102 ist derart ausgestaltet ist, dass dieser in eine Körperöffnung 110 bzw. eine Endoskop-Vorrichtungexterne Umgebung 110 eingebracht werden kann. Die Endoskop-Vorrichtung 100 ist beispielsweise hinsichtlich Form, Größe und Material der Komponenten an die Anatomie und Hygienebedingung angepasst, beispielsweise auch hinsichtlich einer Desinfizierbarkeit und/oder eines Einmal-Gebrauchs von Komponenten der Endoskop-Vorrichtung 100. Der Endoskopkopf 102 ist anschaulich eine Gehäusestruktur, die derart bezüglich Form, Abmessung und Befestigung an dem Schaft 104 eingerichtet ist, dass sie beispielsweise in eine Körperöffnung 110 zur Untersuchung eingeführt werden kann. Der Schaft 104 ist mit dem Endoskopkopf 102 verbunden und zum Positionieren des Endoskopkopfes 102 in der Körperöffnung 110 eingerichtet.The endoscope head 102 is designed in such a way that it can be introduced into a body opening 110 or an environment 110 external to the endoscope device. The endoscope device 100 is adapted to the anatomy and hygiene conditions, for example with regard to the shape, size and material of the components, for example also with regard to the ability to be disinfected and/or single use of components of the endoscope device 100. The endoscope head 102 is clearly a housing structure, which is set up in terms of shape, dimensions and attachment to the shaft 104 such that it can be inserted, for example, into a body opening 110 for examination. The shaft 104 is connected to the endoscope head 102 and set up for positioning the endoscope head 102 in the body opening 110 .

Die Endoskop-Vorrichtung 100 ermöglicht eine Untersuchung bzw. Diagnose eines Patienten, während sich ein Erfassungsbereich, beispielsweise ein anatomischer Abschnitt des Patienten durch eine Bewegung des Patienten und/oder des Endoskopkopfes zeitlich verändern kann.The endoscope device 100 enables an examination or diagnosis of a patient, while a detection area, for example an anatomical section of the patient, can change over time due to a movement of the patient and/or the endoscope head.

In verschiedenen Ausführungsformen kann der Schaft 104 eine Längsrichtung aufweisen und der Endoskopkopf 102 kann derart eingerichtet sein, dass eine Hauptkeule des (zweiten) Sichtfeldes 124 des optischen Systems 110 in Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Schafts 104 schwenkbar 116 ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Schaft 104, der Endoskopkopf 102 und/oder deren Befestigungsstruktur am Schaft 104 derart verformbar eingerichtet sein, dass eine Relativposition des Endoskopkopfes 102 zum Schaft 104 veränderbar ist. Der Endoskopkopf 102 kann drehbar bzw. schwenkbar am Schaft 104 befestigt sein (in 1A mittels des Pfeils 116 veranschaulicht).In various embodiments, the shaft 104 can have a longitudinal direction and the endoscope head 102 can be set up in such a way that a main lobe of the (second) field of view 124 of the optical system 110 can be pivoted 116 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the shaft 104 . In various embodiments, the shaft 104, the endoscope head 102 and/or their attachment structure on the shaft 104 can be designed to be deformable in such a way that a position of the endoscope head 102 relative to the shaft 104 can be changed. The endoscope head 102 can be rotatably or pivotally attached to the shaft 104 (in 1A illustrated by arrow 116).

In dem Endoskopkopf 102 ist zumindest teilweise ein optisches System 114 und eine HF-Erfassungsvorrichtung 106 integriert. Mit anderen Worten: Der Endoskopkopf 102 weist ein optisches System 114 und eine HF-Erfassungsvorrichtung 106, die zumindest teilweise in dem Endoskopkopf 102 integriert sind, auf.An optical system 114 and an HF detection device 106 are at least partially integrated in the endoscope head 102 . In other words: the endoscope head 102 has an optical system 114 and an HF detection device 106 which are at least partially integrated in the endoscope head 102 .

Das optische System 114 ist eingerichtet, ein Endoskopiebild zu erzeugen. Das optische System 114 ist beispielsweise ein Kamerasystem oder weist ein solches auf.The optical system 114 is set up to generate an endoscopy image. The optical system 114 is, for example, a camera system or has one.

Die HF-Erfassungsvorrichtung 106 ist eingerichtet, eine erste HF-Strahlung 1.HF von dem Endoskopkopf 102 zu emittieren und zweite HF-Strahlung 2.HF aus der Endoskopkopf-externen Umgebung 110 zu empfangen. Die zweite HF-Strahlung 2.HF basiert auf der ersten HF-Strahlung 1.HF.The HF detection device 106 is set up to emit a first HF radiation 1.HF from the endoscope head 102 and to receive second HF radiation 2.HF from the environment 110 external to the endoscope head. The second HF radiation 2.HF is based on the first HF radiation 1.HF.

Die HF-Erfassungsvorrichtung 106 ist eingerichtet, eine Ausgabe 112 basierend auf der zweiten HF-Strahlung 2.HF bereitzustellen, beispielsweise mittels einer Auswertevorrichtung 108. Die Ausgabe 112 korrespondiert zu der Endoskopkopf-externen Umgebung 110. Die Ausgabe 112 korrespondiert zu zumindest einem der Folgenden: mindestens eine räumliche Ausdehnung eines Objekts in der Endoskopkopf-externen Umgebung 110; ein ein-, zwei-, oder dreidimensionales Abbild der Endoskopkopf-externen Umgebung 110.The HF detection device 106 is set up to provide an output 112 based on the second HF radiation 2.HF, for example by means of an evaluation device 108. The output 112 corresponds to the environment 110 external to the endoscope head. The output 112 corresponds to at least one of the following : at least one spatial extent of an object in the environment 110 external to the endoscope head; a one-, two-, or three-dimensional image of the environment external to the endoscope head 110.

Das optische System 114 kann ein erstes Sichtfeld 124 aufweisen und die HF-Erfassungsvorrichtung 106 kann ein zweites Sichtfeld 122 aufweisen. Das zweite Sichtfeld 122 kann größer, beispielsweise lateral bzw. transversal breiter und/oder longitudinal sich weiter erstrecken, als das erste Sichtfeld 124 (in 1B veranschaulicht und nachfolgend auch als „überlappen“ bezeichnet). Das zweite Sichtfeld 122 kann das erste Sichtfeld 124 beispielsweise zumindest lateral bzw. transversal bezüglich der optischen Achse des optischen Systems 114 überlappen. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Sichtfeld 122 derart steuerbar sein, dass das zweite Sichtfeld 122 das erste Sichtfeld 124 zumindest lateral überlappen kann bzw. sich lateral darüber hinaus erstrecken kann (in 1A mittels des Pfeils 118 veranschaulicht, siehe auch 3). Dies ermöglicht ein verbessertes Navigieren des Endoskopkopfes 102 durch Gewebe und stellt zusätzliche Informationen für die Endoskopieuntersuchung bereit. Beispielsweise können die Informationen, die mittels des optischen Systems 114 und der HF-Erfassungsvorrichtung 106 erhalten werden, miteinander verknüpft werden. Dadurch kann dem mittels des optischen Systems 114 erzeugten optischen Abbild der Vorrichtung-externen Umgebung 110 aus der Ausgabe der HF-Erfassungsvorrichtung eine Tiefeninformation hinzugefügt werden, beispielsweise für die Erzeugung eines dreidimensionalen Abbildes der Vorrichtung-externen Umgebung 110.The optical system 114 may have a first field of view 124 and the RF detection device 106 may have a second field of view 122 . The second field of view 122 can extend larger, for example laterally or transversely wider and/or longer longitudinally than the first field of view 124 (in 1B illustrated and hereinafter also referred to as "overlap"). The second field of view 122 can, for example, overlap the first field of view 124 at least laterally or transversally with respect to the optical axis of the optical system 114 . Alternatively or additionally, the second field of view 122 can be controllable in such a way that the second field of view 122 can at least laterally overlap the first field of view 124 or can extend laterally beyond it (in 1A illustrated by arrow 118, see also 3 ). this makes possible improved navigation of the endoscope head 102 through tissue and provides additional information for the endoscopic examination. For example, the information obtained using the optical system 114 and the RF detection device 106 can be linked to one another. As a result, depth information can be added to the optical image of the device-external environment 110 generated by the optical system 114 from the output of the HF detection device, for example for the generation of a three-dimensional image of the device-external environment 110.

Die HF-Erfassungsvorrichtung 106 weist in verschiedenen Ausführungsformen eine oder mehrere Antennen oder Gruppen von Antennen auf und ist zum Senden und Empfangen von HF-Strahlung eingerichtet.In various embodiments, the HF detection device 106 has one or more antennas or groups of antennas and is set up to transmit and receive HF radiation.

In verschiedenen Ausführungsformen weist die HF-Erfassungsvorrichtung 106 mindestens eine erste Antenne und eine zweite Antenne auf, die jeweils zum Emittieren der ersten HF-Strahlung 1.HF und zum Empfangen der zweiten HF-Strahlung 2.HF eingerichtet sind.In various embodiments, the HF detection device 106 has at least one first antenna and one second antenna, which are each set up to emit the first HF radiation 1.HF and to receive the second HF radiation 2.HF.

In verschiedenen Ausführungsformen weist die HF-Erfassungsvorrichtung 106 ein Antennen-Array mit einer Vielzahl von Antennen auf, die jeweils oder zusammen zum Emittieren der ersten HF-Strahlung 1.HF und/oder zum Empfangen der zweiten HF-Strahlung 2.HF eingerichtet sind. Beispielsweise ist das Antennen-Array als eine Gruppenantenne oder eine Phased-Array-Antenne eingerichtet. Die HF-Erfassungsvorrichtung 106 kann beispielsweise eingerichtet sein, den Strahl bzw. die Hauptkeule der ersten Strahlung 1.HF zu modifizieren bzw. die Ausrichtung zu steuern (in 1A mittels des Pfeils 118 veranschaulicht).In various embodiments, the HF detection device 106 has an antenna array with a multiplicity of antennas which are set up either individually or together to emit the first HF radiation 1.HF and/or to receive the second HF radiation 2.HF. For example, the antenna array is set up as a group antenna or a phased array antenna. The HF detection device 106 can be set up, for example, to modify the beam or the main lobe of the first radiation 1.HF or to control the alignment (in 1A illustrated by arrow 118).

Die empfangene HF-Strahlung 2.HF basiert auf der gesendeten HF-Strahlung 1.HF und repräsentiert eine oder mehrere Eigenschaften der Körperöffnung 110.The received HF radiation 2.HF is based on the transmitted HF radiation 1.HF and represents one or more properties of the body opening 110.

Die erste HF-Strahlung 1.HF und die zweite HF-Strahlung 2.HF können die gleiche oder im Wesentlichen gleiche Frequenz aufweisen, beispielsweise gleich unter Berücksichtigung einer Doppler-Verschiebung der ersten HF-Strahlung 1.HF. Die erste HF-Strahlung (hochfrequente Strahlung) 1.HF und die zweite HF-Strahlung 2.HF kann eine Frequenz aufweisen in einem Bereich von 100 MHz bis 10 THz.The first HF radiation 1.HF and the second HF radiation 2.HF can have the same or essentially the same frequency, for example the same, taking into account a Doppler shift of the first HF radiation 1.HF. The first HF radiation (high-frequency radiation) 1.HF and the second HF radiation 2.HF can have a frequency in a range from 100 MHz to 10 THz.

Empfangen bzw. Detektieren von HF-Strahlung bedeutet in diesem Sinne, dass die zweite HF-Strahlung hinsichtlich Frequenz, Einfallswinkel, Polarisation etc. von der HF-Erfassungsvorrichtung 106 zumindest teilweise aufgenommen werden kann und in ein Datensignal umgewandelt werden kann.In this context, receiving or detecting HF radiation means that the second HF radiation can be at least partially received by the HF detection device 106 in terms of frequency, angle of incidence, polarization etc. and can be converted into a data signal.

Die HF-Erfassungsvorrichtung 106 kann anschaulich ein Sensor oder eine Gruppe von Sensoren sein, beispielsweise Radar- oder THz-Sensoren. Die HF-Erfassungsvorrichtung 106 kann beispielsweise eine oder mehrere Antennen aufweisen, beispielsweise eingerichtet in Funktion einer Dipolantenne oder einer Antennenspule; ein Antennen-Array mit einer Vielzahl von Antennen, beispielsweise in Funktion einer Gruppenantennen oder einer Phased-Array-Antenne oder als eine Vielzahl funktional separierter Antennen. Die HF-Erfassungsvorrichtung 106 kann beispielsweise mindestens einen ersten Radarsensor und einen zweiten Radarsensor aufweisen, die in dem Endoskopkopf 102 integriert sind und jeweils eingerichtet sind, die erste HF-Strahlung 1.HF in Richtung der Endoskopkopf-externen Umgebung 110 zu emittieren und die zweite HF-Strahlung 2.HF aus der Endoskopkopf-externen Umgebung 110 zu empfangen.The HF detection device 106 can clearly be a sensor or a group of sensors, for example radar or THz sensors. The HF detection device 106 can have, for example, one or more antennas, for example set up to function as a dipole antenna or an antenna coil; an antenna array with a large number of antennas, for example in the function of a group antenna or a phased array antenna or as a large number of functionally separate antennas. The HF detection device 106 can have, for example, at least a first radar sensor and a second radar sensor, which are integrated in the endoscope head 102 and are each set up to emit the first HF radiation 1.HF in the direction of the endoscope head-external environment 110 and the second To receive HF radiation 2.HF from the environment 110 external to the endoscope head.

Als Beispiel, die HF-Erfassungsvorrichtung 106 ist eingerichtet, erste HF-Strahlung (1.HF) in die Körperöffnung 110 zu emittieren bzw. senden und zweite HF-Strahlung (2.HF) aus der Körperöffnung 110 zu empfangen bzw. erfassen oder detektieren. Die empfangenen zweiten HF-Strahlung 2.HF repräsentieren eine oder mehrere Eigenschaften der Körperöffnung 110, beispielsweise eines zu untersuchenden Objekts in der Körperöffnung 110. Die empfangene, zweite HF-Strahlung 2.HF kann alternativ oder zusätzlich auf der emittierten ersten HF-Strahlung 1.HF, die von einer oder mehreren Antennen der HF-Erfassungsvorrichtung 106 zuvor emittiert wurde, basieren. Die erste HF-Strahlung 1.HF kann von dem zu untersuchenden Objekt in der Körperöffnung 110 zumindest teilweise (rück)gestreut werden. Die so erzeugte, zu empfangende zweite HF-Strahlung 2.HF repräsentiert beispielsweise die Struktur des zu untersuchenden Objekts oder eines Pfades für den Endoskopkopf 102 in der Körperöffnung 110. Keine innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums nach dem Senden empfangene, zweite HF-Strahlung 2.HF kann beispielsweise einen ausreichend großen Abstand zwischen dem Endoskopkopf 102 und einem Objekt in der Vorrichtung-externen Umgebung 110 bzw. eine Abwesenheit von Objekten in der Bewegungsrichtung des Endoskopkopfes 102 angeben.As an example, the HF detection device 106 is set up to emit or transmit first HF radiation (1.HF) into the body opening 110 and to receive or detect or detect second HF radiation (2.HF) from the body opening 110 . The received second HF radiation 2.HF represents one or more properties of the body opening 110, for example an object to be examined in the body opening 110. The received, second HF radiation 2.HF can alternatively or additionally be based on the emitted first HF radiation 1 .RF previously emitted by one or more antennas of the RF detection device 106. The first HF radiation 1.HF can be at least partially (back)scattered by the object to be examined in the body opening 110 . The second HF radiation 2.HF generated and to be received represents, for example, the structure of the object to be examined or a path for the endoscope head 102 in the body opening 110. No second HF radiation 2.HF received within a predetermined period of time after transmission can indicate, for example, a sufficiently large distance between the endoscope head 102 and an object in the device-external environment 110 or an absence of objects in the direction of movement of the endoscope head 102 .

In verschiedenen Ausführungsformen kann Die HF-Erfassungsvorrichtung 106 und/oder der Endoskopkopf 102 in einem Winkel zu dem Schaft 104 angeordnet sein, wobei der Winkel einen Betrag in einem Bereich 0° bis 160° aufweist.In various embodiments, the HF detection device 106 and/or the endoscope head 102 can be arranged at an angle to the shaft 104, the angle having a magnitude in a range from 0° to 160°.

Die Auswertevorrichtung 108 ist zum Auswerten der empfangenen HF-Strahlung 2.HF und zum Bereitstellen der Ausgabe 112 basierend auf der mittels der HF-Erfassungsvorrichtung 106 empfangenen HF-Strahlung 2.HF eingerichtet. Die Auswertevorrichtung 108 kann zumindest teilweise in dem Endoskopkopf 102 und/oder dem Schaft 104 integriert sein.The evaluation device 108 is set up to evaluate the received HF radiation 2.HF and to provide the output 112 based on the HF radiation 2.HF received by means of the HF detection device 106 . The evaluation device 108 can be at least partially integrated in the endoscope head 102 and/or the shaft 104 .

Alternativ kann die Auswertevorrichtung 108 HF-Erfassungsvorrichtung- und Schaft-extern vorgesehen sein. Es ist somit nicht zwingend erforderlich, dass die Auswertevorrichtung 108 vollständig in dem Schaft 104 oder dem Endoskopkopf 102 integriert ist. Beispielsweise können Teile der Auswertevorrichtung 108 in einer Basisstation, mit der der Schaft 104 gekoppelt ist, als eine Software-Anwendung realisiert sein.Alternatively, the evaluation device 108 can be provided outside the HF detection device and the shaft. It is therefore not absolutely necessary for the evaluation device 108 to be fully integrated in the shaft 104 or the endoscope head 102 . For example, parts of the evaluation device 108 can be implemented as a software application in a base station to which the shaft 104 is coupled.

Die Ausgabe 112 basiert auf der mittels der HF-Erfassungsvorrichtung 106 empfangenen (zweiten) HF-Strahlung 2.HF, beispielsweise in Bezug zu der gesendeten HF-Strahlung 1.HF, beispielsweise deren Phase, Frequenz, Amplitude oder Zeitpunkt von Empfang zu Emission.The output 112 is based on the (second) HF radiation 2.HF received by means of the HF detection device 106, for example in relation to the transmitted HF radiation 1.HF, for example its phase, frequency, amplitude or point in time from reception to emission.

Die Auswertung der empfangenen zweiten HF-Strahlung 2.HF in der Auswertevorrichtung 108 basiert auf einer (beispielsweise approximierten) Berechnung eines Integrals der erfassten Daten. Die erfassten Daten können sein: $F (M, V, t o d e r ƒ)$

wobei M die Messpunkte (beispielsweise die Anzahl an Antennen der HF-Erfassungsvorrichtung 106), V das Volumen, t die Zeit und f die Frequenz der HF-Strahlung ist. Die Intensität I in einem Messpunkt kann ermittelt werden aus:

\sum_{M} \int_{V} \int_{t b z w . ƒ} F (M, V, t b z w . ƒ) d V, d t b z w . d ƒ

The evaluation of the received second HF radiation 2.HF in the evaluation device 108 is based on a (for example approximated) calculation of an integral of the recorded data. The data collected can be:

f (M, V, t O i.e e right ƒ)

where M is the measurement points (e.g. the number of antennas of the RF detection device 106), V is the volume, t is the time and f is the frequency of the RF radiation. The intensity I in a measuring point can be determined from:

\sum_{M} \int_{V} \int_{t b e.g w . ƒ} f (M, V, t b e.g w . ƒ) i.e V, i.e t b e.g w . i.e ƒ

Die HF-Erfassungsvorrichtung 106 kann eingerichtet sein, die Intensität, Laufzeit und/oder Phasenverschiebung der empfangenen zweiten HF-Strahlung 2.HF beispielsweise bezogen auf ein Referenzsignal, beispielsweise die erste HF-Strahlung 1.HF, zu erfassen. Die Auswertung der erfassten Daten kann auf einem Modell basieren, das iterativ verfeinert werden kann.The HF detection device 106 can be set up to detect the intensity, propagation time and/or phase shift of the received second HF radiation 2.HF, for example in relation to a reference signal, for example the first HF radiation 1.HF. The evaluation of the recorded data can be based on a model that can be iteratively refined.

Die Ausgabe 112 kann anwendungsspezifisch eingerichtet sein. Beispielsweise kann die Ausgabe 112 als ein einfaches Hinweissignal, das ein vordefinierte Bedingung erfüllt ist, eingerichtet sein. Ein Hinweissignal ist beispielsweise ein akustisches Signal, beispielsweise ein Signalton, oder ein optisches Signal, beispielsweise eine Signalleuchte. Ein Hinweissignal als Ausgabe 112 kann beispielsweise in einem Abstands- und/oder Annäherungssystem angewendet werden. Die Ausgabe 112 kann jedoch auch ein Datensignal, eine Bilddatei, eine Videodatei bzw. eine Bildfolge, ein Live-Stream, eine Vektorgrafik, eine Datenmatrix oder ähnliches sein und eine Vielzahl von Datenpunkten aufweisen. Die Auswertevorrichtung 108 kann beispielsweise eine Radar-Bildgebung umfassen, beispielsweise eine Vektor-Radar-Bildgebung.The output 112 can be set up in an application-specific manner. For example, the output 112 may be set up as a simple indication signal that a predefined condition is met. An information signal is, for example, an acoustic signal, for example a signal tone, or an optical signal, for example a signal light. An advisory signal as output 112 can be used in a distance and/or proximity system, for example. However, the output 112 can also be a data signal, an image file, a video file or an image sequence, a live stream, a vector graphic, a data matrix or the like and have a large number of data points. The evaluation device 108 can, for example, include radar imaging, for example vector radar imaging.

Die Endoskop-Vorrichtung 100 kann ferner eine Anzeigevorrichtung aufweisen. Die Anzeigevorrichtung ist eingerichtet, eine Ausgabe 112 basierend auf der Auswertung der empfangenen HF-Strahlung 2.HF anzuzeigen.The endoscope device 100 may further include a display device. The display device is set up to display an output 112 based on the evaluation of the received HF radiation 2.HF.

Die Endoskop-Vorrichtung 100 kann ferner eine Kommunikationsvorrichtung aufweisen, die eingerichtet eine Ausgabe (beispielsweise Ausgabe 112) basierend auf der Auswertung der empfangenen HF-Strahlung 2. HF an eine Erfassungsvorrichtung-externe Vorrichtung zu übertragen.The endoscope device 100 can also have a communication device set up to transmit an output (for example output 112) based on the evaluation of the received HF radiation 2. HF to a device external to the detection device.

Die Endoskop-Vorrichtung 100 kann beispielsweise eine erste Kommunikationsvorrichtung aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass die HF-Erfassungsvorrichtung 106 mit der Auswertevorrichtung 108 kommunikativ gekoppelt ist.The endoscope device 100 can have, for example, a first communication device that is set up in such a way that the HF detection device 106 is communicatively coupled to the evaluation device 108 .

Die Endoskop-Vorrichtung 100 kann ferner eine zweite Kommunikationsvorrichtung aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass die Auswertevorrichtung 108 mit einer Endoskop-Vorrichtung-externen Vorrichtung kommunikativ koppelbar ist. Die zweite Kommunikationsvorrichtung kann beispielsweise eine Weitbereichskommunikationsvorrichtung sein, beispielsweise eine WiFi-, 3G-, 4G-, 5G-Kommunikationsvorrichtung. Die zweite Kommunikationsvorrichtung kann in einem Kommunikationsendgerät realisiert sein, das kommunikativ mit dem Endoskopkopf 102 bzw. dem Teil der Auswertevorrichtung 108, der in dem Endoskopkopf 102 realisiert ist, gekoppelt sein.The endoscope device 100 can also have a second communication device, which is set up in such a way that the evaluation device 108 can be communicatively coupled to a device external to the endoscope device. The second communication device can be, for example, a long-range communication device, for example a WiFi, 3G, 4G, 5G communication device. The second communication device can be implemented in a communication terminal which is communicatively coupled to the endoscope head 102 or to the part of the evaluation device 108 which is implemented in the endoscope head 102 .

Die HF-Erfassungsvorrichtung 106 kann ferner ein RF (radio frequency) Front End für eine oder mehrere Antennen aufweisen.The RF sensing device 106 may further include an RF (radio frequency) front end for one or more antennas.

Beispielsweise kann die Endoskop-Vorrichtung 100 kann eine Modulationsvorrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, das zu sendende erste HF-Signal 1.HF zu modulieren, insbesondere mittels FMCW (frequenzmodulierter Dauerstrich)-Modulation oder als eine Pulsfolge.For example, the endoscope device 100 can have a modulation device that is set up to modulate the first HF signal 1.HF to be transmitted, in particular by means of FMCW (frequency modulated continuous wave) modulation or as a pulse sequence.

Beispielsweise kann die HF-Erfassungsvorrichtung 106 ferner eine HF-Erzeugungsvorrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, die zu sendenden ersten HF-Strahlung 1.HF zu erzeugen, wobei die HF-Erzeugungsvorrichtung eines aufweist aus einem elektrischen Schwingkreis, einem elektronischen Oszillatorschaltkreis, einem oder mehreren schnellschaltenden Transistoren, einer oder mehreren Resonanztunneldioden oder einem kaskadierten Freuqenzvervielfacher.For example, the HF detection device 106 can also have an HF generating device that is set up to generate the first HF radiation 1.HF to be transmitted, the HF generating device having one of an electrical resonant circuit, an electronic oscillator circuit, one or more fast-switching transistors, one or more resonant tunnel diodes, or a cascaded frequency multiplier.

Die HF-Erzeugungsvorrichtung kann beispielsweise einen photoleitenden Emitter aus einem kleinen Stück Halbleiterkristall, beispielsweise Galliumarsenid, aufweisen. Auf dem Halbleiterkristall können planare Metallelektroden in Form einer Antenne ausgebildet sein. Die Antennen können ein großes elektrisches Feld über ihre Oberfläche aufrechterhalten. Ultraschnelle Lichtimpulse, beispielsweise mit einer Pulslänge von 100 fs, werden auf den Spalt zwischen den Elektroden bei Infrarotwellenlängen fokussiert. Die Photonenenergie der Lichtpulse liegt über der Bandlücke des Halbleiterkristalls. Das erzeugt Elektronen-Loch-Paare, die nahe der Kristalloberfläche angeregt werden, die die Leitfähigkeit schnell ändern. Das Anlegen einer Vorspannung beschleunigt das Elektronen-Loch-Paar und führt zu einer schnellen Änderung der Stromdichte. Das Ändern des Dipols erzeugt einen THz-Übergang in der Antenne, der in den freien Raum als THz-Puls abgestrahlt wird. Der THz-Puls kann kollimiert und auf ein zu untersuchendes Objekt in der Körperöffnung 110 fokussiert werden. Der THz-Puls wird zumindest teilweise von dem Objekt (rück)gestreut. Der rückgestreute THz-Puls kann in der HF-Erfassungsvorrichtung 106 rekollimiert werden und auf einen lichtleitenden Empfänger fokussiert werden.The RF generating device may include, for example, a photoconductive emitter made from a small piece of semiconductor crystal, such as gallium arsenide. Planar metal electrodes in the form of an antenna can be formed on the semiconductor crystal. The antennas can maintain a large electric field across their surface. Ultrafast light pulses, for example with a pulse length of 100 fs, are focused onto the gap between the electrodes at infrared wavelengths. The photon energy of the light pulses is above the band gap of the semiconductor crystal. This creates electron-hole pairs excited near the crystal surface that change conductivity rapidly. Applying a bias voltage accelerates the electron-hole pair and results in a rapid change in current density. Changing the dipole creates a THz transient in the antenna, which is radiated into free space as a THz pulse. The THz pulse can be collimated and focused on an object to be examined in the body opening 110 . The THz pulse is at least partially (back)scattered by the object. The backscattered THz pulse can be recollimated in the RF detector 106 and focused onto a light-conducting receiver.

Die HF-Erfassungsvorrichtung 106 kann für den Empfang bzw. die Detektion der zweiten HF-Strahlung 2.HF basierend auf einer bolometrischen Messung, einem elektrooptischen Abtasten oder einem photoleitenden Empfänger eingerichtet sein. Das gesendete HF-Signal 1.HF und das empfangene HF-Signal 2.HF können die gleiche Frequenz aufweisen.The HF detection device 106 can be set up for receiving or detecting the second HF radiation 2.HF based on a bolometric measurement, an electro-optical scanning or a photoconductive receiver. The transmitted HF signal 1.HF and the received HF signal 2.HF can have the same frequency.

Die Endoskop-Vorrichtung 100 kann ferner eine Energieversorgungsvorrichtung aufweisen, die zum Versorgen der Auswertevorrichtung 108, der HF-Erfassungsvorrichtung 106 und/oder des optischen Systems 114 mit elektrischer Energie eingerichtet ist (in 1 mittels der gestrichelten Linie veranschaulicht). Die Energieversorgungsvorrichtung kann in dem Schaft 104 und/oder der Endoskopkopf 102 integriert sein.The endoscope device 100 can also have an energy supply device that is set up to supply the evaluation device 108, the HF detection device 106 and/or the optical system 114 with electrical energy (in 1 illustrated by the dashed line). The energy supply device can be integrated in the shaft 104 and/or the endoscope head 102 .

2 veranschaulicht ein Ablaufdiagram eines Verfahrens 200 zum Betreiben einer Endoskop-Vorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Endoskop-Vorrichtung 100 kann gemäß einer beschriebenen Ausführungsform eingerichtet sein. 2 12 illustrates a flowchart of a method 200 for operating an endoscope device 100 according to various embodiments. The endoscope device 100 can be set up according to a described embodiment.

Das Verfahren 200 weist ein Senden 202 von HF-Strahlung in die Endoskopkopf-externe Umgebung 110 mittels der HF-Erfassungsvorrichtung 106 auf.The method 200 includes sending 202 HF radiation into the environment 110 external to the endoscope head by means of the HF detection device 106 .

Das Verfahren 200 weist ein Empfangen 204 von HF-Strahlung mittels der HF-Erfassungsvorrichtung 106 auf, wobei die empfangene HF-Strahlung auf der gesendeten HF-Strahlung basiert.The method 200 includes receiving 204 RF radiation by the RF sensing device 106, wherein the received RF radiation is based on the transmitted RF radiation.

Das Verfahren 200 weist ein Bereitstellen 206 einer Ausgabe 112 basierend auf der empfangenen HF-Strahlung mittels der HF-Erfassungsvorrichtung 106 auf.The method 200 includes providing 206 an output 112 based on the received RF radiation by the RF sensing device 106 .

Das Verfahren 200 weist ein Ändern 208 der Ausrichtung des optischen Systems 114 relativ zur Endoskop-Vorrichtung-externen Umgebung basierend auf der Ausgabe 112 auf.The method 200 includes changing 208 the orientation of the optical system 114 relative to the endoscope device external environment based on the output 112 .

Dies ermöglicht, die Ausgabe 112 der HF-Erfassungsvorrichtung für die Darstellung der Ausgabe des optischen Systems 114, beispielsweise als Tiefeninformation, beispielweise zum Erstellen einer dreidimensionalen Abbildung basierend auf den Datensignalen des optischen Systems 114 und der HF-Erfassungsvorrichtung 106, und/oder zur Navigation für den Endoskopkopf 102 zu verwenden.This enables the output 112 of the HF detection device to display the output of the optical system 114, for example as depth information, for example to create a three-dimensional image based on the data signals of the optical system 114 and the HF detection device 106, and/or for navigation to be used for the endoscope head 102.

3 veranschaulicht ein Anwendungsbeispiel einer Endoskop-Vorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Die Endoskop-Vorrichtung 100 kann gemäß einer zuvor beschriebenen Ausführungsform eingerichtet sein. 3 10 illustrates an application example of an endoscope device 100 according to various exemplary embodiments. The endoscope device 100 can be set up according to an embodiment described above.

Die in 3 veranschaulichte Ausführungsform weist eine HF-Erfassungsvorrichtung 106 mit einer Vielzahl von Antennen 300, die in einer konzentrischen Anordnung um ein optisches System 114, beispielsweise eine Kamera, in dem Endoskopkopf 102 angeordnet sind, auf. Die HF-Erfassungsvorrichtung kann eingerichtet sein, den Strahl bzw. die Hauptkeule der zu emittierenden (ersten) HF-Strahlung zu modifizieren bzw. die Ausrichtung zu steuern. Beispielsweise kann mittels der Strahlsteuerung die Tiefe bzw. Weite und/oder die Bereite des (zweiten) Sichtfeldes der HF-Erfassungsvorrichtung eingestellt werden (in 3 sind unterschiedliche weite/breite Strahlprofile 302-1/-2; 304 bzw. 306 veranschaulicht). Alternativ oder zusätzlich kann die Ausrichtung der Hauptkeule des (ersten) Sichtfeldes der HF-Erfassungsvorrichtung gesteuert werden (in 3 sind unterschiedliche Ausrichtungen 302-1 bzw. 302-2 für eine Sichtfeldform veranschaulicht).In the 3 The embodiment illustrated has an RF detection device 106 with a plurality of antennas 300 arranged in a concentric arrangement around an optical system 114, for example a camera, in the endoscope head 102. The HF detection device can be set up to modify the beam or the main lobe of the (first) HF radiation to be emitted or to control the alignment. For example, the depth or width and/or the width of the (second) field of view of the HF detection device can be adjusted by means of the beam control (in 3 are different wide/wide beam profiles 302-1/-2; 304 and 306, respectively). Alternatively or additionally, the orientation of the main lobe of the (first) field of view of the RF detection device can be controlled (in 3 different orientations 302-1 and 302-2, respectively, are illustrated for a field of view shape).

Mittels der HF-Erfassungsvorrichtung kann beispielsweise ein größerer Ausschnitt bzw. eine größere Umgebung abgetastet werden und/oder unterschiedliche MaterialzZusammensetzungen der Endoskopkopf-Umgebung 110 erfasst werden als mit dem optischen System 114 alleine. Diese Information können für die Navigation des Endoskopkopfes 102 und/oder als zusätzliche Information für das mittels des optischen Systems 114 erstellte Abbild verwendet werden, beispielsweise um ein dreidimensionales Abbild zu erstellen und/oder Materialunterschiede, beispielsweise Kalk-Ablagerungen, hervorzuheben.By means of the HF detection device, for example, a larger section or a larger area can be scanned and/or different material compositions Endoscope head environment 110 can be detected than with the optical system 114 alone. This information can be used for navigating the endoscope head 102 and/or as additional information for the image created by the optical system 114, for example to create a three-dimensional image and/or to highlight material differences, for example lime deposits.

Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf das hierin Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.Various examples are described below that relate to what is described herein and shown in the figures.

Beispiel 1 ist eine Endoskop-Vorrichtung, aufweisend: einen Endoskopkopf mit einem optischen System und einer HF-Erfassungsvorrichtung, die zumindest teilweise in dem Endoskopkopf integriert sind; wobei das optische System eingerichtet ist, ein Endoskopiebild zu erzeugen; und wobei die HF-Erfassungsvorrichtung eingerichtet ist, eine erste HF-Strahlung von dem Endoskopkopf zu emittieren und zweite HF-Strahlung aus der Endoskopkopf-externen Umgebung zu empfangen, wobei die zweite HF-Strahlung auf der ersten HF-Strahlung basiert, und wobei die HF-Erfassungsvorrichtung eingerichtet ist, eine Ausgabe basierend auf der zweiten HF-Strahlung bereitzustellen, wobei die Ausgabe zu der Endoskopkopf-externen Umgebung korrespondiert.Example 1 is an endoscope device, comprising: an endoscope head with an optical system and an RF detection device at least partially integrated in the endoscope head; wherein the optical system is set up to generate an endoscopy image; and wherein the HF detection device is set up to emit a first HF radiation from the endoscope head and to receive second HF radiation from the environment external to the endoscope head, wherein the second HF radiation is based on the first HF radiation, and wherein the HF detection device is set up to provide an output based on the second HF radiation, wherein the output corresponds to the environment external to the endoscope head.

In Beispiel 2 kann das Beispiel 1 optional aufweisen, dass das optische System ein erstes Sichtfeld aufweist und die HF-Erfassungsvorrichtung ein zweites Sichtfeld aufweist, das größer ist als das erste Sichtfeld.In Example 2, Example 1 may optionally include the optical system having a first field of view and the RF sensing device having a second field of view that is larger than the first field of view.

In Beispiel 3 kann das Beispiel 2 optional aufweisen, dass das zweite Sichtfeld das erste Sichtfeld zumindest lateral überlappt.In example 3, example 2 may optionally include the second field of view at least laterally overlapping the first field of view.

In Beispiel 4 kann eines der Beispiel 1 bis 3 optional aufweisen, dass das optische System ein erstes Sichtfeld aufweist und die HF-Erfassungsvorrichtung ein zweites Sichtfeld aufweist, wobei das zweite Sichtfeld derart steuerbar ist, dass das zweite Sichtfeld das erste Sichtfeld zumindest lateral überlappen kann.In Example 4, any of Examples 1 to 3 may optionally include the optical system having a first field of view and the RF sensing device having a second field of view, the second field of view being controllable such that the second field of view may at least laterally overlap the first field of view .

In Beispiel 5 kann eines der Beispiel 1 bis 4 optional aufweisen, dass die HF-Erfassungsvorrichtung mindestens eine erste Antenne und eine zweite Antenne aufweist, die jeweils zum Emittieren der ersten HF-Strahlung und zum Empfangen der zweiten HF-Strahlung eingerichtet sind.In Example 5, any one of Examples 1 to 4 may optionally include the RF sensing device having at least a first antenna and a second antenna configured to emit the first RF radiation and receive the second RF radiation, respectively.

In Beispiel 6 kann eines der Beispiel 1 bis 5 optional aufweisen, dass wobei die HF-Erfassungsvorrichtung ein Antennen-Array mit einer Vielzahl von Antennen aufweist, die jeweils oder zusammen zum Emittieren der ersten HF-Strahlung und/oder zum Empfangen der zweiten HF-Strahlung eingerichtet sind.In Example 6, any one of Examples 1 to 5 may optionally include wherein the RF sensing device includes an antenna array having a plurality of antennas each or together for emitting the first RF radiation and/or for receiving the second RF Radiation are set up.

In Beispiel 7 kann das Beispiel 6 optional aufweisen, dass das Antennen-Array als eine Gruppenantenne oder eine Phased-Array-Antenne eingerichtet ist.In Example 7, Example 6 may optionally include the antenna array configured as a group antenna or a phased array antenna.

In Beispiel 8 kann eines der Beispiel 1 bis 7 optional aufweisen, dass die erste HF-Strahlung und die zweite HF-Strahlung die gleiche Frequenz aufweisen.In Example 8, any one of Examples 1 through 7 may optionally include the first RF radiation and the second RF radiation having the same frequency.

In Beispiel 9 kann eines der Beispiel 1 bis 8 optional aufweisen, dass die erste HF-Strahlung und die zweite HF-Strahlung eine Frequenz aufweisen in einem Bereich von 100 MHz bis 10 THz.In Example 9, any one of Examples 1 to 8 can optionally include the first RF radiation and the second RF radiation having a frequency in a range of 100 MHz to 10 THz.

In Beispiel 10 kann eines der Beispiel 1 bis 9 optional ferner einen Schaft aufweisen, wobei der Endoskopkopf an einem Endabschnitt des Schafts angeordnet ist.In Example 10, any one of Examples 1 to 9 may optionally further include a shaft, and the endoscope head is disposed at an end portion of the shaft.

In Beispiel 11 kann das Beispiel 10 ferner optional eine Kabelverlängerung aufweisen, wobei die Kabelverlängerung zwischen dem Endoskopkopf und dem Endabschnitt des Schafts angeordnet ist.In Example 11, Example 10 can further optionally include a cable extension, wherein the cable extension is located between the endoscope head and the end portion of the shaft.

In Beispiel 12 kann eines der Beispiel 1 bis 11 optional aufweisen, dass die HF-Erfassungsvorrichtung mindestens einen ersten Radarsensor und einen zweiten Radarsensor aufweist, die in dem Endoskopkopf integriert sind und jeweils eingerichtet sind, die erste HF-Strahlung in Richtung der Endoskopkopf-externen Umgebung zu emittieren und die zweite HF-Strahlung aus der Endoskopkopf-externen Umgebung zu empfangen.In Example 12, any one of Examples 1 to 11 can optionally include that the HF detection device has at least a first radar sensor and a second radar sensor, which are integrated in the endoscope head and are each set up to direct the first HF radiation in the direction of the endoscope head-external To emit surroundings and to receive the second RF radiation from the endoscope head-external environment.

In Beispiel 13 kann eines der Beispiel 1 bis 12 ferner optional eine Kommunikationsvorrichtung aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass die HF-Erfassungsvorrichtung mit einer Endoskopkopf-externen Vorrichtung kommunikativ koppelbar ist. In Beispiel 14 kann eines der Beispiel 1 bis 13 ferner optional eine Anzeigevorrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, die Ausgabe anzuzeigen.In Example 13, one of Examples 1 to 12 may further optionally include a communication device set up such that the HF detection device can be communicatively coupled to a device external to the endoscope head. In example 14, any one of examples 1 to 13 may further optionally include a display device configured to display the output.

Beispiel 15 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Endoskop-Vorrichtung, wobei die Endoskop-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 14 eingerichtet ist. Das Verfahren weist auf: Senden von HF-Strahlung in die Endoskopkopf-externe Umgebung mittels der HF-Erfassungsvorrichtung; Empfangen von HF-Strahlung mittels der HF-Erfassungsvorrichtung, wobei die empfangene HF-Strahlung auf der gesendeten HF-Strahlung basiert; Bereitstellen einer Ausgabe basierend auf der empfangenen HF-Strahlung mittels der HF-Erfassungsvorrichtung; und Ändern der Ausrichtung des optischen Systems relativ zur Endoskop-Vorrichtung-externen Umgebung basierend auf der Ausgabe.Example 15 is a method for operating an endoscope device, the endoscope device being configured according to any one of Examples 1 to 14. The method comprises: sending RF radiation into the environment external to the endoscope head by means of the RF detection device; receiving RF radiation by the RF sensing device, the received RF radiation being based on the transmitted RF radiation; providing an output based on the received RF radiation using the RF sensing device; and changing the orientation of the optical system relative to the endoscope device external environment based on the output.

Es versteht sich, dass Funktionen, Algorithmen, etc. die hierin mit Bezug auf ein Verfahren beschrieben sind auch in gleicher oder ähnlicher Weise in einer Vorrichtung implementiert sein können und umgekehrt.It goes without saying that functions, algorithms, etc. that are described here with reference to a method can also be implemented in an apparatus in the same or a similar way, and vice versa.

Claims

Endoscope device (100) comprising: an endoscope head (102) with an optical system (114) and an HF detection device (106) which are at least partially integrated in the endoscope head (102); wherein the optical system (114) is set up to generate an endoscopy image; and wherein the HF detection device (106) is set up to emit a first HF radiation (1.HF) from the endoscope head (102) and a second HF radiation (2.HF) from the environment (110) external to the endoscope head received, wherein the second HF radiation (2.HF) is based on the first HF radiation (1.HF), and wherein the HF detection device (106) is set up to provide an output (112) based on the second HF radiation (2.HF), the output (112) corresponding to the environment (110) external to the endoscope head.

Endoscope device (100) according to claim 1 wherein the optical system (114) has a first field of view (124) and the RF detection device (106) has a second field of view (122) that is larger than the first field of view (124).

Endoscope device (100) according to claim 2 wherein the second field of view (122) at least laterally overlaps the first field of view (124).

Endoscope device (100) according to one of Claims 1 until 3 , wherein the optical system (114) has a first field of view (124) and the RF detection device (106) has a second field of view (122), the second field of view (122) being controllable such that the second field of view (122) first field of view (124) can overlap at least laterally.

Endoscope device (100) according to one of Claims 1 until 4 , wherein the HF detection device (106) has at least a first antenna and a second antenna, each of which is set up to emit the first HF radiation (1.HF) and to receive the second HF radiation (2.HF).

Endoscope device (100) according to one of Claims 1 until 5 , wherein the HF detection device (106) has an antenna array with a plurality of antennas, each or together for emitting the first HF radiation (1.HF) and/or for receiving the second HF radiation (2.HF ) are set up.

Endoscope device (100) according to claim 6 , wherein the antenna array is set up as a group antenna or a phased array antenna.

Endoscope device (100) according to one of Claims 1 until 7 , wherein the first HF radiation (1.HF) and the second HF radiation (2.HF) have the same frequency.

Endoscope device (100) according to one of Claims 1 until 8th , wherein the first HF radiation (1.HF) and the second HF radiation (2.HF) have a frequency in a range from 100 MHz to 10 THz.

Endoscope device (100) according to one of Claims 1 until 9 , Further comprising a shaft (104), wherein the endoscope head (102) is arranged at an end portion of the shaft (104).

Endoscope device (100) according to claim 10 , further comprising a cable extension, wherein the cable extension between the endoscope head (102) and the end portion of the shaft (104) is arranged.

Endoscope device (100) according to one of Claims 1 until 11 , wherein the HF detection device (106) has at least a first radar sensor and a second radar sensor, which are integrated in the endoscope head (102) and are each set up, the first HF radiation (1.HF) in the direction of the endoscope head-external environment (110) and to receive the second HF radiation (2.HF) from the environment (110) external to the endoscope head.

Endoscope device (100) according to one of Claims 1 until 12 , further comprising a communication device (108) which is set up in such a way that the HF detection device (106) can be communicatively coupled to a device external to the endoscope head.

Endoscope device (100) according to one of Claims 1 until 13 , further comprising a display device configured to display the output (112).

Method (200) for operating an endoscope device (100), the endoscope device (100) having: an endoscope head (102) with an optical system (114) and an HF detection device (106) which are at least partially integrated in the endoscope head (102); wherein the optical system (114) is set up to generate an endoscopy image; and wherein the HF detection device (106) is set up to emit a first HF radiation (1.HF) from the endoscope head (102) and second HF radiation (2.HF) from the environment (110) external to the endoscope head received, wherein the second RF radiation (2.HF) is based on the first RF radiation (1.HF), and wherein the RF detection device (106) is arranged to output (112) based on the second RF radiation (2.HF) to provide the output corresponding to the endoscope head external environment (110); the method (200) comprising: sending (202) RF radiation into the environment (110) external to the endoscope head by means of the RF detection device (106); receiving (204) RF radiation by the RF sensing device (106), the received RF radiation being based on the transmitted RF radiation; providing (206) an output (112) based on the received RF radiation by the RF sensing device (106); and changing (208) the orientation of the optical system (114) relative to the endoscope device-external environment based on the output (112).