DE112007000561T5

DE112007000561T5 - Verfahren zum Beleuchten und Abbilden des Innendurchmessers eines Stents

Info

Publication number: DE112007000561T5
Application number: DE112007000561T
Authority: DE
Inventors: Daniel Napa Freifeld; John B. Vacaville Burnett
Original assignee: VISICON INSPECTION TECHNOLOGIE; Visicon Inspection Technologies Napa LLC
Current assignee: Electro Scientific Industries Inc
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2027-03-09
Also published as: GB0815307D0; US20070219615A1; GB2449194A; GB2449194B; WO2007103544A8; US9261465B2; WO2007103544A2; JP5166290B2; US7619646B2; JP2009529370A; US20100053317A1; WO2007103544A3; DE112007000561B4

Abstract

Optisches System, das zum Beleuchten und Abtasten einer Innenwand (2) eines Objekt (1) mit einer Innenbohrung wirksam ist, gekennzeichnet durch:
eine Lichtquelle (15);
einen Objektträger (5) mit einem Licht leitenden Bereich (7);
eine Bildaufnahmelinse (6);
eine Zeilenabtastkamera (8), wobei die Innenbohrung und der Licht leitende Bereich (7) mit einer zentralen optischen Achse der Bildaufnahmelinse (6) axial fluchtend angeordnet sind; und
einen Antriebsmechanismus (12), der mit dem Objekt (1) zusammenwirkt, ohne die axiale Ausrichtung mit einem Drehcodierer zu beeinflussen, der mit dem Antriebssystem (12) zusammenwirkt und eine elektrische Schaltung ansteuert, die in der Lage ist, die Zeilenabtastkamera (8) in Abhängigkeit von einer Rotationsbewegung des Objekts (1) auszulösen und dadurch ein Zeile um Zeile aufgebautes Bild der Innenbohrung zu erzeugen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Abtast- und Beleuchtungssysteme und -verfahren für die automatisierte optische Kontrolle. Im Spezielleren betrifft die vorliegende Erfindung Systeme und Verfahren zum Beleuchten und Überprüfen der Innenbohrung eines Stents oder einer anderen rohrförmigen oder konischen Vorrichtung mit einer inneren Bohrung, wobei es sich bei der inneren Bohrung entweder um ein Durchgangsloch oder um eine Blindbohrung handeln kann.
Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
Stents sind kleine Rohre aus Drahtgeflecht, die zum Offen halten von beschädigten Arterien sowie anderen Fluidkanälen in einem menschlichen Körper verwendet werden. Der kritische Einsatz dieser Vorrichtungen sowie die kleine Größe von diesen erfordert eine Herstellung der Stents mit den höchstmöglichen Qualitätsstandards.
Mit einem Ballon expandierbare Stents sind während des Aufweitvorgangs empfindlich für Beschädigung. Eine scharfe Kante kann den unter hohem Druck stehenden Ballon durchstoßen und dadurch ein Mißlingen des Entfaltungsvorgangs verursachen. Ferner führen Arterien und Gefäße in dem Körper Biegebewegungen aus, und ein entfalteter Stent muss sich an diese anpassen. Herstellungsdefekte können zu einem Schwächungspunkt in dem Stent führen, der anfällig für Ermüdung und Versagen ist, wenn dieser Schwächungspunkt wiederholt in dem Gefäß gebogen wird. Wenn ein Bereich des Stents abbricht und sich durch den Blutstrom bewegt, besteht ferner für den Patienten das Risiko eines Schlaganfalls, wenn sich dieses abgebrochene Stück zum Gehirn bewegt und sich in einer Arterie ablagert.
In Anbetracht der Möglichkeit für einen katastrophalen Defekt ist eine rigorose Überprüfung des Stents vor dem Aufweit- bzw. Entfaltungsvorgang notwendig. In der Industrie erfolgt eine visuelle Überprüfung von Stents seit Alters durch Bedienungspersonen unter Verwendung eines Mikroskops mit einer 40- bis 80-fachen Vergrößerung. Die Stents werden typischerweise zwischen zwei Rollen platziert und unter dem Mikroskop rotationsmäßig bewegt, während die Bedienungsperson die Stents beobachtet. Ein automatisiertes Kontrollsystem zum Messen der Abmessungen eines Stents und zum inspizieren der äußeren Oberflächen ist in dem US-Patent 6,606,403 "Wiederholbares Kontrollsystem mit intelligenten Werkzeugen" offenbart.
Unter Zusammenfassung des derzeitigen Standes der Technik sowie seiner Mängel ist es zur Schaffung eines automatisierten Inspektionsverfahrens erforderlich, ein vollständiges Bild des Stents mit guter Schärfe und deutlichem Kontrast rasch aufzunehmen. Der derzeitige Stand der Technik besteht in der Verwendung eines Stereomikroskops, wie z. B. dem Olympus SZ40 sowie Ringbeleuchtung. Der Stent wird zwischen zwei Rollen platziert und von Hand rotationsmäßig bewegt. Die Beleuchtung erfolgt von oben mittels eines Lichtleiter-Ringlichts. Es kann zwar eine Videokamera zusammen mit einem derartigen Mikroskop verwendet werden, doch bei der Rotationsbewegung des Stents zwischen den Rollen dreht sich dieser nicht immer gleichmäßig, so dass sich dieser in Fokus und außer Fokus bewegen kann bzw. scharf und unscharf werden kann. Bedienungspersonen nehmen häufig eine Justierung der Bildschärfetaste des Mikroskops vor, um dieser Situation Rechnung zu tragen, doch für ein automatisches Verfahren wäre dies schwierig und zeitaufwendig. Aus diesem Grund müssen Systeme und Verfahren zum rotationsmäßigen Bewegen des Stents in einer gut definierten und feststehenden Geometrie entwickelt werden, so dass der Stent stets im Fokus bleibt.
Weiterhin können Videokameras, die in Verbindung mit Mikroskopen verwendet werden können, generell nur einen sehr geringen Anteil des Stents zu ei nem jeweiligen Zeitpunkt fokussieren. Zum Abbilden von allen Bereichen des Stents mit einer derartigen Vorgehensweise, wäre eine sehr große Anzahl von Einzelbildern erforderlich. Der Zeitaufwand zum Herstellen von diesen wäre nicht praktikabel. Es besteht daher ein Bedarf für ein Verfahren zum Erzeugen eines vollständigen Bildes des Innendurchmessers des Stents innerhalb von nur einigen wenigen Sekunden. Der derzeitige Stand der Technik verwendet ferner eine Ringbeleuchtung, die den oberen äußeren Durchmesser des Stents sowie den Innendurchmesser beleuchtet und somit ein verwirrendes Bild mit übermäßig grellem Licht erzeugt.
Es besteht weiterhin ein Bedarf für ein automatisiertes System und ein automatisiertes Verfahren zum Beleuchten und Abbilden der Innenbohrung eines Stents, um dadurch die Überprüfung dieser Innenbohrung zu erleichtern.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf ein optisches System gerichtet, das zum Beleuchten und Abtasten einer Innenwand eines Objekts mit einer Innenbohrung wirksam ist. Dieses System beinhaltet eine Lichtquelle, einen Objektträger mit einem Licht leitenden Bereich, eine Bildaufnahmelinse sowie eine Zeilenabtastkamera. Die Innenbohrung und der Licht leitende Bereich des Objektträgers sind mit einer zentralen optischen Achse der Bildaufnahmelinse axial fluchtend angeordnet. Ein Antriebsmechanismus tritt mit dem Objekt in Eingriff, ohne die axiale Ausrichtung zu beeinträchtigen.
Verschiedene Gesichtspunkte dieses optischen Systems beinhalten ein rotierendes Rad oder eine transparente Platte als Antriebsmechanismus. Bei dem Objektträger kann es sich um eine opake Stange mit einem Licht leitenden Bereich oder um eine transparente Stange handeln. Eine diesem optischen System zugeordnete Elektronik beinhaltet einen Drehcodierer, der mit dem Antriebssystem zusammenwirkt, um eine elektrische Schaltung anzusteuern, die in der Lage ist, die Zeilenabtastkamera in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung des Objekts auszulösen, um dadurch ein Zeile für Zeile aufgebautes Bild von der Innenbohrung zu erzeugen, wobei die mit einem Abbildungssystem auf Computerbasis verbundene Zeilenabtastkamera die Identifizierung von kosmetischen und funktionsmäßigen Herstellungsfehlern bewirkt.
Eine Verwendung für das optische System besteht in der Beleuchtung und der Kontrolle von Stents.
Die Details von einem oder mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung sind in den Begleitzeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben. Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Beleuchtung einer inneren Seitenwand eines Stents gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 einen Strahlteiler, der im Inneren eines Schlitzrohres angebracht ist, um für eine vollständigere Beleuchtung der inneren Seitenwand des Stents zu sorgen;
3 eine Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels unter Verwendung einer ebenen Bühne zum antriebsmäßigen Bewegen des Stents um die Schlitzstange herum;
4 eine Darstellung einer weiteren Alternative unter Verwendung von zwei Paaren von Antriebsrollen, die eine transparente Bühne bewegen, während sie den Stent festhalten und rotationsmäßig bewegen;
5 eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels, das drei Antriebsrollen zum Festlegen und rotationsmäßigen Bewegen des Stents verwendet; und
6 eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels zum rotationsmäßigen Bewegen eines Stents.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet eine Linearkamera, eine Aufnahmelinse mit größerer Fläche mit einer relativ geringen Schärfentiefe sowie eine Antriebsvorrichtung zum rotationsmäßigen Bewegen eines Stents an einer feststehenden Stelle im Raum, um dadurch den Innendurchmesser über das Betrachtungsfeld klar fokussiert zu halten. Diese Aufnahmelinse ist vorzugsweise wirksam, um einen beträchtlichen Bereich des Stents entlang seiner axialen Länge, typischerweise 10 mm oder mehr, abzubilden. Ein Codierer ist an der Rotationsantriebsvorrichtung angebracht und wird zum Auslösen der Kamera verwendet. Eine Beleuchtungsquelle ist geometrisch konfiguriert, um das Aufbringen von Licht auf einen oberen äußeren Durchmesser des Teils zu vermeiden. Die numerische Apertur der Aufnahmelinse ist mindestens ebenso groß wie die von derzeitigen manuellen Mikroskopen (NA = 0,1 oder höher), und zwar zu dem Zweck, den Außendurchmesser unscharf zu machen, während der Innendurchmesser scharf ist. Das Resultat dieser optischen Konfiguration ist ein ebenes abgewickeltes Bild des Innendurchmessers des Stents. Dieses Bild wird dann qualitätsmäßig analysiert, und zwar unter Verwendung von Graustufen-Bildverarbeitungstechniken, wie diese auf einem Image Processing Board verfügbar sind, wie z. B. dem Odyssey von Matrox Imaging, Montreal, Kanada.
Ein Gesichtspunkt dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Antriebsvorrichtung den Stent in wirksamer Weise rotationsmäßig bewegt, während sie eine unbehinderte Sicht auf den Innendurchmesser des Stents liefert. Hierfür wird eine Anzahl von verschiedenen Verfahren beschrieben. Ein Verfahren besteht in der Anbringung des Stents an einer durchsichtigen Stange oder einem durchsichtigen Rohr sowie in der Verwendung eines korrigierenden zylindrischen optischen Elements zum Umkehren von jeglicher durch die Stange oder das Rohr verursachter optischer Verzerrung. Ein weiteres Verfahren besteht in der Anbringung des Stents an einer geschlitzten Metallstange sowie in der antriebsmäßigen Bewegung von diesem um diese Stange herum mittels ei ner nachgiebigen Rolle oder eines Gleitmechanismus. Die Kamera kann dann den Innendurchmesser des Stents abbilden, indem die Betrachtung durch diesen Schlitz stattfindet. Zum Verbessern des Bildes kann dann, wenn der Antriebsmechanismus teilweise transparent oder lichtdurchlässig ist, die Beleuchtung durch den Antriebsmechanismus nach oben geschickt werden, und Licht kann von einem Bereich der geschlitzten Stange reflektiert werden. Diese Verfahrensweise erreicht das erwünschte Ziel, nur den Innendurchmesser des Stents, jedoch nicht den Außendurchmesser zu beleuchten.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in der Festlegung des Stents in fester Weise gegen zwei Rollen mittels einer dritten Rolle oder mittels einer durchsichtigen Platte, die sich synchron mit dem sich drehenden Stent bewegt. Zwei der Rollen könnten als Reflektoren verwendet werden, um Licht auf den Innendurchmesser des Stents zu leiten, ohne dass dieses auf die Oberfläche des Außendurchmessers auftrifft.
1 veranschaulicht ein erstes System zum Beleuchten eines Innendurchmessers (ID) eines Stents 1, während eine Beleuchtung des Außendurchmessers (OD) des Stents vermieden wird. Die Beleuchtung des Außendurchmessers führt zur Erzeugung von beträchtlichem Streulicht, das die Bildqualität und den Kontrast beeinträchtigt. Der Stent 1 ist auf einer starren Schlitzstange 5 angebracht. Ein typischer kardiovaskulärer Stent 1 besitzt einen Innendurchmesser von ca. 1,5 mm, und die Schlitzstange 5 hat einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner als der genannte Innendurchmesser ist, so dass der Stent 1 nicht kollabiert, jedoch die Rotationsbewegung des Stents 1 keine Rotationsbewegung der Schlitzstange 5 hervorruft. Nominal ist der Außendurchmesser der Schlitzstange 5 um 0,1 mm kleiner als der Innendurchmesser des Stents 1. Eine Linse 6 weist eine Schärfentiefe auf, die zum Abbilden einer Innenwand 2 des Stents 1 auf einer Zeilenabtastkamera 8 wirksam ist, ohne dabei auch den größeren Außendurchmesserbereich des Stents zu fokussieren. Eine Antriebsvorrichtung, wie z. B. ein drehbares Antriebsrad 12, tritt mit dem Stent 1 in Berührung und bewirkt die Rotationsbewegung des Stents um die Schlitzstange 5 herum mit einer gewünschten Geschwindigkeit. Licht von eine Lichtquelle 15 tritt durch einen lichtdurchlässigen Bereich 16 des Antriebsrads 12 hindurch.
Ein opaker Vorsprung 18 blockiert exzessives Licht von der Lichtquelle 15, das ansonsten für zu viel Kontrast bei der Zeilenkamera 8 sorgen würde.
Die Schlitzstange 5 ist vorzugsweise aus einem starren, opaken Material gebildet, wie z. B. Metall. Die Schlitzstange ist in einer feststehenden Distanz von der Zeilenabtastkamera 8 und der Linse 6 gehaltert. Die in ihrer Position festgelegte Schlitzstange 5 weist einen Schlitz 7 auf, der sich axial über eine Länge erstreckt, die in etwa gleich dem Betrachtungsfeld der Linse ist, wobei dieser Wert nominal 15 mm beträgt. Der Schlitz 7 ermöglicht der Zeilenabtastkamera 8 die Sicht durch den Schlitz 7 hindurch sowie die Aufnahme eines Bildes von dem Innendurchmesser des Stents 1. Während der Schlitz zylindrisch ausgebildet sein kann oder eine beliebige gewünschte Formgebung aufweisen kann, ist die Form einer Sanduhr oder eine andere Form, die zum Schaffen von nach innen gerichteten Seitenwänden wirksam ist, um damit Licht von der Lichtquelle zu empfangen und zu reflektieren, bevorzugt. Die Formgebung einer Sanduhr ist dadurch gebildet, dass der Schlitz einen maximalen Durchmesser an den Oberflächen der Stange aufweist und sich dann zu einem Minimum an einer Stelle im Inneren der Schlitzstange verjüngt. Wie in 1 gezeigt ist, müssen die maximalen Durchmesser nicht auf beiden Seiten der Stange gleich sein, und auch die Verjüngungsrate muss nicht in ähnlicher Weise ausgebildet sein, so dass sich die Stelle des minimalen Durchmessers nicht unbedingt im Zentrum der Stange befindet. Vorzugsweise ist die Stelle des minimalen Durchmessers der Schlitzstange 5 wesentlich näher bei dem Boden der Stange als der Oberseite angeordnet, so dass dieser Bodenbereich die Wirkung eines Reflektors für von der Quelle 15 durch das drehbare Antriebsrad 12 hindurch gehendes Licht hat.
Während die bevorzugte Schlitzstange aus einem starren opaken Material gebildet ist, könnte die Herstellung der Schlitzstange ebenso gut auch aus einem klaren oder lichtdurchlässigen Material, wie z. B. Keramik oder Quarz, erfolgen. Wenn das Licht von einem beliebigen Winkel darauf gerichtet wird, würde eine solche Stange an sich zu einer leuchtenden Lichtquelle werden. Während dies zum Erreichen der Zielsetzung führen würde, dass ein feststehender Dorn geschaffen wird, der eine Beleuchtung nur an dem Innendurchmesser eines Stents, jedoch nicht an dem Außendurchmesser vorsieht und den abgebildeten Innendurchmesser in einer exakten Position in Bezug auf die Kamera angeordnet hält, besteht doch die Wahrscheinlichkeit, dass es sich hier um eine schwierig herzustellende Stange handelt, die auch in einer Herstellungsumgebung wahrscheinlich eine geringere Lebensdauer aufweist.
Zum rotationsmäßigen Bewegen des Stents 1 um die feststehende Stange 5 wird ein Motor betriebenes Rad 12, das vorzugsweise mit einer nachgiebigen Beschichtung 14, typischerweise Gummi, bedeckt ist, mit dem Stent 1 in Kontakt gebracht. Vorzugsweise tritt das Antriebsrad 12 mit dem Stent an einer Stelle in Berührung, die mit dem Schlitz 7 fluchtet. Dies führt zur Schaffung einer gut ausgerichteten Stelle zum Aufnehmen des Stent-Bildes in einer feststehenden Distanz von der Linse 6, um dadurch der geringen Schärfentiefe einer Linse 6 mit hoher numerischer Apertur (NA) Rechnung zu tragen. Diese numerische Apertur ist typischerweise größer als 0,1. Das Antriebsrad 12 beinhaltet einen Codierer, der mit einer Bewegungssteuerung kommuniziert, die z. B. die gespeicherten Werte von a) dem Durchmesser des Antriebsrads, b) dem Durchmesser des Stents und c) der Auflösung des Codierers verarbeitet, um die angemessenen Zeiten zum Auslösen der Zeilenabtastkamera zum Aufnehmen einer Zeile und zum Schaffen von im Wesentlichen quadratischen Pixeln zu berechnen.
Vorzugsweise hat das Antriebsrad 12 einen wesentlich größeren Durchmesser als der Stent 1, und zwar nominal zumindest um einen Faktor von 3 bis 1. Ein Bereich 16 des Antriebsrads ist im Wesentlichen lichtdurchlässig, so dass Licht durch das Antriebsrad 12 hindurch übertragen werden kann und auf den Schlitz 7 der feststehenden Schlitzstange 5 auftreffen kann. Indem der Durchmesser des Antriebsrads 12 wesentlich größer ist als der Durchmesser des Stents, kann der Stent um 360° rotationsmäßig bewegt werden, während er mit dem im Wesentlichen lichtdurchlässigen Bereich 16 des Antriebsradumfangs in Berührung steht. Die Innenseite des Schlitzes 7, die dem lichtdurchlässigen Bereich 16 benachbart ist, weist entlang ihrer axialen Länge eine konkave Formgebung auf. Diese konkave Formgebung sammelt Licht und leitet dieses auf die Innenwand 2 des Stents 1. Diese Vorgehensweise vermeidet das Aufstrahlen von Licht auf den oberen äußeren Durchmesser 3 des Stents. Wenn die Beleuchtung zu dem Stent 1 von der der Kamera 8 benachbarten, entgegenge setzten Seite her durch den Schlitz 7 stattfinden würde, käme es zu einem übermäßigen Reflektieren von Streulicht von dem oberen äußeren Durchmesser 3 des Stents 1 in die Linse.
Eine Zeilenabtastkamera 8, wie z. B. die P2 6k, hergestellt von Dalsa Corporation of Waterloo, Ontario, Kanada, ist dazu ausgebildet, ein Zeile für Zeile aufgebautes Bild von der inneren Seitenwand 2 des Stents 1 zu erzeugen. Zum Abbilden der Innenwand 2 wird eine Linse 6 mit einer ausreichend hohen numerischen Apertur verwendet, um die innere Seitenwand des Stents 1 zu fokussieren, während der näher bei der Linse 6 befindliche Außendurchmesser 3 des Stents unscharf belassen bleibt. Je höher die numerische Apertur ist, desto geringer ist die Schärfentiefe, und daher muss das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung den Stent ausreichend starr halten, um den Stent trotz der allgemein geringeren Schärfentiefe einer solchen Linse gut fokussiert zu halten.
Exemplarisch für die numerische Apertur und die resultierende mechanische Genauigkeit, mit der der Stent 1 in dem Betrachtungsfeld der Zeilenabtastkamera 8 rotationsmäßig bewegt werden sollte, wird ein typischer kardiovaskulärer Stent mit einem Durchmesser von 1,5 mm herangezogen. Es sei angenommen, dass eine Kamera und die Linse nach unten auf den Stent blicken, der flach auf einer Oberfläche liegt. Damit die Oberseite des Stents, der Außendurchmesser, dann ausreichend unscharf bleibt, um in keinerlei Weise das Bild von dem unteren inneren Durchmesser zu verzerren, muss die Schärfentiefe in der Größenordnung von 5% von diesem Durchmesser von 1,5 mm oder bei 0,075 mm liegen. Die tatsächliche Geometrie des jeweiligen Stents hat Einfluss auf diesen Prozentsatz. Je dichter der Stent ist, desto geringer muss die Schärfentiefe sein, um einen Vignettierungseffekt von dem oberen äußeren Durchmesser zu vermeiden, jedoch scheint ein längenmäßiger Wert von 5% von dem Durchmesser ein angemessener Wert für die meisten Stents zu sein. Bei Verwendung der herkömmlichen Formeln für die Schärfentiefe: Schärfentiefe = 1/NA2 erhält man für eine Schärfentiefe von 75 μm = 1/NA², NA = 0,11. Für ein dichteres Teil ist eine Schärfentiefe näher bei 25 μm erforderlich. Dies ergibt eine NA der Linse von 0,2. Ein Gesichtspunkt dieses Systems besteht dann in einer mechanischen Rotationsbewegung des Stents unter einer Zeilenabtastkamera sowie einer exakten Ausrichtung des sich bewegenden Stents unter der Kamera und der Linse auf einen Wert innerhalb von 25 bis 75 μm. Ein wirksames System für eine mechanische Rotationsbewegung ist eine Rotationsstufe vom Typ ADRS-100, hergestellt von Aerotech Inc., Pittsburgh, PA. Das rotierende Antriebsrad 12 kann an einer mechanischen Bühne angebracht werden und derart ausgerichtet werden, dass es innerhalb des Brennpunkts der Linse genau läuft. Die Schlitzstange 5 kann an einer Anordnung starr angebracht werden, die die Linse 6 und die Kamera 8 hält, so dass die Schlitzstange 5 exakt mit der Kamera 8 und der Linse 6 fluchtend angeordnet werden kann und diese drei Gegenstände derart festgelegt werden können, dass der Innendurchmesser des Stents zu allen Zeiten fokussiert gehalten bleibt. Auch können diese drei Gegenstände in Form eines einzigen mechanischen Pakets allesamt von dem Antriebsrad 12 weg bewegt werden, um ein Bestücken der Schlitzstange sowie ein Lösen von der Schlitzstange zu ermöglichen.
Eine weitere Verbesserung des Systems besteht in einem opaken Vorsprung 18, wie z. B. einer dünnen Metallstange, in einer Anordnung zwischen der Lichtquelle 15 und dem Antriebsrad 12 im Wesentlichen parallel zu der feststehenden Schlitzstange 5. Der opake Vorsprung 18 blockiert direkte Strahlen von der Lichtquelle 15, die sich ansonsten ungehindert in Richtung auf die Zeilenabtastkamera 8 bewegen würden. Diese ungehinderten Strahlen würden einen zu hohen Kontrast zwischen Materialbereichen an den inneren Seitenwänden des Stents sowie offenen Bereichen hervorrufen. Ein derartiger hoher Kontrast würde Kamera-Blooming bzw. Ausblühen hervorrufen. Ein alternatives Verfahren zum Vermeiden von übermäßigem Kontrast besteht darin, die Lichtquelle in zwei separate Elemente zu trennen, die jeweils geringfügig von der optischen Hauptachse entfernt angeordnet sind und auf die Reflexionsbereiche am Boden des Schlitzrohrs gerichtet sind.
2 zeigt einen Strahlteiler 4, der im Inneren der Schlitzstange 5 angebracht ist, um für eine vollständigere Beleuchtung der Innenwand 2 des Stents 1 zu sorgen. Der Strahlteiler 4, für den ein partiell reflektierender Spiegel exemplarisch genannt wird, im Inneren des Schlitzes 7 reflektiert einige Strahlen des durch das Antriebsrad 12 übertragenen Lichts auf den Stent 1 und sorgt für eine vollständigere und gleichmäßigere Beleuchtung. Eine geringfügig kompliziertere Ausführungsform dieser Vorgehensweise unter Verwendung eines Strahlteilers besteht in der Platzierung des Strahlteilers 4 in dem Schlitz 7 sowie in der Ausbildung eines zusätzlichen, zweiten Schlitzes 9 in der Stange 5 rechtwinklig zu dem ersten Schlitz für den alleinigen Zweck, dem Strahlteiler 4 Licht von der Seite her zuzuführen.
3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, in dem eine ebene Bühne, wie z. B. eine durchsichtige Platte 11 zum antriebsmäßigen Bewegen des Stents 1 um die Schlitzstange 5 herum verwendet wird. Die ebene Bühne 11 ist linear beweglich und ersetzt das rotierende Antriebsrad. Ein Vorteil bei dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die Berechnung der Kameraauslöse-Impulsrate vereinfacht ist. Ein zweiter Vorteil besteht darin, dass ein flaches Glaselement, das mit einer dünnen Schicht aus einem nachgiebigen, lichtdurchlässigen Material beschichtet ist, als Treiber für die Stent-Rotationsbewegung verwendet werden kann. Einen kleineren Nachteil kann man in dem Vorhandensein eines großen mechanischen Objekts in unmittelbarer Nähe zu der starren Stange sehen, wodurch das Bestücken und Abnehmen des Stents für die Bedienungsperson komplizierter werden könnte.
Weitere Einrichtungen zum rotationsmäßigen Bewegen des Stents unter der Linse mit hoher numerischer Apertur zusammen mit der Fähigkeit zum Halten des Stents in der angemessenen Distanz von der Linse mit ausreichender Genauigkeit können von den Fachleuten vorgeschlagen werden. Einige dieser Vorgehensweisen seien im Folgenden an dieser Stelle genannt.
6 veranschaulicht ein Verfahren, bei dem zuerst der Stent auf einem optisch klaren bzw. durchsichtigen zylindrischen Rohr oder im Inneren eines optisch klaren bzw. durchsichtigen Rohrs 20 platziert wird. Ein zylindrisches Linsenelement 21 kann dann als Teil der Aufnahmelinse verwendet werden, um jegliche optische Verzerrung zu kompensieren, die durch die Stange oder das Rohr bedingt ist. Die durchsichtige Stange oder das durchsichtige Rohr können dann durch einen Motor unterhalb der Kamera und der Linse rotationsmäßig bewegt werden, und es kann ein Bild erzeugt werden. Licht kann dann von beiden Seiten des durchsichtigen Rohrs oder der durchsichtigen Stange von Lichtquellen 15 auf den Innendurchmesser des Stents gerichtet werden, so dass die Oberseite des Außendurchmessers des Stents von solchem Licht verschont werden kann sowie inhärentes Streulicht aufgrund einer solchen Beleuchtung dieses Abschnitts des Stents vermieden werden kann.
Ein üblicherweise verwendeter Antriebsmechanismus zum rotationsmäßigen Bewegen eines Stents unter einem manuellen Mikroskop besteht in einem Paar von zueinander entgegengesetzt rotierenden Rollen. Typischerweise weisen diese Rollen mindestens das Dreifache des Durchmessers des Stents auf, so dass der Stent tendentiell zwischen den Rollen aufgenommen wird. Nach der Verarbeitung und der manuellen Handhabung können Stents gelegentlich eine Form annehmen, die nicht perfekt zylindrisch ist. In einem solchen Fall würde sich die innere Seitenwand des Stents nicht mit dem gewünschten Ausmaß an Genauigkeit drehen, das für die vorstehend beschriebene Linse mit hoher numerischer Apertur erforderlich ist. Zum Erzielen dieses Ausmaßes an Platzierungsgenauigkeit, dreht gemäß der Darstellung in 4 ein erstes Paar von Antriebsrollen 23 den Stent 1 unter dem Betrachtungsfeld der Zeilenabtastkamera 8. Ein zweites Paar von Antriebsrollen 25 bewegt die transparente ebene Bühne 11 in synchroner Weise unter Festlegung und rotationsmäßiger Bewegung des Stents 1. Die transparente ebene Bühne, wie z. B. ein sich bewegendes Deckglas, ist durch das zweite Paar der Antriebsrollen 25 abgestützt, die sich in synchroner Bewegung mit den den Stent rotationsmäßig bewegenden Rollen bewegen. Das zweite Paar der Antriebsrollen 25 befindet sich auf einer wirksamen Höhe in Bezug auf das erste Paar von Antriebsrollen 23, so dass eine geringfügige Kompression auf den Stent 1 aufgebracht wird. Diese Kompression hält den sich drehenden Stent in guter Ausrichtung in Bezug auf die Schärfentiefe der Linse 6.
Ein alternativer Ansatz unter Verwendung von Rollen ist in 5 dargestellt. Drei Rollen 33 legen den Stent 1 fest, wobei jede Rolle 33 einen leichten Druck auf den Stent ausübt und diesen unter der Linse 6 mit der angemessenen Genauigkeit in Ausrichtung hält. Eine oder mehrere Lichtquellen 15 reflektieren Licht von den Oberflächen der Rollen 33, um die innere Seitenwand 2 des Stents zu beleuchten. Die Geometrie der Rollen 33 und der Lichtquellen 15 ist derart, dass keinerlei Licht von diesen Quellen auf die obere Außendurchmesser-Oberfläche des Teils auftrifft.
Vorstehend sind ein oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden. Dennoch versteht es sich, dass verschiedene Modifikationen im Sinne und im Umfang der Erfindung vorgenommen werden können. Daher liegen weitere Ausführungsformen im Umfang der nachfolgenden Ansprüche.
Zusammenfassung
Ein optisches System ist zum Beleuchten und Abtasten einer Innenwand (6) eines Objekts (1) mit einer Innenbohrung, wie z. B. einem Stent, wirksam. Das System beinhaltet eine Lichtquelle (15), einen Objektträger (5) mit einem Licht leitenden Bereich (7), eine Bildaufnahmelinse (6) sowie eine Zeilenabtastkamera (8). Die Innenbohrung und der Licht leitende Bereich (7) des Objektträgers (5) sind mit einer zentralen optischen Achse der Bildaufnahmelinse (6) axial fluchtend angeordnet. Ein Antriebsmechanismus (12) wirkt mit dem Objekt (1) zusammen, ohne die axiale Ausrichtung zu beeinflussen. Verschiedene Aspekte dieses optischen Systems beinhalten ein rotierendes Rad oder eine transparente Platte als Antriebsmechanismus. Bei dem Objektträger (5) kann es sich um eine opake Stange mit einem Licht leitenden Bereich (7) oder um eine transparente Stange handeln. Eine diesem optischen System zugeordnete Elektronik beinhaltet einen Drehcodierer, der mit dem Antriebssystem (12) zusammenwirkt, um eine elektrische Schaltung anzusteuern, die in der Lage ist, die Zeilenabtastkamera (8) in Abhängigkeit von einer Rotationsbewegung des Objekts (1) auszulösen, um dadurch ein Zeile um Zeile aufgebautes Bild von der Innenbohrung zu erzeugen, wobei die Zeilenabtastkamera (8) mit einem Abbildungssystem auf Computerbasis verbunden ist, das zum Identifizieren von kosmetischen und funktionalen Herstellungsdefekten wirksam ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6606403 [0004]

Claims

Optisches System, das zum Beleuchten und Abtasten einer Innenwand (2) eines Objekt (1) mit einer Innenbohrung wirksam ist, gekennzeichnet durch: eine Lichtquelle (15); einen Objektträger (5) mit einem Licht leitenden Bereich (7); eine Bildaufnahmelinse (6); eine Zeilenabtastkamera (8), wobei die Innenbohrung und der Licht leitende Bereich (7) mit einer zentralen optischen Achse der Bildaufnahmelinse (6) axial fluchtend angeordnet sind; und einen Antriebsmechanismus (12), der mit dem Objekt (1) zusammenwirkt, ohne die axiale Ausrichtung mit einem Drehcodierer zu beeinflussen, der mit dem Antriebssystem (12) zusammenwirkt und eine elektrische Schaltung ansteuert, die in der Lage ist, die Zeilenabtastkamera (8) in Abhängigkeit von einer Rotationsbewegung des Objekts (1) auszulösen und dadurch ein Zeile um Zeile aufgebautes Bild der Innenbohrung zu erzeugen.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (1) zwischen der Lichtquelle (15) und der Bildaufnahmelinse (6) angeordnet ist und die Bildaufnahmelinse (6) zwischen dem Objekt (1) und der Zeilenabtastkamera (8) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmelinse (6) eine Schärfentiefe aufweist, die ausreichend gering ist, damit eine Außenwand (3) des Objekts (1) unscharf ist, während eine entgegengesetzte Innenwand (2) des Objekts (1) fokussiert ist.
Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmelinse (6) eine numerische Apertur von mindestens 0,1 aufweist.
Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Objektträger (5) um eine opake Stange handelt und es sich bei dem Licht leitenden Bereich um einen sich durch diese hindurch erstreckenden ersten Schlitz (7) handelt.
Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schlitz (7) nach innen gerichtete Seitenwände aufweist, die zum Aufnehmen und Reflektieren von Licht von der Lichtquelle (15) wirksam sind.
Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlteiler (4), der zum Reflektieren von Licht von der Lichtquelle (15) zu der Innenwand (2) wirksam ist, in dem ersten Schlitz (7) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Schlitz (9), der im Wesentlichen rechtwinklig zu dem ersten Schlitz (7) angeordnet ist, für die Bereitstellung von zusätzlichem Licht zu dem Strahlteiler (4) zum Reflektieren auf die Innenwand (2) wirksam ist.
Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antriebssystem (12) um ein rotierendes Rad handelt, das mit dem Objekt (1) in Kontakt steht.
Optisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Rad (12) eine Licht leitende Durchgangsöffnung (16) in axialer Ausrichtung mit der Innenbohrung aufweist.
Optisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Rad (12) einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Objekts (1).
Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antriebssystem um eine Licht leitende Platte (11) handelt, die linear beweglich ist.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmelinse (6) zwischen dem Objekt (1) und der Zeilenabtastkamera (8) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmelinse (6) eine Schärfentiefe aufweist, die ausreichend gering ist, damit eine Außenwand (3) des Objekts (1) unscharf ist, während eine entgegengesetzte Innenwand (2) des Objekts (1) fokussiert ist.
Optisches System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmechanismus (12) eine Lichtleitplatte (11) aufweist, die zwischen der Lichtquelle (15) und dem Objekt (1) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (1) zwischen mindestens zwei Rollen (23) und der Lichtleitplatte (11) unter Kompression festgelegt ist.
Optisches System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (1) zwischen mindestens drei Rollen (33) unter Kompression festgelegt ist.
Optisches System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen von einer oder mehreren der mindestens drei Rollen (33) Licht reflektierend sind.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Objektträger (20) Licht leitend ist.
Optisches System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Objektträger (20) um eine Licht leitende Stange handelt.
Optisches System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein zylindrisches Linsenelement (21) zwischen dem Objekt (1) und der Bildaufnahmelinse (6) angeordnet ist, um optische Verzerrung zu kompensieren.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeilenabtastkamera (8) mit einem Abbildungssystem auf Computerbasis verbunden ist, das zum Identifizieren von kosmetischen und funktionalen Herstellungsdefekten wirksam ist.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Objekt (1) um einen Stent handelt.
Verfahren zum Beleuchten einer Innenbohrung eines Objekts, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bereitstellen einer Lichtquelle (15), eines Objektträgers (5) mit einem Licht leitenden Bereich (7), einer Bildaufnahmelinse (6), einer Zeilenabtastkamera (8) und eines Antriebsmechanismus (12); axiales Ausfluchten des Innenbohrung und des Licht leitenden Bereichs (7) mit einer zentralen optischen Achse der Bildaufnahmelinse (6); Beleuchten eines ersten Bereichs (2) der Innenbohrung; und rotationsmäßiges Bewegen des Objekts (1) mittels des Antriebsmechanismus (12) ohne Beeinflussung der axialen Ausrichtung, um dadurch einen zweiten Teil der Innenbohrung zu beleuchten, wobei ein Drehcodierer mit dem Antriebssystem (12) zusammenwirkt und eine elektrische Schaltung ansteuert, die in der Lage ist, die Zeilenabtastkamera (8) in Ab hängigkeit von einer Rotationsbewegung des Objekts (1) auszulösen und dadurch ein Zeile um Zeile aufgebautes Bild der Innenbohrung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stent als Objekt (1) ausgewählt wird.