DE3934644A1

DE3934644A1 - Ultraschall-endoskopiervorrichtung

Info

Publication number: DE3934644A1
Application number: DE3934644A
Authority: DE
Inventors: Yoshitake Saito; Kenji Hirooka
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1989-10-17
Publication date: 1990-04-19
Anticipated expiration: 2009-10-18
Also published as: US5054491A; DE3934644C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Endoskopiervorrich tung, mit einem Endoskop mit einem in einen zu untersuchen den Körper einführbaren Einführteil, einer Vorrichtung zum Betrachten eines optischen Bildes mit einem im distalen End stück des Einführungsteils angeordneten Objektiv zum Erzeu gen eines optischen Bildes des Körpers, und einer Ultra schallbild-Betrachtungsvorrichtung mit einem im distalen Endstück des Einführungsteils angeordneten Ultraschall schwinger zum Erzeugen eine Ultraschall-Schnittbildes des Körpers.

Die vorstehend angegebene Ultraschall-Endoskopiervorrichtung wird allgemein benutzt zum Feststellen und Diagnostizieren von in der Wand von Körperhöhlungen von Lebewesen bestehen den anomalen Gebilden, z.B. Tumoren an Innen- und Außenwän den des Magens. Bei einer solchen Ultraschall-Endoskopier vorrichtung wird der Einführungsteil mit dem in seinem di stalen Endstück angeordneten Ultraschallschwinger in die Körperhöhlung eingeführt, und ein zwischen dem distalen End stück und der Höhlungswand bestehender Raum wird mit einem Ultraschall-Kopplungsmedium, z.B. physiologischer Salzlösung gefüllt, indem dieses Medium in einen am distalen Endstück des Einführungsteils angeordneten Ballon eingeleitet wird. Sodann wird der Ultraschallschwinger eingeschaltet, um die Ultraschalluntersuchung durchzuführen. Weil in diesem Falle ein Teil der Höhlung, auf den die Ultraschallwelle gerichtet ist, im Gesichtfeld für die optische Betrachtung nicht sichtbar ist, kann dieser Höhlungsteil nicht durch das opti sche Bild zuverlässig bestätigt werden, so daß das Ultra schallbild des gewünschten Höhlungsabschnitts nicht gewonnen werden kann.

In der JP-Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift 58-1 57 101 ist eine Ultraschall-Endoskopiervorrichtung beschrieben, bei der ein Lichtsender an einem Endstück des Einführungsteils ange ordnet ist. Beim Benutzen dieser Vorrichtung wird ein vom distalen Endstück des Einführungsteils ausgesandter Licht strahl von außerhalb des Körpers mit bloßem Auge überwacht, um die Aussenderichtung für die Ultraschallwelle zu bestäti gen. Aus der DE-OS P 33 36 803 ist eine andere Ultraschall- Endoskopiervorrichtung bekannt, bei der ein Lichtsender an einer Ultraschall-Sonde angeordnet ist und ein ausgesandter Lichtstrahl mittels eines Endoskops überwacht wird, das in eine andere als die Körperhöhlung eingeführt ist, welche mittels der Ultraschall-Endoskopiervorrichtung untersucht wird. Bei diesen bekannten Ultraschall-Endoskopiervorrich tungen wird der Höhlungsabschnitt, der mittels Ultraschall bild untersucht wird, durch überwachen des Lichtstrahls be stätigt, der durch Höhlungswände oder Organe des Körpers hindurchgegangen ist.

In der JP-Patent-OS 58-1 33 232 ist eine weitere Ultraschall- Endoskopiervorrichtung beschrieben, bei der ein Bildaufnah meelement und ein Ultraschallschwinger an demselben sich drehenden Bauteil bzw. Rotor so angeordnet sind, daß das op tische Bild und das Ultraschallbild stets in einer im voraus festgelegten Stellungsbeziehung zueinander stehen. Bei einer solchen Vorrichtung kann das Ultraschallbild gewonnen wer den, nachdem ein Abschnitt der Höhlung durch das optische Bild bestätigt worden ist.

Bei den bekannten Ultraschall-Endoskopiervorrichtungen gemäß der JP-GM-OS 58-1 57 101 und der DE-OS P 33 36 803 kann der Lichtstrahl nicht direkt überwacht werden, sondern wird über den Körper festgestellt, der Höhlungsabschnitt, gegen den die Ultraschallwelle gerichtet wird, kann nicht exakt be stimmt werden, und je nach dem zu untersuchenden Körperteil ist die Überwachung des Lichtstrahls gelegentlich völlig un möglich.

Weil bei der bekannten Vorrichtung gemäß der JP-Patent-OS 58-1 33 232 der Ultraschallschwinger und das Bildaufnahmeele ment an einander abgewandten Flächen des Rotors angeordnet sind, ist eine Betrachtung des optischen Bildes unmöglich, solange das Ultraschall-Schnittbild überwacht wird.

Weil ferner die Ebene des Ultraschall-Schnittbildes und die optische Achse zusammenfallen müssen, kann diese Lösung nicht bei Endoskopen mit geneigter Betrachtungsachse ange wandt werden.

Aus der JP-Patent-OS 63-3 616 ist eine weitere Ultraschall- Endoskopiervorrichtung bekannt, bei der ein reflektierender Spiegel gedreht wird und synchron mit der Spiegeldrehung ein Lichtstrahl ausgesandt wird, um den Teil der Höhlung festzu stellen, der mit Ultraschall untersucht wird. Bei dieser Vorrichtung besteht jedoch die Gefahr eines komplizierten Aufbaus des distalen Endstücks vom Einführungsteil, dessen Durchmesser groß wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschall- Endoskopiervorrichtung zu schaffen, bei der die vorstehend angegebenen Nachteile des Standes der Technik vermieden sind. Es soll mit ihr ferner möglich sein, während des Scans zur Gewinnung des Ultraschall-Schnittbildes eine die Ebene desselben anzeigende Schnittlinie exakt anzuzeigen.

Diese Aufgabe wird mit einer Ultraschall-Endoskopiervorrich tung gelöst, die erfindungsgemäß umfaßt:

- ein Endoskop mit einem Einführungsteil, der in eine zu untersuchende Körperhöhlung einführbar ist,
- eine optische Betrachtungsvorrichtung zum Herstellen eines optischen Bildes der Körperhöhlung, mit einem im distalen Endstück des Einführungsteils angeordneten Objektiv,
- eine Ultraschallbild-Betrachtungsvorrichtung zum Herstel len eines Ultraschall-Schnittbildes der Körperhöhlung, mit einem im distalen Endstück des Einführungsteils angeordne ten Ultraschallschwinger, und
- eine Anzeigevorrichtung zum Darstellen des Bildes einer Linie, an der das Ultraschall-Schnittbild erzeugt wird, mit Überlagerung mit dem von der optischen Betrachtungs vorrichtung erzeugten optischen Bild der Körperhöhlung.

Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgen den anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht mit einer Darstellung des Ge samtaufbaus einer ersten Ausführungsform der Ultraschall-Endoskopiervorrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild derselben Vorrichtung,

Fig. 3A und 3B grafische Darstellungen des Prinzips der Erzeugung der Schnittlinie im optischen Bild,

Fig. 4 eine grafische Darstellung des Prinzips der Er zeugung der Schnittlinie,

Fig. 5A, 5B und 5C eine zweite Ausführungsform der Ultra schall-Endoskopiervorrichtung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild für dieselbe Vorrichtung,

Fig. 7A bis 7E Darstellungen mehrerer Ausführungsformen des Überlagerungsbildes,

Fig. 8A und 8B Darstellungen des Prinzips der Erzeugung der Schnittlinie bei einer dritten Ausführungsform der Ultraschall-Endoskopiervorrichtung,

Fig. 9A und 9B eine vierte Ausführungsform der Ultraschall- Endoskopiervorrichtung,

Fig. 10 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung des Aufbaus der Vorrichtung gemäß Fig. 9,

Fig. 11A und 11B eine fünfte Ausführungsform der Ultra schall-Endoskopiervorrichtung,

Fig. 12 ein Blockschaltbild für dieselbe Vorrichtung,

Fig. 13A bis 13D Einzelheiten des Aufbaus des distalen Endstücks vom Einführungsteil der Vorrichtung und

Fig. 14 ein Blockschaltbild für eine sechste Ausführungs form der Ultraschall-Endoskopiervorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Ultraschall-Endoskopiervorrich tung hat ein Endoskop 1 mit einem Einblick- bzw. Okularteil 2, einem Betätigungshauptteil 3 a, einem Betätigungsnebenteil 3 b, einem Einführungsteil 4, einem Anschlußkabel 5 a, einem elektrischen Signalkabel 5 b, einem mit dem Anschlußkabel 5 a verbundenen Verbinder 6 a und einem mit dem elektrischen Sig nalkabel 5 b verbundenen Verbinder 6 b. Der Einführungsteil 4 umfaßt einen flexiblen Abschnitt 7, einen abwinkelbaren Ab schnitt 8 und ein distales Endstück 9, an dem ein Ballon 9 a befestigt ist. Im Einführungsteil 4 erstrecken sich ein Bildleiter, ein Lichtleiter, ein Biopsiekanal u.a. Am Betä tigungshauptteil 3 a sind ein Abwinkelknopf 10 und eine Ein führung 11 für Biopsiezangen angeordnet. Durch entsprechen des Betätigen des Abwinkelknopfes 10 läßt sich der Abschnitt 8 des Einführungsteils 4 so abwinkeln, daß das Endstück 9 in gewünschte Richtungen ausrichtbar ist. Über die Einführung 11 läßt sich eine Biopsiezange in den Kanal einführen und mit ihr eine Probe aus dem zu untersuchenden Körper entneh men. Das bestrahlte Lichtleiterendstück ragt aus dem Verbin der 6 a heraus und kann mit einem nicht dargestellten Licht quellen-Gerät optisch gekoppelt werden. Durch Leiten des vom Lichtquellen-Gerät ausgesandten Lichtes über den Lichtleiter in die zu untersuchende Körperhöhlung kann ein Teil von letzterer beleuchtet werden. Vom beleuchteten Teil der Kör perhöhlung kann ein Bild mittels eines im Endstück 9 des Einführungsteils 4 angeordneten Objektivs, des Lichtleiters und des Okularteils 2 betrachtet werden.

Eine Betrachtung des optischen Bildes der Körperhöhlung ist, wie weiter unten erläutert, mittels eines Festkörper-Bild sensors möglich, der im distalen Endstück 9 des Einführungs teils 4 oder am Okularteil 2 angeordnet ist.

Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Blockschaltbild umfaßt das distale Endstück 9 ein optisches System 12 mit dem Objektiv und einen Ultraschallschwinger 13. Letzterer wird von einer Ultraschallbild-Betrachtungsvorrichtung 14 betrieben, die eine Impulsschaltung 15, eine Steuerschaltung 16, eine Emp fangsschaltung 17 und einen digitalen Scan-Umsetzer 18 auf weist.

Bei Einschaltung durch die Impulsschaltung 15 über die Steu erschaltung 16 sendet der Ultraschallschwinger 13 eine Ul traschallwelle aus, die gegen den zu untersuchenden Körper gerichtet wird, der einen Teil von ihr reflektiert. Das re flektierte Ultraschallecho wird vom Ultraschallschwinger 13 empfangen. Das auf diese Weise erhaltene Ultraschallsignal (das reflektierte Echosignal) wird der Empfangsschaltung 17 zugeführt, vom Scan-Umsetzer 18 verarbeitet und in das Ul traschall-Schnittbild-Signal umgeformt. Dieses wird einer Ultraschallbild-Anzeigevorrichtung 19, z.B. einem Fernseh monitor, zugeführt. Das Ultraschall-Schnittbild der Körper höhlung kann auf diese Weise am Anzeigegerät 19 dargestellt werden.

An die Empfangsschaltung 17 ebenso wie an die Steuerschal tung 16 ist eine Abstandsmeßschaltung 20 angeschlossen, so daß, wenn die Steuerschaltung 16 das Signal an die Impuls schaltung 15 abgibt, das Signal auch der Abstandsmeßschal tung 20 zugeführt wird. Diese ermittelt dann den Abstand vom Ultraschallschwinger 13 zur Oberfläche der zu untersuchenden Körperhöhlung. Die Art und Weise der Abstandsermittlung wird im einzelnen weiter unten erläutert. Die so ermittelten Ab standsdaten werden einer Schnittlinien-Bildnerschaltung 21 zugeführt, die Bilddaten erzeugt, welche den Ort der Schnittlinie im optischen Bild der Körperhöhlung darstellen.

Diese Bilddaten werden dann einer nachfolgend optische An zeigevorrichtung 22 genannten Anzeigevorrichtung für das optische Bild zugeführt, die auch das optische Bild vom op tischen System 12 empfängt. Auf diese Weise können an der Anzeigevorrichtung 22 das Schnittlinien-Bild des Ultra schallbildes und das optische Bild in überlagerter Darstel lung angezeigt werden.

Beim Erzeugen der Schnittlinie wird zuerst der Abstand zwi schen dem optischen System 12 und der Oberfläche der zu untersuchenden Körperhöhlung entsprechend dem bekannten Ver fahren unter Benutzung des Ultraschallechosignals ermittelt. Sodann wird die Schnittlinie ausgehend vom Abstand erzeugt. Zum Ermitteln des Abstandes wird die Abstandsmeßschaltung 20 eingeschaltet, wenn die Steuerschaltung 16 das Signal an die Impulsschaltung 15 abgibt, und das von der Oberfläche der Körperhöhlung reflektierte Echosignal wird von der Empfangs schaltung 17 empfangen, derart, daß das erste Echosignal er mittelt wird, welches der Abstandsmeßschaltung 20 zugeführt wird. Diese mißt den Abstand durch Ermitteln des zeitlichen Abstands zwischen dem Zeitpunkt der Aussendung der Ultra schallwelle durch den Ultraschallschwinger 13 und dem Zeit punkt, in dem das erste Echosignal festgestellt wird.

In Fig. 3A und 3B ist das Prinzip der Erzeugung der Schnitt linie dargestellt. Gemäß Fig. 3A ist die mit A bezeichnete Schnittlinie des Ultraschallbildes rechtwinklig zur Einfüh rungsrichtung des Einführungsteils 4 vom Endoskop 1. Das optische System 12 am distalen Endstück 9 des Einführungs teils 4 ist als Schrägblick-Typ mit einem Blickwinkel von 20 ausgebildet. Der Ultraschallschwinger 13 ist auf der dem proximalen Ende des optischen Systems 12 abgewandten Seite angeordnet. Eine Mittellinie B des Gesichtsfeldes vom opti schen System 12 ist im Abstand d parallel zur Schnittlinie A. In der unteren Zeichnungshälfte der Fig. 3A ist mit einem Kreis das Gesichtsfeld des optischen Systems 12 auf der Oberfläche der zu untersuchenden Körperhöhlung dargestellt. Gemäß Fig. 3B wird an der Anzeigevorrichtung 22 ein zumin dest annähernd kreisrundes optisches Bild mit dem Durchmes ser D dargestellt.

Die Schnittlinie A ist als eine Reihe von Punkten x _n darge stellt, die mit einem Abstand y _n zwischen dem Zentrum des Gesichtsfeldes und der Stelle auf der Höhlungsoberfläche, an welcher die Ultraschallwelle auftrifft, und einem Winkel Φ _n, bezogen auf die Einführungsrichtung, bezeichnet sind.

Im optischen System 12 für das Endoskop 1 sind die nachste hend angegebenen Bedingungen erfüllt, wenn der Blickwinkel kleiner als 90 Grad ist (sh. Fig. 4):

c = f sin R (1)

b = f sin ω (2)

worin f die Brennweite des Objektivs ist, 2 R der Blickwin kel, 2 c der Durchmesser einer Maske des Bildleiters und b die Höhe des Bildes auf dem Bildleiter. Aus den vorstehenden Gleichungen (1) und (2) läßt sich die Höhe, die auf dem Bildleiter das Bild eines Objektes von der Höhe a im Abstand h vom Brennpunkt des Objektivs hat, nach nachstehender Glei chung ableiten:

Daher läßt sich das Objekt im Gesichtsfeld, das an der An zeigevorichtung 22 den Durchmesser D hat, durch eine Reihe von Punkten X′ _n (l(y_n), Φ _n) darstellen, mit

Beim gezeigten Beispiel wird der Abstand h unter Benutzung der Ultraschallwelle ermittelt, und der Ort der Schnittlinie wird aus den Gleichungen (1) und (2) errechnet. Die die so ermittelte Schnittlinie darstellenden Bilddaten werden der Anzeigevorrichtung 22 zugeführt, an der die Schnittlinie mit Überlagerung mit dem optischen Bild dargestellt wird. Durch Überwachen der Anzeigevorrichtung 22 für das optische Bild kann somit der Benutzer exakt und bequem den Schnitt bestä tigen, in dem das Ultraschall-Schnittbild erzeugt wird. Beim Erzeugen des Ultraschallbildes wird der Ballon 9 a durch Ein leiten des Ultraschall-Kopplungsmediums vergrößert, so daß die Oberfläche der Körperhöhlung geebnet wird; es ist daher ausreichend, den Abstand nur an einer Stelle zu messen. Fer ner kann beim Abstandsmessen der Abstand des Ultraschall schwingers 13 vom objektseitigen Brennpunkt des Objektivs berücksichtigt werden.

Bei der in Fig. 5 dargestellten zweiten Ausführungsform der Ultraschall-Endoskopiervorrichtung wird das Bild der Schnittlinie des Ultraschallbildes am Beobachtungsteil des Endoskops 1 dargestellt. In Fig. 5 sind den in Fig. 1 ge zeigten Bauteilen ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszei chen bezeichnet. Gemäß Fig. 5A ist am Okularteil 2 des Endo skops 1 ein Adapter 23 wegnehmbar angeordnet, in welchem die Schnittlinie dargestellt wird. Fig. 5B zeigt im vergrößerten Schnitt Einzelheiten des Aufbaus vom Adapter 23. Der Adapter 23 umfaßt ein Kupplungsteil 24 zum lösbaren Verbinden des Adapters 23 mit dem Okularteil 2, einen halbdurchlässigen Spiegel 25, der in einem oberen Abschnitt des Kupplungsteils 24 angeordnet ist, und eine über dem Spiegel 25 angeordnete Betrachtungsglasscheibe 26. Das mit dem Objektiv im opti schen System 12 aufgenommene und durch den Bildleiter über tragene optische Bild der Körperhöhlung kann mittels des Spiegels 25 und der Betrachtungsglasscheibe 26 direkt über wacht werden. Im Kupplungsteil 24 ist ferner ein Flüssig kristall-Anzeigegerät 27 angeordnet, auf dem die Schnitt linie des Ultraschallbildes angezeigt wird. Das am Anzeige gerät 27 dargestellte Bild der Schnittlinie kann mittels einer Linse 28 über den Spiegel 25 und die Glasscheibe 26 betrachtet werden. Der Benutzer kann daher das Bild der Schnittlinie und das optische Bild der Körperhöhlung bei überlagerter Darstellung überwachen. Gemäß Fig. 5C ist das Anschlußkabel 5 a über den Verbinder 6 a mit einem Lichtquel len-Gerät 29 verbunden, der Ultraschallschwinger 13 ist über ein Signalkabel 30 mittels eines Verbinders 31 mit der Ul traschallbild-Betrachtungsvorrichtung 14 verbunden, und der Adapter 23 ist über ein Signalkabel 32 und einen Verbinder 33 an eine Schnittlinien-Bildnervorrichtung 34 angeschlos sen.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild für den Gesamtaufbau der zweiten Ausführungsform, von der nur die von der ersten Aus führungsform verschiedenen Teile erläutert werden. Das vom Ultraschallschwinger 13 aufgefangene Echosignal wird der Empfängerschaltung 17 über einen Vorverstärker 35 zugeführt.

Die Ultraschallbild-Betrachtungsvorrichtung 14 ist mit einer Schnittlinien-Vorrichtung 36 verbunden, die eine Verglei cherschaltung 37, eine Zählerschaltung 38 und eine Schnitt linien-Bildnerschaltung 21 umfaßt. Das optische Bild der zu untersuchenden Körperhöhlung wird von dem am distalen End stück 9 des Einführungsteils 4 angeordneten optischen System 12 aufgenommen und mittels eines Bildleiters 39 zum Okular teil 2 übertragen. Der mit dem Okularteil 2 lösbar verbunde ne Adapter 23 ist an die Schnittlinien-Bildnerschaltung 21 mittels des Signalkabels 32 und des Verbinders 33 ange schlossen. In der Schnittlinien-Vorrichtung 36 wird das von der Körperhöhlung reflektierte Echo zum Messen des Abstands h von der Höhlungsoberfläche verarbeitet. Dabei wird, wenn das Signal von der Steuerschaltung 16 zur Impulsschaltung 15 abgegeben wird, das Startsignal der Zählerschaltung 38 zuge führt, welche die Zählung der Taktimpulse von konstanter Frequenz auslöst. Während des Zählvorganges vergleicht die Vergleicherschaltung 37 das von der Empfangsschaltung 17 empfangene Echosignal mit einem vorbestimmten Bezugswert, derart, daß das erste Echo von der Oberfläche der Körperhöh lung festgestellt wird. Bei Feststellung des ersten Echo signals gibt die Vergleicherschaltung 37 das Zählstopsignal an die Zählerschaltung 38 ab, die den Zählvorgang abbricht. Auf diese Weise hat der Zähler die Taktimpulse gezählt, die ihm in der Zeitspanne zwischen dem Aussenden der Ultra schallwelle und der Feststellung des ersten Echos zugegangen sind. Weil die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultra schallwelle im Medium bekannt ist, kann der Abstand h ausge hend vom Zählwert berechnet werden. In der Schnittlinien- Bildnerschaltung 21 werden die die Schnittlinie darstellen den Bilddaten entsprechend den Gleichungen (4) und (5) abge leitet und dann dem Adapter 23 zugeführt. Im Adapter 23 wird die Schnittlinie am Flüssigkristall-Anzeigegerät 27 entspre chend ihren Bilddaten angezeigt. Das Schnittlinienbild am Anzeigegerät 27 kann zusammen mit dem optischen Bild der Körperhöhlung mittels der Linse 28, des Spiegels 25 und der Glasscheibe 26 betrachtet werden.

Anhand Fig. 7 wird nun der tatsächliche Untersuchungsvorgang bei Benutzung der Ultraschall-Endoskopiervorrichtung be schrieben. Zuerst wird der Einführungsteil 4 des Endoskops 1 bis zu einer bestimmten Stelle in die Körperhöhlung einge führt. Sodann wird das optische Bild der Körperhöhlung über wacht (sh. Fig. 7A). In diesem Falle kann in der Betrach tungsvorrichtung 22 das optische Bild von der Oberfläche der Körperhöhlung gesehen werden, in welcher ein Tumor S etwa im Zentrum des Gesichtsfeldes angeordnet ist (sh. Fig. 7B). Unter diesen Voraussetzungen wird die Ultraschallwelle vom Ultraschallschwinger 13 gegen die Höhlungswand ausgesandt, und der Abstand h wird unter Benutzung des reflektierten Echos gemessen. Die Schnittlinie 1 wird entsprechend den weiter oben erläuterten Grundsätzen abgeleitet und mit Uberlagerung mit dem optischen Bild der Höhlungsoberfläche angezeigt (sh. Fig. 7B). Weil gemäß Fig. 7 die Schnittlinie 1 nicht durch den Tumor S geht, wird an der Ultraschallbild- Anzeigevorrichtung 19 das Ultraschall-Schnittbild der Körperhöhlung im Abstand vom Tumor S angezeigt (sh. Fig. 7C).

Der Benutzer handhabt dann den Einführungsteil 4 des Endo skops 1 so, daß die Schnittlinie 1 durch den Tumor S geht (sh. Fig. 7D). Danach wird das entlang dem Tumor S aufgenom mene Ultraschallbild an der Anzeigevorrichtung 19 angezeigt (sh. Fig. 7E). Unter Benutzung der Vorrichtung ist es auf diese Weise möglich, den Ultraschall-Scan durch visuelle Überwachung eines Teils der Körperhöhlung, von dem das Ultraschall-Schnittbild erzeugt wird, so auszuführen, daß ein exaktes Ultraschallbild des Tumors S gewonnen werden kann.

Bei der gezeigten zweiten Ausführungsform ist die Schnitt ebene des Ultraschallbildes rechtwinklig zur Einführungs richtung des Einführungsteils 4 vom Endoskop 1. Die Erfin dung ist jedoch nicht auf eine solche Ausführungsform be schränkt, sondern gleichermaßen auf ein Endoskop anwendbar, bei dem die Schnittebene zur Einführungsrichtung parallel ist, solange die Schnittlinie in bezug auf das optische Bild korrekt angezeigt wird. Ferner ist das Ultraschallwellen- Scanverfahren nicht auf den radialen Scan beschränkt, son dern kann auch ein elektronischer linearer Scan, ein elek tronischer Sektor-Scan, ein elektronischer konvexer Scan usw. sein.

In Fig. 8 ist das Prinzip der Schnittlinien-Bildung bei einer dritten Ausführungsform erläutert. Beim gezeigten Bei spiel wird der Ultraschall-Scan parallel zur Einführungs richtung des Einführungsteils 4 vom Endoskop 1 durchgeführt. Die Schnittlinie A kann durch eine Reihe von Punkten x _n aus gedrückt werden, die durch den Abstand y _n vom Zentrum des Gesichtsfeldes und durch den Winkel Φ _n gegen die tatsächli che Oberfläche des zu untersuchenden Körpers dargestellt sind. Daher kann am Anzeigeschirm die Schnittlinie durch eine Reihe von Punkten X′ _n (l(y_n), Φ _n) im Gesichtsfeld vom Durchmesser D dargestellt sein, worin

In den vorstehend angegebenen Gleichungen ist d der Abstand vom Zentrum des Gesichtsfeldes zum Betrachtungsmittelpunkt des Ultraschallschwingers 13, und e ist der Abstand zwischen der Schnittebene des Ultraschallbildes und einer Ebene, die durch das Zentrum des Gesichtsfeldes geht und zur Einfüh rungsrichtung parallel ist.

Die in Fig. 9 dargestellte vierte Ausführungsform ist der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 5 ähnlich, so daß einan der entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen be zeichnet sind. Gemäß Fig. 9A ist die Schnittlinien-Anzeige vorrichtung als Adapter 23 ausgebildet, der zwischen den Okularteil 2 und den Betätigungshauptteil 3 a des Endoskops 1 wegnehmbar zwischenschaltbar ist. Einzelheiten des Aufbaus des Adapters 23 sind in Fig. 9B dargestellt. Das vom opti schen System 12 im distalen Endstück 9 des Endoskops 1 auf genommene optische Bild wird vom Bildleiter 39 übertragen und kann mittels des halbdurchlässigen Spiegels 25 und einer Relaislinse 40 betrachtet werden. Die Flüssigkristall-Anzei gevorrichtung 27 ist im Adapter 23 vorgesehen, und das an der Anzeigevorrichtung 27 angezeigte Bild der Schnittlinie kann mittels der Projektionslinse 28, des Spiegels 25 und der Relaislinse 40 überwacht werden. Auf diese Weise können die Schnittlinie und das von ihr überlagerte optische Bild mittels des Okularteils 2 überwacht werden.

Gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 10 für diese Ausführungs form ist die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 27 des Adap ters 23 an die Schnittlinien-Bildnerschaltung 21 in der Schnittlinien-Vorrichtung 36 angeschlossen. Der übrige Auf bau ist gleich mit dem der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 6.

In Fig. 11, 12 und 13 sind das äußere Aussehen, ein Block schaltbild bzw. Einzelheiten des Aufbaus vom distalen End stück 9 einer fünften Ausführungsform dargestellt. Das vom optischen System 12 erzeugte optische Bild der Höhlungswand wird von einem Festkörper-Bildsensor, z.B. einem Ladungs kopplungselement aufgenommen, der das Bildsignal generiert, welches dann über ein Kabel 41, das den Lichtleiter und elektrische Signalleitungen enthält, und einen Verbinder 42 einer Videoprozessoreinheit 43 zugeführt wird. Das Bild signal wird dann an der Anzeigevorrichtung 22 für das optische Bild angezeigt. Die aus dem gemessenen Abstand h errechneten Bilddaten der Schnittlinie werden von der Schnittlinien-Bildnerschaltung 21 an die Videoprozessorein heit 43 abgegeben und dem Bildsignal des abgetasteten opti schen Bildes überlagert. Die einander überlagerten Bildsig nale werden dann auf dem Anzeigeschirm der optischen Anzei gevorrichtung 22 angezeigt.

Einzelheiten des Aufbaus vom distalen Endstück 4 des Endo skops 1 sind im Längsschnitt in Fig. 13A, in der Seitenan sicht in Fig. 13B, im Längsschnitt in Fig. 13C durch den Lichtleiter und im Querschnitt in Fig. 13D erkennbar. Das distale Endstück 9 ist mit dem Betätigungsnebenteil 3 b durch den abwinkelbaren Abschnitt 8 und den flexiblen Abschnitt 7 verbunden. An ihm ist eine Endtülle 51 angeordnet, die ein Ultraschall-Beobachtungsfenster bildet, und der Ultraschall schwinger 13 ist in der Endtülle 51 drehbar von einem Rotor 52 getragen, der mittels Lagern 53 drehbar gelagert und mit dem distalen Ende einer flexiblen Welle 54 verbunden ist. Das proximale Ende der Welle 54 reicht bis zum Betätigungs nebenteil 3 b und ist mit einem darin angeordneten Motor so verbunden, daß der Ultraschallschwinger 13 mit einer ge wünschten Geschwindigkeit in einer gewünschten Richtung drehbar ist.

Die das Ultraschall-Ubertragungs- und -Empfangsfenster bil dende Endtülle 51 ist mit einem Ultraschallwellen-Kopplungs medium, z.B. flüssigem Paraffin gefüllt. Das Kopplungsmedium 55 ist auch zwischen der Welle 54 und einem sie umgebenden Rohr 56 vorhanden. Dies trägt zur Schmierung der sich dre henden Welle 54 bei.

Mit der Endtülle 51 ist eine Endkappe 58 einstückig bzw. fest verbunden und weist ein mit einer Schraube 58 a ver schlossenes Loch auf, durch welches bei der Herstellung des Endoskops 1 das Kopplungsmedium 55 in die Endtülle 51 einge füllt wird. Die Endtülle 51 ist an einer Basis 57 vom dista len Endstück 9 mittels eines Anschlußstückes 59 befestigt. In der Außenfläche des Endkappe 58 ist eine ringförmige Ver tiefung 60, in der Außenfläche der Basis 57 eine ringförmige Vertiefung 61 ausgebildet, mittels derer ein Ballon 62 am Endstück 9 wegnehmbar befestigt ist. Die Vertiefung 60 ist von kleinerem Durchmesser als die Vertiefung 61. Das Kopp lungsmedium 55 kann in den Ballon 62 nach Bedarf eingefüllt werden. Mit anderen Worten, nach Einführen des Endstücks 9 vom Endoskop 1 bis in eine gewünschte Stellung innerhalb der Höhlung wird der Ballon 62 durch Einleiten des Kopplungsme diums 55 so vergrößert, daß er an die Höhlungswand angepreßt wird. Auf diese Weise läßt sich das Endoskopendstück 9 in der Höhlung in einer gewünschten Lage stabil fixieren. Nach ßeendigung der Untersuchung wird der Ballon 62 durch Ablei ten des Kopplungsmediums 55 so verkleinert, daß der Einfüh rungsteil 4 ohne Schwierigkeiten aus der Höhlung herausge zogen werden kann. Weil beim gezeigten Beispiel das vordere Ende des Einführungsteils 4 gerundet ist, läßt sich das En dospkop 1 bequem einführen.

An der Basis 57 des distalen Endstücks 9 vom Endoskop 1 ist das optische System befestigt. Dabei sind ein Abdeckglas 63 für die Beobachtung und ein Abdeckglas 64 für die Beleuch tung nebeneinander in der Außenfläche der Basis 57 angeord net. Unter dem Abdeckglas 63 ist ein Prisma 66 zum recht winkligen Umlenken des Strahlengangs und eine Abbildungs linse 67 zum Erzeugen des optischen Bildes der Höhlung auf einem Festkörper-Bildsensor 68 angeordnet. Das Austrittsende eines Lichtleiters 65 ist unter dem Abdeckglas 64 angeord net. Der Lichtleiter 65 erstreckt sich durch den Einfüh rungsteil 4 hindurch bis zum Betätigungshauptteil 3 a, wobei eine unerwünschte Interferenz zwischen dem Lichtleiter 65 und der flexiblen Welle 54 vermieden ist. Der Lichtleiter 65 ist mittels des Kabels 41 und des Verbinders 42 bis zum Lichtquellen-Gerät 14 verlängert. Der Festkörper-Bildsensor 68 ist über ein Signalkabel 69 durch den Einführungsteil 4 hindurch mit dem Betätigungshauptteil 3 a verbunden und mit tels des Kabels 41 und des Verbinders 44 an die Videoprozes sor-Einheit 43 angeschlossen.

Gemäß Fig. 13B ist in der Nähe des Abdeckglases 63 eine Spüldüse 70 angeordnet, in deren Nähe eine Ansaugöffnung 71 ausgebildet ist. Die Spüldüse 70 und die Ansaugöffnung 71 sind über zugehörige flexible Schutzrohre mit dem Betäti gungshauptteil 3 a verbunden.

Bei der sechsten Ausführungsform gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 14 sind im distalen Endstück 9 des Einführungsteils 4 vom Endoskop 1 zwei Ultraschallschwinger 13 a und 13 b Rük ken an Rücken angeordnet. Die Arbeitsweise ist folgende: Von den Ultraschallschwingern 13 a und 13 b wird einer zum Erzeu gen des Ultraschall-Schnittbildes, der andere zum Messen des Abstandes für die überlagerte Darstellung der Schnittlinie des Ultraschallbildes und des optischen Bildes der zu unter suchenden Höhlung benutzt. Die Ultraschallschwinger 13 a und 13 b können gleiche Kennwerte haben, es ist jedoch von Vor teil, wenn diese Schwinger mit verschiedenen Kennwerten aus gelegt sind. Dann kann einer von ihnen nach Bedarf zum Er zeugen des Ultraschallbildes entsprechend dem Höhlungsteil und den verschiedenen Diagnosebedingungen benutzt werden.

Beim gezeigten Beispiel wird der erste Ultraschallschwinger 13 a benutzt, um das Ultraschall-Schnittbild zu erhalten, der andere - 13 b -, um den Abstand zur Oberfläche der Höhlungs wand zu messen. Zu diesem Zweck kann der Ultraschallschwin ger 13 a über eine Umlegeschaltung 75 mit der Impulsschaltung 15 und der Empfangsschaltung 17 verbindbar sein, und der Ul traschallschwinger 13 b kann über die Umlegeschaltung 75 mit der Impulsschaltung 15 und der Abstandsmeßschaltung 20 ver bindbar sein. Ahnlich wie bei der zuerst beschriebenen Aus führungsform gemäß Fig. 2 wird die Impulsschaltung 15 von der Steuerschaltung 16 so betrieben, daß der erste Ultra schallschwinger 13 a die Ultraschallwelle erzeugt, die nach Reflexion an der Höhlung von der Empfangsschaltung 17 aufge fangen wird, welche das Echosignal erzeugt. Dieses wird dem digitalen Scan-Umsetzer 18 zugeführt, der das Bildsignal ab leitet, welches der Ultraschallbild-Anzeigevorrichtung 19 zur Darstellung des Ultraschall-Schnittbildes zugeführt wird. Das von der Impulsschaltung 15 erzeugte Schwingungs signal wird über die Umlegeschaltung 75 auch der Abstands meßschaltung 20 zugeführt, die den Abstand vom zweiten Ul traschallschwinger 13 b zur Oberfläche der Höhlungswand mißt, also den Abstand zwischen dem optischen System und der Wand oberfläche der Höhlung. Die so gewonnene Abstandsinformation wird der Schnittlinien-Bildnerschaltung 21 zugeführt, welche die den Ort der Schnittlinie darstellenden Bilddaten ablei tet, die über die Videoprozessoreinheit 43 der Anzeigevor richtung 22 für das optische Bild zugeführt werden. Die Schnittlinie des Ultraschall-Schnittbildes wird mit Uber lagerung mit dem optischen Bild der Höhlung angezeigt.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Erfindung die Möglichkeit zur überlagerten Darstellung des Bildes der Schnittlinie vom Ultraschallbild und des optischen Bildes mittels Einrichtungen schafft, welche den Abstand zwischen dem distalen Endstück des Endoskops und der Oberfläche der Höhlungswand messen und die Schnittlinie entsprechend dem gemessenen Abstand anzeigen, derart, daß die Stellungsbezie hung zwischen dem Ultraschallbild und dem optischen Bild be quem und exakt bestätigbar und die Untersuchung genau und rasch durchführbar sind.

Claims

1. Ultraschall-Endoskopiervorrichtung, gekennzeichnet durch

- ein Endoskop (1) mit einem Einführungsteil (4), der in eine zu untersuchende Körperhöhlung einführbar ist,
- eine optische Betrachtungsvorrichtung (12) zum Herstellen eines optischen Bildes der Körperhöhlung, mit einem im distalen Endstück (9) des Einführungsteils (4) vom Endo skop (1) angeordneten Objektiv,
- eine Ultraschallbild-Betrachtungsvorrichtung (14) zum Her stellen eines Ultraschall-Schnittbildes der Körperhöhlung, mit wenigstens einem im distalen Endstück (9) des Einfüh rungsteils (4) vom Endoskop (1) angeordneten Ultraschall schwinger (13), und
- eine Schnittlinien-Anzeigevorrichtung (19) zum Darstellen des Bildes einer Schnittlinie (A; 1) des Ultraschall- Schnittbildes mit Uberlagerung mit dem optischen Bild der Körperhöhlung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinien-Anzeigevorrichtung (19) eine Einrichtung (20) zum Messen des Abstandes (h) zwischen dem Objektiv der optischen Betrachtungsvorrichtung (12) und einer Oberfläche der untersuchten Körperhöhlung und eine Einrichtung zum Dar stellen des Bildes der Schnittlinie (A; 1) entsprechend dem von der Abstandsmeßeinrichtung (20) gemessenen Abstand auf weist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmeßeinrichtung (20) Mittel zum Messen des Ab standes (h) durch Verarbeiten eines Echosignals aufweist, das durch Empfangen einer vom Ultraschallschwinger (13) aus gesandten und von der Körperhöhlung reflektierten Ultra schallwelle gewonnen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmeßeinrichtung (20) umfaßt: einen Vergleicher (37) zum Absondern des ersten Echos aus den vom Ultraschall schwinger (13) gelieferten Echosignalen, derart, daß ein Stopsignal erzeugt wird, einen Zähler (38) zum Feststellen eines Zeitintervalls zwischen einem Startsignal und dem Stopsignal durch Zählen von Taktimpulsen während dieses Zeitintervalls, wobei das Startsignal synchron mit der Erzeugung der Ultraschallwelle durch den Ultraschallschwin ger (13) erzeugt wird, eine Schnittlinien-Bildnerschaltung (21) zum Ableiten des Abstandes (h) zwischen dem Objektiv und und der Körperhöhlung entsprechend einem Zählwert des Zählers (38) und Ableiten von Bilddaten, die einen Ort der Schnittlinie (A; 1) auf dem optischen Bild darstellen, und eine Schnittlinien-Anzeigevorrichtung zum Darstellen des Bildes der Schnittlinie entsprechend den Bilddaten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Betrachtungsvorrichtung (12) einen Bildleiter (39) zum Übertragen eines vom Objektiv gebildeten optischen Bildes der Körperhöhlung und einen Okularteil (2) zum Be trachten des durch den Bildleiter (39) übertragenen opti schen Bildes der Körperhöhlung umfaßt, und die Schnitt linien-Anzeigevorrichtung so ausgelegt ist, daß das Bild der Schnittlinie (A; 1) mittels des Okularteils (2) überwachbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinien-Anzeigevorrichtung als Adapter (23) ausge legt ist, der am Okularteil (2) wegnehmbar befestigbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinien-Anzeigevorrichtung als Adapter (23) ausge legt ist, der zwischen ein Austrittsende des Bildleiters (39) und den Okularteil (2) zwischenschaltbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Betrachtungsvorrichtung (12) eine Bildabtast einrichtung umfaßt, die im distalen Endstück (9) des Endo skops (1) angeordnet ist und das vom Objektiv erzeugte Bild der Körperhöhlung empfängt, derart, daß ein optisches Bild signal erzeugt wird, und eine Anzeigevorrichtung zum Dar stellen des optischen Bildes der Körperhöhlung entsprechend dem optischen Bildsignal, und die Schnittlinien-Anzaigevor richtung und die optische Anzeigevorrichtung gewöhnlich als eine einzige Anzeigevorrichtung ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im distalen Endstück (9) des Endoskops (1) zwei Ultraschall schwinger (13 a, 13 b) angeordnet sind, von denen der eine zum Betrachten des Ultraschallschnittbildes und der andere zum Messen des Abstandes (h) benutzt wird.