DE2950203C2

DE2950203C2 - Endoskop

Info

Publication number: DE2950203C2
Application number: DE2950203A
Authority: DE
Inventors: Kenzi Hachioji Tokyo Koyata
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1978-12-15
Filing date: 1979-12-13
Publication date: 1982-04-01
Also published as: DE2950203A1; JPS5581633A; JPS618685B2; US4349032A

Description

Die Erfindung betrifft ein Endoskop nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Das Endoskop wird zur Untersuchung von Gewebeteilen, beispielsweise der Bauchspeicheldrüse, die tief im Inneren des menschlichen Körpers liegen, verwendet.

Ultraschall-Diagnoseverfahren finden neuerdings eine breite Anwendung. Bei diesen Verfahren wird ein Ultraschallimpuls von einem Ultraschallkopf ausgesandt, dessen Schallstrahl auf das zu untersuchende Gewebe im menschlichen Körper gerichtet ist. Der emittierte Ultraschallimpuls wird, wenn er sich durch das zu untersuchende Gewebe fortpflanzt, teilweise zum Ultraschallkopf an der Grenze zwischen zwei Gewebeteilen reflektiert, die unterschiedliche akustische Impedanzen haben, wie beispielsweise die Knochen und die Bauchspeicheldrüse. Die reflektierten Signale werden durch den Ultraschallkopf empfangen und als sichtbares Bild auf einer Kathodenstrahlröhre angezeigt, nachdem sie beispielsweise in ein Fernsehsignal umgewandelt worden sind. Das heißt, ein dem zu untersuchenden Gewebe entsprechendes tomografisches Bild wird auf der Kathodenstrahlröhre angezeigt. Bei Anwendung dieses Prinzipes kann ein Krebsgewebe, falls es im Körper des Patienten vorhanden ist, aufgef-'ncieii werden.

Bei dem zur Zeit benutzten Verfahren wird das Vorhandensein eines abnormalen Gewebsteiles durch eine Ultraschallwelle fes'gestellt. die von einem Ultraschallkopf ausgeht, der an die äußere Haut des Patienten angelegt wird. Eine gesicherte Diagnose bei inneren Organen, die tief im menschlicher. Körper liegen, wie beispielsweise der Bauchspeicheldrüse, ist auf diese Weise jedoch unmöglich, da die Auflösung des tomografischen Bildes aufgrund der großen Entfernung zwischen dem Ultraschallkopf und der Bauchspeicheldrüse zu gering ist. Bei der Untersuchung der Bauchspeicheldrüse kann das Ultraschallverfahren auch nicht vom Rücken des Patienten aus angewandt werden, obwohl die Bauchspeicheldrüse relativ nahe am Rücken liegt, da zwischen dem Rücken und der Bauchspeicheldrüse die Wirbelsäule liegt.

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, ist bereits vorgeschlagen worden, einen Ultraschallkopf durch den Mund in den Magen des Patienten zu führen, so daß die Untersuchung mit dem gegen die Bauchspeicheldrüse gerichteten Ultraschallkopf durchgeführt werden kann. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren liegt jedoch darin, den Ultraschallkopf exakt gegen die Bauchspeicheldrüse zu richten. Darüberhinaus wäre es wichtig und notwendig, daß der Ultraschallkopf dicht an der Magenwand anliegt, da sich eine Ultraschallwelle nur schwer in Luft fortpflanzt. Aus diesen Gründen wurde »ο diese Methode nicht in die Praxis eingeführt.

Bekannt ist die Verwendung von Ultraschallbeobachtungseinrichtungen in der medizinischen Diagnostik auch schon bei Kryosonden (DE-OS 23 19 922). Aber auch diese bekannte Anordnung beseitigt die oben J5 beschriebenen Nachteile, nämlich zu großer Abstand zwischen Ultraschallkopf und innerer Gewebewand und unzureichende Möglichkeit in der Ausrichtung des Ultraschallkopfes auf das zu untersuchende Gewebe, nicht.

ii Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß die Ultraschallwelle genau gegen den zu untersuchenden Bereich im menschlichen Körper gerichtet werden kann, ohne daß ein störender Abstand zwischen dem Ultraschallkopf und der inneren Gewebewand, hinter der das zu untersuchende Gewebe liegt, in Kauf genommen werden muß, so daß eine hohe Auflösung des tomografischen Bildes erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die aus dem objektseitigen Endstück des Endoskopes herausragende Äbstrahlfläche des Ultraschallkopfes kann unmittelbar an die innere Gewebewand angelegt werden, so daß kein die Schallwelle dämpfender Abstand entsteht. Das bieg- oder schwenkbare Schlauchstück erleichtert es, die Abstrahlfläche möglichst im rechten Winkel an die Gewebewand bO heranzuführen.

Die exakte Ausrichtung des Ultraschallkopfes auf das zu untersuchende Gewebe ist durch die Parallelführung des Ultraschallstrahles mit der optischen Achse des Betrachtungs-l.ichtstrahles gewährleistet. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung, die anhand von in dieser Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben und erläutert wird, sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Endoskops;

Fig. 2 einen Längsschnitt in vergrößertem Maßstab durch das Endstück des Endoskops gemtß F i g. 1: >

F i g. 3 einen Querschnitt durch einen Ultraschallkopf;

F i g. 4 die Ansicht eines an der Magenwand anliegenden Endoskops zur Untersuchung der Bauchspeicheldrüse;

Fig.5—Fig.8 Längsschnitte durch weitere Ajsfüh- w rungsbeiipiele von Endstücken des Endoskops.

In sämtlichen Ausführungsbeispielen werden für gleiche oder gleichwirkende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. t weist ein <=, zvünderförmiges Bedienungsteil I auf, an dessen einem Ende ein Okular 2 und an dessen anderem Ende ein flexibler Schlauch 3 angeordnet sind. Das freie Endstück des flexiblen Schlauches 3 ist üoer ein steuerbares biegbares Schlauchstück 4 mit einem zyiinderförmigen 2^r· Endstück 5 verbunden. Der flexible Schlauch 3 enthält einen Lichtleiter. An der Mantelfläche des Bedienungsteiles 1 sind ein Bedienungsknopf 8 und eine Verbindungsschnur 7 angebracht, die zu einem elektrischen Schaltkreis 6 für eine Lichtquelle führt. Der y, flexible Schlauch 3 enthält ferner eine .Steuerleitung, die einen in der Zeichnung nicht dargestellten Steuermechanismus im Bedienungsteil 1 durch das biegbare Schlauchstück 4 mit dem rückwärtigen Ende des Endstückes 5 verbindet. Mit Hilfe des Bedienungsknop- in fes 8 kann der Steuermechanismus betätigt werden. Auf diese Weise kann durch Betätigung des Bedienungsknopfes 8 das Schlauchstück 4 kontrollierbar in eine Stellung gebogen bzw. geschwenkt werden, wie sie beispielsweise mit 5a dargestellt ist. Ein geeigneter r> Mechanismus zum Biegen des Schlauchstückes 4 ist beispielsweise im US-PS 37 88 304 beschrieben.

Der elektrische Schaltkreis 6 weist eine Lampe als Lichtquelle auf, deren Licht über einen Lichtleiter in der Verbindungsschnur 7, den flexiblen Schlauch 3 und das -tu Schlauchstück 4 zu einem Beleuchtungsfenster 18.? geführt wird, durch das es nach außen strahlt. Ein Betrachtungsfenster 18 und ein Ultraschallkopf 12 sind in unmittelbarer Nachbarschaft des Eteleuchtungsfensters 18a angeordnet.

Den Aufbau des Endstückes 5 zeigt Fig. 2. Das Endstück 5 sitzt auf dem vorderen offenen Endstück des biegbaren Schlauchstückes 4 und besteht aus einem steifen Kunststoff. Das vordere Ende des Endstückes 5 ist halbkugelförmig ausgebildet und das hintere 5n Endstück besitzt Bohrungen 13 und 14. die in Längsrichtung des Endstückes verlaufen. Die Bohrung 13 nimmt auf einer gewissen Länge einen Lichtleiter 15 auf, der zum Okular 2 führt. Vor dem Ende des Lichtleiters 15 und in der Bohrung IJ ist ein Objektivlinsenpaar 16a, 166 so angeordnet, daß ein durch das Betrachtungsfensler 18 eintretendes Bild, dessen Strahlen durch ein Prisma 17 um 90° umgelenkt werden, auf der Stirnfläche des Lichtleiters 15 abgebildet wird. %·.)

Die Bohrung 14 ist in einem rechten Winkel durch das Endstück 5 geführt und mündet in eine seitliche Öffnung 19 in der Nähe des Betrachtungsfensters 18 zwischen diesem und dem vorderen Ende des Endstückes. Die Öffnung 19 ist durch einen Dämpfer 20 verschlossen, an den ein Ultraschallkopf 12 angeklebt bzw. angekittet ist. Der Ultraschallkopf 12 ragt aus der Außenwand des Endstückes 5 heraus. Der Ultraschallkopf 12 und der Dämpfer 20 sind in der üblichen Weise hergestellt und als einstückige Einheit miteinander verbunden. Die optische Achse des Betrachtungsfensters 18 ist in einer Richtung ausgerichtet, die im wesentlichen vertikal zu der Längsachse des Endstückes 5 zeigt, und der Ultraschallkopf 12 ist so angeordnet, daß die Richtung der vom Ultraschallkopf ausgehenden Ultraschallwelle im wesentlichen mit der Richtung der optischen Achse des Betrachtungsfensters 18 übereinstimmt.

Der Ultraschallkopf weist, wie im einzelnen weiter unten beschrieben wird, ein Elektrodenpaar und ein zwischen diesen Elektroden angeordnetes piezoelektrisches Element auf. An die Elektroden ist ein Kabel 21 angeschlossen, das durch den Dämpfer 20 und die Bohrung 14. das biegsame Schlauchstück 4, den flexiblen Schlauch 3. das Bedienungsteil 1 und die Verbindungsschnur 7 zum elektrischen Schaltkreis 6 geführt ist.

Wie in Fig.2 schematisch angedeutet ist, weist der Schaltkreis 6 einen Impulsgenerator 22, einen Verstärker 23 und ein Anzeigegerät 24 auf. Der Impulsgenerator liefert ein Impulssignal über das Kabel 21 an den Ultraschallkopf !2 und der Verstärker 23 empfängt ein Signal, das einer von dem zu untersuchenden Gewebebereich reflektierenden Ultraschallwelle entspricht und verstärkt ist. Das verstärkte Signa! wird zu dem Anzeigegerät 24 geleitet, das auf einer Kathodenstrahlröhre ein tomografisches Bild anzeigt. Dieses Verfahren ist im US-PS 34 04 560 im Detail beschrieben.

Zum Verbiegen bzw. zum Schwenken des Schlauchstückes 4 dient eine Schnur 25, deren eines Ende mit dem durch den Bedienunsknopf 8 zu betätigenden Mechanismus verbunden ist und deren anderes Ende fest in dem rückwärtigen Endteil des Endstückes 5 eingebettet ist.

Das Endstück 5 weist eine dritte, in der Zeichnung nicht dargestellte Bohrung auf, die sich parallel zur Bohrung 13 erstreckt. Das vordere offene Ende dieser dritten Bohrung mündet am Beleuchtungsfenster 18.? (Fig. 1), das neben dem Betrachtungsfenster 18 angeordnet ist. Durch die dritte Bohrung führt ein Lichtleiter zur Lampe im elektrischen Schaltkreise.

Der Aufbau des Ultraschallkopfes 12 ist in F i g. 3 dargestellt. Das piezoelektrische Element 126 ist von einer isolierenden Schicht 12a aus Epoxidharz umhüllt. Die Schicht 12a ist auf der nach pußen weisenden Stirnfläche des Dämpfers 20 gebildet, der aus Gummi, Urethan oder Silikonharz besteht. Das piezoelektrische Element 126 kann aus Blei- Zirkonat- Titanat oder Lithium- Niobat bestehen. Die obere Stirnfläche des piezoelektrischen Elementes 126 ist durch eine erste Elektrode 12c bedeckt, die aufgedampft ist. An einer Seite erstreckt sich die Elektrode 12c an der Mantelfläche des piezoelektrischen Elementes 126 entlang und kontaktiert mit einem Teil die untere Stirnfläche des piezoelektrischen Elementes. Eine zweite Elektrode 12c/ ist ebenfalls durch Aufdampfen auf der unteren Stirnfläche des piezoelektrischen Elementes 126 gebildet, so daß ein gewisser Zwischenraum zwischen ihr und dem nach unten geführten Ende der ersten Elektrode 12c besteht. Diese Weise ist das piezoelektrische Element 126 auf beiden Seiten durch die Elektroden 12c, 12c/ bedeckt. Zuführungen 21a und 216 sind einerseits mit den Elektroden 12cbzw. 12c/und andererseits mit dem Kabel 21 verbunden. Wenn ein Spannungsimpuls vom Impulsgenerator 22 zwischen die Elektroden 12c und 12c/ gelegt wird, wird von dem piezoelektrischen Element 126 eine Ultraschallwelle in Richtung des Pfeiles in F i g. 3 abgestrahlt.

Die Arbeitsweise des Endoskops wird nunmehr anhand der Fig. 4 erklärt. Uniersucht werden soll eine Bauchspeicheldrüse 33 mit Hilfe des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1 bis 3. Das Endstück 5 des Endoskops wird durch den Mund des Patienten in den Magen 30 eingeführt. Wenn es den Magen 30 erreicht, wird die Lampe in dem elektrischen Schaltkreis 6 eingeschaltet. Das Licht wird durch das Beleuchtungsfenster 18a ausgestrahlt, so daß die Magenwand 31 durch das Okular 2 betrachtet werden kann. Das Betrachtungsfenster 18 ist gegen dasjenige Teilstück der Magenwand 31 gerichtet, das der Bauchspeicheldrüse 33 gegenübersteht. Infolgedessen ist der Ultraschallkopf 12 ebenfalls genau gegen die Bauchspeicheldrüse 33 gerichtet. Dabei ist das Schlauchstück 4 durch Betätigung des Bedienungsknopfes 8 so gebogen bzw. so geschwenkt worden, daß der Ultraschallkopf 12 gegen die Magenwand 31 gedrückt wird. Wenn nunmehr ein Impulssignal mit einer Frequenz zwischen 5 und 15MHz von dem Impulsgenerator 22 an den Ultraschallkopf 12 gegeben wird, wird der Ultraschallkopf zur Erzeugung einer impulsartigen Ultraschallwelle erregt. Die Ultraschallwelle ist durch die Magenwand 31 genau gegen die Bauchspeicheldrüse 33 gerichtet. Da die Magenwand 31 und die Bauchspeicheldrüse 33 unterschiedliche akustische Impedanzen haben, geht von der Grenze zwischen der Magenwand und der Bauchspeicheldrüse ein Echosignal aus. Dieses Echosignal wird in den Ultraschallkopf 12 zurückreflektiert, wo es in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Das elektrische Signal wird durch den Verstärker 23 verstärkt und als tomografisches Bild der Bauchspeicheldrüse 33 auf dem Schirm des Anzeigegerätes 24 abgebildet. Infolgedessen kann der Arzt exakt beurteilen, ob die Bauchspeicheldrüse 33 ein angegriffenes Gewebe, beispielsweise eine Krebsgeschwulst, enthält und wo sie sich befindet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 ist anstelle des Lichtleiters 15 ein Festkörper-Bildaufnahme-Element 55 vorgesehen, das mit einem ladungsgekoppelten Speicher (CCD) arbeitet. Ein am Element 55 erhaltenes Bildsignal wird durch eine Leitung 21rcinem Monitor zugeführt, so daß das durch das Betrachtungsfcnsier 18 erhaltene optische Bild auf dem Schirm des Monitors betrachtet werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. b sind Bohrungen 13;/ und 14a in Längsrichtung eines zylindrischen Endstückes 51 geführt. Das Kabel 21 läuft durch die Bohrung 13a und dann durch den Dämpfer 20

ίο zu dem Elektrodenpaar des Ultraschullkopfes 12. Dei Dämpfer 20 ist in einer Ausnehmung an der vorderen Öffnung der Bohrung 13a angeordnet. Die Bohrung 14a isi parallel neben der Bohrung 13a geführt und besitzt ebenfalls eine Ausnehmung an der Vorderseite des Endstückes 51, in die das Betrachtungsfenster 18 eingesetzt ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ragt der Ultraschallkopf 12 aus der vorderen Endfläche des Endstückes 51 heraus. Die Endoskope gem. F i g. 2 und 6 können selektiv verwandt werden, je nachdem, welches

3d innere Organ untersucht werden soll.

Beim Ausführungsbeispiel gem. Fig. 7 ist das einstückig ausgebildete Element aus Dämpfer 20 und Schallkopf 12 in ein elastisches Bauteil 60 eingebettet, welches seinerseits in eine Ausnehmung in der Seitenwand des Endstückes 5 eingepaßt ist. Das elastische Bauteil 60 besteht aus Gummi, Urethan oder Silikonharz und dient zur Anpassung der Elastizität zwischen dem Dämpfer 20 und dem Endstück 5.

Bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig.8 ist auf die nach außen gerichtete Oberfläche des Schallkopfes 12 zusätzlich ein poröses elastisches Stück 62 aus Urethan oder Silikonharz aufgeklebt bzw. aufgekittet; wenn das poröse Stück 62 Flüssigkeit absorbiert hat, stellt es einen guten Leiter für die Ultraschallwelle dar, so daß die Nachweisempfindlichkeit nicht gemindert wird. Darüberhinaus besteht bei Verwendung dieses Endoskops keine Gefahr, daß der Patient während der Untersuchung Schmerzen empfindet oder gar verletzt wird, selbst dann, wenn das elastische Stück 62 kräftig an die Innenwand der Körperhöhlung angedrückt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Endoskop mit einem Bedienungsteil, das ein Okular zur Betrachtung eines Gewebeteiles und eine Steuervorrichtung zur Biegung oder Schwenkung eines bieg- oder schwenkbaren Schlauchstückes aufweist, das über einen flexiblen Schlauch mit der Steuervorrichtung verbunden ist und an seinem objektseitigen Endstück ein Betrachtungsfenster und wenigstens einen Ultraschallkopf aufweist, dessen Abstrahlrichtung mit der optischen Achse des Betrachtungsfensters übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlfläche des Ultraschallkopfes (12) aus der Oberfläche des Endstückes (5, 51) herausragt und daß der Ultraschallkopf (12) und das Betrachtungsfenster (18) nebeneinander angeordnet sind.

2. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallkopf (12) einen schwingungsabsorbierenden Körper (20) aufweist.

3. Endoskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (51) zylindrisch ausgebildet ist und daß das Betrachtungsfenster (18) und der Ultraschallkopf (12) nebeneinander an der Stirnseite des Endstückes (51) angeordnet sind.

4. Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betrachtungsfenster (18) Teil einer optischen Anordnung ist, die im Endstück (5) und im Schlauch (3) angeordnet ist und ein Festkörper-Bildaufnahme-Element (55) zur Umwandlung des optischen Bildes in ein elektrisches Signal aufweist.

5. Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallkopf (12) mit einem ultraschalleitenden Körper (12;i^ aus einem weichen, elastischen Werkstoff umgeben ist.

6. Endoskop nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12a^ aus einem porösen, wasserabsorbierenden Werkstoff besteht.