DE19809727A1

DE19809727A1 - Endoskopsystem mit Fluoreszenzlicht

Info

Publication number: DE19809727A1
Application number: DE19809727A
Authority: DE
Inventors: Koichi Furusawa; Atsumi Kaneko
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2018-03-07
Also published as: DE19809727C2; US6059720A

Description

Die Erfindung betrifft ein Endoskopsystem zum Betrachten eines fluoreszierenden Objekts, wobei Anregungslicht auf das Objekt gerichtet und das fluoreszierende Licht empfangen und ein daraus erhaltenes Bild dargestellt wird.

Bekanntlich fluoresziert organisches Gewebe, wenn es mit Licht einer Wellen länge von 420 nm bis 480 nm beleuchtet wird, was durch fluoreszierende Sub stanzen wie NAHD und FMN verursacht wird. Durch Betrachten eines Bildes des fluoreszierenden organischen Gewebes kann eine Unregelmäßigkeit festgestellt werden. Insbesondere enthält Licht, das an normalem organischen Gewebe (d. h. gesundes Gewebe) fluoresziert, mehr grüne als rote Komponenten, während er kranktes organisches Gewebe mit Licht fluoresziert, das weniger grüne als rote Komponenten enthält. Mit Hilfe des Grünanteils des fluoreszierenden Lichts kann also bestimmt werden, ob das organische Gewebe erkrankt ist.

Die Menge des fluoreszierenden Lichtes ändert sich jedoch abhängig vom Ab stand zwischen dem organischen Gewebe und dem distalen Ende des Endo skops. Wenn das distale Ende dem erkrankten organischen Gewebe relativ nahe ist, kann die Menge fluoreszierenden Lichtes so groß wie bei einem gesunden or ganischen Gewebe sein.

Um diesen Fehler zu vermeiden, kann in einem Endoskop, das fluoreszierendes Licht nutzt, eine Diagnose auf der Basis des Verhältnisses der Grünkomponente zur Rotkomponente des fluoreszierenden Lichtes durchgeführt werden.

Um dieses Verhältnis abzuleiten, benötigt man jedoch eine Abbildungseinheit, um Farbfilter zum Separieren der Rot- und der Grünkomponente aus dem fluor eszierenden Licht einzusetzen, zwei Bildverstärker für die beiden Komponenten und zwei CCD-Elemente für die beiden Komponenten. Bei diesem Aufbau wird die Abbildungseinheit relativ groß und schwer, was die Handhabung des Endoskops umständlich macht. Durch die größere Zahl der Elemente wird das mit fluoreszie rendem Licht arbeitende Endoskop auch kostspielig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Endoskop anzugeben, das unter Nutzung des fluoreszierenden Lichtes eine genaue Diagnose unabhängig vom Abstand zwischen Objekt und distalem Ende des Endoskops ermöglicht und das mit einer kompakten Abbildungseinheit arbeitet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 7 oder 16. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprü chen.

Bei der Erfindung wird die Verstärkung eines Verstärkers durch das Ausgangssi gnal der Bildaufnahmevorrichtung gesteuert, und dadurch wird ein geeignetes Signal erhalten, auch wenn der Abstand zwischen dem distalen Ende des Endo skops und dem zu beobachtenden organischen Gewebe ungünstig und/oder das zum Beleuchten des Objekts verwendete Licht nicht ideal ist. Dadurch ergibt sich unter Verwendung einer kompakten Abbildungseinheit ein stets gut auswertbares Bild des fluoreszierenden Objekts. Durch Betrachtung eines Normalbildes des Objekts und eines fluoreszierenden Bildes des Objekts mit zwei CCD-Kameras kann der Benutzer ein erkranktes Gewebe genau bestimmen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines Endoskopsystems als erstes Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 2 den Aufbau eines Bildverstärkers in dem Endoskopsystem nach Fig. 1,

Fig. 3 das Blockdiagramm einer CCD-Kameraeinheit in dem Endoskopsy stem nach Fig. 1,

Fig. 4A und 4B die Schaltung der CCD-Kameraeinheit nach Fig. 3,

Fig. 5A und 5B den Verlauf eines Ausgangssignals der in Fig. 3 gezeigten CCD-Kamera,

Fig. 6 die Ein/Ausgabecharakteristik eines Verstärkers bei Verstärkungs regelung,

Fig. 7 schematisch den Aufbau eines Endoskopsystems als zweites Aus führungsbeispiel,

Fig. 8 den Aufbau eines Bildverstärkers und einer CCD-Kameraeinheit in dem Endoskopsystem nach Fig. 7 und

Fig. 9 die Steuerschaltung für den in Fig. 8 gezeigten Bildverstärker.

In Fig. 1 ist ein Endoskopsystem 100 als erstes Ausführungsbeispiel der Erfin dung dargestellt. Es enthält ein Endoskop 10, eine Beleuchtungseinheit 20 zur Abgabe von Licht für ein zu betrachtendes Objekt und eine Abbildungseinheit 30 zur Aufnahme eines Objektbildes.

Wie Fig. 1 zeigt hat das Endoskop 10 einen Einführteil 11 mit Zylinderform, einen Bedienteil 12 am proximalen Ende des Einführteils 11, und ein Lichtleiter-Verbin dungsrohr 13 außerhalb des Bedienteils 12. Der Bedienteil 12 hat eine Okular einheit 12a, über die das Endoskop 10 mit der Abbildungseinheit 30 lösbar ver bunden ist. Am distalen Ende des Lichtleiter-Verbindungsrohrs 13 befindet sich ein Stecker 13a. Das Endoskop 10 ist mit der Beleuchtungseinheit 20 über den Stecker 13a lösbar verbunden.

Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Lichtleitfaserbündel 14 in dem Endoskop 10 von dem di stalen Ende des Einführteils 11 zum proximalen Ende des Bedienteils 12 vorge sehen. In dem distalen Ende des Einführteils 11 befindet sich ein Objektivsystem 15, das ein Objektbild auf einer Lichteintrittsfläche des Lichtleitfaserbündels 14 erzeugt. An der Stirnseite des Einführteils 11 befindet sich vor dem Objektivsy stem 15 ein Fenster 18, durch das hindurch das Objektlicht auf das Objektivsy stem 15 fällt.

In der Okulareinheit 12a ist eine Okularlinse 16 zum Betrachten des Bildes vor gesehen, das von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche des Lichtleitfa serbündels 14 geleitet wird. Die Okularlinse 16 ist üblicherweise so eingerichtet, daß ein Benutzer das Bild durch sie hindurch betrachten kann. Ist die Abbil dungseinheit 30 jedoch in der in Fig. 1 gezeigten Weise angeschlossen, so ist die Okularlinse 16 in eine Position entsprechend 0 Dioptrien gestellt. Das von dem vor dem distalen Ende des Endoskops 10 befindlichen Objekt abgegebene Licht wird in das Endoskop 10 geleitet und mit dem Objektivsystem 15 konvergiert. Das mit dem Objektivsystem 15 erzeugte Bild wird über das Lichtleitfaserbündel 14 zur Okulareinheit 12a geleitet und dann über die Okularlinse 16 auf die Abbildungs einheit 30 übertragen.

Von dem Stecker 13a zum distalen Ende des Einführteils 11 läuft ein Lichtleitfa serbündel 17. Die Lichteintrittsfläche (am Ende des Steckers 13a) des Lichtleitfa serbündels 17 steht der Beleuchtungseinheit 20 gegenüber, wenn der Stecker 13a mit dieser verbunden ist. Die Lichtaustrittsfläche (an dem distalen Ende) des Lichtleitfaserbündels 17 ist senkrecht zur optischen Achse des Objektivsystems 15 angeordnet. Vor dem Lichtleitfaserbündel 17 ist in der Stirnfläche des Endo skops 10 ein Fenster 19 vorgesehen.

In der Beleuchtungseinheit 20 steht eine Xenonlampe 21 dem Lichtleitfaserbündel 17 gegenüber, wenn der Stecker 13a an die Beleuchtungseinheit 20 angeschlos sen ist. Die Xenonlampe 21 gibt Licht ab, das konvergiert und auf die Lichtein trittsfläche des Lichtleitfaserbündels 17 gerichtet ist. Das Licht wird dann über das Lichtleitfaserbündel 17 zum anderen Ende geleitet und tritt durch das Fenster 19 aus.

Ein Filter 22 für Anregungslicht kann in den Strahlengang zwischen der Lampe 21 und der Lichteintrittsfläche des Lichtleitfaserbündels 17 eingesetzt und aus ihm herausbewegt werden, wozu ein nicht dargestellter Elektromagnet dient. Das Fil ter 22 wird in den Strahlengang eingesetzt, wenn das Fluoreszenzbild zu be trachten ist, und aus ihm herausgenommen, wenn ein Normalbild betrachtet wird. Das Filter 22 ermöglicht den Durchgang von Licht einer Wellenlänge von 420 nm bis 480 nm. Organisches Gewebe, das mit solchem Licht bestrahlt wird, gibt fluor eszierendes Licht ab. Normales organisches Gewebe (nicht erkranktes Gewebe) fluoresziert und gibt Licht einer Wellenlänge von 500 nm bis 570 nm ab. Das fluoreszierende Licht tritt durch das Betrachtungsfenster 18 und das Objektivsy stem 19 ein und wird mit dem Lichtleitfaserbündel 14 weitergeleitet.

Die Abbildungseinheit 30 enthält ein optisches System 30a, das mit der Okular linse 16 ein optisches Relaissystem bildet. An der Bilderzeugungsposition dieses optischen Systems 30a ist eine CCD-Kamera 31 für Normalbetrachtung angeord net. Wie Fig. 1 zeigt, ist eine weitere CCD-Kamera 41 zum Betrachten eines Fluoreszenzbildes nahe der CCD-Kamera 31 angeordnet. In diesem Ausfüh rungsbeispiel haben beide CCD-Kameras 31 und 41 übereinstimmenden Aufbau. Sie sind mit einer Schaltvorrichtung 40 verbunden, die ihrerseits mit einem Sicht gerät verbunden ist. Die Schaltvorrichtung 40 überträgt eines der von den CCD-Kameras 31 und 41 abgegebenen Signale zu dem Sichtgerät 50.

Zwischen der CCD-Kamera 31 und der Okularlinse 16 kann ein Spiegel 32 in den Strahlengang eingesetzt werden. Der Spiegel 32 lenkt das von der Okularlinse 16 ausgehende Licht ab, wenn er sich im Strahlengang befindet. Bei einer Normalbe trachtung ist der Spiegel 32 aus dem Strahlengang entfernt, wie es in Fig. 1 durchgezogen dargestellt ist. Bei einer Fluoreszenzbildbetrachtung ist der Spiegel 32 in den Strahlengang eingefügt. In diesem Fall schneidet die optische Achse der Okularlinse 16 die Reflexionsfläche des Spiegels 32 unter einem Winkel von 45°, wie es in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist, so daß das Licht aus der Okularlinse 16 mit einem Winkel von 90° umgelenkt wird.

Auf der optischen Achse der Okularlinse 16, die von dem Spiegel 32 umgelenkt wird, ist ein dichroitischer Spiegel 33 so angeordnet, daß die optische Achse seine Reflexionsfläche unter 45° schneidet. Der dichroitische Spiegel 33 reflek tiert Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 570 nm und läßt anderes Licht durch.

Auf der optischen Achse des an dem dichroitischen Spiegel 33 reflektierten Lichts ist ein optisches System 33a angeordnet, und in seiner Bildebene befindet sich ein Bildverstärker 34 für das reflektierte Licht. Die optischen Weglängen zwischen der Okularlinse 16 und der CCD-Kamera 31 sowie zwischen der Okularlinse 16 und dem Bildverstärker 34 stimmen überein.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau des Bildverstärkers 34. Dieser enthält eine erste Lichtleitfaserplatte 35 mit einer fotoelektrischen Oberfläche 35a, eine Mikro kanalplatte 36 (MCP) und eine zweite Lichtleitfaserplatte 37 mit einer fluoreszie renden Fläche 37a. Wird ein Bild des organischen Gewebes auf der ersten Lichtleitfaserplatte 35 mit dem optischen System 33a erzeugt so teilt sie das Bild in Pixel auf und überträgt deren Werte als Lichtwerte auf die fotoelektrische Oberfläche 35a. Diese setzt das optische Bild in ein elektronisches Bild um. Auf beiden Seiten der Mikrokanalplatte 36 sind Elektroden angeordnet, an denen eine vorbestimmte Spannung liegt. Somit wird das mit der fotoelektrischen Oberfläche 35a umgesetzte elektronische Bild verstärkt wenn es durch die Mikrokanalplatte 36 übertragen wird, und auf die fluoreszierende Oberfläche 37a projiziert, an der es in ein optisches Bild umgesetzt wird. Das umgesetzte optische Bild wird auf die andere Seite der zweiten Lichtleitfaserplatte 37 übertragen. Wie zuvor wird das fluoreszierende Objektbild nach Verstärkung mit dem Bildverstärker 34 mit dem optischen System 39 an der Lichtaustrittsseite des Bildverstärkers 34 abgebildet und fällt auf die CCD-Kamera 41, so daß es durch diese betrachtet werden kann.

Fig. 3 zeigt das Blockdiagramm der CCD-Kamera 41 bzw. 31. Diese enthält eine CCD-Anordnung 52, einen Verstärker 53 zum Verstärken des Ausgangssignals der CCD-Anordnung 52, einen automatischen Verstärkungsregler (AGC) 54 zum Einstellen der Verstärkung des Verstärkers 53 und einen Videosignalumsetzer 55 zum Umsetzen des Ausgangssignals des Verstärkers 53 in ein Videosignal.

Die CCD-Anordnung 52 ist ein Flächensensor zur Aufnahme des an der Lichtaus trittsfläche des Lichtleitfaserbündels 14 austretenden Lichts. Die CCD-Anordnung 52 ist so vorgesehen, daß ihre Lichtaufnahmefläche senkrecht zur optischen Achse des optischen Systems 39 liegt. Das Ausgangssignal der CCD-Anordnung 52 wird dem Verstärker 53 und dem Verstärkungsregler 54 zugeführt.

Der Verstärker 53 verstärkt das von der CCD-Anordnung 52 abgegebene Signal mit einer bestimmten Verstärkung und überträgt das verstärkte Signal an den Vi deosignalumsetzer 55. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Verstärkung des Verstärkers 53 variabel und wird mit dem Verstärkungsregler 54 geregelt.

Der Verstärkungsregler 54 steuert die Verstärkung des Verstärkers 53 abhängig von der Amplitude der Signale der CCD-Anordnung 52, so daß das Ausgangssi gnal des Verstärkers 53 einen Wert in einem vorbestimmten Bereich hat. Ist die Amplitude des von der CCD-Anordnung 52 an den Verstärkungsregler 54 abge gebenen Signals größer als ein vorbestimmter Referenzwert (wenn beispielswei se der Abstand zwischen dem distalen Ende des Endoskops 10 und dem zu be trachtenden Objekt kleiner als ein geeigneter Abstand oder die Intensität des das Objekt beleuchtenden Lichts größer als ein geeigneter Wert ist), so senkt der Verstärkungsregler 54 die Verstärkung des Verstärkers 53. Ist die Amplitude des Signals der CCD-Anordnung 52 kleiner als der vorbestimmte Referenzwert (wenn beispielsweise der Abstand zwischen dem distalen Ende des Endoskops 10 und dem Objekt größer als ein geeigneter Abstand oder die Intensität des das Objekt beleuchtenden Lichts geringer als ein geeigneter Wert ist), so erhöht der Verstär kungsregler 54 die Verstärkung des Verstärkers 53.

Der Videosignalumsetzer 55 erhält das Ausgangssignal des Verstärkers 53 und setzt es in ein Videosignal (beispielsweise ein NTSC-Signal) um und überträgt das umgesetzte Signal an die Schaltvorrichtung 40.

In Fig. 4A und 4B ist die Schaltung der CCD-Kamera 41 dargestellt. Der Ausgang der CCD-Anordnung 52 ist über einen Widerstand R10 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers U1B verbunden. Der nicht invertierende Eingang ist über einen Widerstand R14 und einen variablen Widerstand R17 mit einer Spannungsquelle + Vcc verbunden. Ein Gegenkopplungswiderstand R9 verbindet den Ausgang mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstär kers U1B. Ferner ist der Ausgang des Operationsverstärkers U1B mit einem Kon densator C1 verbunden, um ihn gleichstrommäßig zu entkoppeln. Der andere An schluß ist mit einem Entladewiderstand R16 verbunden. Der Kondensator C1 be seitigt eine Gleichstromkomponente in dem Ausgangssignal der CCD-Anordnung 52.

Der mit dem Widerstand R16 verbundene Anschluß des Kondensators C1 ist ferner über einen Widerstand R11 mit dem invertierenden Eingang eines Opera tionsverstärkers U2B verbunden. Der nicht invertierende Eingang ist über einen Widerstand R15 mit Masse verbunden. Ein Gegenkopplungswiderstand R7 ver bindet den Ausgang mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U2B. Außerdem ist der Ausgang mit dem Videosignalumsetzer 55 verbunden.

In Fig. 5A ist beispielsweise eine Änderung der Ausgangsspannung der CCD-Anordnung 52 (der Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstär kers U1B) dargestellt. Die Ausgangsspannung liegt unter einer vorbestimmten Spannung Vcc abhängig von einer mit der CCD-Anordnung 52 aufgenommenen Lichtmenge. Die Ausgangsspannung der CCD-Anordnung 52 wird mit dem Ope rationsverstärker U1B invertiert und verstärkt und über den Kondensator C1 ei nem Schaltungspunkt X (Fig. 4A) zugeführt. Ein Beispiel für diese Spannung, die der Ausgangsspannung der CCD-Anordnung 52 entspricht, ist in Fig. 5B darge stellt. Die Spannung am Schaltungspunkt X wird mit dem Operationsverstärker U2B invertiert und verstärkt und dann dem Videosignalumsetzer 55 zugeführt.

Liegt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers U2B unter einem ersten vorbestimmten negativen Referenzwert, so senkt eine Steuerschaltung 54A, die in Fig. 4A strichpunktiert eingefaßt ist, die Verstärkung des Operationsverstärkers U2B. Die Steuerschaltung 54A wird im folgenden noch beschrieben.

Der Schaltungspunkt X ist über einen Widerstand R4 mit dem invertierenden Ein gang eines Operationsverstärkers U1A verbunden. Dieser Eingang ist ferner über einen Widerstand R2 mit einem variablen Widerstand R1 verbunden, der an einer Konstantspannungsquelle-Vcc liegt. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers U1A ist über einen Widerstand R8 mit Masse verbunden. Zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Operationsverstär kers U1A ist eine Diode D1 geschaltet. Ferner ist der Ausgang über eine Diode D2 mit einem Widerstand R5 und über diesen mit einem Widerstand R6 verbun den. Letzterer ist mit dem Widerstand R7 und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U2B verbunden. An den Verbindungspunkt des Wider standes R2 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U1A ist ein Widerstand R3 angeschaltet, dessen anderes Ende mit der Diode D2 und der Source-Elektrode eines Feldeffekttransistors Q1 verbunden ist. Die Gate-Elek trode dieses Transistors ist mit dem Ausgang eines Vergleichers 541B verbun den. Die Source-Elektrode ist mit dem Verbindungspunkt Y1 des Widerstandes R5 und der Diode D2 verbunden, und die Drain-Elektrode ist mit dem anderen Anschluß des Widerstandes R5 verbunden. Der Feldeffekttransistor Q1 wird durch den Vergleicher 541B in noch zu beschreibender Weise leitend gesteuert oder gesperrt.

Die Ausgangsspannung der Steuerschaltung 54A ist 0 Volt, wenn der Operations verstärker U1B eine negative Spannung abgibt. An dem Widerstand R2 liegt eine negative Referenzspannung VR2. Ist der Absolutwert der Spannung (positive Spannung Vin an dem Punkt X) an dem Widerstand R2 kleiner als die negative Referenzspannung VR2, so ist die Diode D1 in Durchlaßrichtung und die Diode D2 in Sperrichtung gepolt, so daß der Operationsverstärker U1A die Eingangs spannung nicht verstärkt. Ist der Absolutwert der positiven Spannung Vin größer als der Absolutwert der negativen Referenzspannung VR2, so ist die Diode D1 in Sperrichtung gepolt, so daß ein Strom durch die Widerstände R3 und R4 fließt. In diesem Fall invertiert und verstärkt der Operationsverstärker U1A die Eingangs spannung an seinem invertierenden Eingang mit vorbestimmter Verstärkung. Durch Ändern des Wertes des variablen Widerstandes R1 zum Ändern der Span nung VR2 kann die Charakteristik der Steuerschaltung 54A geändert werden.

Ist die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers U2B größer als ein erster positiver Referenzwert, so senkt die Steuerschaltung 54B, die in Fig. 4A dop peltstrichpunktiert eingefaßt ist, die Verstärkung des Operationsverstärkers U2B. Die Steuerschaltung 54B wird im folgenden beschrieben.

Der Schaltungspunkt X ist mit dem invertierenden Eingang eines Operationsver stärkers U2A über einen Widerstand R12 verbunden. Der invertierende Eingang ist ferner über einen Widerstand R18 mit einem variablen Widerstand R21 ver bunden, der an einer positiven Konstantspannungsquelle + Vcc liegt. Der nicht in vertierende Eingang des Operationsverstärkers U2A ist außerdem über einen Widerstand R22 mit Masse verbunden. Zwischen den Ausgang und den invertie renden Eingang des Operationsverstärkers U2A ist eine Diode D3 geschaltet. Der Ausgang ist ferner über eine Diode D4, einen Widerstand R19 und einen Wi derstand R20 mit dem Widerstand R7 sowie dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U2B verbunden. An den invertierenden Eingang des Ope rationsverstärkers U2A ist ein Widerstand R13 angeschaltet, dessen anderes Ende an einem Schaltungspunkt Y2 mit der Diode D4 und der Source-Elektrode eines Feldeffekttransistors Q2 verbunden ist. Dessen Gate-Elektrode ist mit dem Ausgang eines Vergleichers 542B verbunden. Der Schaltungspunkt Y2 ist mit dem Widerstand R19 und dieser mit der Drain-Elektrode verbunden. Der Feldef fekttransistor Q2 wird durch den Vergleicher 542B in noch zu beschreibender Weise leitend gesteuert oder gesperrt.

Die Ausgangsspannung der Steuerschaltung 54B ist 0 Volt, wenn die Ausgangs spannung des Operationsverstärkers U1B positiv ist. An dem Widerstand R18 liegt eine positive Referenzspannung VR18. Ist die Spannung Vin an dem Schaltungspunkt X negativ und der Absolutwert der Spannung Vin kleiner als die positive Referenzspannung VR18, so ist die Diode D3 in Durchlaßrichtung und die Diode D4 in Sperrichtung gepolt, so daß der Operationsverstärker U2A die Eingangsspannung nicht verstärkt. Ist der Absolutwert der negativen Spannung Vin größer als der Absolutwert der positiven Referenzspannung VR18, so ist die Diode D3 in Sperrichtung gepolt, so daß ein Strom durch die Widerstände R18 und R13 fließt. In diesem Fall invertiert und verstärkt der Operationsverstärker U2A die Eingangsspannung an dem invertierenden Eingang mit vorbestimmter Verstärkung. Durch Ändern des Wertes des variablen Widerstandes R21 zum Ändern der Spannung VR18 kann die Charakteristik der Steuerschaltung 54B ge ändert werden.

In der in Fig. 4A und 4B gezeigten Schaltung ist die Spannung Vc am Ausgang des Operationsverstärkers U2B

Vc= -(Vc1 +Vc2+Vc3) (1)

In dieser Gleichung (1) ist die Spannung Vc1 die Ausgangsspannung des Ope rationsverstärkers U2B abhängig nur von der Ausgangsspannung des Operati onsverstärkers U1A

wobei Vy1 die Spannung an dem Schaltungspunkt Y1 ist.

In der Gleichung (1) ist Vc2 die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers U2B abhängig nur von der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers U1B

wobei Vx die Spannung an dem Schaltungspunkt X ist (d. h. Vx = Vin).

In der Gleichung (1) ist die Spannung Vc3 die Ausgangsspannung des Operati onsverstärkers U2B abhängig nur von der Ausgangsspannung des Operations verstärkers U2A

wobei Vy2 die Spannung an dem Schaltungspunkt Y2 ist.

Der Operationsverstärker U1A ändert also einen negativen elektrischen Strom α (Fig. 4A), so daß die an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U2B liegende Spannung variiert.

Ähnlich ändert der Operationsverstärker U2A einen positiven elektrischen Strom β (Fig. 4A), so daß die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsver stärkers U2B variiert.

Der Verstärkungsregler 54 enthält ferner gemäß Fig. 4B eine erste Spitzenhalte schaltung 541A, den ersten Vergleicher 541B und eine zweite Spitzenhalteschal tung 542A sowie den zweiten Vergleicher 542B.

Die erste Spitzenhalteschaltung 541A hält den positiven Spitzenwert der Span nung Vx an dem Schaltungspunkt X. Der erste Vergleicher 541B vergleicht diesen positiven Spitzenwert am Schaltungspunkt X mit einer vorbestimmten positiven Referenzspannung, und wenn der Spitzenwert diese zweite positive Referenz spannung überschreitet, steuert der erste Vergleicher 541B den Feldeffekttransi stor Q1 leitend. Dann wird der Widerstand R5 kurzgeschlossen, so daß er aus der Gleichung (2) entfernt werden kann. Die Spannung Vc1 in der Gleichung (1) ist dann

Daher wird der Absolutwert der Spannung Vc1 erhöht, und entsprechend wird der Strom α verstärkt. Dadurch wird die Ausgangsspannung Vc des Operations verstärkers U2B verringert.

Ähnlich hält die zweite Spitzenhalteschaltung 542A den negativen Spitzenwert der Spannung Vx an dem Schaltungspunkt X. Der zweite Vergleicher 542B ver gleicht diesen negativen Spitzenwert mit einer vorbestimmten negativen Refe renzspannung, und wenn er unter dieser zweiten, negativen Referenzspannung liegt, steuert der zweite Vergleicher 542B den Feldeffekttransistor Q2 leitend. Da durch wird der Widerstand R19 kurzgeschlossen, so daß er aus der Formel (4) entfällt:

Daher wird der Absolutwert der Spannung Vc3 erhöht und entsprechend der Strom β verstärkt. Dadurch wird die Ausgangsspannung Vc des Operationsver stärkers U2B verringert.

Wenn die Spannung Vx am Schaltungspunkt X in einem vorbestimmten Bereich liegt (bestimmt durch die erste und die zweite positive Referenzspannung), so ist die Ausgangsspannung Vc gleich der Spannung Vc2, da Vc1 und Vc2 beide Null sind. Übersteigt die Spannung Vx den durch die erste, negative Referenzspan nung und die erste, positive Referenzspannung definierten Bereich, ist jedoch größer als die zweite, negative Referenzspannung oder kleiner als die zweite, positive Referenzspannung, so wird die Ausgangsspannung Vc durch die Glei chung (1) angegeben und die Spannungen Vc1, Vc2 und Vc3 werden durch die Gleichungen (2), (3) und (4) angegeben. Wird die Spannung Vx größer als die zweite, positive Referenzspannung oder kleiner als die zweite, negative Refe renzspannung, so wird die Ausgangsspannung Vc durch die Gleichung (1) ange geben, und in diesem Fall werden die Spannungen Vc1, Vc2 und Vc3 durch die Gleichungen (5), (3) und (6) angegeben. Daher ändert sich die Verstärkung des Verstärkers 53 entsprechend der Spannung Vx, die sich proportional einer Ände rung der Ausgangsspannung der CCD-Anordnung 52 ändert.

Es sei bemerkt, daß die Zeit, während der die Spitzenhalteschaltung 541A den Spitzenwert der Spannung Vx hält, der Zeitkonstante des Widerstandes R25 in Verbindung mit dem Kondensator C2 entspricht. Ähnlich entspricht die Zeit, wäh rend der die Spitzenhalteschaltung 542A den Spitzenwert der Spannung Vx hält, der Zeitkonstante des Widerstandes R29 in Verbindung mit dem Kondensator C3. In diesem Ausführungsbeispiel sind beide Zeitkonstanten 1/30 Sekunde, was einer Bildperiode entspricht. Die Zeitkonstanten können durch Ändern der Werte der Widerstände und der Kondensatoren geändert werden.

In diesem Ausführungsbeispiel können auch die Referenzspannungen für jede Schaltung 54A, 54b, 541B und 542B geändert werden. Entsprechend kann die Charakteristik des Verstärkungsgangs des Verstärkers 53 (Fig. 6) beliebig ein gestellt werden.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel für die Eingangs-/Ausgangscharakteristik des Verstärkers 53, dessen Verstärkung durch die automatische Verstärkungsregelung 54 gere gelt wird. Die CCD-Anordnung 52 gibt eine Spannung ab, die sich entweder ne gativ oder positiv gegenüber 0 Volt ändert. Wie Fig. 6 zeigt, ist die Verstärkung des Verstärkers 53 relativ groß, wenn die Eingangsspannung in einem Bereich A liegt (Absolutwert der Eingangsspannung relativ klein), während außerhalb des Bereichs A in einem Bereich B oder C (Absolutwert der Eingangsspannung relativ hoch) die Verstärkung des Verstärkers 53 geringer ist. Wenn die Eingangsspan nung im Bereich D oder E liegt, ist die Verstärkung des Verstärkers 53 viel gerin ger. In diesem Beispiel gibt es fünf Eingangsspannungsbereiche, und die Verstär kungen des Verstärkers 53 entsprechend dem Bereich B und C stimmen weitge hend überein. Die Verstärkungen des Verstärkers 53 entsprechend den Berei chen D und E stimmt weitgehend überein. Es sind auch andere Eingangsspan nungsbereiche und damit unterschiedliche Verstärkungen möglich.

In der Steuerschaltung 54A gemäß Fig. 4A kann durch Ändern der Spannung VR2 die Eingangsspannung, bei der die Steuerschaltung 54A ihre Funktion startet (Punkt M1 in Fig. 6) geändert werden. Ähnlich kann in der Steuerschaltung 54B durch Ändern der Spannung VR18 die Eingangsspannung, bei der die Steuerschaltung 54B ihre Funktion startet (Punkt M2 in Fig. 6) geändert werden. In dem ersten Vergleicher 541B kann durch Ändern der Referenzspannung an dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U4A der Spitzenwert der Spannung Vin, bei dem der Feldeffekttransistor Q1 gesperrt wird (Punkt M3 in Fig. 6) geändert werden. In dem ersten Vergleicher 542B kann durch Ändern der Referenzspannung an dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstär kers U4B der Spitzenwert der Spannung Vin, bei dem Feldeffekttransistor Q2 ge sperrt wird, (Punkt M4 in Fig. 6) geändert werden.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Endoskops (erstes Ausführungsbeispiel) beschrieben.

Zunächst wird der Einführteil 11 des Endoskops 10 in eine Körperhöhle einge führt, und das distale Ende des Einführteils 11 wird dem zu betrachtenden Objekt nahegebracht.

Wird ein Normalbild betrachtet, so sind das Filter 22 und der Spiegel 32 aus dem Strahlengang entfernt.

Die Lampe 21 gibt weißes Licht ab, das über das Lichtleitfaserbündel 17 und das Fenster 19 auf das Objekt, d. h. auf organisches Gewebe gerichtet wird. Dieses reflektiert das durch das Fenster 18 einfallende Licht auf das Objektivsystem 15. Dieses konvergiert das reflektierende Licht und erzeugt ein Bild, das über das Lichtleitfaserbündel 14 und die Okularlinse 16 auf die Bildaufnahmeeinheit 30 geleitet wird. Dann wird über die Okularlinse 16 und das optische System 30a ein Objektbild auf der Lichtaufnahmefläche der CCD-Kamera 31 erzeugt. Diese nimmt das Bild auf und gibt ein Videosignal ab, welches dem Sichtgerät 50 über die Schaltvorrichtung 40 zugeführt wird.

Wird ein Fluoreszenzbild betrachtet, so sind das Filter 22 und der Spiegel 32 in den Strahlengang eingesetzt. Das von der Lampe 21 abgegebene weiße Licht läuft durch das Filter 22, so daß nur das Anregungslicht über das Lichtleitfaser bündel 17 und das Fenster 19 dem Objekt zugeführt wird. Das Objekt (d. h. das organische Gewebe) fluoresziert bei Aufnahme des Anregungslichts. Das fluor eszierende Licht wird durch das Fenster 18 auf das Objektivsystem 15 gerichtet und durch dieses konvergiert. Es wird dann über das Lichtleitfaserbündel 14 und die Okularlinse 16 auf die Abbildungseinheit 30 geleitet.

In der Abbildungseinheit 30 wird das aus der Okularlinse 16 austretende Licht an dem Spiegel 32 reflektiert, und der Teil im Bereich einer Wellenlänge von 500 nm bis 570 nm wird an dem dichroitischen Spiegel 33 reflektiert. Dadurch wird auf der Bildaufnahmefläche des Bildverstärkers 34 das Fluoreszenzbild erzeugt. Der Bildverstärker 34 verstärkt die Lichtintensität des Fluoreszenzbildes, das dann der CCD-Kamera 41 zugeführt wird.

Das Bildsignal wird von der CCD-Kamera 41 dem Verstärker 53 und dem auto matischen Verstärkungsregler 54 zugeführt. Wie beschrieben, regelt der Verstär kungsregler 54 die Verstärkung des Verstärkers 53 entsprechend der in Fig. 6 gezeigten Charakteristik. Ist der Abstand zwischen dem distalen Ende des Ein führteils 11 und dem Objekt kleiner als ein geeigneter Abstand und/oder die An regungslichtmenge für das Objekt größer als eine geeignete Lichtmenge, so wird die Verstärkung des Verstärkers 53 zurückgenommen. Ist der Abstand zwischen dem distalen Ende des Einführteils 11 und dem Objekt größer als ein geeigneter Abstand und/oder ist die Anregungslichtmenge für das Objekt geringer als eine geeignete Lichtmenge, so wird die Verstärkung des Verstärkers 53 erhöht. Das Fluoreszenzbildsignal wird dann mit dem Videosignalumsetzer 55 in ein Videosi gnal umgesetzt und der Schaltvorrichtung 40 zugeführt. Diese überträgt das Vi deosignal der CCD-Kamera 41 auf das Sichtgerät 50 zur Darstellung des Fluor eszenzbildes.

Der Benutzer kann dann das Fluoreszenzbild auf dem Sichtgerät 50 betrachten und bestimmt, ob das organische Gewebe erkrankt ist.

Fig. 7 zeigt schematisch den Aufbau eines Endoskopsystems als zweites Ausfüh rungsbeispiel. Der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die CCD-Kamera 41 durch eine CCD-Kamera 71 ersetzt und ein Treiber 75 hinzugefügt ist. Die anderen Teile des Endoskopsystems nach Fig. 7 stimmen mit denen des Endoskopsystems nach Fig. 1 überein.

Wie Fig. 8 zeigt, enthält die CCD-Kamera 71 eine CCD-Anordnung 151 ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel und eine Steuerschaltung 72 sowie einen Videosignalumsetzer 155 ähnlich dem Videosignalumsetzer 55. Bei diesem Aus führungsbeispiel hat die Steuerschaltung für den Bildverstärker die Funktion ei nes Verstärkers. Sie steuert den Treiber 75 derart, daß die den Elektroden der Mikrokanalplatte 36 zugeführte Spannung entsprechend dem Ausgangssignal der CCD-Anordnung 151 geändert wird.

Fig. 9 zeigt den Aufbau der Bildverstärkersteuerschaltung 72 nach Fig. 8.

Ein Verstärker verstärkt das Ausgangssignal einer CCD-Anordnung 151. Die Gleichstromkomponente des von dem Verstärker 152 abgegebenen Signals wird durch einen Kondensator C1 entfernt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 152 wird einem weiteren Verstärker 153 zugeführt und verstärkt. An den Verbindungs punkt X von Kondensator C1 und Verstärker 153 ist eine Spitzenhalteschaltung 160 angeschlossen. Diese hält den positiven Spitzenwert an dem Schaltungs punkt X und gibt diesen aus. Der Ausgangswert der Spitzenhalteschaltung 160 wird einem Differenzverstärker 73 zugeführt. In diesem ist eine Referenz-Spitzen spannung Vrp an dem nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers U4A so eingestellt, daß sie einer Spitzenspannung Vp an dem Schaltungspunkt X gleich ist, wenn der Abstand zwischen dem Objekt und dem distalen Ende des Endoskops 10 geeignet ist und die auf das Objekt projizierte Lichtmenge gleichfalls geeignet ist. In diesem Fall ist das Ausgangssignal des Diffe renzverstärkers 73 Null. Ist der Abstand zwischen dem Objekt und dem distalen Ende des Endoskops 10 zu kurz und/oder ist die auf das Objekt projizierte Licht menge zu groß, so wird die Spitzenspannung Vp größer als die Referenz-Spit zenspannung Vrp, so daß der Differenzverstärker 73 eine negative Spannung abgibt. Ist der Abstand zwischen dem Objekt und dem distalen Ende des Endo skops 10 zu lang und/oder ist die auf das Objekt projizierte Lichtmenge unzurei chend, so wird die Spitzenspannung Vp geringer als die Referenz-Spitzenspan nung Vrp, so daß der Differenzverstärker 73 eine positive Spannung abgibt. Der Kondensator C1 und der Widerstand R25 bestimmen die Zeitkonstante der Spit zenhalteschaltung 160. Diese entspricht der Zeit, während der die CCD-Anord nung 151 das Signal für ein Bildfeld abgibt.

Ein Analog-Digital-Umsetzer 74 setzt die Ausgangsspannung des Differenzver stärkers 73 in einen Digitalwert um, der an den Treiber 75 abgegeben wird.

Dieser liefert eine Spannung für die Elektroden der Mikrokanalplatte 36 entspre chend den von dem A/D-Umsetzer 74 gelieferten Daten. Geben diese Daten eine positive Spannung an, so erhöht der Treiber die der Mikrokanalplatte 36 zuge führte Spannung. Geben sie eine negative Spannung an, so verringert der Treiber die der Mikrokanalplatte 36 zugeführte Spannung. Wenn die digitalen Daten die Spannung Null angeben, so hält der Treiber die gerade zugeführte Spannung.

Durch Betrachten des Normalbildes des Objekts mit der CCD-Kamera 31 und des Fluoreszenzbildes des Objekts mit der CCD-Kamera 41 kann der Benutzer ein erkranktes organisches Gewebe genau bestimmen.

Claims

1. Endoskopsystem zum Betrachten des Bildes eines fluoreszierenden Objekts, mit
einer Endoskopeinheit zur Abgabe von Anregungslicht auf ein zu betrach tendes Objekt und zum Empfang von dem Objekt abgegebenen fluoreszie renden Lichtes,
einem optischen Filterelement zum Separieren einer vorbestimmten Kom ponente empfangenen fluoreszierenden Lichtes,
einer Bildaufnahmeeinheit zur Aufnahme eines durch die vorbestimmte Komponente erzeugten Bildes,
einem Verstärker zum Verstärken des Ausgangssignals der Bildaufnahme einheit, und
einem Verstärkungsregler zum automatischen Regeln der Verstärkung des Verstärkers abhängig von dem Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinheit.

2. Endoskopsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver stärkungsregler die Verstärkung des Verstärkers erhöht, wenn das Aus gangssignal der Bildaufnahmeeinheit in einem vorbestimmten Bereich liegt.

3. Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsregler die Verstärkung des Verstärkers herabsetzt, wenn das Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinheit außerhalb eines vorbestimm ten Bereichs liegt.

4. Endoskopsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch ein Diskriminatorsystem zum Bestimmen eines von mehre ren Bereichen für das Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinheit, wobei der Verstärkungsregler die Verstärkung des Verstärkers abhängig von dem Be reich bestimmt, in dem das Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinheit liegt.

5. Endoskopsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die vorbestimmte Lichtkomponente im Wellenlängenbe reich von 500 nm bis 570 nm liegt.

6. Endoskopsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch ein Sichtgerät zur Darstellung des Bildes des fluoreszieren den Objektes.

7. Endoskopsystem zum Betrachten des Bildes eines fluoreszierenden Objekts, mit
einer Endoskopeinheit zur Abgabe von Anregungslicht auf ein zu betrach tendes Objekt und zum Empfang von dem Objekt abgegebenen fluoreszie renden Lichtes,
einem optischen Filterelement zum Separieren einer vorbestimmten Kom ponente des empfangenen fluoreszierenden Lichtes,
einem Bildverstärker zum Verstärken der Intensität des empfangenen Lich tes,
einer Bildaufnahmeeinheit zur Aufnahme eines durch die vorbestimmte Komponente erzeugten Bildes, der der Bildverstärker vorgeordnet ist,
einem Treiber zum Steuern der Verstärkung des Bildverstärkers, und
einer Steuerung zum Steuern der Verstärkung des Bildverstärkers entspre chend dem Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinheit.

8. Endoskopsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Trei ber die Verstärkung des Bildverstärkers durch eine anliegende Spannung verändert.

9. Endoskopsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine Verringerung der Spannung veranlaßt, wenn die Bildauf nahmeeinheit ein Signal in einem bestimmten Bereich abgibt.

10. Endoskopsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine Erhöhung der Spannung veranlaßt, wenn die Bildauf nahmeeinheit ein Signal außerhalb eines vorbestimmten Bereichs abgibt.

11. Endoskopsystem nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung die Verstärkung des Bildverstärkers abhängig von dem Spitzenwert des Ausgangssignals der Bildaufnahmeeinheit in einem vorbe stimmten Zeitraum steuert.

12. Endoskopsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuerung die Verstärkung des Bildverstärkers nur dann verändert, wenn der Spitzenwert des Ausgangssignals über einem vorbe stimmten Referenz-Spitzenwert liegt.

13. Endoskopsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Zeitraum der Zeit entspricht, in der die Bildaufnah meeinheit das Signal für ein Bildfeld abgibt.

14. Endoskopsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die vorbestimmte Komponente Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 500 nm bis 570 nm ist.

15. Endoskopsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 14, gekennzeichnet durch ein Sichtgerät zur Darstellung des Bildes des fluoreszierenden Ob jekts.

16. Endoskopsystem zum Betrachten eines fluoreszierenden Bildes, mit einer Endoskopeinheit zur Abgabe von Anregungslicht auf ein zu betrach tendes Objekt und zum Empfang von dem Objekt abgegebenen fluoreszie renden Lichtes,
einem optischen Filterelement zum Separieren einer vorbestimmten Kom ponente des fluoreszierenden Lichtes,
einer Bildaufnahmeeinheit zur Aufnahme eines durch die vorbestimmte Komponente erzeugten Bildes und zur Abgabe eines Bildsignals, und
einem Verstärker mit variabler Verstärkung, die abhängig von dem von der Bildaufnahmeeinheit abgegebenen Bildsignal verändert wird.

17. Endoskopsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verstärker das Bildausgangssignal der Bildaufnahmeeinheit mit mehreren Referenzwerten vergleicht, die mehrere Signalpegelbereiche definieren, und
daß die Verstärkung des Verstärkers schrittweise entsprechend dem Si gnalpegelbereich geändert wird, in dem das Bildausgangssignal liegt.

18. Endoskopsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker eine erste Verstärkerschaltung zum Verstärken des Bildaus gangssignals und zur Abgabe eines ersten Ausgangssignals, das gegenüber einem vorbestimmten Wert schwankt,
eine zweite Verstärkerschaltung zum Verstärken des ersten Ausgangssi gnals mit einer vorbestimmten Verstärkung und zur Abgabe eines zweiten Ausgangssignals,
eine erste Vergleichsschaltung zum Vergleich des ersten Ausgangssignals mit einem ersten, über dem vorbestimmten Wert liegenden Referenzwert und zum Verringern der Verstärkung der zweiten Verstärkerschaltung bei über dem ersten Referenzwert liegendem ersten Ausgangssignal,
eine zweite Vergleichsschaltung zum Vergleich des ersten Ausgangssignals mit einem ersten, unter dem vorbestimmten Wert liegenden Referenzwert und zum Verringern der Verstärkung der zweiten Verstärkerschaltung bei ei nem ersten Ausgangssignal unter dem ersten, unter dem vorbestimmten Wert liegenden Referenzwert enthält.

19. Endoskopsystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ferner eine dritte Vergleichsschaltung zum Vergleich des ersten Ausgangssignals mit einem zweiten, höheren Referenzwert über dem ersten, höheren Referenzwert und zum Verringern der Verstärkung der zweiten Verstärkerschaltung bei einem über dem zweiten, höheren Referenzwert liegenden ersten Ausgangssignal und eine vierte Vergleichsschaltung zum Vergleich des ersten Ausgangssignals mit einem zweiten, niedrigerem Referenzwert unter dem ersten, niedrigeren Referenzwert und zum Verringern der Verstärkung der zweiten Verstärker schaltung bei einem ersten Ausgangssignal unter dem zweiten, niedrigeren Referenzwert enthält.