DE102022126995A1

DE102022126995A1 - Medizinische Bildgebungsvorrichtung und Verfahren zur medizinischen Bildgebung

Info

Publication number: DE102022126995A1
Application number: DE102022126995.7A
Authority: DE
Inventors: Lukas Buschle; Simon Haag; Jasmin Keuser
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2022-10-14
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2024-04-25
Also published as: WO2024079275A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine medizinische Bildgebungsvorrichtung (410), umfassend: eine Beleuchtungseinheit (412) mit zumindest einer Lichtquelle (414), die dazu eingerichtet ist, Beleuchtungslicht (416) zur Beleuchtung eines abzubildenden Objekts (418) bereitzustellen; eine Bilderfassungseinheit (420), die dazu eingerichtet ist, zumindest ein Kalibrierbild (422, 423) des abzubildenden Objekts (418) aufzunehmen und zumindest ein Objektbild (424) des abzubildenden Objekts (418) aufzunehmen; und eine Bildkorrektureinheit (426). Die Bildkorrektureinheit (426) ist eingerichtet zum: Bestimmen von Tiefeninformation aus dem Kalibrierbild (422, 423); Bestimmen einer Korrektur für das Objektbild (424), wobei die Korrektur eine Berücksichtigung einer Ortsabhängigkeit, insbesondere einer Abstandsabhängigkeit, einer Lichtintensität von Beleuchtungslicht (416) und/oder einer Abstandsabhängigkeit einer Lichtintensität von Objektlicht (428) nach Maßgabe der Tiefeninformation umfasst; und Erzeugen eines korrigierten Objektbilds (430) nach Maßgabe der Korrektur.Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur medizinischen Bildgebung, Programmcode und ein Computerprogrammprodukt (438).

Description

Die Erfindung betrifft eine medizinische Bildgebungsvorrichtung, insbesondere eine Endoskopvorrichtung, Exoskopvorrichtung und/oder Mikroskopvorrichtung, ein Verfahren zur medizinischen Bildgebung, Programmcode zur Durchführung eines solchen Verfahrens, und ein Computerprogrammprodukt mit einem solchen Programmcode.
Aus dem Stand der Technik sind Bildgebungsvorrichtungen zur Durchführung von Fluoreszenzbildgebung bekannt, die sowohl Fluoreszenzbilder als auch Weißlichtbilder aufnehmen können. Geeignetes Anregungslicht wird dazu verwendet, Fluoreszenzfarbstoffe oder gegebenenfalls nativ vorkommende fluoreszierende Stoffe gezielt anzuregen und emittiertes Licht zu detektieren und zur Bildgebung heranzuziehen. Um einem Anwender gleichzeitig anatomische Strukturen im Bildbereich darstellen zu können, wird häufig parallel oder sequenziell ein Weißlichtbild aufgenommen. Anhand des Weißlichtbilds kann der Benutzer beurteilen, ob die anatomische Struktur abgebildet wird. Fluoreszenzbilder und Weißlichtbilder können zudem überlagert werden, wodurch anatomische Information und Fluoreszenzinformation gleichzeitig für einen Benutzer wahrnehmbar und analysierbar sind.
Aus dem Stand der Technik sind außerdem Bildgebungsvorrichtungen wie beispielsweise endoskopische oder exoskopische Vorrichtungen bekannt, die Multispektral- oder Hyperspektralbilder erzeugen. Multispektral- oder Hyperspektralbilder weisen neben zwei räumlichen Dimensionen, wie sie etwa ein herkömmliches Bild einer Kamera hat, eine spektrale Dimension auf. Die spektrale Dimension umfasst mehrere Spektralbänder (Wellenlängenbänder). Multispektrale und hyperspektrale Bilder unterscheiden sich im Wesentlichen in der Anzahl an und der Breite von ihren spektralen Bändern. Solche Systeme können grundsätzlich ebenfalls dazu geeignet sein, Fluoreszenzaufnahmen durchzuführen.
Es sind einige Bildgebungsvorrichtungen zur Erzeugung solcher Multispektral- oder Hyperspektralbilder, insbesondere im Kontext medizinischer Anwendungen, bekannt. In DE 20 2014 010 558 U1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Hyperspektralbilds eines Untersuchungsgebietes eines Körpers beschrieben. In der Vorrichtung sind ein Eingangsobjektiv zur Erzeugung eines Bilds in einer Bildebene sowie eine schlitzförmige Blende in der Bildebene zur Ausblendung eines schlitzförmigen Bereichs des Bilds angeordnet. Das durch die Blende hindurchtretende Licht wird mittels eines dispersiven Elements aufgefächert und mittels eines Kamerasensors aufgenommen. Dadurch kann von dem Kamerasensor eine Vielzahl von Spektren mit jeweils zugeordneter räumlicher Koordinate entlang der Längsrichtung der schlitzförmigen Blende aufgenommen werden. Die beschriebene Vorrichtung ist weiterhin dazu eingerichtet, in einer von der Längsrichtung der schlitzförmigen Blende verschiedenen Richtung weitere Spektren entlang der Längsrichtung der schlitzförmigen Blende aufzunehmen. Das dieser Offenbarung zugrunde liegende Verfahren zur Erzeugung von Multispektral- oder Hyperspektralbildern ist auch als sogenanntes Pushbroom-Verfahren bekannt.
Neben dem Pushbroom-Verfahren gibt es weitere Verfahren zur Erzeugung von Multispektral- oder Hyperspektralbildern. Beim sogenannten Whiskbroom-Verfahren wird das Untersuchungsgebiet oder auch Objekt punktweise abgefahren und für jeden Punkt ein Spektrum gewonnen. Im Gegensatz dazu, werden bei dem Staring-Verfahren mehrere Bilder mit denselben räumlichen Koordinaten aufgenommen. Dabei werden von Bild zu Bild verschiedene Spektralfilter und/oder Beleuchtungsquellen verwendet, um spektrale Information aufzulösen. Ferner gibt es Verfahren, gemäß denen durch geeignete optische Elemente wie optische Slicer, Linsen und Prismen ein zweidimensionales Mehrfarbenbild in mehrere spektrale Einzelbilder zerlegt wird, die gleichzeitig auf unterschiedlichen Detektoren oder Detektorbereichen erfasst werden. Dies wird bisweilen als Schnappschuss-Ansatz bezeichnet.
Wie in DE 10 2020 105 458 A1 beschrieben, eignen sich multispektrale und hyperspektrale Bildgebungsvorrichtungen insbesondere als endoskopische Bildgebungsvorrichtung. In dem Zusammenhang ist multispektrale und/oder hyperspektrale Bildgebung ein fundamentales Einsatzfeld beispielsweise zur Diagnostik sowie zur Beurteilung eines Erfolgs bzw. einer Qualität eines Eingriffs.
Multimodale Bildgebungsvorrichtungen gestatten es, wahlweise Weißlichtbilder und/oder Multispektralbilder und/oder Fluoreszenzbilder und/oder Hyperspektralbilder aufzunehmen. Beispiele für derartige Bildgebungsvorrichtungen sind multimodale Endoskope und multimodale Exoskope.
Generell wird bei den genannten Bildgebungsverfahren Licht eines bestimmten Spektrums auf das zu beobachtende Objekt eingestrahlt und dann reflektiert, absorbiert, transmittiert oder in Folge von Fluoreszenzanregung emittiert. Letztlich gelangt somit Licht auf einen Bildsensor, ggf. durch einen oder mehrere geeignete Beobachtungsfilter hindurch. Mittels des Bildsensors werden Bilddaten erfasst, anhand derer eine Darstellung für einen Benutzer erzeugbar ist. Dabei findet keine Qualifizierung dahingehend statt, auf welche Lichtinteraktion das detektierte Licht zurückgeht.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Interpretierbarkeit von Bilddaten zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bildgebungsvorrichtung, ein Verfahren zur medizinischen Bildgebung, Programmcode und ein Computerprogrammprodukt, wie sie hierin beschrieben und in den Ansprüchen definiert sind.
Eine medizinische Bildgebungsvorrichtung, insbesondere eine Endoskopvorrichtung, Exoskopvorrichtung und/oder Mikroskopvorrichtung, umfasst erfindungsgemäß eine Beleuchtungseinheit mit zumindest einer Lichtquelle, die dazu eingerichtet ist, Beleuchtungslicht zur Beleuchtung eines abzubildenden Objekts bereitzustellen und eine Bilderfassungseinheit, die dazu eingerichtet ist, zumindest ein Kalibrierbild des abzubildenden Objekts aufzunehmen und zumindest ein Objektbild des abzubildenden Objekts aufzunehmen. Zudem umfasst die Bildgebungsvorrichtung eine Bildkorrektureinheit. Die, Bildkorrektureinheit zum Bestimmen von Tiefeninformation aus dem Kalibrierbild eingerichtet. Ferner ist die Bildkorrektureinheit zum Bestimmen einer Korrektur für das Objektbild eingerichtet, wobei die Korrektur eine Berücksichtigung einer Ortsabhängigkeit, insbesondere einer Abstandsabhängigkeit, einer Lichtintensität von Beleuchtungslicht und/oder einer Abstandsabhängigkeit einer Lichtintensität von Objektlicht nach Maßgabe der Tiefeninformation umfasst. Außerdem ist die Bildkorrektureinheit zum Erzeugen eines korrigierten Objektbilds nach Maßgabe der Korrektur eingerichtet.
Ferner ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur medizinischen Bildgebung vorgesehen. Das Verfahren kann in einigen Ausführungsformen mit einer erfindungsgemäßen medizinischen Bildgebungsvorrichtung durchgeführt werden. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen von Beleuchtungslicht zur Beleuchtung eines abzubildenden Objekts. Zudem umfasst das Verfahren ein Aufnehmen zumindest eines Kalibrierbilds des abzubildenden Objekts. Außerdem umfasst das Verfahren ein Aufnehmen zumindest eines Objektbilds des abzubildenden Objekts. Ferner umfasst das Verfahren ein Bestimmen von Tiefeninformation aus dem Kalibrierbild. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Korrektur für das Objektbild, wobei die Korrektur eine Berücksichtigung einer Abstandsabhängigkeit einer Lichtintensität von Beleuchtungslicht und/oder einer Abstandsabhängigkeit einer Lichtintensität von Objektlicht nach Maßgabe der Tiefeninformation umfasst. Das Verfahren umfasst ferner ein Erzeugen eines korrigierten Objektbilds nach Maßgabe der Korrektur.
Die erfindungsgemäßen Merkmale ermöglichen es, die Interpretierbarkeit von Bilddaten zu verbessern. Die Erfinder haben erkannt, dass bei üblicher Fluoreszenzbildgebung, Multispektralbildgebung oder Hyperspektralbildgebung eine Signalintensität mit dem Abstand variiert und dies dazu führt, dass Bilddaten unter Umständen falsch interpretiert werden. Die erwähnte Abstandsabhängigkeit bringt es ggf. mit sich, dass im Rahmen von Multispektralbildgebung und/oder Hyperspektralbildgebung Reflektanzwerte nicht absolut gemessen werden können. Auch haben die Erfinder erkannt, dass die Korrektheit der Interpretation von Bilddaten beeinträchtigt sein kann, wenn Fluoreszenzsignale durch überlagertes Gewebe abgeschwächt werden und/oder wenn nicht bekannt ist, wie tief im betrachteten Gewebe sich der beobachtete Fluoreszenzfarbstoff befindet bzw. wie groß ein Abstand von einer anatomischen Oberfläche zu dem Fluoreszenzfarbstoff ist. Ferner haben die Erfinder als weiteres Problem mit herkömmlicher Multispektralbildgebung und/oder Hyperspektralbildgebung identifiziert, dass für bestimmte Anwendungen, insbesondere für die Berechnung physiologischer Parameter wie beispielsweise einer Gewebesauerstoffsättigung (StO2-Parameter), bislang einfache Annahmen bezüglich einer Eindringtiefe von Licht getroffen wurden, aufgrund derer verfälschte Messergebnisse erhalten werden können. Indem erfindungsgemäß Tiefeninformation aus einem Kalibrierbild bestimmt und zur Korrektur von Objektbildern verwendet wird, können die genannten Effekte kompensiert werden. Die physikalische Wechselwirkung von Beleuchtungslicht, remittiertem Licht und/oder emittiertem Licht mit dem beobachteten Objekt kann berücksichtigt werden, wodurch die verfügbaren Informationen zutreffender interpretierbar werden.
Die Bildgebungsvorrichtung kann als Mikroskop, Makroskop und/oder Exoskop ausgebildet sein und/oder ein solches umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Bildgebungsvorrichtung eine endoskopische Bildgebungsvorrichtung sein. Sie kann ein Endoskop und/oder ein Endoskopsystem umfassen und/oder als ein solches ausgebildet sein und/oder zumindest einen Teil und bevorzugt zumindest einen Großteil und/oder Hauptbestandteil eines Endoskops und/oder eines Endoskopsystems ausbilden. „Zumindest ein Großteil“ kann zumindest 55 %, vorzugsweise zumindest 65 %, bevorzugt zumindest 75 %, besonders bevorzugt zumindest 85 % und ganz besonders bevorzugt zumindest 95 % bedeuten, und zwar insbesondere mit Bezug auf ein Volumen und/oder eine Masse eines Objekts.
Die Bildgebungsvorrichtung ist in einigen Ausführungsformen dazu eingerichtet, zur Begutachtung und/oder Beobachtung in einen Hohlraum einführbar zu sein, beispielsweise in eine künstliche und/oder natürliche Kavität, etwa in ein Inneres eines Körpers, in ein Körperorgan, in Gewebe oder dergleichen.
Insbesondere wenn die Bildgebungsvorrichtung eine exoskopische Bildgebungsvorrichtung ist, kann sie dazu eingerichtet sein, Gewebeparameter, Bilder von Wunden, Bilder von Körperteilen etc. aufzunehmen. Beispielsweise kann die Bildgebungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, ein Operationsfeld abzubilden.
Die Bilderfassungseinheit umfasst insbesondere eine Bilderfassungssensorik und/oder zumindest ein optisches Element, insbesondere ein Objektiv.
Die Bilderfassungssensorik kann dazu eingerichtet sein, Licht sowohl im sichtbaren Bereich als auch im Nahinfrarotbereich zu detektieren. Eine kleinste detektierbare Wellenlänge kann in einigen Ausführungsformen höchstens 500 nm, höchstens 450 nm oder sogar höchstens 400 nm betragen. Eine größte detektierbar Wellenlänge kann in einigen Ausführungsformen zumindest 800 nm, zumindest 900 nm oder sogar zumindest 1000 nm betragen. Die Bilderfassungssensorik kann beispielsweise zumindest einen Weißlicht-Bildsensor und zumindest einen Nahinfrarot-Bildsensor umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Bildgebungsvorrichtung eine Weißlichtkamera und/oder Sensorik zur Weißlichtbilderfassung. Die Bildgebungsvorrichtung kann zur Weißlichtbildgebung eingerichtet sein. Die Anatomiebilder können mittels der Weißlichtkamera und/oder der Sensorik zur Weißlichtbilderfassung aufnehmbar sein.
Die Bilderfassungseinheit kann eine Filtereinheit mit optischen Beobachtungsfiltern aufweisen. Die Filtereinheit kann mehrere Beobachtungsmodi und/oder Fluoreszenzmodi definieren, die durch unterschiedliche Beobachtungsfilter definiert sind. Beispielsweise können unterschiedliche Kantenfilter verwendet werden, die das jeweils verwendete Spektrum des zugehörigen zur Anregung verwendeten Leuchtelements absorbieren/blockieren und zumindest im Wesentlichen nur Fluoreszenzlicht transmittieren. Die Beobachtungsfilter können in einigen Ausführungsformen zudem zwischen einem Multispektralmodus und/oder einem Hyperspektralmodus und einem Fluoreszenzmodus umschaltbar sein.
Die Bildgebungsvorrichtung und insbesondere eine Optik der Bilderfassungseinheit und/oder die Bilderfassungssensorik kann/können zur multispektralen und/oder hyperspektralen Bildgebung eingerichtet sein, im Speziellen dazu, multispektrale und/oder hyperspektrale Bilddaten zu erfassen und/oder zu erzeugen. Multispektrale Bildgebung bzw. multispektrale Bilddaten kann sich dabei insbesondere auf solche Bildgebung beziehen, bei der wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei, und in einigen Fällen wenigstens fünf Spektralbänder voneinander unabhängig erfassbar sind und/oder erfasst werden. Hyperspektrale Bildgebung bzw. hyperspektrale Bilddaten kann sich dabei insbesondere auf solche Bildgebung beziehen, bei der wenigstens 20, wenigstens 50 oder sogar wenigstens 100 Spektralbänder voneinander unabhängig erfassbar sind und/oder erfasst werden. Die Bildgebungsvorrichtung kann nach dem Pushbroom-Verfahren und/oder nach dem Whiskbroom- Verfahren und/oder nach dem Staring- Verfahren und/oder nach einem Schnappschussprinzip arbeiten.
Für einige Anwendungen kann es vorteilhaft sein, eine große spektrale Auflösung verwenden zu können. Es bietet sich dann eine hyperspektrale Bildgebung an. Diese kann mit einer Weißlichtbildgebung kombiniert sein. Hierdurch ist eine Beobachtung in Echtzeit über ein Weißlichtbild möglich, auch wenn die Erfassung spektral aufgelöster Bilddaten nur im Wesentlichen in Echtzeit erfolgt, also beispielsweise mehrere Sekunden zur Erstellung eines spektral aufgelösten Bilds benötigt werden. Für einige Anwendungen kann es vorteilhaft sein, spektrale Bilddaten in Echtzeit zu erzeugen. Dies beinhaltet beispielsweise die Erzeugung eines spektral aufgelösten Bilds in weniger als einer Sekunde oder sogar mehrmals pro Sekunde. Hierbei kann es zweckmäßig sein, auf multispektrale Bildgebung zurückzugreifen. Einer ggf. geringeren spektralen Auflösung steht dann eine höhere Bildwiederholrate gegenüber. Je nach Anwendung kann es hinreichend sein, nur wenige verschiedene Spektralbereiche und/oder Wellenlängen zu berücksichtigen, beispielsweise zwei oder drei oder vier oder generell weniger als zehn. Hierbei kann wahlweise auf eine zusätzliche Weißlichtbildgebung verzichtet werden. Spektral aufgelöste Bilddaten, die in Echtzeit gewonnen werden bzw. mehrere Bilder pro Sekunde liefern, können auch zu Überwachungszwecken eingesetzt werden, wobei nicht zwingend ein wiederzugebendes Bild für einen Benutzer erstellt werden muss, sondern die Bilddaten auch im Hintergrund verarbeitet werden können.
Die medizinische Bildgebungsvorrichtung kann wenigstens einen proximalen Abschnitt, einen distalen Abschnitt und/oder einen Zwischenabschnitt aufweisen. Der distale Abschnitt ist insbesondere dazu ausgebildet, in einem Betriebszustand, etwa während der diagnostischen und/oder therapeutischen Aktion, in eine zu untersuchende Kavität eingeführt zu werden und/oder darin befindlich zu sein. Der proximale Abschnitt ist insbesondere dazu ausgebildet, in einem Betriebszustand, etwa während der diagnostischen und/oder therapeutischen Aktion, außerhalb der zu untersuchenden Kavität angeordnet zu sein. Unter „distal“ soll insbesondere bei einer Benutzung einem Patienten zugewandt und/oder einem Benutzer abgewandt verstanden werden. Unter „proximal“ soll insbesondere bei einer Benutzung einem Patienten abgewandt und/oder einem Benutzer zugewandt verstanden werden. Insbesondere ist proximal das Gegenteil von distal. Die medizinische Bildgebungsvorrichtung weist insbesondere zumindest einen, vorzugsweise flexiblen, Schaft auf. Der Schaft kann ein längliches Objekt sein. Ferner kann der Schaft zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest zu einem Großteil den distalen Abschnitt ausbilden. Unter einem „länglichen Objekt“ soll insbesondere ein Objekt verstanden werden, dessen Haupterstreckung zumindest um einen Faktor fünf, vorzugsweise zumindest um einen Faktor zehn und besonders bevorzugt zumindest um einen Faktor zwanzig größer ist als eine größte Erstreckung des Objekts senkrecht zu dessen Haupterstreckung, also insbesondere einem Durchmesser des Objekts. Unter einer „Haupterstreckung“ eines Objekts, soll insbesondere dessen längste Erstreckung entlang dessen Haupterstreckungsrichtung verstanden werden. Unter einer „Haupterstreckungsrichtung“ eines Bauteils soll dabei insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche parallel zu einer längsten Kante eines kleinsten gedachten Quaders verläuft, welcher das Bauteil gerade noch vollständig umschließt.
Die Bilderfassungseinheit kann zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest zu einem Großteil im Bereich des proximalen Abschnitts angeordnet sein und/oder diesen ausbilden. In anderen Ausführungsformen kann die Bilderfassungseinheit zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest zu einem Großteil im distalen Abschnitt angeordnet sein und/oder diesen ausbilden. Ferner kann die Bilderfassungseinheit zumindest teilweise auf den proximalen Abschnitt und den distalen Abschnitt verteilt angeordnet sein. Die Bilderfassungssensorik weist insbesondere zumindest einen Bildsensor auf. Ferner kann die Bilderfassungssensorik auch über zumindest zwei und vorzugsweise mehrere Bildsensoren verfügen, welche hintereinander angeordnet sein können. Ferner können die zwei und vorzugsweise mehreren Bilderfassungssensoren über voneinander verschieden ausgebildete spektrale Erfassungsempfindlichkeiten verfügen, sodass beispielsweise ein erster Sensor in einem roten Spektralbereich, ein zweiter Sensor in einem blauen Spektralbereich und ein dritter Sensor in einem grünen Spektralbereich besonders empfindlich bzw. vergleichsweise empfindlicher als die anderen Sensoren ist. Der Bildsensor kann etwa als ein CCD-Sensor und/oder ein CMOS-Sensor ausgebildet sein.
Eine Optik der Bilderfassungseinheit kann geeignete optische Elemente wie Linsen, Spiegel, Gitter, Prismen, Lichtwellenleiter etc. umfassen. Die Optik kann dazu eingerichtet sein, von einem abgebildeten Objekt kommendes Objektlicht zu der Bilderfassungssensorik zu führen, beispielsweise es zu fokussieren und/oder zu projizieren.
Die Bilderfassungseinheit ist insbesondere dazu eingerichtet, räumlich und spektral aufgelöste Bilddaten zu erfassen. Die Bilderfassungseinheit kann dazu eingerichtet sein, zumindest zweidimensionale räumliche Bilddaten zu erzeugen. Die Bilderfassungseinheit kann dahingehend räumlich auflösend sein, dass sie in zumindest zwei unterschiedliche Raumrichtungen jeweils eine Auflösung von zumindest 100 Bildpunkten, vorzugsweise von zumindest 200 Bildpunkten, bevorzugt von zumindest 300 Bildpunkten und vorteilhaft von zumindest 400 Bildpunkten liefert. Die Bilddaten sind vorzugsweise zumindest dreidimensional, wobei zumindest zwei Dimensionen räumliche Dimensionen sind und/oder wobei zumindest eine Dimension eine spektrale Dimension ist. Aus den Bilddaten können mehrere räumlich aufgelöste Bilder des Bildbereichs gewinnbar sein, die jeweils unterschiedlichen Spektralbändern zugeordnet sind. Die räumliche und spektrale Information der Bilddaten kann derart beschaffen sein, dass daraus für mehrere räumliche Bildpunkte jeweils ein zugehöriges Spektrum gewinnbar ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Bilderfassungseinheit dazu eingerichtet, laufend aktualisierte Bilddaten zu erzeugen. Die Bilderfassungseinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Bilddaten im Wesentlichen in Echtzeit zu erzeugen, was beispielsweise eine Erzeugung aktualisierter Bilddaten wenigstens als 30 Sekunden, in einigen Fällen wenigstens als 20 Sekunden und in manchen Fällen sogar wenigstens alle 10 Sekunden oder wenigstens alle 5 Sekunden umfasst. Vorzugsweise ist die Bilderfassungseinheit dazu eingerichtet, zumindest die Anatomiebilder und die Fluoreszenzbilder sowie die darauf beruhende Darstellung in Echtzeit zu erzeugen, beispielsweise mit einer Bildrate von wenigstens 5 fps, wenigstens 10 fps, wenigstens 20 fps oder sogar wenigstens 30 fps.
Die Beleuchtungseinheit kann multimodal ausgebildet sein und mehrere unabhängig voneinander wahlweise aktivierbare Leuchtelemente umfassen, die dazu eingerichtet sind, Licht gemäß unterschiedlichen Emissionsspektren zu emittieren, um das Beleuchtungslicht zu liefern.
Die Bilderfassungseinheit kann in einem Kalibriermodus und in zumindest einem Bildgebungsmodus betreibbar sein. Im Kalibriermodus kann das zumindest eine Kalibrierbild aufnehmbar sein. Im Bildgebungsmodus kann das zumindest eine Objektbild aufnehmbar sein. Bei dem Objektbild kann es sich um ein Weißlichtbild, ein Fluoreszenzbild, ein Multispektralbild und/oder ein Hyperspektralbild handeln. Ein Bildausschnitt des Kalibrierbilds kann einem Bildausschnitt des Objektbilds entsprechen und/oder zumindest damit überlappen. Insbesondere kann das Kalibrierbild einen Bildausschnitt definieren, der zumindest teilweise in einem Bildausschnitt des Objektbilds enthalten ist. Die Korrektur kann insbesondere für Bereiche des Objektbilds durchgeführt werden, die auch im Kalibrierbild abgebildet sind. Die Bildkorrektureinheit kann dazu eingerichtet sein, Bildausschnitt von Kalibrierbild und Objektbild zu vergleichen, um Bildbereiche zu identifizieren, die korrigierbar sind. Hierdurch kann auch in Fällen, in denen das Kalibrierbild und das Objektbild nicht deckungsgleich sind, eine Korrektur erfolgen.
Die Bilderfassungseinheit kann dazu eingerichtet sein, mehrere Kalibrierbilder mit unterschiedlichen Bilderfassungsparametern und/oder Beleuchtungsparametern aufzunehmen. Die Tiefeninformation kann auf mehreren, insbesondere mit unterschiedlichen Parametern aufgenommenen, Kalibrierbildern beruhen.
Die Bilderfassungseinheit kann dazu eingerichtet sein, Stereobilder aufzunehmen. Beispielsweise kann die Bilderfassungseinheit hierfür zumindest ein Paar von Bildsensoren umfassen, sodass Stereopaare von Bildern erfassbar sind.
Objektlicht bezeichnet im Rahmen dieser Offenbarung allgemein Licht, das von einem zu beobachtenden Objekt stammt. Hierbei kann es sich, wie erwähnt, um remittiertes Licht oder emittiertes Licht handeln, je nach Beschaffenheit des Objekts und/oder je nach Art der Bildgebung. Die Korrektur beinhaltet in einigen Ausführungsformen ein Zuordnen von Ortskoordinaten x, y, z zu erfassten Bildpunkten nach Maßgabe der Tiefeninformation. Ausgehend hiervon kann die Korrektur für einen bestimmten Bildpunkt auf einer Funktion f(x,y,z) beruhen, die von den Ortskoordinaten x, y, z des bestimmten Bildpunkts abhängt. Sofern die Korrektur eine Abstandsabhängigkeit berücksichtigt, kann die genannte Funktion von der Summe x² + y² + z² und/oder der Quadratwurzel dieser Summe, also sqrt(x² + y² + z²) abhängen. Die Korrektur kann punktweise und/oder bildbereichsweise und/oder bildweise durchgeführt werden.
Das korrigierte Objektbild kann punktweise und/oder bildbereichsweise und/oder bildweise korrigiert sein. Das korrigierte Objektbild beruht insbesondere auf dem Objektbild und dem Kalibrierbild.
Die genannten Verfahrensschritte können in der Reihenfolge durchgeführt werden, in der die Verfahrensschritte genannt sind. Es versteht sich aber, dass auch eine andere Reihenfolge erfindungsgemäß möglich ist und die Auflistung der Verfahrensschritte nicht zwingend eine vorgegebene Reihenfolge definiert.
Eine umfassende Korrektur kann insbesondere dann durchgeführt werden, wenn die Tiefeninformation zumindest eine Tiefenkarte umfasst. Unter einer Tiefenkarte ist dabei insbesondere ortsaufgelöste Tiefeninformation zu verstehen, die einer Reihe von Bildpunkten, insbesondere sämtlichen Bildpunkten des Kalibrierbilds, die durch Koordinaten x und y definiert sein können , jeweils zumindest einen Tiefenwert zuordnet, der beispielsweise durch eine Koordinate z definiert ist. In anderen Worten kann aus dem Kalibrierbild eine Topografie des abzubildenden Objekts abgeleitet werden, um die Tiefeninformation zu erhalten. Diese Tiefeninformation kann für die verwendeten Bilderfassungsparameter und/oder Beleuchtungsparameter spezifisch sein. Die Tiefeninformation kann mehrere Tiefenkarten umfassen, die sich auf unterschiedliche Wellenlängenbereiche und/oder Gewebearten und/oder anatomische Strukturen beziehen. Unterschiedliche Tiefenkarten können zudem alternativ oder zusätzlich aus mehreren Kalibrierbildern ermittelt sein. Insbesondere kann jeweils zumindest ein Kalibrierbild mit bestimmten Parametern aufgenommen werden, um eine bestimmte Tiefenkarte zu erhalten.
Eine Bildaufnahme des Kalibrierbilds kann eine Detektion von remittiertem Licht umfassen. Hierdurch kann Tiefeninformation auf einfache Weise erhalten werden, indem ausgenutzt wird, dass Licht in bestimmten Spektralbereichen in Gewebe eine sehr geringe Eindringtiefe hat. Vorzugsweise wird in diesem Fall das Kalibrierbild mittels Stereobildgebung bzw. 3D-Bildgebung aufgenommen. Das Kalibrierbild kann ein 3D-Bild sein. Eine Tiefenkarte kann dann durch einen Stereorekonstruktionsalgorithmus erhalten werden. Beispielsweise kann hierfür ein Semi-Global-Matching-Algorithmus verwendet werden, wie beispielsweise beschrieben im Artikel „Accurate and efficient stereo processing by semi-global matching and mutual information" von Hirschmüller, 2005, IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. pp. 807-814). Alternativ kann ein 3D-Bild bzw. eine topografische Oberfläche aus zweidimensionalen Bilddaten errechnet werden. Hierfür kann beispielsweise ein Künstliche-Intelligenz-Algorithmus vorab mit geeigneten 2D- und 3D-Bilddaten trainiert werden. Die Erfassung und/oder Auswertung von 3D-Bildern kann eine Kalibrierung der Bilderfassungseinheit umfassen, die auf die Bestimmung von Verzerrungsparametern und/oder eine relative räumliche Lage von Bildsensoren gerichtet ist. Licht, das für die Aufnahme solcher Kalibrierbilder verwendet wird, wird im Wesentlichen unmittelbar von der Oberfläche des abzubildenden Objekts remittiert, weshalb das Kalibrierbild vorrangig oder zumindest im Wesentlichen ausschließlich Bildinformation umfasst, die sich auf die Oberfläche des abzubildenden Objekts bezieht. Eine Tiefenkarte kann beispielsweise aus einem Weißlicht-Kalibrierbild ermittelt werden. Weißlicht hat typischerweise eine sehr geringe Eindringtiefe in Gewebe, sodass remittiertes Licht in Näherung von einer anatomischen Oberfläche stammt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Tiefenkarte aus einem Einzelfarb-Kalibrierbild oder einem Falschfarben-Kalibrierbild gewonnen werden, für das Beleuchtungslicht verwendet wird, das lediglich in einem oder mehreren Teilbereichen des sichtbaren Lichts liegt. Beispielsweise kann lediglich mit blauem Licht, grünem Licht, gelbem Licht und/oder rotem Licht beleuchtet werden, um Tiefeninformation anhand remittierten Lichts zu erhalten. Auch eine Mischung bestimmter Farben und/oder Spektralbereiche kann verwendet werden, die von Weißlicht abweicht. Vorzugsweise werden dabei solche Wellenlängenbereiche verwendet, für die Licht eine möglichst niedrige Eindringtiefe in das abzubildende Objekt hat, sodass sichergestellt ist, dass das remittierte Licht von der Oberfläche des Objekts stammt. Alternativ oder zusätzlich können für unterschiedliche Wellenlängenbereiche unterschiedliche Kalibrierbilder aufgenommen und jeweils Tiefenkarten berechnet werden. Diese können dann zur Korrektur in unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden, wodurch insbesondere wellenlängenabhängigen Eindringtiefen Rechnung getragen werden kann.
In einigen Ausführungsformen kann eine Bildaufnahme des Kalibrierbilds eine Detektion von Fluoreszenzlicht umfassen. Hierdurch kann eine Grundlage für eine umfassende und genaue Auswertung von Fluoreszenzbildern geschaffen werden. Vorzugsweise wird dabei zumindest ein 3D-Fluoreszenzbild aufgenommen. Wie oben beschrieben, kann hierfür Licht mit geeigneter Wellenlänge als Anregungslicht eingestrahlt und vom abzubildenden Objekt emittiertes Licht durch einen geeigneten Beobachtungsfilter hindurch detektiert werden. Tiefeninformation, insbesondere eine Tiefenkarte, kann mittels Stereorekonstruktion erhalten werden. Alternativ kann analog zum oben beschriebenen Fall ein 2D-Bild als Grundlage verwendet und Tiefeninformation mittels eines Künstliche-Intelligenz-Algorithmus gewonnen werden. Insbesondere kann aus dem Kalibrierbild eine Tiefenkarte gewonnen werden, die sich auf Bereiche des abzubildenden Objekts bezieht, die innerhalb des Objekts und/oder unterhalb einer Oberfläche des Objekts liegen. Im Speziellen kann die Tiefenkarte auf eingefärbte Bereiche zurückgehen, die von nicht eingefärbtem Gewebe bedeckt sind. Fluoreszenzlicht gelangt dann von einer Position zum Bildsensor und/oder zu einem Objektiv der Bilderfassungseinheit, die weiter vom Bildsensor /oder dem Objektiv der Bilderfassungseinheit entfernt ist als eine Oberfläche des abzubildenden Objekts.
Eine umfangreiche Korrektur, die eine korrekte Interpretation von Bilddaten in unterschiedlichen Abbildungsmodi gestattet, kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Beleuchtungseinheit dazu eingerichtet ist, in unterschiedlichen Beleuchtungsmodi betreibbar zu sein, in denen Beleuchtungslicht in unterschiedlichen Spektralbereichen bereitstellbar ist, und die Bilderfassungseinheit dazu eingerichtet ist, mehrere Kalibrierbilder aufzunehmen, deren Bildaufnahme auf unterschiedlichen Beleuchtungsmodi der Beleuchtungseinheit beruht. Beispielsweise kann ein erster Beleuchtungsmodus verwendet werden, um ein Kalibrierbild zu erhalten, das auf remittiertem Licht beruht, und ein zweiter Beleuchtungsmodus kann verwendet werden, um ein Kalibrierbild zu erhalten, das auf emittiertem Licht, insbesondere auf Fluoreszenzlicht, beruht. Hieraus können zumindest eine erste Tiefenkarte und zumindest eine zweite Tiefenkarte erhalten werden, wobei sich die erste Tiefenkarte auf eine Oberfläche des abzubildenden Objekts bezieht und wobei sich die zweite Tiefenkarte auf Bereiche des abzubildenden Objekts bezieht, die mittels zumindest eines Fluoreszenzfarbstoffs eingefärbt sind und sich unterhalb der Oberfläche des abzubildenden Objekts befinden.
Die Bilderfassungseinheit kann dazu eingerichtet sein, mehrere Kalibrierbilder in unterschiedlichen Spektralbereichen gleichzeitig und/oder sequenziell aufzunehmen, insbesondere unter Verwendung unterschiedlicher optischer Filter. Mehrere Kalibrierbilder können beispielsweise auf unterschiedliche Spektralbereiche bei einer Multispektralbildgebung und/oder einer Hyperspektralbildgebung zurückgehen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Korrektur eine Abstandskorrektur, die auf einem Inversen einer Potenz einer Länge eines Lichtwegs beruht, insbesondere einer Länge eines Lichtwegs zwischen der Bilderfassungseinheit, insbesondere einem Bildsensor und/oder einem Objektiv der Bilderfassungseinheit, und dem abzubildenden Objekt und/oder eines Lichtwegs innerhalb des abzubildenden Objekts. Die Abstandskorrektur kann auf beispielsweise auf einem Abstandsquadratgesetz beruhen. Insbesondere in diesem Fall kann in Näherung die Beleuchtungseinheit als Punktlichtquelle betrachtet werden. Abweichungen von einer Punktlichtquelle können berücksichtigt werden, indem ein von 2 verschiedener Exponent verwendet wird.
Ferner kann die Korrektur eine Absorptionskorrektur umfassen, die auf einer, insbesondere exponentiellen, Abschwächung von Licht entlang eines Lichtwegs mit einer Länge beruht, insbesondere einer Länge eines Lichtwegs innerhalb des abzubildenden Objekts. Alternativ oder zusätzlich kann die Absorptionskorrektur eine Abschwächung von Beleuchtungslicht und/oder eine Abschwächung von Objektlicht berücksichtigt.
Allgemein ausgedrückt kann einer Abstandskorrektur für Fluoreszenzbildgebung, bei der Licht mit einer Wellenlänge λ₀ eingestrahlt und Licht mit einer Wellenlänge λ₁ emittiert wird, folgende Abschwächung aufgrund eines Abstands von einem Objektiv der Bilderfassungseinheit zum abzubildenden Objekt sowie einer Positionierung eines mit Fluoreszenzfarbstoff eingefärbten Bereichs im abzubildenden Objekt zugrunde liegen: $I_{detektiert} = I (λ_{0}) / {(d_{0} + d_{1})}^{α} \cdot exp (- μ (λ_{0}) \cdot d_{1}) \cdot exp (- μ (λ_{1}) \cdot d_{1}) \cdot R$
wobei I_detektiert die detektierte Lichtintensität bezeichnet, I(λ₀) die Intensität des eingestrahlten Lichts mit der Wellenlänge λ₀, d₀ einen Abstand zwischen dem Objektiv und der Oberfläche des abzubildenden Objekts, d₁ einen Abstand zwischen der Oberfläche des abzubildenden Objekts und dem mit Fluoreszenzfarbstoff eingefärbten Bereichs im abzubildenden Objekt, α einen Exponenten, der das Abstandsgesetz definiert und beispielsweise als 2 gewählt werden kann, um gemäß dem Abstandsquadratgesetz zu rechnen, µ(λ₀) einen Dämpfungsfaktor für die Abschwächung von Licht der Wellenlänge λ₀ beim Durchtritt durch das abzubildende Objekt µ(λ₁) einen Dämpfungsfaktor für die Abschwächung von Licht der Wellenlänge λ₁ beim Durchtritt durch das abzubildende Objekt bezeichnen.
Ein besonders hoher Grad an Genauigkeit kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Bildkorrektureinheit dazu eingerichtet ist, aus dem zumindest einen Kalibrierbild räumliche und/oder spektrale Eigenschaften, insbesondere Inhomogenitäten, der Beleuchtungseinheit zu ermitteln und die ermittelten räumlichen und/oder spektralen Eigenschaften bei der Korrektur zu berücksichtigen. In anderen Worten kann die Aufnahme von Kalibrierbilder dazu verwendet werden, eine Kalibrierung der Beleuchtungsvorrichtung durchzuführen bzw. reale Eigenschaften der Beleuchtungsvorrichtung für die Berechnung des korrigierten Objektbilds zu berücksichtigen.
In einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass in dem korrigierten Objektbild zumindest ein Bildbereich nach Maßgabe der Korrektur relativ zu zumindest einem anderen Bildbereich bezüglich zumindest eines Parameters, wie beispielsweise eines Farbtons, einer Helligkeit und/oder einer Farbsättigung, verstärkt und/oder abgeschwächt ist. Hierdurch kann ein korrigiertes Objektbild erzeugt werden, das für einen Benutzer intuitiv verständlich ist. Generell können hierdurch beispielsweise Intensitätsunterschiede, die auf unterschiedliche Beleuchtungssituationen aber nicht auf Unterschiede im abgebildeten Gewebe zurückgehen, ausgeglichen werden. Das korrigierte Objektbild kann dann zum Beispiel derart berechnet werden, dass die Intensitätsunterschiede nicht erkennbar sind. Für den Benutzer sind dann beispielsweise gleichartige Bereiche als solche erkennbar, auch wenn sie nicht gleichartig abgebildet wurden. Beispielsweise kann auch ein fluoreszierender Bereich, der von nicht eingefärbtem Gewebe teilweise oder vollständig verdeckt ist, so dargestellt werden, als wäre er nicht bedeckt. Alternativ kann auch durch die Verwendung von Falschfarben Abstandsinformation an den Benutzer übermittelt werden. Beispielsweise kann ein von nicht eingefärbtem Gewebe bedeckter fluoreszierender Bereich zwar mit verstärkter Helligkeit dargestellt werden, sodass dieser gut erkennbar ist, eine Farbe kann aber zum Beispiel gemäß einem Abstand des fluoreszierenden Bereichs von der Oberfläche des abzubildenden Objekts verändert werden, sodass der Benutzer erkennen kann, ob und wie weit sich der fluoreszierende Bereich innerhalb des abzubildenden Objekts befindet. Hierdurch kann der Benutzer beispielsweise bei einem Freipräparieren unterstützt werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst die medizinische Bildgebungsvorrichtung eine Beleuchtungsvorrichtung, welche die Beleuchtungseinheit umfasst. Die Beleuchtungsvorrichtung kann eine optische Schnittstelle zur optischen Anbindung eines Bildgebungsgeräts umfassen. Die Beleuchtungseinheit kann dazu eingerichtet sein, Beleuchtungslicht an die optische Schnittstelle zu liefern. Die Beleuchtungseinheit kann multimodal ausgebildet sein und mehrere unabhängig voneinander wahlweise aktivierbare Leuchtelemente umfassen, die dazu eingerichtet sind, Licht gemäß unterschiedlichen Emissionsspektren zu emittieren, um das Beleuchtungslicht zu liefern. Die Beleuchtungseinheit kann in zumindest einem Multispektralmodus betreibbar sein, in dem eine erste Gruppe der Leuchtelemente zumindest zeitweise aktiviert ist und in dem die Beleuchtungseinheit Beleuchtungslicht für Multispektralbildgebung liefert. Ferner kann die Beleuchtungseinheit in zumindest einem Fluoreszenzmodus betreibbar sein, in dem eine zweite Gruppe der Leuchtelemente zumindest zeitweise aktiviert ist und in dem die Beleuchtungseinheit Beleuchtungslicht für Fluoreszenzbildgebung liefert. Die Leuchtelemente können zumindest ein Leuchtelement umfassen, das sowohl in der ersten Gruppe als auch in der zweiten Gruppe enthalten ist.
Zudem kann ein Verfahren zur Erzeugung von Beleuchtungslicht für ein Bildgebungsgerät mittels einer Beleuchtungsvorrichtung vorgesehen sein. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst dabei eine optische Schnittstelle zur optischen Anbindung eines Bildgebungsgeräts und eine Beleuchtungseinheit, die dazu eingerichtet ist, Beleuchtungslicht an die optische Schnittstelle zu liefern, wobei die Beleuchtungseinheit mehrere unabhängig voneinander wahlweise aktivierbare Leuchtelemente umfasst, die dazu eingerichtet sind, Licht gemäß unterschiedlichen Emissionsspektren zu emittieren, um das Beleuchtungslicht zu liefern. Das Verfahren umfasst den Schritt eines zumindest zeitweisen Aktivierens einer ersten Gruppe der Leuchtelemente, um Beleuchtungslicht für Multispektralbildgebung zu liefern und den Schritt eines zumindest zeitweisen Aktivierens einer zweiten Gruppe der Leuchtelemente, um Beleuchtungslicht für Fluoreszenzbildgebung zu liefern. Zumindest eines der Leuchtelemente wird sowohl beim zumindest zeitweisen Aktivieren der ersten Gruppe der Leuchtelemente als auch beim zumindest zeitweisen Aktivieren der zweiten Gruppe der Leuchtelemente zumindest zeitweise aktiviert.
Die optische Schnittstelle kann wahlweise lösbar und verbindbar sein. Zudem kann die optische Schnittstelle mit einer mechanischen Schnittstelle kombiniert sein, sodass eine optische Verbindung beispielsweise automatisch dann hergestellt wird, wenn das Bildgebungsgerät mechanisch angekoppelt wird.
Die Leuchtelemente können einfarbige LEDs (Leuchtdioden) und/oder Laserdioden umfassen. Ferner kann zumindest eines der Leuchtelemente eine Weißlicht-LED oder eine andere Weißlichtquelle sein. In einigen Ausführungsformen umfasst die Beleuchtungseinheit zumindest ein blaues Leuchtelement, zumindest ein rotes Leuchtelement, zumindest ein dunkelrotes Leuchtelement und zumindest ein Nah-IR-Leuchtelement (Nahinfrarot-Leuchtelement), insbesondere jeweils LEDs oder Laserdioden. Zusätzlich kann die Beleuchtungseinheit zumindest eine Weißlicht-LED oder eine andere Weißlichtquelle umfassen.
Die erste Gruppe kann zumindest zwei Leuchtelemente umfassen, die spektral unterschiedlich emittieren. Ein hoher Grad an Effizienz bei einer Multispektralbildgebung kann erzielt werden, wenn der Multispektralmodus unterschiedliche Zustände umfasst, in denen jeweils ein bestimmtes Leuchtelement bzw. ein bestimmter Leuchtelementtyp zumindest zeitweise aktiviert ist. Hierdurch kann gezielt in einem bestimmten Spektralbereich beleuchtet werden, wodurch unterschiedliche Spektralbilder erfasst werden können. Unterschiedliche Leuchtelemente, die in unterschiedlichen Zuständen aktiviert sind, können als unterschiedliche Stützstellen für die Multispektralbildgebung dienen. Zumindest eine dieser Stützstellen kann derart gewählt sein, dass sie an charakteristische Punkte von Absorptionsspektren physiologisch relevanter Komponenten angepasst ist, beispielsweise an einen isosbestischen Punkt der Hämoglobin-Oxygenierungskurve. Die Multispektralbildgebung kann zusätzlich die Verwendung geeigneter Beobachtungsfilter umfassen.
Ferner kann die zweite Gruppe zumindest zwei Leuchtelemente umfassen, die spektral unterschiedlich emittieren. Der Fluoreszenzmodus kann unterschiedliche Untermodi und/oder Zustände umfassen, in denen jeweils ein bestimmtes Leuchtelement bzw. ein bestimmter Leuchtelementtyp zumindest zeitweise aktiviert ist. Hierdurch kann gezielt in einem bestimmten Spektralbereich angeregt werden, sodass Fluoreszenzbildgebung etwa für einen konkret ausgewählten Farbstoff erfolgen kann. Das zumindest eine Leuchtelement, das sowohl in der ersten Gruppe als auch in der zweiten Gruppe enthalten ist, ist in anderen Worten sowohl für den Multispektralmodus als auch für den Fluoreszenzmodus einsetzbar.
Die erste Gruppe umfasst in einigen Ausführungsformen lediglich einige aber nicht alle der Leuchtelemente. Alternativ oder zusätzlich umfasst in einigen Ausführungsformen die zweite Gruppe lediglich einige aber nicht alle der Leuchtelemente. In dem Multispektralmodus sind insbesondere ausschließlich Leuchtelemente der ersten Gruppe zumindest zeitweise aktiviert, wohingegen Leuchtelemente, die nicht zur ersten Gruppe gehören, deaktiviert sind. In dem Fluoreszenzmodus sind insbesondere ausschließlich Leuchtelemente der zweiten Gruppe zumindest zeitweise aktiviert, wohingegen Leuchtelemente, die nicht zur zweiten Gruppe gehören, deaktiviert sind. Generell versteht sich, dass die Leuchtelemente unterschiedliche Leuchtelementtypen umfassen können und dass von den unterschiedlichen Leuchtelementtypen insbesondere jeweils genau ein Leuchtelement vorhanden sein kann. Es versteht sich, dass auch gemischte Betriebsmodi erfindungsgemäß vorkommen können, in denen die genannten Modi sequenziell verwendet werden. Beispielsweise kann sequenziell Multispektralbildgebung und Fluoreszenzbildgebung durchgeführt werden.
Synergie hinsichtlich der Verwendung eines Leuchtelements für unterschiedliche Modi und damit verbundene Effizienzzugewinne können insbesondere dann erzielt werden, wenn zumindest ein Leuchtelement, das sowohl in der ersten Gruppe als auch in der zweiten Gruppe enthalten ist, Licht im roten Spektralbereich emittiert, insbesondere in einem Spektralbereich zwischen 600 nm und 680 nm, beispielsweise zwischen 610 nm und 650 nm oder zwischen 620 und 660 nm oder zwischen 630 und 670 nm. Der Spektralbereich kann schmalbandig sein und die Wellenlänge 660 nm umfassen. „Schmalbandig“ kann eine spektrale Breite von höchstens 80 nm, insbesondere von höchstens 40 nm oder sogar von höchstens 20 nm umfassen. Dieses zumindest eine Leuchtelement kann dazu eingerichtet sein, im roten Spektralbereich absorbierende Farbstoffe anzuregen und einen Beitrag zur Beleuchtung im roten Spektralbereich für eine Multispektralbildgebung zu liefern.
Die Beleuchtungseinheit kann in einigen Ausführungsformen in zumindest einem Weißlichtmodus betreibbar sein, in dem die Beleuchtungseinheit Beleuchtungslicht für Weißlichtbildgebung liefert. Das Beleuchtungslicht für Weißlichtbildgebung kann breitbandiges Weißlicht sein. Alternativ kann das Beleuchtungslicht für Weißlichtbildgebung mehrere schmale Wellenlängenbänder umfassen, die voneinander separiert sind, beispielsweise ein blaues, ein roten und ein dunkelrotes Band. „Dunkelrot“ ist dabei im Sinne von „langwellige als rot“ zu verstehen und bezieht sich auf die Spektralposition, nicht die Lichtintensität. Das Beleuchtungslicht für Weißlichtbildgebung kann aus Licht unterschiedlicher Leuchtelemente gemischt sein.
In dem Weißlichtmodus kann eine dritte Gruppe der Leuchtelemente zumindest zeitweise aktiviert sein, um das Beleuchtungslicht für die Weißlichtbildgebung zu liefern. Dabei können die Leuchtelemente zumindest ein Leuchtelement umfassen, das sowohl in der ersten Gruppe und/oder in der zweiten Gruppe als auch in der dritten Gruppe enthalten ist. In einigen Fällen kann die dritte Gruppe lediglich einige aber nicht alle der Leuchtelemente umfassen. In dem Weißlichtmodus sind insbesondere ausschließlich Leuchtelemente der dritten Gruppe zumindest zeitweise aktiviert, wohingegen Leuchtelemente, die nicht zur dritten Gruppe gehören, deaktiviert sind. In anderen Worten kann die Beleuchtungseinheit Leuchtelemente umfassen, die einem, zwei oder allen drei der genannten Beleuchtungsmodi dienen. Hierdurch können mehrere Leuchtelemente mehrfach eingesetzt werden.
Zumindest ein Leuchtelement, das sowohl in der ersten Gruppe und/oder in der zweiten Gruppe als auch in der dritten Gruppe enthalten ist, kann Licht im roten Spektralbereich emittieren, insbesondere in einem Spektralbereich zwischen 600 nm und 680 nm, beispielsweise zwischen 610 nm und 650 nm oder zwischen 620 und 660 nm oder zwischen 630 und 670 nm. Die Vorteile der gemeinsamen Verwendung von Leuchtelementen kommen besonders zum Tragen, wenn zumindest ein rotes Leuchtelement für alle drei Modi verwendbar ist.
Zumindest ein Leuchtelement, das sowohl in der ersten Gruppe und/oder in der zweiten Gruppe als auch in der dritten Gruppe enthalten ist, kann Licht im blauen Spektralbereich emittieren, insbesondere in einem Spektralbereich zwischen 440 und 480 nm. Zumindest ein blaues Leuchtelement kann zweckmäßigerweise sowohl im Fluoreszenzmodus als auch im Weißlichtmodus verwendet werden.
Allgemein ausgedrückt können die Leuchtelemente wie erwähnt zumindest ein, insbesondere blaues, Leuchtelement umfassen, das Licht in einem Spektralbereich zwischen 440 und 480 nm emittiert. Zudem können die Leuchtelemente wie erwähnt zumindest ein, insbesondere rotes, Leuchtelement umfassen, das Licht in einem Spektralbereich zwischen 600 und 680 nm emittiert, beispielsweise zwischen 610 nm und 650 nm oder zwischen 620 und 660 nm oder zwischen 630 und 670 nm. Alternativ oder zusätzlich können die Leuchtelemente zumindest ein, insbesondere dunkelrotes, Leuchtelement umfassen, das Licht in einem Spektralbereich zwischen 750 und 790 nm emittiert. Alternativ oder zusätzlich können Leuchtelemente zumindest ein, insbesondere nah-IR-emittierendes, Leuchtelement umfassen, das Licht in einem Spektralbereich zwischen 920 und 960 nm emittiert. Daneben können die Leuchtelemente ein Weißlichtleuchtelement umfassen. Eine kompakte und vielseitig verwendbare Beleuchtungseinheit kann insbesondere dann bereitgestellt werden, wenn von jedem der genannten Leuchtelementtypen jeweils zumindest ein Leuchtelement vorhanden ist. Beispielsweise können im Fluoreszenzmodus das blaue und das rote, im Fall geeigneter Farbstoffe ggf. auch das dunkelrote Leuchtelement verwendbar sein. Im Multispektralmodus können das dunkelrote und das nah-IR-emittierende Leuchtelement verwendbar sein. Im Weißlichtmodus kann das Weißlichtleuchtelement verwendbar sein. Dieses kann im Weißlichtmodus ergänzt werden durch das blaue Leuchtelement und ggf. ferner das rote Leuchtelement. Hierdurch können Wellenlängenbereiche mittels farbiger Leuchtelemente ergänzt werden, in denen das Weißlichtleuchtelement, beispielsweise aufgrund seiner Konstruktion aber insbesondere aufgrund von Filtern und optischen Elementen der Beleuchtungseinheit, eine reduzierte Intensität liefert. Zudem können die farbigen Leuchtelemente dazu eingesetzt werden, eine Farbtemperatur bei der Weißlichtbildgebung einzustellen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Gruppe ein einzelnes Leuchtelement und/oder eine einzelne Art von Leuchtelementen. Beispielsweise kann ein Weißlichtleuchtelement, ein rotes Leuchtelement und ein IR-emittierendes Leuchtelement vorgesehen sein, wobei bzgl. möglicher Spektralbereiche insbesondere auf die obigen Werte verwiesen wird. Die erste Gruppe kann dann beispielsweise das rote und das IR-emittierende Leuchtelement umfassen. Die zweite Gruppe kann das IR-emittierende Leuchtelement umfassen, insbesondere als einziges Leuchtelement bzw. als einzige Art von Leuchtelement.
Eine günstige Anordnung von Leuchtelementen wird insbesondere dann ermöglicht, wenn die Beleuchtungseinheit zumindest einen gekreuzten Strahlteiler umfasst, mittels dessen Licht von gegenüberliegenden Eingangsseiten zu einer Ausgangsseite ablenkbar ist, wobei auf den gegenüberliegenden Eingangsseiten des gekreuzten Strahlteilers jeweils zumindest eines der Leuchtelemente angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen können zwei oder auch mehr gekreuzte Strahlteiler vorgesehen sein, die optisch hintereinander angeordnet sind. Der zumindest eine gekreuzte Strahlteiler kann zwei Strahlteilerelemente umfassen, deren Durchlässigkeit an das jeweils zugeordnete Leuchtelement angepasst ist. Die Strahlteilerelemente umfassen insbesondere jeweils einen Kerbfilter (notch filter), sodass sie jeweils in einem schmalen Spektralband reflektieren, ansonsten aber transmittieren. Die spektrale Position und/oder Breite der entsprechenden Kerbe kann an den Spektralbereich des jeweils zugeordneten Leuchtelements angepasst sein, sodass dessen Licht umgelenkt, Licht anderer Leuchtelemente aber zumindest weitgehend transmittiert wird.
In einigen Ausführungsformen können die Leuchtelemente wenigstens vier schmalbandig emittierende Einzelfarbleuchtelemente mit jeweils unterschiedlichen Spektralbereichen und zumindest ein breitbandig emittierendes Weißlichtleuchtelement umfassen. Diesbezüglich wird auch auf die obigen Ausführungen zu den farbigen Leuchtelementen verwiesen.
Ein großer Funktionsumfang in Kombination mit einer kompakten Bauweise und der Ausnutzung von Synergieeffekten bei der Verwendung von Leuchtelementen kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Beleuchtungseinheit in zumindest einem Hyperspektralmodus betreibbar ist, in dem mehrere Leuchtelemente aktiviert sind, deren Emissionsspektren gemeinsam zumindest einen Spektralbereich von 450 nm bis 850 nm abdecken, und in dem die Beleuchtungseinheit Beleuchtungslicht für Hyperspektralbildgebung liefert. Hierbei kann es sich insbesondere um sämtliche der Leuchtelemente handeln.
Es versteht sich, dass insbesondere im Fall der Verwendung von Laserdioden für die hierin genannten optischen Filter geeignete Polarisationsfilter verwendet werden können. Ferner kann insbesondere im Fall der Verwendung von Laserdioden zumindest ein gekreuzter Strahlteiler verwendet werden, dessen Strahlteilerelemente mit Polarisationsfiltern versehen sind. Eine selektive Durchlässigkeit kann dann durch Kombination unterschiedlicher Polarisationen erzielt werden.
Die Erfindung betrifft außerdem Programmcode, der dazu eingerichtet ist, dann, wenn er in einem Prozessor ausgeführt wird, eine Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu bewirken.
Ferner betrifft die Erfindung ein Programmcode, umfassend ein computerlesbares Medium, auf dem erfindungsgemäße Programmcode gespeichert ist.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Systeme sowie die erfindungsgemäßen Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können diese zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
Es wird insbesondere darauf hingewiesen, dass alle in Bezug auf eine Vorrichtung beschriebenen Merkmale und Eigenschaften, aber auch Verfahrensweisen, sinngemäß auf Verfahren übertragbar und im Sinne der Erfindung einsetzbar und als mitoffenbart gelten. Gleiches gilt auch in umgekehrter Richtung. Das bedeutet, dass auch in Bezug auf Verfahren genannte, bauliche also vorrichtungsgemäße Merkmale im Rahmen der Vorrichtungsansprüche berücksichtigt, beansprucht und ebenfalls zur Offenbarung gezählt werden können.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Figuren beispielhaft beschrieben. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und im Rahmen der Ansprüche sinnvoll in Kombination verwenden.
Falls von einem bestimmten Objekt mehr als ein Exemplar vorhanden ist, ist ggf. nur eines davon in den Figuren und in der Beschreibung mit einem Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung dieses Exemplars kann entsprechend auf die anderen Exemplare von dem Objekt übertragen werden. Sind Objekte insbesondere mittels Zahlenwörtern, wie beispielsweise erstes, zweites, drittes Objekt etc. benannt, dienen diese der Benennung und/oder Zuordnung von Objekten. Demnach können beispielsweise ein erstes Objekt und ein drittes Objekt, jedoch kein zweites Objekt umfasst sein. Allerdings könnten anhand von Zahlenwörtern zusätzlich auch eine Anzahl und/oder eine Reihenfolge von Objekten ableitbar sein.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Bildgebungsvorrichtung mit einer Beleuchtungsvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung;
3 schematische Transmissionskurven von Strahlteilerelementen der Beleuchtungsvorrichtung;
4 eine schematische Darstellung der Bildgebungsvorrichtung;
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Bildgebungsvorrichtung;
6 eine schematische Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Bildgebungsvorrichtung;
7 eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Bildgebungsvorrichtung;
8 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erzeugung von Beleuchtungslicht für ein Bildgebungsgerät mittels einer Beleuchtungsvorrichtung;
9 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Bildgebungsvorrichtung;
10 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Bildgebungsvorrichtung;
11 eine schematische Darstellung einer medizinischen Bildgebungsvorrichtung;
12 eine schematische Darstellung einer Bildgebungssituation;
13 eine schematische Darstellung eines ersten Kalibrierbilds;
14 eine schematische Darstellung eines zweiten Kalibrierbilds;
15 eine schematische Darstellung einer ersten Tiefenkarte;
16 eine schematische Darstellung einer zweiten Tiefenkarte;
17 eine schematische Darstellung eines Objektbilds;
18 eine schematische Darstellung eines korrigierten Objektbilds;
19 eine schematische Darstellung eines weiteren korrigierten Objektbilds;
20 eine schematische Darstellung mehrerer Kalibrierbilder und zugehöriger Tiefenkarten;
21 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur medizinischen Bildgebung; und
22 eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildgebungsvorrichtung 10. Im exemplarisch dargestellten Fall ist die Bildgebungsvorrichtung 10 eine endoskopische Bildgebungsvorrichtung, konkret eine Endoskopvorrichtung. Alternativ könnte es sich bei der Bildgebungsvorrichtung 10 um eine exoskopische, eine mikroskopische oder eine makroskopische Bildgebungsvorrichtung handeln. Die Bildgebungsvorrichtung 10 ist beispielhaft als medizinische Bildgebungsvorrichtung gezeigt. Die Bildgebungsvorrichtung 10 ist beispielsweise zu einer Untersuchung einer Kavität vorgesehen.
Die Bildgebungsvorrichtung 10 weist ein medizinisches Bildgebungsgerät 14 auf. Im dargestellten Fall handelt es sich hierbei um ein Endoskop.
Ferner umfasst die Bildgebungsvorrichtung 10 eine Beleuchtungsvorrichtung 12 mit einer optischen Schnittstelle 16 und eine Beleuchtungseinheit 18. Das Bildgebungsgerät 14 ist optisch an die optische Schnittstelle 16 anbindbar. Die optische Schnittstelle 16 kann Teil einer optisch-mechanischen Schnittstelle sein, die wahlweise lösbar und verbindbar ist. Das Beleuchtungsgerät 14 kann wahlweise von der Beleuchtungsvorrichtung 12 abkoppelbar sein. Die Beleuchtungseinheit 18 ist dazu eingerichtet, Beleuchtungslicht an die optische Schnittstelle 16 zu liefern. Bei einer Bildgebung mittels des Bildgebungsgeräts 14 kann entsprechend die Beleuchtungseinheit 18 das erforderliche Beleuchtungslicht bereitstellen, das zum Beleuchtungsgerät 14 geführt und von dort auf ein abzubildendes Objekt wie beispielsweise einen Situs ausgekoppelt wird.
Die Bildgebungsvorrichtung 10 umfasst im dargestellten Fall ferner eine Anzeigeeinheit, auf der Bilder angezeigt werden können, die auf Bilddaten beruhen, die mittels des Bildgebungsgeräts 14 erfasst wurden. Hierbei kann es sich um Videobilder, Standbilder, Überlagerungen unterschiedlicher Bilder, Teilbilder, Bildsequenzen etc. handeln.
Die Bildgebungsvorrichtung 10 ist multimodal. Exemplarisch ist die Bildgebungsvorrichtung in drei grundlegenden Modi betreibbar, einem Multispektralmodus, einem Fluoreszenzmodus und einem Weißlichtmodus. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Bildgebungsvorrichtung 10 zusätzlich oder alternativ zum Multispektralmodus in einem Hyperspektralmodus betreibbar ist.
Die Beleuchtungsvorrichtung 12 ist multimodal. Die Beleuchtungsvorrichtung 12 ist in unterschiedlichen Beleuchtungsmodi betreibbar, in denen sie Licht für unterschiedliche Bildgebungsmodi liefert. Vorliegend ist die Beleuchtungsvorrichtung 12 in drei grundlegenden Modi betreibbar, einem Multispektralmodus, einem Fluoreszenzmodus und einem Weißlichtmodus. Ebenso ist das Bildgebungsgerät 14 in unterschiedlichen Betriebsmodi betreibbar, konkret ebenfalls zumindest in einem Multispektralmodus, einem Fluoreszenzmodus und einem Weißlichtmodus. Im entsprechenden Betriebsmodus der Bildgebungsvorrichtung 10 werden die Modi der Beleuchtungsvorrichtung 12 aufeinander abgestimmt.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung 12. Die Beleuchtungseinheit 18 umfasst mehrere unabhängig voneinander aktivierbare Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28. Diese sind dazu eingerichtet, Licht gemäß unterschiedlichen Emissionsspektren zu emittieren, um Beleuchtungslicht zu liefern, d. h. das jeweilige Emissionsspektrum unterscheidet sich von Leuchtelement zu Leuchtelement.
Beispielhaft sind die Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 als LEDs ausgebildet. Konkret ist ein erstes Leuchtelement 20 als rote LED, ein zweites Leuchtelement 22 als dunkelrote LED, ein drittes Leuchtelement 24 als blaue LED und ein viertes Leuchtelement 26 als Nah-IR-LED ausgebildet. Die farbigen Leuchtelemente 20, 22, 24, 26 emittieren jeweils schmalbandig, beispielsweise mit Emissionspeak etwa bei den Wellenlängen 660 nm (erstes Leuchtelement 20), 770 nm (zweites Leuchtelement 22), 460 nm (drittes Leuchtelement 24) und 940 nm (viertes Leuchtelement 26).
Ferner ist ein fünftes Leuchtelement 28 vorgesehen, das vorliegend ein Weißlichtleuchtelement ist, etwa eine Weißlicht-LED. Das fünfte Leuchtelement 28 emittiert beispielsweise in einem Spektralbereich von etwa 400 bis 700 nm. In anderen Ausführungsformen können auch Laserdioden verwendet werden, insbesondere als farbige Leuchtelemente.
Je nach Beleuchtungsmodus werden einige der Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 zumindest zeitweise aktiviert, wohingegen ggf. andere Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 in dem betreffenden Beleuchtungsmodus nicht verwendet werden.
Vorliegend umfasst eine erste Gruppe erste Leuchtelement 20 und das vierte Leuchtelement 26. Die erste Gruppe kann zusätzlich das Leuchtelement 22 und/oder das Leuchtelement 24 umfassen. Die erste Gruppe wird zur Multispektralbildgebung verwendet, wobei die enthaltenen Leuchtelemente 20, 26 sowie ggf. 22 und 24 jeweils als Stützstelle dienen. Im Multispektralmodus wird beispielsweise zunächst mit dem ersten Leuchtelement 20 beleuchtet und ein Bild aufgenommen. Anschließend wird mit dem vierten Leuchtelement 26 beleuchtet und ein Bild aufgenommen. Die Bilder beruhen jeweils auf Remission, d. h. es wird das vom abzubildenden Objekt zurückgestreute Licht betrachtet. Durch die beiden unterschiedlichen Stützstellen kann spektrale Information über das abzubildende Objekt gewonnen werden. Beispielsweise können hierdurch bestimmte Gewebearten, ein Perfusionszustand, eine Gewebebeschaffenheit oder dergleichen beurteilt werden.
Ferner umfasst eine zweite Gruppe das erste Leuchtelement 20, das zweite Leuchtelement 22 und das dritte Leuchtelement 24. Die zweite Gruppe wird zur Beleuchtung bei Fluoreszenzbildgebung verwendet. Hierbei können zum Beispiel gezielt mit geeignet gewählten Farbstoffen eingefärbte Objekte betrachtet werden. Auch können unterschiedliche Farbstoffe in unterschiedliche Gewebearten oder dergleichen eingebracht werden, die gleichzeitig betrachtet werden. Durch gezielte Anregung eines bestimmten Farbstoffs wird dieser zur Fluoreszenz angeregt. Abgebildet wird dann das Fluoreszenzlicht. Das erste Leuchtelement 20 ist beispielsweise dazu geeignet, den Farbstoff Cyanin 5.5 (Cy 5.5) anzuregen. Das zweite Leuchtelement 22 ist dazu geeignet, den Farbstoff Indocyaningrün (ICG) anzuregen. Das dritte Leuchtelement 24 ist dazu geeignet, den Farbstoff Fluoreszin anzuregen.
Des Weiteren umfasst eine dritte Gruppe das fünfte Leuchtelement 28. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die dritte Gruppe zudem das erste Leuchtelement 20 und das dritte Leuchtelement 24. Die dritte Gruppe dient dazu, Beleuchtungslicht für Weißlichtbildgebung bereitzustellen. Hierfür kann Weißlicht des fünften Leuchtelements 28 mit Licht bestimmter farbiger Leuchtelemente gemischt werden, wodurch spektrale Verluste ausgeglichen und/oder eine Farbtemperatur gezielt eingestellt werden kann.
Erkennbar sind einige der Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 mehreren Gruppen zugeordnet, beispielhaft das erste Leuchtelement 20 allen drei Gruppen sowie das dritte Leuchtelement 24 und ggf. auch das zweite Leuchtelement 22 der zweiten und der dritten Gruppe.
Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass einige oder sämtliche der Leuchtelement 20, 22, 24, 26, 28 in einem Hyperspektralmodus eingesetzt werden. Es wird dann ein breites Anregungsspektrum erzeugt. In Kombination mit einem geeigneten Hyperspektraldetektor kann dann über das gesamte sichtbare und Nah-IR-Spektrum spektrale Information bzgl. des abzubildenden Objekt erfasst werden. Das Bildgebungsgeräts 14 kann zu diesem Zweck eine Pushbroom-Anordnung als Hyperspektraldetektor umfassen. In anderen Ausführungsformen wird eine Whiskbroom-Anordnung, eine Staring-Anordnung und/oder eine Schnappschuss-Anordnung verwendet. Das Bildgebungsgerät 14 kann ein hyperspektrales Bildgebungsgerät sein. Bezüglich unterschiedlicher Methoden einer hyperspektralen Bildgebung sowie hierfür erforderlicher Komponenten wird auf den Fachartikel „Review of spectral imaging technology in biomedical engineering: achievements and challenges" von Quingli Li et al. Erschienen in Journal of Biomedical Optics 18(10), 100901, Oktober 2013, sowie auf den Fachartikel „Medical hyperspectral imaging: a review" von Guolan Lu und Baowei Fei, erschienen in Journal of Biomedical Optics 19(1), 010901, Januar 2014, verwiesen.
Die Beleuchtungseinheit 18 umfasst zwei gekreuzte Strahlteiler 30, 32. Diese umfassen jeweils eine Ausgangsseite 42, 44, jeweils eine der Ausgangsseite 42, 44 gegenüberliegende Eingangsseite 37, 41 und jeweils zwei einander gegenüberliegende Eingangsseiten 34, 36, 38, 40. Sämtliche Eingangsseiten 34, 36, 37, 38, 40, 41 führen einfallendes Licht zur entsprechenden Ausgangsseite 42, 44. Die Ausgangsseite 42 eines ersten gekreuzten Strahlteilers 30 ist eine Eingangsseite 41 des zweiten gekreuzten Strahlteilers 32 zugewandt. Die Ausgangsseite 44 des zweiten gekreuzten Strahlteilers 32 ist der optischen Schnittstelle 16 zugewandt. Die beiden gekreuzten Strahlteiler 30, 32 sind vorzugsweise zueinander und/oder zur optischen Schnittstelle koaxial angeordnet.
Die Beleuchtungseinheit 18 kann geeignete optische Elemente wie Linsen und/oder nicht dargestellte Spiegel umfassen. Exemplarisch sind in 2 mehrere Linsen 78, 80, 82, 84, 86, 88 dargestellt. Eine Linse 78 ist etwa der optischen Schnittstelle 16 zugeordnet und koppelt von der Ausgangsseite 44 des zweiten gekreuzten Strahlteilers 32 kommendes Licht in die optische Schnittstelle 16 ein. Ferner kann jedem der Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 jeweils eine Linse 80, 82, 84, 86, 88 zugeordnet sein. Ein besonders hoher Grad an Kompaktheit kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 jeweils ohne zwischengeordneten Spiegel an Eingangsseiten 34, 36, 37, 38, 40 des zumindest einen gekreuzten Strahlteilers 30, 32 angeordnet sind. Die Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 können dann sehr nah an den zumindest einen gekreuzten Strahlteiler 30, 32 herangerückt werden.
Die gekreuzten Strahlteiler 30, 32 umfassen jeweils zwei Strahlteilerelemente 90, 92, 94, 96. Diese können grundsätzlich teildurchlässig sein, sodass Licht von allen Eingangsseiten 34, 36, 37, 38, 40, 41 zur jeweiligen Ausgangsseite 42, 44 umgelenkt wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Strahlteilerelemente 90, 92, 94, 96 selektiv lichtdurchlässig. Dies ist mit weiterer Bezugnahme auf 3 veranschaulicht. Die Strahlteilerelemente 90, 92, 94, 96 können Filter sein, die lediglich in einem definierten Bereich reflektieren, ansonsten aber eine hohe Transmission aufweisen. In 3 sind Transmissionskurven 98, 100, 102, 104 der Strahlteilerelemente 90, 92, 94, 96 der beiden gekreuzten Strahlteiler 30, 32 dargestellt. Jedem der farbigen Leuchtelemente 20, 22, 24, 26 bzw. jeder der gegenüberliegenden Eingangsseiten 34, 36, 38, 40 ist eines der Strahlteilerelemente 90, 92, 94, 96 zugeordnet. Die Strahlteilerelemente 90, 92, 94, 96 sind dabei derart gewählt, dass diese jeweils in demjenigen Wellenlängenbereich reflektieren, in dem das zugeordnete Leuchtelement 20, 22, 24, 26 emittiert, daneben aber weitgehend transmittieren. Hierfür können im mittleren Wellenlängenbereich Kerbfilter verwendet werden, die beispielhaft die Transmissionsspektren 100 und 102 aufweisen können. An spektralen Rändern können anstelle von Kerbfiltern auch Hochpass- oder Tiefpass-Filter verwendet werden, vgl. Transmissionsspektren 98 und 104.
Aufgrund der spezifischen Transmissionsspektren 98, 100, 102, 104 der gekreuzten Strahlteiler 30, 32 wird Licht des fünften Leuchtelements 28 spektral beschnitten. Es kann daher in der bereits erwähnten Weise zweckmäßig sein, das durch die Strahlteiler 30, 32 geblockte Licht gezielt mittels der Leuchtelemente 20 und 24, ggf. auch 22 und/oder 26 zu ergänzen. Hierdurch kann speziell in denjenigen Spektralbereichen ergänzt werden, in denen die Strahlteiler 30, 32 Licht des fünften Leuchtelements 28 absorbieren und/oder reflektieren, jedenfalls aber nicht zur optischen Schnittstelle 16 transmittieren. Die ergänzend eingesetzten Leuchtelemente 20, 24 und ggf. 22 werden dabei vorzugsweise mit verringerter Leistung bzw. mit angepasster Leistung betrieben. Hierbei kann darauf abgezielt werden, das ursprüngliche Spektrum des fünften Leuchtelements 28 zumindest weitgehend wiederherzustellen.
In einigen Ausführungsformen kann das fünfte Leuchtelement 28 alternativ ein grünes Leuchtelement sein, bzw. allgemein ausgedrückt ein farbiges Leuchtelement, das vorrangig in demjenigen Spektralbereich emittiert, den der zumindest eine Strahlteiler 30, 32 transmittiert. Beispielsweise kann das fünfte Leuchtelement 26 in solchen Ausführungsformen eine LED mit einem Emissionspeak bei etwa 530 nm sein. Infrage kommt hierfür auch eine grüne Laserdiode. Dabei kann vorgesehen sein, dass im Weißlichtmodus eine Farbmischung erfolgt und insbesondere keine individuelle Weißlichtquelle wie eine Weißlicht-LED zum Einsatz kommt, sondern Weißlicht aus separaten Leuchtelementen gezielt gemischt wird.
Es versteht sich, dass im Fall geeigneter Farbstoffe ein solches grünes Leuchtelement ebenfalls im Fluoreszenzmodus verwendbar sein kann. Alternativ oder zusätzlich könnte es im Multispektralmodus verwendbar sein.
Die Beleuchtungseinheit 18 definiert einen gemeinsamen optischen Pfad 54, in den emittiertes Licht der Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 einkoppelbar ist. Der gemeinsame optische Pfad 54 erstreckt sich ausgehend von der Ausgangsseite 44 des zweiten gekreuzten Strahlteilers 32 zur optischen Schnittstelle. Der gemeinsame optische Pfad 54 ist vorliegend koaxial mit dem fünften Leuchtelement 26 angeordnet.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Leuchtelemente 20, 26 der ersten Gruppe derart angeordnet, dass von den Leuchtelementen 20, 26 emittiertes Licht ausgehend vom jeweiligen Leuchtelement 20, 26 bis zur optischen Schnittstelle 16 jeweils einen zumindest im Wesentlichen gleich langen Lichtweg durchläuft. Die Leuchtelemente 20, 26 der ersten Gruppe weisen jeweils eine lichtemittierende Fläche 56, 58 auf. Die lichtemittierenden Flächen 56, 62 sind bezüglich des gemeinsamen optischen Pfads 54 äquidistant angeordnet. Dies ist vorliegend dadurch erreicht, dass die beiden Leuchtelemente 20, 26 im gleichen Abstand von dem ihnen zugeordneten Strahlteiler 32 (vorliegend exemplarisch der zweite Strahlteiler 32), im Speziellen von dessen gegenüberliegenden Eingangsseiten 38, 40, angeordnet sind. Das Licht wird dabei vom gekreuzten Strahlteiler 32 in den gemeinsamen optischen Pfad 54 eingekoppelt.
Die Strahlteiler 30, 32 sind insbesondere derart angeordnet, dass lichtemittierende Flächen 56, 58, 60, 62, 64 der Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 jeweils bezüglich ihres zugeordneten gekreuzten Strahlteilers 30, 32 äquidistant angeordnet sind.
Durch die Verwendung gekreuzter Strahlteiler 30, 32 und für unterschiedliche Modi gemeinsam verwendbarer Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 weist die Beleuchtungseinheit 18 bzw. die Beleuchtungsvorrichtung 12 einen hohen Grad an Kompaktheit auf. Zudem kann durch die äquidistante Anordnung erreicht werden, dass keine spektralen Verschiebungen auftreten, wenn das Bildgebungsgerät 14 bzw. dessen Lichtleiter relativ zu der optischen Schnittstelle 16 verdreht wird.
Es versteht sich, dass eine andere Anzahl von Leuchtelementen 20, 22, 24, 26, 28 und/oder eine andere Anzahl gekreuzter Strahlteiler 30, 32 verwendet werden kann. Die Verwendung gekreuzter Strahlteiler 30, 32 hat sich als besonders zweckmäßig herausgestellt. In anderen Ausführungsformen können aber andere Arten von Strahlteilern und/oder andere optische Elemente verwendet werden, um Licht von den Leuchtelementen 20, 22, 24, 26, 28 in die optische Schnittstelle 16 einzukoppeln.
4 zeigt eine schematische Darstellung der Bildgebungsvorrichtung 10. Das Bildgebungsgerät 14 ist optisch an die optische Schnittstelle 16 angekoppelt, beispielsweise über einen Lichtleiter 106 wie zumindest eine optische Faser.
Die Bildgebungsvorrichtung 10 weist eine Steuerung 66 auf, die dazu eingerichtet ist, einen Betriebszustand des Bildgebungsgeräts 14 und einen Beleuchtungsmodus der Beleuchtungseinheit 18 automatisch aufeinander abzustimmen. Vorliegend kann ein Benutzer durch eine Benutzerhandlung den Betriebsmodus des Bildgebungsgeräts 14 vorgeben. Die Steuerung 66 stellt dann den hierzu passenden Beleuchtungsmodus der Beleuchtungseinheit 18 ein. Alternativ oder zusätzlich kann der Benutzer durch eine Benutzerhandlung einen bestimmten Beleuchtungsmodus der Beleuchtungseinheit 18 einstellen. Die Steuerung 66 kann dann einen hierzu passenden Betriebsmodus des Bildgebungsgeräts 14 einstellen. Die Beleuchtungsvorrichtung 12 und/oder die Bildgebungsvorrichtung 10 verfügt zum Beispiel über eine Benutzerschnittstelle, über die der Benutzer entsprechende Befehle eingeben kann.
Das Bildgebungsgerät 14 umfasst eine Kameraeinheit 68 und einen distalen Schaft 76. Der distale Schaft 76 ist optisch an die Kameraeinheit 68 angekoppelt. Die Kameraeinheit 68 kann über einen Anschluss für den distalen Schaft 76 verfügen, wobei der distale Schaft 76 wahlweise abkoppelbar und ankoppelbar sein kann. Der distale Schaft 76 kann auch permanent optisch und/oder mechanisch an die Kameraeinheit 68 angekoppelt sein. Die Kameraeinheit 68 ist bezüglich des Schafts 76 proximal angeordnet. Die Kameraeinheit 68 umfasst Bildgebungssensorik 108, im vorliegenden Fall beispielhaft einen Weißlichtsensor 110 und einen Nah-IR-Sensor 112. Die Bildgebungssensorik 108 kann allgemein ausgedrückt einen oder mehrerer wenigstens räumlich auflösende Lichtsensoren/Bildsensoren aufweisen, beispielsweise zumindest einen CMOS-Sensor und/oder zumindest einen CCD-Sensor. Der Schaft 76 umfasst nicht dargestellte optische Elemente, mittels derer Licht zur Kameraeinheit 68 führbar ist, um das abzubildende Objekt optisch erfassen zu können. Ferner umfasst der Schaft 76 zumindest einen Lichtweg 114, beispielsweise definiert durch einen Lichtleiter wie eine optische Faser, der zu einem distalen Abschnitt 116 des Schafts 76 führt und mittels dessen das von der optischen Schnittstelle 16 der Beleuchtungsvorrichtung 12 stammende Beleuchtungslicht zu dem abzubildenden Objekt ausgekoppelt werden kann.
Die Kameraeinheit 68 weist unterschiedliche Betriebszustände auf, konkret beispielsweise zumindest einen Multispektralbetriebszustand und einen Fluoreszenzbetriebszustand sowie in der vorliegenden Ausführungsformen zusätzlich einen Weißlichtbetriebszustand und ggf. einen Hyperspektralbetriebszustand. Die Steuerung 66 passt den Beleuchtungsmodus der Beleuchtungseinheit 18 automatisch an den vorliegenden Betriebszustand der Kameraeinheit 68 an. Hierbei kann die Steuerung 66 Einstellungen am Bildaufnahmeverhalten der Kameraeinheit 68 vornehmen. Beispielsweise kann die Steuerung 66 Belichtungsdauer, Sensitivität/Verstärkung/Gain und/oder andere Betriebsparameter der Kameraeinheit 68 bzw. im Speziellen ihrer Bilderfassungssensorik 108 sowie ggf. ihrer Optik einstellen und dadurch unterschiedliche Betriebszustände des Bildgebungsgeräts 14 definieren. Die Steuerung 66 nimmt im vorliegenden Fall eine kamerasynchrone Triggerung der Beleuchtungseinheit 18 vor.
Das Bildgebungsgerät 14 umfasst eine Filtereinheit 46 mit optischen Filtern 48, 50 52. Exemplarisch sind drei optische Filter dargestellt, es versteht sich aber, dass eine andere Anzahl verwendet werden kann. Die Filtereinheit 46 ist zwischen einem Multispektralmodus und einem Fluoreszenzmodus umschaltbar. Ferner kann die Filtereinheit 46 zusätzlich in einen Weißlichtmodus und/oder in einen Hyperspektralmodus schaltbar sein. Die optischen Filter 48, 50, 52 sind wahlweise in einen Beobachtungstrahlengang 70 der Kameraeinheit 68 einbringbar, wodurch unterschiedliche Beobachtungsmodi definiert sind. Diese definieren vorliegend die Betriebszustände der Kameraeinheit 68.
Einem grundlegenden Bildgebungsmodus können mehrere optische Filter 48, 50, 52 zugeordnet sein. Insbesondere für die Fluoreszenzbildgebung kann je nach verwendetem Leuchtelement 20, 22, 24, 26, 28, das zur Anregung dient, ein anderer geeigneter optischer Filter verwendet werden. Beispielsweise wird vorliegend das erste Leuchtelement 20 (rot) mit einem optischen Filter kombiniert, der Wellenlängen größer 730 nm transmittiert, kürzere Wellenlängen aber abblockt. Hierdurch kann insbesondere bewerkstelligt werden, dass lediglich Fluoreszenzlicht und nicht das Anregungslicht selbst detektiert wird. Beispielsweise kann dieser optische Filter zumindest im Bereich 600 nm bis 730 nm absorbieren. Ferner wird vorliegend beispielsweise das zweite Leuchtelement 22 (dunkelrot) mit einem Filter kombiniert, der im Bereich von 700 bis 850 nm absorbiert bzw. der lediglich oberhalb von 850 nm nennenswert transmittiert.
Der Benutzer kann einen bestimmten Filter 48, 50, 52 auswählen und wählt hiermit unmittelbar einen zugehörigen Beobachtungsmodus bzw. Betriebszustand der Kameraeinheit 68. Hierfür weist die Kameraeinheit 68 einen Filtersensor 72 auf, der einen aktuell in den Beobachtungsstrahlengang 70 eingebrachten optischen Filter automatisiert erkennen kann. Der Benutzer kann somit einen ausgewählten Filter 48, 50, 52 manuell in den Beobachtungsstrahlengang 70 einbringen. Im dargestellten Beispiel sind die optischen Filter 48, 50, 52 auf einem Filterträger 118 angebracht. Dieser ist in unterschiedliche Positionen bewegbar, wodurch jeweils einer der optischen Filter 48, 50, 52 ausgewählt werden kann. Der Filtersensor 72 erkennt daraufhin den aktuell ausgewählten optischen Filter 48, 50, 52. Die Steuerung kann dann nach Maßgabe eines Sensorsignals des Filtersensors 72 den aktuellen Betriebszustand der Kameraeinheit 68 und damit des Bildgebungsgeräts 14 ermitteln und den Beleuchtungsmodus der Beleuchtungseinheit 18 automatisch daran anpassen. Der Benutzer versetzt somit durch eine einfach Benutzerhandlung wie das manuelle Auswählen eines optischen Filters 48, 50, 52 die gesamte Bildgebungsvorrichtung 10 in den gewünschten Modus. Grundsätzlich kann ein Benutzer unterschiedliche Filter mit unterschiedlichen Beleuchtungsmodi kombinieren und dadurch unterschiedliche Kontrastarten erzeugen.
Im dargestellten Fall umfasst das Bildgebungsgerät 14 und insbesondere der Schaft 76 eine breitbandig transmittierende Optik 77, die in den unterschiedlichen Beleuchtungsmodi einheitlich verwendbar ist. Die breitbandige Optik 77 ist im vorliegenden Fall für einen Spektralbereich von wenigstens 400 nm bis 1000 nm ausgelegt. Sie ist einheitlich für unterschiedliche Beleuchtungs- und/oder Beobachtungsspektralbereiche verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Bildgebungsgerät 14 als Stereoendoskop ausgebildet sein, das ein stereoskopisches Okular mit zwei Seiten umfasst. Diesen Seiten können unabhängig voneinander unterschiedliche optische Filter vorschaltbar sein, wodurch unterschiedliche Kontrastbilder einander überlagert werden können.
Im Folgenden werden im Kontext weiterer Ausführungsformen und Abwandlungen für identische oder ähnliche Komponenten dieselben Bezugszeichen wie oben verwendet. Bezüglich deren Beschreibung wird grundsätzlich auf die obigen Ausführungen verwiesen, wohingegen im Folgenden vorrangig Unterschiede zwischen den Ausführungsformen erläutert werden. Zudem sind in den folgenden Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit Bezugszeichen teilweise weggelassen.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Bildgebungsvorrichtung 10. Die Bildgebungsvorrichtung 10 umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung 12 mit einer optischen Schnittstelle 16 und eine Beleuchtungseinheit 18 sowie ein Bildgebungsgerät 14, das an die optische Schnittstelle 16 angebunden ist. Das Bildgebungsgerät 14 umfasst eine Kameraeinheit 68 mit einer automatisierten Filtereinheit 210. Die automatisierte Filtereinheit 210 umfasst mehrere optische Filtern 48, 50, 52, die nach Maßgabe eines von einem Benutzer vorgegebenen Beobachtungsmodus automatisiert in einen Beobachtungsstrahlengang 70 der Kameraeinheit 68 einbringbar sind.
Die automatisierte Filtereinheit 210 umfasst einen Filterantrieb 212, der dazu eingerichtet ist, die optischen Filter 48, 50, 52 automatisiert in den Beobachtungsstrahlengang 70 hinein- oder aus dem Beobachtungsstrahlengang 70 herauszubewegen. Die optischen Filter 48, 50, 52 können auf einem Filterträger 118 angebracht sein, der an den Filterantrieb 212 angebunden ist. Der Filterantrieb 212 kann dazu eingerichtet sein, den Filterträger 118 zu bewegen, beispielsweise zu verschieben und/oder zu drehen und/oder zu schwenken.
Das Bildgebungsgerät 14 weist eine Benutzerschnittstelle 214 auf, mittels derer der Benutzer einen gewünschten Beobachtungsmodus einstellen kann. Beispielsweise kann mittels der Benutzerschnittstelle 214 eine gewünschte Position des Filterträgers 118 vorgebbar sein.
Das Bildgebungsgerät 14 weist ferner eine Steuerung 66 auf. Die Steuerung 66 ist mit dem Filterantrieb 212 und der Benutzerschnittstelle 214 gekoppelt. Die Steuerung 66 ist insbesondere dazu eingerichtet, eine Benutzervorgabe eines Beobachtungsmodus zu verarbeiten und nach Maßgabe dieser Benutzervorgabe sowohl die Filtereinheit 210 als auch die Beleuchtungseinheit 18 anzusteuern. Die Steuerung 66 kann somit nach Maßgabe eines vom Benutzer ausgewählten Beobachtungsmodus einen Betriebszustand des Bildgebungsgeräts 14 und einen hierauf abgestimmten Beleuchtungsmodus der Beleuchtungseinheit 18 einstellen.
6 zeigt eine schematische Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Bildgebungsvorrichtung 10. Die Bildgebungsvorrichtung 10 umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung 12 mit einer optischen Schnittstelle 16 und eine Beleuchtungseinheit 18 sowie ein Bildgebungsgerät 14, das an die optische Schnittstelle 16 angebunden ist. Das Bildgebungsgerät 14 umfasst eine proximale Basiseinheit 310. Die proximale Basiseinheit 310 ist an die optische Schnittstelle 16 der Beleuchtungsvorrichtung 12 angebunden. Von der Beleuchtungsvorrichtung 12 erzeugtes Beleuchtungslicht ist somit der proximalen Basiseinheit 310 zuführbar. Das Bildgebungsgerät 14 umfasst ferner eine Steuerung 66, die in einigen Ausführungsformen in die Basiseinheit 310 integriert sein kann.
An die proximale Basiseinheit 310 sind wahlweise unterschiedliche Wechselschäfte 312, 314 optisch elektronisch ankoppelbar. Die Basiseinheit 310 weist eine Schnittstelle 316 zur Ankopplung unterschiedlicher Wechselschäfte 312, 314 auf. Diese Schnittstelle 316 führt einem angekoppelten Wechselschaft 312, 314 das von der Beleuchtungsvorrichtung 12 kommende Beleuchtungslicht zu. Ferner ist die Schnittstelle 316 dazu eingerichtet, einen angekoppelten Wechselschaft 312, 314 elektrisch zu versorgen und/oder elektronisch an die Steuerung 66 des Bildgebungsgeräts 14 anzubinden.
Die Wechselschäfte 312, 314 weisen jeweils eine integrierte Kamera 318, 320 sowie integrierte optische Filter 322, 324 auf. Die integrierten Kameras 318, 320 sind als Tipcams ausgebildet. Vorliegend ist die integrierte Kamera 318 eines ersten Wechselschafts 312 zur Multispektralbildgebung eingerichtet. Des Weiteren ist die integrierte Kamera 310 eines zweiten Wechselschafts 314 zur Fluoreszenzbildgebung eingerichtet. Die wahlweise vorhandenen optischen Filter 322, 324 können hieran angepasst sein.
In anderen Ausführungsformen können auch Wechselschäfte verwendet werden, die lediglich optische Filter aber keine integrierte Kamera umfassen. Diese können dann an eine proximale Kameraeinheit ankoppelbar sein. Die proximale Kameraeinheit kann dann in einigen Fällen ohne zusätzliche Filtereinheit ausgebildet sein. Die Wahl eines bestimmten optischen Filters bzw. eines bestimmten Beobachtungsmodus kann durch die Wahl eines geeignet bestückten Wechselschafts erfolgen.
Die Steuerung 66 ist dazu eingerichtet, einen angekoppelten Wechselschaft 312, 314 zu erkennen. Dies kann softwarebasiert, mechanisch und/oder durch eine Sensorerkennung erfolgen. Abhängig vom erkannten Wechselschaft 312, 314 kann die Steuerung 66 dann ermitteln, in welchem Betriebszustand bzw. in welchem Beobachtungsmodus das Bildgebungsgerät 14 betrieben werden soll. Die Steuereinheit 66 ist zudem dazu eingerichtet, einen Beleuchtungsmodus der Beleuchtungseinheit 18 einzustellen. Die Steuereinheit 66 ist somit dazu eingerichtet, einen Beleuchtungsmodus der Beleuchtungseinheit 18 in Abhängigkeit von dem durch einen aktuell angekoppelten Wechselschaft 312, 314 definierten Beobachtungsmodus einzustellen.
Die Wechselschäfte 312, 314 und die Bildgebungsvorrichtung 10 sind im vorliegenden Fall Teil eines medizinischen Bildgebungssystems 316. Das medizinische Bildgebungssystem 316 gestattet es einem Benutzer, einen geeigneten Wechselschaft 312, 314 auszuwählen, an die Basiseinheit 310 anzukoppeln, und damit einen Modus für die gesamte Bildgebungsvorrichtung 10 festzulegen. Durch das einfache Wechseln des Wechselschafts 312, 314 wird somit erreicht, dass die Beleuchtungsvorrichtung 18 an den vorzunehmenden Bilderfassungsmodus automatisch angepasst wird.
7 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Bildgebungsvorrichtung 10'. Die Bezugszeichen dieser Ausführungsform sind zur Unterscheidung mit Hochkommata versehen. Die Bildgebungsvorrichtung 10' ist in dieser Ausführungsform als exoskopische Bildgebungsvorrichtung ausgebildet. Sie umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung 12' und ein Bildgebungsgerät 14'. Deren grundlegende Funktionsweise entspricht der oben beschriebenen, allerdings ist das Bildgebungsgerät 14' in dieser Ausführungsform als Exoskop ausgebildet.
Aspekte der obigen Beschreibung können auch wie folgt zusammengefasst bzw. beschrieben werden. 8 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erzeugung von Beleuchtungslicht für ein Bildgebungsgerät 14 mittels einer Beleuchtungsvorrichtung 12. Der Ablauf des Verfahrens ergibt sich auch aus den obigen Ausführungen. Die Beleuchtungsvorrichtung 12 umfasst dabei eine optische Schnittstelle 16 zur optischen Anbindung eines Bildgebungsgeräts 14 und eine Beleuchtungseinheit 18, die dazu eingerichtet ist, Beleuchtungslicht an die optische Schnittstelle 16 zu liefern, wobei die Beleuchtungseinheit 18 mehrere unabhängig voneinander wahlweise aktivierbare Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 umfasst, die dazu eingerichtet sind, Licht gemäß unterschiedlichen Emissionsspektren zu emittieren, um das Beleuchtungslicht zu liefern.
Das Verfahren umfasst einen Schritt S11 eineszumindest zeitweisen Aktivierens einer ersten Gruppe der Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28, um Beleuchtungslicht für Multispektralbildgebung zu liefern. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt S12 eines zumindest zeitweisen Aktivierens einer zweiten Gruppe der Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28, um Beleuchtungslicht für Fluoreszenzbildgebung zu liefern. Eines der Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 wird sowohl beim zumindest zeitweisen Aktivieren der ersten Gruppe der Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 als auch beim zumindest zeitweisen Aktivieren der zweiten Gruppe der Leuchtelemente 20, 22, 24, 26, 28 zumindest zeitweise aktiviert.
9 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Bildgebungsvorrichtung 10. Der Ablauf des Verfahrens ergibt sich auch aus den obigen Ausführungen. In einem Schritt S21 wird eine Bildgebungsvorrichtung 10 mit einem Bildgebungsgerät 14 bereitgestellt. In einem Schritt S22 wird Beleuchtungslicht an das Bildgebungsgerät 14 geliefert. Das Liefern des Beleuchtungslichts an das Bildgebungsgerät 14 erfolgt gemäß einem Verfahren, wie es mit Bezug auf 8 beschrieben wurde.
10 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Bildgebungsvorrichtung 10. Der Ablauf des Verfahrens ergibt sich auch aus den obigen Ausführungen. Das Verfahren umfasst einen Schritt S31 eines Bereitstellens einer Beleuchtungsvorrichtung 12 zur Bereitstellung von Beleuchtungslicht für ein Bildgebungsgerät 14. Das Bildgebungsgerät 14 umfasst dabei eine optische Schnittstelle 16 zur optischen Anbindung eines Bildgebungsgeräts 14 und eine Beleuchtungseinheit 18, die dazu eingerichtet ist, Beleuchtungslicht an die optische Schnittstelle 16 zu liefern. Die Beleuchtungseinheit 18 ist multimodal ausgebildet und in mehreren unterschiedlichen Beleuchtungsmodi betreibbar. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt S32 eines Bereitstellens eines Bildgebungsgeräts 14, das mit der optischen Schnittstelle 16 der Beleuchtungsvorrichtung 12 verbindbar ist. Außerdem umfasst das Verfahren einen Schritt S33 eines automatisierten Abstimmens eines Betriebszustands des Bildgebungsgeräts 14 und eines Beleuchtungsmodus der Beleuchtungseinheit 18.
Nachfolgend wird ein Aspekt beschrieben, der die Korrektur von Objektbildern nach Maßgabe von Tiefeninformation betrifft, die aus Kalibrierbildern gewinnbar ist. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer medizinischen Bildgebungsvorrichtung 410 gemäß diesem Aspekt. Die medizinische Bildgebungsvorrichtung 410 kann grundsätzlich wie die oben beschriebene Bildgebungsvorrichtung 10 oder auch wie die obige Bildgebungsvorrichtung 10' aufgebaut und/oder ausgebildet sein. Insbesondere wird bezüglich der Funktionsweise der Komponenten und Details der Ausgestaltung der Bildgebungsvorrichtung 410 auf die obige Beschreibung verwiesen. Zur Erläuterung des vorliegenden Aspekts ist es zweckmäßig, den technischen Sachverhalt unter Bezugnahme auf die rein schematisch zu verstehende 11 sowie die weiteren Figuren zu beschreiben.
Die Bildgebungsvorrichtung 410 ist im konkreten Beispiel eine Endoskopvorrichtung, kann aber auch eine Exoskopvorrichtung und/oder eine Mikroskopvorrichtung sein. Die Bildgebungsvorrichtung 410 umfasst eine Beleuchtungseinheit 412 mit zumindest einer Lichtquelle 414. Die Beleuchtungseinheit 412 kann beispielsweise wie oben mit Bezug auf die Beleuchtungsvorrichtung 12 beschrieben ausgebildet sein. Für die folgende Beschreibung wird angenommen, dass die Beleuchtungseinheit 412 dergestalt ausgebildet ist. Dies ist aber rein exemplarisch zu verstehen. Grundsätzlich ist die Beleuchtungseinheit 412 dazu eingerichtet, Beleuchtungslicht 416 bereitzustellen, mittels dessen ein abzubildendes Objekt 418 beleuchtet werden kann.
Die Bildgebungsvorrichtung 410 umfasst ferner eine Bilderfassungseinheit 420 mit einem lediglich schematisch dargestellten Objektiv 442 und mit geeigneter Bilderfassungssensorik 444. Die Bilderfassungseinheit 420 ist dazu eingerichtet, Objektlicht 428 zu detektieren, das von dem Objekt 418 stammt. Hierbei kann es sich um remittiertes Beleuchtungslicht 416 und/oder um vom Objekt 418 emittiertes Licht handeln, beispielsweise um Fluoreszenzlicht.
Die Bilderfassungssensorik 444 ist vorliegend dazu eingerichtet, sowohl im sichtbaren Bereich als auch im Nahinfrarotbereich Bilder aufnehmen zu können. Beispielsweise die Bilderfassungssensorik 444 wenigstens in einem Bereich zwischen 450 nm und 950 nm sensitiv, in einigen Ausführungsformen in einem Bereich zwischen 400 nm und 1000 nm.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Bilderfassungseinheit 420 in Kombination mit der Beleuchtungseinheit 412 zumindest in einem Weißlichtmodus und in einem Fluoreszenzmodus betreibbar ist. Im Weißlichtmodus wird breitbandig Beleuchtungslicht 416 eingestrahlt, beispielsweise mittels eines Weißlicht-Leuchtelements, etwa zumindest im Bereich von 480 nm bis 750 nm. Beobachtet wird dann vom Objekt 418 remittiertes Beleuchtungslicht 416. Im Fluoreszenzmodus wird hingegen Beleuchtungslicht 416 mit einer bestimmten Wellenlänge eingestrahlt, die dazu geeignet ist, einen verwendeten Fluoreszenzfarbstoff anzuregen. Ferner wird vom Fluoreszenzfarbstoff emittiertes Licht detektiert, das vom Objekt 418 und im Speziellen von angeregten Farbstoffmolekülen abgestrahlt wird.
Im vorliegenden Fall ist die Bilderfassungseinheit 420 zur Aufnahme von Stereobildern eingerichtet. Sie kann hierfür geeignete Stereooptik und/oder geeignete Stereo-Bilderfassungssensorik 444 umfassen.
Das abzubildende Objekt 418 ist beispielsweise eine anatomische Struktur, etwa in einem Hohlraum eines Patienten. Das Objekt 418 umfasst einen mit einem Fluoreszenzfarbstoff eingefärbten Bereich 448. Es wird zum Beispiel Indocyaningrün als Farbstoff verwendet. Ferner umfasst das Objekt 418 Gewebe 450, das den eingefärbten Bereich 448 bedeckt. Beispielsweise handelt es sich bei dem eingefärbten Bereich 448 um ein Gefäß und bei dem Gewebe 450 um Fettgewebe, welches das Gefäß bedeckt, wobei dies rein exemplarisch zu verstehen ist. 12 zeigt eine schematische Darstellung der Bildgebungssituation. Eine Oberfläche des Gewebes 450 befindet sich in einem Abstand d₀ von der Bildgebungsvorrichtung 410, im Speziellen von dem Objektiv 442 der Bilderfassungseinheit 420. Der eingefärbte Bereich 448 befindet sich innerhalb des Gewebes 450 und ist in einem Abstand d₁ von dessen Oberfläche angeordnet. Im Folgenden wird angenommen, dass Beleuchtungslicht im Bereich des Objektivs 442 ausgekoppelt wird.
Für eine Bildgebung ergeben sich hieraus mehrere Implikationen. Wird mit Beleuchtungslicht 416 gearbeitet, das eine geringe Eindringtiefe in das Objekt 418 aufweist, wird dieses im Wesentlichen von der Oberfläche des Gewebes 450 reflektiert und/oder gestreut. Die Intensität remittierten Lichts hängt dann vom Abstand d₀ gemäß einem Abstandsgesetz ab, in Näherung gemäß dem bekannten Abstandsquadratgesetz. Hierbei wird davon ausgegangen, dass sich im Bereich des Abstands d₀ Luft befindet, die sich in dem Hohlraum befindet, innerhalb dessen die Bildgebung durchgeführt wird.
Wir mit Beleuchtungslicht 416 gearbeitet, das in das Gewebe 450 eindringen kann und beispielsweise dazu geeignet ist, den eingefärbten Bereich 448 zu erreichen und dort Farbstoffmoleküle zur Fluoreszenz anzuregen, sind zwei Effekte zu berücksichtigen. Zunächst unterliegt die eingestrahlte Intensität ebenfalls einem Abstandsgesetz. Ferner findet innerhalb des Gewebes 450 eine Abschwächung des Beleuchtungslichts 416 durch Wechselwirkung mit dem Gewebe 450 statt. Die zur Fluoreszenzanregung tatsächlich zur Verfügung stehende Intensität ist somit kleiner als die von der Beleuchtungseinheit 412 ausgesandte Intensität.
Vom eingefärbten Bereich 448 emittiertes Objektlicht 428 unterliegt ebenfalls einer bestimmten Abschwächung im Gewebe 450. Außerdem folgt auch die Intensität des emittierten Objektlichts 428 einem Abstandsgesetz, wobei der Gesamtabstand d₀ + d₁ zu berücksichtigen ist. Die von der Bilderfassungseinheit 420 detektierbare Fluoreszenzintensität ist somit kleiner als die vom eingefärbten Bereich 448 ausgesandte Fluoreszenzintensität.
Wie oben erwähnt, ergibt sich somit eine detektierbare Intensität I_delektiert wie folgt: $I_{detektiert} = I (λ_{0}) / {(d_{0} + d_{1})}^{α} \cdot exp (- μ (λ_{0}) \cdot d_{1}) \cdot exp (- μ (λ_{1}) \cdot d_{1}) \cdot R$
wobei I_detektiert die detektierte Lichtintensität bezeichnet, I(λ₀) die Intensität des eingestrahlten Lichts mit der Wellenlänge λ₀, d₀ einen Abstand zwischen dem Objektiv und der Oberfläche des abzubildenden Objekts, d₁ einen Abstand zwischen der Oberfläche des abzubildenden Objekts und dem mit Fluoreszenzfarbstoff eingefärbten Bereichs im abzubildenden Objekt, α einen Exponenten, der das Abstandsgesetz definiert und beispielsweise als 2 gewählt werden kann, um gemäß dem Abstandsquadratgesetz zu rechnen, µ(λ₀) einen Dämpfungsfaktor für die Abschwächung von Licht der Wellenlänge λ₀ beim Durchtritt durch das abzubildende Objekt µ(λ₁) einen Dämpfungsfaktor für die Abschwächung von Licht der Wellenlänge λ₁ beim Durchtritt durch das abzubildende Objekt bezeichnen.
Um diesen Effekten Rechnung zu tragen und Bilder entsprechen zu korrigieren, umfasst die Bildgebungsvorrichtung 410 eine Bildkorrektureinheit 426. Deren Funktionsweise wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 13 bis 18 beschrieben.
Zunächst werden im vorliegenden Beispiel zwei Kalibrierbilder 422, 423 aufgenommen. Dabei kann es sich jeweils um Stereobilder handeln. Ein erster Kalibrierbild 422 wird beispielsweise durch Beleuchtung mit Weißlicht und Detektion remittierten Lichts erhalten. Da Weißlicht eine geringe Eindringtiefe in das Objekt 418 aufweist, zeigt das erste Kalibrierbild 422 im Wesentlichen eine Oberfläche des Objekts 418. Licht, das in das Objekt 418 eindringt und von tieferliegenden Schichten remittiert wird, kann vernachlässigbar sein, weil die remittierte Intensität sowohl aufgrund der Abschwächung des einfallenden Lichts als auch aufgrund der Abschwächung des remittierten Lichts im Gewebe deutlich geringer ist als die von der Oberfläche des Objekts 418 remittierte Intensität.
Ferner wird ein zweites Kalibrierbild 423 aufgenommen, für das Licht mit einer Wellenlänge eingestrahlt wird, bei welcher der verwendete Farbstoff anregbar ist. Das zweite Kalibrierbild 423 wird durch einen geeigneten Beobachtungsfilter hindurch und/oder in einem geeigneten Wellenlängenbereich aufgenommen, um Fluoreszenzlicht zu detektieren. Dieses stammt vom eingefärbten Bereich 448.
Die Bildkorrektureinheit 426 ist in diesem Beispiel dazu eingerichtet, aus jedem der beiden Kalibrierbilder 422, 423 eine Tiefenkarte 432, 434 zu bestimmen. Hierfür wird jeweils ein Stereorekonstruktionsalgorithmus verwendet. Die Tiefenkarten 432, 434 umfassen somit Information bezüglich einer beobachteten Oberfläche des jeweiligen Objekts, also im Fall der Tiefenkarte 432, die aus dem ersten Kalibrierbild bestimmt wird, einer Oberfläche des zu beobachtenden Objekts 418, und im Fall der Tiefenkarte 434, die aus dem zweiten Kalibrierbild bestimmt wird, eine im Gewebe 450 liegende Oberfläche des eingefärbten Bereichs 448.
Hieraus sind die in 12 schematisch dargestellten Abstände d₀ und d₁ bestimmbar. Es versteht sich, dass derartige Abstände punktweise bestimmbar sein. Die Tiefenkarten 432, 434 enthalten insbesondere punktweise Tiefeninformation, sodass bildpunktabhängig eine Korrektur durchgeführt werden kann.
Zu beachten ist, dass aufgrund von Streueffekten der Abstand d₁ aus dem zweiten Kalibrierbild 423 unter Berücksichtigung eines Streufaktors erfolgen kann. Aufgrund der Streueffekte kann sich aus der Stereorekonstruktion eine Tiefe für den eingefärbten Bereich 448 von d₀+x·d₁ ergeben, wobei x ein empirisch zu bestimmender Faktor zwischen 0 und 1 ist. Der Faktor x kann beispielsweise durch geeignete Kalibration empirisch bestimmt und dann von der Bildkorrektureinheit 426 berücksichtigt werden, um den tatsächlichen Abstandswert d₁ zu ermitteln.
Die Korrektur umfasst im vorliegenden Fall eine Berücksichtigung der obigen Gleichung, d. h. es werden sowohl Abstände als auch Abschwächungen berücksichtigt. Es ist dann durch Verwendung der beiden Tiefenkarten 432, 434 möglich, die Position des eingefärbten Bereichs 448 in dem Gewebe 450 zu bestimmen.
Anschließend kann ein Objektbild 424 des Objekts 418 aufgenommen werden. Dieses kann auf mehreren Einzelbildern beruhen und beispielsweise eine Überlagerungsdarstellung sein, auf der ein Weißlichtbild und ein Fluoreszenzbild überlagert dargestellt sind. Aufgrund der beschriebenen Abstands- und Abschwächungseffekte kann im Objektbild 424 der eingefärbte Bereich 448 deutlich blasser erscheinen, als dies der tatsächlichen Fluoreszenzemission entspricht. Die Bildkorrektureinheit 426 ist daher dazu eingerichtet, ein korrigiertes Objektbild 430 nach Maßgabe der Korrektur zu Erzeugen. In dem korrigierten Objektbild 430 wird vorliegende beispielsweise die Intensität des Fluoreszenzlichts, das von dem eingefärbten Bereich 448 stammt, nach Maßgabe der Korrektur erhöht dargestellt. Das korrigierte Objektbild 430 umfasst somit zumindest einen Bildbereich 436, der nach Maßgabe der Korrektur relativ zu einem anderen Bildbereich 437 bezüglich zumindest eines Parameters, wie beispielsweise eines Farbtons, einer Helligkeit und/oder einer Farbsättigung, verstärkt und/oder abgeschwächt ist. Der eingefärbte Bereich 448 ist dann trotz seiner Position innerhalb des Gewebes 450 für einen Benutzer gut erkennbar.
Das korrigierte Objektbild 430 kann einem Benutzer über eine schematisch dargestellte Anzeige 446 der Bildgebungsvorrichtung 410 ausgegeben werden.
19 zeigt ein weiteres Beispiel eines korrigierten Objektbilds 430. Um dem Benutzer zusätzlich die Information zur Verfügung zu stellen, wie tief im Gewebe 450 sich der eingefärbte Bereich 448 befindet, wird in diesem Fall der eingefärbte Bereich 448 mit einer wie oben beschrieben korrigierten Helligkeit/Intensität dargestellt, jedoch in Falschfarben gemäß einer Farbskala 452. Die Farbskala 452 enthält Information betreffend eine Tiefe des eingefärbten Bereichs 448 im Objekt 418. Die Farbskala 452 kann dem Benutzer angezeigt werden, sodass dieser der dargestellten Einfärbung des eingefärbten Bereichs 448 direkt eine bestimmte Tiefe entnehmen kann.
Unter Bezugnahme auf die obenstehenden Ausführungen zu einer multimodalen Beleuchtungsvorrichtung 12 ist allgemein zu verstehen, dass je nach verwendetem Farbstoff unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenmischungen als Beleuchtungslicht 416 verwendet werden können, um Kalibrierbilder aufzunehmen. Ferner kann auch mit einer Wellenlänge beleuchtet werden, bei der Farbstoffemission zu erwarten ist, um die Absorptionseigenschaften/Abschwächungseigenschaften des betrachteten Gewebes zu analysieren. Wird beispielsweise Indocyaningrün als Farbstoff verwendet, kann ein Kalibrierbild aufgenommen werden, indem Licht mit einer Wellenlänge von etwa 940 nm (vgl. viertes Leuchtelement 26) eingestrahlt wird. Es wird dann nicht, wie oben beschrieben, Fluoreszenzlicht detektiert, sondern remittiertes Licht. Eine auf diese Weise ermittelte Tiefenkarte gibt dann Aufschluss über die Eindringtiefe und das Absorptionsverhalten des betrachteten Gewebes in demjenigen Spektralbereich, in dem bei der späteren Objektbildgebung der Farbstoff emittiert.
Wird als Farbstoff beispielsweise Cy 5.5 verwendet, kann zur Ermittlung der für dessen Fluoreszenz maßgeblichen Absorption im Gewebe ein Kalibrierbild aufgenommen werden, bei dem dunkelrotes Licht eingestrahlt wird, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 770 nm (vgl. zweites Leuchtelement 22).
Alternativ oder zusätzlich kann ein Kalibrierbild, das Rückschlüsse auf eine Oberfläche des Objekts 418 gestattet, auch mittels monochromatischer und/oder schmalbandiger Beleuchtung erhalten werden. Auch können mehrere Kalibrierbilder in unterschiedlichen Spektralbereichen aufgenommen werden, um spektral abhängige Tiefenkarten zu erstellen.
20 veranschaulicht einen weiteren Anwendungsfall. Hierbei ist die Bildgebungsvorrichtung 410 zur multispektralen und/oder hyperspektralen Bildgebung eingerichtet. Derartige Bildgebung kann beispielsweise eingesetzt werden, um bestimmte Gewebeparameter zu messen, zum Beispiel eine Perfusion. Hierfür wird bei geeigneten Wellenlängen eine Intensität bestimmter Bildpunkte betrachtet, die mit bestimmten Gewebetypen wie beispielsweise Blutgefäßen assoziiert sind. Perfusionsmessungen können beispielsweise durchgeführt werden, indem Intensitäten bei 680 nm und 930 nm verglichen werden. Werden hierbei die obigen Effekte, die sich auf die detektierte Intensität auswirken, nicht berücksichtigt, können jedoch verfälschte Parameter ermittelt werden.
Die Bildgebungsvorrichtung 410 kann daher dazu eingerichtet sein, mehrere Kalibrierbilder 422-1, 422-2, 422-3, 422-4 für unterschiedliche Spektralbereiche aufzunehmen. Diese können beispielsweise erhalten werden, indem jeweils eines der oben beschriebenen Leuchtelemente 20, 22, 24, 26 als Beleuchtungslichtquelle verwendet wird, um ein entsprechendes Kalibrierbild aufzunehmen. Vorzugsweise werden dabei wieder Stereobilder aufgenommen.
Aus den Kalibrierbildern 422-1, 422-2, 422-3, 422-4 können beispielsweise mittels Stereorekonstruktion Tiefenkarten 432-1, 432-2, 432-3, 432-4 berechnet werden. Diese sind wiederum bestimmten Spektralbereichen zugeordnet. Die Tiefenkarten 432-1, 432-2, 432-3, 432-4 enthalten Information bezüglich einer mittleren Eindringtiefe des betreffenden Lichts. Zusätzlich kann ein Weißlichtbild oder ein Bild, für das kurzwelliges Beleuchtungslicht, beispielsweise blaues Licht, verwendet wird, als weiteres Kalibrierbild aufgenommen werden. Aus dem weiteren Kalibrierbild kann in der oben beschriebenen Weise eine weitere Tiefenkarte ermittelt werden, die aufgrund der geringen Eindringtiefe des Lichts zumindest im Wesentlichen einer Oberfläche des abzubildenden Objekts entspricht. Werden die Tiefenkarten 432-1, 432-2, 432-3, 432-4 jeweils von dieser weiteren Tiefenkarte subtrahiert, kann die mittlere Eindringtiefe im jeweiligen Spektralbereich abgeschätzt werden. Entsprechend können dann Absorptionsverluste im betrachteten Gewebe berücksichtigt werden.
Zusätzlich oder alternativ kann, wie oben beschrieben, ein Abstandsgesetz berücksichtigt werden, um Intensitätsverluste aufgrund eines Abstands von der Beleuchtungseinheit 412 in Betracht zu ziehen.
21 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur medizinischen Bildgebung. Der Ablauf des Verfahrens ergibt sich auch aus den obigen Ausführungen. Das Verfahren wird beispielsweise mittels der Bildgebungsvorrichtung 410 durchgeführt. Ein Schritt S41 umfasst ein Bereitstellen von Beleuchtungslicht 416 zur Beleuchtung eines abzubildenden Objekts 418. Ein Schritt S42 umfasst ein Aufnehmen zumindest eines Kalibrierbilds 422, 423 des abzubildenden Objekts 418. Ein Schritt S43 umfasst ein Aufnehmen zumindest eines Objektbilds 424 des abzubildenden Objekts 418. Ein Schritt S44 umfasst ein Bestimmen von Tiefeninformation aus dem Kalibrierbild 422, 423. Ein Schritt S45 umfasst ein Bestimmen einer Korrektur für das Objektbild 424, wobei die Korrektur eine Berücksichtigung einer Ortsabhängigkeit einer Lichtintensität von Beleuchtungslicht 416 und/oder einer Abstandsabhängigkeit einer Lichtintensität von Objektlicht 428 nach Maßgabe der Tiefeninformation umfasst. Ein Schritt S46 umfasst ein Erzeugen eines korrigierten Objektbilds 430 nach Maßgabe der Korrektur.
22 zeigt eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts 438 mit einem computerlesbaren Medium 440. Auf dem computerlesbaren Medium ist Programmcode gespeichert, der dazu eingerichtet ist, dann, wenn er in einem Prozessor ausgeführt wird, eine Durchführung eines und/oder sämtlicher der beschriebenen Verfahren zu bewirken.
Bezugszeichenliste

10: Bildgebungsvorrichtung
12: Beleuchtungsvorrichtung
14: Bildgebungsgerät
16: optische Schnittstelle
18: Beleuchtungseinheit
20: Leuchtelement
22: Leuchtelement
24: Leuchtelement
26: Leuchtelement
28: Leuchtelement
30: Strahlteiler
32: Strahlteiler
34: Eingangsseite
36: Eingangsseite
37: Eingangsseite
38: Eingangsseite
40: Eingangsseite
41: Eingangsseite
42: Ausgangsseite
44: Ausgangsseite
46: Filtereinheit
48: Filter
50: Filter
52: Filter
54: optischer Pfad
56: lichtemittierende Fläche
58: lichtemittierende Fläche
60: lichtemittierende Fläche
62: lichtemittierende Fläche
64: lichtemittierende Fläche
66: Steuerung
68: Kameraeinheit
70: Beobachtungsstrahlengang
72: Filtersensor
74: Anzeigeeinheit
76: Schaft
77: Optik
78: Linse
80: Linse
82: Linse
84: Linse
86: Linse
88: Linse
90: Strahlteilerelement
92: Strahlteilerelement
94: Strahlteilerelement
96: Strahlteilerelement
98: Transmissionsspektrum
100: Transmissionsspektrum
102: Transmissionsspektrum
104: Transmissionsspektrum
106: Lichtleiter
108: Bildgebungssensorik
110: Weißlichtsensor
112: Nah-IR-Sensor
114: Lichtweg
116: distaler Abschnitt
210: Filtereinheit
212: Filterantrieb
214: Benutzerschnittstelle
310: Basiseinheit
312: Wechselschaft
314: Wechselschaft
316: Bildgebungssystem
318: Kamera
320: Kamera
322: Filter
324: Filter
410: Bildgebungsvorrichtung
412: Beleuchtungseinheit
414: Lichtquelle
416: Beleuchtungslicht
418: Objekt
420: Bilderfassungseinheit
422: Kalibrierbild
423: Kalibrierbild
424: Objektbild
426: Bildkorrektureinheit
428: Objektlicht
430: korrigiertes Objektbild
432: Tiefenkarte
434: Tiefenkarte
436: Bildbereich
437: Bildbereich
438: Computerprogrammprodukt
440: Computerlesbares Medium
442: Objektiv
444: Bilderfassungssensorik
446: Anzeige
448: eingefärbter Bereich
450: Gewebe
452: Skala

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202014010558 U1 [0004]
DE 102020105458 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Accurate and efficient stereo processing by semi-global matching and mutual information" von Hirschmüller, 2005, IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. pp. 807-814 [0035]
Review of spectral imaging technology in biomedical engineering: achievements and challenges“ von Quingli Li et al. Erschienen in Journal of Biomedical Optics 18(10), 100901, Oktober 2013 [0083]
Medical hyperspectral imaging: a review“ von Guolan Lu und Baowei Fei, erschienen in Journal of Biomedical Optics 19(1), 010901, Januar 2014 [0083]

Claims

Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410), insbesondere Endoskopvorrichtung, Exoskopvorrichtung und/oder Mikroskopvorrichtung, umfassend: eine Beleuchtungseinheit (412) mit zumindest einer Lichtquelle (414), die dazu eingerichtet ist, Beleuchtungslicht (416) zur Beleuchtung eines abzubildenden Objekts (418) bereitzustellen; eine Bilderfassungseinheit (420), die dazu eingerichtet ist, zumindest ein Kalibrierbild (422, 423) des abzubildenden Objekts (418) aufzunehmen und zumindest ein Objektbild (424) des abzubildenden Objekts (418) aufzunehmen; und eine Bildkorrektureinheit (426), die eingerichtet ist zum: Bestimmen von Tiefeninformation aus dem Kalibrierbild (422, 423); Bestimmen einer Korrektur für das Objektbild (424), wobei die Korrektur eine Berücksichtigung einer Ortsabhängigkeit, insbesondere einer Abstandsabhängigkeit, einer Lichtintensität von Beleuchtungslicht (416) und/oder einer Abstandsabhängigkeit einer Lichtintensität von Objektlicht (428) nach Maßgabe der Tiefeninformation umfasst; und Erzeugen eines korrigierten Objektbilds (430) nach Maßgabe der Korrektur.
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410) nach Anspruch 1, wobei die Tiefeninformation zumindest eine Tiefenkarte (432, 434) umfasst.
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Bildaufnahme des Kalibrierbilds (422, 423) eine Detektion von remittiertem Licht umfasst.
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Bildaufnahme des Kalibrierbilds (422, 423) eine Detektion von Fluoreszenzlicht umfasst.
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungseinheit (412) dazu eingerichtet ist, in unterschiedlichen Beleuchtungsmodi betreibbar zu sein, in denen Beleuchtungslicht in unterschiedlichen Spektralbereichen bereitstellbar ist, und wobei die Bilderfassungseinheit (420) dazu eingerichtet ist, mehrere Kalibrierbilder (422, 423) aufzunehmen, deren Bildaufnahme auf unterschiedlichen Beleuchtungsmodi der Beleuchtungseinheit (412) beruht.
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bilderfassungseinheit (412) dazu eingerichtet ist, mehrere Kalibrierbilder (422, 423) in unterschiedlichen Spektralbereichen gleichzeitig und/oder sequenziell aufzunehmen, insbesondere unter Verwendung unterschiedlicher optischer Filter.
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Korrektur eine Abstandskorrektur umfasst, die auf einem Inversen einer Potenz einer Länge eines Lichtwegs beruht, insbesondere einer Länge eines Lichtwegs zwischen der Bilderfassungseinheit (420) und dem abzubildenden Objekt (418) und/oder eines Lichtwegs innerhalb des abzubildenden Objekts (418).
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Korrektur eine Absorptionskorrektur umfasst, die auf einer, insbesondere exponentiellen, Abschwächung von Licht entlang eines Lichtwegs mit einer Länge beruht, insbesondere einer Länge eines Lichtwegs innerhalb des abzubildenden Objekts (418).
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410) nach Anspruch 8, wobei die Absorptionskorrektur eine Abschwächung von Beleuchtungslicht (416) und/oder eine Abschwächung von Objektlicht (428) berücksichtigt.
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildkorrektureinheit (426) dazu eingerichtet ist, aus dem zumindest einen Kalibrierbild (422, 423) räumliche und/oder spektrale Eigenschaften, insbesondere Inhomogenitäten, der Beleuchtungseinheit (412) zu ermitteln und die ermittelten räumlichen und/oder spektralen Eigenschaften bei der Korrektur zu berücksichtigen.
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildkorrektureinheit (426) dazu eingerichtet ist, die Tiefeninformation anhand einer Stereorekonstruktion zu ermitteln.
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem korrigierten Objektbild (430) zumindest ein Bildbereich (436) nach Maßgabe der Korrektur relativ zu zumindest einem anderen Bildbereich (437) bezüglich zumindest eines Parameters, wie beispielsweise eines Farbtons, einer Helligkeit und/oder einer Farbsättigung, verstärkt und/oder abgeschwächt ist.
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (410) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungseinheit (412) und/oder die Bilderfassungseinheit (420) zur multispektralen Bildgebung eingerichtet ist.
Verfahren zur medizinischen Bildgebung, insbesondere mit einer medizinischen Bildgebungsvorrichtung (410) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: Bereitstellen von Beleuchtungslicht (416) zur Beleuchtung eines abzubildenden Objekts (418); Aufnehmen zumindest eines Kalibrierbilds (422, 423) des abzubildenden Objekts (418); Aufnehmen zumindest eines Objektbilds (424) des abzubildenden Objekts (418); Bestimmen von Tiefeninformation aus dem Kalibrierbild (422, 423); Bestimmen einer Korrektur für das Objektbild (424), wobei die Korrektur eine Berücksichtigung einer Ortsabhängigkeit einer Lichtintensität von Beleuchtungslicht (416) und/oder einer Abstandsabhängigkeit einer Lichtintensität von Objektlicht (428) nach Maßgabe der Tiefeninformation umfasst; und Erzeugen eines korrigierten Objektbilds (430) nach Maßgabe der Korrektur.
Programmcode, der dazu eingerichtet ist, dann, wenn er in einem Prozessor ausgeführt wird, eine Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 14 zu bewirken.
Computerprogrammprodukt (438), umfassend ein computerlesbares Medium (440), auf dem Programmcode nach Anspruch 15 gespeichert ist.