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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen Arthroskope, Endoskope und ähnliche
optische Instrumente, und insbesondere Arthroskope mit veränderbarer Betrachtung.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Arthroskope
und ähnliche
optische Instrumente wie Endoskope kommen bei medizinischen Anwendungen
zum Einsatz, wie bei chirurgischen Eingriffen und Untersuchungen,
sowie bei nichtmedizinischen Anwendungen, welche ähnlich die
visuelle Untersuchung eines eingeschränkten oder nicht zugänglichen
Raumes mit sich bringen, welcher den Arbeitsbereich darstellt. Obwohl
die vorliegende Erfindung hier mit Verweis auf ein Arthroskop oder
ein ähnliches
Instrument eingesetzt für
chirurgische Eingriffe beschrieben wird, ist die Erfindung auch
für andere
Anwendungen geeignet, und es sollen alle geeigneten Variationen
in die Erfindung eingeschlossen sein.
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In
den letzten fünfzehn
oder mehr Jahren hat sich die minimalinvasive Chirurgie zu einer
etablierten Operationstechnik entwickelt. Insbesondere innerhalb
der Orthopädie
haben sich Arthroskopie und ähnliche
Techniken, bei denen Geräte
wie Arthroskope zum Einsatz kommen, zu den häufigsten chirurgischen Verfahren
entwickelt. Minimalinvasive Chirurgie ist weniger schmerzhaft für den Patienten
und kann in den meisten Fällen
schneller und sicherer durchgeführt
werden als Operationen, welche einen größeren Eingriff in den Körper des
Patienten erfordern. Zu weiteren Vorteilen der minimalinvasiven Chirurgie
zählt,
dass die Verabreichung von Anästhesie
für minimalinvasive
Chirurgie einfacher ist, dass Patienten schneller heilen, dass die
Länge des
Krankenhausaufenthaltes verkürzt
oder dieser sogar ganz eliminiert werden kann, und dass die Verfahren
kostengünstiger
sind.
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Der
Wert des Einsatzes minimalinvasiver chirurgischer Techniken kann
durch die Fähigkeiten der
eingesetzten Arthroskope, Endoskope und anderen optischen Hauptinstrumente
limitiert sein. Insbesondere hat das eher eingeschränkte Bildfeld,
welches selbst die besten zur Verfügung stehenden Instrumente
liefern, die die Dimensions- und andere Anforderungen chirurgischer
Anwendungen erfüllen, bisher
das Einsatzgebiet minimalinvasiver chirurgischer Techniken begrenzt.
Normalerweise gilt, je größer das
Bildfeld, desto größer ist
auch die Brauchbarkeit des Instrumentes für die meisten Anwendungen.
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Mehrere
Verfahren zur Erweiterung des von arthroskopischen/endoskopischen
Instrumenten bereitgestellten Bildfeldes wurden vorgeschlagen, jedoch
waren diese nicht besonders erfolgreich. Im Allgemeinen erforderten
diese Vorschläge
das Einsetzen mehrerer beweglicher Linsen oder Prismen in das Eingangsende
des Instrumentes; die daraus entstehenden Probleme der Genauigkeit
der Konstruktion, der Genauigkeit der relativen Bewegungen, der Platzanforderungen,
mit optischen Verzerrungen und bei der Eliminierung unerwünschten
Umgebungslichtes waren erheblich.
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Die
Beleuchtung des Betrachtungsbereiches zum Erhalt eines geeigneten
Bildes ist eine weitere Anforderung an Arthroskope und ähnliche
Instrumente. Ohne angemessenes Licht enthält das entstehende Bild keine
ausreichenden Informationen um maximal brauchbar zu sein. Licht
wird dem Objekteingangsende des Arthroskops üblicherweise durch eine Lichtführung von
einer externen Quelle bereitgestellt. Das Licht von der externen
Quelle wird an einem Ende des Arthroskops an eine interne Lichtführung im
Arthroskop übertragen
und über
die interne Lichtführung
zum distalen Ende des Arthroskops weitergeleitet, wo das Licht im
Allgemeinen gestreut wird, um den Betrachtungsbereich um das distale Ende
des Arthroskops herum zu beleuchten. Die externe Quelle beinhaltet üblicherweise
einen Beleuchtungskörper
angeschlossen an ein optisches Faserbündel; das externe optische
Faserbündel
ist mechanisch an die interne Lichtführung gekoppelt, bei welcher
es sich üblicherweise
auch um ein optisches Faserbündel
handelt. Normalerweise handelt es sich bei der externen Quelle und
der internen Lichtführung in
der optischen Faser um Standardteile, welche im Handel erhältlich sind.
Die Kupplungseffizienz, d.h. die Lichtmenge, welche tatsächlich von
der Lichtquelle zum Betrachtungsbereich gelangt, ist relativ schlecht.
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Die
schlechte Kopplungseffizienz entsteht teilweise aus der Schwierigkeit,
das vom optischen Faserbündel
der externen Quelle ausgesandte Licht zu steuern und dieses Licht
in die interne Lichtführung
zu fokussieren, und teilweise aus der physikalischen Struktur eines
optischen Faserbündels.
Die Anpassung der numerischen Apertur und Leuchtpunktgröße der externen
Quelle an die empfangende interne Lichtführung ist von großer Bedeutung
für die Kopplungseffizienz.
Die numerische Apertur einer optischen Faser ist eine mathematische
Darstellung (der Sinus des Halbwinkels des vollen Lichtkonus der durch
die optische Faser aufgenommen und ohne Verlust komplett übertragen
werden kann) des Winkels, bei dem Licht auf die Oberfläche einer
optischen Faser, welche rechtwinklig zur optischen Achse der Faser
ist, auftreffen kann und trotzdem entlang der Faser wandert. Licht,
welches in einem zu großen Winkel,
wie von der optischen Achse der Faser aus gemessen, auf diese Oberfläche auftrifft,
d.h. die numerische Apertur der Faser überschreitet, geht verloren.
Die Leuchtpunktgröße eines
Lichtstrahls wird durch den Kreisbereich definiert, innerhalb dessen ein
großer
Prozentsatz des Lichtes bei einem bestimmten Abstand von der Quelle
des Lichtstrahls enthalten ist. Die effizienteste Lichtübertragung
findet statt, wenn das übertragene
Licht innerhalb der numerischen Apertur der empfangenden Fasern
fällt und
die Leuchtpunktgröße des übertragenen
Lichtes kleiner ist als der Kern der empfangenden Faser. Eine Fokussierlinse
oder ein Fokussiersystem können
verwendet werden, um die entsprechende Ausrichtung des Lichtes von
der Quelle zu unterstützen. Normalerweise
kann, wenn die Leuchtpunktgröße der externen
Lichtquelle durch eine Fokussierlinse verringert wird, der Konuswinkel
des konvergierenden Lichtes von der Fokussierlinse die numerische Apertur
der empfangenden Faser überschreiten,
und das Licht, welches die numerische Apertur der empfangenden Faser überschreitet,
geht verloren. Wenn umgekehrt der Konuswinkel des konvergierenden Lichtes
geringer ist als die numerische Apertur der empfangenden Faser,
dann kann die Leuchtpunktgröße des konvergierenden
Lichtes größer sein
als die Kerngröße der empfangenden
Faser, und das Licht, welches die Kerngröße der empfangenden Faser überschreitet,
geht ebenfalls verloren. Die Anpassung der numerischen Apertur und
der Leuchtpunktgröße der Quellfaser
an die der empfangenden Faser, wie zwischen der externen Lichtquelle
und der internen Lichtführung,
kann besonders schwierig sein, wenn es sich bei der Quelle um ein
Faserbündel
handelt. Auch wenn versucht wird, Licht von einem Faserbündel in
ein zweites Faserbündel
zu fokussieren, wird die Kupplungseffizienz stark verringert, da
ein einzelnes Fokussiersystem versucht, eine Gruppe von Punkten
gleichzeitig zu fokussieren. Da sich nur ein Strahl wirklich auf
der optischen Mittellinie des Fokussiersystems befindet, sind alle
anderen Strahlen von der Quellfaser, da sie sich von der Mitte jeder Faser
aus ausbreiten, in der Fokussierlinse dezentriert und unsymmetrisch.
Sie können
daher nicht mit der Leuchtpunktgröße und der numerischen Apertur der
empfangenden Fasern gleichzeitig übereinstimmen. Die höchste Kupplungseffizienz
wird durch einen Kompromiss zwischen der Leuchtpunktgröße und dem
Konuswinkel des konvergierenden Lichtes erreicht, d.h. wenn das
konvergierende Licht so nahe wie möglich mit der Kerngröße und der
numerischen Apertur der empfangenden Faser übereinstimmt und wenn die optischen
Mittellinien der aussendenden Faser, das Fokussiersystem und die
empfangende Faser koaxial sind.
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Ein
weiteres Problem, welches zu schlechter Lichtübertragung zum Betrachtungsbereich
führt,
resultiert aus der Konstruktion von Faserbündeln. Eine einzelne optische
Faser besteht aus einem Kern (der lichttragende Abschnitt) und dem
Mantel (die Umhüllung
des Kerns, durch die das Licht innerhalb des Kerns gehalten wird).
Nur die Kerne der gebündelten Fasern übertragen
Licht; daher geht Licht aufgrund der Zwischenräume zwischen den Kernen verloren. Wird
eine Gruppe von Fasern mit rundem Querschnitt in eine zylindrischen
Konfiguration gebündelt, werden
nur 78 % des Querschnittsbereiches der zylindrischen Konfiguration
von den Fasern eingenommen. Außerdem
ist der Kern jeder der gebündelten Fasern
kleiner als der jeweilige Mantel. Dementsprechend ist der tatsächliche
lichttragende Bereich wesentlich kleiner als der runde Querschnitt
des Bündels.
Eine verbesserte Lichtübertragung
zum distalen Ende des Arthroskops verbessert die Beleuchtung des
Betrachtungsbereiches und erhöht
die in den aufgenommenen Bildern enthaltenen Informationen.
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Es
besteht Bedarf an einem Arthroskop, welches ein breites effektives
Bildfeld bietet und welches zum Variieren seines Betrachtungsumfangs
keine Bewegung des gesamten Arthroskops erfordert. Ein solches Arthroskop
ist in US-A-6 110 105 mit dem Titel „Variable View Arthroscope" offenbart, welche
den gleichen Erfinder wie die vorliegende Anmeldung hat. Ein weiteres
solches Arthroskop ist in WO-A-01/39657 mit dem Titel „Variable
View Arthroscope" offenbart,
welche auch den gleichen Erfinder wie die vorliegende Anmeldung
hat. Es besteht außerdem
Bedarf an einem verbesserten Lichtübertragungssystem zur Beleuchtung
des Betrachtungsbereiches durch ein Arthroskop. In dieser Spezifikation und
in den beigefügten
Patentansprüchen
bedeutet der Begriff „Arthroskop", und soll so interpretiert
werden, dass er ein Endoskop oder jegliches anderes optisches Instrument
beinhaltet, ob für
chirurgische Eingriffe oder anderweitig eingesetzt.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Ein
Arthroskop mit veränderbarer
Betrachtung gemäß der vorliegenden
Erfindung beinhaltet eine veränderbare
Objekteingangseinheit in einem länglichen
Gehäuserohr,
eine Steuerung zum Variieren der Betrachtung der Objekteingangseinheit
und eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten des Betrachtungsbereiches.
Ein Eintrittsfenster, welches sich im Eingangsende des Gehäuserohres
befindet, ermöglicht
den Einblick in den Arbeitsbereich. Das Eintrittsfenster ist bevorzugt
sphärisch.
Die Objekteingangseinheit beinhaltet eine Eingangslinse, einen ersten
Spiegel und einen zweiten Spiegel. Die Eingangslinse ist beweglich
und der erste Spiegel ist drehbar. Die Eingangslinse und der erste
Spiegel bewegen sich um die gleiche Achse. Der zweite Spiegel ist
feststehend. Das reflektierte Licht vom Betrachtungsbereich bildet
ein Arbeitsbild, und das Lichtbild oder die Objektstrahlen gelangen
vom Betrachtungsbereich durch das Eintrittsfenster und die Eingangslinse,
werden vom ersten Spiegel zum zweiten Spiegel reflektiert und werden
vom zweiten Spiegel in ein Übertragungslinsensystem
reflektiert. In einigen Ausführungsformen
kann der zweite Spiegel durch ein Prisma ersetzt sein.
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Die
Steuerung verändert
die Position der Eingangslinse und des ersten Spiegels in eine beliebige
Position, oder in eine Reihe feststehender Positionen, zwischen
einer ersten Grenzposition und einer zweiten Grenzposition. Wenn
Objektstrahlen durch die Eingangslinse zum ersten Spiegel, zum zweiten
Spiegel oder Prisma und in das Übertragungslinsensystem
gelangen, dann bleibt die Länge des
axialen Strahls die gleiche, wenn sich der Betrachtungswinkel des
Arthroskops verändert.
Auch die Längen
der Randstrahlen können
untereinander gleich sein, und sie können auch gleich bleiben, wenn
sich der Betrachtungswinkel des Arthroskops verändert.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet die Beleuchtungseinheit
bevorzugt eine Übertragungslichtführung gebildet
aus einem oder mehreren Stäben
aus transparentem Material mit verspiegelten Oberflächen. Die Übertragungslichtführung fängt bevorzugt
jeden Lichtstrahl von einer externen Quelle ein und leitet den Strahl
weiter in den Betrachtungsbereich.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung soll auf die folgende detaillierte Beschreibung
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verwiesen werden;
die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht
und gleiche Referenznummern stehen für gleiche oder ähnliche
Teile, wobei:
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1 eine
Draufsicht auf ein Arthroskop mit veränderbarer Betrachtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ist
eine seitliche Schnittansicht des Arthroskops mit veränderbarer
Betrachtung aus 1;
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3 ist
eine seitliche Schnittansicht des Objekteingangsendes des Arthroskops
aus 1, welche Abschnitte einer Objekteingangseinheit
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eingestellt für eine maximal nach oben gerichtete
Betrachtung zeigt;
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4 ist
eine seitliche Schnittansicht des Objekteingangsendes des Arthroskops
aus 1, welche Abschnitte einer Objekteingangseinheit
eingestellt für
eine maximal nach unten gerichtete Betrachtung zeigt;
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5 ist
eine seitliche Schnittansicht des Objekteingangsendes des Arthroskops
aus 1, welche überlagert
die Abschnitte einer Objekteingangseinheit für das Arthroskop eingestellt
für sowohl
eine maximal nach oben gerichtete als auch eine maximal nach unten
gerichtete Betrachtung zeigt;
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6 ist
eine seitliche Schnittansicht des Objekteingangsendes des Arthroskops
aus 1 eingestellt für eine in die Mitte gerichtete
Betrachtung, welche ferner eine Eingangslinsensteuerung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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7 ist
eine seitliche Schnittansicht des Objekteingangsendes des Arthroskops
aus 1 eingestellt für eine in die Mitte gerichtete
Betrachtung, welche ferner eine erste Spiegelsteuerung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist
eine seitliche Schnittansicht des Objekteingangsendes des Arthroskops
aus 1 eingestellt für eine in die Mitte gerichtete
Betrachtung, welche sowohl eine Eingangslinsensteuerung als auch
eine erste Spiegelsteuerung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 ist
eine seitliche Schnittansicht des Objekteingangsendes des Arthroskops
aus 1 eingestellt für eine maximal nach oben gerichtete
Betrachtung, welche sowohl eine Eingangslinsensteuerung als auch
eine erste Spiegelsteuerung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 ist
eine seitliche Schnittansicht des Objekteingangsendes des Arthroskops
aus 1 eingestellt für eine maximal nach unten gerichtete Betrachtung,
welche sowohl eine Eingangslinsensteuerung als auch eine erste Spiegelsteuerung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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11 ist
eine seitliche Schnittansicht des Objekteingangsendes des Arthroskops
aus 1, welche Abschnitte einer Objekteingangseinheit
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eingestellt für eine in die Mitte gerichtete
Betrachtung zeigt;
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12 ist
eine seitliche Schnittansicht des Objekteingangsendes des Arthroskops
aus 1, welche Abschnitte einer Objekteingangseinheit
und dazugehöriger
Steuerungen gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eingestellt für eine in die Mitte gerichtete
Betrachtung zeigt;
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13 ist
eine seitliche Schnittansicht eines Beleuchtungssystems für ein Arthroskop
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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14 ist
eine seitliche Schnittansicht des Beleuchtungssystems aus 13,
welche ferner die Übertragung
von Lichtstrahlen durch das System zeigt;
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15A ist eine Seitenansicht eines Gleitabschnittes
einer Arthroskopsteuerung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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15B ist eine Draufsicht des Gleitstückes aus 15A.
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15C ist eine Endansicht des Gleitstückes aus 15A.
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16A ist eine Draufsicht einer Nocken/Achsen-Baueinheit
einer Arthroskopsteuerung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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16B ist eine Endansicht der Nocken/Achsen-Baueinheit
aus 16A;
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16C ist eine Seitenansicht der Nocken/Achsen-Baueinheit
aus 16A;
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17A ist eine Draufsicht von zwei Bedienungsknöpfen einer
Arthroskopsteuerung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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17B ist eine Endansicht der Bedienungsknöpfe aus 17A;
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17C ist eine Schnittansicht der Bedienungsknöpfe entlang
der Linie 17c-17c in 17A;
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18A ist eine Draufsicht der Anordnungsbeziehung
von Gleitstück
und Nocke/Achse in der mittleren Wegposition gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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18B ist eine Schnittansicht entlang der Linie
18B-D in 18A, welche die Anordnungsbeziehung
von Gleitstück
und Nocke/Achse in der mittleren Wegposition gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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18C ist eine Schnittansicht entlang der Linie
18B-D in 18A, welche die Anordnungsbeziehung
von Gleitstück
und Nocke/Achse in der vollständig
nach hinten gerichteten Wegposition gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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18D ist eine Schnittansicht entlang der Linie
18B-D in 18A, welche die Anordnungsbeziehung
von Gleitstück
und Nocke/Achse in der vollständig
nach vorn gerichteten Wegposition gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Ein
Arthroskop mit veränderbarer
Betrachtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 1 und 2 gezeigt.
Obwohl hierin als ein Arthroskop mit Oben-Unten-Veränderlichkeit
der Betrachtung gezeigt und be schrieben, könnte eine ähnliche Konfiguration so ausgerichtet sein,
um eine Veränderlichkeit
der Betrachtung von Seite zu Seite oder entlang einer beliebigen
anderen Achse zu bieten. Ein Arthroskop mit veränderbarer Betrachtung, im Allgemeinen
als 30 gekennzeichnet, beinhaltet ein längliches Gehäuserohr 31 mit
einem Objekteingangsende 32 und einem Steuerungsende 33,
welches sich entlang einer Mittellängsachse erstreckt. Das Arthroskop 30 beinhaltet
einen äußeren Steuerungsabschnitt 35.
Das Gehäuserohr 31,
und insbesondere sein Steuerungsende 33 kann sich in den äußeren Steuerungsabschnitt 35 des
Arthroskops 30 erstrecken. Im Allgemeinen wird ein Bildobjekt
an einem Objekteingangsende 32 des Gehäuserohres 31 eingefangen,
zum Steuerungsende 33 übertragen
und von dem äußeren Steuerungsabschnitt 35 des
Arthroskops 30 aufgezeichnet und angezeigt. Wie hierin
diskutiert, wird das Bildobjekt aus Objektstrahlen gebildet und
die Objektstrahlen beinhalten eine axialen Strahl im optischen Zentrum
des Objektbildes und Randstrahlen an den äußeren Kanten oder Rändern des
Objektbildes.
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Der
Steuerungsabschnitt 35 endet mit einem CCD-Aufsatz 36.
Der CCD-Aufsatz 36 ist durch entsprechende Mittel an einen
Bildschirm (nicht gezeigt) angeschlossen, der von einer Person eingesehen wird,
welche das Arthroskop 30 verwendet. Der CCD-Aufsatz 36 kann
eine herkömmliche
Konstruktion sein und ist nicht im Detail gezeigt. Der äußere Steuerungsabschnitt 35 kann
auch ein Bedienteil beinhalten, wie zum Beispiel ein Gleitstück, zum
Einstellen der Betrachtung des Arthroskops 30, sowie eine
Fokussierlinseneinheit 55 zum Einstellen der Bildschärfe des
Arthroskops 30. Die Fokussierlinseneinheit 55 kann
eine Fokussierlinse, eine Zoomlinse und deren Steuerungen beinhalten.
Die Fokussierlinseneinheit lenkt das Objekt, welches vom Eingangsende 32 empfangen
wird, in den CCD-Aufsatz 36. Am äußeren Steuerungsabschnitt 35 beinhaltet
das Arthroskop einen Abschnitt einer Beleuchtungseinheit 42 gebildet
aus einer Lichtquelle 41, welche mit einer Lichtübertragungseinheit 43 verbunden
ist. Die Beleuchtungseinheit 42 beleuchtet einen Betrachtungsbereich über das
Objekteingangsende 32 des Gehäuserohres 31 hinaus.
Der Betrachtungsbereich ist bevorzugt ein Bereich vor dem Objekteingangsende 32 des
Arthroskops, von etwa 15 Grad abwärts von der Längsachse
des Arthroskoprohres 31 bis etwa 105 Grad aufwärts von
der Längsachse
des Arthroskoprohres 31.
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Bezugnehmend
auf 3-5 beinhaltet das Objekteingangsende 32 eine
Objekteingangseinheit 50. In bevorzugten Ausführungsformen
beinhaltet die Objekteingangseinheit 50 ein Eintrittsfenster 52,
eine Eingangslinse 54, einen ersten Spiegel 56 und
einen zweiten Spiegel 58. Zum Erhalt eines Bildes des Objektes
gelangen die Objektstrahlen vom Betrachtungsbereich in das Eintrittsfenster 52 und durch
die Eingangslinse 54, und sie werden vom ersten Spiegel 56 zum
zweiten Spiegel 58 reflektiert.
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Das
Eingangsende 32 des Gehäuserohres 31 ist
bevorzugt abgeschrägt
und durch das Eintrittsfenster 52 geschlossen. Das Eintrittsfenster 52 ist
bevorzugt eine konzentrische sphärische
Meniskuslinse und so geformt, dass die Krümmungen der äußeren und
inneren Fläche
um einen gemeinsamen Mittelpunkt herum konzentrisch zueinander sind.
Bevorzugt befindet sich der Mittelpunkt auf der Mittellinie der
Achse 90, welche sich an der vorderen reflektierenden Fläche des
ersten Spiegels 56 befindet (wie weiter unten diskutiert).
Außerdem
befindet sich der Mittelpunkt bevorzugt auf der optischen Achse
der Eingangslinse 54. Befindet sich der Mittelpunkt des Eintrittsfensters 52 auf
der optischen Achse der Eingangslinse, wird eine konstante Beziehung
zwischen den Brechungswinkeln der Eingangsobjektstrahlen aufrechterhalten,
wenn sich die Eingangslinse 54 von Position zu Position
bewegt. Daraus resultiert, dass die Brechung der Eingangsobjektstrahlen
durch das Eintrittsfenster 52 hinsichtlich der Eingangslinse 54 konstant
ist, und Verzerrungen werden verringert. Die Abmessungen des Eintrittsfensters 52 sind
bevorzugt so ausgewählt,
dass der Betrachtungsbereich des Arthroskops 30 in Abstimmung
mit den anderen Elementen der Objekteingangseinheit maximiert wird.
Das Eintrittsfenster 52 kann aus Glas oder einem anderen
geeigneten Material bestehen. Das Eintrittsfenster 52 ist
an seiner Position fixiert, z.B. durch ein Haftmittel, und kann
auch versiegelt sein, um einen versiegelten Abschluss für das Ende
des Gehäuserohres 31 zu
bilden. Bevorzugt ist das Eingangsende 32 des Gehäuserohres 31 so
geformt, dass die Kanten des Gehäuserohres 31 eine
Form aufweisen, welche ähnlich
der Profilform des Eintrittsfensters 52 ist und sich über die
Oberfläche
des Eintrittsfensters 52 hinaus erstreckt, um den größtmöglichen
Schutz für
das Eintrittsfenster 52 zu bieten, ohne während des
Betriebs des Arthroskops 30 die Eingangsobjektstrahlen
zu beeinflussen.
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Die
Eingangslinse 54 und der erste Spiegel 56 sind
beweglich, und zusammen variieren sie die Betrachtung des Arthroskops 30 und
lenken das aufgefangene Bild zum zweiten Spiegel 58. Die
gemeinsame Achse, um die sich sowohl die Eingangslinse 54 als
auch der erste Spiegel 56 bewegen und mit Bezug auf welche
sie positioniert sind, definiert eine bevorzugte Anordnung der Eingangslinse 54 und
des ersten Spiegels 56. Die Eingangslinse 54 der
Objekteingangseinheit 50 ist innerhalb des Eingangsendes 32 des
Gehäuserohres 31 nahe
dem Eintrittsfenster 52 positioniert. In den in 3-10 illustrierten Ausführungsformen
ist die Eingangslinse 54 eine konische negative Linse.
Jedoch kann jede geeignete Linse verwendet werden. Die Eingangslinse 54 ist beweglich
und dreht sich um die Achse 90. Die Eingangslinse 54 dreht
sich zwischen einer maximal nach oben gerichteten Betrachtungsposition
(3) und einer maximal nach unten gerichteten Betrachtungsposition
(4), etwa entsprechend dem und begrenzt durch das
Bildfeld, welches das Eintrittsfenster 52 gestattet. Die
Eingangslinse 54 ist bevorzugt unbeweglich an einer Eingangslinsenfassung 80 befestigt.
Die Eingangslinsenfassung 80 stützt die Eingangslinse an einem
Ende und schwenkt am anderen Ende um die Achse 90. Die
Eingangslinsenfassung 80 wird durch einen Steuerungsmechanismus bewegt.
Die Eingangslinse 54 ist an der Einganslinsenfassung 80 befestigt,
so dass die optische Mittellinie oder Achse der Eingangslinse 54 auf
die Mittellinie der Achse 90 gerichtet ist.
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Der
erste Spiegel 56 ist entsprechend so positioniert, dass
er die Objektstrahlen, welche er von der Eingangslinse 54 empfängt, zum
zweiten Spiegel 58 reflektiert, welcher feststehend ist.
Der erste Spiegel 56 schwenkt um die Achse 90,
in einer mit der Eingangslinse 54 abgestimmten Bewegung.
Die Mittellinie der Achse 90 ist koplanar mit der vorderen
Reflektionsfläche
des ersten Spiegels 56. Wenn sich die Eingangslinse 54 bewegt,
muss sich die Position des ersten Spiegels verändern, um die gewünschte Richtung
der Objektstrahlen einzuhalten. Aufgrund der Geometrie von Spiegeln
ist eine Winkeländerung
bei einem von einem Spiegel reflektiertem Strahl das doppelte der
Winkeländerung
in der reflektierenden Ebene des Spiegels, wie wenn sich der Spiegel
von einer ersten Position in eine zweite Position dreht. Dementsprechend
dreht sich der erste Spiegel 56 um die Achse 90 mit
der halben Winkeländerungsrate, mit
der sich die Eingangslinse 54 um die Achse 90 dreht,
und zwar in einer komplementären
Richtung. D.h. wenn sich die Eingangslinse mit einem ersten Drehungswinkel
um die Achse 90 dreht, schwenkt der erste Spiegel 56 mit
einem zweiten Drehungswinkel um die Achse 90, welcher der
Hälfte
des ersten Drehungswinkels entspricht. Der erste Spiegel 56 dreht
sich dementsprechend zwischen einer maximal nach oben gerichteten
Betrachtungsposition (3) und einer maximal nach unten
gerichteten Betrachtungsposition (4). Zusammen
mit der Bewegung der Eingangslinse 54 verändert die
Drehung des ersten Spiegels die Betrachtung des Arthroskops 30.
In alternativen Ausführungsformen
können
die Eingangslinse 54 und der erste Spiegel 56 zwischen
einer Reihe vordefinierter Positionen bewegt werden oder können in
eine beliebige Position innerhalb der Reichweite des Arthroskops 30 bewegt
werden. Der erste Spiegel 56 ist bevorzugt an einer ersten
Spiegelfassung 86 befestigt. Eine Steuerung stellt die
Position des ersten Spiegels 56 ein. Bei der in die Mitte gerichteten
Betrachtung der Objekteingangseinheit 50 ist die reflektierende
Oberfläche
des ersten Spiegels 56 horizontal in Bezug auf die Längsrichtung
des Rohres 31, und die Eingangslinse 54 ist so
positioniert, dass sich die optische Achse der Linse 54 in
einem Winkel von 45 Grad aufwärts
von der Ebene des Spiegels 56 befindet. In der illustrierten
Ausführungsform
liegt das Zentrum der mittleren Betrachtungseinstellung daher 45
Grad aufwärts
von der Horizontalen, d.h. der Längsachse
des Rohres 31 (6).
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Die
durch die Eingangslinse 54, den ersten Spiegel 56 und
den zweiten Spiegel 58 empfangenen Objektstrahlen werden
bevorzugt über
die Übertragungslinseneinheit 60 zum äußeren Steuerungsabschnitt 35 des
Arthroskops 30 übertragen.
Es ist bevorzugt, dass die Strahlen so übertragen werden, dass die
Qualität
des Bildes erhalten bleibt und Abbildungsfehler minimiert werden.
Der zweite Spiegel 58 ist in seiner Position feststehend,
um die aufgenommenen Objektstrahlen in die Übertra gungslinseneinheit 60 zu
reflektieren. Der zweite Spiegel 58 ist bevorzugt so ausgerichtet,
dass er die reflektierten Objektstrahlen parallel zur optischen
Achse der Übertragungslinseneinheit 60 richtet,
wobei die Achse bevorzugt parallel zur Längsachse des Gehäuserohres 31 ist.
Die Übertragungslinseneinheit 60 ist
bevorzugt koaxial mit dem axialen Strahl, der vom zweiten Spiegel 58 reflektiert
wird. In verschiedenen Ausführungsformen
ist die Übertragungslinseneinheit 60 eine
Linse oder eine Reihe von Linsen, wobei eine Variante davon üblicherweise
als ein Feld- und Übertragungslinsensystem
bezeichnet wird. In weiteren Ausführungsformen kann die Übertragungslinseneinheit 60 eine
Gradientenlinse sein, oder eine andere Linsen mit einem unterschiedlichem
Brechungsindex. In alternativen Ausführungsformen kann die Übertragungslinseneinheit 60 durch
ein kohärentes
optisches Faserbündel
ersetzt sein. Obwohl die Übertragungslinseneinheit 60 so
gezeigt ist, dass sie sich innerhalb des Eingangsendes 32 des
Gehäuserohres 31 befindet,
erstreckt sich die Übertragungslinseneinheit 60 üblicherweise
weiter in Richtung des Steuerungsendes 33. Wenn die Übertragungslinseneinheit 60 durch
ein kohärentes
Bündel
aus optischen Fasern oder durch ein Gradientenlinsensystem ersetzt
wurde, dann erstreckt sich jedes davon üblicherweise im Wesentlichen
entlang der Länge
des Gehäuserohres 31.
Die Übertragungslinseneinheit 60 kann
eine konventionelle Konstruktion aufweisen, z.B. mit einer äußeren Edelstahlhülle zur
Stabilisierung, oder die Übertragungslinseneinheit 60 kann
in einem Kerbeneinschnitt in die Übertragungslichtführung 120 sitzen.
Die Übertragungslinseneinheit 60 richtet
die Objektstrahlen in Richtung eines Empfängers, wie einer Fokussierlinseneinheit 55.
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Die
Bewegung der Eingangslinse 54 und des ersten Spiegels 56 ermöglicht,
dass die Betrachtungsposition des Arthroskops 30, und somit
das jeweilige im Arthroskop 30 aufgefangene Eingangsbild, variable
ist. Die Steuerung, welche die Eingangslinse 54 und den
ersten Spiegel 56 einstellt, tut dies kongruent deckungsgleich,
um die gewünschte
Ausrichtung zu erhalten. Bezugnehmend auf 6-10, kontrolliert
bevorzugt eine Schubstange die Bewegung der Eingangslinse 54 und
des ersten Spiegels 56. Die Position der Eingangslinse 54 wird
durch die Schubstange 70, welche durch eine Eingangslinsenverbindungsstange 74 in
die Eingangslinsenfassung 80 eingreift, eingestellt. Die
Eingangslinsenverbindungs stange 74 ist durch den Bügelstift 76 am Schubstangenbügel 72 mit
der Schubstange 70 verbunden. Die Eingangslinsenverbindungsstange 74 ist
durch einen Eingangslinsenfassungsstift 78 mit der Eingangslinsenfassung 80 verbunden.
Wenn sich die Schubstange entlang der Längsachse des Gehäuserohres 31 vor
und zurück
bewegt, verschiebt die Verbindungsstange 74 die Position
der Einganslinsenfassung 80 und damit der Eingangslinse 54.
Die Position des ersten Spiegels 56 wird durch die Schubstange 70 eingestellt,
welche durch eine erste Spiegelverbindungsstange 82 in
die erste Spiegelfassung 86 eingreift. Die erste Spiegelverbindungsstange 82 ist
am Schubstangenbügel 72 durch den
Bügelstift 77 mit
der Schubstange 70 verbunden. Die Bügelstifte 76 und 77 befinden
sich an den gegenüberliegenden
Seiten des Schubstangenbügels 72 und
sind koaxial. Die erste Spiegelverbindungsstange 82 ist
durch den ersten Spiegelfassungsstift 84 mit der ersten
Spiegelfassung 86 verbunden. Wenn sich die Schubstange 70 vor
und zurück
bewegt, stellt die erste Spiegelverbindungsstange 82 den
Winkel des ersten Spiegels 56 ein.
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Die
erste Spiegelverbindungsstange 82 ist am Bügelstift 77 am
Schubstangenbügel 72 befestigt und
die Eingangslinsenverbindungsstange 74 ist am Bügelstift 76 am
Bügel befestigt.
Da die Bügelstifte 77 und 76 koaxial
sind, bewegen sich beide Verbindungsstangen synchron. Bevorzugt
ist der Abstand von der Achse 90 zum Eingangslinsenfassungsstift 78 die
Hälfte
des Abstandes von der Achse 90 zum ersten Spiegelfassungsstift 84.
Wenn sich die Schubstange 70 seitlich um einen gewissen
Abstand bewegt, dann ist die Winkeländerung der Eingangslinse 54 bevorzugt
die doppelte Winkeländerung
des ersten Spiegels 56, da der Radius des Eingangslinsenbogens
die Hälfte
des Radius des ersten Spiegelbogens ist. Die illustrierte Positionierung
und relativen Proportionen der Verbindungsstäbe, der Achse, des Eingangslinsenfassungsstiftes
und des ersten Spiegelfassungsstiftes in 8-10 minimieren
bevorzugt jeden Fehler in den relativen Winkeländerungen. Es dürfte verständlich sein,
dass jegliche mechanische Anordnung, welche die gewünschten
Geometrien der Spiegel und der Eingangslinse aufrechterhält, geeignet
ist. Zum Beispiel kann mehr als eine Schubstange effektiv sein.
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Zum
Minimieren von Verzerrungen im aufgezeichneten Bild bleibt die Objektstrahlenweglänge bevorzugt
konstant, wenn die Betrachtungseinstellung des Arthroskops variiert.
Der Objektaxialstrahl 62 gelangt durch das optische Zentrum
der Eingangslinse 54 zum Zentrum des ersten Spiegels 56. Dieser
Abstand ist feststehend, da das Zentrum des ersten Spiegels 56 auf
der Mittellinie der Achse 90 feststehend ist, um welche
sich die Eingangslinse 54 mit einem konstanten Radius dreht.
Der Objektaxialstrahl 62 wird dann vom Zentrum des ersten
Spiegels 56 zum zweiten Spiegel 58 reflektiert,
welcher in Bezug auf den ersten Spiegel 56 feststehend
ist. Der Axialstrahl wird dann von dem zweiten Spiegel 58 entlang
der optischen Achse der Übertragungslinseneinheit 60 reflektiert,
welche in Bezug auf den zweiten Spiegel 58 feststehend
ist. Da jedes Segment des Objektachsenstrahls 62 eine feststehende Länge besitzt,
bleibt die Länge
des Objektaxialstrahls 62 von der Eingangslinse 54 zum Übertragungslinsensystem 60 konstant,
wenn die Betrachtungseinstellung des Arthroskops 30 variiert.
Die Objektrandstrahlen 64 gelangen durch die Einganslinse 54 zum ersten
Spiegel 56. Da der Axialstrahl 62 koaxial mit der
optischen Achse der Eingangslinse 52 ist, sind alle Objektrandstrahlen 64 symmetrisch
im Bezug auf den Axialstrahl 62. Solange alle Objektstrahlen auf
eine beliebige Ebene, die normal auf Axialstrahl 62 steht,
so wie die erste Linse des Übertragungslinsensystems 60,
symmetrisch reflektiert oder gebrochen werden, bleibt die Länge der
Objektstrahlen konstant. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung kann dieses Merkmal eine Veränderung der Betrachtungseinstellung
ohne Veränderungen
in der Verzerrung oder Bildqualität erlauben.
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Bezugnehmend
auf 11 und 12 kann in
einer alternativen Ausführungsform
anstelle eines zweiten Spiegels 58 ein feststehendes Prisma 59 die vom
ersten Spiegel 56 reflektierten Bildstrahlen in die Übertragungslinseneinheit 60 lenken.
Das Prisma 59 empfängt
Objektstrahlen und reflektiert sie intern in die gewünschte Richtung.
Da die Eingangs- und Ausgangsoberflächen des Prismas 59 senkrecht
zum Objektaxialstrahl 62 stehen, und die Objektrandstrahlen 64 an
dieser Stelle nahezu parallel sind, erhält das Prisma 59 relative
Strahllängen ähnlich dem zweiten
Spiegel 58 aufrecht. Die Ersetzung des zweiten Spiegels 58 durch
das Prisma 59 verringert die Brennweite des Eingangslinsensystems,
wodurch wiederum die Bildqualität verbessert
wird. Außerdem kann,
wie in 11 und 12 illustriert,
die Eingangslinse 54 ein Duplett bestehend aus zwei sphärischen
Linsen sein, welches möglicherweise
einfacher herzustellen ist als eine einzelne konische negative Linse
von sehr geringer Größe.
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Die
Beleuchtungseinheit 42, illustriert in 2,
beinhaltet eine Lichtquelle 41 mit einer externen Lichtführung mit
optischen Fasern zum Übertragen
von Licht an die Lichtübertragungseinheit 43, welche
in das Arthroskop 30 hineinreicht. Es kann jede beliebige
herkömmliche
externe Lichtquelle und Lichtführung
verwendet werden. Üblicherweise
ist die externe Lichtquelle 41 in einem Winkel angeschlossen,
welcher schräg
zur Achse des Gehäuserohres 31 steht.
Die Beleuchtungseinheit 42 kann eine Kondensorlinse zum
Fokussieren des Lichtes von der externen Quelle 41 auf
das Eingangsende der Lichtübertragungseinheit 43 beinhalten.
Die Lichtübertragungseinheit 43 reorientiert
das Licht entlang der Längsachse
des Gehäuserohres 31 und überträgt das Licht
zum Ende 32 des Gehäuserohres 31.
Die Lichtübertragungseinheit 43 kann
ein oder mehrere optische Faserbündel
beinhalten. In einigen Ausführungsformen
ist die Lichtübertragungseinheit 43 ein
optisches Faserbündel,
welches sich zum Eingangsende 32 des Arthroskops 30 erstreckt.
In alternativen Ausführungsformen
kann die Lichtübertragungseinheit 43 andere
Strukturen als optische Faserbündel
beinhalten. Bezugnehmend auf 13 und 14 ist,
in den gleichen Ausführungsformen, die
Lichtübertragungseinheit 43 eine
stangenbasierte Lichtübertragungseinheit 100,
einschließlich
einer Eingangsstange 110 und einer Übertragungsstange 120.
Ein Vorteil einiger Ausführungsformen
der stangenbasierten Lichtübertragungseinheit 100 ist,
dass der Querschnitt nur durch eine Stange definiert ist, und es
geht kein Licht verloren, wie das zwischen den Kernen von Fasern
in einem optischen Faserbündel
der Fall ist. Die Stangen 110 und 120 sind bevorzugt
so miteinander verbunden, dass die Eingangslichtführungsstange 110 das
Licht von der Lichtführung
mit optischen Fasern der externen Lichtquelle 41 empfängt und
es zur Übertragungsstange 120 überträgt. Die Übertragungsstange 120 überträgt das Licht
von der Eingangsstange 110 zum distalen Ende 32 des
Arthroskops 30 zum Beleuchten des Betrachtungsbereiches.
Die Lichtübertragungseinheit 100 ist
bevorzugt so ausgelegt, dass sie die maximale Menge an Licht von der
Lichtquelle zum Betrachtungsbereich überträgt. Die Lichtübertragungseinheit 100 ist
bevorzugt so ausgelegt, dass sie Licht aufnimmt, welches in Bezug
auf die optische Achse der Lichtübertragungseinheit
schräg
ist. Dieses Licht kann üblicherweise
um 40 Grad oder mehr von der optischen Achse abweichen. Jede der
optischen Fasern der externen Lichtführung der externen Lichtquelle 41 sendet
einen Lichtkonus aus, der gleich dem Zweifachen der numerischen
Apertur der Faser ist. An der Kante jeden Konus befinden sich die maximal
schräg
verlaufenden Strahlen und im Zentrum jeden Konus befindet sich der
Mittelstrahl. Innerhalb der maximal schräg verlaufenden Strahlen wird eine
unendliche Anzahl an Strahlen, vom Mittelstrahl ausgehend fächerförmig ausgesandt.
Bevorzugt wird jeder Strahl in den Betrachtungsbereich übertragen. 14 illustriert
den Weg von sowohl einem Mittelstrahl 130 als auch von
schräg
verlaufenden Strahlen 132, welche durch die Lichtübertragungseinheit 110 übertragen
werden.
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Die
Eingangsstange 110 und die Übertragungsstange 120 sind
aus Kunststoff oder einem anderen transparenten Material, wie Acryl
oder Polycarbonat, welches als Lichtführung geeignet ist. Die Übertragungsstange
ist bevorzugt so positioniert, dass sie sich in einem Winkel zur
Eingangsstange erstreckt, zum Beispiel so, dass sie im rechten Winkel ist,
um sich der Ausrichtung der externen Lichtquelle 41 bezüglich des
Gehäuserohres 31 aufzunehmen und
das Licht entlang der Achse des Rohres 31 anzupassen. Licht
von der externen Quelle 41 tritt in die Eingangsstange 110 ein,
dreht dort ab, wo die Eingangsstange 110 mit der Übertragungsstange 120 zusammentrifft,
und gelangt am gegenüberliegenden Ende
der Übertragungsstange 120 durch
das Eintrittsfenster 52 in den Betrachtungsbereich. Sowohl die
Eingangsstange 110 als auch die Übertragungsstange 120 besitzen
komplett verspiegelte Oberflächen,
außer
dem jeweiligen Eingangsende und Ausgangsende. Aufgrund der verspiegelten
Oberflächen ist
die Lichtübertragungseinheit 100 nicht
abhängig von
den Beschränkungen
der numerischen Apertur bei der totalen internen Reflektion um Licht über seine
Länge zu
Sammeln und zu Übertragen.
Dadurch verursachen unangepasste Beleuchtungspunktgrößen, Kernanordnungen
der optischen Fasern und unangepasste numerische Aperturen keinen
Verlust bei der Lichtsammlungsund -übertragungseffizienz wie dies
bei optischen Fasern häufig
der Fall ist. Bevor zugt wird jeder Strahl, welcher in die Eingangsstange 110 eintritt,
an der Verbindung zwischen der Eingangsstange 110 und der Übertragungsstange 120 in die Übertragungsstange 120,
und durch die Übertragungsstange 120 in
den Betrachtungsbereich reflektiert.
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Die
Eingangsstange 110 ist an ihrer Oberfläche verspiegelt, außer an ihrer
Eingangsseite 111 und Ausgangsseite 112. Bevorzugt
ist der Durchmesser der Eingangsstange 110 gleich dem oder
etwas größer als
der Gesamtdurchmesser der externen Lichtführung. Bevorzugt ist der Durchmesser
der Übertragungsstange 120 größer als
der Durchmesser der Eingangsstange 110. Sind die Stangen 110 und 120 in
einem Winkel von 90 Grad oder einem anderen Winkel zueinander positioniert,
verbessert ein größerer Unterschied
im Durchmesser der Stangen 110 und 120 die Effizienz
der Umlenkung des Lichtes. Der Durchmesser der Übertragungsstange 120 wird
bestimmt durch den verfügbaren
Raum innerhalb des Rohres 31. Die Kurve 121 ist
bevorzugt so dimensioniert, dass sichergestellt ist, dass der maximal
schräg
verlaufende Strahl in die Länge
der Übertragungsstange 120 reflektiert
wird und nicht zurück in
die Eingangsstange 110. Der Winkel des maximal schräg verlaufenden
Strahls ist abhängig
vom Licht, welches von der externen Quelle 41 ausgesandt wird.
Das Eingangsende der Übertragungsstange 120 ist
an der Oberfläche 121 abgerundet,
wo Licht, welches von der Eingangsstange eintritt, reflektiert wird,
d.h. die Oberfläche 121 gegenüber der
Oberfläche,
an der die Übertragungsstange 120 mit
der Eingangsstange verbunden ist. Bevorzugt ist der Radius der Kurve 121 im
Wesentlichen gleich dem oder größer als
der Durchmesser der Übertragungsstange 120.
Bevorzugt befindet sich, bezugnehmend auf die Illustrierungen in 13,
der Mittelpunkt 124 der Kurve 121 links von der
linken Kante der Eingangsstange 110.
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Die Übertragungsstange 120 erstreckt
sich bevorzugt entlang der Längsachse
des Gehäuserohres 31 und
endet nahe dem Eintrittsfenster 52 des Arthroskops 30.
Die Übertragungsstange 120 ist
an ihrer Oberfläche
verspiegelt, außer
dort, wo sie das Licht von der Eingangstange 110 an Seite 112 aufnimmt
und wo sie Licht an Seite 123 abgibt. Das Ausgangsende
der Übertragungsstange 120,
nahe dem Eintrittsfens ter 52, besitzt einen oberen gewölbten Abschnitt 123 und
einen unteren gewölbten
Abschnitt 122. Der untere gewölbte Abschnitt 122 ist
verspiegelt, um das Licht in die gewünschte Richtung zu reflektieren,
d.h. durch das Eintrittsfenster 52 hinaus. Der obere gewölbte Abschnitt 123 ist
durchsichtig, damit das übertragene
Licht durch das Ende der Stange 120 durch das Fenster 52 austreten
kann, um den Betrachtungsbereich zu beleuchten. Bevorzugt stellen
der untere gewölbte
Abschnitt 122, welcher verspiegelt ist, und der obere gewölbte Abschnitt 123,
welcher durchsichtig ist, zusammen soviel Licht wie möglich an
den Betrachtungsbereich bereit und verringern die Diffusion von
Licht in Nicht-Arbeitsbereiche, welche nicht beleuchtet werden müssen. Die Position
der Mitte der unteren gewölbten
Fläche 122 und
die Länge
der unteren gewölbten
Fläche 122 bestimmen
den Winkel, von dem aus der Betrachtungsbereich beleuchtet wird
und die Menge des Lichtes, welche in den Arbeitsbereich gesandt
wird. Der Radius der unteren verspiegelten gerundeten Fläche 122 ist
bevorzugt gleich dem oder größer als
der Durchmesser der Übertragungsstange 120.
Bezugnehmend auf die Illustration in 13, befindet
sich der Mittelpunkt 125 der unteren Kurve 122 links
vom Ende der verspiegelten Fläche
auf dem oberen Abschnitt des Übertragungsstangenendes.
Bevorzugt wird jeder Lichtstrahl durch die Fläche 122 nach vorn in
Richtung des Betrachtungsbereiches reflektiert, und nicht zurück durch
die Übertragungsstange 120. Die
Proportionen der oberen gewölbten
Fläche 123 bestimmen
auch die Lichtmenge und die Richtung der Lichtstrahlen, welche die Übertragungsstange 120 verlassen.
Die obere gewölbte
Fläche 123 ist
bevorzugt so ausgelegt, dass Lichtstrahlen, welche von der unteren
gewölbten
Fläche 122 reflektiert
werden, auf die obere gewölbte
Fläche 123 treffen,
und zwar in einem Winke, der geringer ist als der Grenzwinkel der
oberen gewölbten
Fläche 123,
und sie verlassen die Stange 120, anstatt intern zurück durch
die Stange 120 reflektiert zu werden. Die obere gewölbte Fläche 123 diffundiert
das Licht bevorzugt gleichmäßig verteilt über den
Betrachtungsbereich. Die exakten Proportionen der oberen und unteren
Fläche 122 bzw. 123 sind
abhängig
von den gewünschten
Beleuchtungseigenschaften des Arthroskops 30 für den Betrachtungsbereich.
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15A-18D illustriert einen Mechanismus
zum Handhaben der Schubstange zum Bedienen der Objekteingangseinheitsteuerung
und zum Einstellen der Betrachtung des Arthroskops 30.
Am Steuerungsende 35 des Arthroskops 30 erstreckt sich
die Schubstange 70 in ein Gleitstück 148 und greift
in dieses ein. Das Gleitstück
beinhaltet einen Hauptkörper 157 mit
einer axialen Übertragungslinsenöffnung 158;
die Übertragungslinsenöffnung 158 erstreckt
sich auch durch ein vergrößertes Ende 159 des
Gleitstückes 148.
Eine Buchse 161 richtet die Schubstange 70 am
Gleitstück 148 aus
und befestigt sie daran. In der illustrierten Ausführungsform
befindet sich die Steuerungsstangenbuchse 161 direkt unterhalb
der axialen Öffnung 158 für die Übertragungslinse.
-
Der
Nockenabschnitt 165 der Nocken/Achsen-Baueinheit 162 befindet
sich in einer mittleren Queröffnung 163 des
Gleitstückes 148.
Die Öffnung 163 ist
nicht ganz rund im Querschnitt; sie ist vergrößert oder leicht gestreckt.
Die Nocken/Achsen-Einheit 162 beinhaltet
ein großes
Bedienungsknopf-Wellenaufsatzsegment 164 mit rundem Querschnitt;
ein rundes außeraxiales
Nockensegment 165 beinhaltet einen Übertragungslinsen-Einbauschlitz 166 und
ein kleines Bedienungsknopf-Wellenaufsatzsegment 167.
Zwei Bedienungsknöpfe, 149 und 150,
gezeigt in
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17A-17C, sind an den äußeren Enden 164 und 167 der
Nocken/Achsen-Einheit 162 angebracht. Die Bedienungsknöpfe 149 und 150 beinhalten
einen rechten Bedienungsknopf 149, welcher auf dem großen Stellrad-Wellenaufsatzsegment 164 der
Nocken/Achsen-Einheit 162 angepasst ist. Der zweite oder
linke Bedienknopf 150 ist auf dem kleineren Bedienknopf-Wellenaufsatzsegment 167 der
Nocken/Achsen-Einheit 162 angepasst. Das Drehen der Bedienknöpfe 149 und 150,
welche an der Nocken/Achse 162 angebracht sind, bewirkt,
dass die außeraxiale
Nocke 165 der Nocken/Achse 162 in die mittlere
Queröffnung 163 des
Gleitstückes 148 eingreift,
wodurch als Reaktion auf die Drehbewegung der Nocken/Achse 162 das
Gleitstück 148 in
Längsrichtung
bewegt wird, wie durch die gestrichelten Bereiche 168 in 18C und 18D dargestellt.
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In
alternativen Ausführungsformen
kann das Gleitstück 148 auch
elektrisch angetrieben sein. Das Gleitstück 148 kann durch
einen Schrittmotor angetrieben werden.
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Ein
Schrittmotor kann die Nocken/Achse 162 antreiben, oder
die Nocken/Achse 162 kann zum Beispiel durch einen Spindeltrieb
ersetzt sein, welche in das Gleitstück 148 eingreift.
Der Schrittmotor und der Spindeltrieb liegen bevorzugt im Inneren
des Arthroskops 30 und sind parallel zur Bewegung des Gleitstückes 148 angebracht.
Das Gleitstück 148 kann auch
mit einem piezoelektrischen Stellungsregler angetrieben werden,
welcher sich innerhalb des Arthroskops 30 befindet. Das
Arthroskop 30 kann elektrisch betrieben werden durch elektrische
Tasten oder durch Betriebssoftware auf einem Computer, zum Beispiel.
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Der
Betrieb des Arthroskops 30 kann nun betrachtet werden.
Am Anfang wird Licht von der externen Quelle 41 auf das
Ende der Lichtübertragungseinheit 43 fokussiert,
bei welcher es sich bevorzugt um eine stangenbasierte Lichtübertragungseinheit 100 handelt.
Licht gelangt durch die Lichtübertragungseinheit 43 und
beleuchtet den chirurgischen Arbeitsbereich genau hinter dem Eingangsende 32 des
Arthroskops 30. Im Arthroskop 30 könnte Licht, welches
durch die Lichtübertragungseinheit 43 gelangt,
zumindest zum Teil von dem zweiten Spiegel 58 auf die Reflektionsfläche des
ersten Spiegels 56 reflektiert werden und dann durch die
Eingangslinse 54 in den zu beleuchtenden Betrachtungsbereich
gelangen. Licht reflektiert vom Betrachtungsbereich gelangt als
Objektstrahlen durch das Eintrittsfenster 50 und die Eingangslinse 54,
wo sie auf den ersten Spiegel 56 auftreffen. Die Objektstrahlen
werden vom ersten Spiegel 56 so gelenkt, dass sie auf den
zweiten Spiegel 58 oder das Prisma 59 auftreffen.
Von dem zweiten Spiegel 58 oder dem Prisma 59 werden
die Objektstrahlen in Richtung des Eingangsendes der Übertragungslinseneinheit 60 umgelenkt.
Die Übertragungslinseneinheit 60 liefert
das Bild durch die Fokussierlinseneinheit 55 an den CCD-Aufsatz 36 und kann
so vom Chirurgen oder einer anderen Person, welche das Arthroskop 30 verwendet,
angesehen werden.
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Wenn
die Person, welche das Arthroskop 30 verwendet, mit dem
durch den CCD-Aufsatz 36 bereitgestellten
Bild nicht zufrieden ist, können
die Bedienungsknöpfe 149 und 150 verwendet
werden, um ein Bild von einem anderen Abschnitt des Operationsbereiches
zu erzeugen. So kann das dem Chirurgen oder der Person, welche das
Instrument 30 verwendet, bereitgestellte Bild in einem
wesentlichen Umfang variiert werden, ohne die Position des Instruments
zu verändern.
Tatsächlich
kann der Gesamtbetrachtungsbereich des Instruments 30 von
etwa 15 Grad abwärts
von der Längsachse
des Gehäuserohres
bis etwa 105 Grad aufwärts
von der Achse des Gehäuserohres
reichen, ohne dafür
die Achse des Instrumentes verändern
zu müssen.
Eine weitere Veränderung
oder Korrektur des Bildes kann durch entsprechende Software erfolgen.
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Mehrere
der illustrierten Teile des Instruments 30 können ohne
nennenswerte Auswirkung auf den Gesamtbetrieb des Instrumentes 30 modifiziert
werden. Zum Beispiel kann die Schubstange 70 modifiziert
werden; die Schubstange 70 stellt einen optionalen Mechanismus
zum Bedienen der Eingangslinse und des ersten Spiegels dar, es kann
jedoch jeder Mechanismus verwendet werden, welcher die Eingangslinse
und den ersten Spiegel in der beschriebene Beziehung bewegt. Der
Nocken/Achsen- und Gleitsteuerungsmechanismus kann auch verändert werden.
Der Winkel der Abschrägung
des äußeren Endes
des Gehäuserohres 31 kann
wie gewünscht
verändert
werden; eine gerundete Form ähnlich
der Profilform des Eintrittsfensters und welche sich über das
Eintrittsfenster hinaus erstreckt, damit maximaler Schutz für das Eintrittsfenster
geboten wird, ohne die Objektstrahlen zu beeinflussen, wird bevorzugt,
dies ist jedoch abhängig
von der primären
Nutzung des Instruments 30. Es dürfte verständlich sein, das die Verwendung
einer CCD-Einheit
für eine
Anzeige nicht essentiell ist. Die für die Anzeige verwendete Software
kann deutlich variieren.
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Die
hierin verwendete Sprache dient dem Zweck der Erläuterung
und nicht der Einschränkung. Während die
Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben wurde, dürfte
dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen
an dem Gerät
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne sich vom Umfang
der Erfindung zu entfernen.