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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Endoskopie, und insbesondere
auf ein Endoskopie-Beleuchtungssystem, wobei (i) die Beleuchtung auf
(stroboskopischen) Lichtpulsen unter Verwendung eines Licht-emittierenden
Elements, das Leuchtdioden (LED) aufweist, basiert, um eine Beleuchtung
im Innern des Körpers
gelegener Strukturen einschließlich
der Stimmlippen zu ermöglichen, und
wobei (ii) das Licht-emittierende Element durch eine elektronische
Steuereinheit innerhalb des Endoskopie-Beleuchtungssystems, das
Merkmale für
die Ermöglichung
stroboskopischer Bildgebung aufweist, versorgt und gesteuert wird.
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Um
Hintergrundinformationen bereitzustellen, so dass die Erfindung
vollständig
verstanden und in ihrem maßgebenden
Zusammenhang gewürdigt werden
kann, wird ein kurzer Abschnitt bereitgestelt, um wichtige Erfindungen
in der Geschichte der Endoskopie des Kehlkopfs, und insbesondere
der Stroboskopie, zu würdigen,
und es wird Bezug genommen auf eine Anzahl von Vorveröffentlichungen
und Patenten.
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Historisch
wird die Sichtbarmachung innerer Bereiche des Körpers als Endoskopie bezeichnet. Laryngoskopie
bezieht sich besonders auf die Sichtbarmachung des Kehlkopfs, der
die klangerzeugenden Stimmlippen (auch Stimmbänder genannt) enthält. Die
Sichtbarmachung des Kehlkopfs wurde erstmals von Garcia in der Mitte
des 19. Jahrhunderts beschrieben, als dieser einen im Kehlkopf angeordneten
Spiegel verwendete, um die Bewegung der Stimmlippen zu beobachten.
Für die
folgenden hundert Jahre wurde die Benutzung von Spiegeln von Laryngologen
als Routine betrachtet. Die schnellen Vibrationen der Stimmlippen
können
mit kontinuierlich abstrahlenden Lichtquellen nicht detektiert werden,
da typische Frequenzen für
die Stimmerzeugung, die sich im Bereich von 70 Hz bis 400 Hz bewegen,
zu schnell sind, dass unser Auge sie sehen kann. Die Technik der
Stroboskopie ermöglicht
dem Arzt einen klaren Blick auf die Stimmlippen, selbst wenn diese
schnell vibrieren. Im Jahr 1878 benutzte Oertel eine Vorrichtung
zur Sichtbarmachung der schnellen Bewegungen der Stimmlippen während der
Klangerzeugung (Phonation) durch Verwendung von Stroboskopie-Techniken.
Seitdem wurden – und werden
auch heute noch – drei
wichtige Bilderzeugungstechniken klinisch verwendet, um dazu beizutragen,
die Bewegungen der Stimmlippen mittels Stroboskopie sichtbar zu
machen: (a) indirekte Beobachtung mit einem in den Kehlkopf des
Patienten gehaltenen Spiegel und einer durch eine externe Lichtquelle
bereitgestellten Beleuchtung, (b) intrapharyngeale Anordnung eines
starren Endoskops (auch Teleskop genannt) durch den Mund (transoral), wobei
das Teleskop einen optischen Apparat mit Linsen und Spiegeln sowie
Lichtleitern für
die Beleuchtung des Rachens und des Kehlkopfs aufweist, und (c)
die Verwendung eines biegsamen Endoskops, dessen entferntes Ende
auch im Rachen angeordnet wird, aber das durch die Nasenhöhle (transnasal)
geführt
wird, wobei das biegsame Endoskop ein optisches Kompartiment für die Bildübertragung
sowie einen Glasfaser-Lichtleiter
für die
Beleuchtung enthält.
In allen drei Techniken wird die Beleuchtung durch außerhalb
des Körpers
gelegene Lichtquellen geliefert.
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Für sich nicht
bewegende anatomische Strukturen werden in der Klinik Farbbilder
bevorzugt, da diese mehr Informationen enthalten als einfarbige Bilder.
Für die
Untersuchung dynamischer Merkmale, zum Beispiel der Vibrationsmuster
der Stimmlippen unter Verwendung der Stroboskopie, werden einfarbige
Bilder mit hoher Graustufenauflösung
als ausreichend erachtet. Zahlreiche Publikationen, die das dynamische
Verhalten vibrierender Stimmlippen betreffen, basieren auf Schwarzweiß-Aufnahmen. Ein historischer Überblick über die
Stroboskopie aus der Sicht eines klinischen Mediziners findet sich
in einem Artikel von J. Wendler (Stroboscopy. Journal of Voice,
Vol. 6 No. 2, Seite 149–154,
1992, Raven Press, New York). Obwohl die Technik der Stroboskopie
seit mehr als einhundert Jahren bekannt ist, sind Stroboskopie-Systeme
immer noch schwer, groß und
teuer in der Herstellung.
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Da
in der bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung LEDs verwendet werden, sollen einige Merkmale im
voraus herausgearbeitet werden. Energieliefernde Elemente, wie zum
Beispiel Batterien, können
sowohl eine elektronische Schaltung als auch eine Lichtquelle, wie
z.B. LEDs, versorgen. LEDs sind außerdem eine ziemlich billige
Lichtquelle (eine rote LED mit sehr heller Lichtabstrahlung kostet zur
Zeit ungefähr
0.80 US$). Die Lichtintensität
hängt hauptsächlich vom
Stromfluss ab und üblicherweise liegt
eine obere Stromschwelle – für kontinuierliche Lichtabstrahlungszwecke – typischerweise
bei 20 Miliampere (mA). Genauer gesagt wird ein kontinuierlicher
Strom von 20 mA die LED nicht zerstören. Kontinuierlich angelegte
höhere
Ströme,
zum Beispiel 50 mA oder 60 mA, können
zu einer höheren
Abstrahlung von Lichtenergie führen,
aber auch zu einer reduzierten Lebensdauer von Minuten oder Sekunden. Um
ein Beispiel einer möglichen
Einschränkung
zu geben, haben wir versucht, herauszufinden, wo das Maximum für einen
spezifischen LED-Typ
erreicht werden kann. In so genannten ultra-hellen roten LED betrug
die Lebensdauer weniger als fünf
Minuten, wenn 60 mA kontinuierlich angelegt wurden. Gepulste Beaufschlagung
mit sehr viel höheren
Strömen wird
dagegen gut toleriert.
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Das
Deutsche Patent Nr.
DE 3432018 von Nagasaki
et al., das US Patent Nr. 4816906 von Kimura et al., das US Patent
Nr. 5363135 von Inglese offenbaren die Verwendung von Licht-emittierenden Dioden,
die im Spitzenbereich des einführbaren
Teils eines Endoskops angeordnet sind und die Beleuchtung für die Bilderzeugung
liefern, genauer gesagt, zur Anpassung an Bildsensor-spezifische
Bedingungen und Erfordernisse, wie zum Beispiel spektrale Charakteristika,
Trennung der Bildfarben oder die Anpassung der Pixelzahl. Die oben
erwähnten
Erfindungen lehren jedoch keine Stroboskopie-Beleuchtung, und können auch
nicht verwendet werden, um Stroboskopie-Beleuchtung zu erzielen,
da Trigger-Elemente einschließlich
einer Frequenz-Detektions-Einrichtung (z. B. für die menschliche Stimme) nicht
integriert sind. Darüber
hinaus stellen die oben erwähnten
Erfindungen keine Mittel für
das Abstimmen einzelner Lichtpulse mit den Einzelbildern in einem
Kamerasystem zur Verfügung.
Die herausragenden Stroboskopie-Merkmale der vorliegenden Erfindung
sind daher in den obengenannten Patente nicht vorweggenommen.
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Die
US-A-4273959 beschreibt
ein Endoskopie-Beleuchtungssystem für die Beaufschlagung von Stimmlippen
mit gepulstem Stroboskopie-Beleuchtungslicht zu endoskopischen Zwecken,
wobei das Endoskopie-Beleuchtungssystem zur Verwendung mit einem
Endoskop, das einen länglichen
Teil aufweist, der in einen menschlichen Körper eingeführt werden kann, ausgebildet
ist, und wobei das Endoskopie-Beleuchtungssystem ein Licht-emittierendes Element
und eine elektronische Steuereinheit aufweist, wobei das Licht-emittierende
Element mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei das Licht-emittierende
Element zur Ausrichtung auf die Stimmlippen ausgebildet ist, wobei
die elektronische Steuereinheit eine Bewegungsdetektions-Schaltung
aufweist für die
Detektion einer periodischen Bewegung der Stimmlippen anhand von
Mikrofon-Signalen, die von einem Mikrofon bereitgestellt werden,
wobei mit der Stimme zusammenhängende,
gepulste Ausgangssignale erhalten und weiter verarbeitet werden,
und wobei die elektronische Steuereinheit eine Verzögerungs-Schaltung
aufweist, die in die elektronische Steuereinheit integriert ist,
und die das mit der Stimme zusammenhängende, gepulste Ausgangssignal um
eine kontrollierbare Phasenverschiebung von 0° bis 360° im Verhältnis zu den Bewegungen verzögert. Solche
Systeme werden auch in der
US-A-4807291 und
der
DE-A-2550912 beschrieben.
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Was
auch immer die genauen Vorzüge, Merkmale
und Vorteile des oben zitierten Standes der Technik und der Entgegenhaltungen
sind, so erreicht oder erfüllt
nichts davon die Aufgaben der vorliegenden Erfindung. Ein Hauptziel
der vorliegenden Erfindung ist ein System für die stroboskopische Endoskopie,
das klein, leichtgewichtig, und kostengünstig in der Herstellung ist.
Die Vorrichtungen aus den Stand der Technik sind nicht zufriedenstellend,
da sie nicht die Vorteile der miniaturisierten Elektronik verwenden,
nicht unabhängig
von der Steckdose sind, nicht transportabel sind für Untersuchungen,
bei denen das Gerät
in der Hand gehalten werden kann, nicht billig in der Herstellung
sind, und es nicht ermöglichen,
Lichtpulse auf die Intervalle der aktiven Einzelbilder von Bildaufnahmesystemen
abzustimmen, so wie es alles von der vorliegenden Erfindung ermöglicht wird.
Kundenspezifisch erhältliche
Lichtquellen für
die klinische starre und flexible Stroboskopie sind schwer (sie
wiegen mehr als 5 Kg), sie sind alle steckdosenabhängig, sie
basieren meistens auf Xenon- oder Halogen-Glühbirnen mit weit mehr als 100
Watt Energieverbrauch, was zu einer Hitzeabstrahlung führt, die
nicht wünschenswert
für die
Endoskopie ist, und sie kosten mindestens 5.000 US$. Die Hauptanforderungen
für den
zukünftigen
klinischen Bedarf an kleinen, leichtgewichtigen und kostengünstigen
Stroboskopie-Vorrichtungen
(Wendler, 1992) werden noch nicht erfüllt.
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Ein
anderes Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektronische
Steuereinheit innerhalb des Endoskopie-Beleuchtungssystems zur Verfügung zustellen,
die Eigenschaften aufweist, die das Erreichen einer ausreichenden
Beleuchtung der Objekte innerhalb des Körpers ermöglichen. Zu den Merkmalen,
die notwendig sind für
die Stroboskopie, gehören
kurze Lichtpulse mit hohen Intensitäten, schneller Intensitätszunahme
und einem schnelleren Abklingen als bei Blitzen von Xenon-Lampen, und die Fähigkeit,
maschineneingestellt und/oder extern getriggert mit weniger als
100 Hz bis mehr als 400 Hz zu blitzen. Alle obengenannten Merkmale
werden in der vorliegenden Erfindung verwirklicht.
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Es
soll angemerkt werden, dass die Verwendung von kostengünstigen,
lösbar
angeordneten Licht-emittierenden Elementen, wie z.B. LEDs für diagnostische
Zwecke, das zusätzliche
Potenzial aufweisen, nur einmal verwendet zu werden. Licht-emittierende Elemente
zur einmaligen Verwendung könnten
die Kosten reduzieren, indem sie das Erfordernis spezieller Sterilisations-Prozeduren
verhindern.
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Ein
anderes Ziel ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die schnell
und einfach auseinandergebaut werden kann, um sie zu einem Untersuchungsort
zu transportieren, wie zum Beispiel zu einer Patienten-Untersuchung
am Krankenbett oder zu einer schnellen Nachfolge-Untersuchung außerhalb der
Praxis, und die eine einfachere Untersuchung großer Bevölkerungszahlen ermöglicht.
Die Verfügbarkeit
eines kostengünstigen
und vielseitigen stroboskopischen Endoskops könnte einen positiven Einfluss
auf die Gesundheit vieler Menschen in Entwicklungsländern haben.
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Um
Doppelbelichtungen zu verhindern, ist es wichtig, dass die Lichtquelle
nur einmal pro Video-Einzelbild blitzt. Die elektronische Steuereinheit der
vorliegenden Erfindung kann so gestaltet sein, dass Sie sicherstellt,
dass nur ein Blitz mit einer Einzelbild-Aufnahme einhergeht, wodurch
Doppelbelichtungen und die daraus resultierenden verwischten Bilder
während
Stroboskopie-Aufnahmen verhindert werden.
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Die
obengenannten Merkmale können
alle verwirklicht werden, wenn unser Endoskopie-Beleuchtungssystem
in Kombination mit ultra-hellen LEDs in dessen Licht-emittierendem
Element verwendet wird.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Das
Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Endoskopie-Beleuchtungssystem
mit einem Licht-emittierenden Elements mit Leuchtdioden zur Verfügung zu
stellen, das durch eine elektronische Steuereinheit betrieben wird.
Das System sollte leichtgewichtig sein, einfach transportierbar
sein, Taschenformat aufweisen, steckdosenunabhängig sein, einfach zu bedienen
und kostengünstig
sein, und gleichzeitig ausreichende Beleuchtung für Stroboskopie-Zwecke
liefern. Gepulstes Licht aus besagtem Licht-emittierenden Element,
das durch die besagte elektronische Steuereinheit betrieben und
gesteuert wird, liefert geeignete Lichtpuls-Abstrahlungen für die direkte visuelle Untersuchung,
und ebenso geeignete Beleuchtung, wenn Bildverarbeitungsvorrichtungen,
insbesondere Halbleiterkameras, CCD und CMOS, und Bildaufnahmesysteme
angebracht werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
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Die
folgenden Abbildungen werden die vorliegende Erfindung veranschaulichen.
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines Endoskopie-Beleuchtungssystems.
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2 ist
eine Unteransicht eines Licht-emittierenden Elements, die die LED-Positionen an der Spitze
eines starren Endoskops verdeutlicht.
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3 ist
eine Draufsicht auf das Licht-emittierende Element und zeigt die
Silikon-Einbettung der Verbindungsdrähte der LEDs.
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4 ist
eine Vorderansicht des Licht-emittierenden Elements mit seitlichen
LED-Positionen an der Spitze eines starren Endoskops.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Endoskopie-Beleuchtungssystems
gemäß der Erfindung
vor dem Zusammenbau.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Beziehen
Sie sich jetzt auf 1, die eine allgemeine schematische
Zeichnung einer bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist. Wir werden zunächst die elektronische Steuereinheit
mit ihren verschiedenen Komponenten beschreiben, gefolgt von einer
Beschreibung des Licht-emittierenden Elements.
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a) Elektronische Steuereinheit
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In
der elektronischen Steuereinheit werden zwei Eingangssignale verarbeitet:
Ein Mikrofon-Signal vom Mikrofon und ein Video-Signal von einer
Bildaufnahme-Vorrichtung
in Form einer Kamera 42. Während der Stroboskopie führt die
Vokalisation eines Patienten zu einer akustischen Leistung, die
von dem Mikrofon 40 aufgenommen wird. Das Mikrofon-Signal
wird durch einen Hochimpedanz-Verstärker (1) für die Verwendung
mit Kristall- oder Elektretmikrofonen verstärkt. Das Ausgangssignal wird
zu einem automatischen Verstärkungsregelungsmodul (AGC)
(2) geleitet. Dieses Modul reduziert sowohl schnelle als
auch langsame Schwankungen der Amplitude (Normalisierung des Flackerns).
Durch die Verwendung von verschiedenen Zeitkonstanten für den anfänglichen
Signalbeginn (starke und schnelle Antwort für die Verstärkung) und für die stabile
Phase der Phonation (geringere und langsamere Antwort für die Verstärkung) wird
ein Signal von nahezu konstanter Amplitude erhalten, so wie es für ein befriedigendes
stroboskopisches Triggern erforderlich ist. Der F0-Detektor (5)
empfängt
die Signale aus dem AGC-Modul (2), filtert die Basis-Frequenz heraus und generiert
ein Signal T, dessen Amplitude proportional zur Schwingungsdauer
der Basisfrequenz ist. T wird in den Verzögerungs-Generator (10)
gespeist, der später
beschrieben wird. Der F0-Detektor (5) generiert auch ein
dauerndes Pulssignal (t0), das synchron und phasengleich zum hereinkommenden
Mikrofonsignal ist (demgemäß ist t0
ein mit der Stimme zusammenhängendes,
getriggertes, gepulstes Ausgangssignal). Das Signal t0 wird in das
Verzögerungsmodul
(11) gespeist. Dieses Verzögerungsmodul verzögert jeden
hereinkommenden Puls von t0 um Δt,
welches die Zeitverzögerung
für einen
Winkel alpha für
eine gegebene Frequenz F0 (signalisiert durch den Verzögerungsgenerator
(10)) ist, und erzeugt ein Ausgangssignal tf. Die Pulse
von tf treten jedesmal auf, wenn F0 alpha (α) passiert. Das Signal tf hat
nun das erforderliche Impulsmuster für die Stroboskopie. Spezielle
Erfordernisse müssen
beachtet werden, wenn eine Video-Bilderzeugung verwendet wird, wie
wir nun erklären.
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Das
Videosignal von einem Bildaufnahmesystem, z. B. einer CCD-Kamera,
wird durch einen Impedanzwandler geleitet und in einen Synchronisationssignal-Separator (4)
gespeist. Der Synchronisations-Separator (4), der für NTSC-
und PAL- Signale programmiert
werden kann, hat drei Ausgangssignale. Erstens wird ein vertikales
Synchronisationssignal V generiert. Das Signal V wird zum Phasengenerator (7)
geleitet, der wiederum ein periodisch sich änderndes Signal α produziert,
dass die aktuelle Phase für die
Bilddarstellung im Zeitlupentempo darstellt. Der Phasengenerator
(7) ist mit dem vertikalen Synchronisationssignal V synchronisiert.
Die Phase wird regelmäßig nach
jedem Video-Halbbild verlängert.
Die Verlängerungsdauer
und die Schwingungsdauer für eine
komplette Abtast-Zyklus-Schwingung
der Stimmlippen (die üblicherweise
bei ungefähr
einem Zyklus pro Sekunde liegt) wird durch ein Geschwindigkeit-Anpassungsmodul
(6) kontrolliert. Wenn ein „bewegungsloses", phasensynchrones
Bild gewünscht
wird, wird durch das Anpassungsmodul (8) ein Signal erzeugt
und durch den Schalter (9) geleitet. So kann der Benutzer
durch Auswahl der Schalterstellung (9) entscheiden, ob
eine Bilderzeugung im Zeitlupentempo (über Eingang (7) bereitgestellt)
oder ein bewegungsloser, „Standbild"-ähnlicher Bildmodus (durch Einspeisung
von (8) bereitgestellt) aktiviert wird.
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Der
Verzögerungsgenerator
(10) speist sein Ausgangssignal Δt (Δt = T × α/360°) in das oben genannte Verzögerungsmodul
(11). Δt
ist proportional zu T, was eine frequenzunabhängige Sichtbarmachung ähnlicher
Schwingungsphasen des Stimmlippen ermöglicht.
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Der
Synchronisations-Separator (4) gibt auch zwei andere Signale
aus: ein Signal wird an das Gatter-Modul (12) geleitet,
das andere an einen Betriebsarten-Schalter (13). Der Betriebsarten-Schalter (13)
ermöglicht
die manuelle Auswahl der Betriebsarten EYE, CAM oder AUTO. In der
Betriebsart EYE wird jeder Puls von tf verwendet. In der Betriebsart CAM
werden nur die Pulse verwendet, die vom Gatter-Modul (12) ausgewählt wurden.
In der Betriebsart AUTO wird automatisch die Betriebsart CAM verwendet
wenn ein Videosignal vorliegt, was vom Synchronisations-Separator
(4) anhand des hereinkommenden Signals festgestellt wird.
Dieser Betriebsarten-Schalter ist vorgesehen, um Stroboskopie ohne Videoaufnahmen
zu ermöglichen,
zum Beispiel bei einer Untersuchung am Krankenbett.
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Das
Gatter-Modul (12) reguliert und limitiert die Belichtung
der Videobilder. Für
eine gleichmäßige Belichtung
wird eine konstante Anzahl von Lichtpulsen (Blitze) für jedes
Einzelbild zugelassen. Um als Folgeerscheinung Mehrfachbelichtungen
mit verschiedenen Positionen der Stimmlippen zu verhindern, muss
jeder Lichtpuls innerhalb desselben Einzelbilds während desselben
Winkels alpha erzeugt werden. Im Fall der Sichtbarmachung der Stimmlippenbewegungen
im Zeitlupentempo wird der Wert von alpha für jedes Einzelbild gleich gehalten.
Diese Aufgabe wird durch den Phasen-Generator (7) erfüllt. Die
Anzahl der Pulse hängt
von der Frequenz des Videosignals und der Basis-Frequenz des Mikrofonsignals
ab. Das Gatter-Modul empfängt
Signale vom Synchronisations-Separator (4) und dem Verzögerung-Modul
(11). Das Eingangssignal für die Synchronisation bestimmt
die (programmierbare) aktive Bildaufnahmeperiode (das aktive Intervall)
des CCD-Chips. Diese Information wird in das Gatter-Modul (12)
gespeist, das so eingestellt ist, dass es nur eine konstante Anzahl
von Pulsen während
des aktiven Intervalls des CCD passieren lässt. Alle zusätzlichen
Pulse innerhalb desselben Einzelbilds werden daran gehindert, das
Gatter-Modul (12)
zu passieren. Das Signal des Gatter-Moduls (12) löst kein
Blitzen der LEDs aus, sondern es ermöglicht oder verhindert vielmehr
die Passage von Spannungspulsen innerhalb gewünschter Zeitfenster (innerhalb
des aktiven Intervalls). Für
das nächste
aktive Intervall, das durch ein neu eintreffendes Startsignal des
Synchronisations-Separators (4) angezeigt wird, beginnt
der oben genannte Prozess von neuem.
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Für den Fall,
dass keine Stroboskopie-Signale erzeugt werden und keine gepulsten
Signale durch den Betriebsarten-Schalter (13) geleitet
werden, generiert einen Standardgenerator (14) häufige Pulse,
um eine Beleuchtung zu liefern. Der Standardgenerator (14)
wird gestartet, wann immer die Zeit zwischen den eingehenden Abtastimpulsen
von tf ein (programmierbares) Zeitlimit überschreitet. Die Frequenz
wird entsprechend den Eingangserfordernissen der jeweils verwendeten
LEDs eingestellt (um deren maximale Lebensdauer zu garantieren).
Das OR-Gatter (15) beinhaltet dieses voreingestellte Merkmal.
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Die
unten auf 1 gezeigten Module (16–25)
regulieren Energieverbrauch, Strombegrenzung, Dauer des Arbeitszyklus
und Temperaturbegrenzung für
die LEDs, und passen die für
die Stroboskopie erforderlichen Lichtpulse der elektronischen Steuereinheit
an die jeweils verwendeten LEDs an.
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Das
Mindestabstands-Modul (16) eliminiert Pulse, wann immer
die Frequenz der Abtastimpulse sehr hoch ist (z. B. höher als
500/sec) und deswegen minimale Zeitintervalle auftreten (Frequenzbegrenzer).
Dies erhält
die Lebensdauer der LEDs. Die Pulsdauer wird durch das Konstantenergie-Modul
(17) kontrolliert, um eine gleichmäßige Belichtung der Videobilder
zu erreichen, und um den Stromverbrauch der LEDs gleichmäßig zu regulieren.
Die Dauer eines Arbeitszyklus hängt
von der Frequenz F0 ab, sollte aber eine Millisekunde nicht überschreiten,
um das Verwischen von bewegenden Elementen innerhalb eines Bildes
zu verhindern. Ein programmierbarer Leistungsfaktor wird verwendet,
um die Erfordernisse der verwendeten LED-Typen zu erfüllen. Um
die Versorgungsspannung zu reduzieren, kann eine veränderliche
Anzahl von parallelen Stromverstärkern
(18) verwendet werden. In der bevorzugten Ausführungsform
werden 4 LEDs von 2 Stromverstärkern
(18) versorgt. Strombegrenzer (19) sind hinzugefügt, um den
Strom auf einer Schwelle zu begrenzen, oberhalb derer zusätzlicher
Strom nicht in höherer
Lichtabstrahlung resultiert. Die Einstellung der Strombegrenzer
hängt von
den verwendeten LED-Typen ab. Die Temperatur der LEDs (25)
wird aus Sicherheitsgründen
von einem Temperatursensor (24), zum Beispiel einem Thermistor,
registriert. Dessen Ausgangswert wird verstärkt (23) und aktiviert
den Komparator (22) im Falle einer Überhitzung der LEDs, was zu
einer negativen Rückkopplung
des Verstärkers
(18) führt.
Eine andere, die Sicherheit betreffende Schaltung verwendet einen
Komparator (20) für den
Mittelwert des Stroms, der eine kritische Leistungsabgabe über die
Zeit detektiert und den Stromfluss in den Stromverstärkern (18)
limitiert.
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b) Licht-emittierendes
Element
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Beziehen
Sie sich jetzt auf die 2, 3 und 4 einer
Ausführungsform
eines nicht erfindungsgemäßen Licht-emittierenden
Elements. Dieses Licht-emittierende Element hat vier LEDs 25.
Es kann an der Spitze eines länglichen
Teils, insbesondere eines starren Endoskops 32 mit einer
Linse 33, angebracht werden. Die zwei Stromversorgungsdrähte 34 sind
neben dem Endoskop entlang seines Schaftes geführt und mit der elektronischen
Steuereinheit (mit den Strombegrenzern (Referenzzeichen Nummer 19 in 1))
verbunden. Die Drähte
der LEDs und ihre Verbindung mit den Drähten, die zu der elektronischen
Steuereinheit geführt
sind, sind mit einer Silikonabdeckung 35 bedeckt, die vier
Zwecken dient: 1) elektrische Isolierung der zu den LED-Gehäusen führenden
Drähte;
2) Erleichterung der Reinigung in löslichen Detergenzien; 3) Erhöhung der
Stabilität
der Drähte;
und 4) Glättung
der Oberflächen
des in laryngoskopische Schauplätze einführbaren
Lieht-emittierenden Elements.
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Die
elektronische Steuereinheit und das Licht-emittierende Element werden
durch eine oder zwei 9 Volt-Batterien versorgt, abhängig von
der erforderlichen Spannung. Ein manueller Schalter ermöglicht eine
Spannungsauswahl (9 V/18 V).
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Mit
dieser Ausführungsform
präsentieren
wir ein leicht transportierbares, taschenformatiges, steckdosenunabhängiges,
einfach hantierbares, kostengünstiges
Endoskopie-Beleuchtungssystem. Das System ermöglicht einen direkten Blick
auf vibrierende Strukturen, und verwendet ein akustisches Signal, um
Lichtimpulse mit den Vibrationen zu synchronisieren. Es stellt außerdem eine
aus einzelnen Blitzen pro Einzelbild bestehende Pulsbeleuchtung
zur Verfügung,
wenn eine CCD-Kamera angebracht ist.
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5 zeigt
eine becherförmige
Hülle 36,
die aus einer dünnen,
durchsichtigen Folie hergestellt ist, wie zum Beispiel Polypropylen
oder Polyethylen. Diese Hülle
ist vorzugsweise ein Einwegartikel. Sie kann weggeworfen werden,
wenn sie einmal für
eine medizinische Untersuchung verwendet worden ist. Sie ist an
ihrem frontalen Ende in 5, wo eine kreisförmige Abschlussfläche 37 vorgesehen
ist, vollständig geschlossen,
und sie ist am anderen Ende offen für den Einschub des länglichen
Teils, insbesondere des Endoskops 32. Sie ist im wesentlichen
aufgebaut aus einem zylindrischen Rohr 38 und besagter
Abschlussfläche 37.
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Der
längliche
Teil ist mit einer Halteeinrichtung in Form von Vorsprüngen 43 ausgestattet,
um die Hülle
lösbar
zu halten, sobald sie über
den länglichen
Teil geschoben worden ist (siehe Pfeil 39).
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Eine
Kamera 42 ist lösbar
an der Spitze des länglichen
Teils befestigt. Der längliche
Teil, zum Beispiel das Endoskop, ist nicht starr, er kann gebogen werden.
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Auf
einer inneren Oberfläche
der frontalen kreisförmigen
Abschlussfläche 37 sind
drei LEDs 25 befestigt, und sie sind mit den Stromversorgungsdrähten 34 verbunden.
Die LEDs 25 gehören
zu den oberflächenmontierbaren
Bauelementen (SMD), und sie sind an die innere Oberfläche der
Abschlussfläche 37 geklebt.
Die LEDs werden mit der Hülle
weggeworfen. In einer alternativen Ausführungsform sind die LEDs 25 am
länglichen
Teil befestigt, und die Hülle
wird über
die LEDs geschoben.
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Die
vorausgegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert.
Sie soll nicht erschöpfend
sein oder die Erfindung auf die konkrete Form beschränken, die hier
offenbart wurde. Viele Modifikationen und Variationen sind im Licht
der oben beschriebenen Lehre möglich.
Es ist beabsichtigt, dass der Schutzbereich der Erfindung nicht
durch diese detaillierte Beschreibung, sondern stattdessen durch
die beigefügten
Ansprüche
beschränkt
ist.