DE19955229C1 - Endoskop mit distaler Videokamera und Kameradreheinrichtung - Google Patents

Abstract

Ein Endoskop mit distalem Schaftrohrabschnitt engen Durchmessers, in dem wenigstens eine längs verlaufende Einrichtung, insbesondere in Form eines Lichtleitfaserbündels, angeordnet ist, wobei in dem von Einrichtungen freien Querschnitt des Schaftrohrabschnittes ein Objektiv und eine Videokamera angeordnet sind und wobei die Videokamera über eine Dreheinrichtung um ihre Blickrichtung drehbar angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß proximal der Videokamera im freien Querschnitt ein Elektromotor angeordnet ist, der mit seiner parallel zur Achse des Schaftrohrabschnittes angeordneten Abtriebswelle an der Videokamera befestigt ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Endoskop gemäß dem Oberbegriff des An­ spruches 1, wie es aus der US 4 858 001 A bekannt ist.

Ältere Endoskopkonstruktionen weisen zwischen dem distal angeordneten Ob­ jektiv und einem proximal angeordneten Okular einen Bildleiter, z. B. in Form einer Stablinsenoptik, auf. Die Beobachtung erfolgt mit dem Auge am Okular. Das Endoskop kann beliebig gedreht werden, ohne daß dadurch die Beobachtung beeinflußt wird.

Heute setzt sich zunehmend die Videobeobachtung durch. Das Endoskop ist mit einer Videokamera versehen. Die Beobachtung erfolgt auf einem Monitor, der gesondert aufgestellt ist. Ist die Videokamera fest an das Endoskop angeschlossen und wird das Endoskop gedreht, so dreht sich das Bild auf dem Monitor, was zu starken Irritationen des Betrachters führt.

Im Stand der Technik sind Konstruktionen bekannt, bei denen die Videokamera proximal an einem Endoskop mit Bildleiter angeordnet ist und dort z. B. pendelnd frei drehbar angeordnet ist, um bei Drehung des Endoskopes die aufrechte Lage des Bildes zu gewährleisten. Es sind auch Konstruktionen bekannt, bei denen die proximal angeordnete Videokamera mit einem Motor gedreht wird. Zur Gewahr­ leistung der Aufrechtstellung des Bildes kann die Drehung der Kamera z. B. in Abhängigkeit von im Endoskop eingebauten Sensoren erfolgen, die dessen Drehlage überwachen und es einer Regelsteuerung ermöglichen, durch entspre­ chende Drehung der Kamera das Bild stets aufrecht zu halten. Ein solches Endo­ skop beschreibt z. B. die US 5 588 948 A.

Bei gattungsgemäßen Endoskopen wie sie aus US 4 858 001 bekannt sind, ist zur Einsparung eines Bildleiters die Videokamera distal unmittelbar am Objektiv an­ geordnet. Auch bei dieser bekannten Konstruktion wird das Problem der Drehung der Videokamera gelöst und zwar durch eine die Videokamera tragende, das Schaftrohr auf ganzer Länge durchlaufende Welle, die im proximal des Schaf­ trohres sitzenden Hauptkörper an eine Drehbetätigung gekoppelt ist.

Diese Konstruktion weist jedoch Nachteile auf. Die den Schaft durchlaufende Welle, die an eine proximale Drehbetätigung angeschlossen ist, führt zu Abdich­ tungsproblemen. Diese sind insbesondere bei medizinischen Endoskopen die in Heißdampf autoklaviert werden müssen, sehr schwierig zu lösen. Bei Dampfein­ tritt in das Endoskop führt Wasserkondensation auf dem Objektiv und der Video­ kamera zur Unbrauchbarkeit des Endoskopes. Ferner nimmt die Welle viel Platz im ansonsten freien Innenquerschnitt des Schaftrohres in Anspruch, der ander­ weitig genutzt werden könnte.

Aus der DE 39 39 417 C1 ist eine Vorrichtung zur Untersuchung von Hohlräu­ men bekannt, die an ihrem distalen Ende einen Schwenkkopf aufweist, in dem ein Objektiv und ein Bildaufnahmeelement angeordnet sind. Mittels eines eben­ falls im Schwenkkopf angeordneten Elektromotors kann das Bildaufnahmeelement um die Blickrichtung verdreht werden, um ein lagerichtiges Monitorbild bei Verdrehungen des Schwenkkopfes um die Längsachse der Vorrichtung zu ge­ währleisten.

Aus der US 4 936 307 ist ein Endoskop bekannt, das in seinem distalen Schaftab­ schnitt einen bildgebenden Ultraschallsensor aufweist. Zum Scannen wird der Sensor durch einen Ultraschallmotor angetrieben. Der Motor ist proximal zu dem Sensor angeordnet, um einen stabilen und zuverlässigen Scanvorgang zu ge­ währleisten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes En­ doskop zu schaffen, das besser abdichtbar ist und eine bessere Nutzung des freien Querschnittes im Schaftrohr ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 ge­ löst.

Erfindungsgemäß ist in dem freien Querschnitt des distalen Schaftrohrabschnit­ tes, der dort nach Verlegen der längs verlaufenden Einrichtungen wie insbeson­ dere des üblichen Lichtleitfaserbündels oder weiterer Einrichtungen wie z. B. Ar­ beitskanäle, Spülkanäle und dergleichen verbleibt, proximal der Videokamera ein diese drehender Elektromotor angeordnet. Diese in sich räumlich abgeschlossene Baueinheit aus Optik und Videokamera, gegebenenfalls einschließlich des Mo­ tors, kann zum Dampfschutz des Objektives und der Videokamera dampfdicht gekapselt werden, wobei nur in üblicher, gut beherrschter Technik die Signallei­ tungen, Steuerleitungen und Stromversorgungsleitungen für die Videokamera und den Motor nach außen durchgeführt werden müssen. Der freie Querschnitt des Schaftrohres proximal des Elektromotors bleibt frei und kann zu sonstigen Zwec­ ken genutzt werden.

Vorteilhaft erfolgt die dampfdichte Kapselung mit den Merkmalen des Anspru­ ches 2. Dabei kann der Motor außerhalb des Innenrohres, welches nur Objektiv und Kamera umschließt, angeordnet sein, wobei jedoch noch eine abgedichtete Drehdurchführung erforderlich wäre. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen, woraus sich eine Kapselung ergibt, die nur noch von elektrischen Leitungen abgedichtet durchsetzt wild.

Das Innenrohr zur dampfdichten Kapselung der Videokamera ist mit engem Querschnitt im freien Querschnitt des Schaftrohres verlegt. An ihm vorgesehene Durchführungen für elektrische Leitungen müssen dampfdicht sein und können nicht beliebig miniaturisiert werden. Müssen auch die Stromzuführungsleitungen für den Motor hier hindurchgeführt werden, so ergeben sich Platzprobleme. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Bei dieser Konstruktion ist das Innenrohr aus magnetisch durchgreifharem Material z. B. Edelstahl ausgeführt und durchläuft den Spalt des Motors. Dessen Stator sitzt also außerhalb des Innenrohres. Bei geeigneten Motorkonstruktionen ist nur am Stator ein elektrischer Anschluß erforderlich, der folglich außerhalb des Innen­ rohres ohne besondere dampfdichte Durchführung verlegt werden kann. Das In­ nenrohr benötigt daher nur Durchführungen für die Leitungen der Videokamera. Da das Innenrohr im Bereich des Motors einen engeren Durchmesser hat als an der Stelle der Videokamera, kann der Motor im Außendurchmesser seines Stators dem Außendurchmesser des Innenrohres im Bereich der Videokamera entspre­ chen, so daß er in den freien Querschnitt des Schaftrohrabschnittes paßt.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 im Längsschnitt durch ein Endoskop eine erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 im Längsschnitt durch ein Endoskop eine zweite Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 im Längsschnitt durch ein Endoskop eine dritte Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt stark schematisiert im Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Endo­ skop in einer ersten Ausführungsform. Das Endoskop weist ein Schaftrohr 1 mit distalem Schaftrohrabschnitt 2 auf und wird in ganzer Länge von zwei Einrich­ tungen durchlaufen. Dies ist zum einen ein Lichtleitfaserbündel 3, das in der di­ stalen Endfläche des Endoskopes endet und proximal in einem Anschlußstutzen 4 endet, der seitlich am proximalen Bereich des Schaftrohres 1 abgeht. Eine weitere, das Schaftrohr 1 längs durchlaufende Einrichtung ist beispielsweise dargestellt in Form eines Arbeitskanales 5, der das gesamte Endoskop gerade durchläuft und z. B. zum Durchführen von Instrumenten, von Gasen oder Flüssigkeiten dient.

Die längs durchlaufenden Einrichtungen in Form des Lichtleitfaserbündels 3 und des Arbeitskanales 5 lassen im Schaftrohr 1 und insbesondere in dessen distalem Schaftrohrabschnitt 2 einen freien Querschnitt 6, der an der distalen Endfläche des Schaftrohres 1 mit einem Fenster 7 verschlossen ist. Proximal hinter diesem ist im freien Querschnitt 6 ein schematisch angedeutetes Objektiv 8 angeordnet und dahinter im freien Querschnitt 6 frei drehbar, eine Videokamera 9, die z. B. im wesentlichen aus einem Bildwandlerchip bestehen kann. Sie ist über ein Kabel 10 nach außen angeschlossen.

Die Videokamera 9 ist an einer parallel zur Achse des Schaftrohres angeordneten Welle 11 befestigt, die die Abtriebswelle eines im freien Querschnitt 6 fest ange­ ordneten Elektromotors 12 bildet. Dieser ist mit einem Elektrokabel 13 nach au­ ßen angeschlossen. Die beiden Kabel 10, 13 sind über eine abgedichtete Durch­ führung 14 proximal durch die Wand des Schaftrohres 1 nach draußen geführt.

Wird das dargestellte Endoskop mit seinem Schaftrohr 1 gedreht, so kann durch entsprechende Ansteuerung des Motors 12 die Videokamera 9 derart rückgeführt werden, daß das auf einem nicht dargestellten Monitor betrachtete Bild aufrecht stehen bleibt. Dazu kann z. B. das Signal eines nicht dargestellten Lagesensors verwendet werden, der in dem verbleibenden freien Innenraum des Schaftrohres 1 angeordnet sein kann. Es kann auch mit einer Bildauswerteinrichtung eine Dre­ hung des von der Videokamera 9 erzeugten Bildes erkannt und daraus ein Rück­ drehsteuersignal errechnet werden.

Die in Fig. 1 stark schematisiert und vereinfacht dargestellte Konstruktion weist Abdichtungsprobleme auf. Das Lichtleitfaserbündel 3 ist in seinem distalen End­ bereich neben dem Fenster 7 dicht gepackt und verklebt bzw. verkittet, jedoch nicht dampfdicht. Wird das Endoskop für medizinische Anwendung genutzt und in Heißdampf unter hohem Druck sterilisiert, so kann hier Dampf eintreten. Nach Abkühlung schlägt sich Feuchtigkeit auf der Objektivlinse 8 und auf der Video­ kamera 9 nieder, so daß das Instrument unbrauchbar wird.

Zur besseren Abdichtung könnte das Fenster 7 auch vor der distalen Stirnfläche des Lichtleitfaserbündels 3 über den gesamten Innenquerschnitt des Schaftrohres 1 durchgezogen werden und es könnte auch am proximalen Ende des Lichtleitfa­ serbündels 3 im Anschlußstutzen 4 ein gut abgedichtetes z. B. verlötetes Fenster vorgesehen sein. Eine solche Konstruktion führt jedoch wieder zu anderen Pro­ blemen, insbesondere zu Lichtrückreflexion im Fenster von der distalen Stirnflä­ che des Lichtleitfaserbündels 3 zum Objektiv 8.

Diese Abdichtungsprobleme sind mit der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsva­ riante gelöst, bei der soweit möglich dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet werden.

Abweichend von Fig. 1 ist hier zunächst das Schaftrohr 1 in seinem proximalen Endbereich zu einem Hauptkörper erweitert dargestellt. Der Lichtleiter 3 ist in derselben Weise wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 verlegt. Es ist jedoch ein Innenrohr 15 vorgesehen, das an seinem distalen Ende mit dem Fenster 7 ver­ schlossen ist und das in seinem Inneren den Motor 12, die Welle 11, die Video­ kamera 9 und das Objektiv 8 umschließt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel endet das Innenrohr 15 proximal in dem erweiterten Hauptkörperbereich des Schaftrohres 1 und ist dort mit einer Durchführung 16 für die Kabel 10 und 13 versehen, die optimal abgedichtet, z. B. als Glaseinschmelzung ausgebildet sein kann. Die äußere Kabeldurchführung 14, die der in Fig. 1 dargestellten Durch­ führung entspricht, muß dagegen nur geringere Dichtwirkung haben.

Das innere Rohr 15 kann mit der erwähnten, als Glaseinschmelzung ausgebilde­ ten Durchführung 16 und einem z. B. eingelöteten Fenster 7 hoch gasdicht ausge­ bildet sein.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß das Objektiv 8 auch mitdrehend unmittelbar auf der Videokamera 9 angeordnet sein kann, obwohl auch hier die Fig. 1 dargestellte feststehende Objektivanordnung möglich wäre.

Weitere das Schaftrohr 1 längs durchlaufende Einrichtungen sind in Fig. 2 nicht vorgesehen, obwohl auch bei dieser Konstruktion solche Einrichtungen z. B. der in Fig. 1 gezeigte Arbeitskanal 5 außerhalb des Innenrohres 15 vorgesehen sein können. Die mit solchen weiteren Einrichtungen sich ergebenden Dichtigkeits­ probleme stören bei der Konstruktion der Fig. 2 nicht.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante der Konstruktion der Fig. 2, die wieder­ um nach Möglichkeit mit denselben Bezugszeichen versehen ist.

Das Schaftrohr 1 mit seinem distalen Schaftrohrabschnitt 2 entspricht weitgehend der Konstruktion der Fig. 2. Das Lichtleitfaserbündel 3 ist ebenfalls in dersel­ ben Weise vorgesehen.

Es ist wiederum ein Innenrohr 15 vorgesehen, das distal mit einem gut abgedich­ teten, z. B. eingelöteten Fenster 7 versehen ist und das Objektiv 8 aufnimmt, so­ wie die Videokamera 9, die über die Welle 11 gedreht wird. In Fig. 3 ist das Objektiv 8 feststehend im Innenrohr 15 angeordnet, könnte aber auch wie bei der Ausführungsform der Fig. 2 an der Kamera 9 mitdrehend angeordnet sein.

Das Innenrohr 15 weist in seinem distalen, das Fenster 7, das Objektiv 8 und die Kamera 9 aufnehmenden Abschnitt einen Durchmesser entsprechend der Ausfüh­ rungsform der Fig. 2 auf, füllt hier also den freien Querschnitt des distalen Schaftabschnittes auf, der nach Verlegen des Lichtleitfaserbündels 3 und weiterer längs durchlaufender Einrichtungen verbleibt, zu denen z. B. auch der Arbeitska­ nal 5 gehört, der außerhalb des Innenrohres 15 verlegt, in dem Ausführungsbei­ spiel der Fig. 3 dargestellt ist.

Proximal der Kamera 9, im Bereich der Welle 11, verjüngt sich das Innenrohr 15 an der Stelle 17 und läuft von dort mit kleinerem Durchmesser in proximaler Richtung weiter. Es durchläuft mit diesem kleineren Durchmesser den Elektro­ motor, der hier mit seinen wesentlichen Teilen, nämlich dem Rotor 12a, welcher die Welle 11 treibt und dem Stator 12b dargestellt ist. Das hier verjüngte Innen­ rohr 15 durchläuft den Motorspalt zwischen Rotor 12a und Stator 12b. Es wird ein Motortyp verwendet, der elektrische Anschlüsse nur am Stator 12b benötigt. Von dort läuft daher das Motoranschlußkabel 13 außerhalb des Innenrohres 15 und ohne Abdichtungsprobleme zur äußeren Durchführung 14, die das Gehäuse des Schaftrohres 1 durchsetzt.

Das Videokabel 10 verläuft innerhalb des Innenrohres 15 durch den Bereich des Motors 12a, 12b und kann z. B. aus Platzgründen, wie dargestellt, durch den Ro­ tor 12a hindurchgeführt werden, der beispielsweise als einfacher Permanentma­ gnet ausgebildet ist.

Das Videokabel 10 wird durch die gut abgedichtete Durchführung 16 am proxi­ malen Ende des Innenrohres 15 geführt. Es ist in Fig. 3 dargestellt, daß das Vi­ deokabel 10 aus mehreren Leitungen bestehen kann, die das Videosignal, Steu­ erdaten, die Versorgungungsstrom und dergleichen übertragen. Bei der hoch abdichtenden Durchführung 16, die z. B. als in das Innenrohr 15 eingelötete Glasplatte mit eingeschmolzenen Metallstiften ausgebildet ist, wird viel Platz benötigt. Daher ist das im Bereich des Motors 12a, 12b im Durchmesser eingezo­ gene Innenrohr 15 zur Durchführung 16 hin an der Stelle 18, die in dem zu einem Hauptkörper aufgeweiteten Bereich des Schaftrohres 1 liegt, aufgeweitet.

Claims (4)

1. Endoskop mit distalem Schaftrohrabschnitt (2), in dem wenigstens eine längs verlaufende Einrichtung (3, 5), insbesondere in Form eines Lichtleit­ faserbündels (3), angeordnet ist, wobei in dem von Einrichtungen (3, 5) freien Querschnitt (6) des Schaftrohrabschnittes (2) ein Objektiv (8) und eine Videokamera (9) angeordnet sind, wobei die Videokamera über eine Dreheinrichtung (11, 12) um ihre Blickrichtung drehbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Dreheinrichtung proximal der Video­ kamera (9) im freien Querschnitt (6) ein Elektromotor (12) angeordnet ist, der mit seiner parallel zur Achse des Schaftrohrabschnittes (2) angeord­ neten Abtriebswelle (11) an der Videokamera (9) befestigt ist.

2. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (8) und die Videokamera (9) in einem in dem freien Querschnitt (6) ange­ ordneten Innenrohr (15) mit distalem Fenster (7) angeordnet sind.

3. Endoskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (12) in dem Innenrohr (15) angeordnet ist.

4. Endoskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (15) aus magnetisch durchgreifbarem Material besteht und im Bereich des Motors (12a, 12b) einen kleineren Durchmesser aufweist, als an der Vi­ deokamera (9) und durch den konzentrisch zur Abtriebswelle (11) verlau­ fenden Motorspalt zwischen dem innen liegendem Rotor (12a) und dem außen liegendem Stator (12b) des Motors verläuft.