DE102020132818A1

DE102020132818A1 - Verfahren zur spektralen Überprüfung von Systemkomponenten eines modularen medizinischen Bildgebungssystems

Info

Publication number: DE102020132818A1
Application number: DE102020132818.4A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Köhler; Hannes Köhler
Original assignee: Diaspective Vision GmbH; Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Diaspective Vision De GmbH; Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2022-06-09
Also published as: WO2022122711A2; EP4260556A2; CN116709963A; WO2022122711A3

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur spektralen Überprüfung von Systemkomponenten und zwar wenigstens eine Optikkomponente (16) und wenigstens eine Beleuchtungskomponente (10), welche in einer für eine Funktionsweise vorgesehenen Konfiguration zur Zusammenstellung eines modularen medizinischen Bildgebungssystems eingerichtet sind.Es wird vorgeschlagen, dass in wenigstens einem Messschritt (64) mittels der miteinander gekoppelten Systemkomponenten und eines Spektrometers (172) wenigstens ein Testspektrum (58) eines vorgegebenen Testobjekts (56) aufgenommen wird und in wenigstens einem Vergleichsschritt (66) das aufgenommene Testspektrum (58) mit wenigstens einem für eine vorgesehene Funktionsweise charakteristischen Vergleichsspektrum (54) abgeglichen wird, wobei bei einer Übereinstimmung des Testspektrums (58) mit dem Vergleichsspektrum (54) das Bildgebungssystem für eine weitere Benutzung freigegeben wird oder bei einer Abweichung des Testspektrums (58) von dem Vergleichsspektrum (54) ein Benutzer vor einer anschließenden Benutzung des Bildgebungssystems darauf hingewiesen oder das Bildgebungssystem für eine anschließende Benutzung gesperrt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spektralen Überprüfung von Systemkomponenten eines modularen medizinischen Bildgebungssystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits modulare medizinische Bildgebungssysteme bekannt, welche Systemkomponenten umfassen, wie beispielsweise eine Beleuchtung, eine Endoskopoptik und eine Kamera oder mehrere dieser. Je nach vorgesehener Funktionsweise können diese zu einer Weißlichtbildgebung aber auch zu einer Fluoreszenzbildgebung miteinander kombiniert werden. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die für eine jeweilige Funktionsweise eingerichteten Systemkomponenten genutzt werden, um das Bildgebungssystem korrekt zusammenzustellen. Wird beispielsweise als eine Systemkomponente eine Endoskopoptik, welche über einen integrierten Fluoreszenzfilter verfügt, für eine nicht vorgesehene Funktionsweise wie in etwa eine Weißlichtbildgebung eingesetzt, führt dies zu einer verfälschten Darstellung. Ebenso ist die Verwendung von einer für die Funktionsweise eingerichteten Beleuchtung von Bedeutung. Wird beispielsweise bei einer Fluoreszenzbildgebung zur Beleuchtung eine Weißlichtquelle eingesetzt, kann es zu einer Überlagerung mit dem eigentlich zu detektierenden Fluoreszenzsignal kommen, wodurch dieses von dem Weißlicht erzeugten Hintergrundsignal unterdrückt werden kann. Um das Risiko einer fälschlichen Verwendung und Kombination von Systemkomponenten zu umgehen, ist es bekannt, diese mit einer Farbcodierung, mit RFID-Chips oder dergleichen zu versehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Sicherheit bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur spektralen Überprüfung von Systemkomponenten und zwar wenigstens eine Optikkomponente und wenigstens einer Beleuchtungskomponente, welche in einer für eine Funktionsweise vorgesehenen Konfiguration zur Zusammenstellung eines modularen medizinischen Bildgebungssystems eingerichtet sind.
Es wird vorgeschlagen, dass in wenigstens einem Messschritt mittels der miteinander gekoppelten Systemkomponenten und eines Spektrometers wenigstens ein Testspektrum eines vorgegebenen Testobjekts aufgenommen wird und in wenigstens einem Vergleichsschritt das aufgenommene Testspektrum mit wenigstens einem für eine vorgesehene Funktionsweise der Bildgebungsvorrichtung charakteristischen Vergleichsspektrum abgeglichen wird, und bei einer Übereinstimmung des Testspektrums mit dem Vergleichsspektrum das Bildgebungssystem für eine weitere Benutzung freigegeben wird oder bei einer Abweichung des Testspektrums von dem Vergleichsspektrum ein Benutzer vor einer anschließenden Benutzung des Bildgebungssystems darauf hingewiesen oder das Bildgebungssystem für eine anschließende Benutzung gesperrt wird.
Hierdurch kann vorteilhaft eine Betriebssicherheit verbessert werden, da fälschliche Verwendung von Systemkomponenten für eine nicht vorgesehene funktionsweise erkennbar ist. Weiter vorteilhaft können beschädigte, Defekte und/oder gefälschte Systemkomponenten erkennbar gemacht werden.
Bei dem Verfahren handelt es sich insbesondere um ein Test- und/oder Kalibrierverfahren, welches zeitlich vor einer Untersuchung eines Patienten mittels des medizinischen Bildgebungssystems durchgeführt wird. Das Verfahren wird insbesondere nicht an einem Patienten durchgeführt. Unter einem „modularen medizinischen Bildgebungssystem“ soll insbesondere ein System verstanden werden, welches sich modular aus verschiedenen austauschbaren medizinischen Systemkomponenten zusammensetzt, welche zu einer medizinischen Bildgebung eingerichtet sind. Unter „eingerichtet“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt, vorgesehen und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion eingerichtet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Bei dem medizinischen Bildgebungssystem handelt es sich insbesondere um ein endoskopisches, exoskopisches und/oder mirkroskopsisches Bildgebungssystem. Die Optikkomponente ist insbesondere eine Optik, insbesondere, wie beispielsweise ein Objektiv, ein Okular, eine Relaisoptik, eine Filteroptik eines Endoskops, Mikroskops und/oder eines Exoskops insbesondere mit Festbrennweite und/oder optischem bzw. digitalem Zoom. Die Beleuchtungskomponente umfasst insbesondere wenigstens eine Lichtquelle, sowie vorzugsweise einen Lichtleiter, welcher dazu eingerichtet ist Licht von der Lichtquelle aus weiter zu leiten. Der Lichtleiter kann dabei fest mit der Lichtquelle verbunden sein. Alternativ kann der Lichtleiter lösbar mit der Lichtquelle gekoppelt sein. Alternativ kann die Beleuchtung auch bereits distal im Endoskop integriert sein. Unter Funktionsweisen eines solches Bildgebungssystems können je nach Konfiguration der Systemkomponenten eine Weißlichtbildgebung, eine Multispektral- (MSI) und/oder Hyperspektralbildgebung (HSI), eine Fluoreszenzbildgebung, vorzugsweise zur photodynamischen Diagnostik (PDD), oder dergleichen verstanden werden. Unter einer „Konfiguration der Systemkomponenten“ soll insbesondere eine Kombination und/oder eine Reihenfolge der Anordnung dieser Systemkomponenten verstanden werden. Insbesondere können die Systemkomponenten sich für verschiedene Fluoreszenzbildgebungen bei der Verwendung verschiedener Fluoreszenzfarbstoffe oder bei Autofluoreszenz voneinander unterscheiden bzw. auf einen speziellen Wellenlängenbereich einer jeweiligen Fluoreszenz abgestimmt sein. Beispielsweise kann eine Lichtquelle einer Beleuchtungskomponente auf das Absorptionsspektrums eines Fluoreszenzfarbstoffs abgestimmt sein. Ferner könnten die Optikkomponenten auf das Emissionsspektrum eines Fluoreszenzfarbstoffs abgestimmt sein. Bei dem vorliegenden Verfahren werden in dem Messschritt die Systemkomponenten mit dem Spektrometer und/oder untereinander gekoppelt. Die Systemkomponenten werden insbesondere dem Spektrometer Lichtstrom aufwärts vorgeschaltet, so dass eine Abweichung eines von dem Spektrometer aufgenommenen Testspektrums durch die Zusammenstellung der Systemkomponenten beeinflusst ist. Zur Aufnahme des Testspektrums wird vorzugsweise ein Testobjekt beobachtet. Bei dem Testobjekt handelt es sich insbesondere um ein Objekt, welches wenigstens zu einem Großteil aus einer homogenen Materialzusammensetzung besteht und somit über vorteilhaft makroskopisch homogene spektrale Eigenschaften verfügt, wie beispielsweise ein Blatt Papier, eine Metallplatte oder dergleichen. Ferner umfass das Bildgebungssystem wenigstens eine Ausgabeeinrichtung, anhand welcher ein Benutzer auf eine fehlerhafte Konfiguration der Systemkomponenten hingewiesen wird. Bei der Ausgabeeinheit kann ein optisches Ausgabeelement umfasst sein, wie beispielsweise eine Signallampe, ein Bildschirm oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich könnte die Ausgabeeinheit auch über ein akustisches Ausgabeelement verfügen, wie in etwa einen Lautsprecher. Auch wären haptische Ausgebeelemente denkbar. Des Weiteren könnten dem Benutzer Handlungsempfehlungen gegeben werden wie das Problem behoben werden kann, z.B. durch vorgabe, welche Systemkomponenten auszutauschen sind.
Ferner umfasst das modulare medizinisches Bildgebungssystem wenigstens ein Steuergerät, in welchem wenigstens ein Betriebsprogramm hinterlegt und/oder ausführbar ist, welches zumindest das Verfahren zur spektralen Überprüfung von Systemkomponenten des modularen medizinischen Bildgebungssystems umfasst. Das Steuergerät umfasst insbesondere wenigstens einen Prozessor. Der Prozessor ist beispielsweise dazu eingerichtet das Betriebsprogramm auszuführen. Ferner umfasst das Steuergerät insbesondere wenigstens einen Speicher. Beispielsweise ist in dem Speicher das Betriebsprogramm hinterlegt. Das Steuergerät ist mit weiteren Systemkomponenten des Bildgebungssystems gekoppelt, um diese anzusteuern und/oder Informationen auszugeben, wie beispielsweise mittels der Ausgabeeinheit.
Es wird vorgeschlagen, dass das medizinische Bildgebungssystem weitere Systemkomponenten umfasst, und zwar wenigstens eine weitere Optikkomponente, welche von der Optikkomponente verschieden ausgebildet ist, und/oder eine weitere Beleuchtungskomponente, welche von der Beleuchtungskomponente verschieden ausgebildet ist, welche anstelle der Optikkomponente und/oder der Beleuchtungskomponente mit dem Spektrometer kombinierbar sind/ist, wobei in dem Vergleichsschritt eine von der vorgesehenen Konfiguration abweichenden Konfiguration der Systemkomponenten erkannt wird. Es kann vorteilhaft eine Betriebssicherheit weiter verbessert werden, da auf Basis einer Testmessung sichergestellt werden kann, ob die für eine Funktionsweise vorgesehenen Systemkomponenten miteinander kombiniert sind.
Es wird vorgeschlagen, dass einem Benutzer bei einer erkannten Abweichung der Konfigurationen der Systemkomponenten von der vorgesehenen Konfiguration dem Benutzer vorschlagen wird, welche der Systemkomponenten er auszutauschen hat, um die vorgesehene Konfiguration zu erlangen. Es kann vorteilhaft eine Betriebssicherheit weiter verbessert werden, da dem Benutzer automatisiert eine Lösung zu einer Behebung einer Fehlfunktion vorgeschlagen wird und dieser nicht selbst eine Fehlerdiagnose, welche wiederum fehlerbehaftet sein könnte, durchführen muss.
Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine vorgesehene Konfiguration der Systemkomponenten zu einer Weißlicht-Bildgebung, Multispektral- und/oder Hyperspektral-Bildgebung eingerichtet ist. Das Bildgebungssystem verfügt somit über eine vorteilhafte Funktionsweise, mittels welcher ein weites Spektrum medizinischer Analysen durchgeführt werden können, wie beispielsweise die Erkennung von Gewebearten und/oder Gewebeeigenschaften, wie beispielsweise Wassergehalt, Fettgehalt, Oxygenierung, Desoxygenierung oder dergleichen.
Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine vorgesehene Konfiguration, der Systemkomponenten zu einer Fluoreszenzbildgebung eingerichtet ist, dabei handelt es sich insbesondere um eine weitere vorgesehen Konfiguration, welche von der vorhergehenden Konfiguration verschieden ist. Das Bildgebungssystem verfügt somit über eine vorteilhafte Funktionsweise, mittels welcher ein weites Spektrum medizinischer Analysen durchgeführt werden kann, wie beispielsweise Perfusionsanalyse, Tumorerkennung, oder dergleichen. Die verschiedenen vorgesehenen Konfigurationen unterscheiden sich dabei insbesondere durch eine Verwendung und/oder Anordnung der Systemkomponenten. Bei der Fluoreszenzbildgebung handelt es sich insbesondere um Fluoreszenz eines dem Gewebe verabreichenden Fluoreszenzfarbstoff, wie beispielsweise Indocyaningrün, Fluorescein, 5-Aminolävulinsäure (5-ALA), Autofluoreszenz oder dergleichen.
Es wird vorgeschlagen, dass das Bildgebungssystem eine Multi- und/oder Hyperspektralkamera besitzt, welche dazu eingerichtet ist, wenigstens ein multi- und/oder hyperspektrales Bild aufzunehmen, und welche das Spektrometer aufweist. Es kann vorteilhaft auf zusätzliche Bauteile verzichtet werden, da das Spektrometer bereits Bestandteil der Multi- und/oder Hyperspektralkamera ist.
Es wird vorgeschlagen, dass das Testspektrum dem multi- und/oder hyperspektralen Testbild entnommen wird. Es kann vorteilhaft ein besonders schneller Testschritt durchgeführt werden, da zu einer Aufnahme des Testspektrums mittels nur eines einzigen Pixels, welcher mit der Multi- und/oder Hyperspektralkamera aufgenommenen wird, genutzt werden kann. Um eine Genauigkeit des Testspektrums zu erhöhen und Hintergrundrauschen zu verringern, ist es jedoch auch denkbar, dass über mehrere Pixel, Zeilen, Spalten und/oder ein gesamtes mit der Multi- und/oder Hyperspektralkamera aufgenommenes Testbild gemittelt werden kann, um das Testspektrum zu bestimmen.
Es wird vorgeschlagen, dass der Vergleichsschritt zeitgleich mit einem Weißabgleich des Bildgebungssystems durchgeführt wird. Es kann vorteilhaft eine Konfigurationszeit des Bildgebungssystems verkürzt werden.
Es wird vorgeschlagen, dass das modulare medizinische Bildgebungssystem zumindest ein Endoskop, ein Exoskop und/oder ein Mikroskop umfasst. Es kann vorteilhaft eine vielfältige Verwendung des Bildgebungssystems erzielt werden.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Konfiguration. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Konfigurationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Bildgebungssystems mit Systemkomponenten in einer perspektivischen Ansicht,
2 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungsspektrums der Beleuchtungskomponente des Bildgebungssystems,
3 eine schematische Darstellung von für Indocyaningrün charakteristischen spektralen Eigenschaften sowie von weiteren Beleuchtungsspektren eines weiteren Beleuchtungskomponente des Bildgebungssystems und weiteren Optikkomponenten des Bildgebungssystems,
4 eine schematische Darstellung einer Kamera des Bildgebungssystem in einer Draufsicht,
5 einen schematischen Ablaufplan eines beispielhaften Betriebsverfahrens des Bildgebungssystems,
6 ein Schematisches Diagramm mit einem mit dem Bildgebungssystem im Testschritt aufgenommenen Testspektrum des Testobjekts, sowie einem Vergleichsspektrum.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine schematische Darstellung eines modularen medizinischen Bildgebungssystems in einer perspektivischen Ansicht. Das Bildgebungssystem umfasst mehrere Systemkomponenten.
Das Bildgebungssystem umfasst als eine erste Systemkomponente eine Beleuchtungskomponente 10. Die Beleuchtungskomponente 10 ist zu einer Beleuchtung eines Untersuchungsgebiets eingerichtet. Die Beleuchtungskomponente 10 umfasst wenigstens eine Lichtquelle 12. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Lichtquelle 12 um eine Weißlichtquelle, wie beispielsweise eine homogenisierte Xenon-Lampe, eine phosphormodifizierte LED oder dergleichen. Ein von der Lichtquelle 12 erzeugtes Lichtquellenspektrum 24 ist in 2 dargestellt. Ferner umfasst die Beleuchtungskomponente 10 einen Lichtleiter 14. Der Lichtleiter 14 ist mit der Lichtquelle 12 verbunden. Bei dem Lichtleiter kann es sich beispielsweise um ein Bündel von Lichtleitfasern handeln.
Ferner umfasst das Bildgebungssystem als eine zweite Systemkomponente eine Optikkomponente 16. Die Optikkomponente 16 ist im vorliegenden Fall als eine Endoskopoptik ausgebildet. Die Optikkomponente 16 umfasst wenigstens ein Objektiv. Ferner kann die Optikkomponente 16 verschiedene Filter, z.B. zur Filterung verschiedener Fluoreszenzwellenlängen oder auch eine Relaisoptik zur Weiterleitung optischer Abbildungen, sowie eine Optische Zoomvorrichtung- und / oder Fokusvorrichtung umfassen.
Das Bildgebungssystem umfasst ein Endoskop 18. Die Optikkomponente 16 ist in das Endoskop 18 integriert. Ferner ist die Beleuchtungskomponente 10 mit dem Endoskop 18 verbunden. Anstelle eines Endoskops 18 könnte das Bildgebungssystem jedoch auch über ein Exoskop und/oder ein Mikroskop verfügen.
Die Beleuchtungskomponente 10 und die Optikkomponente 16 sind zu einer vorgesehenen Funktionsweise eingerichtet. Im vorliegenden Fall sind die Beleuchtungskomponente 10 und die Optikkomponente 16 zu einer Weißlichtbildgebung, Multispektral- und/oder Hyperspektralbildgebung eingerichtet.
Das Bildgebungssystem umfasst als eine weitere erste Systemkomponente eine weitere Beleuchtungskomponente 20. Die weitere Beleuchtungskomponente 20 ist zu einer Beleuchtung eines Untersuchungsgebiets eingerichtet. Die weitere Beleuchtungskomponente 20 umfasst wenigstens eine weitere Lichtquelle 22. Die weitere Lichtquelle 22 ist von der Lichtquelle 12 verscheiden ausgebildet. Ein von der weiteren Lichtquelle 22 erzeugtes Lichtquellenspektrum 26 ist in 3 dargestellt. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der weiteren Lichtquelle 22 um eine LED, welches ein Intensitätsmaximum im Bereich eines Absorptionsmaxima 28 eines Fluoreszenzfarbstoffs aufweist. Bei dem Fluoreszenzfarbstoff kann es sich beispielsweise um Indocyaningrün handeln. Ferner umfasst die weitere Beleuchtungskomponente 20 einen weiteren Lichtleiter 30. Der Lichtleiter 30 ist auf das Beleuchtungsspektrum 28 der weiteren Lichtquelle 22 abgestimmt. Der weitere Lichtleiter 30 ist mit der weiteren Lichtquelle 22 verbunden. Bei dem weiteren Lichtleiter 30 kann es sich beispielsweise um ein Bündel von Lichtleitfasern handeln.
Ferner umfasst das Bildgebungssystem als eine weitere zweite Systemkomponente eine weitere Optikkomponente 32. Die weitere Optikkomponente 32 ist im vorliegenden Fall als eine weitere Endoskopoptik ausgebildet. Die weitere Optikkomponente 32 umfasst wenigstens ein Objektiv. Ferner umfasst die weitere Optikkomponente 32 einen Filter 40, welcher auf das Absorptionsspektrum 36 bzw. Emissionsspektren 38 des verwendeten Fluoreszenzfarbstoffs abgestimmt ist. Der Filter 40 ist im vorliegenden Fall als ein Kantenfilter ausgebildet, dessen Filterkante 34 mittig zwischen dem Absorptionsspektrum 36 und dem Emissionsspektrum 38 des Fluoreszenzfarbstoffs liegt. 3 zeigt die Filterkante 34 des Filters. Derart blockiert der Filter 40 Licht, welches beispielsweise von der weiteren Beleuchtungskomponente 20 stammt. Der Filter 40 ist jedoch für Fluoreszenzlicht des Fluoreszenzfarbstoffs durchlässig. Auch ist der Filter zumindest teilweise für das Beleuchtungsspektrum 24 der Beleuchtungskomponente durchlässig (vgl. 2).
Das Bildgebungssystem umfasst ein weiteres Endoskop 42. Die weitere Optikkomponente 32 ist in das weitere Endoskop 42 integriert. Ferner ist die weitere Beleuchtungskomponente 20 mit dem weiteren Endoskop 42 verbindbar oder verbunden. Anstelle eines weiteren Endoskops könnte das Bildgebungssystem jedoch auch über ein weiteres Exoskop und/oder Mikroskop verfügen.
Die weitere Beleuchtungskomponente 20 und die weitere Optikkomponente 32 sind zu einer spezifischen Funktionsweise eingerichtet. Im vorliegenden Fall sind die weitere Beleuchtungskomponente 20 und die weitere Optikkomponente 32 zu einer Fluoreszenzbildgebung eingerichtet.
Ferner weist das Bildgebungssystem wenigstens eine Kamera 96 auf. Die Kamera 96 ist als eine Multispektral- und/oder Hyperspektralkamera ausgebildet. Die Kamera 96 ist proximal an dem Endoskop 18 bzw. dem weiteren Endoskop 42 angeordnet oder anordenbar. Die Kamera 96 weist ein Kameragehäuse 168 auf. In dem Kameragehäuse 168 sind weitere Komponenten der Kamera 96 angeordnet.
4 zeigt einen Aufbau der Kamera 96 in einer schematischen Darstellung. Die Kamera 96 weist wenigstens ein Eingangsobjektiv 170 auf. Das Eingangsobjektiv 170 ist in dem Kameragehäuse 168 angeordnet.
Die Kamera 96 weist ein Spektrometer 172 auf. Das Spektrometer 172 ist zu einer Ansteuerung mit dem Steuergerät 102 verbunden. Das Spektrometer 172 ist in dem Kameragehäuse 168 angeordnet. Das Spektrometer 172 ist lichtstromaufwärts hinter dem Eingangsobjektiv 170 angeordnet.
Das Spektrometer 172 weist wenigstens eine Blende 174 auf. Das Eingangsobjektiv 170 fokussiert 170 die Abbildung auf die Blende 174. Die Blende 174 ist in einer Bildebene des von dem Eingangsobjektiv 170 erzeugten Bildes angeordnet. Ein Abstand des Eingangsobjektivs 170 und der Blende 174 entspricht zumindest im Wesentlichen der Bildweite des Eingangsobjektivs 170. Die Blende 174 liegt in der Bildebene. Die Blende 174 ist dazu eingerichtet, einen Bereich des von dem Eingangsobjektiv 170 erzeugten Bildes zu selektieren. Dazu weist die Blende 174 eine Öffnung auf. Die Öffnung weist die Form eines Schlitzes auf. Eine Haupterstreckungsrichtung der Öffnung definiert eine erste Richtung. Diese erste Richtung ist zumindest im Wesentlichen parallel zur Bildebene des von dem Eingangsobjektiv 170 erzeugten Bildes. Die Blende 174 ist dazu eingerichtet, einen Streifen des Bildes zu selektieren, welcher einer Breite von wenigstens 15 µm und/oder von höchstens 30 µm aufweist.
Das Spektrometer 172 weist eine interne Optik 176 auf. Die interne Optik 176 ist lichtstromaufwärts hinter der Blende 174 angeordnet. Die interne Optik 176 weist wenigstens eine interne Linse 178 auf. Diese interne Linse 178 ist lichtstromaufwärts hinter der Blende 174 angeordnet. Ein Abstand der internen Linse 178 zu der Blende 174 entspricht der Brennweite der internen Linse 178. Derart bildet die interne Linse 178 die Blende 174 ins Unendliche ab.
Ferner weist das Spektrometer 172 wenigstens ein dispersives Element 180 auf. Das dispersive Element 180 ist lichtstromaufwärts hinter der internen Linse 178 angeordnet. Das dispersive Element 180 ist zu einer wellenlängenabhängigen Auffächerung von Licht eingerichtet. Im vorliegenden Fall ist das dispersive Element 180 dazu eingerichtet, dieses Licht in einer zweiten Richtung aufzufächern. Die zweite Richtung ist zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckung der Öffnung der Blende. Beispielsweise kann es sich bei dem dispersiven Element um ein Prisma handeln. Im vorliegenden Fall ist das dispersives Element 180 ein optisches Gitter, insbesondere als ein Blaze-Gitter ausgebildet.
Die interne Optik 176 weist wenigstens eine weitere interne Linse 182 auf. Die weitere interne Linse 182 ist lichtstromaufwärts hinter dem dispersiven Element 180 angeordnet. Derart ist das dispersive Element 180 zwischen internen Linse 178 und der weiteren internen Linse 182 angeordnet. In anderen Worten ist das dispersive Element 180 innerhalb der internen Optik 176 angeordnet. Ein Abstand der weiteren internen Linse 182 zu dem dispersiven Element 180 entspricht der Brennweite der weiteren internen Linse 182. Die weitere interne Linse 182 ist dazu eingerichtet, das von dem dispersive Element 180 aufgefächerte Licht scharf abzubilden.
Das Spektrometer 172 weist einen Kamerasensor 184 auf. Der Kamerasensor 184 ist mit der Steuereinrichtung 102 verbunden. Der Kamerasensor 184 ist lichtstromaufwärts hinter der weiteren internen Linse 182 angeordnet. In anderen Worten ist die weitere interne Linse 182 zwischen dem dispersiven Element 180 und dem Kamerasensor 184 angeordnet. Der Kamerasensor 184 ist ein monochromer Sensor. Ein solcher monochromer Sensor weist lediglich eine einzige Spektralempfindlichkeit auf. Bei dem Kamerasensor 184 handelt es sich um einen zweidimensionalen CMOS-Digitalkamerasensor. Alternativ könnte es sich um einen CCD-Digitalkamerasensor handeln.
Die Kamera 96 weist eine Verstelleinrichtung 186 auf. Die Verstelleinrichtung 186 ist zu einer Steuerung mit der Steuereinrichtung 102 verbunden. Die Verstelleinrichtung 186 ist in dem Kameragehäuse 168 angeordnet. Die Verstelleinrichtung 186 ist dazu eingerichtet, wenigstens die Blende 174 relativ zu dem Eingangsobjektiv 170 zu verstellen. Im vorliegenden Fall wird das gesamte Spektrometer 172 relativ zu dem Eingangsobjektiv 170 verstellt. Die Verstelleinrichtung 186 weist wenigstens ein Lager auf. Das Lager ist zu einer beweglichen Lagerung des Spektrometers relativ zu dem Eingangsobjektiv eingerichtet. Im vorliegenden Fall ist das Lager als ein Linearlager ausgebildet. Beispielsweise kann das Lager Führungsschienen umfassen, welche sich entlang der zweiten Richtung erstreckend angeordnet sind. Die Verstelleinrichtung 186 weist ferner einen Verstellaktor zum Antrieb auf. Der Verstellaktor Ist im vorliegenden Fall als ein Linearaktor ausgebildet. Um beisspielsweise ein gleichmäßiges Verstellen zu erzielen könnte der Verstellaktor als ein Piezoaktor ausgebildet sein.
Durch das Verstellen der Blende relativ zu dem Eingangsobjektiv können für verschiedene Bildausschnitte des zu untersuchenden Untersuchungsgebiets Spektren aufgezeichnet werden. Durch Verschieben kann somit das gesamte Untersuchungsgebiet spektral abgetastet werden, wodurch sich ein Abbild inklusive spektraler Informationen erzeugen lässt.
Ferner weist das Bildgebungssystem eine Ausgabeeinheit 44 auf. Im vorliegenden Fall umfasst die Ausgabeeinheit 44 wenigstens ein Ausgabeelement 46. Das Ausgabeelement 46 ist ein optisches Ausgabeelement. Das Ausgabeelement 46 ist als ein Bildschirm ausgebildet. Alternativ kann als Ausgabeelement auch ein mobiles Endgerät verwendet werden, wie beispielsweise ein Tablet, ein Smartphone oder dergleichen. Die Ausgabeeinheit 44 ist dazu eingerichtet Informationen des Bildgebungssystems auszugeben. Beispielsweise sind auf dem Ausgabeelement 46 mit dem Bildgebungssystem aufgenommene Bilder anzeigbar.
Ferner umfasst das Bildgebungssystem wenigstens eine Eingabeeinheit 48. Bei der Eingabeeinheit 48 kann es sich beispielsweise um eine Tastatur handeln. Im vorliegenden Fall handelte es sich jedoch um einen Touchscreen, welcher ebenfalls Teil des Bildschirms der Anzeigeeinheit 44 ist.
Das Bildgebungssystem umfasst eine Steuereinrichtung 50. Die Steuereinrichtung 50 ist zu einer Steuerung weiterer Komponenten des Bildgebungssystems eingerichtet und mit diesen verbunden. Die Steuereinrichtung 50 umfasst einen Speicher. In dem Speicher ist ein Betriebsprogramm hinterlegt. Ferner weist die Steuereinrichtung einen Prozessor auf. Das Betriebsprogramm ist von dem Prozessor ausführbar.
5 zeigt einen schematischen Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens zum Testen und/oder Kalibrieren des Bildgebungssystems. Das Verfahren ist Teile des Betriebsprogramms.
Das Verfahren umfasst wenigstens einen Verfahrensschritt 60. In dem Verfahrensschritt 60 wählt gibt ein Benutzer eine vorgesehene Funktionsweise des Bildgebungssystems ein. Dazu verwendet der Benutzer die Eingabeeinheit 48. Beispielsweise wählt er als vorgesehene Funktionsweise die Weißlichtbildgebung.
Das Verfahren umfasst einen weiteren Verfahrensschritt 62. In dem weiteren Verfahrensschritt 62 wählt der Benutzer Systemkomponenten aus und verbindet diese miteinander, so dass sich diese in einer festen Konfiguration befinden. Beispielsweise könnte dem Benutzer auf der Ausgabeeinheit, die für die zuvor gewählte vorgesehene Funktionsweise eingerichteten Systemkomponenten vorgeschlagen werden.
Das Verfahren umfasst einen Messschritt 64. In dem Messschritt 64 wird mittels der miteinander gekoppelten Systemkomponenten und eines Spektrometers 172 wenigstens ein Testspektrum 58 eines vorgesehenen Testobjekts 56 aufgenommen. Das Testobjekt 56 ist im vorliegenden Fall ein Blatt Papier. Dazu muss jedoch nicht ein Bild des Testobjekts 56 mittels der Kamera 96 erzeugt bzw. ausgewertet werden, sondern es genügt die Aufnahme einer einzigen Zeile oder Pixels eines Bildes des Testobjekts 56 mittels des Spektrometers 172.
Das Verfahren umfasst wenigstens einen Vergleichsschritt 66. In dem Vergleichsschritt 66 wird das Testspektrum 58 mit wenigstens einem für die zuvor ausgewählte vorgesehene Funktionsweise der Bildgebungsvorrichtung charakteristischen Vergleichsspektrum 54 abgeglichen. In 6 ist ein beispielhaftes Diagramm eines solchen Testspektrums 58 und eines solchen Vergleichsspektrums 54 dargestellt. Bei einer Übereinstimmung des Testspektrums 58 mit dem Vergleichsspektrum 54 wird das Bildgebungssystem für eine weitere Benutzung freigegeben. Im vorliegenden Fall lässt sich in 6 eine Abweichung des Testspektrums 58 von dem Vergleichsspektrum 54 erkennen. Konkret kann eine Flanke erkannt werden, welche dem Filter zugeordnet werden kann, welcher eigentlich zu einer Fluoreszenzbildgebung eingerichtet ist. Somit kann gefolgert werden, dass wenigstens nicht die richtige Optikkomponente für die vorgesehen Funktionsweise verwendet wurde. Der Vergleichsschritt 66 wird gleichzeitig mit einem Weißabgleichschritt 68, in welchem ein Weißabgleich des Bildgebungssystem erfolgt, durchgeführt.
Weicht das Spektrum von dem Vergleichsspektrum ab, wird der Benutzer vor einer anschließenden Benutzung des Bildgebungssystems darauf hingewiesen. Dazu wird eine entsprechende Warnung auf der Anzeigeeinheit 44 ausgegeben. Alternativ oder zusätzlich wird das Bildgebungssystem für eine anschließende Benutzung gesperrt. Dazu kann beispielsweise die Beleuchtungsquelle deaktiviert werden. Ferner wird dem Benutzer vorgeschlagen. welche der Systemkomponenten er auszutauschen hat, um die vorgesehene Konfiguration zu erlangen. Im vorliegenden Fall wird dem Benutzer vorgeschlagen, die Optiksystemkomponente 32 auszutauschen, da diese über einen Filter 40 verfügt, welcher nicht für die vorgesehen Funktionsweise geeignet ist.

10: Beleuchtungskomponente
12: Lichtquelle
14: Lichtleiter
16: Optikkomponente
18: Endoskop
20: Beleuchtungskomponente
22: weitere Lichtquelle
24: Lichtquellenspektrum
26: Lichtquellenspektrum
28: Absorptionsmaxima
30: Lichtleiter
32: weitere Optikkomponente
34: Filterkante
36: Absorptionsspektrum
38: Emissionsspektren
40: Filter
42: weiteres Endoskop
44: Ausgabeeinheit
46: Ausgabeelement
48: Eingabeeinheit
50: Steuereinrichtung
54: Vergleichsspektrums
56: Testobjekts
58: Testspektrums
60: Verfahrensschritt
62: Verfahrensschritt
64: Messschritt
66: Vergleichsschritt
68: Weißabgleichschritt
96: Kamera
170: Eingangsobjektiv
172: Spektrometer
174: Blende
176: interne Optik
178: Interne Linse
180: Dispersives Element
182: Weitere interne Linse
184: Kamerasensor

Claims

Verfahren zur spektralen Überprüfung von Systemkomponenten und zwar wenigstens eine Optikkomponente (16) und wenigstens eine Beleuchtungskomponente (10), welche in einer für eine Funktionsweise vorgesehenen Konfiguration zur Zusammenstellung eines modularen medizinischen Bildgebungssystems eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Messschritt (64) mittels der miteinander gekoppelten Systemkomponenten und eines Spektrometers (172) wenigstens ein Testspektrum (58) eines vorgegebenen Testobjekts (56) aufgenommen wird und in wenigstens einem Vergleichsschritt (66) das aufgenommene Testspektrum (58) mit wenigstens einem für eine vorgesehene Funktionsweise charakteristischen Vergleichsspektrum (54) abgeglichen wird, wobei bei einer Übereinstimmung des Testspektrums (58) mit dem Vergleichsspektrum (54) das Bildgebungssystem für eine weitere Benutzung freigegeben wird oder bei einer Abweichung des Testspektrums (58) von dem Vergleichsspektrum (54) ein Benutzer vor einer anschließenden Benutzung des Bildgebungssystems darauf hingewiesen oder das Bildgebungssystem für eine anschließende Benutzung gesperrt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das medizinische Bildgebungssystem weitere Systemkomponenten umfasst, und zwar wenigstens eine weitere Optikkomponente (32), welche von der Optikkomponente (16) verschieden ausgebildet ist, und/oder eine weitere Beleuchtungskomponente (20), welche von der Beleuchtungskomponente (10) verschieden ausgebildet ist, welche anstelle der Optikkomponente (16) und/oder der Beleuchtungskomponente (10) mit dem Spektrometer (172) kombinierbar sind/ist, wobei eine von der vorgesehenen Konfiguration abweichenden Konfiguration der Systemkomponenten in dem Vergleichsschritt (66) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einem Benutzer bei einer erkannten Abweichung der Konfigurationen der Systemkomponenten von der vorgesehenen Konfiguration dem Benutzer vorschlagen wird, welche der Systemkomponenten auszutauschen sind, um die vorgesehene Konfiguration zu erlangen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine vorgesehene Konfiguration der Systemkomponenten zu einer Weißlicht-Bildgebung, Multispektral- und/oder Hyperspektral-Bildgebung eingerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine vorgesehene Konfiguration der Systemkomponenten zu einer Fluoreszenzbildgebung eingerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Spektrometer (172) eine Multi- und/oder Hyperspektralkamera (96), verwendet wird, welche dazu eingerichtet ist, wenigstens ein multi- und/oder hyperspektrales Bild aufzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Testspektrum (56) dem multi- und/oder hyperspektralen Bild entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichsschritt zeitgleich mit einem Weißabgleich des Bildgebungssystems durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das modulare medizinische Bildgebungssystem zumindest ein Endoskop (10, 42), ein Exoskop und/oder ein Mikroskop umfasst.
Modulares medizinisches Bildgebungssystem mit wenigstens einem Steuergerät (102), in welchem wenigstens ein Betriebsprogramm hinterlegt und/oder ausführbar ist, welches zumindest das Verfahren zur spektralen Überprüfung von Systemkomponenten des modularen medizinischen Bildgebungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.