DE2932116C2 - Endoskop zur Darstellung von Infrarotbildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Endoskop zur Darstellung des Infrarotbildes von körperinneren Objekten bei der medizinischen Diagnostik von Tumoren unter Verwendung eines Bildwandlers, der das Infrarotbild empfängt r5 und in ein sichtbares Wärmebild umsetzt

Zum Erkennen von epithelialen Tumoren in Körperhöhlen ist es wichtig, diese bereits im Anfangsstadium sichtbar zu machen, also solange eine bösartige Tumorneubildung noch innerhalb der Gewebeoberflä ehe liegt und nicht schon das darunterliegende Gewebe befallen ist

Es ist bekannt, daß Tumore eine verstärkte pathologische Versorgung der Gefäße zur Folge haben und somit im allgemeinen auch eine höhere Temperatur als das umliegende Gewebe haben werden. Wenn es also gelingt, das Infrarotbild der zu untersuchenden Objektfläche thermografisch wiederzugeben, wird das so gewonnene sichtbare Wärmebild eine Aussage darüber zulassen, ob und wo ein Tumor vorliegen

jo könnte, da sich der Ort des Tumors im Wärmebild anders als seine Umgebung darstellen wird.

Es ist deshalb schon vorgeschlagen worden, solche Bilder mittels einer Infrarotkamera als Bildwandler aufzunehmen, der die Oberflächentemperaturen des Objektes in verschiedene Farben oder Grauwerte umsetzt Es ist verständlich, daß die handelsüblichen Infrarotkameras wegen ihrer relativ großen Abmessungen nicht handlich genug sind und deshalb nicht geeignet erscheinen, bei der endoskopischen Diagnostik

■to von Tumoren eingesetzt zu werde-a Außerdem ist es in der Regel nicht oder höchstens mit entsprechend großem Aufwand möglich, außer dem von der Kamera gelieferten Wärmebild auch ein direktes visuelles Bild zum Betrachten des Objekts zu bekommen, was u. a.

beim anfänglichen Aufsuchen und Anzielen der zu untersuchenden Objektfläche von besonderem Vorteil wäre.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung der aufgezeigten Nachteile und somit u. a. in der Schaffung eines Instrumentes, das in seiner Anwendung äußerst handlich ist einen einfachen Aufbau hat und einwandfreie Wärmebilder von den jeweiligen Objekten liefert. Außerdem soll auch die Möglichkeit gegeben sein, solche Objekte als visuelles Bild direkt sichtbar machen zu können.

Zur Lösung dieser Aufgabe kommt ein Endoskop der eingangs erwähnten Art zur Anwendung, das nach der Erfindung durch eine als Bildwandler dienende Flüssigkristallschicht gekennzeichnet ist, die von der dem Okular zugewandten Seite her über eine Lichtquelle mit sichtbarem Kaltlicht bestrahlt wird.

Solche Flüssigkristallschichten sind zur Umsetzung von Infrarotbildern in sichtbare Wärmebilder zwar auf bestimmten technischen Gebieten bekannt, z. B. US-PS 31 14 836, sie führen aber bei der erfindungsgemSßen Anwendung in Kombination mit einem Endoskop zu dem besonderen Vorteil, daß man wegen der geringen Baiigroße hinsichtlich der Anordnung in oder am

Endoskop relativ ungebunden ist und daß das Endoskop trotz des Bildwandlers wie auch die sonst üblichen Endoskope zum Untersuchen von Körperhöhlen leicht und einfach zu handhaben ist. Dies gilt insbesondere auch im Vergleich zu der sonst ebenfalls möglichen Anwendung einer Infrarotkamera, Im übrigen ist ein mit FlOssigkristallen aufgebauter Bildwandler entsprechend billiger als eine Infrarotkamera und liefert überdies trotz seiner geringen Abmessungen exakt umgesetzte Wärmebildet,

Als Flüssigkristalle kommen solche zur Anwendung, die bei Bestrahlung mit infrarotem Licht im hier interessierenden Welienlängenbereieh ihre Streueigenschaften ändern, ajso bei Betrachtung unter sichtbarem und möglichst weißem Licht ihr Farbbild durch Streuung ändern. Beispielsweise könnten bestimmte Cholesterylester als Flüssigkristalle verwendet werden, die je nach Temperatur relativ kräftige Farben entwickeln. Ausgehend vom Schmelzpunkt verläuft bei diesem Material beim Erwärmen die Farbreihenfolge normalerweise vom Rot durch das Spektrum hindurch bis zum Biau im Bereich des sogenannten Kiärpunktes. Diese Farbentwicklung ist reversibel, ao daß die gleichen Farben auftreten werden, wenn das Flüssigkristallmaterial vom Klärpunkt ausgehend wieder abgekühlt wird.

Wenn nun eine solche Flüssigkristallschicht partiell mit unterschiedlicher Infrarotstrahlung beaufschlagt wird, zeigt sie auch bereichsweise unterschiedliche Farben. Bei ebener Abbildung des Infrarotbildes eines medizinisch zu untersuchenden Objektes auf der Flüssigkristallschicht wird dementsprechend auch das umgesetzte Wärmebild eine sichtbare Wiedergabe des Infrarotbildes darstellen, so daß der untersuchende Arzt feststellen kann, wo das Objekt Bereiche höherer oder niedrigerer Temperatur hat, um hieraus dann die Diagnose zu stellen.

Einige vorteilhafte konstruktive Merkmale des erfindungsgemäßen Endoskopes sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 erwähnt, auf die hier zur Vermeidung von Wiederholungen Bezug genommen wird.

In der anliegenden Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Endoskop mit einem im distalen Endbereich vorgesehenen Bildwandler,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch das proximale Ende eines Endoskopes mit einem dortigen Bildwandler,

F i g. 3 eine andere Ausführungsform mit einem in den Strahlengang des Endoskopes schiebbaren Bildwandler,

Fig.4 ein Endoskop im Längsschnitt, bei dem der Bildwandler unmittelbar den distalen Abschluß bildet,

Fig.5 eine der Fig.4 ähnliche Ausführungsform, jedoch mit einer auf andere Weise gelösten Objektbeleuchtung,

Fig.6 einen Schnitt durch ein Flüssigkristallelement und

F i g. 7 eine Einrichtung zur Bildung eines Flüssigkristallrasters.

Das in F i g. 1 gezeigte Endoskop besteht aus dem die Optik aufnehmenden Schaft I mit einem Stutzen 2 für den Anschluß eines nicht weiter dargestellten Lichtleitkabels. Der proximale Abschluß des Instrumentes wird in üblicher Weise durch einen Okulartrichter3 gebildet.

Der Bildwandler 4 ist in Nähe des distalen Endes einer mit dem Objektiv 5 abgeschlossenen Hülse 6 so angeordnet, daß er über die Endoskopoptik untei Beleuchtung des über den Stutzen 2 eingestrahlten Lichtes betrachtet werden kann, Nach Einführen des Instrumentes in eine zu untersuchende Körperhöhle wird das Objekt 7 aufgesucht, so dall sein Infrarotbild mittels der Infrarotstrahlung durchlassenden Linse 5 auf dem Bildwandler 4 abgebildet wird. Dieser setzt das Infrarotbild auf vorher erläuterte Weise in ein latentes Wärmebild um, welches unter dem Einfluß des am Stutzen 2 eingestrahlten Kaltlichtes sichtbar wird. Unter Kaltlicht soll eine nur im sichtbaren Spektralbereich liegende Strahlung verstanden werden, damit der

Bildwandler nur von Seiten des Objektes 7 her mit Infrarotstrahlung beaufschlagt und nicht durch infrarote Fremdstrahlung beeinflußt wird. Der im Querschnitt ringförmige Innenraum der

doppelwandigen Hülse 6 nimmt einen Lichtleiter 8 auf, in den proximalseitig über den Anschlußstutzen 6a Licht eingestrahlt wird, das distalseitig zur Beleuchtung des Objektes 7 austritt Auf diese Weise hat der untersuchende Arzt die Möglichkeit, das mit sichtbarem Licht bestrahlte Objekt zu beobachten und ständig lu überprüfen, ob das Objekt rich.>; anvisiert ist Es ist verständlich, daß in diesem Fall das Objektiv 5 neben der infraroten Strahlung auch sichtbare Strahlung durchlassen muß.

Bei dem in Fig.2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Bildwandler 4 am proximalen Instrumentenende vorgesehen. Im Schaft 9 befindet sich die Optik, die in diesem Fall sowohl für infrarote als auch für sichtbare Strahlung durchlässig ist. Dem Bildwandler ist ein wellenlängenabhängig arbeitender Strahlenteiler 10 vorgeschaltet, der das infrarote Licht auf den Bildwandler 4 durchläßt und das sichtbare Licht auf ein Ablenkprisma 11 reflektiert, auf dem dann das sichtbare Objektbild über das Okular 12 betrachtet werden kann.

Das Wärmebild auf der Wandlerfläche wird über das andere Okular 13 betrachtet. Mit einem Instrument dieser Art hat der Arzt die Möglichkeit, beispielsweise über den das Okular 12 einschließenden Strahlengang zunächst den Ort der zu untersuchenden Gewübefläche

■to optisch anzuzielen und anschließend deren Wärmebild über das andere Okular 13 anzuschauen und auszuwerfen.

Abweichend von dieser Ausführungsform kann zu gleichen Zwecken auch so vorgegangen werden, daß gemäß F i g. 3 der Bildwandler 4 und eine Linse 17 mit verschiedenen radialen Abständen zur Instrumentenlängsachse 15 in einem Halter 16 gefaßt werden, der quer zur erwähnten Achse in entsprechenden Gleitführungen der äußeren Hülse 6 verschiebbar ist. Bei der dargestellten einen Stellung ist das auf dem Wandler 4 erscheinende Wärmebild des Objektes über das Okular 18 zu sehen. In der anderen Stellung des Halters 16. also wenn dieser nach oben in die zweite mögliche Stellung ge-ckoben ist, wird sich die Linse 17 im Strahlengang

befinden, so daß das Objekt als solches sichtbar ist und der Arzt z. B. überprüfen kann, ob das Instrument noch richtig auf das Untersuchungsfeld gerichtet ist. Im übrigen wird man auch vor Beginn der eigentlichen Untersuchung mit im Strahlengang befindlicher Linse 17 arbeiten, um zunächst das Objekt optisch anvisieren zu können, Anstelle der Verschiebebewegung könnte der Halter 16 natürlich auch so schwenkbar gelagert werden, daß wahlweise der Wandlet 4 oder die Linse ί 7 in die jeweilige Betriebsstellung geschwenkt werden b^r> können.

Bei den Endoskopen gemäß den F i g. 2 und 3 wird zur erforderlichen okularseitigen Beleuchtung des Bildwandlers 4 mit sichtbarem Licht im allgemeinen das

durch die Okularlinscn 13 bzw. 18 einfallende Licht zur Sichtbarmachung des Wärmebildes ausreichen. Nur wenn dies nicht der Fall ist, sollte eine zusätzliche Kaltlichtquelle zur Erzeugung der Wandlerbeleuchtung vorgesehen werden.

Die Fig.4 zeigt ein Endoskop, bei dem der Bildwandler 4 unmittelbar das distale Instrumentenende bildet und deshalb direkt mit dem zu untersuchenden Objekt 7 in Kontakt gebracht werden kann, so daß das Infrarotbild des Objektes ohne Verwendung sonstiger optischer Einrichtungen unmittelbar auf den plattenförmigen Bildwandler übergehen wird. Der Wandler wird dabei von einer Hülse 19 gehalten, die über den Instrumentenschaft I geschoben ist. Bei entsprechender Anpassung der im Schaft befindlichen Optik bietet diese Ausführungsform die Möglichkeit, den Wandler 4 in einem zum sonstigen Hülsen verlauf erweiterten Hülsenende 19a unterzubringen, so daß im Vergleich zu den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen die Wandlerfläche relativ größer ausgebildet sein kann, was verständlicherweise zu einer entsprechend besseren Auflösung und Abbildung des Objektbildes führen wird.

Die Beleuchtung des Wandlers 4 erfolgt auch in diesem Falle so, das von einem Lichtprojektor erzeugtes Licht über den Anschlußstutzen 2 eingeleitet und mit der im Schaft 1 befindlichen Optik auf den Wandler gebracht wird. Eine gesonderte Beleuchtung des Objektes 7 mit sichtbarem Licht ist hier zwar nicht vorgesehen, sie könnte aber auf vorher beschriebene Weise oder auch entsprechend der in F i g. 5 aufgezeigten Möglichkeit erfolgen.

Bei dieser Ausführungsform wird nämlich das in den Schaft 1 eingeleitete Kaltlicht der Darstellung entsprechend zum überwiegenden Teil auf den Bildwandler 4 gelangen, während die aus dem Schaft 1 austretende Randstrahlung mit Spiegelsystemen 20 durch eine Öffnung in der Wandung der Hülse 21 ausgeblendet und unter äußerer Umgehung des Bildwandlers 4 und des diualen Hülsenendes 21a auf das Objekt 7 geleitet wird.

um neben der Möglichkeit einer Betrachtung des auf dem Wandler 4 erscheinenden Wärmebildes gleichfalls eine Beleuchtung und Betrachtung des Objektes 7 selbst zu gewährleisten.

s Auch in diesem Fall braucht die im Schaft 1 befindliche Optik nur sichtbares Licht durchzulassen. Im übrigen kann das distale Ende des Instrumentes so wie in F i g. 4 gezeigt ausgebildet sein.

Der Bildwandler 4 ist in Fig.6 noch einmal in

in größerem Maßstab dargestellt. Er besteht in an sich bekannter Weise aus der zwischen den beiden strahlungsdurchlässigen Platten 22,23 eingeschlossenen Flüssigkristallschicht 24. Diese Flüssigkristallschicht kann mit einem Rasterkörper 25 aufgeteilt sein, der eine

r, Art Wabenform entsprechend der in Fig. 7 dargestellten Aufsicht haben kann. Mit diesem Rasterkörper wird die Flüssigkristallschicht in einzelne definierte Bereiche unterteilt, die durch die jeweiligen Begrenzungswände des Rasterkörpers thermisch voneinander isoliert werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß kein das Wärmebild verfälschender Temperaturausgleich zwischen definierten Bereichen der Flüssigkristallschicht erfolgt.

Abschließend sei noch einmal darauf hingewiesen,

:<; daß eine Beleuchtung des Bildwandlers von der dem Okular zugewandten Seite her mit sichtbarem Licht notwendig ist, da mit diesem Licht erst die sich mit dem jeweiligen Infrarotbild ändernden Streueigenschaften der Flüssigkristallschicht sichtbar gemacht werden

so können. Zu diesem Zweck kann eine gesonderte Lichtquelle zur Anwendung kommen, wie es auch im Zusammenhang mit der in Fig.! gezeigten Ausführungsform erwähnt wurde. Unter dem Begriff »Lichtquelle« soll jedoch auch die Möglichkeit verstanden

j5 werden, daß über das jeweilige Okular das am Behandlungsort herrschende Licht in das Instrument eingeleitet und zur Beleuchtung des Objektes herangezogen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche;

1. Endoskop zur Darstellung des Infrarotbildes von körperinneren Objekten bei der medizinischen Diagnostik von Tumoren unter Verwendung eines Bildwandlers, der das Infrarotbild empfängt und in ein sichtbares Wärmebild umsetzt, gekennzeichnet durch eine als Bildwandler dienende Flüssigkristallschicht (4), die von der dem Okular (13, 18) zugewandten Seite her über eine Lichtquelle mit sichtbarem Kaltlicht bestrahlt wird.

2. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildwandler (4) am distalen Endbereich einer über den Endoskopschaft (1) schiebbaren Hülse (6) angeordnet ist, die mit einem infrarotes Licht durchlassenden Objektiv (5) abgeschlossen ist

3. Endoskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im Querschnitt ringförmige Innenraum der doppelwandigen Hülse (6) einen Lichtleiter (S) aufnimmt, in den proximalseitig Kaltlicht eingestrahlt wird, das distalseitig zur Beleuchtung des Objektes (7) austritt

4. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildwandler (4) am proximalen Instrumentenende vorgesehen ist, daß die Endoskopoptik sowohl infrarotes als auch sichtbares Licht überträgt und daß das vom Bildwandler umgesetzte Wärmebild über das Okular (13, 14) zu betrachten ist

5. Endoskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bildwandler ein wellenlängenabhängig arbeitender Strahlenteiler (10) vorgeschaltet ist, der das infrarote Licht «yf den Bildwandler durchläßt und das sichtbare Licht auf ein Ablenkprisma (11) reflektiert, auf dem das sichtbare Objektbild über ein weiteres Okular (12) zu betrachten ist.

6. Endoskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildwandler (4) und eine Linse (17) in einem quer zur Instrumentenlängsachse (15) verstellbaren Halter (16) angeordnet sind, derart daß in der einen Stellung des Halters das Wärmebüd und in der anderen Stellung das sichtbare Objektbild über das Okular (18) zu betrachten ist.

7. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildwandler (4) unmittelbar das distale Instrumentenende bildet und direkt mit dem Objekt (7) in Kontakt bringbar ist.

8. Endoskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildwandler (4) das distale Ende einer über den Endoskopschaft (61) schiebbaren Hülse (19) bildet.

9. Endoskop nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Randstrahlung von über die Endoskopoptik bzw. durch den Endoskopschaft (1) übertragenem Kaltlicht durch Spiegelsysteme (20) ausgeblendet und unter äußerer Umgehung des Bildwandlers (4) und des distalen Hülseiiendes (2Ia^ auf das Objekt (7) umgelenkt wird

10. Endoskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelsysteme (20) auf einem konzentrisch um die Instrumentenlängsachse (15) verlaufenden Kreis angeordnet sind.

11. Endoskop nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildwandler (4) in an sich bekannter Weise aus einer zwischen strahlHngsdurchlässigen Platten (22, 23) eingeschlossenen Flüssigkristallschicht (24) besteht und daß die Flüssigkristallschicht mit einem Rasterkörper (25) in ein Raster aufgeteilt ist, um bestimmte Schichtbereiche thermisch voneinander zu isolieren.