DE69922791T2

DE69922791T2 - Gerät zur bereitstellung eines spherischen sehfeldes während endoskopischen eingriffen

Info

Publication number: DE69922791T2
Application number: DE69922791T
Authority: DE
Inventors: D. Hans HOEG; W. Joel BURDICK; Andrew B. Slatkin
Original assignee: California Institute of Technology CalTech
Current assignee: California Institute of Technology CalTech
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2019-02-20
Also published as: US6371909B1; WO1999042028A1; CA2321488C; EP1056388B1; DE69922791D1; AU2775199A; EP1056388A1; CA2321488A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im allgemeinen Betrachtungssysteme und spezieller eine Vorrichtung für das Bewirken einer sphärischen Betrachtung in einem Hohlraum, wie beispielsweise einem Innenkörperhohlraum eines Patienten.
BESCHREIBUNG DES DAMIT IN BEZIEHUNG STEHENDEN STANDES DER TECHNIK
Die minimal invasive Chirurgie (MIS), wie beispielsweise die laparoskopische, endoskopische, hysteroskopische und arthroskopische Chirurgie (worauf man sich hierin nachfolgend im allgemeinen als endoskopische Chirurgie bezieht), wird in breiterem Umfang angewandt, weil sie oftmals für den Patienten weniger traumatisch ist, im allgemeinen eine geringere Zeit des Krankenhausaufenthaltes, weniger Unbehaglichkeit und weniger Gefahr für den Patienten einschließt und im allgemeinen weniger kostspielig ist als die traditionelle offene Chirurgie.
Die endoskopische Chirurgie wird im allgemeinen bei Verwendung länglicher Instrumente durchgeführt, die verschiebbar durch eine Öffnung in einen Körperhohlraum eingeführt werden. Wenn der Körperhohlraum durch eine natürlich vorkommende Körperöffnung zugänglich ist, können die Instrumente durch jene Öffnung eingeführt werden. In Fällen, wo der Körperhohlraum anderenfalls unzugänglich ist, kann ein kleiner Schnitt im Patienten vorgenommen werden, um einen Zugang zu dem zu behandelnden Bereich zu haben. Eine Trokarhülle kann in den Schnitt eingeführt werden, wobei die Trokarhülle so konfiguriert ist, daß sie ein verschiebbares Einführen und Drehen der Endoskope und der chirurgischen Instrumente in den Hohlraum gestattet.
Ein Endoskop wird im allgemeinen verwendet, um das Innere des Körperhohlraumes zu betrachten. Beispielsweise kann ein Endoskop verwendet werden, um den Zustand des Gewebes zu kontrollieren, das ein Körperorgang füllt, wie beispielsweise einen menschlichen Uterus. Das Endoskop kann ebenfalls verwendet werden, um die Handhabungen zu beobachten, die von den chirurgischen Instrumenten vorgenommen werden, die innerhalb des Körperhohlraumes positioniert sind. Die meisten gegenwärtigen Endoskope liefern eine begrenzte und unveränderliche Sicht, so daß der Chirurg typischerweise körperlich das gesamte Endoskop neu positionieren muß, um den endoskopischen Blick innerhalb des Körperhohlraumes zu verändern, oder um das Endoskop vollständig zu entfernen und es gegen eins auszuwechseln, das den gewünschten Blickwinkel aufweist. Derartige Handhabungen und Auswechselungen können unerwünscht sein, da sie die Chirurgie komplizieren und die Gefahr einer unbeabsichtigten Beschädigung des Körpergewebes durch einen zufälligen Kontakt zwischen dem Gewebe und dem Endoskop vergrößern können.
Mehrere frühere Konstruktionen wurden vorgeschlagen, um zu gestatten, daß die einzelnen Endoskope ihre Blickwinkel variieren, ohne daß eine umfassende Bewegung des Endoskops erforderlich ist. Die kleinen Abmessungen des Endoskops, die in der Größenordnung von 3 mm im Durchmesser sein können, bringen Einschränkungen bei derartigen Konstruktionen mit sich und begrenzen die verfügbaren Optionen. Beispielsweise können komplizierte Kombinationen der Optik schwierig in der kleinen Umhüllung zusammengebaut werden, die durch das Gehäuse der vielen Endoskope bereitgestellt wird.
Das EP-A-0251478 offenbart eine Vorrichtung, die ein Paar Schmidt-Prismen bei der Regulierung des betrachtbaren Bildes verwendet, wenn ein Gesichtswinkel verändert wird, wobei das Bild durch ein stationäres Okular betrachtet werden kann.
Daher haben jene, die sich mit der Entwicklung und der Anwendung von endoskopischen chirurgischen Systemen und dergleichen befassen, seit langem die Notwendigkeit eines Systems erkannt, das den Chirurgen in die Lage versetzen kann, große Abschnitte der inneren Hohlräume wirksam zu betrachten, ohne daß umfassende Handhabungen oder Auswechselungen der Endoskope während einer Verfahrensweise erforderlich sind. Dementsprechend erfüllt die vorliegende Erfindung diese Forderungen, indem eine wirksame und effektive Endoskopvorrichtung bereitgestellt wird, die selektiv funktionieren kann, damit der Chirurg den größten Teil des inneren Bereiches betrachten kann, ohne daß er das Endoskop auswechseln oder größere Bewegungen vornehmen muß.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird kurz in den unabhängigen Patentansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Endoskop oder eine ähnliche Betrachtungsvorrichtung bereit, die eine fast sphärische Betrachtung eines Hohlraumes gestattet, wie beispielsweise einer inneren Umhüllung, eines Spaltes oder eines anderen im allgemeinen unzugänglichen Bereiches. Die Erfindung gestattet eine derartige Betrachtung, ohne daß umfangreiche Bewegungen des Endoskops erforderlich sind. Die Vorrichtung umfaßt einen distalen Abschnitt mit einer distalen Betrachtungsoptik, wie beispielsweise Reflektoren oder Kameras, die Bilder aus dem Inneren des Hohlraumes sammeln. Die Bilder werden danach zum proximalen Abschnitt der Vorrichtung weitergeleitet, wo sie von einem Benutzer betrachtet werden können, oder sie werden zu einem externen Display weitergeleitet.
Durch Bewegen eines inneren Reflektors innerhalb des distalen Abschnittes des Endoskops kann das Endoskop seinen Blickwinkel von 0 Grad (d.h., geradlinig nach vorn vom distalen Ende des Endoskops) bis zu plus oder minus 180 Grad (d.h., indem es nach hinten in Richtung des proximalen Abschnittes des Endoskops betrachtet) in Abhängigkeit von der speziellen Konstruktion verändern. Die Drehung der distalen Betrachtungsoptik des Endoskops um die Längsachse des Endoskops, wie sie beispielsweise durch Drehen des gesamten Endoskops um seine Längsachse bewirkt werden kann, wenn sie mit der vorangehend diskutierten winkelverändernden optischen Verfahrensweise kombiniert wird, gestattet, daß das Endoskop eine fast sphärische Betrachtung des Inneren des Körperhohlraumes zustande bringt, ohne daß das Endoskop irgendeine Bewegung außer einer einfachen Drehung um seine Längsachse vornehmen muß. Außerdem, wo das Endoskop durch eine äußere Hülle umgeben ist oder sie anderweitig umfaßt, die während derartiger Drehungen stationär bleibt, kann die Bewegung der inneren Abschnitte des Endoskops (um eine sphärische Betrachtung zu gestatten) so durchgeführt werden, daß die äußere Hülle stationär bleibt, wodurch jegliche potentielle Beschädigung des Gewebes verhindert wird, das mit der äußeren Hülle in Berührung sein kann.
Die Erfindung bringt ebenfalls eine verbesserte Rückmeldung zum Benutzer betreffs der Sichtlinie, längs der das System betrachtet. Die Rückmeldung kann an einem Monitor oder über Richtungssteuerungsmechanismen bereitgestellt werden, wie beispielsweise einen Drehvorrichtungsknopf der am Endoskop positioniert ist.
Diese und weitere charakteristische Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Ansicht eines endoskopischen Betrachtungssystems entsprechend einer Ausführung der Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht eines Endoskops entsprechend einer Ausführung der Erfindung;
3 eine Seitenschnittdarstellung des in 2 abgebildeten Endoskops entsprechend einer Ausführung der Erfindung;
4a eine perspektivische Ansicht eines proximalen Abschnittes eines Endoskops in Übereinstimmung mit einer Ausführung der Erfindung;
4b eine perspektivische Ansicht eines proximalen Abschnittes eines Endoskops in Übereinstimmung mit einer Ausführung der Erfindung;
4c eine Vorderansicht eines Videomonitors in Übereinstimmung mit einer Ausführung der Erfindung;
5 eine Seitenschnittdarstellung eines Endoskops entsprechend einer Ausführung der Erfindung;
6 eine Seitenschnittdarstellung eines Endoskops entsprechend einer Ausführung der Erfindung;
7 eine Seitenschnittdarstellung eines distalen Abschnittes eines Endoskops entsprechend einer Ausführung der Erfindung;
8 eine Seitenschnittdarstellung eines distalen Abschnittes eines Endoskops entsprechend einer Ausführung der Erfindung;
9a eine perspektivische Ansicht eines distalen Abschnittes eines Endoskops entsprechend einer Ausführung der Erfindung;
9b und 9c Schnittdarstellungen des in 9a abgebildeten Endoskops;
10a und 10b Seitenschnittdarstellungen eines Endoskops entsprechend einer Ausführung der Erfindung;
11 eine perspektivische Ansicht eines Endoskops entsprechend einer Ausführung der Erfindung;
12 eine Seitenschnittdarstellung eines distalen Endabschnittes eines Endoskops entsprechend einer Ausführung der Erfindung;
13 eine Seitenansicht, teilsweise in Schnittdarstellung, eines Endoskops entsprechend einer Ausführung der Erfindung;
14 eine Ansicht eines endoskopischen Betrachtungssystems entsprechend einer Ausführung der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszahlen in separaten Ansichten gleiche oder entsprechende Elemente zeigen, wird mit größerer Genauigkeit in 1 ein System 10 für eine endoskopische Betrachtung gezeigt. Das endoskopische System 10 umfaßt ein Endoskop 12, einen Monitor 14 für die Betrachtung von Bildern, die vom Endoskop 12 empfangen werden, und eine Beleuchtungsquelle 16 für das Zuführen von Licht in den Bereich, der vom Endoskop 12 betrachtet wird.
Bei der typischen Verwendung wird das Endoskop 12 in einen Hohlraum 18 oder einen anderen zu betrachtenden Bereich eingeführt, wie beispielsweise einen menschlichen Körperhohlraum. Das Endoskop empfängt Licht von der Beleuchtungsquelle 16, wobei das Licht durch ein Lichtübertragungskabel 20, wie beispielsweise ein faseroptisches Kabel oder dergleichen, zum Endoskop 12 und in den Hohlraum 18 gelangt, um die gewünschten Abschnitte des Hohlraumes zu beleuchten.
Obgleich die in 1 abgebildete Ausführung die Beleuchtungsquelle 16 außerhalb des Endoskops 12 aufweist, kann die Beleuchtungsquelle am oder innerhalb des Endoskops selbst positioniert werden. Beispielsweise kann eine kleine Lichtquelle, wie beispielsweise eine LED oder eine kleine Glühlampe, am oder innerhalb des Endoskops in einer Position positioniert werden, die gestattet, daß sich das Licht entweder direkt oder durch Reflektoren oder faseroptische Kabel und dergleichen bewegt, um auf die gewünschten Abschnitte des Hohlraumes zu scheinen.
In 1 empfängt der Monitor 14 Bildsignale vom Endoskop 12. In der abgebildeten Ausführung werden die Bilder zum Monitor 14 über ein oder mehrere Kabel 22 übertragen, die vom Endoskop 12 zum Monitor 14 führen.
2 und 3 zeigen detaillierter eine Ausführung eines Endoskops in Übereinstimmung mit der Erfindung. Wie in 2 und 3 abgebildet wird, weist das Endoskop 12 eine im allgemeinen rohrförmige Welle 23 mit einem vergrößerten proximalen Endabschnitt 24 und einem distalen Endabschnitt 26 auf. Bei Benutzung kann der Benutzer das Endoskop 12 an seinem proximalen Endabschnitt 24 ergreifen und den distalen Endabschnitt 26 in den Hohlraum 18 einführen. Das Endoskop 12 kann um seine Längsachse 27 gedreht werden, um eine gewisse Steuerung der Betrachtungsrichtung zu bewirken.
Der distale Endabschnitt 26 umfaßt eine optische Baugruppe 28, die im Inneren positioniert ist. Die optische Baugruppe 28 weist einen ersten Reflektor 30 und einen zweiten Reflektor 32 auf, die in der abgebildeten Ausführung beide Prismen sind. Der distale Endabschnitt 26 umfaßt ein Fenster 34, durch das der zweite Reflektor Licht (und Bilder) von außerhalb des Endoskops 12 empfängt. In der Ausführung in 2 und 3 weist das Fenster 34 eine durchsichtige Materialschicht auf, die das Endoskop gegen Flüssigkeiten und andere Verunreinigungen abdichtet, während Licht für die Betrachtung des Inneren des Körperhohlraumes eingelassen wird. Eine derartige Linse kann aus verschiedenen Materialien, wie beispielsweise Kunststoff, Glas oder andere Materialien, in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung hergestellt werden. Bei anderen Ausführungen kann das Fenster einfach eine freie Öffnung im distalen Endabschnitt 26 des Endoskops 12 aufweisen.
Der erste Reflektor 30 und der zweite Reflektor 32 sind im Endoskop so positioniert, daß sie eine optische Weglänge 36 definieren, die von außerhalb des Endoskops 12 (d.h., vom Inneren des Körperhohlraumes) durch das Fenster 34 zum zweiten Reflektor 32, zum ersten Reflektor 30 und danach zu einer CCD-Kamera 38 verläuft, die im proximalen Endabschnitt 24 des Endoskops 12 positioniert ist. In der in 3 abgebildeten Ausführung überträgt eine Stablinse 40 Licht zwischen dem ersten Reflektor 30 und der Kamera 38, so daß die optische Weglänge 36 längs der Stablinse 40 verläuft. Die optische Weglänge 36 wird daher in drei Abschnitte aufgeteilt. Der erste optische Weglängenabschnitt 42 verläuft von der Kamera 38 zum ersten Reflektor 30; der zweite optische Weglängenabschnitt 44 verläuft vom ersten Reflektor 30 zum zweiten Reflektor 32; und der dritte optische Weglängenabschnitt 46 verläuft vom zweiten Reflektor 32 hinaus durch das Fenster 34. Verschiedene Linsen 47 sind längs der optischen Weglänge 36 positioniert, um das Konzentrieren und die Scharfeinstellung von Bilder zu unterstützen.
In der Ausführung in 3 ist der erste Reflektor 30 starr am Inneren des Endoskops 12 gesichert, während der zweite Reflektor 32 drehbar im Endoskop 12 montiert ist, damit der zweite Reflektor 32 um eine Achse 48 gedreht werden kann, die im allgemeinen mit dem zweiten optischen Weglängenabschnitt 44 angrenzend an den zweiten Reflektor 32 ausgerichtet ist. Die Drehung des zweiten Reflektors 32 um seine Achse 48 bewegt nicht den zweiten optischen Weglängenabschnitt 44 oder unterbricht ihn anderweitig, sondern jene Drehung bewirkt, daß der dritte optische Weglängenabschnitt 46 über Gesichtswinkel „abtastet", die der Winkeldrehung des zweiten Reflektors 32 äquivalent sind. Daher wird die Kamera 38 mit Bildern aus Gesichtswinkeln beliefert, die durch den dritten optischen Weglängenabschnitt abgetastet werden. Beispielsweise wird eine Drehung von 30 Grad des zweiten Reflektors 32 bewirken, daß die Kamera Bilder empfängt, die einem Abtasten der dritten optischen Weglänge um 30 Grad entsprechen.
Verschiedene Techniken können angewandt werden, um die Drehung des zweiten Reflektors zu steuern. Ein kleiner Betätigungsmotor kann verwendet werden, wie beispielsweise einer, der am distalen Endabschnitt des Endoskops positioniert wird, um den zweiten Reflektor als Reaktion auf Signale zu drehen, die von einem Benutzer empfangen werden. Der zweite Reflektor kann durch mechanische Einrichtungen gedreht werden, wie beispielsweise ein System aus Betätigungsmotoren, Zugleinen oder- drähten und/oder einem Getriebesystem, wie beispielsweise jenes, das in 3 abgebildet wird. Andere Steuertechniken könnten ebenfalls zur Anwendung gebracht werden, ohne daß man vom Bereich der Erfindung abweicht.
Um die Drehung des zweiten Reflektors 32 zu steuern, umfaßt die Ausführung der 3 ein Getriebesystem, das ein zweites Reflektorzahnrad 50 umfaßt, an dem der zweite Reflektor 32 gesichert ist. Das zweite Reflektorzahnrad 50, das sich um die zweite Reflektorachse 48 dreht, wird mit einem distalen Zahnrad 52 in Eingriff gebracht, das auf einer Radwelle 54 gesichert ist, die im allgemeinen entlang der Länge der Endoskopwelle 23 verläuft. Am proximalen Ende der Radwelle 54 ist ein proximales Zahnrad 56 gesichert, das in der abgebildeten Ausführung ein geradeverzahntes Zahnrad ist. Das proximale Zahnrad 56 wird mit einem Drehvorrichtungssteuerzahnrad 58 in Eingriff gebracht, das in der gezeigten Ausführung ein Planrad ist. Das Drehvorrichtungssteuerzahnrad ist an einem Drehvorrichtungssteuerungsknopf 60 gesichert.
Ein Fachmann in der Optik wird bemerken, daß die Drehung des zweiten Reflektors 32 um seine Drehungsachse 48 bewirken wird, daß sich das von der Kamera 38 empfangene Bild in einer Weise dreht, die für einen Benutzer umständlich zu betrachten und zu verstehen sein kann. Um diesen Effekt auszugleichen, hat die Erfindung in der Ausführung der 3 die Kamera 38 drehbar auf der Endoskopwelle 23 gesichert, um ihre Drehung um eine Achse 62 zu gestatten, die im allgemeinen mit dem ersten optischen Weglängenabschnitt 42 angrenzend an die Kamera 38 ausgerichtet ist. Die Drehung der Kamera 38 wird gesteuert, um der Drehung des zweiten Reflektors 32 zu entsprechen. In der in 3 abgebildeten Ausführung ist die Kamera an einem Kamerazahnrad 64 gesichert, das als ein geradeverzahntes Zahnrad mit einer Achse 62 abgebildet ist, die mit dem ersten optischen Weglängenabschnitt 42 angrenzend an die Kamera 38 ausgerichtet ist. Das Kamerazahnrad 64 wird mit dem proximalen Zahnrad 56 der Radwelle 54 in Eingriff gebracht. In der gezeigten Ausführung ist die Getriebebaugruppe so ausgeführt, daß das Herbeiführen einer Drehung des zweiten Reflektors 32 einen äquivalenten Grad der Drehung der Kamera 38 hervorruft. Beispielsweise wird das Drehen des zweiten Reflektors 32 um 90 Grad bewirken, daß sich die Kamera 38 um 90 Grad dreht, d.h., ein Eins-zu-Eins-Verhältnis zwischen den entsprechenden Drehungen der Kamera 38 und des zweiten Reflektors 32. Weitere entsprechende Drehungsverhältnisse zwischen der Kamera und dem zweiten Reflektor können ebenfalls in Abhängigkeit von einer speziellen Vorrichtung zur Anwendung gebracht werden.
Ein bedeutendes Problem bei Endoskopen ist die Fähigkeit des Benutzers zu bestimmen, in welcher Richtung das Endoskop „sieht". Wenn man nicht genau die Richtung kennt, in der das Endoskop sieht, kann das eine Verfahrensweise komplizieren. Dementsprechend bevorzugt man, daß der Benutzer einen Bezug hat, der die Betrachtungsposition des Endoskops zeigt.
Der Drehvorrichtungsregler der vorliegenden Erfindung kann der Funktion des Anzeigers des Gesichtswinkels des Endoskops dienen. In der in 2 und 3 abgebildeten Ausführung ist der Drehvorrichtungsreglerknopf 60 so konfiguriert, daß der Gesichtswinkel des Endoskops 12 gezeigt wird. Der Drehvorrichtungsknopf 60 ist drehbar am proximalen Endabschnitt 24 des Endoskops 12 gesichert, wobei die Rotationsachse 66 des Drehvorrichtungsknopfes parallel zur Rotationsachse 48 des zweiten Reflektors verläuft. Außerdem ist die Getriebebaugruppe zwischen dem Drehvorrichtungsknopf 60 und dem zweiten Reflektor 32 so konfiguriert, daß die Drehung des Drehvorrichtungsknopfes 60 eine äquivalente Drehung (d.h., eine entsprechende Eins-zu-Eins-Drehung) des zweiten Reflektors bewirkt. Beispielsweise wird eine 90 Grad Drehung des Drehvorrichtungsknopfes 60 eine 90 Grad Drehung des zweiten Reflektors 32 bewirken.
Um den Benutzer bei der Bestimmung des Gesichtswinkels zu unterstützen, kann der Drehvorrichtungsknopf 60 Markierungen oder andere Kennzeichnen umfassen, die den Gesichtswinkel des Endoskops 12 zeigen. Beispielsweise umfaßt der Drehvorrichtungsknopf 60 in der in 2 abgebildeten Ausführung eine Markierung 68, die die Drehungsposition des Knopfes 60 anzeigt, was in dem Fall, wo der Drehvorrichtungsknopf 60 und der zweite Reflektor 32 entsprechende Drehungen aufweisen, ebenfalls dazu dient, die Drehungsposition des zweiten Reflektors 32 anzuzeigen, wodurch der Gesichtswinkel des Endoskops 12 abgebildet wird.
Während einer chirurgischen Verfahrensweise muß ein Benutzer auf den Videomonitor blicken, der Bilder von der Kamera empfängt. Daher kann der Benutzer nicht eine große Gelegenheit haben, tatsächlich die Position des Drehvorrichtungsknopfes zu betrachten. Dementsprechend können die Positionsmarkierungen am Drehvorrichtungsknopf Oberflächenindikatoren umfassen, die leicht durch Berührung nachgewiesen werden können, wie beispielsweise Abweichungen in der Oberflächenstruktur oder -form. Diese können erhabene, vertiefte oder aufgerauhte Oberflächen umfassen. Auf diese Weise kann der Benutzer die Position des Knopfes und daher den Gesichtswinkel nur durch Berühren des Knopfes erkennen, ohne daß er seine Augen vom Monitor wegnehmen muß, um tatsächlich den Knopf zu sehen.
In der Ausführung in 2 ist die Markierung 68 ein erhabener Pfeil, wobei der Pfeil parallel mit dem dritten optischen Weglängenabschnitt 46 ausgerichtet ist, der vom zweiten Reflektor 32 aus dem Betrachtungsfenster 34 heraus verläuft. Auf diese Weise zeigt die Drehungsposition des Pfeiles den tatsächlichen Gesichtswinkel des Endoskops 12 an.
Die Kennzeichen können eine Reihe von einem oder mehreren erhabenen Abschnitten auf dem Drehvorrichtungsknopf 60 aufweisen, wie beispielsweise einen oder mehrere erhabene Punkte. Beispielsweise sind in der Ausführung in 4a die Kennzeichen eine Kombination eines mittleren erhabenen Punktes 70 mit einer Reihe von äußeren erhabenen Punkten 72, 74. In der Ausführung in 4b sind die Kennzeichen ein Zeiger 75, der sich vom Drehvorrichtungsknopf 60 erstreckt. Wie der erhabene Pfeil in 3, sind der mittlere erhabene Punkt 70 und die äußeren erhabenen Punkte 72, 74 der Ausführung der 4a und der Zeiger 75 in 4b so ausgerichtet, daß sie parallel zum dritten optischen Weglängenabschnitt 46 verlaufen, der vom zweiten Reflektor 32 aus dem Betrachtungsfenster 34 heraus verläuft. Auf diese Weise zeigen die erhabenen Punkte 70, 72, 74 oder der Zeiger 75 die Gesichtslinie des Endoskops 12.
Bei einer weiteren Ausführung kann ein äußeres Display den Gesichtswinkel des Endoskops anzeigen, wie beispielsweise, wo das Endoskop ein Signal zu einem Monitor liefert, um den Gesichtswinkel darzustellen. Beispielsweise kann der Drehvorrichtungsknopf Sensoren oder andere Vorrichtungen umfassen, die Drehungspositionssignale an einen Videomonitor liefern, wobei der Videomonitor eine numerische, grafische oder andere Darstellung des Gesichtswinkels bereitstellt. In der in 4e abgebildeten Ausführung bildet der Monitor 14, der Bilder vom Inneren des Hohlraumes auf seinem Hauptbildschirm 76 liefert, ebenfalls eine grafische Darstellung 77 des Gesichtswinkels ab.
In der Ausführung der 1 bis 3 wird Licht von einer äußeren Beleuchtungsquelle 16 geliefert, die Licht durch ein Lichtübertragungskabel 20 liefert. Das Lichtübertragungskabel 20 ist mit einer oder mehreren Beleuchtungsfasern 78 verbunden, die längs der Stablinse 40 verlaufen und das Licht zum ersten Reflektor 30 übertragen, wo das Licht vom ersten Reflektor 30 weg zum zweiten Reflektor 32 und danach aus dem Fenster 34 zum Hohlraum 18 reflektiert wird.
In der in 3 abgebildeten Ausführung sind die optischen Weglängenabschnitte 42, 44, 46 im allgemeinen geradlinig und unbehindert. Die optische Weglänge 36 und ihre Abschnitte 42, 44, 46 können jedoch weitere optische Baugruppen einschließen, wie beispielsweise Stablinsen oder Spiegel, die die optischen Weglängenabschnitte 42, 44, 46 aus den abgebildeten geradlinigen Weglängen herausbiegen oder anderweitig ablenken können. Beispielsweise umfaßt in der in 5 abgebildeten Ausführung der erste optische Weglängenabschnitt 42, d.h., der Abschnitt zwischen der Kamera 38 und dem ersten Reflektor 30, ein elastisches faseroptisches Bündel 80 mit einer Objektivlinse 81 an beiden Enden. Das elastische faseroptische Bündel 80 gestattet, daß die Welle 23 des Endoskops 12 gekrümmt oder gebogen wird, ohne daß eine Unterbrechung bei der optischen Weglänge 36 hervorgerufen werden kann, wie es für die Welle 23 erforderlich sein kann, mehrfach gewundene Kurven in einem Körperdurchgang zu passieren. Ein derartiges charakteristisches Merkmal könnte die Konstruktion einer starren aber nicht geradlinigen (beispielsweise gebogenen) Endoskopwelle oder sogar einer elastischen Endoskopwelle gestatten.
6 bis 8 bilden weitere Ausführungen der Erfindung mit Veränderungen bei den optischen Baugruppen ab. In 6 wird ein Stablinsenübertragungssystem 82 längs des ersten optischen Weglängenabschnittes 42 positioniert, wobei das Stablinsensystem 82 eine Reihe von kleinen Stablinsen 84 umfaßt, die entlang des ersten optischen Weglängenabschnittes 42 ausgerichtet sind. Verschiedene Objektivlinsen 86 werden verwendet, um die Bilder längs der optischen Weglänge zu konzentrieren und scharf einzustellen.
Der erste und zweite Reflektor selbst können innerhalb des Bereiches der Erfindung variiert werden. Beispielsweise können die in den verschiedenen Ausführungen abgebildeten Prismen durch Spiegel oder andere reflektierende und/oder lichtbrechende Vorrichtungen ersetzt werden, ohne daß man vom Bereich der Erfindung abweicht. Man beachte, daß der Begriff „Reflektor" in Form dieser Anwendung so betrachtet wird, daß er jegliche Vorrichtung umfaßt, die den Durchgang des Lichtes ablenkt. Zusätzlich können verschiedene optische Baugruppen, wie beispielsweise Filter und/oder Objektivlinsen, in der optischen Weglänge positioniert werden, um die Bilder zu verstärken, die von der Kamera empfangen werden. Beispielsweise bildet 7 zwei Objektivlinsen ab, wobei eine positive Objektivlinse 88 gegen den ersten Reflektor 30 längs des ersten optischen Weglängenabschnittes 42 positioniert ist, und wobei eine negative Objektivlinse 90 gegen den zweiten Reflektor 32 längs des dritten optischen Weglängenabschnittes 46 positioniert ist. 7 umfaßt außerdem eine Unterlegscheibe 92, die verwendet werden kann, um den Abstand zwischen dem ersten Reflektor 30 und dem zweiten Reflektor 32 aufrechtzuerhalten. Die Unterlegscheibe 92 dient daher dazu, das Sichern der Reflektoren in ihren gewünschten Positionen zu unterstützen, was eine Beschädigung der Reflektoren verhindern kann, wenn das Endoskop herunterfällt oder anderweitig grob behandelt wird. Die Unterlegscheibe 92 kann aus einem selbstschmierenden Material gebildet werden, das die angrenzenden Reflektorflächen vor einer Verunreinigung abdichtet, während gestattet wird, daß sich der zweite Reflektor 32 ungehindert dreht.
Wendet man sich wieder 3 zu, so ist die Radwelle 54 hohl, wobei ein Kanal 94 darin definiert wird. Der Kanal 94 verläuft von der Außenseite des proximalen Endabschnittes 24 und endet in einer Öffnung 96 im distalen Endabschnitt 26 des Endoskops 12. In der Ausführung der 3 wird ein Runddichtring 98 am distalen Ende der Radwelle 54 positioniert, so daß man den Kanal 94 zum Körperhohlraum hin offen hat, während eine Abdichtung der anderen Abschnitte des Endoskops 12 beibehalten wird. Dementsprechend kann der Kanal 94 in Abhängigkeit von seiner Größe als ein Spülkanal für das Einführen und/oder Entfernen von Spülflüssigkeiten in den/aus dem Hohlraum verwendet werden. Der Kanal 94 kann ebenfalls als ein Zugangskanal für die Einführung von Geräten, wie beispielsweise chirurgischen Geräten, in den Hohlraum dienen.
Bei anderen Ausführungen der Erfindung können mehrere Kanäle im Endoskop vorhanden sein, einschließlich separater Kanäle für die Flüssigkeitseinführung, Flüssigkeitsbeseitigung und Einführung der Instrumente. Beispielsweise sind in der Ausführung der 8 drei separate Kanäle im distalen Endabschnitt 26 eines Endoskops 12 vorhanden. Ein Spülkanal 100 dient dazu, Flüssigkeiten in den Hohlraum einzuführen, während ein separater Flüssigkeitsbeseitigungskanal 102 gleichzeitig Flüssigkeiten entfernen kann. Ein größerer Kanal 104 für die Einführung von Instrumenten gestattet das Einführen von chirurgischen Geräten in den Hohlraum.
Verschiedene Ausführungen des distalen Endabschnittes 26 des Endoskops liegen innerhalb des Bereiches der Erfindung. Bei der in 3 abgebildeten Ausführung weist das Fenster 34 eine stationäre durchsichtige Abdeckung auf, die das Endoskop abdichtet, wodurch die optische Baugruppe im Inneren geschützt wird, die den ersten Reflektor 30 und zweiten Reflektor 32 umfaßt. 9a, 9b und 9c bilden den distalen Endabschnitt 26 eines Endoskops gleich dem in 3 ab. 9b bildet den distalen Endabschnitt 26 in einem teilweisen Querschnitt längs der Linie 9B-9B ab, die in 9a abgebildet wird, während 9c einen teilweisen Querschnitt längs der Linie 9C-9C abbildet. In der abgebildeten Ausführung ist der zweite Reflektor 32 innerhalb eines drehbaren Gehäuses 106 gesichert, das eine kleine Seitenöffnung 108 umfaßt, die gestattet, daß Licht zwischen dem zweiten Reflektor 32 und dem ersten Reflektor 30 hindurchgeht. Eine Betrachtungsöffnung 110 gestattet den Durchgang von Licht zwischen dem zweiten Reflektor und dem Fenster 34. Das Fenster 34 ist groß genug, um den gesamten „Abtastungs"winkel abzudecken, über den der zweite Reflektor 32 betrachten kann, wobei das Fenster 34 dazu dient, daß Licht hindurchgehen darf, während die gesamte Baugruppe gegen eine Verschmutzung von außen abgedichtet wird. Eine derartige Abdichtung kann dazu führen, daß die Vorrichtung leichter zu sterilisieren ist. Das Gehäuse 106 ist drehbar montiert, um die Drehung mit dem zweiten Reflektor 32 um die Rotationsachse 48 des zweiten Reflektors zu gestatten.
Bei einer weiteren Ausführung ist der zweite Reflektor in einem drehbaren Gehäuse montiert, das so konfiguriert ist, daß es auf der Außenseite der Endoskopwelle positioniert werden kann. Beispielsweise kann bei der in 10a und 10b gezeigten Ausführung ein drehbares Gehäuse 112, das den zweiten Reflektor 32 enthält, von der Innenseite der Endoskopwelle 23 zur Außenseite der Endoskopwelle 23 bewegt werden. In der in 10a abgebildeten ausgezogenen Position ist das Gehäuse 112 auf der Außenseite der Endoskophauptwelle 23 positioniert. Das Fenster 34 ist direkt auf dem drehbaren Gehäuse 112 angeordnet, so daß sich das Fenster 34 mit dem zweiten Reflektor 32 dreht. Durch Positionieren des Rotationsgehäuses 112 aus 10a auf einem äußeren Abschnitt der Endoskopwelle 23 können das Rotationsgehäuse 112 und daher der zweite Reflektor 32 360 Grad um eine Achse 48 senkrecht zur Längsachse 27 des Endoskops 12 gedreht werden. Wenn eine derartige 360 Grad Drehung des zweiten Reflektors 32 mit einer 360 Grad Drehung der Endoskophauptwelle 23 um seine Längsachse 27 kombiniert wird, kann eine vollständige sphärische Betrachtung des Körperhohlraumes bewirkt werden.
Wie es in 10b abgebildet wird, kann das Gehäuse 112 in die Endoskopwelle 23 zurückgezogen werden, was das Einsetzen des Endoskops in den zu betrachtenden Hohlraum hinein und dessen Herausnehmen erleichtern kann. Verschiedene Vorrichtungen können verwendet werden, um das Gehäuse 112 zurückzuziehen und einzusetzen. In der in 10b abgebildeten Ausführung wird das Gehäuse 112 in Richtung der zurückgezogenen Position mittels einer Feder 114 vorgespannt, die die Radwelle 54 und daher das Gehäuse 112 von einer Öffnung 116 in der Endoskopwelle 23 wegtreibt. Das Herausziehen des Gehäuses 112 aus der Welle 23 wird durch einen Elektromagneten 118 bewirkt, der, wenn er durch eine ausreichende Spannung aktiviert wird, um den Widerstand der Feder 114 zu überwinden, eine entgegengesetzte Bewegung der Radwelle 54 erzwingt, damit bewirkt wird, daß das Gehäuse 112 die ausgezogene Position einnimmt, die in 10a abgebildet wird. Weil die Feder 114 das Gehäuse 112 konstant in die zurückgezogene Position der 10b treibt, wird eine zufällige oder beabsichtigte Unterbrechung des Stromes zum Elektromagneten 118 das Zurückziehen des Gehäuses 112 bewirken. Man beachte, daß bei der Ausführung in 10a und 10b die Feder 114 und der Elektromagnet 118 an der Welle gesichert sind, damit sich die Radwelle 54 ungehindert um ihre Achse drehen kann. In der abgebildeten Ausführung ist das zurückgezogene Gehäuse 112 so bemessen, daß es in sowohl der zurückgezogenen als auch ausgedehnten Position das Aufrechterhalten einer Abdichtung über der Öffnung 116 in der Endoskopwelle 23 unterstützt, wodurch der Eintritt von Verunreinigungen in die Endoskopwelle 23 verhindert wird.
Ebenfalls in 10a und 10b sind das faseroptische Bündel 80 des ersten optischen Weglängenabschnittes 42 und die Beleuchtungsleitung 78 innerhalb der hohlen Radwelle 54 positioniert. Obgleich die Ausrichtung der Radwelle 54 und des faseroptischen Bündels 80 in 10a und 10b zwischen dem distalen Abschnitt 26 des Endoskops und dem proximalen Abschnitt 24 des Endoskops versetzt zu sein scheint, sind sie tatsächlich ausgerichtet. Die scheinbare Fehlausrichtung wird durch die „Unterbrechung" in jeder Fig. zwischen den Enden des Endoskops hervorgerufen und weiter dadurch verstärkt, daß die Endoskoplänge viel größer ist, wenn man mit der Endoskopbreite vergleicht.
Um ein Betrachtungsfenster, das aus Vollmaterial (im Gegensatz zu einem offenen Fenster) gebildet wird, frei von Verunreinigungen zu halten, kann ein Spülkanal positioniert werden, um einen Flüssigkeitsstrom zu liefern, der sich über das Fenster bewegt. Beispielsweise wird in 11, die der Ausführung in 3 gleicht, eine Spülkanalöffnung 124 so positioniert, daß sich der Flüssigkeitsstrom entlang der Oberfläche des Fensters 34 bewegt, wodurch Verunreingungen vom Fenster 34 abgewaschen werden. In 12, die der Ausführung in 10 gleich ist, wird eine Spülkanalöffnung 124 so positioniert, daß sich, wenn das Gehäuse 112 in eine bestimmte Position gedreht wird, ein Spülstrom über das Fenster 34 bewegt. Daher kann ein Benutzer das Fenster 34 reinigen, indem er das Gehäuse 112 in eine Position angrenzend an den Spülkanal 124 dreht.
Weitere Ausführungen (wie beispielsweise 1) der Erfindung weisen einen Monitor auf, der entfernt vom Endoskop positioniert ist, aber der Monitor kann am Endoskop selbst positioniert werden. Beispielsweise umfaßt das Endoskop 12 in der in 13 abgebildeten Ausführung einen Monitor 14, der am proximalen Abschnitt des Endoskops 12 gesichert ist. Der Monitor 14 ist relativ klein und ist positioniert, um im allgemeinen die Position eines Okulars an einem konventionellen Endoskop nachzuahmen. Daher kann ein Benutzer, der an konventionelle Endoskope gewöhnt ist, die mit Okularen ausgestattet sind, bequemer den im Endoskop montierten Monitor 14 benutzen als er eine chirurgische Verfahrensweise auf einem großen Monitor separat vom Endoskop betrachten könnte. Der im Endoskop montierte Monitor 14 kann daher an Stelle von oder zusätzlich zu einem externen Monitor, wie beispielsweise dem in 1 abgebildeten, verwendet werden.
14 bildet eine weitere Ausführung der Erfindung ab, bei der ein endoskopisches System 126 ein Endoskop 12 mit einer Kamera 38 umfaßt, die starr am Endoskop 12 montiert ist, im Gegensatz zur drehbaren Montage, die in anderen Ausführungen abgebildet wird. Um unerwünschte Betrachtungsprobleme zu korrigieren, die durch die Drehung des zweiten Reflektors hervorgerufen werden, umfaßt das System 126 aus 14 einen Prozessor 128, der die Bildsignale von der Kamera 38 empfängt und die Signale dann verarbeitet, um die Drehung des zweiten Reflektors zu kompensieren. Die Verarbeitung der Signale umfaßt: (1) Empfangen eines Positionssignals vom Endoskop 12, das die Rotationsposition des zweiten Reflektors anzeigt; (2) „Drehen" des Bildes von der Kamera 38 um einen Winkel, der dem Drehungswinkel des zweiten Reflektors entspricht; und (3) Liefern eines gedrehten Bildes zum Monitor 14, wobei die Drehung des Bildes der Drehung des zweiten Reflektors entspricht. Eine derartige Drehung des Bildes kann durch relativ einfache Verarbeitung zustande gebracht werden.

Claims

Gerät zur Untersuchung des Inneren eines Hohlraumes (10), das aufweist: ein im allgemeinen rohrförmiges Element (23) mit einem distalen Endabschnitt (26) und einem proximalen Endabschnitt (24); eine Kamera (38), die drehbar am rohrförmigen Element (23) gesichert ist; einen ersten Reflektor (30), der im distalen Endabschnitt (26) des rohrförmigen Elementes (23) positioniert ist; einen zweiten Reflektor (32), der drehbar im distalen Endabschnitt (26) des rohrförmigen Elementes (23) positioniert ist, wobei der zweite Reflektor (32) so positioniert ist, daß er optisch mit der Kamera (38) durch den ersten Reflektor (30) ausgerichtet ist, wobei eine optische Weglänge (36) zwischen der Kamera (38), dem ersten Reflektor (30) und dem zweiten Reflektor (32) definiert wird, und wobei die optische Weglänge (36) einen ersten optischen Weglängenabschnitt (42), der zwischen der Kamera (38) und dem ersten Reflektor (30) verläuft, und einen zweiten optischen Weglängenabschnitt (44) aufweist, der zwischen dem ersten Reflektor (30) und dem zweiten Reflektor (32) verläuft; ein Betrachtungsfenster (34), das am distalen Endabschnitt des rohrförmigen Elementes (23) positioniert ist, wobei das Betrachtungsfenster (34) so positioniert ist, daß es optisch mit der Kamera (38) und dem ersten Reflektor (30) durch den zweiten Reflektor (32) ausgerichtet ist, wobei die optische Weglänge (36) außerdem einen dritten optischen Weglängenabschnitt (46) aufweist, der zwischen dem zweiten Reflektor (32) und dem Betrachtungsfenster (34) verläuft; eine Drehvorrichtung (60) für das selektive Drehen des zweiten Reflektors (32) um eine Achse (48), die im allgemeinen mit dem zweiten optischen Weglängenabschnitt (44) ausgerichtet ist, und für das selektive Drehen der Kamera (38) um eine Achse (62), die im allgemeinen mit dem ersten optischen Weglängenabschnitt (42) ausgerichtet ist.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Drehvorrichtung (60) die Drehung der Kamera (38) und des zweiten Reflektors (32) steuert, um entsprechende Drehungen der Kamera (38) und des zweiten Reflektors (32) hervorzurufen.
Gerät nach Anspruch 2, bei dem die Drehvorrichtung (60) die Drehung der Kamera (38) und des zweiten Reflektors (32) steuert, um gleichwertige Drehungen der Kamera (38) und des zweiten Reflektors (32) hervorzurufen.
Gerät nach Anspruch 3, das außerdem aufweist: einen Fernsehmonitor (14) für das Empfangen von Bildsignalen von der Kamera (38) und für das Liefern einer Anzeige basierend auf den empfangenen Bildsignalen.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem das Gerät außerdem aufweist: eine Öffnung (96, 124) im distalen Endabschnitt (26) des rohrförmigen Elementes (23); und einen Kanal (94), der vom proximalen Endabschnitt (24) des rohrförmigen Elementes zur Öffnung (96, 124) im distalen Ende des rohrförmigen Elementes verläuft.
Gerät nach Anspruch 5, bei dem der Kanal (94) einen Spülkanal für das Liefern einer Spülflüssigkeit aufweist.
Gerät nach Anspruch 6, bei dem die Öffnung (124) im distalen Ende einen Strom der Spülflüssigkeit liefert und die Öffnung (124) im distalen Ende so positioniert ist, daß veranlasst wird, daß der Spülflüssigkeitsstrom über das Betrachtungsfenster (34) verläuft, wobei der Spülflüssigkeitsstrom Verunreinigungen vom Betrachtungsfenster (34) entfernt.
Gerät nach Anspruch 1 für das Liefern einer Spülflüssigkeit, bei dem die Drehvorrichtung aufweist: eine Radwelle (54), die im allgemeinen parallel zur Mittelachse des rohrförmigen Elementes (23) verläuft, wobei die Radwelle (54) einen proximalen Endabschnitt und einen distalen Endabschnitt aufweist; ein distales Zahnrad (52), das am distalen Endabschnitt der Radwelle (54) gesichert ist, wobei das distale Zahnrad (52) eine Rotationsachse in allgemeiner Ausrichtung mit der Radwelle (54) aufweist; ein Reflektorzahnrad (50), das mechanisch mit dem distalen Zahnrad (52) in Eingriff kommt, wobei das Reflektorzahnrad (50) starr am zweiten Reflektor (32) gesichert ist, wobei das Reflektorzahnrad (50) eine Rotationsachse in axialer Ausrichtung mit der Rotationsachse (48) des zweiten Reflektors aufweist, wobei das Reflektorzahnrad (50) mechanisch mit dem distalen Zahnrad (52) verbunden ist, wobei die Drehung der Radwelle (54) und des distalen Zahnrades (52) eine entsprechende Drehung des Reflektorzahnrades (50) und des zweiten Reflektors (32) bewirkt.
Gerät nach Anspruch 8, das außerdem aufweist: eine distale Öffnung (96, 124) im distalen Endabschnitt (26) des rohrförmigen Elementes (23); und einen Kanal (94), der durch die Radwelle (54) vom proximalen Endabschnitt der Radwelle zum distalen Endabschnitt der Radwelle verläuft; und bei dem der Radwellenkanal (94) mit der distalen Öffnung (96, 124) des rohrförmigen Elementes ausgerichtet ist, wodurch ein offener Kanal definiert wird, der von der distalen Öffnung (96, 124) zum proximalen Endabschnitt der Radwelle verläuft.
Gerät nach Anspruch 9, bei dem der offene Kanal einen Spülkanal für das Liefern einer Spülflüssigkeit aufweist.
Gerät zur Untersuchung des Inneren eines Hohlraumes (10), das aufweist: ein im allgemeinen rohrförmiges Element (23) mit einem distalen Endabschnitt und einem proximalen Endabschnitt; eine Kamera (38), die am rohrförmigen Element gesichert ist, wobei die Kamera für das Liefern eines Bildes vorhanden ist; einen ersten Reflektor, der im distalen Endabschnitt des rohrförmigen Elementes positioniert ist; einen zweiten Reflektor, der drehbar im distalen Endabschnitt des rohrförmigen Elementes positioniert ist, wobei der zweite Reflektor so positioniert ist, daß er optisch mit der Kamera durch den ersten Reflektor ausgerichtet ist, wobei eine optische Weglänge zwischen der Kamera, dem ersten Reflektor und dem zweiten Reflektor definiert wird, und wobei die optische Weglänge einen ersten optischen Weglängenabschnitt, der zwischen der Kamera und dem ersten Reflektor verläuft, und einen zweiten optischen Weglängenabschnitt aufweist, der zwischen dem ersten Reflektor und dem zweiten Reflektor verläuft; ein Betrachtungsfenster, das am distalen Endabschnitt des rohrförmigen Elementes positioniert ist, wobei das Betrachtungsfenster so positioniert ist, daß es optisch mit der Kamera und dem ersten Reflektor durch den zweiten Reflektor ausgerichtet ist, wobei die optische Weglänge außerdem einen dritten optischen Weglängenabschnitt aufweist, der zwischen dem zweiten Reflektor und dem Betrachtungsfenster verläuft, wobei der dritte optische Weglängenabschnitt im allgemeinen mit einem Sichtwinkel des Gerätes ausgerichtet ist; eine Drehvorrichtung (60) für das selektive Drehen des zweiten Reflektors um eine Achse, die im allgemeinen mit dem zweiten optischen Weglängenabschnitt ausgerichtet ist; einen Prozessor (128), der so konfiguriert ist, daß er (a) das Bild von der Kamera empfängt, (b) ein Drehungssignal empfängt, (c) das empfangene Bild als eine Funktion des Drehungssignals dreht und (d) ein gedrehtes Bild liefert; und einen Monitor (14), um das gedrehte Bild anzuzeigen, wobei der Monitor so konfiguriert ist, daß er eine Darstellung des Gesichtswinkels anzeigt.